JP2007053058A - 二次電池の内圧推定装置及びそれを備えた二次電池の充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の内圧の推定精度を向上させる。
【解決手段】二次電池の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに基づいて内圧特性の経時変化速度Ｖが算出され（Ｓ１０７）、内圧特性の経時変化速度Ｖを積算することで内圧特性の経時変化指数Ｘが算出される（Ｓ１０８）。二次電池の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに基づいて内圧上昇指数Ｕ及び内圧低下指数Ｄがそれぞれ算出され（Ｓ１０９）、内圧上昇指数Ｕと内圧低下指数Ｄの和により内圧変化速度Ｙが算出される（Ｓ１１０）。そして、内圧変化速度Ｙを積算することで二次電池の内圧Ｐが算出される（Ｓ１１１）。
【選択図】図４

Description

本発明は、充放電可能な二次電池の内圧を推定する二次電池の内圧推定装置、及びそれを備えた二次電池の充電制御装置に関する。

充放電可能な二次電池の内圧を推定する関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１においては、二次電池の電池残存容量（ＳＯＣ：State of Charge）と電流と温度に基づいて二次電池の内圧を推定している。より具体的には、二次電池のＳＯＣと電流と温度に対する内圧の特性マップを予め求めて記憶しておき、この特性マップを用いて二次電池の内圧を推定している。

また、その他の背景技術として、下記特許文献２，３による二次電池の残容量推定装置、及び下記特許文献４〜６による二次電池の充電制御装置が開示されている。

特開２００２−２７６８１号公報 特開平７−２６３０３３号公報 特開平７−６３８３１号公報 特開平５−１５２０００号公報 特開平５−１５２００３号公報 特表２０００−５０４４７７号公報

二次電池の内圧は、電池内部でのガス発生に起因する。このガス発生速度は、二次電池のＳＯＣと電流と温度に依存して変化するため、二次電池のＳＯＣと電流と温度に基づいて二次電池の内圧を推定することが可能である。しかし、電池内部でのガス発生速度は、同じＳＯＣ、電流、温度でも経時的に変化する。さらに、電池内部で発生したガスは、時間の経過とともに電極に吸収されたり、ガスの化学反応により減少する。このように、二次電池の内圧挙動は、電池内部でのガスの発生と減少のバランスにより決定され、経時的に変化する。

特許文献１においては、二次電池のＳＯＣと電流と温度に対する内圧の特性マップを用いて二次電池の内圧を推定している。しかし、この特性マップにおいては、ガス発生速度が同じＳＯＣ、電流、温度でも経時的に変化することや、時間経過とともに減少したガス量については何ら考慮されていない。そのため、二次電池の内圧の推定精度が低下してしまうという問題点がある。

本発明は、二次電池の内圧の推定精度を向上させることができる二次電池の内圧推定装置及びそれを備えた二次電池の充電制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る二次電池の内圧推定装置及びそれを備えた二次電池の充電制御装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る二次電池の内圧推定装置は、充放電可能な二次電池の内圧を推定する二次電池の内圧推定装置であって、二次電池の内圧に影響を与える二次電池の物理量を検出または推定する物理量検出部と、物理量検出部で検出または推定された物理量に基づいて前記物理量に対する二次電池の内圧特性の変化を表す指数である特性変化指数を算出する特性変化指数算出部と、物理量検出部で検出または推定された物理量と特性変化指数算出部で算出された特性変化指数とに基づいて二次電池の内圧を推定する内圧推定部と、を備えることを要旨とする。

本発明の一態様では、特性変化指数算出部は、物理量検出部で検出または推定された物理量に基づいて前記物理量に対する二次電池の内圧特性の変化速度を算出し、該算出した内圧特性の変化速度に基づいて前記特性変化指数を算出することが好適である。この態様では、前記物理量と前記内圧特性の変化速度との関係を記憶する内圧変化特性記憶部を備え、特性変化指数算出部は、内圧変化特性記憶部に記憶された関係において、物理量検出部で検出または推定された物理量に対応する内圧特性の変化速度を算出することが好適である。

本発明の一態様では、内圧推定部は、物理量検出部で検出または推定された物理量と特性変化指数算出部で算出された特性変化指数とに基づいて二次電池におけるガス発生状態及びガス減少状態をそれぞれ推定し、該推定したガス発生状態及びガス減少状態に基づいて二次電池の内圧を推定することが好適である。この態様では、前記物理量及び前記特性変化指数と、前記ガス発生状態を表す指数であるガス発生指数との関係を記憶するガス発生特性記憶部を備え、内圧推定部は、ガス発生特性記憶部に記憶された関係において、物理量検出部で検出または推定された物理量及び特性変化指数算出部で算出された特性変化指数に対応するガス発生指数を算出することが好適である。また、この態様では、前記物理量及び前記特性変化指数と、前記ガス減少状態を表す指数であるガス減少指数との関係を記憶するガス減少特性記憶部を備え、内圧推定部は、ガス減少特性記憶部に記憶された関係において、物理量検出部で検出または推定された物理量及び特性変化指数算出部で算出された特性変化指数に対応するガス減少指数を算出することが好適である。また、この態様では、内圧推定部は、前記推定したガス発生状態及びガス減少状態に基づいて二次電池の内圧変化速度を推定し、該推定した内圧変化速度に基づいて二次電池の内圧を推定することが好適である。

また、本発明に係る二次電池の内圧推定装置は、充放電可能な二次電池の内圧を推定する二次電池の内圧推定装置であって、二次電池の内圧に影響を与える二次電池の物理量を検出または推定する物理量検出部と、物理量検出部で検出または推定された物理量に基づいて二次電池の内圧上昇状態を表す指数である内圧上昇指数を算出する内圧上昇指数算出部と、内圧上昇指数算出部で算出された過去の設定時間における内圧上昇指数に基づいて二次電池の内圧を推定する内圧推定部と、を備えることを要旨とする。

本発明の一態様では、前記物理量と前記内圧上昇指数との関係を記憶する内圧上昇特性記憶部を備え、内圧上昇指数算出部は、内圧上昇特性記憶部に記憶された関係において、物理量検出部で検出または推定された物理量に対応する内圧上昇指数を算出することが好適である。

本発明の一態様では、前記物理量は、二次電池の電池残存容量と電流と温度の少なくとも１つ以上を含むことが好適である。

また、本発明に係る二次電池の内圧推定装置は、充放電可能な二次電池の内圧を推定する二次電池の内圧推定装置であって、二次電池におけるガス発生状態及びガス減少状態に影響を与える二次電池の物理量を検出または推定する物理量検出部と、物理量検出部で検出または推定された物理量に基づいて二次電池におけるガス発生状態及びガス減少状態をそれぞれ推定し、該推定したガス発生状態及びガス減少状態に基づいて二次電池の内圧を推定する内圧推定部と、を備えることを要旨とする。

また、本発明に係る二次電池の充電制御装置は、充放電可能な二次電池の内圧を推定する内圧推定装置を備え、内圧推定装置で推定された二次電池の内圧に基づいて二次電池の充電制御を行う二次電池の充電制御装置であって、前記内圧推定装置が、本発明に係る二次電池の内圧推定装置であることを要旨とする。

本発明によれば、二次電池の内圧に影響を与える物理量に加えてこの物理量に対する二次電池の内圧特性の変化も考慮して二次電池の内圧を推定することができるので、二次電池の内圧の推定精度を向上させることができる。

また、本発明によれば、二次電池内部でのガスの発生と減少のバランスを考慮して二次電池の内圧を推定することができるので、二次電池の内圧の推定精度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池の内圧推定装置を備えた駆動システムの概略構成を示す図である。本実施形態の駆動システムは、充放電可能な二次電池１２と、二次電池１２の蓄電電力を用いて駆動可能な負荷１４と、二次電池１２の内圧（セル内部圧力）Ｐを推定するとともに装置全体をコントロールする電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０とを備える。なお、ここでの二次電池１２の内圧Ｐは、二次電池１２のセル内部におけるガス圧力を意味する。

二次電池１２は、例えばニッケル水素電池として構成されている。負荷１４は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるインバータ及び電動機からなる構成やインバータ及び発電機からなる構成（図２ａ参照）、二つのインバータを並列に接続して各インバータに各々電動機と発電機とを接続した構成（図２ｂ参照）等が該当する。ただし、ここでの負荷１４は、これら電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電動機や発電機に限られず、二次電池１２からの電力を用いて駆動する電気機器等であってもよい。

本実施形態では、二次電池１２の内圧Ｐを推定するために、電流センサ１６、電圧センサ１８、及び温度センサ２０が設けられている。電流センサ１６は、二次電池１２に接続される電力ラインに設置されており、二次電池１２の充放電電流Ｉを検出する。電圧センサ１８は、二次電池１２に並列に接続されており、二次電池１２の電圧Ｖを検出する。温度センサ２０は、二次電池１２に設置されており、二次電池１２の温度Ｔを検出する。

電子制御ユニット３０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、入出力ポートとを備える。この電子制御ユニット３０には、電流センサ１６からの二次電池１２の電流Ｉを示す信号、電圧センサ１８からの二次電池１２の電圧Ｖを示す信号、及び温度センサ２０からの二次電池１２の温度Ｔを示す信号等が入力ポートを介して入力されている。一方、電子制御ユニット３０からは、負荷１４の駆動状態、すなわち二次電池１２の充放電状態を制御するための駆動制御信号等が出力ポートを介して出力されている。

電子制御ユニット３０は、例えば図３に示す機能ブロック図により構成することができる。電子制御ユニット３０は、以下に説明する物理量取得部３２、特性変化指数算出部３６、内圧推定部３８、特性記憶部４０、及び充放電制御部４２を備える。

物理量取得部３２は、二次電池１２の内圧Ｐに影響を与える二次電池１２の物理量を取得する。ここで、二次電池１２の内圧挙動は、電池内部でのガス発生速度とガス減少速度のバランスにより決定される。このガス発生速度及びガス減少速度は、二次電池１２の電池残存容量（充電状態）ＳＯＣと電流Ｉと温度Ｔに依存して変化するため、二次電池１２の充電状態ＳＯＣと電流Ｉと温度Ｔに基づいて二次電池の内圧Ｐを推定することができる。そこで、物理量取得部３２は、二次電池１２の内圧Ｐに影響を与える二次電池１２の物理量として、二次電池１２の電流Ｉと温度Ｔと電池残存容量（充電状態）ＳＯＣを取得する。二次電池１２の電流Ｉは、電流センサ１６からの信号により検出することができ、二次電池１２の温度Ｔは、温度センサ２０からの信号により検出することができる。そして、二次電池１２の充電状態ＳＯＣは、例えば電流センサ１６からの信号、電圧センサ１８からの信号、及び温度センサ２０からの信号を用いて推定することができる。

特性変化指数算出部３６は、二次電池１２の物理量（電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣ）に対する二次電池１２の内圧Ｐの特性の経時変化を表す指数（以下、内圧特性の経時変化指数とする）Ｘを算出する。ここで、二次電池１２のガス発生速度及びガス減少速度の特性、すなわち二次電池１２の内圧Ｐの特性は、同じ充電状態ＳＯＣ、電流Ｉ、温度Ｔでも経時的に変化する。その要因としては、正極と負極のＳＯＣのバランス変化（リザーブ）や、正負極の活物質の物性変化（メモリ）や、電池ケースを透過するガス量等が挙げられる。そして、これらの要因のそれぞれは、二次電池１２の電池残存容量ＳＯＣと電流Ｉと温度Ｔに依存する。そこで、特性変化指数算出部３６は、物理量取得部３２で検出または推定された二次電池１２の物理量（電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣ）に基づいて内圧特性の経時変化指数Ｘを算出する。より具体的には、特性変化指数算出部３６は、二次電池１２の電流Ｉと温度Ｔと電池残存容量ＳＯＣに基づいて、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対する内圧Ｐの特性の経時変化速度Ｖを算出し、この算出した内圧特性の経時変化速度Ｖの積分値（累積値）を算出することで内圧特性の経時変化指数Ｘを算出する。

内圧推定部３８は、二次電池１２におけるガス発生状態及びガス減少状態をそれぞれ推定し、この推定したガス発生状態及びガス減少状態に基づいて二次電池１２の内圧Ｐを推定する。より具体的には、内圧推定部３８は、物理量取得部３２で検出または推定された二次電池１２の物理量（電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣ）と、特性変化指数算出部３６で算出された内圧特性の経時変化指数Ｘとに基づいて、ガス発生状態すなわち内圧上昇状態を表す指数（以下、内圧上昇指数とする）Ｕと、ガス減少状態すなわち内圧低下状態を表す指数（以下、内圧低下指数とする）Ｄとをそれぞれ算出する。そして、内圧推定部３８は、内圧上昇指数Ｕ及び内圧低下指数Ｄに基づいて二次電池１２の内圧変化速度Ｙを算出し、この算出した内圧変化速度Ｙに基づいて二次電池１２の内圧Ｐを推定する。

特性記憶部４０は、二次電池１２の内圧Ｐの推定に用いる特性マップを記憶する。ここでは、以下に説明する残存容量特性マップ、内圧変化特性マップ、ガス発生特性マップ、及びガス減少特性マップが予め記憶されている。残存容量特性マップは、二次電池１２の温度Ｔ及び電圧Ｖと、電池残存容量ＳＯＣとの関係を表す。内圧変化特性マップは、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣと、内圧特性の経時変化速度Ｖとの関係を表す。ガス発生特性マップは、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘと、内圧上昇指数Ｕとの関係を表す。ガス減少特性マップは、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘと、内圧低下指数Ｄとの関係を表す。ここでの各特性マップについては、例えば実験的に求めることができる。内圧特性の経時変化速度Ｖの特性すなわち内圧変化特性マップについては、電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対する内圧Ｐの変化速度の特性を実験的に測定することで求めることができる。内圧上昇指数Ｕの特性すなわちガス発生特性マップについては、電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに対する二次電池１２のガス発生速度の特性を実験的に測定することで求めることができる。そのため、内圧上昇指数Ｕは、二次電池１２のガス発生速度を表す。内圧低下指数Ｄの特性すなわちガス減少特性マップについては、電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに対する二次電池１２のガス減少速度の特性を実験的に測定することで求めることができる。そのため、内圧低下指数Ｄは、二次電池１２のガス低下速度を表す。

充放電制御部４２は、内圧推定部３８で推定された二次電池１２の内圧Ｐに基づいて負荷１４の駆動状態を制御することで二次電池１２の充放電状態を制御する。例えば、充放電制御部４２は、二次電池１２の内圧Ｐが閾値ＰＴよりも高い場合は、二次電池１２の充電を行わないように負荷１４の駆動制御を行うこともできる。また、充放電制御部４２は、負荷１４の回生電力により二次電池１２の充電を行う場合は、二次電池１２の内圧Ｐに基づいて二次電池１２の充電電力の上限値を設定し、二次電池１２の充電電力がこの上限値を超えないように二次電池１２の充電制御（負荷１４の駆動制御）を行うこともできる。

次に、本実施形態の駆動システムの動作、特に、二次電池１２の内圧Ｐを推定する処理について説明する。図４は、電子制御ユニット３０により実行される二次電池１２の内圧推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

この内圧推定ルーチンが実行されると、まずステップＳ１０１において、二次電池１２の内圧Ｐの初期値（初期内圧）Ｐｏが内圧推定部３８にて設定される。ここでの初期内圧Ｐｏについては、予め実験的に求めておくこともできるし、設計値を用いることもできる。そして、ステップＳ１０２では、内圧特性の経時変化指数Ｘの初期値が特性変化指数算出部３６にて設定される。ここでの経時変化指数Ｘの初期値は０に設定される。

次にステップＳ１０３では、二次電池１２の温度Ｔ及び電圧Ｖのデータが物理量取得部３２にて取得される。そして、ステップＳ１０４では、二次電池１２の電池残存容量（充電状態）ＳＯＣが物理量取得部３２にて推定される。ここでは、二次電池１２の温度Ｔ及び電圧Ｖに対する電池残存容量ＳＯＣの特性を表す残存容量特性マップが特性記憶部４０から読み出される。そして、この残存容量特性マップにおいて、ステップＳ１０３で取得された二次電池１２の温度Ｔ及び電圧Ｖに対応する電池残存容量ＳＯＣが算出される。

以下に説明するステップＳ１０５〜Ｓ１１１の処理は、所定演算周期ｔ１おきに繰り返して実行される。ステップＳ１０５では、二次電池１２の温度Ｔ、電流Ｉ、及び電圧Ｖのデータが物理量取得部３２にて取得される。次にステップＳ１０６では、二次電池１２の電池残存容量（充電状態）ＳＯＣが物理量取得部３２にて推定される。ここでは、ステップＳ１０４で推定された電池残存容量ＳＯＣを初期値として、ステップＳ１０５で取得された二次電池１２の電流Ｉを積算することで、電池残存容量ＳＯＣが算出される。すなわち、以下の（１）式に従って、電池残存容量ＳＯＣが所定演算周期ｔ１おきに更新される。（１）において、ＳＯＣ(ｎ)及びＩ(ｎ)は現時刻ｎでの電池残存容量及び電流をそれぞれ表し、ＳＯＣ(ｎ−１)は前回算出された電池残存容量を表す。

ＳＯＣ(ｎ)＝ＳＯＣ(ｎ−１)＋Ｉ(ｎ)×ｔ１ （１）

次にステップＳ１０７では、内圧特性の経時変化速度Ｖが特性変化指数算出部３６にて算出される。ここでは、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対する内圧特性の経時変化速度Ｖの特性を表す内圧変化特性マップが特性記憶部４０から読み出される。そして、この内圧変化特性マップにおいて、ステップＳ１０５，Ｓ１０６で取得された二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対応する内圧特性の経時変化速度Ｖが算出される。次にステップＳ１０８では、内圧特性の経時変化指数Ｘが特性変化指数算出部３６にて算出される。ここではステップＳ１０７で算出された内圧特性の経時変化速度Ｖを積算することで、内圧特性の経時変化指数Ｘが算出される。すなわち、以下の（２）式に従って、内圧特性の経時変化指数Ｘが所定演算周期ｔ１おきに更新される。（２）において、Ｘ(ｎ)及びＶ(ｎ)は現時刻ｎでの内圧特性の経時変化指数及び経時変化速度をそれぞれ表し、Ｘ(ｎ−１)は前回算出された内圧特性の経時変化指数を表す。

Ｘ(ｎ)＝Ｘ(ｎ−１)＋Ｖ(ｎ)×ｔ１ （２）

次にステップＳ１０９では、内圧上昇指数（ガス発生速度）Ｕ及び内圧低下指数（ガス低下速度）Ｄが内圧推定部３８にてそれぞれ算出される。ここでは、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに対する内圧上昇指数Ｕの特性を表すガス発生特性マップが特性記憶部４０から読み出される。そして、このガス発生特性マップにおいて、ステップＳ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０８で取得された二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに対応する内圧上昇指数Ｕが算出される。さらに、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに対する内圧低下指数Ｄの特性を表すガス減少特性マップが特性記憶部４０から読み出される。そして、このガス減少特性マップにおいて、ステップＳ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０８で取得された二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに対応する内圧低下指数Ｄが算出される。次にステップＳ１１０では、二次電池１２の内圧変化速度Ｙが内圧推定部３８にて推定される。ここでは、以下の（３）式に従って、二次電池１２の内圧変化速度Ｙが算出される。すなわち、内圧上昇指数Ｕと内圧低下指数Ｄの和により内圧変化速度Ｙが算出される。

Ｙ＝Ｕ＋Ｄ （３）

次にステップＳ１１１では、二次電池１２の内圧Ｐが内圧推定部３８にて推定される。ここでは、ステップＳ１０１で設定された内圧Ｐ＝Ｐｏを初期値として、ステップＳ１１０で推定された内圧変化速度Ｙを積算することで、二次電池１２の内圧Ｐが算出される。すなわち、以下の（４）式に従って、二次電池１２の内圧Ｐが所定演算周期ｔ１おきに更新される。（４）において、Ｐ(ｎ)及びＹ(ｎ)は現時刻ｎでの二次電池１２の内圧及び内圧変化速度をそれぞれ表し、Ｐ(ｎ−１)は前回算出された二次電池１２の内圧を表す。そして、ステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５〜Ｓ１１１の処理が所定演算周期ｔ１おきに繰り返して実行される。

Ｐ(ｎ)＝Ｐ(ｎ−１)＋Ｙ(ｎ)×ｔ１ （４）

以上説明した本実施形態では、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対する内圧Ｐの特性の経時変化を表す指数（内圧特性の経時変化指数）Ｘを算出する。そして、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに基づいて、二次電池１２の内圧Ｐを推定している。二次電池１２の内圧挙動は同じ電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣでも経時的に変化するが、本実施形態では、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに加えて二次電池１２の内圧特性の経時変化も考慮して二次電池１２の内圧Ｐを推定することができる。したがって、二次電池１２の内圧Ｐの推定精度を向上させることができる。そして、この推定精度が向上した二次電池１２の内圧Ｐに基づいて二次電池１２の充電状態を制御することで、二次電池１２の充電制御をより適切に行うことができる。その結果、より確実な電池保護と電池使用幅の拡大を両立することができる。

さらに、本実施形態では、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対する内圧特性の経時変化速度Ｖの特性を表す内圧変化特性マップを用いて内圧特性の経時変化速度Ｖを算出し、この内圧特性の経時変化速度Ｖに基づいて内圧特性の経時変化指数Ｘを算出することで、二次電池１２の内圧特性の経時変化を精度よく推定することができる。

また、本実施形態では、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、電池残存容量ＳＯＣ、及び内圧特性の経時変化指数Ｘに基づいて内圧上昇指数（ガス発生速度）Ｕ及び内圧低下指数（ガス減少速度）Ｄをそれぞれ算出し、内圧上昇指数Ｕ及び内圧低下指数Ｄに基づいて二次電池１２の内圧Ｐを推定している。二次電池１２の内圧挙動は電池内部でのガスの発生と減少のバランスにより決定されるが、本実施形態では、電池内部でのガスの発生と減少のバランスを考慮して二次電池１２の内圧Ｐを推定することができるので、二次電池１２の内圧Ｐの推定精度を向上させることができる。

「実施形態２」
図５は、本発明の実施形態２に係る二次電池の内圧推定装置の概略構成を示す図であり、電子制御ユニット３０の機能ブロック図を示す。電子制御ユニット３０は、以下に説明する物理量取得部３２、内圧上昇指数算出部３４、内圧推定部３８、特性記憶部４０、及び充放電制御部４２を備える。

物理量取得部３２及び充放電制御部４２については実施形態１と同様であるため説明を省略する。内圧上昇指数算出部３４は、物理量取得部３２で検出または推定された二次電池１２の物理量（電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣ）に基づいて、二次電池１２のガス発生状態すなわち内圧上昇状態を表す指数（以下、内圧上昇指数とする）Ｗを算出する。内圧推定部３８は、内圧上昇指数算出部３４で算出された過去の設定時間における内圧上昇指数Ｗに基づいて二次電池１２の内圧Ｐを推定する。

特性記憶部４０には、二次電池１２の内圧Ｐの推定に用いる特性マップとして、残存容量特性マップ及び内圧上昇特性マップが予め記憶されている。残存容量特性マップについては実施形態１と同様であるため説明を省略する。内圧上昇特性マップは、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣと、内圧上昇指数Ｗとの関係を表す。ここでの内圧上昇指数Ｗの特性すなわち内圧上昇特性マップについては、例えば電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対する二次電池１２のガス発生速度の特性を実験的に測定することで求めることができる。そのため、内圧上昇指数Ｗは、二次電池１２のガス発生速度を表す。

なお、駆動システムの全体構成等の他の構成については実施形態１と同様であるため説明を省略する。

次に、本実施形態の駆動システムの動作、特に、二次電池１２の内圧Ｐを推定する処理について説明する。図６は、電子制御ユニット３０により実行される二次電池１２の内圧推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

この内圧推定ルーチンが実行されると、まずステップＳ２０１において、二次電池１２の温度Ｔ及び電圧Ｖのデータが物理量取得部３２にて取得される。そして、ステップＳ２０２では、実施形態１のステップＳ１０４と同様に、二次電池１２の電池残存容量（充電状態）ＳＯＣが物理量取得部３２にて推定される。

以下に説明するステップＳ２０３〜Ｓ２０６の処理は、所定演算周期ｔ１おきに繰り返して実行される。ステップＳ２０３では、二次電池１２の温度Ｔ、電流Ｉ、及び電圧Ｖのデータが物理量取得部３２にて取得される。次にステップＳ２０４では、実施形態１のステップＳ１０６と同様に、二次電池１２の電池残存容量（充電状態）ＳＯＣが物理量取得部３２にて推定される。

次にステップＳ２０５では、内圧上昇指数（ガス発生速度）Ｗが内圧上昇指数算出部３４にて算出される。ここでは、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対する内圧上昇指数Ｗの特性を表す内圧上昇特性マップが特性記憶部４０から読み出される。そして、この内圧上昇特性マップにおいて、ステップＳ２０３，２０４で取得された二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに対応する内圧上昇指数Ｗが算出される。

次にステップＳ２０６では、二次電池１２の内圧Ｐが内圧推定部３８にて推定される。ここでは、ステップＳ２０５で算出された内圧上昇指数Ｗを積算することで二次電池１２の内圧Ｐが算出され、以下の（５）、（６）、（７）式でそれぞれ表されるＰ１，Ｐ２，Ｐ３の中で最も大きい値が二次電池１２の内圧Ｐとして算出される。（５）〜（７）式において、ｔ０は現時刻を表す。Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は内圧上昇を考慮する時間として設定され、Ｙ１＞Ｙ２＞Ｙ３＞０の関係が成立している。また、ここでは二次電池１２の電流Ｉに応じて内圧上昇指数Ｗの積算時間を変更することも可能である。そして、ステップＳ２０３に戻り、ステップＳ２０３〜Ｓ２０６の処理が所定演算周期ｔ１おきに繰り返して実行される。

以上説明した本実施形態では、二次電池１２の電流Ｉ、温度Ｔ、及び電池残存容量ＳＯＣに基づいて、二次電池１２のガス発生速度を表す指数（内圧上昇指数）Ｗを算出する。そして、過去の設定時間における内圧上昇指数Ｗの積算値を算出することで、二次電池１２の内圧Ｐを推定している。電池内部で発生したガスは時間経過とともに電極に吸収されたりガスの化学反応により減少するが、本実施形態では、電池内部で発生したガス量と時間経過とともに減少したガス量の両方を考慮して二次電池１２の内圧Ｐを推定することができる。したがって、二次電池１２の内圧Ｐの推定精度を向上させることができる。さらに、実施形態１と比較して、二次電池１２の内圧Ｐの推定に用いる特性マップの数を減らすことができる。

各実施形態では、二次電池１２の内圧Ｐに影響を与える物理量として、二次電池１２の電流Ｉと温度Ｔと電池残存容量ＳＯＣの少なくとも１つ以上を検出または推定することも可能である。ただし、二次電池１２の内圧Ｐに影響を与える物理量として、二次電池１２の電流Ｉと温度Ｔと電池残存容量ＳＯＣを検出または推定する方が、二次電池１２の内圧Ｐの推定精度をより向上させることができる。

また、以上の説明では、二次電池１２がニッケル水素電池であるものとした。ただし、各実施形態では、二次電池１２はニッケル水素電池に限定されるものではなく、例えば二次電池１２がニッケルカドミウム電池等であってもよい。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

実施形態１に係る二次電池の内圧推定装置を備えた駆動システムの概略構成を示す図である。 駆動システムの一例を示す図である。 駆動システムの一例を示す図である。 実施形態１における電子制御ユニットの構成を示すブロック図である。 実施形態１における電子制御ユニットにより実行される二次電池の内圧推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実施形態２における電子制御ユニットの構成を示すブロック図である。 実施形態２における電子制御ユニットにより実行される二次電池の内圧推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１２ 二次電池、１４ 負荷、３０ 電子制御ユニット、３２ 物理量取得部、３４ 内圧上昇指数算出部、３６ 特性変化指数算出部、３８ 内圧推定部、４０ 特性記憶部、４２ 充放電制御部。

Claims (12)

1. 充放電可能な二次電池の内圧を推定する二次電池の内圧推定装置であって、
   二次電池の内圧に影響を与える二次電池の物理量を検出または推定する物理量検出部と、
   物理量検出部で検出または推定された物理量に基づいて前記物理量に対する二次電池の内圧特性の変化を表す指数である特性変化指数を算出する特性変化指数算出部と、
   物理量検出部で検出または推定された物理量と特性変化指数算出部で算出された特性変化指数とに基づいて二次電池の内圧を推定する内圧推定部と、
   を備えることを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
2. 請求項１に記載の二次電池の内圧推定装置であって、
   特性変化指数算出部は、
   物理量検出部で検出または推定された物理量に基づいて前記物理量に対する二次電池の内圧特性の変化速度を算出し、
   該算出した内圧特性の変化速度に基づいて前記特性変化指数を算出することを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
3. 請求項２に記載の二次電池の内圧推定装置であって、
   前記物理量と前記内圧特性の変化速度との関係を記憶する内圧変化特性記憶部を備え、
   特性変化指数算出部は、内圧変化特性記憶部に記憶された関係において、物理量検出部で検出または推定された物理量に対応する内圧特性の変化速度を算出することを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の二次電池の内圧推定装置であって、
   内圧推定部は、
   物理量検出部で検出または推定された物理量と特性変化指数算出部で算出された特性変化指数とに基づいて二次電池におけるガス発生状態及びガス減少状態をそれぞれ推定し、
   該推定したガス発生状態及びガス減少状態に基づいて二次電池の内圧を推定することを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
5. 請求項４に記載の二次電池の内圧推定装置であって、
   前記物理量及び前記特性変化指数と、前記ガス発生状態を表す指数であるガス発生指数との関係を記憶するガス発生特性記憶部を備え、
   内圧推定部は、ガス発生特性記憶部に記憶された関係において、物理量検出部で検出または推定された物理量及び特性変化指数算出部で算出された特性変化指数に対応するガス発生指数を算出することを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
6. 請求項４または５に記載の二次電池の内圧推定装置であって、
   前記物理量及び前記特性変化指数と、前記ガス減少状態を表す指数であるガス減少指数との関係を記憶するガス減少特性記憶部を備え、
   内圧推定部は、ガス減少特性記憶部に記憶された関係において、物理量検出部で検出または推定された物理量及び特性変化指数算出部で算出された特性変化指数に対応するガス減少指数を算出することを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
7. 請求項４〜６のいずれか１に記載の二次電池の内圧推定装置であって、
   内圧推定部は、
   前記推定したガス発生状態及びガス減少状態に基づいて二次電池の内圧変化速度を推定し、
   該推定した内圧変化速度に基づいて二次電池の内圧を推定することを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
8. 充放電可能な二次電池の内圧を推定する二次電池の内圧推定装置であって、
   二次電池の内圧に影響を与える二次電池の物理量を検出または推定する物理量検出部と、
   物理量検出部で検出または推定された物理量に基づいて二次電池の内圧上昇状態を表す指数である内圧上昇指数を算出する内圧上昇指数算出部と、
   内圧上昇指数算出部で算出された過去の設定時間における内圧上昇指数に基づいて二次電池の内圧を推定する内圧推定部と、
   を備えることを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
9. 請求項８に記載の二次電池の内圧推定装置であって、
   前記物理量と前記内圧上昇指数との関係を記憶する内圧上昇特性記憶部を備え、
   内圧上昇指数算出部は、内圧上昇特性記憶部に記憶された関係において、物理量検出部で検出または推定された物理量に対応する内圧上昇指数を算出することを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１に記載の二次電池の内圧推定装置であって、
    前記物理量は、二次電池の電池残存容量と電流と温度の少なくとも１つ以上を含むことを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
11. 充放電可能な二次電池の内圧を推定する二次電池の内圧推定装置であって、
    二次電池におけるガス発生状態及びガス減少状態に影響を与える二次電池の物理量を検出または推定する物理量検出部と、
    物理量検出部で検出または推定された物理量に基づいて二次電池におけるガス発生状態及びガス減少状態をそれぞれ推定し、該推定したガス発生状態及びガス減少状態に基づいて二次電池の内圧を推定する内圧推定部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の内圧推定装置。
12. 充放電可能な二次電池の内圧を推定する内圧推定装置を備え、内圧推定装置で推定された二次電池の内圧に基づいて二次電池の充電制御を行う二次電池の充電制御装置であって、
    前記内圧推定装置が、請求項１〜１１のいずれか１に記載の二次電池の内圧推定装置であることを特徴とする二次電池の充電制御装置。
    

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