JP5842607B2 - 非水二次電池の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、非水二次電池の劣化状態を評価して、非水二次電池の放電を制御する制御装置および制御方法に関する。

特許文献１に記載の技術では、電池を充放電したときの電流値の履歴に基づいて、ハイレート放電による劣化を評価するための評価値を算出している。評価値が目標値を超えていないときには、電池の放電を許容する上限値を最大値に設定している。一方、評価値が目標値を超えたときには、上限値を最大値よりも小さい値に設定している。

特許文献１によれば、評価値が目標値を超えていないときには、上限値を最大値に設定しておくことにより、運転者の要求に応じた車両の動力性能を発揮させるようにしている。また、評価値が目標値を超えたときには、上限値を最大値よりも小さい値に設定することにより、ハイレート放電による劣化が発生するのを抑制するようにしている。

特開２００９−１２３４３５号公報（図４，図７等）

特許文献１に記載の技術において、評価値および目標値の大小関係だけで、電池の放電を許容する上限値を変更すると、電池の放電が過度に制限されてしまうことがある。電池の放電が過度に制限されると、電池の十分な出力性能を確保しにくくなってしまう。

本願第１の発明は、非水二次電池の放電電力が上限値を超えないように非水二次電池の放電を制御する制御装置であり、電流センサおよびコントローラを有する。電流センサは、非水二次電池の充放電時における電流値を検出する。コントローラは、第１劣化成分を評価するための評価値を、電流センサによって検出された電流値から算出する。第１劣化成分は、非水二次電池の放電による電解質中におけるイオン濃度の偏りに伴って非水二次電池の出力性能を低下させる成分である。

コントローラは、評価値が目標値を超えたとき、上限値を低下させる一方で、放電電流値が許容電流値よりも低いとき、上限値を低下させないようにする。ここで、許容電流値として、第１劣化成分に対応する非水二次電池の抵抗増加率が、抵抗増加率に基づいて予め定められた非水二次電池の寿命目標値に応じた閾値以下となる出力制限で充放電した際の充放電電流値を用いることができる。

本願第１の発明によれば、評価値が目標値よりも大きい場合であっても、例えば、放電電流値が、予め定められた非水二次電池の寿命目標に対しイオン濃度の偏りが発生し難い電流値の範囲内であれば、非水二次電池の放電を制限せずに、ハイレート放電による非水二次電池の劣化を抑制しながら非水二次電池の放電が過度に制限されてしまうのを抑制でき、非水二次電池に要求される出力を確保することができる。

コントローラは、評価値が目標値を超えた際、放電電流値が許容電流値よりも低いときは、上限値を最大値に設定することができ、ハイレート放電による非水二次電池の劣化を抑制しながら非水二次電池に要求される出力を最大限に確保することができる。

コントローラは、評価値が目標値を超えた際、放電電流値が許容電流値よりも高いときは、上限値を最大値よりも小さい値に設定することができる。

コントローラは、評価値が目標値を超えた際、放電電流値が許容電流値よりも高いとき、評価値及び目標値の差分に応じた第１出力制限値を算出し、許容電流値に対応する第２出力制限値（放電電流値が許容電流値以下となる第２出力制限値）が第１出力制限値よりも大きい場合、上限値を第２出力制限値に設定することができる。非水二次電池の放電を制限する場合であっても、許容電流値以上の放電電流値とならないように出力制限を行うことで、必要以上に出力制限を行わずに、ハイレート放電による非水二次電池の劣化を抑制しながら非水二次電池に要求される出力を最大限に確保することができる。

本願第２の発明は、非水二次電池の放電電力が上限値を超えないように非水二次電池の放電を制御する制御方法であって、電流センサを用いて、非水二次電池の充放電時における電流値を検出し、第１劣化成分を評価するための評価値を、電流センサによって検出された電流値から算出する。第１劣化成分は、非水二次電池の放電による電解質中におけるイオン濃度の偏りに伴って非水二次電池の出力性能を低下させる成分である。

本願第２の発明においても、評価値が目標値を超えたとき、放電電流値が許容電流値よりも高い場合に上限値を低下させ、放電電流値が許容電流値よりも低い場合には上限値を低下させないようにする。ここで、許容電流値として、第１劣化成分に対応する非水二次電池の抵抗増加率が、抵抗増加率に基づいて予め定められた非水二次電池の寿命目標値に応じた閾値以下となる出力制限で充放電した際の充放電電流値を用いることができる。本願第１の発明と同様に、ハイレート放電による非水二次電池の劣化を抑制しながら非水二次電池の放電が過度に制限されてしまうのを抑制でき、非水二次電池に要求される出力を確保することができる。

実施例１における電池システムの構成を示す図である。 実施例１の組電池の充放電を制御する処理を示すフローチャートである。 図２に続く実施例１の組電池の充放電を制御する処理を示すフローチャートである。 図３に示した実施例１の組電池の充放電を制御する処理において、出力制限値の設定処理を示すフローチャートである。 組電池の温度および忘却係数の関係を示す図である。 組電池の温度および限界値の関係を示す図である。 組電池の抵抗増加率と電流制限値の関係を示す図である。 実施例１における出力制限値、評価値及び放電電流値の変化を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１である電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す図である。

図１に示す電池システムは、車両に搭載される。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。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、組電池の他に、燃料電池や内燃機関等を備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として組電池だけを備えた車両である。

組電池１０は、電気的に直列に接続された複数の単電池１１を有する。組電池１０を構成する単電池１１の数は、組電池１０の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。組電池１０は、電気的に並列に接続された複数の単電池１１を含んでいてもよい。単電池１１としては、リチウムイオン二次電池などの非水二次電池を用いることができる。

単電池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。単電池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。単電池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、単電池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。

組電池１０は、システムメインリレー２１ａ，２１ｂを介して昇圧回路２２に接続されており、昇圧回路２２は、組電池１０の出力電圧を昇圧する。昇圧回路２２は、インバータ２３と接続されており、インバータ２３は、昇圧回路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）２４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２４によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。

昇圧回路２２は、省略することができる。また、モータ・ジェネレータ２４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。

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２４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２４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。昇圧回路２２は、インバータ２３の出力電圧を降圧してから組電池１０に供給する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。

電流センサ２５は、組電池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。電流センサ２５によって検出された電流値に関して、放電電流を正の値とし、充電電流を負の値とすることができる。温度センサ２６は、組電池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２６の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ２６を用いるときには、複数の温度センサ２６によって検出された温度の平均値を組電池１０の温度として用いたり、特定の温度センサ２６によって検出された温度を組電池１０の温度として用いたりすることができる。

電圧センサ２７は、組電池１０の電圧を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。本実施例では、組電池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、組電池１０を構成する単電池１１の電圧を検出することができる。また、組電池１０を構成する複数の単電池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つの単電池１１を含んでいる。

コントローラ３０は、システムメインリレー２１ａ，２１ｂ、昇圧回路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を設けることができる。

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、昇圧回路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、昇圧回路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、外部電源からの電力を組電池１０に供給する。これにより、組電池１０を充電することができる。充電器２８は、充電リレー２９ａ，２９ｂを介して、組電池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組電池１０に供給することができる。

外部電源とは、車両の外部に設けられた電源であり、外部電源としては、例えば、商用電源がある。外部電源が交流電力を供給するとき、充電器２８は、交流電力を直流電力に変換して、直流電力を組電池１０に供給する。一方、外部電源が直流電力を供給するときには、外部電源からの直流電力を組電池１０に供給するだけでよい。本実施例では、外部電源の電力を組電池１０に供給できるようにしているが、外部電源の電力を組電池１０に供給できなくてもよい。

次に、組電池１０の充放電を制御する処理について、図２から図４に示すフローチャートを用いて説明する。図２から図４に示す処理は、予め設定された時間間隔（サイクルタイム）で繰り返して行われる。図２から図４に示す処理は、コントローラ３０に含まれるＣＰＵが、メモリ３１に記憶されたプログラムを実行することにより行われる。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、電流センサ２５の出力信号に基づいて、放電電流値Ｉを取得する。組電池１０を放電しているときには、放電電流値Ｉが正の値になり、組電池１０を充電しているときには、放電電流値Ｉが負の値（充電電流値）になる。

ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、ステップＳ１０１で得られた放電電流値Ｉに基づいて、組電池１０のＳＯＣ（State Of Charge）を算出（推定）する。ＳＯＣは、組電池１０の満充電容量に対する現在の充電容量の割合である。コントローラ３０は、組電池１０を充放電したときの電流値を積算することにより、組電池１０のＳＯＣを算出することができる。組電池１０を充放電したときの電流値は、電流センサ２５の出力から取得することができる。

一方、電圧センサ２７の検出電圧から、組電池１０のＳＯＣを推定することもできる。組電池１０のＳＯＣは、組電池１０のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と対応関係があるため、ＳＯＣおよびＯＣＶの対応関係を予め求めておけば、ＯＣＶからＳＯＣを特定することができる。ＯＣＶは、電圧センサ２７の検出電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）と、組電池１０の内部抵抗による電圧降下量とから求めることができる。なお、ＳＯＣの算出方法は、本実施例で説明する方法に限るものではなく、公知の方法を適宜選択することができる。

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、温度センサ２６の出力信号に基づいて、組電池１０の温度を取得する。ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、ステップＳ１０２で算出したＳＯＣと、ステップＳ１０３で取得した組電池１０の温度とに基づいて、忘却係数を算出する。忘却係数は、単電池１１の電解液中のイオンの拡散速度に対応する係数である。忘却係数は、下記式（１）の条件を満たす範囲で設定される。

０＜Ａ×Δｔ＜１ ・・・（１）
ここで、Ａは、忘却係数を示し、Δｔは、図２から図４に示す処理を繰り返して行うときのサイクルタイムを示す。

例えば、コントローラ３０は、図５に示すマップを用いて、忘却係数Ａを特定することができる。図５において、縦軸は、忘却係数Ａであり、横軸は、組電池１０の温度である。図５に示すマップは、実験等によって予め取得することができ、メモリ３１に記憶しておくことができる。

図５に示すマップにおいて、ステップＳ１０２で取得したＳＯＣと、ステップＳ１０３で取得した温度とを特定することにより、忘却係数Ａを特定することができる。イオンの拡散速度が速いほど、忘却係数Ａが大きくなる。図５に示すマップでは、組電池１０の温度が同じであれば、組電池１０のＳＯＣが高いほど、忘却係数Ａが大きくなる。また、組電池１０のＳＯＣが同じであれば、組電池１０の温度が高くなるほど、忘却係数Ａが大きくなる。

ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、評価値の減少量Ｄ（−）を算出する。評価値Ｄ（Ｎ）は、組電池１０（単電池１１）の劣化状態（後述するハイレート劣化）を評価する値である。

単電池１１のハイレート放電が継続的に行われると、単電池１１の内部抵抗が増加し、単電池１１の出力電圧が急激に低下し始める現象が発生することがある。この現象が継続して発生すると、単電池１１が劣化してしまうことがある。ハイレート放電による劣化を、ハイレート劣化（第１劣化成分）とよぶ。ハイレート劣化の要因の１つとしては、ハイレート放電が継続的に行われることにより、単電池１１の電解液中のイオン濃度が偏ってしまうことが考えられる。

ハイレート劣化が発生する前に、ハイレート放電を抑制する必要がある。本実施例では、ハイレート劣化を評価するための値として、評価値Ｄ（Ｎ）を設定している。評価値Ｄ（Ｎ）の算出方法については、後述する。

評価値の減少量Ｄ（−）は、前回（直前）の評価値Ｄ（Ｎ−１）を算出したときから、１回のサイクルタイムΔｔが経過するまでの間において、イオンの拡散に伴うイオン濃度の偏りの減少に応じて算出される。例えば、コントローラ３０は、下記式（２）に基づいて、評価値の減少量Ｄ（−）を算出することができる。

Ｄ（−）＝Ａ×Δｔ×Ｄ（Ｎ−１） ・・・（２）
ここで、ＡおよびΔｔは、式（１）と同様である。Ｄ（Ｎ−１）は、前回（直前）に算出された評価値を示す。初期値としてのＤ（０）は、例えば、０とすることができる。

式（１）に示すように、「Ａ×Δｔ」の値は、０から１までの値である。したがって、「Ａ×Δｔ」の値が１に近づくほど、評価値の減少量Ｄ（−）が大きくなる。言い換えれば、忘却係数Ａが大きいほど、又は、サイクルタイムΔｔが長いほど、評価値の減少量Ｄ（−）が大きくなる。なお、減少量Ｄ（−）の算出方法は、本実施例で説明した方法に限定されるものではなく、イオン濃度の偏りの減少を特定することができる方法であればよい。

ステップＳ１０６において、コントローラ３０は、メモリ３１に予め記憶された電流係数を読み出す。ステップＳ１０７において、コントローラ３０は、ステップＳ１０２で算出された組電池１０のＳＯＣと、ステップＳ１０３で取得した組電池１０の温度とに基づいて、限界値を算出する。

例えば、コントローラ３０は、図６に示すマップを用いて、限界値を算出することができる。図６に示すマップは、実験等によって予め取得することができ、メモリ３１に記憶しておくことができる。図６において、縦軸は、限界値であり、横軸は、組電池１０の温度である。図６に示すマップにおいて、ステップＳ１０２で取得したＳＯＣと、ステップＳ１０３で取得した温度とを特定することにより、限界値を特定することができる。

図６に示すマップでは、組電池１０の温度が同じであれば、組電池１０のＳＯＣが高いほど、限界値が大きくなる。また、組電池１０のＳＯＣが同じであれば、組電池１０の温度が高いほど、限界値が大きくなる。

ステップＳ１０８において、コントローラ３０は、評価値の増加量Ｄ（＋）を算出する。評価値の増加量Ｄ（＋）は、前回（直前）の評価値Ｄ（Ｎ−１）を算出したときから、１回のサイクルタイムΔｔが経過するまでの間において、放電に伴うイオン濃度の偏りの増加に応じて算出される。例えば、コントローラ３０は、下記式（３）に基づいて、評価値の増加量Ｄ（＋）を算出することができる。

Ｄ（＋）＝Ｂ／Ｃ×Ｉ×Δｔ ・・・（３）
ここで、Ｂは、電流係数を示し、ステップＳ１０６の処理で取得した値が用いられる。Ｃは、限界値を示し、ステップＳ１０７の処理で取得した値が用いられる。Ｉは、放電電流値を示し、ステップＳ１０１の処理で検出した値が用いられる。Δｔは、サイクルタイムである。

式（３）から分かるように、放電電流値Ｉが大きいほど、又は、サイクルタイムΔｔが長いほど、評価値の増加量Ｄ（＋）は大きくなる。なお、増加量Ｄ（＋）の算出方法は、本実施例で説明した算出方法に限定されるものではなく、イオン濃度の偏りの増加を特定することができる方法であればよい。

ステップＳ１０９において、コントローラ３０は、今回のサイクルタイムΔｔにおける評価値Ｄ（Ｎ）を算出する。評価値Ｄ（Ｎ）は、下記式（４）に基づいて算出することができる。

Ｄ（Ｎ）＝Ｄ（Ｎ−１）−Ｄ（−）＋Ｄ（＋） ・・・（４）

ここで、Ｄ（Ｎ）は、今回のサイクルタイムΔｔにおける評価値であり、Ｄ（Ｎ−１）は、前回（直前）のサイクルタイムΔｔにおける評価値である。初期値としてのＤ（０）は、例えば、０に設定することができる。Ｄ（−）およびＤ（＋）は、評価値Ｄの減少量および増加量をそれぞれ示し、ステップＳ１０５，Ｓ１０８で算出された値が用いられる。

本実施例では、式（４）に表すように、イオン濃度の偏りの増加と、イオン濃度の偏りの減少とを考慮（推定）して、評価値Ｄ（Ｎ）を算出する。これにより、ハイレート劣化の要因と考えられるイオン濃度の偏りの変化（増減）を、評価値Ｄ（Ｎ）に適切に反映させることができる。したがって、組電池１０の状態がハイレート劣化の生じる状態にどの程度近づいているのかを、評価値Ｄ（Ｎ）に基づいて把握することができる。

そして、評価値Ｄ（Ｎ）が、組電池１０の状態がハイレート劣化の生じる状態に対する閾値を超える場合、組電池１０の出力制限値を低く設定して組電池１０の放電を制御し、ハイレート放電による劣化が発生するのを抑制することができる。

ここで、式（３）によれば、評価値の増加量Ｄ（＋）は、放電電流値Ｉの大きさに応じて一律に算出される。つまり、放電しているときの電流値（放電電流値）Ｉがどのような値でも０でなければ放電に伴うイオン濃度の偏りの増加分の評価値として評価値Ｄ（Ｎ）に必ず加算されてしまい、例えば、放電に伴うイオン濃度の偏りが生じにくい低電流領域の放電電流値であっても、放電に伴うイオン濃度の偏りが増加したものとして評価値Ｄ（Ｎ）に反映される（評価値Ｄ（Ｎ）が増える）。

このため、評価値Ｄ（Ｎ）が閾値を超えてしまうと、放電に伴うイオン濃度の偏りが生じ難いハイレート放電による劣化の増加が少ない又はハイレート放電による劣化が増加していない状態でも、放電電流値Ｉが出力制限を低く設定した組電池１０の放電制御によってさらに制限されてしまい、組電池１０の出力を十分に確保できない場合がある。

本実施例では、評価値Ｄ（Ｎ）を用いたハイレート劣化の生じる状態の評価値Ｄ（Ｎ）に対し、放電電流値Ｉが放電に伴うイオン濃度の偏りが生じ難い電流値であるかを個別に評価し、組電池１０の放電電流値Ｉが放電に伴うイオン濃度の偏りが生じにくい所定値以下の電流値である場合、評価値Ｄ（Ｎ）が閾値を超える場合であっても、出力制限を行わずに出力を確保する組電池１０の放電制御を実施することで、ハイレート放電による劣化の増加を抑制しつつ、組電池１０の出力を十分に確保できるようにする。

放電に伴うイオン濃度の偏りが生じにくい組電池１０の放電電流値Ｉの基準値（許容電流値Ｆ）は、組電池１０の電池寿命に基づいて決定することができる。

図７は、所定の電流値以下では出力制限を行わない場合の組電池１０の抵抗増加率の変化を示している。図７において、横軸は組電池の使用状態（Ａｈ／Ｋｍ）であり、縦軸は組電池１０の抵抗増加率である。抵抗増加率は、初期状態にある組電池１０の抵抗（Ｒini）に対して、劣化状態にある組電池１０の抵抗（Ｒr）が、どの程度増加したかを表す値である。抵抗増加率は、例えば、２つの抵抗の比（Ｒr／Ｒini）で表すことができる。ハイレート劣化が進行すれば、抵抗増加率が上昇する。組電池１０の使用状態（Ａｈ／ｋｍ）は、車両の走行距離に対する組電池１０の充放電量であり、走行距離センサの出力と電流センサ２５の出力とに基づいて、算出することができる。

ハイレート劣化が進むと組電池１０の抵抗増加率は増加する。組電池１０は、抵抗増加率が所定の閾値を超えない範囲で使用される状態での電池寿命（例えば、使用時間）が予め決められており、抵抗増加率が所定の閾値を超えると、予め定められた電池寿命が短くなる。つまり、所定の閾値を超える抵抗増加率を示す使用状態は、所定の閾値以下の抵抗増加率を示す使用状態のときよりも劣化が進むので、図７に示すように、所定の電流値以下では組電池１０の出力制限を行わない充放電制御を実施した際の、ハイレート劣化に伴う抵抗増加率を測定することで、予め定められる電池寿命を低下させない基準として所定の閾値以下の抵抗増加率を維持できる電流値を、決定することができる。

言い換えれば、所定の閾値以下の抵抗増加率を示す使用状態は、予め定められた電池寿命に対しイオン濃度の偏りが発生し難く、ハイレート劣化の進行が遅くなるので、所定の閾値以下の抵抗増加率を維持できる上限の電流値、すなわち、電池の寿命目標を達成可能な所定の閾値以下での抵抗増加率を維持できる出力制限に対する電流値の上限値を、組電池１０の許容電流値として予め求めることができる。

図７において、例えば、出力制限電流値を１２０Ａとした充放電制御では、一点鎖線で示すように組電池１０の抵抗増加率が、予め定められた組電池１０の寿命目標を達成可能な抵抗増加率の上限値（閾値）を超えてしまう。一方、実線及び２点鎖線で示す出力制限電流値での充放電制御では、組電池１０の抵抗増加率は予め定められた組電池１０の寿命目標を達成可能な抵抗増加率の閾値を超えないので、予め定められた組電池１０の寿命目標を低下させない範囲で許容できる出力電流制限値となる。

そして、図７に示した所定の閾値以下の抵抗増加率で推移する実線及び２点鎖線で示す出力電流制限値での充放電制御のうち、実線で示す出力電流制限値での充放電制御が、予め定められた組電池１０の寿命目標を低下させない範囲で許容できる最大の出力電流制限値とすることができるので、予め定められた組電池１０の寿命目標に対しイオン濃度の偏りが発生し難く、ハイレート劣化の進行が遅くなる実線で示した出力電流制限値を、組電池１０の許容電流値として用いることができる。組電池１０に対する許容電流値は、予めメモリ３１に保持することができる。

本実施例では、評価値Ｄ（Ｎ）が予め定められた目標値を越えて組電池１０の状態がハイレート劣化の生じる状態であると判別されても、組電池１０の放電電流値Ｉが、予め定められた組電池１０の寿命目標に対しイオン濃度の偏りが発生し難く、ハイレート劣化の進行が遅くなる許容電流値Ｆよりも低い場合、放電電流値Ｉが組電池１０の電池寿命の観点からイオン濃度の偏りが発生し難く、ハイレート劣化の進行が遅くなる電流値の範囲内なので、組電池１０の出力制限を行わずに組電池１０の出力を確保した組電池１０の放電制御を実施する。

一方、評価値Ｄ（Ｎ）が予め定められた目標値を越えた場合において、組電池１０の放電電流値Ｉが、許容電流値Ｆよりも高い場合は、組電池１０の出力制限を行う。

このとき、組電池１０の出力制限値は、評価値Ｄ（Ｎ）に基づいて決定される第１出力制限値と、許容電流値Ｆに基づいて決定される第２出力制限値とが用いられる。つまり、許容電流値Ｆ以上の放電電流値Ｉとならないように出力制限を行えば、放電電流値Ｉが組電池１０の電池寿命の観点からイオン濃度の偏りが発生し難く、ハイレート劣化の進行が遅くなる電流値の範囲内となるので、第２出力制限値が第１出力制限値よりも大きい場合、許容電流値Ｆに基づく第２出力制限値を出力制限値として設定する。一方、第２出力制限値が第１出力制限値よりも小さい場合、評価値Ｄ（Ｎ）に基づく第１出力制限値を出力制限値として設定する。

すなわち、本実施例では、評価値Ｄ（Ｎ）に基づく第１出力制限値が、許容電流値Ｆに基づいて決定される第２出力制限値よりも小さい場合、放電電流値Ｉが組電池１０の電池寿命の観点からイオン濃度の偏りが発生し難く、ハイレート劣化の進行が遅くなる電流値の範囲内となる第２出力制限値を、組電池１０の出力制限値として設定することで、ハイレート放電による劣化が発生するのを抑制可能な最大の出力制限値での充放電制御を行い、組電池１０の出力を最大限に確保できるようにする。

ステップＳ１１０において、コントローラ３０は、ステップＳ１０９で算出した評価値Ｄ（Ｎ）が予め定められた目標値を越えたか否かを判別する。目標値は、ハイレート劣化が発生し始める評価値Ｄ（Ｎ）よりも小さい値に設定され、予め設定しておくことができる。評価値Ｄ（Ｎ）が目標値を超えていれば、ステップＳ１１１に進み、そうでなければ、ステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１１において、コントローラ３０は、メモリ３１に記憶されている組電池１０の許容電流値Ｆを取得する。許容電流値Ｆは、予め定められた組電池１０の寿命目標に対しイオン濃度の偏りが発生し難く、ハイレート劣化の進行が遅くなる電流値の上限値を用いることができる。許容電流値Ｆは、図７に示したハイレート劣化に対応する組電池１０の抵抗増加率が、抵抗増加率に基づいて予め定められた組電池１０の寿命目標値に応じた閾値以下となる出力制限で充放電した際の出力電流制限値（複数ある場合は、最も高い最大の出力電流制限値）を用いることができる。

ステップＳ１１２において、コントローラ３０は、ステップＳ１１１で取得した許容電流値ＦとステップＳ１０１で取得した放電電流値Ｉを比較し、放電電流値Ｉが許容電流値Ｆよりも大きいか否かを判別する。放電電流値Ｉが許容電流値Ｆよりも大きい場合、ステップＳ１１３に進み、そうでなければ、ステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１６において、コントローラ３０は、組電池１０の充放電制御に用いられる出力制限値を最大値に設定する。出力制限値は、組電池１０の放電を許容する上限値（電力［ｋＷ］）である。コントローラ３０は、組電池１０の出力電力が出力制限値を超えないように、組電池１０の放電を制御する。最大値としての出力制限値は、予め決めておくことができる。

一方、コントローラ３０は、ステップＳ１１３において、ステップＳ１０９で算出した評価値Ｄ（Ｎ）が予め定められた目標値を越えており、かつ放電電流値Ｉが許容電流値Ｆよりも大きいので、組電池１０の出力を制限する。例えば、出力制限値が最大値よりも小さい値に変更される。出力制限値は、最大値および最小値の間で変化させることができる。最小値としての出力制限値は、例えば、０［ｋＷ］とすることができる。この場合には、組電池１０の放電が禁止されることになる。出力制限値を低下させるほど、組電池１０の出力が制限されることになる。

図４は、ステップＳ１１３の出力制限値を最大値よりも低く設定する処理を示したフローチャートである。

図４のステップＳ１１３１において、コントローラ３０は、評価値Ｄ（Ｎ）と目標値との差分に応じて、最大値に対して出力制限値を減少させる量を設定することができる。例えば、コントローラ３０は、下記式（６）に基づいて出力制限値を算出することができる。

Ｗout＝Ｗout（ＭＡＸ）−Ｋ×（Ｄ（Ｎ）−Ｅ） ・・・（６）
ここで、Ｗoutは、放電制御に用いられる出力制限値を示し、Ｗout（ＭＡＸ）は、出力制限値の最大値を示す。Ｋは係数を示す。

「Ｋ×（Ｄ（Ｎ）−Ｅ）」の値は、評価値Ｄ（Ｎ）に基づいて出力制限値を減少させる量を示しており、係数Ｋを変化させることにより、減少量を調整することができる。具体的には、車両のドライバビリティを考慮して、減少量を調整することができる。

ステップＳ１１３２において、コントローラ３０は、放電電流値ＩがステップＳ１１１で取得した許容電流値Ｆ以下となる出力制限値Ｗ（Ｆ）と、式（６）に基づいて算出される評価値Ｄ（Ｎ）に応じたＷout（Ｄ（Ｎ））とを比較し、Ｗ（Ｆ）がＷout（Ｄ（Ｎ））よりも大きい場合、ステップＳ１１３３に進み、コントローラ３０は、放電制御に用いられる出力制限値をＷ（Ｆ）に設定する。Ｗ（Ｆ）がＷout（Ｄ（Ｎ））よりも小さい場合、ステップＳ１１３４に進み、コントローラ３０は、放電制御に用いられる出力制限値をＷout（Ｄ（Ｎ））に設定する。許容電流値Ｆに対応する出力制限値Ｗ（Ｆ）は、許容電流値Ｆを出力制限電流値として予め決めておくことができる。

図３に戻り、ステップＳ１１４においてコントローラ３０は、組電池１０の放電制御に関する指令を、インバータ２３に送信する。この指令には、ステップＳ１１３又はステップＳ１１６で設定された出力制限値に関する情報が含まれる。これにより、組電池１０の放電電力が、出力制限値を超えないように、組電池１０の放電が制御される。

ステップＳ１１５において、コントローラ３０は、今回の評価値Ｄ（Ｎ）をメモリ３１に記憶する。評価値Ｄ（Ｎ）をメモリ３１に記憶することにより、評価値Ｄ（Ｎ）の変化を監視することができる。

図８は、本実施例の出力制限値Ｗout、評価値Ｄ（Ｎ）及び放電電流値Iの変化を示す図である。

時刻ｔ１において、評価値Ｄ（Ｎ）は目標値Ｅを超えていないので、出力制限値Ｗoutは、最大値（Ｗmax）に設定されたままで、充放電制御が行われる。次に時刻ｔ２において評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｅに到達するが、放電電流値Ｉが許容電流値Ｆを超えていないので、出力制限値Ｗoutは、最大値（Ｗmax）から変更されることなく、最大値（Ｗmax）に維持されて、充放電制御が行われる。

時刻ｔ３では、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｅに到達しており、放電電流値Ｉが許容電流値Ｆを超えているので、出力制限値が変更される。出力制限値Ｗoutは、最大値Ｗmaxよりも小さいＷout（Ｄ（Ｎ））に設定され、組電池１０の放電が制限される。このとき、時刻ｔ３では、Ｗ（Ｆ）がＷout（Ｄ（Ｎ））よりも小さいので、充放電制御に用いられる出力制限値にＷout（Ｄ（Ｎ））が設定されている。

続いて、時刻ｔ４では、時刻ｔ３と同様に、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｅに到達しており、放電電流値Ｉが許容電流値Ｆを超えているので、出力制限値が変更される。出力制限値Ｗoutは、最大値Ｗmaxよりも小さくＷout（Ｄ（Ｎ））よりも大きいＷ（Ｆ）に設定され、組電池１０の放電が制限される。このとき、時刻ｔ４では、時刻ｔ３とは異なり、Ｗ（Ｆ）がＷout（Ｄ（Ｎ））よりも大きいので、充放電制御に用いられる出力制限値をＷ（Ｆ）が設定される。図８の時刻ｔ４において点線で示すように出力制限値Ｗoutは、Ｗ（Ｆ）がＷout（Ｄ（Ｎ））よりも小さくならないように、出力制限値をＷ（Ｆ）として組電池１０の放電を制限する。

本実施例によれば、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値よりも大きい場合であっても、組電池１０の放電を制限せずに、ハイレート放電による組電池１０（単電池１１）の劣化を抑制しつつ、組電池１０の出力を確保して、組電池１０の出力を用いて運転者が要求する車両の動力性能を発揮させることができる。

また、組電池１０の放電を制限する場合であっても、組電池１０の許容電流値Ｆ以上の放電電流値Ｉとならないように出力制限を行うことで、必要以上に出力制限を行わずに、ハイレート放電による組電池１０（単電池１１）の劣化を抑制しながら、組電池１０の出力を確保することができる。

なお、本実施例では、サイクルタイムΔｔごとに評価値Ｄ（Ｎ）をメモリ３１に記憶し、メモリ３１に記憶された前回（直前）の評価値Ｄ（Ｎ−１）を用いて、今回の評価値Ｄ（Ｎ）を算出しているが、これに限るものではない。具体的には、放電電流値の履歴に基づいて、評価値Ｄ（Ｎ）を算出することができる。放電電流値が変化することに応じて、評価値Ｄ（Ｎ）が変化するため、放電電流値の履歴を取得しておけば、評価値Ｄ（Ｎ）を算出することができる。例えば、放電電流値の履歴だけをメモリ３１に記憶しておき、放電電流値の履歴を用いて、特定のサイクルタイムΔｔにおける評価値Ｄ（Ｎ）を算出することができる。

１０：組電池 １１：単電池
２１ａ，２１ｂ：システムメインリレー ２２：昇圧回路
２３：インバータ ２４：モータ・ジェネレータ
２５：電流センサ ２６：温度センサ
２７：電圧センサ ２８：充電器
２９ａ，２９ｂ：充電リレー ３０：コントローラ
３１：メモリ

Claims (6)

1. 非水二次電池の放電電力が上限値を超えないように前記非水二次電池の放電を制御する制御装置であって、
   前記非水二次電池の充放電時における電流値を検出する電流センサと、
   前記非水二次電池の放電による電解質中におけるイオン濃度の偏りに伴って前記非水二次電池の出力性能を低下させる第１劣化成分を評価するための評価値を、前記電流センサによって検出された電流値から算出し、前記評価値が目標値を超えたとき、前記上限値を低下させるコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、放電電流値が許容電流値よりも低いとき、前記上限値を低下させないように制御するとともに、
   前記許容電流値は、前記第１劣化成分に対応する前記非水二次電池の抵抗増加率が、前記抵抗増加率に基づいて予め定められた前記非水二次電池の寿命目標値に応じた閾値以下となる出力制限で充放電した際の充放電電流値であることを特徴とする制御装置。
2. 前記コントローラは、
   前記評価値が目標値を超えた際、前記放電電流値が前記許容電流値よりも低いときは、前記上限値を最大値に設定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記コントローラは、
   前記評価値が目標値を超えた際、前記放電電流値が前記許容電流値よりも高いときは、前記上限値を最大値よりも小さい値に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記コントローラは、前記評価値が目標値を超えた際、前記放電電流値が前記許容電流値よりも高いとき、前記評価値及び目標値の差分に応じた第１出力制限値を算出し、前記許容電流値に対応する第２出力制限値が第１出力制限値よりも大きい場合、前記上限値を第２出力制限値に設定することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記非水二次電池は、車両の走行に用いられるエネルギを出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の制御装置。
6. 非水二次電池の放電電力が上限値を超えないように前記非水二次電池の放電を制御する制御方法であって、
   電流センサを用いて、前記非水二次電池の充放電時における電流値を検出し、
   前記非水二次電池の放電による電解質中におけるイオン濃度の偏りに伴って前記非水二次電池の出力性能を低下させる第１劣化成分を評価するための評価値を、前記電流センサによって検出された電流値から算出し、
   前記評価値が目標値を超えたとき、放電電流値が許容電流値よりも高い場合に前記上限値を低下させ、前記放電電流値が前記許容電流値よりも低い場合には前記上限値を低下させないように制御するとともに、
   前記許容電流値は、前記第１劣化成分に対応する前記非水二次電池の抵抗増加率が、前記抵抗増加率に基づいて予め定められた前記非水二次電池の寿命目標値に応じた閾値以下となる出力制限で充放電した際の充放電電流値であることを特徴とする制御方法。

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