JP2022113625A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオンを吸蔵及び放出するグラファイトを用いた負極を有する電池の充電状態を精度よく推定する。【解決手段】蓄電装置ＢＰは、電池Ｂおよび推定部１２２を備える。電池Ｂは、グラファイトを用いた負極を有する。推定部１２２は、電池Ｂの充電停止時または放電停止時から電池Ｂの分極が解消するまでの分極解消時間に関する情報を取得し、その分極解消時間に関する情報に基づいて、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池の充電状態を推定する蓄電装置に関する。

蓄電装置として、充電停止時または放電停止時の電池の開回路電圧により電池の残容量や充電率（満充電容量に対する残容量の割合）などの充電状態を推定するものがある。

ところで、単位充電状態あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下であるプラトー領域と、単位充電状態あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値より大きい変化領域とを有する電池が存在する。特に、リチウムイオンを吸蔵及び放出するグラファイト（黒鉛）を用いた負極を有する電池は、プラトー領域に比べて変化領域が少ない場合がある。関連する技術として、特許文献１がある。

そのため、上記蓄電装置では、グラファイトを用いた負極を有する電池の充電状態を推定する場合、充電停止時または放電停止時の電池の充電状態がプラトー領域に入っていると、開回路電圧の測定誤差の影響により充電状態の推定精度が低下するおそれがある。

特開２０１７－１２２６２２号公報

本発明の一側面に係る目的は、グラファイトを用いた負極を有する電池の充電状態を精度よく推定することが可能な蓄電装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、リチウムイオンを吸蔵及び放出するグラファイトを用いた負極を有する電池と、前記電池の充電停止時または放電停止時から前記電池の分極が解消するまでの分極解消時間に関する情報を取得し、前記分極解消時間に関する情報に基づいて、前記充電停止時または前記放電停止時の前記電池の充電状態を推定する推定部とを備える。

グラファイトを用いた負極を有する電池では、グラファイトのステージに依存して分極解消時間ならびに分極解消時間に関する情報が変化する。また、グラファイトを用いた負極を有する電池では、ステージが切り替わるタイミングと充電状態との間に相関関係がある。そのため、分極解消時間に関する情報と充電状態との相関を示す情報およびステージが切り替わるタイミングを用いることにより、電池の充電状態を精度よく推定することができる。

上記蓄電装置は、前記電池の分極解消時間に関する情報と前記電池の充電状態との相関を示す情報を記憶する記憶部を備え、前記推定部は、前記記憶部を参照して、前記充電停止時または前記放電停止時に取得される前記分極解消時間に関する情報に対応する前記電池の充電状態を、前記充電停止時または前記放電停止時の前記電池の充電状態とするように構成してもよい。

また、前記電池は、横軸が前記電池の充電状態を示し縦軸が前記電池の開回路電圧を示す２次元座標において、単位充電状態あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下である複数のプラトー領域と、前記割合が前記所定値より大きい複数の変化領域とを有し、少なくとも１つの前記変化領域が２つの前記プラトー領域の間に位置する充電状態開回路電圧曲線を有すると共に、前記複数のプラトー領域のうちの所定のプラトー領域とその所定のプラトー領域に隣接する１つ以上の変化領域とからなる複数のステージを有し、それぞれの前記ステージが切り替わるタイミングに対応する前記電池の充電状態を記憶する記憶部を備え、前記推定部は、前記充電停止時または前記放電停止時の前記ステージが、所定ステージから前記所定ステージに隣接する隣接ステージに切り替わったと前記分極解消時間に関する情報に基づいて判断すると、前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったタイミングに対応する前記電池の充電状態を、前記充電停止時または前記放電停止時の前記電池の充電状態とするように構成してもよい。

また、前記推定部は、前記分極解消時間に関する情報として、前記充電停止後または前記放電停止後から前記分極が解消するまでに求められる前記電池の分極解消時間を、前記充電停止または前記放電停止のたびに取得し、前回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した前記電池の第１の分極解消時間が第１の閾値以上になり、今回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した前記電池の第２の分極解消時間が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以下になり、かつ、前記前回の充電停止または放電停止のときの前記電池の充放電電流の積算値に基づく充電状態と前記今回の充電停止または放電停止のときの前記電池の充放電電流の積算値に基づく充電状態との差が充電状態閾値以下であるとき、前記今回の充電停止時または放電停止時の前記電池の充電状態が含まれるステージが前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったと判断するように構成してもよい。

また、前記推定部は、前記分極解消時間に関する情報として、前記充電停止後または前記放電停止後から前記分極が解消するまでに求められる前記電池の分極解消時間を、前記充電停止または前記放電停止のたびに取得し、前回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した前記電池の第１の分極解消時間と、今回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した前記電池の第２の分極解消時間との差が分極解消時間閾値以上になり、かつ、前記第２の分極解消時間が前記第１の分極解消時間より小さいとき、前記今回の充電停止時または放電停止時の前記電池の充電状態が含まれるステージが前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったと判断するように構成してもよい。

また、前記推定部は、前記分極解消時間に関する情報として、前記充電停止後または前記放電停止後から前記分極が解消するまでに求められる、単位時間あたりの前記電池の開回路電圧の変化量を、前記充電停止または前記放電停止のたびに取得し、前回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した第１の変化量が第３の閾値以下になり、今回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した第２の変化量が前記第３の閾値より大きい第４の閾値以上になり、かつ、前記前回の前記充電停止または前記放電停止のときの前記電池の充放電電流の積算値に基づく充電状態と前記今回の前記充電停止または前記放電停止のときの前記電池の充放電電流の積算値に基づく充電状態との差が充電状態閾値以下であるとき、前記今回の充電停止時または放電停止時の前記電池の充電状態が含まれるステージが前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったと判断するように構成してもよい。

また、前記推定部は、前記分極解消時間に関する情報として、前記充電停止後または前記放電停止後から前記分極が解消するまでに求められる、単位時間あたりの前記電池の開回路電圧の変化量を、前記充電停止または前記放電停止のたびに取得し、前回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した第１の変化量と、今回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した第２の変化量との差が変化量閾値以上になり、かつ、前記第２の変化量が前記第１の変化量より大きいとき、前記今回の充電停止時または放電停止時の前記電池の充電状態が含まれるステージが前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったと判断するように構成してもよい。

また、前記推定部は、前記電池の充電動作時において、前記電池の充電電流の積算値を利用して前記電池の充電状態を推定することにより前記電池の充電状態が前記複数の変化領域のうちの第１の変化領域に接近したことを検出すると、前記電池への充電を停止して前記電池の分極解消時間に関する情報を取得する動作と、前記電池を充電する動作を交互に実行するように構成してもよい。

本発明によれば、グラファイトを用いた負極を有する電池の充電状態を精度よく推定することができる。

実施形態の蓄電装置の一例を示す図である。 充電状態開回路電圧曲線及び電池の分極解消時間と電池の充電状態との相関を示す情報の一例を示す図である。 充電状態開回路電圧曲線及び電池の分極解消時間と電池の充電状態との相関を示す情報の他の例を示す図である。 充電状態推定処理の一例を示すフローチャートである。 充電状態推定処理の他の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態のバリエーションにおいて電池の充電状態を推定する方法を説明する図である。 本発明の実施形態のバリエーションにおいて電池の充電状態を推定する方法の一例を示すフローチャートである。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

図１は、実施形態の蓄電装置の一例を示す図である。

図１に示す蓄電装置ＢＰ（電池パック）は、電気自動車などの車両Ｖｅに搭載され、電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１と、電池Ｂと、電流計２と、温度計３と、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と、監視ＥＣＵ４とを備える。なお、車両Ｖｅは、電気自動車に限らず、例えば、電動フォークリフトなどの産業車両としてもよい。

車両Ｖｅは、蓄電装置ＢＰの他に、車両Ｖｅの走行用のモータＭと、モータＭを駆動するインバータ回路Ｉｎｖと、インバータ回路Ｉｎｖの動作を制御するとともに車両Ｖｅの外部に設けられる充電器Ｃｈと通信を行う車両ＥＣＵ５とを備える。

インバータ回路Ｉｎｖは、複数のスイッチを備え、各スイッチが繰り返しオン、オフすることにより、電池Ｂから供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭに供給する。また、インバータ回路Ｉｎｖは、各スイッチが繰り返しオン、オフすることにより、モータＭから供給される交流電力（回生電力）を直流電力に変換して電池Ｂに供給する。

車両ＥＣＵ５は、インバータ回路Ｉｎｖの各スイッチのオン、オフを制御する制御信号のデューティ比を変化させることにより、インバータ回路Ｉｎｖから電池Ｂに供給される電力または電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに供給される電力を変化させる。車両ＥＣＵ５の機能を電池ＥＣＵ１の機能に含ませて電池ＥＣＵ１と車両ＥＣＵ５とを統合し、その統合後の電池ＥＣＵ１を蓄電装置ＢＰまたは車両Ｖｅに設けてもよい。

電池Ｂは、１つ以上のリチウムイオン電池である二次電池により構成される。二次電池は、リチウムイオンを吸蔵及び放出するグラファイトを用いた負極と、複合酸化物、金属リチウム、又は硫黄等を用いた正極とを有する。本願では、例えば正極としてＬＦＰ（LiFePO4）が用いられる。ＬＦＰが用いられる場合、プラトー領域に比べて変化領域が少ない充電状態開回路電圧曲線を有する。また、負極に用いられるグラファイトは、電池Ｂの充電及び放電に伴ってリチウムイオンを吸蔵及び放出を行うにつれて結晶構造（ステージ）が変化する。グラファイトを用いた負極を有する電池Ｂは、このステージの切り替わりに起因して電池Ｂの分極解消時間が変化することから、電池Ｂの充電状態と電池Ｂの分極解消時間との相関関係を有する。なお、充電状態は、電池Ｂの残容量や充電率（電池Ｂの満充電容量に対する残容量の割合）などの電池Ｂに充電されている電荷量を示す情報とする。プラトー領域は、単位充電状態あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下になるときの開回路電圧の範囲または充電状態の範囲とする。変化領域は、単位充電状態あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値より大きくなるときの開回路電圧の範囲または充電状態の範囲とする。分極解消時間は、電池Ｂの充電停止時または放電停止時から電池Ｂの分極が解消されたとみなせるまでの時間とする。電池Ｂのプラス端子は、インバータ回路Ｉｎｖのプラス入力端子に接続される。または、電池Ｂのプラス端子は、充電器Ｃｈのプラス出力端子に接続される。電池Ｂのマイナス端子は、電流計２、スイッチＳＷ１、及びスイッチＳＷ３を介してインバータ回路Ｉｎｖのマイナス入力端子に接続される。または、電池Ｂのマイナス端子は、電流計２、スイッチＳＷ１、及びスイッチＳＷ２を介して充電器Ｃｈのマイナス出力端子に接続される。

電流計２は、シャント抵抗などにより構成され、電池Ｂに流れる電流を検出し、その検出した電流を監視ＥＣＵ４に送る。

温度計３は、サーミスタなどにより構成され、電池Ｂの温度を検出し、その検出した温度を監視ＥＣＵ４に送る。

監視ＥＣＵ４は、プロセッサや記憶部などを備えて構成され、電池Ｂの電圧を検出する。また、監視ＥＣＵ４は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信などを用いて、検出した電圧、電流計２により検出された電流、及び温度計３により検出された温度を電池ＥＣＵ１に通知する。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、それぞれ、半導体リレー（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor））または電磁式リレーなどにより構成される。なお、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、電池Ｂのプラス端子側に設けてもよい。スイッチＳＷ１、ＳＷ３が導通し、スイッチＳＷ２が遮断すると、インバータ回路Ｉｎｖから電池Ｂに電力を供給することが可能な状態になるとともに、電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに電力を供給することが可能な状態になる。また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２が導通し、スイッチＳＷ３が遮断すると、充電器Ｃｈから電池Ｂに電力が供給することが可能な状態になる。インバータ回路Ｉｎｖまたは充電器Ｃｈから電池Ｂに電力が供給されると、電池Ｂが充電され電池Ｂの充電状態、充電率、または電圧が増加し、電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに電力が供給されると、電池Ｂが放電され電池Ｂの充電状態、充電率、または電圧が低下する。ＡＣ充電方式により電池Ｂが充電される場合、車両Ｖｅにおいて、充電器Ｃｈから供給される交流電力が直流電力に変換され、その直流電力が電池Ｂに供給されることで電池Ｂが充電されるものとする。

電池ＥＣＵ１は、記憶部１１と、プロセッサ１２とを備える。

記憶部１１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。なお、記憶部１１は、上記充電状態開回路電圧曲線の他に、後述する情報Ｄ１、Ｄ２などを記憶している。記憶部１１に記憶される情報は、試験やシミュレーション等によって求められ得る。

プロセッサ１２は、充放電制御部１２１と、推定部１２２とを備える。なお、プロセッサ１２が記憶部１１に記憶されているプログラムを実行することにより、充放電制御部１２１及び推定部１２２が実現される。

充放電制御部１２１は、充電開始指示が入力されると、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を導通させ、スイッチＳＷ３を遮断させた後、電池Ｂの充電制御処理を開始し、電池Ｂが満充電状態になると、または、電池Ｂの充電状態が予め決められた充電状態になると、電池Ｂの充電制御処理を終了し、スイッチＳＷ１～ＳＷ３を遮断させる。例えば、充放電制御部１２１は、電池Ｂの電圧が所定電圧になるまで電池Ｂに流れる電流を一定電流に保ち、電池Ｂの電圧が所定電圧になると、電池Ｂに流れる電流が所定電流以下になるまで、電池Ｂに流れる電流を徐々に低下させ、電池Ｂに流れる電流が所定電流以下になると、電池Ｂに流れる電流をゼロにする、いわゆる、定電流定電圧充電制御処理を実行する。

また、充放電制御部１２１は、充電制御処理の実行中、補正タイミングになると、充電制御処理を一時停止し、推定部１２２により充電状態補正処理を実行させた後、充電制御処理を再開する。なお、充電制御処理が一時停止しているとき、電池Ｂに電流が流れないものとする。

また、充放電制御部１２１は、車両Ｖｅのイグニッションスイッチがオンした旨を受け取ると、スイッチＳＷ１、ＳＷ３を導通させるとともにスイッチＳＷ２を遮断させることで、電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに電力を供給することが可能な状態にし、イグニッションスイッチがオフした旨を受け取ると、スイッチＳＷ１～ＳＷ３を遮断させる。

また、充放電制御部１２１は、イグニッションスイッチがオンした旨を受け取ってからイグニッションスイッチがオフするまでの間（車両Ｖｅの起動中）、車両Ｖｅのアイドリングストップが開始された旨（インバータ回路Ｉｎｖなど電池Ｂに接続される負荷の駆動が停止した旨）を受け取ると、スイッチＳＷ１～ＳＷ３を遮断させることで、電池Ｂに流れる電流をゼロにさせ、推定部１２２により充電状態補正処理を実行させた後、アイドリングストップが終了した旨（インバータ回路Ｉｎｖなど電池Ｂに接続される負荷の駆動が再開した旨）を受け取ると、スイッチＳ１、ＳＷ３を導通させるとともにスイッチＳＷ２を遮断させることで、電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに電力を供給することが可能な状態にする。

推定部１２２は、充電器Ｃｈまたはインバータ回路Ｉｎｖから電池Ｂに電流が流れているとき、または、電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖなどの負荷に電流が流れているとき、推定タイミング毎に、電池Ｂに流れる電流の積算値により電池Ｂの充電状態を推定する。例えば、推定部１２２は、前回の推定タイミングにおいて推定した充電状態と、前回の推定タイミングから今回の推定タイミングまでの間において電池Ｂに流れた電流の積算値との加算値を、今回の推定タイミングで推定される電池Ｂの充電状態とする。または、推定部１２２は、前回の推定タイミングにおいて推定した充電率と、前回の推定タイミングから今回の推定タイミングまでの間において電池Ｂに流れた電流の積算値を満充電容量で除算し１００を乗算した値との加算値を、今回の推定タイミングで推定される電池Ｂの充電率とする。

また、推定部１２２は、充電制御処理の実行中、補正タイミングになると（電池Ｂの充電停止時）、または、車両Ｖｅの起動中、アイドリングストップが開始されると（電池Ｂの放電停止時）、電池Ｂの分極解消時間に関する情報を取得し、その分極解消時間に関する情報に基づいて、電池Ｂの充電状態を推定し、電池Ｂに流れる電流の積算値から前回推定した充電状態または今回推定した充電状態を、分極解消時間に関する情報に基づいて推定した充電状態に補正する。例えば、推定部１２２は、電池Ｂの分極解消時間に関する情報と電池Ｂの充電状態との相関を示す情報を参照して、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの分極解消時間に関する情報に対応する充電状態を、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態とする。または、推定部１２２は、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったタイミングを分極解消時間に関する情報により判断すると、そのタイミングに対応する電池Ｂの充電状態を、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態とする。なお、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わるタイミングに対応する電池Ｂの充電状態は、記憶部１１に予め記憶されているものとする。また、推定部１２２は、電池Ｂに流れる電流の積算値から前回推定した充電状態または今回推定した充電状態と、分極解消時間に関する情報に基づいて推定した充電状態との加重平均によって、電池Ｂの充電状態を補正してもよい。

図２は、充電状態開回路電圧曲線及び電池Ｂの分極解消時間と電池Ｂの充電状態との相関を示す情報の一例を示す図である。なお、図２を参照する記載では、分極解消時間に関する情報の一例として分極解消時間を使用することがある。

図２に示す一番上の２次元座標において、横軸は電池Ｂの充電状態［Ａｈ］を示し、縦軸は電池Ｂの開回路電圧［Ｖ］を示し、実線は電池Ｂに電流が流れておらず、分極が解消されたとみなせるときの充電状態と開回路電圧（電池Ｂの正極電位と負極電位との差）との相関を示す充電状態開回路電圧曲線を示している。また、図２に示す上から２番目の２次元座標において、横軸は電池Ｂの充電状態［Ａｈ］を示し、縦軸は電池Ｂの分極解消時間［ｓｅｃ］を示し、実線は充電停止時の電池Ｂの充電状態と分極解消時間との相関を示す情報Ｄ１を示している。なお、情報Ｄ１に示される各分極解消時間は、逐次取得される複数の分極解消時間の移動平均値としてもよい。

図２に示す充電状態開回路電圧曲線において、電池Ｂの開回路電圧は完全放電状態付近及び満充電状態付近において急峻に変化し、それ以外の領域において充電状態の変化に伴って段階的に変化する。すなわち、図２に示す充電状態開回路電圧曲線は、単位容量（単位充電状態）あたりの開回路電圧の変化量の割合である傾きが所定値以下である「プラトー領域」を３つ（プラトー領域Ｐ１～Ｐ３）有し、単位容量（単位充電状態）あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値より大きい「変化領域」を４つ（変化領域Ｃ１～Ｃ４）有している。なお、所定値は、監視ＥＣＵ４の電圧測定精度に基づいて設定され得る。

また、図２に示す充電状態開回路電圧曲線において、完全放電状態の電池Ｂの充電状態を基準として充電により電池Ｂの充電状態が満充電状態の電池Ｂの充電状態になるまで増加する場合、充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれる領域は、その充電状態の増加に伴って、「変化領域Ｃ１」、「プラトー領域Ｐ１」、「変化領域Ｃ２」、「プラトー領域Ｐ２」、「変化領域Ｃ３」、「プラトー領域Ｐ３」、「変化領域Ｃ４」の順に変化する。すなわち、充電状態開回路電圧曲線は、少なくとも１つの変化領域を有し、各変化領域は２つのプラトー領域の間に位置する。

また、図２に示す充電状態開回路電圧曲線において、「変化領域Ｃ１」と「プラトー領域Ｐ１」と「変化領域Ｃ２」とからなるステージを「ステージＳｔ１１」とし、「プラトー領域Ｐ２」と「変化領域Ｃ３」とからなるステージを「ステージＳｔ１２」とし、「プラトー領域Ｐ３」と「変化領域Ｃ４」とからなるステージを「ステージＳｔ１３」とする。

また、「ステージＳｔ１１」の「プラトー領域Ｐ１」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報、「ステージＳｔ１２」の「プラトー領域Ｐ２」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報、並びに「ステージＳｔ１３」の「プラトー領域Ｐ３」及び「変化領域Ｃ４」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報では、それぞれ、電池Ｂの充電状態の増加に伴って、分極解消時間が増加するものとする。また、「ステージＳｔ１１」の「変化領域Ｃ１」及び「変化領域Ｃ２」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報、並びに、「ステージＳｔ１２」の「変化領域Ｃ３」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報では、それぞれ、電池Ｂの充電状態の増加に伴って、分極解消時間が減少するものとする。なお、電池Ｂの充電状態の増加によって、その充電状態が含まれるステージが、「ステージＳｔ１１」から「ステージＳｔ１２」に切り替わるときに、または、「ステージＳｔ１２」から「ステージＳｔ１３」に切り替わるときに電池Ｂの分極解消時間が減少する現象は、ステージの切り替わりに伴って電池Ｂの負極の内部構造が不安定状態から安定状態に変わることに起因すると考えられる。

このように、図２に示す情報Ｄ１では、全てのステージＳｔ１１～Ｓｔ１３において、単位容量あたりの分極解消時間の変化量の割合が比較的大きい。これにより、情報Ｄ１を参照することで分極解消時間の算出誤差の影響を抑えて分極解消時間から充電状態を一意に求めることができるため、充電状態を精度よく推定することができる。また、開回路電圧から充電状態の推定を精度良く行うには、単位容量あたりの開回路電圧の変化量の割合が大きい変化領域となるまで待つ必要があり、充電状態の推定頻度が低下し得るが、分極解消時間から充電状態の推定を行う場合には、充電状態の推定頻度が低下するおそれがない。

また、図２に示す情報Ｄ１では、車両Ｖｅの起動中、分極解消時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが隣接するステージに切り替わるとき、分極解消時間が比較的大きく変化する。これにより、ステージが切り替わるタイミングを比較的容易に判断することができるため、ステージが切り替わるタイミングに対応する充電状態を分極解消時の電池Ｂの充電状態とすることで、ステージの切替りタイミングに取得される分極解消時間から充電状態を一意に求めることができ、充電状態を精度よく推定することができる。

図３は、充電状態開回路電圧曲線及び電池Ｂの分極解消時間と電池Ｂの充電状態との相関を示す情報の他の例を示す図である。なお、図３を参照する記載では、分極解消時間に関する情報の一例として分極解消時間を使用することがある。

図３に示す一番上の２次元座標において、横軸は電池Ｂの充電状態［Ａｈ］を示し、縦軸は電池Ｂの開回路電圧［Ｖ］を示し、実線は電池Ｂに電流が流れておらず、分極が解消されたとみなせるときの充電状態と開回路電圧との対応関係を示す充電状態開回路電圧曲線を示している。図３に示す充電状態開回路電圧曲線は、図２に示す充電状態開回路電圧曲線と実質的に同じである。また、図３に示す上から２番目の２次元座標において、横軸は電池Ｂの充電状態［Ａｈ］を示し、縦軸は電池Ｂの分極解消時間［ｓｅｃ］を示し、実線は放電停止時の電池Ｂの充電状態と分極解消時間との相関を示す情報Ｄ２を示している。なお、情報Ｄ２に示される各分極解消時間は、逐次取得される複数の分極解消時間の移動平均値としてもよい。

図３に示す充電状態開回路電圧曲線において、満充電状態の電池Ｂの充電状態を基準として放電により電池Ｂの充電状態が完全放電状態の電池Ｂの充電状態になるまで減少する場合、放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれる領域は、その充電状態の減少に伴って、「変化領域Ｃ４」、「プラトー領域Ｐ３」、「変化領域Ｃ３」、「プラトー領域Ｐ２」、「変化領域Ｃ２」、「プラトー領域Ｐ１」、「変化領域Ｃ１」の順に変化する。

また、図３に示す充電状態開回路電圧曲線において、「変化領域Ｃ４」と「プラトー領域Ｐ３」と「変化領域Ｃ３」とからなるステージを「ステージＳｔ２１」とし、「プラトー領域Ｐ２」と「変化領域Ｃ２」とからなるステージを「ステージＳｔ２２」とし、「プラトー領域Ｐ１」と「変化領域Ｃ１」とからなるステージを「ステージＳｔ２３」とする。

また、「ステージＳｔ２１」の「変化領域Ｃ４」及び「プラトー領域Ｐ３」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報、「ステージＳｔ２２」の「プラトー領域Ｐ２」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報、並びに「ステージＳｔ２３」の「プラトー領域Ｐ１」及び「変化領域Ｃ１」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報では、それぞれ、電池Ｂの充電状態の減少に伴って、分極解消時間が増加するものとする。また、「ステージＳｔ２１」の「変化領域Ｃ３」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報、並びに、「ステージＳｔ２２」の「変化領域Ｃ２」における分極解消時間と充電状態との相関を示す情報では、それぞれ、電池Ｂの充電状態の減少に伴って、分極解消時間が減少するものとする。なお、電池Ｂの充電状態の減少によって、その充電状態が含まれるステージが、「ステージＳｔ２１」から「ステージＳｔ２２」に切り替わるときに、または、「ステージＳｔ２２」から「ステージＳｔ２３」に切り替わるときに電池Ｂの分極解消時間が減少する現象は、ステージの切り替わりに伴って電池Ｂの負極の内部構造が不安定状態から安定状態に変わることに起因すると考えられる。

このように、図３に示す情報Ｄ２では、図２に示す情報Ｄ１と同様に、全てのステージＳｔ２１～Ｓｔ２３において、単位容量あたりの分極解消時間の変化量の割合が比較的大きい。これにより、情報Ｄ２を参照することで分極解消時間の算出誤差の影響を抑えて分極解消時間から充電状態を一意に求めることができるため、充電状態を精度よく推定することができる。また、開回路電圧から充電状態の推定を精度良く行うには、単位容量あたりの開回路電圧の変化量の割合が大きい変化領域となるまで待つ必要があり、充電状態の推定頻度が低下し得るが、分極解消時間から充電状態の推定を行う場合には、充電状態の推定頻度が低下するおそれがない。

また、図３に示す情報Ｄ２では、図２に示す情報Ｄ１と同様に、車両Ｖｅの起動中、分極解消時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが隣接するステージに切り替わるとき、分極解消時間が比較的大きく変化する。これにより、ステージが切り替わるタイミングを比較的容易に判断することができるため、ステージが切り替わるタイミングに対応する充電状態を分極解消時の電池Ｂの充電状態とすることで、ステージの切替りタイミングに取得される分極解消時間から充電状態を一意に求めることができ、充電状態を精度よく推定することができる。

図４は、補正用の充電状態を推定する際の推定部１２２の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、推定部１２２は、電池Ｂの充電または放電が停止したと判断すると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、分極解消時間に関する情報を取得する（ステップＳ１２）。例えば、推定部１２２は、充電停止時または放電停止時から、単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量が閾値以下になるまでの時間を、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの分極解消時間に関する情報とする。または、推定部１２２は、単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量と分極解消時間との相関を示す情報を記憶部１１から読み出し、充電停止後または放電停止後に求められる、単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量に対応する分極解消時間を、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの分極解消時間に関する情報とする。または、推定部１２２は、充電停止後または放電停止後から分極が解消するまでに求められる、単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量を、分極解消時間に関する情報として取得する。単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量は、例えば、充電停止後または放電停止後から第１の時間（例えば１分）が経過したときに測定した第１の開回路電圧と、充電停止後または放電停止後から第１の時間よりも長い第２の時間（例えば２分）が経過したときに測定した第２の開回路電圧と、の差分に基づいて算出される。ここで、単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量が大きいほど、分極解消時間は短いとみなすことができ、単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量が小さいほど、分極解消時間は大きいとみなすことができるため、単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量と分極解消時間には相関がある。なお、分極解消時間に関する情報として単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量を用いる場合、電池Ｂの分極解消時間に関する情報と電池Ｂの充電状態との相関を示す情報として、単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量と電池Ｂの充電状態との相関を示す情報が記憶部１１に記憶される。

次に、推定部１２２は、情報Ｄ１または情報Ｄ２の各ステージのうち、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージを特定する（ステップＳ１３）。例えば、推定部１２２は、電池Ｂの充電開始時から今回の推定タイミングまでの間に電池Ｂに流れる電流の積算値ΔＩが図２に示す情報Ｄ１における充電状態１に相当する場合、充電状態Ｃｅ１が含まれるステージとしてステージＳｔ１２を特定する。また、推定部１２２は、電池Ｂの放電開始時から今回の推定タイミングまでの間に電池Ｂに流れた電流の積算値ΔＩが図３に示す情報Ｄ２における充電状態Ｃｅ２に相当する場合、充電状態Ｃｅ２が含まれるステージとしてステージＳｔ２２を特定する。また、推定部１２２は、充電停止時の電池Ｂの開回路電圧Ｖ１が、図２に示す充電状態開回路電圧曲線における充電状態Ｃｅ１に対応する場合、充電状態Ｃｅ１が含まれるステージとしてステージＳｔ１２を特定する。また、推定部１２２は、放電停止時の電池Ｂの開回路電圧Ｖ２が、図３に示す充電状態開回路電圧曲線における充電状態Ｃｅ２に対応する場合、充電状態Ｃｅ２が含まれるステージとしてステージＳｔ２２を特定する。

そして、推定部１２２は、ステップＳ１２で取得した分極解消時間に関する情報に基づいて充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態を推定する（ステップＳ１４）。例えば、推定部１２２は、ステップＳ１２で取得した分極解消時間が分極解消時間Ｔ１である場合、図２に示す情報Ｄ１を参照し、分極解消時間Ｔ１に対応する充電状態Ｃ１を、充電停止時の電池Ｂの充電状態として推定する。なお、ステージＳｔ１２において分極解消時間Ｔ１に対応する充電状態は、プラトー領域Ｐ２と変化領域Ｃ３とでそれぞれ存在するが、ステップＳ１３でステージを特定する際に用いた、電流の積算値ΔＩまたは開回路電圧Ｖ１に対応する充電状態Ｃｅ１に近い方の充電状態Ｃ１を採用するものとする。また、推定部１２２は、ステップＳ１２で取得した分極解消時間が分極解消時間Ｔ２である場合、図３に示す情報Ｄ２を参照し、分極解消時間Ｔ２に対応する充電状態Ｃ２を、充電停止時の電池Ｂの充電状態として推定する。なお、ステージＳｔ２２において分極解消時間Ｔ２に対応する充電状態は、プラトー領域Ｐ２と変化領域Ｃ２とでそれぞれ存在するが、ステップＳ１３でステージを特定する際に用いた、電流の積算値ΔＩまたは開回路電圧Ｖ２に対応する充電状態Ｃｅ２に近い方の充電状態Ｃ２を採用するものとする。

なお、ステップＳ１２とステップＳ１３の順番を入れ替えてもよい。

このように、図４に示すフローチャートによれば、情報Ｄ１または情報Ｄ２を用いて、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態を一意に求めることができる。

図５は、補正用の充電状態を推定する際の推定部１２２の動作の他の例を示すフローチャートである。なお、図５に示すステップＳ１１～Ｓ１３は、図４に示すステップＳ１１～Ｓ１３と同様であるため、その説明を省略する。

推定部１２２は、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージを特定した後（ステップＳ１３）、ステップＳ１２で取得した分極解消時間に関する情報により、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから所定ステージに隣接する隣接ステージに切り替わったか否かを判断する（ステップＳ２１）。なお、充電時における動作の他の例では、一連の充電の間に複数回充電が停止され、当該充電停止のたびに分極解消時間に関する情報が取得されるものとする。同様に、放電時における動作の他の例では、一連の放電の間に複数回放電が停止され、当該放電停止のたびに分極解消時間に関する情報が取得されるものとする。

ここで、図２及び図３に示すように、電池Ｂの分極解消時間は、プラトー領域Ｐ１～Ｐ３において、電池Ｂの充電または放電が進むにつれて徐々に長くなっていく。すなわち、プラトー領域Ｐ１～Ｐ３においては、電池Ｂの分極解消時間は、電池Ｂの充電状態の変化（充電時は上昇、放電時は下降）に対して正の傾きを有している。これに対して、変化領域Ｃ２、Ｃ３においては、電池Ｂの充電または放電が進むにつれて電池Ｂの分極解消時間は急激に短くなる。すなわち、変化領域Ｃ２、Ｃ３においては、電池Ｂの分極解消時間は、電池Ｂの充電状態の変化（充電時は上昇、放電時は下降）に対しての負の傾きを有しており、且つ、その傾きは急峻である。

このため、例えば、推定部１２２が分極解消時間に関する情報として分極解消時間を取得した場合には、推定部１２２は、今回の充電停止または放電停止より前の充電停止または放電停止で取得した第１の分極解消時間Ｔ１１が第１の閾値以上になった後、今回の充電停止または放電停止で取得した第２の分極解消時間Ｔ１２が第１の閾値より小さい第２の閾値以下になり、かつ、第１の分極解消時間Ｔ１１が第１の閾値以上になったときの電池Ｂの充電状態と、第２の分極解消時間Ｔ１２が第２の閾値以下になったときの電池Ｂの充電状態との差が充電状態閾値以下であるとき、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったと判断する。ここで、第１の分極解消時間Ｔ１１が第１の閾値以上になったときの電池Ｂの充電状態及び第２の分極解消時間Ｔ１２が第２の閾値以下になったときの電池Ｂの充電状態は、電池Ｂの開回路電圧や、電流の積算値に基づいて算出され得る。または、推定部１２２は、電池Ｂの第１の分極解消時間Ｔ１１と、第１の分極解消時間Ｔ１１より後に取得される電池Ｂの第２の分極解消時間Ｔ１２との差が分極解消時間閾値以上になり、かつ、第２の分極解消時間Ｔ１２が第１の分極解消時間Ｔ１１より小さいとき、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったと判断する。

または、推定部１２２が分極解消時間に関する情報として単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量を取得した場合には、今回の充電停止または放電停止より前の充電停止または放電停止で取得した単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量である第１の変化量Ｔ１３が第３の閾値以下になった後、今回の充電停止または放電停止で取得した単位時間あたりの電池Ｂの開回路電圧の変化量である第２の変化量Ｔ１４が第３の閾値より大きい第４の閾値以上になり、かつ、第１の変化量Ｔ１３が第３の閾値以下になったときの電池Ｂの充電状態と、第２の変化量Ｔ１４が第４の閾値以上になったときの電池Ｂの充電状態との差が充電状態閾値以下であるとき、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったと判断する。または、推定部１２２は、第１の変化量Ｔ１３と、第１の変化量Ｔ１３より後に取得される第２の変化量Ｔ１４との差が変化量閾値以上になり、かつ、第２の変化量Ｔ１３が第１の変化量Ｔ１３より大きいとき、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったと判断してもよい。

なお、第１の閾値は、分極解消時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わる直前の分極解消時間の最大値から所定値を減算して求められ得る。また、第２の閾値は、分極解消時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わった直後の分極解消時間の最小値に所定値を加算して求められ得る。また、充電状態閾値は、一つのステージでの最大充電状態と最小充電状態との差により求められ得る。また、分極解消時間閾値は、第１の閾値と第２の閾値との差により求められ得る。

そして、推定部１２２は、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったと判断すると（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態を推定する（ステップＳ２２）。例えば、図２に示すステージＳｔ１１とステージＳｔ１２との境界に対応する充電状態をＣ１１とし、ステージＳｔ１２とステージＳｔ１３との境界に対応する充電状態を充電状態Ｃ１２とし、充電状態Ｃ１１、Ｃ１２が記憶部１１に予め記憶されている場合を想定する。この場合、推定部１２２は、充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージがステージＳｔ１１からステージＳｔ１２に切り替わったと判断すると、記憶部１１から充電状態Ｃ１１を読み出し、その充電状態Ｃ１１を、充電停止時の電池Ｂの充電状態として推定する。また、推定部１２２は、充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージがステージＳｔ１２からステージＳｔ１３に切り替わったと判断すると、記憶部１１から充電状態Ｃ１２を読み出し、その充電状態Ｃ１２を、充電停止時の電池Ｂの充電状態として推定する。または、図３に示すステージＳｔ２１とステージＳｔ２２との境界に対応する充電状態を充電状態Ｃ２１とし、ステージＳｔ２２とステージＳｔ２３との境界に対応する充電状態を充電状態Ｃ２２とし、充電状態Ｃ２１、Ｃ２２が記憶部１１に予め記憶されている場合を想定する。この場合、推定部１２２は、放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージがステージＳｔ２１からステージＳｔ２２に切り替わったと判断すると、記憶部１１から充電状態Ｃ２１を読み出し、その充電状態Ｃ２１を、放電停止時の電池Ｂの充電状態として推定する。また、推定部１２２は、放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージがステージＳｔ２２からステージＳｔ２３に切り替わったと判断すると、記憶部１１から充電状態Ｃ２２を読み出し、その充電状態Ｃ２２を、放電停止時の電池Ｂの充電状態として推定する。

このように、図５に示すフローチャートによれば、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったタイミングを用いて、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態を一意に求めることができる。

すなわち、上述したように、グラファイトを用いた負極を有する電池Ｂでは、単位充電状態あたりの分極解消時間の変化量の割合が比較的大きい。また、グラファイトを用いた負極を有する電池Ｂでは、プラトー領域や変化領域からなるステージが切り替わるタイミングと充電状態との間に相関関係がある。

そこで、実施形態の蓄電装置ＢＰでは、分極解消時間と充電状態との相関を示す情報Ｄ１、Ｄ２やステージが切り替わるタイミングを用いて電池Ｂの充電状態を推定する構成である。これにより、充電停止時または放電停止時の電池Ｂの充電状態を精度よく推定することができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

＜プロセッサ１２の他の動作＞
プロセッサ１２は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の動作を制御するとともに、ＣＡＮ通信などにより監視ＥＣＵ４及び車両ＥＣＵ５と通信を行う。

すなわち、プロセッサ１２は、ユーザによるイグニッションスイッチの操作によりイグニッションオフからイグニッションオンに切り替わった旨を車両ＥＣＵ５から受信すると、スイッチＳＷ１、ＳＷ３を遮断状態から導通状態に切り替えるとともにスイッチＳＷ２を遮断状態のままにする。

また、プロセッサ１２は、推定タイミングになると、電池Ｂに流れる電流の積算値により電池Ｂの充電状態を推定し、補正タイミングになると、図４または図５に示すフローチャートのように、分極解消時間に関する情報に基づいて、電池Ｂの充電状態を推定するとともに、電流の積算値により推定した充電状態を、分極解消時間に関する情報により推定した充電状態に補正する。

また、プロセッサ１２は、その充電状態に応じた入力電力指令値Ｗｉｎまたは出力電力指令値Ｗｏｕｔを車両ＥＣＵ５に送信する。

また、プロセッサ１２は、電池Ｂの充電状態が第１の下限閾値以下になると、制限後の出力電力指令値Ｗｏｕｔを車両ＥＣＵ５に送信し、電池Ｂの充電状態が第１の上限閾値以上になると、制限後の入力電力指令値Ｗｉｎを車両ＥＣＵ５に送信する。車両ＥＣＵ５は、出力電力指令値Ｗｏｕｔに応じた電力が電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに供給されるようにインバータ回路Ｉｎｖの動作を制御するとともに、入力電力指令値Ｗｉｎに応じた電力がインバータ回路Ｉｎｖから電池Ｂに供給されるようにインバータ回路Ｉｎｖの動作を制御する。車両ＥＣＵ５は、出力電力指令値Ｗｏｕｔまたは入力電力指令値Ｗｉｎが制限されると、インバータ回路Ｉｎｖのスイッチのオン、オフを制御する制御信号のデューティ比を小さくすることにより、電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに供給される電力またはインバータ回路Ｉｎｖから電池Ｂに供給される電力を制限する。

また、プロセッサ１２は、電池Ｂの充電状態が第１の下限閾値より小さい第２の下限閾値以下になると、または、電池Ｂの充電状態が第１の上限閾値より大きい第２の上限閾値以上になると、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を遮断することにより、電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに電力が供給されること、インバータ回路Ｉｎｖから電池Ｂに電力が供給されること、及び充電器Ｃｈから電池Ｂに電力が供給されることを禁止する。なお、第２の下限閾値は、電池Ｂが過放電状態になる直前の電池Ｂの充電状態とし、第２の上限閾値は、電池Ｂが過充電状態になる直前の電池Ｂの充電状態とする。これにより、電池Ｂが過充電状態または過放電状態になることを防止することができる。

また、プロセッサ１２は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２またはスイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３を導通させているとき、監視ＥＣＵ４から通知される電圧が過電圧閾値以上になると、または、監視ＥＣＵ４から通知される電流が過電流閾値以上になると、または、監視ＥＵＣ４から通知される温度が過温度閾値以上になると、電池Ｂに異常が発生したと判断し、その旨を車両ＥＣＵ５に送信する。車両ＥＣＵ５は、電池Ｂに異常が発生した旨を受信すると、電池Ｂからインバータ回路Ｉｎｖに電力が供給されること、インバータ回路Ｉｎｖから電池Ｂに電力が供給されること、及び充電器Ｃｈから電池Ｂに電力が供給されることを禁止する。

また、プロセッサ１２は、ユーザによるイグニッションスイッチの操作によりイグニッションオンからイグニッションオフに切り替わった旨を車両ＥＣＵ５から受信すると、スイッチＳＷ１、ＳＷ３を導通状態から遮断状態に切り替えるとともにスイッチＳＷ２を遮断状態のままにする。

また、プロセッサ１２は、充電器Ｃｈと車両Ｖｅとが充電ケーブルなどを介して電気的に接続された後、電池Ｂの充電開始指示を車両ＥＣＵ５から受信すると、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を導通させるとともにスイッチＳＷ３を遮断状態にする。

また、プロセッサ１２は、電池Ｂの充電状態に応じた電流指令値を車両ＥＣＵ５に送信する。車両ＥＣＵ５は、電流指令値に応じた電流が充電器Ｃｈから電池Ｂに供給されるように電流指令値を充電器Ｃｈに送信する。

＜バリエーション＞
上述したように、本発明の実施形態に係わる蓄電装置は、電池Ｂの分極解消時間に関する情報に基づいて電池Ｂの充電状態（即ち、ＳＯＣ）を推定する。ただし、電池Ｂの分極解消時間に関する情報を取得するためには、電池Ｂに対する充電動作または電池Ｂからの放電を一時的に停止する必要がある。

本発明の実施形態のバリエーションに係わる蓄電装置は、電池Ｂの充電時において、電池Ｂの充電電流の積算値に基づいて電池Ｂの充電状態を推定する。また、蓄電装置は、電池Ｂの充電状態が変化領域（図２では、Ｃ２、Ｃ３）に近づくと、パルス充電モードに移行する。パルス充電モードにおいては、蓄電装置は、電池Ｂを充電する動作、及び、充電を停止して電池Ｂの分極解消時間に関する情報を取得する動作を交互に実行する。そして、取得した電池Ｂの各分極解消時間に関する情報を用いて、充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったか否かを判断し、切り替わったと判断されれば電池Ｂの充電状態を推定する。

図６は、本発明の実施形態のバリエーションにおいて電池Ｂの充電状態を推定する方法を説明する図である。なお、図６を参照する記載では、分極解消時間に関する情報の一例として分極解消時間を使用することがある。

グラフの横軸は、電池Ｂの充電状態を表す。ただし、図６は、電池Ｂの充電状態の全範囲ではなく、複数の変化領域のうちの１つの変化領域およびその周辺の領域のみを示している。具体的には、図２に示す変化領域Ｃ２およびその周辺の領域が示されている。グラフの縦軸は、電池Ｂの分極解消時間を表す。

変化領域（ここでは、Ｃ２）が現れる電池Ｂの充電状態は既知である。図６（ａ）に示す実施例では、変化領域Ｃ２の中心に対応する電池Ｂの充電状態が「ＳＯＣ１」で表記されている。なお、電池Ｂの充電状態と電池Ｂの分極解消時間との相関を表す情報（図２では、情報Ｄ１）は、図１に示す記憶部１１の保存されている。また、各変化領域が現れる充電状態を表す情報または各変化領域の中心に対応する充電状態を表す情報も合わせて記憶部１１の保存されている。

図７は、本発明の実施形態のバリエーションにおいて電池Ｂの充電状態を推定する方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、電池Ｂの充電動作中に図１に示すプロセッサ１２（充放電制御部１２１および推定部１２２）により実行される。

Ｓ３１において、推定部１２２は、電池Ｂの充電電流を積算することにより、電池Ｂの充電状態を推定する。ただし、この推定値は、誤差が蓄積するので、その精度は必ずしも高くない。

Ｓ３２において、推定部１２２は、電池Ｂの充電状態が変化領域に接近したか否かを判定する。変化領域は、電池Ｂの充電状態に対して電池Ｂの開回路電圧ＯＣＶの傾きが所定の閾値より大きくなる領域を意味し、図２に示す例ではＣ２およびＣ３に相当する。電池Ｂの充電状態が変化領域に接近したか否かは、この実施例では、変化領域の中心を表すＳＯＣから所定量だけ低充電状態側にシフトしたＳＯＣを用いて判定される。図６（ａ）においては、変化領域Ｃ２の中心を表すＳＯＣ１から所定量だけ低充電状態側にシフトした、プラトー領域Ｐ１に含まれる充電状態を表すＳＯＣ２が設定されている。この場合、Ｓ３１で推定した充電状態がＳＯＣ２より高くなると、電池Ｂの充電状態が変化領域Ｃ２に接近したと判定される。なお、「所定量」は、電池Ｂの特性のばらつき及び電流積算値による推定誤差を考慮して決定されることが好ましい。

電池Ｂの充電状態が変化領域に接近していないと判定したときは、プロセッサ１２の処理はＳ３１に戻る。すなわち、電池Ｂの充電状態が変化領域に接近するまで、Ｓ３１～Ｓ３２の処理が実行される。そして、電池Ｂの充電状態が変化領域に接近すると、推定部１２２は、Ｓ３３において、電池Ｂの充電状態が接近した変化領域を特定する。図２に示す例では、電池Ｂの充電状態が変化領域Ｃ２または変化領域Ｃ３のいずれに接近したのかが特定される。なお、推定部１２２は、電流積算値に基づいて推定される充電状態が変化領域Ｃ２または変化領域Ｃ３のいずれに近いのかを判定できるものとする。

Ｓ３４において、充放電制御部１２１は、パルス充電モードに移行して、電池Ｂの充電を停止する。なお、充電を停止すると、電池Ｂの分極が徐々に解消してゆく。Ｓ３５において、推定部１２２は、電池Ｂの分極解消時間に関する情報を取得する。電池Ｂの分極解消時間に関する情報は、上述したように、分極解消時間であってもよいし、分極解消時間と相関を有する他の情報であってもよい。例えば、電池Ｂの分極解消時間に関する情報は、電圧変化であってもよい。そして、推定部１２２は、Ｓ３５で取得した分極解消時間に関する情報を「Ｔ１」として保存する。

Ｓ３６～Ｓ３７において、充放電制御部１２１は、所定期間だけ電池Ｂの充電を行い、その後、電池Ｂの充電を停止する。なお、パルス充電モードにおいて電池Ｂの充電を行う所定期間は、一回の当該所定期間において充電されることで増加する充電状態の増加量ΔＱが、変化領域Ｃ２が占める既知の充電状態の範囲よりも小さくなるように設定されることが好ましい。Ｓ３８において、推定部１２２は、電池Ｂの分極解消時間に関する情報を取得する。なお、Ｓ３５およびＳ３８において電池Ｂの分極解消時間に関する情報を取得する方法は、前述のＳ１２と同様の手法が用いられる。そして、推定部１２２は、Ｓ３８で取得した分極解消時間に関する情報を「Ｔ２」として保存する。

Ｓ３９において、推定部１２２は、分極解消時間に関する情報Ｔ１および分極解消時間に関する情報Ｔ２により、Ｓ３７における充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから所定ステージに隣接する隣接ステージに切り替わったか否かを判断する。このとき、分極解消時間に関する情報Ｔ１を前回の充電停止または放電停止で取得した分極解消時間に関する情報とし、分極解消時間に関する情報Ｔ２を今回の充電停止または放電停止で取得した分極解消時間に関する情報として、前述のＳ２１と同様の処理が実施される。そして、Ｓ３７における充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わっていないと判断したときは、プロセッサ１２の処理はＳ３６に戻る。すなわち、Ｓ３７における充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わるまで、Ｓ３６～Ｓ３９のループ処理が繰り返し実行される。このとき、電池Ｂへの充電を停止して電池Ｂの分極解消時間に関する情報を取得する動作、及び、電池Ｂを充電する動作が交互に実行される。なお、Ｓ３８で得られた分極解消時間に関する情報Ｔ２は、Ｓ４０において、次のループ処理での計算のための「Ｔ１」として保存される。

Ｓ３７における充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから隣接ステージに切り替わったと判断したときは、推定部１２２は、Ｓ４１において、現在の電池Ｂの充電状態が、Ｓ３３で特定した変化領域に属していると判定する。そして、推定部１２２は、Ｓ３３で特定した変化領域に基づいて電池Ｂの充電状態を推定する。図６（ａ）に示す例では、電池Ｂの現在の充電状態がＳＯＣ１であると推定される。

この後、プロセッサ１２の処理はＳ３１に戻る。そして、推定部１２２は、Ｓ４１で推定した充電状態を使用して以降の推定処理を継続する。すなわち、推定部１２２は、Ｓ４１で推定した充電状態を表すＳＯＣに、充電電流の積算値を加算していくことで、電池Ｂの充電状態を推定する。なお、充放電制御部１２１は、パルス充電モードから通常の充電モードに切り替わる。すなわち、Ｓ３３で特定した変化領域に基づいて電池Ｂの充電状態を推定した後は、再び変化領域に接近するまでは、電池Ｂへの充電を停止して電池Ｂの分極解消時間に関する情報を取得する動作、及び、電池Ｂを充電する動作を交互に実行しなくなる。

ここで、図６（ｂ）を参照して推定処理の一例を示す。尚、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す情報Ｄ１の一部を拡大して描いている。

図６（ｂ）に示す例では、電池Ｂの充電動作中において、電池Ｂの充電状態を表すＳＯＣが電流積算値に基づいてＳＯＣ２より大きくなったと判断すると、推定部１２２は、変化領域Ｃ２に接近したと判断する。変化領域Ｃ２に接近したと判断されれば、充放電制御部１２１はパルス充電モードに移行する。充電状態Ｘ１において充放電制御部１２１が電池Ｂの充電を停止したとき、推定部１２２は電池Ｂの電圧解消時間に関する情報を取得する。このとき、電圧解消時間に関する情報Ｔ１が得られる。続いて、所定期間にわたってΔＱだけ電池Ｂを充電した後に充電を停止したとき、推定部１２２は、充電状態Ｘ２において電池Ｂの電圧解消時間に関する情報を取得する。このとき、電圧解消時間に関する情報Ｔ２が得られる。

そして、推定部１２２は、分極解消時間に関する情報Ｔ１および分極解消時間に関する情報Ｔ２により、充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから所定ステージに隣接する隣接ステージに切り替わったか否かを判断する。この例では、充電状態Ｘ２にて充電を停止したときには、隣接ステージに切り替わっていないと判断される。この場合、推定部１２２は、電池Ｂの充電状態が未だ変化領域に達していないと判定する。そうすると、電圧解消時間に関する情報Ｔ２を電圧解消時間に関する情報Ｔ１として保存し、再度、図７のＳ３６～Ｓ３９が実行される。

すなわち、充電状態Ｘ２からΔＱだけ電池Ｂを充電した後に充電を停止したとき、推定部１２２は、充電状態Ｘ３において電池Ｂの電圧解消時間に関する情報を取得する。このとき、新たな電圧解消時間に関する情報Ｔ２が得られる。そして、推定部１２２は、前回保存した分極解消時間に関する情報Ｔ１および新たに取得した分極解消時間に関する情報Ｔ２により、充電停止時の電池Ｂの充電状態が含まれるステージが所定ステージから所定ステージに隣接する隣接ステージに切り替わったか否かを判断する。この例では、充電状態Ｘ３にて充電を停止したときに、隣接ステージに切り替わったと判断される。この場合、推定部１２２は、電池Ｂの充電状態がＳＯＣ１であると推定する。

このように、本発明の実施形態のバリエーションに係わる蓄電装置は、電池Ｂの充電動作中にその充電状態が所定の変化領域に接近すると、電池Ｂの分極解消時間を定期的に測定することで、電池Ｂの充電状態に対する分極解消時間の傾きを求める。そして、この傾きに基づいて電池Ｂの充電状態を推定する。よって、分極解消時間を測定するために充電動作を停止する回数が必要最小限に抑制されるので、充電効率を下げることなく精度良く電池Ｂの充電状態を推定できる。

１ 電池ＥＣＵ
２ 電流計
３ 温度計
４ 監視ＥＣＵ
５ 車両ＥＣＵ
１１ 記憶部
１２ プロセッサ
１２１ 取得部
１２２ 推定部
Ｖｅ 車両
ＢＰ 蓄電装置
Ｉｎｖ インバータ回路
Ｍ モータ
Ｃｈ 充電器
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ スイッチ

Claims (8)

1. リチウムイオンを吸蔵及び放出するグラファイトを用いた負極を有する電池と、
   前記電池の充電停止時または放電停止時から前記電池の分極が解消するまでの分極解消時間に関する情報を取得し、前記分極解消時間に関する情報に基づいて、前記充電停止時または前記放電停止時の前記電池の充電状態を推定する推定部と、
   を備える蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   前記電池の分極解消時間に関する情報と前記電池の充電状態との相関を示す情報を記憶する記憶部を備え、
   前記推定部は、前記記憶部を参照して、前記充電停止時または前記放電停止時に取得される前記分極解消時間に関する情報に対応する前記電池の充電状態を、前記充電停止時または前記放電停止時の前記電池の充電状態とする
   ことを特徴とする蓄電装置。
3. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   前記電池は、横軸が前記電池の充電状態を示し縦軸が前記電池の開回路電圧を示す２次元座標において、単位充電状態あたりの開回路電圧の変化量の割合が所定値以下である複数のプラトー領域と、前記割合が前記所定値より大きい複数の変化領域とを有し、少なくとも１つの前記変化領域が２つの前記プラトー領域の間に位置する充電状態開回路電圧曲線を有すると共に、前記複数のプラトー領域のうちの所定のプラトー領域とその所定のプラトー領域に隣接する１つ以上の変化領域とからなる複数のステージを有し、
   それぞれの前記ステージが切り替わるタイミングに対応する前記電池の充電状態を記憶する記憶部を備え、
   前記推定部は、前記充電停止時または前記放電停止時の前記ステージが、所定ステージから前記所定ステージに隣接する隣接ステージに切り替わったと前記分極解消時間に関する情報に基づいて判断すると、前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったタイミングに対応する前記電池の充電状態を、前記充電停止時または前記放電停止時の前記電池の充電状態とする
   ことを特徴とする蓄電装置。
4. 請求項３に記載の蓄電装置であって、
   前記推定部は、
   前記分極解消時間に関する情報として、前記充電停止後または前記放電停止後から前記分極が解消するまでに求められる前記電池の分極解消時間を、前記充電停止または前記放電停止のたびに取得し、
   前回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した前記電池の第１の分極解消時間が第１の閾値以上になり、今回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した前記電池の第２の分極解消時間が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以下になり、かつ、前記前回の充電停止または放電停止のときの前記電池の充放電電流の積算値に基づく充電状態と前記今回の充電停止または放電停止のときの前記電池の充放電電流の積算値に基づく充電状態との差が充電状態閾値以下であるとき、前記今回の充電停止時または放電停止時の前記電池の充電状態が含まれるステージが前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったと判断する
   ことを特徴とする蓄電装置。
5. 請求項３に記載の蓄電装置であって、
   前記推定部は、
   前記分極解消時間に関する情報として、前記充電停止後または前記放電停止後から前記分極が解消するまでに求められる前記電池の分極解消時間を、前記充電停止または前記放電停止のたびに取得し、
   前回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した前記電池の第１の分極解消時間と、今回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した前記電池の第２の分極解消時間との差が分極解消時間閾値以上になり、かつ、前記第２の分極解消時間が前記第１の分極解消時間より小さいとき、前記今回の充電停止時または放電停止時の前記電池の充電状態が含まれるステージが前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったと判断する
   ことを特徴とする蓄電装置。
6. 請求項３に記載の蓄電装置であって、
   前記推定部は、
   前記分極解消時間に関する情報として、前記充電停止後または前記放電停止後から前記分極が解消するまでに求められる、単位時間あたりの前記電池の開回路電圧の変化量を、前記充電停止または前記放電停止のたびに取得し、
   前回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した第１の変化量が第３の閾値以下になり、今回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した第２の変化量が前記第３の閾値より大きい第４の閾値以上になり、かつ、前記前回の前記充電停止または前記放電停止のときの前記電池の充放電電流の積算値に基づく充電状態と前記今回の前記充電停止または前記放電停止のときの前記電池の充放電電流の積算値に基づく充電状態との差が充電状態閾値以下であるとき、前記今回の充電停止時または放電停止時の前記電池の充電状態が含まれるステージが前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったと判断する
   ことを特徴とする蓄電装置。
7. 請求項３に記載の蓄電装置であって、
   前記推定部は、
   前記分極解消時間に関する情報として、前記充電停止後または前記放電停止後から前記分極が解消するまでに求められる、単位時間あたりの前記電池の開回路電圧の変化量を、前記充電停止または前記放電停止のたびに取得し、
   前回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した第１の変化量と、今回の前記充電停止または前記放電停止のときに取得した第２の変化量との差が変化量閾値以上になり、かつ、前記第２の変化量が前記第１の変化量より大きいとき、前記今回の充電停止時または放電停止時の前記電池の充電状態が含まれるステージが前記所定ステージから前記隣接ステージに切り替わったと判断する
   ことを特徴とする蓄電装置。
8. 請求項３～７のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
   前記推定部は、前記電池の充電動作時において、前記電池の充電電流の積算値を利用して前記電池の充電状態を推定することにより前記電池の充電状態が前記複数の変化領域のうちの第１の変化領域に接近したことを検出すると、前記電池への充電を停止して前記電池の分極解消時間に関する情報を取得する動作と、前記電池を充電する動作を交互に実行する
   ことを特徴とする蓄電装置。

Images