JP6735359B2 - 蓄電池充電のための制御装置および蓄電池を充電する方法 - Google Patents

Description

本開示の分野
本開示は、蓄電池の充電を制御するための制御装置および蓄電池を充電する方法に関する。

本開示の背景
蓄電池は、二次電池ともよばれ、エネルギー貯蔵手段として、特に車両用のエネルギー貯蔵手段としてますます重要になってきている。このような車両としては、内燃機関と１つ以上の電動モータとを備えるハイブリッド車や、電気のみで駆動される自動車が挙げられる。

このような車両で使用するのに好適な蓄電池としては、たとえばバイポーラ固体電池や、それ以外の蓄電池として、液体電池、特にラミネート型リチウムイオン電池が挙げられる。上記用途に用いられる蓄電池は、単電池１つからなるものであってもよいし、複数の単電池、好ましくは複数の同一の単電池からなるものであってもよい。後者の蓄電池は組電池ともよばれる。

電池の重要な特徴の１つに容量がある。電池の容量とは、電池が定格電圧において有し得る電荷の量である。電池の容量は、その電池に含有される電極材の量が多いほど大きくなる。容量は、アンペア時（Ａ・ｈ）などの単位で計測される。

電池または組電池は、充放電を制御するための制御装置を含んでもよい。制御装置は、電池が安全作動域を超えて作動することのないよう、電池の充電レベル（ＳＯＣ）を監視する。こうした電池または組電池は、スマート電池またはスマート組電池ともよばれる。制御装置は車両に装備されていてもよい。

充電制御において重要な態様の１つは、電池の過充電や過放電を確実に回避することである。過充電や過放電は、電池の電圧を監視することによって回避できる。電池の電圧が充電中に上昇するからである。電池の測定電圧が所定の上限電圧を超えると、電池が満充電状態であると制御装置が認識して、充電を停止する。

電池の寿命の間において、充放電が繰り返されることにより、電池を構成している積層された層が劣化する可能性がある。特に、積層型電極は劣化の影響を受ける可能性がある。劣化により、抵抗が増大して、充電中に計測される電池の電圧計測値が高くなる。

そのため、層劣化した電池の充電においては、電圧計測値が所定の上限電圧に達するのが早く、制御装置は、電池が満充電状態になったと誤認識する。実際には電池が満充電に達していない（ＳＯＣが１００％でない）にもかかわらず、充電が終了することになる。つまり、電池から得られるエネルギーの量が、劣化分散により減少するのである。

欧州特許出願公開第１４５８０４７号は、単電池層が過充電となるのを防止するための充電制御機構を開示している。この開示では、電池の正極活物質層と負極活物質層のうち一方が可変活物質で形成され、もう一方が不変活物質で形成されている。この可変活物質のもつ特徴により、充電が制御される。

ただ、この技術においては、電池の電極層に塗布できる材料が限られている。また、この機構では、劣化程度が大きい場合にはこれを防止できない可能性がある。

本開示の概要
現状では、信頼性の高い充電制御機能を有し、かつ種々の電池型の電池に対して好適に使用できる制御装置の提供が望まれている。

したがって、本開示の実施形態は、蓄電池の充電を制御するための制御装置を提供する。制御装置は、
ダミー蓄電池と、
電池およびダミー電池を充電するよう構成される第１の回路と、
ダミー電池の開路電圧を計測するよう構成される第２の回路とを含む。

制御装置は、
第２の回路を使用してダミー電池の開路電圧を測定し、
ダミー電池の上記測定された開路電圧に基づいて電池の容量増加量最大値を求めるよう構成される。

このような構成を提供することにより、電池容量の監視に基づいて充電を制御することが可能となる。この目的のためにダミー電池が使用される。ダミー電池は、電池の容量増加量最大値を求めることを可能とするよう構成される。電池の容量増加量最大値とは、好ましくは、充電により実現できる最大の容量増加量である。より具体的には、容量増加量最大値は、好ましくは、電池が満充電状態となるまでに、有利には電池の充電レベル（ＳＯＣ）が１００％に到達するまでに充電されるべき容量の大きさである。

ダミー電池を使用することにより、電池で計測するよりも正確に開路電圧を計測できる。したがって、電池の容量増加量最大値についてもより正確に求めることができる。ダミー電池は、１種の単独の二次電池（すなわち蓄電池）からなるものであってもよい。ダミー電池は、（特に電池が複数の単電池を含む組電池の形態である場合に）電池に含まれていてもよい。基本的に、ダミー電池と電池は同じ設計変数（たとえば電池容量、劣化率、電池型など）を有していてもよい。特に、電池が複数の単電池を含む組電池の形態である場合に、ダミー電池は、この電池の単電池と同じ型のものであってもよい。ダミー電池の使用目的は、特にダミー電池の貯蔵電力の使用目的は、蓄電池の充電制御を補助するためのみであってよく、車両を駆動するためでなくてよい。ただ、ダミー電池は、電池の充放電に対応して充放電されてもよい。

電池の容量とは、電池が定格電圧において有し得る電荷の量である。容量は、アンペア時（Ａ・ｈ）などの単位で計測される。本開示に係る電池の容量増加量最大値は、充電開始時における、充電される必要のある電荷の量を表す。したがって、充電開始時に充電レベルＳＯＣがたとえば３０％である場合には、電池の容量増加量最大値は７０％に対応する。電池の容量増加量最大値は電池の放電深度（ＤＯＤ）とも称される。ＤＯＤはＳＯＣとの対で用いられ、一方が大きくなると他方が小さくなる。ＤＯＤはＡｈで表されてもよい。

開路電圧とは、あらゆる回路との接続が切断された、特に本開示に係る第１の回路との接続が切断された、ある装置の２つの端子の間の、すなわちダミー電池の２つの端子の間の電位差である。よって外部電源には接続されていないため、２つの端子の間には外部電流は流れていない。

制御装置および制御装置により実施される上記プロシージャは、あらゆる型のバイポーラ固体電池に適している。また、制御装置は、他の型の電池、たとえばリチウムイオン電池などの液体電池にも適用できる。

制御装置は、
第１の回路を使用して電池およびダミー電池を充電し、
充電された電池の現時点での容量増加量を監視し、
電池の現時点での容量増加量が上記求めた容量増加量最大値を超える場合に充電を停止するようさらに構成されてもよい。

したがって、制御装置は、上記求めた容量増加量最大値に基づいて、電池が満充電状態になるまで電池の充電を確実に実施できる。

制御装置は、電池が充電中に放電されているか否かを判定するようさらに構成されてもよい。充電中に放電されている場合には、制御装置は、好ましくは、第２の回路を使用してダミー電池の開路電圧を再測定するよう、そして再測定された開路電圧に基づいて電池の容量増加量最大値を再度求めるようさらに構成される。

このように、制御装置は、電池の充電と同時に生じ得る電池の放電を考慮するよう構成されてもよい。たとえば、電池により電力供給されている電動モータが車両を駆動する際には、この電池は放電されている。車両がハイブリッド車である場合には、電池は放電されると同時に、内燃機関により生成される電力によって充電されてもよい。制御装置は、こうした電池の充放電を制御するよう構成されてもよい。

制御装置は、電池の充電電流および充電時間に基づいてかつ／またはダミー電池の開路電圧に基づいて、電池の現時点での容量増加量を求めるようさらに構成されてもよい。

言い換えると、時間経過に伴う電流値の積分によって電池の容量が計算されてもよい。代替的または追加的に、容量は、ダミー電池の開路電圧に基づいて測定されてもよい。現時点での容量増加量の計測は、電池の充電電流および充電時間に基づいて、電池の充電中にされてもよい。ダミー電池の電圧の計測が充電中に実施される系においては、現時点での容量増加量を計測する際に充電が短時間停止されてもよい。

制御装置は、ダミー電池の上記測定された開路電圧に基づいて、特に所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングに基づいて、ダミー電池の充電レベルを判定するよう構成されてもよい。したがって、制御装置はＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線などの所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングを備えていてもよく、制御装置はこのＳＯＣ‐ＯＣＶマッピング内において、ＯＣＶの計測値に対応するＳＯＣ値を検索してもよい。

制御装置は、上記判定されたダミー電池の充電レベルに基づいて容量増加量最大値を求めるよう構成されてもよい。言い換えると、電池の容量増加量最大値は、上記判定されたダミー電池の充電レベルに基づいて求められてもよい。この充電レベルは、ダミー電池の上記測定された開路電圧に基づいて判定されたものである。

所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングは、ダミー電池の判定された劣化度に基づいて更新されてもよい。したがって、このＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングは、ダミー電池の初回充電より前にあらかじめ作成されてもよい。そして、ＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングは充電プロシージャの実施中に更新されてもよい。その結果、電池の容量増加量最大値が、ダミー電池の上記測定された開路電圧およびダミー電池の劣化度に基づいて求められてもよい。

ダミー電池の劣化度は、ダミー電池の温度／頻度分布およびダミー電池の所定の劣化率に基づいて判定されてもよい。

ダミー電池の劣化度の判定は、アレニウスの式に基づいてなされてもよい。
ダミー電池の温度／頻度分布は、ダミー電池の各温度について、寿命終了までの間にダミー電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。

言い換えると、ダミー電池の温度データは、ダミー電池の寿命終了までの間、すなわち使用期間中および使用期間と使用期間との間の休止期間中に取得されてもよい。温度／頻度分布は、ダミー電池の各温度について、現時点までの間にダミー電池がその温度であった時間の長さを累積することによって確立されてもよい。この理由から、ダミー電池と電池とが同じ有効期間、すなわち同じ寿命期間を有することが有利である。言い換えると、電池の交換時にダミー電池も交換することが有利である。

制御装置は、上記判定されたダミー電池の充電レベルに基づいて、特に、電池の充電レベルとダミー電池の充電レベルとを対応づけた所定のマッピングに基づいて電池の充電レベルを判定するようさらに構成されてもよい。たとえば制御装置は、所定のルックアップテーブル内、すなわち所定のマッピング内で、上記判定されたダミー電池の充電レベルと一致する電池の充電レベルを検索してもよい。言い換えると、電池の充電レベルと上記判定されたダミー電池の充電レベルとの関係は、あらかじめ決められていてもよく、したがって、制御装置にとって既知であってもよい。一例として、ダミー電池の充電レベルは、電池の充電レベルに常に対応していてもよい。

制御装置は、電池の充電レベルに基づいて容量増加量最大値を求めるようさらに構成されてもよい。したがって、容量増加量最大値と上記判定された電池の充電レベルとの関係は、制御装置によって計算されてもよい。言い換えると、電池の容量増加量最大値は、上記判定された電池の充電レベルに基づいて求められてもよい。この電池の充電レベルは、上記判定されたダミー電池の充電レベルに基づいて判定されたものであり、このダミー電池の充電レベルは、ダミー電池の上記測定された開路電圧およびダミー電池の判定された劣化度に基づいて判定されたものである。

制御装置は、所定の劣化率を有する特定の電池型の電池についてその充電を制御するよう構成されてもよい。ダミー電池は劣化率を有してよく、ダミー電池の劣化率は電池の劣化率と相関関係にあり、特には電池の劣化率と同一であってもよい。したがって、ダミー電池は蓄電池であってもよい。好ましくは、ダミー電池は、ダミー電池の特徴についての計測値に基づいて電池の特徴が決められ得るように選択される。特に、ダミー電池は、ダミー電池について判定された劣化率に基づいて、電池の劣化率と、したがって電池についての適切な容量増加量最大値とが決められ得るように選択される。

また、特定の電池型の電池は、好ましくは所定の容量を有し、ダミー電池の容量は電池の容量と相関関係にあってもよい。たとえば、電池が複数の単電池を含む組電池である場合には、ダミー電池の容量は単電池の容量と同じであってもよい。さらに、ダミー電池の型は単電池の型と同じであってもよい。したがって、ダミー電池は、ダミー電池の充電レベルに基づいて、電池の充電レベルと、したがって電池の好適な容量増加量最大値とが決められ得るように選択される。たとえば、車両が使用している電池がＳＯＣ２０％〜ＳＯＣ８０％のものである場合、ダミー電池の容量はこの範囲と同等であってもよい、すなわちＳＯＣ２０％〜ＳＯＣ８０％の範囲であってよい。

好ましくは、制御装置は、ダミー電池の開路電圧を検出するための電圧センサを含んでもよい。制御装置は、電池の電圧および／または充電レベルを検出するためのさらなる電圧センサを含んでもよい。

制御装置は、ダミー電池および／または電池の温度を検出するための温度センサを含んでもよい。

本開示は組電池にも関する。組電池は、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、上述の制御装置とを含んでもよい。

本開示は電池充電システムにも関する。電池充電システムは、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、電池の充電装置と、上述の制御装置とを含んでもよい。

さらなる態様によれば、本開示は、上述したような、電動モータおよび組電池を含む車両に関する。

代替的には、車両は、上述したように、電動モータと、少なくとも１つの電池、特にバイポーラ固体電池と、さらに制御装置とを含んでもよい。

また本開示は、蓄電池の充電を制御する方法にも関する。電池およびダミー蓄電池を充電するために第１の回路が使用され、かつダミー電池の開路電圧を計測するために第２の回路が使用される。上記方法は、
第２の回路を使用してダミー電池の開路電圧を測定する工程と、
ダミー電池の上記測定された開路電圧に基づいて電池の容量増加量最大値を求める工程とを含む。

上記方法は、
第１の回路を使用して電池およびダミー電池を充電する工程と、
充電された電池の現時点での容量増加量を監視する工程と、
電池の現時点での容量増加量が上記求めた容量増加量最大値を超える場合に充電を停止する工程とをさらに含んでもよい。

上記方法は、電池が充電中に放電されているか否かを判定し、充電中に放電されていれば、ダミー電池の開路電圧および電池の容量増加量最大値を再度求める工程をさらに含んでもよい。

電池の現時点での容量増加量は、電池の充電電流および充電時間に基づいてかつ／または充電中のダミー電池の電圧に基づいて求められてもよい。

ダミー電池の充電レベルは、ダミー電池の上記測定された開路電圧に基づいて、特に所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングに基づいて判定されてもよい。

容量増加量最大値は、上記判定されたダミー電池の充電レベルに基づいて求められてもよい。

所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングは、好ましくは、ダミー電池の判定された劣化度に基づいて更新される。

電池の劣化度は、ダミー電池の温度／頻度分布およびダミー電池の所定の劣化率に基づいて判定されてもよい。

ダミー電池の劣化度の判定は、アレニウスの式に基づいてなされてもよい。
ダミー電池の温度／頻度分布は、ダミー電池の各温度について、寿命終了までの間にダミー電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。

電池の充電レベルは、上記判定されたダミー電池の充電レベルに基づいて、特に、電池の充電レベルとダミー電池の充電レベルとを対応づけた所定のマッピングに基づいて判定されてもよい。容量増加量最大値は、電池の充電レベルに基づいて求められてもよい。

添付の図面は、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成している。本開示の実施形態を例示するものであり、かつ、本明細書の記載とともに本明細書の基本的な思想を説明するものである。

本開示の一実施形態に係る制御装置を含む車両の概略図である。 本開示の一実施形態に係る制御装置の電気回路を示す概略図である。 本開示の一実施形態に係る一般的な充電制御プロシージャを示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係るＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線更新プロシージャを示すフローチャートである。 ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線を示す例示的な概略図である。 ダミー電池の温度に対する所定の劣化率を示す例示的な概略図である。 ダミー電池について求められた温度／頻度分布を示す例示的な概略図である。 従来の充電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。 本開示の一実施形態に係る充電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。

実施形態の説明
以下に、本開示の例示的な実施形態が詳細に参照され、その例が添付の図面中に示される。同一または類似の部品や部分を指すために、全ての図面を通して可能な限り同一の参照番号が用いられる。

図１は、本開示の一実施形態に係る制御装置６を含む車両１の概略図である。車両１は、ハイブリッド車または電気自動車（すなわち、電気のみで駆動される自動車）であってもよい。車両１は少なくとも１つの電動モータ４を含み、電動モータ４は、電池または組電池２により、好ましくはインバータ３を介して駆動される。車両がハイブリッド車である場合には、車両は内燃機関をさらに含む。電池２はバイポーラ固体電池であってもよい。電池２は別の型の電池であってもよく、たとえばリチウムイオン電池のような液体型電池であってもよい。

電池２は充電部５に接続され、充電部５は電池２を充電するよう構成される。この目的のために、充電部５は電気制御回路、たとえばパワーエレクトロニクス回路を含んでもよい。充電部は、外部電源を用いて外部から充電するためのコネクタをさらに含んでもよい、またはこうしたコネクタに接続されていてもよい。コネクタは、たとえばプラグ式または無線式コネクタシステムであってもよい。車両がハイブリッド車である場合には、充電部は、車両の内燃機関の発電機にさらに接続されていてもよい。こうして、内燃機関の作動中にかつ／または車両が外部電源に接続されている間に電池２が充電され得る。さらに電池２は、車両１、特に電動モータ４を動作させるために放電されてもよい。電池２は、さらに、電池処理および／または回収プロシージャにおいても放電されてよい。

車両はダミー電池１１をさらに含み、ダミー電池１１は、電池２の充電制御に使用される情報、特に計測値を提供するよう構成される。その詳細は以降の記載において示す。ダミー電池１１は、好ましくは電池２と同じ型の、もうひとつの蓄電池であってもよい。ダミー電池１１は車両中に一体化されていてもよく、たとえば制御装置６と一体化されていてもよい。代替的には、ダミー電池１１は電池２と一体化されていてもよい。後者の場合には、ダミー電池１１の取り替えが電池２と一緒にでき、容易である。たとえば、電池は複数の単電池を含む組電池であってもよく、この場合のダミー電池は同じ型の単電池であり、上記組電池に含まれてもよい。

車両２は、充放電を制御する目的で、制御装置６およびセンサ７を備える。この目的のために、制御装置６は、センサ７を介して電池２および／またはダミー電池１１を監視して充電部５を制御する。制御装置６および／またはセンサ７は、電池２に備わっていてもよい。制御装置は電子制御回路（ＥＣＵ）であってもよい。制御装置はデータ記憶装置をさらに含んでもよい。車両は、スマート電池とスマート充電装置とを備えたスマート電池充電システムを含むこともできる。言い換えると、電池と車両との両方がそれぞれＥＣＵを含み、この２つのＥＣＵが一緒に動作し、一緒になって本開示に係る制御装置を形成してもよい。後者の場合には、ダミー電池１１は、スマート電池中に一体化されていてもよい。さらに制御装置６は、電池管理システムを含んでもよい、または電池管理システムの一部であってもよい。

制御装置６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、プロセッサ（共有プロセッサ、専用プロセッサ、またはグループプロセッサ）、結合論理回路、１つ以上のソフトウェアプログラムを実行するメモリ、および／または上記以外の好適な部品であって、上述した制御装置６の機能性を与える部品を含んでもよい。

以降でより詳細に説明するように、センサ７は、ダミー電池１１の開路電圧（ＯＣＶ）を計測するための電圧センサ１０を特に含む。またセンサ７は、電池２および／またはダミー電池１１の温度を計測するための１つ以上の温度センサ８、電池２および／またはダミー電池１１の充電レベルを計測するための少なくとも１つのＳＯＣ（充電レベル）センサ９、ならびに電池２および／またはダミー電池１１の電圧を計測するための少なくとも１つのさらなる電圧センサ１０を含んでもよい。ＳＯＣセンサ９は電圧センサであってもよく、この電圧センサにより計測された電圧値が電池のＳＯＣを決めるために使用される。言うまでもなく、ＳＯＣセンサ９は、電池のＳＯＣの判定にあたり他の型のセンサをさらに含んでもよく、このことは従来公知である。

図２は、本開示の一実施形態に係る制御装置の電気回路を示す概略図である。ダミー電池１１および電池２は、たとえば直列に、第１の電気回路Ｃ１に接続されている。この回路Ｃ１は、ダミー電池１１と電池２との両方を充電するよう構成される。好ましくは、回路Ｃ１は、ダミー電池１１と電池２との両方を放電するようにも構成される。第２の回路Ｃ２は、ダミー電池の開路電圧ＯＣＶ_dを計測するよう構成される。回路Ｃ１と回路Ｃ２との間の切り換えのためにスイッチが提供されてもよく、このスイッチは制御装置６によって制御され得る。注目すべきは、図２は制御装置の電気回路の簡略図であるという点である。

図３は、本開示の一実施形態に係る一般的な充電制御プロシージャを示すフローチャートである。制御装置６は、この図３のプロシージャを実施するよう構成される。

工程Ｓ１１において、プロシージャが開始される。開始のトリガは、（たとえばＳＯＣが小さいために）電池の充電が必要であるという判定が制御装置によりなされることによって、かつ／または（たとえば、内燃機関が作動したり外部電源に接続されたりしたために）充電が可能になることによってなされてもよい。

工程Ｓ１２において、ダミー電池１１が主充電回路Ｃ１から分離される。言い換えると、制御装置は回路Ｃ２に切り換わり得て、ダミー電池１１は回路Ｃ１から分離される。続いて、ダミー電池の開路電圧ＯＣＶ_dが計測される。

工程Ｓ１３において、上記計測されたダミー電池１１の開路電圧に基づいて、ダミー電池の現時点での充電レベルＳＯＣ_dが判定される。このＳＯＣ_d判定は厳密な判定でない場合もあるため、推測値と称されてもよい。また、ダミー電池の充電レベルＳＯＣ_dはダミー電池の判定された劣化度に基づいて判定され、この点は、図４の文脈において詳細に説明される。

工程Ｓ１４において、基本的にはダミー電池の開路電圧ＯＣＶ_dに基づいて、有利にはダミー電池の判定された劣化度α_xに基づいて、電池の容量増加量最大値ΔＡｈ_maxが求められる。ダミー電池の判定された劣化度α_xは好ましくは、電池の劣化度に対応するか、または電池の劣化度との関連が知られている。

特に、電池の容量増加量最大値ΔＡｈ_maxは、上記判定されたダミー電池１１の充電レベルＳＯＣ_dに基づいて求められてもよい。この充電レベルＳＯＣ_dは、工程Ｓ１３においてダミー電池の開路電圧および劣化度に基づいて判定されている。また、電池２の容量増加量最大値ΔＡｈ_maxは、所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングに基づいて、ＯＣＶ_d計測値に対応するＳＯＣ_d値を特定することによって求められてもよい。ＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングは、ダミー電池の上記判定された劣化度α_xに基づいて常に更新されてもよく、この点は図４の文脈において詳細に説明される。ＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングは、図５に示されるように、ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線で表されてもよい。

より具体的には、電池の容量増加量最大値ΔＡｈ_maxは、電池の充電レベルＳＯＣ_bに基づいて求められてもよく、この電池の充電レベルＳＯＣ_bはダミー電池１１の充電レベルＳＯＣ_dに基づいて判定される。この判定には、ダミー電池１１のＳＯＣ_d（工程Ｓ１３において判定）と電池のＳＯＣ_bとの関連を示す所定のマッピングが使用されてもよい。たとえば、電池の容量増加量最大値ΔＡｈ_maxは、１００％ＳＯＣ（現時点での劣化度α_xに基づいて判定）と、判定された現時点でのＳＯＣ_b（現時点での劣化度α_xに基づいて判定）との間の差に基づいて計算されてもよい。すなわち、以下のとおりである。
ΔＡｈ_max＝ＳＯＣ１００％（α_x）−ＳＯＣ_b（α_x）
工程Ｓ１３および工程Ｓ１４のプロシージャにかかる時間は、好ましくは限られた時間であり、たとえば０．０２秒、０．０５秒、０．１秒、０．２秒、または１秒である。

工程Ｓ１５において、充電が開始される。これは、回路Ｃ１への切り換えにより実施される。

工程Ｓ１６において、電池の現時点での容量増加量ΔＡｈ_xが上記求めた容量増加量最大値ΔＡｈ_maxを超えるか否かが判定される。電池の現時点での容量増加量ΔＡｈ_xが上記求めた容量増加量最大値ΔＡｈ_maxを超えない限り、電池２は充電される。超えた場合には、充電プロシージャが工程Ｓ１８において完了し最終的に停止される。

この目的のために、工程Ｓ１６において、電池の現時点での容量増加量ΔＡｈ_xが監視される。電池の現時点での容量増加量ΔＡｈ_xは、電池について監視された充電電流Ｉ_xおよび充電時間に基づいて、特に充電電流Ｉ_x計測値を充電時間で積分したものに基づいて求められてもよい。さらに、または代替的に、電池の現時点での容量増加量ΔＡｈ_xは、以前に計測されたダミー電池の開路電圧に基づいて求められてもよい。

また、工程Ｓ１７において、電池が充電中に同時に放電されているか否かが判定される。この放電が生じる原因は、電池に貯蔵されている電力が消費されているため、たとえば車両の電気モータが使用されているためであってもよい。好ましくは、ダミー電池は、電池の放電とともに放電されるように構成される。この放電は回路Ｃ１によって実施されてもよい。このようにして、ダミー電池の充電レベルが電池の充電レベルと常に対応し得る。

工程Ｓ１７における判定は、好ましくは定期的に、たとえば１秒毎、５秒毎、２０秒毎、または１分毎に実行される。電池が放電されていない場合には、上記方法は工程Ｓ１６に戻る。言い換えると、充電中、上記方法は工程Ｓ１６と工程Ｓ１７との短いループを実施する。

工程Ｓ１７において、電池が充電中に同時に放電されていると判定された場合、上記方法は工程Ｓ１２に戻る。言い換えると、放電が検出された場合、上記方法は工程Ｓ１２〜工程Ｓ１７の長いループを実施する。このようにして上記方法は、工程Ｓ１４において、容量増加量最大値ΔＡｈ_maxを再度、上述のとおりに求めてもよい。こうすることによって、有利に、上記方法は、最後に容量増加量最大値ΔＡｈ_maxが工程Ｓ１４において求められた後に放電された容量の大きさを測定できる。また、その間に電池の劣化がさらに生じていれば、その劣化を考慮することもできる。したがって、容量増加量最大値ΔＡｈ_maxが再度求められてもよく、こうすることにより、上記さらなる劣化が考慮されてもよい。

図４は、本開示の一実施形態に係るＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線（すなわちＳＯＣ‐ＯＣＶマッピング）更新プロシージャを示すフローチャートである。ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線の例示的な概略図を図５に示す。

図４のプロシージャは好ましくは図３のプロシージャの工程Ｓ１３において実施され、その結果、ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線が、したがって容量増加量最大値ΔＡｈ_maxが、現時点での値に更新された劣化度α_xに常に基づいて求められる。注目すべきは、判定された劣化度α_xが表すのは電池の実際の劣化度の概算であるという点である。

工程Ｓ２２において、ダミー電池の温度データが得られる。この目的のために温度センサ８が使用されてもよい。ここで得られたデータは、現時点でのダミー電池の温度だけでなく、図４のプロシージャが最後に実施されてからの、特に温度頻度分布Ｔ_xが最後に更新されてからの（工程Ｓ２３を参照）、温度履歴データも含んでいてよい。

工程Ｓ２３において、温度頻度分布Ｔ_xが確立される、または、温度頻度分布Ｔ_xが既にある場合にはこれが更新される。工程Ｓ２２において収集された温度データはこの目的のために累積されたものであり、各計測温度における累積時間がその逆関数として、すなわち頻度として表される。温度頻度分布Ｔ_xは、以下に図７の文脈でより詳細に記載される。

工程Ｓ２４において、温度頻度分布Ｔ_xと、上記特定のダミー電池についての所定の劣化率βとに基づいて、ダミー電池の劣化度α_xが判定される。劣化度α_xは、好ましくは特定の電池型についての劣化率βに対応する、特にはこれに等しい。この判定、すなわちこの計算については、以下に図６および図７を参照して記載される。

基本的に、劣化度α_xの計算はアレニウスの式に基づいてなされ、このことは従来公知である。劣化度α_xは以下のように計算される。

式中、
ｔ＝時間
ｃ＝ｌｎ（Ａ）
ｂ＝−（Ｅ／Ｒ）
Ｔ＝温度
したがって、現時点での劣化度α_xは累積値、すなわち現時点での劣化度計算値および現時点より以前に計算された劣化度計算値の総計であり、たとえば以下のとおりである。

αｘ１＝α₁＋α₂＋α₃…
式中、

温度Ｔの値および時間ｔの値は、図７中に示される温度頻度分布Ｔ_xから得られる。それら以外のパラメータであるｃおよびｂは、劣化率βの決定に関する文脈においてあらかじめ決定される。

劣化率βは下記の等式に基づいて計算される。

式中、
ｋ＝所定の反応速度定数（または速度定数）
Ａ＝定数
Ｅ_a＝活性化エネルギー
Ｒ＝気体定数
Ｔ＝温度
パラメータｋ、Ａ、Ｅａ、およびＲは、使用されたダミー電池の電池型（好ましくは電池の型に対応）に特定して行なった予備実験から既知であるか、または一般に公知のパラメータである。
ｋ⇒βである場合、以下のとおりである。

劣化度α_xの計算に用いるパラメータｂおよびｃは、下記のように決定できる。
ｂ＝−（Ｅ／Ｒ）
ｃ＝ｌｎ（Ａ）
得られた劣化率βの図を図６に示す。劣化率βは所定の値であり、また、使用されたダミー電池の電池型（好ましくは電池の型に対応）に特定のものである。劣化率βは好ましくは予備実験において決定され、（スマート電池の場合には）電池について、かつ／または制御装置について既知のものである。

電池のＳＯＣ_bがダミー電池のＳＯＣ_dに対してマッピングされてもよく、ダミー電池のＳＯＣ_dは、ルックアップマップ中において、判定された劣化度α_xに対して（たとえばＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングを介して）、たとえば下記の通りマッピングされる。

α_x1⇒ＳＯＣ_d1⇒ＳＯＣ_b1
α_x2⇒ＳＯＣ_d2⇒ＳＯＣ_b2
α_x3⇒ＳＯＣ_d3⇒ＳＯＣ_b3
α_x4⇒ＳＯＣ_d4⇒ＳＯＣ_b4
このＳＯＣ_dとαｘとの関係および／またはＳＯＣ_bとＳＯＣ_dとの関係は好ましくは予備実験において決定され、かつ、使用されたダミー電池の電池型（好ましくは電池２の電池型に対応）に特定のものである。ルックアップマップは、制御装置の、または（スマート電池の場合には）電池のデータ記憶装置に記憶されていてもよい。

図５は、ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線を示す例示的な概略図である。図から分かるように、ＳＯＣの増大に伴って、特にＳＯＣ＞３０％である領域において、ＯＣＶ値が連続的に増加する。したがって、ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線から、少なくとも上記領域内において、個々のＯＣＶ値について固有のＳＯＣ値が決定され得る。ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線は、好ましくは、電池使用前に実験であらかじめ決定される。電池のＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線は、寿命終了までの間に、図３の文脈において記載される充電プロシージャが実施される毎に少なくとも１回、継続的に更新される。

図６は、ダミー電池の温度に対する所定の劣化率を示す例示的な概略図である。図から分かるように、この図から、パラメータｂおよびｃの値を直接得ることができる。ｂが一次関数の傾きであり、ｃが（縦長の）一次関数とＹ軸との交点である。

図７は、ダミー電池について求められた温度／頻度分布を示す例示的な概略図である。図中、Ｘ軸はダミー電池の温度Ｔを表し、Ｙ軸は頻度、すなわち時間の逆関数を表す。図は、ダミー電池の寿命全体にわたっての、すなわちダミー電池が使用された全期間および使用期間と使用期間との間の休止期間にかけての累積温度データを含む。図の確立にあたり、すなわち図中の曲線の確立にあたり、寿命終了までの間におけるダミー電池の各温度について、たとえば−４０℃〜＋６０℃の範囲で（量子化）段階的に１℃間隔で、ダミー電池がその温度であった時間の長さが測定される。そして、累積時間はその逆関数、すなわち頻度で表される。好ましくは、ダミー電池の寿命は電池２の寿命に対応する。ダミー電池の温度は電池の温度にほぼ対応すべきであり、そうであれば、両者の劣化度が同じとなる。したがって、ダミー電池は電池の近くに位置してもよい。また、ダミー電池と電池は両方とも、組電池のケースの中に位置していてもよい。このケースは、冷却用ファン、ならびに／またはダミー電池および電池の温度を安定させる手段を備えていてもよい。そうすることにより、ダミー電池および電池の温度が同じ温度になり得る。

図８は、従来の充電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。図から分かるように、電池の電圧Ｖが充電中に上がる、すなわち電池のＳＯＣの増大に伴って上がる。

したがって、連続する直線は劣化していない電池、たとえば新しい電池を表す。ＳＯＣが１００％に到達すると、この電池の電圧の計測値Ｖは充電中に上限電圧Ｖ_maxに到達する。影響として、充電が完了したという正しい判定がなされ、充電が停止される。

破線は、層劣化した電池、たとえば使用された電池を表す。この電池では、層劣化により抵抗が大きくなっているため、充電中における電圧計測値Ｖの上昇がより急激である。したがって、ＳＯＣが約８０％である時に既に、電圧Ｖが上限電圧Ｖ_maxに到達している。影響として、充電が完了したという誤った判定がなされ、充電が停止される。この誤判定は、図９の文脈で記載される本開示によって回避できる。

図９は、本開示の一実施形態に係る充電制御が適用された場合の電池の電圧とＳＯＣとを表した例示的な概略図である。図９は図８と同様のものを例示している。すなわち、劣化していない（新しい）電池と層劣化した（使用された）電池とを例示している。２本の曲線はともに、上限電圧Ｖ_maxの初期値に到達するまで上昇している。破線は、層劣化した電池を表しており、ＳＯＣが約８０％である時に上限電圧Ｖ_maxの初期値に到達している。

ここで、本開示においては、充電制御は電池の容量に基づいてなされるのであり、電池の電圧Ｖに基づいてなされるのではない。したがって、電池の電圧がＶ_maxを超えても充電は停止されない。その代わりに、充電は、現時点での容量増加量ΔＡｈ_xが上記求めた容量増加量最大値ΔＡｈ_maxを超える時点まで継続され、この時点でのみ停止される。

この目的のために、充電開始前に容量増加量最大値ΔＡｈ_maxが求められ、充電中は、現時点での容量増加量ΔＡｈ_xが継続的に監視される。本例においては、ＳＯＣ_bが４０％になると充電が開始される。したがって、上記求めた容量増加量最大値ΔＡｈ_maxは、残ったＳＯＣ６０％に対応する。充電が開始されて８０％ＳＯＣにおいて電池の電圧がＶ_maxを超えたとき、現時点での容量増加量ΔＡｈ_xは未だ、上記求めた容量増加量最大値ΔＡｈ_maxを超えない。したがって、充電が継続される。

充電プロセス中に同時に電池が放電されていることが検出された場合には、容量増加量最大値ΔＡｈ_maxが再度求められる。したがって、図９の例において、電池がたとえば５％だけ放電されると、この失われた５％分を増加させるために容量増加量最大値ΔＡｈ_maxが再度求められてもよい。ΔＡｈ_maxを再度求める際には、同時に、さらなる劣化が予期されてもよい。

請求項を含む本開示全体にわたって、「含む」という用語は、特記しない限り、「少なくとも１つ含む」と同義であるとして理解される。また、本記載中に示される範囲（請求項を含む）はいずれも、特記しない限り、当該範囲の両端の値を含むものとして理解される。記載された要素についての特定の値は、当業者に公知である許容製造公差または工業界における許容公差の範囲内であるものとして理解され、また、「実質的に」および／または「ほぼ」および／または「一般的に」という用語が使用されている箇所では、これらの用語の意味が上記の許容公差の範囲内にあるものとして理解される。

国内、または国際、またはそれら以外の標準化団体が定める標準が参照されている箇所では（たとえばＩＳＯなど）、本明細書の優先日の時点で当該国内または国際標準化団体により定義された標準が参照されることが意図される。優先日以降に当該標準に加えられた実質的な変更によって、本開示および／または請求項の範囲および／または定義が変更されるものではない。

本明細書中の開示は特定の実施形態を参照して記載されたものであるが、これらの実施形態は本開示の思想および用途についての例示を示すのみであることが理解される。

本明細書および実施例は具体例として提示されるのみであり、本開示の真の範囲は以下の請求項により示される。

Claims (26)

1. 蓄電池（２）の充電を制御するための制御装置（６）であって、
   ダミー蓄電池（１１）と、
   前記電池（２）および前記ダミー電池（１１）を充電するよう構成される第１の回路（Ｃ１）と、
   前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）を計測するよう構成される第２の回路（Ｃ２）とを含み、
   前記制御装置（６）は、
   前記第１の回路（Ｃ１）から前記ダミー電池（１１）を分離し、
   前記第２の回路（Ｃ２）を使用して前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）を測定し、
   前記測定された前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）に基づいて前記電池（２）の容量増加量最大値（ΔＡｈ_max）を求め、
   前記第１の回路を使用して前記電池（２）および前記ダミー電池を充電し、
   充電された前記電池（２）の現時点での容量増加量（ΔＡｈ _x ）を監視し、
   前記電池（２）の現時点での容量増加量（ΔＡｈ _x ）が前記求めた容量増加量最大値（ΔＡｈ _max ）を超えない場合に、前記電池（２）が充電中に放電されているか否かを判定し、
   前記電池（２）が充電中に放電されていれば
   前記第１の回路（Ｃ１）から前記ダミー電池（１１）を分離し、
   前記第２の回路（Ｃ２）を使用して前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ _d ）を再測定し、
   再測定された前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ _ｄ ）に基づいて前記電池（２）の容量増加量最大値（ΔＡｈ _max ）を再度求めるよう構成される、制御装置（６）。
2. 前記電池（２）の現時点での容量増加量（ΔＡｈ_x）が前記求めた容量増加量最大値（ΔＡｈ_max）を超える場合に充電を停止するようさらに構成される、請求項１に記載の制御装置（６）。
3. 前記電池（２）の充電電流（Ｉ_x）および充電時間に基づいてかつ／または前記ダミー電池（１１）の開路電圧に基づいて、前記電池（２）の現時点での容量増加量（ΔＡｈ_x）を求めるようさらに構成される、請求項１または２に記載の制御装置（６）。
4. 前記測定された前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）に基づいて、特に所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングに基づいて、前記ダミー電池の充電レベル（ＳＯＣ_d）を判定し、
   前記判定された前記ダミー電池の充電レベル（ＳＯＣ_d）に基づいて前記容量増加量最大値（ΔＡｈ_max）を求めるようさらに構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
5. 前記ダミー電池（１１）の判定された劣化度（α_x）に基づいて前記所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングを更新するようさらに構成される、請求項４に記載の制御装置（６）。
6. 前記ダミー電池（１１）の温度／頻度分布および前記ダミー電池（１１）の所定の劣化率（β）に基づいて前記ダミー電池（１１）の劣化度（α_x）を判定するようさらに構成される、請求項５に記載の制御装置（６）。
7. 前記ダミー電池（１１）の劣化度（α_x）の判定はアレニウスの式に基づく、請求項５または６に記載の制御装置（６）。
8. 前記ダミー電池（１１）の各温度について、寿命終了までの間に前記ダミー電池（１１）がその温度であった時間の長さを記録することによって、前記ダミー電池（１１）の温度／頻度分布を求めるようさらに構成される、請求項５または６に記載の制御装置（６）。
9. 前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ_b）の判定を、前記判定された前記ダミー電池（１１）の充電レベル（ＳＯＣ_d）に基づいて、特に、前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ_b）と前記ダミー電池（１１）の充電レベル（ＳＯＣ_d）とを対応づけた所定のマッピングに基づいて実施し、
   前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ_b）に基づいて前記容量増加量最大値（ΔＡｈ_max）を求めるようさらに構成される、請求項４〜８のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
10. 所定の劣化率を有する特定の電池型の電池（２）についてその充電を制御するよう構成され、
    前記ダミー電池（１１）は劣化率を有し、前記劣化率は前記電池（２）の劣化率と相関関係にあり、特には前記電池（２）の劣化率と同一である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
11. 前記特定の電池型の電池（２）は所定の容量を有し、
    前記ダミー電池（１１）は容量を有し、前記ダミー電池（１１）の容量は前記電池（２）の容量と相関関係にある、特には前記電池（２）の容量と同一である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
12. 前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）を検出するための電圧センサを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
13. 前記ダミー電池（１１）および／または前記電池（２）の温度（Ｔ）を検出するための温度センサを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御装置（６）。
14. 少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む、組電池。
15. 少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
    前記電池（２）のための充電装置（５）と、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む、電池充電システム。
16. 電動モータ（４）と、
    請求項１４に記載の組電池とを含む、車両（１）。
17. 電動モータ（４）と、
    少なくとも１つの電池（２）、特にバイポーラ固体電池と、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の制御装置（６）とを含む、車両（１）。
18. 蓄電池（２）の充電を制御する方法であって、前記電池（２）およびダミー蓄電池（１１）を充電するために第１の回路（Ｃ１）が使用され、かつ前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）を計測するために第２の回路（Ｃ２）が使用される方法であり、前記方法は、
    前記第１の回路（Ｃ１）から前記ダミー電池（１１）を分離する工程と、
    前記第２の回路（Ｃ２）を使用して前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）を測定する工程と、
    前記測定された前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）に基づいて前記電池（２）の容量増加量最大値（ΔＡｈ_max）を求める工程と、
    前記第１の回路を使用して前記電池（２）および前記ダミー電池を充電する工程と、
    充電された前記電池（２）の現時点での容量増加量（ΔＡｈ _x ）を監視する工程と、
    前記電池（２）の現時点での容量増加量（ΔＡｈ _x ）が前記求めた容量増加量最大値（ΔＡｈ _max ）を超えない場合に、前記電池（２）が充電中に放電されているか否かを判定する工程と、
    前記電池（２）が充電中に放電されていれば前記第１の回路（Ｃ１）から前記ダミー電池（１１）を分離する工程と、
    前記第２の回路（Ｃ２）を使用して前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ _d ）を再測定する工程と、
    再測定された前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ _ｄ ）に基づいて前記電池（２）の容量増加量最大値（ΔＡｈ _max ）を再度求める工程とを含む、方法。
19. 前記電池（２）の現時点での容量増加量（ΔＡｈ_x）が前記求めた容量増加量最大値（ΔＡｈ_max）を超える場合に充電を停止する工程とをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記電池（２）の充電電流（Ｉ_x）および充電時間に基づいてかつ／または前記ダミー電池（１１）の開路電圧に基づいて、前記電池（２）の現時点での容量増加量（ΔＡｈ_x）が求められる、請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記ダミー電池（１１）の充電レベル（ＳＯＣ_d）は、前記測定された前記ダミー電池（１１）の開路電圧（ＯＣＶ_d）に基づいて、特に所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングに基づいて判定され、
    前記容量増加量最大値（ΔＡｈ_max）は前記判定された前記ダミー電池（１１）の充電レベル（ＳＯＣ_d）に基づいて求められる、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記所定のＳＯＣ‐ＯＣＶマッピングは前記ダミー電池（１１）の判定された劣化度（α_x）に基づいて更新される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記電池（２）の劣化度（α_x）は前記ダミー電池（１１）の温度／頻度分布および前記ダミー電池（１１）の所定の劣化率（β）に基づいて判定される、請求項２２に記載の方法。
24. 前記ダミー電池（１１）の劣化度（α_x）はアレニウスの式に基づいて判定される、請求項２２または２３に記載の方法。
25. 前記ダミー電池（１１）の温度／頻度分布は、前記ダミー電池（１１）の各温度について、寿命終了までの間に前記ダミー電池（１１）がその温度であった時間の長さを記録することによって求められる、請求項２３または２４に記載の方法。
26. 前記判定された前記ダミー電池（１１）の充電レベル（ＳＯＣ_d）に基づいて、特に、前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ_b）と前記ダミー電池（１１）の充電レベル（ＳＯＣ_d）とを対応づけた所定のマッピングに基づいて、前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ_b）が判定され、
    前記電池（２）の充電レベル（ＳＯＣ_b）に基づいて前記容量増加量最大値（ΔＡｈ_max）が求められる、請求項２１〜２５のいずれか１項に記載の方法。

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