JP2009123435A - 二次電池の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の動力性能の低下を抑制しつつ、ハイレート放電による二次電池の劣化を抑制する。
【解決手段】ＥＣＵは、評価値減少量Ｄ（−）を、１サイクルタイムΔＴが経過したことに伴うリチウムイオンの拡散によるリチウムイオン濃度の偏りの減少に応じて算出するステップ（Ｓ１０８）と、評価値増加量Ｄ（＋）を、１サイクルタイムΔＴが経過する間の放電によるリチウムイオン濃度の偏りの増加に応じて算出するステップ（Ｓ１１４）と、ハイレート放電によるバッテリ劣化評価値Ｄの今回値Ｄ（Ｎ）を、前回値Ｄ（Ｎ−１）−評価値減少量Ｄ（−）＋評価値増加量Ｄ（＋）として算出するステップ（Ｓ１１６）と、バッテリ劣化評価値Ｄが予め定められた目標値Ｅを越えると（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、ＷＯＵＴを最大値Ｗ（ＭＡＸ）より小さな値に設定するステップ（Ｓ１２２）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池の制御に関し、特に、車両に搭載された二次電池の制御に関する。

モータからの駆動力により走行するハイブリッド自動車や燃料電池車、および電気自動車が公知である。これらのような車両には、モータに供給する電力を蓄えるバッテリ（二次電池）が搭載されている。バッテリは、負荷により劣化が進行して性能が落ちてしまう特性がある。この劣化を抑制しつつ蓄電機構の性能を十分に活用する技術が、たとえば特開２００５−１２４３５３号公報（特許文献１）に開示されている。

この公報に開示された制御装置は、車両に搭載された蓄電機構を制御する。この制御装置は、蓄電機構への充電電力および蓄電機構からの放電電力を制限するための制限手段と、蓄電機構への充電電力および蓄電機構からの放電電力の電流値、蓄電機構の温度、およびアクセル開度の変化率のうち少なくともいずれか１つに関する値を検出するための検出手段と、検出された値に関する履歴を記憶するための記憶手段と、記憶された履歴に基づき、蓄電機構の劣化度合を判別するための判別手段と、劣化度合に基づいて、制限手段による制限を調整するための調整手段とを含む。

この公報に開示された制御装置によると、検出手段により、蓄電機構への充電電力および蓄電機構からの放電電力の電流値、蓄電機構の温度、およびアクセル開度の変化率のうち少なくともいずれか１つに関する値が検出され、その履歴が記憶手段に記憶される。このため、予め定められた期間における蓄電機構の作動状態を記憶することができる。また、記憶された履歴、すなわち蓄電機構の作動状態に基づいて蓄電機構の劣化度合が判別される。このように判別された劣化度合に基づいて、制限手段による制限が、調整手段により調整される。このとき、たとえば劣化度合が予め定められた劣化度合よりも小さい場合は制限を緩和し、大きい場合は制限を強化すれば、劣化度合が小さい場合には蓄電機構にかかる負荷の増大を許容し、劣化度合が大きい場合には蓄電機構にかかる負荷を抑制できる。その結果、蓄電機構の作動状態に基づいた劣化度合に応じて蓄電機構の性能を十分に活用することができる蓄電機構の制御装置を提供することができる。
特開２００５−１２４３５３号公報

ところで、バッテリ容量に対して比較的大きな電流で行なう放電（以下、大電流での放電、あるいはハイレート放電とも記載する）が継続的に行なわれると、あるタイミングでバッテリ電圧が急激に低下し始める現象が生じる場合がある。更にこの現象を継続させると電池が劣化する場合がある。しかしながら、特許文献１に開示された制御装置における判別手段は、ハイレート放電による劣化度合を積極的に判別するものではないので、バッテリの状態がハイレート放電による劣化が生じ得る状態であるか否かを適確に把握することができない。そのため、ハイレート放電による劣化が生じ得る状態であるにも関わらず放電電力が制限されずにバッテリが劣化してしまう場合や、ハイレート放電による劣化が生じ得る状態でないにも関わらず放電電力が制限されて、車両の動力性能を低下させてしまう場合が考えられる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両の動力性能の低下を抑制しつつ、ハイレート放電による二次電池の劣化を抑制することができる二次電池の制御装置および制御方法を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、車両に搭載された二次電池を制御する。この制御装置は、二次電池への充電電流値および二次電池からの放電電流値を検出するための手段と、検出された電流値の履歴を記憶するための手段と、履歴に基づいて、大電流での放電による二次電池の劣化に関する評価値を算出するための算出手段と、評価値に基づいて、放電電力の値を制御するための制御手段とを含む。第９の発明に係る制御方法は、第１の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第１または９の発明によると、二次電池への充電電流値および二次電池からの放電電流値が検出され、検出された電流値の履歴が記憶される。そのため、大電流での放電がどの程度継続したのかを記憶することができる。この履歴に基づいて、大電流での放電による二次電池の劣化に関する評価値が算出される。そのため、たとえば、大電流での放電が継続的に行なわれた場合には、大電流での放電が間欠的に行なわれた場合や小電流での放電が行なわれた場合よりも、評価値を劣化側に変化するように算出することができる。このように算出された評価値に基づいて、放電電力の値が制御される。これにより、たとえば、評価値が予め定められた目標値より非劣化側である場合には、放電電力の値を制限せずに大電流による放電を許容して車両の動力性能の低下を抑制することができる。一方、評価値が予め定められた目標値より劣化側に変化した場合には、放電電力の値を制限して大電流での放電による劣化を抑制することができる。その結果、車両の動力性能の低下を抑制しつつ、大電流での放電による二次電池の劣化を抑制することができる二次電池の制御装置および制御方法を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、算出手段は、二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りの変化に対応させるように、評価値を算出するための手段を含む。第１０の発明に係る制御方法は、第２の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第２または１０の発明によると、放電により二次電池の電解質中のイオンが一方の電極から他方の電極に移動し、電解質中におけるイオン濃度の偏りが生じる。この偏りが大電流での放電による劣化の要因の１つと考えられる。そこで、二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りの変化に対応させるように、評価値が算出される。たとえば、大電流での放電が継続されてイオン濃度の偏りが増加すると推定される場合に、評価値が劣化側に変化するように算出される。一方、充電や小電流での放電が行なわれてイオン濃度の偏りが減少すると推定される場合に、評価値が非劣化側に変化するように算出される。このように、大電流での放電による劣化の要因と考えられるイオン濃度の偏りの変化が評価値に反映される。そのため、二次電池の状態が大電流での放電による劣化が生じる状態にどの程度近づいているのかを、評価値により適確に把握することができる。このように算出された評価値に基づいて、放電電力の値が制御される。これにより、放電電力を適切なタイミングで制限して、大電流での放電による劣化抑制と車両の動力性能とを両立することができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、算出手段は、イオン濃度の偏りが増加すると推定される場合に、評価値を劣化側に変化させるように算出するための手段を含む。第１１の発明に係る制御方法は、第３の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第３または１１の発明によると、大電流での放電による劣化の要因と考えられるイオン濃度の偏りが増加すると推定される場合に、評価値が劣化側に変化するように算出される。これにより、二次電池の状態が大電流での放電による劣化が生じる状態に近づいていることを、評価値に適切に反映させることができる。

第４の発明に係る制御装置においては、第２または３の発明の構成に加えて、算出手段は、放電によるイオン濃度の偏りの増加に応じて、評価値の劣化側への変化量を算出するための劣化算出手段と、時間の経過によるイオン濃度の偏りの減少に応じて、評価値の非劣化側への変化量を算出するための非劣化算出手段と、劣化側への変化量および非劣化側への変化量に基づいて、評価値を算出するための評価値算出手段とを含む。第１２の発明に係る制御方法は、第４の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第４または１２の発明によると、放電によって電解質中におけるイオン濃度の偏りが生じるが、この偏りは、時間経過に伴うイオンの拡散により減少する。そこで、放電によるイオン濃度の偏りの増加に応じて、評価値の劣化側への変化量が算出され、時間の経過によるイオン濃度の偏りの減少に応じて、評価値の非劣化側への変化量が算出される。劣化側への変化量および非劣化側への変化量に基づいて、評価値が算出される。そのため、イオン濃度の偏りを評価値に適切に反映させることができる。

第５の発明に係る制御装置においては、第４の発明の構成に加えて、劣化算出手段は、第１のタイミングから予め定められた期間が経過した第２のタイミングで検出された電流値および予め定められた期間に基づいて、第２のタイミングにおける劣化側への変化量を算出するための手段を含む。非劣化算出手段は、第１のタイミングにおける評価値および予め定められた期間に基づいて、第２のタイミングにおける非劣化側への変化量を算出するための手段を含む。評価値算出手段は、第１のタイミングにおける評価値、第２のタイミングにおける劣化側への変化量および第２のタイミングにおける非劣化側への変化量に基づいて、第２のタイミングにおける評価値を算出するための手段を含む。第１３の発明に係る制御方法は、第５の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第５または１３の発明によると、第１のタイミングから予め定められた期間が経過した第２のタイミングにおける劣化側への変化量が、第２のタイミングで検出された電流値および予め定められた期間に基づいて算出される。そのため、第２のタイミングで検出された電流値が予め定められた期間継続したものとして、第２のタイミングにおける劣化側への変化量を算出することができる。一方、第２のタイミングにおける非劣化側への変化量が、第１のタイミングにおける評価値および予め定められた期間に基づいて算出される。そのため、第２のタイミングにおける非劣化側への変化量を、予め定められた期間の経過に伴うイオンの拡散によるイオン濃度の偏りの減少に応じて算出することができる。第１のタイミングにおける評価値、第２のタイミングにおける劣化側への変化量および第２のタイミングにおける非劣化側への変化量に基づいて、第２のタイミングにおける評価値が算出される。そのため、評価値をイオン濃度の偏りに簡易的かつ適切に近似させて算出することができる。

第６の発明に係る制御装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、評価値が予め定められた目標値より劣化側に変化した場合に、放電電力の値を小さくするための手段を含む。第１４の発明に係る制御方法は、第６の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第６または１４の発明によると、評価値が予め定められた目標値より劣化側に変化した場合は、放電電力の値が小さくされる。そのため、評価値が予め定められた目標値より非劣化側である場合には、放電電力の値を制限せずに大電流による放電を許容して車両の動力性能の低下を抑制しつつ、評価値が予め定められた目標値より劣化側に変化した場合は、放電電力の値を制限して大電流での放電による劣化を抑制することができる。

第７の発明に係る制御装置においては、第６の発明の構成に加えて、制御手段は、評価値と目標値との差に応じて、放電電力の値を小さくするための手段を含む。第１５の発明に係る制御方法は、第７の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第７または１５の発明によると、評価値と目標値との差に応じて、放電電力の値が小さくされる。そのため、評価値と目標値との差が大きい場合には小さい場合に比べて、放電電力の値を小さくしてイオン濃度の偏りをより減少させることができる。

第８の発明に係る制御装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、二次電池は、リチウムイオン電池である。第１６の発明に係る制御方法は、第８の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

第８または１６の発明によると、大電流での放電によるリチウムイオン電池の劣化を抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置を搭載したハイブリッド車両について説明する。

ハイブリッド車両は、エンジン１００と、発電機２００と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３００と、バッテリ４００、モータ５００と、これらのすべてに接続されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００とを含む。本発明の実施の形態に係る制御装置は、ＥＣＵ６００が実行するプログラムにより実現される。なお、本実施の形態は、エンジン１００を搭載したハイブリッド車両を用いて説明するが、本発明は、エンジン１００を搭載したハイブリッド車両に限定されず、エンジン１００の代わりに燃料電池を搭載したハイブリッド車両（燃料電池車）や、バッテリ４００のみを搭載した電気自動車などに適用してもよい。

エンジン１００が発生する動力は、動力分配機構７００により、２経路に分割される。一方は減速機８００を経由して車輪９００を駆動する経路である。もう一方は、発電機２００を駆動させて発電する経路である。

発電機２００は、動力分配機構７００により分配されたエンジン１００の動力により発電するが、発電機２００により発電された電力は、車両の運転状態や、バッテリ４００のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、発電機２００により発電された電力はそのままモータ５００を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４００のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、発電機２００により発電された電力は、ＰＣＵ３００のインバータ３０２により交流電力から直流電力に変換され、コンバータ３０４により電圧が調整された後、バッテリ４００に蓄えられる。

バッテリ４００は、複数のリチウムイオン電池セルを一体化したモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。リチウムイオン電池セルの正極は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵／放出可能な材料（たとえばリチウム含有酸化物）から成り、充電過程においてリチウムイオンを電解液に放出し、放電過程において、負極から放出された電解液中のリチウムイオンを吸蔵する。リチウムイオン電池セルの負極は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵／放出可能な材料（たとえば炭素）から成り、充電過程において、正極から放出された電解液中のリチウムイオンを吸蔵し、放電過程においてリチウムイオンを電解液に放出する。

モータ５００は、三相交流モータであり、バッテリ４００に蓄えられた電力および発電機２００により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。モータ５００の駆動力は、減速機８００を経由して車輪９００に伝えられる。これにより、モータ５００は、エンジン１００をアシストして車両を走行させたり、モータ５００からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機８００を経由して車輪９００によりモータ５００が駆動され、モータ５００が発電機として作動させられる。これによりモータ５００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータ５００により発電された電力は、インバータ３０２を経由してバッテリ４００に蓄えられる。

ＥＣＵ６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０２と、メモリ６０４と、カウンタ６０６とを含む。ＣＰＵ６０２は、車両の運転状態や、アクセル開度センサ１１００により検出されたアクセル開度、アクセル開度の変化率、シフトポジション、バッテリ４００のＳＯＣ、メモリ６０４に保存されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ＥＣＵ６００は、車両が所望の運転状態となるように、車両に搭載された機器類を制御することになる。

図２に示すように、ＥＣＵ６００には、バッテリ４００の充放電電圧値を検出する電圧計６１０と、充放電電流値を検出する電流計６１２と、バッテリ温度ＴＢを検出するバッテリ温度センサ６１４とが接続されている。ＥＣＵ６００は、電圧計６１０が検出した充放電電圧値と電流計６１２が検出した充放電電流値より、バッテリ４００の充放電電力値を算出するとともに、充放電電流値を積算して、バッテリ４００のＳＯＣを算出する。電流計６１２により検出された充放電電流値の履歴は、メモリ６０４に記憶される。

ＥＣＵ６００は、バッテリ４００へ充電する電力の制限値である充電電力制限値（以下、「充電電力制限値」をＷＩＮと表す）、およびバッテリ４００から放電する電力の制限値である放電電力制限値（以下、「放電電力制限値」をＷＯＵＴと表す）を設定する。バッテリ４００への充電電力値、およびバッテリ４００からの放電電力値は、このＷＩＮおよびＷＯＵＴを超えないように制限される。なお、ＷＯＵＴの最大値（放電電力の最大値）は、Ｗ（ＭＡＸ）である。また、バッテリ４００の充電電力および放電電力を制限する方法は、その他の周知技術を用いてもよく、ここではそれらについての詳細な説明は繰返さない。

本実施の形態において、バッテリ４００からのハイレート放電が継続的に行なわれると、内部抵抗が増加し、あるタイミングでバッテリ４００からの出力電圧が急激に低下し始める現象が生じる場合がある。更にこの現象を継続させると、バッテリ４００が劣化する場合がある。ハイレート放電が継続的に行なわれることによる電解液中のイオン濃度の偏りが、この劣化の要因の１つと考えられている。ハイレート放電による劣化が生じると、その後放電電流値を低下させたり充電したりしても、出力電圧は回復しない。そのため、このような劣化が生じる前に、ハイレート放電を抑制する必要がある。一方で、ハイレート放電を抑制し過ぎると、運転者が要求する車両の動力性能を発揮することができなくなってしまう。

この問題を解決するために、本実施の形態においては、バッテリ４００の電解液中のリチウムイオン濃度の偏りの変化に応じてバッテリ劣化評価値Ｄを算出し、算出されたバッテリ劣化評価値に基づいて、放電電力制限値ＷＯＵＴを設定することにより、車両の動力性能を低下を抑制しつつ、ハイレート放電によるバッテリ４００の劣化を抑制する。

図３を参照して、本実施の形態に係る制御装置の機能ブロック図について説明する。図３に示すように、この制御装置は、ＳＯＣ算出部６２０と、バッテリ劣化評価値記憶部６２２と、バッテリ劣化評価値算出部６２４と、放電電力制御部６２６とを含む。

ＳＯＣ算出部６２０は、電流計６１２が検出した充放電電流値を積算して、バッテリ４００のＳＯＣを算出する。なお、以下の説明においては、電流計６１２が放電電流値Ｉを検出し、放電時にはＩの値が正の値となり、充電時にはＩの値が負の値となるものとして説明する。

バッテリ劣化評価値記憶部６２２は、バッテリ劣化評価値算出部６２４で算出されたバッテリ劣化評価値Ｄを記憶する。

バッテリ劣化評価値算出部６２４は、電流計６１２からの放電電流値Ｉ、バッテリ温度センサ６１４からのバッテリ温度ＴＢ、バッテリ劣化評価値記憶部６２２に記憶された値、およびメモリ６０４に保存されたマップなどに基づいて、バッテリ劣化評価値Ｄを算出する。

放電電力制御部６２６は、算出されたバッテリ劣化評価値Ｄに基づいて、放電電力制限値ＷＯＵＴを設定し、バッテリ４００からの放電電力値が設定されたＷＯＵＴを越えないように、インバータ３０２を制御する。

このような機能ブロックを有する本実施の形態に係る制御装置は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、ＥＣＵ６００に含まれるＣＰＵ６０２およびメモリ６０４とメモリ６０４から読み出されてＣＰＵ６０２で実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。

図４を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ６００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムΔＴ（たとえば０．１秒）で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ６００は、電流計６１２からの信号に基づいて、放電電流値Ｉを検出する。なお、上述したように、充電時には放電電流値Ｉが負の値として検出される。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ６００は、放電電流値Ｉに基づいて、バッテリ４００のＳＯＣを算出する。Ｓ１０４にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ温度センサ６１４からの信号に基づいて、バッテリ温度ＴＢを検出する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ４００のＳＯＣおよびバッテリ温度ＴＢに基づいて、忘却係数Ａを算出する。忘却係数Ａは、バッテリ４００の電解液中のリチウムイオンの拡散速度に対応する係数である。忘却係数Ａは、忘却係数Ａ×サイクルタイムΔＴの値が０から１までの値になるように設定される。たとえば、ＥＣＵ６００は、図５に示すようなＳＯＣおよびバッテリ温度ＴＢをパラメータとするマップに基づいて、忘却係数Ａを算出する。図５に示すマップにおいては、リチウムイオンの拡散速度が速いと推定される場合に、忘却係数Ａが大きい値に設定される。具体的には、忘却係数Ａは、バッテリ温度ＴＢが同じであればＳＯＣが高いほど大きい値となり、ＳＯＣが同じであればバッテリ温度ＴＢが高いほど大きい値となる。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ６００は、評価値減少量Ｄ（−）を算出する。評価値減少量Ｄ（−）は、前回の評価値算出時から１サイクルタイムΔＴが経過したことに伴うリチウムイオンの拡散によるリチウムイオン濃度の偏りの減少に応じて算出される。たとえば、ＥＣＵ６００は、評価値減少量Ｄ（−）を、忘却係数Ａ×サイクルタイムΔＴ×前回値Ｄ（Ｎ−１）として算出する。ここで、前回値Ｄ（Ｎ−１）とは、前回のサイクルタイムで算出されたバッテリ劣化評価値である。Ｄ（０）（初期値）は、たとえば０である。忘却係数Ａ×サイクルタイムΔＴは、上述したように０から１までの値である。この算出方法から明らかなように、評価値減少量Ｄ（−）は、忘却係数Ａが大きい（すなわちリチウムイオンの拡散速度が速い）ほど、またサイクルタイムΔＴが長いほど大きい値になる。なお、評価値減少量Ｄ（−）の算出方法は、この算出方法に限定されるものではない。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ６００は、メモリ６０４に予め記憶された電流係数Ｂを読み出す。Ｓ１１２にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ４００のＳＯＣおよびバッテリ温度ＴＢに基づいて、限界しきい値Ｃを算出する。たとえば、ＥＣＵ６００は、図６に示すようなＳＯＣおよびバッテリ温度ＴＢをパラメータとするマップに基づいて、限界しきい値Ｃを算出する。図６に示すマップにおいては、限界しきい値Ｃは、バッテリ温度ＴＢが同じであればＳＯＣが高いほど大きい値となり、ＳＯＣが同じであればバッテリ温度ＴＢが高いほど限界しきい値Ｃは大きい値となる。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ６００は、評価値増加量Ｄ（＋）を算出する。評価値増加量Ｄ（＋）は、前回の評価値算出時から１サイクルタイムΔＴが経過する間の放電によるリチウムイオン濃度の偏りの増加に応じて算出される。たとえば、ＥＣＵ６００は、評価値増加量Ｄ（＋）を、（電流係数Ｂ／限界しきい値Ｃ）×放電電流値Ｉ×サイクルタイムΔＴとして算出する。この算出方法から明らかなように、評価値増加量Ｄ（＋）は、放電電流値Ｉが大きいほど、またサイクルタイムΔＴが長いほど大きい値になる。なお、評価値増加量Ｄ（＋）の算出方法は、この算出方法に限定されるものではない。

Ｓ１１６にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ劣化評価値Ｄを算出する。今回のサイクルタイムで算出されるバッテリ劣化評価値Ｄを今回値Ｄ（Ｎ）とすると、ＥＣＵ６００は、今回値Ｄ（Ｎ）を、前回値Ｄ（Ｎ−１）−評価値減少量Ｄ（−）＋評価値増加量Ｄ（＋）として算出する。なお、上述したように、Ｄ（０）（初期値）は、たとえば０である。

Ｓ１１８にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ劣化評価値Ｄが予め定められた目標値Ｅを越えたか否かを判断する。なお、この目標値Ｅは、ハイレート放電による劣化領域より小さい値に設定される。目標値Ｅは、ＷＯＵＴの時間減少量がドライバビリティを害さない量に制限された場合においてもバッテリ劣化評価値Ｄが劣化領域に達することがない値に設定される。目標値Ｅを越えると（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２に移される。そうでないと（Ｓ１１８にてＮＯ）、処理はＳ１２０に移される。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ６００は、ＷＯＵＴを最大値Ｗ（ＭＡＸ）に設定する。Ｓ１２２にて、ＥＣＵ６００は、ＷＯＵＴを最大値Ｗ（ＭＡＸ）より小さな値に設定する。ＥＣＵ６００は、バッテリ劣化評価値Ｄと目標値Ｅとの差に応じてＷＯＵＴを減少させるように、ＷＯＵＴを、Ｗ（ＭＡＸ）−係数Ｋ×（バッテリ劣化評価値Ｄ−目標値Ｅ）として設定する。なお、係数Ｋの値は、ＷＯＵＴの時間減少量をドライバビリティを害さない量に制限するように調整される。

Ｓ１２４にて、ＥＣＵ６００は、バッテリ４００の放電電力値をＷＯＵＴで制限する指令を、インバータ３０２に送信する。Ｓ１２６にて、ＥＣＵ６００は、今回値Ｄ（Ｎ）（今回のサイクルタイムで算出されるバッテリ劣化評価値Ｄ）を、メモリ６０４に記憶する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ６００の動作について説明する。

評価値減少量Ｄ（−）が、忘却係数Ａ×サイクルタイムΔＴ×前回値Ｄ（Ｎ−１）として算出される（Ｓ１０８）。すなわち、評価値減少量Ｄ（−）は、リチウムイオンの拡散速度を表わす忘却係数Ａが大きいほど、またサイクルタイムΔＴが長いほど大きい値になる。これにより、評価値減少量Ｄ（−）を、前回値Ｄ（Ｎ−１）の算出時から１サイクルタイムΔＴが経過したことに伴うリチウムイオンの拡散によるリチウムイオン濃度の偏りの減少に対応させて算出することができる。

評価値増加量Ｄ（＋）が、（電流係数Ｂ／限界しきい値Ｃ）×放電電流値Ｉ×サイクルタイムΔＴとして算出される（Ｓ１１４）。すなわち、評価値増加量Ｄ（＋）は、放電電流値Ｉが大きいほど、またサイクルタイムΔＴが長いほど大きい値になる。これにより、評価値増加量Ｄ（＋）を、前回値Ｄ（Ｎ−１）の算出時から１サイクルタイムΔＴが経過する間の放電によるリチウムイオン濃度の偏りの増加に対応させて算出することができる。

バッテリ劣化評価値Ｄの今回値Ｄ（Ｎ）が、前回値Ｄ（Ｎ−１）−評価値減少量Ｄ（−）＋評価値増加量Ｄ（＋）として算出される（Ｓ１１６）。そのため、放電によるリチウムイオン濃度の偏りの増加と、時間経過に伴うイオンの拡散によるリチウムイオン濃度の偏りの減少との双方を考慮して、今回値Ｄ（Ｎ）を算出することができる。これにより、ハイレート放電による劣化の要因と考えられるリチウムイオン濃度の偏りの増減をバッテリ劣化評価値Ｄに適切に反映させることができる。そのため、バッテリ４００の状態がハイレート放電による劣化が生じる状態にどの程度近づいているのかを、バッテリ劣化評価値Ｄにより適確に把握することができる。

このように算出された評価値に基づいて、放電電力の値が制御される。これにより、放電電力を適切なタイミングで制限して、大電流での放電による劣化抑制と車両の動力性能とを両立することができる。

図７は、バッテリ劣化評価値Ｄ、ＷＯＵＴおよびＷＯＵＴにより制限されるバッテリ４００の放電電力値のタイミングチャートである。図７に示すように、バッテリ劣化評価値Ｄが目標値Ｅを越える時刻Ｔ（１）までは、ＷＯＵＴはＷ（ＭＡＸ）に設定される（Ｓ１１８にてＮＯ、Ｓ１２０）。時刻Ｔ（１）で目標値Ｅを越えると（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、ＷＯＵＴが、係数Ｋ×（バッテリ劣化評価値Ｄ−目標値Ｅ）で表わされる時間減少量で減少される（Ｓ１２２、Ｓ１２４）。この際、係数Ｋの調整により、ＷＯＵＴの時間減少量は、ドライバビリティを害さない量に制限される。

ＷＯＵＴの減少により放電電流値Ｉが減少し、評価値増加量Ｄ（＋）も減少し始め、時刻Ｔ（２）にてバッテリ劣化評価値Ｄが減少し始める。これにより、ＷＯＵＴの時間減少量をドライバビリティを害さない量に制限しつつ、バッテリ劣化評価値Ｄを劣化領域に含まれないように減少させて、ハイレート放電によるバッテリ４００の劣化を抑制することができる。

その後、バッテリ劣化評価値Ｄが時刻Ｔ（３）で目標値Ｅを下回ると、ＷＯＵＴは再びＷ（ＭＡＸ）に設定される（Ｓ１２０）。これにより、バッテリ４００の放電電力を不必要に制限することなく、運転者が要求する車両の動力性能を発揮することができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置によれば、放電によるリチウムイオン濃度の偏りの増加と、時間経過に伴うイオンの拡散によるリチウムイオン濃度の偏りの減少との双方を考慮して、バッテリ劣化評価値が算出される。これにより、リチウムイオン濃度の偏りの増減をバッテリ劣化評価値に適切に反映させることができる。このように算出されたバッテリ劣化評価値が目標値を越えた場合に、バッテリからの放電電力が制御される。これにより、バッテリからの放電電力を適切なタイミングで制限して、ハイレート放電による劣化抑制と車両の動力性能とを両立することができる。

なお、本実施の形態においては、放電電流値Ｉに基づいて算出されたバッテリ劣化評価値Ｄをサイクルタイムごとに記憶し、記憶された前回値Ｄ（Ｎ−１）を用いて今回値Ｄ（Ｎ）を算出したが、放電電流値Ｉの履歴に基づいてバッテリ劣化評価値Ｄを算出するのであれば、バッテリ劣化評価値Ｄの算出方法は、必ずしも前回値Ｄ（Ｎ−１）を用いることに限定されない。たとえば、前回値Ｄ（Ｎ−１）に相当する値を放電電流値Ｉの履歴に基づいてサイクルタイムごとに算出することにより、バッテリ劣化評価値Ｄを算出するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置が搭載される車両の構造を示す図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が搭載される車両の構造を示す図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置を構成するＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る忘却係数Ａと、バッテリ温度ＴＢと、ＳＯＣとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る限界しきい値Ｃと、バッテリ温度ＴＢと、ＳＯＣとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ劣化評価値Ｄおよび放電制御との関係を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１００ エンジン、２００ 発電機、３００ ＰＣＵ、３０２ インバータ、３０４ コンバータ、４００ バッテリ、５００ モータ、６００ ＥＣＵ、６０４ メモリ、６０６ カウンタ、６１０ 電圧計、６１２ 電流計、６１４ バッテリ温度センサ、６２０ 算出部、６２２ バッテリ劣化評価値記憶部、６２４ バッテリ劣化評価値算出部、６２６ 放電電力制御部、７００ 動力分配機構、８００ 減速機、９００ 車輪、１１００ アクセル開度センサ。

Claims (16)

1. 車両に搭載された二次電池の制御装置であって、
   前記二次電池への充電電流値および前記二次電池からの放電電流値を検出するための手段と、
   前記検出された電流値の履歴を記憶するための手段と、
   前記履歴に基づいて、大電流での放電による前記二次電池の劣化に関する評価値を算出するための算出手段と、
   前記評価値に基づいて、前記放電電力の値を制御するための制御手段とを含む、制御装置。
2. 前記算出手段は、前記二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りの変化に対応させるように、前記評価値を算出するための手段を含む、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記算出手段は、前記イオン濃度の偏りが増加すると推定される場合に、前記評価値を劣化側に変化させるように算出するための手段を含む、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記算出手段は、
   放電による前記イオン濃度の偏りの増加に応じて、前記評価値の劣化側への変化量を算出するための劣化算出手段と、
   時間の経過による前記イオン濃度の偏りの減少に応じて、前記評価値の非劣化側への変化量を算出するための非劣化算出手段と、
   前記劣化側への変化量および前記非劣化側への変化量に基づいて、前記評価値を算出するための評価値算出手段とを含む、請求項２または３に記載の制御装置。
5. 前記劣化算出手段は、第１のタイミングから予め定められた期間が経過した第２のタイミングで検出された電流値および前記予め定められた期間に基づいて、前記第２のタイミングにおける劣化側への変化量を算出するための手段を含み、
   前記非劣化算出手段は、前記第１のタイミングにおける評価値および前記予め定められた期間に基づいて、前記第２のタイミングにおける非劣化側への変化量を算出するための手段を含み、
   前記評価値算出手段は、前記第１のタイミングにおける評価値、前記第２のタイミングにおける劣化側への変化量および前記第２のタイミングにおける非劣化側への変化量に基づいて、前記第２のタイミングにおける評価値を算出するための手段を含む、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記制御手段は、前記評価値が予め定められた目標値より劣化側に変化した場合に、前記放電電力の値を小さくするための手段を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の制御装置。
7. 前記制御手段は、前記評価値と前記目標値との差に応じて、前記放電電力の値を小さくするための手段を含む、請求項６に記載の制御装置。
8. 前記二次電池は、リチウムイオン電池である、請求項１〜７のいずれかに記載の制御装置。
9. 車両に搭載された二次電池の制御方法であって、
   前記二次電池への充電電流値および前記二次電池からの放電電流値を検出するステップと、
   前記検出された電流値の履歴を記憶するステップと、
   前記履歴に基づいて、大電流での放電による前記二次電池の劣化に関する評価値を算出する算出ステップと、
   前記評価値に基づいて、前記放電電力の値を制御する制御ステップとを含む、制御方法。
10. 前記算出ステップは、前記二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りの変化に対応させるように、前記評価値を算出するステップを含む、請求項９に記載の制御方法。
11. 前記算出ステップは、前記イオン濃度の偏りが増加すると推定される場合に、前記評価値を劣化側に変化させるように算出するステップを含む、請求項１０に記載の制御方法。
12. 前記算出ステップは、
    放電による前記イオン濃度の偏りの増加に応じて、前記評価値の劣化側への変化量を算出する劣化算出ステップと、
    時間の経過による前記イオン濃度の偏りの減少に応じて、前記評価値の非劣化側への変化量を算出する非劣化算出ステップと、
    前記劣化側への変化量および前記非劣化側への変化量に基づいて、前記評価値を算出する評価値算出ステップとを含む、請求項１０または１１に記載の制御方法。
13. 前記劣化算出ステップは、第１のタイミングから予め定められた期間が経過した第２のタイミングで検出された電流値および前記予め定められた期間に基づいて、前記第２のタイミングにおける劣化側への変化量を算出するステップを含み、
    前記非劣化算出ステップは、前記第１のタイミングにおける評価値および前記予め定められた期間に基づいて、前記第２のタイミングにおける非劣化側への変化量を算出するステップを含み、
    前記評価値算出ステップは、前記第１のタイミングにおける評価値、前記第２のタイミングにおける劣化側への変化量および前記第２のタイミングにおける非劣化側への変化量に基づいて、前記第２のタイミングにおける評価値を算出するステップを含む、請求項１２に記載の制御方法。
14. 前記制御ステップは、前記評価値が予め定められた目標値より劣化側に変化した場合に、前記放電電力の値を小さくするステップを含む、請求項９〜１３のいずれかに記載の制御方法。
15. 前記制御ステップは、前記評価値と前記目標値との差に応じて、前記放電電力の値を小さくするステップを含む、請求項１４に記載の制御方法。
16. 前記二次電池は、リチウムイオン電池である、請求項９〜１５のいずれかに記載の制御方法。

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