(57)【要約】  本発明は、蓄電池（２）の充電を制御するための制御装置（６）に関し、制御装置（６）は、電池の充電中における電池の電圧（Ｖｘ）を測定し、測定電圧（Ｖｘ）が所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を超える場合に充電を停止し、充電停止後に電池の電圧（Ｖｘ）を測定し、所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）と充電停止後の電池の測定電圧との間の電圧差（ΔＶｘ）を求め、求めた電圧差（ΔＶｘ）が所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に充電を継続するよう構成される。本発明は、上記に対応する、蓄電池（２）の充電を制御する方法にも関する。
2019506829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池（２）の充電を制御するための制御装置（６）であって、
前記制御装置（６）は、
前記電池の充電中における前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定し、
前記測定電圧（Ｖｘ）が所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を超える場合に充電を停止し、
充電停止後に前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定し、
前記所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）と前記測定された充電停止後の前記電池の測定電圧との間の電圧差（ΔＶｘ）を求め、
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に充電を継続するよう構成される、制御装置（６）。
【請求項２】
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が前記所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に、
前記所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を所定の電圧量だけ上げて、前記電池の充電を再開するか、または
限られた時間の間だけ前記電池の充電を再開し、充電停止後に電圧差（ΔＶｘ）を再度求めるようさらに構成される、請求項１に記載の制御装置（６）。
【請求項３】
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が前記所定の閾値（ΔＶＴ）を超えない場合に、
前記電池が満充電状態であると判定して、前記所定の閾値（ΔＶＴ）をリセットするようさらに構成される、請求項１または２に記載の制御装置（６）。
【請求項４】
充電開始前の前記電池の充電レベル（ＳＯＣ）に基づいて前記閾値（ΔＶＴ）を決定するようさらに構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
【請求項５】
前記電池の判定された劣化度（αｘ）に基づいて前記閾値（ΔＶＴ）を決定するようさらに構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
【請求項６】
前記電池の温度／頻度分布および前記電池の所定の劣化率（β）に基づいて前記電池の劣化度（αｘ）を判定するようさらに構成される請求項５に記載の制御装置（６）。
【請求項７】
前記電池の劣化度（αｘ）はアレニウスの式に基づいて判定される請求項５または６に記載の制御装置（６）。
【請求項８】
前記電池の各温度について、寿命終了までの間に前記電池がその温度であった時間の長さを記録したものに基づいて、前記電池の温度／頻度分布を求めるようさらに構成される、請求項６または７に記載の制御装置（６）。
【請求項９】
前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定するための電圧センサ（１０）を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
【請求項１０】
前記電池の温度（Ｔ）を測定するための温度センサ（８）を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
【請求項１１】
少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
先行する請求項のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む組電池。
【請求項１２】
少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
前記電池（２）のための充電装置（５）と、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む電池充電システム。
【請求項１３】
電動モータ（４）と、
請求項１１に記載の組電池とを含む車両（１）。
【請求項１４】
電動モータ（４）と、
少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む車両（１）。
【請求項１５】
蓄電池（２）の充電を制御する方法であって、
前記電池の充電中における前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定する工程と、
前記測定電圧（Ｖｘ）が所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を超える場合に充電を停止する工程と、
充電停止後に前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定する工程と、
前記所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）と前記測定された充電停止後の前記電池の測定電圧との間の電圧差（ΔＶｘ）を求める工程と、
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に充電を継続する工程とを含む、方法。
【請求項１６】
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が前記所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に、
前記所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を所定の電圧量だけ上げて、前記電池の充電を再開する工程、または
限られた時間の間だけ前記電池の充電を再開し、充電停止後に電圧差（ΔＶｘ）を再度求める工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が前記所定の閾値（ΔＶＴ）を超えない場合に、
前記電池が満充電状態であると判定して、前記所定の閾値（ΔＶＴ）をリセットする工程をさらに含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記閾値（ΔＶＴ）は充電開始前の前記電池の充電レベル（ＳＯＣ）に基づいて決定される請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記閾値（ΔＶＴ）は前記電池の判定された劣化度（αｘ）に基づいて決定される請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記電池の劣化度（αｘ）は前記電池の温度／頻度分布および前記電池の所定の劣化率（β）に基づいて判定される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記電池の劣化度（αｘ）はアレニウスの式に基づいて判定される請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電池の温度／頻度分布は、前記電池の各温度について、寿命終了までの間に前記電池がその温度であった時間の長さを記録したものに基づいて求められる、請求項２０または２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野
本開示は、蓄電池の充電を制御するための制御装置および蓄電池を充電する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の背景
蓄電池は、二次電池ともよばれ、エネルギー貯蔵手段として、特に車両用のエネルギー貯蔵手段としてますます重要になってきている。このような車両としては、内燃機関と１つ以上の電動モータとを備えるハイブリッド車や、電気のみで駆動される自動車が挙げられる。
【０００３】
このような車両で使用するのに好適な蓄電池としては、たとえばバイポーラ固体電池や、それ以外の蓄電池として、液体電池、特にラミネート型リチウムイオン電池が挙げられる。上記用途に用いられる蓄電池は、単電池１つからなるものであってもよいし、複数の単電池、好ましくは複数の同一の単電池からなるものであってもよい。後者の蓄電池は組電池ともよばれる。
【０００４】
電池または組電池は、充放電を制御するための制御装置をさらに含んでいてもよい。制御装置は、電池が安全作動域を超えて作動することのないよう、電池の充電レベル（ＳＯＣ）を監視する。こうした電池または組電池は、スマート電池またはスマート組電池ともよばれる。制御装置は車両に装備されていてもよい。
【０００５】
充電制御において重要な態様の１つは、電池の過充電や過放電を確実に回避することである。過充電や過放電は、電池の電圧を監視することによって回避できる。電池の電圧が充電中に上昇するからである。電池の測定電圧が所定の上限電圧を超えると、電池が満充電状態であると制御装置が認識して、充電を停止する。
【０００６】
電池の寿命の間において、充放電が繰り返されることにより、電池を構成している積層された層が劣化する可能性がある。特に、積層型電極は劣化の影響を受ける可能性がある。劣化により、抵抗が増大して、充電中に計測される電池の電圧計測値が高くなる。
【０００７】
そのため、層劣化した電池の充電においては、電圧計測値が所定の上限電圧に達するのが早く、制御装置は、電池が満充電状態になったと誤認識する。実際には電池が満充電に達していない（ＳＯＣが１００％でない）にもかかわらず、充電が終了することになる。つまり、電池から得られるエネルギーの量が、劣化分散により減少するのである。
【０００８】
欧州特許出願公開第１４５８０４７号は、単電池層が過充電となるのを防止するための充電制御機構を開示している。この開示では、電池の正極活物質層と負極活物質層のうち一方が可変活物質で形成され、もう一方が不変活物質で形成されている。この可変活物質のもつ特徴により、充電が制御される。
【０００９】
ただ、この技術においては、電池の電極層に塗布できる材料が限られている。また、この機構では、劣化程度が大きい場合にはこれを防止できない可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の概要
現状では、信頼性の高い充電制御機能を有し、かつ種々の電池型の電池に対して好適に使用できる制御装置の提供が望まれている。
【００１１】
したがって、本開示の実施形態は、蓄電池の充電を制御するための制御装置を提供する。制御装置は、
電池の充電中における電池の電圧を測定し
測定電圧が所定の上限電圧を超える場合に充電を停止し、
充電停止後に電池の電圧を測定し、
所定の上限電圧と、これと比較した充電停止後の電池の測定電圧との間の電圧差を求め、
求めた電圧差が所定の閾値を超える場合に充電を継続するよう構成される。
【００１２】
このような構成を提供することにより、充電停止時の電池の測定電圧の低下量または充電停止時の電池について測定された電圧降下の量に基づいて充電を制御することが可能となる。電池が既に層劣化している場合、電圧降下は比較的大きい。というのは、劣化により抵抗が増大していて、充電中の電池の電圧が高いためである。言い換えると、電圧降下の程度が所定の閾値より大きい場合には、充電中に電池の電圧が比較的高くてもそれは層劣化によるものであって、電池が実際に満充電状態になったためではない、と判定できる。この場合、充電は継続される。
【００１３】
制御装置および制御装置により実施される上記プロシージャは、あらゆる型のバイポーラ固体電池に適している。また、制御装置は、他の型の電池、たとえばリチウムイオン電池などの液体電池にも適用できる。
【００１４】
制御装置は、上記電圧差が所定の閾値を超える場合に、所定の上限電圧を所定の電圧量だけ上げて電池の充電を再開するよう、または限られた時間の間だけ電池の充電を再開して充電停止後に電圧差を再度求めるようさらに構成されてもよい。
【００１５】
このように、所定の上限電圧を継続的に上げることによって、または限られた時間が１回以上経過する間だけ充電を継続することによって、充電を適度に継続できる。所定の上限電圧を所定の電圧量だけ上げた場合には、充電を再開して、そして測定電圧が、所定の上限電圧から上げた後の値を超えたら充電を停止することによって、充電サイクルをもう１回実施できる。一方、限られた時間の間だけ充電が継続された場合には、その時間の経過後に自動的に充電が停止され、電圧差が所定の閾値と再度比較される。このようにして、限られた時間の間だけ充電が実施されることにより、充電サイクルがもう１回実施されたことになる。言い換えると、本発明に係るプロシージャは、電池が実際に満充電となるまで４〜５回のサイクルで繰り返し実施できる。
【００１６】
好ましくは、制御装置は、電池の過電圧が回避されるように上限電圧を設定するよう構成されてもよい。ここで注目すべき点は、所定の上限電圧は通常、真に臨界の上限に設定されるのではなく、未劣化の新しい電池が望ましい満充電状態に到達するまで充電されるように選択されるという点である。ゆえに、真に危険な過電圧を引き起こすことなく、この所定の上限電圧をたとえば１０％、３０％、５０％、または１００％上げ得るのである。
【００１７】
制御装置は、上記電圧差が所定の閾値を超えない場合には電池が満充電状態であると判定して所定の閾値をリセットするようさらに構成されてもよい。
【００１８】
言い換えると、制御装置は、電池が満充電状態であるのかそれとも充電の継続が必要であるのかを、上記電圧差に基づいて認識してもよい。以降の記載においてより詳細に示すように、所定の閾値は、電池が充電される度に決定されてもよい。したがって、所定の閾値は充電完了時にリセットされてもよい。
【００１９】
特に、制御装置は、閾値の決定を充電開始前の電池の充電レベルに基づいて実施するよう構成されてもよい。
【００２０】
言い換えると、閾値の決定は、充電開始前または充電開始時に実施されてもよい。充電開始前の電池の充電レベルは、ＳＯＣの所定の許容範囲の下限より、たとえば６０％より大きくてよい。閾値を決定する際には、上記充電開始前の充電レベル（ＳＯＣ）が考慮されてもよい。というのは、このＳＯＣが、上記求めた電圧差に影響を及ぼす可能性があるためである。すなわち、閾値は電池の内部抵抗に依存し、内部抵抗は電池のＳＯＣに依存する。したがって、ＳＯＣが小さい場合には閾値を高くするのが好ましい。言い換えると、充電開始前のＳＯＣが小さいほど、閾値を高くしてもよい。
【００２１】
さらに、または代替的に、閾値の決定は、電池の判定された劣化度に基づいてなされてもよい。
【００２２】
電池の劣化度の判定は、電池の温度／頻度分布および電池の所定の劣化率に基づいてなされてもよい。
【００２３】
電池の劣化度の判定は、アレニウスの式に基づいてなされてもよい。
電池の温度／頻度分布は、電池の各温度について、寿命終了までの間に電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。
【００２４】
言い換えると、電池の温度データは、寿命終了までの間、すなわち使用期間中および使用期間と使用期間との間の休止期間中に取得されてもよい。温度／頻度分布は、電池の各温度について、現時点までの間に電池がその温度であった時間の長さを累積することによって確立されてもよい。
【００２５】
好ましくは、制御装置は、電池の電圧を測定するための電圧センサを含んでもよい。この電圧センサは、電池の充電レベルを判定するためにも使用されてよい。代替的には、制御装置は、電池の充電レベルを判定するためのさらなる電圧センサを含んでもよい。
【００２６】
制御装置は、電池の温度を測定するための温度センサを含んでもよい。
本開示は組電池にも関する。組電池は、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、上述の制御装置とを含んでもよい。
【００２７】
本開示は電池充電システムにも関する。電池充電システムは、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、電池の充電装置と、上述の制御装置とを含んでもよい。
【００２８】
さらなる態様によれば、本開示は、上述したような、電動モータおよび組電池を含む車両に関する。
【００２９】
代替的には、車両は、上述したように、電動モータと、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、さらに制御装置とを含んでもよい。
【００３０】
また本開示は、蓄電池の充電を制御する方法にも関する。この方法は、
電池の充電中における電池の電圧を測定する工程と、
測定電圧が所定の上限電圧を超える場合に充電を停止する工程と、
充電停止後に電池の電圧を測定する工程と、
所定の上限電圧と充電停止後の電池の測定電圧との間の電圧差を求める工程と、
求めた電圧差が所定の閾値を超える場合に充電を継続する工程とを含む。
【００３１】
好ましくは、上記電圧差が所定の閾値を超える場合に、所定の上限電圧が所定の電圧量だけ高くされて電池の充電が再開される、または限られた時間の間だけ電池の充電が再開されて充電停止後に電圧差が再度求められる。
【００３２】
上限電圧は、電池の過電圧が回避されるように設定されてもよい。
上記電圧差が所定の閾値を超えない場合に、好ましくは電池が満充電状態であると判定されて、所定の閾値がリセットされてもよい。
【００３３】
閾値の決定は、充電開始前の電池の充電レベルに基づいてなされてもよい。
閾値の決定は、電池の判定された劣化度に基づいてなされてもよい。
【００３４】
電池の劣化度の判定は、電池の温度／頻度分布および電池の所定の劣化率に基づいてなされてもよい。
【００３５】
電池の劣化度の判定は、上記求めた電圧差に基づいてなされてもよい。
電池の劣化度の判定は、アレニウスの式に基づいてなされてもよい。
【００３６】
電池の温度／頻度分布は、電池の各温度について、寿命終了までの間に電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。
【００３７】
添付の図面は、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成している。本開示の実施形態を例示するものであり、かつ、本明細書の記載とともに本明細書の基本的な思想を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本開示の一実施形態に係る制御装置を含む車両の概略図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る一般的な充電制御プロシージャを示すフローチャートである。
【図３】本開示の一実施形態に係る閾値決定プロシージャを示すフローチャートである。
【図４】本開示の一実施形態に係る電池劣化度判定プロシージャを示すフローチャートである。
【図５】電池の温度に対する所定の劣化率を示す例示的な概略図である。
【図６】電池について求められた温度／頻度分布を示す例示的な概略図である。
【図７】従来の充電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。
【図８】本開示の一実施形態に係る充電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
実施形態の説明
以下に、本開示の例示的な実施形態が詳細に参照され、その例が添付の図面中に示される。同一または類似の部品や部分を指すために、全ての図面を通して可能な限り同一の参照番号が用いられる。
【００４０】
図１は、本開示の一実施形態に係る制御装置６を含む車両１の概略図である。車両１は、ハイブリッド車または電気自動車（すなわち、電気のみで駆動される自動車）であってもよい。車両１は少なくとも１つの電動モータ４を含み、電動モータ４は、電池または組電池２により、好ましくはインバータ３を介して駆動される。車両がハイブリッド車である場合には、車両は内燃機関をさらに含む。電池２はバイポーラ固体電池であってもよい。電池２は別の型の電池であってもよく、たとえばリチウムイオン電池のような液体型電池であってもよい。
【００４１】
電池２は充電装置５に接続され、充電装置５は電池２を充電するよう構成される。この目的のために、充電装置５は電気制御回路、たとえばパワーエレクトロニクス回路を含んでもよい。充電装置は、外部電源を用いて外部から充電するためのコネクタをさらに含んでもよい、またはこうしたコネクタに接続されていてもよい。コネクタは、たとえばプラグ式または無線式コネクタシステムであってもよい。車両がハイブリッド車である場合には、充電装置は、車両の内燃機関の発電機にさらに接続されていてもよい。こうして、内燃機関の作動中にかつ／または車両が外部電源に接続されている間に電池２が充電され得る。さらに電池２は、車両１、特に電動モータ４を動作させるために放電されてもよい。電池２は、さらに、電池処理および／または回収プロシージャにおいても放電されてよい。
【００４２】
車両２は、充放電を制御する目的で、制御装置６およびセンサ７を備える。この目的のために、制御装置６は、センサ７を介して電池２を監視して充電装置５を制御する。制御装置６および／またはセンサ７は、電池２に備わっていてもよい。制御装置は電子制御回路（ＥＣＵ）であってもよい。制御装置はデータ記憶装置をさらに含んでもよい。車両は、スマート電池とスマート充電装置とを備えたスマート電池充電システムを含むこともできる。言い換えると、電池と車両との両方がそれぞれＥＣＵを含み、この２つのＥＣＵが一緒に動作し、一緒になって本発明に係る制御装置を形成してもよい。さらに制御装置６は、電池管理システムを含んでもよい、または電池管理システムの一部であってもよい。
【００４３】
制御装置６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、プロセッサ（共有プロセッサ、専用プロセッサ、またはグループプロセッサ）、結合論理回路、１つ以上のソフトウェアプログラムを実行するメモリ、および／または上記以外の好適な部品であって、上述した制御装置６の機能性を与える部品を含んでもよい。
【００４４】
センサ７は、電池２の温度を計測するための１つ以上の温度センサ８、電池２の充電レベルを計測するためのＳＯＣ（充電レベル）センサ９、および電池の電圧を計測するための電圧センサ１０を含んでもよい。ＳＯＣセンサ９は電圧センサであってもよく、この電圧センサにより計測された電圧値が電池のＳＯＣを決めるために使用される。この場合、ＳＯＣセンサは電圧センサ１０と同一のセンサであってもよいし、または追加して使用されるセンサであってもよい。言うまでもなく、ＳＯＣセンサ９は、電池のＳＯＣの判定にあたり他の型のセンサをさらに含んでもよく、このことは従来公知である。
【００４５】
図２は、本開示の一実施形態に係る一般的な充電制御プロシージャを示すフローチャートである。制御装置６は、この図２のプロシージャを実施するよう構成される。
【００４６】
工程Ｓ１１において、プロシージャが開始される。開始のトリガは、（たとえばＳＯＣが小さいために）電池の充電が必要であるという判定が制御装置によりなされることによって、かつ／または（たとえば、内燃機関が作動したり外部電源に接続されたりしたために）充電が可能になることによってなされてもよい。また、工程Ｓ１１において閾値ΔＶＴが決定されてもよい。この決定プロシージャは、以下に、特に図３および図４の文脈で詳細に記載される。
【００４７】
工程Ｓ１２において、電池の充電が開始される。
工程Ｓ１３において、好ましくは充電中に、電池の電圧Ｖｘが計測される。好ましくは継続的に、電圧Ｖｘが監視される。次いで、電池の電圧の計測値Ｖｘが所定の上限電圧Ｖｍａｘを超えるか否かが判定される。超えていなければ、充電が継続される。電池の電圧の計測値Ｖｘが所定の上限電圧Ｖｍａｘを超えていれば、上記方法が継続して実行されて工程Ｓ１４へと進む。その結果、電池の電圧Ｖｘは充電中に継続的に上がり、ＶｘがＶｍａｘを超えると充電が停止される。
【００４８】
上限電圧Ｖｍａｘは好ましくは電池の型に依存し、予備実験により決定される。制御装置は、電池からそれぞれの情報を、たとえば電池のＶｍａｘ値または電池のＩＤがあればそのＩＤを直接、受け取ってもよい。後者について、制御装置は、受け取ったＩＤを基に、その特定の電池のＶｍａｘ値をデータ記憶装置内において検索してもよい。注目すべきは、ＶｍａｘおよびＶｘが好ましくは絶対値（すなわち正値）であることである。
【００４９】
工程Ｓ１４において、少なくとも限られた時間の間だけ、たとえば最長で０．０２秒間、０．０５秒間、０．１秒間、または０．２秒間だけ、充電が停止される。好ましくは、この時間の間、放電も停止されてよい。従来の充電制御プロシージャにおいては、電池が実際には満充電状態に達していなくても、充電が工程Ｓ１４において最終的に停止される。
【００５０】
工程Ｓ１５において、電池の電圧Ｖｘが再度計測されるが、この計測は、Ｓ１４で充電の中断が開始されたために充電が停止した状態（そして最終的には放電も停止した状態）でなされる。次いで、所定の上限電圧と充電停止後に工程Ｓ１５で計測された電圧Ｖｘとの間の電圧差ΔＶｘが求められる。工程Ｓ１５で計測された電圧Ｖｘは充電中に工程Ｓ１３で計測された電圧よりも常に低いため、ΔＶｘは電圧減分となる。
【００５１】
代替的には、電圧差ΔＶｘは、充電停止直前に工程Ｓ１３で計測された電圧Ｖｘと充電停止後に工程Ｓ１５で計測された電圧Ｖｘとの間の差であってもよい。
【００５２】
このように電圧が低下する原因の少なくとも一部は、電池の層劣化である。というのは、劣化により抵抗が増大し、その結果、充電中の電池の電圧が高くなるからである。したがって、電圧低下量が比較的大きければ層劣化が生じており、この層劣化により、工程Ｓ１３における充電中の電圧の計測値が上限電圧Ｖｍａｘを超えている、と判定できる。
【００５３】
工程Ｓ１６において、上記電圧差ΔＶｘが所定の閾値ΔＶＴを超えるか否かが判定される。超えない場合には、充電が完了したと判定され、その結果、充電が最終的に工程Ｓ１８において停止される。ΔＶｘがΔＶＴを超える場合には、プロシージャが継続して実行され工程Ｓ１７へと進む。注目すべきは、ΔＶｘおよびΔＶＴが好ましくは絶対値（すなわち正値）であるということである。
【００５４】
工程Ｓ１７において、上限電圧Ｖｍａｘとして新たな値が設定される。特に、上限電圧Ｖｍａｘが所定の電圧量だけ、たとえば０．１Ｖ、０．２Ｖ、０．５Ｖ、１Ｖ、または２Ｖだけ高くされてもよい。次いで、プロシージャが工程Ｓ１２に戻り、充電が再開される。好ましくは、充電が最終的に工程Ｓ１８において停止されたときに、上限電圧Ｖｍａｘはリセットされて初期値となる。
【００５５】
このように、制御プロシージャの工程Ｓ１２〜Ｓ１７のサイクルは４〜５回、特にはΔＶｘがΔＶＴを超える値である限り、繰り返され得る。言い換えると、充電プロシージャは、主にはΔＶｘとΔＶＴとの比較に基づいて制御される。ＶｘとＶｍａｘとの比較は、ΔＶｘとΔＶＴとの比較をトリガするためにのみ使用される。各サイクルにおいて、充電中の電圧Ｖｘを高くするために、Ｖｍａｘが高くされてもよい。そうすることによって、電池のＳＯＣを大きくすることができ、ΔＶｘが常に小さくなる。工程Ｓ１１における電池の充電開始直後の時点で、電池が既に層劣化していれば、ΔＶｘはΔＶＴより通常大きい。しかし、電圧Ｖｘが高くされれば（したがってＳＯＣが大きくなれば）、ΔＶｘは電池の内部抵抗に依存するためΔＶｘの値は小さくなる。さらに、内部抵抗はＳＯＣに依存する。すなわち、ＳＯＣが大きくなると内部抵抗が小さくなる。したがって、ＳＯＣが大きくなるにつれて、ΔＶｘは、ΔＶＴを超えない値になるまで下がり続ける。次いで、充電が最終的に工程Ｓ１８において停止される。
【００５６】
工程Ｓ１７においてＶｍａｘを新たに設定する代わりに、プロシージャはすぐに充電を所定の時間の間だけ再開し、続いて工程Ｓ１４に進んでもよい。言い換えると、工程Ｓ１６においてΔＶｘがΔＶＴを超える場合には、電池は、限られた所定の時間の間、たとえば５秒間、１０秒間、または３０秒間だけ充電されてもよく、次いで、この時間の経過後に工程Ｓ１４において充電が停止されてもよく、このとき、プロシージャは継続されて工程Ｓ１５および工程Ｓ１６へと進む。
【００５７】
図３は、本開示の一実施形態に係る閾値ΔＶＴ決定プロシージャを示すフローチャートである。
【００５８】
図３のプロシージャは、好ましくは図２のプロシージャとともに開始され、より好ましくは、その工程Ｓ２１〜工程Ｓ２４は図２のプロシージャの工程Ｓ１１において実施される。
【００５９】
工程Ｓ２２において、電池のＳＯＣ（充電レベル）データが判定される。上述したように、この目的のためにＳＯＣセンサ９が使用されてもよい。
【００６０】
工程Ｓ２３において、閾値ΔＶＴが、ＳＯＣと、現時点で判定された電池の劣化度αｘとに基づいて決定される。αｘの判定は、以下に図４の文脈で詳細に記載される。こうして決定された閾値ΔＶＴが、工程Ｓ２４において、図２の工程Ｓ１６で使用される閾値として設定される。
【００６１】
工程Ｓ２５において、充電が最終的に停止されたか否かが監視される。この工程は図２中の工程Ｓ１８に対応する。充電が最終的に停止されている場合には、工程Ｓ２６において閾値ΔＶＴがリセットされる。このようにして、各充電プロシージャ（図２のプロシージャのサイクル４〜５回分を含んでもよい）の始めに一旦閾値ΔＶＴが設定され、そして、次の充電プロシージャの開始時には、その時点での電池の劣化度αｘとその時点でのＳＯＣとを考慮する目的で、当該次の充電プロシージャで使用する閾値ΔＶＴが新たに決定される。
【００６２】
図４は、本開示の一実施形態に係る電池劣化度αｘ判定プロシージャを示すフローチャートである。このプロシージャは、好ましくは図３の工程Ｓ２３においてまたはこの工程の前に実施され、その結果、現時点での値に更新された劣化度αｘに常に基づいて閾値ΔＶＴが決定される。このような状況において、さらに注目すべきは、判定された劣化度αｘが表すのは電池の実際の劣化度の概算であるという点である。
【００６３】
工程Ｓ３２において、電池の温度データが得られる。この目的のために温度センサ８が使用されてもよい。ここで得られたデータは、現時点での電池の温度だけでなく、図４のプロシージャが最後に実施されてからの、特に温度頻度分布Ｔｘが最後に更新されてからの（工程Ｓ３３を参照）、温度履歴データも含んでいてよい。
【００６４】
工程Ｓ３３において、温度頻度分布Ｔｘが確立される、または、温度頻度分布Ｔｘが既にある場合にはこれが更新される。工程Ｓ３２において収集された温度データはこの目的のために累積されたものであり、各計測温度における累積時間がその逆関数として、すなわち頻度として表される。温度頻度分布Ｔｘは、以下に図６の文脈でより詳細に記載される。
【００６５】
工程Ｓ３４において、温度頻度分布Ｔｘと、上記特定の電池型についての所定の劣化率βとに基づいて、電池の劣化度αｘが判定される。この判定について、すなわちこの計算については、以下に図５および図６を参照して記載される。
【００６６】
基本的に、劣化度αｘの計算はアレニウスの式に基づいてなされ、このことは従来公知である。劣化度αｘは以下のように計算される。
【００６７】
【数１】
2019506829.tif 000003
【００６８】
式中、
ｔ＝時間
ｃ＝ｌｎ（Ａ）
ｂ＝−（Ｅ／Ｒ）
Ｔ＝温度
したがって、現時点での劣化度αｘは累積値、すなわち現時点での劣化度計算値および現時点より以前に計算された劣化度計算値の総計であり、たとえば以下のとおりである。
αｘ１＝α１＋α２＋α３…
式中、
【００６９】
【数２】
2019506829.tif 000004
【００７０】
温度Ｔの値および時間ｔの値は、図６中に示される温度頻度分布Ｔｘから得られる。それら以外のパラメータであるｃおよびｂは、劣化率βの決定に関する文脈においてあらかじめ決定される。
【００７１】
劣化率βは下記の等式に基づいて計算される。
【００７２】
【数３】
2019506829.tif 000005
【００７３】
式中、
ｋ＝所定の反応速度定数（または速度定数）
Ａ＝定数
Ｅａ＝活性化エネルギー
Ｒ＝気体定数
Ｔ＝温度
パラメータｋ、Ａ、Ｅａ、およびＲは、使用された電池の電池型に特定して行なった予備実験から既知であるか、または一般に公知のパラメータである。
ｋ⇒βである場合、以下のとおりである。
【００７４】
【数４】
2019506829.tif 000006
【００７５】
劣化度αｘの計算に用いるパラメータｂおよびｃは、下記のように決定できる。
ｂ＝−（Ｅ／Ｒ）
ｃ＝ｌｎ（Ａ）
得られた劣化率βの図を図５に示す。劣化率βは所定の値であり、また、使用された電池の電池型に特定のものである。劣化率βは好ましくは予備実験において決定され、（スマート電池の場合には）電池について、かつ／または制御装置について既知のものである。
【００７６】
閾値ΔＶＴは、好ましくはルックアップマップ中の判定された劣化度αｘに対し、たとえば、下記の通りマッピングされる。
【００７７】
αｘ１⇒ΔＶＴ１
αｘ２⇒ΔＶＴ２
αｘ３⇒ΔＶＴ３
このΔＶＴとαｘとの関係は好ましくは予備実験において決定され、使用された電池の電池型に特定のものである。ルックアップマップは、制御装置の、または（スマート電池の場合には）電池のデータ記憶装置に記憶されていてもよい。
【００７８】
好ましくは、ΔＶＴを決定する際に、電池について判定されたＳＯＣも考慮される。制御装置は、αｘのルックアップマップ中にあるもののようなＳＯＣとΔＶＴとの関連についての情報も保持していてよい。たとえば、このルックアップマップ中において、ＳＯＣ値の列がさらに追加されてもよい。
【００７９】
図５は、電池の温度に対する所定の劣化率を示す例示的な概略図である。図から分かるように、この図から、パラメータｂおよびｃの値を直接得ることができる。ｂが一次関数の傾きであり、ｃが（縦長の）一次関数とＹ軸との交点である。
【００８０】
図６は、電池について求められた温度／頻度分布を示す例示的な概略図である。図中、Ｘ軸は電池の温度Ｔを表し、Ｙ軸は頻度、すなわち時間の逆関数を表す。図は、電池の寿命全体にわたっての、すなわち電池が使用された全期間および使用期間と使用期間との間の休止期間にかけての累積温度データを含む。図の確立にあたり、すなわち図中の曲線の確立にあたり、寿命終了までの間における電池の各温度について、たとえば−４０℃〜＋６０℃の範囲で（量子化）段階的に１℃間隔で、電池がその温度であった時間の長さが測定される。そして、累積時間はその逆関数、すなわち頻度で表される。
【００８１】
図７は、従来の充電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。図から分かるように、電池の電圧Ｖｘが充電中に上がる、すなわち電池のＳＯＣの増大に伴って上がる。
【００８２】
したがって、連続する直線は劣化していない電池、たとえば新しい電池を表す。ＳＯＣが１００％に到達すると、この電池の電圧の計測値Ｖｘは充電中に上限電圧Ｖｍａｘに到達する。影響として、充電が完了したという正しい判定がなされ、充電が停止される。
【００８３】
破線は、層劣化した電池、たとえば使用された電池を表す。この電池では、層劣化により抵抗が大きくなっているため、充電中における電圧計測値Ｖｘの上昇がより急激である。したがって、ＳＯＣが約８０％である時に既に、電圧Ｖｘが上限電圧Ｖｍａｘに到達している。影響として、充電が完了したという誤った判定がなされ、充電が停止される。この誤判定は、図８の文脈で記載される発明によって回避できる。
【００８４】
図８は、本開示の一実施形態に係る充電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。図８は図７と同様のものを例示している。すなわち、劣化していない（新しい）電池と層劣化した（使用された）電池とを例示している。２本の曲線はともに、上限電圧Ｖｍａｘの初期値に到達するまで上昇している。破線は、層劣化した電池を表しており、ＳＯＣが約８０％である時に上限電圧Ｖｍａｘの初期値に到達している。
【００８５】
ここで、図２の工程Ｓ１６の文脈で上述したように、充電が完全に停止する前に、電圧差ΔＶｘが所定の閾値ΔＶＴを超えるか否かが判定される。ΔＶｘがΔＶＴを超えると判定され層劣化があると認識された場合には、上限電圧Ｖｍａｘが高くされて充電が継続される。ΔＶｘが閾値ΔＶＴを超えなくなるまでこのプロシージャが繰り返されることにより、電池のＳＯＣが１００％になるまで充電が継続され得る。言うまでもなく、拡張された上限電圧Ｖｍａｘにも制限があり、真に危険な過電圧を回避できるような値とされる。
【００８６】
請求項を含む本開示全体にわたって、「含む」という用語は、特記しない限り、「少なくとも１つ含む」と同義であるとして理解される。また、本記載中に示される範囲（請求項を含む）はいずれも、特記しない限り、当該範囲の両端の値を含むものとして理解される。記載された要素についての特定の値は、当業者に公知である許容製造公差または工業界における許容公差の範囲内であるものとして理解され、また、「実質的に」および／または「ほぼ」および／または「一般的に」という用語が使用されている箇所では、これらの用語の意味が上記の許容公差の範囲内にあるものとして理解される。
【００８７】
国内、または国際、またはそれら以外の標準化団体が定める標準が参照されている箇所では（たとえばＩＳＯなど）、本明細書の優先日の時点で当該国内または国際標準化団体により定義された標準が参照されることが意図される。優先日以降に当該標準に加えられた実質的な変更によって、本開示および／または請求項の範囲および／または定義が変更されるものではない。
【００８８】
本明細書中の開示は特定の実施形態を参照して記載されたものであるが、これらの実施形態は本開示の思想および用途についての例示を示すのみであることが理解される。
【００８９】
本明細書および実施例は具体例として提示されるのみであり、本開示の真の範囲は以下の請求項により示される。
【図１】
2019506829.tif 000007
【図２】
2019506829.tif 000008
【図３】
2019506829.tif 000009
【図４】
2019506829.tif 000010
【図５】
2019506829.tif 000011
【図６】
2019506829.tif 000012
【図７】
2019506829.tif 000013
【図８】
2019506829.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月25日(2018.9.25)
【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】
蓄電池（２）の充電を制御するための制御装置（６）であって、
前記制御装置（６）は、
前記電池の充電中における前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定し、
前記測定電圧（Ｖｘ）が所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を超える場合に充電を停止し、
充電停止後に前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定し、
前記所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）と前記測定された充電停止後の前記電池の測定電圧との間の電圧差（ΔＶｘ）を求め、
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に充電を継続するよう構成される、制御装置（６）。
【請求項２】
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が前記所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に、
前記所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を所定の電圧量だけ上げて、前記電池の充電を再開するか、または
限られた時間の間だけ前記電池の充電を再開し、充電停止後に電圧差（ΔＶｘ）を再度求めるようさらに構成される、請求項１に記載の制御装置（６）。
【請求項３】
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が前記所定の閾値（ΔＶＴ）を超えない場合に、
前記電池が満充電状態であると判定して、前記所定の閾値（ΔＶＴ）をリセットするようさらに構成される、請求項１または２に記載の制御装置（６）。
【請求項４】
充電開始前の前記電池の充電レベル（ＳＯＣ）に基づいて前記閾値（ΔＶＴ）を決定するようさらに構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
【請求項５】
前記電池の判定された劣化度（αｘ）に基づいて前記閾値（ΔＶＴ）を決定するようさらに構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
【請求項６】
前記電池の温度／頻度分布および前記電池の所定の劣化率（β）に基づいて前記電池の劣化度（αｘ）を判定するようさらに構成される請求項５に記載の制御装置（６）。
【請求項７】
前記電池の劣化度（αｘ）はアレニウスの式に基づいて判定される請求項５または６に記載の制御装置（６）。
【請求項８】
前記電池の各温度について、寿命終了までの間に前記電池がその温度であった時間の長さを記録したものに基づいて、前記電池の温度／頻度分布を求めるようさらに構成される、請求項６または７に記載の制御装置（６）。
【請求項９】
前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定するための電圧センサ（１０）を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
【請求項１０】
前記電池の温度（Ｔ）を測定するための温度センサ（８）を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
【請求項１１】
少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む組電池。
【請求項１２】
少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
前記電池（２）のための充電装置（５）と、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む電池充電システム。
【請求項１３】
電動モータ（４）と、
請求項１１に記載の組電池とを含む車両（１）。
【請求項１４】
電動モータ（４）と、
少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む車両（１）。
【請求項１５】
蓄電池（２）の充電を制御する方法であって、
前記電池の充電中における前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定する工程と、
前記測定電圧（Ｖｘ）が所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を超える場合に充電を停止する工程と、
充電停止後に前記電池の電圧（Ｖｘ）を測定する工程と、
前記所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）と前記測定された充電停止後の前記電池の測定電圧との間の電圧差（ΔＶｘ）を求める工程と、
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に充電を継続する工程とを含む、方法。
【請求項１６】
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が前記所定の閾値（ΔＶＴ）を超える場合に、
前記所定の上限電圧（Ｖｍａｘ）を所定の電圧量だけ上げて、前記電池の充電を再開する工程、または
限られた時間の間だけ前記電池の充電を再開し、充電停止後に電圧差（ΔＶｘ）を再度求める工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記求めた電圧差（ΔＶｘ）が前記所定の閾値（ΔＶＴ）を超えない場合に、
前記電池が満充電状態であると判定して、前記所定の閾値（ΔＶＴ）をリセットする工程をさらに含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記閾値（ΔＶＴ）は充電開始前の前記電池の充電レベル（ＳＯＣ）に基づいて決定される請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記閾値（ΔＶＴ）は前記電池の判定された劣化度（αｘ）に基づいて決定される請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記電池の劣化度（αｘ）は前記電池の温度／頻度分布および前記電池の所定の劣化率（β）に基づいて判定される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記電池の劣化度（αｘ）はアレニウスの式に基づいて判定される請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電池の温度／頻度分布は、前記電池の各温度について、寿命終了までの間に前記電池がその温度であった時間の長さを記録したものに基づいて求められる、請求項２０または２１に記載の方法。
【国際調査報告】
2019506829.tif 000015
2019506829.tif 000016