(57)【要約】【課題】  二次電池の劣化加速領域を正確に把握し、劣化加速を抑制する二次電池の管理装置を提供する。【解決手段】  二次電池の入出力制御を行う二次電池の管理装置であって、二次電池のＳＯＣ又は電圧を検出する電池状態検出部１０と、二次電池の劣化状態を検出する電池劣化状態検出部と、前記電池劣化状態検出部が検出した劣化状態に基づ２０いて劣化加速領域を算出する劣化加速領域算出部３０と、前記電池状態検出部が検出したＳＯＣ又は電圧と、前記劣化加速領域算出部が算出した劣化加速領域とを考慮して、劣化加速領域での使用を回避する回避動作を行う劣化加速領域回避部４０と、を具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の入出力制御を行う二次電池の管理装置であって、
二次電池のＳＯＣ又は電圧を検出する電池状態検出部と、
二次電池の劣化状態を検出する電池劣化状態検出部と、
前記電池劣化状態検出部が検出した劣化状態に基づいて劣化加速領域を算出する劣化加速領域算出部と、
前記電池状態検出部が検出したＳＯＣ又は電圧と、前記劣化加速領域算出部が算出した劣化加速領域とを考慮して、劣化加速領域での使用を回避する回避動作を行う劣化加速領域回避部と、を具備することを特徴とする二次電池の管理装置。
【請求項２】
前記劣化加速領域算出部は、前記電池状態検出部が検出した電池温度を考慮して劣化加速領域を算出することを特徴とする請求項１記載の二次電池の管理装置。
【請求項３】
前記劣化加速領域回避部は、充電中止、放電増加、強制放電、充電電流増加から選択される回避動作により、劣化加速領域から脱出するか、劣化加速領域に入らないように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の二次電池の管理装置。
【請求項４】
前記劣化加速領域回避部は、劣化加速領域に入った状態において、前記二次電池が放電傾向か、充電傾向かを判断し、放電傾向の場合には、放電増加又は強制放電の回避動作を選択し、充電傾向の場合には、充電電流増加の回避動作を選択するように制御することを特徴とする請求項３記載の二次電池の管理装置。
【請求項５】
前記二次電池と前記二次電池の管理装置は車両に搭載されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の二次電池の管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池の管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等の電動車両が多数実用化されている。電動車両に搭載されている駆動用のバッテリは、充電可能なリチウムイオン二次電池が用いられている。また、リチウムイオン電池は家庭用電源、各種ＡＶ機器、パソコン、携帯端末などの種々の分野で使用されている。
【０００３】
このようなリチウムイオン電池は、使用を継続することにより劣化するが、電池劣化が早い劣化加速領域があり、二次電池の種類毎に異なることが知られている。
【０００４】
そして、例えば、特許文献１では、予め測定した特定のＳＯＣ範囲と温度を考慮して劣化加速領域を特定し、この範囲に入った電池について劣化加速領域の範囲内となる時間を短くなるようにする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６５４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、劣化加速領域は、同一個体の二次電池であっても、電池の環境、使用状態などによって大きく変化するので、上述した制御では劣化加速を回避することはできない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、二次電池の劣化加速領域を正確に把握し、劣化加速を抑制する二次電池の管理装置を提供得することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決する本発明は、二次電池の入出力制御を行う二次電池の管理装置であって、二次電池のＳＯＣ又は電圧を検出する電池状態検出部と、二次電池の劣化状態を検出する電池劣化状態検出部と、前記電池劣化状態検出部が検出した劣化状態に基づいて劣化加速領域を算出する劣化加速領域算出部と、前記電池状態検出部が検出したＳＯＣ又は電圧と、前記劣化加速領域算出部が算出した劣化加速領域とを考慮して、劣化加速領域での使用を回避する回避動作を行う劣化加速領域回避部と、を具備することを特徴とする二次電池の管理装置にある。
【０００９】
かかる本発明では、劣化加速領域の特定を劣化状態を加味して判断するので、より正確に劣化加速領域が特定でき、この劣化加速領域をできるだけ早く回避する回避手段を具備するので、劣化の低減を図ることができる。
【００１０】
ここで、前記劣化加速領域算出部は、前記電池状態検出部が検出した電池温度を考慮して劣化加速領域を算出することが好ましい。
【００１１】
これによれば、劣化加速領域の特定をより正確に行うことができ、劣化の抑制をさらに実現できる。
【００１２】
また、前記劣化加速領域回避部は、充電中止、放電増加、強制放電、充電電流増加から選択される回避動作により、劣化加速領域から脱出するか、劣化加速領域に入らないように制御することが好ましい。
【００１３】
これによれば、劣化加速領域の回避をより適正に行うことができ、劣化の低減をさらに実現できる。
【００１４】
また、前記劣化加速領域回避部は、劣化加速領域に入った状態において、前記二次電池が放電傾向か、充電傾向かを判断し、放電傾向の場合には、放電増加又は強制放電の回避動作を選択し、充電傾向の場合には、充電電流増加の回避動作を選択するように制御することが好ましい。
【００１５】
これによれば、劣化加速領域に入った際の状況に応じて回避動作を行うので、回避動作に伴うエネルギーの消費を最低限に抑えることができる。
【００１６】
また、前記二次電池と前記二次電池の管理装置は車両に搭載されることが好ましい。
【００１７】
これによれば、車両に搭載される二次電池の劣化を低減できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の二次電池の管理装置によれば、劣化加速領域の特定を劣化状態を加味して判断するので、より正確に劣化加速領域が特定でき、この劣化加速領域をできるだけ早く回避する回避手段を具備するので、劣化の低減を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態にかかる制御装置を有するＰＨＥＶの構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態にかかる二次電池の管理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態にかかるマップを説明するためのグラフである。
【図４】本実施形態にかかるマップを説明するためのグラフである。
【図５】本実施形態にかかるマップを説明するためのグラフである。
【図６】本実施形態にかかるマップを説明するためのグラフである。
【図７】本実施形態にかかるマップを説明するためのグラフである。
【図８】本実施形態にかかるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の実施形態は、二次電池及びその管理装置を車両に搭載した例について説明するが、二次電池の管理装置は他の用途に使用される二次電池の管理にも使用できる。
【００２１】
図１に示すように、電動車両の一例であるプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）１には、エンジン２の他、二次電池である駆動用バッテリ３が搭載されている。駆動用バッテリ３は、複数のバッテリーセルが直列に接続されてなるバッテリユニットであり、例えば、リチウムイオン二次電池からなる。
【００２２】
この駆動用バッテリ３はコントロールユニット４を介して走行用モータ５及びジェネレータ６に電気的に接続されている。走行用モータ５及びジェネレータ６は、図示は省略するが駆動輪に連結されている。そして、ＰＨＥＶ１は、例えば、駆動用バッテリ３からの電力供給により動作する走行用モータ５の駆動力によって走行するＥＶ走行モード、駆動用バッテリ３とエンジン２によって駆動されるジェネレータ６によって発電される電力によって動作する走行用モータ５の駆動力によって走行するシリーズ走行モード、エンジン２の駆動力で走行するパラレル走行モードなどの走行モードを有している。
【００２３】
本実施形態におけるＰＨＥＶ１では、駆動用バッテリ３に蓄えられた電力は、コントロールユニット４のインバータで直流から交流に変換されて走行用モータ５に流入し、これにより走行用モータ５が駆動される（放電）。また、ＰＨＥＶ１の減速時の回生発電電力は、コントロールユニット４のインバータで交流から直流に変換されて駆動用バッテリ３に流入し、駆動用バッテリ３に充電される。
【００２４】
ここで、本実施形態にかかるＰＨＥＶ１には、図２に示すように制御部１００が設けられている。制御部１００は、各種情報を検出する検出部１０(充電状態検出部)を具備し、駆動用バッテリ３の温度を検出する電池温度検出手段１１と、駆動用バッテリ３のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ、残存容量）を検出するＳＯＣ検出手段１２を備える。なお、ＳＯＣ検出手段１２は、単純に電圧検出手段置き換えてもよい。
【００２５】
そして、本実施形態の制御部１００は、駆動用バッテリ３の劣化状態を検出する電池劣化状態検出部２０と劣化加速領域検出部３０(劣化加速領域算出部)と劣化加速領域回避部４０とを具備する。電池劣化状態検出部２０は、容量劣化を検出するものである。より正確には容量劣化と、容量劣化と切り分けられる抵抗劣化とを切り分けて把握するものであってもよい。このような劣化状態の検出は、常法に従って行うことができる。
【００２６】
このように検出された電池劣化状態は劣化加速領域検出部３０に送られる。劣化加速領域検出部３０は、予め測定した結果から特定した劣化加速領域を、電池劣化状態毎に保有し、これらのデータに基づいて現状の劣化状態加速領域を決定する。これにより、電池劣化状態によって変化する劣化加速領域を正確に把握することができ、回避動作をより正確に行うことができる。
【００２７】
ここで、劣化状態加速領域は電池温度によっても異なることがわかっており、さらに電池温度毎に劣化加速領域を保有し、電池温度を考慮した劣化加速領域を特定してもよい。これにより、より正確な劣化加速領域が特定でき、回避動作をより正確に行うことができる。
【００２８】
ここで、予め用意する劣化加速領域のデータについて説明する。
【００２９】
劣化加速領域を求めるには、種々の環境下で実際の劣化速度を測定し、この結果に基づいて劣化速度が高い範囲を劣化加速領域として特定する。なお、以下、劣化加速領域をＳＯＣの範囲で示したが、電圧範囲として規定してもよい。
【００３０】
図３には、劣化状態が小（例えば、容量劣化が０〜１０％の範囲で、この場合０％）、劣化状態が中（例えば、容量劣化が１０〜２５％で、この場合２０％）、劣化状態が大（例えば、劣化状態が２５〜５０％で、この場合４０％）の場合の劣化速度とＳＯＣとの関係を示すグラフである。なお、劣化状態が５０％以上の場合には、電池容量が著しく低下してしまうため、通常使用せず、電池本体を新しいものと交換する。この場合、劣化小の場合の劣化加速領域は、ＳＯＣが２５％〜３５％の範囲であり、劣化中の場合の劣化加速領域は、ＳＯＣが３５％〜４５％であり、劣化大の場合の劣化加速領域は、ＳＯＣが４５％〜５５％の範囲となる。なお、劣化加速のピークに対してどの範囲を劣化加速領域とするかの決定は、自由に選択すればよく、劣化加速領域の回避動作の制御の負荷と、効果との兼ね合いで決定すればよい。この例では、ピークの半価幅程度を劣化加速領域としている。なお、劣化加速領域は、二次電池の種類、規格によって異なるが、個体差があるわけではないので、種類、規格毎に測定しておけばよい。
【００３１】
劣化加速領域検出部３０は、このようなデータに基づいて、劣化加速領域を特定する。
【００３２】
図４は、図３の劣化大の電池について、温度を高温（例えば、３０℃〜５０℃の範囲で、この場合、４５℃）、常温（例えば、１０℃〜３０℃の範囲で、この場合２５℃）、低温（例えば、１０℃以下の範囲で、この場合０℃）の場合の劣化速度とＳＯＣとの関係を示すグラフである。この場合、高温での劣化加速領域は、ＳＯＣが４５％〜５５％の範囲であり、常温での劣化加速領域は、ＳＯＣが１５％〜２５％の範囲であるが、低温の場合には、劣化加速領域がないことになる。
【００３３】
また、図５は、図３の各電池について高温、常温、低温で劣化速度とＳＯＣとの関係を測定し、劣化速度のピーク値と、劣化状態と、温度との関係を示したものである。劣化状態、温度によって、劣化加速領域のピーク位置が変わることがわかる。
【００３４】
このように、電池の劣化状態と電池温度とをそれぞれ変化させた劣化加速領域のデータを測定しておけば、劣化加速領域検出部３０は、これらに基づいて劣化加速領域をより正確に特定することができる。
【００３５】
劣化加速領域検出部３０が特定した劣化加速領域についてのデータは劣化加速領域回避部４０に送られる。
【００３６】
劣化加速領域回避部４０は、劣化加速領域のデータを受け取ると、この劣化加速領域に入らないように、又は入ったとしてできるだけ短期間で脱出するような回避動作を行うように制御を行う。
【００３７】
劣化加速領域回避部４０は、劣化加速領域に入ったら、できるだけ放電（充電）過多となるようにして、その領域を速やかに通り抜けて滞在時間を減らすように回避動作を行うように制御するが、この回避動作には、（１）充電の中止、すなわち、車両回生入力を中止する、（２）放電の増加、すなわち、強放電モードとして、できるだけ車両のエンジンアシストは使用せず、電池の放電を促進する、（３）強制（補助）放電、すなわち、抵抗放電などを追加して放電をする、（４）充電電流の増加、すなわち、充電中にこの領域だけ電流を増やして早く充電する、（５）その領域の使用中止、すなわち、劣化加速領域が低ＳＯＣであれば、その領域を使用不可とする、（６）車両停止であれば、領域からでるように強制放電（充電）をする、などを挙げることができる。
【００３８】
このような劣化加速領域回避部４０の回避動作の制御は、劣化加速領域の条件変化に追従して上述した回避動作を変更して効率的に実施するのが好ましい。すなわち、回避動作を行っている際にも、電池劣化、電池温度が変化することによって劣化加速領域、加速量が変化するため、必要な箇所で上述した回避動作を実施できるようにパラメーターをもたせて制御を行うのが好ましい。
【００３９】
例えば、図６に示すように、劣化加速領域検出部３０により、ＳＯＣが４５％〜５５％の範囲が劣化加速領域であると特定された場合であって、現在のＳＯＣが劣化加速領域内に入る場合、できるだけ短期間で脱出するような回避動作を行う。この回避動作は、例えば、現状が放電過多の状態か、充電過多の状態かを判断し、放電過多の場合には、より一層放電するようにしてできるだけ早くＳＯＣが４５％より小さくなるような回避動作を行う。一方、充電過多の場合には、より一層充電を高めるようにしてＳＯＣができるだけ早く５５％より大きくなるように回避動作を行う。
【００４０】
また、図７に示すように、劣化加速領域検出部３０により、ＳＯＣが１５％〜２５％の範囲が劣化加速領域であると特定された場合にあっては、ＳＯＣが低い領域であるので、ＳＯＣが１５％〜２５％の範囲は使用しないようにし、ＳＯＣが２５％より高い範囲で運用するように回避動作を行えばよい。
【００４１】
このような回避動作の指令は、制御実施出力部５０に送られる。
【００４２】
制御実施出力部５０は、制御実施部６０に制御実施指令を出力する。ここで、制御実施指令は、充放電制御手段６１が行う駆動用バッテリ３の充放電制御に関する指令、また、車両入出力制御手段６２が行う、走行用モータ５の車両への出力制御に関する指令、タイヤの回転力でジェネレータ６を駆動して発電する回生入力に関する指令、さらに、モータアシスト量制御手段６３が行うエンジン２による走行時に走行用モータ５がアシストする量の制御に関する指令などがあるが、これらの指令を回避動作を考慮して行うことになる。
【００４３】
以下、具体的なフローチャートを例示して、劣化加速領域の把握と、回避動作とを行う手順を説明する。
【００４４】
図８には、フローチャートの一例を示す。なお、劣化加速領域をＳＯＣ範囲として示しているが、電圧範囲と置き換えることも可能である。
【００４５】
図８に示すように、まず、電池劣化状態検出部２０が劣化状態を検出し（ステップＳ１）、検出部１０が電池温度（１）を検出する（ステップＳ２）。そして、劣化状態と電池温度と把握した劣化加速領域検出部３０は、マップ選択を行い（ステップＳ３）、劣化加速領域のＳＯＣ範囲を決定する（ステップＳ４）。ここで、マップ選択とは、電池の劣化状態と電池温度とが適合したマップを選択し、これに基づいて劣化加速領域のＳＯＣ範囲を決定する。なお、電池温度を変更したマップを有しない場合には、劣化状態に基づいてマップを選択し、劣化加速領域のＳＯＣ範囲を決定する。
【００４６】
次に、検出部１０が現在のＳＯＣ（１）を検出し（ステップＳ５）、電池温度（２）を再度検出し（ステップＳ６）、これらに基づいて、まず、時間・温度再判定を行う（ステップＳ７）。このステップＳ７の時間・温度再判定は、ステップＳ３のマップ選択から一定時間範囲内かを判定し、時間が一定時間を超えている場合には（ステップＳ７；Ｎｏ）、劣化状態が異なっている可能性があるので、ステップＳ１に戻す。また、ステップＳ６で検出した電池温度（２）がステップＳ２の電池温度（１）と同じかどうか又は一定範囲内かを判断し、同じでない場合には（ステップＳ７；Ｎｏ）、マップ選択が変わる可能性があるので、ステップＳ１に戻す。
【００４７】
一方、ステップＳ７で時間が一定時間内で、温度が同じか一定範囲内の場合には（ステップＳ７；Ｙｅｓ）終了判定を行い（ステップＳ８）、現在のＳＯＣ（１）がステップＳ４で決定したＳＯＣ範囲外か、及び当該ＳＯＣ範囲内に入る可能性がないかを判断し、何れもＹｅｓの場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）には、制御終了とし、何れかがＹｅｓの場合には（ステップＳ８；Ｎｏ）、ステップＳ９に移行する。
【００４８】
ステップＳ９では、ステップＳ５で検出したＳＯＣ（１）が劣化加速領域のＳＯＣ範囲内か否かを判断し、範囲内でない場合には（ステップＳ９；Ｎｏ）、ステップＳ５に戻し、範囲内の場合には（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、劣化加速領域回避部４０が劣化加速領域の回避動作を行う（ステップＳ１０）。
【００４９】
次に、劣化加速領域の回避動作を実施してから一定時間経過後、再度ＳＯＣ（２）を検出し（ステップＳ１１）、電池温度（３）を検出する（ステップＳ１２）。続いて、再度、時間・温度再判定を行う（ステップＳ１３）。このステップＳ１３の時間・温度再判定は、ステップＳ３のマップ選択から一定時間範囲内かを判定し、時間が一定時間を超えている場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、劣化状態が異なっている可能性があるので、劣化加速領域回避動作を停止し（ステップＳ１４）、その後、ステップＳ１に戻す。また、ステップＳ１２で検出した電池温度（３）がステップＳ２の電池温度（１）と同じかどうか又は一定範囲内かを判断し、同じでない場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、マップ選択が変わる可能性があるので、劣化加速領域回避動作を停止し（ステップＳ１４）、その後、ステップＳ１に戻す。
【００５０】
一方、ステップＳ１３で、時間が一定時間内で、温度が同じか一定範囲内の場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、現在のＳＯＣ（２）が劣化加速領域のＳＯＣ範囲内か否かを判断し、範囲内の場合には（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に戻す。一方、範囲内でない場合には（ステップＳ１５；Ｎｏ）、劣化加速領域回避動作を停止し（ステップＳ１６）、その後、終了判定を行う（ステップＳ１７）。終了判定では、現在のＳＯＣ（２）がステップＳ４で決定したＳＯＣ範囲外か、及び当該ＳＯＣ範囲内に入る可能性がないかを判断し、何れもＹｅｓの場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）には、制御終了とし、何れかがＹｅｓの場合には（ステップＳ１７；Ｎｏ）、ステップＳ１に移行する。
【００５１】
以上のフローにより、劣化加速領域に滞在する時間を極力短くできるので、劣化加速が防止され、電池劣化を抑制することができる。
【００５２】
（その他）
以上説明した実施形態では、二次電池を車両に搭載した例を説明したが、本発明は、家庭用の補助電源、その他各種機器の電源として用いた場合にも適用でき、同様な効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００５３】
１     ＰＨＥＶ
２     エンジン
３     駆動用バッテリ
４     コントロールユニット
５     走行用モータ
６     ジェネレータ
１０   検出部
２０   電池劣化状態検出部
３０   劣化加速領域検出部
４０   劣化加速領域回避部
１００ 制御部
【図１】
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【図２】
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【図８】
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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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