JP6680123B2 - 二次電池の充電システム - Google Patents

Description

本開示は、二次電池の充電システムに関する。

二次電池を充電する際に、充電終了予定時間や残充電時間を、携帯端末の画面やメータ等に表示することが行われる。

特許文献１には、充電システムにおいて、二次電池の充電開始時の電池残容量（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）、電池温度、電池特性、電池劣化係数等と、急速充電器の出力可能電流値とから充電終了予定時間を演算することが述べられている。

ここでは、充電開始時からの実経過時間を求め、これを、演算された充電終了予定時間から減算して、実時間に基づく充電終了目安時間を求める。また、充電終了時のＳＯＣに至るまでの充電に要するＳＯＣで充電終了予定時間を均等に除算して割り付け時間を用いて現ＳＯＣにおけるＳＯＣカウント時間を算出し、これを充電終了予定時間から減算してＳＯＣに基づく充電終了目安時間を求める。実時間に基づく充電終了目安時間と、ＳＯＣに基づく充電終了目安時間とを比較し、大きい値の方を二次電池の充電終了目安時間に決定する。

特許文献２には、二次電池の外部充電として定電流充電が行われ、外部充電時間は、二次電池の現在のＳＯＣ、目標ＳＯＣ、及び定電流充電の電流値に基づいて算出することが述べられている。

特許文献３には、二次電池の電圧から現在のＳＯＣを特定し、ブレーカを流れる実際の電流で二次電池を現在のＳＯＣから満充電にするまでの充電時間を計算し、これを、予め記憶された二次電池の劣化係数で補正することが述べられている。劣化係数の初期値は１とされるが、劣化係数で補正後の充電時間と実際の充電時間の比率を求め、これを新しい劣化係数として、充電ごとに順次更新される。

本開示に関連する技術として、特許文献４には、車両の電源装置の充電について、電池のＳＯＣが低い第１段階のＣＰ１充電と、電池のＳＯＣが満充電に近くなった第２段階のＣＰ２充電とで、充電電力を変えることが述べられている。第１段階のＣＰ１充電においては大きな電力ＣＰ１で充電が行われ、第２段階のＣＰ２充電に移行すると、充電の推定精度のばらつき等によって電池が過充電となる恐れを小さくするために、ＣＰ１より小さな電力ＣＰ２で充電が行われる。

特開２０１４−２３６５８２号公報 特開２０１６−０５１５９０号公報 特開２０１２−１３５１４８号公報 特開２０１５−２３３３６６号公報

二次電池の充電の際には、予め求めておいたマップ等を参照して、充電完了までの残充電時間を算出してユーザに対して表示する。しかし、充電電力の変動や、二次電池を構成する単位セルのばらつき等により、残充電時間＝０と表示されてもまだ充電中であること等が生じ得る。そこで、実際の残充電時間と乖離の少ない表示が可能な二次電池の充電システムが要望される。

本開示に係る二次電池の充電システムは、二次電池に充電器を用いて充電するに当たり、充電器の充電可能な最大電力で予め定めた電池電圧Ｖ１まで充電するＣＰ１充電と、電池電圧が電池電圧Ｖ１に達してＣＰ１充電が完了した後にＣＰ１充電における充電電力よりも少ない充電電力で予め定めた電池電圧Ｖ２まで充電するＣＰ２充電とを行う充電システムであって、二次電池を構成する複数の電池セルのセル電圧について、セル最大電圧ＶＭＡＸと、セル平均電圧ＶＡＶＥとを求めるＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部と、ＣＰ２充電において、ＣＰ２充電が完了する電池電圧Ｖ２であるＣＰ２充電完了電圧とＣＰ２充電が開始したときの電池電圧との差をＣＰ２充電の初期電圧差分とし、ＣＰ２充電完了電圧である電池電圧Ｖ２と現在のＶＭＡＸとの差を現在の第１電圧差分として｛（現在の第１電圧差分）／（ＣＰ２充電の初期電圧差分）｝に対応するＣＰ２第１進捗係数を推定し、ＣＰ２充電完了電圧と現在のＶＡＶＥとの差を現在の第２電圧差分として｛（現在の第２電圧差分）／（ＣＰ２充電の初期電圧差分）｝に対応するＣＰ２第２進捗係数を推定する進捗係数推定部と、ＣＰ２充電が開始したとき以降の各時間を現在として、現在においてＣＰ２第１進捗係数とＣＰ２第２進捗係数のうちの大きい方の値を、ＣＰ２充電が開始したときのＣＰ２残充電時間に乗算して、現在のＣＰ２残充電時間と推定するＣＰ２残充電時間推定部と、ＣＰ２充電が開始したときに、ＣＰ１充電について当初設定したＣＰ１充電時間がまだ余っている充電余り時間がある場合は、ＣＰ２充電が開始したとき以降の各時間を現在として、現在のＣＰ２残充電時間の進捗と同じ進捗となるように、ＣＰ２第１進捗係数とＣＰ２第２進捗係数のうちの大きい方の値を、充電余り時間に乗算して現在のＣＰ１残充電時間とするＣＰ１残充電時間推定部と、現在のＣＰ２残充電時間と現在のＣＰ１残充電時間の和を、現在の推定残充電時間として表示する表示部と、を備える。

本開示に係る二次電池の充電システムによれば、実際の残充電時間と乖離の少ない表示が可能となる。

実施の形態に係る二次電池の充電システムの構成図である。 実施の形態に係る二次電池の充電システムにおけるＣＰ１充電とＣＰ２充電を示す図である。 実施の形態に係る二次電池の充電システムの制御装置において、ＣＰ２充電における残充電時間の推定の手順を示すフローチャートである。 図３の手順において、電圧差分を示す図である。 図３の手順において用いる電圧差分と進捗係数とを関連づけるマップの一例である。 実施の形態に係る二次電池の充電システムの制御装置において、ＣＰ１充電における残充電時間の推定の手順を示すフローチャートである。 図６の手順の内容を示す図である。

以下に図面を用いて実施の形態の二次電池の充電システムにつき、詳細に説明する。以下では、二次電池の充電システムは、プラグインハイブリッド車両に搭載されるものとして述べるが、これは説明のための例示であって、充電器を用いて外部電源から充電できる二次電池の充電システムであればよい。例えば、据置型の二次電池の充電システムであってもよい。以下では、プラグイン充電に用いる充電器として、ユーザの自宅の電源コンセントから充電電力の供給を受けるものとして述べるが、これは説明のための例示であって、他の充電電源から充電電力の供給を受けるものでもよい。例えば、外部の充電ステーションから充電電力の供給を受けるものでもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施の形態に係る二次電池の充電システム２０の構成図である。以下では、特に断らない限り、二次電池の充電システム２０を、充電システム２０と呼ぶ。充電システム２０は、車両に搭載される二次電池２２に充電器２４を用いて充電するシステムである。

二次電池２２は、複数の電池セル２３を組み合わせた組電池である。図１では、複数の電池セル２３を直列接続した二次電池２２を示したが、出力電圧、出力電流等の仕様に応じ、直列接続と並列接続とを適宜組み合わせた二次電池２２であってもよい。電池セル２３の種類としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いることができる。

充電器２４は、二次電池２２の正極側母線２６及び負極側母線２８のそれぞれに接続された一対の充電リレー３０を介して設けられ、外部交流電力を二次電池２２の充電に適合する直流電力に変換する電力変換器を内蔵するプラグイン充電器である。充電器２４から引き出される充電器側コンセント３４は、外部電源に接続されて交流電力を受け取る端子である。

充電システム２０は、二次電池２２を構成する複数の電池セル２３のセル電圧について、セル最大電圧ＶＭＡＸと、セル平均電圧ＶＡＶＥとを求めるＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部３６を含む。二次電池を構成する複数の電池セル２３のセル数をＮ個とすると、ＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部３６は、Ｎ個のそれぞれの電池セル２３の端子間電圧を検出して取得する。Ｎ個の端子間電圧の中で、最大のセル電圧がＶＭＡＸであり、Ｎ個の端子間電圧の平均電圧がＶＡＶＥである。

Ｎ個の電池セル２３の性能がほぼそろっているときは、二次電池２２の電池電圧をＶＡＶＥとしてよい。例外的に高いセル電圧を有する電池セル２３がある場合には、ＶＡＶＥに基づいて充電制御や充電状態判定を行うと、この高いセル電圧を有する電池セル２３が過充電となって損傷等を生じ、ひいては二次電池２２の性能が低下する。これを防ぐため、二次電池２２の仕様や、二次電池２２の使用状態等に基づいて、特に定める場合にＶＭＡＸを用い、特に定めない場合にはＶＡＶＥを用いる。充電システム２０では、算出される残充電時間とユーザに表示される残充電時間との乖離を少なくするために、ＶＭＡＸとＶＡＶＥとについてそれぞれ残充電時間を推定し、いずれか長い方を現在の残充電時間と推定して、これを表示する。

充電システム２０は、二次電池２２に充電を行うときの充電完了までの残充電時間を表示する表示部３８を含む。また、これらの要素の動作を全体として制御する制御装置４０を含む。図１では、ＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部３６を制御装置４０とは別としたが、ＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部３６を制御装置４０に含めてもよい。

図１には、二次電池２２の負荷側として、正極側母線２６と負極側母線２８のそれぞれに接続された一対のシステムメインリレー１０と、昇降圧コンバータやインバータを含みＰＣＵと示された電力コントロールユニット１２と、回転電機１４とを示す。回転電機１４は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、車両走行中は電動機として作用し、車両が制動中は発電機として作用する三相同期型回転電機である。

図１には、充電器２４から引き出される充電器側コンセント３４に対応する外部電源側コンセント１６と、外部電源である商用交流電源１８を示す。外部電源側コンセント１６は、車両を保有するユーザの自宅の車庫等に設けられる電力コンセントであり、商用交流電源１８は、ユーザの自宅に引き込まれたＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖ用の電力ケーブルに接続される外部電源である。

制御装置４０は、ＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部３６から伝送されてくるデータを用いて、充電器２４の充電動作を制御し、表示部３８に、充電完了までの残充電時間を表示させるコントローラである。かかる制御装置４０としては、車両搭載に適した適当なコンピュータを用いることができる。

制御装置４０は、充電器２４の充電動作を制御するためのＣＰ１・ＣＰ２充電制御部４２を有する。ＣＰ１・ＣＰ２充電制御の詳細については、図２を用いて後述する。制御装置４０は、ＶＭＡＸ及びＶＡＶＥのそれぞれについて、実際の電池電圧の変化に基づく充電に関する進捗の程度を示す進捗係数を推定する進捗係数推定部４４を有する。進捗係数の推定の詳細については、図４、図５を用いて後述する。制御装置４０は、推定された進捗係数を用いて、ＣＰ２充電における現在の残充電時間を推定するＣＰ２残充電時間推定部４６を備える。ＣＰ２残充電時間推定の手順の詳細については、図３を用いて後述する。さらに、ＣＰ２充電開始時にＣＰ１充電が完了したにも関わらず当初に設定したＣＰ１充電時間について充電余り時間がある場合に、ＣＰ２残充電時間の推移に合わせた現在のＣＰ１残充電時間を推定するＣＰ１残充電時間推定部４８を備える。ＣＰ１残充電時間推定の手順の内容については、図６、図７を用いて後述する。

制御装置４０のこれらの機能は、制御装置４０がソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、制御装置４０が残充電時間推定プログラムの各処理手順を実行することで実現される。上記機能の一部をハードウェアで実現してもよい。

図２に、充電システム２０における２段階の充電であるＣＰ１充電とＣＰ２充電とを示す。図２（ａ）は、充電の時間経過と充電電力の大きさの推移とを用いて、ＣＰ１充電とＣＰ２充電とを示す図で、横軸が時間、縦軸が電力である。（ｂ）は、充電の進捗に伴って上昇する電池電圧の変化を示す図で、横軸は（ａ）と原点を合わせた時間、縦軸は電池電圧である。

図２（ａ）に示すように、二次電池２２に充電器２４を用いて充電するに当たり、充電器２４の充電可能な最大電力ＣＰ１で充電するＣＰ１充電と、ＣＰ１充電の後でＣＰ１よりも少ない充電電力ＣＰ２で充電するＣＰ２充電とが行われる。充電器２４の充電可能な最大電力とは、外部の商用交流電源１８から交流電力の供給を受けて直流電力に変換して二次電池２２に供給するときの供給可能な最大直流電力である。

図２（ｂ）に示すように、ＣＰ１充電においては、電池電圧は時間経過と共にほぼ直線的に上昇する。商用交流電源１８の時間的変動や、充電器２４の変換効率の変動等によって、上昇率は変動することがある。ほぼ直線的に上昇した電池電圧が、予め定めたＣＰ１充電完了電圧Ｖ１に達すると、ＣＰ１充電完了となり、ＣＰ２充電が開始される。ＣＰ２充電の充電電力はＣＰ１充電の充電電力よりも少なく押さえられるので、ＣＰ２充電においては、電池電圧はゆっくりと満充電に向かって上昇する。電池電圧が充電の終了電圧として予め定めたＣＰ２充電完了電圧Ｖ２に達すると、二次電池２２に対する充電の全体が終了する。

二次電池２２の充電の際には、充電開始の時点における二次電池２２の電池電圧等の電池状態を用い、予め求めておいたマップ等を参照する。マップ参照によって、ＣＰ１充電における充電電力ＣＰ１とＣＰ１充電時間、及びＣＰ２充電における充電電力ＣＰ２とＣＰ２充電時間が求められると、（ＣＰ１充電時間＋ＣＰ２充電時間）を全充電時間とする。そして、充電開始の時点から現在までの実経過時間を全充電時間から減算して、残充電時間とし、これを表示部３８に表示する。

表示部３８を通してユーザに表示される残充電時間は、予め求めておいたマップ等を参照して得られる初期値から実経過時間を減算した時間で、実経過時間と共に単調に減少する時間である。ここでは、商用交流電源１８の時間的変動や、充電器２４の変換効率の変動等や、電池セル２３のばらつき等が考慮されていない。したがって、表示部３８の表示が残充電時間＝０となるときと、実際に充電動作が完了する時間との間には乖離が生じ得る。そこで、充電システム２０では、実際の電池電圧の時間的変化に基づいて、各時間におけるＣＰ１残充電時間とＣＰ２残充電時間の推定を行い、その合計値を逐時的に表示部３８に表示し、乖離を抑制する。

充電システム２０において、充電中の各時間における実際の残充電時間は、次のように定義される。図２に示すように、充電開始時間をｔ０、電池電圧がＣＰ１充電完了電圧Ｖ１に達した時間をｔ１、電池電圧がＣＰ２充電完了電圧Ｖ２に達した時間をｔ２とする。ＣＰ１充電の期間内においては、電池電圧がＣＰ１充電完了電圧Ｖ１に達するまでの推定時間がＣＰ１残充電時間である。ＣＰ２充電の期間内においては、電池電圧がＣＰ２充電完了電圧Ｖ２に達するまでの推定時間がＣＰ２残充電時間である。

例えば、ＣＰ１充電の期間内の時間ｔ（ＣＰ１）において、ＣＰ１残充電時間は、［ｔ１−｛ｔ（ＣＰ１）｝］であり、ＣＰ２残充電時間は、（ｔ２−ｔ１）である。したがって、時間ｔ（ＣＰ１）における残充電時間の全体は、［ｔ２−｛ｔ（ＣＰ１）｝］となる。ＣＰ２充電の期間内の時間ｔ（ＣＰ２）において、ＣＰ１残充電時間はゼロであり、ＣＰ２残充電時間は、［ｔ２−｛ｔ（ＣＰ２）｝］である。したがって、時間ｔ（ＣＰ２）における残充電時間の全体は、［ｔ２−｛ｔ（ＣＰ２）｝］となる。このように、ＣＰ１充電の期間内であろうと、ＣＰ２充電の期間内であろうと、現在の時間における残充電時間の全体は、｛（現在のＣＰ１残充電時間）＋（現在のＣＰ２残充電時間）｝で与えられる。

充電システム２０におけるＣＰ１残充電時間の推定の手順もＣＰ２残充電時間の推定の手順もほぼ同じである。表示部３８に表示される現在の残充電時間と実際の残充電時間の乖離が問題になるのは、表示部３８の表示が残充電時間＝０に近くなったときである。これは、充電の終了時間であるｔ＝ｔ２に近くなったときであるので、ＣＰ２充電における時間ｔ（ＣＰ２）における場合と考えてよい。なお、ｔ＝ｔ１でＣＰ１残充電時間＝０とするが、商用交流電源１８の時間的変動や、充電器２４の変換効率の変動等によって、電池電圧がＶ１に達しているが、ＣＰ１残充電時間がゼロとならず、ＣＰ１充電における充電余り時間が生じ得る。このときに充電余り時間を強制的にゼロにすると、表示部３８の表示に不連続性が生じ、ユーザに違和感を与える。そこで、以下では、ＣＰ２残充電時間の推定の手順を主に述べ、その後に、ｔ＝ｔ１においてＣＰ１充電についての充電余り時間がある場合におけるＣＰ１残充電時間の推定について述べる。

図３は、ＣＰ２充電における残充電時間の推定の手順を示すフローチャートである。各手順は、残充電時間推定プログラムの各処理手順に対応する。車両においてイグニッションスイッチ等によって車両の制御システムが立ち上がると、システム初期化処理を経て、二次電池の充電システム２０が立ち上がり、各要素の初期化の後に、ＣＰ１・ＣＰ２充電制御が開始する。これは、制御装置４０のＣＰ１・ＣＰ２充電制御部４２の機能によって実行される。初めにＣＰ１充電制御が行われ、二次電池２２の電池電圧が図２（ｂ）に示すように次第に上昇し、図３の手順に入る。

図３において、まず、ＣＰ１充電が完了したか否かが判定される（Ｓ１０）。判定が否定されるときは、電池電圧がまだＶ１に達していないので、全ての処理を終了し、以下の手順に進まない。判定が肯定されると、Ｓ１２以下の手順に進む。

Ｓ１０の判定は、予め定めたＣＰ１充電完了電圧Ｖ１と、時間ｔ＝ｔ１における実際の電池電圧との比較によって行われる。予め定めたＶ１は、Ｖ２に近い電圧として、二次電池２２の充放電特性等から予め定めることができる。一例を挙げると、Ｖ２を二次電池２２の満充電電圧またはそれに近い電圧とし、Ｖ２の約９０％程度の電圧をＶ１とできる。これは説明のための例示であって、適宜変更が可能である。

時間ｔ＝ｔ１における実際の電池電圧は、特別な場合を除き、時間ｔ＝ｔ１におけるＶＡＶＥを用いる。特別な場合とは、二次電池２２の仕様や二次電池２２の使用状態等から見て、セル電圧のばらつきが大きくなることが予測できる場合である。時間ｔ＝ｔ１におけるＶＡＶＥは、ＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部３６で算出されたｔ＝ｔ１におけるＶＡＶＥの生データ電圧でなく、所定のなまし処理を行った後のなまし電圧を用いる。所定のなまし処理とは、瞬時値としての生データ電圧には、偶然的なばらつきが含まれるので、その誤差を少なくするための処理で、例えば、複数の時間における生データ電圧に重みを付けて平均化する移動平均処理を用いることができる。以下の電池電圧についても同様に、生データ電圧でなく、なまし電圧を用いる。

Ｓ１０の判定が肯定されると、次に、現在の時間ｔ（ＣＰ２）において、ＶＭＡＸに関する電圧差分があるか否かが判定される（Ｓ１２）。後に述べるＶＡＶＥに関する電圧差分と区別して、ＶＭＡＸに関する電圧差分を第１電圧差分、ＶＡＶＥに関する電圧差分を第２電圧差分と呼ぶ。第１電圧差分とは、｛（ＣＰ２充電完了電圧Ｖ２）−（現在のＶＭＡＸ）｝である。Ｓ１２の判定が否定されるときは、（現在のＶＭＡＸ）＝（ＣＰ２充電完了電圧Ｖ２）であって、ｔ＝ｔ２であり、ＣＰ２充電が完了しているので、全ての処理を完了し、以下の手順には進まない。なお、現在のＶＭＡＸについては、なまし電圧を用いる。

Ｓ１２の判定が肯定されると、第１電圧差分の進捗割合を算出する（Ｓ１４）。第１電圧差分の進捗割合とは、｛（現在の第１電圧差分）／（ＣＰ２充電の初期電圧差分）｝である。ＣＰ２充電の初期電圧差分とは、ＣＰ２充電完了電圧Ｖ２とＣＰ２充電を開始した時点の電池電圧との差である。ＣＰ２充電を開始した時点の電池電圧とは、ｔ＝ｔ１におけるＶＭＡＸなまし電圧である。

図４は、第１電圧差分と、第１電圧差分の進捗割合とを示す図である。図４の横軸は時間で、縦軸は電圧である。破線は、ＣＰ２充電完了電圧Ｖ２である。ＣＰ２充電完了電圧Ｖ２は、二次電池２２の充電終了電圧であるが、電池温度等の変化によって、時間によって変動する。図４の例では、時間経過と共に電池温度が変化し、結果として、Ｖ２が時間と共に変化している。実線は、ＣＰ２充電完了判定に用いられるＶＭＡＸなまし電圧である。ＣＰ２充電の進展に伴い、ＶＭＡＸなまし電圧は上昇する。図４における各時間において、｛（ＣＰ２充電完了電圧Ｖ２）−（現在のＶＭＡＸなまし電圧）｝が、各時間における第１電圧差分ΔＶ_tである。

時間ｔ＝ｔ１における電圧差分は、ＣＰ２充電における初期電圧差分であり、｛（ＣＰ２充電完了電圧Ｖ２）−（ｔ＝ｔ１におけるＶＭＡＸなまし電圧）｝である。ＣＰ２充電が進展すると、ＶＭＡＸなまし電圧は次第に上昇し、第１電圧差分は、ＣＰ２充電における初期電圧差分から次第に減少する。ｔ＝ｔ２でＣＰ２充電のＶＭＡＸなまし電圧はＶ２となり、第１電圧差分＝０となる。したがって、ＣＰ２充電の進捗に伴う第１電圧差分の
進捗の程度は、｛（各時間の第１電圧差分）／（ＣＰ２充電の初期電圧差分）｝で示すことができる。

図４では、（ＣＰ２充電の初期電圧差分）＝ΔＶ₀と示す。（現在の第１電圧差分）＝ΔＶ_tであるので、現在の時間のｔ＝ｔ（ＣＰ２）における第１電圧差分の進捗割合は、（ΔＶ_t／ΔＶ₀）である。

第１電圧差分の進捗割合が算出されると、第１進捗係数の推定が行われる（Ｓ１６）。後述するように、ＶＡＶＥについても同様な処理手順が行われるので、これらを区別するため、ＶＭＡＸに関する進捗係数を第１進捗係数、ＶＡＶＥに関する進捗係数を第２進捗係数と呼ぶ。この手順は、ＶＡＶＥに関するＳ２４の手順と共に、制御装置４０の進捗係数推定部４４の機能によって実行される。

第１進捗係数は、二次電池２２におけるＣＰ２充電の進捗率を示す数値である。ＣＰ２充電の進捗率とは、充電した時間の進捗率とは異なり、二次電池２２の充電容量における充電の進捗率で、ＳＯＣの進捗率に相当する。ＣＰ２充電開始時のｔ＝ｔ１では、第１進捗係数＝１．００であり、ＣＰ２充電完了時のｔ＝ｔ２では第１進捗係数＝０である。第１進捗係数が減少するに従って、ＣＰ２充電の進捗率は増加し、ＣＰ２残充電時間は減少する。第１進捗係数＝０のときに、ＣＰ２充電進捗率は１．００となり、ＣＰ２残充電時間＝０となる。

ＣＰ２充電では、図２（ａ）に示すように、ＣＰ１充電における電力よりは小電力であるが、ＣＰ２充電の全期間に渡って一定電力である。したがって、第１電圧差分の進捗割合（ΔＶ_t／ΔＶ₀）から、ＣＰ２充電の進捗率を示す第１進捗係数の概略の値を推定することができる。

図５は、（ΔＶ_t／ΔＶ₀）と推定される第１進捗係数との関係を示す関係マップの例である。ここでは、充電電力の変動もなく、電池温度も一定の場合として、第１進捗係数＝（ΔＶ_t／ΔＶ₀）の例を示す。実際には、商用交流電源１８の時間的変動や、充電器２４の変換効率の変動等や、セル電圧の変動等もあるので、実際の（ΔＶ_t／ΔＶ₀）と第１進捗係数との関係は、予め実験やシミュレーション等で求めておく。（ΔＶ_t／ΔＶ₀）と推定される第１進捗係数との関係は、進捗係数関係ファイルとして、図１に図示しないメモリに記憶され、Ｓ１４の実行の際に読み出される。以下では、推定される第１進捗係数を、単に、第１進捗係数と呼ぶ。

図５では、進捗係数関係ファイルとして、ルックアップテーブル形式のマップによって（ΔＶ_t／ΔＶ₀）と第１進捗係数との関係を示したが、これ以外に、数式関係や、（ΔＶ_t／ΔＶ₀）を入力して第１進捗係数が出力されるＲＯＭ形式を用いてもよい。

再び図３に戻り、現在の時間ｔ＝ｔ（ＣＰ２）における第１進捗係数が推定されると、これを用いて（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）が算出される（Ｓ１８）。（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間）は、（ＣＰ２充電開始時におけるＣＰ２残充電時間）であるＣＰ２初期残充電時間Ｔ０に、｛１．００−（現在の第１進捗係数）｝を乗算することで得られる。ｔ＝ｔ１においては、第１進捗係数＝１．００であるので、（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）＝０であり、ｔ＝ｔ２においては、第１進捗係数＝０であるので、（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）＝（ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）となる。

Ｓ１２、Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８は、電池電圧としてＶＭＡＸを用いる場合であるが、電池電圧としてＶＡＶＥを用いる場合について、Ｓ２２、Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８の手順が行われる。Ｓ２２、Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８の手順は、それぞれＳ１２、Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８におけるＶＭＡＸをＶＡＶＥに変更し、第１電圧差分を第２電圧差分に変更し、第１進捗係数を第２進捗係数に変更することで進められるので、詳細な説明を省略する。Ｓ２８まで進むと、（ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２）が得られる。

次に、Ｓ１８で得られた（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）と、Ｓ２８で得られた（ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２）の間の大小関係を判定する（Ｓ３０）。

（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）の方が小さいと判定されると、現在のＣＰ２充電進捗時間を、（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）に設定する（Ｓ３２）。そして、（ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）から（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）を減算して、その結果を、現在の時間ｔ＝ｔ（ＣＰ２）におけるＣＰ２残充電時間と推定する（Ｓ３４）。ｔ＝ｔ１のときは、第１進捗係数＝１．００であり、（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）＝０であるので、ＣＰ２残充電時間＝（ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）のままである。ｔ＝ｔ２のときは、第１進捗係数＝０であり、（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）＝（ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）となるので、ＣＰ２残充電時間＝０となる（図４参照）。

ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２の方が小さいと判定されると、現在のＣＰ２充電進捗時間を、（ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２）に設定する（Ｓ３６）。そして、（ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）から（ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２）を減算して、その結果を、現在の時間ｔ＝ｔ（ＣＰ２）におけるＣＰ２残充電時間と推定する（Ｓ３８）。ｔ＝ｔ１のときは、第２進捗係数＝１．００であり、（ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２）＝０であるので、ＣＰ２残充電時間＝（ＣＰ２初期残充電時間）のままである。ｔ＝ｔ２のときは、第２進捗係数＝０であり、（ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２）＝（ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）となるので、ＣＰ２残充電時間＝０となる。Ｓ３２，Ｓ３４，Ｓ３６，Ｓ３８の手順は、制御装置４０のＣＰ２残充電時間推定部４６の機能によって実行される。

Ｓ３４またはＳ３８の結果により、現在の時間ｔ＝ｔ２におけるＣＰ２残充電時間が推定される。各時間において、（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）と（ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２）のいずれが小さいかはいつも同じではないので、Ｓ３４の結果によるかＳ３８の結果によるかは、各時間によって異なる。いずれにしても、現在の時間ｔ＝ｔ（ＣＰ２）におけるＣＰ２残充電時間は、（ＶＭＡＸに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ１）と（ＶＡＶＥに関するＣＰ２充電進捗時間Ｔ２）のうちで、小さい方に基づいて定められる。したがって、ＣＰ２残充電時間としては、大きい値となる方が用いられる。この大きい方のＣＰ２残充電時間が表示部３８に表示されるので、実際の残充電時間と表示部３８の表示との間の乖離を抑制することができる。

上記では、ＣＰ１充電が完了したときにＣＰ２充電を開始している。すなわち、電池電圧がＶ１に到達したｔ＝ｔ１にＣＰ２を開始しているが、充電開始時ｔ＝ｔ０から電池電圧がＶ１に到達したｔ＝ｔ１までの期間が、充電開始時にマップ等で求めたＣＰ１充電時間と異なることがある。この場合には、ｔ＝ｔ１において、表示部３８に表示されるＣＰ１残充電時間がゼロにならず、ＣＰ１充電について当初設定したＣＰ１充電時間がまだ余っている充電余り時間がある状態となる。

ｔ＝ｔ１までに（ＣＰ１残充電時間＝０）となるときは、表示部３８の表示はその時点でＣＰ２初期残充電時間Ｔ０が表示されるので、表示に連続性が維持される。ｔ＝ｔ１のときにＣＰ１充電についての充電余り時間があるときに、表示部３８がＣＰ１充電余り時間を強制的に０にしてＣＰ２初期残充電時間Ｔ０を表示すると、表示に不連続性が生じ、ユーザに違和感を与える。図６は、ｔ＝ｔ１のときにＣＰ１充電についての充電余り時間があるときに、ユーザに違和感を与えない表示とするために、充電余り時間を修正して、これを現在のＣＰ１残充電時間と推定する手順を示すフローチャートである。

図６においても、まず、ＣＰ１充電が完了したか否かが判定される（Ｓ１０）。これは、図３のＳ１０と同じ内容であるので、詳細な説明を省略する。Ｓ１０が肯定されると、次に、ＣＰ１充電についての充電余り時間があるか否かが判定される（Ｓ４０）。判定は、時間ｔ＝ｔ１において行われる。判定の方法の１例を挙げると、ｔ＝ｔ１における表示部３８の表示の値が、（ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）を超えた値のときは、（ＣＰ１充電についての充電余り時間＞０）であるので、Ｓ４０の判定が肯定され、それ以外のときは、Ｓ４０の判定が否定される。

Ｓ４０の判定が肯定されると、現在の第１進捗係数と現在の第２進捗係数の大小が判定される（Ｓ４２）。第１進捗係数の方が大きい場合は、第１進捗係数を充電余り時間に乗算して、その結果を、現在のＣＰ１残充電時間と推定する（Ｓ４４）。第２進捗係数の方が大きい場合は、第２進捗係数を充電余り時間に乗算して、その結果を、現在のＣＰ１残充電時間と推定する（Ｓ４６）。要するに、現在の第１進捗係数と現在の第２進捗係数のうちで大きい方の値を充電余り時間に乗算して、現在のＣＰ１残充電時間と推定する。これらの手順は、制御装置４０のＣＰ１残充電時間推定部４８の機能によって実行される。

図７は、ＣＰ１残充電時間の推定手順を示す図である。横軸は時間、縦軸は、残充電時間である。実線がＣＰ１残充電時間である。参考として、ＣＰ２残充電時間を破線で示す。図７の例は、ｔ＝ｔ１でＣＰ２充電に切り替わるが、ｔ＝ｔ１で、ＣＰ残充電時間は（ゼロにならずに、（充電余り時間Ｔ３＞０）がある場合を示す。図７において、ｔ＝ｔ１までは、ＣＰ１残充電時間は次第に減少し、図示していないが電池電圧は次第に上昇する。ＣＰ１充電が行われている間はＣＰ２充電が開始しないので、ＣＰ２残充電時間は、ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０のままで変化しない。ｔ＝ｔ１において電池電圧がＶ１に達してＣＰ２充電が開始する。ｔ＝ｔ１において（充電余り時間Ｔ３＞０）であるので、充電余り時間Ｔ３がある状態で、ＣＰ２充電が開始することになる。なお、図７では、ｔ＝ｔ１において、（ＣＰ１充電余り時間Ｔ３＞ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）としたが、これは説明のための例示であって、（ＣＰ１充電余り時間Ｔ３＜ＣＰ２初期残充電時間Ｔ０）であってもよい。

ｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ２の間のＣＰ２充電の期間は、図３で述べたように、各時間におけるＣＰ２残充電時間は、（ｔ＝ｔ１におけるＣＰ２残充電時間）に、第１進捗係数と第２進捗係数のうちで大きい方が乗算された値で、ゼロに向かって進捗する。これに対応して、各時間において、ＣＰ１充電余り時間について、（ｔ＝ｔ１におけるＣＰ１充電余り時間Ｔ３）に、第１進捗係数と第２進捗係数のうちで大きい方が乗算された値で、ゼロに向かって進捗するように修正する。実線は、ＣＰ１充電余り時間が修正された後のＣＰ１残充電時間を示す。このように、ｔ＝ｔ１でＣＰ１充電余り時間Ｔ３があるときは、ＣＰ２残充電時間の進捗と同じ進捗となるように、ＣＰ１充電余り時間を修正して逐時的に減少させて、これをＣＰ１充電残時間と推定する。これにより、ｔ＝ｔ２において、推定されたＣＰ１残充電時間＝０となり、推定されたＣＰ２残充電時間＝０と整合される。なお、この過程において、ＣＰ２残充電時間が増加に転じた場合には、ＣＰ１充電残時間を前回の値にホールドし、増加も減少もさせない。これにより、二次電池２２の充電の全期間において、表示部３８の表示の連続性が維持される。

本実施の形態に係る二次電池の充電システム２０は、二次電池２２に充電器２４を用いて充電する。充電システム２０は、充電器２４の充電可能な最大電力で充電するＣＰ１充電と、ＣＰ１充電の完了後にＣＰ１充電における充電電力よりも少ない充電電力で充電するＣＰ２充電とを行うＣＰ１・ＣＰ２充電制御部を備える。また、二次電池２２を構成する複数の電池セル２３のセル電圧について、セル最大電圧ＶＭＡＸと、セル平均電圧ＶＡＶＥとを求めるＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部３６を備える。ここで、ＣＰ２充電において、ＣＰ２充電が完了する電池電圧であるＣＰ２充電完了電圧とＣＰ２充電が開始したときの電池電圧との差をＣＰ２充電の初期電圧差分とする。充電システム２０は、ＣＰ２充電完了電圧と現在のＶＭＡＸとの差を現在の第１電圧差分として｛（現在の第１電圧差分）／（ＣＰ２充電の初期電圧差分）｝に対応する第１進捗係数を推定する。また、ＣＰ２充電完了電圧と現在のＶＡＶＥとの差を現在の第２電圧差分として｛（現在の第２電圧差分）／（ＣＰ２充電の初期電圧差分）｝に対応する第２進捗係数を推定する。そこで、第１進捗係数の推定と第２進捗係数の推定を行う進捗係数推定部４４を備える。また、第１進捗係数を用いて現在のＶＭＡＸによるＣＰ２残充電時間を求め、第２進捗係数を用いて現在のＶＡＶＥによるＣＰ２残充電時間を求め、これらの大きい方を現在のＣＰ２残充電時間と推定するＣＰ２残充電時間推定部４６を備える。ここで、ＣＰ２充電が開始したときに、ＣＰ１充電について当初設定したＣＰ１充電時間がまだ余っている充電余り時間があることがある。その場合に、第１進捗係数と第２進捗係数のうちの大きい方の値を、充電余り時間に乗算して現在のＣＰ１残充電時間とするＣＰ１残充電時間推定部４８を備える。さらに、現在のＣＰ２残充電時間と現在のＣＰ１残充電時間の和を、現在の推定残充電時間として表示する表示部３８を備える。これによって、実際のＣＰ２残充電時間と表示部３８の表示との間の乖離を抑制でき、二次電池２２の充電の全期間において、表示部３８の表示の連続性が維持され、実際の残充電時間と乖離の少ない表示が可能となる。

１０ システムメインリレー、１２ 電力コントロールユニット（ＰＣＵ）、１４ 回転電機（Ｍ／Ｇ）、１６ 外部電源側コンセント、１８ 商用交流電源、２０ （二次電池の）充電システム、２２ 二次電池、２３ 電池セル、２４ 充電器、２６ 正極側母線、２８ 負極側母線、３０ 充電リレー、３８ 表示部、３４ 充電器側コンセント、３６ ＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部、３８ 表示部、４０ 制御装置、４２ ＣＰ１・ＣＰ２充電制御部、４４ 進捗係数推定部、４６ ＣＰ２残充電時間推定部、４８ ＣＰ１残充電時間推定部。

Claims (1)

1. 二次電池に充電器を用いて充電するに当たり、前記充電器の充電可能な最大電力で予め定めた電池電圧Ｖ１まで充電するＣＰ１充電と、電池電圧が前記電池電圧Ｖ１に達して前記ＣＰ１充電が完了した後に前記ＣＰ１充電における充電電力よりも少ない充電電力で予め定めた電池電圧Ｖ２まで充電するＣＰ２充電とを行う充電システムであって、
   前記二次電池を構成する複数の電池セルのセル電圧について、セル最大電圧ＶＭＡＸと、セル平均電圧ＶＡＶＥとを求めるＶＭＡＸ・ＶＡＶＥ算出部と、
   前記ＣＰ２充電において、前記ＣＰ２充電が完了する前記電池電圧Ｖ２であるＣＰ２充電完了電圧と前記ＣＰ２充電が開始したときの電池電圧との差を前記ＣＰ２充電の初期電圧差分とし、前記ＣＰ２充電完了電圧である前記電池電圧Ｖ２と現在のＶＭＡＸとの差を現在の第１電圧差分として｛（現在の第１電圧差分）／（ＣＰ２充電の初期電圧差分）｝に対応するＣＰ２第１進捗係数を推定し、前記ＣＰ２充電完了電圧と現在のＶＡＶＥとの差を現在の第２電圧差分として｛（現在の第２電圧差分）／（ＣＰ２充電の初期電圧差分）｝に対応するＣＰ２第２進捗係数を推定する進捗係数推定部と、
   前記ＣＰ２充電が開始したとき以降の各時間を現在として、現在において前記ＣＰ２第１進捗係数と前記ＣＰ２第２進捗係数のうちの大きい方の値を、前記ＣＰ２充電が開始したときのＣＰ２残充電時間に乗算して、現在のＣＰ２残充電時間と推定するＣＰ２残充電時間推定部と、
   前記ＣＰ２充電が開始したときに、前記ＣＰ１充電について当初設定したＣＰ１充電時間がまだ余っている充電余り時間がある場合は、
   前記ＣＰ２充電が開始したとき以降の各時間を現在として、現在の前記ＣＰ２残充電時間の進捗と同じ進捗となるように、前記ＣＰ２第１進捗係数と前記ＣＰ２第２進捗係数のうちの大きい方の値を、前記充電余り時間に乗算して現在のＣＰ１残充電時間とするＣＰ１残充電時間推定部と、
   現在のＣＰ２残充電時間と現在のＣＰ１残充電時間の和を、現在の推定残充電時間として表示する表示部と、
   を備える、二次電池の充電システム。

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