JP2017103080A - 電動車両の電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】外部充電可能な電動車両の電池システムにおいて、非水電解液二次電池の電解液中のイオン濃度の偏りに起因するハイレート劣化を適切に防止する。
【解決手段】評価値Ｄ（Ｎ）は、二次電池の非水電解液中のイオン濃度の偏りを定量的に評価するために、電流の履歴に基づいて算出される。評価値Ｄ（Ｎ）は、イオン濃度の分布が放電側に偏っているときには正値を有し、充電側に偏っているときには負値を有する。放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）は、閾値Ｄｔｒ１−，Ｄｔｒ１＋を超える評価値Ｄ（Ｎ）の積算により算出される。充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は、閾値Ｄｔｒ２−，Ｄｔｒ２＋を超える評価値Ｄ（Ｎ）の積算により算出される。積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）が正の閾値Ｋ１を超えると二次電池の放電が制限され、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が負の閾値Ｋ２を超えると二次電池の充電が制限される。
【選択図】図５

Description

この発明は電動車両の電池システムに関し、より特定的には、車両駆動電源用の非水系二次電池を備える電池システムに関する。

リチウムイオン二次電池に代表される、非水電解液を有する非水系二次電池が、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等の電動車両の車両駆動電源（車載電源）に用いられている。非水系二次電池の抵抗上昇を引き起こす要因の一つとして、ハイレートでの充電または放電が継続的に行われることにより、電解液中の塩濃度（イオン濃度）のムラ（偏り）によって抵抗増加が生起される現象である、所謂ハイレート劣化が知られている。

特許文献１（国際公開第２０１３／０４６２６３号）には、電池を充放電したときの電流値の履歴に基づいて算出された、電解液中におけるイオン濃度の偏りによる劣化の評価値について、閾値の超過分を積算し、さらに、時間経過によるイオン濃度の偏りの緩和を補正することによって積算評価値を求めることが記載されている。そして、積算評価値が閾値（正）を超えたときに、二次電池の放電電力上限値を低下させる制御が記載されている。

また、特許文献２（特開２０１４−３８２６号公報）には、特許文献１と同様の評価値に基づく共通の積算評価値を用いて、当該積算評価値が正の閾値よりも大きくなると放電過多と判定して放電電力を制限し、当該積算評価値が負の閾値よりも小さくなると充電過多と判定して充電電力を制限することが記載されている。

国際公開第２０１３／０４６２６３号 特開２０１４−３８２６号公報

近年では、車載蓄電装置を車両外部の電源（以下、単に、「外部電源」とも称する）によって充電することが可能な電動車両が実用化されている。所謂プラグインハイブリッド車や電気自動車では、運転停止中において系統電源や専用の充電スタンドを用いて車載二次電池が充電される。

このような外部電源による車載二次電池の充電（以下、単に「外部充電」とも称する）では、二次電池は比較的大きな電流で継続的に充電されるので、回生ブレーキ使用時やＳＯＣ（State of Charge）の低下時に充電される車両運転時と比較して、充電態様が大きく異なる。このため、特許文献１のように、放電側のハイレート劣化のみに着目した充放電管理では、外部充電可能な電動車両に搭載された二次電池のハイレート劣化を抑制することが困難である。

また、特許文献２では、単一の積算評価値を用いて、放電過多および充電過多を判定しており、さらに、評価値の積算有無の境界となる目標値についても充電側および放電側で絶対値は同じ値に設定されている。したがって、放電および充電の両方が断続的に発生する車両運転中のハイレート劣化防止に対応して、上記閾値を含む算出処理のためのパラメータを調整すると、充電態様が大きく異なる外部充電を含んで使用される二次電池については、ハイレート劣化を防止するための充放電制限が適切に実現できないことが懸念される。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、車両外部の電源によって車載蓄電装置を充電する構成を有する電動車両の電池システムにおいて、非水電解液二次電池の電解液中におけるイオン濃度の偏りに起因するハイレート劣化を適切に防止することである。

この発明のある局面によれば、電動車両の電池システムは、車両制動力または車両駆動力を発生する電動機が搭載された電動車両の電池システムであって、非水電解液を有する二次電池と、車両外部の電源によって二次電池を充電するための充電器と、二次電池の充放電を制御する制御装置とを備える。電動機は、二次電池との間の電力の授受を伴って車両制動力または車両駆動力を発生する。制御装置は、二次電池の充放電による非水電解液中のイオン濃度の偏りに伴って二次電池の入出力性能を低下させる劣化成分を評価するための評価値（Ｄ（Ｎ））を、二次電池の電流の履歴に基づいて算出する。評価値は、イオン濃度の分布が放電側に偏っているときには第１の極性の値を有する一方で、イオン濃度の分布が充電側に偏っているときには第１の極性とは反対の第２の極性の値を有するように算出される。制御装置は、予め設定された第１の閾値（Ｄｔｒ１＋）または第２の閾値（Ｄｔｒ１−）を超える評価値を積算した放電側の第１の積算評価値（ΣＤｅｘ１（Ｎ））と、予め設定された第３の閾値（Ｄｔｒ２−）または第４の閾値（Ｄｔｒ２＋）を超える評価値を積算した充電側の第２の積算評価値（ΣＤｅｘ２（Ｎ））とを別個に算出する。第１の閾値は第１の極性を有する値に設定されるとともに、第２の閾値は０または第２の極性を有する値に設定される。第３の閾値は第２の極性を有する値に設定されるとともに、第４の閾値は０または第１の極性を有する値に設定される。第１の積算評価値は、過去の第１の積算評価値が時間経過に応じて第１の緩和係数（ａ１）によって絶対値を減少された値と、現在の評価値が第１の極性において第１の閾値よりも絶対値が大きい、または、第２の極性において第２の閾値よりも絶対値が大きいときの当該現在の評価値の一部または全部に相当する値との加算によって算出される。第２の積算評価値は、過去の第２の積算評価値が時間経過に応じて第２の緩和係数（ａ２）によって絶対値を減少された値と、現在の評価値が第２の極性において第３の閾値よりも絶対値が大きい、または、第１の極性において第４の閾値よりも絶対値が大きいときの当該現在の評価値の一部または全部に相当する値との加算によって算出される。制御装置は、さらに、第１の積算評価値が、第１の極性である場合に第１の極性を有する放電制限閾値（Ｋ１）よりも絶対値が大きいときに、二次電池の放電電力を制限する。さらに、制御装置は、第２の積算評価値が、第２の極性である場合に第２の極性を有する充電制限閾値（Ｋ２）よりも絶対値が大きいときに二次電池の充電電力を制限する。

上記電動車両の電池システムによれば、電解液中のイオン濃度の偏りについて共通の評価値に基づいて、第１および第２の緩和係数によって時間経過に応じて絶対値を減少させながら、放電側の第１の積算評価値および充電側の第２の積算評価値を別個の閾値を設定して別々に積算できる。そして、第１の積算評価値に基づく放電制限、および、第２の積算評価値に基づく充電制限を行うことにより、非水系二次電池の電解液におけるイオン濃度の偏りが過度とならないように二次電池の充放電を適切に制限することができる。この際に、第１および第２の緩和係数によって時間経過に応じたハイレート劣化の緩和を反映することにより、実際のイオン濃度の偏りに対して第１および第２の積算評価値が過大となって、充放電制限が過度となることについても回避できる。この結果、外部充電のための構成を有する電動車両に搭載されることにより、長時間継続して充電される態様を含んで使用される非水系二次電池についても、ハイレート劣化を適切に防止することができる。

好ましくは、第２の緩和係数（ａ２）は、充電器による二次電池の充電中は、車両走行中と比較して、第２の積算評価値の絶対値をより速く減少させるように設定される。あるいは、第１の緩和係数（ａ１）は、充電器による二次電池の充電中は、車両走行中と比較して、第１の積算評価値の絶対値をより遅く減少させるように設定される。さらに好ましくは、車両駆動力を発生するためのエンジンと、エンジンの出力によって二次電池の充電電力を発生するための発電機構とをさらに搭載する電動車両の電池システムでは、第２の緩和係数は、エンジンの作動を伴う車両走行中において、エンジンが停止された車両走行中と比較して、第２の積算評価値の絶対値をより速く減少させるように設定され、第１の緩和係数は、エンジンが停止された車両走行中において、エンジンの作動を伴う車両走行中と比較して、第１の積算評価値の絶対値をより速く減少させるように設定される。

このように構成すると、電動車両の車両状態（外部充電／車両走行（ＨＶ走行／ＥＶ走行））での充電頻度および放電頻度の傾向に対応させて、ハイレート劣化の緩和速度の相違を第１および第２の積算評価値に適切に反映することができる。この結果、より高精度に算出された第１および第２の積算評価値に基づく充放電制限を実行することにより、二次電池のハイレート劣化をさらに適切に防止することができる。

この発明によれば、車両外部の電源によって車載蓄電装置を充電する構成を有する電動車両の電池システムにおいて、非水二次電池の電解液中におけるイオン濃度の偏りに起因するハイレート劣化を適切に防止することができる。

本実施の形態１に従う電動車両の電池システムの概略構成図である。 図１に示された電池セルの構成例を示す断面図である。 本実施の形態１に従う電池システムにおけるハイレート劣化を抑制するための制御処理を説明するフローチャートである。 放電側の評価積算値および充電側の評価積算値の算出処理の詳細を示すフローチャートである。 実施の形態１に従う電池システムにおける積算評価値の推移例を示す波形図である。 外部充電可能な電動車両に搭載された非水系二次電池について特許文献２のように共通の積算評価値を用いて充放電を管理した場合の解析結果の例を説明する概念図である。 実施の形態１に従う電池システムにおける放電側の積算評価値の算出に用いる閾値の設定手法を説明する概念図である。 実施の形態１に従う電池システムにおける充電側の積算評価値の算出に用いる閾値の設定手法を説明する概念図である。 本実施の形態２に従う電動車両の電池システムの全体構成図である。 図９に示された電動車両のＥＶ走行における共線図である。 図９に示された電動車両のＨＶ走行における共線図である。 図９に示した電動車両の状態遷移図である。 図９に示した電動車両の電池システムにおける積算評価値の算出における緩和係数の設定を説明するための図表である。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に従う電動車両の電池システムの概略構成図である。

図１を参照して、電動車両１００は、車載された二次電池を車両駆動電源として走行する。例えば電動車両１００は、ハイブリッド自動車あるいは電気自動車によって構成される。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、バッテリの他に燃料電池やエンジン等を備える車両である。電気自動車は、車両の動力源としてバッテリだけを備えた車両である。

電動車両１００は、二次電池１０と、昇圧コンバータ２２と、インバータ２３と、モータジェネレータ２５と、伝達ギア２６と、駆動輪２７と、充電器２８と、コントローラ３０とを備える。

二次電池１０は、電気的に直列に接続された複数の電池セル１１を有する組電池によって構成される。各電池セル１１は、リチウムイオン二次電池に代表される、非水電解液を有する非水系二次電池によって構成される。なお、複数の電池セル１１の一部は、互いに並列に接続されてもよい。

電池セル１１の正極は、イオン（例えば、リチウムイオン）を吸蔵および放出できる材料で形成される。正極の材料としては、例えば、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムを用いることができる。電池セル１１の負極は、イオン（例えば、リチウムイオン）を吸蔵および放出できる材料で形成される。負極の材料としては、例えば、カーボンを用いることができる。電池セル１１を充電するとき、正極は、イオンを電解液中に放出し、負極は、電解液中のイオンを吸蔵する。また、電池セル１１を放電するとき、正極は、電解液中のイオンを吸蔵し、負極は、イオンを電解液中に放出する。電池セル１１は、角筒状（直方体形状）をなす電池ケースに収容される。

図２には、電池セルの構成例を示す断面図が示される。
図２を参照して、電池セル１１は、電池ケース１１０の内部に、電解質（非水電解液）が含浸されたセパレータ１５０を介して正極と負極が積層されて形成される、所謂捲回体として構成された電極体１２０が収容される構造を有する。電池ケース１１０の開口部１１２は、蓋体１１４によって閉塞されている。

蓋体１１４には、外部接続用の正極端子１３８及び負極端子１４８が設けられる。上端側が蓋体１１４の表面から外部に突設された正極端子１３８及び負極端子１４８は、それぞれの下端部が、電池ケース１１０の内部において、内部正極端子１３７及び内部負極端子１４７に接続されている。

電極体１２０は、例えば、正極シート１３０及び負極シート１４０が、長尺シート状のセパレータ１５０を介して交互に積層されることによって構成される。正極シート１３０は、長尺状の正極集電体１３２の表面に正極活物質層１３４を有するように構成される。負極シート１４０は、長尺状の負極集電体１４２の表面に負極活物質層１４４を有するように構成される。

積層体で構成された電極体１２０は、例えば、その軸芯（図示しない）の周囲に筒状に捲回されて得られた捲回電極体を、側面方向から押しつぶすようにして扁平形状に成形される。電極体１２０は、開口端１２０ａ，１２０ａが電池ケース１１０の側壁１１６に対向するように、電池ケース１１０内に配置されている。

内部正極端子１３７及び内部負極端子１４７は、それぞれ、正極集電体１３２の正極活物質層非形成部１３６、及び、負極集電体１４２の負極活物質層非形成部１４６に、超音波溶接や抵抗溶接等の適宜の手法によって接合される。これにより、電極体１２０の正極シート１３０及び負極シート１４０と、内部正極端子１３７及び内部負極端子１４７とは、電気的に接続されている。

セパレータ１５０は、正極シート１３０及び負極シート１４０間に介在しており、正極シート１３０に設けられた正極活物質層１３４と、負極シート１４０に設けられた負極活物質層１４４の両方に当接するように配置されている。このセパレータ１５０に形成された空孔内に電解質（非水電解液）を含浸させることにより、正極及び負極間に伝導パス（導電経路）が画成される。

セパレータ１５０は、正極活物質層１３４及び負極活物質層１４４の積層部位の幅よりも大きく、且つ、電極体１２０の幅よりも小さい幅を有している。さらに、セパレータ１５０は、正極集電体１３２と負極集電体１４２が互いに接触して内部短絡を生じないように、正極活物質層１３４及び負極活物質層１４４の積層部位に挟持されるように設けられている。

このような扁平形状の捲回電極体を有する二次電池では、充電時および放電時に、捲回電極体にかかる圧力が局所的に異なる（例えば、捲回電極体の側面中央部にかかる圧力と側面端部にかかる圧力とが異なる）ことによって、電解液中のイオン濃度に偏りが発生しやすくなる。このため、正極シートおよび負極シートが単純に積層されたセル構造等と比較して、特許文献１や２で説明されるハイレート劣化が起こり易くなる傾向にある。

再び図１を参照して、二次電池１０は、システムメインリレー２１ａ，２１ｂを介して昇圧コンバータ２２に接続されており、昇圧コンバータ２２は、二次電池１０の出力電圧を昇圧する。昇圧コンバータ２２は、インバータ２３と接続されており、インバータ２３は、昇圧コンバータ２２からの直流電力を交流電力に変換する。

モータジェネレータ（三相交流モータ）２５は、インバータ２３からの交流電力を受けることにより、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータジェネレータ２５によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。一方で、車両を減速させるときや、車両を停止させるとき、モータジェネレータ２５は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータジェネレータ２５で生成された交流電力は、インバータ２３によって直流電力に変換される。昇圧コンバータ２２は、インバータ２３の出力電圧を降圧してから二次電池１０に供給する。これにより、回生電力を二次電池１０に蓄えることができる。このように、モータジェネレータ２５は、二次電池１０との間での電力の授受を伴って、車両の駆動力または制動力を発生するように構成される。

なお、昇圧コンバータ２２は、省略することができる。また、モータジェネレータ２５として直流モータを用いるときには、インバータ２３を省略することができる。

電動車両１００には、油圧等によって機械的な制動力（例えば、摩擦制動力）を発生させるメカブレーキ機構（図示せず）がさらに配置される。この結果、ドライバのブレーキペダル操作に応じて車両制動力を、モータジェネレータ２５による回生制動力およびメカブレーキ機構による制動力の和によって確保することができる。

二次電池１０には、電流センサ１５、温度センサ１６および電圧センサ１７が配置される。電流センサ１５は、二次電池１０に流れる電流を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。以下では、電流センサ１５によって検出された電流値Ｉに関して、放電電流を正の値とし、充電電流を負の値として表すこととする。温度センサ１６は、二次電池１０の温度を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。温度センサ１６の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ１６を用いるときには、複数の温度センサ１６によって検出された温度の平均値を二次電池１０の温度として用いたり、特定の温度センサ１６によって検出された温度を二次電池１０の温度として用いたりすることができる。

電圧センサ１７は、二次電池１０の電圧Ｖを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。本実施例では、二次電池１０の電圧を検出しているが、これに限るものではない。例えば、二次電池１０を構成する電池セル１１の電圧を検出することができる。また、二次電池１０を構成する複数の電池セル１１を複数のブロックに分け、各ブロックの電圧を検出することができる。各ブロックは、少なくとも２つの電池セル１１を含んでいる。

コントローラ３０は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成されて、システムメインリレー２１ａ，２１ｂ、昇圧コンバータ２２およびインバータ２３の動作を制御する。コントローラ３０は、各種の情報を記憶するメモリ３１を有する。メモリ３１には、コントローラ３０を動作させるためのプログラムも記憶されている。本実施例では、コントローラ３０がメモリ３１を内蔵しているが、コントローラ３０の外部にメモリ３１を設けることも可能である。

コントローラ３０は、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをオフからオンに切り替えたり、昇圧コンバータ２２およびインバータ２３を動作させたりする。また、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをオンからオフに切り替えたり、昇圧コンバータ２２やインバータ２３の動作を停止させたりする。

充電器２８は、外部電源４０からの電力を二次電池１０に供給する。充電器２８は、充電リレー２９ａ，２９ｂを介して、二次電池１０に接続されている。充電リレー２９ａ，２９ｂがオンであるとき、外部電源からの電力を二次電池１０に供給することができる。

外部電源４０は、車両の外部に設けられた電源であり、外部電源４０としては、例えば、商用交流電源を適用することができる。外部電源４０および充電器２８は、例えば、充電ケーブル４５によって接続可能である。すなわち、充電ケーブル４５の装着時に、外部電源４０および充電器２８は電気的に接続されることにより、二次電池１０を外部充電可能な状態となる。

あるいは、外部電源４０および充電器２８の間で、非接触に電力が伝送されるように電動車両１００は構成されてもよい。例えば、外部電源側の送電コイル（図示せず）および車両側の受電コイル（図示せず）を経由して、電力を伝送することによって、外部電源４０によって二次電池１０を充電することができる。

このように、外部電源４０から交流電力が供給される場合には、充電器２８は、外部電源４０からの供給電力（交流電力）を、二次電池１０の充電電力（直流電力）に変換する機能を有するように構成される。あるいは、外部電源４０が二次電池１０の充電電力を直接供給する場合には、充電器２８は、外部電源４０からの直流電力を二次電池１０に供給するだけでよい。上述のように、本実施の形態において、電動車両１００は、二次電池１０が外部充電可能に構成されているが、外部充電の態様については特に限定されるものではない。

（ハイレート劣化の管理）
以下に、本発明の実施の形態１に従う電池システムにおける二次電池のハイレート劣化抑制のための管理および制御について詳細に説明する。

図３は、本実施の形態１に従う電池システムにおけるハイレート劣化を抑制するための制御処理を説明するフローチャートである。図３に従う制御処理は、コントローラ３０によって繰返し実行される。

図３を参照して、コントローラ３０は、ステップＳ１００において、電流センサ１５、温度センサ１６および電圧センサ１７の出力値を読込む。これによって、二次電池１０の電流、電圧および温度が検出される。

コントローラ３０は、ステップＳ１１０において、ステップＳ１００で得られた電流値に基づいて、二次電池１０のＳＯＣを算出（推定）する。ＳＯＣは、二次電池１０の満充電容量に対する、現在の充電容量の割合（百分率）で定義される。なお、ＳＯＣの算出方法は、電流値積算（クーロンカウント）による手法や、開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）の推定による手法等、公知の手法を適宜選択的に採用することができる。

続いて、コントローラ３０は、ステップＳ１２０により、ハイレート劣化を評価するための評価値Ｄ（Ｎ）を算出する。特許文献１，２にも示されるように、評価値Ｄ（Ｎ）は、充放電による非水電解液中のイオン濃度の偏りに伴って、二次電池１０の入出力性能を低下させる劣化成分を評価するための定量値である。評価値Ｄ（Ｎ）は、特許文献１および２と同様に、下記の式（１）によって算出することができる。

Ｄ（Ｎ）＝Ｄ（Ｎ−１）−Ｄ（−）＋Ｄ（＋）… （１）
式（１）において、今回（第Ｎ回目）の制御周期（Ｎ：２以上の自然数）における評価値Ｄ（Ｎ）に対して、前回の周期における評価値はＤ（Ｎ−１）で表記される。初期状態、すなわち、イオン濃度に偏りが無い状態では、Ｄ（Ｎ）＝０である。以下では、第（Ｎ−１）周期から第Ｎ周期までの経過時間に相当するサイクルタイムをΔｔと表記する。

式（１）中において、Ｄ（−）およびＤ（＋）は、下記の式（２），（３）式で示される。

Ｄ（−）＝Ａ×Δｔ×Ｄ（Ｎ−１）… （２）
Ｄ（＋）＝Ｂ／Ｃ×Ｉ×Δｔ… （３）
式（２）中において、Ａは忘却係数を示し、イオンの拡散の速度が速いほど忘却係数Ａは大きくなる。したがって、特許文献１，２にも示されるように、二次電池１０のＳＯＣおよび温度に基づいて忘却係数Ａを設定することができる。Ａは、０＜Ａ×Δｔ＜１の範囲内となるように設定される。

式（３）中において、Ｂは電流係数を示し、Ｃは限界値を示す。電流係数Ｂおよび限界値Ｃは、特許文献１，２に記載されるように、二次電池１０の温度およびＳＯＣに基づいて設定することができる。また、電流値Ｉは、ステップＳ１００の処理で検出した値を用いることができる。

式（３）から理解されるように、Ｉ＞０である放電時には、｜Ｉ｜が大きいほど、またはサイクルタイムΔｔが長いほど、評価値Ｄ（Ｎ）は正方向へ変化する。反対に、Ｉ＜０である充電時には、｜Ｉ｜が大きいほど、またはサイクルタイムΔｔが長いほど、評価値Ｄ（Ｎ）は負方向へ変化する。このように、「＋Ｄ（＋）」項は、放電または電流に伴うイオン濃度の偏りの増加を示している。

一方で、Ｄ（−）は、サイクルタイムΔｔの間における、イオンの拡散に伴うイオン濃度の偏りの減少（回復）量を示している。すなわち、Ｄ（−）の極性はＤ（Ｎ−１）と同一であり、「−Ｄ（−）」は、Ｄ（Ｎ）を０へ向けて変化させる項である。式（２）において、（Ａ×Δｔ）が１に近いほど、すなわち、係数Ａが大きいほど、または、サイクルタイムΔｔが長いほど、評価値Ｄ（Ｎ）は、０に速く近づくように変化する。

したがって、評価値Ｄ（Ｎ）についても、Ｄ（Ｎ）＞０が放電側にイオン濃度が偏っていることを示し、Ｄ（Ｎ）＜０が充電方向にイオン濃度が偏っていることを示すものである。

なお、評価値Ｄ（Ｎ）の算出については、イオン濃度の偏りについて、サイクルタイム間での、充電または放電電流による増加量、および、イオンの拡散による偏りの減少（回復）量を定量的に算出するものであれば、上記の手法に限定されるものではないことについて、確認的に記載する。

さらに、コントローラ３０は、ステップＳ２００により、ステップＳ１２０で求められた評価値Ｄ（Ｎ）に基づいて、積算評価値を算出する。本実施の形態では、積算評価値については、放電過多管理用のΣＤｅｘ１（Ｎ）と、充電過多管理用の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）を別個に算出する。以下では、放電過多を管理するための積算評価値（ΣＤｅｘ１（Ｎ））を、単に「放電側の積算評価値」とも称し、充電過多を管理するための積算評価値（ΣＤｅｘ２（Ｎ））を、単に「充電側の積算評価値」とも称する。

図４は、図３のステップＳ２００による制御処理、すなわち、放電側の評価積算値および充電側の評価積算値の算出処理の詳細を示すフローチャートである。

図４を参照して、コントローラ３０は、ステップＳ２１０により、時間経過に応じたハイレート劣化の緩和を反映するための補正係数ａ１およびａ２（以下、緩和係数ａ１，ａ２とも称する）。緩和係数ａ１，ａ２は、特許文献１中の補正係数ａに対応する。緩和係数ａ１は、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）の算出式に用いられ、緩和係数ａ２は、充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）の算出式に用いられる。なお、緩和係数ａ１，ａ２は、特許文献１での補正係数ａと同様に、０＜ａ１＜１、かつ、０＜ａ２＜１の範囲で設定される。緩和係数ａ１は「第１の緩和係数」に対応し、緩和係数ａ２は「第２の緩和係数」に対応する。

コントローラ３０は、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）を算出するためのステップＳ２２０を実行する。ステップＳ２２０は、ステップＳ２２２、Ｓ２２４、および、Ｓ２２６を有する。

コントローラ３０は、ステップＳ２２２により、評価値Ｄ（Ｎ）を、放電側の積算評価値を算出するための閾値Ｄｔｒ１＋およびＤｔｒ１−と比較する。閾値Ｄｔｒ１＋は、正値（Ｄｔｒ１＋＞０）に設定され、閾値Ｄｔｒ１−は、負値または０に設定される（Ｄｔｒ１−≦０）。すなわち、閾値Ｄｔｒ１＋は「第１の閾値」に対応し、閾値Ｄｔｒ１−は「第２の閾値」に対応する。

コントローラ３０は、Ｄｔｒ１−＜Ｄ（Ｎ）＜Ｄｔｒ１＋の範囲内であるとき、すなわち、評価値Ｄ（Ｎ）が閾値Ｄｔｒ１＋およびＤｔｒ１−を超えないとき（Ｓ２２２のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２２４に処理を進めて、下記の式（４）に従って今回の制御周期における積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）を算出する。

ΣＤｅｘ１（Ｎ）＝ａ１・ΣＤｅｘ１（Ｎ−１） …（４）
ステップＳ２２４では、評価値Ｄ（Ｎ）は積算されず、緩和係数ａ１に従って、ハイレート劣化の緩和が積算評価値に反映される。すなわち、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）は、極性を維持した上で、絶対値が減少されるように更新される。

これに対して、コントローラ３０は、Ｄ（Ｎ）＜Ｄｔｒ１−またはＤ（Ｎ）＞Ｄｔｒ１＋のとき、すなわち、Ｄ（Ｎ）＞０の場合に｜Ｄ（Ｎ）｜＞｜Ｄｔｒ１＋｜のとき、または、Ｄ（Ｎ）＜０の場合に｜Ｄ（Ｎ）｜＞｜Ｄｔｒ１−｜のときには（Ｓ２２２のＮＯ判定時）、評価値Ｄ（Ｎ）が閾値Ｄｔｒ１＋およびＤｔｒ１−を超えているため、ステップＳ２２６に処理を進める。

ステップＳ２２６では、下記の式（５）に従って今回の制御周期における積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）が算出される。

ΣＤｅｘ１（Ｎ）＝Ｄ（Ｎ）＋ａ１・ΣＤｅｘ１（Ｎ−１） …（５）
式（５）では、式（４）に対して、閾値Ｄｔｒ１＋またはＤｔｒ１−を超えた評価値Ｄ（Ｎ）が加算される。なお、式（５）において、評価値Ｄ（Ｎ）については、その一部の値、例えば、閾値Ｄｔｒ１＋，Ｄｔｒ１−に対する超過分（Ｄ（Ｎ）−Ｄｔｒ１＋、または、Ｄ（Ｎ）−Ｄｔｒ１−）のみの値を加算するようにしてもよい。

このように、ΣＤｅｘ１（Ｎ）は、緩和係数ａ１によって過去のΣＤｅｘ１（Ｎ−１）の絶対値が減少された値と、現在の評価値Ｄ（Ｎ）が閾値Ｄｔｒ１＋，Ｄｔｒ１−を超過したときの当該Ｄ（Ｎ）の一部または全部に相当する値とを加算することによって、算出される。緩和係数ａ１によって時間経過に応じたハイレート劣化の緩和を反映することにより、実際のイオン濃度の偏りに対して積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）が過大となって、放電制限が過度となることを回避できる。

同様に、コントローラ３０は、充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）を算出するためのステップＳ２３０を実行する。ステップＳ２３０は、ステップＳ２３２、Ｓ２３４、および、Ｓ２３６を有する。

コントローラ３０は、ステップＳ２３２により、評価値Ｄ（Ｎ）を、充電側の積算評価値を算出するための閾値Ｄｔｒ２＋およびＤｔｒ２−と比較する。閾値Ｄｔｒ２−は、負値（Ｄｔｒ２−＜０）に設定され、閾値Ｄｔｒ２＋は、正値または０に設定される（Ｄｔｒ２＋≧０）。すなわち、閾値Ｄｔｒ２−は「第３の閾値」に対応し、閾値Ｄｔｒ２＋は「第４の閾値」に対応する。

コントローラ３０は、Ｄｔｒ２−＜Ｄ（Ｎ）＜Ｄｔｒ２＋の範囲内であるとき、すなわち、評価値Ｄ（Ｎ）が閾値Ｄｔｒ２＋およびＤｔｒ２−を超えないとき（Ｓ２３２のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２３４に処理を進めて、下記の式（６）に従って今回の制御周期における積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）を算出する。

ΣＤｅｘ２（Ｎ）＝ａ２・ΣＤｅｘ２（Ｎ−１） …（６）
ステップＳ２３４では、評価値Ｄ（Ｎ）は積算されず、緩和係数ａ２に従って、ハイレート劣化の緩和が積算評価値に反映される。すなわち、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は、極性を維持した上で、絶対値が減少されるように更新される。

これに対して、コントローラ３０は、Ｄ（Ｎ）＜Ｄｔｒ２−またはＤ（Ｎ）＞Ｄｔｒ２＋のとき、すなわち、Ｄ（Ｎ）＞０の場合に｜Ｄ（Ｎ）｜＞｜Ｄｔｒ２＋｜のとき、または、Ｄ（Ｎ）＜０の場合に｜Ｄ（Ｎ）｜＞｜Ｄｔｒ２−｜のときには（Ｓ２３２のＮＯ判定時）には、評価値Ｄ（Ｎ）が閾値Ｄｔｒ２＋およびＤｔｒ２−を超えているため、ステップＳ２３６に処理を進める。

ステップＳ２２６では、下記の式（７）に従って今回の制御周期における積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が算出される。

ΣＤｅｘ２（Ｎ）＝Ｄ（Ｎ）＋ａ２・ΣＤｅｘ２（Ｎ−１） …（７）
式（７）では、式（６）に対して、閾値Ｄｔｒ２＋またはＤｔｒ２−を超えた評価値Ｄ（Ｎ）が加算される。なお、式（７）においても、評価値Ｄ（Ｎ）についてはその一部のみ、例えば、閾値Ｄｔｒ２＋，Ｄｔｒ２−に対する超過分（Ｄ（Ｎ）−Ｄｔｒ２＋、または、Ｄ（Ｎ）−Ｄｔｒ２−）のみを加算するようにしてもよい。

すなわち、ΣＤｅｘ１（Ｎ）についても、緩和係数ａ２によって過去のΣＤｅｘ２（Ｎ−１）の絶対値が減少された値と、現在の評価値Ｄ（Ｎ）が閾値Ｄｔｒ２＋，Ｄｔｒ２−を超過したときの当該Ｄ（Ｎ）の一部または全部に相当する値とを加算することによって、算出される。緩和係数ａ２によって時間経過に応じたハイレート劣化の緩和を反映することにより、実際のイオン濃度の偏りに対して積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が過大となって、充電制限が過度となることを回避できる。

このように、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）および充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は、特許文献１または２における積算評価値ΣＤｅｘ（Ｎ）が充電側および放電側でそれぞれ別個に算出されたものに相当する。すなわち、積算評価値に対する評価値Ｄ（Ｎ）の積算のオンオフを規定する閾値が、放電側（Ｄｔｒ１−，Ｄｔｒ１＋）および充電側（Ｄｔｒ２−，Ｄｔｒ２＋）で別個に設定されている。また、時間経過によるハイレート劣化の緩和を反映する緩和係数についても、放電側（ａ１）および充電側（ａ２）で別個に設定することができる。

再び図３を参照して、ステップＳ２００では、図４に示された制御処理を実行することにより、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）および充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が算出される。

コントローラ３０は、ステップＳ４００により、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ），ΣＤｅｘ２（Ｎ）を用いて、二次電池１０の放電電力上限値Ｗｏｕｔおよび充電電力上限値Ｗｉｎを設定する。ステップＳ４００は、放電制限のためのステップＳ４１１〜Ｓ４３０と、充電制限のためのＳ４４０〜Ｓ４６０とを有する。

二次電池１０からの入出力電力Ｐｂ（Ｐ＝Ｖ×Ｉ）は、放電時にはＰｂ＞０で示される一方で、充電時にはＰｂ＜０で示される。放電電力上限値Ｗｏｕｔは、Ｗｏｕｔ≧０の範囲内に設定され、Ｗｏｕｔ＝０のときは二次電池１０からの放電が禁止される。充電電力上限値Ｗｉｎは、Ｗｉｎ≦０の範囲内に設定され、Ｗｉｎ＝０のときは二次電池１０への充電が禁止される。すなわち、モータジェネレータ２５の出力は、Ｗｉｎ≦Ｐｂ≦Ｗｏｕｔが守られる範囲内に制限される。

コントローラ３０は、ステップＳ４１０により、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）を、予め定められた放電制限閾値Ｋ１（Ｋ１＞０）と比較する。そして、コントローラ３０は、ΣＤｅｘ１（Ｎ）≦Ｋ１のとき、すなわち、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）が放電制限閾値Ｋ１に達していないとき（Ｓ４１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ４３０に処理を進めて、放電電力上限値Ｗｏｕｔ＝Ｗ０（Ｗ０＞０）に設定する。Ｗ０は、デフォルト値であり、例えば、二次電池１０の定格出力電力に相当する。なお、Ｗ０は、二次電池１０の温度やＳＯＣに応じて可変に設定されてもよい。

これに対して、コントローラ３０は、ΣＤｅｘ１（Ｎ）＞Ｋ１のとき、すなわち、ΣＤｅｘ１（Ｎ）が正値である場合に｜ΣＤｅｘ１（Ｎ）｜＞｜Ｋ１｜であるときには（Ｓ４１０のＹＥＳ判定時）、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）が放電制限閾値Ｋ１を超えているため、ステップＳ４２０に処理を進める。

ステップＳ４２０では、放電電力上限値Ｗｏｕｔ＝Ｗ１（Ｗ１＜Ｗ０）に設定される。放電電力上限値ＷｏｕｔがステップＳ４３０よりも小さく設定されることにより、二次電池１０からの放電が制限される。

同様に、コントローラ３０は、ステップＳ４４０では、充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）を、予め定められた充電制限閾値Ｋ２（Ｋ２＜０）と比較する。そして、コントローラ３０は、ΣＤｅｘ２（Ｎ）≧Ｋ２のとき、すなわち、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が充電制限閾値Ｋ２に達していないとき（Ｓ４４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ４６０に処理を進めて、充電電力上限値Ｗｉｎ＝Ｗ２（Ｗ２＜０）に設定する。Ｗ２は、デフォルト値であり、例えば、二次電池１０の定格充電電力に相当する。なお、Ｗ２は、二次電池１０の温度やＳＯＣに応じて可変に設定されてもよい。

これに対して、コントローラ３０は、ΣＤｅｘ２（Ｎ）＜Ｋ２のとき、すなわち、ΣＤｅｘ２（Ｎ）が負値である場合に｜ΣＤｅｘ２（Ｎ）｜＞｜Ｋ２｜であるときには（Ｓ４４０のＹＥＳ判定時）、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が充電制限閾値Ｋ２を超えているため、ステップＳ４５０に処理を進める。

ステップＳ４５０では、放電電力上限値Ｗｉｎ＝Ｗ３（Ｗ３＞Ｗ２）に設定される。放電電力上限値ＷｉｎがステップＳ４３０よりも大きく（すなわち、絶対値が小さく）設定されることにより、二次電池１０からの充電が制限される。

図５には、実施の形態１に従う電池システムにおける積算評価値の推移例を説明する波形図が示される。

図５を参照して、評価値Ｄ（Ｎ）は、二次電池１０を充放電する電流の履歴に従い、電流センサ１５で検出された電流値Ｉに基づいて、サイクルタイムΔｔ毎に順次算出される。評価値Ｄ（Ｎ）の初期値は０であり、この状態ではイオン濃度の偏りは存在していない。

これに対して、式（１）〜（３）に示されたように、二次電池１０が放電されると、イオン濃度が放電側に偏ることにより、評価値Ｄ（Ｎ）は正方向（プラス側）に駆動され、反対に二次電池１０が充電されると、評価値Ｄ（Ｎ）は負方向（マイナス側）に駆動される。

そして、共通の評価値Ｄ（Ｎ）から、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）および充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が、別個の閾値Ｄｔｒ１＋，Ｄｔｒ１−（放電側）およびＤｔｒ２＋，Ｄｔｒ２−（充電側）に従って、別個に算出される。

充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は、Ｄ（Ｎ）＞Ｄｔｒ２＋またはＤ（Ｎ）＜Ｄｔｒ２−である期間内では、その時点でのＤ（Ｎ）を加算されることによって、放電側または充電側に駆動される。一方で、Ｄｔｒ２−≦Ｄ（Ｎ）≦Ｄｔｒ２＋の範囲内である期間では、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は、緩和係数ａ２に従って絶対値が減少される。

したがって、図５中では、Ｄｔｒ２−≦Ｄ（Ｎ）≦Ｄｔｒ２＋である時刻ｔａまでの間、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は０に維持される。そして、Ｄ（Ｎ）＞Ｄｔｒ２＋となる時刻ｔａ〜ｔｂ間において、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は正方向に絶対値が増加するように変化する。一方で、Ｄｔｒ２−≦Ｄ（Ｎ）≦Ｄｔｒ２＋となる時刻ｔｂ〜ｔｃ間では、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は、絶対値が減少されて徐々に０に近付くように変化する。

そして、Ｄ（Ｎ）＜Ｄｔｒ２−となった時刻ｔｃ以降において、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）は負方向に絶対値が増加するように変化する。そして、時刻ｔｄにおいて、ΣＤｅｘ２（Ｎ）が充電制限閾値Ｋ２に達すると、時刻ｔｄ以降において、二次電池１０の充電電力上限値Ｗｉｎが制限される（図３のＳ４５０）。この結果、車両走行中では、モータジェネレータ２５による回生制動の発電電力が充電電力上限値Ｗｉｎに従って制限される。また、外部充電中では、充電器２８からの出力電力が充電電力上限値Ｗｉｎに従って制限される。

これにより、図５中に点線で示されるように、評価値Ｄ（Ｎ）および積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が、０へ近付くように変化することにより、充電側へのイオン濃度の偏りがさらに増大することを回避できる。

放電側の評価積算値ΣＤｅｘ１（Ｎ）の算出において、放電側の閾値Ｄｔｒ１＋およびＤｔｒ１−は、例えば、充電側の閾値Ｄｔｒ２＋，Ｄｔｒ２−に対して、マイナス側にシフトするように設定される。その結果、共通の評価値Ｄ（Ｎ）に対して、放電側の評価積算値ΣＤｅｘ１（Ｎ）は、充電側の評価積算値ΣＤｅｘ２（Ｎ）とは異なる値を有する。

具体的には、評価値Ｄ（Ｎ）＞Ｄｔｒ１＋となる時刻ｔ０〜ｔ１間およびｔ２〜ｔ３間で、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）は正方向に絶対値が増加するように変化する。一方で、時刻ｔ０までの間は、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）は０に維持される。時刻ｔ１〜ｔ２間および時刻ｔ３以降では、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）は、絶対値が減少されて徐々に０に近付くように変化する。図５の例では、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）＜Ｋ１であるので、放電電力上限値Ｗｏｕｔの制限は開始されない。

このように本実施の形態では、充電側および放電側で積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）およびΣＤｅｘ２（Ｎ）をそれぞれ別個に算出し、放電制限閾値Ｋ１および充電制限閾値Ｋ２との比較によって、充電電力制限および放電電力制限を実行することができる。

次に、図６〜図８を用いて、充電側および放電側の積算評価値と実際の電池挙動との対応関係について説明する。

図６には、外部充電可能な電動車両に搭載された非水系二次電池について、特許文献２のように共通の積算評価値ΣＤｅｘ（Ｎ）を充電過多および放電過多の両方を管理したときの解析結果の一例が示される。

図６を参照して、図６の横軸には、特許文献２に従った積算評価値ΣＤｅｘ（Ｎ）の算出結果が示され、縦軸には二次電池の解析結果から得られた抵抗増加率が示される。

図６中には、積算評価値ΣＤｅｘ（Ｎ）の最終値に相当する積算評価値ΣＤｅｘと実際の抵抗増加率との組合せがプロットされる。さらに、各プロット点について、二次電池の実際のイオン濃度の偏りが放電過多側および充電過多側のいずれであったかの解析結果が併せて記号（○，□）で示されている。具体的には、放電過多であったプロット点は「□」で表記され、充電過多傾向のプロット点は「○」で表記される。

図６から理解されるように、共通の積算評価値ΣＤｅｘによって充電過多および放電過多を管理する手法では、積算評価値ΣＤｅｘが負値であるのに実際は放電過多側にイオン濃度が偏っていたプロット点３０１と、反対に、積算評価値ΣＤｅｘが正値であるのに、実際は充電過多側にイオン濃度が偏っていたプロット点３０２とが存在することが理解できる。

特許文献２では、積算評価値ΣＤｅｘ（Ｎ）の算出において、評価値Ｄ（Ｎ）が閾値（閾値）Ｄｔｒ＋，Ｄｔｒ−を超えたときに、積算処理が実行される。したがって、閾値Ｄｔｒ＋，Ｄｔｒ−の調整により、プロット点全体を放電過多側（図６中右側）または充電過多側（図６中左側）にシフトさせることは可能である。しかしながら、この手法では、プロット点３０１および３０２の両方を、放電過多側および充電過多側にそれぞれ正しく評価することができない。このように、外部充電によって長時間継続して充電される態様を含んで使用される非水系二次電池については、特許文献２のように共通の積算評価値を用いて充電過多および放電過多の両方を管理することが困難であるとの知見が、発明者らによって得られたものである。

図７には、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１の算出における閾値の設定手法の一例が示される。図７の横軸には、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）の最終値に相当する積算評価値ΣＤｅｘ１が示され、図７の縦軸には、図６と同様に、二次電池の実際の抵抗増加率が示される。

図７を参照して、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）の算出については、図６におけるプロット点３０１が、ΣＤｅｘ１＞０の領域（プロット点３０１♯）となるように、閾値Ｄｔｒ１＋，Ｄｔｒ１−をチューニングすることができる。このようにチューニングすると、図６と比較して、放電過多の場合の積算評価値ΣＤｅｘ１が右側（プラス側）にシフトする虞があるが、放電制限閾値Ｋ１を適切に設定することにより、過度の放電制限によって二次電池１０の使用効率が低下することを回避できる。また、充電過多を管理するための積算評価値ΣＤｅｘ２は別個に算出されるため、充電過多側の管理が過度に緩和されることもない。

一方で、図８には、充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２の算出における閾値の設定手法の一例が示される。図８の横軸には、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）の最終値に相当する積算評価値ΣＤｅｘ２が示され、図８の縦軸には、図６と同様に、二次電池の実際の抵抗増加率が示される。

図８を参照して、充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）については、図６におけるプロット点３０２が、ΣＤｅｘ２＜０の領域（プロット点３０２♯）となるように、閾値Ｄｔｒ２＋，Ｄｔｒ２−をチューニングすることができる。このようにチューニングすると、図６と比較して、充電過多の場合の積算評価値ΣＤｅｘ２が左側（マイナス側）にシフトする虞があるが、充電制限閾値Ｋ２を適切に設定することにより、二次電池１０が過度に充電制限されることを回避できる。また、放電過多を管理するための積算評価値ΣＤｅｘ１は別個に算出されるため、放電過多側の管理が過度に緩和されることもない。

このように、本実施の形態１に従う電動車両の電池システムでは、評価値Ｄ（Ｎ）に基づく放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）および充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）を、緩和係数ａ１，ａ２によって時間経過に応じたハイレート劣化の緩和を考慮した上で、別個の閾値Ｄｔｒ１＋，Ｄｔｒ１−（放電側）およびＤｔｒ２＋，Ｄｔｒ２−（充電側）を設定して、別々に積算できる。そして、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）に基づいて放電制限を行うとともに、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）に基づいて充電制限を実行することにより、電解液におけるイオン濃度の偏りが過度とならないように非水系二次電池の充放電を適切に制限することができる。

この結果、外部充電のための構成を有する電動車両に搭載されることにより、長時間継続して充電される態様を含んで使用される非水系二次電池についても、車両走行中の充放電および外部充電の両方に対応して、ハイレート劣化を適切に防止することができる。

なお、閾値Ｄｔｒ１＋，Ｄｔｒ１−（放電側）およびＤｔｒ２＋，Ｄｔｒ２−（充電側）ならびに緩和係数ａ１，ａ２については、二次電池の組成や構造によって適正値が異なるため、実機試験等の結果に基づいて、適用される二次電池１０の特性に合わせて調整することが好ましい。二次電池の特性によっては、閾値Ｄｔｒ１＋およびＤｔｒ２＋の間の高低関係および／または閾値Ｄｔｒ１−およびＤｔｒ２−の間の高低関係について、図５の例とは異なるケースも発生し得る点についても確認的に記載する。

また、上述のように、二次電池の特性によっては、緩和係数ａ１およびａ２が同一値となる可能性もある。同様に、閾値Ｄｔｒ１＋およびＤｔｒ２＋、ならびに、閾値Ｄｔｒ１−およびＤｔｒ２−の一方のみについては、同一値であってもよい。
［実施の形態２］
実施の形態２では、動力源としてエンジンが搭載されて、かつ、外部充電が可能に構成された、所謂プラグインハイブリッド自動車における非水系二次電池の充放電管理について説明する。

図９は、本実施の形態２に従う電池システムが適用される電動車両１００♯の全体構成図である。

図９を参照して、実施の形態２に従う電池システムが搭載される電動車両１００♯は、図１に示された電動車両１００と比較して、エンジン６０を動力源としてさらに搭載する。さらに、電動機については、モータジェネレータ２５ａ（ＭＧ１とも称する）およびモータジェネレータ２５ｂ（ＭＧ２との称する）の２つが搭載される。

モータジェネレータ２５ａ，２５ｂにそれぞれ対応してインバータ２３ａ，２３ｂが設けられる。インバータ２３ａ，２３ｂの直流側には、昇圧コンバータ２２からの出力電力が共通に入力される。モータジェネレータ２５ａ，２５ｂについても、インバータ２３ａ，２３ｂおよび昇圧コンバータ２２による電力変換によって、二次電池１０との間での電力の授受を伴って、車両の駆動力または制動力を発生する。

モータジェネレータ２５ａ，２５ｂから出力された動力（トルク）は、遊星歯車機構を含んで構成される動力分割機構５０を経由して駆動輪２７に伝達される。モータジェネレータ２５ａ，２５ｂは動力分割機構５０を介してエンジン６０とも結合される。そして、モータジェネレータ２５ａ，２５ｂおよびエンジン６０が協調的に動作することによって、電動車両１００♯の走行駆動力が発生される。

モータジェネレータ２５ｂ（ＭＧ２）は、電動車両１００の回生制動時には、駆動輪２７の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ２３ｂおよび昇圧コンバータ２２によって二次電池１０の充電電力に変換される。また、エンジン６０の始動時には、モータジェネレータ２５ａによってクランキングトルクを出力することができる。反対に、モータジェネレータ２５ａは、エンジン６０の回転により発電が可能であり、この発電電力をインバータ２３ａおよび昇圧コンバータ２２によって二次電池１０の充電電力に変換することができる。

電動車両１００♯のその他の部分の構成については、図１に示された電動車両１００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

電動車両１００♯は、エンジン６０を停止した車両走行（ＥＶ走行）と、エンジンの作動を伴う車両走行（ＨＶ走行）とのいずれによっても走行することができる。

図１０には、エンジン停止時のＥＶ走行における共線図が示される。
図１０を参照して、遊星歯車機構を含む動力分割機構５０によって連結された、エンジン６０、モータジェネレータ２５ａ（ＭＧ１）およびモータジェネレータ２５ｂ（ＭＧ２）の回転速度は、共線図上において直線で結ばれる関係を有する。

ＥＶ走行時には、エンジン６０は停止されて、二次電池１０の電力を用いたモータジェネレータ２５ｂ（ＭＧ２）によるＭＧ２トルクＴｍによって、車両駆動力は発生される。モータジェネレータ２５ａ（ＭＧ１）は、トルクを出力しておらず（ＭＧ１トルクＴｇ＝０）、従動して負方向に回転する。例えば、車両発進時や低速走行時において、エンジン６０が低効率領域で動作することを回避するために、ＥＶ走行を選択することができる。

ＥＶ走行中に、ドライバによる加速要求（アクセルペダル操作）や、二次電池１０の充電のためにエンジン６０を作動させる必要がある場合には、ＥＶ走行からＨＶ走行への切換えが実行される。

図１０中に点線で示されるように、ＥＶ走行の状態から、モータジェネレータ２５ａ（ＭＧ１）が正トルク（ＭＧ１トルクＴｇ＞０）を出力することにより、エンジン６０はクランキングされる。

図１１には、エンジン始動後のＨＶ走行における共線図が示される。
図１１を参照して、ＨＶ走行時には、エンジン６０が作動されて、エンジン回転数およびエンジントルクが目標値に従って制御される。通常の前進走行時には、モータジェネレータ２５ａ（ＭＧ１）は負トルクを出力して（Ｔｇ＜０）、モータジェネレータ２５ａは発電状態となる。ＭＧ１トルクＴｇは、エンジントルクＴｅの反力を受け持ちながら、車両前進方向に作用する直達トルクＴｅｐとして、駆動軸に伝達される。直達トルクＴｅｐは、遊星歯車機構のギヤ比ρを用いて、Ｔｅｐ＝−Ｔｇ／ρで示される。

この結果、ＨＶ走行では、必要な車両駆動トルクに対する直達トルクＴｅｐの過不足分を補償するように、ＭＧ２トルクＴｍを発生することで、円滑な走行制御が実現される。

ＨＶ走行では、エンジン６０が作動されることにより、二次電池１０の充電機会が、ＥＶ走行時よりも多くなることが理解される。例えば、エンジン６０の出力によるモータジェネレータ２５ａ（ＭＧ１）の発電電力が、モータジェネレータ２５ｂ（ＭＧ２）の消費電力よりも大きい場合には、余剰の電力が二次電池１０に充電される。また、二次電池１０のＳＯＣ低下時には、モータジェネレータ２５ａ（ＭＧ１）の充電電力分を上乗せして、エンジン６０の出力を高めることができる。

図１２には、図９に示した電動車両１００♯の状態遷移図が示される。
図１２を参照して、電動車両１００♯は、運転停止状態からイグニッションスイッチがオンされると（ＩＧオン）、まずＥＶ走行状態（図１０）に遷移する。ＥＶ走行中に、アクセルペダルの踏込等により車両駆動力の要求が高まると、エンジン６０が作動されて、ＨＶ走行状態（図１１）に遷移する。反対に、ＨＶ走行中に、アクセルペダルの解放等により要求される車両駆動力が低下すると、エンジン６０が停止されて、電動車両１００♯は再びＥＶ走行状態に遷移する。このように、電動車両１００♯では、車両運転時（ＩＧオン中）には、車両状況に応じて、ＨＶ走行およびＥＶ走行が適宜選択される。

電動車両１００♯は、運転停止状態において、外部電源４０による二次電池１０の外部充電が開始されると、外部充電状態となる。例えば、充電ケーブル４５等によって外部電源４０から電動車両１００♯への電力供給が可能となった状態において、ユーザによる充電開始操作あるいはタイマー設定による充電開始時刻の到来等をトリガとして、外部充電は開始される。外部充電中に、二次電池１０のＳＯＣが閾値（例えば、満充電状態）に達すると、外部充電の終了により、電動車両１００♯は、運転停止状態に復帰する。

電動車両１００♯では、これらのＥＶ走行状態、ＨＶ走行状態および外部充電状態の間で、二次電池１０の充電頻度および放電頻度が異なる。例えば、外部充電中には、二次電池１０は継続的に充電される一方で、放電は、補機負荷（ライト、オーディオ等）や車両に設けられた給電用コンセントへの接続機器の電力消費が大きい期間に限定されるため、殆ど実行されない。

また、ＨＶ走行状態およびＥＶ走行状態では、車両状況に応じて二次電池１０は充電または放電されることになるが、ＥＶ走行状態では、ＨＶ走行状態と比較して、放電頻度が高い一方で、充電頻度は低くなることが理解される。

実施の形態２に従う電池システムにおいても、電動車両１００♯に搭載された二次電池１０のハイレート劣化を管理するために、実施の形態１と同様に図３および図４の制御処理によって、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）および充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が算出される。

一方で、実施の形態２では、図４のステップＳ２１０において、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）およびΣＤｅｘ２（Ｎ）の算出のために、式（４）〜（７）で用いられる緩和係数ａ１，ａ２が、以下に説明するように、車両状態に応じて可変に設定される。

図１３には、実施の形態２に従う電動車両の電池システムでの積算評価値の算出における緩和係数の設定を説明する図表が示される。

図１３を参照して、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）の算出に用いられる緩和係数ａ１について、ＥＶ走行時にはａ１＝ｂ１に設定され、ＨＶ走行時にはａ１＝ｃ１に設定され、外部充電時にはａ１＝ｄ１に設定される。上述した放電頻度の傾向を考慮して、ｂ１，ｃ１，ｄ１の間には、ｂ１＜ｃ１＜ｄ１の関係が設定される。すなわち、放電頻度が高い状態ほど、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）が絶対値を速やかに減少されて０に速く近付くように、言い換えれば、放電側のハイレート劣化の緩和速度が高くなるように、緩和係数ａ１は小さい値に設定される。

一方で、充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）を算出するための緩和係数ａ２については、ＥＶ走行時にはａ２＝ｂ２に設定され、ＨＶ走行時にはａ２＝ｃ２に設定され、外部充電時にはａ２＝ｄ２に設定される。上述した放電頻度の傾向を考慮して、ｂ２，ｃ２，ｄ２の間には、ｂ２＞ｃ２＞ｄ２の関係が設定される。すなわち、充電頻度が高い状態ほど、積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が絶対値を速やかに減少されて０に速く近付くように、言い換えれば、充電側のハイレート劣化の緩和速度が高くなるように、緩和係数ａ２は小さい値に設定される。

このように、充電側または放電側にイオン濃度の偏りが強く駆動されている状態下では、内圧等の変化によって電解液中において当該偏りを復帰させようとするポテンシャルが大きくなることを反映して、緩和係数ａ１，ａ２を設定することができる。

このように、実施の形態２に従う電動車両の電池システムによれば、車両状態に対する充電頻度および放電頻度の傾向に対応させて、ハイレート劣化の緩和速度の相違を各積算評価値に適切に反映することができる。この結果、より高精度に算出された積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）および積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）に基づく充放電制限を実行することにより、二次電池のハイレート劣化をさらに適切に防止することが可能である。

なお、実施の形態２を変形して、緩和係数ａ１，ａ２については、車両運転状態（ＨＶ走行およびＥＶ走行の両方を含む）と、外部充電状態との２つに区分して設定することも可能である。この場合には、緩和係数ａ１については、外部充電状態においては、車両運転状態よりも大きい値に設定することができる。また、緩和係数ａ２については、外部充電状態においては、車両運転状態よりも小さい値に設定することができる。また、エンジン６０を搭載していない電動車両についても、緩和係数ａ１，ａ２を、上記と同様に車両運転状態および外部充電状態の２つに区分して設定することができる。

さらに、本実施の形態において図１および図９で示した電動車両１００，１００♯の構成は一例に過ぎず、本発明は図１および図９の例示と異なる駆動系を有する電動車両に対しても適用することができる。すなわち、非水電解液を有する非水系二次電池を車両駆動用電源とする電動車両に対して、本発明は共通に適用可能である。

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。

１０ 二次電池、１１ 電池セル、１５ 電流センサ、１６ 温度センサ、１７ 電圧センサ、２１ａ，２１ｂ システムメインリレー、２２ 昇圧コンバータ、２３，２３ａ，２３ｂ インバータ、２５，２５ａ，２５ｂ モータジェネレータ、２６ 伝達ギア、２７ 駆動輪、２８ 充電器、２９ａ，２９ｂ 充電リレー、３０ コントローラ、３１ メモリ、４０ 外部電源、４５ 充電ケーブル、５０ 動力分割機構、６０ エンジン、１００，１００♯ 電動車両、１１０ 電池ケース、１１２ 開口部、１１４ 蓋体、１１６ 側壁、１２０ 電極体、１２０ａ 開口端、１３０ 正極シート、１３２ 正極集電体、１３４ 正極活物質層、１３６，１４６ 非形成部、１３７，１３８ 正極端子、１４０ 負極シート、１４２ 負極集電体、１４４ 負極活物質層、１４７，１４８ 負極端子、１５０ セパレータ、３０１，３０２ プロット点、Ｄｔｒ１＋，Ｄｔｒ１−，Ｄｔｒ２＋，Ｄｔｒ２− 閾値（積算処理）、Ｋ１ 放電制限閾値、Ｋ２ 充電制限閾値、Ｉ 電流値（二次電池）、Ｔｅ エンジントルク、Ｔｅｐ 直達トルク、Ｔｇ，Ｔｍ トルク（モータジェネレータ）、Ｗｉｎ 充電電力上限値、Ｗｏｕｔ 放電電力上限値、ａ１，ａ２ 緩和係数。

図４を参照して、コントローラ３０は、ステップＳ２１０により、時間経過に応じたハイレート劣化の緩和を反映するための補正係数ａ１およびａ２（以下、緩和係数ａ１，ａ２とも称する）を設定する。緩和係数ａ１，ａ２は、特許文献１中の補正係数ａに対応する。緩和係数ａ１は、放電側の積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ）の算出式に用いられ、緩和係数ａ２は、充電側の積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）の算出式に用いられる。なお、緩和係数ａ１，ａ２は、特許文献１での補正係数ａと同様に、０＜ａ１＜１、かつ、０＜ａ２＜１の範囲で設定される。緩和係数ａ１は「第１の緩和係数」に対応し、緩和係数ａ２は「第２の緩和係数」に対応する。

ステップＳ２３６では、下記の式（７）に従って今回の制御周期における積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が算出される。

すなわち、ΣＤｅｘ２（Ｎ）についても、緩和係数ａ２によって過去のΣＤｅｘ２（Ｎ−１）の絶対値が減少された値と、現在の評価値Ｄ（Ｎ）が閾値Ｄｔｒ２＋，Ｄｔｒ２−を超過したときの当該Ｄ（Ｎ）の一部または全部に相当する値とを加算することによって、算出される。緩和係数ａ２によって時間経過に応じたハイレート劣化の緩和を反映することにより、実際のイオン濃度の偏りに対して積算評価値ΣＤｅｘ２（Ｎ）が過大となって、充電制限が過度となることを回避できる。

コントローラ３０は、ステップＳ４００により、積算評価値ΣＤｅｘ１（Ｎ），ΣＤｅｘ２（Ｎ）を用いて、二次電池１０の放電電力上限値Ｗｏｕｔおよび充電電力上限値Ｗｉｎを設定する。ステップＳ４００は、放電制限のためのステップＳ４１０〜Ｓ４３０と、充電制限のためのＳ４４０〜Ｓ４６０とを有する。

ステップＳ４５０では、充電電力上限値Ｗｉｎ＝Ｗ３（Ｗ３＞Ｗ２）に設定される。充電電力上限値ＷｉｎがステップＳ４６０よりも大きく（すなわち、絶対値が小さく）設定されることにより、二次電池１０への充電が制限される。

図６には、外部充電可能な電動車両に搭載された非水系二次電池について、特許文献２のように共通の積算評価値ΣＤｅｘ（Ｎ）を用いて充電過多および放電過多の両方を管理したときの解析結果の一例が示される。

モータジェネレータ２５ｂ（ＭＧ２）は、電動車両１００♯の回生制動時には、駆動輪２７の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ２３ｂおよび昇圧コンバータ２２によって二次電池１０の充電電力に変換される。また、エンジン６０の始動時には、モータジェネレータ２５ａによってクランキングトルクを出力することができる。反対に、モータジェネレータ２５ａは、エンジン６０の回転により発電が可能であり、この発電電力をインバータ２３ａおよび昇圧コンバータ２２によって二次電池１０の充電電力に変換することができる。

Claims (4)

1. 車両制動力または車両駆動力を発生する電動機が搭載された電動車両の電池システムであって、
   非水電解液を有する二次電池と、
   車両外部の電源によって前記二次電池を充電するための充電器と、
   前記二次電池の充放電を制御する制御装置とを備え、
   前記電動機は、前記二次電池との間の電力の授受を伴って前記車両制動力または前記車両駆動力を発生し、
   前記制御装置は、
   前記二次電池の充放電による前記非水電解液中のイオン濃度の偏りに伴って前記二次電池の入出力性能を低下させる劣化成分を評価するための評価値を、前記二次電池の電流の履歴に基づいて算出し、
   前記評価値は、前記イオン濃度の分布が放電側に偏っているときには第１の極性の値を有する一方で、前記イオン濃度の分布が充電側に偏っているときには前記第１の極性とは反対の第２の極性の値を有するように算出され、
   前記制御装置は、
   予め設定された第１の閾値または第２の閾値を超える前記評価値を積算した放電側の第１の積算評価値と、予め設定された第３の閾値または第４の閾値を超える前記評価値を積算した充電側の第２の積算評価値とを別個に算出し、
   前記第１の閾値は前記第１の極性を有する値に設定されるとともに、前記第２の閾値は０または前記第２の極性を有する値に設定され、
   前記第３の閾値は前記第２の極性を有する値に設定されるとともに、前記第４の閾値は０または前記第１の極性を有する値に設定され、
   前記第１の積算評価値は、過去の前記第１の積算評価値が時間経過に応じて第１の緩和係数によって絶対値を減少された値と、現在の前記評価値が前記第１の極性において前記第１の閾値よりも絶対値が大きい、または、前記第２の極性において前記第２の閾値よりも絶対値が大きいときの当該現在の評価値の一部または全部に相当する値との加算によって算出され、
   前記第２の積算評価値は、過去の前記第２の積算評価値が時間経過に応じて第２の緩和係数によって絶対値を減少された値と、現在の前記評価値が前記第２の極性であって前記第３の閾値よりも絶対値が大きい、または、前記第１の極性であって前記第４の閾値よりも絶対値が大きいときの当該現在の評価値の一部または全部に相当する値との加算によって算出され、
   前記制御装置は、さらに、前記第１の積算評価値が、前記第１の極性である場合において前記第１の極性を有する放電制限閾値よりも絶対値が大きいときに、前記二次電池の放電電力を制限するとともに、前記第２の積算評価値が、前記第２の極性である場合において前記第２の極性を有する充電制限閾値よりも絶対値が大きいときに、前記二次電池の充電電力を制限する、電動車両の電池システム。
2. 前記第２の緩和係数は、前記充電器による前記二次電池の充電中は、車両走行中と比較して、前記第２の積算評価値の絶対値をより速く減少させるように設定される、請求項１記載の電動車両の電池システム。
3. 前記第１の緩和係数は、前記充電器による前記二次電池の充電中は、車両走行中と比較して、前記第１の積算評価値の絶対値をより遅く減少させるように設定される、請求項１記載の電動車両の電池システム。
4. 前記電動車両は、前記車両駆動力を発生するためのエンジンと、前記エンジンの出力によって前記二次電池の充電電力を発生するための発電機構とをさらに搭載し、
   前記第２の緩和係数は、前記エンジンの作動を伴う前記車両走行中において、前記エンジンが停止された前記車両走行中と比較して、前記第２の積算評価値の絶対値をより速く減少させるように設定され、
   前記第１の緩和係数は、前記エンジンが停止された前記車両走行中において、前記エンジンの作動を伴う前記車両走行中と比較して、前記第１の積算評価値の絶対値をより速く減少させるように設定される、請求項２または３記載の電動車両の電池システム。

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