JP2013240236A - 電池の充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の性能を最大限に引き出しながら劣化を確実に抑制することが可能な充放電制御装置の提供。
【解決手段】性能低下許容量算出部Ｍ３が、実性能維持率算出部Ｍ１で算出した実性能維持率Ａ_expおよび目標性能維持率設定部Ｍ２で設定した目標性能維持率Ａ_objから電池Ｂの性能低下許容量Ｋ_expを算出し、制御パラメータ決定部Ｍ４が性能低下許容量Ｋ_expに基づいて電池Ｂの第１の劣化因子の制御パラメータを決定し、電池制御部Ｍ５が制御パラメータに基づいて電池Ｂの充放電を制御する。このとき、制御パラメータ変換部Ｍ６が制御パラメータを電池Ｂの推定性能低下量＾Ｋ_expに変換し、性能低下許容量補正値算出部Ｍ７が推定性能低下量＾Ｋ_expおよび実性能低下量Ｄ_expに基づいて性能低下許容量補正値Ｂ_expを算出することで、電池Ｂに固有の劣化速度に応じて充放電を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池の実性能維持率が目標性能維持率に一致するように充放電を制御する電池の充放電制御装置に関する。

下記特許文献１には、許容性能推定部が電池の使用期間あるいは車両の走行距離から電池の性能を示す許容性能指数を推定し、電池性能推定部が電池の現在の性能を示す電池性能指数を推定し、電池性能指数が許容性能指数よりも小さいときに、充放電制御部が現在の制御から電池の劣化を抑制するための制御に切り換えるものが記載されている。前記充放電制御部は、充放電を制御する制御パラメータ（ＳＯＣ中心値、温度目標値、許容入出力電力量、電圧上限値）を用いて電池の劣化状態を示す劣化係数を算出し、劣化抑制制御時には走行距離を用いて劣化係数を低下させるとともに、低下した劣化係数から制御パラメータを決定して劣化抑制制御を実行する。

特開２０１１−４４３４６号公報

ところで上記従来のものは、制御パラメータを用いて劣化係数を制御しているが、電池の個体差による劣化のばらつきを考慮していないため、劣化抑制制御の実行時に劣化抑制の度合いが過剰あるいは不足になる可能性があるだけでなく、電池の性能に大きな影響を及ぼす許容入出力電力量および電圧上限値に基づいて電池の充放電を抑制するため、自動車の動力性能、燃費、電費等を不必要に悪化させてしまう可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電池の性能を最大限に引き出しながら劣化を確実に抑制することが可能な電池の充放電制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電池の実性能維持率を算出するとともに、前回および今回の前記実性能維持率の差分から実性能低下量を算出する実性能維持率算出部と、前記電池の目標性能維持率を設定する目標性能維持率設定部と、前記実性能維持率および前記目標性能維持率から前記電池の性能低下の許容量である性能低下許容量を算出する性能低下許容量算出部と、前記性能低下許容量に基づいて前記電池の第１の劣化因子の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定部と、前記制御パラメータに基づいて前記電池の充放電を制御する電池制御部とを備える電池の充放電制御装置において、前記制御パラメータを前記電池の推定性能低下量に変換する制御パラメータ変換部と、前記推定性能低下量および前記実性能低下量に基づいて前記性能低下許容量の補正値である性能低下許容量補正値を算出する性能低下許容量補正値算出部とを備えることを特徴とする電池の充放電制御装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記電池の劣化進行度を算出する電池劣化進行度判定部を備え、前記制御パラメータ決定部は、前記劣化進行度に基づいて前記電池の第２の劣化因子の制御パラメータを決定し、前記第２の劣化因子の制御パラメータで前記性能低下許容量を補正することを特徴とする電池の充放電制御装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記電池劣化進行度判定部は、前回の前記実性能維持率および今回の前記実性能維持率の差分に基づいて複数のゾーンを判定するマップを備え、前記ゾーンに基づいて前記第１の劣化因子に対する前記第２の劣化因子の反映量を変化させることを特徴とする電池の充放電制御装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項２または請求項３の構成に加えて、前記第１の劣化因子は前記電池のＳＯＣ中心値および／または前記電池の温度であり、前記第２の劣化因子は前記電池の上下限電圧または前記電池の許容電力であることを特徴とする電池の充放電制御装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記実性能維持率算出部は、前記実性能低下量を前記電池の容量変化率および内部抵抗変化率の平均値から算出することを特徴とする電池の充放電制御装置が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、電池の実性能維持率を算出するとともに、時刻Ｔ_n-1 および時刻Ｔ_n の実性能維持率の差分から時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの実性能低下量を算出する実性能維持率算出部と、前記電池の目標性能維持率を設定する目標性能維持率設定部と、時刻Ｔ_n での前記実性能維持率および時刻Ｔ_n+1 での前記目標性能維持率から時刻Ｔ_n から時刻Ｔ_n+1 までの前記電池の性能低下の許容量である性能低下許容量を算出する性能低下許容量算出部と、前記性能低下許容量に基づいて前記電池の第１の劣化因子の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定部と、前記制御パラメータに基づいて前記電池の充放電を制御する電池制御部とを備える電池の充放電制御装置において、時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までに用いた前記制御パラメータを前記電池の時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの推定性能低下量に変換する制御パラメータ変換部と、時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの前記推定性能低下量と時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの前記実性能低下量とに基づいて時刻Ｔ_n での前記性能低下許容量の補正値である性能低下許容量補正値を算出する性能低下許容量補正値算出部とを備えることを特徴とする電池の充放電制御装置が提案される。

請求項１または請求項６の構成によれば、実性能維持率算出部が電池の実性能維持率を算出するとともに、前回および今回の前記実性能維持率の差分から実性能低下量を算出し、目標性能維持率設定部が電池の目標性能維持率を設定し、性能低下許容量算出部が実性能維持率および目標性能維持率から電池の性能低下の許容量である性能低下許容量を算出し、制御パラメータ決定部が性能低下許容量に基づいて電池の第１の劣化因子の制御パラメータを決定し、電池制御部が制御パラメータに基づいて電池の充放電を制御する。このとき、制御パラメータ変換部が制御パラメータを電池の推定性能低下量に変換し、性能低下許容量補正値算出部が推定性能低下量および実性能低下量に基づいて性能低下許容量の補正値である性能低下許容量補正値を算出するので、電池に固有の劣化速度に応じて充放電を制限することで電池の性能を最大限に引き出しながら電池の寿命を確実に延長することができる。

また請求項２の構成によれば、電池の劣化進行度を算出する電池劣化進行度判定部を備え、制御パラメータ決定部は、劣化進行度に基づいて電池の第２の劣化因子の制御パラメータを決定し、第２の劣化因子の制御パラメータで性能低下許容量を補正するので、電池の劣化度合いが大きいときだけ第２の劣化因子で充放電を制限することで無駄な制限を回避することができる。

また請求項３の構成によれば、電池劣化進行度判定部は、前回の実性能維持率および今回の実性能維持率の差分に基づいて複数のゾーンを判定するマップを備え、ゾーンに基づいて第１の劣化因子に対する第２の劣化因子の反映量を変化させるので、第２の劣化因子の反映量をゾーンに応じてきめ細かく制御し、無駄な制御を最小限に抑えることができる。

また請求項４の構成よれば、第１の劣化因子は電池のＳＯＣ中心値および／または電池の温度であり、第２の劣化因子は電池の上下限電圧または電池の許容電力であるので、電池の充放電性能に影響を与え難いＳＯＣ中心値および／または電池の温度を優先的に制限することで、電池の性能を最大限に発揮させることができる。

また請求項５の構成によれば、実性能維持率算出部は実性能低下量を電池の容量変化率および内部抵抗変化率の平均値から算出するので、実性能低下量を精度良く算出することができる。

電池の充放電制御装置の構成を示すブロック図。（第１の実施の形態） 総使用時間に対する実性能維持率Ａ_exp および目標性能維持率Ａ_obj の変化を示すグラフ。（第１の実施の形態） 性能低下許容量Ｋ_exp から電池の制御パラメータを検索するマップおよび電池の制御パラメータから推定性能低下量＾Ｋ_exp を検索するマップ。（第１の実施の形態） 作用を説明するフローチャート。（第１の実施の形態） 電池の充放電制御装置の構成を示すブロック図。（第２の実施の形態） ゾーンを判定するマップ。（第２の実施の形態） 制御パラメータ決定部の構成を示すブロック図。（第２の実施の形態） 許容電力制限係数Ｋｗおよび上下限電圧制限係数Ｋｖを検索するマップ。（第２の実施の形態） 作用を説明するフローチャート。（第２の実施の形態） 総使用時間に対する実性能維持率Ａ_exp および目標性能維持率Ａ_obj の変化を示すグラフ。（第３の実施の形態） ゾーンを判定するマップ。（第３の実施の形態） 作用を説明するフローチャート。（第３の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図４に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１は、電気自動車あるいはハイブリッド自動車の電源となる電池Ｂの充放電を制御する充放電制御装置Ｕの構成を示すブロック図であり、充放電制御装置Ｕは、実性能維持率算出部Ｍ１と、目標性能維持率設定部Ｍ２と、性能低下許容量算出部Ｍ３と、制御パラメータ決定部Ｍ４と、電池制御部Ｍ５と、制御パラメータ変換部Ｍ６と、性能低下許容量補正値算出部Ｍ７とを備える。電池Ｂは充電可能なリチウムイオン電池等で構成される。

目標性能維持率設定部Ｍ２は、走行距離計測部ｍ１で計測した自動車の総走行距離あるいは使用時間計測部ｍ２で計測した電池Ｂの総使用時間に基づいて、電池Ｂの目標性能維持率Ａ_obj を算出する。図２のグラフは、横軸に電池Ｂの総使用期間ｔの平方根√ｔ＝Ｔをとり、縦軸に電池Ｂの実性能維持率Ａ_exp および目標性能維持率Ａ_obj をとったものである。実性能維持率Ａ_exp および目標性能維持率Ａ_obj は新品時に１００％であり、劣化が進行するのに伴って１００％から次第に低下するが、電池Ｂは新品時には劣化速度が大きく、古くなると劣化速度が小さくなるため、目標性能維持率Ａ_obj は総使用時間ｔに比例して減少しない。しかしながら、目標性能維持率Ａ_obj は総使用時間ｔの平方根√ｔ＝Ｔに比例して減少するため、図２において目標性能維持率Ａ_obj のラインは直線になっている。

尚、本実施の形態では目標性能維持率設定部Ｍ２の使用時間計測部ｍ２で計測した電池Ｂの総使用期間ｔに基づいて目標性能維持率Ａ_obj を設定しているが、走行距離計測部ｍ１で計測した自動車の総走行距離に基づいて目標性能維持率Ａ_obj を設定しても良い。

実性能維持率算出部Ｍ１は、電圧センサＳａで検出した電池Ｂの電圧、温度センサで検出した電池Ｂの温度および電流センサＳｃで検出した電池Ｂの電流に基づいて、電池Ｂの実性能維持率Ａ_exp の今回値Ａ_exp ［Ｔ_n ］（√ｔ_n における値）を、
Ａ_exp ［Ｔ_n ］＝Ｃｃａｐ［Ｔ_n ］／Ｃｃａｐ［０］×１００％ …(1)
により算出する。

尚、Ｃｃａｐ［Ｔ_n ］は電池Ｂの容量の今回値、Ｃｃａｐ［０］は容量の初期値である。

またＲ［Ｔ_n ］は電池Ｂの内部抵抗の今回値、Ｒ［０］を電池Ｂの内部抵抗の初期値としたとき、
実性能維持率Ａ_exp の今回値Ａ_exp ［Ｔ_n ］を、
Ａ_exp ［Ｔ_n ］＝（１／Ｒ［Ｔ_n ］）／（１／Ｒ［０］）×１００％ …(2)
あるいは、
Ａ_exp ［Ｔ_n ］＝｛Ｃｃａｐ［Ｔ_n ］／Ｃｃａｐ［０］＋（１／Ｒ［Ｔ_n ］）
／（１／Ｒ［０］）｝／２×１００％…(3)
により算出しても良い。

尚、電池Ｂの容量および内部抵抗の両方を考慮した前記(3) 式を用いて実性能維持率Ａ_exp を算出すれば、その算出精度を高めることができる。

図２において、Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ ・・・Ｔ_n ・・・において算出された実性能維持率Ａ_exp が目標性能維持率Ａ_obj のラインよりも上側にあるときは、電池Ｂの劣化度合いが小さいと判断されるため、電池Ｂを使い方の制限を緩めることが可能となる。一方、実性能維持率Ａ_exp が目標性能維持率Ａ_obj のラインよりも下側にあるときは、電池Ｂの劣化度合いが大きいと判断されるため、電池Ｂを使い方の制限を厳しくすることが必要となる。電池Ｂの使い方を決定する制御パラメータは、第１の実施の形態では電池Ｂの温度Ｔおよび電池Ｂの充電率ＳＯＣ（State Of Charge ）の中心値である。

即ち、電池Ｂの劣化度合いが小さいときには、電池Ｂの最大温度を例えば５０°Ｃに制限し、電池Ｂの充放電を充電率ＳＯＣの中心値が例えば５０％を中心に推移するように制御する。一方、電池Ｂの劣化度合いが大きいときには、電池Ｂの最大温度を例えば４０°Ｃに制限し、電池Ｂの充放電を充電率ＳＯＣの中心値が例えば４０％を中心に推移するように制御する。これにより、電池Ｂの性能を最大限に引き出しながら、電池Ｂの劣化を最小限に抑えることができる。

そのために、性能低下許容量算出部Ｍ３は、先ず実性能低下量Ｄ_exp の今回値Ｄ_exp ［Ｔ_n-1,n ］を実性能維持率Ａ_exp の前回値Ａ_exp ［Ｔ_n-1 ］および実性能維持率Ａ_exp の今回値Ａ_exp ［Ｔ_n ］を用いて、
Ｄ_exp ［Ｔ_n-1,n ］＝Ａ_exp ［Ｔ_n-1 ］−Ａ_exp ［Ｔ_n ］ …(4)
により算出する。尚、実性能低下量Ｄ_exp の今回値Ｄ_exp ［Ｔ_n-1,n ］とは、前回（Ｔ_n-1 ）から今回（Ｔ_n ）までに実際に発生した性能低下量に相当する。

そして性能低下許容量補正値算出部Ｍ７は、実性能低下量Ｄ_exp と後から詳述する推定性能低下量＾Ｋ_exp とを用いて、性能低下許容量補正値Ｂ_exp の今回値Ｂ_exp ［Ｔ_n ］を、実性能低下量Ｄ_exp の今回値Ｄ_exp ［Ｔ_n-1,n ］および推定性能低下量＾Ｋ_exp の今回値＾Ｋ_exp ［Ｔ_n-1,n ］を用いて、
Ｂ_exp ［Ｔ_n ］＝Ｄ_exp ［Ｔ_n-1,n ］／＾Ｋ_exp ［Ｔ_n-1,n ］ …(5)
により算出する。尚、推定性能低下量＾Ｋ_exp の今回値＾Ｋ_exp ［Ｔ_n-1,n ］とは、前回（Ｔ_n-1 ）から今回（Ｔ_n ）までに性能が低下すると予測される推定量に相当する。

実性能低下量Ｄ_exp は所定期間における実性能維持率Ａ_exp の実際の低下量であり、推定性能低下量＾Ｋ_exp は現在の電池Ｂの使用状態から推定される性能低下量であり、実性能低下量Ｄ_exp ＝推定性能低下量＾Ｋ_exp であれば性能低下許容量補正値Ｂ_exp ＝１であり、実性能低下量Ｄ_exp ＞推定性能低下量＾Ｋ_exp であれば性能低下許容量補正値Ｂ_exp ＞１であり、実性能低下量Ｄ_exp ＜推定性能低下量＾Ｋ_exp であれば性能低下許容量補正値Ｂ_exp ＜１である。

性能低下許容量算出部Ｍ３は、実性能維持率Ａ_exp の今回値Ａ_exp ［Ｔ_n ］、目標性能維持率Ａ_obj の次回値Ａ_obj ［Ｔ_n+1 ］および性能低下許容量補正値Ｂ_exp の今回値Ｂ_exp ［Ｔ_n ］から、性能低下許容量Ｋ_exp の次回値Ｋ_exp ［Ｔ_n,n+1 ］を、
Ｋ_exp ［Ｔ_n,n+1 ］＝（Ａ_exp ［Ｔ_n ］−Ａ_obj ［Ｔ_n+1 ］）／Ｂ_exp ［Ｔ_n ］
…(6)
により算出する。尚、性能低下許容量Ｋ_exp の次回値Ｋ_exp ［Ｔ_n,n+1 ］とは、今回（Ｔ_n ）から次回（Ｔ_n+1 ）までの間に許容できる性能低下量に相当する。また、性能低下許容量補正値Ｂ_exp の今回値Ｂ_exp ［Ｔ_n ］とは、今回（Ｔ_n ）における性能低下許容量Ｋ_exp を算出する際に使用する性能低下許容量補正値Ｂ_exp に相当する。

制御パラメータ決定部Ｍ４は、性能低下許容量Ｋ_exp を図３（Ａ）に示すマップに適用し、電池Ｂの使い方を決定する制御パラメータである温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を検索する。即ち、図３（Ａ）に示すマップの所定の性能低下許容量Ｋ_exp のラインが決まると、そのライン上の温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値の組み合わせを満たすように、電池制御部Ｍ５が電池Ｂの温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を制御することで、電池Ｂの性能を最大限に引き出しながら電池Ｂの劣化を抑制する。

制御パラメータ変換部Ｍ６は、制御パラメータ決定部Ｍ４で決定した制御パラメータである温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を、図３（Ｂ）に示すマップに適用して前記推定性能低下量＾Ｋ_exp を検索する。推定性能低下量＾Ｋ_exp は、その制御パラメータで電池Ｂを充放電制御したときに発生すると推定される性能低下量である。

この推定性能低下量＾Ｋ_exp は性能低下許容量補正値算出部Ｍ７に入力され、そこで実性能低下量Ｄ_exp の今回値Ｄ_exp ［Ｔ_n ］を推定性能低下量＾Ｋ_exp の今回値＾Ｋ_exp ［Ｔ_n ］で除算することで、性能低下許容量補正値Ｂ_exp の今回値Ｂ_exp ［Ｔ_n ］を算出する。

上記作用を図４のフローチャートに基づいて更に説明する。

先ずステップＳ１で性能維持率を算出するタイミング、つまりＴ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ ・・・毎に、ステップＳ２で実性能維持率算出部Ｍ１が前記(1) 式、(2) 式あるいは(3) 式に基づいて実性能維持率Ａ_exp を算出し、ステップＳ３で目標性能維持率設定部Ｍ２が総使用期間あるいは総走行距離に基づいて目標性能維持率Ａ_obj を算出し、ステップＳ４で実性能維持率算出部Ｍ１が実性能低下量Ｄ_exp を前記(4) 式に基づいて算出する。

続くステップＳ５で制御パラメータ変換部Ｍ６が電池Ｂの温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を推定性能低下量＾Ｋ_exp に変換し、ステップＳ６で性能低下許容量補正値算出部Ｍ７が前記(5) 式に基づいて性能低下許容量補正値Ｂ_exp を算出し、ステップＳ７で性能低下許容量算出部Ｍ３が前記(6) 式に基づいて性能低下許容量Ｋ_exp を算出する。続くステップＳ８で制御パラメータ変換部Ｍ６が図３（Ａ）のマップに性能低下許容量Ｋ_exp を適用して電池Ｂの制御パラメータである温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を決定し、この制御パラメータを用いて電池Ｂの充放電を制御する。そしてステップＳ９で実性能維持率Ａ_exp の前回値を今回値に更新する。

以上のように、本実施の形態によれば、制御パラメータ変換部Ｍ６が制御パラメータを電池Ｂの推定性能低下量＾Ｋ_exp に変換し、性能低下許容量補正値算出部Ｍ７が推定性能低下量＾Ｋ_exp および実性能低下量Ｄ_exp に基づいて性能低下許容量Ｋ_exp の補正値である性能低下許容量補正値Ｂ_exp を算出するので、電池Ｂに固有の劣化速度に応じて充放電を制限することで電池Ｂの性能を最大限に引き出しながら電池Ｂの寿命を確実に延長することができる。

また制御パラメータ決定部Ｍ４が決定する制御パラメータは電池Ｂの温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値であり、何れも電池Ｂの性能に及ぼす影響が小さい制御パラメータであるため、その制御パラメータに基づいて電池Ｂの充放電を抑制することで、自動車の動力性能、燃費、電費等の低下を最小限に抑えることができる。

第２の実施の形態

以下、図５〜図９に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態（図１参照）と比較すると明らかなように、第２の実施の形態（図５参照）は電池劣化進行度判定部Ｍ８を備える点で第１の実施の形態と異なっている。電池劣化進行度判定部Ｍ８は、性能維持率目標偏差ΔＡの今回値ΔＡ［Ｔ_n ］を、実性能維持率Ａ_exp の今回値Ａ_exp ［Ｔ_n ］および目標性能維持率Ａ_obj の今回値Ａ_obj ［Ｔ_n ］を用いて、
ΔＡ［Ｔ_n ］＝Ａ_exp ［Ｔ_n ］−Ａ_obj ［Ｔ_n ］ …(7)
により算出し、その性能維持率目標偏差ΔＡの今回値ΔＡ［Ｔ_n ］および前回値ΔＡ［Ｔ_n-1 ］を図６のマップに適用することで、ゾーンを判定する。図６において、縦軸は性能維持率目標偏差ΔＡの今回値ΔＡ［Ｔ_n ］、横軸は性能維持率目標偏差ΔＡの前回値ΔＡ［Ｔ_n-1 ］であり、原点を通る右上がりのラインはΔＡ［Ｔ_n ］＝ΔＡ［Ｔ_n-1 ］のラインである。

横軸よりも上側は性能維持率目標偏差ΔＡの今回値ΔＡ［Ｔ_n ］が目標値以上の領域であり、横軸よりも下側は性能維持率目標偏差ΔＡの今回値ΔＡ［Ｔ_n ］が目標値以下の領域である。縦軸よりも右側は性能維持率目標偏差ΔＡの前回値ΔＡ［Ｔ_n-1 ］が目標値以上の領域であり、縦軸よりも左側は性能維持率目標偏差ΔＡの前回値ΔＡ［Ｔ_n-1 ］が目標値以下の領域である。またΔＡ［Ｔ_n ］＝ΔＡ［Ｔ_n-1 ］の右上がりのラインから左上側に遠ざかるほど目標値に対する性能低下量が縮小し、右下側に遠ざかるほど目標値に対する性能低下量が拡大することを示している。

マップには左上から右下に向かってゾーン１〜ゾーン５の五つのゾーンが設定されており、ゾーンの数字が大きくなるほど電池Ｂの性能が大きく劣化していることを示している。よって、電池劣化進行度判定部Ｍ８は、性能維持率目標偏差ΔＡの今回値ΔＡ［Ｔ_n ］および前回値ΔＡ［Ｔ_n-1 ］を図６のマップに適用して電池Ｂの劣化状態がゾーン１〜ゾーン５の何れに該当するかを判定する。

第１の実施の形態の制御パラメータは電池Ｂの温度Ｔおよび電池Ｂの充電率ＳＯＣの中心値であるが、第２の実施の形態では、それに加えて電池Ｂの許容最大電力および電池Ｂの上下限電圧を制御パラメータとしている。ゾーン１では、温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を含めて劣化抑制制御を行わない。ゾーン２では、第１の実施の形態と同様に、温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値だけを制御パラメータとして電池Ｂの劣化防止制御を行う。ゾーン３〜ゾーン５では、許容最大電力および上下限電圧を考慮した温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を制御パラメータとして電池Ｂの劣化防止制御を行うが、許容最大電力および上下限電圧の制限量はゾーン３からゾーン５Ｂに向かって次第に大きくなる。

図７および図８に示すように、制御パラメータ決定部Ｍ４は許容電力制限係数決定部Ｍ４ａと、上下限電圧制限係数決定部Ｍ４ｂとを備える。許容電力制限係数決定部Ｍ７ａは、図８（Ａ）に示すマップからゾーン１〜ゾーン５に応じた許容電力制限係数Ｋ_W を検索し、上下限電圧制限係数決定部Ｍ７ｂは、図８（Ｂ）に示すマップからゾーン１〜ゾーン５に応じた上下限電圧制限係数Ｋ_V を検索する。そして制御パラメータ決定部Ｍ４は、推定性能低下量＾Ｋ_exp をＳＯＣ−温度起因低下量Ｋ_st［Ｔ_n-1,n ］、許容電力制限係数Ｋ_W ［Ｔ_n-1,n ］および上下限電圧制限係数Ｋ_V ［Ｔ_n-1,n ］から次式に基づいて算出する。

＾Ｋ_exp ［Ｔ_n-1,n ］＝Ｋ_st［Ｔ_n-1,n ］×Ｋ_W ［Ｔ_n-1,n ］×Ｋ_V ［Ｔ_n-1,n ］
…(8)
次に、第１の実施の形態と同様に、前記(5) 式を用いて、性能低下許容量補正値Ｂ_exp ［Ｔ_n ］を算出し、続いて第１の実施の形態と同様に、前記(6) 式を用いて、性能低下許容量Ｋ_exp ［Ｔ_n ］を算出する。そして以下の(9) 式により、性能低下許容量Ｋ_exp の次回値に許容電力制限係数Ｋ_W の次回値および上下限電圧制限係数Ｋ_V の次回値を反映させてＳＯＣ−温度起因低下量Ｋ_stの次回値を算出する。

Ｋ_st［Ｔ_n,n+1 ］＝Ｋ_exp ［Ｔ_n,n+1 ］／（Ｋ_W ［Ｔ_n,n+1 ］×Ｋ_V ［Ｔ_n,n+1 ］）
…(9)
尚、ＳＯＣ−温度起因低下量Ｋ_stとは、或るＳＯＣ中心値および或る温度により電池Ｂの充放電を制限した場合に、電池Ｂの性能が低下すると予測される推定量［％］である。またＳＯＣ−温度起因低下量Ｋ_st［Ｔ_n-1,n ］とは、時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの間に、或るＳＯＣ中心値および或る温度により電池Ｂの充放電を制御した場合に、時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの性能低下推定量である。許容電力制限係数Ｋ_W ［Ｔ_n-1,n ］および上下限電圧制限係数Ｋ_V ［Ｔ_n-1,n ］も同様である。

許容電力制限係数Ｋ_W は、電池Ｂの充放電電力を制限して劣化を抑制するものであり、その値は０〜１の間に設定される。上下限電圧制限係数Ｋ_V は、電池Ｂの上下限電圧を制限して劣化を抑制するものであり、その値は０〜１の間に設定される。

そして制御パラメータ決定部Ｍ４は、許容電力制限係数Ｋ_W および上下限電圧制限係数Ｋ_V で補正した性能低下許容量Ｋ_exp であるＫ_exp ′を図３（Ａ）のマップに適用して制御パラメータである温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を決定する。

上記作用を図９のフローチャートに基づいて更に説明する。

第１の実施の形態（図４参照）と第２の実施の形態（図９参照）とを比較すると明らかなように、第２の実施の形態は、第１の実施の形態にステップＳ３Ａ、ステップＳ３ＢおよびステップＳ７Ａを追加し、第１の実施の形態のステップＳ７をステップＳ７′に変更したものである。

ステップＳ３で目標性能維持率設定部Ｍ２が総使用期間あるいは総走行距離に基づいて目標性能維持率Ａ_obj を算出した後、ステップＳ３Ａで電池劣化進行度判定部Ｍ８が前記(7) 式に基づいて性能維持率目標偏差ΔＡを算出し、ステップＳ３Ｂで電池劣化進行度判定部Ｍ８が性能維持率目標偏差ΔＡの今回値ΔＡ［Ｔ_n ］および前回値ΔＡ［Ｔ_n-1 ］を図６のマップに適用してゾーン１〜ゾーン５を判定する。

またステップＳ７で性能低下許容量算出部Ｍ３が前記(6) 式に基づいて性能低下許容量Ｋ_exp を算出した後、ステップＳ７Ａで制御パラメータ決定部Ｍ４がゾーンに応じて性能低下許容量Ｋ_exp を補正した性能低下許容量Ｋ_exp ′を算出する。そしてステップＳ９′で性能維持率目標偏差ΔＡおよび実性能維持率Ａ_exp の前回値を今回値に更新する。

以上のように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用効果に加えて、電池劣化進行度判定部Ｍ８が電池Ｂの劣化進行度を示すゾーンを判定すると、制御パラメータ決定部Ｍ４がゾーンに基づいて電池Ｂの第２の劣化因子の制御パラメータ（充放電電力をおよび上下限電圧）で性能低下許容量Ｋ_exp を補正するので、電池Ｂの劣化度合いが大きいときだけ第２の劣化因子で充放電を制限することで、過剰な劣化抑制が行われるのを回避することができる。

特に、電池劣化進行度判定部Ｍ８は、前回の実性能維持率Ａ_exp および今回の実性能維持率Ａ_exp の差分に基づいて複数のゾーンを判定するマップを備え、ゾーンに基づいて第１の劣化因子に対する第２の劣化因子の反映量を変化させるので、第２の劣化因子の反映量をゾーンに応じてきめ細かく制御し、無駄劣化な制御を最小限に抑えることができる。また第１の劣化因子は電池ＢのＳＯＣ中心値および／または電池Ｂの温度であり、第２の劣化因子は電池Ｂの上下限電圧または電池Ｂの許容電力であるので、電池Ｂの充放電性能に影響を与え難いＳＯＣ中心値および／または電池Ｂの温度を優先的に制限することで、電池Ｂの性能を最大限に発揮させることができる。

第３の実施の形態

次に、図１０〜図１２に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態では、ゾーンを検索するマップ（図６参照）の横軸が性能維持率目標偏差ΔＡの前回値ΔＡ［Ｔ_n-1 ］であるのに対し、第３の実施の形態では、ゾーンを検索するマップ（図１１参照）の横軸が性能低下割合目標偏差ΔＳの今回値ΔＳ［Ｔ_n ］に変わっている。第２、第３の実施の形態共に、前記マップの縦軸は性能維持率目標偏差ΔＡの今回値ΔＡ［Ｔ_n ］である。

実性能低下割合Ｓ_exp 、目標性能低下割合Ｓ_obj および性能低下割合目標偏差ΔＳは、 Ｓ_exp ［Ｔ_n ］＝（Ａ_exp ［Ｔ_n-1 ］−Ａ_exp ［Ｔ_n ］）／（Ｔ_n −Ｔ_n-1 ）…(10)
Ｓ_obj ［Ｔ_n ］＝（Ａ_obj ［Ｔ_n-1 ］−Ａ_obj ［Ｔ_n ］）／（Ｔ_n −Ｔ_n-1 ）…(11)
ΔＳ［Ｔ_n ］＝Ｓ_exp ［Ｔ_n ］−Ｓ_obj ［Ｔ_n ］ …(12)
により算出される。

図１０に示すように、実性能低下割合Ｓ_exp は、時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの実性能維持率Ａ_exp の変化量を時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの時間で除算した変化率（傾き）であり、目標性能低下割合Ｓ_obj は、時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの目標性能維持率Ａ_obj の変化量を時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの時間で除算した変化率（傾き）である。従って、性能低下割合目標偏差ΔＳは目標値に対して性能低下が拡大しているのか、縮小しているのかを判定するパラメータとなる。

第２の実施の形態では、√ｔ＝Ｔにおけるｔの時間間隔を一定にすると、Ｔ_n-1 →Ｔ_n →Ｔ_n+1 の時間間隔が次第に広がってしまい、実性能低下量Ｄ_exp の精度が次第に低下する可能性があるため、Ｔ_n-1 →Ｔ_n →Ｔ_n+1 の時間間隔が一定になるようにｔの時間間隔を異ならせる必要があった。それに対し、第３の実施の形態では、前記実性能低下量Ｄ_exp に代えて、Ｔ_n-1 →Ｔ_n →Ｔ_n+1 の時間間隔を考慮した性能低下割合目標偏差ΔＳを用いるので、Ｔ_n-1 →Ｔ_n →Ｔ_n+1 の時間間隔が一定でなくても、つまりｔの時間間隔を一定にしても、目標値に対して性能低下が拡大しているのか、縮小しているのかを的確に判定することができる。

第２の実施の形態および第３の実施の形態を比較すると．第３の実施の形態では、第２の実施の形態の実性能低下量Ｄ_exp （(4) 式参照）に代わる実性能低下割合Ｓ_exp を、
Ｓ_exp ［Ｔ_n ］＝（Ａ_exp ［Ｔ_n-1 ］−Ａ_exp ［Ｔ_n ］）／（Ｔ_n −Ｔ_n-1 ）…(13)
により算出し、第２の実施の形態の推定性能低下量＾Ｋ_exp （(8) 式参照）に代わる推定性能低下割合＾Ｐ_exp を、
＾Ｐ_exp ［Ｔ_n-1,n ］＝Ｐ_st［Ｔ_n-1,n ］×Ｐ_W ［Ｔ_n-1,n ］×Ｐ_V ［Ｔ_n-1,n ］
…(14)
により算出する。

ここでＳＯＣ−温度起因劣化指数Ｐ_st［Ｔ_n-1,n ］は第２の実施の形態のＳＯＣ−温度起因低下量Ｋ_st［Ｔ_n-1,n ］（(9) 式参照）に代わるもので、
Ｐ_st［Ｔ_n,n+1 ］＝Ｐ_exp ［Ｔ_n,n+1 ］／（Ｐ_W ［Ｔ_n,n+1 ］×Ｐ_V ［Ｔ_n,n+1 ］）
…(15)
により算出される。

尚、許容電力制限係数Ｐ_W ［Ｔ_n-1,n ］は第２の実施の形態の許容電力制限係数Ｋ_W ［Ｔ_n-1,n ］に対応し、上下限電圧制限係数Ｐ_V ［Ｔ_n-1,n ］は第２の実施の形態の上下限電圧制限係数Ｋ_V ［Ｔ_n-1,n ］に対応するもので、図８のマップと同様のマップから検索可能である。

そして前記実性能低下割合Ｓ_exp および前記推定性能低下割合＾Ｐ_exp から、性能低下許容量補正値Ｂ_exp を、
Ｂ_exp ［Ｔ_n ］＝Ｓ_exp ［Ｔ_n-1,n ］／＾Ｐ_exp ［Ｔ_n-1,n ］ …(16)
により算出し、第２の実施の形態の性能低下許容量Ｋ_exp （(6) 式参照）に代わる性能低下許容割合Ｐ_exp を、
Ｐ_exp ［Ｔ_n,n+1 ］＝｛（Ａ_exp ［Ｔ_n ］−Ａ_obj ［Ｔ_n+1 ］）／（Ｔ_n-1 −Ｔ_n ）｝ ／Ｂ_exp ［Ｔ_n ］ …(17)
により算出する。

上記作用を図１２のフローチャートに基づいて更に説明する。

第２の実施の形態（図９参照）と第３の実施の形態（図１２参照）とを比較すると明らかなように、第３の実施の形態は、第２の実施の形態にステップＳ３ＢおよびステップＳ４をステップＳ３Ｃ〜ステップＳ３Ｆに変更し、ステップＳ５〜ステップＳ９をステップＳ５′〜ステップＳ９′に変更したものであり、ステップＳ１〜ステップＳ３Ａは同じである。

即ち、ステップＳ３で目標性能維持率設定部Ｍ２が総使用期間あるいは総走行距離に基づいて目標性能維持率Ａ_obj を算出した後、ステップＳ３Ａで電池劣化進行度判定部Ｍ８が前記(7) 式に基づいて性能維持率目標偏差ΔＡを算出する。更に、電池劣化進行度判定部Ｍ８が、ステップＳ３Ｃで実性能低下割合Ｓ_exp を算出し、ステップＳ３Ｄで目標性能低下割合Ｓ_obj を算出し、ステップＳ３Ｅで性能低下割合目標偏差ΔＳを算出し、ステップＳ３Ｆで性能維持率目標偏差ΔＡおよび性能低下割合目標偏差ΔＳを図１１のマップに適用してゾーン１〜ゾーン５を判定する。

続くステップＳ５′で制御パラメータ変換部Ｍ６が電池Ｂの温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を推定性能低下割合＾Ｐ_exp に変換し、ステップＳ６′で性能低下許容量補正値算出部Ｍ７が性能低下許容量補正値Ｂ_exp を算出し、ステップＳ７′で性能低下許容量算出部Ｍ３が性能低下許容割合Ｐ_exp を算出した後、ステップＳ７Ａ′で制御パラメータ決定部Ｍ４がゾーンに応じて性能低下許容割合Ｐ_exp を補正した性能低下許容割合量Ｐ_exp ′を算出する。そしてステップＳ８′で制御パラメータ変換部Ｍ６が性能低下許容割合Ｐ_exp を適用して電池Ｂの制御パラメータである温度Ｔおよび充電率ＳＯＣの中心値を決定し、ステップＳ９′で実性能維持率Ａ_exp および目標性能維持率Ａ_obj の前回値を今回値に更新する。

以上のように、本実施の形態によれば、第２の実施の形態の作用効果に加えて、電池Ｂの劣化の度合いを時間変化率として捕らえることで、劣化判定の時間間隔の自由度を増加させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

Ａ_exp 実性能維持率
Ａ_obj 目標性能維持率
Ｂ 電池
Ｂ_exp 性能低下許容量補正値
Ｄ_exp 実性能低下量
Ｋ_exp 性能低下許容量
＾Ｋ_exp 推定性能低下量
Ｍ１ 実性能維持率算出部
Ｍ２ 目標性能維持率設定部
Ｍ３ 性能低下許容量算出部
Ｍ４ 制御パラメータ決定部
Ｍ５ 電池制御部
Ｍ６ 制御パラメータ変換部
Ｍ７ 性能低下許容量補正値算出部
Ｍ８ 電池劣化進行度判定部

Claims (6)

1. 電池（Ｂ）の実性能維持率（Ａ_exp ）を算出するとともに、前回および今回の前記実性能維持率（Ａ_exp ）の差分から実性能低下量（Ｄ_exp ）を算出する実性能維持率算出部（Ｍ１）と、
   前記電池（Ｂ）の目標性能維持率（Ａ_obj ）を設定する目標性能維持率設定部（Ｍ２）と、
   前記実性能維持率（Ａ_exp ）および前記目標性能維持率（Ａ_obj ）から前記電池（Ｂ）の性能低下の許容量である性能低下許容量（Ｋ_exp ）を算出する性能低下許容量算出部（Ｍ３）と、
   前記性能低下許容量（Ｋ_exp ）に基づいて前記電池（Ｂ）の第１の劣化因子の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定部（Ｍ４）と、
   前記制御パラメータに基づいて前記電池（Ｂ）の充放電を制御する電池制御部（Ｍ５）とを備える電池の充放電制御装置において、
   前記制御パラメータを前記電池（Ｂ）の推定性能低下量（＾Ｋ_exp ）に変換する制御パラメータ変換部（Ｍ６）と、
   前記推定性能低下量（＾Ｋ_exp ）および前記実性能低下量（Ｄ_exp ）に基づいて前記性能低下許容量（Ｋ_exp ）の補正値である性能低下許容量補正値（Ｂ_exp ）を算出する性能低下許容量補正値算出部（Ｍ７）とを備えることを特徴とする電池の充放電制御装置。
2. 前記電池（Ｂ）の劣化進行度を算出する電池劣化進行度判定部（Ｍ８）を備え、
   前記制御パラメータ決定部（Ｍ４）は、前記劣化進行度に基づいて前記電池（Ｂ）の第２の劣化因子の制御パラメータを決定し、前記第２の劣化因子の制御パラメータで前記性能低下許容量（Ｋ_exp ）を補正することを特徴とする、請求項１に記載の電池の充放電制御装置。
3. 前記電池劣化進行度判定部（Ｍ８）は、前回の前記実性能維持率（Ａ_exp ）および今回の前記実性能維持率（Ａ_exp ）の差分に基づいて複数のゾーンを判定するマップを備え、前記ゾーンに基づいて前記第１の劣化因子に対する前記第２の劣化因子の反映量を変化させることを特徴とする、請求項２に記載の電池の充放電制御装置。
4. 前記第１の劣化因子は前記電池（Ｂ）のＳＯＣ中心値および／または前記電池（Ｂ）の温度であり、前記第２の劣化因子は前記電池（Ｂ）の上下限電圧または前記電池（Ｂ）の許容電力であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の電池の充放電制御装置。
5. 前記実性能維持率算出部（Ｍ１）は、前記実性能低下量（Ｄ_exp ）を前記電池（Ｂ）の容量変化率および内部抵抗変化率の平均値から算出することを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電池の充放電制御装置。
6. 電池（Ｂ）の実性能維持率（Ａ_exp ）を算出するとともに、時刻Ｔ_n-1 および時刻Ｔ_n の実性能維持率（Ａ_exp ）の差分から時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの実性能低下量（Ｄ_exp ）を算出する実性能維持率算出部（Ｍ１）と、
   前記電池（Ｂ）の目標性能維持率（Ａ_obj ）を設定する目標性能維持率設定部（Ｍ２）と、
   時刻Ｔ_n での前記実性能維持率（Ａ_exp ）および時刻Ｔ_n+1 での前記目標性能維持率（Ａ_obj ）から時刻Ｔ_n から時刻Ｔ_n+1 までの前記電池（Ｂ）の性能低下の許容量である性能低下許容量（Ｋ_exp ）を算出する性能低下許容量算出部（Ｍ３）と、
   前記性能低下許容量（Ｋ_exp ）に基づいて前記電池（Ｂ）の第１の劣化因子の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定部（Ｍ４）と、
   前記制御パラメータに基づいて前記電池（Ｂ）の充放電を制御する電池制御部（Ｍ５）とを備える電池の充放電制御装置において、
   時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までに用いた前記制御パラメータを前記電池（Ｂ）の時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの推定性能低下量（＾Ｋ_exp ）に変換する制御パラメータ変換部（Ｍ６）と、
   時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの前記推定性能低下量（＾Ｋ_exp ）と時刻Ｔ_n-1 から時刻Ｔ_n までの前記実性能低下量（Ｄ_exp ）とに基づいて時刻Ｔ_n での前記性能低下許容量（Ｋ_exp ）の補正値である性能低下許容量補正値（Ｂ_exp ）を算出する性能低下許容量補正値算出部（Ｍ７）とを備えることを特徴とする電池の充放電制御装置。

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