JP3685105B2

JP3685105B2 - 二次電池の出力劣化演算装置および方法

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Publication number: JP3685105B2
Application number: JP2001241250A
Authority: JP
Inventors: 康平鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: US20030030414A1; US6747457B2; JP2003057321A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電を行うことができる二次電池の出力劣化演算装置と出力劣化演算方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハイブリッド電気自動車を含む電気自動車に搭載された二次電池の出力劣化演算方法として、特開２０００−２６１９０１号公報に記載されているものがある。この従来の方法では、二次電池に蓄えられた電力を用いてモータを駆動する時、すなわち、二次電池の放電時における電流および電圧を検知し、電圧値と電流値を複数点サンプリングして電池の放電特性を示す回帰直線を求める。求めた回帰直線から、電池劣化演算時の二次電池の内部抵抗を算出して初期状態の内部抵抗との比を算出することにより、二次電池の劣化係数を求めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二次電池の劣化演算方法では、電流を検知する際の電流センサによる誤差と、電圧を検知する際の電圧センサによる誤差とが重畳されたものをサンプリング点として検出してしまう可能性がある。従って、誤差を含んだサンプリング点を複数用いて得られる回帰直線にも当然誤差が含まれる。この場合、回帰直線から算出した内部抵抗は、実際の内部抵抗と異なる値になるので、正確な劣化係数を求めることができないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、二次電池の劣化演算を精度良く行うことができる二次電池の出力劣化演算装置および出力劣化演算方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１を参照して本発明を説明する。
（１）請求項１の発明は、二次電池１の劣化時電池出力と初期電池出力との出力比から電池出力劣化を算出する二次電池１の出力劣化演算装置において、二次電池１の開放電圧と、一定電流にて二次電池を充電している時の電圧とに基づいて、出力比を演算する第１の出力比演算手段３と、充電完了までに順次、電流を減じて充電する多段定電流充電時に、電流を減じる回数を予測する予測手段３と、多段定電流充電時に、電流が減じられる前の一定電流にて充電している二次電池１の電圧と、電流が減じられた後の一定電流にて充電している二次電池１の電圧とに基づいて、出力比を演算する第２の出力比演算手段３と、第１の出力比演算手段３によって演算された出力比を、第２の出力比演算手段３によって演算された出力比、および、予測手段３によって予測された回数に基づいて補正する補正手段３とを備えることにより上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１の二次電池１の出力劣化演算装置において、第１の出力比演算手段３は、多段定電流充電に移行する前に充電が停止されたときは、充電開始時に演算した出力比を、充電停止後に演算した出力比に置き換えることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２の二次電池１の出力劣化演算装置において、第１の出力比演算手段３は、充電停止直前に検出した電流値と電圧値および充電を停止した後に検出した電圧値とに基づいて、充電停止後の出力比を演算することを特徴とする。
【０００６】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態の図１と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
（１）請求項１〜３の発明によれば、二次電池１の開放電圧と、一定電流にて二次電池を充電する時の電圧とに基づいて、二次電池１の劣化時電池出力と初期電池出力との出力比を演算し、演算した出力比を、多段定電流充電時に電流を減じる回数と、多段定電流充電時に演算する出力比とに基づいて、演算した出力比を補正することにより、二次電池の出力劣化の演算精度を向上させることができる。
（２）請求項２および３の発明は、多段定電流充電に移行する前に充電を停止したときに、充電開始時に演算した出力比を、充電停止後に演算した出力比に置き換えることにより、充電容量に応じた出力比を用いて二次電池１の劣化を正確に演算することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による二次電池の出力劣化演算装置を電気自動車に適用した一実施の形態のシステム構成図である。高電圧バッテリ１は、円筒形のセルを８つ接続して構成されるモジュールを４つ直列に接続して構成される組電池である。本実施の形態における組電池の電圧は１２０Ｖである。セルコントローラ２は、組電池（高電圧バッテリ１）を構成する各セルの電圧を検出して、後述するバッテリコントローラ３に送信する。温度センサ４は、高電圧バッテリ１の温度を検出して、バッテリコントローラ３に送信する。
【０００９】
バッテリコントローラ（Ｂ／Ｃ）３は、各機器から入力される様々なデータに基づいて、高電圧バッテリ１を制御する。バッテリコントローラと接続されているディスプレイ２０は、車両の走行状態や高電圧バッテリ１の充電状態等を表示する。
【００１０】
ジャンクションボックス５内には、充電抵抗リレー６とメインリレー７と充電抵抗８と電流センサ９，１０が設けられている。メインリレー７は、高電圧バッテリ１から供給される電力（電流）を他の電圧系統に供給・遮断するためのものである。充電抵抗リレー６は、不図示のイグニッションキーをオンした直後に、例えばインバータ１２内に設けられた平滑コンデンサ１３に、高電圧バッテリ１から過大電流が流れるのを防ぐ役割を果たす。すなわち、イグニッションキーがオンされた直後は、充電抵抗リレー６をオン（接続）して充電抵抗８を介して電流を流すことにより、平滑コンデンサ１３に過大電流が流れるのを防ぐ。平滑コンデンサ１３が充電されると、充電抵抗リレー６を遮断するとともに、メインリレー７をオンする。
【００１１】
電流センサ９は、高電圧バッテリ１とインバータ１２等との間で流れる電流Ｉ１を検出する。電流センサ１０は、高電圧バッテリ１から後述するＤＣ／ＤＣコンバータ１８等に流れる電流Ｉ２を検出する。電圧センサ１１は、高電圧バッテリ１からインバータ１２等に至る経路の電圧を検出する。２つの電流センサ９，１０でそれぞれ検出した電流Ｉ１，Ｉ２と、電圧センサ１１で検出した電圧値は、それぞれバッテリコントローラ３に送信される。
【００１２】
インバータ１２は、高電圧バッテリ１から供給される直流電圧を所望の３相交流電圧に変換するものであり、不図示のモータコントローラにより制御される。モータ１４は、電気自動車を駆動させるとともに、電気自動車の減速時に回生運転を行って電力を発生させるモータである。インバータ１２は、モータ１４から供給される回生電力を高電圧バッテリ１に充電するために、３相交流電圧を直流電圧に変換する。
【００１３】
充電器１５は、電気自動車に搭載されている高電圧バッテリ１を充電するものであり、電気自動車の外部に設置されている。充電器１５から供給される高周波交流電力は、充電ポート１６を介してコンバージョンボックス１７に送られる。充電ポート１６は、充電器１５との通信制御を行うための光通信部と、充電器の充電パドル（不図示）の挿入状態を検知する半嵌合スイッチ、充電パドルが完全に充電ポート１６に嵌合したことを検知する完全嵌合スイッチを備える。コンバージョンボックス１７は、充電器１５から充電ポート１６を介して供給される高周波交流電力を、直流電力に変換する。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、高電圧バッテリ１から供給される高電圧（１２０Ｖ）を１２Ｖ電圧に変換し、１２Ｖバッテリや１２Ｖ系の負荷に供給する。ＡＣインバータ１９は、電気自動車に搭載されるエアコン用の電動コンプレッサ（不図示）を駆動する不図示のインバータユニットに電力を供給するために、直流電圧を交流電圧に変換する。
【００１５】
図２〜図４は、本発明による二次電池の出力劣化装置において行われる出力劣化演算の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１から始まる処理は、主にバッテリコントローラ３にて行われる。以下、ステップＳ１から順に説明する。ステップＳ１では、不図示の完全嵌合スイッチがオン、かつ半嵌合スイッチ（不図示）がオフの場合に、不図示の充電パドルが充電ポートに挿入されたと判断してステップＳ２に進む。ステップＳ２では、充電の準備を行うとともに、初期診断を行う。初期診断では、バッテリ１の温度と開放電圧の診断を行う。すなわち、温度センサ４によりバッテリ１の温度を検出するとともに、バッテリ１の開放電圧を検出して、いずれの値も所定の範囲内であるか否かを判定する。いずれの値も所定の範囲内であると判定するとステップＳ３へ進み、いずれかの値が所定の範囲外であると判定するとステップＳ１７へ進む。
【００１６】
ステップＳ３では、無負荷時の開放電圧Ｖ０を検出する。開放電圧Ｖ０を検出するとステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ステップＳ３で検出した開放電圧Ｖ０に基づいて、バッテリ１の内部抵抗Ｒｉを算出する。この方法を、図５に示す二次電池の電圧−内部抵抗特性曲線を用いて説明する。図５に示す二次電池の電圧−内部抵抗特性曲線のうち、実線は電池が新品の状態、すなわち二次電池の初期特性を示すグラフであり、点線は電池が劣化した時のグラフを表している。この実線で表された初期特性を示すグラフを用いて、ステップＳ３で検出した開放電圧Ｖ０に対応する内部抵抗Ｒｉを算出する。本実施の形態では、電圧と対応する内部抵抗とのテーブルを予め用意しておき、このテーブルを用いて内部抵抗Ｒｉを算出する。内部抵抗Ｒｉを算出すると、ステップＳ５に進む。
【００１７】
ステップＳ５では、温度センサ４によってバッテリ１の温度を検出する。バッテリ１の温度を検出するとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ステップＳ４で算出した内部抵抗Ｒｉに対して温度補正を行う。すなわち、ステップＳ５で検出した温度に基づいた温度係数α（％）を用いて次式（１）により、温度補正後の内部抵抗Ｒｉ０を算出して記憶する。
Ｒｉ０＝Ｒｉ×α／１００ …（１）
温度補正後の内部抵抗Ｒｉ０を算出するとステップＳ７に進む。
【００１８】
ステップＳ７では、充電抵抗リレー６をオンし、平滑コンデンサ１３を充電し、平滑コンデンサ１３が充電されると充電抵抗リレー６を遮断すると共に、メインリレー７をオンし、一定電流にてバッテリ１の充電を開始する。このときの一定電流の値をＩｃｈｇ０とする。次のステップＳ８では、電流センサ９により電流Ｉ１、電流センサ１０により電流Ｉ２を検出する。電流Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ検出するとステップＳ９に進む。ステップＳ９では、式（２）を用いて電流センサの異常判定を行う。
｜Ｉｃｈｇ０−（Ｉ１＋Ｉ２）｜＜Ｉｎｇ＊ …（２）
バッテリ１を定電流Ｉｃｈｇ０で充電するときに駆動される補機類は決まっているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８に実際に流れる電流Ｉ２もほぼ一定である。すなわち、次式（３）の関係が成立する。
Ｉｃｈｇ０＝Ｉ１＋Ｉ２ …（３）
【００１９】
式（２）では、所定の異常判定しきい値Ｉｎｇ＊を用いて、電流Ｉ１を検出する電流センサ９、電流Ｉ２を検出する電流センサ１０に異常がないかを判定している。式（２）の関係を満たすと判定するとステップＳ１０に進み、満たさないと判定するとステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、電流センサ９または１０に異常が発生していると判定してステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、バッテリ１の充電をすることができないことをディスプレイ２０を用いて運転者等に報知する。
【００２０】
ステップＳ１０では、セルコントローラ２によって検出された各セルの電圧に基づいて、バッテリ１を構成する全てのセル電圧の総和である総電圧値Ｖｃ１を検出する。総電圧値Ｖｃ１を検出するとステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ステップＳ１０で検出した電圧値Ｖｃ１に基づいて、次式（４）よりバッテリ１の内部抵抗Ｒｃ１を算出する。
Ｒｃ１＝（Ｖｃ１−Ｖ０）／Ｉ１ …（４）
【００２１】
図６は、バッテリ１に流れる電流Ｉと電圧Ｖとの関係を示すグラフである。
上式（４）から分かるように、内部抵抗Ｒｃ１は、図６において点（Ｉ１，Ｖｃ１）と点（０，Ｖ０）とを結ぶ直線の傾きを示している。電池の劣化が進行した時の電圧値をＶｃ１'とすると、出力劣化進行時の内部抵抗Ｒｃ１'は次式（５）により算出することができる。
Ｒｃ１'＝（Ｖｃ１'−Ｖ０）／Ｉ１ …（５）
この場合も、内部抵抗Ｒｃ１'は、点（Ｉ１，Ｖc１'）と点（０，Ｖ０）とを結ぶ直線の傾きを示している。図６から分かるように、電池の劣化が進行すると内部抵抗は大きくなる。
【００２２】
ステップＳ１１で内部抵抗Ｒｃ１を算出するとステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ステップＳ６で算出した電池の初期状態時の内部抵抗Ｒｉ０とステップＳ１１で算出した内部抵抗Ｒｃ１とを用いて、出力劣化係数γ０を算出する。電池の出力劣化状態を示す出力劣化係数γ０（％）は、次式（６）により算出することができる。
γ０＝Ｒｉ０／Ｒｃ１×１００（＝Ｐｃ／Ｐｉｎｔ×１００） …（６）
ただし、Ｐｉｎｔは電池の初期状態における放電可能出力、Ｐｃは電池劣化時の放電可能出力である。二次電池の出力劣化が進行すると内部抵抗Ｒｃ１は大きくなるので、式（６）から分かるように、出力劣化係数γ０は小さくなる。出力劣化係数γ０を算出すると、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ステップＳ１２で算出した出力劣化係数γ０を不図示のメモリに記憶する。
【００２３】
ステップＳ１４では、各セルの電圧を検出する。全てのセル電圧を検出するとステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１４で検出した全セル電圧のうち、最大値を示すセル電圧が目標電圧Ｖｆに到達したか否かを判定する。目標電圧Ｖｆに到達していないと判定するとステップＳ１４に戻り、目標電圧Ｖｆに到達するまで充電を続ける。目標電圧Ｖｆに到達したと判定すると、ステップＳ１８に進む。
【００２４】
以下、図３に示すフローチャートのステップＳ１８から説明を続ける。ステップＳ１８では、全セル電圧の総和Ｖｔ０を検出する。総電圧値Ｖｔ０を検出するとステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、ステップＳ１８で検出した総電圧値Ｖｔ０に基づいて、バッテリ１の内部抵抗Ｒｔ０を算出する。内部抵抗Ｒｔ０は、上述したように、電池が新品の時の電圧と対応する内部抵抗とのテーブルを予め用意しておき、このテーブルを用いて算出する。内部抵抗Ｒｔ０を算出するとステップＳ２０に進む。
【００２５】
ステップＳ２０では、温度センサ４によりバッテリ１の温度を検出する。温度を検出するとステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、ステップＳ２０で算出した内部抵抗Ｒｔ０に対して温度補正を行う。すなわち、ステップＳ２０で検出した温度に基づいた温度係数αを用いて次式（７）により、温度補正後の内部抵抗Ｒｔを算出して記憶する。
Ｒｔ＝Ｒｔ０×α／１００ …（７）
温度補正後の内部抵抗Ｒｔを算出するとステップＳ２２に進む。
【００２６】
ステップＳ２２では、充電開始時にステップＳ１２で算出した出力劣化係数γ０と、ステップＳ２１で算出した内部抵抗Ｒｔとに基づいて、式（８）より内部抵抗予測値Ｒｉｒを求める。
Ｒｉｒ＝Ｒｔ／γ０×１００ …（８）
後述するように、以下の制御では充電する際の定電流を変化させることにより、充電しながら各セルの容量バラツキを効率よく補正するようにしている。内部抵抗予測値Ｒｉｒは、定電流を変化させる量を算出するために用いられるものである。
【００２７】
次のステップＳ２３では、充電目標電圧Ｖｆより低い電圧のセルがあるか否かを判定する。充電目標電圧Ｖｆより低い電圧のセルがあると判定されるとステップＳ２４に進み、無いと判定するとステップＳ３８に進んで充電終了の処理を行い、このプログラムを終了する。ステップＳ２４では、充電目標電圧Ｖｆより低いセル電圧のうち、最大値を示すセルの電圧Ｖｆ２を検出する。電圧Ｖｆ２を検出するとステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、目標電圧ＶｆとステップＳ２４で検出した電圧Ｖｆ２との差ΔＶを、式（９）より算出する。
ΔＶ＝｜Ｖｆ−Ｖｆ２｜ …（９）
【００２８】
ステップＳ２６では、定電流を変化させる量であるΔＩｓをステップＳ２２で算出したＲｉｒとステップＳ２５で算出したΔＶとに基づいて、次式（１０）より算出する。
ΔＩｓ＝ΔＶ／Ｒｉｒ …（１０）
ΔＩｓを算出するとステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では充電電流Ｉｃを式（１１）より算出する。
Ｉｃ＝Ｉｃｈｇ−ΔＩｓ …（１１）
【００２９】
ステップＳ２８では、ステップＳ２７で算出した充電電流ＩｃをＩｃｈｇに置き換えてステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、充電電流Ｉｃが充電最終電流値Ｉｅｎｄに達したか否かを、式（１２）より判定する。
Ｉｃ＜Ｉｅｎｄ …（１２）
充電電流Ｉｃが充電最終電流値Ｉｅｎｄに達して、式（１２）の関係を満たすと判定するとステップＳ３８に進んで充電を終了する。式（１２）の関係を満たさないと判定するとステップＳ３０に進む。ステップＳ３０以降の処理は、充電電流を変化させながら充電を行う多段定電流充電を行うための処理である。ステップＳ３０では、全セルの総電圧値Ｖｔ１、電流センサ９に流れる電流Ｉｔ１を検出する。
【００３０】
ステップＳ３１では、充電電流をΔＩｓ低減させる前の電流Ｉ１，全セルの総電圧値Ｖｔ０，充電電流をΔＩｓ低減させた後の電流Ｉｔ１，全セルの総電圧値Ｖｔ１を用いて内部抵抗Ｒｃ２を算出する。この方法を図７を用いて説明する。図７は、バッテリ１に流れる電流Ｉと電圧Ｖとの関係を示すグラフである。（Ｉ１，Ｖｔ０）は、充電電流をΔＩｓ低減させる前の電流−電圧値であり、（Ｉｔ１，Ｖｔ１）は充電電流をΔＩｓ低減させた後の電流−電圧値である。内部抵抗Ｒｃ２は、点（Ｉ１，Ｖｔ０）と点（Ｉｔ１，Ｖｔ１）とを結ぶ直線の傾きであり、次式（１３）から求められる。
Ｒｃ２＝（Ｖｔ０−Ｖｔ１）／（Ｉ１−Ｉｔ１） …（１３）
内部抵抗Ｒｃ２を算出するとステップＳ３２に進む。
【００３１】
ステップＳ３２では、ステップＳ２１で算出した内部抵抗ＲｔとステップＳ３１で算出した内部抵抗Ｒｃ２とを用いて、式（１４）より出力劣化係数γ１を算出する。
γ１＝Ｒｔ／Ｒｃ２×１００ …（１４）
出力劣化係数γ１を算出するとステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、充電電流が所定の充電終了電流になるまでにΔＩｓを減算していく回数Ｎを、次式（１５）より予測する。
Ｎ＝（Ｉｃｈｇ０−Ｉｅｎｄ）／ΔＩｓ …（１５）
図８に示すように、充電開始時の電流Ｉｃｈｇ０が予めバッテリコントローラ３に記憶されている充電終了電流Ｉｅｎｄになるまで、ステップＳ２６で算出するΔＩｓを減算していく。ステップＳ１８からステップＳ３７までの処理は、充電電流が充電終了電流に達するまで繰り返し行われるので、ΔＩｓの算出も繰り返し行われる。従って、式（１５）により算出される回数Ｎも繰り返し算出される。また、ΔＩｓは固定値ではなく、変動する値であるので、ΔＩｓを用いて算出されるＮの値も一定ではない。
【００３２】
次のステップＳ３４では、ステップＳ３２で算出した出力劣化係数γ１とステップＳ３３で算出した多段充電回数Ｎを用いて、充電開始時に演算した出力劣化係数γ０を補正する。ステップＳ３３で、ΔＩｓに基づいて多段充電回数Ｎを算出することにより、出力劣化係数を補正する精度を向上させている。補正後の出力劣化係数γｍは、式（１６）により表される。
γｍ＝γ０×（Ｎ−１）／Ｎ＋γ１×１／Ｎ …（１６）
補正後の出力劣化係数γｍを算出するとステップＳ３５に進む。ステップＳ３５では、ステップＳ３４で算出した補正後の出力劣化係数γｍを記憶する。
【００３３】
ステップＳ３６では、全セルの電圧を検出してステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、充電中に別のセルの電圧が目標電圧Ｖｆに達したか否かを判定する。目標電圧Ｖｆに達していないと判定するとステップＳ３６に戻り、他のセル電圧が目標電圧Ｖｆに達するまで充電を続ける。他のセル電圧が目標電圧Ｖｆに達したと判定するとステップＳ１８に戻り、充電電流が充電電流最終値に達するまで、繰り返しステップＳ１８以降の処理を行う。
【００３４】
このように図２〜図４に示すフローチャートの処理によれば、次の順序Ａ〜Ｄにより、バッテリの出力劣化係数γを算出することができる。
Ａ：一定電流Ｉ１で充電する時の出力劣化係数γ０を次の（１）〜（３）により算出する。
（１）開放電圧Ｖ０を検出し、テーブルから内部抵抗Ｒｉを算出し、温度補正して充電開始前内部抵抗Ｒｉ０を算出する（（１）式、ステップＳ３〜Ｓ６）。
（２）開放電圧Ｖ０と、一定電流Ｉ１により充電開始したときの総電圧Ｖｃ１とから内部抵抗Ｒｃ１を算出する（（４）式、ステップＳ１０，Ｓ１１）。
（３）充電開始前内部抵抗Ｒｉ０と充電開始時内部抵抗ＲＣ１から、一定電流Ｉ１での定電流充電における出力劣化係数γ０を算出する（（６）式、ステップＳ１２）。
【００３５】
Ｂ：あるセルが目標電圧Ｖｆに達したら一定電流Ｉ１を低減するΔＩｓを次の（４）〜（７）により決定する。
（４）あるセルが目標電圧Ｖｆに達したら定電流Ｉ１のまま総電圧Ｖｔ０を検出し、テーブルから内部抵抗Ｒｔ０を算出し、温度補正して充電電流Ｉ１での内部抵抗Ｒｔを算出する（（７）式、ステップＳ１４〜Ｓ２１）。
（５）内部抵抗Ｒｔと、一定電流Ｉ１における出力劣化係数γ０とから、内部抵抗予測値Ｒｉｒを算出する（（８）式、ステップＳ２２）。
（６）目標電圧Ｖｆより低いセル電圧の最大値Ｖｆ２を検出し、目標値との差ΔＶを算出する（（９）式、ステップＳ２３〜Ｓ２５）。
（７）内部抵抗予測値ＲｉｒとΔＶにより低減量ΔＩｓを算出する（（１０）式、ステップＳ２６）。
【００３６】
Ｃ：一定電流ＩｓからΔＩｓを低減した定電流Ｉｃで充電するときの出力劣化係数γ１を次の（８）〜（１０）により算出する。
（８）初期定電流Ｉｃｈｇ０からΔＩｓを差し引いて次回の定電流Ｉｃを算出する（（１１）式、ステップＳ２７）。
（９）定電流Ｉｃによる充電時の総電圧Ｖｔ１と電流Ｉｔ１を検出し、上記Ｂ（１）で算出した総電圧Ｖｔ０も用いて内部抵抗Ｒｃ２を計算する（（１３）式、ステップＳ３０〜３１）。
（１０）定電流値Ｉ１による内部抵抗Ｒｔと定電流Ｉｃによる内部抵抗Ｒｃ２から、定電流Ｉｃによる出力劣化係数γ１を算出する（（１４）式、ステップＳ３２）。
【００３７】
Ｄ：定電流充電時の多段充電回数Ｎを算出し、Ｎと、定電流Ｉｃｈｇ０充電時の出力劣化係数γ０と、定電流Ｉｃ充電時の出力劣化係数γ１とに基づいて、補正後の出力劣化係数γｍを算出する（（１６）式、ステップＳ３３〜Ｓ３５）
以上の処理を、すべてのセル電圧が目標電圧Ｖｆを越えるまで、または、充電電流が最終電流値Ｉｅｎｄに達するまで繰り返す。
【００３８】
図９は、図４に示すフローチャートのステップＳ３０から始まる多段定電流充電に移行する前に充電が停止した場合の出力劣化係数を演算するためのフローチャートである。以下、ステップＳ５１から順に説明を始める。ステップＳ５１では、多段定電流移行前に充電器１５から充電ポート１６が引き抜かれるなどで充電を停止したかどうかを判断し、肯定された場合にはステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では、充電を停止する直前に検出した総電圧値Ｖｓｔと電流センサ９により検出した電流値Ｉｓｔをバッテリコントローラ３に読み込む。ステップＳ５３では、ステップＳ５２で読み込んだ電流値Ｉｓｔが０であるか否かを判定する。０でないと判定すると０になるまでステップＳ５３で待機する。０であると判定するとステップＳ５４に進む。
【００３９】
ステップＳ５４では、全セルの総電圧値Ｖｓ０を検出してステップＳ５５に進む。ステップＳ５５では、ステップＳ５４で検出した総電圧値Ｖｓ０に基づいて、バッテリ１の内部抵抗Ｒｓを算出する。内部抵抗Ｒｓの算出には、上述したように図５に示す電圧−内部抵抗特性曲線を用いる。内部抵抗Ｒｓを算出するとステップＳ５６に進む。ステップＳ５６では温度センサによりバッテリ１の温度を検出してステップＳ５７に進む。ステップＳ５７では、ステップ５６で算出した内部抵抗Ｒｓに対して温度補正を行い、式（１７）より温度補正後の内部抵抗Ｒｓ０を算出する。式（１７）中のαは、ステップＳ５６で検出した温度に基づいた温度係数である。
Ｒｓ０＝Ｒｓ×α／１００ …（１７）
【００４０】
ステップＳ５８では、ステップＳ５２で検出したＶｓｔ，Ｉｓｔ，ステップＳ５４で検出したＶｓ０に基づいて、式（１８）より内部抵抗Ｒｓｔを算出する。
Ｒｓｔ＝（Ｖｓｔ−Ｖｓ０）／Ｉｓｔ …（１８）
内部抵抗Ｒｓｔを算出するとステップＳ５９に進む。ステップＳ５９では、式（１９）より出力劣化係数γｓを算出する。
γｓ＝Ｒｓ０／Ｒｓｔ×１００ …（１９）
次のステップＳ６０では、ステップＳ５９で算出した出力劣化係数γｓを、充電開始時（図２のステップＳ１３）に記憶したγ０と置き換えて記憶する。ステップＳ６１では、バッテリコントローラ３の作動を停止して、本制御を終了する。
【００４１】
図５に示す電圧−内部抵抗特性曲線からも分かるように、電圧の低い充電開始時の電圧Ｖ０に対する内部抵抗変化量（ΔＲ０／ΔＶ０）と充電を途中で停止した時の電圧Ｖｓに対する内部抵抗変化量（ΔＲｓ／ΔＶｓ）とを比較すると、次式（２０）の関係が成り立つ。
（ΔＲ０／ΔＶ０）＞（ΔＲｓ／ΔＶｓ） …（２０）
従って、出力劣化係数の演算精度は、充電開始時の出力劣化係数γ０より充電停止時に算出した出力劣化係数γｓの方が良い。ステップＳ６０では、このような理由から出力劣化係数γ０に変えてγｓを記憶している。
【００４２】
本発明による二次電池の容量劣化演算装置によれば、二次電池の開放電圧と一定電流にて充電したときの電圧とに基づいて、二次電池の出力劣化係数を算出する。従って、従来の劣化演算制御のように回帰演算を行わないので、回帰演算を行うことによる演算誤差を生じることもない。すなわち、回帰演算を行う場合、電圧値と電流値をサンプリングする複数の点がばらついていれば、回帰演算により得られる回帰直線は実際の電流−電圧特性を示す直線とは異なるものとなる。本発明による二次電池の出力劣化演算制御では、回帰演算を行わないので、従来の劣化演算制御に比べて演算精度は高い。
【００４３】
従来の二次電池の出力劣化演算制御では、車両が急加速をする時や急勾配の坂を登る時などの高負荷走行時には、演算誤差が生じていた。これは、高負荷走行時にはバッテリ１からの放電電流が大きくなるので、複数の電流値、電圧値のサンプリング点を用いて得られる回帰直線に誤差が生じることに起因する。従って、高負荷時に電池の出力劣化演算を行うと、実際の電池の劣化状態と異なる演算結果が算出される。しかし、本発明による二次電池の出力劣化演算制御においては、一定電流で充電する際の電圧値に基づいて内部抵抗を演算して電池の劣化演算を行っているので、車両の高負荷走行による影響を受けることはない。
【００４４】
また、充電する際の一定電流を変化させる多段定電流充電時に、電流を変化させる回数である多段回数Ｎを予測して出力劣化係数を補正している。二次電池の内部抵抗値は、図５に示すように満充電に近づくほど変化量が小さくなり、ある一定の値に近づく。すなわち、初期内部抵抗値との比率により算出される出力劣化係数は、満充電時が最も正確な値に近づき、誤差が小さい。本発明のように、多段定電流時に出力劣化係数を徐々に補正していくことにより、充電終了時の出力劣化係数の演算精度はさらに向上する。
【００４５】
本発明は、上述した実施の形態に何ら限定されることはない。例えば、上述した実施の形態では、二次電池の出力劣化演算装置を電気自動車に適用した例について説明したが、ハイブリッド電気自動車に適用することもできる。この場合、発電モータが作動しているか否かを検出して、発電モータが作動してバッテリ１を充電する際に、電池の劣化演算を同じように行うことができる。また、充放電できる電池を搭載するものであれば、車両に限定されることはない。
【００４６】
充電を行う組電池も、本実施の形態で用いたように、円筒形のセルを８つ接続して構成されるモジュールを、４つ直列に接続して構成したものに限定されることはない。また、図２に示すフローチャートのステップＳ１７では、充電ができないことをディスプレイ２０により報知したが、インジケータやブザーなどを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二次電池の出力劣化演算装置を適用したハイブリッド電気自動車の一実施の形態の構成を示す図
【図２】本発明による二次電池の出力劣化演算装置の一実施の形態の制御手順を示すフローチャート
【図３】図２に示すフローチャートに続く制御手順を示すフローチャート
【図４】図３に示すフローチャートに続く制御手順を示すフローチャート
【図５】二次電池の電流−電圧特性を示すグラフ
【図６】充電電流一定時の内部抵抗を算出する方法を説明するための図
【図７】多段定電流充電時の内部抵抗を算出する方法を説明するための図
【図８】多段回数Ｎの予測回数を算出する方法を説明するための図
【図９】多段定電流充電に移行する前に充電を停止したときの出力劣化係数を演算する制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１…高電圧バッテリ、２…セルコントローラ、３…バッテリコントローラ、４…温度センサ、５…ジャンクションボックス、６…充電抵抗リレー、７…メインリレー、８…充電抵抗、９…電流センサ、１０…電流センサ、１１…電圧センサ、１２…インバータ、１３…コンデンサ、１４…モータ、１５…充電器、１６…充電ポート、１７…コンバージョンボックス、１８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１９…ＡＣインバータ、２０…ディスプレイ

Claims

二次電池の劣化時電池出力と初期電池出力との出力比から電池出力劣化を算出する二次電池の出力劣化演算装置において、
二次電池の開放電圧と、一定電流にて前記二次電池を充電している時の電圧とに基づいて、前記出力比を演算する第１の出力比演算手段と、
充電完了までに順次、電流を減じて充電する多段定電流充電時に、電流を減じる回数を予測する予測手段と、
前記多段定電流充電時に、電流が減じられる前の一定電流にて充電している二次電池の電圧と、電流が減じられた後の一定電流にて充電している二次電池の電圧とに基づいて、前記出力比を演算する第２の出力比演算手段と、
前記第１の出力比演算手段によって演算された出力比を、前記第２の出力比演算手段によって演算された出力比、および、前記予測手段によって予測された回数に基づいて補正する補正手段とを備えることを特徴とする二次電池の出力劣化演算装置。
請求項１に記載の組電池の出力劣化演算装置において、
前記第１の出力比演算手段は、前記多段定電流充電に移行する前に充電が停止されたときは、充電開始時に演算した前記出力比を、充電停止後に演算した出力比に置き換えることを特徴とする二次電池の出力劣化演算装置。
請求項２に記載の組電池の出力劣化演算装置において、
前記第１の出力比演算手段は、充電停止直前に検出した電流値と電圧値および充電を停止した後に検出した電圧値とに基づいて、充電停止後の出力比を演算することを特徴とする二次電池の出力劣化演算装置。