JP6041040B2 - 蓄電池、蓄電池の制御方法、制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池、蓄電池の制御方法、制御装置及び制御方法に関する。

リチウムイオン二次電池や鉛蓄電池等の蓄電池は、充電状態で過酷な温度環境下に置かれると、電池容量劣化が進行しやすい。特にＳＯＣ（state of charge）が１００％である満充電状態での電池容量劣化は著しい（図７及び８参照）。このため、蓄電池は、例えば−１０℃から５０℃程度の過酷でない温度環境下（通常の温度環境下）で使用されるのが好ましい。

特許文献１には、二次電池とその二次電池に並列接続されたキャパシタとを備えた電源装置が開示されている。当該電源装置は、キャパシタの温度及びキャパシタの電圧を検出する検出手段と、検出手段の検出値に基づき、キャパシタからの放電電流を制限するスイッチング素子と、検出手段の検出値に基づき、キャパシタへの充電電流の制限及び遮断の少なくとも一つを行うスイッチング素子とを備えている。当該電源装置は、キャパシタの温度が予め設定された温度閾値（異常と判定される温度の下限）以上である場合、キャパシタを切り離す。このような制御により、キャパシタの温度情報及び劣化を抑制している。

特許文献２には、二次電池の温度が低温であるか高温であるかに関わらず、二次電池が充電に適さない温度で充電される事により劣化する恐れを低減することができる電池パックが開示されている。当該電池パックは、二次電池と、二次電池を充電するための充電電流を出力する充電部から出力された充電電流を受電するための接続端子と、二次電池の温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出される二次電池の温度が、二次電池の充電に適した温度として予め設定された第１温度とは異なる第２温度である場合、接続端子により受電された電流に基づく二次電池の充電電圧を、二次電池を定電圧充電するための電圧として予め設定された第１電圧より低下させる充電電圧制御部と、を有する。

特開２００９−２７３３０５号公報 特開２００９−４３５５４号公報

蓄電池が過酷な温度環境下で使用される場合もある。このため、過酷な温度環境下で蓄電池が使用された場合における電池容量劣化を抑制する技術が望まれる。

そこで、本発明者は、過酷な温度環境下で蓄電池が使用される場合、通常の温度環境下で使用される場合に比べて低いＳＯＣレベルで充電を完了（停止）し、ＳＯＣが１００％となる満充電状態まで充電しない手段を検討した。上述の通り、ＳＯＣが１００％である満充電状態での電池容量劣化は著しい（図７参照）。当該技術によれば劣化の程度を軽減できる。

しかし、当該手段の場合、過酷な温度環境下での使用の際、通常の温度環境下での使用に比べて、放電深度（ＤＯＤ）が小さくなるという問題がある。このような問題により、例えば以下のような不都合が発生し得る。

過酷な温度環境下での使用、及び、通常の温度環境下での使用の充電タイミング（充電完了後、充電量が所定のレベル（例：ＳＯＣ＝１０％）まで減って充電が必要となった状態）を比較すると、充電を停止する際のＳＯＣレベルが低い過酷な温度環境下での使用の方が早くなる。通常の温度環境下で蓄電池を使用後、過酷な温度環境下でその蓄電池を使用し、このような充電タイミングの違いを知覚した使用者は、蓄電池の劣化が進行したため充電タイミングが早くなったと勘違いする恐れがある。結果、まだ使用可能であるにも関わらず、新たな蓄電池と交換してしまう等の不都合が発生し得る。

本発明は、過酷な温度環境下で蓄電池が使用された場合に発生する電池容量劣化を抑制する新たな技術を提供することを課題とする。

本発明によれば、
第１の蓄電手段と、
前記第１の蓄電手段と並列に接続された第２の蓄電手段と、
温度を測定する温度測定手段と、
前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段の充放電を制御する充放電制御手段と、
を有し、
前記充放電制御手段は、前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段のＳＯＣ（state of charge）を変化させ、かつ、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする蓄電池が提供される。

また、本発明によれば、
蓄電池に、
第１の蓄電手段と、
前記第１の蓄電手段と並列に接続された第２の蓄電手段と、
温度を測定する温度測定手段と、
を備えておき、
前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段のＳＯＣを変化させ、かつ、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする蓄電池の制御方法が提供される。

また、本発明によれば、
第１の蓄電手段と、
前記第１の蓄電手段と並列に接続された第２の蓄電手段と、
温度を測定する温度測定手段と、
を有する蓄電池の充放電を制御する充放電制御手段を有し、
前記充放電制御手段は、前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段のＳＯＣを変化させ、かつ、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする制御装置が提供される。

また、本発明によれば、
第１の蓄電手段と、
前記第１の蓄電手段と並列に接続された第２の蓄電手段と、
温度を測定する温度測定手段と、
を有する蓄電池の充放電を制御する工程を有し、
前記工程では、前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段のＳＯＣを変化させ、かつ、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする制御方法が提供される。

なお、上記蓄電池の制御方法及び制御方法の動作主体は、コンピュータであってもよい。

本発明によれば、過酷な温度環境下で蓄電池が使用された場合に発生する電池容量劣化を抑制する新たな技術を提供することを課題とする。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

本実施形態の蓄電池の機能ブロック図の一例である。 本実施形態の蓄電池の構成の一例を示す図である。 本実施形態の蓄電池の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施形態の蓄電池の構成の一例を示す図である。 本実施形態の充放電制御部が保持できる情報の一例を示す図である。 本実施形態の作用効果を説明するための図である。 本実施形態の関連技術を説明するための図である。 本実施形態の関連技術を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、複数の図面に共通して現れる構成要素については共通の符号を付し、適宜説明を省略する。

なお、本実施形態の蓄電池は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム（あらかじめ装置を出荷する段階からメモリ内に格納されているプログラムのほか、ＣＤ等の記憶媒体やインターネット上のサーバ等からダウンロードされたプログラムも含む）、そのプログラムを格納するハードディスク等の記憶ユニット、ネットワーク接続用インターフェースを中心にハードウェアとソフトウェアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。

また、本実施形態の説明において利用する機能ブロック図は、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。これらの図においては、各システム、装置は１つの機器により実現されるよう記載されているが、その実現手段はこれに限定されない。すなわち、物理的に分かれた構成であっても、論理的に分かれた構成であっても構わない。

＜第１の実施形態＞
図１に本実施形態の蓄電池１の機能ブロック図の一例を示す。図示するように、蓄電池１は、蓄電部（第１の蓄電手段）１０と、補助蓄電部（第２の蓄電手段）１１と、温度測定部１３と、充放電制御部１４とを有する。以下、各部について説明する。

蓄電部１０は、１つ又は複数の電池セルで構成されている。蓄電部１０を構成する複数の電池セルは、互いに直列及び／又は並列に接続されている。蓄電部１０は、例えば、リチウムイオン二次電池や鉛蓄電池で構成することができる。

補助蓄電部１１は、１つ又は複数の電池セルで構成され、蓄電部１０と並列に接続されている。補助蓄電部１１を構成する複数の電池セルは、互いに直列及び／又は並列に接続されている。補助蓄電部１１は、例えば、リチウムイオン二次電池や鉛蓄電池であってもよいし、キャパシタ（電気二重層キャパシタ等）であってもよい。蓄電部１０と補助蓄電部１１の構成（電池の種類、セルの接続方法、容量）は同じであってもよいし、異なっていてもよい。補助蓄電部１１の容量は、蓄電部１０の容量以下であってもよい。

ここで、蓄電部１０と補助蓄電部１１各々の役割について説明する。本実施形態の蓄電池１の充放電は蓄電部１０及び補助蓄電部１１により実現されるが、その大部分（少なくとも半分以上）は蓄電部１０により実現される。このため、蓄電部１０は、比較的安価に大容量を実現できるリチウムイオン二次電池や鉛蓄電池で構成するのが好ましい。しかし、リチウムイオン二次電池や鉛蓄電池で構成した蓄電部１０は、温度耐性が低くなり、上述したような電池容量劣化の問題が発生し得る。

そこで、本実施形態の蓄電部１０は、以下で説明する充放電制御部１４により制御され、温度環境に応じて充電完了状態におけるＳＯＣ（以下、「充電完了ＳＯＣ」）が変化する。具体的には、過酷な温度環境下（例：−１０℃以下又は５０℃以上）にある場合の充電完了ＳＯＣが、通常の温度環境下（例：−１０℃より大かつ５０℃より小）にある場合の充電完了ＳＯＣよりも小さくなる。このような構成により、過酷な温度環境下で蓄電池１が使用される場合における蓄電部１０の劣化が抑制される。

なお、充電完了状態とは、蓄電部１０及び補助蓄電部１１いずれに対してもそれ以上の充電を許容しない（実施しない）状態であり、充電率が１００％と使用者に認識される状態である。充電完了状態における充電量（蓄電部１０の充電量及び補助蓄電部１１の充電量の和）は、蓄電部１０の容量と補助蓄電部１１の容量の和よりも小さくなる。すなわち、充電完了状態において、蓄電部１０のＳＯＣ、及び、補助蓄電部１１のＳＯＣ両方が１００％となることはない。

ところで、通常の温度環境下にある場合の蓄電部１０の充電完了ＳＯＣと、過酷な温度環境下にある場合の蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを変化させる（異なる値とする）と、上述の通り、放電深度（ＤＯＤ）が変化し、また、充電タイミングが変化し、様々な問題を引き起こす恐れがある。

そこで、本実施形態では、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを小さくすると、その分、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを大きくする。また、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを大きくすると、その分、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを小さくする。例えば、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣの変化分に相当する電力量と、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣの変化分に相当する電力量とをほぼ一致させることができる。かかる場合、温度環境に関わらず、充電完了状態における蓄電部１０の充電量と補助蓄電部１１の充電量の和を、ほぼ一定とすることができる。結果、上述のような問題を回避することができる。

温度測定部１３は、蓄電部１０がおかれた環境の温度を測定する。例えば、温度測定部１３は、蓄電部１０の周辺の温度を測定する。

充放電制御部１４は、蓄電部１０及び補助蓄電部１１の充放電を制御する。すなわち、充放電制御部１４は、所定の充電完了ＳＯＣを上限として蓄電部１０及び補助蓄電部１１各々に電力を充電するとともに、蓄電部１０及び補助蓄電部１１に充電されている電力を放電する。

所定のＳＯＣを上限とした充電（所定のＳＯＣまでの充電）を実現する手段の一例は以下の実施形態で説明するが、その他の例として、例えば、充放電制御部１４は、充電中、蓄電部１０及び補助蓄電部１１各々のＳＯＣを測定可能に構成されていてもよい。ＳＯＣを測定する手段は特段制限されず、従来のあらゆる技術を採用することができる。そして、測定したＳＯＣとその時点で蓄電部１０及び補助蓄電部１１各々に設定されている充電完了ＳＯＣとを比較することで、蓄電部１０及び補助蓄電部１１各々に対する充電を完了（停止）するタイミングを決定してもよい。

なお、充放電制御部１４は、温度測定部１３による測定結果に応じて、充電完了状態における蓄電部１０及び補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを変化させる。充放電制御部１４は、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを小さくすると、あわせて、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを大きくする。また、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを大きくすると、あわせて、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを小さくする。

例えば、充放電制御部１４は、温度測定部１３による測定結果が通常の温度環境下（例：−１０℃より大かつ５０℃より小）の範囲内から過酷な温度環境下（例：−１０℃以下又は５０℃以上）の範囲内に代わると、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣをそれまでの充電完了ＳＯＣよりも小さくするとともに（例：１００％→９０％、９５％→９０％）、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣをそれまでの充電完了ＳＯＣよりも大きくする（例：０％→１００％、０％→５０％、１０％→５０％）。

また、充放電制御部１４は、温度測定部１３による測定結果が過酷な温度環境下（例：−１０℃以下又は５０℃以上）の範囲内から通常の温度環境下（例：−１０℃より大かつ５０℃より小）の範囲内に代わると、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣをそれまでの充電完了ＳＯＣよりも大きくするとともに（例：９０％→１００％、９０％→９５％）、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣをそれまでの充電完了ＳＯＣよりも小さくする（例：１００％→０％、５０％→０％、５０％→５％）。

例えば、充放電制御部１４は、所定の温度範囲毎に、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣの値、及び、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣの値を対応付けた情報を保持しておき、当該情報を利用して充電完了ＳＯＣの制御を実施してもよい。なお、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣの変化分に相当する電力量と、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣの変化分に相当する電力量とは一致するように設定することができる。

ところで、温度測定部１３による測定結果が過酷な温度環境下（例：−１０℃以下又は５０℃以上）の範囲内である場合に補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを比較的高い値（９０％、１００％等）とする構成の場合、補助蓄電部１１を温度耐性が比較的強いキャパシタ等で構成するのが好ましい。補助蓄電部１１を温度耐性が比較的弱いリチウムイオン二次電池や鉛蓄電池で構成する場合は、補助蓄電部１１の容量を十分に大きくすることで、過酷な温度環境下（例：−１０℃以下又は５０℃以上）における補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣが大きくなり過ぎないようにするのが好ましい。このように構成することで、過酷な温度環境下で蓄電池１が使用される場合における補助蓄電部１１の劣化が抑制される。

以上、説明した本実施形態の蓄電池１によれば、蓄電池の使用環境に応じて、蓄電部１０及び補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを変化させることができる。具体的には、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを小さくする際は補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを大きくし、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを大きくする際は補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを小さくすることができる。

このような本実施形態の蓄電池１によれば、過酷な温度環境下（例：−１０℃以下又は５０℃以上）で使用される場合は、温度耐性の低いリチウムイオン二次電池や鉛蓄電池で構成される蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを小さくすることができる。すなわち、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣが１００％となることを回避し、小さな値に設定することができる。結果、蓄電部１０の劣化を抑制することができる。

一方、補助蓄電部１１は、蓄電部１０に比べて容量を小さくできる。このため、補助蓄電部１１は、例えば、温度耐性に強いキャパシタで構成することができる。また、補助蓄電部１１は、過酷な温度環境下（例：−１０℃以下又は５０℃以上）で使用される際に充電完了ＳＯＣが１００％とならない程度の容量を有するリチウムイオン二次電池や鉛蓄電池で構成することができる。上述の通り、補助蓄電部１１の容量は比較的小さくできるので、このような要件を満たすようにしても、補助蓄電部１１の容量が過度に大きくなることを回避できる。結果、過酷な温度環境下（例：−１０℃以下又は５０℃以上）で使用される際に補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを大きくしても、補助蓄電部１１の劣化は抑制される。

以上より、図６に示すように、本願発明によれば、従来技術に比べて、より広い温度範囲で劣化を軽減しながら蓄電池１を使用することが可能となる。

また、本実施形態の蓄電池１によれば、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを小さくした場合、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを大きくし、減らした分の電力を補助蓄電部１１に充電させることができる。また、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを大きくした場合、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを小さくし、増やした分の電力を補助蓄電部１１の充電量から減らすことができる。このため、温度環境により蓄電部１０の充電完了ＳＯＣが小さくなっても、蓄電池１全体としての充電量は変化させず、ほぼ一定に保つことができる。

＜第２の実施形態＞
本実施形態は、第１の実施形態の蓄電池１をより具体化した実施形態である。図２に、本実施形態の蓄電池１の構成の一例を示す。

図示するように、蓄電池１は、蓄電部１０と、補助蓄電部１１と、スイッチ１２と、温度測定部１３と、充放電制御部（制御回路）１４と、バランス回路１５と、スイッチ１６と、スイッチ１７とを有する。蓄電池１は、充放電用外部接続端子を介して充電器１８と接続している。

蓄電部１０は、複数のリチウムイオン二次電池セルが直列に接続された構成となっている。蓄電部１０のエネルギー密度は、例えば１００Ｗｈ／ｋｇ以上とすることができる。

補助蓄電部１１は、複数のキャパシタセル（電気二重層キャパシタセル等）が直列に接続された構成となっている。補助蓄電部１１のエネルギー密度は、例えば、１０Ｗｈ／ｋｇ以上である。蓄電部１０と補助蓄電部１１は並列に接続されている。

温度測定部１３は、蓄電部１０を構成する複数のリチウムイオン二次電池セルの数と同数の温度センサを有し、各リチウムイオン二次電池セルの温度（周辺温度）を測定するように構成されている。図においては、蓄電部１０よりも補助蓄電部１１の近くに温度センサが設置されているようになっているが、温度センサの設置位置は特段制限されず、蓄電部１０の温度（周辺温度）を測定できればよい。

なお、温度測定部１３は、１つの温度センサで構成されてもよいし、リチウムイオン二次電池セルの数と一致しない数の温度センサで構成されてもよい。

バランス回路１５は、複数のリチウムイオン二次電池セル間の充電量の差を小さくするために用いられる。このようなバランス回路１５は従来技術に準じて実現することができる。

充放電制御部１４は、温度測定部１３から測定結果を取得し、その結果に応じて、充放電時におけるスイッチ１２のオン／オフを制御する。また、充放電制御部１４は、バランス回路１５と蓄電部１０との接続を切り替えるためのスイッチ１６のオン／オフを制御する。また、充放電制御部１４は、充電器１８と、蓄電部１０及び補助蓄電部１１との接続を切り替えるためのスイッチ１７のオン／オフを制御する。

次に、図３のフローチャートを用いて、本実施形態の処理の流れについて説明する。

本実施形態の蓄電池１は、通常の温度環境下（第１の温度範囲。例：−１０℃より大かつ５０℃より小）で使用される場合の蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを１００％、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを０％とし、過酷の温度環境下（第２の温度範囲。例：−１０℃以下又は５０℃以上）で使用される場合の蓄電部１０の充電完了ＳＯＣをＰ％（０＜Ｐ＜１００、設計的事項）、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣを１００％とするものとする。すなわち、通常の温度環境下（第１の温度範囲）にある場合における蓄電部１０の充電完了ＳＯＣは、過酷の温度環境下（第２の温度範囲）にある場合における蓄電部１０の充電完了ＳＯＣよりも大きい。

充放電制御部１４は、温度測定部１３から継続的（例：所定時間毎、所定のタイミング毎）に測定結果を取得し、測定結果（温度）が通常の温度環境下（第１の温度範囲）の範囲内にあるか、または、過酷な温度環境下（第２の温度範囲）の範囲内にあるかの監視、及び、温度環境がこれらの間で変化したか否かの監視を継続する。

ここでは、測定結果（温度）が通常の温度環境下（第１の温度範囲）の範囲内にあるとする。充放電制御部１４は、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣの設定値を当該温度環境下に適した状態に設定する。ここでは、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを１００％に設定する。また、充放電制御部１４は、スイッチ１２をオフにすることで、補助蓄電部１１と充放電用外部接続端子（充電器１８と接続する端子）との接続をオフにし、以降、蓄電部１０のみを用いて充放電を行う。すなわち、電力を充電する際は蓄電部１０のみに充電し、電力を放電する際は蓄電部１０のみから電力を取出す。

その後も、充放電制御部１４は、温度測定部１３から継続的（例：所定時間毎、所定のタイミング毎）に測定結果を取得し（Ｓ１０）、測定結果（温度）が通常の温度環境下（第１の温度範囲）の範囲内にあるか、または、過酷な温度環境下（第２の温度範囲）の範囲内にあるかの監視、温度環境がこれらの間で変化したか否かの監視を継続する（Ｓ２０）。

温度環境（温度状態）がそれまでと変化がない場合は（Ｓ３０のＮｏ）、Ｓ１０に戻り、Ｓ１０〜Ｓ３０を繰り返す。

一方、温度環境（温度状態）がそれまでと変化した場合は（Ｓ３０のＹｅｓ）、Ｓ４０に進む。ここでは、測定結果（温度）が、通常の温度環境下（第１の温度範囲）の範囲内から、過酷な温度環境下（第２の温度範囲）の範囲内に変化したとする。

すると、充放電制御部１４は、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣの設定値を変化後の温度環境下に適した状態に変更する。ここでは、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣをＰ％に変更する。また、充放電制御部１４は、スイッチ１２をオンにすることで、補助蓄電部１１と充放電用外部接続端子（充電器１８と接続する端子）との接続をオンにし、以降、蓄電部１０及び補助蓄電部１１を用いて充放電を行う。なお、補助蓄電部１１の充電完了ＳＯＣは１００％に設定される。すなわち、電力を充電する際は蓄電部１０にＳＯＣがＰ％を上限として充電するとともに、補助蓄電部１１にＳＯＣが１００％を上限として充電する。電力を放電する際は、蓄電部１０及び補助蓄電部１１から電力を取出す。

その後、Ｓ１０に戻り、同様の処理を継続する。

ところで、過酷な温度環境下（第２の温度範囲）で蓄電池１が使用される場合の放電手段としては、以下の３通りの手段が考えられる。

第１の手段としては、キャパシタはリチウムイオン二次電池に比べて短時間で放電ができるという特徴をいかし、放電開始直後は補助蓄電部１１から放電し、その後、蓄電部１０から放電するという手段が考えられる。

第２の手段としては、放電開始直後は蓄電部１０から放電し、その後、補助蓄電部１１から放電するという手段も考えられる。通常の温度環境下（第１の温度範囲）で使用される場合、リチウムイオン二次電池で構成される蓄電部１０のみを用いて充放電を行うこととなり、当然、放電開始直後は蓄電部１０から放電されることとなる。過酷な温度環境下（第２の温度範囲）で使用される場合も放電開始直後は蓄電部１０から放電されるようにすることで、温度環境に関わらず、放電開始直後の動作を同等なものとすることができる。結果、使用者に違和感を与える不都合を回避できる。

第３の手段として、蓄電部１０及び補助蓄電部１１の両方から電力を取り出し、放電するという手段も考えられる。かかる手段の場合、蓄電部１０に流れる充放電電流値を小さくでき、蓄電部１０の劣化を軽減できる。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を実現することができる。

また、上記構成によれば、過酷な温度環境下（第２の温度範囲）にある場合、スイッチ１２をオンにすることで、充放電電流パス（Ｉ）をキャパシタ側（Ｉｃ）にも流れる状態を作ることができる。一般にキャパシタの内部抵抗（Ｒｃ）は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗（Ｒｂ）より低いために、リチウムイオン二次電池に流れる分流電流（Ｉｂ）はキャパシタ部に流れる分流電流（Ｉｃ）より大きくなるが、分流電流（Ｉｂ）は充放電電流パス（Ｉ）より小さくすることができる（下式参照）。

これにより、スイッチ１２をオンにした状態においては、蓄電池全体の充放電電流値が同容量のリチウムイオン二次電池単独のシステムと比較し、リチウムイオン電池部（蓄電部１０）の電流量を減らすことができる。結果として過酷な温度環境下（第２の温度範囲）でのリチウムイオン二次電池のＳＯＣを減らすことができ、リチウムイオン電池のＳＯＨを大幅に伸ばすことができる。かかる場合、蓄電池が使用できる温度環境を広げることができ、システム全体の耐用年数を大幅に増大させることが出来る。最終的に、大幅な運用コスト削減が可能になる。

＜第３の実施形態＞
本実施形態は、第１の実施形態の蓄電池１をより具体化した実施形態である。図４に、本実施形態の蓄電池１の構成の一例を示す。

図示するように、蓄電池１は、蓄電部１０と、補助蓄電部１１（子補助蓄電部１１ａ、１１ｂ）と、スイッチ１２ａ、１２ｂと、温度測定部１３と、充放電制御部（制御回路）１４と、バランス回路１５と、スイッチ１６と、スイッチ１７とを有する。蓄電池１は、充電器１８と接続している。

蓄電部１０、温度測定部１３、バランス回路１５、スイッチ１６、スイッチ１７は、第２の実施形態と同様である。

補助蓄電部１１は、２列の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂを有する。子補助蓄電部１１ａ、１１ｂは、各々、複数のキャパシタセル（電気二重層キャパシタセル等）が直列に接続された構成となっている。そして、複数の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂは互いに並列に接続されている。また、複数の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂは蓄電部１０とも並列に接続されている。複数の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂは、スイッチ１２ａ、１２ｂ各々のオン／オフを制御することで、個別に充放電用外部接続端子との接続状態を制御可能に構成されている。子補助蓄電部１１ａ、１１ｂ各々のエネルギー密度は、例えば、１０Ｗｈ／ｋｇ以上である。

なお、子補助蓄電部１１ａ、１１ｂの数は３列以上であってもよい。また、複数の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂの構成（電池の種類、セルの接続方法、容量等）は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

充放電制御部１４は、温度測定部１３から測定結果を取得し、その結果に応じて、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣを変化させるとともに、充放電時におけるスイッチ１２ａ、１２ｂ各々のオン／オフを制御する。

例えば、充放電制御部１４は、図５に示すような対応情報を保持しておく。図示する対応情報は、所定の温度範囲毎に、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣの値、及び、充放電用外部接続端子との接続をオンにする子補助蓄電部１１ａ、１１ｂの列数を対応付けた情報である。

充放電制御部１４は、温度測定部１３から測定結果を取得すると、図５に示すような対応情報を参照して蓄電部１０の充電完了ＳＯＣ、及び、充放電用外部接続端子との接続をオンにする子補助蓄電部１１ａ、１１ｂの列数を決定する。そして、決定した列数を満たすように、スイッチ１２ａ、１２ｂ各々のオン／オフを制御する。なお、温度測定部１３が複数の温度センサを有する場合、代表値をキーとして対応情報を検索することができるが、代表値は平均値であってもよいし、最悪値（最も大きい値）であってもよい。

図５に示す例の場合、充放電制御部１４は、温度測定部１３の測定結果（温度Ｔ）が−１０＜Ｔ＜５０の温度範囲にある場合、すべての子補助蓄電部１１ａ、１１ｂと充放電用外部接続端子との接続をオフにし、蓄電部１０のみを用いて充放電を行う。この時の蓄電部１０の充電完了ＳＯＣは１００％である。

また、充放電制御部１４は、温度測定部１３の測定結果（温度Ｔ）が−２０＜Ｔ≦−１０、又は、５０≦Ｔ＜７５の温度範囲にある場合、１列の子補助蓄電部１１ａと充放電用外部接続端子との接続をオンにし、蓄電部１０及び１列の子補助蓄電部１１ａを用いて充放電を行う。この時の蓄電部１０の充電完了ＳＯＣは９０％であり、子補助蓄電部１１ａの充電完了ＳＯＣは１００％である。蓄電部１０のＳＯＣ１０％分の電力量と、子補助蓄電部１１ａのＳＯＣ１００％分の電力量とはほぼ一致する。

また、充放電制御部１４は、温度測定部１３の測定結果（温度Ｔ）がＴ≦−２０、又は、７５≦Ｔにある場合、２列の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂと充放電用外部接続端子との接続をオンにし、蓄電部１０及び２列の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂを用いて充放電を行う。この時の蓄電部１０の充電完了ＳＯＣは８０％であり、子補助蓄電部１１ａ、１１ｂの充電完了ＳＯＣは１００％である。蓄電部１０のＳＯＣ１０％分の電力量と、子補助蓄電部１１ｂのＳＯＣ１００％分の電力量とはほぼ一致する。

すなわち、充放電制御部１４は、温度が第３の温度範囲にある場合、補助蓄電部１１（すべての子補助蓄電部１１ａ、１１ｂ）と充放電用外部接続端子との接続をオフにし、蓄電部１０のみを用いて充放電を行う。また、温度が第４の温度範囲にある場合、Ｍ列（Ｍは１以上の整数）の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂと充放電用外部接続端子との接続をオンにし、蓄電部１０及びＭ列の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂを用いて充放電を行う。また、温度が第５の温度範囲にある場合、Ｎ列（ＮはＭより大きい整数）の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂと充放電用外部接続端子との接続をオンにし、蓄電部１０及びＮ列の子補助蓄電部１１ａ、１１ｂを用いて充放電を行う。

なお、温度が第３の温度範囲にある場合における蓄電部１０の充電完了ＳＯＣは、温度が第４の温度範囲にある場合における蓄電部１０の充電完了ＳＯＣよりも大きく、かつ、温度が第４の温度範囲にある場合における蓄電部１０の充電完了ＳＯＣは、温度が第５の温度範囲にある場合における蓄電部１０の充電完了ＳＯＣよりも大きい。

本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と同様な作用効果を実現することができる。また、蓄電部１０の充電完了ＳＯＣの値を、温度に応じてより細やかに変化させることが可能となる。

第１及び第２の実施形態の変形例として、蓄電部１０、補助蓄電部１１及び温度測定部１３を有する蓄電池１と区分け可能な態様で、充放電制御部１４を有する制御装置を設けてもよい。この場合、制御装置は蓄電池１内の所定位置に取り付けられて蓄電池１と一体化されていてもよい。

＜＜付記＞＞
以下、参考形態の例を付記する。
１． １つ又は複数の電池セルで構成された蓄電手段と、
１つ又は複数の電池セルで構成され、前記蓄電手段と並列に接続された補助蓄電手段と、
温度を測定する温度測定手段と、
前記蓄電手段及び前記補助蓄電手段の充放電を制御する充放電制御手段と、
を有し、
前記充放電制御手段は、前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記蓄電手段及び前記補助蓄電手段のＳＯＣ（state of charge）を変化させ、かつ、前記蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記補助蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記補助蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする蓄電池。
２． １に記載の蓄電池において、
前記充放電制御手段は、
温度が第１の温度範囲にある場合、前記補助蓄電手段と充放電用外部接続端子との接続をオフにし、前記蓄電手段のみを用いて充放電を行い、
温度が第２の温度範囲にある場合、前記補助蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記蓄電手段及び前記補助蓄電手段を用いて充放電を行う蓄電池。
３． ２に記載の蓄電池において、
温度が前記第１の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第２の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きい蓄電池。
４． １に記載の蓄電池において、
前記補助蓄電手段は、互いに並列に接続されるとともに、個別に充放電用外部接続端子との接続状態を制御可能に構成された複数列の子補助蓄電手段を有する蓄電池。
５． ４に記載の蓄電池において、
前記充放電制御手段は、
温度が第３の温度範囲にある場合、前記補助蓄電手段と充放電用外部接続端子との接続をオフにし、前記蓄電手段のみを用いて充放電を行い、
温度が第４の温度範囲にある場合、Ｍ列（Ｍは１以上の整数）の前記子補助蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記蓄電手段及びＭ列の前記子補助蓄電手段を用いて充放電を行い、
温度が第５の温度範囲にある場合、Ｎ列（ＮはＭより大きい整数）の前記子補助蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記蓄電手段及びＮ列の前記子補助蓄電手段を用いて充放電を行う蓄電池。
６． ５に記載の蓄電池において、
温度が前記第３の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第４の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きく、かつ、
温度が前記第４の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第５の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きい蓄電池。
７． ４から６のいずれかに記載の蓄電池において、
前記充放電制御手段は、所定の温度範囲毎に、前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣの値、及び、前記充放電用外部接続端子との接続をオンにする前記子補助蓄電手段の列数を対応付けた対応情報を保持しておき、当該対応情報を利用して前記蓄電手段及び前記補助蓄電手段の充放電を制御する蓄電池。
８． １から７のいずれかに記載の蓄電池において、
前記蓄電手段は、リチウムイオン二次電池である蓄電池。
９． １から８のいずれかに記載の蓄電池において、
前記補助蓄電手段は、キャパシタで構成されている蓄電池。
１０． 蓄電池に、
１つ又は複数の電池セルで構成された蓄電手段と、
１つ又は複数の電池セルで構成され、前記蓄電手段と並列に接続された補助蓄電手段と、
温度を測定する温度測定手段と、
を備えておき、
前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記蓄電手段及び前記補助蓄電手段のＳＯＣを変化させ、かつ、前記蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記補助蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記補助蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする蓄電池の制御方法。
１０−２． １０に記載の蓄電池の制御方法において、
温度が第１の温度範囲にある場合、前記補助蓄電手段と充放電用外部接続端子との接続をオフにし、前記蓄電手段のみを用いて充放電を行い、
温度が第２の温度範囲にある場合、前記補助蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記蓄電手段及び前記補助蓄電手段を用いて充放電を行う蓄電池の制御方法。
１０−３． １０−２に記載の蓄電池の制御方法において、
温度が前記第１の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第２の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きい蓄電池の制御方法。
１０−４． １０に記載の蓄電池の制御方法において、
前記補助蓄電手段は、互いに並列に接続されるとともに、個別に充放電用外部接続端子との接続状態を制御可能に構成された複数列の子補助蓄電手段を有する蓄電池の制御方法。
１０−５． １０−４に記載の蓄電池の制御方法において、
温度が第３の温度範囲にある場合、前記補助蓄電手段と充放電用外部接続端子との接続をオフにし、前記蓄電手段のみを用いて充放電を行い、
温度が第４の温度範囲にある場合、Ｍ列（Ｍは１以上の整数）の前記子補助蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記蓄電手段及びＭ列の前記子補助蓄電手段を用いて充放電を行い、
温度が第５の温度範囲にある場合、Ｎ列（ＮはＭより大きい整数）の前記子補助蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記蓄電手段及びＮ列の前記子補助蓄電手段を用いて充放電を行う蓄電池の制御方法。
１０−６． １０−５に記載の蓄電池の制御方法において、
温度が前記第３の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第４の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きく、かつ、
温度が前記第４の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第５の温度範囲にある場合における前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きい蓄電池の制御方法。
１０−７． １０−４から１０−６のいずれかに記載の蓄電池の制御方法において、
前記蓄電池は、所定の温度範囲毎に、前記蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣの値、及び、前記充放電用外部接続端子との接続をオンにする前記子補助蓄電手段の列数を対応付けた対応情報を記憶しており、当該対応情報を利用して前記蓄電手段及び前記補助蓄電手段の充放電を制御する蓄電池の制御方法。
１０−８． １０から１０−７のいずれかに記載の蓄電池の制御方法において、
前記蓄電手段は、リチウムイオン二次電池である蓄電池の制御方法。
１０−９． １０から１０−８のいずれかに記載の蓄電池の制御方法において、
前記補助蓄電手段は、キャパシタで構成されている蓄電池の制御方法。

この出願は、２０１３年２月２７日に出願された日本出願特願２０１３−０３７８６１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (12)

1. 第１の蓄電手段と、
   前記第１の蓄電手段と並列に接続された第２の蓄電手段と、
   温度を測定する温度測定手段と、
   前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段の充放電を制御する充放電制御手段と、
   を有し、
   前記充放電制御手段は、前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段のＳＯＣ（state of charge）を変化させ、かつ、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする蓄電池。
2. 請求項１に記載の蓄電池において、
   前記充放電制御手段は、
   温度が第１の温度範囲にある場合、前記第２の蓄電手段と充放電用外部接続端子との接続をオフにし、前記第１の蓄電手段のみを用いて充放電を行い、
   温度が第２の温度範囲にある場合、前記第２の蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段を用いて充放電を行う蓄電池。
3. 請求項２に記載の蓄電池において、
   温度が前記第１の温度範囲にある場合における前記第１の蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第２の温度範囲にある場合における前記第１の蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きい蓄電池。
4. 請求項１に記載の蓄電池において、
   前記第２の蓄電手段は、互いに並列に接続されるとともに、個別に充放電用外部接続端子との接続状態を制御可能に構成された複数列の子補助蓄電手段を有する蓄電池。
5. 請求項４に記載の蓄電池において、
   前記充放電制御手段は、
   温度が第３の温度範囲にある場合、前記第２の蓄電手段と充放電用外部接続端子との接続をオフにし、前記第１の蓄電手段のみを用いて充放電を行い、
   温度が第４の温度範囲にある場合、Ｍ列（Ｍは１以上の整数）の前記子補助蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記第１の蓄電手段及びＭ列の前記子補助蓄電手段を用いて充放電を行い、
   温度が第５の温度範囲にある場合、Ｎ列（ＮはＭより大きい整数）の前記子補助蓄電手段と前記充放電用外部接続端子との接続をオンにし、前記第１の蓄電手段及びＮ列の前記子補助蓄電手段を用いて充放電を行う蓄電池。
6. 請求項５に記載の蓄電池において、
   温度が前記第３の温度範囲にある場合における前記第１の蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第４の温度範囲にある場合における前記第１の蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きく、かつ、
   温度が前記第４の温度範囲にある場合における前記第１の蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣは、温度が前記第５の温度範囲にある場合における前記第１の蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣよりも大きい蓄電池。
7. 請求項４から６のいずれか１項に記載の蓄電池において、
   前記充放電制御手段は、所定の温度範囲毎に、前記第１の蓄電手段の前記充電完了状態のＳＯＣの値、及び、前記充放電用外部接続端子との接続をオンにする前記子補助蓄電手段の列数を対応付けた対応情報を保持しておき、当該対応情報を利用して前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段の充放電を制御する蓄電池。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の蓄電池において、
   前記第１の蓄電手段は、リチウムイオン二次電池である蓄電池。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の蓄電池において、
   前記第２の蓄電手段は、キャパシタで構成されている蓄電池。
10. 蓄電池に、
    第１の蓄電手段と、
    前記第１の蓄電手段と並列に接続された第２の蓄電手段と、
    温度を測定する温度測定手段と、
    を備えておき、
    前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段のＳＯＣを変化させ、かつ、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする蓄電池の制御方法。
11. 第１の蓄電手段と、
    前記第１の蓄電手段と並列に接続された第２の蓄電手段と、
    温度を測定する温度測定手段と、
    を有する蓄電池の充放電を制御する充放電制御手段を有し、
    前記充放電制御手段は、前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段のＳＯＣを変化させ、かつ、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする制御装置。
12. 第１の蓄電手段と、
    前記第１の蓄電手段と並列に接続された第２の蓄電手段と、
    温度を測定する温度測定手段と、
    を有する蓄電池の充放電を制御する工程を有し、
    前記工程では、前記温度測定手段による測定結果に応じて、それ以上の充電を許容しない充電完了状態における前記第１の蓄電手段及び前記第２の蓄電手段のＳＯＣを変化させ、かつ、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくし、前記第１の蓄電手段の前記ＳＯＣを大きくする際は前記第２の蓄電手段の前記ＳＯＣを小さくする制御方法。

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