JP6422798B2 - 電池管理装置、電池システムおよびハイブリッド車両制御システム - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の電池管理装置、電池システムおよびハイブリッド車両制御システムに関する。

ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）やＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド自動車）に搭載される車載用リチウムイオン二次電池の電池価格は、車両価格に対して大きな割合を占める。車両寿命よりも早く電池寿命が尽きると、電池の交換コストが発生する。そのため、電池寿命が車両寿命よりも短くならないように制御することが求められている。車載用リチウムイオン二次電池の入出力電流を制御するハイブリッド制御システムは、電池管理装置から出力される電池の状態パラメータ、および電池負荷の制限値に基づき充放電電流を制御している。

特許文献１では、予め想定した電池劣化量と使用期間（または、走行距離）の関係を表す想定劣化曲線と、現在の電池劣化量の実際値と、の乖離値を算出する。そして、その乖離値に対応した電池性能の制限値を設定することで、電池劣化量が想定劣化曲線上に乗るように制御している。

特開２０１１−４４３４６号公報

従来は、電池負荷の大小が異なる運転傾向のユーザーに対する電池寿命の確保はできているが、電池性能の制限値を安定した値で最大限解放することができず、電池性能を十分に利用していないという欠点がある。

請求項１の発明に係る電池管理装置は、過去から現在までの任意期間における二次電池の電池状態パラメータ（電池電圧、電池温度、電池に流れる電流、電池の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）、電池劣化状態（ＳＯＨ：State of Health）など）の中から、少なくとも1種類以上の電池状態パラメータの代表値（瞬時値、平均値、最大値、最小値、最終値、ヒストグラム値など）を記憶する履歴記憶部と、前記二次電池を劣化量目標値に到達するまで使用した時の寿命目標値を記憶する寿命目標値記憶部と、予め設定された第１充放電制限値および前記電池使用条件で前記二次電池を劣化量目標値に到達するまで使用した場合の電池寿命を予測する寿命予測部と、前記記憶された寿命目標値と前記予測された電池寿命との間の乖離量を算出する乖離量演算部と、前記算出された乖離量および前記履歴記憶部に記憶された電池使用条件に基づいて第２充放電制限値を算出し、該第２充放電制限値を前記第１充放電制限値として再設定する制限値変更部と、を備える電池管理装置。
請求項６の発明に係る電池システムは、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池管理装置と、前記電池管理装置によって管理される二次電池と、前記記憶された電池使用条件、および、前記制限値変更部により再設定された前記第１充放電制限値に基づいて、前記二次電池の充放電電流を制御する充放電制御部と、を備える。
請求項７の発明に係るハイブリッド車両制御システムは、動力分割機構を介して設けられたエンジンおよびモータと、請求項６に記載の電池システムと、を備え、前記制限値変更部により前記第１充放電制限値が再設定されると、前記充放電制御部による充放電電流の制御が前記第１充放電制限値の範囲内で行われるように、前記エンジンと前記モータとの駆動力配分、または制動力配分を制御する。

本発明によれば、電池負荷の大小が異なるユーザーに対して電池寿命を保証しつつ、電池性能の制限値が安定した値で可能な限り開放され、電池性能を効果的に利用することができる。

図１は、本発明に係る電池システムの第１の実施の形態を示す図である。 図２は、ハイブリッド車両制御システムの一例を示す図である。 図３は、本実施の形態の制御フローチャートの一例を示す図である。 図４は、本実施の形態における制限値の設定方法の一例を説明する図である。 図５は、比較例として従来の制御における制限値の設定方法の一例を示したものである。 図６は、所定のＳＯＣ範囲で定電流充放電サイクルを行った場合の、電池劣化進行速度のサイクル電流依存性を示す図である。 図７は、サイクル電流の平均値を固定した場合の電流変動の有無の電池劣化進行速度への影響を説明する図である。 図８は、第２の実施の形態における制御フローチャートである。 図９は、第３の実施の形態における制御フローチャートである。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１，２は、本発明に係る電池管理装置の第１の実施の形態を説明する図である。本実施の形態の電池システムは、例えば、ＨＥＶやＰＨＥＶのようなハイブリッド車両に搭載される。図１は、電池システム１の最小構成を示すブロック図である。電池システム１は、電池管理装置１００、蓄電池１０１および充放電制御部１０２を備えている。蓄電池１０１は複数の蓄電素子（例えば、リチウムイオン二次電池セル）を備える。

電池管理装置１００は、電池情報取得部１０３、履歴記憶部１０４、寿命予測部１０５、乖離量演算部１０６、寿命目標値記憶部１０７、制限値変更部１０８、制御部１０９および時刻情報取得部１１０を備えている。制御部１０９は、管理装置全体をコントロールする。なお、破線矢印は後述する第３実施形態に関係する処理であり、本実施の形態では説明を省略する。電池情報取得部１０３は、蓄電池１０１またはその周辺に取り付けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサなどによるセンサ測定情報を基に、電圧、充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）、電流、温度。現時点での電池劣化状態（ＳＯＨ：State of Health）などの電池状態パラメータを算出する。そして、それらの電池状態パラメータを、充放電制御部１０２と履歴記憶部１０４とに出力する。

履歴記憶部１０４は、過去から現在における任意時点、または任意期間に関する時刻情報、および前記時刻情報と関連付けられた過去の電池状態パラメータ、またはユーザーの使用傾向、過去の充放電制限値における瞬時値、平均値、最大値、最小値、ヒストグラム値などの履歴情報の代表値を演算し、演算結果を揮発メモリまたは不揮発メモリ等の記憶媒体（不図示）に記憶する。寿命予測部１０５は、履歴記憶部１０４に記憶された履歴情報の代表値と、現在の電池性能の制限値とに基づき、寿命目標値時点における劣化量目標値に到達するまでの寿命予測値τを予測する。

ここで、電池性能の制限値とは、蓄電池１０１に流すことが可能な電流上限値である許容充放電電流値や、蓄電池１０１に入出力することが可能な電力上限値である許容充放電電力、蓄電池１０１のＳＯＣ作動範囲、蓄電池１０１の温度作動範囲など、を表す制御パラメータである。電池管理装置１００は、これらの制限値を充放電制御部１０２に出力する。

また、寿命目標値とは、電池開始から所定使用期間が経過した時点であって、例えば、蓄電池１０１の寿命保証期限となる時点や、蓄電池１０１を備える電池システム１の寿命保証期限となる時点や、電池システム１を搭載する車両の寿命保証期限となる時点などである。また、それらの寿命保証期限にマージンを含めた期限となる時点であっても良い。以下では、寿命目標値として、車両の寿命保証期限時点（車両寿命終了時点と呼ぶことにする）を例に説明する。

乖離量演算部１０６は、寿命予測部１０５から出力される劣化量目標値に到達するまでの寿命予測値τと、劣化量目標値に到達するまでの寿命目標値τ_tarとの間の乖離量Ｚを算出する。寿命目標値τ_tarは寿命目標値記憶部１０７に予め記憶されている。制限値変更部１０８は、算出された乖離量Ｚに基づいて上述した制限値を変更し、その制限値を充放電制御部１０２に出力する。充放電制御部１０２は、前記制限値と電池管理装置１００から出力された電池情報（電池状態パラメータ）とに応じて、蓄電池１０１に流れる充放電電流を制御する。

図２は、図１の電池管理装置１００が搭載されるハイブリッド自動車の、車両制御システム（ハイブリッド車両制御システム）の一例を示したものである。ハイブリッド車両制御システムは、電池管理装置１００、蓄電池１０１、ユーザー２０９に制御状態を表示する表示装置２０１、本制御を実行するか否かをユーザー２０９が操作可能な入力装置２０２、パワーコントロールユニット２０３、エンジンコントロールユニット２０４、モータ・発電機２０５、エンジン２０６、動力分割機構２０７、および駆動輪２０８を備えている。

電池管理装置１００からは、電池性能の制限値の一つである許容充放電電力が上位コントローラであるパワーコントロールユニット２０３に出力される。パワーコントロールユニット２０３は、電池管理装置１００から許容充放電電力に基づいてモータ・発電機２０５を駆動制御する。パワーコントロールユニット２０３とエンジンコントロールユニット２０４とは、互いに情報の授受を行っている。エンジンコントロールユニット２０４は、エンジン２０６の動作を制御している。

電池管理装置１００から出力される許容充放電電力が大きくなった場合には、車両駆動時におけるモータの駆動力配分を大きくし、エンジンの駆動力配分を小さくする。反対に、電池管理装置１００から出力される許容充放電電力が小さくなった場合には、車両駆動時におけるモータの駆動力配分を小さくし、エンジンの駆動力配分を大きくする。

図３は、本実施の形態の制御フローチャートの一例を示す図である。この制御プログラムは図２の制御部１０９において実行される。図３に示す一連の処理は、所定時間間隔で行われる。ステップＳ１０１では、前回の演算処理から所定時間が経過したかどうかを判定し、所定時間が経過していなければ処理を停止し、所定時間が経過していればステップＳ１０２に進む。ここで、所定時間とは、本発明に基づき制限値を変更するための制御周期を表す時間間隔であり、例えば、１月や１年等の時間が選定される。

ステップＳ１０２では、履歴記憶部１０４から履歴情報（電池状態パラメータの代表値）を取得する。ステップＳ１０３では、所定の劣化量に到達するまでの寿命予測値τを、後述する予測方法により算出する。ステップＳ１０４では、算出された寿命予測値τと寿命目標値記憶部１０７に記憶されている寿命目標値τ_tarとの間の乖離量Ｚを算出する。ステップＳ１０５では、算出された乖離量Ｚおよび上述した履歴情報の代表値に基づき電池性能の制限値を決定する。ステップＳ１０６では、決定した制限値を充放電制御部１０２へ出力する。

次に、寿命予測部１０５における寿命予測値τの算出方法の一例を説明する。寿命予測部１０５では、所定の劣化量目標値に到達するまでの寿命予測値、または所定の寿命目標値における劣化量予測値のいずれかを算出するが、以下では、所定の劣化量目標値に到達するまでの寿命予測値を算出する場合の方法の一例を説明する。ここでは、電池容量Ｑの劣化挙動は時間のルート則に従うと仮定し、電池容量Ｑの予測には次式（１）のような関数を用いる。式（１）において、Ｑ_iniは電池の初期容量、Ｄは劣化量、ｔは経過時間、ｋは劣化進行速度である。劣化進行速度は、式（１）における根号の中の部分を、式（２）のように劣化進行度Ｘと定義した場合の時間当たりの劣化進行度Ｘの変化量とし、劣化進行度は劣化進行の度合いを表す物理量であるため負の値を取らない。また、劣化進行速度Ｘは、ユーザーの使用傾向Ｕや、電池の充放電における制限値Ｌ、電池の仕様Ｓに基づく値である。式（２）を将来のある時点ｔにおける劣化量Ｄ（ｔ）に対して式変形すると、式（３）のように、現在の時刻ｔ_０と、現在の劣化量Ｄ（ｔ_０）、現時刻ｔ_０から将来のある時点までの劣化進行速度ｋで表される。

この時，式（４）のように、現時刻ｔ_０から将来のある時点ｔまでの未来の劣化進行速度の平均値をｋ_futureと定義した場合、時刻ｔにおける劣化量は式（５）のように表すことが出来、時刻ｔにτ_tarを代入すると、式（６）のように寿命目標値τ_tar時点での劣化量予測値Ｄ（τ_tar）を求めることが出来る。また、時間ｔに対して式（５）を式変形すると、時間ｔは式（７）のように表せる。式（７）の劣化量Ｄに所定の劣化量Ｄ_tarを代入すると、所定の劣化量Ｄ_tarに到達するまでの時刻ｔ、つまり寿命予測値τが式（８）のように求まる。

しかし、式（８）において、蓄電池１０１の使用開始時点ではユーザーの使用傾向Ｕが分からないため、現時点ｔ_０から将来のある時点ｔまでの未来の劣化進行速度の平均値ｋ_futureの値は分からない。そこで、過去のある時点ｔ_１から現時点ｔ_０までのユーザーの使用傾向が反映された過去の劣化進行速度の実績値ｋ_pastを式（９）のように求め、劣化進行速度の実績値ｋ_pastが今後も継続すると仮定して、未来の劣化進行速度の平均値ｋ_futureに劣化進行速度の実績値ｋ_pastを代入することで寿命予測値τを求める。

次に，乖離量演算部１０６における乖離量Ｚの算出方法の一例を説明する。乖離量Ｚとしては、前記寿命予測値と前記寿命目標値に関する比率、または差分を用いる。現時点ｔ_０からの残寿命予測値と残寿命目標値との比率を用いた場合の乖離量Ｚの一例として、式（１０）を用いる。式（１０）において、τ_tarは寿命目標値、τは寿命予測値である。

次に、制限値変更部１０８における制限値変更方法の一例を説明する。制限値変更部１０８では乖離量演算部１０６で算出された乖離量Ｚ、および過去のある時点から現時点までの制限値Ｌ_pastに基づき制限値Ｌを変更する。前述したように、乖離量Ｚとして、残寿命予測値と残寿命目標値との比率を用いた場合の制限値変更方法の一例を説明する。この場合、乖離量Ｚが１より小さい場合、過去のある時点から現時点までの制限値Ｌ_pastよりも劣化進行速度ｋが小さくなるように制限を厳しくする方向に制限値Ｌを変更する。反対に、乖離量Ｚが１よりも大きい場合、過去のある時点から現時点までの制限値Ｌ_pastよりも劣化進行速度ｋが大きくなるように制限を緩める方向に制限値Ｌを変更する。この制限値Ｌの最適値を求める方法は複数ある。

制限値Ｌの最適値を求める例の第１の例としては、予め試験した電池寿命評価データに基づくマップデータ、または関数などを用いて、ユーザーの使用傾向Ｕの実績値Ｕ_pastに基づき制限値Ｌの最適値を直接求める方式がある。ここで、ユーザーの使用傾向Ｕの実績値Ｕ_pastとは、履歴記憶部１０４に記憶されている、過去の電池状態パラメータの瞬時値、平均値、最大値、最小値、ヒストグラム値などの履歴情報の代表値のことである。ハイブリッド自動車などの車両システムの場合は、アクセル開度やブレーキ頻度などの運転傾向や、エアコンの使用頻度などの電装品の使用傾向も、ユーザーの使用傾向として含めてもよい。

また、制限値Ｌの最適値を直接求めることが出来ない場合には、制限値Ｌの最適値を求める第２の例として次のような方式がある。まず、乖離量Ｚに基づき振動または発散しない程度に制限値を変更する。そして、所定時間が経過した後に制限値変更後の乖離量Ｚの再計算、制限値Ｌの再度変更、を繰返し、制限値Ｌの最適値を探索する。

本実施の形態では、所定の劣化量目標値Ｄ_tarに到達するまでの寿命予測値τを算出するに当たって、現時点までの制限値Ｌ_past、および現在までの使用傾向の履歴と同様の運転傾向が継続されるものと仮定する。すなわち、上述したステップＳ１０３の処理においては、式（６）の未来の劣化進行速度の平均値ｋ_futureを，過去の劣化進行速度の実績値ｋ_pastで置き換える、または、式（４）のＵおよびＬを過去の履歴に基づくＵ_pastおよびＬ_pastで置き換えることにより、所定の劣化量目標値Ｄ_tarに到達するまでの寿命予測値τを予測する。

図４は、本実施の形態における制限値の設定方法を説明する図である。一方、図５は、比較例として従来の制御における制限値の設定方法の一例を示したものである。いずれの場合も、寿命目標値到達時点までの、（ａ）負荷の大きさ、（ｂ）電池容量、（ｃ）制限値のそれぞれの推移を示している。蓄電池１０１は劣化するにつれて電池容量が減少するので、（ｂ）に示す電池容量の推移は電池劣化の推移を表していることになる。ここでは、寿命目標値τ_tarを１０年として説明する。

先ず、比較例である図５について説明する。図５（ａ）に示した想定基準値の負荷、および、図５（ｃ）に示す想定基準値の制限値で使用した場合、図５（ｂ）に示す想定劣化曲線Ｌ１のように電池容量が推移する。そして、寿命目標値τ_tarに到達した時点において劣化量目標値Ｄ_tarに到達して電池寿命となる。

図５（ａ）に示す使用パターンでは、一定の負荷であって、その大きさは想定基準値よりも小さいと仮定している。図５（ｃ）に示すように、電池使用開始時の制限値は想定基準値と同じ大きさに設定されている。また、図５（ｂ）のラインＬ２は、図５（ａ）のような使用パターンの場合の電池容量の実際の推移を示している。なお、制限値の見直しは１年毎に行われるものとする。

使用開始１年目は、負荷が想定基準値よりも低いので、電池容量の減少は想定劣化曲線Ｌ１の場合よりも少ない、比較例では、劣化量差分＝（想定劣化量）−（実際の劣化量）に基づいて制限値を変更しており、劣化量差分の大きさに応じて変更量の大きさを設定している。１年経過時においては、１年後の電池容量が想定劣化曲線Ｌ１上の値となるような制限値＝（想定基準値）＋ｄ２に、制限値が変更される。このように制限値が大きくなると、電池管理装置１００から出力される許容充放電電力が大きくなる。それにより、モータ・発電機２０５の駆動力配分は大きくされ、エンジン２０６の駆動力配分は小さくされる。その結果、蓄電池１０１の劣化進行（電池容量の減少）が速くなり、２年経過時の電池容量は想定劣化曲線Ｌ１の値となる。

２年経過時における劣化量差分は非常に小さく、想定通りの劣化状態となっているので、制限値は当初の想定基準値の大きさに変更される。その結果、３年目は電池容量の減少が想定よりも小さくなる。そのため、３年経過時においては劣化量差分が大きくなり、制限値は（想定基準値）＋ｄ４のように変更される。４年目以降の推移については説明を省略するが、１０年経過時には電池容量が劣化量目標値に到達して、電池寿命となる。

このように、図５に示す比較例においては、１年毎にその時点における劣化量と、予め理想的な制御モデルにおける想定劣化曲線Ｌ１とを比較する。そして、それらの差分に基づいて、１年後の電池容量が想定劣化曲線Ｌ１で想定される値となるように、次の１年間において使用される制限値が設定される。そのため、図５（ｃ）に示すように制限値は毎年大きく変動することになる。

一方、図４の場合、（ａ）に示す負荷は図５（ａ）の場合と同様で、車両寿命終了時点（１０年）までの各年の負荷は一定で、その値は想定基準値よりも小さく設定されている。最初の１年目は、負荷の大きさおよび制限値の大きさが図５の場合と同一であり、最初の１年間における電池容量の減少は図５に示した場合と同等になっている。

図４，５に示す例は、図３のステップＳ１０１における所定時間を１年としたものであり、１年毎に図３のステップＳ１０２以降の処理が実行される。上述したように、最初の１年目は、負荷の大きさおよび制限値のいずれも図５に示す場合と同条件であるので、電池容量の減少（劣化の進行）は図５（ｂ）の１年目の場合と同様である。

図４の劣化予想曲線Ｌ３は、次式（１１）で示される劣化量予測値Ｄ（ｔ）に基づく電池容量変化をプロットしたものである。式（１１）において、ｔ_０は現時点までの経過時間（＝１年）、Ｘ（ｔ_０）はｔ＝ｔ_０時点の劣化進行度Ｘ、ｋ_pastは劣化進行速度ｋの実績値である。１年目の電池容量の変化曲線は、この劣化予想曲線の一部（最初の１年間）を成している。

図３のステップＳ１０３では、劣化予想曲線Ｌ３の劣化量目標値Ｄ_tar到達までの寿命予測値τが算出される。図４（ｂ）の電池容量の下限値はステップＳ１０４における寿命目標値τ_tarに対応しており、このτ_tarとτとの差分が乖離量Ｚに対応する。そして、ステップＳ１０５では、乖離量Ｚおよび過去１年間（前回の処理から今回の処理までの１年間）のユーザーの使用傾向Ｕに基づく制限値を、「（想定基準値）＋ｅ」のように決定する。前述したように、ユーザーの使用傾向Ｕは、上述した履歴情報の代表値という形で履歴記憶部１０４に記憶されている。制限値は、乖離量Ｚおよびユーザーの使用傾向Ｕをパラメータとするマップとして、予め制限値変更部１０８に設けられた記憶媒体（不図示）に記憶されている。

このように、１年経過時に制限値が「（想定基準値）＋ｅ」に変更されると、モータ・発電機２０５の駆動力配分が大きくなり、電池容量の減少が１年目に比べて大きくなる。図４に示すラインＬ４は、図４（ａ）の負荷状態と図４（ｃ）に示す制限値＝想定基準値＋ｅとが継続された場合の、想定劣化曲線を示したものである。制限値の「想定基準値＋ｅ」は、劣化量目標値Ｄ_tar到達までの寿命予測値τと寿命目標値τ_tarが一致するように設定される。すなわち、上述した制限値のマップは、劣化量目標値Ｄ_tar到達までの寿命予測値τが寿命目標値τ_tarとなるような制限値を与えるものである。例えば、図４の想定劣化曲線Ｌ４を与える制限値である。

２年目の制限値および負荷の大きさは、想定劣化曲線Ｌ４を導出する際の制限値および負荷の大きさと同一である。そのため、２年経過時の電池容量（符号Ｐで示す位置の値）は、想定劣化曲線Ｌ４が与える値とほぼ同じ値となる。さらに、ステップＳ１０３で算出される寿命予測値τは、２年目の負荷と、２年目の制限値（＝想定基準値＋ｅ）とが３年目以降も継続された場合の劣化量目標値Ｄ_tar到達までの寿命予測値τである。そのため、寿命予測値τは、寿命目標値τ_tarと同じ値となる。その結果、２年経過時にステップＳ１０５で決定される制限値は、「想定基準値＋ｅ」となる。３年目以降も全く同様であり、丸印で示す電池容量は、想定劣化曲線Ｌ４が与える値とほぼ同じ値となる。その結果、２年目から１０年目までの制限値は全て「想定基準値＋ｅ」に設定されることになる。

図６は、所定のＳＯＣ範囲で定電流充放電サイクルを行った場合の、電池劣化進行速度ｋのサイクル電流依存性を示す図である。図６から分かるように、サイクル電流を増加させると電池の劣化進行速度ｋは加速度的に増加する。

図４および図５に示す制御では、いずれの場合も、車両寿命終了時点において蓄電池１０１の電池容量は下限値に到達する。すなわち、車両寿命終了時に蓄電池１０１も寿命となる。しかしながら、電池の劣化進行速度ｋは図６に示すような特性を有しているため、電池性能を有効に利用するという観点において差が生じる。電池性能の有効利用に関して図７を用いて説明する。

図７は、サイクル電流の平均値を固定した場合の電流変動の有無が、電池の劣化進行速度ｋにどのような影響を与えるかを説明する図である。まず、電流変動が無い場合、例えば、サイクル電流が５０（Ａ）に固定された場合の電池の劣化進行速度ｋはＡとなる。一方、電流変動がある場合、例えば、上述の場合の半分の時間におけるサイクル電流が３０（Ａ）で、残り半分の時間におけるサイクル電流が７０（Ａ）であった場合を考える。サイクル電流が３０（Ａ）における電池の劣化進行速度ｋはＢとなり、サイクル電流が７０（Ａ）における電池の劣化進行速度ｋはＣとなる。

そのため、３０（Ａ）と７０（Ａ）の電流サイクルの時間が半々であった場合には、電池の劣化進行速度ｋは（Ｂ＋Ｃ）／２となる。電池の劣化進行速度ｋはサイクル電流の変化に対して加速度的に増加するため、一般的に、｛（Ｂ＋Ｃ）／２｝＜Ａとなる。このことから，電流変動が大きいほど電池の劣化進行速度ｋが大きくなることが分かる。

例えば、３０Ａで１００時間かつ７０Ａで１００時間使う場合と、５０Ａで２００時間使う場合とを比較すると、いずれの場合もトータルの容量使用量（Ａｈ）は１００００（Ａｈ）であるが、後者の場合の方が電池劣化は少ない。言い換えると、電池使用による電池劣化が同一である場合には、後者の方がより多くの容量（Ａｈ）を利用することができる。図７に示すグラフにおいて、電池の劣化進行速度ｋが（Ｂ＋Ｃ）／２と同じになるサイクル電流は約６５（Ａ）なので、６５（Ａ）で２００時間使用すると容量使用量（Ａｈ）は１３０００（Ａｈ）となる。

図４に示す本実施の形態の場合には、制限値が電池寿命となるまで一定であるが、図５に示す比較例では、制限値が年毎に大きく変動している。そのため、蓄電池１０１の電池容量が下限値に達するまでに流せる容量（Ａｈ）は、図４の場合の方が大きくなる。

−第２の実施の形態−
図８は、第２の実施の形態における制御フローチャートである。なお、図８に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理は、図３のステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理と同様である。すなわち、ステップＳ１０１で、前回の演算処理から所定時間が経過したと判定されると、ステップＳ１０２に進んで、履歴記憶部１０４から履歴情報を取得する。そして、ステップＳ１０３で劣化量目標値到達までの寿命予測値τを算出した後に、ステップＳ１０４で寿命予測値τと寿命目標値τ_tarとの間の乖離量Ｚを算出する。

ステップＳ３０１では、算出された乖離量Ｚに基づき電池性能の制限値を算出する。ステップＳ３０２では、算出された制限値を表示し、その制限値を許可するか否かの指示を求める選択画面を、図２の表示装置２０１に表示する。ユーザー２０９は、図２の入力装置２０２を操作することにより、許可または不許可の指示を入力する。ステップＳ３０３では、許可信号が入力されたか否かを判定し、許可の場合にはステップＳ３０４へ進み、不許可の場合には処理を停止する。ステップＳ３０４では、ステップＳ３０１で算出された制限値の値を制限値として変更すると共に、変更した制限値を充放電制御部１０２へ出力する。

このように、本実施の形態では、制限値変更部１０８で算出された制限値を実際に採用するか否かをユーザーが選択することができる。例えば、図４の１年経過時点において、ユーザーの判断により制限値の変更が行われなかった場合、２年目の劣化推移は劣化予想曲線Ｌ３と同様になる。しかし、２年経過時において、制限値の変更が許可された場合には、劣化量目標値Ｄ_tarに到達した時点の寿命予測値が寿命目標値と一致するような制限値に決定されるので、車両寿命終了時点で電池寿命となるように制御できると共に、蓄電池１０１の性能をより効果的に利用することができる。

−第３の実施の形態−
図９は、第３の実施の形態における制御フローチャートである。上述した第１、第２の実施形態では、算出された乖離量Ｚおよび電池情報の履歴に基づいて、劣化量目標値Ｄ_tar到達までの寿命予測値τが寿命目標値τ_tarとなる制限値を決定した。ただし、最適な制限値Ｌを直接算出する手段を持たない場合（たとえば，制限値変更部が乖離量Ｚの正負判定に応じて制限値を所定量変更する場合など）、寿命目標値到達時点の電池の劣化量が劣化量目標値とならないおそれがある。第３の実施の形態では、制限値の変更値案を用いて電池寿命を予測し，乖離量を算出する処理を、その乖離量が許容される閾値範囲内となるまで繰り返し行い、乖離量が閾値範囲内となった時の変更値案を制限値として採用するようにした。このように制限値変更後の乖離量が閾値範囲内となることを寿命予測により確認計算しているので、寿命目標値到達時点の劣化量が劣化量目標値とならない事態の発生を防止するための最尤値を得ることができる。なお、図９に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理は図３のステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理と同様であり、説明を省略する。

ステップＳ１０４で寿命予測値τと寿命目標値τ_tarとの間の乖離量Ｚが算出されると、ステップＳ２０５において、その乖離量Ｚが予め設定された閾値以上か否かを判定する。ステップＳ２０５で乖離量Ｚが閾値範囲内と判定されると処理を停止し、乖離量Ｚが閾値以上であると判定されるとステップＳ２０６へ進む。ステップＳ２０６からステップＳ２０９までの処理は、最適な制限値を求めるための処理であり、一連の処理を繰り返し行うことで閾値範囲内の乖離量Ｚが得られる制限値を取得することができる。

ステップＳ２０６では、乖離量Ｚを０に近づけるために、電池性能の制限値の変更値案を算出する。算出された制限値の変更案は、図１の破線矢印のように寿命予測部１０５へ出力される。制限値の変更値案の設定方法としては、例えば、ステップＳ１０４で算出された乖離量Ｚに基づいて設定しても良いし、履歴記憶部１０４に記憶されている履歴情報の代表値（電池状態パラメータである電圧、電流、蓄電量などの平均値等）に基づいて設定しても良い。ここでは、乖離量Ｚに基づいて設定する場合を例に説明する。

ステップＳ２０７では、制限値を変更値案に変更した場合における劣化量目標値到達までの寿命予測値τを、図１の寿命予測部１０５において算出する。ステップＳ２０８では、ステップＳ２０７で算出された寿命予測値τと寿命目標値記憶部１０７に記憶されている寿命目標値τ_tarとの間の乖離量Ｚを、乖離量演算部１０６において算出する。ステップＳ２０９では、ステップＳ２０８で算出された乖離量Ｚが閾値範囲内か否かを判定し、閾値範囲外の場合にはステップＳ２０６へ進み、閾値範囲内の場合にはステップＳ２１０へ進む。ステップＳ２１０では、ステップＳ２０６で算出された変更値案を制限値として設定することで、制限値が変更される。

一方、ステップＳ２０９からステップＳ２０６へ進んだ場合には、制限値の変更案を改めて設定する。例えば、ステップＳ２０８のＺをＺ＝（τ―ｔ_０）／（τ_tar−ｔ_０）と定義した場合、Ｚ＜０．９であれば、前回の制限値の変更案Ｌを強化する方向に、変更案をＬ＋ΔＬのように再設定する。逆に、Ｚ＞１．１であれば、前回の制限値の変更案Ｌを緩和する方向に、変更案をＬ−ΔＬのように再設定する。そして、ステップＳ２０７、ステップＳ２０８、ステップＳ２０９の順に処理し、ステップＳ２０９において下限閾値＜Ｚ＜上限閾値と判定されるとステップＳ２１０へ進む。このように、乖離量Ｚが閾値範囲内となるまでステップＳ２０６からステップＳ２０９までの処理が繰り返される。

以上のように制限値を設定することにより、本実施の形態においても上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、制限値の精度をより向上させることができる。なお、本実施の形態に対しても、上述した第２の実施の形態の処理を適用することができる。

以上説明したように、履歴記憶部１０４には過去から現在までの任意期間における蓄電池１０１の電圧、電流および蓄電量などの代表値に基づき算出された電池使用条件が記憶され、寿命目標値記憶部１０７には、蓄電池１０１を劣化量目標値Ｄ_tar到達まで使用した時の寿命目標値τ_tarが記憶される。寿命予測部１０５は、予め設定された第１充放電制限値（制御パラメータ）および電池使用条件で蓄電池１０１を劣化量目標値Ｄ_tar到達まで使用した場合の寿命予測値τを算出する。例えば、図４に示す例の１年経過時においては、予め設定された図４（ｃ）の１年目の制限値および図４（ａ）の１年目の負荷で蓄電池１０１を劣化量目標値Ｄ_tar到達まで使用した場合の寿命予測値τを算出する。さらに、乖離量演算部１０６は、寿命目標値記憶部１０７の寿命目標値τ_tarと算出された寿命予測値τとの間の乖離量Ｚを算出する。そして、制限値変更部１０８は、算出された乖離量Ｚおよび履歴記憶部１０４に記憶された電池使用条件に基づいて第２充放電制限値（制御パラメータ）を算出し、該第２充放電制限値を前記第１充放電制限値として再設定する。このように劣化量目標値Ｄ_tar到達までの寿命予測値τと寿命目標値τ_tarの乖離量Ｚに基づいて制限値を決定されるので、図４（ｃ）に示すように、電池充放電条件の変化を低く抑えることができる。その結果、寿命目標値τ_tarと電池寿命が一致するように制御できると共に、蓄電池１０１の性能をより効果的に利用することができる。

なお、上述した実施の形態では、予め設定された第１充放電制限値および前記電池使用条件で蓄電池１０１を劣化量目標値Ｄ_tar到達まで使用した場合の寿命予測値τを寿命予測部１０５で予測し、寿命目標値τ_tarと寿命予測値τとの間の乖離量Ｚを乖離量演算部１０６で算出したが、寿命予測部１０５で寿命目標値時点での蓄電池１０１の劣化量予測値を予測し、乖離量演算部１０６において劣化量目標値と劣化量予測値との間の乖離量を算出するようにしても良い。

好ましくは、第２充放電制限値としては、算出された乖離量Ｚおよび履歴記憶部１０４に記憶されている電池使用条件に基づいて蓄電池１０１を劣化量目標値Ｄ_tar到達まで使用した場合に寿命予測値τが寿命目標値τ_tarとなるように算出される。なお、上述のように、乖離量演算部１０６において劣化量目標値と劣化量予測値との間の乖離量を算出する場合には、劣化量予測値が劣化量目標値となるように第２充放電制限値を算出する。

また、図９に示すように、制限値変更部１０８で、乖離量演算部１０６で算出された乖離量Ｚが閾値以上と判定されると（Ｓ２０５）、制御部１０９は、前記第１充放電制限値として変更値案を設定し、変更値案および履歴記憶部１０４に記憶された電池使用条件で蓄電池１０１を劣化量目標値Ｄ_tar到達まで使用した場合の寿命予測値τを予測し、その予測された寿命予測値τと記憶された寿命目標値τ_tarとの間の乖離量Ｚを算出する一連の処理を、前記乖離量演算部で算出される乖離量Ｚが前記閾値範囲内となるまで繰り返し行わせる。そして、算出される乖離量Ｚが閾値範囲内となったときの変更値案を前記第１充放電制限値として再設定するようにしても良い。

なお、前述したように、乖離量演算部１０６において劣化量目標値と劣化量予測値との間の乖離量を算出する場合には、劣化量目標値と劣化量予測値との間の乖離量を算出する一連の処理を、前記乖離量演算部で算出される乖離量が前記閾値範囲内となるまで繰り返し行うようにすれば良い。

上記の通り、種々の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…電池システム、１００…電池管理装置、１０１…蓄電池、１０２…充放電制御部、１０３…電池情報取得部、１０４…履歴記憶部、１０５…寿命予測部、１０６…乖離量演算部、１０７…寿命目標値記憶部、１０８…制限値変更部、１０９…制御部、２０１…表示装置、２０２…入力装置、２０３…パワーコントロールユニット、２０４…エンジンコントロールユニット、２０５…モータ・発電機、２０６…エンジン、２０７…動力分割機構、２０８…駆動輪、２０９…ユーザー

Claims (8)

1. 過去から現在までの任意期間における二次電池の電圧、電流、温度および蓄電量のいずれか1つ以上に基づき算出された電池使用条件を記憶する履歴記憶部と、
   前記二次電池を劣化量目標値到達まで使用した時の寿命目標値、または、寿命目標値到達まで使用した際の劣化量目標値、を記憶する寿命目標値記憶部と、
   予め設定された第１充放電制限値および前記電池使用条件で前記二次電池を前記劣化量目標値到達まで使用した場合の寿命予測値、または、前記寿命目標値時点での劣化量予測値、のいずれか１つ以上を予測する寿命予測部と、
   前記記憶された寿命目標値と前記予測された寿命予測値との間の乖離量、または、前記記憶された劣化量目標値と前記予測された劣化量予測値との間の乖離量、のいずれか１つ以上を算出する乖離量演算部と、
   前記算出された乖離量および前記履歴記憶部に記憶された電池使用条件に基づいて第２充放電制限値を算出し、該第２充放電制限値を前記第１充放電制限値として再設定する制限値変更部と、を備える電池管理装置。
2. 請求項１に記載の電池管理装置において、
   前記制限値変更部は、前記算出された乖離量および前記記憶されている電池使用条件に基づいて前記二次電池を前記劣化量目標値到達まで使用した場合に、前記寿命予測値が前記寿命目標値となる、または、前記劣化量予測値が前記劣化量目標値となるように、前記第２充放電制限値を算出する、電池管理装置。
3. 請求項１に記載の電池管理装置において、
   前記乖離量演算部で算出された乖離量が閾値範囲内か否かを判定する判定部と、
   前記判定部により閾値以上と判定されると、前記第１充放電制限値としての予備制限値を設定し、前記予備制限値および前記記憶された電池使用条件で前記二次電池を前記劣化量目標値到達まで使用した場合の寿命予測値を前記寿命予測部により予測し、その予測された寿命予測値と前記記憶された寿命目標値との間の乖離量を前記乖離量演算部により算出する一連の処理を、前記乖離量演算部で算出される乖離量が前記閾値範囲内となるまで繰り返し行わせる制御部と、を備え、
   前記制限値変更部は、前記乖離量演算部で算出される乖離量が前記閾値範囲内となったときの前記予備制限値を前記第１充放電制限値として再設定する、電池管理装置。
4. 請求項１に記載の電池管理装置において、
   前記乖離量演算部で算出された乖離量が閾値範囲内か否かを判定する判定部と、
   前記判定部により閾値以上と判定されると、前記第１充放電制限値としての予備制限値を設定し、前記予備制限値および前記記憶された電池使用条件で前記二次電池を前記寿命目標値時点まで使用した場合の劣化量予測値を前記寿命予測部により予測し、その予測された劣化量予測値と前記記憶された劣化量目標値との間の乖離量を前記乖離量演算部により算出する一連の処理を、前記乖離量演算部で算出される乖離量が前記閾値範囲内となるまで繰り返し行わせる制御部と、を備え、
   前記制限値変更部は、前記乖離量演算部で算出される乖離量が前記閾値範囲内となったときの前記予備制限値を前記第１充放電制限値として再設定する、電池管理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池管理装置において、
   前記寿命目標値は、前記二次電池の寿命保証期限、または前記二次電池を構成要素として含むシステムの寿命保証期限である、電池管理装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池管理装置と、
   前記電池管理装置によって管理される二次電池と、
   前記記憶された電池使用条件、および、前記制限値変更部により再設定された前記第１充放電制限値に基づいて、前記二次電池の充放電電流を制御する充放電制御部と、を備える電池システム。
7. 動力分割機構を介して設けられたエンジンおよびモータと、
   請求項６に記載の電池システムと、を備え、
   前記制限値変更部により前記第１充放電制限値が再設定されると、前記充放電制御部による充放電電流の制御が前記第１充放電制限値の範囲内で行われるように、前記エンジンと前記モータとの駆動力配分を制御するハイブリッド車両制御システム。
8. 請求項７に記載のハイブリッド車両制御システムにおいて、
   前記制限値変更部により再設定された前記第１充放電制限値を表示する表示装置と、
   前記制限値変更部による再設定の許可指令および不許可指令を選択的に入力可能な入力部と、を備え、
   前記入力部により前記不許可指令が入力されると前記制限値変更部による前記再設定は行われず、前記入力部により前記許可指令が入力されると前記制限値変更部による前記再設定が行われる、ハイブリッド車両制御システム。

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