特許 7329178 充電制御装置、蓄電装置、充電制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-09

(45)【発行日】2023-08-18

(54)【発明の名称】充電制御装置、蓄電装置、充電制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/10 20060101AFI20230810BHJP

   H02J 7/04 20060101ALI20230810BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20230810BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230810BHJP

【ＦＩ】

H02J7/10 B

H02J7/10 H

H02J7/10 L

H02J7/04 L

H01M10/44 Q

H01M10/48 P

H01M10/48 301

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019165394

(22)【出願日】2019-09-11

(65)【公開番号】P2020078227

(43)【公開日】2020-05-21

【審査請求日】2022-06-28

(31)【優先権主張番号】P 2018177319

(32)【優先日】2018-09-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 達也

(72)【発明者】

【氏名】武本 修一

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 真幸

(72)【発明者】

【氏名】道永 勝久

【審査官】辻丸 詔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１８２５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１０２５２８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／１０

Ｈ０２Ｊ ７／０４

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電素子の充電制御装置であって、
電流制限特性により規定される電流制限値を超えないように、前記蓄電素子の充電電流の電流指令値を算出する算出部を備え、
前記電流制限特性は、
前記蓄電素子の電圧が、ＣＶ充電時のＣＶ電圧より低い、第１電圧以下の第１領域では、電流制限値が一定であり、
前記蓄電素子の電圧が、前記第１電圧から前記ＣＶ電圧までの第２領域では、電圧が高い程、電流制限値が減少し、
前記算出部は、前記第２領域の電流指令値を、前記電流制限特性により規定される電流制限値と過去の電流指令値とに基づいて、前記電流制限値に対して遅れを有する値に算出する、充電制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の充電制御装置であって、
前記第２領域において、前記電流制限値は直線で変化する、充電制御装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の充電制御装置であって、
前記算出部は、前記電流制限値と過去の電流指令値を、比率を用いて重み付けして加算することにより、前記蓄電素子に対する充電電流の電流指令値を決定する、充電制御装置。

【請求項4】

請求項３に記載の充電制御装置であって、
前記比率は、前記蓄電素子のＯＣＶ－ＳＯＣ相関を示すＯＣＶ曲線のうち、前記第２領域に対応した電圧帯のカーブの大きさにより異なる、充電制御装置。

【請求項5】

請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の充電制御装置であって、
前記電流制限特性は、前記蓄電素子の温度ごとに設けられている、充電制御装置。

【請求項6】

蓄電素子と、
請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の充電制御装置とを備える、蓄電装置。

【請求項7】

蓄電素子の充電制御方法であって、
電流制限特性により規定される電流制限値を超えないように、前記蓄電素子の充電電流の電流指令値を算出する算出ステップを有し、
前記電流制限特性は、
前記蓄電素子の電圧が、ＣＶ充電時のＣＶ電圧より低い、第１電圧以下の第１領域では、電流制限値が一定であり、
前記蓄電素子の電圧が、前記第１電圧から前記ＣＶ電圧までの第２領域では、電圧が高い程、電流制限値が減少し、
前記算出ステップでは、前記第２領域の電流指令値を、前記電流制限特性により規定される電流制限値と過去の電流指令値とに基づいて、前記電流制限値に対して遅れを有する値に算出する、充電制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電素子の充電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

蓄電素子の充電方法としてＣＣＣＶ充電がある。ＣＣＣＶ充電は、蓄電素子の電圧がＣＶ電圧となるまで定電流で充電し、その後、二次電池を定電圧で充電する方法である。下記特許文献１には、ＣＣ充電からＣＶ充電への切り換えの際に、蓄電素子の電圧をＣＶ電圧に精度よく一致させることを目的として、ＣＣ充電とＣＶ充電との間に、充電電流を減少させながら充電を行う領域を設ける点が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５５２５８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

リチウムイオン二次電池などの蓄電素子は、充電中に電析が起きる場合がある。電析は、リチウムなどの金属イオンが負極に析出する現象であり、負極電位の低下により発生することが知られている。

【0005】

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電析の発生を抑制しつつ電流指令値の振動を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

蓄電素子の充電制御装置は、電流制限特性により規定される電流制限値を超えないように、前記蓄電素子の充電電流の電流指令値を算出する算出部を備え、前記電流制限特性は、前記蓄電素子の電圧が、ＣＶ充電時のＣＶ電圧より低い、第１電圧以下の第１領域では、電流制限値が一定であり、前記蓄電素子の電圧が、前記第１電圧から前記ＣＶ電圧までの第２領域では、電圧が高い程、電流制限値が減少し、前記算出部は、前記第２領域の電流指令値を、前記電流制限特性により規定される電流制限値と過去の電流指令値とに基づいて、前記電流制限値に対して遅れを有する値に算出する。

【発明の効果】

【0007】

電析の発生を抑制しつつ、電流指令値の振動を抑制することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１について、バッテリと充電装置の電気的構成を示すブロック図

【図2】バッテリの分解斜視図

【図3A】二次電池の平面図

【図3B】図３ＡのＡ－Ａ線断面図

【図4】ＣＣＣＶ充電時の電流波形と電圧波形

【図5】電流制限特性を示す図

【図6】ＳＯＣ－ＯＣＶの相関性を示す図

【図7】電流制限特性を示す図

【図8】電流指令値の算出処理のフローチャート

【図9】バッテリの充電特性を示す図

【図10】電流指令値の算出処理のフローチャート

【図11】他の実施形態について、電流制限特性を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

蓄電素子の充電制御装置は、電流制限特性により規定される電流制限値を超えないように、前記蓄電素子の充電電流の電流指令値を算出する算出部を備え、前記電流制限特性は、前記蓄電素子の電圧が、ＣＶ充電時のＣＶ電圧より低い、第１電圧以下の第１領域では、電流制限値が一定であり、前記蓄電素子の電圧が、前記第１電圧から前記ＣＶ電圧までの第２領域では、電圧が高い程、電流制限値が減少し、前記算出部は、前記第２領域の電流指令値を、前記電流制限特性により規定される電流制限値と過去の電流指令値とに基づいて、前記電流制限値に対して遅れを有する値に算出する。

【0010】

この方法では、第２領域において、電流制限値が減少するため、充電時、蓄電素子が第１電圧からＣＶ電圧に上昇する間、充電電流が減少する。そのため、蓄電素子の電析を抑制することが出来る。この方法では、第２領域の電流指令値を、電流制限値に対して遅れた値としているので、電流指令値の変化を緩和できる。そのため、第２領域において、電流指令値の振動を抑制できる。また、電流指令値の振動を抑制することで、充電時の電流ノイズの発生を抑制できる。電流ノイズを抑制することで、電析の発生を抑制することが出来る。更に、充電電流のピークを抑えることが出来るので、充電装置の負荷を抑えることができる。充電装置が、電流値や電力値などの情報を表示する場合、表示値の振動を抑制でき、エンドユーザーが表示値を確認し易くなる。

【0011】

前記第２領域において、前記電流制限値は、直線で変化してもよい。この方法では、電流制限値が曲線で変化する場合に比べて、電流指令値の演算が容易に出来る。また、電流制限値が曲線で変化する場合に比べて、電流制限値に対して遅れた値に算出される電流指令値の変化を一定に近づけることが出来るため、電流指令値の振動を抑制できる。

【0012】

前記算出部は、前記電流制限値と過去の電流指令値を、比率を用いて重み付けして加算することにより、前記蓄電素子に対する充電電流の電流指令値を決定してもよい。この方法では、第１電圧からＣＶ電圧までの間、電流指令値を、電流制限値に対して、緩やかに追従させることが出来る。

【0013】

前記比率は、前記蓄電素子のＯＣＶ－ＳＯＣ相関を示すＯＣＶ曲線のうち、前記第２領域に対応した電圧帯のカーブの大きさにより異なっていてもよい。電流指令値の振動は、ＯＣＶ曲線のカーブの大きさと相関がある。この方法では、ＯＣＶ曲線のカーブの大きさにより、比率が異なるので、電流指令値の振動をより一層抑制することが出来る。

【0014】

前記電流制限特性は、前記蓄電素子の温度ごとに設けられていてもよい。蓄電素子の温度に応じた電流制限特性を使用することで、蓄電素子の温度に関係なく、電析を抑制することが出来る。

【0015】

＜実施形態１＞
１．バッテリ５０と充電装置１０の説明
図１は、バッテリ５０と充電装置１０の電気的構成を示すブロック図である。バッテリ５０は、電流遮断装置５３と、複数の二次電池６２からなる組電池６０と、電流計測抵抗５４と、管理装置１００と、温度センサ１１５と、を備える。二次電池６２は蓄電素子の一例である。二次電池６２は、一例として、リチウムイオン二次電池である。

【0016】

電流遮断装置５３、電流計測抵抗５４及び組電池６０は、パワーライン５５Ｐ、５５Ｎを介して、直列に接続されている。パワーライン５５Ｐは、正極の外部端子５１と組電池６０の正極とを接続するパワーラインである。パワーライン５５Ｎは、負極の外部端子５２と組電池６０の負極とを接続するパワーラインである。電流遮断装置５３と電流計測抵抗５４は組電池６０の正極側に位置し、正極側のパワーライン５５Ｐに設けられている。

【0017】

電流遮断装置５３は、リレーなどの有接点スイッチ（機械式）やＦＥＴやトランジスタなどの半導体スイッチにより構成することが出来る。電流遮断装置５３をＯＰＥＮすることで、バッテリ５０の電流を遮断することが出来る。

【0018】

電流計測抵抗５４は、組電池６０の電流Ｉ[Ａ]に応じた電圧を発生する。電流計測抵抗５４の両端電圧の極性（正負）から放電と充電を判別できる。温度センサ１１５は、接触式あるいは非接触式で、組電池６０の温度Ｔ［℃］を計測する。

【0019】

管理装置１００は、回路基板ユニット６５に設けられている。管理装置１００は、電圧検出回路１１０と、処理部１２０と、電源回路１３０と、を備える。電圧検出回路１１０は、信号線によって、各リチウムイオン二次電池６２の両端にそれぞれ接続され、各リチウムイオン二次電池６２のセル電圧Ｖ及び組電池６０の総電圧を計測する。組電池６０の総電圧は直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池６２の合計電圧である。

【0020】

処理部１２０は、演算機能を有するＣＰＵ１２１と、記憶部であるメモリ１２３と、を含む。処理部１２０は、電流計測抵抗５４、電圧検出回路１１０、温度センサ１１５の出力から、組電池６０の電流Ｉ、各リチウムイオン二次電池６２の電圧Ｖ、組電池６０の総電圧及び温度Ｔを監視する。処理部１２０は、バッテリ５０の充電制御機能を有しており、後述する電流低減領域Ｈ２において充電電流の電流指令値Ｉｏを算出する算出処理を行う。処理部１２０は本発明の「算出部」の一例、管理装置は本発明の「充電制御装置」の一例である。

【0021】

メモリ１２３は、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体である。メモリ１２３には、組電池６０の状態を監視するための監視プログラム、及び監視プログラムの実行に必要なデータが記憶されている。

【0022】

メモリ１２３には、充電電流の電流指令値Ｉｏを算出する算出プログラム及び算出プログラムの実行に必要なデータ（図５に示す電流制限特性や過去の電流指令値など）が記憶されている。算出プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に書き込むことが出来る。

【0023】

充電装置１０は、電流検出抵抗１１と、充電回路１３と、ＣＰＵ１５とを備え、バッテリ５０の外部端子５１、５２に接続されている。ＣＰＵ１５は、充電回路１３を介して、充電電流の大きさを制御する。電流検出抵抗１１は、充電電流を検出するために設けられている。

【0024】

バッテリ５０は、図２に示すように、収容体７１を備える。収容体７１は、合成樹脂材料からなる本体７３と蓋体７４とを備えている。本体７３は有底筒状である。本体７３は、底面部７５と、４つの側面部７６とを備えている。４つの側面部７６によって上端部分に上方開口部７７が形成されている。

【0025】

収容体７１は、組電池６０と回路基板ユニット６５を収容する。組電池６０は、複数のリチウムイオン二次電池６２を有する。回路基板ユニット６５は、組電池６０の上部に配置されている。

【0026】

蓋体７４は、本体７３の上方開口部７７を閉鎖する。蓋体７４の周囲には外周壁７８が設けられている。蓋体７４は、平面視略Ｔ字形の突出部７９を有する。蓋体７４の前部のうち、一方の隅部に正極の外部端子５１が固定され、他方の隅部に負極の外部端子５２が固定されている。

【0027】

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、リチウムイオン二次電池６２は、直方体形状のケース８２内に電極体８３を非水電解質と共に収容したものである。ケース８２は、ケース本体８４と、その上方の開口部を閉鎖する蓋８５とを有している。

【0028】

電極体８３は、詳細については図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体８４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。

【0029】

正極要素には正極集電体８６を介して正極端子８７が、負極要素には負極集電体８８を介して負極端子８９がそれぞれ接続されている。正極集電体８６及び負極集電体８８は、平板状の台座部９０と、この台座部９０から延びる脚部９１とからなる。台座部９０には貫通孔が形成されている。脚部９１は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子８７及び負極端子８９は、端子本体部９２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部９３とからなる。そのうち、正極端子８７の端子本体部９２と軸部９３とは、アルミニウム（単一材料）によって一体成形されている。負極端子８９においては、端子本体部９２がアルミニウム製で、軸部９３が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子８７及び負極端子８９の端子本体部９２は、蓋８５の両端部に絶縁材料からなるガスケット９４を介して配置され、このガスケット９４から外方へ露出されている。

【0030】

蓋８５は、圧力開放弁９５を有している。圧力開放弁９５は、図３Ａに示すように、正極端子８７と負極端子８９の間に位置している。圧力開放弁９５は、ケース８２の内圧が制限値を超えた時に、開放して、ケース８２の内圧を下げる。

【0031】

２．バッテリの充電制御
（Ａ）電流制限特性と電析の抑制
図４は、ＣＣＣＶ充電時のリチウムイオン二次電池６２の電流波形Ｉと電流波形Ｖを示している。ＣＣＣＶ充電は、リチウムイオン二次電池６２がＣＶ電圧に到達するまで定電流で充電し（ＣＣ充電）、その後、ＣＶ電圧で二次電池６２を定電圧充電（ＣＶ充電）する方法である。

【0032】

ＣＣ領域の末期（ＣＶ領域への移行直前の領域）Ｆは、電圧が高く、かつ充電電流が大きいことから、リチウムイオン二次電池６２に電析が起き易い。電析は、充電中に、リチウム金属が負極に析出する現象であり、負極電位の低下により発生することが知られている。

【0033】

図５は、最大セル電圧と電流制限値との関係を示す電流制限特性である。電流制限特性は、ＣＣ領域Ｈ１、電流低減領域Ｈ２、ＣＶ領域Ｈ３の３つの領域を設けており、各領域Ｈ１～Ｈ３について、それぞれ電流制限値を定めている。最大セル電圧は、直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池６２の最大電圧である。図５に示す電流制限特性のデータはメモリ１２３に記憶されている。

【0034】

ＣＣ領域Ｈ１は、リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧がＶｏ～Ｖｓの領域である。ＣＣ領域Ｈ１は、、バッテリ５０を定電流充電（ＣＣ充電）する領域である。電流低減領域Ｈ２は、リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧がＶｓ～Ｖｃの領域である。電流低減領域Ｈ２は、セル電圧上昇に伴って充電電流を低減させながらバッテリ５０を充電する領域である。ＣＶ領域Ｈ３は、最大セル電圧がＶｃ以上の領域である。ＣＶ領域Ｈ３は、最大セル電圧がＣＶ電圧以上となった場合に、充電を一時停止する領域である。

【0035】

Ｖｏは、リチウムイオン二次電池６２の最低電圧である。Ｖｓは、Ｖｏより大きく、Ｖｃより小さい第１電圧である。Ｖｃは、電流制限領域Ｈ２とＣＶ領域Ｈ３の繰り返しによる定電圧充電時（ＣＶ充電時）における、リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧の制御目標電圧（ＣＶ電圧）である。処理部１２０は、電圧検出回路１１０の計測値（最高セル電圧）を、Ｖｓ、Ｖｃと比較することで、充電中、バッテリ５０が３つの領域Ｈ１～Ｈ３のどこに位置しているのか、判断することが出来る。

【0036】

ＣＣ領域Ｈ１では、電流制限値は水平な直線Ｍ１により規定される。電流制限値は、最大セル電圧に関係なく一定であり、その値は、リチウムイオン二次電池６２の最大許容電流（定格電流）Ｉｍａｘである。ＣＣ領域Ｈ１は本発明の「第１領域」に相当する。

【0037】

処理部１２０は、バッテリ５０の充電開始時に、メモリ１２３から図５の電流制限特性により規定される電流制限値Ｉｍａｘのデータを読み出して充電装置１０に送る。充電装置１０は、処理部１２０から送信される電流制限値Ｉｍａｘを超えない範囲で、充電装置１０の出力電力の制約などに基づいて、充電電流の電流指令値Ｉｏを決定し、バッテリ５０をＣＣ充電する。

【0038】

この例では、ＣＣ領域Ｈ１での電流指令値Ｉｏを充電装置１０で決定しているが、管理装置１００で決定し、充電装置１０に通知するようにしてもよい。

【0039】

ＣＣ領域Ｈ１での充電により、リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧が、第１電圧Ｖｓまで上昇すると、電流低減領域Ｈ２に移行する。

【0040】

電流低減領域Ｈ２において、電流制限値は、図５中のＡ点とＢ点を結んだ右下がりの直線Ｍ２により規定される。電流制限値は、リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧がＶｓからＶｃに変化する間に、最大許容電流Ｉｍａｘから０に直線的に減少する。電流低減領域Ｈ２は本発明の「第２領域」に相当する。

【0041】

処理部１２０は、電流低減領域Ｈ２において、直線Ｍ２により定まる電流制限値を上限として、充電電流の電流指令値Ｉｏを、制御周期ｔｎで算出する。そして、処理部１２０は、算出した電流指令値Ｉｏを充電装置１０に送信する。充電装置１０は、処理部１２０から送信される電流指令値Ｉｏに基づいて充電電流を出力し、バッテリ５０を充電する。

【0042】

電流低減領域Ｈ２内にて、最大セル電圧が高くなるほど、電流制限値を減少させることで、充電により、リチウムイオン二次電池６２のセル電圧がＣＶ電圧Ｖｃ付近まで上昇した時に、電析が発生することを抑制出来る。

【0043】

電流低減領域Ｈ２での充電により、リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧がＣＶ電圧Ｖｃまで上昇すると、ＣＶ領域Ｈ３に移行する。ＣＶ領域Ｈ３は、本発明の「第３領域」に相当する。

【0044】

図５に示すように、ＣＶ領域Ｈ３における電流制限値は、０[Ａ]である。そのため、ＣＶ領域Ｈ３への移行後、処理部１２０から充電装置１０に対して、電流指令値は０[Ａ]であることが通知される。充電装置１０は、ＣＶ領域Ｈ３への移行後、バッテリ５０の充電を一時停止する。充電が止まると、内部抵抗分による電圧上昇が無くなるため、リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧が、ＣＶ電圧Ｖｃから下がり、電流低減領域Ｈ２に戻る。

【0045】

電流低減領域Ｈ２に戻ると、上記したように、処理部１２０は、直線Ｍ２により定まる電流制限値を上限として、電流指令値Ｉｏを制御周期ｔｎで算出する。そして、充電装置１０は、処理部１２０から送信される電流指令値Ｉｏに基づいてバッテリ５０に充電電流を出力し、バッテリ５０を充電する。リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧が、ＣＶ電圧Ｖｃに達すると、電流低減領域Ｈ２からＣＶ領域Ｈ３に移行する。

【0046】

このように、電流低減領域Ｈ２での充電とＣＶ領域Ｈ３での充電停止を繰り返すことで、最大セル電圧をＣＶ電圧Ｖｃに維持しつつ、バッテリ５０を定電圧充電（ＣＶ充電）することが出来る。また、最大セル電圧が高いほど（ＣＶ電圧Ｖｃに近いほど）、低い電流で充電されるので、ＣＶ充電中に電析が発生することを抑制できる。

【0047】

バッテリ５０が満充電に近くなると、バッテリ５０の充電電流は、次第に小さくなる。この例では、充電終了判定条件を一例として０．２Ａとしており、充電電流が０．２Ａ以下になると、充電を終了する。また、バッテリ５０が満充電に近くなると、充電を停止しても、最大セル電圧がＣＶ電圧Ｖｃからほとんど低下しなくなり、充電停止状態が継続することになるので、充電停止状態が所定時間継続することを、充電終了条件としてもよい。

【0048】

（Ｂ）電流指令値の振動抑制
図６は、リチウムイオン二次電池６２のＯＣＶ曲線である。ＳＯＣ（state of charge：充電状態）は、下記の（１）で示されるように、二次電池６２の実容量（available capacity）Ｃａに対する残存容量Ｃｒの比率である。ＯＣＶ（open circuit voltage：開放電圧）は、二次電池６２の開放電圧である。

【0049】

ＳＯＣ＝（Ｃｒ／Ｃａ）×１００・・・・・・・・（１）

【0050】

ＯＣＶ曲線Ｘ１は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量がほぼ平坦なプラトー領域を有している。プラトー領域とは、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が２［ｍＶ／％］以下の領域である。プラトー領域は、概ねＳＯＣが３１％から９７％の範囲に位置している。ＳＯＣが３１％以下の領域、９７％以上の領域は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が、プラトー領域よりも大きい高変化領域である。

【0051】

図６にて破線で示すＸ２は、所定レートで充電した時のリチウムイオン二次電池６２の電圧変化を示す充電曲線である。充電曲線Ｘ２は、ＯＣＶ曲線Ｘ１に対して上方に位置がずれており、ＳＯＣ値が同じでも、電圧値が高い。この電圧差ΔＶは、リチウムイオン二次電池６２の内部抵抗による電圧上昇分であり、充電電流の大きさに依存する。

【0052】

リチウムイオン二次電池６２の内部抵抗による電圧上昇は、充電電流が減少すると小さくなる。図７に示すように、電流低減領域Ｈ２内において、リチウムイオン二次電池６２の最大セル電圧がＶ１からＶ２に上昇した場合に、充電電流の電流指令値ＩｏをＩ１からＩ２に引き下げると、内部抵抗による電圧上昇が小さくなる。そのため、二次電池６２の最大セル電圧は、Ｖ２からＶ３に下がる。最大セル電圧がＶ３に下がると、充電電流の電流指令値ＩｏはＩ２からＩ３に引き上げられることになる。

【0053】

このように、最大セル電圧の増加に伴って、充電電流Ｉの電流指令値Ｉｏを下げると、最大セル電圧の上げ下げが繰り返されるため、電流指令値Ｉｏが振動する場合がある。

【0054】

処理部１２０は、電流低減領域Ｈ２内において、以下の（２）演算式に従って、所定の制御周期nで、電流指令値Io_n を算出する。

【0055】

Io_n＝(1－m)×Io__n-1 + m×I_limit・・・・・・（２）
Io__n-1は、電流指令値の前回値である。I_limitは、電流制限特性により規定される最大セル電圧に対応した電流制限値である。mは、I_limitに対するIo_nの遅れの大きさを決める比率である（m＜１）。

【0056】

電流指令値Io_nの計算例を示す。電流指令値の前回値がＩ１、最大セル電圧の現在値がＶ２、電流制限特性により規定される最大セル電圧Ｖ２に対応した電流制限値がＩ２とする。比率ｍが０．５の場合、電流指令値Io_nは、（Ｉ１＋Ｉ２）／０．５となり、電流指令値の前回値Ｉ１と電流制限値Ｉ２の中間値となる。

【0057】

（２）の演算式は、電流指令値の前回値Io__n-1と電流制限値I_limitに対して比率mに応じた重み付けを行いつつ、両値を加算することに、電流指令値Io_nを求めている。得られる電流指令値Io_nは、図５の電流制限特性により規定される電流制限値に対して、遅れを持つ。遅れは、電流制限特性により規定される電流制限値まで電流指令値が変化して無く、電流指令値が電流制限値に対して差分Δを有することである。比率ｍが小さいほど、遅れは大きく、比率ｍが１に近くなる程、遅れは小さい。

【0058】

このような遅れを持つことで、電流指令値Io_nの急峻な変化を緩和することが出来、電流指令値Ｉｏの振動を抑制することが出来る。

【0059】

電流指令値Ｉｏの振動は、ＯＣＶ曲線のカーブが急であるほど、顕著になる。そのため、ＯＣＶ曲線のカーブ（傾きの大きさ）に応じて、比率ｍを異ならせるとよい。つまり、電流低減領域Ｈ２の電圧帯（Ｖｓ～Ｖｃ）において、ＯＣＶ曲線のカーブが急で傾きの大きな二次電池を充電する場合には、比率ｍを小さするとよい。電流低減領域Ｈ２の電圧帯（Ｖｓ～Ｖｃ）において、ＯＣＶ曲線のカーブが緩く傾きの小さい二次電池を充電する場合には、比率ｍを大きく（１に近くする）するとよい。

【0060】

図８は、電流指令値の算出処理のフローチャートである。電流指令値Ｉｏの算出処理は、Ｓ１０～Ｓ７０の７ステップから構成されており、電流低減領域Ｈ２にて、所定の制御周期ｔｎで繰り返し実行される。制御周期ｔｎは、一例として、１[ｓｅｃ]である。

【0061】

処理部１２０は、Ｓ１０において、電圧検出回路１１０、電流計測抵抗５４、温度センサ１１５の出力から、各リチウムイオン二次電池６２のセル電圧Ｖ、組電池６０の総電圧、充電電流Ｉ、及び組電池６０の温度Ｔの計測データを取得する。

【0062】

処理部１２０は、Ｓ２０において、計測データに異常があるか、判定する。計測データに異常がある場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、エラー処理を行う。エラー処理は、例えば、充電装置１０に異常を報知して、充電停止を求める処理である。

【0063】

計測データが正常な場合（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ４０に移行し、処理部１２０は、前回処理から制御周期ｔｎが経過しているか、判定する。

【0064】

前回処理から制御周期ｔｎが経過している場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５０に移行し、処理部１２０は、メモリ１２３から、図５に示す電流制限特性のデータを読み出す処理を行う。

【0065】

電流制限特性の読み出し後、Ｓ６０に移行し、処理部１２０は、電流指令値の前回値Io__n-1と、電流制限特性により規定される最大セル電圧に対応した電流制限値I_limitとに基づいて、上記の（２）式より、電流指令値Io_nを算出する。

【0066】

その後、Ｓ７０に移行し、処理部１２０は、算出した電流指令値Io_nを、充電装置１０に送信する。

【0067】

Ｓ１０～Ｓ７０の処理は、制御周期ｔｎで繰り替えされ、管理装置１００から充電装置１０に対して、制御周期ｔｎごとに、電流指令値Io_nが送信される。そして、充電装置１０は、送信される電流指令値Io_nに基づて、電流低減領域Ｈ２の充電電流をコントロールする。

【0068】

図９は、左縦軸をセル電圧、右縦軸を電流、横軸を時間とした、バッテリ５０の充電特性を示すグラフである。Ｙ１は、（２）式による遅れ後の電流指令値の波形、Ｙ２は充電装置１０の出力する充電電流の波形、Ｙ３は最大セル電圧の波形を示している。

【0069】

３．効果
この方法では、ＣＣ領域Ｈ１とＣＶ領域Ｈ３の間に電流低減領域Ｈ２を設けており、充電時、二次電池６２がＣＶ電圧Ｖｃに上昇するに連れ、充電電流が減少する。そのため、リチウムイオン二次電池６２の電析を抑制することが出来る。この方法では、電流指令値Ｉｏを、電流制限特性により規定される電流制限値に対して遅れた値としているので、電流指令値Ｉｏの変化を緩和できる。そのため、電流低減領域Ｈ２において、電流指令値Ｉｏの振動を抑制できる。また、電流指令値の振動を抑制することで、充電時の電流ノイズの発生を抑制できる。電流ノイズを抑制することで、電析の発生を抑制することが出来る。更に、充電電流のピークを抑えることが出来るので、充電装置１０の負荷を抑えることができる。充電装置１０が、電流値や電力値などの情報を表示する場合、表示値の振動を抑制でき、エンドユーザーが表示値を確認し易くなる。

【0070】

電流低減領域Ｈ２は、電流制限値を直線Ｍ２で規定している。電流制限値を直線Ｍ２で規定することで、電流制限値を二次曲線などの曲線で規定する場合に比べて、電流指令値Ｉｏの演算が容易に出来、充電速度も速くなる。また、電流制限値を二次曲線などの曲線で規定する場合に比べて、以下の効果がある。電流指令値Ｉｏは、ＯＣＶ曲線のカーブなど制御特性に応じて、電流制限値に対して遅れた値に算出される。電流制限値を直線Ｍ２で規定することで、電流指令値Ｉｏの変化を一定に近づけることが出来るため、電流指令値Ｉｏの振動を抑制できる。

【0071】

＜実施形態２＞
実施形態２では、組電池６０の温度Ｔに応じて、電流制限特性を設けている。電流制限特性は、温度Ｔが低いほど、最大許容電流Ｉｍａｘが小さい。

【0072】

図１０は電流指令値の算出処理のフローチャートである。図１０の電流指令値の算出処理は、図８の算出処理に対して、Ｓ５５の処理が相違している。

【0073】

処理部１２０は、Ｓ１０において、電圧検出回路１１０、電流計測抵抗５４、温度センサ１１５の出力から、各二次電池６２のセル電圧Ｖ、組電池６０の総電圧、充電電流Ｉ、及び組電池６０の温度Ｔの計測データを取得する。

【0074】

処理部１２０は、Ｓ２０において、計測データに異常があるか、判定する。計測データが正常な場合（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ４０に移行し、処理部１２０は、前回処理から制御周期ｔｎが経過しているか、判定する。

【0075】

前回処理から制御周期ｔｎが経過している場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５５に移行し、処理部１２０は、Ｓ１０にて取得した組電池６０の温度Ｔに対応する電流制限特性のデータをメモリ１２３から読み出す処理を行う。

【0076】

電流制限特性の読み出し後、Ｓ６０に移行し、処理部１２０は、前回の電流指令値Io__n-1と、電流制限特性により規定される電流制限値I_limitとに基づいて、上記の（２）式より、電流指令値Io_nを算出する。

【0077】

その後、Ｓ７０に移行し、処理部１２０は、算出した電流指令値Io_nを、充電装置１０に送信する。

【0078】

Ｓ１０～Ｓ７０の処理は、制御周期ｔｎで繰り替えされることから、組電池６０に温度変化があると、変化後の温度に応じた電流制限特性が読み出される。そして、読み出した電流制限特性に基づいて、電流指令値Io_nが算出される。

【0079】

リチウムイオン二次電池６２は、低温での内部抵抗が大きいことが知られており、低温での充電時に、負極の電位が低下して、電析が起きやすい。実施形態２では、電流制限特性を組電池６０の温度ごとに設けており、温度が低いほど、最大許容電流Ｉｍａｘが小さい。そのため、低温での充電時に、電析が発生することを抑制できる。

【0080】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0081】

（１）実施形態１では、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池６２を例示した。蓄電素子は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウム空気電池など他の二次電池でもよい。蓄電素子は、複数を直列や直並列に接続する場合に限らず、単セルの構成でもよい。

【0082】

（２）実施形態１では、二次電池６２の最大セル電圧で充電を制御する例を示したが、組電池６０の総電圧で充電を制御するようにしてもよい。

【0083】

（３）実施形態１では、電流低減領域Ｈ２の電流制限値を１本の直線Ｍ２で規定したが、電圧上昇に伴って電流制限値が減少していれば、曲線や複数の直線で規定してもよい。

【0084】

（４）実施形態１では、バッテリ５０の処理部１２０にて電流指令値Ｉｏを算出した。これ以外にも充電装置１０で電流指令値Ｉｏを算出してもよい。つまり、充電装置１０のＣＰＵ１５を充電制御装置としてもよい。この場合、充電装置１０の内部メモリに電流制限特性のデータを保持しておき、処理部１２０から充電装置１０に各二次電池６２のセル電圧や組電池の温度Ｔのデータなど、電流指令値Ｉｏの算出に必要なデータを送信するとよい。

【0085】

（５）実施形態１では、（２）式に基づいて、電流指令値Ｉｏを算出した。電流指令値Ｉｏは、電流制限特性により規定される電流制限値と、電流指令値の前回値と、に基づいて、電流制限値に対して、遅れを有する値を得るものであれば、（２）式以外の計算式で算出してもよい。実施形態１では、過去の電流指令値の一例として、電流指令値の前回値を使用しているが、前々回の値など、前回値以外を使用してもよい。また、過去の電流指令値として、前回値と前々回値の双方を用いてもよい。

【0086】

（６）実施形態１では、電流低減領域Ｈ２の電流制限値を、最大許容電流Ｉｍａｘに対応するＡ点と、０[Ａ]に対応するＢ点と、を結ぶ直線Ｍ２により規定した。電流低減領域Ｈ２の電流制限値を規定する直線Ｍ２は、図１１に示すように、最大許容電流Ｉｍａｘに対応するＡ点と、０[Ａ]よりも大きい所定電流値Ｉａと対応するＣ点と、を結ぶ直線Ｍ３により規定してもよい。この場合、電流低減領域Ｈ２とＣＶ領域Ｈ３の繰り返しによるＣＶ充電時、バッテリ５０は、所定電流値Ｉａ以上の充電電流により充電されることになる。また、所定電流値Ｉａは、充電終了判定条件に適用される電流値（実施形態１では０．２Ａ）より小さい電流値にするとよい。所定電流値Ｉａを充電終了判定条件に適用される電流値より大きくすると、充電電流が判定条件に適用される電流値以上に制御されてしまうので、充電終了判定条件の検出が出来なくなる。所定電流値Ｉａを充電終了判定条件に適用される電流値以下にすることで、充電終了判定条件の検出が可能となる。

【0087】

（７）実施形態１では、ＣＣ領域Ｈ１、電流低減領域Ｈ２、ＣＶ領域Ｈ３の３つの領域について、電流制限値を設定した。ＣＶ領域Ｈ３にて充電を停止する場合、ＣＶ領域Ｈ３では、処理部１２０にて電流指令値Ｉｏを０[Ａ]に制御するようにしておけば、電流制限値としての設定は不要であり、電流制限特性としては、少なくとも、ＣＣ領域Ｈ１、電流低減領域Ｈ２のみの設定でもよい。

【0088】

（８）実施形態１では、電流低減領域Ｈ２での充電とＣＶ領域Ｈ３での充電停止を繰り返すことにより、バッテリ５０を、ＣＶ電圧ＶｃにてＣＶ充電した。これ以外にも、ＣＶ領域Ｈ３にて、ＣＶ電圧Ｖｃを維持するように充電電流を制御しつつ、バッテリ５０をＣＶ充電してもよい。この場合、ＣＶ領域でのＣＶ充電中に電析が発生しないように、ＣＶ領域Ｈ３での電流制限値を設定するとよい。

【0089】

（９）実施形態１、２のバッテリ５０は、太陽光発電システムの蓄電装置、ＵＰＳ（無停電電源装置）などの産業用、車両用など用途を問わず、広く適用できる。

【0090】

（１０）本技術は、蓄電装置の充電制御プログラムに適用することが出来る。蓄電装置の充電制御プログラムは、コンピュータに、電流制限特性により規定される電流制限値を超えないように、前記蓄電素子の充電電流の電流指令値を算出する算出処理を実行させるプログラムである。前記電流制限特性は、前記蓄電素子の電圧が、ＣＶ充電時のＣＶ電圧より低い、第１電圧以下の第１領域では、電流制限値が一定であり、前記蓄電素子の電圧が、前記第１電圧から前記ＣＶ電圧までの第２領域では、電圧が高い程、電流制限値が減少する。前記算出処理では、前記第２領域において、前記蓄電素子に対する充電電流の電流指令値を、前記電流制限特性により規定される電流制限値と過去の電流指令値とに基づいて、前記電流制限値に対して遅れを有する値に算出する。本技術は、蓄電装置の充電制御プログラムを記録した記録媒体に適用することが出来る。コンピュータは一例として処理部１２０である。

【符号の説明】

【0091】

１０...充電装置
５０...バッテリ（蓄電装置）
６０...組電池
６２...リチウムイオン二次電池（蓄電素子）
１００...管理装置（充電制御装置）
１２０...処理部（算出部）
Ｈ１...ＣＣ領域（第１領域）
Ｈ２...電流低減領域（第２領域）
Ｈ３...ＣＶ領域（第３領域）

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】