JP6658349B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本発明は電池システムに関し、より特定的には、ニッケル水素電池を含む電池システムに関する。

二次電池は様々な要因によって劣化し得る。二次電池が劣化した場合には、特定の充電を行なうことによって二次電池のさらなる劣化を抑制する手法が提案されている。たとえば特開２００８−２２８４９２号公報（特許文献１）は、リチウムイオン二次電池の充電方法を開示する。この充電方法によれば、リチウムイオン二次電池の劣化度が検出され、検出された劣化度が、劣化が進んだことを示すときには設定電圧が低く設定される。

特開２００８−２２８４９２号公報

ニッケル水素電池の正極内にＮｉ_２Ｏ_３Ｈが生成すると、その生成量が増加するに従ってニッケル水素電池の容量が低下することが知られている。Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈは、ニッケル水素電池の電圧が所定値（たとえば１．５Ｖ）よりも高い場合に生成されやすい。したがって、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成によりニッケル水素電池の容量低下がある程度進行した場合には、ニッケル水素電池の電圧を所定値以下に制限することが考えられる。Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成を抑制することで、ニッケル水素電池の容量低下のさらなる進行を抑制することができるためである。

ニッケル水素電池を用いた電池システムの用途の一例として、ハイブリッド車両等の電動車両が挙げられる。電動車両に搭載される組電池においては一般に、複数のセルが所定方向に配列される。発明者らは、このような条件下においては、セルの位置に応じてセルの温度が異なり、それによりＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成量も異なり得る点に着目した。つまり、相対的に温度が高いセルでは、相対的に温度が低いセルと比べて、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成量が大きくなり、その結果として満充電容量の低下量が大きくなる可能性がある。このように、セルの位置に応じて満充電容量の低下量が異なり得る点を考慮しないと、各セルの充電電圧の制御に弊害が生じ得る。

本発明は上記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含む電池システムにおいて、正極内でのＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成に起因する容量低下を適切に抑制可能な技術を提供することである。

本発明のある局面に従う電池システムは、所定方向に配列された、各々がニッケル水素電池である複数のセル（単セル）を含む組電池と、複数のセルのうち所定方向の端部に配置された第１のセルの電圧および温度を検出する第１のセンサと、複数のセルのうち所定方向の中央部に配置された第２のセルの電圧および温度を検出する第２のセンサと、上記複数のセルの充電電圧を制御する制御装置とを備える。制御装置は、メモリを含み、当該メモリは、セルの電圧および温度と、正極内に生成されるＮｉ_２Ｏ_３Ｈに起因するセルの満充電容量の低下量との関係を示すデータを記憶する。制御装置は、データを参照することによって、第１のセルの電圧および温度から第１のセルの満充電容量を算出するとともに、第２のセルの電圧および温度から第２のセルの満充電容量を算出する。制御装置は、第１のセルの満充電容量と第２のセルの満充電容量との容量差が基準値以上である場合に、容量差が基準値未満である場合と比べて、上記充電電圧の上限を低くする。

本発明者らの実験結果（後述）から、第１のセルの満充電容量と第２のセルの満充電容量との容量差が基準値以上である場合には正極内にＮｉ_２Ｏ_３Ｈが生成されやすくなることが分かった。上記構成によれば、上記容量差が基準値以上である場合には組電池に含まれる各セルの充電電圧の上限が低く設定される。これにより、各セルの電圧を所定値（たとえば１．５Ｖ）以下に維持することができるので、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成が抑制される。したがって、正極内でのＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成に起因する容量低下を適切に抑制することができる。

本発明によれば、ニッケル水素電池を含む電池システムにおいて、正極内でのＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成に起因する容量低下を適切に抑制することができる。

本実施の形態に係る電池システムが搭載された電動車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 バッテリの構成を示す図である。 セルの構成を示す図である。 正極内におけるＮｉ_２Ｏ_３Ｈの存在比率と満充電容量との関係に関する実験結果の一例を示す図である。 セルの搭載位置に応じた満充電容量の低下とＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成との関係を説明するための第１の図である。 セルの搭載位置に応じた満充電容量の低下とＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成との関係を説明するための第２の図である。 第１の実験の処理手順を示すフローチャートである。 第２の実験の処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態において作成されるマップの一例を概念的に示す図である。 本実施の形態におけるバッテリのＮｉ_２Ｏ_３Ｈ生成抑制制御を示すフローチャートである。 本実施の形態の変形例におけるバッテリのＮｉ_２Ｏ_３Ｈ生成抑制制御を示すフローチャートである。

以下、本発明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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

以下では、本発明の実施の形態に係る電池システムが電動車両に搭載される構成を例に説明する。電動車両とは、ハイブリッド車（プラグインハイブリッド車を含む）であってもよいし、電気自動車であってもよいし、燃料自動車であってもよい。また、電池システムの用途は車両用に限定されるものではなく、定置用であってもよい。

［実施の形態］
＜電池システムの構成＞
図１は、本実施の形態に係る電池システムが搭載された電動車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両１は、モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）１０と、動力伝達ギア２０と、駆動輪３０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）４０と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）５０と、電池システム２とを備える。電池システム２は、組電池１００と、電圧センサ２１０と、電流センサ２２０と、温度センサ２３０と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３００とを備える。

モータジェネレータ１０は、たとえば三相交流回転電機である。モータジェネレータ１０の出力トルクは、減速機および動力分割機構を含んで構成された動力伝達ギア２０を介して駆動輪３０に伝達される。モータジェネレータ１０は、車両１の回生制動動作時には、駆動輪３０の回転力によって発電することも可能である。モータジェネレータ１０に加えてエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、エンジンおよびモータジェネレータ１０を協調的に動作させることによって必要な車両駆動力を発生させる。なお、図１ではモータジェネレータが１つだけ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータを複数（たとえば２つ）設ける構成としてもよい。

ＰＣＵ４０は、いずれも図示しないが、インバータとコンバータとを含む。組電池１００の放電時には、コンバータは、組電池１００から供給された電圧を昇圧してインバータに供給する。インバータは、コンバータから供給された直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１０を駆動する。一方、組電池１００の充電時には、インバータは、モータジェネレータ１０によって発電された交流電力を直流電力に変換してコンバータに供給する。コンバータは、インバータから供給された電圧を降圧して組電池１００に供給する。

ＳＭＲ５０は、組電池１００とＰＣＵ４０とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。ＳＭＲ５０がＥＣＵ３００からの制御信号に応じて閉成されている場合、組電池１００とＰＣＵ４０との間で電力の授受が行なわれ得る。

組電池１００は、再充電が可能な直流電源であり、本実施の形態では複数のニッケル水素電池（単セル）を含んで構成される。組電池１００に含まれる各セルの詳細な構成については図２にて説明する。組電池１００には電圧センサ２１０（後述する電圧センサ２１１〜２１３を包括的に記載したもの）と、電流センサ２２０と、温度センサ２３０（後述する温度センサ２３１〜２３３を包括的に記載したもの）とが設けられる。各センサは、その検出結果をＥＣＵ３００に出力する。

ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１と、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））３０２と、入出力バッファ（図示せず）と等を含んで構成される。ＥＣＵ３００は、各センサから受ける信号、ならびにメモリ３０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１および電池システム２が所望の状態となるように各機器を制御する。ＥＣＵ３００により実行される主要な処理として、組電池１００に含まれる複数のセルのうちの所定のセルの満充電容量を算出する処理が挙げられる。この処理については後述する。

図２は、組電池１００の構成を示す図である。組電池１００は、各々がニッケル水素電池である複数のセルが所定方向に配列された構成を有する。図２に示すように、組電池１００は、所定方向の一方の端部に配置されたセル１１１〜１１４と、上記所定方向の中央部に配置されたセル１２１〜１２４と、上記所定方向の他方の端部に配置されたセル１３１〜１３４とを含む。また、図示しないが、組電池１００には組電池１００に冷却風を送る冷却機構（たとえば冷却ファンと、冷却風を導くためのダクト）が設けられている。

セル１１１〜１１４の各々には、各セルの電圧Ｖｂ１を検出する電圧センサ２１１と、各セルの温度Ｔｂ１を検出する温度センサ２３１とが設けられている。セル１２１〜１２４およびセル１３１〜１３４は、いずれもセル１１１〜１１４と共通の構成を有するため、詳細な説明は繰り返さない。

以下では、端部に配置されたセル１１１〜１１４のうちの代表的なセルであるセル１１１（第１のセル）の電圧Ｖｂ１および温度Ｔｂ１と、中央部に配置されたセル１２１〜１２４のうちの代表的なセルであるセル１２２（第２のセル）の電圧Ｖｂ２および温度Ｔｂ２とを検出し、その検出結果に基づいて組電池１００の充電制御を行なう例について説明する。しかし、本発明に係る「第１のセル」として、セル１１１に代えて他のセル１１２〜１１４を用いてもよいし、所定方向の他方の端部に配置されたセル１３１〜１３４（たとえばセル１３４）を用いてもよい。また、本発明に係る「第２のセル」として、セル１２２に代えて、中央部の他のセル１２１，１２３，１２４を用いてもよい。さらに、所定方向の端部および中央部の各々において検出対象とするセル数は１に限定されず、２以上のセルの電圧および温度の検出結果に基づいて組電池１００の充電制御（後述）を行なってもよい。

なお、電圧センサ２１１および温度センサ２３１は本発明に係る「第１のセンサ」に相当し、電圧センサ２１２および温度センサ２３２は本発明に係る「第２のセンサ」に相当する。

図３は、セル１１１の構成を示す図である。図示しないが、セル１２２等の他のセルの構成も共通である。セル１１１は、たとえば角形密閉式のセルであり、ケース１４１と、ケース１４１に設けられた安全弁１４２と、ケース１４１内に収容された電極体１４３および電解液（図示せず）とを含む。なお、図３ではケース１４１の一部を透視して電極体１４３を示している。

ケース１４１は、いずれも金属からなるケース本体および蓋体を含み、蓋体がケース本体の開口部上で全周溶接されることにより密閉されている。安全弁１４２は、ケース１４１内部の圧力が所定値を超えると、ケース１４１内部のガス（水素ガス等）の一部を外部に排出する。電極体１４３は、正極と、負極と、セパレータとを含む。正極は、たとえば袋状のセパレータ内に挿入されており、セパレータ内に挿入された正極と、負極とが交互に積層されている。正極および負極は、図示しない正極端子および負極端子にそれぞれ電気的に接続されている。

電極体１４３および電解液の材料としては従来公知の各種材料を用いることができる。本実施の形態においては、一例として、正極は、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）_２またはＮｉＯＯＨ）を含む正極活物質層と、発泡ニッケルなどの活物質支持体とを含む。負極は、水素吸蔵合金を含む。セパレータには、親水化処理された合成繊維からなる不織布が用いられる。電解液には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等を含むアルカリ水溶液が用いられる。

＜Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成＞
ニッケル水素電池の正極内にＮｉ_２Ｏ_３Ｈが生成すると、ニッケル水素電池の満充電容量が低下することが知られている。

図４は、正極内におけるＮｉ_２Ｏ_３Ｈの存在比率と満充電容量との関係に関する実験結果の一例を示す図である。図４において、横軸は正極内におけるＮｉ_２Ｏ_３Ｈの存在比率を示し、縦軸はニッケル水素電池（セル）の満充電容量を示す。この実験結果から、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの存在比率が高くなるに従って満充電容量が低下することが分かる。

Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈは、各セルの電圧が所定値（たとえば１．５Ｖ）よりも高い場合に生成されやすい。したがって、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成により組電池１００の容量低下がある程度進行した場合には、組電池１００に含まれる各セルの充電電圧を所定の電圧以下に制限することが考えられる。Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成を抑制することで、組電池１００の容量低下のさらなる進行を抑制することができるためである。

発明者らは、以下に説明する実験結果に基づき、図２に示したように各セルが組電池１００内に配置されている構成においては、セルの位置に応じてセルの温度が異なり、その結果としてＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成量も異なり得る点に着目した。この実験においては、複数台の車両１（ここではテスト用（試験用）の車両）を準備した。そして、各車両１の組電池１００に含まれるセルの満充電容量を測定するとともに、セルを適宜分解してＸ線回折法（ＸＲＤ：X-ray Diffraction）による分析を行なった。

図５は、セルの位置に応じた満充電容量の低下とＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成との関係を説明するための第１の図である。図５において、横軸は、組電池１００が車両１に搭載された状態での経過時間（組電池１００の初期状態からの使用年数）を示す。縦軸は、セルの満充電容量を示す。

図５および後述する図６では、組電池１００の端部に配置されたセル１１１の満充電容量の測定結果を白抜きで示し、組電池１００の中央部に配置されたセル１２２の満充電容量の測定結果を黒塗りで示す。

図５に示すように、経過時間が比較的短い場合、セル１１１の満充電容量ＦＣＣ１とセル１２２の満充電容量ＦＣＣ２とはほぼ等しかった。これらの組電池１００に含まれるセル（より詳細にはセル１１１とセル１２２との間に配置された他のセル）を分解してその正極内をＸＲＤにより分析したところ、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成を示すピークはほとんど検出されなかった。

これに対し、経過時間がより長くなりＴ程度（たとえば数年）になると、セル１２２の満充電容量ＦＣＣ２の方がセル１１１の満充電容量ＦＣＣ１よりも低くなった。上述の説明と同様に組電池１００に含まれるセルを分解してその正極をＸＲＤにより分析したところ、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成を示すピークが検出された。

図６は、セルの位置に応じた満充電容量の低下とＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成との関係を説明するための第２の図である。図６において、横軸は、車両１の走行距離の累積値（単位：ｋｍ）を示す。縦軸は、図５と同様にセルの満充電容量を示す。

車両１の走行距離が比較的短い場合、セル１１１の満充電容量ＦＣＣ１とセル１２２の満充電容量ＦＣＣ２とはほぼ等しかった。これらの組電池１００に含まれるセルを分解した場合、正極内にはＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成はほとんど確認されなかった。

これに対し、車両１の走行距離がより長くなりＬ程度（たとえば１０万ｋｍ前後）になると、セル１２２の満充電容量ＦＣＣ２の方がセル１１１の満充電容量ＦＣＣ１よりも低くなった。これらの組電池１００に含まれるセルの正極内には、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成が確認された。

このように、図５および図６に示した実験結果から、経過時間または走行距離が長くなるに従って、組電池１００に含まれるセルのうち端部近くに配置されたセル（セル１１１等）ほど満充電容量が相対的に大きくなり、中央部近くに配置されたセル（セル１２２等）ほど満充電容量が相対的に小さくなる傾向がある。これは、組電池１００に冷却風を送る冷却機構（あるいは液冷式の冷却機構）（図示せず）によるセルの冷却効果にバラつきが存在し、中央部に近いほどセルの温度が高くなるためと考えられる。また、セル１１１の満充電容量ＦＣＣ１とセル１２２の満充電容量ＦＣＣ２と差分である容量差ΔＦＣＣ（＝ＦＣＣ１−ＦＣＣ２）が基準値以上になった段階でＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成が確認されることが分かる。

＜マップの作成＞
そこで、本実施の形態においては、容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ以上になった場合には、容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ未満の場合と比べて、組電池１００に含まれる複数のセル（より詳細には、上記複数のセルのうちの最も高電圧のセル）の充電電圧の上限を低くする。各セルの電圧が所定値（たとえば１．５Ｖ）よりも高い場合にＮｉ_２Ｏ_３Ｈが生成されやすいところ、たとえば組電池１００の入力（後述する充電電力上限値Ｗｉｎ）を制限することによって各セルの電圧を上記所定値以下に制限することができるのでＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成が抑制される。その結果、組電池１００の満充電容量のさらなる低下を抑制することができる。なお、基準値Ｘは、図５または図６にて説明した実験結果に基づいて決定することができる。

本実施の形態においては、単セル（セル数は１であってもよいし複数であってもよい）の電圧および温度と、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成に起因するセルの満充電容量の低下量との対応関係を複数の実験を通じて求めることによって、マップＭＰが予め作成される。以下にマップＭＰの作成方法についてまず説明し、その後、組電池１００の充電制御の具体例について説明する。なお、マップＭＰは本発明に係る「データ」に相当するが、マップに代えて関数を規定してもよい。

マップＭＰを作成するための実験は、たとえば次のように行なうことができる。まず、正極内のＮｉ_２Ｏ_３Ｈの混入量の比（＝Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの混入量／（Ｎｉ（ＯＨ）_２の混入量＋Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの混入量））と、ＸＲＤを用いて正極を分析することによって得られたピーク面積比との関係を調べるための実験が行なわれる。「ピーク面積比」とは、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈに対応する回折ピークで囲まれる面積（Ｉ１）とＮｉ（ＯＨ）_２に対応する回折ピークで囲まれる面積（Ｉ２）との和に対する、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈに対応する回折ピークで囲まれる面積（Ｉ１）の比（＝Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２））である。この実験を以下では「第１の実験」と称する。

その後、耐久試験を経たセルおよび第１の実験の結果を用いて、セルの耐久条件（電圧，温度）と、セルの正極内に生成されたＮｉ_２Ｏ_３Ｈに起因する満充電容量の低下量との関係を調べるための実験が行なわれる。この実験を以下では「第２の実験」と称する。そして、第２の実験結果を用いて、耐久条件（電圧，温度）と満充電容量の低下量との対応関係を示すマップＭＰが最終的に作成される。以下、各実験について順に説明する。

図７は、第１の実験の処理手順を示すフローチャートである。図７および後述する図８のフローチャートに示される各ステップ（以下、ステップを「Ｓ」とも略す）は、実験者により行なわれる。

実験者は、新品の電極（正極）粉末に所定量（たとえば所定量Ｑ１）のＮｉ_２Ｏ_３Ｈ粉末を均一に混ぜ込んだ試料を作製する（Ｓ１１０）。

その後、実験者は、ＸＲＤにより上記試料を分析する（Ｓ１２０）。具体的には、実験者は、所定の回折角度におけるＸ線のピーク面積比を算出する。Ｘ線の回折角度は以下のように定められる。すなわち、回折ピークの中には主にＮｉ_２Ｏ_３Ｈによる回折の影響を受け、他のニッケル化合物による回折の影響をほとんど受けないものが存在する。このようなＮｉ_２Ｏ_３Ｈに帰属する回折ピークと同様に、Ｎｉ（ＯＨ）_２に帰属する回折ピークも存在する。これらの回折ピークの各々の面積を求め、さらにピーク面積比を求めることができる。このように、特定の回折角度（あるいは２以上の回折角度であってもよい）を用いることにより、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈに起因する回折ピークの面積比を測定することができる。

Ｓ１２０にてＸＲＤによる試料の分析が行なわれると、実験者は、ＸＲＤの分析結果から、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの混入量（あるいはＮｉ_２Ｏ_３ＨとＮｉ（ＯＨ）_２混入割合）と、上記特定の回折角度におけるピーク面積比との関係を記録する（Ｓ１３０）。

以上のように、Ｓ１１０〜Ｓ１３０の処理により、所定量（たとえば所定量Ｑ１）のＮｉ_２Ｏ_３Ｈが正極に混入している場合の特定の回折角度（たとえば回折角度Ｄ１）におけるピーク面積比が求められる。第１の実験においては、電極に混入するＮｉ_２Ｏ_３Ｈの量を変更して（たとえば他の所定量Ｑ２，Ｑ３等に変更して）、Ｓ１１０〜Ｓ１３０の一連の処理が複数回行なわれる。これにより、正極内のＮｉ_２Ｏ_３Ｈの混入量と、特定の回折角度におけるピーク面積比との関係を求めることができる。

図８は、第２の実験の処理手順を示すフローチャートである。実験者は、耐久条件（セルの電圧および温度）を設定した上で、新品のセルについて耐久試験を実施する（Ｓ２１０）。耐久試験は、たとえば数カ月の間、セルのＳＯＣ値が所定領域内に収まるようにセルの充電と放電とを繰り返すことにより実施される。

耐久試験が終了すると、実験者は、耐久試験後のセルの満充電容量を測定する（Ｓ２２０）。たとえば、実験者は、セルを満充電状態とし、その後、セルの電圧が放電終止電圧となるまで放電させ、放電中の電流値を積算することによってセルの満充電容量を算出することができる。続いて、実験者は、新品のセルの満充電容量（たとえば公称容量）から、Ｓ２２０にて測定されたセルの満充電容量を減算することにより満充電容量の低下量を算出する（Ｓ２３０）。

満充電容量の算出後、実験者は、耐久試験後のセルを解体してセルに含まれる正極を取り出し、ＸＲＤより分析する（Ｓ２４０）。そして、実験者は、第１の実験によって得られた、正極内のＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成量（比）とＸＲＤにおけるピーク面積比との間の関係を参照して、Ｓ２４０の分析結果により得られたピーク面積比からＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成量を算出する（Ｓ２５０）。

実験者は、セルの満充電容量の低下が正極内に生成されたＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成に起因することの整合を確認したのち、セルの満充電容量の単位時間（たとえば１秒）当たりの低下量を算出する（Ｓ２６０）。より具体的には、実験者は、Ｓ２３０にて算出されたセルの満充電容量の低下量を耐久試験における総充電時間で除算する。これにより、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈに起因するセルの満充電容量の単位時間当たりの低下量を算出することができる。

なお、耐久試験の時間ではなく、耐久試験における総充電時間で除算が行なわれる理由は、上述のように所定値（たとえば１．５Ｖ）よりも高い電圧がセルに印加されなければＮｉ_２Ｏ_３Ｈは生成されないことから、放電時にはＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成は起こらないと考えられるためである。

その後、実験者は、耐久条件（電圧，温度）と、Ｓ２６０にて算出された満充電容量の単位時間当たりの低下量との対応関係を記録する（Ｓ２７０）。以上のように、Ｓ２１０〜Ｓ２７０の処理を通じて、設定された耐久条件における、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈに起因するセルの満充電容量の単位時間当たりの低下量が求められるので、マップＭＰを作成することができる。

図９は、本実施の形態において作成されるマップＭＰの一例を概念的に示す図である。マップＭＰにおいては、たとえば、第２の実験の結果に基づいて、耐久条件すなわちセルの電圧（Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２・・・）とセルの温度（Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２・・・）との組合せ毎に、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈに起因するセルの満充電容量の単位時間当たりの低下量（Ｗ００，Ｗ０１，Ｗ１０・・・）が対応付けられている。なお、電圧とは、各セルの電圧の測定値から金属抵抗に由来する電圧上昇分（分極）が除かれた値である。

このように、本実施の形態においては、第１および第２の実験を通じてマップＭＰが予め作成され、作成されたマップＭＰはメモリ３０２に記憶される。なお、単セルを単位とするのに代えて、複数のセルを単位としてマップＭＰを作成してもよい。この場合、マップＭＰには、単セルの電圧に代えて複数のセルの電圧（金属抵抗に由来する電圧上昇分を補正した値）が規定されることになる。

＜Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈ生成抑制制御＞
以上のようにして作成されたマップＭＰを用いて、さらなるＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成を抑制するための組電池１００充電制御が実行される。この制御を「Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈ生成抑制制御」と称し、以下に説明する。

図１０は、本実施の形態における組電池１００のＮｉ_２Ｏ_３Ｈ生成抑制制御を示すフローチャートである。図１０および後述する図１１のフローチャートに示される処理は、所定の制御周期（＝単位時間）毎に図示しないメインルーチンから呼び出されて実行される。これらのフローチャートに含まれる各ステップは、基本的にはＥＣＵ３００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部がＥＣＵ３００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。なお、ＥＣＵ３００のメモリ３０２には、１つ前の制御周期で算出された各セル１１１，１２２の満充電容量が記憶されているものとする。

Ｓ３１０において、ＥＣＵ３００は、所定方向の端部に配置されたセル１１１に設けられた電圧センサ２１１および温度センサ２３１と、電流センサ２２０とを用いて、セル１１１の電圧Ｖｂ１および温度Ｔｂ１ならびに組電池１００を流れる電流Ｉｂを取得する。ＥＣＵ３００は、電圧センサ２１１により検出されたセル１１１の電圧Ｖｂ１に、金属抵抗による電圧変化量（予め求められた金属抵抗と電流Ｉｂとの積）を加算した電圧をセル１１１の電圧として算出する。

Ｓ３２０において、ＥＣＵ３００は、セル１１１について、メモリ３０２に記憶されたマップＭＰ（図９参照）を参照して、Ｓ３１０にて算出されたセルの電圧および温度Ｔｂ１に対応する満充電容量の単位時間当たりの低下量を算出する。

Ｓ３３０において、ＥＣＵ１００は、メモリ３０２に記憶された１つ前の制御周期でのセル１１１の満充電容量から、Ｓ３０２にて算出された満充電容量の単位時間当たりの低下量を減算することにより、セル１１１の現在の満充電容量ＦＣＣ１を算出する。ＥＣＵ３００は、算出されたセル１１１の現在の満充電容量ＦＣＣ１をメモリ３０２に記憶させる。これにより、メモリ３０２に記憶される値が最新の状態に更新される。

Ｓ３４０〜Ｓ３６０において、ＥＣＵ３００は、Ｓ３１０〜Ｓ３３０の処理と同様にして所定方向の中央部に配置されたセル１２２の現在の満充電容量ＦＣＣ２を算出する。なお、Ｓ３１０〜Ｓ３３０の処理とＳ３４０〜Ｓ３６０の処理との順序を入れ替えてもよい。

Ｓ３７０において、ＥＣＵ３００は、セル１１１の現在の満充電容量ＦＣＣ１とセル１２２の現在の満充電容量ＦＣＣ２との容量差ΔＦＣＣ（＝ＦＣＣ１−ＦＣＣ２）を算出する。

Ｓ３８０において、ＥＣＵ３００は、Ｓ３７０にて算出された容量差ΔＦＣＣが所定の基準値Ｘ以上であるか否かを判定する。容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ以上である場合（Ｓ３８０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、各セルの充電電圧（より好ましくは最も高電圧のセルの充電電圧）を所定の上限電圧ＵＬａ以下に制限する。上限電圧ＵＬａは、各セルの電圧が所定値（たとえば１．５Ｖ）超えることによる正極内でのＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成が起こらない電圧であって、容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ未満である場合（Ｓ３８０においてＮＯ）に設定される上限電圧ＵＬｂよりも低い（ＵＬａ＜ＵＬｂ）（Ｓ３９５参照）。たとえば、ＥＣＵ３００は、各セルの充電電圧が上限電圧ＵＬａ未満となるように組電池１００の充電電力上限値Ｗｉｎを制限する。また、ＥＣＵ３００は、組電池１００の温度Ｔｂを所定温度未満（正極内でのＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成が進行する温度）未満に制限してもよい。その後、処理はメインルーチンへと戻される。

以上のように、本実施の形態によれば、所定方向の端部に配置されたセル１１１と中央部に配置されたセル１２２との間の満充電容量の容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ以上である場合には、各セルの充電電圧の上限が低く制限される。これは、図５および図６に示した本発明者らの実験結果から、容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ以上である場合には正極内にＮｉ_２Ｏ_３Ｈが生成されやすくなることが分かったためである。このような充電制御を実行することで、組電池１００に含まれる各セルの電圧を所定値（たとえば１．５Ｖ）以下に維持することができるので、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成が抑制される。したがって、正極内でのＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成に起因する組電池１００の容量低下を適切に抑制することができる。

なお、本実施の形態では端部と中央部との間で満充電容量の容量差ΔＦＣＣを算出する構成について説明したが、容量差ΔＦＣＣが最大となるのであれば、他の位置に設けられたセル間の満充電容量の容量差を用いてもよい。たとえば、３つ以上のセルの各々について満充電容量を算出し、そのうちの最大容量と最小容量との容量差に基づいてＮｉ_２Ｏ_３Ｈ生成抑制制御を実行してもよい。

また、複数のセルのうちの温度差が最大となる２つのセル間で満充電容量の差も最大になるので、任意に配置（あるいは配列）された複数のセルのうち温度差が最大となる２つのセル（低温部に配置されたセル（好ましくは最も低温のセル）、および、低温部よりも温度の高い高温部に配置されたセル（好ましくは最も高温のセル））に着目し、これら２つのセルの満充電容量の容量差を用いてＮｉ_２Ｏ_３Ｈ生成抑制制御を実行することも可能である。

言い換えると、本発明における所定方向の「中央部」とは、一方の端部（本発明に係る「端部」）と他方の端部との間の厳密な意味での中央のみに限定されるものではなく、上記一方の端部と上記他方の端部との間の部分を意味する。「中央部」の位置は、組電池１００に設けられる冷却機構（図示せず）の構成に応じて適宜決定することが望ましい。たとえば、冷却機構による冷却が上記所定方向に関して非対称である場合には、厳密な意味での中央とは異なる位置に配置されたセルの電圧および温度を監視することが望ましい。

［変形例］
実施の形態では端部のセル１１１と中央部のセル１２２との満充電容量の容量差ΔＦＣＣに基づいてＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成を抑制するための制御を実行するか否かを判定する処理について説明した。変形例では、Ｎｉ_２Ｏ_３Ｈの生成を一層抑制可能な制御について説明する。

図１１は、本実施の形態の変形例における組電池１００のＮｉ_２Ｏ_３Ｈ生成抑制制御を示すフローチャートである。Ｓ４１０〜Ｓ４７０の処理は、実施の形態におけるＳ３１０〜Ｓ３７０の処理とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。

Ｓ４８０において、ＥＣＵ３００は、Ｓ４７０にて算出された容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ以上であるか否かを判定する。容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ以上である場合（Ｓ４８０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、実施の形態と同様に各セルの充電電圧を上限電圧ＵＬａ以下に制限する（Ｓ４９０）。

一方、容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ未満である場合（Ｓ４８０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、処理をＳ４８５に進め、中央部のセル１２２の満充電容量ＦＣＣ２が所定の基準値Ｙ未満であるか否かを判定する。満充電容量ＦＣＣ２が基準値Ｙ未満である場合（Ｓ４８５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、各セルの充電電圧を上限電圧ＵＬａ以下に制限する（Ｓ４９０）。満充電容量ＦＣＣ２が基準値Ｙ以上である場合（Ｓ４８５においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、各セルの充電電圧を上限電圧ＵＬｂ以下に制限する（Ｓ４９５）。

以上のように、本変形例によれば、所定方向の端部のセル１１１と中央部のセル１２２との間の満充電容量の容量差ΔＦＣＣに加えて、中央部のセル１２２の満充電容量ＦＣＣ２（すなわち満充電容量の絶対値）に基づいて各セルの充電電圧を上限電圧ＵＬａ以下に制限すべきか否かが判定される。車両１の使用環境（あるいは使用状況）によっては、すべてのセルの容量低下がほぼ均等に起こったため容量差ΔＦＣＣが基準値Ｘ未満ではあるものの、組電池１００全体としては容量低下が進行する可能性がある。したがって、最も温度が高くなりやすく、それによりＮｉ_２Ｏ_３Ｈの生成に起因する容量低下が起こりやすい中央部のセル１２２に着目することで、上述の全体的な容量低下が進行した場合であってもＮｉ_２Ｏ_３Ｈのさらなる生成を抑制することができる。したがって、より確実に組電池１００の容量低下を抑制することができる。

なお、変形例における上限電圧ＵＬａの決定に際しては、満充電容量の容量差ΔＦＣＣと、中央部のセル１２２（すなわち満充電容量が最も低下しやすいセル）の満充電容量ＦＣＣ２とをパラメータとする２次元マップ（図示せず）を用いてもよい。

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およ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 モータジェネレータ、２０ 動力伝達ギア、３０ 駆動輪、４０ ＰＣＵ、５０ ＳＭＲ、１００ 組電池、１１１〜１１４，１２１〜１２４，１３１〜１３４ セル、１４１ ケース、１４２ 安全弁、１４３ 電極体、２１０〜２１３ 電圧センサ、２２０ 電流センサ、２３０〜２３３ 温度センサ、３００ ＥＣＵ、３０１ ＣＰＵ、３０２ メモリ。

Claims (1)

1. 所定方向に配列された、各々がニッケル水素電池である複数のセルを含む組電池と、
   前記複数のセルのうち前記所定方向の端部に配置された第１のセルの電圧および温度を検出する第１のセンサと、
   前記複数のセルのうち前記所定方向の中央部に配置された第２のセルの電圧および温度を検出する第２のセンサと、
   メモリを含み、前記複数のセルの充電電圧を制御する制御装置とを備え、
   前記メモリは、前記組電池に含まれるセルの電圧および温度と、正極内に生成されるＮｉ_２Ｏ_３Ｈに起因する当該セルの満充電容量の低下量との関係を示すデータを記憶し、
   前記制御装置は、
   前記データを参照することによって、前記第１のセルの電圧および温度から前記第１のセルの満充電容量を算出するとともに、前記第２のセルの電圧および温度から前記第２のセルの満充電容量を算出し、
   前記第１のセルの満充電容量と前記第２のセルの満充電容量との容量差が基準値以上である場合に、前記容量差が前記基準値未満である場合と比べて、前記充電電圧の上限を低くする、電池システム。

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