WO2024053378A1 - 充電制御システム、充電制御方法および充電制御プログラム、充電制御プログラムが記載された記録媒体 - Google Patents

Abstract

充電制御システムにおいて、取得部は、電池を充電する際の、電池に流れる電流および電池の温度の少なくとも一方を含む電池データを取得する。検知部は、電池を充電する際における、電流の挙動および温度の挙動の少なくとも一方をもとに、電池の異常現象を検知する。充電電流変更部は、電池の異常現象が検知された場合、電池を次回充電する際の電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更する。

Description

充電制御システム、充電制御方法および充電制御プログラム、充電制御プログラムが記載された記録媒体

　本開示は、電池パックを充電する際の電流レートを管理する充電制御システム、充電制御方法および充電制御プログラムに関する。

　近年、リチウムイオン電池が様々な用途に使用されている。リチウムイオン電池では、リチウム析出に起因する異常を検出すると、一律で、リチウムイオン電池セルもしくは電池パック（複数のリチウム電池セルを含む）の使用を禁止する制御を行っているものが多い。セルまたはパックの使用を禁止することで、未然に、発火などの不安全事象を防止している。例えば、特許文献１には、検出した電池電圧が第１の電圧未満の場合に、充電不能電池と判断し、充電を停止する制御方法が開示されている。

特開２００９－２５４２１５号公報

　しかしながら、異常判定用の閾値を用いて電池の異常の有無を判定し、異常が検出された場合に電池の使用を禁止する方法には、以下のような課題がある。異常判定用の閾値が緩い値に設定されている場合、電池に軽度な異常が発生していても、そのまま使用されることになり、その間にリチウム析出が加速し、電池の寿命が縮む場合がある。反対に、異常判定用の閾値が厳しい値に設定されている場合、使い方によってはまだ安全に使える電池でも、使用不可となり、電池の製品としてのコストパフォーマンスが低下する。

　本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、安全性を確保しながら、電池のコストパフォーマンスの低下を抑え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、本開示のある態様の充電制御システムは、電池を充電する際の、前記電池に流れる電流および前記電池の温度の少なくとも一方を含む電池データを取得する取得部と、前記電池を充電する際における、前記電流の挙動および前記温度の挙動の少なくとも一方をもとに、前記電池の異常現象を検知する検知部と、前記電池の異常現象が検知された場合、前記電池を次回充電する際の電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更する充電電流変更部と、を備える。

　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本開示の表現を装置、システム、方法、コンピュータプログラム、記録媒体などの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

　本開示によれば、安全性を確保しながら、電池のコストパフォーマンスの低下を抑えることができる。

実施の形態に係る充電制御システムが使用される電池交換ステーションの概略構成を示す図を示す図である。 実施の形態に係る充電制御システムの構成例を示す図である。 ＣＣＣＶ充電時において、内部短絡事象が発生したセルの電圧、電流、温度の推移例を示す図である。 現象１が生じたセルの等価回路モデルを示す図である。 現象３～現象４を説明するための負極モデルを示す図である。 現象４が生じた後のセルの等価回路モデルを示す図である。 現象５が生じた後のセルの等価回路モデルを示す図である。 セルの正極電位と負極電位とＳＯＣの関係の一例を示す図である。 現象７～現象１０を説明するためのセルモデルを示す図である。 実施の形態に係る充電制御システムによる電流レート更新処理の具体例を示すフローチャートである。 実施の形態に係る充電制御システムによるＣＶ充電期間に使用される電圧値の更新処理の具体例を示すフローチャートである。

　図１は、実施の形態に係る充電制御システム１０が使用される電池交換ステーションの概略構成を示す図を示す。電池交換ステーションは例えば、配送事業者やタクシー事業者の営業拠点に設置される。事業者は当該営業拠点において、複数の電動車両１、複数の電池パック２、複数の充電器３を管理・運用している。複数の電池パック２は着脱自在な交換式の電池パックであり、電動車両１の数より多く用意されている。

　電池パック２は電動車両１の底面に装着される。電動車両１を交換台の所定の位置に停車させると、交換台の下に設置された交換装置（不図示）は、電動車両１の底面から使用済みの電池パック２を取り外し、充電済みの電池パック２を装着する。交換台の下には、電池パック２を搬送するためのベルトコンベアが設置されている。使用済みの電池パック２はベルトコンベアにより充電器３の位置に搬送される。充電器３で充電された充電済みの電池パック２は、ベルトコンベアで各交換台の位置まで搬送される。電動車両１は通常、５分程度で電池パック２を交換することができ、ガソリン車の給油時間と同程度で走行を再開できる。

　各充電器３は少なくとも一つの充電スロットを有し、電池パック２が装着されると、電池パック２を充電する。なお、充電器３と電池パック２は充電ケーブルで接続されてもよい。

　電池パック２は複数のセルと電池管理部（ＢＭＵ）を含む。電池パック２内において、複数のセルは直列接続されて構成される。または、複数のセルが並列接続されて構成される並列セルブロックが複数、直列接続されて構成されてもよい。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、鉛電池セルなど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。セルまたは並列セルブロックの直列数は、電動車両１に搭載されたモータの駆動電圧に応じて決定される。

　電池管理部は、電池パック２に含まれる複数のセルまたは複数の並列セルブロックの電圧、電流、温度、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を監視・計測する。直列接続された複数のセルまたは複数の並列セルブロックと直列に、シャント抵抗が接続される。シャント抵抗は電流検出素子として機能する。なお、シャント抵抗の代わりにホール素子を用いてもよい。電池パック２内に、複数のセルまたは複数の並列セルブロックの温度を検出するための複数の温度センサ（例えば、サーミスタ）が設置される。温度センサは例えば、６～８個のセルまたは並列セルブロックに、一つ設けられてもよい。

　電池管理部は、ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｖｏｌｔａｇｅ）法と電流積算法を組み合わせて、ＳＯＣを推定する。ＯＣＶ法は、計測される各セルのＯＣＶと、セルのＳＯＣ－ＯＣＶカーブをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、各セルの充放電開始時のＯＣＶと、計測される電流の積算値をもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、充放電時間が長くなるにつれて、電流の計測誤差が累積していく。したがって、ＯＣＶ法により推定されたＳＯＣを用いて、電流積算法により推定されたＳＯＣを補正することが好ましい。

　電池管理部は、複数のセルまたは複数の並列セルブロックの電圧、電流、温度、ＳＯＣを定期的（例えば、１０秒間隔）にサンプリングし、電池パック２の電池データとして蓄積する。なお電池管理部は、電池パック２内に設置された複数の温度センサで検出された複数の温度の内、最高温度と最低温度の２つを記録してもよい。

　充電器３は商用電力系統（不図示）に接続され、電池パック２を充電する。一般的に、普通充電の場合は交流で、急速充電の場合は直流で充電される。交流（例えば、単相１００／２００Ｖ）で充電される場合、電池パック２内のＡＣ／ＤＣコンバータにより、交流電力が直流電力に変換される。直流で充電される場合、充電器３は、商用電力系統から供給される交流電力を全波整流し、フィルタで平滑化することにより直流電力を生成する。

　急速充電規格として例えば、ＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）、ＣｈａｏＪｉ、ＧＢ／Ｔ、Ｃｏｍｂｏ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　Ｃｈａｒｇｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）を使用することができる。ＣＨＡｄｅＭＯ２．０では、最大出力（仕様）が１０００Ｖ×４００Ａ＝４００ｋＷと規定されている。ＣＨＡｄｅＭＯ３．０では、最大出力（仕様）が１５００Ｖ×６００Ａ＝９００ｋＷと規定されている。ＣｈａｏＪｉでは、最大出力（仕様）が１５００Ｖ×６００Ａ＝９００ｋＷと規定されている。ＧＢ／Ｔでは、最大出力（仕様）が７５０Ｖ×２５０Ａ＝１８５ｋＷと規定されている。Ｃｏｍｂｏでは、最大出力（仕様）が９００Ｖ×４００Ａ＝３５０ｋＷと規定されている。ＣＨＡｄｅＭＯ、ＣｈａｏＪｉ、ＧＢ／Ｔでは、通信方式としてＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）が採用されている。Ｃｏｍｂｏでは、通信方式としてＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）が採用されている。

　急速充電に対応する充電器３は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有する。急速充電時において、充電器３のＤＣ／ＤＣコンバータは、充電時の充電電流または充電電圧を制御する。本実施の形態では、充電器３は定電流定電圧（以下、ＣＣＣＶと表記する）方式で電池パック２を充電する。ＣＣＣＶ方式は、設定された電流レートで電池パック２のＣＣ充電を開始し、電池パック２の電圧が、設定された目標電圧に到達すると、当該目標電圧で電池パック２をＣＶ充電する制御に切り替える方式である。本実施の形態では、ＣＣ充電期間に使用される電流レートと、ＣＶ充電期間に使用される電圧値が、充電制御システム１０から指定される。

　普通充電の場合、電池パック２のＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータが、充電時の充電電流または充電電圧を制御する。この場合、ＣＣ充電期間に使用される電流レートと、ＣＶ充電期間に使用される電圧値は、充電制御システム１０から充電器３を経由して、電池パック２の電池管理部に通知される。電池パック２の電池管理部は、充電時の電池データを充電器３に送信する。充電器３は、受信した電池データを充電制御システム１０に送信する。

　充電制御システム１０は、電池交換ステーションを運営する事業者が管理する複数の電池パック２の充電制御を行うためのシステムである。充電制御システム１０は例えば、電池交換ステーションが設置された営業拠点に設置されているサーバまたはＰＣ上に構築されてもよい。また、充電制御システム１０は、複数の事業者に電池分析サービスを提供している事業者の自社施設またはデータセンタに設置された自社サーバ上に構築されてもよい。また、充電制御システム１０は、クラウドサービス契約に基づき、配送事業者、タクシー事業者または電池分析事業者が利用するクラウドサーバ上に構築されてもよい。また、充電制御システム１０は、複数の拠点（データセンタ、自社施設）に分散して設置された複数のサーバ上に構築されてもよい。当該複数のサーバは、複数の自社サーバの組み合わせ、複数のクラウドサーバの組み合わせ、自社サーバとクラウドサーバの組み合わせのいずれであってもよい。

　充電制御システム１０と、電池交換ステーションに設置された複数の充電器３はネットワーク５（例えば、有線／無線ＬＡＮ、インターネット、専用線、ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｐｒｉｖａｔｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）など）で接続される。各充電器３は、電池パック２から取得した電池データを、ネットワーク５を介して充電制御システム１０に送信する。

　図２は、実施の形態に係る充電制御システム１０の構成例を示す図である。充電制御システム１０は、処理部１１、記憶部１２、通信部１３を備える。通信部１３は、有線または無線によりネットワーク５に接続するための通信インタフェース（例えば、ＮＩＣ：Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃａｒｄ）である。

　処理部１１は、取得部１１１、検知部１１２、充電電流変更部１１３および充電指示部１１４を含む。処理部１１の機能はハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてオペレーティングシステム、アプリケーションなどのプログラムを利用できる。プログラムは、ここでは記憶部１２のメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の（非一時的な）記録媒体に記録されて提供されてもよい。

　記憶部１２は、ＨＤＤ、ＳＳＤなどの不揮発性の記録媒体を含み、各種データを記憶する。記憶部１２は、電池データ保持部１２１および充電電流・電圧保持部１２２を含む。

　取得部１１１は、各充電器３から各電池パック２の電池データを取得して、電池データ保持部１２１に保存する。

　充電電流・電圧保持部１２２は、事業者が管理している電池パック２ごとに、ＣＣＣＶ方式で充電する際の、ＣＣ充電期間に使用される電流レートおよびＣＶ充電期間に使用される電圧値を保持する。電池パック２はＩＤにより管理される。ＣＣ充電期間に使用されるデフォルトの電流レートおよびＣＶ充電期間に使用されるデフォルトの電圧値には、電池メーカが型式ごとに公表している推奨値が使用されてもよいし、事業者により決定された値が使用されてもよい。

　ＣＣ充電期間に使用される電流レートは、電池パック２の定格電流の範囲内において、充電時間と電池劣化のバランスを考慮して決定される。充電時間を短くする場合、電流レートを上げる必要があり、電池への負担が大きくなる。反対に、充電時間が長くてもよい場合、電流レートを下げることができ、電池への負担が軽くなる。

　ＣＶ充電期間に使用される電圧値は、電池パック２の定格電圧の範囲内において、電池パック２の容量に応じて決定される。なお、電池のＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）の低下に伴い、ＣＶ充電期間に使用される電圧値を低下させていってもよい。

　取得部１１１は、電池パック２をＣＣＣＶ充電する際の電池データを、充電器３から取得する。取得部１１１は、充電器３からＣＣＣＶ充電中の電池データをリアルタイムに取得してもよいし、充電完了後にＣＣＣＶ充電期間の電池データを取得してもよい。取得する電池データには、電池パック２のＩＤが含まれるとともに、電池パック２に流れる電流および電池パック２の温度の少なくとも一方が含まれる。取得部１１１は、取得した電池データを電池データ保持部１２１に保存する。

　検知部１１２は、電池パック２をＣＣＣＶ充電する際のＣＶ充電期間における、電池パック２の電流の挙動および温度の挙動の少なくとも一方をもとに、電池パック２内のセルの異常現象を検知する。当該温度として例えば、電池パック２内に設置された複数の温度センサで検出された最高温度が使用されてもよい。

　本実施の形態では、電池パック２内のセルの異常現象として、リチウム析出による微小な内部短絡事象に注目する。内部短絡事象が発生すると、ＣＶ充電時に電流が増加または電流の減少幅が低下し、温度が急激に上昇する。

　図３は、ＣＣＣＶ充電時において、内部短絡事象が発生したセルの電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔの推移例を示す図である。セルが正常な状態であれば、ＣＶ充電期間中は電流Ｉが徐々に低下していく。これに対して、ＣＶ充電期間中にセルに内部短絡事象が発生すると、電流Ｉが増加する。これに伴いセルの温度Ｔが急激に上昇する。なお図３に示した電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔの推移は一例であり、セルの内部状態により電流または温度の変化の程度は異なる。例えば、電流Ｉが増加まではせず、減少速度が緩やかになる場合もある。

　次に内部短絡事象発生のメカニズムを説明する。休止時間が短い充放電を繰り返すと、下記の現象１～現象４が生じる。短い休止時間とは例えば、２０分程度の休止時間である。

　図４は、現象１が生じたセルの等価回路モデルを示す図である。休止時間が短い充放電を繰り返すと、電解液の戻りが遅くなり、電解液が欠乏することで液抵抗が増加する（現象１）。液抵抗の増加は電流減少の要因になる。液抵抗の増加により負極電位が低下する（現象２）。

　図５は、現象３～現象４を説明するための負極モデルを示す図である。充電末期に負極電位がリチウム電位を下回り、負極上にリチウムが少量析出する（現象３）。負極上に析出したリチウムは、休止中に負極に挿入するとともに、放電中に正極に戻る。析出したリチウムの大半は放電時に正極へ戻るが、一部が負極上に残る。充放電ごとに負極上に残るリチウムが、電解液と反応してＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）に変化する（現象４）。このような過程を繰り返すことでＳＥＩが成長する。ＳＥＩの成長は抵抗増加を招き、電流減少の要因になる。

　図６は、現象４が生じた後のセルの等価回路モデルを示す図である。現象４が生じた後のセルでは、負極のＳＥＩ抵抗が増加する。

　充放電の間に長い休止時間を挟むことで、下記の現象５～現象６が生じる。長い休止時間とは例えば、１時間程度の休止時間である。長い休止時間により電解液が正極に戻る（現象５）。

　図７は、現象５が生じた後のセルの等価回路モデルを示す図である。現象５が生じた後のセルでは、正極の液抵抗が減少する。正極の内部抵抗の減少に伴い正極電位が低下すると、ＣＶ充電時の目標電圧（例えば、４．２Ｖ）を維持するために、負極電位がさらに低下する（現象６）。

　図８は、セルの正極電位と負極電位とＳＯＣの関係の一例を示す図である。横軸はＳＯＣを示し、縦軸は正極電位と負極電位を示す。正極電位はＳＯＣが増加するほど上昇し、負極電位はＳＯＣが増加するほど低下する。上述したように電解液の不足に伴う液抵抗の増加により、負極電位が低下する（現象２）。正極の液抵抗が減少することにより、正極電位と負極電位が同程度、低下する（現象６）。この状態は、リチウムが析出しやすい状態であり、電流が増加する。

　図９は、現象７～現象１０を説明するためのセルモデルを示す図である。充電することで、下記の現象７～現象９が繰り返し発生し、内部短絡事象が生じる。負極電位が大きく低下し、電流が増加しているため、ＳＥＩ上に多くのリチウムが析出する（現象７）。現象３で析出するリチウムより多くのリチウムが析出する。

　析出したリチウムで正極と負極が短絡し、短絡電流が流れることで発熱する（現象８）。正極に接触したリチウムが酸化されてリチウムイオンとなる。リチウムイオンが負極上に析出し、短絡が消える（現象９）。充電を止めると、リチウム析出が停止するため、短絡による発熱が止まる（現象１０）。

　以上に説明した内部短絡事象を外部から検知するために、ＣＶ充電中の電流の増加またはＣＶ充電中の急激な温度上昇の少なくとも一方を検知することが考えられる。セルに微小短絡が発生すると、コンバータがＣＶ充電用の目標電圧を維持しようと動作するため、電流が増加する。また、微小短絡によりセル全体が均一に発熱する。

　内部短絡事象の検知を阻害する要因として、以下が挙げられる。
（ａ）軽度な内部短絡の場合、電流が増加せず、減少速度の低下に留まる。
（ｂ）ＣＶ充電が総電圧基準で実行された場合、内部短絡事象が発生しても電流が増加しない。
（ｃ）ＣＶ充電中に、再度ＣＣ充電に戻る。その場合、内部短絡事象が発生していなくても電流が増加する。
（ｄ）ＣＶ充電中に、電流がハンチングする。
（ｅ）外部熱源（例えば、ヒータ）による加温により、電池温度が急激に上昇する。
（ｆ）クーラによる冷却により、電池温度の上昇が抑制される。

　以下、信頼性の高い内部短絡事象の検知方法を説明する。検知部１１２は、電池パック２のＣＶ充電期間において、充電電流による発熱量を超えるセルの温度上昇を検出することで、内部短絡事象を検知する。より具体的には検知部１１２は、ＣＶ充電期間において、電池パック２内のセルに一定期間に流れる電流の積算量と、一定期間における電池パック２内のセルの温度上昇との比率と、所定の閾値を比較して、電池パック２内のセルの内部短絡事象を検知する。

　充電電流による発熱量Ｑは、下記式（１）で求められる。

　Ｑ＝Ｉ^２×Ｒ×Δｔ　・・・（式１）
　Ｑ：発熱量［Ｊ］
　Δｔ：ΔＴの温度上昇に要する時間［ｓ］
　Ｉ：Δｔ期間の平均電流［Ａ］
　Ｒ：内部抵抗［Ω］
　温度センサで計測された温度から推定されるセルの発熱量Ｑは、下記式（式２）で求められる。

　Ｑ＝Ｃ×ΔＴ　・・・（式２）
　Ｑ：発熱量［Ｊ］
　Ｃ：セルの熱容量［Ｊ／Ｋ］
　ΔＴ：Δｔ期間に上昇した温度［℃］
　検知部１１２は、（ΔＴ／Ｉ^２×Δｔ）で求められる判定スコアが、所定の閾値を超えたとき電池パック２内のセルに内部短絡事象が発生していると判定する。所定の閾値は、実験やシミュレーションの結果にもとづき予め設定される。

　検知部１１２は、今回のＣＣＣＶ充電において、電池パック２内のセルに内部短絡事象を検知した場合、内部短絡事象を検知した時点の電池パック２のＳＯＣを特定する。検知部１１２は、検知したＳＯＣを充電電流・電圧保持部１２２に保存する。

　充電電流変更部１１３は、今回のＣＣＣＶ充電において、電池パック２内のセルに内部短絡事象が検知された場合、当該電池パック２を次回、ＣＣＣＶ充電する際のＣＣ充電期間に使用する電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更する。すなわち充電電流変更部１１３は、次回の充電時のＣＣ充電期間の電流レートを一定比率、低下させる。電流レートには下限が設定される。例えば、予め設定されているデフォルトの電流レートの０．１～０．５倍の範囲に設定される。電流レートが低くなるほど充電時間が長くなる。事業者は、電池パック２の運用状況に鑑み、電流レートの下限を、任意の値に設定または変更することができる。充電電流変更部１１３は、変更後の電流レートを充電電流・電圧保持部１２２に保存する。

　変更後の電流レートは、当該電池パック２を次回ＣＣＣＶ充電する際において、当該電池パック２のＳＯＣが内部短絡事象を検知した時点のＳＯＣに到達後の電流レートとして使用される。当該ＳＯＣに到達する前は、デフォルトの電流レートが使用される。

　充電電流変更部１１３は、今回のＣＣＣＶ充電において、電池パック２内のセルに内部短絡事象が検知されなかった場合、当該電池パック２を次回、ＣＣＣＶ充電する際のＣＣ充電期間に使用する電流レートを、β（１＜β＜（２－α））倍した値に変更する。すなわち充電電流変更部１１３は、次回の充電時のＣＣ充電期間の電流レートを一定比率、上昇させる。充電電流変更部１１３は、内部短絡事象が検知されなかった場合の電流レートを、内部短絡事象が検知された場合に低下させた比率より小さな比率で、上昇させる。電流レートの上限は、デフォルトの電流レートに設定される。充電電流変更部１１３は、変更後の電流レートを充電電流・電圧保持部１２２に保存する。

　充電電流変更部１１３は、検知部１１２で算出された判定スコアが上記閾値より大きいほど、電流レートを低下させる際に使用する比率αを小さくしてもよい。充電電流変更部１１３は例えば、０．９９～０．５０の範囲内において、判定スコアが上記閾値より大きいほど、αを０．５０に近い値に設定する。判定スコアとαの関係は、マップまたは関数で定義される。判定スコアとαの関係は、線形に設定されてもよいし、非線形に設定されてもよい。なお、温度上昇率と電流レートとαの関係を予めマップに定義し、充電電流変更部１１３は、温度上昇率と現在の電流レートをもとに当該マップを参照して、比率αを決定してもよい。例えば、温度上昇率が高いほどαの値が小さく定義される。比率βについても同様に、温度上昇率と電流レートとβの関係を予めマップに定義し、充電電流変更部１１３は、温度上昇率と現在の電流レートをもとに当該マップを参照して、比率βを決定してもよい。例えば、温度上昇率が低いほどβの値が大きく定義される。

　取得部１１１は、充電器３が電池パック２を充電する際、充電器３から、充電する電池パック２のパックＩＤを取得する。充電指示部１１４は、取得されたパックＩＤをもとに充電電流・電圧保持部１２２を参照して、充電する電池パック２の充電情報を取得する。

　当該充電情報には、充電する電池パック２のＣＣ充電期間に使用されるデフォルトの電流レート、デフォルトの電流レートから制限された電流レートに切り替えるＳＯＣ、制限後の電流レート、およびＣＶ充電期間に使用される電圧値が含まれる。充電指示部１１４は、充電情報を含む充電指示を充電器３に通知する。

　図１０は、実施の形態に係る充電制御システム１０による電流レート更新処理の具体例を示すフローチャートである。取得部１１１は、電池パック２をＣＣＣＶ充電した充電器３から、ＣＣＣＶ充電時の電池データを取得する（Ｓ１０）。検知部１１２は、ＣＶ充電期間の電池データをもとに、ＣＶ充電期間に電池パック２内のセルに内部短絡事象が発生したか否か判定する（Ｓ１１）。

　内部短絡事象が検知された場合（Ｓ１１のＹ）、検知部１１２は、内部短絡事象を検知した時点の電池パック２のＳＯＣを特定し、充電電流・電圧保持部１２２に保存する（Ｓ１２）。充電電流変更部１１３は、電流レートを０．９倍し、変更後の電流レートを充電電流・電圧保持部１２２に保存する（Ｓ１３）。

　充電電流変更部１１３は、変更後の電流レートと下限値を比較する（Ｓ１４）。変更後の電流レートが下限値を下回った場合（Ｓ１４のＹ）、充電電流変更部１１３は、対象の電池パック２を充電禁止に設定し（Ｓ１５）、当該電池パック２の充電禁止を充電電流・電圧保持部１２２に保存する。当該保存後、電流レートの更新処理を終了する。変更後の電流レートが下限値を下回っていない場合（Ｓ１４のＮ）、電流レートの更新処理を終了する。

　ステップＳ１１において内部短絡事象が検知されなかった場合（Ｓ１１のＮ）、充電電流変更部１１３は、電流レートを１．０５倍し、変更後の電流レートを充電電流・電圧保持部１２２に保存する（Ｓ１６）。

　充電電流変更部１１３は、変更後の電流レートとデフォルトの電流レートを比較する（Ｓ１７）。変更後の電流レートがデフォルトの電流レートを上回った場合（Ｓ１７のＹ）、充電電流変更部１１３は、電流レートをデフォルトの電流レートに変更し、変更後の電流レートを充電電流・電圧保持部１２２に保存する（Ｓ１８）。当該保存後、電流レートの更新処理を終了する。変更後の電流レートがデフォルトの電流レートを上回っていない場合（Ｓ１７のＮ）、電流レートの更新処理を終了する。

　以上の説明では、内部短絡事象が検知された際、電流レートを低下させる充電制御を説明した。この点、内部短絡事象が検知された際、ＣＶ充電期間に使用される電圧値を低下させる充電制御を行ってもよい。

　図１１は、実施の形態に係る充電制御システム１０によるＣＶ充電期間に使用される電圧値の更新処理の具体例を示すフローチャートである。取得部１１１は、電池パック２をＣＣＣＶ充電した充電器３から、ＣＣＣＶ充電時の電池データを取得する（Ｓ２０）。検知部１１２は、ＣＶ充電期間の電池データをもとに、ＣＶ充電期間に電池パック２内のセルに内部短絡事象が発生したか否か判定する（Ｓ２１）。

　内部短絡事象が検知された場合（Ｓ２１のＹ）、検知部１１２は、内部短絡事象を検知した時点の電池パック２のＳＯＣを特定する。検知部１１２は、特定したＳＯＣをもとに当該電池パック２のＳＯＣ－ＯＣＶカーブを参照して、内部短絡事象を検知した時点の当該電池パック２のＯＣＶを特定する（Ｓ２２）。

　充電電圧変更部（不図示）は、ＣＶ充電期間に使用される電圧値（以下、目標電圧値という）を、特定されたＯＣＶに変更し、変更後の目標電圧値を充電電流・電圧保持部１２２に保存する。当該保存後、目標電圧値の更新処理を終了する。

　ステップＳ２１において内部短絡事象が検知されなかった場合（Ｓ２１のＮ）、充電電圧変更部は、目標電圧値を１．０５倍し、変更後の目標電圧値を充電電流・電圧保持部１２２に保存する（Ｓ２４）。なお、１．０５倍は一例であり、１．０５倍以外の比率で目標電圧値を上昇させていってもよい。

　充電電圧変更部は、変更後の目標電圧値とデフォルトの目標電圧値を比較する（Ｓ２５）。変更後の目標電圧値がデフォルトの目標電圧値を上回った場合（Ｓ２５のＹ）、充電電圧変更部は、目標電圧値をデフォルトの目標電圧値に変更し、変更後の目標電圧値を充電電流・電圧保持部１２２に保存する（Ｓ２６）。当該保存後、目標電圧値の更新処理を終了する。変更後の目標電圧値がデフォルトの目標電圧値を上回っていない場合（Ｓ２５のＮ）、目標電圧値の更新処理を終了する。

　以上の説明では、検知部１１２は、ＣＶ充電期間において、電池パック２内のセルに一定期間に流れる電流の積算量と、一定期間における電池パック２内のセルの温度上昇との比率が、閾値を超えたか否かをもとに内部短絡事象を検知した。この点、以下のように簡易的に内部短絡事象を検知してもよい。

　検知部１１２は、ＣＶ充電期間における電池パック２内のセルの温度が、閾値（例えば、５０℃）を超えたか否かをもとに内部短絡事象を検知してもよい。また検知部１１２は、ＣＶ充電期間における電池パック２内のセルの温度上昇率が、閾値を超えたか否かをもとに内部短絡事象を検知してもよい。また検知部１１２は、ＣＶ充電期間において、電池パック２内のセルに流れる電流が一定時間以上、上昇したか否かをもとに内部短絡事象を検知してもよい。

　以上説明したように本実施の形態によれば、電池データをもとに異常が検知された場合に、一律に電池パック２の使用を禁止するのではなく、電流レートを一定比率、低下させる。これにより、安全性を確保しながら、電池パック２のコストパフォーマンスの低下を抑えることができる。安全性を確保しながら、電池パック２をできるだけ長く使い続けることができるため、電池パック２の交換費用を削減することができる。

　また、直近の充電で異常が検知されなかった場合に電流レートを戻していく制御を追加することで、安全性と製品パフォーマンスのバランスを両立させることができる。例えば、ヒータからの煽り熱で温度が急上昇した現象を、セルの異常現象と誤検知する場合がある。この場合、セル自体に異常はないため、電流レートを低下させたままの充電では、製品パフォーマンスが損なわれる。安全性を確認しながら電流レートを戻していくことで、製品パフォーマンスを漸次的に回復させることができる。

　本実施の形態は、リチウム析出以外の要因（例えば、異物混入）で電流または温度が急上昇する異常にも対応することができる。

　なお、電流レートを低下させる充電制御は、目標電圧値を低下させる充電制御に比べて、運用コスト面で有利である。電流レートを低下させる充電制御は、充電可能な容量を減少させるものではないため、充電回数の増加を招かない。

　以上、本開示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開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　セルをヒータで加温している場合、セルの温度上昇が充電電流の増加によるものか、ヒータによる加温によるものか、判断しにくい。そこでヒータによる加温中は、内部短絡事象の検知を停止してもよい。

　空冷式の電池パック２の場合、短時間でセルの温度が低下することはない。したがって、空冷式の電池パック２の場合、ＣＶ充電中に不自然な温度上昇があれば、内部短絡事象の可能性が高い。一方、液冷式の電池パック２の場合、内部短絡事象によるセルの温度上昇が液冷式のクーラにより打ち消されてしまう場合がある。液冷式の電池パック２の場合、クーラの冷却能力をもとに温度を補正し、補正した温度を用いて内部短絡事象を検知してもよい。

　上記実施の形態では、ＣＶ充電中の電流の増加または急激な温度上昇の少なくとも一方を検知することで、内部短絡事象を検知した。この点、低レートのＣＣ充電中の電流の増加または急激な温度上昇の少なくとも一方を検知することでも、内部短絡事象を検知することができる。

　上記実施の形態では、充電器３とネットワーク５で接続された充電制御システム１０で、電池パック２の充電レートを管理する例を説明した。この点、充電制御システム１０は、電池パック２内の電池管理部（ＢＭＵ）内に組み込まれていてもよい。また、充電制御システム１０は、充電器３内に組み込まれていてもよい。

　また本開示に係る充電制御システム１０は、電動車両１に搭載される電池パック２の充電レートの管理に限定されるものではない。例えば、電動船舶、マルチコプタ（ドローン）、電動バイク、電動自転車、定置型蓄電システム、スマートフォン、タブレット、ノートＰＣなどに搭載された電池パックの充電レートの管理にも適用可能である。

　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］
　電池（２）を充電する際の、前記電池（２）に流れる電流および前記電池（２）の温度の少なくとも一方を含む電池データを取得する取得部（１１１）と、
　前記電池（２）を充電する際における、前記電流の挙動および前記温度の挙動の少なくとも一方をもとに、前記電池（２）の異常現象を検知する検知部（１１２）と、
　前記電池（２）の異常現象が検知された場合、前記電池（２）を次回充電する際の電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更する充電電流変更部（１１３）と、
　を備えることを特徴とする充電制御システム（１０）。

　これによれば、安全性を確保しながら、電池パック（２）のコストパフォーマンスの低下を抑えることができる。

　［項目２］
　前記充電電流変更部（１１３）は、今回の充電において、前記電池（２）の異常現象が検知されなかった場合、前記電池（２）を次回充電する際の電流レートを、β（１＜β＜（２－α））倍した値に変更する項目１に記載の充電制御システム（１０）。

　これによれば、不要な充電時間の延長を戻していくことができる。

　［項目３］
　前記検知部（１１２）は、前記電池（２）の異常現象を検知した時点の前記電池（２）のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を特定し、
　前記変更後の電流レートは、前記電池（２）を次回充電する際において、前記電池（２）のＳＯＣが前記異常現象を検知した時点のＳＯＣに到達後の電流レートとして使用されることを特徴とする項目１に記載の充電制御システム（１０）。

　これによれば、充電時間の延長を少なく抑えることができる。

　［項目４］
　前記検知部（１１２）は、充電期間において、前記電池（２）に一定期間に流れる電流の積算量と、前記一定期間における前記電池（２）の温度上昇との比率と、所定の閾値を比較して、前記電池（２）の異常現象を検知する項目１に記載の充電制御システム（１０）。

　これによれば、充電電流の増加による電池（２）の異常現象を高精度に検知することができる。

　［項目５］
　前記充電電流変更部（１１３）は、前記比率が前記閾値より大きいほど、前記αを小さくする項目４に記載の充電制御システム（１０）。

　これによれば、電流レートの低下率を最適化することができる。

　［項目６］
　前記充電電流変更部（１１３）は、前記電池（２）の温度上昇率と現在の電流レートをもとに、前記βを設定する項目２に記載の充電制御システム（１０）。

　これによれば、電流レートの上昇率を最適化することができる。

　［項目７］
　電池（２）を充電する際の、前記電池（２）に流れる電流および前記電池（２）の温度の少なくとも一方を含む電池データを取得するステップと、
　前記電池（２）を充電する際における、前記電流の挙動および前記温度の挙動の少なくとも一方をもとに、前記電池（２）の異常現象を検知するステップと、
　前記電池（２）の異常現象が検知された場合、前記電池（２）を次回充電する際の電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更するステップと、
　を有することを特徴とする充電制御方法。

　これによれば、安全性を確保しながら、電池パック（２）のコストパフォーマンスの低下を抑えることができる。

　［項目８］
　電池（２）を充電する際の、前記電池（２）に流れる電流および前記電池（２）の温度の少なくとも一方を含む電池データを取得する処理と、
　前記電池（２）を充電する際における、前記電流の挙動および前記温度の挙動の少なくとも一方をもとに、前記電池（２）の異常現象を検知する処理と、
　前記電池（２）の異常現象が検知された場合、前記電池（２）を次回充電する際の電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更する処理と、
　をコンピュータに実行させることを特徴とする充電制御プログラム。

　これによれば、安全性を確保しながら、電池パック（２）のコストパフォーマンスの低下を抑えることができる。

　１　電動車両、　２　電池パック、　３　充電器、　５　ネットワーク、　１０　充電制御システム、　１１　処理部、　１１１　取得部、　１１２　検知部、　１１３　充電電流変更部、　１１４　充電指示部、　１２　記憶部、　１２１　電池データ保持部、　１２２　充電電流・電圧保持部、　１３　通信部。

Claims (9)

1. 　電池を充電する際の、前記電池に流れる電流および前記電池の温度の少なくとも一方を含む電池データを取得する取得部と、
   　前記電池を充電する際における、前記電流の挙動および前記温度の挙動の少なくとも一方をもとに、前記電池の異常現象を検知する検知部と、
   　前記電池の異常現象が検知された場合、前記電池を次回充電する際の電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更する充電電流変更部と、
   　を備えることを特徴とする充電制御システム。
2. 　前記充電電流変更部は、今回の充電において、前記電池の異常現象が検知されなかった場合、前記電池を次回充電する際の電流レートを、β（１＜β＜（２－α））倍した値に変更する請求項１に記載の充電制御システム。
3. 　前記検知部は、前記電池の異常現象を検知した時点の前記電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を特定し、
   　前記変更後の電流レートは、前記電池を次回充電する際において、前記電池のＳＯＣが前記異常現象を検知した時点のＳＯＣに到達後の電流レートとして使用されることを特徴とする請求項１に記載の充電制御システム。
4. 　前記検知部は、充電期間において、前記電池に一定期間に流れる電流の積算量と、前記一定期間における前記電池の温度上昇との比率と、所定の閾値を比較して、前記電池の異常現象を検知する請求項１に記載の充電制御システム。
5. 　前記充電電流変更部は、前記比率が前記閾値より大きいほど、前記αを小さくする請求項４に記載の充電制御システム。
6. 　前記充電電流変更部は、前記電池の温度上昇率と現在の電流レートをもとに、前記βを設定する請求項２に記載の充電制御システム。
7. 　電池を充電する際の、前記電池に流れる電流および前記電池の温度の少なくとも一方を含む電池データを取得するステップと、
   　前記電池を充電する際における、前記電流の挙動および前記温度の挙動の少なくとも一方をもとに、前記電池の異常現象を検知するステップと、
   　前記電池の異常現象が検知された場合、前記電池を次回充電する際の電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更するステップと、
   　を有することを特徴とする充電制御方法。
8. 　電池を充電する際の、前記電池に流れる電流および前記電池の温度の少なくとも一方を含む電池データを取得する処理と、
   　前記電池を充電する際における、前記電流の挙動および前記温度の挙動の少なくとも一方をもとに、前記電池の異常現象を検知する処理と、
   　前記電池の異常現象が検知された場合、前記電池を次回充電する際の電流レートを、α（０＜α＜１）倍した値に変更する処理と、
   　をコンピュータに実行させることを特徴とする充電制御プログラム。
9. 　請求項８の充電制御プログラムが記載された非一時的な記録媒体。

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