JP7171462B2 - 制御装置、バッテリモジュール、および電動車両 - Google Patents

制御装置、バッテリモジュール、および電動車両 Download PDF

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Description

本発明は、制御装置、バッテリモジュール、および電動車両に関する。
従来、組電池を構成するリチウムイオン二次電池間に面圧分布センサを設置し、この面圧分布センサの計測値に基づいて、リチウムの析出の有無や、リチウムイオン二次電池の劣化状態を検知するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３－０２０８２６号公報
リチウムイオン二次電池の状態は、電極の厚さの個体差等の電極の構造に起因する電流密度分布により、ＳＯＣ（State Of Charge）、ＳＯＨ（States Of Health）が面内分布を持つことが知られている。一方で、従来のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）－ＳＯＣ特性に基づくＳＯＣの推定方法は、ＳＯＣ分布を持つ電極の全体を平均化してとらえるものであるため、電極の局所的なＳＯＣ、ＳＯＨの管理を行うことができなかった。
本発明の態様は、このような事情を考慮してなされたものであり、電極の局所的な状態を判定し、判定した状態に適した充放電制御を行うことができる制御装置、バッテリモジュール、および電動車両を提供することを目的の一つとする。
この発明に係る制御装置、バッテリモジュール、および電動車両は、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る制御装置は、二次電池の筐体の所定の面における複数の位置で、前記二次電池の筐体に接触して配置された圧力分布センサによって計測された荷重又は歪みの計測値を取得する取得部と、前記圧力分布センサの検出素子ごとに、前記荷重又は前記歪みの充電率に対する変化量を算出する算出部と、前記圧力分布センサの検出素子ごとに、前記変化量に基づいて、前記充電率に対する前記二次電池の劣化状態のステージを判定し、前記ステージが切り替わる切り替え点の前記充電率を判定する判定部と、前記圧力分布センサの検出素子ごとの前記切り替え点の前記充電率に基づいて、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備える制御装置である。
（２）：上記（１）の態様において、前記算出部は、前記圧力分布センサの複数の検出素子を含む集合ごとに、前記荷重又は前記歪みを積算して、前記荷重又は前記歪みの前記充電率に対する変化量を算出するものである。
（３）：上記（１）又は（２）の態様において、前記変化量は、前記荷重又は前記歪みの電気量ごとの差分、または前記荷重又は前記歪みの充電率ごとの差分であるものである。
（４）：上記（１）から（３）の態様において、前記制御部は、前記二次電池の充放電における、電流、電圧、および電力の少なくとも１つを制御するものである。
（５）：上記（１）の態様において、前記判定部は、前記荷重又は前記歪みの変化の増加傾向の違いに基づいて、前記二次電池の状態を判定するものである。
（６）：上記（１）から（５）の態様において、前記二次電池は、リチウムイオン電池であるものである。
（７）：上記（１）から（６）の態様において、前記取得部は、前記二次電池が組電池である場合、前記組電池に含まれる複数のセルのうち、温度が最も高いセルにおける前記荷重又は前記歪みの計測値を取得するものである。
（８）：この発明の一態様に係るバッテリモジュールは、二次電池と、前記二次電池の筐体に接触して配置された圧力分布センサと、前記二次電池の充放電を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、二次電池の筐体の所定の面における複数の位置で、荷重又は歪みの計測値を取得する取得部と、前記圧力分布センサの検出素子ごとに、前記荷重又は前記歪みの充電率に対する変化量を算出する算出部と、前記圧力分布センサの検出素子ごとに、前記変化量に基づいて、前記充電率に対する前記二次電池の劣化状態のステージを判定し、前記ステージが切り替わる切り替え点の前記充電率を判定する判定部と、前記圧力分布センサの検出素子ごとの前記切り替え点の前記充電率に基づいて、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備えるものである。
（９）：この発明の一態様に係る電動車両は、上記（８）のバッテリモジュールを備えるものである。
（１）～（９）によれば、電極の局所的な状態を判定し、判定した状態に適した充放電制御を行うことができる。また、上記の充放電制御により、判定した状態に基づく電流、電圧、および電力の制御を行うことで、二次電池の局所的な劣化状態に応じた制御を行うことができる。また、捲回体または積層体の電極面内の分布（最大／最小ＳＯＣ、最大／最小負極劣化率）に基づいた電池制御が可能となる。
第１実施形態の充放電制御システムＳの構成の一例を示す図である。 第１実施形態の面圧分布センサ３の構成の一例を示す図である。 第１実施形態の負極材として用いられたグラファイトの層間距離と、ＳＯＣとの関係を示すグラフである。 第１実施形態の負極における歪みεおよびＳＯＣの関係を示すグラフと、歪みの電気量差分ｄε／ｄＱおよびＳＯＣの関係を示すグラフとを示す図である。 第１実施形態の負極における荷重ＦおよびＳＯＣの関係を示すグラフと、荷重Ｆの電気量差分ｄＦ／ｄＱおよびＳＯＣの関係を示すグラフとを示す図である。 第１実施形態の基準状態の非水二次電池および電池容量劣化状態の非水二次電池の歪みεの変化量を比較したグラフである。 第１実施形態の基準状態の非水二次電池および電池容量劣化状態の非水二次電池の荷重Ｆの変化量を比較したグラフである。 第１実施形態の基準状態の非水二次電池およびステージずれ状態の非水二次電池の歪みεの変化量を比較したグラフである。 第１実施形態の基準状態の非水二次電池およびステージずれ状態の非水二次電池の荷重Ｆの変化量を比較したグラフである。 第１実施形態のＥＣＵ１による処理の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態の放電許可電力の設定値を説明する図である。 第２実施形態のＥＣＵ１による処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態のクラスタごとに算出されたＳＯＣと荷重Ｆの変化量との関係を示す図である。
以下、図面を参照し、本発明の制御装置、バッテリモジュール、および電動車両の実施形態について説明する。本発明の制御装置は、例えば、電気自動車に搭載され、電気自動車の非水二次電池を制御する。これに限られず、本発明の制御装置は、非水二次電池を動力源とする様々な装置に搭載されてよい。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の充放電制御システムＳの構成の一例を示す図である。充放電制御システムＳは、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１（制御装置）と、非水二次電池２（二次電池の一例）と、面圧分布センサ３（圧力分布センサの一例）と、筐体バインドバー４と、電流センサ５と、電圧センサ６と、出力部７とを備える。
非水二次電池２は、例えば、正極と負極とを有するリチウムイオン電池である。非水二次電池２は、角型、ラミネート型、丸形等の電池である。非水二次電池２の正極および負極の各々は、電線を介してＥＣＵ１と接続されている。
面圧分布センサ３は、非水二次電池２の筐体の一面に接触して配置される。面圧分布センサ３は、非水二次電池２との接触面における面圧分布を計測する。図２は、第１実施形態の面圧分布センサ３の構成の一例を示す図である。図２に示すように、面圧分布センサ３は、複数の圧力センサ素子３０（以下、「ピクセル」とも言う）（検出素子の一例）を含む。複数の圧力センサ素子３０の各々は、各々の素子に作用する圧力、すなわち面積当りの荷重を検出する。面圧分布センサ３は、これらの圧力センサ素子３０の検知面が非水二次電池２の筐体の一面に接触するように配置される。面圧分布センサ３は、複数の圧力センサ素子３０の各々により計測された計測値を、入出力部３２を介して、ＥＣＵ１に出力する。例えば、面圧分布センサ３は、角型リチウムイオン電池の捲回体または積層体の積層方法に電池ケースに配置される。
筐体バインドバー４は、非水二次電池２の被検知面と、面圧分布センサ３の圧力センサ素子３０の検知面とが接触状態を維持するように固定する。筐体バインドバー４は、例えば、対向して配置されている第１基材４ａと第２基材４ｂとを備える。第１基材４ａと第２基材４ｂとは、連結部材４ｃ，４ｄにより連結されている。筐体バインドバー４は、第１基材４ａと第２基材４ｂとの間に、非水二次電池２と面圧分布センサ３とを挟持した状態で連結部材４ｃ，４ｄにより固定されている。
電流センサ５は、非水二次電池２と駆動部側とを接続する電力線に接続されている。電流センサ５は、非水二次電池２により放電される電力の電流値や、非水二次電池２に充電される電力の電流値を検出し、ＥＣＵ１に出力する。
電圧センサ６は、非水二次電池２とＥＣＵ１とを接続する電線に接続されている。電圧センサ６は、非水二次電池２の正極および負極の各々と接続される電線における電圧を検出し、ＥＣＵ１に出力する。
ＥＣＵ１は、非水二次電池２の状態を判定し、判定した状態に基づいて、非水二次電池２の充放電制御を行う。ＥＣＵ１の構成の詳細については、後述する。
［ＥＣＵ１の構成］
ＥＣＵ１は、例えば、制御部１０と、記憶部１２とを備える。制御部１０は、例えば、取得部２０と、充電電気量算出部２１と、ＳＯＣ算出部２２と、変化量算出部２３（算出部）と、状態判定部２４（判定部）と、充放電制御部２５（制御部）と、報知部２６とを備える。制御部１０の構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のコンピュータプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、制御部１０の構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め記憶部１２に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭ等の着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶部１２にインストールされてもよい。
取得部２０は、面圧分布センサ３の複数の圧力センサ素子３０の各々により計測された圧力値と、電流センサ５により計測された電流値、電圧センサ６により計測された電圧値等を取得する。取得部２０は、面圧分布センサ３から取得した圧力値を時刻情報と関連付けして、面圧分布情報１２Ａとして、記憶部１２に記憶させる。また、取得部２０は、取得した電流値および電圧値を時刻情報と関連付けして、電流電圧情報１２Ｂとして、記憶部１２に記憶させる。
充電電気量算出部２１は、取得部２０により取得された電流値および電圧値に基づいて、非水二次電池２に充電された充電電力量を算出する。充電電気量算出部２１は、算出した充電電力量を充電時の時刻情報と関連付けして、充電電気量情報１２Ｃとして、記憶部１２に記憶させる。尚、充電電気量算出部２１は、取得部２０により取得された電流値および電圧値に基づいて、非水二次電池２から放電された放電電力量を算出してもよい。
ＳＯＣ算出部２２は、例えば、電流積算、ＲＬＳ法等に基づいて非水二次電池２のＳＯＣ（充電率）を算出する。例えば、ＳＯＣ算出部２２は、非水二次電池２の容量と、初期ＳＯＣと、非水二次電池２に充放電される電力の電流値とに基づいて、非水二次電池のＳＯＣを算出する。非水二次電池２の容量は、非水二次電池２のある充電状態から放電を開始し、放電終止電圧に達するまでに非水二次電池２が放出する電気量（電流×時間）［Ａｈ］である。初期ＳＯＣは、非水二次電池２の初期状態におけるＳＯＣである。非水二次電池２に充放電される電力の電流値は、電流センサ５によって検出された検出値である。
変化量算出部２３は、非水二次電池２の状態の判定に利用可能な特性情報を算出する。一般的に、非水二次電池２の正極および負極は、充電により膨張することが知られている。また、例えば、負極に用いられるグラファイトの膨張率は、正極よりも大きい。このため、充電による非水二次電池２の膨張は負極に起因するものであると考えられる。
図３は、負極材として用いられたグラファイトの層間距離と、ＳＯＣとの関係を示すグラフである。図３に示すように、ＳＯＣが増大するにつれて、すなわち、グラファイトの構造内にＬｉが導入されるにつれて、グラファイトの層間距離は増大する。ここで、グラファイトの層間距離は、ＳＯＣ（ＬｉｘＣ６におけるｘに相当）が増大するにつれて、線形に増大するのではなく、ステージ構造に応じた不連続な増加挙動を示す。図３に示す例では、層間距離の増加傾向が異なる、すなわち、ＳＯＣに対する層間距離の傾きが互いに異なる３つのステージ（ステージ１から３）が存在する。このような、充電時における負極の膨張に起因する非水二次電池２の膨張、若しくは、膨張に応じて面圧分布センサ３に印加され検出される荷重の変化を監視することで、負極の状態（ステージ）を推定することができる。
そこで、変化量算出部２３は、非水二次電池２の充電時において、取得部２０により取得された面圧分布センサ３の圧力値を用いて非水二次電池２の負極の膨張（歪み）を算出し、算出した歪みの電気量差分ｄε／ｄＱを算出する。図４は、負極における歪みεおよびＳＯＣの関係を示すグラフと、歪みの電気量差分ｄε／ｄＱおよびＳＯＣの関係を示すグラフとを示す図である。図４に示す例は、図３に示すようなＳＯＣに対する層間距離の増加傾向が３つのステージを含む場合に対応するものである。図４に示すように、ＳＯＣが増大するにつれて、負極における歪みεは３つのステージ構造に応じた不連続な増加挙動を示す。これら３つのステージ構造に応じた不連続な増加挙動を示す歪みεの電気量差分ｄε／ｄＱを算出すると、３つのステージ構造の各々と関連付けられる値を得ることができる。このような電気量差分ｄε／ｄＱを算出することで、歪みの変化量の大きい領域と、小さい領域との判別が可能なり、負極の内部を推定することが可能となる。
また、変化量算出部２３は、非水二次電池２の弾性定数Ｅが一定と仮定すると、応力σ（＝荷重Ｆ／面積Ｓ）は歪みεに比例するため、図４に示すような歪みεおよびＳＯＣの関係を、荷重ＦおよびＳＯＣの関係に置き換えて、荷重Ｆの電気量差分ｄＦ／ｄＱにより負極の状態を推定することが可能となる。図５は、負極における荷重ＦおよびＳＯＣの関係を示すグラフと、荷重Ｆの電気量差分ｄＦ／ｄＱおよびＳＯＣの関係を示すグラフとを示す図である。図５に示すように、ＳＯＣが増大するにつれて、負極における荷重Ｆは３つのステージ構造に応じた不連続な増加挙動を示す。これら３つのステージ構造に応じた不連続な増加挙動を示す荷重Ｆの電気量差分ｄＦ／ｄＱを算出すると、３つのステージ構造の各々と関連付けられる値を得ることができる。このような電気量差分ｄＦ／ｄＱを算出することで、荷重Ｆの変化量の大きい領域と、小さい領域との判別が可能になり、負極の状態を推定することが可能となる。
尚、変化量算出部２３は、歪みεまたは荷重ＦのＳＯＣの差分に対する変化量であるｄε／ｄＳＯＣまたはｄＦ／ｄＳＯＣ等の充電状態を示す指標値を算出してもよい。
状態判定部２４は、変化量算出部２３により算出された歪みεの変化量または荷重Ｆの変化量に基づいて、非水二次電池２の状態を判定する。例えば、状態判定部２４は、非水二次電池２の容量劣化状態、ステージずれ状態等を判定する。
（容量劣化状態の判定）
非水二次電池は、経年劣化等により容量が減少する。状態判定部２４は、このような非水二次電池の容量減少を判定する。図６は、基準状態の非水二次電池および電池容量劣化状態の非水二次電池の歪みεの変化量を比較したグラフである。基準状態とは、非水二次電池の健全性が保たれていること（劣化していないこと）が想定される状態である。基準状態には、例えば、非水二次電池の使用前の初期状態を含む。また、基準状態における歪みまたは荷重の変化量は、複数のピクセルの計測値に基づく歪みまたは荷重の平均値であってもよい。図６においては、基準状態の非水二次電池のグラフと、容量劣化状態の非水二次電池のグラフとの挙動の違いを見易くするために、容量劣化状態の非水二次電池のグラフの縦軸（歪み）をオフセットして表している。図６においては、基準状態の非水二次電池の負極の状態をステージ１から３で示し、容量劣化状態の非水二次電池の負極の状態をステージ１Ａから３Ａで示している。負極の容量が減少した場合、同じＳＯＣに対して、負極の充電深度の変化量が増大する。このため、図６に示すように、基準状態の非水二次電池のステージ２と比較して、容量劣化状態の非水二次電池のステージ２Ａの幅であるＳＯＣstg2A［Ａｈ］が、ステージ１Ａとの切り替え点側とステージ３Ａとの切り替え点側においてそれぞれΔＳＯＣ１、ΔＳＯＣ２またはΔＱ１、ΔＱ２だけ狭くなる。すなわち、ステージ２Ａの幅であるＳＯＣstg2A［Ａｈ］が、ΔＳＯＣ１+ΔＳＯＣ２（またはΔＱ１+ΔＱ２）だけ狭くなる。従来は、単純に歪みまたは荷重を計測するだけでは劣化状態、温度等によりその絶対値が変動するため、上述のステージの推定には使用できなかった。一方、本実施形態の状態判定部２４は、上述の傾向に基づいて、負極の容量減少を検知することができる。
図７は、基準状態の非水二次電池および電池容量劣化状態の非水二次電池の荷重Ｆの変化量を比較したグラフである。図７においては、基準状態の非水二次電池のグラフと、容量劣化状態の非水二次電池のグラフとの挙動の違いを見易くするために、容量劣化状態の非水二次電池のグラフの縦軸（荷重）をオフセットして表している。図７においては、基準状態の非水二次電池のステージをステージ１から３で示し、容量劣化状態の非水二次電池のステージをステージ１Ａから３Ａで示している。負極の容量が劣化した場合、同じＳＯＣに対して、負極の充電深度の変化量が増大する。このため、図７に示すように、基準状態の非水二次電池のステージ２と比較して、容量劣化状態の非水二次電池のステージ２Ａの幅であるＳＯＣstg2A［Ａｈ］が、ステージ１Ａとの切り替え点側とステージ３Ａとの切り替え点側においてそれぞれΔＳＯＣ１、ΔＳＯＣ２またはΔＱ1、ΔＱ２だけ狭くなる。すなわち、ステージ２Ａの幅であるＳＯＣstg2A［Ａｈ］が、ΔＳＯＣ１+ΔＳＯＣ２（またはΔＱ１+ΔＱ２）だけ狭くなる。状態判定部２４は、この傾向に基づいて、負極の容量減少を検知することができる。
状態判定部２４は、例えば、ステージ２の幅の大きさを検知するために、ステージ１（１Ａ）とステージ２（２Ａ）との切り替え点のＳＯＣと、ステージ２（２Ａ）とステージ３（３Ａ）との切り替え点のＳＯＣを判定する。
（ステージずれ状態の判定）
非水二次電池は、Ｎ／Ｐ比のずれ等に起因して、ＳＯＣ－ステージ関係にずれ（以下、「ステージずれ」とも言う）が生じる場合がある。状態判定部２４は、このような非水二次電池のステージずれを判定する。図８は、基準状態の非水二次電池およびステージずれ状態の非水二次電池の歪みεの変化量を比較したグラフである。図８においては、基準状態の非水二次電池のグラフと、ステージずれ状態の非水二次電池のグラフとの挙動の違いを見易くするために、ステージずれ状態の非水二次電池のグラフの縦軸（歪み）をオフセットして表している。図８においては、基準状態の非水二次電池のステージをステージ１から３で示し、ステージずれ状態の非水二次電池のステージをステージ１Ｂから３Ｂで示している。図８に示すように、基準状態の非水二次電池と比較して、ステージずれ状態の非水二次電池のステージが変化する位置（ステージ３Ｂからステージ２Ｂに変化する位置、ステージ２Ｂからステージ１Ｂに変化する位置）がΔＳＯＣ％だけずれることになる。状態判定部２４は、このずれの有無に基づいて、ステージずれを検知することができる。
図９は、基準状態の非水二次電池およびステージずれ状態の非水二次電池の荷重Ｆの変化量を比較したグラフである。図９においては、基準状態の非水二次電池のグラフと、ステージずれ状態の非水二次電池のグラフとの挙動の違いを見易くするために、ステージずれ状態の非水二次電池のグラフの縦軸（荷重）をオフセットして表している。図９においては、基準状態の非水二次電池のステージをステージ１から３で示し、ステージずれ状態の非水二次電池のステージをステージ１Ｂから３Ｂで示している。図９に示すように、基準状態の非水二次電池と比較して、ステージずれ状態の非水二次電池のステージが変化する位置（ステージ３Ｂからステージ２Ｂに変化する位置、ステージ２Ｂからステージ１Ｂに変化する位置）がΔＳＯＣ％だけずれることになる。状態判定部２４は、このずれの有無に基づいて、ステージずれを検知することができる。
状態判定部２４は、例えば、上記のずれの有無を検知するために、ステージ１（１Ｂ）とステージ２（２Ｂ）との切り替え点のＳＯＣと、ステージ２（２Ｂ）とステージ３（３Ｂ）との切り替え点のＳＯＣを判定する。
充放電制御部２５は、状態判定部２４により判定された非水二次電池の状態に基づいて、非水二次電池２の充放電を制御する。例えば、充放電制御部２５は、充電制御において、利用可能な電力の上限値である充電許可電力、利用可能な電圧の上限値である充電許可電圧、利用可能な電流の上限値である充電許可電流の設定に利用されるＳＯＣの基準値を、上述のΔＳＯＣ％に基づいて変更する。また、例えば、充放電制御部２５は、放電制御において、利用可能な電力の上限値である放電許可電力、利用可能な電圧の上限値である放電許可電圧、利用可能な電流の上限値である放電許可電流の設定に利用されるＳＯＣの基準値を、上述のΔＳＯＣ％に基づいて変更する。
報知部２６は、出力部７を制御して、状態判定部２４の判定結果や、充放電制御部２５の制御内容の変更に関する情報を報知する。出力部７は、例えば、車内に設置されたディスプレイやスピーカ等である。例えば、報知部２６は、非水二次電池２の容量が劣化していることや、充放電制御における条件（ＳＯＣの基準値）が変更されたことを報知するメッセージやイメージをディスプレイに表示させる。また、報知部２６は、非水二次電池２の容量が劣化していることや、充放電制御における条件（ＳＯＣの基準値）が変更されたことを報知するメッセージやエラー音などをスピーカから出力させてもよい。
記憶部１２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現される。
（ＥＣＵ１の処理）
図１０は、ＥＣＵ１による処理の一例を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１が搭載されている電気自動車のイグニッションがオンされる（ステップＳ１０１）。ここでは、非水二次電池２の充電処理が既に行われており、充電時に取得された面圧分布、電流、および電圧の情報が記憶部１２に記憶されているものとして説明する。
次に、充電電気量算出部２１は、記憶部１２に記憶されている電流電圧情報１２Ｂに基づいて、充電電気量を算出する（ステップＳ１０３）。ここで、充電電気量算出部２１は、充電時における充電電気量を積算することで、充電電気量の経時変化を算出する。
次に、変化量算出部２３は、記憶部１２に記憶されている面圧分布情報１２Ａに基づいて、圧力センサ素子３０ごとに（ピクセルごとに）非水二次電池２の歪みまたは荷重を算出する（ステップＳ１０５）。次に、変化量算出部２３は、算出した歪みまたは荷重と、充電電気量算出部２１により算出された充電電気量とに基づいて、ピクセルごとに、歪みまたは荷重の変化量を算出する（Ｓ１０７）。歪みまたは荷重の変化量は、例えば、歪みεの電気量差分ｄε／ｄＱまたは荷重Ｆの電気量差分ｄＦ／ｄＱである。
次に、ＳＯＣ算出部２２は、記憶部１２に記憶されている電流電圧情報１２Ｂに基づいて、非水二次電池２のＳＯＣを算出する（ステップＳ１０９）。ここで、ＳＯＣ算出部２２は、充電時におけるＳＯＣの経時変化を算出する。次に、状態判定部２４は、変化量算出部２３により算出された歪みまたは荷重の変化量と、ＳＯＣ算出部２２により算出されたＳＯＣとに基づいて、非水二次電池２の状態を判定する（ステップＳ１１１）。例えば、状態判定部２４は、ピクセルごとに、ＳＯＣと、歪みまたは荷重の変化量との関係を示すグラフを生成し、ステージの切り替え点のＳＯＣを判定する。例えば、状態判定部２４は、図８に示すようなステージ１からステージ２への切り替え点のＳＯＣを判定する。そして、状態判定部２４は、ピクセルごとに判定されたステージの切り替え点のＳＯＣの平均値（以下、「平均ステージ切り替え点」と呼ぶ）を算出する。そして、状態判定部２４は、例えば、以下の式（１）に基づいて、算出した平均ステージ切り替え点と、各ピクセルの切り替え点との差分の最大値ΔＳＯＣｍａｘを算出する。
ΔＳＯＣｍａｘ＝ｍａｘ（｜各ピクセルのステージ１切り替え点ＳＯＣ－平均ステージ切り替え点ＳＯＣ｜）・・・式（１）
次に、状態判定部２４は、算出したΔＳＯＣｍａｘが予め設定された閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。状態判定部２４によりΔＳＯＣｍａｘが閾値以上ではないと判定された場合、充電電気量算出部２１は、他の充電時における充電電気量を算出し（ステップＳ１０３）、以降の処理を繰り返す。
状態判定部２４によりΔＳＯＣｍａｘが閾値以上であると判定された場合、充放電制御部２５は、状態判定部２４により判定された非水二次電池の状態に基づいて、非水二次電池２の充放電を制御する（ステップＳ１１５）。例えば、充放電制御部２５は、充電制御における、充電許可電力、充電許可電圧、および充電許可電流の設定に利用されるＳＯＣの基準値ＳＯＣを、「ＳＯＣ＋ΔＳＯＣｍａｘ」に更新する。また、充放電制御部２５は、放電制御における、放電許可電力、放電許可電圧、および放電許可電流の設定に利用されるＳＯＣの基準値ＳＯＣを、「ＳＯＣ－ΔＳＯＣｍａｘ」に更新する。
図１１は、放電許可電力の設定値を説明する図である。図１１に示すように、従来においては、上記のような局所的なＳＯＣのステージずれが生じている場合であっても、考慮されず、ＳＯＣの平均値ＳＯＣａｖｅが放電許可電力の基準値として採用されていた。一方、本実施形態では、荷重Ｆの変化量等から算出された局所的なＳＯＣを考慮し、平均よりもＳＯＣが低い電極面領域を考慮して、平均値ＳＯＣａｖｅよりも低い「ＳＯＣＰ－ΔＳＯＣｍａｘ」に放電許可電力の基準値として採用する。これにより、局所的なＳＯＣを考慮した充放電制御が可能となる。
次に、報知部２６は、出力部７を制御して、例えば、充電制御における、充電許可電力、充電許可電圧、および充電許可電流の設定が変更されたこと、放電電制御における、放電許可電力、放電許可電圧、および放電許可電流の設定が変更されたこと等を報知する（ステップＳ１１７）。以上により、本フローチャートの処理を終了する。
以上説明した第１実施形態によれば、電極の局所的な状態を判定し、判定した状態に適した充放電制御を行うことができる。
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について説明する。第１実施形態と比較して、第２実施形態のＥＣＵ１は、面圧分布センサ３の複数の圧力センサ素子３０ごとに（ピクセルごとに）非水二次電池２の歪みまたは荷重を算出する代わりに、複数のピクセルをまとめてクラスタとして処理する点が異なる。このため、構成などについては第１実施形態で説明した図および関連する記載を援用し、詳細な説明を省略する。
（ＥＣＵ１の処理）
図１２は、ＥＣＵ１による処理の一例を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１が搭載されている電気自動車のイグニッションがオンされる（ステップＳ２０１）。ここでは、非水二次電池２の充電処理が既に行われており、充電時に取得された面圧分布、電流、および電圧の情報が記憶部１２に記憶されているものとして説明する。
次に、充電電気量算出部２１は、記憶部１２に記憶されている電流電圧情報１２Ｂに基づいて、充電電気量を算出する（ステップＳ２０３）。ここで、充電電気量算出部２１は、充電時における充電電気量を積算することで、充電電気量の経時変化を算出する。
次に、変化量算出部２３は、記憶部１２に記憶されている面圧分布情報１２Ａに基づいて、面圧分布センサ３の複数のピクセルをクラスタ化し、クラスタごとに非水二次電池２の歪みまたは荷重を算出する（ステップＳ２０５）。次に、変化量算出部２３は、算出した歪みまたは荷重と、充電電気量算出部２１により算出された充電電気量とに基づいて、クラスタごとに、歪みまたは荷重の変化量を算出する（Ｓ２０７）。歪みまたは荷重の変化量は、例えば、歪みεの電気量差分ｄε／ｄＱまたは荷重Ｆの電気量差分ｄＦ／ｄＱである。
次に、ＳＯＣ算出部２２は、記憶部１２に記憶されている電流電圧情報１２Ｂに基づいて、非水二次電池２のＳＯＣを算出する（ステップＳ２０９）。ここで、ＳＯＣ算出部２２は、充電時におけるＳＯＣの経時変化を算出する。次に、状態判定部２４は、変化量算出部２３により算出された歪みまたは荷重の変化量と、ＳＯＣ算出部２２により算出されたＳＯＣとに基づいて、非水二次電池２の状態を判定する（ステップＳ２１１）。例えば、状態判定部２４は、クラスタごとに、ＳＯＣと、歪みまたは荷重の変化量との関係を示すグラフを生成し、ステージの切り替え点のＳＯＣを判定する。そして、状態判定部２４は、クラスタごとに判定されたステージの切り替え点のＳＯＣの平均値（以下、「平均ステージ切り替え点」と呼ぶ）を算出する。次に、状態判定部２４は、例えば、以下の式（１）に基づいて、算出した平均ステージ切り替え点と、各ピクセルの切り替え点との差分の最大値ΔＳＯＣｍａｘを算出する。
ΔＳＯＣｍａｘ＝ｍａｘ（｜各クラスタのステージ１切り替え点ＳＯＣ－平均ステージ切り替え点ＳＯＣ｜）・・・式（１）
次に、状態判定部２４は、算出したΔＳＯＣｍａｘが予め設定された閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１３）。状態判定部２４によりΔＳＯＣｍａｘが閾値以上ではないと判定された場合、充電電気量算出部２１は、他の充電時における充電電気量を算出し（ステップＳ２０３）、以降の処理を繰り返す。
状態判定部２４によりΔＳＯＣｍａｘが閾値以上であると判定された場合、充放電制御部２５は、状態判定部２４により判定された非水二次電池の状態に基づいて、非水二次電池２の充放電を制御する（ステップＳ２１５）。例えば、充放電制御部２５は、充電制御における、充電許可電力、充電許可電圧、および充電許可電流の設定に利用されるＳＯＣの基準値ＳＯＣを、「ＳＯＣ＋ΔＳＯＣｍａｘ」に更新する。また、充放電制御部２５は、放電制御における、放電許可電力、放電許可電圧、および放電許可電流の設定に利用されるＳＯＣの基準値ＳＯＣを、「ＳＯＣ－ΔＳＯＣｍａｘ」に更新する。
次に、報知部２６は、出力部７を制御して、例えば、充電制御における、充電許可電力、充電許可電圧、および充電許可電流の設定が変更されたこと、放電電制御における、放電許可電力、放電許可電圧、および放電許可電流の設定が変更されたこと等を報知する（ステップＳ２１７）。以上により、本フローチャートの処理を終了する。
図１３は、クラスタごとに算出されたＳＯＣと荷重Ｆの変化量との関係を示す図である。図１３では、面圧分布センサ３における複数のピクセルを行ごとに集合化して積算した場合の例を示す。図１３に示すように、非水二次電池２の初期におけるステージ２の幅Ｄ１と比較して、非水二次電池２の所定サイクル利用後における負極の缶底側および缶蓋側にステージ２の幅が減少している領域（幅がＤ1ａ、Ｄ1ｂ）が確認できる。このステージ２の幅の減少により、該所定サイクル利用後においては、負極劣化が進行していることを推定することができる。
以上説明した第２実施形態によれば、電極の局所的な状態を判定し、判定した状態に適した充放電制御を行うことができる。
尚、ＥＣＵ１は、面圧分布センサ３のピクセルごとの処理と、クラスタごとの処理との双方を行うようにしてもよい。また、非水二次電池２が組電池である場合、この組電池に含まれる複数のセルの各々に温度センサを設置して温度を計測し、計測した温度が最も高いセルにおける面圧分布の計測値を取得して処理するようにしてもよい。また、ＥＣＵ１は、負極にグラファイトだけでなくシリコン系材料をグラファイトに添加したリチウムイオン二次電池にも適用可能である。
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。
１…ＥＣＵ、２…非水二次電池、３…面圧分布センサ、４…筐体バインドバー、５…電流センサ、６…電圧センサ、７…出力部、１０…制御部、１２…記憶部、２０…取得部、２１…充電電気量算出部、２２…ＳＯＣ算出部、２３…変化量算出部、２４…状態判定部、２５…充放電制御部、２６…報知部

Claims (9)

  1. 二次電池の筐体の所定の面における複数の位置で、前記二次電池の筐体に接触して配置された圧力分布センサによって計測された荷重又は歪みの計測値を取得する取得部と、
    前記圧力分布センサの検出素子ごとに、前記荷重又は前記歪みの充電率に対する変化量を算出する算出部と、
    前記圧力分布センサの検出素子ごとに、前記変化量に基づいて、前記充電率に対する前記二次電池の劣化状態のステージを判定し、前記ステージが切り替わる切り替え点の前記充電率を判定する判定部と、
    前記圧力分布センサの検出素子ごとの前記切り替え点の前記充電率に基づいて、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、
    を備える制御装置。
  2. 前記算出部は、前記圧力分布センサの複数の検出素子を含む集合ごとに、前記荷重又は前記歪みを積算して、前記荷重又は前記歪みの前記充電率に対する変化量を算出する、
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記変化量は、前記荷重又は前記歪みの電気量ごとの差分、または前記荷重又は前記歪みの充電率ごとの差分である、
    請求項１又は２に記載の制御装置。
  4. 前記制御部は、前記二次電池の充放電における、電流、電圧、および電力の少なくとも１つを制御する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
  5. 前記判定部は、前記荷重又は前記歪みの変化の増加傾向の違いに基づいて、前記二次電池の状態を判定する、
    請求項１に記載の制御装置。
  6. 前記二次電池は、リチウムイオン電池である、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
  7. 前記取得部は、前記二次電池が組電池である場合、前記組電池に含まれる複数のセルのうち、温度が最も高いセルにおける前記荷重又は前記歪みの計測値を取得する、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
  8. 二次電池と、
    前記二次電池の筐体に接触して配置された圧力分布センサと、
    前記二次電池の充放電を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記圧力分布センサにより計測された、前記二次電池の筐体の所定の面における複数の位置での、荷重又は歪みの計測値を取得する取得部と、
    前記圧力分布センサの検出素子ごとに、前記荷重又は前記歪みの充電率に対する変化量を算出する算出部と、
    前記圧力分布センサの検出素子ごとに、前記変化量に基づいて、前記充電率に対する前記二次電池の劣化状態のステージを判定し、前記ステージが切り替わる切り替え点の前記充電率を判定する判定部と、
    前記圧力分布センサの検出素子ごとの前記切り替え点の前記充電率に基づいて、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、
    を備える、
    バッテリモジュール。
  9. 請求項８に記載のバッテリモジュールを備えた電動車両。
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