JP7169917B2 - 二次電池の制御装置及び二次電池の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルカリ二次電池に適用される二次電池の制御装置及び二次電池の制御方法に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用電源としては、エネルギー密度の高さからニッケル水素二次電池が用いられている。
こうした二次電池について、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出するとともに、電池温度に応じて充放電を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の装置は、電池温度を時間遅れなく正確に推定して、それに基づいて充放電を制御する。この装置が有するハイブリッドＥＣＵは、二次電池（バッテリ）のＳＯＣを算出するステップと、初期ＷＩＮ（充電側制限電力）及び初期ＷＯＵＴ（放電側制限電力）を計算するステップと、外気温及び電池温度を検知するステップと、二次電池の電流値を検知するステップとを含む、プログラムを実行する。また、このハイブリッドＥＣＵは、推定電池温度を計算するステップと、推定電池温度と検知電池温度との高いほうの温度を用いて出力制限割合を算出するステップと、出力制限割合を用いて最終ＷＩＮおよび最終ＷＯＵＴを計算するステップとを含む、プログラムを実行する。

特開２００６－１０１６７４号公報

近年、二次電池は、電池容量の増加や利用環境の拡大が生じていることから、充放電可能な範囲である利用範囲を広く設定することが望まれる。一方で、利用範囲を広く設定すると、電池の使用継続や電池の温度上昇によって二次電池の電池容量の低下を早めるおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、二次電池の電池容量の低下を抑制することのできる二次電池の制御装置、及び二次電池の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決する二次電池の制御装置は、アルカリ二次電池の電池温度を取得する電池温度取得部と、取得された前記電池温度を、予め定められた前記電池温度と前記電池温度における前記二次電池の充電可能な電池容量である実電池容量との関係に適用することで、前記電池温度に対応する前記実電池容量を取得する実電池容量取得部と、前記アルカリ二次電池の定格電池容量に対して定められた定格利用範囲を、前記実電池容量に対応させるように実利用範囲を算出する利用範囲算出部とを備える。

上記課題を解決する二次電池の制御方法は、アルカリ二次電池の電池温度を取得する電池温度取得ステップと、取得された前記電池温度を、予め定められた前記電池温度と前記電池温度における前記二次電池の充電可能な電池容量である実電池容量との関係に適用することで、前記電池温度に対応する前記実電池容量を取得する実電池容量取得ステップと、前記アルカリ二次電池の定格電池容量に対して定められた定格利用範囲を、前記実電池容量に対応させるように実利用範囲を算出する利用範囲算出ステップとを備える。

二次電池は、劣化を抑えるために定格電池容量に基づいて定められた定格利用範囲で利用されるが、利用環境や温度によって実際に利用可能な利用範囲が狭まるため、定格利用範囲での利用をしていても劣化が早まるおそれがある。この点、このような構成又は方法によれば、電池温度に応じて変化する電池容量に対応した利用範囲が実利用範囲として算出されて、二次電池の充放電を実利用範囲に対して制御することが可能になる。これにより、二次電池の電池容量の低下を抑制することができる。

好ましい構成として、前記利用範囲算出部は、前記電池温度が所定の温度よりも高いとき、前記利用範囲算出部で算出した前記実利用範囲を出力し、前記電池温度が所定の温度以下であるとき、前記定格利用範囲を出力する。

このような構成によれば、制御に使用する利用範囲を、定格利用範囲とするか、実利用範囲とするかが電池容量を変化させる電池温度によって適切に選択される。
好ましい構成として、前記定格電池容量に対する定格充電状態の値を算出するとともに、前記算出した定格充電状態の値から前記実電池容量に対する実充電状態の値を算出する充電状態算出部をさらに備える。

好ましい方法として、前記定格電池容量に対する定格充電状態の値を算出するとともに、前記算出した定格充電状態の値から前記実電池容量に対する実充電状態の値を算出する充電状態算出ステップをさらに備える。

このような構成又は方法によれば、定格電池容量に対する充電状態及び実電池容量に対する充電状態が得られる。これにより、二次電池の定格充電状態から取得された実充電状態に基づいて二次電池の充放電を制御することができるようになる。

好ましい構成として、前記アルカリ二次電池の充放電が、前記実利用範囲の中で行われるように制御する充放電制御部をさらに備える。
このような構成によれば、実利用範囲の中で二次電池の充放電が行われるようになることで二次電池の劣化が抑制される。

好ましい構成として、前記充電状態算出部により算出された前記実充電状態を記憶し、前記実充電状態に基づいて充電機会毎の充電量を取得し、それら取得した充電量の頻度分布を、前記頻度分布と容量低下速度との関係に適用して前記容量低下速度を取得し、取得した前記容量低下速度が切り替え閾値よりも大きくなったとき、出力する利用範囲を前記定格利用範囲より狭くする。

好ましい方法として、前記充電状態算出ステップにより算出された前記実充電状態を記憶し、前記実充電状態に基づいて充電機会毎の充電量を取得し、前記充電機会毎に取得した充電量の頻度分布を、前記頻度分布と容量低下速度との関係に適用して前記容量低下速度を取得し、取得した前記容量低下速度が切り替え閾値よりも大きくなったとき、出力する利用範囲を前記定格利用範囲より狭くする。

劣化した二次電池は実利用範囲が狭まるため、定格利用範囲に基づいて利用が継続されると、実電池状態が相対的に実利用範囲の上限値に近い側に集まって、容量低下速度が増大して二次電池の劣化がより進行するようになる。この点、このような構成又は方法によれば、充電機会毎に得られる二次電池の実充電状態に基づく充電量の頻度分布に基づいて利用範囲が定格利用範囲よりも狭く調整される。よって、定格利用範囲を狭くすることで定格充電状態の変動範囲を容量低下速度が抑えられる範囲とすることで、二次電池の容量の低下が抑制されるようになる。

好ましい構成として、前記実利用範囲の上限値は、前記定格利用範囲の上限値よりも小さく、前記実利用範囲の下限値は、前記定格利用範囲の下限値である。
このような構成によれば、電池容量の低下に応じて低い方に移動する実利用範囲の下限値が定格利用範囲の下限値よりも低下しないようになる。

この発明によれば、二次電池の電池容量の低下を抑制することができる。

二次電池の制御装置及び二次電池の制御方法の第１の実施形態において、その概略構成を示すブロック図。 同実施形態において電池温度と電池容量との関係を示すグラフ。 同実施形態において電池容量と利用範囲（ＳＯＣ幅）を示す模式図であって、（ａ）は定格電池容量に対応する定格利用範囲を示す図、（ｂ）は定格利用範囲と実電池容量との関係を示す図、（ｃ）は定格利用範囲のＳＯＣ［％］を実電池容量に反映させた図。 同実施形態において制御用ＳＯＣ幅を算出する手順を示すフローチャート。 同実施形態において制御用ＳＯＣ幅を算出する手順を示すフローチャート。 同実施形態において制御用ＳＯＣ幅の設定に応じた容量低下を示すグラフ。 同実施形態において充電機会毎の充電量の頻度分布を示すグラフ。 二次電池の制御装置及び二次電池の制御方法の第２の実施形態において、その概略構成を示すブロック図。 同実施形態において充電機会毎の充電量の頻度分布から得られるΔＳＯＣと、電池容量低下速度との関係を示すグラフ。 同実施形態において二次電池の総放電電気量と容量低下との関係を示すグラフ。 同実施形態において制御用ＳＯＣ幅を算出する手順を示すフローチャート。 同実施形態において制御用ＳＯＣ幅を算出する手順を示すフローチャート。

（第１の実施形態）
図１～図７に従って、二次電池の制御装置及び二次電池の制御方法の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、電池１０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）［％］が、満充電のときの電池１０の電池容量に対する割合として算出される。ＳＯＣ「％」は、電池１０に実際に充電されている電気量の電池容量に対する割合である。ＳＯＣ［％］は、充放電履歴に基づいて算出可能である他、端子間電圧やインピーダンス、起電圧の推定等の周知の方法でも算出することができる。

電池１０は、製造直後には定格電池容量を有するが、使用継続や温度条件によって電池容量が定格電池容量よりも低下する。そこで、以下、電池１０の定格電池容量に対するＳＯＣを定格ＳＯＣと記載するとともに、電池容量の低下した電池１０が現実に有する電池容量を実充電容量とし、この実充電容量に対するＳＯＣを実ＳＯＣと記載する。また、車両等に利用される電池１０の電池寿命は、ＳＯＣ０［％］からＳＯＣ１００［％］までの範囲で使用されるよりも、ＳＯＣ幅として規制された利用範囲で使用される方が長くなる。例えば、ＳＯＣ幅は、ＳＯＣ２０［％］以上ＳＯＣ６０［％］以下の範囲として規定される。そこで、以下、定格電池容量に対するＳＯＣ幅を定格ＳＯＣ幅、実電池容量に対するＳＯＣ幅を実ＳＯＣ幅と記載する。なお、定格ＳＯＣ幅が定格利用範囲を構成し、実ＳＯＣ幅が定格利用範囲を構成する。

電池１０は、ニッケル水素二次電池等のアルカリ二次電池であって、複数の電池モジュールを接続させた電池スタック（組電池）として構成されている。例えば、電池モジュールは６個の電池セル（単電池）から構成される。電池セルは、正極板と負極板とがセパレータを介して複数枚積層された極板群とアルカリ電解液とから構成されている。

図１に示すように、電池１０には、電池１０の温度を測定する電池温度測定部１１と、電池１０の端子間電圧を測定する電圧測定器２１と、電池１０の充放電電流を測定する電流測定器２２とが設けられている。また、電池１０には、電池１０の充放電制御に必要とする制御装置３０が設けられている。

電池温度測定部１１は、電池１０の温度を測定し、測定した電池１０の温度に対応する温度信号を制御装置３０へ出力する。電圧測定器２１は、測定した電池１０の端子間電圧に対応する電圧信号を制御装置３０に出力する。電流測定器２２は、測定した電池１０の充放電電流に対応する電流信号を制御装置３０に出力する。

制御装置３０は、取得した各種情報に基づいて、電池１０の実充電容量や定格ＳＯＣ、実ＳＯＣ等を算出する。制御装置３０は、電池１０の定格電池容量や定格ＳＯＣ、実充電容量や実ＳＯＣを表示させたり、電池負荷の駆動を制御する外部装置に出力したりしてもよい。制御装置３０は、電池温度測定部１１から入力される温度信号から電池１０の温度としての電池温度を取得し、電圧測定器２１から入力される電圧信号から電池１０の端子間電圧を取得し、電流測定器２２から入力される電流信号から電池１０の充放電電流を取得する。

また、制御装置３０は、電池１０のＳＯＣ等の算出処理を行う処理部４０と、電池１０のＳＯＣ等の算出用データ等を保持する記憶部５０とを備える。処理部４０は、コンピュータを含み構成されており、演算装置、揮発性メモリ、不揮発性メモリなどを備える。また処理部４０は、記憶部５０との間でデータの授受が可能である。記憶部５０は、ハードディスクやフラッシュメモリなどの不揮発性の記憶装置であり、各種データを保持する。

図２を参照して、記憶部５０には、電池温度と電池容量との関連を示すデータＬ２１を含んでいる温度－電池容量モデル５１が記憶されている。データＬ２１は、電池温度が所定の温度Ｔｂ以下であれば、電池容量は低下しないことを示す一方、所定の温度Ｔｂを超えると、電池容量が低下することを示している。

また、記憶部５０には、定格電池容量や定格ＳＯＣ幅等の各種処理に用いられる複数のパラメータ５３が記憶されている。
また、記憶部５０には、電池１０の各ＳＯＣの算出に用いられるデータがＳＯＣ算出用データ５４として記憶されている。例えば、ＳＯＣ算出用データ５４は、端子間電圧に基づいてＳＯＣを算出することができるＳＯＣと端子間電圧との関係を示す算出用データを含んでいる。また、ＳＯＣ算出用データ５４は、各種初期値や、適宜更新される算出データが含まれていてもよい。

処理部４０は、電圧電流取得部４１と、電池温度取得部４２と、実電池容量取得部としての電池容量算出部４３とを備える。また、処理部４０は、電池容量の更新の要否を判定する判定部４４と、二次電池の利用範囲であるＳＯＣ幅を算出する利用範囲算出部としてのＳＯＣ幅算出部４５と、電池１０の充電電気量や充電状態を算出する充電状態算出部としてのＳＯＣ算出部４６とを備える。

電圧電流取得部４１は、電圧信号に基づいて電池１０の端子間電圧を取得し、電流信号に基づいて電池１０の充放電電流を取得する。電池温度取得部４２は、温度信号に基づいて電池１０の温度である電池温度を取得する。

電池容量算出部４３は、取得した電池温度を温度－電池容量モデル５１に適用することで、測定時点における電池温度に基づいて、測定時点において電池１０に実際に充電することが可能である電池容量としての実電池容量を算出する。

判定部４４は、制御用電池容量に、定格電池容量を利用するか、実電池容量を利用するかを判定する。判定部４４は、電池温度が所定の温度Ｔｂ以下であれば、制御用電池容量を定格電池容量に対応させ、所定の温度Ｔｂを超えると、制御用電池容量を実電池容量に対応させる。

ＳＯＣ幅算出部４５は、定格ＳＯＣ幅と実電池容量との関係や、実電池容量における実ＳＯＣ幅を算出する。ＳＯＣ幅算出部４５は、定格ＳＯＣ幅や実ＳＯＣ幅を出力することができる。また、ＳＯＣ幅算出部４５は、定格ＳＯＣ幅で定まる電気量［Ａｈ］の範囲を実電池容量に割り当てたとき、実電池容量の上限及び下限の各ＳＯＣ［％］から対応ＳＯＣ幅を算出することができる。また、定格ＳＯＣ幅が定める上限及び下限の各ＳＯＣ［％］を、割合のまま実充電容量に適用して実ＳＯＣ幅を算出することができる。これらを、図３を参照して詳述する。

図３（ａ）を参照して、常温を含むように設定された所定の温度Ｔｂ以下では、電池１０には、定格電池容量Ｃ１、例えば６．５［Ａｈ］が確保される。この電池１０には、電池容量、ここでは定格電池容量Ｃ１を基準にしたときの利用範囲として定格ＳＯＣ幅Ｗ１が定められている。利用範囲は、自動車等での利用において、電池性能の劣化の少なく、その範囲での利用が推奨される範囲である。定格電池容量Ｃ１が、定格ＳＯＣの１００［％］に対応するとき、定格ＳＯＣ幅Ｗ１は、例えば幅の中心を４０［％］としたとき前後２０［％］の範囲（４０［％］の範囲）であり、下限値が定格ＳＯＣの２０［％］、上限値が定格ＳＯＣの６０［％］と定められる。このとき、電気量で示すと、定格ＳＯＣ幅Ｗ１は２．６［Ａｈ］、下限値は１．３［Ａｈ］、上限値は３．９［Ａｈ］となる。

図３（ｂ）を参照して、電池１０は、電池温度が所定の温度Ｔｂを超えて高温となると、温度－電池容量モデル５１のデータＬ２１に従って電池容量が低下する。ここでは、定格電池容量に対する高温低下量Ｃ２が２．０［Ａｈ］であるとすると、実電池容量Ｃ３が４．５［Ａｈ］になる。この実電池容量に対して、定格ＳＯＣ幅Ｗ１の電気量を適用したとすると、実ＳＯＣ幅Ｗ２は５８［％］になり、下限値が実ＳＯＣの２９［％］、上限値が実ＳＯＣの８７［％］に対応する。

上述のように、本実施形態では、電池容量に対して、ＳＯＣ幅４０［％］程度、下限値２０［％］程度、上限値６０［％］程度が利用の推奨される範囲である利用範囲である。しかしながら、電池容量が低下している電池１０にとって実ＳＯＣ幅Ｗ２は、利用範囲に対してＳＯＣ幅が大きく、かつ、上限値が高いため、電池容量の低下を早めるおそれがある。

図３（ｃ）を参照して、図３（ｂ）に示す、上述の高温低下量Ｃ２が２．０［Ａｈ］であって実電池容量Ｃ３が４．５［Ａｈ］である電池１０について、実電池容量Ｃ３の４．５［Ａｈ］を基準に適切な利用範囲、すなわち定格ＳＯＣ幅に規定される割合を適用する。つまり、実電池容量Ｃ３に利用範囲として、例えば、利用範囲の幅の中心を４０［％］としたとき前後２０［％］の範囲をＳＯＣの４０［％］を実ＳＯＣ幅Ｗ３とする。このとき、実ＳＯＣ幅Ｗ３は４０［％］の幅を有し、下限値が実ＳＯＣの２０［％］、上限値が実ＳＯＣの６０［％］と定められる。これを、電気量で示すと、実ＳＯＣ幅Ｗ３は１．８［Ａｈ］、下限値は０．９［Ａｈ］、上限値は２．７［Ａｈ］となる。

上述のように、本実施形態では、電池容量に対して、ＳＯＣ幅４０［％］程度、下限値２０［％］程度、上限値６０［％］程度が利用の推奨される範囲である利用範囲である。これに対して、電池容量が低下している電池１０の実電池容量Ｃ３は、実ＳＯＣ幅Ｗ３が、利用が推奨される利用範囲である、ＳＯＣ幅４０％程度、下限値２０％程度、上限値６０％程度となるため、電池容量の低下が抑えられるようになる。

なお、利用範囲として規定された、定格ＳＯＣ幅Ｗ１は下限値１．３［Ａｈ］で上限値３．９［Ａｈ］であるが、実ＳＯＣ幅Ｗ３は下限値０．９［Ａｈ］で上限値２．７［Ａｈ］であって、定格ＳＯＣ幅Ｗ１に対して１．３［Ａｈ］未満の範囲を有する。この定格ＳＯＣ幅Ｗ１の下限値１．３「Ａｈ」未満の範囲は、電池１０の利用範囲に適さない範囲とされているから、実ＳＯＣ幅Ｗ３にも含まれないことが好ましい範囲である。よって、ＳＯＣ幅算出部４５は、実ＳＯＣ幅Ｗ３の下限値を１．３［Ａｈ］に制限してもよい。

図１に示すように、ＳＯＣ算出部４６は、測定された電池１０の端子間電圧とＳＯＣ算出用データ５４とに基づいて充電量又はＳＯＣ［％］を得るとともに、得られた充電量に基づいて電池１０の定格ＳＯＣ［％］の算出や実ＳＯＣ［％］の算出を行う（充電状態算出ステップ）。

＜制御装置３０の動作＞
図４及び図５に従って、電池１０の制御装置３０の動作について説明する。
図１に示す、制御装置３０の処理部４０は、電池１０の充放電が開始されると、制御用ＳＯＣ幅の設定処理を行う。制御用ＳＯＣ幅の設定処理では、処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅の設定に必要な値、例えば、定格電池容量や実電池容量、定格ＳＯＣ幅、定格ＳＯＣ、実ＳＯＣ幅、実ＳＯＣを算出する（充電状態算出ステップ）。

図４に示すように、処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅算出処理（図４のステップＳ１０）と、制御用ＳＯＣ幅調整（図４のステップＳ１１）と、ＳＯＣ調整処理の終了判定（図４のステップＳ１２）とを必要に応じて順次実行する。

まず、処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅算出処理（図４のステップＳ１０）を実行する。
図５に示すように、制御用ＳＯＣ幅算出処理（図４のステップＳ１０）では、処理部４０の電池温度取得部４２は、電池温度を測定する電池温度測定（電池温度取得ステップ：図５のステップＳ２０）を行う。また、電池容量算出部４３は、測定された電池温度を温度－電池容量モデル５１に適用して電池１０の実電池容量算出（実電池容量取得ステップ：図５のステップＳ２１）を行う。処理部４０は、電池温度が所定の温度Ｔｂより大きいか否かを判定する電池温度判定（図５のステップＳ２２）を行う。そして、電池温度が所定の温度Ｔｂより大きいと判定された場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）、処理部４０は、実電池容量を基準とする実ＳＯＣ幅に基づいて制御用ＳＯＣ幅を設定する（利用範囲算出ステップを構成する：図５のステップＳ２３）。一方、電池温度が所定の温度Ｔｂ以下であると判定された場合（ステップＳ２２でＮＯ）、処理部４０は、定格電池容量を基準とする定格ＳＯＣ幅に基づいて制御用ＳＯＣ幅を設定する（利用範囲算出ステップを構成する：図５のステップＳ２４）。

これにより、定格ＳＯＣ幅又は実ＳＯＣ幅が制御用ＳＯＣ幅に設定されることで、制御用ＳＯＣ幅算出処理（図４のステップＳ１０）が完了する。
続いて、制御用ＳＯＣ幅調整（ステップＳ１１）では、処理部４０は、電池１０に算出される定格ＳＯＣを制御用ＳＯＣ幅に対応する電池容量である制御用電池容量（定格電池容量又は実電池容量）でスケーリングして制御用ＳＯＣを算出する。これにより、制御用ＳＯＣ幅に対して、制御用ＳＯＣを適用して電池１０の充放電を制御することを可能にする。

制御用ＳＯＣ幅の設定処理の終了判定（ステップＳ１２）では、自動車の電源オフ等の制御用ＳＯＣ幅の設定処理を終了させる終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件が成立したと判定されなかった場合（ステップＳ１２でＮＯ）、処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅の設定処理を継続するため、制御用ＳＯＣ幅算出処理（ステップＳ１０）に実行処理を戻す。一方、制御用ＳＯＣ幅の設定処理の終了条件が成立したと判定した場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅の設定処理を終了する。

制御装置３０は、算出した制御用ＳＯＣ、制御用ＳＯＣ幅を出力することにより、電池に接続されている充電装置や負荷装置等の充放電制御部による電池の充放電を管理する。つまり、充放電制御部は、制御装置３０によって算出された制御用ＳＯＣ、制御用ＳＯＣ幅に基づいて電池の充放電を行うことで電池１０に適切な充放電を行うことになる。

＜効果＞
図６及び図７に従って、本実施形態の効果について説明する。なお、図６において総放電電気量［Ａｈ］での説明を行うが、これは総充電電気量［Ａｈ］としても同様である。また、総放電電気量は、電池１０の使用開始からの放電電気量だけを累積した値である。

図６に示すように、電池１０は、総放電電気量［Ａｈ］が増加するに応じて電池容量が低下する。このとき、総放電電気量［Ａｈ］は、大まかに、車両の走行距離に対応する。このとき、グラフＬ６２は、制御用ＳＯＣ幅を定格ＳＯＣ幅に固定したまま放電を行ったときの電池容量の低下態様を示す。これに対して、グラフＬ６１は、制御用ＳＯＣ幅を電池温度に応じて定格ＳＯＣ幅や実ＳＯＣ幅に選択設定して放電を行ったときの電池容量の低下態様を示す。総放電電気量［Ａｈ］が増加したとき、グラフＬ６２よりもグラフＬ６１の方が電池容量の低下が少ない。つまり、制御用ＳＯＣ幅を電池温度に応じて定格ＳＯＣ幅や実ＳＯＣ幅を選択設定することで、電池１０の総放電電気量に対応する電池容量の低下が抑制されるようになるので、電池容量の維持が図られるようになる。

図７の各グラフＬ７１，Ｌ７２は、充放電が繰り返される電池１０において、１回の充電機会で電池１０を充電した電気量（充電量）の１トリップ等の所定の期間の集合について各充電量の出現する頻度分布を示している。一般に、充電量が大きければ、充放電回数が少なくて済むため、利便性が高いものの、充電量は電池容量に適した大きさである必要がある。つまり、大きい充電量には、対応する大きな電池容量（ＳＯＣ幅）が必要となる。しかし、対応する大きな電池容量のない電池１０に対して大きい充電量を充電すると、充電量がＳＯＣ幅を超えるため電池容量の低下を早めるおそれがある。

ここで、グラフＬ７２は、制御用ＳＯＣ幅を定格ＳＯＣ幅に固定したまま充放電制御を行ったときの充電量の頻度分布を示すが、充電量が大きい値となる頻度が高い。つまり、製造直後の電池１０も、長期間使用された後の電池１０も、同様の充電量で充電されることになるため、電池容量が低下した電池１０にあっては、その電池容量の低下が進行しやすい。

これに対して、グラフＬ７１は、制御用ＳＯＣ幅を電池温度に応じて定格ＳＯＣ幅や実ＳＯＣ幅に選択変更して充放電制御を行ったときの充電量の頻度分布を示すが、グラフＬ７２に比べて、充電量が小さい値となる頻度が高い。つまり、電池１０の電池容量に対応した制御用ＳＯＣ幅に規定される範囲に規制された充電量で充電されることになるため、電池温度の上昇によって電池容量が低下した電池１０にあっても、その電池容量の低下が抑制される。

本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）電池１０は、劣化を抑えるために定格電池容量に基づいて定められた定格ＳＯＣ幅で利用されるが、利用環境や温度によって実際に利用可能な実ＳＯＣ幅が狭まるため、定格ＳＯＣ幅での利用をしていても劣化が早まるおそれがある。この点、電池温度に応じて変化する電池容量に対応した利用範囲が実ＳＯＣ幅として算出されて、電池１０の充放電を実ＳＯＣ幅に対して制御することが可能になる。これにより、電池１０の電池容量の低下を抑制することができる。

（２）制御に使用する制御用ＳＯＣ幅を、定格ＳＯＣ幅とするか、実ＳＯＣ幅とするかが電池容量を変化させる電池温度によって適切に選択される。
（３）定格電池容量に対する定格ＳＯＣ及び実電池容量に対する実ＳＯＣが得られることにより、取得された実ＳＯＣに基づいて電池１０の充放電を制御可能となる。

（４）実ＳＯＣ幅の中で電池１０の充放電が行われるようになることで電池１０の劣化が抑制される。
（５）実ＳＯＣ幅の下限値を定格ＳＯＣ幅の下限値とすることで、電池容量の低下に応じて低い方に移動する実ＳＯＣ幅の下限値が定格ＳＯＣ幅の下限値よりも低下しないようになる。

（第２の実施形態）
図８～図１２に従って、二次電池の制御装置及び二次電池の制御方法の第２の実施形態について説明する。この実施形態では、１回の充電機会（以下、１充電機会と記す）における充電量の頻度分布に応じて制御用ＳＯＣ幅を設定する点が、第１の実施形態で電池温度に基づいて制御用ＳＯＣ幅を設定する場合と相違する。以下では、第１の実施形態と相違する点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を割愛する。

図８に示すように、電池１０には、電池温度測定部１１と、電圧測定器２１と、電流測定器２２と、制御装置３０とが設けられている。制御装置３０は、処理部４０と、記憶部５０と備えている。

記憶部５０には、温度－電池容量モデル５１と、容量低下速度データ５２と、パラメータ５３と、ＳＯＣ算出用データ５４とが記憶されている。
容量低下速度データ５２は、ΔＳＯＣと容量低下速度との関係を示すデータである。

ΔＳＯＣは、１充電機会毎の充電量の集合における充電量の頻度分布に基づいて得られる代表的な充電量、又は、最多頻度の充電量である。ΔＳＯＣは、充電量の頻度分布である第１の実施形態の図７の各グラフＬ７１，Ｌ７２のデータ等に基づいて特定される。ここで、１充電機会の充電量は、現在の電池状態に基づく電池容量である実電池容量に対する実ＳＯＣとして算出される。

容量低下速度は、ΔＳＯＣに対して電池１０の電池容量が低下する度合いである。電池１０に所定の充電量を充電したとき、電池容量の低下が小さければ容量低下速度は遅く、電池容量の低下が大きければ容量低下速度は速い。

本実施形態では、ＳＯＣ幅算出部４５は、１充電機会毎の充電量から、実電池容量における実ＳＯＣを算出するとともに、算出した実ＳＯＣの集合を得て、得られた集合の実ＳＯＣの頻度分布からΔＳＯＣを算出する。

図９の容量低下速度データ５２のグラフＬ１０１を参照して、ΔＳＯＣは、左側が小さく、右側が大きい値を示し、容量低下速度は、下側が遅く、上側が速い値を示している。そして、グラフＬ１０１に示すように、容量低下速度とΔＳＯＣとは、ΔＳＯＣが小さければ容量低下速度が遅い関係を有し、逆に、ΔＳＯＣが大きければ容量低下速度が速い関係を有している。よって、１充電機会毎の充電量が一定であったとしても、電池１０の実電池容量が低下するに応じて、実電池容量に占める充電量の割合が増加するため実ＳＯＣが大きくなり、実ＳＯＣの頻度分布に基づいて算出されるΔＳＯＣも大きくなる。

本実施形態では、容量低下速度データ５２から算出される容量低下速度に基づいて、制御用ＳＯＣ幅を変更する。具体的には、容量低下速度が閾値Ｔｃよりも高くなることに応じて制御用ＳＯＣ幅を変更する。

図１０に示すように、一般に、電池１０の電池容量は、総放電電気量［Ａｈ］が増加するに従って低下する。このとき、総放電電気量［Ａｈ］は、大まかに、車両の走行距離に対応する。製造直後の電池１０は、総放電電気量［Ａｈ］が「０」であるので定格電池容量を有しており電池容量が最も高く定格ＳＯＣ幅も広い。そのため、定格ＳＯＣ幅に基づく充放電を継続すると、実電池容量が低下することで定格ＳＯＣ幅の実電池容量に対する割合の増大にともなって定格ＳＯＣ幅の上限ＳＯＣが上昇する。それにともなって、グラフＬ１１１に示すように容量低下速度が速まるため、目標寿命において実電池容量が維持容量Ｔｄを下回ることになる。

そこで、本実施形態では、実電池容量が目標寿命で維持容量Ｔｄに維持されるように、所定の条件の下、制御用ＳＯＣ幅を、容量低下がグラフＬ１１１である定格ＳＯＣ幅から、容量低下がグラフＬ１１２である維持用ＳＯＣ幅に変更する。なお、維持用ＳＯＣ幅は、目標寿命で電池容量を維持容量Ｔｄに維持することができる容量低下速度を有するＳＯＣ幅である。

なお、グラフＬ１１３は、ＳＯＣ幅の有する容量低下が、目標寿命のときに電池容量を維持容量Ｔｄに維持できる例を示している。例えば、当初から、グラフＬ１１３に対応するＳＯＣ幅を制御用ＳＯＣ幅に設定することも考えられる。しかし、電池容量の低下は、電池１０の利用環境に応じて大きく変わるため、当初から適切なＳＯＣ幅を制御用ＳＯＣ幅に設定することは容易ではない。この点、本実施形態では、容量低下速度に応じて、制御用ＳＯＣ幅を定格ＳＯＣ幅から維持用ＳＯＣ幅に変更するので電池１０の利用環境に応じたＳＯＣ幅が適切に設定されるようになる。

パラメータ５３には、制御用ＳＯＣ幅に設定される、定格ＳＯＣ幅や維持用ＳＯＣ幅が設定されている。なお、維持用ＳＯＣ幅は、容量低下速度が閾値Ｔｃになったとき、電池容量を維持容量Ｔｄに維持することができるＳＯＣ幅が選択されればよく、算出されたり、複数のなかから選択されたりするものであってもよい。

＜電池１０の制御装置３０の動作＞
図１１及び図１２に従って、電池１０の制御装置３０の動作である制御用ＳＯＣ幅の設定処理について説明する。

図８に示す、制御装置３０の処理部４０は、電池１０の充放電が開始されると、制御用ＳＯＣ幅の設定処理を行う。制御用ＳＯＣ幅の設定処理では、処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅の設定に必要な値、例えば、定格電池容量や実電池容量、定格ＳＯＣ幅、定格ＳＯＣ、実ＳＯＣ幅、実ＳＯＣを適宜算出する。

図１１に示すように、制御用ＳＯＣ幅の設定処理が開始されると、処理部４０は、充電電流値を測定する電流値測定（ステップＳ３０）と、充電時間を積算することで総充電電気量［Ａｈ］を算出する積算時間算出（ステップＳ３１）とを順次実行する。また、処理部４０は、充電量頻度算出処理（ステップＳ３２）と、容量低下速度算出（ステップＳ３３）と、容量低下速度の判定（ステップＳ３４）とを順次実行する。また、処理部４０は、容量低下速度の判定（ステップＳ３４）の結果に応じて、制御用ＳＯＣ幅設定（ステップＳ３５）を実行する。

このうち、図１２に示すように、充電量頻度算出処理（ステップＳ３２）では、処理部４０は、電池温度取得部４２で電池温度を測定する電池温度測定（図１２のステップＳ４０）と、電池容量算出部４３で実電池容量を算出する実電池容量算出（図１２のステップＳ４１）とを順次実行する。また、処理部４０は、ＳＯＣ幅算出部４５で、１充電機会毎の充電量の算出（図１２のステップＳ４２）と、実充電状態の算出（図１２のステップＳ４３）とを実行する。そして、処理部４０は、ＳＯＣ幅算出部４５で１充電機会毎の充電量から、実電池容量に基づく実ＳＯＣを算出して集合させた実ＳＯＣの頻度分布からΔＳＯＣを算出する充電量頻度算出（図１２のステップＳ４４）を実行する。これで、充電量頻度算出処理（ステップＳ３２）が完了する。

続いて、図１１に示すように、処理部４０は、充電量頻度算出処理（ステップＳ３２）で算出したΔＳＯＣを図９のグラフＬ１０１に適用して容量低下速度を算出する容量低下速度算出（図１１のステップＳ３３）を実行する。そして、処理部４０は、容量低下速度が所定の閾値Ｔｃよりも大きいか否かを判定する（図１１のステップＳ３４）。

容量低下速度が所定の閾値Ｔｃ以下であると判定された場合（図１１のステップＳ３４でＮＯ）、処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅の変更を行う必要が無いので、制御用ＳＯＣ幅の設定処理を一旦終了する。なお、この場合、制御用ＳＯＣ幅の設定処理は、所定の間隔を開けて、繰り返し実行される。

一方、容量低下速度が所定の閾値Ｔｃよりも大きいと判定された場合（図１１のステップＳ３４でＹＥＳ）、処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅の変更を行う制御用ＳＯＣ幅設定（ステップＳ３５）を実行する。処理部４０は、制御用ＳＯＣ幅を定格ＳＯＣ幅から維持用ＳＯＣ幅に変更する。そして、設定処理を一旦終了する。通常、電池１０は、総充電電気量の増加とともに充電容量が低下することから、制御用ＳＯＣ幅を定格ＳＯＣ幅から維持用ＳＯＣ幅に変更した場合、その後、制御用ＳＯＣ幅の設定処理を行わなくてよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記第１の実施形態にて記載した（１）～（４）の効果に加えて、以下に記載する効果が得られる。
（５）充電機会毎に得られる電池１０の実ＳＯＣの頻度分布に基づいて、制御用ＳＯＣ幅が、定格ＳＯＣ幅よりも狭く調整される。よって、定格利用範囲を狭くすることで定格充電状態の変動範囲を容量低下速度が抑えられる範囲とすることで、電池１０の容量の低下が抑制されるようになる。

上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の各変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記第２の実施形態では、制御用ＳＯＣ幅を定格ＳＯＣ幅から維持用ＳＯＣ幅に変更した場合、その後、制御用ＳＯＣ幅の設定処理を行わなくてよい場合について例示した。しかしこれに限らず、さらに制御用ＳＯＣ幅を変更することができるのであれば、制御用ＳＯＣ幅を変更した後、制御用ＳＯＣ幅の設定処理を行ってもよい。このとき、例えば、維持用ＳＯＣ幅よりも狭いＳＯＣ幅に設定することなどが考えられる。

・上記各実施形態では、制御装置３０は、算出した制御用ＳＯＣ、制御用ＳＯＣ幅を充電装置や負荷装置等の充放電制御部に出力することで電池１０に適切な充放電を行うことができるようにする場合について例示した。しかしこれに限らず、制御装置が、電池に接続されている負荷装置や充放電装置による電池の充放電を管理してもよい。これによっても、制御装置で算出した制御用ＳＯＣ、制御用ＳＯＣ幅に基づいて電池に適切な充放電を行うことができる。

・上記第１の実施形態では、制御装置３０の出力が充放電制御部で利用される場合について例示したが、これに限らず、制御装置に充放電制御部が含まれていてもよい。
・上記各実施形態では、電池１０が電池モジュールである場合について例示したが、これに限らず電池は、電池スタックや電池ブロック、電池セルであってもよい。この場合、利用範囲等の算出が電池スタックや電池ブロック、電池セルに対して行われればよい。

・上記各実施形態では、電池１０が車両に搭載される場合について例示した。この車両としては、電気自動車やハイブリッド自動車の他、バッテリを搭載するガソリン自動車やディーゼル自動車なども含まれる。また、電池は、利用範囲が設定されるのであれば、自動車以外の移動体や、固定設置される電源として用いられてもよい。

１０…電池、１１…電池温度測定部、２１…電圧測定器、２２…電流測定器、３０…制御装置、４０…処理部、４１…電圧電流取得部、４２…電池温度取得部、４３…電池容量算出部、４４…判定部、４５…ＳＯＣ幅算出部、４６…ＳＯＣ算出部、５０…記憶部、５２…容量低下速度データ、５３…パラメータ、５４…ＳＯＣ算出用データ。

Claims (5)

1. アルカリ二次電池の電池温度を取得する電池温度取得部と、
   取得された前記電池温度を、予め定められた前記電池温度と前記電池温度における前記アルカリ二次電池の充電可能な電池容量である実電池容量との関係に適用することで、前記電池温度に対応する前記実電池容量を取得する実電池容量取得部と、
   前記アルカリ二次電池の定格電池容量に対して定められた定格利用範囲を、前記実電池容量に対応させるように実利用範囲を算出する利用範囲算出部と
   前記定格電池容量に対する定格充電状態の値を算出するとともに、前記算出した定格充電状態の値から前記実電池容量に対する実充電状態の値を算出する充電状態算出部を備え、
   前記充電状態算出部により算出された前記実充電状態を記憶し、前記実充電状態に基づいて充電機会毎の充電量を取得し、それら取得した充電量の頻度分布を、前記頻度分布と容量低下速度との関係に適用して前記容量低下速度を取得し、取得した前記容量低下速度が切り替え閾値よりも大きくなったとき、出力する利用範囲を前記定格利用範囲より狭くする
   二次電池の制御装置。
2. 前記利用範囲算出部は、前記電池温度が所定の温度よりも高いとき、前記利用範囲算出部で算出した前記実利用範囲を出力し、前記電池温度が所定の温度以下であるとき、前記定格利用範囲を出力する
   請求項１に記載の二次電池の制御装置。
3. 前記アルカリ二次電池の充放電が、前記実利用範囲の中で行われるように制御する充放電制御部をさらに備える
   請求項１に記載の二次電池の制御装置。
4. 前記実利用範囲の上限値は、前記定格利用範囲の上限値よりも小さく、
   前記実利用範囲の下限値は、前記定格利用範囲の下限値である
   請求項１～３のいずれか一項に記載の二次電池の制御装置。
5. アルカリ二次電池の電池温度を取得する電池温度取得ステップと、
   取得された前記電池温度を、予め定められた前記電池温度と前記電池温度における前記アルカリ二次電池の充電可能な電池容量である実電池容量との関係に適用することで、前記電池温度に対応する前記実電池容量を取得する実電池容量取得ステップと、
   前記アルカリ二次電池の定格電池容量に対して定められた定格利用範囲を、前記実電池容量に対応させるように実利用範囲を算出する利用範囲算出ステップと
   前記定格電池容量に対する定格充電状態の値を算出するとともに、前記算出した定格充電状態の値から前記実電池容量に対する実充電状態の値を算出する充電状態算出ステップを備え、
   前記充電状態算出ステップにより算出された前記実充電状態を記憶し、前記実充電状態に基づいて充電機会毎の充電量を取得し、前記充電機会毎に取得した充電量の頻度分布を、前記頻度分布と容量低下速度との関係に適用して前記容量低下速度を取得し、取得した前記容量低下速度が切り替え閾値よりも大きくなったとき、出力する利用範囲を前記定格利用範囲より狭くする
   二次電池の制御方法。

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