JP6772968B2

JP6772968B2 - 二次電池システム

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Publication number: JP6772968B2
Application number: JP2017124010A
Authority: JP
Inventors: 高橋　賢司; 賢司高橋; 裕之海谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: JP2019008999A

Description

本開示は、二次電池システムに関し、より特定的には、水酸化ニッケルを含む正極を有する二次電池を備えた二次電池システムにおけるメモリ量を推定するための技術に関する。

水酸化ニッケルを含む正極を有する二次電池（たとえばニッケル水素電池であり、以下、二次電池とも略す）においてメモリ効果が生じることが知られている。メモリ効果とは、二次電池に蓄えられた電力が完全に消費されていない状態での充電（いわゆる継ぎ足し充電）が繰り返された場合に、二次電池の放電電圧が正常時（メモリ効果が生じていないとき）と比べて低くなる現象である。

二次電池のメモリ効果による電圧変化量（以下、「メモリ量」とも称する）を推定するための技術が提案されている。メモリ量を高精度に推定することによって、たとえば二次電池の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）の推定精度を向上させることが可能になるためである。

たとえば特開２００７−３３３４４７号公報（特許文献１）は、ニッケル水素電池の開放電圧に基づいてニッケル水素電池の起電力を算出し、算出された起電力とＳＯＣとの関係を用いて起電力からＳＯＣを推定する充電状態推定装置を開示する。特許文献１に開示された充電状態推定装置では、ＳＯＣの推定に先立ちメモリ量に応じて開放電圧を補正することによってＳＯＣの推定精度を向上させる。

特開２００７−３３３４４７号公報

詳細については後述するが、二次電池のメモリ量を推定する手法として、所定期間中に生じたメモリ量を逐次算出し、算出されたメモリ量を積算することによって、その積算値である総量としてのメモリ量（現在のメモリ量）を推定する手法が考えられる。

このようにメモリ量を逐次算出する際、本発明者らは、各所定期間における二次電池の開放電圧および温度の条件が重要である点に着目した。本発明者らの実験によれば、所定期間における開放電圧および温度が異なる場合には、その所定期間中に生じるメモリ量も異なるとの実験結果が得られたためである。

この知見に基づき、所定期間における開放電圧および温度と、その所定期間中に生じるメモリ量との対応関係を予め実験的に求め、たとえばマップまたは関係式を準備しておくことによって、所定期間中に生じるメモリ量の算出精度を向上させることができる。その結果、遂次算出されたメモリ量を積算することによって得られるメモリ量の積算値についても高精度に推定することが可能になる。

ここで、本発明者らは、所定期間中に生じるメモリ量を算出する際には、二次電池の開放電圧および温度に加えて、他のパラメータもさらに考慮することによって、所定期間中に生じるメモリ量の算出精度を一層向上させることが可能であることを実験的に見出した。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、水酸化ニッケルを含む正極を有する二次電池を備えた二次電池システムにおいて、メモリ量の推定精度を向上させることである。

本開示のある局面に従う二次電池システムは、水酸化ニッケルを含む正極を有する二次電池と、二次電池のメモリ量を二次電池の「使用条件」の区分が変化しない時間内で逐次算出するとともに、算出されたメモリ量を積算することによって二次電池の現在のメモリ量を推定する推定装置とを備える。使用条件は、二次電池の開放電圧および温度と、正極における塩濃度とを含んで定義される。

本発明者らは、さらなる実験の結果、二次電池の開放電圧および温度と、正極における塩濃度とを含んで定義される使用条件毎にメモリ量との対応関係を求めておくことによって、その使用条件での期間中に生じるメモリ量の算出精度を向上させることができるとの知見を得た。これにより、所定期間中に生じるメモリ量の算出精度をさらに向上させ、ひいてはメモリ量の積算値の推定精度を向上させることが可能になる。

本開示によれば、水酸化ニッケルを含む正極を有する二次電池を備えた二次電池システムにおいて、メモリ量の推定精度を向上させることができる。

本実施の形態に係る二次電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。セルの構成を示す図である。様々な条件下での経過時間とメモリ量との対応関係を示すタイムチャートである。積算メモリ量推定処理を説明するためのタイムチャートである。組電池の充放電が継続された場合における正極と負極との間の塩濃度分布を説明するための概念図である。本発明者らによる実験結果の一例を示す図である。本実施の形態におけるマップの概念図である。実施の形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。本実施の形態における積算メモリ量推定処理を示すフローチャートである。

以下、本開示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、本実施の形態に係る二次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。しかし、二次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、たとえば定置用であってもよい。

［実施の形態］
＜二次電池システムの構成＞
図１は、本実施の形態に係る二次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、電動車両（ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車または燃料自動車）であって、二次電池システム２と、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とを備える。二次電池システム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とを結ぶ電流経路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、再充電が可能に構成された直流電源であり、本実施の形態ではニッケル水素電池を含んで構成される。組電池１００に含まれる各セル１１０の詳細な構成については図２にて説明する。

電圧センサ２１０は、組電池１００に含まれる各セル１１０のセルの電圧Ｖｂを検出する。電流センサ２２０は、組電池１００に入出力される電流Ｉｂを検出する。温度センサ２３０は、組電池１００の温度Ｔｂを検出する。なお、電圧センサ２１０は、隣接する複数（たとえば数個）のセル１１０を監視単位として電圧Ｖｂを検出してもよい。また、温度センサ２３０は、セル１１０毎に設けられてもよいし、組電池１００に対して複数個（セル数よりも少ない数）設けられ、隣接する複数（たとえば数個）のセル１１０を監視単位として温度Ｔｂを検出してもよい。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、タイマ３０３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および二次電池システム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に生じたメモリ効果による電圧変化量の推定処理が挙げられるが、この処理については後述する。

図２は、セル１１０の構成を示す図である。組電池１００に含まれる各セル１１０の構成は共通であるため、図２では１つのセル１１０のみを代表的に示す。セル１１０は、たとえば角形密閉式のセルであり、ケース１２０と、ケース１２０に設けられた安全弁１３０と、ケース１２０内に収容された電極体１４０および電解液（図示せず）とを含む。なお、図２ではケース１２０の一部を透視して電極体１４０を示している。

ケース１２０は、いずれも金属からなるケース本体１２１および蓋体１２２を含み、蓋体１２２がケース本体１２１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。なお、ケース１２０の材料は、樹脂であってもよい。安全弁１３０は、ケース１２０内部の圧力が所定値を超えると、ケース１２０内部のガス（水素ガス等）の一部を外部に排出する。

電極体１４０は、正極と、負極と、セパレータとを含む。正極は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１４０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、正極には、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電極板が用いられる。負極には、水素吸蔵合金を含む電極板が用いられる。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）を含むアルカリ水溶液が用いられる。

＜組電池のメモリ効果＞
以上のように構成された二次電池システム２において、組電池１００のメモリ効果による電圧変化量（電圧降下量または電圧上昇量）である「メモリ量」を高精度に推定することが求められる。本実施の形態においては、所定期間中に生じたメモリ量（以下、「微小メモリ量」とも称する）を逐次積算することによって、その積算値である総量としてのメモリ量（以下、「積算メモリ量」とも称する）を推定する。微小メモリ量を逐次算出する際に、本発明者らは、組電池１００の電圧Ｖｂ（より詳細には、開放電圧であるＯＣＶ（Open Circuit Voltage））と組電池１００の温度Ｔｂとを含んで定義される条件が重要である点に着目した。

図３は、様々な条件下での経過時間とメモリ量との対応関係を示すタイムチャートである。図３において、横軸は組電池１００の使用開始時からの経過時間を表し、縦軸はメモリ量を表す。なお、組電池１００の使用開始時（経過時間の初期値）とは、組電池１００の製造時であってもよいし、組電池１００のリフレッシュ充放電時（組電池１００に生じたメモリ効果を解消するための充電時または放電時）であってもよい。

様々な条件（ＯＣＶ，Ｔｂ）下での実験を実施することにより、図３に示すような曲線を条件（ＯＣＶ，Ｔｂ）毎に取得することができる。なお、図３では、理解を容易にするため、３種類の条件Ｐ〜Ｒにそれぞれ対応する曲線Ｃ_Ｐ〜Ｃ_Ｒが取得される例について説明するが、実際にはより多くの条件について同様の曲線が取得される。

＜積算メモリ量推定処理＞
曲線ＣＰ〜ＣＲを参照することによって条件Ｐ〜Ｒ下で生じた「微小メモリ量」をそれぞれ算出し、算出された微小メモリ量を積算する処理を繰り返し実行することによって「積算メモリ量」を推定することができる。この処理を「積算メモリ量推定処理」とも称し、以下に詳細に説明する。

図４は、積算メモリ量推定処理を説明するためのタイムチャートである。図４（Ａ）において、横軸は組電池１００の使用開始時からの経過時間を表し、縦軸は組電池１００が置かれた条件（（ＯＣＶ，Ｔｂ）の組合せ）を表す。図４（Ａ）では、所定期間Δｔ毎に条件が判定され、条件がＰ，Ｑ，Ｒの順に変化する場合について説明する。条件Ｐ，Ｑ，Ｒ下での期間をＬ_Ｐ，Ｌ_Ｑ，Ｌ_Ｒでそれぞれ示す。

図４（Ｂ）において、横軸は組電池１００の使用開始時からの経過時間を表し、縦軸はメモリ量を表す。まず、条件Ｐ下では、曲線Ｃ_Ｐを参照して所定期間Δｔ毎に微小メモリ量Ｍを逐次積算する。その結果、条件Ｐ下で期間Ｌ_Ｐが経過する間に生じたメモリ量はＭ_Ｐになる。微小メモリ量Ｍの積算結果を「積算メモリ量ΣＭ」と記載すると、期間Ｌ_Ｐが経過したときの積算メモリ量ΣＭはＭ_Ｐである。

次に、条件がＰからＱへと変化すると、積算メモリ量ΣＭ＝Ｍ_Ｐに対応する曲線ＣＱ（図４に示した曲線Ｃ_Ｑを時間軸方向にＬ_Ｐだけ平行移動した曲線）上の点から曲線Ｃ_Ｑを参照して、所定期間Δｔ毎に微小メモリ量Ｍを逐次積算する。条件Ｑ下で期間Ｌ_Ｑが経過する間に生じたメモリ量がＭ_Ｑである場合、期間Ｌ_Ｑが経過したときの積算メモリ量ΣＭは、Ｍ_ＰとＭ_Ｑとの和（Ｍ_Ｐ＋Ｍ_Ｑ）である。

さらに、条件がＱからＲへと変化すると、積算メモリ量ΣＭ＝（Ｍ_Ｐ＋Ｍ_Ｑ）に対応する曲線Ｃ_Ｒ（図４に示した曲線Ｃ_Ｒを時間軸方向に（Ｌ_Ｐ＋Ｌ_Ｑ）だけ平行移動した曲線）上の点から曲線Ｃ_Ｒを参照して、所定期間Δｔ毎に微小メモリ量Ｍを逐次積算する。条件Ｒ下で期間Ｌ_Ｒが経過する間に生じたメモリ量がＭ_Ｒである場合、全期間（Ｌ_Ｐ＋Ｌ_Ｑ＋Ｌ_Ｒの期間）に生じた積算メモリ量ΣＭは、Ｍ_ＰとＭ_ＱとＭ_Ｒとの和（Ｍ_Ｐ＋Ｍ_Ｑ＋Ｍ_Ｒ）である。

上記の推定手法は、漸化式を用いて説明することができる。すなわち、下記式（１）に示すように、Ｎ回目の積算処理での積算メモリ量ΣＭ（Ｎ）は、（Ｎ−１）回目の積算処理までの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）に、（Ｎ−１）回目の積算処理時からＮ回目の積算処理時までの間（所定期間Δｔの間）の条件下での微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を加算することによって算出することができる。なお、Ｎは自然数である。

ΣＭ（Ｎ）＝ΣＭ（Ｎ−１）＋Ｍ（Ｎ）・・・（１）
このように、本実施の形態では、所定期間Δｔ毎に条件Ｐ〜Ｒに応じた微小メモリ量Ｍを算出し、算出された微小メモリ量Ｍを積算する処理を繰り返し実行することによって、全期間にわたって生じた積算メモリ量ΣＭを算出することができる。

＜塩濃度分布＞
上述の手法によれば、積算メモリ量ΣＭを高精度に推定可能であるものの、組電池１００の充放電の態様（たとえば連続的な充電、または充放電の繰り返しなど）によっては、積算メモリ量ΣＭの推定精度に改善の余地が存在する場合がある。本発明者らは、微小メモリ量Ｍを算出する際には、組電池１００のＯＣＶおよび温度Ｔｂに加えて、正極におけるＫＯＨまたはＮａＯＨの濃度（塩濃度）もさらに考慮することによって、微小メモリ量Ｍの算出精度（ひいては積算メモリ量ΣＭの推定精度）を一層向上させることが可能であることを実験的に見出した。

図５は、組電池１００の充放電が継続された場合における正極と負極との間の塩濃度分布を説明するための概念図である。図５において、横軸は、電極体１４０内における位置（正極と負極とを結ぶ方向に沿った位置）を示す。縦軸は、塩濃度ｃ_ｅを示す。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、組電池１００の充電または放電を継続的に行なう場合には、時間が経過するに従って（図５（Ａ）および図５（Ｂ）では時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３の順に）電極体１４０内の電解液中における塩濃度分布の偏りが増大し得る。そして、所定期間経過後には塩濃度分布は定常状態となり得る。

図６は、本発明者らによる実験結果の一例を示す図である。この実験結果とは、より詳細には、温度５０℃の環境下（組電池１００の温度Ｔｂを５０℃に維持した状態）で組電池１００（セル１１０）から取り出した正極を異なる濃度の電解液中に４日間放置した放置耐久試験の結果である。図６において、横軸は、正極における塩濃度ｃ_ｅを示す。縦軸は、メモリ量（より詳細には放電時の電圧降下量）を示す。図６より、塩濃度ｃ_ｅが高くなるに従ってメモリ量が増大することが分かる。このような実験結果に基づき、本実施の形態では、以下に説明するようなマップＭＰが準備される。

図７は、本実施の形態におけるマップＭＰの概念図である。マップＭＰは、図７に示すように、組電池１００のＯＣＶおよび温度Ｔｂと、正極の塩濃度ｃ_ｅとの組合せにより定義される使用条件（ＯＣＶ，Ｔｂ，ｃ_ｅ）毎に、経過時間と微小メモリ量Ｍとの対応関係が規定された３次元マップである。図４にて説明したように、ＥＣＵ３００は、Ｎ回目の積算処理時には、マップＭＰを参照することによってＮ回目の積算処理時の使用条件に応じた曲線を選択し、（Ｎ−１）回目の積算処理時からＮ回目の積算処理時までの間（所定期間Δｔの間）に新たに生じた微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を算出することができる。

マップＭＰ内の使用条件数が多いことは、（ＯＣＶ，Ｔｂ，ｃ_ｅ）が異なる実験（たとえば上述の放置耐久試験）をより多く実施して得られた結果をマップＭＰに反映させることができることを意味するので、微小メモリ量Ｍの推定精度が向上し得る。その一方で、マップＭＰはＥＣＵ３００のメモリ３０２に記憶されるところ、使用条件数が多くなるほどマップサイズ（マップＭＰのデータ量）が大きくなるので、メモリ３０２に必要な容量が大きくなるとともにＣＰＵ３０１の演算負荷が大きくなり得る。したがって、マップＭＰ内の使用条件数は、微小メモリ量Ｍの推定精度とＥＣＵ３００の処理能力とのバランスを考慮した上で決定することが望ましい。なお、使用条件を規定するための手法はマップに限定されず、たとえば関数（関係式）であってもよい。

＜機能ブロック図＞
図８は、本実施の形態におけるＥＣＵ３００の機能ブロック図である。ＥＣＵ３００は、ＯＣＶ算出部３１０と、塩濃度算出部３２０と、記憶部３３０と、微小メモリ量算出部３４０と、積算メモリ量算出部３５０と、制御部３６０とを含む。図８では、Ｎ回目の積算処理における各機能ブロックの機能について説明する。

ＯＣＶ算出部３１０は、電圧センサ２１０、電流センサ２２０および温度センサ２３０から組電池１００の電圧Ｖｂ（Ｎ）、電流Ｉｂ（Ｎ）および温度Ｔｂ（Ｎ）をそれぞれ受ける。ＯＣＶ算出部３１０は、電圧Ｖｂ（Ｎ）から過電圧（電流Ｉｂ（Ｎ）と組電池１００の内部抵抗Ｒとの積）を充電時には減算し、放電時には加算して組電池１００のＯＣＶ（Ｎ）を算出し、ＯＣＶ（Ｎ）および温度Ｔｂ（Ｎ）を微小メモリ量算出部３４０に出力する。

塩濃度算出部３２０は、電流センサ２２０から組電池１００の電流Ｉｂ（Ｎ）を受け、電流Ｉｂ（Ｎ）に基づいて正極の塩濃度ｃ_ｅを算出する。より詳細には、正極（正極活物質）と負極（負極活物質）との間の塩濃度差Δｃ_ｅは、電解液の実効拡散係数Ｄ_ｅ ^ｅｆｆ、電解液の体積分率ε_ｅおよび水酸化物イオン（ＯＨ⁻）の輸率ｔ₋ ^ｏに依存するため、たとえば下記式（２）〜式（４）に従って塩濃度差Δｃ_ｅを算出することができる（詳細については、たとえば特開２０１３−７２６５９号公報参照）。なお、実効拡散係数Ｄ_ｅ ^ｅｆｆは、温度（Ｔｂ）の関数である。

上記式（２）において、（ｔ）が付されたパラメータは前回の演算周期（（Ｎ−１）回目の積算処理）のものであることを示し、（ｔ＋Δｔ）が付されたパラメータは今回の演算周期（Ｎ回目の積算処理）のものであることを示す。初期状態における組電池１００内の塩濃度は一定であり、塩濃度の初期値は、組電池１００の設計時に定められた値（設計値）から決定することができる。したがって、塩濃度差Δｃ_ｅを逐次算出することによって、現在の正極の塩濃度ｃ_ｅを算出することができる。

記憶部３３０は、（Ｎ−１）回目の積算処理時に算出された積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）を記憶している。記憶部３３０は、積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）を微小メモリ量算出部３４０に出力するとともに、積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）を積算メモリ量算出部３５０に出力する。

微小メモリ量算出部３４０は、図７に示したマップＭＰを記憶している。微小メモリ量算出部３４０は、（Ｎ−１）回目の積算処理時からＮ回目の積算処理時までの間（所定期間Δｔの間）の使用条件（Ｎ回目の積算処理時の使用条件）として、ＯＣＶ算出部３１０からＯＣＶ（Ｎ）および温度Ｔｂ（Ｎ）を受けるとともに塩濃度算出部３２０から正極の塩濃度ｃ_ｅ（Ｎ）を受けると、マップＭＰを参照する。

時間経過に伴うメモリ量の増加は、図３および図４に示したような曲線で表される。Ｎ回目の積算処理において微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を算出する際には、曲線のうちの参照すべき箇所を決定するために、（Ｎ−１）回目の積算処理時までの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）の情報が必要になる。微小メモリ量算出部３４０は、Ｎ回目の積算処理時のＯＣＶ（Ｎ）、温度Ｔｂおよび塩濃度ｃ_ｅからＮ回目の積算処理時の使用条件に対応する曲線をマップＭＰから選択し、さらに、（Ｎ−１）回目の積算処理時までの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）を用いて、選択した曲線のうちの参照すべき箇所を決定する。そして、微小メモリ量算出部３４０は、決定した箇所を用いて微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を算出し、算出された微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を積算メモリ量算出部３５０に出力する。

積算メモリ量算出部３５０は、微小メモリ量算出部３４０からＮ回目の積算処理時の微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を受けるとともに、記憶部３３０から（Ｎ−１）回目の積算処理時までの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）を受ける。積算メモリ量算出部３５０は、積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）に微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を加算することによって積算メモリ量ΣＭ（Ｎ）を算出し（上記式（１）参照）、算出された積算メモリ量ΣＭ（Ｎ）を制御部３６０に出力する。また、積算メモリ量算出部３５０は、積算メモリ量ΣＭ（Ｎ）を記憶部３３０に出力して記憶部３３０に記憶させる。

制御部３６０は、積算メモリ量算出部３５０からの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ）に基づいて組電池１００への充放電指令を出力する。たとえば、制御部３６０は、積算メモリ量ΣＭ（Ｎ）の絶対値が基準値以上になることを含む所定条件が成立した場合に、組電池１００に生じたメモリ効果を解消するためにリフレッシュ充電指令またはリフレッシュ放電指令を出力する。なお、ＥＣＵ３００は本開示に係る「推定装置」に相当するが、本開示に係る「推定装置」に制御部３６０は必須の構成要素ではない。

＜積算メモリ量推定処理フロー＞
図９は、本実施の形態における積算メモリ量推定処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定周期毎または所定条件が成立する度にメインルーチン（図示せず）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（以下「Ｓ」と略す）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。

図９に示すフローチャートの処理が繰り返し実行されることにより、積算メモリ量ΣＭが順次更新される。このフローチャートはＮ回目の積算処理を示し、（Ｎ−１）回目（前回）の積算処理時までの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）がメモリ３０２に記憶されている。

Ｓ１０において、ＥＣＵ３００は、（Ｎ−１）回目の積算処理時までの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）をメモリ３０２から読み出す。

Ｓ２０において、ＥＣＵ３００は、電圧センサ２１０および電流センサ２２０を用いて組電池１００の電圧Ｖｂ（Ｎ）および電流Ｉｂ（Ｎ）を取得し、電圧Ｖｂ（Ｎ）から充放電電流による過電圧（Ｉｂ（Ｎ）×Ｒ）を考慮（減算または加算）してＯＣＶ（Ｎ）を算出する。

Ｓ３０において、ＥＣＵ３００は、温度センサ２３０を用いて組電池１００の温度Ｔｂ（Ｎ）を取得する。

Ｓ４０において、ＥＣＵ３００は、電流センサ２２０から電流Ｉｂ（Ｎ）を取得し、上記式（２）〜式（４）にて説明した手法により、正極の塩濃度ｃ_ｅ（Ｎ）を算出する。Ｓ２０〜Ｓ４０の処理により、組電池１００の使用条件（ＯＣＶ（Ｎ）と温度Ｔｂ（Ｎ）と塩濃度ｃ_ｅ（Ｎ）との組合せ）が決定される。

Ｓ５０において、ＥＣＵ３００は、タイマ３０３を用いて、所定期間Δｔが経過するまで待機する。なお、微小メモリ量Ｍを適切に算出するためには、所定期間Δｔだけ待機している間に使用条件の区分が変化しないことが求められる。よって、所定期間Δｔは、待機中に使用条件の区分が変化しない時間に定めることが好ましい。

Ｓ６０において、ＥＣＵ３００は、メモリ３０２に記憶されたマップＭＰから使用条件（ＯＣＶ（Ｎ），Ｔｂ（Ｎ），ｃ_ｅ（Ｎ））に対応する曲線を参照して、所定期間Δｔに生じた微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を算出する。この処理については図４（Ｂ）にて説明したため、詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ７０において、ＥＣＵ３００は、Ｓ１０にて読み出した（Ｎ−１）回目の積算処理までの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ−１）にＳ６０にて算出された微小メモリ量Ｍ（Ｎ）を加算することによって、Ｎ回目の積算処理までの積算メモリ量ΣＭ（Ｎ）を算出する（上記式（１）参照）。なお、車両１の出荷時には積算メモリ量の初期値ΣＭ（０）が、たとえば０に設定されている。また、組電池１００のリフレッシュ充放電の実施後にも積算メモリ量の初期値ΣＭ（０）を０に設定してもよい。

Ｓ８０において、ＥＣＵ３００は、図９に示すフローチャートが次回呼び出された場合に備えて、Ｓ７０にて算出された積算メモリ量ΣＭ（Ｎ）をメモリ３０２に記憶する。

以上のように、本実施の形態によれば、本発明者らの実験結果に基づいて決定された少なくとも３つのパラメータ、すなわち、組電池１００のＯＣＶおよび温度Ｔｂならびに正極の塩濃度ｃ_ｅを含んで定義されるマップＭＰを用いて、所定期間Δｔ毎に生じた微小メモリ量Ｍが算出される。使用条件に上記パラメータを採用することにより、上記以外のパラメータを用いた場合（たとえばＯＣＶおよび温度Ｔｂのみを用いた場合）と比べて、微小メモリ量Ｍを高精度に算出することができる。その結果、微小メモリ量Ｍの積算により得られる積算メモリ量ΣＭについても高精度に推定することが可能になる。

なお、本実施の形態では、「所定期間」Δｔ毎に微小メモリ量Ｍを推定する処理を例に説明したが、一定周期で微小メモリ量Ｍを算出することは必須ではない。所定期間Δｔの長さは、たとえば組電池１００の使用条件またはＥＣＵ３００の演算負荷の状況等に応じた可変値としてもよい。あるいは、組電池１００の使用条件を監視し、使用条件が変化したことをトリガとして微小メモリ量Ｍを算出するようにしてもよい。これにより、微小メモリ量Ｍの算出回数を低減してＥＣＵ３００の演算負荷を低減することができる。

また、本実施の形態では、組電池１００がニッケル水素電池である構成を例に説明した。しかし、組電池１００は、水酸化ニッケルを含む正極を有する二次電池であればよく、たとえばニッケルカドミウム電池であってもよい。

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。本開示の範囲は、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、２二次電池システム、１０モータジェネレータ、２０動力伝達ギア、３０駆動輪、４０ＰＣＵ、５０ＳＭＲ、１００組電池、１１０セル、１２０ケース、１２１ケース本体、１２２蓋体、１３０安全弁、１４０電極体、２１０電圧センサ、２２０電流センサ、２３０温度センサ、３００ＥＣＵ、３０１ＣＰＵ、３０２メモリ、３０３タイマ、３１０算出部、３２０塩濃度算出部、３３０記憶部、３４０メモリ量算出部、３５０積算メモリ量算出部、３６０制御部。

Claims

水酸化ニッケルを含む正極を有する二次電池と、
前記二次電池のメモリ効果による電圧変化量であるメモリ量を前記二次電池の使用条件の区分が変化しない時間内で逐次算出し、算出されたメモリ量を積算することによって前記二次電池の現在のメモリ量を推定する推定装置とを備え、
前記使用条件は、前記二次電池の開放電圧および温度と、前記正極における塩濃度とを含んで定義される、二次電池システム。