二次电池的控制系统以及装载有该控制系统的混合动力车辆

摘要

电池模型部(60)包括：基于巴物勒伏尔默公式的电极反应模型部(61)、通过扩散方程式来分析电解液中的锂离子浓度分布的电解液中Li浓度分布模型部(62)、通过扩散方程式来分析活性物质内的固相的离子浓度分布的活性物质内Li浓度分布模型部(63)、用于按照电荷守恒定律求出电位分布的电流/电位分布模型部(64)、热扩散模型部(65)、以及边界条件设定部(66)。边界条件设定部(66)将电极界面的边界条件设定为：界面处的反应量不是由位置性的物质浓度差决定的，界面处的锂浓度的时间性变化、即物质迁移的驱动力(时间轴上)由于与电化学平衡状态之间的偏差而产生。由此，能够根据恰当地设定了边界条件的电池模型而进行恰当的充放电控制。

权利要求

1.一种二次电池的控制系统，所述二次电池构成为能够在该二次电池与负载之间授受电力，所述二次电池包括：

第一电极和第二电极，分别包括活性物质，该活性物质包括以固相存在的预定物质；以及离子导体，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，用于在所述电极之间传导离子化了的所述预定物质；

所述控制系统包括：

电池状态推定部，用于根据设置在所述二次电池中的传感器的检测值，按照能够动态地推定出所述二次电池的内部状态的电池模型，逐次计算出表示电池状态的状态推定值；

电池信息生成部，用于根据由所述电池状态推定部计算出的所述状态推定值，生成用于所述二次电池的充放电限制的电池信息；以及负载控制部，用于根据对所述负载的动作要求，考虑由所述电池信息生成部生成的所述电池信息，生成对所述负载的动作指令，使得能够避免所述二次电池的过充电和过放电；

所述电池状态推定部包括：

第一模型部，用于推定在各所述电极中的所述活性物质与所述离子导体的界面处的所述预定物质的电化学反应；

第二模型部，用于根据扩散方程式来推定出各所述电极内的所述预定物质的浓度分布；

第三模型部，用于根据扩散方程式来推定出所述离子导体内的所述预定物质的离子浓度分布；

第四模型部，用于根据所述电化学反应的反应电流来推定出按照在各所述电极和所述离子导体内产生的电流分布而形成的电位分布；以及边界条件设定部，用于根据所述预定物质的浓度的时间微分和所述反应电流之间的预定的关系式来设定在所述第二模型部中使用的所述扩散方程式的所述界面的边界条件，所述二次电池由锂离子电池构成，所述预定物质为锂。

2.如权利要求1所述的二次电池的控制系统，其中，当通过球状模型表示的所述活性物质内的各点处的所述预定物质的浓度为cs、所述各点与中心之间的距离为r、所述活性物质的半径为rs、所述活性物质的体积分率为εs、时间Li为t、所述反应电流为j 、所述活性物质的表面积为as、法拉第常数为F时，所述预定的关系式由下式表示：r＝rs，

其中所述球状模型假定了所述预定物质的浓度在周向上是均匀的。

3.如权利要求1所述的二次电池的控制系统，其中，所述电池信息包括所述二次电池能够进行输入输出的上限功率，所述电池信息生成部根据所述二次电池内部的各部位的所述状态推定值的分布来设定所述上限功率，所述负载控制部在小于等于由所述电池信息生成部设定了的所述上限功率的范围内生成对所述负载的动作指令。

4.如权利要求1所述的二次电池的控制系统，其中，还包括：

参数确定模型部，根据所述传感器的检测值来确定在所述电池模型中使用的参数；以及参数管理部，在由所述传感器检测出的、表示所述二次电池的实际的运行情况的检测值与基于所述电池状态推定部的状态推定值而得到的所述运行情况的预测值的差大于预定值的情况下，对于由所述参数确定模型部确定了的参数，将在所述电池模型中使用的参数值更新为通过所述参数确定模型部得到的确定值。

5.如权利要求4所述的二次电池的控制系统，其中，所述参数管理部在更新所述参数值时，通过对进行更新的参数值和预先求出的、伴随着所述二次电池的使用而形成的该参数值的劣化特性进行比较来进行对所述二次电池的劣化推定。

6.如权利要求1所述的二次电池的控制系统，其中，所述电池信息生成部根据由所述电池状态推定部推定出的当前的所述状态推定值，作为所述电池信息而预测出所述二次电池从当前时点开始能够持续地输入输出预定功率的时间，所述负载控制部考虑作为所述电池信息而预测出的所述能够持续地输入输出预定功率的时间，生成对所述负载的动作指令，使得能够避免所述二次电池的过充电和过放电。

7.如权利要求1所述的二次电池的控制系统，其中，所述电池信息生成部根据由所述电池状态推定部推定出的当前时点的所述状态推定值，作为所述电池信息而预测出在所述二次电池从当前时点开始持续地输入输出了预定功率的情况下的该二次电池的劣化率，所述负载控制部考虑作为所述电池信息而预测出的劣化率，生成对所述负载的动作指令。

8.如权利要求7所述的二次电池的控制系统，其中，还包括根据所述传感器的检测值推定出所述二次电池的劣化度或剩余寿命的劣化度推定部，所述负载控制部考虑由所述劣化度推定部推定出的所述劣化度或所述剩余寿命而求出在当前时点被允许的劣化率范围，并且限制在使得作为所述电池信息而预测出的劣化率处于所述劣化率范围内的所述二次电池的充放电功率的范围内来生成对所述负载的动作指令。

9.一种混合动力车辆，包括：

内燃机和电动机，分别构成为能够产生车辆的驱动力；

控制装置，决定由所述内燃机和所述电动机分别输出的驱动力，使得能够确保所述车辆整体的要求驱动力；

二次电池，构成为能够在该二次电池与所述电动机之间授受电力；以及所述二次电池的充放电控制装置；

所述二次电池包括：

第一电极和第二电极，分别包括活性物质，该活性物质包括以固相存在的预定物质；以及离子导体，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，用于在所述电极之间传导离子化了的所述预定物质；

所述充放电控制装置包括：

电池状态推定部，用于根据设置在所述二次电池中的传感器的检测值，按照能够动态地推定出所述二次电池的内部状态的电池模型，逐次计算出表示电池状态的状态推定值；

以及

电池信息生成部，用于根据由所述电池状态推定部计算出的所述状态推定值，生成用于所述二次电池的充放电限制的电池信息；

所述电池状态推定部包括：

第一模型部，用于推定在各所述电极中的所述活性物质与离子导体的界面处的所述预定物质的电化学反应；

第二模型部，用于根据扩散方程式来推定出各所述电极内的所述预定物质的浓度分布；

第三模型部，用于根据扩散方程式来推定出所述离子导体内的所述预定物质的离子浓度分布；

第四模型部，用于根据所述电化学反应的反应电流来推定出按照在各所述电极和所述离子导体内产生的电流分布而形成的电位分布；以及边界条件设定部，用于根据所述预定物质的浓度的时间微分和所述反应电流之间的预定的关系式来设定在所述第二模型部中使用的所述扩散方程式的所述界面的边界条件；

所述控制装置考虑由所述电池信息生成部生成的所述电池信息来生成所述电动机的转矩指令值，使得能够避免所述二次电池的过充电和过放电，所述二次电池由锂离子电池构成，

所述预定物质为锂。

10.如权利要求9所述的混合动力车辆，其中，

当通过球状模型表示的所述活性物质内的各点处的所述预定物质的浓度为cs、所述各点与中心之间的距离为r、所述活性物质的半径为rs、所述活性物质的体积分率为εs、时间Li为t、所述反应电流为j 、所述活性物质的表面积为as、法拉第常数为F时，所述预定的关系式由下式表示：r＝rs，

其中所述球状模型假定了所述预定物质的浓度在周向上是均匀的。

11.如权利要求9所述的混合动力车辆，其中，

所述电池信息包括所述二次电池能够进行输入输出的上限功率，所述电池信息生成部根据所述二次电池内部的各部位的所述状态推定值的分布来设定所述上限功率，所述控制装置在小于等于由所述电池信息生成部设定了的所述上限功率的范围内生成所述电动机的转矩指令值。

12.如权利要求9所述的混合动力车辆，其中，

所述充放电控制装置还包括：

参数确定模型部，根据所述传感器的检测值来确定在所述电池模型中使用的参数；以及参数管理部，在由所述传感器检测出的、表示所述二次电池的实际的运行情况的检测值与基于所述电池状态推定部的状态推定值而得到的所述运行情况的预测值的差大于预定值的情况下，对于由所述参数确定模型部确定了的参数，将在所述电池模型中使用的参数值更新为通过所述参数确定模型部得到的确定值。

13.如权利要求12所述的混合动力车辆，其中，所述参数管理部在更新所述参数值时，通过对进行更新的参数值和预先求出的、伴随着所述二次电池的使用而形成的该参数值的劣化特性进行比较来进行对所述二次电池的劣化推定。

14.如权利要求9所述的混合动力车辆，其中，

所述电池信息生成部根据由所述电池状态推定部推定出的当前的所述状态推定值，作为所述电池信息而预测出所述二次电池从当前时点开始能够持续地输入输出预定功率的时间，所述控制装置考虑作为所述电池信息而预测出的所述能够持续地输入输出预定功率的时间，生成所述电动机的转矩指令值，使得能够避免所述二次电池的过充电和过放电。

15.如权利要求9所述的混合动力车辆，其中，

所述电池信息生成部根据由所述电池状态推定部推定出的当前时点的所述状态推定值，作为所述电池信息而预测出在所述二次电池从当前时点开始持续地输入输出了预定功率的情况下的该二次电池的劣化率，所述控制装置考虑作为所述电池信息而预测出的劣化率，生成所述电动机的转矩指令值。

16.如权利要求15所述的混合动力车辆，其中，所述充放电控制装置还包括根据所述传感器的检测值推定出所述二次电池的劣化度或剩余寿命的劣化度推定部，所述控制装置考虑由所述劣化度推定部推定出的所述劣化度或所述剩余寿命而求出在当前时点被允许的劣化率范围，并且限制在使得作为所述电池信息而预测出的劣化率处于所述劣化率范围内的所述二次电池的充放电功率的范围内来生成所述电动机的转矩指令值。

说明书

二次电池的控制系统以及装载有该控制系统的混合动力车

辆

技术领域

[0001] 本发明涉及二次电池的控制系统以及装载有该控制系统的混合动力车辆，更具体地说涉及使用了能够动态地推定出电池的内部状态的电池模型的二次电池的充放电控制。

背景技术

[0002] 以往使用通过能够进行充放电的二次电池向负载设备提供电源、并且能够根据需要对该二次电池进行充电的电源系统。代表性的是将通过二次电池而被驱动的电动机作为驱动力源的混合动力车辆或电动车辆等装载有该电源系统。例如，电动车辆使用该二次电池所蓄积的动力来驱动电动机并驱动车辆。另外，混合动力车辆使用该二次电池所蓄积的电力来驱动电动机并驱动车辆，或者通过电动机辅助发动机来驱动车辆。燃料电池车辆使用燃料电池的电力来驱动电动机并驱动车辆，或者除了该燃料电池的电力之外还使用二次电池所蓄积的电力来驱动电动机并驱动车辆。

[0003] 特别是在能够通过装载在车辆上的内燃机来驱动发电机而产生电力并通过该电力对二次电池进行充电的方式的混合动力车辆中，为了使二次电池能够接收再生电力、并且如果有要求的话二次电池能够直接向电动机供电，需要将二次电池的充电量(SOC：State of Charge)控制在满充电的状态(100％)与完全未充电的状态(0％)的大致中间附近(50～60％)。

[0004] 另外，一旦二次电池进行了过充电或过放电的话，电池性能会劣化并导致寿命缩短。因此，在如上所述将中间的SOC作为控制目标而反复地进行充放电的二次电池的使用方式中，需要进行逐次地掌握二次电池的充电量并限制过度的充放电的充放电控制。

[0005] 因此，在日本专利文献特开2003-346919号公报(专利文献1)、特开2000-100479号公报(专利文献2)、特开平11-204149号公报(专利文献3)、以及特开2000-268886号公报(专利文献4)中提出了以下控制方式：不仅通过充放电电流和输出电压(端子间电压)等来宏观地掌握电池状态，而且根据对二次电池的内部状态的动态推定来掌握电池状态，其中最主要的二次电池的内部状态是形成二次电池的活性物质内的离子浓度分布。特别是对于锂离子电池，在“W.B.Gu and C.Y.Wang，“THERMAL-ELECTROCHEMICAL COUPLED MODELING OF ALITHIUM-ION CELL”，ECS Proceedings Vol.99-25(1)，pp 743-762(以下称为非专利文献1)”中公开了能够推定出电池内部的电化学反应的电池模型式。

发明内容

[0006] 为了动态地推定出上述二次电池的内部状态，需要分析电极(活性物质)和离子导体(代表性地为电解液)的界面处的电化学反应并分析通过该电化学反应形成的物质(或离子)在电极和离子传导体的内部的物质迁移(扩散现象)。

[0007] 在进行该分析时，在上述专利文献1～4和非专利文献1中，用于分析物质迁移的扩散方程式的边界条件被设定成：使得物质迁移的驱动力由于浓度差而产生，具体地说即作为分析对象的物质(或离子)浓度的空间方向的微分与通过界面处的电极反应而产生的反应电流成比例。

[0008] 但是，在该边界条件下，界面处的反应量由浓度差决定，与现实中的电池运行情况不符。特别是在充分地迟豫了电池而不存在浓度差的状态下，根据采用了上述边界条件的电池模型，不产生电流，因此需要在算法上进行随意的处理。因此，会导致对电池内部状态的分析产生随意性，其分析精度可能会产生问题。

[0009] 本发明是为了解决该问题而完成的，其目的在于提供一种能够根据恰当地设定了边界条件的电池模型来执行恰当的充放电控制的二次电池的控制系统以及装载有该控制系统的混合动力车辆。

[0010] 本发明提供一种二次电池的控制系统，所述二次电池构成为能够在该二次电池与负载之间授受电力，所述控制系统包括电池状态推定部、电池信息生成部、负载控制部。二次电池包括：第一电极和第二电极，分别包括活性物质，该活性物质包括以固相存在的预定物质；以及离子导体，设置在第一电极与第二电极之间。离子导体构成为在电极之间传导离子化了的预定物质。电池状态推定部构成为：根据设置在二次电池中的传感器的检测值，按照能够动态地推定出二次电池的内部状态的电池模型，逐次计算出表示电池状态的状态推定值。电池信息生成部构成为：根据由电池状态推定部计算出的状态推定值，生成用于二次电池的充放电限制的电池信息。负载控制部构成为：根据对负载的动作要求，考虑由电池信息生成部生成的电池信息，生成对负载的动作指令，使得能够避免二次电池的过充电和过放电。并且，电池状态推定部包括第一至第四模型部和边界条件设定部。第一模型部构成为：推定在各电极中的活性物质与离子导体的界面处的预定物质的电化学反应。第二模型部构成为：根据扩散方程式来推定出各电极内的预定物质的浓度分布。第三模型部构成为：根据扩散方程式来推定出离子导体内的预定物质的离子浓度分布。第四模型部构成为：根据电化学反应的反应电流来推定出按照在各电极和离子导体内产生的电流分布而形成的电位分布。边界条件设定部构成为：根据预定物质的浓度的时间微分和反应电流之间的预定的关系式来设定在第二模型部中使用的扩散方程式的界面的边界条件。

[0011] 优选的是，当通过球状模型表示的活性物质内的各点处的预定物质的浓度为cs、各点与中心之间的距离为r、活性物质的半径为rs、活性物质的体积分率为εs、时间为t、反Li应电流为j 、活性物质的表面积为as、法拉第常数为F时，预定的关系式由下式表示：

[0012]

[0013] 其中所述球状模型假定了预定物质的浓度在周向上是均匀的。

[0014] 根据上述二次电池的控制系统，能够按照以下方式用公式来表示电极界面处的边界条件：物质迁移的驱动力(时间轴上)不是由于位置性(空间性)的物质浓度差而产生的，而是由于与电化学平衡状态之间的偏差而产生的。因此，即使当从充分地迟豫了电池而不存在浓度差的状态开始产生充放电电流时，也能够在不进行随意的处理的情况下动态地推定出二次电池的内部状态。结果，能够提高通过电池模型进行的对二次电池的内部状态的推定的精度，并使用作为该电池模型的计算结果的状态推定值来执行恰当的充放电控制。

[0015] 优选的是，电池信息包括二次电池能够进行输入输出的上限功率。并且，电池信息生成部根据二次电池内部的各部位的状态推定值的分布来设定上限功率，负载控制部在小于等于由电池信息生成部设定了的上限功率的范围内生成对负载的动作指令。

[0016] 通过如上构成，能够通过电池模型推定出二次电池的内部反应、即电池内各部位的活性物质的利用度分布和温度分布，从而能够设定二次电池的可输入输出功率。因此，能够恰当地限制二次电池的充放电，使得能够避免会导致局部的电池劣化的现象。

[0017] 另外，优选的是，二次电池的控制系统还包括参数确定模型部和参数管理部。参数确定模型部构成为：根据传感器的检测值来确定在电池模型中使用的参数。参数管理部构成为：在由传感器检测出的、表示二次电池的实际的运行情况的检测值与基于电池状态预测部的预测值而得到的运行情况的预测值的差大于预定值的情况下，对于由参数确定模型部确定了的参数，将在电池模型中使用的参数值更新为通过参数确定模型部得到的确定值。

[0018] 通过如上构成，在二次电池的实际的运行情况与通过电池模型得到的预测的偏差大的情况下，能够逐次地更新电池模型的参数。由此，能够更加准确地掌握电池的内部状态，因此能够最大限度地利用当时时点的电池性能。另外，能够进行进一步防止了局部劣化和热失控的充放电限制。

[0019] 并且，优选的是，参数管理部在更新参数值时，通过对进行更新的参数值和预先求出的、伴随着二次电池的使用而形成的该参数值的劣化特性进行比较来进行对二次电池的劣化推定。

[0020] 通过如上构成，能够随着参数更新来进行二次电池的剩余寿命判定并通知给使用者。由此，能够有效地利用二次电池并提高了使用者的使用方便性。

[0021] 或者，优选的是，电池信息生成部根据由电池状态推定部推定出的当前的状态推定值，作为电池信息而预测出二次电池从当前时点开始能够持续地输入输出预定功率的时间。并且，负载控制部考虑作为电池信息而预测出的能够持续地输入输出预定功率的时间，生成对负载的动作指令，使得能够避免二次电池的过充电和过放电。

[0022] 通过如上构成，能够使用通过上述电池模型计算出的当前的状态推定值来预测出从当前时点开始能够持续地以预定功率进行充放电的可输入输出时间。结果，能够根据当前时点的二次电池的内部状态求出对于输入输出功率的可输入输出时间的特性。因此，能够根据该特性来进行阶段性地设定了充放电限制的充放电控制，使得能够避免过充电和过放电并最大限度地发挥电池性能。

[0023] 另外，优选的是，电池信息生成部根据由电池状态推定部推定出的当前时点的状态推定值，作为电池信息而预测出在二次电池从当前时点开始持续地输入输出了预定功率的情况下的该二次电池的劣化率。并且，负载控制部考虑作为电池信息而预测出的劣化率，生成对负载的动作指令。

[0024] 通过如上构成，能够使用通过上述电池模型计算出的当前的状态推定值而求出在以预定功率持续地进行了充放电的情况下的预测劣化率。因此，能够恰当地反映出各时点的二次电池的内部状态，考虑使劣化不会由于二次电池的过充电或过放电而急剧加剧来进行二次电池的充放电限制。

[0025] 另外，优选的是，二次电池的控制系统还包括劣化度推定部。劣化度推定部构成为：根据传感器的检测值推定出二次电池的劣化度或剩余寿命。并且，负载控制部考虑由劣化度推定部推定出的劣化度或剩余寿命而求出在当前时点被允许的劣化率范围，并且限制在使得作为电池信息而预测出的劣化率处于劣化率范围内的二次电池的充放电功率的范围内来生成对负载的动作指令。

[0026] 通过如上构成，能够根据当前时点的二次电池的劣化度或剩余寿命而改变被允许的劣化率的范围。因此，能够反映出当前时点的二次电池的劣化度，考虑使得劣化不会急剧加剧、电池寿命不会缩短来进行二次电池的充放电限制。

[0027] 优选的是，在本发明的二次电池的控制系统中，二次电池由锂离子电池构成，预定物质为锂。

[0028] 通过如上构成，由于以输出特性根据电极内部的锂浓度分布状态而不同的锂离子电池为控制对象，因此通过如本发明那样在通过电池模型推定出电池的内部反应的基础上进行充放电控制，能够避免过充电和过放电并最大限度地发挥电池性能。

[0029] 本发明的混合动力车辆包括：内燃机和电动机，分别构成为能够产生车辆的驱动力；控制装置，决定由内燃机和电动机分别输出的驱动力，使得能够确保车辆整体的要求驱动力；二次电池，构成为能够在该二次电池与电动机之间授受电力；以及二次电池的充放电控制装置。并且，二次电池包括：第一电极和第二电极，分别包括活性物质，该活性物质包括以固相存在的预定物质；以及离子导体，设置在第一电极与第二电极之间，用于在电极之间传导离子化了的预定物质。充放电控制装置包括电池状态推定部和电池信息生成部。电池状态推定部构成为：二次电池中的传感器的检测值，按照能够动态地推定出二次电池的内部状态的电池模型，逐次计算出表示电池状态的状态推定值。电池信息生成部构成为：根据电池状态推定部计算出的状态推定值，生成用于二次电池的充放电限制的电池信息。并且，电池状态推定部包括第一至第四模型部和边界条件设定部。第一模型部构成为：推定在各电极中的活性物质与离子导体的界面处的预定物质的电化学反应。第二模型部构成为：根据扩散方程式来推定出各电极内的预定物质的浓度分布。第三模型部构成为：根据扩散方程式来推定出离子导体内的预定物质的离子浓度分布。第四模型部构成为：根据电化学反应的反应电流来推定出按照在各电极和离子导体内产生的电流分布而形成的电位分布。
边界条件设定部构成为：根据预定物质的浓度的时间微分和反应电流之间的预定的关系式来设定在第二模型部中使用的扩散方程式的界面的边界条件。

[0030] 优选的是，当通过球状模型表示的活性物质内的各点处的预定物质的浓度为cs、各点与中心之间的距离为r、活性物质的半径为rs、活性物质的体积分率为εs、时间为t、反Li应电流为j 、活性物质的表面积为as、法拉第常数为F时，预定的关系式由下式表示：

[0031]

[0032] 其中所述球状模型假定了预定物质的浓度在周向上是均匀的。

[0033] 另外，优选的是，在混合动力车辆中，电池信息包括二次电池能够进行输入输出的上限功率。并且，电池信息生成部根据二次电池内部的各部位的状态推定值的分布来设定所述上限功率，控制装置在小于等于由电池信息生成部设定了的上限功率的范围内生成电动机的转矩指令值。

[0034] 或者，优选的是，在混合动力车辆中，充放电控制装置还包括参数确定模型部和参数管理部。参数确定模型部构成为：根据传感器的检测值来确定在电池模型中使用的参数。参数管理部构成为：在由传感器检测出的、表示二次电池的实际的运行情况的检测值与基于电池状态预测部的预测值而得到的运行情况的预测值的差大于预定值的情况下，对于由参数确定模型部确定了的参数，将在电池模型中使用的参数值更新为通过参数确定模型部得到的确定值。

[0035] 并且，优选的是，在混合动力车辆中，参数管理部在更新参数值时，通过对进行更新的参数值和预先求出的、伴随着二次电池的使用而形成的该参数值的劣化特性进行比较来进行对二次电池的劣化推定。

[0036] 另外，优选的是，在混合动力车辆中，电池信息生成部根据由电池状态推定部推定出的当前的状态推定值，作为电池信息而预测出二次电池从当前时点开始能够持续地输入输出预定功率的时间。并且，控制装置考虑作为电池信息而预测出的能够持续地输入输出预定功率的时间，生成电动机的转矩指令值，使得能够避免二次电池的过充电和过放电。

[0037] 或者，优选的是，在混合动力车辆中，电池信息生成部根据由电池状态推定部推定出的当前时点的状态推定值，作为电池信息而预测出在二次电池从当前时点开始持续地输入输出了预定功率的情况下的该二次电池的劣化率。并且，控制装置考虑作为电池信息而预测出的劣化率，生成电动机的转矩指令值。

[0038] 另外，优选的是，在混合动力车辆中，充放电控制装置还包括根据传感器的检测值推定出二次电池的劣化度或剩余寿命的劣化度推定部。并且，控制装置考虑由劣化度推定部推定出的劣化度或剩余寿命而求出在当前时点被允许的劣化率范围，并且限制在使得作为电池信息而预测出的劣化率处于劣化率范围内的二次电池的充放电功率的范围内来生成电动机的转矩指令值。

[0039] 优选的是，在混合动力车辆中，二次电池由锂离子电池构成，预定物质为锂。

[0040] 根据上述混合动力车辆，通过装载上述二次电池的充放电系统，能够在对以电动机为负载的二次电池进行充放电限制以使二次电池不会进行过充电、过放电或者发生急速的劣化的加剧的基础上，确保车辆整体的要求驱动力。

[0041] 根据本发明，能够提供一种通过恰当地设定可动态地推定出二次电池的内部状态的电池模型式的边界条件而能够根据该电池模型来进行恰当的充放电控制的二次电池的控制系统以及装载有该控制系统的混合动力车辆。

附图说明

[0042] 图1是说明由本发明的实施方式的二次电池的控制系统控制的电源系统的构成的简要的框图；

[0043] 图2是二次电池的简要的构成图；

[0044] 图3是说明电池模型部中的对二次电池的建模的概念图；

[0045] 图4是说明电池模型部的简要构成的框图；

[0046] 图5是表示在构成电池模型部的电池模型式中使用的变量和常数的列表的图；

[0047] 图6是说明球状的活性物质的锂浓度分析模型的概念图；

[0048] 图7是说明正极和负极的电位关系的概念图；

[0049] 图8是说明着眼于二次电池内部的锂离子浓度分布的充放电限制的第一图；

[0050] 图9是说明着眼于二次电池内部的锂离子浓度分布的充放电限制的第二图；

[0051] 图10是说明着眼于二次电池内部的锂离子浓度分布的充放电限制的第三图；

[0052] 图11是说明着眼于二次电池内部的温度分布的充放电限制的第一图；

[0053] 图12是说明着眼于二次电池内部的温度分布的充放电限制的第二图；

[0054] 图13是说明着眼于二次电池内部的电位分布的充放电限制的框图；

[0055] 图14是说明着眼于根据二次电池内部的电位分布得到的预测端子间电压的充放电限制的图；

[0056] 图15是说明实施方式二的充放电控制的流程图；

[0057] 图16是说明实施方式三的电池ECU的功能构成的框图；

[0058] 图17是说明诊断模式下的二次电池的动作的概念图；

[0059] 图18是说明实施方式三的二次电池的剩余寿命诊断的概念图；

[0060] 图19是说明实施方式三的诊断模式的流程图；

[0061] 图20是说明实施方式三的变形例的电池ECU的功能构成的框图；

[0062] 图21是表示图20所示的参数确定模型部的在线参数确定的一个例子的概念图；

[0063] 图22是说明实施方式四的电池ECU的功能构成的简要的框图；

[0064] 图23是说明实施方式四的二次电池的充放电控制中的电池模型部和电池信息生成部的动作定时的概念图；

[0065] 图24是说明实施方式四的电池信息生成部周期性地执行的运行情况预测例程的流程图；

[0066] 图25是说明电池输出电压的运行情况预测与可输入输出时间的关系的概念图；

[0067] 图26是表示在实施方式四的二次电池的充放电控制中使用的预测信息的结构示例的概念图；

[0068] 图27是说明实施方式四的变形例一的电池ECU的功能构成的简要的框图；

[0069] 图28是表示在实施方式四的变形例一的二次电池的充放电控制中使用的预测信息的结构示例和充放电限制的概念图；

[0070] 图29是说明实施方式四的变形例一的二次电池的充放电控制的流程图；

[0071] 图30是说明实施方式四的变形例二的二次电池的充放电控制的功能构成的简要的框图；

[0072] 图31是表示在实施方式四的变形例二的二次电池的充放电控制中使用的预测信息的结构示例和充放电限制的概念图；

[0073] 图32是说明实施方式四的变形例二的二次电池的充放电控制的流程图；

[0074] 图33是说明本发明的实施方式五的混合动力车辆的构成示例的框图；

[0075] 图34是说明装载有本实施方式的二次电池的控制系统的混合动力车辆中的电动发电机MG2的动作指令值设定的流程图。

具体实施方式

[0076] 下面，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。以下，对图中相同或相当的部分标注同一标号，作为原则不重复进行说明。

[0077] 【实施方式一】

[0078] 图1是说明由本发明的实施方式的二次电池的控制系统控制的电源系统的构成的简要的框图。

[0079] 参照图1，电源系统5包括：二次电池10、负载20、二次电池的冷却扇40、以及由电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)构成的电池ECU50和控制装置80。各ECU代表性地包括用于执行预先被编为程序的预定序列和预定计算的微机和存储器(RAM：Random Access Memory，ROM：Read Only Memory等)。通过电池ECU50和控制装置80来实现执行以下说明的充放电限制的“控制系统”。

[0080] 作为能够进行充放电的二次电池10，代表性地使用锂离子电池。锂离子电池由于其输出特性根据电池内部、特别是电极内部的锂离子浓度的分布状态而不同，因此适于应用本发明。

[0081] 在二次电池10中设置有：测定电池温度Tb的温度传感器30、测定二次电池10的输入输出电流Ib(以下也称为电池电流Ib)的电流传感器32、以及测定正极与负极之间的端子间电压Vb(以下也称为电池输出电压Vb)的电压传感器34。

[0082] 冷却扇40经由冷媒通路41与二次电池10连接，向冷媒通路41供应作为“冷媒”的冷却风。虽然未进行图示，但是在二次电池10中适当地设置有冷媒路径以能够通过经由冷媒通路41供应的冷却风45来冷却二次电池10的各单元。冷却扇40的动作/停止、以及动作时的冷媒供应量由电池ECU50控制。

[0083] 负载20通过来自二次电池10的输出电力而被驱动。另外，未图示的发电、供电部件设置成被包括在负载20中或者与负载20相独立，二次电池10能够通过来自该发电、供电部件的充电电流而进行充电。因此，在二次电池10进行放电时电池电流Ib＞0，在二次电池10充电时电池电流Ib＜0。

[0084] 电池ECU50包括电池模型部60和电池信息生成部70。这里，电池模型部60和电池信息生成部70例如分别相当于通过由电池ECU50执行预定的程序而实现的功能模块。电池模型部60根据来自设置在二次电池10中的传感器组30、32、34的检测值并按照能够动态地推定出二次电池10的内部状态的电池模型而以预定的周期逐次计算出表示电池状态的状态推定值。

[0085] 电池信息生成部70根据由电池模型部60计算出的状态推定值而生成用于二次电池的充放电限制的电池信息。代表性地，电池信息包括表示相对于满充电状态(100％)的充电量(剩余容量)的SOC(0％～100％)、作为当前允许的充电功率的上限值的可输入功率Win和作为放电功率的上限值的可输出功率Wout。

[0086] 控制装置80根据对负载20的动作要求，并在考虑来自电池ECU50的电池信息而进行了使二次电池10不会发生过充电或过放电的充放电限制的基础上生成对负载20的动作指令。例如，控制装置80进行限制以使得二次电池10的输入输出功率小于等于可输入输出功率Win、Wout并生成对负载20的动作指令。另外，在二次电池10的SOC变为了小于等于下限值的情况下，禁止负载20的电力消耗动作或者强制性地起动负载20的发电动作(二次电池10的充电动作)。相反，在二次电池10的SOC变为了大于等于上限值的情况下，强制性地禁止负载20的发电动作。

[0087] 接着，详细地说明二次电池的构成及其模型。图1所示的二次电池10作为连接了多个电池单元10#的电池组而构成。

[0088] 参照图2，构成二次电池10的各电池单元10#包括负极12、隔膜14、正极15。隔膜14通过使设置在负极12与正极15之间的树脂浸透电解液而构成。

[0089] 负极12和正极15分别由球状的活性物质18的集合体构成。在负极12的活性物+ -质18的界面上进行释放出锂离子Li 和电子e 的化学反应。另一方面，在正极15的活性+ -
物质18的界面上进行吸收锂离子Li 和电子e 的化学反应。

[0090] 在负极12上设置有吸收电子e-的集电器13，在正极15上设置有释放出电子e-的集电器16。负极的集电器13代表性地由铜构成，正极的集电器16代表性地由铝构成。在集电器13上设置有负极端子11n，在集电器16上设置有正极端子11p。通过经由隔膜14来传+送锂离子Li，在电池单元10#中进行充放电，产生充电电流Ib(＞0)或放电电流Ib(＜0)。

[0091] 图3是说明电池模型部60中的二次电池的建模的概念图。

[0092] 参照图3，在电池模型式中，在各电池单元10#的负极12和正极15中，可以假定各活性物质18的变动情况是相同的，对于负极12和正极15，可以代表性地设想各一个的活性物质18n和18p。或者，在图2所示的负极12和正极15中，也可以分别独立地分析多个活性物质18n和多个活性物质18p的变动情况并求出各电极内的状态推定值的位置性(空间性)分布。

[0093] 在放电时，通过负极活性物质18n的表面的电极反应，活性物质18n内的锂原子Li- +由于释放出电子e 而变为锂离子Li 并被释放到隔膜14中的电解液中。另一方面，在正极+ -
活性物质18p的表面的电极反应中，电解液中的锂离子Li 被摄入并吸收电子e。由此，锂+
原子Li被摄入到正极活性物质18p的内部。通过从负极活性物质18n释放出锂离子Li 和+
正极活性物质18p摄入锂离子Li，电流从正极集电器16向负极集电器13流动。

[0094] 相反，在二次电池充电时，通过负极活性物质18n的表面的电极反应，电解液中的+锂离子Li 被摄入，在正极活性物质18p的表面的电极反应中，向电解液中释放出锂离子+
Li。

[0095] 在电池模型式中，对充放电时的活性物质18p、18n的表面的电极反应、活性物质18p、18n内部的锂的扩散(径向)和电解液中的锂离子的扩散(以下统称为锂的扩散、浓度分布)、各部位的电位分布和温度分布进行建模。

[0096] 以下，使用图4～图7来详细地说明电池模型部60。

[0097] 电池模型部60由下述的电池模型式(M1)～(M15)构成，其功能构成由图4的框图表示。另外，在图5中表示了在电池模型式(M1)～(M15)中使用的变量和常数的列表。图5所示的电池温度T(电池内部)、各电位、锂浓度等变量对应于本发明中的“状态推定值”。

[0098] 参照图4，电池模型部60包括：电极反应模型部61、电解液中锂浓度分布模型部62、活性物质内锂浓度分布模型部63、电流/电位分布模型部64、热扩散模型部65、边界条件设定部66。

[0099] 电极反应模型部61由下述的(M1)～(M3)式构成。

[0100]

[0101] η＝Φs-Φe-U-/inRf …(M2)

[0102]

[0103] 式(M1)～(M3)是被称为巴物勒伏尔默公式的、表示电极反应的式子。在式(M1)中，交换电流密度i0通过活性物质18的界面处的锂浓度的函数而给出(详细的内容请参照非专利文献1)。在式(M2)中表示了式(M1)中的η的详细内容，在式(M3)中表示了式(M2)中的U的详细内容。

[0104] 电解液中锂浓度分布模型部62由下述的(M4)～(M6)式构成。

[0105]

[0106]Li

[0107] j ＝as·/in …(M6)

[0108] 在式(M4)～(M6)中表示了电解液中的锂离子守恒定律。在式(M5)中表示了电Li解液中的有效扩散系数的定义，在式(M6)中表示了反应电流j 由电极的每单位体积的活Li
性物质表面积as与式(M1)中所表示的传输电流密度/inj的积给出。反应电流j 的电极整体的体积积分对应于电池电流Ib。

[0109] 活性物质内锂浓度分布模型部63由下述的(M7)、(M8)式构成。

[0110] 如图6所示，可以假定在周向上锂浓度Cs是均匀的而将各活性物质18p、18n内的锂浓度表示为半径方向上的坐标r(r：各点到中心的距离，rs：活性物质的半径)的函数。

[0111]

[0112]

[0113] 在式(M7)和(M8)中表示了固相中的锂守恒定律。在式(M7)中表示了在为球体的活性物质18中的扩散方程式(扩散系数Ds)，在式(M8)中表示了电极的每单位体积的活性物质表面积as。

[0114] 电流/电位分布模型部64由下述的(M9)～(M13)式构成。

[0115]

[0116]

[0117]

[0118] 在式(M9)～(M11)中，根据电解液中的电荷守恒定律导出了表示电解液中的电位的式子。

[0119] 在式(M10)中表示了有效离子电导率κeff，在式(M11)中表示了电解液中的扩散eff电导系数κD 。

[0120]

[0121] σeff＝εsσ …(M13)

[0122] 在式(M12)和(M13)中表示了根据活性物质中的电荷守恒定律求出固相中的电位的式子。

[0123] 热扩散模型部65由下述的(M14)、(M15)式构成。

[0124]

[0125]

[0126] 在式(M14)和(M15)中表示了热能守恒定律。由此，能够分析出由于充放电现象而导致的二次电池内部的局部的温度变化。

[0127] 由于这些电池模型式(M1)～(M15)是基于上述非专利文献1的式子，因此关于各模型式的详细的说明，援引非专利文献1。

[0128] 在通过电池动作产生电池电流的情况下，反应电流jLi对应于表示电池电流的传感器值Ib来确定，并且式(M1)的传输电流密度/inj按照式(M6)而被规定。

[0129] 或者，在电池电流Ib＝0的情况下，如图6所示，与正极中的固相电位Φs和负极中的固相电位Φs的电位差相对应的端子间电压由电池电压Vb规定。

[0130] 根据这些被规定的电流条件和/或电压条件，电极反应模型部61按照巴物勒伏尔默公式来分析活性物质18p、18n与电解液之间的锂的插入(还原反应)、解附(离子化反应)。

[0131] 通过逐次求解在活性物质18p、18n和电解液中的各点对式(M1)～(M15)的电池模型式适当地设定了边界条件而得到的差分方程式，能够逐次计算出图4所示的各变量、即二次电池10的状态推定值，并推定出反映了二次电池的内部反应的电池状态的时间推移。

[0132] 在本实施方式中，边界条件设定部66通过下述的(C1)、(C2)式来设定式(M7)的边界条件。

[0133]

[0134]

[0135] 如图7所示，在电化学平衡状态下，在负极12中，由负极活性物质18n界面和电解液中的锂浓度决定的负极OCP(开路电压)U1(θ)与电解液中的电位Φe和负极活性物质18n的固相电位Φs的电位差相等。但是，一旦在两者间产生了电位差(过电压η)，则认为会根据与和电化学平衡状态的偏差相当的过电压η而在界面处发生锂的释放、摄入。同样，在正极15中，界面处的电化学反应也按照通过正极OCP(开路电压)U2(θ)、电解液中的电位Φe、正极活性物质18p的固相电位Φs求出的过电压η来进行。

[0136] 为了用公式表示该现象，设定上述(C1)、(C2)式的边界条件。由此，能够得到按照以下方式用公式表示了电极界面处的边界条件的电池模型：界面处的反应量不是由位置性(空间性)的物质浓度差决定的，由于与电化学平衡状态之间的偏差而在界面处产生锂浓度的时间性变化、即物质迁移的驱动力(时间轴上)。

[0137] 结果，即使当从充分地迟豫了电池而不存在浓度差的状态开始产生充放电电流时，也不会进行随意的算法处理，从而能够更加准确地表示现实中的电池运行情况，提高对二次电池的内部状态的推定的精度。

[0138] 于是，通过根据由这样构成的电池模型部60计算出的状态推定值而生成用于二次电池的充放电限制的电池信息(SOC、Win、Wout等)，可以执行能够在防止了过充电和过放电的发生的基础上最大限度地发挥电池性能的恰当的充放电控制。

[0139] 在上述电池模型中，根据负极活性物质18n内的锂原子数求出SOC。另外，通过推定出活性物质18p、18n内部的锂离子浓度的分布，能够预测出反映了过去的充放电历史的电池状态。例如，即使当前的SOC相同，与通过放电而变为了当前SOC之后再进行放电的情况相比，在通过充电而变为了当前SOC之后再进行放电的情况下，输出电压相对地难以下降，但是能够进行该现象的预测。具体地说，在刚进行充电后负极活性物质18n内的锂浓度在表面侧相对较高，另一方面在放电时负极活性物质18n内的锂浓度在表面侧相对较低，因此通过反映出活性物质内的锂浓度分布而能够进行上述预测。

[0140] 【实施方式二】

[0141] 在实施方式二之后的说明中，依次例示基于通过在实施方式一中说明了的电池模型计算出的状态推定值的充放电控制。首先，在实施方式二中，说明反映了由电池模型部60计算出的状态推定值在二次电池10内的分布的充放电控制。

[0142] (根据锂浓度的内部分布而进行的充放电控制)

[0143] 图8～图10是说明作为二次电池的内部状态而着眼于锂浓度的内部分布的充放电限制的图。

[0144] 在图8中，横轴表示二次电池内部的位置性扩展(例如，图2所示的电池模型坐标内的x方向、y方向的扩展)。纵轴表示活性物质18中的锂浓度分布。即，在图8中表示了通过电池模型对某时点的二次电池10的内部的锂浓度进行的分布预测。随着伴随着充放电的时间经过，逐次更新该分布预测。关于局部的锂浓度，预先确定上限管理值Mmax和下限管理值Mmin。

[0145] 电池信息生成部70对于负极12的范围内的活性物质内锂浓度求出作为最大值与上限管理值Mmax的差的上限裕值Mnu、以及作为最小值与下限管理值Mmin的差的下限裕值Mnl。同样，电池信息生成部70对于正极15的区域内求出活性物质内锂浓度的上限裕值Mpu和下限裕值Mpl。

[0146] 参照图9，电池信息生成部70根据电池内部的活性物质内锂浓度相对于下限管理值Mmin的局部的下限裕度Mlmin(即，相当于图8中的Mnl和Mpl的最小值)来设定可输出功率Wout。

[0147] 在局部下限裕度Mlmin小于等于判定值11的情况下，为了防止由于局部的过放电而导致的劣化，设定为Wout＝0，禁止从二次电池10放电。

[0148] 另一方面，在局部下限裕度Mlmin被确保为大于等于判定值12的情况下，不根据锂浓度的局部分布来进行放电限制，按照通常的方式来设定可输出功率Wout。例如，通过基于一般的SOC(整体SOC)而进行设定的一般的方法来设定通常时的可输出功率Wout，所述整体SOC用于宏观地评价二次电池10整体的状态。关于整体SOC，一般来说根据充放电电流的积分求出，或者通过根据电池温度等传感器检测值来修正该积分值而求出。

[0149] 在局部下限裕度Mlmin处于判定值11～12之间的情况下，与通常时相比进一步限制放电。即，可输出功率Wout被设定为比局部下限裕度Mlmin被确保为大于等于判定值12的情况时小。在该情况下，优选的是根据局部下限裕度Mlmin来连续地或阶段性地设定可输出功率Wout。

[0150] 并且，如图10所示，电池信息生成部70还根据锂浓度的局部分布来设定可输入功率Win。

[0151] 参照图10，电池信息生成部70根据电池内部的活性物质内锂浓度相对于上限管理值Mmax的局部的上限裕度Mlmax(即，相当于图5中的Mnu和Mpu的最大值)来设定可输入功率Win。

[0152] 在局部上限裕度Mlmax小于等于判定值13的情况下，为了防止由于局部的过放电而导致的劣化，设定为Win＝0，禁止对二次电池10充电。另一方面，在局部上限裕度Mlmax被确保为大于等于判定值14的情况下，不根据锂浓度的局部分布来进行充电限制，按照通常的方式来设定可输入功率Win。例如，与可输出功率Wout同样地根据整体SOC来设定通常时的可输入功率Win。

[0153] 并且，在局部上限裕度Mlmax处于判定值13～14之间的情况下，与通常时相比进一步限制充电，可输入功率Win被设定为比局部上限裕度Mlmax被确保为大于等于判定值14的情况时小。在该情况下，优选的是根据局部上限裕度Mlmax来连续地或阶段性地设定可输入功率Win。

[0154] 这样，根据反映了电池内部的电极反应的电池模型式，能够在可能会发生局部的锂浓度的上升或下降的情况下限制可输入功率Win或可输出功率Wout。结果，能够防止由于二次电池内部的电极活性物质的利用度产生了差异而导致局部的锂浓度上升(过充电)或下降(过放电)至超过界限并造成发生局部的劣化。

[0155] 在未发生锂浓度的局部的上升、下降的通常时，虽然也可以严格地根据锂浓度的内部分布来设定可输入输出功率Win、Wout，但也可以通过根据被广泛地使用的一般的整体SOC来设定的方式，在确保了某种程度的控制稳定性的基础上简化关于可输入输出功率Win、Wout的计算处理。

[0156] (根据内部温度分布进行的充放电控制)

[0157] 在图11中与图8同样地表示了通过电池模型部进行的某时点的二次电池10内部的温度分布预测。关于局部的内部温度，也预先确定上限管理值Tj。

[0158] 参照图11，电池信息生成部70求出负极12内的局部的最高温度Tnmax、以及正极15内的局部的最高温度Tpmax。

[0159] 参照图12，电池信息生成部70根据电池内的局部的最高温度Tmax(即相当于图11的Tnmax和Tpmax的最大值)来设定可输入输出功率Win、Wout。

[0160] 电池信息生成部70在局部最高温度Tmax小于等于判定值Tx的情况下，不根据温度分布来进行充放电限制，而是与通过图9和图10说明了的相同，例如根据整体SOC来进行通常的可输入输出功率设定。

[0161] 另一方面，在局部最高温度Tmax大于等于上限管理值Tj的情况下，为了防止电池的局部的劣化和热失控而禁止充放电，设定为Win＝Wout＝0。

[0162] 另外，在局部最高温度Tmax处于判定值Tx～Tj之间的情况下，与通常时相比进一步限制充放电，与局部最高温度Tmax小于等于判定值Tx的情况相比进一步限制可输入输出功率Win、Wout。在该情况下，优选的是根据局部最高温度Tmax来连续地或阶段性地设定可输入输出功率Win、Wout。

[0163] 这样，根据反映了电池内部的电极反应的电池模型式，能够在可能会发生局部的温度上升的情况下限制可输入功率Win和可输出功率Wout。结果，能够防止由于二次电池内部的电极活性物质的利用度产生了差异而导致局部的温度上升并造成发生局部的劣化或热失控。

[0164] 在充放电被限制或被禁止的Tmax＞Tx的范围内，根据从图1所示的ECU50向冷却扇40发出的控制指令，使停止状态的冷却扇40动作，或者使动作状态的冷却扇40的供应冷媒量(冷却风量)增加。特别优选的是进行以下设定：根据局部最高温度Tmax的上升而连续地或阶段性地使冷却扇40动作时的冷却风量增加。

[0165] (根据端子间电压而进行的充放电控制)

[0166] 并且，电池信息生成部70如图13和图14所示那样根据由电池模型部60预测出的、作为内部状态的电位分布φe、φs来设定可输入输出功率Win、Wout。

[0167] 参照图13，电池信息生成部70包括端子间电压计算部71和可输入输出功率设定部72。

[0168] 端子间电压计算部71根据由电池模型部60预测出的二次电池内部的局部的电位分布φe、φs而计算出预测端子间电压Vb (或预测电动势OCP)。可输入输出功率设定部72根据由端子间电压计算部71计算出的预测端子间电压Vb#(或预测电动势OCP)计算出可输入输出功率Win、Wout。

[0169] 参照图14，可输入输出功率设定部72根据预测端子间电压Vb#与判定值V1～V4的比较来设定可输入输出功率。

[0170] 可输入输出功率设定部72在预测端子间电压过度下降了的情况下(Vb#＜V1的范围)，为了禁止进一步的放电而设定为可输出功率Wout＝0。另一方面，电池信息生成部70在预测端子间电压的下降幅度不太大的情况下(Vb#＞V2的范围)，不由于端子间电压的下降而进行放电限制，而是与通过图6和图7说明了的相同，例如根据整体SOC来进行通常的可输出功率设定。并且，在V1＜Vb#＜V2的范围内，虽然放电在受到限制的情况下被允许(Wout＞0)，但是可输出功率Wout被限制为小于通常时(Vb#＞V2的范围)。

[0171] 同样，可输入输出功率设定部72在预测端子间电压过度上升了的情况下(Vb#＞V4)，为了禁止进一步的充电而设定为可输入功率Win＝0。另一方面，在预测端子间电压未大幅上升的情况下(Vb#＜V3的范围)，不由于端子间电压的上升而进行放电限制，而是与上述同样地例如根据整体SOC来进行通常的可输入功率设定。并且，在V3＜Vb#＜V4的范围内，虽然充电在受到限制的情况下被允许(Win＞0)，但是可输入功率Win被限制为小于通常时(Vb#＜V3的范围)。

[0172] 由此，能够根据电池内部的局部的电位分布来控制二次电池的充放电，使得端子间电压(即电动势)不会上升(过充电)或下降(过放电)至超过界限。

[0173] (整体的充放电控制)

[0174] 图15是说明实施方式二的充放电控制的流程图。

[0175] 参照图15，电池ECU50在步骤S100中通过来自二次电池10所使用的传感器组30、32、34的检测值(传感器值)来掌握电池外部条件(电池温度Tb、电池电流Ib、电池电压Vb)。

[0176] 电池ECU50在步骤S110中通过电池模型部60的功能，通过反映了传感器值的基于电池模型(式(M1)～(M15)、(C1)、(C2))的数值计算，计算出二次电池的内部状态的预测值。如前所述，该内部状态包括局部的锂离子浓度分布(cs、ce)、局部的电位分布(φe、φs)、以及局部的温度分布(T)。

[0177] 电池ECU50在步骤S130中根据电池内部的锂浓度分布，按照图8～图10所示的方法计算出可输入输出功率Win(1)、Wout(1)。同样，电池ECU50在步骤S140中根据电池内部的温度分布，按照图11、图12所示的方法计算出可输入输出功率Win(2)、Wout(2)。另外，电池ECU50在步骤S1 50中根据使用局部的电位分布φe、φs计算出的预测端子间电压，按照图13、图14所示的方法计算出可输入输出功率Win(3)、Wout(3)。

[0178] 并且，电池ECU50在步骤S160中，将在步骤S130～步骤S150中分别根据锂浓度分布、温度分布、基于电位分布得到的端子间电压而计算出的可输入功率Win(1)～Win(3)中的最小值作为最终的可输入功率Win。并且，将在步骤S130～步骤S150中分别计算出的可输出功率Wout(1)～Wout(3)中的最小值作为最终的可输出功率Wout。即，步骤S130～步骤S160的处理对应于电池信息生成部70的功能。

[0179] 如上所述，根据本发明的实施方式二的二次电池的充放电控制，能够通过电池模型推定出二次电池的内部反应、即电池各区域的局部的活性物质的利用度，恰当地限制二次电池10的充放电而避免会导致局部的电池劣化的现象。

[0180] 在图15中，说明了考虑锂离子浓度分布(S130)、温度分布(S140)、基于电位分布得到的端子间电压(S150)的三个内部分布来进行充放电控制的方法，但是也可以使用这三个内部分布中的一部分来进行充放电控制。或者，也可以根据由电池模型部60推定出的其他的内部状态分布或者根据此前例示的内部分布中的至少一部分与其他的内部分布的组合来进行充放电控制。

[0181] 【实施方式三】

[0182] 通过实施方式一所示的电池模型得到的电池内部状态的预测精度受电池模型所使用的常数(参数)的精度的影响。在实施方式三中，说明电池模型部60中的参数的更新和伴随着参数更新的剩余寿命推定。

[0183] 图16是说明实施方式三的电池ECU的功能构成的框图。

[0184] 参照图16，实施方式三的电池ECU50包括电池模型部60、参数确定模型部68、端子间电压计算部71、比较部75、以及参数管理部77。

[0185] 在实施方式三中，关于二次电池10，设置有图17所示的诊断模式。

[0186] 参照图17，在诊断模式时，二次电池10进行在从时刻t0至t2的期间内以脉冲状输出恒定电流的诊断动作。通过该诊断动作，电池电压Vb响应于脉冲状电流的输出而在脉冲电流被关断后(即，在时刻t2之后)逐渐地恢复。该电压运行情况由电压传感器34检测，电池电压Vb被输入到比较部75。优选的是：从二次电池的使用结束后经过了预定时间(30分钟左右)、二次电池的内部状态变为了静态之后执行该诊断模式。

[0187] 另一方面，在电池模型部60中，按照电池模型来预测该诊断模式下的二次电池的内部状态。结果，通过端子间电压计算部71计算出预测端子间电压Vb#并输入比较部75。

[0188] 参数确定模型部68构成为能够根据诊断模式动作时的二次电池运行情况来确定电池模型所使用的参数的一部分。例如，能够根据脉冲状电流输出时的电压运行情况而推定出交换电流密度i0。另外，能够根据脉冲电流关断后的电压运行情况而推定出正极的扩散系数Ds。通过在参数确定模型部68中准备的确定模型来决定作为确定对象的参数。

[0189] 比较部75对由电压传感器34检测出的实际的电池电压Vb和基于电池模型部60的预测而得到的预测端子间电压Vb#进行比较，在两者的差大的情况下通知参数管理部77。

[0190] 参数管理部77在通过比较部75判断出电压运行情况的预测误差大的情况下，对于由参数确定模型部68确定出的参数，将电池模型所使用的参数值更新为通过参数确定模型部68得到的参数确定值。

[0191] 接着，使用图18来说明伴随着上述参数更新而进行的二次电池的剩余寿命诊断。

[0192] 参照图18，对于作为参数管理部77的参数更新对象的参数(在图18中，例示性地记载了X、Y)，预先求出与二次电池的使用度相对应的参数值的变化、即劣化特性。作为二次电池的使用度，例如采用使用期间(时间)或充放电电流积分值。特别是在根据本发明而被进行充放电控制的二次电池被装载在混合动力车辆等车辆上的情况下，作为电池的使用度，可以采用行驶距离或使用期间。

[0193] 如图18所示，关于作为更新对象的参数X，预先求出劣化特性线200，关于参数Y，预先求出劣化特性线210。

[0194] 关于劣化特性线200、210，预先求出该参数的界限值，在参数值超过界限值而变化(降低或上升)了的情况下，判定为处于寿命区域。

[0195] 在参数更新时，能够根据更新时点的参数值与上述界限值的差而推定出二次电池的关于使用度的剩余寿命。另外，能够根据参数值的自初始值的变化量而推定出劣化度。

[0196] 图19是说明实施方式三的诊断模式的流程图。

[0197] 参照图19，电池ECU50在步骤S200中确认诊断模式的起动条件是否成立。诊断模式的起动条件每当经过了一定的期间或者每当装载有二次电池的车辆行驶了一定的距离时成立。或者，也可以另外求出作为由电池模型部60求出的锂离子浓度分布的平均值的平均SOC，并根据与整体SOC之间的偏差而使诊断模式的起动条件成立，所述整体SOC是根据电池电流Ib的积分值而求出的。

[0198] 电池ECU50在诊断模式起动条件为不起动的情况下(在步骤S200中判定为NO时)，不执行以下的步骤而结束处理。

[0199] 电池ECU50在诊断模式起动条件成立时(在步骤S200中判定为YES时)，通过步骤S210指示执行图17所示的诊断模式放电。

[0200] 电池ECU50在步骤S220中根据诊断模式时的电池电压Vb的运行情况来判断是否需要更新参数。该处理相当于图16中的比较部75的动作。并且，电池ECU50在步骤S230中根据需要来进行参数更新。该处理相当于图16所示的参数管理部77和参数确定模型部68的参数更新动作。

[0201] 电池ECU50在步骤S240中，在参数更新时通过更新了的参数值与预先求出的劣化特性(图18的劣化特性线200、210)的比较而推定出通过图18说明了的二次电池的剩余寿命和/或劣化度。关于推定出的剩余寿命和/或劣化度，可以通过显示在预定的画面上等而通知给驾驶者或维修人员。

[0202] 通过该构成，能够在二次电池10的实际的运行情况与通过电池模型进行的预测的偏差大的情况下逐次地更新电池模型式的参数。由此，能够更加准确地掌握电池的内部状态，因此能够最大限度地利用该时点的电池性能。另外，对于在实施方式一中说明了的充放电控制，也能够更加可靠地防止局部的劣化和热失控。

[0203] 并且，能够随着参数更新来进行二次电池的剩余寿命判定并通知给驾驶者。由此，能够有效地利用二次电池并提高驾驶者的使用方便性。

[0204] 【实施方式三的变形例】

[0205] 在实施方式三的变形例中说明以下构成方式：不执行特别的诊断模式，而是根据二次电池10使用时的数据来进行参数更新。

[0206] 图20是说明实施方式三的变形例中的电池ECU的功能构成的框图。

[0207] 参照图20，实施方式三的变形例的电池ECU50包括电池模型部60、参数确定模型部68#、整体SOC计算部69、以及参数管理部77。

[0208] 参数确定模型部68#接收由传感器组30～34检测出的在线检测值(电池温度Tb、电池电流Ib、电池电压Vb)并与电池模型部60并行动作。即，将实际使用时的二次电池10的在线检测值作为输入，通过在线方式来确定电池模型部60的电池模型式中的参数。

[0209] 有些种类的在电池模型式中使用的参数能够进行该在线方式的参数确定。例如，如图21所示，通过描绘出电池电流Ib和电池电压Vb的关系的在线特性点250的集合而求出Vb相对于Ib的斜率，由此能够确定出电池模型式中的界面直流电阻Rf。

[0210] 在预定的参数更新条件成立时，参数管理部77对于由参数确定模型部68#在线确定出的参数，将在电池模型中使用的参数值更新为通过参数确定模型部68#得到的参数确定值。

[0211] 预定的参数更新条件例如在作为由电池模型部60求出的锂离子浓度分布的平均值的平均SOC与整体SOC计算部69根据电池电流Ib的积分值求出的整体SOC的偏差大于等于预定值时、或者在发生上述偏差的频度大于等于预定值时成立。

[0212] 通过该构成，对于能够进行在线确定的参数，能够逐次地更新电池模型式的参数。由此，能够更加准确地掌握电池的内部状态，因此能够最大限度地利用该时点的电池性能。
另外，对于在线推定的参数，通过预先设定与图18的劣化特性线200、210同样的劣化特性线(未图示)，也能够作为剩余寿命和/或劣化度推定的对象。

[0213] 【实施方式四】

[0214] 在实施方式四中说明以下控制方式：将使用由电池模型部60计算出的状态推定值而得到的预定的预测计算结果作为电池信息并向控制装置80输出。

[0215] 图22是说明实施方式四的电池ECU的功能构成的简要的框图。

[0216] 参照图22，电池ECU50包括电池模型部60和电池信息生成部70。电池模型部60如在实施方式一中说明的那样动态地推定出二次电池10的内部状态并逐次地更新该状态推定值。

[0217] 在实施方式四中，电池信息生成部70通过使用由电池模型部60计算出的状态推定值的预定的预测计算，将以预定的功率使二次电池10持续地进行了充放电的情况下的预测信息作为电池信息输出给控制装置80。该预测信息表示从当前时点开始以某预定功率持续地进行了输入(充电)或输出(放电)时的、所预测的可输入输出时间。控制装置80考虑来自电池信息生成部70的预测信息(输入输出功率-可输入输出时间)而生成对负载20的动作指令。

[0218] 图23是说明实施方式四的二次电池的充放电控制中的电池模型部60和电池信息生成部70的动作定时的概念图。

[0219] 参照图23，电池模型部60以预定的周期进行动作，根据来自传感器组30、32、34的检测值，按照上述电池模型式逐次计算出状态推定值。实际上，计算出自上次推定计算时的差分，更新状态推定值。由此，二次电池的状态推定值根据表示二次电池的使用状况的来自传感器组30、32、34的检测值并以初始值为起点而逐次被更新。

[0220] 这样，在逐次推定出二次电池的内部状态的过程中，由电池信息生成部70以预定的周期Tc来执行运行情况预测例程。该预定的周期Tc被设定为大于等于电池模型部的动作周期。

[0221] 例如，如图23所示，在时刻ta，使用该时点的电池模型60的状态推定值并按照图24所示的运行情况预测例程来进行运行情况预测。如上所述，电池信息生成部70预测出从当前时点开始以某预定功率持续地进行了输入(充电)或输出(放电)时的可输入输出时间。以预定的周期Tc来执行对可输入输出时间的预测，在图23的例子中，在从时刻ta经过了Tc后的时刻tb、以及又经过了Tc后的时刻tc使用各时点的电池模型部60的状态推定值来执行对可输入输出时间的预测。

[0222] 图24是说明电池信息生成部70周期地执行的运行情况预测例程的流程图。通过以预定的周期(Tc)来执行预先存储在电池ECU50内的程序，图24所示的流程图作为电池信息生成部70的功能而被实现。

[0223] 参照图24，电池信息生成部70在步骤S300中取得由电池模型部60按照电池模型式逐次推定出的该时点的状态推定值。例如，作为在步骤S300中考虑的状态推定值，可以列举出该时点的SOC、内部温度、锂离子浓度分布、电位分布等。然后，电池信息生成部70通过步骤S310来预测从当前时点开始以预定的功率持续地进行了充电或放电时的电池输出电压的运行情况。

[0224] 如图25所示，按照预先建立的模型计算出从当前时点开始持续地以对负载的最大输出功率Womax、来自负载的最大输入功率Wimax、以及当前的输入输出电压Wc进行了充放电的情况下的电池电压Vb的预测值。作为该电池电压运行情况预测模型，例如可以使用认为输入输出功率恒定而简化了上述电池模型式(M1)～(M15)的式子。或者，也可以另外定义将在步骤S100中求出的状态推定值和被充放电的预定功率作为变量的、预测电池电压运行情况(例如dVb/dt：每单位时间的电池电压变化量)的函数式。

[0225] 根据如上所述的电池电压运行情况预测模型，求出在以二次电池10的输入输出电压Womax(最大输出功率：放电)、Wimax(最大输入功率：充电)、以及当前的输入输出功率Wc持续地进行了输入输出时电池电压Vb达到下限电压Vmin的时间(放电时)、或者达到上限电压Vmax的时间(充电时)。此时的达到下限电压Vmin或上限电压Vmax所需要的时间T1～T3是在从当前时点开始持续地从二次电池10输出了或向二次电池10输入了Womax、Wimax、Wc时所预测的可输入输出时间。这里，按照二次电池10的最高额定电压和最低额定电压、或负载的可工作(保证)电压等来决定上限电压Vmax和下限电压Vmin。

[0226] 即，输入输出时间T1表示从当前时点开始能够在电池电压Vb未下降至下限电压Vmin的情况下持续地以最大输出功率Womax进行放电的最长时间。同样，输入输出时间T2表示从当前时点开始能够在电池电压Vb未上升至上限电压Vmax的情况下持续地以最大输入功率Wimax进行充电的最长时间。另外，输入输出时间T3表示从当前时点开始能够将电池电压Vb维持在上限电压Vmax～下限电压Vmin的范围内而以当前的输入输出功率对二次电池10持续地进行充放电的最长时间。这样，电池信息生成部70能够在各时点预测出对于预定输入输出功率的可输入输出时间。

[0227] 特别是如图26所示，通过对包括最大输出功率Womax、最大输入功率Wimax、当前的输入输出功率Wc、或者其他预定功率的多种预定功率分别预测出可输入输出时间，能够以映射形式取得输入输出功率-可输入输出时间特性。

[0228] 再次参照图24，电池信息生成部70在步骤S320中利用图25所示的电池电压运行情况预测与上限电压Vmax和下限电压Vmin的比较来预测可输入输出时间。然后，电池信息生成部70在步骤S330中将表示如图26所示的输入输出功率-可输入输出时间特性的预测信息作为电池信息输出给控制装置80。

[0229] 在控制装置80中，按照对负载20的动作要求并考虑由电池信息生成部70求出的输入输出功率-可输入输出时间特性来生成对负载20的动作指令，使得将二次电池10的充放电限制在避免了二次电池的过充电或过放电的范围内。特别是通过使用表示对于充放电功率的持续的可输入输出时间的信息而不单是来自二次电池10的可输出功率(放电功率上限值)Wout和可输入功率(充电功率上限值)Win，能够事先就避免过充电和过放电，并且能够进行可最大限度地发挥电池性能的充放电限制。

[0230] 这样，在实施方式四的二次电池的控制系统中，通过基于可动态地推定出二次电池的内部状态的电池模型式而进行的对电池状态的推定，能够以预定的周期预测出对于预定功率的可输入输出时间。并且，由于反映该运行情况预测来生成用于在与二次电池10之间传输电力的对负载20的动作指令，因此能够进行可靠地避免了二次电池10的过充电和过放电的充放电限制。

[0231] 并且，通过对多个阶段的输入输出功率预测可输入输出时间并反映于对负载20的动作指令，与仅单纯地设定充放电功率的上限值的控制方式相比，能够执行阶段性的充放电限制，从而能够获得在避免了过充电和过放电的同时最大限度地发挥了当时时点的电池性能的二次电池。

[0232] 【实施方式四的变形例一】

[0233] 在实施方式四的变形例一中说明以下构成方式：通过基于电池信息生成部的运行情况预测部来评价与当时时点的充放电条件(输入输出功率)相对应的劣化程度，由此来限制二次电池的充放电。

[0234] 图27是说明实施方式四的变形例一的电池ECU的功能构成的简要的框图。

[0235] 参照图27，电池ECU50与图22(实施方式四)所示的情况相同，包括电池模型部60和电池信息生成部70。电池模型部60如在实施方式一中说明的那样动态地推定出二次电池10的内部状态并逐次地更新该状态推定值。

[0236] 在实施方式四的变形例一中，电池信息生成部70通过使用由电池模型部60计算出的状态推定值的预定的预测计算来评价以预定的功率持续地对二次电池10进行了充放电的情况下的劣化率。并且，电池信息生成部70将表示输入输出功率-劣化率的特性的预测信息作为电池信息输出给控制装置80。控制装置80考虑来自电池信息生成部70的电池信息(输入输出功率-劣化率特性的预测信息)而生成对负载20的动作指令。劣化率是表示每单位时间的电池劣化的发展程度的参数，劣化率越大表示电池劣化越容易加剧的状态。

[0237] 例如，如图28所示，电池信息生成部70在最大输出功率Womax～最大输入功率Wimax的范围内求出当前的电池状态下的、输入输出了多种预定功率时的预测劣化率。反映当时时点的电池模型部60的状态推定值中的至少电池温度T、输入输出功率Ib来设定用于预测劣化率的模型式。由于能够任意地设定该模型式，因此省略详细的说明。

[0238] 电池信息生成部70与在实施方式四中说明的情况同样地以预定的周期来执行用于求出上述预测信息(输入输出功率-劣化率特性)的运行情况预测例程(未图示)。

[0239] 图29是说明实施方式四的变形例一的二次电池10的充放电控制的流程图。实施方式四的变形例一的充放电控制主要针对反映了电池ECU50(电池信息生成部70)的劣化率预测的、由控制装置80进行的动作指令的生成。

[0240] 参照图29，控制装置80在步骤S400中作为电池信息而从电池ECU50取得当前时点的充放电条件(输入输出功率)-预测劣化率特性。然后，控制装置80在步骤S410中计算出使得一定期间内的劣化率的积分值或平均值进入到预定的范围内的、在当前时点被允许的上限劣化率DRmax。例如，在到目前为止持续地进行了劣化度大的条件下的电池动作的情况下，为了限制急剧的电池劣化的发展而将上限劣化率DRmax设定为相对低的值。然后，控制装置80按照计算出的上限劣化率Drmax来进行充放电限制。

[0241] 再次参照图28，按照计算出的上限劣化率DRmax和通过电池信息生成部70得到的输入输出功率-预测劣化率特性，求出根据当前时点的电池状态预测出的劣化率达到上限劣化率DRmax时的上限输出功率Wo#和上限输入功率Wi#。

[0242] 再次参照图29，控制装置80在步骤S420中，限制在通过步骤S410设定了的输入输出功率的范围内，即进行关于充电将Wi#作为上限、关于放电将Wo#作为上限的充放电限制，生成对负载20的动作指令。并且，控制装置80在步骤S430中根据图28所示的预测信息取得与在步骤S420中设定了的对负载20的动作指令相对应的预测劣化率并存储该预测劣化率。由此，下次计算时的一定期间内的劣化率(积分值或平均值)的评价被更新。

[0243] 通过该构成，根据实施方式四的变形例一的二次电池的控制系统，能够进行以下充放电控制：在基于按照电池模型进行的对二次电池的内部状态的推定而逐次预测出与各时点的使用功率(输入输出功率)相对应的劣化度的基础上，限制在二次电池10的劣化不会显著地发展的范围内。

[0244] 也可以采用以下方式：组合实施方式四和变形例一，将与对于输入输出功率的可输入输出时间和劣化率这两者相关的预测作为电池信息，从电池ECU50输出给控制装置80，进行对二次电池10的充放电控制。在该情况下，考虑可输入输出时间和劣化率这两者，通过控制装置80生成对负载20的动作指令，使得能够避免二次电池10的过充电和过放电、以及劣化的急剧发展。

[0245] 【实施方式四的变形例二】

[0246] 图30是说明实施方式四的变形例二的二次电池的充放电控制的功能构成的框图。

[0247] 参照图30，在实施方式四的变形例二中，电池ECU50除了与图27相同的电池模型部60和电池信息生成部70以外还包括劣化度推定部78。

[0248] 劣化度推定部78具有推定所谓的电池的劣化状态(SOH：State ofHealth)的功能，根据传感器组30、32、34的检测值Tp、Ib、Vb来推定二次电池10的劣化度和/或剩余寿命。由劣化度推定部78推定出的二次电池10的劣化度和/或剩余寿命被输出给控制装置80(或者也同时被输出给电池信息生成部70#)。例如，劣化度推定部78能够通过在实施方式二(特别是图18)中说明了的方法推定出当时时点的二次电池10的劣化度和/或剩余寿命。

[0249] 图31是表示在实施方式四的变形例二的二次电池的充放电控制中使用的预测信息的结构示例和充放电限制的概念图。

[0250] 参照图31，电池信息生成部70与图28所示的情况同样地根据当时时点的二次电池的内部状态而预测出对于输入输出功率的二次电池10的劣化率并将输入输出功率-劣化率特性的预测信息作为电池信息输出给控制装置80。

[0251] 在实施方式四的变形例二中，控制装置80按照由劣化度推定部78推定出的劣化度和/或剩余寿命来设定在当前时点被允许的上限劣化率DRmax。例如，在劣化度大的情况下，剩余寿命越短，将上限劣化率DRmax设定为相对越低的值。

[0252] 这样，根据由电池信息生成部70求出的预测信息(图31中的虚线270)求出劣化率达到上限劣化率DRmax时的上限输出功率Wo#和输入功率Wi#。并且，控制装置80限制在关于充电将Wi#作为上限、关于放电将Wo#作为上限的范围内而生成对负载20的动作指令。

[0253] 图32是说明实施方式四的变形例二的二次电池的充放电控制的流程图。

[0254] 参照图32，控制装置80在步骤S400中作为电池信息而从电池ECU50取得当前时点的充放电条件(输入输出功率)-预测劣化率特性。然后，控制装置80在步骤S402中取得由劣化度推定部78推定出的劣化度和/或剩余寿命，并且在步骤S404中按照当前的劣化度和/或剩余寿命来设定允许劣化率范围(即上限劣化率DRmax)。

[0255] 然后，控制装置80在步骤S410#中按照在步骤S404中设定了的允许劣化率范围来设定输入输出功率限制。具体地说，如图31所示，求出劣化率达到上限劣化率DRmax时的上限输出功率Wo#和上限输入功率Wi#，所述劣化率是按照根据当前时点的劣化度和/或剩余寿命设定了的上限劣化率DRmax和通过电池信息生成部70得到的输入输出功率-预测劣化率特性并根据当前时点的电池状态而预测出的劣化率。也可以构成为：由电池信息生成部70执行对该输入输出功率限制的设定，将上限输出功率Wo#和上限输入功率Wi#包括在预测信息内而从电池信息生成部70逐次发送给控制装置80。

[0256] 控制装置80在步骤S420中限制在通过步骤S410#设定了的输入输出功率的范围内，即进行关于充电将Wi#作为上限、关于放电将Wo#作为上限的充放电限制而生成对负载20的动作指令。

[0257] 根据该构成，通过实施方式四的变形例二的二次电池的控制系统，除了实施方式四的变形例一的效果以外，还能够按照各时点的预测劣化度和/或推定剩余寿命来设定在该时点被允许的劣化率。由此，通过按照二次电池的劣化状态来适当地设定充放电限制范围，能够进一步防止二次电池的急剧的劣化并实现长寿命化。

[0258] 也可以采用以下方式：组合实施方式四和实施方式四的变形例二，将对于输入输出功率的可输入输出时间和劣化率这两者作为预测信息并考虑预测劣化度和/或推定剩余寿命来进行二次电池10的充放电控制。在该情况下，也考虑可输入输出时间、劣化度和劣化率而由控制装置80生成对负载20的动作指令，使得能够避免二次电池10的过充电和过放电、以及由于急剧的劣化的发展而导致的电池寿命的缩短。

[0259] 【实施方式五】

[0260] 在实施方式五中，说明将以上说明了的实施方式一～实施方式四及其变形例的二次电池的控制系统应用于混合动力车辆的情况。

[0261] 图33是说明本发明的实施方式五的混合动力车辆的构成示例的框图。

[0262] 参照图33，混合动力车辆500包括：发动机510、行驶用电池520、电池ECU525、逆变器530、车轮540a、与变速箱连成一体的驱动桥550、以及控制混合动力车辆500的整体动作的电子控制单元(HV-ECU)590。

[0263] 在图33所示的混合动力车辆500中，行驶用电池520和电池ECU525分别对应于实施方式一～实施方式四及其变形例中的二次电池10和电池ECU50(图1)。即，电池ECU52对应于本发明的混合动力车辆中的“充放电控制装置”。另外，HV-ECU590对应于实施方式一～实施方式四及其变形例的变形例中的控制装置80(图1)。

[0264] 另外，电动发电机MG1和MG2对应于实施方式一～实施方式四及其变形例中的负载20(图1)。主要是车辆驱动力产生用的电动发电机MG2对于行驶用电池520来说是进行电力的输入输出的负载。

[0265] 发动机510以汽油等燃料的燃烧能量为能源来产生驱动力。行驶用电池520向电线551供应直流电力。行驶用电池520代表性地由锂离子二次电池构成，由本发明的实施方式的二次电池的控制系统来控制其充放电。

[0266] 逆变器530将从行驶用电池520供应的直流电力转换为交流电力并向电线553输出。或者，逆变器530将供应给电线552、553的交流电力转换为直流电力并向电线551输出。

[0267] 与变速箱连成一体的驱动桥550作为一体构造而包括变速器和车轴，具有动力分配机构560、减速器570、电动发电机MG1、电动发电机MG2。动力分配机构560能够将由发动机510产生的驱动力分配给经由加速器570向用于驱动车轮540a的驱动轴545传递的路径和向电动发电机MG1传递的路径。

[0268] 电动发电机MG1通过经由动力分配机构560传递过来的来自发动机510的驱动力而旋转并发电。由电动发电机MG1发出的电力经由电线552被供应给逆变器530，并被用作行驶用电池520的充电电力或电动发电机MG2的驱动电力。

[0269] 电动发电机MG2通过从逆变器530供应给电线553的交流电力而被驱动并旋转。由电动发电机MG2产生的驱动力经由减速器570被传递给驱动轴545。另外，在当进行再生制动动作时电动发电机MG2随着车轮540a的减速而被旋转的情况下，在电动发电机MG2中产生的电动势(交流电力)被供应给电线553。在该情况下，逆变器530将供应给电线553的交流电力转换为直流电力并输出给电线551，由此行驶用电池520被充电。

[0270] 电动发电机MG1、MG2各自既能够作为发电机而发挥功能，也能够作为电动机而发挥功能，电动发电机MG1大体上来说作为发电机而动作的情况多，电动发电机MG2主要是作为电动机而动作的情况多。HV-ECU590控制装载在车辆上的设备、电路组的整体动作以使混合动力车辆500按照驾驶者的指示而运行。

[0271] 如上所述，在混合车辆500中，通过由发动机510产生的驱动力和以来自行驶用电池520的电能为能源而由电动发电机MG2产生的驱动力的组合来进行改善了耗油率的车辆运行。

[0272] 例如，在起动时和低速行驶时、或者在下缓坡时等轻负荷时，混合动力车辆500为了避开发动机效率低的区域而基本上在不使发动机动作的情况下仅通过电动发电机MG2的驱动力来行驶。

[0273] 在通常行驶时，从发动机510输出的驱动力通过动力分配机构560被分为车轮540a的驱动力和电动发电机MG1的发电用驱动力。电动发电机MG1的发电电力被用于电动发电机MG2的驱动。因此，在通常行驶时，通过电动发电机MG2的驱动力辅助发动机510的驱动力来驱动车轮540a。ECU590控制发动机510与电动发电机MG2之间的驱动力分配比例。

[0274] 在全油门加速时，通过进一步将来自行驶用电池520的供应电力用于第二电动发电机MG2的驱动，能够进一步增大对车轮540a的驱动力。

[0275] 在减速和制动时，电动发电机MG2通过产生与车轮540a的旋转相反方向的转矩而作为进行再生发电的发电机发挥作用。通过电动发电机MG2的再生发电而被回收的电力经由电线553、逆变器530、以及电线551被用于行驶用电池520的充电。并且，在车辆停止时，发动机510自动地停止。

[0276] 这样，按照运行状况来决定针对车辆整体的要求驱动力的、发动机51与电动发电机MG2之间的分配。具体地说，HV-ECU590从耗油率的方面出发考虑发动机510的效率并根据运行状况来决定上述分配。

[0277] 图34是说明本实施方式的装载有二次电池的控制系统的混合动力车辆500中的电动发电机MG2的动作指令值设定的流程图。图34所示的流程图通过以预定的周期执行预先存储在HV-ECU590内的程序而实现。

[0278] 参照图34，HV-ECU590通过步骤S500，根据当前的车速和驾驶者的踏板操作等计算出车辆整体所需要的车辆驱动力和车辆制动力。

[0279] HV-ECU590通过步骤S510，与按照实施方式一～实施方式四及其变形例而设定了的行驶用电池520(二次电池10)的充放电限制相对应地来设定电动发电机MG2的输入输出允许值(功率)。

[0280] 并且，HV-ECU590考虑在步骤S510中设定了的MG2的输入输出允许值和混合动力车辆500整体的效率，具体地说考虑使发动机510的运行区域为高效率的运行区域来决定发动机510与电动发电机MG2之间的驱动力的输出分配(步骤S520)。由此，避免了如行驶用电池520变为过充电或过放电这样的电动发电机MG2的运行(具体地说即产生车辆驱动力的电动机驱动动作或用于发电的再生制动动作)。

[0281] 然后，HV-ECU590在步骤S530中按照在步骤S520中决定了的MG2的输出来决定电动发电机MG2的转矩指令值。电动发电机MG2的转矩指令值一般来说在产生车辆驱动力的电动机驱动动作时被设定为正转矩，在利用车辆驱动力的再生制动时被设定为负转矩。

[0282] 另外，在混合动力车辆500中，对包括驱动轮540a在内的车轮设定未图示的液压制动器，进行控制以通过这些液压制动器的产生制动力和伴随着电动发电机MG2的再生制动发电而产生的制动力的和来确保在步骤S500中计算出的车辆整体所需要的制动力。即，在严格地进行充电控制、不允许电动发电机MG2的再生发电的情况下，也通过未图示的液压制动来确保车辆整体的制动力。另一方面，在行驶用电池520的充电限制的范围内通过电动发电机MG2来进行再生制动动作，由此能够有效地回收电力。

[0283] 如上所述的通过图34所示的步骤S500～S530的处理而实现的HV-ECU590的功能的一部分对应于本发明的混合动力车辆中的“控制装置”。

[0284] 这样，通过将本发明的实施方式一～实施方式四及其变形例的二次电池的控制系统装载在混合动力车辆上，即使对于重复地进行充电动作和放电动作的使用方式的行驶用电池520来说，也能够避免过充电和过放电、以及劣化的急剧发展，并且能够进行可充分地发挥其电池性能的充放电控制而使车辆驱动力产生用的电动发电机MG2动作。

[0285] 在实施方式五中，着重于发动机与电动机之间的车辆驱动力的输出分配而说明了应用于能够通过动力分配机构将发动机的动力分配、传递给车轴(驱动轴)和发电机的串行/并行型混合动力系统的应用示例。但是，本发明的应用不限于这样的情况，通过基于运行情况预测生成对负荷的动作指令而实现的本发明的二次电池的充放电控制对于负载没有特殊的限定，可以应用于任意的设备或系统等。

[0286] 另外，本发明也可以应用于仅从二次电池向负载供应电力(放电)或者仅从负载向二次电池供应电力(充电)的情况等仅进行放电限制或充电限制中的一者的情况。

[0287] 应认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示而不具有限制作用。本发明的范围由权利要求书而非上述说明来表示，与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更均包括在本发明的范围内。

[0288] 产业上的可利用性

[0289] 本发明的二次电池的控制系统代表性地能够应用在装载在电动车辆或混合动力车辆上的二次电池(例如锂离子电池)的充放电控制中。