JP6969532B2

JP6969532B2 - 非水電解液二次電池の充電制御装置

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Publication number: JP6969532B2
Application number: JP2018198345A
Authority: JP
Inventors: ちか澤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2021-11-24
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Description

本開示は、非水電解液二次電池の充電制御装置に関する。

非水電解液二次電池であるリチウムイオン電池の耐久性を確保しつつ充電時間を短縮できる充電方法として、特許文献１には、リチウムイオン電池の定格容量よりも大きな電流で充電を開始し、その後、段階的に充電電流を低減することが開示されている。

特開２００５−１８５０６０号公報

非水電解液二次電池、特に、リチウムイオン電池において、大きな電流値で充放電が行われると、二次電池の性能低下が起きる。これは、経年劣化と区別して「ハイレート劣化」とも称される。上記特許文献１に記載の充電方法では、ハイレート劣化について言及されておらず、充電開始時の大きな電流による充電により、ハイレート劣化を招く可能性がある。

本開示は、ハイレート劣化を抑止しつつ短時間で充電することが可能な、非水電解液二次電池の充電制御装置を提供することを目的とする。

本開示に係る非水電解液二次電池の充電制御装置は、ケース内に電極体を収納した電池セルを少なくともひとつ備える非水電解液二次電池の充電制御装置であって、「二次電池のＳＯＣを取得するＳＯＣ取得手段」と、「二次電池を充放電した際にケースに加わる荷重の変動量に基づいて、ＳＯＣ取得手段で取得したＳＯＣに応じた充電電力を設定する充電電力設定手段」と、「充電電力設定手段で設定した充電電力で二次電池の充電を実行する充電手段」と、を備え、「充電電力は、荷重の変動量が大きいほど小さく設定されている」ことを特徴とする。

非水電解液二次電池では、充放電に伴い負極が膨張収縮する。充放電に伴う負極の膨張収縮量は、二次電池のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）によって異なり、膨張収縮の変化量が大きいＳＯＣ領域では、負極から電解液が押し出され、ハイレート劣化が発生し易くなる。

負極の膨張収縮によって、電極体を収容するケースに加わる荷重が変化する。この荷重の変動量は、負極の膨張収縮の変化量に比例する。したがって、ケースに加わる荷重の変動量が大きいＳＯＣ領域で大きな電流で充電を行うとハイレート劣化が発生し易い。

そこで、本開示に係る非水電解液二次電池の充電制御装置では、充電電力設定手段において、二次電池を充放電した際にケースに加わる荷重の変動量に基づいて、ＳＯＣ取得手段で取得したＳＯＣに応じた充電電力が設定される。充電電力設定手段で設定される充電電力は、ケースに加わる荷重の変動量が大きいほど小さく設定されている。そして、充電手段は、ケースに加わる荷重の変動量が大きいほど小さく設定された充電電力で、二次電池の充電を実行する。

ケースに加わる荷重変動が大きいＳＯＣ領域、すなわち、ハイレート劣化が発生し易いＳＯＣ領域では、充電電力は小さく設定される。これにより、ハイレート劣化の発生を抑止しつつ充電を行うことができる。荷重変動が小さいＳＯＣ領域では、充電電力が大きく設定される。このため、ハイレート劣化を抑止しつつ短時間で充電を完了することが可能となる。

本開示に係る非水電解液二次電池の充電制御装置によれば、ハイレート劣化を抑止しつつ短時間で充電することが可能となる。

本開示の実施の形態に係る非水電解液二次電池の充電制御装置を電動車両に適用した概略構成図である。二次電池を構成する電池セルを説明する図である。本開示の実施の形態に係る、ＳＯＣと、荷重、荷重変動量および充電電流との関係を示す図である。充電制御装置の機能ブロックを表す図である。充電制御を実行するフローチャートである。区間容量を算出するためのフローチャートである。劣化量を算出するフローチャートである。変形例における、ＳＯＣと充電電流の関係を表す図である。変形例における、充電制御を実行するフローチャートである。

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、図中同一又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。

図１は、本開示の実施の形態に係る非水電解液二次電池の充電制御装置を電動車両に適用した概略構成図である。電動車両１は、二次電池１０と、電力制御ユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する。）２０と、モータジェネレータ（以下「ＭＧ」と称する。）３０と、ディファレンシャルギヤ４０と、駆動輪５０と、ＥＵＣ（Electronic Control Unit）６０とを備える。

二次電池１０は、リチウムイオン電池からなる非水電解液二次電池である。ＰＣＵ２０は、二次電池１０に蓄えられた電力を交流電力に変換し、三相交流電電動機であるＭＧ３０を駆動する。ＭＧ３０から出力された駆動力は、ディファレンシャルギヤ４０を介して駆動輪５０に伝達され、電動車両１が駆動される。また、ＰＣＵ２０は、電動車両１の減速時等にＭＧ３０で発電された交流の回生電力を直流電力に変換して二次電池１０を充電する。ＥＣＵ６０は、ＰＣＵ２０を制御するものであり、演算装置（ＣＰＵ（Central Processing Unit））、記憶装置、入出力ポート等（図示せず）を備え、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで、各種制御が実行される。

充電制御装置２は充電−ＥＵＣ２１０と、充電装置２２０とを備える。充電−ＥＣＵ２１０は、ＥＣＵ６０と実質的に同一な構成であり、ＣＰＵ、記憶装置、入出力ポート等（図示せず）を備え、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することより、充電制御を実行する。充電装置２２０は、充電リレー（図示せず）を含み、充電−ＥＣＵ２１０によって制御され、給電装置３から供給される直流電流の電圧を二次電池１０の充電電圧に変換し、二次電池１０を充電する。

充電インレット２１３は、電動車両１の車体に設けられており、電力線２１１を介して充電装置２２０と接続されている。また、充電インレット２１３には、通信線２１２が設けられており、この通信線２１２は、充電装置２２０を介して、充電−ＥＵＣ２１０からの信号を通信可能とされている。

給電装置３は、制御部３１０と給電部３２０を備える。給電装置３は、単相交流２００Ｖ、あるいは、三相交流２００Ｖの商用電源を直流電流に変換し、充電装置２２０に供給するものである。制御部３１０は、ＥＵＣ６０と実質的に同様な構成であり、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することより、給電部３２０を制御する。給電部３２０は、制御部３１０によって制御されて、給電ケーブル３１１および充電コネクタ３１４を介して、電流値および電圧値を制御しながら、充電装置２２０に直流電力を供給する。

充電コネクタ３１４は、給電ケーブル３１１と、通信線３１３を備える。充電コネクタ３１４が、充電インレット２１３に挿入されることにより、給電ケーブル３１１と電力線２１１が電気的に接続し、通信線３１３と通信線２１２の接続が確立する。給電ケーブル３１１と電力線２１１が電気的に接続することにより、給電部３２０から供給された電力が充電装置２２０を介して二次電池１０に供給され、二次電池１０が充電される。通信線３１３と通信線２１２の通信が確立することにより、充電装置２２０を介して、制御部３１０と充電−ＥＵＣ２１０の通信が可能になる。

図２は、二次電池１０を構成する電池セル１１０を説明する図である。電池セル１１０のケース１１１上面は蓋体１１２によって封止される。蓋体１１２には、正極端子１１３及び負極端子１１４が設けられる。正極端子１１３及び負極端子１１４の各々の一方端は、蓋体１１２から外部に突出する。ある電池セルの正極端子１１３と、隣接する電池セルの負極端子１１４とは、互いに対向するように配置されるとともに、これらの端子間がバスバー（図示せず）により締結されて電気的に接続される。これにより、二次電池１０内において複数の電池セル１１０は互いに直列に接続される。正極端子１１３及び負極端子１１４の各々の他方端は、ケース１１１内部において、内部正極端子及び内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続される。

ケース１１１内部には、電極体１１５が収容される（ケース１１１を透視して破線で示す）。電極体１１５は、セパレータ１１８を介して積層された正極シート１１６と負極シート１１７とが筒状に捲回されることにより形成される。正極シート１１６は、集電箔の表面に形成された正極活物質層（正極活物質、導電材及びバインダを含む層）を含む。負極シート１１７は、集電箔の表面に形成された負極活物質層（負極活物質、導電材及びバインダを含む層）を含む。ケース１１１内部には、電解液が封入され、正極活物質層、負極活物質層及びセパレータ１１８は、電解液により含浸される。

正極活物質、負極活物質、および電解液の材料としては、公知の各種材料を用いることができる。一例として、正極活物質は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂）やニッケルコバルトマンガン酸リチウム（たとえば、ＬｉＮｉ_1/3Ｃｏ_1/3Ｍｎ_1/3Ｏ₂、ＬｉＮｉ_0.5Ｃｏ_0.2Ｍｎ_0.3Ｏ₂等）であってよく、負極活物質は黒鉛（グラファイト）であってよい。また、電解液は、有機溶媒と、リチウムイオンと、添加剤とを含む、非水電解液である。なお、電極体１１５を捲回体にすることは必須ではなく電極体１１５は捲回されていない積層体であってもよい。

図２に示す、非水電解液を封入した電池セル１１０では、充放電に伴い負極シート１１７が膨張収縮する。充放電に伴う負極シート１７の膨張収縮量は、電池セル１１０のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ；満充電時を１００％、完全放電時を０％とする充電状態を表す指標）によって異なり、膨張収縮の変化量が大きいＳＯＣ領域では、負極から電解液が押し出され、ハイレート劣化が発生し易くなる。

負極シート１１７の膨張収縮によって、電極体１１５を収容するケース１１１に加わる荷重が変化する。この荷重の変動量は、負極シート１１７の膨張収縮の変化量に比例する。図３（Ａ）に示す実線１００１は、新品（劣化前）の電池セル１１０におけるケース１１１の幅広面を拘束し、定電流にて充放電を行いＳＯＣを変化させたときに、ケース１１１に加わる荷重の変化をロードセルで測定したグラフである。図３（Ａ）において、縦軸はケース１１１に加わる荷重の大きさを表し、横軸はＳＯＣの大きさを表している。充放電に伴う負極シート１７の膨張収縮量は、電池セル１１０のＳＯＣによって異なるため、図３（Ａ）の実線１００１に示すよう、ケース１１１に加わる荷重の大きさはＳＯＣに対して非線形となる。

図３（Ｂ）の実線２００１は、図３（Ａ）に示す「荷重−ＳＯＣ」のグラフを微分（Δ荷重／ΔＳＯＣ）した後、移動平均をとってデータを平滑化したものである。図３（Ｂ）において、縦軸は荷重変動量（ケース１１１に加わる荷重の変動量）の大きさであり、横軸はＳＯＣの大きさである。ケース１１１に加わる荷重の変動量が大きいＳＯＣ領域では、負極シート１１７の膨張収縮の変化量が大きく大きな電流で充電を行うとハイレート劣化が発生し易い。

図３（Ｃ）に示す実線３００１は、図３（Ｂ）に示す実線２００１の上下を反転させたものである。そして、図３（Ｃ）においては、縦軸を充電電流Ｐ−ｉｎの大きさとし、横軸はＳＯＣの大きさである。この実線３００１に基づいて、電池セル１１０のＳＯＣに応じた充電電流Ｐ−ｉｎを求め、求めた充電電流Ｐ−ｉｎによって電池セル１１０の充電を行うと、ケース１１１に加わる荷重変動量が大きいＳＯＣ領域、すなわち、負極シート１１７の膨張収縮の変化量が大きいＳＯＣ領域では、充電電流Ｐ−ｉｎが小さくなる。これにより、二次電池１０のハイレート劣化を抑制できる。

また、実線３００１に基づいて求めた充電電流Ｐ−ｉｎよって電池セル１１０の充電を行うと、ケース１１１に加わる荷重変動量が小さいＳＯＣ領域、すなわち、負極シート１１７の膨張収縮の変化量が小さいＳＯＣ領域では、充電電流Ｐ−ｉｎが大きくなる。このため、ハイレート劣化の発生を抑制しつつ、大きな電力で充電できるため、短時間で充電を完了することが可能となる。

図３（Ｂ）に示す一点鎖線２００２は、新品の状態から１０％劣化した（満充電時の容量が新品時のときより１０％低下した、すなわち、劣化量Ｒが１０％の）電池セル１１０におけるケース１１１の幅広面を拘束し、定電流にて充放電を行いＳＯＣを変化させたときに、ケース１１１に加わる荷重の変化をロードセルで測定した「荷重−ＳＯＣ」のグラフ（図示せず）を微分（Δ荷重／ΔＳＯＣ）した後、移動平均をとってデータを平滑化したものである。このように、電池セル１１０が劣化すると、ケース１１１に加わる荷重の変動量が大きいＳＯＣ領域が変化する。このため、電池セル１１０の劣化が進行した場合には、一点鎖線２００２の上下を反転させた、図３（Ｃ）に示す一点鎖線３００２に基づいて充電電流Ｐ−ｉｎを求めることが好ましい。

本開示に係る実施形態では、予め実験等により、図３（Ｃ）に示す「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップを作成しておき、この「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップから充電電流Ｐ−ｉｎを求め、二次電池１０の充電制御を実行する。

図４は、充電制御装置２の機能ブロック図である。ＳＯＣ算出部２０１は、電圧センサ１０１と電流センサ１０２（図１参照）から、二次電池１０の電圧ＶＢと、二次電池１０に入出力される電流ＩＢを取得する。そして、ＳＯＣ算出部２０１は、電圧ＶＢと電流ＩＢに基づき、二次電池１０のＳＯＣを算出する。なお、ＳＯＣの算出方法は、種々の公知の手法を用いることができる。たとえば、処理の開始時、電圧ＶＢに基づきＯＣＶ（開放電圧）を求め、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線から処理開始時のＳＯＣを算出し、その後、電流ＩＢによって充放電電力を積算して、現在のＳＯＣを算出するようにしてもよい。

区間容量算出部２０２は、電圧センサ１０１で検出した二次電池１０の電圧ＶＢと、電流センサ１０２で検出した電流ＩＢから、二次電池１０の充電時における区間容量Ｑ（ｎ）を算出する。劣化量演算部２０３は、区間容量算出部２０２で算出された区間容量Ｑ（ｎ）に基づいて、二次電池１０の劣化量Ｒを演算する。劣化量Ｒは、満充電時容量の低下度合いである。

充電電流演算部２０４は、ＳＯＣ算出部２０１で算出したＳＯＣと劣化量演算部２０３で演算した劣化量Ｒに基づき、図３（Ｃ）に示す「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップから充電電流Ｐ−ｉｎを求める。図３（Ｃ）に示す「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップは、電池セル１１０のケース１１１に加わる荷重の変動量が大きいＳＯＣ領域ほど、充電電流Ｐ−ｉｎが小さくなるよう設定されている。したがって、二次電池１０を充放電した際にケース１１１に加わる荷重の変動量に基づいて、ＳＯＣ算出部２０１で取得したＳＯＣに応じた充電電流Ｐ−ｉｎが設定され、充電電流Ｐ−ｉｎは荷重の変動量が大きいほど小さく設定されることになる。

充電電流演算部２０４で求められた充電電流Ｐ−ｉｎは、充電電流送信部２０５によって、通信線２１２および通信線３１３を介し、給電装置３の制御部３１０へ送信される。制御部３１０は、充電電流Ｐ−ｉｎの大きさに対応した充電電流が、給電ケーブル３１１および電力線２１１を介して充電装置２２０に供給されるよう、給電部３２０を制御する。給電部３２０から供給された充電電流Ｐ−ｉｎの大きさに対応した充電電流が、充電装置２２０によって二次電池１０に供給されることにより、二次電池１０の充電が実行される。

図５は、充電制御装置２の充電−ＥＵＣ２１０にて実行される充電制御の概略フローチャートである。このフローチャートは、充電コネクタ３１４が充電インレット２１３に挿入され、通信線２１２と通信線３１２の通信が確立したときに開始され、所定時間毎に繰り返し実行される。また、二次電池１０のＳＯＣが所定の値（たとえば、満充電）に達して、二次電池１０の充電が終了すると、処理を終了する。

まず、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記することもある）５００では、電圧ＶＢと電流ＩＢに基づき二次電池１０のＳＯＣを算出することにより、二次電池１０のＳＯＣを取得する。続いて、Ｓ５０２にて、劣化量Ｒに基づいて「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップを選択する。たとえば、劣化量Ｒが０％の場合には、実線３００１のマップを選択し、劣化量が１０％のときには、一点鎖線３００２のマップを選択する。なお、劣化量Ｒの算出方法は、後述する。

続くＳ５０４では、S５００で取得したＳＯＣとＳ５０２で選択した「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップから充電電流Ｐ−ｉｎを算出する。ここで、例えば、「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップが、劣化量Ｒが０％、１０％、２０％、３０％のように、１０％間隔で用意されている場合には、劣化量Ｒが５％であれば、補間計算（補間法）を行うことにより、充電電流Ｐ−ｉｎを求めてもよい。

Ｓ５０６では、Ｓ５０４で算出し設定された充電電流Ｐ−ｉｎを、給電装置３の制御部３１０に送信する。これにより、充電電流Ｐ−ｉｎを受信した制御部３１０は、充電電流Ｐ−ｉｎの大きさに対応した充電電流を、給電ケーブル３１１および電力線２１１を介して充電装置２２０に供給するよう、給電部３２０を制御する。給電部３２０から供給された充電電流Ｐ−ｉｎの大きさに対応した充電電流が、充電装置２２０によって二次電池１０に供給されることにより、二次電池１０の充電が実行される。

「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップは、電池セル１１０のケース１１１に加わる荷重の変動量が大きいＳＯＣ領域ほど、充電電流Ｐ−ｉｎが小さくなるよう設定されている。したがって、Ｓ５０６が実行されることにより、二次電池１０を充放電した際にケース１１１に加わる荷重の変動量に基づいて、Ｓ５００で取得したＳＯＣに応じた充電電流Ｐ−ｉｎが設定され、荷重の変動量が大きいほど小さく設定された充電電流Ｐ−ｉｎによって、二次電池１０が充電されることになる。

Ｓ５０８では、二次電池１０の電圧ＶＢが所定値Ｖ１に一致したか否かが判断される。電圧ＶＢが所定値Ｖ１に一致すると、Ｓ５１０に進んで、フラグＦＳ１を１にセットした後、Ｓ５１２へ進む。フラグＦＳ１の初期値は０であり、たとえば、通信線２１２と通信線３１２の通信が確立した際に、０にリセットされる。Ｓ５０８で電圧ＶＢが所定値Ｖ１に一致していないと判断されると、Ｓ５１２へ進む。

Ｓ５１２では、二次電池１０の電圧ＶＢが所定値Ｖ２（＞Ｖ１）と一致したか否かが判断される。電圧ＶＢが所定値Ｖ２に一致すると、Ｓ５１４に進んで、フラグＦＳ２を１にセットした後、このルーチンの処理を終え、再度、所定時間毎にＳ５００からルーチンが実行される。フラグＦＳ２の初期値は０であり、たとえば、通信線２１２と通信線３１２の通信が確立した際に、０にリセットされる。Ｓ５１２で電圧ＶＢが所定値Ｖ１に一致していないと判断されると、このルーチンの処理を終える。

図６は、充電−ＥＵＣ２１０で実行される、区間容量算出のフローチャートである。このフローチャートも、充電コネクタ３１４が充電インレット２１３に挿入され、通信線２１２と通信線３１２の通信が確立したときに開始され、所定時間毎に繰り返し実行される。また、二次電池１０のＳＯＣが所定の値（たとえば、満充電）に達して、二次電池１０の充電が終了すると、処理を終了する。

まず、Ｓ６００で、フラグＦＳ１が１であるか否かが判断される。ＦＳ１＝０であれば、否定判断されてこのルーチンを終了する。図５のＳ５０８で電圧ＶＢが所定値Ｖ１に一致したと判断され、フラグＦＳ１が１にセットされると、Ｓ６００で肯定判断されて、Ｓ６０２に進む。Ｓ６０２では、電流センサ１０２で検出された電流ＩＢ、すなわち、充電電流Ｐ−ｉｎを積算し、Ｓ６０４に進む。なお、積算される充電電流Ｐ−ｉｎは、電流センサ１０２で検出された電流ＩＢに代えて、図５のＳ５０４で算出された充電電流Ｐ−ｉｎであってもよい。

Ｓ６０４では、フラグＦＳ２が１であるか否かが判断される。ＦＳ２＝０であれば、否定判断されてこのルーチンを終了する。図５のＳ５１２で電圧ＶＢが所定値Ｖ２に一致したと判断され、フラグＦＳ２が１にセットされると、Ｓ６０４で肯定判断されて、Ｓ６０６に進み、フラグＦＳ１を０にリセットした後、Ｓ６０８に進む。

Ｓ６０８において、Ｓ６０２で積算された充電電流Ｐ−ｉｎの積算値ΣＰ−ｉｎを、区間容量Ｑ（ｎ）として記憶し（より詳細には、前回記憶していた区間容量Ｑ（ｎ）を積算値ΣＰ−ｉｎで書き換える。また、区間容量Ｑ（ｎ）を書き換えた後、積算値ΣＰ−ｉｎを０にリセットする。）、このルーチンを終了する。このように、図６のフローチャートが処理されることにより、二次電池１０の充電中に、二次電池１０の電圧Ｖ１から電圧Ｖ２における区間容量が算出される。

図７は、充電−ＥＵＣ２１０で実行される、劣化量Ｒを演算するフローチャートである。このフローチャートは、充電コネクタ３１４が充電インレット２１３に挿入され、通信線２１２と通信線３１２の通信が確立したときに、一度実行される。

Ｓ７００では、前回の充電中に記憶された区間容量Ｑ（ｎ）と初期区間容量Ｑ（０）（二次電池１０の新品時における、電圧Ｖ１から電圧Ｖ２における区間容量）とに基づいて、劣化量Ｒを算出し、算出した劣化量Ｒを記憶する。たとえば、初期区間容量Ｑ（０）に対する区間容量Ｑ（ｎ）の容量低下割合を劣化量Ｒとして算出する。なお、区間容量Ｑ（ｎ）から劣化量Ｒを算出する方法は、種々の方法が公知であり、たとえば、特開２０１３−５３９４３号公報にあるよう、区間容量Ｑ（ｎ）から二次電池１０の満充電容量を特定し、劣化量Ｒを算出するものであってもよい。このＳ７００で算出され記憶された劣化量Ｒが、図５のＳ５０２で使用されることになる。

〔変形例〕
上記の実施の形態では、充電電流Ｐ−ｉｎを、「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップから算出している。このため、多くのマップ値を記憶するため、充電−ＥＣＵ２１０の記憶装置の容量を大きくする必要がある場合には、制御装置がコストアップする懸念がある。図３（Ｃ）に示す「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップを単純化しても、ハイレート劣化を抑止しつつ短時間で充電することが可能であれば、「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップを用いた充電電流Ｐ−ｉｎの演算を行わなくともよい。

図８に示す「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップは、図３（Ｃ）に示す「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップを単純化したものである。実線３００１−１は、図３（Ｃ）における実線３００１（二次電池１０が新品時（劣化量０％）における「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップ）を単純化したものであり、一点鎖線３００２−１は、一点鎖線３００２（劣化量１０％おける「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップ）を単純化したものである。実線３００１−１では、ＳＯＣがＴｈ１（０）において充電電流Ｐ−ｉｎがＡ１からＡ２に変化し、ＳＯＣがＴｈ２（０）において充電電流Ｐ−ｉｎがＡ２からＡ３に変化している。また、一点鎖線３００２−２では、ＳＯＣがＴｈ１（ｎ）において充電電流Ｐ−ｉｎがＡ１からＡ２に変化し、ＳＯＣがＴｈ２（ｎ）において充電電流Ｐ−ｉｎがＡ２からＡ３に変化している。なお、Ａ３＜Ａ１＜Ａ２である。

図９は、図８に示すように「充電電流Ｐ−ｉｎ−ＳＯＣ」マップを単純化しても、ハイレート劣化を抑止しつつ短時間で充電することが可能な場合に、図５で示した充電制御のフローチャートに変えて、充電−ＥＵＣ２１０で実行するフローチャートである。図９のフローチャートは、図５に示すフローチャートのＳ５０２とＳ５０４を、Ｓ９００〜Ｓ９０８に置き換えたものである。

図９において、Ｓ９００では、劣化量Ｒからしきい値Ｔｈ１としきい値Ｔｈ２を求める。具体的には、劣化量Ｒが０％の場合には、しきい値Ｔｈ１を図８に示すＴｈ１（０）とするとともに、しきい値Ｔｈ２をＴｈ２（０）とする。劣化量が１０％のときには、しきい値Ｔｈ１を図８に示すＴｈ１（ｎ）とするとともに、しきい値Ｔｈ２をＴｈ２（ｎ）とする。劣化量Ｒが０〜１０％の間にある場合は、Ｔｈ１（０）とＴｈ１（ｎ）との間で補間計算を行うとともに、Ｔｈ２（０）とＴｈ２（ｎ）との間で補間計算を行い、しきい値Ｔｈ１、しきい値Ｔｈ２を求めてもよい。あるいは、劣化量Ｒにより近い方の実線３００１−１、一点鎖線３００２−１に対応する値を、しきい値Ｔｈ１およびしきい値Ｔｈ２としてもよい。

続く、Ｓ９０２では、ＳＯＣがしきい値Ｔｈ１より小さいか否かが判断される。ＳＯＣ＜Ｔｈ１であり肯定判断された場合には、Ｓ９０４に進み、充電電流Ｐ−ｉｎをＡ１とした後、Ｓ５０６（図５）へ進む。Ｓ９０２で否定判断されたときには、Ｓ９０４へ進んで、ＳＯＣがしきい値Ｔｈ２より小さいか否かが判断される。Ｓ９０４で、ＳＯＣ＜Ｔｈ２であり肯定判断された場合には、Ｓ９０６に進み、充電電流Ｐ−ｉｎをＡ２とした後、Ｓ５０６（図５）へ進む。Ｓ９０４で否定判断されたときには、Ｓ９０８で充電電流Ｐ−ｉｎをＡ３とした後、Ｓ５０６（図５）へ進む。

このように、劣化量Ｒに基づいて算出した、しきい値Ｔｈ１、Ｔｈ２とＳＯＣを比較することによって、充電電流Ｐ−ｉｎを求めるようにしても、二次電池１０を充放電した際にケース１１１に加わる荷重の変動量に基づいて、ＳＯＣに応じた充電電流Ｐ−ｉｎが設定され、荷重の変動量が大きいほど小さく設定された充電電流Ｐ−ｉｎによって、二次電池１０が充電することができる。

なお、本開示に係る実施の形態において、ＳＯＣ算出部２０１が「ＳＯＣ取得手段」に相当し、充電電流演算部２０４が「充電電力設定手段」に相当し、充電電流送信部および充電装置２００が「充電手段」に相当する。

上記の実施の形態では、充電電流を制御して二次電池１０の充電を行っているが、充電電力を制御して二次電池１０の充電を行うものでもよい。また、給電装置３の給電部３２０から、充電電流Ｐ−ｉｎに応じた充電電流を充電装置２２０に供給するのではなく、給電部３２０から供給された充電電力を、充電装置２２０で充電電流Ｐ−ｉｎの大きさに変換して、二次電池１０を充電するようにしてもよい。

充電−ＥＵＣ２１０と制御部３１０との通信は、通信線２１２と通信線３１２を介して行っているが、給電ケーブル３１１と電力線２１１を介したＰＬＣ（Power Line Communication：電力線通信）であってもよく、無線通信で行ってもよい。また、給電装置３の給電部３２０からＡＣ電力が充電装置２２０に供給され、充電装置２２０でＡＣ電力をＤＣ電力に変換するものであってもよい。

上記の実施の形態では、二次電池１０の区間容量から劣化量Ｒを求め、劣化量Ｒを考慮して充電電流Ｐ−ｉｎを演算している。このように、二次電池１０の劣化量Ｒを考慮しているため、二次電池１０の劣化後においても、ハイレート劣化を適切に抑制しつつ充電を早期に終了することができる。なお、劣化量Ｒを考慮して充電電流Ｐ−ｉｎを求めることは必須ではなく、劣化量Ｒを求めることなく、充電電流Ｐ−ｉｎを演算するようにしてもよい。なお、二次電池１０としてリチウムイオン電池について説明したが、本件開示は、ハイレート劣化が生じ得る非水電解液二次電池に適用可能である。

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及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電動車両、２充電制御装置、３給電装置、１０二次電池、１７，１１７負極シート、４０ディファレンシャルギヤ、５０駆動輪、１０１電圧センサ、１０２電流センサ、１１０電池セル、１１１ケース、１１２蓋体、１１３正極端子、１１４負極端子、１１５電極体、１１６正極シート、１１８セパレータ、２００，２２０充電装置、２０１算出部、２０２区間容量算出部、２０３劣化量演算部、２０４充電電流演算部、２０５充電電流送信部、２１１電力線、２１２，３１２，３１３通信線、２１３充電インレット、３１０制御部、３１１給電ケーブル、３１４充電コネクタ、３２０給電部。

Claims

ケース内に電極体を収納した電池セルを少なくともひとつ備える非水電解液二次電池の充電制御装置であって、
前記非水電解液二次電池のＳＯＣを取得するＳＯＣ取得手段と、
前記非水電解液二次電池を充放電した際に前記ケースに加わる荷重の変動量に基づいて、前記ＳＯＣ取得手段で取得したＳＯＣに応じた充電電力を設定する充電電力設定手段と、
前記充電電力設定手段で設定した充電電力で前記非水電解液二次電池の充電を実行する充電手段と、を備え、
前記充電電力は、前記荷重の変動量が大きいほど小さく設定されている、非水電解液二次電池の充電制御装置。