WO2019230131A1 - 充電制御装置、輸送機器、及びプログラム - Google Patents

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WO2019230131A1
WO2019230131A1 PCT/JP2019/010850 JP2019010850W WO2019230131A1 WO 2019230131 A1 WO2019230131 A1 WO 2019230131A1 JP 2019010850 W JP2019010850 W JP 2019010850W WO 2019230131 A1 WO2019230131 A1 WO 2019230131A1
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battery
cell
voltage
charging
charge
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PCT/JP2019/010850
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悠佑 岡本
藤野　健
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本田技研工業株式会社
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Definitions

  • the present invention relates to a charge control device, a transport device, and a program.
  • a charge control device includes a variation acquisition unit that acquires information indicating a variation in an internal state of one or more cells of the battery.
  • the charge control device includes a first charge termination control that is defined to prevent battery deterioration due to overcharge when the variation in the internal state is less than a threshold that represents an allowable limit of the variation in the internal state in the cell.
  • a control unit is provided that allows the cell voltage to exceed the voltage and charges the battery.
  • the control unit stops charging the battery when at least the cell voltage reaches the first charge end control voltage, and the internal state variation is less than the threshold.
  • a second charge end control voltage higher than the first charge end control voltage may be set, and the battery may be charged until the cell voltage reaches the second charge end control voltage.
  • the information indicating the variation in the internal state within the cell may indicate the variation in the charge state within the cell.
  • the acquiring unit may acquire the time change amount of the open circuit voltage of the cell after the end of charging the battery as information indicating a variation in the internal state.
  • the control unit may permit the cell voltage to exceed the first charge end control voltage when the magnitude of the time change amount is less than a predetermined time change amount threshold.
  • the battery may have multiple cells.
  • An acquisition part may acquire the time variation
  • the control unit sets the cell voltage of the plurality of cells to the first charge end control voltage May be allowed to exceed.
  • the amount of time change may be calculated based on the difference between the open circuit voltage of the cell at the end of battery charging and the open circuit voltage of the cell when a predetermined time has elapsed since the end of battery charging.
  • the active material of the negative electrode of the cell may be an oxide active material having an operating potential that is noble compared with the graphite-based material.
  • the charge control device may further include a storage unit that stores a set value of the charging current of the battery in association with the SOC and the temperature of the cell so that the cell voltage becomes equal to or lower than the upper limit voltage.
  • the control unit may charge the battery by supplying a charging current having a set value stored in the storage unit in association with the SOC of the cell and the temperature of the battery.
  • the control unit charges the battery by allowing the cell voltage to exceed the first charge end control voltage when the variation in the internal state is less than the threshold value and the SOC of the cell is within the specified range. You may let me.
  • the control unit determines the first charge end control voltage as the cell voltage. May be allowed to charge and the battery charged.
  • a transportation device including the above charging control device is provided.
  • a program may cause the computer to function as a variation acquisition unit that acquires information indicating the variation in the internal state of one or more cells of the battery.
  • the program changes the charge termination control voltage that is set to prevent overcharge when the variation in internal state is less than the threshold that represents the allowable limit of variation in internal state in the cell. You may make it function as a control part which charges a battery.
  • the structure of the charging system 5 of one Embodiment is shown schematically.
  • the function structure of battery ECU30 is shown schematically.
  • the function structure of charge ECU40 is shown roughly.
  • the time change of OCV of the cell 22 after charge completion is shown schematically.
  • the distribution of ⁇ V detected in a plurality of cells 22 is schematically shown.
  • An example of the permitted current map stored in the storage unit 280 is shown in a table format. It is a flowchart which shows the process of battery ECU30 at the time of charge. It is a flowchart which shows the process of charge ECU40 at the time of charge.
  • An example of computer 1000 which functions as battery ECU30 and charge ECU40 is shown roughly.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a charging system 5 according to an embodiment.
  • the charging system 5 includes a charging device 9 and a vehicle 10.
  • the vehicle 10 is an example of a transportation device.
  • the vehicle 10 is an electric vehicle, for example.
  • the electric vehicle is an electric vehicle including a battery-powered electric vehicle (BEV) and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).
  • BEV battery-powered electric vehicle
  • PHEV plug-in hybrid electric vehicle
  • the vehicle 10 may be a hybrid vehicle including an internal combustion engine that provides at least a part of power.
  • the vehicle 10 includes drive wheels 12, a motor unit 14, a battery 20, a battery ECU 30, a charge ECU 40, a vehicle ECU 50, a PCU 70, and a converter 80.
  • ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit.
  • PCU is an abbreviation for Power Control Unit.
  • Battery 20 stores electrical energy.
  • the electrical energy stored in the battery 20 is supplied to the PCU 70 as DC power.
  • the PCU 70 converts DC power from the battery 20 into AC power and supplies the AC power to the motor unit 14.
  • the motor unit 14 outputs power using AC power supplied from the battery 20.
  • the power of the motor unit 14 is transmitted to the drive wheels 12.
  • the motor unit 14 converts the kinetic energy of the vehicle 10 transmitted through the drive wheels 12 and the like into electric energy, and generates regenerative power.
  • the PCU 70 converts the generated regenerative power into DC power and stores it in the battery 20.
  • the converter 80 converts AC power supplied from the charging device 8 via the power receiving unit 18 included in the vehicle 10 into DC power and supplies the DC power to the battery 20.
  • the battery 20 is provided with a current sensor 26.
  • the current sensor 26 detects a current supplied to the battery 20.
  • Current sensor 26 detects the electric power supplied from converter 80 to battery 20.
  • the current sensor 26 detects a current supplied from the battery 20 to the PCU 70.
  • a signal indicating the current value detected by the current sensor 26 is supplied to the battery ECU 30.
  • the battery 20 is provided with a plurality of temperature sensors 24 including a plurality of assembled batteries 21 connected in series and a temperature sensor 24a, a temperature sensor 24b, and a temperature sensor 24c.
  • the assembled battery 21 has a plurality of cells 22 connected in series.
  • the cell 22 may be a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or the like.
  • the temperature sensor 24 detects the temperature inside the battery 20.
  • the temperature sensors 24 are provided at a plurality of locations in the battery 20 in order to detect the temperature of the high temperature part and the temperature of the low temperature part in the battery 20. A signal indicating the temperature detected by the temperature sensor 24 is supplied to the battery ECU 30.
  • the battery 20 supplies a signal indicating the cell voltage of each of the plurality of cells 22 detected by the voltage sensor to the battery ECU 30. For example, when the battery 20 has M cells 22, the battery 20 supplies a signal indicating the M cell voltages to the battery ECU 30.
  • the cell voltage is measured as a voltage between the positive electrode and the negative electrode.
  • the battery ECU 30 monitors the state of the battery 20 and outputs various signals. For example, the battery ECU 30 determines the SOC of each cell 22 based on various signals such as a cell voltage signal supplied from the battery 20, a current signal supplied from the current sensor 26, and a temperature signal supplied from the temperature sensor 24. Various state quantities such as internal resistance are calculated. SOC is an abbreviation for State of charge. The battery ECU 30 supplies the calculated various state quantities to the vehicle ECU 50 and the charging ECU 40.
  • the vehicle ECU 50 controls the PCU 70 based on information supplied from the charging ECU 40, the battery ECU 30 and the PCU 70.
  • the vehicle ECU 50 detects that the charging connector 9 of the charging device 8 is inserted into the power receiving unit 18, the vehicle ECU 50 acquires the identification information of the charging device 8 from the charging device 8.
  • the vehicle ECU 50 supplies the charging ECU 40 with charging permission information indicating that charging is possible and the required SOC value.
  • Charging ECU 40 controls converter 80 to charge battery 20 based on information supplied from battery ECU 30 and vehicle ECU 50.
  • the battery ECU 30 determines the charging permission current to the battery 20 based on various signals supplied from the battery 20 and the state quantities of the cells 22 calculated based on the signals.
  • the charge permission current indicates a set value of the charge current of the battery 20.
  • the battery ECU 30 supplies various state quantities such as the SOC and internal resistance of each cell 22 and the charging permission current to the charging ECU 40.
  • Charging ECU 40 sets a target SOC value based on the required SOC value acquired from vehicle ECU 50.
  • the charging ECU 40 performs constant current charging with a relatively large current until the SOC of the battery 20 reaches the SOC target value. When the SOC reaches the SOC target value, the charging ECU 40 shifts to the constant voltage charging mode and ends the charging of the battery 20.
  • the target SOC value by constant current charging is called SOCobj.
  • the SOCobj is set so that the SOC when the charging of the battery 20 is completed becomes the required SOC value acquired from the vehicle ECU 50.
  • the charge ECU 40 does not reach the SOCobj when the cell voltage of the cell 22 reaches the charge end control voltage V1 that is set to suppress overcharging of the battery 20.
  • the battery 20 shifts to constant voltage charging and ends charging.
  • the charging ECU 40 charges the battery 20 exceeding the charging end control voltage V1 when the variation in the internal state of each cell 22 is smaller than the threshold value. As a result, it is possible to shorten the time until charging is completed while suppressing deterioration due to variations in the internal state in the cell.
  • the state of elements that affect the battery performance of the cell 22 is not uniform. In general, any cell can have some variation within the cell.
  • the SOC is a representative value that is observed as an average value of one whole cell, and in actuality, when viewed microscopically, the state of charge may be different for each electrode portion.
  • the amount of decrease in the open circuit voltage (OCV) of the cell 22 after the end of charging can be used.
  • OCV open circuit voltage
  • the variation in the state of charge is caused by non-uniform reaction in the cell 22.
  • the variation in the state of charge is alleviated by the progress of the relaxation reaction after the end of charging of the cell 22.
  • the OCV of the cell 22 decreases. Therefore, the amount of decrease in OCV after the end of charging can be used as an indicator of the variation in the charged state of the cell 22.
  • FIG. 2 schematically shows a functional configuration of the battery ECU 30.
  • the battery ECU 30 includes a processing unit 32 and a storage unit 280.
  • the processing unit 32 includes an acquisition unit 210, an SOC calculation unit 230, an internal resistance calculation unit 240, an allowed current determination unit 250, a variation calculation unit 220, and an upper limit voltage determination unit 200.
  • the processing unit 32 may be a processing device such as a microprocessor.
  • the battery ECU 30 is a kind of computer.
  • Storage unit 280 stores information necessary for the operation of battery ECU 30.
  • the storage unit 280 stores a control program for the battery ECU 30, constants and variables used by the control program, and temporary information necessary for calculation of the control program.
  • the acquisition unit 210 acquires information supplied from the battery 20 and information supplied from the charging ECU 40.
  • the acquisition unit 210 acquires information indicating the cell voltage of the cell 22. Specifically, the acquisition unit 210 acquires a voltage value detected by a voltage sensor that detects a voltage between terminals of the cell 22.
  • the acquisition unit 210 acquires information indicating the current flowing through the battery 20.
  • the current flowing through the battery 20 indicates the current flowing through the cell 22.
  • the current flowing through the battery 20 is a current supplied to the battery 20 or supplied from the battery 20.
  • the current supplied to the battery 20 is a charging current for the battery 20.
  • the acquisition unit 210 acquires the current value detected by the current sensor 26.
  • the acquisition unit 210 acquires information indicating the temperature of the battery 20. Specifically, the acquisition unit 210 acquires the temperature detected by the temperature sensor 24.
  • the SOC calculation unit 230 calculates the SOC of the cell 22.
  • the SOC calculation unit 230 calculates the SOC of the cell 22 based on the cell voltage of the cell 22.
  • the storage unit 280 stores an SOC map that associates the cell voltage with the SOC, and the SOC calculation unit 230 is based on the SOC map stored in the storage unit 280 and the cell voltage of the cell 22.
  • the SOC of the cell 22 may be calculated.
  • the SOC map may associate the OCV and the SOC of the cell 22 with each other.
  • the SOC calculation unit 230 may calculate the SOC of the cell 22 being charged based on the SOC calculated from the OCV and SOC map of the cell 22 and the charging current of the battery 20.
  • the internal resistance calculation unit 240 calculates the internal resistance of the cell 22. For example, the internal resistance calculation unit 240 calculates the internal resistance of the cell 22 based on the current flowing through the cell 22 and the cell voltage. The current flowing through the cell 22 is based on the current supplied to the battery 20.
  • Permitted current determination unit 250 determines a permitted charging current for battery 20.
  • the permission current determination unit 250 calculates the charge permission current based on the SOC of the cell 22 calculated by the SOC calculation unit 230, the temperature detected by the temperature sensor 24, the internal resistance of the cell 22 calculated by the internal resistance calculation unit 240, and the like. You may decide.
  • the storage unit 280 stores the setting value of the charging current of the battery 20 in association with the SOC of the cell 22 and the temperature of the battery 20, and the permitted current determination unit 250 is calculated by the SOC calculation unit 230.
  • the setting value of the charging current of the battery 20 stored in the storage unit 280 in association with the SOC of the cell 22 and the temperature of the battery 20 detected by the temperature sensor 24 may be determined as the charging permission current.
  • the permission current determination unit 250 may calculate a charge permission current for each of the plurality of cells 22 included in the battery 20 and apply the calculated minimum value of the charge permission current as the charge permission current of the battery 20.
  • the acquisition unit 210 acquires information indicating the variation in the internal state in the cell 22 of the one or more cells 22 included in the battery 20.
  • the acquisition unit 210 may acquire information indicating the variation in the internal state of each of the plurality of cells 22 included in the battery 20. Specifically, the acquisition unit 210 may acquire information indicating the variation in internal state in the cells 22 of all the cells 22 included in the battery 20.
  • the information indicating the variation in the internal state within the cell 22 may indicate the variation in the charge state within the cell 22.
  • the acquisition unit 210 acquires the amount of time variation of the OCV of the cell 22 after the end of charging of the battery 20 as information indicating the variation of the internal state in the cell 22.
  • the acquisition unit 210 acquires the OCV time change amount of each of the plurality of cells 22 after the end of charging of the battery 20.
  • the OCV of the cell 22 may be obtained by detecting the cell voltage with the battery 20 disconnected from the external circuit.
  • the variation calculation unit 220 calculates the variation of the internal state in the cell 22 based on the information acquired by the acquisition unit 210. For example, the variation calculation unit 220 calculates the difference between the open circuit voltage of the cell 22 at the end of charging of the battery 20 and the open circuit voltage of the cell 22 when a predetermined time has elapsed from the end of charging of the battery 20. Based on this, the time change amount of each cell 22 is calculated.
  • the upper limit voltage determination unit 200 determines an upper limit voltage when the battery 20 is charged.
  • the upper limit voltage determination unit 200 determines the upper limit voltage based on the variation in the internal state calculated by the variation calculation unit 220. For example, when the variation in the internal state is equal to or greater than a threshold value representing the allowable limit of the variation in the internal state in the cell 22, the upper limit voltage determination unit 200 uses the charge end control voltage V1 determined for the battery 20 as the upper limit voltage. Determine as. On the other hand, when the variation in the internal state is less than the threshold value, upper limit voltage determination unit 200 shifts to voltage V2 higher than charge end control voltage V1, and determines this as a new charge end control voltage as the upper limit voltage.
  • FIG. 3 schematically shows a functional configuration of the charging ECU 40.
  • the charging ECU 40 includes a processing unit 42 and a storage unit 380.
  • the processing unit 42 includes an acquisition unit 310 and a control unit 300.
  • the processing unit 42 may be a processing device such as a microprocessor.
  • the charging ECU 40 is a kind of computer.
  • Storage unit 380 stores information necessary for operation of charging ECU 40.
  • the storage unit 380 stores a control program for the charging ECU 40, constants and variables used by the control program, and temporary information necessary for calculation of the control program.
  • the acquisition unit 310 acquires information supplied from the battery ECU 30, information supplied from the vehicle ECU 50, and information supplied from the converter 80.
  • the acquisition unit 310 includes the SOC calculated by the SOC calculation unit 230 in the battery ECU 30, the internal resistance calculated by the internal resistance calculation unit 240, the current value of the charge permission current determined by the permission current determination unit 250, and the upper limit voltage determination unit. Information indicating the upper limit voltage determined by 200 is acquired.
  • Acquisition unit 310 acquires charge permission information supplied from vehicle ECU 50 and information indicating a required value of SOC.
  • the vehicle ECU 50 determines that the charging device 8 can charge the vehicle 10 from the identification information acquired from the charging device 8, and the charging permission information and the SOC.
  • the information indicating the requested value is supplied to the charging ECU 40.
  • Control unit 300 controls charging of battery 20.
  • the control unit 300 controls the quick charging of the battery 20.
  • control unit 300 controls electric power supplied from charging device 8 to battery 20 by controlling converter 80.
  • control unit 300 stops constant current charging of battery 20 and then performs constant voltage charging for a predetermined period.
  • the charging of the battery 20 is stopped.
  • the control unit 300 causes the battery 20 to supply a charging permission current having a current value acquired from the battery ECU 30.
  • the control unit 300 stops charging the battery 20 when the cell voltage of the cell 22 reaches the upper limit voltage.
  • the control unit 300 stops the charging of the battery 20 when the cell voltage of the cell 22 reaches the upper limit voltage determined by the upper limit voltage determination unit 200.
  • the upper limit voltage determination unit 200 sets the charge termination control voltage V1 as the upper limit voltage, and the variation in the internal state of the cell 22 is less than the threshold.
  • a voltage V2 higher than the charge end control voltage V1 is set as a new charge end control voltage V2. Therefore, the control unit 300 permits the cell voltage to exceed the charge end control voltage V1 when the variation in the internal state is less than a threshold value representing the allowable limit of the variation in the internal state in the cell 22, and the battery 20 is charged.
  • the control unit 300 stops the constant current charging of the battery 20 at least when the cell voltage reaches the charging end control voltage V1 when the variation in the internal state is equal to or greater than the threshold, When the state variation is less than the threshold value, the cell voltage is allowed to reach the charging end control voltage V2, and the battery 20 is charged.
  • the control unit 300 stops the constant current charging of the battery 20 at least when the cell voltage reaches the charging end control voltage V1 when the variation in the internal state is equal to or greater than the threshold, When the state variation is less than the threshold value, the cell voltage is allowed to reach the charging end control voltage V2, and the battery 20 is charged.
  • the upper limit voltage determination unit 200 sets the upper limit of the charge end control voltage V2 higher than the charge end control voltage V1 when the magnitude of the OCV time change amount is less than a predetermined time change amount threshold. Set as voltage. Therefore, the control unit 300 permits the cell voltage to exceed the charge end control voltage V1 when the time change amount of the OCV is less than a predetermined time change amount threshold value.
  • the upper limit voltage determination unit 200 also determines a charge end control voltage higher than the charge end control voltage V1 when the maximum value of the OCV time change amount of the plurality of cells 22 is less than a predetermined time change amount threshold. V2 is set as the upper limit voltage. Therefore, the control unit 300 determines that the cell voltage of the plurality of cells 22 is the charge end control voltage V1 when the maximum value of the OCV time variation of the plurality of cells 22 is less than a predetermined time variation threshold. Allowed to exceed.
  • the battery ECU 30 and the charging ECU 40 by changing the upper limit of the CCV voltage for determining whether or not to stop the charging of the battery 20 according to the internal state of the cell 22, Increase the charge permission power. Thereby, the battery 20 can be rapidly charged in a short time.
  • FIG. 4 schematically shows the time change of the OCV of the cell 22 after the end of charging.
  • the horizontal axis shows the elapsed time from the end of constant voltage charging, and the vertical axis shows OCV.
  • the relaxation reaction proceeds after the charging is completed.
  • the OCV decreases.
  • FIG. 4 when a time of about 30 minutes elapses from the end of charging, the amount of decrease in OCV per unit time decreases.
  • the battery ECU 30 acquires the OCV of each cell 22 at the end of charging of the battery 20 and the OCV of each cell 22 when 30 minutes have elapsed from the end of charging based on the control by the charging ECU 40.
  • the battery ECU 30 calculates the OCV reduction amount ⁇ V obtained by subtracting the OCV of the cell 22 at the time when 30 minutes have elapsed from the end of charging from the OCV of the cell 22 at the time of charging of the battery 20 in the cell 22. Calculated as variation in internal state.
  • ⁇ V of one cell 22 among the plurality of cells 22 included in the battery 20 is indicated as ⁇ V1.
  • the storage unit 280 stores the maximum value ⁇ Vmax among ⁇ V of each cell 22.
  • ⁇ Vmax stored in the storage unit 280 is used as information indicating variation in the internal state of the cell 22.
  • upper limit voltage determination unit 200 uses ⁇ Vmax as information for determining whether or not to allow charging beyond charging end control voltage V1 during the next charging of battery 20.
  • the charging reaction not only the charging reaction but also the discharging reaction can proceed non-uniformly.
  • the non-uniformity of the charging reaction and discharging reaction can be caused by variations in the state of elements that contribute to the battery reaction in the cell 22. Therefore, the OCV time variation after the end of charging can be used as one index representing the variation of the internal state in the cell 22.
  • ⁇ V can be an index indicating the state of an element that affects the battery performance in the cell 22 of each cell 22. That is, when ⁇ V is small, it indicates that the state of the element that affects the battery performance in the cell is kept relatively uniform in each cell. On the other hand, when ⁇ V is large, the difference in the state of the element that affects the battery performance in the cell 22 is large in the cell 22 in each cell 22.
  • the upper limit voltage determination unit 200 determines the charging end control voltage V1 as the upper limit voltage.
  • the upper limit voltage is a closed circuit voltage value for protecting the battery, and is a voltage that prevents internal deterioration due to electrodeposition due to a decrease in negative electrode potential or high potential due to potential variation in the positive electrode.
  • the charge end control voltage V1 is normally set to a value that is equal to or slightly higher than the OCV voltage value indicating SOC 100%.
  • the upper limit voltage determination unit 200 determines a charge end control voltage V2 higher than the charge end control voltage V1 as the upper limit voltage. As a result, it is possible to suppress that the cell voltage immediately reaches the upper limit voltage and the constant current charging is terminated. As a result, it is possible to perform constant voltage charging for a long time with a relatively high SOC. Can be suppressed.
  • the charging system 5 it is possible to easily obtain an index representing the variation in the state of charge in the cell 22 by OCV measurement after the end of charging. Further, since ⁇ Vmax and ⁇ Vcri are compared to determine the variation in the charged state in the cell 22, it is possible to suppress the specific cell 22 from being overcharged.
  • the threshold value ⁇ cri is obtained by a test using one cell used for a battery of the same type as the battery 20. Since ⁇ Vcri is an index indicating the allowable limit of variation in the state of charge in the cell, ⁇ Vcri may be determined by repeatedly performing a test that causes variation in the state of charge in the cell.
  • one cell used for a battery of the same type as the battery 20 is manufactured, and the initial internal resistance is measured.
  • a charge / discharge cycle test in which charging and discharging at a relatively low temperature are set a predetermined number of times with the charging end control voltage V1 set to the upper limit voltage is performed, and charging up to the charging end control voltage V1 is performed after the final discharge.
  • the difference ⁇ V between the OCV at the end of charging and the OCV after 30 minutes is obtained.
  • the internal resistance of the cell is measured and compared with the initial internal resistance. An increase in internal resistance indicates an increase in the variation in the state of charge within the cell. Note that since the state of charge in the cell tends to vary at low temperatures, it is desirable to perform the charge / discharge cycle test at a low temperature lower than normal temperature.
  • This charge / discharge cycle test is performed a plurality of times while changing the number of cycles to obtain ⁇ V and internal resistance, respectively. From these charge / discharge cycle tests, ⁇ V at which the internal resistance is a specified value times the initial internal resistance is defined as a threshold value ⁇ Vcri. For example, 1.5 can be applied as the specified value. A state where ⁇ V is about 1.5 times the initial internal resistance can be regarded as a state in which the variation in the state of charge in the cell is relatively large.
  • the active material of the negative electrode of the cell 22 is preferably an oxide active material having a noble potential compared to the graphite-based material.
  • ⁇ V tends to increase, so that the threshold values ⁇ Vcri and ⁇ V can be compared with high accuracy. Therefore, it is possible to improve the accuracy of determination for changing the upper limit voltage described above. As a result, it is easy to determine the range of change from the charge end control voltage V1 to the charge end control voltage V2, and it is possible to continue the large current charge, and it is easy to shorten the charge time. Further, by using a high potential negative electrode, electrodeposition at low temperatures is less likely to occur.
  • oxide active material having an operating potential that is noble compared with the graphite-based material examples include lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ).
  • an oxide active material having a higher operating potential than that of a graphite-based material as the negative electrode active material it is easy to charge with a large current even at a low temperature, and to reduce the voltage of the OCV at the end of charging. A clear difference is likely to appear, and it becomes possible to observe accurately.
  • FIG. 5 schematically shows the distribution of ⁇ V detected in the plurality of cells 22.
  • FIG. 5 shows that ⁇ V larger than ⁇ Vcri is detected in one cell 22 included in the battery 20. If there is even one cell 22 in which ⁇ V greater than ⁇ Vcri is detected, upper limit voltage determining unit 200 does not determine the upper limit voltage exceeding charge end control voltage V1, and uses charge end control voltage V1 as the upper limit voltage. Use. Thereby, the overcharge deterioration of the cell 22 can be suppressed. On the other hand, when there is no cell 22 in which ⁇ V greater than ⁇ Vcri is detected, upper limit voltage determining unit 200 determines charge end control voltage V2 exceeding charge end control voltage V1 as the upper limit voltage.
  • the charge end control voltage V2 is acquired by a test using one cell used for the same type of battery as the battery 20. For example, one cell used for a battery of the same type as the battery 20 is produced, and the initial internal resistance is measured. Then, a charge / discharge cycle test is performed in which an upper limit voltage slightly higher than the charge end control voltage V1 is set and charge / discharge is repeated a predetermined number of times. This test is performed at room temperature. For example, when the charge end control voltage V1 is 4.2V, the charge / discharge cycle test is repeated 20 times with the upper limit voltage set to 4.25V. Then, the internal resistance after the charge / discharge cycle test is measured and compared with the initial internal resistance.
  • the internal resistance of the cell does not show a significant increase when the charge / discharge cycle is repeated for about 20 cycles. Therefore, by comparing the internal resistance with the initial internal resistance, it is possible to determine whether or not the cell is adversely affected when a voltage higher than the charge end control voltage V1 is set as the upper limit voltage.
  • the above-mentioned charge / discharge cycle test is performed by gradually increasing the voltage upper limit, and the upper limit voltage at which the internal resistance of the cell after the charge / discharge cycle test increases remarkably is defined as the charge end control voltage V2.
  • the charge end control voltage V2 For example, an upper limit voltage at which the internal resistance of the cell after the charge / discharge cycle test is a predetermined value times the initial resistance is determined as the charge end control voltage V2.
  • a value of about 3 to 6 may be applied as this default value.
  • FIG. 6 shows an example of the allowed current map stored in the storage unit 280 in a table format.
  • the permitted current map associates a combination of SOC and temperature with a charge permitted current.
  • the charging permission current is a charging current applied when the battery 20 is rapidly charged.
  • the SOC range is set to a range of 10% to 90%.
  • the charge permission current stored in the permission current map may be a relatively high current value within a range of 2C to 8C, for example.
  • the permitted current determination unit 250 refers to the permitted current map, and specifies the charge permitted current I associated with the combination of the SOC and the temperature of the cell 22.
  • the permitted current determination unit 250 specifies the charging permitted current I for each of the cells 22.
  • the permitted current determination unit 250 may apply the maximum value of the temperature detected by the temperature sensor 24 as the temperature of the cell 22.
  • the permission current determination unit 250 may apply the minimum value of the charge permission currents I specified for each of the cells 22 as the charge permission current of the battery 20.
  • Control unit 300 controls converter 80 such that battery 20 is charged with a constant current with the charge permission current determined by permission current determination unit 250.
  • control unit 300 causes the constant current charging to be performed according to the relatively high upper limit allowable current supplied from the battery ECU 30.
  • Control unit 300 stops charging of battery 20 when the upper limit voltage supplied from battery ECU 30 is reached.
  • control unit 300 performs constant voltage charging and stops charging battery 20 when SOC reaches SOCobj. By this control, it is possible to prevent the SOC from exceeding 100% and being overcharged.
  • the control unit 300 sets an upper limit voltage exceeding the charging end control voltage V1 and sets a relatively high rate from 2C to 8C. Quick charge with. Thereby, charging time can be shortened, suppressing the overcharge deterioration of the cell 22.
  • FIG. 7 is a flowchart showing processing of the battery ECU 30 during charging.
  • the battery ECU 30 executes the process shown in this flowchart at predetermined time intervals.
  • a time interval for repeating the processing of this flowchart for example, a time such as 1 to 10 seconds can be applied.
  • the acquisition unit 210 acquires the cell voltage, the charging current, and the temperature of the cell 22 as information indicating the state of the battery 20.
  • the SOC calculation unit 230 calculates the internal resistance and SOC of the cell 22 based on the acquired information.
  • permission current determination unit 250 determines a charging permission current. The determined charging permission current is transmitted to the charging ECU 40.
  • the upper limit voltage determination unit 200 determines whether or not the SOC is not less than the lower limit value and less than the SOCobj. For example, the upper limit voltage determination unit 200 determines whether or not the SOC of the cell 22 is greater than or equal to the lower limit value and less than the SOCobj. Specifically, the upper limit voltage determination unit 200 determines whether or not the SOCs of all the cells 22 are greater than or equal to the lower limit value and less than the SOCobj. If the SOC of any cell 22 is less than the lower limit value or greater than or equal to SOCobj, the upper limit voltage determination unit 200 determines the charge end control voltage V1 as the upper limit voltage in S722. As the lower limit value of the SOC, the minimum value of the SOC determined in the permitted current map shown in FIG. 6 may be applied. Battery ECU 30 acquires information indicating SOCobj from charging ECU 40 at the start of charging.
  • the upper limit voltage determination unit 200 determines in S710 whether or not the temperature detected by the temperature sensor 24 is within a predetermined range. For example, the battery 20 determines that the temperature is within the range when all the temperatures detected by the temperature sensor 24 are equal to or higher than the lower limit value and equal to or lower than the upper limit value. When the temperature detected by the temperature sensor 24 is not within the range, in S722, the upper limit voltage determination unit 200 determines the charge end control voltage V1 as the upper limit voltage. As the lower limit value of the temperature, the minimum value of the temperature defined in the permitted current map shown in FIG. 6 may be applied, and as the upper limit value of the temperature, the maximum value of the temperature defined in the permitted current map illustrated in FIG. 6 is applied. You can do it.
  • ⁇ Vmax stored in the storage unit 280 is read (S712), and it is determined whether ⁇ Vmax is less than ⁇ Vcri (S714).
  • ⁇ Vmax stored in the storage unit 280 is the maximum value of ⁇ V of the cells 22 measured after the previous charging.
  • upper limit voltage determination unit 200 sets charge end control voltage V2 as the upper limit voltage.
  • ⁇ Vmax is equal to or greater than ⁇ Vcri, in S722, upper limit voltage determination unit 200 determines charge end control voltage V1 as the upper limit voltage.
  • FIG. 8 is a flowchart showing processing of the charging ECU 40 during charging. The processing of this flowchart is started when charging permission information and information indicating the required SOC value are supplied from the vehicle ECU 50.
  • control unit 300 determines SOCobj based on the required SOC value acquired from the vehicle ECU 50.
  • SOCobj is an SOC that is a target value for charging by constant current charging.
  • the acquisition unit 310 acquires the charging permission current from the battery ECU 30, and the control unit 300 sets the charging current based on the acquired charging permission current.
  • Control unit 300 sets the charging current within a range that does not exceed the upper limit of the current that can be supplied from charging device 8.
  • Control part 300 sets charging permission current as charging current, when charging permission current does not exceed the upper limit of current which can be supplied from charging device 8.
  • the charging permission current exceeds the upper limit value of the current that can be supplied from the charging device 8
  • the upper limit value of the current that can be supplied from the charging device 8 is set as the charging current.
  • the acquisition unit 310 acquires the upper limit voltage from the battery ECU 30.
  • the upper limit voltage is the charge end control voltage V1 or the charge end control voltage V2 higher than the charge end control voltage V1.
  • the control unit 300 determines whether or not the cell voltage exceeds the upper limit voltage. The control unit 300 determines that the cell voltage exceeds the upper limit voltage when the cell voltage of at least one cell 22 of the plurality of cells 22 exceeds the upper limit voltage. If it is determined that the cell voltage exceeds the upper limit voltage, the process proceeds to S816. The processing after S816 will be described later. When the cell voltage does not exceed the upper limit voltage, the control unit 300 causes constant current charging to be performed with the charging current set in S804 in S812.
  • the control unit 300 determines whether the SOC is equal to or greater than SOCobj. The control unit 300 determines that the SOC is greater than or equal to the SOCobj when the SOC of at least one cell 22 of the plurality of cells 22 exceeds the SOCobj. If the SOC is not equal to or greater than SOCobj, the process proceeds to S804.
  • control unit 300 switches charging of battery 20 from constant current charging to constant voltage charging. For example, the control unit 300 continues the constant voltage charging with the voltage at the time when the SOC becomes equal to or higher than the SOCobj for a predetermined time.
  • the control unit 300 stops the charging in S818.
  • the control unit 300 may stop the constant voltage charging when the charging current of the constant voltage charging becomes less than a predetermined current.
  • the constant voltage charging may be stopped when the charging current becomes 1.5 A or less.
  • the control unit 300 When charging of the battery 20 is stopped, the control unit 300 causes the battery ECU 30 to measure the OCV of the cell 22 (S820) and store ⁇ Vmax (S822). Specifically, when charging of the battery 20 is stopped, the control unit 300 brings the battery 20 into an open circuit state, and acquires the OCV of the cell 22 at the end of charging and the OCV of the cell 22 after 30 minutes from the end of charging. , ⁇ V is calculated, a maximum value ⁇ Vmax of ⁇ V is calculated, and ⁇ Vmax is supplied to the battery ECU 30 to be stored. Subsequently, in S824, the control unit 300 stops the battery ECU 30.
  • the constant voltage charging time is reduced by setting the constant current charging condition according to the variation in the internal state of the cell 22, and the constant rate charging is performed at a high rate.
  • the ratio of current charging to charging time can be increased. Therefore, the time rate of constant current charging at a high rate can be increased while preventing overcharging of the cell 22. Thereby, the charging time can be shortened without significantly impairing the charge / discharge cycle life characteristics of the battery 20. Therefore, more energy can be stored in the battery 20 in a relatively short time while maintaining the durability of the battery 20.
  • a plurality of target voltages are set in a range lower than the charge end voltage, and in the high voltage range, the charging current is reduced to prevent overcharging.
  • the charging method using constant voltage charging is adopted in the final step, the period for charging with a relatively small charging current becomes long.
  • the time for charging with a high SOC is increased.
  • the heat dissipation rate of the cell may vary depending on the position in the battery, and therefore the temperature difference in the battery or the assembled battery increases due to Joule heat generation due to rapid charging in particular. Variation tends to occur.
  • the amount of charge may be limited by the SOC or temperature of a specific cell, resulting in a longer time for charging the entire battery.
  • rapid charging has a large current value and is easily limited by variations in internal resistance and temperature, so that it is not easy to efficiently charge a large-capacity battery quickly.
  • the charging end control voltage V1 is higher and the performance deterioration of the cell 22 is deteriorated.
  • the cell voltage is allowed to reach the charge end control voltage V2 to the extent that can be suppressed.
  • rapid charging by constant current charging at the charging end control voltage V2 is permitted only when a predetermined condition is satisfied.
  • the constant current at the charge end control voltage V2 Allow fast charging by charging.
  • FIG. 9 schematically shows an example of a computer 1000 that functions as the battery ECU 30 and the charge ECU 40.
  • the computer 1000 includes a CPU peripheral unit including a CPU 1010, a RAM 1030, and a graphic controller 1085 that are connected to each other by a host controller 1092; a ROM 1020 that is connected to the host controller 1092 by an input / output controller 1094; An input / output unit having F1040, hard disk drive 1050, and input / output chip 1080 is provided.
  • the CPU 1010 operates based on programs stored in the ROM 1020 and the RAM 1030 and controls each unit.
  • the graphic controller 1085 acquires image data generated by the CPU 1010 or the like on a frame buffer provided in the RAM 1030 and displays the image data on the display.
  • the graphic controller 1085 may include a frame buffer that stores image data generated by the CPU 1010 or the like.
  • the communication I / F 1040 communicates with another device via a wired or wireless network.
  • the communication I / F 1040 functions as hardware that performs communication.
  • the hard disk drive 1050 stores programs and data used by the CPU 1010.
  • the ROM 1020 stores a boot program that is executed when the computer 1000 starts up, a program that depends on the hardware of the computer 1000, and the like.
  • the input / output chip 1080 connects various input / output devices to the input / output controller 1094 via, for example, a parallel port, a serial port, a keyboard port, a mouse port, and the like.
  • the program provided to the hard disk drive 1050 via the RAM 1030 is stored in a recording medium such as an IC card and provided by the user.
  • the program is read from the recording medium, installed in the hard disk drive 1050 via the RAM 1030, and executed by the CPU 1010.
  • a program that is installed in the computer 1000 and causes the computer 1000 to function as the battery ECU 30 works on the CPU 1010 and the like to cause the computer 1000 to operate as an upper limit voltage determination unit 200, an acquisition unit 210, a variation calculation unit 220, an SOC calculation unit 230, and an internal resistance calculation. You may make it function as each part of battery ECU30 containing the part 240, the permission electric current determination part 250, and the memory
  • the information processing described in these programs is read by the computer 1000 to function as specific means in which the software and the various hardware resources described above cooperate.
  • a specific battery ECU 30 corresponding to the purpose of use is constructed by realizing calculation or processing of information according to the purpose of use of the computer 1000 in the present embodiment by these specific means.
  • a program that is installed in the computer 1000 and causes the computer 1000 to function as the charging ECU 40 works on the CPU 1010 and the like to function the computer 1000 as each unit of the battery ECU 30 including the acquisition unit 310, the control unit 300, and the storage unit 380. You may let me.
  • the information processing described in these programs is read by the computer 1000 to function as specific means in which the software and the various hardware resources described above cooperate.
  • a specific battery ECU 30 corresponding to the purpose of use is constructed by realizing calculation or processing of information according to the purpose of use of the computer 1000 in the present embodiment by these specific means.
  • Charging apparatus 9 Charging connector 10 Vehicle 12 Drive wheel 14 Motor unit 18 Power receiving part 20 Battery 21 Assembly battery 22 Cell 24 Temperature sensor 26 Current sensor 30 Battery ECU 32 processing unit 40 charging ECU 42 processing unit 50 vehicle ECU 70 PCU 80 converter 200 upper limit voltage determination unit 210 acquisition unit 220 calculation unit 230 SOC calculation unit 240 internal resistance calculation unit 250 allowed current determination unit 280 storage unit 300 control unit 310 acquisition unit 380 storage unit 1000 computer 1010 CPU 1020 ROM 1030 RAM 1040 Communication I / F 1050 Hard disk drive 1080 Input / output chip 1085 Graphic controller 1092 Host controller 1094 Input / output controller

Abstract

充電制御装置は、バッテリが有する１以上のセルのセル内における内部状態のばらつきを示す情報を取得するばらつき取得部と、内部状態のばらつきが、セル内における内部状態のばらつきの許容限度を表す閾値未満である場合に、過充電を防止するために定められている充電終了制御電圧をセル電圧が超えることを許可して、バッテリを充電させる制御部とを備える。

Description

充電制御装置、輸送機器、及びプログラム
　本発明は、充電制御装置、輸送機器、及びプログラムに関する。
　リチウムイオン二次電池の充電方法として、（ｉ）充電電圧が充電終止電圧Ｅｃｓｆに達するまで、充電電流をそれぞれ一定に設定して二次電池を充電する２以上の定電流充電ステップを実行し、（ｉｉ）充電電圧が前記充電終止電圧Ｅｃｓｆに達すると、前記充電終止電圧Ｅｃｓｆで、充電電流が所定電流に低下するまで前記二次電池を充電する定電圧充電ステップを実行する方法が知られている（例えば、下記特許文献１を参照。）。
　［先行技術文献］
　［特許文献］
　［特許文献１］国際公開第２０１１／０６５００９号
解決しようとする課題
　より短い時間でより大きいエネルギーをバッテリに蓄積することが望まれている。
一般的開示
　本発明の第１の態様によれば、充電制御装置が提供される。充電制御装置は、バッテリが有する１以上のセルのセル内における内部状態のばらつきを示す情報を取得するばらつき取得部を備える。充電制御装置は、内部状態のばらつきが、セル内における内部状態のばらつきの許容限度を表す閾値未満である場合に、過充電によるバッテリ劣化を防止するために定められている第１の充電終了制御電圧をセル電圧が超えることを許可して、バッテリを充電させる制御部を備える。
　制御部は、内部状態のばらつきが閾値以上である場合に、少なくともセル電圧が第１の充電終了制御電圧に到達した場合にバッテリの充電を停止させ、内部状態のばらつきが閾値未満である場合に、第１の充電終了制御電圧より高い第２の充電終了制御電圧を設定し、セル電圧が第２の充電終了制御電圧に到達するまで、バッテリを充電させてよい。
　セル内における内部状態のばらつきを示す情報は、セル内における充電状態のばらつきを示してよい。
　取得部は、バッテリの充電終了後におけるセルの開回路電圧の時間変化量を、内部状態のばらつきを示す情報として取得してよい。制御部は、時間変化量の大きさが、予め定められた時間変化量の閾値未満である場合に、セル電圧が第１の充電終了制御電圧を超えることを許可してよい。
　バッテリは複数のセルを有してよい。取得部は、バッテリの充電終了後における複数のセルのそれぞれの開回路電圧の時間変化量を取得してよい。制御部は、複数のセルの開回路電圧の時間変化量の最大値が、予め定められた時間変化量の閾値未満である場合に、複数のセルのセル電圧が第１の充電終了制御電圧を超えることを許可してよい。
　時間変化量は、バッテリの充電終了時のセルの開回路電圧と、バッテリの充電終了時から予め定められた時間が経過したときのセルの開回路電圧との差に基づいて算出されてよい。
　セルの負極の活物質は、作動電位が黒鉛系材料と比べて貴な電位を有する酸化物活物質であってよい。
　充電制御装置は、セル電圧が上限電圧以下となるようにセルのＳＯＣ及びの温度に対応づけて、バッテリの充電電流の設定値を記憶する記憶部をさらに備えてよい。制御部は、セルのＳＯＣ及びバッテリの温度に対応づけて記憶部に記憶されている設定値の充電電流をバッテリに供給して、バッテリを充電させてよい。
　制御部は、内部状態のばらつきが閾値未満であり、かつ、セルのＳＯＣが規定の範囲内にある場合に、第１の充電終了制御電圧をセル電圧が超えることを許可して、バッテリを充電させてよい。
　制御部は、内部状態のばらつきが閾値未満であり、セルのＳＯＣが規定の範囲内にあり、かつ、バッテリの温度が規定の範囲内にある場合に、第１の充電終了制御電圧をセル電圧が超えることを許可して、バッテリを充電させてよい。
　第２の態様によれば、上記の充電制御装置を備える輸送機器が提供される。
　第３の態様によれば、プログラムが提供される。プログラムは、コンピュータを、バッテリが有する１以上のセルのセル内における内部状態のばらつきを示す情報を取得するばらつき取得部として機能させてよい。プログラムは、コンピュータを、内部状態のばらつきが、セル内における内部状態のばらつきの許可限度を表す閾値未満である場合に、過充電を防止するために定められている充電終了制御電圧を変更してバッテリを充電させる制御部として機能させてよい。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
一実施形態の充電システム５の構成を概略的に示す。 バッテリＥＣＵ３０の機能構成を概略的に示す。 充電ＥＣＵ４０の機能構成を概略的に示す。 充電終了後のセル２２のＯＣＶの時間変化を概略的に示す。 複数のセル２２において検出されたΔＶの分布を模式的に示す。 記憶部２８０が記憶する許可電流マップの一例をテーブル形式で示す。 充電時におけるバッテリＥＣＵ３０の処理を示すフローチャートである。 充電時における充電ＥＣＵ４０の処理を示すフローチャートである。 バッテリＥＣＵ３０及び充電ＥＣＵ４０として機能するコンピュータ１０００の一例を概略的に示す。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　図１は、一実施形態の充電システム５の構成を概略的に示す。充電システム５は、充電装置９と、車両１０とを備える。車両１０は、輸送機器の一例である。車両１０は、例えば電気自動車である。電気自動車は、バッテリ式電動輸送機器（ＢＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）を含む電気自動車である。車両１０は、動力の少なくとも一部を提供する内燃機関を備えるハイブリッド自動車であってもよい。
　車両１０は、駆動輪１２と、モータユニット１４と、バッテリ２０と、バッテリＥＣＵ３０と、充電ＥＣＵ４０と、車両ＥＣＵ５０と、ＰＣＵ７０と、コンバータ８０とを備える。ＥＣＵは、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔの略称である。ＰＣＵは、Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔの略称である。
　バッテリ２０は、電気エネルギーを蓄積する。バッテリ２０が蓄積している電気エネルギーは、直流電力としてＰＣＵ７０に供給される。ＰＣＵ７０は、バッテリ２０からの直流電力を交流電力に変換して、モータユニット１４に供給する。モータユニット１４は、バッテリ２０から供給される交流電力を用いて動力を出力する。モータユニット１４の動力は駆動輪１２に伝達される。また、モータユニット１４は、駆動輪１２等を通じて伝達される車両１０の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、回生電力を発生する。ＰＣＵ７０は、発生した回生電力を直流電力に変換してバッテリ２０に蓄積する。
　コンバータ８０は、車両１０が備える受電部１８を介して充電装置８から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ２０に供給する。バッテリ２０には電流センサ２６が設けられている。電流センサ２６は、バッテリ２０に供給される電流を検出する。電流センサ２６は、コンバータ８０からバッテリ２０に供給される電力を検出する。また、電流センサ２６は、バッテリ２０からＰＣＵ７０に供給される電流を検出する。電流センサ２６が検出した電流値を示す信号は、バッテリＥＣＵ３０に供給される。
　バッテリ２０には、直列に接続された複数の組電池２１と、温度センサ２４ａ、温度センサ２４ｂ及び温度センサ２４ｃを含む複数の温度センサ２４が設けられている。組電池２１は、直列接続された複数のセル２２を有する。セル２２は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等であってよい。温度センサ２４は、バッテリ２０内の温度を検出する。温度センサ２４は、バッテリ２０内の高温部の温度及び低温部の温度を検出するべく、バッテリ２０内の複数の箇所に設けられる。温度センサ２４により検出された温度を示す信号は、バッテリＥＣＵ３０に供給される。
　バッテリ２０は、電圧センサにより検出された複数のセル２２のそれぞれのセル電圧を示す信号を、バッテリＥＣＵ３０に供給する。例えば、バッテリ２０がＭ個のセル２２を有する場合、バッテリ２０は、Ｍ個のセル電圧を示す信号を、バッテリＥＣＵ３０に供給する。セル電圧は、正極及び負極間の電圧として測定される。
　バッテリＥＣＵ３０は、バッテリ２０の状態を監視して、各種の信号を出力する。例えば、バッテリＥＣＵ３０は、バッテリ２０から供給されるセル電圧信号、電流センサ２６から供給される電流信号、及び温度センサ２４から供給される温度信号等の各種の信号に基づき、各セル２２のＳＯＣ及び内部抵抗等の各種の状態量を算出する。ＳＯＣは、Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｃｈａｒｇｅの略称である。バッテリＥＣＵ３０は、算出した各種の状態量を車両ＥＣＵ５０及び充電ＥＣＵ４０に供給する。
　車両ＥＣＵ５０は、充電ＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ３０及びＰＣＵ７０から供給される情報に基づいて、ＰＣＵ７０を制御する。車両ＥＣＵ５０は、充電装置８の充電コネクタ９が受電部１８に挿入されたことを検出すると、充電装置８の識別情報を充電装置８から取得する。車両ＥＣＵ５０は、充電装置８によってバッテリ２０を充電することができる場合に、充電可能であることを示す充電許可情報と、ＳＯＣの要求値とを、充電ＥＣＵ４０に供給する。充電ＥＣＵ４０は、バッテリＥＣＵ３０及び車両ＥＣＵ５０から供給される情報に基づいて、コンバータ８０を制御してバッテリ２０を充電する。
　例えば、バッテリＥＣＵ３０は、バッテリ２０から供給される各種の信号及び信号に基づいて算出されるセル２２の状態量に基づき、バッテリ２０への充電許可電流を決定する。充電許可電流は、バッテリ２０の充電電流の設定値を示す。バッテリＥＣＵ３０は、各セル２２のＳＯＣ及び内部抵抗等の各種の状態量及び充電許可電流を、充電ＥＣＵ４０に供給する。充電ＥＣＵ４０は、車両ＥＣＵ５０から取得したＳＯＣの要求値に基づいてＳＯＣの目標値を設定する。充電ＥＣＵ４０は、バッテリ２０のＳＯＣがＳＯＣの目標値に到達するまで比較的大電流で定電流充電を行い、ＳＯＣの目標値に到達すると、定電圧充電モードに移行し、バッテリ２０の充電を終了する。なお、本実施形態において、定電流充電によるＳＯＣの目標値をＳＯＣｏｂｊと呼ぶ。ＳＯＣｏｂｊは、バッテリ２０の充電完了時のＳＯＣが、車両ＥＣＵ５０から取得したＳＯＣの要求値となるように設定される。
　本実施形態において、充電ＥＣＵ４０は、セル２２のセル電圧が、バッテリ２０の過充電を抑制するために定められている充電終了制御電圧Ｖ１に到達した場合には、ＳＯＣがＳＯＣｏｂｊに到達していないときでも、バッテリ２０は定電圧充電に移行し充電を終了する。ここで、充電ＥＣＵ４０は、各セル２２のセル内における内部状態のばらつきが閾値より小さい場合に、充電終了制御電圧Ｖ１を超えてバッテリ２０を充電する。これにより、セル内における内部状態のばらつきに起因する劣化を抑制しつつ、充電が完了するまでの時間を短縮することができる。
　１つのセル２２内において、セル２２の電池性能に影響を与える要素の状態は均一ではない。一般には、どのようなセルにおいても、セル内である程度のばらつきを有し得る。ＳＯＣは１つのセル全体の平均値として観測される代表値であって、実際には微視的に見ると電極の部分毎に充電状態が異なり得る。
　セル２２内における充電状態のばらつきを示す指標として、充電終了後におけるセル２２の開放端電圧（ＯＣＶ）の低下量を用いることができる。充電状態のばらつきは、例えば、セル２２を充電する場合にセル２２内において反応が不均一に進行することにより生じる。充電状態のばらつきは、セル２２の充電終了後に緩和反応が進行することによって緩和される。緩和反応が進行して充電状態のばらつきが緩和されるに従って、セル２２のＯＣＶが低下する。したがって、充電終了後のＯＣＶの低下量を、セル２２の充電状態のばらつきの指標として用いることができる。
　図２は、バッテリＥＣＵ３０の機能構成を概略的に示す。バッテリＥＣＵ３０は、処理部３２と、記憶部２８０とを備える。処理部３２は、取得部２１０と、ＳＯＣ算出部２３０と、内部抵抗算出部２４０と、許可電流決定部２５０と、ばらつき算出部２２０と、上限電圧決定部２００とを備える。
　処理部３２は、マイクロプロセッサ等の処理装置であってよい。バッテリＥＣＵ３０は、一種のコンピュータである。記憶部２８０は、バッテリＥＣＵ３０の動作に必要な情報を記憶する。記憶部２８０は、バッテリＥＣＵ３０の制御プログラム、制御プログラムが使用する定数及び変数、及び、制御プログラムの演算に必要な一時的な情報を記憶する。
　取得部２１０は、バッテリ２０から供給される情報及び充電ＥＣＵ４０から供給される情報を取得する。取得部２１０は、セル２２のセル電圧を示す情報を取得する。具体的には、取得部２１０は、セル２２の端子間電圧を検出する電圧センサにより検出された電圧値を取得する。
　取得部２１０は、バッテリ２０に流れる電流を示す情報を取得する。バッテリ２０が有する複数のセル２２が直列接続されている場合、バッテリ２０に流れる電流はセル２２に流れる電流を示す。バッテリ２０に流れる電流は、バッテリ２０に供給される、又は、バッテリ２０から供給される電流である。バッテリ２０に供給される電流は、バッテリ２０の充電電流となる。取得部２１０は、電流センサ２６により検出された電流値を取得する。
　取得部２１０は、バッテリ２０の温度を示す情報を取得する。具体的には、取得部２１０は、温度センサ２４により検出された温度を取得する。
　ＳＯＣ算出部２３０は、セル２２のＳＯＣを算出する。例えば、ＳＯＣ算出部２３０は、セル２２のセル電圧に基づいて、セル２２のＳＯＣを算出する。具体的には、記憶部２８０は、セル電圧とＳＯＣとを対応づけるＳＯＣマップを記憶しており、ＳＯＣ算出部２３０は、記憶部２８０が記憶しているＳＯＣマップ及びセル２２のセル電圧に基づいて、セル２２のＳＯＣを算出してよい。ＳＯＣマップは、セル２２のＯＣＶとＳＯＣとを対応づけてよい。ＳＯＣ算出部２３０は、セル２２のＯＣＶ及びＳＯＣマップから算出したＳＯＣと、バッテリ２０の充電電流とに基づいて、充電中のセル２２のＳＯＣを算出してよい。
　内部抵抗算出部２４０は、セル２２の内部抵抗を算出する。例えば、内部抵抗算出部２４０は、セル２２に流れる電流とセル電圧に基づいて、セル２２の内部抵抗を算出する。セル２２に流れる電流は、バッテリ２０に供給される電流に基づく。
　許可電流決定部２５０は、バッテリ２０の充電許可電流を決定する。許可電流決定部２５０は、ＳＯＣ算出部２３０が算出したセル２２のＳＯＣ、温度センサ２４により検出された温度、内部抵抗算出部２４０が算出したセル２２の内部抵抗等に基づいて、充電許可電流を決定してよい。例えば、記憶部２８０は、セル２２のＳＯＣ及びバッテリ２０の温度に対応づけて、バッテリ２０の充電電流の設定値を記憶しており、許可電流決定部２５０は、ＳＯＣ算出部２３０により算出されたセル２２のＳＯＣ及び温度センサ２４により検出されたバッテリ２０の温度に対応づけて記憶部２８０が記憶しているバッテリ２０の充電電流の設定値を、充電許可電流として決定してよい。許可電流決定部２５０は、バッテリ２０が有する複数のセル２２のそれぞれについて充電許可電流を算出し、算出した充電許可電流の最小値を、バッテリ２０の充電許可電流として適用してよい。
　取得部２１０は、バッテリ２０が有する１以上のセル２２のセル２２内における内部状態のばらつきを示す情報を取得する。取得部２１０は、バッテリ２０が有する複数のセル２２のそれぞれのセル２２内における内部状態のばらつきを示す情報を取得してよい。具体的には、取得部２１０は、バッテリ２０が有する全てのセル２２のセル２２内における内部状態のばらつきを示す情報を取得してよい。
　セル２２内における内部状態のばらつきを示す情報は、セル２２内における充電状態のばらつきを示してよい。例えば、取得部２１０は、バッテリ２０の充電終了後におけるセル２２のＯＣＶの時間変化量を、セル２２内における内部状態のばらつきを示す情報として取得する。例えば、取得部２１０は、バッテリ２０の充電終了後における複数のセル２２のそれぞれのＯＣＶの時間変化量を取得する。セル２２のＯＣＶは、バッテリ２０が外部回路から切り離された状態でセル電圧を検出することにより取得されてよい。
　ばらつき算出部２２０は、取得部２１０が取得した情報に基づいて、セル２２内における内部状態のばらつきを算出する。例えば、ばらつき算出部２２０は、バッテリ２０の充電終了時のセル２２の開回路電圧と、バッテリ２０の充電終了時から予め定められた時間が経過したときのセル２２の開回路電圧との差に基づいて、セル２２のそれぞれの時間変化量を算出する。
　上限電圧決定部２００は、バッテリ２０の充電時の上限電圧を決定する。上限電圧決定部２００は、ばらつき算出部２２０が算出した内部状態のばらつきに基づいて、上限電圧を決定する。例えば、上限電圧決定部２００は、内部状態のばらつきが、セル２２内における内部状態のばらつきの許容限度を表す閾値以上である場合に、バッテリ２０に定められた充電終了制御電圧Ｖ１を、上限電圧として決定する。一方、上限電圧決定部２００は、内部状態のばらつきが閾値未満である場合に、充電終了制御電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２に移行しこれを新たな充電終了制御電圧とし上限電圧に決定する。
　ＳＯＣ算出部２３０が算出したＳＯＣと、内部抵抗算出部２４０が算出した内部抵抗と、許可電流決定部２５０が決定した充電許可電流と、上限電圧決定部２００が決定した上限電圧とを示す情報は、充電ＥＣＵ４０に供給される。
　図３は、充電ＥＣＵ４０の機能構成を概略的に示す。充電ＥＣＵ４０は、処理部４２と、記憶部３８０とを備える。処理部４２は、取得部３１０と、制御部３００とを備える。
　処理部４２は、マイクロプロセッサ等の処理装置であってよい。充電ＥＣＵ４０は、一種のコンピュータである。記憶部３８０は、充電ＥＣＵ４０の動作に必要な情報を記憶する。記憶部３８０は、充電ＥＣＵ４０の制御プログラム、制御プログラムが使用する定数及び変数、及び、制御プログラムの演算に必要な一時的な情報を記憶する。
　取得部３１０は、バッテリＥＣＵ３０から供給される情報、車両ＥＣＵ５０から供給される情報、及びコンバータ８０から供給される情報を取得する。取得部３１０は、バッテリＥＣＵ３０においてＳＯＣ算出部２３０が算出したＳＯＣと、内部抵抗算出部２４０が算出した内部抵抗と、許可電流決定部２５０が決定した充電許可電流の電流値と、上限電圧決定部２００が決定した上限電圧とを示す情報を取得する。取得部３１０は、車両ＥＣＵ５０から供給される充電許可情報と、ＳＯＣの要求値を示す情報とを取得する。車両ＥＣＵ５０は、受電部１８に充電コネクタ９が接続された場合に、充電装置８から取得した識別情報から充電装置８によって車両１０の充電が可能と判断された場合に、充電許可情報と、ＳＯＣの要求値を示す情報とを、充電ＥＣＵ４０に供給する。
　制御部３００は、バッテリ２０の充電を制御する。例えば、制御部３００は、バッテリ２０の急速充電を制御する。具体的には、制御部３００は、コンバータ８０を制御することによって、充電装置８からバッテリ２０に供給される電力を制御する。
　制御部３００は、バッテリ２０のＳＯＣが、ＳＯＣの要求値にもとづいて設定したＳＯＣの目標値に到達した場合に、バッテリ２０の定電流充電を停止した後、予め定められた期間定電圧充電を行って、バッテリ２０の充電を停止させる。制御部３００は、例えば定電流充電において、バッテリＥＣＵ３０から取得した電流値の充電許可電流をバッテリ２０に供給させる。制御部３００は、セル２２のセル電圧が上限電圧に到達した場合には、バッテリ２０の充電を停止させる。具体的には、制御部３００は、セル２２のセル電圧が、上限電圧決定部２００によって決定された上限電圧に到達した場合に、バッテリ２０の充電を停止させる。
　上述したように、上限電圧決定部２００は、セル２２の内部状態のばらつきが閾値以上である場合に、充電終了制御電圧Ｖ１を上限電圧として設定し、セル２２の内部状態のばらつきが閾値未満である場合に充電終了制御電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２を新たな充電終了制御電圧Ｖ２として設定する。したがって、制御部３００は、内部状態のばらつきが、セル２２内における内部状態のばらつきの許容限度を表す閾値未満である場合に、充電終了制御電圧Ｖ１をセル電圧が超えることを許可して、バッテリ２０を充電させる。具体的には、制御部３００は、内部状態のばらつきが閾値以上である場合に、少なくともセル電圧が充電終了制御電圧Ｖ１に到達した場合にバッテリ２０の定電流充電を停止させ、セル２２の内部状態のばらつきが閾値未満である場合にセル電圧が充電終了制御電圧Ｖ２に到達することを許可してバッテリ２０を充電させる。これにより、例えば２Ｃから８Ｃの高レートで定電流充電している場合に、セル電圧が充電終了制御電圧Ｖ１に到達したセル２２が存在する場合でも、セル２２の内部状態のばらつきが閾値より小さい場合には、高レートによる充電を継続することができる。そのため、セル２２の過充電を抑制しつつ、充電時間を短縮することができる。
　上述したように、上限電圧決定部２００は、ＯＣＶの時間変化量の大きさが予め定められた時間変化量の閾値未満である場合に、充電終了制御電圧Ｖ１より高い充電終了制御電圧Ｖ２を上限電圧として設定する。したがって、制御部３００は、ＯＣＶの時間変化量の大きさが、予め定められた時間変化量の閾値未満である場合に、セル電圧が充電終了制御電圧Ｖ１を超えることを許可する。また、上限電圧決定部２００は、複数のセル２２のＯＣＶの時間変化量の最大値が、予め定められた時間変化量の閾値未満である場合に、充電終了制御電圧Ｖ１より高い充電終了制御電圧Ｖ２を上限電圧として設定する。したがって、制御部３００は、複数のセル２２のＯＣＶの時間変化量の最大値が、予め定められた時間変化量の閾値未満である場合に、複数のセル２２のセル電圧が充電終了制御電圧Ｖ１を超えることを許可する。
　以上に説明したように、バッテリＥＣＵ３０及び充電ＥＣＵ４０によれば、セル２２の内部状態に応じて、バッテリ２０の充電を停止するか否かを判定するためのＣＣＶ電圧の上限を変更することにより、充電許可電力を増加させる。これにより、短時間でバッテリ２０を急速充電することができる。
　図４は、充電終了後のセル２２のＯＣＶの時間変化を概略的に示す。横軸は定電圧充電終了時からの経過時間を示し、縦軸はＯＣＶを示す。上述したように、セル２２の充電反応が不均一に進行した後、充電終了後に緩和反応が進行する。緩和反応の進行により、ＯＣＶが低下していく。図４に示されるように、充電終了時から３０分程度の時間が経過すると、単位時間あたりのＯＣＶの低下量が小さくなる。
　バッテリＥＣＵ３０は、充電ＥＣＵ４０による制御に基づいて、バッテリ２０の充電終了時点における各セル２２のＯＣＶと、充電終了時から３０分が経過した時点における各セル２２のＯＣＶを取得する。バッテリＥＣＵ３０は、バッテリ２０の充電終了時点におけるセル２２のＯＣＶから、充電終了時から３０分が経過した時点におけるセル２２のＯＣＶを減算することによって得られたＯＣＶ低下量ΔＶを、セル２２内における内部状態のばらつきとして算出する。図４において、バッテリ２０が備える複数のセル２２のうちの一つのセル２２のΔＶが、ΔＶ１として示されている。
　バッテリＥＣＵ３０において、記憶部２８０は、各セル２２のΔＶのうちの最大値ΔＶｍａｘを記憶する。記憶部２８０に記憶されているΔＶｍａｘは、セル２２における内部状態のばらつきを示す情報として用いられる。具体的には、上限電圧決定部２００は、バッテリ２０の次の充電時において、充電終了制御電圧Ｖ１を超えて充電することを許可するか否かを判断するための情報として、ΔＶｍａｘを用いる。
　なお、セル２２においては、充電反応だけでなく、放電反応も不均一に進行し得る。充電反応や放電反応の不均一さは、セル２２内における電池反応に寄与する要素の状態のばらつきによって生じ得る。したがって、充電終了後におけるＯＣＶの時間変化量を、セル２２内における内部状態のばらつきを表す一つの指標として用いることができる。
　このように、ΔＶは、各セル２２のセル２２内における電池性能に影響を与える要素の状態を示す指標となり得る。すなわち、ΔＶが小さい場合、各セルにおいて、セル内の電池性能に影響を与える要素の状態は比較的均一に保たれていることを示す。一方、ΔＶが大きい場合、各セル２２において、セル２２内の電池性能に影響を与える要素の状態の差異がセル２２内で大きいことを示す。
　例えば、ΔＶが大きい場合、セル２２内の充電状態が高い部分と充電状態が低い部分との間において、充電状態の差異が大きいことを示す。そのため、ΔＶが閾値Δｃｒｉより大きい場合、上限電圧決定部２００は、充電終了制御電圧Ｖ１を上限電圧として決定する。上限電圧は、バッテリを保護するための閉回路電圧値であり、負極電位低下による電析や正極内の電位ばらつきによる高電位化に伴う内部劣化を防止する電圧である。例えば、充電終了制御電圧Ｖ１は通常、SOC100%を示すOCV電圧値より同等か若干高い値に設定される。ΔＶが閾値Δｃｒｉより大きい場合に、充電終了制御電圧Ｖ１を上限電圧として用いることで、セル２２内において充電状態が高い部分が過充電状態になることを抑制することができる。そのため、セル２２の過充電劣化を抑制することができる。
　一方、ΔＶが小さい場合、セル２２内の充電状態が高い部分と充電状態が低い部分との間において、充電状態の差異が小さいことを示す。そのため、ΔＶが閾値Δｃｒｉより小さい場合、上限電圧決定部２００は、充電終了制御電圧Ｖ１より高い充電終了制御電圧Ｖ２を上限電圧として決定する。これにより、セル電圧がすぐに上限電圧に到達して定電流充電が終了してしまうことを抑制することができ、ひいては、ＳＯＣが比較的に高い状態で長時間の定電圧充電を行うことを抑制することができる。ΔＶが小さい場合は、セル２２内の充電状態が高い部分と充電状態が低い部分との間における充電状態の差異が小さいので、セル２２内の特定の部分が過充電状態になりにくい。そのため、比較的に高い上限電圧を設定して定電流充電を行っても、セル２２の過充電劣化の進行を抑えることができる。
　充電システム５によれば、セル２２内の充電状態のばらつきを表す指標を、充電終了後とのＯＣＶ測定により簡便に取得することができる。また、ΔＶｍａｘとΔＶｃｒｉとを比較してセル２２内の充電状態のばらつきを判断するので、特定のセル２２が過充電状態になることを抑制することができる。
　閾値Δｃｒｉは、バッテリ２０と同じ型式のバッテリに使用される一つのセルを用いて、試験により取得される。ΔＶｃｒｉはセル内における充電状態のばらつきの許容限度を示す指標であるから、セル内の充電状態のばらつきを生じさせる試験を繰り返し行って、ΔＶｃｒｉを決定してよい。
　例えば、バッテリ２０と同じ型式のバッテリに使用する一つのセルを作製し、初期内部抵抗を測定する。次に、充電終了制御電圧Ｖ１を上限電圧に設定した比較的に低温での充電と放電を所定回数繰り返す充放電サイクル試験を行って、最終回の放電後に充電終了制御電圧Ｖ１までの充電を行って、充電終了時のＯＣＶと３０分後のＯＣＶとの差ΔＶを取得する。続いて、セルの内部抵抗を測定して、初期内部抵抗と比較する。内部抵抗の増加は、セル内の充電状態のばらつきが増加していることを示す。なお、低温ではセル内の充電状態のばらつきが生じやすいため、常温より低い低温で充放電サイクル試験を行うことが望ましい。
　この充放電サイクル試験を、サイクル数を変えて複数回行って、それぞれΔＶ及び内部抵抗を取得する。これらの充放電サイクル試験から、内部抵抗が初期内部抵抗の規定値倍となるΔＶを、閾値ΔＶｃｒｉとする。この規定値としては、例えば１．５を適用できる。ΔＶが初期内部抵抗の１．５倍程度になった状態は、セル内の充電状態のばらつきが比較的に大きい状態とみなすことができる。
　なお、セル２２の負極の活物質は、作動電位が黒鉛系材料と比べて貴な電位を有する酸化物活物質であることが望ましい。負極の活物質の作動電位が黒鉛系材料と比べて貴な電位を有する場合、ΔＶが大きくなる傾向にあるため、閾値ΔＶｃｒｉとΔＶとを精度よく比較することができる。そのため、上述した上限電圧を変える判定の精度を高めることができる。これにより充電終了制御電圧Ｖ１から充電終了制御電圧Ｖ２への変更範囲の判定をすることが容易であり大電流充電を継続可能となり充電時間を短縮しやすい。また、高電位負極を用いることで、低温での電析が起こりにくくなる。作動電位が黒鉛系材料と比べて貴な電位を有する酸化物活物質としては、リチウムチタン酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等を例示することができる。作動電位が黒鉛系材料と比べて貴な電位を有する酸化物活物質を負極の活物質として用いることで、低温でも大電流で充電することが容易であり、充電終了時のＯＣＶの電圧減衰に明確な差が出やすく、正確に観測することが可能になる。
　図５は、複数のセル２２において検出されたΔＶの分布を模式的に示す。図５は、バッテリ２０に含まれる一つのセル２２において、ΔＶｃｒｉより大きいΔＶが検出されたことを示す。上限電圧決定部２００は、ΔＶｃｒｉより大きいΔＶが検出されたセル２２が一つでも存在する場合には、充電終了制御電圧Ｖ１を超える上限電圧を決定せず、充電終了制御電圧Ｖ１を上限電圧として用いる。これにより、セル２２の過充電劣化を抑制することができる。一方、上限電圧決定部２００は、ΔＶｃｒｉより大きいΔＶが検出されたセル２２が存在しない場合に、充電終了制御電圧Ｖ１を超える充電終了制御電圧Ｖ２を上限電圧として決定する。
　充電終了制御電圧Ｖ２は、バッテリ２０と同じ型式のバッテリに使用する一つのセルを用いて、試験により取得される。例えば、バッテリ２０と同じ型式のバッテリに使用する一つのセルを作製し、初期内部抵抗を測定する。そして、充電終了制御電圧Ｖ１よりもわずかに高い上限電圧を設定して充放電を所定回数繰り返す充放電サイクル試験を行う。この試験は常温で行う。例えば、充電終了制御電圧Ｖ１が４．２Ｖの場合、上限電圧を４．２５Ｖとして２０回充放電を繰り返す充放電サイクル試験を行う。そして、充放電サイクル試験後の内部抵抗を測定し、初期内部抵抗と比較する。
　セルの電池性能が悪化しない上限電圧で充放電サイクル試験を行った場合、２０サイクル程度の充放電サイクルの繰り返しでは、セルの内部抵抗は顕著な増加を示さない。そのため、内部抵抗を初期内部抵抗と比較することで、充電終了制御電圧Ｖ１よりも高い電圧を上限電圧とした場合にセルに悪影響を与えるか否かを判断することができる。
　例えば、電圧上限を少しずつ増加させて上記の充放電サイクル試験を行い、充放電サイクル試験後のセルの内部抵抗が顕著に増加する上限電圧を、充電終了制御電圧Ｖ２とする。例えば充放電サイクル試験後のセルの内部抵抗が初期抵抗の既定値倍となる上限電圧を、充電終了制御電圧Ｖ２として決定する。従来の上限電圧を電圧上限として設定したときの抵抗増加率が初期抵抗と比較して３倍に変化する場合はこの既定値として、３～６程度の値を適用してよい。
　図６は、記憶部２８０が記憶する許可電流マップの一例をテーブル形式で示す。許可電流マップは、ＳＯＣ及び温度の組み合わせを充電許可電流に対応づける。充電許可電流とは、バッテリ２０を急速充電する場合に適用される充電電流である。急速充電可能なＳＯＣ範囲として、ＳＯＣの範囲は１０％から９０％の範囲とする。許可電流マップに記憶される充電許可電流は、例えば、２Ｃから８Ｃの範囲内の比較的に高い電流値であってよい。
　許可電流決定部２５０は、許可電流マップを参照して、セル２２のＳＯＣ及び温度の組み合わせに対応づけられた充電許可電流Ｉを特定する。許可電流決定部２５０は、セル２２のそれぞれについて、充電許可電流Ｉを特定する。許可電流決定部２５０は、例えば、温度センサ２４によって検出された温度の最大値を、セル２２の温度として適用してよい。許可電流決定部２５０は、セル２２のそれぞれについて特定した充電許可電流Ｉのうちの最小値を、バッテリ２０の充電許可電流として適用してよい。制御部３００は、許可電流決定部２５０により決定された充電許可電流でバッテリ２０が定電流充電されるように、コンバータ８０を制御する。
　これにより、制御部３００は、バッテリＥＣＵ３０から供給される比較的に高い上限許可電流に従って定電流充電を行わせる。また、制御部３００は、バッテリＥＣＵ３０から供給される上限電圧に到達するとバッテリ２０の充電を停止させる。また、制御部３００は、バッテリＥＣＵ３０から供給される上限電圧に到達していない場合において、ＳＯＣがＳＯＣｏｂｊに到達すると、定電圧充電を行ってバッテリ２０の充電を停止させる。この制御により、ＳＯＣが１００％を超えて過充電されることを抑制することができる。
　以上に説明したように、制御部３００は、セル２２における内部状態のばらつきが閾値より小さい場合には、充電終了制御電圧Ｖ１を超える上限電圧を設定して、２Ｃから８Ｃの比較的に高いレートで急速充電を行う。これにより、セル２２の過充電劣化を抑制しつつ、充電時間を短縮することができる。
　図７は、充電時におけるバッテリＥＣＵ３０の処理を示すフローチャートである。バッテリＥＣＵ３０は、本フローチャートに示す処理を、予め定められた時間間隔毎に実行する。本フローチャートの処理を繰り返す時間間隔として、例えば１秒から１０秒等の時間を適用できる。
　Ｓ７０２において、取得部２１０は、バッテリ２０の状態を示す情報として、セル２２のセル電圧、充電電流及び温度を取得する。Ｓ７０４において、ＳＯＣ算出部２３０は、取得した情報に基づいて、セル２２の内部抵抗及びＳＯＣを算出する。Ｓ７０６において、許可電流決定部２５０は、充電許可電流を決定する。決定した充電許可電流は、充電ＥＣＵ４０に送信される。
　Ｓ７０８において、ＳＯＣが下限値以上であり、かつ、ＳＯＣｏｂｊ未満であるか否かを判断する。例えば、上限電圧決定部２００は、セル２２のＳＯＣが下限値以上であり、かつ、ＳＯＣｏｂｊ未満であるか否かを判断する。具体的には、上限電圧決定部２００は、全てのセル２２のＳＯＣが下限値以上であり、かつ、ＳＯＣｏｂｊ未満であるか否かを判断する。いずれかのセル２２のＳＯＣが下限値未満である、又は、ＳＯＣｏｂｊ以上である場合、Ｓ７２２において、上限電圧決定部２００は充電終了制御電圧Ｖ１を上限電圧として決定する。ＳＯＣの下限値としては、図６に示す許可電流マップに定められるＳＯＣの最小値を適用してよい。なお、バッテリＥＣＵ３０は、ＳＯＣｏｂｊを示す情報を、充電開始時に充電ＥＣＵ４０から取得する。
　ＳＯＣが下限値以上であり、かつ、ＳＯＣｏｂｊ未満である場合、Ｓ７１０において、上限電圧決定部２００は、温度センサ２４により検出された温度が予め定められた範囲内であるか否かを判断する。例えば、バッテリ２０は、温度センサ２４により検出された全ての温度が下限値以上であり、かつ、上限値以下の場合に、温度が範囲内であると判断する。温度センサ２４により検出された温度が範囲内にない場合、Ｓ７２２において、上限電圧決定部２００は充電終了制御電圧Ｖ１を上限電圧として決定する。温度の下限値としては、図６に示す許可電流マップに定められる温度の最低値を適用してよく、温度の上限値としては、図６に示す許可電流マップに定められる温度の最高値を適用してよい。
　温度センサ２４により検出された温度が範囲内にある場合、記憶部２８０に記憶されているΔＶｍａｘを読み出し（Ｓ７１２）、ΔＶｍａｘがΔＶｃｒｉ未満であるか否かを判断する（Ｓ７１４）。記憶部２８０に記憶されているΔＶｍａｘは、前回の充電後に測定されたセル２２のΔＶのうちの最大値である。ΔＶｍａｘがΔＶｃｒｉ未満である場合、Ｓ７１６において、上限電圧決定部２００は、上限電圧として充電終了制御電圧Ｖ２を設定する。ΔＶｍａｘがΔＶｃｒｉ以上である場合、Ｓ７２２において、上限電圧決定部２００は充電終了制御電圧Ｖ１を上限電圧として決定する。
　図８は、充電時における充電ＥＣＵ４０の処理を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、車両ＥＣＵ５０から充電許可情報とＳＯＣの要求値を示す情報が供給された場合に、開始される。
　Ｓ８０２において、制御部３００は、車両ＥＣＵ５０から取得したＳＯＣの要求値に基づいて、ＳＯＣｏｂｊを決定する。ＳＯＣｏｂｊは、定電流充電により充電する目標値となるＳＯＣである。
　Ｓ８０４において、取得部３１０がバッテリＥＣＵ３０から充電許可電流を取得し、制御部３００は、取得した充電許可電流に基づいて充電電流を設定する。制御部３００は、充電装置８から供給可能な電流の上限値を超えない範囲で、充電電流を設定する。制御部３００は、充電許可電流が充電装置８から供給可能な電流の上限値を超えない場合、充電許可電流を充電電流として設定する。充電許可電流が充電装置８から供給可能な電流の上限値を超える場合、充電装置８から供給可能な電流の上限値を充電電流として設定する。
　Ｓ８０６において、取得部３１０は、バッテリＥＣＵ３０から上限電圧を取得する。上限電圧は、充電終了制御電圧Ｖ１、又は、充電終了制御電圧Ｖ１より高い充電終了制御電圧Ｖ２である。Ｓ８１０において、制御部３００は、セル電圧が上限電圧を超えているか否かを判断する。制御部３００は、複数のセル２２のうちの少なくとも一つのセル２２のセル電圧が上限電圧を超えている場合に、セル電圧が上限電圧を超えていると判断する。セル電圧が上限電圧を超えていると判断した場合、Ｓ８１６に処理を移行する。Ｓ８１６以降の処理については後述する。セル電圧が上限電圧を超えていない場合、制御部３００は、Ｓ８１２において、Ｓ８０４で設定した充電電流で定電流充電を行わせる。
　制御部３００は、取得部３１０がバッテリＥＣＵ３０からセル２２のＳＯＣを取得すると、ＳＯＣがＳＯＣｏｂｊ以上であるか否かを判断する。制御部３００は、複数のセル２２のうちの少なくとも一つのセル２２のＳＯＣがＳＯＣｏｂｊを超えている場合に、ＳＯＣがＳＯＣｏｂｊ以上であると判断する。ＳＯＣがＳＯＣｏｂｊ以上でない場合はＳ８０４に処理を移行する。
　Ｓ８１４において、ＳＯＣがＳＯＣｏｂｊ以上であると判断した場合、Ｓ８１６において、制御部３００はバッテリ２０の充電を定電流充電から定電圧充電に切り換える。例えば、制御部３００は、ＳＯＣがＳＯＣｏｂｊ以上となった時点での電圧による定電圧充電を、予め定められた時間継続させる。
　定電圧充電を開始して予め定められた時間が経過すると、Ｓ８１８において、制御部３００は充電を停止させる。なお、制御部３００は、定電圧充電の充電電流が予め定められた電流未満になった場合に、定電圧充電を停止してもよい。例えば、充電電流が１．５Ａ以下になった場合に定電圧充電を停止してもよい。定電圧充電を停止することにより、バッテリ２０の充電が終了する。
　バッテリ２０の充電を停止すると、制御部３００は、Ｓ８２０において、バッテリＥＣＵ３０にセル２２のＯＣＶを測定させ（Ｓ８２０）、ΔＶｍａｘを記憶させる（Ｓ８２２）。具体的には、制御部３００は、バッテリ２０の充電を停止すると、バッテリ２０を開回路状態にし、充電終了時のセル２２のＯＣＶと充電終了時から３０分後のセル２２のＯＣＶを取得し、ΔＶを算出し、ΔＶの最大値ΔＶｍａｘを算出し、ΔＶｍａｘをバッテリＥＣＵ３０に供給して、記憶させる。続いて、Ｓ８２４において、制御部３００は、バッテリＥＣＵ３０を停止させる。
　以上に説明したように、充電システム５によれば、セル２２の内部状態のばらつきに応じた定電流充電の充電条件を設定することで、定電圧充電の時間を削減し、高レートでの定電流充電が充電時間に占める割合を増加させることができる。そのため、セル２２の過充電を防止しながら、高レートの定電流充電の時間割合を増加させることができる。これにより、バッテリ２０の充放電サイクル寿命特性を大きく損なわずに充電時間を短縮することができる。したがって、バッテリ２０の耐久性を維持しつつ、比較的に短時間でより多くのエネルギーをバッテリ２０に蓄積させることができる。
　例えば、充電システム５とは異なり、サイクル特性の低下を防止するために充電終止電圧より低い範囲に目標電圧を複数設定し、高電圧範囲においては充電電流を小さくして、過充電を防止するために最終ステップで定電圧充電を用いる充電方式を採用した場合、比較的小さな充電電流で充電する期間が長くなる。また、ＳＯＣが高い状態で充電を行う時間が長くなってしまう。
　また、バッテリ容量が大きくなると、セルの放熱速度がバッテリ内の位置によって異なり得るため、特に急速充電によるジュール発熱により、バッテリ内又は組電池内の温度の違いが大きくなり、セルの内部抵抗等のばらつきが発生しやすくなる。個別セルを監視することで充電を制御すると、特定のセルのＳＯＣや温度で充電量が制限される場合があり、結果としてバッテリ全体の充電に要する時間が長くなってしまう。特に、急速充電は電流値が大きく、内部抵抗や温度のばらつきの制限を受け易くなるため、大容量バッテリを効率的に急速充電することが容易ではない。
　これに対し、充電システム５によれば、急速充電可能なＳＯＣ範囲内において２Ｃから８Ｃ程度の高レートの定電流充電を行う場合に、充電終了制御電圧Ｖ１より高く、かつ、セル２２の性能劣化を抑制できる程度の充電終了制御電圧Ｖ２にセル電圧が到達することを許可する。そして、充電終了制御電圧Ｖ２での定電流充電による急速充電を、予め定められた条件を満たす場合にのみ許可する。具体的には、ＳＯＣが規定の範囲内にあり、バッテリ２０における温度が規定の範囲内にあり、かつ、セル２２内における充電状態のばらつきが小さい場合に、充電終了制御電圧Ｖ２での定電流充電による急速充電を許可する。これにより、大容量バッテリを比較的短い時間で充電しつつ、セルの過充電劣化を抑制することができる。
　図９は、バッテリＥＣＵ３０及び充電ＥＣＵ４０として機能するコンピュータ１０００の一例を概略的に示す。本実施形態に係るコンピュータ１０００は、ホストコントローラ１０９２により相互に接続されるＣＰＵ１０１０、ＲＡＭ１０３０、及びグラフィックコントローラ１０８５を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ１０９４によりホストコントローラ１０９２に接続されるＲＯＭ１０２０、通信Ｉ／Ｆ１０４０、ハードディスクドライブ１０５０、及び入出力チップ１０８０を有する入出力部を備える。
　ＣＰＵ１０１０は、ＲＯＭ１０２０及びＲＡＭ１０３０に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィックコントローラ１０８５は、ＣＰＵ１０１０などがＲＡＭ１０３０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、ディスプレイ上に表示させる。これに代えて、グラフィックコントローラ１０８５は、ＣＰＵ１０１０などが生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
　通信Ｉ／Ｆ１０４０は、有線又は無線によりネットワークを介して他の装置と通信する。また、通信Ｉ／Ｆ１０４０は、通信を行うハードウエアとして機能する。ハードディスクドライブ１０５０は、ＣＰＵ１０１０が使用するプログラム及びデータを格納する。
　ＲＯＭ１０２０は、コンピュータ１０００が起動時に実行するブート・プログラム及びコンピュータ１０００のハードウエアに依存するプログラムなどを格納する。入出力チップ１０８０は、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポートなどを介して各種の入出力装置を入出力コントローラ１０９４へと接続する。
　ＲＡＭ１０３０を介してハードディスクドライブ１０５０に提供されるプログラムは、ＩＣカードなどの記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ１０３０を介してハードディスクドライブ１０５０にインストールされ、ＣＰＵ１０１０において実行される。
　コンピュータ１０００にインストールされ、コンピュータ１０００をバッテリＥＣＵ３０として機能させるプログラムは、ＣＰＵ１０１０などに働きかけて、コンピュータ１０００を、上限電圧決定部２００、取得部２１０、ばらつき算出部２２０、ＳＯＣ算出部２３０、内部抵抗算出部２４０、許可電流決定部２５０、記憶部２８０を含むバッテリＥＣＵ３０の各部としてそれぞれ機能させてよい。これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータ１０００に読込まれることにより、ソフトウエアと上述した各種のハードウエア資源とが協働した具体的手段であるとして機能させる。これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ１０００の使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有のバッテリＥＣＵ３０が構築される。
　同様に、コンピュータ１０００にインストールされ、コンピュータ１０００を充電ＥＣＵ４０として機能させるプログラムは、ＣＰＵ１０１０などに働きかけて、コンピュータ１０００を、取得部３１０、制御部３００、記憶部３８０を含むバッテリＥＣＵ３０の各部としてそれぞれ機能させてよい。これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータ１０００に読込まれることにより、ソフトウエアと上述した各種のハードウエア資源とが協働した具体的手段であるとして機能させる。これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ１０００の使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有のバッテリＥＣＵ３０が構築される。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階などの各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」などと明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」などを用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
５　充電システム
８　充電装置
９　充電コネクタ
１０　車両
１２　駆動輪
１４　モータユニット
１８　受電部
２０　バッテリ
２１　組電池
２２　セル
２４　温度センサ
２６　電流センサ
３０　バッテリＥＣＵ
３２　処理部
４０　充電ＥＣＵ
４２　処理部
５０　車両ＥＣＵ
７０　ＰＣＵ
８０　コンバータ
２００　上限電圧決定部
２１０　取得部
２２０　算出部
２３０　ＳＯＣ算出部
２４０　内部抵抗算出部
２５０　許可電流決定部
２８０　記憶部
３００　制御部
３１０　取得部
３８０　記憶部
１０００　コンピュータ
１０１０　ＣＰＵ
１０２０　ＲＯＭ
１０３０　ＲＡＭ
１０４０　通信Ｉ／Ｆ
１０５０　ハードディスクドライブ
１０８０　入出力チップ
１０８５　グラフィックコントローラ
１０９２　ホストコントローラ
１０９４　入出力コントローラ

Claims (12)

  1. 　バッテリが有する１以上のセルのセル内における内部状態のばらつきを示す情報を取得するばらつき取得部と、
    　前記内部状態のばらつきが、セル内における内部状態のばらつきの許容限度を表す閾値未満である場合に、過充電を防止するために定められている第１の充電終了制御電圧をセル電圧が超えることを許可して、前記バッテリを充電させる制御部と
    を備える充電制御装置。
  2. 　前記制御部は、
    　　前記内部状態のばらつきが前記閾値以上である場合に、少なくとも前記セル電圧が前記第１の充電終了制御電圧に到達した場合に前記バッテリの充電を停止させ、
    　　前記内部状態のばらつきが前記閾値未満である場合に、前記第１の充電終了制御電圧より高い第２の充電終了制御電圧を設定し、前記セル電圧が前記第２の充電終了制御電圧に到達することを許可して、前記バッテリを充電させる
    請求項１に記載の充電制御装置。
  3. 　前記セル内における内部状態のばらつきを示す情報は、前記セル内における充電状態のばらつきを示す
    請求項１又は２に記載の充電制御装置。
  4. 　前記取得部は、前記バッテリの充電終了後における前記セルの開回路電圧の時間変化量を、前記内部状態のばらつきを示す情報として取得し、
    　前記制御部は、前記時間変化量の大きさが、予め定められた時間変化量の閾値未満である場合に、前記セル電圧が前記第１の充電終了制御電圧を超えることを許可する
    請求項１から３のいずれか一項に記載の充電制御装置。
  5. 　前記バッテリは複数のセルを有し、
    　前記取得部は、前記バッテリの充電終了後における前記複数のセルのそれぞれの開回路電圧の時間変化量を取得し、
    　前記制御部は、前記複数のセルの開回路電圧の時間変化量の最大値が、前記予め定められた時間変化量の閾値未満である場合に、前記複数のセルのセル電圧が前記第１の充電終了制御電圧を超えることを許可する
    請求項４に記載の充電制御装置。
  6. 　前記時間変化量は、前記バッテリの充電終了時の前記セルの開回路電圧と、前記バッテリの充電終了時から予め定められた時間が経過したときの前記セルの開回路電圧との差に基づいて算出される
    請求項４又は５に記載の充電制御装置。
  7. 　前記セルの負極の活物質は、作動電位が黒鉛系材料と比べて貴な電位を有する酸化物活物質である
    請求項４から６のいずれか一項に記載の充電制御装置。
  8. 　セルのＳＯＣ及びの温度に対応づけて、前記バッテリの充電電流の設定値を記憶する記憶部
    をさらに備え、
    　前記制御部は、前記セルのＳＯＣ及び前記バッテリの温度に対応づけて前記記憶部に記憶されている前記設定値の充電電流を前記バッテリに供給して、前記バッテリを充電させる
    請求項１から７のいずれか一項に記載の充電制御装置。
  9. 　前記制御部は、前記内部状態のばらつきが前記閾値未満であり、かつ、前記セルのＳＯＣが規定の範囲内にある場合に、前記第１の充電終了制御電圧をセル電圧が超えることを許可して、前記バッテリを充電させる
    請求項１から８のいずれか一項に記載の充電制御装置。
  10. 　前記制御部は、前記内部状態のばらつきが前記閾値未満であり、前記セルのＳＯＣが規定の範囲内にあり、かつ、前記バッテリの温度が規定の範囲内にある場合に、前記第１の充電終了制御電圧をセル電圧が超えることを許可して、前記バッテリを充電させる
    請求項１から９のいずれか一項に記載の充電制御装置。
  11. 　請求項１から１０のいずれか一項に記載の充電制御装置を備える輸送機器。
  12. 　コンピュータを、
    　バッテリが有する１以上のセルのセル内における内部状態のばらつきを示す情報を取得するばらつき取得部、
    　前記内部状態のばらつきが、セル内における内部状態のばらつきの許可限度を表す閾値未満である場合に、過充電を防止するために定められている充電終了制御電圧をセル電圧が超えることを許可して、前記バッテリを充電させる制御部
    として機能させるためのプログラム。
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