本发明涉及车载电池的充电控制装置，该充电控制装置对搭载于车辆的包括锂离子二次电池的蓄电池进行充电控制。
背景技术：
在电动汽车、混合动力车辆等以旋转电机为驱动源的车辆中搭载有作为直流电源的蓄电池。在蓄电池中连接有多个电池单元(单电池)。
以往已知如下情况：在蓄电池由锂离子二次电池构成的情况下，可能会由于大电流充电而在负极表面析出锂。例如，由于充电，正极电位上升而另一方面负极电位降低(向负侧增加)，电位差扩大。当继续进行充电而负极电位下降到基准电位(例如0[v])以下时，在负极表面析出锂。当锂的析出体枝(dendrite)状地成长时可能会突破将正极与负极隔开的分隔件，所以从以往就进行用于抑制锂析出的充电控制(输入电流控制)。
例如在日本特开2015-225846中，在算出蓄电池的输入电流(充电电流)的限制值时，测定关于电极的应力，并根据该测定值来算出内部电阻。进而基于该内部电阻来设定输入电流限制值。例如根据内部电阻r和析出电位v0来求出析出界限电流值ilim。
另外，在日本特开2011-222343中，基于蓄电池随时间经过而劣化的程度来判定锂析出的程度。具体而言，根据锂蓄电池的降低放电量与由随时间经过的劣化引起的随时间经过的降低放电量之间的差量来判定锂析出的程度。
技术实现要素：
另外，在成为内部电阻增高的主要原因的蓄电池的劣化中存在不可逆的(也就是说难以消除的)劣化和可逆的(也就是说能够消除的)劣化。举出随时间经过的劣化作为前者的例子。举出放置劣化作为后者的例子。
放置劣化是指在不使蓄电池进行充放电而将其放置时，特别是负极的电阻增加(暂时增加)的劣化现象。另一方面，已知当使蓄电池进行充放电时会消除放置劣化。
假设像以往那样，仅考虑随时间经过的劣化等不可逆的劣化，也就是说，无视放置劣化地设定输入电流限制值时，所推定的蓄电池的内部电阻比实际的值低。结果，所设定的输入电流限制值比基于实际的内部电阻(也就是说，包括放置劣化成分的内部电阻)的析出界限电流值ilim高(限制放宽)，从而可能会导致锂的析出。
因此，本发明提供一种能够进行如下充电电流控制的车载电池的充电控制装置，该充电电流控制可反映出作为可逆的劣化的放置劣化的状态。
本发明的第一技术方案涉及的充电控制装置用于车载电池，所述充电控制装置对搭载于车辆的包括锂离子二次电池的蓄电池进行充电控制，所述充电控制装置包括控制部，所述控制部在所述蓄电池不在进行充放电时，基于所述蓄电池的soc和温度来求出作为可逆的电阻成分的放置电阻增加率，基于所求出的所述放置电阻增加率来求出针对所述蓄电池的允许充电电流值。
另外，在上述技术方案中，也可以是，所述控制部在所述蓄电池进行充放电时，基于与所述蓄电池的充放电相伴的soc差和温度来求出放置电阻消除率，所述控制部基于所述放置电阻消除率来对所述放置电阻增加率进行修正。
通过基于蓄电池的充放电来求出放置电阻的消除量，能够更高精度地求出作为可逆的电阻成分的放置电阻。
另外，在上述技术方案中，也可以是，所述控制部存储有第一对应关系，所述第一对应关系表示所述蓄电池的soc和温度与所述放置电阻增加率的关系，所述控制部在求出所述放置电阻增加率时参照所述第一对应关系，以使得处于第一状态时的所述放置电阻增加率比处于所述soc和温度中的至少一方与所述第一状态不同的状态时的所述放置电阻增加率高的方式设定所述第一对应关系，所述第一状态是所述蓄电池的soc包含于预定的高soc区域或者包含于预定的低soc区域、并且所述蓄电池的温度包含于预定的第一高温区域的状态。
根据发明人等的见解可知，在蓄电池的状态处于高soc区域或低soc区域、并且处于高温区域时，放置电阻相对较高。通过基于这样的对应关系，能够准确地求出放置电阻。
另外，在上述构成中，也可以是，所述控制部存储有第二对应关系，所述第二对应关系表示所述蓄电池的soc差和温度与所述放置电阻消除率的关系，所述控制部在求出所述放置电阻消除率时参照所述第二对应关系，以使得处于第二状态时的所述放置电阻消除率比处于所述soc差和温度中的至少一方与所述第二状态不同的状态时的所述放置电阻消除率高的方式设定所述第二对应关系，所述第二状态是所述蓄电池的所述soc差包含于预定的高soc差区域、并且所述蓄电池的温度包含于预定的第二高温区域的状态。
根据发明人等的见解可知，在蓄电池的soc差处于高soc差区域并且蓄电池的温度处于高温区域时，放置电阻的消除率相对较高。通过基于这样的对应关系，能够准确地求出放置电阻。
本发明的第二技术方案涉及的充电控制装置用于车载电池，所述充电控制装置对搭载于车辆的包括锂离子二次电池的蓄电池进行充电控制，所述充电控制装置包括：放置电阻增加率算出部，其在所述蓄电池不进行充放电时，基于所述蓄电池的soc和温度来求出作为可逆的电阻成分的放置电阻增加率；和允许充电电流值算出部，其基于所求出的所述放置电阻增加率来求出针对所述蓄电池的允许充电电流值。
另外，在上述技术方案中，也可以是，所述充电控制装置还具备放置电阻消除率算出部，所述放置电阻消除率算出部在所述蓄电池进行充放电时，基于与该蓄电池的充放电相伴的soc差和温度来求出放置电阻消除率，所述允许充电电流值算出部基于所述放置电阻消除率来对所述放置电阻增加率进行修正。
通过基于蓄电池的充放电来求出放置电阻的消除量，能够更高精度地求出作为可逆的电阻成分的放置电阻。
另外，在上述技术方案中，也可以是，所述充电控制装置还具备放置电阻增加率存储部，所述放置电阻增加率存储部存储有第一对应关系，所述第一对应关系表示所述蓄电池的soc和温度与所述放置电阻增加率的关系，所述放置电阻增加率算出部在求出所述放置电阻增加率时参照所述第一对应关系，以使得处于第一状态时的所述放置电阻增加率比处于所述soc和温度中的至少一方与所述第一状态不同的状态时的所述放置电阻增加率高的方式设定所述第一对应关系，所述第一状态是所述蓄电池的soc包含于预定的高soc区域或者包含于预定的低soc区域、并且所述蓄电池的温度包含于预定的第一高温区域的状态。
根据发明人等的见解可知，在蓄电池的状态处于高soc区域或者处于低soc区域、并且蓄电池的温度处于高温区域时，放置电阻相对较高。通过基于这样的对应关系，能够准确地求出放置电阻。
另外，在上述构成中，也可以是，所述充电控制装置还具备放置电阻消除率存储部，所述放置电阻消除率存储部存储有第二对应关系，所述第二对应关系表示所述蓄电池的soc差和温度与所述放置电阻消除率的关系，所述放置电阻消除率算出部在求出所述放置电阻消除率时参照所述第二对应关系，以使得处于第二状态时的所述放置电阻消除率比处于所述soc差和温度中的至少一方与所述第二状态不同的状态时的所述放置电阻消除率高的方式设定所述第二对应关系，所述第二状态是所述蓄电池的所述soc差包含于预定的高soc差区域、并且所述蓄电池的温度包含于预定的第二高温区域的状态。
根据发明人等的见解可知，在蓄电池的soc差处于高soc差区域并且蓄电池的温度处于高温区域时，放置电阻的消除率相对较高。通过基于这样的对应关系，能够准确地求出放置电阻。
根据上述第一技术方案和上述第二技术方案，能够实现反映出作为可逆的劣化的放置劣化的状态的充电电流控制。
附图说明
以下将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是例示出本实施方式涉及的车载电池的充电控制装置和搭载该装置的车辆的构成的图。
图2是例示出控制部的功能框的图。
图3是例示出输入功率限制值算出流程的图。
图4是例示出放置电阻增加率映射(map)的图。
图5是例示出放置电阻消除率映射的图。
具体实施方式
在图1中例示出本实施方式涉及的车载电池的充电控制装置和搭载有该装置的车辆的构成。此外，为了简化图示，在图1中，对于与本实施方式涉及的充电控制装置的关联性较低的构成适当地省略图示。另外，图1、图2的箭头线表示信号线。
另外，图1所示的车辆是所谓的插电式混合动力车辆，但并不限定于该形态。总之是搭载有针对驱动源的电源(蓄电池)、并且具备能够对该蓄电池进行充电的机构的车辆即可。例如可以将本实施方式涉及的充电控制装置搭载于混合动力车辆、电动汽车等。
搭载于车辆的主蓄电池10由锂离子二次电池构成。例如，主蓄电池10包括多个1～5v左右的锂离子二次电池单元(单电池)层叠而成的电池堆(stack)(层叠体)。
从主蓄电池10输出的直流电力通过升降压dc/dc转换器12来升压。升压后的直流电力通过变换器14进行直流交流变换(直流→交流)。变换后的交流电力向旋转电机mg1、mg2中的至少一方供给。进而，从旋转电机mg1、mg2经由动力分配机构16向车轮18传递动力。
另外，设置有分支电路，所述分支电路从将主蓄电池10与升降压dc/dc转换器12连接的电路起分支，并且连接于降压dc/dc转换器20。主蓄电池10的高压电力通过降压dc/dc转换器20来降压，并向副蓄电池22、控制部24和/或其他辅机类供给。
在此，在图1所示的车辆中，作为主蓄电池10的充电方法，进行再生制动、旋转电机mg1的发电以及外部充电。
在车辆的再生制动时，旋转电机mg2的再生电力通过变换器14进行交流直流变换(交流→直流)，进而通过升降压dc/dc转换器12来降压，并向主蓄电池10供给。
另外，在主蓄电池10的soc(stateofcharge：充电状态)包含于预定的低soc区域的情况下，内燃机46驱动旋转电机mg1发电。旋转电机mg1的发电电力通过变换器14进行交流直流变换(交流→直流)，进而通过升降压dc/dc转换器12来降压，并向主蓄电池10供给。
除此以外，图1所例示出的插电式混合动力车辆能够进行从车辆外部的ac电源30(外部电源)向主蓄电池10的充电(外部充电或插入(plug-in)充电)。此外，ac电源30例如是家庭用的单相100v交流电源或单相200v交流电源。
当进行外部充电时，ac电源30的连接器32(插头)连接于设置在车辆的连接器34(接入口)。当外部充电开始，即，当通过控制部24使充电继电器chr从断开(off)状态切换为接通(on)状态时，从ac电源30供给的交流电力通过充电器38进行交流直流变换和升压，进行了变换和升压后的直流电力向主蓄电池10供给。
利用上述的再生制动、旋转电机mg1的发电以及外部充电进行的对主蓄电池10的充电通过控制部24和/或其他电子控制单元来控制。具体而言，基于后述的输入功率限制值win来控制变换器14、升降压dc/dc转换器12、旋转电机mg1以及充电器38的各设备的动作，结果，可防止对主蓄电池10的过充电。另外，可抑制主蓄电池10的负极处的锂析出。
本实施方式涉及的充电控制装置具备控制部24、电流传感器37以及温度传感器48。
控制部24进行主蓄电池10的充放电控制。控制部24例如由计算机构成，具备作为运算电路的cpu42和存储部44。存储部44构成为包括sram等易失性存储器和rom、硬盘等非易失性存储器。在存储部44存储有用于执行后述的输入功率限制值算出流程的程序。
通过cpu42执行存储于存储部44的输入功率限制值算出程序，从而在控制部24生成图2所示的功能部。该功能部是分别分配有例如cpu42、存储部44等的资源(resource)而生成的功能部，假想地图示为各自独立的功能框。
具体而言，控制部24具备soc算出部60、放置电阻增加率算出部62、放置电阻消除率算出部64、放置电阻率算出部66、允许充电电流值算出部68、不可逆劣化算出部70以及输入功率限制值算出部72。另外，作为存储部，具备soc存储部50、放置电阻增加率映射存储部52、放置电阻消除率映射存储部54、放置电阻率存储部56以及允许充电电流初始值存储部58。
此外，以下适当使用表示放置电阻增加率的记号ra，将放置电阻增加率算出部62记载为ra算出部62。另外，使用表示放置电阻消除率的记号rb，将放置电阻消除率算出部64记载为rb算出部64。进而，使用表示放置电阻率的记号rh，将放置电阻率算出部66记载为rh算出部66。另外，使用表示基于不可逆劣化的电阻成分的记号rd，将不可逆劣化算出部70记载为rd算出部70。另外，使用表示输入功率限制值的记号win，将输入功率限制值算出部72记载为win算出部72。
另外，同样地，将放置电阻增加率映射存储部52记载为ra映射存储部52，将放置电阻消除率映射存储部54记载为rb映射存储部54，将放置电阻率存储部56记载为rh存储部56。进而，使用表示允许充电电流初始值的记号ilim0，将允许充电电流初始值存储部58记载为ilim0存储部58。
使用图2的功能框图和图3所示的输入功率限制值算出流程(win算出流程)对上述的控制部24的各功能部的动作进行说明。此外，在图3的输入功率限制值算出流程中依次算出放置电阻的增加和消除过程。因此，例如，图3的流程是以通电前(新品状态)的主蓄电池10搭载于车辆时作为开始时间点，并且以该主蓄电池10劣化而将其更换的时间点作为结束时间点。
在输入功率限制值算出流程中，从抑制主蓄电池10的锂析出的观点出发来设定输入功率限制值win。如上所述，当锂离子电池的负极电位下降到析出基准电位v0以下时会在负极析出锂。
根据析出基准电位v0和主蓄电池10的内部电阻r来求出充电电流的上限值，即允许充电电流值ilim。例如是v0/r＝ilim。析出基准电位v0作为已知的值预先存储于存储部44。内部电阻r会根据主蓄电池10随时间经过而劣化的程度、放置劣化程度而发生变动。在本实施方式中通过求出该发生变动的随时间经过而劣化的程度、放置劣化程度，从而高精度地求出内部电阻r。
放置劣化是可逆的(也就是说能够消除的)劣化，在不使主蓄电池10进行充放电而将其放置时，特别是负极的电阻会增加。例如放置的结果是：在负极表面形成被膜，负极与电解质的物质交换(锂和锂离子)被阻碍。另一方面，当使主蓄电池10进行充放电时，放置劣化会消除。例如充放电的结果是：在负极表面形成的被膜消除(溶解)。
根据发明人等的研究等可知，在例如锂离子二次电池中使用ni系的材料作为正极活性物质并且负极为高密度时，这样的放置劣化会特别明显地表现出来。
参照图2、图3，soc算出部60利用电流传感器37检测从主蓄电池10流出或向主蓄电池10流入的电流ib，并判定主蓄电池10是否处于充放电期间(s10)。也就是说，判定是处于放置电阻率rh增加的情形还是处于放置电阻率rh消除的情形。例如，在电流传感器37在时刻i所检测出的电流值ib(i)包含于预定的阈值范围(例如-0.1a以上且0.1a以下的范围)的情况下，判定为主蓄电池10不处于充放电状态(处于放置状态)。在电流传感器37所检测出的电流值在上述预定的阈值范围以外的情况下，判定为主蓄电池10处于充放电状态。
当判定为前者(放置状态)时，soc算出部60求出当前时间点i下的主蓄电池10的soc(i)和主蓄电池10的温度tb(i)(s12)。soc(i)例如也可以基于电流传感器37所检测出的电流值的累计值来求出。另外，也可以使用电压传感器39所检测出的主蓄电池10的电压vb(i)(端子间电压)和/或主蓄电池10的温度tb(i)来对通过电流累计而求出的soc(i)进行适当的修正。因为这些soc算出方法是已知的，所以省略详细的说明。
soc算出部60向ra算出部62发送soc(i)和主蓄电池温度tb(i)。另外，向soc存储部50发送soc(i)。ra算出部62基于所接收到的soc(i)、tb(i)以及放置电阻增加率映射来算出放置电阻增加率ra(i)(s14)。
放置电阻增加率映射(ra映射)存储于ra映射存储部52，并且ra算出部62在算出放置电阻增加率ra(i)时参照(调用)ra映射。在图4中例示出ra映射。横轴表示主蓄电池10的soc，纵轴表示主蓄电池10的温度。
发明人等发现了soc越低、并且温度越高，则放置电阻越增加(增加率变高)这一放置电阻的特性。另外也发现了soc越高、并且温度越高，则放置电阻越增加(增加率变高)这一特性。在ra映射中将这样的soc和温度与放置电阻增加率ra的对应关系(第一对应关系)映射化(图表化)。
例如，在图4中，阴影线越密则放置电阻增加率ra相对越高。例如以使得处于第一状态时的放置电阻增加率ra比处于soc和温度tb与第一状态不同的状态时的放置电阻增加率ra高的方式生成ra映射(第一对应关系)，所述第一状态是主蓄电池10的soc包含于预定的低soc区域(例如soc＝30％以下)或者包含于高soc区域(例如soc＝70％以上)、并且主蓄电池10的温度tb包含于预定的高温区域(例如40℃以上)时的状态。将在步骤s12中求出的soc(i)、tb(i)代入ra映射，从而求出与soc(i)、tb(i)相对应的放置电阻增加率ra(i)。
接着，ra算出部62将放置电阻消除率rb(i)设定为0(s16)，并将该放置电阻消除率rb(i)和放置电阻增加率ra(i)一起发送到rh算出部66。
返回步骤s10，当判定为主蓄电池10处于充放电状态时，算出放置电阻消除率rb(i)。soc算出部60向rb算出部64发送时刻i下的主蓄电池10的soc(i)和温度tb(i)。另外，向soc存储部50发送soc(i)。
在rb算出部64中求出与充放电相伴的soc差，也就是说，求出时刻i下的soc(i)与时刻i之前的时刻i-1下的soc(i-1)的差量值，即δsoc(i)(s18)。soc(i-1)从soc存储部50取得。进而rb算出部64基于δsoc(i)、温度tb(i)以及放置电阻消除率映射(rb映射)来求出放置电阻消除率rb(i)(s20)。
rb映射存储于rb映射存储部54，rb算出部64在算出放置电阻消除率rb(i)时参照(调用)rb映射。在图5中例示出rb映射。横轴表示主蓄电池10的soc差δsoc，纵轴表示主蓄电池10的温度tb。
发明人等发现了δsoc越高、并且温度越高，则放置电阻的消除程度越高(消除率变高)这一放置电阻的特性。在rb映射中将这样的δsoc和温度tb与放置电阻消除率rb的对应关系(第二对应关系)映射化(图表化)。
例如在图5中，阴影线越密则放置电阻消除率rb相对越高。例如以使得处于第二状态时的放置电阻消除率rb比处于δsoc和温度tb与第二状态不同的状态时的放置电阻消除率rb高的方式生成rb映射(第二对应关系)，所述第二状态是主蓄电池10的δsoc包含于预定的高δsoc区域(例如δsoc＝70％以上)、并且主蓄电池10的温度tb包含于预定的高温区域(例如40℃以上)时的状态。将在步骤s18中求出的δsoc(i)、tb(i)代入rb映射，从而求出与δsoc(i)、tb(i)相对应的放置电阻消除率rb(i)。
接着，rb算出部64将放置电阻增加率ra(i)设定为0(s22)，并将该放置电阻增加率ra(i)与放置电阻消除率rb(i)一起发送到rh算出部66。
rh算出部66根据从ra算出部62取得的放置电阻增加率ra(i)和放置电阻消除率rb(i)＝0、或者从rb算出部64取得的放置电阻消除率rb(i)和放置电阻增加率ra(i)＝0，以及上次值rh(i-1)来求出时刻i下的放置电阻率rh(i)(s24)。放置电阻率的上次值rh(i-1)从rh存储部56取得。
当计算放置电阻率rh(i)时，rh算出部66将放置电阻率的上次值rh(i-1)与放置电阻增加率ra(i)相加并且减去放置电阻消除率rb(i)。像这样，在本实施方式中，关于作为可逆的电阻成分的放置电阻，不是仅加上增加率ra(i)，还利用放置电阻消除率rb(i)来修正(作减法)放置电阻率。
接着，rh算出部66判定所求出的放置电阻率rh(i)是否为负值(s26)。在是负值的情况下，可能会阻碍之后的运算，所以rh算出部66以rh(i)＝0来替代所求出的放置电阻率rh(i)(s28)。进而，变更后的rh(i)＝0被发送到rh存储部56和允许充电电流值算出部68。在放置电阻率rh(i)是0以上的值时，该放置电阻率rh(i)被发送到rh存储部56和允许充电电流值算出部68。
在允许充电电流值算出部68中，基于(包括放置电阻增加率ra(i)的)放置电阻率rh(i)来求出针对主蓄电池10的允许充电电流值。首先，允许充电电流值算出部68从ilim0存储部58取得主蓄电池10的初始状态(通电前的新品状态)下的允许充电电流值ilim0(s30)。允许充电电流值的初始值ilim0例如能够基于主蓄电池10的规格等来获取。
另外，此时，rd算出部70算出时刻i下的基于不可逆劣化的电阻率rd(i)(s32)。例如算出基于随时间经过的劣化的内部电阻成分。因为基于这样的不可逆劣化的电阻成分的算出方法是已知的，所以在此省略说明。
允许充电电流值算出部68基于不可逆劣化电阻率rd(i)来对允许充电电流值的初始值ilim0进行修正，并将所得到的值设为第一允许充电电流值ilim(i)(s34)。例如，将减少率β1乘以初始值ilim0而得到的值设为第一允许充电电流值ilim(i)，所述减少率β1与在用于算出允许充电电流值的初始值ilim0的内部电阻初始值上加上不可逆劣化电阻率rd(i)后的增加率α1对应。
增加率α1例如根据(内部电阻初始值+不可逆劣化电阻率)/内部电阻初始值这一式子来求出。减少率β1例如根据1/α1这一式子来求出。
进而，允许充电电流值算出部68算出基于放置电阻率rh(i)对第一允许充电电流值ilim(i)进行修正后得到的允许充电电流值ilim(i)’(s36)。例如，将减少率β2乘以第一允许充电电流值ilim(i)而得到的值设为允许充电电流值ilim(i)’，所述减少率β2与在用于算出第一允许充电电流值ilim(i)的内部电阻(内部电阻初始值+不可逆劣化电阻率rd(i))上加上放置电阻率rh(i)后的增加率α2对应。
在此，增加率α2例如根据(内部电阻初始值+不可逆劣化电阻率+放置电阻率)/(内部电阻初始值+不可逆劣化电阻率)这一式子来求出。另外减少率β2根据1/α2这一式子来求出。
所求出的允许充电电流值ilim(i)’被发送到win算出部72。win算出部72基于允许充电电流值ilim(i)’来算出输入功率限制值win(i)(s38)。例如，允许充电电流值ilim(i)’与主蓄电池10的电压vb的乘积为输入功率限制值win(i)。有时车辆的驱动力控制以每单位时间的转矩[n·m/sec]为参数，通过将与其属于同一单位系的功率[w＝n·m/sec]用作驱动力控制的参数，可减轻单位的换算等的运算负载。
所算出的输入功率限制值win(i)被发送到未图示的驱动控制部。进而，时刻i的计数增加(s40)，再次返回步骤s10。在例如车辆的系统启动的期间(例如系统主继电器smr或充电继电器chr处于接通状态)的情况下，在每一控制部24的cpu42的预定时钟反复执行图3的流程。另外，在车辆的系统休止的期间(例如系统主继电器smr和充电继电器chr处于断开状态)的情况下，根据计时器36(参照图1)间歇地启动控制部24，每当进行该间歇的启动时便执行图3的流程。