二次电池的充放电控制装置以及装载有该充放电控制装置的混合动力车辆的制作方法

专利名称：二次电池的充放电控制装置以及装载有该充放电控制装置的混合动力车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及二次电池的充放电控制装置以及装载有该充放电控制装置 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内部状态 的电池模型的二次电池的充放电控制装置。
背景技术：
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 即使在该负载设备运行时也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。
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%)。
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而导 致寿命縮短，因此需要把握二次电池的充电量而对充放电进行控制。 一般 来说，通过根据电池状态而适当地设定可输入输出功率(Win， Wout)来 进行限制过度的充放电的充放电控制，该可输入输出功率表示二次电池的 充电功率和放电功率的上限值。
6另外，作为二次电池的充放电限制的一个方式，在日本专利文献特开
2005 — 137091号公报(以下称为专利文献1)中公开了根据再生制动时的 电池状态来限制通过再生制动而获得的充电电力量以延长装载在车辆上的 二次电池的寿命的控制方式。具体来说，在车辆的再生制动时，预测由于 再生制动时的充电而导致的二次电池的劣化的程度，并根据预测出的劣化 的程度来限制再生制动时的充电电力量。
另夕卜，在 "W.B. Gu and C.Y. Wang ， " THERMAL-ELECTROCHEMICAL COUPLED MODELING OF A LITHIUM-ION CELL" ， ECS Proceedings Vol.99 —25 (1) ， pp 743-762 (以下称为非专 利文献1)"中，作为根据二次电池的内部状态而高精度地推定出剩余容 量(soc)来进行充放电控制的方法，提出了用于例如在锂离子电池中通
过能够推定出电池内部的电化学反应的电池模型来推定出电池状态的建模
(modeling)。

发明内容
但是，在上述专利文献1所公开的二次电池的控制装置和控制方法 中，由于限于在再生制动时等特定条件时预测劣化的发展程度并根据该预 测值来进行充放电限制，因此从可靠地防止过充电和过放电的方面来说存 在着改善的余地。
另外，通过如上述一般方式那样仅设定可输入输出功率(Win, Wout)的充放电限制，从长期的观点出发是难以进行可最大限度地发挥电 池性能的充放电控制的，其中所述可输入输出功率是充放电功率的上限 值。
本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够执 行可以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 的充放电控制的二次电池的充放电控制装置以及装载有该充放电控制装置 的混合动力车辆。
本发明的二次电池的充放电控制装置是构成为能够在与负载之间传输 电力的二次电池的充放电控制装置，其包括电池状态推定部、可输入输出时间预测部、以及负载控制部。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。可输入输出时间预测部 构成为根据由电池状态推定部推定出的当前的状态推定值，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。负载控制部构成 为根据对负载的动作要求，考虑由可输入输出时间预测部预测出的时间， 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。
根据上述二次电池的充放电控制装置，使用通过能够动态地推定出二 次电池的内部状态的电池模型计算出的当前的状态推定值来预测从当前时 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而求出对于输入输出功率的可输入输 出时间的特性。因此，能够根据该特性而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。
优选的是，可输入输出时间预测部构成为对于多个预定功率分别预测 出从当前时点开始能够持续地输入输出的时间。
根据该构成，能够详细地求出反应了当前时点的二次电池的内部状态 的输入输出功率一可输入输出时间的特性并有效地利用充放电限制。
另外，优选的是，可输入输出时间预测部构成为以预定的周期被启 动，并在各启动时预测出二次电池从该时点开始能够持续地输入输出预定 功率的时间。
根据该构成，通过以预定周期逐次更新输入输出功率一可输入输出时 间特性，能够恰当地反映各时点的二次电池的内部状态来进行充放电控 制。
或者，优选的是，可输入输出时间预测部构成为包括电压推移预测 部，预测出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 的该二次电池的输出电压的推移；以及时间预测部，根据电压推移预测部 的预测，预测出从当前时点开始到输出电压达到二次电池的上限电压或下 限电压的时间。根据该构成，能够预测出作为可输入输出时间的、直到二次电池的输 出电压由于持续的预定功率的充放电而达到上限电压或下限电压的时间， 因此能够执行充放电控制以使二次电池不超过上限电压或下限电压。
或者，本发明的二次电池的充放电控制装置是构成为能够在与负载之 间传输电力的二次电池的充放电控制装置，其包括电池状态推定部、劣化 率预测部、以及负载控制部。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。劣化率预测部构成为根据 由电池状态推定部推定出的当前时点的状态推定值，预测出二次电池从当 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。 负载控制部构成为根据对负载的动作要求，考虑由劣化率预测部预测出的 劣化率，生成对负载的动作指令。
根据上述二次电池的充放电控制装置，能够根据电池模型逐次推定出 二次电池的内部状态，并使用通过电池模型得到的状态推定值而求出以预 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 映各时点的二次电池的内部状态并考虑使二次电池的劣化不会由于过充电 或过放电而急剧发展来进行二次电池的充放电限制。
优选的是，劣化率预测部构成为对于多个预定功率分别预测出劣化率。
根据该构成，通过对多种预定功率求出预测劣化率，能够详细地求出 反映了当前时点的二次电池的内部状态的、当前时点的输入输出功率一预 测劣化率的特性，从而能够有效地利用充放电限制。
另外，优选的是，二次电池的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，负载控 制部构成为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，并且限制在使得劣化率预测部预测出的劣化率 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。
根据该构成，能够根据当前时点的二次电池的劣化度或剩余寿命而改
9变所允许的劣化率的范围。因此，能够进行反映了当前时点的二次电池的 劣化度并考虑了不使劣化急剧发展而导致电池寿命縮短的二次电池的充放 电限制。
优选的是在上述二次电池的充放电控制装置中，二次电池由锂离子 电池构成，状态推定值包括该二次电池内部的锂离子浓度分布。
根据上述二次电池的充放电控制装置，由于输出特性根据电池内部的 锂离子浓度的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 明那样在利用电池模型推定了电池的内部反应的基础上来进行充放电控 制，能够有效地获得避免了过充电和过放电并最大限度地发挥了电池性能 的效果。
根据本发明，混合动力车辆包括分别构成为能够产生车辆的驱动力 的内燃机和电动机、控制装置、二次电池、以及二次电池的充放电控制装 置。控制装置构成为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。并且，充放电控制装置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，并且根据被推定出的当前 的状态推定值，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，控制装置考虑由充放电控制装置预测出的可输入输出 时间，限制在避免了二次电池的过充电和过放电的二次电池的充放电功率 的范围内来设定电动机的输入输出允许功率，并且限制成电动机的输入输 出功率处于输入输出允许功率的范围内来决定对电动机的转矩指令值。
优选的是，在混合动力车辆中，充放电控制装置构成为对于多个预定 功率分别预测出从当前时点开始能够持续地输入输出的时间。并且，控制 装置构成为根据对多个预定功率预测出的可输入输出时间而设定电动机的 输入输出允许功率。
另外，优选的是，在混合动力车辆中，充放电控制装置构成为以预定 的周期预测出二次电池从该时点开始能够持续地输入输出预定功率的时 间。
或者，优选的是，在混合动力车辆中，充放电控制装置构成为根据被推定出的当前的状态推定值，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从当前时点开始到输出电压达到二次电池的上 限电压或下限电压的时间，并根据该预测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。
根据本发明的其他方面，混合动力车辆包括分别构成为能够产生车 辆的驱动力的内燃机和电动机、控制装置、二次电池、以及二次电池的充 放电控制装置。控制装置构成为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。并且，充放电控制装置构成为 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，并且 根据被推定出的当前的状态推定值，预测出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 构成为根据由充放电控制装置预测出的劣化率，限制在使得二次电池的劣 化不会显著发展的二次电池的充放电功率的范围内来设定电动机的输入输 出允许功率，并且限制成电动机的输入输出功率处于输入输出允许功率的 范围内来决定对电动机的转矩指令值。
优选的是，在混合动力车辆中，充放电控制装置构成为对于多个预定 功率分别预测出劣化率。并且，控制装置构成为根据对多个预定功率预测 出的劣化率而设定电动机的输入输出允许功率。
另外，优选的是，充放电控制装置构成为还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，控制装置构成为考虑由充放电控 制装置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，并且限制成被预测出的劣化率处于劣化率范围内来决定二次电池的充 放电功率范围。
优选的是，在混合动力车辆中，二次电池由锂离子电池构成，状态推 定值包括该二次电池内部的锂离子浓度分布。
在该混合动力车辆中，能够在考虑了使得不发生二次电池的过充电、 过放电、或劣化的急剧发展而对以电动机为负载的二次电池进行了充放电 限制的基础上确保车辆整体的要求驱动力。
1

图1是说明包括由本发明的实施方式的二次电池的充放电控制装置控 制的二次电池的电源系统的构成的简要的框图； 图2是二次电池的简要的构成图3是说明电池模型部中的二次电池的建模的概念图4是表示在电池模型式中使用的变量和常数的列表的图5是说明实施方式一的二次电池的充放电控制装置的电池模型部和
变动情况预测部的动作定时的概念图6是说明实施方式一的变动情况预测部在动作时执行的变动情况预 测例程的流程图7是说明电池输出电压的变动情况预测与可输入输出时间的关系的 概念图8是表示实施方式一的二次电池的充放电控制装置所使用的预测信 息的结构示例的概念图9是说明实施方式二的二次电池的充放电控制装置的功能构成的简 要的框图10是表示实施方式二的二次电池的充放电控制装置所使用的预测 信息的结构示例和充放电限制的概念图11是说明实施方式二的二次电池的充放电控制的流程图12是说明实施方式二的变形例的二次电池的充放电控制装置的功 能构成的简要的框图13是说明用于推定劣化度的诊断模式下的二次电池的动作的波形
图14是说明图12所示的劣化度推定部的动作的概念图； 图15是表示劣化管理参数的在线确定的一个例子的概念图； 图16是表示实施方式二的变形例的二次电池的充放电控制装置所使 用的预测信息的结构示例和充放电限制的概念图17是说明实施方式二的变形例的二次电池的充放电控制的流程
12图18是说明本发明的实施方式三的混合动力车辆的构成示例的框
图19是说明反映了本实施方式的二次电池的充放电控制的混合动力 车辆中的电动发电机MG2的动作指令值设定的流程图。
具体实施例方式
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。 (实施方式一)
图1是说明包括由本发明的实施方式的二次电池的充放电控制装置控 制的二次电池的电源系统的构成的简要的框图。
参照图l，电源系统5包括二次电池IO、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70。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70来实现执 行以下说明的充放电限制的"充放电控制装置"。
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的锂离子浓度的分布状态而不同，因 此适于应用在本发明中。
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lb (以下也称为电池电流lb)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。
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。
负载20通过来自二次电池IO的输出电力而被驱动。另外，未图示的 发电、供电部件设置成包括在负载20中或者与负载20相独立，二次电池 IO能够通过来自该发电、供电部件的充电电流来进行充电。因此，在二次 电池10进行放电时电池电流lb>0，在二次电池10充电时电池电流Ib<
电池ECU50包括电池模型部60和变动情况预测部65。这里，电池模 型部60和变动情况预测部65例如分别相当于通过由电池ECU50执行预定 程序而实现的功能模块。电池模型部60按照能够根据来自设置在二次电 池10中的传感器组30、 32、 34的检测值而动态地推定出二次电池10的内 部状态的电池模型，以预定的周期逐次计算出表示电池状态的状态推定 值。
变动情况预测部65通过使用了由电池模型部60计算出的状态推定值 的预定的预测计算，生成以预定功率持续地对二次电池10进行了充放电 的情况下的预测信息并输出给控制装置70。在实施方式一中，该预测信息 表示从当前时点开始持续地输入(充电)或输出(放电)了某预定功率时 的、所预测的可输入输出时间。
控制装置70根据对负载20的动作要求，并在考虑来自电池ECU50的 预测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。
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。
参照图2，构成二次电池10的各电池单元IO弁包括负极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。
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。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lln，在集电器 16上设置有正极端子llp。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)。
图3是说明电池模型部60中的二次电池的建模的概念图。
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，假定各活性物质18中的锂离子Li+的变动情况是相同的，对于负极12 和正极15，代表性地设想各一个的活性物质18n和18p。另外，为了减轻 计算负担，也可以将各电池单元10#的变动情况视为是相同的来进行建 模。此时，在二次电池10的整体中，设想各一个的活性物质18n和18p。
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。
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+。
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内部的锂离子的扩散(径向)和电解液中的锂离 子的扩散、各部位的电位分布进行建模。
以下，说明电池模型部60所使用的、能够动态地推定出二次电池的 内部状态的电池模型的一个例子。该电池模型由电池模型式(Ml) (M15)构成。
在图4中表示了在下述的电池模型式(Ml) (M15)中使用的变量 和常数的列表。图4所示的电池温度T (电池内部)、各电位、锂离子浓
15度等变量对应于本发明中的"状态推定值"
<formula>formula see original document page 16</formula>式(Ml) (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(Ml)中，交换电流密度io通过活性物质18的界面处的锂离 子浓度的函数而给出(详细的内容请参照非专利文献1)。在式(M2)中 表示了式(Ml)中的n的详细内容，在式(M3)中表示了式(M2)中的 U的详细内容。
<formula>formula see original document page 16</formula>在式(M4) (M6)中表示了电解液中的锂离子守恒定律。在式 (M5)中表示了电解液中的有效扩散系数的定义，在式(M6)中表示了 反应电流fi由电极的每单位体积的活性物质表面积^与式(Ml)中所表 示的传输电流密度/in的积给出。反应电流f的电极整体的体积积分对应于 电池电流Ib。
<formula>formula see original document page 16</formula>
在式(M7)和(M8)中表示了固态中的锂离子守恒定律。在式 (M7)中表示了在球体的活性物质18中的扩散方程式，在式(M8)中表示了电极的每单位体积的活性物质表面积as。
V(Ke#VO>e) + V #Vlnce) + /''=0 …(M9)
n王 …(mio)
<=^^:-1)
1 +
(Mil)
在式(M9) (Mil)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。
在式(M10)中表示了有效离子电导率/^#，在式(Mil)中表示了电 解液中的扩散电导系数^#。
V(o^V(D》-,=0 …(M12)
Z=^CT …(M13)
在式(M12)和(M13)中表示了根据活性物质中的电荷守恒定律求 出固态中的电位的式子。
...(M14)
《=W
①，—①，—(/+r-
…(M15)
在式(M14)和(M15)中表示了热能守恒定律。由此，能够解析出 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。
由于这些电池模型式(Ml) (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l。
通过逐次求解在活性物质18p、 18n和电解液中的各点对式(Ml) (M15)的电池模型式适当地设定了边界条件的差分方程式，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。各活性物质18p、 18n内的 锂离子浓度为活性物质内的半径r的函数，在其周向上认为锂离子浓度是
17均匀的。
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 内的锂离子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 内的锂离子浓度在表面侧相对较低，因此通过反映出活性物质内的锂离子 的浓度分布而能够进行上述预测。
图5是说明实施方式一的二次电池的充放电控制装置中的电池模型部 和变动情况预测部的动作定时的概念图。
参照图5，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。
这样，在逐次推定出二次电池的内部状态的过程中，由变动情况预测 部65以预定的周期Tc来执行变动情况预测例程。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。
例如，如图5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6所示的变动情况预测例程来进行变动情况预测。如上所述， 变动情况预测部65预测出从当前时点持续地输入(充电)或输出(放 电)了某预定功率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5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lr出时间的预测。
图6是说明变动情况预测部65在动作时执行的变动情况预测例程的 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6所示的流程图作为图1所示的变动情况预测部65的功能而被实 现。
参照图6，变动情况预测部65在步骤S100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S100 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，变动情况预测部65通过步骤S110来预测从当 前时点持续地充电或放电了预定功率时的电池输出电压的变动情况。
如图7所示，按照预先建立的模型计算出从当前时点持续地以对负载 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。如后 面说明的图8的虚线所示，对于上述最大输出功率Womax、最大输入功率 Wimax、以及当前的输入输出电压Wc以外的规定功率(例如在最大输出 功率Womax 最大输入功率Wimax之间每隔5kw而设定的功率)来说， 为了预测可输入输出时间，也可以按照上述模型计算出电池电压Vb的预 测值。
作为该电池电压变动情况预测模型，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(Ml) (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、预测电池电压变动情况(例如dVb/dt:每单位时间的电池电压变化 量)的函数式。
根据如上所述的电池电压变动情况预测模型，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IO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。
19艮口，输入输出时间Tl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，变动情况预测 部65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。
特别是如图8所示，对于最大输出功率Womax、最大输入功率 Wimax、当前的输入输出功率Wc、或者还包括其他的预定功率的多种预 定功率(例如在最大输出功率Womax Wimax之间每隔5kw而设定的功
率)来说，通过分别预测可输入输出时间，能够以映射形式取得输入输出 功率一可输入输出时间特性。
再次参照图6，变动情况预测部65通过步骤S120 ，利用图7所示的 电池电压变动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，变动情况预测部65通过步骤S130求出如图8所 示的输入输出功率一可输入输出时间特性并作为预测信息输出给控制装置 70。
在控制装置70中，按照对负载20的动作要求并考虑由变动情况预测 部65求出的输入输出功率一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。另外，不 仅避免了过充电、过放电，而且当持续的可输入输出时间短时，能够通过 事先减小来自二次电池10的输出功率来避免行驶中的冲击的发生，由此 能够提高驾驶舒适性并改善耗油率。相反，当可输入输出时间长时，增加 来自二次电池10的输出功率，从而能够改善耗油率。
20如上所述，在实施方式一的二次电池的充放电控制装置中，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， 由于反映该变动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。
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。
在实施方式一中，图1中的电池模型部60对应于本发明的"电池状 态推定部"，图1中的变动情况预测部65对应于本发明的"可输入输出 预测部"，控制装置70对应于本发明的"负载控制部"。并且，图6中 的步骤S110对应于本发明的"电压推移预测部"，步骤S120对应于本发 明的"时间预测部"。 (实施方式二)
在实施方式二中，说明在图1所示的控制构成中通过变动情况预测部 来评价与该时点的充放电条件(输入输出功率)相对应的劣化程度并由此 来限制二次电池的充放电的构成。
图9是说明实施方式二的二次电池的充放电控制装置的功能构成的简 要的框图。
参照图9，在实施方式二中，电池ECU50包括与图l相同的电池模型 部60和变动情况预测部65# 。电池模型部60与实施方式一同样地动态地 推定出二次电池10的内部状态并逐次更新该状态推定值。
变动情况预测部65#通过使用了由电池模型部60计算出的状态推定 值的预定的预测计算，评价出以预定功率持续地对二次电池IO进行了充 放电的情况下的劣化率。并且，将输入输出功率一劣化率的特性作为预测 信息输出给控制装置70。控制装置70考虑来自变动情况预测部65#的预 测信息(输入输出功率一劣化率特性)来生成对负载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。
例如，如图10所示，变动情况预测部65弁在最大输出功率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。
变动情况预测部65#与实施方式一的变动情况预测部65同样地以预 定的周期来执行用于求出上述预测信息(输入输出功率一劣化率特性)的 变动情况预测例程(未图示)。
图11是说明实施方式二的二次电池10的充放电控制的流程图。实施 方式二的充放电控制主要针对反映了电池ECU50的劣化率预测的、由控 制装置70进行的动作指令的生成。
参照图11，控制装置70通过步骤S200从电池ECU50取得当前时点 的充放电条件(输入输出功率) 一预测劣化率特性。然后，控制装置70 通过步骤S210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70按照计算出的上限劣化率Drmax来进行充放电限制。例如， 通过对输入输出功率的限制，或者通过对电池温度(上限)、上(下)限 电压、上(下)限SOC的限制来限制充放电。
再次参照图10，按照计算出的上限劣化率DRmax和通过变动情况预 测部65#得到的输入输出功率一预测劣化率特性，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井和 上限输入功率Wi#。
再次参照图11，控制装置70通过步骤S220，限制在通过步骤S210 设定了的充放电限制的范围内，例如进行限制输入输出功率范围、关于充 电将Wi弁作为上限、关于放电将Wott作为上限的充放电限制，生成对负载20的动作指令。并且，在控制装置70中，在步骤S230中，根据图10 所示的预测信息取得与在步骤S220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。
通过这样的构成，根据实施方式二的二次电池的充放电控制装置，能 够进行以下充放电控制根据遵循电池模型的二次电池的内部状态推定， 在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。
也可以采用以下方式组合实施方式一和二，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，从电池ECU50输出给控 制装置70，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70生成对负载20的动作指令， 使得能够避免二次电池IO的过充电和过放电、以及劣化的急剧发展。 (实施方式二的变形例)
图12是说明实施方式二的变形例的二次电池的充放电控制装置的功 能构成的框图。
参照图12，在实施方式三中，电池ECU50除了与图9相同的电池模 型部60和变动情况预测部65#以外还包括劣化度推定部61。
劣化度推定部61具有推定所谓的电池的劣化状态(SOH: State of Health)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61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70 (或者也同时被输出给 变动情况预测部65#)。
这里，使用图13 图15来说明二次电池10的劣化度推定方法的例子。
例如，劣化度推定部61构成为能够根据诊断模式动作时的二次电池 变动情况而确定出电池模型所使用的参数(常数)的一部分。
参照图13，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
23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。该电压变动情况由电压传感器34检测，电池电压Vb被输入到劣 化度推定部61。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。 例如，能够根据脉冲状电流输出时的电压变动情况而推定出交换电流
密度i。。另外，能够根据脉冲电流关断后的电压变动情况而推定出正极的 扩散系数Ds。可以任意地决定作为确定对象的参数(以下为劣化管理参数 X、 Y)，也可以任意地决定该参数的个数。
参照图14，劣化度推定部61在执行上述诊断模式时对于劣化管理参 数X、 Y确定出当前的参数值。对于劣化管理参数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。
如图14所示，关于劣化管理参数X，预先求出劣化特性线200，关于 劣化管理参数Y，预先求出劣化特性线210。关于如上述那样求出的当前 时点的参数值，劣化度推定部61能够按照从初始值的变化量和到界限值 的裕度而推定出当前时点的二次电池10的劣化度。在使用多个劣化管理 参数的情况下，通过求出与各参数相关的劣化度的平均值、最大值、或最 小值等，能够推定出二次电池IO整体的宏观的劣化度。
另外，在参数值超过了界限值而变化(降低或上升)了的情况下，由 于能够判定为处于寿命区域，因此劣化度推定部61能够根据当前时点的 参数值与上述界限值的差而推定出二次电池10的剩余寿命。
或者，劣化度推定部61也可以构成为在不执行图13所示的诊断模 式的情况下，根据在二次电池10的使用过程中通过传感器组30 34检测 出的在线检测值(Tb、电流Ib、电压Vb)，与电池模型部60并列地进行 动作而在线确定出劣化管理参数。
这样的在线方式的参数确定能够对应于劣化管理参数的种类。例如， 如图15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
24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并作为劣化管理参数。
接着，使用图16和图17来说明实施方式二的变形例的二次电池的充 放电控制。
参照图16，变动情况预测部65#与图IO所示的情况相同地根据当时 时点的二次电池的内部状态来预测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一劣化率特性作为预测信息输出给控制装置70。
在实施方式二的变形例中，控制装置70按照由劣化度推定部61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。
这样，根据由变动情况预测部65#求出的预测信息(图16中的虚 线)求出劣化率达到上限劣化率DRmax时的上限输出功率Wo弁和输入功 率Witt。并且，控制装置70限制在关于充电将Wi弁作为上限、关于放电 将Wo弁作为上限的范围内而生成对负载20的动作指令。
参照图17，控制装置70通过步骤S200从电池ECU50取得当前时点 的充放电条件(输入输出功率) 一预测劣化率特性。然后，控制装置70 通过步骤S202取得由劣化度推定部61推定出的劣化度和/或剩余寿命，并 且通过步骤S204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)。
然后，控制装置70通过步骤S210弁，按照在步骤S204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16所示，求出 劣化率达到上限劣化率DRmax时的上限输出功率Wo弁和上限输入功率 Wi弁，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和通过变动情况预测部65弁得到的输入输出功率一预 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 为由变动情况预测部65#执行对该输入输出功率限制的设定，将上限输 出功率Wo弁和上限输入功率Wi井包括在预测信息内而从变动情况预测部 65弁逐次发送给控制装置70。控制装置70在步骤S220中限制在通过步骤S210弁设定了的输入输出 功率的范围内，即进行关于充电将Wi弁作为上限、关于放电将Wo弁作为 上限的充放电限制来生成对负载20的动作指令。
根据这样的构成，通过实施方式二的变形例的二次电池的充放电控制 装置，除了实施方式二的效果以外，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。
也可以采用以下方式组合实施方式一和实施方式二的变形例，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70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縮短。
在实施方式二及其变形例中，图9、图12的电池模型部60对应于本 发明的"电池状态推定部"，图9、图12的变动情况预测部65#对应于 本发明的"劣化率预测部"，控制装置70对应于本发明的"负载控制 部"。并且，图12的劣化度推定部61对应于本发明的"劣化度推定 部"。
(实施方式三)
在实施方式三中，说明将以上说明了的实施方式一、实施方式二及其 变形例的二次电池的充放电控制装置应用于混合动力车辆的情况。
图18是说明本发明的实施方式三的混合动力车辆的构成示例的框图。
参照图18，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。
在图18所示的混合动力车辆500中，行驶用电池520和电池ECU525说明书第22/25页
分别对应于实施方式一、实施方式二、以及实施方式二的变形例中的二次
电池IO和电池ECU50 (图1) ， HV—ECU590对应于实施方式一、实施 方式二、以及实施方式二的变形例中的控制装置70 (图1)。另外，电动 发电机MG1和MG2对应于实施方式一、实施方式二、以及实施方式二的 变形例中的负载20 (图l)。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。
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充放电控制装置来控制其充 放电。
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。
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。
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。
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。
27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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
图19是说明反映了本实施方式的二次电池的充放电控制的混合动力 车辆500中的电动发电机MG2的动作指令值设定的流程图。图19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。
参照图19， HV—ECU590通过步骤S300，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。
HV—ECU590通过步骤S310，与按照实施方式一、实施方式二、以 及实施方式二的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)。
并且，HV—ECU590考虑在步骤S310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S320)。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)。
然后，HV — ECU590在步骤S330中按照在步骤S320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。
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 S300中计算出的车辆整体所需要的制动力。g卩，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。
如上所述的通过图19所示的步骤S300 S330的处理而实现的HV— ECU590的功能的一部分对应于本发明的"控制装置"。
这样，通过将本发明的实施方式一、实施方式二、以及实施方式二的 变形例的二次电池的充放电控制应用于混合动力车辆，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
29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。
在实施方式三中，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，通过基于变动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。
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。
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。
产业上的可利用性
本发明的二次电池的充放电控制装置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。
权利要求
1.一种二次电池的充放电控制装置，所述二次电池构成为能够在该二次电池与负载之间传输电力，所述二次电池的充放电控制装置包括电池状态推定部，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；可输入输出时间预测部，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，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；以及负载控制部，根据对所述负载的动作要求，考虑由所述可输入输出时间预测部预测出的时间，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。
2. 如权利要求1所述的二次电池的充放电控制装置，其中， 所述可输入输出时间预测部对于多个所述预定功率分别预测出从所述当前时点开始能够持续地输入输出的时间。
3. 如权利要求1所述的二次电池的充放电控制装置，其中， 所述可输入输出时间预测部以预定的周期被启动，并在各启动时预测出所述二次电池从该时点开始能够持续地输入输出所述预定功率的时间。
4. 如权利要求1所述的二次电池的充放电控制装置，其中， 所述可输入输出时间预测部包括电压推移预测部，预测出在所述二次电池从当前时点开始持续地输入 输出了所述预定功率的情况下的该二次电池的输出电压的推移；以及时间预测部，根据所述电压推移预测部的预测，预测出从所述当前时 点开始到所述输出电压达到所述二次电池的上限电压或下限电压的时间。
5. —种二次电池的充放电控制装置，所述二次电池构成为能够在该二 次电池与负载之间传输电力，所述二次电池的充放电控制装置包括电池状态推定部，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；劣化率预测部，用于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，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；以及负载控制部，根据对所述负载的动作要求，考虑由所述劣化率预测部 预测出的劣化率，生成对所述负载的动作指令。
6. 如权利要求5所述的二次电池的充放电控制装置，其中， 所述劣化率预测部对于多个所述预定功率分别预测出所述劣化率。
7. 如权利要求5所述的二次电池的充放电控制装置，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，并且限制在使得所述劣 化率预测部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。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的二次电池的充放电控制装置，其中，所述二次电池由锂离子电池构成，所述状态推定值包括该二次电池内部的锂离子浓度分布。
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传输电力；以及所述二次电池的充放电控制装置；所述充放电控制装置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，并且根据被推定出的当前的所述状态推定值，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，所述控制装置考虑由所述充放电控制装置预测出的所述能够持续地输 入输出预定功率的时间，限制在避免了所述二次电池的过充电和过放电的 所述二次电池的充放电功率的范围内来设定所述电动机的输入输出允许功 率，并且限制成所述电动机的输入输出功率处于所述输入输出允许功率的 范围内来决定对所述电动机的转矩指令值。
10. 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对于多个所述预定功率分别预测出从所述当前时 点开始能够持续地输入输出的时间，所述控制装置根据对所述多个预定功率预测出的所述能够持续地输入 输出预定功率的时间而设定所述电动机的输入输出允许功率。
11. 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以预定的周期预测出所述二次电池从该时点开始 能够持续地输入输出所述预定功率的时间。
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根据被推定出的当前的所述状态推定值，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所述预定功率的情况下 从所述当前时点开始到所述输出电压达到所述二次电池的上限电压或下限 电压的时间，并根据该预测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。
13. —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传输电力；以及所述二次电池的充放电控制装置；所述充放电控制装置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，并且根据被推定出的当前时点的所述状态推 定值，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，所述控制装置根据由所述充放电控制装置预测出的所述劣化率，限制 在使得所述二次电池的劣化不会显著发展的所述二次电池的充放电功率的 范围内来设定所述电动机的输入输出允许功率，并且限制成所述电动机的 输入输出功率处于所述输入输出允许功率的范围内来决定对所述电动机的 转矩指令值。
14. 如权利要求13所述的混合动力车辆，其中， 所述充放电控制装置对于多个所述预定功率分别预测出所述劣化率， 所述控制装置根据对所述多个预定功率预测出的所述劣化率而设定所述电动机的输入输出允许功率。
15. 如权利要求13所述的混合动力车辆，其中，所述充放电控制装置还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，所述控制装置考虑由所述充放电控制装置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，并且限制成被预测出的 劣化率处于所述劣化率范围内来决定所述二次电池的充放电功率范围。
16. 如权利要求9至15中任一项所述的混合动力车辆，其中， 所述二次电池由锂离子电池构成，所述状态推定值包括该二次电池内部的锂离子浓度分布。
全文摘要
根据表示二次电池变动情况的传感器组的检测值，按照能够动态地推定出二次电池的内部状态的电池模型，逐渐地逐次计算出表示电池状态的状态推定值。以预定的周期(Tc)使用通过电池模型式推定出的该时点的状态推定值而预测出从当前时点持续地以某预定的功率进行了输入(充电)或输出(放电)时的可输入输出时间。根据对二次电池的负载的动作要求，并且考虑预测出的输入输出功率-输入输出时间特性来设定对负载的动作指令，使得能够避免二次电池的过充电和过放电。
文档编号B60W20/00GK101496255SQ20078002866
公开日2009年7月29日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年8月1日
发明者山内友和, 西勇二 申请人:丰田自动车株式会社