特許 7529808 電池制御装置及び電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】電池制御装置及び電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/42 20060101AFI20240730BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240730BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

H01M10/42 P

H01M10/48 P

H02J7/00 Y

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022571569

(86)(22)【出願日】2021-12-22

(86)【国際出願番号】 JP2021047651

(87)【国際公開番号】W WO2022138745

(87)【国際公開日】2022-06-30

【審査請求日】2023-05-18

(31)【優先権主張番号】P 2020212976

(32)【優先日】2020-12-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】505083999

【氏名又は名称】ビークルエナジージャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 寛文

【審査官】滝谷 亮一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１７７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－８５４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－６１９４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／４２

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池の使用履歴、容量維持率、及び内部抵抗上昇率の少なくとも何れか１つに基づいて前記電池の第１の劣化状態を推定すると共に、前記電池の種別ごとの電池内部の構成要素の第２の劣化状態を推定する電池劣化状態推定部と、
前記電池の温度ごとの充電可能電力の上限電圧に関する情報を保存する記憶部と、
前記情報に基づいて前記電池の充電可能電力の上限電圧を推定する上限電圧推定部と、を有し、
前記上限電圧推定部は、
前記第１の劣化状態及び前記第２の劣化状態に基づいて前記情報を更新する
ことを特徴とする電池制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電池制御装置において、
前記第１の劣化状態は、前記容量維持率及び前記内部抵抗上昇率で表され、
前記第２の劣化状態は、前記電池の正極劣化率、負極劣化率、及び前記電池の副反応による劣化率で表される
ことを特徴とする電池制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電池制御装置において、
前記電池劣化状態推定部は、
少なくとも前記容量維持率が閾値より小であり、前記正極劣化率が閾値より大かつ前記副反応による劣化率が前記負極劣化率より大である場合に、前記電池の電解質の副反応による劣化率を前記負極劣化率で除算した商に基づく指標値を算出して前記上限電圧推定部へ送信し、
前記上限電圧推定部は、
前記指標値に基づいて前記情報を更新する
ことを特徴とする電池制御装置。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の電池制御装置において、
前記情報は、
前記電池の温度ごとに、第１の電圧閾値未満の前記上限電圧が対応付けられている領域を前記電池の電解液中の金属イオンの析出を抑制可能な第１の領域とし、前記第１の電圧閾値を超過する前記上限電圧が対応付けられている領域を前記金属イオンの析出を抑制不可能な第２の領域とし、前記第１の電圧閾値と等しい前記上限電圧が対応付けられている領域を前記金属イオンの析出を抑制可能な閾値領域とするマップであり、
前記上限電圧推定部は、
前記第１の領域を拡大しかつ前記第２の領域を縮小する、又は、前記第１の領域を縮小しかつ前記第２の領域を拡大するように前記マップを更新する
ことを特徴とする電池制御装置。

【請求項5】

請求項４に記載の電池制御装置において、
前記上限電圧推定部は、
前記第１の電圧閾値と、前記電池の電解質の副反応による劣化率を前記電池の負極劣化率で除算した商に基づく指標値と、の積を第２の電圧閾値として算出し、
前記マップにおいて、前記電池の温度ごとに、前記第２の電圧閾値未満の前記上限電圧が対応付けてられている領域を前記金属イオンの析出を抑制可能な新たな前記第１の領域とし、前記第２の電圧閾値を超過する前記上限電圧が対応付けられている領域を前記金属イオンの析出を抑制不可能な新たな前記第２の領域とし、前記第２の電圧閾値と等しい前記上限電圧が対応付けられている領域を前記金属イオンの析出を抑制可能な新たな前記閾値領域とするように前記マップを更新する
ことを特徴とする電池制御装置。

【請求項6】

請求項１～５の何れか１項に記載の電池制御装置において、
前記上限電圧推定部は、
更新した前記情報に基づいて前記電池の温度ごとの充電可能電力の上限電圧を推定し設定する
ことを特徴とする電池制御装置。

【請求項7】

請求項１～６の何れか１項に記載の電池制御装置と、
前記電池が複数接続された組電池と、を有し、
前記電池制御装置は、更新された前記情報に基づいて前記電池の温度ごとの充電可能電力の上限電圧を設定して、前記電池及び前記組電池を制御する、
ことを特徴とする電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池制御装置及び電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）等に搭載される電池システムは、一般的に、直列もしくは並列に複数接続された二次電池と、様々な電気部品から構成される。電気部品には、二次電池と電流負荷を電気的に接続してオンオフ制御するリレーや、二次電池の電流や電圧を測定するセンサ類、二次電池の充放電を制御する電池制御装置などが含まれる。

【0003】

電池制御装置は、二次電池を適切な範囲で使用するために、二次電池の電圧に対して制限値を設定し、その制限された電圧の範囲内において、二次電池の充放電制御を行う。このような制御により、二次電池の過充電、もしくは過放電を防止して、二次電池の劣化を抑制している。

【0004】

例えば二次電池の上限電圧の制御方式に関して、特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１では、電圧の移動平均を各平均時間毎に算出し、各移動平均時間毎に予め定められた上限電圧、及び温度からなる上限電圧マップに基づいて、当該平均時間毎に上限電圧を設定し、各平均時間毎に設定された上限電圧の最小値を上限電圧として設定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０２０／１５８１８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電池内部の劣化状態に応じて、適切に上限電圧を設定することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の従来技術の問題を解決するため、本発明による電池制御装置は、電池の使用履歴、容量維持率、及び内部抵抗上昇率の少なくとも何れか１つに基づいて前記電池の第１の劣化状態を推定すると共に、前記電池の種別ごとの電池内部の構成要素の第２の劣化状態を推定する電池劣化状態推定部と、前記電池の温度ごとの充電可能電力の上限電圧に関する情報を保存する記憶部と、前記情報に基づいて前記電池の充電可能電力の上限電圧を推定する上限電圧推定部と、を有し、前記上限電圧推定部は、前記第１の劣化状態及び前記第２の劣化状態に基づいて前記情報を更新することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、二次電池の劣化状態に応じて上限電圧を可変制御することで、安全かつ二次電池の充電性能を最大限に引き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る電池システムの機能ブロック図。

【図2】実施形態に係る単電池制御部の機能ブロック図。

【図3】実施形態に係る組電池制御部の機能ブロック図。

【図4】実施形態に係る上限電圧演算部の機能ブロック図。

【図5】実施形態に係る電池劣化状態推定部による診断処理を示すフローチャート。

【図6】実施形態に係る上限電圧マップ及び上限電圧マップの更新を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態に関して、図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ハイブリッド自動車の電源を構成する電池システムに対して本発明を適用した場合を説明する。但し、以下に説明する実施形態の構成はこれに限らずプラグインハイブリッド自動車、電気自動車などの乗用車、ハイブリッドトラックなどの産業用車両の電源を構成する蓄電装置の蓄電器制御回路などにも適用できる。

【0011】

また、以下の実施形態では、リチウムイオン電池を採用した場合を例に挙げて説明するが、充放電可能な二次電池であれば、鉛電池、ニッケル水素電池、多価カチオン電池などにも用いることができる。更に、以下の実施形態では、複数の単電池を直列に接続して組電池を構成しているが、複数の単電池を並列接続したものを複数個直列に接続した組電池で構成したシステムや、直列接続した複数の単電池を複数個並列に接続した組電池で構成したシステムにも適用できる。

【0012】

図１は、実施形態に係る電池システム１００の機能ブロック図である。電池システム１００は、リレー３００，３１０を介してインバータ４００に接続される。電池システム１００は、組電池１１０、単電池管理部１２０、電流検知部１３０、電圧検知部１４０、組電池制御部１５０、及び記憶部１８０を含んで構成される。

【0013】

組電池１１０は、複数の単電池１１１から構成される。単電池管理部１２０は、単電池１１１の状態を監視する。電流検知部１３０は、電池システム１００に流れる電流を検知する。電圧検知部１４０は、組電池１１０の総電圧を検知する。組電池制御部１５０は、組電池１１０の状態を検知し、状態の管理等も行う。

【0014】

組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積及び放出（直流電力の充放電）が可能な複数の単電池１１１を電気的に直列に接続して構成されている。各単電池１１１には、例えば出力電圧が３．０～４．２Ｖ（平均出力電圧：３．６Ｖ）のリチウムイオン電池が用いられる。なお、これ以外の電圧仕様のものでも構わない。

【0015】

組電池１１０を構成する単電池１１１は、状態の管理及び制御を実施する上で、所定の単位数にグループ分けされている。グループ分けされた単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２ａ，１１２ｂを構成している。単電池群１１２を構成する単電池１１１の個数は、全ての単電池群１１２において同数でもよいし、単電池群１１２毎に単電池１１１の個数が異なっていてもよい。

【0016】

単電池管理部１２０は、組電池１１０を構成する単電池１１１の状態を監視する。単電池管理部１２０は、単電池群１１２毎に設けられた単電池制御部１２１を備える。図１では、単電池群１１２ａと１１２ｂに対応して、単電池制御部１２１ａと１２１ｂがそれぞれ設けられている。単電池制御部１２１は、単電池群１１２を構成する単電池１１１の状態を監視及び制御する。

【0017】

本実施形態では、説明を簡略化するために、４個の単電池１１１を電気的に直列接続して単電池群１１２ａと１１２ｂを構成し、単電池群１１２ａと１１２ｂを更に電気的に直列接続して合計８個の単電池１１１を備える組電池１１０とした。

【0018】

組電池制御部１５０には、単電池管理部１２０から出力される単電池１１１の電池電圧や温度の計測値、電流検知部１３０からの電流値、電圧検知部１４０から出力される組電池１１０の総電圧値、記憶部１８０に格納された単電池１１１の電池特性情報などが入力される。

【0019】

また、単電池管理部１２０は、単電池１１１が過充電もしくは過放電であるかの診断を行う機能や、単電池管理部１２０に通信エラーなどが発生した場合に異常信号を出力する機能を有しており、それらの診断結果や異常信号も組電池制御部１５０に入力される。更に、上位の制御装置である車両制御部２００からも信号が入力される。

【0020】

組電池制御部１５０は、入力された情報、及び記憶部１８０に予め記憶されている電流制限値や単電池１１１の電池特性に基づいて、組電池１１０の充放電を適切に制御するための演算を行う。例えば、各単電池１１１に対する充放電電力の制限値の演算や、各単電池１１１の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）及び劣化状態（内部抵抗増加率（ＳＯＨＲ（State Of Health based on Resistance））及び容量維持率（ＳＯＨＣ（State Of Health based on Capacity）））の演算や、各単電池１１１の電圧均等化制御を行うための演算などを実行する。組電池制御部１５０は、これらの演算結果や、その演算結果に基づく指令を、単電池管理部１２０や車両制御部２００に出力する。

【0021】

記憶部１８０は、組電池１１０、単電池１１１、及び単電池群１１２の電池特性に関する情報を格納する。なお、本実施形態では、記憶部１８０は組電池制御部１５０又は単電池管理部１２０の外部に設置されている構成としたが、組電池制御部１５０又は単電池管理部１２０が記憶部を備える構成とし、これに上記情報を格納してもよい。

【0022】

また、記憶部１８０は、組電池に対して充放電された時の電流負荷、もしくは電力負荷情報とその時の温度、及びＳＯＣに滞在した時間を組合せたマップからなる車両運転履歴や、車両停止時に温度及びＳＯＣに滞在した時間を組合せたマップからなる車両停止履歴を情報として格納する。

【0023】

組電池制御部１５０と単電池管理部１２０は、フォトカプラに代表される絶縁素子１７０及び信号通信手段１６０を介して信号を送受信する。絶縁素子１７０を設けるのは、組電池制御部１５０と単電池管理部１２０は、動作電源が異なるためである。すなわち、単電池管理部１２０は、組電池１１０から電力をうけて動作するのに対して、組電池制御部１５０は、車載補機用のバッテリ（例えば１４Ｖ系バッテリ）を電源として用いている。絶縁素子１７０は、単電池管理部１２０を構成する回路基板に実装してもよいし、組電池制御部１５０を構成する回路基板に実装してもよい。システム構成によっては、絶縁素子１７０を省略することもできる。

【0024】

組電池制御部１５０と、単電池管理部１２０を構成する単電池制御部１２１ａ及び１２１ｂとの間の通信手段について説明する。単電池制御部１２１ａ及び１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａ及び１１２ｂの電位の高い順にしたがって直列に接続されている。

【0025】

組電池制御部１５０が単電池管理部１２０に送信した信号は、絶縁素子１７０及び信号通信手段１６０を介して単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ａの出力は信号通信手段１６０を介して単電池制御部１２１ｂに入力され、最下位の単電池制御部１２１ｂの出力は絶縁素子１７０及び信号通信手段１６０を介して組電池制御部１５０へと伝送される。

【0026】

本実施形態では、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂの間は絶縁素子１７０を介していないが、絶縁素子１７０を介して信号を送受信することもできる。

【0027】

車両制御部２００は、組電池制御部１５０が送信する情報を用いて、リレー３００と３１０を介して電池システム１００と接続されるインバータ４００を制御する。車両走行中には、電池システム１００はインバータ４００と接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いて、モータジェネレータ４１０を駆動する。

【0028】

電池システム１００を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部２００の管理のもと、電池システム１００はインバータ４００に接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いてモータジェネレータ４１０を駆動し、回生時はモータジェネレータ４１０の発電電力により組電池１１０が充電される。充電によって組電池１１０に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されるか、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。

【0029】

図２は、実施形態に係る単電池制御部１２１の機能ブロック図である。単電池制御部１２１は、電圧検出回路１２２、制御回路１２３、信号入出力回路１２４、及び温度検知部１２５を含んで構成される。電圧検出回路１２２は、各単電池１１１の端子間電圧を測定する。制御回路１２３は、電圧検出回路１２２及び温度検知部１２５から測定結果を受け取り、信号入出力回路１２４を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、単電池制御部１２１に一般的に実装される、自己放電や消費電流ばらつき等に伴い発生する単電池１１１間の電圧やＳＯＣのばらつきを均等化する回路構成は、周知のものであるとして記載を省略した。

【0030】

図２における単電池制御部１２１が備える温度検知部１２５は、単電池群１１２の温度を測定する機能を有する。温度検知部１２５は、単電池群１１２全体として１つの温度を測定し、単電池群１１２を構成する単電池１１１の温度代表値としてその温度を取り扱う。温度検知部１２５が測定した温度は、単電池１１１、単電池群１１２、又は組電池１１０の状態を検知するための各種演算に用いられる。図２はこれを前提とするため、単電池制御部１２１に１つの温度検知部１２５を設けた。単電池１１１毎に温度検知部１２５を設けて単電池１１１毎に温度を測定し、単電池１１１毎の温度に基づいて各種演算を実行することもできるが、この場合は温度検知部１２５の数が多くなる分、単電池制御部１２１の構成が複雑となる。

【0031】

図２では、簡易的に温度検知部１２５を示した。実際は温度測定対象に温度センサが設置され、設置した温度センサが温度情報を電圧として出力し、これを測定した結果が制御回路１２３を介して信号入出力回路１２４に送信され、信号入出力回路１２４が単電池制御部１２１の外に測定結果を出力する。この一連の流れを実現する機能が単電池制御部１２１に温度検知部１２５として実装され、温度情報（電圧）の測定には電圧検出回路１２２を用いることもできる。

【0032】

図３は、実施形態に係る組電池制御部１５０の機能ブロック図である。組電池制御部１５０は、電池制御装置に相当する機能を担う部分である。組電池制御部１５０は、車両走行中に検出された各単電池１１１の温度、電流値、及び電圧値をもとに、組電池１１０における各単電池１１１の状態や各単電池１１１に入出力可能な電力を決定する部分である。組電池制御部１５０は、その１つの機能構成要素として、各単電池１１１の充電電力を制限するための充電可能電力（充電電力制限値）の演算を行う機能を有する。

【0033】

なお、組電池制御部１５０は充電可能電力の演算機能以外にも、組電池１１０の制御に必要な各種機能、例えば各単電池１１１の放電制御を行う機能や、各単電池１１１の電圧均等化制御を行う機能などを有しているが、これらは周知の機能であり、また本発明とは直接関係がないため、以下では詳細な説明を省略する。

【0034】

図３に示すように、組電池制御部１５０は、その機能として、電池状態検知部１５１、上限電圧演算部１５２、及び充電可能電力演算部１５３の各機能ブロックを有する。組電池制御部１５０は、これらの機能ブロックにより、電流検知部１３０が検知した組電池１１０の電流や、電圧検知部１４０が検知した組電池１１０の電圧及び温度に基づいて、各単電池１１１の充電可能電力を演算する。

【0035】

なお、上記では組電池制御部１５０が組電池１１０の充電可能電力を演算することとして説明したが、複数の単電池１１１をまとめて充電可能電力を算出してもよい。例えば、単電池群１１２ａ，１１２ｂごとに算出したり、単電池管理部１２０が検知する単電池１１１毎の電圧をもとに算出したりすることができる。これらの場合でも、組電池１１０と同様の処理で充電可能電力を算出できる。また、各単電池１１１の充電可能電力は、同様の処理によって算出できる。そのため以下では、充電可能電力の算出対象を単に「電池」と称して、組電池制御部１５０における充電可能電力の演算機能を説明する。

【0036】

電池状態検知部１５１は、組電池制御部１５０に入力される電池の電流、電圧、及び温度の情報をもとに、電池のＳＯＣ、ＳＯＨＣ、及びＳＯＨＲを演算する。なお、ＳＯＣ、ＳＯＨＣ、及びＳＯＨＲの演算方法については、公知であるものとして説明を省略する。

【0037】

上限電圧演算部１５２は、電池の電圧及び温度の時系列データ、ＳＯＨＣ、ならびにＳＯＨＲを入力とし、これらに基づいて電池の電圧履歴を演算する。そして上限電圧演算部１５２は、電池の電圧履歴に基づいて、電池の充電可能電力の上限電圧を演算して出力する。なお、上限電圧演算部１５２による上限電圧の具体的な演算方法については後述する。

【0038】

充電可能電力演算部１５３は、電池状態検知部１５１が演算した電池のＳＯＣ、ＳＯＨＣ、及びＳＯＨＲと、組電池制御部１５０に入力される電池の温度と、上限電圧演算部１５２が演算した電池の上限電圧をもとに、電池の充電可能電力を演算して出力する。ここで充電可能電力は、充電時に電池に流すことができる充電可能電流と、充電可能電流が通電したときの電池の電圧との積によって演算される。充電可能電流は、電池の電圧が上限電圧に至るまでに流すことができる電流値と、電池システム１００を構成する構成部材（リレー、ヒューズなど）によって決まる電流制限値とのうち、小さい方の電流値として算出できる。

【0039】

続いて、上限電圧演算部１５２による上限電圧の具体的な演算方法について、図４～図７を参照して説明する。

【0040】

図４は、実施形態に係る上限電圧演算部１５２の機能ブロック図である。本実施形態において、上限電圧演算部１５２は、電池劣化状態推定部１５２１及び上限電圧推定部１５２２を含んで構成される。

【0041】

電池劣化状態推定部１５２１は、ＳＯＨＣ、ＳＯＨＲ、ならびに記憶部１８０に保存されている車両運転履歴及び車両停車履歴から電池の劣化状態を推定し、上限電圧マップＭを更新する比率αを演算する。上限電圧マップＭは、Ｌｉ析出を抑制可能な各単電池１１１の充電可能電力の上限電圧の範囲を示す。上限電圧マップＭの説明は、後述する。

【0042】

上限電圧推定部１５２２は、記憶部１８０に保存されている温度と上限電圧の情報を含んだ上限電圧マップＭに対して、電池劣化状態推定部１５２１で演算した上限電圧マップＭを更新する比率αに基づいて、上限電圧マップＭを更新する。

【0043】

具体的には上限電圧推定部１５２２は、上限電圧マップＭに保存されている温度Ｔごとの上限電圧Ｖが、単電池１１１のＬｉ析出を抑制できる上限電圧であるか否かを判定する閾値Ｖ_ｔｈを、電池劣化状態推定部１５２１で演算した比率αを乗算して更新し、更新後の閾値Ｖ_ｔｈを以って上限電圧マップＭを更新する。

【0044】

上限電圧推定部１５２２は、更新した上限電圧マップＭを参照し、温度に応じた電池の上限電圧を推定する。

【0045】

図５は、実施形態に係る電池劣化状態推定部１５２１による診断処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では、電池劣化状態推定部１５２１は、例えば車両制御部２００から車両起動時の信号を受信した後、電池劣化状態の診断を開始する。

【0046】

次にステップＳ２では、電池劣化状態推定部１５２１は、電池状態検知部１５１で演算したＳＯＨＲ及びＳＯＨＣを取得する。ここでＳＯＨＲのみ取得し、ＳＯＨＲとＳＯＨＣの相関関係から間接的に算出したＳＯＨＣを用いてもよい。又はＳＯＨＣのみ取得し、ＳＯＨＲとＳＯＨＣの相関関係から間接的に算出したＳＯＨＲを用いてもよい。

【0047】

次にステップＳ３では、電池劣化状態推定部１５２１は、電池状態検知部１５１で取得したＳＯＨＲ及びＳＯＨＣと、閾値ＳＯＨＲ_ｔｈ及び閾値ＳＯＨＣ_ｔｈとをそれぞれ比較する。そして、ＳＯＨＲが閾値ＳＯＨＲ_ｔｈより高く、かつＳＯＨＣが閾値ＳＯＨＣ_ｔｈより低い場合（ステップＳ３Ｙｅｓ（電池が劣化状態にある））にステップＳ４に処理を移し、それ以外の場合（ステップＳ３Ｎｏ（電池が劣化状態にない））の場合はステップＳ７に処理を移して本診断処理を終了する。

【0048】

なおステップＳ３では、電池劣化状態推定部１５２１は、ＳＯＨＲ及びＳＯＨＣの値と、閾値ＳＯＨＲ_ｔｈ及び閾値ＳＯＨＣ_ｔｈとの比較に限らず、ＳＯＨＣと、閾値ＳＯＨＣ_ｔｈとの比較のみとしてもよい。この場合、電池劣化状態推定部１５２１は、ＳＯＨＣが閾値ＳＯＨＣ_ｔｈより低い場合（ステップＳ３Ｙｅｓ）にステップＳ４に処理を移し、それ以外の場合（ステップＳ３Ｎｏ）の場合はステップＳ７に処理を移すとする。

【0049】

またステップＳ３では、電池劣化状態推定部１５２１は、記憶部１８０に記憶されている電池の使用履歴（又は車両運転履歴及び車両停車履歴の少なくとも１つ）、ＳＯＨＲ、及びＳＯＨＲの少なくとも何れか１つに基づいて電池の劣化状態を判定してもよい。

【0050】

ステップＳ４では、電池劣化状態推定部１５２１は、電池システム１００のライフモデルに基づいて、記憶部１８０に保存されている車両運転履歴及び車両停止履歴から電池の電池内部の劣化状態を推定し、正極劣化率Ｃｐ、負極劣化率Ｃｎ及び副反応による劣化率Ｃｓｒを算出する。そして電池劣化状態推定部１５２１は、ステップＳ５に処理を移す。

【0051】

ライフモデルは電池内部の各構成要素の劣化率を定義する。ライフモデルは電池種別によって異なるが、例えばＬｉイオン電池などの電解質を用いる二次電池である場合、ライフモデルによって、正極劣化率Ｃｐ、負極劣化率Ｃｎ、及び副反応による劣化率Ｃｓｒという３つの劣化指標が定義される。正極劣化率Ｃｐは、新品時からの電池の正極の劣化状況を表し、当該劣化率時点での正極容量を示す。負極劣化率Ｃｎは、新品時からの電池の負極の劣化状況を表し、当該劣化率時点での負極容量を示す。副反応による劣化率Ｃｓｒは、新品時からの電池の副反応による電解液中の金属イオン（本実施形態ではリチウム）の析出状況を表し、当該劣化率時点でのリチウムの損失量を示す。正極劣化率Ｃｐ、負極劣化率Ｃｎ、及び副反応による劣化率Ｃｓｒは、例えば車両運転履歴及び車両停止履歴から推定される電池の使用状況（全体時間に対する走行時間割合や停車時間割合など）から、所定の算出方法により推定される。

【0052】

ステップＳ５では、電池劣化状態推定部１５２１は、ステップＳ４で算出した、各劣化率と各劣化率の閾値を比較する。具体的には、電池劣化状態推定部１５２１は、正極劣化率Ｃｐが閾値Ｃｐ_ｔｈより高く、副反応による劣化率Ｃｓｒが負極劣化率Ｃｎより高い場合（ステップＳ５Ｙｅｓ）にステップＳ６に処理を移し、それ以外の場合（ステップＳ５Ｎｏ）はステップＳ７に処理を移して診断処理を終了する。

【0053】

ステップＳ６では、電池劣化状態推定部１５２１は、式（１）に従って、負極劣化率Ｃｎと副反応による劣化率Ｃｓｒから上限電圧マップＭを更新する比率αを演算し、演算した比率αの値を上限電圧推定部１５２２に送信する。そして電池劣化状態推定部１５２１は、ステップＳ７に処理を移して診断処理を終了する。
α＝ｋ×（Ｃｓｒ／Ｃｎ）・・・（１）
ただし、ｋは所定の定数

【0054】

図６は、実施形態に係る上限電圧マップＭ及び上限電圧マップＭの更新を示す図である。図６では、説明の簡単のため、上限電圧マップＭにおいて、横軸をＶ＝１から５までの上限電圧、縦軸をＴ＝１から５までの温度とし、温度Ｔ及び上限電圧Ｖに対応する領域Ｒ（Ｔ，Ｖ）（Ｔ＝１～５、Ｖ＝１～５）の５次のマトリックスで表しているが、横軸及び縦軸の粒度は更に細かくてもよい。図６は、各領域Ｒ（Ｔ，Ｖ）が“ＯＫ”、“閾値”、及び“ＮＧ”の何れかであることを示している。

【0055】

領域Ｒ（Ｔ，Ｖ）が“ＯＫ”とは、当該上限電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ未満であり、当該領域Ｒ（Ｔ，Ｖ）が電池の電解液中の金属イオンの析出を抑制しつつ充電可能な上限電圧の第１の領域であることを意味する。領域Ｒ（Ｔ，Ｖ）が“閾値”とは、当該上限電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈと等しく、電池の電解液中の金属イオンの析出を抑制しつつ充電可能な上限電圧の閾値領域であることを意味する。領域Ｒ（Ｔ，Ｖ）が“ＮＧ”とは、当該上限電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈを超過し、充電の際に電池の電解液中の金属イオンの析出させてしまう上限電圧の第２の領域であることを意味する。第１の領域と第２の領域は、閾値領域を境界として上限電圧マップＭを二分している。

【0056】

以下、更新前の上限電圧Ｖの閾値をＶ_ｔｈ_１、更新後の上限電圧Ｖの閾値をＶ_ｔｈ_２とする。

【0057】

図６の上方図に示すように、領域Ｒ（１，１）、Ｒ（１，２）、Ｒ（１，３）、Ｒ（１，４）、Ｒ（２，１）、Ｒ（２，２）、Ｒ（２，３）、Ｒ（３，１）、Ｒ（３，２）、Ｒ（４，１）、Ｒ（４，２）、Ｒ（４，３）、Ｒ（５，１）、Ｒ（５，２）、Ｒ（５，３）、Ｒ（５，４）の各上限電圧が閾値Ｖ_ｔｈ_１未満である。よって各温度Ｔにおいてこれらの上限電圧が“ＯＫ”であり、電池の上限電圧の第１の領域を定める。

【0058】

また図６の上方図に示すように、領域Ｒ（１，５）、Ｒ（２，４）、Ｒ（３，３）、Ｒ（４，４）、Ｒ（５，５）の各上限電圧が閾値Ｖ_ｔｈ_１と等しい。よって各温度Ｔにおいてこれらの上限電圧が“閾値”であり、電池の上限電圧の閾値領域を定める。

【0059】

また図６の上方図に示すように、領域Ｒ（２，５）、Ｒ（３，４）、Ｒ（３，５）、Ｒ（４，５）の各上限電圧が閾値Ｖ_ｔｈ_１を超過する。よって各温度Ｔにおいてこれらの上限電圧が“ＮＧ”であり、電池の上限電圧の第２の領域を定める。

【0060】

次に上限電圧推定部１５２２は、図５に示す診断処理によって決定された比率αを用いて、式（２）に基づいて、各温度Ｔの上限電圧の閾値Ｖ_ｔｈ_１を閾値Ｖ_ｔｈ_２へ変更する。
Ｖ_ｔｈ_２＝Ｖ_ｔｈ_１×α・・・（２）

【0061】

例えばα＞１であると、Ｖ_ｔｈ_２＞Ｖ_ｔｈ_１となる。上限電圧推定部１５２２は、この更新された閾値Ｖ_ｔｈ_２を以って、各領域Ｒ（Ｔ，Ｖ）を再評価する。

【0062】

すると、図６の下方図に示すように、領域Ｒ（１，１）、Ｒ（１，２）、Ｒ（１，３）、Ｒ（１，４）、Ｒ（２，１）、Ｒ（２，２）、Ｒ（２，３）、Ｒ（２，４）、Ｒ（３，１）、Ｒ（３，２）、Ｒ（３，３）、Ｒ（４，１）、Ｒ（４，２）、Ｒ（４，３）、Ｒ（４，４）、Ｒ（５，１）、Ｒ（５，２）、Ｒ（５，３）、Ｒ（５，４）の各上限電圧が閾値Ｖ_ｔｈ_２未満となる。よって各温度Ｔにおいてこれらの上限電圧が“ＯＫ”であり、電池の上限電圧の第１の範囲が拡大されていることになる。

【0063】

また図６の下方図に示すように、領域Ｒ（１，５）、Ｒ（２，５）、Ｒ（３，４）、Ｒ（４，５）、Ｒ（５，５）の各上限電圧が閾値Ｖ_ｔｈ_２と等しい。よって各温度Ｔにおいてこれらの上限電圧が“閾値”であり、電池の上限電圧の閾値領域を定める。

【0064】

また図６の下方図に示すように、領域Ｒ（３，５）の上限電圧が閾値Ｖ_ｔｈ_２を超過する。よって温度Ｔ＝３においてこの上限電圧が“ＮＧ”であり、電池の上限電圧の第２の領域が縮小されることになる。

【0065】

なおα＜１であると、Ｖ_ｔｈ_２＜Ｖ_ｔｈ_１となる。この更新後の閾値Ｖ_ｔｈ_２を以って、各領域Ｒ（Ｔ，Ｖ）の上限電圧を再評価すると、第１の領域が縮小され、第２の領域が拡大される。

【0066】

そして上限電圧推定部１５２２は、更新された上限電圧マップＭの第１の領域から、現在の電池の温度Ｔに対応する上限電圧を推定し、推定した上限電圧を充電可能電力演算部１５３に設定する。

【0067】

このように上限電圧の閾値Ｖ_ｔｈが変更されることで、上限電圧マップＭにおける電池の上限電圧の範囲が増減される。

【0068】

なお上記実施形態で述べた上限電圧マップＭは、温度に対して電池の上限電圧の範囲が対応付けられた情報の一例であり、マップに限らず、テーブルや関数などでもよい。

【0069】

以上のように、上記実施形態によれば、二次電池の劣化状態に応じて、上限電圧を可変に制御することで、安全かつ、二次電池の充電特性を最大限引き出す制御をすることができる。

【0070】

上記実施形態では、電池内部の劣化状態に応じて、電池の電解液中の金属イオンの析出を防止しつつより大きな電力量を充電できるように、電池の充電可能電力の上限電圧を可変制御する。電池は、上限電圧を高くするほど金属イオンが析出し易いが、金属イオンの析出を防止できる上限電圧は、電池の内部の劣化状態によって異なる。電池の内部の劣化状態に応じて、金属イオンの析出を防止しつつ電池の上限電圧を高くすることで、電池の劣化が進行しても充電可能な電力量を確保し、電池を搭載する車両の回生可能な電力量の減少及び燃費低下を抑制できる。

【0071】

また上記実施形態では、電池の使用履歴、容量維持率、及び内部抵抗上昇率の少なくとも何れか１つに基づく第１の劣化状態と、ライフモデルに基づく電池の種別ごとの電池内部の構成要素の第２の劣化状態（電池の正極劣化率、負極劣化率、及び電池の副反応による劣化率）とに基づいて電池の充電可能電力の上限電圧を可変制御する。第２の劣化状態は、記憶部１８０に保存されている車両運転履歴及び車両停止履歴から推定される。よって電池の使用履歴、容量維持率、及び内部抵抗上昇率という一般的なデータを利用した簡易な処理で、電池の電解液中の金属イオンの析出という電池内部の劣化の程度を推定できる。

【0072】

また上記実施形態では、少なくとも容量維持率、正極劣化率、及び副反応による劣化率が所定条件を充足する場合に、電池の電解質の副反応による劣化率を負極劣化率で除算した商に基づく指標値を算出する。そしてこの指標値に基づいて、電池の温度ごとの充電可能電力の上限電圧に関する情報を更新する。よって定量的に電池内部の劣化状況を把握する指標に基づいて、電池の温度ごとの充電可能電力の上限電圧に関する情報を適切に更新し、より最適な上限電圧を推定できるので、電池のライフスパンにわたって電池の性能を最大限に利用することができる。

【0073】

また上記実施形態では、電池の温度ごとに、電池の電解液中の金属イオンの析出を抑制可能な上限電圧の第１の領域、抑制可能な上限電圧の閾値となる閾値領域、及び抑制不可能な上限電圧の第２の領域を表すマップを、第１の領域を拡大しかつ第２の領域を縮小、又は、第１の領域を縮小しかつ第２の領域を拡大するように更新する。よって現在の電池の温度に対応する上限電圧を、第１の領域及び閾値領域で定められる範囲から選択して設定できるので、電池の電解液中の金属イオンの析出抑制を考慮しつつ充電性能を安全に最大限まで引き出すことができる。

【0074】

また上記実施形態では、更新前の電圧閾値と、電池の電解質の副反応による劣化率を負極劣化率で除算した商に基づく指標値との積を、更新後の第２の電圧閾値として算出し、第２の電圧閾値と各上限電圧との比較結果に基づいて電池の上限電圧のマップを更新する。よって簡易な処理で、電池の劣化状態に応じて電池の上限電圧のマップを更新できる。

【0075】

また上記実施形態では、電池内部の劣化状況に応じて更新した電池の温度ごとの充電可能電力の上限電圧に関する情報に基づいて、電池の上限電圧を推定し設定する。よってこの情報を参照するという簡易な処理で、電池内部の劣化状況に応じた電池の上限電圧を推定し設定できる。

【0076】

また上記実施形態では、電池制御装置と、電池が複数接続された組電池と、を有する電池システムにおいて、電池内部の劣化状況に応じて更新した電池の温度ごとの充電可能電力の上限電圧に関する情報を参照するという簡易な処理で、電池内部の劣化状況に応じた電池の上限電圧を推定し設定できる。

【0077】

以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、各実施形態の処理における各ステップは、同一結果を得ることができる限りにおいて適宜順序を入れ替えて実行されてもよい。

【符号の説明】

【0078】

１００：電池システム、１１０：組電池、１１１：単電池、１１２，１１２ａ，１１２ｂ：単電池群、１２０：単電池管理部、１２１：単電池制御部、１２１ａ，１２１ｂ：単電池制御部、１２２：電圧検出回路、１２３：制御回路、１２４：信号入出力回路、１２５：温度検知部、１３０：電流検知部、１４０：電圧検知部、１５０：組電池制御部（電池制御装置）、１５１：電池状態検知部、１５２：上限電圧演算部、１５３：充電可能電力演算部、１８０：記憶部、１５２１：電池劣化状態推定部、１５２２：上限電圧推定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】