(57)【要約】【課題】二次電池の劣化を抑制しつつ、より効率良く二次電池の性能を活用することが可能な二次電池の充電制御装置を提供する。【解決手段】記憶装置には、二次電池に対する充電電流の許容値を制限する条件である制御条件が、二次電池への充電が継続される充電時間と、充電が行われる際の二次電池の温度に応じて複数記憶されている。充電制御装置は、二次電池の温度の情報から推定される二次電池の容量劣化に少なくとも基づいて、制御条件の変更量を算出する（Ｓ１〜Ｓ７）。充電制御装置は、複数の制御条件のうち、一定期間内に二次電池に対して充電が行われた際に使用された頻度が最も高い制御条件を、変更量に基づいて変更する（Ｓ８〜Ｓ１５）。【選択図】図３
2020145838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に対する充電電流の許容値を制限する条件である制御条件を、前記二次電池への充電が継続される充電時間と、充電が行われる際の前記二次電池の温度とに応じて複数記憶する記憶装置と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記二次電池の温度の情報から推定される前記二次電池の容量劣化に少なくとも基づいて、前記制御条件の変更量を算出し、
前記複数の制御条件のうち、前記二次電池に対して過去に充電が行われた際に使用された頻度が最も高い制御条件を、前記変更量に基づいて変更することを特徴とする、二次電池の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはＥＶ（電気自動車）、ＨＶ（ハイブリッド自動車）、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド自動車）等の車両駆動用電源として広く用いられている。リチウムイオン電池等の二次電池の容量は、大きな電流での充電が繰り返し実行されると劣化する。従って、二次電池に対する充電電流の許容値を一定の制御条件に基づいて制限することで、二次電池の容量の劣化を抑制することが望ましい。例えば、特許文献１に記載されている制御装置は、二次電池の充放電電流に基づいて、二次電池の劣化評価値を算出し、劣化評価値が所定の閾値に到達した場合に、充電電流の許容値を減少させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−５０９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池の劣化の程度は、二次電池への充電が継続される充電時間、および、充電が行われる際の二次電池の温度に応じて変化する。従って、充電時間および温度に応じて、二次電池に対する充電電流の許容値を制限する際の制御条件を複数定めておくことが考えられる。
【０００５】
また、二次電池の劣化の程度が小さいにも関わらず、充電電流の許容値を大幅に制限すると、二次電池の性能が十分に活用されないので効率が悪い。一方で、二次電池の劣化が進んでいる場合に、大きな電流で充電が行われると、二次電池の劣化はさらに進行する。従って、二次電池の劣化の程度に応じて、充電電流の許容値を制限するための制御条件を変更することが望ましい。
【０００６】
しかし、例えば、二次電池の劣化の程度が正確に推定されなかった場合等に、制御条件が不適切に変更されることも考えられる。ここで、充電時間および温度に応じて複数の制御条件が定められている場合に、全ての制御条件が不適切に変更されてしまうと、二次電池の劣化、または充電効率の悪化が顕著になる可能性がある。
【０００７】
本発明の典型的な目的は、二次電池の劣化を抑制しつつ、より効率良く二次電池の性能を活用することが可能な二次電池の充電制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を実現するべく、ここに開示される一態様の二次電池の充電制御装置は、二次電池に対する充電電流の許容値を制限する条件である制御条件を、上記二次電池への充電が継続される充電時間と、充電が行われる際の上記二次電池の温度とに応じて複数記憶する記憶装置と、制御部と、を備え、上記制御部は、上記二次電池の温度の情報から推定される上記二次電池の容量劣化に少なくとも基づいて、上記制御条件の変更量を算出し、上記複数の制御条件のうち、一定期間内に上記二次電池に対して充電が行われた際に使用された頻度が最も高い制御条件を、上記変更量に基づいて変更することを特徴とする。
【０００９】
上記構成の二次電池の充電制御装置によると、充電電流の許容値を変更する制御条件が変更される際に、複数の制御条件のうち、一定期間内における使用頻度が最も高い制御条件のみが変更される。従って、仮に制御条件が不適切に変更されてしまう場合でも、複数の制御条件の全てが変更されてしまうことが無いので、二次電池の劣化または充電効率の悪化が顕著になり難い。よって、二次電池の劣化が抑制された状態で、より効率良く二次電池の性能が活用される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】充電制御装置１の概略構成図である。
【図２】充電電流の許容値を制限する際の制御条件３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを説明するための概念図である。
【図３】充電制御装置１が実行する制御条件変更処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示における典型的な実施形態の１つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１２】
本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池（すなわち化学電池）の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（すなわち物理電池）を包含する。以下、二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池の充電制御装置を例示して、本開示に係る充電制御装置について詳細に説明する。ただし、本開示に係る二次電池の充電制御装置を、以下の実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。例えば、リチウムイオン二次電池以外の二次電池（例えば、ニッケル水素電池等）の充電を制御する充電制御装置に、本開示で例示した技術の少なくとも一部を適用することも可能である。
【００１３】
図１を参照して、充電制御装置１の構成の一例について概略的に説明する。前述したように、本実施形態の充電制御装置１が充電を制御する二次電池２０は、リチウムイオン二次電池である。充電制御装置１は、ＣＰＵ２１および記憶装置２２を備える。ＣＰＵ２１は、二次電池２０の充電制御等の各種制御を司る。記憶装置２２には、後述する制御条件等の各種情報、およびプログラム等が記憶されている。充電制御装置１には、各種デバイス（例えば、車両に搭載される電子制御システム（ＥＣＵ）等）を使用できる。
【００１４】
二次電池２０の正極端子と負極端子には、入力装置（例えば、発電機）３と、出力装置（例えば、出力先の外部装置）４とが、それぞれ並列に接続されている。一例として、本実施形態の入力装置３は、車両の制動時に発生する運動エネルギーを電力に変換して、二次電池２０に充電電力を供給する。また、本実施形態の出力装置４は、二次電池２０から供給される電力によって、車両を駆動する。
【００１５】
入力装置３と二次電池２０を接続する配線には、スイッチ６が設けられている。スイッチ６がオンとされることで、入力装置３から出力される電力が二次電池２０に充電される。また、出力装置４と二次電池２０を接続する配線には、スイッチ７が設けられている。スイッチ７がオンとされることで、二次電池２０から出力装置４に電力が供給される。
【００１６】
二次電池２０には、電圧計９が並列に接続されている。電圧計９は、二次電池２０の正負極間の電圧を測定する。また、二次電池２０には、電流計１０が直列に接続されている。電流計１０は、二次電池２０に流れた電流を測定する。また、二次電池２０には温度センサ１１が設けられている。温度センサ１１は、二次電池２０の温度を検出する。
【００１７】
入力装置３、出力装置４、スイッチ６、スイッチ７、電圧計９、電流計１０、および温度センサ１１は、充電制御装置１に接続されている。充電制御装置１は、スイッチ６およびスイッチ７のオン・オフの駆動を制御する。また、充電制御装置１は、電圧計９、電流計１０、および温度センサ１１から入力される情報に基づいて、二次電池２０の充電を制御する。
【００１８】
図２を参照して、本実施形態の充電制御装置１による二次電池２０の充電制御方法について説明する。二次電池２０の容量は、大きな電流（ハイレート）での充放電が繰り返されることで劣化する。ハイレートでの充放電による二次電池２０の容量の劣化は、ハイレート劣化と言われる場合もある。充電制御装置１は、二次電池２０のハイレート劣化を抑制するために、二次電池２０に対する充電電流の許容値を、制御条件に従って制限する。制御条件は、記憶装置２２に記憶されている。
【００１９】
充電電流の許容値を制限する際の制御条件には、種々の条件を適用することが可能である。一例として、本実施形態では、図２に示すように、二次電池２０に供給されている充電電流の大きさと、二次電池２０への充電が継続される充電時間の長さを充電状態のパラメータとする閾値（図２のグラフに示すライン）が、制御条件３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄとして設定される。充電制御装置１は、充電電流の大きさと充電時間の長さによって定まる電池状態（図２のグラフにおける座標）が閾値未満の場合には、充電電流の許容値を、制限無しの値に設定する。また、充電制御装置１は、充電電流の大きさと充電時間の長さによって定まる電池状態が閾値を超えると、充電電流の許容値を制限する（つまり、許容値を減少させる）。その結果、二次電池２０のハイレート劣化が抑制される。
【００２０】
ここで、二次電池２０への充電が継続される充電時間とは、二次電池２０に対する充電電流の供給が開始された以後の充電中の時間である。本実施形態では、車両の制動が行われている間（つまり、ブレーキがかけられている間）に、回生電流が充電電流として二次電池２０に供給される。従って、ブレーキが短時間で強くかけられると、大きな充電電流が短時間で二次電池２０に供給される。一方で、ブレーキが長時間で弱くかけられると、小さな充電電流が二次電池２０に長時間供給される。
【００２１】
なお、充電電流の許容値を制限する際の制御条件を変更することも可能である。例えば、充電制御装置１は、二次電池２０の充放電電流等に基づいて、二次電池２０のハイレート劣化のダメージ量を算出してもよい。充電制御装置１は、算出したダメージ量の積算値を電池状態として制御条件と比較することで、充電電流の許容値を制御してもよい。また、本実施形態の充電制御装置１は、電池状態が閾値を超えるか否かに応じて、充電電流の許容値を制限するか否かを決定する。しかし、充電制御装置１は、電池状態に応じて多段階で許容値を制限してもよいし、電池状態が悪化する程許容値が下がるように許容値を制御してもよい。
【００２２】
また、二次電池２０の劣化の程度は、二次電池２０への充電が継続される充電時間、および、充電が行われる際の二次電池２０の温度に応じて変化する。従って、本実施形態では、図２に示すように、充電電流の許容値を制限する際の制御条件が、充電時間および二次電池２０の温度に応じて複数定められて、記憶装置２２に記憶されている。一例として、本実施形態では、二次電池２０の温度が常温以上であるか否か、および、充電時間が閾値よりも長時間であるか否かに応じて、４つの制御条件３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄが定められている。充電制御装置１は、複数の制御条件３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄのうち、二次電池２０への充電が行われた際の充電時間および温度に対応する制御条件を参照して、充電電流の許容値を制御する。
【００２３】
なお、充電時間および温度に応じて定められる制御条件の数は、４つに限定されない。例えば、充電時間および温度の少なくとも一方が３つ以上に区分けされたうえで、６つ以上の制御条件が定められていてもよい。
【００２４】
図３を参照して、本実施形態の充電制御装置１が実行する制御条件変更処理について説明する。制御条件変更処理では、二次電池２０の容量の劣化の程度に応じて、充電電流の許容値を制限する際の制御条件が変更される。充電制御装置１のＣＰＵ２１は、記憶装置２２に記憶されたプログラムに従って、図３に例示する制御条件変更処理を実行する。
【００２５】
まず、ＣＰＵ２１は、少なくとも二次電池２０の容量劣化量の推定結果に基づいて、制御条件の変更量を算出する（Ｓ１〜Ｓ７）。制御条件の変更量の算出方法には、種々の方法を適用できる。一例として、本実施形態では、二次電池２０の温度の情報から導き出される容量劣化量（Ｓ１〜Ｓ３）と、主に二次電池２０の充放電電流から導き出されるハイレート劣化量（Ｓ４，Ｓ５）と、二次電池２０への水分浸入量（Ｓ６）とに基づいて、制御条件の変更量が算出される。
【００２６】
温度の情報に基づく容量劣化量の算出方法の一例について説明する。本実施形態では、ＣＰＵ２１は、温度センサ１１（図１参照）によって検出された二次電池２０の温度情報を取得する（Ｓ１）。次いで、ＣＰＵ２１は、一定期間内に繰り返し取得された二次電池の温度情報に基づいて、二次電池２０の温度頻度分布を算出する（Ｓ２）。ＣＰＵ２１は、総時間と温度頻度分布に基づいて、二次電池２０の容量劣化量を算出する（Ｓ３）。総時間および温度頻度分布と、二次電池２０の容量劣化量の関係は、種々の方法で予め対応付けられていればよい。例えば、複数の二次電池２０について、総時間および温度頻度分布と、容量劣化量との関係が、予め実験等によって確認されていてもよい。総時間および温度頻度分布と容量劣化量との関係は、例えば、テーブルまたは計算式等によって対応付けられていてもよい。
【００２７】
二次電池２０の充放電電流に基づくハイレート劣化量の算出方法の一例について説明する。本実施形態では、ＣＰＵ２１は、電流計１０（図１参照）によって検出された二次電池２０の充放電電流に基づいて、二次電池２０のハイレート劣化のダメージ量を算出する。ＣＰＵ２１は、算出したダメージ量を積算した積算ダメージ量を算出する（Ｓ４）。ＣＰＵ２１は、算出した積算ダメージ量から、二次電池２０のハイレート劣化量を算出する（Ｓ５）。積算ダメージ量およびハイレート劣化量の具体的な算出方法も、適宜選択できる。例えば、前述した特許文献１には、積算ダメージ量およびハイレート劣化量の算出方法の一例が開示されている。
【００２８】
二次電池２０への水分浸入量の算出方法の一例について説明する。本実施形態では、ＣＰＵ２１は、二次電池２０の温度履歴、総時間、環境温度、および水分透過係数に基づいて、水分浸入量の推定値を算出する（Ｓ６）。
【００２９】
次いで、ＣＰＵ２１は、Ｓ１〜Ｓ６で算出された各値に基づいて、制御条件の変更量を算出する（Ｓ７）。各算出値と制御条件の変更量との関係は、種々の方法で予め対応付けられていればよい。例えば、複数の二次電池２０について、各算出値と適切な制御条件との関係が、予め実験等によって確認されていてもよい。各算出値と適切な制御条件との関係は、例えば、テーブルまたは計算式等によって対応付けられていてもよい。
【００３０】
なお、制御条件の変更量の算出方法を変更することも可能である。例えば、ＣＰＵ２１は、二次電池２０の温度の情報から導き出される容量劣化量のみに基づいて、制御条件の変更量を算出してもよい。
【００３１】
次いで、ＣＰＵ２１は、複数の制御条件３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄのうち、一定期間内（例えば１週間内）に二次電池２０に対して充電が行われた際に使用された頻度が最も高い制御条件（以下、「高頻度条件」という）を、Ｓ７で算出された変更量に基づいて変更する（Ｓ８〜Ｓ１５）。前述したように、本実施形態の充電制御装置１は、複数の制御条件３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄのうち、二次電池２０への充電が行われた際の充電時間および温度に対応する制御条件を参照して、充電電流の許容値を制御する。また、本実施形態では、充電電流の許容値の制御処理が行われる毎に、制御条件（複数の制御条件３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄのいずれか）を参照した頻度が記憶装置２２に記憶される。従って、ＣＰＵ２１は、高頻度条件がいずれであるかを、記憶装置２２に記憶されている頻度の情報に基づいて判断することができる。
【００３２】
まず、ＣＰＵ２１は、これまでに車両の制動の介入があったか否かを判断する（Ｓ８）。車両の制動の介入が行われていなければ（Ｓ８：ＮＯ）、複数の制御条件の各々が参照された頻度は同じである。従って、制御条件は変更されずに、処理はそのままＳ１〜Ｓ６へ戻る。
【００３３】
車両の制動の介入がある場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、高頻度条件の温度の分類が常温以上であるか否かを判断する（Ｓ９）。常温以上であれば（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、高頻度条件の充電時間の分類が長時間であるか否かを判断する（Ｓ１０）。長時間であれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、複数の制御条件のうち、常温以上・長時間の制御条件３０Ａを、Ｓ７で算出した変更量に基づいて変更する（Ｓ１１）。高頻度条件の温度の分類が常温以上であり（Ｓ９：ＹＥＳ）、且つ、充電時間の分類が短時間であれば（Ｓ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、常温以上・短時間の制御条件３０Ｂを、Ｓ７で算出した変更量に基づいて変更する（Ｓ１２）。また、温度の分類が低温である場合（Ｓ９：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、高頻度条件の充電時間の分類が長時間であるか否かを判断する（Ｓ１３）。長時間であれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、低温・長時間の制御条件３０Ｃが変更される（Ｓ１４）。また、短時間であれば（Ｓ１３：ＮＯ）、低温・短時間の制御条件３０Ｄが変更される（Ｓ１５）。終了指示が入力されるまで（Ｓ１６：ＮＯ）、制御条件変更処理は繰り返される。終了指示が入力されると（Ｓ１６：ＹＥＳ）、処理は終了する。
【００３４】
以上、具体的な実施形態を挙げて詳細な説明を行ったが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に記載した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１    充電制御装置
１０    電流計
１１    温度センサ
２０    二次電池
２１    ＣＰＵ
２２    記憶装置
【図１】
2020145838.tif 000003
【図２】
2020145838.tif 000004
【図３】
2020145838.tif 000005