JPWO2012101678A1 - 蓄電装置の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイレート劣化を許容する範囲で二次電池に要求される出力を確保する。【解決手段】 二次電池（１０，１１）の放電電力が上限値を超えないように二次電池の放電を制御する制御装置であって、電流センサ（２５）およびコントローラ（３０）を有する。電流センサは、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、二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りに依存する第１劣化成分を特定するための評価値を、電流センサの検出結果を用いて算出し、目標値を超える評価値の積算値が閾値を超えたときには、上限値を低下させる。また、コントローラは、二次電池の材料に依存する第２劣化成分を推定し、第２劣化成分に対応した第１劣化成分の劣化を許容するように、閾値を変更する。【選択図】 図１０

Description

本発明は、蓄電素子の劣化状態を評価して、蓄電素子の充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。そして、評価値が目標値を超えていないときには、電池の放電制御に用いられる上限値を最大値に設定している。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） 特開２００８−０２４１２４号公報 特開２００９−１６０９５３号公報

特許文献１に記載の技術では、ハイレート放電による劣化が発生するのを抑制するために、評価値が目標値を超えてしまうと、上限値が変更されて、電池の出力が制限されてしまう。このように、評価値が目標値を超えただけで、上限値が変更されてしまうと、電池に要求される出力が確保されないことがある。

本願第１の発明は、二次電池の放電電力が上限値を超えないように二次電池の放電を制御する制御装置であって、電流センサおよびコントローラを有する。電流センサは、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、二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りに依存する第１劣化成分を特定するための評価値を、電流センサの検出結果を用いて算出し、目標値を超える評価値の積算値が閾値を超えたときには、上限値を低下させる。また、コントローラは、二次電池の材料に依存する第２劣化成分を推定し、第２劣化成分に対応した第１劣化成分の劣化を許容するように、閾値を変更する。

評価値は、イオン濃度の偏りの増加に応じて増加し、イオン濃度の偏りの減少に応じて減少する。また、第２劣化成分が大きくなるほど、第１劣化成分が小さくなる。このため、第２劣化成分を推定すれば、この第２劣化成分に対応する第１劣化成分の劣化が、どれだけ許容できるかを特定することができる。

コントローラは、評価値のうち、目標値を超える部分を積算することにより、積算値を算出することができる。ここで、評価値が正の値であるときに、正の値である目標値を用い、評価値が負の値であるときに、負の値である目標値を用いることができる。この場合において、正の評価値が正の目標値を超えたときには、正の評価値のうち、正の目標値を超える部分を加算することができる。また、負の評価値が負の目標値を超えたときには、負の評価値のうち、負の目標値を超える部分を減算することができる。

第２劣化成分は、二次電池の温度および通電量を用いて、推定することができる。二次電池の温度には、充放電を行っているときの二次電池の温度と、充放電を行っていないときの二次電池の温度とが含まれる。充放電を行っていないときの二次電池の温度を用いることにより、第２劣化成分の一部を推定することができる。また、充放電を行っているときの二次電池の温度と、通電量を用いることにより、第２劣化成分における残りの部分を推定することができる。

閾値を特定するためのマップを、第２劣化成分に応じて、メモリに記憶しておくことができる。これにより、第２劣化成分を推定すれば、この第２劣化成分に対応したマップを特定することができ、このマップを用いて閾値を特定することができる。閾値を特定するマップとしては、閾値と、充放電を行っているときの二次電池の温度と、二次電池の使用状態との関係を示すマップを用いることができる。二次電池の出力を用いて車両を走行させるときには、二次電池の使用状態として、車両の走行距離に対する二次電池の充放電量（Ａｈ／ｋｍ）を用いることができる。

本願第２の発明は、二次電池の放電電力が上限値を超えないように二次電池の放電を制御する制御方法であって、二次電池の充放電時における電流値を検出するステップと、二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りに依存する第１劣化成分を特定するための評価値を、電流センサの検出結果を用いて算出するステップと、を有する。また、評価値が目標値を超えるか否かを判別し、目標値を超える評価値の積算値が閾値を超えたときには、上限値を低下させるステップを有する。さらに、二次電池の材料に依存する第２劣化成分を推定するステップと、第２劣化成分に対応した第１劣化成分の劣化を許容するように、閾値を変更するステップと、を有する。

本発明によれば、評価値が目標値を超えたときに、評価値の積算値を算出し、積算値が閾値を超えたときに、二次電池の放電制御に用いられる上限値を低下させている。ここで、閾値は、推定した第２劣化成分に対応した第１劣化成分の劣化を許容するように、変更されるため、第１劣化成分の劣化が許容される範囲内において、二次電池の出力を利用することができる。すなわち、第１劣化成分の劣化が許容される範囲内において、二次電池に要求される出力を確保しやすくなる。

第１実施形態である電池システムのブロック図である。 第１実施形態において、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。 第１実施形態において、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。 第１実施形態において、忘却係数および組電池の温度の関係を示す図である。 第１実施形態において、限界値および組電池の温度の関係を示す図である。 第１実施形態において、評価値の変化を示す図である。 第１実施形態において、閾値を決定する処理を示すフローチャートである。 第１実施形態において、閾値を特定するマップを示す図である。 第１実施形態において、閾値を特定するマップを示す図である。 第１実施形態において、評価値、積算値および出力制限値の変化を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）

第１実施形態におけ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、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。

単電池１１としてリチウムイオン電池を用いたとき、正極は、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ており、この材料としては、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。負極は、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ており、この材料としては、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、リチウムイオンを電解液中に放出し、負極は、電解液中のリチウムイオンを吸蔵する。また、単電池１１を放電するとき、正極は、電解液中のリチウムイオンを吸蔵し、負極は、リチウム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（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の充放電時に組電池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。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。本実施形態では、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。本実施形態では、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。

次に、組電池１０の充放電を制御する処理について、図２および図３に示すフローチャートを用いて説明する。図２および図３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および図３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、放電電流値が負の値になる。

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に基づいて、組電池１０のＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。具体的には、コントローラ３０は、組電池１０の充放電を行っ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。なお、ＳＯＣの算出方法は、本実施形態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の電解液中のリチウム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および図３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４に示すマップを用いて、忘却係数を特定することができる。図４において、縦軸は、忘却係数であり、横軸は、組電池１０の温度である。図４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４に示すマップでは、リチウムイオンの拡散速度が速いほど、忘却係数が大きくなる。具体的には、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劣化成分に相当する）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してしまうと、放電電流値を低下させたり、充電したりしても、単電池１１の出力電圧は回復しないことがある。このため、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。そこで、本実施形態では、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）を算出したときから、１回のサイクルタイムが経過するまでの間において、リチウムイオンの拡散に伴うリチウム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、忘却係数が大きいほど、又は、サイクルタイムが長いほど、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、本実施形態で説明した方法に限定されるものではなく、リチウムイオン濃度の偏りの減少を特定することができればよい。

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５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、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が経過するまでの間において、放電に伴うリチウム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、限界値を示す。Ｉは、放電電流値を示し、ステップＳ１０１で検出した値が用いられる。ΔＴは、式（１）と同様である。

式（３）から分かるように、放電電流値が大きいほど、又は、サイクルタイムが長いほど、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、本実施形態で説明した算出方法に限定されるものではない。

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における評価値Ｄ（Ｎ）を算出する。この評価値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示し、ステップＳ１０５，Ｓ１０８で算出された値が用いられる。

本実施形態では、式（４）に表すように、リチウムイオン濃度の偏りの増加と、リチウムイオン濃度の偏りの減少とを考慮して、評価値Ｄ（Ｎ）を算出することができる。これにより、ハイレート劣化の要因と考えられるリチウム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。

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Ｓ１１７に進む。

本実施形態では、図６に示すように、評価値Ｄ（Ｎ）のプラス側およびマイナス側において、目標値が設定されている。図６は、評価値Ｄ（Ｎ）の変化（一例）を示すタイミングチャートである。プラス側およびマイナス側の目標値は、絶対値としては同じ値になる。ステップＳ１１０において、プラスの評価値Ｄ（Ｎ）がプラスの目標値を超えたときと、マイナスの評価値Ｄ（Ｎ）がマイナスの目標値を超えたときには、ステップＳ１１１に進む。すなわち、評価値Ｄ（Ｎ）の絶対値が、目標値の絶対値を超えたときには、ステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１において、コントローラ３０は、評価値Ｄ（Ｎ）の積算を行う。具体的には、図６に示すように、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値を超えたとき、評価値Ｄ（Ｎ）のうち、目標値を超えている部分について、積算を行う。評価値Ｄ（Ｎ）が目標値を超えるたびに、積算処理が行われる。

プラスの評価値Ｄ（Ｎ）がプラス側の目標値を超えたときには、評価値Ｄ（Ｎ）のうち、目標値を超えている部分が加算される。一方、マイナスの評価値Ｄ（Ｎ）がマイナス側の目標値を超えたときには、評価値Ｄ（Ｎ）のうち、目標値を超えている部分が減算される。

本実施形態では、マイナスの評価値Ｄ（Ｎ）がマイナス側の目標値を超えたときには、評価値Ｄ（Ｎ）のうち、目標値を超えている部分を減算しているが、これに限るものではない。具体的には、プラスの評価値Ｄ（Ｎ）がプラス側の目標値を超えたときだけ、評価値の積算処理を行うことができる。この場合には、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値を超えるたびに、評価値Ｄ（Ｎ）のうち、目標値を超える部分が加算されていく。

本実施形態では、評価値Ｄ（Ｎ）のうち、目標値を超える部分について、積算処理を行っているが、これに限るものではない。具体的には、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値を超えたときには、この評価値Ｄ（Ｎ）を積算してもよい。この場合には、目標値を考慮して、後述する閾値を変更すればよい。

ステップＳ１１２において、コントローラ３０は、評価値の積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値よりも大きいか否かを判別する。閾値は、ハイレート劣化を許容するための値である。ステップＳ１１２において、積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値よりも小さいときには、ステップＳ１１３に進み、そうでなければ、ステップＳ１１４に進む。

閾値は、固定値ではなく、組電池１０（単電池１１）の劣化状態、言い換えれば、組電池１０の使われ方に応じて、変更される。閾値を決定するための方法について、図７を用いて説明する。

ステップＳ２０１において、コントローラ３０は、充放電を行っていないときの組電池１０の温度と、充放電を行っているときの組電池１０の温度と、充放電を行っているときの組電池１０の通電量とを取得する。組電池１０の充放電を行っていない場合とは、組電池１０が搭載された車両を放置している場合である。組電池１０の温度は、温度センサ２６の出力に基づいて取得することができる。また、通電量は、電流センサ２５の出力に基づいて取得することができる。

ここで、充放電を行っていないときの組電池１０の温度を取得するために、例えば、外気温を検出するために車両に予め設けられた温度センサ（温度センサ２６とは異なる）を用いることができる。また、充放電を行っていないときの組電池１０の温度としては、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった直後の温度センサ２６の検出結果を用いることもできる。

ステップＳ２０２において、コントローラ３０は、ステップＳ２０１で取得した情報に基づいて、組電池１０（単電池１１）の材料劣化を特定（推定）する。組電池１０（単電池１１）の劣化は、ハイレート劣化および材料劣化に分けられる。材料劣化（第２劣化成分に相当する）とは、単電池１１の材料に依存した劣化である。また、材料劣化は、組電池１０の充放電を行っていないときの劣化成分（保存劣化という）と、組電池１０の充放電を行っているときの劣化成分（通電劣化という）とに分けられる。

保存劣化は、充放電を行っていないときの組電池１０の温度、言い換えれば、車両を放置しているときの組電池１０の温度に基づいて、特定することができる。充放電を行っていないときの組電池１０の温度と、保存劣化との対応関係を示すマップを予め用意しておけば、保存劣化を特定することができる。

通電劣化は、充放電を行っているときの組電池１０の温度および通電量に基づいて、特定することができる。充放電を行っているときの組電池１０の温度および通電量と、通電劣化との対応関係を示すマップを予め用意しておけば、通電劣化を特定することができる。保存劣化および通電劣化を特定できれば、材料劣化を特定することができる。

ステップＳ２０３において、コントローラ３０は、ステップＳ２０２で特定した材料劣化に基づいて、閾値を決定するためのハイレート劣化のマップを特定する。ハイレート劣化のマップは、図８および図９に示すように、閾値と、充放電を行っているときの組電池１０の温度（ここでは、平均温度）と、組電池１０の使用状態（Ａｈ／ｋｍ）との関係を示すものである。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。

図８および図９に示すマップは、材料劣化が互いに異なるときのマップである。図８に示すマップに対応した材料劣化は、図９に示すマップに対応した材料劣化よりも大きくなっている。組電池１０（単電池１１）の劣化は、材料劣化およびハイレート劣化に分けられるため、材料劣化が大きくなれば、ハイレート劣化を許容する割合が小さくなり、閾値も小さくなる。図８に示す閾値は、図９に示す閾値よりも小さい値となっている。

例えば、低温環境では、材料劣化が発生しにくいため、ハイレート劣化を許容する割合を大きくすることができる。図８および図９に示すマップを、材料劣化の程度に応じて複数用意しておけば、ステップＳ２０２で特定された材料劣化に対応するマップを特定することができる。

ステップＳ２０４において、コントローラ３０は、ステップＳ２０３で特定したハイレート劣化のマップを用いて、閾値を特定する。具体的には、コントローラ３０は、組電池１０の温度および組電池１０の使用状態（Ａｈ／ｋｍ）を取得し、組電池１０の温度および使用状態（Ａｈ／ｋｍ）に対応した閾値を特定する。この閾値は、図３のステップＳ１１２の処理で用いられる。

ステップＳ１１３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の放電を制限するための値であり、コントローラ３０は、組電池１０の出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。

ステップＳ１１４において、コントローラ３０は、出力制限値を最大値よりも小さい値に設定する。コントローラ３０は、積算値ΣＤ（Ｎ）および閾値の差分に応じて、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（５）に基づいて、出力制限値を算出することができる。

Ｗout＝Ｗ（ＭＡＸ）−Ｌ×（ΣＤ（Ｎ）−Ｋ） ・・・（５）
ここで、Ｗoutは、放電制御に用いられる出力制限値を示し、Ｗ（ＭＡＸ）は、出力制限値の最大値を示す。Ｌは、係数を示す。Ｋは、ステップＳ１１２で説明した閾値を示す。

「Ｌ×（ΣＤ（Ｎ）−Ｋ）」の値は、出力制限値を減少させる量を示しており、係数Ｌ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Ｓ１１５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Ｓ１１４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Ｓ１１６において、コントローラ３０は、今回の評価値Ｄ（Ｎ）および積算値ΣＤ（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。また、積算値ΣＤ（Ｎ）をメモリ３１に記憶することにより、次回の評価値Ｄ（Ｎ＋１）が目標値を超えたときに、積算値ΣＤ（Ｎ）を更新することができる。

一方、ステップＳ１１０において、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値よりも小さいときには、ステップＳ１１７に進み、ステップＳ１１７において、コントローラ３０は、評価値Ｄ（Ｎ）をメモリ３１に記憶する。これにより、評価値Ｄ（Ｎ）の変化を監視することができる。

本実施形態によれば、積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値よりも大きいときには、組電池１０の放電を更に制限することにより、ハイレート放電による組電池１０（単電池１１）の劣化を抑制することができる。また、積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値に到達するまでは、出力制限値が最大値に設定されたままであるため、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。

図１０は、評価値Ｄ（Ｎ）の変化に伴う積算値ΣＤ（Ｎ）および出力制限値の変化を示すタイミングチャート（一例）である。

評価値Ｄ（Ｎ）が目標値を超えるたびに、積算値ΣＤ（Ｎ）が更新される。そして、時刻ｔ１において、積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値に到達すると、出力制限値が変更される。これにより、組電池１０の放電が更に制限される。また、積算値ΣＤ（Ｎ）および閾値の差が広がるにつれて、出力制限値が小さくなっていく。一方、積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値に到達するまでは、出力制限値が最大値に維持される。

時刻ｔ２では、積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値よりも小さくなる。これにより、出力制限値は、最大値に設定される。時刻ｔ２よりも前の時間帯では、時刻ｔ２に近づくにつれて、出力制限値は、最大値に近づいている。時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では、出力制限値が最大値に設定される。時刻ｔ３では、積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値を超えるため、出力制限値が変更される。そして、積算値ΣＤ（Ｎ）および閾値の差に応じて、出力制限値が小さくなる。

本実施形態では、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値を超えても、このタイミングにおいて出力制限値は変更されず、積算値ΣＤ（Ｎ）が閾値に到達したときに、出力制限値が変更されるようになっている。このような制御を行うことにより、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値を超えた後でも、出力制限値が最大値のもとで、組電池１０の放電を行うことができ、運転者の要求に応じた動力性能を確保することができる。

また、本実施形態によれば、単電池１１の材料劣化を推定することにより、ハイレート劣化を許容できる範囲を特定することができる。そして、ハイレート劣化を許容できる範囲に対応した閾値を設定することにより、ハイレート劣化を許容できる範囲内において、組電池１０を放電させることができる。組電池１０の放電を確保すれば、運転者の要求に応じた動力性能を確保することができる。

本実施形態では、サイクルタイムごとに評価値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。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。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における評価値Ｄ（Ｎ）を算出することができる。

本実施形態では、図３のステップＳ１１０で用いられる目標値を、予め設定された固定値としているが、これに限るものではない。すなわち、目標値を変化させることもできる。具体的には、本実施形態と同様に、材料劣化を推定して、ハイレート劣化を許容できる範囲を特定する。そして、ハイレート劣化を許容できる範囲が基準範囲よりも小さいときには、基準範囲に対応した目標値よりも小さい値に設定することができる。このように設定すれば、積算値ΣＤ（Ｎ）の算出に用いられる評価値Ｄ（Ｎ）を増やすことができる。一方、ハイレート劣化を許容できる範囲が基準範囲よりも大きいときには、基準範囲に対応した目標値よりも大きい値に設定することができる。このように設定すれば、積算値ΣＤ（Ｎ）の算出に用いられる評価値Ｄ（Ｎ）を減らすことができる。

【０００２】
とがある。
課題を解決するための手段
［０００６］
本願第１の発明は、二次電池の放電電力が上限値を超えないように二次電池の放電を制御する制御装置であって、電流センサおよびコントローラを有する。電流センサは、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、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、電流センサを用いて検出された放電状態から算出し、目標値を超える評価値の積算値が閾値を超えたときには、上限値を低下させる。また、コントローラは、二次電池の充放電に寄与する構成材料の劣化を示す第２劣化成分を推定し、第２劣化成分が大きくなるほど、閾値に到達するまでの積算値の増加量が小さくなるとともに、第２劣化成分が小さくなるほど、閾値に到達するまでの積算値の増加量が大きくなるように、閾値を変更する。
［０００７］
評価値は、イオン濃度の偏りの増加に応じて増加し、イオン濃度の偏りの減少に応じて減少する。また、第２劣化成分が大きくなるほど、第１劣化成分が小さくなる。このため、第２劣化成分を推定すれば、この第２劣化成分に対応する第１劣化成分の劣化が、どれだけ許容できるかを特定することができる。
［０００８］
コントローラは、評価値のうち、目標値を超える部分を積算することにより、積算値を算出することができる。ここで、評価値が正の値であるときに、正の値である目標値を用い、評価値が負の値であるときに、負の値である目標値を用いることができる。この場合において、正の評価値が正の目標値を超えたときには、正の評価値のうち、正の目標値を超える部分を加算することができる。また、負の評価値が負の目標値を超えたときには、負の評価値のうち、負の目標値を超える部分を減算することができる。
［０００９］
第２劣化成分は、二次電池の温度および通電量を用いて、推定することができる。二次電池の温度には、充放電を行っているときの二次電池の温度と、充放電を行っていないときの二次電池の温度とが含まれる。充放電を行っていないときの二次電池の温度を用いることにより、第２劣化成分の一部を推定することができる。また、充放電を行っているときの二次電池の温度と

【０００３】
、通電量を用いることにより、第２劣化成分における残りの部分を推定することができる。
［００１０］
閾値を特定するためのマップを、第２劣化成分に応じて、メモリに記憶しておくことができる。これにより、第２劣化成分を推定すれば、この第２劣化成分に対応したマップを特定することができ、このマップを用いて閾値を特定することができる。閾値を特定するマップとしては、閾値と、充放電を行っているときの二次電池の温度と、二次電池の使用状態との関係を示すマップを用いることができる。二次電池の出力を用いて車両を走行させるときには、二次電池の使用状態として、車両の走行距離に対する二次電池の充放電量（Ａｈ／ｋｍ）を用いることができる。
［００１１］
本願第２の発明は、二次電池の放電電力が上限値を超えないように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、二次電池の充放電時における電流値を検出するステップと、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、電流センサを用いて検出された放電状態から算出するステップと、を有する。また、評価値が目標値を超えるか否かを判別し、目標値を超える評価値の積算値が閾値を超えたときには、上限値を低下させるステップを有する。さらに、二次電池の充放電に寄与する構成材料の劣化を示す第２劣化成分を推定するステップと、第２劣化成分が大きくなるほど、閾値に到達するまでの積算値の増加量が小さくなるとともに、第２劣化成分が小さくなるほど、閾値に到達するまでの積算値の増加量が大きくなるように、閾値を変更するステップと、を有する。
発明の効果
［００１２］
本発明によれば、評価値が目標値を超えたときに、評価値の積算値を算出し、積算値が閾値を超えたときに、二次電池の放電制御に用いられる上限値を低下させている。ここで、閾値は、推定した第２劣化成分に対応した第１劣化成分の劣化を許容するように、変更されるため、第１劣化成分の劣化が許容される範囲内において、二次電池の出力を利用することができる。すなわち、第１劣化成分の劣化が許容される範囲内において、二次電池に要求される出力を確保しやすくなる。
図面の簡単な説明

Claims (17)

1. 二次電池の放電電力が上限値を超えないように前記二次電池の放電を制御する制御装置であって、
   前記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、
   前記二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りに依存する第１劣化成分を特定するための評価値を、前記電流センサの検出結果を用いて算出し、目標値を超える前記評価値の積算値が閾値を超えたときには、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、前記二次電池の材料に依存する第２劣化成分を推定し、前記第２劣化成分に対応した前記第１劣化成分の劣化を許容するように、前記閾値を変更することを特徴とする制御装置。
2. 前記コントローラは、前記評価値のうち、前記目標値を超える部分を積算することにより、前記積算値を算出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、
   正の前記評価値が正の前記目標値を超えたときには、前記正の評価値のうち、前記正の目標値を超える部分を加算し、
   負の前記評価値が負の前記目標値を超えたときには、前記負の評価値のうち、前記負の目標値を超える部分を減算することにより、前記積算値を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記コントローラは、前記二次電池の温度および通電量を用いて、前記第２劣化成分を推定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の制御装置。
5. 前記二次電池の温度は、充放電を行っているときの前記二次電池の温度と、充放電を行っていないときの前記二次電池の温度とを含むことを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記閾値を特定するためのマップを、前記第２劣化成分に応じて記憶するメモリを有しており、
   前記コントローラは、前記メモリに記憶された複数の前記マップのうち、推定した前記第２劣化成分に対応するマップを用いて、前記閾値を特定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の制御装置。
7. 前記コントローラは、前記イオン濃度の偏りの増加に応じて前記評価値を増加させ、前記イオン濃度の偏りの減少に応じて前記評価値を減少させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の制御装置。
8. 前記第１劣化成分は、前記第２劣化成分が大きくなるほど、小さくなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の制御装置。
9. 前記二次電池は、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８のいずれか１つに記載の制御装置。
10. 二次電池の放電電力が上限値を超えないように前記二次電池の放電を制御する制御方法であって、
    前記二次電池の充放電時における電流値を検出するステップと、
    前記二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りに依存する第１劣化成分を特定するための評価値を、前記電流センサの検出結果を用いて算出するステップと、
    前記評価値が目標値を超えるか否かを判別し、前記目標値を超える前記評価値の積算値が閾値を超えたときには、前記上限値を低下させるステップと、
    前記二次電池の材料に依存する第２劣化成分を推定するステップと、
    前記第２劣化成分に対応した前記第１劣化成分の劣化を許容するように、前記閾値を変更するステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
11. 前記評価値のうち、前記目標値を超える部分を積算することにより、前記積算値を算出することを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。
12. 正の前記評価値が正の前記目標値を超えたときには、前記正の評価値のうち、前記正の目標値を超える部分を加算し、負の前記評価値が負の前記目標値を超えたときには、前記負の評価値のうち、前記負の目標値を超える部分を減算することにより、前記積算値を算出することを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。
13. 前記二次電池の温度および通電量を用いて、前記第２劣化成分を推定することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１つに記載の制御方法。
14. 前記二次電池の温度は、充放電を行っているときの前記二次電池の温度と、充放電を行っていないときの前記二次電池の温度とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
15. 前記閾値を特定するために用いられ、前記第２劣化成分に対応した複数のマップのうち、推定した前記第２劣化成分に対応するマップを用いて、前記閾値を特定することを特徴とする請求項１０から１４のいずれか１つに記載の制御方法。
16. 前記評価値は、前記イオン濃度の偏りの増加に応じて増加し、前記イオン濃度の偏りの減少に応じて減少することを特徴とする請求項１０から１５のいずれか１つに記載の制御方法。
17. 前記第１劣化成分は、前記第２劣化成分が大きくなるほど、小さくなることを特徴とする請求項１０から１６のいずれか１つに記載の制御方法。
    

Images