JP4874633B2 - 二次電池の充放電制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、二次電池の充放電制御装置に関し、より特定的には、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従った充放電制御を行なう二次電池の充放電制御装置に関する。

充放電可能な二次電池によって負荷機器へ電源を供給し、かつ必要に応じて当該負荷機器の運転中にも当該二次電池を充電可能な構成とした電源システムが用いられている。代表的には、二次電池によって駆動される電動機を駆動力源の１つとして備えたハイブリッド自動車や電気自動車等がこのような電源システムを搭載している。

ハイブリッド自動車の電源システムでは、二次電池の蓄積電力が駆動力源としてのモータの駆動電力として用いられる他、このモータが回生発電したときの発電電力やエンジンの回転に伴って発電する発電機の発電電力等によってこの二次電池が充電される。このような電源システムでは、二次電池の充電状態（代表的には、充電率を示すＳＯＣ：State of Charge）を把握して、電池の劣化を招くような過酷な使用状況とならないように配慮する必要がある。一般的には、二次電池の入出力可能電力（Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ）を電池状態に応じて適切に設定することにより、過剰な充放電を制限する制御が行なわれる。

たとえば、特開平９−１９３６７５号公報（特許文献１）には、バッテリ残量を示すＳＯＣと電池温度等に基づいてバッテリからの出力可能電力を設定する技術が開示されている。この方式によれば、ハイブリッド車両においてバッテリが過放電されてしまいバッテリ寿命を縮めてしまうという問題を回避して、ハイブリッド車両システム全体の高効率化、低公害を図ることができる。

なお、特許文献１には、残量ＳＯＣの具体的な算出手法については特に言及されていないが、一般的には、二次電池からの入出力電流積算値をベースとして、二次電池全体のマクロ的な残存容量が推定される。しかしながら、非特許文献１に開示されるように、リチウムイオン電池では、電流積算等に基づく電池全体での平均的な残存容量が同じレベルであっても、リチウムイオン濃度の二次電池内部での分布状態によって出力特性が異なってくる。

このため、特開２００３−３４６９１９号公報（特許文献２）には、二次電池を構成する活物質内イオン濃度分布を予測可能な電池モデルに基づいて二次電池（蓄電装置）の開放電圧を演算し、演算された開放電圧に応じて入出力可能電力を算出する技術が開示されている。この方式によれば、二次電池（蓄電装置）の放電可能電力、充電可能電力、放電可能容量を的確に演算し、車両の動力性能の確保と車両システムの起動を確実に行なうことが可能となる。
特開平９−１９３６７５号公報 特開２００３−３４６９１９号公報 グおよびワン（W.B.Gu and C.Y.Wang）著、「リチウムイオン電池の熱−電気化学結合モデリング（THERMAL-ELECTROCHEMICAL COUPLED MODELING OF A LITHIUM-ION CELL）」、ECS Proceedings Vol.99-25 (1),2000、（米国）、電気化学学会(ECS)、２０００年、pp 743-762

上記のように、特許文献１に開示された二次電池の入出力可能電力の設定では、電池内部での電極活物質の利用度に差が生じることにより、局所的に上下限電圧を超える現象が発生して電池内部で局所的な劣化の発生などの悪影響を与える可能性がある。

また、特許文献２では、電池内部での活物質内イオン濃度分布を反映して高精度に演算されたバッテリ（蓄電装置）の開放電圧を用いて、バッテリ全体での入出力可能電力を精密に設定することを開示しているが、二次電池の内部状態を監視して入出力可能電力に反映するという観点を欠いているため、上記と同様の問題点が発生する可能性がある。

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、内部状態を予測可能な電池モデルに基づいて、電池内部での局所的劣化を防止した二次電池の充放電制御を行なうことである。

本発明による二次電池の充放電制御装置は、電池状態予測手段と、充放電制限手段とを備える。電池状態予測手段は、二次電池に設けられたセンサによる検出値に基づき、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って該二次電池内部の各部位での内部状態について予測値を算出する。充放電制限手段は、電池状態予測手段による予測値の分布に従って、二次電池の入出力可能電力を設定する。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、電池モデルによって二次電池の内部反応、すなわち電池内各部位での局所的な活物質の利用度を推定して、二次電池の入出力可能電力を設定できる。したがって、局所的な電池劣化につながる現象を回避するように、二次電池の充放電を適切に制限できる。

好ましくは、本発明による二次電池の充放電制御装置では、上記予測値は、二次電池内部の各部位でのイオン濃度の予測値を含む。さらに、充放電制限手段は、各部位でのイオン濃度の予測値が所定範囲内に収まるように、入出力可能電力を制限する手段を有する。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、電池内部での電極反応を反映した電池モデル式に基づき、局所的にリチウムイオン濃度の上昇または低下が危険視される場合には、入力可能電力または出力可能電力を制限できる。この結果、二次電池内部の電極活物質の利用度に差が生じることに起因して、局所的にリチウムイオン濃度が限界を超えて上昇（過充電）あるいは低下（過放電）して、局所的な劣化が発生することを防止できる。

また好ましくは、本発明による二次電池の充放電制御装置では、上記予測値は、二次電池内部の各部位での電位の予測値を含む。さらに、充放電制限手段は、各部位での電位の予測値に基づいて算出される二次電池の端子間電圧が所定範囲内に収まるように、入出力可能電力を制限する手段を有する。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、電池内部での電極反応を反映した電池モデル式によって予測された電池内部での電位分布に基づき、端子間電圧が限界を超えて上昇あるいは低下しないように、過放電および過充電を回避した二次電池の充放電制御を行なうことができる。

あるいは好ましくは、本発明による二次電池の充放電制御装置では、上記予測値は、二次電池内部の各部位での温度予測値を含む。さらに、充放電制限手段は、各部位での温度予測値の最高値が所定温度以下に収まるように、入出力可能電力を制限する手段を有する。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、電池内部での電極反応を反映した電池モデル式によって予測された電池内部での温度分布に基づき、局所的な温度上昇が危険視される場合には、入出力可能電力を制限できる。この結果、二次電池内部の電極活物質の利用度に差が生じることに起因して、局所的な温度上昇により局所的な劣化や熱暴走発生することを防止できる。

さらに好ましくは、本発明による二次電池の充放電制御装置は、冷却強化手段をさらに備える。冷却強化手段は、温度分布に応じて、二次電池の冷却用冷媒を供給する冷媒供給装置に対して冷媒供給量の増加を指示する。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、局所的な温度上昇が懸念される場合にも、冷媒供給装置による冷却を強化できるので、局所的な温度上昇による局所的な劣化や熱暴走発生を防止できる。

あるいは好ましくは、本発明による二次電池の充放電制御装置は、パラメータ同定モデル手段と、パラメータ更新手段とをさらに備える。パラメータ同定モデル手段は、二次電池に設けられたセンサによる検出値に基づき、電池モデルに用いられるパラメータを同定する。パラメータ更新手段は、センサによって検知される二次電池の実際の挙動と、電池状態予測手段による予測値に基づく挙動の予測値との差が所定より大きい場合に、パラメータ同定モデル手段によって同定されたパラメータについて、電池モデルで使用するパラメータ値をパラメータ同定モデル手段による同定値に更新する。

特に、パラメータ更新手段による更新対象となるパラメータは、二次電池の電極界面での直流抵抗、二次電池の電極でのイオン拡散係数、および二次電池内部における交換電流密度分布のうちの少なくとも１つを含む。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、二次電池の実際の挙動と電池モデルによる予測とのずれが大きくなった場合には、電池モデルのパラメータを逐次更新することができる。これにより、電池の内部状態をより正確に把握することができるので、その時点における電池性能を最大限利用できるようになる。また、上記充放電制御についても、局所的な劣化や熱暴走の防止効果を高めることができる。

さらに好ましくは、本発明による二次電池の充放電制御装置は、劣化特性記憶手段と、劣化推定手段とをさらに備える。劣化特性記憶手段は、電池モデルに用いられるパラメータの二次電池の使用に伴う劣化特性を予め記憶する。劣化推定手段は、パラメータ更新手段によって更新されたパラメータを、劣化特性記憶手段に記憶された劣化特性と比較することにより、二次電池の劣化推定を行なう。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、パラメータ更新に伴い二次電池の余寿命判定を行なって、使用者に通知することが可能となる。これにより、二次電池の有効利用および使用者の利便性向上が実現される。

またさらに好ましくは、本発明による二次電池の充放電制御装置は、診断手段をさらに備える。診断手段は、二次電池の非使用期間において、二次電池を所定の診断用パターンに従って動作させる。そして、パラメータ同定モデル手段によるパラメータの同定および、パラメータ更新手段によるパラメータの更新は、二次電池が診断用パターンに従って動作するのに伴って実行される。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、パラメータ同定に適した診断用パターンに従った二次電池を動作させることによって、パラメータの同定および更新を行なうので、電池モデル中のパラメータ誤差を小さくすることができる。

またさらに好ましくは、本発明による二次電池の充放電制御装置では、パラメータ同定モデル手段によるパラメータの同定は、二次電池の実使用時に実行される。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、特別なモードを設けることなく、二次電池の実使用に伴い、パラメータを逐次更新することができる。

特に本発明による二次電池の充放電制御装置では、二次電池は、リチウムイオン電池で構成される。

上記二次電池の充放電制御装置によれば、電池内部でのリチウムイオン濃度の分布状態によってその出力特性が異なってくるリチウムイオン電池が制御対象であるので、本発明のように、電池の内部反応を電池モデルによって推定した上で充放電制御を行なうことにより、電池性能の最大限利用、局所的な電池劣化防止といった効果を有効に享受できる。

この発明による二次電池の充放電制御装置によれば、内部状態を予測可能な電池モデルに基づいて、電池内部での局所的劣化を防止した二次電池の充放電制御を行なうことができる。

以下において、この発明の実施の形態について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として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に従う二次電池の充放電制御装置によって制御される二次電池を含む電源システムの構成を説明する概略ブロック図である。

図１を参照して、電源システム５は、二次電池１０と、負荷２０と、二次電池の冷却ファン４０と、「充放電制御装置」に相当する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）５０とを備える。

充放電可能な二次電池１０としては、代表的にはリチウムイオン電池が用いられる。リチウムイオン電池は、電池内部でのリチウムイオン濃度の分布状態によってその出力特性が異なってくることから、本発明の適用に適している。

二次電池１０には、バッテリ温度Ｔｂを測定する温度センサ３０と、二次電池１０の入出力電流Ｉｂ（以下、バッテリ電流Ｉｂとも称する）を測定する電流センサ３２、なびに、正極および負極間の端子間電圧Ｖｂ（以下、バッテリ出力電圧Ｖｂとも称する）を測定する電圧センサ３４が設けられている。

「冷媒供給装置」に相当する冷却ファン４０は、冷媒通路４１を介して二次電池１０と接続され、「冷媒」である冷却風４５を冷媒通路４１へ供給する。図示しないが、二次電池１０には、冷媒通路４１を介して供給された冷却風４５によって二次電池１０の各セルを冷却可能なように、冷媒路が適宜設けられている。冷却ファン４０の作動／停止および作動時の供給冷媒量は、ＥＣＵ５０によって制御される。

負荷２０は、二次電池１０からの出力電力によって駆動される。また、図示しない発電・給電要素が、負荷２０に含まれるように設けられ、あるいは、負荷２０とは別個に設けられるものとし、二次電池１０は、当該発電・給電要素からの充電電流によって充電可能であるものとする。したがって、二次電池１０の放電時にはバッテリ電流Ｉｂ＞０であり、二次電池１０の充電時にはバッテリ電流Ｉｂ＜０である。

ＥＣＵ５０は、二次電池１０に設けられたセンサ群３０，３２，３４からの検出値に基づき、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って、この内部状態の予測値の分布を求める電池モデル部６０を含んで構成される。さらに、ＥＣＵ５０は、このこの内部状態予測値の分布に基づいて、二次電池１０からの出力可能電力（放電電力上限値）Ｗｏｕｔおよび入力可能電力（充電電力上限値）Ｗｉｎを算出する。ＥＣＵ５０は、放電禁止時にはＷｏｕｔ＝０に設定し、放電可能時にはＷｏｕｔ＞０に設定する。同様に、ＥＣＵ５０は、充電禁止時にはＷｉｎ＝０に設定し、充電可能時にはＷｉｎ＞０に設定する。

ＥＣＵ５０によって設定された入出力可能電力Ｗｉｎ，出力可能電力Ｗｏｕｔは負荷２０の制御要素に送出される。これにより、負荷２０の動作は、この入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内に制限される。なお、ＥＣＵ５０は、代表的には予めプログラムされた所定シーケンスおよび所定演算を実行するためのマイクロコンピュータおよびメモリ（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）で構成される。

図２は、二次電池１０の概略構成を示す概念図である。
図２を参照して、二次電池１０は、負極１２と、セパレータ１４と、正極１５とを含む。セパレータ１４は、負極１２および正極１５の間に設けられた樹脂に電解液を浸透させることで構成される。

負極１２および正極１５の各々は、球状の活物質１８の集合体で構成される。負極１２の活物質１８の界面上では、リチウムイオンＬｉ⁺および電子ｅ^-を放出する化学反応が行なわれる。一方、正極１５の活物質１８の界面上では、リチウムイオンＬｉ⁺および電子ｅ^-を吸収する化学反応が行なわれる。

負極１２には電子ｅ^-を吸収する電流コレクタ１３が設けられ、正極１５には電子ｅ^-を放出する電流コレクタ１６が設けられる。負極の電流コレクタ１３は、代表的には銅で構成され、正極の電流コレクタ１６は、代表的にはアルミで構成される。電流コレクタ１３には負極端子１１ｎが設けられ、電流コレクタ１６には正極端子１１ｐが設けられる。セパレータ１４を介したリチウムイオンＬｉ⁺の授受によって、電池セル１０♯では充放電が行なわれ、充電電流Ｉｂ（＞０）または放電電流Ｉｂ（＜０）が生じる。

したがって、二次電池内部の充放電状態は電極（正極および負極）におけるリチウムイオンの濃度分布によって異なってくる。

（電池内部状態モデル式の説明）
本発明の実施の形態における二次電池の充放電装置では、以下に説明する電池モデル式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）を用いて、電池の内部状態分布を推定する。以下に、ＥＣＵ５０の電池モデル部６０で用いられる電池モデル式について説明する。また、図３には、下記の電池モデル式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）内で用いられる変数および定数の一覧表が示される。

式（Ｍ１）〜（Ｍ３）は、バトラーボルマーの式と呼ばれる、電極反応を示す式である。式（Ｍ１）において交換電流密度ｉ₀は、活物質１８の界面におけるリチウムイオン濃度の関数で与えられる（詳細は非特許文献１参照）。式（Ｍ２）には式（Ｍ１）中のηの詳細が示され、式（Ｍ３）には式（Ｍ２）中のＵの詳細が示される。

式（Ｍ４）〜（Ｍ６）には、電界液中でのリチウムイオン保存則が示される。式（Ｍ５）においては電界液中での実効拡散係数の定義が示され、式（Ｍ６）では、反応電流ｊ^Liが電極の単位体積あたりの活物質表面積ａ_sと式（Ｍ１）に示された輸送電流密度／ｉ_njとの積で与えられることが示されている。なお、反応電流ｊ^Liの電極全体での体積積分は、バッテリ電流Ｉｂに対応する。

式（Ｍ７）および（Ｍ８）には、固相中でのリチウムイオン保存則が示される。式（Ｍ７）では球体である活物質１８中での拡散方程式が示され、式（Ｍ８）では、電極単位体積あたりの活物質表面積ａ_sが示される。

式（Ｍ９）〜（Ｍ１１）には電界液中での電荷保存則より、電界液中での電位を示す式が導かれる。

式（Ｍ１０）には実効イオン伝導率κ^eff、式（Ｍ１１）には電界液中での拡散導電係数κ_D ^effが示されている。

式（Ｍ１２）および（Ｍ１３）では、活物質での電荷保存則より固相中での電位を求める式が示される。

式（Ｍ１４）および（Ｍ１５）では熱エネルギ保存則が表現される。これにより、充放電現象による二次電池内部への局所的な温度変化を解析することが可能となる。

なお、これらの電池モデル式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）は上記非特許文献１に基づくものであるので、各モデル式の詳細な説明については、非特許文献１を援用する。

式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）の電池モデル式を、図２に示すように電極間距離ｘ（たとえば、負極端でｘ＝０、正極端でｘ＝Ｌ）および電極縦方向座標ｙ（ｙ＝０〜ｙ＝Ｈ）に従う位置的分布の各点において、境界条件を適宜設定した差分方程式を逐次解くことにより、二次電池１０の内部状態について位置的分布の時間推移を予測することができる。なお、活物質１８内でのリチウムイオン濃度は、活物質半径ｒの関数とされ、その周方向ではリチウムイオン濃度は一様なものとして扱われる。

（電池内部状態に応じた充放電制御）
図４は、図１に示したＥＣＵ５０のうちの充放電制御に関する機能部分を説明するブロック図である。

図４を参照して、ＥＣＵ５０は、電池モデル部６０と、全体ＳＯＣ算出部６２と、入出力電力制限部７０とを含む。

「電池状態予測手段」に対応する電池モデル部６０は、式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）に示した電池モデル式に従い、センサ群３０，３２，３４からのバッテリ温度Ｔｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂを入力として、電池内の各点における内部状態予測値を逐次算出する。式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）に示されるように、予測される内部状態としては、体積で平均化されたリチウムイオン濃度ｃ_s（電解液内）およびｃ_e（活物質内）、電位分布φ_e（電解液中）およびφ_s（活物質内）、絶対温度Ｔ、ならびにリチウムイオン生成量ｊ^Liが含まれる。ここで、局所的なリチウムイオン濃度ｃ_eと活物質１８の界面でのリチウムイオン濃度Ｃ_seとを求め、電極全体に仕込まれたリチウムイオン濃度Ｃ_s,maxとの比、すなわちＣ_se／Ｃ_s,maxを求めることにより、活物質１８界面での局所的な充電率（ＳＯＣ）を求めることができる。

全体ＳＯＣ算出部６２は、バッテリ電流Ｉｂの積算値をベースに、二次電池１０全体でのマクロな充電率（以下、全体ＳＯＣと称する）を算出する。全体ＳＯＣの算出には、バッテリ温度Ｔｂおよびバッテリ電圧Ｖｂの検出値を適宜反映させてもよい。

入出力電力制限部７０は、電池モデル部６０によって算出された内部状態予測値に従って、二次電池１０の入力可能電力Ｗｉｎおよび出力可能電力Ｗｏｕｔを設定する。すなわち、入出力電力制限部７０は、本発明における「充放電制限手段」に対応する。

（リチウムイオン濃度の内部分布に応じた充放電制御）
図５〜図７は、二次電池の内部状態としてリチウムイオン濃度の内部分布に着目した充放電制限を説明する図である。

図５において、横軸は図２に示した電池モデル座標内での位置的（ｘ方向，ｙ方向）の広がりを示すものとする。縦軸は、活物質１８でのリチウムイオン濃度を示す。すなわち、図５には、ある時点における二次電池１０内部でのリチウムイオン濃度についての電池モデルによる分布予測が示される。この分布予測は、充放電を伴う時間経過により逐次更新される。なお、局所的なリチウムイオン濃度に関して、上限管理値Ｍｍａｘおよび下限管理値Ｍｍｉｎが予め定められている。

入出力電力制限部７０は、負極１２の範囲内の活物質内リチウムイオン濃度について、最大値と上限管理値Ｍｍａｘとの差である上限余裕値Ｍｎｕおよび、最小値と下限管理値Ｍｍｉｎとの差である下限余裕値Ｍｎｌを求める。同様に、入出力電力制限部７０は、正極１５の領域内についても、活物質内リチウムイオン濃度の上限余裕値Ｍｐｕおよび下限余裕値Ｍｐｌを求める。

図６を参照して、入出力電力制限部７０は、電池内部での活物質内リチウムイオン濃度の下限管理値Ｍｍｉｎに対する局所的な下限余裕度Ｍｌｍｉｎ（すなわち、図５におけるＭｎｌおよびＭｐｌの最小値に相当）に基づいて、出力可能電力Ｗｏｕｔを設定する。

局所下限余裕度Ｍｌｍｉｎが判定値ｌ１以下である場合には、局所的な過放電による劣化防止のために、Ｗｏｕｔ＝０に設定されて二次電池１０からの放電が禁止される。

一方、局所下限余裕度Ｍｌｍｉｎが判定値ｌ２以上確保されている場合には、リチウムイオン濃度の局所的分布からの放電制限は行なわず、出力可能電力Ｗｏｕｔは、通常通り設定される。たとえば、通常時における出力可能電力Ｗｏｕｔは、全体ＳＯＣ算出部６２によって算出される、二次電池１０全体の状態をマクロに評価した全体ＳＯＣに基づく一般的な手法によって設定される。

局所下限余裕度Ｍｌｍｉｎが判定値ｌ１〜ｌ２の間である場合には、通常時よりも放電が制限される。すなわち、出力可能電力Ｗｏｕｔは、局所下限余裕度Ｍｌｍｉｎが判定値ｌ２以上確保されている場合よりも小さく設定される。なお、この場合には、出力可能電力Ｗｏｕｔは、局所下限余裕度Ｍｌｍｉｎに応じて、連続的にあるいは段階的に設定することが好ましい。

さらに、図７に示すように、入出力電力制限部７０は、入力可能電力Ｗｉｎについてもリチウムイオン濃度の局所分布に応じて設定する。

図７を参照して、入出力電力制限部７０は、電池内部での活物質内リチウムイオン濃度の上限管理値Ｍｍａｘに対する局所的な上限余裕度Ｍｌｍａｘ（すなわち、図５におけるＭｎｕおよびＭｐｕの最大値に相当）に基づいて、入力可能電力Ｗｉｎを設定する。

局所上限余裕度Ｍｌｍａｘが判定値ｌ３以下である場合には、局所的な過充電による劣化防止のために、Ｗｉｎ＝０に設定されて二次電池１０への充電が禁止される。一方、局所上限余裕度Ｍｌｍａｘが判定値ｌ４以上確保されている場合には、リチウムイオン濃度の局所的分布からの充電制限は行なわず、入力可能電力Ｗｉｎは、通常通り設定される。たとえば、通常時における入力可能電力Ｗｉｎは、出力可能電力Ｗｏｕｔと同様に、全体ＳＯＣ算出部６２によって算出される全体ＳＯＣに基いて設定される。

さらに、局所上限余裕度Ｍｌｍａｘが判定値ｌ３〜ｌ４の間である場合には、通常時よりも充電が制限されて、入力可能電力Ｗｉｎは、局所上限余裕度Ｍｌｍａｘが判定値ｌ４以上確保されている場合よりも小さく設定される。なお、この場合には、入力可能電力Ｗｉｎは、局所上限余裕度Ｍｌｍａｘに応じて、連続的にあるいは段階的に設定することが好ましい。

このように、電池内部での電極反応を反映した電池モデル式に基づき、局所的にリチウムイオン濃度の上昇または低下が危険視される場合には、入力可能電力Ｗｉｎまたは出力可能電力Ｗｏｕｔを制限できる。この結果、二次電池内部の電極活物質の利用度に差が生じることに起因して、局所的にリチウムイオン濃度が限界を超えて上昇（過充電）あるいは低下（過放電）して、局所的な劣化が発生することを防止できる。

なお、リチウムイオン濃度の局所的な上昇・低下が発生していない通常時にも、リチウムイオン濃度の内部分布に厳密に基づいて入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定してもよいが、採用実績が豊富である一般的な全体ＳＯＣに基づいて設定する方式とすることにより、ある程度の制御安定性を担保した上で入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに係る演算処理を簡素化することができる。

（内部温度分布に応じた充放電制御）
図８には、図５と同様に、電池モデルによるある時点における二次電池１０内部での温度分布予測が示される。局所的な内部温度に関しても、上限管理値Ｔｊが予め定められる。

図８を参照して、入出力電力制限部７０は、負極１２内での局所的な最高温度Ｔｎｍａｘ、および正極１５内での局所的な最高温度Ｔｐｍａｘを求める。

図９を参照して、入出力電力制限部７０は、電池内での局所的な最高温度Ｔｍａｘ（すなわち、図８のＴｎｍａｘおよびＴｐｍａｘの最大値に相当）に基づいて、入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定する。

入出力電力制限部７０は、局所最高温度Ｔｍａｘが判定値Ｔ１以下である場合には、温度分布からの充放電制限は行なわれず、図６および図７で説明したのと同様に、たとえば全体ＳＯＣに基づいた通常の入出力可能電力設定を行なう。

一方、局所最高温度Ｔｍａｘが上限管理値Ｔｊ以上である場合には、電池の局所的な劣化や熱暴走を防止するために充放電が禁止され、Ｗｉｎ＝Ｗｏｕｔ＝０に設定される。

また、局所最高温度Ｔｍａｘが判定値Ｔ１〜Ｔｊの間である場合には、通常時よりも充放電が制限されて、入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、局所最高温度Ｔｍａｘが判定値Ｔ１以下である場合よりも制限される。なお、この場合には、入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、局所最高温度Ｔｍａｘに応じて、連続的にあるいは段階的に設定することが好ましい。

このように、電池内部での電極反応を反映した電池モデル式に基づき、局所的な温度上昇が危険視される場合には、入力可能電力Ｗｉｎおよび出力可能電力Ｗｏｕｔを制限できる。この結果、二次電池内部の電極活物質の利用度に差が生じることに起因して、局所的に温度が上昇することにより、局所的な劣化や熱暴走発生することを防止できる。

なお、充放電が制限あるいは禁止されるＴｍａｘ＞Ｔ１の範囲では、図１に示すようなＥＣＵ５０から冷却ファン４０への制御指令により、停止状態の冷却ファン４０を作動させたり、あるいは、作動状態の冷却ファン４０による供給冷媒量（冷却風量）を増加させてもよい。特に、冷却ファン４０の作動時における冷却風量は、局所最高温度Ｔｍａｘの上昇に応じて連続的にあるいは段階的に増加させる設定とすることが好ましい。

（端子間電圧に応じた充放電制御）
さらに、入出力電力制限部７０は、図１０および図１１に示すように、電池モデル部６０によって予測された内部状態としての電位分布φ_e，φ_sに基づいて入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定する。

図１０を参照して、入出力電力制限部７０は、端子間電圧算出部７１および入出力可能電力設定部７２を含む。

端子間電圧算出部７１は、電池モデル部６０によって予測された二次電池内部での局所的電位分布φ_e，φ_sに基づき、予測端子間電圧Ｖｂ♯（または、予測起電力ＯＣＰ）を算出する。入出力可能電力設定部７２は、端子間電圧算出部７１によって算出された予測端子間電圧Ｖｂ♯（または、予測起電力ＯＣＰ）に基づいて、入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出する。

図１１を参照して、入出力可能電力設定部７２は、予測端子間電圧Ｖｂ♯と判定値Ｖ１〜Ｖ４の比較に応じて入出力可能電力を設定する。

入出力可能電力設定部７２は、予測端子間電圧が低下し過ぎた場合（Ｖｂ♯＜Ｖ１の範囲）には、これ以上の放電を禁止するために出力可能電力Ｗｏｕｔ＝０に設定する。一方、入出力電力制限部７０は、予測端子間電圧がそれほど低下していない場合（Ｖｂ♯＞Ｖ２の範囲）には、端子間電圧の低下からの放電制限は行なわず、図６および図７で説明したのと同様に、たとえば全体ＳＯＣに基づいた通常の出力可能電力設定を行なう。さらに、Ｖ１＜Ｖｂ♯＜Ｖ２の範囲では、放電は制限的に許可されるものの（Ｗｏｕｔ＞０）、出力可能電力Ｗｏｕｔは、通常時（Ｖｂ♯＞Ｖ２の範囲）よりも低く制限される。

同様に、入出力可能電力設定部７２は、予測端子間電圧が上昇し過ぎた場合（Ｖｂ♯＞Ｖ４）には、これ以上の充電を禁止するために入力可能電力Ｗｉｎ＝０に設定する。一方、予測端子間電圧がそれほど上昇していない場合（Ｖｂ♯＜Ｖ３の範囲）には、端子間電圧の上昇からの放電制限は行なわず、上記と同様にたとえば全体ＳＯＣに基づいた通常の入力可能電力設定を行なう。そして、Ｖ３＜Ｖｂ♯＜Ｖ４の範囲では、充電は制限的に許可されるものの（Ｗｉｎ＞０）、入力可能電力Ｗｉｎは、通常時（Ｖｂ♯＜Ｖ３の範囲）よりも低く抑えられる。

これにより、電池内部での局所的な電位分布に基づき、端子間電圧（すなわち起電力）が限界を超えて上昇（過充電）あるいは低下（過放電）しないように、二次電池の充放電を制御できる。

（全体での充放電制御）
図１２は、実施の形態１に基づく充放電制御を説明するフローチャートである。

図１２を参照して、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１００により、二次電池１０に用いられたセンサ群３０，３２，３４からの検出値（センサ値）により電池外部条件（バッテリ温度Ｔｂ，バッテリ電流Ｉｂ，バッテリ電圧Ｖｂ）を把握する。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１０では、電池モデル部６０の機能により、センサ値を反映した電池モデル（式（Ｍ１）〜（Ｍ１５））に従った数値計算により、二次電池の内部状態の予測値を算出する。既に説明したように、この内部状態には、局所的なリチウムイオン濃度分布（ｃ_s，ｃ_e）、局所的な電位分布（φ_e，φ_s）および局所的な温度分布（Ｔ）が含まれるものとする。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ１３０では、電池内部でのリチウムイオン濃度分布に基づいて、図５〜図７に示した手法に従い入出力可能電力Ｗｉｎ（１），Ｗｏｕｔ（１）を算出する。同様に、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１４０では、電池内部での温度分布に基づいて、図８および図９に示した手法に従い入出力可能電力Ｗｉｎ（２），Ｗｏｕｔ（２）を算出する。また、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１５０では、局所的な電位分布φ_e，φ_sを用いて算出された予測端子間電圧に基づいて、図１０および図１１に示した手法に従い入出力可能電力Ｗｉｎ（３），Ｗｏｕｔ（３）を算出する。

さらに、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１６０では、ステップＳ１３０〜ステップＳ１５０により、リチウムイオン濃度分布、温度分布、電位分布に基づく端子間電圧にそれぞれ基づいてそれぞれ算出された入力可能電力Ｗｉｎ（１）〜Ｗｉｎ（３）のうちの最小値を最終的な入力可能電力Ｗｉｎとする。さらに、ステップＳ１３０〜ステップＳ１５０によりそれぞれ算出された出力可能電力Ｗｏｕｔ（１）〜Ｗｏｕｔ（３）のうちの最小値を最終的な出力可能電力Ｗｏｕｔとする。すなわち、ステップＳ１３０〜Ｓ１７０の処理は、入出力電力制限部７０の機能に対応する。

以上説明したように、本発明の実施の形態１による二次電池の充放電制御によれば、電池モデルによって二次電池の内部反応、すなわち電池各領域での局所的な活物質の利用度を推定して、局所的な電池劣化につながる現象を回避するように、二次電池１０の充放電を適切に制限できる。

なお、図１２には、リチウムイオン濃度分布（Ｓ１３０）、温度分布（Ｓ１４０）、電位分布に基づく端子間電圧（Ｓ１５０）の３つの内部分布を考慮して充放電制御を行なう手法を説明したが、これらの３つの内部分布のうちの一部を用いて充放電制御を行なうことも可能である。あるいは、電池モデル部６０によって推定される他の内部状態分布により、あるいは、これまでの例示した内部分布の少なくとも一部とそれ以外の内部分布との組合せにより充放電制御を行なうことも可能である。

［実施の形態２］
実施の形態１に示した電池モデルによる電池内部状態の予測精度は、電池モデルに用いられる定数（パラメータ）の精度に左右される。実施の形態２では、電池モデル部６０におけるパラメータの更新およびパラメータ更新に伴う余寿命推定について説明する。

図１３は、ＥＣＵ５０のうちの実施の形態２に係る部分の機能構成を説明するブロック図である。

図１３を参照して、実施の形態２に従うＥＣＵ５０は、電池モデル部６０と、パラメータ同定モデル部６５と、比較部７５と、パラメータ管理部８０とを含む。

実施の形態２では、二次電池１０について診断モードが設けられる。
図１４を参照して、診断モード時に二次電池１０は、時刻ｔ０からｔ２の間に一定電流をパルス状に出力するような診断動作を行なう。この診断動作により、バッテリ電圧Ｖｂは、パルス状電流の出力に応じて、パルス電流の遮断後（すなわち、時刻ｔ２以降）において徐々に復帰する。このような電圧挙動は電圧センサ３４により検知され、バッテリ電圧Ｖｂは比較部７５に入力される。なお、このような診断モードは、二次電池の使用終了から所定時間（３０分程度）が経過して、二次電池の内部状態が静的となった後に行なうことが好ましい。

一方、電池モデル部６０では、当該診断モードにおける二次電池の内部状態を電池モデルに従って予測する。この結果、端子間電圧算出部７１により予測端子間電圧Ｖｂ♯が算出されて、比較部７５に入力される。すなわち、端子間電圧算出部７１は、「出力電圧予測手段」に対応し、比較部７５は、「比較手段」に対応する。

パラメータ同定モデル部６５は、診断モード動作時における、二次電池挙動に基づいて、電池モデルに用いられるパラメータの一部を同定可能なように構成されている。たとえば、パルス状電流出力時の電圧挙動に基づいて交換電流密度ｉ₀を推定することが可能である。また、パルス電流遮断後の電圧挙動に基づいて、正極での拡散係数Ｄ_sを推定することが可能である。同定対象となるパラメータは、パラメータ同定モデル部６５に用意される同定モデルによって決まる。

比較部７５は、電圧センサ３４によって検出された実際のバッテリ電圧Ｖｂと、電池モデル部６０による予測に基づく予測端子間電圧Ｖｂ♯とを比較し、両者の差が大きい場合には、パラメータ管理部８０へ通知する。

パラメータ管理部８０は、比較部７５により電圧挙動の予測誤差が大きいと判断された場合には、パラメータ同定モデル部６５によって同定されたパラメータについて、電池モデルで使用するパラメータ値をパラメータ同定モデル部６５によるパラメータ同定値に更新する。

次に、上記のようなパラメータ更新に伴う二次電池の余寿命診断について、図１５を用いて説明する。

図１５を参照して、パラメータ管理部８０によるパラメータ更新対象とされるパラメータ（図１５では、例示的にＸ，Ｙと記載する）については、予め、二次電池の使用度に応じたパラメータ値の変化、すなわち劣化特性が求められている。二次電池の使用度としては、たとえば使用期間（時間）あるいは充放電電流積算値が用いられる。特に、本発明に従って充放電制御される二次電池がハイブリッド車両等の車両に搭載される場合には、バッテリの使用度として、走行距離を期間を用いることができる。

図１５に示されるように、更新対象となるパラメータＸに関して劣化特性線２００が予め求められており、パラメータＹについては劣化特性線２１０が予め求められている。

劣化特性線２００，２１０については、当該パラメータについての限界値が予め求められており、限界値を超えてパラメータ値が変化（低下あるいは上昇）した場合には、寿命領域であると判定される。

パラメータ更新の際には、更新時点におけるパラメータ値と上記限界値との差から、二次電池の使用度について余寿命推定が可能となる。

図１６は、実施の形態２に従う診断モードを説明するフローチャートである。
図１６を参照して、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２００では、診断モードの起動条件が成立しているかどうかを確認する。診断モードの起動条件は、一定期間の経過ごとや、車両搭載時には一定距離走行ごとに成立する。あるいは、電池モデル部６０によって求められるリチウムイオン濃度分布の平均値としての平均ＳＯＣを別途求め、全体ＳＯＣ算出部６２により、バッテリ電流Ｉｂの積算値をベースに求められた全体ＳＯＣとの偏差に応じて診断モードの起動条件を成立させてもよい。

ＥＣＵ５０は、診断モード起動条件が起動していない場合（ステップＳ２００におけるＮＯ判定時）には、以下のステップを実行することなく処理を終了する。

ＥＣＵ５０は、診断モード起動条件の成立時（ステップＳ２００におけるＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２１０により、図１４に示した診断モード放電の実行を指示する。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ２２０により、診断モード時におけるバッテリ電圧Ｖｂの挙動に基づき、パラメータの更新要否を判断する。この処理は、図１３における比較部７５の動作に相当する。

さらに、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２３０により、必要に応じてパラメータ更新を行なう。この処理は、図１３に示したパラメータ管理部８０およびパラメータ同定モデル部６５によるパラメータ更新動作に相当する。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ２４０では、パラメータ更新時には、更新したパラメータ値と予め求められた劣化特性（図１５の劣化特性線２００，２１０）との比較により、図１５で説明した二次電池の余寿命推定を行なう。

このような構成とすることにより、二次電池１０の実際の挙動と電池モデルによる予測とのずれが大きくなった場合には、電池モデル式のパラメータを逐次更新することができる。これにより、電池の内部状態をより正確に把握することができるので、その時点における電池性能を最大限利用できるようになる。また、実施の形態１で説明した充放電制御についても、局所的な劣化や熱暴走の防止をより確実に行なえる。

さらに、パラメータ更新に伴い二次電池の余寿命判定を行なって、運転者に通知することが可能となる。これにより、二次電池の有効利用および運転者の利便性向上が実現される。

［実施の形態２の変形例］
実施の形態２の変形例では、特別な診断モードを実行することなく、二次電池１０の使用時のデータに基づいて、パラメータ更新を行なう構成について説明する。

図１７は、ＥＣＵのうちの実施の形態２の変形例に係る部分の機能構成を説明するブロック図である。

図１７を参照して、実施の形態２の変形例に従うＥＣＵ５０は、電池モデル部６０と、パラメータ同定モデル部６５♯と、パラメータ管理部８０とを含む。

パラメータ同定モデル部６５♯は、センサ群３０〜３４によって検出されたオンライン検出値（バッテリ温度Ｔｂ，バッテリ電流Ｉｂ，バッテリ電圧Ｖｂ）を受けて、電池モデル部６０と並列に動作する。すなわち、実使用時における二次電池１０のオンライン検出値を入力として、電池モデル部６０の電池モデル式中のパラメータについて、オンラインで同定する。

このようなオンラインでのパラメータ同定は、電池モデル式で用いられるパラメータの種類によって可能となる。たとえば、図１８に示すように、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂとの関係をプロットしたオンライン特性点２５０の集合により、Ｉｂに対するＶｂの傾きを求めることにより、電池モデル式中での界面直流抵抗Ｒ_fを同定することが可能となる。

パラメータ管理部８０は、所定のパラメータ更新条件の成立時に、パラメータ同定モデル部６５♯によってオンライン同定されたパラメータについて、電池モデルで使用するパラメータ値をパラメータ同定モデル部６５♯によるパラメータ同定値に更新する。

所定のパラメータ更新条件は、たとえば、電池モデル部６０によって求められるリチウムイオン濃度分布の平均値としての平均ＳＯＣと、全体ＳＯＣ算出部６２により、バッテリ電流Ｉｂの積算値をベースに求められた全体ＳＯＣとの偏差が所定以上となったとき、あるいは、上記偏差が発生する頻度が所定以上となったときに成立する。

このような構成とすることにより、オンライン同定が可能なパラメータについては、電池モデル式のパラメータを逐次更新することができる。これにより、電池の内部状態をより正確に把握することができるので、その時点における電池性能を最大限利用できるようになる。また、実施の形態１で説明した充放電制御についても、局所的な劣化や熱暴走の防止をより確実に行なえる。

［二次電池の搭載例］
以上説明してきた二次電池の充放電装置によって制御される二次電池は、図１９に示すように、ハイブリッド駆動車両５００に搭載することが可能である。

図１９を参照して、ハイブリッド駆動車両５００は、エンジン５１０と、本発明に従う二次電池の充電制御装置に対応するバッテリＥＣＵ５２５によって制御されるバッテリ５２０と、インバータ５３０と、車輪５４０ａと、トランスアクスル５５０と、ハイブリッド駆動車両５００の全体動作を制御する電子制御ユニット（ＨＶ−ＥＣＵ）５９０とを備える。

エンジン５１０は、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギを源として駆動力を発生する。バッテリ５２０は、電力ライン５５１へ直流電力を供給する。バッテリ５２０は、代表的にリチウムイオン二次電池で構成され、実施の形態１および２における二次電池１０と同様にバッテリＥＣＵ５２５により制御される。すなわち、バッテリＥＣＵ５２０は、バッテリ５１０の内部状態を予測する電池モデルに基づき、入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定する。

インバータ５３０は、バッテリ５１０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力ライン５５３へ出力する。あるいは、インバータ５３０は、電力ライン５５２，５５３に供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン５５１へ出力する。

トランスアクスル５５０は、トランスミッションとアクスル（車軸）とを一体構造として備えており、動力分割機構５６０と、減速機５７０と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２とを有する。

動力分割機構５６０は、エンジン５１０によって生じた駆動力を、減速機５７０を介して車輪５４０ａ駆動用の駆動軸５４５へ伝達する経路と、モータジェネレータＭＧ１へ伝達経路とに分割可能である。

モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構５６０を介して伝達されたエンジン５１０からの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、電力ライン５５２を介してインバータ５３０に供給され、バッテリ５２０の充電電力として、あるいはモータジェネレータＭＧ２の駆動電力として用いられる。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ５３０から電力ライン５５３に供給された交流電力によって回転駆動される。モータジェネレータＭＧ２によって生じた駆動力は、減速機５７０を介して駆動軸５４５へ伝達される。また、回生制動動作時にモータジェネレータＭＧ２が車輪５４０ａの減速に伴って回転される場合には、モータジェネレータＭＧ２に生じた起電力（交流電力）が電力ライン５５３へ供給される。この場合は、インバータ５３０が電力ライン５５３へ供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン５５１へ出力することによりバッテリ５２０が充電される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１は概ね発電機として動作することが多く、モータジェネレータＭＧ２は主として電動機として動作することが多い。

ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、ハイブリッド駆動車両５００を運転者の指示に応じて運転させるために、自動車に搭載された機器・回路群の全体動作を制御する。ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、代表的には予めプログラムされた所定シーケンスおよび所定演算を実行するためのマイクロコンピュータおよびメモリ（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）で構成される。

上記のように、ハイブリッド駆動車両５００では、エンジン５１０によって発生された駆動力と、バッテリ５２０からの電気エネルギを源としてモータジェネレータＭＧ２によって駆動された駆動力との組合せによって、燃費を向上させた車両運転を行なう。

たとえば、発進時ならびに低速走行時あるいは緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、ハイブリッド駆動車両５００は、エンジン効率の悪い領域を避けるために、基本的にはエンジンを作動させることなくモータジェネレータＭＧ２による駆動力のみで走行する。

通常走行時には、エンジン５１０から出力された駆動力は、動力分割機構５６０によって、車輪５４０ａの駆動力とモータジェネレータＭＧ１での発電用駆動力とに分化される。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、モータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられる。したがって、通常走行時には、エンジン５１０による駆動力をモータジェネレータＭＧ２による駆動力でアシストして、車輪５４０ａが駆動される。ＥＣＵ５９０は、エンジン５１０およびモータジェネレータＭＧ２間での駆動力分担割合を制御する。

全開加速時には、バッテリ５２０からの供給電力が第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動にさらに用いることにより、車輪５４０ａを駆動力がさらに増加させることができる。

減速および制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、車輪５４０ａの回転とは反対方向のトルクを発生することにより、回生発電を行なう発電機として作用する。モータジェネレータＭＧ２の回生発電によって回収された電力は、電力ライン５５３、インバータ５３０および電力ライン５５１を介してバッテリ５２０の充電に用いられる。さらに、車両停止時にはエンジン５１０は自動的に停止される。

このように、運転状況に応じて車両全体での出力要求パワーに対するエンジン５１０およびモータジェネレータＭＧ２の間での配分が決定される。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、燃費の面からエンジン５１０の効率を考慮して、運転状況に応じて上記配分を決定する。

この際に、実施の形態１，２に従ってバッテリＥＣＵ５２５により設定された入出力可能電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でバッテリ５２０の充放電が行なわれるように、エンジン５１０およびモータジェネレータＭＧ２の出力指令（あるいはトルク指令）を生成することにより、バッテリ５２０内部での局所的な電池劣化につながる現象を回避して、バッテリ５２０を長寿命化することができる。また、バッテリ５２０について、電池モデル式のパラメータ更新に伴う余寿命判定が可能となる。

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。

本発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置によって制御される二次電池を含む電源システムの構成を説明する概略ブロック図である。 図１に示した二次電池の概略構成を示す概念図である。 充放電制御に用いられる電池モデル式で用いられる変数および定数の一覧を示す図である。 図１に示したＥＣＵのうちの充放電制御に関する機能部分を説明するブロック図である。 二次電池内部のリチウムイオン濃度分布に着目した充放電制限を説明する第１の図である。 二次電池内部のリチウムイオン濃度分布に着目した充放電制限を説明する第２の図である。 二次電池内部のリチウムイオン濃度分布に着目した充放電制限を説明する第３の図である。 二次電池内部の温度分布に着目した充放電制限を説明する第１の図である。 二次電池内部の温度分布に着目した充放電制限を説明する第２の図である。 二次電池内部の電位分布に着目した充放電制限を説明するブロック図である。 二次電池内部の電位分布に従う予測端子間電圧に着目した充放電制限を説明する図である。 実施の形態１に基づく充放電制御を説明するフローチャートである。 ＥＣＵのうちの実施の形態２に係る部分の機能構成を説明するブロック図である。 診断モードでの二次電池動作を説明する概念図である。 実施の形態２に従う二次電池の余寿命診断を説明する概念図である。 実施の形態２に従う診断モードを説明するフローチャートである。 ＥＣＵのうちの実施の形態２の変形例に係る部分の機能構成を説明するブロック図である。 図１７に示したパラメータ同定モデル部によるオンラインパラメータ同定の一例を示す概念図である。 本発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置によって制御される二次電池が搭載されるハイブリッド自動車の構成を説明するブロック図である。

符号の説明

５ 電源システム、１０ 二次電池、１１ｐ 正極端子、１１ｎ 負極端子、１２ 負極、１３ 電流コレクタ（負極）、１４ セパレータ、１５ 正極、１６ 電流コレクタ（正極）、１８ 活物質、２０ 負荷、３０ 温度センサ、３２ 電流センサ、３４ 電圧センサ、４０ 冷却ファン、４１ 冷媒通路、４５ 冷却風、６０ 電池モデル部、６２ 全体ＳＯＣ算出部、６５ パラメータ同定モデル部、７０ 入出力電力制限部、７１ 端子間電圧算出部、７２ 入出力可能電力（Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ）設定部、７５ 比較部、８０ パラメータ管理部、２００，２１０ 劣化特性線、２５０ オンライン特性点、５００ ハイブリッド駆動車両、５１０ エンジン、５２０ バッテリ、５２５ バッテリＥＣＵ、５３０ インバータ、５４０ａ 車輪、５４５ 駆動軸、５５０ トランスアクスル、５５１〜５５３ 電力ライン、５６０ 動力分割機構、５７０ 減速機、５９０ ＨＶ−ＥＣＵ、Ｉｂ バッテリ電流、ｌ１〜ｌ４ 判定値（リチウムイオン濃度）、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｍｐｕ，Ｍｎｕ，Ｍｌｍａｘ 上限余裕値（リチウムイオン濃度）、Ｍｐｌ，Ｍｎｌ，Ｍｌｍｉｎ 下限余裕値（リチウムイオン濃度）、Ｍｍａｘ 上限管理値（リチウムイオン濃度）、Ｍｍｉｎ 下限管理値（リチウムイオン濃度）、ＯＣＰ 予測起電力、ｒ 活物質半径、Ｔ１，Ｔｊ 判定値（内部温度）、Ｔｂ バッテリ温度、Ｔｎｍａｘ，Ｔｐｍａｘ，Ｔｍａｘ 最高温度、Ｖｂ バッテリ出力電圧、Ｖｂ バッテリ電圧（端子間電圧）、Ｖｂ♯ 予測端子間電圧、Ｖ１〜Ｖ４ 判定値（端子間電圧）、Ｗｉｎ 入出力可能電力、Ｗｉｎ 入力（充電）可能電力、Ｗｏｕｔ 出力（放電）可能電力。

Claims (11)

1. 二次電池に設けられたセンサによる検出値に基づき、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って該二次電池内部の各部位での内部状態について予測値を算出する電池状態予測手段と、
   前記電池状態予測手段による予測値の分布に従って、前記二次電池の入出力可能電力を設定する充放電制限手段とを備える、二次電池の充放電制御装置。
2. 前記予測値は、前記二次電池内部の各部位でのイオン濃度の予測値を含み、
   前記充放電制限手段は、前記各部位での前記イオン濃度の予測値が所定範囲内に収まるように、前記入出力可能電力を制限する手段を有する、請求項１記載の二次電池の充放電制御装置。
3. 前記予測値は、前記二次電池内部の各部位での電位の予測値を含み、
   前記充放電制限手段は、前記各部位での電位の予測値に基づいて算出される前記二次電池の端子間電圧が所定範囲内に収まるように、前記入出力可能電力を制限する手段を有する、請求項１記載の二次電池の充放電制御装置。
4. 前記予測値は、前記二次電池内部の各部位での温度予測値を含み、
   前記充放電制限手段は、前記各部位での温度予測値の最高値が所定温度以下に収まるように、前記入出力可能電力を制限する手段を有する、請求項１記載の二次電池の充放電制御装置。
5. 前記温度分布に応じて、前記二次電池の冷却用冷媒を供給する冷媒供給装置に対して冷媒供給量の増加を指示するための冷却強化手段をさらに備える、請求項４記載の二次電池の充放電制御装置。
6. 二次電池に設けられたセンサによる検出値に基づき、前記電池モデルに用いられるパラメータを同定するパラメータ同定モデル手段と、
   前記センサによって検知される前記二次電池の実際の挙動と、前記電池状態予測手段による予測値に基づく前記挙動の予測値との差が所定より大きい場合に、前記パラメータ同定モデル手段によって同定されたパラメータについて、前記電池モデルで使用するパラメータ値を前記パラメータ同定モデル手段による同定値に更新するパラメータ更新手段とをさらに備える、請求項１記載の二次電池の充放電制御装置。
7. 前記パラメータ更新手段による更新対象となるパラメータは、前記二次電池の電極界面での直流抵抗、前記二次電池の電極でのイオン拡散係数、および前記二次電池内部における交換電流密度分布のうちの少なくとも１つを含む、請求項６記載の二次電池の充放電制御装置。
8. 前記電池モデルに用いられるパラメータの前記二次電池の使用に伴う劣化特性を予め記憶する劣化特性記憶手段と、
   前記パラメータ更新手段によって更新されたパラメータを、前記劣化特性記憶手段に記憶された前記劣化特性と比較することにより、前記二次電池の劣化推定を行なう劣化推定手段とをさらに備える、請求項６記載の二次電池の充放電制御装置。
9. 前記二次電池の非使用期間において、前記二次電池を所定の診断用パターンに従って動作させるための診断手段をさらに備え、
   前記パラメータ同定モデル手段によるパラメータの同定および、前記パラメータ更新手段による前記パラメータの更新は、前記二次電池が前記診断用パターンに従って動作するのに伴って実行される、請求項６または８記載の二次電池の充放電制御装置。
10. 前記パラメータ同定モデル手段によるパラメータの同定は、前記二次電池の実使用時に実行される、請求項６記載の二次電池の充放電制御装置。
11. 前記二次電池は、リチウムイオン電池で構成される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の二次電池の充放電制御装置。

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