WO2019130774A1 - 電池管理装置、電池システム、及び車両用電源システム - Google Patents

電池管理装置、電池システム、及び車両用電源システム Download PDF

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友和 佐田
大地　幸和
永山　雅敏
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Definitions

  • the present invention relates to a battery management device that manages a secondary battery, a battery system, and a power supply system for a vehicle.
  • Lithium ion batteries are used in various applications such as in-vehicle applications (for example, HEV, PHEV, EV), stationary storage applications, electronic devices (for example, notebook PCs, smart phones).
  • in-vehicle applications for example, HEV, PHEV, EV
  • stationary storage applications for example, electronic devices (for example, notebook PCs, smart phones).
  • electronic devices for example, notebook PCs, smart phones.
  • shipments of HEVs, PHEVs, and EVs are increasing, and shipments of lithium-ion batteries for vehicles are increasing.
  • the battery system is required to be able to discharge the necessary capacity when necessary.
  • the SOC is maintained too low, the travel distance when used after long-term storage becomes short.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a technology for achieving both suppression of deterioration during long-term storage of a secondary battery and securing of dischargeable capacity in use after long-term storage. .
  • a battery management device includes SOC (State Of Charge) of the secondary battery based on at least one of voltage, current, and temperature of the secondary battery.
  • SOC State Of Charge
  • a state estimation unit for estimating the state of the secondary battery, and an indicator indicating the progress of storage deterioration of the secondary battery in stages if the non-use state of the secondary battery continues for a predetermined period of time
  • a discharge control unit that discharges the secondary battery.
  • the indicator includes a parameter dependent on the SOC of the secondary battery, and the indicator at each stage is such that the product of the value of the indicator and the stay time has a predetermined relationship among a plurality of stages. The value of and the stay time is set.
  • FIGS. 2 (a) to 2 (d) are diagrams showing specific examples of the method of discharging the secondary battery during long-term storage. It is a flowchart which shows the flow of discharge processing during long-term storage of a secondary battery. It is a figure for demonstrating the Example of the discharge plan at the time of long-term storage of a secondary battery.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing an example of a graph in which the discharge ⁇ SOC at the time of discharge after long-term storage is summarized. It is a figure for demonstrating the modification of the discharge plan at the time of long-term storage of a secondary battery.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a battery system 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the example shown in FIG. 1 is an example in which the battery system 1 according to the present embodiment is mounted on a vehicle as a drive battery of the vehicle.
  • Battery system 1 is connected to motor 3 via relay RL and inverter 2.
  • the inverter 2 converts DC power supplied from the battery system 1 into AC power and supplies the AC power to the motor 3.
  • AC power supplied from the motor 3 is converted into DC power and supplied to the battery system 1.
  • Relay RL is an example of an element for electrically interrupting battery system 1 and the vehicle side, and any element having a switch function capable of interrupting the current between the two may be used using other types of elements. It is also good.
  • the battery system 1 includes a secondary battery 20 and a battery management device 10.
  • the secondary battery 20 is formed by connecting a plurality of cells E1 to En in series.
  • a lithium ion battery cell, a nickel hydrogen battery cell, a lead battery cell, etc. can be used for a cell.
  • a lithium ion battery cell (nominal voltage: 3.6-3.7 V) is used.
  • the series number of cells E1 to En is determined according to the voltage of motor 3.
  • a shunt resistor Rs is connected in series with the plurality of cells E1-En.
  • the shunt resistor Rs functions as a current detection element.
  • a Hall element may be used instead of the shunt resistor Rs.
  • a temperature sensor T1 for detecting the temperature of the plurality of cells E1-En is installed.
  • a thermistor can be used for the temperature sensor T1.
  • the battery management device 10 includes a voltage detection unit 11, a temperature detection unit 12, a current detection unit 13, a control unit 14, a storage unit 15, and a drive unit 16.
  • the voltage detection unit 11 is connected to each node of the plurality of cells E1 to En connected in series by a plurality of voltage lines, and detects the voltage between two adjacent voltage lines, thereby obtaining each cell E1 to En. To detect the voltage of The voltage detection unit 11 outputs the detected voltage of each of the cells E1 to En to the control unit 14.
  • the voltage detection unit 11 can be configured by, for example, an application specific integrated circuit (ASIC).
  • the voltage detection unit 11 includes a multiplexer and an A / D converter.
  • the multiplexer outputs the voltage values of the plurality of cells E1 to En to the A / D converter in a predetermined order, and the A / D converter converts the voltage value of the analog signal input from the multiplexer to the voltage value of the digital signal Convert to
  • the temperature detection unit 12 estimates the temperatures of the plurality of cells E1-En based on the output value of the temperature sensor T1, and outputs the estimated temperatures to the control unit 14.
  • the current detection unit 13 includes an error amplifier connected to both ends of the shunt resistor Rs. The error amplifier detects the voltage across the shunt resistor Rs. The current detection unit 13 detects the current flowing through the secondary battery 20 based on the voltage at the both ends, and outputs the detected current to the control unit 14.
  • the control unit 14 can be configured by, for example, a CPU, a digital signal processor (DSP), a field-programmable gate array (FPGA), or the like. Details of the control unit 14 will be described later.
  • the storage unit 15 stores various types of information.
  • the storage unit 15 can be configured by, for example, a non-volatile memory.
  • Drive unit 16 receives the switching instruction signal from control unit 14 to generate a drive signal for controlling on / off of relay RL, and supplies the generated signal to relay RL.
  • the control unit 14 manages the secondary battery 20 based on the voltage, current, and temperature of the plurality of cells E1-En detected by the voltage detection unit 11, the temperature detection unit 12, and the current detection unit 13. For example, when an overvoltage, an undervoltage, an overcurrent, or a temperature abnormality occurs in at least one of the cells E1 to En, the control unit 14 causes the drive unit 16 to turn off the relay RL to protect the cells E1 to En. Further, the control unit 14 executes equalization processing of the cells E1 to En.
  • Control unit 14 includes a state estimation unit 141 and a discharge control unit 142 as functional blocks for realizing the function of interest in the present embodiment.
  • the state estimation unit 141 estimates SOC (State Of Charge) and SOH (State Of Health) of the plurality of cells E1-En.
  • the SOC can be estimated by an Open Circuit Voltage (OCV) method or a current integration method.
  • OCV method is a method of estimating the SOC based on the OCV detected by the voltage detection unit 11 and the characteristic data of the SOC-OCV curve held in the storage unit 15.
  • the current integration method is a method of estimating the SOC based on the OCV at the start of charge and discharge detected by the voltage detection unit 11 and the integrated value of the current detected by the current detection unit 13.
  • SOH is defined by the ratio of the current full charge capacity to the initial full charge capacity, and the lower the value (the closer to 0%), the more the deterioration progresses.
  • SOH can be estimated based on the correlation with internal resistance.
  • the internal resistance can be estimated by dividing the voltage drop generated when a predetermined current flows in the battery for a predetermined time by the current.
  • the internal resistance is in the relation of decreasing as the temperature rises, and in the relation of increasing as the deterioration of the battery progresses. Deterioration of the battery progresses as the number of charge and discharge increases. Also, the deterioration of the battery depends on the individual difference and the use environment. Therefore, as the use period becomes longer, the variation in capacity of the plurality of cells E1-En basically becomes larger.
  • the discharge control unit 142 discharges the capacity of the secondary battery 20 in order to suppress deterioration of the secondary battery 20 during long-term storage.
  • the discharge control unit 142 generates an index (hereinafter, referred to as a storage deterioration rate index in the present specification) indicating the progress of storage deterioration of the secondary battery 20 so that the storage deterioration rate index decreases stepwise.
  • the secondary battery 20 is discharged.
  • the storage deterioration rate index takes a value in the range of 0 to 100%, and the larger the value, the faster the storage deterioration rate.
  • the storage deterioration rate indicator includes an SOC-dependent parameter. At least one of SOC and any parameter (voltage, SOP (State Of Power), etc.) monotonously changing according to SOC can be used.
  • SOC Stable Oxidizing Chemical
  • As voltages, cell voltage, module voltage and system voltage can be used. When a plurality of cells connected in series are provided, the cell voltage may use the maximum value or the average value of the voltages of the plurality of cells. When multiple modules connected in series are used, the system voltage is the sum of the multiple module voltages.
  • the storage deterioration rate index can also include a parameter that does not depend on the SOC of the secondary battery 20.
  • Parameters not dependent on SOC include environmental parameters and degradation parameters.
  • Various temperatures can be used as environmental parameters. The higher the temperature is, the higher the storage deterioration rate index is. Humidity can also be used as an environmental parameter.
  • the storage deterioration rate index is in a relation of rising.
  • the degree of contribution of each parameter in the storage deterioration rate index is determined for each type of secondary battery 20 based on experiments and simulations. As contributions of parameters in the storage deterioration rate index, contributions of SOC and temperature are dominant.
  • FIGS. 2A to 2D show an example in which the secondary battery 20 is constituted of four cells E1 to E4 connected in series.
  • FIG. 2A is a partial circuit diagram in the case of using discharge resistors R1-R4 of the equalizing circuit as a load for discharging the secondary battery 20 during long-term storage.
  • an equalization process is generally performed to equalize the voltage among the plurality of cells E1 to En connected in series from the viewpoint of maintaining the power efficiency and securing the safety.
  • discharge circuits are connected to both ends of each of the cells E1 to E4.
  • the discharge circuit of the cell E1 is composed of a switch S1 and a discharge resistor R1 connected in series.
  • the discharge circuit of the cell E2-E4 has the same configuration as the discharge circuit of the cell E1.
  • the control unit 14 identifies the cell with the lowest voltage among the voltages of the plurality of cells E1 to E4.
  • the control unit 14 controls the switches of the other cells to the on state to discharge the capacities of the other cells to the voltage of the lowest voltage cell. Thereby, the voltages of the plurality of cells E1-E4 can be made uniform.
  • the discharge resistors R1-R4 used in the equalization process are used as a load for discharging the secondary battery 20 during long-term storage.
  • FIG. 2B is a partial circuit diagram in the case of using the cooling fan Lf as a load for discharging the secondary battery 20 during long-term storage.
  • a cooling fan Lf may be installed to cool the secondary battery 20.
  • the cooling fan Lf is often attached to the storage rack.
  • the cooling fan Lf is connected to both ends of the cells E1 to E4 via the switch S5.
  • the control unit 14 turns on the switch S5 to operate the cooling fan Lf. Thereby, the cells E1 to E4 can be cooled.
  • the operation of the cooling fan Lf has the effect of lowering the temperature of the cells E1 to E4. Therefore, there is an effect of suppressing the progress of storage deterioration from the viewpoint of temperature. Further, as compared with the case of using the discharge resistors R1-R4 shown in FIG. 2A, the power consumption is increased, so the discharge time when reducing the SOC of the cells E1 to E4 to the target value is shortened. Can.
  • FIG. 2C is a partial circuit diagram when another secondary battery Eb for buffer is used as a load for discharging the secondary battery 20 during long-term storage.
  • the buffer secondary battery Eb is connected to both ends of the cells E1 to E4 via the switch S6.
  • As the buffer secondary battery Eb a battery having characteristics that are less likely to be stored and deteriorated than the target secondary battery 20 is used, or a battery with a higher dose than the target secondary battery 20 is used.
  • the control unit 14 controls the switch S6 to the on state to charge the capacity discharged from the target secondary battery 20 to the buffer secondary battery Eb. .
  • the buffer secondary battery Eb is also discharged, and the free capacity is increased.
  • FIG. 2D is a partial circuit diagram in the case where both of the discharge resistors R1-R4 and the cooling fan Lf of the equalization circuit are used as a load for discharging the secondary battery 20 during long-term storage.
  • the control unit 14 controls the switches S1-S5 to be in the on state to make the discharge resistors R1-R4 conductive and operate the cooling fan Lf.
  • the cooling fan Lf can also cool the heat generated by the discharge resistors R1-R4. Therefore, the discharge resistors R1-R4 can be reduced, and the rated current of the discharge resistors R1-R4 can be increased. If the rated current of the discharge resistors R1-R4 is increased, the current flowing through the discharge resistors R1-R4 can be increased, and the discharge time can be shortened.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the flow of discharge processing during long-term storage of the secondary battery 20.
  • the discharge control unit 142 reads the multistage discharge plan of the secondary battery 20 from the storage unit 15 (S11).
  • the set value is set according to the application of the secondary battery 20. For example, in the case of an EV, it is set to about one week, and in the case of a smartphone, it is set to one to three days.
  • the discharge plan includes storage degradation rate indicators and residence times at each stage. Specific examples of the method for determining the storage deterioration rate index and the staying time will be described later.
  • the contents of the discharge plan change in environmental conditions such as temperature even during the discharge process based on the discharge plan (including both during the discharge process and the interval period between the discharge process and the next discharge process). If it does, it can be changed according to the change.
  • the discharge control unit 142 sets 1 as an initial value to the parameter n (S12).
  • the discharge control unit 142 starts the discharge of the nth stage (S14).
  • the storage deterioration rate index reaches the lower limit (Y in S15)
  • the discharge control unit 142 ends the discharge process of the secondary battery 20 during long-term storage.
  • the comparison between the storage deterioration rate index and the lower limit value may be performed at the end of the n-th stage discharge. As a result of the comparison, when the storage deterioration rate index is equal to or less than the lower limit value, the discharge process during long-term storage is ended without shifting to the discharge of the next stage.
  • the discharge process during long-term storage is also stopped when normal use of the secondary battery 20 is resumed.
  • the discharge control unit 142 ends the discharge of the nth stage (S17).
  • the discharge control unit 142 increments the parameter n (S18), and transitions to step S13.
  • FIG. 4 is a diagram for describing an example of a discharge plan during long-term storage of the secondary battery 20.
  • Storage degradation basically depends largely on SOC and temperature. The higher the SOC or the higher the temperature, the easier the storage deterioration progresses.
  • the temperature is constant at normal temperature (25 ° C.), and other environmental parameters and deterioration parameters are also constant. That is, the simplified model in which the storage deterioration rate index coincides with the SOC is shown.
  • the SOC of the first stage is 100%, the staying time is T1, and the storage time product is S1.
  • the SOC at the second stage is 80%, the staying time is T2, and the storage time product is S2.
  • the SOC of the third stage is 50%, the staying time is T3, and the storage time product is S3.
  • the lower limit value of SOC is 45%.
  • the total storage time product S1 + S2 + S3 is limited to a predetermined upper limit value or less. This restriction is a restriction for limiting the time scale of discharge processing during long-term storage.
  • the stay time of the high SOC region where the storage deterioration rate is relatively fast is set short, and the stay time of the low SOC region where the storage deterioration rate is relatively slow is set long. That is, the stay time is set to be longer as the stage progresses.
  • the decrease value ⁇ SOC of SOC in transition between stages is set to be constant or smaller as the stages progress.
  • the specific SOC and the staying time in each stage can be determined based on the usage results at the time of discharge after long-term storage.
  • the maker or operation management company of the battery system 1 samples a large number of data of discharge capacity (discharge ⁇ SOC) discharged by use after long-term storage.
  • Discharge ⁇ SOC is defined by the difference between SOC at the start of discharge after long-term storage and SOC at the end of discharge.
  • the sample data is aggregated for each attribute whose usage mode of the secondary battery 20 at the time of resumption of use after long-term storage is similar. For example, it is totaled for every product in which the battery system 1 is mounted. Furthermore, it may be tabulated for each product destination. Since the temperature and the user's habits differ depending on the destination, if the destination is considered and classified, more accurate data classification becomes possible.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing an example of a graph in which the discharge ⁇ SOC at the time of discharge after long-term storage is summarized.
  • FIG. 5 (a) is a graph showing the probability distribution (Probability Density Function: PDF) of the discharge ⁇ SOC during discharge after long-term storage
  • FIG. 5 (b) is the accumulation of discharge ⁇ SOC during discharge after long-term storage
  • It is a graph which shows probability distribution (Cumulative Distribution Function: CDF).
  • FIG. 5B is a graph in which the probability distribution of FIG. 5A is rewritten to a cumulative probability distribution.
  • the number of users who discharge the SOC of about 45% at the time of discharge after long-term storage is the largest.
  • the designer determines the lower limit value of the SOC of the discharge process during long-term storage, based on the actual use at the time of discharge after long-term storage.
  • the lower limit value of SOC is determined to 45%. That is, a capacity of 45% of SOC is ensured for the secondary battery 20 as the minimum ensured capacity of the secondary battery 20.
  • the lower limit value of SOC may be a value customized for each user.
  • the designer determines the ratio of storage time product in a plurality of stages constituting the discharge plan based on the probability distribution of discharge ⁇ SOC at the time of discharge after long-term storage.
  • the storage time product S1 of the first stage in the discharge plan the storage time product S2 of the second stage: the ratio of the storage time product S3 of the third stage and the probability of the discharge ⁇ SOC
  • Storage time product S1 of the first stage, storage time product of the second stage so that the ratio of the area corresponding to the second stage to the area corresponding to the second stage is proportional to the area corresponding to the first stage of the distribution
  • the storage time product S3 of S2 and the third stage is determined (probability distribution of S1: S2: S3 ⁇ discharge ⁇ SOC).
  • the area corresponding to the first stage of the probability distribution of the discharge ⁇ SOC is the area of the region sandwiched between 0% and the first stage SOC (100% in FIG. 4).
  • the area corresponding to the second stage of the probability distribution of the discharge ⁇ SOC is the area of the region sandwiched between 0% and the SOC of the second stage (80% in FIG. 4).
  • the area corresponding to the third stage of the probability distribution of the discharge ⁇ SOC is the area of the region sandwiched between 0% and the SOC of the third stage (50% in FIG. 4).
  • the ratio of the storage time product S1 of the first stage in the discharge plan: the storage time product S2 of the second stage: the storage time product S3 of the third stage may be weighted.
  • the weighting factor W is set to a larger value as the stage progresses (W_S1 ⁇ W_S2 ⁇ W_S3).
  • FIG. 5 (b) shows an example of classifying the discharge ⁇ SOC in 20% increments of the cumulative probability distribution.
  • the cumulative probability distribution of the discharge ⁇ SOC is 20%, and the use of the discharge ⁇ SOC of 40% or less is covered.
  • the cumulative probability distribution of the discharge ⁇ SOC is 40%, and the use of the discharge ⁇ SOC of 50% or less is covered.
  • the cumulative probability distribution of the discharge ⁇ SOC is 60%, and the use of the discharge ⁇ SOC of 65% or less is covered.
  • the cumulative probability distribution of the discharge ⁇ SOC is 80%, and the use of the discharge ⁇ SOC of 80% or less is covered.
  • the cumulative probability distribution of the discharge ⁇ SOC is 100%, and the use of the discharge ⁇ SOC of 100% or less is covered.
  • the designer determines the SOC of each stage in the discharge plan based on the classified discharge ⁇ SOC.
  • the SOC of the first stage is set to 100%
  • the SOC of the second stage is set to 80%
  • the SOC of the third stage is set to 65%.
  • the ratio of SOC1 of the first stage to SOC2 of the second stage to SOC3 of the third stage in the discharge plan may be weighted.
  • the weighting factor W is set to a larger value as the stage progresses (W_SOC1 ⁇ W_SOC2 ⁇ W_SOC3).
  • the designer stores in the storage unit 15 the discharge plan including the SOC and the stay time in each stage generated from the above findings.
  • data other than discharge ⁇ SOC such as temperature and SOH can be collected from sample data
  • the horizontal axis in FIGS. 5 (a) and 5 (b) is the storage deterioration rate index before and after discharge during discharge after long-term storage. It becomes a difference.
  • the above probability distribution can also be updated by learning.
  • the discharge control unit 142 acquires data such as the discharge ⁇ SOC, temperature, and the like and stores the data in the storage unit 15 each time a discharge after long-term storage of the secondary battery 20 in the battery system 1 occurs.
  • the discharge control unit 142 updates the current probability distribution stored in the storage unit 15 to a probability distribution including the sample data.
  • the discharge control unit 142 updates the discharge plan including the discharge deterioration rate index (or SOC) and the staying time in each stage based on the updated probability distribution. As the number of sample data collected from the self battery system 1 increases, the probability distribution more closely reflects the behavior of the user of the battery system 1 and a more accurate discharge plan can be generated.
  • the discharge control unit 142 can adjust the lower limit value of the SOC according to the detected temperature of the cells E1 to E4 at the start of the discharge process during long-term storage. For example, the lower the SOC lower limit value is set as the temperature of the cells E1 to E4 is higher.
  • the lower limit value of the discharge degradation rate index does not have to be changed. The influence of the temperature of the cells E1 to E4 is reflected in the value of the discharge degradation rate index. That is, when the temperature of the cells E1 to E4 is high, the discharge deterioration rate index is increased, so that it is difficult to reach the lower limit value.
  • the storage degradation rate index (or SOC) is reduced to the target value by discharging the capacity of the secondary battery 20 in multiple stages during long-term storage of the battery system 1
  • the stay time in a state in which the storage deterioration rate index (or SOC) is high is shortened, and the stay time in a state in which the storage deterioration rate index (or SOC) is low is lengthened.
  • control is performed such that the staying time becomes longer as the stage progresses.
  • FIG. 6 is a view for explaining a modification of the discharge plan during long-term storage of the secondary battery 20.
  • the stay time of the high SOC region is set long, and the stay time of the low SOC region is set short.
  • the time until the first discharge is made longer, and if it is not used before, it is judged that it will not be used thereafter, and the time until the next discharge operation is shortened. That is, the staying time in each stage is set shorter as the stage progresses.
  • the decrease value ⁇ SOC of the SOC in the transition between the stages is set to be larger as the stage progresses.
  • the SOC and the stay time in each stage are set such that the storage time product decreases as the stage progresses.
  • the SOC and the residence time in each stage may be set so that the storage time products in the plurality of stages become substantially equal.
  • FIG. 6 shows an example in the case of discharging a 50 [Ah] battery module with a discharge capacity of 50 [mAh].
  • the discharge process during long-term storage starts.
  • the capacity of SOC 10% is discharged over 10 hours.
  • the capacity of SOC 15% is discharged over 15 hours.
  • the capacity of SOC 25% is discharged over 25 hours.
  • SOC 50% which is the target value of SOC during long-term storage, is reached.
  • the SOC is simply used, but the storage deterioration rate index may be used instead of the SOC as in the above embodiment.
  • the discharge plan is not necessarily limited to one created based on the use results, and an assumed value It may be created based on The discharge plan in that case is also in accordance with the storage degradation rate index (or SOC), the staying time, and the storage time product constraints described above.
  • the embodiment may be specified by the following items.
  • An estimation unit (141) When the non-use state of the secondary battery (20) continues for a predetermined period, the secondary battery (20) is gradually reduced so that the index indicating the progress of storage deterioration of the secondary battery (20) gradually decreases.
  • a discharge control unit (142) for discharging the The index includes a parameter dependent on the SOC of the secondary battery, The battery management device (10), wherein the value of the index and the stay time in each stage are set such that the product of the value of the index and the stay time has a predetermined relationship among a plurality of stages. .
  • the ratio of the product among the plurality of stages is a long-term non-use generated by sampling a plurality of data of capacity discharged by use after the non-use state of the secondary battery (20) continues for a predetermined period.
  • the value of the indicator at each stage is the discharge capacity after long-term non-use generated by sampling a plurality of data of the capacity discharged by use after the non-use state of the secondary battery (20) continues for a predetermined period.
  • the battery management device (10) according to any one of items 1, 3 and 4, wherein the cumulative probability distribution is set so as to be substantially equally spaced based on the cumulative probability distribution. ). According to this, it is possible to create a discharge plan in which a suitable dischargeable capacity is secured.
  • the battery management device (10) according to Item 1, wherein the staying time in each stage is set to be shorter as the stage progresses. According to this, it is possible to suppress the storage deterioration while preventing the dischargeable capacity from becoming too small.
  • the battery management device (10) according to any one of items 1 and 7, wherein the value of the indicator and the staying time in each stage are set so that the product decreases as the stage progresses. ). According to this, it is possible to suppress the storage deterioration while preventing the dischargeable capacity from becoming too small.
  • the lower limit value of the indicator at the time of discharge by the discharge control unit (142) due to the non-use state of the secondary battery (20) continuing for a predetermined period, the non-use state of the secondary battery (20) continues for a predetermined period The battery management device (10) according to any one of items 1 to 8, wherein the battery management device (10) is set based on the usage record at the time of discharge after the battery pack.
  • the lower limit value of the index can be set to a suitable value.
  • the lower limit value of the indicator at the time of discharge by the discharge control unit (142) when the non-use state of the secondary battery (20) continues for a predetermined period is a parameter depending on the environment and / or the secondary battery (20.
  • the battery management device (10) according to any one of items 1 to 9, wherein the battery management device (10) is adjusted according to a parameter depending on the degree of deterioration of According to this, the lower limit value of the index can be adjusted to a suitable value.
  • the index includes an environment-dependent parameter and / or a parameter dependent on the degree of deterioration of the secondary battery (20) in addition to the SOC-dependent parameter.
  • the battery management device (10) according to any one of the items. According to this, storage degradation of the secondary battery (20) can be managed more accurately.
  • a battery system (1) comprising: According to this, it is possible to achieve both the request for suppressing storage deterioration during long-term storage of the secondary battery (20) and the request for securing the dischargeable capacity.
  • the secondary battery (20) includes a plurality of cells (E1-En) connected in series.
  • the battery system (1) further includes a plurality of equalizing discharge resistors (R1-R4) connected in parallel with the plurality of cells (E1-En), respectively.
  • the battery system (1) according to Item 12, characterized in that the capacity is discharged. According to this, it is possible to reduce the capacity of the secondary battery (20) while the target load is not in operation.
  • the battery system (1) further includes a fan (Lf) connected in parallel to the secondary battery (20) for cooling the secondary battery (20), The discharge control unit (142) causes the fan (Lf) to discharge the capacity of the secondary battery (20) when the secondary battery (20) is discharged when the non-use state continues for a predetermined period.
  • the battery system (1) according to Item 12 characterized in that According to this, it is possible to reduce the capacity of the secondary battery (20) while the target load is not in operation.
  • the battery system (1) further includes a buffer battery (Eb) connected in parallel to the secondary battery (20), The discharge control unit (142) discharges the capacity of the secondary battery (20) to the buffer battery (Eb) when the secondary battery (20) is discharged when the non-use state continues for a predetermined period.
  • the battery system (1) according to Item 12 characterized in that According to this, it is possible to reduce the capacity of the secondary battery (20) while the target load is not in operation.
  • the battery system (1) according to any one of items 12 to 15, The DC power supplied from the secondary battery (20) is converted to AC power during power running and supplied to a motor (3) in the vehicle, and the AC power supplied from the motor (3) is converted to DC power during regeneration.
  • a vehicle power supply system comprising: According to this, it is possible to achieve both the request for storage deterioration suppression and the request for securing the dischargeable capacity during long-term storage of the vehicle-mounted secondary battery (20).

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Abstract

状態推定部１４１は、二次電池２０の電圧、電流、温度の少なくとも１つをもとに、二次電池２０のＳＯＣ（State Of Charge)を含む二次電池２０の状態を推定する、放電制御部１４２は、二次電池２０の不使用状態が所定期間継続すると、二次電池２０の保存劣化の進行しやすさを示す指標が段階的に減少するように、二次電池２０を放電させる。当該指標には、二次電池２０のＳＯＣに依存するパラメータが含まれている。当該指標の値と滞在時間との積が複数の段階間において所定の関係になるように、各段階における指標の値と滞在時間が設定されている。

Description

電池管理装置、電池システム、及び車両用電源システム
　本発明は、二次電池を管理する電池管理装置、電池システム、及び車両用電源システムに関する。
　近年、リチウムイオン電池の需要が拡大している。リチウムイオン電池は、車載用途（例えば、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ、ＥＶ）、定置型蓄電用途、電子機器用途（例えば、ノートＰＣ、スマートフォン）など、様々な用途に使用されている。特にＨＥＶ、ＰＨＥＶ、ＥＶの出荷台数が増えてきており、車載用のリチウムイオン電池の出荷が伸びている。
　長期出張などにより、自家用のＥＶや蓄電システムを長期間使用しない場合が発生し得る。このような電池を長期保存する場合において、電池を高ＳＯＣのまま放置すると、速いペースで保存劣化が進行する。電池の保存劣化を抑制するため、放電が不要となる可能性が高い時間帯においてＳＯＣを比較的低く維持する手法（例えば、特許文献１参照）や、車両の長期間の停車が予測されるとき、充電の開始を遅らせる手法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
特開２０１６－１２９８９号公報 特開２００９－５４５０号公報
　一方で、電池システムには、必要な時に必要な容量を放電できることが要求される。例えば、車載電池の長期保存の場合にＳＯＣを低く維持しすぎると、長期保存後に使用する際の走行距離が短くなってしまう。
　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、二次電池の長期保存時の劣化抑制と、長期保存後の使用における放電可能容量の確保を両立させる技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の電池管理装置は、二次電池の電圧、電流、温度の少なくとも１つをもとに、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge)を含む前記二次電池の状態を推定する状態推定部と、前記二次電池の不使用状態が所定期間継続すると、前記二次電池の保存劣化の進行しやすさを示す指標が段階的に減少するように、前記二次電池を放電させる放電制御部と、を備える。前記指標には、前記二次電池のＳＯＣに依存するパラメータが含まれており、前記指標の値と滞在時間との積が複数の段階間において所定の関係になるように、各段階における前記指標の値と滞在時間が設定されている。
　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、二次電池の長期保存時の劣化抑制と、長期保存後の使用における放電可能容量の確保を両立させることができる。
本発明の実施の形態に係る電池システムの概略構成を説明するための図である。 図２（ａ）－（ｄ）は、長期保存中の二次電池の放電方法の具体例を示す図である。 二次電池の長期保存中の放電処理の流れを示すフローチャートである。 二次電池の長期保存時における放電計画の実施例を説明するための図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、長期保存後の放電時の放電ΔＳＯＣを集計したグラフの一例を示す図である。 二次電池の長期保存時における放電計画の変形例を説明するための図である。
　図１は、本発明の実施の形態に係る電池システム１の概略構成を説明するための図である。図１に示す例は、本実施の形態に係る電池システム１が、車両の駆動用電池として車両に搭載される例である。電池システム１は、リレーＲＬ及びインバータ２を介してモータ３に接続される。インバータ２は力行時、電池システム１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。回生時、モータ３から供給される交流電力を直流電力に変換して電池システム１に供給する。なおリレーＲＬは電池システム１と車両側とを電気的に遮断するための素子の一例であり、両者の間の電流を遮断できるスイッチ機能を備える素子であれば、他の種類の素子を用いてもよい。
　電池システム１は二次電池２０及び電池管理装置１０を備える。二次電池２０は複数のセルＥ１～Ｅｎが直列接続されて形成される。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６－３．７Ｖ）を使用する例を想定する。セルＥ１～Ｅｎの直列数は、モータ３の電圧に応じて決定される。
　複数のセルＥ１－Ｅｎと直列にシャント抵抗Ｒｓが接続される。シャント抵抗Ｒｓは電流検出素子として機能する。なおシャント抵抗Ｒｓの代わりにホール素子を用いてもよい。また複数のセルＥ１－Ｅｎの温度を検出するための温度センサＴ１が設置される。温度センサＴ１には例えば、サーミスタを使用することができる。
　電池管理装置１０は電圧検出部１１、温度検出部１２、電流検出部１３、制御部１４、記憶部１５及び駆動部１６を備える。電圧検出部１１は、直列接続された複数のセルＥ１－Ｅｎの各ノードと複数の電圧線で接続され、隣接する２本の電圧線間の電圧をそれぞれ検出することにより、各セルＥ１－Ｅｎの電圧を検出する。電圧検出部１１は、検出した各セルＥ１－Ｅｎの電圧を制御部１４に出力する。電圧検出部１１は例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成できる。電圧検出部１１は、マルチプレクサ及びＡ／Ｄ変換器を含む。マルチプレクサは、複数のセルＥ１－Ｅｎの各電圧値を所定の順番でＡ／Ｄ変換器に出力し、Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログ信号の電圧値をデジタル信号の電圧値に変換する。
　温度検出部１２は温度センサＴ１の出力値をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎの温度を推定し、推定した温度を制御部１４に出力する。電流検出部１３は、シャント抵抗Ｒｓの両端に接続された誤差増幅器を含む。誤差増幅器はシャント抵抗Ｒｓの両端電圧を検出する。電流検出部１３は当該両端電圧をもとに、二次電池２０に流れる電流を検出し、検出した電流を制御部１４に出力する。
　制御部１４は例えば、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等で構成できる。制御部１４の詳細は後述する。記憶部１５は各種の情報を記憶する。記憶部１５は例えば、不揮発性メモリで構成できる。駆動部１６は、制御部１４からの切替指示信号を受けてリレーＲＬのオン／オフを制御するための駆動信号を生成し、リレーＲＬに供給する。
　制御部１４は、電圧検出部１１、温度検出部１２及び電流検出部１３により検出された複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧、電流、温度をもとに二次電池２０を管理する。例えば制御部１４は、セルＥ１～Ｅｎの少なくとも１つに過電圧、過小電圧、過電流、温度異常が発生すると、駆動部１６にリレーＲＬをターンオフさせ、セルＥ１～Ｅｎを保護する。また制御部１４はセルＥ１～Ｅｎの均等化処理を実行する。
　制御部１４は、本実施の形態において注目する機能を実現するための機能ブロックとして、状態推定部１４１及び放電制御部１４２を含む。状態推定部１４１は複数のセルＥ１－ＥｎのＳＯＣ(State Of Charge)及びＳＯＨ(State Of Health）を推定する。
　ＳＯＣは、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法または電流積算法により推定できる。ＯＣＶ法は、電圧検出部１１により検出されるＯＣＶと、記憶部１５に保持されるＳＯＣ－ＯＣＶカーブの特性データをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、電圧検出部１１により検出される充放電開始時のＯＣＶと、電流検出部１３により検出される電流の積算値をもとにＳＯＣを推定する方法である。
　ＳＯＨは、初期の満充電容量に対する現在の満充電容量の比率で規定され、数値が低いほど（０％に近いほど）劣化が進行していることを示す。ＳＯＨは、内部抵抗との相関関係をもとに推定することができる。内部抵抗は、電池に所定の電流を所定時間流した際に発生する電圧降下を、当該電流で割ることにより推定することができる。内部抵抗は温度が上がるほど低下する関係にあり、電池の劣化が進行するほど増加する関係にある。電池の劣化は充放電回数が増加するにつれ進行する。また電池の劣化は個体差や使用環境にも依存する。従って使用期間が長くになるにつれ基本的に、複数のセルＥ１－Ｅｎの容量のばらつきが大きくなっていく。
　放電制御部１４２は、二次電池２０の長期保存時の劣化を抑制するために二次電池２０の容量を放電する。放電制御部１４２は、二次電池２０の保存劣化の進行しやすさを示す指標（以下、本明細書では保存劣化速度指標という）を生成し、保存劣化速度指標が段階的に低下するように二次電池２０を放電させる。保存劣化速度指標は０～１００％の範囲の値をとり、値が大きいほど保存劣化速度が速いことを示す。
　保存劣化速度指標には、ＳＯＣに依存するパラメータが含まれる。ＳＯＣ、あるいはＳＯＣに応じて単調変化する任意のパラメータ（電圧、ＳＯＰ（State Of Power）など）のうち、少なくとも一つを使用できる。電圧として、セル電圧、モジュール電圧、システム電圧を使用することができる。直列接続された複数のセルが設けられる場合、セル電圧は、複数のセルの電圧の最大値を使用してもよいし、平均値を使用してもよい。直列接続された複数のモジュールが使用される場合、システム電圧は、複数のモジュール電圧の合算値になる。
　また保存劣化速度指標には、二次電池２０のＳＯＣに依存しないパラメータも含めることができる。ＳＯＣに依存しないパラメータには、環境パラメータと劣化パラメータが含まれる。環境パラメータとして、各種の温度（セルの表面、セルの内部、モジュール、システム、外気など）を使用することができる。温度が高いほど、保存劣化速度指標が上昇する関係にある。なお環境パラメータとして湿度を使用することもできる。
　劣化パラメータとして、ＳＯＨ、Ｒ－ＳＯＨ、内部抵抗値、満充電容量、総充電／総放電容量、サイクル数、総充電／総放電時間、総使用時間、最大／最小電圧履歴、最大／最小温度履歴の少なくとも１つを使用することができる。セルの劣化が進行しているほど、保存劣化速度指標が上昇する関係にある。
　保存劣化速度指標における各パラメータの寄与度は、二次電池２０の種類ごとに実験やシミュレーションにもとづき決定される。保存劣化速度指標におけるパラメータの寄与度としては、ＳＯＣと温度の寄与度が支配的である。
　図２（ａ）－（ｄ）は、長期保存中の二次電池２０の放電方法の具体例を示す図である。図２（ａ）－（ｄ）では二次電池２０が、直列接続された４つのセルＥ１－Ｅ４で構成される例を示している。
　図２（ａ）は、長期保存中の二次電池２０の放電用の負荷として、均等化回路の放電抵抗Ｒ１－Ｒ４を利用する場合の部分回路図である。リチウムイオン電池では電力効率の維持および安全性担保の観点から、直列接続された複数のセルＥ１～Ｅｎ間において電圧を均等化する均等化処理が実行されることが一般的である。
　図２（ａ）に示す例では、セルＥ１－Ｅ４のそれぞれの両端に放電回路が接続される。セルＥ１の放電回路は、直列接続されたスイッチＳ１と放電抵抗Ｒ１により構成される。セルＥ２－Ｅ４の放電回路も、セルＥ１の放電回路と同様の構成である。制御部１４は均等化処理する際、複数のセルＥ１－Ｅ４の電圧の内、最も電圧が低いセルを特定する。制御部１４は、他のセルのスイッチをオン状態に制御して、当該最も電圧が低いセルの電圧まで、他のセルの容量を放電する。これにより、複数のセルＥ１－Ｅ４の電圧を揃えることができる。図２（ａ）に示す例では、均等化処理に使用する放電抵抗Ｒ１－Ｒ４を、長期保存中の二次電池２０の放電用の負荷として利用する。
　図２（ｂ）は、長期保存中の二次電池２０の放電用の負荷として、冷却ファンＬｆを利用する場合の部分回路図である。電池システム１では、二次電池２０を冷却するために冷却ファンＬｆが設置されることがある。特に定置型の大型蓄電システムでは、蓄電ラックに冷却ファンＬｆが取り付けられることが多い。
　図２（ｂ）に示す例では、セルＥ１－Ｅ４の両端に、スイッチＳ５を介して冷却ファンＬｆが接続される。制御部１４はセルＥ１～Ｅ４の温度が所定値以上に上昇したとき、スイッチＳ５をオン状態に制御して、冷却ファンＬｆを稼働させる。これにより、セルＥ１～Ｅ４を冷却することができる。
　図２（ｂ）に示す例では冷却ファンＬｆが稼働することにより、セルＥ１～Ｅ４の温度を低下させる効果もある。従って保存劣化の進行を温度面からも抑制する効果がある。また図２（ａ）に示した放電抵抗Ｒ１－Ｒ４を使用する場合と比較して、消費電力が大きくなるため、セルＥ１～Ｅ４のＳＯＣを目標値まで低下させる際の放電時間を短縮することができる。
　図２（ｃ）は、長期保存中の二次電池２０の放電用の負荷として、バッファ用の別の二次電池Ｅｂを利用する場合の部分回路図である。セルＥ１－Ｅ４の両端に、スイッチＳ６を介してバッファ用の二次電池Ｅｂが接続される。バッファ用の二次電池Ｅｂには、対象となる二次電池２０より保存劣化しにくい特性の電池を使用するか、対象となる二次電池２０より高用量の電池を使用する。制御部１４は長期保存中の二次電池２０を放電させる際、スイッチＳ６をオン状態に制御して、対象となる二次電池２０から放電される容量をバッファ用の二次電池Ｅｂに充電させる。対象となる二次電池２０の使用が再開されると、バッファ用の二次電池Ｅｂからも放電され、空き容量が増加される。
　図２（ｄ）は、長期保存中の二次電池２０の放電用の負荷として、均等化回路の放電抵抗Ｒ１－Ｒ４と冷却ファンＬｆの両方を利用する場合の部分回路図である。制御部１４は長期保存中の二次電池２０を放電させる際、スイッチＳ１－Ｓ５をオン状態に制御して、放電抵抗Ｒ１－Ｒ４を導通させるとともに冷却ファンＬｆを稼働させる。冷却ファンＬｆは、放電抵抗Ｒ１－Ｒ４の発熱も冷却することができる。従って放電抵抗Ｒ１－Ｒ４を小さくすることができ、放電抵抗Ｒ１－Ｒ４の定格電流を上げることができる。放電抵抗Ｒ１－Ｒ４の定格電流を上げれば、放電抵抗Ｒ１－Ｒ４に流れる電流を多くすることができ、放電時間を短縮することができる。
　図３は、二次電池２０の長期保存中の放電処理の流れを示すフローチャートである。放電制御部１４２は、二次電池２０の不使用期間が設定値を超えると（Ｓ１０のＹ）、記憶部１５から二次電池２０の多段階の放電計画を読み出す（Ｓ１１）。当該設定値は、二次電池２０の用途に応じて設定される。例えば、ＥＶであれば１週間程度、スマートフォンであれば１～３日に設定される。放電計画は、各段階における保存劣化速度指標と滞在時間を含んでいる。この保存劣化速度指標と滞在時間の決定方法の具体例は後述する。なお放電計画の内容は、放電計画に基づく放電処理の実行中（放電処理の最中と、放電処理と次の放電処理とのインターバル期間の両方を含む）においても、温度などの環境条件が変化した場合、その変化に応じて変更可能である。
　放電制御部１４２は、パラメータｎに初期値として１を設定する（Ｓ１２）。放電制御部１４２は、第ｎ段階の滞在終了時刻が到来すると（Ｓ１３のＹ）、第ｎ段階の放電を開始する（Ｓ１４）。放電制御部１４２は、保存劣化速度指標が下限値に到達すると（Ｓ１５のＹ）、二次電池２０の長期保存中の放電処理を終了する。なお、保存劣化速度指標と下限値との比較は、第ｎ段階の放電が終了した時点で行ってもよい。当該比較の結果、保存劣化速度指標が下限値以下の場合、次の段階の放電に移行せずに長期保存中の放電処理を終了する。なお、長期保存中の放電処理は、二次電池２０の通常の使用が再開した場合も停止する。
　放電制御部１４２は、保存劣化速度指標が第ｎ段階の目標値に到達すると（Ｓ１５のＮ、Ｓ１６のＹ）、第ｎ段階の放電を終了する（Ｓ１７）。放電制御部１４２は、パラメータｎをインクリメントして（Ｓ１８）、ステップＳ１３に遷移する。
　図４は、二次電池２０の長期保存時における放電計画の実施例を説明するための図である。保存劣化は基本的にＳＯＣと温度に大きく依存している。ＳＯＣが高いほど、又は温度が高いほど保存劣化が進行しやすくなる。図４に示す例は、温度が常温（２５℃）で一定とし、その他の環境パラメータと劣化パラメータも一定としている。即ち、保存劣化速度指標がＳＯＣと一致する簡易モデルを示している。
　放電計画では、複数の段階における保存劣化速度指標（＝ＳＯＣ）の値と滞在時間の積（以下、保存時間積という）の関係が考慮される。図４に示す例において第１段階のＳＯＣは１００％、滞在時間はＴ１、保存時間積はＳ１である。第２段階のＳＯＣは８０％、滞在時間はＴ２、保存時間積はＳ２である。第３段階のＳＯＣは５０％、滞在時間はＴ３、保存時間積はＳ３である。ＳＯＣの下限値は４５％である。保存時間積の合計Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３は、所定の上限値以下に制限される。この制約は、長期保存中の放電処理のタイムスケールの枠をはめるための制約である。
　実施例では、保存劣化速度が相対的に早くなる高ＳＯＣ領域の滞在時間を短く設定し、保存劣化速度が相対的に遅くなる低ＳＯＣ領域の滞在時間を長く設定する。即ち、段階が進むほど滞在時間が長くなるように設定される。実施例に係る放電計画では、段階間の遷移におけるＳＯＣの減少値ΔＳＯＣは、一定または段階が進むほど小さくなるように設定される。
　実施例に係る放電計画では、段階が進むほど保存時間積が大きくなるように（Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３）、各段階におけるＳＯＣと滞在時間が設定される。また、複数の段階における保存時間積が実質的に等しくなるように（Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３）、各段階におけるＳＯＣと滞在時間が設定されてもよい。
　各段階における具体的なＳＯＣと滞在時間は、長期保存後の放電時の使用実績をもとに決定することができる。電池システム１のメーカまたは運用管理会社は、長期保存後の使用により放電された放電容量（放電ΔＳＯＣ）のデータを多数サンプリングする。放電ΔＳＯＣは、長期保存後の放電開始時のＳＯＣと放電終了時のＳＯＣの差分で規定される。サンプルデータは、長期保存後の使用再開時における二次電池２０の使用態様が類似する属性ごとに集計される。例えば、電池システム１が搭載される製品ごとに集計される。さらに製品の仕向地ごとに集計されてもよい。仕向地により気温やユーザの習慣が異なるため、仕向地を考慮して分類すると、より高精度なデータ分類が可能となる。
　図５（ａ）、（ｂ）は、長期保存後の放電時の放電ΔＳＯＣを集計したグラフの一例を示す図である。図５（ａ）は、長期保存後の放電時の放電ΔＳＯＣの確率分布（Probability Density Function:ＰＤＦ）を示すグラフであり、図５（ｂ）は、長期保存後の放電時の放電ΔＳＯＣの累積確率分布（Cumulative Distribution Function:ＣＤＦ）を示すグラフである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の確率分布を、累積確率分布に書き換えたグラフである。
　図５（ａ）に示すグラフを見ると、長期保存後の放電時に約４５％のＳＯＣを放電するユーザが最も多いことが分かる。設計者は、長期保存後の放電時の使用実績をもとに、長期保存中の放電処理のＳＯＣの下限値を決定する。この例ではＳＯＣの下限値を４５％に決定する。即ち、二次電池２０の最低確保容量として、ＳＯＣ４５％の容量を二次電池２０に確保する。なお、ＳＯＣの下限値はユーザごとにカスタマイズされた値を使用してもよい。
　設計者は、長期保存後の放電時の放電ΔＳＯＣの確率分布をもとに、放電計画を構成する複数の段階における保存時間積の比率を決定する。図４、図５（ａ）に示す例では、放電計画における第１段階の保存時間積Ｓ１：第２段階の保存時間積Ｓ２：第３段階の保存時間積Ｓ３の比率と、放電ΔＳＯＣの確率分布の第１段階に対応する面積：第２段階に対応する面積：第３段階に対応する面積の比率とが比例するように、第１段階の保存時間積Ｓ１、第２段階の保存時間積Ｓ２及び第３段階の保存時間積Ｓ３が決定される（Ｓ１：Ｓ２：Ｓ３∝放電ΔＳＯＣの確率分布）。
　放電ΔＳＯＣの確率分布の第１段階に対応する面積は、０％と第１段階のＳＯＣ（図４では１００％）との間に挟まれた領域の面積である。放電ΔＳＯＣの確率分布の第２段階に対応する面積は、０％と第２段階のＳＯＣ（図４では８０％）との間に挟まれた領域の面積である。放電ΔＳＯＣの確率分布の第３段階に対応する面積は、０％と第３段階のＳＯＣ（図４では５０％）との間に挟まれた領域の面積である。
　なお、放電計画における第１段階の保存時間積Ｓ１：第２段階の保存時間積Ｓ２：第３段階の保存時間積Ｓ３の比率は、重み付けされてもよい。その場合、重み係数Ｗは、段階が進むほど大きな値に設定される（Ｗ＿Ｓ１＜Ｗ＿Ｓ２＜Ｗ＿Ｓ３）。
　また設計者は、長期保存後の放電時の放電ΔＳＯＣの累積確率分布をもとに、当該累積確率分布が実質的に等間隔になるように、長期保存後の放電時の放電ΔＳＯＣを分類してもよい。図５（ｂ）では、累積確率分布を２０％刻みで放電ΔＳＯＣを分類した例を示している。放電ΔＳＯＣの累積確率分布が２０％で、放電ΔＳＯＣが４０％以下の使用がカバーされる。放電ΔＳＯＣの累積確率分布が４０％で、放電ΔＳＯＣが５０％以下の使用がカバーされる。放電ΔＳＯＣの累積確率分布が６０％で、放電ΔＳＯＣが６５％以下の使用がカバーされる。放電ΔＳＯＣの累積確率分布が８０％で、放電ΔＳＯＣが８０％以下の使用がカバーされる。放電ΔＳＯＣの累積確率分布が１００％で、放電ΔＳＯＣが１００％以下の使用がカバーされる。
　設計者は、分類した放電ΔＳＯＣをもとに、放電計画における各段階のＳＯＣを決定する。図５（ｂ）に示す例では第１段階のＳＯＣを１００％に設定し、第２段階のＳＯＣを８０％に設定し、第３段階のＳＯＣを６５％に設定する。
　なお、放電計画における第１段階のＳＯＣ１：第２段階のＳＯＣ２：第３段階のＳＯＣ３の比率は、重み付けされてもよい。その場合、重み係数Ｗは、段階が進むほど大きな値に設定される（Ｗ＿ＳＯＣ１＜Ｗ＿ＳＯＣ２＜Ｗ＿ＳＯＣ３）。
　設計者は、以上の知見から生成した各段階におけるＳＯＣと滞在時間を含む放電計画を、記憶部１５に保存する。なお、サンプルデータから温度やＳＯＨ等の放電ΔＳＯＣ以外のデータを収集できる場合は、図５（ａ）、（ｂ）の横軸は、長期保存後の放電時における放電前後の保存劣化速度指標の差分となる。
　上記の確率分布は学習により更新することも可能である。放電制御部１４２は、自己の電池システム１における二次電池２０の長期保存後の放電が発生する度に、放電ΔＳＯＣや温度などのデータを取得して記憶部１５に保存する。自己の電池システム１から１つ以上のサンプルデータが新たに収集されると、放電制御部１４２は、記憶部１５に保存される現在の確率分布を、当該サンプルデータを含む確率分布に更新する。放電制御部１４２は、更新後の確率分布をもとに各段階における放電劣化速度指標（またはＳＯＣ）と滞在時間を含む放電計画を更新する。自己の電池システム１から収集されるサンプルデータの数が多くなるほど、当該電池システム１のユーザの行動様式をより反映した確率分布となり、より高精度な放電計画を生成することができる。
　放電制御部１４２は、長期保存中の放電処理の開始時に、セルＥ１－Ｅ４の検出温度に応じて、ＳＯＣの下限値を調整することができる。例えば、セルＥ１－Ｅ４の温度が高いほどＳＯＣの下限値を低く設定する。なお放電劣化速度指標を使用する場合において、放電劣化速度指標のパラメータに温度が含まれている場合、放電劣化速度指標の下限値は変動させる必要はない。セルＥ１－Ｅ４の温度の影響は、放電劣化速度指標の値に反映される。即ち、セルＥ１－Ｅ４の温度が高い場合、放電劣化速度指標が上昇するため下限値に到達しにくくなる。
　以上説明したように本実施の形態によれば、電池システム１が長期保存中において、二次電池２０の容量を多段階で放電することにより、保存劣化速度指標（またはＳＯＣ）を目標値まで低下させる。その際、保存劣化速度指標（またはＳＯＣ）が高い状態の滞在時間を短くし、保存劣化速度指標（またはＳＯＣ）が低い状態の滞在時間を長くする。例えば、段階が進むにつれ滞在時間が長くなるように制御する。また段階が進むにつれ保存時間積（＝保存劣化速度指標×滞在時間）が大きくなるように制御する。これにより、長期保存時の保存劣化抑制の要請と放電可能容量確保の要請を両立させることができる。
　また、ＳＯＣの下限値を温度に応じて変化させることにより、また保存劣化速度指標のパラメータに温度を含めることにより、保存劣化抑制と放電可能容量のバランスを調整することができる。また長期保存後の使用実績をもとに生成された長期保存中の放電計画を使用することにより、好適な放電可能容量を確保することができる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　図６は、二次電池２０の長期保存時における放電計画の変形例を説明するための図である。変形例では、実施例と反対に高ＳＯＣ領域の滞在時間を長く設定し、低ＳＯＣ領域の滞在時間を短く設定している。最初の放電までの時間を長くとり、それまでに使用されない場合、以後も使用されないと判断し、次の放電動作までの時間を短くしていく。即ち、各段階における滞在時間は、段階が進むほど短く設定される。
　変形例に係る放電計画では、段階間の遷移におけるＳＯＣの減少値ΔＳＯＣが、一定または段階が進むほど大きくなるように設定される。また変形例に係る放電計画では、段階が進むほど保存時間積が小さくなるように、各段階におけるＳＯＣと滞在時間が設定される。また複数の段階における保存時間積が実質的に等しくなるように、各段階におけるＳＯＣと滞在時間が設定されてもよい。
　図６は、５０［Ａｈ］の電池モジュールを、５０［ｍＡｈ］の放電容量で放電する場合の例を示している。電池モジュールが２４時間放置されると、長期保存中の放電処理が開始する。最初の放電ではＳＯＣ１０％の容量を１０時間かけて放電する。２回目の放電ではＳＯＣ１５％の容量を１５時間かけて放電する。３回目の放電ではＳＯＣ２５％の容量を２５時間かけて放電する。これにより、長期保存中のＳＯＣの目標値であるＳＯＣ５０％に到達する。なお変形例の説明では簡易的にＳＯＣを用いて説明したが、上記実施例と同様にＳＯＣの代わりに保存劣化速度指標を使用してもよい。
　なお上記の実施の形態では、長期保存後の使用実績をもとに放電計画を作成する例を説明したが、放電計画は必ずしも使用実績をもとに作成されるものに限定されず、想定値をもとに作成されてもよい。その場合の放電計画も、上述した保存劣化速度指標（またはＳＯＣ）、滞在時間、保存時間積に関する制約条件に従う。
　なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
　二次電池（２０）の電圧、電流、温度の少なくとも１つをもとに、前記二次電池（２０）のＳＯＣ（State Of Charge)を含む前記二次電池（２０）の状態を推定する状態推定部（１４１）と、
　前記二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続すると、前記二次電池（２０）の保存劣化の進行しやすさを示す指標が段階的に減少するように、前記二次電池（２０）を放電させる放電制御部（１４２）と、を備え、
　前記指標には、前記二次電池のＳＯＣに依存するパラメータが含まれており、
　前記指標の値と滞在時間との積が複数の段階間において所定の関係になるように、各段階における前記指標の値と滞在時間が設定されていることを特徴とする電池管理装置（１０）。
　これによれば、二次電池（２０）の長期保存時の保存劣化抑制の要請と放電可能容量確保の要請を両立させることができる。
［項目２］
　前記段階間の遷移における前記指標の減少値は、一定または段階が進むほど小さくなるように設定されていることを特徴とする項目１に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、放電可能容量が少なすぎる状態になることを防止することができる。
［項目３］
　各段階における前記指標の値と滞在時間は、段階が進むほど、前記積が大きくなるように設定されていることを特徴とする項目１または２に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、保存劣化を抑制しつつ、放電可能容量が少なすぎる状態になることを防止することができる。
［項目４］
　各段階における前記指標の値と滞在時間は、前記複数の段階間において前記積が実質的に等しくなるように設定されていることを特徴とする項目１または２に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、保存劣化を抑制しつつ、放電可能容量が少なすぎる状態になることを防止することができる。
［項目５］
　前記複数の段階間における前記積の比率は、二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続した後の使用により放電された容量のデータが複数サンプリングされて生成された長期不使用後の放電容量の確率分布をもとに設定されていることを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、好適な放電可能容量が確保された放電計画を作成することができる。
［項目６］
　各段階における前記指標の値は、二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続した後の使用により放電された容量のデータが複数サンプリングされて生成された長期不使用後の放電容量の累積確率分布をもとに、当該累積確率分布が実質的に等間隔になるように設定されていることを特徴とする項目１、３、４のいずれか１項に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、好適な放電可能容量が確保された放電計画を作成することができる。
［項目７］
　各段階における滞在時間は、段階が進むほど短く設定されていることを特徴とする項目１に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、放電可能容量が少なすぎる状態になることを防止しつつ、保存劣化を抑制することができる。
［項目８］
　各段階における前記指標の値と滞在時間は、段階が進むほど、前記積が小さくなるように設定されていることを特徴とする項目１、７のいずれか１項に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、放電可能容量が少なすぎる状態になることを防止しつつ、保存劣化を抑制することができる。
［項目９］
　前記二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続することによる前記放電制御部（１４２）による放電時の前記指標の下限値は、二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続した後の放電時の使用実績をもとに設定されていることを特徴とする項目１から８のいずれか１項に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、指標の下限値を好適な値に設定することができる。
［項目１０］
　前記二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続することによる前記放電制御部（１４２）による放電時の前記指標の下限値は、環境に依存するパラメータ及び／又は前記二次電池（２０）の劣化度に依存するパラメータに応じて調整されることを特徴とする項目１から９のいずれか１項に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、指標の下限値を好適な値に調整することができる。
［項目１１］
　前記指標には、前記ＳＯＣに依存するパラメータに加えて、環境に依存するパラメータ及び／又は前記二次電池（２０）の劣化度に依存するパラメータが含まれることを特徴とする項目１から９のいずれか１項に記載の電池管理装置（１０）。
　これによれば、二次電池（２０）の保存劣化を、より正確に管理することができる。
［項目１２］
　二次電池（２０）と、
　前記二次電池（２０）を管理する項目１から１１のいずれか１項に記載の電池管理装置（１０）と、
　を備えることを特徴とする電池システム（１）。
　これによれば、二次電池（２０）の長期保存時の保存劣化抑制の要請と放電可能容量確保の要請を両立させることができる。
［項目１３］
　前記二次電池（２０）は、直列接続された複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）を含み、
　前記電池システム（１）は、前記複数のセル（Ｅ１－Ｅｎ）とそれぞれ並列に接続された均等化用の複数の放電抵抗（Ｒ１－Ｒ４）をさらに備え、
　前記放電制御部（１４２）は、前記二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続することにより放電する際、前記複数の放電抵抗（Ｒ１－Ｒ４）に前記二次電池（２０）の容量を放電させることを特徴とする項目１２に記載の電池システム（１）。
　これによれば、目的の負荷が稼働しない期間に、二次電池（２０）の容量を減らすことができる。
［項目１４］
　前記電池システム（１）は、前記二次電池（２０）と並列に接続された、前記二次電池（２０）を冷却するためのファン（Ｌｆ）をさらに備え、
　前記放電制御部（１４２）は、前記二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続することにより放電する際、前記ファン（Ｌｆ）に前記二次電池（２０）の容量を放電させることを特徴とする項目１２に記載の電池システム（１）。
　これによれば、目的の負荷が稼働しない期間に、二次電池（２０）の容量を減らすことができる。
［項目１５］
　前記電池システム（１）は、前記二次電池（２０）と並列に接続されたバッファ用電池（Ｅｂ）をさらに備え、
　前記放電制御部（１４２）は、前記二次電池（２０）の不使用状態が所定期間継続することにより放電する際、前記バッファ用電池（Ｅｂ）に前記二次電池（２０）の容量を放電させることを特徴とする項目１２に記載の電池システム（１）。
　これによれば、目的の負荷が稼働しない期間に、二次電池（２０）の容量を減らすことができる。
［項目１６］
　項目１２から１５のいずれか１項に記載の電池システム（１）と、
　力行時に前記二次電池（２０）から供給される直流電力を交流電力に変換して車両内のモータ（３）に供給し、回生時に前記モータ（３）から供給される交流電力を直流電力に変換して前記二次電池（２０）に供給するインバータ（２）と、
　前記電池システム（１）と前記インバータ（２）の間に接続されるスイッチ（ＲＬ）と、
　を備えることを特徴とする車両用電源システム。
　これによれば、車載用の二次電池（２０）の長期保存時の保存劣化抑制の要請と放電可能容量確保の要請を両立させることができる。
　１　電池システム、　２　インバータ、　３　モータ、　１０　電池管理装置、　１１　電圧検出部、　１２　温度検出部、　１３　電流検出部、　１４　制御部、　１４１　状態推定部、　１４２　放電制御部、　１５　記憶部、　１６　駆動部、　２０　二次電池、　Ｅ１－Ｅｎ　セル、　Ｓ１－Ｓ６　スイッチ、　Ｒ１－Ｒ４　放電抵抗、　Ｒｓ　シャント抵抗、　ＲＬ　リレー、　Ｌｆ　冷却ファン、　Ｅｂ　バッファ用電池。

Claims (16)

  1. 　二次電池の電圧、電流、温度の少なくとも１つをもとに、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge)を含む前記二次電池の状態を推定する状態推定部と、
    　前記二次電池の不使用状態が所定期間継続すると、前記二次電池の保存劣化の進行しやすさを示す指標が段階的に減少するように、前記二次電池を放電させる放電制御部と、を備え、
    　前記指標には、前記二次電池のＳＯＣに依存するパラメータが含まれており、
    　前記指標の値と滞在時間との積が複数の段階間において所定の関係になるように、各段階における前記指標の値と滞在時間が設定されていることを特徴とする電池管理装置。
  2. 　前記段階間の遷移における前記指標の減少値は、一定または段階が進むほど小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  3. 　各段階における前記指標の値と滞在時間は、段階が進むほど、前記積が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池管理装置。
  4. 　各段階における前記指標の値と滞在時間は、前記複数の段階間において前記積が実質的に等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池管理装置。
  5. 　前記複数の段階間における前記積の比率は、二次電池の不使用状態が所定期間継続した後の使用により放電された容量のデータが複数サンプリングされて生成された長期不使用後の放電容量の確率分布をもとに設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  6. 　各段階における前記指標の値は、二次電池の不使用状態が所定期間継続した後の使用により放電された容量のデータが複数サンプリングされて生成された長期不使用後の放電容量の累積確率分布をもとに、当該累積確率分布が実質的に等間隔になるように設定されていることを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  7. 　各段階における滞在時間は、段階が進むほど短く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  8. 　各段階における前記指標の値と滞在時間は、段階が進むほど、前記積が小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１、７のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  9. 　前記二次電池の不使用状態が所定期間継続することによる前記放電制御部による放電時の前記指標の下限値は、二次電池の不使用状態が所定期間継続した後の放電時の使用実績をもとに設定されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  10. 　前記二次電池の不使用状態が所定期間継続することによる前記放電制御部による放電時の前記指標の下限値は、環境に依存するパラメータ及び／又は前記二次電池の劣化度に依存するパラメータに応じて調整されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  11. 　前記指標には、前記ＳＯＣに依存するパラメータに加えて、環境に依存するパラメータ及び／又は前記二次電池の劣化度に依存するパラメータが含まれることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  12. 　二次電池と、
    　前記二次電池を管理する請求項１から１１のいずれか１項に記載の電池管理装置と、
    　を備えることを特徴とする電池システム。
  13. 　前記二次電池は、直列接続された複数のセルを含み、
    　前記電池システムは、前記複数のセルとそれぞれ並列に接続された均等化用の複数の放電抵抗をさらに備え、
    　前記放電制御部は、前記二次電池の不使用状態が所定期間継続することにより放電する際、前記複数の放電抵抗に前記二次電池の容量を放電させることを特徴とする請求項１２に記載の電池システム。
  14. 　前記電池システムは、前記二次電池と並列に接続された、前記二次電池を冷却するためのファンをさらに備え、
    　前記放電制御部は、前記二次電池の不使用状態が所定期間継続することにより放電する際、前記ファンに前記二次電池の容量を放電させることを特徴とする請求項１２に記載の電池システム。
  15. 　前記電池システムは、前記二次電池と並列に接続されたバッファ用電池をさらに備え、
    　前記放電制御部は、前記二次電池の不使用状態が所定期間継続することにより放電する際、前記バッファ用電池に前記二次電池の容量を放電させることを特徴とする請求項１２に記載の電池システム。
  16. 　請求項１２から１５のいずれか１項に記載の電池システムと、
    　力行時に前記二次電池から供給される直流電力を交流電力に変換して車両内のモータに供給し、回生時に前記モータから供給される交流電力を直流電力に変換して前記二次電池に供給するインバータと、
    　前記電池システムと前記インバータの間に接続されるスイッチと、
    　を備えることを特徴とする車両用電源システム。
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