(57)【要約】【課題】  二次電池の充電を過度に制限するのを抑制する。【解決手段】  二次電池の充電電力が上限値を超えないように二次電池の充電を制御する制御装置であって、二次電池の充放電時における電流を検出する電流センサと、二次電池内のイオン濃度の偏りに伴って二次電池の入出力性能を低下させる劣化成分を評価するための評価値を、電流センサを用いて検出された充放電状態から算出するコントローラと、を有する。コントローラは、放電側の目標値を超える評価値を積算した値を用いて、二次電池内のイオン濃度分布が放電過多の状態であると判別したとき、上限値を上昇させる。【選択図】  図１
2013243869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電電力が上限値を超えないように前記二次電池の充電を制御する制御装置であって、
前記二次電池の充放電時における電流を検出する電流センサと、
前記二次電池内のイオン濃度の偏りに伴って前記二次電池の入出力性能を低下させる劣化成分を評価するための評価値を、前記電流センサを用いて検出された充放電状態から算出するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、放電側の目標値を超える前記評価値を積算した値を用いて、前記二次電池内のイオン濃度分布が放電過多の状態であると判別したとき、前記上限値を上昇させることを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池内のイオン濃度の偏りを評価して、二次電池の充電を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の充電を制御するときには、二次電池の充電を許容する上限電圧を予め設定しておき、二次電池の電圧が上限電圧よりも高くならないように、二次電池の充電を制御している。これにより、二次電池の過充電を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６８６４２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２５２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池の内部におけるイオン濃度は、二次電池の充放電履歴に基づいて変化する。例えば、二次電池を放電し続けたときには、イオン濃度が放電側に偏ることにより、二次電池は、放電過多の状態となる。また、二次電池を充電し続けたときには、イオン濃度が充電側に偏ることにより、二次電池は、充電過多の状態となる。
【０００５】
二次電池が放電過多の状態にあるとき、二次電池を充電すれば、イオン濃度の偏りを放電側とは反対側（充電側）に変化させることができ、放電過多の状態を解消させることができる。このため、二次電池の充電を制御するときには、イオン濃度の偏りを考慮することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、二次電池の充電電力が上限値を超えないように二次電池の充電を制御する制御装置であって、二次電池の充放電時における電流を検出する電流センサと、二次電池内のイオン濃度の偏りに伴って二次電池の入出力性能を低下させる劣化成分を評価するための評価値を、電流センサを用いて検出された充放電状態から算出するコントローラと、を有する。コントローラは、放電側の目標値を超える評価値を積算した値を用いて、二次電池内のイオン濃度分布が放電過多の状態であると判別したとき、上限値を上昇させる。
【０００７】
本発明によれば、評価値を用いることにより、イオン濃度の偏りを確認することができる。ここで、評価値が目標値を超えるときに、評価値（一部又は全部）を積算することにより、二次電池が放電過多の状態であるか否かを判別することができる。二次電池が放電過多の状態であるときには、二次電池の充電によって、放電過多の状態を解消させる方向に変化させることができる。このため、二次電池が放電過多の状態ではないときと比べて、二次電池の充電制御に用いられる上限値を上昇させることができる。上限値を上昇させれば、二次電池を充電させやすくなり、より多くの電力を二次電池に蓄えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電池システムの構成を示す図である。
【図２Ａ】組電池の充電を制御する処理を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】組電池の充電を制御する処理を示すフローチャートである。
【図２Ｃ】組電池の充電を制御する処理を示すフローチャートである。
【図３】温度および忘却係数の関係を示す図である。
【図４】温度および限界値の関係を示す図である。
【図５】評価値の変化（一例）を示すとともに、評価値の積算を説明する図である。
【図６】係数Ｆおよび電流の関係を示す図である。
【図７】係数Ｇおよび上限電圧の関係を示す図である。
【図８】積算値に応じた上限電圧の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
実施例１である電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す図である。
【００１１】
図１に示す電池システムは、車両に搭載される。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、組電池の他に、燃料電池や内燃機関等を備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として、組電池だけを備えた車両である。
【００１２】
組電池１０は、電気的に直列に接続された複数の単電池１１を有する。組電池１０を構成する単電池１１の数は、組電池１０の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。本実施例では、複数の単電池１１が電気的に直列に接続されることによって組電池１０が構成されているが、組電池１０には、電気的に並列に接続された複数の単電池１１が含まれていてもよい。単電池１１としては、リチウムイオン二次電池などの二次電池を用いることができる。
【００１３】
単電池１１の正極は、イオン（例えば、リチウムイオン）を吸蔵および放出できる材料で形成される。正極の材料としては、例えば、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムを用いることができる。単電池１１の負極は、イオン（例えば、リチウムイオン）を吸蔵および放出できる材料で形成される。負極の材料としては、例えば、カーボンを用いることができる。単電池１１を充電するとき、正極は、イオンを電解液中に放出し、負極は、電解液中のイオンを吸蔵する。また、単電池１１を放電するとき、正極は、電解液中のイオンを吸蔵し、負極は、イオンを電解液中に放出する。
【００１４】
組電池１０は、システムメインリレー２１ａ，２１ｂを介して昇圧回路２２に接続されており、昇圧回路２２は、組電池１０の出力電圧を昇圧する。昇圧回路２２は、インバータ２３と接続されており、インバータ２３は、昇圧回路２２からの直流電力を交流電力に変換する。
【００１５】
モータ・ジェネレータ２４は、インバータ２３からの交流電力を受けることにより、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２４によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。モータ・ジェネレータ２４としては、三相交流モータを用いることができる。本実施例では、昇圧回路２２を用いているが、昇圧回路２２を省略することもできる。
【００１６】
車両を減速させるときや、車両を停止させるとき、モータ・ジェネレータ２４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。モータ・ジェネレータ２４で生成された交流電力は、インバータ２３によって直流電力に変換される。昇圧回路２２は、インバータ２３の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に供給する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。
【００１７】
電流センサ２５は、組電池１０に流れる電流を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２５によって検出される電流に関して、放電電流を正の値とし、充電電流を負の値とする。温度センサ２６は、組電池１０や単電池１１の温度を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。温度センサ２６の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ２６を用いるときには、複数の温度センサ２６によって検出された温度の平均値を組電池１０や単電池１１の温度として用いたり、特定の温度センサ２６によって検出された温度を組電池１０や単電池１１の温度として用いたりすることができる。
【００１８】
監視ユニット２７は、組電池１０の電圧を検出したり、単電池１１の電圧を検出したりし、検出結果をコントローラ３０に出力する。ここで、組電池１０を構成する複数の単電池１１を複数の電池ブロックに分けたとき、監視ユニット２７によって、各電池ブロックの電圧を検出することができる。各電池ブロックは、電気的に直列に接続された複数の単電池１１によって構成されており、複数の電池ブロックが電気的に直列に接続されることにより、組電池１０が構成される。
【００１９】
コントローラ３０は、システムメインリレー２１ａ，２１ｂ、昇圧回路２２およびインバータ２３の動作を制御する。コントローラ３０は、各種の情報を記憶するメモリ３１を有する。メモリ３１には、コントローラ３０を動作させるためのプログラムも記憶されている。本実施例では、メモリ３１がコントローラ３０に内蔵されているが、コントローラ３０の外部にメモリ３１を設けることもできる。
【００２０】
コントローラ３０には、車両のイグニッションスイッチに関する情報が入力される。コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをオフからオンに切り替えたり、昇圧回路２２およびインバータ２３を動作させたりする。また、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをオンからオフに切り替えたり、昇圧回路２２やインバータ２３の動作を停止させたりする。
【００２１】
次に、組電池１０の充放電を制御する処理について、図２Ａから図２Ｃに示すフローチャートを用いて説明する。図２Ａから図２Ｃに示す処理は、予め設定された時間間隔（サイクルタイム）で繰り返して行われる。図２Ａから図２Ｃに示す処理は、コントローラ３０に含まれるＣＰＵが、メモリ３１に記憶されたプログラムを実行することにより行われる。
【００２２】
ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、電流センサ２５の出力に基づいて、放電電流を取得する。組電池１０を放電しているときには、放電電流が正の値になり、組電池１０を充電しているときには、放電電流が負の値になる。
【００２３】
ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、ステップＳ１０１の処理で得られた放電電流に基づいて、組電池１０、単電池１１又は、上述した電池ブロックのＳＯＣ（State Of Charge）を算出（推定）する。ＳＯＣは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。コントローラ３０は、組電池１０を充放電したときの電流を積算することにより、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックのＳＯＣを算出することができる。組電池１０を充放電したときの電流は、電流センサ２５の出力から取得することができる。
【００２４】
一方、監視ユニット２７の検出電圧から、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックのＳＯＣを推定することもできる。ＳＯＣは、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と対応関係があるため、ＳＯＣおよびＯＣＶの対応関係を予め求めておけば、ＯＣＶからＳＯＣを特定することができる。ＯＣＶは、監視ユニット２７の検出電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）と、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックの内部抵抗による電圧降下量とから求めることができる。なお、ＳＯＣの算出方法は、本実施例で説明する方法に限るものではなく、公知の方法を適宜選択することができる。
【００２５】
ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、温度センサ２６の出力信号に基づいて、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックの温度を取得する。ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、ステップＳ１０２の処理で算出したＳＯＣと、ステップＳ１０３の処理で取得した温度とに基づいて、忘却係数を算出する。忘却係数は、単電池１１の電解液中のイオンの拡散速度に関する係数である。忘却係数は、下記式（１）の条件を満たす範囲内で設定される。
【００２６】
【数１】
2013243869.tif 000003
【００２７】
上記式（１）において、Ａは、忘却係数を示し、Δｔは、図２Ａから図２Ｃに示す処理を繰り返して行うときのサイクルタイムを示す。忘却係数Ａは、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックに対応した値を用いることができる。
【００２８】
例えば、コントローラ３０は、図３に示すマップを用いて、忘却係数Ａを特定することができる。図３において、縦軸は忘却係数Ａであり、横軸は温度である。図３に示すマップは、実験等によって予め取得することができ、メモリ３１に記憶しておくことができる。
【００２９】
図３に示すマップにおいて、ステップＳ１０２の処理で取得したＳＯＣと、ステップＳ１０３の処理で取得した温度とを特定することにより、忘却係数Ａを特定することができる。イオンの拡散速度が速いほど、忘却係数Ａが大きくなる。図３に示すマップでは、温度が同じであれば、ＳＯＣが高いほど、忘却係数Ａが大きくなる。また、ＳＯＣが同じであれば、温度が高くなるほど、忘却係数Ａが大きくなる。
【００３０】
ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、評価値の減少量Ｄ（−）を算出する。評価値Ｄ（Ｎ）は、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックの劣化状態（後述するハイレート劣化）を評価する値である。
【００３１】
ハイレートで単電池１１の充電又は放電が継続的に行われると、単電池１１の内部抵抗が増加し、単電池１１の入出力性能が急激に低下し始める現象が発生することがある。この現象が継続して発生すると、単電池１１が劣化してしまうことがある。このような劣化を、ハイレート劣化とよぶ。ハイレート劣化の要因の１つとしては、ハイレートでの充電又は放電が継続的に行われることにより、単電池１１の電解液中のイオン濃度が偏ってしまうことが考えられる。ハイレート充電およびハイレート放電では、イオン濃度の偏り状態が相反する状態となる。
【００３２】
単電池１１のハイレート劣化が進行したときには、単電池１１（組電池１０）の充放電を抑制する必要がある。すなわち、単電池１１（組電池１０）の充放電を抑制しないと、単電池１１のハイレート劣化が進行してしまう。本実施例では、ハイレート劣化を評価するための値として、評価値Ｄ（Ｎ）を設定している。評価値Ｄ（Ｎ）の算出方法については、後述する。
【００３３】
評価値の減少量Ｄ（−）は、前回（直前）の評価値Ｄ（Ｎ−１）を算出したときから、１回のサイクルタイムΔｔが経過するまでの間において、イオンの拡散に伴うイオン濃度の偏りの減少に応じて算出される。例えば、コントローラ３０は、下記式（２）に基づいて、評価値の減少量Ｄ（−）を算出することができる。
【００３４】
【数２】
2013243869.tif 000004
【００３５】
上記式（２）において、ＡおよびΔｔは、上記式（１）と同様である。Ｄ（Ｎ−１）は、前回（直前）に算出された評価値を示す。初期値としてのＤ（０）は、例えば、０とすることができる。
【００３６】
上記式（１）に示すように、「Ａ×Δｔ」の値は、０から１までの値である。したがって、「Ａ×Δｔ」の値が１に近づくほど、評価値の減少量Ｄ（−）が大きくなる。言い換えれば、忘却係数Ａが大きいほど、又は、サイクルタイムΔｔが長いほど、評価値の減少量Ｄ（−）が大きくなる。なお、減少量Ｄ（−）の算出方法は、本実施例で説明した方法に限定されるものではなく、イオン濃度の偏りの減少を特定することができる方法であればよい。
【００３７】
ステップＳ１０６において、コントローラ３０は、メモリ３１に予め記憶された電流係数を読み出す。ステップＳ１０７において、コントローラ３０は、ステップＳ１０２の処理で算出されたＳＯＣと、ステップＳ１０３の処理で取得した温度とに基づいて、限界値を算出する。
【００３８】
例えば、コントローラ３０は、図４に示すマップを用いて、限界値を算出することができる。図４に示すマップは、実験等によって予め取得することができ、メモリ３１に記憶しておくことができる。図４において、縦軸は限界値であり、横軸は温度である。図４に示すマップにおいて、ステップＳ１０２の処理で取得したＳＯＣと、ステップＳ１０３の処理で取得した温度とを特定することにより、限界値を特定することができる。
【００３９】
図４に示すマップでは、温度が同じであれば、ＳＯＣが高いほど、限界値が大きくなる。また、ＳＯＣが同じであれば、温度が高いほど、限界値が大きくなる。
【００４０】
ステップＳ１０８において、コントローラ３０は、評価値の増加量Ｄ（＋）を算出する。評価値の増加量Ｄ（＋）は、前回（直前）の評価値Ｄ（Ｎ−１）を算出したときから、１回のサイクルタイムΔｔが経過するまでの間において、放電に伴うイオン濃度の偏りの増加に応じて算出される。例えば、コントローラ３０は、下記式（３）に基づいて、評価値の増加量Ｄ（＋）を算出することができる。
【００４１】
【数３】
2013243869.tif 000005
【００４２】
上記式（３）において、Ｂは、電流係数を示し、ステップＳ１０６の処理で取得した値が用いられる。Ｃは、限界値を示し、ステップＳ１０７の処理で取得した値が用いられる。電流係数Ｂおよび限界値Ｃは、組電池１０又は単電池１１に対応した値が用いられる。Ｉは、放電電流を示し、ステップＳ１０１の処理で取得した値が用いられる。Δｔは、サイクルタイムである。
【００４３】
上記式（３）から分かるように、放電電流Ｉが大きいほど、又は、サイクルタイムΔｔが長いほど、評価値の増加量Ｄ（＋）は大きくなる。なお、増加量Ｄ（＋）の算出方法は、本実施例で説明した算出方法に限定されるものではなく、イオン濃度の偏りの増加を特定することができる方法であればよい。
【００４４】
ステップＳ１０９において、コントローラ３０は、今回のサイクルタイムΔｔにおける評価値Ｄ（Ｎ）を算出する。評価値Ｄ（Ｎ）は、下記式（４）に基づいて算出することができる。
【００４５】
【数４】
2013243869.tif 000006
【００４６】
上記式（４）において、Ｄ（Ｎ）は、今回のサイクルタイムΔｔにおける評価値であり、Ｄ（Ｎ−１）は、前回（直前）のサイクルタイムΔｔにおける評価値である。初期値としてのＤ（０）は、例えば、０に設定することができる。Ｄ（−）およびＤ（＋）は、評価値Ｄの減少量および増加量をそれぞれ示し、ステップＳ１０５，Ｓ１０８の処理で算出された値が用いられる。
【００４７】
上記式（２），（３）に基づいて上記式（４）を変形すると、下記式（５）が得られる。
【００４８】
【数５】
2013243869.tif 000007
【００４９】
本実施例では、上記式（４）に表すように、イオン濃度の偏りの増加と、イオン濃度の偏りの減少とを考慮して、評価値Ｄ（Ｎ）を算出することができる。これにより、ハイレート劣化の要因と考えられるイオン濃度の偏りの変化（増減）を、評価値Ｄ（Ｎ）に適切に反映させることができる。したがって、ハイレート劣化の生じる状態にどの程度近づいているのかを、評価値Ｄ（Ｎ）に基づいて把握することができる。ここで、評価値Ｄ（Ｎ）としては、組電池１０、単電池１１および電池ブロックのいずれかに対応した評価値Ｄ（Ｎ）を用いることができる。
【００５０】
ステップＳ１１０において、コントローラ３０は、ステップＳ１０９の処理で算出した評価値Ｄ（Ｎ）が予め定められた目標値Ｄtar（−）よりも小さいか否かを判別したり、評価値Ｄ（Ｎ）が予め定められた目標値Ｄtar（＋）よりも大きいか否かを判別したりする。すなわち、コントローラ３０は、評価値Ｄ（Ｎ）の絶対値が、目標値Ｄtar（−），Ｄtar（＋）の絶対値よりも大きいか否かを判別する。
【００５１】
目標値Ｄtar（−）は、充電によるハイレート劣化が発生し始める評価値Ｄ（Ｎ）よりも小さい値に設定され、予め設定しておくことができる。また、目標値Ｄtar（＋）は、放電によるハイレート劣化が発生し始める評価値Ｄ（Ｎ）よりも小さい値に設定され、予め設定しておくことができる。評価値Ｄ（Ｎ）の絶対値が、目標値Ｄtar（−），Ｄtar（＋）の絶対値よりも大きければ、ステップＳ１１１の処理に進み、そうでなければ、ステップＳ１２１の処理に進む。
【００５２】
本実施例では、図５に示すように、目標値Ｄtar（−）は、評価値Ｄ（Ｎ）のマイナス側において設定されており、目標値Ｄtar（＋）は、評価値Ｄ（Ｎ）のプラス側において設定されている。図５は、評価値Ｄ（Ｎ）の変化（一例）を示す図である。
【００５３】
ステップＳ１１１において、コントローラ３０は、評価値Ｄ（Ｎ）の積算を行う。具体的には、図５に示すように、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｄtar（−）よりも小さいとき、評価値Ｄ（Ｎ）のうち、目標値Ｄtar（−）よりも小さい部分（図５のハッチング領域）について、積算を行う。評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｄtar（−）よりも小さくなるたびに、積算処理が行われる。評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｄtar（−）よりも小さいときには、評価値Ｄ（Ｎ）および目標値Ｄtar（−）の差分が積算される。ここでの評価値Ｄ（Ｎ）は、負の値であるため、積算値も負の値となる。
【００５４】
一方、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｄtar（＋）よりも大きいとき、評価値Ｄ（Ｎ）のうち、目標値Ｄtar（＋）よりも大きい部分（図５のハッチング領域）について、積算を行う。評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｄtar（＋）よりも大きくなるたびに、積算処理が行われる。評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｄtar（＋）よりも大きいときには、評価値Ｄ（Ｎ）および目標値Ｄtar（＋）の差分が積算される。ここでの評価値Ｄ（Ｎ）は、正の値であるため、積算値も正の値となる。
【００５５】
本実施例では、下記式（６）に基づいて、積算値ΣＤex（Ｎ）が算出される。
【００５６】
【数６】
2013243869.tif 000008
【００５７】
上記式（６）において、ｔ＿totalは、積算値ΣＤex（Ｎ）を算出し始めたときから今回のサイクルタイムまでの時間（合計時間）である。ｔ-は、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｄtar（−）よりも小さくなっている時間（合計時間）であり、ｔ+は、評価値Ｄ（Ｎ）が目標値Ｄtar（＋）よりも大きくなっている時間（合計時間）である。ΣＤex-（Ｎ−１）は、前回までのサイクルタイムにおいて、負の値である評価値Ｄ（Ｎ）および目標値Ｄtar（−）の差分を積算した値であり、ΣＤex+（Ｎ−１）は、前回までのサイクルタイムにおいて、正の値である評価値Ｄ（Ｎ）および目標値Ｄtar（＋）の差分を積算した値である。
【００５８】
本実施例では、上記式（６）を用いて、積算値ΣＤex（Ｎ）を算出しているが、これに限るものではない。例えば、評価値Ｄ（Ｎ）が各目標値Ｄtar（−），Ｄtar（＋）を超えるたびに、評価値Ｄ（Ｎ）および各目標値Ｄtar（−），Ｄtar（＋）の差分を積算するだけでもよい。すなわち、各積算値ΣＤex-（Ｎ−１），ΣＤex+（Ｎ−１）を求めて、これらの積算値ΣＤex-（Ｎ−１），ΣＤex+（Ｎ−１）を単に加算するだけでもよい。また、本実施例では、評価値Ｄ（Ｎ）および各目標値Ｄtar（−），Ｄtar（＋）の差分を積算しているが、これに限るものではない。具体的には、評価値Ｄ（Ｎ）が各目標値Ｄtar（−），Ｄtar（＋）を超えるたびに、この評価値Ｄ（Ｎ）自体を積算することもできる。
【００５９】
ステップＳ１１２において、コントローラ３０は、監視ユニット２７の検出電圧Ｖが上限電圧Ｖlimよりも低いか否かを判別する。上限電圧Ｖlimは、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックの過充電を抑制して、組電池１０（単電池１１）を保護するために予め定められた電圧である。上限電圧Ｖlimは、組電池１０（単電池１１）の特性に応じて設定される。ここで、監視ユニット２７が組電池１０の電圧を検出するとき、上限電圧Ｖlimは、組電池１０に対応した電圧となる。また、監視ユニット２７が単電池１１又は電池ブロックの電圧を検出するとき、上限電圧Ｖlimは、単電池１１又は電池ブロックに対応した電圧となる。
【００６０】
検出電圧Ｖが上限電圧Ｖlimよりも低いときには、ステップＳ１２０の処理に進み、検出電圧Ｖが上限電圧Ｖlimよりも高いときには、ステップＳ１１３の処理に進む。ステップＳ１１３において、コントローラ３０は、積算値ΣＤex（Ｎ）が放電閾値Ｄthdよりも大きいか否かを判別する。放電閾値Ｄthdは、単電池１１の内部におけるイオン濃度分布が放電側に偏っているか否かを判別するために用いられ、適宜設定することができる。例えば、放電閾値Ｄthdは、０よりも大きい値に設定することができる。ここで、イオン濃度分布が放電側に偏っている状態を放電過多とよぶ。
【００６１】
積算値ΣＤex（Ｎ）が放電閾値Ｄthdよりも大きいとき、コントローラ３０は、単電池１１の内部におけるイオン濃度分布が放電側に偏っていると判別し、ステップＳ１１４の処理に進む。一方、積算値ΣＤex（Ｎ）が放電閾値Ｄthdよりも小さいとき、コントローラ３０は、イオン濃度分布が放電側に偏っていないと判別し、ステップＳ１１５の処理に進む。
【００６２】
本実施例では、下記式（７）に基づいて、上限電圧Ｖlimを設定している。
【００６３】
【数７】
2013243869.tif 000009
【００６４】
上記式（７）において、Ｖlimｎは、今回設定される上限電圧であり、Ｖlimｎ−１は、前回（直近）に設定された上限電圧である。αは、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックの温度およびＳＯＣに依存した係数（正の値）であり、Ｆは、組電池１０（単電池１１又は電池ブロック）に流れる電流に依存した係数（正の値）である。係数α、温度およびＳＯＣの対応関係を示すマップを実験などによって予め求めておけば、温度およびＳＯＣを特定することによって、係数αを特定することができる。
【００６５】
一方、係数Ｆおよび電流の対応関係を示すマップを実験などによって予め求めておけば、電流を特定することによって、係数Ｆを特定することができる。ここで、係数Ｆおよび電流の対応関係（一例）を図６に示す。図６に示すマップによれば、電流が小さくなるほど、係数Ｆが大きくなる。言い換えれば、放電電流が大きくなるほど、係数Ｆが小さくなり、充電電流が大きくなるほど、係数Ｆが大きくなる。
【００６６】
上記式（７）において、βは、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックの温度およびＳＯＣに依存した係数（正の値）であり、Ｇは、上限電圧Ｖlimｎ−１に依存した係数（正の値）である。係数β、温度およびＳＯＣの対応関係を示すマップを実験などによって予め求めておけば、温度およびＳＯＣを特定することによって、係数βを特定することができる。
【００６７】
一方、係数Ｇおよび上限電圧Ｖlimｎ−１の対応関係を示すマップを実験などによって予め求めておけば、上限電圧Ｖlimｎ−１を特定することによって、係数Ｇを特定することができる。ここで、係数Ｇおよび上限電圧Ｖlimｎ−１の対応関係（一例）を図７に示す。図７に示すマップによれば、上限電圧Ｖlimｎ−１が高くなるほど、係数Ｇが大きくなり、上限電圧Ｖlimｎ−１が低くなるほど、係数Ｇが小さくなる。
【００６８】
上記式（７）の右辺第２項（αＦΔｔの値）は、上限電圧Ｖlimｎを低下させるために用いられる。上記式（７）に示すように、右辺第２項は、前回の上限電圧Ｖlimｎ−１から減算されるため、右辺第２項によって、上限電圧Ｖlimｎが低下することになる。上限電圧Ｖlimｎを低下させることにより、この低下分だけ、組電池１０の充電が更に制限されることになる。
【００６９】
右辺第２項に含まれる係数Ｆは、図６に示すように、放電電流が小さくなるほど、また、充電電流が大きくなるほど、大きくなる。このため、放電電流が小さくなるほど、また、充電電流が大きくなるほど、上限電圧Ｖliｍｎが低下しやすくなる。言い換えれば、放電電流が大きくなるほど、係数Ｆが小さくなるため、上限電圧Ｖlimｎが低下しにくくなる。
【００７０】
上記式（７）の右辺第３項（βＧΔｔの値）は、上限電圧Ｖlimｎの低下を緩和させるために用いられる。上記式（７）に示すように、右辺第３項は、前回の上限電圧Ｖlimｎ−１に対して加算されるため、右辺第３項によって、上限電圧Ｖlimｎを上昇させることができる。上限電圧Ｖlimｎを上昇させることにより、この上昇分だけ、組電池１０を更に充電させることができる。したがって、右辺第３項は、組電池１０の充電制限を緩和させることになる。
【００７１】
ステップＳ１１４の処理では、上記式（７）の右辺第２項に含まれる係数αを設定している。具体的には、係数αとして、係数αｄを設定する。係数αｄの値は、適宜設定することができる。
【００７２】
ステップＳ１１５において、コントローラ３０は、積算値ΣＤex（Ｎ）が充電閾値Ｄthcよりも小さいか否かを判別する。充電閾値Ｄthcは、単電池１１の内部におけるイオン濃度分布が充電側に偏っているか否かを判別するために用いられ、適宜設定することができる。例えば、充電閾値Ｄthcは、０よりも小さい値に設定することができる。ここで、イオン濃度分布が充電側に偏っている状態を充電過多とよぶ。
【００７３】
積算値ΣＤex（Ｎ）が充電閾値Ｄthcよりも小さいとき、コントローラ３０は、単電池１１の内部におけるイオン濃度分布が充電側に偏っていると判別し、ステップＳ１１６の処理に進む。一方、積算値ΣＤex（Ｎ）が充電閾値Ｄthcよりも大きいとき、コントローラ３０は、イオン濃度分布が充電側に偏っていないと判別し、ステップＳ１１７の処理に進む。
【００７４】
ステップＳ１１６において、コントローラ３０は、上記式（７）の右辺第２項に含まれる係数αとして、係数αｃを設定する。ここで、係数αｃは、ステップＳ１１４の処理で用いられる係数αｄよりも大きい値である。したがって、係数αｄの設定によって算出される上限電圧Ｖlimｎは、係数αｃの設定によって算出される上限電圧Ｖlimｎよりも高くなる。
【００７５】
ステップＳ１１７において、コントローラ３０は、上記式（７）の右辺第２項に含まれる係数αとして、係数αｎを設定する。ここで、係数αｎは、ステップＳ１１４の処理で用いられる係数αｄよりも大きく、ステップＳ１１６の処理で用いられる係数αｃよりも小さい値である。したがって、係数αｎの設定によって算出される上限電圧Ｖlimｎは、係数αｄの設定によって算出される上限電圧Ｖlimｎよりも低く、係数αｃの設定によって算出される上限電圧Ｖlimｎよりも高くなる。
【００７６】
上述したように、係数αは、温度およびＳＯＣに応じて設定されるとともに、積算値ΣＤex（Ｎ）に応じて係数αｄ，αｃ，αｎのいずれかに設定される。
【００７７】
図８には、係数αｄ，αｃ，αｎの設定によって算出される上限電圧Ｖlimの関係を示す。組電池１０（単電池１１）の充放電を行わないとき、上限電圧Ｖlimは、所定値（最大値）Ｖlim_maxに設定されている。ここで、組電池１０（単電池１１）の充電によって、監視ユニット２７による検出電圧Ｖが上限電圧Ｖlimよりも高くなると、上記式（７）に基づいて、上限電圧Ｖlimを低下させる。すなわち、図８において、時刻ｔ１で組電池１０（単電池１１）の充電が開始され、検出電圧Ｖが上限電圧Ｖlimよりも高くなると、上限電圧Ｖlimが低下し始める。
【００７８】
上限電圧Ｖlimを低下させるときには、上述したように、積算値ΣＤex（Ｎ）に基づいて、上限電圧Ｖlimｎが設定される。すなわち、積算値ΣＤex（Ｎ）が放電閾値Ｄthdよりも大きいとき、言い換えれば、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックが放電過多の状態であるとき、係数αｄの設定によって上限電圧Ｖlimｎが算出される。ここで、係数αｄの設定によって算出される上限電圧Ｖlimｎでは、図８に示すように、上限電圧Ｖlimの低下量が最も小さくなっている。
【００７９】
積算値ΣＤex（Ｎ）が充電閾値Ｄthcよりも小さいとき、言い換えれば、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックが充電過多の状態であるとき、係数αｃの設定によって上限電圧Ｖlimｎが算出される。ここで、係数αｃの設定によって算出される上限電圧Ｖlimｎでは、図８に示すように、上限電圧Ｖlimの低下量が最も大きくなっている。
【００８０】
積算値ΣＤex（Ｎ）が放電閾値Ｄthdよりも小さく、充電閾値Ｄthcよりも大きいとき、言い換えれば、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックが放電過多でもなく、充電過多でもないとき、係数αｎの設定によって上限電圧Ｖlimｎが算出される。ここで、係数αｎの設定によって算出される上限電圧Ｖlimｎの低下量は、係数αｄの設定に伴う上限電圧Ｖlimｎの低下量よりも大きく、係数αｃの設定に伴う上限電圧Ｖlimｎの低下量よりも小さい。
【００８１】
図８に示す時刻ｔ２において、組電池１０（単電池１１）の充電が行われなくなると、上記式（７）の右辺第３項（βＧΔｔ）の値が、上記式（７）の右辺第２項（αＦΔｔ）の値よりも大きくなる。これにより、上限電圧Ｖlimが上昇し始め、時間の経過とともに、上限電圧Ｖlimは、所定値Ｖlim_maxに近づく。本実施例では、上限電圧Ｖlimが上述した挙動を示すように、上記式（７）に示す係数α，β，Ｆ，Ｇが設定されている。
【００８２】
ステップＳ１１４，ステップＳ１１６又はステップＳ１１７の処理で係数αを設定すると、コントローラ３０は、ステップＳ１１８において、組電池１０（単電池１１）の入力制限値Ｗinを設定する。入力制限値Ｗinとは、組電池１０（単電池１１）の充電（入力）を許容する上限電力である。ここで、組電池１０（単電池１１）の入力電力が、入力制限値Ｗinよりも高くならないように、組電池１０（単電池１１）の充電が制御される。
【００８３】
ステップＳ１１８において、コントローラ３０は、下記式（８）に基づいて、入力電力の上限となる入力制限値Ｗinを算出する。
【００８４】
【数８】
2013243869.tif 000010
【００８５】
上記式（８）において、Ｗin_bは、予め設定された入力制限値（入力電力）であり、Ｋは、係数（正の値）である。入力制限値Ｗin_bは、組電池１０、単電池１１又は電池ブロックの温度やＳＯＣに応じて変化させることができる。すなわち、入力制限値Ｗin_bおよび温度の対応関係を示すマップや、入力制限値Ｗin_bおよびＳＯＣの対応関係を示すマップを予め用意しておき、温度やＳＯＣに応じた入力制限値Ｗin_bを用いることができる。
【００８６】
上記式（８）に示すＶは、監視ユニット２７による検出電圧であり、Ｖlimは、ステップＳ１１４，ステップＳ１１６又はステップＳ１１７の処理で設定された係数αｄ，αｃ，αｎに基づいて算出された上限電圧である。ステップＳ１１８の処理では、検出電圧Ｖが上限電圧Ｖlimよりも高くなっているため、入力制限値Ｗinは、上記式（８）に示すように、検出電圧Ｖおよび上限電圧Ｖlimの差分に応じて、入力制限値Ｗin_bよりも高くなる。例えば、単電池１１として、リチウムイオン二次電池を用いるとき、上記式（８）から算出される入力制限値Ｗinは、過充電に伴うリチウムの析出を抑制するための制限値として用いることができる。
【００８７】
ステップＳ１１９において、コントローラ３０は、ステップＳ１１８の処理で算出された入力制限値Ｗinに基づいて、組電池１０の充電制御に関する指令を出力する。具体的には、コントローラ３０は、ステップＳ１１８の処理で算出された入力制限値Ｗinに基づいて、昇圧回路２２やインバータ２３の動作を制御することにより、組電池１０（単電池１１）の入力電力が入力制限値Ｗinよりも高くならない範囲内において、組電池１０（単電池１１）の充電を行う。
【００８８】
ステップＳ１２０において、コントローラ３０は、今回の評価値Ｄ（Ｎ）および積算値ΣＤex（Ｎ）をメモリ３１に記憶する。評価値Ｄ（Ｎ）をメモリ３１に記憶することにより、評価値Ｄ（Ｎ）の変化を監視することができる。また、積算値ΣＤex（Ｎ）をメモリ３１に記憶することにより、次回の評価値Ｄ（Ｎ＋１）が目標値Ｄtar（＋）よりも大きくなったり、目標値Ｄtar（−）よりも小さくなったりしたときに、積算値ΣＤex（Ｎ）を更新することができる。
【００８９】
ステップＳ１１０の処理からステップＳ１２１の処理に進んだとき、コントローラ３０は、今回の評価値Ｄ（Ｎ）だけをメモリ３１に記憶する。これにより、評価値Ｄ（Ｎ）の変化を監視することができる。なお、ステップＳ１１０の処理からステップＳ１２１の処理に進むときには、積算値ΣＤex（Ｎ）が算出されないため、積算値ΣＤex（Ｎ）は、メモリ３１に記憶されない。
【００９０】
本実施例によれば、単電池１１が放電過多の状態にあるときには、係数αを係数αｄに設定することにより、上限電圧Ｖlimを低下させにくくしている。すなわち、図８に示すように、単電池１１が放電過多の状態にあるときの上限電圧Ｖlim（α＝αｄ）は、単電池１１が放電過多および充電過多の状態ではないときの上限電圧Ｖlim（α＝αｎ）よりも高くしている。
【００９１】
上限電圧Ｖlimを高くするほど、単電池１１の充電制限を緩和することができるため、本実施例では、単電池１１が放電過多の状態にあるときには、充電制限を緩和するようにしている。単電池１１が放電過多の状態にあるときには、単電池１１の充電によって、放電過多の状態を解消させる方向に変化させることができる。放電過多の状態を解消させる方向に変化させれば、放電に伴うハイレート劣化を抑制することができる。
【００９２】
このため、本実施例では、単電池１１が放電過多の状態にあるときには、放電過多の状態を解消させるために、上限電圧Ｖlimを上昇させている。上限電圧Ｖlimを上昇させれば、単電池１１の充電が制限されにくくなり、より多くの電力を単電池１１に蓄えることができる。
【００９３】
一方、単電池１１が充電過多の状態にあるときには、係数αを係数αｃに設定することにより、上限電圧Ｖlimを低下させやすくしている。すなわち、図８に示すように、単電池１１が充電過多の状態にあるときの上限電圧Ｖlim（α＝αｃ）は、単電池１１が放電過多および充電過多の状態ではないときの上限電圧Ｖlim（α＝αｎ）よりも低くしている。
【００９４】
上限電圧Ｖlimを低くするほど、単電池１１の充電を制限することができるため、本実施例では、単電池１１が充電過多の状態にあるときには、充電を制限するようにしている。単電池１１が充電過多の状態にあるときに、単電池１１を充電し続けてしまうと、充電過多の状態を進行させてしまい、充電に伴うハイレート劣化を進行させてしまう。
【００９５】
このため、本実施例では、単電池１１が充電過多の状態にあるときには、充電過多の状態を抑制するために、上限電圧Ｖlimを低下させている。上限電圧Ｖlimを低下させれば、単電池１１の充電が制限されやすくなり、充電に伴うハイレート劣化を抑制することができる。
【００９６】
図２Ａから図２Ｃに示す処理は、組電池１０の充放電によって車両を走行させているときだけでなく、外部電源からの電力を組電池１０に供給しているときにも行うことができる。外部電源とは、車両の外部に設けられ、車両（図１に示す電池システム）とは別に設けられた電源である。外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。
【００９７】
外部電源が交流電力を供給するときには、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池１０に供給するための充電器が必要となる。充電器は、図１に示す電池システムに設けてもよいし、車両（図１に示す電池システム）の外部において、車両とは別に設けてもよい。本実施例によれば、外部電源からの電力を組電池１０に供給するとき、単電池１１が放電過多の状態であるときには、上限電圧Ｖlimが上昇し、単電池１１が充電過多の状態であるときには、上限電圧Ｖlimが低下する。
【符号の説明】
【００９８】
１０：組電池、１１：単電池、２１ａ，２１ｂ：システムメインリレー、
２２：昇圧回路、２３：インバータ、２４：モータ・ジェネレータ、２５：電流センサ、
２６：温度センサ、２７：監視ユニット、３０：コントローラ、３１：メモリ
【図１】
2013243869.tif 000011
【図２Ａ】
2013243869.tif 000012
【図２Ｂ】
2013243869.tif 000013
【図２Ｃ】
2013243869.tif 000014
【図３】
2013243869.tif 000015
【図４】
2013243869.tif 000016
【図５】
2013243869.tif 000017
【図６】
2013243869.tif 000018
【図７】
2013243869.tif 000019
【図８】
2013243869.tif 000020