(57)【要約】【課題】過充電および過放電の発生を防止した上で電池性能を最大限に発揮可能なように二次電池の充放電制御を実行する。【解決手段】  二次電池挙動を示すセンサ群の検出値に基づき、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って、電池状態を示す状態推定値は、時々刻々逐次的に算出される。所定周期Ｔｃごとに、電池モデル式によって推定されたその時点での状態推定値を用いて、ある所定電力を現時点から継続的に入力（充電）または出力（放電）した際の入出力可能時間が予測される。二次電池の負荷の動作指令は、負荷への動作要求に基づき、かつ、予測された入出力電力−入出力時間特性を考慮して二次電池の過充電および過放電を回避するように設定される。【選択図】図５
2008042960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の充放電制御装置であって、
前記二次電池に設けられたセンサによる検出値に基づき、前記二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って電池状態を示す状態推定値を逐次的に算出するための電池状態推定手段と、
前記電池状態推定手段により推定された現在での前記状態推定値に基づき、前記二次電池が所定電力を現時点から継続的に入出力可能な時間を予測するための入出力可能時間予測手段と、
前記負荷への動作要求に基づき、前記入出力可能時間予測手段により予測された時間を考慮して、前記二次電池の過充電および過放電を回避するように前記負荷の動作指令を生成する負荷制御手段とを備える、二次電池の充放電制御装置。
【請求項２】
前記入出力可能時間予測手段は、複数個の前記所定電力について、前記現時点から継続的に入出力可能な時間をそれぞれ予測する、請求項１記載の二次電池の充放電制御装置。
【請求項３】
前記前記入出力可能時間予測手段は、所定周期で起動されて、各起動時において、前記二次電池が前記所定電力をその時点から継続的に入出力可能な時間を予測する、請求項１記載の二次電池の充放電制御装置。
【請求項４】
入出力可能時間予測手段は、
前記二次電池が所定電力を現時点から継続的に入出力した場合における該二次電池の出力電圧の推移を予測する電圧推移予測手段と、
前記電圧推移予測手段による予測に基づき、前記現時点から前記出力電圧が前記二次電池の上限電圧または下限電圧に達するまでの時間を予測する時間予測手段とを含む、請求項１記載の二次電池の充放電制御装置。
【請求項５】
負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の充放電制御装置であって、
二次電池に設けられたセンサによる検出値に基づき、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って該二次電池の状態推定値を逐次的に算出するための電池状態推定手段と、
前記電池状態推定手段により推定された現時点での前記状態推定値に基づき、前記二次電池が所定電力を現時点から継続的に入出力した場合における該二次電池の劣化率を予測するための劣化率予測手段と、
前記負荷への動作要求に基づき、前記劣化率予測手段により予測された劣化率を考慮して前記負荷の動作指令を生成する負荷制御手段とを備える、二次電池の充放電制御装置。
【請求項６】
前記劣化率予測手段は、複数個の前記所定電力について、前記劣化率をそれぞれ予測する、請求項５記載の二次電池の充放電制御装置。
【請求項７】
前記センサによる検出値に基づき、前記二次電池の劣化度または余寿命を推定する劣化度推定手段をさらに備え、
前記負荷制御手段は、
前記劣化度診断手段により推定された前記劣化度または前記余寿命を考慮して、現時点において許容される劣化率範囲を求める手段と、
前記劣化率予測手段により予測された劣化率が前記劣化率範囲内となるような前記二次電池の充放電電力範囲内に制限して、前記負荷の動作指令を生成する手段とを含む、請求項５記載の二次電池の充放電制御装置。
【請求項８】
前記二次電池は、リチウムイオン電池で構成され、
前記状態推定値は、該二次電池内部でのリチウムイオン濃度分布を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の二次電池の充放電制御装置。
【請求項９】
車両の駆動力を発生可能に構成された内燃機関および電動機と、
請求項１〜８のいずれか１項による二次電池の充放電制御装置とを備え、
前記二次電池は、前記電動機を前記負荷とするように構成され、
前記負荷制御手段は、前記負荷の動作指令として、前記電動機のトルク指令値を生成し、
前記車両全体での要求駆動力が確保されるように、前記内燃機関および前記電動機がそれぞれ出力する駆動力を決定するための制御手段をさらに備える、ハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の充放電制御装置およびそれを搭載したハイブリッド車両に関し、より特定的には、電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルを用いた二次電池の充放電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能な二次電池によって負荷機器へ電源を供給し、かつ必要に応じて当該負荷機器の運転中にも当該二次電池を充電可能な構成とした電源システムが用いられている。代表的には、二次電池によって駆動される電動機を駆動力源として備えたハイブリッド自動車や電気自動車等がこのような電源システムを搭載している。たとえば、電気自動車は、この二次電池に蓄えられた動力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。また、ハイブリッド自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストとして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。
【０００３】
特に、車両に搭載された内燃機関により発電機を駆動して電力を発生し、これを二次電池に充電することができる形式のハイブリッド自動車においては、二次電池が回生電力を受けられるように、また要求があれば直ちに電動機に対して電力を供給できるようにするために、その充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）は満充電の状態（１００％）と、全く充電されていない状態（０％）のおおよそ中間付近（５０〜６０％）に制御する必要がある。
【０００４】
また、二次電池は過充電あるいは過放電を行なうと電池性能を劣化させ寿命を短くすることになるため、二次電池の充電量を把握して充放電を制御する必要がある。一般的には、二次電池の充電電力および放電電力の上限値を示す入出力可能電力（Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ）を電池状態に応じて適切に設定することにより、過剰な充放電を制限するような充放電制御が行なわれる。
【０００５】
また、二次電池の充放電制限の一形態として、特開２００５−１３７０９１号公報（特許文献１）には、車両に搭載された二次電池の寿命を延ばすように、回生制動時における電池状態に応じて回生制動による充電電力量を制限する制御構成が開示されている。具体的には、車両の回生制動時には、回生制動時の充電による二次電池の劣化の度合を予測するとともに、予測された劣化の度合に基づいて回生制動時の充電電力量が制限される。
【０００６】
また、二次電池の内部状態に基づいて残存容量（ＳＯＣ）を精度良く推定して充放電制御を行なう手法として、たとえばリチウムイオン電池において電池内部の電気化学反応を推定可能な電池モデルにより、電池状態を推定するためのモデリングが提案されている（たとえば非特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−１３７０９１号公報
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示された二次電池の制御装置および制御方法では、回生制動時等の特定条件時に限定して、劣化の進行度合いを予測してこの予測値に基づく充放電制限を行なうので、過充電および過放電の確実な防止の面からは改善の余地がある。
【０００８】
また、上述した一般的な構成のように、充放電電力の上限値としての入出力可能電力（Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ）のみを設定する充放電制限では、長期的な観点で電池性能を最大限発揮するような充放電制御を行なうことが困難である。
【０００９】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、過充電および過放電の発生を防止した上で電池性能を最大限に発揮可能なように充放電制御を実行することが可能な二次電池の充放電制御装置およびそれを搭載したハイブリッド車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明による二次電池の充放電制御装置は、負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の充放電制御装置であって、電池状態推定手段と、入出力可能時間予測手段と、負荷制御手段とを備える。電池状態推定手段は、二次電池に設けられたセンサによる検出値に基づき、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って電池状態を示す状態推定値を逐次的に算出するように構成される。入出力可能時間予測手段は、電池状態推定手段により推定された現在での状態推定値に基づき、二次電池が所定電力を現時点から継続的に入出力可能な時間を予測するように構成される。負荷制御手段は、負荷への動作要求に基づき、入出力可能時間予測手段により予測された時間を考慮して、二次電池の過充電および過放電を回避するように負荷の動作指令を生成するように構成される。
【００１１】
上記二次電池の充放電制御装置によれば、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルによって算出された現在の状態推定値を用いて、現時点から所定電力での充放電を継続的に実行可能な入出力可能時間を予測することができる。この結果、現時点での二次電池の内部状態に基づいて、入出力電力に対する入出力可能時間の特性を求めることができる。したがって、この特性に基づいて、過充電および過放電を回避しかつ電池性能を最大限に発揮させるように充放電制限を段階的に設定した充放電制御を行なうことができる。
【００１２】
好ましくは、上記二次電池の充放電制御装置では、入出力可能時間予測手段は、複数個の所定電力について、現時点から継続的に入出力可能な時間をそれぞれ予測するように構成される。
【００１３】
このような構成とすることにより、現時点での二次電池の内部状態を反映した、入出力電力−入出力可能時間の特性を詳細に求めて、充放電制限に活用することができる。
【００１４】
また好ましくは、上記二次電池の充放電制御装置では、入出力可能時間予測手段は、所定周期で起動されて、各起動時において、二次電池が所定電力をその時点から継続的に入出力可能な時間を予測するように構成される。
【００１５】
このような構成とすることにより、所定周期で入出力電力−入出力可能時間特性を逐次更新することによって、各時点での二次電池の内部状態を適切に反映して、充放電制御を行なうことができる。
【００１６】
あるいは好ましくは、上記二次電池の充放電制御装置では、入出力可能時間予測手段は、二次電池が所定電力を現時点から継続的に入出力した場合における該二次電池の出力電圧の推移を予測する電圧推移予測手段と、電圧推移予測手段による予測に基づき、現時点から出力電圧が二次電池の上限電圧または下限電圧に達するまでの時間を予測する時間予測手段とを含むように構成される。
【００１７】
このような構成とすることにより、継続的な所定電力の充放電によって二次電池の出力電圧が上限電圧または下限電圧に達するまでの時間を入出力可能時間として予測できるので、二次電池が上限電圧または下限電圧を超えることがないように充放電制御を実行することができる。
【００１８】
あるいは、この発明による二次電池の充放電制御装置は、負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の充放電制御装置であって、電池状態推定手段と、劣化率予測手段と、負荷制御手段とを備える。電池状態推定手段は、二次電池に設けられたセンサによる検出値に基づき、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って該二次電池の状態推定値を逐次的に算出するように構成される。劣化率予測手段は、電池状態推定手段により推定された現時点での状態推定値に基づき、二次電池が所定電力を現時点から継続的に入出力した場合における該二次電池の劣化率を予測するように構成される。負荷制御手段は、負荷への動作要求に基づき、劣化率予測手段により予測された劣化率を考慮して負荷の動作指令を生成するように構成される。
【００１９】
上記二次電池の充放電制御装置によれば、電池モデルに基づき二次電池の内部状態を逐次推定するとともに、電池モデルによる状態推定値を用いて、所定電力を継続的に充放電した場合における予測劣化率を求めることができる。したがって、各時点での二次電池の内部状態を適切に反映して、二次電池の過放電あるいは過充電により劣化が急速に進行しないように考慮して、二次電池の充放電制限を行なうことが可能となる。
【００２０】
好ましくは、上記二次電池の充放電制御装置では、劣化率予測手段は、複数個の所定電力について、劣化率をそれぞれ予測するように構成される。
【００２１】
このような構成とすることにより、複数ケースの所定電力について予測劣化率を求めることによって、現時点の二次電池の内部状態を反映した、現時点での入出力電力−予測劣化率の特性を詳細に求めて、充放電制限に活用することができる。
【００２２】
また好ましくは、上記二次電池の充放電制御装置は、センサによる検出値に基づき、二次電池の劣化度または余寿命を推定する劣化度推定手段をさらに備える。そして、負荷制御手段は、劣化度診断手段により推定された劣化度または余寿命を考慮して、現時点において許容される劣化率範囲を求める手段と、劣化率予測手段により予測された劣化率が劣化率範囲内となるような二次電池の充放電電力範囲内に制限して、負荷の動作指令を生成する手段とを含むように構成される。
【００２３】
このような構成とすることにより、現時点での二次電池の劣化度または余寿命に基づいて許容される劣化率の範囲を変更することができる。したがって、現時点での二次電池の劣化度を反映して、劣化を急速に進行させて電池寿命が短くならないように考慮した二次電池の充放電制限を行なうことが可能となる。
【００２４】
好ましくは、上記二次電池の充放電制御装置では、二次電池は、リチウムイオン電池で構成され、状態推定値は、該二次電池内部でのリチウムイオン濃度分布を含む。
【００２５】
上記二次電池の充放電制御装置によれば、電池内部でのリチウムイオン濃度の分布状態によってその出力特性が異なってくるリチウムイオン電池が制御対象であるので、本発明のように、電池の内部反応を電池モデルによって推定した上で充放電制御を行なうことにより、過充電および過放電を回避しかつ電池性能を最大限に発揮させるという効果を有効に享受できる。
【００２６】
この発明によるハイブリッド車両は、車両の駆動力を発生可能に構成された内燃機関および電動機と、上記いずれかの二次電池の充放電制御装置と、制御手段とを備える。二次電池は、電動機を負荷とするように構成され、負荷制御手段は、負荷の動作指令として、電動機のトルク指令値を生成する。さらに、制御手段は、車両全体での要求駆動力が確保されるように、内燃機関および電動機がそれぞれ出力する駆動力を決定するように構成される。
【００２７】
上記ハイブリッド車両では、二次電池の過充電または過放電、あるいは急速な劣化の進行が発生しないように考慮して電動機を負荷とする二次電池の充放電制限を行なった上で、車両全体での要求駆動力を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明による二次電池の充放電制御装置によれば、過充電および過放電の発生を防止した上で、電池性能を最大限に発揮可能なように充放電制御を実行することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則として繰返さないものとする。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置によって制御される二次電池を含む電源システムの構成を説明する概略ブロック図である。
【００３１】
図１を参照して、電源システム５は、二次電池１０と、負荷２０と、二次電池の冷却ファン４０と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）により構成される、バッテリＥＣＵ５０および制御装置７０とを備える。各ＥＣＵは、代表的には予めプログラムされた所定シーケンスおよび所定演算を実行するためのマイクロコンピュータおよびメモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory，ＲＯＭ：Read Only Memory等）で構成される。バッテリＥＣＵ５０および制御装置７０により、以下に説明するような充放電制限を実行する「充放電制御装置」が実現される。
【００３２】
充放電可能な二次電池１０としては、代表的にはリチウムイオン電池が用いられる。リチウムイオン電池は、電池内部でのリチウムイオン濃度の分布状態によってその出力特性が異なってくることから、本発明の適用に適している。
【００３３】
二次電池１０には、バッテリ温度Ｔｂを測定する温度センサ３０と、二次電池１０の入出力電流Ｉｂ（以下、バッテリ電流Ｉｂとも称する）を測定する電流センサ３２、ならびに、正極および負極間の端子間電圧Ｖｂ（以下、バッテリ出力電圧Ｖｂとも称する）を測定する電圧センサ３４が設けられている。
【００３４】
冷却ファン４０は、冷媒通路４１を介して二次電池１０と接続され、「冷媒」である冷却風４５を冷媒通路４１へ供給する。図示しないが、二次電池１０には、冷媒通路４１を介して供給された冷却風４５によって二次電池１０の各セルを冷却可能なように、冷媒路が適宜設けられている。冷却ファン４０の作動／停止および作動時の供給冷媒量は、バッテリＥＣＵ５０によって制御される。
【００３５】
負荷２０は、二次電池１０からの出力電力によって駆動される。また、図示しない発電・給電要素が、負荷２０に含まれるように設けられ、あるいは、負荷２０とは別個に設けられるものとし、二次電池１０は、当該発電・給電要素からの充電電流によって充電可能であるものとする。したがって、二次電池１０の放電時にはバッテリ電流Ｉｂ＞０であり、二次電池１０の充電時にはバッテリ電流Ｉｂ＜０である。
【００３６】
バッテリＥＣＵ５０は、電池モデル部６０および挙動予測部６５を含んで構成される。ここで、電池モデル部６０および挙動予測部６５の各々は、たとえば、バッテリＥＣＵ５０による所定プログラムの実行により実現される機能ブロックに相当する。電池モデル部６０は、二次電池１０に設けられたセンサ群３０，３２，３４からの検出値に基づき、二次電池１０の内部状態を動的に推定可能な電池モデルに従って、電池状態を示す状態推定値を所定周期毎に逐次算出する。
【００３７】
挙動予測部６５は、電池モデル部６０によって算出される状態推定値を用いた所定の予測演算によって、二次電池１０を所定電力で継続的に充放電した場合における予測情報を生成して、制御装置７０へ出力する。実施の形態１では、この予測情報は、ある所定電力を現時点から継続的に入力（充電）または出力（放電）した際の、予測される入出力可能時間を示す。
【００３８】
制御装置７０は、負荷２０への動作要求に基づき、かつ、バッテリＥＣＵ５０からの予測情報を考慮して二次電池１０の過充電あるいは過放電が発生しないように充放電制限した上で、負荷２０の動作指令を生成する。
【００３９】
次に、二次電池の構成およびそのモデルについて詳細に説明する。
図２を参照して、二次電池１０を構成する各電池セル１０♯は、負極１２と、セパレータ１４と、正極１５とを含む。セパレータ１４は、負極１２および正極１５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。
【００４０】
負極１２および正極１５の各々は、球状の活物質１８の集合体で構成される。負極１２の活物質１８の界面上では、リチウムイオンＬｉ+および電子ｅ-を放出する化学反応が行なわれる。一方、正極１５の活物質１８の界面上では、リチウムイオンＬｉ+および電子ｅ-を吸収する化学反応が行なわれる。
【００４１】
負極１２には電子ｅ-を吸収する電流コレクタ１３が設けられ、正極１５には電子ｅ-を放出する電流コレクタ１６が設けられる。負極の電流コレクタ１３は、代表的には銅で構成され、正極の電流コレクタ１６は、代表的にはアルミで構成される。電流コレクタ１３には負極端子１１ｎが設けられ、電流コレクタ１６には正極端子１１ｐが設けられる。セパレータ１４を介したリチウムイオンＬｉ+の授受によって、電池セル１０♯では充放電が行なわれ、充電電流Ｉｂ（＞０）または放電電流Ｉｂ（＜０）が生じる。
【００４２】
図３は、電池モデル部６０における二次電池のモデリングを説明する概念図である。
図３を参照して、電池モデル式では、各電池セル１０♯の負極１２および正極１５のそれぞれにおいて、各活物質１８でのリチウムイオンＬｉ+の挙動が共通であるものと仮定して、負極１２および正極１５のそれぞれについて、代表的に１個ずつの活物質１８ｎおよび１８ｐを想定する。
【００４３】
放電時には、負極活物質１８ｎ表面での電極反応により、活物質１８ｎ内のリチウム原子Ｌｉが、電子ｅ-の放出によりリチウムイオンＬｉ+となってセパレータ１４中の電解液に放出される。一方、正極活物質１８ｐ表面の電極反応では、電解液中のリチウムイオンがＬｉ+が取込まれて電子ｅ-を吸収する。これにより、正極活物質１８ｐの内部にリチウム原子Ｌｉが取込まれる。負極活物質１８ｎからのリチウムイオンＬｉ+の放出および正極活物質１８ｐでのリチウムイオンＬｉ+の取込によって、正極電流コレクタ１６から負極電流コレクタ１３に向けて電流が流れる。
【００４４】
反対に、二次電池の放電時には、負極活物質１８ｎ表面での電極反応により電界液中のリチウムイオンＬｉ+が取込まれ、正極活物質１８ｐ表面での電極反応では、電界液へリチウムイオンＬｉ+が放出される。
【００４５】
電池モデル式では、充放電時における活物質１８ｐ，１８ｎの表面での電極反応、活物質１８ｐ，１８ｎ内部でのリチウムイオンの拡散（径方向）および電解液中のリチウムイオンの拡散や、各部位での電位分布をモデリングする。
【００４６】
以下に、電池モデル部６０で用いられる二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデルの一例について説明する。この電池モデルは、電池モデル式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）により構成される。
【００４７】
図４には、下記の電池モデル式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）内で用いられる変数および定数の一覧表が示される。図４に示された、電池温度Ｔ（電池内部）、各電位、リチウムイオン濃度等の変数が、本発明における「状態推定値」に対応する。
【００４８】
【数１】
2008042960.tif 000003
【００４９】
式（Ｍ１）〜（Ｍ３）は、バトラーボルマーの式と呼ばれる、電極反応を示す式である。式（Ｍ１）において交換電流密度ｉ0は、活物質１８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）。式（Ｍ２）には式（Ｍ１）中のηの詳細が示され、式（Ｍ３）には式（Ｍ２）中のＵの詳細が示される。
【００５０】
【数２】
2008042960.tif 000004
【００５１】
式（Ｍ４）〜（Ｍ６）には、電界液中でのリチウムイオン保存則が示される。式（Ｍ５）においては電界液中での実効拡散係数の定義が示され、式（Ｍ６）では、反応電流ｊLiが電極の単位体積あたりの活物質表面積ａsと式（Ｍ１）に示された輸送電流密度／ｉnj
との積で与えられることが示されている。なお、反応電流ｊLiの電極全体での体積積分は、バッテリ電流Ｉｂに対応する。
【００５２】
【数３】
2008042960.tif 000005
【００５３】
式（Ｍ７）および（Ｍ８）には、固相中でのリチウムイオン保存則が示される。式（Ｍ７）では球体である活物質１８中での拡散方程式が示され、式（Ｍ８）では、電極単位体積あたりの活物質表面積ａsが示される。
【００５４】
【数４】
2008042960.tif 000006
【００５５】
式（Ｍ９）〜（Ｍ１１）には電界液中での電荷保存則より、電界液中での電位を示す式が導かれる。
【００５６】
式（Ｍ１０）には実効イオン伝導率κeff、式（Ｍ１１）には電界液中での拡散導電係
数κDeffが示されている。
【００５７】
【数５】
2008042960.tif 000007
【００５８】
式（Ｍ１２）および（Ｍ１３）では、活物質での電荷保存則より固相中での電位を求める式が示される。
【００５９】
【数６】
2008042960.tif 000008
【００６０】
式（Ｍ１４）および（Ｍ１５）では熱エネルギ保存則が表現される。これにより、充放電現象による二次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。
【００６１】
なお、これらの電池モデル式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）は上記非特許文献１に基づくものであるので、各モデル式の詳細な説明については、非特許文献１を援用する。
【００６２】
式（Ｍ１）〜（Ｍ１５）の電池モデル式を、活物質１８ｐ，１８ｎおよび電界液中の各点において、境界条件を適宜設定した差分方程式を逐次解くことにより、図４に示した各変数、すなわち二次電池１０の状態推定値を逐次的に算出して、二次電池の内部反応を反映した電池状態の時間推移を推定できる。なお、各活物質１８ｐ，１８ｎ内でのリチウムイオン濃度は、活物質内の半径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。
【００６３】
上記電池モデルにおいて、ＳＯＣは、負極活物質１８ｎ内のリチウム原子数により求められる。また、活物質１８ｐ，１８ｎ内部のリチウムイオン濃度分布を推定することにより、過去の充放電履歴を反映した電池状態の予測が可能となる。たとえば、現在のＳＯＣが同一であっても、充電により現ＳＯＣとなった後に放電する場合には、放電により現ＳＯＣとなった後さらに放電する場合と比較して、出力電圧が相対的に低下し難くなるが、このような現象の予測を行なうことが可能となる。具体的には、充電直後には負極活物質１８ｎ内のリチウムイオン濃度が表面側で相対的に高くなる一方で、放電時には、負極活物質１８ｎ内リチウムイオン濃度が表面側で相対的に低下しているため、活物質内でのリチウムイオンの濃度分布を反映して、上記のような予測が可能となる。
【００６４】
図５は、実施の形態１による二次電池の充放電制御装置における、電池モデル部および挙動予測部の動作タイミングを説明する概念図である。
【００６５】
図５を参照して、電池モデル部６０は、所定周期毎に作動して、センサ群３０，３２，３４からの検出値に基づき、上述の電池モデル式に従って逐次的に状態推定値を算出する。実際には、前回の推定演算時からの差分が演算されて、状態推定値が更新される。これにより、二次電池の状態推定値は、二次電池の使用状況を示すセンサ群３０，３２，３４からの検出値に基づき、初期値を始点として逐次的に更新される。
【００６６】
このように、二次電池の内部状態が逐次推定されていく中で、所定周期Ｔｃごとに、挙動予測部６５により挙動予測ルーチンが実行される。この所定周期Ｔｃは、電池モデル部の作動周期以上に設定される。
【００６７】
たとえば、図５に示すように、時刻ｔａにおいて、その時点における電池モデル部６０による状態推定値を用いて、図６に示す挙動予測ルーチンに従った挙動予測が実行される。上記のように、挙動予測部６５は、ある所定電力を現時点から継続的に入力（充電）または出力（放電）した際の入出力可能時間を予測する。入出力可能時間の予測は、所定周期Ｔｃごと、図５の例では、時刻ｔａからＴｃ経過後の時刻ｔｂおよび、さらにＴｃ経過後の時刻ｔｃにおいて、それぞれの時点での電池モデル部６０による状態推定値を用いて実行される。
【００６８】
図６は、挙動予測部６５が作動時に実行する挙動予測ルーチンを説明するフローチャートである。図６に示したフローチャートは、バッテリＥＣＵ５０内に予め格納されたプログラムを所定周期（Ｔｃ）ごとに実行することにより、図１に示した挙動予測部６５の機能として実現される。
【００６９】
図６を参照して、挙動予測部６５は、ステップＳ１００では、電池モデル部６０により電池モデル式に従って逐次推定されたその時点での状態推定値を取得する。たとえば、ステップＳ１００で考慮される状態推定値としては、この時点でのＳＯＣ、内部温度、リチウムイオン濃度分布、電位分布等が挙げられる。さらに、挙動予測部６５は、ステップＳ１１０により、所定電力を現時点から継続的に充電あるいは放電したときのバッテリ出力電圧の挙動を予測する。
【００７０】
図７に示すように、負荷への最大出力電力Ｗｏｍａｘ、負荷からの最大入力電力Ｗｉｍａｘおよび現在の入出力電圧Ｗｃによる充放電が現時点から継続的に実行された場合における、バッテリ電圧Ｖｂの予測値が予め作成されたモデルに従って算出される。なお、後程説明する図８に点線で示すように、上記最大出力電力Ｗｏｍａｘ、最大入力電力Ｗｉｍａｘおよび現在の入出力電圧Ｗｃ以外の規定電力（たとえば、最大出力電力Ｗｏｍａｘ〜最大入力電力Ｗｉｍａｘ間で５ｋｗ刻みに設定）についても、入出力可能時間を予測するために、上記モデルに従ってバッテリ電圧Ｖｂの予測値を算出してもよい。
【００７１】
このバッテリ電圧挙動予測モデルとしては、たとえば、入出力電力が一定であることを考慮して上記電池モデル式（Ｍ１)〜（Ｍ１５）を単純化したものを用いることができる。あるいは、ステップＳ１００で求めた状態推定値および充放電される所定電力を変数とした、バッテリ電圧挙動（たとえば、ｄＶｂ／ｄｔ：単位時間当たりのバッテリ電圧変化量）を予測する関数式を別途定義してもよい。
【００７２】
上記のようなバッテリ電圧挙動予測モデルに基づき、二次電池１０からの入出力電圧がＷｏｍａｘ（最大出力電力：放電）、Ｗｉｍａｘ（最大入力電力：充電）および現在の入出力電力Ｗｃを継続的に入出力した際に、バッテリ電圧Ｖｂが、下限電圧Ｖｍｉｎに到達するまでの時間（放電時）、あるいは上限電圧Ｖｍａｘに到達するまでの時間（充電時）が求められる。この際の到達までの所要時間Ｔ１〜Ｔ３が、Ｗｏｍａｘ、ＷｉｍａｘおよびＷｃを現時点から継続的に二次電池１０から入出力した際に予測される入出力可能時間である。ここで、上限電圧Ｖｍａｘおよび下限電圧Ｖｍｉｎは、二次電池１０の最高定格電圧および最低定格電圧、あるいは負荷の動作可能（保証）電圧等に従って決定される。
【００７３】
すなわち、入出力時間Ｔ１は、現時点より、バッテリ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｍｉｎまで低下することなく最大出力電力Ｗｏｍａｘを継続的に放電可能な最大時間を示す。同様に、入出力時間Ｔ２は、現時点より、バッテリ電圧Ｖｂが上限電圧Ｖｍａｘまで上昇することなく最大入力電力Ｗｉｍａｘにて継続的に充電可能な最大時間を示す。また、入出力時間Ｔ３は、現時点より、バッテリ電圧Ｖｂを上限電圧Ｖｍａｘ〜下限電圧Ｖｍｉｎの範囲内に維持して、現在の入出力電力による二次電池１０の充放電が継続可能な最大時間を示す。このようにして、挙動予測部６５は、各時点において、所定入出力電力に対する入出力可能時間を予測することができる。
【００７４】
特に、図８に示すように、最大出力電力Ｗｏｍａｘ、最大入力電力Ｗｉｍａｘおよび現在の入出力電力Ｗｃ、あるいは、さらに他の所定電力を含む複数ケースの所定電力（たとえば、最大出力電力Ｗｏｍａｘ〜最大入力電力Ｗｉｍａｘ間で５ｋｗ刻みに設定）について、入出力可能時間をそれぞれ予測することにより、入出力電力−入出力可能時間特性をマップ形式で取得することができる。
【００７５】
再び図６を参照して、挙動予測部６５は、ステップＳ１２０により、図７に示したバッテリ電圧挙動予測と上限電圧Ｖｍａｘおよび下限電圧Ｖｍｉｎとの比較により、入出力可能時間を予測する。そして、挙動予測部６５は、ステップＳ１３０により、図８に示すような入出力電力−入出力可能時間特性を求めて、予測情報として制御装置７０へ出力する。
【００７６】
制御装置７０では、負荷２０への動作要求に応じて、挙動予測部６５によって求められた入出力電力−入出力可能時間特性を考慮して、二次電池の過充電あるいは過放電を回避する範囲内に二次電池１０の充放電を制限するように、負荷２０の動作指令を生成する。特に、単なる二次電池１０からの出力可能電力（放電電力上限値）Ｗｏｕｔおよび入力可能電力（充電電力上限値）Ｗｉｎではなく、充放電電力に対する継続的な入出力可能時間を示す情報を用いることにより、予見的に過充電および過放電を回避し、かつ、バッテリ性能を最大限まで発揮させるような充放電制限が可能となることが期待できる。また、過放電、過充電の回避のみならず、継続的な入出力可能時間が短いときには、二次電池１０からの出力電力を事前に減らすことによって、走行中のショック発生回避による運転快適性向上や、燃費向上を図ることができる。逆に、入出力可能時間が長いときには、二次電池１０からの出力電力を増やして燃費向上を図ることができる。
【００７７】
以上説明したように、実施の形態１による二次電池の充放電制御装置では、二次電池の内部状態を動的に推定可能な電池モデル式による電池状態の推定をベースとして、所定周期で所定電力に対する入出力可能時間を予測することができる。さらに、この挙動予測を反映して二次電池１０との間で電力を授受する負荷２０の動作指令を生成するので、二次電池１０の過充電および過放電を確実に回避した充放電制限が可能となる。
【００７８】
さらに、複数段階の入出力電力に対して入出力可能時間を予測して負荷２０の動作指令に反映することにより、単純に充放電電力の上限値のみを設定する制御構成と比較して、段階的な充放電制限を実行することが可能となり、過充電および過放電を回避しつつ、その時点での電池性能を最大限に引出すような二次電池の使用を可能とすることができる。
【００７９】
なお、実施の形態１において、図１の電池モデル部６０は本発明での「電池状態推定手段」に対応し、図１の挙動予測部６５は本発明での「入出力可能予測手段」に対応し、制御装置７０は本発明での「負荷制御手段」に対応する。さらに、図６でのステップＳ１１０は本発明での「電圧推移予測手段」に対応し、ステップＳ１２０は本発明での「時間予測手段」に対応する。
【００８０】
（実施の形態２）
実施の形態２では、図１に示した制御構成において、挙動予測部によってその時点での充放電条件（入出力電力）に対する劣化度合を評価することによって、二次電池の充放電を制限する構成について説明する。
【００８１】
図９は、実施の形態２による二次電池の充放電制御装置の機能構成を説明する概略ブロック図である。
【００８２】
図９を参照して、実施の形態２では、バッテリＥＣＵ５０は、図１と同様の電池モデル部６０および挙動予測部６５♯を含む。電池モデル部６０は、実施の形態１と同様に、二次電池１０の内部状態を動的に推定して、その状態推定値を逐次更新していく。
【００８３】
挙動予測部６５♯は、電池モデル部６０によって算出される状態推定値を用いた所定の予測演算によって、二次電池１０を所定電力で継続的に充放電した場合における劣化率を評価する。そして、入出力電力−劣化率の特性を予測情報として制御装置７０に出力する。制御装置７０は、挙動予測部６５♯からの予測情報（入出力電力−劣化率特性）を考慮して負荷２０の動作指令を生成する。
【００８４】
たとえば、図１０に示されるように、挙動予測部６５♯は、最大出力電力Ｗｏｍａｘ〜最大入力電力Ｗｉｍａｘの範囲内で、現在の電池状態における、複数ケースの所定電力を入出力した際の予測劣化率を求める。劣化率を予測するためのモデル式は、その時点における電池モデル部６０による状態推定値のうちの、少なくとも電池温度Ｔ、入出力電力Ｉｂを反映して設定される。このモデル式については任意に設定することができるので、その詳細な説明は省略する。
【００８５】
挙動予測部６５♯は、実施の形態１の挙動予測部６５と同様に、上記予測情報（入出力電力−劣化率特性）を求めるための挙動予測ルーチン（図示せず）を所定周期ごとに実行する。
【００８６】
図１１は、実施の形態２による二次電池１０の充放電制御を説明するフローチャートである。実施の形態２による充放電制御は、主に、バッテリＥＣＵ５０による劣化率予測を反映した制御装置７０による動作指令の生成に向けられる。
【００８７】
図１１を参照して、制御装置７０は、ステップＳ２００により、バッテリＥＣＵ５０から現時点での充放電条件（入出力電力）−予測劣化率特性を取得する。そして、制御装置７０は、ステップＳ２１０により、一定期間内での劣化率の積算値あるいは平均値が所定範囲内となるように、現時点で許容される上限劣化率ＤＲｍａｘを算定する。たとえば、これまでに劣化度が大きい条件での電池動作が継続されていた場合には、急激な電池劣化の進行を制限するために、上限劣化率ＤＲｍａｘは相対的に低い値に設定される。そして、制御装置７０は、算定した上限劣化率ＤＲｍａｘに従って充放電制限を行なう。たとえば、入出力電力の制限により、あるいは、電池温度（上限）や、上（下）限電圧や、上（下）限ＳＯＣの制限によって、充放電は制限される。
【００８８】
再び図１０を参照して、算定された上限劣化率ＤＲｍａｘおよび挙動予測部６５♯による入出力電力−予測劣化率特性に従って、現時点の電池状態に基づき予測される劣化率が、上限劣化率ＤＲｍａｘに達するときの上限出力電力Ｗｏ♯および上限入力電力Ｗｉ♯が求められる。
【００８９】
再び図１１を参照して、制御装置７０は、ステップＳ２２０により、ステップＳ２１０で設定された充放電制限範囲内に制限して、たとえば、入出力電力範囲を制限して、充電に関してはＷｉ♯を上限とし、放電に関してはＷｏ♯を上限とする充放電制限を行なって、負荷２０の動作指令を生成する。さらに、制御装置７０では、ステップＳ２３０では、ステップＳ２２０で設定した負荷２０の動作指令に対応する予測劣化率を、図１０に示した予測情報に基づいて取得し格納する。これにより、次回の演算時における一定期間での劣化率（積算値または平均値）の評価が更新されることとなる。
【００９０】
このような構成とすることにより、実施の形態２による二次電池の充放電制御装置によれば、電池モデルに従った二次電池の内部状態推定に基づき、各時点での使用電力（入出力電力）に対する劣化度を逐次予測した上で、二次電池１０の劣化が著しく進行しないような範囲に制限した充放電制御を実行することが可能となる。
【００９１】
なお、実施の形態１および２を組合せて、入出力電力に対する入出力可能時間および劣化率の両方を予測情報として、バッテリＥＣＵ５０から制御装置７０へ出力して、二次電池１０の充放電制御を行なう構成としてもよい。この場合には、入出力可能時間および劣化率の両方を考慮して、二次電池１０の過充電および過放電ならびに急激な劣化の進行が回避されるように、制御装置７０によって負荷２０の動作指令が生成される。
【００９２】
（実施の形態２の変形例）
図１２は、実施の形態２の変形例による二次電池の充放電制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
【００９３】
図１２を参照して、実施の形態３においては、バッテリＥＣＵ５０は、図９と同様の電池モデル部６０および挙動予測部６５♯に加えて、劣化度推定部６１をさらに含む。
【００９４】
劣化度推定部６１は、いわゆる電池の劣化状態（ＳＯＨ：State of Health）を推定する機能を有し、センサ群３０，３２，３４による検出値Ｔｐ，Ｉｂ，Ｖｂに基づいて、二次電池１０の劣化度および／または余寿命を推定する。劣化度推定部６１によって推定された二次電池１０の劣化度および／または余寿命は、制御装置７０（あるいは挙動予測部６５♯にも）対して出力される。
【００９５】
ここで、図１３〜図１５を用いて、二次電池１０の劣化度推定手法の例について説明する。
【００９６】
たとえば、劣化度推定部６１は、診断モード動作時における二次電池挙動に基づいて、電池モデルに用いられるパラメータ（定数）の一部を同定可能なように構成されている。
【００９７】
図１３を参照して、診断モード時には、二次電池１０が時刻ｔ０からｔ２の間に一定電流をパルス状に出力するような診断動作が行なわれる。この診断動作により、バッテリ電圧Ｖｂは、パルス状電流の出力に応じて、パルス電流の遮断後（すなわち、時刻ｔ２以降）において徐々に復帰する。このような電圧挙動は電圧センサ３４により検知され、バッテリ電圧Ｖｂは劣化度推定部６１に入力される。なお、このような診断モードは、二次電池の使用終了から所定時間（３０分程度）が経過して、二次電池の内部状態が静的となった後に行なうことが好ましい。
【００９８】
たとえば、パルス状電流出力時の電圧挙動に基づいて交換電流密度ｉ0を推定することが可能である。また、パルス電流遮断後の電圧挙動に基づいて、正極での拡散係数Ｄsを推定することが可能である。同定対象となるパラメータ（以下、劣化管理パラメータＸ，Ｙとする）は、その個数も含めて任意に定めることができる。
【００９９】
図１４を参照して、劣化度推定部６１は、上記診断モード実行時に、劣化管理パラメータＸ，Ｙについて、現在でのパラメータ値を同定する。劣化管理パラメータＸ，Ｙについては、予め、二次電池の使用度に応じたパラメータ値の変化、すなわち劣化特性が求められている。二次電池の使用度としては、たとえば使用期間（時間）あるいは充放電電流積算値が用いられる。特に、本発明に従って充放電制御される二次電池がハイブリッド車両等の車両に搭載される場合には、バッテリの使用度として、走行距離または使用期間を用いることができる。
【０１００】
図１４に示されるように、劣化管理パラメータＸに関して劣化特性線２００が予め求められており、劣化管理パラメータＹについては劣化特性線２１０が予め求められている。劣化度推定部６１は、上記のように求めた現時点でのパラメータ値について、初期値からの変化量および限界値までの余裕度に従って、現時点での二次電池１０の劣化度を推定することができる。劣化管理パラメータを複数個用いる場合には、それぞれのパラメータに関する劣化度の平均値、最大値または最小値等を求めることにより、二次電池１０全体のマクロな劣化度を推定できる。
【０１０１】
また、限界値を超えてパラメータ値が変化（低下あるいは上昇）した場合には、寿命領域であると判定できるので、劣化度推定部６１は、現時点におけるパラメータ値と上記限界値との差から、二次電池１０の余寿命を推定することも可能である。
【０１０２】
あるいは、劣化度推定部６１については、図１３に示したような診断モードの実行を伴うことなく、二次電池１０の使用中にセンサ群３０〜３４によって検出されたオンライン検出値（Ｔｂ，電流Ｉｂ，電圧Ｖｂ）に基づき、電池モデル部６０と並列に動作して、劣化管理パラメータをオンラインで同定するように構成することも可能である。
【０１０３】
このようなオンラインでのパラメータ同定は、劣化管理パラメータの種類に応じて可能となる。たとえば、図１５に示すように、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂとの関係をプロットしたオンライン特性点２５０の集合により、Ｉｂに対するＶｂの傾きを求めることにより、電池モデル式中での界面直流抵抗Ｒfを同定して、劣化管理パラメータとすることが可能となる。
【０１０４】
次に、図１６および図１７を用いて、実施の形態２の変形例による二次電池の充放電制御を説明する。
【０１０５】
図１６を参照して、挙動予測部６５♯は、図１０に示したのと同様に、この時点における二次電池の内部状態に基づき、入出力電力に対する二次電池１０の劣化率を予測して、入出力電力−劣化率特性を予測情報として制御装置７０へ出力する。
【０１０６】
制御装置７０は、実施の形態２の変形例では、現時点で許容される上限劣化率ＤＲｍａｘを、劣化度推定部６１によって推定された劣化度および／または余寿命に応じて設定する。たとえば、劣化度に関しては大きい場合、余寿命に関しては短い場合ほど、上限劣化率ＤＲｍａｘは相対的に低い値に設定される。
【０１０７】
このようにして、挙動予測部６５♯によって求められた予測情報（図１６の点線）に基づき、上限劣化率ＤＲｍａｘに劣化率が達するときの上限出力電力Ｗｏ♯および入力電力Ｗｉ♯が求められる。そして、制御装置７０は、充電に関してはＷｉ♯を上限とし、放電に関してはＷｏ♯を上限とする範囲内に限定して、負荷２０の動作指令を生成する。
【０１０８】
図１７を参照して、制御装置７０は、ステップＳ２００により、バッテリＥＣＵ５０から現時点での充放電条件（入出力電力）−予測劣化率特性を取得する。そして、制御装置７０は、ステップＳ２０２により、劣化度推定部６１によって推定された劣化度および／または余寿命を取得し、さらに、ステップＳ２０４により、現在の劣化度および／または余寿命に応じて許容劣化率範囲（すなわち、上限劣化率ＤＲｍａｘ）を設定する。
【０１０９】
そして、制御装置７０は、ステップＳ２１０♯により、ステップＳ２０４で設定した許容劣化率範囲に従って入出力電力制限を設定する。具体的には、図１６に示されるように、現時点での劣化度および／または余寿命に応じて設定された上限劣化率ＤＲｍａｘおよび、挙動予測部６５♯による入出力電力−予測劣化率特性に従って、現時点の電池状態に基づき予測される劣化率が、上限劣化率ＤＲｍａｘに達するときの上限出力電力Ｗｏ♯および上限入力電力Ｗｉ♯が求められる。なお、このような入出力電力制限の設定については挙動予測部６５♯で実行して、上限出力電力Ｗｏ♯および上限入力電力Ｗｉ♯を予測情報に内包して、挙動予測部６５♯から制御装置７０へ逐次送出する構成とすることも可能である。
【０１１０】
制御装置７０は、ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０♯で設定された入出力電力範囲内に制限して、すなわち、充電に関してはＷｉ♯を上限とし、放電に関してはＷｏ♯を上限とする充放電制限を行なって、負荷２０の動作指令を生成する。
【０１１１】
このような構成とすることにより、実施の形態２の変形例による二次電池の充放電制御装置では、実施の形態２による効果に加えて、各時点で許容される劣化率を、その時点での予測劣化度および／または推定余寿命に応じて設定することができる。これにより、二次電池の劣化状態に応じて適切に充放電制限範囲を設定することで、二次電池の急激な劣化を防止して長寿命化を図ることがさらに可能となる。
【０１１２】
なお、実施の形態１および２の変形例を組合せて、入出力電力に対する入出力可能時間および劣化率の両方を予測情報とし、さらに予測劣化度および／または推定余寿命を考慮して、二次電池１０の充放電制御を行なう構成としてもよい。この場合にも、入出力可能時間ならびに劣化度および劣化率の両方を考慮して、二次電池１０の過充電および過放電ならびに急激な劣化の進行による電池寿命の短縮が回避されるように、制御装置７０によって負荷２０の動作指令が生成される。
【０１１３】
なお、実施の形態２およびその変形例において、図９，１２の電池モデル部６０は本発明での「電池状態推定手段」に対応し、図９，１２の挙動予測部６５♯は本発明での「劣化率予測手段」に対応し、制御装置７０は本発明での「負荷制御手段」に対応する。さらに、図１２での劣化度推定部６１は、本発明での「劣化度推定手段」に対応する。
【０１１４】
（実施の形態３）
実施の形態３では、以上説明してきた、実施の形態１，２およびその変形例による二次電池の充放電制御装置のハイブリッド車両への適用について説明する。
【０１１５】
図１８は、本発明の実施の形態３によるハイブリッド車両の構成例を説明するブロック図である。
【０１１６】
図１８を参照して、ハイブリッド車両５００は、エンジン５１０と、走行用バッテリ５２０と、バッテリＥＣＵ５２５と、インバータ５３０と、車輪５４０ａと、トランスアクスル５５０と、ハイブリッド車両５００の全体動作を制御する電子制御ユニット（ＨＶ−ＥＣＵ）５９０とを備える。
【０１１７】
図１８に示したハイブリッド車両５００においては、走行用バッテリ５２０およびバッテリＥＣＵ５２５が、実施の形態１、２および２の変形例における二次電池１０およびバッテリＥＣＵ５０（図１）にそれぞれ対応し、ＨＶ−ＥＣＵ５９０が、実施の形態１、２および２の変形例における制御装置７０（図１）に対応する。また、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、実施の形態１、２および２の変形例における負荷２０（図１）に対応する。主に、車両駆動力発生用のモータジェネレータＭＧ２が、走行用バッテリ５２０に対して電力の入出力を行なう負荷となる。
【０１１８】
エンジン５１０は、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギを源として駆動力を発生する。走行用バッテリ５２０は、電力ライン５５１へ直流電力を供給する。走行用バッテリ５２０は、代表的にリチウムイオン二次電池で構成され、本発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置によってその充放電が制御される。
【０１１９】
インバータ５３０は、走行用バッテリ５２０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力ライン５５３へ出力する。あるいは、インバータ５３０は、電力ライン５５２，５５３に供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン５５１へ出力する。
【０１２０】
トランスアクスル５５０は、トランスミッションとアクスル（車軸）とを一体構造として備えており、動力分割機構５６０と、減速機５７０と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２とを有する。動力分割機構５６０は、エンジン５１０によって生じた駆動力を、減速機５７０を介して車輪５４０ａ駆動用の駆動軸５４５へ伝達する経路と、モータジェネレータＭＧ１へ伝達経路とに分割可能である。
【０１２１】
モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構５６０を介して伝達されたエンジン５１０からの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、電力ライン５５２を介してインバータ５３０に供給され、走行用バッテリ５２０の充電電力として、あるいはモータジェネレータＭＧ２の駆動電力として用いられる。
【０１２２】
モータジェネレータＭＧ２は、インバータ５３０から電力ライン５５３に供給された交流電力によって回転駆動される。モータジェネレータＭＧ２によって生じた駆動力は、減速機５７０を介して駆動軸５４５へ伝達される。また、回生制動動作時にモータジェネレータＭＧ２が車輪５４０ａの減速に伴って回転される場合には、モータジェネレータＭＧ２に生じた起電力（交流電力）が電力ライン５５３へ供給される。この場合は、インバータ５３０が電力ライン５５３へ供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン５５１へ出力することにより走行用バッテリ５２０が充電される。
【０１２３】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１は概ね発電機として動作することが多く、モータジェネレータＭＧ２は主として電動機として動作することが多い。ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、ハイブリッド車両５００を運転者の指示に応じて運転させるために、自動車に搭載された機器・回路群の全体動作を制御する。
【０１２４】
上記のように、ハイブリッド車両５００では、エンジン５１０によって発生された駆動力と、走行用バッテリ５２０からの電気エネルギを源としてモータジェネレータＭＧ２によって発生された駆動力との組合せによって、燃費を向上させた車両運転を行なう。
【０１２５】
たとえば、発進時ならびに低速走行時あるいは緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、ハイブリッド車両５００は、エンジン効率の悪い領域を避けるために、基本的にはエンジンを作動させることなくモータジェネレータＭＧ２による駆動力のみで走行する。
【０１２６】
通常走行時には、エンジン５１０から出力された駆動力は、動力分割機構５６０によって、車輪５４０ａの駆動力とモータジェネレータＭＧ１での発電用駆動力とに分化される。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、モータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられる。したがって、通常走行時には、エンジン５１０による駆動力をモータジェネレータＭＧ２による駆動力でアシストして、車輪５４０ａが駆動される。ＥＣＵ５９０は、エンジン５１０およびモータジェネレータＭＧ２間での駆動力分担割合を制御する。
【０１２７】
全開加速時には、走行用バッテリ５２０からの供給電力が第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動にさらに用いることにより、車輪５４０ａを駆動力がさらに増加させることができる。
【０１２８】
減速および制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、車輪５４０ａの回転とは反対方向のトルクを発生することにより、回生発電を行なう発電機として作用する。モータジェネレータＭＧ２の回生発電によって回収された電力は、電力ライン５５３、インバータ５３０および電力ライン５５１を介して走行用バッテリ５２０の充電に用いられる。さらに、車両停止時にはエンジン５１０は自動的に停止される。
【０１２９】
このように、運転状況に応じて車両全体での要求駆動力に対するエンジン５１０およびモータジェネレータＭＧ２の間での配分が決定される。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、燃費の面からエンジン５１０の効率を考慮して、運転状況に応じて上記配分を決定する。
【０１３０】
図１９は、本実施の形態による二次電池の充放電制御を反映したハイブリッド車両５００におけるモータジェネレータＭＧ２の動作指令値設定を説明するフローチャートである。図１９に示したフローチャートは、ＨＶ−ＥＣＵ５９０内に予め格納されたプログラムを所定周期ごとに実行することにより実現される。
【０１３１】
図１９を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、ステップＳ３００により、現在の車速および運転者によるペダル操作等により、車両全体で必要な車両駆動力および車両制動力を算出する。
【０１３２】
ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、ステップＳ３１０により、実施の形態１、２および２の変形例に従って設定された走行用バッテリ５２０（二次電池１０）の充放電制限に対応させて、モータジェネレータＭＧ２の入出力許容値（電力）を設定する。
【０１３３】
さらに、ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、ステップＳ３１０で設定したＭＧ２の入出力許容値およびハイブリッド車両５００全体での効率を考慮して、具体的には、エンジン５１０の運転領域が高効率のものとなるように配慮して、エンジン５１０およびモータジェネレータＭＧ２の間での駆動力の出力分担を決定する（ステップＳ３２０）。これにより、走行用バッテリ５２０が過充電あるいは過放電となるような、モータジェネレータＭＧ２の運転（具体的には、車両駆動力を発生する力行動作、あるいは発電のための回生制動動作）が回避される。
【０１３４】
そして、ＨＶ−ＥＣＵ５９０は、ステップＳ３３０では、ステップＳ３２０で決定されたＭＧ２出力に従って、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値を決定する。モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値は、一般的には、車両駆動力を発生する力行動作時には正トルクに設定され、車両駆動力を発揮する回生制動時には負トルクに設定される。
【０１３５】
また、ハイブリッド車両５００には、駆動輪５４０ａを含む車輪に対して図示しない油圧ブレーキが設定され、これら油圧ブレーキによる発生制動力と、モータジェネレータＭＧ２による回生制動発電を伴う制動力との和により、ステップＳ３００で算出された車両全体での必要制動力が確保するように制御される。すなわち、充電制御が厳しくモータジェネレータＭＧ２による回生発電が許可されない場合においても、図示しない油圧ブレーキにより、車両全体の制動力が確保される。一方で、走行用バッテリ５２０の充電制限の範囲内で、モータジェネレータＭＧ２により回生制動動作を行なうことにより、電力の有効な回収が可能となる。
【０１３６】
上記のような、図１９に示すステップＳ３００〜Ｓ３３０の処理により実現されるＨＶ−ＥＣＵ５９０の機能の一部は、本発明における「制御手段」に対応する。
【０１３７】
このように、本発明の実施の形態１、２および２の変形例による二次電池の充放電制御をハイブリッド車両に適用することにより、充電動作および放電動作を繰返すような使用形態の走行用バッテリ５２０についても、過充電および過放電ならびに急速な劣化の進行を回避し、かつ、その電池性能を十分に発揮させるように考慮した充放電制御を行なって、車両駆動力発生用のモータジェネレータＭＧ２を動作させることが可能となる。
【０１３８】
なお、実施の形態３では、動力分割機構により、エンジンの動力を車軸（駆動軸）と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムへの適用例を、エンジンおよびモータ間での車両駆動力の出力配分にも着目して説明した。しかしながら、本発明の適用はこのような場合に限定されるものではなく、挙動予測に基づく負荷の動作指令生成によって実現される本発明による二次電池の充放電制御については、負荷を特に限定することなく任意の機器またはシステム等に適用することが可能である。
【０１３９】
また、二次電池から負荷への電力供給（放電）あるいは負荷から二次電池の電力供給（充電）のみが実行されるように構成された場合等、放電制限あるいは充電制限の一方のみについて、本発明を適用することも可能である。
【０１４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置によって制御される二次電池を含む電源システムの構成を説明する概略ブロック図である。
【図２】二次電池の概略構成図である。
【図３】電池モデル部における二次電池のモデリングを説明する概念図である。
【図４】電池モデル式で用いられる変数および定数の一覧を示す図である。
【図５】実施の形態１による二次電池の充放電制御装置における、電池モデル部および挙動予測部の動作タイミングを説明する概念図である。
【図６】実施の形態１による挙動予測部が作動時に実行する挙動予測ルーチンを説明するフローチャートである。
【図７】バッテリ出力電圧の挙動予測と入出力可能時間との関係を説明する概念図である。
【図８】実施の形態１による二次電池の充放電制御装置で用いられる予測情報の構造例を示す概念図である。
【図９】実施の形態２による二次電池の充放電制御装置の機能構成を説明する概略ブロック図である。
【図１０】実施の形態２による二次電池の充放電制御装置で用いられる予測情報の構造例および充放電制限を示す概念図である。
【図１１】実施の形態２による二次電池の充放電制御を説明するフローチャートである。
【図１２】実施の形態２の変形例による二次電池の充放電制御装置の機能構成を説明する概略ブロック図である。
【図１３】劣化度推定のための診断モードでの二次電池動作を説明する波形図である。
【図１４】図１２に示した劣化度推定部の動作を説明する概念図である。
【図１５】劣化管理パラメータのオンライン同定の一例を示す概念図である。
【図１６】実施の形態２の変形例による二次電池の充放電制御装置で用いられる予測情報の構造例および充放電制限を示す概念図である。
【図１７】実施の形態２の変形例による二次電池の充放電制御を説明するフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態３によるハイブリッド車両の構成例を説明するブロック図である。
【図１９】本実施の形態による二次電池の充放電制御を反映したハイブリッド車両におけるモータジェネレータＭＧ２の動作指令値設定を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４２】
１０  バッテリ、１０♯  電池セル、１１ｐ  正極端子、１１ｎ  負極端子、１２  負極、１３  負極電流コレクタ、１４  セパレータ、１５  正極、１６  正極電流コレクタ、１８  活物質、１８ｐ  正極活物質、１８ｎ  負極活物質、２０  負荷、３０  温度センサ、３２  電流センサ、３４  電圧センサ、４０  冷却ファン、４１  冷媒通路、４５  冷却風、５０  バッテリＥＣＵ、６０  電池モデル部、６１  劣化度推定部、６５，６５♯  挙動予測部、７０  制御装置、２００，２１０  劣化特性線（劣化管理パラメータ）、２５０  オンライン特性点、５００  ハイブリッド車両、５１０  エンジン、５２０  走行用バッテリ、５２５  バッテリＥＣＵ、５３０  インバータ、５４０ａ  車輪（駆動輪）、５４５  駆動軸、５５０  トランスアクスル、５５１，５５２，５５３  電力ライン、５６０  動力分割機構、５７０  減速機、５９０  ＨＶ−ＥＣＵ、ＤＲｍａｘ  上限劣化率、Ｉｂ  バッテリ電流（入出力電流）、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、Ｔ１〜Ｔ３  入出力時間、Ｔｂ  バッテリ温度、Ｔｃ  所定周期（挙動予測）、Ｖｂ  バッテリ電圧、Ｖｍａｘ  上限電圧（バッテリ電圧）、Ｖｍｉｎ  下限電圧（バッテリ電圧）、Ｗｃ  入出力電圧（現在）、Ｗｉ♯  上限入力電力、Ｗｏｍａｘ  最大出力電力、Ｗｉｍａｘ  最大入力電圧、Ｗｏ♯  上限出力電力、Ｘ，Ｙ  劣化管理パラメータ。
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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