CN103827684A - 非水二次电池的控制装置和控制方法 - Google Patents

非水二次电池的控制装置和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种非水二次电池的控制装置和控制方法。控制装置对非水二次电池的放电进行控制，以使得非水二次电池的放电功率不超过上限值，所述控制装置具有电流传感器和控制器。控制器根据使用电流传感器检测出的放电状态来算出用于评价第一劣化成分的评价值。第一劣化成分是伴随由非水二次电池的放电引起的电解质中的离子浓度的偏移而使非水二次电池的输出性能降低的成分。控制器对通过修正系数使第一累计值减少后的值和超过目标值的当前的评价值进行累计来算出第二累计值，所述第一累计值是对超过目标值的过去的评价值进行累计得到的值。在第二累计值超过阈值时，控制器使上限值降低。由此，对过度地限制非水二次电池的放电进行抑制。

Description

非水二次电池的控制装置和控制方法
技术领域
本发明涉及对非水二次电池的劣化状态进行评价并对非水二次电池的放电进行控制的控制装置和控制方法。
背景技术
在专利文献1所记载的技术中，基于使电池充放电时的电流值的历史记录（履历），算出用于对由高速率放电引起的劣化进行评价的评价值。在评价值未超过目标值时，将容许电池放电的上限值设定为最大值。另一方面，在评价值超过了目标值时，将上限值设定为比最大值小的值。
根据专利文献1，在评价值未超过目标值时，通过将上限值设定为最大值来发挥与驾驶员的要求相应的车辆的动力性能。另外，在评价值超过了目标值时，通过将上限值设定为比最大值小的值来抑制由高速率放电引起的劣化的发生。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2009-123435号公报（图4、图7等）
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的技术中，若仅根据评价值与目标值的大小关系来改变容许电池放电的上限值，则电池的放电有时会过度地受到限制。当电池的放电过度地受到限制时，会变得难以确保电池的足够的输出性能。
用于解决问题的手段
本申请第1发明是一种控制装置，对非水二次电池的放电进行控制，以使得非水二次电池的放电功率不超过上限值，所述控制装置具有电流传感器和控制器。电流传感器对非水二次电池的充放电时的电流值进行检测。控制器根据使用电流传感器检测出的放电状态来算出用于评价第一劣化成分的评价值。第一劣化成分是伴随由非水二次电池的放电引起的电解质中的离子浓度的偏移而使非水二次电池的输出性能降低的成分。
控制器对通过修正系数使第一累计值减少后的值和超过目标值的当前的评价值进行累计而算出第二累计值，所述第一累计值是对超过目标值的过去的评价值进行累计而得到的值。控制器对第二累计值是否超过了阈值进行判别，在第二累计值超过了阈值时使上限值降低。通过使上限值降低，能够限制非水二次电池的放电。
根据本申请第1发明，在算出与阈值作比较的第二累计值时，使用修正系数使第一累计值减少。第一劣化成分由于非水二次电池的充放电的休止等而得到缓和，因此，能够减少从过去的评价值得到的第一累计值。由此，能够考虑第一劣化成分的缓和而算出第二累计值，从而能够对第二累计值不必要地超过阈值进行抑制。即，能够对过度地限制非水二次电池的放电进行抑制，从而能够确保向非水二次电池要求的输出。
修正系数可以设为比0大且比1小的值。在此，可以通过对在第一累计值上乘以修正系数而得到的值和超过目标值的当前的评价值进行累计来算出第二累计值。
可以仅使用在最近的预定期间内得到的评价值来算出第二累计值。由于第一劣化成分由于非水二次电池的充放电的休止等而得到缓和，所以过去的评价值难以在评价第一劣化成分的方面产生影响。因此，通过仅使用在最近的预定期间内得到的评价值，能够考虑第一劣化成分的缓和而算出第二累计值。
另一方面，可以将在最近的预定期间内算出的第二累计值除以预定期间来算出时间平均值。并且，可以对时间平均值是否超过阈值进行判别，在时间平均值超过阈值时使上限值降低。通过算出时间平均值，能够对第二累计值暂时地增加而超过阈值进行抑制。通过使用时间平均值，能够排除第二累计值暂时地超过阈值的情况，从而能够对过度地限制非水二次电池的放电进行抑制。
在算出第一累计值和第二累计值时，在评价值比正的目标值大时，可以加上正的目标值与评价值的差量。在评价值比负的目标值小时，可以减去负的目标值与评价值的差量。
可以改变阈值，以使得：第二劣化成分越大，则到达阈值为止的第二累计值的增加量越小。第二劣化成分表示对非水二次电池的充放电起作用的构成材料的劣化。另一方面，可以改变阈值，以使得：第二劣化成分越小，则到达阈值为止的第二累计值的增加量越大。
第二劣化成分越大，则第一劣化成分越小。因此，只要对第二劣化成分进行推定，则能够确定能容许何种程度的与该第二劣化成分对应的第一劣化成分的劣化。越能够容许第一劣化成分的劣化，则能够越增大到达阈值为止的第二累计值的增加量。
在改变阈值时，可以与第二劣化成分相应地准备用于确定阈值的映射。表示映射与第二劣化成分的对应关系的信息可以预先存储在存储器中。第二劣化成分可以使用非水二次电池的温度和通电量来进行推定。可以使用多个映射中与推定出的第二劣化成分对应的映射来确定阈值。
作为确定阈值的映射，可以使用表示阈值、进行充放电时的非水二次电池的温度、和非水二次电池的使用状态的关系的映射。在使用非水二次电池的输出使车辆行驶时，作为非水二次电池的使用状态，可以使用非水二次电池相对于车辆的行驶距离的充放电量（Ah/km）。
推定第二劣化成分时的温度包括：进行充放电时的非水二次电池的温度、和不进行充放电时的非水二次电池的温度。通过使用不进行充放电时的二次电池的温度，能够推定第二劣化成分的一部分。另外，通过使用进行充放电时的二次电池的温度和通电量，能够推定第二劣化成分的剩余的部分。
本申请第2发明是一种控制方法，对非水二次电池的放电进行控制，以使得非水二次电池的放电功率不超过上限值，其中，使用电流传感器来对非水二次电池的充放电时的电流值进行检测，根据使用电流传感器检测出的放电状态来算出用于评价第一劣化成分的评价值。第一劣化成分是伴随由非水二次电池的放电引起的电解质中的离子浓度的偏移而使非水二次电池的输出性能降低的成分。
另外，对通过修正系数使第一累计值减少后的值和超过目标值的当前的评价值进行累计来算出第二累计值，对第二累计值是否超过了阈值进行判别，所述第一累计值是对超过目标值的过去的评价值进行累计而得到的值。在第二累计值超过了阈值时，使容许非水二次电池的放电的上限值降低。在本申请第2发明中，也能够得到与本申请第1发明同样的效果。
附图说明
图1是表示作为实施例1的电池系统的结构的图。
图2是表示在实施例1中对电池组的充放电进行控制的处理的流程图。
图3是表示在实施例1中对电池组的充放电进行控制的处理的流程图。
图4是表示电池组的温度与忘却系数的关系的图。
图5是表示电池组的温度与临界值（极限值）的关系的图。
图6是表示评价值的变化的图。
图7是表示使电池组的充放电休止时的电阻增加率的变化和不使电池组的充放电休止时的电阻增加率的变化的图。
图8是对不使电池组的充放电休止时的电阻增加率的测定条件进行说明的图。
图9是对使电池组的充放电休止时的电阻增加率的测定条件进行说明的图。
图10是表示决定阈值的处理的流程图。
图11是表示对阈值进行确定的映射的图。
图12是表示对阈值进行确定的映射的图。
图13是表示在实施例1中的评价值、累计值和输出限制值的变化的图。
图14是说明在实施例2中的累计值的算出方法的图。
图15是表示在实施例2中的时间平均值与阈值的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施例进行说明。
实施例1
使用图1，对作为实施例1的电池系统进行说明。图1是表示电池系统的结构的图。
图1所示的电池系统搭载于车辆。作为车辆，存在混合动力汽车、电动汽车。混合动力汽车是除了具备电池组以外还具备燃料电池和/内燃机等来作为用于使车辆行驶的动力源的车辆。电动汽车是仅具备电池组来作为车辆的动力源的车辆。
电池组10具有电串联连接的多个单电池11。构成电池组10的单电池11的数量可以基于电池组10的要求输出等而适当设定。电池组10也可以包括电并联连接的多个单电池11。作为单电池11，可以使用锂离子二次电池等非水二次电池。
单电池11的正极由能够对离子（例如，锂离子）进行吸藏和放出的材料形成。作为正极的材料，例如可以使用钴酸锂、锰酸锂。单电池11的负极由能够对离子（例如，锂离子）进行吸藏和放出的材料形成。作为负极的材料，例如可以使用碳。在对单电池11充电时，正极将离子放出至电解液中，负极吸藏电解液中的离子。另外，在使单电池11放电时，正极吸藏电解液中的离子，负极将离子放出至电解液中。
电池组10经由系统主继电器21a、21b与升压电路22连接，升压电路22对电池组10的输出电压进行升压。升压电路22与变换器23连接，变换器23将来自升压电路22的直流电力变换为交流电力。电动发电机（三相交流马达）24通过接受来自变换器23的交流电力而生成用于使车辆行驶的动能。通过电动发电机24生成的动能向车轮传递。
升压电路22可以省略。另外，在使用直流马达来作为电动发电机24时，可以省略变换器23。
在使车辆减速时或使车辆停止时，电动发电机24将车辆制动时所产生的动能变换为电能。由电动发电机24生成的交流电力通过变换器23变换为直流电力。升压电路22对变换器23的输出电压进行降压，然后供给到电池组10。由此，能够将再生电力蓄积在电池组10中。
电流传感器25对在电池组10中流动的电流进行检测，并将检测结果输出至控制器30。关于通过电流传感器25检测出的电流值，可以将放电电流设为正值，将充电电流设为负值。温度传感器26对电池组10的温度进行检测，并将检测结果输出至控制器30。温度传感器26的数量可以适当设定。在使用多个温度传感器26时，能够使用通过多个温度传感器26检测出的温度的平均值来作为电池组10的温度，或者使用通过特定的温度传感器26检测出的温度来作为电池组10的温度。
电压传感器27对电池组10的电压进行检测，并将检测结果输出至控制器30。在本实施例中，对电池组10的电压进行检测，但不限于此。例如，可以对构成电池组10的单电池11的电压进行检测。另外，可以将构成电池组10的多个单电池11分为多个区块而对各区块的电压进行检测。各区块至少包括两个单电池11。
控制器30对系统主继电器21a、21b、升压电路22以及变换器23的动作进行控制。控制器30具有存储各种信息的存储器31。在存储器31中也存储有用于使控制器30工作的程序。在本实施例中，控制器30内置有存储器31，但也可以在控制器30的外部设置存储器31。
在车辆的点火开关从断开（off）切换为接通（on）时，控制器30将系统主继电器21a、21b从断开切换为接通，使升压电路22和变换器23工作。另外，在点火开关从接通切换为断开时，控制器30将系统主继电器21a、21b从接通切换为断开，使升压电路22、变换器23停止工作。
充电器28将来自外部电源的电力供给到电池组10。由此，能够对电池组10充电。充电器28经由充电继电器29a、29b与电池组10连接。在充电继电器29a、29b接通时，能够将来自外部电源的电力供给到电池组10。
外部电源是指设置于车辆的外部的电源，作为外部电源，例如存在商用电源。在外部电源供给交流电力时，充电器28将交流电力变换为直流电力，并将直流电力供给到电池组10。另一方面，在外部电源供给直流电力时，仅将来自外部电源的直流电力供给到电池组10即可。在本实施例中，设为能够将外部电源的电力供给到电池组10，但也可以为不能够将外部电源的电力供给到电池组10。
接着，使用图2和图3所示的流程图，对控制电池组10的充放电的处理进行说明。图2和图3所示的处理以预先设定的时间间隔（循环时间）反复进行。图2和图3所示的处理通过由控制器30所包含的CPU执行存储于存储器31的程序来进行。
在步骤S101中，控制器30基于电流传感器25的输出信号，取得放电电流值。在使电池组10放电时，放电电流值为正值，在对电池组10充电时，放电电流值为负值。
在步骤S102中，控制器30基于在步骤S101中得到的放电电流值，算出（推定）电池组10的SOC（State Of Charge：充电状态）。SOC是当前的充电容量相对于电池组10的满充电容量的比例。控制器30能够通过对使电池组10充放电时的电流值进行累计来算出电池组10的SOC。使电池组10充放电时的电流值能够由电流传感器25的输出来取得。
另一方面，也能够根据电压传感器27的检测电压来推定电池组10的SOC。电池组10的SOC与电池组10的OCV（Open Circuit Voltage：开路电压）存在对应关系，因此，只要预先求出SOC与OCV的对应关系就能够根据OCV来确定SOC。OCV能够根据电压传感器27的检测电压（CCV：Closed Circuit Voltage，闭路电压）和由电池组10的内部电阻引起的电压下降量来求出。此外，SOC的算出方法不限于在本实施例中说明的方法，可以适当选择公知的方法。
在步骤S103中，控制器30基于温度传感器26的输出信号，取得电池组10的温度。在步骤S104中，控制器30基于在步骤S102中算出的SOC和在步骤S103中取得的电池组10的温度，算出忘却系数。忘却系数是与单电池11的电解液中的离子的扩散速度对应的系数。忘却系数（遗忘系数）在满足下述式（1）的条件的范围内进行设定。
0＜A×Δt＜1···（1）
在此，A表示忘却系数，Δt表示反复进行图2和图3所示的处理时的循环时间。
例如，控制器30能够使用图4所示的映射（map）来确定忘却系数a。在图4中，纵轴是忘却系数A，横轴是电池组10的温度。图4所示的映射能够通过实验等预先取得，能够预先存储在存储器31中。
在图4所示的映射中，通过对在步骤S102中取得的SOC和在步骤S103中取得的温度进行确定，能够确定忘却系数A。离子的扩散速度越快，则忘却系数A越大。在图4所示的映射中，当电池组10的温度相同时，电池组10的SOC越高则忘却系数A越大。另外，当电池组10的SOC相同时，电池组10的温度越高则忘却系数A越大。
在步骤S105中，控制器30算出评价值的减少量D（－）。评价值D（N）是对电池组10（单电池11）的劣化状态（后述的高速率劣化）进行评价的值。
在单电池11持续进行高速率放电时，有时会发生单电池11的内部电阻增加而单电池11的输出电压开始急剧降低的现象。在该现象持续发生时，单电池11有时会劣化。将由高速率放电引起的劣化称为“高速率劣化（相当于第一劣化成分）。作为高速率劣化的主要原因之一，可认为：由于持续进行高速率放电，单电池11的电解液中的离子浓度会产生偏移。
需要在发生高速率劣化之前抑制高速率放电。在本实施例中，作为用于评价高速率劣化的值而设定评价值D（N）。评价值D（N）的算出方法在后面叙述。
评价值的减少量D（－）根据在从算出了上次（之前）的评价值D（N－1）时到经过一次循环时间Δt为止的期间伴随离子的扩散的、离子浓度的偏移的减少来算出。例如，控制器30能够基于下述式（2）算出评价值的减少量D（－）。
D（－）=A×Δt×D（N－1）···（2）
在此，A和Δt与式（1）是同样的。D（N－1）表示上次（之前）算出的评价值。作为初始值的D（0）例如可以设为0。
如式（1）所示，“A×Δt”的值为从0到1的值。因此，“A×Δt”的值越接近1，则评价值的减少量D（－）越大。换言之，忘却系数A越大或者循环时间Δt越长，则评价值的减少量D（－）越大。此外，减少量D（－）的算出方法并不限定于在本实施例中说明的方法，只要是能够确定离子浓度的偏移的减少的方法即可。
在步骤S106中，控制器30读出预先存储于存储器31的电流系数。在步骤S107中，控制器30基于在步骤S102中算出的电池组10的SOC和在步骤S103中取得的电池组10的温度来算出临界值。
例如，控制器30能够使用图5所示的映射来算出临界值。图5所示的映射能够通过实验等预先取得，能够预先存储在存储器31中。在图5中，纵轴是临界值，横轴是电池组10的温度。在图5所示的映射中，通过对在步骤S102中取得的SOC和在步骤S103中取得的温度进行确定，能够确定临界值。
在图5所示的映射中，当电池组10的温度相同时，电池组10的SOC越高则临界值越大。另外，当电池组10的SOC相同时，电池组10的温度越高则临界值越大。
在步骤S108中，控制器30算出评价值的增加量D（＋）。评价值的增加量D（＋）根据在从算出了上次（之前）的评价值D（N－1）时到经过一次循环时间Δt为止的期间伴随放电的、离子浓度的偏移的增加来算出。例如，控制器30能够基于下述式（3）算出评价值的增加量D（＋）。
D（＋）=B/C×I×Δt···（3）
在此，B表示电流系数，使用在步骤S106的处理中取得的值。C表示临界值，使用在步骤S107的处理中取得的值。I表示放电电流值，使用在步骤S101的处理中检测出的值。Δt是循环时间。
根据式（3）可知，放电电流值I越大或者循环时间Δt越长，则评价值的增加量D（＋）越大。此外，增加量D（＋）的算出方法并不限定于在本实施例中说明的算出方法，只要是能够确定离子浓度的偏移的增加的方法即可。
在步骤S109中，控制器30算出本次的循环时间Δt内的评价值D（N）。评价值D（N）能够基于下述式（4）来算出。
D（N）=D（N－1）－D（－）＋D（＋）···（4）
在此，D（N）是本次的循环时间Δt的评价值，D（N－1）是上次（之前）的循环时间Δt的评价值。作为初始值的D（0），例如可以设定为0。D（－）和D（＋）分别表示评价值D的减少量和增加量，使用在步骤S105、S108中算出的值。
在本实施例中，如式（4）所示，能够考虑离子浓度的偏移的增加和离子浓度的偏移的减少来算出评价值D（N）。由此，能够将被认为是高速率劣化的主要原因的离子浓度的偏移的变化（增减）恰当地反映在评价值D（N）中。因此，能够基于评价值D（N）来对电池组10的状态以何种程度接近发生高速率劣化的状态进行把握。
在步骤S110中，控制器30对在步骤S109中算出的评价值D（N）是否超过了预先确定的目标值进行判别。目标值被设定为比开始发生高速率劣化的评价值D（N）小的值，能够预先进行设定。若评价值D（N）超过目标值，则前进至步骤S111，否则前进至步骤S117。
在本实施例中，如图6所示，在评价值D（N）的正侧和负侧设定有目标值Dtar＋、Dtar－。图6是表示评价值D（N）的变化（一例）的图。目标值Dtar＋是正值，目标值Dtar－是负值。目标值Dtar＋、Dtar－的绝对值为相同的值。在步骤S110中，在评价值D（N）比目标值Dtar＋大时以及在评价值D（N）比目标值Dtar－小时，前进至步骤S111。即，在评价值D（N）的绝对值比各目标值Dtar＋、Dtar－的绝对值大时，前进至步骤S111。
在步骤S111中，控制器30进行评价值D（N）的累计。具体而言，如图6所示，在评价值D（N）超过了目标值Dtar＋、Dtar－时，对评价值D（N）中超过了目标值Dtar＋、Dtar－的部分进行累计。每当评价值D（N）超过目标值Dtar＋、Dtar－时进行累计处理。
在评价值D（N）比目标值Dtar＋大时，加上评价值D（N）与目标值Dtar＋的差量。另一方面，在评价值D（N）比目标值Dtar－小时，减去评价值D（N）与目标值Dtar－的差量。
在本实施例中，基于下述式（5）算出累计值ΣDex（N）（相当于第二累计值）。
ΣDex（N）=a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）···（5）
0＜a＜1
在式（5）中，a是修正系数，是比0大且比1小的值。ΣDex（N－1）是在到上次为止的循环时间中对评价值D与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量进行累计而得到的值（相当于第一累计值）。Dex（N）是在本次的循环时间中得到的评价值D（N）与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量。
与修正系数a相关的信息可以预先存储在存储器31中。由于修正系数a是比0大且比1小的值，所以当在本次的循环时间中算出累计值ΣDex（N）时，在到上次为止的循环时间中得到的累计值ΣDex（N－1）减少。评价值D（N）是对高速率劣化进行评价的值，但高速率劣化有时在特定的条件下得到缓和。高速率劣化被认为是因离子浓度极端地偏移而发生的，因此，若离子浓度的偏移缓和，则高速率劣化也缓和。
在使电池组10的充放电休止时，离子浓度的偏移由于离子的扩散而得到缓和，伴随高速率劣化的电阻上升量减少。使电池组10的充放电休止的时间越长，则离子浓度的偏移越容易得到缓和。另外，有时离子浓度的偏移根据车辆的行驶模式而得到缓和。进而，若在进行了高速率放电之后使用外部电源对电池组10充电，则能够使离子向离子浓度的偏移得到缓和的方向移动。
图7表示使电池组10的充放电休止时的电阻增加率的变化（实验结果）和不使电池组10的充放电休止时的电阻增加率的变化（实验结果）。在图7中，横轴是循环数，纵轴是电阻增加率。电阻增加率是表示处于劣化状态的电池组10的电阻（Rr）相对于处于初始状态的电池组10的电阻（Rini）增加了何种程度的值。例如，电阻增加率能够以两个电阻之比（Rr/Rini）表示。若高速率劣化发展，则电阻增加率上升。
在一次循环中，在通过电池组10的放电使电池组10的SOC从上限值SOC_max变化至下限值SOC_min之后，通过电池组10的充电使电池组10的SOC从下限值SOC_min变化至上限值SOC_max。使电池组10放电时的速率［C］与对电池组10充电时的速率［C］彼此相等。作为放电速率［C］，设定为易于发生高速率劣化的速率［C］。
在不使电池组10的充放电休止时，如图8所示，在刚使电池组10的SOC从上限值SOC_max变化至下限值SOC_min之后，使电池组10的SOC从下限值SOC_min变化至上限值SOC_max。将该处理作为一次循环而反复进行。在到达了预定的循环数时，测定电池组10的电阻（Rr）而求出电阻增加率。此时的电阻增加率的变化在图7中表示为休止时间t_rest为0［小时］时的实验结果。
在使电池组10的充放电休止时，如图9所示，在使电池组10的SOC从上限值SOC_max变化至下限值SOC_min之后，使电池组10的充放电休止预定时间t_rest。在使电池组10的充放电休止之后，使电池组10的SOC从下限值SOC_min变化至上限值SOC_max。将该处理作为一次循环而反复进行。在到达了预定的循环数时，测定电池组10的电阻（Rr）而求出电阻增加率。此时的电阻增加率的变化在图7中表示为休止时间t_rest为4［小时］、12［小时］时的实验结果。
如图7所示，在不使电池组10的充放电休止时，电池组10的电阻增加率易于上升。另一方面，在使电池组10的充放电休止时，电池组10的电阻增加率难以上升。另外，休止时间t_rest越长，则电池组10的电阻增加率越难以上升。这样，可知：通过使电池组10的充放电休止，能够抑制高速率劣化（电阻增加率的上升）。
如上所述，能够在各种条件下缓和高速率劣化。因此，在本实施例中，在累计值ΣDex（N－1）上乘以修正系数a（0＜a＜1），从而考虑高速率劣化的缓和来修正累计值ΣDex（N－1）。修正系数a能够考虑由高速率劣化引起的电阻增加率的上升而预先设定。若使修正系数a接近0，则累计值ΣDex（N－1）在累计值ΣDex（N）中所占的比例减少。另外，若使修正系数a接近1，则累计值ΣDex（N－1）在累计值ΣDex（N）中所占的比例增加。
如后所述，在累计值ΣDex（N）比阈值K大时，电池组10的输出（放电）受到限制。在此，通过使用修正系数a使累计值ΣDex（N－1）减少，能够对累计值ΣDex（N）易于变得比阈值K大进行抑制。
在不使用修正系数修正累计值ΣDex（N－1）时，累计值ΣDex（N）易于到达阈值K。如上所述，高速率劣化通过电池组10的充放电的休止等而得到缓和，在实际的车辆中也存在使电池组10的充放电休止的时间。在不修正累计值ΣDex（N－1）时，相当于不考虑电池组10的充放电的休止等，因此，累计值ΣDex（N）易于到达阈值K，从而有可能过度地限制电池组10的输出。在过度地限制电池组10的输出时，无法使电池组10的输出性能达到最大限度。
根据本实施例，通过考虑高速率劣化的缓和来修正累计值ΣDex（N－1），能够得到反映了实际的电池组10的劣化状态的累计值ΣDex（N）。通过基于该累计值ΣDex（N）控制电池组10的充放电，能够对过度地限制电池组10的输出进行抑制。另外，能够恰当地确保电池组10的输出，能够在利用电池组10的输出使车辆行驶时延长车辆的行驶距离。
在本实施例中，在算出累计值ΣDex（N）时，在评价值D（N）比目标值Dtar－小时，减去评价值D（N）与目标值Dtar－的差量，但不限于此。具体而言，能够仅在评价值D（N）比目标值Dtar＋大时进行累计值ΣDex（N）的计算。在该情况下，每当评价值D（N）比目标值Dtar＋大时，加上评价值D（N）与目标值Dtar＋的差量。在此，累计值ΣDex（N－1）能够如上述那样通过修正系数a进行修正。
在本实施例中，在算出累计值ΣDex（N）时，对评价值D（N）与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量进行累计，但不限于此。具体而言，能够在评价值D（N）比目标值Dtar＋大时加上该评价值D（N），在评价值D（N）比目标值Dtar－小时减去该评价值D（N）。在该情况下，考虑目标值Dtar＋、Dtar－来改变后述的阈值K即可。在此，累计值ΣDex（N－1）能够如上述那样通过修正系数a进行修正。
在步骤S112中，控制器30对累计值ΣDex（N）是否比阈值K大进行判别。阈值K是用于容许高速率劣化的值。在步骤S112中，在累计值ΣDex（N）比阈值K大时前进至步骤S114，否则前进至步骤S113。
阈值K不是固定值，而是根据电池组10（单电池11）的劣化状态、换言之根据电池组10的使用方法来改变。使用图10，对用于决定阈值K的方法进行说明。
在步骤S201中，控制器30取得不进行充放电时的电池组10的温度、进行充放电时的电池组10的温度、和进行充放电时的电池组10的通电量。作为不进行电池组10的充放电的情况，例如，存在使搭载有电池组10的车辆放置的情况。电池组10的温度能够基于温度传感器26的输出来取得。另外，通电量能够基于电流传感器25的输出来取得。
在此，为了取得不进行充放电时的电池组10的温度，例如可以使用为了检测外部气温而预先设置于车辆的温度传感器（与温度传感器26不同）。另外，作为不进行充放电时的电池组10的温度，也可以使用在点火开关刚从断开切换为接通之后的温度传感器26的检测结果。另一方面，在因车辆的停止而不进行电池组10的充放电时，控制器30能够以预定的周期启动而基于温度传感器26的输出来取得电池组10的温度。
在步骤S202中，控制器30基于在步骤S201中取得的信息，对电池组10（单电池11）的材料劣化进行确定（推定）。电池组10（单电池11）的劣化分为高速率劣化和材料劣化。材料劣化（相当于第二劣化成分）是依存于构成单电池11的构件的材料的劣化。另外，材料劣化分为不进行电池组10的充放电时的劣化成分（称为“保存劣化”）和进行电池组10的充放电时的劣化成分（称为“通电劣化”）。
保存劣化能够基于不进行充放电时的电池组10的温度、换言之基于放置车辆时的电池组10的温度来进行确定。只要预先准备表示不进行充放电时的电池组10的温度与保存劣化的对应关系的映射，则能够确定保存劣化。用于确定保存劣化的映射能够预先存储在存储器31中。若发生保存劣化，则电池组10的电阻上升，因此，保存劣化例如能够以电阻增加率来规定。
通电劣化能够基于进行充放电时的电池组10的温度和通电量来进行确定。只要预先准备表示进行充放电时的电池组10的温度及通电量与通电劣化的对应关系的映射，则能够确定通电劣化。用于确定通电劣化的映射能够预先存储在存储器31中。若发生通电劣化，则电池组10的电阻上升，因此，通电劣化例如能够以电阻增加率来规定。若能够确定保存劣化和通电劣化，则能够确定材料劣化。
在步骤S203中，控制器30基于在步骤S202中确定的材料劣化，对用于决定阈值K的高速率劣化的映射进行确定。如图11和图12所示，高速率劣化的映射表示阈值K、进行充放电时的电池组10的温度（在此为平均温度）和电池组10的使用状态（Ah/km）的关系。电池组10的使用状态（Ah/km）是电池组10相对于车辆的行驶距离的充放电量，能够基于行驶距离传感器的输出和电流传感器25的输出来算出。
图11和图12所示的映射是材料劣化彼此不同时的映射。与图11所示的映射对应的材料劣化比与图12所示的映射对应的材料劣化大。由于电池组10（单电池11）的劣化分为材料劣化和高速率劣化，所以若材料劣化变大，则容许高速率劣化的比例变小，阈值K也变小。图11所示的阈值K比图12所示的阈值K小。
例如，在低温环境下，难以发生材料劣化，因此能够增大容许高速率劣化的比例。若根据材料劣化的程度准备多个图11和图12所示的映射，则能够对与在步骤S202中确定的材料劣化对应的映射进行确定。图11和图12所示的映射能够预先存储在存储器31中。
在步骤S204中，控制器30使用在步骤S203中确定的高速率劣化的映射来确定阈值K。具体而言，控制器30取得电池组10的温度和电池组10的使用状态（Ah/km），并确定与电池组10的温度和使用状态（Ah/km）对应的阈值K。该阈值K在图3的步骤S112的处理中使用。
在图3的步骤S113中，控制器30将电池组10的充放电控制中所使用的输出限制值设定为最大值。输出限制值是容许电池组10的放电的上限值（功率［kW］）。控制器30对电池组10的放电进行控制，以使电池组10的输出电力不超过输出限制值。
作为最大值的输出限制值能够预先决定。在对电池组10的输出进行限制时，将输出限制值改变为比最大值小的值。输出限制值能够在最大值与最小值之间变化。作为最小值的输出限制值例如可以定为0［kW］。在该情况下，禁止电池组10放电。
在步骤S114中，控制器30将输出限制值设定为比最大值小的值。越使输出限制值降低，则电池组10的输出越受到限制。控制器30能够根据累计值ΣDex（N）与阈值K的差量来设定使输出限制值相对于最大值减少的量。例如，控制器30能够基于下述式（6）算出输出限制值。
Wout=Wout（MAX）－L×（ΣDex（N）－K）···（6）
在此，Wout表示放电控制中所使用的输出限制值，Wout（MAX）表示输出限制值的最大值。L表示系数。K表示在步骤S112中说明的阈值K。
“L×（ΣDex（N）－K）”的值表示使输出限制值减少的量，能够通过使系数L变化来调整减少量。具体而言，能够考虑车辆的驱动性能来调整减少量。
在步骤S115中，控制器30将与电池组10的放电控制相关的指令发送至变换器23。该指令包含与在步骤S113或步骤S114中设定的输出限制值相关的信息。由此，对电池组10的放电进行控制，以使电池组10的放电功率不超过输出限制值。
在步骤S116中，控制器30将本次的评价值D（N）和累计值ΣDex（N）存储于存储器31。通过将评价值D（N）存储于存储器31，能够监视评价值D（N）的变化。另外，通过将累计值ΣDex（N）存储于存储器31，能够在下次的评价值D（N＋1）超过目标值Dtar＋、Dtar－时更新累计值ΣDex（N）。
在从步骤S110的处理前进至步骤S117的处理时，在步骤S117中，控制器30将评价值D（N）存储于存储器31。由此，能够监视评价值D（N）的变化。
根据本实施例，在累计值ΣDex（N）比阈值K大时，能够通过限制电池组10的放电来抑制由高速率放电引起的电池组10（单电池11）的劣化。另外，在累计值ΣDex（N）到达阈值K之前，将输出限制值设定为最大值不变，因此，能够使用电池组10的输出来发挥驾驶员所要求的车辆的动力性能。
图13是表示伴随评价值D（N）的变化的、累计值ΣDex（N）和输出限制值的变化的图（一例）。
每当评价值D（N）超过目标值Dtar＋、Dtar－时，更新累计值ΣDex（N）。当累计值ΣDex（N）在时刻t11到达阈值K时，改变输出限制值。由此，电池组10的放电进一步受到限制。另外，随着累计值ΣDex（N）变得比阈值K大，输出限制值逐渐变小。另一方面，在累计值ΣDex（N）到达阈值K之前，输出限制值维持为最大值。
在时刻t12，累计值ΣDex（N）变为比阈值K小。由此，输出限制值被设定为最大值。在比时刻t12更靠前的时间段，随着接近时刻t12，输出限制值接近最大值。在从时刻t12到时刻t13的期间，输出限制值被设定为最大值。在时刻t13，累计值ΣDex（N）变为比阈值K大，因此改变输出限制值。并且，随着累计值ΣDex（N）变得比阈值K大，输出限制值变小。
在本实施例中，即使评价值D（N）超过各目标值Dtar＋、Dtar－，也不在该定时改变输出限制值，而是在累计值ΣDex（N）比阈值K大时改变输出限制值。通过进行这样的控制，即使在评价值D（N）超过各目标值Dtar＋、Dtar－之后也能够在输出限制值被设定为最大值的状态下进行电池组10的放电，从而能够确保与驾驶员的要求相应的车辆的动力性能。
另外，根据本实施例，通过对单电池11的材料劣化进行推定，能够确定能容许高速率劣化的范围。并且，通过对与能容许高速率劣化的范围对应的阈值K进行设定，能够在能容许高速率劣化的范围内使电池组10放电。若确保电池组10的放电，则能够确保与驾驶员的要求相应的车辆的动力性能。
在本实施例中，按每个循环时间Δt将评价值D（N）存储在存储器31中，并使用存储于存储器31的上次（之前）的评价值D（N－1）来算出本次的评价值D（N），但不限于此。具体而言，能够基于放电电流值的历史记录来算出评价值D（N）。评价值D（N）根据放电电流值变化而变化，因此，若取得放电电流值的历史记录，则能够算出评价值D（N）。例如，能够仅将放电电流值的历史记录存储在存储器31中，使用放电电流值的历史记录来算出特定的循环时间Δt的评价值D（N）。
在本实施例中，将在图3的步骤S110中使用的目标值Dtar＋、Dtar－设为预先设定的固定值，但不限于此。即，也可以使目标值Dtar＋、Dtar－变化。
具体而言，与本实施例同样地，对材料劣化进行推定来确定能容许高速率劣化的范围。并且，在能容许高速率劣化的范围比预先确定的基准范围小时，能够将目标值Dtar＋、Dtar－设定为比与基准范围对应的目标值Dtar＋、Dtar－小的值。另一方面，在能容许高速率劣化的范围比基准范围大时，能够将目标值Dtar＋、Dtar－设定为比与基准范围对应的目标值Dtar＋、Dtar－大的值。
作为与基准范围对应的目标值Dtar＋、Dtar－，例如，可以设为在本实施例说明的目标值Dtar＋、Dtar－。在改变目标值Dtar＋、Dtar－时，可以使阈值K为固定值。
在减小目标值Dtar＋、Dtar－时，使目标值Dtar＋、Dtar－接近0。通过这样改变目标值Dtar＋、Dtar－，能够增大评价值D（N）与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量。由此，累计值ΣDex（N）易于变得比阈值K大，从而易于限制电池组10的放电。
另一方面，在增大目标值Dtar＋、Dtar－时，向远离0的方向改变目标值Dtar＋、Dtar－。通过这样改变目标值Dtar＋、Dtar－，能够减少评价值D（N）与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量。由此，累计值ΣDex（N）难以变得比阈值K大，也可以不限制电池组10的放电。
实施例2
对作为本发明实施例2的电池系统进行说明。在本实施例的电池系统中，也进行图2和图3所示的处理。在此，本实施例在累计值ΣDex（N）的算出方法（图3的步骤S111的处理）上与实施例1不同。其他的处理与在实施例1中说明的处理相同，因此省略详细的说明。以下，主要针对与实施例1不同之处进行说明。
在本实施例中，基于下述式（7）算出累计值ΣDex（N）。
ΣD ex ( N ) = { a × ΣD ex ( N - 1 ) ( T - Δt ) } + D ex ( N ) Δt T . . . ( 7 )
0＜a＜1
在式（7）中，T是预先确定的期间，能够进行适当设定。a是修正系数，是比0大且比1小的值。ΣDex（N－1）是在到上次为止的循环时间（T－Δt）中对评价值D与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量进行累计而得到的值。Dex（N）是在本次的循环时间（Δt）中得到的评价值D（N）与目标值Dtar＋、Dtar－的差量。
在实施例1中说明的累计值ΣDex（N－1）是持续对评价值D与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量进行累计而得到的值。在本实施例中使用的累计值ΣDex（N－1）是在期间T的期间对评价值D与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量进行累计而得到的值。在本实施例中，对于本次的循环时间，在累计值ΣDex（N）的计算中不使用在期间T之前取得的评价值D与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量。
使用图14，对本实施例的累计值ΣDex（N）的算出方法进行具体说明。图14表示评价值D（N）的变化（一例）与算出累计值ΣDex（N）的期间T的关系。
在图14中，首先，在从时刻t20到时刻t22的期间算出累计值ΣDex（N）。从时刻t20到时刻t22的期间成为期间T。从时刻t21到时刻t22的期间成为本次的循环时间。从时刻t20到时刻t21，算出累计值ΣDex（N－1）。累计值ΣDex（N－1）的算出方法与在实施例1中说明的方法相同。如式（7）所示，在累计值ΣDex（N－1）上乘以修正系数a。
从时刻t21到时刻t22，算出差量Dex（N）。即，首先，对评价值D（N）是否超过了目标值Dtar＋、Dtar－进行判别。在评价值D（N）超过了目标值Dtar＋、Dtar－时，算出评价值D（N）与目标值Dtar＋、Dtar－的差量Dex（N）。若得到累计值ΣDex（N－1）和差量Dex（N），则能够基于式（7）算出累计值ΣDex（N）。
如式（7）所示，在本实施例中，将“a×ΣDex（N－1）（T－Δt）＋Dex（N）Δt”的值除以期间T而得到的时间平均值作为累计值ΣDex（N）。并且，在累计值ΣDex（N）比阈值K大时，能够与实施例1同样地限制电池组10的放电。在本实施例中使用的阈值K与在实施例1说明的阈值K不同，是与期间T对应的值。
当本次的循环时间在时刻t22结束时，在从时刻t23到时刻t25的期间进行累计值ΣDex（N）的计算。时刻t23是从时刻t20经过了一次循环时间Δt后的时刻。时刻t24是与时刻t22相同的时刻。时刻t25是从时刻t24经过了一次循环时间Δt后的时刻。从时刻t24到时刻t25的期间成为本次的循环时间。
在从时刻t23到时刻t25的期间内算出的累计值ΣDex（N）成为将“a×ΣDex（N－1）（T－Δt）＋Dex（N）Δt”的值除以期间T而得到的时间平均值。并且，在累计值ΣDex（N）比阈值大时，与实施例1同样地限制电池组10的放电。
当本次的循环时间在时刻t25结束时，在从时刻t26到时刻t28的期间进行累计值ΣDex（N）的计算。时刻t26是从时刻t23经过了一次循环时间Δt后的时刻。时刻t27是与时刻t25相同的时刻。时刻t28是从时刻t27经过了一次循环时间Δt后的时刻。从时刻t27到时刻t28的期间成为本次的循环时间。
在从时刻t26到时刻t28的期间算出的累计值ΣDex（N）成为将“a×ΣDex（N－1）（T－Δt）＋Dex（N）Δt”的值除以期间T而得到的时间平均值。并且，在累计值ΣDex（N）比阈值大时，与实施例1同样地限制电池组10的放电。
如在实施例1中说明的那样，高速率劣化由于电池组10的充放电的休止等而得到缓和。因此，在比当前的循环时间提前期间T以上的时刻，即使评价值D超过了目标值Dtar＋、Dtar－，该评价值D也难以在评价高速率劣化的方面产生影响。因此，在本实施例中，仅使用在最近的期间T的期间内取得的评价值D来算出累计值ΣDex（N）。
由此，能够得到考虑了高速率劣化的缓和的累计值ΣDex（N），能够根据不被缓和的高速率劣化来限制电池组10的放电。在也使用难以在评价高速率劣化的方面产生影响的过去的评价值D来算出累计值ΣDex（N）时，累计值ΣDex（N）易于变得比阈值K大，从而有可能过度地限制电池组10的放电。在本实施例中，在累计值ΣDex（N）的计算中不使用过去的评价值D，因此，能够根据累计值ΣDex（N）来对过度地限制电池组10的放电进行抑制。
如图14所示，评价值D随着时间而变动，因此，评价值D与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量也随着时间而变动。若评价值D与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量变动，则“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值也变动。因此，“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值有时会暂时性地上升或暂时性地降低。在对“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值和阈值K进行比较时，有时“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值会暂时性地增加而变得比阈值K大。在该情况下，电池组10的放电会受到限制。
在本实施例中，将“a×ΣDex（N－1）（T－Δt）＋Dex（N）Δt”的值除以期间T而得到的时间平均值作为累计值ΣDex（N）。通过使用作为时间平均值的累计值ΣDex（N），能够在期间T的期间中使“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值分散。由此，能够对“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值暂时性地增加而变得比阈值K大的情况进行抑制，能够对过度地限制电池组10的放电进行抑制。
在图15中，将“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值作为累计值ΣDex（N）来示出“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值的变化（一例）。在对“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值和阈值K进行比较时，在“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值比阈值K大的时刻，电池组10的放电会受到限制。
另一方面，在本实施例中，将“a×ΣDex（N－1）（T－Δt）＋Dex（N）Δt”的值除以期间T而得到的时间平均值作为累计值ΣDex（N），并对该时间平均值和阈值K进行比较。通过使用时间平均值，有时，即使“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值变得暂时比阈值K大，时间平均值也不会比阈值K大。由此，能够对时间平均值变得比阈值K大的情况进行抑制，能够对过度地限制电池组10的放电进行抑制。
在本实施例中，如式（7）所示，在累计值ΣDex（N－1）上乘以修正系数a（0＜a＜1），但也可以不乘以修正系数a。即，可以在最近的期间T中对评价值D与各目标值Dtar＋、Dtar－的差量进行累计，将累计值除以期间T而得到的时间平均值作为累计值ΣDex（N）来使用。
在实施例1中，基于式（5）来算出累计值ΣDex（N），考虑了过去的所有评价值D。在此，可以如本实施例这样仅考虑在最近的期间T得到的评价值D来算出累计值ΣDex（N）。即，能够将在本实施例中说明的“a×ΣDex（N－1）＋Dex（N）”的值作为累计值ΣDex（N）。

Claims (12)

1.一种非水二次电池的控制装置，对非水二次电池的放电进行控制，以使得所述非水二次电池的放电功率不超过上限值，所述控制装置的特征在于，具有：
电流传感器，其对所述非水二次电池的充放电时的电流值进行检测；和
控制器，其根据使用所述电流传感器检测出的放电状态来算出用于评价第一劣化成分的评价值，在对超过目标值的所述评价值进行累计而得到的值超过阈值时使所述上限值降低，所述第一劣化成分是伴随由所述非水二次电池的放电引起的电解质中的离子浓度的偏移而使所述非水二次电池的输出性能降低的成分，
所述控制器对第二累计值是否超过了所述阈值进行判别，所述第二累计值是对通过修正系数使第一累计值减少后的值和超过所述目标值的当前的所述评价值进行累计而得到的值，所述第一累计值是对超过所述目标值的过去的所述评价值进行累计而得到的值。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述修正系数是比0大且比1小的值，
所述控制器对在所述第一累计值上乘以所述修正系数而得到的值和超过所述目标值的当前的所述评价值进行累计来算出所述第二累计值。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
所述控制器在最近的预定期间内算出所述第二累计值。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
所述控制器将在最近的所述预定期间内算出的所述第二累计值除以所述预定期间而算出时间平均值，对所述时间平均值是否超过了所述阈值进行判别。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述控制器在所述评价值比正的所述目标值大时加上所述正的目标值与所述评价值的差量，在所述评价值比负的所述目标值小时减去所述负的目标值与所述评价值的差量，由此算出所述第一累计值和所述第二累计值。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述控制器改变所述阈值，以使得：第二劣化成分越大，则到达到所述阈值为止的所述第二累计值的增加量越小，并且，所述第二劣化成分越小，则到达到所述阈值为止的所述第二累计值的增加量越大，第二劣化成分表示对所述非水二次电池的充放电起作用的构成材料的劣化。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，
具有存储器，所述存储器与所述第二劣化成分相应地存储用于确定所述阈值的映射，
所述控制器使用所述非水二次电池的温度和通电量来推定所述第二劣化成分，
使用存储于所述存储器的多个所述映射中与推定出的所述第二劣化成分对应的所述映射来确定所述阈值。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述非水二次电池输出车辆的行驶所使用的能量。
9.一种非水二次电池的控制方法，对非水二次电池的放电进行控制，以使得所述非水二次电池的放电功率不超过上限值，所述控制方法的特征在于，
使用电流传感器来对所述非水二次电池的充放电时的电流值进行检测，
根据使用所述电流传感器检测出的放电状态来算出用于评价第一劣化成分的评价值，所述第一劣化成分是伴随由所述非水二次电池的放电引起的电解质中的离子浓度的偏移而使所述非水二次电池的输出性能降低的成分，
对第二累计值是否超过了阈值进行判别，所述第二累计值是对通过修正系数使第一累计值减少后的值和超过目标值的当前的所述评价值进行累计而得到的值，所述第一累计值是对超过所述目标值的过去的所述评价值进行累计而得到的值，
在所述第二累计值超过了所述阈值时使所述上限值降低。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，
所述修正系数是比0大且比1小的值，
对在所述第一累计值上乘以所述修正系数而得到的值和超过所述目标值的当前的所述评价值进行累计来算出所述第二累计值。
11.根据权利要求9或10所述的控制方法，其特征在于，
在最近的预定期间内算出所述第二累计值。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，
将在最近的所述预定期间内算出的所述第二累计值除以所述预定期间来算出时间平均值，
对所述时间平均值是否超过了所述阈值进行判别，
在所述时间平均值超过了所述阈值时使所述上限值降低。
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