(57)【要約】【課題】ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量とともに正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらも考慮して、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成による電池の劣化を抑制する。【解決手段】ＥＣＵ１００は、第１マップを参照して、電圧ＶＢｉ及び温度ＴＢｉからＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量を示すＦ値を算出し、第２マップを参照して、充電電流ＩＢ及び温度ＴＢｉからＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを示すＧ値を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、第３マップを参照して、算出されたＦ値及びＧ値が充電制限領域に含まれると判定された場合に、電池の充電を制限するための所定の制御を実行する。【選択図】図１
2018007412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル水素電池と、
メモリを含み、前記ニッケル水素電池の充電を制御する制御装置とを備え、
前記メモリは、
前記ニッケル水素電池の電圧及び温度と、前記ニッケル水素電池の正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量との対応関係を示す第１のデータと、
前記ニッケル水素電池の充電電流及び温度と、前記ニッケル水素電池の正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさとの対応関係を示す第２のデータと、
前記生成量及び前記生成むらの大きさと、前記ニッケル水素電池の充電を制限する制限領域との対応関係を示す第３のデータとを記憶し、
前記制御装置は、
前記第１のデータを参照して、前記ニッケル水素電池の電圧及び温度から前記生成量を算出し、
前記第２のデータを参照して、前記ニッケル水素電池の充電電流及び温度から前記生成むらの大きさを算出し、
前記第３のデータを参照して、算出された前記生成量及び前記生成むらの大きさが前記制限領域に含まれると判定された場合に、前記ニッケル水素電池の充電を制限するための所定の制御を実行する、電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池システムに関し、特に、ニッケル水素電池を備える電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１１−２３３４２３号公報（特許文献１）は、ニッケル正極を備えるアルカリ蓄電池を開示する。ニッケル正極を備えるアルカリ蓄電池においては、ニッケル正極内にＮｉ２Ｏ３Ｈが生成されると、内部抵抗が上昇して電池容量（満充電容量）が低下する。このアルカリ蓄電池では、ニッケル正極の長さ及び高さ（幅）を適切に設計することによってＮｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制し、電池容量の低下を抑制している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３３４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、ニッケル正極にはＮｉ２Ｏ３Ｈが生成されるところ、正極を構成する電極シート（集電箔）の大きさや物性値（抵抗値）等に応じて、正極内においてＮｉ２Ｏ３Ｈの生成に偏り（以下「生成むら」と称する。）が生じる場合がある。Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが生じると、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量が少ない部位（良活性部位）に電流が集中し、その部位においてＮｉ２Ｏ３Ｈの生成が加速することにより電池の劣化が加速することが懸念される。このような問題及びその対策について、特許文献１では特に検討されていない。
【０００５】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量とともに正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらも考慮して、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成による電池の劣化を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この電池システムは、ニッケル水素電池と、ニッケル水素電池の充電を制御する制御装置とを備える。制御装置はメモリを含み、メモリは、第１から第３のデータを記憶する。第１のデータは、ニッケル水素電池の電圧及び温度と、ニッケル水素電池の正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量との対応関係を示すデータである。第２のデータは、ニッケル水素電池の充電電流及び温度と、ニッケル水素電池の正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさとの対応関係を示すデータである。第３のデータは、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量及び生成むらの大きさと、ニッケル水素電池の充電を制限する制限領域との対応関係を示すデータである。制御装置は、第１のデータを参照して、ニッケル水素電池の電圧及び温度からＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量を算出し、第２のデータを参照して、ニッケル水素電池の充電電流及び温度からＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを算出する。そして、制御装置は、第３のデータを参照して、算出されたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量及び生成むらの大きさが制限領域に含まれると判定された場合に、ニッケル水素電池の充電を制限するための所定の制御を実行する。
【０００７】
なお、所定の制御とは、たとえば、ニッケル水素電池の温度が上昇するほどニッケル水素電池の上限電圧を抑制したり、ニッケル水素電池の充電時にニッケル水素電池の使用上限温度を下げたり、ニッケル水素電池の充電電流（充電電力）を制限したりする制御を含む。
【０００８】
正極内においてＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが生じると電池の劣化が加速するところ、上記の電池システムにおいては、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（Ｆ値）だけでなく、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（Ｇ値）も算出され、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量及び生成むらの大きさに応じて、ニッケル水素電池の充電を制限するための所定の制御が実行される。これにより、たとえばＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量自体はそれ程多くないけれどもＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが大きいような場合にも、充電を制限してＮｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制し、電池の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この電池システムによれば、ニッケル水素電池の正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量とともに正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらも考慮して、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成による電池の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両の構成を概略的に示した図である。
【図２】正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの存在比率と満充電容量との対応関係を示す実験結果の一例を示した図である。
【図３】第１の実験における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】意図的にニッケル水素電池にＮｉ２Ｏ３Ｈを多く生成させた正極のＸ線回折法による分析結果（回折パターン）の一例として示す図である。
【図５】第１の実験によって求められた、電極内のＮｉ２Ｏ３Ｈの割合と、Ｘ線回折法におけるピーク面積比との関係の一例を示す図である。
【図６】第２の実験における処理手順を示すフローチャートである。
【図７】第２の実験により得られた結果が纏められた第１マップの一例を示す図である。
【図８】組電池の各セルにおいて正極を構成する電極シートの平面図である。
【図９】Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成による劣化が初期の電池における測定結果を示した図である。
【図１０】Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成による劣化を進行させた電池における測定結果を示した図である。
【図１１】第２マップ（第２のデータ）を作成するための実験の手順を示すフローチャートである。
【図１２】実験により得られた結果が纏められた第２マップの一例を示す図である。
【図１３】Ｆ値及びＧ値と、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制するために充電を制限する制限領域との対応関係の一例を示した図である。
【図１４】Ｆ値及びＧ値に基づく電池劣化抑制制御の処理手順を説明するフローチャートである。
【図１５】Ｆ値及びＧ値に基づく電池劣化抑制制御の変形例を説明するフローチャートである。
【図１６】Ｆ値及びＧ値に基づく電池劣化抑制制御の他の変形例を説明する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、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１２】
（電池システムの構成）
図１は、この発明の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両１の構成を概略的に示した図である。なお、以下では、車両１がハイブリッド車両である場合について代表的に説明するが、この発明に従う電池システムは、ハイブリッド車両に搭載されるものに限定されず、ニッケル水素電池を搭載した車両全般、さらには車両以外の用途にも適用可能である。
【００１３】
図１を参照して、車両１は、電池システム２と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power  Control  Unit）」と称する。）３０と、モータジェネレータ（以下「ＭＧ（Motor  Generator）」と称する。）４１，４２と、エンジン５０と、動力分割装置６０と、駆動軸７０と、駆動輪８０とを備える。電池システム２は、組電池１０と、監視ユニット２０と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）」と称する。）１００とを含む。
【００１４】
エンジン５０は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギに変換することによって動力を出力する内燃機関である。動力分割装置６０は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置６０は、エンジン５０から出力される動力を、ＭＧ４１を駆動する動力と、駆動輪８０を駆動する動力とに分割する。
【００１５】
ＭＧ４１，４２は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ４１は、主として、動力分割装置６０を経由してエンジン５０により駆動される発電機として用いられる。ＭＧ４１が発電した電力は、ＰＣＵ３０を介してＭＧ４２又は組電池１０に供給される。
【００１６】
ＭＧ４２は、主として電動機として動作し、駆動輪８０を駆動する。ＭＧ４２は、組電池１０からの電力及びＭＧ４１の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、ＭＧ４２の駆動力は駆動軸７０に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、ＭＧ４２は、発電機として動作して回生発電を行なう。ＭＧ４２が発電した電力は、ＰＣＵ３０を介して組電池１０に供給される。
【００１７】
組電池１０は、直列に接続された複数のニッケル水素単電池（単セル）を含み、ＭＧ４１，４２を駆動するための電力を蓄える。すなわち、組電池１０は、ＰＣＵ５０を通じてＭＧ４１，４２へ電力を供給することができる。また、組電池１０は、ＭＧ４１，４２の発電時にＰＣＵ３０を通じて発電電力を受けて充電される。
【００１８】
監視ユニット２０は、電圧センサ２１と、電流センサ２２と、温度センサ２３とを含む。電圧センサ２１は、組電池１０のセル毎の電圧（以下「セル電圧」とも称される。）ＶＢｉを検出する。電流センサ２２は、組電池１０の充放電電流ＩＢを検出する。なお、この実施の形態では、電流センサ２２は、組電池１０に対して、充電電流を正値とし、放電電流を負値として検出する。温度センサ２３は、セル毎の温度（以下「セル温度」とも称される。）ＴＢｉを検出する。そして、各センサは、検出結果を示す信号をＥＣＵ１００へ出力する。
【００１９】
なお、電圧センサ２１及び温度センサ２３は、複数（たとえば数個）のセルを監視単位として電圧及び温度を検出してもよい。この場合、電圧については、複数のセルに対する検出値をそのセル数で割ることによって、セル毎の電圧（平均値）を算出することができる。
【００２０】
ＰＣＵ３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って、組電池１０とＭＧ４１，４２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ３０は、ＭＧ４１，４２の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、ＭＧ４１を回生（発電）状態にしつつ、ＭＧ４２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ３０は、たとえば、ＭＧ４１，４２に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を組電池１０の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。
【００２１】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０２と、メモリ（ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory））１０５と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ１００は、各センサから受ける信号並びにメモリ１０５に記憶されたプログラム及びマップに基づいてエンジン５０及びＰＣＵ３０を制御することにより、組電池１０の充放電を制御する。
【００２２】
たとえば、組電池１０を充電する必要がある場合、ＥＣＵ１００は、エンジン５０の動力の一部を用いてＭＧ４１に発電させ、ＭＧ４１が発電した電力で組電池１０を充電するように、エンジン５０及びＰＣＵ３０（ＭＧ４１，ＭＧ４２）を制御する。
【００２３】
（電池の劣化抑制）
ニッケル水素単電池については、温度が高く、かつ、電圧が高い条件（たとえばセル電圧が１．５Ｖ以上となるような大電流での充電時）の下では、正極にＮｉ２Ｏ３Ｈが生成される。このＮｉ２Ｏ３Ｈは、電池反応には寄与しないため、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量が増加すると満充電容量が低下する（電池の劣化）。
【００２４】
図２は、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの存在比率と満充電容量との対応関係を示す実験結果の一例を示した図である。図２を参照して、横軸は正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの存在比率を示し、縦軸は満充電容量を示す。この実験結果から、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの存在比率が高まると、満充電容量が低下（電池が劣化）することが分かる。
【００２５】
そこで、セルの温度及び電圧に基づいてＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量を的確に推定し、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量が多くなる状況下では、電池の電圧や使用上限温度を抑える等して、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制するための制御を行なうことが有用である。
【００２６】
ここで、図２では、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの存在比率すなわち総生成量と、満充電容量との対応関係が示されているが、正極内においては、電極シート（集電箔）の大きさや物性値（抵抗値）等に応じて、部位に応じた反応むらが生じ、その結果、部位に応じたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが生じ得る。Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが生じると、正極内においてＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量が少ない部位（良活性部位）に電流（充電電流）が集中し、その部位において、反応が集中することによりＮｉ２Ｏ３Ｈの生成が加速される。すなわち、正極内において部位に応じたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが生じると、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成が加速することにより電池の劣化が加速することが懸念される。
【００２７】
そこで、この実施の形態に従う電池システム２では、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（正極内の部位によらない総生成量であり、以下「Ｆ値」と称する。）が推定されるとともに、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（以下「Ｇ値」と称する。）も推定される。なお、後述のように、Ｇ値は、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの相対的な大きさを示すパラメータであり、無次元量である。
【００２８】
そして、電池の充電を制限する所定の制限領域に上記のＦ値及びＧ値が含まれると判定された場合に、充電を制限するための制御（後述）が実行される。これにより、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成が抑制され、電池の劣化が抑制される。
【００２９】
以下では、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（正極内の部位によらない総生成量）を示すＦ値の算出方法、及び正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを示すＧ値の算出方法についてまず説明し、続いて、算出されたＦ値及びＧ値に基づく制御について説明する。
【００３０】
（Ｆ値の算出方法）
正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量は、セルの電圧及び温度に依存する。特に、温度が高く、かつ、電圧が高い条件下（セル電圧が１．５Ｖ以上となるような大電流での充電時）において、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量が増加する。この実施の形態では、ニッケル水素単電池（単セル）について、電圧及び温度と、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量との対応関係を示す第１マップ（第１のデータ）が実験により予め作成され、ＥＣＵ１００のメモリ１０５に記憶される。そして、ＥＣＵ１００は、組電池１０の使用中（たとえば車両１のシステム作動中）に、上記の第１マップを参照して、監視ユニット２０により検出されるセル電圧及びセル温度に基づいて各セルのＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（Ｆ値）を算出する。
【００３１】
第１マップの作成のための実験は、たとえば次の順に行なわれる。まず、正極内のＮｉ２Ｏ３Ｈの混入量と、Ｘ線回折法を用いて正極を分析した場合のピーク面積比との関係を調べるための実験（以下「第１の実験」と称する。）が行なわれる。その後、耐久試験（後述）を経たセル及び第１の実験の結果を用いて、耐久条件（電圧及び温度）と、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量との関係を調べるための実験（以下「第２の実験」と称する。）が行なわれる。第２の実験においては、最終的に、耐久条件（電圧及び温度）と、単セルにおけるＮｉ２Ｏ３Ｈの単位時間当たりの生成量との関係を示すマップ（第１マップ）が作成される。以下、第１及び第２の実験について順に説明する。
【００３２】
図３は、第１の実験における処理手順を示すフローチャートである。図３を参照して、このフローチャートに示される処理は、実験者により行なわれる。
【００３３】
実験者は、新品の電極（正極）粉末に所定量（たとえば所定量Ｑ１）のＮｉ２Ｏ３Ｈ粉末を均一に混ぜ込んだ試料を作製する（ステップＳ１００）。その後、実験者は、Ｘ線回折法により試料の分析を行なう（ステップＳ１１０）。具体的には、実験者は、予め定めた回折角のＸ線のピーク面積を測定する。
【００３４】
図４は、意図的にニッケル水素電池にＮｉ２Ｏ３Ｈを多く生成させた正極のＸ線回折法による分析結果（回折パターン）の一例を示した図である。図４を参照して、横軸は回折角（２θ）を示し、縦軸は回折強度を示す。極端にＮｉ２Ｏ３Ｈを生成させた正極の完全放電時には、Ｎｉ２Ｏ３Ｈ、β−Ｎｉ（ＯＨ）２、及び金属Ｎｉ（集電体）が含まれ得る。なお、完全放電されていない場合は、β−ＮｉＯＯＨも含まれ得る。
【００３５】
「◇」の位置に対応する回折角における回折ピークは、Ｎｉ２Ｏ３Ｈによる回折の影響を含む。「○」の位置に対応する回折角における回折ピークは、β−Ｎｉ（ＯＨ）２による回折の影響を含む。「×」の位置に対応する回折角における回折ピークは、金属Ｎｉによる回折の影響を含む。
【００３６】
たとえば、回折角Ｄ１〜Ｄ４における回折ピークは、主にＮｉ２Ｏ３Ｈ（「◇」）による回折の影響を受け、その他の化合物による回折の影響をほとんど受けない。したがって、実験者は、Ｄ１〜Ｄ４のいずれかの回折角のＸ線を用いることにより、Ｎｉ２Ｏ３Ｈに起因する回折ピークの面積を測定することができる。本実施の形態においては、たとえば、回折角Ｄ１のＸ線ピークがＸ線回折法による分析に用いられる。また、たとえば、回折角Ｄ１〜Ｄ４の合算面積をＸ線回折法における分析に用いてもよい。
【００３７】
再び図３を参照して、ステップＳ１１０においてＸ線回折法による試料の分析が行なわれると、実験者は、分析結果である回折角Ｄ１におけるピーク面積を記録する（ステップＳ１２０）。以上のように、ステップＳ１００〜Ｓ１２０の処理によって、所定量（たとえば所定量Ｑ１）のＮｉ２Ｏ３Ｈが電極に混入している場合の、回折角Ｄ１におけるピーク面積が求められる。
【００３８】
次に、Ｎｉ２Ｏ３Ｈと同様に、Ｎｉ（ＯＨ）２に帰属される回折ピーク（たとえば、図４に示したＤ’１，Ｄ’２）に着目して、Ｎｉ２Ｏ３Ｈが所定量（Ｑ１）混入されたときのＤ’１面積を算出する。
【００３９】
第１の実験においては、試料内に混入するＮｉ２Ｏ３Ｈの量を変更して（たとえば所定量Ｑ２，Ｑ３等）、ステップＳ１００〜Ｓ１２０の処理が複数回行なわれる。その結果、試料内のＮｉ２Ｏ３Ｈの割合（Ｎｉ２Ｏ３Ｈ量／（Ｎｉ（ＯＨ）２量＋Ｎｉ２Ｏ３Ｈ量））と、回折角Ｄ１におけるピーク面積比（Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ’１））との関係を求めることができる。
【００４０】
図５は、第１の実験によって求められた、試料内のＮｉ２Ｏ３Ｈの割合と、Ｘ線回折法におけるピーク面積比との関係の一例を示す図である。図５を参照して、横軸は試料内のＮｉ２Ｏ３Ｈの割合（Ｎｉ２Ｏ３Ｈ量／（Ｎｉ（ＯＨ）２量＋Ｎｉ２Ｏ３Ｈ量））を示し、縦軸はＸ線回折法におけるピーク面積比（Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ’１））を示す。
【００４１】
試料内に所定量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３のＮｉ２Ｏ３Ｈを混入させた場合には、回折角Ｄ１におけるピーク面積比がそれぞれＳ１，Ｓ２，Ｓ３となった。以上の実験結果から、試料内のＮｉ２Ｏ３Ｈの割合と回折角Ｄ１におけるピーク面積比との関係として、たとえば、図５に示される関係を求めることができる。試料内のＮｉ２Ｏ３Ｈの割合と回折角Ｄ１におけるピーク面積比との関係を求めることにより、第１の実験は終了する。なお、ここではピーク面積に基づいて図５の関係を規定したが、たとえば、ピーク強度に基づいて図５の関係を規定してもよい。
【００４２】
図６は、第２の実験における処理手順を示すフローチャートである。図６を参照して、このフローチャートに示される処理は、実験者により行なわれる。
【００４３】
実験者は、耐久条件（電圧及び温度）を設定した上で、新品の組電池１０内の単セルについて耐久試験を行なう（ステップＳ２００）。たとえば、この耐久試験において、単セルは、恒温槽内に設けられた充電システムに設置される。恒温槽内の温度は、実験者により設定された温度に維持される。そして、一定電圧による単セルの充電が行なわれる。この一定電圧のうち金属抵抗により上昇する電圧は、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成に寄与しないと考えられる。
【００４４】
耐久試験は、たとえば、ＳＯＣ値が所定範囲内（たとえば５０％〜８０％）に収まるように、所定時間の充電と所定時間の放電とを繰り返すことにより行なわれる。所定範囲は、たとえば、電池システム２においてＳＯＣ値が制御される制御範囲である。なお、耐久試験は、たとえば、全体として数日〜数ヵ月かけて行なわれる。
【００４５】
ステップＳ２００において耐久試験が終了すると、実験者は、耐久試験を行なったセルを解体して正極を取り出し、Ｘ線回折法による分析を行なう（ステップＳ２１０）。その後、実験者は、電極内のＮｉ２Ｏ３Ｈの割合とＸ線回折法におけるピーク面積比との関係（第１の実験において導出（図５））と、分析結果であるピーク面積比とを用いることによって、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの単位時間当たりの生成量を算出する（ステップＳ２２０）。
【００４６】
たとえば、ピーク面積がＳ１０である場合には、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成比はＱ１０と推定される（図５）。推定されたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成比（Ｑ１０）から算出することができるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量を耐久試験における総充電時間で除算することにより、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの単位充電時間当たりの生成量を算出することができる。なお、耐久試験の時間ではなく、耐久試験における総充電時間で除算が行なわれる理由は、Ｎｉ２Ｏ３Ｈはある程度の電圧（たとえば１．５Ｖ以上）が印加されなければ生成されず、放電時には生成されにくいものと考えられるからである。なお、本実施の形態においては、単位時間は、たとえば１秒である。
【００４７】
その後、実験者は、ステップＳ２２０において推定されたＮｉ２Ｏ３Ｈの単位時間当たりの生成量を、設定された耐久条件の電圧及び温度における結果として記録する（ステップＳ２３０）。以上のように、ステップＳ２００〜Ｓ２３０の処理によって、設定された耐久条件におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの単位時間当たりの生成量（単セル当たり）が求められる。
【００４８】
そして、この第２の実験については、耐久条件（電圧及び温度）を変更して、ステップＳ２００〜Ｓ２３０の処理が複数回行なわれる。その結果、単セルについての、電圧及び温度とＮｉ２Ｏ３Ｈの単位時間当たりの生成量との関係を求めることができる。これにより、第２の実験は終了する。
【００４９】
図７は、第２の実験により得られた結果が纏められた第１マップ２００の一例を示す図である。図７を参照して、横軸は耐久条件の温度を示し、縦軸は耐久条件の電圧を示す。
【００５０】
第１マップ２００においては、セル温度（Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２・・・）とセル電圧（Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２・・・）との組み合わせ毎に、単セルにおけるＮｉ２Ｏ３Ｈの単位時間当たりの生成量（ｆ００，ｆ０１，ｆ１０・・・）が対応付けられている。なお、電圧（Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２・・・）は、セル電圧から金属抵抗に由来する電圧上昇分が除かれた値である。Ｎｉ２Ｏ３Ｈの単位時間当たりの生成量（ｆ００，ｆ０１，ｆ１０・・・）は、第２の実験によって得られた結果である。この実施の形態に従う電池システム２においては、第１及び第２の実験によって第１マップ２００が予め作成され、作成された第１マップ２００はメモリ１０５に記憶される。
【００５１】
そして、組電池１０の使用中（たとえば車両１のシステム作動中）に、上記の第１マップ２００が参照され、組電池１０の各セルについて、監視ユニット２０により検出されるセル電圧及びセル温度に基づいてＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（Ｆ値）が算出される。
【００５２】
（Ｇ値の算出方法）
図８は、組電池１０の各セルにおいて正極を構成する電極シートの平面図である。セルの電極体は、正極を構成する複数の電極シート（以下「正極シート」とも称する。）と、負極を構成する複数の電極シートとが、セパレータを介して積層されることにより形成されている。この図８では、一枚の正極シート１１が示されている。
【００５３】
図８を参照して、正極シート１１は、金属製の集電箔１２と、集電箔１２の表面に形成される正極活物質１３とを含む。正極活物質１３が形成されている部位において電気化学反応が生じ、正極活物質１３が形成されていない部位（図の左端）において集電端子（図示せず）が接続される。
【００５４】
正極シート１１においては、シート（集電箔１２）の大きさ（特にｘ方向の長さ）や物性値（集電箔１２の金属抵抗値）等に応じて、正極シート１１の正極活物質１３が形成されている部位において、部位に応じた反応むらが生じ、その結果、部位に応じたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが生じ得る。この実施の形態では、正極活物質１３が形成されている部位を図示のようにたとえば９等分し、耐久試験後の各部位におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量がＸ線回析によって測定される。
【００５５】
図９，図１０は、図８に示した正極シート１１の各領域Ａ〜ＤにおけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量をＸ線回折により測定した結果の一例を示した図である。この図９，図１０では、様々な耐久試験を行なった電池の中から劣化度の異なる２種類の電池を選び、その分析結果を代表図として示している。そして、図９は、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成による劣化が初期の電池における測定結果を示し、図１０は、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成による劣化を進行させた電池における測定結果を示す。
【００５６】
図９，図１０を参照して、横軸は回折角（２θ）を示し、縦軸は回折強度を示す。図９における回折角ｄ１，ｄ２及び図１０における回折角ｄ１〜ｄ３の回折ピークがＮｉ２Ｏ３Ｈに帰属されるものである。なお、回折角ｄ０の回折ピークは、新品相（β−Ｎｉ（ＯＨ）２／β−ＮｉＯＯＨ）に帰属されるものである。
【００５７】
図９の測定結果から、劣化初期段階の電池では、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成は、図８に示される領域Ｃ，Ｄにおいて優先的に生じることが分かる。そして、図１０の測定結果から、劣化の進んだ電池では、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成は、正極シート１１の全域で発生しており、さらに、図９と同様に生成量にはむらがあることも確認できる。
【００５８】
そこで、上述の知見に基づき、この実施の形態では、新品の組電池１０内の単セルについて耐久試験を実施して、耐久試験後の正極シート１１の各部位におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量がＸ線回析によって測定され、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが測定される。Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさは、たとえば、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量が最も多い領域の生成量を全部位の平均値で正規化した値（無次元量）とすることができる。
【００５９】
Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさは、セルに流れる電流（充電電流）及び温度に依存する。特に、温度が高く、かつ、充電電流が大きい条件下において、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが大きくなる。この実施の形態では、ニッケル水素単電池（単セル）について、充電電流及び温度と、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさとの対応関係を示す第２マップ（第２のデータ）が実験により予め作成され、ＥＣＵ１００のメモリ１０５に記憶される。そして、ＥＣＵ１００は、組電池１０の使用中（たとえば車両１のシステム作動中）に、上記の第２マップを参照して、監視ユニット２０により検出される充電電流及びセル温度に基づいて、各セルにおけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（Ｇ値）を算出する。
【００６０】
図１１は、第２マップ（第２のデータ）を作成するための実験の手順を示すフローチャートである。図１１を参照して、このフローチャートに示される処理は、実験者により行なわれる。
【００６１】
実験者は、耐久条件（充電電流及び温度）を設定した上で、新品の組電池１０内の単セルについて耐久試験を行なう（ステップＳ３００）。たとえば、この耐久試験において、単セルは、恒温槽内に設けられた充電システムに設置される。恒温槽内の温度は、実験者により設定された温度に維持される。そして、一定電流による単セルの充電が行なわれる。耐久試験は、たとえば、全体として数日〜数ヵ月かけて行なわれる。
【００６２】
ステップＳ３００において耐久試験が終了すると、実験者は、耐久試験を行なったセルを解体して正極を取り出し、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらを分析する（ステップＳ３１０）。具体的には、たとえば、図８に示したように正極シートを９等分した各領域におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量をＸ線回折法により測定する。
【００６３】
その後、実験者は、正極シートの各領域におけるＮｉ２Ｏ３Ｈ生成量の分析結果から、セルの正極内において単位時間に生じるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを算出する（ステップＳ３２０）。具体的には、各領域におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量に基づいて、耐久試験において生じたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさが算出され、その算出値を耐久試験における総充電時間で除算することにより、単位時間に生じるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを算出することができる。
【００６４】
なお、上述のように、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさは、たとえば、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量が最も多い領域の生成量を全部位の平均値で正規化した値（無次元量）である。また、上記において、耐久試験の時間ではなく、耐久試験における総充電時間で除算が行なわれる理由は、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成むらは充電時（特に大電流での充電時）に生じるからである。なお、単位時間は、Ｆ値の算出の場合と同様にたとえば１秒である。
【００６５】
その後、実験者は、ステップＳ３２０において算出された、単位時間に生じるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを、設定された耐久条件の充電電流及び温度における結果として記録する（ステップＳ３３０）。以上のように、ステップＳ３００〜Ｓ３３０の処理によって、設定された耐久条件における、単位時間に生じるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（単セル当たり）が求められる。
【００６６】
そして、耐久条件（充電電流及び温度）を変更して、ステップＳ３００〜Ｓ３３０の処理が複数回行なわれる。その結果、単セルについての、充電電流及び温度と単位時間に生じるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさとの関係を求めることができる。
【００６７】
図１２は、上記の実験により得られた結果が纏められた第２マップ３００の一例を示す図である。図１２を参照して、横軸は耐久条件の温度を示し、縦軸は耐久条件の電流（充電電流）を示す。
【００６８】
第２マップ３００においては、セル温度（Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２・・・）と充電電流（Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２・・・）との組み合わせ毎に、単セルにおいて単位時間に生じるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（ｇ００，ｇ０１，ｇ１０・・・）が対応付けられている。この実施の形態に従う電池システム２においては、この第２マップ３００が上記の実験（耐久試験）によって予め作成され、作成された第２マップ３００はメモリ１０５に記憶される。
【００６９】
そして、組電池１０の使用中（たとえば車両１のシステム作動中）に、上記の第２マップ３００が参照され、組電池１０の各セルについて、監視ユニット２０によって検出される電流ＩＢ（充電電流）及びセル温度に基づいてＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（Ｇ値）が算出される。
【００７０】
なお、上記において、Ｇ値は、実験（耐久試験）によって作成された第２マップ３００を用いて算出されるものとしたが、以下のように算出してもよい。すなわち、組電池１０の各セルにおいて正極を構成する正極シート１１について、たとえば図８に示したような各領域における金属抵抗及び反応抵抗（温度依存性有）をラダー回路によってモデル化し、このラダー回路を用いて、監視ユニット２０によって検出される電流ＩＢ（充電電流）及びセル温度に基づいてＧ値を算出してもよい。
【００７１】
（Ｆ値及びＧ値に基づく電池劣化抑制制御）
この実施の形態に従う電池システム２では、上述のように、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（正極内の部位によらない総生成量）を示すＦ値とともに、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを示すＧ値が推定される。そして、Ｆ値とともにＧ値も考慮して組電池１０の劣化状態が的確に判断され、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制して電池の劣化を抑制するための制御が実行される。
【００７２】
図１３は、Ｆ値及びＧ値と、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制するために充電を制限する制限領域との対応関係の一例を示した図である。図１３を参照して、斜線で示される領域Ｓは、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制して電池の劣化を抑制するために、組電池１０の充電を制限する領域である。たとえば、組電池１０のセルのいずれかについてＦ値及びＧ値が領域Ｓに含まれる場合に、充電を制限するための制御（後述）が実行される。
【００７３】
この実施の形態に従う電池システム２では、Ｆ値及びＧ値と、組電池１０の充電を制限する領域Ｓとの対応関係を示す第３マップ（第３のデータ）が予め準備され、ＥＣＵ１００のメモリ１０５に記憶される。図１３に示した例では、Ｆ値が大きくなる程（Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量が多くなる程）充電が制限され、また、Ｇ値が大きくなる程（正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが大きくなる程）充電が制限される。これにより、たとえば、Ｆ値はそれ程上昇していないけれどもＧ値が上昇している場合には、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらにより電池の劣化が加速し得るところ、このような電池劣化を抑制することができる。
【００７４】
図１４は、Ｆ値及びＧ値に基づく電池劣化抑制制御の処理手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、上記単位時間を１サイクルとして、組電池１０の充電実行中にＥＣＵ１００により繰り返し実行される。
【００７５】
図１４を参照して、ＥＣＵ１００は、監視ユニット２０の電圧センサ２１、電流センサ２２及び温度センサ２３から、組電池１０のセル電圧ＶＢｉ、電流ＩＢ及びセル温度ＴＢｉを示す信号をそれぞれ取得する（ステップＳ４００）。
【００７６】
次いで、ＥＣＵ１００は、メモリ１０５に記憶された第１マップ２００を参照して、各セルについて、ステップＳ４００で取得されたセル電圧ＶＢｉ及びセル温度ＴＢｉに対応する、単位時間当たりのＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量を取得する。そして、ＥＣＵ１００は、各セルについて、第１マップ２００を参照して取得された単位時間当たりのＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量を、１サイクル前に算出されたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（Ｆ値）に加算することにより、現在のＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（Ｆ値）を算出する（ステップＳ４１０）。なお、算出されたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（Ｆ値）は、メモリ１０５に記憶される。すなわち、１サイクル前に算出されたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（Ｆ値）は、メモリ１０５に記憶されている。
【００７７】
続いて、ＥＣＵ１００は、メモリ１０５に記憶された第２マップ３００を参照して、各セルについて、ステップＳ４００で取得された電流ＩＢ（充電電流）及びセル温度ＴＢｉに対応する、単位時間に生じるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを取得する。そして、ＥＣＵ１００は、各セルについて、第１マップ２００を参照して取得された、単位時間に生じるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさを、１サイクル前に算出されたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（Ｇ値）に加算することにより、現在のＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（Ｇ値）を算出する（ステップＳ４２０）。なお、算出されたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（Ｇ値）も、メモリ１０５に記憶される。すなわち、１サイクル前に算出されたＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（Ｇ値）は、メモリ１０５に記憶されている。
【００７８】
各セルについてのＦ値及びＧ値が算出されると、ＥＣＵ１００は、メモリ１０５に記憶された第３マップを参照して、各セルについて、ステップＳ４１０，４２０においてそれぞれ算出されたＦ値及びＧ値が、組電池１０の充電を制限する制限領域（領域Ｓ）に含まれるか否かを判定する（ステップＳ４３０）。
【００７９】
ステップＳ４３０において、Ｆ値及びＧ値が制限領域（領域Ｓ）に含まれるセルが存在すると判定されると（ステップＳ４３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、組電池１０の充電電力の上限Ｗｉｎを制限する等して、Ｆ値及びＧ値が制限領域に含まれるセルにおいて、温度が高いほど上限電圧を抑制する（ステップＳ４４０）。これにより、当該セルの電圧がその上限電圧を超えないように組電池１０の充電が制限され、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成が抑制される。なお、温度に伴なう上限電圧の抑制は、連続的であってもよいし、離散的であってもよい。
【００８０】
一方、ステップＳ４３０において、Ｆ値及びＧ値が制限領域（領域Ｓ）に含まれるセルが存在しないと判定された場合は（ステップＳ４３０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４４０を実行することなくリターンへと処理を移行する。
【００８１】
以上のように、この実施の形態においては、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量（Ｆ値）が算出されるとともに、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさ（Ｇ値）も算出される。そして、この実施の形態によれば、Ｆ値とともにＧ値も考慮して、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成による組電池１０の劣化を抑制することができる。
【００８２】
［変形例］
上記の実施の形態では、Ｆ値及びＧ値が制限領域（領域Ｓ）に含まれるセルが存在すると、当該セルにおけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制するために、当該セルの上限電圧を抑制するものとしたが、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成を抑制するための手法はこれに限定されるものではない。
【００８３】
図１５は、Ｆ値及びＧ値に基づく電池劣化抑制制御の変形例を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理も、上記単位時間を１サイクルとして、組電池１０の充電実行中にＥＣＵ１００により繰り返し実行される。
【００８４】
図１５を参照して、このフローチャートは、図１４に示したフローチャートにおいて、ステップＳ４４０に代えてステップＳ４４２を含む。すなわち、ステップＳ４３０において、Ｆ値及びＧ値が制限領域（領域Ｓ）に含まれるセルが存在すると判定されると（ステップＳ４３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｆ値及びＧ値が制限領域に含まれるセルの使用上限温度を下げる（ステップＳ４４２）。これにより、当該セルの温度がその使用上限温度を超えないように組電池１０の充電が制限され、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成が抑制される。
【００８５】
図１６は、Ｆ値及びＧ値に基づく電池劣化抑制制御の他の変形例を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理も、上記単位時間を１サイクルとして、組電池１０の充電実行中にＥＣＵ１００により繰り返し実行される。
【００８６】
図１６を参照して、このフローチャートは、図１４に示したフローチャートにおいて、ステップＳ４４０に代えてステップＳ４４４を含む。すなわち、ステップＳ４３０において、Ｆ値及びＧ値が制限領域（領域Ｓ）に含まれるセルが存在すると判定されると（ステップＳ４３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、組電池１０の充電電力の上限Ｗｉｎを制限して、充電電流を制限する（ステップＳ４４４）。その結果、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成むらが抑制され、組電池１０の劣化が抑制される。すなわち、この変形例は、比較的Ｇ値が大きい場合に有用な制御手法と考えられる。さらには、組電池１０の充電電力の上限Ｗｉｎを制限することで、上記の実施の形態のように領域Ｓ（図１３）に含まれるセルの電圧を制限しつつ、組電池１０に流れる電流を制限する場合もあり得る。
【００８７】
なお、上記の実施の形態及びその変形例では、セルの電圧及び温度と、正極におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成量との対応関係が、第１マップ２００（図７）としてメモリ１０５に記憶されるものとしたが、上記の対応関係を関係式として表し、その関係式（データ）をメモリ１０５に記憶するようにしてもよい。同様に、上記では、充電電流及びセル温度と、正極内におけるＮｉ２Ｏ３Ｈの生成むらの大きさとの対応関係が、第２マップ３００（図１２）としてメモリ１０５に記憶されるものとしたが、上記の対応関係を関係式として表し、その関係式（データ）をメモリ１０５に記憶するようにしてもよい。さらに、Ｆ値及びＧ値と、組電池１０の充電を制限する制限領域との対応関係を示す第３マップ（図１３）についても、対応関係を関係式として表してメモリ１０５に記憶してもよい。
【００８８】
また、上記においては、組電池１０のセル毎に電圧及び温度を監視するものとしたが、複数（たとえば数個）のセルを監視単位として電圧及び温度を検出してもよい。この場合、電圧については、監視単位のセル数で検出値を割ることによって、セル毎の電圧（平均値）を算出することができる。
【００８９】
また、上記においては、組電池１０内の単セルについて耐久試験を行なうものとしたが、複数のセルを１つの単位として耐久試験を行なってもよいし、組電池１０に対して耐久試験を行なってもよい。
【００９０】
また、上記においては、Ｎｉ２Ｏ３Ｈの生成量の測定についてＸ線回析法を用いるものとしたが、他の測定方法、たとえば、熱分析（ＤＴＡ−ＴＧ（Differential  Thermal  Analysis-Thermo  Gravimetric））測定や、ＸＡＦＳ（X-ray  Absorption  Fine  Structure）測定を用いてもよい（Ｎｉの平均価数変化に着目）。
【００９１】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９２】
１  車両、２  電池システム、１０  組電池、１１  正極シート、１２  集電箔、１３  正極活物質、２０  監視ユニット、２１  電圧センサ、２２  電流センサ、２３  温度センサ、３０  ＰＣＵ、４１，４２  ＭＧ、５０  エンジン、６０  動力分割装置、７０  駆動軸、８０  駆動輪、１００  ＥＣＵ、１０２  ＣＰＵ、１０５  メモリ、２００  第１マップ、３００  第２マップ。
【図１】
2018007412.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018007412.tif 000005
【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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