(57)【要約】【課題】満充電容量の推定精度を向上させること。【解決手段】電源システムは、車両と、充放電装置と、を備える。車両は、バッテリと、車両側制御部と、を備える。車両側制御部は、電池ＥＣＵと、ＤＣ充電ＥＣＵと、を備える。電池ＥＣＵは、充電前のバッテリの充電率、充電後のバッテリの充電率、及び、バッテリを充電している間の充電電流の電流積算値から満充電容量を推定することができる。充電前のバッテリの充電率を推定する前に、ＤＣ充電ＥＣＵは、バッテリの放電と充電とを充放電装置に行わせる。【選択図】図２
2020041977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン二次電池の充電を行う充電機器を制御することで、予め設定された充電開始時刻から前記リチウムイオン二次電池の充電を行う充電部と、
前記リチウムイオン二次電池の開回路電圧を検出する電圧検出部から測定値を取得する電圧取得部と、
前記開回路電圧と前記リチウムイオン二次電池の充電率との対応関係から、前記リチウムイオン二次電池の充電率を推定する推定部と、
前記リチウムイオン二次電池に流れる充電電流を検出する電流検出部から測定値を取得する電流取得部と、
前記充電部による充電前の前記リチウムイオン二次電池の充電率、前記充電部による充電後の前記リチウムイオン二次電池の充電率、及び、前記リチウムイオン二次電池を充電している間の前記充電電流の電流積算値から前記リチウムイオン二次電池の満充電容量を推定する満充電容量推定部と、を備えた満充電容量推定装置であって、
前記リチウムイオン二次電池と負荷とを電気的に接続することで前記リチウムイオン二次電池に放電を行わせる接続機器を制御することによる前記リチウムイオン二次電池の放電と、前記充電機器を制御することによる前記リチウムイオン二次電池の充電とを前記充電開始時刻よりも前の時刻である充放電開始時刻から行う充放電部を備え、
前記電圧取得部は、前記充放電部による前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われた後であり前記充電開始時刻よりも前に前記電圧検出部から測定値を取得し、当該測定値を用いて推定された前記リチウムイオン二次電池の充電率を前記充電部による充電前の前記リチウムイオン二次電池の充電率として用いて、前記満充電容量推定部は前記満充電容量を推定する満充電容量推定装置。
【請求項２】
前記充放電部による前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われた後、前記充電開始時刻よりも前に所定時間以上に亘って前記リチウムイオン二次電池の放電及び充電を規制する規制部を備え、
前記電圧取得部は、前記所定時間の経過後、前記充電開始時刻よりも前に前記電圧検出部から測定値を取得する請求項１に記載の満充電容量推定装置。
【請求項３】
前記充電機器及び前記接続機器は、系統電源から供給される電力によって前記リチウムイオン二次電池の充電を行うことが可能であり、前記系統電源と連携して前記負荷に前記リチウムイオン二次電池の電力を供給することが可能である充放電装置である請求項１又は請求項２に記載の満充電容量推定装置。
【請求項４】
前記充放電部は、前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われる前に行われた放電による放電電流量、あるいは、前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われる前に行われた充電による充電電流量が多いほど、前記リチウムイオン二次電池の放電と充電による電力量を多くする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の満充電容量推定装置。
【請求項５】
前記充放電部は、前記リチウムイオン二次電池の放電による放電電流量と前記リチウムイオン二次電池の充電による充電電流量とが同一となるように前記リチウムイオン二次電池の放電と充電を行う請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の満充電容量推定装置。
【請求項６】
リチウムイオン二次電池の充電を行う充電機器を制御することで、予め設定された充電開始時刻から前記リチウムイオン二次電池の充電を行う充電工程と、
前記充電工程による充電前の前記リチウムイオン二次電池の充電率、前記充電工程による充電後の前記リチウムイオン二次電池の充電率、及び、前記リチウムイオン二次電池を充電している間の充電電流の電流積算値から前記リチウムイオン二次電池の満充電容量を推定する満充電容量推定工程と、を備えた満充電容量推定方法であって、
前記リチウムイオン二次電池と負荷とを電気的に接続することで前記リチウムイオン二次電池に放電を行わせる接続機器を制御することによる前記リチウムイオン二次電池の放電と、前記充電機器を制御することによる前記リチウムイオン二次電池の充電とを前記充電開始時刻よりも前の時刻である充放電開始時刻から行う充放電工程を備え、
前記満充電容量推定工程では、前記充放電工程による前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われた後であり前記充電開始時刻よりも前の前記リチウムイオン二次電池の充電率を前記充電前のリチウムイオン二次電池の充電率として用いて、満充電容量を推定する満充電容量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、満充電容量推定装置及び満充電容量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池の満充電容量は、充放電を繰り返し行うことによる劣化や経年劣化によって低下する。満充電容量が低下することで、充電率の推定値と実際の充電率に乖離が生じるおそれがある。そこで、特許文献１では、リチウムイオン二次電池の充電前の充電率と、充電後の充電率との間における充電電流の電流積算値に基づき満充電容量を推定している。リチウムイオン二次電池の充電率は、リチウムイオン二次電池の開回路電圧と充電率との対応関係から推定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−８５２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リチウムイオン二次電池の充放電状態に応じて、リチウムイオン二次電池の開回路電圧と充電率との対応関係がヒステリシス特性を有することが知られている。従って、リチウムイオン二次電池を充電したか放電したかにより同一の充電率であっても開回路電圧は異なる。このため、リチウムイオン二次電池のヒステリシス特性を原因として、充電率の推定精度が低下し、満充電容量の推定精度が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、満充電容量の推定精度を向上させることができる満充電容量推定装置及び満充電容量推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する満充電容量推定装置は、リチウムイオン二次電池の充電を行う充電機器を制御することで、予め設定された充電開始時刻から前記リチウムイオン二次電池の充電を行う充電部と、前記リチウムイオン二次電池の開回路電圧を検出する電圧検出部から測定値を取得する電圧取得部と、前記開回路電圧と前記リチウムイオン二次電池の充電率との対応関係から、前記リチウムイオン二次電池の充電率を推定する推定部と、前記リチウムイオン二次電池に流れる充電電流を検出する電流検出部から測定値を取得する電流取得部と、前記充電部による充電前の前記リチウムイオン二次電池の充電率、前記充電部による充電後の前記リチウムイオン二次電池の充電率、及び、前記リチウムイオン二次電池を充電している間の前記充電電流の電流積算値から前記リチウムイオン二次電池の満充電容量を推定する満充電容量推定部と、を備えた満充電容量推定装置であって、前記リチウムイオン二次電池と負荷とを電気的に接続することで前記リチウムイオン二次電池に放電を行わせる接続機器を制御することによる前記リチウムイオン二次電池の放電と、前記充電機器を制御することによる前記リチウムイオン二次電池の充電とを前記充電開始時刻よりも前の時刻である充放電開始時刻から行う充放電部を備え、前記電圧取得部は、前記充放電部による前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われた後であり前記充電開始時刻よりも前に前記電圧検出部から測定値を取得し、当該測定値を用いて推定された前記リチウムイオン二次電池の充電率を前記充電部による充電前の前記リチウムイオン二次電池の充電率として用いて、前記満充電容量推定部は前記満充電容量を推定する。
【０００７】
本発明者は、開回路電圧と充電率との対応関係に生じるヒステリシスの影響を低減すべく実験を繰り返した結果、リチウムイオン二次電池の放電と充電の両方を行うことでヒステリシスによる影響を低減できるという知見を得た。これに基づき、リチウムイオン二次電池の充電率を推定する前に放電と充電を行い、その後に取得された開回路電圧からリチウムイオン二次電池の充電率を推定する。これにより、ヒステリシスの影響が低減された開回路電圧から充電率を推定することができ、リチウムイオン二次電池の充電率の推定精度を向上させることができる。満充電容量推定部は、推定精度が向上された充電率を用いて満充電容量を推定する。従って、満充電容量の推定精度も向上させることができる。
【０００８】
上記満充電容量推定装置について、前記充放電部による前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われた後、前記充電開始時刻よりも前に所定時間以上に亘って前記リチウムイオン二次電池の放電及び充電を規制する規制部を備え、前記電圧取得部は、前記所定時間の経過後、前記充電開始時刻よりも前に前記電圧検出部から測定値を取得してもよい。
【０００９】
これによれば、充放電部によるリチウムイオン二次電池の放電と充電により生じた分極を所定時間の間に解消することができる。従って、リチウムイオン二次電池の充電率の推定精度を更に向上させることができ、満充電容量の推定精度も更に向上させることができる。
【００１０】
上記満充電容量推定装置について、前記充電機器及び前記接続機器は、系統電源から供給される電力によって前記リチウムイオン二次電池の充電を行うことが可能であり、前記系統電源と連携して前記負荷に前記リチウムイオン二次電池の電力を供給することが可能である充放電装置であってもよい。
【００１１】
これによれば、リチウムイオン二次電池の電力を、負荷を駆動させるために用いることができる。
上記満充電容量推定装置について、前記充放電部は、前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われる前に行われた放電による放電電流量、あるいは、前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われる前に行われた充電による充電電流量が多いほど、前記リチウムイオン二次電池の放電と充電による電力量を多くしてもよい。
【００１２】
これによれば、ヒステリシスの影響を更に低減させることができる。
上記満充電容量推定装置について、前記充放電部は、前記リチウムイオン二次電池の放電による放電電流量と前記リチウムイオン二次電池の充電による充電電流量とが同一となるように前記リチウムイオン二次電池の放電と充電を行ってもよい。
【００１３】
これによれば、ヒステリシスの影響を更に低減させることができる。
上記課題を解決する満充電容量推定方法は、リチウムイオン二次電池の充電を行う充電機器を制御することで、予め設定された充電開始時刻から前記リチウムイオン二次電池の充電を行う充電工程と、前記充電工程による充電前の前記リチウムイオン二次電池の充電率、前記充電工程による充電後の前記リチウムイオン二次電池の充電率、及び、前記リチウムイオン二次電池を充電している間の充電電流の電流積算値から前記リチウムイオン二次電池の満充電容量を推定する満充電容量推定工程と、を備えた満充電容量推定方法であって、前記リチウムイオン二次電池と負荷とを電気的に接続することで前記リチウムイオン二次電池に放電を行わせる接続機器を制御することによる前記リチウムイオン二次電池の放電と、前記充電機器を制御することによる前記リチウムイオン二次電池の充電とを前記充電開始時刻よりも前の時刻である充放電開始時刻から行う充放電工程を備え、前記満充電容量推定工程では、前記充放電工程による前記リチウムイオン二次電池の放電と充電が行われた後であり前記充電開始時刻よりも前の前記リチウムイオン二次電池の充電率を前記充電前のリチウムイオン二次電池の充電率として用いて、満充電容量を推定する。
【００１４】
満充電容量推定工程では、推定精度が向上された充電率を用いて満充電容量を推定する。従って、満充電容量の推定精度も向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、満充電容量の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電源システムの概略構成図。
【図２】車両側制御部と充放電制御部の相互作用図。
【図３】満充電容量推定方法が行われる際のバッテリの電圧とバッテリの充電率との対応関係を示すタイムチャート。
【図４】リチウムイオン二次電池のヒステリシス特性の一例を示す模式図。
【図５】変形例の満充電容量推定装置を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、満充電容量推定装置及び満充電容量推定方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、電源システム１０は、車両１１と、充放電装置３１と、を備える。
車両１１は、バッテリ１２と、監視部１４と、電流検出部１５と、車両側制御部１６と、充放電装置３１に接続される車両側コネクタ２３と、を備える。
【００１８】
バッテリ１２は、複数のリチウムイオン二次電池１３を備える。バッテリ１２は、複数のリチウムイオン二次電池１３を直列接続したものである。バッテリ１２としては、複数のリチウムイオン二次電池１３を並列接続したものや、複数のリチウムイオン二次電池１３を接続してモジュール化したものを直列接続、あるいは、並列接続したものでもよい。
【００１９】
バッテリ１２は、車両１１を走行させる走行用モータの電力源となる。車両１１は、バッテリ１２の電力による走行が可能な電気自動車、あるいは、プラグインハイブリッド自動車である。
【００２０】
監視部１４としては、電圧検出用の集積回路を用いている。監視部１４は、複数のポートを備え、各リチウムイオン二次電池１３の正極及び負極は、電圧検出線によりポートに接続されている。隣り合うリチウムイオン二次電池１３同士は、互いに接続される側の電極で電圧検出線及びポートを共用している。監視部１４は、リチウムイオン二次電池１３毎の電圧を測定する。
【００２１】
電流検出部１５は、バッテリ１２に直列接続されている。電流検出部１５は、バッテリ１２の充電電流、及び、バッテリ１２の放電電流を測定する。
車両側制御部１６は、電池ＥＣＵ１７と、ＤＣ充電ＥＣＵ２０と、を備える。電池ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ１８と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部１９と、を備える電子制御ユニット：Electronic Control Unitである。ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ２１と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部２２と、を備える電子制御ユニット：Electronic Control Unitである。各ＥＣＵ１７，２０は、タイマーなどの計時機能を備える。各ＥＣＵ１７，２０は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア、例えば、特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣを備えていてもよい。各ＥＣＵ１７，２０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、あるいは、それらの組み合わせを含む回路として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ、並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリ、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆるものを含む。
【００２２】
電池ＥＣＵ１７は、監視部１４の測定値を取得可能である。電池ＥＣＵ１７は、電流検出部１５の測定値を取得可能である。電池ＥＣＵ１７は、開回路電圧：ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）からバッテリ１２の充電率：ＳＯＣ（State Of Charge）を推定することができる。電池ＥＣＵ１７の記憶部１９には、バッテリ１２の充電率と開回路電圧との対応関係を示す情報が記憶されている。電池ＥＣＵ１７は、例えば、車両１１が走行していないときにバッテリ１２に直列接続された図示しないスイッチを開状態とし、バッテリ１２と走行用モータとを切り離した状態で監視部１４の測定値を取得することで開回路電圧を取得可能である。なお、開回路電圧は、閉回路電圧から推定してもよい。監視部１４は、電圧検出部として機能している。電池ＥＣＵ１７は、監視部１４の測定値を取得する電圧取得部として機能している。電池ＥＣＵ１７は、電流検出部１５の測定値を取得する電流取得部として機能している。電池ＥＣＵ１７は、予め定められたプログラムを実行することでバッテリ１２の充電率を推定する推定部として機能している。
【００２３】
ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、車両１１の外部から供給される電力による充電である外部充電についての制御を行う。ＤＣ充電ＥＣＵ２０と、電池ＥＣＵ１７とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）などの通信プロトコルで通信を行うことが可能である。また、ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、電池ＥＣＵ１７から取得したバッテリ１２の情報を充放電装置３１に送信したり、充放電装置３１に指令を与えることで充放電装置３１を制御することができる。
【００２４】
車両側コネクタ２３は、正負の入出力端子２４，２５と、通信端子２６と、を備える。正極の入出力端子２４は、バッテリ１２の正極に接続されている。負極の入出力端子２５は、バッテリ１２の負極に接続されている。通信端子２６は、ＤＣ充電ＥＣＵ２０に接続されている。
【００２５】
充放電装置３１は、系統電源ＳＰからバッテリ１２への充電、及び、バッテリ１２から建家内の負荷Ｌへの電力供給の双方に用いられる。充放電装置３１は、系統電源ＳＰと連携してバッテリ１２から負荷Ｌに電力を供給可能な系統連携電源装置である。充放電装置３１は、例えば、ＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）規格に準拠する充電、及び、電動自動車用充放電システムガイドラインに準拠する放電を行う装置である。
【００２６】
充放電装置３１は、例えば、車両１１の駐車場所などの建家外に設置される。建家は、例えば、住宅、オフィスビル、工場、店舗など系統電源ＳＰから電力供給される負荷Ｌを設置可能な建物である。建家内には、分電盤Ｂ及び複数の負荷Ｌが設置されている。分電盤Ｂには、系統電源ＳＰから商用交流電力が供給されている。この交流電力は、分電盤Ｂを通して、建屋内の各負荷Ｌに供給される。
【００２７】
充放電装置３１は、双方向インバータ３２と、充放電装置３１の制御を行う充放電制御部３５と、車両側コネクタ２３に接続される充放電コネクタ３８と、を備える。双方向インバータ３２は、ＤＣ／ＡＣ変換部３３と、ＤＣ／ＤＣ変換部３４と、を備える。ＤＣ／ＡＣ変換部３３は、分電盤Ｂに接続されている。ＤＣ／ＡＣ変換部３３は、バッテリ１２の充電時には、系統電源ＳＰから供給される交流電力を直流電力に変換してＤＣ／ＤＣ変換部３４に出力する。ＤＣ／ＤＣ変換部３４は、バッテリ１２の充電時には、ＤＣ／ＡＣ変換部３３から出力される直流電力の電圧を昇圧して出力する。ＤＣ／ＤＣ変換部３４は、バッテリ１２から負荷Ｌへの放電時には、バッテリ１２から出力された直流電力の電圧を所定の電圧に変換してＤＣ／ＡＣ変換部３３に出力する。ＤＣ／ＡＣ変換部３３は、バッテリ１２から負荷Ｌへの放電時には、ＤＣ／ＤＣ変換部３４から出力された直流電力を交流電力に変換して出力する。即ち、バッテリ１２の放電を行う際には、ＤＣ／ＡＣ変換部３３及びＤＣ／ＤＣ変換部３４によりバッテリ１２と負荷Ｌとが電気的に接続されて、バッテリ１２の放電が行われることになる。充放電装置３１はバッテリ１２の充電及び放電の両方を行うことができる。従って、充放電装置３１は、充電機器及び接続機器として機能しているといえる。
【００２８】
充放電制御部３５は、ＣＰＵ３６と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部３７と、を備える。記憶部３７には、充放電装置３１を制御するためのプログラムが格納されている。充放電制御部３５は、双方向インバータ３２を制御することで、バッテリ１２の充放電を行う。詳細にいえば、充放電制御部３５は、予め定められた充電シーケンス又は放電シーケンスを行うことによってバッテリ１２の充放電を行うことが可能である。
【００２９】
充放電制御部３５には、入力デバイスＩＤが接続されている。入力デバイスＩＤは、ユーザが充放電装置３１を操作するために用いるデバイスである。入力デバイスＩＤは、操作部Ｏと、制御部Ｃと、を備える。操作部Ｏは、例えば、タッチパネルや、ボタンなどである。制御部Ｃは、操作部Ｏによる入力を受け付ける。ユーザは、操作部Ｏを操作することで、充放電装置３１に所望の動作を行わせることができる。例えば、操作部Ｏの操作により、充電開始、充電停止、充電開始時刻の指定、充電終了時刻の指定、夜間にバッテリ１２の充電を行い昼間にバッテリ１２の放電を行うピークシフトを実施するかなどの設定が可能である。充電開始とは、操作部Ｏが操作された時点でバッテリ１２の充電を開始することであり、充電停止とはバッテリ１２の充電を停止させることである。制御部Ｃは、操作部Ｏによる入力を充放電制御部３５に送信する。なお、入力デバイスＩＤは、建家内に設けられていてもよいし、充放電装置３１とともに建家外に設けられていてもよい。
【００３０】
充放電コネクタ３８は、入出力端子３９，４０と、通信端子４１と、を備える。正負の入出力端子３９，４０は、ＤＣ／ＤＣ変換部３４に接続されている。充放電コネクタ３８の入出力端子３９，４０は、車両側コネクタ２３の入出力端子２４，２５に接続可能である。充放電コネクタ３８の通信端子４１は、車両側コネクタ２３の通信端子２６に接続可能である。充放電コネクタ３８と車両側コネクタ２３とが接続されることで、充放電装置３１によるバッテリ１２の充電と放電が可能になる。また、ＤＣ充電ＥＣＵ２０と充放電制御部３５とがＣＡＮなどの通信プロトコルで通信可能となり、バッテリ１２の充放電に必要な情報の送受信が可能になる。
【００３１】
次に、バッテリ１２の満充電容量推定方法について説明する。本実施形態において、バッテリ１２の満充電容量の推定は、電池ＥＣＵ１７、ＤＣ充電ＥＣＵ２０及び充放電制御部３５の協同により行われる。従って、車両側制御部１６及び充放電制御部３５が満充電容量推定装置５０として機能する。本実施形態における満充電容量の推定は、予め定められた充電開始時刻から充電が開始される場合に行われる。入力デバイスＩＤにより、充電開始が入力された場合には、本実施形態における満充電容量推定は行われない。一方で、入力デバイスＩＤにより充電開始時刻が指定されている場合、充電終了時刻が指定されている場合、又はピークシフトを実施する場合には満充電容量の推定が行われる。なお、充放電装置３１の充電態様の一例としてこれらを挙げているが、充電開始時刻が設定される充電態様であれば、その他の充電態様であっても満充電容量の推定が行われる。
【００３２】
図２及び図３に示すように、ステップＳ１１において、充放電制御部３５は、入力デバイスＩＤからの入力及びバッテリ１２の情報に基づいて充電開始時刻ｔ１１を設定する。入力デバイスＩＤにより充電開始時刻ｔ１１が入力されている場合、入力された充電開始時刻ｔ１１が設定される。入力デバイスＩＤにより充電終了時刻が入力されている場合、バッテリ１２の充電率などの情報に基づいて充電に要する時間が算出され、充電終了時刻から充電に要する時間を減算した時刻が充電開始時刻ｔ１１として設定される。ピークシフトを実施する場合、電力需要が少なくなる深夜帯に充電が終了するように充電開始時刻ｔ１１が設定される。
【００３３】
次に、ステップＳ１２において、充放電制御部３５は、ステップＳ１１で設定した充電開始時刻ｔ１１をＤＣ充電ＥＣＵ２０に送信する。次に、ステップＳ１３において、充放電制御部３５は、双方向インバータ３２を制御することで負荷Ｌに電力を供給する。分電盤Ｂには、系統電源ＳＰからの交流電力及び充放電装置３１からの交流電力の双方が供給され、系統連携運転が行われる。充放電装置３１によるバッテリ１２の放電は、負荷Ｌの電力需要に応じて行われる。
【００３４】
ステップＳ２１において、ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、充電開始時刻ｔ１１から充放電開始時刻ｔ１２を算出する。充放電開始時刻ｔ１２は、充電開始時刻ｔ１１よりも前の時刻である。次に、ステップＳ２２において、ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、充放電開始時刻ｔ１２になると、充放電開始指令を充放電制御部３５に送信する。
【００３５】
図３に示すように、バッテリ１２の放電は、充放電開始指令を受信するまでの期間である放電時間Ｔ１に亘って行われる。放電時間Ｔ１の間、充放電装置３１によるバッテリ１２の放電により、バッテリ１２の充電率は低下していく。
【００３６】
図２に示すように、ステップＳ１４において、充放電制御部３５は、充放電指令を受信すると、双方向インバータ３２を制御することでバッテリ１２の放電と充電を開始する。ステップＳ１４が充放電工程となる。バッテリ１２の放電と充電は、放電→充電の順で行われてもよいし、充電→放電の順で行われてもよいが、ステップＳ１４の処理を行う前に放電が行われていれば充電→放電の順で行うことが好ましく、ステップＳ１４の処理を行う前に充電が行われていれば放電→充電の順で行うことが好ましい。本実施形態では、ステップＳ１４の処理を行う前には、バッテリ１２の放電が行われているため、充放電制御部３５は、充電→放電の順で放電と充電を行う。また、充放電制御部３５は、充電と放電とを交互に繰り返し行う。
【００３７】
図３に示すように、バッテリ１２の放電と充電は、充放電時間Ｔ２に亘って行われる。充放電制御部３５は、バッテリ１２の放電による放電電流量［Ａｈ］とバッテリ１２の充電による充電電流量［Ａｈ］とが同一となるように放電と充電とを行う。なお、ここでいう「同一」とは、充電電流量と、放電電流量とが完全に一致する場合に限られず、バッテリ１２の放電及び充電により生じ得る誤差を許容するものである。電池ＥＣＵ１７は、電流検出部１５から測定値を取得することで充電電流と放電電流とを取得している。電池ＥＣＵ１７は、充電電流と所定周期との積を所定周期毎に積算することで充電電流量を算出する。電池ＥＣＵ１７は、放電電流と所定周期との積を所定周期毎に積算することで放電電流量を算出する。充放電制御部３５は、ＤＣ充電ＥＣＵ２０を介してバッテリ１２の充電電流量と、放電電流量とを取得する。これにより、充放電制御部３５は、充電電流量と、放電電流量とを把握しながら放電及び充電を行うことができる。
【００３８】
ここで、充放電制御部３５は、負荷Ｌの電力需要に応じてバッテリ１２に放電を行わせるため、バッテリ１２の放電電力は電力需要に依存することになり、放電電力を制御することはできない。従って、充放電制御部３５は、電力需要に応じて放電されたバッテリ１２の放電電流量を把握し、放電電流量と充電電流量とが同一となるように双方向インバータ３２を制御してバッテリ１２の放電と充電を行う。
【００３９】
また、充放電制御部３５は、ステップＳ１４の処理を行う前に行われた放電による放電電流量が多いほど、バッテリ１２の放電と充電による電力量［Ｗｈ］を多くする。ここで、ステップＳ１４の処理を行う前に行われた放電による放電電流量とは、放電時間Ｔ１に亘って放電された電流の積算値でもよい。また、図３から把握できるように、放電時間Ｔ１には放電と放電の停止とが繰り返されており、バッテリ１２の放電は断続的に行われているといえる。ステップＳ１４の処理を行う前に行われた放電による放電電流量は、放電時間Ｔ１に断続的に行われる放電のうち最後の放電により放電された電流の積算値であってもよい。
【００４０】
バッテリ１２の放電と充電による電力量とは、バッテリ１２の放電と充電が行われる充放電時間Ｔ２の間に充放電される電力の積算値である。バッテリ１２の放電と充電により充放電される電力量を多くするためには、例えば、放電と充電を繰り返す回数を増加させる、充放電時間Ｔ２を長くする、放電時及び充電時の電流や電圧を大きくするなどが挙げられる。双方向インバータ３２を制御することによるバッテリ１２の放電と充電とは、ＤＣ充電ＥＣＵ２０が充放電指令を送信することで実行される。従って、ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、所定のプログラムを実行することで、バッテリ１２の放電と充電を行う充放電部として機能しているといえる。
【００４１】
図２に示すように、ステップＳ２３において、ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、充放電制御部３５に充放電停止指令を送信する。充放電停止指令は、例えば、バッテリ１２の放電と充電の回数や、充放電時間Ｔ２が所定値に達した時点で送信される。
【００４２】
ステップＳ１５において、充放電制御部３５は、充放電停止指令を受信すると、バッテリ１２の放電と充電を停止させる。また、充放電制御部３５は、充放電停止指令を受信するとバッテリ１２の放電及び充電を規制する。ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、所定のプログラムを実行して充放電停止指令を充放電制御部３５に送信することでバッテリ１２の充放電を規制する規制部として機能しているといえる。
【００４３】
図３に示すように、放置時間Ｔ３に亘ってバッテリ１２の充放電は規制される。放置時間Ｔ３は、充放電時間Ｔ２後、充電開始時刻ｔ１１までの時間である。放置時間Ｔ３は、リチウムイオン二次電池１３の分極を解消することができる所定時間以上の時間である。バッテリ１２を充放電するとリチウムイオン二次電池１３に分極が生じる。分極には充電時に発生する充電分極と放電時に発生する放電分極とがある。充電分極とは、分極が生じていない場合に比べてリチウムイオン二次電池１３の電圧が高くなる現象をいう。放電分極とは、分極が生じていない場合に比べてリチウムイオン二次電池１３の電圧が低くなる現象をいう。従って、リチウムイオン二次電池１３を充電したか放電したかにより同一の充電率であっても開回路電圧は異なり、また、放電量や充電量によっても開回路電圧は変化する。バッテリ１２の充放電により生じる分極は、バッテリ１２を充放電することなく放置することで時間経過によって解消する。
【００４４】
充放電時間Ｔ２の間にバッテリ１２に放電と充電が行われることで、最後に行われた放電によりリチウムイオン二次電池１３には放電分極が生じている。所定時間に亘ってバッテリ１２の充電及び放電が規制されることで、リチウムイオン二次電池１３の放電分極は解消される。
【００４５】
図２に示すように、ステップＳ２４において、電池ＥＣＵ１７は、バッテリ１２の充電及び放電の規制が開始されてから所定時間後に監視部１４から開回路電圧の測定値を取得し、取得した測定値からバッテリ１２の充電率の推定を行う。即ち、リチウムイオン二次電池１３の放電分極が解消された後に電池ＥＣＵ１７は、監視部１４から測定値を取得する。電池ＥＣＵ１７は、推定したバッテリ１２の充電率を書き換え可能な記憶領域に一時的に記憶する。
【００４６】
図３に示すように、開回路電圧は、所定時間後であり、かつ、放置時間Ｔ３内の時刻である時刻ｔ１３で取得される。放置時間Ｔ３は、充電開始時刻ｔ１１よりも前に行われるため、開回路電圧が取得される時刻ｔ１３は、所定時間後、充電開始時刻ｔ１１よりも前の時刻であるといえる。
【００４７】
なお、充放電開始時刻ｔ１２は、充電開始時刻ｔ１１から充放電時間Ｔ２及び放置時間Ｔ３を減算した時間である。従って、ステップＳ２１で算出される充放電開始時刻ｔ１２とは、充電開始時刻ｔ１１から、充放電時間Ｔ２及び放置時間Ｔ３を減算することで算出されているといえる。
【００４８】
図２に示すように、ステップＳ１６において、充放電制御部３５は、充電開始時刻ｔ１１になると双方向インバータ３２を制御することで、バッテリ１２の充電を行う。従って、ステップＳ１６が充電工程となる。本実施形態では、バッテリ１２の電圧が所定電圧に達するまでは定電流充電を行い、バッテリ１２の電圧が所定電圧を越えた後には定電圧充電を行う所謂ＣＣＣＶ充電により充電を行う。なお、充電方式は、ＣＣＣＶ充電に限られず、適宜変更してもよい。充放電制御部３５は、所定のプログラムを実行することでバッテリ１２の充電を行う充電部として機能しているといえる。
【００４９】
ステップＳ２５において、ＤＣ充電ＥＣＵ２０は、電池ＥＣＵ１７からバッテリ１２の電圧値と電流値を取得し、バッテリ１２が満充電になると充電停止指令を充放電制御部３５に送信する。ステップＳ１７において、充放電制御部３５は、充電停止指令を受信すると、バッテリ１２の充電を停止させる。
【００５０】
図３に示すように、充電開始時刻ｔ１１から充電時間Ｔ４に亘って充電は行われ、バッテリ１２は満充電となる。
図２に示すように、ステップＳ２６において、電池ＥＣＵ１７は、所定時間後に監視部１４から開回路電圧の測定値を取得し、バッテリ１２の充電率を推定する。ここでいう所定時間は、バッテリ１２の充電により生じた分極を解消するのに要する時間である。ステップＳ２４における所定時間と、ステップＳ２６における所定時間とは、異なる時間であってもよい。ステップＳ２４における所定時間は、充放電時間Ｔ２に行われる放電と充電のうち最後に行われた放電による分極を解消するための時間である。これに対し、ステップＳ２６における所定時間は、充電時間Ｔ４に行われる充電による分極を解消するための時間である。充電時間Ｔ４に行われる充電による充電電流量は、充放電時間Ｔ２に行われる放電と充電のうち最後に行われた放電による放電電流量に比べて多く、分極の解消にも時間を要する。従って、ステップＳ２６における所定時間は、ステップＳ２４における所定時間よりも長くてもよい。
【００５１】
図３に示すように、開回路電圧は、分極が解消された後の時刻である時刻ｔ１４に取得される。なお、開回路電圧は、所定時間後であり、バッテリ１２の充放電が行われる前であればいずれの時刻で取得されてもよい。
【００５２】
図２に示すように、ステップＳ２７において、電池ＥＣＵ１７は、バッテリ１２の満充電容量［Ａｈ］の推定を行う。ステップＳ２７が満充電容量推定工程となる。バッテリ１２の満充電容量は、時刻ｔ１３に取得された開回路電圧から推定された充電前のバッテリ１２の充電率、時刻ｔ１４に取得された開回路電圧から推定された充電後のバッテリ１２の充電率、及び、充電時間Ｔ４でバッテリ１２を充電している間の充電電流の電流積算値から算出することができる。具体的には、バッテリ１２の満充電容量は、以下の（１）式から推定される。
【００５３】
【数１】
2020041977.tif 000003
電池ＥＣＵ１７は、所定のプログラムを実行することで、バッテリ１２の満充電容量を推定する満充電容量推定部として機能しているといえる。
【００５４】
電池ＥＣＵ１７は、満充電容量を推定すると、推定した満充電容量から記憶部１９に記憶された満充電容量の更新を行う。電池ＥＣＵ１７は、推定した満充電容量を新たな満充電容量として記憶部１９に記憶してもよいし、推定した満充電容量を学習値として用いて、記憶部１９に記憶された満充電容量の更新を行ってもよい。推定した満充電容量を学習値として用いる場合、推定した満充電容量と、過去に推定した満充電容量とを用いて満充電容量を更新する。例えば、推定した満充電容量が過去の満充電容量より低いか否かに応じて、記憶部１９に記憶された満充電容量に固定値を加減することで満充電容量の更新を行ってもよい。
【００５５】
実施形態の作用について説明する。
図４に示すように、リチウムイオン二次電池１３の充電率と、開回路電圧との対応関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶ特性は、充電時と放電時とで特性が変動するヒステリシス特性を有する。図４では、ＳＯＣ−ＯＣＶのヒステリシス特性の一例を示す。
【００５６】
充放電を行うと、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に変動が生じる。分極は、充放電を行わずにリチウムイオン二次電池１３を放置することで時間経過によって解消する。しかしながら、リチウムイオン二次電池１３では、分極を解消できる時間よりも長い時間が経過しても、ヒステリシスが残留することが知られている。ヒステリシスによる開回路電圧の差をリチウムイオン二次電池１３の充放電を規制することで解消しようとすると、分極を解消するために要する時間よりも長い時間を要する。
【００５７】
図４において、線Ｌ１は、ヒステリシスによる影響がない場合のＳＯＣ−ＯＣＶ特性、線Ｌ２は放電によるヒステリシスが影響している場合のＳＯＣ−ＯＣＶ特性、線Ｌ３は充電によるヒステリシスが影響している場合のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す。
【００５８】
リチウムイオン二次電池１３の放電によるヒステリシスは、リチウムイオン二次電池１３の電圧を低くするように作用する。リチウムイオン二次電池１３の充電によるヒステリシスは、リチウムイオン二次電池１３の電圧を高くするように作用する。従って、ヒステリシスの影響が残る状態で開回路電圧を取得すると、充電率の推定精度が低下することがわかる。
【００５９】
なお、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に生じるヒステリシス特性は、リチウムイオン二次電池１３の電極に用いられる材料に依存している。リチウムイオン二次電池１３の負極の活物質としてシリコンを用いたり、リチウムイオン二次電池１３の正極の活物質として層状固溶体化合物を用いた場合には、ヒステリシス特性が顕著に現れる。
【００６０】
本発明者は、開回路電圧と充電率との対応関係に生じるヒステリシスの影響を低減すべく実験を繰り返した結果、リチウムイオン二次電池１３の放電と充電の両方を行うことでヒステリシスの影響を低減できるという知見を得た。本実施形態では、リチウムイオン二次電池１３の充電率を推定する前に放電と充電を行い、その後に取得された開回路電圧からリチウムイオン二次電池１３の充電率を推定している。このため、充電前のリチウムイオン二次電池１３の充電率は、推定精度が向上されている。従って、電池ＥＣＵ１７による満充電容量の推定は、ヒステリシスの影響が低減された充電率を用いて行われることになる。
【００６１】
実施形態の効果について説明する。
（１）電池ＥＣＵ１７は、放電と充電が行われることでヒステリシスの影響が低減されたリチウムイオン二次電池１３の開回路電圧から充電前の充電率を推定している。ヒステリシスの影響が低減されているため、リチウムイオン二次電池１３の充電率の推定精度が向上されている。電池ＥＣＵ１７は、推定精度が向上された充電率を用いて満充電容量を推定できるため、満充電容量の推定精度も向上させることができる。
【００６２】
（２）リチウムイオン二次電池１３の放電と充電を終えた後に、所定時間以上に亘って、リチウムイオン二次電池１３の充電及び放電を規制している。これにより、リチウムイオン二次電池１３の放電及び充電により生じた分極を解消することができる。従って、リチウムイオン二次電池１３の充電率の推定精度を更に向上させることができ、満充電容量の推定精度も更に向上させることができる。
【００６３】
（３）系統連携を行える充放電装置３１を用いてリチウムイオン二次電池１３の放電と充電を行っている。従って、系統電源ＳＰと連携して、負荷Ｌに電力を供給することでリチウムイオン二次電池１３の放電を行うことができる。リチウムイオン二次電池１３の放電による電力によって負荷Ｌを駆動させることができる。
【００６４】
（４）リチウムイオン二次電池１３の放電と充電を行う前に行われた充電による充電電流量に応じて、リチウムイオン二次電池１３の充電と放電の電力量を異ならせるようにしている。リチウムイオン二次電池１３の放電による放電電流量に応じて、ヒステリシスの影響も大きくなる。このため、放電電流量に応じて、リチウムイオン二次電池１３の充電と放電の電力量を多くすることでヒステリシスの影響を更に低減させることができ、充電率の推定精度を更に向上させることができる。
【００６５】
（５）リチウムイオン二次電池１３の放電と充電を行う際に、放電電流量と充電電流量とが同一となるようにしている。本発明者が実験を行った結果、放電電流量と充電電流量とを同一とすることで、放電電流量と充電電流量とを異ならせる場合に比べてヒステリシスの影響を低減できるという知見が得られた。従って、放電電流量と充電電流量とを同一とすることで、ヒステリシスの影響を更に低減させることができる。
【００６６】
（６）バッテリ１２の放電と充電は、ステップＳ１４の処理を行う前に放電が行われていれば充電→放電の順で行い、ステップＳ１４の処理を行う前に充電が行われていれば放電→充電の順で行う。ステップＳ１４の処理を行う前に放電が行われている場合、リチウムイオン二次電池１３には放電分極が生じており、ステップＳ１４の処理を行う前に充電が行われている場合、リチウムイオン二次電池１３には充電分極が生じている。放電と充電とをステップＳ１４の処理を行う前と異ならせることで、分極を相殺させることができる。
【００６７】
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○充電機器と接続機器とは別々の装置であってもよい。例えば、図５に示すように、充電機器を車載充電器６１とし、接続機器を電力変換部７１としてもよい。図５に示すように、車両１１は、車載充電器６１と、車載充電器６１の制御を行う充電ＥＣＵ６４と、を備える。車載充電器６１には、系統電源ＳＰが接続される。車載充電器６１は、系統電源ＳＰからの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部６２と、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣ変換部６３と、を備える。充電ＥＣＵ６４は、ＣＰＵ６５と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部６６と、を備える電子制御ユニット：Electronic Control Unitである。充電ＥＣＵ６４は、車載充電器６１を制御することで、バッテリ１２の充電を行うことが可能である。充電ＥＣＵ６４は、充電部として機能する。
【００６８】
車両１１は、電力変換部７１と、電力変換部７１を制御する放電ＥＣＵ７２と、負荷８０と、を備える。負荷８０は、バッテリ１２の電力によって駆動する車載負荷であり、例えば、走行用モータや、空調に用いられる電動圧縮機を駆動するためのモータなどである。電力変換部は、直流電力から交流電力への変換を行うインバータや、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータである。放電ＥＣＵ７２は、ＣＰＵ７３と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部７４と、を備える電子制御ユニット：Electronic Control Unitである。放電ＥＣＵ７２は、電力変換部７１を制御することで、バッテリ１２の放電を行うことが可能である。例えば、放電ＥＣＵ７２は、走行用モータに電力を供給する場合、インバータをベクトル制御することで、走行用モータを回転させることなくバッテリ１２の放電を行うことが可能である。詳細にいえば、走行用モータにトルクを生じさせるためのｑ軸電流成分が０であり、磁束を生成するためのｄ軸電流成分のみの電流が流れるようにインバータをベクトル制御する。
【００６９】
この場合、バッテリ１２の充電と放電は、車載充電器６１による充電と、電力変換部７１による放電とを順番に行うことで実行される。従って、充電ＥＣＵ６４及び放電ＥＣＵ７２が充放電部として機能することになる。
【００７０】
なお、パッシブセルバランスに用いられるセルバランス回路の抵抗を負荷とし、セルバランス回路のスイッチを接続機器としてもよい。即ち、負荷は、バッテリ１２の電力を消費できるものであればよく、接続機器は、バッテリ１２と負荷との電気的な接続と、接続の遮断とを行えるものであればよい。
【００７１】
○充放電時間Ｔ２に行われるバッテリ１２の充電による充電電流量と、放電による放電電流量とは異なっていてもよい。この場合であっても、バッテリ１２の放電と充電とを行わない場合に比べると、ヒステリシスの影響を低減させることができる。
【００７２】
○バッテリ１２の放電と充電が行われる前に、バッテリ１２の充電が行われるようにしてもよい。この場合、バッテリ１２の放電と充電が行われる前の充電による充電電流量が多いほど、バッテリの放電と充電による電力量を多くしてもよい。
【００７３】
○バッテリ１２の放電と充電が行われた後に行われるバッテリ１２の充電及び放電の規制は行われなくてもよい。この場合、バッテリ１２の充電前に取得される開回路電圧は、バッテリ１２の放電と充電が行われた直後に取得される。この場合であっても、バッテリ１２の放電と充電が行われることでヒステリシスの影響が低減されていることに加えて、放電と充電とを行うことで放電分極と充電分極とが相殺され、分極による影響も低減されている。従って、バッテリ１２の放電と充電とが行われない場合に比べて、バッテリ１２の充電率の推定精度を向上させることができ、満充電容量の推定精度も向上させることができる。
【００７４】
○ＤＣ充電ＥＣＵ２０が、充放電制御部３５に充電指令を送信することで充放電制御部３５によるバッテリ１２の充電が行われてもよい。この場合、充電指令を送信するＤＣ充電ＥＣＵ２０が充電部として機能することになる。従って、電池ＥＣＵ１７及びＤＣ充電ＥＣＵ２０により満充電容量推定装置が構成される。
【００７５】
○充放電制御部３５は、充放電指令を受信することなく、バッテリ１２の放電と充電を行うようにしてもよい。この場合、充放電制御部３５は、充電開始時刻ｔ１１から充放電開始時刻ｔ１２を算出する。充放電制御部３５が充放電部として機能することになる。
【００７６】
○充放電制御部３５は、充放電停止指令を受信することなく、バッテリ１２の放電と充電を停止させ、バッテリ１２の放電と充電を規制してもよい。この場合、充放電制御部３５が規制部として機能することになる。
【００７７】
○充電部、電圧取得部、推定部、電流取得部、満充電容量推定部、充放電部及び規制部は、それぞれ、別々のＥＣＵにより構成されていてもよい。
○車両側制御部１６は、１つのＥＣＵによって構成されていてもよい。即ち、電池ＥＣＵ１７により行われる処理と、ＤＣ充電ＥＣＵ２０により行われる処理の両方を行うＥＣＵを車両側制御部１６としてもよい。
【００７８】
○満充電容量推定装置５０は、車両１１に搭載されるリチウムイオン二次電池１３の満充電容量を推定するものに限らず、どのような装置に用いられるリチウムイオン二次電池１３の推定に用いられていてもよい。
【００７９】
○充放電時間Ｔ２に行われる充電と放電は、それぞれ１回ずつ行われてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
ＳＰ…系統電源、Ｌ…負荷、１３…リチウムイオン二次電池、１４…監視部（電圧検出部）、１５…電流検出部、１７…電池ＥＣＵ（電圧取得部、推定部、電流取得部及び満充電容量推定部）、２０…ＤＣ充電ＥＣＵ（充放電部及び規制部）、３１…充放電装置（充電機器及び接続機器）、３５…充放電制御部（充電部）、５０…満充電容量推定装置、６１…車載充電器（充電機器）、６４…充電ＥＣＵ（充電部及び充放電部）、７１…電力変換部（接続機器）、７２…放電ＥＣＵ（充放電部）。
【図１】
2020041977.tif 000004
【図２】
2020041977.tif 000005
【図３】
2020041977.tif 000006
【図４】
2020041977.tif 000007
【図５】
2020041977.tif 000008