(57)【要約】  バッテリの充放電制御装置２０は、検出された時間ｔにおけるバッテリ電流値とバッテリ温度値と推定された充電容量値とを用い、充電時における単位時間当たりの許容入力電流値減少量と単位時間当たりの放置による許容電流量回復量を求め、前回算出した前回算出許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ−１）または初回のみ設定許容入力電流値Ｉｌｉｍ（０）を基に、バッテリ１０への許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）を算出する許容入力電流値算出手段４２と、許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）に基づき求められた入力電流制限目標値が実際のバッテリ電流値より大きくなるようにバッテリ入力電力制限値を算出する入力電力制限値算出手段４４とを有する入力許可電力調整手段４０を備え、バッテリ入力電力制限値を基にバッテリ１０への入力許可電力を調整する。
2010005079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電時に充電履歴に基づき、リチウムイオン二次電池からなるバッテリの負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように前記バッテリへの入力許可電力を調整する入力許可電力調整手段を有するバッテリの充放電制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力許可電力調整手段は、負極に金属リチウムが析出しない最大電流として設定した許容充電電流に基づき前記入力許可電力を決定し、充電継続時間に応じて前記許容充電電流を減少し、放電継続時間に応じて許容充電電流を増加するように、変更するバッテリの充放電制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力許可電力調整手段は、前記許容充電電流を所定量のオフセットさせた入力電流制限目標値に基づいて前記入力許可電力を決定するバッテリの充放電制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のバッテリの充放電制御装置において、
さらに、バッテリ電流を検出するバッテリ電流検出手段と、
バッテリ温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
前記バッテリの充電状態を推定する充放電推定手段と、を有し、
前記入力許可電力調整手段は、
検出された時間ｔにおけるバッテリ電流値とバッテリ温度値と推定された充電容量値とを用い、充電時における単位時間当たりの許容入力電流値減少量または放電時の単位時間当たりの許容入力電流値回復量を求めるとともに、単位時間当たりの放置による許容電流量回復量を求め、前回算出した前回算出許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ−１）または初回のみ設定許容入力電流値Ｉｌｉｍ（０）を基に、バッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）を算出する許容入力電流値算出手段と、
得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）に基づき求められたバッテリ入力電力制限値を算出する入力電力制限値算出手段と、を備え、得られたバッテリ入力電力制限値を基に前記バッテリへの入力許可電力を調整するバッテリの充放電制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力電力制限値算出手段は、前記許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）を所定量だけ小さくした入力電流制限目標値に基づきバッテリ入力電力制限値を算出するバッテリの充放電制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記許容入力電流値算出手段は、さらに、得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味したバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）を算出し、
前記入力電力制限値算出手段は、得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）を基にバッテリ入力電力制限値を算出するバッテリの充放電制御装置。
【請求項７】
請求項４に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力電力制限値算出手段では、得られたバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味して入力電流制限目標値が求められているバッテリの充放電制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力電力制限値算出手段では、得られたバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味して入力電流制限目標値が求められているバッテリの充放電制御装置。
【請求項９】
請求項５に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力電力制限値算出手段では、前記入力電流制限目標値と実際のバッテリ電流値との差分に応じた電力値と、予め設定されたバッテリ入力電力制限規定値ＳＷｉｎ（ｔ）との差分からバッテリ入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出するバッテリの充放電制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のバッテリの充放電制御装置において、
さらに、リチウムイオン二次電池の上限電圧が予め設定された上限電圧を超えないように制御する上限電圧制御手段を備えるバッテリの充放電制御装置。
【請求項１１】
請求項３に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力許可電力調整手段は、前記許容充電電流を流した場合のバッテリの入力電力を算出し、算出された入力電力に基づいて、前記入力許可電力を決定するバッテリの充放電制御装置。
【請求項１２】
請求項５に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力許可電力調整手段は、さらに、前記入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）を充電電流としたときのバッテリ電圧Ｖｔａｇ（ｔ）を求め、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）と電圧Ｖｔａｇ（ｔ）とからベース電力ＳＷｉｎ’（ｔ）を算出し、該ベース電力ＳＷｉｎ’（ｔ）と、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）と実際のバッテリ電流値の差に基づき、バッテリの入力許可電力を決定するバッテリの充放電制御装置。
【請求項１３】
請求項７に記載のバッテリの充放電制御装置において、
バッテリの装着時から累積カウントした使用期間を記憶する使用期間記憶手段を有し、
前記許容入力電流値算出手段は、使用期間記憶手段から得られるバッテリの使用期間に応じて、前記リチウムイオン二次電池劣化状態を変更するバッテリの充放電制御装置。
【請求項１４】
モータとエンジンとを備え、前記モータとエンジンの少なくとも一つの駆動力により走行するハイブリッド自動車であって、
前記モータに電力を供給するとともに回生エネルギーによる蓄電を行うリチウムイオン二次電池からなるバッテリと、
請求項１に記載のバッテリの充放電制御装置と、を備えるハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの充放電制御装置、およびこれを備えたハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両では、バッテリで駆動されるモータに接続された駆動輪を回生制動力で制動する。この際、モータが発電する電力は、バッテリに充電させて回収する。しかし、限度を超えて回生により得られた電力でバッテリを充電すると、バッテリが過充電状態になってしまう。これを防止するために、バッテリ電圧とバッテリ電圧リミットとを比較し、バッテリ電圧がバッテリ電圧リミットを超えないようにバッテリの充電を制御するバッテリ充電制御装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１５３３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、他の二次電池に比べ、初期開路電圧及び平均動作電圧が高い。このことから、大きな電池容量、高い電圧を必要とするハイブリッド自動車用電源システムには好適である。また、リチウムイオン二次電池は、クーロン効率が１００％に近いことから充放電効率が高く、したがって、他の二次電池に比べエネルギーの有効利用が可能であるという利点も有する。【０００５】
しかしながら、リチウムイオン二次電池は、使用態様（例えば、ハイレートで充電、高充電状態（高ＳＯＣ）からの充電、長時間充電継続、低温での充電（抵抗が高い状態での充電））において、リチウムイオン二次電池の負極表面にリチウム（Ｌｉ）金属が析出する虞があり、結果として、リチウムイオン二次電池の過熱或いは性能低下を招く虞がある。【０００６】
従って、負極におけるリチウム金属の析出を抑制することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のバッテリの充放電制御装置、これを備えたハイブリッド自動車は以下の特徴を有する。【０００８】
（１）充放電時に充電履歴に基づき、リチウムイオン二次電池からなるバッテリの負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように前記バッテリへの入力許可電力を調整する入力許可電力調整手段を有する。
（２）前記入力許可電力調整手段は、負極に金属リチウムが析出しない最大電流として設定した許容充電電流に基づき前記入力許可電力を決定し、充電継続時間に応じて前記許容充電電流を減少し、放電継続時間に応じて許容充電電流を増加するように、変更する。
（３）前記入力許可電力調整手段は、前記許容充電電流を所定量のオフセットさせた入力電流制限目標値に基づいて前記入力許可電力を決定する。
（４）さらに、バッテリ電流を検出するバッテリ電流検出手段と、バッテリ温度を検出するバッテリ温度検出手段と、前記バッテリの充電状態を推定する充放電推定手段と、を有し、前記入力許可電力調整手段は、検出された時間ｔにおけるバッテリ電流値とバッテリ温度値と推定された充電容量値とを用い、充電時における単位時間当たりの許容入力電流値減少量または放電時の単位時間当たりの許容入力電流値回復量を求めるとともに、単位時間当たりの放置による許容電流量回復量を求め、前回算出した前回算出許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ−１）または初回のみ設定許容入力電流値Ｉｌｉｍ（０）を基に、バッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）を算出する許容入力電流値算出手段と、得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）に基づき求められたバッテリ入力電力制限値を算出する入力電力制限値算出手段と、を備え、得られたバッテリ入力電力制限値を基に前記バッテリへの入力許可電力を調整する。
（５）前記入力電力制限値算出手段は、前記許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）を所定量だけ小さくした入力電流制限目標値に基づきバッテリ入力電力制限値を算出する。
（６）前記許容入力電流値算出手段は、さらに、得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味したバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）を算出し、前記入力電力制限値算出手段は、得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）を基にバッテリ入力電力制限値を算出する。
（７）前記入力電力制限値算出手段では、得られたバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味して入力電流制限目標値が求められている。
（８）前記入力電力制限値算出手段では、得られたバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味して入力電流制限目標値が求められている。
（９）前記入力電力制限値算出手段では、前記入力電流制限目標値と実際のバッテリ電流値との差分に応じた電力値と、予め設定されたバッテリ入力電力制限規定値ＳＷｉｎ（ｔ）との差分からバッテリ入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出する。
（１０）さらに、リチウムイオン二次電池の上限電圧が予め設定された上限電圧を超えないように制御する上限電圧制御手段を備える。
（１１）前記入力許可電力調整手段は、前記許容充電電流を流した場合のバッテリの入力電力を算出し、算出された入力電力に基づいて、前記入力許可電力を決定する。
（１２）前記入力許可電力調整手段は、さらに、前記入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）を充電電流としたときのバッテリ電圧Ｖｔａｇ（ｔ）を求め、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）と電圧Ｖｔａｇ（ｔ）とからベース電力ＳＷｉｎ’（ｔ）を算出し、該ベース電力ＳＷｉｎ’（ｔ）と、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）と実際のバッテリ電流値の差に基づき、バッテリの入力許可電力を決定する。
（１３）バッテリの装着時から累積カウントした使用期間を記憶する使用期間記憶手段を有し、前記許容入力電流値算出手段は、使用期間記憶手段から得られるバッテリの使用期間に応じて、前記リチウムイオン二次電池劣化状態を変更する。
（１４）モータとエンジンとを備え、前記モータとエンジンの少なくとも一つの駆動力により走行するハイブリッド自動車であって、前記モータに電力を供給するとともに回生エネルギーによる蓄電を行うリチウムイオン二次電池からなるバッテリと、上述したバッテリの充放電制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば充電が長時間継続されたとしても、バッテリの状態に即して入力される電力を調整することができ、リチウムイオン二次電池からなるバッテリへの過充電を抑制し、バッテリの過熱や性能低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における一実施形態であるバッテリの充放電制御装置の構成、ハイブリッド自動車の構成及び携帯端末の充放電構成の概略を示す構成図である。
【図２】リチウムイオン二次電池に充電時間と正極電位及び負極電位の推移を説明する図である。
【図３】リチウムイオン二次電池の構成の一例を示す模式図である。
【図４】許容入力電流値を算出するにあたり二次電池の放置による電流回復量を説明するための図である。
【図５】本発明における入力電力制限値を求める式（ＩＶ）の構成を説明するための図である。
【図６】本発明における一実施形態のバッテリの充放電制御を説明するフローチャートである。
【図７】本発明にてフィードフォワード制御を行い、Ｉｔａｇを用いて入力電力制限値を求める構成を説明するための図である。
【図８】本発明における他の実施形態のバッテリの充放電制御を説明するフローチャートである。
【図９】リチウムイオン二次電池の劣化度合いに対する入力電力制限を説明するための図である。
【図１０】リチウムイオン二次電池の使用期間が０年の場合の放電による電流積算値（ＳＯＣ［Ａｈ］）と起電圧［Ｖ］との関係の一例を示す図である。
【図１１】リチウムイオン二次電池の使用期間が１５年の場合の充放電による電流積算値（ＳＯＣ［Ａｈ］）と起電圧［Ｖ］との関係の一例を示す図である。
【図１２】リチウムイオン二次電池の使用期間に対応する一定電流積算変動に対する起電圧変動量を基に、劣化度パラメータＤを規格化することを説明する図である。
【図１３】リチウムイオン二次電池の充放電中に同期して検出された電流と電圧とをプロットした一例の図である。
【図１４】リチウムイオン二次電池の使用期間に対するリチウムイオン二次電池の内部抵抗算出値を基に、劣化度パラメータＤを規格化することを説明する図である。
【図１５】満充電容量推定値とリチウムイオン二次電池の使用期間とプロットした一例の図である。
【図１６】リチウムイオン二次電池の使用期間に対するリチウムイオン二次電池の満充電容量推定値を基に、劣化度パラメータＤを規格化することを説明する図である。
【図１７】劣化パラメータＤを基に補正係数ηを算出する方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１に、ハイブリッド自動車に用いる本実施の形態におけるバッテリの充放電制御装置の構成の一例を示す。ここで、本明細書におけるバッテリは、リチウムイオン二次電池であり、本明細書の『リチウムイオン二次電池』は、電解質として電解液を用いたリチウムイオン二次電池、及び電解質として高分子ゲルを用いたリチウムポリマー電池を含む意味で用いる。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態におけるバッテリの充放電制御装置２０は、バッテリ１０の状態を監視するバッテリ用電子制御ユニット２２（以下「バッテリＥＣＵ２２」という）と、バッテリ１０の充電状態を推定するＳＯＣ推定手段２４と、モータ５２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット２８（以下「モータＥＣＵ２８」という）と、エンジン５８の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するとともにエンジン５８に対して燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御を行うエンジン用電子制御ユニット２６（以下「エンジンＥＣＵ２６」という）と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット３０（以下「ＨＶＥＣＵ３０」という）と、充放電時に充放電履歴に基づき、リチウムイオン二次電池からなるバッテリの負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように前記バッテリへの入力許可電力を調整する入力許可電力調整手段４０とを有する。
【００１４】
図２に示すように、バッテリ１０として用いるリチウムイオン二次電池は、充電の継続により、正極平均電位が上昇する一方、負極平均電位が下降することで正負極間の電位差（Ｖａｖ）が大きくなる。ここで、負極電位がＬｉ基準電位（０Ｖ）以下となると負極表面にＬｉ金属が析出することが知られている。そのため、従来からリチウムイオン二次電池を充電する際には、正負極間の平均電位の電位差である正負極間の端子電圧を所定電位（例えば、４．１Ｖ）以内に抑制することで負極表面のＬｉ金属の析出を回避している。
【００１５】
しかしながら、発明者らは、電池のセル内部（正負極表面）には反応バラツキがあるため、図２における時間ｔ１以降のように、例え正負極平均電位の電位差（Ｖａｖ）が所定電位（Ｖｌｉｍ）以内であったとしても、負極における局所的な部位の負極電位（負極局所電位と称す）としては、Ｌｉ基準電位（０Ｖ）以下に達し、該当する負極表面にはＬｉ金属が析出する場合があることを発見した。また、同時に発明者らは、このようなＬｉ金属の析出プロセスが、ハイレート（例えば２０Ｃ以上）での充電、高充電状態（高ＳＯＣ）からの充電、長時間の充電継続、低温（電池セルの内部抵抗が高い状態）での充電などにおいて発生しやすいことも発見した。
【００１６】
なお、図３に示すように、セル電位は、リチウムイオン二次電池のセルにおける正極７４と負極７６との電位差であり、負極電位は、負極７６とＬｉ基準電極７８（電位０Ｖ）との電位差であり、また正極電位は、正極７４とＬｉ基準電極７８（電位０Ｖ）との電位差である。また、Ｌｉ基準電位以下にならないように、正極平均電位を引き下げることも考えられるが、かかる場合には、バッテリに対する要求性能を満足できない場合が生じる。
【００１７】
そこで、本実施の形態におけるバッテリの充放電制御装置２０は、局所的にも負極電位が、Ｌｉ基準電位０Ｖに達するのを抑制するため、入力許可電力調整手段４０を有する。
【００１８】
また、本実施の形態におけるバッテリの充放電制御装置２０は、後述するように、入力許可電力調整手段４０によりバッテリに入力可能な電力値を算出するために、さらに図１に示すバッテリ電流を検出する電流センサ１４と、バッテリ１０内に設けられバッテリ温度を検出する温度センサ１２とを有する。
【００１９】
さらに上述した各構成について、以下に詳細に説明する。バッテリＥＣＵ２２には、バッテリ１０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ１０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ１０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサ１４からの充放電電流（以下「バッテリ電流」ともいう）、バッテリ１０に取り付けられた温度センサ１２からの電池温度Ｔｂなどが入力され、記憶される。また、ＳＯＣ推定手段２４では、バッテリＥＣＵ２２に入力された電流センサ１４から実測されるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）を積算して充電状態（ＳＯＣ、残容量）も推定している。なお、積算には、実測されたバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）により補正された推定電流値を用いることが好適であり、バッテリ起電圧など他の情報を利用してより正確なＳＯＣ推定を採用することができる。
【００２０】
ＨＶＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ３２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ３４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ３６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ＨＶＥＣＵ３０には、図示しないイグニッションスイッチからのイグニッション信号や、図示しないアクセルセンサからの信号や、その他センサからの信号を受け、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などの情報が入力される。ここで、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などの情報に基づき、ＨＶＥＣＵ３０においてトルク指令が決定され、ＨＶＥＣＵ３０からモータＥＣＵ２８、エンジンＥＣＵ２６にトルク指令が出力され、このトルク指令に合致するようにモータ５２及びエンジン５８の駆動が制御される。また、ＨＶＥＣＵ３０は、エンジンＥＣＵ２６やモータＥＣＵ２８、バッテリＥＣＵ２２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２６やモータＥＣＵ２８、バッテリＥＣＵ２２と各種制御信号やデータのやりとりを行っている。また、ＲＯＭ３４には、後述する入力許可電力調整手段４０において算出される許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）、Ｉｌｉｍ’（ｔ）及びバッテリ入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出するためのプログラムが格納され、一方、ＲＡＭ３６には、バッテリＥＣＵ２２から出力されたバッテリ電流値及びバッテリ温度値を一時的に記憶するとともに、入力許可電力調整手段４０にて算出された許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）、Ｉｌｉｍ’（ｔ）及びバッテリ入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）も一時的に記憶するとともに、各種演算に必要なデータを記憶する。
【００２１】
また、入力許可電力調整手段４０は、許容入力電流値算出手段４２と入力電力制限値算出手段４４とを備え、例えば１００ｍｓｅｃ毎に得られるバッテリ入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を基にバッテリ１０への入力許可電力を調整している。
【００２２】
許容入力電流値算出手段４２は、バッテリＥＣＵ２２より出力されＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６に一時記憶された時間ｔにおけるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）（以下「ＩＢ［ｔ］」ともいう）とバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）（以下「ＴＢ［ｔ］」ともいう）と、ＳＯＣ推定手段２４において推定された時間ｔにおける充電容量値ＳＯＣ（ｔ）とを用い、ＨＶＥＣＵ３０のＲＯＭ３４に格納されているプログラムに基づき、充電時における単位時間当たりの許容入力電流値減少量Ｆ又はｆ、又は放電時の単位時間当たりの許容入力電流値回復量Ｆ’又はｆ’（後述する式（Ｉ’）のＦと（ＩＩ’）のｆに相当）を求めるとともに、単位時間当たりの放置による許容電流量回復量Ｇ又はｇを求め、これに基づいてバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）を算出する。ここで、許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）は、前回算出した前回算出許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ−１）に基づいて算出するが、初回のみ設定許容入力電流値Ｉｌｉｍ（０）を用いる。この初回のみ設定許容入力電流値Ｉｌｉｍ（０）は、充放電履歴の影響がない状態から充電した場合に、単位時間以内にＬｉ金属が析出しない最大電流値として求められる。
【００２３】
本実施の形態において、充電中の場合、許容入力電流値算出手段４２は、以下に示す式を用いて許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）（以下、「Ｉｌｉｍ［Ｔ］」、「Ｉｌｉｍ［ｔ］」ともいう）を算出する。まず、充放電履歴がない場合は、すなわち初回のみ以下の式（Ｉ）により求められる。すなわち、充放電履歴がない状態における許容入力電流値Ｉｌｉｍ（０）から、充放電継続による減少または回復量Ｆ，Ｆ’、放置による回復量Ｇを減算する。
【数１】
2010005079.tif 000003
【００２４】
式（Ｉ）中において、以下の通りである。
【数２】
2010005079.tif 000004
【００２５】
また、充電中であって、充放電履歴がある場合は、以下の式（ＩＩ）により求められる。
【数３】
2010005079.tif 000005
式中、Ｉｌｉｍ［Ｔ］及びＩｌｉｍ［ｔ］：時間Ｔ，ｔにおける許容入力電流値、ＩＢ［ｔ］：時間ｔにおけるバッテリ電流値、ＴＢ［ｔ］：時間ｔにおけるバッテリ温度値、ＳＯＣ［ｔ］：時刻ｔにおけるバッテリＳＯＣ値、ｆ（）関数：単位時間当たりの充電による許容電流減少項、ｇ（）関数：放置による単位時間当たりの許容電流回復項を示す。
【００２６】
Ｉｌｉｍ［ｔ］＝０の場合、二次電池の負極活物質中のＬｉイオンが飽和状態になることを示すことから、Ｉｌｉｍ［０］−Ｉｌｉｍ［ｔ］は、二次電池の負極活物質中のＬｉイオン量を示す。一方、図４に示すように、時間による許容入力電流値の回復量は、負極活物質中のＬｉイオンが減少することによって得られ、その大きさはＬｉイオンの量に比例する。したがって、単位時間（ｄｔ）前の時間（ｔ−１）におけるＩｌｉｍ［ｔ−１］の関係は、Ｉｌｉｍ［０］とＩｌｉｍ［ｔ−１］との差に比例し、さらに差を無次元化するためにＩｌｉｍ［０］で除すことにより得ることができる。
【００２７】
一方、放電中の場合には、それぞれ上記式（Ｉ）及び（ＩＩ）の式中のＦ（）の関数及びｆ（）の関数における符号がマイナスからプラスに変わり、以下のようになる。
【数４】
2010005079.tif 000006
【数５】
2010005079.tif 000007
式中、Ｆ（）関数及びｆ（）関数：単位時間当たりの放電による許容電流回復項を示す以外は、上述同様であるためここでは説明を省略する。
【００２８】
さらに、本実施の形態において、許容入力電流値算出手段４２では、使用により性能低下することを考慮し、さらにＬｉ金属析出を経時で抑制するために、上述の式より得られたＩｌｉｍ［Ｔ］及びＩｌｉｍ［ｔ］に劣化係数ηを乗じ、二次電池の経時劣化を考慮したＩｌｉｍ’［Ｔ］及びＩｌｉｍ’［ｔ］を求めている。
［数６］
Ｉｌｉｍ’［Ｔ］＝Ｉｌｉｍ［Ｔ］×η又はＩｌｉｍ’［ｔ］＝Ｉｌｉｍ［ｔ］×η・・・(III)
式中、η：劣化係数。
【００２９】
上記劣化係数ηは、一定の値であっても、またＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６に予め格納された二次電池の充放電頻度と劣化係数との関係からなるマップに基づき複数個であってもよい。
【００３０】
また、本実施の形態の入力電力制限値算出手段４４は、フィードバック制御の制御遅れなどによりバッテリ電流ＩＢが、Ｉｌｉｍ’（ｔ）を超えて流れることを防止することを目的とし、バッテリ入力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出する。すなわち、バッテリＥＣＵ２２より出力されＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６に一時記憶された時間ｔにおけるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）と許容入力電流値算出手段４２において算出された許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）に基づき、例えばＩｌｉｍ（ｔ）に対して所定量オフセットさせるようにして入力電流制限目標値Ｉｔａｇを一旦算出する（図５参照）。そして、得られたＩｔａｇに基づいて下式（ＩＶ）によりバッテリ入力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出する。
【００３１】
入力電力制限値算出手段４４は、図５に示すように、式（ＩＶ）で求められる入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）により充電を制御することで、充電電流ＩＢをＩｌｉｍ’（ｔ）以下にして、負極においてＬｉ金属が析出することを抑制するが可能となる。
【００３２】
［数７］
Ｗｉｎ（ｔ）＝ＳＷｉｎ（ｔ）−Ｋｐ×｛ＩＢ（ｔ）−Ｉｔａｇ１（ｔ）｝−Ｋｉ×∫｛ＩＢ（ｔ）−Ｉｔａｇ２（ｔ）｝ｄｔ  ・・・（ＩＶ）
式中、Ｗｉｎ（ｔ）：時刻ｔにおけるバッテリ入力電力制限値（Ｗ）、ＳＷｉｎ（ｔ）：予め設定されたバッテリ入力電力制限規定値（例えば、バッテリ温度から定められたバッテリのベース入力電力制限規定値）、Ｋｐ：ｐ項フィードバックゲイン、Ｋｉ：ｉ項フィードバックゲイン、Ｉｔａｇ１（ｔ）：ｐ項フィードバック制御による電流制限目標値、Ｉｔａｇ２（ｔ）：ｉ項フィードバック制御による電流制限目標値、ＩＢ（ｔ）：時間ｔにおけるバッテリ電流値を示す。なお、ＳＷｉｎ（ｔ）は、例えば、予め設定された、バッテリの温度などと入力電力制限規定値との関係のマップにより求められる。
【００３３】
また、上記Ｉｔａｇ１（ｔ）及びＩｔａｇ２（ｔ）は以下の式（Ｖ）により得られる。
［数８］
Ｉｔａｇ１（ｔ）＝Ｆｐ（Ｉｌｉｍ’（ｔ））、及び、Ｉｔａｇ２（ｔ）＝Ｆｉ（Ｉｌｉｍ’（ｔ））・・・（Ｖ）
【００３４】
式（Ｖ）において、Ｉｔａｇ１（ｔ）及びＩｔａｇ２（ｔ）は、上述のようにＩｌｉｍ’（ｔ）に対し、それぞれ所定量だけオフセットさせた量として求められる。従って、Ｉｔａｇ１，Ｉｔａｇ２と、Ｉｌｉｍ’（ｔ）の関係をＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６にマップとして予め格納しておき、これを参照してＩｔａｇ１，Ｉｔａｇ２を求めるとよい。なお、二次電池の劣化や二次電池の制御を考慮して、マップを作成しておくことにより、さらに局所的な負極電位低下によるＬｉ金属析出を抑制することができる。
【００３５】
また、本実施の形態におけるバッテリの充放電制御装置２０は、バッテリの使用による性能低下を抑制するために、リチウムイオン二次電池の上限電圧が予め設定された上限電圧を超えないように制御する上限電圧制御手段をさらに有してもよい。上限電圧制御手段としては、例えば、ＨＶＥＣＵ３０において、予め設定された上限電圧値と、図示しない電圧センサから出力される実際のバッテリ電圧値とを比較して、充電量を制御する。このように、充電電圧に上限値を設定することで、セルに不当に大きな電圧が印加されることを防止することが可能となる。
【００３６】
次に、上述した本実施の形態におけるバッテリの充放電制御装置２０を有するハイブリッド自動車の構成について、図１を用いて以下に説明する。ここで、本明細書において、「ハイブリッド自動車」とは、発電のための動力を出力するエンジンと走行用のモータの両方を搭載するハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）の意であるが、いわゆる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、燃料電池車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle）も含まれる。
【００３７】
図１に示すように、ハイブリッド自動車（ＨＶ）１００は、上述した温度センサ１２及び電流センサ１４及びバッテリの充放電制御装置２０を有し、さらに、エンジン５８と、エンジン５８の出力軸に接続された３軸式の動力分配統合機構５６と、動力分配統合機構５６に接続され駆動輪６０を駆動するとともに発電可能なモータ５２と、動力分配統合機構５６に接続され発電するためのジェネレータ５４と、モータ５２に電力を供給するとともにジェネレータ５４からの発電電力および回生エネルギーによる蓄電を行う充放電可能なリチウムイオン二次電池からなるバッテリ１０と、バッテリ１０とモータ５２及びジェネレータ５４とを接続するとともに且つモータＥＣＵ２８よりトルク指令を受ける昇圧コンバータ兼インバータ５０とを有する。ここで、モータ５２は、昇圧コンバータ兼インバータ５０を介してバッテリ１０と電力のやりとりを行う。また、モータＥＣＵ２８は、ＨＶＥＣＵ３０と通信しており、ＨＶＥＣＵ３０からの制御信号に応じて昇圧コンバータ兼インバータ５０を制御してモータ５２を駆動制御すると共に必要に応じてモータ５２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ３０に出力する。なお、昇圧コンバータは、インバータ入力電圧を制御するもので、モータ５２の出力トルクなどに応じたインバータ入力電圧を制御する。インバータは、モータ５２への駆動電流を制御するとともに、回生制動の制御も行う。ジェネレータ５４の発電電力は、昇圧コンバータ兼インバータ５０を介しバッテリ１０に供給される。なお、モータ５２、ジェネレータ５４は、別々に設ける必要は必ずしもない。
【００３８】
さらに、ハイブリッド自動車１００の構成について詳細に説明する。エンジン５８は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン５８の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジンＥＣＵ２６により燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２６は、ＨＶＥＣＵ３０と通信しており、ＨＶＥＣＵ３０からの制御信号によりエンジン５８を運転制御すると共に必要に応じてエンジン５８の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ３０に出力する。
【００３９】
次に、本実施の形態におけるバッテリの充放電制御装置２０を有するハイブリッド自動車１００におけるバッテリの充放電制御の動作について、図１と図６を用い、以下に説明する。まず、温度センサ１２にて時間ｔにおけるバッテリ温度が測定され、電流センサ１４にて時間ｔにおけるバッテリ電流が測定される（Ｓ１１０）。バッテリＥＣＵ２２は、温度センサ１２から出力された時間ｔにおけるバッテリ温度値と、電流センサ１４から出力された時間ｔにおけるバッテリ電流値を記憶するとともに、ＳＯＣ推定手段２４に時間ｔにおけるバッテリ温度値及びバッテリ電流値を出力し、さらに、時間ｔにおけるバッテリ温度値及びバッテリ電流値をＨＶＥＣＵ３０に出力する。ＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６は、入力された時間ｔにおけるバッテリ温度値及びバッテリ電流値を一時的に記憶する。ＳＯＣ推定手段２４では、入力された時間ｔにおけるバッテリ温度値及びバッテリ電流値を基に、時間ｔにおける充電容量ＳＯＣ（ｔ）を推定する（Ｓ１１２）。
【００４０】
次いで、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などからＨＶＥＣＵ３０が回生中であると判定した場合（Ｓ１１４）、回生エネルギーにより蓄電を行うため充電が開始され、許容入力電流値算出手段４２において、上述した式（Ｉ）又は式（ＩＩ）を用いて許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）が算出され（Ｓ１１８）、さらに、式（ＩＩＩ）を用いて、二次電池の経時劣化を考慮した許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）が算出される（Ｓ１２０）。
【００４１】
さらに、許容入力電流値算出手段４２により出力された許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）と時刻ｔにおける実際のバッテリ電流値ＩＢとを基に、入力電力制限値算出手段４４において、式（ＩＶ）及び式（Ｖ）を用い、入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出する（Ｓ１２２）。すなわち、充電継続による許容入力電流値ｉｌｉｍ（ｔ）の減少分（Ｆ項による減少分）を更新する。そして、バッテリ１０への入力電力を算出された入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）に制限する（Ｓ１２４）。すなわち、ＨＶＥＣＵ３０は、モータトルク指令を決定し、モータＥＣＵ２８を介して昇圧コンバータ兼インバータ５０を制御するが、この際にバッテリ１０への入力電力がＷｉｎ（ｔ）以下になるように、モータトルク指令（充電するための負のトルク指令）を調整する。
【００４２】
また、回生中ではないが、バッテリ１０のＳＯＣに基づき充電要求が発生した場合にも、上述したＳ１１８からＳ１２４の動作を行う。なお、この場合には、通常ジェネレータ５４からの発電電力がバッテリ１０に供給される。
【００４３】
また、回生中ではなく、走行に際してバッテリ１０が充電中でない場合には、許容入力電流値算出手段４２において、上述した式（Ｉ’）又は式（ＩＩ’）を用いて許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）が算出され（Ｓ１２６）、さらに、式（ＩＩＩ）を用いて、二次電池の経時劣化を考慮した許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）が算出される（Ｓ１２８）。すなわち、放電継続による許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）の回復分（Ｆ項による回復分）または放置による増加分（Ｇ項による回復分）を更新する。
【００４４】
また、許容入力電流値算出手段４２により出力された放電時または放置時の更新をした許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）と時刻ｔにおける実際のバッテリ電流値ＩＢとを基に、入力電力制限値算出手段４４において、式（ＩＶ）及び式（Ｖ）を用い、入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出する（Ｓ１２２）。さらに、算出された入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を基に、バッテリ１０への入力許可電力を制限する（Ｓ１２４）。ここで、放電時または放置時は、バッテリ１０への充電が行われないので、入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）が更新されるだけで、モータの駆動（出力トルク）制御は、入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）と無関係に行われる。
【００４５】
上述のように制御されることにより、バッテリ１０への入力電力は、入力電力制限規定値のベース電力値であるＳＷｉｎ（ｔ）に対し、バッテリ電流ＩＢに応じたフィードバック制御を行ったものになる。そして、このフィードバック制御においては、金属リチウムを析出させないための許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）またはこれに電池劣化を考慮したＩｌｉｍ’（ｔ）に対し所定のオフセット（制御マージン）を付与したＩｔａｇ１（ｔ）またはＩｔａｇ２（ｔ）に応じたものであり、フィードバック制御による制御遅れなどにより、バッテリ電流ＩＢがＩｔａｇ１（ｔ）またはＩｔａｇ２（ｔ）を超えてしまうことを効果的に防止することができる。さらに、Ｉｔａｇ１（ｔ）（またはＩｔａｇ２（ｔ））は、充放電の履歴を考慮している。すなわち、式（Ｉ）、（ＩＩ）、（Ｉ’）（ＩＩ’）、（ＩＩＩ）に示すように、充放電継続時間に基づく許容入力電流の減少、回復や、放置に許容入力電流の回復を考慮している。従って、その時のバッテリ１０の状態に応じた金属リチウム析出防止を図ることができる。
【００４６】
［フィードフォワード制御］
ここで、図７に示すように、上述したフィードバック制御用バッテリ入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を基に、ＨＶＥＣＵ３０が、モータＥＣＵ２８を介して昇圧コンバータ兼インバータ５０制御して、バッテリ１０への入力許可電力を調整しても、バッテリ１０への充放電電流の変動が大きい場合、制御が追いつかず、バッテリへの充放電電流値が許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）またはＩｌｉｍ’（ｔ）以下になる可能性がある（図７の波線で囲んだ個所）。
【００４７】
そこで、図１に示す本実施の形態におけるバッテリの充放電制御装置２０では、入力許可電力調整手段４０に、さらにフィードフォワード制御用バッテリ入力電力制限値算出手段４６が設けられている。このフィードフォワード制御用バッテリ入力電力制限値算出手段４６では、目標となる入力電力制限値であるＳＷｉｎ（ｔ）をフィードフォワード制御に基づくベース電力Ｗｉｎ−ｎｂ（ｔ）に変更する。
【００４８】
すなわち、上述の入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）をバッテリ電流とした場合のバッテリ入力電力である、Ｗｉｎ−ｎｂ（ｔ）を目標入力電力に設定し、そのときのバッテリ電流ＩＢに基づくフィードバック制御を行う。これによって、バッテリ電流ＩＢの絶対値が許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）またはＩｌｉｍ’（ｔ）の絶対値より大きくなることを効果的に防止する。
【００４９】
本実施の形態のバッテリの充放電制御装置２０は、図１に示すように、さらにバッテリ１０の端子間電圧を測定する電圧センサ１６を有する。そこで、フィードフォワード制御用バッテリ入力電力制限値算出手段４６を用いたバッテリの充放電制御装置２０におけるバッテリの充放電制御動作について、以下に図１および図８を用いて説明する。
【００５０】
まず、温度センサ１２にて時間ｔにおけるバッテリ温度が測定され、電流センサ１４にて時間ｔにおけるバッテリ電流ＩＢ（ｔ）が測定される（Ｓ１１０）。バッテリＥＣＵ２２は、温度センサ１２から出力された時間ｔにおけるバッテリ温度値と、電流センサ１４から出力された時間ｔにおけるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）を記憶するとともに、ＳＯＣ推定手段２４に時間ｔにおけるバッテリ温度値及びバッテリ電流値を出力し、さらに、時間ｔにおけるバッテリ温度値及びバッテリ電流値をＨＶＥＣＵ３０に出力する。ＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６は、入力された時間ｔにおけるバッテリ温度値及びバッテリ電流値を一時的に記憶する。ＳＯＣ推定手段２４では、入力された時間ｔにおけるバッテリ温度値及びバッテリ電流値を基に、時間ｔにおける充電容量ＳＯＣ（ｔ）を推定する（Ｓ１１２）。さらに、電圧センサ１６により時間ｔにおけるバッテリ端子間電圧Ｖ（ｔ）が測定され、バッテリＥＣＵ２２は、電圧センサ１６から出力された時間ｔにおけるバッテリ端子間電圧値Ｖ（ｔ）を記憶する。さらに、フィードフォワード制御用バッテリ入力電力制限値算出手段４６では、バッテリＥＣＵ２２に記憶された時間ｔにおけるバッテリ温度値を基に、例えば２００ｍｓｅｃ毎に、時間ｔにおけるバッテリ内部抵抗Ｒ（ｔ）を求め（Ｓ１３０）、バッテリＥＣＵ２２に記憶された時間ｔにおけるバッテリ端子間電圧Ｖ（ｔ）とバッテリ電流ＩＢ（ｔ）とバッテリ内部抵抗Ｒ（ｔ）を基に、以下の式（ＶＩ）に基づいて、開放端電圧Ｖｏ（ｔ）を算出する（Ｓ１３２）。
［数９］
Ｖ（ｔ）＝Ｖｏ（ｔ）−ＩＢ（ｔ）×Ｒ（ｔ）・・・（ＶＩ）
【００５１】
次いで、フィードフォワード制御用バッテリ入力電力制限値算出手段４６において、上記式（Ｖ）を用いて、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）を求める（Ｓ１３４）。ここで、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）は、上記Ｉｔａｇ１（ｔ）及びＩｔａｇ２（ｔ）を含む意味である。次に、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）を最大充電電流としたときの電圧Ｖｔａｇ（ｔ）を以下の式に基づいて求める（Ｓ１３６）。
［数１０］
Ｖｔａｇ（ｔ）＝Ｖｏ（ｔ）−Ｒ（ｔ）×Ｉｔａｇ（ｔ）・・・（ＶＩＩ）
【００５２】
さらに、フィードフォワード制御用バッテリ入力電力制限値算出手段４６において、電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）と電圧Ｖｔａｇ（ｔ）を用い、以下の式を用いて、フィードフォワード制御用ベース電力Ｗｉｎ−ｎｂ（ｔ）を求める（Ｓ１３８）。なお、「フィードフォワード制御」を明細書および図面において『Ｆ／Ｆ制御』と略して記載する。
［数１１］
Ｗｉｎ−ｎｂ（ｔ）＝Ｖｔａｇ（ｔ）×Ｉｔａｇ（ｔ）・・・（ＶＩＩＩ）
【００５３】
次に、上述したフィードバック制御において用いた式（ＩＶ）におけるベース電力ＳＷｉｎ（ｔ）を、上記式（ＶＩＩＩ）により求められたフィードフォワード制御用ベース電力Ｗｉｎ_ｎｂ（ｔ）（以下「Ｗｉｎ_ｎｂ（ｔ）」を『ＳＷｉｎ’（ｔ）』ともいう）に置き換えた以下の式を用いて、フィードフォワード項を反映した入力電力制限値Ｗｉｎ’（ｔ）を求める（Ｓ１４０）。
［数１２］
Ｗｉｎ’（ｔ）＝Ｗｉｎ−ｎｂ−Ｋｐ×｛ＩＢ（ｔ）−Ｉｔａｇ１（ｔ）｝−Ｋｉ×∫｛ＩＢ（ｔ）−Ｉｔａｇ２（ｔ）｝ｄｔ  ・・・（ＩＸ）
式中、Ｗｉｎ’（ｔ）：時刻ｔにおけるフィードフォワード制御によるバッテリ入力電力制限値（Ｗ）、Ｗｉｎ−ｎｂ（ｔ）：時間ｔにおけるベース電力値、Ｋｐ：ｐ項フィードバックゲイン、Ｋｉ：ｉ項フィードバックゲイン、Ｉｔａｇ１（ｔ）：ｐ項フィードバック制御による電流制限目標値、Ｉｔａｇ２（ｔ）：ｉ項フィードバック制御による電流制限目標値、ＩＢ（ｔ）：時間ｔにおけるバッテリ電流値を示す。
【００５４】
さらに、算出されたフィードフォワード項の入力電力制限値Ｗｉｎ’（ｔ）を基に、ＨＶＥＣＵ３０は、モータトルク指令を決定し、モータＥＣＵ２８を介して昇圧コンバータ兼インバータ５０を制御する（Ｓ１４２）が、この際にバッテリ１０への入力電力がＷｉｎ’（ｔ）以下になるように、モータトルク指令（充電するための負のトルク指令）を調整する。
【００５５】
温度などから算出されるバッテリ入力電力制限規定値であるベース電圧ＳＷｉｎ（ｔ）を目標値とするバッテリの入力電力制限では、充電電流（バッテリ電流ＩＢ）の変動が大きい場合には、充電電流が許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）またはＩｌｉｍ’（ｔ）を超え、Ｌｉ析出等の問題が生じる。しかし、本実施の形態によれば、充電電流が、Ｌｉ析出等を回避し得る許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）またはＩｌｉｍ’（ｔ）を所定量オフセットした入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）から算出したフィードフォワード制御用ベース電力Ｗｉｎ−ｎｂ（ｔ）を目標値として、バッテリ入力電力制限値Ｗｉｎ’（ｔ）をバッテリ電流ＩＢと電流制限目標値の差に応じてフィードバック制御している（換言すれば「バッテリ入力電力を制限」）。ここで、フィードバック制御において充電電流の超過を抑制することを考えた場合、フィードバックゲインを十分大きくすること等が考えられる。しかし、フィードバックゲインをあまり大きくすると、制御安定性が阻害され、また車両としてのドライバリティを損なうおそれもある。また、フィードバックゲインを大きくしても、充電電流の変動が大きい場合には充電電流が入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）を超える場合も想定される。そこで、上記フィードバック制御に加えまたは先行して、想定される充電電流の最大電流である入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）と、その最大電流で充電したときの電圧Ｖｔａｇ（ｔ）とに基づいて算出したフィードフォワード制御用ベース電力Ｗｉｎ−ｎｂ（ｔ）を温度から算出されるバッテリ入力電力制限規定値ＳＷｉｎ（ｔ）と置き換え、制御の目標値をバッテリ入力電力制限値ＳＷｉｎ’（ｔ）に絞って制御している。したがって、上記入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）は、バッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）またはＩｌｉｍ’（ｔ）より大きい（絶対値としては小さい）電流値であり、これに基づき求められたベース電力ＳＷｉｎ’（ｔ）を目標値としてバッテリへ充電することで、バッテリの負極におけるリチウム金属が析出することをより効果的に防止することができる。
【００５６】
［劣化係数η］
上述したように、図１に示す許容入力電流値算出手段４２において、使用によるバッテリ１０の性能低下を考慮して、上記式（ＩＩＩ）では、式（Ｉ），（ＩＩ），（Ｉ’），（ＩＩ’）により得られたＩｌｉｍ［Ｔ］及びＩｌｉｍ［ｔ］に劣化係数ηを乗じ、二次電池の経時劣化を考慮したＩｌｉｍ’［Ｔ］及びＩｌｉｍ’［ｔ］を求めている。ここで、リチウムイオン二次電池などのバッテリは経年使用に伴い、劣化度合いが変化する。そこで、リチウムイオン二次電池の入出力を最大限活用しつつ、図９に示すように、劣化度合いに応じて、リチウム金属の析出を抑制するために、上述したＷｉｎ制御量を変更することが好適である。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、以下に示す電池劣化度算出方法に基づき、劣化パラメータＤを求め、この劣化パラメータＤに応じて、予めＨＶＥＣＵ３０のＲＯＭ３４に格納されたマップを用い劣化係数ηを求め、求められた劣化係数ηを用い、二次電池の経時劣化を考慮したＩｌｉｍ’［Ｔ］及びＩｌｉｍ’［ｔ］を求めて、バッテリの経年劣化を考慮する。すなわち、新品の劣化度が小さなバッテリの場合には、充電が継続した場合におけるバッテリ入力電力制限値Ｗｉｎの上昇度合いは図９の左図の程度でよいが、劣化度が大きなバッテリの場合には、図９の右図に示すように、バッテリ入力電力制限値Ｗｉｎを０に近い値に設定し、充電電流をより小さく制限することが望まれる。なお、以下に示す電池劣化度算出方法では、ＨＶＥＣＵ３０のタイマー３８によりバッテリ１０の装着時から使用期間が累積カウントされている。なお、部品交換等を考慮し、タイマー情報の共有化の観点から、例えば、バッテリＥＣＵ２２やエンジンＥＣＵ２６に設けられているタイマーにおいて、バッテリ１０の装着時からの使用期間が累積カウントされていてもよく、複数箇所でカウントすることも好適である。
【００５８】
＜電池劣化度算出方法＞
以下に、電池劣化度算出方法の３つの例を図１および図１０から図１７を用いて説明する。
【００５９】
（ｉ）起電圧からの電池劣化度算出方法：
図１０には、電池新品時、すなわち使用期間が０年の場合の放電による電流積算値（ＳＯＣ［Ａｈ］）と起電圧［Ｖ］との関係の一例が示され、また、図１１には、電池の使用期間が１５年の場合の充放電による電流積算値（ＳＯＣ［Ａｈ］）と起電圧［Ｖ］との関係の一例が示されている。本実施の形態では、上記起電力として、無負荷時の電池電圧、または有負荷時の電池電圧から内部抵抗および分極による電圧変動分を差し引いた電圧値を使用する。また、上記起電圧は、バッテリＥＣＵ２２にて求め、一方、充放電による電流積算値は、ＳＯＣ推定手段２４にて求める。
【００６０】
図１０、図１１に示すように、電池劣化にしたがい、充放電による電流積算値（ＳＯＣ［Ａｈ］）の同一電流積算変動ΔＡＨＲに対する起電圧変動ΔＯＣＶと起電圧変動ΔＯＣＶ’は異なる（電池劣化によりＳＯＣ変動に対する起電圧変動が大きくなる）。そこで、ＨＶＥＣＵ３０のタイマー３８から出力されるバッテリの使用期間と、バッテリＥＣＵ２２で求められた起電圧と、ＳＯＣ推定手段２４に求められた充放電による電流積算値とを用い、電池劣化度を算出する。すなわち、許容入力電流値算出手段４２では、図１２に示すように、使用期間が所定の年数（例えば１０年）を超えた場合に、順次電池劣化度が上昇するように設定する。図１２の例では、使用期間が０年における一定電流積算量（一定ＳＯＣ変動量）に対する起電圧変動量であるΔＯＣＶ／ΔＡＨＲと、使用年数１５年における起電圧変動量／一定電流積算量であるΔＯＣＶ’／ΔＡＨＲとから、使用期間が０年の劣化度パラメータＤ０と使用期間が１５年の劣化度パラメータＤ１５とを規格化し、電池劣化度Ｄを算出する。
【００６１】
（ｉｉ）内部抵抗からの電池劣化度算出方法：
許容入力電流値算出手段４２では、電流センサ１４と電圧センサ１６により充放電中に同期して検出された電流と電圧とを図１３に示すようにプロットし、最小自乗法で求めた直線の傾きからバッテリの内部抵抗Ｒを算出する。
【００６２】
電池の通常摩耗劣化では、電池内部抵抗の上昇と電池容量低下には相関関係があり、したがって、式：電池容量劣化ΔＣａｐ＝Ｆ（内部抵抗の上昇度ΔＲ）の関係が成り立つ。そこで、ＨＶＥＣＵ３０のタイマー３８から出力されるバッテリの使用期間と、求められたバッテリの内部抵抗算出値とを用い、電池劣化度を算出する。すなわち、この例において、許容入力電流値算出手段４２では、図１４に示すように、使用期間が所定の年数（例えば１０年）を超えた場合に、順次電池劣化度が上昇するように設定する。図１４の例では、使用期間が０年における内部抵抗Ｒ０と、使用年数１５年における内部抵抗Ｒ１５とから、使用期間が０年の劣化度パラメータＤ０と使用期間が１５年の劣化度パラメータＤ１５とを規格化し、電池劣化度Ｄを算出する。
【００６３】
（ｉｉｉ）満充電容量からの電池劣化度算出方法：
電池の劣化と電池の容量低下には相関関係があるから、許容入力電流値算出手段４２では、ＳＯＣ推定手段２４において推定された満充電容量推定値［Ａｈ］と、ＨＶＥＣＵ３０のタイマー３８から出力されるバッテリの使用期間とを、図１５に示すようにプロットしたマップを作成し、容量劣化度を推定する。すなわち、この例において、許容入力電流値算出手段４２では、図１６に示すように、使用期間が所定の年数（例えば１０年）を超えた場合に、順次電池劣化度が上昇するように設定する。図１６の例では、使用期間が０年における満充電容量推定値Ｃ０と、使用年数１５年における満充電容量推定値Ｃ１５とから、使用期間が０年の劣化度パラメータＤ０と使用期間が１５年の劣化度パラメータＤ１５とを規格化し、電池劣化度Ｄを算出する。
【００６４】
そして、許容入力電流値算出手段４２において、上述の（ｉ）から（ｉｉｉ）に記載の電池劣化度算出方法の少なくとも１つの方法から得られた劣化パラメータＤを用いて、図１７に示すように、補正係数ηを算出する。本実施の形態では、図１７に示すように、例えば、使用年数０年から１０年までの劣化パラメータＤ０からＤ１０に同一の値を用いる。これは、バッテリが例えば１０年は一定の機能を維持できることを前提として使用されるためであり、１０年までは同一の劣化度を用いることで安定した制御を行う。この例では、一定の補正係数η＝０．７を用いる。１０年以降（例えば図１７に示すように１０年から２５年まで）はバッテリの劣化度合いに応じて、補正係数ηを例えば０．７から０．５に適宜変化させ、さらに２５年以降は、バッテリの充放電制御の破綻を防止するために、図１７に示すように、バッテリの劣化が進んでも、補正係数ηを例えば０．５のままで下限ガードする。但し、かかる場合、バッテリとしてのリチウムイオン二次電池の交換を促すメッセージを別途表示するなど、２５年を超えるリチウムイオン二次電池の使用を防止する手段を講じるとよい。なお、図１７の方法は一例であり、これに限るものではなく、劣化パラメータＤに応じて随時補正係数ηを算出させてもよい。なお、劣化パラメータＤとしては、Ｄ０〜Ｄ１０を１．０としておき、Ｄ１０を超えた場合には、Ｄ＝１．０−（（２／７）／１５）×（使用年数−１０年）とし、補正係数ηにその時点でのＤを乗算して算出するとよい。これによってＤ２５＝１−（２／７）となり、使用年数２５年の劣化パラメータＤを乗算した補正係数ηは、η＝０．７−０．２＝０．５となる。なお、実際には、使用年数に応じた劣化パラメータＤをマップとして記憶しておくのがよい。さらに、Ｄを乗算した補正係数ηを記憶しておいてもよい。
【００６５】
上記充放電制御により、バッテリとして用いるリチウムイオン二次電池の使用による性能低下を抑制して、安定してバッテリから出力を得ることができる。上述の実施の形態においては、車両におけるバッテリの充放電制御について述べたが、他の用途のリチウムイオン二次電池にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、リチウムイオン二次電池をバッテリとして用いる分野に利用可能であるが、例えば車両の製造などに利用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  バッテリ、１２  温度センサ、１４  電流センサ、１６  電圧センサ、２０  バッテリの充放電制御装置、２２  バッテリ用電子制御ユニット、２４  ＳＯＣ推定手段、２６  エンジン用電子制御ユニット、２８  モータ用電子制御ユニット、３０  ハイブリッド用電子制御ユニット、４０  入力許可電力調整手段、４２  許容入力電流値算出手段、４４  入力電力制限値算出手段、４６  フィードフォワード制御用バッテリ入力電力制限値算出手段、５０  昇圧コンバータ兼インバータ、５２  モータ、５４  ジェネレータ、５６  動力分配統合機構、５８  エンジン、６０  駆動輪、１００  ハイブリッド自動車。
【図１】
2010005079.tif 000008
【図２】
2010005079.tif 000009
【図３】
2010005079.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月30日(2010.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電時に充電履歴に基づき、リチウムイオン二次電池からなるバッテリの負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように前記バッテリへの入力許可電力を調整する入力許可電力調整手段を有し、
前記入力許可電力調整手段は、負極に金属リチウムが析出しない最大電流として設定した許容充電電流に基づき前記入力許可電力を決定し、充電継続時間に応じて前記許容充電電流を減少し、放電継続時間に応じて許容充電電流を増加するように、変更するバッテリの充放電制御装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
請求項１に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力許可電力調整手段は、前記許容充電電流を所定量のオフセットさせた入力電流制限目標値に基づいて前記入力許可電力を決定するバッテリの充放電制御装置。
【請求項４】
充放電時に充電履歴に基づき、リチウムイオン二次電池からなるバッテリの負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように前記バッテリへの入力許可電力を調整する入力許可電力調整手段と、
バッテリ電流を検出するバッテリ電流検出手段と、
バッテリ温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
前記バッテリの充電状態を推定する充放電推定手段と、を有し、
前記入力許可電力調整手段は、
検出された時間ｔにおけるバッテリ電流値とバッテリ温度値と推定された充電容量値とを用い、充電時における単位時間当たりの許容入力電流値減少量または放電時の単位時間当たりの許容入力電流値回復量を求めるとともに、単位時間当たりの放置による許容電流量回復量を求め、前回算出した前回算出許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ−１）または初回のみ設定許容入力電流値Ｉｌｉｍ（０）を基に、バッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）を算出する許容入力電流値算出手段と、
得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）に基づき求められたバッテリ入力電力制限値を算出する入力電力制限値算出手段と、を備え、得られたバッテリ入力電力制限値を基に前記バッテリへの入力許可電力を調整するバッテリの充放電制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力電力制限値算出手段は、前記許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）を所定量だけ小さくした入力電流制限目標値に基づきバッテリ入力電力制限値を算出するバッテリの充放電制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記許容入力電流値算出手段は、さらに、得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味したバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）を算出し、
前記入力電力制限値算出手段は、得られた許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）を基にバッテリ入力電力制限値を算出するバッテリの充放電制御装置。
【請求項７】
請求項４に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力電力制限値算出手段では、得られたバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味して入力電流制限目標値が求められているバッテリの充放電制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力電力制限値算出手段では、得られたバッテリへの許容入力電流値Ｉｌｉｍ’（ｔ）にリチウムイオン二次電池劣化状態を加味して入力電流制限目標値が求められているバッテリの充放電制御装置。
【請求項９】
請求項５に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力電力制限値算出手段では、前記入力電流制限目標値と実際のバッテリ電流値との差分に応じた電力値と、予め設定されたバッテリ入力電力制限規定値ＳＷｉｎ（ｔ）との差分からバッテリ入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を算出するバッテリの充放電制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のバッテリの充放電制御装置において、
さらに、リチウムイオン二次電池の上限電圧が予め設定された上限電圧を超えないように制御する上限電圧制御手段を備えるバッテリの充放電制御装置。
【請求項１１】
請求項３に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力許可電力調整手段は、前記許容充電電流を流した場合のバッテリの入力電力を算出し、算出された入力電力に基づいて、前記入力許可電力を決定するバッテリの充放電制御装置。
【請求項１２】
請求項５に記載のバッテリの充放電制御装置において、
前記入力許可電力調整手段は、さらに、前記入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）を充電電流としたときのバッテリ電圧Ｖｔａｇ（ｔ）を求め、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）と電圧Ｖｔａｇ（ｔ）とからベース電力ＳＷｉｎ’（ｔ）を算出し、該ベース電力ＳＷｉｎ’（ｔ）と、入力電流制限目標値Ｉｔａｇ（ｔ）と実際のバッテリ電流値の差に基づき、バッテリの入力許可電力を決定するバッテリの充放電制御装置。
【請求項１３】
請求項７に記載のバッテリの充放電制御装置において、
バッテリの装着時から累積カウントした使用期間を記憶する使用期間記憶手段を有し、
前記許容入力電流値算出手段は、使用期間記憶手段から得られるバッテリの使用期間に応じて、前記リチウムイオン二次電池劣化状態を変更するバッテリの充放電制御装置。
【請求項１４】
モータとエンジンとを備え、前記モータとエンジンの少なくとも一つの駆動力により走行するハイブリッド自動車であって、
前記モータに電力を供給するとともに回生エネルギーによる蓄電を行うリチウムイオン二次電池からなるバッテリと、
請求項１に記載のバッテリの充放電制御装置と、を備えるハイブリッド自動車。
【請求項１５】
モータとエンジンとを備え、前記モータとエンジンの少なくとも一つの駆動力により走行するハイブリッド自動車であって、
前記モータに電力を供給するとともに回生エネルギーによる蓄電を行うリチウムイオン二次電池からなるバッテリと、
請求項４に記載のバッテリの充放電制御装置と、を備えるハイブリッド自動車。
【国際調査報告】
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