(57)【要約】  電圧計測部は、電池セルの電圧を計測する。制御部は、電池セルの充放電を制御する。制御部は、電池セルの充放電の終了後、電池セルの分極電圧を打ち消すための逆電流を電池セルに流すよう制御する。例えば、制御部は、電池セルの充放電の終了後、予め設定された値の逆電流を予め設定された時間流すことを指示する電流指令値を電力変換装置に設定する。
2020003582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルと、
前記電池セルの電圧を計測する電圧計測部と、
前記電池セルの充放電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電池セルの充放電の終了後、前記電池セルの分極電圧を打ち消すための逆電流を前記電池セルに流すよう制御することを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記電池セルの充放電の終了後、前記逆電流を流すことを指示する電流指令値を、前記電池セルと負荷／電源との間に接続された電力変換装置に設定することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
前記電池セルと負荷との間に接続された電力変換装置と前記電池セルとの間を繋ぐ直流バスと、所定の固定電位との間に接続されたコンデンサをさらに備え、
前記制御部は、前記電池セルから前記負荷への放電中、前記コンデンサを充電し、前記電池セルから前記負荷への放電終了後、前記コンデンサから前記電池セルに前記逆電流を流すことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項４】
前記電池セルは複数設けられ、前記複数の電池セルは直列接続されており、
前記電池システムは、
前記複数の電池セルと並列に設けられた複数のコンデンサをさらに備え、
前記制御部は、前記複数の電池セルから電力変換装置を介して負荷への放電中、前記複数のコンデンサを充電し、前記複数の電池セルから前記負荷への放電終了後、前記複数のコンデンサから、それぞれ充電された電池セルより下位の電池セルにそれぞれ放電させることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記逆電流が流れ終えた後の、前記電圧計測部により計測された電圧をもとに前記電池セルのＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を推定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池システム。
【請求項６】
電池セルの電圧を計測する電圧計測部と、
前記電池セルの充放電を制御する制御部と、
前記制御部は、前記電池セルの充放電の終了後、前記電池セルの分極電圧を打ち消すための逆電流を前記電池セルに流すよう制御することを特徴とする管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池などの電池セルを含む電池システム、電池管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの二次電池では、ＳＯＣ(State Of Charge)を精度よく推定することが求められる。特に、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）などの電動車両に搭載される二次電池は、航続可能距離を正確に把握するためにも、ＳＯＣを精度よく推定することが重要となる。ＳＯＣは一般的に、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と一意に紐付けられる。【０００３】
二次電池は電気化学製品であり、二次電池に充電電流が流れると非線形に計測電圧が上昇し、二次電池に放電電流が流れると非線形に計測電圧が降下する。二次電池に電流が流れているときに計測される電圧を、ＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）または作動電圧という。一般的なリチウムイオン電池セルでは充放電の終了後、計測電圧は３０秒程度で、過電圧成分を含まないＯＣＶ付近に収束する。従って、充放電終了から３０秒経過後の計測電圧をＯＣＶとして扱っても、ＯＣＶの精度は保たれていた。【０００４】
近年、シリコンを混合した負極材料を採用したリチウムイオン電池セルが開発されている。当該リチウムイオン電池セルでは、分極の解消時間が一般的なセルより長くかかり、充放電終了後、ＯＣＶに収束するまでに１時間〜１０時間以上を要する。また一般的な電池セルであっても、低温時や劣化が進行した状態では、ＯＣＶに収束する時間が通常より長くなる。【０００５】
二次電池を等価回路モデルで表現して分極特性を推定する方法がある。例えば、二次電池の等価回路の各種パラメータを、充放電電流を切り替えてから安定した後（例えば、４分後）のデータを測定し、測定したデータを最適化アルゴリズムなどに適用して、推定する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、二次電池の等価回路の各種パラメータを、カルマンフィルタを用いて逐次推定する手法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１０５８７４号公報
【特許文献２】特開２０１７−１３８１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように充放電終了からＯＣＶに収束するまでの時間が長くなると、計測電圧がＯＣＶとずれた状態が長く継続することになる。その期間は、ＳＯＣの推定精度も低下する。また二次電池を等価回路モデルで表現して分極特性を推定する方法を使用しても、充放電終了から長時間経過後の電圧を使用しないと初期値の精度が低下し、初期値の精度が低い場合、ＳＯＣの推定精度も低下する。【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、二次電池の充放電終了後、早期に高精度なＯＣＶを推定可能な状態にする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電池システムは、電池セルと、前記電池セルの電圧を計測する電圧計測部と、前記電池セルの充放電を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記電池セルの充放電の終了後、前記電池セルの分極電圧を打ち消すための逆電流を前記電池セルに流すよう制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、二次電池の充放電終了後、早期に高精度なＯＣＶを推定可能な状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電池セルの等価回路モデルの一例を示す図である。
【図２】図１に示した電池セルの充電停止時の計測電圧の挙動を示す図である。
【図３】充電停止後における、ＯＣＶへの収束が相対的に早い電池セルの計測電圧と、ＯＣＶへの収束が相対的に遅い電池セルの計測電圧を比較した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る、電池セルの充放電を説明するための基本回路図を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電池システムを搭載した電動車両を説明するための図である。
【図６】電池セルに逆電流を供給する回路構成例１を示す図である。
【図７】図７（ａ）−（ｂ）は、電池セルに逆電流を供給する回路構成例２を示す図である。
【図８】放電終了後に逆電流を流した場合と流さない場合とを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、電池セル１０の等価回路モデルの一例を示す図である。図１では、電池セル１０の等価回路モデルとして、リチウムイオン二次電池の等価回路モデルを示している。開放端電圧Ｖｏ（＝ＯＣＶ）は、起電力を表す直流電圧源を示している。直流抵抗Ｒｄは、溶液や電極に電流が流れるときの抵抗成分を示している。分極電圧は、開放端電圧Ｖｏと直流抵抗Ｒｄに印加される電圧との合計電圧Ｖｃと、電池セル１０の両端間の計測電圧との差分を示している。
【００１３】
電極反応は、電気二重層の充電、電荷移動反応、活物質内拡散というプロセスを経る。図１の電気二重層容量Ｃｄｌは、電気二重層の充電電流による電荷の蓄積を示す容量成分である。反応抵抗Ｒｒは、電荷移動反応にもとづく抵抗成分を示している。拡散抵抗Ｒｄ１〜Ｒｄ３は、活物質内におけるリチウムイオンの拡散にもとづく抵抗成分を示し、拡散容量Ｃｄ１〜Ｃｄ３は、活物質内におけるリチウムイオンの拡散にもとづく容量成分を示している。
【００１４】
図２は、図１に示した電池セル１０の充電停止時の計測電圧の挙動を示す図である。電池セル１０を一定の電流レートで充電すると、電池セル１０の計測電圧が徐々に上昇する。充電を停止すると、図１に示した直流抵抗Ｒｄと充電電流にもとづく直流電圧の上昇分が消滅するため、当該直流電圧の上昇分、計測電圧が低下する。その後、分極電圧が徐々に低下し、計測電圧がＯＣＶに収束していく。
【００１５】
なお放電の場合は逆になり、充電が停止すると、図１に示した直流抵抗Ｒｄと放電電流にもとづく直流電圧の降下分が消滅するため、当該直流電圧の降下分、計測電圧が上昇する。その後、分極電圧が徐々に上昇し、計測電圧がＯＣＶに収束していく。
【００１６】
図３は、充電停止後における、ＯＣＶへの収束が相対的に早い電池セルの計測電圧と、ＯＣＶへの収束が相対的に遅い電池セルの計測電圧を比較した図である。一般的な黒鉛負極を使用した電池セルの計測電圧は、充電停止後、約３０秒経過後にＯＣＶに収束する。これに対して、シリコンを混合した負極を使用した電池セルの計測電圧は、充電停止後、約１０時間経過後にＯＣＶに収束する。従って、シリコンを混合した負極を使用した電池セルでは充電停止後、約１０時間、ＯＣＶの推定精度が低下する。精度が低下したＯＣＶをもとに、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブを参照して推定したＳＯＣの精度も低下する。
【００１７】
分極の緩和は、図１に示した電気二重層容量Ｃｄｌ及び拡散容量Ｃｄ１〜Ｃｄ３の自己放電に起因する。電気二重層容量Ｃｄｌ及び拡散容量Ｃｄ１〜Ｃｄ３内の電荷が抜けると分極が解消し、計測電圧がＯＣＶに収束する。そこで本実施の形態では、充放電の停止後、電池セル１０の分極電圧Ｖｐの極性に応じて分極電圧Ｖｐを打ち消す電流（逆電流）を流すことにより、電気二重層容量Ｃｄｌ及び拡散容量Ｃｄ１〜Ｃｄ３内に蓄積している電荷を抜く。即ち、電池セル１０の分極電圧Ｖｐの極性が電池セル１０を充電する充電極性状態になっている場合、充電停止後は放電電流を一定期間流し、電池セル１０の分極電圧Ｖｐの極性が電池セル１０を放電する放電極性状態になっている場合、放電停止後は充電電流を一定期間流す。この充放電停止後の逆電流により、電気二重層容量Ｃｄｌ及び拡散容量Ｃｄ１〜Ｃｄ３内に蓄積している電荷が打ち消され、分極が早期に解消される。
【００１８】
図４は、本発明の実施の形態に係る、電池セル１０の充放電を説明するための基本回路図を示す。電池セル１０は、電力変換装置２０を介して負荷／電源３０に接続される。電力変換装置２０は例えば、双方向インバータ又は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。負荷／電源３０は例えば、交流負荷、直流負荷、交流電源又は直流電源である。
【００１９】
例えば電力変換装置２０としての双方向インバータは、電池セル１０から放電される直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を交流負荷に供給する。また当該双方向インバータは、交流電源（例えば、商用電力系統、交流発電機）から供給される交流電力を直流電力に変換して、変換した直流電力を電池セル１０に充電する。
【００２０】
例えば電力変換装置２０としての双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、電池セル１０から放電される直流電力を別の電圧の直流電力に変換して、変換した直流電力を直流負荷（他の蓄電池、キャパシタを含む）に供給する。また当該双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源（例えば、他の蓄電池、キャパシタ、太陽電池、直流発電機）から供給される直流電力を別の電圧の直流電力に変換して、変換した直流電力を電池セル１０に充電する。
【００２１】
管理部４０は、電池セル１０の状態および充放電を管理する装置である。管理部４０は電圧計測部４１及び制御部４２を含む。電圧計測部４１は電池セル１０の両端電圧を計測して制御部４２に出力する。制御部４２は、電池セル１０の充放電を制御する。具体的には制御部４２は、電力変換装置２０に電流指令値または電圧指令値を設定することにより、電池セル１０の定電流充電（ＣＣ充電）、定電圧充電（ＣＶ充電）、定電流放電（ＣＣ放電）又は定電圧放電（ＣＶ放電）を実行する。
【００２２】
電力変換装置２０はスイッチング素子を含み、制御部４２から設定された電流指令値または電圧指令値に基づき、当該スイッチング素子のデューティ比を制御することにより、充電電流、充電電圧、放電電流又は放電電圧を制御する。
【００２３】
制御部４２は、電池セル１０の充放電の終了後、電池セル１０の分極電圧Ｖｐの極性に応じて予め設定された値の分極電圧Ｖｐの極性と逆極性の電圧を発生させる逆電流を予め設定された時間流すことを指示する電流指令値を電力変換装置２０に設定する。電池セル１０の充電終了後は、制御部４２は、予め設定された値の放電電流を予め設定された時間流すことを指示する電流指令値を電力変換装置２０に設定する。電池セル１０の放電終了後は、制御部４２は、予め設定された値の充電電流を予め設定された時間流すことを指示する電流指令値を電力変換装置２０に設定する。
【００２４】
電池セル１０の充放電の終了後に流す分極電圧を打ち消すための逆電流の値および流す時間は、予め実験やシミュレーションに基づき決定される。例えば、実験やシミュレーションに基づき充電終了後の電池セル１０の計測電圧の区分ごとに、逆電流（放電電流）の値および流す時間がそれぞれ決定されてもよい。また電池セル１０の計測温度の区分ごとに、逆電流（放電電流）の値および流す時間がそれぞれ決定されてもよい。また電池セル１０のＳＯＨ(State Of Health）の区分ごとに、逆電流（放電電流）の値および流す時間がそれぞれ決定されてもよい。また計測電圧、計測温度、ＳＯＨの３つのパラメータの任意の２つの組み合わせ、又は３つの組み合わせごとに逆電流（放電電流）の値および流す時間がそれぞれ決定されてもよい。同様に実験やシミュレーションに基づき放電終了後の電池セル１０の計測電圧の区分ごとに、逆電流（充電電流）の値および流す時間がそれぞれ決定されてもよい。また電池セル１０の計測温度の区分ごとに、逆電流（充電電流）の値および流す時間がそれぞれ決定されてもよい。また電池セル１０のＳＯＨの区分ごとに、逆電流（充電電流）の値および流す時間がそれぞれ決定されてもよい。また計測電圧、計測温度、ＳＯＨの３つのパラメータの任意の２つの組み合わせ、又は３つの組み合わせごとに逆電流（充電電流）の値および流す時間がそれぞれ決定されてもよい。これらのデータはマップ化されて、制御部４２に予め登録される。制御部４２は当該マップを参照して、充放電終了時の電圧計測部４１により計測される電池セル１０の電圧をもとに、逆電流の値および流す時間を決定する。
【００２５】
図５は、本発明の実施の形態に係る電池システム２を搭載した電動車両１を説明するための図である。電動車両１は、外部に設置された充電器２０ｃから充電が可能なＥＶ／ＰＨＶを想定する。
【００２６】
電池システム２は、第１リレーＲＹ１及びインバータ２０ａを介してモータ３０ａに接続される。インバータ２０ａは力行時、電池システム２から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ３０ａに供給する。回生時、モータ３０ａから供給される交流電力を直流電力に変換して電池システム２に供給する。モータ３０ａは三相交流モータであり、力行時、インバータ２０ａから供給される交流電力に応じて回転する。回生時、減速による回転エネルギーを交流電力に変換してインバータ２０ａに供給する。
【００２７】
第１リレーＲＹ１は、電池モジュール３とインバータ２０ａを繋ぐ配線間に挿入される。電池システム２の管理部４０は走行時、第１リレーＲＹ１をオン状態（閉状態）に制御し、電池システム２と電動車両１の動力系を電気的に接続する。管理部４０は非走行時、原則として第１リレーＲＹ１をオフ状態（開状態）に制御し、電池システム２と電動車両１の動力系を電気的に遮断する。なおリレーの代わりに、半導体スイッチなどの他の種類のスイッチを用いてもよい。
【００２８】
電池システム２は、電動車両１の外に設置された充電器２０ｃと充電ケーブル６で接続することにより商用電力系統３０ｃから充電することができる。充電器２０ｃは、家庭、カーディーラ、サービスエリア、商業施設、公共施設などに設置される。充電器２０ｃは商用電力系統３０ｃに接続され、充電ケーブル６を介して電動車両１内の電池システム２を充電する。車両内において、電池システム２と充電器２０ｃを繋ぐ配線間に第２リレーＲＹ２が挿入される。なおリレーの代わりに、半導体スイッチなどの他の種類のスイッチを用いてもよい。電池システム２の管理部４０は充電開始前に、第２リレーＲＹ２をオン状態（閉状態）に制御し、充電終了後にオフ状態（開状態）に制御する。
【００２９】
一般的に、普通充電の場合は交流で、急速充電の場合は直流で充電される。交流で充電される場合、第２リレーＲＹ２と電池システム２との間に挿入されるＡＣ／ＤＣコンバータ（不図示）により、交流電力が直流電力に変換される。
【００３０】
電池システム２とインバータ２０ａ間を繋ぐ電流路に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０ｂを介して補機電池３０ｂが接続される。補機電池３０ｂは通常、１２Ｖ出力の鉛電池で構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０ｂは、補機電池３０ｂから放電される直流電力を上記電流路の電圧以上に昇圧して、昇圧した直流電力を上記電流路に供給することができる。またＤＣ／ＤＣコンバータ２０ｂは、上記電流路の直流電力の電圧を補機電池３０ｂの電圧に降圧して、降圧した直流電力を補機電池３０ｂに供給することができる。
【００３１】
電池モジュール３は複数の電池セル１０を含む。以下、電池セル１０として図１に示したリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６−３．７Ｖ）を使用する例を想定する。電池セル１０の直列数は、モータ３０ａの駆動電圧に応じて決定される。
【００３２】
複数の電池セル１０と直列にシャント抵抗Ｒｓが接続される。シャント抵抗Ｒｓは電流検出素子として機能する。なおシャント抵抗Ｒｓの代わりにホール素子を用いてもよい。また複数の電池セル１０の温度を検出するための温度センサＴ１が設置される。温度センサＴ１には例えば、サーミスタを使用することができる。
【００３３】
管理部４０は、電圧計測部４１、制御部４２、温度計測部４３及び電流計測部４４を備える。電圧計測部４１と、直列接続された複数の電池セル１０の各ノードとの間が複数の電圧線で接続される。電圧計測部４１は、隣接する２本の電圧線間の電圧をそれぞれ測定することにより、各電池セル１０の電圧を測定する。電圧計測部４１は、測定した各電池セル１０の電圧を制御部４２に送信する。
【００３４】
電圧計測部４１は制御部４２に対して高圧であるため、電圧計測部４１と制御部４２間は絶縁された状態で、通信線で接続される。電圧計測部４１は、汎用のアナログフロントエンドＩＣまたはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成することができる。電圧計測部４１はマルチプレクサ及びＡ／Ｄ変換器を含む。マルチプレクサは、隣接する２本の電圧線間の電圧を上から順番にＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換する。
【００３５】
温度計測部４３は分圧抵抗およびＡ／Ｄ変換器を含む。Ａ／Ｄ変換器は、温度センサＴ１と分圧抵抗により分圧された電圧をデジタル値に変換して制御部４２に出力する。制御部４２は当該デジタル値をもとに複数の電池セル１０の温度を推定する。
【００３６】
電流計測部４４は差動アンプ及びＡ／Ｄ変換器を含む。差動アンプはシャント抵抗Ｒｓの両端電圧を増幅してＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、差動アンプから入力される電圧をデジタル値に変換して制御部４２に出力する。制御部４２は当該デジタル値をもとに複数の電池セル１０に流れる電流を推定する。
【００３７】
なお制御部４２内にＡ／Ｄ変換器が搭載されており、制御部４２にアナログ入力ポートが設置されている場合、温度計測部４３及び電流計測部４４はアナログ電圧を制御部４２に出力し、制御部４２内のＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換してもよい。
【００３８】
制御部４２は、電圧計測部４１、温度計測部４３及び電流計測部４４により計測された複数の電池セル１０の電圧、温度、及び電流をもとに電池モジュール３を管理する。制御部４２はマイクロコンピュータ及び不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）により構成することができる。不揮発メモリ内に、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル４２ｔが保持される。ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル４２ｔには、電池セル１０のＳＯＣ−ＯＣＶカーブの特性データが記述されている。
【００３９】
制御部４２は、複数の電池セル１０のそれぞれのＳＯＣを推定する。制御部４２は、ＯＣＶ法と電流積算法を組み合わせて、ＳＯＣを推定する。ＯＣＶ法は、電圧計測部４１により計測される各電池セル１０のＯＣＶと、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル４２ｔに記述されるＳＯＣ−ＯＣＶカーブの特性データをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、各電池セル１０の充放電開始時のＯＣＶと、電流計測部４４により計測される電流の積算値をもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、充放電時間が長くなるにつれて、電流計測部４４の計測誤差が累積していく。従って、ＯＣＶ法により推定されたＳＯＣを用いて、電流積算法により推定されたＳＯＣを補正する必要がある。
【００４０】
一般的な黒鉛負極を使用した電池セルを使用している場合、電動車両１が信号待ち等により約３０秒間停止すれば、高精度なＯＣＶを推定することができた。これに対して、シリコンを混合した負極を使用した電池セル等の、分極の解消時間が長い電池セルを使用した場合、電動車両１の一時停止期間に、高精度なＯＣＶを推定することができず、電流積算法により推定されたＳＯＣを高精度に補正することが難しくなる。
【００４１】
そこで本実施の形態では制御部４２は、電池モジュール３からモータ３０ａへの放電終了後、インバータ２０ａを停止させるとともに、予め設定された値の充電電流を予め設定された時間流すことを指示する電流指令値をＤＣ／ＤＣコンバータ２０ｂに設定する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０ｂは、補機電池３０ｂから放電される直流電力を上記電流路の電圧以上に昇圧して、昇圧した直流電力を上記電流路に供給する。補機電池３０ｂから当該電流路を通って電池モジュール３内の複数の電池セル１０に、予め設定された値の充電電流が予め設定された時間流れる。これにより、電池セル１０の放電終了後の分極の解消時間を短縮することができる。
【００４２】
また本実施の形態では制御部４２は、充電器２０ｃから電池モジュール３への充電終了後、予め設定された値の放電電流を予め設定された時間流すことを指示する電流指令値をＤＣ／ＤＣコンバータ２０ｂに設定する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０ｂは、上記電流路の直流電力の電圧を補機電池３０ｂの電圧に降圧して、降圧した直流電力を補機電池３０ｂに供給する。電池モジュール３内の複数の電池セル１０から上記電流路を通って補機電池３０ｂに、予め設定された値の放電電流が予め設定された時間流れる。これにより、電池セル１０の充電終了後の分極の解消時間を短縮することができる。なお、複数の電池セル１０からの放電電流は、補機電池３０ｂに充電される例に限定されるものでなく、電動車両１の図示しない補機（エアーコンディショナやカーナビゲーションシステム等）に供給されてもよい。また図示しないヒータ抵抗で消費されてもよい。
【００４３】
図６は、電池セル１０に逆電流を供給する回路構成例１を示す図である。直列接続された複数の電池セル１０と電力変換装置２０間を繋ぐ直流バスと所定の固定電位間に、第１スイッチＳ１と第１コンデンサＣ１が直列に接続される。第１コンデンサＣ１には例えば、大容量の電解コンデンサを使用することができる。また当該直流バスと当該固定電位間に第２スイッチＳ２と第１抵抗Ｒ１が直列に接続される。なお図６では簡略化のため、管理部４０は省略して描いている。
【００４４】
制御部４２は、複数の電池セル１０の放電時、電力変換装置２０に電流指令値または電圧指令値を設定するとともに、第１スイッチＳ１をオン状態に制御し、第２スイッチＳ２をオフ状態に制御する。第１スイッチＳ１がオン状態であるため、第１コンデンサＣ１に電荷が蓄積され、第１コンデンサＣ１は直流バスの平滑コンデンサとして作用する。
【００４５】
制御部４２は、複数の電池セル１０の放電終了後、電力変換装置２０の動作を停止させるとともに第１スイッチＳ１をターンオフする。その後、第１スイッチＳ１をターンオンすることにより、第１コンデンサＣ１に蓄積された電荷が複数の電池セル１０に充電電流として流れる。制御部４２は、予め設定された期間が経過すると第１スイッチＳ１をターンオフして複数の電池セル１０の充電を終了する。
【００４６】
このように複数の電池セル１０の放電時に第１コンデンサＣ１を充電し、複数の電池セル１０の放電終了後に、第１コンデンサＣ１から複数の電池セル１０に逆電流を流す。これにより、複数の電池セル１０が、商用電力系統３０ｃや補機電池３０ｂ等の他の電源と接続することなく、複数の電池セル１０に放電終了後に逆電流を流すことができる。例えば、図５に示したような電池モジュール３と補機電池３０ｂを接続する電流経路が不要となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０ｂも省略できる。
【００４７】
制御部４２は、複数の電池セル１０の充電時、電力変換装置２０に電流指令値または電圧指令値を設定するとともに、第１スイッチＳ１をオン状態に制御し、第２スイッチＳ２をオフ状態に制御する。第１スイッチＳ１がオン状態であるため、第１コンデンサＣ１に電荷が蓄積され、第１コンデンサＣ１は直流バスの平滑コンデンサとして作用する。
【００４８】
制御部４２は、複数の電池セル１０の充電終了後、電力変換装置２０の動作を停止させるとともに、第１スイッチＳ１をターンオフし、第２スイッチＳ２をターンオンする。第２スイッチＳ２をターンオンすると、複数の電池セル１０から第１抵抗Ｒ１に電流が流れる。制御部４２は、予め設定された期間が経過すると第２スイッチＳ２をターンオフして複数の電池セル１０からの放電を終了する。
【００４９】
図６に示す回路構成例１において、第１コンデンサＣ１は例えば、インバータ内の直流側に設置されたコンデンサを流用することができる。また第１抵抗Ｒ１は、複数の電池セル１０のパッシブ方式の均等化処理で使用される放電抵抗を流用することができる。
【００５０】
図７（ａ）−（ｂ）は、電池セル１０に逆電流を供給する回路構成例２を示す図である。第２コンデンサＣ２の一方の端子は、第３スイッチＳ３を介して、隣接する上位の第１電池セル１０ａの正極または下位の第２電池セル１０ｂの正極に選択的に接続可能である。第２コンデンサＣ２の他方の端子は、第４スイッチＳ４を介して、隣接する上位の第１電池セル１０ａの負極または下位の第２電池セル１０ｂの負極に選択的に接続可能である。
【００５１】
第３コンデンサＣ３の一方の端子は、第４スイッチＳ４を介して、隣接する上位の第２電池セル１０ｂの正極または下位の第３電池セル１０ｃの正極に選択的に接続可能である。第３コンデンサＣ３の他方の端子は、第５スイッチＳ５を介して、隣接する上位の第２電池セル１０ｂの負極または下位の第３電池セル１０ｃの負極に選択的に接続可能である。最下位の電池セルまで以下、同様の構成である。
【００５２】
制御部４２は複数の電池セル１０の放電時、図７（ａ）に示すように、電力変換装置２０に電流指令値または電圧指令値を設定するとともに、第３スイッチＳ３を第１電池セル１０ａの正極側に、第４スイッチＳ４を第２電池セル１０ｂの正極側に、第５スイッチＳ５を第３電池セル１０ｃの正極側に、・・・それぞれ制御する。第２スイッチＳ２はオフ状態に制御する。この状態では、第２コンデンサＣ２が第１電池セル１０ａにより、第３コンデンサＣ３が第２電池セル１０ｂにより、・・・充電される。
【００５３】
制御部４２は、複数の電池セル１０の放電終了後、図７（ｂ）に示すように、電力変換装置２０の動作を停止させるとともに、第３スイッチＳ３を第２電池セル１０ｂの正極側に、第４スイッチＳ４を第３電池セル１０ｃの正極側に、第５スイッチＳ５を図示しない第４電池セルの正極側に、・・・それぞれ制御する。この状態では、第２電池セル１０ｂが第２コンデンサＣ２により、第３電池セル１０ｃが第３コンデンサＣ３により、・・・充電される。制御部４２は、予め設定された期間が経過すると第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、・・・をターンオフして、最上位の電池セル以外の電池セル１０の充電を終了する。
【００５４】
このように複数の電池セル１０の放電時に第２コンデンサＣ２、第３コンデンサＣ３、・・・を充電し、複数の電池セル１０の放電終了後に、第２コンデンサＣ２、第３コンデンサＣ３、・・・から、それぞれ充電された電池セルより下位の電池セルにそれぞれ放電させる。これにより、複数の電池セル１０が、商用電力系統３０ｃや補機電池３０ｂ等の他の電源と接続することなく、複数の電池セル１０に放電終了後に逆電流を流すことができる。
【００５５】
制御部４２は、複数の電池セル１０の充電時、電力変換装置２０に電流指令値または電圧指令値を設定するとともに、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、・・・をオフ状態に制御し、第２スイッチＳ２もオフ状態に制御する。
【００５６】
制御部４２は、複数の電池セル１０の充電終了後、電力変換装置２０の動作を停止させるとともに、第２スイッチＳ２をターンオンする。第２スイッチＳ２をターンオンすると、複数の電池セル１０から第１抵抗Ｒ１に電流が流れる。制御部４２は、予め設定された期間が経過すると第２スイッチＳ２をターンオフして複数の電池セル１０からの放電を終了する。
【００５７】
図７（ａ）−（ｂ）に示す回路構成例２において、第２コンデンサＣ２、第３コンデンサＣ３、・・・は例えば、複数の電池セル１０のアクティブ方式の均等化処理で使用されるコンデンサを流用することができる。
【００５８】
図８は、放電終了後に逆電流を流した場合と流さない場合とを比較した図である。太線はＯＣＶの推移を示し、細線はＣＣＶの推移を示す。電池セル１０を一定の電流レートで放電すると、ＯＣＶもＣＣＶも徐々に低下する。放電停止後に電池セル１０に逆電流（充電電流）を流す。図８に示す例では７Ａ程度の逆電流を３０秒間、流している。逆電流を流した場合のＯＣＶとＣＣＶの推移は実線で示しており、逆電流を流さない場合のＯＣＶとＣＣＶの推移は点線で示している。逆電流を流した場合、ＣＣＶがＯＣＶに直ぐに収束している。一方、逆電流を流さない場合、数時間を経過してもＣＣＶがＯＣＶに収束していない。
【００５９】
以上説明したように本実施の形態によれば、電池セル１０の充放電終了後に逆電流を流すことにより、早期に高精度なＯＣＶを推定可能な状態にすることができる。ＯＣＶを高精度に推定することができれば、ＳＯＣも高精度に推定することができる。従って、短時間しか停止期間のない電動車両１に搭載された電池システム２においても、高精度なＳＯＣを推定することができる。
【００６０】
また本実施の形態によれば、電池セル１０の等価回路モデルからＯＣＶを推定するのではなく、ＯＣＶを実測するため推定精度が高い。また温度依存性や過渡特性などを考慮するための複雑で膨大な計算が発生せず、メモリコストも抑えることができる。また本実施の形態によれば、ＯＣＶを実測するため、ＯＣＶをもとにした既存の各種アルゴリズムにも適用可能であり、当該アルゴリズムの性能を向上させることにも活用することができる。また本実施の形態では、特殊な検出回路は不要である。また均等化回路などの構成部材を流用することも可能であり、その場合、追加コストを小さくすることができる。
【００６１】
なお電池セル１０の充放電終了後に、電池セル１０に流す逆電流の量は、図１に示した電気二重層容量Ｃｄｌ及び拡散容量Ｃｄ１〜Ｃｄ３に蓄積された電荷を全て打ち消す量より少なくてもよい。電気二重層容量Ｃｄｌ及び拡散容量Ｃｄ１〜Ｃｄ３に蓄積された電荷を少しでも打ち消すことができれば、分極の解消時間の短縮に貢献する。
【００６２】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６３】
上述の実施の形態では、分極電圧を打ち消すための逆電流の値として予め設定された固定値を使用する例を説明した。この点、逆電流の値を動的に決定してもよい。例えば、充放電停止後５秒間の電圧変化をもとに当初に決定した電流値を、予め設定された値に補正してもよい。また、充放電停止後５秒間の電圧変化をもとに電流値を新規に計算してもよい。また、３０秒間連続で逆電流を流すのではなく５秒間流したら止め、想定の電圧変化でなければ電流値を補正してもよい。
【００６４】
また図６、図７（ａ）−（ｃ）に示す回路構成例では、複数の電池セル１０の放電終了後に、コンデンサに蓄積された電力で複数の電池セル１０に逆電流を流した。この点、複数の電池セル１０の放電時にインダクタに充電し、複数の電池セル１０の放電終了後に、当該インダクタから複数の電池セル１０に逆電流を流してもよい。この場合、インダクタと複数の電池セル１０を含む閉ループに流れる電流の向きを制御するためのダイオードを挿入することが好ましい。
【００６５】
また図６、図７（ａ）−（ｃ）に示す回路構成例では、複数の電池セル１０の充電終了後に、複数の電池セル１０から第１抵抗Ｒ１に電流を流すことにより逆電流を流した。この点、第１抵抗Ｒ１の代わりに別のコンデンサを用いてもよい。この場合、複数の電池セル１０の充電終了後に、第２スイッチＳ２をターンオンして当該コンデンサを充電することにより、複数の電池セル１０に逆電流を流すことができる。
【００６６】
上述の実施の形態では車載用途の電池システム２に本発明を適用する例を説明したが、定置型蓄電用途の電池システムにおいても本発明を適用することができる。またノート型ＰＣやスマートフォンなどの電子機器用途の電池システムにおいても本発明を適用することができる。
【００６７】
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
【００６８】
［項目１］
電池セル（１０）と、
前記電池セル（１０）の電圧を計測する電圧計測部（４１）と、
前記電池セル（１０）の充放電を制御する制御部（４２）と、を備え、
前記制御部（４２）は、前記電池セル（１０）の充放電の終了後、前記電池セル（１０）の分極電圧を打ち消すための逆電流を前記電池セル（１０）に流すよう制御することを特徴とする電池システム（２）。
これによれば、分極が解消する時間を短縮することができ、早期に高精度なＯＣＶを推定可能な状態にすることができる。
［項目２］
前記制御部（４２）は、前記電池セル（１０）の充放電の終了後、前記逆電流を流すことを指示する電流指令値を、前記電池セル（１０）と負荷／電源（３０）との間に接続された電力変換装置（２０）に設定することを特徴とする項目１に記載の電池システム（２）。
前記逆電流を流すことを指示する電流指令値は、予め設定された値の前記逆電流を予め設定された時間流すことを指示する電流指令値であってもよい。
これによれば、電池セル（１０）に流す逆電流の量を、最適な量に調整することができる。
［項目３］
前記電池セル（１０）と負荷（３０）との間に接続された電力変換装置（２０）と前記電池セル（１０）との間を繋ぐ直流バスと、所定の固定電位との間に接続されたコンデンサ（Ｃ１）をさらに備え、
前記制御部（４２）は、前記電池セル（１０）から前記負荷（３０）への放電中、前記コンデンサ（Ｃ１）を充電し、前記電池セル（１０）から前記負荷（３０）への放電終了後、前記コンデンサ（Ｃ１）から前記電池セル（１０）に前記逆電流を流すことを特徴とする項目１に記載の電池システム（２）。
これによれば、電池セル（１０）に、他の電池、系統、発電機などの他の電源を接続することなく、電池セル（１０）の放電終了後に電池セル（１０）に逆電流を流すことができる。
［項目４］
前記電池セル（１０）は複数設けられ、前記複数の電池セル（１０）は直列接続されており、
前記電池システム（２）は、
前記複数の電池セル（１０）と並列に設けられた複数のコンデンサ（Ｃ２、Ｃ３、・・・）をさらに備え、
前記制御部（４２）は、前記複数の電池セル（１０）から電力変換装置（２０）を介して負荷（３０）への放電中、前記複数のコンデンサ（Ｃ２、Ｃ３、・・・）を充電し、前記複数の電池セル（１０）から前記負荷（３０）への放電終了後、前記複数のコンデンサ（Ｃ２、Ｃ３、・・・）から、それぞれ充電された電池セル（１０）より下位の電池セル（１０）にそれぞれ放電させることを特徴とする項目１に記載の電池システム（２）。
これによれば、電池セル（１０）に、他の電池、系統、発電機などの他の電源を接続することなく、電池セル（１０）の放電終了後に電池セル（１０）に逆電流を流すことができる。
［項目５］
前記制御部（４２）は、前記逆電流が流れ終えた後の、前記電圧計測部（４１）により計測された電圧をもとに前記電池セル（１０）のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を推定することを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の電池システム（２）。
これによれば、計測された電圧から高精度にＯＣＶを推定することができる。
［項目６］
電池セル（１０）の電圧を計測する電圧計測部（４１）と、
前記電池セル（１０）の充放電を制御する制御部（４２）と、
前記制御部（４２）は、前記電池セル（１０）の充放電の終了後、前記電池セル（１０）の分極電圧を打ち消すための逆電流を前記電池セル（１０）に流すよう制御することを特徴とする管理装置（４０）。
これによれば、分極が解消する時間を短縮することができ、早期に高精度なＯＣＶを推定可能な状態にすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  電池セル、  Ｖｏ  開放端電圧、  Ｒｄ  直流抵抗、  Ｖｐ  分極電圧、  Ｄａ  活物質内拡散、  Ｒｒ  反応抵抗、  Ｃｄｌ  電気二重層容量、  Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３  拡散抵抗、  Ｃｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄ３  拡散容量、  ２０  電力変換装置、  ３０  負荷／電源、  １  電動車両、  ２  電池システム、  ３  電池モジュール、  ６  充電ケーブル、  ４０  管理部、  ４１  電圧計測部、  ４２  制御部、  ４２ｔ  ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル、  ４３  温度計測部、  ４４  電流計測部、  ２０ａ  インバータ、  ３０ａ  モータ、  ２０ｂ  ＤＣ／ＤＣコンバータ、  ３０ｂ  補機電池、  ２０ｃ  充電器、  ３０ｃ  商用電力系統、  ＲＹ１，ＲＹ２  リレー、  Ｒ１  第１抵抗、  Ｃ１−Ｃ３  コンデンサ、  Ｓ１−Ｓ５  スイッチ。
【図１】
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【図２】
2020003582.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020003582.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020003582.tif 000009
【図８】
2020003582.tif 000010
【国際調査報告】
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