JP2013171691A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電素子の電極電位（正極電位や負極電位）を推定する。
【解決手段】 蓄電システムは、充放電を行う蓄電素子（１１）と、メモリ（３０ａ）と、コントローラ（３０）とを有する。メモリは、蓄電素子の電圧のうち、正極電位又は負極電位が占める割合を示す、予め求めた比率情報を記憶する。コントローラは、蓄電素子の正極電位および負極電位のうち、少なくとも一方の電極電位を推定する。また、コントローラは、蓄電素子の電圧を取得し、取得した電圧および比率情報を用いて、少なくとも一方の電極電位を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄電素子の正極電位および負極電位を推定する蓄電システムに関する。

二次電池の充放電制御では、二次電池の電圧を検出し、検出電圧が、上限電圧および下限電圧の間で変化するように、二次電池の充放電を制御している。

特許第０４０１０２８８号 特開２０１１−００３３１８号公報 特開２００９−３０２０３８号公報 特開２００６−３４５６３４号公報 特開２００６−３４０４４７号公報

二次電池の電圧は、正極電位（正極電位と負極電位の間にある基準電位に対し正極活物質の持つ電気的位置エネルギ）と、負極電位（前記基準電位に対し負極活物質の持つ電気的位置エネルギ）の差で構成される。しかし、正極電位および負極電位以外にも、電圧に影響を与える要因が存在するため、二次電池の電圧と、正極電位および負極電位とが、互いに対応していないことも起こりうる。

具体的には、二次電池の電圧が上限電圧又は下限電圧に到達していても、正極電位又は負極電位が閾値に到達していないことがある。一方、二次電池の電圧が上限電圧又は下限電圧に到達していなくても、正極電位又は負極電位が閾値に到達してしまうおそれもある。閾値は、二次電池（正極や負極）を保護する観点から、予め定められた値である。

本発明である蓄電システムは、充放電を行う蓄電素子と、メモリと、コントローラとを有する。メモリは、蓄電素子の電圧のうち、正極電位又は負極電位が占める割合を示す、予め求めた比率情報を記憶する。コントローラは、蓄電素子の正極電位および負極電位のうち、少なくとも一方の電極電位を推定する。ここで、コントローラは、蓄電素子の電圧を取得し、取得した電圧および比率情報を用いて、少なくとも一方の電極電位を算出する。

一方の電極電位は、取得した電圧および比率情報を用いて算出することができる。具体的には、取得した電圧に対して、一方の電極電位が占める割合を乗算することにより、取得した電圧に対応した電極電位を算出することができる。他方の電極電位は、取得した電圧から、算出した一方の電極電位を減算することによって算出することができる。

比率情報によって特定される、正極電位および負極電位の比率は、蓄電素子を放電又は充電したときの正極電位の変化量および負極電位の変化量の比率とすることができる。予め正極電位および負極電位の変化量を測定しておけば、比率情報をメモリに記憶しておくことができる。

蓄電素子の温度状態、充電状態および劣化状態のうち、少なくとも１つの素子状態に関して、素子状態の変化に対応する補正係数をメモリに記憶することができる。素子状態が変化するとき、素子状態の値に対応した補正係数を予め設定しておくことができる。温度状態は、温度センサを用いて取得することができる。充電状態は、満充電容量に対する現在の容量の割合を示す。劣化状態は、抵抗変化率や容量変化率で表すことができる。

コントローラは、算出した電極電位に、現在の素子状態に対応した補正係数を乗算することにより、電極電位を補正することができる。これにより、素子状態に対応した電極電位を推定することができる。

電極電位を推定すれば、電極電位に基づいて、蓄電素子の充放電を制御することができる。具体的には、電極電位が所定範囲内で変化するように、蓄電素子の充放電を制御することができる。電極電位は、蓄電素子の性能（入出力特性）に関与するため、電極電位を監視しながら、蓄電素子の充放電を制御することにより、蓄電素子の性能を最大限に引き出すことができる。

具体的には、電極電位が上限値に到達することに応じて、又は、電極電位が上限値に到達することを予測することに応じて、蓄電素子の充電を制限することができる。また、電極電位が下限値に到達することに応じて、又は、電極電位が下限値に到達することを予測することに応じて、蓄電素子の放電を制限することができる。充放電を制限する場合には、充放電を抑制する場合や、充放電を禁止する場合が含まれる。

複数の蓄電素子を直列に接続して蓄電装置を構成することができる。そして、電圧センサを用いて、蓄電装置の電圧を検出することができる。この場合には、電圧センサで検出された電圧を蓄電素子の数で除算することにより、各蓄電素子の電圧を算出することができる。そして、算出された蓄電素子の電圧に基づいて、電極電位の推定を行うことができる。

蓄電素子を用いることにより、車両を走行させるためのエネルギを得ることができる。ここで、車両の制動時に発生する運動エネルギは、回生電力として、蓄電素子に蓄えることができる。

本発明によれば、蓄電素子の電圧から、正極電位や負極電位を推定することができる。これにより、電極（正極や負極）の状態を監視することができ、電極の状態に応じた充放電を行うことができる。

実施例１である電池システムの構成を示す図である。 実施例１において、正極電位および負極電位を推定する処理を示すフローチャートである。 温度および補正係数の関係を示す図である。 ＳＯＣおよび補正係数の関係を示す図である。 劣化度および補正係数の関係を示す図である。 実施例１において、電極電位に基づいて、組電池の充放電を制御する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池システム（蓄電システムに相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。

本実施例の電池システムは、組電池（蓄電装置に相当する）１０を有する。組電池１０は、直列に接続された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１１を有する。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。

単電池１１は、発電要素を電池ケースに収容したものである。発電要素は、充放電を行う要素であり、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとで構成することができる。セパレータは、電解液を含んでいる。ここで、セパレータの代わりに、固体電解質を用いることもできる。

単電池１１の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。本実施例では、複数の単電池１１が直列に接続されているが、並列に接続された複数の単電池１１が、組電池１０に含まれていてもよい。

電圧センサ２１は、組電池１０の端子間電圧（総電圧）を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２２は、組電池１０に流れる充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２２によって検出される値としては、充電電流を正の値とし、放電電流を負の値とすることができる。

温度センサ２３は、組電池１０の温度を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。温度センサ２３の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ２３を用いるときには、互いに異なる位置に温度センサ２３を配置することができる。

コントローラ３０は、メモリ３０ａを有しており、メモリ３０ａは、コントローラ３０が所定処理を行うための各種の情報を格納している。本実施例では、メモリ３０ａが、コントローラ３０に内蔵されているが、コントローラ３０の外部にメモリ３０ａを設けることもできる。

組電池１０の正極端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池１０の負極端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｇに対しては、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび制限抵抗２４が並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。制限抵抗２４は、組電池１０をインバータ３１と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。

組電池１０をインバータ３１と接続するときには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオフからオンに切り替える。これにより、制限抵抗２４に電流が流れることになる。

次に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０およびインバータ３１の接続が完了する。一方、組電池１０およびインバータ３１の接続を遮断するときには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えればよい。

インバータ３１は、組電池１０からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ３２に出力する。モータ・ジェネレータ３２としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ３２は、インバータ３１からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ３２によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３１は、モータ・ジェネレータ３２が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池１０に出力する。これにより、組電池１０は、回生電力を蓄えることができる。

本実施例では、組電池１０をインバータ３１に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０を昇圧回路に接続し、昇圧回路をインバータ３１に接続することができる。昇圧回路を用いることにより、組電池１０の出力電圧を昇圧することができる。また、昇圧回路は、インバータ３１から組電池１０への出力電圧を降圧することができる。

本実施例の電池システムは、単電池１１の電極電位（正極電位や負極電位）を推定し、推定された電極電位に基づいて、組電池１０の入出力を制御することができる。まず、単電池１１の電極電位を推定する処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２に示す処理は、コントローラ３０によって実行される。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、電圧センサ２１の出力から、組電池１０の電圧を取得する。ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、単電池１１の電圧を算出する。単電池１１の電圧は、下記式（１）に基づいて算出することができる。

Ｖcell＝Ｖbat／Ｎ ・・・（１）
式（１）において、Ｖcellは、単電池１１の電圧である。Ｖbatは、組電池１０の電圧であり、ステップＳ１０１で取得された電圧である。Ｎは、組電池１０を構成する単電池１１の数であり、言い換えれば、直列に接続された単電池１１の数である。

組電池１０では、すべての単電池１１が直列に接続されているため、組電池１０の電圧Ｖbatを単電池１１の数Ｎで割れば、単電池１１の電圧Ｖcellが分かる。並列に接続された単電池１１が組電池１０に含まれていても、直列に接続された単電池１１の数に基づいて、単電池１１の電圧Ｖcellを算出することができる。本実施例では、組電池１０の電圧Ｖbatから、単電池１１の電圧Ｖcellを算出しているが、これに限るものではない。

具体的には、各単電池１１に対して電圧センサを設ければ、各単電池１１の電圧を検出することができる。また、組電池１０を構成する、すべての単電池１１を複数のブロックに分け、各ブロックの電圧（ブロック電圧という）を検出することもできる。各ブロックは、２つ以上の単電池１１を含んでいる。ブロック電圧を検出したときには、ブロック電圧を、各ブロックを構成する単電池１１の数で割れば、各単電池１１の電圧Ｖcellを算出することができる。なお、本実施例のように、組電池１０に対して１つの電圧センサ２１を設けることにより、電圧センサ２１の数を減らすことができる。

また、いくつかの単電池１１の電圧のみを検出し、他の単電池１１の電圧を推定してもよい。例えば、直列に接続した単電池１１のうちの１つの電圧を検出し、その他の単電池１１の電圧は、検出した単電池１１の電圧と同じ値であると推定してもよい。

コントローラ３０は、ステップＳ１０３において、単電池１１の負極電位を算出し、ステップＳ１０４において、単電池１１の正極電位を算出する。負極電位および正極電位を算出する方法について説明する。

単電池１１の電圧は、負極電位および正極電位によって構成される。負極電位および正極電位の比率を予め特定しておけば、単電池１１の電圧から、負極電位や正極電位を算出することができる。ここでいう比率とは、単電池１１の電圧のうち、負極電位および正極電位のそれぞれが占める割合である。

負極電位および正極電位の比率は、以下に説明する方法によって求めることができる。

単電池１１を、開始電圧から終了電圧まで放電する。開始電圧および終了電圧の具体的な値は、適宜設定することができる。単電池１１を放電している間、単電池１１の負極電位および正極電位を測定する。単電池１１の内部に、基準となる参照電極を配置しておけば、負極電位および正極電位を測定することができる。

そして、単電池１１の放電を完了したときに、負極電位の変化量ΔＶ(-)と正極電位の変化量ΔＶ(+)を算出する。本実施例では、負極電位および正極電位の比率を、電極電位の変化量ΔＶ(-)，ΔＶ(+)の比率としている。負極電位および正極電位の比率に関する情報は、予めメモリ３０ａに格納することができる。上述した説明では、単電池１１を放電したときの負極電位の変化量ΔＶ(-)および正極電位の変化量Ｖ(+)を算出しているが、単電池１１を充電したときの負極電位の変化量ΔＶ(-)および正極電位の変化量Ｖ(+)を算出することもできる。

本実施例では、単電池１１の電圧が、負極電位および正極電位によって構成されているとしたが、これに限るものではない。具体的には、単電池１１の電圧には、負極電位および正極電位だけでなく、電池部品の抵抗分や電解液の抵抗分を考慮することができる。

電池部品は、単電池１１を構成する部品であり、具体的には、上述した発電要素を構成する部品などがある。電池部品の抵抗分は、予め測定しておくことができるため、単電池１１の電圧のうち、電池部品の抵抗分が占める割合を特定することができる。

また、単電池１１を放電している間、電解液の抵抗による電位変化量ΔＶeを測定すれば、この電位変化量ΔＶeを、単電池１１の電圧のうち、電解液抵抗分が占める割合とすることができる。

正極電位および負極電位の測定は、単電池１０が所定環境にあるときに開始される。所定環境では、単電池１１の温度、充電状態（ＳＯＣ；State of Charge）および劣化状態のそれぞれが所定状態にある。ＳＯＣとは、満充電容量に対する現在の容量の割合を示す。ここで、単電池１１が満充電状態にあるときには、ＳＯＣが１００％となり、満充電状態の単電池１１を放電するにつれて、ＳＯＣが低下する。

劣化状態とは、摩耗などによる単電池１１の劣化を示す。劣化状態を表す指標としては、例えば、抵抗変化率や容量変化率を用いることができる。抵抗変化率は、例えば、下記式（２）に基づいて算出することができる。

ΔＲ＝｜Ｒini−Ｒn｜／Ｒini ・・・（２）
式（２）において、ΔＲは、抵抗変化率を示す。Ｒiniは、初期状態（製造直後）における単電池１１の内部抵抗を示し、Ｒnは、現在における単電池１１の内部抵抗を示す。単電池１１の内部抵抗は、単電池１１の電流および電圧を測定することによって、算出することができる。単電池１１の劣化が進行すると、単電池１１の内部抵抗が上昇するため、抵抗変化率ΔＲは、単電池１１の劣化に応じて増加する。

劣化状態を表す指標として、容量変化率を用いるときには、例えば、下記式（３）に基づいて、劣化状態を特定することができる。

ΔＣ＝｜Ｃini−Ｃn｜／Ｃini ・・・（３）
式（３）において、Ｃiniは、初期状態（製造直後）における単電池１１の容量を示し、Ｃnは、現在における単電池１１の容量を示す。単電池１１が劣化すると、容量が低下し始めるため、容量変化率ΔＣは、単電池１１の劣化に応じて増加する。

コントローラ３０は、下記式（４）に基づいて、負極電位を算出し、下記式（５）に基づいて、正極電位を算出する。

Ｖ(-)ref＝Ｖcell×ｒ(-)／（ｒ(+)＋ｒ(-)） ・・・（４）
Ｖ(+)ref＝Ｖcell×ｒ(+)／（ｒ(+)＋ｒ(-)） ・・・（５）

式（４）において、Ｖ(-)refは、負極電位を示し、負の値である。式（５）において、Ｖ(+)refは、正極電位を示し、正の値である。また、式（４），（５）において、Ｖcellは、単電池１１の電圧を示し、ステップＳ１０２で算出された値である。また、ｒ(-)，ｒ(+)は、正極電位および負極電位の比における、それぞれの値を示し、メモリ３０ａから取得される。

ｒ(-)，ｒ(+)は、下記式（６）で示す関係を有する。

ｒ(-)：ｒ(+)＝ΔＶ(-)：ΔＶ(+) ・・・（６）
式（６）において、ΔＶ(-)，ΔＶ(+)は、単電池１１を放電（又は充電）したときの負極電位および正極電位の変化量である。

上記式（４），（５）では、電池部品の抵抗分や電解液の抵抗分を考慮していないが、電池部品の抵抗分や電解液の抵抗分が分かる場合には、式（４），（５）の代わりに、下記式（７），（８）を用いればよい。

Ｖ(-)ref＝Ｖcell×ｒ(-)／（ｒ(+)＋ｒ(-)＋ｒcell＋ｒe） ・・・（７）
Ｖ(+)ref＝Ｖcell×ｒ(+)／（ｒ(+)＋ｒ(-)＋ｒcell＋ｒe） ・・・（８）
式（７），（８）において、ｒcellは、電池部品の抵抗分の比を示し、ｒeは電解液の抵抗分の比を示す。

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、式（４）に基づいて、負極電位を算出する。ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、式（５）に基づいて、正極電位を算出する。

ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、単電池１１の温度に応じて、負極電位を補正する。単電池１１の温度としては、温度センサ２３の検出結果を用いることができる。コントローラ３０は、下記式（９）に基づいて、負極電位を補正する。

Ｖ(-)c1＝Ｖ(-)ref×Ｋ（Ｔ） ・・・（９）
式（９）において、Ｋ（Ｔ）は、温度に応じた補正係数を示す。Ｖ(-)c1は、補正後における負極電位を示し、Ｖ(-)refは、ステップＳ１０３で算出された正極電位を示す。

メモリ３０ａには、図３に示すマップが格納されている。図３に示すマップは、温度および補正係数Ｋ（Ｔ）の対応関係を示す。図３に示すマップは、予め実験を行うことにより、作成しておくことができる。ＳＯＣおよび劣化状態を一定とし、温度だけを変化させて、負極電位の変化を測定すれば、補正係数Ｋ（Ｔ）を求めることができる。

単電池１１の温度が基準温度Ｔrefであるとき、補正係数Ｋ（Ｔ）は１となる。基準温度Ｔrefとは、負極電位を測定したときの温度であり、上述した所定環境での温度である。コントローラ３０は、温度センサ２３の出力に基づいて、単電池１１の温度を特定することができる。単電池１１の温度を特定できれば、図３に示すマップに基づいて、補正係数Ｋ（Ｔ）を特定することができる。

本実施例では、図３に示すマップを用いて、負極電位Ｖ(-)refを補正しているが、これに限るものではない。例えば、負極電位を、単電池１１の温度を変数とした関数で表すことができれば、この関数を用いて、負極電位を算出（補正）することができる。

ステップＳ１０６において、コントローラ３０は、単電池１１の温度に応じて、正極電位を補正する。具体的には、コントローラ３０は、下記式（１０）に基づいて、正極電位を算出する。

Ｖ(+)c1＝Ｖcell−｜Ｖ(-)c1｜ ・・・（１０）
式（１０）において、Ｖcellは、単電池１１の電圧であり、ステップＳ１０２で算出された値である。Ｖ(-)c1は、ステップＳ１０５で算出された負極電位の値である。Ｖ(+)c1は、単電池１１の温度に基づいて補正された正極電位の値である。

ステップＳ１０７において、コントローラ３０は、単電池１１のＳＯＣに応じて、負極電位を補正する。具体的には、コントローラ３０は、下記式（１１）に基づいて、負極電位を算出（補正）する。

Ｖ(-)c2＝Ｖ(-)c1×Ｋ（ＳＯＣ） ・・・（１１）
式（１１）において、Ｋ（ＳＯＣ）は、ＳＯＣに応じた補正係数を示す。Ｖ(-)c1は、ステップＳ１０５で算出された負極電位の値である。Ｖ(-)c2は、単電池１１のＳＯＣも考慮に入れて、補正された負極電位の値である。

メモリ３０ａには、図４に示すマップが格納されている。図４に示すマップは、ＳＯＣおよび補正係数Ｋ（ＳＯＣ）の対応関係を示す。図４に示すマップは、予め実験を行うことにより、作成しておくことができる。温度および劣化状態を一定にして、ＳＯＣだけを変化させて、負極電位を測定すれば、補正係数Ｋ（ＳＯＣ）を求めることができる。

単電池１１のＳＯＣが基準値ＳＯＣrefであるとき、補正係数Ｋ（ＳＯＣ）は１となる。基準値ＳＯＣrefとは、負極電位を測定したときのＳＯＣであり、上述した所定環境でのＳＯＣである。

コントローラ３０は、電圧センサ２１の出力に基づいて、単電池１１のＳＯＣを推定することができる。具体的には、コントローラ３０は、電圧センサ２１を用いて、単電池１１のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を測定しておき、単電池１１のＯＣＶに基づいて、単電池１１のＳＯＣを特定することができる。

単電池１１のＯＣＶおよびＳＯＣは、対応関係にあるため、この対応関係を予め特定しておけば、単電池１１のＯＣＶから、単電池１１のＳＯＣを特定することができる。一方、電流センサ２２の出力に基づいて、単電池１１の充放電電流を積算しておけば、この積算値に基づいて、単電池１１のＳＯＣを推定することもできる。

単電池１１のＳＯＣを特定できれば、図４に示すマップに基づいて、補正係数Ｋ（ＳＯＣ）を特定することができる。

本実施例では、図４に示すマップを用いて、負極電位を補正しているが、これに限るものではない。例えば、負極電位を、単電池１１のＳＯＣを変数とした関数で表すことができれば、この関数を用いて、負極電位を算出することができる。

ステップＳ１０８において、コントローラ３０は、単電池１１のＳＯＣに応じて、正極電位を補正する。具体的には、コントローラ３０は、下記式（１２）に基づいて、正極電位を算出する。

Ｖ(+)c2＝Ｖcell−｜Ｖ(-)c2｜ ・・・（１２）
式（１２）において、Ｖcellは、単電池１１の電圧であり、ステップＳ１０２で算出された値である。Ｖ(-)c2は、ステップＳ１０７で算出された負極電位の値である。Ｖ(+)c2は、単電池１１のＳＯＣに基づいて補正された正極電位の値である。

ステップＳ１０９において、コントローラ３０は、単電池１１の劣化状態に応じて、負極電位を補正する。具体的には、コントローラ３０は、下記式（１３）に基づいて、負極電位を算出（補正）する。

Ｖ(-)c3＝Ｖ(-)c2×Ｋ（Ｒ） ・・・（１３）
式（１３）において、Ｋ（Ｒ）は、劣化状態に応じた補正係数を示す。Ｖ(-)c2は、ステップＳ１０7で算出された負極電位の値である。Ｖ(-)c3は、単電池１１の劣化状態も考慮に入れて、補正された負極電位の値である。

メモリ３０ａには、図５に示すマップが格納されている。図５に示すマップは、劣化度および補正係数Ｋ（Ｒ）の対応関係を示す。劣化度とは、劣化状態を表す指標であり、上述したように、抵抗変化率や容量変化率を用いることができる。図５に示すマップは、予め実験を行うことにより、作成しておくことができる。温度およびＳＯＣを一定にして、劣化状態だけを変化させて、負極電位を測定すれば、補正係数Ｋ（Ｒ）を求めることができる。

単電池１１の劣化度が基準値Ｒrefであるとき、補正係数Ｋ（Ｒ）は１となる。基準値Ｒrefとは、負極電位を測定したときの劣化度であり、上述した所定環境での劣化度である。

単電池１１の劣化度は、上述したように抵抗変化率又は容量変化率を算出することによって取得することができる。抵抗変化率を算出するときには、単電池１１の内部抵抗を求めておけばよい。容量変化率を算出するときには、単電池１１の容量を求めておけばよい。単電池１１の劣化度を特定できれば、図５に示すマップに基づいて、補正係数Ｋ（Ｒ）を特定することができる。

本実施例では、図５に示すマップを用いて、負極電位を補正しているが、これに限るものではない。例えば、負極電位を、単電池１１の劣化度を変数とした関数で表すことができれば、この関数を用いて、負極電位を算出することができる。

ステップＳ１１０において、コントローラ３０は、単電池１１の劣化状態に応じて、正極電位を補正する。具体的には、コントローラ３０は、下記式（１４）に基づいて、正極電位を算出する。

Ｖ(+)c3＝Ｖcell−｜Ｖ(-)c3｜ ・・・（１４）
式（１４）において、Ｖcellは、単電池１１の電圧であり、ステップＳ１０２で算出された値である。Ｖ(-)c3は、ステップＳ１０９で算出された負極電位の値である。Ｖ(+)c3は、単電池１１の劣化状態に基づいて補正された正極電位の値である。

図２に示す処理では、負極電位の値に補正係数を掛けて、負極電位を補正しているが、これに限るものではない。具体的には、正極電位の値に補正係数を掛けることにより、正極電位を補正することができる。この場合には、正極電位に対応する補正係数を、温度、ＳＯＣおよび劣化状態のそれぞれにおいて、用意しておく必要がある。正極電位を補正した後は、単電池１１の電圧Ｖcellから補正後の正極電位を減算することにより、負極電位を求めることができる。

また、温度による電極電位の補正、ＳＯＣによる電極電位の補正、劣化状態による電極電位の補正を行う順序は、適宜設定することができる。すなわち、図２で説明した順序で、電極電位を補正する必要はない。

本実施例では、単電池１１の温度、ＳＯＣおよび劣化状態に応じて、正極電位や負極電位を補正しているが、これに限るものではない。具体的には、単電池１１の温度、ＳＯＣおよび劣化状態のうち、少なくとも１つに応じて、正極電位や負極電位を補正することもできる。

例えば、負極電位を補正するときには、ステップＳ１０５，Ｓ１０７，Ｓ１０９の処理のうち、少なくとも１つの処理を行うことができる。正極電位を補正するときには、ステップＳ１０６，Ｓ１０８，Ｓ１１０の処理のうち、少なくとも１つの処理を行うことができる。また、本実施例では、正極電位および負極電位を、それぞれ補正することで算出しているが、正極電位および負極電位のいずれか一方のみを補正して算出した後、算出した一方の電位の値を単電池１１の電圧から減算することで、他方の電位を算出してもよい。

図２に示す処理を行うことにより、現在の単電池１１における正極電位および負極電位を推定することができる。図２に示す処理は、所定のタイミングにおいて、繰り返して行うことができる。そして、推定された電極電位に基づいて、組電池１０の充放電を制御することができる。

図６は、組電池１０の充放電を制御するときのフローチャートを示す。図６に示す処理は、コントローラ３０によって実行することができる。

ステップＳ２０１において、コントローラ３０は、図２の処理で推定された正極電位が上限値よりも高いか否かを判別する。上限値は、予め設定された値であり、メモリ３０ａに格納しておくことができる。ここで、単電池１１の電圧が上限電圧および下限電圧の範囲内で変化するように、単電池１１の充放電が制御されることがある。ステップＳ２０１で用いられる上限値としては、上述した上限電圧に対応した値とすることができる。

ステップＳ２０１において、正極電位が上限値よりも高いときには、ステップＳ２０２の処理に進む。また、正極電位が上限値よりも低いときには、ステップＳ２０３の処理に進む。

ステップＳ２０２において、コントローラ３０は、組電池１０の入力（充電）を制限する。組電池１０の入力を制限する場合には、予め設定された制限値Ｗinを低下させる場合や、組電池１０の入力を禁止する場合が含まれる。制限値Ｗinは、予め設定された値であり、組電池１０の入力を許容する上限値（単位：Ｗ）である。

ステップＳ２０３において、コントローラ３０は、図２の処理で推定された正極電位が下限値よりも低いか否かを判別する。下限値は、予め設定された値であり、メモリ３０ａに格納しておくことができる。下限値としては、単電池１１の電圧に基づいて単電池１１の充放電を制御するときの下限電圧に対応した値とすることができる。

ステップＳ２０３において、正極電位が下限値よりも低いときには、ステップＳ２０４の処理に進む。また、正極電位が下限値よりも高いときには、本処理を終了する。ステップＳ２０４において、コントローラ３０は、組電池１０の出力（放電）を制限する。組電池１０の出力を制限する場合には、予め設定された制限値Ｗoutを低下させる場合や、組電池１０の出力を禁止する場合が含まれる。制限値Ｗoutは、予め設定された値であり、組電池１０の出力を許容する上限値（単位：Ｗ）である。

図６に示す処理では、正極電位に基づいて、組電池１０の充放電を制御しているが、これに限るものではない。具体的には、図２の処理で推定された負極電位に基づいて、組電池１０の充放電を制御することができる。すなわち、負極電位が、予め定められた上限値および下限値の間で変化するように、組電池１０の充放電を制御することができる。ここでの上限値および下限値は、単電池１１の電圧に基づいて単電池１１の充放電を制御するときの、上限電圧および下限電圧に対応した値である。一方、正極電位および負極電位の両者に基づいて、組電池１０の充放電を制御することもできる。

本実施例によれば、単電池１１の電圧ではなく、単電池１１の電極電位（正極電位や負極電位）を推定するため、単電池１１の内部状態を推定しやすくなる。単電池１１の電圧は、正極電位および負極電位によって決定されるため、単電池１１の内部状態を推定するときには、正極電位および負極電位を監視することが好ましい。

また、推定した電極電位に基づいて、単電池１１（組電池１０）の充放電を制御することにより、正極および負極の状態に応じた充放電を行うことができる。これにより、例えば、単電池１１の入出力の範囲を広げることができ、単電池１１を効率良く使用することができる。言い換えれば、単電池１１の入出力特性の性能を、最大限まで引き出すことができる。

ここで、単電池１１の電圧だけを監視する構成では、例えば、単電池１１の電圧が、上限電圧に到達したときに、単電池１１の入力が制限されることになる。しかし、単電池１１の電圧が上限電圧（又は下限電圧）に到達していても、正極電位は、上限値（又は下限値）に到達していないことがある。この場合には、正極電位が上限値（又は下限値）に到達するまで、単電池１１を充電（又は放電）することができる。

また、単電池１１の電圧が上限電圧（又は下限電圧）に到達していなくても、正極電位は、上限値（又は下限値）に到達している可能性もある。この場合には、単電池１１の電圧が上限電圧（又は下限電圧）に到達する前に、単電池１１（組電池１０）の入力（又は出力）を制限することができ、単電池１１を保護することができる。

１０：組電池（蓄電装置）
１１：単電池（蓄電素子）
２１：電圧センサ
２２：電流センサ
２３：温度センサ
２４：制限抵抗
３０：コントローラ
３０ａ：メモリ
３１：インバータ
３２：モータ・ジェネレータ

Claims (9)

1. 充放電を行う蓄電素子と、
   前記蓄電素子の電圧のうち、正極電位又は負極電位が占める割合を示す、予め求めた比率情報を記憶するメモリと、
   前記蓄電素子の正極電位および負極電位のうち、少なくとも一方の電極電位を推定するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記蓄電素子の電圧を取得し、取得した電圧および前記比率情報を用いて、前記少なくとも一方の電極電位を算出することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記コントローラは、取得した電圧および前記比率情報を用いて、正極電位および負極電位のうち一方の電極電位を算出するとともに、取得した電圧から、算出した前記一方の電極電位を減算することにより、他方の電極電位を算出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記比率情報によって特定される、正極電位および負極電位の比率は、前記蓄電素子を放電又は充電したときの正極電位の変化量および負極電位の変化量の比率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記メモリは、前記蓄電素子の温度状態、充電状態および劣化状態のうち、少なくとも１つの素子状態に関して、前記素子状態の変化に対応する補正係数を記憶しており、
   前記コントローラは、算出した電極電位に、現在の前記素子状態に対応した補正係数を乗算することにより、電極電位を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。
5. 前記コントローラは、算出した電極電位が所定範囲内で変化するように、前記蓄電素子の充放電を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
6. 前記コントローラは、算出した電極電位が上限値に到達すること、又は到達することを予測することに応じて、前記蓄電素子の充電を制限し、算出した電極電位が下限値に到達すること、又は到達することを予測することに応じて、前記蓄電素子の放電を制限することを特徴とする請求項５に記載の蓄電システム。
7. 複数の前記蓄電素子が直列に接続された蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電圧を検出する電圧センサと、を有し、
   前記コントローラは、前記電圧センサで検出された電圧を前記蓄電素子の数で除算することにより、前記各蓄電素子の電圧を算出することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電システム。
8. 前記蓄電素子は、車両の走行に用いられるエネルギを出力することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電システム。
9. 充放電を行う蓄電素子の正極電位および負極電位のうち、少なくとも一方の電極電位を推定する方法であって、
   前記蓄電素子の電圧を取得し、
   取得した電圧と、前記蓄電素子の電圧のうち、正極電位又は負極電位が占める割合を示す、予め求めた比率情報とを用いて、前記少なくとも一方の電極電位を算出する、
   ことを特徴とする推定方法。
   

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