JP5362478B2 - 充電電力制限値演算装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両が広く用いられている。電動車両は、モータジェネレータを備え、モータジェネレータの駆動力によって加速し、モータジェネレータの回生発電制動によって減速する。モータジェネレータに電力を供給し、モータジェネレータによる発電電力を回収するため、電動車両には繰り返し充放電が可能な電池が搭載される。

下記の特許文献１および特許文献２には、本発明が解決しようとする課題に関連して、電池の充放電電力を制限する技術について記載されている。また、下記の非特許文献および特許文献２には、本発明に係る充放電制御に用いられる、電池の電気化学的モデルについて記載されている。

特開２００３−２１９５１０号公報 特開２００８−４２９６０号公報

グおよびワン（W.B.Gu and C.Y.Wang）著、「リチウムイオン電池の熱−電気化学結合モデリング（THERMAL-ELECTROCHEMICAL COUPLED MODELING OF A LITHIUM-ION CELL）」、ECS Proceedings Vol.99-25 (1),2000、（米国）、電気化学学会(ECS)、２０００年、pp 743-762

電池の充電性能は、充電電力、電池温度等の使用条件に応じて変化する。そのため、一定の電力で充電を行うよう充電制御を行うと、その時点での電池の最大充電能力を以て電池を充電することができない等の問題が生じる。一方、電池は、その時点での電池の最大充電能力以上の過剰な電力で充電を行うと、充電容量が早期に低下する等、電池の寿命が短くなるという問題が生ずる。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、電池の充電能力と充電の状況に応じて充電電力制限値を求めることを目的とする。

本発明は、車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、前記電池の電力授受状態を検出する使用状態検出部と、前記使用状態検出部の検出結果に基づいて、電池状態量を求める電池状態量推定部と、充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を定電圧充電するときの充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を、当該充電電圧制限値と前記電池状態量とに基づいて求める充電可能電力予測部と、ブレーキペダルの操作状態と前記充電可能電力特性とに基づいて充電電力制限値を求める電力制限値設定部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、ブレーキペダルの操作に応じて演算用時間を求める演算用時間調整部を備え、前記電力制限値設定部は、基準時刻から前記演算用時間が経過した時における充電可能電力を充電電力制限値として求めることが好適である。また、本発明は、車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、前記電池の電力授受状態を検出する使用状態検出部と、前記使用状態検出部の検出結果に基づいて、電池状態量を求める電池状態量推定部と、充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を充電するときの充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を、当該充電電圧制限値と前記電池状態量とに基づいて求める充電可能電力予測部と、ブレーキペダルの操作状態と前記充電可能電力特性とに基づいて充電電力制限値を求める電力制限値設定部と、ブレーキペダルの操作に応じて演算用時間を求める演算用時間調整部と、を備え、前記電力制限値設定部は、基準時刻から前記演算用時間が経過した時における充電可能電力を充電電力制限値として求めることを特徴とする。

また、本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記演算用時間調整部は、前記ブレーキペダルの踏み込み量が所定量以上であるときは、前記ブレーキペダルの踏み込み量が所定量未満であるときよりも短い演算用時間を求めることが好適である。

また、本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記電池に流れる電流を変化させる電池電流制御部と、前記電池電流制御部による電流変化に対する前記電池の出力電圧の変化に基づいて、前記電池の特性定数を求める電池特性決定部と、を備え、前記電池状態量推定部は、前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて前記電池状態量を求め、前記充電可能電力予測部は、前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて充電可能電力を求めることが好適である。

また、本発明は、車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、前記電池の電力授受状態を検出する使用状態検出部と、前記使用状態検出部の検出結果に基づいて、電池状態量を求める電池状態量推定部と、前記電池状態量に応じてそれぞれが充電電力制限値を求める第１および第２演算部と、前記第１演算部が求める充電電力制限値または前記第２演算部が求める充電電力制限値のいずれか一方を、ブレーキペダルの操作に応じて選択し出力する選択部と、を備え、前記第１演算部は、充電電流制限値を取得し、充電電流制限値の電流で前記電池を充電するときの充電可能電力を、前記電池状態量に基づいて求める第１充電可能電力予測部と、充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を充電するときの充電可能電力を、前記電池状態量に基づいて求める第２充電可能電力予測部と、前記電池の出力電圧と充電電圧制限値とを比較し、比較結果に応じて前記第１充電可能電力予測部によって求められた充電可能電力または前記第２充電可能電力予測部によって求められた充電可能電力のいずれかを選択し、充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を選択結果に基づいて求める充電可能電力選択部と、を備え、当該充電可能電力特性に基づく充電電力制限値を出力し、前記第２演算部は、充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を充電するときの充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を、当該充電電圧制限値と前記電池状態量とに基づいて求める充電可能電力予測部と、を備え、当該充電可能電力特性に基づく充電電力制限値を出力することを特徴とする。

また、本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記第１演算部および前記第２演算部のそれぞれは、前記充電可能電力特性に基づいて、基準時刻から所定の時間が経過した時における充電可能電力を充電電力制限値として求める電力制限値設定部を備えることが好適である。

また、本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記充電可能電力選択部は、前記電池の出力電圧が充電電圧制限値未満であるときは、前記第１充電可能電力予測部によって求められた充電可能電力を選択することが好適である。

また、本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記電池に流れる電流を変化させる電池電流制御部と、前記電池電流制御部による電流変化に対する前記電池の出力電圧の変化に基づいて、前記電池の特性定数を求める電池特性決定部と、を備え、前記電池状態量推定部は、前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて前記電池状態量を求め、前記充電可能電力予測部、前記第１充電可能電力予測部および前記第２充電可能電力予測部は、前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて充電可能電力を求めることが好適である。

また、本発明は、車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、前記電池の電池状態量を求める電池状態量推定部と、前記電池状態量に応じて充電電力制限値を求める第１演算部と、前記第１演算部が求める充電電力制限値よりも大きい充電電力制限値を、前記電池状態量に応じて求める第２演算部と、前記第１演算部が求める充電電力制限値または前記第２演算部が求める充電電力制限値のいずれか一方を、ブレーキペダルの操作に応じて選択し出力する選択部と、を備え、前記第１演算部は、充電電流制限値および充電電圧制限値を取得し、充電電流制限値の電流で前記電池を定電流充電するときの充電可能電力特性、および、充電電圧制限値の電圧で前記電池を定電圧充電するときの充電可能電力特性のうち、前記電池の出力電圧に応じて選択された充電可能電力特性に基づいて充電電力制限値を求め、前記第２演算部は、充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を定電圧充電するときの充電可能電力特性に基づいて充電電力制限値を求めることを特徴とする。

また、本発明に係る充電電力制限値演算装置においては、前記選択部は、前記ブレーキペダルの踏み込み量が所定量以上であるときに、前記第２演算部が求める充電電力制限値を選択することが好適である。

例えば、ハイブリッド自動車で電池を充電する状況には、車両減速時の回生制動エネルギーを充電する場合と、電池の充電深度が低くなったとき等にエンジン出力により、駆動用のモータジェネレータとは別に設けられたモータジェネレータで充電する場合とがある。速度が速いときの減速時やブレーキペダルを強く踏み込んだときの減速時には、回生制動エネルギーを効率良く充電するため、電池の過度特性を鑑みて短時間に大電力で充電することが好ましい。本発明によれば、回生制動エネルギーを効率良く回収することができる。すなわち、電池の充電能力と充電の状況（ブレーキによる回生、エンジンによる発電、外部からの給電等）に応じて最適に電池の充電電力制限値を求めることができる。

本発明によれば、電池の充電能力と充電の状況に応じて電池の充電電力制限値を求めることができる。

第１の実施形態に係る車両用電力制御システムの構成を示す図である。 第１実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。 電池セルの構成および電気化学的モデルを示す図である。 電池モデルパラメータを示す図である。 充電電圧制限値の時間波形および充電可能電力特性の例を示す図である。 第２実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。 ブレーキペダルを踏み込んだときのＷｉｎ演算用時間の時間波形、およびそのときの充電電力制限値の時間変化の例を示す図である。 第３実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。 第１演算部の構成を示す図である。 充電電流制限値・時間波形データによって示される充電電流制限値の波形の例を示す図である。 充電電圧制限値の時間波形を示す図である。 第２演算部の構成を示す図である。 第４実施例に係る電力制限値演算装置について、ブレーキペダルが踏み込まれないときの電池電流測定値、電池電圧測定値および充電電力制限値の各時間波形の例を示す図である。 第４実施例に係る電力制限値演算装置の構成を示す図である。 第４実施例に係る電力制限値演算装置について、ブレーキペダル踏み込み量の時間変化、およびブレーキペダルを踏み込んだときの充電電力制限値の時間変化の例を示す図である。 第２の実施形態に係る車両用電力制御システムの構成を示す図である。 第１実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置の構成を示す図である。 電流制御装置によって制御された電池電流の時間波形およびその電池電流に応じた電池電圧測定値の時間波形の例を示す図である。 第２実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置の構成を示す図である。

図１に本発明の第１の実施形態に係る車両用電力制御システムの構成を示す。車両用電力制御システムは、電池１０の電力をモータジェネレータ１４に供給して車両を駆動し、モータジェネレータ１４の発電電力によって電池１０を充電して車両を回生制動する。電池１０には、繰り返し充放電が可能なリチウムイオン電池等を用いることができる。

操作部１６は、アクセルペダル、ブレーキペダル等を含み、ユーザの操作に応じた操作指令情報を電力制御装置１２に出力する。

電力制御装置１２は、モータジェネレータ１４と電池１０との間で、各印加電圧を調整しつつ交流直流変換を行う。電力制御装置１２は、操作指令情報に応じてモータジェネレータ１４に加速トルクを発生させるときは、電池１０からモータジェネレータ１４に電力が供給されるよう、電池１０およびモータジェネレータ１４に印加される電圧を調整する。また、電力制御装置１２は、操作指令情報に基づきモータジェネレータ１４に回生制動トルクを発生させるときは、モータジェネレータ１４から電池１０に電力が供給されるよう、電池１０およびモータジェネレータ１４に印加される電圧を調整する。

モータジェネレータ１４から電池１０に電力が供給されることによって、電池１０は電荷を充電する。このとき、電力制御装置１２は、電力制限値演算装置２４が出力する充電電力制限値Ｗｉｎを超えないよう電池１０に供給される充電電力を調整する。

車両用電力制御システムは、電力制限値演算装置２４が充電電力制限値Ｗｉｎを求めるため、電池１０に流れる電流を測定する電流センサ１８、電池１０の出力電圧を測定する電圧センサ２０、および電池１０の温度を測定する温度センサ２２を備える。電流センサ１８は測定結果を電池電流測定値Ｉｂとして電力制限値演算装置２４に出力し、電圧センサ２０は測定結果を電池電圧測定値Ｖｂとして電力制限値演算装置２４に出力する。また、温度センサ２２は測定結果を電池温度測定値Ｔｂとして電力制限値演算装置２４に出力する。

電力制限値演算装置２４は、電池電流測定値Ｉｂ、電池電圧測定値Ｖｂ、および電池温度測定値Ｔｂに基づいて、充電電力制限値Ｗｉｎを求め電力制御装置１２に出力する。

図２に第１実施例に係る電力制限値演算装置２４−１の構成を示す。電池状態量推定部２６が実行する処理を説明するため、ここでは、電池１０の電気化学的モデルの例について特許文献２の内容に基づき説明する。

電池１０は、複数の電池セルの直列接続によって構成することができる。図３に電池セルの構成を示す。電池セルは、負極３６、セパレータ４０、および正極３８を備える。セパレータ４０は、負極３６と正極３８と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る。

負極３６および正極３８は、球状の活物質の集合体で構成される。負極３６の活物質４２の界面上では、リチウムイオンＬｉ⁺および電子ｅ^-を放出または吸収する化学反応が行われる。一方、正極３８の活物質４４の界面上では、リチウムイオンＬｉ⁺および電子ｅ^-を吸収または放出する化学反応が行われる。

負極３６には負極端子５０との間で電子ｅ^-を導く負極コレクタ４６が設けられ、正極３８には正極端子５２との間で電子ｅ^-を導く正極コレクタ４８が設けられる。負極コレクタ４６および正極コレクタ４８に用いる金属材料は、イオン化傾向の大小関係に基づき決定される。一般的には、負極コレクタ４６は銅で構成され、正極コレクタ４８はアルミニウムで構成される。

セパレータ４０を介して正極３８と負極３６との間でリチウムイオンＬｉ⁺が授受されることで、電池セルには、正極端子５２から流出し外部回路５４を介して負極端子５０に流入する放電電流、または、負極端子５０から流出し外部回路５４を介して正極端子５２に流入する充電電流が流れる。

電池セルの電気化学的モデルについて図３を参照して説明する。放電時には、負極３６の活物質４２からは電子ｅ^-が負極コレクタ４６に放出され、負極３６の活物質４２内のリチウム原子ＬｉはリチウムイオンＬｉ⁺となる。これと共に負極３６の活物質４２からはリチウムイオンＬｉ⁺がセパレータ４０中の電解液に放出される。そして、正極３８の活物質４４は、電解液からリチウムイオンＬｉ⁺を取込むと共に正極コレクタ４８から電子ｅ^-を吸収し、正極３８の活物質４４の内部にリチウム原子Ｌｉを取込む。これによって、正極コレクタ４８から流出し外部回路５４を介して負極コレクタ４６に流入する放電電流が流れる。

一方、充電時には、正極３８の活物質４４から電子ｅ^-が正極コレクタ４８に放出されると共に、正極３８の活物質４４からリチウムイオンＬｉ⁺がセパレータ４０中の電解液に放出される。そして、負極３６の活物質４２は、電解液からリチウムイオンＬｉ⁺を取込むと共に負極コレクタ４６から電子ｅ^-を吸収し、負極３６の活物質４２の内部にリチウム原子Ｌｉを取込む。これによって、負極コレクタ４６から流出し外部回路５４を介して正極コレクタ４８に流入する充電電流が流れる。

電気化学的モデルの解析には、充放電時における活物質４２および４４の各表面での電極反応、活物質４２および４４の各内部でのリチウムイオンの径方向への拡散、電解液中のリチウムイオンの拡散、各部位での電位分布等についての電池モデル式を用いる。電池モデル式は、以下の（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式によって表される。これらの式の詳細については非特許文献１に記載されている。

図４に、（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式で用いられる電池モデルパラメータを掲載する。

（Ｍ１）式〜（Ｍ３）式は電極反応を示す式であり、バトラーボルマーの式と称される。（Ｍ１）式において交換電流密度ｉ₀は、活物質の界面におけるリチウムイオン濃度の関数で与えられる（詳細は非特許文献１参照）。また、α_aは正極における電極反応の移動係数を示し、α_cは負極における電極反応の移動係数を示す。（Ｍ２）式は（Ｍ１）式におけるηを与え、（Ｍ３）式は（Ｍ２）式におけるＵを与える。

（Ｍ４）式〜（Ｍ６）式は電解液中でのリチウムイオン保存則を示す。（Ｍ５）式は電解液中での実効拡散係数の定義を示し、（Ｍ６）式は反応電流ｊ^Liが電極の単位体積あたりの活物質表面積ａ_sと（Ｍ１）式に示された輸送電流密度／ｉ_nとの積で与えられることを示す。なお、反応電流ｊ^Liの電極全体での体積積分は、電池セルに流れる電流Ｉに対応する。

（Ｍ７）式および（Ｍ８）式は、固層中でのリチウムイオン保存則を示す。（Ｍ７）式は球体の活物質中での拡散方程式を示し、（Ｍ８）式は、電極単位体積あたりの活物質表面積ａ_sを示す。

（Ｍ９）式〜（Ｍ１１）式は、電解液中での電荷保存則に基づくものである。これらの式より電解液中での電位が示される。

（Ｍ１０）式は実効イオン伝導率κ^effを示し、（Ｍ１１）式は電解液中での拡散導電係数κ_D ^effを示す。

（Ｍ１２）式および（Ｍ１３）式は、活物質での電荷保存則に基づくものである。これらの式より固層中での電位が示される。

（Ｍ１４）式および（Ｍ１５）式は熱エネルギ保存則に基づくものである。これらの式により、充放電現象による電池内部への局所的な温度変化を解析することが可能となる。

（Ｍ１）〜（Ｍ１５）の電池モデル式は上記非特許文献１に基づくものであるので、各式の詳細な説明については、非特許文献１を援用する。

図４に示した電池モデルパラメータは、（Ｍ１）〜（Ｍ１５）の電池モデル式を連立させることで求めることができる。すなわち、（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式を、活物質、および電解液中の各点において境界条件が満たされるよう差分方程式を逐次解くことにより、図４に示した電池モデルパラメータのうち未知のものを逐次算出することができる。この際、図４に示した電池モデルパラメータのうちいずれを既知量とし、いずれを未知量とするかは、数値解析の理論において可能な限り任意とすることができる。なお、各活物質内でのリチウムイオン濃度は、活物質の半径ｒの関数とされ、その周方向ではリチウムイオン濃度は一様なものとして扱われる。

電池状態量推定部２６は、電池電流測定値Ｉｂ、電池電圧測定値Ｖｂ、電池温度測定値Ｔｂ、および電池モデルパラメータに基づいて電池状態量ＢＳを求める。ここで、電池状態量ＢＳは、電池モデルパラメータのうち、固層中の電位φ_s、電解液中の電位φ_e、活物質のリチウムイオン濃度ｃ_s、電解液のリチウムイオン濃度ｃ_e、および活物質界面でのリチウムイオン濃度ｃ_seの組からなる物理化学量である。

電池状態量推定部２６は、（Ｍ１）〜（Ｍ１５）の電池モデル式に基づき電池状態量ＢＳ（φ_s、φ_e、ｃ_s、ｃ_e、およびｃ_se）を求め、その電池状態量ＢＳを充電可能電力予測部２８に出力する。

一方、充電許容電圧生成部３０は、定電圧充電を想定した場合の充電電圧制限値Ｖｃを決定し、充電可能電力予測部２８に出力する。ここで、充電電圧制限値とは、充電可能電力予測部２８の演算用に設定する演算上の値である。

図５（ａ）に充電電圧制限値の波形の例を示す。図５（ａ）の横軸は時間を示し縦軸は充電電圧制限値を示す。図５（ａ）に示す充電電圧制限値は、基準時刻ｔ０に電池電圧測定値Ｖｂから充電電圧制限値Ｖｃに増加する。

充電可能電力予測部２８は、電池状態量ＢＳ、および電池温度測定値Ｔｂを初期値とし、充電電圧制限値Ｖｃで定電圧充電した場合の電池１０に流れる電流Ｉの時間変化を、上記（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式に基づいて予測する。この際、充電電圧制限値、固層中の電位φ_s、反応電流ｊ^Li、および固層中電子伝導度σとの間に成立する周知の物理的関係が用いられる。また、電流Ｉは、反応電流ｊ^Liの電極全体での体積積分に基づいて求められる。充電可能電力予測部２８は、求められた電流Ｉおよび充電電圧制限値に基づいて充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を求める。

図５（ａ）に示される充電電圧制限値に基づいて、充電可能電力予測部２８が求めた充電可能電力特性の例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の横軸は時間を示し縦軸は充電可能電力を示す。このように、一定電圧での充電を考えた場合には、充電可能電力は、充電可能開始直後に最大となり、時間の経過と共に小さくなる。充電可能電力予測部２８は、充電可能電力特性によって与えられる値を充電電力制限値Ｗｉｎとして出力する。

電力制御装置１２は、充電電力制限値Ｗｉｎを超えないよう電池１０を充電する。これによって、電池１０の電池状態量ＢＳおよび電池温度測定値Ｔｂに応じたできる限り大きい電力を以て電池１０を充電することができる。

図２に示す構成では、充電電力制限値Ｗｉｎが、電池１０を充電する回路の許容電力以上の値となる場合がある。そこで、図６に示す第２実施例のように、電力制限値設定部３２を設けてもよい。図２に示す構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

電力制限値設定部３２は、充電可能電力予測部２８から出力された充電可能電力特性データおよび演算用時間調整部３４から出力されたＷｉｎ演算用時間ｔｃに基づいて充電電力制限値を求める。具体的には、充電可能電力特性データを参照し、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃが経過したときにおける充電可能電力を充電電力制限値Ｗｉｎとして求める。電力制限値設定部３２は、充電電力制限値Ｗｉｎを電力制御装置１２に出力する。図５（ｂ）の例では、演算用時間調整部３４から出力されたＷｉｎ演算用時間ｔｃがｔｃ１であるときは、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃ１が経過したときの縦軸の値が充電電力制限値Ｗｉｎ１として求められ、演算用時間調整部３４から出力されたＷｉｎ演算用時間ｔｃがｔｃ２であるときは、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃ２が経過したときの縦軸の値が充電電力制限値Ｗｉｎ２として求められる。

演算用時間調整部３４は、操作部１６から、ブレーキペダル踏み込み量を示すブレーキ操作情報ＢＩを取得する。演算用時間調整部３４は、ブレーキ操作情報ＢＩに基づいて、ブレーキペダル踏み込み量を取得する。そして、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ未満であるときはＷｉｎ演算用時間ｔｃを所定の時間ｔｃ１に設定し、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ以上であるときはＷｉｎ演算用時間ｔｃを時間ｔｃ１より短い所定の時間ｔｃ２に設定する。演算用時間調整部３４は、設定したＷｉｎ演算用時間ｔｃを電力制限値設定部３２に出力する。

電力制限値演算装置２４−２は、充電電力制限値Ｗｉｎを求める処理を所定の時間Ｔｄごとに行い、充電電力制限値Ｗｉｎを時間間隔ｔｄで電力制御装置１２に出力する。このとき電力制御装置１２は、充電電力制限値Ｗｉｎを超えないよう電池１０に供給される充電電力を調整する。

このような処理によって、電力制限値設定部３２は、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ未満であるときは、Ｗｉｎ演算用時間ｔｃ１に対応する充電電力制限値Ｗｉｎ１を求める。一方、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ以上であるときは、Ｗｉｎ演算用時間ｔｃ２に対応する充電電力制限値Ｗｉｎ２を求める。図５（ｂ）に示されるように、充電可能電力特性が示す値はＷｉｎ演算用時間ｔｃを短くする程大きくなり、求められる充電電力制限値Ｗｉｎは大きくなる。したがって、充電電力制限値Ｗｉｎ１およびＷｉｎ２との間には、Ｗｉｎ１＜Ｗｉｎ２の関係が成立し、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ以上であるときには、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ未満であるときよりも大きい充電電力制限値が求められる。

一般に、電池を所定の充電深度まで充電するのに要する時間は、充電電力が大きい程短くなる。そして、充電電力が大きい程、モータジェネレータによる回生制動力は大きくなる。一方、所定値以上の充電容量を維持できる期間等で定義される電池の寿命は、充電電力が大きい程短くなる。

本実施例によれば、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ以上であるときは、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ未満であるときよりも大きい充電電力制限値が求められる。したがって、ブレーキペダルが踏み込まれていないときは、充電電力を制限して電池１０の電気的負担を軽減し、ブレーキペダルが踏み込まれたときは、モータジェネレータによる回生制動力を大きくし、最大限の電力を以て電池１０を充電することができる。

なお、充電可能電力特性が示す値は充電電圧制限値Ｖｃを大きくする程大きくなり、求められる充電電力制限値Ｗｉｎは大きくなる。充電電圧制限値Ｖｃは、電池１０の寿命、回生制動力、充電時間の迅速性等を鑑みて実験等に基づいて決定することが好ましい。

図７（ａ）にブレーキペダルを踏み込んだときのＷｉｎ演算用時間ｔｃの時間波形の例を、図７（ｂ）にそのときの充電電力制限値Ｗｉｎの時間変化の例を示す。時刻ｔ１にブレーキペダルの踏み込み量が閾値Ｂｔ以上となることにより、Ｗｉｎ演算用時間ｔｃはｔｃ１からｔｃ２となる。これによって、充電可能電力制限値Ｗｉｎは時刻ｔ１以降増加し、回生制動に基づく充電が進むにつれて減少する。

図８に第３実施例に係る電力制限値演算装置２４−３の構成を示す。図６に示す電力制限値演算装置２４−２の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。電力制限値演算装置２４−３は、充電電力制限値をそれぞれが求める第１演算部５６および第２演算部５８を備える。選択部６０は、第１演算部５６が出力する充電電力制限値ＷｉｎＡまたは第２演算部５８が出力する充電電力制限値ＷｉｎＢのいずれか一方を、ブレーキペダル踏み込み量に応じて選択し電力制御装置１２に出力する。

電圧センサ２０および温度センサ２２は、それぞれ、電池電圧測定値Ｖｂおよび電池温度測定値Ｔｂを、電池状態量推定部２６、第１演算部５６および第２演算部５８に出力し、電流センサ１８は、電池電流測定値Ｉｂを電池状態量推定部２６および第１演算部５６に出力する。電池状態量推定部２６は、電池状態量ＢＳを第１演算部５６および第２演算部５８に出力する。

図９に第１演算部５６の構成を示す。充電許容電流生成部６２は、定電流充電を想定した際の充電電流制限値を決定し第１充電可能電力予測部６４に出力する。ここで、充電電流制限値とは、第１充電可能電力予測部６４の演算用に設定する演算上の値である。

図１０（ａ）に充電電流制限値の波形の例を示す。図１０（ａ）の横軸は時間を示し縦軸は充電電流制限値を示す。図１０（ａ）に示す充電電流制限値は、基準時刻ｔ０に電池電流測定値Ｉｂから充電電流制限値Ｉｃに増加する。

第１充電可能電力予測部６４は、電池状態量ＢＳ、および電池温度測定値Ｔｂを初期値とし、充電電流制限値Ｉｃで定電流充電した場合の電池１０に流れる電流Ｉの時間変化を、上記（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式に基づいて予測する。この際、充電電流制限値は、反応電流ｊ^Liの電極全体での体積積分に対応付けられる。また、電池１０の出力電圧Ｖは、固層中の電位φ_s、反応電流ｊ^Li、および固層中電子伝導度σとの間に成立する周知の物理的関係に基づいて求められる。第１充電可能電力予測部６４は、求められた電圧Ｖおよび充電電流制限値に基づいて充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を求める。

図１０（ａ）に示される充電電流制限値に基づいて、第１充電可能電力予測部６４が求めた充電可能電力特性の例を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）の横軸は時間を示し縦軸は充電可能電力を示す。この例では、充電可能電力特性によって示される値は、時間の経過と共に増加する。

一方、充電許容電圧設定部６６は、一定の充電電圧制限値を第２充電可能電力予測部６８および充電可能電力選択部７０に出力する。ここで、充電電圧制限値とは、第２充電可能電力予測部６８および充電可能電力選択部７０の処理用に設定する演算上の値である。

図１１（ａ）に充電電圧制限値の時間波形を示す。図１１（ａ）の横軸は時間を示し縦軸は充電電圧制限値を示す。充電電圧制限値は一定の充電電圧制限値Ｖｃをとる。

第２充電可能電力予測部６８は、電池状態量ＢＳ、および電池温度測定値Ｔｂを初期値とし、充電電圧制限値Ｖｃで定電圧充電した場合の電池１０に流れる電流Ｉの時間変化を、上記（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式に基づいて予測する。この際、充電電圧制限値、固層中の電位φ_s、反応電流ｊ^Li、および固層中電子伝導度σとの間に成立する周知の物理的関係が用いられる。また、電流Ｉは、反応電流ｊ^Liの電極全体での体積積分に基づいて求められる。第２充電可能電力予測部６８は、求められた電流Ｉおよび充電電圧制限値に基づいて充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を求める。

図１１（ａ）に示される充電電圧制限値に基づいて、第２充電可能電力予測部６８が求めた充電可能電力特性の例を図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）の横軸は時間を示し縦軸は充電可能電力を示す。この例では、充電可能電力特性によって示される値は、時間の経過と共に減少する。

充電可能電力選択部７０は、電池電圧測定値Ｖｂと充電電圧制限値とを比較する。そして、電池電圧測定値Ｖｂが充電電圧制限値未満であるときには、第１充電可能電力予測部６４が出力する充電可能電力特性データを第１電力制限値設定部７２に出力する。一方、電池電圧測定値Ｖｂが充電電圧制限値以上であるときには、充電可能電力選択部７０は、第２充電可能電力予測部６８が出力する充電可能電力特性データを第１電力制限値設定部７２に出力する。

第１電力制限値設定部７２は、充電可能電力選択部７０から出力された充電可能電力特性データに基づいて充電電力制限値ＷｉｎＡを求める。ここで、第１電力制限値設定部７２は、充電電力制限値を求めるための所定のＷｉｎ演算用時間ｔｃを予め記憶しているものとする。第１電力制限値設定部７２は、充電可能電力特性データを参照し、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃが経過したときにおける充電可能電力を充電電力制限値ＷｉｎＡとして求める。第１電力制限値設定部７２は、充電電力制限値ＷｉｎＡを選択部６０に出力する。

第１充電可能電力予測部６４が出力する充電可能電力特性データが第１電力制限値設定部７２に出力された場合には、図１０（ｂ）に示すように、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃが経過したときの縦軸の値が充電電力制限値ＷｉｎＡとして求められる。また、第２充電可能電力予測部６８が出力する充電可能電力特性データが第１電力制限値設定部７２に出力された場合には、図１１（ｂ）に示すように、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃが経過したときの縦軸の値が充電電力制限値ＷｉｎＡとして求められる。

第１演算部５６は、このような処理に基づいて、充電電力制限値ＷｉｎＡを求める処理を所定の時間Ｔｄごとに行い、充電電力制限値ＷｉｎＡを時間間隔Ｔｄで選択部６０に出力する。

後述のように、第１演算部５６が出力する充電電力制限値ＷｉｎＡまたは第２演算部５８が出力する充電電力制限値ＷｉｎＢは、ブレーキペダル踏み込み量に応じて選択され、電力制御装置１２の充電制御に用いられる。ここでは、第１演算部５６が出力する充電電力制限値ＷｉｎＡが充電制御に用いられる場合の作用効果について説明する。

第１充電可能電力予測部６４による充電可能電力特性が示す値は充電電流制限値Ｉｃを大きくする程大きくなり、求められる充電電力制限値ＷｉｎＡは大きくなる。さらに、図１０（ｂ）に示されるように、充電可能電力特性が示す値はＷｉｎ演算用時間ｔｃを長くする程大きくなり、求められる充電電力制限値ＷｉｎＡは大きくなる。

また、第２充電可能電力予測部６８による充電可能電力特性が示す値は充電電圧制限値Ｖｃを大きくする程大きくなり、求められる充電電力制限値ＷｉｎＡは大きくなる。さらに、図１１（ｂ）に示されるように、充電可能電力特性が示す値はＷｉｎ演算用時間ｔｃを短くする程大きくなり、求められる充電電力制限値ＷｉｎＡは大きくなる。

ここで、電池を所定の充電深度まで充電するのに要する時間は、充電電力が大きい程短くなる一方、電池の寿命は充電電力が大きい程短くなる。したがって、充電電流制限値Ｉｃ、充電電圧制限値ＶｃおよびＷｉｎ演算用時間ｔｃは、電池１０の寿命と充電時間の迅速性とを鑑みて実験等に基づいて決定することが好ましい。

このような第１演算部５６の構成によれば、電池１０の充電が行われているときに、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃ未満であるときは、第１充電可能電力予測部６４が出力する充電可能電力特性データに基づいて充電電力制限値ＷｉｎＡが求められる。一方、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃ以上であるときは、第２充電可能電力予測部６８が出力する充電可能電力特性データに基づいて充電電力制限値ＷｉｎＡが求められる。

すなわち、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃに達するまでの間は、充電電流制限値Ｉｃの電流を充電電流として電池１０が定電流充電されるものとして充電電力制限値ＷｉｎＡが求められる。この定電流充電は、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃ未満であるという条件の下、一定の充電電流を以て充電が行われることを想定している。そのため、充電電圧制限値Ｖｃに達した後よりも電池１０に対する電気的負担が小さい充電電力制限値を求めることができる。一方、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃに達した後は、出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃに維持されつつ電池１０が定電圧充電されるものとして充電電力制限値ＷｉｎＡが求められる。この定電圧充電は、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃであるという条件の下、最大限の充電電流を以て充電が行われることを想定している。そのため、できるだけ大きな充電電力を以て電池１０が充電されるよう、充電電力制限値を求めることができる。

図１２に第２演算部５８の構成を示す。図６に示す第２実施例に係る電力制限値演算装置２４−２の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。充電可能電力予測部２８は、充電許容電圧生成部３０から出力された充電電圧制限値Ｖｃに基づいて充電可能電力特性を求める。第２電力制限値設定部７４は、充電可能電力予測部２８から出力された充電可能電力特性データに基づいて充電電力制限値を求める。ここで、第２電力制限値設定部７４は、充電電力制限値を求めるための所定のＷｉｎ演算用時間ｔｃを予め記憶しているものとする。第２電力制限値設定部７４は、充電可能電力特性データを参照し、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃが経過したときにおける充電可能電力を充電電力制限値ＷｉｎＢとして求める。第２電力制限値設定部７４は、充電電力制限値ＷｉｎＢを選択部６０に出力する。図５（ａ）に示される充電電圧制限値に基づいて充電可能電力予測部２８が求めた図５（ｂ）に示す充電可能電力特性の例では、基準時刻ｔ０からＷｉｎ演算用時間ｔｃが経過したときの縦軸の値Ｗｉｎが充電電力制限値ＷｉｎＢとして求められる。

第２演算部５８は、このような処理に基づいて、充電電力制限値ＷｉｎＢを求める処理を所定の時間Ｔｄごとに行い、充電電力制限値ＷｉｎＢを時間間隔Ｔｄで電力制御装置１２に出力する。

ここでは、第２演算部５８が出力する充電電力制限値ＷｉｎＢが充電制御に用いられる場合の作用効果について説明する。充電可能電力予測部２８によって求められる充電可能電力特性が示す値は充電電圧制限値Ｖｃを大きくする程大きくなり、求められる充電電力制限値ＷｉｎＢは大きくなる。さらに、図５（ｂ）に示されるように、充電可能電力特性が示す値はＷｉｎ演算用時間ｔｃを短くする程大きくなり、求められる充電電力制限値ＷｉｎＢは大きくなる。電池を所定の充電深度まで充電するのに要する時間は、充電電力が大きい程短くなる。一方、電池の寿命は充電電力が大きい程短くなる。したがって、充電電圧制限値ＶｃおよびＷｉｎ演算用時間ｔｃは、電池１０の寿命と充電時間の迅速性とを鑑みて実験等に基づいて決定することが好ましい。

第３実施例に係る電力制限値演算装置２４−３の構成および処理について、再び図１および図８を参照して説明する。選択部６０は、操作部１６からブレーキペダル踏み込み量を示すブレーキ操作情報ＢＩを取得し、ブレーキペダル踏み込み量を取得する。選択部６０は、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ未満であるときは第１演算部５６が出力する充電電力制限値ＷｉｎＡを選択して取得し、充電電力制限値Ｗｉｎとして電力制御装置１２に出力する。一方、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ以上であるときは第２演算部５８が出力する充電電力制限値ＷｉｎＢを選択して取得し、充電電力制限値Ｗｉｎとして電力制御装置１２に出力する。

電力制御装置１２は、定電流充電および定電圧充電のいずれの充電状態においても、充電電力制限値ＷｉｎＡを超えないよう電池１０に供給される充電電力を調整する。

第３実施例に係る電力制限値演算装置２４−３によれば、ブレーキペダルの踏み込み量が閾値Ｂｔ未満であるときは、充電電力制限値ＷｉｎＡが電力制御装置１２に出力され、ブレーキペダルの踏み込み量が閾値Ｂｔ以上であるときは、充電電力制限値ＷｉｎＢが電力制御装置１２に出力される。

充電電力制限値ＷｉｎＡは、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃに達するまでは、定電流充電を行い、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃに達した後は、定電圧充電を行うことを前提として求められる。すなわち、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃに達するまでの間は、充電電流制限値Ｉｃの電流を充電電流として電池１０が定電流充電されるものとして充電電力制限値ＷｉｎＡが求められ、充電電圧制限値Ｖｃに達した後よりも電池１０に対する電気的負担が小さい充電電力制限値を求めることができる。一方、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃに達した後は、出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃに維持されつつ電池１０が定電圧充電されるものとして充電電力制限値ＷｉｎＡが求められ、できるだけ大きな充電電力を以て電池１０が充電されるよう、充電電力制限値を求めることができる。したがって、ブレーキペダルの踏み込み量が閾値Ｂｔ未満であり充電電力制限値ＷｉｎＡが用いられるときには、電池１０の出力電圧に応じて、電池１０への電気的負担を鑑みた最大限の電力を以て、電池１０の充電を行うことができる。

一方、充電電力制限値ＷｉｎＢは、電池１０の出力電圧に関わらず、電池１０の出力電圧が充電電圧制限値Ｖｃで定電圧充電を行うことを前提として求められる。したがって、ブレーキ踏み込み量が閾値Ｂｔ以上となり充電電力制限値ＷｉｎＢが用いられるときには、許容され得る最大限の充電電力を以て電池１０を充電することができ、回生制動力を大きくし迅速に電池１０を充電することができる。

ブレーキペダルを踏み込んだときのＷｉｎ演算用時間ｔｃの時間波形、および、そのときの充電電力制限値Ｗｉｎの時間波形は、第２実施例と同様、それぞれ、図７（ａ）および（ｂ）と同様となる。時刻ｔ１にブレーキペダルの踏み込み量が閾値Ｂｔ以上となることにより、Ｗｉｎ演算用時間ｔｃはｔｃ１からｔｃ２となる。これによって、充電可能電力制限値Ｗｉｎは時刻ｔ１以降増加し、回生制動に基づく充電が進むにつれて減少する。

ブレーキペダルが踏み込まれないときの電池電流測定値Ｉｂ、電池電圧測定値Ｖｂおよび充電電力制限値Ｗｉｎの各時間波形の例を、それぞれ、図１３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。これらの図は、基準時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、電池電圧測定値Ｖｂが充電電圧制限値未満であり、時刻ｔ１以降に電池電圧測定値Ｖｂが充電電圧制限値に達した場合を示す。

なお、第１演算部５６および第２演算部５８については、図２に示す電力制限値演算装置２４と同様、それぞれ、第１電力設定値制限部７２および第２電力制限値設定部７４を用いない構成としてもよい。

図１４に第４実施例に係る電力制限値演算装置２４−４の構成を示す。図８の電力制限値演算装置２４−３の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。電力制限値演算装置２４−４は、充電電力制限値をそれぞれが求める第１テーブル対応付け演算部７６および第２テーブル対応付け演算部７８を備える。選択部６０は、第１演算部５６が出力する充電電力制限値ＷｉｎＡまたは第２演算部５８が出力する充電電力制限値ＷｉｎＢのいずれか一方を、ブレーキペダル踏み込み量に応じて選択し電力制御装置１２に出力する。

第１テーブル対応付け演算部７６は、電池状態量ＢＳに含まれる電池モデルパラメータのうち予め定められたもの（以下、テーブルパラメータとする。）と、充電電力制限値とを対応付けたテーブルを記憶する。第２テーブル対応付け演算部７８は、テーブルパラメータ、ブレーキ踏み込み量が閾値Ｂｔ以上となってからの経過時間、および充電電力制限値とを対応付けたテーブルを記憶する。

第１テーブル対応付け演算部７６は、電池状態量推定部２６から出力された電池状態量ＢＳに含まれるテーブルパラメータを取得する。そして、自らが記憶する第１テーブルを参照し、取得したテーブルパラメータに対応する充電電力制限値ＷｉｎＡを求め選択部６０に出力する。

第２テーブル対応付け演算部７８は、電池状態量推定部２６から出力された電池状態量ＢＳに含まれるテーブルパラメータを取得する。また、ブレーキ操作情報ＢＩに基づいてブレーキペダル踏み込み量を取得する。そして、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ以上となったときは、自らが記憶する第２テーブルを参照し、取得したテーブルパラメータ、およびブレーキ踏み込み量が閾値Ｂｔ以上となってからの経過時間に対応する充電電力制限値ＷｉｎＢを求め選択部６０に出力する。

第１テーブルおよび第２テーブルの内容は、第１テーブル対応付け演算部７６および第２テーブル対応付け演算部７８に対するテーブルパラメータを同一とした場合において、第２テーブルによって求められる充電電力制限値ＷｉｎＢが、第１テーブルによって求められる充電電力制限値ＷｉｎＡ以上となるよう、予め決定される。各テーブルにおける対応関係は、例えば、第１実施例から第３実施例における電池状態量ＢＳと充電電力制限値Ｗｉｎとの関係を実験、シミュレーション等によって取得することで求めることができる。

選択部６０は、ブレーキ操作情報ＢＩを操作部１６から取得し、ブレーキペダル踏み込み量を取得する。選択部６０は、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ未満であるときは第１テーブル対応付け演算部７６が出力する充電電力制限値ＷｉｎＡを選択して取得し、充電電力制限値Ｗｉｎとして電力制御装置１２に出力する。一方、ブレーキペダル踏み込み量が所定の閾値Ｂｔ以上であるときは第２テーブル対応付け演算部７８が出力する充電電力制限値ＷｉｎＢを選択して取得し、充電電力制限値Ｗｉｎとして電力制御装置１２に出力する。電力制御装置１２は、充電電力制限値Ｗｉｎを超えないよう電池１０に供給される充電電力を調整する。

第４実施例に係る電力制限値演算装置２４−４によれば、ブレーキペダルの踏み込み量が閾値Ｂｔ未満であるときは、充電電力制限値ＷｉｎＡが電力制御装置１２に出力され、ブレーキペダルの踏み込み量が閾値Ｂｔ以上であるときは、充電電力制限値ＷｉｎＢが電力制御装置１２に出力される。第１テーブルおよび第２テーブルの内容は、充電電力制限値ＷｉｎＢが、充電電力制限値ＷｉｎＡ以上となるよう設定される。したがって、ブレーキペダルの踏み込み量が閾値Ｂｔ未満であるときには、電池１０への電気的負担が小さくなるよう、電池１０の充電を行うことができる。また、ブレーキ踏み込み量が閾値Ｂｔ以上となったときには、許容され得る最大限の充電電力を以て電池１０を充電することができ、回生制動力を大きくし迅速に電池１０を充電することができる。

図１５（ａ）にブレーキペダル踏み込み量の時間変化の例を示す。また、ブレーキペダル踏み込み量が図１５（ａ）のように変化したときの充電電力制限値Ｗｉｎの時間変化の例を図１５（ｂ）に示す。時刻ｔ１にブレーキペダルの踏み込み量がＢ０から閾値Ｂｔ以上の値Ｂｍとなることにより、充電可能電力制限値ＷｉｎはＷｉｎＡからＷｉｎＢとなる。これによって、充電可能電力制限値Ｗｉｎは第２テーブルに従って変化する。図１５（ｂ）は、充電電力制限値Ｗｉｎは、時刻ｔ１にＷ０からＷｍまで増加した後、時間経過と共にＷ０に漸近する例を示している。

なお、ここでは、第１テーブル対応付け演算部７６が、テーブルパラメータと充電電力制限値とを対応付けたテーブルを記憶し、第２テーブル対応付け演算部７８が、テーブルパラメータ、ブレーキ踏み込み量が閾値Ｂｔ以上となってからの経過時間、および充電電力制限値とを対応付けたテーブルを記憶する構成について説明した。第１テーブル対応付け演算部７６および第２テーブル対応付け演算部７８は、電池電圧測定値Ｖｂ、電池電流測定値Ｉｂ、電池温度測定値Ｔｂ等を対応付けの項目としたテーブルを記憶していてもよい。この場合、第１テーブル対応付け演算部７６および第２テーブル対応付け演算部７８は、電池電圧測定値Ｖｂ、電池電流測定値Ｉｂ、電池温度測定値Ｔｂ等を取得し、そのテーブルを参照することで充電電力制限値を求める。

また、第１テーブル対応付け演算部７６および第２テーブル対応付け演算部７８は、電池１０の充電深度を対応付けの項目としたテーブルを記憶していてもよい。この場合、第１テーブル対応付け演算部７６および第２テーブル対応付け演算部７８は、電池状態量ＢＳに基づいて充電深度を求め、そのテーブルを参照することで充電電力制限値を求める。充電深度は、上記（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式を用い、電池状態量ＢＳに基づいて求めることができる。

充電深度を対応付けの項目としたテーブルは、例えば、充電深度が大きい程充電電力制限値が小さくなるよう決定する。一般に、電池は、充電深度が大きい場合には迅速な充電を要さない場合が多い。このようにテーブルの内容を定めることにより、充電深度が大きい程充電電力を小さくし、電池１０への電気的負担を小さくすることができる。

図１６に本発明の別の実施形態に係る車両用電力制御システムの構成を示す。図１の車両用電力制御システムの構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。電池診断／電力制限値演算装置８２は電池診断モード時に電池１０に流れる電流を変化させ、これに伴う電池１０の出力電圧の変化に基づいて電池１０の電池モデルパラメータ、電池１０の劣化度等を求める。そして、求められた電池モデルパラメータ、劣化度等を用い（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式より充電電力制限値Ｗｉｎを求める。

図１７に第１実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置８２−１の構成を示す。図６に示す電力制限値演算装置２４−２の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。この実施例は、電池１０の交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを測定する電池特性決定部８４を備える。

電池１０の両端には、それぞれモード切り換えスイッチ８０が接続される。モード切り換えスイッチ８０は、通常走行モード時には、電池１０を電力制御装置１２に接続する。一方、電池診断モード時には、電池１０を電池診断／電力制御値演算装置８２に接続する。電池診断モード時に、電池診断／電力制御値演算装置８２は、電池１０に流れる電流の時間波形が、例えば、図１８（ａ）に示す時間波形となるよう、電池１０に流れる電流の制御を行う。図１８（ａ）の横軸は時間を示し縦軸は電池１０に流れる充電電流を示す。図１８（ａ）の電流時間波形は、時刻ｔ１で電池１０の充電電流がある初期値Ｉ１から診断電流値Ｉ２となり、その後時刻ｔ２まで診断電流値Ｉ２を維持した後、初期値Ｉ１に戻る。図１８（ｂ）に、このときの電池電圧測定値Ｖｂｐの時間波形の例を示す。横軸は時間を示し縦軸は電池電圧測定値Ｖｂｐを示す。

電池特性決定部８４は、上記（Ｍ１）式〜（Ｍ１５）式を用い、図１８（ａ）のように電池１０の電流が変化したときにおける電池電圧測定値Ｖｂｐ、電池電流測定値Ｉｂｐ、および電池温度測定値Ｔｂｐに基づいて、図４に掲げる電池モデルパラメータのうち交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを求める。電池特性決定部８４は、求められた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを、電池状態量推定部２６および充電可能電力予測部２８に出力する。

電池状態量推定部２６は、先に用いていた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを、電池特性決定部８４から新たに与えられた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sに更新し、電池状態量ＢＳを求める。充電可能電力予測部２８は、先に用いていた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを、電池特性決定部８４から新たに与えられた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sに更新し、充電可能電力特性を求める。

本実施例によれば、経時変化等により電池１０の交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sが変化した場合であっても、変化後の交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを用いて適切な充電制御を行うことができる。

電池診断モードの処理は、イグニッションオン時等、車両用電力制御システムが動作可能な状態で車両が停止している時に行うことが好適である。

図１９に第２実施例に係る電池診断／電力制限値演算装置８２−２の構成を示す。図８、図９、および図１２の電力制限値演算装置２４−３の構成部、および図１７の電池診断／電力制限値演算装置８２−１の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

電池診断／電力制限値演算装置８２−２は、電力制限値演算装置２４−３に電池特性決定部８４を追加したものである。電池特性決定部８４は、測定した交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを電池状態量推定部２６、第１演算部５６、および第２演算部５８に出力する。電池状態量推定部２６は、先に用いていた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを、電池特性決定部８４から新たに与えられた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sに更新し、電池状態量ＢＳを求める。

第１演算部５６が備える第１充電可能電力予測部６４および第２充電可能電力予測部６８は、それぞれ、先に用いていた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを、電池特性決定部８４から新たに与えられた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sに更新し、充電可能電力を求める。第２演算部５８が備える充電可能電力予測部２８は、先に用いていた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを、電池特性決定部８４から新たに与えられた交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sに更新し、充電可能電力特性を求める。

本実施例によれば、第１実施例と同様、経時変化等により電池１０の交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sが変化した場合であっても、変化後の交換電流密度ｉ₀および拡散係数Ｄ_sを用いて適切な充電制御を行うことができる。

なお、本実施形態に係る電池診断／電力制限値演算装置８２−１および８２−２については、図２に示す電力制限値演算装置２４と同様、電力制限値設定部３２および演算用時間調整部３４、または、第１電力設定値制限部７２および第２電力制限値設定部７４を用いない構成としてもよい。

１０ 電池、１２ 電力制御装置、１４ モータジェネレータ、１６ 操作部、１８ 電流センサ、２０ 電圧センサ、２２ 温度センサ、２４，２４−１〜２４−４ 電力制限値演算装置、２６ 電池状態量推定部、２８ 充電可能電力予測部、３０ 充電許容電圧生成部、３２ 電力制限値設定部、３４ 演算用時間調整部、３６ 負極、３８ 正極、４０ セパレータ、４２，４４ 活物質、４６ 負極コレクタ、４８ 正極コレクタ、５０ 負極端子、５２ 正極端子、５４ 外部回路、５６ 第１演算部、５８ 第２演算部、６０ 選択部、６２ 充電許容電流生成部、６４ 第１充電可能電力予測部、６６ 充電許容電圧設定部、６８ 第２充電可能電力予測部、７０ 充電可能電力選択部、７２ 第１電力制限値設定部、７４ 第２電力制限値設定部、７６ 第１テーブル対応付け演算部、７８ 第２テーブル対応付け演算部、８０ モード切り換えスイッチ、８２，８２−１，８２−２ 電池診断／電力制限値演算装置、８４ 電池特性決定部。

Claims (11)

1. 車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、
   前記電池の電力授受状態を検出する使用状態検出部と、
   前記使用状態検出部の検出結果に基づいて、電池状態量を求める電池状態量推定部と、
   充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を定電圧充電するときの充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を、当該充電電圧制限値と前記電池状態量とに基づいて求める充電可能電力予測部と、
   ブレーキペダルの操作状態と前記充電可能電力特性とに基づいて充電電力制限値を求める電力制限値設定部と、
   を備えることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
2. 請求項１に記載の充電電力制限値演算装置において、
   ブレーキペダルの操作に応じて演算用時間を求める演算用時間調整部を備え、
   前記電力制限値設定部は、
   基準時刻から前記演算用時間が経過した時における充電可能電力を充電電力制限値として求めることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
3. 車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、
   前記電池の電力授受状態を検出する使用状態検出部と、
   前記使用状態検出部の検出結果に基づいて、電池状態量を求める電池状態量推定部と、
   充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を充電するときの充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を、当該充電電圧制限値と前記電池状態量とに基づいて求める充電可能電力予測部と、
   ブレーキペダルの操作状態と前記充電可能電力特性とに基づいて充電電力制限値を求める電力制限値設定部と、
   ブレーキペダルの操作に応じて演算用時間を求める演算用時間調整部と、
   を備え、
   前記電力制限値設定部は、
   基準時刻から前記演算用時間が経過した時における充電可能電力を充電電力制限値として求めることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の充電電力制限値演算装置において、
   前記演算用時間調整部は、
   前記ブレーキペダルの踏み込み量が所定量以上であるときは、前記ブレーキペダルの踏み込み量が所定量未満であるときよりも短い演算用時間を求めることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の充電電力制限値演算装置において、
   前記電池に流れる電流を変化させる電池電流制御部と、
   前記電池電流制御部による電流変化に対する前記電池の出力電圧の変化に基づいて、前記電池の特性定数を求める電池特性決定部と、
   を備え、
   前記電池状態量推定部は、
   前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて前記電池状態量を求め、
   前記充電可能電力予測部は、
   前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて充電可能電力を求めることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
6. 車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、
   前記電池の電力授受状態を検出する使用状態検出部と、
   前記使用状態検出部の検出結果に基づいて、電池状態量を求める電池状態量推定部と、
   前記電池状態量に応じてそれぞれが充電電力制限値を求める第１および第２演算部と、
   前記第１演算部が求める充電電力制限値または前記第２演算部が求める充電電力制限値のいずれか一方を、ブレーキペダルの操作に応じて選択し出力する選択部と、
   を備え、
   前記第１演算部は、
   充電電流制限値を取得し、充電電流制限値の電流で前記電池を充電するときの充電可能電力を、前記電池状態量に基づいて求める第１充電可能電力予測部と、
   充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を充電するときの充電可能電力を、前記電池状態量に基づいて求める第２充電可能電力予測部と、
   前記電池の出力電圧と充電電圧制限値とを比較し、比較結果に応じて前記第１充電可能電力予測部によって求められた充電可能電力または前記第２充電可能電力予測部によって求められた充電可能電力のいずれかを選択し、充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を選択結果に基づいて求める充電可能電力選択部と、
   を備え、
   当該充電可能電力特性に基づく充電電力制限値を出力し、
   前記第２演算部は、
   充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を充電するときの充電可能電力の時間変化を示す充電可能電力特性を、当該充電電圧制限値と前記電池状態量とに基づいて求める充電可能電力予測部と、
   を備え、
   当該充電可能電力特性に基づく充電電力制限値を出力することを特徴とする充電電力制限値演算装置。
7. 請求項６に記載の充電電力制限値演算装置において、
   前記第１演算部および前記第２演算部のそれぞれは、
   前記充電可能電力特性に基づいて、基準時刻から所定の時間が経過した時における充電可能電力を充電電力制限値として求める電力制限値設定部を備えることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の充電電力制限値演算装置において、
   前記充電可能電力選択部は、
   前記電池の出力電圧が充電電圧制限値未満であるときは、前記第１充電可能電力予測部によって求められた充電可能電力を選択することを特徴とする充電電力制限値演算装置。
9. 請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の充電電力制限値演算装置において、
   前記電池に流れる電流を変化させる電池電流制御部と、
   前記電池電流制御部による電流変化に対する前記電池の出力電圧の変化に基づいて、前記電池の特性定数を求める電池特性決定部と、
   を備え、
   前記電池状態量推定部は、
   前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて前記電池状態量を求め、
   前記充電可能電力予測部、前記第１充電可能電力予測部および前記第２充電可能電力予測部は、
   前記電池特性決定部によって求められた特性定数に基づいて充電可能電力を求めることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
10. 車両駆動電力供給用の電池について充電電力制限値を求める充電電力制限値演算装置において、
    前記電池の電池状態量を求める電池状態量推定部と、
    前記電池状態量に応じて充電電力制限値を求める第１演算部と、
    前記第１演算部が求める充電電力制限値よりも大きい充電電力制限値を、前記電池状態量に応じて求める第２演算部と、
    前記第１演算部が求める充電電力制限値または前記第２演算部が求める充電電力制限値のいずれか一方を、ブレーキペダルの操作に応じて選択し出力する選択部と、
    を備え、
    前記第１演算部は、
    充電電流制限値および充電電圧制限値を取得し、充電電流制限値の電流で前記電池を定電流充電するときの充電可能電力特性、および、充電電圧制限値の電圧で前記電池を定電圧充電するときの充電可能電力特性のうち、前記電池の出力電圧に応じて選択された充電可能電力特性に基づいて充電電力制限値を求め、
    前記第２演算部は、
    充電電圧制限値を取得し、充電電圧制限値の電圧で前記電池を定電圧充電するときの充電可能電力特性に基づいて充電電力制限値を求めることを特徴とする充電電力制限値演算装置。
11. 請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の充電電力制限値演算装置において、
    前記選択部は、
    前記ブレーキペダルの踏み込み量が所定量以上であるときに、前記第２演算部が求める充電電力制限値を選択することを特徴とする充電電力制限値演算装置。

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