(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される二次電池の充電状態を制御する二次電池充電制御装置において、
前記二次電池のＳＯＨ（State of Health）を推定するＳＯＨ推定手段と、
前記ＳＯＨ推定手段によって推定された前記ＳＯＨから前記二次電池のＳＯＣ（State of Charge）上限値を求出するＳＯＣ上限値求出手段と、
前記ＳＯＨ推定手段によって推定された前記ＳＯＨから前記二次電池のＳＯＣ下限値を求出するＳＯＣ下限値求出手段と、
前記二次電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定手段と、
前記ＳＯＣ推定手段によって推定された前記ＳＯＣが、前記ＳＯＣ上限値求出手段によって求出された前記ＳＯＣ上限値と、前記ＳＯＣ下限値求出手段によって求出された前記ＳＯＣ下限値との範囲内に収まるように前記二次電池の充電制御を行う充電制御手段と、を有し、
前記ＳＯＣ上限値は拡散律速に関する関数であり、前記ＳＯＣ下限値は前記車両のエンジン始動時の電圧降下に関する関数である、
ことを特徴とする二次電池充電制御装置。
【請求項２】
前記ＳＯＣ上限値は前記ＳＯＨに対して単調増加する関数であり、前記ＳＯＣ下限値は前記ＳＯＨに対して単調減少する関数であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項３】
前記ＳＯＣ上限値は上または下に凸な関数であり、前記ＳＯＣ下限値は上または下に凸な関数であることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項４】
前記拡散律速に関する関数は、ＣＣＡが充電受入電気量を示し、ｎが反応電子数を示し、Ｆがファラデー定数を示し、ＣＲｂが還元物質濃度を示し、Ａが極板と電解液の接触面積を示し、ＤＲが拡散係数を示し、ｔが充電時間を示し、前記還元物質濃度ＣＲｂが前記ＳＯＣと前記ＳＯＨを変数として有する関数である場合に、
【数５】
0006534846.tif 000006
によって表されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項５】
前記始動時の電圧降下に関する関数は、ＳＯＦ（State of Function）が前記二次電池の放電能力を示し、ＩＣがエンジン始動時のクランキング電流を示し、ＲＺが前記二次電池の内部抵抗を示し、Ｅ０が二次電池の開回路電圧を示し、前記内部抵抗ＲＺが前記ＳＯＣと前記ＳＯＨを変数として有する関数である場合に、
【数６】
0006534846.tif 000007
によって表されることを特徴とする請求項１または４に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項６】
前記ＳＯＣ上限値および前記ＳＯＣ下限値を前記二次電池の温度および電解液量の少なくとも一方に応じて補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二次電池充電制御装置。
【請求項７】
車両に搭載される二次電池の充電状態を制御する二次電池充電制御方法において、
前記二次電池のＳＯＨ（State of Health）を推定するＳＯＨ推定ステップと、
前記ＳＯＨ推定ステップにおいて推定された前記ＳＯＨから前記二次電池のＳＯＣ（State of Charge）上限値を求出するＳＯＣ上限値求出ステップと、
前記ＳＯＨ推定ステップにおいて推定された前記ＳＯＨから前記二次電池のＳＯＣ下限値を求出するＳＯＣ下限値求出ステップと、
前記二次電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定ステップと、
前記ＳＯＣ推定ステップにおいて推定された前記ＳＯＣが、前記ＳＯＣ上限値求出ステップにおいて求出された前記ＳＯＣ上限値と、前記ＳＯＣ下限値求出ステップにおいて求出された前記ＳＯＣ下限値との範囲内に収まるように前記二次電池の充電制御を行う充電制御ステップと、を有し、
前記ＳＯＣ上限値は拡散律速に関する関数であり、前記ＳＯＣ下限値は前記車両のエンジン始動時の電圧降下に関する関数である、
ことを特徴とする二次電池充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池充電制御装置および二次電池充電制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載された鉛蓄電池等の二次電池の充電状態を制御する場合、例えば、特許文献１に開示されるように、二次電池の充電率ＳＯＣ（State of Charge）を算出し、算出した充電率ＳＯＣが所定の上限値および下限値の範囲内に収まるように制御することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１２０９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、二次電池の劣化は、経年変化によるサルフェーションだけでなく、充放電の繰り返しによる電極の脱落や、電解液の成層化も原因となる。特許文献１に開示された技術では、経年変化に応じてＳＯＣ上限値および下限値を調整することが記載されているが、経年変化以外による劣化が対象とされていないという問題点がある。また、特許文献１に開示されているように経年変化に応じて下限値を下げた場合にはエンジンの再始動が困難になることがあるという問題点もある。
【０００５】
本発明は、車両のエンジンを確実に始動するとともに経年変化以外の劣化にも対応することが可能な二次電池充電制御装置および二次電池充電方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載される二次電池の充電状態を制御する二次電池充電制御装置において、前記二次電池のＳＯＨ（State of Health）を推定するＳＯＨ推定手段と、前記ＳＯＨ推定手段によって推定された前記ＳＯＨから前記二次電池のＳＯＣ（State of Charge）上限値を求出するＳＯＣ上限値求出手段と、前記ＳＯＨ推定手段によって推定された前記ＳＯＨから前記二次電池のＳＯＣ下限値を求出するＳＯＣ下限値求出手段と、前記二次電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定手段と、前記ＳＯＣ推定手段によって推定された前記ＳＯＣが、前記ＳＯＣ上限値求出手段によって求出された前記ＳＯＣ上限値と、前記ＳＯＣ下限値求出手段によって求出された前記ＳＯＣ下限値との範囲内に収まるように前記二次電池の充電制御を行う充電制御手段と、を有し、前記ＳＯＣ上限値は拡散律速に関する関数であり、前記ＳＯＣ下限値は前記車両のエンジン始動時の電圧降下に関する関数である、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、車両のエンジンを確実に始動するとともに経年変化以外の劣化にも対応することが可能となる。
【０００７】
また、本発明は、前記ＳＯＣ上限値は前記ＳＯＨに対して単調増加する関数であり、前記ＳＯＣ下限値は前記ＳＯＨに対して単調減少する関数であることを特徴とする。
このような構成によれば、ＳＯＨに応じたＳＯＣ下限値とＳＯＣ上限値を正確に求めることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記ＳＯＣ上限値は上または下に凸な関数であり、前記ＳＯＣ下限値は上または下に凸な関数であることを特徴とする。
このような構成によれば、ＳＯＨの変化に応じたＳＯＣ下限値とＳＯＣ上限値を正確に求めることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記拡散律速に関する関数は、ＣＣＡが充電受入電気量を示し、ｎが反応電子数を示し、Ｆがファラデー定数を示し、ＣＲｂが還元物質濃度を示し、Ａが極板と電解液の接触面積を示し、ＤＲが拡散係数を示し、ｔが充電時間を示し、前記還元物質濃度ＣＲｂが前記ＳＯＣと前記ＳＯＨを変数として有する関数である場合に、
【数１】
0006534846.tif 000002
によって表されることを特徴とする。
このような構成によれば、拡散律速に基づいてＳＯＣ上限値を精度良く求め、充電を効率良く実行することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記始動時の電圧降下に関する関数は、ＳＯＦ（State of Function）が前記二次電池の放電能力を示し、ＩＣがエンジン始動時のクランキング電流を示し、ＲＺが前記二次電池の内部抵抗を示し、Ｅ０が二次電池の開回路電圧を示し、前記内部抵抗ＲＺが前記ＳＯＣと前記ＳＯＨを変数として有する関数である場合に、
【数２】
0006534846.tif 000003
によって表されることを特徴とする。
このような構成によれば、電圧降下に基づいてＳＯＣ下限値を精度良く求め、エンジンを確実に再始動することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記ＳＯＣ上限値および前記ＳＯＣ下限値を前記二次電池の温度および電解液量の少なくとも一方に応じて補正することを特徴とする。
このような構成によれば、温度および電解液量が変化した場合でも、ＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値を最適な値に補正し、充電制御を確実に行うことができる。
【００１３】
また、本発明は、車両に搭載される二次電池の充電状態を制御する二次電池充電制御方法において、前記二次電池のＳＯＨ（State of Health）を推定するＳＯＨ推定ステップと、前記ＳＯＨ推定ステップにおいて推定された前記ＳＯＨから前記二次電池のＳＯＣ（State of Charge）上限値を求出するＳＯＣ上限値求出ステップと、前記ＳＯＨ推定ステップにおいて推定された前記ＳＯＨから前記二次電池のＳＯＣ下限値を求出するＳＯＣ下限値求出ステップと、前記二次電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定ステップと、前記ＳＯＣ推定ステップにおいて推定された前記ＳＯＣが、前記ＳＯＣ上限値求出ステップにおいて求出された前記ＳＯＣ上限値と、前記ＳＯＣ下限値求出ステップにおいて求出された前記ＳＯＣ下限値との範囲内に収まるように前記二次電池の充電制御を行う充電制御ステップと、を有し、前記ＳＯＣ上限値は拡散律速に関する関数であり、前記ＳＯＣ下限値は前記車両のエンジン始動時の電圧降下に関する関数である、ことを特徴とする。
このような方法によれば、車両のエンジンを確実に始動するとともに経年変化以外の劣化にも対応することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、車両のエンジンを確実に始動するとともに経年変化以外の劣化にも対応することが可能な二次電池充電制御装置および二次電池充電方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る二次電池充電制御装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図３】二次電池のＳＯＣと１０ｓ充電受入電気量の関係を示す図である。
【図４】二次電池のＳＯＣとＳＯＦの関係を示す図である。
【図５】図３および図４から求めたＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の動作を説明するためのフローチャートの一例である。
【図７】本発明の実施形態において使用されるＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池充電制御装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池充電制御装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、放電回路１５を主要な構成要素としており、二次電池１４の充電状態を制御する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の状態を検出するとともに、オルタネータ１６の発電電圧を制御することで二次電池１４の充電状態を制御する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。
【００１８】
二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。オルタネータ１６は、制御部１０によって制御され、発電電圧を調整することが可能とされている。例えば、車両が減速時に、オルタネータ１６の発電電圧を上昇させることで回生充電を行い、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して二次電池１４に蓄積する。
【００１９】
エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し、車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、シートヒータ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。
【００２０】
図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラムｂａを実行する際に生成されるデータや、後述する数式またはテーブル等のパラメータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等との間で通信を行い、検出した情報または制御情報を上位装置に通知する。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５、オルタネータ１６、および、スタータモータ１８等に駆動電流を供給してこれらを制御する。
【００２１】
（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、本発明の実施形態の動作原理について説明した後、詳細な動作について説明する。
【００２２】
まず、本実施形態の動作原理について説明する。図３は、ＳＯＣと充電受入電気量の関係を示す図である。この図において、横軸はＳＯＣ［％］を示し、縦軸は１０ｓ充電受入電気量を示している。ここで、１０ｓ充電受入電気量とは、二次電池１４を所定の電流（例えば、数十Ａ〜数百Ａ）で１０秒間充電した場合に、二次電池１４が受け入れることができる電気量［Ａｓ］をいう。なお、図３において丸は二次電池１４が新品の場合の特性を示し、四角は二次電池１４が中劣化品である場合の特性を示し、三角は二次電池１４が劣化品である場合の特性を示している。図３から、二次電池１４の劣化状態に拘わらず、二次電池１４のＳＯＣが大きくなると、１０ｓ充電受入電気量は減少する。また、二次電池１４が劣化するに応じて１０ｓ充電受入電気量は減少する。
【００２３】
例えば、車両の減速時において、オルタネータ１６の電圧を上昇させることで回生充電する場合、回生充電の時間は１０秒以内である場合が多い。また、回生充電を効率良く実行するためには、オルタネータ１６によって発生された電力が二次電池１４に漏れなく充電されることが望ましい。このため、「所望の充電受入電気量」を回生時にオルタネータ１６によって発生される電気量とする場合、二次電池１４の１０ｓ充電受入電気量は、図３に一点鎖線で示す所望の充電受入電気量以上となることが望ましい。このような条件を満たすためには、二次電池１４の劣化に応じてＳＯＣが低くなるように設定する必要がある。すなわち、回生時にオルタネータ１６によって発生された電力を漏れなく二次電池１４に充電するためには、１０ｓ充電受入電気量が一点鎖線で示す「所望の充電受入電気量」以上である必要があり、このような条件を満たすためには新品の二次電池１４ではＳＯＣ１１以下である必要があり、中劣化品の二次電池１４ではＳＯＣ１２以下である必要があり、劣化品の二次電池１４ではＳＯＣ１３以下である必要がある。
【００２４】
図４は、ＳＯＣとＳＯＦの関係を示す図である。この図４において、横軸はＳＯＣ［％］を示し、縦軸はＳＯＦ（State of Function）を示している。なお、ＳＯＦはスタータモータ１８を駆動時の二次電池１４の端子間電圧の最小値（以下、放電能力とする）である。この図４に示すように、二次電池１４の劣化状況に拘わらず、ＳＯＣが低下するに従ってＳＯＦも低下する。また、二次電池１４の劣化に応じて曲線が図の下方向に移動している。ここで、ＥＣＵ等（例えば、ＥＣＵおよびエンジン１７）を起動できるＳＯＦを一点鎖線で示すと、このＳＯＦ以上とするためには、新品の二次電池１４ではＳＯＣ２１以上である必要があり、中劣化品の二次電池１４ではＳＯＣ２２以上である必要があり、劣化品の二次電池１４ではＳＯＣ２３以上である必要がある。すなわち、二次電池１４の劣化が進むに従って、ＥＣＵ等を起動できるＳＯＦを満たすためのＳＯＣは増加する。
【００２５】
図５は、図３および図４の結果をまとめた図である。図５の横軸はＳＯＨを示し、縦軸はＳＯＣを示している。図５において、三角および一点鎖線は図３に示す所望の充電受入電気量を満足するＳＯＣの値を示し、四角および二点鎖線は図４に示すＥＣＵ等を起動できるＳＯＣの値を示している。二次電池１４が所望の充電受入電気量を漏れなく充電するためには、ＳＯＣは一点鎖線の曲線よりも小さく設定される必要がある。また、ＥＣＵ等を起動するためには、ＳＯＣは二点鎖線の曲線よりも大きく設定される必要がある。すなわち、二次電池１４のＳＯＣを、一点鎖線で示す曲線を上限値（ＳＯＣ上限値）とし、二点鎖線で示す曲線を下限値（ＳＯＣ下限値）として制御することで、ＥＣＵ等の起動を可能とするとともに、回生電力を漏れなく充電することが可能となる。
【００２６】
本実施形態では、制御部１０は、まず、二次電池１４のその時点におけるＳＯＨを求める。一例として、制御部１０は、放電回路１５を制御して二次電池１４をパルス放電させ、そのときの電圧および電流を電圧センサ１１および電流センサ１２によって検出することで内部抵抗Ｒを求めることができる。または、制御部１０は、エンジン１７の始動前の二次電池１４の開回路電圧と、エンジン１７の始動時の電圧値から降下電圧ΔＶを求めるとともに、エンジン１７の始動時の電流ＩとからＲ＝ΔＶ／Ｉから内部抵抗Ｒを求める。そして、制御部１０は、この内部抵抗Ｒに対して温度補正および劣化補正を行うことで得られた値を指標としてＳＯＨを求める。
【００２７】
つぎに、制御部１０は、求めたＳＯＨを以下の式（１）に適用して、ＳＯＣ上限値を求める。ここで、式（１）は拡散律速に関する式であり、ＣＣＡは充電受入電気量を示し、ｎは反応電子数を示し、Ｆはファラデー定数を示し、ＣＲｂは還元物質濃度を示し、Ａは極板と電解液の接触面積を示し、ＤＲは拡散係数を示し、ｔは充電時間（回生時間）を示している。充電受入電気量ＣＣＡは、図３に示す所望の充電受入電気量に基づいて設定する。例えば、オルタネータ１６の回生時の電流の供給能力が１５０Ａであり、回生時間が１０秒である場合には、これらの積である１５０×１０＝１５００［Ａｓ］が所望の充電受入電気量になる。還元物質濃度ＣＲｂは、ＳＯＣとＳＯＨを変数として有する関数である。反応電子数ｎ、ファラデー定数Ｆ、極板と電解液の接触面積Ａ、拡散係数ＤＲ、および、充電時間ｔは定数である。このため、充電受入電気量ＣＣＡとして所望の充電受入電気量を代入するとともに、反応電子数ｎ、ファラデー定数Ｆ、極板と電解液の接触面積Ａ、拡散係数ＤＲ、および、充電時間ｔとして所定の値を代入する。また、還元物質濃度ＣＲｂの一方の変数であるＳＯＨに対してその時点におけるＳＯＨの値を代入する。そして、還元物質濃度ＣＲｂの他方の変数であるＳＯＣの値を求めることで、ＳＯＣ上限値を得る。
【００２８】
【数３】
0006534846.tif 000004
・・・（１）
【００２９】
つぎに、制御部１０は、以下に示す式（２）からＳＯＣ下限値を求める。ここで、式（２）はエンジン１７を始動する際の電圧降下に関する式であり、ＳＯＦは、図４に示すＥＣＵ等が起動できるＳＯＦを示している。また、ＩＣはクランキング電流を示し、ＲＺは二次電池１４の内部抵抗を示し、Ｅ０は二次電池１４の開回路電圧を示している。クランキング電流ＩＣは、エンジン１７をスタータモータ１８によってクランキング（始動）する際に、スタータモータ１８に流れる電流を示している。内部抵抗ＲＺは、二次電池１４の内部抵抗であり、ＳＯＣとＳＯＨを変数として有する関数である。制御部１０は、図４に示すＥＣＵ等を起動できるＳＯＦの値を、式（２）の左辺のＳＯＦに代入するとともに、実測したクランキング電流の値またはエンジン１７およびスタータモータ１８によって定まる既定値としてのクランキング電流の値を式（２）の右辺のＩＣに代入する。また、例えば、エンジン１７を停止した際に実測した開回路電圧または既定値を式（２）の右辺のＥ０に代入する。さらに、ＳＯＨとＳＯＣを変数として有する関数であるＲＺに一方の変数であるＳＯＨにその時点におけるＳＯＨの値を代入する。そして、内部抵抗ＲＺの他方の変数であるＳＯＣの値を求めることで、ＳＯＣ下限値を得る。
【００３０】
【数４】
0006534846.tif 000005
・・・（２）
【００３１】
制御部１０は、以上のようにして求めたＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値に対して、温度および電解液量に基づく補正処理を実行する。すなわち、以上の方法によって得られるＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値は、二次電池１４の標準状態（温度が２５℃、電解液量が基準量である状態）における値であるので、温度および電解液量に基づいて補正処理を実行し、その時点における状態に対応したＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値を得る。
【００３２】
以上のようにして、ＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値が得られると、制御部１０は、ＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値を参照して、充放電の制御を実行する。より詳細には、制御部１０は、検出したその時点のＳＯＣがＳＯＣ下限値よりも小さい場合には充電制御を行う。また、検出したその時点のＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも大きい場合には放電制御を行う。この結果、二次電池１４が新品の場合には図５の右端に示す、三角を上限値とし、四角を下限値とする範囲において充放電制御が実行される。また、二次電池１４が中劣化品の場合には図５の中央に示す、三角を上限値とし、四角を下限値とする範囲において充放電制御が実行される。さらに、二次電池１４が劣化品の場合には図５の左端に示す、三角を上限値とし、四角を下限値とする範囲において充放電制御が実行される。
【００３３】
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、二次電池１４の実容量を示す指標であるＳＯＨに基づいてＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を計算によって求めるとともに、温度および電解液量による補正を行うことでその時点における二次電池１４の状態に応じた適切なＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を求めるようにした。そして、このようにして求めたＳＯＣ上限値に基づいて充放電制御を行うことで、例えば、回生充電時において車両の運動エネルギから得られた電気エネルギを二次電池１４に漏れなく充電することができるので、燃費特性を改善することができる。また、このようにして求めたＳＯＣ下限値に基づいて充放電制御を行うことで、例えば、二次電池１４が劣化した場合でも、エンジン１７の再始動ができなくなることを確実に防ぐことができる。さらに、本実施形態では、ＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を数式に基づいて算出するようにしたので、その時点における二次電池１４の状態に応じた適切なＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を求めることができる。
【００３４】
つぎに、図６を参照して、本発明の実施形態において実行される処理の流れの一例について説明する。図６は、図２に示すＣＰＵ１０ａにおいて実行される処理の一例を示すフローチャートである。この図６に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。なお、図６に示す処理は、例えば、図２に示すプログラム１０ｂａによって実行される。
【００３５】
ステップＳ１０では、制御部１０のＣＰＵ１０ａは、二次電池１４のその時点におけるＳＯＨを推定する。例えば、ＣＰＵ１０ａは、前述したように、放電回路１５を制御して二次電池１４をパルス放電させ、そのときの電圧および電流を電圧センサ１１および電流センサ１２によって検出することで内部抵抗Ｒを求め、この内部抵抗Ｒに対して温度補正および劣化補正を行うことで得られた値を指標としてＳＯＨを推定する。あるいは、ＣＰＵ１０ａは、エンジン１７の始動前の二次電池１４の開回路電圧と、エンジン１７の始動時の電圧値から降下電圧ΔＶを求めるとともに、エンジン１７の始動時の電流ＩとからＲ＝ΔＶ／Ｉから内部抵抗Ｒを求める。そして、制御部１０は、この内部抵抗Ｒに対して温度補正および劣化補正を行うことで得られた値を指標としてＳＯＨを推定する。
【００３６】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、所望の充電受入電気量（図３参照）を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、例えば、ＲＡＭ１０ｃに格納されているパラメータ１０ｃａから所望の充電受入電気量を取得する。
【００３７】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、ＥＣＵ等を起動できるＳＯＦ（図４参照）を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、例えば、ＲＡＭ１０ｃに格納されているパラメータ１０ｃａからＥＣＵ等を起動できるＳＯＦを取得する。
【００３８】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１０において求めたＳＯＨを、前述した式（１）に代入してＳＯＣ上限値を求める。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１０において求めたＳＯＨを式（１）の還元物質濃度ＣＲｂの一方の変数として代入するとともに、ＲＡＭ１０ｃに格納されているパラメータ１０ｃａから反応電子数ｎ、ファラデー定数Ｆ、極板と電解液の接触面積Ａ、拡散係数ＤＲ、および、充電時間ｔを取得して式（１）に代入し、還元物質濃度ＣＲｂの他方の変数であるＳＯＣの値を求める。これにより、ＳＯＣ上限値を得る。
【００３９】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１０において求めたＳＯＨを、前述した式（２）に代入してＳＯＣ下限値を求める。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１０において求めたＳＯＨを式（２）の内部抵抗ＲＺの一方の変数として代入するとともとに、実測したクランキング電流ＩＣおよび開回路電圧Ｅ０を式（２）に代入し、内部抵抗ＲＺの他方の変数であるＳＯＣの値を求める。これにより、ＳＯＣ下限値を得る。
【００４０】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４のその時点における温度と、電解液量を検出する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３の出力を参照して、二次電池１４の温度を検出する。また、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３の温度を累積加算して得た値に基づいて、二次電池１４の電解液量を推定する。なお、電解液量の推定は、前述した以外の方法によって推定するようにしてもよい。
【００４１】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、ＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値をステップＳ１５で検出した二次電池１４の温度と電解液量に応じて補正する処理を実行する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納されている、ＳＯＣ上限値と温度の関係、および、ＳＯＣ下限値と温度との関係を示すテーブルに基づいてＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値をそれぞれ補正する。また、ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納されている、ＳＯＣ上限値と電解液量の関係、および、ＳＯＣ下限値と電解液量との関係を示すテーブルに基づいて上限値および下限値をそれぞれ補正する。
【００４２】
ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４のその時点におけるＳＯＣを検出する。例えば、ＣＰＵ１０ａは、エンジン１７を停止してから所定の時間が経過した後に、二次電池１４の開回路電圧を検出し、開回路電圧とＳＯＣの関係を示す関係式に基づいてＳＯＣを求める。もちろん、これ以外の方法によってＳＯＣを求めてもよい。
【００４３】
ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１７で求めたＳＯＣと、ステップＳ１６で補正されたＳＯＣ下限値を比較し、ＳＯＣがＳＯＣ下限値よりも小さい場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）にはステップＳ１９に進み、それ以外の場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）にはステップＳ２０に進む。
【００４４】
ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、充電制御を実行する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１６の出力電圧を調整して二次電池１４への流入電流を増加させることで、二次電池１４を充電する処理を実行する。
【００４５】
ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１７で求めたＳＯＣと、ステップＳ１６で補正されたＳＯＣ上限値を比較し、ＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも大きい場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）にはステップＳ２１に進み、それ以外の場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）にはステップＳ２２に進む。
【００４６】
ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、放電制御を実行する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１６の出力電圧を調整して二次電池１４からの流出電流を増加させることで、二次電池１４を放電させる処理を実行する。
【００４７】
ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０ａは、処理を繰り返すか否かを判定し、処理を繰り返すと判定した場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）にはステップＳ１０に戻って同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）には処理を終了する。
【００４８】
以上の処理によれば、二次電池１４のＳＯＨからＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を求め、ＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を参照して二次電池１４の充放電処理を実行するので、二次電池１４の劣化の状況に拘わらず、回生充電を効率良く実行することができるとともに、エンジン１７の再始動が困難になることを防止できる。また、二次電池１４の実容量を示すＳＯＨからＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を求めるようにしたので、二次電池１４の経年変化以外の劣化にも対応して制御を行うことができる。
【００４９】
（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、式（１）および式（２）を用いてＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を求めるようにしたが、これら以外の式に基づいてＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を求めるようにしてもよい。また、計算式を用いて求めるのではなく、例えば、ＳＯＨの値と、ＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値を対応付けしたテーブルを、例えば、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納しておき、このテーブルを参照してＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値を求めるようにしてもよい。
【００５０】
また、以上の実施形態では、図５に示すようなＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を例に挙げて説明したが、例えば、図７に示すようなＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を用いるようにしてもよい。図５の例では、ＳＯＣ上限値は上に凸な形状を有し、ＳＯＣ下限値も上に凸な形状を有しているが、図７の例では、ＳＯＣ上限値は下に凸な形状を有し、ＳＯＣ下限値は上に凸な形状を有している。もちろん、二次電池１４や車両の種類によっては、ＳＯＣ上限値が上または下に凸な形状であったり、ＳＯＣ下限値が上または下に凸な形状であったりしてもよい。
【００５１】
また、以上の実施形態では、所望の充電受入電気量およびＥＣＵ等を起動できるＳＯＦはともに固定値を用いるようにしたが、これらの少なくとも一方を、用途や環境に応じて変動する変動値としてもよい。例えば、過去の走行履歴に基づいて、回生時間を求め、求めた回生時間に応じて、所望の充電受入電気量を調整するようにしてもよい。より詳細には、回生時間が短い場合には、所望の充電受入電気量の値を対応して小さくするようにしてもよい。また、ＥＣＵ等を起動できるＳＯＦについても、始動時においてスタータモータ１８に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいてＳＯＦを調整するようにしてもよい。より詳細には、電流が過去の始動時に比較して増加している場合には、ＥＣＵ等を起動できるＳＯＦを大きくするようにしてもよい。
【００５２】
また、以上の実施形態では、式（１）の極板と電解液の接触面積Ａについては固定値としたが、二次電池１４のサルフェーションが進行したり、電解液量が変化したりした場合には極板と電解液の接触面積Ａが変化する場合も想定されるので、そのような場合にはＡの値を調整するようにしてもよい。
【００５３】
また、以上の実施形態では、求めたＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を、温度および電解液量に応じて補正するようにしたが、これらの少なくとも一方の補正を行わないようにしてもよい。例えば、温度および電解液量の想定される変化量をマージンとしてＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値に織り込んでおき、そのようなＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値を用いることで補正を行わないようにしてもよい。
【００５４】
また、以上の実施形態では、ＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値を用いた充放電制御としては、ＳＯＣ上限値を上回った場合に放電制御を行い、ＳＯＣ下限値を下回った場合に充電制御を行うようにしたが、もちろんこれ以外の制御を行うようにしてもよい。例えば、ＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値よりも狭い範囲内に常に収まるように、充放電制御を行うようにしてもよい。
【００５５】
また、図６に示す処理では、処理を繰り返し実行するようにしたが、例えば、エンジン１７の始動時に図６の処理を１回実行し、走行中は、得られたＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値に基づいて充放電処理を実行するようにしてもよい。あるいは、車両の走行に応じて二次電池１４の温度が変化するので、車両の走行中は図６の処理を繰り返すようにしてもよい。なお、繰り返す場合には、全ての処理を繰り返すのではなく、例えば、ステップＳ１５以降の処理を繰り返すようにしてもよい。
【００５６】
また、以上の各実施形態では、オルタネータ１６の電圧を調整することで、二次電池１４を充電するようにしたが、負荷１９に供給される電流を減少させることで、二次電池１４の充電電流が増加するようにしてもよい。なお、負荷１９に供給される電流を減少させる方法としては、例えば、負荷１９の種類に応じて優先順位を付与し、給電能力が低下している場合には優先順位が低い負荷への給電を減少させるか停止する方法がある。例えば、安全走行への寄与が高低に応じて優先順位を付与し、優先順位が低い、例えば、シートヒータ、空調、デフォガ等については、供給する電力を低減させたり、あるいは、停止したりするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  二次電池充電制御装置
１０  制御部（ＳＯＨ推定手段、ＳＯＣ上限値求出手段、ＳＯＣ下限値求出手段、ＳＯＣ推定手段、充電制御手段）
１０ａ  ＣＰＵ
１０ｂ  ＲＯＭ
１０ｃ  ＲＡＭ
１０ｄ  表示部
１０ｅ  Ｉ／Ｆ
１１  電圧センサ
１２  電流センサ
１３  温度センサ
１４  二次電池
１５  放電回路
１６  オルタネータ
１７  エンジン
１８  スタータモータ
１９  負荷
【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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