JP5210591B2 - 二次電池の制御システムおよびそれを搭載した電動車両ならびに二次電池の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、二次電池の制御システムおよびそれを搭載した電動車両ならびに二次電池の制御方法に関し、より特定的には、電池性能の劣化進行を防止するための電池制御に関する。

充電可能な二次電池によって負荷へ電力を供給し、かつ必要に応じて当該負荷の運転中にも当該二次電池を充電可能な構成とした電源システムが用いられている。代表的には、二次電池によって駆動される電動機を車両駆動力発生源として備えたハイブリッド自動車や電気自動車がこのような電源システムを搭載している。

これらの電源システムでは、二次電池の蓄積電力が駆動力源としての電動機の駆動電力として用いられる一方で、この電動機の回生発電時の発電電力や、エンジンの回転に伴って発電する発電機の発電電力等によって二次電池が充電される。このような電源システムでは、二次電池が過放電または過充電されると電池性能が大幅に劣化して寿命が短くなる可能性があることから、二次電池の充放電電力を、電池温度や推定された残存容量（代表的には、ＳＯＣ：State of charge）に基づいて制御することが一般に行なわれている。

たとえば、特開平１１−１８７５７７号公報（特許文献１）には、電池の使用環境および電池の状態に応じた適切な電力で充放電を行なうために、電池温度が所定温度以下または所定温度以上のときには、充電電力上限値および放電電力上限値を常温時に比して小さくなるように定めることによって、過充放電による二次電池の劣化を防止する充放電制御装置が開示されている。

また、特開２００４−３１１７０号公報（特許文献２）には、分極の影響度合いおよび電流と電圧との関係の特性を考慮して、二次電池の内部抵抗を高精度に算出することができる二次電池の内部抵抗検出装置が開示される。より詳細には、内部抵抗検出に分極状態（分極の影響度合い）を表わす指数として分極指数を用い、電極近傍の溶液濃度を電気量で表現したものである当該分極指数によって、充放電による電極近傍の溶液濃度変化および拡散による解消分を考慮して内部抵抗を精度よく検出することが開示されている。さらに、特許文献２には、二次電池の内部抵抗を高精度で検出し、内部抵抗の増加によって二次電池の劣化の検出を行なうことにより、エンジンの始動性の低下等を未然かつ確実に防止することが可能となることが記載されている。

また、特開２０００−１２３８８６号公報（特許文献３）では、履歴現象による影響とは係わりなく、車両用二次電池の満充電状態を判定することが可能な満充電判定装置が開示されている。特に特許文献３では、バッテリ内に生じる分極による電圧変化と、分極の大きさを示す分極指標との関係を示す一次直線の勾配を算出するとともに、算出した勾配と、予め定められた満充電状態の電圧変化と分極指標との関係を示す一次直線の勾配との比較判定によって、満充電状態を判定することが開示されている。また、特許文献３には、分極による電圧変化と電極表面での電解液の濃度変化とが関連することが記載されている。

さらに、特開２００６−４２４９７号公報（特許文献４）には、二次電池内部でのイオン濃度分布推定に基づくローカルＳＯＣに応じて、一部の動力源が二次電池からの電力によって駆動力を発生する動力出力装置における複数の動力源の間での駆動力配分制御を適正化することが開示されている。具体的には、二次電池の電極でのイオン濃度分布推定に基づくローカルＳＯＣと、二次電池全体マクロで見た全体ＳＯＣとの比較に従って、駆動力配分制御が修正される。
特開平１１−１８７５７７号公報 特開２００４−３１１７０号公報 特開２０００−１２３８８６号公報 特開２００６−４２４９７号公報

上記特許文献１〜４にも記載されるように、通常の二次電池の充放電制御では、電池状態に応じて充放電電力の上限値を適切に設定して、当該範囲内に二次電池の充放電を制限することによって、電池劣化の急激な進行を防止することが行なわれていた。一般的には、電池電圧が管理範囲外（過充電による上限値外れあるいは過放電による下限値外れ）になること、あるいは、電池温度が管理範囲外（特に過高温）となることを防止するように、充放電電力の上限値が決定される。

しかしながら、二次電池の特定種類、たとえばリチウムイオン電池等においては、上記のような、電池温度および電池電圧を管理範囲内に維持するように充放電を制御していても、劣化が進行する可能性があることが発明者らにより発見された。

このような劣化の進行は、最終的には内部抵抗の増加として現れるが、充放電制御の好ましい形態としては、内部抵抗の増加に繋がる前段階で二次電池が劣化傾向にあることを把握して、この劣化傾向を打ち消すような方向に充放電制御を修正することが好ましい。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電極間の電解質イオン濃度推定に基づいて、二次電池の劣化進行を検知するとともに充放電制御を修正することによって、電池性能の劣化を未然かつ確実に防止することである。

この発明による二次電池の制御システムは、負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の制御システムであって、二次電池は、所定物質を含む活物資を含んで構成される第１および第２の電極と、第１および第２の電極間でイオン化した所定物質を伝導するためのイオン伝導体とを含む。制御システムは、濃度推定部と、充放電制御部とを備える。濃度推定部は、二次電池の使用状態に基づいて、イオン伝導体における電解液中の電解質イオン濃度を推定するように構成される。充放電制御部は、濃度推定部による電解質イオン濃度の推定値に基づいて、電解質イオン濃度を正常範囲に維持するように二次電池の充放電を制御するように構成される。

この発明による二次電池の制御方法は、負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の制御方法であって、二次電池は、所定物質を含む活物資を含んで構成される第１および第２の電極と、第１および第２の電極間でイオン化した所定物質を伝導するためのイオン伝導体とを含む。制御方法は、二次電池の使用状態に基づいて、イオン伝導体における電解液中の電解質イオン濃度を推定するステップと、推定するステップによる電解質イオン濃度の推定値に基づいて、電解質イオン濃度を正常範囲に維持するように二次電池の充放電を制御するステップとを備える。

上記二次電池の制御システムおよび制御方法によれば、イオン伝導体（セパレータ）における電解液中の電解質イオン濃度（以下、電解液濃度）を正常範囲に維持するように、二次電池の充放電を制御（たとえば、充放電条件を修正）することができる。これにより、充放電条件によって電解液濃度の変化量が大きく異なり、かつ、電解液濃度の変化が著しくなった時点で内部抵抗が上昇するような特性の二次電池について、電池性能の劣化を未然かつ確実に防止することができるので、電池の長寿命化を図ることができる。

好ましくは、二次電池の制御システムにおいて、濃度推定部は、第１の変化率推定部と、濃度推定値算出部とを含む。第１の変化率推定部は、二次電池の充放電電流および充放電時間に基づいて、電解質イオン濃度の変化率の推定値を算出するように構成される。濃度推定値算出部は、第１の変化率推定部によって算出された変化率推定値に従って、二次電池の使用に伴う電解質イオン濃度の変化を積算することによって、電解質イオン濃度の推定値を逐次求めるように構成される。あるいは、二次電池の制御方法において、推定するステップは、二次電池の充放電電流および充放電時間に基づいて、電解質イオン濃度の変化率の推定値を算出するステップと、算出された変化率推定値に従って、二次電池の使用に伴う電解質イオン濃度の変化を積算することによって、電解質イオン濃度の推定値を逐次求めるステップとを含む。

さらに好ましくは、二次電池の制御システムにおいて、第１の変化率推定部は、予め求められた、充放電電流および充放電時間と変化率との関係を格納したマップの参照によって、二次電池の充放電毎に充放電電流および充放電時間に基づいて変化率推定値を求めるように構成される。あるいは、二次電池の制御方法において、算出するステップは、予め求められた、充放電電流および充放電時間と変化率との関係を格納したマップの参照によって、二次電池の充放電毎に充放電電流および充放電時間に基づいて変化率推定値を求める。

また、さらに好ましくは、二次電池の制御システムにおいて、第１の変化率推定部は、予め求められた、電解質イオン濃度毎における、充放電電流および充放電時間と変化率との関係を格納したマップの参照によって、二次電池の充放電毎に、そのときの電解質イオン濃度、充放電電流および充放電時間に基づいて変化率推定値を求めるように構成される。あるいは、二次電池の制御方法において、算出するステップは、予め求められた、電解質イオン濃度毎における、充放電電流および充放電時間と変化率との関係を格納したマップの参照によって、二次電池の充放電毎に、そのときの電解質イオン濃度、充放電電流および充放電時間に基づいて変化率推定値を求める。

このようにすると、二次電池の充放電条件（充放電電流×充放電時間）に対する電解液濃度の変化率の特性を実験等により予め把握することによって、二次電池の使用（充放電）に伴う電解液濃度の変化を逐次推定することが可能となる。

好ましくは、二次電池の制御システムにおいて、濃度推定部は、第２の変化率推定部をさらに含む。第２の変化率推定部は、二次電池からの充放電が停止されている非使用期間において、二次電池が緩和されることによる電解質イオン濃度の変化率の推定値を、少なくとも二次電池の温度および二次電池の非使用期間の長さに基づいて算出するように構成される。そして、濃度推定値算出部は、第２の変化率推定部により算出された変化率推定値に基づいて、二次電池の使用開始時点における電解質イオン濃度の推定値を算出するように構成される。あるいは、二次電池の制御方法において、推定するステップは、二次電池からの充放電が停止されている非使用期間において、二次電池が緩和されることによる電解質イオン濃度の変化率の推定値を、少なくとも二次電池の温度および二次電池の非使用期間の長さに基づいて算出するステップをさらに含む。そして、逐次求めるステップは、非使用期間に算出された変化率推定値に基づいて、二次電池の使用開始時点における電解質イオン濃度の推定値を求める。

このようにすると、二次電池からの充放電が停止されている非使用期間においても、電池の緩和の影響による電解液濃度の変化を反映することができる。この結果、電解液濃度の推定精度を高めて、電解液濃度を正常範囲に維持するための充放電制御の精度を高めることができる。これにより、電池性能の劣化をさらに確実に防止することができる。

好ましくは、二次電池の制御システムにおいて、充放電制御部は、判定部と、充放電条件修正部とを含む。判定部は、濃度推定部による電解質イオン濃度の推定値と、電解質イオン濃度の初期値との差が第１の所定値以上となったときに、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定するように構成される。充放電条件修正部は、判定部によって電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときに、電解質イオン濃度を正常範囲に復帰させるために、二次電池の充放電条件の修正を行なうように構成される。あるいは、二次電池の制御方法において、充放電を制御するステップは、推定するステップによる電解質イオン濃度の推定値と、電解質イオン濃度の初期値との差が第１の所定値以上となったときに、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定するステップと、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときに、電解質イオン濃度を正常範囲に復帰させるために、二次電池の充放電条件の修正を行なうステップとを含む。

このような構成とすることにより、二次電池の使用に従って逐次推定される電解液濃度が初期濃度から所定値以上外れたときに正常範囲を外れたと判定して、電解質イオン濃度を正常範囲に復帰させるような充放電条件の修正を行なうことができる。これにより、電解液濃度の変化を初期値から所定範囲内に抑えて、二次電池の劣化の進行を防止することが可能となる。

好ましくは、二次電池の制御システムにおいて、充放電制御部は、濃度変化検出部と、傾向検知部と、判定部と、充放電条件修正部とを含む。濃度変化検出部は、所定期間毎に当該期間内における電解質イオン濃度の推定値の変化量を求めるように構成される。傾向検知部は、濃度変化検出部によって求められた変化量に基づいて、電解質イオン濃度が所定以上上昇する頻度を示す第１の頻度および電解質イオン濃度が所定以上低下する頻度を示す第２の頻度を算出するように構成される。判定部は、傾向検知部によって算出された第１の頻度および第２の頻度が第１の所定条件を満たしたときに、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定するように構成される。充放電条件修正部は、判定部によって電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときに、電解質イオン濃度を正常範囲に復帰させるために、二次電池の充放電条件の修正を行なうように構成される。あるいは、二次電池の制御方法において、充放電を制御するステップは、所定期間毎に当該期間内における電解質イオン濃度の推定値の変化量を求めるステップと、求められた変化量に基づいて、電解質イオン濃度が所定以上上昇する頻度を示す第１の頻度および電解質イオン濃度が所定以上低下する頻度を示す第２の頻度を算出するステップと、第１の頻度および第２の頻度が第１の所定条件を満たしたときに、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定するステップと、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときに、電解質イオン濃度を正常範囲に復帰させるために、二次電池の充放電条件の修正を行なうステップとを含む。なお、さらに好ましくは、所定期間は、一定長さの時間、または、負荷の運転開始から運転終了までの期間に対応する。

このようにすると、一定時間毎あるいは１回の運転期間（自動車における走行開始から走行終了までの期間）毎での電解液濃度の変化傾向のトレースにより、電解液濃度が正常範囲内であるかどうかを判定することができる。このようにすると、電解液濃度が初期値から大きく外れる前に、二次電池が充電過多（電解液濃度上昇）傾向あるいは放電過多（電解液濃度低下）傾向である使用傾向を把握して、電解液濃度を正常範囲に維持するような充放電条件の修正をより早期に機能させることが可能となる。これにより、電池性能の劣化を未然に防止する効果がさらに高められる。

さらに好ましくは、二次電池の制御システムにおいて、判定部は、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定した後に、電解質イオン濃度の推定値と、電解質イオン濃度の初期値との差が、第１の所定値よりも低い第２の所定値以下に復帰したときには、電解質イオン濃度が正常範囲に復帰したと判定するように構成される。そして、充放電条件修正部は、判定部によって電解質イオン濃度が正常範囲に復帰したと判定されたときには、充放電条件の修正を停止するように構成される。あるいは、判定部は、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定した後に、傾向検知部によって算出された第１の頻度および第２の頻度が第２の所定条件を満たしたときには、電解質イオン濃度が正常範囲に復帰したと判定するように構成される。そして、充放電条件修正部は、判定部によって電解質イオン濃度が正常範囲に復帰したと判定されたときには、充放電条件の修正を停止するように構成される。

さらに好ましくは、二次電池の制御方法において、判定するステップは、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定した後に、電解質イオン濃度の推定値と、電解質イオン濃度の初期値との差が、第１の所定値よりも低い第２の所定値以下に復帰したときには、電解質イオン濃度が正常範囲に復帰したと判定し、充放電を制御するステップは、判定するステップにより電解質イオン濃度が正常範囲に復帰したと判定されたときには、充放電条件の修正を停止する。あるいは、判定するステップは、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定した後に、算出された第１の頻度および第２の頻度が第２の所定条件を満たしたときには、電解質イオン濃度が正常範囲に復帰したと判定し、充放電を制御するステップは、判定するステップにより電解質イオン濃度が正常範囲に復帰したと判定されたときには、充放電条件の修正を停止する。

このようにすると、電解液濃度が正常範囲に復帰した後は、充放電条件の修正を中止するので、電池劣化に悪影響を与えない範囲では、二次電池の性能を最大限に発揮させることが可能となる。また、電解液濃度が正常範囲から外れたことを判定する際の条件と、正常範囲外から正常範囲に復帰したことを判定する条件との間にヒステリシスを設けることにより、電解液濃度が正常範囲内／外のいずれであるかの判定結果が頻繁に変化（ハンチング）することにより、充放電条件の修正が頻繁に実行／停止されて、充放電制御が不安定となることを防止できる。

また好ましくは、二次電池の制御システムにおいて、充放電制御部は、判定部と、充放電条件修正部とを含む。判定部は、濃度推定部による電解質イオン濃度の推定値に従って、電解質イオン濃度が正常範囲であるか否かを判定するように構成される。充放電条件修正部は、判定部によって電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときには、二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第１の電力および出力可能な第２の電力を設定することによって実行される充放電制限において、所定時間を、電解質イオン濃度が正常範囲であるときと比較して相対的に短縮するように構成される。あるいは、充放電条件修正部は、判定部によって電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときには、二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第１の電力および出力可能な第２の電力を設定することによって実行される充放電制限において、第１および第２の電力のうちの少なくとも一方の絶対値を、電解質イオン濃度が正常範囲であるときと比較して相対的に低下させるように構成される。

また好ましくは、二次電池の制御方法において、充放電を制御するステップは、推定するステップによる電解質イオン濃度の推定値に従って、電解質イオン濃度が正常範囲であるか否かを判定するステップと、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときには、二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第１の電力および出力可能な第２の電力を設定することによって実行される充放電制限において、所定時間を、電解質イオン濃度が正常範囲であるときと比較して相対的に短縮するステップとを含む。あるいは、充放電を制御するステップは、推定するステップによる電解質イオン濃度の推定値に従って、電解質イオン濃度が正常範囲であるか否かを判定するステップと、電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときには、二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第１の電力および出力可能な第２の電力を設定することによって実行される充放電制限において、第１および第２の電力のうちの少なくとも一方の絶対値を、電解質イオン濃度が正常範囲であるときと比較して相対的に低下させるステップとを含む。

このようにすると、電解質イオン濃度が正常範囲外になると、二次電池の充放電電力上限値および当該上限値による充放電上限時間の組合わせによる充放電制限を厳しくすることにより、電解液濃度が上昇あるいは下降しやすくなるような限界領域での充放電を回避させることができる。このような限界領域での二次電池の使用を制限することにより、電解液濃度を正常範囲に復帰させるように充放電を制御することができる。

好ましくは、所定物質はリチウムである。
このようにすると、大電流領域での充放電によって電解液濃度が大きく変化し、かつ電解液濃度の変化が所定以上となると内部抵抗が急激に増加する特性を有するリチウムイオン電池において、電池性能の劣化を未然かつ確実に防止して長寿命化を図ることができる。

この発明による電動車両は、上記のいずれかの二次電池の制御システムと、二次電池の制御システムの負荷として設けられた電動機とを備える。そして、電動車両は、電動機によって車両駆動力を発生するように構成される。あるいは、上記の二次電池の制御方法によって制御される二次電池は、電動車両に搭載され、負荷は、電動車両の車輪の駆動力を発生する電動機を含む。

このように構成すると、電動車両に搭載された二次電池の電池性能の劣化を未然かつ確実に防止することにより、車両駆動力の発生源として用いられる二次電池の長寿命化を図ることができる。

この発明による二次電池の制御システムおよびそれを搭載した電動車両ならびに二次電池の制御方法によれば、電極間の電解質イオン濃度（電解液濃度）の推定に基づいて、二次電池の劣化進行を検知するとともに充放電制御を修正することによって、電池性能の劣化を未然かつ確実に防止することができる。

以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係る二次電池の制御システムが搭載された電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の制御ブロック図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る二次電池の制御システムおよび制御方法によって制御される二次電池が搭載された電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の制御ブロック図である。なお、電動車両は、図１に示すハイブリッド車両に限定されるものではなく、他の態様を有するハイブリッド車両（たとえばシリーズ型ハイブリッド車両）についても、本発明を適用することが可能である。

図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、車両駆動力発生源としての、たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、単にエンジンという）１２０と、モータジェネレータ（ＭＧ）１４０とを含む。モータジェネレータ１４０は、主にモータとして機能するモータジェネレータ１４０Ａ（以下、説明の便宜上モータ１４０Ａとも表現する）および、主にジェネレータとして機能するモータジェネレータ１４０Ｂ（以下、説明の便宜上モータ１４０Ｂとも表現する）を含む。なお、ハイブリッド車両１００の走行状態に応じて、モータ１４０Ａがジェネレータとして機能したり、ジェネレータ１４０Ｂがモータとして機能したりする。

ハイブリッド車両１００は、この他に、エンジン１２０やモータジェネレータ１４０Ａで発生した動力を駆動輪１６０に伝達したり、駆動輪１６０の駆動力をエンジン１２０やモータジェネレータ１４０Ａに伝達する減速機１８０と、エンジン１２０の発生する動力を駆動輪１６０とジェネレータ１４０Ｂとの２経路に分配する動力分割機構（たとえば、遊星歯車機構）１９０と、モータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂを駆動するための電力を充電する走行用バッテリ２２０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータジェネレータ１４０Ａの交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータジェネレータ１４０Ｂの交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４１とを含む。

走行用バッテリ２２０は、本発明の実施の形態に係る二次電池の制御システムおよび制御方法によって制御される「二次電池」に相当する。

ハイブリッド車両１００は、さらに、走行用バッテリ２２０の充放電を管理制御するバッテリ制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）３１０と、エンジン１２０の動作状態を制御するエンジンＥＣＵ２８０と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ１４０Ａ，１４０ＢおよびバッテリＥＣＵ３１０、インバータ２４０等を制御するＭＧ＿ＥＣＵ３００と、バッテリＥＣＵ３１０、エンジンＥＣＵ２８０およびＭＧ＿ＥＣＵ３００等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両１００が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵ３２０とを含む。

運転者によって操作されるアクセルペダル４１０にはアクセルペダルセンサ４１５が接続され、アクセルペダルセンサ４１５は、運転者によるアクセルペダル４１０の操作量（踏込み量）に応じた出力電圧を発生する。同様に、運転者によって操作されるブレーキペダル４２０にはブレーキペダルセンサ４２５が接続され、ブレーキペダルセンサ４２５は、運転者によるブレーキペダル４２０の操作量（踏力）に応じた出力電圧を発生する。アクセルペダルセンサ４１５およびブレーキペダルセンサ４２５の出力電圧は、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０へ伝送される。このため、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、運転者によるアクセルペダル４１０およびブレーキペダル４２０の操作量を検知することができる。

本実施の形態においては、走行用バッテリ２２０とインバータ２４０との間にはコンバータ２４２が設けられている。これにより、走行用バッテリ２２０の定格電圧が、モータジェネレータ１４０Ａやモータジェネレータ１４０Ｂの定格電圧よりも低くても、コンバータ２４２で電圧を昇圧あるいは降圧することにより、走行用バッテリ２２０およびモータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂの間で電力を授受することが可能となる。このコンバータ２４２には図示しない平滑コンデンサが内蔵されており、コンバータ２４２が昇圧動作を行なう際には、この平滑コンデンサに電荷を蓄えることができる。

なお、図１においては、各ＥＣＵを別構成しているが、２個以上のＥＣＵを統合したＥＣＵとして構成してもよい（たとえば、図１に、点線で示すように、ＭＧ＿ＥＣＵ３００とＨＶ＿ＥＣＵ３２０とを統合したＥＣＵとすることがその一例である）。

代表的には、動力分割機構１９０には、エンジン１２０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂとの両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。モータジェネレータ１４０Ｂの回転数を制御することにより、動力分割機構１９０は無段変速機としても機能する。エンジン１２０の回転力はプラネタリーキャリア（Ｃ）に入力され、それがサンギヤ（Ｓ）によってモータジェネレータ１４０Ｂに、リングギヤ（Ｒ）によってモータおよび出力軸（駆動輪１６０側）に伝えられる。回転中のエンジン１２０を停止させる時には、エンジン１２０が回転しているので、この回転の運動エネルギをモータジェネレータ１４０Ｂで電気エネルギに変換して、エンジン１２０の回転数を低下させる。

図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両１００においては、発進時や低速走行時等であってエンジン１２０の効率が悪い場合には、モータジェネレータ１４０のモータ１４０Ａのみによりハイブリッド車両の走行を行ない、通常走行時には、たとえば動力分割機構１９０によりエンジン１２０の動力を２経路に分け、一方で駆動輪１６０の直接駆動を行ない、他方でジェネレータ１４０Ｂを駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータ１４０Ａを駆動して駆動輪１６０の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに走行用バッテリ２２０からの電力をモータ１４０Ａに供給してモータ１４０Ａの出力を増大させて駆動輪１６０に対して駆動力の追加を行なう。

一方、減速時には、駆動輪１６０により従動するモータ１４０Ａがジェネレータとして機能して回生制動による発電を行ない、回収した電力を走行用バッテリ２２０に蓄えることができる。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両減速（または加速の中止）させることを含む。

回生発電可能な電力は、走行用バッテリ２２０への充電電力許容値（上限値）に応じて設定される。すなわち、走行用バッテリ２２０の充電禁止時には、回生発電も禁止されて、モータジェネレータ１４０Ａのトルク指令値は零に設定される。

また、走行用バッテリ２２０の充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１２０の出力を増加してジェネレータ１４０Ｂによる発電量を増やして走行用バッテリ２２０に対する充電量を増加する。もちろん、低速走行時でも必要に応じてエンジン１２０の出力を増加する制御を行なう。たとえば、上述のように走行用バッテリ２２０の充電が必要な場合や、エアコン等の補機を駆動する場合や、エンジン１２０の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合等である。

駆動輪１６０および図示しない車輪の各々には、ブレーキ機構４６０が設けられる。ブレーキ機構４６０は、各車輪に対応して設けられたディスクロータ４６５を、ブレーキアクチュエータ４５０の発生油圧によって操作されるブレーキパッド（摩擦材）によって押さえ付けることにより発生される摩擦力によって車両の制動力が得られるように構成されている。ブレーキアクチュエータ４５０による油圧発生量は、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０によって制御される。

ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ブレーキペダル４２０の操作量等から車両全体での要求制動力を算出し、算出した全体要求制動力が、モータ１４０Ａによる回生制動力およびブレーキ機構４６０による油圧制動力によって協調的に発生されるように制御する。

図２には、本発明の実施の形態による二次電池の制御システムの概略構成が示される。
走行用バッテリ２２０は、複数の電池セル２２０♯を接続した組電池により構成される。以下に説明するように、走行用バッテリ２２０は、代表的にはリチウムイオン二次電池により構成される。

走行用バッテリ２２０は、インバータ２４０，２４１およびコンバータ２４２を介して、モータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂ（ＭＧ（１），ＭＧ（２））と接続されている。すなわち、本実施の形態では、インバータ２４０，２４１およびコンバータ２４２から構成されるＰＣＵ（Power Control Unit）ならびにモータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂ（ＭＧ（１），ＭＧ（２））が、一体的に走行用バッテリ２２０の「負荷」を構成する。

また、走行用バッテリ２２０の端子電圧（以下、バッテリ電圧Ｖｂと称する）を検出する電圧センサ２２６、走行用バッテリ２２０に流れる電流を検出する電流センサ２２２が設けられている。電圧センサ２２６については、端子間電圧のみでなく、所定個数の電池セル２２０♯により構成される電池ブロック（図示せず）毎に出力電圧を測定できるように、さらに配置してもよい。

また以下では、電流センサ２２２により検出される走行用バッテリ２２０および負荷の間の入出力電流をバッテリ電流Ｉｂと称する。なお、バッテリ電流Ｉｂは、図中の矢印方向を正電流方向と定義する。すなわち、放電時にはＩｂ＞０（正）であり、充電時にはＩｂ＜０（負）である。したがって、走行用バッテリ２２０の負荷に対する入出力電力は、バッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂの積で示され、放電時には正値となり、充電時には負値となる。

さらに、走行用バッテリ２２０の複数箇所に電池温度を検出する温度センサ２２４が設けられている。温度センサ２２４を複数箇所に設けたのは、走行用バッテリ２２０の温度が局所的に異なる可能性があるからである。電流センサ２２２、電圧センサ２２６および温度センサ２２４の出力は、バッテリＥＣＵ３１０へ送出される。

バッテリＥＣＵ３１０では、これらのセンサ出力値に基づき、電池の残存容量（ＳＯＣ）を算出し、さらにバッテリ充放電制限を実行する。

代表的には、充放電制御は、推定したＳＯＣが目標ＳＯＣに合致するように行なわれる。また、バッテリＥＣＵ３１０は、走行用バッテリ２２０の過放電および過充電を防止するために、充電電力上限値Ｗｉｎ（Ｗｉｎ≦０）および放電電力上限値Ｗｏｕｔ（Ｗｏｕｔ≧０）を決定し、ＭＧ＿ＥＣＵ３００およびＨＶ＿ＥＣＵ３２０へ送出する。

たとえば、充電電力上限値Ｗｉｎは、過充電によって、バッテリ電圧Ｖｂが最高許容電圧（上限電圧）より高くなったり、ＳＯＣが上限管理値より高くなったりするのを防止するように設定される。同様に、放電電力上限値Ｗｏｕｔは、過放電によって、バッテリ電圧Ｖｂが最低許容電圧（下限電圧）より低くなったり、ＳＯＣが下限管理値よりも低くなったりするのを防止するように設定される。ここで、上限電圧および下限電圧は、走行用バッテリ２２０の最高定格電圧および最低定格電圧、あるいは、走行用バッテリ２２０に接続される機器（負荷）の動作可能（保証）電圧等に従って決定される。さらに、充放電電力上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの絶対値はバッテリ温度Ｔｂによっても変化し、高温時、低温時には、通常温度時と比較して低く抑えられる。

特に、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔの範囲内で走行用バッテリ２２０が充放電されるように、各モータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂの動作指令値（代表的にはトルク指令値）を設定する。たとえば、上述のような、走行状況に応じたエンジン１２０およびモータ１４０Ａの間での車両駆動力の出力配分は、モータ１４０Ａでの消費電力を含む走行用バッテリ２２０の出力電力が放電電力上限値Ｗｏｕｔを超えないように考慮される。

また、回生制動時には、モータジェネレータ１４０Ａによる発電電力を含む走行用バッテリ２２０への入力電力が充電電力上限値Ｗｉｎを超えないように考慮した上で、モータジェネレータ１４０Ａのトルク指令値（一般に負トルク）が設定される。なお、上述のように、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、運転者によるブレーキ操作時には、モータジェネレータ１４０Ａによる回生制動力およびブレーキ機構４６０による油圧制動力の和により、車両全体への要求制動力が得られるように協調制御を行なうので、充電電力上限値Ｗｉｎによりモータジェネレータ１４０Ａによる回生制動力が制限されても、必要な車両制動力を得ることが可能である。

図３は、図１に示した走行用バッテリ２２０を構成する電池セルの概略構成図である。上述のように、図３に示した電池セル２２０♯が直列接続、あるいは直並列接続された組電池として走行用バッテリ２２０が構成される。

図３を参照して、電池セル２２０♯は、負極１２と、セパレータ１４と、正極１５とを含む。セパレータ１４は、負極および正極の間に設けられた樹脂に電解液を浸透させることで構成され、本発明での「イオン伝導体」に対応する。

負極１２および正極１５の各々は、球状の活物質１８の集合体で構成される。放電時には、負極１２の活物質１８の界面上では、リチウムイオンＬｉ⁺および電子ｅ^-を放出する電気化学反応が行なわれる。一方、正極１５の活物質１８の界面上では、リチウムイオンＬｉ⁺および電子ｅ^-を吸収する電気化学反応が行なわれる。

負極１２には電子ｅ^-を吸収する電流コレクタ１３が設けられ、正極１５には電子ｅ^-を放出する電流コレクタ１６が設けられる。負極の電流コレクタ１３は、代表的には銅で構成され、正極の電流コレクタ１６は、代表的にはアルミで構成される。電流コレクタ１３には負極端子１１ｎが設けられ、電流コレクタ１６には正極端子１１ｐが設けられる。セパレータ１４を介したリチウムイオンＬｉ⁺の授受によって、電池セル２２０♯では充放電が行なわれ、充電電流Ｉｂ（＞０）または放電電流Ｉｂ（＜０）が生じる。

電池セル２２０♯が、リチウムイオン二次電池である場合には、電解液には、支持電解質であるリチウム塩が溶媒に溶解されている。ここで、セパレータ１４の電解液中での電解質イオン濃度について、以下では単に「電解液濃度」とも称することとする。

ここで、リチウムイオン二次電池に代表される特定種類の電池で顕著となる、二次電池の電解液濃度特性について、図４および図５を用いて説明する。

図４を用いて、特定の種類の二次電池では、小電流の充放電では、電解液濃度の変化量ΔＢｂはそれほど大きくならないものの、大電流で充放電を行なうと、電解液濃度の変化量ΔＢｂが急激に大きくなる特性があることが、発明者らにより見出された。具体的には、大電流での充電により、電解液濃度は上昇方向に大きく変化する一方で、大電流での放電により、電解液濃度は低下方向に大きく変化する。

そのため、通常電流範囲内での充放電により二次電池を使用している場合には、残存容量（ＳＯＣ）を一定値に制御するような充放電の繰返しにより、電解液濃度は、初期値（新品時）からそれほど大きく上昇あるいは低下しない。

しかしながら、ハイブリッド車両の運転者特性等によって、たとえば、高加速走行を頻繁に行なうことによって、大電流での放電を伴う運転が頻繁に行なわれる場合には、二次電池の使用が進むにつれて、電解液濃度が初期値から大きく低下する可能性がある。反対に、降坂走行等による回生発電が頻繁に行なわれるような使用条件で運転される場合には、充電過多の傾向となって、二次電池の使用が進むにつれて、電解液濃度が初期値から大きく上昇する可能性がある。

一方、図５に示すように、リチウムイオン二次電池に代表される特定種類の電池では、電解液濃度の変化量ΔＢｂがそれほど大きくない領域では、内部抵抗の増加もそれほど顕著でない一方で、電解液濃度の変化量ΔＢｂが一定以上となると、急激に新品時と比較した内部抵抗上昇量ΔＲが急激に増大するような特性があることが、発明者らにより見出された。

すなわち、内部抵抗の上昇が顕著になる領域まで電解液濃度が初期値から変化すると、電池性能の制約や二次電池の寿命の問題が発生するおそれがある。したがって、効率的な二次電池の劣化防止を行なうためには、内部抵抗の変化をフィードバックして充放電条件を修正するのではなく、その前段階において、電解液濃度の変化が正常範囲に収まるように充放電制御を行なうことが重要であることが理解される。

このような知見に鑑みて、この発明の実施の形態による二次電池の制御システムおよび制御方法では、以下に説明するような、電解液濃度が所定の正常範囲内に維持されるような二次電池の充放電制御を実行する。

図６は、本発明の実施の形態に従う二次電池の制御システムの構成を示す概略ブロック図である。

図６を参照して、本発明の実施の形態による二次電池の制御システム２００は、二次電池の使用状態に基づいて電解液濃度を推定するように構成された電解液濃度推定部２０２と、電解液濃度推定部２０２による電解液濃度推定値Ｂ♯に基づいて、電解液濃度を正常範囲に維持するように二次電池の充放電を制御するための充放電制御部２０４とを備える。

さらに、制御システム２００は、二次電池の状態量である、バッテリ温度Ｔｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂに基づいて二次電池の状態を推定することにより、残存容量推定値（推定ＳＯＣ）を算出する電池状態推定部２０５をさらに備える。電池状態推定部２０５は、推定ＳＯＣおよび電池状態（代表的にはバッテリ温度Ｔｂ）に基づいて、二次電池の充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔを設定する。

電解液濃度推定部２０２は、ハイブリッド車両１００の運転開始指示に相当する、ハイブリッドシステムを作動させるためのパワースイッチのオン信号ＰＯＮに応答して、二次電池の使用時において、充放電電流（バッテリ電流Ｉｂ）に基づいて電解液濃度の変化率ΔＢを推定する濃度変化率推定部２１０と、推定された変化率ΔＢに従って、二次電池の使用中における電解液濃度推定値Ｂ♯を逐次算出する濃度推定値算出部２３０とを含む。濃度変化率推定部２１０は、充放電電流に基づいて電解液濃度の変化率ΔＢを推定するためのマップ２２１を含む。

充放電制御部２０４は、濃度推定値算出部２３０によって推定された電解液濃度推定値Ｂ♯に基づいて、電解液濃度が正常範囲内であるかどうかを判定する判定部２５０と、判定部２５０による判定結果を示すフラグＦＬに従って、電解液濃度が正常範囲外となったときに電解液濃度を正常範囲内に復帰させるように二次電池の充放電条件を修正するための充放電条件修正部２６０とを含む。

以下、各ブロックの動作について詳細に説明していく。まず、電解液濃度推定部２０２を構成する、濃度変化率推定部２１０および濃度推定値算出部２３０の動作について説明する。

図７に示されるように、二次電池の電解液濃度は、二次電池の充放電に伴って変化する。図７には、一定電流での充放電に伴う、当該電流での充放電時間ｔｂａｔ（横軸）に対する、当該充放電による電解液濃度の変化率ΔＢの特性が示される。このような特性は、種々の電流値により実際の二次電池を充放電する実験を行なって、このときに電解液濃度の変化を測定することで求めることができる。

このような実験結果に基づいて二次電池の充放電に伴う電解液濃度の変化率ΔＢについて、充放電電流Ｉｂおよび充放電時間ｔｂａｔの関数ｆ（Ｉｂ，ｔｂａｔ）として、ΔＢ＝ｆ（Ｉｂ，ｔｂａｔ）と示すことができる。変化率ΔＢは、当該充放電の開始時における電解液濃度からの変化率（％）で示されるものとする。すなわち、充放電開始時（ｔｂａｔ＝０）の初期値は、ΔＢ＝０である。

図７に示すように、充放電電流の絶対値｜Ｉｂ｜が大きくなると、電解液濃度変化率の絶対値｜ΔＢ｜も大きくなる傾向にあり、特に充放電電流が所定以上の大きさとなると、変化量の絶対値｜ΔＢｂ｜も急激に大きくなる。

すなわち、事前に実験等により求められた、図７に示すような種々の電流での特性を示す関数ｆ（Ｉｂ，ｔｂａｔ）に基づいて、充放電電流Ｉｂおよび充放電時間ｔｂａｔに応じて、マップ値として、変化率ΔＢ＝ｆ（Ｉｂ，ｔｂａｔ）が抽出されるように、マップ２２１を構築することができる。これにより、一定電流での二次電池の充放電が終了するたびに、マップ２２１の参照によって、当該充放電による電解液濃度の変化率ΔＢを都度算出することができる。

図８は、濃度変化率推定部２１０の動作をバッテリＥＣＵ３１０によるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を説明するフローチャートである。

図８を参照して、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１１では、ＰＯＮ信号に基づいて、パワーオン中、すなわち二次電池が使用中であるかどうかを判断する。そして、二次電池の非使用期間（Ｓ１１１のＮＯ判定時）には、以下の処理を終了することなくサブルーチンを終了する。

一方、二次電池の使用中（Ｓ１１１のＹＥＳ判定時）には、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１２により、現在のバッテリ電流Ｉｂを取得する。そしてステップＳ１１３により、前回のサブルーチン実行時と比較してバッテリ電流Ｉｂの変化量が所定以下であるかどうかを判定する。すなわち、ステップＳ１１３では、一定電流による充放電が継続されているか否かが判断される。

バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１３のＮＯ判定時、すなわちバッテリ電流Ｉｂが変化していない場合には、当該電流での充放電が継続されていると判断して、ステップＳ１１４により、当該充放電の継続時間を計測するためのカウンタ値をアップする。

一方、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１３のＹＥＳ判定時、すなわち、バッテリ電流Ｉｂが前回のサブルーチン実行時から変化している場合には、一定電流による充放電が終了したと判断して、当該充放電による電解液濃度の変化率ΔＢを推定するために、ステップＳ１１５，Ｓ１１６の処理を実行する。

バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１５では、ステップＳ１１４によるこれまでのカウンタ値に基づき、一定電流での充放電時間ｔｂａｔを算出する。そして、ステップＳ１１６では、当該充放電の電流ＩｂおよびステップＳ１１５で求めた充放電時間に基づくマップ２２１の参照により、変化率ΔＢ＝ｆ（Ｉｂ，ｔｂａｔ）を算出する。これにより、一定電流による充放電が終了する１イベントごとに、当該充放電による電解液濃度の変化率ΔＢが都度算出されることとなる。

なお、図７に示した特性は、バッテリ温度Ｔｂごとに実験を行なった上で設定してもよい。このときには、マップ２２１は、充放電電流Ｉｂ、充放電時間ｔｂａｔおよびバッテリ温度Ｔｂに応じて、マップ値として、変化率ΔＢ＝ｆ（Ｉｂ，Ｔｂ，ｔｂａｔ）を算出するように構成される。

あるいは、変化率ΔＢについては、そのときの電解液濃度レベルに応じて変化することも考えられるので、これに対応するためには、電解液濃度レベルを振った上で図７の特性を調べ、充放電電流Ｉｂ，充放電時間ｔｂａｔおよびそのときの電解液濃度推定値Ｂ♯に応じて、変化率ΔＢ＝ｆ（Ｉｂ，ｔｂａｔ，Ｂ♯）を算出するようにマップ２２１を構成すればよい。

このように、濃度変化率推定部２１０は、少なくとも充放電電流Ｉｂおよび充放電時間ｔｂａｔに基づき、あるいはこれに加えて、バッテリ温度Ｔｂおよび／または当該充放電の開始時における電解液濃度推定値Ｂ♯をさらに反映して、当該充放電による電解液濃度の変化率ΔＢを算出するように構成することができる。

図９は、図６に示した濃度推定値算出部２３０の動作をソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を説明するフローチャートである。

図９を参照して、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１２１では、濃度変化率推定部２１０によって変化率ΔＢが算出されたかどうかを判定する。上述のように、変化率ΔＢは、一定電流による充放電が終了する１イベントごとに算出されるので、一定電流による充放電継続中には、変化率ΔＢは算出されず、ステップＳ１２１はＮＯ判定とされる。バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１２１のＮＯ判定時には、現在の電解液濃度推定値Ｂ♯を維持する（ステップＳ１２３）。

一方、バッテリＥＣＵ３１０は、濃度変化率推定部２１０により変化率ΔＢが算出されたとき（Ｓ１２１のＹＥＳ判定時）、すなわち一定電流による充放電が終了した場合には、ステップＳ１２２により、算出された変化率ΔＢを反映して、電解液濃度推定値Ｂ♯を更新する。

このようにして、一定電流による充放電が終了するたびに、当該充放電による電解液濃度の変化を推定して、電解液濃度推定値Ｂ♯を逐次更新することができる。

なお、濃度変化率推定部２１０（マップ２２１）については、電解液濃度変化率ΔＢに代えて、電解液濃度変化量ΔＢｂを推定するように構成することも可能である。この場合には、図９のステップＳ１１２での処理は、現在の電解液濃度推定値Ｂ♯にΔＢｂを加算して更新する演算が実行されることとなる。

あるいは、マップ２２１によって算出される変化率ΔＢを、図７に示した電解液濃度の時間変化を示す曲線の接線の傾きと、演算周期Ｔ（サブルーチンの実行周期）との積に対応して定義することも可能である。このようにすると、図８に示したサブルーチンでは、バッテリ電流Ｉｂの非変化時（Ｓ１１３のＮＯ判定時）に実行されるステップＳ１４１においても、当該電流によるこれまでの充放電時間ｔｂａｔに応じて変化率ΔＢが都度求められる。この結果、図８および図９のサブルーチンの実行毎に、電解液濃度変化率ΔＢおよび電解液濃度推定値Ｂ♯が、都度算出される制御構造となる。

次に、充放電制御部２０２を構成する判定部２５０および充放電条件修正部２６０について詳細に説明する。

図１０は、図６に示した判定部２５０の動作をバッテリＥＣＵ３１０によるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を示すフローチャートである。

図１０を参照して、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１３１では、電解液濃度が正常範囲内であるか否かを示すフラグＦＬの値を確認する。ここでは、フラグＦＬは、電解液濃度が正常範囲内であるときには“０”に設定され、電解液濃度が正常範囲を外れたときには“１”に設定されるものとする。なお、記載は省略するが、ＦＬ＝１に設定されるときには、電解液濃度が、正常範囲から高過ぎる方向あるいは低過ぎる方向のいずれに外れているかを示すフラグが別に設定されているものとする。

バッテリＥＣＵ３１０は、ＦＬ＝０のとき（Ｓ１３１のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３２により、濃度推定値算出部２３０により推定された電解液濃度推定値Ｂ♯が初期濃度（適正濃度）Ｂ０から所定以上変化しているか否かの判定によって、現在の電解液濃度が正常範囲内であるかどうかを判定する。具体的には、ステップＳ１３２では、｜Ｂ♯−Ｂ０｜＞α１であるかどうかが判定される。α１は、予め定められた判定値である。

バッテリＥＣＵ３１０は、｜Ｂ♯−Ｂ０｜＞α１のとき（Ｓ１３２のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１３４により、電解液濃度が正常範囲を外れたと判定して、フラグＦＬ＝１に設定する。

一方、バッテリＥＣＵ３１０は、｜Ｂ♯−Ｂ０｜≦α１であるとき（Ｓ１３２のＮＯ判定時）には、ステップＳ１３５により、電解液濃度が正常範囲内であると判定して、フラグＦＬ＝０に維持する。

一旦、電解液濃度が正常範囲外であると判定されて、フラグＦＬ＝１に設定された場合には、ステップＳ１３１がＮＯ判定となるので、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１３３により、ステップＳ１３２とは異なる判定値α２を用いて、電解液濃度が正常範囲内に復帰したか否かの判定を実行する。具体的には、ステップＳ１３３では、｜Ｂ♯−Ｂ０｜＜α２であるかどうかを判定する。この判定値α２は、ステップＳ１３２での判定値α１よりも小さい値（α２＜α１）に設定される。そして、一旦、電解液濃度が正常範囲外（ＦＬ＝１）と判定された場合には、初期濃度Ｂ０からの電解液濃度推定値Ｂ♯の変化量の絶対値が判定値α２より小さくなったとき（Ｓ１３３のＹＥＳ判定時）に、電解液濃度が正常範囲に復帰したと判断してフラグＦＬ＝０に更新する。

一方、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１３３のＮＯ判定時には、ステップＳ１３４により、フラグＦＬ＝１に維持する。

このように、電解液濃度が正常範囲から外れたことを判定する場合の判定値α１と、正常範囲外から正常範囲に復帰したことを判定する判定値α２との間にヒステリシスを設けているので、電解液濃度が正常範囲内／外のいずれであるかの判定結果が頻繁に変化（ハンチング）するのに伴って、後述する充放電条件の修正が頻繁に実行／停止されて、充放電制御が不安定となることを防止できる。

図１１は、図６に示した充放電条件修正部２６０の動作をバッテリＥＣＵ３１０によるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を示すフローチャートである。

図１１を参照して、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１４１により、判定部２５０によって設定されたフラグＦＬに従って、充放電条件の修正が必要であるかどうかを判定する。そして、バッテリＥＣＵ３１０は、フラグＦＬ＝０のとき（ステップＳ１４１のＮＯ判定時）には、ステップＳ１４３により、充放電条件を通常時のままに維持する。一方、フラグＦＬ＝１のとき（ステップＳ１４１のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１４２により、充放電条件が通常時よりも厳しいものに修正される。

たとえば、ステップＳ１４２では、現在の二次電池の状態に基づいて電池状態推定部２０５により設定された、充放電制限を示す充電電力上限値Ｗｉｎ，放電電力上限値Ｗｏｕｔおよび当該上限値での充電制限時間ｔ（Ｗｉｎ），放電制限時間ｔ（Ｗｏｕｔ）が修正される。

ここで、充放電電力制限について説明しておく。
図１２は、充放電電力上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの設定の一例を説明する概念図である。

図１２を参照して、電池状態推定部２０５は、そのときのバッテリ温度Ｔｂおよび推定ＳＯＣに基づいて、充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔを設定する。

図１２から理解されるように、高温領域あるいは極低温領域においては、通常温度領域よりも二次電池の充放電が制限されて、Ｗｉｎ≒０およびＷｏｕｔ≒０に設定される。このように、充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔは、バッテリ温度ＴｂおよびＳＯＣに応じて可変に設定されることになる。

なお、図１２では、バッテリ温度Ｔｂに対する充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔが対称に設定されている（Ｗｏｕｔ＝−Ｗｉｎ）が、充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔの設定は任意とすることができる。

なお、図１３に示すように、充放電電力上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔについては、複数種類設定されることが一般的であり、その種類ごとに、充放電電力上限値およびその上限電力による充放電継続の制限時間ｔ（Ｗｉｎ），ｔ（Ｗｏｕｔ）が設定されている。

たとえば、標準定格値として、ｔ１＝２〜５秒程度における、充電電力上限値Ｗｉｎ（１）および放電電力上限値Ｗｏｕｔ（１）が設定される。あるいは、ごく短時間（たとえば、ｔ２＜１秒程度）の間、運転者の出力要求を満たすために、上記標準定格値よりも充放電電力を緩和するための短時間定格値Ｗｉｎ（２），Ｗｏｕｔ（２）が設定される。あるいは、長時間継続する充放電電力を制限するために、ｔ３＝１０秒程度の継続定格値として、充電電力上限値Ｗｉｎ（３）および放電電力上限値Ｗｏｕｔ（３）が設定される。

図１３に示したこれらの定格値の間では、ｔ２＜ｔ１＜ｔ３であり、｜Ｗｉｎ（３）｜＜｜Ｗｉｎ（１）｜＜｜Ｗｉｎ（２）｜であり、同様に、Ｗｏｕｔ（３）＜Ｗｏｕｔ（１）＜Ｗｏｕｔ（２）である。これらの充放電定格値（充放電電力上限値および制限時間）については、図１２と同様のマップが予め準備されて、二次電池の状態（たとえば、バッテリ温度および推定ＳＯＣ）に応じて設定される。

なお、本実施の形態では、特に説明しない限り、充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔは、上記Ｗｉｎ（１）〜Ｗｉｎ（３）および上記Ｗｏｕｔ（１）〜Ｗｏｕｔ（３）をそれぞれ包括する意味にも用いられる。同様に、充放電継続の制限時間ｔ（Ｗｉｎ），ｔ（Ｗｏｕｔ）についても、上記ｔ１〜ｔ３を包括する意味にも用いられる。

再び図１１を参照して、バッテリＥＣＵ３１０は、フラグＦＬ＝０のときは、ステップＳ１４３により、電池状態推定部２０５によって設定された、図１２および図１３に示した充放電定格値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，ｔ（Ｗｉｎ），ｔ（Ｗｏｕｔ）をそのまま採用する。

一方、バッテリＥＣＵ３１０は、フラグＦＬ＝１のときは、ステップＳ１４２によりＷｉｎ，Ｗｏｕｔ，ｔ（Ｗｉｎ），ｔ（Ｗｏｕｔ）のうちの少なくとも１つを修正する。

上述のように、フラグＦＬ＝１のときには、判定部２５０により、電解液濃度が過上昇しているのかあるいは過低下しているのかを示す情報がさらに与えられる。

この情報に基づき、バッテリＥＣＵ３１０は、電解液濃度が正常範囲を外れて上昇している場合には、充電過多傾向を抑制するために、充電電力上限値Ｗｉｎ（Ｗｉｎ（１）〜（３）のうちの少なくとも１つ）について、その絶対値を低下させるようにＷｉｎ♯に修正する。あるいは、上限電力による制限時間ｔ（Ｗｉｎ）を、通常よりも短縮するようにｔ♯（Ｗｉｎ）に修正することによって、充電過多傾向を抑制してもよい。あるいは、充電電力上限値Ｗｉｎおよび制限時間ｔ（Ｗｉｎ）の両方を修正してもよい。

一方、バッテリＥＣＵ３１０は、電解液濃度が正常範囲を外れて低下している場合には、放電過多傾向を抑制するために、放電電力上限値Ｗｏｕｔ（Ｗｏｕｔ（１）〜（３）のうちの少なくとも１つ）について、その絶対値を低下させるようにＷｏｕｔ♯に修正する。あるいは、上限電力による制限時間ｔ（Ｗｏｕｔ）を、通常よりも短縮するようにｔ♯（Ｗｏｕｔ）に修正することによって、放電過多傾向を抑制してもよい。あるいは、放電電力上限値Ｗｏｕｔおよび制限時間ｔ（Ｗｏｕｔ）の両方を修正してもよい。

このようにすると、充放電電力上限値および／または、当該上限電力による充放電の制限時間を修正することによって、正常範囲外となった電解液濃度を正常範囲内に復帰させる方向に充電過多傾向あるいは放電過多傾向を抑制するように、二次電池の充放電条件を修正することができる。

なお、充放電条件修正部２６０による充放電条件の修正としては、上述のような充放電制限（充放電電力上限値および／または上限電力による充放電の制限時間）の変更に限定されない。たとえば、エンジン１２０の出力によるジェネレータ１４０Ｂでの発電電力による走行用バッテリ２２０の充電モードにおける充電電流レベルの修正や、車両走行時における、エンジン１２０およびモータ１４０Ａ間での駆動力配分の修正により、二次電池の充電過多あるいは放電過多傾向を抑制するように、二次電池の充放電条件を修正することも可能である。

以上説明したように、本実施の形態による二次電池の制御システムでは、二次電池の使用状態に基づいて、具体的には、二次電池の使用（充放電）に伴う電解液濃度の変化を推定し、さらに、推定した電解液濃度が正常範囲外である場合には、正常範囲内に復帰させるように二次電池の充放電条件を修正することができる。したがって、電解液濃度を正常範囲に維持するように二次電池の充放電を制御することにより、内部抵抗の上昇等の顕著な劣化が発生する前段階で二次電池の劣化進行を防止して、その長寿命化を図ることができる。

なお、図６に示した二次電池の制御システムは、図１４に示すフローチャートに従って、図８、図９、図１０、図１１に示したサブルーチンの組合せによって、バッテリＥＣＵ３１０によりソフトウェア的に実現することができる。

図１４を参照して、本発明の実施の形態による二次電池の制御方法は、二次電池の使用状態に基づいて電解液濃度を推定するステップＳ１０２と、推定した電解液濃度に基づいて、電解液濃度を正常範囲に維持するように二次電池の充放電を制御するステップＳ１０４とを備える。ステップＳ１０２は、図８に示したサブルーチンの実行により、電解液濃度変化率を推定するステップＳ１１０と、図９に示したサブルーチンの実行により電解液濃度の推定値を逐次算出するステップＳ１２０とを含む。

同様に、ステップＳ１０４は、図１０に示したサブルーチンの実行によって電解液濃度が正常範囲内か否かを判定するステップＳ１３０と、図１１に示したサブルーチンの実行によって、電解液濃度が正常範囲外と判定されたときに電解液濃度を正常範囲内に復帰させるように充放電条件を修正するステップＳ１４０とを含む。

すなわち、ステップＳ１１０による処理は、図６での濃度変化率推定部２１０の動作に対応し、ステップＳ１２０による処理は、図６での濃度推定値算出部２３０の動作に対応し、ステップＳ１３０による処理は、図６での判定部２５０による動作に対応し、ステップＳ１４０による処理は、図６での充放電条件修正部２６０による動作に対応する。このように、バッテリＥＣＵ３１０に予め格納された、図１４に示したフローチャートを実現するための所定プログラムを所定周期で実行することによって、図６に示した二次電池の制御システムによる充放電制御が実現される。

［変形例１］
変形例１では、図６に示した電解液濃度推定部２０２の構成の変形例を説明する。

図１５を参照して、本発明の実施の形態の変形例１による電解液濃度推定部２０２♯は、図６に示した電解液濃度推定部２０２の構成と比較して、二次電池の非使用期間（たとえば、パワースイッチのオフ期間、すなわち、ＰＯＮ信号のオフ期間）における電解液濃度の変化率ΔＢを推定するための濃度変化率推定部２１５をさらに含む点で異なる。

濃度変化率推定部２１５によって推定された電解液濃度の変化率ΔＢは、二次電池の使用開始時（たとえば、ＰＯＮ信号のオフ→オン時）に、濃度推定値算出部２３０へ伝送される。
濃度変化率推定部２１５は、二次電池の非使用期間中における電解液濃度の変化率ΔＢを算出するためのマップ２２５を含む。マップ２２５は、二次電池の非使用期間中に、二次電池の緩和効果により電解液濃度が初期濃度Ｂ０に向かって変化する特性を反映するように構成される。

周知のように、二次電池の緩和効果には、バッテリ温度Ｔｂが大きく影響する。したがって、マップ２２５には、予め行なった実験結果等に基づいて、二次電池の非使用中（緩和期間）における、バッテリ温度Ｔｂｓｔおよび緩和時間、すなわち二次電池の非使用時間ｔｓｔに応じて、マップ値として変化率ΔＢ＝ｇ（Ｔｂｓｔ，ｔｓｔ）が抽出されるように構成される。これにより、二次電池の使用開始時には、二次電池の非使用期間における電解液濃度の変化率ΔＢを都度推定することができる。

濃度推定値算出部２３０は、二次電池の使用終了時（ＰＯＮ信号のオン→オフ時）には、その時点での電解液濃度推定値Ｂ♯を、図示しない不揮発メモリ領域に記憶するとともに、二次電池の使用開始時（ＰＯＮ信号のオフ→オン時）には、当該不揮発メモリ領域に記憶しておいた電解液濃度推定値Ｂ♯および、濃度変化率推定部２１５からの非使用期間中における変化率ΔＢに従って、使用開始時点での電解液濃度推定値Ｂ♯を算出する。

これにより、二次電池の非使用期間中における緩和効果による電解液濃度の変化（初期濃度Ｂ０へ復帰する方向）についても反映できるので、電解液濃度の推定をさらに高精度に行なうことができる。

図１６は、濃度変化率推定部２１０および濃度変化率推定部２１５の動作をバッテリＥＣＵ３１０によるソフトウェア処理によって実現するために、図８のサブルーチンに代えて実行されるサブルーチンの制御構造を示すフローチャートである。

図１６を参照して、バッテリＥＣＵ３１０は、本発明の実施の形態の変形例１による濃度変化率推定では、図８のフローチャートでのステップＳ１１１〜Ｓ１１６に加えて、ステップＳ１１７，Ｓ１１８，Ｓ１１９ａ〜Ｓ１１９ｃをさらに実行する。

バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１１に先立って、二次電池の使用開始、すなわちＰＯＮ信号のオフからオンへの移行を検知するためのステップＳ１１７を実行する。バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１７のＮＯ判定時、すなわち、二次電池の使用開始時以外では、図８と同様に、ステップＳ１１１からＳ１１６を実行する。さらに、ステップＳ１１１のＮＯ判定時、すなわち二次電池の非使用期間（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１８により、定期的にバッテリ温度Ｔｂについて温度データを取得する。あるいは、二次電池の非使用時間中に、バッテリ温度Ｔｂを測定するためのトリガが得られないようなＥＣＵ設計となっている場合には、ステップＳ１１８の実行は省略されてもよい。

一方、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１７のＹＥＳ判定時、すなわち二次電池が使用開始時には、ステップＳ１１９ａ〜Ｓ１１９ｃの処理をさらに実行する。

バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１９ａでは、ＰＯＮ信号のオフ時点からオン時点までの経過時間に基づいて、二次電池の非使用時間ｔｓｔを取得する。さらに、ステップＳ１１９ｂでは、二次電池の非使用時間中におけるバッテリ温度Ｔｂｓｔを、たとえばステップＳ１１８で取得した温度データに基づいて取得する。なお、二次電池の非使用期間中に温度データを取得できない場合には、ＰＯＮ信号のオフ時点におけるバッテリ温度Ｔｂおよび現在のバッテリ温度Ｔｂ、あるいはこれに加えて外気温度に基づいて、非使用期間中のバッテリ温度Ｔｂｓｔを推定することができる。

さらに、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１１９ｃにより、図１５のマップ２２５を参照するのと同様の処理により、予め実験した緩和効果の実測値等に基づいて、少なくとも非使用時間ｔｓｔおよび非使用期間中のバッテリ温度Ｔｂｓｔに応じて、変化率ΔＢ＝ｇ（Ｔｂｓｔ，ｔｓｔ）を取得する。

これにより、電池非使用期間中における電解液濃度の変化率ΔＢが二次電池の使用開始時に算出される。そして、図９に示したサブルーチンにより、二次電池の使用開始時点においては、変化率ΔＢの算出に応答してステップＳ１２１がＹＥＳ判定とされる。したがって、二次電池の使用開始時には、二次電池非使用期間中の緩和効果を反映して、電解液濃度推定値Ｂ♯が算出できるようになる。このように、本実施の形態の変形例１に従う電解液濃度の推定についても、バッテリＥＣＵ３１０によるソフトウェア処理により実現することができる。

なお、本実施の形態の変形例１において、濃度変化率推定部２１５（マップ２２５）については、電解液濃度変化率ΔＢに代えて、電解液濃度変化量ΔＢｂを推定ように構成することも可能である。

［変形例２］
変形例２では、電解液濃度が正常範囲内であるか否かを判定する、図６に示した判定部２５０の変形例について説明する。

図１７は、本発明の実施の形態の変形例２による判定構成２５０♯を示すブロック図である。

図１７を参照して、判定構成２５０♯は、濃度変化検出部２５２と、傾向検知部２５４と、判定部２５５とを含む。

濃度変化検出部２５２は、濃度推定値算出部２３０からの電解液濃度推定値Ｂ♯と、所定期間の経過を示すトリガ信号Ｔｒｇとを受ける。

トリガ信号Ｔｒｇは、二次電池の使用期間中、すなわちハイブリッド車両１００の走行期間中において、所定時間の経過毎、あるいは、所定距離の走行毎に発生される。あるいは、トリガ信号Ｔｒｇは、ハイブリッド車両のパワースイッチのオンオフに応答して発生されてもよい。このようにすると、所定期間は、ハイブリッド車両の１トリップ（運転開始〜運転終了）に対応することになる。

濃度変化検出部２５２は、所定期間の経過毎に、電解液濃度推定値Ｂ♯の初期値（所定期間開始時点）および最終値（所定期間終了時点）の差によって定義される濃度変化量ΔＢ♯（ｎ）を算出する。ここでｎは、所定期間の発生ごとに１ずつインクリメントされる値である。

図１８に示されるように、傾向検知部２５４は、各所定期間における濃度変化量ΔＢ♯（ｎ）に基づいて、当該所定期間において、電解液濃度が所定の判定値β１を超えて上昇するごとにカウントアップされるカウント値Ｎ１および、電解液濃度が判定値β２を超えて低下するごとにカウントアップされるカウント値Ｎ２を求める。

さらに、傾向検知部２５４は、上記カウント値Ｎ１およびＮ２に基づいて、二次電池の使用傾向を示す傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）を算出する。傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）は、たとえば、判定値β１，β２を超えて電解液濃度が変化した頻度を確率で示す、Ｎ１／ＮあるいはＮ２／Ｎで表わされる。ここで、Ｎは所定期間の全数を示す自然数である。

判定部２５５は、傾向検知部２５４によって求められた傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）に基づいて、フラグＦＬを決定する。フラグＦＬは、判定部２５０と同様に、電解液濃度が正常範囲内で判定されるときにはＦＬ＝０に設定され、電解液濃度が正常範囲外であると判定して充電条件を修正する必要がある場合にはＦＬ＝１に設定される。

たとえば、判定部２５５では、確率Ｎ１／Ｎが所定の判定値を超えたときには、電解液濃度が上昇する方向で二次電池が使用される傾向、すなわち過充電の使用傾向にあることを検出することができる。反対に、確率Ｎ２／Ｎが所定の判定値を超えたときには、電解液濃度が低下する方向で二次電池が使用される傾向、すなわち過放電の使用傾向にあることを検出することができる。

あるいは、傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）として、カウント値Ｎ１およびＮ２の差に基づく確率（Ｎ１−Ｎ２）／Ｎを用いると、電解液濃度が過上昇した期間と過低下した期間とをキャンセルしつつ、全体の使用傾向を把握することができる。この際に、重み付け係数を用いて、傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）＝（ｋ１・Ｎ１−ｋ２・Ｎ２）／Ｎを用いると、あるいは、上述の確率Ｎ１／ＮおよびＮ２／Ｎに対する判定値をそれぞれ異なるものとすることにより、電解液濃度推定部２０２での推定誤差の傾向を相殺するように、全体の使用傾向を把握することも可能である。

このように、各所定期間における電解液の濃度変化量ΔＢ♯（ｎ）を逐次求めるとともに、二次電池の使用傾向を傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）によって把握することにより、電解液濃度推定値Ｂ♯が初期濃度Ｂ０から判定値α１（図１０）を超えて変化する前に、二次電池の使用傾向が充電過多傾向あるいは放電過多傾向にあることを検知できる。

これにより、二次電池の使用傾向、すなわち、ハイブリッド車両１００の運転者特性に合わせて、電解液濃度が過上昇あるいは過低下しないように、本実施の形態による充放電条件の修正を開始することができる。この結果、電解液濃度の上昇あるいは低下による二次電池の劣化進行を、さらに効果的に防止することが可能となる。

図１９は、図１７に示した判定構成２５０♯の動作をバッテリＥＣＵ３１０によるソフトウェア処理によって実現するために、図１０のサブルーチンに代えて実行されるサブルーチンの制御構造を示すフローチャートである。

図１９を参照して、バッテリＥＣＵ３１０は、本発明の実施の形態の変形例２による判定では、図１０のフローチャートでのステップＳ１３１〜Ｓ１３５に加えて、ステップＳ１３６〜Ｓ１３９をさらに実行する。そして、ステップＳ１３２，Ｓ１３３による判定は、ステップＳ１３２♯，Ｓ１３３♯による判定に置換される。

バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１３６では、図１７に示したトリガ信号Ｔｒｇに応答して所定期間が終了したかどうかを判定する。そして、ステップＳ１３６のＮＯ判定時、すなわち所定期間が終了していない間は、ステップＳ１３９により、現在のフラグＦＬの値が維持される。

一方、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１３６のＹＥＳ判定時、すなわち所定期間の終了ごとに、ステップＳ１３７により、当該所定期間内での電解液の濃度変化量ΔＢ♯（ｎ）を算出する。そして、ステップＳ１３８により、各所定期間における濃度変化量ΔＢ♯（１）〜ΔＢ♯（Ｎ）に基づくカウント値Ｎ１，Ｎ２に従って、傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）を算出する。

そして、バッテリＥＣＵ３１０は、ステップＳ１３２♯では、ステップＳ１３８によって求めた傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）が判定値Ａ１を超えているか否かによって、ＦＬを０から１に変化させるか否かを判定する。また、一旦、フラグＦＬ＝１に一旦設定された後には、ステップＳ１３３♯により、傾向管理値ｈ（Ｎ１，Ｎ２）が判定値Ａ２（Ａ２＜Ａ１）以下となったときにフラグＦＬ＝０に復帰させる。

このように、電解液濃度が正常範囲から外れたことを判定する場合の判定値Ａ１と、正常範囲外から正常範囲に復帰したことを判定する判定値Ａ２との間にヒステリシスを設けているので、図１０のフローチャートと同様に、電解液濃度が正常範囲内／外のいずれであるかの判定結果が頻繁に変化（ハンチング）することに伴って、本実施の形態による充放電条件の修正が頻繁に実行／停止されて、充放電制御が不安定となることを防止できる。このように、本実施の形態の変形例２に従う電解液濃度の正常範囲内／外の判定についても、バッテリＥＣＵ３１０によるソフトウェア処理により実現することができる。

なお、本実施の形態およびその変形例では、走行用バッテリ２２０を構成する二次電池としてリチウムイオン二次電池を例示したが、リチウムイオン二次電池以外の電池であっても、図４および図５に示すような特性を有する種類の電池であれば、同様に本発明の実施の形態およびその変形例による二次電池の制御システムまたは制御方法を適用することが可能である。

また、本発明の実施の形態およびその変形例において、ハイブリッド車両１００を例示した電動車両は、ハイブリッド車両の他にも、内燃機関を搭載しない電気自動車、燃料を用いて電気エネルギを発生する燃料電池（Fuel Cell）をさらに搭載した燃料電池車であってもよい。

なお、上記において、バッテリＥＣＵ３１０によるソフトウェア処理は、実際には、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行され、ＣＰＵは、説明したフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行してフローチャートに従って処理を実行する構成とすることができる。したがって、ＲＯＭは、各実施の形態において説明したフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る二次電池の制御システムおよび制御方法によって制御される二次電池が搭載されたハイブリッド車両の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態による二次電池の制御システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示した走行用バッテリを構成する電池セルの構成を説明する概念図である。 リチウムイオン二次電池に代表される特定種類の二次電池における充放電電流と電解液濃度変化との間の関係を説明する概念図である。 リチウムイオン二次電池に代表される特定種類の二次電池における電解液濃度変化と内部抵抗増加との間の関係を説明する概念図である。 本発明の実施の形態に従う二次電池の制御システムの構成を示す概略ブロック図である。 一定電流での充放電に伴う充放電時間に対する電解液濃度の変化量の特性を示す概念図である。 図６に示した濃度変化率推定部の動作をバッテリＥＣＵによるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を説明するフローチャートである。 図６に示した濃度推定値算出部の動作をバッテリＥＣＵによるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を説明するフローチャートである。 図６に示した判定部の動作をバッテリＥＣＵによるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を示すフローチャートである。 図６に示した充放電条件修正部の動作をバッテリＥＣＵによるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を示すフローチャートである。 充放電電力上限値の設定の一例を説明する概念図である。 充放電電力上限値および上限電力による充放電継続の制限時間の種類を説明する図表である。 本発明の実施の形態に従う二次電池の制御方法の制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例１による濃度推定部の構成を示す概略ブロック図である。 図１５に示された濃度変化率推定部の動作をバッテリＥＣＵによるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例２による判定構成を示すブロック図である。 図１７による傾向検知部による二次電池の使用傾向の把握手法を説明する概念図である。 図１７に示された判定構成の動作をバッテリＥＣＵによるソフトウェア処理によって実現するためのサブルーチンの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ｐ 正極端子、１１ｎ 負極端子、１２ 負極、１３，１６ 電流コレクタ、１４ セパレータ、１５ 正極、１８ 活物質、１００ ハイブリッド車両、１２０ エンジン、１４０Ａ，１４０Ｂ モータジェネレータ、１６０ 駆動輪、１８０ 減速機、１９０ 動力分割機構、２００ 制御システム、２０２，２０２♯ 電解液濃度推定部、２０４ 充放電制御部、２０５ 電池状態推定部、２１０ 濃度変化率推定部（使用中）、２１５ 濃度変化率推定部（非使用中）、２２０ 走行用バッテリ、２２０♯ 電池セル、２２１，２２５ マップ、２２２ 電流センサ、２２４ 温度センサ、２２６ 電圧センサ、２３０ 濃度推定値算出部、２４０，２４１ インバータ、２４２ コンバータ、２５０，２５５ 判定部、２５０♯ 判定構成、２５２ 濃度変化検出部、２５４ 傾向検知部、２６０ 充放電条件修正部、３００ ＭＧ＿ＥＣＵ、３１０ バッテリＥＣＵ、３２０ ＨＶ＿ＥＣＵ、４１０ アクセルペダル、４１５ アクセルペダルセンサ、４２０ ブレーキペダル、４２５ ブレーキペダルセンサ、４５０ ブレーキアクチュエータ、４６０ ブレーキ機構、４６５ ディスクロータ、Ｂ♯ 電解液濃度推定値、Ｂ０ 初期濃度、ＦＬ フラグ（正常範囲内／外）、ｈ（Ｎ１、Ｎ２） 傾向管理値、Ｉｂ バッテリ電流（充放電電流）、ｔ（Ｗｉｎ） 充電制限時間、ｔ（Ｗｏｕｔ） 放電制限時間、Ｔｂ バッテリ温度、ｔｂａｔ 充放電時間、Ｔｂｓｔ バッテリ温度（非使用時）、Ｔｒｇ トリガ信号、ｔｓｔ 非使用時間、Ｖｂ バッテリ電圧、Ｗｉｎ 充電電力上限値、Ｗｏｕｔ 放電電力上限値、α１，α２，β１，β２ 判定値、ΔＢ 電解液濃度変化率（充放電毎、非使用期間中）、ΔＢ♯（ｎ） 電解液濃度変化量（所定期間）、ΔＲ 内部抵抗上昇量。

Claims (28)

1. 負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の制御システムであって、
   前記二次電池は、
   所定物質を含む活物資を含んで構成される第１および第２の電極と、
   前記第１および第２の電極間でイオン化した前記所定物質を伝導するためのイオン伝導体とを含み、
   前記制御システムは、
   前記二次電池の使用状態に基づいて、前記イオン伝導体における電解液中の電解質イオン濃度を推定するように構成された濃度推定部と、
   前記濃度推定部による前記電解質イオン濃度の推定値に基づいて、前記電解質イオン濃度を正常範囲に維持するように前記二次電池の充放電を制御するための充放電制御部とを備え、
   前記充放電制御部は、
   前記濃度推定部による前記電解質イオン濃度の推定値が、前記電解質イオン濃度の初期値よりも第１の所定値を超えて上昇したときに、前記二次電池の充電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正する一方で、前記電解質イオン濃度の推定値が、前記電解質イオン濃度の初期値よりも第１の所定値を超えて低下したときに、前記二次電池の放電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正するように構成された充放電条件修正部を含む、二次電池の制御システム。
2. 前記濃度推定部は、
   前記二次電池の充放電電流および充放電時間に基づいて、前記電解質イオン濃度の変化率の推定値を算出するように構成された第１の変化率推定部と、
   前記第１の変化率推定部によって算出された変化率推定値に従って、前記二次電池の使用に伴う前記電解質イオン濃度の変化を積算することによって、前記電解質イオン濃度の推定値を逐次求めるように構成された濃度推定値算出部とを含む、請求項１記載の二次電池の制御システム。
3. 前記第１の変化率推定部は、予め求められた、前記充放電電流および前記充放電時間と前記変化率との関係を格納したマップの参照によって、前記二次電池の充放電毎に前記充放電電流および前記充放電時間に基づいて前記変化率推定値を求めるように構成される、請求項２記載の二次電池の制御システム。
4. 前記第１の変化率推定部は、予め求められた、前記電解質イオン濃度毎における、前記充放電電流および前記充放電時間と前記変化率との関係を格納したマップの参照によって、前記二次電池の充放電毎に、そのときの前記電解質イオン濃度、前記充放電電流および前記充放電時間に基づいて前記変化率推定値を求めるように構成される、請求項２記載の二次電池の制御システム。
5. 前記濃度推定部は、
   前記二次電池からの充放電が停止されている非使用期間において、前記二次電池が緩和されることによる前記電解質イオン濃度の変化率の推定値を、少なくとも前記二次電池の温度および前記二次電池の非使用期間の長さに基づいて算出するように構成された第２の変化率推定部をさらに含み、
   前記濃度推定値算出部は、前記第２の変化率推定部により算出された変化率推定値に基づいて、前記二次電池の使用開始時点における前記電解質イオン濃度の推定値を算出するように構成される、請求項２記載の二次電池の制御システム。
6. 前記充放電条件修正部は、前記二次電池の充放電を修正した後に、前記電解質イオン濃度の推定値と、前記電解質イオン濃度の初期値との差が、前記第１の所定値よりも低い第２の所定値以下に復帰したときには、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定するとともに、前記充放電条件の修正を停止するように構成される、請求項１記載の二次電池の制御システム。
7. 前記充放電制御部は、
   所定期間毎に当該期間内における前記電解質イオン濃度の推定値の変化量を求めるように構成された濃度変化検出部と、
   前記濃度変化検出部によって求められた変化量に基づいて、前記電解質イオン濃度が所定以上上昇する頻度を示す第１の頻度および前記電解質イオン濃度が所定以上低下する頻度を示す第２の頻度を算出するように構成された傾向検知部と、
   前記傾向検知部によって算出された前記第１の頻度および前記第２の頻度が第１の所定条件を満たしたときに、前記電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定するように構成された判定部とをさらに含み、
   前記充放電条件修正部は、さらに、前記判定部によって前記電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときに、前記電解質イオン濃度を前記正常範囲に復帰させるために、前記第１の頻度が前記第１の所定条件を満たしたときには前記二次電池の充電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正する一方で、前記第２の頻度が前記第１の所定条件を満たしたときには前記二次電池の放電を抑制するように前記二次電池の充放電条件の修正を行なうように構成される、請求項１記載の二次電池の制御システム。
8. 前記所定期間は、一定長さの時間である、請求項７記載の二次電池の制御システム。
9. 前記所定期間は、前記負荷の運転開始から運転終了までの期間に対応する、請求項７記載の二次電池の制御システム。
10. 前記判定部は、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲外であると判定した後に、前記傾向検知部によって算出された前記第１の頻度および前記第２の頻度が第２の所定条件を満たしたときには、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定するように構成され、
    前記充放電条件修正部は、前記判定部によって前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定されたときには、前記充放電条件の修正を停止するように構成される、請求項７記載の二次電池の制御システム。
11. 前記充放電条件修正部は、前記二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第１の電力および出力可能な第２の電力を設定することによって実行される充放電制限において、前記所定時間を短縮することによって、前記二次電池の充電または放電を抑制するように前記充放電条件の修正を行なう、請求項１記載の二次電池の制御システム。
12. 前記充放電条件修正部は、前記二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第１の電力および出力可能な第２の電力を設定することによって実行される充放電制限において、前記第１および前記第２の電力のうちの少なくとも一方の絶対値を低下させることによって、前記二次電池の充電または放電を抑制するよう前記充放電条件の修正を行なう、請求項１記載の二次電池の制御システム。
13. 前記所定物質はリチウムである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の二次電池の制御システム。
14. 電動車両であって、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の二次電池の制御システムと、
    前記二次電池の制御システムの前記負荷として設けられた電動機とを備え、
    前記電動車両は、前記電動機によって車両駆動力を発生するように構成される、電動車両。
15. 負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の制御方法であって、
    前記二次電池は、
    所定物質を含む活物資を含んで構成される第１および第２の電極と、
    前記第１および第２の電極間でイオン化した前記所定物質を伝導するためのイオン伝導体とを含み、
    前記制御方法は、
    前記二次電池の使用状態に基づいて、前記イオン伝導体における電解液中の電解質イオン濃度を推定するステップと、
    前記推定するステップによる前記電解質イオン濃度の推定値に基づいて、前記電解質イオン濃度を正常範囲に維持するように前記二次電池の充放電を制御するステップとを備え、
    前記制御するステップは、前記推定するステップによる前記電解質イオン濃度の推定値が、前記電解質イオン濃度の初期値よりも第１の所定値を超えて上昇したときに、前記二次電池の充電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正する一方で、前記電解質イオン濃度の推定値が、前記電解質イオン濃度の初期値よりも第１の所定値を超えて低下したときに、前記二次電池の放電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正するステップを含む、二次電池の制御方法。
16. 前記推定するステップは、
    前記二次電池の充放電電流および充放電時間に基づいて、前記電解質イオン濃度の変化率の推定値を算出するステップと、
    算出された変化率推定値に従って、前記二次電池の使用に伴う前記電解質イオン濃度の変化を積算することによって、前記電解質イオン濃度の推定値を逐次求めるステップとを含む、請求項１５記載の二次電池の制御方法。
17. 前記算出するステップは、予め求められた、前記充放電電流および前記充放電時間と前記変化率との関係を格納したマップの参照によって、前記二次電池の充放電毎に前記充放電電流および前記充放電時間に基づいて前記変化率推定値を求める、請求項１６記載の二次電池の制御方法。
18. 前記算出するステップは、予め求められた、前記電解質イオン濃度毎における、前記充放電電流および前記充放電時間と前記変化率との関係を格納したマップの参照によって、前記二次電池の充放電毎に、そのときの前記電解質イオン濃度、前記充放電電流および前記充放電時間に基づいて前記変化率推定値を求める、請求項１６記載の二次電池の制御方法。
19. 前記修正するステップは、
    前記二次電池からの充放電が停止されている非使用期間において、前記二次電池が緩和されることによる前記電解質イオン濃度の変化率の推定値を、少なくとも前記二次電池の温度および前記二次電池の非使用期間の長さに基づいて算出するステップをさらに含み、
    前記逐次求めるステップは、前記非使用期間に算出された変化率推定値に基づいて、前記二次電池の使用開始時点における前記電解質イオン濃度の推定値を求める、請求項１６記載の二次電池の制御方法。
20. 前記修正するステップは、
    前記二次電池の充放電を修正した後に、前記電解質イオン濃度の推定値と、前記電解質イオン濃度の初期値との差が、前記第１の所定値よりも低い第２の所定値以下に復帰したときに、前記充放電条件の修正を停止するステップを有する、請求項１５記載の二次電池の制御方法。
21. 前記充放電を制御するステップは、
    所定期間毎に当該期間内における前記電解質イオン濃度の推定値の変化量を求めるステップと、
    求められた変化量に基づいて、前記電解質イオン濃度が所定以上上昇する頻度を示す第１の頻度および前記電解質イオン濃度が所定以上低下する頻度を示す第２の頻度を算出するステップと、
    前記第１の頻度および前記第２の頻度が第１の所定条件を満たしたときに、前記電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定するステップとをさらに含み、
    前記修正するステップは、さらに、前記判定するステップにより前記電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときに、前記電解質イオン濃度を前記正常範囲に復帰させるために、前記第１の頻度が前記第１の所定条件を満たしたときには前記二次電池の充電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正する一方で、前記第２の頻度が前記第１の所定条件を満たしたときには前記二次電池の放電を抑制するように前記二次電池の充放電条件の修正を行なうステップを有する、請求項１５記載の二次電池の制御方法。
22. 前記所定期間は、一定長さの時間である、請求項２１記載の二次電池の制御方法。
23. 前記所定期間は、前記負荷の運転開始から運転終了までの期間に対応する、請求項２１記載の二次電池の制御方法。
24. 前記判定するステップは、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲外であると判定した後に、算出された前記第１の頻度および前記第２の頻度が第２の所定条件を満たしたときには、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定し、
    前記充放電を制御するステップは、前記判定するステップにより前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定されたときには、前記充放電条件の修正を停止する、請求項２１記載の二次電池の制御方法。
25. 前記修正するステップは、
    前記二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第１の電力および出力可能な第２の電力を設定することによって実行される充放電制限において、前記所定時間を短縮することによって、前記二次電池の充電または放電を抑制するように前記充放電条件の修正を行なうステップを有する、請求項１５記載の二次電池の制御方法。
26. 前記修正するステップは、
    前記二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第１の電力および出力可能な第２の電力を設定することによって実行される充放電制限において、前記第１および前記第２の電力のうちの少なくとも一方の絶対値を低下させることによって、前記二次電池の充電または放電を抑制するよう前記充放電条件の修正を行なうステップを有する、請求項１５記載の二次電池の制御方法。
27. 前記所定物質はリチウムである、請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の二次電池の制御方法。
28. 前記二次電池は、電動車両に搭載され、
    前記負荷は、前記電動車両の車輪の駆動力を発生する電動機を含む、請求項１５〜２７のいずれか１項に記載の二次電池の制御方法。

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