JP6711221B2 - 電池システム - Google Patents

Description

二共存型正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を含む蓄電装置と、当該蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置と、を備えた電池システムに関する。

従来から、回転電機を動力源とする電動車両（例えばハイブリッド車両や電気自動車等）が広く知られている。かかる電動車両には、回転電機に電力を供給する蓄電装置と、当該蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置と、が搭載されている。充放電制御装置は、蓄電装置の充放電電力が、設定された充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを越えないように、蓄電装置の充放電を制御する。

ここで、この充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの設定については、従来から種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、蓄電装置の充放電電流の二乗平均値と、現在のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と、現在の蓄電装置の温度と、に基づいて、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを決定する技術が開示されている。この特許文献１に代表されるように、従来技術は、主に蓄電装置の現在の状態に基づいて、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定していた。

特開２００７−２８８９０６号公報

かかる従来技術を、二相共存型正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池（以下「二相共存型電池」という）を用いた蓄電装置に適用した場合、電池性能を十分に利用できないという問題があった。すなわち、こうした二相共存型電池では、過去の充放電の影響が長時間に渡り、残り続ける。その結果、二相共存型電池では、過去の充放電履歴によって現時刻の電池挙動（例えば時定数の長い活物質内のリチウム拡散）が大きく変化する。

具体的には、二相共存型電池の場合、所定ＳＯＣまで充電を継続した後、さらに充電を行うと、入力特性が低い（分極が大きい）一方で、放電時に高い出力特性を示す（分極が小さい）。また、所定ＳＯＣ、例えば７０％まで放電を継続した後に、充電を行うと入力特性が高い一方で、放電時の出力特性は低い。換言すれば、充電継続後は、放電継続後と比べて、より大きな電力で放電することが可能であり、放電継続後は、充電継続後と比べて、より大きな電力で充電することが可能である。

しかし、従来技術の多くは、現在の蓄電装置の状態のみから充放電電力許容値を定めている。そのため、従来技術を二相共存型電池に適用した場合、充電継続後には、電池の実際の放電特性に比して、放電電力が過剰に制限され、放電継続後には、電池の実際の充電特性に比して、充電電力が過剰に制限されてしまい、蓄電装置を最大限に利用できない恐れが存在し得る。

そこで、本発明では、二相共存型電池を含む蓄電装置を、より有効に利用できる電池システムを提供することを目的とする。

本発明の電池システムは、車両に搭載され、二相共存型正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を含む蓄電装置と、前記蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置と、を備え、前記充放電制御装置は、前記蓄電装置の充放電の過去一定期間の履歴を記録した履歴データを記憶する記憶部と、前記蓄電装置の充放電電力許容値の標準値を算出する標準値算出部と、前記履歴データに基づいて、前記標準値を補正する補正係数を算出する補正値算出部であって、前記蓄電装置が充電過多の場合は、放電過多の場合よりも、前記放電電力許容値を大きく、かつ、前記充電電力許容値を小さくし、前記蓄電装置が放電過多の場合は、充電過多の場合よりも、前記充電電力許容値を大きく、かつ、前記放電電力許容値を小さくする、補正係数を算出する補正値算出部と、前記標準値と前記補正係数とに基づいて前記充放電電力許容値を算出し、充放電電力が当該充放電電力許容値を超えないように、前記蓄電装置の充放電を制御する充放電制御部と、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、前記蓄電装置は、二相共存型正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池からなる単セルを複数、接続して構成され、さらに、前記複数の単セルのうち、特定の電圧より電圧が高い単セルを放電させることで、前記複数の単セルの電圧を均等化させる均等化回路を備え、前記記憶部は、前記均等化回路による前記単セルの放電に関する情報も、前記履歴データとして記憶する。

本発明によれば、充放電電力許容値を、充放電履歴によって変化する二相共存型電池の充放電特性（入出力特性）に追従させることができるため、二相共存型電池を含む蓄電装置を、より有効に利用できる。

本発明の実施形態である電池システムの構成を示すブロック図である。 監視ユニットおよび均等化ユニットの構成を示す図である。 二相共存型電池におけるパルス放電時の電圧変化を示す図である。 二相共存型電池におけるパルス充電時の電圧変化を示す図である。 （ａ）は、充電継続後の二相共存型電池を、（ｂ）放電継続後の二相共存型電池を示すモデル図である。 制御部の機能ブロック図である。 標準値マップの一例を示す図である。 補正係数マップの一例を示す図である。 充放電電力許容値の算出の流れを示すフローチャートである。

［実施例１］
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である電池システム１０の構成を示す図である。この電池システム１０は、動力源の一つとして回転電機１００を搭載した電動車両（例えば電気自動車やハイブリッド自動車等）に搭載される。

電池システム１０は、走行用の回転電機１００に電力を供給する蓄電装置１２を備えている。蓄電装置１２は、複数の単セル１４を直列または並列（図示例では直列）に接続して構成されている。一つの蓄電装置１２を構成する単セル１４の個数は、蓄電装置１２の要求出力等に基づいて、適宜、設定できる。

単セル１４は、充放電可能なリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、様々な種類があるが、本実施形態では、電池の正極活物質として二相共存系材料を用いたリチウムイオン二次電池（以下「二相共存型電池」と呼ぶ）を単セル１４として用いている。この二相共存型電池の特性等については、後に詳説する。

蓄電装置１２には、均等化ユニット１６および監視ユニット１８が接続されている。図２は、この均等化ユニット１６および監視ユニット１８の構成を示す図である。図２に示すように、監視ユニット１８は、単セル１４ごとに設けられた複数の電圧監視ＩＣ３７を有している。この電圧監視ＩＣ３７は、各セル１４に並列に接続されており、各セル１４の電圧を検知し、後述する制御部３２に出力する。また、監視ユニット１８は、蓄電装置１２全体の電圧も検知し、制御部３２に出力する。以下の説明では、監視ユニット１８で検知された電圧のうち、蓄電装置１２全体の電圧を「電池電圧Ｖｂ」と呼び、各セル１４の電圧を「セル電圧Ｖｃ」と呼ぶ。

均等化ユニット１６は、単セル１４ごとに設けられた複数の均等化回路３８を含む。各均等化回路３８は、均等用抵抗４０と均等用スイッチ４２を直列接続して構成されており、この均等化回路３８は、単セル１４と並列に接続されている。この均等化回路３８は、複数の単セル１４の電圧（セル電圧Ｖｃ）を均等化するための回路である。制御部３２は、複数の単セル１４のセル電圧Ｖｃを比較し、特定のセル電圧Ｖｃ（例えば複数のセル電圧Ｖｃのうち最小のセル電圧Ｖｃ）より高い単セル１４については、対応する均等化回路３８の均等用スイッチ４２をオンにする。均等用スイッチ４２をオンにすることで、対応する単セル１４が放電し、セル電圧Ｖｃが低下する。より具体的に説明すると、１０個の単セル１４のうち、三つの単セル１４のセル電圧Ｖｃが３．６Ｖで、残りの七つの単セル１４のセル電圧Ｖｃが３．７Ｖであった場合、制御部３２は、この七つの単セル１４に対応する均等化回路３８の均等用スイッチ４２を所定期間、オンする。この均等用スイッチ４２をオンし続ける時間は、最小電圧（本例では３．６Ｖ）と、放電対象の単セル１４のセル電圧Ｖｃ（本例では３．７Ｖ）との差分値（本例では、０．１Ｖ）に基づいて決定される。以下では、この均等化回路３８を用いた電圧の均等化を「均等化処理」と呼ぶ。この均等化処理は、通常、後述するシステムオフ期間中に行われる。なお、ここでいうセル電圧Ｖｃは、電池が十分に緩和された状態で取得された値、すなわち、開回路電圧ＯＣＶに相当する。

再び、図１に戻り電池システム１０を説明する。蓄電装置１２の近傍には、当該蓄電装置１２の温度を検知する温度センサ２８が設けられている。温度センサ２８は、一つでもよいし、複数でもよい。温度センサ２８による検出値は、制御部３２に送られ、この検出値が、電池温度Ｔｂとなる。なお、温度センサ２８が複数あり、検出値が複数ある場合には、これら複数の検出値の統計値、例えば、平均値や、最小値、最大値等を電池温度Ｔｂとして取り扱えばよい。また、電池システム１０は、蓄電装置１２に流れる電流値を検知する電流センサ３０も有している。電流センサ３０の検出値が、電池電流Ｉｂとなる。

蓄電装置１２は、システムメインリレー（以下「ＳＭＲ」と呼ぶ）２０を介して、負荷（インバータ１０２や回転電機１００）に接続されている。ＳＭＲ２０がオンされることで、蓄電装置１２から回転電機１００への電力供給や、回転電機１００で回生された電力による蓄電装置１２の充電が許容される。このＳＭＲ２０のオン／オフは、制御部３２により制御されている。

蓄電装置１２とＳＭＲ２０との間には、充電回路２１が接続されている。充電回路２１は、外部の商用電源に接続可能なコネクタ（インレット２６）と、充電器２４、および充電リレー２２を備えた回路である。インレット２６を外部電源に接続するとともに充電リレー２２をオンにすることで、外部電力による蓄電装置１２の充電が可能となる。充電器２４は、交流電力である外部電力を直流電力に変換し、蓄電装置１２に出力する。

ここで、ＳＭＲ２０および充電リレー２２の双方がオフされている場合、蓄電装置１２は、原則として充放電されないことになる（ただし、厳密には均等化処理による一部単セル１４の放電はある）。この両リレー２０，２２がオフされており、充放電が禁止された状態のことを以下では電池システム１０がオフされた状態、すなわち、「システムオフ」と呼び、ＳＭＲ２０および充電リレー２２の少なくとも一方がオンされた状態を「システムオン」と呼ぶ。なお、外部充電が行えない電池システム（充電回路を有さない電池システム）、あるいは、充電回路が、ＳＭＲ２０よりも負荷側に接続されている電池システムの場合は、ＳＭＲ２０がオフされれば、蓄電装置１２の充放電が禁止されることになる。したがって、かかる電池システムでは、ＳＭＲ２０がオンされた状態が「システムオン」であり、ＳＭＲ２０がオフされた状態が「システムオフ」である。

蓄電装置１２は、ＳＭＲ２０を介して各種負荷と接続される。こうした負荷の中には、インバータ１０２および回転電機１００がある。インバータ１０２は、蓄電装置１２と回転電機１００との間で、電力を直流から交流に、または、交流から直流に変換しながら、電流制御を行なう。回転電機１００は、車両の走行用動力を出力するモータとして機能するとともに、動力を電力に変換するジェネレータとしても機能する。回転電機１００で発電された電力は、インバータ１０２、ＳＭＲ２０を介して、蓄電装置１２に送られ、これにより、蓄電装置１２が充電される。また、回転電機１００は、モータとして機能する場合には、蓄電装置１２から送られた電力で駆動する。なお、図１では、回転電機１００の個数を一つとしているが、回転電機１００は、複数設けてもよい。例えば、主にモータとして機能する第一回転電機と、主にジェネレータとして機能する第二回転電機、を設けてもよい。また、図１では、蓄電装置１２に接続される負荷として、インバータ１０２、回転電機１００のみを図示しているが、さらに、他の負荷が接続されてもよい。他の負荷としては、例えば、補機に電力を供給する補機用蓄電装置や、蓄電装置１２を調温するためのヒータやファン等がある。

蓄電装置１２の充放電は、制御部３２により管理制御される。制御部３２は、各種演算を行うＣＰＵ３４と、各種プログラムやパラメータを記憶する記憶部３６と、を備えている。なお、図１では、制御部３２を、単一のユニットとして図示しているが、制御部３２は、それぞれがＣＰＵ３４および記憶部３６を有する制御ユニットを複数、組み合わせて構成されてもよい。したがって、制御部３２は、ＣＰＵ３４および記憶部３６を複数有する構成としてもよい。

制御部３２には、蓄電装置１２に設けられた監視ユニット１８、電流センサ３０、温度センサ２８から、電池電圧Ｖｂ、電池電流Ｉｂ、電池温度Ｔｂが入力される。制御部３２は、これらセンサで取得された情報に基づいて蓄電装置１２のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出する。また、後に詳説するように、制御部３２は、蓄電装置１２の充放電電力の許容値、すなわち、充電電力許容値Ｗｉｎおよび放電電力許容値Ｗｏｕｔを算出する。そして、制御部３２は、蓄電装置１２の充放電電力が、この充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを超えないように、蓄電装置１２の充放電を制御する。充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出するために、制御部３２は、蓄電装置１２の充放電履歴を履歴データ６４として記憶しておくが、これについては、後述する。

次に、二相共存型電池について説明する。既述した通り、本実施形態の単セル１４は、正極活物質として二相共存系材料を用いたリチウムイオン二次電池（二相共存型電池）である。二相共存型の正極活物質とは、２つの相（第一相および第二相）が安定して共存することができる活物質である。例えば、第一相は、正極活物質にリチウムが多く挿入された状態であり、第二相は、第一相と比べてリチウム挿入量が少ない状態（例えば、リチウムがほぼゼロの状態）である。正極活物質からリチウムイオンを放出させた状態である。二相共存型の正極活物質は、リチウムを含む化合物であり、この正極活物質としては、例えば、ＮｉやＭｎを含むスピネル型化合物や、Ｆｅを含むオリビン型化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４など）を用いることができる。

具体的には、二相共存型電池（単セル１４）をほぼ完全に放電したとき、正極活物質の全体がほとんど第一相（リチウムが多く挿入された状態）となり、一方、二相共存型電池をほぼ満充電にするとき、正極活物質の全体が第二相（リチウム挿入量が少ない状態−例えばリチウム量がほぼゼロの状態）となる。二相共存型電池を充電したときには、第一相が減少するとともに、第二相が増加し、放電したときには、第二相が減少するとともに、第一相が増加すると考えられている。

二相共存型電池では、二相共存型電池を充放電したときの過去の履歴（充放電履歴）に応じて、二相共存型電池の充放電特性が変化する。二相共存型電池の充放電特性について、図３〜図５を用いて説明する。

図３は、ＳＯＣが、Ａ（Ａ＞０）［％］であるときの二相共存型電池を用いて、放電（ここでは、パルス放電）を行ったときの電圧挙動を示す。図４は、ＳＯＣがＡ（Ａ＞０）［％］であるときの二相共存型電池を用いて、充電（ここでは、パルス充電）を行ったときの電圧挙動を示す。図３、図４において、縦軸は、放電または充電に伴う電圧変化ΔＶｂを示し、横軸は、時間を示す。なお、ＳＯＣとは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。また、電圧変化ΔＶｂとは、充放電開始前の電圧と現時刻の電圧との差分値であり、図３と図４の時刻ｔ０から時刻ｔ１（すなわち、通電中）において、放電の場合、ΔＶｂは、減少し、充電の場合、ΔＶｂは、増加する。

図３および図４において、太線は、充電継続後の二相共存型電池の電圧挙動を、細線は、放電継続後の二相共存型電池の電圧挙動を、示している。ここで、「充電継続後」とは、充電を継続して行った後のことであり、本例では、図５（ａ）に示すように、ＳＯＣが０％の状態から、ＳＯＣがＡ％になるまで充電を行った状態を示す。また、「放電継続後」とは、放電を継続して行った後のことであり、本例では、図５（ｂ）に示すように、ＳＯＣがほぼ１００％の状態から、ＳＯＣがＡ％になるまで放電を行った状態を示す。なお、図５において、ハッチング箇所は、第一相、すなわち、リチウム挿入量が多い相を示しており、白色箇所は、第二相、すなわち、リチウム挿入量がほぼゼロの状態を例示している。

図３では、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において放電を行い、時刻ｔ１以降は、充放電を行わない休止期間となっている。図３に示す通り、放電開始時（時刻ｔ０）のＳＯＣが同じＡ％であっても、放電継続後（細線）は、充電継続後（太線）に比べて、電圧変化ΔＶｂの量が大きいことが分かる。放電に伴う電圧変化ΔＶｂの量が大きいとは、すなわち、放電に伴って発生する分極が大きいということである。つまり、放電継続後（細線）は、充電継続後（太線）に比べて、出力特性が低下することが分かる。

図４では、時刻ｔ０〜時刻ｔ１において充電を行い、時刻ｔ１以降は、充放電を行わない休止期間となっている。図４に示す通り、充電開始時（時刻ｔ０）のＳＯＣが同じＡ％であっても、充電継続後（太線）は、放電継続後（細線）に比べて、電圧変化ΔＶｂの量が大きいことが分かる。充電に伴う電圧変化ΔＶｂの量が大きいとは、すなわち、充電に伴って発生する分極が大きいということである。つまり、充電継続後（太線）は、放電継続後（細線）に比べて、入力特性が低下することが分かる。

このように、二相共存型電池では、過去の充放電履歴によって、充放電の特性が変化する。かかる二相共存型電池において、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを、充電継続後と放電継続後で同じにした場合、蓄電装置１２の性能を有効に利用できないおそれがある。例えば、放電継続後は、入力特性が高いため、充電電力許容値Ｗｉｎを比較的高めに設定することが可能である。しかし、充放電履歴に関わらず充電電力許容値Ｗｉｎを一定値として設定する場合には、充電電力許容値Ｗｉｎを、入力特性の低い充電継続状態に合わせ、電池保護のため低めの値に設定する必要がある。その結果、放電継続後は、蓄電装置１２（二相共存型電池）の実際の充電特性（入力特性）に比べて、充電電力許容値Ｗｉｎが過度に制限されることになる。同様に、充放電履歴に関わらず放電電力許容値Ｗｏｕｔを一定値として設定する場合、充電継続後は、蓄電装置１２（二相共存型電池）の実際の放電特性（出力特性）に比べて、放電電力許容値Ｗｏｕｔが過度に制限される。

そこで、本実施形態では、蓄電装置１２の充放電履歴を記憶し、この充放電履歴に応じて、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを補正している。これにより、電池を適切に保護しつつ、最大限、入出力性能を発揮させることが可能となる。以下、この充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの設定について説明する。

初めに、本実施形態の制御部３２の機能構成について説明する。図６は、制御部３２の機能ブロック図である。制御部３２は、本来、種々の機能を有しているが、図６では、特に、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの算出に関する機能のみを図示している。図６に示す通り、制御部３２は、ＳＯＣ算出部５０と、標準値算出部５２と、補正値算出部５４と、充放電制御部５６と、均等化制御部５８と、記憶部３６とを有している。ＳＯＣ算出部５０は、蓄電装置１２のＳＯＣを算出する。具体的には、電流センサ３０で取得した電流を随時積算し、満充電容量で除算する、公知の手法が用いられる。もしくは、例えば、正極が二相共存材料からなり、正極の平衡電位がリチウム量に対して平坦であっても、負極の平衡電位に傾きがあれば、以下の手法を用いてもよい。すなわち、ＳＯＣ算出部５０は、監視ユニット１８で検知された電池電圧Ｖｂから内部抵抗に由来する電圧変化の影響を除去してＯＣＶを算出し、算出したＯＣＶを記憶部３６に記憶するＳＯＣ−ＯＣＶマップ６０に照らし合わせて蓄電装置１２のＳＯＣを算出する。さらには、この二つの手法から算出したＳＯＣ値を、適宜、混合する手法でもよい。算出されたＳＯＣは、蓄電装置１２の制御等に利用される。また、算出されたＳＯＣは、後述する履歴データ６４に記憶される。

標準値算出部５２は、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの標準値である充電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔおよび放電標準値Ｗｏｕｔ＿ｓｔを算出する。充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔは、いずれも、蓄電装置１２の充放電履歴とは無関係に算出される充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの候補値である。充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔの算出方法としては、種々考えられるが、本実施形態では、一例として、電池温度Ｔｂに基づいて、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔを算出している。具体的には、本実施形態では、予め、電池温度Ｔｂと、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔとの関係を示す標準値マップ６２を、記憶部３６に記憶している。図７は、標準値マップ６２の一例を示す図である。図７に示す通り、一般に、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔの絶対値は、極低温では、大幅に制限されているが、温度が上昇するにつれ、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔの絶対値も増加していく。ただし、温度が一定以上になれば、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔは、ほぼ一定値として制限してもよい。標準値算出部５２は、温度センサ２８で検出された電池温度Ｔｂを、この標準値マップ６２に照らし合わせて、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔを算出する。なお、ここで説明した充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔは、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、電池温度Ｔｂに基づいて充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔを特定したが、他のパラメータ、例えば、蓄電装置１２のＳＯＣや、車両の走行状態、蓄電装置１２の劣化量等も考慮して、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔを算出してもよい。

補正値算出部５４は、標準値算出部５２で算出された充電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔを補正する充電補正係数Ｋｉｎおよび放電標準値Ｗｏｕｔ＿ｓｔを補正する放電補正係数Ｋｏｕｔを算出する。すなわち、既述した通り、本実施形態の蓄電装置１２は、二相共存型電池で構成されており、この二相共存型電池は、過去の充放電履歴に応じて、その充放電特性（入出力特性）が変化する。こうした充放電特性を考慮しないまま、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定すると、蓄電装置１２の性能を最大限に発揮できない状況や、電池劣化が進む懸念が存在し得る。

そこで、補正値算出部５４は、蓄電装置１２の過去の充放電履歴に応じて、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔを補正する充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを算出する。この充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを算出するため、記憶部３６には、履歴データ６４および補正係数マップ６６が記憶されている。

履歴データ６４は、蓄電装置１２の過去一定期間の充放電履歴を記憶するデータである。より具体的には、履歴データ６４は、過去一定期間の蓄電装置１２のＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）と、過去一定期間の電池電流Ｉｂと、を含む。ここで、本実施形態では、放電電流を正、充電電流を負としている。履歴データ６４として記憶し続ける期間は、蓄電装置１２を構成する二相共存型電池の特性（長い時定数）に応じて決定することが望ましい。また、データサイズ低減のためには、過去一定期間よりさらに過去のデータは、順次、忘却することが望ましい。

ただし、ここで説明した履歴データ６４の構成は、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、履歴データ６４として、ＳＯＣと電池電流Ｉｂの双方を記録しているが、いずれか一方のみを記録する形態でもよい。また、ＳＯＣと電池電流Ｉｂに加えて、または、替えて、他のパラメータ、例えば、充放電の合計時間等を記憶してもよい。また、電池の休止時間（無負荷時間）が影響を及ぼすような電池系では、その影響を加味してもよい。なお、履歴データ６４に記憶する充放電履歴には、均等化処理による放電履歴も含まれるが、これについては、後に詳説する。

補正係数マップ６６は、ＳＯＣおよび電池電流Ｉｂと、充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔとの関係を示すマップである。図８は、補正係数マップ６６の一例を示す図である。図８において、横線は、一定期間におけるΔＳＯＣを示している。過去一定期間の間、電池が放電過多で利用された場合、差分値ΔＳＯＣは、負となり、充電過多で利用された場合、差分値ΔＳＯＣは、正となる。

また、図８において、太線は、充電補正係数Ｋｉｎを、細線は、放電補正係数Ｋｏｕｔを示している。また、一点鎖線は、電池電流Ｉｂの過去一定期間の平均値、すなわち、電流平均値Ｉ＿ａｖｅの絶対値（｜Ｉ＿ａｖｅ｜）が大きい場合の、実線は、｜Ｉ＿ａｖｅ｜が中間レベルの場合の、二点鎖線は、｜Ｉ＿ａｖｅ｜が小さい場合の充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを示している。

本実施形態では、充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔに、充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを乗算した値を、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとして用いる。したがって、充電補正係数Ｋｉｎが大きいほど、充電電力許容値Ｗｉｎの絶対値も大きくなる。同様に、放電補正係数Ｋｏｕｔが大きいほど、放電電力許容値Ｗｏｕｔの絶対値も大きくなる。

図８から明らかな通り、本実施形態では、差分値ΔＳＯＣが大きい程、放電補正係数Ｋｏｕｔは大きくなり、充電補正係数Ｋｉｎは小さくなり、差分値ΔＳＯＣが小さい程、放電補正係数Ｋｏｕｔは小さく、充電補正係数Ｋｉｎは大きくなる。そして、差分値ΔＳＯＣが正、すなわち、充電過多の場合、放電補正係数Ｋｏｕｔは、１より大きくなり（Ｋｏｕｔ＞１）、充電補正係数Ｋｉｎは、１より小さくなる（Ｋｉｎ＜１）。この場合、最終的に算出される放電電力許容値Ｗｏｕｔの絶対値は、放電標準値Ｗｏｕｔ＿ｓｔの絶対値よりも大きくなり、充電電力許容値Ｗｉｎの絶対値は、充電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔの絶対値よりも小さくなる。これは、差分値ΔＳＯＣが正の充電過多の場合、蓄電装置１２は、標準状態（Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔ）と比べて、出力特性が向上する一方、入力特性が低下していると考えられるためである。かかる場合には、充電電力許容値Ｗｉｎの絶対値を低めにして充電を制限し、放電電力許容値Ｗｏｕｔの絶対値を高めにすることで電池劣化を抑制しつつ電池を有効に利用することができる。

同様に、差分値ΔＳＯＣが負、すなわち、放電過多の場合、Ｋｏｕｔ＜１、Ｋｉｎ＞１としている。そのため、放電電力許容値Ｗｏｕｔの絶対値が低めになり、放電が制限される一方で、充電電力許容値Ｗｉｎの絶対値を高めになるため、充電の許容範囲が広がる。これにより、電池劣化を抑制しつつ電池を有効に利用することができる。

また、本実施形態では、ＳＯＣの差分値ΔＳＯＣだけでなく、さらに、電池電流Ｉｂの平均値Ｉ＿ａｖｅの絶対値によっても充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを変化させている。具体的には、電流平均値Ｉ＿ａｖｅの絶対値｜Ｉ＿ａｖｅ｜が大きい程、充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔの差分値ΔＳＯＣに対する変化の傾きを急峻にしている。このように、ＳＯＣの差分値ΔＳＯＣだけでなく、電流平均値Ｉ＿ａｖｅの絶対値によっても、充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを変化させることで、蓄電装置１２の充放電履歴をより正確に、充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔに反映させることができる。

なお、ここで説明した充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔの算出方法は、一例であり、蓄電装置１２の充放電履歴に基づいて、充電過多の場合は、放電過多の場合よりも、放電電力許容値Ｗｏｕｔが大きく、かつ、充電電力許容値Ｗｉｎが小さくなるような充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔが算出できるのであれば、他の方法で算出してもよい。例えば、本実施形態では、過去一定期間の電池電流Ｉｂを全て同じ重みとした電流平均値Ｉ＿ａｖｅに応じて充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを変更している。しかし、一般的に、直近に行った充放電のほうが、それ以上過去に行った充放電よりも、蓄電装置１２の充放電特性に大きな影響を与える。そこで、電池電流Ｉｂに、現在に近づくほど重くなるような重みを付けて加算した電流の重み付け加算値を算出し、この電流の重み付け加算値に応じて充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを変更してもよい。また、本実施形態では、ＳＯＣおよび電池電流Ｉｂの両方を考慮して、充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを特定しているが、利用する電池の特性に応じて、いずれか一方のみで充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを特定してもよい。

充放電制御部５６は、標準値算出部５２で算出された充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔに、補正値算出部５４で算出された充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを乗算して、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出する。すなわち、Ｗｉｎ＝Ｗｉｎ＿ｓｔ×Ｋｉｎであり、Ｗｏｕｔ＝Ｗｏｕｔ＿ｓｔ×Ｋｏｕｔである。そして、充放電制御部５６は、蓄電装置１２の充放電電力が、算出された充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを超えないように、蓄電装置１２の充放電を制御する。均等化制御部５８については、後に詳述する。

次に、以上のような構成の電池システム１０において、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出する流れについて説明する。図９は、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの算出の流れを示すフローチャートである。

図９に示すフローは、原則として、蓄電装置１２の充放電が許容された期間、すなわち、ＳＭＲ２０および充電リレー２２の少なくとも一方がオンされたシステムオン期間に、所定の制御周期で繰り返し実行される。一方で、ＳＭＲ２０および充電リレー２２の双方がオフされたシステムオフ期間には、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出する必要はないため、図９のフローは、実行されない。

充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出するために、制御部３２は、電流センサ３０で検知された電池電流Ｉｂ、温度センサ２８で検知された電池温度Ｔｂ、監視ユニット１８で検知された電池電圧Ｖｂを取得する（Ｓ１０）。

続いて、制御部３２は、取得された電池電流Ｉｂや電池電圧Ｖｂに基づいて蓄電装置１２のＳＯＣを算出する（Ｓ１２）。ＳＯＣが算出できれば、制御部３２は、履歴データ６４を更新する（Ｓ１４）。具体的には、履歴データ６４に算出された現在のＳＯＣと、電池電流Ｉｂと、を記録するとともに、保存期間を過ぎた過去のＳＯＣおよび電池電流Ｉｂを忘却する。

続いて、制御部３２は、電池温度Ｔｂを、記憶部３６に記憶されている標準値マップ６２に照らし合わせて、充電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔおよび放電標準値Ｗｏｕｔ＿ｓｔを算出する（Ｓ１６）。

次に、制御部３２は、履歴データ６４を参照して、ΔＳＯＣと｜Ｉ＿ａｖｅ｜とから充電補正係数Ｋｉｎおよび放電補正係数Ｗｏｕｔを算出する（Ｓ１８）。充放電標準値Ｗｉｎ＿ｓｔ，Ｗｏｕｔ＿ｓｔおよび充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔが算出できれば、制御部３２は、これらを乗算し、充電電力許容値Ｗｉｎおよび放電電力許容値Ｗｏｕｔを算出する（Ｓ２０）。すなわち、Ｗｉｎ＝Ｗｉｎ＿ｓｔ×Ｋｉｎ、Ｗｏｕｔ＝Ｗｏｕｔ＿ｓｔ×Ｋｏｕｔの演算を行う。そして、充電電力許容値Ｗｉｎおよび放電電力許容値Ｗｏｕｔが算出できれば、ステップＳ１０に戻り、以降、システムオフ（ＳＭＲ２０がオフかつ充電リレー２２がオフ）となるまで、ステップＳ１０〜Ｓ２０をくり返す。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを、蓄電装置１２の過去一定期間の充放電履歴に応じて補正している。ここで、二相共存型電池は、過去の充放電履歴に応じて、その充放電特性が変化する。本実施形態では、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを、充放電履歴に応じて補正しているため、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを、この変化する充放電特性に追従させることができる。その結果、蓄電装置１２の劣化を防止しつつ、蓄電装置１２をより有効に利用することができる。

［実施例２］
次に、実施例２について説明する。充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、蓄電装置１２が充放電可能な期間、すなわち、システムオン期間にのみ算出されればよく、システムオフ期間中は、充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの算出は不要となる。しかし、このシステムオフ期間中でも、一部の単セル１４が放電される均等化処理が実施されることがある。

この均等化処理について簡単に説明する。図６に示すように、制御部３２は、均等化制御部５８を有している。この均等化制御部５８は、蓄電装置１２を構成する複数の単セル１４の電圧値を均等化するために、均等化回路３８の駆動を制御する。均等化回路３８による均等化処理は、蓄電装置１２の充放電が禁止されている期間、具体的には、ＳＭＲ２０がオフ、かつ、充電リレー２２がオフされたシステムオフ期間中に実施される。

均等化処理の流れは、種々のバリエーションがあるが、基本的には、次の手順で均等化処理を実施する。システムオフ期間において、均等化制御部５８は、監視ユニット１８から複数の単セル１４それぞれのセル電圧Ｖｃを取得する。ここで、セル電圧Ｖｃは、開回路電圧ＯＣＶとほぼ等価とみなすことができる。均等化制御部５８は、複数のセル電圧Ｖｃのうち、特定のセル電圧Ｖｃ、例えば、最小のセル電圧Ｖｃを基準電圧Ｖｄｅｆとして特定する。続いて、この基準電圧Ｖｄｅｆと各セル１４のセル電圧Ｖｃとの差分電圧ΔＶｃを算出する。そして、均等化制御部５８は、この差分電圧ΔＶｃが、所定の閾値以上である単セル１４を特定し、当該単セル１４に対応する均等化回路３８の均等用スイッチ４２をセル電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｄｅｆに到達するまでオンし続ける。これにより、当該単セル１４の電圧のバラツキが解消される。

ここで、こうした均等化処理を行った場合、当然、均等化処理されたセルには電流が流れ、ＳＯＣが低下する。均等化制御部５８は、このとき流れる電流値、および、均等化処理されたセルのΔＳＯＣを演算し、履歴データ６４に記憶する。

ここで、こうした均等化処理による放電によっても、蓄電装置１２の充放電特性は、変化する。そこで、本実施形態では、この均等化処理による放電履歴も、履歴データ６４に記録し、その後の充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの算出に利用している。ただし、均等化処理の際は、一部の単セル１４でのみ放電が行われており、このときの放電電流は、電流センサ３０では検知できない。そこで、本実施形態では、均等化処理の際の電流およびΔＳＯＣを次の手順で取得している。

通常、均等化回路３８に設けられている均等用抵抗４０の抵抗値は、電池の内部抵抗より十分に大きいとみなせる。この場合、均等化処理時に流れる放電電流Ｉｃは、均等化処理前のセル電圧をＶｃ＿ｄｅｆ、均等用抵抗４０の抵抗値をＲｅとした場合、Ｖｃ＿ｄｅｆ＝Ｉｃ×Ｒｅと表すことができる。そこで、均等化処理中、制御部３２は、Ｉｃ＝Ｖｃ＿ｄｅｆ／Ｒｅに基づいて、各セルの放電電流Ｉｃを算出する。また、放電電流Ｉｃに均等化実行時間を乗じ、その値を蓄電装置１２の満充電容量で除算すれば、均等化処理によるＳＯＣの変化ΔＳＯＣが分かる。制御部３２は、均等化処理の実行が完了した時点で、放電電流ＩｃおよびΔＳＯＣの演算を行い、履歴データ６４に記録する。システムオンされた後、制御部３２は、この履歴データ６４を参照して充放電補正係数Ｋｉｎ，Ｋｏｕｔを算出する。

また、正極が二相共存材料で平衡電位がリチウム量に対して平坦であっても、負極の平衡電位に傾きがあり、電池ＯＣＶとＳＯＣが一意に決定される場合、別の形態として、以下の手法も考えられる。すなわち、均等化処理を実行する前、および、実行後における蓄電装置１２全体のＯＣＶ（電池電圧Ｖｂ）の変化に基づいて、均等化処理に伴うＳＯＣの変化（ΔＳＯＣ）を算出してもよい。この場合、均等化処理期間中に単セル１４に流れた電流（放電電流Ｉｃ）は、ＯＣＶの変化量に対応するΔＳＯＣに満充電量を乗じ、その値を均等化実行時間で除算すれば算出できる。

また、均等化処理終了後は、蓄電装置１２の充放電は行われないため、ＳＯＣは、変化せず、また、電池電流Ｉｂは、０のままである。この充放電されていない期間、すなわち、電池が無負荷の時間（休止時間）も履歴として入出力特性に影響する電池系の場合、この影響を考慮して、履歴データ６４を更新してもよい。

以上の説明から明らかな通り、システムオフ期間中、特に、均等化処理実行中に流れる電流値およびＳＯＣも充放電履歴として履歴データ６４に記憶しておくことで、均等化処理に起因する蓄電装置１２の充放電特性の変化を反映させた充放電電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが得られる。そして、これにより、蓄電装置１２の劣化を防止しつつ、蓄電装置１２をより有効に利用することができる。

１０ 電池システム、１２ 蓄電装置、１４ 単セル、１６ 均等化ユニット、１８ 監視ユニット、２０ システムメインリレー、２１ 充電回路、２２ 充電リレー、２４ 充電器、２６ インレット、２８ 温度センサ、３０ 電流センサ、３２ 制御部、３４ ＣＰＵ、３６ 記憶部、３８ 均等化回路、４０ 均等用抵抗、４２ 均等用スイッチ、５０ ＳＯＣ算出部、５２ 標準値算出部、５４ 補正値算出部、５６ 充放電制御部、５８ 均等化制御部、６０ ＳＯＣ−ＯＣＶマップ、６２ 標準値マップ、６４ 履歴データ、６６ 補正係数マップ、１００ 回転電機、１０２ インバータ。

Claims (2)

1. 車両に搭載され、二相共存型正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池を含む蓄電装置と、
   前記蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置と、
   を備え、前記充放電制御装置は、
   前記蓄電装置の充放電の過去一定期間の履歴を記録した履歴データを記憶する記憶部と、
   前記蓄電装置の充放電電力許容値の標準値を算出する標準値算出部と、
   前記履歴データに基づいて、前記標準値を補正する補正係数を算出する補正値算出部であって、前記蓄電装置が充電過多の場合は、放電過多の場合よりも、前記放電電力許容値を大きく、かつ、前記充電電力許容値を小さくし、前記蓄電装置が放電過多の場合は、充電過多の場合よりも、前記充電電力許容値を大きく、かつ、前記放電電力許容値を小さくする、補正係数を算出する補正値算出部と、
   前記標準値と前記補正係数とに基づいて前記充放電電力許容値を算出し、充放電電力が当該充放電電力許容値を超えないように、前記蓄電装置の充放電を制御する充放電制御部と、
   を備えることを特徴とする電池システム。
2. 請求項１に記載の電池システムであって、
   前記蓄電装置は、二相共存型正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池からなる単セルを複数、接続して構成され、
   さらに、前記複数の単セルのうち、特定の電圧より電圧が高い単セルを放電させることで、前記複数の単セルの電圧を均等化させる均等化回路を備え、
   前記記憶部は、前記均等化回路による前記単セルの放電に関する情報も、前記履歴データとして記憶する、
   ことを特徴とする電池システム。

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