JP6500789B2 - 二次電池の制御システム - Google Patents

Description

本発明は，二次電池の劣化の程度を推定する二次電池の制御システムに関する。

従来より，二次電池の劣化の程度を推定する方法として，二次電池の充電時に，電池電圧値Ｖの変化量ｄＶに対する電池の蓄電量Ｑの変化量ｄＱの割合である蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを算出し，その算出結果に基づいて推定する方法が知られている。例えば，蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを縦軸に，電池電圧値Ｖを横軸にとって，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線を描き，曲線の形状や曲線上に現れるピークの位置等に基づいて，二次電池の劣化の程度を推定する方法がある。

具体的に，上述の方法を開示した文献としては，例えば，特許文献１がある。特許文献１では，電池電圧値３．２Ｖから初期状態で第１のピークが現れる電池電圧値Ｖｐまでの範囲内で，ｄＱ／ｄＶの最大値と最小値との差分値ΔｄＱ／ｄＶを算出している。そして，算出した差分値ΔｄＱ／ｄＶの大きさに基づいて，二次電池の容量低下量を推定する技術が開示されている。

特開２０１３−６８４５８号公報

しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題があった。すなわち，従来の推定方法では，ハイレートによる劣化の程度が考慮されていない。リチウムイオン二次電池では，ハイレートでの充電または放電に起因して，イオン濃度の偏りが生じる。例えば，二次電池をハイレートで充電または放電すると，充電過多状態や放電過多状態となる場合がある。そして，充電過多状態または放電過多状態では，二次電池の抵抗値が変化し，前述した蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶの値や，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線の形状が変化している可能性がある。そのため，ハイレートによる劣化を考慮しないと，二次電池の容量低下量または容量低下率を高精度に推定し難い。特に，車両に搭載される二次電池では，ハイレートでの充電または放電となる可能性が高く，改善の余地がある。

本発明は，前記した従来の装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，二次電池の容量低下量または容量低下率を高精度に推定する二次電池の制御システムを提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の二次電池の制御システムは，リチウムイオン二次電池と，外部電源から供給される電力を用いて，前記二次電池を充電する充電手段と，前記二次電池の充電及び放電を制御する制御手段と，を備える二次電池の制御システムにおいて，前記制御手段は，前記充電手段による前記二次電池の充電時に，前記二次電池の電池電圧値Ｖの変化量ｄＶに対する前記二次電池の蓄電量Ｑの変化量ｄＱの割合である蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを取得する変化割合取得処理と，前記変化割合取得処理の実行中における，前記二次電池の電池電圧値Ｖと，取得された蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶと，の関係を表すＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線上に現れるピークの電池電圧値Ｖｔを取得するピーク位置取得処理と，前記二次電池に流れた電流の履歴に基づいて，前記二次電池の充電過多または放電過多の程度を評価する判定値を取得する判定値取得処理と，前記ピーク位置取得処理にて取得されたピークの電池電圧値Ｖｔを，前記判定値取得処理にて取得された判定値に対応する補正値にて補正した結果に基づいて，前記二次電池の容量低下量または容量低下率を推定する推定処理と，を実行することを特徴としている。

本明細書に開示される二次電池の制御システムは，二次電池の充電時に蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを取得し，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線上に現れるピークの電池電圧値Ｖｔを取得する。また，二次電池の制御システムは，二次電池に流れた電流の履歴に基づいて，二次電池の充電過多または放電過多の程度を評価する判定値を取得する。二次電池の制御システムは，さらに，取得されたピークの電池電圧値Ｖｔを判定値に対応する補正値にて補正し，その結果に基づいて，二次電池の容量低下量または容量低下率を推定する。

すなわち，本明細書に開示される二次電池の制御システムによれば，充電過多状態または放電過多状態の程度が判定値にて取得される。そして，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線上に現れるピークの電池電圧値Ｖｔを，判定値にて補正する。つまり，二次電池の充電時に電池電圧値Ｖと電池の蓄電量Ｑとに基づいてピークの電池電圧値Ｖｔを取得し，取得した電池電圧値Ｖｔを，別に取得したハイレート状態の判定値に対応する補正値で補正する。そして，補正後のピークの電池電圧値Ｖｔに基づいて，二次電池の容量低下量または容量低下率を推定する。これにより，ハイレートによる劣化を考慮して，二次電池の容量低下量または容量低下率を高精度に推定できる。

本発明によれば，二次電池の容量低下量または容量低下率の高精度の推定が期待できる二次電池の制御システムが実現される。

実施の形態にかかる二次電池システムの概略構成図である。 二次電池の断面図である。 蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶと電池電圧値Ｖとの関係を示すグラフである。 二次電池の温度とＳＯＣと忘却係数との関係を示すグラフである。 二次電池の温度とＳＯＣと限界値との関係を示すグラフである。 評価値の変化の例を示すグラフである。 蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶと電池電圧値Ｖとの関係を示すグラフである。 劣化値Ｆとピーク差ΔＶの補正量との関係を示すグラフである。 組電池制御処理の手順を示すフローチャートである。

以下，本発明にかかる二次電池の制御システムを具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，車両に搭載される二次電池の制御システムに本発明を適用したものである。

本実施の形態の二次電池システム６の例を図１に示す。二次電池システム６は，車両の車体に取り付けられており，車両に搭載されるモータ（インバータ）と接続されている。この二次電池システム６は，図１に示すように，複数のリチウムイオン二次電池１００（以下，二次電池１００とする）を互いに電気的に直列に接続した組電池１０と，電池コントローラ３０と，電圧検知手段４０と，電流検知手段５０と，変換装置４４とを備えている。電池コントローラ３０は，制御手段の一例であり，変換装置４４は，充電手段の一例である。

二次電池１００は，図２に示すように，直方体形状の電池ケース１１０と，正極端子１２０と，負極端子１３０とを備える，角形密閉式のリチウムイオン二次電池である。このうち，電池ケース１１０は，金属からなり，直方体形状の収容空間をなす角形収容部１１１と，金属製の蓋部１１２とを有している。電池ケース１１０の内部には，電極体１５０，正極接続部材１２２，負極接続部材１３２などとともに電解液が収容されている。

電極体１５０は，帯状の正極板及び負極板が，帯状のセパレータを介して扁平形状に捲回されてなる捲回型電極体である。正極板に形成される正極活物質層には，正極活物質と，アセチレンブラックからなる導電材と，ＰＶｄＦ（結着剤）とが含まれている。なお，本実施形態では，正極活物質として，層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物を用いている。また，負極板に形成される負極活物質層には，負極活物質とＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）とＣＭＣと（カルボキシメチルセルロース）を含んでいる。なお，本実施形態では，負極活物質として，炭素系材料（詳細には，黒鉛）を用いている。

変換装置４４は，ＡＣ／ＤＣコンバータを含み，図１に示すように，スイッチ４３を介して，組電池１０に電気的に接続されている。また，変換装置４４は，ケーブル７１を介して，電源プラグ８に電気的に接続されている。電源プラグ８は，外部電源４６（例えば，商用電源）に電気的に接続可能なものである。変換装置４４は，電源プラグ８を外部電源４６に電気的に接続することで，外部電源４６の電圧を，一定電圧値を有する直流定電圧に変換する。これにより，例えば，車両の停車中に，外部電源４６から供給される電力を用いて，組電池１０を構成する二次電池１００を充電することができる。

電圧検知手段４０は，組電池１０を構成する二次電池１００について，電池電圧値Ｖ（端子間電圧値）を検知する。電流検知手段５０は，組電池１０を構成する二次電池１００を流れる電流値Ｉを検知する。

電池コントローラ３０は，図１に示すように，ＲＯＭ３１，ＣＰＵ３２，ＲＡＭ３３等を有している。この電池コントローラ３０は，スイッチ４１，４２を介して，組電池１０に電気的に接続されている。電池コントローラ３０は，スイッチ４１，４２をＯＮにした状態で，組電池１０を構成する二次電池１００の充電及び放電を制御する。例えば，車両の運転中は，二次電池１００とインバータとの間における電気のやりとりを制御する。

電池コントローラ３０は，二次電池１００の電池容量の低下の程度を表す，容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを推定する。容量低下量Ｘは，初期状態の二次電池１００の満充電時の電池容量に対する，現在の二次電池１００の満充電時の電池容量の低下量である。容量低下率Ｙは，初期状態の二次電池１００の満充電時の電池容量に対する，現在の二次電池１００の満充電時の電池容量の低下率である。そして，電池コントローラ３０は，推定した容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙの値に応じて，二次電池１００の劣化の程度が大きいと判断した場合，例えば，警告ランプ４７を点灯する。さらに，電池コントローラ３０は，劣化の程度に応じて，車両の運転中における組電池１０の制御方法を変更する，または，二次電池１００の使用を禁止する。

続いて，電池コントローラ３０による容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙの推定方法について説明する。二次電池１００は，充電及び放電の繰り返しや時間の経過によって，次第に内部抵抗値が上昇し，電池容量が低下する。二次電池１００の抵抗値の上昇には，二次電池１００を構成する材料が摩耗することに伴う摩耗劣化による成分と，二次電池１００の内部でイオン濃度が偏ることによるハイレート劣化による成分とが含まれる。

これらのうちのハイレート劣化は，二次電池１００のハイレートでの充電またはハイレートでの放電が継続的に行われることで発生する。ハイレート劣化の要因であるハイレート状態として，充電過多状態と放電過多状態とがあり，充電過多によるイオン濃度の偏り状態と，放電過多によるイオン濃度の偏り状態とでは，相反する状態である。そのため，二次電池１００のハイレート劣化による抵抗値の変化成分としては，抵抗値の上昇および下降の両方の可能性がある。また，ハイレート状態は，時間の経過に伴ってイオン濃度の偏りが緩和することにより，緩和されることがある。

電池コントローラ３０は，二次電池１００の容量低下量Ｘを推定するために，二次電池１００の充電時に蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを取得する。具体的には，電池コントローラ３０は，まず，二次電池１００の電圧を十分に低い状態（例えば，３．０Ｖ）としてから，二次電池１００の充電を開始する。なお，充電は，１Ｃ以下の電流値にて行うことが好ましい。

そして，所定時間毎（例えば，１秒毎）に，電池コントローラ３０は，電圧検知手段４０の出力信号と電流検知手段５０の出力信号とに基づいて，電池電圧値Ｖと電流値Ｉとを取得する。さらに，電池コントローラ３０は，取得した電流値Ｉを積算して，その期間での二次電池１００の充電電気量を算出し，算出された充電電気量に基づいて，二次電池
１００に蓄えられている電気量である蓄電量Ｑを推定する。

また，電池コントローラ３０は，電池電圧値Ｖの変化量ｄＶに対する蓄電量Ｑの変化量ｄＱの割合である蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶの値を算出する。具体的には，電池コントローラ３０は，二次電池１００について，所定時間毎に取得される電池電圧値Ｖと蓄電量Ｑに基づいて，所定期間での電池電圧値Ｖの変化量ｄＶと蓄電量Ｑの変化量ｄＱとを算出し，これらに基づいて蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶの値を算出する。

さらに，電池コントローラ３０は，二次電池１００のＳＯＣが基準値（例えば，１００％）に達したと判定したとき，二次電池１００の充電を終了させる。ＳＯＣは，二
次電池１００の満充電容量に対する，現在の充電容量の割合である。電池コントローラ３０は，二次電池１００の充電中，電圧検知手段４０で検出された電池電圧に基づいて，二次電池１００のＳＯＣを推定する。

算出された蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを，電池電圧値Ｖに対する関係としてグラフ化すると，例えば，図３に示すように，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線が得られる。この図３では，初期状態の二次電池１００におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を実線Ｌ０で示している。このようにして取得されるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線上には，複数箇所に蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶのピークが現れる。例えば，図３中の実線Ｌ０には，電池電圧値ＶｐにピークＰが現れている。

ハイレート劣化を無視できる場合には，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線のピークは，摩耗劣化の進行に伴って電池電圧値Ｖの大きい側へ移動する。例えば，図３中に細い実線で示すように，摩耗劣化の進行した二次電池１００のＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線のピークＰｔの電池電圧値Ｖｔは，初期状態の二次電池１００におけるピークＰの電池電圧値Ｖｐより大きい。電池電圧値Ｖｔと電池電圧値Ｖｐとの差をピーク差ΔＶとすると，ピーク差ΔＶは，摩耗劣化の進行につれて大きくなる。

さらに，ピークの電池電圧値Ｖｔまたはピーク差ΔＶと，二次電池１００の容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙとの間には，正の相関関係がある。すなわち，電池電圧値Ｖｔまたはピーク差ΔＶが大きいほど，二次電池１００の容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙが大きい。従って，電池コントローラ３０は，例えば，今回の測定結果の電池電圧値Ｖｔと初期状態の電池電圧値Ｖｐとのピーク差ΔＶに基づいて，二次電池１００の劣化の程度を推定することができる。

そのために，本形態の電池コントローラ３０では，初期状態の二次電池１００におけるピークＰの電池電圧値Ｖｐが予め取得されて，ＲＯＭ３１に記憶されている。さらに，電池電圧値Ｖｔまたはピーク差ΔＶと二次電池１００の容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙとの関係も，予め取得されてＲＯＭ３１に記憶されている。

そして，電池コントローラ３０は，初期状態の二次電池１００におけるピークＰの電池電圧値ＶｐをＲＯＭ３１から読み出し，取得した電池電圧値Ｖｔとのピーク差ΔＶを算出する。さらに，電池コントローラ３０は，取得したピーク差ΔＶに対応する容量低下量Ｘまたは容量低下率ＹをＲＯＭ３１から読み出し，現状での容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを取得する。これにより，ハイレート劣化を無視できる二次電池１００であれば，容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを推定できる。

しかし，車載の二次電池１００では，ハイレート劣化の発生を防止することは難しい。つまり，充電時の測定によって取得した二次電池１００のＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線には，ハイレート劣化による変動分も含まれている。そこで，本形態では，ハイレート劣化による変動分をＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線の取得とは別に推定し，その推定結果に基づいて，電池電圧値Ｖｔまたはピーク差ΔＶを補正する。つまり，電池コントローラ３０は，取得した電池電圧値Ｖｔまたはピーク差ΔＶのうちの摩耗劣化による変動分を取得し，取得した摩耗劣化による変動分に基づいて，容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを推定する。

なお，ハイレート劣化による変動分は，充電時及び放電時に二次電池１００に流れた電流の履歴に基づいて推定できる。そこで，電池コントローラ３０は，二次電池１００の使用状況を監視し，ハイレート劣化の程度を推定する。

次に，ハイレート劣化の変動分の推定方法について説明する。電池コントローラ３０は，二次電池１００の初期状態から，上述した蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶの算出とは別に，定期的にハイレート状態を評価して評価値Ｄ（Ｎ）を取得し，ＲＡＭ３３に記憶する。そして，電池コントローラ３０は，取得した評価値Ｄ（Ｎ）を積算して積算値Ｅを取得し，積算値Ｅに基づいて，その時点までのハイレート劣化の変動分を推定する。評価値Ｄ（Ｎ）は，イオン濃度の偏りに伴う二次電池１００の入出力性能の低下の程度を評価する値であり，二次電池１００に流れる電流値に基づいて算出される。

まず，評価値Ｄ（Ｎ）について説明する。電池コントローラ３０は，所定のサイクルタイムΔｔ毎に繰り返して，ハイレート状態の程度を表す評価値Ｄ（Ｎ）を取得する。電池コントローラ３０は，今回のサイクルタイムでの評価値Ｄ（Ｎ）の算出時には，前回の評価値Ｄ（Ｎ−１）と，前回からの評価値の減少量Ｄ（−）と，前回からの評価値の増加量Ｄ（＋）とを算出し，以下の式１にて今回の評価値Ｄ（Ｎ）を算出する。
Ｄ（Ｎ） ＝ Ｄ（Ｎ−１）−Ｄ（−）＋Ｄ（＋） …式１
なお，ハイレート劣化の評価値Ｄ（Ｎ）の初期値としてのＤ（０）は，例えば０とする。

評価値の減少量Ｄ（−）は，前回の評価値Ｄ（Ｎ−１）を算出したときから，１回のサイクルタイムΔｔが経過するまでの間での，イオン濃度の偏りの減少の程度を推定する値である。イオン濃度の偏りは，時間の経過に伴い，イオンの拡散によってある程度減少する。電池コントローラ３０は，例えば，以下の式２に基づいて，評価値の減少量Ｄ（−）を算出する。
Ｄ（−） ＝ Ａ×Δｔ×Ｄ（Ｎ−１） …式２

なお，式２中の「Ａ」は，忘却係数であり，二次電池１００の電解液中のイオンの拡散速度に関する係数である。忘却係数Ａは，二次電池１００のＳＯＣと二次電池１００の温度とに基づいて決定される。忘却係数Ａを決定するために，電池コントローラ３０は，評価値Ｄ（Ｎ）の算出時には，二次電池１００の温度とＳＯＣとを取得する。

電池コントローラ３０は，二次電池１００の放電実験等により，例えば，図４に示すように，温度とＳＯＣとに対応する忘却係数Ａの関係マップを取得してＲＯＭ３１に記憶している。そして，電池コントローラ３０は，関係マップに基づいて，忘却係数Ａを決定する。図４に示すように，二次電池１００の温度が同じであれば，ＳＯＣが高いほど忘却係数Ａは大きい。また，二次電池１００のＳＯＣが同じであれば，温度が高いほど忘却係数Ａは大きい。なお，忘却係数Ａは，以下の式３の条件を満たす範囲内で設定される。
０ ＜ Ａ×Δｔ ＜ １ …式３

式２と式３とから分かるように，「Ａ×Δｔ」の値が１に近いほど，評価値の減少量Ｄ（−）が大きい。言い換えれば，忘却係数Ａが大きいほど，または，サイクルタイムΔｔが長いほど，評価値の減少量Ｄ（−）が大きい。なお，減少量Ｄ（−）の算出方法は，式２に示した方法に限定されるものではなく，時間の経過によるイオン濃度の偏りの減少の程度を特定することができる方法であればよい。

また，評価値の増加量Ｄ（＋）は，前回の評価値Ｄ（Ｎ−１）を算出したときから，１回のサイクルタイムΔｔが経過するまでの間において，充電または放電に伴うイオン濃度の偏りの増加の程度を推定する値である。電池コントローラ３０は，例えば，以下の式４に基づいて，評価値の増加量Ｄ（＋）を算出する。
Ｄ（＋） ＝ Ｉ×Δｔ×（Ｂ／Ｃ） …式４

式４において，「Ｉ」は，電流値，「Ｂ」は，電流係数，「Ｃ」は，限界値，をそれぞれ示す。電流値Ｉは，電流検知手段５０の出力信号に基づいて取得され，電流の向きを含む値である。つまり，二次電池１００を放電しているときは，電流値Ｉは正の値であり，二次電池１００を充電しているときは，電流値Ｉは負の値である。電流係数Ｂは，ＲＯＭ３１に予め記憶されている係数である。電池コントローラ３０は，ＲＯＭ３１から電流係数Ｂを読み出して使用する。

また，限界値Ｃは，二次電池１００のＳＯＣと二次電池１００の温度とに基づいて決定される値である。電池コントローラ３０は，二次電池１００の放電実験等により，例えば，図５に示すように，温度とＳＯＣとに対応する限界値Ｃの関係マップを取得してＲＯＭ３１に記憶している。そして，電池コントローラ３０は，関係マップに基づいて，限界値Ｃを算出する。

式４から分かるように，二次電池１００が放電している場合にはＤ（＋）は正の値であり，二次電池１００が充電している場合にはＤ（＋）は負の値である。これは，二次電池１００の充電時と放電時とでは，イオン濃度の偏りの進行が逆向きだからである。そして，電流値Ｉの絶対値が大きいほど，または，サイクルタイムΔｔが長いほど，評価値の増加量Ｄ（＋）の絶対値は大きい。なお，増加量Ｄ（＋）の算出方法は，式４に示した方法に限定されるものではなく，充電または放電によるイオン濃度の偏りの増加の程度を特定することができる方法であればよい。

そして，式１に示したように，電池コントローラ３０は，前回の評価値Ｄ（Ｎ−１）と，式２にて算出した評価値の減少量Ｄ（−）と，式４にて算出した評価値の増加量Ｄ（＋）とを用いて，今回の評価値Ｄ（Ｎ）を算出する。さらに，電池コントローラ３０は，算出した評価値Ｄ（Ｎ）をＲＡＭ３３に記憶する。評価値Ｄ（Ｎ）をＲＡＭ３３に記憶することにより，電池コントローラ３０は，評価値Ｄ（Ｎ）の変化を監視することができる。

さらに，電池コントローラ３０は，評価値Ｄ（Ｎ）に基づいて，積算値Ｅを算出する。具体的に，その時点での積算値Ｅは，例えば，図６に示すように，評価値Ｄ（Ｎ）のうち予め決めた目標値の範囲Ｄｔ（＋）〜Ｄｔ（−）を超えた部分であるＤｅ（Ｎ）を，例えば，以下の式５に基づいて積算することで取得される。なお，Ｄｔ（＋）とＤｔ（−）とは，絶対値が等しく符号が異なる数値である。
Ｅ ＝ ａ×ΣＤｅ（Ｎ−１）＋Ｄｅ（Ｎ） …式５
ただし，
Ｄ（Ｎ）＞Ｄｔ（＋）＞０ では， Ｄｅ（Ｎ）＝ Ｄ（Ｎ）−Ｄｔ（＋）
Ｄ（Ｎ）＜Ｄｔ（−）＜０ では， Ｄｅ（Ｎ）＝ Ｄ（Ｎ）−Ｄｔ（−）
Ｄｔ（−）≦Ｄ（Ｎ）≦Ｄｔ（＋）では，Ｄｅ（Ｎ）＝ ０
ここで，ａは，ハイレート劣化の緩和を考慮した補正係数であり，０＜ａ＜１である。

なお，電池コントローラ３０は，例えば，評価値Ｄ（Ｎ）を算出する度に積算値Ｅを算出し，算出した積算値ＥをＲＡＭ３３に記憶する。あるいは，電池コントローラ３０は，所定のタイミングで，前回までの積算値Ｅに以後の評価値Ｄ（Ｎ）を積算してＲＡＭ３３に記憶する。これにより，積算値Ｅは，例えば，初期状態から積算された，ハイレート劣化の程度を表す数値とすることができる。積算値Ｅは，判定値の一例である。なお，積算値Ｅの算出方法は，式５に示したような，評価値Ｄ（Ｎ）を積算する方法に限定されるものではなく，現状でのハイレート劣化の程度を特定することができる方法であればよい。

ハイレート劣化により，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線は，例えば，図７に示すように変化する。図７では，初期状態の二次電池１００におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を実線Ｌ０で，放電過多のハイレート劣化状態の二次電池１００におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を破線Ｌ１で示した。さらに，充電過多のハイレート劣化状態の二次電池１００におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を１点鎖線Ｌ２と２点鎖線Ｌ３とで示した。１点鎖線Ｌ２は，小程度のハイレート劣化状態の二次電池１００であり，２点鎖線Ｌ３は，中程度のハイレート劣化状態の二次電池１００である。

つまり，図３に示したように，充電時に取得したＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線は，摩耗劣化のみを示すのではなく，ハイレート劣化によるずれが加わったものとなっている。例えば，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線に現れるピークの電池電圧値Ｖｔは，ハイレート劣化が起きていない場合に比較して，放電過多の状態では電池電圧値Ｖの大きい側へ，充電過多の状態では電池電圧値Ｖの小さい側へずれたものとなっている。さらに，そのずれ量は，ハイレート劣化の程度に対応している。つまり，積算値Ｅの絶対値が大きいほど，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線に現れるピークの位置のずれ量が大きい。

そこで，電池コントローラ３０は，充電時のＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線から取得したピークの電池電圧値Ｖｔまたはピーク差ΔＶ（図３参照）を，取得した積算値Ｅを用いて補正し，補正した結果に基づいて，二次電池１００の容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを推定する。具体的に，電池コントローラ３０は，積算値Ｅの正負に基づいて，積算値Ｅが正値であれば，二次電池１００が放電過多の状態であると判断し，積算値Ｅが負値であれば，二次電池１００が充電過多の状態であると判断する。

そして，電池コントローラ３０は，ピーク差ΔＶを，積算値Ｅの絶対値に基づく補正量を減算することにより補正する。積算値Ｅは非常に大きい数値となる可能性があるため，電池コントローラ３０は，積算値Ｅの絶対値に基づく概算値である劣化値Ｆを決定して使用する。そして，劣化値Ｆとピーク差ΔＶの補正量との関係は，例えば，図８に示すように決定され，ＲＯＭ３１に記憶されている。劣化値Ｆは，ハイレート劣化の程度が上昇するにつれて大きい値となり，劣化値Ｆが大きいほど，ピーク差ΔＶの補正量の絶対値が大きい。なお，ハイレート劣化を無視できる二次電池１００では，劣化値Ｆ＝１である。

そして，電池コントローラ３０は，図３に示したように算出されたピーク差ΔＶから，劣化値Ｆに対応するピーク差ΔＶの補正量を減算する。なお，ピーク差ΔＶを補正する代わりに，ピークの電池電圧値Ｖｔを補正し，初期状態のピークの電池電圧値Ｖｐとの差を算出してもよい。

例えば，図８の例では，二次電池１００が充電過多のハイレート状態であり，劣化値Ｆ＝１．１５であれば，ピーク差ΔＶの補正量は，約−０．０１である。この場合，電池コントローラ３０は，算出されたピーク差ΔＶに０．０１を加算した値を用いて，二次電池１００の容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを推定する。また，例えば，二次電池１００が放電過多のハイレート状態であり，劣化値Ｆ＝１．２２であれば，ピーク差ΔＶの補正量は，約０．０１５である。そこで，電池コントローラ３０は，算出されたピーク差ΔＶから０．０１５を減算した値を用いて，二次電池１００の容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを推定する。

続いて，本実施の形態の二次電池システム６にて，二次電池１００の容量低下率Ｙを推定し，その推定結果に基づいて，組電池１０の充電及び放電を制御する組電池制御処理の手順について，図９のフローチャートを参照して説明する。この組電池制御処理は，所定の実行条件を満たしたことを契機に，電池コントローラ３０のＣＰＵ３２にて実行される。なお，所定の実行条件としては，例えば，実行命令の受け付け，点検装置への接続，前回の実行から所定時間が経過，車両の走行時間または走行距離が所定以上，評価値Ｄ（Ｎ）または積算値Ｅが所定値以上，が挙げられる。

組電池制御処理では，電池コントローラ３０は，まず，組電池１０の充電を開始する（Ｓ１０１）。ただし，組電池１０の電圧が十分に下がっていない場合には，まず放電して電圧を十分に下げてから，充電を開始する。

そして，電池コントローラ３０は，充電中に二次電池１００の電池電圧値Ｖと蓄電量Ｑとを取得し，その取得結果に基づいて，電池電圧値Ｖの変化量ｄＶに対する蓄電量Ｑの変化量ｄＱの割合である蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを取得する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２は，変化割合取得処理の一例である。そして，電池コントローラ３０は，取得した蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶの値と電池電圧値Ｖとの関係からＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を取得する（Ｓ１０３）。

次に，電池コントローラ３０は，Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線上に現れるピークＰｔの電池電圧値Ｖｔを取得する（Ｓ１０４）。Ｓ１０４は，ピーク位置取得処理の一例である。さらに，Ｓ１０４にて取得した電池電圧値Ｖｔと，予めＲＯＭ３１に記憶されている初期状態のピークＰの電池電圧値Ｖｐとの差を算出し，ピーク差ΔＶを取得する（Ｓ１０５）。

また，電池コントローラ３０は，ＲＡＭ３３から評価値Ｄ（Ｎ）を読み出して積算することにより積算値Ｅを取得し，さらに，取得した積算値Ｅに基づいて現在の劣化値Ｆを取得する（Ｓ１０６）。Ｓ１０６は，判定値取得処理の一例である。なお，評価値Ｄ（Ｎ）や積算値Ｅは，この組電池制御処理とは別に，電池コントローラ３０にて実行される処理にて，組電池１０の充電及び放電による電流値Ｉを用いて前述したように算出され，ＲＡＭ３３に記憶されている。なお，Ｓ１０６の実行順は，Ｓ１０５の後に限らず，この組電池制御処理の開始からＳ１０５にてピーク差ΔＶを取得するまでの間に実行してもよい。また，現在の積算値ＥがすでにＲＡＭ３３に記憶されている場合は，Ｓ１０６では，積算する処理を省略してもよい。

そして，電池コントローラ３０は，Ｓ１０５にて取得したピーク差ΔＶを，Ｓ１０６にて取得した劣化値Ｆにて補正する（Ｓ１０７）。さらに，補正後のピーク差ΔＶに基づいて，容量低下率Ｙを推定する（Ｓ１０８）。Ｓ１０８は，推定処理の一例である。ピーク差ΔＶと容量低下率Ｙとの関係は，ＲＯＭ３１に記憶されている。

次に，電池コントローラ３０は，推定した容量低下率Ｙが所定の閾値より大きいか否かを判断する（Ｓ１０９）。閾値は，例えば，２５％である。そして，容量低下率Ｙが閾値より大きいと判断した場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ），電池コントローラ３０は，その組電池１０の使用を制限する（Ｓ１１０）。使用の制限として，電池コントローラ３０は，例えば，組電池１０の使用を禁止する，組電池１０の充電または放電の継続時間や電流値を制限する，ことを行う。なお，組電池１０の使用を禁止する場合，例えば，警告ランプ４７の点灯や，組電池１０の交換を推奨するメッセージ表示により，ユーザに通知することが好ましい。

Ｓ１１０の後，または，容量低下率Ｙが閾値より大きくないと判断した場合（Ｓ１０９：ＮＯ），電池コントローラ３０は，組電池制御処理を終了する。

以上，詳細に説明したように，本形態の二次電池システム６によれば，電池コントローラ３０は，二次電池１００の充電時に，二次電池１００の電池電圧値Ｖの変化量ｄＶに対する二次電池１００の蓄電量Ｑの変化量ｄＱの割合である蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを取得する。さらに，電池コントローラ３０は，二次電池１００の電池電圧値Ｖと，取得された蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶとの関係を示すＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線上に現れるピークＰｔの電池電圧値Ｖｔを取得する。また，電池コントローラ３０は，二次電池１００に流れる電流の履歴に基づいて，充電過多または放電過多の程度を評価する積算値Ｅを取得する。そして，電池コントローラ３０は，ピークＰｔの電池電圧値Ｖｔを積算値Ｅに基づいて補正する。例えば，電池電圧値Ｖｔと初期状態の電池電圧値Ｖｐとの差であるピーク差ΔＶから，積算値Ｅに対応する補正値を減算する。そして，電池コントローラ３０は，補正結果に基づいて，容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを推定する。つまり，電池コントローラ３０は，ハイレート劣化による変動分を除いたピークの電池電圧値Ｖｔまたはピーク差ΔＶに基づいて，容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙを推定する。従って，ハイレート劣化による変動分を考慮しない場合に比較して，高精度に容量低下量または容量低下率を推定できる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。

例えば，車両に搭載される二次電池システムに限らず，リチウムイオン二次電池を使用するシステムであれば適用可能である。また，例えば，ＲＡＭ３３に加えて，ＨＤＤ等の不揮発性の記憶装置を使用してもよい。

また，例えば，蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶの算出，ハイレート劣化の評価値Ｄ（Ｎ）や積算値Ｅの算出，容量低下量Ｘまたは容量低下率Ｙの推定等は，組電池１０を構成する全ての二次電池１００を対象として行っても良いし，組電池１０を構成する全ての二次電池１００から選択した１または複数の二次電池１００のみを対象として行うようにしても良い。

また，例えば，評価値Ｄ（Ｎ）や積算値Ｅの算出は，サイクルタイムΔｔ毎に行ってもよいし，サイクルタイムΔｔ毎に電流値Ｉ，二次電池１００の温度やＳＯＣ等のデータを取得しておいて，評価値Ｄ（Ｎ）や積算値Ｅの算出は後でまとめて行ってもよい。

６ 二次電池システム
３０ 電池コントローラ
４４ 変換装置
１００ 二次電池

Claims (1)

1. リチウムイオン二次電池と，
   外部電源から供給される電力を用いて，前記二次電池を充電する充電手段と，
   前記二次電池の充電及び放電を制御する制御手段と，
   を備える二次電池の制御システムにおいて，
   前記制御手段は，
   前記充電手段による前記二次電池の充電時に，前記二次電池の電池電圧値Ｖの変化量ｄＶに対する前記二次電池の蓄電量Ｑの変化量ｄＱの割合である蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶを取得する変化割合取得処理と，
   前記変化割合取得処理の実行中における，前記二次電池の電池電圧値Ｖと，取得された蓄電量変化割合ｄＱ／ｄＶと，の関係を表すＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線上に現れるピークの電池電圧値Ｖｔを取得するピーク位置取得処理と，
   前記二次電池に流れた電流の履歴に基づいて，前記二次電池の充電過多または放電過多の程度を評価する判定値を取得する判定値取得処理と，
   前記ピーク位置取得処理にて取得されたピークの電池電圧値Ｖｔを，前記判定値取得処理にて取得された判定値に対応する補正値にて補正した結果に基づいて，前記二次電池の容量低下量または容量低下率を推定する推定処理と，
   を実行することを特徴とする二次電池の制御システム。

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