二次電池的充放電控制裝置以及裝載有該充放電控制裝置的混合動力車輛的製作方法

2023-07-29 17:23:51

專利名稱：二次電池的充放電控制裝置以及裝載有該充放電控制裝置的混合動力車輛的製作方法
技術領域：
本發明涉及二次電池的充放電控制裝置以及裝載有該充放電控制裝置 的混合動力車輛，更具體地說涉及使用了能夠動態地推定出電池內部狀態 的電池模型的二次電池的充放電控制裝置。
背景技術：
以往使用通過能夠進行充放電的二次電池向負載設備提供電源、並且 即使在該負載設備運行時也能夠根據需要對該二次電池進行充電的電源系 統。代表性的是將通過二次電池而被驅動的電動機作為驅動力源的混合動 力車輛或電動車輛等裝載有該電源系統。例如，電動車輛使用該二次電池 所蓄積的動力來驅動電動機並驅動車輛。另外，混合動力車輛使用該二次 電池所蓄積的電力來驅動電動機並驅動車輛，或者通過電動機輔助發動機 來驅動車輛。燃料電池車輛使用燃料電池的電力來驅動電動機並驅動車 輛，或者除了該燃料電池的電力之外還使用二次電池所蓄積的電力來驅動 電動機並驅動車輛。
特別是在能夠通過裝載在車輛上的內燃機來驅動發電機而產生電力並 通過該電力對二次電池進行充電的方式的混合動力車輛中，為了使二次電 池能夠接收再生電力、並且如果有要求的話二次電池能夠直接向電動機供
電，需要將二次電池的充電量(SOC: State of Charge)控制在滿充電的狀 態(100%)與完全未充電的狀態(0%)的大致中間附近(50 60%)。
另外， 一旦二次電池進行了過充電或過放電的話電池性能會劣化而導 致壽命縮短，因此需要把握二次電池的充電量而對充放電進行控制。 一般 來說，通過根據電池狀態而適當地設定可輸入輸出功率(Win， Wout)來 進行限制過度的充放電的充放電控制，該可輸入輸出功率表示二次電池的 充電功率和放電功率的上限值。
6另外，作為二次電池的充放電限制的一個方式，在日本專利文獻特開
2005 — 137091號公報(以下稱為專利文獻1)中公開了根據再生制動時的 電池狀態來限制通過再生制動而獲得的充電電力量以延長裝載在車輛上的 二次電池的壽命的控制方式。具體來說，在車輛的再生制動時，預測由於 再生制動時的充電而導致的二次電池的劣化的程度，並根據預測出的劣化 的程度來限制再生制動時的充電電力量。
另夕卜，在 "W.B. Gu and C.Y. Wang ， " THERMAL-ELECTROCHEMICAL COUPLED MODELING OF A LITHIUM-ION CELL" ， ECS Proceedings Vol.99 —25 (1) ， pp 743-762 (以下稱為非專 利文獻1)"中，作為根據二次電池的內部狀態而高精度地推定出剩餘容 量(soc)來進行充放電控制的方法，提出了用於例如在鋰離子電池中通
過能夠推定出電池內部的電化學反應的電池模型來推定出電池狀態的建模
(modeling)。

發明內容
但是，在上述專利文獻1所公開的二次電池的控制裝置和控制方法 中，由於限於在再生制動時等特定條件時預測劣化的發展程度並根據該預 測值來進行充放電限制，因此從可靠地防止過充電和過放電的方面來說存 在著改善的餘地。
另外，通過如上述一般方式那樣僅設定可輸入輸出功率(Win, Wout)的充放電限制，從長期的觀點出發是難以進行可最大限度地發揮電 池性能的充放電控制的，其中所述可輸入輸出功率是充放電功率的上限 值。
本發明是為了解決這樣的問題而完成的，其目的在於提供一種能夠執 行可以在防止了過充電和過放電的發生的基礎上最大限度地發揮電池性能 的充放電控制的二次電池的充放電控制裝置以及裝載有該充放電控制裝置 的混合動力車輛。
本發明的二次電池的充放電控制裝置是構成為能夠在與負載之間傳輸 電力的二次電池的充放電控制裝置，其包括電池狀態推定部、可輸入輸出時間預測部、以及負載控制部。電池狀態推定部構成為根據設置在二次電 池中的傳感器的檢測值，按照能夠動態地推定出二次電池的內部狀態的電 池模型，逐次計算出表示電池狀態的狀態推定值。可輸入輸出時間預測部 構成為根據由電池狀態推定部推定出的當前的狀態推定值，預測出二次電 池從當前時點開始能夠持續地輸入輸出預定功率的時間。負載控制部構成 為根據對負載的動作要求，考慮由可輸入輸出時間預測部預測出的時間， 生成對負載的動作指令，使得能夠避免二次電池的過充電和過放電。
根據上述二次電池的充放電控制裝置，使用通過能夠動態地推定出二 次電池的內部狀態的電池模型計算出的當前的狀態推定值來預測從當前時 點開始能夠持續地以預定功率進行充放電的可輸入輸出時間。結果，能夠 根據當前時點的二次電池的內部狀態而求出對於輸入輸出功率的可輸入輸 出時間的特性。因此，能夠根據該特性而進行階段性地設定了充放電限制 的充放電控制，使得能夠避免過充電和過放電並最大限度地發揮電池性 能。
優選的是，可輸入輸出時間預測部構成為對於多個預定功率分別預測 出從當前時點開始能夠持續地輸入輸出的時間。
根據該構成，能夠詳細地求出反應了當前時點的二次電池的內部狀態 的輸入輸出功率一可輸入輸出時間的特性並有效地利用充放電限制。
另外，優選的是，可輸入輸出時間預測部構成為以預定的周期被啟 動，並在各啟動時預測出二次電池從該時點開始能夠持續地輸入輸出預定 功率的時間。
根據該構成，通過以預定周期逐次更新輸入輸出功率一可輸入輸出時 間特性，能夠恰當地反映各時點的二次電池的內部狀態來進行充放電控 制。
或者，優選的是，可輸入輸出時間預測部構成為包括電壓推移預測 部，預測出二次電池從當前時點開始持續地輸入輸出了預定功率的情況下 的該二次電池的輸出電壓的推移；以及時間預測部，根據電壓推移預測部 的預測，預測出從當前時點開始到輸出電壓達到二次電池的上限電壓或下 限電壓的時間。根據該構成，能夠預測出作為可輸入輸出時間的、直到二次電池的輸 出電壓由於持續的預定功率的充放電而達到上限電壓或下限電壓的時間， 因此能夠執行充放電控制以使二次電池不超過上限電壓或下限電壓。
或者，本發明的二次電池的充放電控制裝置是構成為能夠在與負載之 間傳輸電力的二次電池的充放電控制裝置，其包括電池狀態推定部、劣化 率預測部、以及負載控制部。電池狀態推定部構成為根據設置在二次電池 中的傳感器的檢測值，按照能夠動態地推定出二次電池的內部狀態的電池 模型，逐次計算出表示電池狀態的狀態推定值。劣化率預測部構成為根據 由電池狀態推定部推定出的當前時點的狀態推定值，預測出二次電池從當 前時點開始持續地輸入輸出了預定功率的情況下的該二次電池的劣化率。 負載控制部構成為根據對負載的動作要求，考慮由劣化率預測部預測出的 劣化率，生成對負載的動作指令。
根據上述二次電池的充放電控制裝置，能夠根據電池模型逐次推定出 二次電池的內部狀態，並使用通過電池模型得到的狀態推定值而求出以預 定功率持續地進行了充放電的情況下的預測劣化率。因此，能夠恰當地反 映各時點的二次電池的內部狀態並考慮使二次電池的劣化不會由於過充電 或過放電而急劇發展來進行二次電池的充放電限制。
優選的是，劣化率預測部構成為對於多個預定功率分別預測出劣化率。
根據該構成，通過對多種預定功率求出預測劣化率，能夠詳細地求出 反映了當前時點的二次電池的內部狀態的、當前時點的輸入輸出功率一預 測劣化率的特性，從而能夠有效地利用充放電限制。
另外，優選的是，二次電池的充放電控制裝置還包括根據傳感器的檢 測值推定出二次電池的劣化度或剩餘壽命的劣化度推定部。並且，負載控 制部構成為考慮由劣化度推定部推定出的劣化度或剩餘壽命而求出在當前 時點被允許的劣化率範圍，並且限制在使得劣化率預測部預測出的劣化率 處於劣化率範圍內的二次電池的充放電功率的範圍內來生成對負載的動作 指令。
根據該構成，能夠根據當前時點的二次電池的劣化度或剩餘壽命而改
9變所允許的劣化率的範圍。因此，能夠進行反映了當前時點的二次電池的 劣化度並考慮了不使劣化急劇發展而導致電池壽命縮短的二次電池的充放 電限制。
優選的是在上述二次電池的充放電控制裝置中，二次電池由鋰離子 電池構成，狀態推定值包括該二次電池內部的鋰離子濃度分布。
根據上述二次電池的充放電控制裝置，由於輸出特性根據電池內部的 鋰離子濃度的分布狀態而不同的鋰離子電池為控制對象，因此通過如本發 明那樣在利用電池模型推定了電池的內部反應的基礎上來進行充放電控 制，能夠有效地獲得避免了過充電和過放電並最大限度地發揮了電池性能 的效果。
根據本發明，混合動力車輛包括分別構成為能夠產生車輛的驅動力 的內燃機和電動機、控制裝置、二次電池、以及二次電池的充放電控制裝 置。控制裝置構成為決定由內燃機和電動機分別輸出的驅動力，使得能夠 確保車輛整體的要求驅動力。並且，充放電控制裝置根據設置在二次電池 中的傳感器的檢測值，按照能夠動態地推定出二次電池的內部狀態的電池 模型，逐次計算出表示電池狀態的狀態推定值，並且根據被推定出的當前 的狀態推定值，預測出二次電池從當前時點開始能夠持續地輸入輸出預定 功率的時間。並且，控制裝置考慮由充放電控制裝置預測出的可輸入輸出 時間，限制在避免了二次電池的過充電和過放電的二次電池的充放電功率 的範圍內來設定電動機的輸入輸出允許功率，並且限制成電動機的輸入輸 出功率處於輸入輸出允許功率的範圍內來決定對電動機的轉矩指令值。
優選的是，在混合動力車輛中，充放電控制裝置構成為對於多個預定 功率分別預測出從當前時點開始能夠持續地輸入輸出的時間。並且，控制 裝置構成為根據對多個預定功率預測出的可輸入輸出時間而設定電動機的 輸入輸出允許功率。
另外，優選的是，在混合動力車輛中，充放電控制裝置構成為以預定 的周期預測出二次電池從該時點開始能夠持續地輸入輸出預定功率的時 間。
或者，優選的是，在混合動力車輛中，充放電控制裝置構成為根據被推定出的當前的狀態推定值，預測出在二次電池從當前時點開始持續地輸 入輸出了預定功率的情況下從當前時點開始到輸出電壓達到二次電池的上 限電壓或下限電壓的時間，並根據該預測而預測出二次電池從當前時點開 始能夠持續地輸入輸出預定功率的時間。
根據本發明的其他方面，混合動力車輛包括分別構成為能夠產生車 輛的驅動力的內燃機和電動機、控制裝置、二次電池、以及二次電池的充 放電控制裝置。控制裝置構成為決定由內燃機和電動機分別輸出的驅動 力，使得能夠確保車輛整體的要求驅動力。並且，充放電控制裝置構成為 根據設置在二次電池中的傳感器的檢測值，按照能夠動態地推定出二次電 池的內部狀態的電池模型，逐次計算出表示電池狀態的狀態推定值，並且 根據被推定出的當前的狀態推定值，預測出二次電池從當前時點開始持續 地輸入輸出了預定功率的情況下的該二次電池的劣化率。並且，控制裝置 構成為根據由充放電控制裝置預測出的劣化率，限制在使得二次電池的劣 化不會顯著發展的二次電池的充放電功率的範圍內來設定電動機的輸入輸 出允許功率，並且限制成電動機的輸入輸出功率處於輸入輸出允許功率的 範圍內來決定對電動機的轉矩指令值。
優選的是，在混合動力車輛中，充放電控制裝置構成為對於多個預定 功率分別預測出劣化率。並且，控制裝置構成為根據對多個預定功率預測 出的劣化率而設定電動機的輸入輸出允許功率。
另外，優選的是，充放電控制裝置構成為還根據傳感器的檢測值推定 出二次電池的劣化度或剩餘壽命。並且，控制裝置構成為考慮由充放電控 制裝置推定出的劣化度或剩餘壽命而求出在當前時點被允許的劣化率範 圍，並且限制成被預測出的劣化率處於劣化率範圍內來決定二次電池的充 放電功率範圍。
優選的是，在混合動力車輛中，二次電池由鋰離子電池構成，狀態推 定值包括該二次電池內部的鋰離子濃度分布。
在該混合動力車輛中，能夠在考慮了使得不發生二次電池的過充電、 過放電、或劣化的急劇發展而對以電動機為負載的二次電池進行了充放電 限制的基礎上確保車輛整體的要求驅動力。
1

圖1是說明包括由本發明的實施方式的二次電池的充放電控制裝置控 制的二次電池的電源系統的構成的簡要的框圖； 圖2是二次電池的簡要的構成圖3是說明電池模型部中的二次電池的建模的概念圖4是表示在電池模型式中使用的變量和常數的列表的圖5是說明實施方式一的二次電池的充放電控制裝置的電池模型部和
變動情況預測部的動作定時的概念圖6是說明實施方式一的變動情況預測部在動作時執行的變動情況預 測例程的流程圖7是說明電池輸出電壓的變動情況預測與可輸入輸出時間的關係的 概念圖8是表示實施方式一的二次電池的充放電控制裝置所使用的預測信 息的結構示例的概念圖9是說明實施方式二的二次電池的充放電控制裝置的功能構成的簡 要的框圖10是表示實施方式二的二次電池的充放電控制裝置所使用的預測 信息的結構示例和充放電限制的概念圖11是說明實施方式二的二次電池的充放電控制的流程圖12是說明實施方式二的變形例的二次電池的充放電控制裝置的功 能構成的簡要的框圖13是說明用於推定劣化度的診斷模式下的二次電池的動作的波形
圖14是說明圖12所示的劣化度推定部的動作的概念圖； 圖15是表示劣化管理參數的在線確定的一個例子的概念圖； 圖16是表示實施方式二的變形例的二次電池的充放電控制裝置所使 用的預測信息的結構示例和充放電限制的概念圖17是說明實施方式二的變形例的二次電池的充放電控制的流程
12圖18是說明本發明的實施方式三的混合動力車輛的構成示例的框
圖19是說明反映了本實施方式的二次電池的充放電控制的混合動力 車輛中的電動發電機MG2的動作指令值設定的流程圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來詳細地說明本發明的實施方式。以下，對圖中相同 或相當的部分標註同一標號，作為原則不重複進行說明。 (實施方式一)
圖1是說明包括由本發明的實施方式的二次電池的充放電控制裝置控 制的二次電池的電源系統的構成的簡要的框圖。
參照圖l，電源系統5包括二次電池IO、負載20、 二次電池的冷卻 扇40、以及由電子控制單元(ECU: Electronic Control Unit)構成的電池 ECU50和控制裝置70。各ECU代表性地包括用於執行預先被編為程序的 預定序列和預定計算的微機和存儲器(RAM: Random Access Memory, ROM: Read Only Memory等)。通過電池ECU50和控制裝置70來實現執 行以下說明的充放電限制的"充放電控制裝置"。
作為能夠進行充放電的二次電池10，代表性地使用鋰離子電池。鋰離 子電池由於其輸出特性根據電池內部的鋰離子濃度的分布狀態而不同，因 此適於應用在本發明中。
在二次電池10中設置有測定電池溫度Tb的溫度傳感器30、測定二 次電池10的輸入輸出電流lb (以下也稱為電池電流lb)的電流傳感器 32、以及測定正極與負極之間的端子間電壓Vb (以下也稱為電池輸出電 壓Vb)的電壓傳感器34。
冷卻扇40經由冷媒通路41與二次電池10連接，向冷媒通路41供應 作為"冷媒"的冷卻風。雖然未進行圖示，但是在二次電池10中適當地 設置有冷媒路徑以能夠通過經由冷媒通路41供應的冷卻風45來冷卻二次 電池10的各單元。冷卻扇40的動作/停止、以及動作時的冷媒供應量由電池ECU50控制。
負載20通過來自二次電池IO的輸出電力而被驅動。另外，未圖示的 發電、供電部件設置成包括在負載20中或者與負載20相獨立，二次電池 IO能夠通過來自該發電、供電部件的充電電流來進行充電。因此，在二次 電池10進行放電時電池電流lb>0，在二次電池10充電時電池電流Ib<
電池ECU50包括電池模型部60和變動情況預測部65。這裡，電池模 型部60和變動情況預測部65例如分別相當於通過由電池ECU50執行預定 程序而實現的功能模塊。電池模型部60按照能夠根據來自設置在二次電 池10中的傳感器組30、 32、 34的檢測值而動態地推定出二次電池10的內 部狀態的電池模型，以預定的周期逐次計算出表示電池狀態的狀態推定 值。
變動情況預測部65通過使用了由電池模型部60計算出的狀態推定值 的預定的預測計算，生成以預定功率持續地對二次電池10進行了充放電 的情況下的預測信息並輸出給控制裝置70。在實施方式一中，該預測信息 表示從當前時點開始持續地輸入(充電)或輸出(放電)了某預定功率時 的、所預測的可輸入輸出時間。
控制裝置70根據對負載20的動作要求，並在考慮來自電池ECU50的 預測信息而進行了使二次電池10不會發生過充電或過放電的充放電限制 的基礎上生成對負載20的動作指令。
接著，詳細地說明二次電池的構成及其模型。圖1所示的二次電池10 作為連接了多個電池單元10#的電池組而構成。
參照圖2，構成二次電池10的各電池單元IO弁包括負極12、隔膜 14、正極15。隔膜14通過使設置在負極12與正極15之間的樹脂浸透電 解液而構成。
負極12和正極15分別由球狀的活性物質18的集合體構成。在負極 12的活性物質18的界面上進行釋放出鋰離子Li+和電子e—的化學反應。 另一方面，在正極15的活性物質18的界面上進行吸收鋰離子Li+和電子e _的化學反應。在負極12上設置有吸收電子e—的集電器13，在正極15上設置有釋放 出電子e—的集電器16。負極的集電器13代表性地由銅構成，正極的集電 器16代表性地由鋁構成。在集電器13上設置有負極端子lln，在集電器 16上設置有正極端子llp。通過經由隔膜14來傳送鋰離子Li+，在電池單 元10#中進行充放電，產生充電電流Ib (>0)或放電電流Ib (<0)。
圖3是說明電池模型部60中的二次電池的建模的概念圖。
參照圖3，在電池模型式中，在各電池單元10#的負極12和正極15 中，假定各活性物質18中的鋰離子Li+的變動情況是相同的，對於負極12 和正極15，代表性地設想各一個的活性物質18n和18p。另外，為了減輕 計算負擔，也可以將各電池單元10#的變動情況視為是相同的來進行建 模。此時，在二次電池10的整體中，設想各一個的活性物質18n和18p。
在放電時，通過負極活性物質18n的表面的電極反應，活性物質18n 內的鋰原子Li由於釋放出電子e—而變為鋰離子Li+並被釋放到隔膜14中 的電解液中。另一方面，在正極活性物質18p的表面的電極反應中，電解 液中的鋰離子Li+被攝入並吸收電子e—。由此，鋰原子Li被攝入到正極活 性物質18p的內部。通過從負極活性物質18n釋放出鋰離子Li+和正極活 性物質18p攝入鋰離子Li+，電流從正極集電器16向負極集電器13流 動。
相反，在二次電池充電時，通過負極活性物質18n的表面的電極反 應，電解液中的鋰離子Li+被攝入，在正極活性物質18p的表面的電極反 應中，向電解液中釋放出鋰離子Li+。
在電池模型式中，對充放電時的活性物質18p、 18n的表面的電極反 應、活性物質18p、 18n內部的鋰離子的擴散(徑向)和電解液中的鋰離 子的擴散、各部位的電位分布進行建模。
以下，說明電池模型部60所使用的、能夠動態地推定出二次電池的 內部狀態的電池模型的一個例子。該電池模型由電池模型式(Ml) (M15)構成。
在圖4中表示了在下述的電池模型式(Ml) (M15)中使用的變量 和常數的列表。圖4所示的電池溫度T (電池內部)、各電位、鋰離子濃
15度等變量對應於本發明中的"狀態推定值"
formula see original document page 16式(Ml) (M3)是被稱為巴物勒伏爾默公式的、表示電極反應的 式子。在式(Ml)中，交換電流密度io通過活性物質18的界面處的鋰離 子濃度的函數而給出(詳細的內容請參照非專利文獻1)。在式(M2)中 表示了式(Ml)中的n的詳細內容，在式(M3)中表示了式(M2)中的 U的詳細內容。
formula see original document page 16在式(M4) (M6)中表示了電解液中的鋰離子守恆定律。在式 (M5)中表示了電解液中的有效擴散係數的定義，在式(M6)中表示了 反應電流fi由電極的每單位體積的活性物質表面積^與式(Ml)中所表 示的傳輸電流密度/in的積給出。反應電流f的電極整體的體積積分對應於 電池電流Ib。
formula see original document page 16
在式(M7)和(M8)中表示了固態中的鋰離子守恆定律。在式 (M7)中表示了在球體的活性物質18中的擴散方程式，在式(M8)中表示了電極的每單位體積的活性物質表面積as。
V(Ke#VO>e) + V #Vlnce) + /''=0 …(M9)
n王 …(mio)
<=^^:-1)
1 +
(Mil)
在式(M9) (Mil)中，根據電解液中的電荷守恆定律導出了表示 電解液中的電位的式子。
在式(M10)中表示了有效離子電導率/^#，在式(Mil)中表示了電 解液中的擴散電導係數^#。
V(o^V(D》-,=0 …(M12)
Z=^CT …(M13)
在式(M12)和(M13)中表示了根據活性物質中的電荷守恆定律求 出固態中的電位的式子。
...(M14)
《=W
①，—①，—(/+r-
…(M15)
在式(M14)和(M15)中表示了熱能守恆定律。由此，能夠解析出 由於充放電現象而導致的二次電池內部的局部的溫度變化。
由於這些電池模型式(Ml) (M15)是基於上述非專利文獻1的式 子，因此關於各模型式的詳細的說明，援引非專利文獻l。
通過逐次求解在活性物質18p、 18n和電解液中的各點對式(Ml) (M15)的電池模型式適當地設定了邊界條件的差分方程式，能夠逐次計 算出圖4所示的各變量、即二次電池10的狀態推定值，並推定出反映了 二次電池的內部反應的電池狀態的時間推移。各活性物質18p、 18n內的 鋰離子濃度為活性物質內的半徑r的函數，在其周向上認為鋰離子濃度是
17均勻的。
在上述電池模型中，根據負極活性物質18n內的鋰原子數求出SOC。 另外，通過推定出活性物質18p、 18n內部的鋰離子濃度的分布，能夠預 測出反映了過去的充放電歷史的電池狀態。例如，即使當前的SOC相同， 與通過放電而變為了當前SOC之後再進行放電的情況相比，在通過充電而 變為了當前SOC之後再進行放電的情況下，輸出電壓相對地難以下降，但 是能夠進行該現象的預測。具體地說，在剛進行充電後負極活性物質18n 內的鋰離子濃度在表面側相對較高，另一方面在放電時負極活性物質18n 內的鋰離子濃度在表面側相對較低，因此通過反映出活性物質內的鋰離子 的濃度分布而能夠進行上述預測。
圖5是說明實施方式一的二次電池的充放電控制裝置中的電池模型部 和變動情況預測部的動作定時的概念圖。
參照圖5，電池模型部60以預定的周期進行動作，根據來自傳感器組 30、 32、 34的檢測值，按照上述電池模型式逐次計算出狀態推定值。實際 上，計算出自上次推定計算時的差分，更新狀態推定值。由此，二次電池 的狀態推定值根據表示二次電池的使用狀況的、來自傳感器組30、 32、 34 的檢測值並以初始值為起點而逐次被更新。
這樣，在逐次推定出二次電池的內部狀態的過程中，由變動情況預測 部65以預定的周期Tc來執行變動情況預測例程。該預定的周期Tc被設 定為大於等於電池模型部的動作周期。
例如，如圖5所示，在時刻ta，使用該時點的電池模型60的狀態推定 值並按照圖6所示的變動情況預測例程來進行變動情況預測。如上所述， 變動情況預測部65預測出從當前時點持續地輸入(充電)或輸出(放 電)了某預定功率時的可輸入輸出時間。以預定的周期Tc來執行對可輸 入輸出時間的預測，在圖5的例子中，在從時刻ta經過了 Tc後的時刻 tb、以及又經過了 Tc後的時刻tc使用各時點的電池模型部60的狀態推定
值來執行對可輸入lr出時間的預測。
圖6是說明變動情況預測部65在動作時執行的變動情況預測例程的 流程圖。通過以預定的周期(Tc)來執行預先存儲在電池ECU50內的程序，圖6所示的流程圖作為圖1所示的變動情況預測部65的功能而被實 現。
參照圖6，變動情況預測部65在步驟S100中取得由電池模型部60按 照電池模型式逐次推定出的該時點的狀態推定值。例如，作為在步驟S100 中考慮的狀態推定值，可以列舉出該時點的SOC、內部溫度、鋰離子濃度 分布、電位分布等。然後，變動情況預測部65通過步驟S110來預測從當 前時點持續地充電或放電了預定功率時的電池輸出電壓的變動情況。
如圖7所示，按照預先建立的模型計算出從當前時點持續地以對負載 的最大輸出功率Womax、來自負載的最大輸入功率Wimax、以及當前的 輸入輸出電壓Wc進行了充放電的情況下的電池電壓Vb的預測值。如後 面說明的圖8的虛線所示，對於上述最大輸出功率Womax、最大輸入功率 Wimax、以及當前的輸入輸出電壓Wc以外的規定功率(例如在最大輸出 功率Womax 最大輸入功率Wimax之間每隔5kw而設定的功率)來說， 為了預測可輸入輸出時間，也可以按照上述模型計算出電池電壓Vb的預 測值。
作為該電池電壓變動情況預測模型，例如可以使用認為輸入輸出功率 恆定而簡化了上述電池模型式(Ml) (M15)的式子。或者，也可以另 外定義將在步驟S100中求出的狀態推定值和被充放電的預定功率作為變 量的、預測電池電壓變動情況(例如dVb/dt:每單位時間的電池電壓變化 量)的函數式。
根據如上所述的電池電壓變動情況預測模型，求出在以二次電池10 的輸入輸出電壓Womax (最大輸出功率放電)、Wimax (最大輸入功 率充電)、以及當前的輸入輸出功率Wc持續地進行了輸入輸出時電池 電壓Vb達到下限電壓Vmin的時間(放電時)、或者達到上限電壓Vmax 的時間(充電時)。此時的達到下限電壓Vmin或上限電壓Vmax所需要 的時間T1 T3是在從當前時點開始持續地從二次電池IO輸出了或向二次 電池10輸入了 Womax、 Wimax、 Wc時所預測的可輸入輸出時間。這 裡，按照二次電池10的最高額定電壓和最低額定電壓、或負載的可工作 (保證)電壓等來決定上限電壓Vmax和下限電壓Vmin。
19艮口，輸入輸出時間Tl表示從當前時點開始能夠在電池電壓Vb未下降 至下限電壓Vmin的情況下持續地以最大輸出功率Womax進行放電的最長 時間。同樣，輸入輸出時間T2表示從當前時點開始能夠在電池電壓Vb未 上升至上限電壓Vmax的情況下持續地以最大輸入功率Wimax進行充電的 最長時間。另外，輸入輸出時間T3表示從當前時點開始能夠將電池電壓 Vb維持在上限電壓Vmax 下限電壓Vmin的範圍內而以當前的輸入輸出 功率對二次電池10持續地進行充放電的最長時間。這樣，變動情況預測 部65能夠在各時點預測出對於預定輸入輸出功率的可輸入輸出時間。
特別是如圖8所示，對於最大輸出功率Womax、最大輸入功率 Wimax、當前的輸入輸出功率Wc、或者還包括其他的預定功率的多種預 定功率(例如在最大輸出功率Womax Wimax之間每隔5kw而設定的功
率)來說，通過分別預測可輸入輸出時間，能夠以映射形式取得輸入輸出 功率一可輸入輸出時間特性。
再次參照圖6，變動情況預測部65通過步驟S120 ，利用圖7所示的 電池電壓變動情況預測與上限電壓Vmax和下限電壓Vmin的比較來預測 可輸入輸出時間。然後，變動情況預測部65通過步驟S130求出如圖8所 示的輸入輸出功率一可輸入輸出時間特性並作為預測信息輸出給控制裝置 70。
在控制裝置70中，按照對負載20的動作要求並考慮由變動情況預測 部65求出的輸入輸出功率一可輸入輸出時間特性來生成對負載20的動作 指令，使得將二次電池10的充放電限制在避免了二次電池的過充電或過 放電的範圍內。特別是通過使用表示對於充放電功率的持續的可輸入輸出 時間的信息而不單是來自二次電池10的可輸出功率(放電功率上限值) Wout和可輸入功率(充電功率上限值)Win,能夠事先就避免過充電和過 放電，並且能夠進行可最大限度地發揮電池性能的充放電限制。另外，不 僅避免了過充電、過放電，而且當持續的可輸入輸出時間短時，能夠通過 事先減小來自二次電池10的輸出功率來避免行駛中的衝擊的發生，由此 能夠提高駕駛舒適性並改善耗油率。相反，當可輸入輸出時間長時，增加 來自二次電池10的輸出功率，從而能夠改善耗油率。
20如上所述，在實施方式一的二次電池的充放電控制裝置中，通過基於 可動態地推定出二次電池的內部狀態的電池模型式而進行的對電池狀態的 推定，能夠以預定的周期預測出對於預定功率的可輸入輸出時間。並且， 由於反映該變動情況預測來生成用於在與二次電池10之間傳輸電力的對 負載20的動作指令，因此能夠進行可靠地避免了二次電池10的過充電和 過放電的充放電限制。
並且，通過對多個階段的輸入輸出功率預測可輸入輸出時間並反映於
對負載20的動作指令，與僅單純地設定充放電功率的上限值的控制方式
相比，能夠執行階段性的充放電限制，從而能夠獲得在避免了過充電和過 放電的同時最大限度地發揮了當時時點的電池性能的二次電池。
在實施方式一中，圖1中的電池模型部60對應於本發明的"電池狀 態推定部"，圖1中的變動情況預測部65對應於本發明的"可輸入輸出 預測部"，控制裝置70對應於本發明的"負載控制部"。並且，圖6中 的步驟S110對應於本發明的"電壓推移預測部"，步驟S120對應於本發 明的"時間預測部"。 (實施方式二)
在實施方式二中，說明在圖1所示的控制構成中通過變動情況預測部 來評價與該時點的充放電條件(輸入輸出功率)相對應的劣化程度並由此 來限制二次電池的充放電的構成。
圖9是說明實施方式二的二次電池的充放電控制裝置的功能構成的簡 要的框圖。
參照圖9，在實施方式二中，電池ECU50包括與圖l相同的電池模型 部60和變動情況預測部65# 。電池模型部60與實施方式一同樣地動態地 推定出二次電池10的內部狀態並逐次更新該狀態推定值。
變動情況預測部65#通過使用了由電池模型部60計算出的狀態推定 值的預定的預測計算，評價出以預定功率持續地對二次電池IO進行了充 放電的情況下的劣化率。並且，將輸入輸出功率一劣化率的特性作為預測 信息輸出給控制裝置70。控制裝置70考慮來自變動情況預測部65#的預 測信息(輸入輸出功率一劣化率特性)來生成對負載20的動作指令。劣化率是表示每單位時間的電池劣化的發展程度的參數，劣化率越大表示電 池劣化越容易加劇的狀態。
例如，如圖10所示，變動情況預測部65弁在最大輸出功率Womax 最大輸入功率Wimax的範圍內求出當前的電池狀態下的、輸入輸出了多種 預定功率時的預測劣化率。反映當時時點的電池模型部60的狀態推定值 中的至少電池溫度T、輸入輸出功率Ib來設定用於預測劣化率的模型式。 由於能夠任意地設定該模型式，因此省略詳細的說明。
變動情況預測部65#與實施方式一的變動情況預測部65同樣地以預 定的周期來執行用於求出上述預測信息(輸入輸出功率一劣化率特性)的 變動情況預測例程(未圖示)。
圖11是說明實施方式二的二次電池10的充放電控制的流程圖。實施 方式二的充放電控制主要針對反映了電池ECU50的劣化率預測的、由控 制裝置70進行的動作指令的生成。
參照圖11，控制裝置70通過步驟S200從電池ECU50取得當前時點 的充放電條件(輸入輸出功率) 一預測劣化率特性。然後，控制裝置70 通過步驟S210計算出使得一定期間內的劣化率的積分值或平均值進入到 預定的範圍內的、在當前時點被允許的上限劣化率DRmax。例如，在到目 前為止持續地進行了劣化度大的條件下的電池動作的情況下，為了限制急 劇的電池劣化的發展而將上限劣化率DRmax設定為相對低的值。然後， 控制裝置70按照計算出的上限劣化率Drmax來進行充放電限制。例如， 通過對輸入輸出功率的限制，或者通過對電池溫度(上限)、上(下)限 電壓、上(下)限SOC的限制來限制充放電。
再次參照圖10，按照計算出的上限劣化率DRmax和通過變動情況預 測部65#得到的輸入輸出功率一預測劣化率特性，求出根據當前時點的電 池狀態預測出的劣化率達到上限劣化率DRmax時的上限輸出功率Wo井和 上限輸入功率Wi#。
再次參照圖11，控制裝置70通過步驟S220，限制在通過步驟S210 設定了的充放電限制的範圍內，例如進行限制輸入輸出功率範圍、關於充 電將Wi弁作為上限、關於放電將Wott作為上限的充放電限制，生成對負載20的動作指令。並且，在控制裝置70中，在步驟S230中，根據圖10 所示的預測信息取得與在步驟S220中設定了的對負載20的動作指令相對 應的預測劣化率並存儲該預測劣化率。由此，下次計算時的一定期間內的 劣化率(積分值或平均值)的評價被更新。
通過這樣的構成，根據實施方式二的二次電池的充放電控制裝置，能 夠進行以下充放電控制根據遵循電池模型的二次電池的內部狀態推定， 在逐次預測出與各時點的使用功率(輸入輸出功率)相對應的劣化度的基 礎上限制在二次電池10的劣化不會顯著地發展的範圍內。
也可以採用以下方式組合實施方式一和二，將對於輸入輸出功率的
可輸入輸出時間和劣化率這兩者作為預測信息，從電池ECU50輸出給控 制裝置70，進行對二次電池10的充放電控制。在該情況下，考慮可輸入 輸出時間和劣化率這兩者，通過控制裝置70生成對負載20的動作指令， 使得能夠避免二次電池IO的過充電和過放電、以及劣化的急劇發展。 (實施方式二的變形例)
圖12是說明實施方式二的變形例的二次電池的充放電控制裝置的功 能構成的框圖。
參照圖12，在實施方式三中，電池ECU50除了與圖9相同的電池模 型部60和變動情況預測部65#以外還包括劣化度推定部61。
劣化度推定部61具有推定所謂的電池的劣化狀態(SOH: State of Health)的功能，根據傳感器組30、 32、 34的檢測值Tp、 Ib、 Vb來推定 二次電池10的劣化度和/或剩餘壽命。由劣化度推定部61推定出的二次電 池10的劣化度和/或剩餘壽命被輸出給控制裝置70 (或者也同時被輸出給 變動情況預測部65#)。
這裡，使用圖13 圖15來說明二次電池10的劣化度推定方法的例子。
例如，劣化度推定部61構成為能夠根據診斷模式動作時的二次電池 變動情況而確定出電池模型所使用的參數(常數)的一部分。
參照圖13，在診斷模式時，二次電池10進行在從時刻t0至t2的期間 內以脈衝狀輸出恆定電流的診斷動作。通過該診斷動作，電池電壓Vb響
23應於脈衝狀電流的輸出而在脈衝電流被關斷後(即，在時刻t2之後)逐漸
地恢復。該電壓變動情況由電壓傳感器34檢測，電池電壓Vb被輸入到劣 化度推定部61。優選的是從二次電池的使用結束後經過了預定時間(30
分鐘左右)、二次電池的內部狀態變為了靜態之後執行該診斷模式。 例如，能夠根據脈衝狀電流輸出時的電壓變動情況而推定出交換電流
密度i。。另外，能夠根據脈衝電流關斷後的電壓變動情況而推定出正極的 擴散係數Ds。可以任意地決定作為確定對象的參數(以下為劣化管理參數 X、 Y)，也可以任意地決定該參數的個數。
參照圖14，劣化度推定部61在執行上述診斷模式時對於劣化管理參 數X、 Y確定出當前的參數值。對於劣化管理參數X、 Y，預先求出與二 次電池的使用度相對應的參數值的變化、即劣化特性。作為二次電池的使 用度，例如採用使用期間(時間)或充放電電流積分值。特別是在根據本 發明而被進行充放電控制的二次電池被裝載在混合動力車輛等車輛上的情 況下，作為電池的使用度，可以採用行駛距離或使用期間。
如圖14所示，關於劣化管理參數X，預先求出劣化特性線200，關於 劣化管理參數Y，預先求出劣化特性線210。關於如上述那樣求出的當前 時點的參數值，劣化度推定部61能夠按照從初始值的變化量和到界限值 的裕度而推定出當前時點的二次電池10的劣化度。在使用多個劣化管理 參數的情況下，通過求出與各參數相關的劣化度的平均值、最大值、或最 小值等，能夠推定出二次電池IO整體的宏觀的劣化度。
另外，在參數值超過了界限值而變化(降低或上升)了的情況下，由 於能夠判定為處於壽命區域，因此劣化度推定部61能夠根據當前時點的 參數值與上述界限值的差而推定出二次電池10的剩餘壽命。
或者，劣化度推定部61也可以構成為在不執行圖13所示的診斷模 式的情況下，根據在二次電池10的使用過程中通過傳感器組30 34檢測 出的在線檢測值(Tb、電流Ib、電壓Vb)，與電池模型部60並列地進行 動作而在線確定出劣化管理參數。
這樣的在線方式的參數確定能夠對應於劣化管理參數的種類。例如， 如圖15所示，通過描繪出電池電流Ib和電池電壓Vb的關係的在線特性
24點250的集合而求出Vb相對於Ib的斜率，由此能夠確定出電池模型式中 的界面直流電阻Rf並作為劣化管理參數。
接著，使用圖16和圖17來說明實施方式二的變形例的二次電池的充 放電控制。
參照圖16，變動情況預測部65#與圖IO所示的情況相同地根據當時 時點的二次電池的內部狀態來預測對於輸入輸出功率的二次電池10的劣 化率並將輸入輸出功率一劣化率特性作為預測信息輸出給控制裝置70。
在實施方式二的變形例中，控制裝置70按照由劣化度推定部61推定 出的劣化度和/或剩餘壽命來設定在當前時點被允許的上限劣化率 DRmax。例如，在劣化度大的情況下，剩餘壽命越短，將上限劣化率 DRmax設定為相對越低的值。
這樣，根據由變動情況預測部65#求出的預測信息(圖16中的虛 線)求出劣化率達到上限劣化率DRmax時的上限輸出功率Wo弁和輸入功 率Witt。並且，控制裝置70限制在關於充電將Wi弁作為上限、關於放電 將Wo弁作為上限的範圍內而生成對負載20的動作指令。
參照圖17，控制裝置70通過步驟S200從電池ECU50取得當前時點 的充放電條件(輸入輸出功率) 一預測劣化率特性。然後，控制裝置70 通過步驟S202取得由劣化度推定部61推定出的劣化度和/或剩餘壽命，並 且通過步驟S204按照當前的劣化度和/或剩餘壽命來設定允許劣化率範圍 (即上限劣化率DRmax)。
然後，控制裝置70通過步驟S210弁，按照在步驟S204中設定了的允 許劣化率範圍來設定輸入輸出功率限制。具體地說，如圖16所示，求出 劣化率達到上限劣化率DRmax時的上限輸出功率Wo弁和上限輸入功率 Wi弁，所述劣化率是按照根據當前時點的劣化度和/或剩餘壽命設定了的 上限劣化率DRmax和通過變動情況預測部65弁得到的輸入輸出功率一預 測劣化率特性並根據當前時點的電池狀態而預測出的劣化率。也可以構成 為由變動情況預測部65#執行對該輸入輸出功率限制的設定，將上限輸 出功率Wo弁和上限輸入功率Wi井包括在預測信息內而從變動情況預測部 65弁逐次發送給控制裝置70。控制裝置70在步驟S220中限制在通過步驟S210弁設定了的輸入輸出 功率的範圍內，即進行關於充電將Wi弁作為上限、關於放電將Wo弁作為 上限的充放電限制來生成對負載20的動作指令。
根據這樣的構成，通過實施方式二的變形例的二次電池的充放電控制 裝置，除了實施方式二的效果以外，還能夠按照各時點的預測劣化度和/或 推定剩餘壽命來設定在該時點被允許的劣化率。由此，通過按照二次電池 的劣化狀態來適當地設定充放電限制範圍，能夠進一步防止二次電池的急 劇的劣化並實現長壽命化。
也可以採用以下方式組合實施方式一和實施方式二的變形例，將對 於輸入輸出功率的可輸入輸出時間和劣化率這兩者作為預測信息並考慮預 測劣化度和/或推定剩餘壽命來進行二次電池10的充放電控制。在該情況 下，也考慮可輸入輸出時間、劣化度和劣化率而由控制裝置70生成對負 載20的動作指令，使得能夠避免二次電池10的過充電和過放電、以及由 於急劇的劣化的發展而導致的電池壽命的縮短。
在實施方式二及其變形例中，圖9、圖12的電池模型部60對應於本 發明的"電池狀態推定部"，圖9、圖12的變動情況預測部65#對應於 本發明的"劣化率預測部"，控制裝置70對應於本發明的"負載控制 部"。並且，圖12的劣化度推定部61對應於本發明的"劣化度推定 部"。
(實施方式三)
在實施方式三中，說明將以上說明了的實施方式一、實施方式二及其 變形例的二次電池的充放電控制裝置應用於混合動力車輛的情況。
圖18是說明本發明的實施方式三的混合動力車輛的構成示例的框圖。
參照圖18，混合動力車輛500包括發動機510、行駛用電池520、 電池ECU525、逆變器530、車輪540a、與變速箱連成一體的驅動橋 550、以及控制混合動力車輛500的整體動作的電子控制單元(HV — ECU) 590。
在圖18所示的混合動力車輛500中，行駛用電池520和電池ECU525說明書第22/25頁
分別對應於實施方式一、實施方式二、以及實施方式二的變形例中的二次
電池IO和電池ECU50 (圖1) ， HV—ECU590對應於實施方式一、實施 方式二、以及實施方式二的變形例中的控制裝置70 (圖1)。另外，電動 發電機MG1和MG2對應於實施方式一、實施方式二、以及實施方式二的 變形例中的負載20 (圖l)。主要是車輛驅動力產生用的電動發電機MG2 對於行駛用電池520來說是進行電力的輸入輸出的負載。
發動機510以汽油等燃料的燃燒能量為能源來產生驅動力。行駛用電 池520向電線551供應直流電力。行駛用電池520代表性地由鋰離子二次 電池構成，由本發明的實施方式的二次電池的充放電控制裝置來控制其充 放電。
逆變器530將從行駛用電池520供應的直流電力轉換為交流電力並向 電線553輸出。或者，逆變器530將供應給電線552、 553的交流電力轉換 為直流電力並向電線551輸出。
與變速箱連成一體的驅動橋550作為一體構造而包括變速器和車軸， 具有動力分配機構560、減速器570、電動發電機MG1、電動發電機 MG2。動力分配機構560能夠將由發動機510產生的驅動力分配給經由加 速器570向用於驅動車輪540a的驅動軸545傳遞的路徑和向電動發電機 MG1傳遞的路徑。
電動發電機MG1通過經由動力分配機構560傳遞過來的來自發動機 510的驅動力而旋轉並發電。由電動發電機MG1發出的電力經由電線552 被供應給逆變器530，並被用作行駛用電池520的充電電力或電動發電機 MG2的驅動電力。
電動發電機MG2通過從逆變器530供應給電線553的交流電力而被 驅動並旋轉。由電動發電機MG2產生的驅動力經由減速器570被傳遞給 驅動軸545。另外，在當進行再生制動動作時電動發電機MG2隨著車輪 540a的減速而被旋轉的情況下，在電動發電機MG2中產生的電動勢(交 流電力)被供應給電線553。在該情況下，逆變器530將供應給電線553 的交流電力轉換為直流電力並輸出給電線551，由此行駛用電池520被充 電。
27電動發電機MG1、 MG2各自既能夠作為發電機而發揮功能，也能夠 作為電動機而發揮功能，電動發電機MG1大體上來說作為發電機而動作 的情況多，電動發電機MG2主要是作為電動機而動作的情況多。HV — ECU590控制裝載在車輛上的設備、電路組的整體動作以使混合動力車輛 500按照駕駛者的指示而運行。
如上所述，在混合車輛500中，通過由發動機510產生的驅動力和以 來自行駛用電池520的電能為能源而由電動發電機MG2產生的驅動力的 組合來進行改善了耗油率的車輛運行。
例如，在起動時和低速行駛時、或者在下緩坡時等輕負荷時，混合動 力車輛500為了避開發動機效率低的區域而基本上在不使發動機動作的情 況下僅通過電動發電機MG2的驅動力來行駛。
在通常行駛時，從發動機510輸出的驅動力通過動力分配機構560被 分為車輪540a的驅動力和電動發電機MG1的發電用驅動力。電動發電機 MG1的發電電力被用於電動發電機MG2的驅動。因此，在通常行駛時， 通過電動發電機MG2的驅動力輔助發動機510的驅動力來驅動車輪 540a。 ECU590控制發動機510與電動發電機MG2之間的驅動力分配比
在全油門加速時，通過進一步將來自行駛用電池520的供應電力用於 第二電動發電機MG2的驅動，能夠進一步增大對車輪540a的驅動力。
在減速和制動時，電動發電機MG2通過產生與車輪540a的旋轉相反 方向的轉矩而作為進行再生發電的發電機發揮作用。通過電動發電機MG2 的再生發電而被回收的電力經由電線553、逆變器530、以及電線551被 用於行駛用電池520的充電。並且，在車輛停止時，發動機510自動地停 止。
這樣，按照運行狀況來決定針對車輛整體的要求驅動力的、發動機51 與電動發電機MG2之間的分配。具體地說，HV—ECU590從耗油率的方 面出發考慮發動機510的效率並根據運行狀況來決定上述分配。
圖19是說明反映了本實施方式的二次電池的充放電控制的混合動力 車輛500中的電動發電機MG2的動作指令值設定的流程圖。圖19所示的流程圖通過以預定的周期執行預先存儲在HV—ECU590內的程序而實現。
參照圖19， HV—ECU590通過步驟S300，根據當前的車速和駕駛者 的踏板操作等計算出車輛整體所需要的車輛驅動力和車輛制動力。
HV—ECU590通過步驟S310，與按照實施方式一、實施方式二、以 及實施方式二的變形例而設定了的行駛用電池520 (二次電池10)的充放 電限制相對應地來設定電動發電機MG2的輸入輸出允許值(功率)。
並且，HV—ECU590考慮在步驟S310中設定了的MG2的輸入輸出允 許值和混合動力車輛500整體的效率，具體地說考慮使發動機510的運行 區域為高效率的運行區域來決定發動機510與電動發電機MG2之間的驅 動力的輸出分配(步驟S320)。由此，避免了如行駛用電池520變為過充 電或過放電這樣的電動發電機MG2的運行(具體地說即產生車輛驅動力 的電動機驅動動作或用於發電的再生制動動作)。
然後，HV — ECU590在步驟S330中按照在步驟S320中決定了的 MG2的輸出來決定電動發電機MG2的轉矩指令值。電動發電機MG2的 轉矩指令值一般來說在產生車輛驅動力的電動機驅動動作時被設定為正轉 矩，在利用車輛驅動力的再生制動時被設定為負轉矩。
另外，在混合動力車輛500中，對包括驅動輪540a在內的車輪設定未 圖示的液壓制動器，進行控制以通過這些液壓制動器的產生制動力和伴隨 著電動發電機MG2的再生制動發電而產生的制動力的和來確保在步驟 S300中計算出的車輛整體所需要的制動力。g卩，在嚴格地進行充電控制、 不允許電動發電機MG2的再生發電的情況下，也通過未圖示的液壓制動 來確保車輛整體的制動力。另一方面，在行駛用電池520的充電限制的範 圍內通過電動發電機MG2來進行再生制動動作，由此能夠有效地回收電 力。
如上所述的通過圖19所示的步驟S300 S330的處理而實現的HV— ECU590的功能的一部分對應於本發明的"控制裝置"。
這樣，通過將本發明的實施方式一、實施方式二、以及實施方式二的 變形例的二次電池的充放電控制應用於混合動力車輛，即使對於重複地進 行充電動作和放電動作的使用方式的行駛用電池520來說，也能夠避免過
29充電和過放電、以及劣化的急劇發展，並且能夠進行可充分地發揮其電池
性能的充放電控制而使車輛驅動力產生用的電動發電機MG2動作。
在實施方式三中，著重於發動機與電動機之間的車輛驅動力的輸出分 配而說明了應用於能夠通過動力分配機構將發動機的動力分配、傳遞給車 軸(驅動軸)和發電機的串行/並行型混合動力系統的應用示例。但是，本 發明的應用不限於這樣的情況，通過基於變動情況預測生成對負荷的動作 指令而實現的本發明的二次電池的充放電控制對於負載沒有特殊的限定， 可以應用於任意的設備或系統等。
另外，本發明也可以應用於僅從二次電池向負載供應電力(放電)或 者僅從負載向二次電池供應電力(充電)的情況等僅進行放電限制或充電 限制中的一者的情況。
應認為此次公開的實施方式在所有方面均為例示而不具有限制作用。 本發明的範圍由權利要求書而非上述說明來表示，與權利要求書等同的含 義和範圍內的所有變更均包括在本發明的範圍內。
產業上的可利用性
本發明的二次電池的充放電控制裝置代表性地能夠應用在裝載在電動 車輛或混合動力車輛上的二次電池(例如鋰離子電池)的充放電控制中。
權利要求
1.一種二次電池的充放電控制裝置，所述二次電池構成為能夠在該二次電池與負載之間傳輸電力，所述二次電池的充放電控制裝置包括電池狀態推定部，根據設置在所述二次電池中的傳感器的檢測值，按照能夠動態地推定出所述二次電池的內部狀態的電池模型，逐次計算出表示電池狀態的狀態推定值；可輸入輸出時間預測部，根據由所述電池狀態推定部推定出的當前的所述狀態推定值，預測出所述二次電池從當前時點開始能夠持續地輸入輸出預定功率的時間；以及負載控制部，根據對所述負載的動作要求，考慮由所述可輸入輸出時間預測部預測出的時間，生成對所述負載的動作指令，使得能夠避免所述二次電池的過充電和過放電。
2. 如權利要求1所述的二次電池的充放電控制裝置，其中， 所述可輸入輸出時間預測部對於多個所述預定功率分別預測出從所述當前時點開始能夠持續地輸入輸出的時間。
3. 如權利要求1所述的二次電池的充放電控制裝置，其中， 所述可輸入輸出時間預測部以預定的周期被啟動，並在各啟動時預測出所述二次電池從該時點開始能夠持續地輸入輸出所述預定功率的時間。
4. 如權利要求1所述的二次電池的充放電控制裝置，其中， 所述可輸入輸出時間預測部包括電壓推移預測部，預測出在所述二次電池從當前時點開始持續地輸入 輸出了所述預定功率的情況下的該二次電池的輸出電壓的推移；以及時間預測部，根據所述電壓推移預測部的預測，預測出從所述當前時 點開始到所述輸出電壓達到所述二次電池的上限電壓或下限電壓的時間。
5. —種二次電池的充放電控制裝置，所述二次電池構成為能夠在該二 次電池與負載之間傳輸電力，所述二次電池的充放電控制裝置包括電池狀態推定部，根據設置在所述二次電池中的傳感器的檢測值，按 照能夠動態地推定出所述二次電池的內部狀態的電池模型，逐次計算出表示電池狀態的狀態推定值；劣化率預測部，用於根據由所述電池狀態推定部推定出的當前時點的 所述狀態推定值，預測出在所述二次電池從當前時點開始持續地輸入輸出 了預定功率的情況下的該二次電池的劣化率；以及負載控制部，根據對所述負載的動作要求，考慮由所述劣化率預測部 預測出的劣化率，生成對所述負載的動作指令。
6. 如權利要求5所述的二次電池的充放電控制裝置，其中， 所述劣化率預測部對於多個所述預定功率分別預測出所述劣化率。
7. 如權利要求5所述的二次電池的充放電控制裝置，其中， 還包括根據所述傳感器的檢測值推定出所述二次電池的劣化度或剩餘壽命的劣化度推定部，所述負載控制部考慮由所述劣化度推定部推定出的所述劣化度或所述 剩餘壽命而求出在當前時點被允許的劣化率範圍，並且限制在使得所述劣 化率預測部預測出的劣化率處於所述劣化率範圍內的所述二次電池的充放 電功率的範圍內來生成對所述負載的動作指令。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的二次電池的充放電控制裝置，其中，所述二次電池由鋰離子電池構成，所述狀態推定值包括該二次電池內部的鋰離子濃度分布。
9. 一種混合動力車輛，包括內燃機和電動機，分別構成為能夠產生車輛的驅動力； 控制裝置，決定由所述內燃機和所述電動機分別輸出的驅動力，使得 能夠確保所述車輛整體的要求驅動力；二次電池，構成為能夠在該二次電池與所述電動機之間傳輸電力；以及所述二次電池的充放電控制裝置；所述充放電控制裝置根據設置在所述二次電池中的傳感器的檢測值， 按照能夠動態地推定出所述二次電池的內部狀態的電池模型，逐次計算出 表示電池狀態的狀態推定值，並且根據被推定出的當前的所述狀態推定值，預測出所述二次電池從當前時點開始能夠持續地輸入輸出預定功率的 時間，所述控制裝置考慮由所述充放電控制裝置預測出的所述能夠持續地輸 入輸出預定功率的時間，限制在避免了所述二次電池的過充電和過放電的 所述二次電池的充放電功率的範圍內來設定所述電動機的輸入輸出允許功 率，並且限制成所述電動機的輸入輸出功率處於所述輸入輸出允許功率的 範圍內來決定對所述電動機的轉矩指令值。
10. 如權利要求9所述的混合動力車輛，其中，所述充放電控制裝置對於多個所述預定功率分別預測出從所述當前時 點開始能夠持續地輸入輸出的時間，所述控制裝置根據對所述多個預定功率預測出的所述能夠持續地輸入 輸出預定功率的時間而設定所述電動機的輸入輸出允許功率。
11. 如權利要求9所述的混合動力車輛，其中，所述充放電控制裝置以預定的周期預測出所述二次電池從該時點開始 能夠持續地輸入輸出所述預定功率的時間。
12. 如權利要求9所述的混合動力車輛，其中，所述充放電控制裝置根據被推定出的當前的所述狀態推定值，預測出 在所述二次電池從當前時點開始持續地輸入輸出了所述預定功率的情況下 從所述當前時點開始到所述輸出電壓達到所述二次電池的上限電壓或下限 電壓的時間，並根據該預測而預測出所述二次電池從當前時點開始能夠持 續地輸入輸出預定功率的時間。
13. —種混合動力車輛，包括內燃機和電動機，分別構成為能夠產生車輛的驅動力； 控制裝置，決定由所述內燃機和所述電動機分別輸出的驅動力，使得 能夠確保所述車輛整體的要求驅動力；二次電池，構成為能夠在該二次電池與所述電動機之間傳輸電力；以及所述二次電池的充放電控制裝置；所述充放電控制裝置根據設置在所述二次電池中的傳感器的檢測值，按照能夠動態地推定出所述二次電池的內部狀態的電池模型，逐次計算出 表示電池狀態的狀態推定值，並且根據被推定出的當前時點的所述狀態推 定值，預測出在所述二次電池從當前時點開始持續地輸入輸出了預定功率 的情況下的該二次電池的劣化率，所述控制裝置根據由所述充放電控制裝置預測出的所述劣化率，限制 在使得所述二次電池的劣化不會顯著發展的所述二次電池的充放電功率的 範圍內來設定所述電動機的輸入輸出允許功率，並且限制成所述電動機的 輸入輸出功率處於所述輸入輸出允許功率的範圍內來決定對所述電動機的 轉矩指令值。
14. 如權利要求13所述的混合動力車輛，其中， 所述充放電控制裝置對於多個所述預定功率分別預測出所述劣化率， 所述控制裝置根據對所述多個預定功率預測出的所述劣化率而設定所述電動機的輸入輸出允許功率。
15. 如權利要求13所述的混合動力車輛，其中，所述充放電控制裝置還根據所述傳感器的檢測值推定出所述二次電池 的劣化度或剩餘壽命，所述控制裝置考慮由所述充放電控制裝置推定出的所述劣化度或所述 剩餘壽命而求出在當前時點被允許的劣化率範圍，並且限制成被預測出的 劣化率處於所述劣化率範圍內來決定所述二次電池的充放電功率範圍。
16. 如權利要求9至15中任一項所述的混合動力車輛，其中， 所述二次電池由鋰離子電池構成，所述狀態推定值包括該二次電池內部的鋰離子濃度分布。
全文摘要
根據表示二次電池變動情況的傳感器組的檢測值，按照能夠動態地推定出二次電池的內部狀態的電池模型，逐漸地逐次計算出表示電池狀態的狀態推定值。以預定的周期(Tc)使用通過電池模型式推定出的該時點的狀態推定值而預測出從當前時點持續地以某預定的功率進行了輸入(充電)或輸出(放電)時的可輸入輸出時間。根據對二次電池的負載的動作要求，並且考慮預測出的輸入輸出功率-輸入輸出時間特性來設定對負載的動作指令，使得能夠避免二次電池的過充電和過放電。
文檔編號B60W20/00GK101496255SQ20078002866
公開日2009年7月29日 申請日期2007年7月27日 優先權日2006年8月1日
發明者山內友和, 西勇二 申請人:豐田自動車株式會社