JP2022180715A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ニッケル水素電池を備える車載の電池システムにおいて、充電リザーブ量の推定値を算出する処理装置が交換された場合であっても、充電リザーブ量の推定値を適切に算出し続ける。【解決手段】電池システム２は、組電池１０と、バッテリＥＣＵ１００とを備える。バッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０が交換されていない場合に、第１の処理を実行し、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０が交換された場合に、第２の処理を実行する。第１の処理は、総走行距離から推定される充電リザーブ量の第１の推定値と、総走行距離との予め定められた関係を用いて、総走行距離から第１の推定値を算出する処理を含む。第２の処理は、組電池１０の温度、放電電気量、及びＳＯＣ（State of Charge）変動幅から、充電リザーブ量の第２の推定値を算出する処理を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、電池システムに関し、特に、ニッケル水素電池を備える電池システムに関する。

特開２０１４－０８７２１８号公報は、車両などに搭載される電池システムを開示する。この電池システムは、ニッケル水素電池と、温度センサと、コントローラとを有する。温度センサは、ニッケル水素電池の温度を検出する。コントローラは、ニッケル水素電池の負極リザーブ量の推定値が目標値よりも小さいとき、ニッケル水素電池の充放電を制限する。コントローラは、ニッケル水素電池の温度と負極リザーブ量との対応関係を用いて、取得された温度に対応する負極リザーブ量の推定値を算出する。

特開２０１４－０８７２１８号公報

ニッケル水素電池においては、負極の劣化（酸化）により負極の充電リザーブ量が減少すると、負極から水素ガスが発生し、電池の内圧が上昇する。ニッケル水素電池には、内圧が上昇すると開く安全弁が一般的に設けられており、これにより内圧の異常上昇が防止される。しかしながら、安全弁が開くと、ガスとともに電解液も外部へ放出されるため、電解液が減少し、電池の性能が劣化する。即ち、ニッケル水素電池の充電リザーブ量の減少は、電池の性能劣化を招く。そこで、充電リザーブ量の推定値を精度良く算出することで、その算出結果に基づいて適切な制御を実行することにより電池の性能劣化を適切に抑制することが好ましい。

車両において、充電リザーブ量を算出する処理装置が搭載される場合、処理装置は、ニッケル水素電池のパラメータに従って充電リザーブ量の推定値を算出することができる。ここで、処理装置が交換されると、ニッケル水素電池のパラメータは、交換後の処理装置に引き継がれない。そのため、交換後の処理装置は、ニッケル水素電池のパラメータに従って充電リザーブ量の推定値を算出できないことがある。その結果、充電リザーブ量の推定値に従って電池の性能劣化を適切に抑制することができない。特許文献１においては、このような問題が検討されていない。

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ニッケル水素電池を備える車載の電池システムにおいて、充電リザーブ量の推定値を算出する処理装置が交換された場合であっても、充電リザーブ量の推定値を適切に算出し続けることである。

本開示の電池システムは、車両に搭載される。電池システムは、ニッケル水素電池と、処理装置とを備える。処理装置は、ニッケル水素電池の充電リザーブ量の推定値を算出する。処理装置は、処理装置が交換され、かつ、処理装置が交換された後にニッケル水素電池が交換されていない場合に、充電リザーブ量の推定値を示す第１の推定値を算出する第１の処理を実行する。処理装置は、処理装置が交換され、かつ、処理装置が交換された後にニッケル水素電池が交換された場合に、充電リザーブ量の推定値を示す第２の推定値を算出する第２の処理を実行する。第１の処理は、車両の総走行距離を取得する処理と、総走行距離から推定される充電リザーブ量の第１の推定値と、総走行距離との予め定められた関係を用いて、総走行距離から第１の推定値を算出する処理とを含む。第２の処理は、ニッケル水素電池の放電電流の積算値を示す放電電気量を算出する処理と、所定時間におけるニッケル水素電池のＳＯＣ（State of Charge）変動幅を算出する処理と、ニッケル水素電池の温度、放電電気量、及びＳＯＣ変動幅から、充電リザーブ量の第２の推定値を算出する処理とを含む。

上記の構成とすることにより、処理装置が交換されてからニッケル水素電池が交換されるまでの間、総走行距離から充電リザーブ量の第１の推定値が算出される。他方、処理装置が交換された後にニッケル水素電池が交換されると、ニッケル水素電池が新品に交換されたものとして、ニッケル水素電池の温度、ニッケル水素電池が交換されてからの放電電気量、及びＳＯＣ変動幅から、充電リザーブ量の第２の推定値が算出される。第２の推定値は、ニッケル水素電池の上記のようなパラメータに従って算出されるため、第２の推定値の精度は、第１の推定値の精度よりも高い。このように、処理装置が交換される場合であっても、充電リザーブ量の算出処理が適切に継続し、さらにその後、ニッケル水素電池が交換された場合には、第１の推定値よりも精度の高い第２の推定値に従って充電リザーブ量が算出される。したがって、上記の電池システムによれば、処理装置が交換された場合であっても、充電リザーブ量の推定値を適切に算出し続けることができる。

本開示によれば、ニッケル水素電池を備える車載の電池システムにおいて、充電リザーブ量の推定値を算出する処理装置が交換された場合であっても、充電リザーブ量の推定値を適切に算出し続けることができる。

本開示に従う電池システムが搭載される車両の構成を概略的に示す図である。 組電池に含まれるニッケル水素電池の構成例を示す図である。 ニッケル水素電池の正極及び負極の容量のイメージ図である。 ニッケル水素電池の放電電気量と、充電リザーブ量の減少量との関係を示す図である。 組電池のセル毎の温度、放電電気量及びΔＳＯＣと、充電リザーブ量の推定値との対応関係を示すマップの一例を示す図である。 充電リザーブ量の算出に関する処理の手順の一例を示すフローチャートである。 充電リザーブ量の減少量の推定値と車両の総走行距離との関係を示す図である。 総走行距離に従う充電リザーブ量の算出処理に伴う処理の手順の一例を示すフローチャートである。 バッテリＥＣＵが交換された後に組電池がさらに交換される場合に、充電リザーブ量の減少量の推定値が、総走行距離の増加に伴ってどのように変化するかを示す図である。 バッテリＥＣＵおよび組電池の交換に伴う処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。

図１は、本開示に従う電池システムが搭載される車両１の構成を概略的に示す図である。なお、以下では、車両１が電気自動車（ＥＶ（Electric Vehicle））である場合について代表的に説明するが、本開示の電池システムは、ＥＶに搭載されるものに限定されず、ハイブリッド車両（ＨＶ（Hybrid Vehicle））または燃料電池車両（ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle））等に搭載されてもよい。

図１を参照して、車両１は、電池システム２と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３０と、ＭＧ（Motor Generator）４０と、伝達ギヤ５０と、駆動輪６０と、車速センサ７５とを備える。車両１は、ＭＧ－ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９２と、メータＥＣＵ７０と、メータパネル８０と、統合ＥＣＵ９０と、スタートスイッチ９５とをさらに備える。電池システム２は、組電池１０と、監視ユニット２０と、バッテリＥＣＵ１００とを備える。

組電池１０は、多数のニッケル水素単電池を含んで構成される。詳しくは、複数のセルを纏めてモジュールが構成され、複数のモジュールが電気的に接続されて組電池１０が構成される。

監視ユニット２０は、電圧センサ２１と、電流センサ２２と、温度センサ２３とを含む。電圧センサ２１は、組電池１０のセル毎の電圧ＶＢｉを検出する。電流センサ２２は、組電池１０の充放電電流である電流ＩＢを検出する。なお、本実施の形態では、電流センサ２２は、放電電流を正値の電流ＩＢとして検出し、充電電流を負値の電流ＩＢとして検出する。温度センサ２３は、セル毎の温度ＴＢｉを検出する。そして、各センサは、検出結果を示す信号をバッテリＥＣＵ１００へ出力する。

なお、電圧センサ２１及び温度センサ２３は、複数（たとえば数個）のセルを監視単位として電圧及び温度を検出してもよい。この場合、電圧については、複数のセルに対する検出値をそのセル数で割ることによって、セル毎の電圧（平均値）を算出することができる。

バッテリＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ１０４と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含んで構成される。メモリ１０４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを含む（いずれも図示せず）。

バッテリＥＣＵ１００は、監視ユニット２０から受ける各センサ信号、並びにメモリ１０４に記憶されたプログラム、データ及びマップなどに基づいて、組電池１０におけるニッケル水素電池の充電リザーブ量の推定値および組電池１０のＳＯＣを算出する。バッテリＥＣＵ１００は、充電リザーブ量の推定値がしきい値を下回った場合に、充電リザーブ量の減少を抑制するための制御を実行する。充電リザーブ量及びその推定値の算出方法、並びに充電リザーブ量の減少を抑制するための制御については、後ほど詳しく説明する。ＳＯＣの算出方法については、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）とＳＯＣとの関係を示すＯＣＶ－ＳＯＣカーブ（マップ等）を用いた手法および、充放電電流の積算値を用いた手法等、公知の各種手法を用いることができる。

バッテリＥＣＵ１００は、車速センサ７５から検出値を逐次取得し、その検出値と、そのサンプリング間隔とに従って、当該サンプリング間隔ごとの車両１の走行距離を算出する。そして、バッテリＥＣＵ１００は、その走行距離を積算することによって、車両１の製造時からの総走行距離を算出する。

ＰＣＵ３０は、組電池１０とＭＧ４０との間で双方向の電力変換を実施する。ＰＣＵ３０は、たとえば、ＭＧ４０を駆動するインバータと、インバータに供給される直流電圧を組電池１０の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。

ＭＧ４０は、代表的には交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ４０は、ＰＣＵ３０により駆動されて回転駆動力を発生するように構成される。ＭＧ４０により発生された駆動力は、伝達ギヤ５０を通じて駆動輪６０に伝達される。一方、車両１の制動時には、ＭＧ４０は、発電機として作動し、回生発電を行なうように構成される。ＭＧ４０により発電された電力は、ＰＣＵ３０を通じて組電池１０に供給（充電）される。

車速センサ７５は、駆動輪６０の駆動軸の回転速度から車両１の走行速度を検出し、その検出値を出力する。車速センサ７５は、ＭＧ４０の出力軸の回転速度から車両１の走行速度を検出してもよい。車速センサ７５の検出値は、ＭＧ－ＥＣＵ９２、統合ＥＣＵ９０およびバッテリＥＣＵ１００に出力される。

ＭＧ－ＥＣＵ９２、メータＥＣＵ７０および統合ＥＣＵ９０は、バッテリＥＣＵ１００と同様に、ＣＰＵなどのプロセッサと、ＲＯＭおよびＲＡＭなどにより構成されるメモリと、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される（いずれも図示せず）。

ＭＧ－ＥＣＵ９２は、統合ＥＣＵ９０からの制御信号に従ってＰＣＵ３０を制御することにより、ＭＧ４０の駆動および組電池１０の充放電を制御する。

メータＥＣＵ７０は、バッテリＥＣＵ１００と同様に、車速センサ７５から検出値を逐次取得し、その検出値に従って車両１の総走行距離を算出する。メータＥＣＵ７０により算出される総走行距離は、バッテリＥＣＵ１００が交換されない限り、バッテリＥＣＵ１００により算出される総走行距離と基本的に同じである。メータＥＣＵ７０は、車速センサ７５の検出値を表すスピードメータと、算出された車両１の総走行距離を表すオドメータ（Odometer）とをメータパネル８０に表示する。

統合ＥＣＵ９０は、車両１の各種センサから出力される信号などに基づいて、車両１全体を制御する上位ＥＣＵである。統合ＥＣＵ９０は、ＭＧ－ＥＣＵ９２、バッテリＥＣＵ１００およびメータＥＣＵ７０と通信可能に構成されており、様々なデータおよび信号をこれらのＥＣＵから受信したり、これらのＥＣＵに制御信号を出力したりする。

スタートスイッチ９５は、ユーザによる車両１の走行用システムの起動操作および停止操作を受ける。例えば、スタートスイッチ９５に対するオン操作が行なわれると、統合ＥＣＵ９０は、車両１の走行用システムを停止状態から起動状態へ切り替える。

図２は、組電池１０に含まれるニッケル水素電池の構成例を示す図である。図２を参照して、ニッケル水素電池１１０のケース１１１の上面は、蓋体１１２によって封止される。ケース１１１及び蓋体１１２は、たとえば樹脂で形成される。

蓋体１１２には、正極端子１１３及び負極端子１１４が設けられている。正極端子１１３及び負極端子１１４の各々の一方端は、蓋体１１２から外部に突出している。正極端子１１３及び負極端子１１４の他方端は、ケース１１１内部において、内部正極端子及び内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続されている。

蓋体１１２には、安全弁１２０がさらに設けられている。安全弁１２０は、ニッケル水素電池１１０の内圧が上昇すると開くように構成されており、その内圧が上昇して安全弁１２０が開くと、電池内部のガスおよび電解液の一部が外部へ放出される。

ケース１１１内部には、電極体（図示せず）が収容されている。電極体は、たとえば、正極シートと負極シートとがセパレータを介して積層されることにより形成される。正極シートは、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを含む。負極シートは、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを含む。正極活物質層は、水酸化ニッケル等の正極活物質を含む。負極活物質層は、負極活物質としての水素吸蔵合金を含む。正極活物質層、負極活物質層及びセパレータには、高アルカリ性溶液である電解液が含まれている。

次に、ニッケル水素電池の充電リザーブ量及びその推定値の算出方法、並びに充電リザーブ量の減少を抑制するための制御について説明する。

ニッケル水素電池において、一般的に、正極の容量よりも負極の容量が大きく設計され、負極容量の中に、充電リザーブと放電リザーブとが設けられる。充電リザーブは、電池の満充電後でも充電可能な未充電部である。放電リザーブは、電池の完全放電後でも放電可能な充電部である。

図３は、ニッケル水素電池の正極及び負極の容量のイメージ図である。図３を参照して、左の縦枠２００の長さは、正極の容量を示し、右の縦枠２１０の長さは、負極の容量を示す。縦枠２００内のハッチングは、正極容量に対する正極の充電部の割合である正極ＳＯＣを示し、縦枠２１０内のハッチングは、負極容量に対する負極の充電部の割合である負極ＳＯＣを示す。

負極容量が正極容量よりも大きいことから、電池の容量は正極容量によって決まる。したがって、正極ＳＯＣは、電池の充電状態を示す電池ＳＯＣを示す。そして、電池ＳＯＣが０％であるときの負極の残存容量が放電リザーブ量である。他方、電池ＳＯＣが１００％（満充電）であるときの負極の未充電部の容量が充電リザーブ量である。

充電リザーブ量及び放電リザーブ量は、負極の劣化状態によって決定される。電池の充放電に伴って負極の水素吸蔵合金が劣化（酸化）すると、負極容量の低下等により充電リザーブ量が減少する。充電リザーブ量が減少すると、過充電時等に負極から水素ガスが発生し、電池の内圧が上昇する。そして、電池内圧が所定レベルまで上昇すると、安全弁１２０（図２）が開き、これにより内圧の異常上昇が防止される。しかしながら、安全弁が開くと、ガスが電池外部へ放出される。その際、電池内部の電解液もガスとともに外部へ放出される。その結果、電解液が減少することにより電池の性能が低下（劣化）する。即ち、充電リザーブ量の減少は、電池の性能劣化を招く。

そこで、充電リザーブ量の推定値を精度良く算出することで、その算出結果に基づいて適切な制御を実行することにより電池の性能劣化を抑制することが好ましい。電池システム２において、充電リザーブ量の推定値が算出され、算出された推定値がしきい値まで低下した場合に、充電リザーブ量の減少を抑制するための制御が実行される。当該しきい値は、上記の制御が過剰に実行されないようにある程度小さく、かつ、充電リザーブ量の減少による電池内圧の上昇開始により安全弁１２０が直ちには開かないレベルに適宜設定される。充電リザーブ量の減少を抑制するための制御については、後ほど説明する。

充電リザーブ量は、組電池１０のセル毎の温度ＴＢｉ、組電池１０の放電電気量、及びＳＯＣ変動幅（以下「ΔＳＯＣ」と称する。）に依存する。放電電気量は、組電池１０の放電電流の積算値であり、組電池１０が使用され始めてから（または新品に交換されてから）の放電電流（正値の電流ＩＢ）の積算値である。放電電気量は、バッテリＥＣＵ１００のメモリ１０４に格納されており、逐次更新される。

図４は、ニッケル水素電池の放電電気量と、充電リザーブ量の減少量との関係を示す図である。図４を参照して、放電電気量が増加するほど、充電リザーブ量の減少量が大きくなる（充電リザーブ量が減少する）ことが示されている。

ΔＳＯＣは、所定の一定時間（たとえば数十分）における電池ＳＯＣの変動幅である。一般的に、ΔＳＯＣが大きいほど、充電リザーブ量の減少速度が速くなる（充電リザーブ量が減少し易い）。

そして、温度ＴＢｉ、放電電気量及びΔＳＯＣから、電池の充電リザーブ量の推定値を精度良く算出することができる。電池システム２において、温度ＴＢｉ、放電電気量及びΔＳＯＣと、充電リザーブ量との対応関係が事前の試験等により予め求められてマップとしてメモリ１０４に記憶されている。そして、そのマップに基づいて、温度ＴＢｉ、放電電気量、及びΔＳＯＣから充電リザーブ量の推定値が算出される。

図５は、組電池１０のセル毎の温度ＴＢｉ、放電電気量及びΔＳＯＣと、充電リザーブ量の推定値との対応関係を示すマップの一例を示す図である。図５を参照して、マップ２５０は、温度（Ｔ１，Ｔ２・・・）毎に、放電電気量（Ｅ１，Ｅ２・・・）とΔＳＯＣ（Ｓ１，Ｓ２・・・）との組合せ毎の充電リザーブ量の推定値（Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１・・・）をバッテリＥＣＵ１００が算出するために用いられる。充電リザーブ量の推定値（Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１・・・）は、事前の実験等により決定された値である。

電池システム２において、組電池１０の使用中（たとえば車両１の走行用システム起動中）に、マップ２５０が参照され、充電リザーブ量の推定値が算出される。

さらに、電池システム２において、上述のように、充電リザーブ量の推定値がしきい値を下回ると、充電リザーブ量の減少を抑制するための制御が実行される。電池システム２では、充電リザーブ量がしきい値を下回った場合に、充電リザーブ量がしきい値以上である場合に比べて電池ＳＯＣの制御上限（上限ＳＯＣ）が引き下げられる。これにより、組電池１０のＳＯＣの使用可能範囲が狭くなるため、ΔＳＯＣが減少する。その結果、充電リザーブ量の減少を抑制できるため、組電池１０の性能劣化を抑制することができる。

また、電池ＳＯＣの制御上限の引き下げに代えて、又は電池ＳＯＣの制御上限の引き下げとともに、電池ＳＯＣの制御下限の引き上げによって、ΔＳＯＣが小さくされてもよい。

なお、充電リザーブ量の減少を抑制するためには、組電池１０への充放電電力を抑制するする手法も考えられる。具体的には、バッテリＥＣＵ１００は、充放電電力を抑制するように統合ＥＣＵ９０に要求を出力する。統合ＥＣＵ９０は、当該要求に応答して、充放電電力を抑制するようにＭＧ－ＥＣＵ９２を制御する。これに対して、バッテリＥＣＵ１００が電池ＳＯＣの制御上限を引き下げる場合、組電池１０の充放電電力が直接抑制されない。したがって、車両１の駆動性能の低下の抑制という観点からは、充放電電力の抑制よりも電池ＳＯＣの制御上限の引き下げの方が好ましい。

図６は、充電リザーブ量の算出に関する処理の手順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に示される処理は、図１０のフローチャートのステップＳ２３０（後述）において実行される処理に相当する。

図６を参照して、バッテリＥＣＵ１００は、監視ユニット２０の温度センサ２３、電流センサ２２及び電圧センサ２１から、温度ＴＢｉ、電流ＩＢ及び電圧ＶＢｉの検出値をそれぞれ取得する（ステップＳ１０）。

次いで、バッテリＥＣＵ１００は、電流ＩＢを用いて放電電気量を算出する（ステップＳ２０）。具体的には、バッテリＥＣＵ１００は、電流ＩＢが正値であるとき（放電中）に、電流ＩＢ（放電電流）を積算し、電流ＩＢが負値であるとき（充電中）には、電流の積算を行なわないことによって、放電電気量を算出する。

次いで、バッテリＥＣＵ１００は、各電池について、ΔＳＯＣを算出する（ステップＳ３０）。具体的には、バッテリＥＣＵ１００は、所定の一定時間（たとえば数十分）における電池ＳＯＣの最大値から最小値を減算することによってΔＳＯＣを算出する。なお、上記では、所定の一定時間におけるΔＳＯＣが算出されるものとしているが、バッテリＥＣＵ１００の演算周期毎にΔＳＯＣが算出されてもよい。

次いで、バッテリＥＣＵ１００は、メモリ１０４に記憶されたマップ２５０（図５）を用いて、各電池について、ステップＳ１０において取得された電池の温度ＴＢｉ、並びにステップＳ２０，Ｓ３０でそれぞれ算出された放電電気量及びΔＳＯＣに対応する充電リザーブ量を算出する（ステップＳ４０）。その後、このフローチャートの処理は終了する。

上記の説明では、バッテリＥＣＵ１００は、メモリ１０４に記憶されたマップ２５０を用いて充電リザーブ量の推定値を算出するものとした。これに対して、バッテリＥＣＵ１００は、温度ＴＢｉ、放電電気量及びΔＳＯＣと、負極容量、正極容量および放電リザーブ量との関係を表すモデルを用いて当該推定値を算出してもよい。具体的には、バッテリＥＣＵ１００は、そのモデルを用いて、温度ＴＢｉ、放電電気量及びΔＳＯＣに従って負極容量、正極容量および放電リザーブ量を算出し、負極容量から正極容量および放電リザーブ量を差し引くことによって充電リザーブ量を算出してもよい。

車両１において、充電リザーブ量の推定値を算出するバッテリＥＣＵ１００が交換される場合がある。以下、交換前のバッテリＥＣＵ１００（即ち、車両１の製造時に車両１に搭載されたバッテリＥＣＵ１００）およびそのメモリ１０４を、それぞれ「バッテリＥＣＵ１００Ａ」および「メモリ１０４Ａ」とも記載する。交換後のバッテリＥＣＵ１００およびそのメモリ１０４を、それぞれ「バッテリＥＣＵ１００Ｂ」および「メモリ１０４Ｂ」とも記載する。

バッテリＥＣＵ１００は、組電池１０の状態そのものを表すパラメータである放電電気量を用いて充電リザーブ量の推定値を算出することができる。ここで、交換前のバッテリＥＣＵ１００Ａにより用いられていた放電電気量（メモリ１０４Ａに記憶されている放電電気量）は、組電池１０の使用開始からの放電電気量であり、充電リザーブ量の減少量を反映する（図４）。

ここで、バッテリＥＣＵ１００が交換されると、当該放電電気量は、交換後のバッテリＥＣＵ１００Ｂのメモリ１０４Ｂに引き継がれない。そのため、バッテリＥＣＵ１００Ｂのメモリ１０４Ｂは、組電池１０の使用開始からの放電電気量を記憶していない。メモリ１０４Ｂに記憶されている放電電気量は、例えば、バッテリＥＣＵ１００の交換に伴ってリセットされた値（０）から、バッテリＥＣＵ１００の交換以後の電流ＩＢが積算された値である。それゆえ、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、メモリ１０４Ｂに記憶されている放電電気量を用いて、図６のフローチャートの処理に従って充電リザーブ量の推定値を正確に算出することができない。

そこで、本実施の形態に従う電池システム２は、上記問題に対処するための構成を備える。具体的には、電池システム２のバッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００が交換され、かつ、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０が交換されていない場合に、充電リザーブ量の第１の推定値を算出するための第１の処理を実行する。また、バッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０がさらに交換された場合に、充電リザーブ量の第２の推定値を算出するための第２の処理を実行する。

第１の処理は、車両１の総走行距離を取得する処理と、総走行距離から推定される充電リザーブ量の推定値（第１の推定値）と車両１の総走行距離との予め定められた関係を用いて車両１の総走行距離から第１の推定値を算出する処理とを含む。

バッテリＥＣＵ１００が交換されると、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、メモリ１０４Ｂに記憶されている放電電気量を用いて充電リザーブ量の推定値を正確に算出することができない。ここで、総走行距離は、組電池１０の状態そのものを表すパラメータではないが、組電池１０の使用開始からの使用度合いを反映している。そこで、本実施の形態に従う電池システム２では、バッテリＥＣＵ１００ＡがバッテリＥＣＵ１００Ｂに交換されてから組電池１０が交換されるまでの間、放電電気量に代えて総走行距離を用いることによって充電リザーブ量が推定される。第１の処理および第１の推定値については、後ほど詳しく説明する。

他方、第２の処理は、図６の算出処理に相当する。そのため、第２の推定値は、図６のステップＳ４０において算出される充電リザーブ量の推定値である。放電電気量などの組電池１０の状態そのものを表すパラメータに従って算出される充電リザーブ量の推定値（第２の推定値）の精度は、総走行距離に従って算出される充電リザーブ量の推定値（第１の推定値）の精度よりも高い。そのため、バッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０がさらに交換されると、組電池１０の状態そのものを表すパラメータを用いた第２の処理が実行される。

具体的には、組電池１０がさらに交換されると、組電池１０が新品に交換されたものとして、組電池１０の温度Ｔｂｉ、ニッケル水素電池が交換されてからの放電電気量、及びΔＳＯＣから、充電リザーブ量の第２の推定値が算出される。より詳しくは、新品の組電池の放電電気量は０であると考えられるため、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、交換直後の組電池１０の放電電気量が０であるものとして、組電池１０の交換以降、電流センサ２２から受ける電流ＩＢの正の検出値を０から積算することによって放電電気量を取得できる。そのため、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、組電池１０の交換後、放電電気量を用いて、第１の推定値よりも精度の高い第２の推定値に従って充電リザーブ量を算出することができる。

以上のように、本実施の形態に従う電池システム２によれば、バッテリＥＣＵ１００の交換後に組電池１０がさらに交換されるまでの間、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、充電リザーブ量の第１の推定値を算出する。そして、バッテリＥＣＵ１００の交換後に組電池１０がさらに交換された後、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、充電リザーブ量の第２の推定値を算出する。このように、バッテリＥＣＵ１００が交換された場合であっても、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、総走行距離を用いて、充電リザーブ量の推定値の算出を継続することができる。そして、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０がさらに交換された場合には、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、放電電気量を用いて、第１の推定値よりも精度の高い第２の推定値に従って充電リザーブ量を算出することができる。その結果、充電リザーブ量の推定値（第１の推定値または第２の推定値）に従ってニッケル水素電池の性能劣化を適切に抑制することができる。

図７は、充電リザーブ量の減少量の推定値と車両１の総走行距離ＯＤＯとの関係を示す図である。図７における総走行距離ＯＤＯは、メータＥＣＵ７０によって算出されるものである。

図７を参照して、線３０５は、図６の算出処理に従って算出される充電リザーブ量の推定値の減少量が、総走行距離ＯＤＯの増加に伴ってどのように変化するかを示す。前述したように、総走行距離ＯＤＯは、組電池１０の使用度合いを反映する。そのため、線３０５に示されるように、総走行距離ＯＤＯが増加するほど、図６の算出処理に従う充電リザーブ量の推定値の減少量も大きくなる（充電リザーブ量の推定値が減少する）。

ここで、上述の第１の推定値について詳しく説明する。充電リザーブ量の減少量の推定値と総走行距離ＯＤＯとの関係が実験などにより予め定められている場合、バッテリＥＣＵ１００が交換されたとしても、交換後のバッテリＥＣＵ１００Ｂは、その関係を用いて、総走行距離ＯＤＯに従って充電リザーブ量の減少量の推定値を算出できる。そして、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、充電リザーブ量の初期値から、充電リザーブ量の減少量の推定値を差し引くことによって、充電リザーブ量の推定値（第１の推定値）を算出できる。なお、充電リザーブ量の初期値は、組電池１０が新品であるときに例えば温度ＴＢｉに基づいて算出され、バッテリＥＣＵ１００Ｂのメモリ１０４Ｂに格納される。

線３１０は、充電リザーブが減少し易い所定条件下で組電池１０が使用された（車両１が走行した）と仮定された場合の、充電リザーブ量の減少量の推定値と総走行距離ＯＤＯとの関係を示す。線３１０は、線３０５と同様に、総走行距離ＯＤＯが増加するほど、総走行距離ＯＤＯに従う充電リザーブ量の減少量の推定値も大きくなることを示す。線３１０の関係は、実験などにより適宜予め定められ、バッテリＥＣＵ１００のメモリ１０４を構成するＲＯＭにおいて、各種プログラムとともにマップとして格納されている。

上記の「充電リザーブが減少し易い所定条件」とは、温度ＴＢｉが車両１の通常使用時の温度（例えば、走行用システム起動時の平均温度）よりも高い一定温度であり、かつ、ΔＳＯＣが車両１の通常使用時のΔＳＯＣ（例えば、走行用システム起動時の平均ΔＳＯＣ）よりも大きい一定値である条件をいう。一般的に、組電池１０の温度ＴＢｉが高温になるほど、充電リザーブ量が減少し易い。また、車両１の使用中（例えば走行中）、ΔＳＯＣが大きくなるほど、充電リザーブ量が減少し易い。

「充電リザーブ量が減少し易い所定条件」下で線３１０が予め定められる理由は、仮に、そのような条件下で組電池１０が使用される場合であっても、充電リザーブ量の推定値に従って組電池１０の劣化を抑制するためである。

図８は、総走行距離ＯＤＯに従う充電リザーブ量の算出処理に伴う処理の手順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に示される処理は、図１０のフローチャートのステップＳ２３５（後述）において実行される処理であり、前述の第１の処理に相当する。

図８を参照して、バッテリＥＣＵ１００は、メータＥＣＵ８０から車両１の総走行距離ＯＤＯを取得する（ステップＳ１１０）。次いで、バッテリＥＣＵ１００は、線３１０の関係を示すマップを用いて、総走行距離ＯＤＯから充電リザーブ量の推定値（第１の推定値）を算出する（ステップＳ１２０）。その後、このフローチャートの処理が終了する。

図９は、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０がさらに交換される場合に、充電リザーブ量の減少量の推定値が、総走行距離ＯＤＯの増加に伴ってどのように変化するかを示す図である。図９の例では、総走行距離ＯＤＯがｘ１である時点においてバッテリＥＣＵ１００が交換される。さらにその後、総走行距離ＯＤＯがｘ２である時点において組電池１０が交換される。

総走行距離ＯＤＯが０からｘ１までの間、交換前のバッテリＥＣＵ１００Ａは、図６の第２の処理に従って充電リザーブ量の推定値を算出する（線４０５）。具体的には、バッテリＥＣＵ１００Ａは、マップ２５０（図５）を用いて、温度ＴＢｉ、放電電気量およびΔＳＯＣに従って充電リザーブ量の第２の推定値を算出する。

総走行距離ＯＤＯがｘ１である時点においてバッテリＥＣＵ１００が交換されると、バッテリＥＣＵ１００Ａのメモリ１０４Ａに格納された放電電気量は、交換後のバッテリＥＣＵ１００Ｂのメモリ１０４Ｂに引き継がれない。そのため、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、充電リザーブ量の推定値の算出において、放電電気量を用いることができないため、第２の処理に従って（放電電気量に従って）充電リザーブ量の推定値（第２の推定値）を正確に算出できない。そこで、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、組電池１０が交換されるまでの間（総走行距離ＯＤＯがｘ１からｘ２までの間）、第２の処理に代えて第１の処理に従って（総走行距離ＯＤＯに従って）充電リザーブ量の推定値（第１の推定値）を算出する（線３１０）。

なお、ＥＣＵ１００Ｂは、総走行距離ＯＤＯがｘ１である時点においてバッテリＥＣＵ１００が交換されたか否か（バッテリＥＣＵ１００Ｂ自身が交換後のバッテリＥＣＵ１００Ｂであるか否か）を、以下の手法を用いて判定できる。車両１の総走行距離は、バッテリＥＣＵ１００およびメータＥＣＵ７０のいずれによっても算出され、バッテリＥＣＵ１００が交換されない限り、これらの算出値は基本的に同じである。一方で、バッテリＥＣＵ１００が交換された場合、これらの総走行距離の差分が誤差として無視できないレベルとなる。そこで、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、車両１の走行用システム起動時に当該差分値が所定のしきい値以上であると判定した場合に、当該判定を行った時点の総走行距離ＯＤＯをメータＥＣＵ７０から取得する。これにより、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、総走行距離ＯＤＯがｘ１である時点においてバッテリＥＣＵ１００が交換されたと判定する。

総走行距離ＯＤＯがｘ２である時点において組電池１０が交換されると、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、第１の処理に代えて第２の処理に従って、温度ＴＢｉ、放電電気量、及びＳＯＣ変動幅から充電リザーブ量の第２の推定値を算出する（線５０５）。第２の処理において充電リザーブ量の算出に用いられる放電電気量は、組電池１０が交換された直後において０であると考えられる。そのため、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、組電池１０の交換に伴って、組電池１０の交換後の放電電流の検出値を０から積算することによって、その積算値を放電電気量として取得できる。バッテリＥＣＵ１００が放電電気量を取得できる場合、前述したように、第２の推定値の精度は、第１の推定値の精度よりも高い。それゆえ、組電池１０の交換後（総走行距離ＯＤＯがｘ２より大きいとき）、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、第１の処理に代えて第２の処理に従って充電リザーブ量の推定値（第２の推定値）を算出する。

なお、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、例えばディーラーの整備士により整備用端末装置が車両１のインターフェース（図示せず）に接続されている間に、整備用端末装置の電池交換ボタン（図示せず）が整備士により操作された場合に、組電池１０が交換されたことを示す情報を整備用端末装置から受ける。そして、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、当該情報を受けた時点における総走行距離ＯＤＯをメータＥＣＵ７０から取得する。このように、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、総走行距離ＯＤＯがｘ２である時点において組電池１０が交換されたと判定する。なお、上記の電池交換ボタンは、車両１に設けられていてもよい。

図１０は、バッテリＥＣＵ１００および組電池１０の交換に伴う処理の手順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は、車両１の走行用システム起動中に所定の時間間隔ごとに実行される。以下の説明において、図９を適宜参照する。

図１０を参照して、バッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００が交換されたか否かを判定する（ステップＳ２１０）。即ち、バッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００自身が、車両１の製造時に車両１に搭載されたバッテリＥＣＵ１００Ａから交換されたバッテリＥＣＵ１００Ｂであるか否かを判定する。具体的には、バッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００自身が算出した総走行距離と、メータＥＣＵ７０により算出された総走行距離との差分値が前述のしきい値よりも小さい場合、バッテリＥＣＵ１００自身がバッテリＥＣＵ１００Ａであると判定し、当該差分値が当該しきい値以上である場合、バッテリＥＣＵ１００自身がバッテリＥＣＵ１００Ｂであると判定する。

バッテリＥＣＵ１００が交換前のバッテリＥＣＵ１００Ａである場合（ステップＳ２１０においてＮＯ）、バッテリＥＣＵ１００Ａは、第２の処理に従って充電リザーブ量の推定値（第２の推定値）を算出する（ステップＳ２３０）。これにより、バッテリＥＣＵ１００Ａは、第１の処理に従って充電リザーブ量の推定値（第１の推定値）を算出する場合よりも精度良く充電リザーブ量の推定値を算出できる（図９の線４０５）。ステップＳ２３０の処理は、図６のフローチャートの処理に相当する。その後、バッテリＥＣＵ１００Ａは、ステップＳ２４０へ処理を進める。

他方、バッテリＥＣＵ１００が交換後のバッテリＥＣＵ１００Ｂである場合（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、バッテリＥＣＵ１００の交換後に組電池１０が交換されている否かを判定する（ステップＳ２１５）。具体的には、組電池１０が交換されている場合に、組電池１０の交換時点における総走行距離ＯＤＯ（図９の例ではｘ２）が、バッテリＥＣＵ１００の交換時点における総走行距離ＯＤＯ（図９の例ではｘ１）よりも大きいか否かを判定する。バッテリＥＣＵ１００の交換後に組電池１０が交換されている場合（ステップＳ２１５においてＹＥＳ）、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、ステップＳ２３０へ処理を進める。そして、ステップＳ２３０において、組電池１０が新品に交換されたものとして（以後、放電電気量が０から積算されるものとして）、第２の処理に従って充電リザーブ量の第２の推定値が算出される（図９の線５０５）。

これに対して、バッテリＥＣＵ１００の交換後に組電池１０が交換されていない場合（ステップＳ２１５においてＮＯ）、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、第１の処理に従って充電リザーブ量の推定値（第１の推定値）を算出する（ステップＳ２３５）。これにより、バッテリＥＣＵ１００の交換によって、放電電気量（メモリ１０４Ａに格納されていた放電電気量）がメモリ１０４Ｂに引き継がれない場合であっても、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、充電リザーブ量を算出できる（図９の線３１０）。ステップＳ２３５の処理は、図８のフローチャートの処理に相当する。その後、バッテリＥＣＵ１００Ｂは、ステップＳ２４０へ処理を進める。

ステップＳ２４０において、バッテリＥＣＵ１００（バッテリＥＣＵ１００ＡまたはバッテリＥＣＵ１００Ｂ）は、充電リザーブ量の推定値がしきい値以上であるか否かを判定する。当該推定値は、ステップＳ２４０の前に実行された処理がステップＳ２３０の処理である場合には第２の推定値であり、ステップＳ２４０の前に実行された処理がステップＳ２３５の処理である場合には第１の推定値である。充電リザーブ量の推定値がしきい値以上である場合（ステップＳ２４０においてＹＥＳ）、バッテリＥＣＵ１００は、組電池１０の上限ＳＯＣを、デフォルトの上限ＳＯＣから（例えば所定値だけ）引き下げられた値に設定する（ステップＳ２６０）。これにより、上限ＳＯＣがデフォルトの上限ＳＯＣから引き下げられない場合よりもＳＯＣの使用可能範囲が狭くなるため、ΔＳＯＣがデフォルトのΔＳＯＣよりも小さくなる。その結果、組電池１０の劣化を抑制することができる。ステップＳ２６０の処理の後、バッテリＥＣＵ１００は、図１０の処理を終了する。他方、充電リザーブ量の推定値がしきい値未満である場合（ステップＳ２４０においてＮＯ）、バッテリＥＣＵ１００は、ステップＳ２１０へ処理を戻す。

以上のように、本実施の形態に従う電池システム２によれば、バッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００が交換され、かつ、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０が交換されていない場合に、充電リザーブ量の第１の推定値を算出するための第１の処理を実行する。バッテリＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１００が交換され、かつ、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０が交換された場合に、充電リザーブ量の第２の推定値を算出するための第２の処理を実行する。第１の処理は、総走行距離ＯＤＯを取得する処理と、総走行距離ＯＤＯから推定される充電リザーブ量の第１の推定値と総走行距離ＯＤＯとの予め定められた関係（線３１０）を用いて、総走行距離ＯＤＯから第１の推定値を算出する処理とを含む。第２の処理は、放電電気量を算出する処理と、ΔＳＯＣを算出する処理と、温度ＴＢｉ、放電電気量、及びΔＳＯＣから、充電リザーブ量の第２の推定値を算出する処理とを含む。

上記の構成とすることにより、バッテリＥＣＵ１００が交換されてから組電池１０が交換されるまでの間、総走行距離ＯＤＯから充電リザーブ量の第１の推定値が算出される。他方、バッテリＥＣＵ１００が交換された後に組電池１０が交換されると、組電池１０が新品に交換されたものとして、温度ＴＢｉ、組電池１０が交換されてからの放電電気量、及びΔＳＯＣから、充電リザーブ量の第２の推定値が算出される。第２の推定値は、組電池１０の状態そのものを表す上記のようなパラメータに従って算出されるため、第２の推定値の精度は、第１の推定値の精度よりも高い。このように、バッテリＥＣＵ１００が交換される場合であっても、充電リザーブ量の算出処理が適切に継続し、さらにその後、組電池１０が交換された場合には、第１の推定値よりも精度の高い第２の推定値に従って充電リザーブ量が算出される。したがって、電池システム２によれば、バッテリＥＣＵ１００が交換された場合であっても、充電リザーブ量の推定値を適切に算出し続けることができる。
［実施の形態の変形例］
上述の実施の形態では、バッテリＥＣＵ１００と統合ＥＣＵ９０とが別個のＥＣＵであるものとしたが、これらのＥＣＵは、一体化されていてもよい。そして、当該一体化されたＥＣＵが交換される場合においても、上述の実施の形態の場合と同様の利点を享受できる。具体的には、当該一体化されたＥＣＵは、そのＥＣＵ自身が交換前のＥＣＵである場合に、充電リザーブ量の第２の推定値を算出する。これに対して、当該一体化されたＥＣＵは、そのＥＣＵ自身が交換後のＥＣＵである場合に、組電池１０が交換されるまでの間、充電リザーブ量の第１の推定値を算出する。当該一体化されたＥＣＵは、そのＥＣＵの交換後に組電池１０がさらに交換されると、充電リザーブ量の第２の推定値を算出する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ 電池システム、１０ 組電池、２０ 監視ユニット、２１ 電圧センサ、２２ 電流センサ、２３ 温度センサ、７０ メータＥＣＵ、９０ 統合ＥＣＵ、９２ ＭＧ－ＥＣＵ、１００ バッテリＥＣＵ。

Claims (1)

1. 車両に搭載される電池システムであって、
   ニッケル水素電池と、
   前記ニッケル水素電池の充電リザーブ量の推定値を算出する処理装置とを備え、
   前記処理装置は、
   前記処理装置が交換され、かつ、前記処理装置が交換された後に前記ニッケル水素電池が交換されていない場合に、前記充電リザーブ量の推定値を示す第１の推定値を算出する第１の処理を実行し、
   前記処理装置が交換され、かつ、前記処理装置が交換された後に前記ニッケル水素電池が交換された場合に、前記充電リザーブ量の推定値を示す第２の推定値を算出する第２の処理を実行し、
   前記第１の処理は、
   前記車両の総走行距離を取得する処理と、
   前記総走行距離から推定される前記充電リザーブ量の前記第１の推定値と、前記総走行距離との予め定められた関係を用いて、前記総走行距離から前記第１の推定値を算出する処理とを含み、
   前記第２の処理は、
   前記ニッケル水素電池の放電電流の積算値を示す放電電気量を算出する処理と、
   所定時間における前記ニッケル水素電池のＳＯＣ（State of Charge）変動幅を算出する処理と、
   前記ニッケル水素電池の温度、前記放電電気量、及び前記ＳＯＣ変動幅から、前記充電リザーブ量の前記第２の推定値を算出する処理とを含む、電池システム。

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