JP6879136B2 - 二次電池の充放電制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、リチウムイオン二次電池の充放電制御に関する。

リチウムイオン二次電池の負極としては、たとえば、ケイ素や酸化ケイ素などを含むＳｉ系材料と炭素材料の複合体負極が用いられることが公知である。炭素材料としては、たとえば、グラファイト（黒鉛）が用いられる。

たとえば、特開２０１７−０５０２０３号公報には、Ｓｉ系材料と黒鉛とを含む負極を備えたリチウムイオン二次電池が開示される。

特開２０１７−０５０２０３号公報

しかしながら、Ｓｉ系材料と炭素材料とを混合して負極として用いられる場合には、比較的低ＳＯＣ領域における電池反応の主をＳｉ系材料が担うことになる。その一方で、Ｓｉ系材料が負極の材料として用いられる場合には、炭素材料と比較して、充放電における活物質の体積変化が大きいため、活物質割れや、導電ネットワークから活物質が孤立化するなど、機械的な劣化が進みやすい。そのため、比較的低ＳＯＣ領域において電池の充放電が継続される場合には、電池の劣化が促進される場合がある。上述した特許文献１には、このような問題について考慮されていない。

本開示は、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、Ｓｉ系材料と炭素材料とを含む負極を備える二次電池の劣化を抑制する二次電池の充放電制御装置を提供することである。

本開示のある局面に係る二次電池の充放電制御装置は、Ｓｉ系材料と炭素材料とを含む負極を備えるリチウムイオン二次電池の充放電を制御する二次電池の充放電制御装置である。この充放電制御装置は、二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、充放電電流を制御する制御部とを備える。制御部は、二次電池のＳＯＣに対するＯＣＶとの関係において充放電によるヒステリシスを有する第１ＳＯＣ領域と、第１ＳＯＣ領域よりもヒステリシスの小さい第２ＳＯＣ領域とのうちの第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長い場合には、充放電期間が短い場合よりも第１ＳＯＣ領域における充放電の頻度を低下させる。

負極がＳｉ系材料を含む場合には、第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長くなるほど電池の劣化が進行しやすくなる。そのため、第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長くなるほど第１ＳＯＣ領域における充放電の頻度を低下させることにより、電池の劣化の進行を緩やかにすることができる。その結果、二次電池の寿命の悪化を抑制することができる。

本開示の他の局面に係る二次電池の充放電制御装置は、Ｓｉ系材料と炭素材料とを含む負極を備えるリチウムイオン二次電池の充放電を制御する二次電池の充放電制御装置である。この充放電制御装置は、二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、充放電電流を制御する制御部とを備える。制御部は、二次電池のＳＯＣに対するＯＣＶとの関係において充放電によるヒステリシスを有する第１ＳＯＣ領域と、第１ＳＯＣ領域よりもヒステリシスの小さい第２ＳＯＣ領域とのうちの第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長い場合には、充放電期間が短い場合よりも第１ＳＯＣ領域においてＳＯＣの制御上限値と制御下限値との差、二次電池の入力電力の許容値の大きさおよび二次電池の出力電力の許容値の大きさのうちの少なくともいずれかを小さくする。

負極がＳｉ系材料を含む場合には、第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長くなるほど電池の劣化が進行しやすくなる。そのため、第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長くなるほどＳＯＣの制御上限値と制御下限値との差、二次電池の入力電力の許容値の大きさおよび二次電池の出力電力の許容値の大きさのうちの少なくともいずれかを小さくすることにより、ＳＯＣの変化が緩やかになり電池の劣化の進行を緩やかにすることができる。その結果、二次電池の寿命の悪化を抑制することができる。

本開示によると、Ｓｉ系材料と炭素材料とを含む負極を備える二次電池の劣化を抑制する二次電池の充放電制御装置を提供することができる。

本実施の形態におけるハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 ＣＤモードとＣＳモードとを説明するための図である。 組電池のＳＯＣとＯＳＶとの関係を示す図である。 ＥＣＵで実行される制御処理を示すフローチャートである。 満充電容量の時間変化を示すタイミングチャートである。 変更前後におけるＳＯＣの使用範囲を説明するための図である。 変形例におけるＥＣＵで実行される制御処理を示すフローチャートである。 変形例における満充電容量とΔＳＯＣと入力電力の許容値Ｗｉｎと出力電力の許容値Ｗｏｕｔの変化を示すタイミングチャートである。

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、本開示の実施の形態に係る二次電池の充放電制御装置がハイブリッド車両に搭載される構成を例に説明するが、以下に説明する二次電池を搭載した車両であればよく、特にハイブリッド車両に搭載されるものに限定されるものではない。車両は、たとえば、駆動源として駆動用電動機のみを搭載した電動車両であってもよい。また、二次電池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。

図１は、本実施の形態におけるハイブリッド車両１（以下、単に車両１と記載する）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）１０，１２と、エンジン１４と、動力分割機構１６と、充電リレー（以下、ＣＨＲと記載する）１８と、充電装置２０と、インレット２２と、駆動輪２８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（以下、ＳＭＲ（System Main Relay）と記載する）５０と、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。

ＭＧ１０，１２の各々は、たとえば三相交流回転電機である。ＭＧ１０は、動力分割機構１６を介してエンジン１４のクランク軸に連結される。ＭＧ１０は、エンジン１４を始動させる際には組電池１００から供給される電力を用いてエンジン１４のクランク軸を回転させる。また、ＭＧ１０は、エンジン１４の動力を用いて発電することも可能である。ＭＧ１０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ４０により直流電力に変換されて組電池１００に供給される。また、ＭＧ１０によって発電された交流電力は、ＭＧ１２に供給される場合もある。

ＭＧ１２は、組電池１００から供給される電力およびＭＧ１０から供給される電力のうちの少なくとも一方を用いて駆動軸を回転させる。また、ＭＧ１２は、回生制動によって発電することも可能である。ＭＧ１２によって発電された交流電力は、ＰＣＵ４０により直流電力に変換されて組電池１００に供給される。

なお、図１の車両１としては、モータジェネレータが２つ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１つ設ける構成としてもよい。

ＰＣＵ４０は、たとえば、ＥＣＵ３００からの制御信号に基づいて動作するインバータとコンバータとを含み、組電池１００とＭＧ１０，１２との間で電力を変換することが可能に構成される。

たとえば、組電池１００の放電時において、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ＭＧ１０，１２の少なくともいずれかに供給する。

一方、組電池１００の充電時において、インバータは、ＭＧ１０，１２の少なくともいずれか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所定の充電電圧に降圧して組電池１００に供給する。また、ＰＣＵ４０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に基づいてインバータおよびコンバータの動作を停止することによって充放電を休止する。なお、ＰＣＵ４０は、コンバータを省略した構成であってもよい。

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、リチウムイオン電池を含んで構成される。組電池１００は、複数個（ｎ個）のリチウムイオン電池（単セル）１１０（以下、セル１１０と記載する）が直列に接続されることによって構成される。組電池１００は、ＰＣＵ４０を介してＭＧ１０，１２の少なくともいずれかへの電力の供給を可能とする。セル１１０は、正極と負極とセパレータとを所定の順序で積層して構成される。本実施の形態において、セル１１０の負極は、たとえば、ＳｉやＳｉＯなどのＳｉ系材料と炭素材料とを含んで構成される。以下の説明においては、炭素材料として、たとえば、グラファイト（黒鉛）が用いられる場合を一例として説明する。

より具体的には、負極は、負極集電体と、負極集電体の表面に設けられた負極活物質を含む負極合材層とを有する。負極集電体は、たとえば、銅（Ｃｕ）箔等が用いられる。負極合材層は、負極集電体の両面または片面に設けられる。負極合材層は、負極活物質に加えてバインダ、導電材などを含み得る。負極活物質は、Ｓｉ系材料とグラファイトとからなる。Ｓｉ系材料とグラファイトとは、所定の比率で混合され負極集電体の表面に負極合材層として形成される。

インレット２２は、車外の外部電源２６に接続される電力ケーブルのプラグ２４を連結することが可能に構成されている。充電装置２０は、たとえばＡＣ／ＤＣコンバータであって、外部電源２６から供給される電力の電圧を、組電池１００に充電に適した電圧に変換することが可能に構成されている。ＣＨＲ１８は、プラグ２４がインレット２２に接続されたときにＥＣＵ３００からの制御信号に応じてオン状態にされる。このとき、インレット２２および充電装置２０を介して組電池１００に電力の供給が可能な状態になる。一方、ＣＨＲ１８は、プラグ２４がインレット２２から取り外されたときやインレット２２および充電装置２０を介した組電池１００の充電が完了したときにＥＣＵ３００からの制御信号に応じてオフ状態にされる。

電圧センサ２１０は、複数のセル１１０の各々の端子間の電圧Ｖｂ（１）〜Ｖｂ（ｎ）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、複数のセル１１０の各々の温度Ｔｂ（１）〜Ｔｂ（ｎ）を検出する。以下の説明において各セル１１０の電圧Ｖｂ（１）〜Ｖｂ（ｎ）を電圧Ｖｂと記載し、温度Ｔｂ（１）〜Ｔｂ（ｎ）を温度Ｔｂと記載する場合がある。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）とを含む制御装置である。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等の情報に基づいて、車両１が所望の状態となるように各機器を制御する。また、ＥＣＵ３００は、組電池１００の電圧、電流および温度を監視するとともに充電装置２０あるいはＰＣＵ４０を用いて組電池１００の充放電を制御する。

以上のような構成を有する車両１の運転中において、ＥＣＵ３００は、ＣＤ（Charge Depleting）モードおよびＣＳ（Charge Sustaining）モードのいずれかを選択し、選択されたモードに応じてエンジン１４およびＰＣＵ４０を制御する。ＣＤモードとは、組電池１００のＳＯＣ（State Of Charge）を消費する制御モードである。ＣＳモードとは、組電池１００のＳＯＣを所定範囲に維持する制御モードである。

ＥＣＵ３００は、たとえば、外部充電によって組電池１００の充電が完了した後であって、組電池１００のＳＯＣがＣＳモードにおけるＳＯＣの制御中心に低下するまではＣＤモードを選択し、ＳＯＣがＣＳモードにおけるＳＯＣの制御中心まで低下した後はＣＳモードを選択する。

図２は、ＣＤモードとＣＳモードとを説明するための図である。図２において、横軸は時間を示し、縦軸はＳＯＣの変化の一例を示す。図２に示す例では、外部充電により組電池１００が満充電状態（ＳＯＣ＝ＭＡＸ）となり、外部充電が完了した後、時刻ｔ（０）で走行が開始された場合が示されている。

ＣＤモードにおいては、基本的には、組電池１００に蓄えられた電力（主には外部充電によって充電された電力）が消費される。ＣＤモードでの走行中においては、ＳＯＣを維持するためにはエンジン１４は作動しない。したがって、減速中のＭＧ１２の回生電力等により一時的にＳＯＣが増加することはあるものの、結果的に充電よりも放電の割合の方が大きくなり、全体としてはＳＯＣが徐々に減少する。

一方、ＣＳモードにおいては、通常ＳＯＣは、ＳＯＣ＿ａを制御中心とし、制御上限値ＳＯＣ（２）と制御下限値ＳＯＣ（１）とによって規定される所定範囲（ΔＳＯＣ）内に維持される。一例として、時刻ｔ（１）において、ＳＯＣがＣＳモードでの制御中心であるＳＯＣ＿ａまで低下すると、ＥＣＵ３００は、エンジン１４を始動させ、制御モードをＣＤモードからＣＳモードへ移行させる。その後、ＥＣＵ３００は、ＳＯＣが所定範囲内で維持されるようにエンジン１４を間欠的に作動する。具体的には、ＥＣＵ３００は、ＳＯＣが所定範囲の制御下限値ＳＯＣ（１）まで低下するとエンジン１４を作動させ、ＳＯＣが所定範囲の制御上限値ＳＯＣ（２）に達するとエンジン１４を停止させることによって、ＳＯＣを所定範囲内に維持する。すなわち、ＣＳモードにおいては、ＳＯＣを所定範囲に維持するためにエンジン１４が作動する。さらに、ＥＣＵ３００は、ＳＯＣが制御中心よりも高い場合には、組電池１００の放電を促進し、ＳＯＣが制御中心よりも低い場合には、組電池１００の充電を促進するようにエンジン１４の出力を制御する。

上述したようにＣＤモードからＣＳモードに移行すると、組電池１００のＳＯＣのうちのＳＯＣ（１）〜ＳＯＣ（２）の範囲内で充放電が継続されることとなる。

ところで、上述したように、組電池１００を構成するセル１１０の負極には、Ｓｉ系材料とグラファイトとが負極材料として含まれる。Ｓｉ系材料はグラファイトと比べて充放電にともなう体積変化が大きく、活物質割れや、導電ネットワークから活物質が孤立化するなど、機械的な劣化が進みやすい特性を有する。また、Ｓｉ系材料とグラファイトとが負極材料として含まれる負極を備えるリチウムイオン電池のＳＯＣとＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との関係においては、低ＳＯＣ領域において高ＳＯＣ領域よりも顕著なヒステリシスが発生する場合がある。

図３は、Ｓｉ系材料とグラファイトとを含む負極を備えるリチウムイオン電池におけるＳＯＣとＯＳＶとの関係を示す図である。図３の縦軸は、ＯＣＶを示す。図３の横軸は、ＳＯＣを示す。

図３の実線ＬＮ１は、完全放電状態から組電池１００を充電した場合のＯＣＶの変化を示す。図３の破線ＬＮ２は、満充電状態から組電池１００を放電した場合のＯＣＶの変化を示す。

図３においては、実線ＬＮ１と破線ＬＮ２とを比較した場合にＳＯＣが０％となる付近を除き、低ＳＯＣ領域では同一ＳＯＣに対するＯＣＶの差が所定量以上存在することが示されている。すなわち、このようなＳＯＣ領域では所定期間の電池の使われ方（過去履歴：ΔＳＯＣ、電流、温度等）に応じて、ＳＯＣとＯＣＶの関係が変化する。図３においては、説明の便宜上、ＳＯＣ＿ｔｈを境界として、ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ＿ｔｈよりも大きい領域をヒステリシス小の領域とし、ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ＿ｔｈよりも小さい領域をヒステリシス大の領域としている。ＳＯＣ＿ｔｈは、たとえば、同一のＳＯＣにおけるＯＣＶの差がしきい値以下となるＳＯＣ領域と、同一のＳＯＣにおけるＯＣＶの差がしきい値よりも大きくなるＳＯＣ領域とを区分するためのしきい値として設定される。

低ＳＯＣ領域におけるヒステリシスが高ＳＯＣ領域におけるヒステリシスよりも大きくなるのは、低ＳＯＣ領域における充放電時の電池反応においてＳｉ材料が主として反応しているためである。そのため、ヒステリシス大領域において充放電が継続する場合には、ヒステリシス小領域において充放電が継続する場合よりも組電池１００の劣化が進みやすくなる。そして、上述のように、ＣＤモードからＣＤモードに移行した場合には、ＳＯＣがヒステリシス大領域内のＳＯＣ（１）〜ＳＯＣ（２）の所定範囲内で充放電が継続されることになるため組電池１００の劣化が進みやすくなり得る。

そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ３００は、組電池１００のＳＯＣに対するＯＣＶとの関係において充放電によるヒステリシスを有する第１ＳＯＣ領域（ヒステリシス大領域）と、第１ＳＯＣ領域よりもヒステリシスの小さい第２ＳＯＣ領域（ヒステリシス小）とのうち第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長い場合には、充放電期間が短い場合よりも第１ＳＯＣ領域における充放電の頻度を低下させるものとする。

本実施の形態においては、ＥＣＵ３００は、組電池１００の満充電容量がしきい値よりも小さくなる場合に、ＣＳモード時に用いられるΔＳＯＣと制御中心を満充電容量がしきい値よりも大きい場合よりも高ＳＯＣ側に変更させることによってヒステリシス大領域における充放電の頻度を低下させるものとする。

このようにするとヒステリシス大領域における充放電の頻度を低下させることができるため、組電池１００の劣化が促進されることを抑制することができる。

以下、図４を用いてＥＣＵ３００で実行される制御処理について説明する。図４は、ＥＣＵ３００で実行される制御処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、所定の制御周期毎にメインルーチン（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。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記載する）１００にて、ＥＣＵ３００は、ヒステリシス小領域におけるセル１１０のＯＣＶと電流積算量を取得する。ＥＣＵ３００は、複数のセル１１０毎のＯＣＶと電流積算量を取得する。

具体的には、ＥＣＵ３００は、たとえば、電圧センサ２１０によって検出される電圧Ｖｂから組電池１００の内部抵抗Ｒｂと電流Ｉｂとを乗算した値、すなわち、過電圧や分極の影響などを考慮することによってＯＣＶを算出する。ＥＣＵ３００は、たとえば、セル１１０の単位時間当たりの電圧Ｖｂの変化に対する電流Ｉｂの変化の傾きを内部抵抗として算出してもよいし、その他の周知の技術を用いて推定してもよい。

また、ＥＣＵ３００は、算出されたＯＣＶがＳＯＣ＿ｔｈに対応するＯＣＶのしきい値よりも大きい場合（すなわち、ヒステリシス小領域）における所定ＯＣＶ間の電流積算量を算出する。具体的には、ＥＣＵ３００は、たとえば、算出されたＯＣＶが第１ＯＣＶになる時点から第２ＯＣＶ（＜第１ＯＣＶ）になる時点までの電流積算量を算出する。ＥＣＵ３００は、電流センサ２２０によって検出される電流と前回の電流積算量の算出時点からの時間とを乗算した値を前回の電流積算量に加算することによって今回の電流積算量を算出する。ＥＣＵ３００は、たとえば、ＯＣＶが第１ＯＣＶになる時点で電流積算量を初期値（たとえば、ゼロ）にリセットして、電流積算量の算出を開始し、ＯＣＶが第２ＯＣＶになる時点に電流積算量の算出を終了する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ３００は、満充電容量を算出する。ＥＣＵ３００は、たとえば、第１ＯＣＶと第２ＯＣＶとの差分に対応するＳＯＣの差分と、電流積算量とを用いて満充電容量を算出する。ＥＣＵ３００は、たとえば、図３に示されるＯＣＶとＳＯＣとの関係と、第１ＯＣＶと第２ＯＣＶとの差分を用いて算出されるＳＯＣの差分と、電流積算量に基づく充電量とに基づいて（たとえば、ＳＯＣの差分に対する充電量の比からＳＯＣ１００％に対する充電量を算出して）満充電容量を算出する。なお、満充電容量の算出方法は、上述の方法に限らずその他の周知の技術を用いて算出してもよい。ＥＣＵ３００は、複数のセル１１０毎の満充電容量を算出する。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ３００は、算出された満充電容量がしきい値Ａ以下であるか否かを判定する。しきい値Ａは、セル１１０の劣化の程度が所定の程度以上であるか（すなわち、満充電容量が初期値から所定の劣化程度に対応する割合まで低下したか）を判定するためのしきい値である。算出された満充電容量がしきい値Ａ以下であると判定される場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。なお、算出された満充電容量がしきい値Ａよりも大きいと判定される場合（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。ＥＣＵ１００は、たとえば、複数のセル１１０のうちの少なくとも１つの満充電容量がしきい値Ａ以下である場合に、算出された満充電容量がしきい値Ａ以下であると判定する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ３００は、ＣＳモード時の複数のセル１１０の使用範囲（ΔＳＯＣおよび制御中心）を変更する。本実施の形態においては、ＥＣＵ３００は、制御下限値ＳＯＣ（１）を所定量だけ増加させたＳＯＣ（３）とし、制御上限値ＳＯＣ（２）を所定量だけ増加させたＳＯＣ（４）とするとともに制御中心ＳＯＣ＿ｃを所定量だけ増加させるものとする。なお、制御下限値、制御上限値および制御中心の増加量としては、本実施の形態においては一例として、それぞれ同量であるものとして説明する。

以上のような構造およびフローチャートに基づくＥＣＵ３００の動作について図５および図６を用いて説明する。図５は、満充電容量の時間変化を示すタイミングチャートである。図５の縦軸は、満充電容量を示し、図５の横軸は、通算使用時間を示す。また、図６は、変更前後におけるＳＯＣの使用範囲を説明するための図である。図６の縦軸は、ＯＣＶを示し、図６の横軸は、ＳＯＣを示す。図６の実線ＬＮ１は、図３の実線ＬＮ１と同様に完全放電状態から組電池１００を充電した場合の複数のセル１１０のうちのいずれかのセル１１０のＯＣＶの変化を示す。図６の破線ＬＮ２は、図３の破線ＬＮ２と同様に満充電状態から組電池１００を放電した場合の当該セル１１０のＯＣＶの変化を示す。また、図６においても図３と同様にＳＯＣ＿ｔｈを境界としてヒステリシス小領域とヒステリシス大領域とが設定されているものとする。

組電池１００に対する外部充電が完了した後、図５に示すように、時間ｔ（２）にて、車両１の運転が最初に開始されると、ヒステリシス小領域におけるセル１１０のＯＣＶと電流積算量との取得が開始される（Ｓ１００）。そして、取得されたセル１１０のＯＣＶと電流積算量とを用いて満充電容量が算出される（Ｓ１０２）。算出された満充電容量がしきい値Ａよりも大きいと判定される場合には（Ｓ１０４にてＮＯ）、制御下限値ＳＯＣ（１）と制御上限値ＳＯＣ（２）と制御中心ＳＯＣ＿ｃとは変更されない。

図５に示すように、組電池１００の通算使用時間が長くなるほどセル１１０の満充電容量は低下していく。そして、時間ｔ（３）にて、算出された満充電容量がしきい値Ａ以下になると判定される場合には（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、ＣＳモードが選択された場合における複数のセル１１０の使用範囲が変更される（Ｓ１０６）。すなわち、制御下限値ＳＯＣ（１）は、ＳＯＣ（１）よりも高い値であるＳＯＣ（３）に設定され、制御上限値ＳＯＣ（２）は、ＳＯＣ（２）よりも高い値であるＳＯＣ（４）に設定され、制御中心は、ＳＯＣ＿ｃよりも高い値であるＳＯＣ＿ｃ’に設定される。

このように複数のセル１１０の使用範囲が変更されると、図６に示すように、ΔＳＯＣおよび制御中心は、いずれも使用範囲の変更後にヒステリシス小領域側に変更され、使用範囲の一部がヒステリシス小領域に含まれることになる。その結果、ＣＳモードが選択された場合には、変更後のΔＳＯＣの範囲内で充放電が継続されることになるため、ヒステリシス大領域内で充放電が行なわれる頻度が低下されることになる。

以上のようにして、本実施の形態に係る二次電池の制御装置によると、負極がＳｉ系材料を含む場合には、たとえば、ＣＳモードの選択時等においてヒステリシス大領域内におけるリチウムイオン二次電池の充放電期間（電池の使用開始してからの通算時間）が長くなるほど電池の劣化が進行しやすくなり得る。そのため、ヒステリシス領域大における充放電期間が長くなるほど充放電期間が短い場合よりもヒステリシス大領域における充放電の頻度を低下させることにより、電池の劣化の進行を緩やかにすることができる。その結果、二次電池の寿命の悪化を抑制することができる。したがって、Ｓｉ系材料と炭素材料とを含む負極を備える二次電池の劣化を抑制する二次電池の充放電制御装置を提供することができる。

以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態では、組電池１００は、複数のセルを直列に接続して構成される場合を一例として説明したが、特にこのような構成に限定されるものではない。組電池１００は、たとえば、複数のセルを並列に接続して構成されるようにしてもよいし、あるいは、複数のセルを直列に接続して構成される組電池を複数個並列に接続して構成されるようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態では、活物質の体積変化（膨張・収縮）が大きい負極の代表材料として、Ｓｉ系材料を用いることを一例として説明したが、リチウムと合金化する他の材料（たとえば、Ｓｎ系材料、Ｇｅ系材料あるいはＰｂ系材料）などを用いてもよい。ここで、体積変化の大きい材料は、グラファイトのような１０％程度の体積変化よりも大きい膨張・収縮を示す材料と考えることができる。また、正極活物質の体積変化が大きい場合は、正極由来のヒステリシスを上述のＳｉ系材料を用いた場合のヒステリシスと同様の観点で考慮してもよい。

さらに上述の実施の形態では、組電池１００は、リチウムイオン電池であればよく、種々のリチウムイオン電池を用いることができる。組電池１００は、たとえば、液状の電解質を用いるリチウムイオン電池であってもよいし、ゲル状のポリマーを電解質に用いるポリマー系のリチウムイオン電池であってもよいし、固体の電解質を用いる全固体系のリチウムイオン電池であってもよい。

さらに上述の実施の形態では、複数のセル１１０毎に電圧センサ２１０および温度センサ２３０を設けて電圧および温度を検出するものとして説明したが、たとえば、所定数のセル１１０を１グループとし、グループ単位で電圧および温度を検出してもよい。

さらに上述の実施の形態では、変更後のΔＳＯＣは、変更前のΔＳＯＣの大きさを維持しつつヒステリシス小領域側に変更するものとして説明したが、たとえば、ヒステリシス大領域内に設定されるΔＳＯＣを変更前のΔＳＯＣの大きさ（満充電容量がしきい値Ａ以下になる前のΔＳＯＣの大きさ）よりも小さくなるように設定されてもよい。

さらに上述の実施の形態では、満充電容量がしきい値Ａ以下となる場合の組電池１００の電力の入出力の許容値ＷｉｎおよびＷｏｕｔについて特に言及していないが、たとえば、満充電容量がしきい値Ａ以下となる場合に組電池１００の入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさおよび組電池１００の出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさのうちの少なくともいずれかを満充電容量がしきい値Ａ以下になる前の大きさよりも小さくなるように設定されてもよい。

以下に、満充電容量がしきい値Ａ以下となる場合にΔＳＯＣの大きさおよび入出力電力の許容値を小さくする変形例においてＥＣＵ３００で実行される制御処理について図７を用いて説明する。図７は、変形例におけるＥＣＵ３００で実行される制御処理を示すフローチャートである。なお、図７に示すフローチャートのＳ１００，Ｓ１０２およびＳ１０４の処理は、図４に示すフローチャートのＳ１００，Ｓ１０２およびＳ１０４の処理と同様である。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。

満充電容量がしきい値Ａ以下であると判定される場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、Ｓ２００にて、ＥＣＵ３００は、ＣＳモード時に用いられるΔＳＯＣを設定する。具体的には、ＥＣＵ３００は、制御中心を維持しつつ、計算時点における制御下限値に所定値だけ加算し、計算時点における制御上限値から所定値だけ減算することによって、ΔＳＯＣを設定する。

Ｓ２０２にて、ＥＣＵ３００は、ＣＳモード時に用いられる組電池１００への入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさと、組電池１００からの出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさとを設定する。以下の説明において、たとえば、出力電力の許容値Ｗｏｕｔを正値とし、入力電力の許容値Ｗｉｎを負値とする場合を一例として説明する。この場合ＥＣＵ３００は、計算時点における入力電力の許容値Ｗｉｎに所定値を加算することによって入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさを小さくする。同様に、ＥＣＵ３００は、計算時点における出力電力の許容値Ｗｏｕｔから所定値を減算することによって出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさを小さくする。

以下に、この変形例におけるＥＣＵ３００の動作について図８を用いて説明する。図８は、変形例における満充電容量とΔＳＯＣと入力電力の許容値Ｗｉｎと出力電力の許容値Ｗｏｕｔの変化を示すタイミングチャートである。図８の各グラフの縦軸は、上から満充電容量、ΔＳＯＣおよび電力を示す。図８の各グラフの横軸は、いずれも通算使用時間を示す。

組電池１００に対する外部充電が完了した後、図８に示すように、時間ｔ（４）にて、車両１の運転が最初に開始されると、セル１１０のＯＣＶと電流積算量との取得が開始される（Ｓ１００）。そして、取得されたセル１１０のＯＣＶと電流積算量とを用いて満充電容量が算出される（Ｓ１０２）。算出された満充電容量がしきい値Ａよりも大きいと判定される場合には（Ｓ１０４にてＮＯ）、ΔＳＯＣと入力電力の許容値Ｗｉｎと出力電力の許容値Ｗｏｕｔとは変更されない。

図８に示すように、組電池１００の通算使用時間が長くなるほど満充電容量は低下していく。そして、時間ｔ（５）にて、算出された満充電容量がしきい値Ａ以下になると判定される場合には（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、ＣＳモード時に用いられるΔＳＯＣが設定されるとともに（Ｓ２００）、ＣＳモード時に用いられる入力電力の許容値および出力電力の許容値が設定される（Ｓ２０２）。

すなわち、時間ｔ（５）における制御下限値ＳＯＣ（１）に所定値が加算され、時間ｔ（５）における制御上限値ＳＯＣ（２）から所定値が減算されることによって縮小したΔＳＯＣが設定される。これにより、ΔＳＯＣの初期値がΔＳＯＣ＿ａとした場合に時間ｔ（５）において初期値ΔＳＯＣ＿ａよりも小さい値がΔＳＯＣとして設定される。

同様に、時間ｔ（５）における入力電力の許容値Ｗｉｎ＿ａに所定値が加算され、時間ｔ（５）における出力電力の許容値Ｗｏｕｔ＿ａから所定値が減算される。これにより、入力電力の許容値Ｗｉｎと出力電力の許容値Ｗｏｕｔとが初期値よりも大きさの小さい値に設定される。

時間ｔ（５）以降においては、図７のフローチャートに示される処理が繰り返し実行されることによって、ΔＳＯＣ、入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさおよび出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさは、それぞれの初期値から減少していく。

負極がＳｉ系材料を含む場合には、たとえば、ＣＳモードの選択時等においてヒステリシス大領域内におけるリチウムイオン二次電池の充放電期間が長くなるほど電池の劣化が進行しやすくなり得る。そのため、ヒステリシス大領域における充放電期間が長くなるほどΔＳＯＣ、入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさおよび出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさを小さくすることにより、ＳＯＣの変化が緩やかになり電池の劣化の進行を緩やかにすることができる。その結果、二次電池の寿命の悪化を抑制することができる。

上述の変形例においては、満充電容量がしきい値Ａ以下になる場合にはΔＳＯＣ、入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさおよび出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさを小さくするものとして説明したが、ΔＳＯＣ、入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさおよび出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさのうちの少なくともいずれかを小さくするようにすればよい。また、上述の変形例においては、満充電容量がしきい値Ａ以下になる場合にはΔＳＯＣ、入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさおよび出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさを小さくするものとして説明したが、ΔＳＯＣの一部をヒステリシス小領域に重複するようにΔＳＯＣをヒステリシス小領域側に移動させつつ、ΔＳＯＣ、入力電力の許容値Ｗｉｎの大きさおよび出力電力の許容値Ｗｏｕｔの大きさのうちの少なくともいずれかを小さくするようにしてもよい。

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
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、１０，１２ モータジェネレータ、１４ エンジン、１６ 動力分割機構、１８ ＣＨＲ、２０ 充電装置、２２ インレット、２４ プラグ、２６ 外部電源、２８ 駆動輪、４０ ＰＣＵ、５０ ＳＭＲ、１００ 組電池、１１０ セル、２１０ 電圧センサ、２２０ 電流センサ、２３０ 温度センサ、３００ ＥＣＵ、３０１ ＣＰＵ、３０２ メモリ。

Claims (2)

1. Ｓｉ系材料と炭素材料とを含む負極を備えるリチウムイオン二次電池の充放電を制御する二次電池の充放電制御装置であって、
   前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、
   前記充放電電流を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記二次電池のＳＯＣに対するＯＣＶとの関係において充放電によるヒステリシスを有する第１ＳＯＣ領域と、前記第１ＳＯＣ領域よりも前記ヒステリシスの小さい第２ＳＯＣ領域とのうちの前記第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長い場合には、前記充放電期間が短い場合よりも前記第１ＳＯＣ領域における充放電の頻度を低下させる、二次電池の充放電制御装置。
2. Ｓｉ系材料と炭素材料とを含む負極を備えるリチウムイオン二次電池の充放電を制御する二次電池の充放電制御装置であって、
   前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、
   前記充放電電流を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記二次電池のＳＯＣに対するＯＣＶとの関係において充放電によるヒステリシスを有する第１ＳＯＣ領域と、前記第１ＳＯＣ領域よりも前記ヒステリシスの小さい第２ＳＯＣ領域とのうちの前記第１ＳＯＣ領域における充放電期間が長い場合には、前記充放電期間が短い場合よりも前記第１ＳＯＣ領域において前記ＳＯＣの制御上限値と制御下限値との差、前記二次電池の入力電力の許容値の大きさおよび前記二次電池の出力電力の許容値の大きさのうちの少なくともいずれかを小さくする、二次電池の充放電制御装置。

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