WO2017043239A1

WO2017043239A1 - 蓄電池制御装置

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Publication number: WO2017043239A1
Application number: PCT/JP2016/073226
Authority: WO
Inventors: 晋山内; 啓坂部; 雅浩米元; 孝徳山添; 大川　圭一朗; 亮平中尾
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2018-03-09
Also published as: JP2017054684A; CN108028438B; US11226376B2; CN108028438A; EP3352289B1; JP6467320B2; EP3352289A4; US20180210036A1; EP3352289A1

Abstract

蓄電池の充放電制御を適切なタイミングで実施する。バッテリコントローラ１０７において、電池情報取得部２０１は、蓄電池の情報を取得する。劣化進行速度演算部２０２は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、蓄電池の劣化進行速度を演算する。制限値設定部２０３は、劣化進行速度演算部２０２により演算された劣化進行速度に基づいて、蓄電池の充放電を制御するための制限値を設定する。タイミング判定部２０４は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、制限値を出力すべきタイミングを判定する。制限値出力部２０５は、タイミング判定部２０４により判定されたタイミングに基づいて、上位コントローラ１１２に制限値を出力する。

Description

蓄電池制御装置

　本発明は、蓄電池制御装置に関する。

　従来、ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）やＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド自動車）に搭載され、蓄電池にリチウムイオン二次電池を用いた車載用電池システムが使用されている。こうした車載用電池システムにおける蓄電池の価格は、一般的に車両全体の価格に対して大きな割合を占めており、車両寿命よりも早く蓄電池の寿命が尽きた場合には、蓄電池の交換が必要となり多大なコストが発生する。そのため、近年では、蓄電池の寿命をできるだけ長くするように充放電制御を行う電池システムが開発されている。たとえば特許文献１では、蓄電池の劣化速度を演算して基準となる劣化速度と比較し、その結果に応じて蓄電池の充放電を制御する技術が開示されている。

特開２００７－３２３９９９号公報

　特許文献１のような蓄電池の充放電制御では、蓄電池に対する制御状態の変化が蓄電池の劣化状態に影響を及ぼすまでの期間を考慮して、充放電制御を行うタイミングを定める必要がある。しかし従来技術では、こうした点が十分に考慮されていなかったため、蓄電池の充放電制御を適切なタイミングで実施することができなかった。

　本発明の一態様による蓄電池制御装置は、蓄電池の情報を取得する電池情報取得部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の劣化進行速度を演算する劣化進行速度演算部と、前記劣化進行速度演算部により演算された前記劣化進行速度に基づいて、前記蓄電池の充放電を制御するための制限値を設定する制限値設定部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記制限値を出力すべきタイミングを判定するタイミング判定部と、前記タイミング判定部により判定された前記タイミングに基づいて、前記制限値を出力する制限値出力部と、を備える。
　本発明の他の一態様による蓄電池制御装置は、蓄電池の情報を取得する電池情報取得部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の劣化進行速度を演算する劣化進行速度演算部と、前記劣化進行速度演算部により演算された前記劣化進行速度に基づいて、前記蓄電池の充放電を制御するための制限値を演算する制限値演算部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の使用状態を推定する電池使用状態推定部と、前記電池使用状態推定部により推定された前記蓄電池の使用状態と、前記蓄電池の使用時間とに基づいて、前記制限値の修正を許可するか否かを判定する修正許可判定部と、前記制限値演算部により求められた前記制限値と、前記修正許可判定部による判定結果とに基づいて、設定されている前記制限値を修正する制限値修正部と、を備える。

　本発明によれば、蓄電池の充放電制御を適切なタイミングで実施することができる。

本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置を適用した電池システムの構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るバッテリコントローラの機能ブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールの充放電制御のフローチャートである。本発明の第１の実施形態に係るタイミング判定方法を説明する図である。積算値の変化と制限値出力タイミングとの関係の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係るバッテリコントローラの機能ブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る制限値修正許可部の機能ブロック図である。充放電電流から電池使用状態を推定する方法を説明する図である。温度から電池使用状態を推定する方法を説明する図である。温度から電池使用状態を推定する方法を説明する図である。ＳＯＣから電池使用状態を推定する方法を説明する図である。ＳＯＣから電池使用状態を推定する方法を説明する図である。電池使用状態と制限値の修正許可判定結果との関係の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る電池モジュールの充放電制御のフローチャートである。

　以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
　図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置を適用した電池システムの構成を示す図である。図１に示す電池システム１００は、インバータ１１０および上位コントローラ１１２と接続されている。インバータ１１０には負荷１１１が接続されている。

　インバータ１１０は、上位コントローラ１１２の制御により動作する双方向インバータである。インバータ１１０は、電池システム１００から供給される直流電力を交流電力に換して負荷１１１に出力する。負荷１１１は、たとえば車両に搭載される三相交流電動機であり、インバータ１１０から供給される交流電力を用いて回転駆動することで車両の駆動力を発生する。また、車両の運動エネルギーを利用して負荷１１１を発電機として動作させることで回生発電を行うと、負荷１１１から交流電力が出力される。この場合、インバータ１１０は、負荷１１１から出力された交流電力を直流電力に変換し、得られた直流電力を電池システム１００に出力して蓄える。こうして上位コントローラ１１２の制御に応じてインバータ１１０を動作させることにより、電池システム１００の充放電が行われる。

　なお、電池システム１００の充放電を適切に制御することができれば、本発明は図１の構成に限定されない。たとえば、インバータ１１０とは別の充電システムを電池システム１００に接続し、この充電システムを用いて電池システム１００の充電を必要に応じて行うようにしてもよい。

　電池システム１００は、電池モジュール１０１、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４、漏電センサ１０５、リレー１０６Ａ、リレー１０６Ｂ、およびバッテリコントローラ１０７を備える。

　電池モジュール１０１は、複数個の単位電池を直列または直並列に接続して構成されている充放電可能な蓄電池である。なお、電池モジュール１０１を２つ以上のグループに分け、各グループ間に人力で操作可能な遮断器を設けてもよい。このようにすれば、電池システム１００の組み立て、解体、点検等の作業時には遮断器を開放することで、感電事故や短絡事故の発生を防ぐことができる。

　電流センサ１０２は、電池モジュール１０１に流れる充放電電流を検出する。電圧センサ１０３は、電池モジュール１０１の電圧を検出する。温度センサ１０４は、電池モジュール１０１の温度を検出する。漏電センサ１０５は、電池モジュール１０１の絶縁抵抗を検出する。電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４および漏電センサ１０５の各検出結果は、バッテリコントローラ１０７にそれぞれ出力される。

　リレー１０６Ａ、１０６Ｂは、電池モジュール１０１とインバータ１１０の間の電気的接続状態を切り替えるためのものであり、バッテリコントローラ１０７または上位コントローラ１１２によって制御される。リレー１０６Ａは、電池モジュール１０１の正極側とインバータ１１０の間に接続されており、リレー１０６Ｂは、電池モジュール１０１の負極側とインバータ１１０の間に接続されている。なお、リレー１０６Ａ、１０６Ｂのいずれか一方を省略してもよい。また、突入電流を制限するために、リレー１０６Ａまたは１０６Ｂと並列に、プリチャージリレーおよび抵抗を設けてもよい。この場合、電池モジュール１０１とインバータ１１０の接続時には、先にプリチャージリレーをオンし、電流が十分小さくなった後に、リレー１０６Ａまたは１０６Ｂをオンしてプリチャージリレーをオフすればよい。

　バッテリコントローラ１０７は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置に相当するものである。バッテリコントローラ１０７は、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４および漏電センサ１０５の各検出結果を取得し、これらの検出結果に基づいて電池システム１００の制御を行う。たとえば、バッテリコントローラ１０７は、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果や、電圧センサ１０３による電圧の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）や劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）を算出する。そして、これらの算出結果を基に、電池モジュール１０１の充放電制御や、電池モジュール１０１の各単位電池のＳＯＣを均等化するためのバランシング制御などを行う。また、バッテリコントローラ１０７は、漏電センサ１０５による絶縁抵抗の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１が漏電状態または漏電しそうな状態であるか否かを判断し、これらの状態にあると判断した場合には電池システム１００の動作を停止する。これ以外にも、バッテリコントローラ１０７は様々な処理を実行することができる。

　なお、電池モジュール１０１の充放電制御において、バッテリコントローラ１０７は、電池モジュール１０１の寿命を適切に維持するための制限値を設定すると共に、その制限値を出力すべきタイミングを決定する。そして、決定したタイミングで制限値を上位コントローラ１１２に出力する。このバッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御の詳細については、後で詳しく説明する。

　上位コントローラ１１２は、バッテリコントローラ１０７から送信される電池モジュール１０１の様々な情報に基づいて、電池システム１００やインバータ１１０の動作状態を制御する。

　次に、バッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御の詳細について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るバッテリコントローラ１０７の機能ブロック図である。図２に示すように、本実施形態のバッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１、劣化進行速度演算部２０２、制限値設定部２０３、タイミング判定部２０４および制限値出力部２０５の各機能ブロックにより構成される。バッテリコントローラ１０７は、たとえばＣＰＵにより所定のプログラムを実行することで、これらの機能ブロックを実現することができる。

　電池情報取得部２０１は、電流センサ１０２、電圧センサ１０３、温度センサ１０４の各検出結果に基づいて、電池モジュール１０１の状態に関する様々な情報を取得する。電池情報取得部２０１は、たとえば、電流センサ１０２により検出された電池モジュール１０１の充放電電流や、温度センサ１０４により検出された電池モジュール１０１の温度などを、電池モジュール１０１の情報として取得する。また、電流センサ１０２による充放電電流の検出結果や、電圧センサ１０３による電圧の検出結果に基づいて、電池モジュール１０１のＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣを電池モジュール１０１の情報として取得してもよい。さらに、バッテリコントローラ１０７に内蔵された不図示のタイマを用いて計測された電池モジュール１０１の使用時間や、電池モジュール１０１を搭載した車両の走行距離などを、電池モジュール１０１の情報として取得することもできる。すなわち、電池情報取得部２０１は、上記のような電池モジュール１０１の状態に関する様々な情報の中から、いずれか少なくとも一つの情報を取得することができる。なお、上記で挙げたもの以外の情報を電池モジュール１０１の情報として取得してもよい。

　劣化進行速度演算部２０２は、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の劣化進行速度を演算する。劣化進行速度演算部２０２は、たとえば、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報の履歴を、電池モジュール１０１のＳＯＨと関連付けて記録しておく。こうして記録された情報を基に将来のＳＯＨの推移を推定することで、電池モジュール１０１の劣化進行速度を演算することができる。

　制限値設定部２０３は、劣化進行速度演算部２０２により演算された劣化進行速度に基づいて、電池モジュール１０１の充放電を制御するための制限値を設定する。制限値設定部２０３は、たとえば、演算された劣化進行速度に基づいて電池モジュール１０１の寿命予測値を求め、予め設定された寿命目標値と比較する。その結果、寿命目標値と寿命予測値との乖離が大きければ、その乖離が小さくなるように、電池モジュール１０１の充放電に対する制限値の設定を緊縮方向または緩和方向に変更する。このとき、電池モジュール１０１の制限値としては、許容充放電電流、許容充放電電力、許容温度範囲、許容ＳＯＣ範囲などを用いることができる。

　タイミング判定部２０４は、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の情報に基づいて、制限値設定部２０３により設定された制限値を上位コントローラ１１２に出力すべきタイミングを判定する。なお、タイミング判定部２０４による具体的なタイミングの判定方法については、後で説明する。

　制限値出力部２０５は、タイミング判定部２０４により判定されたタイミングに基づいて、制限値設定部２０３により設定された制限値を上位コントローラ１１２に出力する。制限値出力部２０５から制限値が出力されると、上位コントローラ１１２は、その制限値に従って電池システム１００およびインバータ１１０を制御し、電池モジュール１０１の充放電制御を行う。

　図３は、本発明の第１の実施形態に係るバッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御のフローチャートである。本実施形態のバッテリコントローラ１０７は、図３のフローチャートに従って、所定の処理周期ごとに電池モジュール１０１の充放電制御を実行する。

　ステップＳ１０１において、バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１により、前述のような電池モジュール１０１の各種情報を取得する。

　ステップＳ１０２において、バッテリコントローラ１０７は、劣化進行速度演算部２０２により、ステップＳ１０１で取得した電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の劣化進行速度を演算する。

　ステップＳ１０３において、バッテリコントローラ１０７は、制限値設定部２０３により、ステップＳ１０２で演算した電池モジュール１０１の劣化進行速度に基づいて、電池モジュール１０１の充放電における制限値を設定する。

　ステップＳ１０４において、バッテリコントローラ１０７は、タイミング判定部２０４により、ステップＳ１０１で取得した電池モジュール１０１の各情報の積算値を算出する。ここでは、前述のような様々な種類の情報について、積算値をそれぞれ算出する。具体的には、充放電電流や温度については、所定時間ごとに得られた測定値をそれぞれ積算することで積算値が求められる。なお、測定値の符号の正負で充電電流と放電電流を区別している場合は、これらを合算するために、絶対値を積算することが好ましい。また、使用時間や車両の走行距離についても、充放電電流や温度と同様に、所定時間ごとの測定値を積算することで積算値がそれぞれ求められる。一方、ＳＯＣについては、所定時間ごとに得られたＳＯＣをそのまま積算するのではなく、測定時間ごとのＳＯＣの変化量の絶対値を積算することが好ましい。

　ステップＳ１０５において、バッテリコントローラ１０７は、タイミング判定部２０４により、ステップＳ１０４で算出した各積算値のうちいずれかの積算値が所定の判定閾値以上であるか否かを判定する。その結果、いずれか少なくとも一つの積算値が判定閾値以上であれば、タイミング判定部２０４から制限値出力部２０５に判定結果を通知して、処理をステップＳ１０６に進める。一方、いずれの積算値も判定閾値未満であれば、図３のフローチャートに示す処理を終了する。この場合、バッテリコントローラ１０７から上位コントローラ１１２に制限値は出力されない。

　図４は、本発明の第１の実施形態に係るタイミング判定部２０４によるタイミング判定方法を説明する図である。図４には、電池モジュール１０１の充放電電流、温度、使用時間の各情報について積算値をそれぞれ求め、各積算値を閾値Ａ、Ｂ、Ｃとそれぞれ比較した場合の例を示している。なお、閾値Ａ、Ｂ、Ｃは、充放電電流、温度、使用時間の各積算値に対してそれぞれ設定された上記の判定閾値を表している。これらの閾値は、電池モジュール１０１の特性や使用環境に応じてそれぞれ定めることができる。

　図４の例では、充放電電流の積算値は閾値Ａ未満であり、温度の積算値は閾値Ｂ未満である。一方、使用時間の積算値は閾値Ｃ以上となっている。したがって、タイミング判定部２０４は、図３のステップＳ１０５を肯定判定し、前述のように処理をステップＳ１０６に進める。

　図３の説明に戻ると、ステップＳ１０６において、バッテリコントローラ１０７は、制限値出力部２０５により、ステップＳ１０３で設定した制限値を上位コントローラ１１２に出力する。

　ステップＳ１０７において、バッテリコントローラ１０７は、タイミング判定部２０４により、ステップＳ１０４で算出した各積算値を０にリセットする。これにより、次回の処理から新たに積算が開始されるようにする。ステップＳ１０７を実行したら、バッテリコントローラ１０７は、図３のフローチャートに示す処理を終了する。

　図５は、積算値の変化と制限値出力タイミングとの関係の一例を示す図である。図５において、（ａ）は充放電電流の積算値の変化の様子を、（ｂ）は温度の積算値の変化の様子を、（ｃ）は使用時間の変化の様子をそれぞれ表している。

　バッテリコントローラ１０７が充放電制御を開始すると、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示すように、充放電電流、温度、使用時間の各積算値がそれぞれ上昇していく。その結果、（ｃ）に示すように、時刻ｔ１において使用時間の積算値が閾値Ｃに達したとする。このとき、バッテリコントローラ１０７から上位コントローラ１１２に制限値が出力されると共に、各積算値がそれぞれ０にリセットされる。

　時刻ｔ１以降では、充放電電流、温度、使用時間の各積算値が再び上昇していく。その結果、今度は（ａ）に示すように、時刻ｔ２において充放電電流の積算値が閾値Ａに達したとする。このとき、バッテリコントローラ１０７から上位コントローラ１１２に制限値が出力されると共に、各積算値がそれぞれ０にリセットされる。

　時刻ｔ２以降でも、以上で説明したのと同様の処理が繰り返される。すなわち、（ｃ）に示すように、時刻ｔ３において使用時間の積算値が閾値Ｃに達すると、バッテリコントローラ１０７から上位コントローラ１１２に制限値が出力されると共に、各積算値がそれぞれ０にリセットされる。また、（ｂ）に示すように、時刻ｔ４において温度の積算値が閾値Ｂに達すると、バッテリコントローラ１０７から上位コントローラ１１２に制限値が出力されると共に、各積算値がそれぞれ０にリセットされる。さらに、（ｃ）に示すように、時刻ｔ５において使用時間の積算値が閾値Ｃに達すると、バッテリコントローラ１０７から上位コントローラ１１２に制限値が出力されると共に、各積算値がそれぞれ０にリセットされる。それ以降でも同様に、いずれかの積算値が閾値に達するごとに、バッテリコントローラ１０７から上位コントローラ１１２に制限値が出力され、各積算値がそれぞれ０にリセットされる。

　なお、上記の例では、充放電電流、温度、使用時間の各積算値を例として説明したが、他の電池モジュール１０１の情報についても同様である。すなわち、タイミング判定部２０４は、電池情報取得部２０１により取得された電池モジュール１０１の複数の情報について積算値をそれぞれ算出し、各積算値をそれぞれの閾値と比較する。その結果、いずれか少なくとも一つの情報について積算値が閾値を超えたときに、制限値を出力すべきタイミングと判定することができる。

　以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１、劣化進行速度演算部２０２、制限値設定部２０３、タイミング判定部２０４および制限値出力部２０５を備える。電池情報取得部２０１は、蓄電池である電池モジュール１０１の情報を取得する（ステップＳ１０１）。劣化進行速度演算部２０２は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、電池モジュール１０１の劣化進行速度を演算する（ステップＳ１０２）。制限値設定部２０３は、劣化進行速度演算部２０２により演算された劣化進行速度に基づいて、電池モジュール１０１の充放電を制御するための制限値を設定する（ステップＳ１０３）。タイミング判定部２０４は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、制限値を出力すべきタイミングを判定する（ステップＳ１０４、１０５）。制限値出力部２０５は、タイミング判定部２０４により判定されたタイミングに基づいて、制限値を出力する（ステップＳ１０６）。このようにしたので、電池モジュール１０１の充放電制御を適切なタイミングで実施することができる。

（２）電池情報取得部２０１は、ステップＳ１０１において、電池モジュール１０１の充放電電流、電池モジュール１０１の温度、電池モジュール１０１の使用時間、電池モジュール１０１の充電状態のいずれか少なくとも一つの情報を取得することができる。さらに、電池情報取得部２０１は、ステップＳ１０１において、電池モジュール１０１が搭載されている車両の走行距離を電池モジュール１０１の情報として取得することもできる。このようにしたので、電池モジュール１０１の状態に関する様々な情報を取得することができる。

（３）タイミング判定部２０４は、ステップＳ１０５において、情報の積算値と所定の閾値とを比較し、積算値が閾値を超えたときに、制限値を出力すべきタイミングと判定する。このようにしたので、制限値を出力すべきタイミングを確実かつ容易に判定することができる。

（４）電池情報取得部２０１は、ステップＳ１０１において、電池モジュール１０１の複数の情報を取得することができる。この場合、タイミング判定部２０４は、ステップＳ１０４において、電池情報取得部２０１により取得された複数の情報の積算値をそれぞれ算出する。そして、ステップＳ１０５において、いずれか少なくとも一つの情報について積算値が閾値を超えたときに、制限値を出力すべきタイミングと判定する。このようにしたので、制限値を出力すべきタイミングの判定をより一層適切に行うことができる。

（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、図１に示したバッテリコントローラ１０７において、前述の第１の実施形態とは異なる充放電制御を行う例を説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係るバッテリコントローラ１０７の機能ブロック図である。図６に示すように、本実施形態のバッテリコントローラ１０７は、図２の制限値設定部２０３、タイミング判定部２０４および制限値出力部２０５に替えて、制限値演算部２０６、制限値修正許可部２０７および制限値修正部２０８の各機能ブロックにより構成される。バッテリコントローラ１０７は、たとえばＣＰＵにより所定のプログラムを実行することで、これらの機能ブロックを実現することができる。

　制限値演算部２０６は、劣化進行速度演算部２０２により演算された劣化進行速度に基づいて、電池モジュール１０１の充放電を制御するための制限値を演算する。制限値演算部２０６は、制限値設定部２０３が制限値を設定するのと同様の方法により、制限値を演算することができる。

　制限値修正許可部２０７は、電池情報取得部２０１により電池モジュール１０１の情報として取得された電流、温度、ＳＯＣ、走行距離、使用時間等の各情報に基づいて、現在設定されている制限値の修正を許可するか否かを判定する。なお、制限値修正許可部２０７による具体的な判定方法については、後で説明する。

　制限値修正部２０８は、制限値修正許可部２０７により制限値の修正が許可されると、制限値演算部２０６により求められた制限値に基づいて、電池モジュール１０１の充放電制御に用いられる制限値を修正する。具体的には、制限値修正部２０８は、制限値演算部２０６により求められた最新の制限値が現在の充放電制御で設定されている制限値と異なっており、かつ制限値修正許可部２０７により制限値の修正が許可されたときに、制限値の修正を行う。そして、修正後の制限値を上位コントローラ１１２に出力する。制限値修正部２０８により制限値が修正されると、上位コントローラ１１２は、その修正後の制限値に従って電池システム１００およびインバータ１１０を制御し、電池モジュール１０１の充放電制御を行う。なお、制限値修正許可部２０７により制限値の修正が許可されていない場合や、制限値演算部２０６により求められた制限値に変更がない場合には、制限値修正部２０８は、これまでの充放電制御で用いられていた制限値を修正せずに、そのまま上位コントローラ１１２に出力する。これらの場合、上位コントローラ１１２は、従来の制限値による電池モジュール１０１の充放電制御を継続して行う。

　図７は、本発明の第２の実施形態に係る制限値修正許可部２０７の機能ブロック図である。図７に示すように、制限値修正許可部２０７は、電池使用状態推定部３０１および修正許可判定部３０２の各機能ブロックにより構成される。

　電池使用状態推定部３０１は、電池情報取得部２０１から、電池モジュール１０１の電流、温度、ＳＯＣ、使用時間や、電池モジュール１０１を搭載した車両の走行距離などの情報を取得する。そして、これらの情報に基づいて、電池モジュール１０１の使用状態を推定する。

　修正許可判定部３０２は、電池使用状態推定部３０１により推定された電池モジュール１０１の使用状態と、電池モジュール１０１の使用時間とに基づいて、制限値の修正を許可するか否かを判定する。この判定結果は、制限値修正部２０８に出力される。

　次に、電池使用状態推定部３０１において電池モジュール１０１の使用状態を推定する方法について説明する。図８は、充放電電流から電池使用状態を推定する方法を説明する図である。電池モジュール１０１の内部では、充放電に応じてリチウムイオンの移動が生じる。すなわち、充電時には、正極材料の表面や内部からリチウムイオンが脱離して電解液中を移動し、正極材料の表面に到達した後に材料内部へと拡散していく。放電時には、これと逆の現象が起きる。こうして移動するリチウムイオンの数は、充放電電流が大きくなるほど多くなる。また、リチウムイオンの移動に伴って電極材料が膨張、収縮を繰り返すため、充放電を繰り返すほど電極材料は機械的な負荷に晒される。すなわち、充放電電流の積算値は、電池モジュール１０１の劣化と相関がある。そのため、電池使用状態推定部３０１では、図８に示すように充放電電流の積算値を求めることで、充放電電流に関する電池モジュール１０１の使用状態を推定することができる。なお、充放電電流の値の符号が電流の流れる向きによって変化する場合には、充放電電流の絶対値を積算することで電池モジュール１０１の使用状態を推定することが好ましい。あるいは、充電電流と放電電流を分けてそれぞれ積算してもよい。

　修正許可判定部３０２によって制限値の修正が許可されると、電池使用状態推定部３０１は、図８に示すように、それまでに積算された充放電電流の積算値をクリアし、０から再度積算を開始する。なお、積算値をクリアせずにそのまま充放電電流の積算を続けてもよい。

　図９および図１０は、温度から電池使用状態を推定する方法を説明する図である。一般的に、電池モジュール１０１のようなリチウムイオン二次電池では、高温や低温で使用されると劣化が促進されることが知られている。劣化が促進される具体的な温度条件は、電池モジュール１０１に使用される材料によって変動する。そのため、電池使用状態推定部３０１は、図９のような事前に把握された電池温度と劣化促進の関係に基づいて、電池モジュール１０１の劣化が促進される温度領域を定量的に決定し、電池モジュール１０１の劣化傾向を示す劣化傾向指数を求める。図９に示す例では、電池温度が低温または高温になるほど、電池モジュール１０１の劣化傾向指数が指数関数的に増大している。

　電池使用状態推定部３０１では、図１０に示すように電池温度に基づく劣化傾向指数の積算値を求めることで、温度に関する電池モジュール１０１の使用状態を推定することができる。なお、上記の説明では、電池温度と劣化促進の関係が指数関数的である場合の例を説明したが、温度に関する電池モジュール１０１の使用状態の推定方法はこれに限定されるものではない。ここでは、既知の電池温度と劣化傾向の関係に基づいて、温度に関する電池モジュール１０１の使用状態を推定できることが重要である。

　修正許可判定部３０２によって制限値の修正が許可されると、電池使用状態推定部３０１は、図１０に示すように、それまでに積算された劣化傾向指数の積算値をクリアし、０から再度積算を開始する。なお、積算値をクリアせずにそのまま劣化傾向指数の積算を続けてもよい。

　図１１および図１２は、ＳＯＣから電池使用状態を推定する方法を説明する図である。一般的に、電池モジュール１０１のようなリチウムイオン二次電池では、ＳＯＣが高い領域や低い領域で使用されると劣化が促進されることが知られている。劣化が促進される具体的なＳＯＣ領域は、電池モジュール１０１に使用される材料によって変動する。そのため、電池使用状態推定部３０１は、図１１のような事前に把握されたＳＯＣと劣化促進の関係に基づいて、電池モジュール１０１の劣化が促進されるＳＯＣ領域を定量的に決定し、電池モジュール１０１の劣化傾向を示す劣化傾向指数を求める。図１１に示す例では、低ＳＯＣ領域または高ＳＯＣ領域になるほど、電池モジュール１０１の劣化傾向指数が指数関数的に増大している。

　電池使用状態推定部３０１では、図１２に示すようにＳＯＣに基づく劣化傾向指数の積算値を求めることで、ＳＯＣに関する電池モジュール１０１の使用状態を推定することができる。なお、上記の説明では、ＳＯＣと劣化促進の関係が指数関数的である場合の例を説明したが、ＳＯＣに関する電池モジュール１０１の使用状態の推定方法はこれに限定されるものではない。ここでも前述の温度の場合と同様に、既知のＳＯＣと劣化傾向の関係に基づいて、ＳＯＣに関する電池モジュール１０１の使用状態を推定できることが重要である。

　修正許可判定部３０２によって制限値の修正が許可されると、電池使用状態推定部３０１は、図１２に示すように、それまでに積算された劣化傾向指数の積算値をクリアし、０から再度積算を開始する。なお、積算値をクリアせずにそのまま劣化傾向指数の積算を続けてもよい。

　次に、電池使用状態推定部３０１により推定された電池モジュール１０１の使用状態に基づいて、修正許可判定部３０２において制限値の修正許可判定を行う方法について説明する。図１３は、電池使用状態と制限値の修正許可判定結果との関係の一例を示す図である。図１３では、前述の充放電電流に関する電池使用状態およびＳＯＣに関する電池使用状態と、電池モジュール１０１の使用時間とに基づいて、制限値の修正許可判定を行う場合を示している。なお、具体的な説明は省略するが、他の使用状態を用いた場合にも同様である。

　修正許可判定部３０２は、前回の制限値の変更から電池モジュール１０１の使用が進み、その効果が電池モジュール１０１の劣化状態の変化に反映されたと判断される場合に、制限値の修正を許可する。具体的には、図１３に示すように、修正許可判定部３０２は、充放電電流に関する電池使用状態として、充放電電流を積算すると共に、ＳＯＣに関する電池使用状態として、ＳＯＣに基づく劣化傾向指数を積算する。また同時に、電池使用時間として、電池モジュール１０１の使用時間を積算する。そして、充放電電流に関する電池使用状態またはＳＯＣに関する電池使用状態のいずれか少なくとも一方が、各々に対して予め設定された所定の許可判定閾値を超え、かつ電池使用時間が所定の許可判定閾値を超えたときに、修正許可判定が成立したと判断し、所定の修正許可信号を出力する。修正許可信号を出力したら、修正許可判定部３０２は、各積算値を０にリセットして再度積算を開始する。

　図１３の例では、電池使用時間が閾値を超えた後の時刻ｔ１１において、充放電電流に関する電池使用状態が閾値を超えることで、修正許可判定部３０２において修正許可判定の成立が判断され、修正許可信号が出力される。またその後、電池使用時間が閾値を超えた後の時刻ｔ１２において、ＳＯＣに関する電池使用状態が閾値を超えることで、修正許可判定部３０２において修正許可判定の成立が判断され、修正許可信号が出力される。さらにその後、充放電電流に関する電池使用状態が閾値を超えた後の時刻ｔ１３において、電池使用時間が閾値を超えることで、修正許可判定部３０２において修正許可判定の成立が判断され、修正許可信号が出力される。すなわちこの場合には、充放電電流に関する電池使用状態の値が閾値を超えてから電池使用時間が閾値を超えるまでの間は、前回の制限値の修正から十分な時間が経過していないとして、修正許可判定が成立しない。その後、電池使用時間が閾値に到達したときに、修正許可判定が成立する。

　なお、時刻ｔ１４では、充放電電流に関する電池使用状態とＳＯＣに関する電池使用状態のいずれもが閾値を超えていないが、電池使用時間が強制許可閾値を超えることで、修正許可判定部３０２において修正許可判定の成立が判断され、修正許可信号が出力される。この強制許可閾値は、前述の許可判定閾値よりも高い値で設定されている。これにより、修正許可判定部３０２は、電池モジュール１０１を搭載した車両が長期間放置される等の理由から、電池モジュール１０１の使用頻度が減少したときには、制限値の修正を許可する。すなわち、電池モジュール１０１の使用頻度が少ない場合には、充放電電流、温度、ＳＯＣ、走行距離などの電池使用状態が増加していなくても、時間の経過によって電池モジュール１０１の経時劣化が進むことが懸念される。これを考慮して、修正許可判定部３０２は、電池使用時間が強制許可閾値を超えたときには、電池使用状態に関わらず、制限値の修正を許可する。

　図１４は、本発明の第２の実施形態に係るバッテリコントローラ１０７による電池モジュール１０１の充放電制御のフローチャートである。本実施形態のバッテリコントローラ１０７は、図１４のフローチャートに従って、所定の処理周期ごとに電池モジュール１０１の充放電制御を実行する。

　ステップＳ１００１～Ｓ１００３において、バッテリコントローラ１０７は、図３のステップＳ１０１～Ｓ１０３とそれぞれ同様の処理を実行する。

　ステップＳ１００４において、バッテリコントローラ１０７は、電池使用状態推定部３０１により、ステップＳ１００１で取得した電池モジュール１０１の情報に基づいて、電池モジュール１０１の使用状態を推定する。ここでは、図８～図１２で説明したような方法で、充放電電流、温度、ＳＯＣ等に関する電池モジュール１０１の使用状態をそれぞれ推定する。

　ステップＳ１００５において、バッテリコントローラ１０７は、電池使用状態推定部３０１により、前回の制限値修正からの電池使用時間を算出する。

　ステップＳ１００６において、バッテリコントローラ１０７は、修正許可判定部３０２により、ステップＳ１００４で推定した電池使用状態が許可判定閾値を超えているか否かを判定する。その結果、充放電電流、温度、ＳＯＣ等に関する電池モジュール１０１の使用状態のうち、いずれか少なくとも一つの電池使用状態が許可判定閾値以上であれば、処理をステップＳ１００７に進める。一方、いずれの電池使用状態も許可判定閾値未満であれば、処理をステップＳ１００８に進める。

　ステップＳ１００７において、バッテリコントローラ１０７は、修正許可判定部３０２により、ステップＳ１００５で算出した電池使用時間が許可判定閾値を超えているか否かを判定する。その結果、電池使用時間が許可判定閾値以上であれば、処理をステップＳ１００９に進める。一方、電池使用時間が許可判定閾値未満であれば、処理をステップＳ１００１に戻し、ステップＳ１００１以降の処理を繰り返す。この場合、制限値の修正は行われない。

　ステップＳ１００８において、バッテリコントローラ１０７は、修正許可判定部３０２により、ステップＳ１００５で算出した電池使用時間が強制許可閾値を超えているか否かを判定する。その結果、電池使用時間が強制許可閾値以上であれば、処理をステップＳ１００９に進める。一方、電池使用時間が強制許可閾値未満であれば、処理をステップＳ１００１に戻し、ステップＳ１００１以降の処理を繰り返す。この場合にも、制限値の修正は行われない。

　ステップＳ１００９において、バッテリコントローラ１０７は、制限値修正部２０８により、ステップＳ１０３で設定した制限値に基づいて、電池モジュール１０１の充放電制御に用いられる制限値を修正する。そして、修正後の制限値を上位コントローラ１１２に出力する。

　ステップＳ１０１０において、バッテリコントローラ１０７は、電池使用状態推定部３０１により、ステップＳ１００４で推定した電池使用状態と、ステップＳ１００５で算出した電池使用時間とを、それぞれ０にリセットする。ステップＳ１０１０を実行したら、バッテリコントローラ１０７は、図１４のフローチャートに示す処理を終了する。

　以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）バッテリコントローラ１０７は、電池情報取得部２０１、劣化進行速度演算部２０２、制限値演算部２０６、電池使用状態推定部３０１、修正許可判定部３０２および制限値修正部２０８を備える。電池情報取得部２０１は、蓄電池である電池モジュール１０１の情報を取得する（ステップＳ１００１）。劣化進行速度演算部２０２は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、電池モジュール１０１の劣化進行速度を演算する（ステップＳ１００２）。制限値演算部２０６は、劣化進行速度演算部２０２により演算された劣化進行速度に基づいて、電池モジュール１０１の充放電を制御するための制限値を演算する（ステップＳ１００３）。電池使用状態推定部３０１は、電池情報取得部２０１により取得された情報に基づいて、電池モジュール１０１の使用状態を推定する（ステップＳ１００４）。修正許可判定部３０２は、電池使用状態推定部３０１により推定された電池モジュール１０１の使用状態と、電池モジュール１０１の使用時間とに基づいて、制限値の修正を許可するか否かを判定する（ステップＳ１００６～Ｓ１００８）。制限値修正部２０８は、制限値演算部２０６により求められた制限値と、修正許可判定部３０２による判定結果とに基づいて、設定されている制限値を修正する（ステップＳ１００９）。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、電池モジュール１０１の充放電制御を適切なタイミングで実施することができる。

（２）電池情報取得部２０１は、ステップＳ１００１において、電池モジュール１０１の充放電電流、電池モジュール１０１の温度、電池モジュール１０１の充電状態のいずれか少なくとも一つの情報を取得する。電池使用状態推定部３０１は、ステップＳ１００４において、充放電電流に関する電池モジュール１０１の使用状態、温度に関する電池モジュール１０１の使用状態、充電状態に関する電池モジュール１０１の使用状態のいずれか少なくとも一つを推定する。修正許可判定部３０２は、充放電電流に関する電池モジュール１０１の使用状態、温度に関する電池モジュール１０１の使用状態、充電状態に関する電池モジュール１０１の使用状態のいずれか少なくとも一つの推定値が、各々に対して予め定められた所定の閾値よりも大きいとステップＳ１００６で判定し、かつ、電池モジュール１０１の使用時間が所定の許可判定時間以上であるとステップＳ１００７で判定した場合に、ステップＳ１００９において制限値の修正を許可する。このようにしたので、適切なタイミングで制限値の修正を許可することができる。

（３）修正許可判定部３０２は、電池モジュール１０１の使用時間が所定の強制許可時間以上であるとステップＳ１００８で判定した場合に、電池モジュール１０１の使用状態に関わらず、ステップＳ１００９において制限値の修正を許可する。このようにしたので、電池モジュール１０１の使用状態の変化が小さくても、時間の経過によって電池モジュール１０１の経時劣化が進むことが懸念されるときに、適切なタイミングで制限値の修正を許可することができる。

　なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

　１００：電池システム
　１０１：電池モジュール
　１０２：電流センサ
　１０３：電圧センサ
　１０４：温度センサ
　１０５：漏電センサ
　１０６Ａ，１０６Ｂ：リレー
　１０７：バッテリコントローラ
　１１０：インバータ
　１１１：負荷
　１１２：上位コントローラ
　２０１：電池情報取得部
　２０２：劣化進行速度演算部
　２０３：制限値設定部
　２０４：タイミング判定部
　２０５：制限値出力部
　２０６：制限値演算部
　２０７：制限値修正許可部
　２０８：制限値修正部
　３０１：電池使用状態推定部
　３０２：修正許可判定部

Claims

　蓄電池の情報を取得する電池情報取得部と、
　前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の劣化進行速度を演算する劣化進行速度演算部と、
　前記劣化進行速度演算部により演算された前記劣化進行速度に基づいて、前記蓄電池の充放電を制御するための制限値を設定する制限値設定部と、
　前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記制限値を出力すべきタイミングを判定するタイミング判定部と、
　前記タイミング判定部により判定された前記タイミングに基づいて、前記制限値を出力する制限値出力部と、を備える蓄電池制御装置。
　請求項１に記載の蓄電池制御装置において、
　前記電池情報取得部は、前記蓄電池の充放電電流、前記蓄電池の温度、前記蓄電池の使用時間、前記蓄電池の充電状態のいずれか少なくとも一つの情報を取得する蓄電池制御装置。
　請求項２に記載の蓄電池制御装置において、
　前記蓄電池は、車両に搭載されており、
　前記電池情報取得部は、前記車両の走行距離を前記蓄電池の情報として取得する蓄電池制御装置。
　請求項２または３に記載の蓄電池制御装置において、
　前記タイミング判定部は、前記情報の積算値と所定の閾値とを比較し、前記積算値が前記閾値を超えたときに、前記制限値を出力すべきタイミングと判定する蓄電池制御装置。
　請求項４に記載の蓄電池制御装置において、
　前記電池情報取得部は、前記蓄電池の複数の情報を取得し、
　前記タイミング判定部は、前記電池情報取得部により取得された前記複数の情報の積算値をそれぞれ算出し、いずれか少なくとも一つの情報について前記積算値が前記閾値を超えたときに、前記制限値を出力すべきタイミングと判定する蓄電池制御装置。
　蓄電池の情報を取得する電池情報取得部と、
　前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の劣化進行速度を演算する劣化進行速度演算部と、
　前記劣化進行速度演算部により演算された前記劣化進行速度に基づいて、前記蓄電池の充放電を制御するための制限値を演算する制限値演算部と、
　前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の使用状態を推定する電池使用状態推定部と、
　前記電池使用状態推定部により推定された前記蓄電池の使用状態と、前記蓄電池の使用時間とに基づいて、前記制限値の修正を許可するか否かを判定する修正許可判定部と、
　前記制限値演算部により求められた前記制限値と、前記修正許可判定部による判定結果とに基づいて、設定されている前記制限値を修正する制限値修正部と、を備える蓄電池制御装置。
　請求項６に記載の蓄電池制御装置において、
　前記電池情報取得部は、前記蓄電池の充放電電流、前記蓄電池の温度、前記蓄電池の充電状態のいずれか少なくとも一つの情報を取得し、
　前記電池使用状態推定部は、前記充放電電流に関する前記蓄電池の使用状態、前記温度に関する前記蓄電池の使用状態、前記充電状態に関する前記蓄電池の使用状態のいずれか少なくとも一つを推定し、
　前記修正許可判定部は、前記充放電電流に関する前記蓄電池の使用状態、前記温度に関する前記蓄電池の使用状態、前記充電状態に関する前記蓄電池の使用状態のいずれか少なくとも一つの推定値が、各々に対して予め定められた所定の閾値よりも大きく、かつ前記蓄電池の使用時間が所定の許可判定時間以上である場合に、前記制限値の修正を許可する蓄電池制御装置。
　請求項７に記載の蓄電池制御装置において、
　前記修正許可判定部は、前記蓄電池の使用時間が所定の強制許可時間以上である場合に、前記蓄電池の使用状態に関わらず、前記制限値の修正を許可する蓄電池制御装置。