(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動電力供給用の電池に流れる電流、前記電池の出力電圧、および前記電池の温度を測定するセンサと、
前記センサの各測定結果に基づいて、前記電池についての電池モデル式から、前記電池の電池モデルパラメータを含む電池状態量を求める電池状態量推定部と、
前記電池を一定電圧充電する場合における前記電池への充電電力を、前記電池モデル式に基づき、前記電池を充電する際の充電可能電力として求めるため、充電電圧制限値を設定する充電許容電圧生成部と、
前記充電電圧制限値の電圧で前記電池を一定電圧充電する場合における前記電池への充電電力の時間変化を、前記電池モデル式に基づき、充電可能電力特性として求める充電可能電力予測部であって、前記充電電圧制限値と前記電池状態量とに基づいて、当該充電可能電力特性を求める充電可能電力予測部と、
を備え、
前記充電可能電力特性に基づいて、実際に前記電池を充電する際の充電電力制限値を求めることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充電電力制限値演算装置において、
前記充電可能電力特性は、充電可能電力が充電開始後に増加して最大となり、その後時間の経過と共に小さくなる特性であり、
前記充電電力制限値演算装置は、前記充電可能電力特性に基づいて、前記電池モデル式による演算上の初期時刻にあたる基準時刻から所定の時間が経過した時における充電可能電力を、前記充電電力制限値として求める電力制限値設定部を備えることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
【請求項３】
請求項２に記載の充電電力制限値演算装置において、
前記電池状態量推定部は、前記電池状態量に基づいて前記電池の充電深度を求め、
前記充電電力制限値演算装置は、求められた充電深度が大きい程長い時間を前記所定の時間として定める時間調整部を備えることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
【請求項４】
請求項２に記載の充電電力制限値演算装置において、
前記電池の充電能力の劣化度であって、満充電時放電可能電荷量の経時変化によって表される劣化度を求める劣化度推定部と、
前記劣化度推定部によって求められた劣化度が大きい程長い時間を前記所定の時間として定める時間調整部と、
を備えることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
【請求項５】
請求項４に記載の充電電力制限値演算装置において、
前記充電許容電圧生成部は、
前記劣化度推定部によって求められた劣化度が大きい程小さい値を前記充電電圧制限値として設定することを特徴とする充電電力制限値演算装置。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の充電電力制限値演算装置において、
前記電池の充電能力の劣化度であって、満充電時放電可能電荷量の経時変化によって表される劣化度を求める劣化度推定部を備え、
前記充電許容電圧生成部は、
前記劣化度推定部によって求められた劣化度が大きい程小さい値を前記充電電圧制限値として設定することを特徴とする充電電力制限値演算装置。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の充電電力制限値演算装置において、
前記電池状態量推定部は、前記電池状態量に基づいて前記電池の充電深度を求め、
前記充電許容電圧生成部は、前記充電深度が大きい程小さい値を前記充電電圧制限値として設定することを特徴とする充電電力制限値演算装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の充電電力制限値演算装置において、
前記電池に流れる電流を変化させる電池電流制御部と、
前記電池電流制御部による電流変化に対する前記電池の出力電圧の変化に基づいて、前記電池について、交換電流密度および拡散係数を含む特性定数を求める電池特性決定部と、
を備え、
前記電池状態量推定部は、
前記センサの各測定結果に加えて、前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて前記電池状態量を求め、
前記充電可能電力予測部は、
前記充電電圧制限値および前記電池状態量に加えて、前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて前記充電可能電力特性を求めることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両が広く用いられている。電動車両は、モータジェネレータを備え、モータジェネレータの駆動力によって加速し、モータジェネレータの回生発電制動によって減速する。モータジェネレータに電力を供給し、モータジェネレータによる発電電力を回収するため、電動車両には繰り返し充放電が可能な二次電池が搭載される。
【０００３】
下記の特許文献１および特許文献２には、本発明が解決しようとする課題に関連して、電池の充放電電力を制限する技術について記載されている。また、下記の非特許文献１および特許文献２には、本発明に係る充放電制御に用いられる、電池の電気化学的モデルについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１９５１０号公報
【特許文献２】特開２００８−４２９６０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電池の充電性能は、充電電力、電池温度等の使用条件に応じて変化する。そのため、一定の電力で充電を行うよう充電制御を行うと、許容され得る最大限の電力を以て電池を充電することができない等の問題が生じる。一方、電池は、その時点での充電能力以上の過剰な電力で充電を行うと、充電容量が早期に低下する等、電池の寿命が短くなるという問題が生ずる。
【０００７】
本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、電池の使用条件や電池の状態および電池の充電特性に応じて最適な充電電力制限値を求めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両駆動電力供給用の電池に流れる電流、前記電池の出力電圧、および前記電池の温度を測定するセンサと、前記センサの各測定結果に基づいて、前記電池についての電池モデル式から、前記電池の電池モデルパラメータを含む電池状態量を求める電池状態量推定部と、前記電池を一定電圧充電する場合における前記電池への充電電力を、前記電池モデル式に基づき、前記電池を充電する際の充電可能電力として求めるため、充電電圧制限値を設定する充電許容電圧生成部と、前記充電電圧制限値の電圧で前記電池を一定電圧充電する場合における前記電池への充電電力の時間変化を、前記電池モデル式に基づき、充電可能電力特性として求める充電可能電力予測部であって、前記充電電圧制限値と前記電池状態量とに基づいて、当該充電可能電力特性を求める充電可能電力予測部と、を備え、前記充電可能電力特性に基づいて、実際に前記電池を充電する際の充電電力制限値を求めることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記充電可能電力特性は、充電可能電力が充電開始後に増加して最大となり、その後時間の経過と共に小さくなる特性であり、前記充電電力制限値演算装置は、前記充電可能電力特性に基づいて、前記電池モデル式による演算上の初期時刻にあたる基準時刻から所定の時間が経過した時における充電可能電力を、前記充電電力制限値として求める電力制限値設定部を備えることが好適である。
【００１０】
本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記電池状態量推定部は、前記電池状態量に基づいて前記電池の充電深度を求め、前記充電電力制限値演算装置は、求められた充電深度が大きい程長い時間を前記所定の時間として定める時間調整部を備えることが好適である。
【００１１】
本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記電池の充電能力の劣化度であって、満充電時放電可能電荷量の経時変化によって表される劣化度を求める劣化度推定部と、前記劣化度推定部によって求められた劣化度が大きい程長い時間を前記所定の時間として定める時間調整部と、を備えることが好適である。
【００１２】
本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記充電許容電圧生成部は、前記劣化度推定部によって求められた劣化度が大きい程小さい値を前記充電電圧制限値として設定することが好適である。
【００１３】
本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記電池の充電能力の劣化度であって、満充電時放電可能電荷量の経時変化によって表される劣化度を求める劣化度推定部を備え、前記充電許容電圧生成部は、前記劣化度推定部によって求められた劣化度が大きい程小さい値を前記充電電圧制限値として設定することが好適である。
【００１４】
本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記電池状態量推定部は、前記電池状態量に基づいて前記電池の充電深度を求め、前記充電許容電圧生成部は、前記充電深度が大きい程小さい値を前記充電電圧制限値として設定することが好適である。
【００１５】
本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記電池に流れる電流を変化させる電池電流制御部と、前記電池電流制御部による電流変化に対する前記電池の出力電圧の変化に基づいて、前記電池について、交換電流密度および拡散係数を含む特性定数を求める電池特性決定部と、を備え、前記電池状態量推定部は、前記センサの各測定結果に加えて、前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて前記電池状態量を求め、前記充電可能電力予測部は、前記充電電圧制限値および前記電池状態量に加えて、前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて前記充電可能電力特性を求めることが好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電池の使用条件に応じて最適な電池の充電電力制限値を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る車両用電力制御システムの構成を示す図である。
【図２】第１実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図３】電池セルの構成および電気化学的モデルを示す図である。
【図４】電池モデルパラメータを示す図である。
【図５】充電電圧制限値の時間波形および充電可能電力特性を示す図である。
【図６】第２実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図７】第３実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図８】充電深度対電圧制限値テーブルが示す関係の例を示す図である。
【図９】充電電圧制限値の時間波形および充電可能電力特性を示す図である。
【図１０】第４実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図１１】充電深度対演算用時間テーブルが示す関係の例を示す図である。
【図１２】充電可能電力特性を示す図である。
【図１３】第５実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図１４】第２の実施形態に係る車両用電力制御システムの構成を示す図である。
【図１５】第１実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図１６】電流制御装置によって制御された電池電流の時間波形およびその電池電流に応じた電池電圧測定値の時間波形の例を示す図である。
【図１７】第２実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図１８】劣化度対電圧制限値テーブルが示す関係の例を示す図である。
【図１９】充電電圧制限値の時間波形および充電可能電力特性を示す図である。
【図２０】第３実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図２１】劣化度対演算用時間テーブルが示す関係の例を示す図である。
【図２２】充電可能電力特性を示す図である。
【図２３】第４実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置の構成を示す図である。
【図２４】第１の実施形態に係る電力制限値演算装置の第４実施例、および第２の実施形態に係る電池診断／電力制限値演算装置の第２実施例を組み合わせた構成を示す図である。
【図２５】第１の実施形態に係る電力制限値演算装置の第３実施例、および第２の実施形態に係る電池診断／電力制限値演算装置の第３実施例を組み合わせた構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に本発明の第１の実施形態に係る車両用電力制御システムの構成を示す。車両用電力制御システムは、電池１０の電力をモータジェネレータ１４に供給して車両を駆動し、モータジェネレータ１４の発電電力によって電池１０を充電して車両を回生制動する。電池１０には、繰り返し充放電が可能なリチウムイオン電池等を用いることができる。
【００１９】
操作部１６は、アクセルペダル、ブレーキペダル等を含み、ユーザの操作に応じた操作指令情報を電力制御装置１２に出力する。
【００２０】
電力制御装置１２は、モータジェネレータ１４と電池１０との間で、各印加電圧を調整しつつ交流直流変換を行う。電力制御装置１２は、操作指令情報に応じてモータジェネレータ１４に加速トルクを発生させるときは、電池１０からモータジェネレータ１４に電力が供給されるよう、電池１０およびモータジェネレータ１４に印加される電圧を調整する。また、電力制御装置１２は、操作指令情報に基づきモータジェネレータ１４に回生制動トルクを発生させるときは、モータジェネレータ１４から電池１０に電力が供給されるよう、電池１０およびモータジェネレータ１４に印加される電圧を調整する。
【００２１】
モータジェネレータ１４から電池１０に電力が供給されることによって、電池１０は電荷を充電する。このとき、電力制御装置１２は、電力制限値演算装置２４が出力する充電電力制限値Ｗｉｎを超えないよう電池１０に供給される充電電力を調整する。
【００２２】
車両用電力制御システムは、電力制限値演算装置２４が充電電力制限値Ｗｉｎを求めるため、電池１０に流れる電流を測定する電流センサ１８、電池１０の出力電圧を測定する電圧センサ２０、および電池１０の温度を測定する温度センサ２２を備える。電流センサ１８は測定結果を電池電流測定値Ｉｂとして電力制限値演算装置２４に出力し、電圧センサ２０は測定結果を電池電圧測定値Ｖｂとして電力制限値演算装置２４に出力する。また、温度センサ２２は測定結果を電池温度測定値Ｔｂとして電力制限値演算装置２４に出力する。
【００２３】
電力制限値演算装置２４は、電池電流測定値Ｉｂ、電池電圧測定値Ｖｂ、および電池温度測定値Ｔｂに基づいて、充電電力制限値Ｗｉｎを求め電力制御装置１２に出力する。
【００２４】
図２に第１実施例に係る電力制限値演算装置２４の構成を示す。電池状態量推定部２６が実行する処理を説明するため、ここでは、電池１０の電気化学的モデルの例について特許文献２の内容に基づき説明する。
【００２５】
電池１０は、複数の電池セルの直列接続によって構成することができる。図３に電池セルの構成を示す。電池セルは、負極３４、セパレータ３８、および正極３６を備える。セパレータ３８は、負極３４と正極３６と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。
【００２６】
負極３４および正極３６は、球状の活物質の集合体で構成される。負極３４の活物質４０の界面上では、リチウムイオンＬｉ+および電子ｅ-を放出または吸収する化学反応が行われる。一方、正極３６の活物質４２の界面上では、リチウムイオンＬｉ+および電子ｅ-を吸収または放出する化学反応が行われる。
【００２７】
負極３４には負極端子４８との間で電子ｅ-を導く負極コレクタ４４が設けられ、正極３６には正極端子５０との間で電子ｅ-を導く正極コレクタ４６が設けられる。負極コレクタ４４および正極コレクタ４６に用いる金属材料は、イオン化傾向の大小関係に基づき決定される。一般的には、負極コレクタ４４は銅で構成され、正極コレクタ４６はアルミニウムで構成される。
【００２８】
セパレータ３８を介して正極３６と負極３４との間でリチウムイオンＬｉ+が授受されることで、電池セルには、正極端子５０から流出し外部回路５２を介して負極端子４８に流入する充電電流、または、負極端子４８から流出し外部回路５２を介して正極端子５０に流入する放電電流が流れる。
【００２９】
電池セルの電気化学的モデルについて図３を参照して説明する。放電時には、負極３４の活物質４０からは電子ｅ-が負極コレクタ４４に放出され、負極３４の活物質４０内のリチウム原子ＬｉはリチウムイオンＬｉ+となる。これと共に負極３４の活物質４０からはリチウムイオンＬｉ+がセパレータ３８中の電解液に放出される。そして、正極３６の活物質４２は、電解液からリチウムイオンＬｉ+を取込むと共に正極コレクタ４６から電子ｅ-を吸収し、正極３６の活物質４２の内部にリチウム原子Ｌｉを取込む。これによって、正極コレクタ４６から流出し外部回路５２を介して負極コレクタ４４に流入する放電電流が流れる。
【００３０】
一方、充電時には、正極３６の活物質４２から電子ｅ-が正極コレクタ４６に放出されると共に、正極３６の活物質４２からリチウムイオンＬｉ+がセパレータ３８中の電解液に放出される。そして、負極３４の活物質４０は、電解液からリチウムイオンＬｉ+を取込むと共に負極コレクタ４４から電子ｅ-を吸収し、負極３４の活物質４０の内部にリチウム原子Ｌｉを取込む。これによって、負極コレクタ４４から流出し外部回路５２を介して正極コレクタ４６に流入する充電電流が流れる。
【００３１】
電気化学的モデルの解析には、充放電時における活物質４０および４２の各表面での電極反応、活物質４０および４２の各内部でのリチウムイオンの径方向への拡散、電解液中のリチウムイオンの拡散、各部位での電位分布等についての電池モデル式を用いる。電池モデル式は、以下の（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式によって表される。これらの式の詳細については非特許文献１に記載されている。
【００３２】
図４に、（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式で用いられる電池モデルパラメータを掲載する。
【００３３】
【数１】
0005492493.tif 000002
【００３４】
（Ｍ１）式〜（Ｍ３）式は電極反応を示す式であり、バトラーボルマーの式と称される。（Ｍ１）式において交換電流密度ｉ0は、活物質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）。また、αaは正極における電極反応の移動係数を示し、αcは負極における電極反応の移動係数を示す。（Ｍ２）式は（Ｍ１）式におけるηを与え、（Ｍ３）式は（Ｍ２）式におけるＵを与える。
【００３５】
【数２】
0005492493.tif 000003
【００３６】
（Ｍ４）式〜（Ｍ６）式は電解液中でのリチウムイオン保存則を示す。（Ｍ５）式は電解液中での実効拡散係数の定義を示し、（Ｍ６）式は反応電流ｊLiが電極の単位体積あたりの活物質表面積ａsと（Ｍ１）式に示された輸送電流密度／ｉnとの積で与えられることを示す。なお、反応電流ｊLiの電極全体での体積積分は、電池セルに流れる電流Ｉに対応する。
【００３７】
【数３】
0005492493.tif 000004
【００３８】
（Ｍ７）式および（Ｍ８）式は、固層中でのリチウムイオン保存則を示す。（Ｍ７）式は球体の活物質中での拡散方程式を示し、（Ｍ８）式は、電極単位体積あたりの活物質表面積ａsを示す。
【００３９】
【数４】
0005492493.tif 000005
【００４０】
（Ｍ９）式〜（Ｍ１１）式は、電解液中での電荷保存則に基づくものである。これらの式より電解液中での電位が示される。
【００４１】
（Ｍ１０）式は実効イオン伝導率κeffを示し、（Ｍ１１）式は電解液中での拡散導電係数κDeffを示す。
【００４２】
【数５】
0005492493.tif 000006
【００４３】
（Ｍ１２）式および（Ｍ１３）式は、活物質での電荷保存則に基づくものである。これらの式より固層中での電位が示される。
【００４４】
【数６】
0005492493.tif 000007
【００４５】
（Ｍ１４）式および（Ｍ１５）式は熱エネルギ保存則に基づくものである。これらの式により、充放電現象による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。
【００４６】
（Ｍ１）〜（Ｍ１５）の電池モデル式は上記非特許文献１に基づくものであるので、各式の詳細な説明については、非特許文献１を援用する。
【００４７】
図４に示した電池モデルパラメータは、（Ｍ１）〜（Ｍ１５）の電池モデル式を連立させることで求めることができる。すなわち、（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式を、活物質、および電解液中の各点において境界条件が満たされるよう差分方程式を逐次解くことにより、図４に示した電池モデルパラメータのうち未知のものを逐次算出することができる。この際、図４に示した電池モデルパラメータのうちいずれを既知量とし、いずれを未知量とするかは、数値解析の理論において可能な限り任意とすることができる。なお、各活物質内でのリチウムイオン濃度は、活物質の半径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。
【００４８】
電池状態量推定部２６は、電池電流測定値Ｉｂ、電池電圧測定値Ｖｂ、電池温度測定値Ｔｂ、および電池モデルパラメータに基づいて現時点における実際の電池の状態量を電池状態量ＢＳとして求める。ここで、電池状態量ＢＳは、電池モデルパラメータのうち、固層中の電位φs、電解液中の電位φe、活物質のリチウムイオン濃度ｃs、電解液のリチウムイオン濃度ｃe、および活物質界面でのリチウムイオン濃度ｃseの組からなる物理化学量である。
【００４９】
電池状態量推定部２６は、（Ｍ１）〜（Ｍ１５）の電池モデル式に基づき電池状態量ＢＳ（φs、φe、ｃs、ｃe、およびｃse）を求め、その電池状態量ＢＳを充電可能電力予測部２８に出力する。
【００５０】
一方、充電許容電圧生成部３０は、一定電圧で充電する場合の充電電圧制限値Ｖｃを決定し充電可能電力予測部２８に出力する。ここで、充電電圧制限値とは、充電可能電力予測部２８の演算用に設定する演算上の値をいう。
【００５１】
図５（ａ）に充電電圧制限値の波形の例を示す。図５（ａ）の横軸は時間を示し縦軸は電圧を示す。図５（ａ）に示す充電電圧制限値は、基準時刻ｔ０に電池電圧測定値Ｖｂから充電電圧制限値Ｖｃに増加する。
【００５２】
充電可能電力予測部２８は、電池状態量ＢＳ、および電池温度測定値Ｔｂを初期値とし、充電電圧制限値Ｖｃで定電圧充電した場合の電池１０に流れる電流Ｉの時間変化を、上記（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式に基づいて予測する。この際、充電電圧制限値、固層中の電位φs、反応電流ｊLi、および固層中電子伝導度σとの間に成立する周知の物理的関係が用いられる。また、電流Ｉは、反応電流ｊLiの電極全体での体積積分に基づいて求められる。充電可能電力予測部２８は、求められた電流Ｉおよび充電電圧制限値に基づいて充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を求める。
【００５３】
図５（ａ）に示される充電電圧制限値に基づいて、充電可能電力予測部２８が求めた充電可能電力特性の例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の横軸は時間を示し縦軸は充電可能電力を示す。このように、一定電圧での充電を考えた場合には、充電可能電力は、充電可能開始直後に最大となり、時間の経過と共に小さくなる。充電可能電力予測部２８は、充電可能電力特性によって与えられる値を充電電力制限値Ｗｉｎとして出力する。
【００５４】
電力制御装置１２は、充電電力制限値Ｗｉｎを超えないよう電池１０を充電する。これによって、電池１０の電池状態量ＢＳおよび電池温度測定値Ｔｂに応じたできる限り大きい電力を以て電池１０を充電することができる。
【００５５】
図２に示す構成では、充電電力制限値Ｗｉｎが、電池１０を充電する回路の許容電力以上の値となる場合がある。そこで、図６に示す第２実施例のように、電力制限値設定部３２を設けてもよい。図２に示す構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
電力制限値設定部３２は、充電可能電力予測部２８から出力された充電可能電力特性データに基づいて充電電力制限値を求める。ここで、電力制限値設定部３２は、充電電力制限値を求めるための所定のＷｉｎ演算用時間ｔｃを予め記憶しているものとする。電力制限値設定部３２は、充電可能電力特性データを参照し、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃが経過したときにおける充電可能電力を充電電力制限値Ｗｉｎとして求める。電力制限値設定部３２は、充電電力制限値Ｗｉｎを電力制御装置１２に出力する。図５（ｂ）の例では、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃが経過したときの縦軸の値が充電電力制限値Ｗｉｎとして求められる。このような処理によって、現時点での実際の電池状態量ＢＳを初期値とし、一定電圧Ｖｃで時間ｔｃの間充電し続けることができる電力の予測値が充電電力制限値Ｗｉｎとして求められる。
【００５７】
電力制限値演算装置２４は、充電電力制限値Ｗｉｎを求める処理を所定の時間ｔｄごとに行い、充電電力制限値Ｗｉｎを時間間隔ｔｄで電力制御装置１２に出力する。電力制御装置１２は、充電電力制限値Ｗｉｎを超えないよう電池１０を充電する。
【００５８】
充電可能電力特性が示す値は充電電圧制限値Ｖｃを大きくする程大きくなり、求められる充電電力制限値Ｗｉｎは大きくなる。さらに、図５（ｂ）に示されるように、充電可能電力特性が示す値はＷｉｎ演算用時間ｔｃを短くする程大きくなり、求められる充電電力制限値Ｗｉｎは大きくなる。電池を所定の充電深度まで充電するのに要する時間は、充電電力が大きい程短くなる。一方、所定値以上の充電容量を維持できる期間等で定義される電池の寿命は、充電電力が大きい程短くなる。したがって、充電電圧制限値ＶｃおよびＷｉｎ演算用時間ｔｃは、電池１０の寿命と充電時間の迅速性とを鑑みて実験等に基づいて決定することが好ましい
【００５９】
図７に第３実施例に係る電力制限値演算装置２４の構成を示す。この実施例では、充電許容電圧生成部５４が、電池状態量ＢＳに基づいて充電電圧制限値Ｖｃを求める。そして求められた充電電圧制限値Ｖｃを充電可能電力予測部２８に出力する。図６に示した第２実施例の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
電池状態量推定部２６は、電池状態量ＢＳに基づいて電池１０の充電深度を求める。そして、電池状態量ＢＳおよび充電深度を充電可能電力予測部２８および充電許容電圧生成部５４に出力する。ここで、充電深度とは、満充電時の充電電荷量に対する現時点で充電されている電荷量の割合を示す量をいう。電気化学的モデルにおいては、充電深度は、負極３４の活物質４０内のリチウムイオン濃度ｃSにより求めることができる。
【００６１】
充電許容電圧生成部５４は、充電深度と充電電圧制限値Ｖｃとを対応付けた充電深度対電圧制限値テーブルを記憶している。充電許容電圧生成部５４は、充電深度対電圧制限値テーブルを参照し、求められた充電深度に対応する充電電圧制限値Ｖｃを求める。
【００６２】
図８に、充電深度対電圧制限値テーブルが示す関係の例をグラフによって示す。図８の横軸は充電深度を示し縦軸は充電電圧制限値Ｖｃを示す。図８の例では、充電深度が所定の閾値ＳＯＣｔ１未満のときは、充電深度の変化に対し充電電圧制限値Ｖｃは一定とする。一方、充電深度が所定の閾値ＳＯＣｔ１以上のときは、充電深度が増加すると共に充電電圧制限値Ｖｃを減少させる。
【００６３】
充電深度ＳＯＣ１、ＳＯＣ２およびＳＯＣ３の間に、ＳＯＣｔ１＜ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２＜ＳＯＣ３の関係があるとき、それぞれに対応する充電電圧制限値Ｖｃ１、Ｖｃ２、およびＶｃ３の関係は、Ｖｃ１＞Ｖｃ２＞Ｖｃ３となる。これによって、充電許容電圧生成部５４が出力する充電電圧制限値の時間波形は、それぞれ、図９（ａ）の時間波形５６−１、５６−２、および５６−３のようになる。そして、図９（ａ）の時間波形５６−１、５６−２、および５６−３に対応して、充電可能電力予測部２８において求められる充電可能電力特性は、それぞれ、図９（ｂ）の特性５８−１、５８−２、および５８−３のようになる。特性５８−１、５８−２、および５８−３からは、共通のＷｉｎ演算用時間ｔｃに対して、それぞれ、充電電力制限値Ｗｉｎ１、Ｗｉｎ２、およびＷｉｎ３が求められる。これらの充電電力制限値には、Ｗｉｎ１＞Ｗｉｎ２＞Ｗｉｎ３の関係がある。
【００６４】
このように、本実施例では、充電許容電圧生成部５４は、充電深度が所定の閾値以上となったときには、充電深度が大きい程その値が小さくなるよう充電電圧制限値Ｖｃを決定する。これによって、充電深度が所定の閾値以上となったときには、充電深度が大きい程充電電力制限値Ｗｉｎを小さくすることができる。
【００６５】
一般に、電池は、充電深度が大きい場合には迅速な充電を要さない場合が多い。したがって、本実施例によれば、充電深度が所定の閾値以上であるときには充電電力を小さくし、電池１０への電気的負担を小さくすることができる。
【００６６】
なお、ここでは、充電深度を用いた処理について説明したが、電池状態量ＢＳから求め得る電池１０の充電状態を示すその他の量を用いても同様の処理を行うことができる。また、図２に示す第１実施例と同様、電力制限値設定部３２を用いない構成としてもよい。
【００６７】
図１０に第４実施例に係る電力制限値演算装置２４の構成を示す。この実施例では、演算用時間調整部６０が電池状態量ＢＳに基づいてＷｉｎ演算用時間ｔｃを求め電力制限値設定部３２に出力する。図６に示した第２実施例の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６８】
電池状態量推定部２６は、電池状態量ＢＳおよび電池１０の充電深度を充電可能電力予測部２８および演算用時間調整部６０に出力する。
【００６９】
演算用時間調整部６０は、充電深度とＷｉｎ演算用時間ｔｃとを対応付けた充電深度対演算用時間テーブルを記憶する。演算用時間調整部６０は、充電深度対演算用時間テーブルを参照し、求められた充電深度に対応するＷｉｎ演算用時間ｔｃを求め、電力制限値設定部３２に出力する。電力制限値設定部３２は、演算用時間調整部６０から出力されたＷｉｎ演算用時間ｔｃに対応した充電電力制限値Ｗｉｎを求める。
【００７０】
図１１に、充電深度対演算用時間テーブルが示す関係の例をグラフによって示す。図１１の横軸は充電深度を示し縦軸はＷｉｎ演算用時間ｔｃを示す。図１１の例では、充電深度が所定の閾値ＳＯＣｔ２未満のときは、充電深度の変化に対しＷｉｎ演算用時間ｔｃは一定とする。一方、充電深度が所定の閾値ＳＯＣｔ２以上のときは、充電深度が増加すると共にＷｉｎ演算用時間ｔｃを長くする。
【００７１】
充電深度ＳＯＣ１、ＳＯＣ２およびＳＯＣ３の間に、ＳＯＣｔ２＜ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２＜ＳＯＣ３の関係があるとき、それぞれに対応するＷｉｎ演算用時間ｔｃ１、ｔｃ２、およびｔｃ３の関係は、ｔｃ１＜ｔｃ２＜ｔｃ３となる。これによって、演算用時間調整部６０が出力するＷｉｎ演算用時間に対応して求められる充電電力制限値は、図１２に示すように、それぞれ、Ｗｉｎ１、Ｗｉｎ２およびＷｉｎ３となる。これらの充電電力制限値には、Ｗｉｎ１＞Ｗｉｎ２＞Ｗｉｎ３の関係がある。
【００７２】
このように、本実施例では、充電深度が所定の閾値以上となったときには、充電深度が大きい程それによって示される時間が長くなるようＷｉｎ演算用時間ｔｃが求められる。これによって、充電深度が所定の閾値以上となったときには、充電深度が大きい程充電電力制限値Ｗｉｎを小さくすることができる。したがって、上記の第３実施例と同様、充電深度が所定の閾値以上であるときには充電電力を小さくし、電池１０への電気的負担を小さくすることができる。なお、ここでは、充電深度を用いた処理について説明したが、電池状態量ＢＳから求め得る電池１０の充電状態を示すその他の量を用いても同様の処理を行うことができる。
【００７３】
図１３に第５実施例に係る電力制限値演算装置２４の構成を示す。この実施例は、第３実施例における充電許容電圧生成部５４と、第４実施例における演算用時間調整部６０とを組み合わせたものである。図７に示した第３実施例の構成部および図１０に示した第４実施例の構成部と同一の構成部については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７４】
本実施例では、充電深度が所定の閾値以上となったときには、充電深度が大きい程その値が小さくなるよう充電電圧制限値Ｖｃを決定する。さらに、本実施例では、充電深度が所定の閾値以上となったときには、充電深度が大きい程それによって示される時間が長くなるよう、Ｗｉｎ演算用時間ｔｃを求める。これによって、充電深度が所定の閾値以上となったときには、充電深度が大きい程充電電力制限値Ｗｉｎを小さくすることができる。充電許容電圧生成部５４および演算用時間調整部６０の組み合わせにより、充電深度が所定の閾値以上であるときに電池１０への電気的負担を小さくするという効果を大きくすることができる。
【００７５】
図１４に本発明の別の実施形態に係る車両用電力制御システムの構成を示す。図１の車両用電力制御システムの構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。電池診断／電力制限値演算装置６２は電池診断モード時に電池１０に流れる電流を変化させ、これに伴う電池１０の出力電圧の変化に基づいて電池１０の電池モデルパラメータ、電池１０の劣化度等を求める。そして、求められた電池モデルパラメータ、劣化度等を用い（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式より充電電力制限値Ｗｉｎを求める。
【００７６】
図１５に第１実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置６２の構成を示す。図２に示す電力制限値演算装置２４と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。この実施例は、電池１０の交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsを測定する電池特性決定部６６を備える。
【００７７】
電池１０の両端には、それぞれモード切り換えスイッチ６４が接続される。モード切り換えスイッチ６４は、通常走行モード時には、電池１０を電力制御装置１２に接続する。一方、電池診断モード時には、電池１０を電池診断／電力制限値演算装置６２に接続する。電池診断モード時に、電池診断／電力制限値演算装置６２は、電池１０に流れる電流の時間波形が、例えば、図１６（ａ）に示す時間波形となるよう、電池１０に流れる電流の制御を行う。図１６（ａ）の横軸は時間を示し縦軸は電池１０に流れる充電電流を示す。図１６（ａ）の電流時間波形は、時刻ｔ１で電池１０の充電電流がある初期値Ｉ１から診断電流値Ｉ２となり、その後時刻ｔ２まで診断電流値Ｉ２を維持した後、初期値Ｉ１に戻る。図１６（ｂ）に、このときの電池電圧測定値Ｖｂｐの時間波形の例を示す。横軸は時間を示し縦軸は電池電圧測定値Ｖｂｐを示す。
【００７８】
電池特性決定部６６は、図１６（ａ）のように電池１０の電流が変化したときにおける電池電圧測定値Ｖｂｐ、電池電流測定値Ｉｂｐ、および電池温度測定値Ｔｂｐの各時間変化に基づいて、図４に掲げる電池モデルパラメータのうち交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsを求める。
【００７９】
電池特性決定部６６は、求められた交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsを、電池状態量推定部２６および充電可能電力予測部２８に出力する。
【００８０】
電池状態量推定部２６は、先に用いていた交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsを、電池特性決定部６６から新たに与えられた交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsに更新し、電池状態量ＢＳを求める。充電可能電力予測部２８は、先に用いていた交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsを、電池特性決定部６６から新たに与えられた交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsに更新し、充電可能電力特性を求める。
【００８１】
本実施例によれば、経時変化等により電池１０の交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsが変化した場合であっても、変化後の交換電流密度ｉ0および拡散係数Ｄsを用いて適切な充電制御を行うことができる。
【００８２】
電池診断モードの処理は、イグニッションオン時等、車両用電力制御システムが動作可能な状態で車両が停止している時に行うことが好適である。
【００８３】
図１７に第２実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置６２の構成を示す。この実施例では、劣化度推定部６８が、電池診断モード時の電池電流測定値Ｉｂｐ、電池電圧測定値Ｖｂｐ、および電池温度測定値Ｔｂｐに基づいて電池１０の劣化度を求め、充電許容電圧生成部３０に出力する。充電許容電圧生成部３０は、劣化度推定部６８によって求められた劣化度に基づいて充電電圧制限値Ｖｃを決定する。図１５に示した第１実施例の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８４】
電池診断／電力制限値演算装置６２は、電池診断モード時に、電池１０に流れる電流の時間波形が、例えば、図１６（ａ）に示す時間波形となるよう、電池１０に流れる電流を制御する。劣化度推定部６８は、図１６（ａ）のように電池１０の電流が変化したときにおける電池電圧測定値Ｖｂｐ、電池電流測定値Ｉｂｐ、および電池温度測定値Ｔｂｐの各時間変化に基づいて電池１０の劣化度を求める。ここで、電池１０の劣化度は、例えば、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）等によって評価することができる。ＳＯＨは、新品時における、電池を満充電状態にした場合に放電可能な電荷量（満充電時放電可能電荷量）に対する、現時点における満充電時放電可能電荷量の比として定義される。ＳＯＨは、電池モデルパラメータの値とＳＯＨとの関係を実験等によって定めたテーブルを参照することで求めることができる。
【００８５】
充電許容電圧生成部３０は、劣化度と充電電圧制限値Ｖｃとを対応付けた劣化度対電圧制限値テーブルを記憶する。充電許容電圧生成部３０は、劣化度対電圧制限値テーブルを参照し、求められた劣化度に対応する充電電圧制限値Ｖｃを求める。
【００８６】
図１８に、劣化度対電圧制限値テーブルが示す関係の例をグラフによって示す。図１８の横軸は劣化度を示し縦軸は充電電圧制限値Ｖｃを示す。図１８の例では、劣化度が所定の閾値Ｈｔ１未満のときは、劣化度の変化に対し充電電圧制限値Ｖｃは一定とする。一方、劣化度が所定の閾値Ｈｔ１以上のときは、劣化度が増加すると共に充電電圧制限値Ｖｃを減少させる。
【００８７】
劣化度Ｈ４、Ｈ５およびＨ６の間に、Ｈｔ１＜Ｈ４＜Ｈ５＜Ｈ６の関係があるとき、それぞれに対応する充電電圧制限値Ｖｃ４、Ｖｃ５、およびＶｃ６の関係は、Ｖｃ４＞Ｖｃ５＞Ｖｃ６となる。これによって、充電許容電圧生成部３０が出力する充電電圧制限値Ｖｃの波形は、それぞれ、図１９（ａ）の時間波形７０−４、７０−５、および７０−６のようになる。そして、図１９（ａ）の時間波形７０−４、７０−５、および７０−６に対応して、充電可能電力予測部２８において求められる充電可能電力特性は、それぞれ、図１９（ｂ）の特性７２−４、７２−５、および７２−６のようになる。特性７２−４、７２−５、および７２−６からは、共通のＷｉｎ演算用時間ｔｃに対して、それぞれ、充電電力制限値Ｗｉｎ４、Ｗｉｎ５、およびＷｉｎ６が求められる。これらの充電電力制限値には、Ｗｉｎ４＞Ｗｉｎ５＞Ｗｉｎ６の関係がある。
【００８８】
このように、本実施例では、劣化度が所定の閾値以上となったときには、劣化度が大きい程その値が小さくなるよう充電電圧制限値Ｖｃを決定する。これによって、劣化度が所定の閾値以上となったときには、劣化度が大きい程充電電力制限値Ｗｉｎを小さくすることができる。
【００８９】
電池は、劣化度が大きくなったときには迅速な充電を行わず、できるだけ寿命を延ばすことが好ましい。本実施例によれば、劣化度が所定の閾値以上であるときには充電電力を小さくし、電池１０の寿命を長くすることができる。
【００９０】
なお、図１５および図１７にそれぞれ示す、第１および第２実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置６２については、図２に示す電力制限値演算装置２４と同様、電力制限値設定部３２を用いない構成としてもよい。
【００９１】
図２０に第３実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置６２の構成を示す。この実施例では、劣化度推定／演算用時間調整部７４が、電池診断モード時の電池電圧測定値Ｖｂｐ、電池電流測定値Ｉｂｐ、および電池温度測定値Ｔｂｐに基づいてＷｉｎ演算用時間ｔｃを求め、電力制限値設定部３２に出力する。図１５に示した第１実施例の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
電池診断／電力制限値演算装置６２は、電池診断モード時に電池１０に流れる電流の時間波形が、例えば、図１６（ａ）に示す時間波形となるよう、電池１０に流れる電流を制御する。劣化度推定／演算用時間調整部７４は、図１６（ａ）のように電池１０の電流が変化したときにおける電池電圧測定値Ｖｂｐ、電池電流測定値Ｉｂｐ、および電池温度測定値Ｔｂｐの各時間変化に基づいて、電池１０の劣化度を求める。
【００９３】
劣化度推定／演算用時間調整部７４は、劣化度とＷｉｎ演算用時間ｔｃとを対応付けた劣化度対演算用時間テーブルを記憶する。劣化度推定／演算用時間調整部７４は、劣化度対演算用時間テーブルを参照し、求められた劣化度に対応するＷｉｎ演算用時間ｔｃを求め、電力制限値設定部３２に出力する。電力制限値設定部３２は、演算用時間調整部６０から出力されたＷｉｎ演算用時間ｔｃに対応した充電電力制限値Ｗｉｎを求める。
【００９４】
図２１に、劣化度対演算用時間テーブルが示す関係の例をグラフによって示す。図２１の横軸は劣化度を示し縦軸はＷｉｎ演算用時間ｔｃを示す。図２１の例では、劣化度が所定の閾値Ｈｔ２未満のときは、劣化度の変化に対しＷｉｎ演算用時間は一定とする。一方、劣化度が所定の閾値Ｈｔ２以上のときは、劣化度が増加すると共にＷｉｎ演算用時間を長くする。
【００９５】
劣化度Ｈ４、Ｈ５およびＨ６の間に、Ｈｔ２＜Ｈ４＜Ｈ５＜Ｈ６の関係があるとき、それぞれに対応するＷｉｎ演算用時間ｔｃ４、ｔｃ５、およびｔｃ６の関係は、ｔｃ４＜ｔｃ５＜ｔｃ６となる。これによって、劣化度推定／演算用時間調整部７４が出力するＷｉｎ演算用時間ｔｃに対応して求められる充電電力制限値は、図２２に示すように、それぞれ、Ｗｉｎ４、Ｗｉｎ５およびＷｉｎ６となる。これらの充電電力制限値には、Ｗｉｎ４＞Ｗｉｎ５＞Ｗｉｎ６の関係がある。
【００９６】
このように、本実施例では、劣化度が所定の閾値以上となったときには、劣化度が大きい程それが示す時間が長くなるようＷｉｎ演算用時間ｔｃが求められる。これによって、劣化度が所定の閾値以上となったときには、劣化度が大きい程充電電力制限値Ｗｉｎを小さくすることができる。これによって、上記の第２実施例と同様、劣化度が所定の閾値以上であるときには充電電力を小さくし、電池１０の寿命を長くすることができる。
【００９７】
図２３に第４実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置６２の構成を示す。この電力制限値演算装置は、第２実施例における劣化度推定部６８と、第３実施例における劣化度推定／演算用時間調整部７４とを組み合わせたものである。図１７に示した第２実施例の構成部および図２０に示した第３実施例の構成部と同一の構成部については同一の符号を付して説明を省略する。
【００９８】
本実施例では、劣化度が所定の閾値以上となったときには、劣化度が大きい程その値が小さくなるよう、充電電圧制限値が決定される。さらに、本実施例では、劣化度が所定の閾値以上となったときには、劣化度が大きい程それが示す時間が長くなるよう、Ｗｉｎ演算用時間ｔｃが求められる。これによって、劣化度が所定の閾値以上となったときには、劣化度が大きい程充電電力制限値Ｗｉｎを小さくすることができる。劣化度推定／電圧制限値設定部６８と劣化度推定／演算用時間調整部７４との組み合わせにより、電池１０の寿命を長くするという効果を大きくすることができる。
【００９９】
第１の実施形態に係る電力制限値演算装置２４の第４実施例、および第２の実施形態に係る電池診断／電力制限値演算装置６２の第２実施例は、組み合わせることが可能である。この組み合わせによる電池診断／電力制限値演算装置６２を図２４に示す。図１０および図１７に示す構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１００】
この電池診断／電力制限値演算装置６２は、充電電圧制限値Ｖｃを劣化度推定部６８および充電許容電圧生成部３０により求め、Ｗｉｎ演算用時間ｔｃの調整を演算用時間調整部６０により行うものである。
【０１０１】
また、第１の実施形態に係る電力制限値演算装置２４の第３実施例、および第２の実施形態に係る電池診断／電力制限値演算装置６２の第３実施例は、組み合わせることが可能である。この組み合わせによる電池診断／電力制限値演算装置６２を図２５に示す。図７および図２０に示す構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０２】
この電池診断／電力制限値演算装置６２は、充電電圧制限値を充電許容電圧生成部５４により求め、Ｗｉｎ演算用時間ｔｃの調整を劣化度推定／演算用時間調整部７４により行うものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  電池、１２  電力制御装置、１４  モータジェネレータ、１６  操作部、１８  電流センサ、２０  電圧センサ、２２  温度センサ、２４  電力制限値演算装置、２６  電池状態量推定部、２８  充電可能電力予測部、３０，５４  充電許容電圧生成部、３２  電力制限値設定部、３４  負極、３６  正極、３８  セパレータ、４０，４２  活物質、４４  負極コレクタ、４６  正極コレクタ、４８  負極端子、５０  正極端子、５２  外部回路、５６−１〜５６−３，７０−４〜７０−６  充電電圧制限値時間波形、５８−１〜５８−３，７２−４〜７２−６  充電可能電力特性、６０  演算用時間調整部、６２  電池診断／電力制限値演算装置、６４  モード切り換えスイッチ、６６  電池特性決定部、６８  劣化度推定部、７４  劣化度推定／演算用時間調整部。
【図１】
0005492493.tif 000008
【図２】
0005492493.tif 000009
【図３】
0005492493.tif 000010
【図４】
0005492493.tif 000011
【図５】
0005492493.tif 000012
【図６】
0005492493.tif 000013
【図７】
0005492493.tif 000014
【図８】
0005492493.tif 000015
【図９】
0005492493.tif 000016
【図１０】
0005492493.tif 000017
【図１１】
0005492493.tif 000018
【図１２】
0005492493.tif 000019
【図１３】
0005492493.tif 000020
【図１４】
0005492493.tif 000021
【図１５】
0005492493.tif 000022
【図１６】
0005492493.tif 000023
【図１７】
0005492493.tif 000024
【図１８】
0005492493.tif 000025
【図１９】
0005492493.tif 000026
【図２０】
0005492493.tif 000027
【図２１】
0005492493.tif 000028
【図２２】
0005492493.tif 000029
【図２３】
0005492493.tif 000030
【図２４】
0005492493.tif 000031
【図２５】
0005492493.tif 000032