特開 2023-180402 バッテリシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180402

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】バッテリシステム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20231214BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20231214BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231214BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20231214BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20231214BHJP

   H01M 10/633 20140101ALI20231214BHJP

   H01M 10/6571 20140101ALI20231214BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 X

H02J1/00 306L

H01M10/48 301

H01M10/48 P

H01M10/44 Q

H01M10/615

H01M10/633

H01M10/6571

H01M10/625

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093690

(22)【出願日】2022-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】大森 保

(72)【発明者】

【氏名】丸山 均

(72)【発明者】

【氏名】梶山 英訓

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 卓矢

(72)【発明者】

【氏名】鯉江 亮輔

(72)【発明者】

【氏名】青木 翠梨

【テーマコード（参考）】

5G165

5G503

5H030

5H031

【Ｆターム（参考）】

5G165CA01

5G165EA01

5G165GA09

5G165HA01

5G165HA07

5G165HA17

5G165JA07

5G165LA01

5G165LA02

5G165MA10

5G165NA10

5G165PA01

5G503AA01

5G503BB02

5G503CA01

5G503CA08

5G503CA11

5G503CB11

5G503CB13

5G503CC02

5G503EA05

5G503FA06

5G503GD03

5G503GD06

5H030AA10

5H030AS08

5H030BB01

5H030FF22

5H030FF41

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H031HH01

5H031HH06

5H031KK03

(57)【要約】

【課題】バッテリを昇温する機能を有するバッテリシステムにおいて、バッテリが満充電状態に達したか否かを精度良く判定する方法を提供する。
【解決手段】バッテリシステムは、バッテリ、バッテリの温度を検出する温度センサ、バッテリを加熱するヒータ、およびバッテリ制御部を備える。バッテリ制御部は、バッテリの状態を検出すると共に、バッテリを充電する動作およびヒータを用いてバッテリを昇温する動作を制御する。バッテリの充電中に、バッテリの充電率または電圧が所定の閾値レベルより低いときは、バッテリ制御部は、バッテリの温度と予め設定された閾値温度との比較に応じてヒータを制御する。バッテリの充電率または電圧が閾値レベルより高いときは、バッテリ制御部は、ヒータを停止させた状態で、バッテリが満充電状態に達したか否かをモニタする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと、
前記バッテリの温度を検出する温度センサと、
前記バッテリを加熱するヒータと、
前記バッテリの状態を検出すると共に、前記バッテリを充電する動作および前記ヒータを用いて前記バッテリを昇温する動作を制御するバッテリ制御部と、を備え、
前記バッテリの充電中に、前記バッテリの充電率または電圧が所定の閾値レベルより低いときは、前記バッテリ制御部は、前記バッテリの温度と予め設定された閾値温度との比較に応じて前記ヒータを制御し、
前記バッテリの充電率または電圧が前記閾値レベルより高いときは、前記バッテリ制御部は、前記ヒータを停止させた状態で、前記バッテリが満充電状態に達したか否かをモニタする
ことを特徴とするバッテリシステム。

【請求項2】

前記バッテリの充電率または電圧が前記閾値レベルより高いときに、前記バッテリの温度が前記閾値温度より低下すると、前記バッテリ制御部は、前記バッテリの充電動作を停止すると共に、前記ヒータを発熱させる
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム。

【請求項3】

バッテリと、
前記バッテリの温度を検出する温度センサと、
前記バッテリを加熱するヒータと、
前記バッテリが実装される装置の外気温を検出する第２の温度センサと、
前記バッテリの状態を検出すると共に、前記バッテリを充電する動作および前記ヒータを用いて前記バッテリを昇温する動作を制御するバッテリ制御部と、を備え、
前記バッテリ制御部は、
前記バッテリの充電開始時に、前記外気温および前記バッテリの充電率に対応する充電開始目標温度を取得し、
前記バッテリの温度が前記充電開始目標温度より低いときには、前記バッテリの充電開始前に、前記ヒータを用いて前記バッテリの温度を前記充電開始目標温度以上に上昇させ、
前記バッテリの充電中は、前記ヒータを停止させた状態で、前記バッテリが満充電状態に達したか否かをモニタする
ことを特徴とするバッテリシステム。

【請求項4】

前記充電開始目標温度は、前記ヒータを停止させた状態で前記バッテリを充電したときに、前記バッテリが満充電状態に達すると見込まれる時点での前記バッテリの温度が、前記バッテリの充電効率が低下しはじめる閾値温度より低くならないように設定される
ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリシステム。

【請求項5】

前記バッテリ制御部は、前記バッテリの充電開始時に、前記バッテリの温度が前記充電開始目標温度より低く、且つ、前記外気温が第２の閾値温度より低いときに、前記バッテリの充電開始前に、前記ヒータを用いて前記バッテリの温度を前記充電開始目標温度以上に上昇させる
ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリおよびバッテリの温度を上昇させる昇温機能を備えるバッテリシステムに係わる。

【背景技術】

【0002】

バッテリは、一般に、所定の温度領域で動作することが好ましい。例えば、リチウムイオン電池は、低温環境下では、充電効率が低下する。このため、低温環境下で充電効率が低下するバッテリを充電する際には、そのバッテリの温度を上昇させる昇温制御が行われることがある。

【0003】

例えば、充電機構、昇温機構、および制御部を備えるバッテリシステムが特許文献１に記載されている。このバッテリシステムにおいて、制御部は、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）が充電基準値未満であるときは、昇温処理を禁止すると共に充電処理を実行し、バッテリのＳＯＣが充電基準値より大きくなったときに、バッテリの温度が基準温度未満であれば昇温処理を実行し、昇温処理中にバッテリのＳＯＣが充電基準値未満に低下すると、昇温処理を停止すると共にバッテリを充電停止値まで充電する。この方法によれば、バッテリを昇温することで充電効率を高めながら、昇温処理を実行することで満充電までの時間が長くなることを回避できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６２２５９７７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したバッテリシステムにおいては、ＳＯＣに基づいてバッテリの充電処理および昇温処理が制御される。ここで、ＳＯＣは、多くのケースにおいて、バッテリの開放電圧または開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）から推定される。

【0006】

ところが、近年普及しているリン酸鉄系リチウムイオン電池のＳＯＣ－ＯＣＶ曲線は、フラット領域（または、プラトー領域）を有する。フラット領域においては、ＳＯＣに対してＯＣＶがほぼ一定なので、ＯＣＶからＳＯＣを精度よく推定することは困難である。このため、ＳＯＣ－ＯＣＶ曲線がフラット領域を有するバッテリにおいては、満充電状態に達したか否かを精度よく判定することが困難である。

【0007】

満充電状態は、バッテリの端子間電圧および充電電流に基づいて検出することも可能である。ただし、上述したバッテリシステムにおいては、満充電に近い状態であっても、昇温のための電流が流れることがある。このため、充電電流の管理が難しく、満充電状態に達したか否かを精度よく判定することが困難である。

【0008】

本発明の１つの側面に係る目的は、バッテリを昇温する機能を有するバッテリシステムにおいて、バッテリが満充電状態に達したか否かを精度良く判定する方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の１つの態様に係わるバッテリシステムは、バッテリと、前記バッテリの温度を検出する温度センサと、前記バッテリを加熱するヒータと、前記バッテリの状態を検出すると共に、前記バッテリを充電する動作および前記ヒータを用いて前記バッテリを昇温する動作を制御するバッテリ制御部と、を備える。前記バッテリの充電中に、前記バッテリの充電率または電圧が所定の閾値レベルより低いときは、前記バッテリ制御部は、前記バッテリの温度と予め設定された閾値温度との比較に応じて前記ヒータを制御する。前記バッテリの充電率または電圧が前記閾値レベルより高いときは、前記バッテリ制御部は、前記ヒータを停止させた状態で、前記バッテリが満充電状態に達したか否かをモニタする。

【0010】

この構成によれば、バッテリの充電率または電圧が閾値レベルより低いときは、バッテリの温度と閾値温度との比較に応じてヒータが制御される。よって、充電効率の良い温度領域でバッテリが充電される。また、バッテリが満充電状態に達したか否かをモニタするときにはヒータが停止しているので、充電器からバッテリシステムに供給される電流に基づいて満充電判定を行う方式において、ヒータが消費する電流の影響を受けないので、満充電判定の精度は良好である。

【0011】

バッテリの充電率または電圧が閾値レベルより高いときに、バッテリの温度が閾値温度より低下すると、バッテリ制御部は、バッテリの充電動作を停止すると共に、ヒータを発熱させる。この構成によれば、常時、充電効率の良い温度領域でバッテリを充電することができる。

【0012】

バッテリシステムは、バッテリが実装される装置の外気温を検出する第２の温度センサをさらに備えてもよい。この場合、バッテリ制御部は、バッテリの充電開始時に、外気温およびバッテリの充電率に対応する充電開始目標温度を取得し、バッテリの温度が充電開始目標温度より低いときには、バッテリの充電開始前に、ヒータを用いてバッテリの温度を充電開始目標温度以上に上昇させ、バッテリの充電中は、ヒータを停止させた状態で、バッテリが満充電状態に達したか否かをモニタする。

【0013】

この構成によれば、充電開始時のバッテリの温度が充電開始目標温度以上なので、充電効率の良い温度領域でバッテリが充電される。加えて、充電中はヒータが停止しているので、満充電判定の精度は良好である。

【発明の効果】

【0014】

上述の態様によれば、バッテリを昇温する機能を有するバッテリシステムにおいて、バッテリが満充電状態に達したか否かを精度良く判定できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係わるバッテリシステムの一例を示す図である。

【図2】バッテリを充電する方法の一例を示す図である。

【図3】ＣＶ充電の一例を示す図である。

【図4】充電制御および温度制御の一例を示すフローチャートである。

【図5】バッテリの温度制御を優先しながら充電を行う方法を示すフローチャートである。

【図6】本発明の実施形態のバリエーションに係わる温度制御を説明する図（外気温依存）である。

【図7】本発明の実施形態のバリエーションに係わる温度制御を説明する図（ＳＯＣ依存）である。

【図8】充電開始目標温度テーブルの一例を示す図である。

【図9】本発明の実施形態のバリエーションにおける充電制御および温度制御の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係わるバッテリシステムの一例を示す。本発明の実施形態に係わるバッテリシステム１０は、バッテリ１１、ヒータ１２、電圧センサＶ、電流センサＩ、温度センサＴ１、温度センサＴ２、リレーＲＬ、およびバッテリ制御部１３を備える。なお、バッテリシステム１０は、図１に示してない他の回路またはデバイスを備えてもよい。

【0017】

バッテリ１１は、特に限定されるものではないが、この実施例では、リチウムイオン電池である。また、バッテリ１１は、特に限定されるものではないが、直列／並列に接続される複数の電池パックから構成される。この場合、各電池パックは、直列に接続される複数の電池セルから構成されてもよい。

【0018】

ヒータ１２は、バッテリ１１の近傍に設けられ、バッテリ制御部１３からの指示に応じて発熱する。すなわち、ヒータ１２は、バッテリ制御部１３からの指示に応じてバッテリ１１を昇温することができる。ヒータ１２は、たとえば、抵抗線により実現される。この場合、この抵抗線に電流を流すことでヒータ１２が発熱する。また、バッテリ制御部１３は、抵抗線を流れる電流を制御することでヒータ１２のオン状態／オフ状態を制御する。

【0019】

電圧センサＶは、バッテリ１１の電圧を検出する。なお、電圧センサＶは、バッテリ１１の正極端子と負極端子との間の電圧を検出してもよいし、各電池パックの電圧を検出してもよいし、各電池セルの電圧を検出してもよい。電流センサＩは、バッテリ１１を流れる電流を検出する。ただし、ヒータ１２を使用するときは、電流センサＩは、バッテリ１１を流れる電流およびヒータ１２を流れる電流の和を検出する。すなわち、電流センサＩは、充電器２０からバッテリシステム１０に供給される電流を検出する。なお、バッテリ１１を流れる電流およびヒータ１２を流れる電流を個々に検出する構成では、電流センサの個数が増加し、部品コストが上昇するので、本発明の実施形態では、バッテリ１１を流れる電流およびヒータ１２を流れる電流の和が検出される。

【0020】

温度センサＴ１は、バッテリ１１の近傍に設けられ、バッテリ１１の温度を検出する。温度センサＴ２は、外気温を検出する。例えば、バッテリシステム１０が車両に搭載されるケースでは、温度センサＴ２はその車両の周辺の温度を検出するように構成される。リレーＲＬは、バッテリ制御部１３からの指示に応じて、バッテリ１１に接続する電力線を導通／遮断することができる。

【0021】

バッテリ制御部１３は、バッテリ１１の充電動作を制御する。このとき、バッテリ制御部１３は、充電器２０との間で制御信号を交換しながらバッテリ１１の充電電流および充電電圧を制御してもよい。例えば、バッテリ制御部１３は、バッテリシステム１０が必要とする電流を表す電流指令値を充電器２０に送信してもよい。また、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１の充電状態を検出する。充電状態としては、例えば、バッテリ１１のＳＯＣが計算される。ＳＯＣは、充電率を表す指標であり、１００パーセントおよび０パーセントがそれぞれ満充電状態および完全放電状態を表す。

【0022】

ＳＯＣは、公知の技術で計算または推定することができる。例えば、バッテリ制御部１３は、電流センサＩにより検出される電流の積算値に基づいてＳＯＣを計算することができる。ただし、この方法は、誤差が蓄積することがある。よって、電流の積算値に基づいてＳＯＣを計算する場合、所定の契機に応じてＳＯＣをリセットすることが好ましい。例えば、バッテリ１１が満充電状態とみなせるときにＳＯＣを「１００パーセント」にリセットしてもよいし、或いは、バッテリ１１が完全放電状態とみなせるときにＳＯＣを「０パーセント」にリセットしてもよい。なお、ＳＯＣの値は、バッテリ制御部１３がアクセス可能なメモリに記録されることが好ましい。また、バッテリ制御部１３は、他の方法でＳＯＣを推定してもよい。例えば、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１のＯＣＶに基づいてＳＯＣを推定してもよい。

【0023】

充電器２０は、電力回路２１および充電器制御部２２を備える。電力回路２１は、充電器制御部２２からの指示に応じて、不図示の系統電源から供給される電力を直流電力に変換する。充電器制御部２２は、バッテリシステム１０のバッテリ制御部１３との間で制御信号を交換しながら電力回路２１を制御する。例えば、充電器制御部２２は、バッテリ制御部１３から受信する電流指令値が指示する電流を生成するように電力回路２１を制御する。

【0024】

図２は、バッテリ１１を充電する方法の一例を示す。バッテリ制御部１３および充電器２０は、例えば、ＣＣＣＶ（Constant-Current Constant-Voltage）方式でバッテリシステム１０のバッテリ１１を充電する。

【0025】

ＣＣＣＶ充電においては、バッテリ１１の電圧が所定の目標電圧に達するまでは、予め決められた一定の目標電流でバッテリ１１が充電される。以下の記載では、一定の電流でバッテリ１１を充電する動作を「ＣＣ充電」と呼ぶことがある。なお、目標電流を表す電流指令値は、バッテリ制御部１３から充電器制御部２２に通知される。そうすると、充電器制御部２２は、充電器２０からバッテリシステム１０に供給される電流が目標電流に近づくように電力回路２１を制御する。なお、この実施例では、バッテリ制御部１３および充電器制御部２２は、充電電流をゼロから目標電流まで段階的に増加させる。また、目標電流は、例えば、充電器２０の最大電流であってもよい。

【0026】

充電動作中は、バッテリ制御部１３は、電圧センサＶの出力信号を利用してバッテリ１１の電圧をモニタする。そして、バッテリ１１の電圧が目標電圧に達した後は、バッテリ制御部１３は、目標電圧を保持するように電流指令値を生成して充電器２０に送信する。そうすると、充電器制御部２２はその電流指令値に応じて電力回路２１を制御するので、予め決められた一定の電圧でバッテリ１１が充電される。以下の記載では、一定の電圧でバッテリ１１を充電する動作を「ＣＶ充電」と呼ぶことがある。ここで、バッテリ１１の電圧を一定の値に保持したままバッテリ１１の充電を継続すると、充電電流は必然的に減少していく。そして、充電電流が予め決められた充電終了電流まで減少すると、バッテリ制御部１３および充電器制御部２２は充電動作を終了する。

【0027】

図３は、ＣＶ充電の一例を示す。この実施例では、図２を参照して説明したＣＣ充電によりバッテリ１１の電圧が上昇してゆき、時刻Ｔ０においてバッテリ１１の電圧が目標電圧に達している。すなわち、時刻Ｔ０において、ＣＣ充電からＣＶ充電に切り替わる。よって、時刻Ｔ０以降、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１の電圧を目標電圧に保持する電流指令値を生成して充電器制御部２２に送る。そして、充電器２０は、電流指令値に従ってバッテリ１１に供給する電流を制御する。

【0028】

バッテリ制御部１３および充電器制御部２２は、時刻Ｔ０において充電電流をΔＩだけ減少させる。そうすると、バッテリ１１の電圧は一時的に低下する。この後、「目標電流－ΔＩ」で充電動作が継続する。したがって、バッテリ１１の電圧は上昇してゆき、時刻Ｔ１において再び目標電圧に達する。続いて、バッテリ制御部１３および充電器制御部２２は、時刻Ｔ１において充電電流をさらにΔＩだけ減少させる。そうすると、バッテリ１１の電圧は一時的に低下する。この後、「目標電流－２ΔＩ」で充電動作が継続する。そして、バッテリ１１の電圧は、時刻Ｔ２において再び目標電圧に達する。

【0029】

上述のようにして充電電流を段階的に減少させることにより、バッテリ１１の電圧は実質的に目標電圧に保持される。そして、充電電流が図２に示す充電終了電流まで減少すると、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１が満充電状態に達したと判定し、充電動作を終了する旨の指示を充電器２０に通知する。このとき、バッテリ制御部１３は、自分で算出した電流指令値に基づいてバッテリ１１が満充電になったか否かを判定してもよいし、電流センサＩを用いて検出する電流値に基づいてバッテリ１１が満充電になったか否かを判定してもよい。

【0030】

このように、バッテリ制御部１３は、充電動作を制御する。このとき、バッテリ制御部１３は、充電制御と並行して、ヒータ１２を用いてバッテリ１１の温度を調整する温度制御を実行する。例えば、バッテリ１１の温度が所定の閾値温度より低いときは、充電効率が悪くなる。よって、バッテリ１１の温度がその閾値温度より低いときは、バッテリ制御部１３は、ヒータ１２を用いてバッテリ１１を昇温する。

【0031】

バッテリ１１の温度を上昇させるときは、充電器２０から供給される電流の一部がヒータ１２により消費される。すなわち、電流指令値に従って充電器２０が電流を生成するとき、ヒータ１２を使用すると、バッテリ１１に実際に流れる電流は、電流指令値が表す電流より少なくなる。このため、充電電流に基づいて満充電判定を行う場合、その判定精度が悪くなるおそれがある。そこで、本発明の実施形態に係わるバッテリシステム１０は、バッテリ１１の温度が低い場合であっても、必要に応じてヒータ１２を停止して満充電判定を行う機能を備える。

【0032】

図４は、充電制御および温度制御の一例を示すフローチャートである。この例では、ユーザから充電開始の指示が与えられたときに、バッテリ制御部１３が充電制御および温度制御を開始する。

【0033】

Ｓ１において、バッテリ制御部１３は、温度センサＴ１の出力信号を利用してバッテリ１１の温度を検出する。以降、バッテリ制御部１３は、充電が終了するまでバッテリ１１の温度をモニタする。Ｓ２において、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１のＳＯＣを計算する。なお、現在のＳＯＣの値は、例えば、不図示のメモリに記録されている。また、バッテリ制御部１３は、常時、電流センサＩを利用して測定される充電電流および放電電流を積算することにより、バッテリ１１のＳＯＣを推定するものとする。

【0034】

Ｓ３において、バッテリ制御部１３は、電流指令値を生成する。例えば、図２に示すＣＣＣＶ充電において、ＣＣ充電が行われる期間は、電流指令値は予め決められた目標電流を表す。この目標電流は、例えば、充電器２０の最大電流であってもよい。また、ＣＶ充電が行われる期間は、例えば、図３を参照して説明した電流制御を実現する電流指令値が生成される。バッテリ制御部１３により生成される電流指令値は、充電器２０に通知される。そして、充電器２０は、電流指令値に従って充電電流を生成する。

【0035】

Ｓ４において、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１の温度と所定の閾値温度Ｘ１とを比較する。閾値温度Ｘ１は、例えば、バッテリ１１の充電効率が低下しはじめる温度に基づいて設定される。バッテリ１１の特性にもよるが、閾値温度Ｘ１は、例えば５℃程度である。

【0036】

Ｓ５において、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１のＳＯＣと所定の閾値ＳＯＣとを比較する。閾値ＳＯＣは、満充電判定に影響が生じ得る領域よりも低い値に設定される。例えば、図２～図３に示す充電方式においては、充電電流が所定の充電終了電流まで減少したときにバッテリ１１が満充電状態に達したと判定される。また、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行した後に、充電電流が減少し始める。よって、充電電流に基づいて満充電状態に達したか否かをモニタする場合、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行すると、満充電判定に影響が生じ得る。すなわち、ＣＶ充電が行われる期間は、満充電判定に影響が生じ得る領域に相当する。したがって、閾値ＳＯＣとして、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行するＳＯＣ値より少しだけ小さい値を設定してもよい。或いは、特に限定されるものではないが、閾値ＳＯＣは６０パーセント程度であってもよい。

【0037】

バッテリ１１のＳＯＣが閾値ＳＯＣより小さく、且つ、バッテリ１１の温度が閾値温度Ｘ１より低いときは、バッテリ制御部１３は昇温機能を動作させる。すなわち、バッテリ制御部１３はヒータ１２に電流を流して発熱させる。一方、バッテリ１１のＳＯＣが閾値ＳＯＣより大きい場合、及び／又は、バッテリ１１の温度が閾値温度Ｘ１より高い場合には、バッテリ制御部１３は昇温機能を停止する。すなわち、バッテリ制御部１３はヒータ１２への電流の供給を停止する。

【0038】

Ｓ８～Ｓ９において、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１が満充電状態まで充電されたか否かを判定する。このとき、バッテリ制御部１３は、例えば、電流指令値が表す電流が上述した充電終了電流まで減少しているか否かを判定する。そして、電流指令値が表す電流が充電終了電流まで減少していなければ、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１が未だ満充電状態まで充電されていないと判定する。この場合、バッテリ制御部１３は、Ｓ３に戻って電流指令値を更新する。すなわち、バッテリ１１が満充電状態になるまでＳ３～Ｓ９の処理が繰り返し実行される。そして、バッテリ１１が満充電状態になると、充電処理は終了する。

【0039】

このように、本発明の実施形態においては、バッテリ１１の温度が閾値温度Ｘ１より低い場合であっても、バッテリ１１のＳＯＣが閾値ＳＯＣより大きいときには、昇温機能を停止する。ここで、昇温機能を停止すれば、バッテリ１１に流れる電流は、電流指令値が表す電流と実質的に一致する。よって、バッテリ制御部１３は、電流指令値を利用して精度のよい満充電判定を実現できる。

【0040】

なお、上述の実施例では、バッテリ１１のＳＯＣに基づいて昇温機能を使用するか否かが判定されるが、本発明の実施形態はこの方式に限定されるものではない。例えば、バッテリ１１の電圧は、バッテリ１１のＳＯＣと相関を有する。よって、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１の電圧に基づいて昇温機能を使用するか否かを決定してもよい。すなわち、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１のＳＯＣまたは電圧が所定の閾値レベルより低いときに、バッテリ１１の温度と閾値温度Ｘ１との比較に応じてヒータ１２を制御する。

【0041】

また、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１のＳＯＣが閾値ＳＯＣより大きいときに、バッテリ１１の充電よりバッテリ１１の昇温を優先的に実行してもよい。例えば、図５に示す実施例では、バッテリ１１のＳＯＣが閾値ＳＯＣより大きいときにバッテリ１１の温度が閾値温度Ｘ１より低下すると、バッテリ制御部１３は、Ｓ１１～Ｓ１３を実行する。すなわち、バッテリ制御部１３は、充電動作を停止した状態でヒータ１２を発熱させる。そして、バッテリ１１の温度が閾値温度Ｘ１を超えると、バッテリ制御部１３は、Ｓ１４において充電動作を再開し、Ｓ７においてヒータ１２を停止する。この後、バッテリ１１が満充電状態になるまで、ヒータ１２を停止してバッテリ１１を充電する動作、または、バッテリ１１の充電を停止してヒータ１２を発熱させる動作が行われる。なお、バッテリ１１のＳＯＣが閾値ＳＯＣより小さいときは、図４に示す手順と同様に、バッテリ１１の温度に基づいてヒータ１２を発熱させるか否かが決定される。

【0042】

図５に示すフローチャートの手順によれば、バッテリ１１の温度が閾値温度Ｘ１より低い状態で充電が行われることはない。よって、常に、効率のよい状態でバッテリ１１が充電される。なお、バッテリ１１が満充電状態に達した後にバッテリ１１の温度が低下し、ヒータ１２を使用することでＳＯＣが低下したときには、再充電が実行される。この場合、バッテリ制御部１３は、図５に示す手順で温度制御を行いながらバッテリ１１を充電してもよい。

【0043】

＜バリエーション＞
図４に示す手順では、充電開始時にバッテリ１１のＳＯＣが閾値ＳＯＣより大きいときには、バッテリ１１の温度が低い場合であってもヒータ１２は停止したままである。この場合、バッテリ１１の温度が低い状態で充電が行われる。ただし、例えば、リン酸鉄系リチウムイオン電池は、低温領域で充電性能が劣化するので、充電時間が長くなるか、或いは、充電が困難になることがある。

【0044】

そこで、本発明の実施形態のバリエーションでは、充電開始時にバッテリ１１の温度が低いときには、実際に充電を行う前に、ヒータ１２を用いてバッテリ１１を暖める。その後、ヒータ１２を停止して充電を行う。このとき、ヒータ１２を停止した状態で、満充電状態までバッテリ１１の温度が閾値温度Ｘ１以上に維持されていることが好ましい。ただし、外気温が高ければ、充電中にバッテリ１１の温度が低下しにくいが、外気温が低いときには、充電中にバッテリ１１の温度が低下しやすくなる。したがって、バッテリ制御部１３は、外気温を考慮して、充電開始前にバッテリ１１をどの程度まで温めておくのかを決定する。

【0045】

図６～図７は、本発明の実施形態のバリエーションに係わる温度制御を説明する図である。この例では、時刻Ｔ１１に充電を開始する旨の指示がバッテリ制御部１３に与えられるものとする。Ｘ１は、図４～図５に示す実施例の閾値温度に相当する。すなわち、バッテリ１１の温度がＸ１より低いときは、充電効率が悪い。また、充電開始の指示が与えられたとき（すなわち、時刻Ｔ１１）に、バッテリ１１の温度がＸ１より低いものとする。この場合、バッテリ制御部１３は、充電開始前に、ヒータ１２を用いてバッテリ１１を暖める。これにより、図６（ａ）または図７（ａ）に示すように、バッテリ１１の温度がＸ２まで上昇するものとする。この後、バッテリ制御部１３は、ヒータ１２を停止し、バッテリ１１の充電を開始する。

【0046】

この例では、充電中は、ヒータ１２が停止しているので、バッテリ１１の温度は徐々に低下してゆく。ここで、バッテリ１１の温度が低下してゆく速度は外気温に依存する。具体的には、図６（ａ）に示すように、外気温が高ければバッテリ１１の温度はゆっくりと低下するが、外気温が低いときはバッテリ１１の温度は速く低下する。また、図６（ａ）に示すケースでは、時刻Ｔ１２においてバッテリ１１が満充電状態になるものとする。バッテリ１１が満充電状態になるまでの時間は、充電開始時のバッテリ１１のＳＯＣに依存する。

【0047】

外気温が高いときは、時刻Ｔ１２（即ち、バッテリ１１が満充電状態になったとき）において、バッテリ１１の温度がＸ１よりも高いままである。すなわち、充電期間全体にわたって、バッテリ１１の温度がＸ１よりも高い。この場合、充電効率がよい。これに対して、外気温が低いときは、時刻Ｔ１２においてバッテリ１１の温度がＸ１よりも低下している。すなわち、充電期間の一部でバッテリ１１の温度がＸ１よりも低くなっている。この場合、充電効率が悪くなる。

【0048】

この問題は、充電開始時のバッテリ１１の温度を外気温に応じて設定すれば解決され得る。具体的には、外気温が高いときには、充電開始時にバッテリ１１の温度をさほど上昇させる必要はない。一方、外気温が低いときには、充電開始時にバッテリ１１の温度を十分に上昇させる必要がある。

【0049】

一例としては、ヒータ１２を停止した状態でバッテリ１１を充電したときに、バッテリ１１が満充電状態に達すると見込まれる時点でのバッテリ１１の温度がＸ１より低くならないように、充電開始時のバッテリ１１の温度を設定する。図６（ｂ）に示す例では、外気温が高いときには、充電開始時にバッテリ１１の温度をＸ２１以上に設定すれば、充電期間全体にわたってバッテリ１１の温度がＸ１よりも高くなる。外気温が低いときには、充電開始時にバッテリ１１の温度をＸ２２以上に設定すれば、充電期間全体にわたってバッテリ１１の温度がＸ１よりも高くなる。なお、以下の記載では、ヒータ１２を停止した状態でバッテリ１１を充電したときに、バッテリ１１が満充電状態に達すると見込まれる時点でのバッテリ１１の温度がＸ１より低くならないように、充電開始時に設定すべきバッテリ１１の温度を「充電開始目標温度」と呼ぶことがある。

【0050】

他方、バッテリ１１を満充電状態にするまでに要する充電時間は、充電開始時のＳＯＣに依存する。具体的には、充電開始時のＳＯＣが大きければ充電時間は短くなり、充電開始時のＳＯＣが小さければ充電時間は長くなる。図７（ａ）に示す例では、充電開始時のＳＯＣが大きいケースでの充電終了時刻はＴ１３であり、充電開始時のＳＯＣが小さいケースでの充電終了時刻はＴ１４である。

【0051】

ここで、充電開始時にバッテリ１１の温度をＸ２まで上昇させるものとする。この場合、充電開始時のＳＯＣが大きければ、時刻Ｔ１３においてバッテリ１１が満充電状態になったときに、バッテリ１１の温度がＸ１よりも高いままである。すなわち、充電期間全体にわたってバッテリ１１の温度がＸ１よりも高いので、充電効率がよい。これに対して、充電開始時のＳＯＣが小さいときは、時刻Ｔ１４においてバッテリ１１が満充電状態になったときに、バッテリ１１の温度がＸ１よりも低下している。すなわち、充電期間の一部でバッテリ１１の温度がＸ１よりも低くなり、充電効率が悪くなる。

【0052】

この問題は、充電開始時のＳＯＣに応じて上述の充電開始目標温度を設定すれば解決され得る。具体的には、ＳＯＣが大きいときは、充電開始目標温度は、さほど高くなくてもよい。一方、ＳＯＣが小さいときは、高い充電開始目標温度を設定する必要がある。

【0053】

一例としては、ヒータ１２を停止した状態でバッテリ１１を充電したときに、充電終了時の温度がＸ１以上なるように充電開始目標温度が設定される。図７（ｂ）に示すケースでは、充電開始時のＳＯＣが大きいときは、充電開始時にバッテリ１１の温度をＸ２３以上に設定すれば、充電期間全体にわたってバッテリ１１の温度がＸ１よりも高くなる。充電開始時のＳＯＣが小さいときには、充電開始時にバッテリ１１の温度をＸ２４以上に設定すれば、充電期間全体にわたってバッテリ１１の温度がＸ１よりも高くなる。

【0054】

したがって、本発明の実施形態のバリエーションにおいては、外気温および充電開始時のバッテリ１１のＳＯＣに基づいて充電開始目標温度が設定される。そして、バッテリ制御部１３は、図８に示す充電開始目標温度テーブルを備える。

【0055】

充電開始目標温度テーブルには、「バッテリ１１の充電効率が低下しはじめる閾値温度Ｘ１と外気温との温度差」および「充電開始時のＳＯＣ」の組合せに対して、充電開始目標温度が記録されている。充電開始目標温度は、図６～図７を参照して説明したように、外気温が高くなるほど低くなり、また、ＳＯＣが大きくなるほど低くなる。充電開始目標温度は、予め測定またはシミュレーションにより求められているものとする。なお、閾値温度Ｘ１は、バッテリ１１に対して固定値なので、「バッテリ１１の充電効率が低下しはじめる閾値温度Ｘ１と外気温との温度差」の代わりに「外気温」を使用してもよい。すなわち、「外気温」および「充電開始時のＳＯＣ」の組合せに対して充電開始目標温度テーブルを作成してもよい。

【0056】

図９は、本発明の実施形態のバリエーションにおける充電制御および温度制御の一例を示すフローチャートである。図４または図５に示す手順と同様に、ユーザから充電開始の指示が与えられたときに、バッテリ制御部１３が充電制御および温度制御を開始する。

【0057】

Ｓ２１において、バッテリ制御部１３は、温度センサＴ１の出力信号を利用してバッテリ１１の温度を検出する。Ｓ２２において、バッテリ制御部１３は、温度センサＴ２の出力信号を利用して外気温を検出する。Ｓ２３において、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１のＳＯＣを取得する。なお、現在のＳＯＣの値は、例えば、不図示のメモリに記録されている。この場合、バッテリ制御部１３は、そのメモリから現在のＳＯＣの値を取得する。或いは、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１のＯＣＶに基づいてＳＯＣを推定してもよい。

【0058】

Ｓ２４において、バッテリ制御部１３は、Ｓ２２で検出した外気温およびＳ２３で取得したＳＯＣに対応する充電開始目標温度を取得する。充電開始目標温度は、図８に示す充電開始目標温度テーブルから取得することができる。ただし、バッテリ制御部１３は、予め用意されている計算式に外気温およびＳＯＣを与えることで充電開始目標温度を算出してもよい。

【0059】

Ｓ２５において、バッテリ制御部１３は、Ｓ２１で検出したバッテリ１１の温度と充電開始目標温度とを比較する。そして、バッテリ１１の温度が充電開始目標温度以上であるときは、バッテリ制御部１３の処理はＳ２９に進む。一方、バッテリ１１の温度が充電開始目標温度より低いときには、バッテリ制御部１３は、Ｓ２６においてヒータ１２を発熱させる。これにより、バッテリ１１の温度が上昇してゆく。この後、バッテリ制御部１３は、Ｓ２７においてバッテリ１１の温度をモニタする。そして、バッテリ１１の温度が充電開始目標温度以上になると、バッテリ制御部１３は、Ｓ２８においてヒータ１２を停止する。

【0060】

なお、外気温が十分に高いときの充電中のバッテリ１１の温度は、ヒータ１２が停止していても、低下しないか、或いは、ゆっくりと低下する。よって、外気温が十分に高いときには、充電開始時のバッテリ１１の温度が充電開始目標温度以下であっても、必ずしもヒータ１２を使用する必要はない。すなわち、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１の温度が充電開始目標温度より低く、且つ、外気温が所定の閾値より低いときに限って、Ｓ２５～Ｓ２６においてヒータ１２を発熱させるようにしてもよい。

【0061】

Ｓ２９～Ｓ３０において、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１の充電を実行する。この実施例では、充電方式は、特に限定されるものではないが、図２～図３を参照して説明したＣＣＣＶ方式でもよい。そして、電流指令値（または、充電器２０からバッテリシステム１０に供給される電流）が所定の充電終了電流まで減少すると、バッテリ制御部１３は、バッテリ１１が満充電状態になったと判定して充電を終了する。

【0062】

上記手順において、Ｓ２９の処理は、Ｓ２５においてバッテリ１１の温度が充電開始目標温度以上であると判定されたときに実行される。また、Ｓ２５においてバッテリ１１の温度が充電開始目標温度より低いと判定されたときには、Ｓ２６～Ｓ２７においてバッテリ１１の温度が充電開始目標温度以上にまで温められた後にＳ２９が実行される。すなわち、いずれのケースであっても、バッテリ制御部１３がバッテリ１１の充電を実行する時点では、バッテリ１１の温度は充電開始目標温度以上である。

【0063】

ここで、充電中は、ヒータ１２は停止している。このため、バッテリ１１の温度は充電中に徐々に低下してゆく。ただし、充電が実際に実行される時点でのバッテリ１１の温度は、充電開始目標温度以上である。また、充電開始目標温度は、充電終了時のバッテリ１１の温度が、充電効率が低下しはじめる閾値温度Ｘ１より高くなるように、外気温および充電開始時のＳＯＣに応じて決定されている。したがって、バッテリ１１の温度は、充電期間全体にわたって充電効率の良い領域に保持される。すなわち、効率の良い充電が実現される。

【0064】

加えて、充電中はヒータ１２が停止しているので、バッテリ１１に流れる充電電流は、電流指令値が表す電流と実質的に一致する。このため、電流指令値を利用して満充電判定を行う場合、その判定精度が良い。

【符号の説明】

【0065】

１０ バッテリシステム
１１ バッテリ
１２ ヒータ
１３ バッテリ制御部
２０ 充電器
２１ 電力回路
２２ 充電器制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】