JP2017091602A - 二次電池の管理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイレート劣化の進行をより効果的に抑制できる二次電池の管理装置を提供する。【解決手段】車両に搭載されるバッテリの管理装置であって、バッテリを冷却する冷却ファンと、冷却ファンを制御する制御部と、を備え、制御部は、ハイレートでの充電または放電に起因するバッテリの劣化ダメージ量であるハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜を算出し（Ｓ１２）、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が予め規定された冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上の場合には、冷却制限開始閾値ΣＤｃ１未満の場合よりも、冷却ファンによるバッテリの冷却を制限する（Ｓ１２，Ｓ１４）。【選択図】図４

Description

本発明は、車両に搭載された二次電池を管理する管理装置に関する。
近年、モータを駆動源とする電気自動車やエンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車両等の電動車両が多く用いられている。このような電動車両には、充放電可能なリチウムイオン電池等の二次電池が搭載されている。かかる二次電池は、繰り返し充放電を行うことにより劣化し、次第に電池容量が低下したり、内部抵抗が上昇することが知られている。こうした二次電池の劣化としては、ハイレート劣化と材料劣化とがある。ハイレート劣化は、大きな充放電電流（ハイレート）での使用が繰り返し行われることにより進む劣化である。ハイレート劣化は、大きな放電電流或いは大きな充電電流が流れる際に、二次電池内の電解液中の塩濃度に偏りが発生し、これによって内部抵抗が上昇する現象である。また、材料劣化は、二次電池の構成部品の材料の劣化であり、電流値や温度に依存して生じる劣化である。
従来から、二次電池をより良好に使用するために、こうしたハイレート劣化によるダメージ量や、材料劣化によるダメージ量を監視する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ハイレート劣化ダメージ量および材料劣化ダメージ量を監視し、ハイレート劣化ダメージ量が、所定の閾値を超えれば、放電電力の上限値を低下させる技術であって、閾値を、材料劣化ダメージ量に応じて変更する技術が開示されている。かかる技術によれば、ハイレート劣化ダメージ量が、過度に高くなれば、放電電力が制限されるため、ハイレート劣化の進行が抑制される。
特開２０１３−２２５３９７号公報
しかし、特許文献１では、ハイレート劣化ダメージ量が閾値を超えた場合には、放電電力制限されるが、閾値を超えるまでは、ハイレート劣化を抑制するための制御は特段行っていない。そのため、特許文献１の技術では、比較的、容易に、放電電力の制限が開始されてしまい、燃費や車両性能の悪化の問題を招いていた。
そこで、本発明では、ハイレート劣化の進行をより効果的に抑制できる二次電池の管理装置を提供することを目的とする。
本発明の二次電池の管理装置は、車両に搭載される二次電池の管理装置であって、前記二次電池を冷却する冷却機構と、前記冷却機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、ハイレートでの充電または放電に起因する前記二次電池の劣化ダメージ量であるハイレート劣化ダメージ量を算出し、前記ハイレート劣化ダメージ量が予め規定された冷却制限開始閾値以上の場合には、前記冷却制限開始閾値未満の場合よりも、前記冷却機構による前記二次電池の冷却を制限する、ことを特徴とする。
かかる構成とすることで、低温で進行しやすいハイレート劣化の進行を抑制できる。
好適な態様では、前記制御部は、前記二次電池の材料劣化ダメージ量を算出し、前記材料劣化ダメージ量が、予め規定された材料劣化用の電力制限開始閾値以上である場合には、前記ハイレート劣化ダメージ量に関わらず、前記制限をかけることなく前記二次電池を冷却する。
かかる構成とすることで、材料劣化ダメージ量が大きく、早急な冷却が必要な場合には、早急に冷却が開始されるため、二次電池の深刻な劣化進行が抑制される。
他の好適な態様では、前記制御部は、前記ハイレート劣化ダメージ量が高くなるほど前記冷却機構による冷却の制限を大きくする。
かかる構成とすることで、ハイレート劣化ダメージ量が高いほど、二次電池の低温化が抑制されるため、ハイレート劣化ダメージ量が過度に大きくなることが防止される。
他の好適な態様では、前記制御部は、前記ハイレート劣化ダメージ量が、予め規定されたハイレート劣化用の電力制限開始閾値以上である場合には、前記二次電池への入力電力および出力電力の少なくとも一方の許容値を低下させる電力制限を行い、前記冷却制限開始閾値と前記ハイレート劣化用の電力制限開始閾値との間に、２以上の追加閾値が設定されており、前記制御部は、前記追加閾値を一つ超えるたびに、前記冷却機構による冷却の制限を段階的に大きくしており、一つの追加閾値と次の追加閾値との間隔は、前記ハイレート劣化用の電力制限開始閾値に近づくにつれて小さく設定されている。
かかる構成とすることで、ハイレート劣化用の電力制限開始閾値に近づけば、大幅に冷却が制限されるため、入力電力制限の発生がより効果的に防止される。
他の好適な態様では、前記制御部は、前記ハイレート劣化ダメージ量が、充電過多に起因するダメージ量である場合にのみ、前記冷却機構による前記二次電池の冷却を制限する。
かかる構成とすることで、必要な場合にのみ冷却の制限の要否判断を行うことができ、制御を簡易化できる。
本発明によれば、ハイレート劣化ダメージ量が冷却制限開始閾値以上の場合には、二次電池の冷却を制限されるため、低温で進行しやすいハイレート劣化の進行を抑制できる。
本発明の実施形態である二次電池の管理装置の構成を示す図である。 忘却係数αのマップの一例を示す図である。 限界閾値Ｃのマップの一例を示す図である。 第一実施形態におけるバッテリの冷却処理の流れを示すフローチャートである。 ハイレート劣化ダメージ量と冷却制限のＯＮ／ＯＦＦ状況との関係を示す図である。 第二実施形態におけるバッテリの冷却処理の流れを示すフローチャートである。 材料劣化ダメージ量とハイレート劣化ダメージ量と冷却制限のＯＮ／ＯＦＦ状況との関係を示す図である。 第三実施形態におけるバッテリの冷却処理の流れを示すフローチャートである。 材料劣化ダメージ量およびハイレート劣化ダメージ量と冷却開始温度との変化の一例を示す図である。 第四実施形態におけるバッテリの冷却処理の流れを示すフローチャートである。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態である二次電池の管理装置１０の構成を示す図である。この二次電池の管理装置１０は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載される。
管理対象であるバッテリ１００は、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池である。モータジェネレータ１０４は、バッテリ１００から出力された電力を受けて車両を駆動し、車両の制動時に発生する運動エネルギを電力に変換してバッテリ１００に充電する。したがって、車両の走行中には、バッテリ１００は、充放電を繰り返すことになる。なお、バッテリ１００からの電流Ｉｂは、放電電流を正（＋）、充電電流を負（−）とする。このバッテリ１００は、正極ラインＰＬと負極ラインＮＬを介して車両駆動用モータであるモータジェネレータ１０４に接続されている。
二次電池の管理装置１０は、バッテリ電圧Ｖｂを検出する電圧センサ１８、バッテリ１００の充放電電流Ｉｂを検出する電流センサ２０、バッテリ１００の温度（以下「電池温度Ｔｂ」という）を検出する温度センサ２２、バッテリ１００を冷却するための冷却ファン２４、および、制御部１２を有している。各種センサで検知された値は、制御部１２に入力され、後述する制御に利用される。冷却ファン２４は、制御部１２から出力される制御信号に従い、バッテリ１００を冷却する冷却機構である。
制御部１２は、各種演算を行うＣＰＵ１４と、各種プログラムや制御パラメータ等を記憶するメモリ１６と、を備えるコンピュータである。制御部１２は、後に詳説するように、電池温度Ｔｂ、バッテリ１００の電圧値Ｖｂ、電流値Ｉｂに基づいて、バッテリ１００のＳＯＣや、劣化ダメージ量等を計算する。そして、得られたＳＯＣや、劣化ダメージ量に応じて、バッテリ１００の充放電や、冷却ファン２４の駆動を制御する。
ここで、バッテリ１００は、繰り返し充放電することにより劣化し、次第に電池容量が低下したり、内部抵抗が上昇したりすることが知られている。こうしたバッテリ１００の劣化としては、ハイレート劣化と材料劣化とがある。ハイレート劣化は、大きな充放電電流（ハイレート）でのバッテリ運用が繰り返し行われることにより進む劣化であり、大きな充放電電流が流れる際に、二次電池内の電解液中の塩濃度に偏りが発生し、バッテリの内部抵抗が上昇してくる現象である。また、材料劣化は、バッテリ１００の構成部品の材料劣化であり、電流値ＩｂやＳＯＣ、温度Ｔｂに依存して生じる劣化である。
かかる劣化を抑制するために、制御部１２は、バッテリ１００の電流値Ｉｂや電圧値Ｖｂ、温度Ｔｂを検出することで、充放電電力を制御している。特に、材料劣化については、例えば、電池温度Ｔｂが、予め規定された冷却開始温度Ｔｎに達すれば、冷却ファン２４を駆動してバッテリ１００を冷却するなどして、長期に渡り、材料劣化ダメージ量Ｒが一定未満に保たれるようにしている。
しかし、使用時間が長い車両の場合は、こうした制御を行っても劣化ダメージ量、特に、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、予め規定された電力制限開始閾値以上となることがある。この場合、制御部１２は、入力電力許容値Ｗｉｎ、出力電力許容値Ｗｏｕｔの少なくとも一方を低下させる電力制限を行い、バッテリ１００の劣化の更なる進行を抑制する。この場合、バッテリ１００の劣化の進行は抑制されるものの、燃費等が悪化するという別の問題が生じる。そのため、こうした電力制限の発生は、極力、生じないように制御することが望まれる。
ここで、本実施形態のバッテリ１００において、ハイレート劣化は、バッテリ１００の温度が低い程進行しやすい。そこで、本実施形態では、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、予め規定された冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上となった場合には、冷却ファン２４によるバッテリ１００の冷却を制限し、ハイレート劣化の進行を抑制している。以下、このハイレート劣化の進行抑制について詳説する。
はじめに、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜の算出について説明する。ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜を算出する際には、まず、以下の式１を用いて、所定の周期Δｔごとに、評価値Ｄを算出する。この評価値Ｄは、１周期中に生じたハイレート劣化ダメージ量を示す。
Ｄ［ｔ］＝
Ｄ［ｔ−Δｔ］−α×Δｔ×Ｄ［ｔ−Δｔ］＋β／Ｃ×Ｉｂ×Δｔ・・・式１
上記の式１において、ｔは、時間を示し、Ｄ［ｔ−Δｔ］は、前回算出された評価値を示す。αは、忘却係数であり、βは電流係数であり、Ｉｂはバッテリ１００の充放電電流（放電時は＋、充電時は−）、Ｃは限界閾値である。上記の式１に示すように、今回の評価値Ｄ［ｔ］は、前回の評価値Ｄ［ｔ−Δｔ］に基づいて算出される。初期値としての評価値Ｄ［０］は、例えば、「０」とすることができる。
電解液中の塩濃度の偏りは、時間の経過に伴うイオンの拡散に応じて緩和されるため、時間が経過するにつれてダメージ量は減少してくる。上記の式１の右辺第２項は、所定の周期Δｔの間におけるダメージ量の減少を考慮する項である。忘却係数αは、バッテリ１００の電解液中におけるイオンの拡散速度に対応する係数であり、拡散速度が高いほど、忘却係数αが大きくなる。「α×Δｔ」の値は、０から１の範囲内で設定される。「α×Δｔ」の値が、「１」に近づくほど、右辺第２項の絶対値は大きくなる。また、忘却係数αの値が大きくなるほど、或いは、周期Δｔが長くなるほど、「α×Δｔ」の値が「１」に近づく。
忘却係数αは、マップとしてメモリ１６に記憶されている。図２は、忘却係数αのマップの一例を示す図である。図２から明らかな通り、忘却係数αは、バッテリ１００のＳＯＣおよび電池温度Ｔｂに依存しており、ＳＯＣが高いほど、また、電池温度Ｔｂが高いほど、忘却係数αも高くなる。忘却係数αの値は、実験やシミュレーションにより予め求めておく。また、忘却係数αは、図２に示すマップに替えて、例えば、電池温度ＴｂおよびＳＯＣを変数とする関数として記憶してもよい。
電解液中の塩濃度の偏りは、電流値の絶対値が大きい程大きくなる。また、放電中と充電中とでは、塩濃度の偏りの方向が逆になる。このため、電流Ｉｂが正（＋）となる放電中には、式１の右辺第３項は、正の値となって評価値Ｄを増加させ、電流Ｉｂが負（−）となる充電中には、式１の右辺第３項は負の値となって、評価値Ｄを減少させる。したがって、ハイレートの放電電流が流れると評価値Ｄは正（＋）となり、ハイレートの充電電流が流れると評価値Ｄは負（−）となる。
式１の右辺第３項の電流係数βと限界閾値Ｃとは、バッテリ１００のＳＯＣや温度Ｔｂに依存する。このため、忘却係数αと同様、ＳＯＣおよび温度Ｔｂの少なくとも一方と、電流係数β、限界閾値Ｃとの対応関係を、実験などによって予め求め、マップ又は関数としてメモリ１６に記憶しておけばよい。図３は、限界閾値Ｃのマップの一例を示す図である。図３から明らかな通り、限界閾値Ｃは、バッテリ１００のＳＯＣおよび電池温度Ｔｂに依存しており、ＳＯＣが高いほど、また、電池温度Ｔｂが高いほど、限界閾値Ｃも高くなる。
ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜は、先に説明した評価値Ｄを積算したΣＤの絶対値となる。ΣＤは、以下の式２に従い、所定の周期Δｔごとに算出する。
ΣＤ［ｔ］＝γ×ΣＤ［ｔ−Δｔ］＋η×Ｄ［ｔ−Δｔ］ ・・・ 式２
上記の式２において、γは減衰係数で１よりも小さい値であり、時間経過に伴うイオンの拡散によって塩濃度の偏りが緩和される程度を予測して設定される値である。また、ηは補正係数である。この減衰係数γおよび補正係数ηは、いずれも、メモリ１６に予め記憶されている。
先に述べたように、ハイレートの放電電流が流れると評価値Ｄは正（＋）となり、ハイレートの充電電流が流れると評価値Ｄは負（−）となる。ΣＤは、ハイレートの放電電流が流れると正の側に進み、ハイレートの充電電流が流れると負の側に進む。つまり、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜には、ΣＤが正（＋）の放電過多側のダメージ量と、ΣＤが負（−）の充電過多側のダメージ量と、がある。そして、ΣＤが負の場合（充電過多側にダメージが蓄積している場合）、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜は、ハイレートの放電電流が流れると減少し、ハイレートの充電電流が流れると増加する。また、ΣＤが正の場合（放電過多側にダメージが蓄積している場合）、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜は、ハイレートの放電電流が流れると増加し、ハイレートの充電電流が流れると減少する。
次に、材料劣化ダメージ量Ｒの算出について説明する。材料劣化は、バッテリ１００の構成部品の材料の劣化であり、充放電を行っていないときに生じる保存劣化と、充放電を行っているとき（電流が流れているとき）に生じる通電劣化と、を含む。保存劣化は、充放電を行っていないときの電池温度ＴｂおよびＳＯＣ、言い換えれば、車両を放置しているときの電池温度ＴｂおよびＳＯＣに基づいて、特定することができる。充放電を行っていないときの電池温度ＴｂおよびＳＯＣと、保存劣化との対応関係を示すマップや関数を予め用意しておけば、保存劣化を特定することができる。保存劣化が発生すれば、バッテリ１００の抵抗が上昇するため、保存劣化は、例えば、抵抗増加率で規定することができる。
通電劣化は、充放電を行っているときの電池温度Ｔｂおよび通電量に基づいて、特定することができる。充放電を行っているときの電池温度Ｔｂおよび通電量と、通電劣化との対応関係を示すマップや関数を予め用意しておけば、通電劣化を特定することができる。通電劣化が発生すれば、バッテリ１００の抵抗が上昇するため、通電劣化は、例えば、抵抗増加率で規定することができる。そして、この保存劣化および通電劣化の積算値が材料劣化ダメージ量Ｒとなる。
制御部１２は、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜および材料劣化ダメージ量Ｒを監視し、これらダメージ量が、規定の電力制限開始閾値ΣＤｓ，Ｒｓを超えた場合には、バッテリ１００の入出力電力を制限する。具体的には、制御部１２は、放電過多側のダメージ量｜ΣＤ｜が、規定の電力制限開始閾値ΣＤｓ以上となれば、すなわち、ΣＤ＞０かつ｜ΣＤ｜≧ΣＤｓとなれば、出力電力許容値Ｗｏｕｔを制限して、ハイレート劣化ダメージの進行を抑制する。また、制御部１２は、充電過多側のダメージ量｜ΣＤ｜が、規定の電力制限開始閾値ΣＤｓ以上となれば、すなわち、ΣＤ＜０かつ｜ΣＤ｜≧ΣＤｓとなれば、入力電力許容値Ｗｉｎを制限して、ハイレート劣化ダメージの進行を抑制する。また、制御部１２は、材料劣化ダメージ量Ｒが、予め規定された電力制限開始閾値Ｒｓ以上となれば、入出力電力の許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを制限し、材料劣化の更なる進行を防止する。ただし、材料劣化ダメージ量Ｒについては、従来から、電力制限開始閾値Ｒｓを超えないための制御が多数提案されており、現状、電力制限開始閾値Ｒｓを超えることは殆どない。
一方、ハイレート劣化ダメージについては、使用時間が多い車両では、電力制限開始閾値ΣＤｓを超えてしまい、入力電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが制限されるおそれがあった。入出力電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを制限した場合、燃費の悪化等の別の問題を招く。
ここで、通常、電池温度Ｔｂが規定の冷却開始温度Ｔｎに達すれば、バッテリ１００の冷却が開始される。バッテリ１００の種類によっては、この冷却開始温度Ｔｎ前後において、充電過多側および放電過多側の一方にのみダメージが蓄積しやすいものがある。例えば、本実施形態のバッテリ１００は、冷却開始温度Ｔｎ前後においては、充電過多側にダメージが蓄積しやすい。また、かかるバッテリ１００は、電池温度Ｔｂが低温になるほど、ダメージが蓄積（｜ΣＤ｜が増加）しやすいことが分かった。
そこで、本実施形態では、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、規定の冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上になれば、冷却ファン２４によるバッテリ１００の冷却を制限して、電池温度Ｔｂの低下を抑制し、ひいては、ハイレート劣化の進行を抑制している。そこで、図４を参照して、第一実施形態におけるバッテリ１００の冷却処理の流れについて説明する。
図４に示す通り、制御部１２は、バッテリ１００の冷却処理を行うにあたって、まず、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜を算出する（Ｓ１０）。このダメージ量｜ΣＤ｜の算出方法は、既述した通りである。次に、制御部１２は、得られたハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、予め規定された冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上か否かを確認する（Ｓ１２）。この冷却制限開始閾値ΣＤｃ１は、冷却の制限を開始する閾値であり、電力制限開始閾値ΣＤｓよりも十分に小さい。ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、この冷却制限開始閾値ΣＤｃ１未満の場合には、ハイレート劣化の進行を抑制する必要はない。したがって、この｜ΣＤ｜＜ΣＤｃ１の場合、制御部１２は、冷却の制限は、行わず、通常の冷却処理を実行する（Ｓ１６）。
一方、｜ΣＤ｜≧ΣＤｃ１の場合、制御部１２は、冷却を制限し、電池温度Ｔｂの低下を抑制する。ここで、冷却の制限は、冷却に関連する制御パラメータの値を変化させることで実行できる。すなわち、通常の冷却処理では、電池温度Ｔｂが、所定の冷却開始温度Ｔｎを超えれば、現在の電池温度Ｔｂと、目標温度Ｔ＊との差分値ΔＴｂに応じた回転数Ｆで、冷却ファン２４を駆動する。冷却を制限する際には、例えば、冷却開始温度Ｔｎや目標温度Ｔ＊を通常よりも引き上げればよい。また、別の形態として、差分値ΔＴｂに応じた回転数Ｆを低下させることで、冷却を制限するようにしてもよい。いずれにしても、冷却に関連する制御パラメータの値を変化させて、冷却を制限（冷却能力を低減）することで、電池温度Ｔｂの低下が抑制され、ハイレート劣化の進行が抑制される（Ｓ１４）。以降、ステップＳ１０〜Ｓ１６の手順を繰り返す。
図５は、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜と冷却制限のＯＮ／ＯＦＦ状況との関係を示す図である。図５に示す通り、時刻ｔ１でハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、規定の冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上となれば、制御部１２は、冷却制限をＯＮ、すなわち、冷却開始温度Ｔｎを初期値Ｔ０から引き上げる等して、バッテリ１００の冷却を制限する。その後、時間の経過とともに、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が低下し、時刻ｔ２で、｜ΣＤ｜＜ΣＤｃ１となれば、制御部１２は、冷却制限をＯＦＦする。すなわち、冷却開始温度Ｔｎを初期値Ｔ０に戻す等して、通常の冷却処理を行う。以上の通り、本実施形態によれば、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上の場合には、バッテリの冷却が制限されるため、低温で進行しやすいハイレート劣化の進行を効果的に防止できる。
次に、第二実施形態について図６を参照して説明する。図６は、第二実施形態におけるバッテリ１００の冷却処理の流れを示すフローチャートである。この実施形態では、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜だけでなく、材料劣化ダメージ量Ｒも考慮して、冷却制御を行う点で第一実施形態と相違する。すなわち、この場合、制御部１２は、まず、材料劣化ダメージ量Ｒおよびハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜を算出する（Ｓ２０，Ｓ２２）。これらのダメージ量Ｒ、｜ΣＤ｜の算出方法は、既述した通りである。
次に、制御部１２は、得られた材料劣化ダメージ量Ｒが規定の電力制限開始閾値Ｒｓ未満か否かを判断する（Ｓ２４）。材料劣化ダメージ量Ｒが、電力制限開始閾値Ｒｓ以上の場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）には、冷却制限は、行わず、通常の冷却処理を行う（Ｓ２９）。すなわち、Ｒ≧Ｒｓの場合には、材料劣化の進行を抑制するために、バッテリ１００を早急に冷却する必要がある。そのため、Ｒ≧Ｒｓの場合には、冷却開始温度Ｔｎの引き上げ（冷却の制限）は行わない。
一方、材料劣化ダメージ量Ｒが、電力制限開始閾値Ｒｓ未満（Ｒ＜Ｒｓ）の場合、制御部は、第一実施形態と同様に、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、予め規定された冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上か否かを確認する（Ｓ２６）。ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、冷却制限開始閾値ΣＤｃ１未満の場合、制御部１２は、冷却の制限は、行わず、通常の冷却処理を実行する（Ｓ２９）。一方、｜ΣＤ｜≧ΣＤｃ１の場合、制御部１２は、冷却を制限し、電池温度Ｔｂの低下を抑制する（Ｓ２８）。この冷却の制限は、第一実施形態と同様に、冷却開始温度Ｔｎや冷却の目標温度Ｔ＊を初期値から引き上げたり、ファンの回転数Ｆを引き下げたりすればよい。
図７は、材料劣化ダメージ量Ｒとハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜と冷却制限のＯＮ／ＯＦＦ状況との関係を示す図である。図７に示す通り、時刻ｔ１でハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、規定の冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上となれば、制御部１２は、冷却制限をＯＮ、すなわち、冷却開始温度Ｔｎを初期値Ｔ０から引き上げる等して、バッテリ１００の冷却を制限する。その後、時間の経過とともに、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が低下していく。ここで、時刻ｔ２において、材料劣化ダメージ量Ｒが、電力制限開始閾値Ｒｓに達したとする。この場合、制御部１２は、｜ΣＤ｜＜ΣＤｃ１となっていなくても、時刻ｔ２の段階で、冷却の制限を解除し、通常の冷却処理を開始する。このように、材料劣化ダメージ量Ｒが大きい場合には、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に関わらず、冷却制限をＯＦＦすることで、材料劣化の進行を抑制することができる。
次に、第三実施形態について図８を参照して説明する。図８は、第三実施形態におけるバッテリ１００の冷却処理の流れを示すフローチャートである。この実施形態では、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じて冷却開始温度Ｔｎを段階的に引き上げる。すなわち、制御部１２は、まず、第二実施形態（図６）と同様に、材料劣化ダメージ量Ｒおよびハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜を算出し（Ｓ３０，Ｓ３２）、これらダメージ量Ｒ，｜ΣＤ｜と規定された電力制限開始閾値Ｒｓ、冷却制限開始閾値ΣＤｃ１とを比較する（Ｓ３４，Ｓ３６）。比較の結果、Ｒ≧Ｒｓ、または、｜ΣＤ｜＜ΣＤｃ１の場合（Ｓ３４でＮｏまたはＳ３６でＮｏの場合）、制御部１２は、冷却開始温度Ｔｎの引き上げ（冷却の制限）は行わず、冷却開始温度Ｔｎとして予め規定された初期値Ｔ０を設定する（Ｓ４８）。そして、制御部１２は、電池温度Ｔｂが、初期値Ｔ０に達すれば冷却ファン２４による冷却を開始し、電池温度Ｔｂが、許容値Ｔｍａｘ未満となるように、冷却ファン２４の回転数等を制御する。
一方、Ｒ＜Ｒｓ、かつ、｜ΣＤ｜≧ΣＤｃ１の場合（Ｓ３４でＹｅｓかつＳ３６でＹｅｓ）の場合、制御部１２は、冷却開始温度Ｔｎを引き上げて、バッテリ１００の冷却を制限し、これにより、ハイレート劣化の進行を抑制する（Ｓ３８〜Ｓ４６）。この場合、冷却開始温度Ｔｎは、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じて決定される。冷却開始温度Ｔｎを決定するために、本実施形態では、あらかじめ複数の温度Ｔｃｘ（ｘ＝１，２，・・・，ｘ＿ｍａｘ）と、複数の閾値ΣＤｃｘと、をメモリ１６に記憶しておく。なお、Ｔｃ１＜Ｔｃ２＜・・・＜Ｔｃｘ＿ｍａｘであり、ΣＤｃ１＜ΣＤｃ２＜・・・＜ΣＤｃｘ＿ｍａｘである。制御部１２は、得られたハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、ΣＤｃｘ≦｜ΣＤ｜＜ΣＤｃ（ｘ＋１）を満たすかを判断し（Ｓ４２）、満たす場合には、冷却開始温度Ｔｎとして、ｘの値に応じた温度Ｔｃｘを設定する（Ｓ４６）。また、ΣＤｃｘ≦｜ΣＤ｜＜ΣＤｃ（ｘ＋１）を満たさない場合には、ｘの値をインクリメント（Ｓ４４）したうえで、再度、同様の判断を行う（Ｓ４２）。ただし、ｘの値が最大値に達してｘ＝ｘ＿ｍａｘとなった場合には（Ｓ４０でＹｅｓ）、その時点で、判断を終了し、最大値ｘ＿ｍａｘに対応した温度Ｔｃｘ＿ｍａｘを冷却開始温度Ｔｎとして設定する。なお、メモリ１６に記憶されている温度Ｔｃｘは、この初期値Ｔ０よりも高く、許容値Ｔｍａｘよりも小さい。すなわち、Ｔｃ１＞Ｔ０であり、Ｔｃｘ＿ｍａｘ＜Ｔｍａｘである。
図９は、材料劣化ダメージ量Ｒおよびハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜と冷却開始温度Ｔｎとの変化の一例を示す図である。図９において、上段は、材料劣化ダメージ量Ｒを、中段は、充電過多側のハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜を、下段は、冷却開始温度Ｔｎを、それぞれ示している。図９に示すように、時刻ｔ０において、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、冷却制限開始閾値ΣＤｃ１未満である場合、冷却開始温度Ｔｎは、初期値Ｔ０に保たれている。その後、時刻ｔ１において、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、冷却制限開始閾値ΣＤｃ１に達すれば、制御部１２は、冷却開始温度Ｔｎを、予め記憶された温度Ｔｃ１に設定する。
その後、さらに、ハイレート劣化が進行し、時刻ｔ２において、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、追加閾値ΣＤｃ２に達すれば、制御部１２は、冷却開始温度Ｔｎを温度Ｔｃ２に設定する。さらに、時刻ｔ３において、｜ΣＤ｜が、追加閾値ΣＤｃ３に達すれば、Ｔｎ＝Ｔｃ３に、時刻ｔ４において、｜ΣＤ｜が、追加閾値ΣＤｃ４に達すれば、Ｔｎ＝Ｔｃ４に順次、設定してく。冷却開始温度Ｔｎを引き上げてハイレート劣化の進行を抑制したり、放電電流を流したりすれば、充電過多側のハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が徐々に低下する。そして、時刻ｔ５において、ハイレート劣化ダメージ｜ΣＤ｜が追加閾値ΣＤｃ４を下回れば、制御部１２は、冷却開始温度Ｔｎを、温度Ｔｃ４から温度Ｔｃ３に引き下げる。その後も、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、追加閾値ΣＤｃｘを下回れば、冷却開始温度Ｔｎを、温度ＴｃｘからＴｃ（ｘ−１）に引き下げる。ここで、時刻ｔ８において、材料劣化ダメージ量Ｒが、規定の電力制限開始閾値Ｒｓに達したとする。この場合、制御部１２は、ハイレート劣化ダメージ｜ΣＤ｜が、冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上のΣＤａであったとしても、冷却開始温度Ｔｎを、初期値Ｔ０に設定する。
以上の説明で明らかな通り、本実施形態では、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が大きくなるほど冷却開始温度Ｔｎの引き上げ量（冷却の制限量）を大きくし、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が小さくなるほど冷却開始温度Ｔｎの引き上げ量（冷却の制限量）を小さくしている。かかる構成とすることで、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じた冷却が可能となり、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が大きいときには、バッテリ１００の低温化を防止して、ハイレート劣化の進行を抑制し、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が小さいときには、ある程度の冷却を行うことで、材料劣化の過度な進行を抑えることができる。
ところで、図９から明らかな通り、本実施形態では、閾値ΣＤｃｘの間隔ΔΣＤｃｘ＝（ΣＤｃｘ−ΣＤｃ（ｘ−１））を一定としていない。例えば、図９の例では、ΔΣＤｃ２＝（ΣＤｘｃ２−ΣＤｘｃ１）と、ΔΣＤｃ３＝（ΣＤｘｃ３−ΣＤｘｃ２）は、同じ大きさであるが、ΔΣＤｃ４＝（ΣＤｘｃ４−ΣＤｘｃ３）は、ΔΣＤｃ２，ΔΣＤｃ３よりも小さくしている。換言すれば、本実施形態では、一つの閾値と次の閾値との間隔ΔΣＤｃｘを、電力制限開始閾値ΣＤｓに近づくほど小さくしている。これは、電力制限開始閾値ΣＤｓの付近では、より小まめに冷却開始温度Ｔｎを引き上げ、｜ΣＤ｜が電力制限開始閾値ΣＤｓに達するのを防止するためである。かかる構成とすることで、電力制限の発生をより効果的に防止でき、ひいては、燃費の悪化をより効果的に防止できる。
また、本実施形態では、温度Ｔｃｘの間隔ΔＴｃｘ＝ΔＴｃｘ−ΔＴｃ（ｘ−１）は、Ｔｃｘ＿ｍａｘに近づくにつれ大きくしている。例えば、図９の例では、ΔＴｃ２＝（Ｔｃ２−Ｔｃ１）と、ΔＴｃ３＝（Ｔｃ３−Ｔｃ２）は、同じ大きさであるが、ΔＴｃ４＝（Ｔｃ４−Ｔｃ３）は、ΔＴｃ２，ΔＴｃ３よりも大きい。これは、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、電力制限開始閾値ΣＤｓに近づいたときには、より大幅に冷却開始温度Ｔｎを引き上げ、｜ΣＤ｜が電力制限開始閾値ΣＤｓに達するのを防止するためである。かかる構成とすることで、電力制限の発生をより効果的に防止でき、ひいては、燃費の悪化をより効果的に防止できる。
次に、第四実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は、第四実施形態におけるバッテリ１００の冷却処理の流れを示すフローチャートである。この実施形態は、第三実施形態（図８）と類似しているが、本実施形態では、さらに、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、充電過多に起因するダメージか否かで処理を切り替える。すなわち、本実施形態では、各ダメージ量Ｒ，｜ΣＤ｜を算出した後、材料劣化ダメージ量Ｒが、電力制限開始閾値Ｒｓ未満か否かを確認する（Ｓ５０〜Ｓ５４）。Ｒ＜Ｒｓの場合、続いて、算出されたハイレート劣化ダメージΣＤが、負（−）か否か、すなわち、得られたハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、充電過多に起因するダメージ量か否かを確認する（Ｓ５６）。ΣＤが正（＋）の場合、すなわち、放電過多に起因するダメージが蓄積している場合には、冷却開始温度Ｔｎの引き上げは行わず、冷却開始温度Ｔｎとして初期値Ｔ０を設定する（Ｓ７０）。これは、放電過多側のハイレート劣化は、バッテリ１００の冷却が不要となる氷点下で進行しやすい特性があり、冷却開始温度Ｔｎを引き上げても、放電過多側のハイレート劣化の進行を抑制する効果は殆ど期待できないためである。
一方、ΣＤが負（−）の場合には、ステップＳ５８に進み、以降は、第三実施形態（図８）のステップＳ３６〜Ｓ４６と同様に、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じて、冷却開始温度Ｔｎを設定する（Ｓ５８〜Ｓ６８）。以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、ハイレート劣化ダメージΣＤが負（−）、すなわち、本実施形態では、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、充電過多に起因するダメージ量である場合にのみ、冷却の制限を行う。かかる構成とすることで、必要な場合にのみ、冷却開始温度Ｔｎの判断を行うため、制御をより簡易化できる。
なお、本実施形態では、冷却開始温度の初期値Ｔ０付近では、充電過多側のハイレート劣化が蓄積しやすいため、充電過多側のハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じて、冷却開始温度を引き上げている。しかし、バッテリ１００の中には、冷却開始温度Ｔｎ＝Ｔ０付近で、放電過多側のハイレート劣化が蓄積しやすいものもある。かかるバッテリ１００の場合、放電過多側のハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じて、冷却開始温度Ｔｎを引き上げればよい。
また、第三、第四実施形態では、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じて、冷却開始温度Ｔｎを段階的に変更しているが、冷却開始温度Ｔｎに限らず、他のパラメータ、例えば、冷却目標温度Ｔ＊や冷却ファン２４の回転数を段階的に変更するようにしてもよい。また、第三、第四実施形態では、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じて、バッテリ１００の冷却制限を段階的に大きく（冷却開始温度Ｔｎを段階的に高く）している。このように冷却開始温度Ｔｎを段階的に引き上げることで、冷却開始温度Ｔｎの短時間での変動を抑えられ、制御を簡易化できる。しかし、場合によっては、冷却の制限量（冷却開始温度Ｔｎの引き上げ量等）は、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜に応じて、連続的に変化させてもよい。
いずれにしても、ハイレート劣化ダメージ量｜ΣＤ｜が、規定の冷却制限開始閾値ΣＤｃ１以上になった際に、バッテリ１００の冷却を制限し、バッテリ１００が低温になることを防止することで、ハイレート劣化の進行を抑制でき、ひいては、電力制限の発生を効果的に抑制できる。
１０ 管理装置、１２ 制御部、１４ ＣＰＵ、１６ メモリ、１８ 電圧センサ、２０ 電流センサ、２２ 温度センサ、２４ 冷却ファン、１００ バッテリ、１０４ モータジェネレータ、ＮＬ 負極ライン、ＰＬ 正極ライン。

Claims (5)

  1. 車両に搭載される二次電池の管理装置であって、
    前記二次電池を冷却する冷却機構と、
    前記冷却機構を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、ハイレートでの充電または放電に起因する前記二次電池の劣化ダメージ量であるハイレート劣化ダメージ量を算出し、前記ハイレート劣化ダメージ量が予め規定された冷却制限開始閾値以上の場合には、前記冷却制限開始閾値未満の場合よりも、前記冷却機構による前記二次電池の冷却を制限する、
    ことを特徴とする二次電池の管理装置。
  2. 請求項１に記載の二次電池の管理装置であって、
    前記制御部は、前記二次電池の材料劣化ダメージ量を算出し、前記材料劣化ダメージ量が、予め規定された材料劣化用の電力制限開始閾値以上である場合には、前記ハイレート劣化ダメージ量に関わらず、前記制限をかけることなく前記二次電池を冷却する、ことを特徴とする二次電池の管理装置。
  3. 請求項１または２に記載の二次電池の管理装置であって、
    前記制御部は、前記ハイレート劣化ダメージ量が高くなるほど前記冷却機構による冷却の制限を大きくする、ことを特徴とする二次電池の管理装置。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の二次電池の管理装置であって、
    前記制御部は、前記ハイレート劣化ダメージ量が、予め規定されたハイレート劣化用の電力制限開始閾値以上である場合には、前記二次電池への入力電力および出力電力の少なくとも一方の許容値を低下させる電力制限を行い、
    前記冷却制限開始閾値と前記ハイレート劣化用の電力制限開始閾値との間に、２以上の追加閾値が設定されており、
    前記制御部は、前記追加閾値を一つ超えるたびに、前記冷却機構による冷却の制限を段階的に大きくしており、
    一つの追加閾値と次の追加閾値との間隔は、前記ハイレート劣化用の電力制限開始閾値に近づくにつれて小さく設定されている、
    ことを特徴とする二次電池の管理装置。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の二次電池の管理装置であって、
    前記制御部は、前記ハイレート劣化ダメージ量が、充電過多に起因するダメージ量である場合にのみ、前記冷却機構による前記二次電池の冷却を制限する、
    ことを特徴とする二次電池の管理装置。
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