(57)【要約】【課題】複数のリチウムイオン電池セルを拘束状態で含むバッテリにおいて、ハイレート劣化抑制とリチウム析出抑制とを効果的に使い分ける。【解決手段】バッテリ制御システムは、複数のリチウムイオン電池セルを拘束状態で含むバッテリと、各電池セルに対応して設けられた複数のＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ含まれるスイッチング素子の動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、現在までのバッテリのハイレート劣化量とリチウム析出劣化量とから第１のハイレート優先度を導出し、バッテリの温度とＳＯＣとから第２及び第３のハイレート優先度を導出し、第１、第２および第３のハイレート優先度の合計に基づいて、複数の前記リチウムイオン電池セルのＳＯＣ中心を異ならせるハイレート劣化抑制制御Ｓ２２又は複数の電池セルのＳＯＣ中心を揃えるリチウム析出抑制制御Ｓ２６を実行する。【選択図】図６
2017112729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拘束状態で一方向に配列された複数のリチウムイオン電池セルを含むバッテリと、
前記各リチウムイオン電池セルに対応してそれぞれ設けられ、前記各リチウムイオン電池セルの電圧を昇圧して出力可能であると共に、前記各リチウムイオン電池セルに流れる電流を制御可能な複数のＤＣ/ＤＣコンバータと、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ含まれるスイッチング素子の動作を制御することにより前記各リチウムイオン電池セルの充電状態を示すＳＯＣを個別に制御することができる制御装置と、を備えるバッテリ制御システムであって、
前記各ＤＣ／ＤＣコンバータは互いに直列接続されると共に、配列方向両端に位置する前記リチウムイオン電池セルに対応した２つの前記ＤＣ／ＤＣコンバータが電圧変換器に接続されており、
前記制御装置は、
現在までの前記バッテリのハイレート劣化量とリチウム析出劣化量とを推定し、
前記ハイレート劣化量および前記リチウム析出劣化量から第１のハイレート優先度を導出し、
前記バッテリの温度と充電状態を示すＳＯＣとを検出し、
前記バッテリの温度に基づいて第２のハイレート優先度を導出するとともに、前記バッテリのＳＯＣに基づいて第３のハイレート優先度を導出し、
前記第１、第２および第３のハイレート優先度の合計に基づいて、ハイレート劣化抑制を優先すべきと判断される場合には複数の前記リチウムイオン電池セルのＳＯＣ中心を異ならせるハイレート劣化抑制制御を実行する一方、リチウム析出抑制を優先すべきと判断される場合には複数の前記電池セルのＳＯＣ中心を揃えるリチウム析出抑制制御を実行する、
バッテリ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のリチウムイオン電池セルを拘束状態で配列して構成されるバッテリの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、二次電池の制御方法が開示されている。この制御方法では、二次電池のハイレート劣化を生じにくくするために、ヒータによってバッテリ温度を上昇させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１５４３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されるようにバッテリ温度を上昇させると、ハイレート劣化を抑制することができる。しかし、ハイレート劣化を抑制する温度領域では、リチウムイオン電池セル内で負極に金属リチウムが析出することによるリチウム析出劣化が発生するおそれがある。したがって、ハイレート劣化だけを考慮するだけではリチウム析出によるバッテリ劣化を進行させてしまうことがある。
【０００５】
本発明の目的は、劣化状態、バッテリの温度およびＳＯＣ（State of Charge）に応じて電池セル毎のＳＯＣ制御を行うことによって電池セルの拘束荷重を変更し、これによりハイレート劣化抑制とリチウム析出抑制とを効果的に使い分けることができるバッテリ制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るバッテリ制御システムは、拘束状態で一方向に配列された複数のリチウムイオン電池セルを含むバッテリと、前記各リチウムイオン電池に対応してそれぞれ設けられ、前記各リチウムイオン電池セルの電圧を昇圧して出力可能であると共に、前記各リチウムイオン電池セルに流れる電流を制御可能な複数のＤＣ/ＤＣコンバータと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ含まれるスイッチング素子の動作を制御することにより前記各リチウムイオン電池セルの充電状態を示すＳＯＣを個別に制御することができる制御装置と、を備える。前記各ＤＣ／ＤＣコンバータは互いに直列接続されると共に、配列方向両端に位置する前記リチウムイオン電池セルに対応した２つの前記ＤＣ／ＤＣコンバータが電圧変換器に接続されている。前記制御装置は、現在までの前記バッテリのハイレート劣化量とリチウム析出劣化量とを推定し、前記ハイレート劣化量および前記リチウム析出劣化量から第１のハイレート優先度を導出し、前記バッテリの温度と充電状態を示すＳＯＣとを検出し、前記バッテリの温度に基づいて第２のハイレート優先度を導出するとともに、前記バッテリのＳＯＣに基づいて第３のハイレート優先度を導出し、前記第１、第２および第３のハイレート優先度の合計に基づいて、ハイレート劣化抑制を優先すべきと判断される場合には複数の前記リチウムイオン電池セルのＳＯＣ中心を異ならせるハイレート劣化抑制制御を実行する一方、リチウム析出抑制を優先すべきと判断される場合には複数の前記電池セルのＳＯＣ中心を揃えるリチウム析出抑制制御を実行する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るバッテリ制御システムでは、第１、第２および第３のハイレート優先度のトータル優先度に基づいて、ハイレート劣化抑制を優先すべきと判断される場合には、複数のリチウムイオン電池セルのＳＯＣ中心を異ならせるハイレート劣化抑制制御を実行する。この場合、バッテリを構成する各リチウムイオン電池セルの含まれる電極厚みの合計値が減少することでセル拘束荷重が低下し、ハイレート劣化を効果的に抑制することができる。他方、上記トータル優先度に基づいてリチウム析出抑制を優先すべきと判断される場合には、複数の電池セルのＳＯＣ中心を揃えるリチウム析出抑制制御を実行する。この場合、バッテリを構成する各リチウムイオン電池セルの含まれる電極厚みの合計値が増大することでセル拘束荷重が高くなり、その結果、リチウム析出を効果的に抑制できる。したがって、本発明に係るバッテリ制御システムによれば、バッテリの状態に応じてハイレート劣化抑制とリチウム析出抑制とを効果的に使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）一実施形態のバッテリ制御システムの全体構成を示す図であり、（ｂ）は各リチウムイオン電池セル毎に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示す図である。
【図２】リチウムイオン電池セルにおけるＳＯＣと電極厚みとの関係を示す図である。
【図３】現在までのハイレート劣化量およびリチウム析出劣化量からバッテリのハイレート優先度を導出するためのマップを概略的に示す図である。
【図４】バッテリの温度からハイレート優先度を導出するためのマップを概略的に示す図である。
【図５】バッテリのＳＯＣからハイレート優先度を導出するためのマップを概略的に示す図である。
【図６】制御装置で実行されるバッテリ劣化抑制制御を示すフローチャートである。
【図７】バッテリ劣化抑制制御におけるＳＯＣ中心の変更処理例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１０】
図１（ａ）は本実施形態のバッテリ制御システム１０の全体構成を示す図であり、図１（ｂ）は各リチウムイオン電池セル（以下、単に「電池セル」という）毎に設けられるＤＣ/ＤＣコンバータの構成例を示す図である。
【００１１】
図１（ａ）に示すように、バッテリ制御システム１０は、バッテリ１２と、ＤＣ/ＤＣコンバータ１４と、制御装置１６とを備える。バッテリ制御システム１０は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電源システムとして好適に用いられる。
【００１２】
バッテリ１２は、複数の電池セル１８と、各電池セル１８間に挟まれた押圧部材２０とを含む。複数の電池セル１８は、各電池セル１８の厚み方向（矢印Ｘ方向）に並んで配列されている。以下では、矢印Ｘ方向を「配列方向Ｘ」ということがある。また、電池セル１８の数は、バッテリ１２に対する要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。
【００１３】
電池セル１８は、扁平な直方体状をなす例えばアルミニウム製のケースの内部に、扁平形状の電極巻回体が電解質と共に収容されている。電極巻回体は、正極電極および負極電極がセパレータを介して巻回されている。正極電極を構成する正極活物質には、例えば、コバルト酸リチウムを用い、負極電極を構成する負極活物質には、例えば、カーボンを用いることができる。
【００１４】
電池セル１８のケースは、比較的広い２つの平坦な壁部を有しており、これらの壁部が厚み方向Ｘと直交する向きで配列されている。また、電池セル１８のケース上面には、正極端子２２及び負極端子２４がそれぞれ突出して設けられている。正極端子２２は、電池セル１８内の電極巻回体を構成する正極電極に電気的に接続されている。負極端子２４は、電池セル１８内の電極巻回体を構成する負極電極に電気的に接続されている。本実施形態では、各電池セル１８の正極端子２２は、電池セル１８の配列方向Ｘに並んで配置されている。各電池セル１８の負極端子２４についても同様に、電池セル１８の配列方向Ｘに並んで配置されている。
【００１５】
バッテリ１２の配列方向Ｘ両端には、一対のエンドプレート２６ａ，２６ｂが配置されている。各エンドプレート２６ａ，２６ｂの上端面および下端面には、各２本の拘束バンド２８がそれぞれ取り付けられている。各拘束バンド２８は、それぞれ配列方向Ｘに沿って延伸している。各拘束バンド２８の両端部は、図示しないボルト等の締結部材によってエンドプレート２６ａ，２６ｂに締結されている
【００１６】
エンドプレート２６ａ，２６ｂおよび拘束バンド２８を用いることにより、複数の電池セル１８に対して、初期拘束荷重を与えることができる。初期拘束荷重は、配列方向Ｘにおける両側から各電池セル１８を押さえ付ける力であり、バッテリ１２が組み立てられた際に付与される拘束荷重である。なお、複数の電池セル１８に対して拘束荷重を与える構造は、図１（ａ）に示す構造に限るものではない。例えば、拘束バンド２８の形状、本数、配置位置等は、適宜変更することができる。
【００１７】
バッテリ１２には、図示しない温度センサ、電流センサ、電圧センサ等が設けられている。これらのセンサによって検出されるバッテリ温度Ｔｂ、各電池セルの電圧Ｖｃ及び電流Ｉｃは、バッテリ情報１３として制御装置１６に送信される。詳しくは後述する。制御装置１６は、これらの情報に基づいて、バッテリ１２全体のＳＯＣを監視及び制御するとともに、各電池セル１８毎のＳＯＣも監視及び制御する。
【００１８】
ＤＣ/ＤＣコンバータ１４は、各電池セル１８に対応して同数だけ設けられている。図１（ｂ）に示すように、ＤＣ/ＤＣコンバータ１４は２つのバッテリ側端子１９ａ，１９ｂを有する。各バッテリ側端子１９ａ，１９ｂは、対応する電池セル１８の正極端子２２及び負極端子２４にそれぞれ接続されている。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、本実施形態のバッテリ制御システム１０は、インバータ４０に接続されている。インバータ４０は、バッテリ１２からＤＣ/ＤＣコンバータ１４を介して供給される直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器である。インバータ４０によって変換された交流電圧は、回転電機４２に供給される。これにより、回転電機４２が回転駆動され、車両走行用動力を出力することができる。回転電機４２には、例えば三相同期型モータを好適に用いることができる。車両の減速時等に回転電機４２によって発電された交流電圧は、インバータ４０によって交流から直流に変換され、必要に応じてＤＣ/ＤＣコンバータ１４で降圧してバッテリ１２に充電することができる。
【００２０】
なお、本実施形態では電池セル１８及びＤＣ／ＤＣコンバータ１４を含むバッテリ制御システム１０がインバータ４０に接続される例について説明するが、これに限定されるものではなく、例えば２００ボルトのバッテリ電圧を７００ボルト等の大電圧に昇圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）を介してインバータ４０に接続されてもよい。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、ＤＣ/ＤＣコンバータ１４は、正極出力端子３０ａ及び負極出力端子３０ｂを有する。図１（ａ）に示すように、バッテリ１２の配列方向Ｘの一端部に位置する電池セル１８に対応するＤＣ/ＤＣコンバータ１４の正極出力端子３０ａは、インバータ４０に接続されている。当該ＤＣ/ＤＣコンバータ１４の負極出力端子３０ｂは、配列方向Ｘに隣り合う電池セル１８に対応するＤＣ/ＤＣコンバータ１４の正極出力端子３０ａに接続されている。
【００２２】
バッテリ１２において配列方向Ｘの両端部以外に位置する電池セル１８にそれぞれ対応するＤＣ/ＤＣコンバータ１４では、正極出力端子３０ａが配列方向Ｘの一方側に隣接する電池セル１８に対応するＤＣ/ＤＣコンバータ１４の負極出力端子３０ｂに接続され、負極出力端子３０ｂが配列方向Ｘの他方側に隣接する電池セル１８に対応するＤＣ/ＤＣコンバータ１４の正極出力端子３０ａに接続されている。そして、バッテリ１２の配列方向Ｘの他端部に位置する電池セル１８に対応する負極出力端子３０ｂは、インバータ４０に接続されている。このようにして各ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、互いに直列接続された状態で、インバータ４０に接続されている。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、ＤＣ/ＤＣコンバータ１４は、リアクトル３２、第１スイッチング素子３４、第２スイッチング素子３４及びコンデンサ３８を有する。リアクトル３２は、一端がバッテリ側端子１９ａに接続され、他端が第１スイッチング素子３４の一端に接続されている。そして、第１スイッチング素子３４の一端が正極出力端子３０ａに接続されている。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４において、他方のバッテリ側端子１９ｂと負極出力端子３０ｂとの間は負極ライン３１ｂによって接続されている。また、第２スイッチング素子３６の一端はリアクトル３２及び第１スイッチング素子３４の中間位置において正極ライン３１ａに接続され、第２スイッチング素子３６の他端は負極ライン３１ｂに接続されている。さらに、コンデンサ３８の一端は第１スイッチング素子３４の他端と正極出力端子３０ａとの間で正極ライン３１ａに接続され、コンデンサ３８の他端は負極ライン３１ｂに接続されている。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、制御装置１６から送信される制御信号に応じて第１スイッチング素子３４及び第２スイッチング素子３６がオン・オフ動作することにより、電池セル１８の電圧を昇圧して出力する電圧変換器として機能する。具体的には、第１スイッチング素子３４及び第２スイッチング素子３６を交互にオン動作させることによって昇圧動作を行うことができる。また、回転電機４２によって発電された電力がバッテリ１２に充電されるとき、第２スイッチング素子３６をオフ状態に維持しながら、第１スイッチング素子３４を所定の時間周期でオン動作させることにより、電池セル１８の充電に適した直流電圧に降圧することができる。
【００２６】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、第１及び第２スイッチング素子３４，３６のオン・オフ動作を制御することによって、電池セル１８に流れる電流を制御する機能を有する。具体的には、電池セル１８の放電時を考えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の入力である電池セル１８の電流Ｉｃ及び電圧Ｉｃとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力である電流Ｉｏｕｔ及び電圧Ｖｏｕｔとしたとき、Ｖｃ・Ｉｃ＝Ｖｏｕｔ・Ｉｏｕｔ（式１）の関係が成立し、この式１からＩｃ＝（Ｖｏｕｔ／Ｖｃ）・Ｉｏｕｔ（式２）を導くことができる。この式２から、Ｖｏｕｔの設定によって電池セル１８から供給される電流Ｉｃを各電池セル１８毎に独立して制御可能であることが判る。より詳しくは、所定制御期間中における第１スイッチング素子３４のオンデューティ比を小さく設定してＶｏｕｔを増加させることで、電池セル１８から流れ出る電流Ｉｃを低下させることができる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、第１スイッチング素子３４のオン期間中に第２スイッチング素子３６をオン動作させることによって、負極ライン３１ｂから正極ライン３１ａ（充電の場合には正極ライン３１ａから負極ライン３１ｂ）にバイパス電流Ｉｂｐを流すことができる。この場合、当該電池セル１８は、充放電電流が第２スイッチング素子３６を介してバイパスされることで、放電も充電もされない無負荷状態とすることができる。
【００２７】
上述したように、本実施形態のバッテリ制御システム１０では、各電池セル１８に対応してＤＣ／ＤＣコンバータ１４が設けられ、これらのＤＣ／ＤＣコンバータ１４に含まれる第１及び第２スイッチング素子３４，３６のオン・オフ制御することによって、電池セル１８の充放電を個別に制御することができる。その結果、バッテリ１２を構成する各電池セル１８についてＳＯＣを独立して制御することが可能になっている。
【００２８】
制御装置１６は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）及び記憶装置を含むマイクロコンピュータによって好適に構成される。制御装置１６は、バッテリ１２から送信されるバッテリ情報（温度、電流及び電圧）に基づいて、後述するバッテリ劣化抑制制御を実行する。このバッテリ劣化抑制制御は、主としてソフトウエアによる処理で実行されるが、一部をハードウエアによって実現されてもよい。
【００２９】
図２は、リチウムイオン電池セル１８におけるＳＯＣと電極厚みとの関係を示す図である。図２に示したグラフでは、横軸にＳＯＣが取られ、縦軸に電池セルに含まれる電極巻回体の厚み（以下、電極厚みという）が取られている。図２に示すように、本実施形態で用いられるリチウムイオン電池セル１８では、ＳＯＣと電極厚みとが上に凸状をなす非線形の関係になっている。このため、２つの電池セル１８について考えてみると、２つの電池セル１８のＳＯＣがＳ１で同じ場合の電極厚みはＥＴ１×２となる。しかし、一方の電池セル１８のＳＯＣをΔＳだけ増加させ、他方の電池セル１８のＳＯＣをΔＳだけ低下させた場合、トータルのＳＯＣに変化がなくても、ＳＯＣが低下した電池セル１８の電極厚みの減少分がＳＯＣを増加させた電池セル１８の電極厚みの増加分よりも大きくなる。そのため、このような電極厚みの変化は、電池セル１８のケースの変形を伴って２つの電池セル１８の合計厚みの減少をもたらし、その結果、各電池セル１８を拘束荷重が小さくなる。つまり、複数の電池セル１８のＳＯＣ（またはＳＯＣ制御範囲の中心となるＳＯＣ中心）を互いに異ならせることにより、電池セル１８の拘束荷重を下げることができる。逆に、複数の電池セル１８のＳＯＣを揃えることにより、電池セル１８の拘束荷重を大きくすることができる。以下で説明するバッテリ劣化抑制制御では、このような事象を用いて各電池セル１８の拘束荷重を変更する制御を実行する。
【００３０】
次に、図３ないし図７を用いて、本実施形態におけるバッテリ劣化抑制制御について説明する。
【００３１】
まず、図３ないし図５を参照して、バッテリ劣化抑制制御に用いられるマップについて説明する。図３は、現在までのハイレート劣化量およびリチウム析出劣化量からバッテリ１２のハイレート優先度を導出するためのマップを概略的に示す図である。図３に示されるグラフでは、横軸にハイレート劣化量が取られており、縦軸にハイレート優先度（劣化）が取られている。また、図３では、現在までのバッテリ１２の使用履歴から導出されるリチウム析出の程度が複数（本実施形態では５本）の傾斜した直線５０で示されており、上側に位置する傾斜線ほどリチウム析出なしとなり、逆に、下側に位置する傾斜線ほどリチウム析出の程度が大であることを表している。
【００３２】
ここで、「ハイレート劣化」とは、高速で大電流を充電または放電することによって電池セル１８に含まれる電解質中の塩濃度に斑または偏りが生じ、その結果、電池セル１８ひいてはバッテリ１２の容量低下等が発生する劣化状態をいう。また、リチウム析出劣化とは、電極巻回体に含まれる負極電極の表面に金属リチウムが析出することによって負極電極に対するリチウムイオンの出入りが阻害され、その結果、電池セル１８ひいてはバッテリ１２の抵抗増加等が発生する劣化状態をいう。
【００３３】
図３に示されるマップは、制御装置１６に含まれる記憶装置に予め記憶されている。そして、制御装置１６は、このマップを参照することによって第１のハイレート優先度（劣化）を導出する。より詳しくは、制御装置１６は、バッテリ１２から送信されるバッテリ情報１３に基づいて、現在までのバッテリ１２の使用履歴から、ハイレート劣化量及びリチウム析出劣化量をそれぞれ推定する。具体的には、ハイレート劣化量及びリチウム析出劣化量は、制御装置１６の記憶装置に予め記憶されている所定の式に、バッテリ１２の電流Ｉｂ、電圧Ｖｂ、及びＳＯＣ等を代入することによって算出することができる。そして、制御装置１６は、推定されたハイレート劣化量及びリチウム析出劣化量を引数として図３のマップを参照することによって、第１のハイレート優先度（劣化）を導出することができる。
【００３４】
ここで、図３のマップから導出された第１のハイレート優先度（劣化）は、＋（プラス）になった場合はハイレート優先度として取り扱い、−（マイナス）になった場合は絶対値としてリチウム析出優先度として取り扱う。なお、このことは図４及び図５に示すマップから導出されるハイレート優先度についても同様である。
【００３５】
図４は、バッテリ１２の温度からハイレート優先度を導出するためのマップを概略的に示す図である。図４では、横軸にバッテリ温度Ｔｂが取られ、縦軸にハイレート優先度（温度）が取られている。図４に示すマップは、制御装置１６に含まれる記憶装置に予め記憶されている。そして、制御装置１６は、このマップを参照することによって第２のハイレート優先度（温度）を導出する。より詳しくは、制御装置１６は、バッテリ１２から送信される現在のバッテリ温度Ｔｂを引数として曲線５２から第２のハイレート優先度（温度）を導出する。図４に示す曲線５２は、温度Ｔ１以下でハイレート優先度がマイナス側に大きくなる、すなわち、リチウム析出優先度が大きくなり、０度を含む温度Ｔ１〜Ｔ２の温度範囲ではハイレート優先度とリチウム析出優先度がほぼ同じになり、温度Ｔ２以上ではハイレート優先度が大きくなることを表している。
【００３６】
図５は、バッテリ１２のＳＯＣからハイレート優先度を導出するためのマップを概略的に示す図である。図５では、横軸にバッテリ１２のＳＯＣが取られ、縦軸にハイレート優先度（ＳＯＣ）が取られている。図５に示すマップは、制御装置１６に含まれる記憶装置に予め記憶されている。そして、制御装置１６は、このマップを参照することによって第３のハイレート優先度（ＳＯＣ）を導出する。より詳しくは、制御装置１６は、バッテリ１２から送信されるバッテリ情報１３に含まれるバッテリＳＯＣを引数として、曲線５４，５６から第３のハイレート優先度（温度）を導出する。
【００３７】
曲線５４は、バッテリ１２が充電されるときのハイレート優先度の特性を表し、曲線５６はバッテリ１２が放電するときのハイレート優先度の特性を表している。これらの曲線５４，５６によって、所定値ＳＯＣｔｈ以下では、充電時のハイレート劣化が発生しやすく、所定値ＳＯＣｔｈ以上ではリチウム析出と放電時のハイレート劣化が発生しやすくなることが表されている。
【００３８】
続いて、図６を参照して、制御装置１６によって実行されるバッテリ劣化抑制制御について説明する。このバッテリ劣化抑制制御は、制御装置１６において、内蔵された記憶装置からソフトウエアを例えば定期的に読み出して処理することによって実行される。
【００３９】
図６を参照すると、制御装置１６は、まずステップＳ１０において、現在までの使用履歴によるバッテリ１２のハイレート劣化量とリチウム析出劣化量とを算出する。これらの各劣化量は、予め記憶された所定の式を用いてそれぞれ算出することができる。
【００４０】
次に、制御装置１６は、ステップＳ１２において、算出されたハイレート劣化量及びリチウム析出劣化量に基づいて、第１のハイレート優先度を導出して記憶する。この第１のハイレート優先度は、図３に示したマップを参照することによって得られる。この場合、第１のハイレート優先度がマイナスである場合は、その絶対値を第１のリチウム析出優先度として記憶する。
【００４１】
続いて、制御装置１６は、ステップＳ１４において、バッテリ情報１３に含まれるバッテリ１２の温度Ｔｂ及びＳＯＣに基づいて、第２及び第３のハイレート優先度を導出して記憶する。バッテリ温度Ｔｂに基づく第２のハイレート優先度は図４に示したマップを参照して得ることができ、ＳＯＣに基づく第３のハイレート優先度は図５に示したマップを参照して得ることができる。この場合、充電と放電ではハイレート優先度の特性が異なるため、ハイレート優先度（充電）とハイレート優先度（放電）とを区別して取得する。第２及び第３のハイレート優先度についても、マイナスである場合は、その絶対値を第２及び第３のリチウム析出優先度として記憶する。
【００４２】
次に、制御装置１６は、ステップＳ１６において、第１ないし第３のハイレート優先度について、ハイレート優先度とリチウム析出優先度とをそれぞれ合計してトータル優先度を算出する。この場合も、第３のハイレート優先度における充電と放電とを区別して合計する。なお、トータル優先度の算出にあたっては、第１、第２及び第３のハイレート優先度の少なくとも１つに係数を乗じたうえで合計してもよい。
【００４３】
制御装置１６は、続くステップＳ１８において、ハイレート（充電）トータル優先度がリチウム析出トータル優先度より大きいか否か、又は、ハイレート（放電）トータル優先度がリチウム析出トータル優先度より大きいか否かを判定する。そして、制御装置１６は、ステップＳ１８で肯定判定された場合には、ステップＳ２０においてハイレート劣化抑制優先を設定する。具体的には、続くステップＳ２２において、一部の電池セル１８のＳＯＣ中心を下げること、及び／又は、他の電池セル１８のＳＯＣ中心を上げること、を実行する。
【００４４】
このようにＳＯＣ中心を異ならせる処理を行うことによって、電池セル１８に含まれる電極巻回体の電極厚みの合計値が小さくなることは図２を参照して上述したとおりである。その結果、各電池セル１８に対する拘束荷重が低下し、バッテリ１２におけるハイレート劣化の更なる進行を抑制することができる。
【００４５】
他方、制御装置１６は、ステップＳ１８で否定判定された場合には、ステップＳ２４において、リチウム析出抑制優先を設定する。具体的には、続くステップＳ２６において、バッテリ１２を構成する各電池セル１８のＳＯＣ中心を揃える処理を実行する。このように全ての電池セル１８のＳＯＣ中心を揃えることによって、電池セル１８に含まれる電極巻回体の電極厚みの合計値が大きくなる。その結果、各電池セル１８に対する拘束荷重が増大し、バッテリ１２におけるリチウム析出劣化の更なる進行を抑制することができる。
【００４６】
次に、図７を参照して、上述したステップＳ２２及びＳ２６の処理について説明する。図７は、バッテリ劣化抑制制御におけるＳＯＣ中心の変更処理例を示すフローチャートである。
【００４７】
図７を参照すると、制御装置１６は、まずステップＳ３０において、ＳＯＣ中心差を拡大する要求があるか否かを判定する。ここで、上述したステップＳ２０においてハイレート劣化優先が設定されると、ＳＯＣ中心差拡大要求ありのフラグが立てられる。このフラグに基づいて、制御装置１６はＳＯＣ中心差拡大要求の有無を判定する。
【００４８】
制御装置１６は、上記ステップＳ３０で肯定判定された場合、続くステップＳ３２において、制御装置１６は、ＳＯＣ中心が高い電池セル１８とＳＯＣ中心が低い電池セル１８とのＳＯＣ差が所定の拡大要求値未満か否かを判定する。ここで、所定の拡大要求値は、制御装置１６に内蔵された記憶装置に予め記憶されており、例えば５％等に設定することができる。
【００４９】
そして、上記ステップＳ３２においてＳＯＣ差が拡大要求値未満であると判定された場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）、制御装置１６は、続くステップＳ３４において、ＳＯＣ中心低の電池セル１８について入力（充電）減及び出力（放電）増を設定するとともに、ＳＯＣ中心高の電池セル１８について入力（充電）増及び出力（放電）減を設定する。この設定に基づいて制御装置１６は、ステップＳ４０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のスイッチング素子３４，３６のデューティ比を制御する。これにより、ＳＯＣ中心低の電池セル１８のＳＯＣが低下する一方、ＳＯＣ中心高の電池セル１８のＳＯＣが増加し、その結果、バッテリ１２を構成する電池セル１８のＳＯＣ中心をばらつかせることができる。
【００５０】
上記ステップＳ３２において否定判定された場合、各電池セル１８のＳＯＣ中心が既にばらついた状態にあるため、ステップＳ３４による電池セル１８に対する入出力の変更を行うことなく、ステップＳ４０によるデューティ比制御を実行する。これにより、各電池セル１８のＳＯＣ中心がばらついた状態が維持される。
【００５１】
上記ステップＳ３０で否定判定された場合、すなわち、ＳＯＣ中心差の拡大要求が無いと判定された場合、続くステップＳ３６において、ＳＯＣ中心低の電池セル１８とＳＯＣ中心高の電池セル１８とのＳＯＣ差が所定の縮小要求値（例えば５％）より大きいか否かを判定する。そして、制御装置１６は、ステップＳ３６において肯定判定された場合、続くステップＳ３８において、ＳＯＣ中心低の電池セル１８について入力（充電）増及び出力（放電）減に設定するとともに、ＳＯＣ中心高の電池セル１８について入力（充電）減及び出力（放電）増に設定する。この設定に基づいて制御装置１６は、ステップＳ４０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のスイッチング素子３４，３６のデューティ比を制御する。これにより、ＳＯＣ中心低の電池セル１８のＳＯＣが増加する一方、ＳＯＣ中心高の電池セル１８のＳＯＣが低下し、その結果、バッテリ１２を構成する電池セル１８のＳＯＣ中心を揃えることができる。
【００５２】
上記ステップＳ３６において否定判定された場合、各電池セル１８のＳＯＣ中心がほぼ揃った状態にあるため、ステップＳ３８による電池セル１８に対する入出力の変更を行うことなく、ステップＳ４０によるデューティ比制御を実行する。これにより、各電池セル１８のＳＯＣ中心がほぼ揃った状態が維持される。
【００５３】
上述したように、本実施形態のバッテリ制御システム１０では、第１、第２および第３のハイレート優先度のトータル優先度に基づいて、ハイレート劣化抑制を優先すべきと判断される場合には、複数の電池セル１８のＳＯＣ中心を異ならせるハイレート劣化抑制制御を実行する。この場合、バッテリを構成する各電池セル１８の含まれる電極厚みが減少することでセル拘束荷重が低下し、ハイレート劣化を効果的に抑制することができる。
【００５４】
他方、上記トータル優先度に基づいてリチウム析出抑制を優先すべきと判断される場合には、複数の電池セル１８のＳＯＣ中心を揃えるリチウム析出抑制制御を実行する。この場合、バッテリ１２を構成する各電池セル１８の含まれる電極厚みが増大することでセル拘束荷重が大きくなり、その結果、リチウム析出を効果的に抑制できる。したがって、本実施形態のバッテリ制御システム１０によれば、バッテリ１２の状態に応じてハイレート劣化抑制とリチウム析出抑制とを効果的に使い分けることができる。
【００５５】
なお、本発明は、上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項及びその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  バッテリ制御システム、１２  バッテリ、１３  バッテリ情報、１４  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６  制御装置、１８  リチウムイオン電池セル、１９ａ，１９ｂ  バッテリ側端子、２０  押圧部材、２２  正極端子、２４  負極端子、２６ａ，２６ｂ  エンドプレート、２８  拘束バンド、３０ａ  正極出力端子、３０ｂ  負極出力端子、３１ａ  正極ライン、３１ｂ  負極ライン、３２  リアクトル、３４  第１スイッチング素子、３６  第２スイッチング素子、３８  コンデンサ、４０  インバータ、４２  回転電機、５０  直線、５２，５４，５６  曲線、Ｘ  厚み方向又は配列方向。
【図１】
2017112729.tif 000003
【図２】
2017112729.tif 000004
【図３】
2017112729.tif 000005
【図４】
2017112729.tif 000006
【図５】
2017112729.tif 000007
【図６】
2017112729.tif 000008
【図７】
2017112729.tif 000009