(57)【要約】  電池使用中において電池内部抵抗の可逆的な上昇を検出し、電池の充放電電流や充電状態の使用範囲他、電池の使用方法を変更して電池の使用を制限し、可逆的抵抗上昇を回復させることのできる技術を提供する。  本発明に係る電池制御装置は、演算で求めた電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との差分に応じて、電池の使用を制限する（図９参照）。
2014027389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池の使用方法を決定する電池使用方法決定部と、
を備え、
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との差分に応じて、前記電池の使用を制限する
ことを特徴とする電池制御装置。
【請求項２】
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記電池の充電電流または放電電流を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項３】
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との間の差分が大きくなるにしたがって、前記電池の充電電流または放電電流を制限する量を大きくする
ことを特徴とする請求項２記載の電池制御装置。
【請求項４】
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との間の差分が所定閾値を超えているか否かに基づき、前記電池の充電電流または放電電流を制限するか否かを設定する
ことを特徴とする請求項２記載の電池制御装置。
【請求項５】
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の許容される充電継続時間または放電継続時間を短く設定することにより、前記電池の充電時間または放電時間を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項６】
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の上限充電状態または下限充電状態のうち少なくともいずれかを変更することにより、前記電池の充電状態使用範囲を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項７】
前記電池制御装置が備える記憶部に記憶させた第二の内部抵抗と第二の満充電容量は、
前記電池の内部抵抗と満充電容量の対応関係を記述した対応関係データであり、
前記電池使用方法決定部は、
前記対応関係データとして記述された前記電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量と、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池の使用を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の電池制御装置と、
前記電池制御装置が使用方法を管理する電池と、
前記電池を冷却する冷却部と、
を備えることを特徴とする二次電池システム。
【請求項９】
前記二次電池システムは、
前記電池の温度を検出する温度検知部を備え、
前記冷却部は、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項８記載の二次電池システム。
【請求項１０】
前記冷却部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項９記載の二次電池システム。
【請求項１１】
前記冷却部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記電池を冷却開始する温度を高く設定する
ことを特徴とする請求項１０記載の二次電池システム。
【請求項１２】
前記二次電池システムが備える記憶部に記憶させた第二の内部抵抗と第二の満充電容量は、
前記電池の内部抵抗と満充電容量の対応関係を記述した対応関係データであり、
前記冷却部は、
前記対応関係データとして記述された前記電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量と、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項８記載の二次電池システム。
【請求項１３】
電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池に出入りした電荷量の第一の積算値を演算する電荷量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の積算値を記憶する記憶部と、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記電荷量演算部が演算した前記第一の積算値と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の積算値とを用いて、前記電池の使用方法を決定する電池使用方法決定部と、
を備え、
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の積算値の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の積算値の組との差分に応じて、前記電池の使用を制限する
ことを特徴とする電池制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の充放電を制御する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池等の蓄電手段を用いた電源装置、分散型電力貯蔵装置、電気自動車等には、蓄電手段の状態を管理する電池制御回路が搭載されている。電池制御回路が管理する蓄電手段の状態としては、どの程度まで充電されているか、あるいはどの程度放電可能な電荷量が残っているのかを示す充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）や劣化状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ：ＳＯＨ）が代表的な例である。ＳＯＨは、劣化に伴う内部抵抗の上昇や、満充電容量の減少度合い等を表現するのが一般的である。電池制御回路は電池の劣化度合いに応じた充放電制御を実施するとともに、許容範囲外の内部抵抗の上昇や満充電容量の低下を検知した場合は、蓄電手段が寿命に達し交換が必要と判断する。電池の初期から寿命に至るまでの性能を最大限に活用するためには、ＳＯＨをいかに高精度かつ高信頼に検知するかが極めて重要である。【０００３】
下記特許文献１では、二次電池容量に対し大電流の充放電がなされたとき、二次電池の本来的な寿命を決定する不可逆的な内部抵抗の上昇とは異なり、二次電池の内部抵抗が一時的に上昇した後に時間経過とともに減少して元の内部抵抗値に復帰する現象が記載されている。さらに、一時的に上昇した内部抵抗が十分に減少する前に再び充放電が繰り返されると、二次電池寿命の著しい劣化を招いてしまう課題が記載されている。【０００４】
上記特許文献１に記載されているように、二次電池容量に対し大電流の充放電がなされて二次電池内部抵抗が一時的に上昇したとしても、一時的に上昇した二次電池内部抵抗がある程度減少するまで待機すれば、再度充放電を実施しても、二次電池寿命の著しい劣化を防止できると考えられる。【０００５】
下記特許文献２では、キャパシタユニットの劣化判定に関し、「充電または放電時にキャパシタユニット１１の温度補正後の内部抵抗補正計算値と、キャパシタユニット１１の温度補正後の容量補正計算値を求め、あらかじめ温度に対して求めた複数の異なる劣化判定式の内、前記容量補正計算値の数値範囲に対応した前記劣化判定式に前記容量補正計算値を代入して判定基準値を計算し、前記判定基準値が前記内部抵抗補正計算値以下の場合に、キャパシタユニット１１が劣化していると判断するものである。」という技術が開示されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１５８２６７号公報
【特許文献２】特開２００７−３０６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載されている技術では、可逆的な内部抵抗上昇が発生する充放電終了後、充電側内部抵抗に対する放電側内部抵抗の比が変化することを利用して、可逆的な内部抵抗上昇を検出している。そのため、可逆的な内部抵抗上昇を検出するのは充放電が終了した後（電池使用後）となる。【０００８】
電池の内部抵抗に可逆的上昇が生じた場合、充放電を実施している途中（電池使用中）にこれを検知できれば、内部抵抗の可逆的上昇が発生すると直ちにこれを回復させる方向へ電池の動作を切り替え、電池劣化を抑制することができると考えられる。【０００９】
上記特許文献２に記載されている技術では、内部抵抗と容量に着目して劣化判定しているものの、上記特許文献１に記載されているような可逆的な内部抵抗上昇については記載されていない。すなわち、充放電の前後に係る内部抵抗の可逆的な変化については検討されていない。【００１０】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、電池使用中において電池内部抵抗の可逆的な上昇を検出し、電池の使用を制限することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電池制御装置は、演算することで取得できる電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と、予め記憶して読み出すことで取得できる電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との間の差分に応じて、電池の使用を制限する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る電池制御装置によれば、電池使用中に電池内部抵抗の可逆的上昇を検知することができる。またその検知結果に基づき、電池内部抵抗の可逆的抵抗上昇を早期回復させるような制御を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係る電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。
【図２】単電池制御部１２１の回路構成を示す図である。
【図３】組電池制御部１５０の制御ブロック線図である。
【図４】単電池１１１の等価回路を示す回路図である。
【図５】ＳＯＣテーブル５０１の例を示す図である。
【図６】劣化状態演算部１５２が電池の内部抵抗を算出する処理を説明する図である。
【図７】異常状態検知部１５３の制御ブロック線図である。
【図８】満充電容量演算部１５３２が単電池１１１または組電池１１０の満充電容量を推定する処理を説明する図である。
【図９】内部抵抗と満充電容量の関係を示す図である。
【図１０】許容電流演算部１５４が許容電流を算出する際に用いる等価インピーダンスＲｚとＳＯＣの関係を示す図である。
【図１１】式１５〜式１６で求められる許容電流の概念図である。
【図１２】異常状態検知部１５３が内部抵抗の可逆的上昇を判定した場合における、電池の使用の制限処理を示す図である。
【図１３】電池の使用を制限する他の手法を示す図である。
【図１４】電池の使用を制限する他の手法を示す図である。
【図１５】内部抵抗の可逆的上昇が発生した場合における、内部抵抗と満充電容量の変化を例示する図である。
【図１６】電池の使用を制限する量を設定する際に用いる制限係数を例示する図である。
【図１７】実施形態３に係る電池システム１００の構成図である。
【図１８】冷却器６００の動作を開始する温度を示す図である。
【図１９】実施形態４において劣化状態判定部１５３３が電池内部抵抗の可逆的上昇を検知するために用いる電池特性データを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）の電源を構成する電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
なお、以下ではリチウムイオン電池を直列に接続して組電池を構成した実施形態を想定しているが、単電池を並列接続したものを直列接続して組電池を構成してもよいし、直列接続した単電池を並列接続して組電池を構成してもよい。
【００１６】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。電池システム１００はリレー３００と３１０を介してインバータ４００に接続され、リレー３２０と３３０を介して充電器４２０に接続される。電池システム１００は、組電池１１０、単電池管理部１２０、電流検知部１３０、電圧検知部１４０、組電池制御部１５０、第１記憶部１８０、第２記憶部１９０を備える。
【００１７】
組電池１１０は、複数の単電池１１１から構成される。単電池管理部１２０は、単電池１１１の状態を監視する。電流検知部１３０は、電池システム１００に流れる電流を検知する。電圧検知部１４０は、組電池１１０の総電圧を検知する。組電池制御部１５０は、組電池１１０の状態を検知し、状態の管理等も行う。
【００１８】
組電池制御部１５０は、単電池管理部１２０が送信する単電池１１１の電池電圧や温度、電流検知部１３０が送信する電池システム１００に流れる電流値、電圧検知部１４０が送信する組電池１１０の総電圧値を受け取る。組電池制御部１５０は、受け取った情報をもとに組電池１１０の状態を検知する。組電池制御部１５０による状態検知の結果は、単電池管理部１２０や車両制御部２００に送信される。
【００１９】
組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積および放出（直流電力の充放電）が可能な複数の単電池１１１を電気的に直列に接続して構成されている。組電池１１０を構成する単電池１１１は、状態の管理・制御を実施する上で、所定の単位数にグループ分けされている。グループ分けされた単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２ａ、１１２ｂを構成している。単電池群１１２を構成する単電池１１１の個数は、全ての単電池群１１２において同数でもよいし、単電池群１１２毎に単電池１１１の個数が異なっていてもよい。
【００２０】
単電池管理部１２０は、組電池１１０を構成する単電池１１１の状態を監視する。単電池管理部１２０は、単電池群１１２毎に設けられた単電池制御部１２１を備える。図１では、単電池群１１２ａと１１２ｂに対応して、単電池制御部１２１ａと１２１ｂが設けられている。単電池制御部１２１は、単電池群１１２を構成する単電池１１１の状態を監視および制御する。
【００２１】
本実施形態１では、説明を簡略化するために、４個の単電池１１１を電気的に直列接続して単電池群１１２ａと１１２ｂを構成し、単電池群１１２ａと１１２ｂをさらに電気的に直列接続して合計８個の単電池１１１を備える組電池１１０とした。
【００２２】
組電池制御部１５０と単電池管理部１２０は、フォトカプラに代表される絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して信号を送受信する。
【００２３】
組電池制御部１５０と、単電池管理部１２０を構成する単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂとの間の通信手段について説明する。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａおよび１１２ｂの電位の高い順にしたがって直列に接続されている。組電池制御部１５０が単電池管理部１２０に送信した信号は、絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ａの出力は信号通信手段１６０を介して単電池制御部１２１ｂに入力され、最下位の単電池制御部１２１ｂの出力は絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して組電池制御部１５０へと伝送される。本実施形態１では、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂの間は絶縁素子１７０を介していないが、絶縁素子１７０を介して信号を送受信することもできる。
【００２４】
第１記憶部１８０は、組電池１１０、単電池１１１、および単電池群１１２の内部抵抗特性、満充電時の容量、分極電圧、劣化特性、個体差情報、ＳＯＣと開回路電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）の対応関係などの情報を格納する。さらに、単電池管理部１２０、単電池制御部１２１、組電池制御部１５０などの特性情報についてもあらかじめ記憶することができる。電池システム１００や組電池制御部１５０等の動作が停止しても、第１記憶部１８０に記憶した各種情報は保持される。
【００２５】
第２記憶部１９０は、組電池制御部１５０が処理を実施した後に処理結果を含む各種パラメータを記憶する。第１記憶部１８０と同様に電池システム１００や組電池制御部１５０等が動作を停止しても、記憶したパラメータは保持される。第２記憶部１９０に格納された各種パラメータは、次回組電池制御部１５０が処理を実施する際に読み出され、入力パラメータとして使用される他、電池システム１００の異常情報や使用履歴などを記憶している場合は電池システム１００のメンテナンス時に読み出されて使用される。
【００２６】
組電池制御部１５０は、単電池管理部１２０、電流検知部１３０、電圧検知部１４０、車両制御部２００から受け取った情報、後述するＳＯＣテーブル５０１を用いて、１つ以上の単電池１１１のＳＯＣ、ＳＯＨ、充電・放電可能な電流や電力などを求める演算を実行する。そして、演算結果に基づいて、単電池管理部１２０や車両制御部２００に情報を出力する。また、前述したように、組電池制御部１５０の処理結果は必要に応じて第２記憶部１９０に記憶され、次回組電池制御部１５０の演算実行時に、第２記憶部１９０が格納している前回処理結果が入力として用いられる。
【００２７】
車両制御部２００は、組電池制御部１５０が送信する情報を用いて、リレー３００と３１０を介して電池システム１００と接続されるインバータ４００を制御する。また、リレー３２０と３３０を介して電池システム１００に接続される充電器４２０を制御する。車両走行中には、電池システム１００はインバータ４００と接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いて、モータジェネレータ４１０を駆動する。充電の際には、電池システム１００は充電器４２０と接続され、家庭用の電源または電気スタンドからの電力供給によって充電される。
【００２８】
充電器４２０は、家庭または電気スタンドに代表される外部の電源を用いて組電池１１０を充電する際に用いられる。本実施形態１では、充電器４２０は車両制御部２００からの指令に基づき充電電圧や充電電流などを制御する構成としているが、組電池制御部１５０からの指令に基づき制御を実施してもよい。また、充電器４２０は車両の構成、充電器４２０の性能、使用目的、外部の電源の設置条件などに応じて車両内部に設置してもよいし、車両の外部に設置することもできる。
【００２９】
電池システム１００を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部２００の管理のもと、電池システム１００はインバータ４００に接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いてモータジェネレータ４１０を駆動し、回生時はモータジェネレータ４１０の発電電力により組電池１１０が充電される。電池システム１００を備える車両が家庭用または電気スタンドに代表される外部の電源と接続された際には、車両制御部２００が発信する情報に基づき電池システム１００と充電器４２０とが接続され、組電池１１０が所定の条件になるまで充電される。充電によって組電池１１０に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されるか、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。さらに必要に応じて、家庭用の電源に代表される外部電源へも放出する場合がある。
【００３０】
図２は、単電池制御部１２１の回路構成を示す図である。単電池制御部１２１は、電圧検出回路１２２、制御回路１２３、信号入出力回路１２４、温度検知部１２５を備える。電圧検出回路１２２は、各単電池１１１の端子間電圧を測定する。制御回路１２３は、電圧検出回路１２２および温度検知部１２５から測定結果を受け取り、信号入出力回路１２４を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、単電池制御部１２１に一般的に実装される、自己放電や消費電流ばらつき等に伴い発生する単電池１１１間の電圧やＳＯＣばらつきを均等化する回路構成は、周知のものであると判断して記載を省略した。
【００３１】
図２における単電池制御部１２１が備える温度検知部１２５は、単電池群１１２の温度を測定する機能を有する。温度検知部１２５は、単電池群１１２全体として１つの温度を測定し、単電池群１１２を構成する単電池１１１の温度代表値としてその温度を取り扱う。温度検知部１２５が測定した温度は、単電池１１１、単電池群１１２、または組電池１１０の状態を検知するための各種演算に用いられる。図２はこれを前提とするため、単電池制御部１２１に１つの温度検知部１２５を設けた。単電池１１１毎に温度検知部１２５を設けて単電池１１１毎に温度を測定し、単電池１１１毎の温度に基づいて各種演算を実行することもできるが、この場合は温度検知部１２５の数が多くなる分、単電池制御部１２１の構成が複雑となる。
【００３２】
図２では、簡易的に温度検知部１２５を示した。実際は温度測定対象に温度センサが設置され、設置した温度センサが温度情報を電圧として出力し、これを測定した結果が制御回路１２３を介して信号入出力回路１２４に送信され、信号入出力回路１２４が単電池制御部１２１の外に測定結果を出力する。この一連の流れを実現する機能が単電池制御部１２１に温度検知部１２５として実装され、温度情報（電圧）の測定には電圧検出回路１２２を用いることもできる。
【００３３】
図３は、組電池制御部１５０の制御ブロック線図である。組電池制御部１５０は、充電状態演算部１５１、劣化状態演算部１５２、異常状態検知部１５３、許容電流演算部１５４を備える。
【００３４】
充電状態演算部１５１は、電池電圧、電池電流、電池温度を用いてＳＯＣを求める。劣化状態演算部１５２は、電池のＳＯＨを求める。異常状態検知部１５３は、電池電圧、電池電流を用いて、単電池１１１または組電池１１０の異常を検知する。許容電流演算部１５４は、電池温度、ＳＯＣ、ＳＯＨ、異常状態検知部１５３による検知結果を用いて、単電池１１１または組電池１１０の許容電流（入出力可能な最大電流）を求める。
【００３５】
充電状態演算部１５１は、単電池管理部１２０または電圧検知部１４０が計測した電圧Ｖ、電流検知部１３０が計測した電流Ｉ、温度検知部１２５が計測した温度Ｔに基づき、ＳＯＣを推定する。以下に、充電状態演算部１５１がＳＯＣを推定する処理の１例を説明する。
【００３６】
図４は、単電池１１１の等価回路を示す回路図である。図４において、４０１は起電力（ＯＣＶ）、４０２は内部抵抗（Ｒ）、４０３はインピーダンス（Ｚ）、４０４はキャパシタンス成分（Ｃ）である。インピーダンス４０３とキャパシタンス成分４０４の並列接続対が、内部抵抗４０２と起電力４０１に対して直列接続されている。単電池１１１に電流Ｉを印加したとき、単電池１１１の端子間電圧（ＣＣＶ：Ｃｌｏｓｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）は下記式１で表される。
ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋ＩＲ＋Ｖｐ  ・・・（式１）
Ｖｐは分極電圧であり、ＺとＣの並列接続対の電圧に相当する。
【００３７】
ＯＣＶはＳＯＣ（充電状態）の演算に用いられるが、単電池１１１が充放電されている間は、ＯＣＶを直接測定することができない。このため、下記式２の様にＣＣＶからＩＲドロップとＶｐを差し引いてＯＣＶが算出される。
ＯＣＶ＝ＣＣＶ−ＩＲ−Ｖｐ  ・・・（式２）
ＲとＶｐは単電池１１１から抽出した特性情報であり、単電池１１１を充放電することにより実験的に把握し、第１記憶部１８０などにあらかじめ格納しておく。単電池１１１のＳＯＣ、温度、電流などに応じてＲやＶｐの値をあらかじめ格納しておけば、高精度なＯＣＶを得ることができる。端子間電圧ＣＣＶは電圧検知部１４０または電圧検出回路１２２、電流Ｉは電流検知部１３０の計測結果である。
【００３８】
図５は、ＳＯＣテーブル５０１の例を示す図である。ＳＯＣテーブル５０１は、ＯＣＶとＳＯＣの対応関係をテーブルや関数などの形式で記述したデータであり、例えば第１記憶部１８０にあらかじめ格納しておく。充電状態演算部１５１は、式２によりＯＣＶを算出すると、これをＳＯＣテーブル５０１に適用して、単電池１１１のＳＯＣを推定することができる。
【００３９】
ＳＯＣは、下記式３に示す手法により求めることもできる。ＳＯＣ０は単電池１１１の充放電前の初期ＳＯＣ、電流Iは電流検知部１３０の計測値、Ｑｍａｘは単電池１１１または組電池１１０の満充電時の容量である。Ｑｍａｘは、単電池１１１または組電池１１０を充放電することにより実験的に把握し、第１記憶部１８０などにあらかじめ記憶させておく。充電状態演算部１５１は、式２と式３のどちらの方法によってＳＯＣを推定してもよい。
ＳＯＣｉ＝ＳＯＣ０＋１００×∫Ｉｄｔ／Ｑｍａｘ  ・・・（式３）
【００４０】
図６は、劣化状態演算部１５２が電池の内部抵抗を算出する処理を説明する図である。劣化状態演算部１５２は、電圧Ｖおよび電流Ｉに基づき単電池１１１または組電池１１０の内部抵抗を検出する。単電池１１１または組電池１１０をパルス的な電流Ｉで充電または放電すると、単電池１１１または組電池１１０が持つ内部抵抗Ｒと電流Ｉの積（ＩＲ）分、電圧が上昇または減少する。そこで劣化状態演算部１５２は、下記式４により内部抵抗Ｒを算出する。
Ｒ＝（Ｖ１−Ｖ０）／（Ｉ１−Ｉ０）  ・・・（式４）
Ｖ１は現在の充電電圧または放電電圧、Ｖ０は１サンプリング前の電圧、Ｉ１は現在の充電電流または放電電流、Ｉ０は１サンプリング前の電流である。
【００４１】
劣化状態演算部１５２は、温度検知部１２５が検知した単電池１１１または組電池１１０の温度検知結果、充電状態演算部１５１による単電池１１１または組電池１１０のＳＯＣ推定結果、および単電池１１１または組電池１１０の内部抵抗Ｒの算出結果に基づいて単電池１１１または組電池１１０の劣化状態を求める。
【００４２】
具体的には、劣化状態演算部１５２は、温度検知部１２５の温度検知結果Ｔと充電状態演算部１５１のＳＯＣ推定結果を、あらかじめ第１記憶部１８０などに格納しておいた特性テーブル（Ｍａｐ）に適用することにより、単電池１１１または組電池１１０の初期内部抵抗Ｒ０を求める（式５）。さらに下記式６に示すように、式４で求めた現在の内部抵抗Ｒと式５で求めた初期内部抵抗Ｒ０とを用いて、内部抵抗Ｒの初期内部抵抗Ｒ０からの上昇率としてＳＯＨを計算する（以降では、この内部抵抗の上昇率としてのＳＯＨをＳＯＨＲとする）。
Ｒ０＝Ｍａｐ（Ｔ，ＳＯＣ）  ・・・（式５）
ＳＯＨＲ＝１００×Ｒ／Ｒ０  ・・・（式６）
【００４３】
図７は、異常状態検知部１５３の制御ブロック線図である。異常状態検知部１５３は、単電池１１１または組電池１１０の内部抵抗が可逆的に上昇しているか否かを検知し、可逆的上昇を検知した場合はその旨の信号を発する。異常状態検知部１５３は、内部抵抗演算部１５３１、満充電容量演算部１５３２、劣化状態判定部１５３３、電池管理変更部１５３４を備える。
【００４４】
内部抵抗演算部１５３１は、電池電圧と電池電流を入力として単電池１１１または組電池１１０の内部抵抗を求める。満充電容量演算部１５３２は、単電池１１１または組電池１１０の満充電容量を求める。劣化状態判定部１５３３は、内部抵抗と満充電容量に基づき劣化状態を判定する。電池管理変更部１５３４は、劣化状態判定部１５３３の出力に応じて、電池を制御する方法を変更すべき旨を指示する信号を発信する。
【００４５】
内部抵抗演算部１５３１は、単電池１１１または組電池１１０の内部抵抗を測定する。処理内容は劣化状態演算部１５２の内部抵抗測定と同様であり、式４を用いる。したがって、劣化状態演算部１５２が求めた内部抵抗Ｒの測定結果を利用する場合は、内部抵抗演算部１５３１の処理は省略できる。あるいは、内部抵抗演算部１５３１が式４〜式６を用いて内部抵抗とその上昇率を計算してもよい。
【００４６】
図８は、満充電容量演算部１５３２が単電池１１１または組電池１１０の満充電容量を推定する処理を説明する図である。ここでは、単電池１１１の時間に応じた電圧変化を、休止／放電／休止のパターンを例として示した。単電池１１１には内部抵抗が存在するため、放電を開始した瞬間にＩＲドロップが発生し、放電中はＳＯＣの低下に伴い電圧が緩やかに低下し、放電終了直後は分極電圧により緩やかに電圧が増加する。分極電圧の影響がなくなった後は電圧が一定となり、放電によって低下したＯＣＶを得ることができる。以下では図８を用いて、単電池１１１の満充電容量（最大限充電可能な電荷量）Ｑｍａｘを求める方法を説明する。
【００４７】
放電前のＯＣＶをＯＣＶ１とし、放電後のＯＣＶをＯＣＶ２とする。ＳＯＣテーブル５０１を用いることにより、ＯＣＶ１とＯＣＶ２をそれぞれＳＯＣ１とＳＯＣ２とに変換することができる。これらに対応する残存容量をＱ１とＱ２、その間の電流積算値をｄＱ（＝∫Ｉ（ｔ）ｄｔ）とすると、下記式７〜式１０のように現在の満充電容量Ｑｍａｘを得ることができる。すなわち下記式１０に示すように、放電中の電流積算値ｄＱと放電前後のＳＯＣ差（ＳＯＣ１−ＳＯＣ２）を用いて、Ｑｍａｘを用いることができる。
ＳＯＣ１＝１００×Ｑ１／Ｑｍａｘ  ・・・（式７）
ＳＯＣ２＝１００×Ｑ２／Ｑｍａｘ  ・・・（式８）
ＳＯＣ１−ＳＯＣ２＝１００×（Ｑ１−Ｑ２）／Ｑｍａｘ
＝１００×ｄＱ／Ｑｍａｘ  ・・・（式９）
Ｑｍａｘ＝１００×ｄＱ／（ＳＯＣ１−ＳＯＣ２）  ・・・（式１０）
【００４８】
図８は放電を例に説明したが、充電時も同様の手順によりＱｍａｘを求めることができる。さらには充放電が混在する場合でも、充放電前後でＳＯＣ差が生じる場合は同様にＱｍａｘを計算することができる。
【００４９】
ただし、式７〜式１０を用いたＱｍａｘの演算は充放電後のＯＣＶを必要とするため、電池システム１００運用中にリアルタイムに値を更新することはできない。電池システム１００の動作が停止する際に、満充電容量演算部１５３２が組電池１１０の充放電が終了したことを検知し、望ましくは、分極電圧の影響が緩和したことも検知した後に、単電池１１１のＯＣＶを取得する必要がある。この最後に取得したＯＣＶ（図８を例にするとＯＣＶ２）を用いて満充電容量演算部１５３２がＱｍａｘを求め、このＱｍａｘを第２記憶部１９０に記憶しておく。組電池制御部１５０が次回起動したとき、満充電容量演算部１５３２は第２記憶部１９０が格納しているＱｍａｘを読み出して劣化状態判定部１５３３に送信すると共に、式３のＳＯＣ推定他に用いることができる。この手法は、前回電池システム１００を充放電させることで得ることができたＱｍａｘを次回の電池システム１００運用中に用いるため、用いるＱｍａｘはリアルタイムに求めたものではないが、Ｑｍａｘは一度の充電／放電／休止サイクル程度ではほとんど変化しないので、実質的にはリアルタイムに求めたＱｍａｘと等価である。また、ここではＱｍａｘ演算結果を次回に固定値として各種用途に活用することを想定しているが、リアルタイムにＱｍａｘを推定する方法を採用した場合は電池システム１００運用中にリアルタイムにＱｍａｘを求めて劣化状態判定部１５３３等に出力することも可能である。
【００５０】
上記では、電池システム１００が停止する際にＯＣＶ２を求める方法を述べたが、次回に組電池制御部１５０が起動した際に単電池１１１のＯＣＶを取得し、これを前回の充放電後のＯＣＶ２とし、この時点でＱｍａｘを求めて劣化状態判定部１５３３や式３のＳＯＣ演算他に適用してもよい。この場合、前回電池システム１００運用後に第２記憶部１９０に記憶するパラメータはＯＣＶ２（ＳＯＣ２を得るために必要）以外の、前回充放電前のＯＣＶ１（ＳＯＣ１を得るために必要）と前回充放電時のｄＱとなる。
【００５１】
満充電容量演算部１５３２は、その他の手法を用いてＱｍａｘを求めることもできる。下記式１１、式１２は、あらかじめ第１記憶部１８０などに記憶させた初期容量Ｑｍａｘ０を用いてＱｍａｘを求める手法を説明する式である。満充電容量演算部１５３２は、前述した方法でＱｍａｘを求めた後、式１１を用いて容量維持率（単電池１１１が新品のときは１００、劣化するにしたがって１００よりも小さくなる）を計算し、これをＳＯＨＱと定義し、このＳＯＨＱ演算結果を第２記憶部１９０に記憶してＱｍａｘを更新していくこともできる。この場合、次回の組電池制御部１５０の起動後、第２記憶部１９０に記憶したＳＯＨＱと前述した初期容量Ｑｍａｘ０とを用いて、式１２によりＱｍａｘを再計算し、得られた最新のＱｍａｘを劣化状態判定部１５３３に送信する。前述した方法以外でも、現在の満充電容量Ｑｍａｘを求めることができるのであれば、その他の方法を採用することも可能である。
ＳＯＨＱ＝１００×Ｑｍａｘ／Ｑｍａｘ０  ・・・（式１１）
Ｑｍａｘ＝ＳＯＨＱ×Ｑｍａｘ０  ・・・（式１２）
【００５２】
図９は、内部抵抗と満充電容量の関係を示す図である。単電池１１１または組電池１１０が劣化していくと、内部抵抗が上昇するとともに満充電容量が低下する。この劣化に伴う電池特性変化を符号９０１で示した。内部抵抗の可逆的上昇が生じた場合は、符号９０１で示す電池特性変化と異なり、満充電容量がほぼ変化しないまま内部抵抗が上昇し、時間の経過とともに小さくなる現象が発生する。この現象を符号９０２で示した。すなわち符号９０２は、内部抵抗の可逆的な上昇を示している。劣化状態判定部１５３３は、上述の電池特性を利用して内部抵抗の可逆的上昇を検知する。
【００５３】
図９の符号９０１で示す通常劣化時の電池特性を記述した電池特性データは、あらかじめ第１記憶部１８０に記憶しておく。内部抵抗演算部１５３１と満充電容量演算部１５３２は、単電池１１１または組電池１１０の内部抵抗と満充電容量を算出する。前述した通り、本実施例における満充電容量Ｑｍａｘの演算方法はＱｍａｘをリアルタイムに計算することができないため、満充電容量演算部１５３２は前回の電池システム１００の運用後に得られたＱｍａｘを、今回電池システム１００運用時に劣化状態判定部１５３３へと出力する。
【００５４】
劣化状態判定部１５３３は、符号９０１に示す特性と、算出した内部抵抗／満充電容量の関係が、符号９０２に示す方向を示している場合は、単電池１１１または組電池１１０の内部抵抗が可逆的に上昇している可能性があると判定する。すなわち、満充電容量の低下度合いに対して、過剰に内部抵抗が上昇を示している場合、符号９０２に示す特性変化があるとみなす。
【００５５】
可逆的上昇が発生しているか否かを判定する際の閾値は、通常劣化時の電池特性データをプロットした際の、電池間の個体差等から起因する特性ばらつきを考慮して決定するとよい。あるいは、測定した満充電容量を電池特性データに適用して標準的な内部抵抗を求め、別途測定した内部抵抗が電池特性データから求めた値よりも所定範囲以上大きい（例えば電池特性データから求めた値の１．１〜１．２倍以上など）場合は可逆的上昇と判定することもできる。その他の手法を用いて閾値を設定してもよい。
【００５６】
尚、図９では内部抵抗と満充電容量の関係を用いたが、内部抵抗の替わりに内部抵抗の上昇率ＳＯＨＲを、満充電容量の替わりに満充電容量の容量維持率ＳＯＨＱとを用いて内部抵抗の可逆的上昇を検知することも可能である。この場合、ＳＯＨＱの低下度合いに対して過剰にＳＯＨＲが上昇した場合は符号９０２に示す特性変化があるとみなされ、内部抵抗の可逆的上昇が発生していると判定する。尚、ＳＯＨＲとＳＯＨＱの電池特性データを用いた場合でも、前述したように可逆的上昇を判定するための閾値の設定が必要である。
【００５７】
更に、異常状態検知部１５３への入力に温度情報を追加することで、算出した内部抵抗／満充電容量、もしくはＳＯＨＲ／ＳＯＨＱとを電池温度に応じて管理しても良い。この場合は、図９の内部抵抗と満充電容量、ＳＯＨＲとＳＯＨＱの関係を表す電池特性データも電池温度毎に用意し、第１記憶部１８０に予め記憶させることで、温度情報も考慮した確実な可逆的抵抗上昇の検知を実現する。
【００５８】
劣化状態判定部１５３３が可逆的抵抗の上昇を検知した場合、電池管理変更部１５３４は、単電池１１１または組電池１１０の制御方法を変更すべき旨の信号を発信する。許容電流演算部１５４は、この信号を受け取ると、後述する手法によって許容充放電電流を制限する。
【００５９】
許容電流演算部１５４は、温度検知部１２５の温度測定結果、充電状態演算部１５１が出力するＳＯＣ、劣化状態演算部１５２が出力するＳＯＨＲ、電池管理変更部１５３４が発信する信号に基づき、許容電流（許容充電電流と許容放電電流）を求める。以降ではまず、異常状態検知部１５３が発信する信号が正常を示す場合における許容電流の計算方法を説明する。
【００６０】
許容電流演算部１５４は、温度検知部１２５の温度測定結果、充電状態演算部１５１が出力するＳＯＣ、劣化状態演算部１５２が出力するＳＯＨＲを用いて、単電池１１１または組電池１１０を充放電制御するための許容電流（充電電流の最大値と放電電流の最大値）を求める。算出式は後述する式１５と式１６である。
【００６１】
一般的に、単電池１１１の充電状態が高い場合は出力可能な電流が大きく、入力可能な電流は小さくなる。これとは逆に単電池１１１の充電状態が低い場合は出力可能な電流が小さく、入力可能な電流は大きくなる。求めた許容電流は、充電状態演算部１５１が出力するＳＯＣと劣化状態演算部１５２が出力するＳＯＨＲとともに、車両制御部２００に送信される。車両制御部２００は、受信した許容電流の範囲内で組電池１１０を充放電する。
【００６２】
以下では組電池１１０の許容充電電流をＩｃｍａｘとし、許容放電電流をＩｄｍａｘとする。許容電流演算部１５４は、許容充電電流Ｉｃｍａｘと許容放電電流Ｉｄｍａｘを計算する前に、充電状態演算部１５１が出力するＳＯＣを用いて、下記式１３にしたがって単電池１１１の現在の起電力（ＯＣＶ）を求める。式１３におけるＭＡＰは、図５で説明したＳＯＣテーブル５０１である。充電状態演算部１５１が式２を用いる場合は、式２で求めるＯＣＶをそのまま用いてもよい。
ＯＣＶ＝ＭＡＰ（ＳＯＣ）  ・・・（式１３）
【００６３】
図１０は、許容電流演算部１５４が許容電流を算出する際に用いる等価インピーダンスＲｚとＳＯＣの関係を示す図である。記載の便宜上、ＳＯＨＲについては省略したが、これら値とＳＯＨＲの対応関係を記述することもできる。
【００６４】
図４に示したＲ、Ｚ、Ｃからなる回路の等価インピーダンスＲｚは、図１０に示すようにＳＯＣや温度に応じて変化し、さらにＳＯＨＲに応じても値が変化する。これらの対応関係を記述したテーブルまたは関数（式１４のＭＡＰ）を、あらかじめ第１記憶部１８０に格納しておく。許容電流演算部１５４は、温度検知部１２５の温度測定結果Ｔ、充電状態演算部１５１が出力するＳＯＣ、劣化状態演算部１５２が出力するＳＯＨＲをＭＡＰに適用し、単電池１１１の現在の等価インピーダンスＲｚを求める（式１４参照）。このＭＡＰは、充電側／放電側、電流値毎に多次元的に記述することもできる。
Ｒｚ＝ＭＡＰ（Ｔ、ＳＯＣ、ＳＯＨＲ）  ・・・（式１４）
【００６５】
許容電流演算部１５４は、式１３（または式２）で求めたＯＣＶと式１４で求めたＲｚを用いて、下記式１５と式１６にしたがって、許容充電電流Ｉｃｍａｘと許容放電電流Ｉｄｍａｘを計算する。
Ｉｃｍａｘ＝（Ｖｍａｘ−ＯＣＶ）／Ｒｚ  ・・・（式１５）
Ｉｄｍａｘ＝（ＯＣＶ−Ｖｍｉｎ）／Ｒｚ  ・・・（式１６）
Ｖｍａｘは単電池１１１の上限電圧、Ｖｍｉｎは単電池１１１の下限電圧、ＯＣＶは単電池１１１の現在の起電力、Ｒｚは現在の単電池１１１の等価インピーダンスである。
【００６６】
図１１は、式１５〜式１６で求められる許容電流の概念図である。許容充電電流にそのときの電圧Ｖｃｈｇを乗算することにより許容充電電力Ｐｃｍａｘを求め、許容放電電流にそのときの電圧Ｖｄｉｓを乗算することにより許容放電電力Ｐｄｍａｘを求め、許容電流の代わりにこれら許容電力を最終演算結果として出力してもよい。
Ｐｃｍａｘ＝Ｖｃｈｇ×Ｉｃｍａｘ  ・・・（式１７）
Ｐｄｍａｘ＝Ｖｄｉｓ×Ｉｄｍａｘ  ・・・（式１８）
【００６７】
許容電流演算部１５４の上記処理は、単電池１１１相当の電圧やインピーダンスに基づいて計算し、最後に組電池１１０相当に変換してもよいし、初めから組電池１１０相当の電圧やインピーダンスに基づいて計算してもよい。
【００６８】
次に、異常状態検知部１５３が発信する信号が内部抵抗の可逆的上昇を示す場合における許容電流の計算方法を説明する。
【００６９】
図１２は、異常状態検知部１５３が内部抵抗の可逆的上昇を判定した場合における、許容電流演算部１５４の処理を示す図である。許容電流演算部１５４は、異常状態検知部１５３が内部抵抗の可逆的上昇を示す信号を発信した場合、許容電流を小さく制限する。小さく制限する量は、例えば異常状態検知部１５３からの上記信号を受信する前の１／２や１／３などとしてもよいし、可逆的上昇が解消できる電流値を実験によって求めておき、その電流値まで許容電流を小さく制限してもよい。許容電流を制限することにより、組電池１１０の充放電電流値を小さく制限し、内部抵抗の可逆的上昇をこれ以上進行させないように組電池１１０を制御することができる。
【００７０】
図１３は、組電池１１０の充放電電流を制限する他の手法を示す図である。異常状態検知部１５３が備える劣化状態判定部１５３３が可逆的抵抗の上昇を検知した場合、異常状態検知部１５３が備える電池管理変更部１５３４は、単電池１１１または組電池１１０の制御方法を変更すべき旨の信号を発信する。ここでは、前記信号を受信した許容電流演算部１５４は、許容する充電もしくは放電継続時間を通常よりも短くする制御内容に変更する。例えば、異常状態検知部１５３からの単電池１１１または組電池１１０の制御方法を変更すべき旨の信号を受信した許容電流演算部１５４は、許容する充電若しくは放電継続時間を通常よりも1/2や1/3などの短い時間に設定し、組電池１１０の充電若しくは放電が行われると充放電継続時間をカウントし、前記短く設定された許容する充電若しくは放電継続時間と一致する時間を検知した場合に許容電流を制限する。これにより、図１３に示すような組電池１１０の連続した充放電継続時間の制限を行うことができる（ここでは極端な例として、一定電流値から0Aへと変化）。別の手段として、電池管理変更部１５３４からの単電池１１１または組電池１１０の制御方法を変更すべき旨の信号を車両制御部２００が受信し、本実施形態におけるプラグインハイブリッド自動車がハイブリッド自動車モードで走行している場合に車両制御部２００が、モータによるエンジンのアシスト期間を通常よりも短くする制御に変更することで組電池１１０の充電もしくは放電継続時間を短くしても良い。結果として、図１３のように組電池１１０の充放電継続時間を短くする効果を得ることができる。更に別の手段として、所定の時間窓幅内における組電池１１０の充放電電流を2乗して積分するか、若しくは充放電電流の絶対値を平均化し、これらが所定の閾値を超える場合に許容電流を制限することで組電池１１０の連続的な充放電電流を制限する制御が適用されている場合は、異常状態検知部１５３が備える劣化状態判定部１５３３が可逆的抵抗の上昇を検知した場合に前記閾値を小さくすることで組電池１１０の連続的な充放電電流を制限しても良い。何れの実現方法を採用したとしても、組電池１１０の連続的な充放電電流を制限することで内部抵抗の可逆的上昇の抑制を実現できる。
【００７１】
図１４は、車両制御部２００が組電池１１０の使用を制限する手法を示す図である。電池システム１００をプラグインハイブリッド自動車に搭載する場合は、電池システム１００は定められたＳＯＣの下限値まで電気自動車としての使い方（モータのみで走行するため充放電継続時間が長い）で充放電され、その後はハイブリッド自動車としての使い方（モータによるエンジンアシストのため充放電継続時間が短い）で充放電される。ここでの組電池１１０の使用を制限する手法では、図１４（ａ）に示すようにＳＯＣの下限値を高く変更することで電気自動車として走行するＳＯＣ範囲を狭くすることにより、組電池１１０の使用量を少なくする（充放電継続時間が長いパターンが少なくなる）。通常のハイブリッド自動車の場合は図１４（ｂ）に示すように、例えばＳＯＣ＝５０％を中心に電池が利用されるため、上下限ＳＯＣを狭くすることにより組電池１１０の使用量を少なくする。同様の動作は、車両制御部２００が組電池１１０の使用量を少なくすることに代えて、エンジンを使用する割合を高めることによって実現することもできる。
【００７２】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る電池システム１００は、単電池１１１または組電池１１０の演算によって取得した内部抵抗と満充電容量の組と予め記憶させることで取得した内部抵抗と満充電容量の組との差分に基づき、単電池１１１または組電池１１０の内部抵抗の可逆的上昇を検知する。これにより、単電池１１１または組電池１１０を使用中であっても、電池内部抵抗の可逆的上昇を効果的に検知することができる。
【００７３】
また、本実施形態１に係る電池システム１００は、電池内部抵抗の可逆的上昇を検知すると、電池の使用を制限する。これにより、電池内部抵抗の可逆的上昇が回復するまで電池の使用を制限して内部抵抗の回復を図りつつ、組電池１１０を最低限の性能で利用継続することができる。
【００７４】
＜実施の形態２＞
実施形態１では、内部抵抗と満充電容量の組が演算したものと記憶したものとでどの程度異なるかに基づき、電池内部抵抗の可逆的上昇を検知する手法を説明した。本発明の実施形態２では、可逆的上昇が発生したか否かを判定するための閾値について、具体例を説明する。電池システム１００の構成は実施形態１と同様である。
【００７５】
図１５は、内部抵抗の可逆的上昇が発生した場合における、内部抵抗と満充電容量の変化を例示する図である。電池内部抵抗が大電流の充放電によって可逆的に上昇した場合、満充電容量は急激に変化せず、内部抵抗のみが図１５に示すように一時的に上昇した後（Ｒｂ）に元の値（Ｒａ）に復帰する。これに対し電池が通常劣化する場合は、内部抵抗と満充電容量が連動して図１５の符号９０１に示すような関係で変化する。すなわち、内部抵抗と満充電容量の組がどのように変化するかを監視することにより、内部抵抗の可逆的上昇を効果的に検知することができる。
【００７６】
実施形態１においては、内部抵抗の可逆的上昇を検知したときの許容電流を制限する例などを説明したが、同様の効果は可逆的上昇の程度に応じて電流制限量を調整することによって実現することもできる。そこで本実施形態２における劣化状態判定部１５３３においては、図１５に示す内部抵抗ＲａとＲｂの差分に応じて、許容電流を制限する量を設定してこれを電池管理変更部１５３４に送信し、電池管理変更部１５３４が前述した単電池１１１または組電池１１０の制御方法を変更すべき旨を通知するための信号と前記設定した許容電流の制限量を許容電流演算部１５４に送信する。許容電流演算部１５４は前記信号と前記制限量とを用いて、許容充放電電流の制限を行う。
【００７７】
図１６は、本実施形態における劣化状態判定部１５３３が許容電流を制限する量を表す制限係数の例である。図１６に示す制限係数は例示であり、内部抵抗と満充電容量の組がどの程度変化するかに応じて許容電流を制限することができれば、その他の手法を用いてもよい。尚、ここでは式１５と式１６の許容電流演算結果に図１６の制限係数を乗算することで許容電流を制限することを想定している。したがって、制限係数が１の時で許容電流の制限無、０の時で許容電流は０まで制限される。また、図１６の制限係数は０までの制限としているが、可逆的な抵抗上昇をこれ以上進行させない制限係数が設定されていれば良く、１より小さく０よりも大きい所定の値を制限係数の下限値に設定することも可能である。
【００７８】
図１６（ａ）は、内部抵抗ＲａとＲｂの差分が閾値を超えたら制限をかける例を示す。許容電流演算部１５４は、内部抵抗ＲａとＲｂの差分が所定閾値Ｔｈ以上になった場合（例えばＴｈ＝１．２×Ｒａ）、許容電流を０Ａまで制限する。この場合に劣化状態判定部１５３３が設定する制限係数の値は一定である。
【００７９】
図１６（ｂ）は内部抵抗ＲａとＲｂの差分に応じて許容電流の制限量を変化させる例を示す。劣化状態判定部１５３３は、内部抵抗ＲａとＲｂの差分が大きいときは許容電流を制限する量も大きく設定する。両者の差分が０、すなわち内部抵抗と満充電容量の組が図１５の符号９０１に示す変化を示している場合は制限係数は１、言い換えると制限量は０となる。ここでは制限係数が直線的に変化する例を示したが、例えば階段状に変化してもよいし、曲線状に変化してもよい。前述した通り、制限係数の下限値は１より小さく０よりも大きい任意の値とすることもできる。
【００８０】
＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る電池システム１００は、内部抵抗と満充電容量の組の差分に応じて、許容電流を制限する量を設定する。これにより、内部抵抗の可逆的上昇の程度に応じて許容電流を制限することができる。例えば、可逆的上昇の程度が小さい場合には許容電流を大きくして、電池性能が極端に低下しないようにすることができる。
【００８１】
＜実施の形態３＞
実施形態１〜２では、電池内部抵抗の可逆的上昇を検知したときは、許容電流を制限するなどして内部抵抗の回復を図ることを説明した。一方、内部抵抗の可逆的上昇は電池内部の化学反応が進行することによって復帰するので、これを促進することにより回復を早めることができると考えられる。そこで本発明の実施形態３では、単電池１１１における冷却の制御を変更する手段を用いて内部抵抗の回復を早める構成例を説明する。
【００８２】
図１７は、本実施形態３に係る電池システム１００の構成図である。本実施形態３に係る電池システム１００は、実施形態１〜２で説明した構成に加えて、冷却器６００を備える。冷却器６００は、例えば冷却ファンなどの形態で実装されており、組電池制御部１５０の指示にしたがって動作し、組電池１１０（すなわち単電池１１１）を冷却する。冷却器６００を設置する位置は、システムの仕様などに応じて適宜定めればよい。
【００８３】
図１８は、冷却器６００の動作を開始する温度を示す図である。内部抵抗の可逆的上昇を早く回復させるためには、単電池１１１の温度を高くして電池内部の反応を促進させることが有効であると考えられる。そこで組電池制御部１５０は、劣化状態判定部１５３３が可逆的抵抗の上昇を検知した場合は、冷却器６００が駆動開始する温度を通常に比して高く設定し、組電池１１０の温度が高い状態となる環境におく。これにより、単電池１１１内部の反応を促進させ、内部抵抗の可逆的上昇を早く回復させることができる。
【００８４】
また組電池制御部１５０は、実施形態２の図１６と同様の手法を用いて、冷却器６００が駆動開始する温度を設定することもできる。すなわち、内部抵抗ＲａとＲｂの差分に応じて駆動開始温度を設定する。例えば図１６（ｂ）と同様の手法を採用する場合、内部抵抗ＲａとＲｂの差分が大きいほど駆動開始温度を高く設定する。
【００８５】
＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る電池システム１００は、内部抵抗と満充電容量の組の差分に応じて、冷却器６００の動作開始温度を設定する。これにより、内部抵抗の可逆的上昇の程度に応じて単電池１１１の温度を高め、内部抵抗の可逆的上昇を早く回復させることができる。
【００８６】
＜実施の形態４＞
実施形態１〜３では、電池内部抵抗と満充電容量の組に着目して内部抵抗の可逆的上昇を検知することを説明した。これは、図９および図１５の符号９０１に示すように、電池が劣化して満充電容量が低下すると内部抵抗もこれにともなって変化することを利用したものである。
【００８７】
満充電容量は、電池の使用にともない低下すると考えられるので、満充電容量と内部抵抗の対応関係に代えて、電池使用量と内部抵抗の対応関係を用いて実施形態１〜３と同様の動作を実現することもできる。そこで本発明の実施形態４では、電池に出入りした電荷量の積算値と内部抵抗の対応関係に基づき、電池内部抵抗の可逆的上昇を検知する動作例を説明する。具体的には、電流検知部１３０によって取得した電流値は充電と放電とで符号が異なるため、取得した電流値から絶対値を求め、これを積分した結果と内部抵抗の対応関係とから電池内部抵抗の可逆的上昇を検知するものである。
【００８８】
図１９は、本実施形態４において劣化状態判定部１５３３が電池内部抵抗の可逆的上昇を検知するために用いる電池特性データを例示する図である。電池内部抵抗の可逆的上昇が生じた場合、電池に出入りした電荷量の積算値に対して内部抵抗が通常よりも大きく変化すると考えられる。そこで劣化状態判定部１５３３は、これらの対応関係があらかじめ第１記憶部１８０に格納しておいた電池特性データから逸脱している場合は、内部抵抗の可逆的上昇が発生していると判定する。
【００８９】
＜実施の形態４：まとめ＞
以上のように、本実施形態４に係る電池システム１００は、電池使用量と内部抵抗の対応関係に基づき電池内部抵抗の可逆的上昇を検知する。その後、実施例１から３記載の組電池１１０の使用の制限や冷却制御の変更により可逆的抵抗上昇の抑制、及び可逆的抵抗上昇の早期回復を図ることができる。
【００９０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００９１】
また、上記各構成、機能、処理部などは、それらの全部または一部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するプログラム、テーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１００：電池システム、１１０：組電池、１１１：単電池、１１２：単電池群、１２０：単電池管理部、１２１：単電池制御部、１２２：電圧検出回路、１２３：制御回路、１２４：信号入出力回路、１２５：温度検知部、１３０：電流検知部、１４０：電圧検知部、１５０：組電池制御部、１６０：信号通信手段、１７０：絶縁素子、１８０：第１記憶部、１９０：第２記憶部、２００：車両制御部、３００〜３３０：リレー、４００：インバータ、４１０：モータジェネレータ、４２０：充電器、６００：冷却器。
【図１】
2014027389.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月23日(2014.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池の使用方法を決定する電池使用方法決定部と、
を備え、
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との差分に応じて、前記電池の使用を制限する
ことを特徴とする電池制御装置。
【請求項２】
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記電池の充電電流または放電電流を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項３】
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との間の差分が大きくなるにしたがって、前記電池の充電電流または放電電流を制限する量を大きくする
ことを特徴とする請求項２記載の電池制御装置。
【請求項４】
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との間の差分が所定閾値を超えているか否かに基づき、前記電池の充電電流または放電電流を制限するか否かを設定する
ことを特徴とする請求項２記載の電池制御装置。
【請求項５】
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の許容される充電継続時間または放電継続時間を短く設定することにより、前記電池の充電時間または放電時間を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項６】
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の上限充電状態または下限充電状態のうち少なくともいずれかを変更することにより、前記電池の充電状態使用範囲を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項７】
前記電池制御装置が備える記憶部に記憶させた第二の内部抵抗と第二の満充電容量は、
前記電池の内部抵抗と満充電容量の対応関係を記述した対応関係データであり、
前記電池使用方法決定部は、
前記対応関係データとして記述された前記電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量と、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池の使用を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項８】
電池、
前記電池の使用方法を管理する電池制御装置、
前記電池を冷却する冷却部、
前記電池の温度を検出する温度検知部、
を備え、
前記電池制御装置は、前記電池の内部抵抗の一時的上昇を検知し、
前記冷却部は、前記電池制御装置が検知した前記一時的上昇の程度に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする二次電池システム。
【請求項９】
前記電池制御装置は、
前記電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
を備え、
前記冷却部は、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と前記記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項８記載の二次電池システム。
【請求項１０】
前記冷却部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項９記載の二次電池システム。
【請求項１１】
前記冷却部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記電池を冷却開始する温度を高く設定する
ことを特徴とする請求項１０記載の二次電池システム。
【請求項１２】
前記記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量は、
前記電池の内部抵抗と満充電容量の対応関係を記述した対応関係データであり、
前記冷却部は、
前記対応関係データとして記述された前記電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量と、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項８記載の二次電池システム。
【請求項１３】
電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池の使用方法を決定する電池使用方法決定部と、
を備え、
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との差分、または、前記第一の内部抵抗の上昇率および前記第一の満充電容量の容量維持率の組と前記記憶する第二の内部抵抗の上昇率および前記第二の満充電容量の容量維持率の組との差分、に応じて、前記電池の使用を制限する
ことを特徴とする電池制御装置。
【請求項１４】
前記電池制御装置として請求項１または１３記載の電池制御装置を備える
ことを特徴とする請求項８記載の二次電池システム。
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月15日(2016.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池の使用方法を決定する電池使用方法決定部と、
を備え、
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との差分に応じて、前記電池の使用を制限し、
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、前記電池の充電電流または放電電流を制限する
ことを特徴とする電池制御装置。
【請求項２】
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との間の差分が大きくなるにしたがって、前記電池の充電電流または放電電流を制限する量を大きくする
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項３】
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との間の差分が所定閾値を超えているか否かに基づき、前記電池の充電電流または放電電流を制限するか否かを設定する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項４】
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の許容される充電継続時間または放電継続時間を短く設定することにより、前記電池の充電時間または放電時間を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項５】
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の上限充電状態または下限充電状態のうち少なくともいずれかを変更することにより、前記電池の充電状態使用範囲を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項６】
前記電池制御装置が備える記憶部に記憶させた第二の内部抵抗と第二の満充電容量は、
前記電池の内部抵抗と満充電容量の対応関係を記述した対応関係データであり、
前記電池使用方法決定部は、
前記対応関係データとして記述された前記電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量と、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池の使用を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
【請求項７】
電池、
前記電池の使用方法を管理する電池制御装置、
前記電池を冷却する冷却部、
前記電池の温度を検出する温度検知部、
を備え、
前記電池制御装置は、前記電池の内部抵抗の一時的上昇を検知し、
前記冷却部は、前記電池制御装置が検知した前記一時的上昇の程度に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする二次電池システム。
【請求項８】
前記電池制御装置は、
前記電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
を備え、
前記冷却部は、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と前記記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項７記載の二次電池システム。
【請求項９】
前記冷却部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項８記載の二次電池システム。
【請求項１０】
前記冷却部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、前記電池を冷却開始する温度を高く設定する
ことを特徴とする請求項９記載の二次電池システム。
【請求項１１】
前記記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量は、
前記電池の内部抵抗と満充電容量の対応関係を記述した対応関係データであり、
前記冷却部は、
前記対応関係データとして記述された前記電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量と、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項７記載の二次電池システム。
【請求項１２】
電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池の使用方法を決定する電池使用方法決定部と、
を備え、
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との差分、または、前記第一の内部抵抗の上昇率および前記第一の満充電容量の容量維持率の組と前記記憶する第二の内部抵抗の上昇率および前記第二の満充電容量の容量維持率の組との差分、に応じて、前記電池の使用を制限し、
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、前記電池の充電電流または放電電流を制限する
ことを特徴とする電池制御装置。
【請求項１３】
前記電池制御装置として請求項１または１２記載の電池制御装置を備える
ことを特徴とする請求項７記載の二次電池システム。
【国際調査報告】
2014027389.tif 000022
2014027389.tif 000023