JP2020038146A - 二次電池システムおよび二次電池のｓｏｃ推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電履歴に応じたヒステリシスが特性曲線に存在する二次電池を備えた二次電池システムにおいて、ＳＯＣの推定精度を向上させる。【解決手段】ＥＣＵ１００は、バッテリ１０のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定制御を実行可能に構成される。ＥＣＵ１００は、ＳＯＣ推定制御において、バッテリ１０のＯＣＶを示す「第１の電圧」を取得する。ＥＣＵ１００は、ヒステリシスが生じる電圧範囲内に第１の電圧がある場合に、所定量以上の電力量がバッテリ１０に充電されるようにエンジン５３０およびＰＣＵ４０を制御する。そして、ＥＣＵ１００は、当該充電後のバッテリ１０のＯＣＶを示す「第２の電圧」を取得して、第２の電圧からバッテリ１０のＳＯＣを推定する。【選択図】図１

Description

本開示は、二次電池システムおよび二次電池のＳＯＣ推定方法に関し、より特定的には、二次電池のＯＣＶからＳＯＣを推定する技術に関する。

近年、走行用の二次電池が搭載された電動車両（ハイブリッド車、電気自動車など）の普及が進んでいる。これらの電動車両においては、二次電池の充放電を適切に制御するために、二次電池の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を高精度に推定する技術が求められている。そのような技術として、二次電池の開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）からＳＯＣを推定する技術が提案されている。たとえば国際公開第２００８／０２６４７６号（特許文献１）には、二次電池の端子間電圧が十分に平衡に達した時点でＯＣＶを求め、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す特性曲線を用いて、ＯＣＶからＳＯＣを推定する技術が開示されている。

国際公開第２００８／０２６４７６号 特開２０１４−１３９５２１号公報 特開２０１６−０５８２３６号公報 特開２０１５−０７９６２１号公報

二次電池の構成によっては、二次電池の充電時における二次電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す充電曲線と、二次電池の放電時における二次電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す放電曲線とが異なる場合がある。この現象は「ヒステリシス」と呼ばれる。ヒステリシスが生じると、充電時と放電時とでＯＣＶに対応するＳＯＣが異なるため、ＯＣＶに対応するＳＯＣが一意に定まらなくなる。そうすると、ＯＣＶからＳＯＣを高精度に推定することができなくなる可能性がある。

特許文献１に開示された手法では、二次電池のヒステリシスについて何ら考慮されていない。そのため、二次電池の充放電履歴によっては所望のＳＯＣの推定精度が得られない可能性がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ヒステリシスが生じる二次電池を備えた二次電池システムにおいて、ＳＯＣの推定精度を向上させることである。

（１）本開示のある局面に従う二次電池システムは、充電時と放電時とでＯＣＶに対応するＳＯＣが異なるとのヒステリシスが生じる二次電池と、二次電池を充電することが可能に構成された充電装置と、充電装置を制御するように構成されるとともに、二次電池のＳＯＣを推定するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、二次電池のＯＣＶである第１の電圧を取得し、ヒステリシスが生じる電圧範囲内に第１の電圧がある場合に、所定量を上回る電力量が二次電池に充電されるように充電装置を制御し、当該充電後の二次電池のＯＣＶである第２の電圧を取得して、第２の電圧から二次電池のＳＯＣを推定する。

（２）制御装置は、二次電池が完全放電状態から満充電状態まで充電された場合の二次電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す充電曲線と、二次電池が満充電状態から完全放電状態まで放電された場合の二次電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す放電曲線とが格納されたメモリを含む。制御装置は、第２の電圧を取得すると、充電曲線を参照することによって第２の電圧から二次電池のＳＯＣを推定する。

（３）上記所定量は、所定量を上回る電力量の充電後における二次電池のＯＣＶと、充電曲線上のＯＣＶとの誤差が基準値を下回るように定められる。

（４）二次電池は、合金系活物質を含む負極を有するリチウムイオン二次電池である。合金系活物質は、ケイ素、スズ、および、酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む。

上記構成によれば、二次電池のＯＣＶ（第１の電圧）が、二次電池の充放電履歴に応じたヒステリシスが存在する電圧範囲内にある場合に、二次電池に所定量以上の電力量が充電される。これにより、ヒステリシスが一時的に解消され（詳細は後述）、特性曲線（より詳細には充電曲線）上でＳＯＣに対応するＳＯＣが一意に定まるようになる。したがって、二次電池のＯＣＶ（第２の電圧）を取得し、そのＯＣＶからＳＯＣを推定することで、ＳＯＣの推定精度を向上させることができる。

（５）本開示の他の局面に従う二次電池のＳＯＣ推定方法は、充電時と放電時とでＯＣＶに対応するＳＯＣが異なるとのヒステリシスが生じる二次電池のＳＯＣを推定する。二次電池のＳＯＣ推定方法は、二次電池のＯＣＶである第１の電圧を取得するステップと、ヒステリシスが生じる電圧範囲内に第１の電圧がある場合に、所定量以上の電力量を二次電池に充電するステップと、充電するステップの実行後の二次電池のＯＣＶである第２の電圧を取得して、第２の電圧から二次電池のＳＯＣを推定するステップとを含む。

上記方法によれば、上記（１）の構成と同様に、ＳＯＣの推定精度を向上させることができる。

本開示によれば、ヒステリシスが生じる二次電池を備えた二次電池システムにおいて、ＳＯＣの推定精度を向上させることができる。

本実施の形態に係る二次電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 各セルの構成の一例を示す図である。 バッテリのＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す特性曲線の一例を示す図である。 バッテリの充放電履歴を説明するための図である。 本実施の形態におけるヒステリシス解消の一例を説明するための図である。 バッテリへの充電電力量を決定するための測定結果の一例を示す図である。 本実施の形態におけるＳＯＣ推定制御を説明するためのフローチャートである。 図７に示したヒステリシス解消制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

以下に説明する実施の形態では、本開示に係る二次電池システムがハイブリッド車に搭載された構成を例に説明する。しかし、本実施の形態に係る二次電池システムが搭載される電動車両の種類は特に限定されず、電気自動車、プラグインハイブリッド車または燃料電池車などであってもよい。また、本開示に係る二次電池システムの用途は車両用に限定されず、たとえば定置用であってもよい。

［実施の形態］
＜二次電池システムの構成＞
図１は、本実施の形態に係る二次電池システムが搭載されたハイブリッド車の全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、車両１は、二次電池システム２と、ソーラーパネル２００と、ソーラーバッテリ３００と、補機バッテリ４００と、モータジェネレータ５１０，５２０と、エンジン５３０と、動力分割装置５４０と、駆動軸５５０と、駆動輪５６０とを備える。二次電池システム２は、バッテリ１０と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）２０と、充電リレー３０と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）４０と、ソーラーＰＣＵ５０と、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１００とを備える。

モータジェネレータ５１０，５２０の各々は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。

モータジェネレータ５１０は、主として、動力分割装置５４０を経由してエンジン５３０により駆動される発電機として用いられる。モータジェネレータ５１０が発電した電力は、ＰＣＵ４０を介してモータジェネレータ５２０またはバッテリ１０に供給される。

モータジェネレータ５２０は、主として電動機として動作し、駆動輪５６０を駆動する。モータジェネレータ５２０は、バッテリ１０からの電力およびモータジェネレータ５１０の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、モータジェネレータ５２０の駆動力は駆動軸５５０に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、モータジェネレータ５２０は、発電機として動作して回生発電を行なう。モータジェネレータ５２０が発電した電力は、ＰＣＵ４０を介してバッテリ１０に供給される。

エンジン５３０は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する内燃機関である。

動力分割装置５４０は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置５４０は、エンジン５３０から出力される動力を、モータジェネレータ５１０を駆動する動力と、駆動輪５６０を駆動する動力とに分割する。

ソーラーパネル２００は、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電する太陽光発電装置である。ソーラーパネル２００は、たとえば車両１の屋根の表面に搭載される。ただし、ソーラーパネル２００の搭載位置は特に限定されず、車両１の屋根以外の箇所（ボンネット等）の表面にソーラーパネル２００が搭載されてもよい。ソーラーパネル２００により発電された直流電力は、ソーラーＰＣＵ５０を経由してソーラーバッテリ３００に供給される。

ソーラーバッテリ３００は、ソーラーパネル２００により発電された直流電力を蓄える二次電池である。ソーラーバッテリ３００は、たとえば、直列に接続された複数のセルを含んで構成される。各セルは、たとえばニッケル水素電池であるが、リチウムイオン二次電池等の他の二次電池であってもよい。

補機バッテリ４００は、補機負荷（図示せず）に電力を供給する。補機負荷とは、たとえば、車室内に設けられた電気機器（いずれも図示しないが、ナビゲーション装置、オーディオ機器など）である。補機負荷には、車両１に搭載された各種ＥＣＵ（ＥＣＵ１００等）も含まれ得る。

バッテリ１０は、各々がリチウムイオン二次電池である複数のセル１１（図２参照）を含んで構成される。各セル１１の詳細な構成については図２にて説明する。バッテリ１０は、モータジェネレータ５１０，５２０を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ４０を通じてモータジェネレータ５１０，５２０へ電力を供給する。また、バッテリ１０は、モータジェネレータ５１０，５２０の発電時にＰＣＵ４０を通じて発電電力を受けて充電される。なお、バッテリ１０は、本開示に係る「二次電池」に相当する。

バッテリ１０には、監視ユニット１２が設けられている。監視ユニット１２は、いずれも図示しないが、電圧センサと、電流センサと、温度センサとを含む。電圧センサは、バッテリ１０において並列接続される複数のセル１１の電圧ＶＢを検出する。電流センサは、バッテリ１０に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサは、セル１１毎の温度ＴＢを検出する。

ＳＭＲ２０は、ＰＣＵ４０とバッテリ１０とを結ぶ電力線ＰＬ１，ＮＬ１に電気的に接続されている。ＳＭＲ２０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応答して、ＰＣＵ４０とバッテリ１０との間を電気的に接続したり遮断したりする。

充電リレー３０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１から分岐してソーラーＰＣＵ５０に接続された電力線ＰＬ２，ＮＬ２に電気的に接続されている。充電リレー３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応答して、電力線ＰＬ１，ＮＬ１とソーラーＰＣＵ５０との間を電気的に接続したり遮断したりする。

ＰＣＵ４０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、バッテリ１０とモータジェネレータ５１０，５２０との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ４０は、モータジェネレータ５１０，５２０の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、モータジェネレータ５１０を回生状態（発電状態）にしつつ、モータジェネレータ５２０を力行状態にすることができる。ＰＣＵ４０は、たとえば、モータジェネレータ５１０，５２０に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧をバッテリ１０の出力電圧以上に昇圧するコンバータ（いずれも図示せず）とを含んで構成される。なお、ＰＣＵ４０は、本開示に係る「充電装置」の一例に相当する。

また、ＰＣＵ４０は、バッテリ１０の電圧を補機バッテリ４００の充電に適した電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）をさらに含む。ＤＣ／ＤＣコンバータは、変換された電力を補機バッテリ４００に供給することによって補機バッテリ４００を充電する。

ソーラーＰＣＵ５０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、ソーラーパネル２００により発電された直流電力の電圧をソーラーバッテリ３００の充電が可能な電圧に変換したり、ソーラーバッテリ３００により発電された直流電力の電圧をバッテリ１０の充電が可能な電圧に変換したりする。なお、ソーラーＰＣＵ５０は、本開示に係る「充電装置」の他の一例に相当する。

より詳細には、ソーラーＰＣＵ５０は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、ソーラーＤＣ／ＤＣコンバータ５４と、補機ＤＣ／ＤＣコンバータ５６と、監視装置５８とを含む。

高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、ソーラーバッテリ３００の直流電力の電圧をバッテリ１０の充電が可能な電圧（たとえば２００Ｖ程度）に変換し、バッテリ１０に供給する。

ソーラーＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、ソーラーパネル２００により発電された直流電力の電圧をソーラーバッテリ３００の充電が可能な電圧（たとえば数Ｖ程度）に変換し、ソーラーバッテリ３００に供給する。

補機ＤＣ／ＤＣコンバータ５６は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、ソーラーバッテリ３００の直流電力の電圧を補機バッテリ４００の充電が可能な電圧（たとえば１２Ｖ程度）に変換し、補機バッテリ４００に供給する。

監視装置５８は、ソーラーバッテリ３００に設けられた温度センサと電圧センサと電流センサ（いずれも図示せず）とからの検出結果に基づいて、ソーラーバッテリ３００の状態を監視する。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００Ａと、メモリ（より具体的にはＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））１００Ｂと、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ１００は、各センサから受ける信号並びにメモリ１００Ｂに記憶されたプログラムおよびマップに基づいてエンジン５３０およびＰＣＵ４０を制御することにより、バッテリ１０の充放電を制御するとともにバッテリ１０のＳＯＣを推定する。バッテリ１０のＳＯＣの推定手法については、後に詳細に説明する。

図２は、各セル１１の構成の一例を示す図である。セル１１のケース１１１上面は蓋体１１２によって封止されている。蓋体１１２には、正極端子１１３および負極端子１１４が設けられている。正極端子１１３および負極端子１１４の各々の一方端は、蓋体１１２から外部に突出している。正極端子１１３および負極端子１１４の各々の他方端は、ケース１１１内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続されている。

ケース１１１内部には電極体１１５が収容されている（図２ではケース１１１を透視して破線で示す）。電極体１１５は、たとえば、セパレータ１１８を介して積層された正極シート１１６と負極シート１１７とが筒状に捲回されることにより形成されている。正極シート１１６、負極シート１１７、セパレータ１１８および電解液の材料としては、以下に説明するように、従来公知の各種材料を用いることができる。

正極シート１１６は、集電箔と、集電箔の表面に形成された正極活物質層（正極活物質、導電材およびバインダを含む層）とを含む。正極シート１１６は、リチウム（たとえばコバルト酸リチウムまたはマンガン酸リチウム）を含む。

負極シート１１７は、正極シート１１６と同様に、集電箔と、集電箔の表面に形成された負極活物質層（負極活物質、導電材およびバインダを含む層）とを含む。負極活物質は、合金系活物質と炭素材活物質とを含む。本実施の形態において、合金系活物質は、たとえば酸化ケイ素（ＳｉＯ）を含み、炭素材活物質は、たとえば黒鉛（Ｃ）を含む。しかし、合金系活物質は、酸化ケイ素に代えて、あるいは加えて、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも一方を含んでよい。また、炭素材活物質は、黒鉛に代えて、あるいは加えて、ハードカーボンまたはソフトカーボンのうちの少なくとも一方を含んでもよい。

セパレータ１１８は、正極活物質層および負極活物質層の両方に接するように設けられている。セパレータ１１８には、たとえばポリオレフィンが用いられる。

電極体１１５（正極活物質層、負極活物質層およびセパレータ１１８）は、電解液により含浸されている。電解液は、有機溶媒と、リチウムイオンと、添加剤とを含む。なお、電極体１１５を捲回体にすることは必須ではなく、電極体１１５は捲回されていない積層体であってもよい。また、図２には角型形状のセルを示すが、セルの形状は特に限定されず、たとえば円筒形状であってもよい。

＜ＯＣＶからのＳＯＣ推定＞
二次電池のＳＯＣ推定手法としては以下のような手法が公知である。すなわち、まず、二次電池に設けられた電圧センサおよび電流センサの検出結果に基づいて、二次電池のＯＣＶが取得される。たとえば、無負荷状態（電流＝０）が所定期間継続したことが電流センサにより検出された場合に、その状態での電圧センサの検出値をＯＣＶとして取得することができる。そして、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す特性曲線（ＯＣＶ−ＳＯＣカーブ）を参照することによって、ＯＣＶからＳＯＣが推定される。

ただし、二次電池には、負極活物質が合金系活物質を含むなどの構成に起因するヒステリシスが生じ得る。二次電池のヒステリシスの影響を考慮した対策として、充電時のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す特性曲線（充電曲線）と、放電時のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す特性曲線（放電曲線）とを別々に準備することが考えられる。

図３は、バッテリ１０のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す特性曲線の一例を示す図である。図３ならびに後述する図４および図５において、横軸はバッテリ１０のＳＯＣを示し、縦軸はバッテリ１０のＯＣＶを示す。

図３を参照して、参照符号ＣＨＧを付して１点鎖線で示す充電曲線（充電ＯＣＶとも称される）は、ＳＯＣ＝０％（完全放電状態）からＳＯＣ＝１００％（満充電状態）までバッテリ１０が充電された場合のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す。一方、参照符号ＤＣＨＧを付して破線で示す放電曲線（放電ＯＣＶとも称される）は、ＳＯＣ＝１００％からＳＯＣ＝０％までバッテリ１０が放電された場合のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す。ＥＣＵ１００のメモリ１００Ｂには、バッテリ１０の充電曲線ＣＨＧおよび放電曲線ＤＣＨＧの両方が格納されている。

図３に示す例では、たとえば、バッテリ１０のＯＣＶ＝Ｖであった場合に、バッテリ１０の充電時には、充電曲線ＣＨＧを参照することによってＳＯＣ＝ＳＣと推定される。一方、バッテリ１０の放電時には、放電曲線ＤＣＨＧを参照することによってＳＯＣ＝ＳＤと推定される。このように、２種類の特性曲線を準備することによって、ヒステリシスの影響を低減してＳＯＣの推定精度を向上させることが可能になる。

しかしながら、以下に説明するように、バッテリ１０の充放電履歴によっては、バッテリ１０の実際の状態（ＯＣＶとＳＯＣとの組合せ）が充電曲線ＣＨＧおよび放電曲線ＤＣＨＧのいずれからも外れる可能性がある。

図４は、バッテリ１０の充放電履歴の一例を説明するための図である。図４においては、バッテリ１０の状態がＰ１−Ｐ２−Ｐ３−Ｐ４の順に変化した例が実線で示されている。より詳細には、この充放電履歴では、ＳＯＣ＝０％の状態（Ｐ１で示す）からＳＯＣ＝ＳＰ２（たとえばＳＯＣ＝２０％）までバッテリ１０が充電された後に（Ｐ２で示す）、ＳＯＣ＝ＳＰ３を経由して（Ｐ３で示す）、ＳＯＣ＝０％（Ｐ４で示す）までバッテリ１０が放電されている。

図４に示す例では、Ｐ１からＰ２までの充電時には、バッテリ１０の実際の状態（実線参照）が充電曲線ＣＨＧ上に表される。その一方で、この例ではＰ２からＰ３までの放電時には、バッテリ１０の実際の状態が放電曲線ＤＣＨＧ上から外れ得る。この場合には、放電曲線ＤＣＨＧを参照しても所望のＳＯＣ推定精度が得られない可能性がある。

このような事情が存在する中で、本発明者らは、バッテリ１０の放電後（バッテリ１０の放電中に放電を停止させてもよい）に、所定量以上の電力量を充電すると、ヒステリシスの影響が解消され、バッテリ１０の状態（ＯＣＶとＳＯＣとの組合せ）が充電曲線ＣＨＧ上に速やかに移行する点に着目した。このようにバッテリ１０に所定量以上の電力量を充電することによってヒステリシスの影響を解消する制御を「ヒステリシス解消制御」とも称する。本実施の形態においては、ヒステリシス解消制御の実行後にＯＣＶを再度取得して、そのＯＣＶからＳＯＣを推定することとする。

なお、バッテリ１０の放電後には、バッテリ１０が継続的に放電された後の状態を含むがこれに限定されず、バッテリ１０が一時的に充電される時間帯があるものの基本的には放電されていた状態（いわゆる放電過多の状態）を含み得る。また、ヒステリシスの「解消」には、部分的なヒステリシスの解消を意味する「緩和」が含まれ得る。

図５は、本実施の形態におけるヒステリシス解消制御の一例を説明するための図である。図５には、バッテリ１０の状態がＱ１−Ｑ２−Ｑ３−Ｑ４の順に変化した例が実線で示されている。より詳細には、この充放電履歴では、ＳＯＣ＝ＳＱ１（たとえば３０％）の状態（Ｑ１で示す）からＳＯＣ＝ＳＱ２（たとえば１４％）までバッテリ１０が放電された後に（Ｑ２で示す）、Ｑ３を経由して、ＳＯＣ＝ＳＱ１（Ｑ４で示す）までバッテリ１０が充電されている。

図４と図５とを対比すると、バッテリ１０の充電時に実際の状態と充電曲線ＣＨＧとの間に乖離が生じている領域（図５のＳＱ２とＳＱ３との間の領域）は、バッテリ１０の放電時に実際の状態と放電曲線ＤＣＨＧとの間に乖離が生じているＳＯＣ領域（図４のＳＰ３とＳＰ２との間の領域）よりも狭いことが分かる。このことは、バッテリ１０の放電後に所定量以上の電力量を充電することによって、ヒステリシスを速やかに解消可能であることを意味している。そして、ヒステリシスが解消されると（図５ではＳＱ３以上のＳＯＣ領域）においては、ヒステリシスが解消されていない状態（ＳＱ２とＳＱ３との間のＳＯＣ領域）と比べて、充電曲線ＣＨＧを用いてＳＯＣを高精度に推定することが可能である。

＜充電電力量の決定＞
ヒステリシスを解消するためのバッテリ１０への充電電力量と、ＳＯＣの推定精度との間には、相関関係が存在する。したがって、バッテリ１０への充電電力量は、充電電力量とＳＯＣ推定誤差（あるいは推定精度）との関係を事前に求めることによって、予め決定することができる。

図６は、バッテリ１０への充電電力量（本開示における「所定量」に相当）を決定するための測定結果の一例を示す図である。図６において、横軸は、充放電に伴うＳＯＣ変化量（放電後のバッテリ１０への充電に伴うＳＯＣ増加量、あるいは、充電後のバッテリ１０の放電に伴うＳＯＣ減少量）を示す。以下、このＳＯＣ変化量の大きさ（絶対値）を「ΔＳＯＣ」とも記載する。縦軸は、充電曲線ＣＨＧ上のＯＣＶと実際のＯＣＶとの誤差、または、放電曲線ＤＣＨＧ上のＯＣＶと実際のＯＣＶとの誤差を示す。以下、この誤差を「ΔＶ」とも記載する。

図６を参照して、ΔＳＯＣが等しい条件下で比較すると、放電後のバッテリ１０に充電する場合（１点鎖線参照）には、充電後のバッテリ１０から放電する場合（破線参照）と比べて、誤差ΔＶが小さいことが分かる。これは、図４と図５とを対比した際の前述の説明を裏付けるものである。

また、図６に示す例においては、バッテリ１０への充電電力量が小さい場合、誤差ΔＶがある程度大きい。たとえば、ΔＳＯＣが１．２％未満である場合には、誤差ΔＶは、１５ｍＶ以上である。この測定結果から、ΔＳＯＣが１．２％未満の場合には、ヒステリシス解消効果が小さいと言える。一方、ΔＳＯＣが１．２％以上になると、誤差ΔＶが非常に小さくなり、１５ｍＶ未満となる。さらに、ΔＳＯＣが５％になると、誤差ΔＶは、ほぼ０になる。このように、ΔＳＯＣをある程度大きくすることにより、ΔＳＯＣが小さい場合と比べて、ヒステリシス解消効果が増大することが分かる。

バッテリ１０への充電電力量は、要求される誤差ΔＶの大きさに応じて適宜決定することができる。たとえば、誤差ΔＶを１５ｍＶ程度に抑制することが要求される場合には、バッテリ１０への充電電力量をΔＳＯＣ＝１．２％に相当する電力量、または、それよりも大きな電力量とすることができる。

その一方で、バッテリ１０への充電電力量を大きく設定し過ぎると（言い換えると、要求する誤差ΔＶを過度に小さく設定し、過剰なＳＯＣ推定精度を要求すると）、そのような充電が可能な機会が少なくなる可能性がある。具体的には、バッテリ１０の充電に長時間を要する可能性がある。あるいは、後述するようにバッテリ１０を充電するためにエンジン５３０を駆動する場合には燃料消費量が増えるため、バッテリ１０を充電するための制御を高頻度に実行することが難しくなる可能性がある。よって、バッテリ１０への充電電力量は、誤差ΔＶの大きさ（ＳＯＣ推定精度）と充電機会（充電時間、燃料消費量など）とのバランスを考慮して定めることが好ましい。

なお、図６に示した測定結果は、本実施の形態におけるバッテリ１０の構成での測定結果の一例にすぎない。図６に示したような測定結果は、バッテリ１０の構成（より詳細には、合金系活物質および炭素材活物質の種類、ならびに、合金系活物質との炭素材活物質との混合比など）に応じて実験的（あるいはシミュレーションにより）に定めることができる。そうすることで、要求される誤差ΔＶの大きさに応じてバッテリ１０への充電電力量を適宜決定することが可能になる。

＜ＳＯＣ推定制御の処理フロー＞
最後に、バッテリ１０のＳＯＣを推定する制御（ＳＯＣ推定制御）について説明する。本実施の形態においては、前述のように、バッテリ１０への充電によりヒステリシスが解消され、その後にバッテリ１０のＳＯＣが推定される。

図７は、本実施の形態におけるＳＯＣ推定制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、所定の条件が成立する毎または所定の周期が経過した毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。図７および後述する図８に示すフローチャートに含まれる各ステップ（以下、Ｓと略す）は、基本的にはＥＣＵ１００によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ１００内に作製された電子回路によるハードウェア処理によって実現されてもよい。

Ｓ１１０において、ＥＣＵ１００は、バッテリ１０のＯＣＶ（本開示に係る「第１の電圧」）を取得する。バッテリ１０のＯＣＶは、前述のように、無負荷状態のバッテリ１０の電圧ＶＢを電圧センサにより測定することで取得可能である。

Ｓ１２０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ１１０にて取得されたＯＣＶが所定の電圧範囲Ｒ内であるか否かを判定する。電圧範囲Ｒとは、充電時と放電時とでＯＣＶに対応するＳＯＣが異なる（ヒステリシスが生じる）とともに、そのヒステリシスをヒステリシス解消制御により解消することができる電圧範囲であり、実験により予め定められる。ＯＣＶが電圧範囲Ｒ外の場合（Ｓ１２０においてＮＯ）には、ＥＣＵ１００は、以下のＳ１３０〜Ｓ１５０の処理をスキップして処理をメインルーチンへと戻す。

Ｓ１１０にて取得されたＯＣＶが電圧範囲Ｒ内にある場合（Ｓ１２０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、バッテリ１０の充放電履歴に応じたヒステリシスを解消するためのヒステリシス解消制御を実行する（Ｓ１３０）。

図８は、図７に示したヒステリシス解消制御（Ｓ１３０の処理）を説明するためのフローチャートである。図８を参照して、Ｓ１３１において、ＥＣＵ１００は、車両１がＲｅａｄｙＯＦＦ状態（車両１がイグニッションオフされており走行不能の状態）であるか否かを判定する。

車両１がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である場合（Ｓ１３１においてＹＥＳ）、エンジン５３０を始動させることはできず、かつ、ＳＭＲ２０が非導通状態であるためＰＣＵ４０を駆動することもできない。そのため、ＥＣＵ１００は、充電リレー３０を閉成させる。さらに、ＥＣＵ１００は、ソーラーバッテリ３００に蓄えられた電力から所定量以上の電力量がバッテリ１０に充電されるように、ソーラーＰＣＵ５０（より詳細には高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５２）を制御する（Ｓ１３２）。ＥＣＵ１００は、上記制御に加えて、あるいは上記制御に代えて、ソーラーパネル２００により発電された電力によりバッテリ１０が充電されるようにソーラーＰＣＵ５０（より詳細にはソーラーＤＣ／ＤＣコンバータ５４）を制御してもよい。なお、バッテリ１０への充電電力量の決定手法については図６にて説明したため、詳細な説明は繰り返さない。その後、処理は図７に示したフローチャートへと戻される。

これに対し、車両１がＲｅａｄｙＯＦＦ状態でない場合、すなわち、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合（Ｓ１３１においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をＳ１３３に進め、車両１がＨＶ走行中であるか否かを判定する。なお、「ＨＶ走行中」とは、車両１が実際に走行している状態に限らず、車両１がＨＶモードにおいて（一時的に）停止している状態を含み得る。

車両１がＨＶ走行中である場合（Ｓ１３３においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、所定量以上の電力量がバッテリ１０に充電されるように、ＰＣＵ４０およびエンジン５３０を制御する（Ｓ１３４）。より具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン５３０を始動させる（あるいは、エンジン５３０を駆動状態に維持する）。そして、ＥＣＵ１００は、エンジン５３０の動力を用いてモータジェネレータ５１０により発電された電力がバッテリ１０に充電されるように（つまり、車両１の走行に必要な動力よりも大きな電力がモータジェネレータ５１０により発電されるように）ＰＣＵ４０を制御する。バッテリ１０への充電電力量の決定手法については図６にて説明した手法と同等である。その後、ＥＣＵ１００は、図７に示したフローチャートへと処理を戻す。

車両１がＨＶ走行中でない場合、すなわち車両１がＥＶ走行中（ＥＶモードにおいて車両１が停止している状態を含み得る）である場合（Ｓ１３３においてＮＯ）、エンジン５３０の駆動は禁止されている。そのため、ＥＣＵ１００は、Ｓ１３４の処理をスキップして図７に示したフローチャートへと処理を戻す。

なお、図示しないが、車両１がＥＶ走行中の場合に、ＥＣＵ１００は、ソーラーバッテリ３００に蓄えられた電力によるバッテリ１０の充電（Ｓ１３２）へと処理を進めてもよい。また、車両１が降坂走行時であり、十分な回生電力（たとえばＳＯＣ１．２％以上に相当する電力量）をバッテリ１０に充電することが可能と予測される場合には、その電力量が充電されるまでヒステリシス解消制御を継続してもよい。

図７に戻り、Ｓ１４０において、ＥＣＵ１００は、バッテリ１０のＯＣＶ（本開示に係る「第２の電圧」）を再び取得する。このＯＣＶは、Ｓ１１０にて説明した手法と同様の手法により取得することができる。

Ｓ１５０において、ＥＣＵ１００は、図３〜図５に示したような充電曲線ＣＨＧを参照することによって、Ｓ１４０にて取得されたＯＣＶからＳＯＣを推定する。

以上のように、本実施の形態によれば、バッテリ１０のＯＣＶ（第１の電圧）がバッテリ１０の充放電履歴に応じたヒステリシスが生じる電圧範囲Ｒに含まれる場合に、ＥＣＵ１００は、バッテリ１０に所定量以上の電力量を積極的に充電する「ヒステリシス解消制御」を実行する。その後、ＥＣＵ１００は、再びバッテリ１０のＯＣＶ（第２の電圧）を取得し、このＯＣＶからＳＯＣを推定する。ヒステリシス解消制御の実行により、図５にて説明したように、ヒステリシスの影響が一時的に解消（緩和）され、バッテリ１０の状態（ＯＣＶとＳＯＣとの組合せ）が充電曲線ＣＨＧ上に表されるようになる。そのため、２回目に取得されたＯＣＶからは、充電曲線ＣＨＧを参照して当該ＯＣＶに対応するＳＯＣを一意に定まることができるため、ＳＯＣの推定精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、二次電池の負極活物質が合金系活物質として、酸化ケイ素（ＳｉＯ）と、ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）のうちの少なくとも一方とを含むと説明した。しかし、負極活物質は、これら３種類の物質のうち、ケイ素のみを含んでもよいし、スズのみを含んでもよいし、酸化ケイ素のみを含んでもよい。すなわち、合金系活物質は、ケイ素、スズ、および、酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含めばよい。

また、本実施の形態では、エンジン５３０の動力を用いてモータジェネレータ５１０により発電された電力によりバッテリ１０を充電する構成を例に説明したが、バッテリ１０の充電手法はこれに限定されない。たとえば、車両１がエンジンを搭載しない燃料電池車である場合には、燃料電池ユニット（図示せず）により発電された電力を用いてバッテリ１０を充電することができる。

さらに、前述の実施の形態では、ソーラーパネル２００またはソーラーバッテリ３００からの電力を用いてバッテリ１０が充電される旨を説明したが、バッテリ１０以外の二次電池またはキャパシタ等の他の蓄電装置（図示せず）を車両１に搭載し、その蓄電装置に蓄えられた電力を用いてバッテリ１０を充電してもよい。また、補機バッテリ４００からの電力を用いてバッテリ１０を充電してもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ 二次電池システム、１０ バッテリ、１１ セル、１２ 監視ユニット、２０ ＳＭＲ、３０ 充電リレー、４０ ＰＣＵ、５０ ソーラーＰＣＵ、５２ 高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、５４ ソーラーＤＣ／ＤＣコンバータ、５６ 補機コンバータ、５８ 監視装置、１００ ＥＣＵ、１００Ａ ＣＰＵ、１００Ｂ メモリ、１１１ ケース、１１２ 蓋体、１１３ 正極端子、１１４ 負極端子、１１５ 電極体、１１６ 正極シート、１１７ 負極シート、１１８ セパレータ、２００ ソーラーパネル、３００ ソーラーバッテリ、４００ 補機バッテリ、５１０，５２０ モータジェネレータ、５３０ エンジン、５４０ 動力分割装置、５５０ 駆動軸、５６０ 駆動輪。

Claims (5)

1. 充電時と放電時とでＯＣＶに対応するＳＯＣが異なるとのヒステリシスが生じる二次電池と、
   前記二次電池を充電することが可能に構成された充電装置と、
   前記充電装置を制御するように構成されるとともに、前記二次電池のＳＯＣを推定するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記二次電池のＯＣＶである第１の電圧を取得し、
   前記ヒステリシスが生じる電圧範囲内に前記第１の電圧がある場合に、所定量を上回る電力量が前記二次電池に充電されるように前記充電装置を制御し、
   当該充電後の前記二次電池のＯＣＶである第２の電圧を取得して、前記第２の電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定する、二次電池システム。
2. 前記制御装置は、
   前記二次電池が完全放電状態から満充電状態まで充電された場合の前記二次電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す充電曲線と、前記二次電池が前記満充電状態から前記完全放電状態まで放電された場合の前記二次電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す放電曲線とが格納されたメモリを含み、
   前記第２の電圧を取得すると、前記充電曲線を参照することによって前記第２の電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定する、請求項１に記載の二次電池システム。
3. 前記所定量は、前記所定量を上回る電力量の充電後における前記二次電池のＯＣＶと、前記充電曲線上のＯＣＶとの誤差が基準値を下回るように定められる、請求項２に記載の二次電池システム。
4. 前記二次電池は、合金系活物質を含む負極を有するリチウムイオン二次電池であり、
   前記合金系活物質は、ケイ素、スズ、および、酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池システム。
5. 充電時と放電時とでＯＣＶに対応するＳＯＣが異なるとのヒステリシスが生じる二次電池のＳＯＣを推定する、二次電池のＳＯＣ推定方法であって、
   前記二次電池のＯＣＶである第１の電圧を取得するステップと、
   前記ヒステリシスが生じる電圧範囲内に前記第１の電圧がある場合に、所定量以上の電力量を前記二次電池に充電するステップと、
   前記充電するステップの実行後の前記二次電池のＯＣＶである第２の電圧を取得して、前記第２の電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定するステップとを含む、二次電池のＳＯＣ推定方法。

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