JP7350701B2 - 制御システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、制御システムに関する。

近年、スマートフォン、車両、定置用電源装置、ロボット及びドローン等の電池搭載機器に、蓄電池が搭載される。前述のように電池搭載機器に搭載される蓄電池として、活物質となる材料が互いに対して異なる２種類以上の電池を組み合わせて形成されるものがある。例えば、ある蓄電池は、チタン酸化物を負極活物質として備える電池、及び、炭素質物を負極活物質として備える電池を組み合わせて形成される。また、前述のように２種類以上の電池から形成される蓄電池の充電及び放電を制御する制御システムが、開発されている。

前述のような蓄電池及び制御システムでは、低温環境において蓄電池を使用する際に、簡便な構成で、蓄電池を形成する電池のそれぞれが適切に使用されることが求められている。

特開２０００－２３１９１１号公報 特開２０１３－１４３１８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、低温環境において蓄電池を使用する際に、簡便な構成で蓄電池の電池のそれぞれを適切に使用可能にする制御システムを提供することである。

実施形態によれば、制御システムは、蓄電池及び充放電制御装置を具備し、充放電制御装置は、蓄電池の充電及び放電を制御するコントローラを備える。蓄電池は、１つ以上の第１の電池と、１つ以上の第２の電池と、を具備する。第１の電池は、炭素質物を負極活物質として含む。第２の電池は、炭素質物の作動電位より作動電位が高い活物質であるチタン含有酸化物を負極活物質として含む。蓄電池では、２の電池によって、第１の電池の外周側が囲まれる。充放電制御装置のコントローラは、蓄電池の温度が温度閾値未満であることに基づいて、第１の電池の充電及び放電を停止させる。コントローラは、蓄電池の使用開始から蓄電池の温度が温度閾値未満であるか否かの初回の判定までの間は、第２の電池のみを充電又は放電させるとともに、第１の電池の充電及び放電を停止させる。

図１は、実施形態に係る蓄電池を備える制御システムを示す概略図である。 図２Ａは、実施形態に係る蓄電池における電池の配置の一例を示す概略図である。 図２Ｂは、実施形態に係る蓄電池における電池の配置の図２Ａとは別の一例を示す概略図である。 図２Ｃは、実施形態に係る蓄電池における電池の配置の図２Ａ及び図２Ｂとは別の一例を示す概略図である。 図２Ｄは、実施形態に係る蓄電池における電池の配置の図２Ａ～図２Ｃとは別の一例を示す概略図である。 図２Ｅは、実施形態に係る蓄電池における電池の配置の図２Ａ～図２Ｄとは別の一例を示す概略図である。 図２Ｆは、実施形態に係る蓄電池における電池の配置の図２Ａ～図２Ｅとは別の一例を示す概略図である。 図３は、実施形態に係る蓄電池の使用において、充放電制御装置のコントローラによって行われる処理の一例を示すフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る制御システムの一例として第１の実施形態に係る制御システム１を示す。図１に示すように、制御システム１は、蓄電池２及び充放電制御装置３を備える。蓄電池２は、電池搭載機器５に搭載される。電池搭載機器５としては、スマートフォン、車両、定置用電源装置、ロボット及びドローン等が挙げられ、電池搭載機器５となる車両としては、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車及び電動バイク等が、挙げられる。また、蓄電池２が搭載されるロボットとしては、工場等で使用される無人搬送車（ＡＧＶ：Automated Guided Vehicle）等の搬送ロボットが挙げられる。

本実施形態では、蓄電池２は、電池（第１の電池）Ａを１つ以上備えるとともに、電池（第２の電池）Ｂを１つ以上備える。図１の一例では、蓄電池２は、複数の電池Ａ及び複数の電池Ｂを備える。また、図１の一例の蓄電池２では、複数の電池Ａの全てから電池モジュール（第１の電池モジュール）Ｘが形成され、電池モジュールＸでは、複数の電池Ａが電気的に直列に接続される。そして、蓄電池２では、複数の電池Ｂの全てから電池モジュール（第２の電池モジュール）Ｙが形成され、電池モジュールＹでは、複数の電池Ｂが電気的に直列に接続される。蓄電池２の使用開始時では、複数の電池Ａにおいて、容量、サイズ及び重量等が互いに対して同一及び略同一である。そして、蓄電池２の使用開始時では、複数の電池Ｂにおいて、容量、サイズ及び重量等が互いに対して同一及び略同一である。

電池Ａ，Ｂのそれぞれは、単セル（単電池）であってもよく、複数の単セルが電気的に接続されたセルブロックであってもよい。電池Ａ，Ｂのそれぞれが複数の単セルから形成されるセルブロックである場合、電池Ａ，Ｂのそれぞれにおいて、複数の単セルは、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよい。また、電池Ａ，Ｂのそれぞれにおいて、複数の単セルが電気的に直列に接続される直列接続構造、及び、複数の単セルが電気的に並列に接続される並列接続構造の両方が形成されてもよい。

単セルは、例えば、リチウムイオン二次電池を形成する電池セルである。単セルは、電極群を備え、電極群は、正極及び負極を備える。電極群では、正極と負極との間にセパレータが介在する。セパレータは、電気的絶縁性を有する材料から形成され、正極を負極に対して電気的に絶縁する。セパレータは、電極と別に設けられてもよく、電極と一体に設けられてもよい。ある一例では、セパレータとして、合成樹脂製の多孔質フィルム及び不織布等が用いられる。また、別のある一例では、活物質含有層上に有機繊維を直接体積させた電極一体型セパレータ等が用いられる。

正極は、正極集電箔等の正極集電体と、正極集電体の表面に担持される正極活物質含有層と、を備える。正極集電体は、これらに限定されるものではないが、例えば、アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔等であり、厚さが１０μｍ～２０μｍ程度である。正極活物質含有層は、正極活物質を備え、結着剤及び導電剤を任意に含んでもよい。正極活物質としては、これらに限定されるものではないが、リチウムイオンを吸蔵放出できる酸化物、硫化物及びポリマー等が挙げられる。正極活物質は、例えば、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物、硫酸鉄、及びバナジウム酸化物からなる群から選択される少なくとも１つを含む。また、正極集電体は、正極活物質含有層が未担持の部分として、正極集電タブを備える。

負極は、負極集電箔等の負極集電体と、負極集電体の表面に担持される負極活物質含有層と、を備える。負極集電体は、これらに限定されるものではないが、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔又は銅箔等であり、厚さが１０μｍ～２０μｍ程度である。電池（第１の電池）Ａを形成する単セルでは、銅箔が負極集電体として用いられることが好ましく、電池（第２の電池）Ｂを形成する単セルでは、アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔が負極集電体として用いられることが好ましい。負極活物質含有層は、負極活物質を備え、結着剤及び導電剤を任意に含んでもよい。負極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムイオンを吸蔵放出できる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物及び炭素質物等が挙げられる。負極活物質となる金属酸化物としては、チタン含有酸化物が挙げられる。そして、負極活物質となるチタン含有酸化物には、例えば、チタン酸化物、リチウムチタン含有複合酸化物、ニオブチタン含有複合酸化物及びナトリウムニオブチタン含有複合酸化物が、含まれる。また、負極活物質となる炭素質物としては、グラファイト等が挙げられる。負極集電体は、負極活物質含有層が未担持の部分として、負極集電タブを備える。

ここで、電池（第１の電池）Ａを形成する単セルでは、第１の活物質が負極活物質として用いられ、電池（第２の電池）Ｂを形成する単セルでは、第１の活物質より作動電位が高い第２の活物質が負極活物質として用いられる。例えば、第２の活物質の作動電位の最低値は、第１の活物質の作動電位の最低値よりも高い。ある一例では、第１の活物質として、作動電位が０．４Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）未満の活物質が用いられ、第２の活物質として、作動電位が０．４Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）以上の活物質が用いられる。この場合、第１の活物質として、例えば、炭素質物のいずれかの種類が用いられ、第２の活物質として、例えば、チタン含有酸化物のいずれかの種類が用いられる。第１の活物質の作動電位が第２の活物質の作動電位より低いため、負極活物質の種類以外の条件が互いに対して同一であるならば、電池Ａを形成する単セルの負極電位は、電池Ｂを形成する単セルの負極電位より低い。

電極群では、例えば、正極活物質含有層と負極活物質含有層との間でセパレータが挟まれた状態で、正極、負極及びセパレータが捲回軸を中心として捲回され、電極群は捲回構造を有する。別のある一例では、電極群は、複数の正極及び複数の負極が交互に積層されるスタック構造を有し、正極と負極との間にはセパレータが設けられる。

また、単セルでは、電極群に、電解液が保持（含浸）される。電解液は、電解質を有機溶媒に溶解させた非水電解液であってもよく、電解質を水系溶媒に溶解させた水溶液等の水系電解液であってもよい。また、電解液の代わりに、電解液と高分子材料とを複合化させたゲル状電解質が用いられてもよい。また、電解液の代わりに、又は、電解液に加えて、固体電解質が用いられてもよい。固体電解質が電解質として用いられる場合、電極群において、セパレータの代わりに固体電解質を、正極と負極との間に介在させてもよい。この場合、固体電解質により、正極が負極に対して電気的に絶縁される。

また、単セルでは、電極群が外装部材の内部に収納される。外装部材としては、ラミネートフィルム製の袋状容器及び金属製容器のいずれかを用いることができる。ラミネートフィルムとしては、例えば、多層フィルムが用いられ、多層フィルムは、複数の樹脂層と、樹脂層同士の間に配置される金属層とを含む。ラミネートフィルムの厚さは、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。金属製容器は、例えば、アルミニウム、亜鉛、チタン及び鉄から成る群から選択される少なくとも１種の金属、又は、これらの金属の合金により形成されることが、好ましい。金属製容器の肉厚は、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。

また、単セルは、一対の電極端子を備える。電極端子の一方が、正極集電タブに電気的に接続される正極端子であり、電極端子の正極端子とは別の一方が、負極集電タブに電気的に接続される負極端子である。電極端子は、外装部材の内部に形成される内部端子であってよく、外装部材の外表面に形成される外部端子であってもよい。電極端子は、導電材料から形成され、アルミニウム、亜鉛、チタン及び鉄からなる群より選択される少なくとも１種の金属、又は、これらの金属の合金により形成されていることが好ましい。

前述のように電池Ａ，Ｂのそれぞれが形成されるため、電池Ａ，Ｂでは、負極活物質が互いに対して異なる。すなわち、電池Ａでは、炭素質物等の作動電位が比較的低い第１の活物質が負極活物質として用いられ、電池Ｂでは、チタン含有酸化物等の作動電位が第１の活物質より高い第２の活物質が負極活物質として用いられる。前述のように電池Ａ，Ｂでは負極活物質が互いに対して異なるため、電池（第１の電池）Ａは、例えば低温環境において急速に充電すると、負極にリチウム金属等が析出し易い。一方、電池（第２の電池）Ｂは、例えば低温環境において充電しても、負極にリチウム金属等が析出しない。また、電池Ａは、電池Ｂに比べて容量が大きい。このため、低温環境からある程度温度が上昇した環境での使用等では、電池Ａは、電池Ｂに比べて、長時間継続して放電可能となる。一方、電池Ｂは、電池Ａに比べて大電流で放電可能であり、電池Ａに比べて出力特性が高い。特に低温環境での使用において、電池Ａ，Ｂの出力特性の差は、顕著である。

図１に示すように、制御システム１には、電源及び負荷（符号６で示す）が設けられる。電源は、蓄電池２（電池Ａ，Ｂ）に電力を供給可能であり、蓄電池２は、電源等から電力が供給されることにより、充電される。負荷には、蓄電池２（電池Ａ，Ｂ）から電力を供給可能であり、蓄電池２は、負荷等に電力を供給することにより、放電する。電源としては、蓄電池２とは別の電池、及び、発電機等が挙げられる。負荷としては、電動機及びライト等が挙げられる。ある一例では、負荷の代わりに、又は、負荷に加えて、蓄電池２から電力が供給される蓄電器が設けられてもよい。この場合、蓄電池２は、蓄電器に電力を供給することにより、放電する。そして、蓄電器は、蓄電池２から供給された電力を蓄電可能である。また、別のある一例では、電動発電機が設けられてもよい。この場合、蓄電池２から電動発電機に電力を供給可能であるとともに、電動発電機から蓄電池２へ電力を供給可能である。すなわち、電動発電機は、電源及び負荷の両方として機能する。なお、図１では、電源及び負荷は、電池搭載機器５に搭載されているが、これに限るものではない。蓄電池２は、電池搭載機器５の外部の負荷に電力を供給可能であってもよく、電池搭載機器５の外部の電源から蓄電池２に電力を供給可能であってもよい。

充放電制御装置３は、蓄電池２の充電及び放電を制御する。充放電制御装置３は、コントローラ１０を備える。図１の一例では、充放電制御装置３は、電池搭載機器５に搭載され、電池搭載機器５において処理装置（コンピュータ）を構成する。充放電制御装置３のコントローラ１０は、プロセッサ及び記憶媒体を備える。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイコン、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のいずれかを含む。記憶媒体には、メモリ等の主記憶装置に加え、補助記憶装置が含まれ得る。記憶媒体としては、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、及び、半導体メモリ等が挙げられる。コントローラ１０では、プロセッサ及び記憶媒体のそれぞれは、１つであってもよく、複数であってもよい。コントローラ１０では、プロセッサは、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。また、コントローラ１０のプロセッサによって実行されるプログラムは、インターネット等のネットワークを介して接続されたコンピュータ（サーバ）、又は、クラウド環境のサーバ等に格納されてもよい。この場合、プロセッサは、ネットワーク経由でプログラムをダウンロードする。

また、充放電制御装置３は、電池搭載機器５の外部に設けられてもよい。この場合、充放電制御装置３は、例えば、電池搭載機器５の外部のサーバであり、電池搭載機器５に搭載される処理装置（コンピュータ）とネットワークを介して通信可能である。この場合も、充放電制御装置３のコントローラ１０は、プロセッサ及び記憶媒体を備える。また、充放電制御装置３のコントローラ１０の処理は、電池搭載機器５に搭載される処理装置及び電池搭載機器５の外部のサーバ（処理装置）が協働して行ってもよい。この場合、例えば、電池搭載機器５の外部のサーバ等がマスターの制御装置となり、電池搭載機器５に搭載される処理装置等がスレーブの制御装置となる。別のある一例では、充放電制御装置３のコントローラ１０の処理が、クラウド環境に構成されるクラウドサーバによって行われてもよい。ここで、クラウド環境のインフラは、仮想ＣＰＵ等の仮想プロセッサ及びクラウドメモリによって、構成される。このため、クラウドサーバがコントローラ１０として機能する場合、仮想プロセッサによって処理が行われ、クラウドメモリに処理に必要なデータ等が記憶される。また、コントローラ１０の処理は、電池搭載機器５に搭載される処理装置及びクラウドサーバが協働して行ってもよい。この場合、電池搭載機器５に搭載される処理装置（コンピュータ）は、クラウドサーバと通信可能である。

制御システム１には、駆動回路１１が設けられる。コントローラ１０は、駆動回路１１の駆動を制御することにより、蓄電池２から負荷への電力供給、及び、電源から蓄電池２への電力供給を制御する。すなわち、コントローラ１０は、駆動回路１１の駆動を制御することにより、蓄電池２（電池Ａ，Ｂ）の充電及び放電を制御する。駆動回路１１は、蓄電池２からの電力の出力、及び、蓄電池２への電力の入力を切替えるリレー回路を備える。また、駆動回路１１は、変換回路を備え、変換回路は、電源からの電力を蓄電池２に供給される直流電力に変換する。また、変換回路は、蓄電池２からの直流電力を負荷に供給される電力に変換する。変換回路は、変圧回路、ＤＣ／ＡＣ変換回路、及び、ＡＣ／ＤＣ変圧回路等を含むことができる。また、変換回路は、電池Ａに適した電圧の直流電力と電池Ｂに適した電圧の直流電力との間の変換を行うＤＣ／ＤＣ変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を含むことができる。

本実施形態では、駆動回路１１の駆動が制御されることにより、複数の電池Ａ（電池モジュールＸ）へ入力される電流、及び、複数の電池Ａ（電池モジュールＸ）からの出力等が制御される。そして、駆動回路１１の駆動が制御されることにより、複数の電池Ｂ（電池モジュールＹ）へ入力される電流、及び、複数の電池Ｂ（電池モジュールＹ）からの出力等が制御される。また、本実施形態では、駆動回路１１の駆動が制御されることにより、電池モジュールＸは、複数の電池Ａの全てにおいて充電又は放電が行われている状態、及び、複数の電池Ａの全てにおいて充電及び放電が停止される状態のみに、切替わり可能である。そして、駆動回路１１の駆動が制御されることにより、電池モジュールＹは、複数の電池Ｂの全てにおいて充電又は放電が行われている状態、及び、複数の電池Ｂの全てにおいて充電及び放電が停止される状態のみに、切替わり可能である。

電池モジュールＸの充電において、電池（第１の電池）Ａの電圧が、電池Ａに課せられる電圧範囲の上限値を超えない状態に、制御される。電池モジュールＸの放電において、電池Ａが、電池Ａに課せられる電圧範囲の下限値未満に低下しない状態に、制御される。ある一例では、電池Ａの１つ以上の電圧が、電池Ａの電圧範囲の下限値まで低下したことに基づいて、電池モジュールＸからの放電が終了される。この場合、電池Ａの電圧範囲の下限値が、放電カットオフ電圧値ＶＡｏｆｆとなる。別のある一例では、放電カットオフ電圧値ＶＡｏｆｆは、電池Ａの電圧範囲の下限値より高い値に設定されてもよい。この場合、電池Ａの電圧範囲の下限値より高い放電カットオフ電圧値ＶＡｏｆｆまで電池Ａの１つ以上の電圧が低下したことに基づいて、電池モジュールＸからの放電が終了される。

また、電池モジュールＹの充電において、電池（第２の電池）Ｂの電圧が、電池Ｂに課せられる電圧範囲の上限値を超えない状態に、制御される。電池モジュールＹの放電において、電池Ｂが、電池Ｂに課せられる電圧範囲の下限値未満に低下しない状態に、制御される。ある一例では、電池Ｂの１つ以上の電圧が、電池Ｂの電圧範囲の下限値まで低下したことに基づいて、電池モジュールＹからの放電が終了される。この場合、電池Ｂの電圧範囲の下限値が、放電カットオフ電圧値ＶＢｏｆｆとなる。別のある一例では、放電カットオフ電圧値ＶＢｏｆｆは、電池Ｂの電圧範囲の下限値より高い値に設定されてもよい。この場合、電池Ｂの電圧範囲の下限値より高い放電カットオフ電圧値ＶＢｏｆｆまで電池Ｂの１つ以上の電圧が低下したことに基づいて、電池モジュールＹからの放電が終了される。

また、前述のように電池Ａ，Ｂでは負極活物質が互いに対して異なるため、電池Ａの放電カットオフ電圧ＶＡｏｆｆの設定値は、電池Ｂの放電カットオフ電圧ＶＢｏｆｆの設定値よりも低い。なお、後述する蓄電池２の温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ以上であっても、放電カットオフ電圧値ＶＡｏｆｆまで電池Ａの１つ以上の電圧が低下したことに基づいて、電池モジュールＸからの放電が終了される。また、後述する蓄電池２の温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ以上であっても、放電カットオフ電圧値ＶＢｏｆｆまで電池Ｂの１つ以上の電圧が低下したことに基づいて、電池モジュールＹからの放電が終了される。

制御システム１には、計測回路１２が設けられる。計測回路１２によって、蓄電池２に関連するパラメータが検出及び計測される。計測回路１２は、蓄電池２に関連するパラメータとして、電池モジュールＸ（複数の電池Ａ）に流れる電流、電池モジュールＹ（複数の電池Ａ）に流れる電流、電池Ａ，Ｂのそれぞれの電圧及び電池モジュールＸ，Ｙのそれぞれの電圧等のいずれかを計測する。

また、計測回路１２は、蓄電池２に関連するパラメータとして、蓄電池２の温度Ｔを計測する。計測回路１２は、温度を計測する温度センサを１つ以上備える。計測回路１２は、温度センサを用いて、蓄電池２の１箇所以上で温度を計測する。計測回路１２は、蓄電池２の１箇所における温度の計測値、蓄電池２の複数箇所における温度の計測値の中で最も低い最低値、及び、蓄電池２の複数箇所における温度の計測値の平均値又は中間値のいずれか１つを、蓄電池２の温度Ｔとする。蓄電池２では、少なくとも電池（第１の電池）Ａが配置される領域の温度が計測されることが好ましい。蓄電池２では、電池（第１の電池）Ａが配置される領域の温度に加えて、電池（第２の電池）Ｂが配置される領域の温度が計測されてもよい。また、蓄電池２では、電池（第１の電池）Ａが配置される領域の温度分布が計測されてもよく、電池（第２の電池）Ｂが配置される領域の温度分布が計測されてもよい。さらに、蓄電池２では、電池（第１の電池）Ａが配置される領域の温度分布及び／又は電池（第２の電池）Ｂが配置される領域の温度分布を、予測してもよい。蓄電池２において温度分布が計測又は予測される場合も、計測回路１２は温度センサを用いて計測する場合と同様にして、蓄電池２の温度Ｔを設定する。

蓄電池２では、電池（第１の電池）Ａが配置される領域は、第１の温度の領域である。また、蓄電池２では、電池（第２の電池）Ｂが配置される領域は、第２の温度の領域である。ある一例では、電池Ａでは、炭素質物等の作動電位が比較的低い第１の活物質が負極活物質として用いられ、電池Ｂでは、チタン含有酸化物等の作動電位が第１の活物質より高い第２の活物質が負極活物質として用いられる。前述のように、低温環境において蓄電池２が使用される場合、電池Ｂは、電池Ａと比べて特に出力特性が高い。そのため、電池Ｂは、蓄電池２において比較的温度が低い領域に配置され、電池Ａは、蓄電池２において比較的温度が高い領域に配置される。すなわち、電池Ｂが配置される領域の温度（第２の温度）は、電池Ａが配置される領域の温度（第１の温度）よりも低い。

コントローラ１０は、温度Ｔを含む蓄電池２に関連するパラメータの計測結果を取得する。温度Ｔ等の蓄電池２に関連するパラメータの計測は、所定のタイミングで定期的に行われる。このため、コントローラ１０は、温度Ｔ等のパラメータの計測結果を、定期的に取得する。そして、コントローラ１０は、温度Ｔを含む蓄電池２に関連するパラメータの計測結果に基づいて、蓄電池２の充電及び放電を制御する。また、コントローラ１０の記憶媒体又はクラウドメモリ等には、蓄電池２の温度Ｔに関する温度閾値Ｔｔｈが記憶されている。コントローラ１０は、温度Ｔ及び温度閾値Ｔｔｈに基づいて、駆動回路１１の駆動を制御し、蓄電池２の充電及び放電を制御する。ここで、温度閾値Ｔｔｈは、０℃以上の温度値であることが好ましい。

また、制御システム１では、ユーザインタフェース１５が電池搭載機器５に搭載される。ユーザインタフェース１５では、電池搭載機器５のユーザ等によって操作等が入力される操作装置として機能するとともに、電池搭載機器５のユーザ等に情報を告知する告知装置としても機能する。ユーザインタフェース１５は、操作装置として、ボタン、ダイヤル及びタッチパネル等のいずれかを備え、コントローラ１０は、ユーザインタフェース１５で入力された操作指令等に基づいて、処理を行う。また、コントローラ１０は、ユーザインタフェース１５を介して、情報等を告知させる。ユーザインタフェース１５では、画面表示及び音声等のいずれかによって、情報が告知される。

図２Ａ～図２Ｆは、蓄電池２における電池Ａ，Ｂの配置を示す。図２Ａ～図２Ｆに示すように、蓄電池２では、電池Ａ，Ｂは、第１の方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）、第１の方向に交差する第２の方向（矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２で示す方向）、第１の方向及び第２の方向の両方に交差する第３の方向（矢印Ｚ１及び矢印Ｚ２で示す方向）の少なくとも１つに沿って空間に配置される。また、図２Ａ～図２Ｆにおいて、電池Ａには、斜線のハッチングが付されている。

図２Ａの一例では、電池Ａ，Ｂが、第１の方向及び第２の方向の両方に沿って配置される。電池Ａ及び電池Ｂは、第３の方向について、１層（１段）のみ配置される。すなわち、電池Ａ，Ｂは、第３の方向について、互いに対して重ねられていない。本例では、電池Ａ及び／又は電池Ｂが、第１の方向について４つ配置され、第２の方向について４つ配置される。すなわち、蓄電池２において、電池Ａ及び電池Ｂの総数は１６個である。電池Ｂは、第１の方向について電池Ａに対して外側に配置される。また、電池Ｂは、第２の方向について電池Ａに対して外側に配置される。これにより、蓄電池２において、すべての電池Ｂは、すべての電池Ａに対して、蓄電池２の外周側（第１の方向及び第２の方向の両方について外側）に配置される。そのため、本例では、蓄電池２の外周側の部位に電池Ｂが１２個配置されるとともに、蓄電池２の内周側の部位（第１の方向及び第２の方向の両方について内側の部位）に電池Ａが４個配置される。

図２Ｂの一例及び図２Ｃの一例でも、図２Ａの一例と同様に、電池Ａ，Ｂが、第１の方向及び第２の方向のいずれかに沿って配置され、第３の方向について１層のみ配置される。図２Ｂの一例では、すべての電池Ｂは、すべての電池Ａに対して蓄電池２の外周側に配置される。ただし、蓄電池２では、第２の方向の一方側（矢印Ｙ１で示す方向側）の部位で、電池Ｂが電池Ａに対して外側に配置されていない。すなわち、電池Ａの一部は、蓄電池２の外周側から囲まれてはいない。本例では、電池Ｂが８個配置され、電池Ａが４個配置される。図２Ｃの一例でも、電池Ａの一部は、蓄電池２の外周側から囲まれていない。そして、蓄電池２では、第２の方向について図２Ｂの一例とは反対側（矢印Ｙ２で示す方向側）の部位で、電池Ｂが電池Ａに対して外側に配置されていない。本例では、蓄電池２において、電池Ａが８個配置され、電池Ｂが１２個配置される。

図２Ｄの一例では、電池Ａ，Ｂが、第１の方向及び第２の方向のいずれかに沿って配置され、第３の方向について１層のみ配置される。本例では、電池Ａ及び／又は電池Ｂが、第１の方向について５個配置され、第２の方向について５個配置される。すなわち、蓄電池２において、電池Ａ及び電池Ｂの総数は２５個である。電池Ａは、少なくとも１つの電池Ｂに対して、蓄電池２の内周側に配置される。また、電池Ａは、互いに対して隣接して配置されない。すなわち、電池Ｂが、ある電池Ａと別の電池Ａとの間に配置される。そのため、電池Ｂの一部は、蓄電池２の外周側の部位に配置され、電池Ａの一部は蓄電池２の内周側の部位に配置される。本例では、蓄電池２において、電池Ａが５個配置され、電池Ｂが２０個配置される。

図２Ｅの一例及び図２Ｆの一例では、電池Ａ，Ｂが、第１の方向、第２の方向及び第３の方向のいずれかに沿って配置される。図２Ｅの一例では、電池Ａ，Ｂの一部は、第３の方向について、互いに対して重ねられる。本例の蓄電池２では、第２の方向の一方側（矢印Ｙ１側）の部位において、第３の方向について２層配置される。蓄電池２において、すべての電池Ｂは、すべての電池Ａに対して、蓄電池２の外周側に配置される。そのため、本例では、蓄電池２の外周側の部位に電池Ｂが１２個配置されるとともに、蓄電池２の内周側の部位に電池Ａが６個配置される。図２Ｆの一例では、電池Ｂが、第１の方向について電池Ａに対して外側に配置される。電池Ｂは、第２の方向について互いに対して隣接し、電池Ｂは、第２の方向について互いに対して隣接する。また、電池Ｂが、第３の方向について互いに対して重ねられる。ただし、電池Ａは、第３の方向について、互いに対して重ねられていない。すなわち、電池Ａは、第３の方向について１層目にのみ配置される。本例では、電池Ａが８個配置され、電池Ｂが１６個配置される。なお、蓄電池２における電池Ａ，Ｂの配置は前述した一例に限るものではなく、蓄電池２において適宜の位置に電池Ａ，Ｂを配置可能である。

図２Ａ～図２Ｆの一例のいずれにおいても、電池Ａと電池Ｂとの間に形成される隙間は、電池Ａ同士及び電池Ｂ同士の間に形成される隙間よりも、狭いことが好ましい。すなわち、異なる負極活物質を含む電池の間に形成される隙間が、同じ負極活物質を含む電池同士の間に形成される隙間よりも、狭いことが好ましい。また、電池Ａと電池Ｂとの間に形成される隙間に、空気よりも熱伝導率が高い部材が設けられ、電池Ａ同士の間に形成される隙間、及び、電池Ｂ同士の間に形成される隙間には、前述の部材が配置されないことが好ましい。ある一例では、電池Ａと電池Ｂとの間に形成される隙間に、金属板が配置される。

図３は、蓄電池２の使用においてコントローラ１０によって行われる処理の一例を示す。図３に示すように、Ｓ１０１において蓄電池２の使用が開始されたと判断した場合は（Ｓ１０１－Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、電池（第２の電池）Ｂのみを充電又は放電させ（Ｓ１０２）、電池（第１の電池）Ａを充電及び放電が停止された状態で維持する（Ｓ１０３）。これにより、電池モジュールＹでのみ電力の入力又は出力が行われ、電池モジュールＸでは電力の入力及び出力は停止される。そして、電池モジュールＹでは、複数の電池Ｂの全てにおいて充電又は放電が行われている状態になり、電池モジュールＸでは、複数の電池Ａの全てにおいて充電及び放電が停止された状態になる。

そして、コントローラ１０は、前述した蓄電池２の温度Ｔを取得する（Ｓ１０４）。コントローラ１０は、取得した温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ未満である場合は（Ｓ１０５－Ｎｏ）、コントローラ１０は、Ｓ１０２の処理と同様に、電池Ｂ（電池モジュールＹ）のみを充電又は放電させ（Ｓ１０６）、Ｓ１０３の処理と同様に、電池Ａ（電池モジュールＸ）の充電及び放電を停止させる（Ｓ１０７）。これにより、蓄電池２の使用開始時及び使用開始直後と同様に、電池モジュールＹでのみ電力の入力又は出力が行われ、電池モジュールＸでは電力の入力及び出力は停止される。Ｓ１１０において、蓄電池２の使用を終了しないと判断した場合は（Ｓ１１０－Ｎｏ）、処理はＳ１０４に戻る。そして、コントローラ１０は、Ｓ１０４以降の処理を順次に実行する。

Ｓ１０５において、温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ以上である場合は（Ｓ１０５－Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、電池（第２の電池）Ｂを充電又は放電させる（Ｓ１０８）。また、電池（第２の電池）Ｂに加えて、電池（第１の電池）Ａを充電又は放電させる（Ｓ１０９）。これにより、電池モジュールＸ，Ｙの両方で、電力の入力又は出力が行われる。そして、電池モジュールＸでは、複数の電池Ａの全てにおいて充電又は放電が行われている状態になり、電池モジュールＹでは、複数の電池Ｂの全てにおいて充電及び放電が行われている状態になる。そして、Ｓ１１０において、蓄電池２の使用を終了しないと判断した場合は（Ｓ１１０－Ｎｏ）、処理はＳ１０４に戻る。そして、コントローラ１０は、Ｓ１０４以降の処理を順次に実行する。

本実施形態では、電池（第１の電池）Ａは、第１の活物質を負極活物質として含み、第１の温度の領域に配置される。電池（第２の電池）Ｂは、第２の活物質を負極活物質として含み、第２の温度領域に配置される。第２の活物質の作動電位は、第１の活物質の作動電位より高い。第２の温度は、第１の温度より低い。このため、蓄電池２では、第２の電池が、第１の電池よりも温度が低い領域において使用される。したがって、蓄電池２を低温環境で使用する際に、電池Ａ及び電池Ｂの適切な使用温度が確保される。よって、低温環境において蓄電池２を使用する際に、簡便な構成で蓄電池２を形成する電池Ａ，Ｂのそれぞれを適切な使用温度で使用可能になる。また、蓄電池２おいて電池Ａ，Ｂが適切な使用温度で使用可能になるため、電池Ａ，Ｂと別にヒーターなどの加温機構を蓄電池２に設ける必要がない。

本実施形態では、蓄電池２において、少なくとも１つの電池（第２の電池）Ｂが、電池（第１の電池）Ａに対して外周側に配置される。このため、低温環境において蓄電池２を使用する場合、電池Ｂが低温である外部環境に近い位置に配置され、電池Ａは低温である外部環境から比較的離れた位置に配置される。よって、電池Ｂの配置される領域（第２の温度の領域）に比べ、電池Ａが配置される領域（第１の温度の領域）では、外部環境へ熱が放熱されにくく、温度が低くなりにくい。これにより、蓄電池２において電池Ａ，Ｂのそれぞれを適切な使用温度において使用することができる。

本実施形態では、蓄電池２において、電池（第１の電池）Ａと電池（第２の電池）Ｂとの間に形成される隙間は、電池Ａ同士及び電池Ｂ同士の間に形成される隙間よりも、狭いことが好ましい。これにより、蓄電池２の使用時において、電池Ａと電池Ｂとの間では、熱がより効率的に伝導される。よって、電池Ａは、電池Ｂにより、効率的に温められる。また、本実施形態では、蓄電池２において、電池Ａと電池Ｂとの間に形成される隙間に、空気よりも熱伝導率が高い部材が設けられることが好ましい。これにより、蓄電池２の使用時において、電池Ａと電池Ｂとの間では、熱がさらに効率的に伝導される。よって、電池Ａは、電池Ｂにより、さらに効率的に温められる。

本実施形態では、前述のような処理が行われるため、コントローラ１０は、蓄電池２の温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ未満であることに基づいて、電池（第１の電池）Ａの充電及び放電を停止させる。このため、低温環境で蓄電池２を充電又は放電している状態では、電池Ａ（電池モジュールＸ）における電力の入力及び出力は、停止される。したがって、低温環境で蓄電池２を充電又は放電している状態では、電池Ａのそれぞれが充電されない。これにより、低温環境での急速充電において負極にリチウム金属等が析出し易い電池Ａの充電及び放電停止され、蓄電池２の充電及び放電が適切に制御される。

本実施形態では、コントローラ１０は、蓄電池２の温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ以上であることに基づいて、電池（第１の電池）Ａを充電又は放電させる。このため、低温環境からある程度温度が上昇した環境で蓄電池２が使用されている状態では、電池Ａのそれぞれから電力が出力される。これにより、電池Ａが適切な使用温度で使用される状態に、蓄電池２の充電及び放電が制御される。

本実施形態では、コントローラ１０は、蓄電池２の温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ未満である場合は、電池（第２の電池）Ｂを充電又は放電させる。このため、低温環境で蓄電池２を充電又は放電している状態では、電池Ｂ（電池モジュールＹ）において電力が入力又は出力される。電池Ｂのそれぞれは、低温環境においても、大電流を出力可能であり、大電流で放電可能である。また、電池Ｂのそれぞれは、低温環境においても、大電流を入力可能であり、大電流で充電可能である。したがって、低温環境で蓄電池２が使用される状態でも、蓄電池２における入力特性及び出力特性が確保される。

本実施形態では、蓄電池２の使用開始から温度閾値Ｔｔｈに基づく初回の判定までは、コントローラ１０は、電池（第１の電池）Ａの充電及び放電を停止させる。実際に、前述のような充放電制御が行われる蓄電池２は、使用開始時及び使用開始直後の温度は低温である。このため、使用開始時及び使用開始直後において電池Ａの充電及び放電が停止されることにより、電池Ａは適切な使用温度の範囲外では使用されない。これにより、低温環境等での蓄電池２の充電及び放電において、蓄電池２を形成する電池Ａ，Ｂのそれぞれをより適切に使用することができる。

（変形例）
ある変形例では、温度が温度閾値Ｔｔｈ以上である場合において（Ｓ１０５－Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、Ｓ１０８及びＳ１０９の処理の代わりに、電池（第１の電池）Ａの充電又は放電を行い、電池（第２の電池）Ｂの充電又は放電を停止させてもよい。この場合、電池Ｂは、蓄電池２の温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ未満の場合に、充電又は放電される。本変形例でも、蓄電池２の温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ未満であることに基づいて、電池Ａの充電及び放電が停止され、蓄電池２の温度Ｔが温度閾値Ｔｔｈ以上であることに基づいて、電池Ａが充電又は放電される。このため、本変形例でも、第１の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

また、ある変形例では、コントローラ１０によって、複数の電池Ａは、互いに対して独立して充電及び放電が制御され、複数の電池Ｂは、互いに対して独立して充電及び放電が制御されてもよい。このため、コントローラ１０は、駆動回路１１の駆動を制御することにより、複数の電池Ａの一部のみを充電又は放電させ、複数の電池Ａの残りの一部の充電及び放電を停止させることが可能である。同様に、コントローラ１０は、駆動回路１１の駆動を制御することにより、複数の電池Ｂの一部のみを充電又は放電させ、複数の電池Ｂの残りの一部の充電及び放電を停止させることが可能である。この場合、計測回路１２は、蓄電池２に関連するパラメータとして、電池Ａのそれぞれの温度を計測する。コントローラ１０は、電池Ａのそれぞれの温度及び前述の温度閾値Ｔｔｈに基づいて、駆動回路１１の駆動を制御し、蓄電池２の充電及び放電を制御する。すなわち、温度が温度閾値Ｔｔｈ未満である電池Ａでは、充電及び放電が停止され、温度が温度閾値Ｔｔｈ以上である電池Ａは、充電又は放電される。このため、本変形例でも、第１の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

前述の実施形態によれば、蓄電池は、１つ以上の第１の電池と、１つ以上の第２の電池と、を具備する。第１の電池は、第１の活物質を負極活物質として含み、第１の温度の領域に配置される。第２の電池は、第１の活物質の作動電位より作動電位が高い第２の活物質を負極活物質として含み、第１の温度より低い第２の温度の領域に配置される。これにより、低温環境において蓄電池を使用する際に、簡便な構成で蓄電池を形成する電池のそれぞれを適切に使用可能にする蓄電池及び制御システムが提供される。

前述の少なくとも一つの実施形態は、制御システムは、前述の蓄電池と、充放電制御装置と、を備える。充放電制御装置は、蓄電池の充電及び放電を制御するコントローラを備える。コントローラは、１つ以上の第２の電池について、温度が温度閾値未満であることに基づいて、充電及び放電を停止させる。そして、１つ以上の第２の電池について、温度が温度閾値以上であることに基づいて、充電又は放電させる。これにより、低温環境において蓄電池を使用する際に、簡便な構成で蓄電池の電池のそれぞれを適切に使用可能にする蓄電池及び制御システムが提供される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、付記を記載する。
［１］第１の活物質を負極活物質として含み、第１の温度の領域に配置される１つ以上の第１の電池と、
前記第１の活物質の作動電位より作動電位が高い第２の活物質を負極活物質として含み、前記第１の温度より低い第２の温度の領域に配置される１つ以上の第２の電池と、
を具備する、蓄電池。
[２][１]に記載の蓄電池と、
前記蓄電池の充電及び放電を制御するコントローラを備える充放電制御装置と、
を具備する制御システム。
[３]前記コントローラは、前記蓄電池の温度が温度閾値未満であることに基づいて、前記第１の電池の充電及び放電を停止させる、
[２]に記載の制御システム。
[４]前記コントローラは、
前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値未満である場合は、前記第２の電池のみを充電又は放電させるとともに、前記第１の電池の充電及び放電を停止させ、
前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値以上である場合は、前記第１の電池及び前記第２の電池を充電又は放電させる、
[３]に記載の制御システム。
［５］前記蓄電池には、前記第１の電池が複数設けられ、
複数の前記第１の電池は、全てにおいて充電又は放電が行われている状態、及び、全てにおいて充電及び放電が停止される状態のみに切り替わり可能であり、
前記コントローラは、前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値未満である場合には、複数の前記第１の電池の全てにおいて充電及び放電を停止させる、
［３］又は［４］に記載の制御システム。
［６］前記蓄電池には、前記第２の電池が複数設けられ、
複数の前記第２の電池は、全てにおいて充電又は放電が行われている状態、及び、全てにおいて充電及び放電が停止される状態のみに切り替え可能であり、
前記コントローラは、
前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値未満である場合は、複数の前記第２の電池の全てにおいて充電又は放電させるとともに、複数の前記第１の電池の全てにおいて充電及び放電を停止させ、
前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値以上である場合は、複数の前記第１の電池の全て及び複数の前記第２の電池の全てを充電又は放電させる、
［５］に記載の制御システム。
［７］前記コントローラは、前記蓄電池の１箇所における温度の計測値、前記蓄電池の複数個所における温度の計測値の中で最も低い最低値、及び、前記蓄電池の複数個所における温度の計測値を平均した平均値のいずれか１つを、前記蓄電池の前記温度として取得することをさらに具備する、
［３］～［６］のいずれか１項に記載の制御システム。
［８］前記蓄電池が搭載される電池搭載機器をさらに具備する、
［２］～［７］のいずれか１項に記載の制御システム。

１…制御システム、２…蓄電池、３…充放電制御装置、５…電池搭載機器、１０…コントローラ、Ａ…電池（第１の電池）、Ｂ…電池（第２の電池）、Ｘ…電池モジュール（第１の電池モジュール）、Ｙ…電池モジュール（第２の電池モジュール）。

Claims (6)

1. 蓄電池と、
   前記蓄電池の充電及び放電を制御するコントローラを備える充放電制御装置と、
   を具備し、
   前記蓄電池は、炭素質物を負極活物質として含む１つ以上の第１の電池と、前記炭素質物の作動電位より作動電位が高い活物質であるチタン含有酸化物を負極活物質として含む１つ以上の第２の電池と、を備え、
   前記蓄電池では、前記第２の電池によって、前記第１の電池の外周側が囲まれ、
   前記充放電制御装置の前記コントローラは、前記蓄電池の温度が温度閾値未満であることに基づいて、前記第１の電池の充電及び放電を停止させ、
   前記コントローラは、前記蓄電池の使用開始から前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値未満であるか否かの初回の判定までの間は、前記第２の電池のみを充電又は放電させるとともに、前記第１の電池の充電及び放電を停止させる、
   制御システム。
2. 前記コントローラは、
   前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値未満である場合は、前記第２の電池のみを充電又は放電させるとともに、前記第１の電池の充電及び放電を停止させ、
   前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値以上である場合は、前記第１の電池及び前記第２の電池を充電又は放電させる、
   請求項１に記載の制御システム。
3. 前記蓄電池には、前記第１の電池が複数設けられ、
   複数の前記第１の電池は、全てにおいて充電又は放電が行われている状態、及び、全てにおいて充電及び放電が停止される状態のみに切り替わり可能であり、
   前記コントローラは、前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値未満である場合には、複数の前記第１の電池の全てにおいて充電及び放電を停止させる、
   請求項１又は２に記載の制御システム。
4. 前記蓄電池には、前記第２の電池が複数設けられ、
   複数の前記第２の電池は、全てにおいて充電又は放電が行われている状態、及び、全てにおいて充電及び放電が停止される状態のみに切り替え可能であり、
   前記コントローラは、
   前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値未満である場合は、複数の前記第２の電池の全てにおいて充電又は放電させるとともに、複数の前記第１の電池の全てにおいて充電及び放電を停止させ、
   前記蓄電池の前記温度が前記温度閾値以上である場合は、複数の前記第１の電池の全て及び複数の前記第２の電池の全てを充電又は放電させる、
   請求項３に記載の制御システム。
5. 前記コントローラは、前記蓄電池の１箇所における温度の計測値、前記蓄電池の複数個所における温度の計測値の中で最も低い最低値、及び、前記蓄電池の複数個所における温度の計測値を平均した平均値のいずれか１つを、前記蓄電池の前記温度として取得することをさらに具備する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の制御システム。
6. 前記蓄電池が搭載される電池搭載機器をさらに具備する、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の制御システム。