JP7087960B2 - 充電システム - Google Patents

Description

本開示は、充電システムに関し、特に、リチウムイオン二次電池を含む充電システムに関する。

リチウムイオン二次電池では、リチウムが電荷担体となり、充電時においては負極活物質にリチウムが挿入され、放電時においては負極活物質からリチウムが脱離する。こうした充放電が繰り返し行なわれると、リチウムイオン二次電池の負極にリチウム（金属リチウム）が析出することがある。リチウムイオン二次電池の負極におけるリチウムの析出（以下、「Ｌｉ析出」とも称する）は、リチウムイオン二次電池の性能（たとえば、電池容量）を低下させる。このため、リチウムイオン二次電池の性能を把握するためには、Ｌｉ析出量を推定することが求められる。

特開２０１７－９１６６６号公報（特許文献１）には、周期的に検出されたリチウムイオン二次電池の充電電流の波形を用いて、リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定する方法が開示されている。

特開２０１７－９１６６６号公報

駆動輪に機械的に接続されたモータジェネレータにより発電される回生電力がリチウムイオン二次電池に充電されるように構成された車両が知られている。以下、回生電力によるリチウムイオン二次電池の充電を、「回生充電」とも称する。回生電力は、主に、車両走行中の減速時又は制動時における回生ブレーキによって生成される。回生ブレーキ中は、基本的には回生充電が継続される。

短時間の回生充電が行なわれることもある。たとえば、車両が走行する路面に凍結部が存在し、車両が凍結部でスリップした場合には、車両が凍結部から再び通常の路面に戻る瞬間に短時間の回生充電が行なわれることがある。また、運転者がアクセルペダルを深く踏み込んで車両が高速走行になっている状態から、運転者がアクセルペダルを離した瞬間に、エンジンブレーキ（回生ブレーキ）によって短時間の回生充電が行なわれることがある。また、車両が滑りにくい路面を走行しているときに急ブレーキをかけると、瞬間的に回生充電が行なわれることがある。

特許文献１に記載されるＬｉ析出量推定方法では、上記のような短時間の回生充電が考慮されておらず、短時間の充電に起因して生じるＬｉ析出量を高い精度で推定することは難しい。

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、リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を高い精度で推定できる充電システムを提供することである。

本開示の充電システムは、第１リチウムイオン二次電池と、第１リチウムイオン二次電池よりも容量が小さい第２リチウムイオン二次電池と、複数種の充電回路を切り替えるスイッチと、スイッチを制御することによって複数種の充電回路のいずれかを形成するように構成される制御装置と、第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定するＬｉ析出量推定装置とを備える。

上記の制御装置は、充電回路に供給される電力によって第１リチウムイオン二次電池が充電されているときに、充電開始から所定時間が経過するまでの第１期間においては、直列に接続された第１リチウムイオン二次電池及び第２リチウムイオン二次電池を含む第１充電回路を形成し、充電開始から所定時間が経過した後の第２期間においては、第１リチウムイオン二次電池を含み、かつ、第２リチウムイオン二次電池を含まない第２充電回路を形成するように構成される。

上記のＬｉ析出量推定装置は、情報取得部と第１推定部と第２推定部と算出部とを含む。情報取得部は、第２リチウムイオン二次電池の容量と第１期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量との関係を示す対応情報を取得するように構成される。第１推定部は、第２リチウムイオン二次電池の容量を検出し、検出された第２リチウムイオン二次電池の容量と、情報取得部により取得される対応情報とを用いて、第１期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定するように構成される。第２推定部は、第２期間において周期的に第１リチウムイオン二次電池の充電電流を検出し、検出された第１リチウムイオン二次電池の充電電流の波形を用いて、第２期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定するように構成される。算出部は、第１期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量と、第２期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量とを加算することにより、充電開始から充電終了までの第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を算出するように構成される。

上記充電システムでは、小容量の第２リチウムイオン二次電池を採用し、スイッチによって第１充電回路と第２充電回路とを切り替える。この切替えにより、充電開始から所定時間が経過するまでの第１期間においては、第２リチウムイオン二次電池に充電電流を流し、充電開始から所定時間が経過した後の第２期間においては、第２リチウムイオン二次電池に充電電流を流さないようにする。

第１期間において第２リチウムイオン二次電池に充電電流が流れることによって第２リチウムイオン二次電池にＬｉ析出が生じる。第２リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量が多くなるほど、第２リチウムイオン二次電池の劣化が進行し、第２リチウムイオン二次電池の容量が小さくなる。第２リチウムイオン二次電池の容量は、第１リチウムイオン二次電池の容量よりも小さいため、第２リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量が増加したときには、第２リチウムイオン二次電池の容量が大きく変化する。こうした知見に基づき、上記第１推定部では、第２リチウムイオン二次電池の容量から、第１期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定するようにしている。こうした第１推定部によれば、充電開始から上記所定時間が経過する前に終了するような短時間の充電に起因して生じる第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を高い精度で推定することが可能になる。

第２推定部では、第２期間において検出された第１リチウムイオン二次電池の充電電流の波形を用いて、第２期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定するようにしている。こうした第２推定部によれば、充電開始から上記所定時間が経過した後に終了するような長時間の充電に起因して生じる第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を高い精度で推定することが可能になる。

上記算出部が、第１推定部によって推定される第１期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量（以下、「第１Ｌｉ析出量」とも称する）と、第２推定部によって推定される第２期間における第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量（以下、「第２Ｌｉ析出量」とも称する）とを加算することにより、充電開始から充電終了までの第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量（以下、「第３Ｌｉ析出量」とも称する）を取得することができる。このため、本開示の充電システムによれば、第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を高い精度で推定することが可能になる。なお、充電開始から上記所定時間が経過する前に終了するような短時間の充電では、第２Ｌｉ析出量が０（析出なし）となり、第１Ｌｉ析出量がそのまま第３Ｌｉ析出量になる。

第２リチウムイオン二次電池の容量は、第１リチウムイオン二次電池の容量の０．１倍以下であってもよい。第１リチウムイオン二次電池の容量が１Ａｈ超３０Ａｈ以下であり、第２リチウムイオン二次電池の容量が０．０５Ａｈ以上１Ａｈ以下であってもよい。各リチウムイオン二次電池は、リチウムを電荷担体として充放電を行なう二次電池であり、液体電解質（たとえば、有機溶媒）を使用した一般的なリチウムイオン二次電池（電解液式リチウムイオン二次電池）だけでなく、固体電解質を使用した全固体電池（全固体式リチウムイオン二次電池）も含む。各リチウムイオン二次電池は、単電池であってもよいし、組電池であってもよい。

上記スイッチは、複数種の充電回路に加えて、第２リチウムイオン二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）を調整するための調整回路に切替可能に構成されてもよい。ＳＯＣは、たとえば、満充電状態の電気量に対する現在の電気量の割合を０～１００％で表わしたものである。調整回路は、第１リチウムイオン二次電池と第２リチウムイオン二次電池との間での電力のやり取りを可能にするように構成されてもよい。上記の制御装置は、第２リチウムイオン二次電池のＳＯＣが所定ＳＯＣ範囲から外れたときに、スイッチを制御して調整回路を形成することによって、第２リチウムイオン二次電池のＳＯＣを所定ＳＯＣ範囲内に入れるように構成されてもよい。スイッチは、半導体スイッチであってもよい。

第１期間及び第２期間を規定するための上記所定時間は、第２推定部における第１リチウムイオン二次電池の充電電流の検出周期（たとえば、演算装置による制御周期）と同じであってもよい。上記所定時間は、第２推定部の電流検出時における時間分解能（すなわち、電流の検出が可能な最小充電時間）と同じであってもよい。上記所定時間は、０．０１秒以上０．５０秒以下であってもよい。

情報取得部は、Ｌｉ析出量推定装置の記憶部から対応情報を取得してもよいし、外部との通信によって対応情報を取得してもよい。対応情報は、マップでもテーブルでも数式でもモデルでもよい。また、対応情報は、複数のマップ等を組み合わせて構成されていてもよい。

第１推定部は、所定の開始ＳＯＣから所定の終了ＳＯＣまでの外部充電（すなわち、車両外部の電源から供給される電力による充電）を行なったときに第２リチウムイオン二次電池に充電される電気量を用いて、第２リチウムイオン二次電池の容量を推定してもよい。

本開示によれば、リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を高い精度で推定できる充電システムを提供することが可能になる。

本開示の実施の形態に係る充電システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。 図１に示した電池パックの詳細構成を示す図である。 本開示の実施の形態に係る第１充電回路を示す図である。 本開示の実施の形態に係る第２充電回路を示す図である。 本開示の実施の形態に係る調整回路を示す図である。 本開示の実施の形態に係るＬｉ析出量推定装置（ＥＣＵ）の検出限界時間について説明するための図である。 本開示の実施の形態に係るメイン電池及びサブ電池の各々の特性を対比して示す図である。 車両走行中に車両の制御装置（ＥＣＵ）によって実行される充電制御の処理手順を示すフローチャートである。 外部充電時に車両の制御装置（ＥＣＵ）によって実行される充電制御の処理手順を示すフローチャートである。 車両の制御装置（ＥＣＵ）によって実行されるメイン電池のＬｉ析出量推定及び劣化判定の処理手順を示すフローチャートである。 Ｔ－β情報の一例を示す図である。 サブ電池の初期の容量と、サブ電池の現在の容量ΔＣと、サブ電池の経年劣化による容量低下量ΔＤ１と、サブ電池のＬｉ析出による容量低下量ΔＤ２との関係を示す図である。 第１期間におけるメイン電池のＬｉ析出量Ｘ１と、サブ電池のＬｉ析出量Ｘ１０との関係を示す図である。 本開示の実施の形態に係るＬｉ析出量推定装置（ＥＣＵ）によって推定される各Ｌｉ析出量（Ｘ１、Ｘ２、及びＸ３）の一例を示す図である。 メイン電池が組電池である例を示す図である。 メイン電池及びサブ電池の各々が組電池である例を示す図である。

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。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。以下では、この実施の形態に係る充電システムがプラグインハイブリッド車に適用される例について説明する。しかし、充電システムの適用対象は、プラグインハイブリッド車に限定されず、エンジンを搭載しない電気自動車であってもよい。

図１は、この実施の形態に係る充電システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。

図１を参照して、車両１は、モータジェネレータ（以下、「ＭＧ（Motor Generator）」と称する）１１，１２と、エンジン２０と、駆動輪３０と、動力分割装置３１と、駆動軸３２と、電力制御ユニット（以下、「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する）４０と、充電システム２とを備える。

充電システム２は、電池パック１００と、システムメインリレー（以下、「ＳＭＲ（System Main Relay）」と称する）５０と、充電リレー６０と、充電ユニット７０と、インレット８０と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する）３００とを備える。この実施の形態に係るＥＣＵ３００は、本開示に係る「制御装置」及び「Ｌｉ析出量推定装置」の一例に相当する。この実施の形態では、「制御装置」及び「Ｌｉ析出量推定装置」を１つのＥＣＵで具現化しているが、「制御装置」及び「Ｌｉ析出量推定装置」を別々のＥＣＵで具現化してもよい。

インレット８０は、充電ケーブルを介して、たとえば普通充電器又は急速充電器のような充電スタンドと接続可能に構成される。充電ケーブルは、内部に信号線と電力線とを含む。充電スタンドにつながれた充電ケーブルのコネクタが車両１のインレット８０に接続されることで、充電スタンドの電源（すなわち、車両１の外部に設けられた電源）から充電ケーブルを通じて車両１に電力を供給することが可能になる。車両１と充電スタンドとは、充電ケーブルを介して通信可能に接続される。

充電ユニット７０は、インレット８０に入力される電力に所定の処理を行なう回路（図示せず）を含む。充電ユニット７０は、電力変換回路を含んでもよいし、フィルタ回路を含んでもよい。こうした回路の処理により、電池パック１００の充電に適した電力（直流電力）が、充電ユニット７０から電池パック１００へ出力される。

ＳＭＲ５０は、電池パック１００とＰＣＵ４０とを結ぶ電流経路に設けられている。ＳＭＲ５０の状態（接続／遮断）は、ＥＣＵ３００によって制御される。ＳＭＲ５０が接続状態（ＯＮ状態）であるときには電池パック１００とＰＣＵ４０との間で電力の授受を行なうことが可能になり、ＳＭＲ５０が遮断状態（ＯＦＦ状態）であるときには電池パック１００とＰＣＵ４０との間で電力の授受を行なうことができなくなる。

充電リレー６０は、電池パック１００とＰＣＵ４０とを結ぶ電流経路から分岐して充電ユニット７０に接続される電流経路に設けられている。充電リレー６０の状態（接続／遮断）は、ＥＣＵ３００によって制御される。充電リレー６０が遮断状態（ＯＦＦ状態）であるときには、インレット８０から電池パック１００までの充電経路は遮断される。充電リレー６０が接続状態（ＯＮ状態）であるときには、インレット８０からＳＭＲ５０までの電力の供給が可能になる。そして、充電リレー６０に加えてＳＭＲ５０も接続状態（ＯＮ状態）であるときには、上記の充電経路が接続され、インレット８０から電池パック１００への電力の供給が可能になる。

ＰＣＵ４０は、ＥＣＵ３００からの制御信号に従って、電池パック１００とＭＧ１１，１２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ４０は、ＭＧ１１，１２の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、ＭＧ１１を発電状態にしつつ、ＭＧ１２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ４０は、たとえば、ＭＧ１１，１２に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を電池パック１００の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。

ＭＧ１１，１２は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ１１は、主として、エンジン２０により駆動される発電機として動作する。エンジン２０の駆動力は動力分割装置３１を経由してＭＧ１１に伝達される。ＭＧ１１が発電した電力は、ＰＣＵ４０を介してＭＧ１２及び電池パック１００の少なくとも一方に供給される。

ＭＧ１２は、駆動軸３２（ひいては、駆動輪３０）に機械的に接続されている。ＭＧ１２は、電池パック１００からの電力とＭＧ１１の発電電力との少なくとも一方によって駆動されることによって、力行状態になる。力行状態のＭＧ１２は、電動機として動作し、駆動軸３２（ひいては、駆動輪３０）を回転させる。ＭＧ１２によって駆動輪３０が駆動されることで、車両１が電動走行を行なうようになる。車両１の減速時及び制動時には、ＭＧ１２は、発電状態になり、回生発電を行なう。ＭＧ１２の回生発電によって回生電力が生成される。ＭＧ１２が発電した回生電力は、ＰＣＵ４０を介して電池パック１００に供給される。ＰＣＵ４０から供給される回生電力によって、電池パック１００は回生充電される。

エンジン２０は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストン又はロータのような運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する内燃機関である。エンジン２０は、ＥＣＵ３００によって制御される。動力分割装置３１は、たとえば、サンギヤ、キャリア、及びリングギヤを含む遊星歯車機構を備える。動力分割装置３１は、エンジン２０から出力される動力を、ＭＧ１１を駆動する動力と、駆動輪３０を駆動する動力とに分割するように構成される。

ＥＣＵ３００は、演算装置３０１及び記憶装置３０２を含んで構成される。演算装置３０１としては、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）を採用できる。記憶装置３０２は、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、各種情報を保存するストレージ（たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）及び書き換え可能な不揮発性メモリ）とを含む。記憶装置３０２のストレージには、各種制御で用いられるプログラムのほか、プログラムで使用される各種パラメータも予め格納されている。記憶装置３０２に記憶されているプログラムを演算装置３０１が実行することで、各種制御が実行される。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。この実施の形態に係るＥＣＵ３００は、本開示に係る「情報取得部」、「第１推定部」、「第２推定部」、及び「算出部」を含む。より具体的には、演算装置３０１と記憶装置３０２内のプログラムとによって、「情報取得部」、「第１推定部」、「第２推定部」、及び「算出部」が具現化されている。

ＥＣＵ３００は、以下に説明する２種類の走行モード（ＥＶモード及びＨＶモード）で車両１を走行させる。ＥＶモードは、電動機（たとえば、ＭＧ１２）のみで車両１を走行させる走行モードである。ＨＶモードは、エンジン２０とＭＧ１２とを併用して車両１を走行させる走行モードである。ＥＣＵ３００は、電池パック１００の状態（たとえば、後述する図２に示すメインバッテリ１０１のＳＯＣ（State Of Charge））及び車両１の走行状態（たとえば、車速及び負荷）に基づいて、ＥＶモードとＨＶモードとを切り替えるように構成される。ＥＣＵ３００は、メインバッテリ１０１（図２）のＳＯＣが十分大きい場合には、主にＥＶモードで車両１を走行させる。ただし、車両１の走行負荷が大きい場合（たとえば、急加速時及び登坂路走行時）には、ＥＣＵ３００はＨＶモードで車両１を走行させる。なお、ユーザが手動でＥＶモードとＨＶモードとを切り替えることができるようにしてもよい。

ＥＣＵ３００は、上記ＥＶモード及びＨＶモードの各々において、各種センサの出力を用いて把握される車両１の状態（車速、エンジン回転速度、アクセル操作量等）に基づいて要求電流を求めて、得られた要求電流を用いて電池パック１００の入出力電流（充電電流及び放電電流）を制御している。要求電流は、電流制限がなされていないときの電池パック１００の入出力電流である。充電電流が制限されていない場合には、要求電流どおりの充電電流が電池パック１００に供給される。要求電流が所定の充電制限値を超える場合には、ＥＣＵ３００は、充電制限値を超えないように充電電流を制限する。充電制限値は、固定値であってもよいし、所定のパラメータ（たとえば、電池パック１００の状態）に応じて可変であってもよい。ＥＣＵ３００は、ＰＣＵ４０を制御してＭＧ１２による回生発電を制限することで、回生電力（ひいては、充電電流）を制限することができる。

図２は、電池パック１００の詳細構成を示す図である。図２を参照して、電池パック１００は、メインバッテリ１０１と、サブバッテリ１０２と、スイッチ１０３，１０４と、抵抗器１０５とを備える。図２において、メインバッテリ１０１の負極端子Ｅは電池パック１００の負極端子に相当し、スイッチ１０４の端子Ａは電池パック１００の正極端子に相当する。

メインバッテリ１０１は、主に電動走行用の電力を蓄える大容量のバッテリである。サブバッテリ１０２は、主にメインバッテリ１０１のＬｉ析出量を推定するために用いられる小容量のバッテリ（ダミーバッテリ）である。この実施の形態では、メインバッテリ１０１及びサブバッテリ１０２の各々として、リチウムイオン二次電池を採用する。各リチウムイオン二次電池の詳細構成については後述する（図７参照）。この実施の形態では、各リチウムイオン二次電池が単電池であるが、各リチウムイオン二次電池は組電池であってもよい（後述する図１５及び図１６参照）。以下、メインバッテリ１０１に含まれるリチウムイオン二次電池を「メイン電池」と称し、サブバッテリ１０２に含まれるリチウムイオン二次電池を「サブ電池」と称する。この実施の形態に係るメイン電池、サブ電池は、それぞれ本開示に係る「第１リチウムイオン二次電池」、「第２リチウムイオン二次電池」の一例に相当する。

監視ユニット１０１ａ、１０２ａは、それぞれメインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２の状態を監視するように構成される。監視ユニット１０１ａ、１０２ａは、それぞれメインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２の状態（たとえば、温度、電流、及び電圧）を検出する各種センサを含み、検出結果をＥＣＵ３００へ出力する。

スイッチ１０３，１０４は、以下に説明する複数種の充電回路（たとえば、図３及び図４に示される第１充電回路及び第２充電回路）を切り替えるように構成される。スイッチ１０３，１０４は、ＥＣＵ３００によって制御される。ＥＣＵ３００は、スイッチ１０３，１０４を制御することによって複数種の充電回路のいずれか（たとえば、第１充電回路又は第２充電回路）を形成することができる。さらに、ＥＣＵ３００は、スイッチ１０３，１０４を制御することによって、以下に説明する調整回路（図５参照）を形成することもできる。スイッチ１０３及び１０４の各々としては、公知のスイッチを採用できる。ただし、大電流が流れる状況でもスイッチ１０３，１０４を適切に動作させるためには、スイッチ１０３，１０４として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のような半導体スイッチを採用することが好ましい。

図３は、この実施の形態に係る第１充電回路を示す図である。図３を参照して、スイッチ１０３，１０４が端子Ａ－Ｂを接続することによって、直列に接続されたメインバッテリ１０１（ひいては、メイン電池）及びサブバッテリ１０２（ひいては、サブ電池）を含む第１充電回路が形成される。第１充電回路は、ＰＣＵ４０をさらに含む。第１充電回路では、メインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２、及びＰＣＵ４０が直列に接続される。ＰＣＵ４０から出力される回生電力によって電池パック１００が回生充電されるときには、図３中の矢印Ｄ１で示すように、ＰＣＵ４０から、電池パック１００の正極端子、サブバッテリ１０２、メインバッテリ１０１、電池パック１００の負極端子、ＰＣＵ４０（戻り）の順に電流が流れる。他方、電池パック１００の電力が放電されるときには、図３中の矢印Ｄ２で示すように、電池パック１００の正極端子から、ＰＣＵ４０、電池パック１００の負極端子、メインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２、電池パック１００の正極端子（戻り）の順に電流が流れる。

図４は、この実施の形態に係る第２充電回路を示す図である。図４を参照して、スイッチ１０３，１０４が端子Ａ－Ｃを接続することによって、メインバッテリ１０１（ひいては、メイン電池）を含み、かつ、サブバッテリ１０２（ひいては、サブ電池）を含まない第２充電回路が形成される。第２充電回路は、ＰＣＵ４０をさらに含む。第２充電回路では、メインバッテリ１０１及びＰＣＵ４０が直列に接続される。ＰＣＵ４０から出力される回生電力によって電池パック１００が回生充電されるときには、図４中の矢印Ｄ１で示すように、ＰＣＵ４０から、電池パック１００の正極端子、メインバッテリ１０１、電池パック１００の負極端子、ＰＣＵ４０（戻り）の順に電流が流れる。他方、電池パック１００の電力が放電されるときには、図４中の矢印Ｄ２で示すように、電池パック１００の正極端子から、ＰＣＵ４０、電池パック１００の負極端子、メインバッテリ１０１、電池パック１００の正極端子（戻り）の順に電流が流れる。

上記では、ＰＣＵ４０から出力される回生電力によって電池パック１００が回生充電される場合の充電回路（ひいては、充電電流の経路）について説明したが、車両１の外部に設けられた電源（たとえば、充電スタンドの電源）からインレット８０に供給される電力によって電池パック１００の充電（外部充電）が行なわれる場合も、充電電流の経路は上記と同じである。ただしこの場合、各充電回路（図３、図４）におけるＰＣＵ４０が充電ユニット７０に変わることになる。

図５は、この実施の形態に係る調整回路を示す図である。図５を参照して、スイッチ１０３，１０４が端子Ｂ－Ｄを接続することによって、メインバッテリ１０１（ひいては、メイン電池）及びサブバッテリ１０２（ひいては、サブ電池）を含み、かつ、ＰＣＵ４０を含まない調整回路が形成される。調整回路は、抵抗器１０５をさらに含む。抵抗器１０５は、ＥＣＵ３００によって制御され、電気抵抗の大きさを変更可能に構成される。抵抗器１０５は、たとえば可変抵抗素子（図示せず）を含んで構成される。ＥＣＵ３００は、抵抗器１０５を制御することによって、調整回路に流れる電流量を調整することができる。調整回路に流れる電流量は、メインバッテリ１０１及びサブバッテリ１０２の各々にＬｉ析出が生じない程度の大きさ（たとえば、１Ａ程度）に調整されることが好ましい。サブバッテリ１０２から放電される電力は、メインバッテリ１０１に供給されるとともに、抵抗器１０５で消費される。ただしこれに限られず、サブバッテリ１０２から放電される電力が、車両１に搭載される他のバッテリ（たとえば、図示しない補機バッテリ）に供給されるようにしてもよい。

調整回路において、電流が矢印Ｄ３の向きに流れると、メインバッテリ１０１の電力によってサブバッテリ１０２が充電され、サブバッテリ１０２のＳＯＣが上昇する。電流が矢印Ｄ４の向きに流れると、サブバッテリ１０２は放電し、サブバッテリ１０２のＳＯＣが低下する。サブバッテリ１０２から放出された電力は、メインバッテリ１０１に蓄えられる。メインバッテリ１０１の容量はサブバッテリ１０２の容量よりも大きいため、調整回路に電流が流れたときのメインバッテリ１０１のＳＯＣの変動は、サブバッテリ１０２のＳＯＣの変動に比べて小さくなる。たとえば、調整回路において容量４Ａｈのメインバッテリ１０１によって容量０．３Ａｈのサブバッテリ１０２を充電してサブバッテリ１０２のＳＯＣを０％から５０％に上昇させる場合、充電に要する電気量は０．１５Ａｈ（＝０．３Ａｈ×０．５）であるため、メインバッテリ１０１のＳＯＣの低下量は３．７５％（＝１００％×０．１５Ａｈ／４Ａｈ）程度になる。この際、電流値が１Ａであるとすると、充電にかかる時間は９分（＝６０分×０．１５Ａｈ／１Ａ）程度となる。調整回路において、抵抗器１０５によって電流量を調整しながらサブバッテリ１０２の充電又は放電を行なうことで、サブバッテリ１０２のＳＯＣを所望のＳＯＣ値に調整することができる。

ところで、リチウムイオン二次電池では、リチウムが電荷担体となり、充電時においては負極活物質にリチウムが挿入され、放電時においては負極活物質からリチウムが脱離する。こうした充放電が繰り返し行なわれると、リチウムイオン二次電池の負極にリチウム（金属リチウム）が析出することがある。リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量が多くなるほどリチウムイオン二次電池の劣化度合いが大きくなる。リチウムイオン二次電池がどの程度劣化したかを知るためには、高い精度でリチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定することが要求される。

たとえば、周期的に検出されたリチウムイオン二次電池の充電電流の波形を用いて、リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定することができる。しかし、こうした方法では、短時間の回生充電に起因したＬｉ析出量を高い精度で推定することは難しい。電流検出装置（たとえば、ＥＣＵ３００）の時間分解能（すなわち、電流の検出が可能な最小充電時間）よりも短い回生充電によってＬｉ析出が生じたときには、リチウムイオン二次電池の充電電流波形からＬｉ析出量を検出することができない。以下、ＥＣＵ３００によって電流の検出が可能な最小充電時間を、「検出限界時間」とも称する。

図６は、この実施の形態に係るＥＣＵ３００の検出限界時間について説明するための図である。図６において、線ｋ１２で示される充電時間が検出限界時間に相当する。検出限界時間は演算装置３０１の性能によって変わり得るが、この実施の形態では、検出限界時間が０．１秒（＝１００ｍｓ）である。

図６を参照して、線ｋ１１よりも充電時間が短い領域Ｒ１は、Ｌｉ析出の反応（Ｌｉ^＋＋ｅ^－→Ｌｉ）が起こらない充電条件を示している。領域Ｒ１に属する充電時間の回生充電によっては、リチウムイオン二次電池の負極にＬｉ析出が生じない。図６に示される温度範囲（約－３０℃～約２０℃）においては、リチウムイオン二次電池の温度が高くなるほどＬｉ析出の反応が起こりにくくなる傾向がある。

線ｋ１１よりも充電時間が長く、かつ、検出限界時間（線ｋ１２）よりも充電時間が短い領域Ｒ２は、Ｌｉ析出の反応は起こる（すなわち、リチウムイオン二次電池の負極にＬｉ析出が生じる）が、ＥＣＵ３００によって充電電流（ひいては、Ｌｉ析出量）を検出できない充電条件を示している。この充電条件では、ＥＣＵ３００は、充電電流を検出できないため、充電電流を制御することもできない。

線ｋ１２よりも充電時間が長い領域Ｒ３は、Ｌｉ析出の反応が起こり、かつ、ＥＣＵ３００によって充電電流（ひいては、Ｌｉ析出量）を検出できる充電条件を示している。この充電条件では、ＥＣＵ３００は、充電電流を検出することも制御することもできる。

この実施の形態に係る充電システム２では、検出限界時間（たとえば、０．１秒）よりも短い回生充電によって生じたメインバッテリ１０１（メイン電池）のＬｉ析出量（すなわち、図６に示す領域Ｒ２において生じるＬｉ析出量）を推定するためにサブバッテリ１０２（サブ電池）が採用されている。

この実施の形態では、メイン電池とサブ電池とが、電極サイズ以外は同一仕様のリチウムイオン二次電池である。メイン電池とサブ電池とでは、同一組成の電極（正極及び負極）が採用されている。各リチウムイオン二次電池は、たとえば、以下に説明するような構成を有する電解液式リチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」とも称する）である。

電池は、たとえば角型のケースの内部に電極体が収容されて構成される。電極体は、正極と負極とがセパレータを介して積層され、その積層体が捲回されることにより形成されている。電解液は、正極、負極、及びセパレータ等に保持されている。

正極は、正極集電体（たとえば、アルミニウム箔）と、正極活物質層とを含む。正極活物質、バインダ、及び導電助剤を含有する正極合材を正極集電体の表面に塗工することにより、正極集電体の両面に正極活物質層を形成することができる。また、負極は、負極集電体（たとえば、銅箔）と、負極活物質層とを含む。負極活物質、バインダ、及び導電助剤を含有する負極合材を負極集電体の表面に塗工することにより、負極集電体の両面に負極活物質層を形成することができる。

正極活物質は、たとえばリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物（コバルト酸リチウムの一部がニッケル及びマンガンにより置換された三元系の材料）である。負極活物質は、たとえば炭素系材料（たとえば、グラファイト）である。セパレータは、たとえばポリエチレン又はポリプロピレンのようなポリオレフィンである。電解液は、たとえば、有機溶媒とリチウム塩（たとえば、ＬｉＰＦ_６）と添加剤とを含む溶液である。有機溶媒の例としては、ＤＭＣ（dimethyl carbonate)とＥＭＣ（ethyl methyl carbonate)とＥＣ（ethylene carbonate)との混合溶媒が挙げられる。添加剤の例としては、ＬｉＢＯＢ（lithium bis(oxalate)borate）、Ｌｉ［ＰＦ_２（Ｃ_２Ｏ_４）_２］が挙げられる。

なお、リチウムイオン二次電池の構成は上記に限定されない。正極、負極、セパレータ、及び電解液には、それぞれリチウムイオン二次電池の正極、負極、セパレータ、及び電解液として公知の材料を用いることができる。角型のケースに代えて、円筒型又はラミネート型のケースを採用してもよい。電極体は、捲回構造ではなく積層構造を有するものであってもよい。リチウムイオン二次電池は全固体電池であってもよい。電解液に代えて、ポリマー系電解質を用いてもよいし、無機系固体電解質（たとえば、酸化物系又は硫化物系）を用いてもよい。

図７は、この実施の形態に係るメイン電池及びサブ電池の各々の特性を対比して示す図である。図７を参照して、電極（正極及び負極）のサイズ（より特定的には、面積）は、サブ電池よりもメイン電池のほうが大きい。電極サイズが異なることによって、サブ電池の容量はメイン電池の容量よりも小さくなっている。この実施の形態では、サブ電池の容量がメイン電池の容量の０．１倍以下である。メイン電池の容量は４Ａｈであり、サブ電池の容量は０．３Ａｈである。

この実施の形態に係るメイン電池及びサブ電池は、互いに同一組成の負極を有する。このため、メイン電池とサブ電池とでは、負極表面における単位面積あたりのＬｉ析出耐性が同じになる。Ｌｉ析出限界電流（すなわち、リチウムイオン二次電池の負極にリチウムが析出しない充電電流の最大値）が２００Ａであるときには、２００Ａ以下の充電電流ではＬｉ析出の反応が起こらず、充電電流が２００Ａを超えると、負極にＬｉ析出が生じる。なお、電池の状態がＬｉ析出を促進しやすい状態であるほどＬｉ析出限界電流は小さくなる。たとえば、高ＳＯＣからの充電、長時間の継続充電、及び電池抵抗が高い状態（たとえば、電池温度が低い状態）での充電が、Ｌｉ析出を促進する。

Ｌｉ析出限界電流２００Ａ、充電時間０．０５秒、充電電流５００Ａの条件で電池の充電が行なわれた場合には、１５Ｃの電荷がＬｉ析出に寄与することになる。電気量（１５Ｃ）は、式「（５００－２００）×０．０５＝１５Ｃ」から導かれる。こうした条件でメイン電池及びサブ電池の各々が充電された場合、メイン電池において容量４Ａｈ（初期の電池容量）に対してＬｉ析出に寄与する電荷が占める割合は約０．１％となり、サブ電池において容量０．３Ａｈ（初期の電池容量）に対してＬｉ析出に寄与する電荷が占める割合は約１．４％となる。以下、初期の電池容量に対して充電時にＬｉ析出に寄与する電荷が占める割合を、「Ｌｉ析出割合」と称する。上記メイン電池のＬｉ析出割合（約０．１％）は、式「１００×１５／（４×６０×６０）≒０．１％」から導かれる。上記サブ電池のＬｉ析出割合（約１．４％）は、式「１００×１５／（０．３×６０×６０）≒１．４％」から導かれる。

図７中には、メイン電池及びサブ電池の各々の負極表面の状態が示されている。メイン電池及びサブ電池の各々の負極は負極集電体２０１及び負極活物質層２０２を含む。メイン電池及びサブ電池が同じ条件で充電された場合、サブ電池のＬｉ析出割合は、メイン電池のＬｉ析出割合の約１４倍になる。このように、サブ電池のＬｉ析出割合とメイン電池のＬｉ析出割合とは相関する。

メイン電池及びサブ電池が同じ条件で充電された場合、メイン電池のＬｉ析出割合よりもサブ電池のＬｉ析出割合のほうが多くなる。このため、メイン電池よりもサブ電池のほうが、充電（ひいては、充電に伴うＬｉ析出）によって電池容量維持率が低下しやすくなる。電池容量維持率は、初期の電池容量に対する現在の電池容量の割合であり、たとえば「電池容量維持率＝１００×（現在の電池容量）／（初期の電池容量）」のような式で表すことができる。

この実施の形態に係る充電システム２では、サブ電池のＬｉ析出量が増加したときにサブ電池の容量が大きく変化することを利用して、検出限界時間よりも短い回生充電によってメイン電池の負極に生じるＬｉ析出量を、サブ電池の容量を用いて推定するようにしている。以下、図８～図１４を用いて、この実施の形態に係るＬｉ析出量推定方法について説明する。

図８は、車両１の走行中にＥＣＵ３００によって実行される充電制御の処理手順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、車両１が走行中であるときに、所定の制御周期ごとにメインルーチン（図示せず）から呼び出されて繰り返し実行される。この実施の形態では、制御周期が検出限界時間（１００ｍｓ）と一致する。「走行中」は、車両１が走行可能な状態になっていることを意味する。この実施の形態に係る車両１では、車両システムが停止状態であり、かつ、電池パック１００が充電中ではない状況において、ブレーキペダル（図示せず）が踏まれている状態で起動スイッチ（図示せず）が押されると、車両システム（ひいては、ＥＣＵ３００）が起動する。そして、起動したＥＣＵ３００によってＳＭＲ５０がＯＮ状態（導通状態）にされることによりＰＣＵ４０に電力が供給され、車両１が走行可能な状態（すなわち、走行中）になる。車両１の発進は、電動機（たとえば、ＭＧ１２）によって行なわれる。車両１の走行開始時においては、スイッチ１０３，１０４が端子Ａ－Ｂを接続することによって第１充電回路（図３参照）が形成されている。車両１の走行中において、エンジン２０は、ＥＣＵ３００によって制御され、車両１の状態に応じて自動的に始動したり停止したりする。なお、起動スイッチは、車両システムを起動させるためのスイッチであり、一般に「パワースイッチ」又は「イグニッションスイッチ」と称される。

図１及び図２とともに図８を参照して、ステップ（以下、単に「Ｓ」とも表記する）１１では、電池パック１００の充電が実行されているか否かが、ＥＣＵ３００によって判断される。

車速が安定した状態で車両１が走行しているとき（通常走行時）には、ＰＣＵ４０から電池パック１００に電流が入力されないため、Ｓ１１においてＮＯと判断される。また、後述する回生充電が終了したときにも、Ｓ１１においてＮＯと判断される。Ｓ１１においてＮＯと判断されると、処理がＳ１０を経てＳ１５へ進む。Ｓ１０では、ＥＣＵ３００がスイッチ１０３，１０４に端子Ａ－Ｂを接続させて、第１充電回路（図３参照）を形成する。このため、充電中にスイッチ１０３，１０４の状態が変更されても、充電が終了すると、Ｓ１０の処理によって、スイッチ１０３，１０４の状態が充電開始時の状態（端子Ａ－Ｂ接続）に戻されることになる。Ｓ１５では、ＥＣＵ３００が、監視ユニット１０１ａ，１０２ａから取得した各バッテリ（メインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２）の状態（たとえば、温度、電流、及び電圧）を記憶装置３０２に保存（記録）する。そして、Ｓ１５の処理後、処理がＳ１６へ進む。Ｓ１６では、ＥＣＵ３００が、実行中の充電が終了したか否かを判断する。前回Ｓ１１でＹＥＳと判断され、かつ、今回Ｓ１１でＮＯと判断された場合には、Ｓ１６においてＹＥＳと判断され、処理がＳ１７へ進む。Ｓ１７の処理については後述する。

電池パック１００の充電が実行されていない期間（より特定的には、連続してＳ１１においてＮＯと判断されている期間）においては、Ｓ１６でＮＯと判断され、処理はメインルーチンへと戻される。この期間においては、Ｓ１１、Ｓ１０、Ｓ１５、及びＳ１６の処理が制御周期ごとに繰り返され、各バッテリの状態が周期的に記録される。

車両１の走行中の減速時又は制動時には、回生ブレーキによって回生充電が行なわれる。回生充電によってＰＣＵ４０から電池パック１００に電流が入力されるため、Ｓ１１においてＹＥＳと判断され、処理がＳ１２へ進む。スイッチ１０３，１０４によって第１充電回路（図３参照）が形成されているときに回生充電が行なわれると、メインバッテリ１０１（メイン電池）及びサブバッテリ１０２（サブ電池）の両方が充電される。スイッチ１０３，１０４によって第２充電回路（図４参照）が形成されているときに回生充電が行なわれると、メインバッテリ１０１（メイン電池）のみが充電される。

Ｓ１２では、ＥＣＵ３００が、サブバッテリ１０２のＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲内に入っているか否かを判断する。ＥＣＵ３００は、監視ユニット１０２ａからサブバッテリ１０２のＳＯＣを取得することができる。この実施の形態では、上記所定のＳＯＣ範囲として、０％超１００％未満の範囲を採用する。Ｓ１２の判断に用いられるＳＯＣ範囲は、サブバッテリ１０２において過充電及び過放電のいずれもが生じないように設定される。この実施の形態では、ＳＯＣ範囲として０％超１００％未満が設定されているが、ＳＯＣ範囲は、この数値範囲に限定されることはなく、より狭い範囲になるように設定されてもよい。

サブバッテリ１０２のＳＯＣが０％又は１００％である場合には、Ｓ１２においてＮＯと判断され、Ｓ１２１～Ｓ１２３においてサブバッテリ１０２のＳＯＣが調整される。Ｓ１２１では、ＥＣＵ３００がスイッチ１０３，１０４に端子Ｂ－Ｄを接続させて、調整回路（図５参照）を形成する。そして、調整回路によってサブバッテリ１０２のＳＯＣ調整が行なわれる。調整回路における抵抗器１０５によって電流量を調整しながらサブバッテリ１０２の充電又は放電を行なうことで、サブバッテリ１０２のＳＯＣを所望のＳＯＣ値に調整することができる。サブバッテリ１０２のＳＯＣ調整が完了するまで、Ｓ１２２及びＳ１２３が制御周期ごとに繰り返される。ＥＣＵ３００は、各バッテリ（メインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２）の状態（たとえば、温度、電流、及び電圧）を記録しながら（Ｓ１２２）、サブバッテリ１０２のＳＯＣ調整が完了したか否かを判断する（Ｓ１２３）。このＳＯＣ調整は、たとえばサブバッテリ１０２のＳＯＣが所定の調整完了範囲に入ると、完了する。調整完了範囲は、一点（所定ＳＯＣ値）であってもよい。この実施の形態では、調整完了範囲として５０％を採用する。サブバッテリ１０２のＳＯＣが５０％になると、サブバッテリ１０２のＳＯＣ調整が完了した（Ｓ１２３にてＹＥＳ）と判断される。

サブバッテリ１０２のＳＯＣ調整が完了した（Ｓ１２３にてＹＥＳ）と判断されると、処理がＳ１２４を経て前述のＳ１５へ進む。Ｓ１２４では、ＥＣＵ３００が、スイッチ１０３，１０４の状態を充電開始時の状態（端子Ａ－Ｂ接続）に戻す。

サブバッテリ１０２のＳＯＣが０％及び１００％のどちらでもない場合には、Ｓ１２においてＹＥＳと判断され、処理がＳ１３へ進む。Ｓ１３では、充電時間（すなわち、充電開始からの経過時間）が所定時間（たとえば、１００ｍｓ）以下であるか否かが、ＥＣＵ３００によって判断される。Ｓ１３の判断に用いられる所定時間は、メイン電池の検出限界時間（図６参照）を考慮して設定される。上記所定時間を、メイン電池の検出限界時間と一致させてもよい。この実施の形態では、所定時間として１００ｍｓが設定されているが、この数値に限定されるわけではない。

上記充電時間の計測には、公知のタイマーを用いることができる。こうしたタイマーは、ソフトウェアによってもハードウェアによっても実現できる。たとえば、ＥＣＵ３００の記憶装置３０２内にカウンタ（変数）を用意して、Ｓ１１で充電が開始されたと判断された時点から制御周期ごとにそのカウンタをインクリメントしつつ、カウンタ値が所定値に達したか否かを判断するようにしてもよい。

Ｓ１３で充電時間が所定時間を超えた（ＮＯ）と判断された場合には、処理がＳ１４を経由してＳ１５へ進む。Ｓ１４では、ＥＣＵ３００がスイッチ１０３，１０４に端子Ａ－Ｃを接続させて、第２充電回路（図４参照）を形成する。第２充電回路が形成された状態で電池パック１００の充電が行なわれると、メインバッテリ１０１（メイン電池）のみに充電電流が流れる。他方、Ｓ１３で充電時間が所定時間以下である（ＹＥＳ）と判断された場合には、処理がＳ１４を経由せずにＳ１５へ進むため、スイッチ１０３，１０４は充電開始時の状態（端子Ａ－Ｂ接続）で維持される。この状態で電池パック１００の充電が行なわれると、メインバッテリ１０１（メイン電池）及びサブバッテリ１０２（サブ電池）の両方に充電電流が流れる（図３参照）。

充電開始から１００ｍｓが経過するまでの第１期間（Ｓ１３にてＹＥＳと判断されている期間）においては、メイン電池だけでなくサブ電池にも充電電流が流れる一方、充電開始から１００ｍｓが経過した後の第２期間（Ｓ１３にてＮＯと判断されている期間）においては、サブ電池に充電電流が流れなくなる。こうした制御により、サブ電池の過充電及び過放電が抑制される。

充電が終了した場合（Ｓ１６にてＹＥＳ）には、Ｓ１７において、ＥＣＵ３００が、Ｓ１５で取得したメインバッテリ１０１の状態履歴（たとえば、充電電流の波形）を用いて、充電開始から１００ｍｓが経過した後の充電期間（第２期間）におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２（以下、単に「Ｘ２」とも表記する）を推定する。その後、ＥＣＵ３００は、推定したＸ２を記憶装置３０２に保存する。

第２期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２は、メインバッテリ１０１の充電電流の波形を用いて推定される。Ｌｉ析出量の推定方法としては、公知の方法（たとえば、特許文献１に記載される方法）を採用することができる。メインバッテリ１０１の状態を示す所定のパラメータと、第２期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２との関係を示す情報（以下、「Ｘ２推定情報」とも称する）が、予め実験等によって求められて記憶装置３０２に記憶されていてもよい。演算装置３０１は、Ｘ２推定情報を参照して、Ｓ１５で取得された所定のパラメータに基づいて、第２期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２を推定してもよい。ＥＣＵ３００は、充電電流の最大値と、充電電流の平均値と、充電電流の積算値と、充電時間と、充電開始時のＳＯＣ及び電池温度と、前回充電から今回充電までの間隔との少なくとも１つに基づいて、第２期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２を推定してもよい。充電時間が長くなるほど、また、充電電流が大きくなるほど、Ｌｉ析出量が多くなる傾向がある。ＥＣＵ３００は、推定処理の簡略化又は推定精度の向上のために所定の情報処理（たとえば、特許文献１に記載されるような矩形波への置換）を行なってもよい。

車両１の走行中に上記図８の処理が繰り返し実行されることによって、充電が終了するごとに、その充電の第２期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２が推定される（Ｓ１６及びＳ１７）。

図９は、外部充電時にＥＣＵ３００によって実行される充電制御の処理手順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、車両１が外部充電可能な状態になると、開始される。この実施の形態では、車両１が駐車中であるときに、充電スタンド（図示せず）につながれた充電ケーブルのコネクタ（図示せず）が車両１のインレット８０に接続されると、車両１が外部充電可能な状態になる。「駐車中」とは、停車中の車両１において、エンジン２０が停止しており、かつ、ＭＧ１１，１２に電力が供給されていない状態をいう。この実施の形態に係る車両１では、停車中にシフトポジションがＰ（パーキング）になった状態で起動スイッチ（図示せず）が押されると、ＥＣＵ３００が、エンジン２０を停止させるとともにＳＭＲ５０をＯＦＦ状態（遮断状態）にする。これにより、車両１が駐車中になる。

図１及び図２とともに図９を参照して、Ｓ２１では、ＥＣＵ３００がスイッチ１０３，１０４に端子Ａ－Ｂを接続させて、第１充電回路（図３参照）を形成する。これにより、メインバッテリ１０１（メイン電池）及びサブバッテリ１０２（サブ電池）の両方に充電電流が流れるようになる。

Ｓ２１の処理後、ＥＣＵ３００は、Ｓ２２１～Ｓ２２４において、サブバッテリ１０２の容量を推定するためのデータを取得する。なお、サブバッテリ１０２の容量を推定する方法については後述する（図１０のＳ３１１参照）。

Ｓ２２１では、サブバッテリ１０２のＳＯＣが測定開始値に調整される。測定開始値は、たとえば２０％以上５０％以下の範囲内で設定され、この実施の形態では、測定開始値を４０％とする。サブバッテリ１０２のＳＯＣが測定開始値を超えている場合には、サブバッテリ１０２のＳＯＣが測定開始値になるように、サブバッテリ１０２の放電が行なわれる。ＥＣＵ３００は、たとえばスイッチ１０３，１０４を制御して調整回路（図５参照）を形成することによって、サブバッテリ１０２の放電を行なうことができる。調整回路によってサブバッテリ１０２のＳＯＣが調整された場合には、ＳＯＣ調整後にスイッチ１０３，１０４の状態が端子Ａ－Ｂ接続に戻される。他方、サブバッテリ１０２のＳＯＣが測定開始値よりも小さい場合には、ＥＣＵ３００は、外部充電を実行することによってサブバッテリ１０２のＳＯＣを測定開始値に調整することができる。

サブバッテリ１０２のＳＯＣが測定開始値（たとえば、４０％）に調整されると、ＥＣＵ３００は、Ｓ２２２において、ＳＭＲ５０、充電リレー６０、及び充電ユニット７０を制御して、一定速度の外部充電を実行する。この外部充電は、第１充電回路（図３参照）で行なわれる。充電速度は１Ｃ以下（たとえば、０．５Ｃ）であることが好ましい。外部充電の実行中は、充電スタンドの電源から充電ケーブルを通じて車両１（ひいては、第１充電回路）に電力が供給される。そして、第１充電回路に供給される電力によってメインバッテリ１０１及びサブバッテリ１０２が充電される。

上記外部充電の実行中（Ｓ２２３）において、ＥＣＵ３００は、監視ユニット１０１ａ，１０２ａから取得した各バッテリ（メインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２）の状態（たとえば、温度、電流、及び電圧）を記憶装置３０２に保存（記録）する。

上記外部充電は、サブバッテリ１０２のＳＯＣが測定終了値になるまで実行される。測定終了値は、たとえば６０％以上９５％以下の範囲内で設定され、この実施の形態では、測定終了値を９０％とする。

Ｓ２２４において、サブバッテリ１０２のＳＯＣが測定終了値になったか否かが判断され、Ｓ２２４においてＮＯと判断されている期間は、Ｓ２２２～Ｓ２２４の処理が制御周期ごとに繰り返され、各バッテリの状態が周期的に記録される。外部充電によってサブバッテリ１０２のＳＯＣが測定終了値になると、Ｓ２２４においてＹＥＳと判断され、処理がＳ２３へ進む。

Ｓ２３では、ＥＣＵ３００がＳＭＲ５０、充電リレー６０、及び充電ユニット７０を制御して、外部充電を中断する。続けて、ＥＣＵ３００は、Ｓ２４において、スイッチ１０３，１０４に端子Ａ－Ｃを接続させて、第２充電回路（図４参照）を形成する。これにより、メインバッテリ１０１（メイン電池）のみに充電電流が流れるようになる。

Ｓ２４の処理後、ＥＣＵ３００は、Ｓ２５１～Ｓ２５３において、メインバッテリ１０１の外部充電を実行する。

Ｓ２５１では、ＥＣＵ３００が、ＳＭＲ５０、充電リレー６０、及び充電ユニット７０を制御して外部充電を実行する。この外部充電は、第２充電回路（図４参照）で行なわれる。メインバッテリ１０１の充電を早期に完了させるためには、Ｓ２５１の外部充電が、Ｓ２２２の外部充電よりも速い充電速度で行なわれることが好ましい。外部充電の実行中は、充電スタンドの電源から充電ケーブルを通じて車両１（ひいては、第２充電回路）に電力が供給される。そして、第２充電回路に供給される電力によってメインバッテリ１０１が充電される。

上記外部充電の実行中（Ｓ２５２）において、ＥＣＵ３００は、監視ユニット１０１ａ，１０２ａから取得した各バッテリ（メインバッテリ１０１、サブバッテリ１０２）の状態（たとえば、温度、電流、及び電圧）を記憶装置３０２に保存（記録）する。

上記外部充電は、所定の完了条件が成立するまで継続され、完了条件が成立すると終了する。完了条件が成立するか否かは、Ｓ２５３においてＥＣＵ３００が判断する。完了条件は、たとえば、充電中にメインバッテリ１０１のＳＯＣが所定ＳＯＣ値以上になった場合に成立する。所定ＳＯＣ値は、ＥＣＵ３００によって自動的に設定されてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。この実施の形態では、所定ＳＯＣ値を１００％（満充電状態）とする。なお、完了条件は上記に限られず任意に設定することができる。たとえば、充電時間が所定値よりも長くなった場合に完了条件が成立するようにしてもよい。また、充電中にユーザから充電停止の指示があった場合に完了条件が成立するようにしてもよい。

メインバッテリ１０１が満充電になるまでの間（すなわち、Ｓ２５３においてＮＯと判断されている期間）は、Ｓ２５１～Ｓ２５３の処理が制御周期ごとに繰り返され、各バッテリの状態が周期的に記録される。外部充電によってメインバッテリ１０１が満充電になると、Ｓ２５３においてＹＥＳと判断され、図９の一連の処理が終了する。

外部充電時に上記図９の処理が実行されることによって、サブバッテリ１０２の容量を推定するためのデータを取得することができる。詳細は後述するが、ＥＣＵ３００は、所定の開始ＳＯＣ（測定開始値）から所定の終了ＳＯＣ（測定終了値）までの外部充電を行なったときにサブバッテリ１０２に充電される電気量（すなわち、Ｓ２２１～Ｓ２２４で取得されるデータ）を用いて、サブバッテリ１０２の容量を推定することができる。

図１０は、ＥＣＵ３００によって実行されるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量推定及び劣化判定の処理手順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、所定の実行条件が成立すると、開始される。実行条件は任意に設定できるが、この実施の形態では、図９の処理（ひいては、外部充電）が終了すると、実行条件が成立する。

図１及び図２とともに図１０を参照して、Ｓ３１１では、ＥＣＵ３００が、ＳＯＣが４０％から９０％になるまでの外部充電を行なったときにサブバッテリ１０２に充電される電気量（すなわち、所定ＳＯＣ範囲の充電量）を用いて、サブバッテリ１０２の現在の容量ΔＣ（以下、単に「ΔＣ」とも表記する）を推定する。所定ＳＯＣ範囲（この実施の形態では、４０％～９０％）の充電量は、図９のＳ２２１～Ｓ２２４で取得したデータから求められる。ΔＣは、ＳＯＣが０％から１００％になるまでの充電を行なったときにサブバッテリ１０２に充電される電気量に相当する。

この実施の形態では、所定ＳＯＣ範囲の充電量とΔＣとの関係を示す情報（以下、「ΔＣ推定情報」とも称する）が、予め実験等によって求められて記憶装置３０２に記憶されている。演算装置３０１は、ΔＣ推定情報を参照して、所定ＳＯＣ範囲の充電量に対応するΔＣを取得することができる。

Ｓ３１２では、ＥＣＵ３００が、サブバッテリ１０２の温度頻度分布と劣化速度βとを用いて、サブバッテリ１０２の経年劣化による容量低下量ΔＤ１（以下、単に「ΔＤ１」とも表記する）を推定する。

サブバッテリ１０２の温度頻度分布は、サブバッテリ１０２の温度毎の頻度を示す情報である。典型的なサブバッテリ１０２の温度頻度分布では、横軸にサブバッテリ１０２の温度が示され、縦軸に度数（すなわち、サブバッテリ１０２の温度が、横軸で示される温度であった積算回数）が示される。ＥＣＵ３００は、サブバッテリ１０２の温度の実測データ（たとえば、図８のＳ１５及びＳ１２２、並びに図９のＳ２２３及びＳ２５２で取得したデータ）を用いてサブバッテリ１０２の温度頻度分布を作成することができる。

サブバッテリ１０２の劣化速度βは、サブバッテリ１０２の温度によって変わる。演算装置３０１は、Ｔ－β情報を参照することによりサブバッテリ１０２における各温度の劣化速度βを取得することができる。Ｔ－β情報は、サブバッテリ１０２の温度と劣化速度βとの関係を示す情報であり、予め実験等によって求められて記憶装置３０２に記憶されている。

図１１は、Ｔ－β情報の一例を示す図である。図１１を参照して、横軸はサブバッテリ１０２の温度の逆数（１／Ｔ）を示し、縦軸は劣化速度の自然対数値（ｌｎ（β））を示している。線ｋ２１は、サブバッテリ１０２の温度（Ｔ）と劣化速度βとの関係を規定しており、詳しくは、サブバッテリ１０２の温度（Ｔ）が高くなるほど劣化速度βが大きくなるような関係を規定している。線ｋ２１により、サブバッテリ１０２における各温度の劣化速度βが得られる。アレニウス則に従う温度依存性から、線ｋ２１で示されるように、１／Ｔとｌｎ（β）とは略比例関係を有する傾向がある。

ＥＣＵ３００は、サブバッテリ１０２の温度ごとに、温度頻度分布の頻度と劣化速度βとを乗算することにより、各温度におけるサブバッテリ１０２の容量低下量を求めることができる。さらに、ＥＣＵ３００は、各温度におけるサブバッテリ１０２の容量低下量を積算することにより、ΔＤ１を求めることができる。

再び図１０を参照して、Ｓ３１３では、ＥＣＵ３００が、ΔＣとΔＤ１とを用いて、サブバッテリ１０２（サブ電池）のＬｉ析出量Ｘ１０（以下、単に「Ｘ１０」とも表記する）を推定する。

図１２は、サブバッテリ１０２の初期の容量と、ΔＣと、ΔＤ１と、サブバッテリ１０２のＬｉ析出による容量低下量ΔＤ２（以下、単に「ΔＤ２」とも表記する）との関係を示す図である。図１２を参照して、ΔＣとΔＤ１とΔＤ２との合計は、サブバッテリ１０２の初期の容量に等しくなる。

Ｘ１０とΔＤ２とは相関し、一定の関係を有する。Ｘ１０が多くなるほどΔＤ２が大きくなる傾向がある。この実施の形態では、ΔＣとΔＤ１とＸ１０との関係を示す情報（以下、「Ｘ１０推定情報」とも称する）が、予め実験等によって求められて記憶装置３０２に記憶されている。演算装置３０１は、Ｘ１０推定情報を参照して、Ｓ３１１及びＳ３１２で取得されたΔＣ及びΔＤ１に基づいて、サブバッテリ１０２のＬｉ析出量Ｘ１０を推定することができる。Ｘ１０推定情報で示される関係は、図８のＳ１５及びＳ１２２、並びに図９のＳ２２３及びＳ２５２で取得されるサブバッテリ１０２の状態履歴（たとえば、温度、電流、及び電圧）に基づいて補正されてもよい。

再び図１０を参照して、Ｓ３２では、ＥＣＵ３００が、サブバッテリ１０２のＬｉ析出量Ｘ１０を用いて、充電開始から１００ｍｓが経過するまでの充電期間（第１期間）におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ１（以下、単に「Ｘ１」とも表記する）を推定する。

図１３は、Ｘ１とＸ１０との関係を示す図である。図１３を参照して、直線ｋ２２で示されるように、Ｘ１とＸ１０とは比例関係を有する。比例係数は、メインバッテリ１０１とサブバッテリ１０２との容量比率に対応する。この実施の形態では、Ｘ１０とＸ１との関係を示す情報（以下、「Ｘ１推定情報」とも称する）が、予め実験等によって求められて記憶装置３０２に記憶されている。演算装置３０１は、Ｘ１推定情報を参照して、Ｘ１０に基づいて、第１期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ１を推定することができる。

再び図１０を参照して、Ｓ３３では、ＥＣＵ３００が、記憶装置３０２から、第２期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２（図８のＳ１７参照）を取得する。続けて、ＥＣＵ３００は、Ｓ３４において、Ｘ１とＸ２とを加算することにより、充電開始から充電終了までのメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ３（以下、単に「Ｘ３」とも表記する）を算出する。充電ごとにＸ３（＝Ｘ１＋Ｘ２）を求めて、得られたＸ３を積算することによって、全ての充電のＸ３が得られる。

Ｓ３５では、ＥＣＵ３００が、全ての充電のＸ３が所定の許容値よりも小さいか否かを判断する。Ｘ３が許容値よりも小さい場合（Ｓ３５にてＹＥＳ）にはＳ３６を経ずに、Ｘ３が許容値以上である場合（Ｓ３５にてＮＯ）にはＳ３６を経て、図１０の一連の処理を終了する。

Ｘ３が許容値以上である場合（Ｓ３５にてＮＯ）には、メインバッテリ１０１が劣化したと判定され、Ｓ３６において、ＥＣＵ３００が所定の処理（メインバッテリ劣化時の処理）を実行する。ＥＣＵ３００は、たとえば、メインバッテリ１０１の電流制限と、電池劣化が生じていることの報知と、電池劣化が生じていることの記録との少なくとも１つを実行してもよい。ＥＣＵ３００は、たとえば充電制限値を小さくすることによって電流制限を強めてもよい。報知方法は任意であり、所定の表示装置への表示（たとえば、文字又は画像の表示）で知らせてもよいし、スピーカーにより音（音声を含む）で知らせてもよいし、所定のランプを点灯（点滅を含む）させてもよい。ＥＣＵ３００は、無線通信を通じて図示しない所定の携帯機器（たとえば、スマートフォン又はスマートウォッチ）による表示及び／又は鳴動を制御して、電池劣化が生じていることをユーザへ報知してもよい。また、ＥＣＵ３００は、記憶装置３０２内のダイアグ（自己診断）のフラグの値（初期値はＯＦＦ）をＯＮにすることにより、電池劣化が生じていることを記憶装置３０２に記録してもよい。

図１４は、ＥＣＵ３００によって推定される各Ｌｉ析出量（Ｘ１、Ｘ２、及びＸ３）の一例を示す図である。図１４において、線Ｌ２０は、メインバッテリ１０１の電流波形を示している。充電側の電流は正（＋）の値で、放電側の電流は負（－）の値で示されている。線Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３はそれぞれ、線Ｌ２０で示される充電電流がメインバッテリ１０１に流れるときに、ＥＣＵ３００によって推定されるＸ１、Ｘ２、Ｘ３を示している。

図１４を参照して、線Ｌ２０は、４回の充電を示している。１回目の充電は、タイミング（以下、単に「ｔ」とも表記する）１１で開始され、ｔ１２で終了する。１回目の充電は、充電開始（ｔ１１）から検出限界時間（１００ｍｓ）が経過する前に終了するため、ＥＣＵ３００は、この充電の電流を検出することができない。この実施の形態では、第１期間（すなわち、充電開始から１００ｍｓが経過するまでの充電期間）におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ１が、サブバッテリ１０２の容量変化に基づいて検出される（図１０のＳ３１１～Ｓ３２参照）。こうした方法によれば、上記のような短時間の充電に起因して生じるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量を高い精度で推定することが可能になる。１回目の充電によって、Ｘ１（線Ｌ２１）は増加するが、Ｘ２（線Ｌ２２）は増加しない。

２回目の充電は、ｔ２１で開始され、ｔ２２で終了する。ｔ２３は、ｔ２１から検出限界時間（１００ｍｓ）が経過したタイミングに相当する。２回目の充電では、ｔ２１～ｔ２３が第１期間に相当し、ｔ２３～ｔ２２が第２期間に相当する。２回目の充電時間は、検出限界時間（１００ｍｓ）よりも長いため、ＥＣＵ３００は、この充電の電流を検出できる。第２期間（すなわち、充電開始から１００ｍｓが経過した後の充電期間）におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２は、ＥＣＵ３００が検出したメインバッテリ１０１の充電電流の波形に基づいて検出される（図８のＳ１７参照）。第１期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ１は、１回目の充電と同様、サブバッテリ１０２の容量変化に基づいて検出される。２回目の充電によって、Ｘ１（線Ｌ２１）及びＸ２（線Ｌ２２）の両方が増加する。

３回目の充電は、ｔ３１で開始され、ｔ３２で終了する。３回目の充電は、充電開始（ｔ３１）から検出限界時間（１００ｍｓ）が経過する前に終了するため、１回目の充電と同様にＸ１（線Ｌ２１）が検出される。

４回目の充電は、ｔ４１で開始され、ｔ４２で終了する。ｔ４３は、ｔ４１から検出限界時間（１００ｍｓ）が経過したタイミングに相当する。４回目の充電では、ｔ４１～ｔ４３が第１期間に相当し、ｔ４３～ｔ４２が第２期間に相当する。４回目の充電は、検出限界時間（１００ｍｓ）よりも長いため、２回目の充電と同様にＸ１（線Ｌ２１）及びＸ２（線Ｌ２２）が検出される。

ＥＣＵ３００は、充電ごとに検出されるＸ１及びＸ２を積算することによって、上記４回の充電によって生成したメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ３を推定することができる。

以上説明したように、ＥＣＵ３００は、充電回路（図３、図４）に供給される電力によってメインバッテリ１０１が充電されているときに、充電開始から所定時間（たとえば、検出限界時間）が経過するまでの第１期間においては、直列に接続されたメインバッテリ１０１及びサブバッテリ１０２を含む第１充電回路（図３）を形成し、充電開始から所定時間（たとえば、検出限界時間）が経過した後の第２期間においては、メインバッテリ１０１を含み、かつ、サブバッテリ１０２を含まない第２充電回路（図４）を形成するように構成される。

ＥＣＵ３００は、サブバッテリ１０２の容量ΔＣと第１期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ１との関係を示す対応情報を取得するように構成される。この実施の形態に係るΔＤ１、Ｘ１０推定情報、及びＸ１推定情報が、本開示に係る「対応情報」の一例に相当する。

ＥＣＵ３００は、サブバッテリ１０２の容量ΔＣを検出し（図１０のＳ３１１）、ΔＣと、ΔＤ１と、Ｘ１０推定情報と、Ｘ１推定情報とを用いて、第１期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ１を推定するように構成される（図１０のＳ３１２、Ｓ３１３、及びＳ３２）。ＥＣＵ３００は、少なくとも第２期間において周期的にメインバッテリ１０１の充電電流を検出し（図８のＳ１５）、メインバッテリ１０１の充電電流の波形を用いて、第２期間におけるメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ２を推定するように構成される（図８のＳ１７）。ＥＣＵ３００は、Ｘ１及びＸ２を加算することにより、充電開始から充電終了までのメインバッテリ１０１のＬｉ析出量Ｘ３を算出するように構成される（図１０のＳ３４）。

上記構成を有するＥＣＵ３００によれば、メインバッテリ１０１のＬｉ析出量を高い精度で推定することが可能になる。

上記実施の形態では、メインバッテリ１０１及びサブバッテリ１０２の各々が単電池である例について説明したが、メインバッテリ１０１及びサブバッテリ１０２の少なくとも一方が組電池を含んで構成されてもよい。

図１５は、メイン電池が組電池である例を示す図である。図１５を参照して、この例では、メインバッテリ１０１（メイン電池）が、複数のリチウムイオン二次電池Ｂ１が直列に接続されて構成される組電池である。サブバッテリ１０２（サブ電池）は、１つのリチウムイオン二次電池Ｂ２（単電池）である。メインバッテリ１０１（組電池）の容量は、サブバッテリ１０２（単電池）の容量よりも大きい。

図１６は、メイン電池及びサブ電池の各々が組電池である例を示す図である。図１６を参照して、この例では、メインバッテリ１０１（メイン電池）が、複数のリチウムイオン二次電池Ｂ１が並列に接続されて構成される組電池である。サブバッテリ１０２（サブ電池）は、複数のリチウムイオン二次電池Ｂ２が並列に接続されて構成される組電池である。リチウムイオン二次電池Ｂ１の数とリチウムイオン二次電池Ｂ２の数とは、互いに同じである。メインバッテリ１０１（組電池）の容量は、サブバッテリ１０２（組電池）の容量よりも大きい。

図１に示す構成では、充電リレー６０がＳＭＲ５０とＰＣＵ４０との間に接続されているが、充電リレー６０は電池パック１００とＳＭＲ５０との間に接続されてもよい。

充電システムが適用される対象は、車両に限られず任意である。充電システムの適用対象は、たとえば、他の乗り物（船、飛行機等）であってもよいし、無人の移動体（無人搬送車（ＡＧＶ）、農業機械、ドローン等）であってもよいし、建物（住宅、工場等）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 充電システム、１１，１２ ＭＧ、２０ エンジン、３０ 駆動輪、３１ 動力分割装置、３２ 駆動軸、４０ ＰＣＵ、５０ ＳＭＲ、６０ 充電リレー、７０ 充電ユニット、８０ インレット、１００ 電池パック、１０１ メインバッテリ、１０１ａ 監視ユニット、１０２ サブバッテリ、１０２ａ 監視ユニット、１０３，１０４ スイッチ、１０５ 抵抗器、２０１ 負極集電体、２０２ 負極活物質層、３００ ＥＣＵ、３０１ 演算装置、３０２ 記憶装置、Ｂ１，Ｂ２ リチウムイオン二次電池。

Claims (1)

1. 第１リチウムイオン二次電池と、
   前記第１リチウムイオン二次電池よりも容量が小さい第２リチウムイオン二次電池と、
   複数種の充電回路を切り替えるスイッチと、
   前記スイッチを制御することによって前記複数種の充電回路のいずれかを形成するように構成される制御装置と、
   前記第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定するＬｉ析出量推定装置とを備え、
   前記制御装置は、前記充電回路に供給される電力によって前記第１リチウムイオン二次電池が充電されているときに、充電開始から所定時間が経過するまでの第１期間においては、直列に接続された前記第１リチウムイオン二次電池及び前記第２リチウムイオン二次電池を含む第１充電回路を形成し、前記充電開始から前記所定時間が経過した後の第２期間においては、前記第１リチウムイオン二次電池を含み、かつ、前記第２リチウムイオン二次電池を含まない第２充電回路を形成するように構成され、
   前記Ｌｉ析出量推定装置は、
   前記第２リチウムイオン二次電池の容量と前記第１期間における前記第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量との関係を示す対応情報を取得する情報取得部と、
   前記第２リチウムイオン二次電池の容量を検出し、検出された前記第２リチウムイオン二次電池の容量と、前記情報取得部により取得される前記対応情報とを用いて、前記第１期間における前記第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定する第１推定部と、
   前記第２期間において周期的に前記第１リチウムイオン二次電池の充電電流を検出し、検出された前記第１リチウムイオン二次電池の充電電流の波形を用いて、前記第２期間における前記第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を推定する第２推定部と、
   前記第１期間における前記第１リチウムイオン二次電池の前記Ｌｉ析出量と、前記第２期間における前記第１リチウムイオン二次電池の前記Ｌｉ析出量とを加算することにより、充電開始から充電終了までの前記第１リチウムイオン二次電池のＬｉ析出量を算出する算出部とを含む、充電システム。

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