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JP7486130B2 - 管理装置、及び車両用電源システム - Google Patents

管理装置、及び車両用電源システム Download PDF

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Description

本発明は、二次電池を管理する管理装置、及び車両用電源システムに関する。
近年、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）が普及してきている。これらの電動車両にはキーデバイスとして、二次電池が搭載される。
電動車両に搭載する二次電池では、劣化抑制のため、ＳＯＣ(State Of Charge)の使用範囲に制限（例えば、２０～８０％に制限）が設けられることが多い。二次電池の劣化により二次電池の満充電容量が減少してくると、必要な距離を走行するのに電池容量が不足してくる場合が発生する。その場合、ＳＯＣの使用範囲を見直して、ＳＯＣの使用範囲を拡大する必要がある。しかしながら、ＳＯＣの使用範囲の拡大により、劣化の進行速度が加速してしまうことがある。
これに対して、二次電池の劣化度を推定し、二次電池の劣化度を補正要因として、ＳＯＣの使用範囲の上限値または下限値を調整する手法が提案されている。例えば、二次電池の使用履歴から二次電池の劣化度を推定し、推定した劣化度が、事前に設定された劣化度を下回る場合、ＳＯＣの使用範囲の上限値を上昇させる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、二次電池の使用履歴から二次電池のシフトロスを推定し、推定したシフトロスから正極の下限電圧の変化量を計算し、計算した正極の下限電圧の変化量に応じて、ＳＯＣの使用範囲の下限値を減少させる手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１８－２９４３０号公報 特開２０１６－１６７３６８号公報
しかしながら、いずれの手法も走行性能を優先し、二次電池の劣化抑制の観点では不十分な制御であった。
本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、必要な容量を確保しつつ、二次電池の劣化を最適に抑制する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本開示のある態様の管理装置は、二次電池の電流、温度の少なくとも１つを測定する測定部と、測定部により測定された値を二次電池の使用履歴として蓄積する保持部と、二次電池のＳＯＣの使用範囲を拡大するとき、ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げて、ＳＯＣの使用範囲を拡大する制御部と、を備える。制御部は、二次電池のＳＯＣの使用範囲と電流レートに応じたサイクル劣化速度を規定したサイクル劣化特性と、二次電池のＳＯＣと温度に応じた保存劣化速度を規定した保存劣化特性の少なくとも一方と、二次電池の使用履歴に基づく二次電池の代表的な使用条件をもとに、ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げるか、二次電池の劣化速度の上昇分が少ない方に、決定する。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本開示によれば、必要な容量を確保しつつ、二次電池の劣化を最適に抑制することができる。
実施の形態に係る電動車両の概略構成を示す図である。 図１に示した電動車両の電源システムの詳細な構成を説明するための図である。 図３（ａ）－（ｂ）は、サイクル劣化特性マップの一例を示す図である。 保存劣化特性マップの一例を示す図である。 実施の形態に係る管理部による、セルのＳＯＣの使用範囲の拡大処理の流れを示すフローチャートである。
図１は、実施の形態に係る電動車両１の概略構成を示す図である。図１に示す電動車両１は、一対の前輪２ｆ、一対の後輪２ｒ、動力源としてのモータ５を備える後輪駆動（２ＷＤ）の電気自動車（ＥＶ）である。一対の前輪２ｆは前輪軸３ｆで連結され、一対の後輪２ｒは後輪軸３ｒで連結される。変速機４は、モータ５の回転を所定の変換比で後輪軸３ｒに伝達する。
車両制御部２０は電動車両１全体を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、例えば、統合型のＶＣＭ（Vehicle Control Module）で構成されていてもよい。
車両制御部２０には、電動車両１内の各種センサから電動車両１の状態を示す各種の検出情報が入力される。各種センサとして図１では、車速センサ３１、ＧＰＳセンサ３２及びジャイロセンサ３３を備えている。
車速センサ３１は、前輪軸３ｆまたは後輪軸３ｒの回転数に比例したパルス信号を発生させ、発生させたパルス信号を車両制御部２０に送信する。車両制御部２０は、車速センサ３１から受信したパルス信号をもとに電動車両１の速度を検出する。
ＧＰＳセンサ３２は、電動車両１の位置情報を検出し、検出した位置情報を車両制御部２０に送信する。ＧＰＳセンサ３２は具体的には、複数のＧＰＳ衛星から、それぞれの発信時刻を含む電波をそれぞれ受信し、受信した複数の電波にそれぞれ含まれる複数の発信時刻をもとに受信地点の緯度経度を算出する。
ジャイロセンサ３３は、電動車両１の角速度を検出し、検出した角速度を車両制御部２０に送信する。車両制御部２０は、ジャイロセンサ３３から受信した角速度を積分して、電動車両１の傾斜角を検出することができる。
無線通信部３４は、インターネット上の各種サーバ、路側機、他の車両などと無線通信を行う。無線通信網として、例えば、携帯電話網（セルラー網）、無線ＬＡＮ、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、Ｖ２Ｉ（Vehicle-to-Infrastructure）、Ｖ２Ｖ（Vehicle-to-Vehicle）を使用することができる。
図２は、図１に示した電動車両１の電源システム１０の詳細な構成を説明するための図である。電源システム１０は、リレーＲＹ１及びインバータ６を介してモータ５に接続される。インバータ６は力行時、電源システム１０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５に供給する。回生時、モータ５から供給される交流電力を直流電力に変換して電源システム１０に供給する。モータ５は三相交流モータであり、力行時、インバータ６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６に供給する。
リレーＲＹ１は、電源システム１０とインバータ６を繋ぐ配線間に挿入されるコンタクタである。車両制御部２０は、走行時、リレーＲＹ１をオン状態（閉状態）に制御し、電源システム１０と電動車両１の動力系を電気的に接続する。車両制御部２０は非走行時、原則としてリレーＲＹ１をオフ状態（開状態）に制御し、電源システム１０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。
電源システム１０は、電池モジュール１１と管理部１２を備え、電池モジュール１１は、直列接続された複数のセルＥ１－Ｅｎを含む。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル等を用いることができる。以下、本明細書では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。セルＥ１－Ｅｎの直列数は、モータ５の駆動電圧に応じて決定される。
複数のセルＥ１－Ｅｎ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。また電池モジュール１１内に、複数のセルＥ１－Ｅｎの温度を検出するための複数の温度センサＴ１、Ｔ２が設置される。温度センサは各蓄電モジュールに１つ設置されてもよいし、複数のセルごとに１つ設置されてもよい。温度センサＴ１、Ｔ２には例えば、サーミスタを使用することができる。
管理部１２は、電圧測定部１３、温度測定部１４、電流測定部１５及び制御部１６を備える。直列接続された複数のセルＥ１－Ｅｎの各ノードと、電圧測定部１３との間は複数の電圧線で接続される。電圧測定部１３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、各セルＥ１－Ｅｎの電圧を測定する。電圧測定部１３は、測定した各セルＥ１－Ｅｎの電圧を制御部１６に送信する。
電圧測定部１３は制御部１６に対して高圧であるため、電圧測定部１３と制御部１６間は絶縁された状態で、通信線で接続される。電圧測定部１３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）または汎用のアナログフロントエンドＩＣで構成することができる。電圧測定部１３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。
温度測定部１４は分圧抵抗およびＡ／Ｄ変換器を含む。Ａ／Ｄ変換器は、複数の温度センサＴ１、Ｔ２と複数の分圧抵抗によりそれぞれ分圧された複数のアナログ電圧を順次、デジタル値に変換して制御部１６に出力する。制御部１６は当該デジタル値をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎの温度を推定する。例えば制御部１６は、各セルＥ１－Ｅｎの温度を、各セルＥ１－Ｅｎに最も隣接する温度センサで測定された値をもとに推定する。
電流測定部１５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アナログ電圧をデジタル値に変換して制御部１６に出力する。制御部１６は当該デジタル値をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎに流れる電流を推定する。
なお制御部１６内にＡ／Ｄ変換器が搭載されており、制御部１６にアナログ入力ポートが設置されている場合、温度測定部１４及び電流測定部１５はアナログ電圧を制御部１６に出力し、制御部１６内のＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換してもよい。
制御部１６は、電圧測定部１３、温度測定部１４及び電流測定部１５により測定された複数のセルＥ１－Ｅｎの電圧、温度、及び電流をもとに複数のセルＥ１－Ｅｎの状態を管理する。制御部１６と車両制御部２０間は、車載ネットワークにより接続される。車載ネットワークとして例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）を使用することができる。
制御部１６は、複数のセルＥ１－ＥｎのそれぞれのＳＯＣ及びＳＯＨ(State Of Health）を推定する。制御部１６は、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法と電流積算法を組み合わせて、ＳＯＣを推定する。ＯＣＶ法は、電圧測定部１３により測定される各セルＥ１－ＥｎのＯＣＶと、ＳＯＣ－ＯＣＶカーブをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、各セルＥ１－Ｅｎの充放電開始時のＯＣＶと、電流測定部１５により測定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、電流測定部１５の測定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。
ＳＯＨは、初期のＦＣＣ(Full Charge Capacity）に対する現在のＦＣＣの比率で規定され、数値が低いほど（０％に近いほど）劣化が進行していることを示す。ＳＯＨは、完全充放電による容量測定により求めてもよいし、保存劣化とサイクル劣化を合算することにより求めてもよい。
またＳＯＨは、セルの内部抵抗との相関関係をもとに推定することもできる。内部抵抗は、セルに所定の電流を所定時間流した際に発生する電圧降下を、当該電流値で割ることにより推定することができる。内部抵抗は温度が上がるほど低下する関係にあり、ＳＯＨが低下するほど増加する関係にある。
制御部１６はマイクロコンピュータ及び不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、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、劣化特性マップ１６ａ及び使用履歴保持部１６ｂが構築される。劣化特性マップ１６ａは、充電サイクル劣化特性マップ、放電サイクル劣化マップ、及び保存劣化特性マップを含む。
なお、制御部１６の一部の機能はクラウドサーバ上で実行してもよい。例えば、劣化特性マップ１６ａ及び使用履歴保持部１６ｂはクラウドサーバに構築されてもよい。クラウドサーバは、電動車両１の制御部１６と無線通信で接続され、セルＥ１－Ｅｎの使用履歴を制御部１６から収集する。またクラウドサーバは、各種制御用の計算結果を制御部１６にフィードバックする。
サイクル劣化は、充放電の回数が増えるにつれ進行する劣化である。サイクル劣化は主に、活物質の膨張または収縮による割れや剥離などに起因して発生する。サイクル劣化は、使用するＳＯＣ範囲、温度、電流レートに依存する。一般的に、使用するＳＯＣ範囲が広いほど、また温度が高いほど、また電流レートが高いほど、サイクル劣化速度は増加する。
保存劣化は、二次電池の各時点における温度、各時点におけるＳＯＣに応じて経時的に進行する劣化である。充放電中であるか否かを問わず時間経過とともに進行する。保存劣化は主に、負極に被膜（ＳＥＩ（Solid Electrolyte Interphase）膜）が形成されることに起因して発生する。保存劣化は、各時点におけるＳＯＣと温度に依存する。一般的に、各時点におけるＳＯＣが高いほど、また各時点における温度が高いほど、保存劣化速度は増加する。
サイクル劣化速度および保存劣化速度は、電池メーカによる実験やシミュレーションにより、二次電池の製品ごとに予め導出される。
図３（ａ）－（ｂ）は、サイクル劣化特性マップの一例を示す図である。図３（ａ）は充電サイクル劣化特性マップの一例を示し、図３（ｂ）は放電サイクル劣化特性マップの一例を示している。横軸はＳＯＣ［％］の使用範囲を示す。図３（ａ）－（ｂ）において、各ＳＯＣの値は、１０％の使用範囲の下限値を示している。例えば、ＳＯＣ１０％はＳＯＣが１０～２０％の範囲で充放電すること、ＳＯＣ１１％はＳＯＣが１１～２１％の範囲で充放電することを示している。縦軸はサイクル劣化速度［％／√Ａｈ］を示している。サイクル劣化は、アンペア時（Ａｈ）の０．５乗則（平方根）で進行することが知られている。
図３（ａ）－（ｂ）では簡略化のため、０．１Ｃと０．８Ｃの２種類の電流レートに対するサイクル劣化特性しか描いていないが、実際には多数の電流レートに対するサイクル劣化特性が生成される。充電時は、図３（ａ）に示すようにＳＯＣの使用範囲が低い領域と高い領域でサイクル劣化速度が増加することが分かる。放電時は、図３（ｂ）に示すようにＳＯＣの使用範囲が低い領域でサイクル劣化速度が増加することが分かる。
またサイクル劣化特性は、電流レートほどの寄与はないが温度の影響も受ける。したがってサイクル劣化速度の推定精度を上げるには、複数の電流レートと複数の温度の二次元の組み合わせにごとに、ＳＯＣ使用範囲とサイクル劣化速度の関係を規定したサイクル劣化特性を用意することが好ましい。一方、簡易的なサイクル劣化特性マップを生成する場合、温度は常温とみなし、複数の電流レートごとのサイクル劣化特性を用意するだけでよい。
なおサイクル劣化特性は、マップではなく、ＳＯＣ使用範囲と電流レートと温度を説明変数とし、サイクル劣化速度を目的変数とするサイクル劣化特性モデル（関数）で定義されてもよい。なお温度は定数であってもよい。
図４は、保存劣化特性マップの一例を示す図である。横軸はＳＯＣ［％］を示し、縦軸は保存劣化速度［％／√ｈ］を示している。保存劣化は、時間ｈ（hour）の０．５乗則（平方根）で進行することが知られている。
図４では簡略化のため、２５℃と４５℃の２種類の温度に対する保存劣化特性しか描いていないが、実際には多数の温度に対する保存劣化特性が生成される。なお保存劣化特性は、マップではなく、ＳＯＣと温度を説明変数とし、保存劣化速度を目的変数とする保存劣化特性モデル（関数）で定義されてもよい。
図２に戻る。使用履歴保持部１６ｂは、各セルＥ１－Ｅｎの使用履歴を蓄積する。例えば、各セルＥ１－Ｅｎに流れる電流と、各セルＥ１－Ｅｎの温度をヒストグラムで記録する。なお電流は充電と放電に分けてヒストグラムを生成することが好ましい。また各セルＥ１－Ｅｎの電圧またはＳＯＣの履歴を蓄積してもよい。
また制御部１６は、不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）内に、セルのＳＯＣの使用範囲の設定値を保持する。ＳＯＣの使用範囲は、使用範囲の下限値と上限値（ＳＯＣ＿ｌ，ＳＯＣ＿ｈ）で規定される。出荷時は例えば、（２０，８０）に設定される。
セルの容量は劣化とともに減少するため、セルが劣化してくると電動車両１の走行可能距離が短くなってくる。電動車両１が業務用の車両（例えば、配送車両、タクシー）である場合、１日の業務に必要な走行距離を確保するための容量を、業務開始前に電池モジュール１１内に充電する必要がある。電池モジュール１１に充電可能な容量が、必要な走行距離に対応する容量に満たない場合、ＳＯＣの使用範囲を拡大して、電池モジュール１１に充電可能な容量を増加させる必要がある。
図５は、実施の形態に係る管理部１２による、セルのＳＯＣの使用範囲の拡大処理の流れを示すフローチャートである。制御部１６は不揮発メモリ内から、セルのＳＯＣ使用範囲の下限値と上限値（ＳＯＣ＿ｌ，ＳＯＣ＿ｈ）を取得する。また制御部１６は、使用範囲を拡大すべきＳＯＣの値（ΔＳＯＣ）を取得する（Ｓ１０）。拡大すべきＳＯＣの値（ΔＳＯＣ）は、追加する必要がある容量を、現在の満充電容量（ＦＣＣ）で割ることにより算出することができる。現在の満充電容量（ＦＣＣ）は、初期の満充電容量（ＦＣＣ）に劣化度（ＳＯＨ）を掛けることにより算出することができる。
追加する必要がある容量は、上述した業務用の車両の例では、１日の業務に必要な走行距離を確保するための容量と、現在のＳＯＣの使用範囲で供給可能な容量との差分（不足分）になる。自家用車の場合、追加する必要がある容量は任意の値に設定できる。例えば、電池モジュール１１の使用から数年経過後（例えば２年経過後）に、予め設定された値を追加する処理でもよい。
制御部１６は、使用履歴保持部１６ｂ内のセルの使用履歴から、代表放電電流と代表充電電流を取得する（Ｓ１１）。制御部１６は、セルの放電電流のヒストグラムから最も使用頻度が高い電流区間の中央値を代表放電電流に設定し、セルの充電電流のヒストグラムから最も使用頻度が高い電流区間の中央値を代表充電電流に設定する。なお、代表放電電流と代表充電電流の決め方は当該方法に限るものではない。例えば、放電電流の複数の履歴値を加重平均（放電電流が流れた時間を係数とする）して代表放電電流を算出してもよいし、放電電流の複数の履歴値の中央値を代表放電電流に設定してもよい。代表充電電流についても同様である。
制御部１６は、取得した代表放電電流に対応する電流レートの放電サイクル劣化特性を、劣化特性マップ１６ａから取得する。制御部１６は、取得した放電サイクル劣化特性と、現在のＳＯＣ使用範囲の下限値（ＳＯＣ＿ｌ）をもとに、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）下げたときの放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｄを算出する（Ｓ１２）。本実施の形態では、単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）がＳＯＣ１％に設定されている例を想定している。なお、単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）の幅は１％に限定されるものではない。例えば、０．５％であってもよいし、２％であってもよい。なお、単位ステップは固定であっても可変であっても良い。
制御部１６は、取得した代表充電電流に対応する電流レートの充電サイクル劣化特性を、劣化特性マップ１６ａから取得する。制御部１６は、取得した充電サイクル劣化特性と、現在のＳＯＣ使用範囲の下限値（ＳＯＣ＿ｌ）をもとに、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）下げたときの充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｃを算出する（Ｓ１３）。
制御部１６は、取得した放電サイクル劣化特性と、現在のＳＯＣ使用範囲の上限値（ＳＯＣ＿ｈ）をもとに、上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）上げたときの放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ２ｄを算出する（Ｓ１４）。
制御部１６は、取得した充電サイクル劣化特性と、現在のＳＯＣ使用範囲の上限値（ＳＯＣ＿ｈ）をもとに、上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）上げたときの充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ２ｃを算出する（Ｓ１５）。
制御部１６は、算出した下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を下げたときの、放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｄと充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｃを加算して、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を下げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ１を算出する。また制御部１６は、算出した上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を上げたときの、放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ２ｄと充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ２ｃを加算して、上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を上げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ２を算出する（Ｓ１６）。
制御部１６は、算出した下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を下げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ１と、上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を上げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ２を比較する（Ｓ１７）。前者（ΔＤ１）が後者（ΔＤ２）以下の場合（Ｓ１７のＹ）、制御部１６は、現在の下限値（ＳＯＣ＿ｌ）から単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）を引いて、新たな下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を生成する（Ｓ１８）。前者（ΔＤ１）が後者（ΔＤ２）を超える場合（Ｓ１７のＮ）、制御部１６は、現在の上限値（ＳＯＣ＿ｈ）に単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）を足して、新たな上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を生成する（Ｓ１９）。
制御部１６は、拡大すべきＳＯＣの値（ΔＳＯＣ）が０に到達したか否か判定する（Ｓ２０）。０に到達していない場合（Ｓ２０のＮ）、制御部１６は、現在の拡大すべきＳＯＣの値（ΔＳＯＣ）から単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）を引いて、新たな拡大すべきＳＯＣの値（ΔＳＯＣ）を生成する（Ｓ２１）。その後、ステップＳ１２に遷移して、ステップＳ１２以降の処理を繰り返し実行する。
拡大すべきＳＯＣの値（ΔＳＯＣ）が０に到達した場合（Ｓ２０のＹ）、制御部１６は、更新後のＳＯＣ使用範囲の下限値と上限値（ＳＯＣ＿ｌ，ＳＯＣ＿ｈ）を、新たな下限値と上限値（ＳＯＣ＿ｌ，ＳＯＣ＿ｈ）として、不揮発メモリ内に上書保存する（Ｓ２２）。
以上の処理をセルごとに行い、各セルのＳＯＣ使用範囲の下限値と上限値（ＳＯＣ＿ｌ，ＳＯＣ＿ｈ）を設定する。
図５に示すフローチャートのステップＳ１１では、制御部１６は、使用履歴保持部１６ｂ内のセルの使用履歴から、代表放電電流と代表充電電流を取得した。この点、制御部１６は、使用履歴保持部１６ｂ内のセルの使用履歴から、代表放電電流と代表充電電流に加えて、放電時の代表温度と充電時の代表温度を取得してもよい。制御部１６は、セルの放電時の温度のヒストグラムから最も発生頻度が高い温度区間の中央値を放電時の代表温度に設定し、セルの充電時の温度のヒストグラムから最も発生頻度が高い温度区間の中央値を充電時の代表温度に設定する。なお、放電時の代表温度と充電時の代表温度の決め方は当該方法に限るものではない。例えば、放電時の温度の複数の履歴値を加重平均（各温度における放電時間を係数とする）して放電時の代表温度を算出してもよいし、放電時の温度の複数の履歴値の中央値を放電時の代表温度に設定してもよい。充電時の代表温度についても同様である。
ステップＳ１２では、制御部１６は、取得した代表放電電流に対応する電流レートと、放電時の代表温度の組み合わせに対応する放電サイクル劣化特性を劣化特性マップ１６ａから取得する。ステップＳ１３では、制御部１６は、取得した代表充電電流に対応する電流レートと、充電時の代表温度の組み合わせに対応する充電サイクル劣化特性を劣化特性マップ１６ａから取得する。
また、図５に示すフローチャートのステップＳ１２－ステップＳ１４では、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）下げたときの放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｄと充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｃと、上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）上げたときの放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ２ｄと充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ２ｃを算出した。この点、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）下げたときの保存劣化速度の上昇分ΔＤ１ｓと、上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）上げたときの保存劣化速度の上昇分ΔＤ２ｓを追加で算出してもよい。
この場合、制御部１６は、代表温度に対応する保存劣化特性を劣化特性マップ１６ａから取得する。代表温度には、セルの使用期間全体の代表温度を使用する。制御部１６は、取得した保存劣化特性と、現在のＳＯＣ使用範囲の下限値（ＳＯＣ＿ｌ）をもとに、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）下げたときの保存劣化速度の上昇分ΔＤ１ｓを算出する。同様に制御部１６は、取得した保存劣化特性と、現在のＳＯＣ使用範囲の上限値（ＳＯＣ＿ｈ）をもとに、上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を単位ステップ（ＳＯＣ＿ｓｔｅｐ）上げたときの保存劣化速度の上昇分ΔＤ２ｓを算出する。
ステップＳ１６において制御部１６は、算出した下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を下げたときの、保存劣化速度の上昇分ΔＤ１ｓと放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｄと充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｃを加算して、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を下げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ１を算出する。また制御部１６は、算出した上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を上げたときの、保存劣化速度の上昇分ΔＤ２ｓと放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ２ｄと充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ２ｃを加算して、上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を上げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ２を算出する。
なお、保存劣化速度の上昇分ΔＤ１ｓ、ΔＤ２ｓに係数を掛けて、保存劣化速度の上昇分ΔＤ１ｓ、ΔＤ２ｓの寄与度を調整してもよい。例えば、１日あたりの充放電期間が短い場合、１より大きい係数を掛けて、保存劣化速度の上昇分ΔＤ１ｓ、ΔＤ２ｓの寄与度を大きくしてもよい。
以上説明したように本実施の形態によれば、ＳＯＣの使用範囲を拡大する際、下限値を下げるか上限値を上げるか、劣化が少ないほうに単位ステップずつ拡大していく。これにより、電動車両１の必要な走行性能を達成しつつ、二次電池の劣化抑制効果を最大化することができる。業務用の車両の場合、必要な走行距離を確保しつつ、二次電池の劣化抑制効果を最大化することができる。上記特許文献１、２に記載された制御は、ＳＯＣの使用範囲を拡大する際、ＳＯＣの使用範囲を劣化が小さいほうへ選択的に拡張するものではなく、二次電池の劣化抑制が最適化されているとはいえない。
以上、本開示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開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
上述した実施の形態では、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を下げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ１を、放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｄと充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｃの和、又は保存劣化速度の上昇分ΔＤ１ｓと放電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｄと充電サイクル劣化速度の上昇分ΔＤ１ｃの和により算出した。この点、下限値（ＳＯＣ＿ｌ）を下げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ１を、保存劣化速度の上昇分ΔＤ１ｓだけで特定してもよい。同様に上限値（ＳＯＣ＿ｈ）を上げたときの劣化速度の上昇分ΔＤ２を、保存劣化速度の上昇分ΔＤ２ｓだけで特定してもよい。
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。
［項目１］
二次電池（Ｅ１）の電流、温度の少なくとも１つを測定する測定部（１５、１４）と、
前記測定部（１５、１４）により測定された値を前記二次電池（Ｅ１）の使用履歴として蓄積する保持部（１６ｂ）と、
前記二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲を拡大するとき、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げて、前記ＳＯＣの使用範囲を拡大する制御部（１６）と、を備え、
前記制御部（１６）は、
前記二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲と電流レートに応じたサイクル劣化速度を規定したサイクル劣化特性と、前記二次電池（Ｅ１）のＳＯＣと温度に応じた保存劣化速度を規定した保存劣化特性の少なくとも一方と、前記二次電池（Ｅ１）の使用履歴に基づく前記二次電池（Ｅ１）の代表的な使用条件をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げるか、前記二次電池（Ｅ１）の劣化速度の上昇分が少ない方に、決定することを特徴する管理装置（１２）。
これによれば、二次電池（Ｅ）の劣化を最適に抑制しながら、二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲を拡大することができる。
［項目２］
前記制御部（１６）は、
前記二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲と充電電流の電流レートに応じた充電時のサイクル劣化速度を規定した充電サイクル劣化特性と、前記二次電池（Ｅ１）の使用履歴に基づく前記二次電池（Ｅ１）の代表的な充電電流をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の充電時のサイクル劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
前記二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲と放電電流の電流レートに応じた放電時のサイクル劣化速度を規定した放電サイクル劣化特性と、前記二次電池（Ｅ１）の使用履歴に基づく前記二次電池（Ｅ１）の代表的な放電電流をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の放電時のサイクル劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げるか、前記充電時のサイクル劣化速度の上昇分と前記放電時のサイクル劣化速度の上昇分の合計が少ない方に、決定することを特徴とする項目１に記載の管理装置（１２）。
これによれば、二次電池（Ｅ）のサイクル劣化を最適に抑制しながら、二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲を拡大することができる。
［項目３］
前記制御部（１６）は、
前記二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲と充電電流の電流レートに応じた充電時のサイクル劣化速度を規定した充電サイクル劣化特性と、前記二次電池（Ｅ１）の使用履歴に基づく前記二次電池（Ｅ１）の代表的な充電電流をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の充電時のサイクル劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
前記二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲と放電電流の電流レートに応じた放電時のサイクル劣化速度を規定した放電サイクル劣化特性と、前記二次電池（Ｅ１）の使用履歴に基づく前記二次電池（Ｅ１）の代表的な放電電流をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の放電時のサイクル劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
前記保存劣化特性と、前記二次電池（Ｅ１）の使用履歴に基づく前記二次電池（Ｅ１）の代表的な温度をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の保存劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げるか、前記充電時のサイクル劣化速度の上昇分と前記放電時のサイクル劣化速度の上昇分と前記保存劣化速度の上昇分の合計が少ない方に、決定することを特徴とする項目１に記載の管理装置（１２）。
これによれば、二次電池（Ｅ）のサイクル劣化と保存劣化を最適に抑制しながら、二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲を拡大することができる。
［項目４］
前記制御部（１６）は、
前記ＳＯＣの使用範囲の上限値または下限値を所定のステップ幅で変更し、前記二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲の増加分が目標値に到達すると、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値または下限値の変更を終了することを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の管理装置（１２）。
これによれば、きめ細やかな制御により、ＳＯＣの使用範囲の拡大による劣化を最小限に抑えることができる。
［項目５］
電動車両（１）に搭載される二次電池（Ｅ１）と、
前記二次電池（Ｅ１）を管理する項目１から４のいずれか１項に記載の管理装置（１２）と、
を備えることを特徴とする車両用電源システム（１０）。
これによれば、二次電池（Ｅ）の劣化を最適に抑制しながら、二次電池（Ｅ１）のＳＯＣの使用範囲を拡大することができる電動車両（３）を実現できる。
１ 電動車両、 ２ｆ 前輪、 ２ｒ 後輪、 ３ｆ 前輪軸、 ３ｒ 後輪軸、 ４ 変速機、 ５ モータ、 ６ インバータ、 １０ 電源システム、 １１ 電池モジュール、 １２ 管理部、 １３ 電圧測定部、 １４ 温度測定部、 １５ 電流測定部、 １６ 制御部、 １６ａ 劣化特性マップ、 １６ｂ 使用履歴保持部、 Ｅ１－Ｅｎ セル、 Ｒｓ シャント抵抗、 Ｔ１，Ｔ２ 温度センサ、 ２０ 車両制御部、 ３１ 車速センサ、 ３２ ＧＰＳセンサ、 ３３ ジャイロセンサ、 ３４ 無線通信部、 ＲＹ１ リレー。

Claims (5)

  1. 二次電池の電流、温度の少なくとも１つを測定する測定部と、
    前記測定部により測定された値を前記二次電池の使用履歴として蓄積する保持部と、
    前記二次電池のＳＯＣ(State Of Charge)の使用範囲を拡大するとき、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げて、前記ＳＯＣの使用範囲を拡大する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記二次電池のＳＯＣの使用範囲と電流レートに応じたサイクル劣化速度を規定したサイクル劣化特性と、前記二次電池のＳＯＣと温度に応じた保存劣化速度を規定した保存劣化特性の少なくとも一方と、前記二次電池の使用履歴に基づく前記二次電池の代表的な使用条件をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げるか、前記二次電池の劣化速度の上昇分が少ない方に、決定することを特徴とする管理装置。
  2. 前記制御部は、
    前記二次電池のＳＯＣの使用範囲と充電電流の電流レートに応じた充電時のサイクル劣化速度を規定した充電サイクル劣化特性と、前記二次電池の使用履歴に基づく前記二次電池の代表的な充電電流をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の充電時のサイクル劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
    前記二次電池のＳＯＣの使用範囲と放電電流の電流レートに応じた放電時のサイクル劣化速度を規定した放電サイクル劣化特性と、前記二次電池の使用履歴に基づく前記二次電池の代表的な放電電流をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の放電時のサイクル劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
    前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げるか、前記充電時のサイクル劣化速度の上昇分と前記放電時のサイクル劣化速度の上昇分の合計が少ない方に、決定することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
  3. 前記制御部は、
    前記二次電池のＳＯＣの使用範囲と充電電流の電流レートに応じた充電時のサイクル劣化速度を規定した充電サイクル劣化特性と、前記二次電池の使用履歴に基づく前記二次電池の代表的な充電電流をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の充電時のサイクル劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
    前記二次電池のＳＯＣの使用範囲と放電電流の電流レートに応じた放電時のサイクル劣化速度を規定した放電サイクル劣化特性と、前記二次電池の使用履歴に基づく前記二次電池の代表的な放電電流をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の放電時のサイクル劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
    前記保存劣化特性と、前記二次電池の使用履歴に基づく前記二次電池の代表的な温度をもとに、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げた場合と下限値を下げた場合の保存劣化速度の上昇分をそれぞれ導出し、
    前記ＳＯＣの使用範囲の上限値を上げるか下限値を下げるか、前記充電時のサイクル劣化速度の上昇分と前記放電時のサイクル劣化速度の上昇分と前記保存劣化速度の上昇分の合計が少ない方に、決定することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
  4. 前記制御部は、
    前記ＳＯＣの使用範囲の上限値または下限値を所定のステップ幅で変更し、前記二次電池のＳＯＣの使用範囲の増加分が目標値に到達すると、前記ＳＯＣの使用範囲の上限値または下限値の変更を終了することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の管理装置。
  5. 電動車両に搭載される二次電池と、
    前記二次電池を管理する請求項１から４のいずれか１項に記載の管理装置と、
    を備えることを特徴とする車両用電源システム。
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