(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースの内側に電極体が接触している車載二次電池の満充電容量の推定装置であって、
前記ケースに作用する圧力を測定する圧力センサと、
前記二次電池の充電残量を測定するＳＯＣセンサと、
前記圧力センサと前記ＳＯＣセンサの計測値に基づいて経時変化後の前記車載二次電池の満充電容量を推定する制御装置と、
を備えており、前記制御装置は、
初期の前記車載二次電池の充電残量に対する前記圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量（初期傾き変化充電残量）を記憶しており、
前記圧力センサと前記ＳＯＣセンサの計測値に基づいて、経時変化後の前記車載二次電池の充電残量に対する前記圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量（経時変化後の傾き変化充電残量）を特定し、
前記「初期傾き変化充電残量」と前記「経時変化後の傾き変化充電残量」の差から、現在の満充電容量を推定する、
ことを特徴とする容量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、車載二次電池の容量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繰り返し充放電することができる二次電池が普及している。二次電池は、例えば、ハイブリッド車や電気自動車に搭載される。二次電池は使用すること、即ち、充放電を繰り返すことで、利用可能な電池容量（放電容量）が低下することが知られている。以下、利用可能な電池容量の低下についてまず説明する。
【０００３】
一般に、電池容量を直接に計測することは難しい。電池容量は、電池容量と一意の関係にある二次電池の出力電圧（開回路電圧）を使って測定される。以下では説明を簡略化するため、開回路電圧（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）をＯＣＶと略称する。ＯＣＶは電圧センサで測定することができる。あるいは、閉回路電圧（ＣＣＶ：Ｃｌｏｓｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）しか計測できない場合でも、ＣＣＶからＯＣＶを推定することができる。さらに一般に、電池の電池容量は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：充電残量）という単位系で表される。電池容量は、予め定められた利用可能なＯＣＶの範囲の下限値をＳＯＣ＝０％とし、ＯＣＶの範囲の上限値をＳＯＣ＝１００％として、現在のＯＣＶの百分率で表される。ＳＯＣ＝１００％（ＯＣＶ＝上限値）に相当する電池容量とＳＯＣ＝０％（ＯＣＶ＝下限値）に相当する電池容量の差が利用可能な電池容量となる。なお、後述するようにＳＯＣの値に対応する電池容量は時間とともに変化する。即ち、ＳＯＣの値が示す電池容量が時間とともに変化する。理解を助けるために、ＳＯＣを電池残量と称し、二次電池の本来の電池容量と区別する。
【０００４】
通常の使用期間では二次電池は完全放電されることはなく、所定のＳＯＣの範囲（即ち予め定められたＯＣＶの範囲）で充放電が繰り返される。充放電を繰り返すうちに、ＯＣＶ＝下限値に対応する電池容量が大きくなることが知られている。即ち、二次電池は使用するにつれてＳＯＣ＝０％に対応する電池容量が大きくなる。その結果、ＳＯＣ＝１００％に相当する電池容量とＳＯＣ＝０％に相当する電池容量の差、即ち、利用可能な電池容量が小さくなる。経時的な使用により利用可能な電池容量が小さくなることは、「電池が劣化する」と表現されることがある。以下では、説明を理解し易くするため、ＳＯＣ＝１００％に相当する電池容量とＳＯＣ＝０％に相当する電池容量の差を、満充電容量と称することにする。別言すれば、満充電容量とは、ＳＯＣ＝１００％（満充電）のときに利用可能な電池容量である。
【０００５】
車載の二次電池に特有の現象を利用して、使用によって低下した満充電容量を推定する技術が研究されている。車載の二次電池では、ケースに外側から圧力を加え、ケースの内側に電極体が接するようにして耐振動性を高めている。一方、電極体は、充放電に伴って膨張・収縮を繰り返し、劣化するにつれて膨張の度合が変化する。即ち、ケースに加わる圧力と満充電容量の間には一意の関係がある。ケースに加わる圧力の変化から、使用によって低下した満充電容量を算出する判別システムが例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている判別システムでは、基準となる端子間電圧において初期状態から劣化状態に亘って予め測定された圧力と充電残量の関係を示すマップを記憶しておく。そのマップを参照して、経時変化後の二次電池のケースに加わる圧力から、現在の満充電容量（低下した満充電容量）を推定する。特許文献１では、二次電池のケースに加わる圧力は二次電池のケースに取り付けられた圧力センサにより計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０９２３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術では、圧力センサが計測する圧力の絶対値を利用する。ところが、ケースには、電極体から受ける圧力のほか、ケースの外からも圧力が加わる。例えば複数の電池を束ねている結束バンドの緩みなどにより、電極体以外から加わる圧力が変化する。圧力の絶対値を用いる推定では、電極体以外から加わる圧力の変化により推定誤差が生じる。本明細書では、特許文献１と同様に、二次電池の内部圧力の変化を利用するが、圧力の絶対値を使わずに、低下した満充電容量をより高精度に推定する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者は、充電残量と二次電池のケースに作用する圧力の関係を示すグラフを観察していると、充電残量に対する圧力の関係における圧力変化の傾きが所定の充電残量の値で離散的に変化することに気が付いた。また、発明者は、充電残量に対する圧力の関係を示すグラフを初期状態と劣化状態で比べたときに、その所定の充電残量の値が劣化と共に変化することに気が付いた。そこで、発明者は、充電残量に対する圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量の値を利用することで、二次電池の満充電容量を推定するシステムを創案した。なお、このような現象が起こる原理については、実施例にて述べる。
【０００９】
本明細書が開示する車載二次電池の容量推定装置は、二次電池のケースに作用する圧力を測定する圧力センサと、二次電池の充電残量を測定するＳＯＣセンサと、圧力センサとＳＯＣセンサの計測値に基づいて経時変化後の二次電池の満充電容量を推定する制御装置と、を備えている。制御装置は、初期の二次電池の充電残量に対する圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量（初期傾き変化充電残量）を記憶している。制御装置は、圧力センサとＳＯＣセンサの計測値に基づいて、経時変化後の二次電池の充電残量に対する圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量（経時変化後の傾き変化充電残量）を特定する。そして、制御装置は、初期傾き変化充電残量と経時変化後の傾き変化充電残量の差から、現在の満充電容量を推定する。なお、二次電池のケースの内側には電極体が接触している。この構成によれば、上述した現象を利用して、二次電池の満充電容量を推定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書が開示する技術によれば、使用によって低下した二次電池の満充電容量を推定することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の制御装置を備える電動車両の電力系のブロック図である。
【図２】二次電池モジュールの側面断面図である。
【図３】二次電池の正面図である。
【図４】ＳＯＣと圧力測定値の関係を示すグラフである。
【図５】ＳＯＣと傾きの関係を示すグラフである。
【図６】差分値と低下量の関係を示すグラフである。
【図７】正極電位と総電荷量の関係及び負極電位と総電荷量の関係を示すグラフである。
【図８】実施例の制御装置が実行する処理を示すフローチャート図である。
【図９】クリープ変形若しくはガス発生が生じた場合のＳＯＣと圧力測定値の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して実施例の容量推定装置を説明する。図１に、実施例の容量推定装置を備える電気自動車２００の電力系のブロック図を示す。電気自動車２００は、走行用のモータ５と、モータ５に電力を供給する二次電池モジュール２を備えている。二次電池モジュール２は、インバータ３を介してモータ５に接続されている。二次電池モジュール２から出力される直流電力は、インバータ３により交流電力に変換され、モータ５に供給される。二次電池モジュール２とインバータ３の間には、システムメインリレー７が配置されている。
【００１３】
二次電池モジュール２は、複数の二次電池２０を直列に接続して構成されるモジュールである。二次電池モジュール２は、外部電源（不図示）により充電される。また、二次電池モジュール２は、制動時に発生するモータ５からの回生電力によっても充電される。各二次電池２０には後述する圧力センサ２４が備えられている。図１では、複数の二次電池２０の一部が描かれている。なお、図１では、複数の二次電池の内、１つの二次電池に符号を付し、他の二次電池の符号は省略している。各二次電池２０に備えられる圧力センサの符号も同様である。
【００１４】
また、電気自動車２００は、二次電池モジュール２の充電残量（ＳＯＣ）を測定するＳＯＣセンサ９を備えている。なお、厳密には、直接に計測するのは二次電池モジュール２の各二次電池２０の端子間電圧である。その端子間電圧は、二次電池モジュール２に負荷が接続されているときの閉回路電圧（ＣＣＶ：Close Circuit Voltageの略）である。ＳＯＣセンサ９は、所定のアルゴリズム、あるいは、予め記憶している閉回路電圧とＳＯＣの対応マップを使って二次電池モジュール２のＣＣＶから充電残量を得る。例えば、ＳＯＣセンサ９は、ＣＣＶとともに二次電池モジュール２の出力電流を合わせて計測し、その出力電流から負荷駆動による電圧降下分を特定し、ＣＣＶに電圧降下分を加えた値をＯＣＶとして出力する。先に述べたように、充電残量ＳＯＣは、予め決められたＯＣＶの範囲の下限値をＳＯＣ=０％とし、ＯＣＶの範囲の上限値をＳＯＣ=１００％としたときの現在のＯＣＶを百分率で表した数値である。従って、求めたＯＣＶから一意に現在の充電残量ＳＯＣが得られる。電気自動車の技術分野においては、電圧センサ（及び電流センサ）などのセンサと予め記憶しているマップなどから電池のＳＯＣを得るデバイスをＳＯＣセンサと称することはよく知られている。なお、先に述べたように、ＯＣＶと電池容量（電池に蓄えられている電気容量＝放電容量）にも一意の関係がある。
【００１５】
電気自動車２００は、圧力センサ２４の測定値とＳＯＣセンサ９の測定値に基づいて、二次電池２０の満充電容量の低下量を推定する制御装置８を備えている。「満充電容量」とは、先に述べたように、ＳＯＣ＝１００％に対応する電池容量とＳＯＣ＝０％に対応する電池容量との差である。二次電池２０は、充放電を繰り返すうちに満充電容量が低下する。上述の「低下量」とは、初期状態の満充電容量と充放電を繰り返すことにより低下した満充電容量との差である。制御装置８は、二次電池２０の満充電容量の低下量を推定するのに必要なデータを記憶するためのメモリ（不図示）を備えている。制御装置８が、二次電池２０の満充電容量の低下量を推定するために実行する処理については、後述する。また、制御装置８により推定された満充電容量の低下量は、ダイアグ用メモリ１２に記憶される。メンテナンスの際に、ダイアグ用メモリ１２に記憶された情報を読み出すことにより、メンテナンススタッフは二次電池２０の満充電容量の低下量を知ることができる。また、制御装置８は、満充電容量の推定値が所定の閾値を下回った場合、警告信号を発信する。その警告信号は、インストルメントパネル１３に送信される。インストルメントパネル１３では、警告信号に応じて警告灯が点灯する。この警告灯によりドライバが二次電池２０の満充電容量が低下したことを知ることができる。なお、二次電池の満充電容量が低下することを、「劣化する」と表現する場合もある。
【００１６】
図２、３を参照して、二次電池モジュール２の構成を説明する。図２は、二次電池モジュール２の側面断面図を示す。図３は、二次電池モジュール２を構成する二次電池２０の正面図を示す。二次電池２０は、扁平な直方体のケース２２と、ケース２２に電解液と共に収容されている電極体２１を備えている。各二次電池２０は、ケース２２の面積最大の外側面２２ｃ同士が対向するように積層されている。隣り合う二次電池２０の間には、冷却板２３が配置されている。二次電池２０は、結束バンド（不図示）により束ねられている。結束バンドの結束力により、二次電池モジュール２には、積層方向に荷重（以下、積層荷重）が作用しており、二次電池２０と冷却板２３は接している。なお、図２では、二次電池モジュール２の一部が描かれていることに留意されたい。
【００１７】
電極体２１は、帯状の正極シートと帯状の負極シートを間に帯状のセパレータを挟んで積層した積層体を扁平に巻回することにより構成されている。扁平な電極体２１は、電極体２１の比較的広い側面が扁平なケース２２の面積最大の内側面と対向するように、ケース２２に収容されている。電極体２１とケース２２の間には、絶縁シート２５が配置されている。二次電池モジュール２に作用する積層荷重により、電極体２１は絶縁シート２５を介して、ケース２２の内側面に接している。
【００１８】
二次電池２０のケース２２の面積最大の外側面２２ｃには、圧力センサ２４が備えられている。図３に示すように、圧力センサ２４は、外側面２２ｃの中央に配置されている。圧力センサ２４は、ケース２２の外側面２２ｃと冷却板２３の間に挟まれるように配置されている。
【００１９】
二次電池２０の一側面には正極端子２２ａ、負極端子２２ｂが設けられている。各二次電池２０の正極端子２２ａと負極端子２２ｂは、バスバ（不図示）で直列に接続されている。
【００２０】
二次電池２０はリチウムイオン二次電池である。電極体２１の正極シートは、導電性の集電体に正極活物質が塗布されたものである。正極活物質として、リチウム遷移金属酸化物が使用される。例えば、リチウム遷移金属酸化物は、リチウムニッケル系酸化物（ＬｉＮｉＯ２等）、リチウムコバルト系酸化物（ＬｉＣｏＯ２等）及びリチウムマンガン系酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４等）である。また、電極体２１の負極シートは、導電性の集電体に負極活物質が塗布されたものである。負極活物質として、例えば、層状構造を有する炭素材料が使用される。例えば、炭素材料は、黒鉛（グラファイト）、ハードカーボン、ソフトカーボン等である。
【００２１】
二次電池２０は、充電が進むにつれて、即ち、電池容量が大きくなるにつれて、リチウムイオンが負極シートに集まる。そして、負極活物質の層間には、電池容量が大きくなるにつれてリチウムイオンが入り込む。負極活物質の層間に充電によりリチウムイオンが入り込む現象は、インターカレーション反応と称される。インターカレーション反応によりリチウムイオンが増えるにつれて、負極活物質の層間距離が大きくなり、負極シートが膨張する。電池容量が大きくなるにつれて負極シートが膨張することにより、電極体２１も膨張する。電極体２１が膨張することで、ケース２２には電極体２１から圧力が作用する。二次電池２０の劣化が進むにつれて、負極シートの膨張の仕方も変化する。即ち、二次電池２０の劣化は圧力センサ２４の計測値に影響する。ただし、圧力センサ２４の計測値には、積層荷重が影響し、積層荷重も経時的に変化する可能性がある。従って、圧力センサ２４が計測する圧力の絶対値から二次電池２０の劣化、即ち、満充電容量の低下量を推定すると誤差が大きくなる。制御装置８は、圧力センサ２４が計測する圧力の大きさではなく、ＳＯＣの変化に対する圧力変化の傾きに基づいて満充電容量の低下量を推定する。まず、その原理について説明し、次いで、低下量推定のために制御装置８が実行する処理を説明する。
【００２２】
図４から図７のグラフを参照して、ケース２２に加わる圧力と劣化の関係を説明する。図４は、二次電池２０のＳＯＣに対する圧力センサ２４による圧力測定値［Ｐａ］の関係を示すグラフである。なお、先に述べたように、ＳＯＣとＯＣＶの間には一意の関係があり、ＯＣＶと電池容量にも一意の関係がある。ＳＯＣが高くなるにつれて、即ち、電池容量が大きくなるにつれて負極シートが膨張し、圧力が高くなる。図４において、実線で示すグラフが、初期状態における二次電池２０のＳＯＣに対する圧力測定値の関係を示すグラフである。一方、一点鎖線で示すグラフが、充放電を繰り返すことにより劣化した二次電池２０のＳＯＣに対する圧力測定値の関係を示すグラフである。図４のグラフでは、積層荷重など、負極シートの膨張以外の要因は無視している。また、図５は、ＳＯＣに対する圧力測定値の関係における圧力測定値の変化の傾きＫを示すグラフである。傾きＫは、圧力測定値の変化量ｄＰをＳＯＣの変化量ｄＣで除した値である。図５も、図４と同様に、実線で示すグラフが初期状態を示し、一点鎖線で示すグラフが劣化状態を示す。
【００２３】
図４、図５に示すように、初期状態の二次電池２０において、傾きＫは、初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）のときに離散的に変化する。図５によく表されているように、初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）の前では、傾きＫは一定である。初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）の後でも、傾きＫは一定である。そして、初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）の前後で傾きＫが離散的に変化する。ここで、「離散的に」とは、別言すれば、「ステップ状に」ということである。このように、傾きＫが離散的に変化するのは、二次電池２０の負極活物質に層状構造を有する炭素材料が利用されることに起因する。上述したように、負極活物質の層間距離は、インターカレーション反応により増えるリチウムイオンの数に応じて大きくなる。負極活物質の層間距離が大きくなることは、負極シート、即ち電極体が膨張することを意味する。リチウムイオンの数に対する層間距離の関係における層間距離の変化の傾きは、リチウムイオンの数が所定数に達するまでは略一定である。そして、インターカレーション反応では、リチウムイオンの数が所定の数を超えると傾きＫが離散的に変化することが知られている。具体的には、リチウムイオンの数が所定の数を超えると、傾きＫが小さくなる。これは、負極シートに取り込まれたリチウムのステージ構造が変化するためであると推定される。そして、充放電を繰り返すうちに、放電後に負極シートに取り残されるリチウムの量が増え、残量リチウムが増えるに従って、ステージ変化が生じるときのＳＯＣの値（傾き変化ＳＯＣ）が高電圧側にシフトする。
【００２４】
図４に示すように、劣化状態の二次電池２０のＳＯＣと圧力測定値の関係を示すグラフ（一点鎖線のグラフ）は、初期状態のグラフ（実線のグラフ）と比較して、傾き変化ＳＯＣが図中右側へと変化する。なお、図５に示すように、傾きＫの値は、初期状態と劣化状態では余り変化しない。発明者は、劣化状態の二次電池２０における傾き変化ＳＯＣ（Ｃ１）と初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）の差分値Ｄと満充電容量の低下量の関係を調べた。その結果、差分値Ｄと満充電容量の低下量との間に相関関係があることが分かった。図６は、差分値Ｄと満充電容量の低下量の関係を示すグラフである。図６に示すように、差分値Ｄが大きくなるにつれて、二次電池２０の満充電容量の低下量は大きくなる。ＳＯＣの変化に対する圧力変化の傾きＫと、図６に示す差分値Ｄと低下量の関係を利用することで二次電池の満充電容量の低下量を正確に推定することができる。
【００２５】
図７を参照して、二次電池２０の満充電容量が低下する現象について補足する。図７は、二次電池２０の総電荷量と正極シートの電位（以下、正極電位）及び負極シートの電位（以下、負極電位）の関係を示すグラフである。総電荷量の増加と共に電位が増加する傾向を有する図中上側に示すグラフが総電荷量と正極電位の関係を示すグラフである。一方、総電荷量の増加と共に電位が減少する傾向を有する図中下側に示すグラフが総電荷量と負極電位の関係を示すグラフである。総電荷量が高い範囲では、負極電位はほぼ一定である。図７において、正極電位と負極電位の差が二次電池２０の出力、即ち、ＯＣＶである。正極電位のグラフと負極電位のグラフが交わるときの総電荷量が、ＯＣＶが０Ｖとなるときの総電荷量である。なお、総電荷量は、二次電池２０に蓄えられる電荷量の総量であり、アンペア時［Ａｈ］の単位で示される。総電荷量は、二次電池２０において、正極から負極へと移動したリチウムイオンの総量に相当する。
【００２６】
図７の総電荷量と負極電位の関係において、実線で示すグラフが初期状態におけるグラフであり、一点鎖線で示すグラフが充放電を繰り返した後の状態（以下、経時変化後の状態と称する）におけるグラフである。図７に示すように、総電荷量と負極電位の関係は初期状態と経時変化後の状態で変化する。一方、総電荷量と正極電位の関係は初期状態と経時変化後の状態では余り変化しない。図７に示すように、負極電位と総電荷量の関係は、経時変化後の状態では図中右側にシフトする。これは、二次電池２０の充放電が繰り返されると、インターカレーション反応により負極活物質の層間に入り込んだリチウムイオンがその層間に放電後も不可逆に残留する現象が起こるからである。
【００２７】
二次電池２０では、初期状態において、ＯＣＶが３．０Ｖである状態がＳＯＣ０％（即ち、完全放電状態）と定義される。そして、ＯＣＶが４．１Ｖである状態がＳＯＣ１００％（即ち、満充電状態）と定義される。従って、二次電池２０の満充電容量は、ＯＣＶが４．１Ｖである総電荷量とＯＣＶが３．０Ｖである総電荷量との差になる。図７に示すように、経時変化後の状態においてＯＣＶが３．０Ｖになる総電荷量は、初期状態に比べて高くなる。つまり、二次電池２０の経時変化後の状態における満充電容量は初期状態と比較して小さくなる。即ち、二次電池２０は、充放電を繰り返すことで満充電容量が低下する。図７に示すように、負極電位を示すグラフが図中右側にシフトするほど満充電容量が低下することになり、二次電池２０の劣化が進んでいることが示される。図７に示す初期状態の満充電容量と経時変化後の状態の満充電容量との差は、図６に示す低下量に相当する。
【００２８】
図７のグラフと、図４のグラフ（即ち、ＳＯＣに対する圧力測定値の関係における圧力測定値の変化の傾きＫが離散的に変化するときのＳＯＣ）の関係を説明する。図４を参照して説明したように、傾きＫは、所定のＳＯＣ（傾き変化ＳＯＣ）で離散的に変化する。傾き変化ＳＯＣは、使用するにつれて図４の右側にシフトする。即ち、傾き変化ＳＯＣは、使用するにつれて大きくなる。図７を見ると、負極電位のグラフは途中で屈曲する。初期状態のグラフ（実線）におけるポイントＰａと、経時変化後の状態のグラフ（一点鎖線）におけるポイントＰｂである。このポイントＰａとポイントＰｂが、先に述べたステージ構造の変化点と相関がある。そして、初期状態のグラフにおけるＳＯＣ＝０％のラインからポイントＰａまでの距離Ｑａよりも、経時変化後のグラフにおけるＳＯＣ＝０％のラインからポイントＰｂまでの距離Ｑｂの方が大きい。この距離Ｑａが、初期傾き変化ＳＯＣ(Ｃ０)に対応し、距離Ｑｂが経時変化後の傾き変化ＳＯＣ(Ｃ１)に対応する。負極電位のグラフの傾き方と、ＳＯＣ＝０％を定めるＯＣＶの値との関係により、図７に示したように、劣化が進むと傾き変化ＳＯＣが増大することになる。
【００２９】
上記の原理を利用した満充電量の推定処理のフローチャートを図８に示す。図８のフローチャートは、制御装置８が実行する。図８に示す一連の処理は、電気自動車２００の走行中に適宜実行される。図８の一連の処理は、二次電池モジュール２を構成する二次電池２０の全てに実行可能である。以下では、１つの二次電池２０に着目して説明する。
【００３０】
先ず、制御装置８は、ＳＯＣセンサ９と圧力センサ２４から夫々現在のＳＯＣと圧力を取得する（Ｓ２）。制御装置８のメモリは、圧力測定値を記憶するためのマトリックス記憶領域を備えている。マトリックス記憶領域の第１列には、所定の間隔で並ぶＳＯＣ（例えば、２０％から８０％の間で一定間隔に並ぶ数列）が予め設定されており、マトリックス記憶領域の第２列には、第１列の各ＳＯＣに対応する圧力測定値を記憶するための圧力記憶領域が設定されている。ステップＳ２で得られたＳＯＣに対応する圧力記憶領域に測定値が記憶されていない場合（Ｓ３でＹＥＳの場合）、制御装置８は、このＳＯＣに対応する圧力記憶領域にステップＳ１で取得した圧力測定値を記憶する（Ｓ４）。一方、ステップＳ２で得られたＳＯＣに対応する圧力記憶領域に測定値が記憶されている場合（Ｓ３でＮＯの場合）、制御装置８は、ステップＳ２に戻る。そして、全ての圧力記憶領域に圧力測定値が記憶された場合（Ｓ５でＹＥＳの場合）、制御装置８は、ステップＳ６に進む。一方、全ての圧力記憶領域に圧力測定値が記憶されてない場合（Ｓ５でＮＯの場合）、制御装置８は、ステップＳ２に戻る。即ち、全ての圧力記憶領域に圧力測定値が記憶されるまで、制御装置８は、ステップＳ２からＳ４までの処理を繰り返し実行する。
【００３１】
ステップＳ６では、制御装置８は、マトリックス記憶領域に記憶された圧力測定値からＳＯＣに対する圧力測定値の関係における圧力測定値の変化の傾きＫを、各ＳＯＣの値ごとに算出する。例えば、制御装置８により以下の手法により算出される。先ず、制御装置８は傾きＫを求める対象のＳＯＣを特定する。そして、制御装置８は特定したＳＯＣとその近傍のＳＯＣに対応する圧力測定値を圧力記憶領域から読み出す。そして、制御装置８はＳＯＣと読み出した圧力測定値から最小二乗法により傾きＫを算出する。これを全てのＳＯＣに対して実行する。
【００３２】
次に、制御装置８は、ステップＳ６で算出したＳＯＣに対する傾きＫの関係から傾きＫが離散的に変化するときのＳＯＣ（Ｃ１）（経時変化後の傾き変化ＳＯＣ（Ｃ１））を算出する（Ｓ７）。次に、制御装置８は、メモリから初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）を読み出す（Ｓ８）。初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）は、初期状態の二次電池２０において測定された傾き変化ＳＯＣである。初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）は、初期状態の二次電池２０のＳＯＣに対する圧力測定値の関係から予め算出されており、制御装置８のメモリには予め初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）が記憶されている。
【００３３】
次に、制御装置８は、経時変化後の傾き変化ＳＯＣ（Ｃ１）と初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）の差である差分値Ｄを算出する（Ｓ９）。そして、制御装置８は、差分値Ｄから二次電池２０の満充電容量の低下量を推定する（Ｓ１０）。差分値Ｄと低下量の関係は、実験により予め得られており、制御装置８のメモリには、差分値Ｄと低下量の関係を示すマップが記憶されている。制御装置８は、そのマップに基づいて低下量を推定する。前述した図６がそのマップの一例である。
【００３４】
次に、制御装置８は、ステップＳ１０で推定された低下量が所定の閾値以上の場合（Ｓ１１でＹＥＳの場合）、警告信号をインストルメントパネル１３に送信する（Ｓ１２）。一方、低下量が所定の閾値未満の場合（Ｓ１１でＮＯの場合）、警告信号は送信されない。そして、制御装置８は、推定された低下量をダイアグ用メモリ１２に記憶する（Ｓ１３）。そして、制御装置８は、全ての圧力記憶領域をクリアする（Ｓ１４）。
【００３５】
上述の処理を実行することにより、二次電池２０の満充電容量の初期状態からの低下量を推定することができる。
【００３６】
上述したように、圧力測定値とＳＯＣには相関関係があり、それはＳＯＣが大きくなるにつれて負極活物質に入り込むリチウムイオンの数が増えることが要因である。そして、ＳＯＣの変化に対する圧力測定値の変化の傾きＫは、所定のＳＯＣで離散的に変化する。これは、負極活物質に捉えられたリチウムイオンのステージ構造の変化に起因するものを推定される。また、上述したように、満充電容量の低下は、負極活物質のリチウムイオンの残留が要因の一つである。そのため、負極シートにリチウムイオンが残留することで、初期状態における圧力測定値とＳＯＣの関係と経時変化後の圧力測定値とＳＯＣの関係に差分値Ｄが生じることになる。実施例の技術はこの差分値Ｄに着目して満充電容量の低下量を推定する。
【００３７】
図９を参照して、傾きＫを利用する利点について説明する。図９は、図４と同様のＳＯＣに対する圧力測定値の関係を示すグラフである。図９の実線で示すグラフは、図４の実線で示すグラフ（即ち、初期状態を示すグラフ）と同じである。図９の一点鎖線で示すグラフも、図４の一点鎖線で示すグラフ（即ち、経時変化後の状態を示すグラフ）と同じである。ここで、一点鎖線で示すグラフは、外部圧力が変動しない状態（以下、理想状態）で、二次電池２０が劣化した状態を示すグラフである。上述したように、圧力センサ２４の測定値は、内部圧力と外部圧力との和である。従って、圧力センサ２４の測定値は外部圧力の変動により誤差が生じる。例えば、二次電池２０のケース２２がクリープ変形した場合や積層荷重が小さくなった場合（例えば、結束バンドが緩んだ場合）に、外部圧力は減少方向に変動する。クリープ変形とは、ケース２２に積層荷重が長時間作用することにより、ケース２２が不可逆の圧縮変形をする現象である。クリープ変形により、ケース２２の積層方向の幅が小さくなるのでケース２２と冷却板２３の間に隙間が生じ、外部圧力が小さくなる。この場合、ＳＯＣと圧力測定値の関係を示すグラフは、理想状態を示す一点鎖線のグラフより下方にシフトしたグラフである（図９の鎖線で示すグラフであって、一点鎖線で示すグラフの下方に位置するグラフ）。また、ケース２２が電極体２１の膨張とは異なる要因により膨張変形した場合に、外部圧力は増加方向に変動する。例えば、二次電池２０の内部でガスが発生した場合、ケース２２は膨張する。この場合、ＳＯＣと圧力測定値の関係を示すグラフは、理想状態を示す一点鎖線のグラフより上方にシフトしたグラフである（図９の鎖線で示すグラフであって、一点鎖線で示すグラフの上方に位置するグラフ）。
【００３８】
図９に示すように、圧力センサ２４の測定値は外部圧力の変動により誤差が生じる。従って、圧力センサ２４の測定値の絶対値を利用して低下量を推定する場合、外部圧力の変動による影響を受け、低下量の推定に誤差が生じる。一方、傾きＫが離散的に変化するときのＳＯＣ（傾き変化ＳＯＣ）は、圧力の計測値の絶対値に依存しないので、外部圧力の変動による影響をほとんど受けない。従って、傾き変化ＳＯＣを利用する本実施例の技術は、絶対値を利用する場合に比べて高い精度で低下量の推定をすることができる。
【００３９】
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。「初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）」が「初期傾き変化充電残量」の一例であり、「経時変化後の傾き変化ＳＯＣ（Ｃ１）」が「経時変化後の傾き変化充電残量」の一例である。
【００４０】
実施例の制御装置８は、経時変化後の満充電容量の低下量を推定した。経時変化後の満充電容量の低下量は経時変化後の満充電容量と実質的に等価である。初期状態の満充電容量から経時変化後の低下量を差し引いた値が、経時変化後の満充電容量だからである。
【００４１】
図８のフローチャートにおいて、初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）は、予め制御装置８に記憶されている。積算距離が少ない間に、図８のフローチャートのステップＳ２からＳ７を実行し、その結果を初期傾き変化ＳＯＣ（Ｃ０）として記憶してもよい。そうすると、積算距離が多くなってから推定される経時変化後の満充電容量は、さらに推定精度が高まる。
【００４２】
図４、図５に示すように、傾きＫは、経時変化後の傾き変化ＳＯＣ（Ｃ１）だけでなく、ＳＯＣ（Ｃ１）よりも高いＳＯＣ（以下、第２傾き変化ＳＯＣ）でも離散的に変化する。上述した差分値Ｄを、第２傾き変化ＳＯＣを利用して算出し、その差分値Ｄから低下量を推定してもよい。また、経時変化後の傾き変化ＳＯＣ（Ｃ１）を利用した差分値と第２傾き変化ＳＯＣを利用した差分値の両方を利用して、低下量を推定してもよい。複数の傾き変化ＳＯＣを利用することで、より高い精度で低下量を推定することが期待できる。
【００４３】
本実施例の容量推定装置は、ハイブリッド車に備えられても良い。また、二次電池はリチウムイオン二次電池に限らない。ステージ構造の変化と同様の現象が起こり得る層構造を有する負極活物質が塗布された負極シートを利用する二次電池であれば、実施例と同様の効果が期待される。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４５】
２：二次電池モジュール
３：インバータ
５：モータ
７：システムメインリレー
８：制御装置
９：電圧センサ
１２：ダイアグ用メモリ
１３：インストルメントパネル
２０：二次電池
２１：電極体
２２：ケース
２２ａ：正極端子
２２ｂ：負極端子
２２ｃ：外側面
２３：冷却板
２４：圧力センサ
２５：絶縁シート
２００：電気自動車
Ｃ０：初期傾き変化ＳＯＣ
Ｃ１：経時変化後の傾き変化ＳＯＣ
Ｄ：差分値
Ｋ：傾き
【図１】
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【図２】
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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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【図８】
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【図９】
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