(57)【要約】【課題】充電時に、抵抗の増大に伴う発熱により蓄電素子が劣化することが抑制された充電制御装置、蓄電装置、蓄電素子の充電制御方法、及びコンピュータプログラムを提供する。【解決手段】充電制御装置４は、Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得する第１取得部４２と、前記電流に基づいて蓄電素子の発熱量を算出する第１算出部４７と、前記発熱量に基づいて、蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する制御部５０とを備える。【選択図】図３
2019175704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得する第１取得部と、
前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出する第１算出部と、
前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する制御部と
を備える充電制御装置。
【請求項２】
前記ａは０．５≦ａ≦１を満たす、請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項３】
前記蓄電素子の端子電圧を取得する第２取得部と、
ＳＯＣを算出する第２算出部と
を備え、
前記第１算出部は、前記端子電圧、前記ＳＯＣ、及びＳＯＣ−ＯＣＶ特性に基づいて前記発熱量を算出する、請求項１又は２に記載の充電制御装置。
【請求項４】
ＳＯＣを算出する第２算出部と、
ＳＯＣと内部抵抗との関係を参照し、前記第２算出部により算出したＳＯＣに基づいて、前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定部と
を備え、
前記第１算出部は、前記内部抵抗に基づいて前記発熱量を算出する、請求項１又は２に記載の充電制御装置。
【請求項５】
前記電流、前記蓄電素子の端子電圧、及びＳＯＣ−ＯＣＶ特性に基づいて前記蓄電素子の容量を算出する第３算出部を備え、
前記第２算出部は、前記容量に基づいて前記ＳＯＣを算出する、請求項３又は４に記載の充電制御装置。
【請求項６】
前記発熱量、前記蓄電素子の周囲温度、放熱係数、及び熱容量に基づいて前記蓄電素子の温度を算出する第４算出部を備える、請求項１から５までのいずれか１項に記載の充電制御装置。
【請求項７】
前記蓄電素子と、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の充電制御装置と
を備える、蓄電装置。
【請求項８】
Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得し、
前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出し、
前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する、蓄電素子の充電制御方法。
【請求項９】
コンピュータに、
Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得し、
前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出し、
前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する処理を実行させる、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子の充電を制御する充電制御装置、蓄電装置、蓄電素子の充電制御方法、及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の蓄電素子は、ノートパソコン、携帯電話機、及びシェーバー等のモバイル機器の電源として用いられてきた。近年、ＥＶ（電気自動車）、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）、ＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド電気自動車）の電源等、幅広い分野で使用されており、更なる高エネルギー密度化が求められている。
【０００３】
従来、正極活物質として層状岩塩型リチウム遷移金属酸化物（以下、層状酸化物という）が用いられており、蓄電素子の高エネルギー密度化を実現するために組成の検討が行われている。即ち、同じ充電上限電圧に達するまでのＬｉの引抜き量を多くし、充電容量を大きくすることが図られている。層状酸化物のうち、例えばＬｉx （Ｎｉa Ｃｏb Ｍｎc ）Ｏ2 （ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０＜ｘ≦１．１）で表されるＮＣＭの場合、Ｎｉの含有比率を高くして、蓄電素子の充電上限電圧を上げることなく、前記Ｌｉの引抜き量を多くし、高容量化を図っている。
しかし、Ｌｉの引抜き量を多くした層状酸化物を用いた蓄電素子は、低ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）側及び高ＳＯＣ側において、正極に起因して蓄電素子の抵抗が増加する傾向がある。
【０００４】
近年、蓄電素子の急速充電性能の改良が要求されている。充電の方式としては、ＣＣ−ＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  −Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）充電（例えば特許文献１等）、及び多段ＣＣ充電（例えば特許文献２等）等がある。ＣＣ−ＣＶ充電においては、一定の電流で充電する定電流充電を行った後、端子電圧が充電上限電圧付近の値を維持するように充電電流を徐々に減少させる定電圧充電を行う。多段ＣＣ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）充電においては、定電流で規定の充電電圧まで充電を行った後、充電電流を段階的に低減させた状態でＣＣ充電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１１１８４号公報
【特許文献２】特開平７−２９６８５３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．  Ｆｕｌｌｅｒ，  Ｍ．  Ｄｏｙｌｅ,  ａｎｄ  Ｊ．  Ｎｅｗｍａｎ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １４１巻、ｐ．１−ｐ．１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の層状酸化物を正極活物質に用い、特許文献１及び２等の充電を行った場合、低ＳＯＣ側又は高ＳＯＣ側において抵抗が増加するため、抵抗の増大に伴う発熱により、蓄電素子が劣化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、充電時に、抵抗の増大に伴う発熱により蓄電素子が劣化することが抑制された充電制御装置、蓄電装置、蓄電素子の充電制御方法、及びコンピュータプログラム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】
【０００９】
本発明に係る蓄電素子の充電制御装置は、Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得する第１取得部と、前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出する第１算出部と、前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、蓄電素子の発熱量を算出して、蓄電素子の温度が所定範囲に入るように電流を制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により、蓄電素子が劣化することが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る車両及びサーバの構成を示すブロック図である。
【図２】電池モジュールの斜視図である。
【図３】ＢＭＵの構成を示すブロック図である。
【図４】発熱量の算出方法を説明するための説明図である。
【図５】制御部の電池容量の更新処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】制御部の充電制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係るＢＭＵの構成を示すブロック図である。
【図８】ＳＯＣ−Ｒデータの一例を示すグラフである。
【図９】ＬｉxＭｅＯ2のｘと抵抗との関係を示すグラフである。
【図１０】制御部による充電制御処理の手順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】
【００１２】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１３】
（本実施形態の概要）
本実施形態に係る制御装置は、Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得する第１取得部と、前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出する第１算出部と、前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する制御部とを備える。
【００１４】
前記層状酸化物を正極活物質に用いた場合、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏなどの金属元素の組成を考慮することで、同じ充電上限電圧に設定したときの充電時のＬｉ引抜き量を多くし、充電容量を大きくすることができる。Ｌｉが多く引き抜かれた充電末期においては、次に示す理由で蓄電素子の抵抗が大きくなる。また、充電初期（低ＳＯＣ側）においても抵抗が大きくなる。上記非特許文献１において、層状酸化物の正極が該当するインサーション型電極反応の場合の、バトラーフォルマー式が示されている。この式では、反応抵抗が、正極活物質固相内のＬｉ+ イオン濃度と空サイト濃度の積の−１／２乗に比例する、即ち、固相内の空サイトがなくなる深放電状態及び吸蔵されているＬｉがほとんどなくなる深充電深度の状態で反応抵抗が大きくなることが示されている。
【００１５】
上記構成によれば、蓄電素子の発熱量を算出して、蓄電素子の温度が所定範囲に入るように電流を制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により蓄電素子が劣化することが抑制される。
【００１６】
本実施形態に係る制御装置は、前記ａは０．５≦ａ≦１を満たす。
【００１７】
Ｎｉの含有比率が高い正極活物質を用い、充電を行った場合、低ＳＯＣ側又は高ＳＯＣ側で抵抗が高くなる。上記構成によれば、蓄電素子の発熱量を算出して、蓄電素子の温度が所定範囲に入るように電流を制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により蓄電素子が劣化することが抑制される。
【００１８】
本実施形態に係る充電制御装置は、前記蓄電素子の端子電圧を取得する第２取得部と、ＳＯＣを算出する第２算出部とを備え、前記第１算出部は、前記端子電圧、前記ＳＯＣ、及びＳＯＣ−ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）特性に基づいて前記発熱量を算出する。
【００１９】
上記構成によれば、端子間電圧とＯＣＶとの差であるΔＶ及び電流を乗じて得られる電力を時間積分することにより、蓄電素子の発熱量が良好に算出される。
【００２０】
本実施形態に係る充電制御装置は、ＳＯＣを算出する第２算出部と、ＳＯＣと内部抵抗との関係を参照し、前記第２算出部により算出したＳＯＣに基づいて、前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定部とを備え、前記第１算出部は、前記内部抵抗に基づいて前記発熱量を算出する。
【００２１】
上記構成によれば、ＳＯＣと内部抵抗との関係を参照して内部抵抗を推定し、内部抵抗及び電流に基づく電力を時間積分することにより、蓄電素子の発熱量が良好に算出される。
【００２２】
本実施形態に係る充電制御装置は、前記電流、前記蓄電素子の端子電圧、及びＳＯＣ−ＯＣＶ特性に基づいて前記蓄電素子の容量を算出する第３算出部を備え、前記第２算出部は、前記容量に基づいて前記ＳＯＣを算出する。
【００２３】
上記構成によれば、蓄電素子の容量が更新されるので、ＳＯＣが良好に算出される。
【００２４】
本実施形態に係る充電制御装置は、前記発熱量、前記蓄電素子の周囲温度、放熱係数、及び熱容量に基づいて前記蓄電素子の温度を算出する第４算出部を備える。
【００２５】
上記構成によれば、発熱量と放熱量との差分に基づき蓄電素子の温度変化を算出して電流を制御し、蓄電素子の温度を良好に制御することができる。
【００２６】
本実施形態に係る蓄電装置は、前記蓄電素子と、上述のいずれかの充電制御装置とを備える。
【００２７】
上記構成によれば、蓄電素子の発熱が抑制され、劣化が抑制される。
【００２８】
本実施形態に係る蓄電素子の充電制御方法は、Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得し、前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出し、前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する。
【００２９】
上記構成によれば、抵抗の増大に伴う発熱により、蓄電素子が劣化することが抑制される。
【００３０】
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得し、前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出し、前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する処理を実行させる。
【００３１】
上記構成によれば、抵抗の増大に伴う発熱により、蓄電素子が劣化することが抑制される。
【００３２】
（第１実施形態）
以下、蓄電素子が自動車用に用いられるリチウムイオン二次電池である場合を説明するが、蓄電素子はこのような用途のリチウムイオン二次電池には限定されない。
図１は、第１実施形態に係る車両１及びサーバ１３の構成を示すブロック図である。
車両１は、蓄電素子モジュール（以下、電池モジュールという）３と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）４と、負荷５と、統括ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６と、通信部７と、電圧センサ８と、電流センサ９と、温度センサ１０とを備える。
【００３３】
電池モジュール３は、複数の蓄電素子としてのリチウムイオン二次電池（以下、電池という）２が直列に接続されている。統括ＥＣＵ６は、車両１の電源装置全体を制御する。統括ＥＣＵ６は車両１がＨＥＶ車又はガソリン車である場合、エンジンも制御する。
サーバ１３は、通信部１４、及び制御部１５を備える。
統括ＥＣＵ６は、通信部７、ネットワーク１２、及び通信部１４を介し、制御部１５と接続されている。統括ＥＣＵ６は、ネットワーク１２を介して制御部１５との間でデータの送受信を行う。
本実施形態においては、ＢＭＵ４、統括ＥＣＵ６、及び制御部１５のいずれかが、本発明の充電制御装置として機能する。ＢＭＵ４、統括ＥＣＵ６、及び制御部１５のいずれかと、電池モジュール３とが本発明の蓄電装置として機能する。なお、制御部１５が前記充電制御装置として機能しない場合、車両１がサーバ１３に接続されていなくてもよい。
電池モジュール３は、複数組備えてもよい。
ＢＭＵ４は、電池ＥＣＵであってもよい。
【００３４】
電圧センサ８は、電池モジュール３に並列に接続されており、電池モジュール３の全体の電圧に応じた検出結果を出力する。電圧センサ８は、各電池２の後述する端子２３，２３に接続されており、各電池２の端子２３，２３間の電圧Ｖ1 を測定し、各電池２のＶ1 の合計値である電池モジュール３の後述するリード３３，３３間の電圧Ｖを検出する。
電流センサ９は、電池モジュール３に直列に接続されており、電池モジュール３に流れる電流Ｉを検出する。
温度センサ１０は、電池モジュール３の近傍に配置され、電池モジュール３の周囲温度（雰囲気温度）Ｔs を検出する。
【００３５】
図２は、電池モジュール３の斜視図である。
電池モジュール３は、直方体状のケース３１と、ケース３１に収容された複数の前記電池２とを備える。
【００３６】
電池２は、直方体状のケース本体２１と、蓋板２２と、蓋板２２に設けられた、極性が異なる一対の端子２３，２３と、破裂弁２４と、電極体２５とを備える。電極体２５は正極板、セパレータ、及び負極板を積層してなり、ケース本体２１に収容されている。
電極体２５は、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平状に巻回して得られるものであってもよい。
【００３７】
正極板は、アルミニウムやアルミニウム合金等からなる板状（シート状）又は長尺帯状の金属箔である正極基材箔上に正極活物質層が形成されたものである。負極板は、銅及び銅合金等からなる板状（シート状）又は長尺帯状の金属箔である負極基材箔上に負極活物質層が形成されたものである。セパレータは、合成樹脂からなる微多孔性のシートである。
【００３８】
正極活物質層に用いられる正極活物質は、Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 （ＭはＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ以外の金属元素、０≦ａ≦１、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０＜ｘ≦１．１、ａ，ｃは同時に０でない）で表される層状酸化物である。正極活物質は層状岩塩型の結晶構造を有する。前記ａは０．５≦ａ≦１を満たすのが好ましい。この場合、遷移金属サイトにＮｉを多く含有する。このため、高ＳＯＣ領域で、正極の抵抗が大きくなる。
正極活物質は、ｄ＝０であり、Ｌｉx （Ｎｉa ＣｏcＭｎb）Ｏ2 で表されるＮＣＭであるのが好ましい（ａ＋ｂ＋ｃ＝１、ａ≧０．５、ｂ≧０、ｃ≧０、０＜ｘ≦１．１）。ａは０．６以上であるのがより好ましく、０．８以上であるのがさらに好ましい。 
正極活物質は、ＭがＡｌ、ｂ＝０であり、Ｌｉx （Ｎｉa ＣｏcＡｌd ）Ｏ2 で表されるＮＣＡであってもよい（ａ＋ｃ＋ｄ＝１、ａ≧０．５、ｃ≧０、ｄ≧０、０＜ｘ≦１．１）。ａは０．６以上であるのがより好ましく、０．８以上であるのがさらに好ましい。
なお、ＮＣＭ又はＮＣＡにおいて、Ｌｉ、Ｎｉ以外の金属が夫々２種類の金属からなる場合に限定されず、３種類以上の金属からなるものでもよい。例えば、少量のＴｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇなどが含まれてもよい。
以下、正極活物質が前記ａが０．５≦ａ≦１を満たすＮＣＭの場合につき、説明する。
【００３９】
負極活物質層に用いられる負極活物質としては、グラファイト、非晶質炭素（難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素）等の炭素材料、又は、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、ケイ素（Ｓｉ）及び錫（Ｓｎ）などリチウムイオンと合金化反応を生じる材料である。
【００４０】
電池モジュール３の隣り合う電池２の隣り合う端子２３は極性が異なり、この端子２３同士がバスバー３２により電気的に接続されることで、複数の電池２が直列に接続されている。
電池モジュール３の両端の電池２の、互いに極性が異なる端子２３，２３には、電力を取り出すためのリード３３，３３が設けられている。
【００４１】
図３は、ＢＭＵ４の構成を示すブロック図である。ＢＭＵ４は、制御部４１と、記憶部５２と、入力部５５と、インタフェース部５６とを備える。これらの各部は、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
【００４２】
入力部５５は、電圧センサ８、電流センサ９、温度センサ１０からの検出結果の入力を受け付ける。インタフェース部５６は、例えば、ＬＡＮインタフェース及びＵＳＢインタフェース等により構成され、有線又は無線により例えば統合ＥＣＵ６等の他の装置との通信を行う。
【００４３】
記憶部５２は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等により構成され、各種のプログラム及びデータを記憶する。記憶部５２には、例えば、後述する充電制御処理を実行するための充電制御プログラム５３が格納されている。充電制御プログラム５３は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体６０に格納された状態で提供され、ＢＭＵ４にインストールすることにより記憶部５２に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから充電制御プログラム５３を取得し、記憶部５２に記憶させることにしてもよい。
記憶部５２には、予め実験により求めたＳＯＣ−ＯＣＶデータ（ＳＯＣ−ＯＣＶ特性）５４も記憶されている。このデータは、適宜、定法により更新されても良い。
【００４４】
制御部４１は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、記憶部５２から読み出した充電制御プログラム５３等のコンピュータプログラムを実行することにより、ＢＭＵ４の動作を制御する。制御部４１は、充電制御プログラム５３を読み出して実行することにより、充電制御処理を実行する処理部として機能する。
【００４５】
具体的には、制御部４１は、電流取得部４２、電圧取得部４３、温度取得部４４、電池容量算出部４５、ＳＯＣ算出部４６、発熱量算出部４７、温度算出部４８、判定部４９、及び電流制御部５０を含む。
【００４６】
以下、本実施形態に係る充電制御処理について詳述する。電池モジュール３を一つの蓄電素子として、電池モジュール３の充電を制御する場合につき説明する。
ＢＭＵ４の制御部４１は、電池モジュール３の充電時の電流Ｉを取得し、前記電流Ｉに基づいて電池モジュール３の発熱量Ｑ1 を算出し、該発熱量Ｑ1 に基づいて、電池モジュール３の温度が所定の範囲に入るように、電流Ｉを制御する。発熱量Ｑ1 は厳密には電池モジュール３の内部発熱量であるのが好ましいが、内部発熱量でなくてもよい。
【００４７】
電圧取得部４３は、充電中に、電池モジュール３のリード３３，３３間の電圧Ｖを電圧センサ８から取得する。
電流取得部４２は、充電中に、電流センサ９から電流Ｉを取得する。
温度取得部４４は、温度センサ１０から電池モジュール３の周囲温度Ｔs を取得する。
【００４８】
電池容量算出部４５は、充電開始前後の電圧Ｖを電圧取得部４３から取得する。電池容量算出部４５は電流取得部４２から電流Ｉを取得し、通電電流を時間積分して電気量ｑを算出する。
電池容量算出部４５は、充電開始前後の電圧Ｖの差分をＯＣＶの差分であるΔＯＣＶとし、ＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４を参照してΔＯＣＶに対応するΔＳＯＣを求める。電池容量算出部４５は、ΔＳＯＣに対応する時間につき電流積算を行ってΔｑを求める。電池容量算出部４５は、ΔＳＯＣ及びΔｑに基づいて、電池容量を算出する。なお、電池容量の算出方法は、この場合に限定されない。
ＳＯＣ算出部４６は、随時、電流取得部４２から電流Ｉを取得し、通電電流を時間積分して電気量ｑを求め、電気量ｑを電池容量で除してＳＯＣを算出する。
【００４９】
発熱量算出部４７は、ＳＯＣを算出した時点におけるＯＣＶをＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４から読み取る。
【００５０】
図４は、発熱量の算出方法を説明するための説明図である。
図４の横軸はＳＯＣ（％）、縦軸は電圧（Ｖ）である。図４のＯＣＶ曲線がＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４に対応する。図４のＣＣＶ曲線は、各時点（各ＳＯＣ）におけるリード３３，３３間の電圧の曲線である。時点ｔ1 におけるＳＯＣをＳＯＣ1 、時点ｔ2 におけるＳＯＣをＳＯＣ2 とする。
図４においては、ＳＯＣ3 までＣＣ充電を行い、ＳＯＣ3 からＣＶ充電を行っている。
【００５１】
ΔＶは、下記式（１）により算出される。
ΔＶ＝ＣＣＶ−ＯＣＶ…（１）
但し、ＣＣＶ：ＳＯＣを算出した時点における電圧
発熱量算出部４７は、下記式（２）により電力Ｐを算出して、下記式（３）により時点ｔ1 からｔ2 における発熱量Ｑ1 を算出する。発熱量Ｑ1 は積分により求めることができる。
Ｐ＝ΔＶ×Ｉ…（２）
【００５２】
【数１】
2019175704.tif 000003
【００５３】
温度算出部４８は、温度取得部４４が取得した電池モジュール３の周囲温度Ｔs、発熱量Ｑ1 に基づき、一例としての下記式（４）により、温度Ｔ2 を算出する。温度Ｔ2 は厳密には電池モジュール３の内部温度であるのが好ましいが、たとえば、モジュールの表面温度など、電池モジュール３と相関のある温度であれば、必ずしも内部温度でなくてもよい。
【００５４】
【数２】
2019175704.tif 000004
【００５５】
但し、Ｔ2 ：電池モジュール３の時点ｔ2 における温度
Ｔ1 ：電池モジュール３の時点ｔ1 における温度であり、前回算出した温度
ｘ：放熱係数
Ｃp ：熱容量
【００５６】
式（４）では、発熱量Ｑ1 と放熱量との差分を熱容量Ｃp で除して、温度変化を求めている。
【００５７】
判定部４９は、温度算出部が算出した温度Ｔ2 が閾値の範囲内であるか否かを判定する。
電流制御部５０は温度Ｔ2 が閾値の範囲内でないと判定した場合、電池モジュール３の温度が所定の範囲に入るように、電流Ｉを制御する。電流制御部５０は例えば、発熱量Ｑ1 と放熱量との差分が０になって温度変化が０になるように、電流Ｉを制御する。
【００５８】
以下、充電制御処理を制御部４１の処理として説明する。
まず、電池容量の更新処理について説明する。図５は、制御部４１の電池容量の更新処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、所定の間隔又は随意の間隔で電池容量の更新処理を行う。制御部４１は、無負荷状態であり、開放電圧が安定している状態において、充電が開始される場合に、電池容量の更新処理を行う。
【００５９】
制御部４１は、電圧センサ８から充電前後の電圧Ｖを取得し、電流センサ９から電流Ｉを取得する（Ｓ１）。
制御部４１は、ＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４を参照し、充電開始前後の電圧Ｖの差分（ΔＯＣＶ）に対応するΔＳＯＣを読み取る。制御部４１は、ΔＳＯＣに対応する時間Δｔの通電電流を積分してΔｑを算出する。制御部４１は、Δｑ及びΔＳＯＣに基づいて電池容量を算出する（Ｓ２）。
制御部４１は、電池容量を記憶部５２に記憶し、電池容量が更新される（Ｓ３）。
【００６０】
以下、充電制御処理について説明する。
図６は、制御部４１の充電制御処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、所定の間隔又は随意の間隔で、電圧センサ８から電圧Ｖを取得し、電流センサ９から電流Ｉを取得する（Ｓ１１）。
制御部４１は、電流を時間積分して電気量ｑを求め、これを記憶部５２から読み出した電池容量で除して、ＳＯＣを算出する（Ｓ１２）。
【００６１】
制御部４１はＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４を参照し、ｔ＝ｔ1 、ｔ＝ｔ2 の時点でのＳＯＣ1 、ＳＯＣ2を読み取る（図４参照）。制御部４１はＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４を用い、ＳＯＣ1 〜ＳＯＣ2（ｔ1〜ｔ2）間のＣＣＶとＯＣＶとの差分ΔＶに基づいて、上記式（２）及び（３）により発熱量Ｑ1 を算出する（Ｓ１３）。
制御部４１は、温度センサから電池モジュール３の周囲温度Ｔs を取得する（Ｓ１４）。
【００６２】
制御部４１は上記式（４）に基づいて、ｔ＝ｔ2 の時点の電池モジュール３の温度Ｔ2 を算出する（Ｓ１５）。
制御部４１は、温度Ｔ2 が閾値以内であるか否かを判定する（Ｓ１６）。制御部４１は温度Ｔ2 が閾値以内であると判定した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、処理を終了する。
制御部４１は温度Ｔ2 が閾値以内でないと判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、電池モジュール３の温度が閾値内に入るように電流Ｉを制御し（Ｓ１７）、処理を終了する。
制御部４１は、所定の間隔又は随意の間隔で上述の処理を繰り返す。
【００６３】
本実施形態においては、電池モジュール３の発熱量Ｑ1 を算出して、電池モジュール３の温度が所定範囲に入るように電流Ｉを制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により、電池モジュール３が劣化することが抑制される。
【００６４】
（第２実施形態）
以下、本実施形態に係る充電制御処理について詳述する。
第２実施形態のＢＭＵ４の制御部４１は、電池モジュール３の充電時の電流Ｉを取得し、電流Ｉに基づきＳＯＣを算出し、ＳＯＣに基づいて内部抵抗Ｒを推定する。そして、内部抵抗Ｒに基づき電池モジュール３の発熱量Ｑ1 を算出し、発熱量Ｑ1 に基づいて、電池モジュール３の温度が所定の範囲に入るように、電流Ｉを制御する。
【００６５】
図７は、ＢＭＵ４の構成を示すブロック図である。図中、図３と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
第２実施形態の制御部４１は、電流取得部４２、電圧取得部４３、温度取得部４４、電池容量算出部４５、ＳＯＣ算出部４６、内部抵抗推定部５７、発熱量算出部４７、温度算出部４８、判定部４９、及び電流制御部５０を含む。
【００６６】
記憶部５２は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等により構成され、各種のプログラム及びデータを記憶する。記憶部５２には、充電制御処理を実行するための充電制御プログラム５３が格納されている。充電制御プログラム５３は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体６０に格納された状態で提供され、ＢＭＵ４にインストールすることにより記憶部５２に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから充電制御プログラム５３を取得し、記憶部５２に記憶させることにしてもよい。
記憶部５２には、予め実験により求めたＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４及びＳＯＣ−Ｒデータ（ＳＯＣと内部抵抗との関係）６１も記憶されている。
【００６７】
内部抵抗推定部５７は、ＳＯＣ算出部４６が算出したＳＯＣに基づき、ＳＯＣ−Ｒデータ６１を参照して、内部抵抗Ｒを推定する。
【００６８】
図８は、ＳＯＣ−Ｒデータ６１の一例を示すグラフである。横軸はＳＯＣ（％）、縦軸は抵抗（Ω）である。正極活物質はＬｉ（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１）Ｏ2 で表されるＮＣＭ８１１であり、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎのモル比が８：１：１である。図８に示すように、抵抗は低ＳＯＣ側及び高ＳＯＣ側で高くなっている。
【００６９】
図８は、ＳＯＣ−Ｒデータ６１の一例を示すグラフである。横軸はＳＯＣ（％）、縦軸は抵抗（Ω）である。正極活物質はＮＣＭ８１１であり、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎのモル比が８：１：１である。図８に示すように、抵抗は低ＳＯＣ側及び高ＳＯＣ側で高くなっている。
【００７０】
図９は、図８のＳＯＣ及び理論容量に基づいて電気量を求め、ＬｉxＭｅＯ2（ＭｅはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎのモル比が８：１：１）のｘを求めたときのｘと抵抗との関係を示すグラフである。横軸はｘ、縦軸は抵抗（Ω）である。ｘが０．２５以下である場合に、抵抗が急激に増加するので、本実施形態に係る充電制御処理を行うことで、効果的に発熱量を抑制することができることが分かる。
【００７１】
発熱量算出部４７は、第１実施形態と同様にしてΔＶを求める。
発熱量算出部４７は、下記式（５）により電力Ｐを算出して、下記式（６）により時点ｔ1 からｔ2 における発熱量Ｑ1 を算出する。
Ｐ＝Ｒ2 ×Ｉ…（５）
【００７２】
【数３】
2019175704.tif 000005
【００７３】
温度算出部４８は、温度取得部４４が取得した電池モジュール３の雰囲気の温度Ｔs、発熱量Ｑ1 に基づいて上記式（４）により、温度Ｔ2 を算出する。
【００７４】
判定部４９は、温度算出部が算出した温度Ｔ2 が閾値の範囲内であるか否かを判定する。
電流制御部５０は温度Ｔ2 が閾値の範囲内でないと判定した場合、電池モジュール３の温度が所定の範囲に入るように、電流Ｉを制御する。
【００７５】
以下、充電制御処理を制御部４１の処理として説明する。
図１０は、制御部４１による充電制御処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、所定の間隔又は随意の間隔で、電圧センサ８から充電前後の電圧Ｖを取得し、電流センサ９から電流Ｉを取得する（Ｓ２１）。
制御部４１は、電流を時間積分して電気量ｑを求め、これを記憶部５２から読み出した電池容量で除して、ｔ＝ｔ1 、ｔ＝ｔ2 の時点でのＳＯＣ1 、ＳＯＣ2を算出する。（Ｓ２２）。
【００７６】
制御部４１は、ＳＯＣ−Ｒデータ６１を参照し、ＳＯＣ1 〜ＳＯＣ2（ｔ1〜ｔ2）間の内部抵抗を読み取り、この区間の内部抵抗Ｒを推定する（Ｓ２３）。
制御部４１は、上記式（６）により発熱量Ｑ1 を算出する（Ｓ２４）。
【００７７】
制御部４１は、温度センサから電池モジュール３の周囲温度Ｔs を取得する（Ｓ２５）。
制御部４１は、周囲温度Ｔs、発熱量Ｑ1 に基づいて上記式（４）により、ｔ＝ｔ2 の時点の温度Ｔ2 を算出する（Ｓ２６）。
【００７８】
制御部４１は、温度Ｔ2 が閾値以内であるか否かを判定する（Ｓ２７）。制御部４１は温度Ｔ2 が閾値以内であると判定した場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、処理を終了する。
制御部４１は温度Ｔ2 が閾値以内でないと判定した場合（Ｓ２７：ＮＯ）、温度が閾値内に入るように電流Ｉを制御し（Ｓ２８）、処理を終了する。
制御部４１は、所定の間隔又は随意の間隔で上述の処理を繰り返す。
【００７９】
本実施形態においては、内部抵抗Ｒに基づき、電池モジュール３の発熱量Ｑ1 を算出して、電池モジュール３の温度が所定範囲に入るように電流Ｉを制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により、電池モジュール３が劣化することが抑制される。
【００８０】
本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８１】
本発明に係る充電制御装置は、車載用に限定されず、鉄道用回生電力貯蔵装置、太陽光発電システム等の他の蓄電装置にも適用できる。また、本発明に係る充電制御装置は、ノートパソコン、携帯電話機、及びシェーバー等のモバイル機器にも適用できる。さらに充電器にも適用できる。
そして、蓄電素子はリチウムイオン二次電池には限定されない。蓄電素子は、他の二次電池であってもよいし、一次電池であってもよいし、キャパシタ等の電気化学セルであってもよい。
また、前記第１実施形態及び第２実施形態においては、電池モジュール３を一つの蓄電素子として、ＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４又はＳＯＣ−Ｒデータ６１を取得し、電池モジュール３の充電を制御する場合につき説明しているが、これに限定されない。各電池２につきＳＯＣ−ＯＣＶデータ５４又はＳＯＣ−Ｒデータ６１を取得し、電池２の充電を各別に制御することにしてもよい。
【００８２】
そして、前記第１実施形態及び第２実施形態において、Ｌｉx （ＮｉaＭｎbＣｏc Ｍd ）Ｏ2 のａが０．５≦ａ≦１を満たす場合につき説明しているが、これに限定されない。
【符号の説明】
【００８３】
１  車両
２  電池（蓄電素子）
３  電池モジュール（蓄電素子）
４  ＢＭＵ（充電制御装置）
４１  制御部
４２  電流取得部（第１取得部）
４３  電圧取得部（第２取得部）
４４  温度取得部（第４算出部）
４５  電池容量算出部（第３算出部）
４６  ＳＯＣ算出部（第２算出部）
４７  発熱量算出部（第１算出部）
４８  温度算出部
４９  判定部
５０  電流制御部（制御部）
５２  記憶部
５３  充電制御プログラム
５４  ＳＯＣ−ＯＣＶデータ
５７  内部抵抗推定部（推定部）
６０  記録媒体
６１  ＳＯＣ−Ｒデータ
６  統合ＥＣＵ
１３  サーバ
１５  制御部
【図１】
2019175704.tif 000006
【図２】
2019175704.tif 000007
【図３】
2019175704.tif 000008
【図４】
2019175704.tif 000009
【図５】
2019175704.tif 000010
【図６】
2019175704.tif 000011
【図７】
2019175704.tif 000012
【図８】
2019175704.tif 000013
【図９】
2019175704.tif 000014
【図１０】
2019175704.tif 000015