JP2012135168A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】２次電池の残価値に関連する内部状態を２次電池の充電状態の制御に適正に反映させる。
【解決手段】電動車両１０は、バッテリ１１の各正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動と、バッテリ１１の状態に基づく使用履歴との対応関係を示す変移挙動マップを記憶する第１記憶部と、バッテリ１１の使用履歴に応じて変移挙動マップを参照して、バッテリ１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を推定する相関抵抗値推定部と、正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値に基づいてバッテリ１１の正極の劣化状態と負極の劣化状態とのバランスを示す劣化バランスを算出し、該劣化バランスに基づいて目標充電状態を設定する目標充電状態設定部とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動車両に関する。

従来、例えばリチウムイオン電池は、満充電状態に比べて、より低い充電状態の方が劣化し難いことを前提に、車両で使用される平均的な電力量だけ充電し、満充電を行なわない充電方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、例えばリチウムイオン電池の劣化の程度を示す内部抵抗が、電解液のリチウムイオン濃度に応じて変化することに基づき、リチウムイオン濃度を適正値に設定する所定の充放電を行なうことでリチウムイオン電池の状態を回復させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−８８２０６号公報 特開２０１０−４９８８２号公報

ところで、上記従来技術に係る充電方法によれば、単に、残容量や温度が高い状態では劣化速度が速く、残容量や温度が低い状態では劣化速度が遅いという、単純な劣化モデルを採用するだけであって、リチウムイオン電池の残価値に関連する内部状態を考慮していないことから、リチウムイオン電池の劣化速度や寿命期間などの将来における状態の変化を適正に反映させた、より緻密な制御を行なうことができないという問題が生じる。
つまり、適宜の時点での残容量や温度が同一であっても、この時点に到るまでの劣化の条件が異なる場合には内部状態が異なり、劣化速度や寿命期間などの将来における状態の変化が内部状態に応じて異なる。
このため、上記従来技術に係る充電方法によれば、リチウムイオン電池の残価値に関連する将来的な容量（あるいは容量維持率）の劣化を適正に考慮して、劣化抑制などの制御を適切に行なうことができないという問題が生じる。

また、上記従来技術に係る方法のように、電解液のリチウムイオン濃度を適正値に設定するように充放電を行なうだけでは、他の劣化要因を考慮していないことから、リチウムイオン電池の状態を適正に制御することはできない虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、２次電池の残価値に関連する内部状態を２次電池の充電状態の制御に適正に反映させることが可能な電動車両を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る電動車両は、２次電池（例えば、実施の形態でのバッテリ１１）を搭載し、該２次電池の劣化状態を推定することで、目標充電状態を制御する電動車両（例えば、実施の形態での電動車両１０）であって、前記２次電池の状態を検出する状態検出手段（例えば、実施の形態での状態検出部２１）として、少なくとも、前記２次電池の電圧を検出する電圧検出手段（例えば、実施の形態での電圧センサ３２）と、前記２次電池の電流を検出する電流検出手段（例えば、実施の形態での電流センサ３１）と、前記２次電池の温度を検出する温度検出手段（例えば、実施の形態での温度センサ３３）と、前記２次電池の使用時間を検出する時間検出手段（例えば、実施の形態でのタイマー３４）とを具備し、前記２次電池の各正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動と、前記状態検出手段により検出される前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴との対応関係を示すデータからなる変移挙動データを記憶する記憶手段（例えば、実施の形態での第１記憶部５１）と、前記状態検出手段により検出された前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴に応じて前記変移挙動データを参照して、前記２次電池の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を推定する相関抵抗値推定手段（例えば、実施の形態での相関抵抗値推定部４１）
と、前記相関抵抗値推定手段により推定された前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値に基づいて前記２次電池の前記正極の劣化状態と前記負極の劣化状態とのバランスを示す劣化バランスを算出し、該劣化バランスに基づいて前記目標充電状態を設定する目標充電状態設定手段（例えば、実施の形態での目標充電状態設定部４２）とを備える。

さらに、本発明の第２態様に係る電動車両では、前記電動車両は、前記２次電池に充電する電力を前記電動車両の外部から供給する外部給電装置（例えば、実施の形態での外部給電装置１）を接続可能であって、該外部給電装置が前記電動車両に接続されて前記外部給電装置によって前記２次電池の充電が開始された場合に、前記２次電池の充電状態が前記目標充電状態に到達した時点で充電を停止させる充電制御手段（例えば、実施の形態での充電制御部２７）を備える。

さらに、本発明の第３態様に係る電動車両では、前記電動車両は、発電電力により前記２次電池を充電可能な発電装置（例えば、実施の形態での発電機６２）と、前記２次電池の充電状態を前記目標充電状態に収束させるようにして前記発電装置の発電を制御する発電制御手段（例えば、実施の形態での充電制御部２７が兼ねる）とを備える。

本発明の第１態様に係る電動車両によれば、２次電池の状態（電圧、電流、温度、使用時間など）に基づく使用履歴から、変移挙動データにより、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を推定することができる。
そして、これらの正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値に基づいて、２次電池の正極の劣化状態と負極の劣化状態との劣化バランスを算出することで、劣化バランスを整えるようにして目標充電状態を設定することができる。
つまり、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値を目標充電状態に反映させることで、充電状態の制御を適正に行なうことができる。
そして、劣化バランスを整えるようにして目標充電状態を設定することによって、２次電池の内部状態を良好な状態に維持することができ、２次電池の設計時に過剰な耐久性を確保する必要無しに設計マージンを減少させることができ、２次電池の出力性能を向上させることができる。

さらに、本発明の第２態様に係る電動車両によれば、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値が反映された目標充電状態に応じて充電制御が実行されることから、２次電池の内部状態を良好な状態に維持することができる。

さらに、本発明の第３態様に係る電動車両によれば、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値が反映された目標充電状態に応じて発電制御が実行されることから、２次電池の内部状態を良好な状態に維持することができると共に、発電動作を適正化することができる。

本発明の実施の形態に係る電動車両の構成図である。 本発明の実施の形態に係る充電制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態に係る交流インピーダンス分析にて作成されるCole-Cole Plot図の一例である。 本発明の実施の形態に係るバッテリの各正極および負極の電位と充電量との対応関係の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリの相関抵抗値増加率と経過時間ｔのルート値（＝√ｔ）との対応関係の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリの正極および負極の劣化速度と残容量ＳＯＣとバッテリ温度ＴＢとの対応関係の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電動車両の動作、特に、外部給電装置からの給電によってバッテリを充電する動作のフローチャートである。 図７に示す目標ＳＯＣ設定の処理のフローチャートである。 図８に示す正極及び負極相関抵抗値Ｒ１，Ｒ２推定の処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例に係る電動車両の構成図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る電動車両の動作、特に、バッテリ制御のフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例に係る電動車両の動作、特に、内燃機関および発電機制御のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る電動車両について添付図面を参照しながら説明する。

本実施の形態による電動車両１０は、例えば図１に示すように、外部給電装置１に充電ケーブル２により接続されて、外部給電装置１から供給される電力によってバッテリ１１を充電可能なプラグインタイプの電動車両（ＥＶ：Electrical vehicle）である。

この電動車両１０は、例えば、バッテリ１１と、電動機１２と、パワードライブユニット（ＰＤＵ）１３と、ダウンバータ（Ｄ／Ｖ）１４と、１２Ｖバッテリ１５と、リッド（Ｌｉｄ）１６と、充電器１７と、制御装置１８とを備えて構成されている。

バッテリ１１は、例えばリチウムイオン２次電池などであって、ＰＤＵ１３およびＤ／Ｖ１４との間で電気エネルギーの授受が可能であって、充電器１７から供給される電力により充電可能である。

電動機１２は、例えば３相のＤＣブラシレスモータなどであって、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）を介して駆動輪Ｗに動力を伝達可能な車両走行駆動用の電動機であって、ＰＤＵ１３によって駆動制御されている。
また、電動機１２は、例えば電動車両１０の減速時などにおいて駆動輪Ｗ側から電動機１２側に駆動力が伝達されると、発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。

ＰＤＵ１３は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータなどを備え、電動機１２の駆動時には、バッテリ１１から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機１２に供給する。
また、ＰＤＵ１３は、例えば電動機１２の発電時には、電動機１２から出力される交流の発電（回生）電力を直流電力に変換してバッテリ１１を充電する。

各種補機類からなる電気負荷を駆動するための低圧の１２Ｖバッテリ１５は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータなどを備えるＤ／Ｖ１４に接続されている。
Ｄ／Ｖ１４は、バッテリ１１の端子間電圧あるいはＰＤＵ１３や充電器１７の端子間電圧を所定の電圧値まで降圧して１２Ｖバッテリ１５を充電可能である。
なお、例えばバッテリ１１の残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が低下している場合などにおいては、１２Ｖバッテリ１５の端子間電圧を昇圧してバッテリ１１を充電可能にしてもよい。

充電ケーブル２を接続可能なリッド（Ｌｉｄ）１６は充電器１７に接続されており、充電器１７は、充電ケーブル２によって外部給電装置１と電動車両１０のリッド（Ｌｉｄ）１６が接続されて給電が開始されると、電動車両１０がオフ状態（パワースイッチのオフ状態）であっても外部給電装置１からの給電によって動作可能である。
充電器１７は、例えば外部給電装置１から給電される交流電力を直流電力に変換するインバータなどを備え、外部給電装置１からの給電によってバッテリ１１を充電する。

なお、充電ケーブル２は、例えば、充電ケーブル２と電動車両１０との接続状態の検出と、過電流や漏れ電流の発生時に外部給電装置１と電動車両１０との間の接続の遮断となどを行なう充電遮断装置（ＣＣＩＤ：Charging Circuit Interrupt Device）を備えている。そして、このＣＣＩＤから出力されるコントロールパイロット信号（ＣＰＬ信号：Control PiLot signal）によって充電器１７の起動が制御されている。

例えば充電ケーブル２によって外部給電装置１と電動車両１０のリッド（Ｌｉｄ）１６が接続されると、ＣＰＬ信号が充電器１７に送信され、このＣＰＬ信号に応じて充電器１７が起動する。
そして、充電器１７は、ＣＰＬ信号から給電側の定格電流の情報などを取得して充電準備を開始し、充電準備が完了するとＣＰＬ信号の電圧を変化させて、充電準備の完了を充電ケーブル２のＣＣＩＤに通知する。
そして、充電ケーブル２のＣＣＩＤは、外部給電装置１から電動車両１０に給電するためにリレーなどの接点を接続して充電を開始する。

制御装置１８は、ＰＤＵ１３の電力変換動作を制御することで電動機１２の駆動および発電を制御する。
また、制御装置１８は、Ｄ／Ｖ１４の電力変換動作を制御することで１２Ｖバッテリ１５の充電を制御する。
さらに、制御装置１８は、バッテリ１１の状態を検出して残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）などの各種の状態量を算出し、例えば充電器１７などによる充電時のバッテリ１１の充電状態を制御する。

制御装置１８の一部を成す充電制御装置２０は、例えば図２に示すように、状態検出部２１と、抵抗推定部２２と、開路電圧推定部２３と、残容量推定部２４と、内部状態推定部２５と、記憶部２６と、充電制御部２７と、を備えて構成されている。

状態検出部２１は、例えば、バッテリ１１から負荷（例えば、ＰＤＵ１３とＤ／Ｖ１４となど）へと供給される放電電流及びバッテリ１１に供給される充電電流からなる電流ＩＢを検出する電流センサ３１と、バッテリ１１の端子電圧ＶＢを検出する電圧センサ３２と、バッテリ１１の温度ＴＢを検出する温度センサ３３と、計時を行なうタイマー３４とを備えて構成されている。

抵抗推定部２２は、電流センサ３１から出力されるバッテリ１１の電流ＩＢの検出結果と、電圧センサ３２から出力されるバッテリ１１の端子電圧ＶＢの検出結果とに基づき、バッテリ１１の内部抵抗を推定し、この推定結果を出力する。
開路電圧推定部２３は、抵抗推定部２２から出力されるバッテリ１１の内部抵抗の推定結果に基づき、バッテリ１１の開路電圧（バッテリ１１の無負荷状態での端子電圧）を推定し、この推定結果を出力する。
残容量推定部２４は、予め設定されたバッテリ１１の開路電圧と残容量ＳＯＣとの対応関係を示す所定のマップまたは数式などのデータを用いて、開路電圧推定部２３から出力されるバッテリ１１の開路電圧の推定結果に対応する残容量ＳＯＣを推定し、この推定結果を出力する。

内部状態推定部２５は、例えば、相関抵抗値推定部４１と、目標充電状態設定部４２とを備えている。
また、記憶部２６は、例えば、変移挙動マップを記憶する第１記憶部５１と、劣化度マップを記憶する第２記憶部５２とを備えている。

相関抵抗値推定部４１は、状態検出部２１の各センサ３１，３２，３３から出力される検出結果およびタイマー３４から出力される計時結果（バッテリ１１の通電期間である使用時間と、バッテリ１１の非通電期間である経過時間となど）と、残容量推定部２４から出力される残容量ＳＯＣの推定結果となどからなるバッテリ１１の状態に基づいて、バッテリ１１の使用履歴を演算する。
そして、バッテリ１１の使用履歴の演算結果に応じて、第１記憶部５１に記憶されている変移挙動マップを参照して、バッテリ１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値を推定する。

なお、記憶部２６の第１記憶部５１に記憶されている変移挙動マップは、バッテリ１１の各正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動と、バッテリ１１の状態に基づくバッテリ１１の使用履歴との対応関係を示すデータである。
このデータは、予め実施される試験の試験結果などに基づいて作成されている。

正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値は、バッテリ１１の交流インピーダンスの実数部と虚数部とによる２次元座標（所謂交流インピーダンス分析によって得られるCole-Cole Plot図）上での各成分に関連する抵抗値である。
なお、各成分に関連する抵抗値の具体例は、例えばバッテリ１１の種別や構成などに応じて適宜に設定される。

例えば、正極側相関抵抗値は、図３に示すCole-Cole Plot図において、バッテリ１１の正極に起因する正極成分Ｐに関連する抵抗値であって、例えば円弧状の曲線を示す正極成分Ｐの極大値に対応する周波数での交流インピーダンス値（虚数部）ＰＲとされている。この周波数は、例えばバッテリ１１の正極の劣化度と容量維持率とに対して強い関係性を有する周波数である。

例えば、負極側相関抵抗値は、図３に示すCole-Cole Plot図において、バッテリ１１の負極に起因する負極成分Ｎに関連する抵抗値であって、例えば円弧状の曲線を示す負極成分Ｎの極大値に対応する周波数での交流インピーダンス値（虚数部）ＮＲとされている。この周波数は、例えばバッテリ１１の負極の劣化度と容量維持率とに対して強い関係性を有する周波数である。

例えば、電解液相関抵抗値は、図３に示すCole-Cole Plot図において、バッテリ１１の電解液に起因する電解液成分Ｆに関連する抵抗値であって、例えば最も高い周波数での交流インピーダンス値（実数部）ＦＲとされている。この周波数は、例えばバッテリ１１の電解液の劣化度と容量維持率とに対して強い関係性を有する周波数である。

なお、交流インピーダンス分析は、バッテリ１１の負荷電流（バッテリ１１から負荷へと供給される放電電流）に重畳する交流電流周波数を変化させつつ、バッテリ１１の等価回路となる内部インピーダンスを実数部と虚数部とに分けて測定し、この測定結果から実数部と虚数部とによる２次元座標のCole-Cole Plot図を作成するものである。
本発明の相関抵抗値推定部４１は、交流インピーダンス分析を実行せずに、バッテリ１１の各正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値による各相間抵抗値を、バッテリ１１の使用履歴の演算結果に応じて変移挙動マップを参照して推定する。

なお、バッテリ１１の容量維持率は、例えば図４に示すように、劣化の無い初期時などにおけるバッテリ１１の容量を基準（例えば、１．０）として、各時点（例えば、劣化時など）でのバッテリ１１の容量の基準に対する割合（≦１．０）を示す値である。
また、バッテリ１１の容量は、各時点（初期時や劣化時など）において、バッテリ１１の満充電状態での所定の電位差（満充電側電位差）に対応する充電量（例えば、図４に示す各充電量Ａ４または充電量Ａ３など）と、満放電状態での所定の電位差（満放電側電位差）に対応する充電量（例えば、図４に示す各充電量Ａ１または充電量Ａ２など）との差である。

記憶部２６の第１記憶部５１に記憶されている変移挙動マップは、バッテリ１１の各正極および負極および電解液毎の経時劣化成分のデータからなる第１データと、バッテリ１１の各正極および負極および電解液毎の通電劣化成分のデータからなる第２データとを有している。
相関抵抗値推定部４１は、バッテリ１１の各正極および負極および電解液毎にバッテリ１１の使用履歴の演算結果に応じて第１データおよび第２データを参照して、各第１データおよび第２データ毎に抽出した各相関抵抗値を用いた加算モデルによる演算により、バッテリ１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値を推定する。

例えばバッテリ１１の正極の経時劣化成分のデータからなる第１データは、下記表１に示すように記述されている。
この第１データは、例えば、正極側相関抵抗値の単位時間当たりの変移挙動に関連する係数ｋと、バッテリ１１の温度ＴＢと、バッテリ１１の残容量ＳＯＣとの対応関係を示すデータである。

上記表１での係数ｋは、例えば、正極の経時劣化時における正極側相関抵抗値の増加率（相関抵抗値増加率）が経過時間ｔのルート値（＝√ｔ）に比例するとして設定された比例係数であって、バッテリ１１の温度ＴＢの増大に伴い、あるいは、バッテリ１１の残容量ＳＯＣの増大に伴い、増大傾向に変化するように設定されている。

また、例えばバッテリ１１の正極の通電時劣化成分のデータからなる第２データは、下記表２に示すように記述されている。
この第２データは、例えば、正極側相関抵抗値の単位時間当たりの変移挙動に関連する係数ｋと、バッテリ１１の温度ＴＢと、バッテリ１１の電流ＩＢとの対応関係を示すデータである。

上記表２での係数ｋは、例えば、正極の通電劣化時における正極側相関抵抗値の増加率（相関抵抗値増加率）が経過時間（使用時間）ｔのルート値（＝√ｔ）に比例するとして設定された比例係数であって、バッテリ１１の温度ＴＢの増大に伴い、あるいは、バッテリ１１の電流ＩＢの増大に伴い、増大傾向に変化するように設定されている。

相関抵抗値推定部４１は、逐次繰り返す推定の処理において、例えば、前回の推定時における各相関抵抗値の推定結果を基点として、今回の推定時において状態検出部２１から出力されたバッテリ１１の状態の検出結果に応じて変移挙動マップから検索して得た係数ｋによって、今回の推定時における各相関抵抗値を推定する。そして、この推定の処理を繰り返すことによって、バッテリ１１の使用履歴を今回の推定時の各相関抵抗値に反映させる。

例えば図５に示すように、正極の経時劣化時における正極側相関抵抗値の増加率（相関抵抗値増加率）が経過時間ｔのルート値（＝√ｔ）に比例するとして係数ｋが設定された場合において、先ず、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ１となる期間のバッテリ１１の温度ＴＢが１０℃かつバッテリ１１の残容量ＳＯＣが４０％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が初期値（例えば、１）から第１推定値Ｙ１まで増加することが推定される。

次に、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ２となる期間のバッテリ１１の温度ＴＢが０℃かつバッテリ１１の残容量ＳＯＣが４０％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が前回の推定値（つまり第１推定値Ｙ１）から第２推定値Ｙ２まで増加することが推定される。

次に、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ３となる期間のバッテリ１１の温度ＴＢが２５℃かつバッテリ１１の残容量ＳＯＣが８０％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が前回の推定値（つまり第２推定値Ｙ２）から第３推定値Ｙ３まで増加することが推定される。

次に、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ４となる期間のバッテリ１１の温度ＴＢが１０℃かつバッテリ１１の残容量ＳＯＣが４０％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が前回の推定値（つまり第３推定値Ｙ３）から第４推定値Ｙ４まで増加することが推定される。

次に、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ５となる期間のバッテリ１１の温度ＴＢが２５℃かつバッテリ１１の残容量ＳＯＣが１００％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が前回の推定値（つまり第４推定値Ｙ４）から第５推定値Ｙ５まで増加することが推定される。

また、相関抵抗値推定部４１は、例えばバッテリ１１の通電期間と非通電期間とが混在する期間に亘って各相関抵抗値を推定する場合などにおいては、非通電期間において経時劣化成分の第１データを用いて推定した各相関抵抗値と、通電期間において通電劣化成分の第２データを用いて推定した各相関抵抗値とを用いた加算モデルによる演算を行なう。
この加算モデルによる演算では、例えば、逐次繰り返す推定の処理において、変移挙動マップとして第１データまたは第２データの何れを参照したかにかかわらずに、前回の推定時における変移挙動マップに基づく各相関抵抗値の推定結果を基点として、今回の推定時において状態検出部２１から出力されたバッテリ１１の状態の検出結果に応じて変移挙動マップから検索して得た係数ｋによって今回の推定時における各相関抵抗値を推定する。

目標充電状態設定部４２は、相関抵抗値推定部４１から出力されたバッテリ１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値の推定結果に応じて、第２記憶部５２に記憶されているＳＯＣマップを参照して、バッテリ１１の充電状態（例えば、残容量ＳＯＣなど）に対する目標充電状態として目標ＳＯＣを設定する。

なお、記憶部２６の第２記憶部５２に記憶されているＳＯＣマップは、バッテリ１１の各正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値毎の劣化速度（例えば、各相間抵抗値の増大速度など）と、バッテリ１１の残容量ＳＯＣとの対応関係を示すデータである。
このデータは、例えば無負荷状態などのバッテリ１１に対して予め実施される試験の試験結果などに基づいて作成されている。

例えば図６（Ａ）に示す正極側相関抵抗値の劣化速度（例えば、増大速度など）とバッテリ１１の残容量ＳＯＣとの対応関係では、バッテリ１１の温度ＴＢの増大に伴い、劣化速度が増大傾向に変化すると共に、バッテリ１１の残容量ＳＯＣの増大に伴い、劣化速度が増大傾向に変化している。

また、例えば図６（Ｂ）に示す負極側相関抵抗値の劣化速度（例えば、増大速度など）とバッテリ１１の残容量ＳＯＣとの対応関係では、バッテリ１１の温度ＴＢの増大に伴い、劣化速度が増大傾向に変化すると共に、バッテリ１１の残容量ＳＯＣが所定値に向かい増大することに伴い、あるいは、バッテリ１１の残容量ＳＯＣが所定値に向かい減少することに伴い、劣化速度が増大傾向に変化している。

目標充電状態設定部４２は、相関抵抗値推定部４１から出力されたバッテリ１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値の推定結果に応じて、例えば正極側相関抵抗値Ｒ１と負極側相関抵抗値Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）などによって、正極の劣化状態と負極の劣化状態とのバランスを示す劣化バランスＢＡを算出する。

例えば、目標充電状態設定部４２は、適宜のタイミングを基準タイミングとして、この基準タイミングでの各相関抵抗値（正極側相関抵抗基準値Ｒ１０、負極側相関抵抗基準値Ｒ２０）の比によって、劣化バランスＢＡの基準値ＢＡ０（＝Ｒ２０／Ｒ１０）を設定する。
そして、劣化バランスＢＡの算出を目的とするタイミングでの各相関抵抗値（正極側相関抵抗値Ｒ１および負極側相関抵抗値Ｒ２）と基準値ＢＡ０とによって、劣化バランスＢＡ（＝（Ｒ２／Ｒ１）／ＢＡ０）を算出する。

例えば上記数式に示す劣化バランスＢＡにおいて、基準タイミングを劣化の無い初期時とした場合、ＢＡ＝１の状態から乖離することに伴い、正極の劣化状態と負極の劣化状態とのアンバランスが促進されることを示している。
つまり、劣化バランスＢＡは、基準タイミングでの初期値を１として、目的とするタイミングにおいて劣化バランスＢＡが初期値（＝１）よりも大きい場合は、負極の劣化度が正極の劣化度よりも大きいアンバランスな劣化状態を示し、目的とするタイミングにおいて劣化バランスＢＡが初期値（＝１）よりも小さい場合は、正極の劣化度が負極の劣化度よりも大きいアンバランスな劣化状態を示している。

なお、例えば図４に示すように、バッテリ１１の劣化が増大することに伴い、各正極および負極の電位が所定の電位に到達する満充電状態での充電量が低下傾向に変化しており、この充電量の低下度合いがバッテリ１１の劣化度となる。
そして、例えば、バッテリ１１の正極のみが劣化した場合に、劣化の無い初期時などにおける満充電側電位差（満充電状態での正極と負極との電位差）と同一の電位差を確保するためには、満充電状態での正極の電位を所定の電位Ｖａ（初期時）から電位Ｖｂ（劣化時；Ｖｂ＞Ｖａ）へと過剰に増大させる必要が生じ、正極の劣化が、より一層、促進されることになる。

そして、目標充電状態設定部４２は、例えば劣化バランスＢＡが初期値（＝１）を含む所定範囲（例えば、０＜α＜１のパラメータαに対して、１−α≦ＢＡ≦１＋αなど）内の値であれば、バッテリ１１に対する通常の充電を許可する。なお、バッテリ１１に対する通常の充電は、例えば予め設定された残容量ＳＯＣの固定値を目標値とする充電などである。
一方、例えば劣化バランスＢＡが初期値（＝１）を含む所定範囲（例えば、１−α≦ＢＡ≦１＋αなど）外の値であれば、第２記憶部５２に記憶されているＳＯＣマップを参照して、バッテリ１１の残容量ＳＯＣに対する目標値である目標ＳＯＣを設定する。

例えば、目標充電状態設定部４２は、劣化バランスＢＡが所定のハイ側閾値（＝１＋α）よりも大きい場合には、正極側に比べて負極側の劣化をより抑制するようにして、例えば所望の残容量ＳＯＣを確保する際に正極側相関抵抗値の劣化速度に比べて負極側相関抵抗値の劣化速度がより遅くなるようにして、目標充電状態としてＳＯＣマップから目標ＳＯＣを検索する。
一方、劣化バランスＢＡが所定のロー側閾値（＝１−α）よりも小さい場合には、負極側に比べて正極側の劣化をより抑制するようにして、例えば所望の残容量ＳＯＣを確保する際に負極側相関抵抗値の劣化速度に比べて正極側相関抵抗値の劣化速度がより遅くなるようにして、目標充電状態としてＳＯＣマップから目標ＳＯＣを検索する。

充電制御部２７は、目標充電状態設定部４２により設定されたバッテリ１１の目標充電状態（例えば、目標ＳＯＣなど）にバッテリ１１の実際の充電状態（例えば、残容量推定部２４により推定される残容量ＳＯＣなど）を収束させるようにして、バッテリ１１に対する充電を制御する。

本実施の形態による電動車両１０は上記構成を備えており、次に、この電動車両１０の動作、特に、外部給電装置１からの給電によってバッテリ１１を充電する動作について説明する。

先ず、例えば図７に示すステップＳ０１においては、充電ケーブル２によって外部給電装置１と電動車両１０のリッド（Ｌｉｄ）１６が接続されたか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、エンドに進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０２に進む。

次に、ステップＳ０２においては、残容量推定部２４から出力される残容量ＳＯＣの推定結果を取得する。
次に、ステップＳ０３においては、後述する目標ＳＯＣ設定の処理を実行する。
次に、ステップＳ０４においては、外部給電装置１からの給電によってバッテリ１１の充電を開始する。

そして、ステップＳ０５においては、取得した残容量ＳＯＣ（取得ＳＯＣ）は目標ＳＯＣ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５の判定を繰り返し実行することによって、バッテリ１１の充電を継続する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０６に進む。
そして、ステップＳ０６においては、バッテリ１１の充電を停止し、エンドに進む。

以下に、上述したステップＳ０３での目標ＳＯＣ設定の処理について説明する。
先ず、例えば図８に示すステップＳ１１においては、後述する正極及び負極相関抵抗値Ｒ１，Ｒ２推定の処理を実行する。
次に、ステップＳ１２においては、劣化バランスＢＡが初期値（＝１）を含む所定範囲（１−α≦ＢＡ≦１＋α）内の値であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１３に進み、このステップＳ１３においては、バッテリ１１に対する通常の充電を許可して、リターンに進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１４に進む。

そして、ステップＳ１４においては、劣化バランスＢＡが所定のハイ側閾値（＝１＋α）よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１５に進み、このステップＳ１５においては、正極側に比べて負極側の劣化をより抑制するようにして、例えば所望の残容量ＳＯＣを確保する際に正極側相関抵抗値の劣化速度に比べて負極側相関抵抗値の劣化速度がより遅くなるようにして、目標充電状態としてＳＯＣマップから目標ＳＯＣを検索する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合つまり劣化バランスＢＡが所定のロー側閾値（＝１−α）よりも小さい場合には、ステップＳ１６に進み、このステップＳ１６においては、負極側に比べて正極側の劣化をより抑制するようにして、例えば所望の残容量ＳＯＣを確保する際に負極側相関抵抗値の劣化速度に比べて正極側相関抵抗値の劣化速度がより遅くなるようにして、目標充電状態としてＳＯＣマップから目標ＳＯＣを検索する。

そして、ステップＳ１７においては、ステップＳ１５またはステップＳ１６においてＳＯＣマップから検索された目標ＳＯＣを目標充電状態として設定して、リターンに進む。

以下に、上述したステップＳ１１での正極及び負極相関抵抗値Ｒ１，Ｒ２推定の処理について説明する。
先ず、例えば図９に示すステップＳ２１においては、バッテリ１１の各種の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間、残容量ＳＯＣなど）の検出結果および推定結果を取得する。

次に、ステップＳ２２においては、バッテリ１１の状態に基づいてバッテリ１１の使用履歴を演算する。そして、バッテリ１１の使用履歴の演算結果に応じて変移挙動マップを参照して、必要に応じて非通電期間における経時劣化成分による各相関抵抗値と通電期間における通電劣化成分による各相関抵抗値とを区別しつつ、バッテリ１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値の変移挙動を推定する。

次に、ステップＳ２３においては、必要に応じて非通電期間における経時劣化成分による各相関抵抗値と通電期間における通電劣化成分による各相関抵抗値とを用いた加算モデルによる演算を行ないつつ、バッテリ１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値を推定し、リターンに進む。

上述したように、本実施の形態による電動車両１０によれば、バッテリ１１の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間、残容量ＳＯＣなど）に基づく使用履歴から、変移挙動マップにより、バッテリ１１の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を推定することができる。
そして、これらの正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値に基づいて、バッテリ１１の正極の劣化状態と負極の劣化状態との劣化バランスＢＡを算出することで、正極の劣化状態と負極の劣化状態とのバランスを整えるようにして目標充電状態として目標ＳＯＣを設定することができる。

つまり、バッテリ１１の劣化速度や寿命期間などの残価値を目標ＳＯＣに反映させることで、充電状態の制御を適正に行なうことができる。
そして、正極の劣化状態と負極の劣化状態とのバランスを整えるようにして目標ＳＯＣを設定することによって、バッテリ１１の内部状態を良好な状態に維持することができ、バッテリ１１の設計時に過剰な耐久性を確保する必要無しに設計マージンを減少させることができ、バッテリ１１の出力性能を向上させることができる。

なお、正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値の推定には、交流インピーダンス分析を応用して得られる変移挙動マップを用いることで、例えば電動車両に搭載されたバッテリ１１を構成する複数のセルのそれぞれ（つまり、単セル毎）に対して実際に交流インピーダンス測定機によって測定を行なう場合に比べて、装置構成に要する費用が嵩むことを防止することができる。
しかも、実際に交流インピーダンス測定機によって測定を行なうだけでは把握することが困難である各劣化状態と容量維持率と交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動との関連性をバッテリ１１の使用履歴から取得することができ、各正極および負極毎の劣化状態を容易に推定することができる。

なお、上述した実施の形態において、目標充電状態設定部４２は、正極側相関抵抗値Ｒ１と負極側相関抵抗値Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）によって劣化バランスＢＡを算出するとしたが、これに限定されず、他の数式（例えば、正極側相関抵抗値Ｒ１と負極側相関抵抗値Ｒ２との差など）によって算出してもよい。

また、上述した実施の形態において、目標充電状態設定部４２は、例えば相関抵抗値推定部４１により推定された各相間抵抗値から各正極および負極の劣化度（正極劣化度ＰＢおよび負極劣化度ＮＢ）を推定し、正極劣化度ＰＢと負極劣化度ＮＢとの比（ＮＢ／ＰＢ）などによって劣化バランスＢＡを算出してもよい。
この場合、目標充電状態設定部４２は、例えば下記表３に示すような、相関抵抗値推定部４１により推定された各相間抵抗値（例えば、初期値である１を基点とした各相関抵抗値増加量）と、各正極および負極の劣化度（正極劣化度ＰＢおよび負極劣化度ＮＢ）との対応関係を示す劣化度マップを参照して、劣化バランスＢＡを算出する。
この劣化度マップのデータは、予め実施される試験の試験結果などに基づいて作成される。

なお、上述した実施の形態においては、外部給電装置１からの給電によってバッテリ１１を充電する際の目標充電状態（例えば、目標ＳＯＣなど）を設定するとしたが、これに限定されず、例えば走行駆動源として内燃機関と電動機とを併用するハイブリッド車両などの電動車両１０において、走行中などにバッテリ１１を充電する際の目標充電状態（例えば、目標ＳＯＣなど）を設定してもよい。
この上述した実施の形態の変形例に係る電動車両１０は、例えば図１０に示すように、バッテリ１１と、電動機１２と、パワードライブユニット（ＰＤＵ）１３と、ダウンバータ（Ｄ／Ｖ）１４と、１２Ｖバッテリ１５と、内燃機関６１と、発電機６２と、パワードライブユニット（ＰＤＵ）６３と、制御装置１８とを備えて構成されている。
なお、上述した実施の形態の電動車両１０と同一部分については同じ符号を配した。

この変形例による電動車両１０は、内燃機関６１のクランクシャフト（図示略）に発電機６２が連結され、電動機１２が駆動輪Ｗに連結されたシリーズ型のハイブリッド車両である。
そして、内燃機関６１の動力により発電機６２が発電する場合には、パワードライブユニット（ＰＤＵ）６３は発電機６２から出力される交流の発電電力を直流電力に変換して、バッテリ１１を充電、あるいは電動機１２のＰＤＵ１３やＤ／Ｖ１４に電力を供給する。

そして、制御装置１８の充電制御部２７は、電動車両１０の走行中などにおいて内燃機関６１の動力による発電機６２の発電によって発生する発電電力によりバッテリ１１を充電する際に、目標充電状態設定部４２により設定されたバッテリ１１の目標充電状態（例えば、目標ＳＯＣなど）にバッテリ１１の実際の充電状態（例えば、残容量推定部２４により推定される残容量ＳＯＣなど）を収束させるようにして、バッテリ１１に対する充電を制御する。

この変形例に係る電動車両１０の動作として、例えば図１１に示すバッテリ制御の処理では、先ず、ステップＳ３１において、バッテリ１１の各種の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間など）の検出結果を取得する。
次に、ステップＳ３２においては、バッテリ１１の入出力制限値を算出する。
次に、ステップＳ３３においては、バッテリ１１の残容量ＳＯＣを算出する。
そして、ステップＳ３４においては、上述した実施の形態でのステップＳ０３と同一の目標ＳＯＣ設定の処理を実行し、リターンに進む。

また、例えば図１２に示す内燃機関、発電機制御の処理では、先ず、ステップＳ４１において、上述したステップＳ３２にて算出したバッテリ１１の入出力制限値を取得する。
次に、ステップＳ４２においては、上述したステップＳ３２にて算出した残容量ＳＯＣ（算出ＳＯＣ）と、上述したステップＳ３３にて算出した目標ＳＯＣとの差などに応じて、発電機６２に対する発電要求値を算出する。

次に、ステップＳ４３においては、発電機６２に対する発電要求値に応じた発電電力量を設定する。
次に、ステップＳ４４においては、発電機６２の発電電力量を確保するために要する内燃機関６１の出力量を設定し、リターンに進む。

この変形例によれば、バッテリ１１の劣化速度や寿命期間などの残価値が反映された目標充電状態（例えば、目標ＳＯＣなど）に応じて発電機６２の発電制御が実行されることから、バッテリ１１の内部状態を良好な状態に維持することができると共に、発電動作を適正化することができる。

なお、上述した実施の形態において、正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値では、バッテリ１１の正極の劣化度と容量維持率とに対して強い関係性を有する周波数を、円弧状の曲線を示す各正極成分Ｐおよび負極成分Ｎの極大値に対応する周波数としたが、これに限定されず、例えば、各正極成分Ｐおよび負極成分Ｎの形状の各種の形状値などに基づいて設定される他の特定の周波数としてもよい。

また、上述した実施の形態において、各相間抵抗値をバッテリ１１の各劣化度と容量維持率とに関係性を有する特定の１点の周波数での交流インピーダンス値としたが、これに限定されず、例えば、バッテリ１１の各劣化度と容量維持率とに関係性を有する特定の複数の周波数に関連した交流インピーダンス値としてもよい。

また、上述した実施の形態においては、正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を交流インピーダンス値の虚数成分としたが、これに限定されず、例えば、実数成分や、虚数成分と実数成分との複合的な値としてもよい。
同様に、上述した実施の形態においては、電解液相関抵抗値を交流インピーダンス値の実数成分としたが、これに限定されず、例えば、虚数成分や、実数成分と虚数成分との複合的な値としてもよい。

また、上述した実施の形態においては、各相間抵抗値をCole-Cole Plot図上での各成分に関連する抵抗値としたが、これに限定されず、各相間抵抗値を他の成分に関連する抵抗値としてもよい。

なお、上述した実施の形態においては、各相関抵抗値の単位時間当たりの変移挙動に関連する係数ｋを、各相関抵抗値の増加率が経過時間ｔのルート値（＝√ｔ）に比例するとして設定された比例係数であるとしたが、これに限定されず、各相関抵抗値の増加率が経過時間ｔに対して他の関係性（例えば、経過時間ｔの４乗根に比例するなど）を有しているとして設定される適宜の係数であってもよい。

また、上述した実施の形態においては、第１データは、係数ｋと、バッテリ１１の温度ＴＢと、バッテリ１１の残容量ＳＯＣとの対応関係を示すデータであるとしたが、これに限定されず、例えば、係数ｋと、バッテリ１１の各種の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間など）の適宜の組み合わせとの対応関係を示すデータであってもよい。
同様に、上述した実施の形態においては、第２データは、係数ｋと、バッテリ１１の温度ＴＢと、バッテリ１１の電流ＩＢとの対応関係を示すデータであるとしたが、これに限定されず、例えば、係数ｋと、バッテリ１１の各種の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間など）の適宜の組み合わせとの対応関係を示すデータであってもよい。

なお、上述した実施の形態においては、加算モデルによる演算を、前回の推定時における第１データまたは第２データに基づく各相関抵抗値の推定結果を基点として、今回の推定時におけるバッテリ１１の状態の検出結果に応じて第１データまたは第２データから検索して得た係数ｋによって各相関抵抗値を推定する演算としたが、これに限定されず、他の演算としてもよい。

１ 外部給電装置
１０ 電動車両
１１ バッテリ（２次電池）
１８ 制御装置
２０ 充電制御装置
２１ 状態検出部（状態検出手段）
２５ 内部状態推定部
２７ 充電制御部（充電制御手段、発電制御手段）
３１ 電流センサ（電流検出手段）
３２ 電圧センサ（電圧検出手段）
３３ 温度センサ（温度検出手段）
３４ タイマー（時間検出手段）
４１ 相関抵抗値推定部（相関抵抗値推定手段）
４２ 目標充電状態設定部（目標充電状態設定手段）
５１ 第１記憶部（記憶手段）

Claims (3)

1. ２次電池を搭載し、該２次電池の劣化状態を推定することで、目標充電状態を制御する電動車両であって、
   前記２次電池の状態を検出する状態検出手段として、少なくとも、前記２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記２次電池の電流を検出する電流検出手段と、前記２次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記２次電池の使用時間を検出する時間検出手段とを具備し、
   前記２次電池の各正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動と、前記状態検出手段により検出される前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴との対応関係を示すデータからなる変移挙動データを記憶する記憶手段と、
   前記状態検出手段により検出された前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴に応じて前記変移挙動データを参照して、前記２次電池の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を推定する相関抵抗値推定手段と、
   前記相関抵抗値推定手段により推定された前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値に基づいて前記２次電池の前記正極の劣化状態と前記負極の劣化状態とのバランスを示す劣化バランスを算出し、該劣化バランスに基づいて前記目標充電状態を設定する目標充電状態設定手段と
   を備えることを特徴とする電動車両。
2. 前記電動車両は、前記２次電池に充電する電力を前記電動車両の外部から供給する外部給電装置を接続可能であって、
   該外部給電装置が前記電動車両に接続されて前記外部給電装置によって前記２次電池の充電が開始された場合に、前記２次電池の充電状態が前記目標充電状態に到達した時点で充電を停止させる充電制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
3. 前記電動車両は、発電電力により前記２次電池を充電可能な発電装置と、前記２次電池の充電状態を前記目標充電状態に収束させるようにして前記発電装置の発電を制御する発電制御手段とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車両。

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