(57)【要約】【課題】劣化の度合いを考慮することにより二次電池の劣化状態を高精度に推定することが可能な二次電池の劣化状態推定装置を提供する。【解決手段】第１走行モード３１と、第２走行モード３２と、を有する電動車両に搭載される二次電池１２の劣化状態を推定するＥＣＵ１１は、二次電池１２の劣化状態を推定する推定部２２と、第１走行モード３１と、第２走行モード３２との比率に応じて、推定部２２により推定されるＳＯＨを補正する補正部２３と、備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電率が所定値未満の状態で走行する第１走行モードと、前記二次電池の充電率が前記所定値以上の状態で走行する第２走行モードと、を有する車両に搭載される二次電池の劣化状態を推定する劣化状態推定装置であって、
前記二次電池の劣化状態を推定する推定手段と、
所定期間における前記第１走行モードと前記第２走行モードとの比率に応じて、前記推定手段により推定される前記劣化状態の推定値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする二次電池の劣化状態推定装置。
【請求項２】
前記比率は、前記第１走行モード時の前記充電率の頻度と、前記第２走行モード時の前記充電率の頻度との比率である、
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
【請求項３】
前記二次電池内の電池セルの厚さを取得する厚さ取得手段を備え、
前記比率は、前記二次電池内の電池セルの厚さの変化である、
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記推定値の補正を補正係数により補正し、
前記補正係数は、前記第１走行モードの比率が高いほど小さくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記第１走行モードの比率が所定比率以上のとき１を超える、
ことを特徴とする請求項４に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
【請求項６】
前記二次電池の温度を取得する温度取得手段を備え、
前記補正係数は、所定期間の平均温度毎に設定されており、
前記補正手段は、前記所定期間が経過したときに当該所定期間の平均温度に対して設定された補正係数を用いて前記推定値の補正を行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
【請求項７】
前記補正係数は、前記所定期間の平均温度に加え、前記所定期間の積算電流値、及び前記二次電池の使用が開始されてからの経過時間それぞれについて設定されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
【請求項８】
前記第１走行モードは内燃機関を作動させて走行するモードであり、前記第２走行モードは前記内燃機関を停止させて電動機を用いて走行するモードである、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の劣化状態推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定時間内の二次電池の電圧値及び電流値に基づいて内部抵抗値を算出する内部抵抗算出部を備え、制御部は所定時間内の二次電池の変化が所定条件を満たす場合に、内部抵抗算出部によって算出された内部抵抗値から二次電池の劣化状態を推定する技術が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１２５９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池、例えば、リチウムイオン電池を使用し続けると、その性能は劣化していくが、その使用方法により劣化の度合いが異なってくる。例えば、満充電に近い状態でリチウムイオン電池の使用を継続した場合と、あまり充電がされていない状態でリチウムイオン電池の使用を継続した場合とでは劣化の度合いが異なる。具体的には、あまり充電がされていない状態で使用を継続する方が満充電に近い状態で使用を継続した場合より劣化し難い傾向にある。言い換えれば、リチウムイオン電池を満充電に近い状態で使用を継続すると、劣化し易い傾向にある。
【０００５】
一方、リチウムイオン電池の容量の推定は、経過時間、積算電流量、温度等に基づいて、算出される。例えば、上記特許文献１に記載の技術では、内部抵抗値から二次電池の劣化状態を推定している。これらの推定は、二次電池を使用するときの劣化の度合いの差異が考慮されていないため、リチウムイオン電池の使用方法によっては実際の容量値と、推定値とが乖離する場合も生じ得る。例えば、リチウムイオン電池の充電率があまり充電されていない状態で使用を継続した場合は、満充電に近い状態で使用を継続した場合より劣化の度合いが小さいため、実際の容量値より推定値が小さくなる場合がある。ここでリチウムイオン電池が車両に搭載された場合を例に挙げて説明する。当該車両においてはリチウムイオン電池の容量に基づいて各種制御が実行されるが、このときのリチウムイオン電池の容量としては推定値が使用される。このため、あまり充電されていない状態での走行が多用されている場合には、既述のように、リチウムイオン電池の劣化が小さいため実際の容量値より推定値が小さくなってしまうので、例えば残りの走行距離が短く算出されてしまう等の事態が生じ、実際の残りの走行距離よりも短い走行距離がドライバに提示されてしまう。このように実際の容量値より低くなる推定値で車両の性能が判断されてしまうため、実際の車両の性能を１００％発揮できなくなる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、劣化の度合いを考慮することにより二次電池の劣化状態を高精度に推定することが可能な二次電池の劣化状態推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、二次電池の充電率が所定値未満の状態で走行する第１走行モードと、前記二次電池の充電率が前記所定値以上の状態で走行する第２走行モードと、を有する車両に搭載される二次電池の劣化状態を推定する劣化状態推定装置であって、前記二次電池の劣化状態を推定する推定手段と、所定期間における前記第１走行モードと前記第２走行モードとの比率に応じて、前記推定手段により推定される前記劣化状態の推定値を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このように推定した二次電池の劣化状態を所定期間における第１走行モードと第２走行モードとの比率に応じて補正することができるため、二次電池の劣化状態推定装置は、劣化の度合いを考慮したうえで二次電池の劣化状態を高精度に推定することが可能になる。
【０００９】
また、前記比率は、前記第１走行モード時の前記充電率の頻度と、前記第２走行モード時の前記充電率の頻度との比率であるようにしてもよい。このように構成すると、二次電池の充電率を利用して推定した劣化状態を補正することが可能になる。
【００１０】
また、前記二次電池の劣化状態推定装置は、前記二次電池内の電池セルの厚さを取得する厚さ取得手段を備え、前記比率は、前記二次電池内の電池セルの厚さの変化としてもよい。このように構成すると、二次電池の電池セルの厚さを利用して推定した劣化状態を補正することが可能になる。
【００１１】
さらに、前記補正手段は、前記推定値の補正を補正係数により補正し、前記補正係数は、前記第１走行モードの比率が高いほど小さくするようにしてもよい。  
【００１２】
また、前記補正係数は、前記第１走行モードの比率が所定比率以上のとき１を超えるようにしてもよい。このように構成すると、二次電池の劣化状態推定装置は、劣化状態を推定する種々の推定方法や二次電池が搭載される車両の幅広い走行のさせ方に対応させた補正をすることが可能になる。
【００１３】
二次電池の劣化状態推定装置は、前記二次電池の温度を取得する温度取得手段を備え、前記補正係数は、所定期間の平均温度毎に設定されており、前記補正手段は、前記所定期間が経過したときに当該所定期間の平均温度に対して設定された補正係数を用いて前記推定値の補正を行うようにしてもよい。これにより、劣化状態推定装置は、二次電池の温度を考慮して推定値の補正を行うことが可能になる。
【００１４】
また、前記補正係数は、前記所定期間の平均温度に加え、前記所定期間の積算電流値、及び前記二次電池の使用が開始されてからの経過時間それぞれについても設定されるようにしてもよい。このように構成すると、補正係数をより細かく設定することができるため、二次電池の劣化状態推定装置は、より正確に推定値を補正することができ、二次電池の実際の劣化度を更に高精度に推定することが可能になる。
【００１５】
また、第１走行モードは内燃機関を作動させて走行するモードであり、第２走行モードは内燃機関を停止させて電動機を用いて走行するモードである。これによれば、第２走行モードでの走行の比率が相対的に大きくなることで二次電池の劣化の度合いが顕著に大きくなるため、上述した作用効果を発揮し易くなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、劣化の度合いを考慮することにより二次電池の劣化状態を高精度に推定することが可能な二次電池の劣化状態推定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る車両の概略的な構成の一例を示す図。
【図２】同実施形態に係る補正係数テーブルの一例を示す図。
【図３】同実施形態に係る第１走行モードと、第２走行モードとで第１走行モードの比率が高い場合の一例を示す図。
【図４】同実施形態に係る第１走行モードと、第２走行モードとで第２走行モードの比率が高い場合の一例を示す図。
【図５】同実施形態に係る第１／第２走行比率を算出する処理の一例を説明するための図。
【図６】同実施形態に係る第１／第２走行比率を算出する処理の一例を説明するための図。
【図７】同実施形態に係る劣化状態管理処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。  
【００１９】
図１は、車両１の概略的な構成の一例を示す図である。  
【００２０】
図１に示すように、車両１は、電池部２と、第１走行モード３１と、第２走行モード３２とを有している。車両１は、ハイブリッド車両であり、ハイブリッド車両としての機能を実現するためのエンジン等の他の構成も有しているが、これら他の構成については図示及び説明を省略する。
【００２１】
電池部２は、劣化状態推定装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１、二次電池１２、電流センサ１３、セル厚みセンサ１４、温度センサ１５、及び電圧センサ16（コメント：電圧管理は安全上、またSOC推定で必須のため）を有している。また、ＥＣＵは１１、時計部２１、推定部２２、補正部２３、及びテーブル２４を有している。
【００２２】
ＥＣＵ１１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ等を備えた電子制御装置であり、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより、電池部２の管理を行う。例えば、ＥＣＵ１１は、電池部２の管理として、二次電池１２の劣化状態を管理する処理を実行する。この処理については図７を参照して後述する。また、この処理の処理結果は、車両１を総合的に制御する車両ＥＣＵ（図示省略）に出力される。
【００２３】
計時部２１は、現在時刻を管理する。ＥＣＵ１１は、計時部２１が管理する現在時刻を利用して、二次電池１２の経時的な状態の変化を管理する。推定部２２は、二次電池１２の劣化状態の推定値（以下、「ＳＯＨ」と称する。）を算出する。この二次電池１２の劣化状態を算出する処理は、従来技術と同様であり、例えば、経過時間、積算電流量、温度等に基づいて、算出される。補正部２３は、推定部２２が算出したＳＯＨをテーブル２４から決定した補正係数αを用いて補正し、ＳＯＨの補正値を算出する。テーブル２４は、温度と、第１走行モード３１での走行と第２走行モード３２での走行との比率（以下、第１／第２走行比率という。）と、補正係数αとを関連づけた補正係数テーブルを記憶する。補正係数テーブルの詳細は、図２を参照して後述する。
【００２４】
二次電池１２は、例えば、複数の電池セルが組み合わされて構成されているリチウムイオン電池であり、車両１のモータ（図示省略）に電力を供給する。電流センサ１３は、二次電池１２で流れる電流を検出し、検出した電流値をＥＣＵ１１へ出力する。セル厚みセンサ１４は、二次電池１２の電池セルの厚みを検出し、検出した電池セルの厚みをＥＣＵ１１へ出力する。セル厚みセンサ１４としては、例えば、ひずみゲージを用いればよい。温度センサ１５は、二次電池１２の温度を検出し、検出した温度をＥＣＵ１１へ出力する。電圧センサ１６は、二次電池１２の電圧を検出し、検出した電圧をECU１１へ出力する。
【００２５】
車両１は、走行モードとして、第１走行モード３１、及び第２走行モード３２を有している。第１走行モード３１は、二次電池１２の充電率（以下、「ＳＯＣ（State Of Charge）」という。）が所定値未満の状態で走行するモードであり、例えば、内燃機関を作動させて走行するモードである。第２走行モード３２は、二次電池１２のＳＯＣが所定値以上の状態で走行するモードであり、例えば内燃機関を停止させて電動機を用いて走行するモードである。なお、本実施形態では、所定値をＳＯＣ３０％に設定する。したがって、第１走行モード３１を多用した走行を車両１にさせた場合と、第２走行モードを多用した走行を車両１にさせた場合とでは、二次電池１２の劣化の度合いが異なってくる。また、本実施形態では、所定値をＳＯＣ３０％に設定する場合で説明するが、これに限るものではなく、車種や二次電池の容量等によって適宜決定するようにすればよい。
【００２６】
具体的には、第１走行モード３１は、二次電池１２から供給される電力に加えて、例えば、エンジン（図示省略）の駆動力を用いてハイブリッド走行したり、ジェネレータ（図示省略）の発電により二次電池１２を充電しながら車両１が走行するモードである。第２走行モード３２は、二次電池１２から供給される電力のみを用いて車両１が走行するモードである。この第２走行モードを多用した走行をした方が二次電池１２の劣化の度合いは大きくなる。
【００２７】
図２は、テーブル２４に記憶される補正係数テーブルの一例を示す図である。  
【００２８】
図２に示すように、補正係数テーブルとして、補正係数テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，…が示されている。補正係数テーブルＴ１は、温度○○℃の場合であり、１００／０，９５／５，９０／１０，…，０／１００という第１／第２走行比率に応じて、０．８，０．８１，０．８２，…，１．０という補正係数αがそれぞれ関連づけられている。このように、補正係数αは、第１走行モード３１の比率が高いほど小さくなっている。これら補正係数αは、推定部２２による推定から逸脱する比率を予め実験で求めておくこととする。なお、温度○○℃は、ＳＯＨを補正する処理を行う所定期間（本実施形態では３か月）の平均温度である。また、補正係数テーブルＴ２，Ｔ３，…，は、補正係数テーブルＴ１とは異なる各温度に応じて設定されており、温度毎に、第１／第２走行比率と補正係数αとが関連付けられている。ＥＣＵ１１は、所定期間の平均温度を算出し、この平均温度に対応する補正係数テーブルをテーブル２４から選択すると共に、第１／第２走行比率を算出し、算出した第１／第２走行比率に対応する補正係数αを選択した補正係数テーブルから決定し、この決定した補正係数αを用いてＳＯＨを補正する。このように、テーブル２４に補正係数テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，…，を設けることにより、ＥＣＵ１１は、二次電池１２の温度を考慮してＳＯＨの補正を行うことが可能になる。
【００２９】
図３，図４は、それぞれ第１走行モード３１と、第２走行モード３２との比率の一例を示す図である。図３，図４は共に、縦軸が頻度（％）、横軸がＳＯＣ（％）を示している。なお、図３，図４においては、頻度は所定期間内の頻度全体の中の割合で示されている。車両１が走行したときにＳＯＣが算出され、算出されたＳＯＣに応じて頻度がカウントされる。図３においては、ＳＯＣ３０％未満の走行の頻度が多い一例を示している。つまり、第１走行モード３１の走行の方が第２走行モード３２での走行より走行比率が高い場合を示している。一方、図４においては、ＳＯＣ３０％以上の走行の頻度が多い一例を示している。つまり、第１走行モード３１の走行より第２走行モード３２の走行の方が走行比率の高い場合を示している。
【００３０】
図５，図６は、第１／第２走行比率を算出する処理の一例を説明するための図である。なお、説明の便宜上、図５，図６に分けているが、図５，図６は１つの頻度グラフとして作成される（参照：図３，図４）。また、図５，図６は、共に縦軸が頻度（％）であり、横軸がＳＯＣ（％）である。なお、図５，図６においては、頻度は所定期間内の頻度全体の中の割合で示されているのは、図３，図４の場合と同様である。
【００３１】
図５は、車両１が第１走行モード３１で走行した場合、つまり、ＳＯＣ３０％未満の場合の走行時についての頻度グラフである。走行時にＳＯＣが算出され、算出されたＳＯＣに対して１回がカウントされる。ＥＣＵ１１は、このようにカウントされる頻度を利用して合計値（ＳＯＣ０％からＳＯＣ３０％未満の第１走行の頻度の合計割合）を算出する。一方、図６は、車両１が第２走行モード３２で走行した場合、つまり、ＳＯＣ３０％以上の場合の走行時についての頻度グラフである。走行時にＳＯＣが算出され、算出されたＳＯＣに対して１回カウントされる。ＥＣＵ１１は、このようにカウントされる頻度を利用して合計値（ＳＯＣ３０％以上ＳＯＣ１００％までの第２走行の頻度の合計割合）を算出する。このように算出され第１走行モード３１の合計割合と第２走行モード３２の合計割合との比率を、ＥＣＵ１１は、第１／第２走行比率として取得する。なお、ＥＣＵ１１は、温度センサ１５から二次電池１２の温度を取得しているため、これらの頻度をカウントする際に、この取得した二次電池１２の各温度を利用して平均温度を算出するようになっている。
【００３２】
次に、二次電池１２の劣化状態管理処理について説明する。図７は、ＥＣＵ１１が実行する劣化状態管理処理の一例を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、ドライバが車両１を走行させる毎に実行される。
【００３３】
図７に示すように、ＥＣＵ１１は、二次電池１２のモニタリングをする（ＳＴ１０１）。具体的には、ＥＣＵ１１は、電流センサ１３から電流値を取得し、セル厚みセンサ１４から二次電池１２の電池セルの厚みを取得し、温度センサ１５から温度を取得し、計時部２１の計時する時刻に基づいて走行を行った時間を取得する。ＥＣＵ１１は、このように取得した電流値、電池セルの厚み、温度、及び時間を対応づけて車両１の走行毎に走行履歴として記憶する。次に、ＥＣＵ１１は、所定期間が経過したか否かを判定する（ＳＴ１０２）。所定期間が経過していないと判定した場合（ＳＴ１０２：ＮＯ）、処理は、ステップＳＴ１０１へ戻る。つまり、所定期間が経過したと判定するまで、二次電池１２のモニタリングが実行される。このようにして二次電池１２の状態が管理される。そして、このように管理される走行履歴に基づいて、平均温度、各走行モードの頻度、及び二次電池１２のＳＯＣが取得される（充電率取得手段）。
【００３４】
所定期間が経過したと判定した場合（ＳＴ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１１は、頻度分布の作成を行う（ＳＴ１０３）。つまり、ＥＣＵ１１は、所定期間内の走行履歴から、図５，図６を用いて説明した頻度グラフを作成する。次に、ＥＣＵ１１は、比率を算出する（ＳＴ１０４）。具体的には、ＥＣＵ１１は、作成した頻度グラフを用いて、第１／第２走行比率を算出する。次に、ＥＣＵ１１は、ＳＯＨを推定する処理を実行する（ＳＴ１０５：推定手段）。この二次電池１２のＳＯＨを推定する処理は、従来技術と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３５】
次に、ＥＣＵ１１は、補正係数αを決定する（ＳＴ１０６）。ＥＣＵ１１は、所定期間内に取得された温度から算出される平均温度に基づいて、テーブル２４から補正係数テーブルを選択すると共に、選択した補正係数テーブルから算出した第１／第２走行比率に関連付けられている補正係数を補正係数αとして決定する。次に、ＥＣＵ１１は、推定したＳＯＨを決定した補正係数αで補正する（ＳＴ１０７：補正手段）。つまり、ＥＣＵ１１が推定したＳＯＨに補正係数αを乗算し、ＳＯＨを補正することにより、実際の二次電池１２の容量値を高精度に算出することができる。
【００３６】
以上のように、ＥＣＵ１１は、推定したＳＯＨを第１走行モード３１と、第２走行モード３２との比率に応じて補正することができるため、劣化の度合いを考慮したうえで二次電池の劣化状態を高精度に推定することが可能になる。
【００３７】
また、第１走行モード３１と、第２走行モード３２との比率は、第１走行モード時のＳＯＣの合計割合（言い換えれば、頻度）と、第２走行モード時のＳＯＣの合計割合（言い換えれば、頻度）との比率である。このため、ＥＣＵ１１は、二次電池１２のＳＯＣを利用して推定したＳＯＨを補正することが可能になる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、車両１の走行モードの合計割合（頻度）を算出するために、図５，図６で説明したようにＳＯＣを用いるが、これに限るものではない。例えば、セル厚みセンサ１４から取得する二次電池１２の電池セルの厚みを用いるようにしてもよい（厚さ取得手段）。車両１の走行状態に応じて、二次電池１２の電池セルの厚さが変化する。例えば、電池の厚みは、走行モード３１より、走行モード３２はより増加する。したがって、この二次電池内の電池セルの厚さの変化を利用して、ＥＣＵ１１が第１／第２走行比率を算出するようにしてもよい。このように構成すると、二次電池１２の電池セルの厚さを利用して推定したＳＯＨを補正することが可能になる。
【００３９】
また、上記実施形態では、補正係数αは、１を超えない場合で説明しているが、これに限るものはない。例えば、ＥＣＵ１１の二次電池１２の容量を推定する方法と、車両１の走行のさせ方によっては、推定したＳＯＨよりも実際の二次電池１２の容量値の方が大きい場合も生じ得る。このような場合が想定できる条件においては、補正係数αに１を超える値を設定してもよい。例えば、第１走行モード３１の比率が所定比率以下（コメント：HV/EVのEV比率が高いと推定値よりも劣化大の可能性があるため）の場合が考えられる。これにより、ＥＣＵ１１は、ＳＯＨを推定する種々の推定方法や車両１の幅広い走行のさせ方に対応させたＳＯＨの補正をすることが可能になる。
【００４０】
また、上記実施形態では、テーブル２４に記憶される補正係数テーブルは、温度（平均）毎のテーブルとしているが、これに限るものではない。例えば、平均温度に加え、経過時間や積算電流値を考慮するようにしてもよい。具体的には、１つの温度に経過時間に応じて複数のテーブルを作成し、さらに、そのように作成した複数のテーブルそれぞれに複数の積算電流値に応じた複数のテーブルを作成し、これらのテーブル毎に第１／第２走行比率と補正係数αを対応させるようにする。そして、ＥＣＵ１１は、平均温度、経過時間、及び積算電流値をパラメータとして、テーブル２４から補正係数テーブルを選択するようにする。これにより、補正係数αをより細かく設定することができるため、より正確にＳＯＨを補正することができ、ＥＣＵ１１は、二次電池１２の実際の劣化度を更に高精度に推定することが可能になる。
【００４１】
さらに、上記実施形態では、推定値を補正する所定期間を３か月の場合で説明したが、これに限るものでなく所定期間は任意に設定することができる。  
【００４２】
また、上記実施形態では、車両１をハイブリッド車両としたが、電気自動車であっても本発明の作用効果を享受できる。
【００４３】
この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態の構成を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…電動車両、２…電池部、１１…ＥＣＵ、１２…二次電池、１３…電流センサ、１４…セル厚みセンサ、１５…温度センサ、１６…電圧センサ、２１…時計部、２２…推定部、２３…補正部、２４…テーブル、３１…第１走行モード、３２…第２走行モード、ＳＯＣ…二次電池の充電率、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…補正係数テーブル、α…補正係数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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