(57)【要約】【課題】リチウムイオンキャパシタの高い入力性能の維持、劣化の解消、性能低下の抑制を図る【解決手段】  充放電制御装置は、以下の第１〜第３条件が、リチウムイオンキャパシタへの入力電流の制限が実行されるための条件とされる。第１条件は、リチウムイオンキャパシタの電圧ＯＣＶが第１閾値Ｖ１未満であることである。第２条件は、放電時における電圧の減少率ｄＶｄ／ｄｔに対する充電時における電圧の増加率ｄＶｃ／ｄｔの比（ｄＶｃ／ｄｔ）／（ｄＶｄ／ｄｔ）が第２閾値Ｖ２よりも大きいことである。第３条件は、リチウムイオンキャパシタの抵抗値の第１時点における変化率と、第１時点よりも後の第２時点における変化率とを算出し、第２時点における抵抗値の変化率が第１時点における抵抗値の変化率よりも大きいことである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンキャパシタの電圧を取得する第１取得部と、
前記リチウムイオンキャパシタに流れる電流を取得する第２取得部と、
前記第１取得部で取得された電圧が予め定められた第１閾値未満か否かを判定する第１判定部と、
前記第１取得部で取得された電圧から、前記リチウムイオンキャパシタの充電時における電圧の増加率と放電時における電圧の減少率とを算出し、前記放電時における電圧の減少率に対する前記充電時における電圧の増加率の比が、予め定められた第２閾値よりも大きいか否かを判定する第２判定部と、
前記第１取得部で取得された電圧と前記第２取得部で取得された電流とから、前記リチウムイオンキャパシタの抵抗値の第１時点における変化率と、前記第１時点よりも後の第２時点における変化率とを算出し、前記第２時点における抵抗値の変化率が前記第１時点における抵抗値の変化率よりも大きいか否かを判定する第３判定部と、
前記リチウムイオンキャパシタへの入力電流を制限する入力制御部と
を備え、
前記第１判定部、前記第２判定部および前記第３判定部の判定に基づいて以下の第１条件と第２条件と第３条件とが、前記入力制御部による入力電流の制限が実行されるための条件とされており、
ここで、
前記第１条件は、前記リチウムイオンキャパシタの電圧が前記第１閾値未満であることであり、
前記第２条件は、前記放電時における電圧の減少率に対する前記充電時における電圧の増加率の比が前記第２閾値よりも大きいことであり、
前記第３条件は、前記第２時点における抵抗値の変化率が前記第１時点における抵抗値の変化率よりも大きいことである、
正極活物質に活性炭を含み、負極活物質にカーボンを含むリチウムイオンキャパシタの充放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオンキャパシタの充放電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２０１７−２００２５０号公報には、リチウムイオンキャパシタを、充電電流値が放電電流値よりも大きい充電過多パターンにより充放電すると内部抵抗が増加し、放電電流値が充電電流値よりも大きい放電過多パターンにより充放電すると内部抵抗が減少する現象（上記公報では、上記内部抵抗の増加を「可逆劣化」と呼んでいる。）が記載されている。また、上記公報には、蓄電割合が閾値未満の充電であるかを判定し、蓄電割合が閾値未満の充電であるときには可逆劣化の程度を示す値を計算し、可逆劣化の程度を示す値が閾値以上のときには、入力制限を行う電子制御ユニットを備えた自動車が開示されている。
【０００３】
また、例えば、特開２０１３−１８７４８７号公報には、リチウムイオンキャパシタが劣化したか否かを判定し、リチウムイオンキャパシタが使用中の場合には使用制限モードに切り替え、使用状態でない場合には回復処理を行う劣化判定部を備えたリチウムイオンキャパシタシステムが開示されている。上記劣化判定部の１つの実施形態では、リチウムイオンキャパシタの抵抗値が所定の閾値よりも大きい場合に、リチウムイオンキャパシタが劣化したと判定される。また、上記回復処理は、リチウムイオンキャパシタの使用時の電圧範囲を所定の範囲内に調整することにより実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２００２５０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８７４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウムイオンキャパシタの制御では、高い入力性能の維持、劣化の解消、性能低下の抑制が図られることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示するリチウムイオンキャパシタの充放電制御装置は、正極活物質に活性炭を含み、負極活物質にカーボンを含むリチウムイオンキャパシタの充放電制御装置であって、第１取得部と、第２取得部と、第１判定部と、第２判定部と、第３判定部と、入力制御部とを備えている。
第１取得部は、リチウムイオンキャパシタの電圧を取得する。
第２取得部は、リチウムイオンキャパシタに流れる電流を取得する。
第１判定部は、第１取得部で取得された電圧が予め定められた第１閾値未満か否かを判定する。
第２判定部は、第１取得部で取得された電圧から、リチウムイオンキャパシタの充電時における電圧の増加率と放電時における電圧の減少率とを算出し、放電時における電圧の減少率に対する充電時における電圧の増加率の比が、予め定められた第２閾値よりも大きいか否かを判定する。
第３判定部は、第１取得部で取得された電圧と第２取得部で取得された電流とから、リチウムイオンキャパシタの抵抗値の第１時点における変化率と、第１時点よりも後の第２時点における変化率とを算出し、第２時点における抵抗値の変化率が第１時点における抵抗値の変化率よりも大きいか否かを判定する。
入力制御部は、リチウムイオンキャパシタへの入力電流を制限する。
ここで、第１判定部、第２判定部および第３判定部の判定に基づく以下の第１〜第３条件が、入力制御部による入力電流の制限が実行されるための条件とされている。第１条件は、リチウムイオンキャパシタの電圧が第１閾値未満であることである。第２条件は、放電時における電圧の減少率に対する充電時における電圧の増加率の比が第２閾値よりも大きいことである。第３条件は、第２時点における抵抗値の変化率が第１時点における抵抗値の変化率よりも大きいことである。
【０００７】
上記リチウムイオンキャパシタの充放電制御装置によれば、リチウムイオンキャパシタの劣化の解消と性能低下の抑制とが適切に図られ、高い入力性能を維持される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、二次電池システム１０の模式図である。
【図２】図２は、リチウムイオンキャパシタにおけるＳＯＣと電圧との相関を示すグラフである。
【図３】図３は、リチウムイオンキャパシタの充電抵抗の変化率と充放電条件との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、リチウムイオンキャパシタ３０の充放電制御のプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、リチウムイオンキャパシタの充放電制御装置の一実施形態を説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、各図は模式図であり、必ずしも実際の実施品が忠実に反映されたものではない。以下では、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。
【００１０】
図１は、二次電池システム１０の模式図である。図１に示すように、この実施形態に係る二次電池システム１０は、二次電池パック２０と、リチウムイオンキャパシタ３０と、モータジェネレータ４０と、制御回路５０と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electric Control Unit）６０と、計測システム７０と、リチウムイオンキャパシタの充放電制御装置１００とを備えている。
【００１１】
二次電池パック２０は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池から構成されている。二次電池パック２０は、例えば、複数の単電池が直列に接続された電池スタックである。ただし、二次電池パック２０としては、公知の二次電池を好適に利用することができ、その構成は特に限定されない。
【００１２】
リチウムイオンキャパシタ３０は、正極活物質に活性炭を含み、負極活物質にカーボンを含むリチウムイオンキャパシタである。リチウムイオンキャパシタは、例えば、リチウムイオン二次電池と比較して低抵抗であり、電気二重層キャパシタと比べて大容量であるという特徴を有している。リチウムイオンキャパシタは、車載の用途においては、リチウムイオン二次電池と比較して低抵抗であることを活かし、大電流での入出力に多く用いられている。
【００１３】
リチウムイオンキャパシタ３０の正極は、一般的な電気二重層キャパシタの正極と同様でよい。典型的な一態様では、正極集電体と、該正極集電体上に固着された正極活物質層とを備える。正極集電体としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材（例えばアルミニウムエッチング箔）が好適である。正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含み、さらに他の任意成分（例えば導電材やバインダ等）を含みうる。正極活物質としては、比表面積が比較的大きな炭素材料（例えば活性炭）が好適である。比表面積が比較的大きな材料を用いることで、電荷担体の吸脱着能が高まり、キャパシタとしての静電容量が向上する。導電材としては、例えば、カーボンブラック（典型的には、アセチレンブラックやケッチェンブラック）が好適である。バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等が好適である。
【００１４】
リチウムイオンキャパシタ３０の負極は、一般的なリチウムイオン二次電池の負極と同様でよい。典型的な一態様では、負極集電体と、該負極集電体上に固着された負極活物質層とを備える。負極集電体としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材（例えば銅パンチングメタル）を好適に採用しうる。パンチング加工（孔あけ）された導電性部材を用いることで、リチウムイオンのプレドープ作業を好適に行うことができ、容量を増加させることができる。負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含み、さらに他の任意成分（例えばバインダや増粘剤等）を含みうる。負極活物質としては、例えば、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）等の炭素材料が好適である。バインダとしては、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等が好適である。また、増粘剤としては、高分子化合物、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やメチルセルロース（ＭＣ）等のセルロース類が好適である。
【００１５】
リチウムイオンキャパシタ３０の非水電解質は、典型的な一態様では、非水溶媒と支持塩とを含む。非水溶媒としては、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒が好適である。なかでも、カーボネート類、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等が好適である。支持塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４等が好適である。
【００１６】
リチウムイオンキャパシタ３０の代表的な構成では、正極と負極との間にセパレータが介在する。セパレータとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂からなる多孔質シートが好適である。リチウムイオンキャパシタ３０のケースとしては、アルミニウム等の軽量な金属製のものが好適である。
【００１７】
リチウムイオンキャパシタ３０の重量は、例えば、１００ｇ〜３００ｇ（典型的には、１３０ｇ〜２２０ｇ）でありうる。リチウムイオンキャパシタ３０のサイズは、例えば、縦６０ｍｍ〜２００ｍｍ×横８ｍｍ〜３０ｍｍ×高さ４０ｍｍ〜９０ｍｍ（典型的には、縦８０ｍｍ〜１５０ｍｍ×横１０ｍｍ〜２０ｍｍ×高さ５０ｍｍ〜８０ｍｍ）でありうる。
また、リチウムイオンキャパシタ３０の常用上限電圧は、例えば、２．８Ｖ〜４．５Ｖ（典型的には、３．６Ｖ〜４．２Ｖ）でありうる。リチウムイオンキャパシタ３０の常用下限電圧は、例えば、１．３Ｖ〜３．０Ｖ（典型的には、１．８Ｖ〜２．４Ｖ）でありうる。リチウムイオンキャパシタ３０の常用電圧範囲における静電容量は、例えば、１０００Ｆ〜７０００Ｆ（典型的には、２０００Ｆ〜５５００Ｆ）程度でありうる。
また、使用温度は、−４０℃〜１２０℃程度でありうる。
【００１８】
モータジェネレータ４０は、二次電池パック２０およびリチウムイオンキャパシタ３０の放電により車両を走行させるための駆動力を生成するとともに、車両の回生制動時には、回生制動に伴う運動エネルギーを電気エネルギーに変換する部材である。モータジェネレータ４０は、制御回路５０を介して、二次電池パック２０およびリチウムイオンキャパシタ３０に接続されている。
【００１９】
制御回路５０は、第１コンバータ５１と、第２コンバータ５２と、インバータ５３とを備えている。
【００２０】
第１コンバータ５１は、二次電池パック２０とインバータ５３とに接続されている。この実施形態では、第１コンバータ５１は、２つのトランジスタと２つのダイオードと、リアクトルとを有する周知の昇圧コンバータとして構成されている。
第２コンバータ５２は、リチウムイオンキャパシタ３０とインバータ５３とに接続されている。この実施形態では、第２コンバータ５２は、２つのトランジスタと２つのダイオードと、リアクトルとを有する周知の昇圧コンバータとして構成されている。
インバータ５３は、モータジェネレータ４０と、第１コンバータ５１および第２コンバータ５２とに接続されている。この実施形態では、インバータ５３は、６つのトランジスタと６つのダイオードとを有する周知のインバータとして構成されている。
【００２１】
第１コンバータ５１は、二次電池パック２０からの電力を昇圧してインバータ５３に供給する。また、第１コンバータ５１は、インバータ５３からの電力を降圧して二次電池パック２０に供給する。
第２コンバータ５２は、リチウムイオンキャパシタ３０からの電力を昇圧してインバータ５３に供給する。また、第２コンバータ５２は、インバータ５３からの電力を降圧してリチウムイオンキャパシタ３０に供給する。
インバータ５３は、第１コンバータ５１および第２コンバータ５２から供給される直流電力を変換した交流電力を、モータジェネレータ４０に供給する。
【００２２】
電子制御ユニット６０は、モータジェネレータ４０と制御回路５０とを制御して、二次電池パック２０およびリチウムイオンキャパシタ３０からの放電と、二次電池パック２０およびリチウムイオンキャパシタ３０への充電との切り替えを行っている。また、二次電池パック２０とリチウムイオンキャパシタ３０の入力と出力の制御を行っている。電子制御ユニット６０は、放電の際には、二次電池パック２０からの放電量とリチウムイオンキャパシタ３０からの放電量とを決定している。また、充電の際には、モータジェネレータ４０で生成された電力が、電子制御ユニット６０によって、二次電池パック２０に充電される電力とリチウムイオンキャパシタ３０に充電される電力とに分配される。さらに、電子制御ユニット６０は、上記したような制御の履歴を記憶する記憶部を有している。
【００２３】
計測システム７０は、リチウムイオンキャパシタ３０の開回路電圧（ＯＣＶ）を測定する電圧計７１と、リチウムイオンキャパシタ３０に流れる電流を測定する電流計７２とを備えている。その他、計測システム７０は、二次電池パック２０内の各単電池の電圧や、二次電池パック２０に流れる電流などを測定する機器を備えていてもよいが、ここでは説明を省略する。計測システム７０の各計測機器は、電子制御ユニット６０に接続されている。また、リチウムイオンキャパシタ３０の電圧を測定する電圧計７１と、リチウムイオンキャパシタ３０に流れる電流を測定する電流計７２とは、リチウムイオンキャパシタの充放電制御装置１００にも接続されている。
【００２４】
ところで、本発明者の知見では、上述のようなリチウムイオンキャパシタ３０は、３Ｖ未満の状態で充電過多によるハイレートでの入力が継続すると、抵抗上昇が著しくなる。抵抗が著しく上昇すると、大電流での入出力が困難になる。このため、リチウムイオンキャパシタ３０の高い入力特性が維持されない。このような抵抗上昇は、可逆現象であり、充電過多によるハイレートでの入力が停止されると、抵抗は低下し、元の抵抗値（例えば、３Ｖ未満でハイレート入力がされていない状態の抵抗値）に戻る。
【００２５】
本発明者は、このような可逆な抵抗上昇を抑制するためには、充電過多の状態およびハイレートでの入力状態を検知して適当なタイミングで入力を制限することが有効な手段になると考えた。また、本発明者の知見によれば、リチウムイオンキャパシタは、電流（またはＳＯＣ）と、電圧に正の相関関係がある。このため、本発明者は、入力電流量と放電電流量を電圧で代替検知することができると考えている。
【００２６】
ここで、図２は、リチウムイオンキャパシタにおけるＳＯＣと電圧との相関を示すグラフである。図２の横軸は、ＳＯＣ（％）を表している。図２の縦軸は、リチウムイオンキャパシタの電圧（Ｖ）を表している。図２に示すように、リチウムイオンキャパシタでは、ＳＯＣと電圧は、ほぼ正の比例関係を有している。ＳＯＣ０％は、リチウムイオンキャパシタの電圧が常用下限電圧のときである。また、ＳＯＣ１００％は、リチウムイオンキャパシタの電圧が常用上限電圧のときである。この実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ３０では、常用上限電圧は３．８Ｖであり、常用下限電圧は２．２Ｖである。また、充電過多パターンによる高レート充電によって抵抗値の上昇が著しくなりうるリチウムイオンキャパシタの電圧は、ここでは３Ｖ未満である。
【００２７】
リチウムイオンキャパシタでは、負極電位を下げることによって高電圧化が図られている。また、負極電位を下げることによって、正極電位が高くなることが押さえられ、高耐久性が図られている。このため、負極活物質にリチウムイオンをプレドープすることによって負極電位が下げられている。また、正極と負極の容量比が、リチウムイオン二次電池に比べて大きい。このため、負極の容量は、ほんの一部しか使用されていない。このため、リチウムイオンキャパシタの使用領域において、負極は低い電位でほとんど変化しない。このため、リチウムイオンキャパシタの電圧の変化として現れるのは、ほとんどが正極電位の変化である。
【００２８】
また、この実施形態では、リチウムイオンキャパシタの正極活物質は活性炭である。活性炭の電位変化は直線的であるため、リチウムイオンキャパシタは、図２に示されているように、電圧とＳＯＣとに正の相関を持っている。このため、リチウムイオンキャパシタでは、電圧の測定によってＳＯＣを知ることができる。また、電圧の時間変化率からＳＯＣの時間変化率を求めることができる。ＳＯＣの時間変化率は、充放電の際にリチウムイオンキャパシタに流れる電流に対応している。従って、リチウムイオンキャパシタでは、電圧の時間変化率を測定することによりリチウムイオンキャパシタに流れる電流をより精度良く知ることができる。
【００２９】
例えば、リチウムイオンキャパシタの使用上限電流が５００Ａであった場合、電流計のレンジは少なくとも５００Ａフルスケール（５００ＡＦＳ）を要する。電流計が５００ＡＦＳであり、測定精度が０．１％ＦＳという仕様であった場合、電流計の誤差は０．０５Ａ程度である。リチウムイオンキャパシタの全静電容量は、例えば、０．４４Ａｈ程度であり、電流計の誤差０．０５Ａは、リチウムイオンキャパシタ３０の全静電容量０．４４Ａｈに対して約１１．４％に相当する。
【００３０】
これに対して、電圧計が、例えば、レンジ３０ＶＦＳ（使用上限電圧の約２倍）であり、測定精度が０．１％ＦＳという仕様であった場合、電圧計の誤差は０．０３Ｖ程度である。リチウムイオンキャパシタの電圧幅は２．２Ｖから３．８Ｖまでの１．６Ｖであり、電圧計の誤差０．０３Ｖは、リチウムイオンキャパシタ３０の電圧幅１．６Ｖに対して０．１８７５％であり、約０．２％である。
【００３１】
このような原理から、リチウムイオンキャパシタの充放電量の検出精度は、電流によって検出するよりも電圧の変化率（充電時における電圧の変化率ｄＶｃ／ｄｔおよび放電時における電圧の変化率ｄＶｄ／ｄｔ）によって検出した方が高い。また、車載システムでは、電圧は総電圧監視と各セルの電圧監視が併用されることが想定されている。このため、本発明者は、電圧で検知する方が、各セルの状態をより応答性高く検知することができると考えている。
【００３２】
図３は、リチウムイオンキャパシタの充電抵抗の変化率と充放電条件との関係を示すグラフである。図３の縦軸は、所定のサイクル（例えば１００００サイクル）の充放電を繰り返した前後での充電抵抗の増加率である。図３の横軸は、充放電の条件である。図３ではＡ〜Ｄの４つの条件でリチウムイオンキャパシタに入力された際の抵抗増加率が示されている。
条件Ａは、充電開始電圧が２．３６Ｖであり、入力電流が２４０Ａ、放電電流が１０Ａである。
条件Ｂは、充電開始電圧が３．００Ｖであり、入力電流が２４０Ａ、放電電流が１０Ａである。
条件Ｃは、充電開始電圧が２．３６Ｖであり、入力電流が１８０Ａ、放電電流が１０Ａである。
条件Ｄは、充電開始電圧が２．３６Ｖであり、入力電流が１２５Ａ、放電電流が１０Ａである。
ここで、充電開始電圧が２．３６Ｖは、リチウムイオンキャパシタ３０のＳＯＣ１０％に相当する。
【００３３】
図３に示されているように、４つの条件の中では、充電開始電圧が３．００Ｖである条件Ｂの場合に抵抗増加率は小さく抑えられている。充電開始電圧が３．００Ｖ未満である、条件Ａ、Ｃ、Ｄの場合は、充電過多状態で抵抗が増加している。さらに、条件Ａでは、入力電流が高く、高レート充電であるときに抵抗値が著しく増加することが示されている。ただし、このような抵抗値の増加は、可逆的な抵抗上昇であり、入力が停止されると時間が経過するとともに、抵抗値は下がり、元の抵抗値に戻る。
【００３４】
以下、ここで提案されるリチウムイオンキャパシタの充放電制御装置の一実施形態である充放電制御装置１００を説明する。ここで例示される充放電制御装置１００は、正極活物質に活性炭を含み、負極活物質にカーボンを含むリチウムイオンキャパシタに対して所望の機能を発揮しうるように構成されている。
【００３５】
図１に示すように、充放電制御装置１００は、第１取得部１０１と、第２取得部１０２と、第１判定部１０３と、第２判定部１０４と、第３判定部１０５と、第４判定部１０６と、入力制御部１０７とを備えている。
【００３６】
充放電制御装置１００は、例えば、予め定められたプログラムに沿って駆動するコンピュータによって具現化されうる。具体的には、充放電制御装置１００の各機能は、充放電制御装置１００を構成する各コンピュータの演算装置（プロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）とも称される）や記憶装置（メモリーやハードディスクなど）と、ソフトウエアとの協働によって処理される。例えば、充放電制御装置１００の各構成および処理は、コンピュータによって具現化されるデータを予め定められた形式で記憶するデータベース、データ構造、予め定められたプログラムに従って所定の演算処理を行う処理モジュールなどとして、または、それらの一部として具現化されうる。なお、充放電制御装置１００は、電子制御ユニット６０の一部として電子制御ユニット６０組み込まれていてもよく、電子制御ユニット６０とは別の部材であってもよい。
【００３７】
第１取得部１０１は、リチウムイオンキャパシタ３０の電圧を取得するように構成されている。ここでは、第１取得部１０１は、計測システム７０の電圧計７１が計測する電圧を予め定められた周期で取得している。
【００３８】
第２取得部１０２は、リチウムイオンキャパシタ３０に流れる電流を取得するように構成されている。ここでは、第２取得部１０２は、計測システム７０の電流計７２が計測する電流を予め定められた周期で取得している。
【００３９】
第１判定部１０３は、第１取得部１０１で取得された電圧が予め定められた第１閾値未満か否かを判定するように構成されている。この実施形態では、第１閾値は、３Ｖに定められている。第１判定部１０３では、第１取得部１０１で取得された電圧が３Ｖ未満か否かが判定される。
【００４０】
第２判定部１０４は、第１取得部１０１で取得された電圧から、リチウムイオンキャパシタ３０の充電時における電圧の増加率ｄＶｃ／ｄｔと放電時における電圧の減少率ｄＶｄ／ｄｔとを算出するように構成されている。さらに、第２判定部１０４は、放電時における電圧の減少率ｄＶｄ／ｄｔに対する充電時における電圧の増加率ｄＶｃ／ｄｔの比（ｄＶｃ／ｄｔ）／（ｄＶｄ／ｄｔ）が予め定められた第２閾値Ｖ２（第２閾値は、充放電過多判定閾値とも称される。）よりも大きいか否かを判定するように構成されている。例えば、第２閾値は、１以上の予め定められた値に設定されている。（ｄＶｃ／ｄｔ）／（ｄＶｄ／ｄｔ）は、著しい抵抗上昇を生じさせるようなハイレートでの入力がされた場合には大きな値を示す。第２閾値は、予め試験を行うなどしてリチウムイオンキャパシタ３０の充電過多状態が検出されうる適当な値が設定されるとよい。第２判定部１０４では、リチウムイオンキャパシタ３０がいわゆる充電過多であるか否かが判定される。
【００４１】
第３判定部１０５は、第１取得部１０１で取得された電圧と第２取得部１０２で取得された電流とから、第１時点ｔ１におけるリチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値の変化率｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ０→ｔ１｝と、第１時点ｔ１よりも後の第２時点ｔ２におけるリチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値の変化率｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ１→ｔ２｝とを算出する。そして、第２時点ｔ２における抵抗値の変化率が第１時点ｔ１における抵抗値の変化率よりも大きいか否かを判定する。ここでは、｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ１→ｔ２｝−｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ０→ｔ１｝＞０か否かが判定されている。つまり、第３判定部１０５では、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒの変化率（ｄＲ／ｄｔ）が増加する傾向であるか否かが判定される。
【００４２】
第４判定部１０６は、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒが予め定められた第３閾値（ハイレート制御介入閾値とも呼ぶ。）よりも大きいか否かを判定するように構成されている。ここで、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒは、例えば、第１取得部１０１で取得された電圧と第２取得部１０２で取得された電流とから算出されうる。
【００４３】
入力制御部１０７は、リチウムイオンキャパシタ３０への入力電流を制限するように構成されている。入力制御部１０７は、例えば、放電時における電圧の減少率に対する充電時における電圧の増加率の比（ｄＶｃ／ｄｔ）／（ｄＶｄ／ｄｔ）が第２閾値（充放電過多判定閾値）以下（（ｄＶｃ／ｄｔ）／（ｄＶｄ／ｄｔ）≦Ｖ２）になるようにリチウムイオンキャパシタ３０への入力電流を制限するように構成されているとよい。
【００４４】
ここでは、第１判定部１０３、第２判定部１０４および第３判定部１０５の判定に基づく以下の第１〜第３条件が、入力制御部１０７によって入力電流の制限が実行されるための条件とされている。第１条件は、リチウムイオンキャパシタ３０の電圧が第１閾値未満（この実施形態では、３Ｖ未満）であることである。第２条件は、リチウムイオンキャパシタ３０の放電時における電圧の減少率に対する充電時における電圧の増加率の比が第２閾値よりも大きいことである。第３条件は、リチウムイオンキャパシタ３０の第２時点における抵抗値の変化率が第１時点における抵抗値の変化率よりも大きいことである。
【００４５】
この実施形態では、第１判定部１０３では、リチウムイオンキャパシタ３０が３Ｖ未満の状態であるか否かが判定される。つまり、充電過多によるハイレートでの入力が継続されたときに、抵抗が著しく上昇する状態か否かが判定される。リチウムイオンキャパシタ３０が３Ｖ以上であれば、入力制限は不要である。
第２判定部１０４では、リチウムイオンキャパシタ３０が充電過多の状態か否かが判定されている。リチウムイオンキャパシタ３０が充電過多の状態でなければ入力制限は不要である。
第３判定部１０５では、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値が増加傾向であるか否かが判定されている。リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値が増加傾向でなければ入力制限は不要である。
このように、この充放電制御装置１００では、入力制限が不要である場合にまで入力制限がされない。また、入力制限が必要な場合には、入力が制限される。このため、リチウムイオンキャパシタの利用が適切に図られている。
【００４６】
また、この実施形態では、第４判定部１０６では、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒが予め定められた第３閾値（ハイレート制御介入閾値とも呼ぶ。）よりも大きいか否かが判定されている。リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値が十分に低い場合には、入力制限は不要であり、そのような場合にはリチウムイオンキャパシタ３０の利用が図られるように構成されている。
【００４７】
図４は、この実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ３０の充放電制御のプロセスを示すフローチャートである。
図４に示されているように、リチウムイオンキャパシタ３０の充放電制御のプロセスでは、ステップＳ０１において、リチウムイオンキャパシタ３０（図４では、ＬＩＣと表記）が使用中か否かが判定される。ここで、リチウムイオンキャパシタ３０が使用中であるとは、リチウムイオンキャパシタ３０が入力または放電されている状態であり、電流値を元に検知されうる。ステップＳ０１の判定がＮＯである場合（リチウムイオンキャパシタ３０が使用されていない場合）には、ステップＳ０７に進んで「入力制限ＯＦＦ」とされる。このフローチャートにおいて、ステップＳ０７に進んで「入力制限ＯＦＦ」とされた場合には、何れも、その後にステップＳ０１の判定に戻される。ステップＳ０１の判定がＹＥＳである場合（リチウムイオンキャパシタ３０が使用中である場合）には、ステップＳ０２に進む。
【００４８】
ステップＳ０２では、第１判定部１０３によって、リチウムイオンキャパシタ３０の電圧（開回路電圧ＯＣＶ）が第１閾値Ｖ１未満か否かが判定される。第１閾値Ｖ１は、ここでは、３Ｖである。リチウムイオンキャパシタ３０の電圧ＯＣＶが第１閾値Ｖ１以上であり、ステップＳ０２の判定がＮＯである場合には、ステップＳ０７に進んで「入力制限ＯＦＦ」とされる。リチウムイオンキャパシタ３０の電圧ＯＣＶが第１閾値Ｖ１以上であれば、例えば、充放電の状況が充電過多パターンであっても、抵抗が著しく上昇しないので、入力を制限する必要がないためである。ステップＳ０２がＹＥＳである場合（リチウムイオンキャパシタ３０の電圧ＯＣＶが第１閾値Ｖ１未満の場合）には、ステップＳ０３に進む。
【００４９】
ステップＳ０３では、第２判定部１０４によって、放電時におけるリチウムイオンキャパシタ３０の電圧の減少率ｄＶｄ／ｄｔに対する充電時における電圧の増加率ｄＶｃ／ｄｔの比（＝（ｄＶｃ／ｄｔ）／（ｄＶｄ／ｄｔ））が第２閾値Ｖ２よりも大きいかどうかが判定される。ここで、（ｄＶｃ／ｄｔ）／（ｄＶｄ／ｄｔ）≦Ｖ２であり、ステップＳ０３の判定がＮＯである場合には、ステップＳ０７に進んで「入力制限ＯＦＦ」とされる。（ｄＶｃ／ｄｔ）／（ｄＶｄ／ｄｔ）＞Ｖ２であり、ステップＳ０３の判定がＹＥＳである場合には、充電過多でハイレートでの入力と判定され、ステップＳ０４に進む。
【００５０】
ステップＳ０４では、第３判定部１０５によって、｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ１→ｔ２｝−｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ０→ｔ１｝＞０であるか否かが判定されている。つまり、第３判定部１０５では、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒの変化率（ｄＲ／ｄｔ）が増加する傾向であるか否かが判定される。ここで、｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ１→ｔ２｝−｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ０→ｔ１｝≦０であり、ステップＳ０４の判定がＮＯである場合には、ステップＳ０７に進んで「入力制限ＯＦＦ」とされる。｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ１→ｔ２｝−｛（ｄＲ／ｄｔ）  ｔ＝ｔ０→ｔ１｝＞０であり、ステップＳ０４の判定がＹＥＳである場合には、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒの変化率（ｄＲ／ｄｔ）が増加する傾向であると判定され、ステップＳ０５に進む。
【００５１】
ステップＳ０５では、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒが第３閾値Ｖ３よりも大きいか否かが判定される。そもそもリチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒが十分に低い場合にまで、入力を制限する必要が無いためである。Ｒ≦Ｖ３であり、ステップＳ０５の判定がＮＯである場合には、ステップＳ０７に進んで「入力制限ＯＦＦ」とされる。Ｒ＞Ｖ３であり、ステップＳ０５の判定がＹＥＳである場合には、ステップはステップＳ０６に進む。
【００５２】
ステップＳ０６では、入力制御部１０７によって、リチウムイオンキャパシタ３０への入力が制限される。ステップＳ０６では、放電時におけるリチウムイオンキャパシタ３０の電圧の減少率ｄＶｄ／ｄｔに対する充電時における電圧の増加率ｄＶｃ／ｄｔの比（＝｛ｄＶｃ／ｄｔ｝／｛ｄＶｄ／ｄｔ｝）が第２閾値Ｖ２以下になるように、リチウムイオンキャパシタ３０への入力電流が制限される。前述したように、リチウムイオンキャパシタの抵抗値の増加（可逆劣化）は、可逆的な現象であり、高レート入力が制限されることによって、抵抗値は徐々に低下する。この入力制限によって、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗が著しく上昇することが防止される。
【００５３】
このように、この充放電制御装置１００によれば、入力制限が必要か判断するにあたって、リチウムイオンキャパシタ３０が高レート充電状態であるか否かだけでなく、リチウムイオンキャパシタ３０の抵抗値Ｒの変化率（ｄＲ／ｄｔ）が増加する傾向であるか否かが判定されている。この制御によってリチウムイオンキャパシタ３０の著しい抵抗上昇が抑えられる。このため、リチウムイオンキャパシタの劣化の解消と性能低下の抑制とが適切に図られ、高い入力性能が維持される。
【００５４】
以上、ここで提案されるリチウムイオンキャパシタの充放電制御装置について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられたリチウムイオンキャパシタの充放電制御装置の実施形態などは、本発明を限定しない。
【符号の説明】
【００５５】
１０  二次電池システム
２０  二次電池パック
３０  リチウムイオンキャパシタ
４０  モータジェネレータ
５０  制御回路
５１  第１コンバータ
５２  第２コンバータ
５３  インバータ
６０  電子制御ユニット
７０  計測システム
７１  電圧計
７２  電流計
１００  充放電制御装置
１０１  第１取得部
１０２  第２取得部
１０３  第１判定部
１０４  第２判定部
１０５  第３判定部
１０６  第４判定部
１０７  入力制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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