(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期状態の正極容量に対する劣化状態の正極容量の割合である正極容量維持率と、
初期状態の負極容量に対する劣化状態の負極容量の割合である負極容量維持率と、
正極活物質表面の局所的な充電率と負極活物質表面の局所的な充電率との対応関係の初期状態からの変化による電池容量の変動量である正負極組成対応ずれ容量と、に基づいて、電動車両に搭載されたリチウムイオン二次電池の劣化を推定し、前記リチウムイオン二次電池の劣化に応じて前記リチウムイオン二次電池の充放電可能電力を制限するバッテリ制御装置であって、
電池容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧曲線を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された開放電圧曲線実測値と略一致する開放電圧曲線推定値を特定する前記正極容量維持率と前記負極容量維持率と前記正負極組成対応ずれ容量とを算出する劣化パラメータ算出部と、
前記電動車両の走行履歴から予測正極容量維持率と、予測負極容量維持率と、予測正負極組成対応ずれ容量を算出する予測劣化パラメータ算出部と、
前記劣化パラメータ算出部が算出した前記正極容量維持率が前記予測正極容量維持率未満、または、前記劣化パラメータ算出部が算出した前記負極容量維持率が予測負極容量維持率未満、または、前記劣化パラメータ算出部が算出した前記正負極組成対応ずれ容量が前記予測正負極組成対応ずれ容量を超える場合に、前記リチウムイオン二次電池の劣化が予測よりも早く進行していると判断し、前記リチウムイオン二次電池の充放電可能電力を、前記リチウムイオン二次電池の劣化が予測通りの場合の充放電可能電力より制限する電力制限部と、
を有するバッテリ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ、特に、リチウムイオン二次電池の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能な二次電池によって負荷へ電源を供給し、かつ必要に応じて当該負荷の運転中にも当該二次電池を充放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がこのような電源システムを搭載している。これらの電源システムでは、二次電池の蓄積電力が駆動力源としての電動機の駆動電力として用いられる他、この電動機が回生発電したときの発電電力や、エンジンの回転に伴って発電する発電機の発電電力等によってこの二次電池が充電される。このような電源システムでは、二次電池の状態推定装置が、満充電状態に対する充電率（ＳＯＣ：State of Charge）を正確に出力することが要求される。
【０００３】
特に、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入れられるように、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、その充電率は満充電の状態（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、二次電池は過放電または過充電を行なうと電池を劣化させ、寿命を短くする可能性がある。従って、上記のように中間的なＳＯＣを制御目標として充放電を繰返し実行するような二次電池の使用形態では、二次電池の充電量を逐次把握して過剰な充放電を制限するような充放電制御を行なう観点からも、二次電池の状態推定を正確に行なう必要性が高い。
【０００５】
そこで、電池モデル式中の複数のパラメータのうち、二次電池の状態変化に応じて変化する３つのパラメータである、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２および正極活物質の表面の局所充電率と負極活物質の表面の局所充電率の対応関係の初期状態からの変化による電池容量の変動量である正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを同時に探索して、リチウムイオン二次電池における劣化に伴う状態変化を推定する技術が提案されている。このような技術によれば、例えば、電極の磨耗と反応関与物質の析出（例えば、金属リチウムの析出）が同時に起こった場合においても、二次電池の状態を精度良く推定することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５５３７２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電動車両に搭載されているリチウムイオン二次電池の劣化を予測し、予測した劣化に合わせて、最大放電可能電力Ｗｏｕｔ、最大充電可能電力Ｗｉｎを制限して、車両に搭載されたリチウムイオン二次電池の劣化を抑制することが検討されている。例えば、試験により電動車両の走行時間に対する正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓの時間変化を予測しておき、予測した正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓに基づいてリチウムイオン二次電池の最大放電可能電力Ｗｏｕｔ、最大充電可能電力Ｗｉｎを制限するような方法が検討されている。
【０００８】
しかしながら、電動車両に搭載されたリチウムイオン二次電池は、ユーザの走り方によっては予測よりも早く劣化が進行してしまう場合がある。この場合、先に例示したような方法では、最大放電可能電力Ｗｏｕｔ、最大充電可能電力Ｗｉｎの制限が不十分となり、二次電池の劣化を予測よりも早く進行させてしまう場合がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、リチウムイオン二次電池の劣化が電動車両の走行履歴から予測されるよりも早く進行することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のバッテリ制御装置は、初期状態の正極容量に対する劣化状態の正極容量の割合である正極容量維持率と、初期状態の負極容量に対する劣化状態の負極容量の割合である負極容量維持率と、正極活物質表面の局所的な充電率と負極活物質表面の局所的な充電率との対応関係の初期状態からの変化による電池容量の変動量である正負極組成対応ずれ容量と、に基づいて、電動車両に搭載されたリチウムイオン二次電池の劣化を推定し、前記リチウムイオン二次電池の劣化に応じて前記リチウムイオン二次電池の充放電可能電力を制限するバッテリ制御装置であって、電池容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧曲線を測定する測定部と、前記測定部によって測定された開放電圧曲線実測値と略一致する開放電圧曲線推定値を特定する前記正極容量維持率と前記負極容量維持率と前記正負極組成対応ずれ容量とを算出する劣化パラメータ算出部と、前記電動車両の走行履歴から予測正極容量維持率と、予測負極容量維持率と、予測正負極組成対応ずれ容量を算出する予測劣化パラメータ算出部と、前記劣化パラメータ算出部が算出した前記正極容量維持率が前記予測正極容量維持率未満、または、前記劣化パラメータ算出部が算出した前記負極容量維持率が予測負極容量維持率未満、または、前記劣化パラメータ算出部が算出した前記正負極組成対応ずれ容量が前記予測正負極組成対応ずれ容量を超える場合に、前記リチウムイオン二次電池の劣化が予測よりも早く進行していると判断し、前記リチウムイオン二次電池の充放電可能電力を、前記リチウムイオン二次電池の劣化が予測通りの場合の充放電可能電力より制限する電力制限部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、リチウムイオン二次電池の劣化が電動車両の走行履歴から予測されるよりも早く進行することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】リチウムイオン二次電池の内部構成を示す概念図である。
【図２】リチウムイオン二次電池の局所的ＳＯＣの変化に対する開放電圧の変化特性を示す図である。
【図３】リチウムイオン二次電池の正極容量の減少に伴う正極の開放電位の変化と、負極容量の減少に伴う負極の開放電位の変化を示す図である。
【図４】リチウムイオン二次電池の正極および負極の間における組成対応のずれを説明する図である。
【図５】リチウムイオン二次電池の劣化による組成対応のずれを説明する図である。
【図６】リチウムイオン二次電池の電池容量に対する開放電圧の変化（開放電圧曲線）を示す図である。
【図７】正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを変化させて推定した開放電圧曲線を実測した開放電圧曲線に一致させていく計算方法の説明図である。
【図８】本発明の実施形態のバッテリ制御装置を搭載した電動車両の構成を示す系統図である。
【図９】本発明の実施形態のバッテリ制御装置の機能ブロック図である。
【図１０】本発明のバッテリ制御装置の電動車両の走行履歴を取得する動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明のバッテリ制御装置の動作を示すフローチャート（１）である。
【図１２】本発明のバッテリ制御装置の動作を示すフローチャート（２）である。
【図１３】予測劣化パラメータのマップ作成のための試験装置を示す系統図である。
【図１４】図１３に示す試験装置の機能ブロック図である。
【図１５】図１３に示す試験装置の動作を示すフローチャートである。
【図１６】図１５のフローチャートの予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの特定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１７】図１３に示す試験装置のバッテリへの電流指令値Ｉｂ＊の時間変化と予測劣化パラメータ算出のタイミングを示すグラフである。
【図１８】図１３に示す試験装置で測定した開放電圧曲線（実測値）の検出と特定した開放電圧曲線（推定値）を示す説明図である。
【図１９】電圧誤差ΔＶの説明図である。
【図２０】図１３に示す試験装置で取得した走行パターンＡの場合のバッテリの劣化による開放電圧曲線（推定値）の変化を示す説明図である。
【図２１】図１３に示す試験装置で取得した予測劣化パラメータの時間変化を示す説明図である。
【図２２】本実施形態のバッテリ制御装置によるＷｏｕｔ／Ｗｉｎの制限を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜リチウムイオン二次電池と特性式＞
本発明の実施形態のバッテリ制御装置４０について説明する前に、本実施形態のバッテリ制御装置４０が劣化の推定を行うリチウムイオン二次電池（バッテリ１０）とその特性式について簡単に説明する。
【００１４】
図１に示すように、リチウムイオン二次電池は、負極と、電解液を含むセパレータと、正極とで構成されている。負極および正極のそれぞれは、球状の活物質の集合体で構成される。リチウムイオン二次電池の放電時において、負極の活物質の界面上では、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われる。一方、正極の活物質の界面上では、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われる。リチウムイオン二次電池の充電時には、上述した反応と逆の反応が行われる。
【００１５】
負極には、電子を吸収する負極集電体が設けられ、正極には、電子を放出する正極集電体が設けられている。負極集電体は、例えば、銅で形成され、負極端子に接続されている。正極集電体は、例えば、アルミニウムで形成されており、正極端子に接続されている。セパレータを介して、正極および負極の間でリチウムイオンの授受が行われることにより、リチウムイオン二次電池の充放電が行われる。
【００１６】
ここで、リチウムイオン二次電池の内部における充電状態は、正極および負極のそれぞれの活物質におけるリチウム濃度分布に応じて異なる。
【００１７】
リチウムイオン二次電池の出力電圧は、下記の式（１）によって表される。
【００１８】
【数１】
0006668914.tif 000002
ここで、ＯＣＶは、リチウムイオン二次電池の開放電圧、Ｒａは、リチウムイオン二次電池の全体における抵抗、Ｉは、リチウムイオン二次電池に流れる電流である。抵抗Ｒａは、負極および正極で電子の移動に対する純電気的な抵抗と、活物質界面での反応電流発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗とが含まれる。
【００１９】
θ１は、正極活物質の表面における局所的な充電率（以下、充電率をＳＯＣという。ＳＯＣは、State Of Chargeの略である。）であり、θ２は、負極活物質の表面における局所的ＳＯＣである。抵抗Ｒａは、θ１、θ２および電池温度の変化に応じて変化する特性を有する。言い換えれば、抵抗Ｒａは、θ１、θ２および電池温度の関数として表すことができる。
【００２０】
局所的ＳＯＣθ１、θ２は、下記式（２）によって表される。
【００２１】
【数２】
0006668914.tif 000003
ここで、Ｃｓｅ，ｉは、活物質（正極または負極）の界面におけるリチウム濃度（平均値）であり、Ｃｓ，ｉ，ｍａｘは、活物質（正極または負極）における限界リチウム濃度である。なお、添字ｉの１は正極、２は負極を示す。限界リチウム濃度とは、正極や負極におけるリチウム濃度の上限値である。正極、負極の局所的ＳＯＣθ１、θ２は、それぞれ、０と１（０％と１００％）の間で変化する。
【００２２】
正極開放電位Ｕ１は、正極活物質の表面における局所的ＳＯＣθ１に応じて変化する特性を有し、負極開放電位Ｕ２は、負極活物質の表面における局所的ＳＯＣθ２に応じて変化する特性を有している。図２にリチウムイオン二次電池が初期状態にあるときの、局所的ＳＯＣθ１対する正極開放電位Ｕ１の関係、局所的ＳＯＣθ２に対する負極開放電位Ｕ２の関係を示す。
【００２３】
図２に示すように、リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶは、正極開放電位Ｕ１および負極開放電位Ｕ２の電位差として表される。なお、初期状態とは、リチウムイオン二次電池の劣化が発生していない状態をいい、例えば、リチウムイオン二次電池を製造した直後の状態をいう。
【００２４】
図２に示すように、リチウムイオン二次電池が初期状態で、満充電に近い場合、つまり、リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶが図２に示すＶＨの場合には、全てのリチウムが負極に移動しており、負極の局所的ＳＯＣθ２はθＨ２（＝１）で負極開放電位Ｕ２は最も低く、正極の局所的ＳＯＣθ１はθＬ１（＝０）で正極開放電位Ｕ１は最も高くなっている。逆に、完全放電に近い場合、つまり、リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶが図２に示すＶＬの場合には、全てのリチウムが正極に移動しており、正極の局所的ＳＯＣθ１はθＨ１（＝１）で正極開放電位Ｕ１は最も低く、負極の局所的ＳＯＣθ２はθＬ２（＝０）で負極開放電位は最も高くなっている。これらの特性（Ｕ１，Ｕ２）を示すデータは、マップとして図８に示すメモリ４２に予め格納しておくことができる。
【００２５】
リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶは、放電が進むにつれて低下する特性を有している。また、劣化後のリチウムイオン二次電池においては、初期状態のリチウムイオン二次電池に比べて、同じ放電時間に対する電圧低下量が大きくなる。このことは、リチウムイオン二次電池の劣化によって、満充電容量の低下と開放電圧曲線の変化とが生じていることを示している。本実施形態では、リチウムイオン二次電池の劣化に伴う開放電圧曲線の変化を、劣化状態のリチウムイオン二次電池の内部で起きると考えられる２つの現象としてモデル化している。
【００２６】
２つの現象は、正極および負極での単極容量の減少と、正極および負極の間における組成の対応ずれである。
【００２７】
単極容量の減少とは、正極および負極のそれぞれにおけるリチウムの受け入れ能力の減少を示している。リチウムの受け入れ能力が減少していることは、充放電に有効に機能する活物質等が減少していることを意味している。
【００２８】
図３は、正極容量の減少による正極開放電位Ｕ１の変化と、負極容量の減少による負極開放電位Ｕ２の変化とを模式的に示している。図３において、正極容量の軸におけるＱ＿Ｌ１は、リチウムイオン二次電池の初期状態において、図２の局所的ＳＯＣθＬ１（＝０）に対応する容量である。Ｑ＿Ｈ１１は、リチウムイオン二次電池の初期状態において、図２の局所的ＳＯＣθＨ１（＝１）に対応する容量である。また、負極容量の軸におけるＱ＿Ｌ２は、リチウムイオン二次電池の初期状態において、図２の局所的ＳＯＣθＬ２（＝０）に対応する容量であり、Ｑ＿Ｈ２１は、リチウムイオン二次電池の初期状態において、図２の局所的ＳＯＣθＨ２（＝１）に対応する容量である。
【００２９】
正極において、リチウムの受け入れ能力が低下すると、局所的ＳＯＣθＨ１（＝１）に対応する容量は、Ｑ＿Ｈ１１からＱ＿Ｈ１２に変化する。また、負極において、リチウムの受け入れ能力が低下すると、局所的ＳＯＣθＨ２（＝１）に対応する容量は、Ｑ＿Ｈ２１からＱ＿Ｈ２２に変化する。
【００３０】
ここで、リチウムイオン二次電池が劣化しても、局所的ＳＯＣθ１に対する正極開放電位Ｕ１の関係（図２に示す関係）は変化しない。このため、局所的ＳＯＣθ１に対する正極開放電位Ｕ１の関係を、正極容量に対する正極開放電位Ｕ１の関係に変換すると、図３に示すように、劣化状態の正極容量に対する正極開放電位Ｕ１の関係を示す曲線は、リチウムイオン二次電池が劣化した分だけ初期状態の曲線に対して縮んだ状態となる。
【００３１】
同様に、局所的ＳＯＣθ２に対する負極開放電位Ｕ２の関係を、負極容量に対する負極開放電位Ｕ２の関係に変換すると、図３に示すように、劣化状態の負極容量に対する負極開放電位Ｕ２の関係を示す曲線は、リチウムイオン二次電池が劣化した分だけ初期状態の曲線に対して縮んだ状態となる。
【００３２】
図４には、正極および負極の間における組成対応のずれを模式的に示している。組成対応のずれとは、正極および負極の組を用いて充放電を行うときに、正極の組成（θ１）および負極の組成（θ２）の組み合わせが、リチウムイオン二次電池の初期状態に対してずれていることを示すものである。
【００３３】
正極、負極の局所的ＳＯＣθ１、θ２に対する正極、負極開放電位Ｕ１、Ｕ２の関係を示す曲線は、図２に示した曲線と同様である。ここで、リチウムイオン二次電池が劣化すると、負極組成θ２の軸は、正極組成θ１が小さくなる方向にΔθ２だけシフトする。これにより、劣化状態の負極組成θ２の軸に対する負極開放電位Ｕ２２の関係を示す曲線は、初期状態の負極組成θ２の軸に対する負極開放電位Ｕ２１の関係を示す曲線に対して、Δθ２の分だけ、正極組成θ１が小さくなる方向にシフトする。
【００３４】
正極の組成θ１ｆｉｘに対応する負極の組成は、リチウムイオン二次電池が初期状態にあるときには「θ２ｆｉｘ＿ｉｎｉ」となるが、リチウムイオン二次電池が劣化した後には「θ２ｆｉｘ」となる。
【００３５】
本実施形態では、３つの劣化パラメータを電池モデルに導入することにより、上述した２つの劣化現象をモデル化している。３つの劣化パラメータとは、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２および正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓである。２つの劣化現象をモデル化する方法について、以下に説明する。
【００３６】
正極容量維持率ｋ１とは、初期状態の正極容量に対する劣化状態の正極容量の割合をいう。ここで、正極容量は、リチウムイオン二次電池が劣化状態となった後において、初期状態の容量から任意の量だけ減少したとする。このとき、正極容量維持率ｋ１は、下記式（３）によって表される。
【００３７】
【数３】
0006668914.tif 000004
【００３８】
ここで、Ｑ１＿ｉｎｉは、リチウムイオン二次電池が初期状態にあるときの正極容量（図３に示すＱ＿Ｈ１１）を示し、ΔＱ１は、リチウムイオン二次電池が劣化したときの正極容量の減少量を示している。従ってリチウムイオン二次電池が劣化状態となったときの正極容量（図３に示すＱ＿Ｈ１２）は、（Ｑ１＿ｉｎｉ−ΔＱ１）となる。また、ｋ１は初期状態の１から低下する。ここで、初期状態の正極容量Ｑ１＿ｉｎｉは、活物質の理論容量や仕込み量などから予め求めておくことができる。
【００３９】
負極容量維持率ｋ２とは、初期状態の負極容量に対する劣化状態の負極容量の割合をいう。ここで、負極容量は、リチウムイオン二次電池が劣化状態となった後において、初期状態の容量から任意の量だけ減少したとする。このとき、負極容量維持率ｋ２は、下記式（４）によって表される。
【００４０】
【数４】
0006668914.tif 000005
【００４１】
ここで、Ｑ２＿ｉｎｉは、リチウムイオン二次電池が初期状態にあるときの負極容量（図３に示すＱ＿Ｈ２１）を示し、ΔＱ２は、リチウムイオン二次電池が劣化したときの負極容量の減少量を示している。従ってリチウムイオン二次電池が劣化状態となったときの負極容量（図３に示すＱ＿Ｈ２２）は、（Ｑ２＿ｉｎｉ−ΔＱ２）となる。また、ｋ２は初期状態の１から低下する。ここで、初期状態の負極容量Ｑ２＿ｉｎｉは、活物質の理論容量や仕込み量などから予め求めておくことができる。
【００４２】
図５は、正極および負極の間における組成対応のずれを説明する模式図である。
【００４３】
リチウムイオン二次電池が劣化状態となったときには、負極組成θ２が１であるときの負極容量は、（Ｑ２＿ｉｎｉ−ΔＱ２）となる。また、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓは、正極組成軸θ１に対する負極組成軸θ２のずれ量Δθ２に対応する容量である。これにより、下記式（５）の関係が成り立つ。なお、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓは正極活物質の表面の局所的な充電率である局所的ＳＯＣθ１と負極活物質の表面の局所的な充電率である局所的ＳＯＣθ２との対応関係の初期状態からの変化による電池容量の変動量を示すものである。
【００４４】
【数５】
0006668914.tif 000006
【００４５】
式（４）および式（５）から下記式（６）が求められる。
【００４６】
【数６】
0006668914.tif 000007
【００４７】
リチウムイオン二次電池が初期状態にあるとき、正極組成θ１ｆｉｘ＿ｉｎｉは、負極組成θ２ｆｉｘ＿ｉｎｉに対応している。リチウムイオン二次電池が劣化状態にあるとき、正極組成θ１ｆｉｘは、負極組成θ２ｆｉｘに対応している。また、組成対応のずれは、初期状態における正極組成θ１ｆｉｘを基準とする。すなわち、正極組成θ１ｆｉｘおよび正極組成θ１ｆｉｘ＿ｉｎｉは、同じ値とする。
【００４８】
リチウムイオン二次電池の劣化により、正極および負極の間における組成対応のずれが生じた場合において、リチウムイオン二次電池の劣化後における正極組成θ１ｆｉｘおよび負極組成θ２ｆｉｘは、下記式（７），（８）の関係を有している。
【００４９】
【数７】
0006668914.tif 000008
【００５０】
【数８】
0006668914.tif 000009
【００５１】
式（８）の意味について説明する。リチウムイオン二次電池が劣化状態で、充電により正極からリチウムが放出されると正極組成θ１は１から減少する。正極組成θ１が１からθ１ｆｉｘまで減少したときに、正極から放出されるリチウムの量は、下記式（９）によって表される。
【００５２】
【数９】
0006668914.tif 000010
ここで、（１−θ１ｆｉｘ）の値は、リチウムイオン二次電池の充電による正極組成θ１の減少分を示し、（ｋ１×Ｑ１＿ｉｎｉ）の値は、リチウムイオン二次電池の劣化後における正極容量を示している。
【００５３】
正極から放出されたリチウムが負極にすべて取り込まれるとすると、負極組成θ２ｆｉｘは、下記式（１０）となる。
【００５４】
【数１０】
0006668914.tif 000011
ここで、（ｋ２×Ｑ２＿ｉｎｉ）の値は、リチウムイオン二次電池の劣化後における負極容量を示している。
【００５５】
一方、正極および負極の間における組成対応のずれ（Δθ２）が存在するときには、劣化後の負極組成θ２ｆｉｘは、下記式（１１）で表される。
【００５６】
【数１１】
0006668914.tif 000012
【００５７】
組成対応のずれ量Δθ２は、式（６）により、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを用いて表すことができる。これにより、劣化後の負極組成θ２ｆｉｘは、上記式（８）で表される。
【００５８】
図５に示すように、リチウムイオン二次電池が劣化状態にあるときの開放電圧ＯＣＶは、劣化状態における正極開放電位Ｕ１１および負極開放電位Ｕ２２の電位差として表される。すなわち、３つの劣化パラメータである正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを特定すれば、リチウムイオン二次電池が劣化状態にあるときの負極開放電位Ｕ２２を特定でき、負極開放電位Ｕ２２および正極開放電位Ｕ１１の電位差として、開放電圧ＯＣＶを算出することができる。
【００５９】
つまり、初期状態の正極容量Ｑ１＿ｉｎｉ、負極容量Ｑ２＿ｉｎｉは活物質の理論容量や仕込み量から予め求めておくことができるので、３つの劣化パラメータである正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓが特定できると、式（８）を用いて劣化状態の負極組成θ２ｆｉｘを算出することができる。また、式（６）を用いて組成対応のずれ量Δθ２を計算することができる。これから、図５に示すように、劣化状態の正極組成θ１が１の位置に対する劣化状態の負極組成軸θ２の０の位置および負極組成θ２ｆｉｘを特定することができる。そして、０とθ２ｆｉｘの位置から、図５に示すように劣化状態の負極組成軸θ２が１となる位置が特定できる。
【００６０】
リチウムイオン二次電池が劣化しても、正極の局所的ＳＯＣθ１に対する正極開放電位Ｕ１の関係、負極の局所的ＳＯＣθ２に対する負極開放電位Ｕ２の関係（図２に示す関係）は変化しない。従って、劣化状態の正極組成θ１の１と０の位置に対する劣化状態の負極組成軸θ２の０と１の位置が特定できれば、劣化状態の正極組成θ１の１と０の間に図２に示す正極の局所的ＳＯＣθ１に対する正極開放電位Ｕ１の関係を示す曲線を描き、劣化状態の正極組成θ１の１と０の間に図２に示した負極の局所的ＳＯＣθ２に対する負極開放電位Ｕ２の関係を示す曲線を描くと、各曲線は、図５に示す劣化状態の正極開放電位Ｕ１２、負極開放電位Ｕ２２となる。このように、正極開放電位Ｕ１２、負極開放電位Ｕ２２を示す曲線が特定できると、劣化状態のリチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶを算出することができる。
【００６１】
以上説明したように３つの劣化パラメータである正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを特定すると劣化状態のリチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶを算出することができる。
【００６２】
なお、初期状態のリチウムイオン二次電池では、正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２が１であり、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓが０であり、上述した説明によって算出（推定）された開放電圧ＯＣＶは、初期状態（新品）であるリチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶを測定したときの値（実測値）と一致する。
【００６３】
図６に示すように、リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶは、電池容量（Ａ×ｈ）が大きくなるに従って、つまり、二次電池が充電されるに従って高くなる。以下、電池容量（Ａ×ｈ）に対する開放電圧ＯＣＶの変化曲線を開放電圧曲線という。開放電圧曲線は、図６の一点鎖線、破線に示すように、劣化すると初期状態から図中左側にずれてくる。
【００６４】
先に説明したように、３つの劣化パラメータである正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓから劣化状態のリチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶを算出することができるので、正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓからリチウムイオン二次電池の開放電圧曲線を算出することができる。
【００６５】
そこで、図７に示すように、３つの劣化パラメータである正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを推定したある値に設定し、劣化状態の開放電圧曲線（推定値）を計算し、その開放電圧曲線（推定値）が開放電圧曲線（実測値）に略一致するように、正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを変化させて集束計算を行うことにより、ある劣化状態における正極容量維持率ｋ１，負極容量維持率ｋ２，正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを特定し、リチウムイオン二次電池の容量劣化を推定することができる。
【００６６】
＜バッテリ制御装置の構成＞
次に、本実施形態のバッテリ制御装置４０の構成について説明する。最初に、図８を参照しながら電動車両１００に搭載された本発明の実施形態のバッテリ制御装置４０について説明する。電動車両１００は、バッテリ１０と、正極ライン１１と負極ライン１２を介してバッテリ１０に接続されたインバータ１３と、インバータ１３によって駆動制御される車両駆動用モータであるモータジェネレータ１４と、インバータ１３およびモータジェネレータ１４の動作を制御するＥＣＵ６０と、バッテリ１０の状態監視を行いバッテリ１０のＳＯＣ、最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔ等をＥＣＵ６０に出力するバッテリ制御装置４０と、を備えている。また、電動車両１００は、正極ライン１１と負極ライン１２に接続されて外部電源によってバッテリ１０を充電できる外部電源コネクタ１５を備えている。
【００６７】
バッテリ１０には、電圧値Ｖｂを検出する電圧センサ３１と、温度Ｔｂを検出する温度センサ３３が取り付けられている。また、正極ライン１１には、バッテリ１０の電流値Ｉｂを検出する電流センサ３２が取り付けられている。電圧センサ３１、電流センサ３２、温度センサ３３の各検出信号はバッテリ制御装置４０に入力される。
【００６８】
バッテリ１０は、リチウムイオン二次電池等の充放電可能な二次電池である。モータジェネレータ１４は、バッテリ１０から出力された電力を受けて電動車両１００を駆動し、電動車両１００の制動時に発生する運動エネルギを電力に変換してバッテリ１０に充電する。従って、電動車両１００の走行中には、バッテリ１０は、充放電を繰り返すことになる。なお、バッテリ１０からの電流値Ｉｂは、放電電流を正（＋）、充電電流を負（−）とする。
【００６９】
バッテリ制御装置４０は、内部に情報処理や演算を行うＣＰＵ４１と、制御プログラム、制御データ等を格納するメモリ４２と、電圧センサ３１、電流センサ３２、温度センサ３３が接続されるセンサインターフェース４３とを備え、ＣＰＵ４１とメモリ４２とセンサインターフェース４３の間が相互にデータバス４４によって接続されているコンピュータである。また、ＥＣＵ６０も内部に情報処理や演算を行うＣＰＵと制御プログラム、制御データ等を格納するメモリとを含むコンピュータである。ＥＣＵ６０はバッテリ制御装置４０の上位の制御装置である。バッテリ制御装置４０とＥＣＵ６０とはデータバス４５で接続されており、相互にデータを交換できるように構成されている。なお、バッテリ制御装置４０のデータバス４４はデータバス４５とも接続されている。
【００７０】
メモリ４２の中には、電動車両１００の走行履歴から予測正極容量維持率ｋ１fと、予測負極容量維持率ｋ２fと、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓfとを算出するためのマップを含む制御データや制御プログラムが格納されている。
【００７１】
次に、図９を参照しながら本実施形態のバッテリ制御装置４０の機能ブロックについて説明する。図９に示すように、本実施形態のバッテリ制御装置４０は、予測劣化パラメータ算出部５１と、測定部５２と、劣化パラメータ算出部５３と、電力制限部５４とを備えている。
【００７２】
予測劣化パラメータ算出部５１は、図８に示す電圧センサ３１で検出したバッテリ１０の電圧値Ｖｂと、電流センサ３２で検出した電流値Ｉｂと、温度センサ３３で検出した温度Ｔｂから、電動車両１００の各走行パターンの各トリップ時間を積算して各走行パターンの積算走行時間としてメモリ４２に格納する。（図１０のステップＳ１０１からＳ１０４）。また、メモリ４２から、バッテリ１０の劣化推定を行う時刻ｔ１までの走行パターン毎の積算走行時間と、後で説明する試験装置２００を用いた試験に基づいて作成した予測劣化パラメータのマップあるいは、時間変化曲線とを読み出して、時刻ｔ１における予測正極容量維持率ｋ１ｆ、予測負極容量維持率ｋ２ｆ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｆを算出して電力制限部５４に出力する（図１１のステップＳ２１２から図１２のステップＳ２１４）。
【００７３】
測定部５２は、図８に示す電圧センサ３１で検出したバッテリ１０の電圧値Ｖｂと、電流センサ３２で検出した電流値Ｉｂと、温度センサ３３で検出した温度Ｔｂとから時刻ｔ１のバッテリ１０のＯＣＶ（ｔ１）と時刻ｔ２のバッテリ１０のＯＣＶ（ｔ２）とを検出するとともに、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の充放電電流を積算して、電池容量に対するＯＣＶの変化特性である開放電圧曲線（実測値）を検出してメモリ４２に格納する（図１１のステップＳ２０１からＳ２０５）。
【００７４】
劣化パラメータ算出部５３は、設定した正極容量維持率ｋ１の候補と、負極容量維持率ｋ２の候補と、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓの候補と、を用いて開放電圧曲線（推定値）を算出し、メモリ４２に格納した開放電圧曲線（実測値）と一致する正極容量維持率ｋ１と、負極容量維持率ｋ２と、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓと、を特定するまで繰り返し計算を行い、特定した正極容量維持率ｋ１と負極容量維持率ｋ２と正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓと開放電圧曲線（推定値）とをメモリ４２に格納する（図１１のステップＳ２０６からＳ２１１）。
【００７５】
電力制限部５４は、予測劣化パラメータ算出部５１が算出した予測正極容量維持率ｋ１ｆと予測負極容量維持率ｋ２ｆと予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｆと、劣化パラメータ算出部の算出した正極容量維持率ｋ１と負極容量維持率ｋ２と正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓとを比較し、正極容量維持率ｋ１＜予測正極容量維持率ｋ１ｆまたは、負極容量維持率ｋ２＜予測負極容量維持率ｋ２ｆまたは、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓ＞予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｆのいずれか一つが成立する場合には、バッテリ１０の充放電可能電力を制限し、そうでない場合には、バッテリ１０の充放電可能電力の制限を解除する信号を出力する（図１２のステップＳ２１５からＳ２１７）。
【００７６】
電力制限部５４の出力した信号はＥＣＵ６０に入力され、ＥＣＵ６０は、その信号に基づいて最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔを設定し、設定した最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔを超えないようにインバータ１３、モータジェネレータ１４を制御して電動車両１００を駆動する。
【００７７】
以上説明したような本実施形態のバッテリ制御装置４０の機能ブロックは、バッテリ制御装置４０に含まれるＣＰＵ４１およびメモリ４２とメモリ４２から読み出されてＣＰＵ４１で実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアで実現される。
【００７８】
＜予測劣化パラメータのマップ作成＞
次に、図１３に示す試験装置２００を用いた予測劣化パラメータのマップの作成、つまり、電動車両１００の各走行パターンにおける、予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｆ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの時間変化曲線の作成について説明する。
【００７９】
図１３に示すように、リチウムイオン二次電池であるバッテリ２１０の劣化試験を行う試験装置２００は、バッテリ２１０と、電源２２１と、負荷２２０と、バッテリ２１０と電源２２１または負荷２２０との接続を切換えるスイッチ２１６，２１７とバッテリ２１０の負荷２２０または電源２２１を用いてバッテリ２１０の電流値Ｉｂを調整するコントローラ２３０とを備えている。バッテリ２１０と並列にバッテリ２１０の電圧値Ｖｂを検出する電圧センサ２３１が取り付けられ、バッテリ２１０の正極ラインには、バッテリ２１０の電流値Ｉｂを検出する電流センサ２３２が接続されている。また、バッテリ２１０には、バッテリ２１０の温度Ｔｂを検出する温度センサ２３３が取り付けられている。コントローラ２３０は、内部に信号処理や演算処理を行うＣＰＵと、制御データ、プログラム等を格納するメモリとを含むコンピュータである。コントローラ２３０は、電源２２１、負荷２２０、スイッチ２１６，２１７と接続され、各機器は、コントローラ２３０の指令によって動作する。また、電圧センサ２３１、電流センサ２３２、温度センサ２３３の各信号はコントローラ２３０に入力されるよう構成されている。なお、図１３において、一点鎖線は、信号線を示す。
【００８０】
次に、図１４を参照しながら図１３に示す試験装置２００の機能ブロックについて説明する。図１４に示すように、試験装置２００は、バッテリ負荷変動調整部２５１と、測定部２５２と、予測劣化パラメータマップ生成部２５３とを備えている。
【００８１】
バッテリ負荷変動調整部２５１は、電源２２１、負荷２２０、スイッチ２１６，２１７によって電動車両１００の走行パターンに合わせてバッテリ２１０の負荷変動を調整する（図１５のステップＳ３０１）。なお、バッテリ２１０の電流値Ｉｂは、放電電流を正（＋）、充電電流を負（−）とする。
【００８２】
測定部２５２は、図１５のステップＳ３０３に示す予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの特定処理の内、図１３に示す電圧センサ２３１で検出したバッテリ２１０の電圧値Ｖｂと、電流センサ２３２で検出した電流値Ｉｂと、温度センサ２３３で検出した温度Ｔｂとから時刻ｔｔ１のバッテリ２１０のＯＣＶ（ｔｔ１）と時刻ｔｔ２のバッテリ２１０のＯＣＶ（ｔｔ２）とを検出するとともに、時刻ｔｔ１と時刻ｔｔ２との間の充放電電流を積算して、電池容量に対するＯＣＶの変化特性である開放電圧曲線（実測値）を検出してコントローラ２３０のメモリに格納するものである（図１６のステップＳ４０１からＳ４０５）。
【００８３】
予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、測定部２５２の検出示した開放電圧曲線（実測値）に基づいて予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの特定を行い（図１５のステップＳ３０３、図１６のステップＳ４０６からＳ４１１）、予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの時間変化曲線を作成する（図１５のステップＳ３０５）。
【００８４】
＜試験装置の動作と予測劣化パラメータのマップ作成＞
次に、図１５から図２１を参照して試験装置２００の動作と予測劣化パラメータのマップ作成について説明する。
【００８５】
バッテリ２１０の劣化度合いは電動車両１００の走行パターンによって変化する。例えば、急発進、急制動を多用する運転者が街中を走行する走行パターンＢの場合は、一般的な運転者が街中を運転する場合の基本的な走行パターンＡよりもバッテリ１０の劣化の進行が早く、逆に、一般の運転者よりもアクセルワーク、ブレーキワークがゆっくりした運転者が街中を走行する走行パターンＣは走行パターンＡの場合よりも劣化の進行が遅くなる。また、環境温度が低温の場合の一般運転者の走行パターンＤや、環境温度が高い場合の一般運転者の走行パターンＥでは、通常温度で走行パターンＡよりもバッテリ１０の劣化の進行が速くなる。そこで、例えば、先に説明した走行パターンＡ−Ｅのような、５から１０種類程度の走行パターンを準備する。そして、各走行パターンにおけるバッテリの電流値Ｉｂの時間変化カーブをバッテリ電流指令値Ｉｂ＊のカーブとして準備しておく。以下の説明では、まず、基本的な走行パターンＡについての試験について説明する。
【００８６】
コントローラ２３０のバッテリ負荷変動調整部２５１は、走行パターンＡに対応した電流指令値Ｉｂ＊の変化曲線に従って、電源２２１、スイッチ２１６，２１７、負荷２２０を調整し、図１７に示すようにバッテリ２１０に電流指令値Ｉｂ＊の変化曲線に従った負荷変動（電流値Ｉｂの変動）をバッテリ２１０に印加する。放電は、電動車両１００の加速に対応し、充電は電動車両１００の制動（回生）に対応する。
【００８７】
図１５のステップＳ３０２に示すように、バッテリ負荷変動調整部２５１は、走行パターンＡ対応した電流指令値Ｉｂ＊の変化曲線に従って所定時間、例えば、３０分から１時間程度、を所定回数、例えば、１００回等だけバッテリ２１０に負荷変動を加えたら、図１７に示すように、バッテリ２１０ヘの負荷変動を停止する。これによってバッテリ２１０を緩和状態にする。なお、バッテリ２１０が緩和していることの判定条件は、たとえば、電池モデルにおける活物質内のリチウムイオン濃度の最大濃度差が予め定められた濃度差以下であり、かつ電池電流の絶対値が所定値以下であるという条件である。
【００８８】
バッテリ２１０が緩和状態となった図１７に示す時刻ｔｔ１に、コントローラ２３０の測定部２５２と予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、図１５のステップＳ３０３に示す予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの特定処理を開始する。
【００８９】
図１６のステップＳ４０１に示すように、バッテリ負荷変動調整部２５１は、時刻ｔｔ１にスイッチ２１６，２１７を中間位置としてバッテリ２１０を開放状態とする。そして、測定部２５２は、時刻ｔｔ１に電圧センサ２３１によってバッテリ２１０の開放電圧ＯＣＶ（ｔｔ１）を検出する。その後、バッテリ負荷変動調整部２５１は、スイッチ２１６，２１７を電源側として図１７に示すように、バッテリ２１０の充電を開始する。
【００９０】
測定部５２は、図１６のステップＳ４０２に示すように、時刻ｔｔ１にバッテリ２１０への充電電流の積算を開始する。電流の積算は、下記の式（１２）のように、周期Δｔ（例えば、０．１秒）毎に電流センサ２３２で検出した電流値Ｉｂと周期Δｔとの積を積算していく。
積算電流値（Ａ×ｈ）＝  Σ（Ｉｂ×Δｔ）／３６００  ・・・・  （１２）
【００９１】
バッテリ負荷変動調整部２５１は、バッテリ２１０の充電が終了する時刻ｔｔ２にスイッチ２１６，２１７を中間位置としてバッテリ２１０を再度開放状態とする。そして、図１６のステップＳ４０３に示すように、測定部２５２は、時刻ｔｔ２に電圧センサ２３１によってバッテリ２１０の開放電圧ＯＣＶ（ｔｔ２）を検出する。
【００９２】
また、図１６のステップＳ４０４に示すように、測定部２５２は、時刻ｔｔ２に電流の積算を終了する。図１８、下記の式（１３）に示すように、時刻ｔｔ２におけるバッテリ２１０の容量は、時刻ｔｔ１のバッテリ容量Ｑ（ｔｔ１）に積算電流値を加えたＱ（ｔｔ２）（Ａ×ｈ）である。
Ｑ（ｔｔ２）＝  Ｑ（ｔｔ１）＋積算電流値    ・・・・・・・    （１３）
【００９３】
そして、図１６のステップＳ４０５に示すように、測定部２５２は、図１８に実線で示すような予測開放電圧曲線（実測値）をメモリに格納する。
【００９４】
予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、図１６のステップＳ４０６に示すように、予測正極容量維持率ｋ１ｅの候補値と、予測負極容量維持率ｋ２ｅの候補値と、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの候補値とを設定する。各予測劣化パラメータの候補値はそれぞれ１０個程度設定してもよい。
【００９５】
予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、図１６のステップＳ４０７に示すように、ステップＳ４０６で設定した予測正極容量維持率ｋ１ｅの候補値と予測負極容量維持率ｋ２ｅの候補値と予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの候補値を用いて先に図５を参照して説明したように、バッテリ１０の負極開放電位Ｕ２２および正極開放電位Ｕ１１の電位差として、開放電圧ＯＣＶを算出し、図１８に破線で示す開放電圧曲線（推定値）を算出する。
【００９６】
予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、図１６のステップＳ４０８に示すように、電圧誤差ΔＶと容量誤差ΔＱを算出する。電圧誤差ΔＶは、図１９に示すように、開放電圧曲線（推定値）および開放電圧曲線（実測値）を比較することにより算出する。電圧誤差ΔＶは、特定の電池容量における電圧誤差であってもよいし、２つの開放電圧曲線の間における電圧誤差の平均値とすることもできる。また、容量誤差ΔＱは、開放電圧曲線（推定値）を用いて、充電前（時刻ｔｔ１）の開放電圧ＯＣＶ（ｔｔ１）および充電後（時刻ｔｔ２）の開放電圧ＯＣＶ（ｔｔ２）の間における容量Ｑ１を算出する。また、図１６のステップＳ４０２、Ｓ４０４で積算した積算電流値から充電後の容量Ｑ２を算出できる。上述した容量Ｑ１および容量Ｑ２の差を求めることにより、容量誤差ΔＱの絶対値（｜Ｑ１−Ｑ２｜）を得ることができる。
【００９７】
予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、電圧誤差ΔＶと容量誤差ΔＱを算出したら、図１６のステップＳ４０９に進み、電圧誤差ΔＶおよび容量誤差ΔＱに対する評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）を算出する。評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）としては、例えば、電圧誤差ΔＶおよび容量誤差ΔＱに対して重み付け加算した値を用いることができる。
【００９８】
予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、図１６のステップＳ４１０に示すように、今回設定された予測劣化パラメータから算出される評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が、前回設定された予測劣化パラメータから算出される評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも小さいか否かを判別する最小値の判定処理行う。ここで、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも小さければ、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）をメモリに記憶する。なお、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも大きければ、前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）がメモリに記憶されたままとなる。
【００９９】
予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、図１６のステップＳ４１１に進み、予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅをすべての探索範囲で変化させたか否かを判別し、すべての探索範囲で予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅを変化させていれば、ステップＳ４１１に進む。一方、すべての探索範囲で変化させていなければ、ステップＳ４０６に戻る。
【０１００】
このように、予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅを探索範囲の全体で変化させるまでは、ステップＳ４０６からステップＳ４１０を繰り返して実行する。そして、全ての探索が終了したら、図１６のステップＳ４１１に進み、最小値となる評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）を特定し、この評価関数（最小値）が得られた予測開放電圧曲線（推定値）を特定するとともに、予測開放電圧曲線（推定値）を規定する予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅを特定し、特定した予測劣化パラメータ、予測開放電圧曲線（推定値）をメモリに格納する。
【０１０１】
以上説明した、一連の動作によって、電動車両１００が走行パターンＡで所定時間、所定回数走行した場合のバッテリ２１０の予測開放電圧曲線（推定値）を規定する予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅを特定することができる。
【０１０２】
試験装置２００の予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、図１５のステップＳ３０４に示すように、バッテリ２１０の使用期間が経過する、例えば、１０年程度の期間に相当する時間だけ、図１５のステップＳ３０１からＳ３０３を繰り返して実行する。すると、試験装置のメモリには、図２０に示すように、走行パターンＡの場合の使用期間に応じた複数の予測開放電圧曲線（推定値）が蓄積される。例えば、図２０の実線ａは初期状態の曲線であり、破線ｂは、１年使用後の曲線であり、点線ｃは、３年使用後の曲線であり、二点鎖線ｄは、５年使用後の曲線であり、一点鎖線ｅは１０年使用子の曲線である。そして、各曲線に応じて、走行パターンＡで１，３，５，１０年走行した後の予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅが蓄積される。なお、初期状態では、予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅは１、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅは、０である。また、図２０に示すように、初期状態でのバッテリ２１０の満充電容量はＱＡ０、１，３，５，１０年走行した後のバッテリ２１０の満充電容量はそれぞれ、ＱＡ１、ＱＡ２、ＱＡ３、ＱＡ４である。
【０１０３】
予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、ステップＳ３０４に示すようにバッテリ２１０の使用期間程度、ステップＳ３０１からＳ３０３を実行したら、ステップＳ３０５に進む。先に説明したように、ステップＳ３０１からステップＳ３０３を繰り返して実行することにより、メモリには、初期状態および、走行パターンＡで１，３，５，１０年走行した後の予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅが蓄積されている。予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、これらのデータから、図２１（ａ）から（ｃ）の実線ｆ１、ｆ２、ｆ３に示すように、走行パターンＡで走行した場合の予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの時間変化曲線を生成する。
【０１０４】
また、同様に、予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、走行パターンＢ、走行パターンＣについてもバッテリ２１０の使用期間程度、ステップＳ３０１からＳ３０３を実行し、ステップＳ３０５に進み、図２１（ａ）から（ｃ）の一点鎖線ｇ１、ｇ２、ｇ３に示すように、走行パターンＢで走行した場合の予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの時間変化曲線を生成し、図２１の二点鎖線ｈ１、ｈ２、ｈ３に示すように、走行パターンＣで走行した場合の予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの時間変化曲線を生成する。
【０１０５】
そして、予測劣化パラメータマップ生成部２５３は、このようにして生成した各走行パターンの予測劣化パラメータの時間変化曲線群のマップ（図２１（ａ）から（ｃ））を生成し、メモリに格納する。
【０１０６】
＜バッテリ制御の動作＞
次に、図１０から図１２を参照しながら、バッテリ制御装置４０の動作について説明する。バッテリ制御装置４０の予測劣化パラメータ算出部５１は、図１０に示すステップＳ１０１からＳ１０４を所定周期、例えば、０．１秒毎に繰り返して実行する。予測劣化パラメータ算出部５１は、図１０のステップＳ１０１に示すように、図８に示す電圧センサ３１で検出したバッテリ１０の電圧値Ｖｂと、電流センサ３２で検出した電流値Ｉｂと、温度センサ３３で検出した温度Ｔｂとを検出する。そして、図１０のステップＳ１０２に示すように、電動車両１００の１トリップが終了したと判断した際には、図１０のステップＳ１０３に進み、そのトリップ期間での電動車両１００の走行パターンを決定し、図１０のステップＳ１０４に示すような、そのトリップ時間をその走行パターンの積算走行時間に加えてメモリ４２に格納する。例えば、初回のトリップでの走行が先に説明した走行パターンＡに相当すると判断した場合には、初回のトリップ時間を走行パターンＡの積算走行時間に加算し、二回目のトリップでの走行が先に説明した走行パターンＢに相当すると判断した場合には、二回目のトリップ時間を走行パターンＢの積算走行時間に加算する。この積算走行時間の蓄積は、バッテリ１０の使用を開始した直後、例えば、バッテリ１０が搭載された電動車両１００が完成後、最初にイグニッションスイッチがオンとなった時から積算を開始し、その後、ずっと継続して走行履歴を蓄積しておく。なお、ステップＳ１０２の１トリップの終了は、イグニッションスイッチがオンとなってから、例えば、４０ｋｍ／ｈｒ等の所定速度以上で、３０分〜１時間以上の走行を行った後にイグニッションスイッチがオフとされるまでの期間であってもよい。
【０１０７】
図１１に示すバッテリ１０の劣化推定を行う時刻ｔ１になったら、測定部５２、劣化パラメータ算出部５３はバッテリ１０の劣化推定動作を開始する。なお、前回の劣化推定終了後に電動車両１００が所定距離を走行しているか、あるいは所定時間が経過しており、バッテリ１０のＳＯＣが充電によって開放電圧曲線が取得できる程度に低いか、逆にバッテリ１０のＳＯＣが放電によって開放電圧曲線が取得できる程度に高い場合で、バッテリ１０が緩和状態にある場合に実行する。なお、バッテリ１０が緩和していることの判定条件は、たとえば、電池モデルにおける活物質内のリチウムイオン濃度の最大濃度差が予め定められた濃度差以下であり、かつ電池電流の絶対値が所定値以下であるという条件である。具体的には、バッテリ１０のＳＯＣが低い状態から外部電源によってバッテリ１０を充電する場合、或いは、電動車両１００の停止中等にバッテリ１０の劣化推定動作を実行する。
【０１０８】
以下、一例として、図８に示す外部電源コネクタ１５に外部電源が接続され、外部電源によってバッテリ１０を充電する際にバッテリ１０の劣化推定動作を行う場合について説明する。
【０１０９】
図１１のステップＳ２０１に示すように、測定部５２は、外部電源コネクタ１５に外部電源が接続され、外部電源によるバッテリ１０の充電が開始される時刻ｔ１に電圧センサ３１によってバッテリ１０の開放電圧ＯＣＶ（ｔ１）を検出する。なお、電流値Ｉｂが流れている場合には、電圧値Ｖｂ、電流値Ｉｂ、温度Ｔｂを検出し、下記の式（１４）によってバッテリ１０の開放電圧ＯＣＶ（ｔ１）を算出してもよい。
ＯＣＶ＝Ｖｂ＋Ｒａ×Ｉｂ  ・・・・    （１４）
式（１４）において、Ｒａはバッテリ１０の直流内部抵抗である。直流内部抵抗Ｒａは、バッテリ１０の温度Ｔｂによって変化するので、メモリ４２に温度Ｔｂと直流内部抵抗Ｒａの関係を示すマップを格納しておき、検出した温度Ｔｂに基づいてマップから直流内部抵抗Ｒａを取得して式（１４）によって計算してもよい。図１８に示すように、時刻ｔ１において、バッテリ１０の容量はＱ（ｔ１）（Ａ×ｈ）である。
【０１１０】
また、測定部５２は、図１１のステップＳ２０２に示すように、時刻ｔ１にバッテリ１０への充電電流の積算を開始する。電流の積算は、下記の式（１５）のように、周期Δｔ（例えば、０．１秒）毎に電流センサ３２で検出した電流値Ｉｂと周期Δｔとの積を積算していく。
積算電流値（Ａ×ｈ）＝  Σ（Ｉｂ×Δｔ）／３６００  ・・・・・  （１５）
【０１１１】
図１１のステップＳ２０３に示すように、測定部５２は、バッテリ１０の充電が終了する時刻ｔ２に電圧センサ３１によってバッテリ１０の開放電圧ＯＣＶ（ｔ２）を検出する。なお、電流値Ｉｂが流れている場合には、先に説明したように、電圧値Ｖｂ、電流値Ｉｂ、温度Ｔｂを検出し、式（１６）によってバッテリ１０の開放電圧ＯＣＶ（ｔ２）を算出してもよい。
【０１１２】
また、図１１のステップＳ２０４に示すように、測定部５２は、時刻ｔ２に電流の積算を終了する。図１８に示すように、時刻ｔ２におけるバッテリ１０の容量は、式（１６）に示すように、時刻ｔ１のバッテリ容量Ｑ（ｔ１）に積算電流値を加えたＱ（ｔ２）（Ａ×ｈ）である。
Ｑ（ｔ２）＝  Ｑ（ｔ１）＋積算電流値    ・・・・・・・    （１６）
【０１１３】
そして、図１１のステップＳ２０５に示すように、測定部５２は、図１８に実線で示すような開放電圧曲線（実測値）をメモリ４２に格納する。
【０１１４】
劣化パラメータ算出部５３は、図１１のステップＳ２０６に示すように、正極容量維持率ｋ１の候補値と負極容量維持率ｋ２の候補値と正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓの候補値とを設定する。各候補値は、それぞれ１０個程度設定してもよい。
【０１１５】
劣化パラメータ算出部５３は、図１１のステップＳ２０７に示すように、ステップＳ２０６で設定した正極容量維持率ｋ１の候補値と負極容量維持率ｋ２の候補値と正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓの候補値とを用いて先に図５を参照して説明したように、バッテリ１０の負極開放電位Ｕ２２および正極開放電位Ｕ１１の電位差として、開放電圧ＯＣＶを算出し、図１８に破線で示す開放電圧曲線（推定値）を算出する。
【０１１６】
劣化パラメータ算出部５３は、図１１のステップＳ２０８に示すように、電圧誤差ΔＶと容量誤差ΔＱを算出する。電圧誤差ΔＶ、容量誤差ΔＱは、先に、説明したと同様である。
【０１１７】
劣化パラメータ算出部５３は、電圧誤差ΔＶと容量誤差ΔＱを算出したら、図１１のステップＳ２０９に進み、先に、図１６のステップＳ４０９で説明したと同様、電圧誤差ΔＶおよび容量誤差ΔＱに対する評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）を算出する。そして、劣化パラメータ算出部５３は、今回設定された劣化パラメータから算出される評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が、前回設定された劣化パラメータから算出される評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも小さいか否かを判別する最小値の判定処理行う。ここで、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも小さければ、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）をメモリ４２に記憶する。なお、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも大きければ、前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）がメモリ４２に記憶されたままとなる。
【０１１８】
劣化パラメータ算出部５３は、図１１のステップＳ２１０に進み、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓをすべての探索範囲で変化させたか否かを判別し、すべての探索範囲で正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを変化させていれば、ステップＳ２１１に進む。一方、すべての探索範囲で変化させていなければ、ステップＳ２０６に戻る。
【０１１９】
このように、劣化パラメータ算出部５３は、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを探索範囲の全体で変化させるまでは、ステップＳ２０６からステップＳ２１０を繰り返して実行する。そして、全ての探索が終了したら、図１１のステップＳ２１１に進み、最小値となる評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）を特定し、この評価関数（最小値）が得られた開放電圧曲線を特定するとともに、開放電圧曲線（推定値）を規定する正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓを特定し、特定した開放電圧曲線（推定値）、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓをメモリ４２に格納する。
【０１２０】
予測劣化パラメータ算出部５１は、ステップＳ２１２に示すように、先にメモリ４２に格納した時刻ｔ１までの走行パターン毎の積算走行時間（走行履歴）を読み出すとともに、ステップＳ２１３に示すように、図２１（ａ）から（ｃ）に示す走行パターン毎の予測正極容量維持率ｋ１ｅ、予測負極容量維持率ｋ２ｅ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｅの時間変化曲線を読み出し、図１２のステップＳ２１４に示すように、各走行パターンの積算時間に基づいて重みづけを行い、時刻ｔ１における予測正極容量維持率ｋ１ｆ、予測負極容量維持率ｋ２ｆ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｆを算出する。
【０１２１】
電力制限部５４は、図１２のステップＳ２１５に示すように、劣化パラメータ算出部５３が算出した時刻ｔ１における正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓ、と予測劣化パラメータ算出部５１が算出した時刻ｔ１における予測正極容量維持率ｋ１ｆ、予測負極容量維持率ｋ２ｆ、予測正負極組成対応ずれ容量ΔＱｓｆとを比較する。以下の説明では、最後の添字１から６は、図２２における時刻ｔ１，時刻ｔ１２〜ｔ１６に対応することを示す。
【０１２２】
図２２（ａ）に示すように、時刻ｔ１では、劣化パラメータ算出部５３の算出した正極容量維持率ｋ１１が予測劣化パラメータ算出部５１の算出した予測正極容量維持率ｋ１ｆ１よりも小さいので（ｋ１１＜ｋ１ｆ１）、他の２つのパラメータに関わらず、電力制限部５４は、図１２のステップＳ２１５でＹＥＳ、つまり、バッテリ１０の劣化の進行が予測劣化パラメータ算出部５１の予測よりも早いと判断して図１２のステップＳ２１６に進み、図２２（ｂ）に示すように、バッテリ１０の充放電可能電力（最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔ）を、バッテリ１０の劣化が予測劣化パラメータ算出部５１の予測の通りの場合の充放電可能電力（最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔ）より制限する。なお、図２２（ｂ）では、縦軸を最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔの絶対値として表示している。
【０１２３】
一方、図２２（ａ）の時刻ｔ１２では、逆に、劣化パラメータ算出部５３の算出した正極容量維持率ｋ１２が予測劣化パラメータ算出部５１の算出した予測正極容量維持率ｋ１ｆ２よりも大きいので（ｋ１１≧ｋ１ｆ１）、他の２つのパラメータが、（ｋ２１≧ｋ２ｆ１）、（ΔＱｓ１≦ΔＱｓｆ１）の条件を満たしていれば、図１２のステップＳ２１５でＮＯ、つまり、バッテリ１０の劣化の進行が予測劣化パラメータ算出部５１の予測よりも遅いと判断して図１２のステップＳ２１７に進み、図２２（ｂ）に示すようにバッテリ１０の充放電可能電力の制限を解除してバッテリ１０の劣化が予測劣化パラメータ算出部５１の予測の通りの場合の充放電可能電力（最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔ）に戻す。以下、図２２（ａ）の時刻ｔ１３からｔ１６は、上記と同様の動作をおこなう。
【０１２４】
以上説明したように、本実施形態のバッテリ制御装置４０は、バッテリ１０の劣化が電動車両１００の走行履歴から予測されるよりも早く進行している場合には、バッテリ１０の充放電可能電力を制限するので、バッテリ１０が電動車両１００の走行履歴から予想されているよりも早く劣化してしまうことを抑制することができる。
【０１２５】
なお、以上説明した実施形態では、劣化パラメータ算出部５３の算出した正極容量維持率ｋ１２が予測劣化パラメータ算出部５１の算出した予測正極容量維持率ｋ１ｆ２よりも大きく、（ｋ１１≧ｋ１ｆ１）、他の２つのパラメータも（ｋ２１≧ｋ２ｆ１）、（ΔＱｓ１≦ΔＱｓｆ１）の場合、バッテリ１０の劣化の進行が予測劣化パラメータ算出部５１の予測よりも遅いと判断して、バッテリ１０の充放電可能電力の制限を解除してバッテリ１０の劣化が予測劣化パラメータ算出部５１の予測の通りの場合の充放電可能電力（最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔ）に戻すこととして説明したが、劣化の進行度合いによっては、バッテリ１０の劣化が予測劣化パラメータ算出部５１の予測の通りの場合の充放電可能電力（最大充電可能電力Ｗｉｎ、最大放電可能電力Ｗｏｕｔ）よりも大きな充放電可能電力を設定し、ドライバビリティの向上を図るようにしてもよい。
【０１２６】
以上の実施形態では、外部電源によってバッテリ１０を充電する際にバッテリ１０の劣化推定を行うこととして説明したが、例えば、電動車両１００が停止中に開放電圧ＯＣＶを検出してバッテリ１０の劣化推定をおこなうこともできる。
【０１２７】
外部充電の際以外では、開放電圧曲線（実測値）を得ることが困難であるが、リチウムイオン二次電池であるバッテリ１０が緩和状態にあるときには、開放電圧曲線（実測値）上に位置する開放電圧ＯＣＶを幾つか測定することができる。ここで、バッテリ１０に電流が流れているときや、電流を遮断した直後においては、活物質内にリチウムの濃度差が存在しているため、正確な開放電圧ＯＣＶを測定することができない。
【０１２８】
一方、バッテリ１０の通電を遮断してから時間が経過していれば、バッテリが緩和状態となり、リチウムの濃度差が存在しない状態で正確な開放電圧ＯＣＶを測定することができる。バッテリ１０が緩和状態にある場合として、例えば、電動車両１００を停止させているときが挙げられる。従って、電動車両１００の停止中において、バッテリ１０が特定の容量にあるときの開放電圧ＯＣＶ（実測値）を得ることができる。
【０１２９】
特定の容量における特定の開放電圧ＯＣＶ（実測値）を測定できれば、開放電圧ＯＣＶ（実測値）と開放電圧曲線（推定値）とを比較することにより、電圧誤差ΔＶを求めることができる。また、複数の開放電圧ＯＣＶ（実測値）を測定しておけば、上述したように容量誤差ΔＱを求めることができる。具体的には、開放電圧曲線（推定値）を用いて、２点の開放電圧ＯＣＶ（実測値）の間における容量Ｑ１を算出する。また、２点の開放電圧ＯＣＶ（実測値）を得るときの積算電流値を測定しておけば、この積算電流値から容量Ｑ２を算出できる。そして、容量Ｑ１および容量Ｑ２の差（｜Ｑ１−Ｑ２｜）を求めれば、容量誤差ΔＱの絶対値を得ることができる。
【０１３０】
電圧誤差ΔＶ、容量誤差ΔＱの算出ができれば、先に説明したと同様、評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）の最小値の判定処理を行い、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２を探索範囲の全体で変化させて、最小値となる評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）を特定する。そして、この評価関数（最小値）が得られた開放電圧曲線を特定するとともに、開放電圧曲線（推定値）を規定する正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２を特定し、特定した開放電圧曲線（推定値）、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２をメモリ４２に格納する。
【符号の説明】
【０１３１】
１０，２１０  バッテリ、１１  正極ライン、１２  負極ライン、１３  インバータ、１４  モータジェネレータ、１５  外部電源コネクタ、３１，２３１  電圧センサ、３２，２３２  電流センサ、３３，２３３  温度センサ、４０  バッテリ制御装置、４１  ＣＰＵ、４２  メモリ、４３  センサインターフェース、４４，４５  データバス、５１  予測劣化パラメータ算出部、５２，２５２  測定部、５３  劣化パラメータ算出部、５４  電力制限部、６０  ＥＣＵ、１００  電動車両、２００  試験装置、２１６，２１７  スイッチ、２２０  負荷、２２１  電源、２５１  バッテリ負荷変動調整部、２５３  予測劣化パラメータマップ生成部、ｋ１  正極容量維持率、ｋ２  負極容量維持率、ΔＱｓ  正負極組成対応ずれ容量、Δｔ  周期。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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