車両用電源システム
【課題】ハイレート劣化解消の機会を従来より多く得ることの可能な車両用電源システムを提供する。
【解決手段】車両用電源システム１０は、二次電池１４と、充放電可能な補助電源１６と、前記二次電池１４と前記補助電源１６との間の電力変換を行う電力変換器１８、２０と、を備えている。さらに車両用電源システム１０は、前記二次電池１４に対するハイレート劣化戻し条件が成立したときに、前記二次電池１４を放電させて前記補助電源１６に電力を送る強制放電または前記補助電源１６から電力を供給して前記二次電池１４を充電させる強制充電を行うように前記電力変換器１８を制御する制御部１２を備えている。
【解決手段】車両用電源システム１０は、二次電池１４と、充放電可能な補助電源１６と、前記二次電池１４と前記補助電源１６との間の電力変換を行う電力変換器１８、２０と、を備えている。さらに車両用電源システム１０は、前記二次電池１４に対するハイレート劣化戻し条件が成立したときに、前記二次電池１４を放電させて前記補助電源１６に電力を送る強制放電または前記補助電源１６から電力を供給して前記二次電池１４を充電させる強制充電を行うように前記電力変換器１８を制御する制御部１２を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の駆動源として回転電機が用いられるいわゆるハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の車両が従来から知られている。さらに、回転電機の電力源として充放電可能な二次電池が従来から使用されている。
【０００３】
ここで、二次電池の放電または充電の際に電極間及び電極面内に塩濃度分布が生じ、それによって二次電池の内部抵抗が増加することが従来から知られている。さらに、この塩濃度分布は大電流放電時や大電流充電時に顕著となり、これに伴って内部抵抗も著しく増加することが知られている。大電流による充放電により内部抵抗が著しく増加することから、この現象を以下では「ハイレート劣化」と呼ぶ。
【０００４】
このハイレート劣化は可逆的であって解消可能であることが知られている。例えば大電流放電によってハイレート劣化が生じた場合、大電流充電によってハイレート劣化を解消できることが知られている。そこで、例えば特許文献１においてはハイレート劣化の程度を推定し、ハイレート劣化の進行度合いに応じてハイレート劣化を解消する処理を行っている。
【０００５】
特許文献１においては、大電流放電によって二次電池のハイレート劣化が進行し、その進行度合いが予め定めた閾値を超えた場合、図３５に示すように回転電機１１２から二次電池１１０に大電流を流す（大電流充電）ことによりハイレート劣化を解消している。また、大電流充電によって二次電池１１０のハイレート劣化が進行し、その進行度合いが予め定めた閾値を超えた場合、二次電池１１０から回転電機１１２に大電流を流す（大電流放電）ことによりハイレート劣化を解消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−６０４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、回転電機から二次電池に大電流を流すことができるのは回転電機から大きな回生電力を得られるときであって、車両が急勾配の坂道を下っている場合等に限られる。また、二次電池から回転電機に大電流を流すことができるのは回転電機の高出力時であって、加速時や急勾配の坂道を登っている場合等に限られる。したがって回転電機と二次電池との間で大電流放電や大電流充電を行って二次電池のハイレート劣化を解消しようとすると、解消の機会が限られるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両用電源システムに関するものである。当該電源システムは、二次電池と、充放電可能な補助電源と、前記二次電池と前記補助電源との間の電力変換を行う電力変換器と、を備えている。さらに、前記二次電池に対するハイレート劣化戻し条件が成立したときに、前記二次電池を放電させて前記補助電源に電力を送る強制放電または前記補助電源から電力を供給して前記二次電池を充電させる強制充電を行うように前記電力変換器を制御する制御部を備えている。
【０００９】
また、上記車両用電源システムにおいて、前記補助電源は、導通時において電極間及び電極面内に塩濃度分布が生じない蓄電手段から構成されることが好適である。
【００１０】
また、上記車両用電源システムにおいて、前記蓄電手段は、電気二重層キャパシタまたは全固体二次電池からなることが好適である。
【００１１】
また、上記車両用電源システムにおいて、前記制御部は、前記強制放電を行う場合には、前記強制放電前に前記二次電池以外の機器に対して前記補助電源から放電を行わせるように前記電力変換器を制御し、前記強制充電を行う場合には、前記強制充電前に前記二次電池以外の機器から前記補助電源に充電を行わせるように前記電力変換器を制御することが好適である。
【００１２】
また、上記車両用電源システムにおいて、前記制御部は、前記強制放電を行う場合には、前記二次電池から流れる電流値が前記二次電池に対して設定された大電流放電領域の電流値となるように前記電力変換器を制御し、前記強制充電を行う場合には、前記二次電池に流れる電流値が前記二次電池に対して設定された大電流充電領域の電流値となるように前記電力変換器を制御することが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ハイレート劣化解消の機会を従来より多く得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る電源システムを例示する図である。
【図２】制御部の機能ブロック図である。
【図３】塩濃度分布の発生原理を説明する図である。
【図４】塩濃度分布の発生原理を説明する図である。
【図５】電極面内に発生する塩濃度分布を説明する図である。
【図６】塩濃度分布と内部抵抗との関係を例示する図である。
【図７】経年劣化マップを例示する図である。
【図８】ハイレート劣化による抵抗成分の推定方法を説明する図である。
【図９】ハイレート劣化による抵抗成分の推定方法を説明する図である。
【図１０】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１１】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１２】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１３】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１４】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１５】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１６】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１７】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１８】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１９】ハイレート劣化による抵抗成分の推定方法を説明する図である。
【図２０】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２１】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２２】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２３】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２４】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２５】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２６】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２７】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２８】二次電池及び補助電源の電流値の変化を説明する図である。
【図２９】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図３０】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図３１】ハイレート劣化の解消処理のフローチャートである。
【図３２】充放電過多指標を説明する図である。
【図３３】ハイレート劣化の解消処理を実行する閾値の設定方法を説明する図である。
【図３４】ハイレート劣化の解消処理のフローチャートである。
【図３５】従来のハイレート劣化の解消処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、本発明に係る電源システム１０を例示する。電源システム１０は、制御部１２と、二次電池１４と、補助電源１６と、第１の電力変換器１８と、第２の電力変換器２０と、二次電池側電流センサ２２と、補助電源側電流センサ２４と、電圧センサ２６と、温度センサ２８とを含んで構成されている。これに加えて、補助電源１６の端子電圧を測定する補助電源側電圧センサを設けてもよい。また、電源システム１０は車両（図示せず）の駆動源となる回転電機３０に電気的に接続されている。なお、図１においては第１の電力変換器１８からの直流電力を交流電力に変換するとともに回転電機３０からの交流電力を直流電力に変換するインバータの図示を省略している。
【００１６】
制御部１２は情報を演算するための演算処理部や情報を記憶するための記憶部を備えている。演算処理部は電圧値や電流値、温度を入力情報として受け入れて演算処理し得るとともに、第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作を制御する制御信号を送信し得る機器であればよく、例えばマイクロコンピュータを含んで構成される。このマイクロコンピュータは例えばハイブリッド車両に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）から構成することが可能である。また、記憶部は後述するハイレート劣化解消プログラムやハイレート劣化を推定する上で使用される経年劣化マップ、さらには電圧値、電流値、温度等の入力情報を記憶可能な機器であればよく、例えばＲＯＭやＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ハードディスク装置等の１つまたは複数の組み合わせから構成することができる。
【００１７】
なお、ハイレート劣化の推定及び解消に当たり、制御部１２は複数の機能を実行する。制御部１２を複数の機能ブロックの集合として表した模式図を図２に示す。制御部１２は、算出部２５と、補正部２７と、判定部２９とを含んで構成される。これらの各機能ブロックによるハイレート劣化の推定方法については後述する。
【００１８】
図１に戻り、補助電源１６は充放電可能な蓄電手段から構成され、例えば二次電池や電気二重層キャパシタ等のキャパシタ等から構成される。後述するように、補助電源１６を塩濃度分布が生じる蓄電手段（例えばリチウムイオン蓄電池）から構成した場合、二次電池１４のハイレート劣化を解消する過程で補助電源１６がハイレート劣化によって劣化してその結果補助電源１６を頻繁に交換する必要が生じるおそれがある。したがって、交換の煩雑さを解消するために補助電源１６をハイレート劣化の生じない蓄電手段から構成することが好適である。具体的には、ハイレート劣化は電極間及び電極面内の塩濃度分布によって生じることから、塩濃度分布が生じないような蓄電手段を用いることが好適である。例えば、電気二重層キャパシタ等のキャパシタや、電解液の代わりに固体電解質を用いる全固体二次電池を用いることが好適である。
【００１９】
さらに、補助電源１６としてキャパシタを用いた場合、補助電源１６の端子電圧値を測定する電圧センサを省略できるという利点がある。すなわち、キャパシタは充電量（電荷量）に比例して端子電圧値が変化するという特性を有する。この特性を利用して、キャパシタに流入出する電流量を測定することによってキャパシタの充電量を算出し、さらに充電量から端子電圧値を求めることができる。
【００２０】
第１の電力変換器１８は二次電池１４の電力変換を行う電気機器であって、二次電池１４の出力電圧を昇圧するとともに回転電機３０からの電圧を降圧する機能を有する。第１の電力変換器１８は昇降圧回路を含む機器であればよく、例えば図１に示すような二象限チョッパ回路を含んで構成される。
【００２１】
第１の電力変換器１８は上アーム３２及び下アーム３４からなる１対のレグと、上アーム３２及び下アーム３４の間に接続されるリアクトル３６を含んで構成される。上アーム３２では上アーム側スイッチング素子３８と帰還ダイオード４０とが二次電池１４に対して並列に接続されている。同様にして下アーム３４では下アーム側スイッチング素子４２と帰還ダイオード４０が二次電池１４に対して並列に接続されている。上アーム側スイッチング素子３８及び下アーム側スイッチング素子４２は制御部１２からのスイッチング信号を受けて通電及び遮断を行ういわゆるバルブデバイスから構成され、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴから構成される。
【００２２】
第２の電力変換器２０は補助電源１６の電力変換を行う電気機器であって、補助電源１６の出力電圧を昇圧するとともに回転電機３０または二次電池１４からの電圧を降圧する昇降圧回路を含んで構成される。第２の電力変換器２０も第１の電力変換器１８と同様にリアクトル４３、上アーム４４、下アーム４６を備え、上アーム４４では上アーム側スイッチング素子４８及び帰還ダイオード４０が二次電池１４に対して並列に接続されるとともに、下アーム４６では下アーム側スイッチング素子５０及び帰還ダイオード４０が二次電池１４に対して並列に接続されている。
【００２３】
電圧センサ２６は二次電池１４の正極側出力端及び負極側出力端に直接的あるいは間接的に接続され、二次電池１４の端子電圧値を測定する。測定された端子電圧値Ｖｂは制御部１２に送られる。
【００２４】
二次電池側電流センサ２２は二次電池１４と第１の電力変換器１８との間に接続され、二次電池１４の放電電流Ｉ１ＯＵＴあるいは充電電流Ｉ１ＩＮを測定する。測定された電流値は制御部１２に送られる。補助電源側電流センサ２４は補助電源１６と第２の電力変換器２０との間に接続され、補助電源１６の放電電流Ｉ２ＯＵＴあるいは充電電流Ｉ２ＩＮを測定する。測定された電流値は制御部１２に送られる。
【００２５】
温度センサ２８は二次電池１４の温度を測定し、測定された温度Ｔｂを制御部１２に送る。温度測定箇所は１箇所であっても複数個所であってもよい。例えば二次電池１４が複数個のセルの積層体から構成されている場合は、所定個数のセルの温度を測定してその平均値を制御部１２に送るようにしてもよい。
【００２６】
また、回転電機３０は電源システム１０に接続されている。回転電機３０は図示しない車両の駆動源（モータ）として機能するともに回生電力を電源システム１０に送る発電機（ジェネレータ）としても機能する電気機器であればよく、例えば永久磁石モータやリラクタンスモータから構成される。
【００２７】
また、二次電池１４は充放電可能な化学電池であればよく、例えばニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池から構成される。ここで、二次電池１４のハイレート劣化について図３を用いて説明する。図３では二次電池１４の例としてリチウムイオン蓄電池を用いている。また、電解液の例としてＬｉＰＦ６を用いている。なお、電解液はリチウム塩を溶解させた有機電解液であればよく、例えばＬｉＢＦ４等を用いてもよい。また、図３では説明を簡略化するために、溶媒和などは省略した模式図を示している。
【００２８】
二次電池１４の電極面内及び電極間におけるリチウム塩濃度分布が発生することにより、二次電池１４の内部抵抗が上昇する。この塩濃度分布の発生は主に二次電池１４の導通時におけるイオンの泳動（輸率）によって生じる。図３には導通前の二次電池１４の模式図が示されている。導通前においては電解液５２内における陽イオン５４及び陰イオン５６はほぼ均一に分布している。
【００２９】
二次電池１４の充電時を図４に例示する。二次電池１４が導通状態になると、正極３９から陽イオン５４が放出されるとともに、負極４１では陽イオン５４が吸蔵される。ここで、正極３９での陽イオン５４の放出量と負極４１での陽イオン５４の吸蔵量は副反応等を無視すれば理論上等しいから、電解液５２中のＬｉＰＦ６量は導通遮断時と導通時とで変わらない。この際、輸率に応じて電解液５２内に塩濃度分布（塩濃度勾配）が発生する。また、塩濃度分布は電極間だけでなく、図５に示すように電極５９面内にも発生する。図５においては筒状に巻かれた電極５９の端部の塩濃度が相対的に高くなり、電極５９の中央部の塩濃度が相対的に低くなっている。
【００３０】
塩濃度と二次電池１４の内部抵抗との関係を図６に示す。この図に示されているように、内部抵抗は塩濃度によって変動し、内部抵抗が最低値を取るような最適濃度が存在する。これを受けて電解液の濃度を最適濃度に調整することが考えられる。しかし、上述したように二次電池が導通状態になると塩濃度分布が発生してしまい、電解液内では最適濃度から外れる領域が生じる。その結果電解液内の内部抵抗が増加する。この、塩濃度分布の発生に伴う内部抵抗の増加現象を本実施形態ではハイレート劣化と呼んでいる。
【００３１】
塩濃度分布はイオンの泳動（輸率）によって生じることから理解されるように、大電流放電時または大電流充電時には塩濃度分布の発生が顕著となる（塩濃度勾配が急峻となる）。その結果二次電池１４のハイレート劣化の進行が顕著となり、内部抵抗が増加する。一方、塩濃度分布を引き起こした電流の流れ方向と逆方向に電流を流すことによって塩濃度分布が解消され、ハイレート劣化を低減することができる。例えば大電流放電によってハイレート劣化が生じた場合には大電流充電を行うことによってハイレート劣化を解消することができる。
【００３２】
したがって、ハイレート劣化を適切に検出してこれを解消することによって内部抵抗の増加を抑え、二次電池１４の端子電圧の電圧降下を抑制できる。他方、上述したように二次電池１４の内部抵抗の増加はハイレート劣化の他に経年劣化によっても生じる。経年劣化は二次電池１４の使用期間の経過に伴って内部抵抗が増加する現象を指し、活物質の一部崩壊（構造変化）などが原因となって生じる。ハイレート劣化と異なり経年劣化は二次電池１４の使用に伴って蓄積される不可逆的な（解消困難な）劣化である。制御部１２は、二次電池１４の内部抵抗を測定するとともに内部抵抗の増加分のうちの何割がハイレート劣化によるものかを推定し、推定結果に応じてハイレート劣化の解消処理を行うか否かを判定している。
【００３３】
制御部１２の補正部２７（図２参照）には経年劣化による二次電池１４の内部抵抗の増加傾向の実測値が記憶されている。具体的には補正部２７には、二次電池１４の初期状態からの延べ時間（総時間）に対する内部抵抗値や内部抵抗増加率の推移が関数またはマップ（表）として記憶されている。なお、初期状態とは二次電池１４のハイレート劣化を検出するための基準時点を指しており、例えば二次電池１４の新品状態や、二次電池１４の電圧、電流、温度の測定が開始される時点を指している。また、二次電池１４の使用総時間を時間軸に取る代わりに、二次電池１４の満充電時容量の減少率や、二次電池１４の温度履歴、二次電池１４の積算電流量等を用いてもよい。
【００３４】
ここで、補正部２７に記憶された、経年劣化による内部抵抗の増加傾向の実測値が記録されたマップ（以下、経年劣化マップと呼ぶ）の取得について説明する。経年劣化マップの取得に当たっては、ハイレート劣化を生じさせない、または、車両に二次電池１４を搭載して実際に使用した時と比較してハイレート劣化による内部抵抗の増加が無視できる程度の環境下で二次電池１４の内部抵抗を予め測定する。例えば、大電流放電及び大電流充電を行わずに二次電池１４の内部抵抗の測定を行う。具体的には、初期状態における二次電池の満充電時の容量をＣ[Ａｈ]で表すと、１Ｃ[Ａ]以下、例えば０．１Ｃ[Ａ]の放電レートで定電流の充放電を行う。あるいは、大電流での充放電を行う場合には、大電流充電と大電流放電とを均等に行うようにする。例えば２Ｃ[Ａ]での放電を３０秒行ったときには同様に２Ｃ[Ａ]での充電を３０秒行うようにする。なお、経年劣化マップの取得用の二次電池１４は車両に搭載される二次電池１４と同一タイプのものを使用する。
【００３５】
１回の放電と１回の充電を１サイクルとして、複数サイクルに亘ってＩＶ特性を求める。例えば二次電池１４の寿命に達するまでのサイクル（例えば５０００サイクル）を複数のサイクル期間（例えば１００サイクル）に分割し、１サイクル期間ごとに耐久試験を行ってその都度ＩＶ特性を求める。ＩＶ特性とは電流値の軸と電圧値の軸からなる平面上に電流値と電圧値をプロットしたときの近似直線の傾きまたは近似曲線の増加率であり、二次電池１４の内部抵抗と捉えることができる。したがってＩＶ特性の増加率を求めることで内部抵抗増加率を求めることができる。なお、内部抵抗増加率の算出に当たっては、初期状態からの増加率を求めてもよいし、任意の時点からの増加率を求めてもよい。
【００３６】
また、経年劣化マップの時間軸として、二次電池１４の総使用時間の代わりに積算電流量[Ａｈ]を用いる場合は、積算電流量を複数の区間に区分して、例えば０．５Ａｈごとの範囲に区分して、各区間における電流値及び電圧値をプロットしてＩＶ特性を求めることが好適である。また、満充電時容量減少率[％]についても同様に複数の区間に区分して当該区間内のＩＶ特性を求めることが好適である。
【００３７】
また、温度履歴は例えば以下のように算出する。二次電池１４は温度特性を有しており、温度によって劣化の進行度合いが変化することが知られている。そこで、相対的に劣化の進みが遅い温度（例えば２５℃）を相対的に重みの少ない温度パラメータ（例えば１）に変換するとともに、相対的に劣化状態の進みが速い温度（例えば４０℃）を相対的に重みの大きい温度パラメータ（例えば１０）に変換し、初期状態からの温度パラメータの積算値に対する二次電池１４の内部抵抗を測定する。この場合においても温度パラメータの積算値を複数の区間に区分して当該区間内のＩＶ特性を求めることが好適である。
【００３８】
なお、二次電池１４の内部抵抗は温度及び充電率（ＳＯＣ）によって変化するから、上述したような電流値−電圧値のサンプリング点を使用総時間区間または満充電時容量減少率区間または温度パラメータ区間ごとにグループ化した上で、さらにそれぞれの区間における電流値−電圧値のサンプリング点を所定の温度区間及び所定のＳＯＣ区間別に振り分け、振り分けられたサンプリング点のグループごとにＩＶ特性及びその増加率を求めることが好適である。増加率の算出に当たっては、ＩＶ特性を算出したＳＯＣ区間及び温度区間と同一の区間における初期状態のＩＶ特性を基準にすることが好適である。図７に二次電池１４の使用時間、温度、ＳＯＣ別の複数の経年劣化マップを示す。なお、図７に示す経年劣化マップでは抵抗増加率が示されているが、これに代えてまたは加えて内部抵抗値（ＩＶ特性値）そのものを記憶するようにしてもよい。また、マップ（表）の状態で記憶する代わりに、最小二乗法等によって関係式を取得してこれを補正部２７に記憶させてもよい。
【００３９】
以上のようにして取得した経年劣化マップを用いて、二次電池１４の内部抵抗中のハイレート劣化成分を推定する。ハイレート劣化の推定手段として、主に（１）二次電池１４の緩和状態からの電圧降下に基づいて算出された内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較（２）稼働中の二次電池１４の電流地及び電圧値に基づいて算出された内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較（３）電池モデルにより算出した内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較、の３種類の手段が挙げられる。以下それぞれの手段について説明する。また、以下の説明において特に断りのない限り、経年劣化マップは二次電池１４の初期状態からの延べ経過時間（使用総時間）を時間軸に取るものとする。
【００４０】
（１）二次電池の緩和状態からの電圧降下に基づいて算出された内部抵抗値または内部低効率と経年劣化マップにおける内部抵抗増加率との比較
制御部１２の算出部２５は、電圧センサ２６から電圧値Ｖｂを取得するとともに二次電池側電流センサ２２から電流値Ｉ１を取得する。なお、この手段においては、二次電池１４が緩和した状態すなわち電流が流れておらず電圧値が安定している状態（例えば停車時）からの電流値及び電圧値の経時変化を測定する。二次電池１４が完全に緩和した状態における開放電圧（ＯＣＶ）を測定後、二次電池１４が完全に緩和した状態から一定値の電流を流し始めたときの電圧降下を所定時間測定することによって、ＩＶ特性を高精度に測定することが可能となる。また、車両がいわゆるプラグインハイブリッド車両である場合には、充電中などに所望のパターンの一定電流を流し、そのときの電圧値の経時変化を測定することによってもＩＶ特性を高精度に求めることが可能となる。
【００４１】
さらに算出部２５は取得した電圧値Ｖｂ及び電流値Ｉ１をグループ分けする。具体的には、予め定めた時間区間内であって、さらに予め定めたＳＯＣ区間及び温度区間別に電流値−電圧値のサンプリング点を振り分ける。時間区間に基づく振り分けは算出部２５に時刻情報を送信可能な図示しないタイマ等に基づいて行われる。また、ＳＯＣ区間に基づく振り分けは二次電池１４の積算電流量等に基づいて行われる。さらに温度区間に基づく振り分けは温度センサ２８から送られた温度Ｔｂに基づいて行われる。
【００４２】
算出部２５は特定の時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間におけるサンプリング点からＩＶ特性、つまり内部抵抗値を求める。また内部抵抗増加率を基準に取る場合はさらに内部抵抗値を求めたＳＯＣ区間及び温度区間に対応する二次電池１４の初期状態における内部抵抗値を制御部１２内の記憶部に記憶された経年劣化マップから呼び出し、初期状態からの内部抵抗増加率を算出する。ここで、初期状態に代えて任意の時点を増加率算出の基準時に設定してもよい。
【００４３】
算出部２５によって算出された内部抵抗値または内部抵抗増加率（以下、算出部による内部抵抗値または内部抵抗増加率と呼ぶ）は補正部２７に送られる。補正部２７は制御部１２の記憶部から経年劣化マップを呼び出す。さらに補正部２７は、算出部による内部抵抗値の時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間に対応した内部抵抗値、または、算出部による内部抵抗増加率の時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間に対応した内部抵抗増加率を経年劣化マップから抽出する。
【００４４】
図８に示すように、補正部２７は、算出部による内部抵抗値から経年劣化による内部抵抗値、または、算出部による内部抵抗増加率から経年劣化による内部抵抗増加率を減算する。図８においては算出部による内部抵抗増加率７０から経年劣化マップによる内部抵抗増加率７２を減算した様子を例示している。上述したように、算出部による内部抵抗値（または内部抵抗増加率）には経年劣化による内部抵抗値（または内部抵抗増加率）とハイレート劣化による内部抵抗値（または内部抵抗増加率）とが重ね合わされているものと考えられる。一方、経年劣化マップによる内部抵抗値（または内部抵抗増加率）は主に経年劣化による内部抵抗値（または内部抵抗増加率）を示していると考えられる。したがって算出部による内部抵抗値と経年劣化マップによる内部抵抗値との差、または、算出部による内部抵抗増加率と経年劣化マップによる内部抵抗増加率との差を求めることによってハイレート劣化による内部抵抗値または内部抵抗増加率を推定することができる。
【００４５】
なお、時間軸として二次電池１４の総時間を用いる代わりに満充電時の電池容量減少率を用いる場合、二次電池側電流センサ２２等による二次電池１４の積算電流量から正確な電池容量減少率を求めることが困難な場合がある。例えば満充電時から放電終止電圧までの積算電流量から満充電時の電池容量[Ａｈ]を求めることができ、したがって満充電時の電池容量の減少率も求めることが可能となるが、実際の車両の運転時においては放電終止電圧に至る前に充電が開始されたり、満充電に至る前に放電が開始される場合がある。このような場合においては例えば特開２０１０−６０３８４号公報にて説明されているような満充電容量のモデル式を用いることによって推定することが可能である。
【００４６】
（２）稼働中の二次電池１４の電流値及び電圧値に基づいて算出された内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較
上述した（１）による手段では緩和状態の二次電池１４を基点として内部抵抗値や内部抵抗増加率を求めていたが、これに代えて稼働中の二次電池１４の電流値と電圧値から内部抵抗値や内部抵抗増加率を求めてもよい。算出部２５は車両走行中等、二次電池１４の充放電が行われている期間において二次電池１４の電流値及び電圧値を測定し、測定された電流値及び電圧値からＩＶ特性（内部抵抗値）を求める。ＩＶ特性の算出に当たっては（１）と同様に定められた時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間における電流値及び電圧値を抽出してこれに基づいてＩＶ特性を求める。補正部２７は算出したＩＶ特性に対応する時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間における経年劣化マップの内部抵抗値を呼び出す。さらに補正部２７は図９に示すように、算出部によるＩＶ特性７４（内部抵抗値）と、経年劣化マップにおける内部抵抗値７６との差を求める。具体的にはそれぞれの直線の傾きの差を求める。この傾きの差がハイレート劣化を表すと考えられることから、判定部２９によって傾きの差を監視することでハイレート劣化の増加傾向を把握することができる。
【００４７】
また、算出部による内部抵抗値と経年劣化マップによる内部抵抗値を比較する代わりに、（１）と同様にして算出部による内部抵抗増加率と経年劣化マップの内部抵抗増加率を比較してもよい。すなわち、算出部による内部抵抗値を求めた時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間に対応する二次電池１４の初期状態（や任意の時点）における内部抵抗値を制御部１２内の記憶部に記憶された経年劣化マップから呼び出し、算出部による内部抵抗値を初期状態の内部抵抗値で割ることによって内部抵抗増加率を算出する。一方、経年劣化マップから、算出部による内部抵抗値を求めたＳＯＣ区間及び温度区間に対応する内部抵抗増加率を抽出する。さらにそれぞれ求められた内部抵抗増加率を比較する。
【００４８】
（３）電池モデルにより算出した内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較
本手段では二次電池内の活物質やイオン等の挙動をモデル化した電池モデルを使用する。図１０は、電池モデルによって表現される二次電池の内部構成の概略を説明する概念図である。二次電池１４は、負極４１と、セパレータ１１４と、正極３９とを含む。セパレータ１１４は、例えば負極４１及び正極３９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。
【００４９】
負極４１及び正極３９の各々は、球状の活物質１１８の集合体で構成される。二次電池１４の放電時において、負極４１の活物質１１８の界面上では、リチウムイオンＬｉ＋及び電子ｅ−を放出する化学反応が行われる。一方、正極３９の活物質１１８の界面上ではリチウムイオンＬｉ＋及び電子ｅ−を吸収する化学反応が行われる。なお、二次電池１４の充電時においては、電子ｅ−の放出及び吸収に関して、上記の反応とは逆の反応が行われる。
【００５０】
負極４１には、電子ｅ−を吸収する電流コレクタ１１３が設けられ、正極３９には、電子ｅ−を放出する電流コレクタ１１６が設けられる。負極の電流コレクタ１１３は代表的には銅で構成され、正極の電流コレクタ１１６は代表的にはアルミで構成される。電流コレクタ１１３には負極端子が設けられ、電流コレクタ１１６には正極端子が設けられる。セパレータ１１４を介したリチウムイオンＬｉ＋の授受によって、二次電池１４では充放電が行われ、充電電流または放電電流が生じる。
【００５１】
すなわち、二次電池内部の充放電状態は、電極（負極４１及び正極３９）の活物質１１８におけるリチウム濃度分布によって異なる。このリチウムは、リチウムイオン電池における反応関与物質に相当する。
【００５２】
負極４１及び正極３９で電子ｅ−の移動に対する純電気的な抵抗（純抵抗）Ｒｄ及び活物質界面での反応電流発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗（反応抵抗）Ｒｒとを併せたものが、二次電池１４をマクロに見た場合の内部抵抗（直流抵抗）に相当する。このマクロな内部抵抗を、以下では直流抵抗Ｒａとも示す。また、活物質１１８内におけるリチウムＬｉの拡散は、拡散係数Ｄｓに支配される。すなわち、拡散係数Ｄｓは拡散抵抗の大きさを示すパラメータである。
【００５３】
引き続き、電池モデル１２５の一例を説明する。なお、ここで説明する電池モデルでは、常温時における電気二重層キャパシタの影響が小さいことを考慮して、この影響を無視したモデルを構築している。さらに、電池モデルは、電極の単位極板面積あたりのモデルとして定義されるものとする。電極の単位極板面積あたりのモデルを用いることで、そのモデルを設計容量に対して一般化させることができる。
【００５４】
まず、二次電池１４の出力電圧である電池電圧Ｖについては、電池温度Ｔ、電池電流Ｉ、開放電圧（ＯＣＶ）Ｕ及び、上述の二次電池１４全体のマクロな直流抵抗Ｒａを用いた下記の（１）式（電圧方程式）が成立する。ここで、電池電流Ｉは、単位極板面積あたりの電流値を示すものとする。すなわち、正負極端子に流れる電池電流（電流計により計測可能な電流値）をＩｂとし、電池の両面極板面積をＳとすると、電池電流Ｉは、Ｉ＝Ｉｂ／Ｓで定義される。以下、電池モデル中で述べる「電流」及び「電流推定値」については、特に説明のない限り、上記の単位極板面積あたりの電流を指すものとする。
【００５５】
【数１】
【００５６】
θ１及びθ２は、それぞれ正極活物質表面における局所的ＳＯＣ、及び負極活物質表面における局所的ＳＯＣを表す。開放電圧ＯＣＶは、正極開放電位Ｕ１及び負極開放電位Ｕ２の電位差として表される。
【００５７】
図１１に示すように、正極開放電位Ｕ１及び負極開放電位Ｕ２は、それぞれ局所的ＳＯＣθ１及び局所的ＳＯＣθ１に依存して変化する特性を有する。したがって、二次電池１４の初期状態において、局所的ＳＯＣθ１と正極開放電位Ｕ１との関係、及び局所的ＳＯＣθ２と負極開放電位Ｕ２との関係を測定することにより、局所的ＳＯＣθ１の変化に対する正極開放電位Ｕ１（θ１）の変化特性及び局所的ＳＯＣθ２の変化に対する負極開放電位Ｕ２（θ２）の変化特性を予め記憶する特性マップを作成することができる。
【００５８】
また、直流抵抗Ｒａは、局所的ＳＯＣ（θ１）、局所的ＳＯＣ（θ２）及び電池温度の変化に応じて変化する特性を有する。すなわち、直流抵抗Ｒａは、ＳＯＣ（より詳細には、局所的ＳＯＣ（θ１，θ２）)及び電池温度Ｔの関数として示される。したがって、二次電池１４の初期状態における実測実験結果に基づき、図１３に示されるような直流抵抗Ｒａの初期状態値マップ１３１を予め作成することができる。
【００５９】
図１３を参照して、初期状態値マップ１３１では、０（％）〜１００（％）を複数に分割したＳＯＣ範囲と、−Ｔｙ（℃）〜Ｔｘ（℃）を複数に分割した温度範囲との組み合わせによって定義される領域ごとに、直流抵抗Ｒａの初期状態値が格納される。これらの複数の領域は、後述するパラメータ変化率の学習区分と一致するので、「学習領域」とも称する。
【００６０】
再び図１０を参照して、上述のように、負極４１及び正極３９それぞれの球状活物質モデルにおいて、活物質表面（電解液との界面）における局所的ＳＯＣθｉ（ｉ＝１，２）は、下記の（２）式で定義される。なお、局所的ＳＯＣθｉと同じく、以下の説明では、ｉで表された添え字は、１の場合は正極を表し、２の場合は負極を示すものと定義する。
【００６１】
【数２】
【００６２】
（２）式中において、ｃse,iは活物質界面におけるリチウム平均濃度であり、ｃs,i,maxは活物質における限界リチウム濃度である。
【００６３】
球状モデルで取り扱われる活物質内では、リチウム濃度ｃs,jは、半径方向に分布を有する。すなわち、球状と仮定された活物質内でのリチウム濃度分布は下記の（３）式に示す極座標系の拡散方程式により規定される。
【００６４】
【数３】
【００６５】
（３）式において、Ｄs,iは活物質におけるリチウムの拡散係数である。図１３に示すように、拡散係数Ｄs,iはＳＯＣ及び電池温度に依存して変化する特性を有する。以下では、Ｄs,i（ｉ＝１，２）を総称する場合には、単に拡散係数Ｄsとも称する。
【００６６】
拡散係数Ｄsについても、上述の直流抵抗Ｒaと同様に、二次電池１４の初期状態における実測実験結果に基づき、図１４に示されるような初期状態値マップ１３２を予め作成することができる。
【００６７】
図１４を参照して、初期状態値マップ１３２では、初期状態値マップ１３１と共通に区分された学習領域ごとに、拡散係数Ｄsの初期状態値が格納される。図１３に示された初期状態値マップ１３１及び図１４に示された初期状態値マップ１３２は、例えば制御部１２の記憶部に記憶される。
【００６８】
（３）式の拡散方程式の境界条件は下記（４）、（５）式のように設定される。
【００６９】
【数４】
【００７０】
（４）式は、活物質中心での濃度勾配が０であることを示している。（５）式では、活物質の電解液界面におけるリチウム濃度変化は、活物質表面からのリチウムが出入りすることに伴って変化することを意味している。
【００７１】
（５）式においてｒs,iは活物質半径を示し、εs,iは活物質の体積分率を示し、ａs,iは電極単位体積当たりの活物質表面積を示す。これらの値は、各種電気化学測定法により測定した結果より決定される。また、Ｆはファラデー定数である。
【００７２】
さらに、（５）式中のｊLiは単位体積・時間当たりのリチウム生成量であり、簡単化のために電極厚さ方向で反応が均一であると仮定すると、電極厚さＬi及び単位極板面積あたりの電池電流Ｉを用いて下記（６）式で示される。
【００７３】
【数５】
【００７４】
電池電流Ｉまたは電池電圧Ｖを入力として、これら（１）〜（６）式を連立させて解くことによって、電圧推定値または電流推定値を算出しながら、二次電池１４の内部状態を推定して、充電率を推定することが可能となる。
【００７５】
この電池モデルを用いることにより、例えば、電池電圧Ｖを入力として二次電池の充電率を推定することが可能となる。電池電圧Ｖを入力とする場合、充電率は、図１２に示されるような、活物質モデル内の平均リチウム濃度と充電率との関係を示すマップを用いて算出される。すなわち、電池モデル式によって算出された活物質モデル内の平均リチウム濃度から、図１２のマップに従って現在のＳＯＣを推定することができる。
【００７６】
ここで、図１５を用いて、上述の電池モデルを用いた二次電池の状態推定の制御処理手順を説明する。図１５に示される処理は、制御部１２によって所定の演算周期ごとに実行される。
【００７７】
図１５には、二次電池の状態推定およびパラメータ変化率学習の両方の制御処理手順が示される。制御部１２は、ステップＳ１００において、電圧センサ２６により電池電圧Ｖbを測定する。制御部１２は、ステップＳ１１０において、温度センサ２８により電池温度Ｔbを測定する。今回の演算周期における電池電圧Ｖb及び電池温度Ｔbは、電池モデル式中の電池電圧Ｖ及び電池温度Ｔとしてそれぞれ用いられる。なお、制御部１２は、測定により得られる電池電流Ｉbについても収集している。
【００７８】
制御部１２は、ステップＳ１２０において、（２）式に従って、前回の演算周期におけるリチウム濃度分布ｃse,jに基づき、活物質表面の局所的ＳＯＣθi（θ１及びθ２）を算出する。
【００７９】
さらに、制御部１２はステップＳ１３０において、図１１に示したような、局所的ＳＯＣθiに対する開放電位Ｕi（θi）の特性マップから、開放電位Ｕi（Ｕ1及びＵ2）を算出し、その算出した開放電位Ｕ１およびＵ２の電位差として、開放電圧推定値Ｕ＃を算出する。
【００８０】
さらに、制御部１２は、ステップＳ１４０において、ステップＳ１３０で算出された局所的ＳＯＣθi及び測定された電池温度Ｔに基づいて、直流抵抗Ｒaを求める。例えば、初期状態値マップ１３１に従って、直流抵抗Ｒaが決定される。
【００８１】
制御部１２は、さらに、ステップＳ１５０において、電池電圧Ｖ（＝Ｖb）と、算出した開放電圧推定値Ｕ＃及び直流抵抗Ｒaとを用いて、下記（７）式に基づいて電池電流の推定値Ｉteを算出する。
【００８２】
【数６】
【００８３】
次に、制御部１２は、ステップＳ１６０において、電池電流推定値Ｉteを（６）式の電池電流Ｉに代入することにより、単位体積・時間当たりのリチウム生成量ｊLiを算出する。この単位体積・時間当たりのリチウム生成量ｊLiを（５）式の境界条件に用いて（３）式の拡散方程式を解くことにより、正負極それぞれの活物質内におけるリチウム濃度分布が決定される。なお、（３）式における拡散係数Ｄs,iについても、ＳＯＣおよび電池温度に基づいて求められる。たとえば、初期状態値マップ１３２に従って、拡散係数Ｄs,iが決定される。
【００８４】
制御部１２は、（３）式の拡散方程式を解く際には、位置および時間により離散化した拡散方程式を用いて、活物質内部のリチウム濃度分布ｃs,i,k（ｔ＋Δｔ）を更新する（ステップＳ１７０）。ここでΔｔは離散時間ステップを示し、演算実行周期に相当する。またｋは半径方向に離散化した離散位置番号を表す。拡散方程式を位置および時間により離散化する方法は公知であるので詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００８５】
次に制御部１２はステップＳ１８０により、下記（８）式に従って活物質内部の平均リチウム濃度ｃsaveを算出する。ただし、（８）式においてＮは球状の活物質を半径方向に離散化した場合の分割数である。
【００８６】
【数７】
【００８７】
そして、制御部１２は、ステップＳ１９０において、図１２に示すような、活物質内の平均リチウム濃度ｃsaveと二次電池１４の充電率（ＳＯＣ）との関係を示した、予め記憶されたマップを用いてＳＯＣを算出する。
【００８８】
このようにして、制御部１２は、センサによって測定された電池電圧Ｖbおよび電池温度Ｔbから、二次電池１４の充電率（ＳＯＣ）、開放電圧推定値Ｕ＃、および単位極板面積当たりの電池電流の推定値を算出することができる。また、電池全体に流れる電流の推定値は、上述の電池電流Ｉの定義式より、単位極板面積当たりの電流推定値に電池の両面極板面積を乗じることにより算出できる。
【００８９】
なお、以上の電池モデル式では、負極４１および正極３９のそれぞれについて、対応する別個の球状活物質モデルを設定した。ただし、制御部１２の演算負荷を軽減するために、負極４１および正極３９での平均した特性を有する単一の球状モデルを、正極負極共通の活物質モデルとして使用してもよい。
【００９０】
次に、電池モデル中のパラメータについて説明する。電池モデル式の複数のパラメータのいくつかは、二次電池の使用に伴う電池の劣化によって変化する。たとえば、上記直流抵抗Ｒaは、電池の劣化によって次第に増加する。初期状態（代表的には新品時）における直流抵抗Ｒa（初期状態値）と、実際の直流抵抗Ｒa（現在のパラメータ値）との間の差が大きい場合には、ＳＯＣの推定誤差が生じやすくなる。
【００９１】
同様に、電池の劣化によって、活物質内の反応関与物質の拡散速度が低下（すなわち拡散係数が低下）し、その結果、いわゆる拡散抵抗が増加する。拡散抵抗の増加は、特に大電流での充放電を継続するケースにおいて電池性能および電流−電圧特性に大きな影響を及ぼす。したがって、大電流で電池を充電あるいは放電する電動車両（ハイブリッド車両や電気車両）においては拡散抵抗の変化、すなわち活物質における拡散係数の変化を推定することが好ましい。
【００９２】
したがって、本実施形態では、式（１）中の直流抵抗Ｒaと式（３）中の拡散係数Ｄsについて、パラメータ変化率を逐次推定することによって、パラメータ値を更新する。
【００９３】
まず、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率について説明する。直流抵抗Ｒaについて、初期状態値Ｒanからのパラメータ変化率ｇｒは、下記の（９）式により定義される。
【００９４】
【数８】
【００９５】
制御部１２は、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率ｇｒを、以下に説明する忘却要素付きの逐次最小自乗法を用いて推定する。まず、忘却係数付きの逐次最小自乗法について説明する。
【００９６】
逐次最小自乗法によれば、下記の（１０）式で示す線形回帰モデルで表されるシステムにおいて、（１０）式中のパラメータΘは、（１１）〜（１３）式で示される時間更新式を、（１４）、（１５）式の初期条件により逐次演算することによって推定される。各式においてパラメータΘの推定値は、Θ＃で示されている。
【００９７】
【数９】
【００９８】
（１１）、（１３）式においてλは忘却係数であり、通常λ＜１．０である。また、Ｐは共分散行列であり、（１５）式の初期値Ｐ（０）は単位行列Ｉの対角要素に定数γを乗じた行列とし、γには通常１０２〜１０３程度の大きな値を用いる。パラメータΘ＃の初期値Θ＃０は通常ゼロベクトルとされる。
【００９９】
このような、忘却要素付きの逐次最小自乗法を用いて、直流抵抗の変化率ｇｒを以下のようにして推定する。すなわち、新品状態から経年変化（劣化）した二次電池の直流抵抗Ｒaは、（９）式の定義によりＲa＝ｇｒ・Ｒanと表せるので、これを（１）式に代入し、さらに（１０）式の形に書き直すと、電池モデル式に基づく線形回帰モデル式として（１６）式が得られる。
【０１００】
【数１０】
【０１０１】
二次電池１４の使用中（オンライン時）には、（１６）式の左辺の開放電圧Ｕ（θ）に、充電率推定処理の過程で推定した値を用い、Ｖには測定された電池電圧Ｖbを用いることにより、Ｙを計算することができる。（１６）式の右辺については、電池温度Ｔbおよび局所的ＳＯＣθ1およびθ２を引数として初期状態値マップ１３１を参照することにより、直流抵抗の初期状態値Ｒanが求められる。また、電池電流Ｉとしては、現在の電池電流（測定値）Ｉbから算出した単位極板面積当たりの電流値を代入することにより、Ｚを計算することができる。
【０１０２】
このように演算したＹおよびＺを用いて、（１１）〜（１５）式の忘却要素付き逐次最小自乗法により、推定パラメータΘとして、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率ｇｒを逐次推定することが可能となる。なお一括最小自乗法等の他方式の最小自乗法の適用も可能である。
【０１０３】
次に、拡散係数Ｄｓのパラメータ変化率の推定について説明する。拡散係数Ｄsについても、下記（１７）式に従って、初期状態パラメータ値（Ｄｓn）に対する変化率として、拡散係数のパラメータ変化率ｇｄが定義される。
【０１０４】
【数１１】
【０１０５】
制御部１２は、拡散抵抗の影響が電池電圧に大きく表れる時間的範囲において、所定の周期で電池電圧Ｖb、電池電流Ｉbおよび電池温度Ｔbのデータを繰り返し取得する。
【０１０６】
さらに、制御部１２は、その範囲の電池データを用いて、パラメータ変化率をある候補値としたときの電池モデルによって電池電流の推定値Ｉteを求めるとともに、実際の電池電流Ｉbとの誤差を評価する評価関数を算出する。さらに、たとえば公知のＧＳＭ法（黄金分割法）を用いて、パラメータ変化率を切り替えながら上記処理を所定の繰り返し回数実行することにより、評価関数が最小となるようなパラメータ変化率を探索することができる。
【０１０７】
ＧＳＭ法が二分法の一種であり、探索範囲および許容誤差を決めることにより、既知の探索関数で許容誤差を満たす最適値を求められるという特徴がある。ある使用条件および使用期間後におけるリチウムイオン電池の活物質内リチウム拡散係数は、予め劣化試験等により把握することが可能であり、最大でどの程度まで初期状態と比較して拡散係数が変化するかについては事前に予測することができる。
【０１０８】
したがって、最大限変化し得る変化率の範囲を探索範囲として設定することにより、拡散係数変化率推定に必要な演算時間を予め予測できるという利点が生じる。このことは、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載された二次電池への適用に適している。なお、ＧＳＭ法の詳細については公知であるため、詳細な説明はここでは省略する。
【０１０９】
本実施形態では、パラメータ変化率について、二次電池１４のＳＯＣおよび電池温度Ｔbの組み合わせによって規定される所定の学習領域ごとに学習が行われる。図１６は、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率を格納するための、変化率マップ１４１の概略的な構成を説明する概念図である。
【０１１０】
図１６を参照して、変化率マップ１４１では、初期状態値マップ１３１、１３２と共通に設定された学習領域ごとに、式（９）で定義されるパラメータ変化率ｇｒの学習値ｇｒｌが格納される。パラメータ変化率学習値ｇｒｌの初期値は、各学習領域とも１．０である。そして制御部１２は、所定の学習条件が成立すると、そのときのＳＯＣおよび電池温度に対応する学習領域において、パラメータ変化率ｇｒの推定値に基づいて、マップ値（パラメータ変化率学習値ｇｒｌ）を更新する。
【０１１１】
例えば、更新前のマップ値ｇ１０および学習条件の成立時におけるパラメータ変化率の推定値ｇに基づいて、下記（１８）式に従って、新たな学習値ｇ１１が算出される。なお、（１８）式中の係数α（０＜α＜１）によって、学習値の変化が平滑化される。
【０１１２】
【数１２】
【０１１３】
図１７には、拡散係数Ｄsのパラメータ変化率学習値ｇｄｌを格納するための、変化率マップ１４２の概略的な構成を説明する概念図が示されている。変化率マップ１４２では、初期状態値マップ１３１、１３２および変化率マップ１４１と共通に設定された学習領域ごとに、式（１７）で定義されるパラメータ変化率ｇｄの学習値ｇｄｌが格納される。パラメータ変化率学習値ｇｄｌの初期値は、各学習領域とも１．０である。制御部１２は、所定の学習条件が成立すると、そのときのＳＯＣおよび電池温度に対応する学習領域において、パラメータ変化率ｇｄの推定値に基づいて、マップ値（パラメータ変化率学習値ｇｄｌ）を更新する。学習値の更新は、上記（１８）式に従って実行することができる。
【０１１４】
図１８は、変化率マップにおける学習値の更新についてのバリエーションを説明する概念図である。学習領域ＡＲ１において、パラメータ変化率の学習条件が成立したものとする。このとき、少なくとも学習領域ＡＲ１のマップ値が、上記式（１８）に従って更新される。
【０１１５】
さらに、学習領域ＡＲ１に隣接する学習領域ＡＲ２〜ＡＲ８のうち少なくとも一部についても、マップ値を更新してもよい。このときには、式（１８）中の係数αを、学習領域ＡＲ１におけるマップ値更新時と比較して、小さな値に設定することが好ましい。このようにすると、学習条件が成立した場合に、類似のＳＯＣおよび／または電池温度領域においても、学習結果を反映することができる。
【０１１６】
次に、本実施形態における二次電池の評価システムにおけるパラメータ変化率学習の制御処理手順を説明する。図１５を参照して、制御部１２はステップＳ１００〜Ｓ１９０と並列して、上述したパラメータ変化率ｇｒ、ｇｄの推定処理を実行している。そして、制御部１２は、ステップＳ２００により、パラメータ変化率の学習条件が成立しているかどうかを判定する。
【０１１７】
直流抵抗Ｒaは、電池電流に対し電池電圧が線形的に変化する領域において推定することが好ましい。したがって、このような二次電池１４の充放電条件が成立しているときに、パラメータ変化率ｇｒの学習について、ステップＳ２００をＹＥＳ判定とするように学習条件を設定することができる。
【０１１８】
拡散係数Ｄsは、一旦発生した電池電流が０になった後における、活物質内のリチウムの拡散の度合いを示すものである。したがって、二次電池１４が充放電した後であって、電池電流が０になった後における電池電圧の変化に基づいて、拡散係数が算出される。したがって、電池電流＝０の期間がある程度継続したときに、パラメータ変化率ｇｄの学習について、ステップＳ２００をＹＥＳ判定とするように学習条件を設定することができる。
【０１１９】
このように、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率ｇｒと、拡散係数Ｄsのパラメータ変化率ｇｄとは、独立に学習することが好ましい。すなわち、ステップＳ２００、Ｓ２１０の処理についても、直流抵抗Ｒaおよび拡散係数Ｄsのそれぞれについて別個に実行される。
【０１２０】
制御部１２は、学習条件が成立すると（Ｓ２００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ２１０において学習条件が成立したパラメータ変化率について、変化率マップ１４１または１４２に格納されたマップ値を更新する。これにより、少なくとも、学習条件成立時のＳＯＣおよび電池温度に対応した学習領域におけるパラメータ変化率学習値が更新される。
【０１２１】
制御部１２は、一方、学習条件が不成立のとき（Ｓ２００のＮＯ判定時）には、ステップＳ２１０の処理をスキップする。したがって、変化率マップ１４１または１４２に格納された当該パラメータ変化率のマップ値は維持される。
【０１２２】
このように、本実施形態における二次電池の劣化評価システムでは、二次電池１４の使用時に、電池モデル中の所定パラメータ（代表的には、直流抵抗Ｒaおよび拡散係数Ｄs）について、初期状態値に対する変化（パラメータ変化率）がオンライン推定されていることを前提としている。そして、推定されたパラメータ変化率に基づいて、図１６、図１７に示した変化率マップ１４１、１４２を用いて、ＳＯＣおよび電池温度の組み合わせによって規定される所定の学習区分ごとに、パラメータ変化率が学習されている。
【０１２３】
補正部２８は、推定された直流抵抗Ｒaの変化率ｇｒ及び拡散係数Ｄsの変化率に基づいて、電池モデルにおける内部抵抗（ＩＶ抵抗）増加率を計算する。具体的には、内部抵抗は直流抵抗と拡散抵抗の和で表すことができるから、直流抵抗変化率及び拡散係数の変化率に基づいて内部抵抗増加率を求めることができる。さらに、補正部２８は、電池モデルによる内部抵抗増加率を求めたときのＳＯＣ、温度、総時間と同じ条件の内部抵抗増加率を経年劣化マップから呼び出す。さらに図１９に示すように、電池モデルによって求めた内部抵抗増加率４８から経年劣化マップによる内部抵抗増加率５０を除く（減算する）。これによってハイレート劣化による内部抵抗増加率を推定することができる。
【０１２４】
また、内部抵抗増加率の代わりに内部抵抗値を用いてもよい。この場合、電池モデルによる内部抵抗増加率を求めたときのＳＯＣ、温度条件における初期状態の内部抵抗値を経年劣化マップから呼び出し、抽出された内部抵抗値と電池モデルによる内部抵抗増加率との積から電池モデルによる内部抵抗値を算出する。さらに電池モデルによる内部抵抗増加率を求めたときのＳＯＣ、温度、総時間と同じ条件の内部抵抗値を経年劣化マップから呼び出して、これと電池モデルによる内部抵抗値とを比較する。
【０１２５】
判定部２９は上記（１）−（３）の手法を用いて求めたハイレート劣化による内部抵抗値または内部抵抗増加率が予め定めた上限値を超えたか否かを判定する。さらに上限値を超えたと判定部２９により判定された際には、制御部１２はハイレート劣化を解消するための処理を実行する。以下、ハイレート劣化を解消する処理を「ハイレート劣化戻し処理」と呼ぶ。また、ハイレート劣化による内部抵抗値または内部抵抗増加率が予め定めた上限値を超過した状態や、その他二次電池１４のパラメータに基づいてハイレート劣化の解消が必要であると判定された状態を「ハイレート劣化戻し条件が成立した状態」とする。
【０１２６】
ハイレート劣化戻し処理を実行する際には、強制充電及び強制放電と呼ばれる処理が実行される。二次電池１４から大電流放電が行われたことによってハイレート劣化が生じた場合、二次電池１４に対して強制的に大電流充電を行うことによってハイレート劣化を解消する。また、二次電池１４に大電流充電が行われたことによってハイレート劣化が生じた場合は、二次電池１４に対して強制的に大電流放電を行うことによってハイレート劣化を解消する。
【０１２７】
強制充電および強制放電は、第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０のスイッチング素子を制御することにより実行される。以下、第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作について説明する。
【０１２８】
まず、強制充電及び強制放電を実施していない、通常状態における第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作について説明する。なお、図２０から図３０では図示を簡略化するために二次電池側電流センサ２２、補助電源側電流センサ２４、電圧センサ２６、温度センサ２８の図示を省略する。
【０１２９】
通常状態（強制放電及び強制充電時以外の状態）においては、第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０は電圧制御によって制御されている。例えば第１の電力変換器１８の回転電機３０側の電圧（以下、回転電機側電圧と呼ぶ）に対して指令電圧値ＶＥＣＵが予め定められている。また、第１の電力変換器１８の二次電池１４側の電圧（以下、二次電池側電圧と呼ぶ）に対して目標電圧値Ｖ１ＴＧＴが予め定められている。また、第２の電力変換器２０については、補助電源１６側の電圧（以下、補助電源側電圧と呼ぶ）に対して目標電圧値Ｖ２ＴＧＴが予め定められている。
【０１３０】
指令電圧値ＶＥＣＵは回転電機３０への要求出力等に基づいて制御部１２によって設定される。また、二次電池１４に対する目標電圧値Ｖ１ＴＧＴは二次電池１４のＳＯＣ（充電率）が所定のＳＯＣとなるような電圧値として設定されている。補助電源１６に対する目標電圧値Ｖ２ＴＧＴも目標電圧値Ｖ１ＴＧＴと同様に、補助電源１６のＳＯＣが所定のＳＯＣとなるような電圧値として設定されている。目標電圧値Ｖ１ＴＧＴ及び目標電圧値Ｖ２ＴＧＴは予め設定され所定の記憶手段、例えば制御部１２の記憶部に記憶されている。
【０１３１】
これらの電圧値に加えて、二次電池１４の測定端子電圧値Ｖ１ＢＡＴと、補助電源１６の測定端子電圧値Ｖ２ＢＡＴとに基づき、制御部１２は第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０を制御する。二次電池１４の測定端子電圧値Ｖ１ＢＡＴは電圧センサ２６により測定される。また、補助電源１６の測定端子電圧値Ｖ２ＢＡＴは補助電源側電流センサ２４に基づいて算出されるか、または補助電源側電圧センサ（図示せず）により測定される。
【０１３２】
力行時における第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態を図２０から図２２に例示する。図２０には力行時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴに等しいときの第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態が例示されている。第１の電力変換器１８は二次電池１４の端子電圧値Ｖ１ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧するとともに二次電池１４から回転電機３０に電流を供給する昇圧コンバータとして機能する。具体的には制御部１２によって二次電池１４の端子電圧値Ｖ１ＢＡＴと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティ（電圧変換率）が算出され、このデューティにしたがって第１の電力変換器１８の下アーム３４のスイッチング素子４２のオン／オフ動作が制御される。一方、第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８及び下アーム４６のスイッチング素子５０はスイッチング動作を停止していてもよいし、リアクトル４３に流れる電流を維持するためにスイッチング動作の１周期中に充電と放電を交互に繰り返すようにそれぞれのスイッチング素子を動作させてもよい。
【０１３３】
図２１には力行時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴを割り込んだときの様子が例示されている。第１の電力変換器１８は図２０と同様に二次電池１４の端子電圧値Ｖ１ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧する。一方、第２の電力変換器２０は二次電池１４の電力または回転電機３０からの回生電力を補助電源１６に供給して補助電源１６を充電させる。このとき第２の電力変換器２０は回転電機側の電圧である指令電圧値ＶＥＣＵを補助電源１６の目標電圧値Ｖ２ＴＧＴまで降圧させる降圧コンバータとして機能する。具体的には、指令電圧値ＶＥＣＵと目標電圧値Ｖ２ＴＧＴとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８のオン／オフ動作が制御される。
【０１３４】
図２２には力行時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴを上回ったときの様子が例示されている。第１の電力変換器１８は図２０、２１と同様に二次電池１４の端子電圧値Ｖ１ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧する。一方、第２の電力変換器２０は補助電源１６から二次電池１４または回転電機３０に電力を供給して補助電源１６を放電させる。このとき第２の電力変換器２０は補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧する昇圧コンバータとして機能する。具体的には、補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の下アーム４６のスイッチング素子５０のオン／オフ動作が制御される。
【０１３５】
次に、回生時の第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態を図２３から図２５に例示する。図２３には回生時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴに等しいときの第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態が例示されている。第１の電力変換器１８は回転電機３０の出力電圧を二次電池１４の目標電圧値Ｖ１ＴＧＴまで降圧して回転電機３０の回生電力を二次電池１４に供給する降圧コンバータとして機能する。具体的には、二次電池１４の目標電圧値Ｖ１ＴＧＴと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第１の電力変換器１８の上アーム３２のスイッチング素子３８のオン／オフ動作が制御される。一方、第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８及び下アーム４６のスイッチング素子５０はスイッチング動作を停止していてもよいし、リアクトル４３に流れる電流を維持するためにスイッチング動作の１周期中に充電と放電を交互に繰り返すようにそれぞれのスイッチング素子を動作させてもよい。
【０１３６】
図２４には回生時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴを割り込んだときの様子が例示されている。第１の電力変換器１８は図２３と同様に指令電圧値ＶＥＣＵを二次電池１４の目標電圧値Ｖ１ＴＧＴまで降圧する。一方、第２の電力変換器２０は指令電圧値ＶＥＣＵを補助電源１６の目標電圧値Ｖ２ＴＧＴまで降圧させて回転電機３０の回生電力を補助電源１６に供給する降圧コンバータとして機能する。具体的には、指令電圧値ＶＥＣＵと目標電圧値Ｖ２ＴＧＴとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８のオン／オフ動作が制御される。
【０１３７】
図２５には回生時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴを上回ったときの様子が例示されている。第１の電力変換器１８は図２３、２４と同様に指令電圧値ＶＥＣＵを二次電池１４の目標電圧値Ｖ１ＴＧＴまで降圧する。一方、第２の電力変換器２０は補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧して補助電源１６の電力を二次電池１４に供給する昇圧コンバータとして機能する。具体的には、補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の下アーム４６のスイッチング素子５０のオン／オフ動作が制御される。
【０１３８】
次に、ハイレート劣化戻し条件が成立して強制充電を行うにあたり、通常状態から強制充電に移行する移行期間における第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態を図２６に例示する。強制充電においては補助電源１６から二次電池１４に大電流を流す。このとき、補助電源１６の容量によっては短期間のうちに電荷が尽きてしまって二次電池１４のハイレート劣化を解消し切れないおそれもある。そこで、強制充電に先駆けて補助電源１６に溜め込む電荷量を通常状態よりも増加させて大電流放電に備える。
【０１３９】
制御部１２は、補助電源１６の目標電圧値Ｖ２ＴＧＴに増加分ΔＶを加えた電圧値Ｖ２ＴＧＴ＋ΔＶを補助電源１６の新たな目標電圧値として設定する。具体的には新たな目標電圧値Ｖ２ＴＧＴ＋ΔＶが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴ以上であって補助電源１６のＳＯＣが１００％以下となるような範囲でΔＶが設定される。この新たに設定された電圧値Ｖ２ＴＧＴ＋ΔＶと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８のオン／オフ動作が制御される。これにより補助電源１６にＶ２ＴＧＴ＋ΔＶ分の電荷が溜め込まれる。
【０１４０】
また、上述の移行期間及び後述する強制充電においては、第１の電力変換器１８の制御方式が電圧制御から電流制御に切り替わる。すなわち、移行期間（例えば回転電機３０が回生状態の場合）においては、回転電機３０から補助電源１６への充電を迅速に行うために、第１の電力変換器１８には電流が流入しないように（Ｉ1in＝０）第１の電力変換器１８を制御する。具体的には図２６に示すように、第１の電力変換器１８の上アーム３２のスイッチング素子３８を常時オフにする。
【０１４１】
移行期間において補助電源１６の電荷を溜め込んだ後に二次電池１４に対する強制充電が行われる。図２７に示すように、第２の電力変換器２０の下アーム４６のスイッチング素子５０は、補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴ（＝Ｖ２ＴＧＴ＋ΔＶ）を指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧して補助電源１６の電力を二次電池１４に供給する。さらに、二次電池１４に大電流を流入させるため、二次電池１４に流入する電流値Ｉ１inが二次電池１４に対して設定された大電流充電領域の任意の電流値Ｉ１in-maxとなるように第１の電力変換器１８が制御される。ここで、大電流充電領域は二次電池１４の満充電時の容量に応じて予め定められる。
【０１４２】
また、二次電池１４に流入する電流値Ｉ１inを設定電流値Ｉ１in-maxに制御する電流制御は例えば以下のように行われる。すなわち、第２の電力変換器２０から流れる電流値をＩ２out、デューティをαで表すと、α＝Ｉ１in-max／Ｉ２outとの数式に基づいて、またはこの関係が記憶された表またはマップに基づいて制御部１２はデューティαを設定するとともに、このデューティαにしたがって第１の電力変換器１８の上アーム３２のスイッチング素子３８のオン／オフ制御を行う。この結果、二次電池１４に大電流が供給され、二次電池１４のハイレート劣化が解消される。
【０１４３】
図２８に、移行期間から強制充電に至るまでの二次電池１４及び補助電源１６の電流値の変化と、補助電源１６のＳＯＣの変化を示す。強制充電への移行期間においては二次電池１４への充電が遮断されるとともに補助電源１６に電荷が溜め込まれる。これによって補助電源１６のＳＯＣは目標値ＳＯＣＴＧＴよりもΔＶ分だけ高い値となる。さらに強制充電が実行されると補助電源１６から二次電池１４に設定電流値Ｉ１in-maxの電流が流れ込む。
【０１４４】
次に、強制放電と、通常状態から強制放電に至るまでの移行期間について説明する。強制放電においては二次電池１４から補助電源１６に電流を送り込む。このとき、補助電源１６の容量によっては短期間のうちに満充電に到達して二次電池１４のハイレート劣化を解消しきれないおそれもある。そこで、強制放電に先駆けて補助電源１６の電荷を放出して大電流充電に備える。
【０１４５】
制御部１２は、補助電源１６の目標電圧値Ｖ２ＴＧＴにΔＶを減じた電圧値Ｖ２ＴＧＴ−ΔＶを補助電源１６の新たな目標電圧値とする。さらに図２９に示すように新たな電圧値Ｖ２ＴＧＴ−ΔＶと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の下アーム４６のスイッチング素子５０のオン／オフ動作が制御される。
【０１４６】
移行期間において補助電源１６の電荷を所定量放出した後に二次電池１４による強制放電が実行される。図３０に示すように、第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８は、指令電圧ＶＥＣＵを補助電源１６の端子電圧Ｖ２ＢＡＴ（＝Ｖ２ＴＧＴ−ΔＶ）まで降圧して二次電池１４からの電流を補助電源１６に送り込む。
【０１４７】
さらに、第１の電力変換器１８の制御方式が電圧制御から電流制御に切り替わる。すなわち二次電池１４から大電流を放電させるため、二次電池１４から流れる電流値Ｉ１outが二次電池１４に対して設定された大電流放電領域の任意の電流値Ｉ１out-maxとなるように第１の電力変換器１８が制御される。ここで、大電流放電領域は大電流充電領域と同様に、二次電池１４の満充電時の容量に応じて予め定められる。
【０１４８】
第１の電力変換器１８は、二次電池１４から流れる電流値が設定電流値Ｉ１out-maxとなるように制御部１２によって制御される。具体的には二次電池１４から流れる電流値Ｉ１outと設定電流値Ｉ１out-maxとに基づき、β＝１−Ｉ１out-max／Ｉ１outとの数式に基づいて、またはこの関係が記憶された表またはマップに基づいて制御部１２はデューティβを設定するとともに、このデューティβにしたがって第１の電力変換器１８の下アーム３４のスイッチング素子４２のオン／オフ制御を行う。この結果、補助電源１６に大電流が供給される。
【０１４９】
以上説明したハイレート劣化戻し処理のフローチャートを図３１に示す。まず電圧センサ２６、二次電池側電流センサ２２、温度センサ２８による二次電池１４の電流値、端子電圧値、温度の測定を行う（Ｓ１）。さらに算出部２５は上述した（１）−（３）のいずれかの手段によって内部抵抗増加率または内部抵抗値を求める（Ｓ２）。さらに算出部による内部抵抗増加率と同じ条件の使用時間、ＳＯＣ、温度における内部抵抗増加率または内部抵抗値を経年劣化マップから抽出する（Ｓ３）。さらに算出部による内部抵抗増加率と経年劣化マップによる内部抵抗増加率との差または算出部による内部抵抗値と経年劣化マップによる内部抵抗値の差、つまりハイレート劣化による内部抵抗増加率または内部抵抗値を求める（Ｓ４）。
【０１５０】
さらに判定部２９はハイレート劣化による内部抵抗増加率または内部抵抗値が予め定めた閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ５）。ハイレート劣化による内部抵抗増加率または内部抵抗値が閾値を超えた場合、さらに判定部２９は二次電池１４が放電過多または充電過多であるかを判定する（Ｓ６）。さらに放電過多であると判定された場合、制御部１２は強制充電を行ってハイレート劣化を解消させる（Ｓ７）。一方、充電過多であると判定された場合は強制放電を行ってハイレート劣化を解消させる（Ｓ８）。
【０１５１】
ここで、上記ステップ（Ｓ６）において充電または放電の過多状態を判定する指標として、制御部１２は以下の「充放電過多指標」を用いることが好適である。図３２に示すように、所定期間における放電電流値及び充電電流値をプロットし、放電電流値の平均値と充電電流値の平均値とを比較する。二次電池側電流センサ２２が放電電流を正の値として測定し、充電電流を負の値として測定する場合には、放電電流値の平均値と充電電流値の平均値の和が充放電過多指標となる。そしてこの指標が正のときは放電過多、負のときは充電過多と判定される。
【０１５２】
上記ステップ（Ｓ６）において、ハイレート劣化による内部抵抗の増加率または内部抵抗値が予め定めた閾値を超えたと判定したとき、制御部１２はさらに充放電過多指標を求めるとともに、当該指標の正負に基づいて放電過多であるか充電過多であるかを判定する。この判定結果に基づいて強制充電を行うか（Ｓ７）、または強制放電を行う（Ｓ８）。
【０１５３】
なお、上述した実施形態においては、経年劣化マップを用いて二次電池１４の全体の内部抵抗からハイレート劣化成分を取り出していたが、この形態に代えて、経年劣化マップを用いずに二次電池１４の全体の内部抵抗から直接ハイレート劣化を推定するようにしてもよい。
【０１５４】
二次電池１４を交換する判断基準として内部抵抗増加率を用いる場合がある。例えば内部抵抗増加率が閾値（例えば２．０倍）に達したときに二次電池１４を交換する。この閾値を交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥと呼ぶと、交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥは内部抵抗値の増加に伴う二次電池１４の劣化状態を勘案して設定される。
【０１５５】
二次電池１４の内部抵抗増加率を交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥまで引き上げる主な要因は、上述したように経年劣化及びハイレート劣化であるものと考えられる。このことから、経年劣化のみによる二次電池１４の劣化を考慮した場合、その内部抵抗増加率ＩＲＡＧＩＮＧは交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥには及ばずに両者の間にはハイレート劣化分の差異が生じることになる。例えば交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥ＝２．０に対して経年劣化による内部抵抗増加率ＩＲＡＧＩＮＧは最大でも１．３程度となる。
【０１５６】
このことから、図３３に示すように、経年劣化のみによる内部抵抗増加率ＩＲＡＧＩＮＧの最大値ＩＲＡＧＩＮＧ＿ＭＡＸを超過し、かつ交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥを下回る任意の値（例えば１．８）を判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮとして設定するとともに、二次電池１４の全体的な、つまり経年劣化とハイレート劣化とによる内部抵抗の増加率ＩＲＴＯＴＡＬが判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを超過したことをもってハイレート劣化の発生を検知することが可能となる。
【０１５７】
制御部１２は、二次電池１４の全体的な、つまり経年劣化とハイレート劣化とによる内部抵抗の増加率を、上述した（１）−（３）のいずれかの手段によって求める。（１）−（３）の手段で求めた全体的な（経年劣化＋ハイレート劣化）内部抵抗の増加率（以下、算出部による内部抵抗増加率と呼ぶ）ＩＲＴＯＴＡＬを監視し、算出部による内部抵抗増加率ＩＲＴＯＴＡＬが判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを超えたときに、制御部１２はハイレート劣化の進行を抑制するために電流制限を実行する。
【０１５８】
この電流制限の制御フローを図３４に示す。まず制御部１２は電圧センサ２６、補助電源側電流センサ２４、二次電池側電流センサ２２、温度センサ２８による二次電池１４の電流値、端子電圧値、温度の測定を行う（Ｓ１０）。さらに算出部２５は上述した（１）−（３）のいずれかの手段によって内部抵抗の全体的な増加率ＩＲＴＯＴＡＬを求める（Ｓ１１）。判定部２９はステップ（Ｓ１１）において増加率ＩＲＴＯＴＡＬを求めたときの二次電池１４の温度及びＳＯＣを取得するとともに、これらと同一のＳＯＣ及び温度に対して設定された判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを記憶部から呼び出し、増加率ＩＲＴＯＴＡＬが判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを超えているか否かを判定する（Ｓ１２）。
【０１５９】
さらに増加率ＩＲＴＯＴＡＬが判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを超えていると判定されたときには、制御部１２は二次電池１４が放電過多状態であるか充電過多状態であるかを判定する（Ｓ１３）。この放電過多または充電過多の判定には上述した充放電過多指標を用いることが好適である。さらに放電過多であると判定された場合、制御部１２は二次電池１４に対して強制充電を行う（Ｓ１４）。一方、充電過多であると判定された場合は制御部１２は強制放電を行う（Ｓ１５）。このように、二次電池１４の全体的な内部抵抗から直接ハイレート劣化を推定し、電流制限制御を実行することができる。
【０１６０】
なお、内部抵抗の増加率を電流制限の基準パラメータとする代わりに、内部抵抗値そのものを基準パラメータとして用いてもよい。この場合は上述の判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮの代わりに判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮに初期状態の内部抵抗値を掛けた判定内部抵抗値ＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを用いるとともに、内部抵抗の増加率ＩＲＲＥＰＬＡＣＥの代わりに、上述した（１）−（３）のいずれかの手段で求めたＩＶ特性、つまり全体的な（経年劣化＋ハイレート劣化）内部抵抗値ＲＴＯＴＡＬを用いる。
【０１６１】
この実施形態によれば、ハイレート劣化単独の進行状態を推定することが困難となるものの、経年劣化マップを持たなくてもハイレート劣化の推定や電流制限制御を実行することができることから、経年劣化マップを記憶する記憶部の負荷が軽減される等の利点がある。
【０１６２】
なお、上述の実施形態において、二次電池１４と補助電源１６を組み合わせたいわゆるハイブリッド電源を用いて、二次電池１４からの出力（電流）を制御し、二次電池１４からの大電流放電を防止することで、ハイレート劣化を完全に抑制することも可能である。その一方で、ハイレート劣化を完全に抑制すると、ハイレート劣化を許容しながら都度解消する場合と比較して二次電池１４の出力が抑制される。したがって本実施の形態のようにハイレート劣化をある程度許容し、速やかにハイレート劣化を解消させた方が二次電池１４の出力を上げることができ（電池性能を発揮することができ、）ひいては車両性能（燃費やエンジンを用いずに走行するＥＶ走行距離）を向上させる事が可能となる。
【符号の説明】
【０１６３】
１０ 電源システム、１２ 制御部、１４ 二次電池、１６ 補助電源、１８ 第１の電力変換器、２０ 第２の電力変換器、２２ 二次電池側電流センサ、２４ 補助電源側電流センサ、２５ 算出部、２６ 電圧センサ、２７ 補正部、２８ 温度センサ、２９ 判定部、３０ 回転電機、３２ 第１の電力変換器の上アーム、３４ 第１の電力変換器の下アーム、３６ 第１の電力変換器のリアクトル、３８ 第１の電力変換器の上アーム側スイッチング素子、３９ 正極、４０ 帰還ダイオード、４１ 負極、４２ 第１の電力変換器の下アーム側スイッチング素子、４３ 第２の電力変換器のリアクトル、４４ 第２の電力変換器の上アーム、４６ 第２の電力変換器の下アーム、４８ 第２の電力変換器の上アーム側スイッチング素子、５０ 第２の電力変換器の下アーム側スイッチング素子、５２ 電解液、５４ 陽イオン、５６ 陰イオン、５９ 電極、７０ 算出部による内部抵抗増加率、７２，８０ 経年劣化マップによる内部抵抗増加率、７４ 算出部によるＩＶ特性、７６ 経年劣化マップによる内部抵抗値、７８ 電池モデルによる内部抵抗増加率、１１３ 電流コレクタ、１１４ セパレータ、１１６ 電流コレクタ、１１８ 活物質、１２５ 電池モデル、１３１ 直流抵抗の初期状態値マップ、１３２ 拡散係数の初期状態値マップ、１４１ 直流抵抗の変化率マップ、１４２ 拡散係数の変化率マップ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の駆動源として回転電機が用いられるいわゆるハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の車両が従来から知られている。さらに、回転電機の電力源として充放電可能な二次電池が従来から使用されている。
【０００３】
ここで、二次電池の放電または充電の際に電極間及び電極面内に塩濃度分布が生じ、それによって二次電池の内部抵抗が増加することが従来から知られている。さらに、この塩濃度分布は大電流放電時や大電流充電時に顕著となり、これに伴って内部抵抗も著しく増加することが知られている。大電流による充放電により内部抵抗が著しく増加することから、この現象を以下では「ハイレート劣化」と呼ぶ。
【０００４】
このハイレート劣化は可逆的であって解消可能であることが知られている。例えば大電流放電によってハイレート劣化が生じた場合、大電流充電によってハイレート劣化を解消できることが知られている。そこで、例えば特許文献１においてはハイレート劣化の程度を推定し、ハイレート劣化の進行度合いに応じてハイレート劣化を解消する処理を行っている。
【０００５】
特許文献１においては、大電流放電によって二次電池のハイレート劣化が進行し、その進行度合いが予め定めた閾値を超えた場合、図３５に示すように回転電機１１２から二次電池１１０に大電流を流す（大電流充電）ことによりハイレート劣化を解消している。また、大電流充電によって二次電池１１０のハイレート劣化が進行し、その進行度合いが予め定めた閾値を超えた場合、二次電池１１０から回転電機１１２に大電流を流す（大電流放電）ことによりハイレート劣化を解消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−６０４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、回転電機から二次電池に大電流を流すことができるのは回転電機から大きな回生電力を得られるときであって、車両が急勾配の坂道を下っている場合等に限られる。また、二次電池から回転電機に大電流を流すことができるのは回転電機の高出力時であって、加速時や急勾配の坂道を登っている場合等に限られる。したがって回転電機と二次電池との間で大電流放電や大電流充電を行って二次電池のハイレート劣化を解消しようとすると、解消の機会が限られるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両用電源システムに関するものである。当該電源システムは、二次電池と、充放電可能な補助電源と、前記二次電池と前記補助電源との間の電力変換を行う電力変換器と、を備えている。さらに、前記二次電池に対するハイレート劣化戻し条件が成立したときに、前記二次電池を放電させて前記補助電源に電力を送る強制放電または前記補助電源から電力を供給して前記二次電池を充電させる強制充電を行うように前記電力変換器を制御する制御部を備えている。
【０００９】
また、上記車両用電源システムにおいて、前記補助電源は、導通時において電極間及び電極面内に塩濃度分布が生じない蓄電手段から構成されることが好適である。
【００１０】
また、上記車両用電源システムにおいて、前記蓄電手段は、電気二重層キャパシタまたは全固体二次電池からなることが好適である。
【００１１】
また、上記車両用電源システムにおいて、前記制御部は、前記強制放電を行う場合には、前記強制放電前に前記二次電池以外の機器に対して前記補助電源から放電を行わせるように前記電力変換器を制御し、前記強制充電を行う場合には、前記強制充電前に前記二次電池以外の機器から前記補助電源に充電を行わせるように前記電力変換器を制御することが好適である。
【００１２】
また、上記車両用電源システムにおいて、前記制御部は、前記強制放電を行う場合には、前記二次電池から流れる電流値が前記二次電池に対して設定された大電流放電領域の電流値となるように前記電力変換器を制御し、前記強制充電を行う場合には、前記二次電池に流れる電流値が前記二次電池に対して設定された大電流充電領域の電流値となるように前記電力変換器を制御することが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ハイレート劣化解消の機会を従来より多く得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る電源システムを例示する図である。
【図２】制御部の機能ブロック図である。
【図３】塩濃度分布の発生原理を説明する図である。
【図４】塩濃度分布の発生原理を説明する図である。
【図５】電極面内に発生する塩濃度分布を説明する図である。
【図６】塩濃度分布と内部抵抗との関係を例示する図である。
【図７】経年劣化マップを例示する図である。
【図８】ハイレート劣化による抵抗成分の推定方法を説明する図である。
【図９】ハイレート劣化による抵抗成分の推定方法を説明する図である。
【図１０】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１１】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１２】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１３】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１４】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１５】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１６】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１７】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１８】電池モデルを用いた内部抵抗およびその増加率の算出方法を説明する図である。
【図１９】ハイレート劣化による抵抗成分の推定方法を説明する図である。
【図２０】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２１】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２２】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２３】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２４】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２５】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２６】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２７】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図２８】二次電池及び補助電源の電流値の変化を説明する図である。
【図２９】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図３０】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の動作を説明する図である。
【図３１】ハイレート劣化の解消処理のフローチャートである。
【図３２】充放電過多指標を説明する図である。
【図３３】ハイレート劣化の解消処理を実行する閾値の設定方法を説明する図である。
【図３４】ハイレート劣化の解消処理のフローチャートである。
【図３５】従来のハイレート劣化の解消処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、本発明に係る電源システム１０を例示する。電源システム１０は、制御部１２と、二次電池１４と、補助電源１６と、第１の電力変換器１８と、第２の電力変換器２０と、二次電池側電流センサ２２と、補助電源側電流センサ２４と、電圧センサ２６と、温度センサ２８とを含んで構成されている。これに加えて、補助電源１６の端子電圧を測定する補助電源側電圧センサを設けてもよい。また、電源システム１０は車両（図示せず）の駆動源となる回転電機３０に電気的に接続されている。なお、図１においては第１の電力変換器１８からの直流電力を交流電力に変換するとともに回転電機３０からの交流電力を直流電力に変換するインバータの図示を省略している。
【００１６】
制御部１２は情報を演算するための演算処理部や情報を記憶するための記憶部を備えている。演算処理部は電圧値や電流値、温度を入力情報として受け入れて演算処理し得るとともに、第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作を制御する制御信号を送信し得る機器であればよく、例えばマイクロコンピュータを含んで構成される。このマイクロコンピュータは例えばハイブリッド車両に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）から構成することが可能である。また、記憶部は後述するハイレート劣化解消プログラムやハイレート劣化を推定する上で使用される経年劣化マップ、さらには電圧値、電流値、温度等の入力情報を記憶可能な機器であればよく、例えばＲＯＭやＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ハードディスク装置等の１つまたは複数の組み合わせから構成することができる。
【００１７】
なお、ハイレート劣化の推定及び解消に当たり、制御部１２は複数の機能を実行する。制御部１２を複数の機能ブロックの集合として表した模式図を図２に示す。制御部１２は、算出部２５と、補正部２７と、判定部２９とを含んで構成される。これらの各機能ブロックによるハイレート劣化の推定方法については後述する。
【００１８】
図１に戻り、補助電源１６は充放電可能な蓄電手段から構成され、例えば二次電池や電気二重層キャパシタ等のキャパシタ等から構成される。後述するように、補助電源１６を塩濃度分布が生じる蓄電手段（例えばリチウムイオン蓄電池）から構成した場合、二次電池１４のハイレート劣化を解消する過程で補助電源１６がハイレート劣化によって劣化してその結果補助電源１６を頻繁に交換する必要が生じるおそれがある。したがって、交換の煩雑さを解消するために補助電源１６をハイレート劣化の生じない蓄電手段から構成することが好適である。具体的には、ハイレート劣化は電極間及び電極面内の塩濃度分布によって生じることから、塩濃度分布が生じないような蓄電手段を用いることが好適である。例えば、電気二重層キャパシタ等のキャパシタや、電解液の代わりに固体電解質を用いる全固体二次電池を用いることが好適である。
【００１９】
さらに、補助電源１６としてキャパシタを用いた場合、補助電源１６の端子電圧値を測定する電圧センサを省略できるという利点がある。すなわち、キャパシタは充電量（電荷量）に比例して端子電圧値が変化するという特性を有する。この特性を利用して、キャパシタに流入出する電流量を測定することによってキャパシタの充電量を算出し、さらに充電量から端子電圧値を求めることができる。
【００２０】
第１の電力変換器１８は二次電池１４の電力変換を行う電気機器であって、二次電池１４の出力電圧を昇圧するとともに回転電機３０からの電圧を降圧する機能を有する。第１の電力変換器１８は昇降圧回路を含む機器であればよく、例えば図１に示すような二象限チョッパ回路を含んで構成される。
【００２１】
第１の電力変換器１８は上アーム３２及び下アーム３４からなる１対のレグと、上アーム３２及び下アーム３４の間に接続されるリアクトル３６を含んで構成される。上アーム３２では上アーム側スイッチング素子３８と帰還ダイオード４０とが二次電池１４に対して並列に接続されている。同様にして下アーム３４では下アーム側スイッチング素子４２と帰還ダイオード４０が二次電池１４に対して並列に接続されている。上アーム側スイッチング素子３８及び下アーム側スイッチング素子４２は制御部１２からのスイッチング信号を受けて通電及び遮断を行ういわゆるバルブデバイスから構成され、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴから構成される。
【００２２】
第２の電力変換器２０は補助電源１６の電力変換を行う電気機器であって、補助電源１６の出力電圧を昇圧するとともに回転電機３０または二次電池１４からの電圧を降圧する昇降圧回路を含んで構成される。第２の電力変換器２０も第１の電力変換器１８と同様にリアクトル４３、上アーム４４、下アーム４６を備え、上アーム４４では上アーム側スイッチング素子４８及び帰還ダイオード４０が二次電池１４に対して並列に接続されるとともに、下アーム４６では下アーム側スイッチング素子５０及び帰還ダイオード４０が二次電池１４に対して並列に接続されている。
【００２３】
電圧センサ２６は二次電池１４の正極側出力端及び負極側出力端に直接的あるいは間接的に接続され、二次電池１４の端子電圧値を測定する。測定された端子電圧値Ｖｂは制御部１２に送られる。
【００２４】
二次電池側電流センサ２２は二次電池１４と第１の電力変換器１８との間に接続され、二次電池１４の放電電流Ｉ１ＯＵＴあるいは充電電流Ｉ１ＩＮを測定する。測定された電流値は制御部１２に送られる。補助電源側電流センサ２４は補助電源１６と第２の電力変換器２０との間に接続され、補助電源１６の放電電流Ｉ２ＯＵＴあるいは充電電流Ｉ２ＩＮを測定する。測定された電流値は制御部１２に送られる。
【００２５】
温度センサ２８は二次電池１４の温度を測定し、測定された温度Ｔｂを制御部１２に送る。温度測定箇所は１箇所であっても複数個所であってもよい。例えば二次電池１４が複数個のセルの積層体から構成されている場合は、所定個数のセルの温度を測定してその平均値を制御部１２に送るようにしてもよい。
【００２６】
また、回転電機３０は電源システム１０に接続されている。回転電機３０は図示しない車両の駆動源（モータ）として機能するともに回生電力を電源システム１０に送る発電機（ジェネレータ）としても機能する電気機器であればよく、例えば永久磁石モータやリラクタンスモータから構成される。
【００２７】
また、二次電池１４は充放電可能な化学電池であればよく、例えばニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池から構成される。ここで、二次電池１４のハイレート劣化について図３を用いて説明する。図３では二次電池１４の例としてリチウムイオン蓄電池を用いている。また、電解液の例としてＬｉＰＦ６を用いている。なお、電解液はリチウム塩を溶解させた有機電解液であればよく、例えばＬｉＢＦ４等を用いてもよい。また、図３では説明を簡略化するために、溶媒和などは省略した模式図を示している。
【００２８】
二次電池１４の電極面内及び電極間におけるリチウム塩濃度分布が発生することにより、二次電池１４の内部抵抗が上昇する。この塩濃度分布の発生は主に二次電池１４の導通時におけるイオンの泳動（輸率）によって生じる。図３には導通前の二次電池１４の模式図が示されている。導通前においては電解液５２内における陽イオン５４及び陰イオン５６はほぼ均一に分布している。
【００２９】
二次電池１４の充電時を図４に例示する。二次電池１４が導通状態になると、正極３９から陽イオン５４が放出されるとともに、負極４１では陽イオン５４が吸蔵される。ここで、正極３９での陽イオン５４の放出量と負極４１での陽イオン５４の吸蔵量は副反応等を無視すれば理論上等しいから、電解液５２中のＬｉＰＦ６量は導通遮断時と導通時とで変わらない。この際、輸率に応じて電解液５２内に塩濃度分布（塩濃度勾配）が発生する。また、塩濃度分布は電極間だけでなく、図５に示すように電極５９面内にも発生する。図５においては筒状に巻かれた電極５９の端部の塩濃度が相対的に高くなり、電極５９の中央部の塩濃度が相対的に低くなっている。
【００３０】
塩濃度と二次電池１４の内部抵抗との関係を図６に示す。この図に示されているように、内部抵抗は塩濃度によって変動し、内部抵抗が最低値を取るような最適濃度が存在する。これを受けて電解液の濃度を最適濃度に調整することが考えられる。しかし、上述したように二次電池が導通状態になると塩濃度分布が発生してしまい、電解液内では最適濃度から外れる領域が生じる。その結果電解液内の内部抵抗が増加する。この、塩濃度分布の発生に伴う内部抵抗の増加現象を本実施形態ではハイレート劣化と呼んでいる。
【００３１】
塩濃度分布はイオンの泳動（輸率）によって生じることから理解されるように、大電流放電時または大電流充電時には塩濃度分布の発生が顕著となる（塩濃度勾配が急峻となる）。その結果二次電池１４のハイレート劣化の進行が顕著となり、内部抵抗が増加する。一方、塩濃度分布を引き起こした電流の流れ方向と逆方向に電流を流すことによって塩濃度分布が解消され、ハイレート劣化を低減することができる。例えば大電流放電によってハイレート劣化が生じた場合には大電流充電を行うことによってハイレート劣化を解消することができる。
【００３２】
したがって、ハイレート劣化を適切に検出してこれを解消することによって内部抵抗の増加を抑え、二次電池１４の端子電圧の電圧降下を抑制できる。他方、上述したように二次電池１４の内部抵抗の増加はハイレート劣化の他に経年劣化によっても生じる。経年劣化は二次電池１４の使用期間の経過に伴って内部抵抗が増加する現象を指し、活物質の一部崩壊（構造変化）などが原因となって生じる。ハイレート劣化と異なり経年劣化は二次電池１４の使用に伴って蓄積される不可逆的な（解消困難な）劣化である。制御部１２は、二次電池１４の内部抵抗を測定するとともに内部抵抗の増加分のうちの何割がハイレート劣化によるものかを推定し、推定結果に応じてハイレート劣化の解消処理を行うか否かを判定している。
【００３３】
制御部１２の補正部２７（図２参照）には経年劣化による二次電池１４の内部抵抗の増加傾向の実測値が記憶されている。具体的には補正部２７には、二次電池１４の初期状態からの延べ時間（総時間）に対する内部抵抗値や内部抵抗増加率の推移が関数またはマップ（表）として記憶されている。なお、初期状態とは二次電池１４のハイレート劣化を検出するための基準時点を指しており、例えば二次電池１４の新品状態や、二次電池１４の電圧、電流、温度の測定が開始される時点を指している。また、二次電池１４の使用総時間を時間軸に取る代わりに、二次電池１４の満充電時容量の減少率や、二次電池１４の温度履歴、二次電池１４の積算電流量等を用いてもよい。
【００３４】
ここで、補正部２７に記憶された、経年劣化による内部抵抗の増加傾向の実測値が記録されたマップ（以下、経年劣化マップと呼ぶ）の取得について説明する。経年劣化マップの取得に当たっては、ハイレート劣化を生じさせない、または、車両に二次電池１４を搭載して実際に使用した時と比較してハイレート劣化による内部抵抗の増加が無視できる程度の環境下で二次電池１４の内部抵抗を予め測定する。例えば、大電流放電及び大電流充電を行わずに二次電池１４の内部抵抗の測定を行う。具体的には、初期状態における二次電池の満充電時の容量をＣ[Ａｈ]で表すと、１Ｃ[Ａ]以下、例えば０．１Ｃ[Ａ]の放電レートで定電流の充放電を行う。あるいは、大電流での充放電を行う場合には、大電流充電と大電流放電とを均等に行うようにする。例えば２Ｃ[Ａ]での放電を３０秒行ったときには同様に２Ｃ[Ａ]での充電を３０秒行うようにする。なお、経年劣化マップの取得用の二次電池１４は車両に搭載される二次電池１４と同一タイプのものを使用する。
【００３５】
１回の放電と１回の充電を１サイクルとして、複数サイクルに亘ってＩＶ特性を求める。例えば二次電池１４の寿命に達するまでのサイクル（例えば５０００サイクル）を複数のサイクル期間（例えば１００サイクル）に分割し、１サイクル期間ごとに耐久試験を行ってその都度ＩＶ特性を求める。ＩＶ特性とは電流値の軸と電圧値の軸からなる平面上に電流値と電圧値をプロットしたときの近似直線の傾きまたは近似曲線の増加率であり、二次電池１４の内部抵抗と捉えることができる。したがってＩＶ特性の増加率を求めることで内部抵抗増加率を求めることができる。なお、内部抵抗増加率の算出に当たっては、初期状態からの増加率を求めてもよいし、任意の時点からの増加率を求めてもよい。
【００３６】
また、経年劣化マップの時間軸として、二次電池１４の総使用時間の代わりに積算電流量[Ａｈ]を用いる場合は、積算電流量を複数の区間に区分して、例えば０．５Ａｈごとの範囲に区分して、各区間における電流値及び電圧値をプロットしてＩＶ特性を求めることが好適である。また、満充電時容量減少率[％]についても同様に複数の区間に区分して当該区間内のＩＶ特性を求めることが好適である。
【００３７】
また、温度履歴は例えば以下のように算出する。二次電池１４は温度特性を有しており、温度によって劣化の進行度合いが変化することが知られている。そこで、相対的に劣化の進みが遅い温度（例えば２５℃）を相対的に重みの少ない温度パラメータ（例えば１）に変換するとともに、相対的に劣化状態の進みが速い温度（例えば４０℃）を相対的に重みの大きい温度パラメータ（例えば１０）に変換し、初期状態からの温度パラメータの積算値に対する二次電池１４の内部抵抗を測定する。この場合においても温度パラメータの積算値を複数の区間に区分して当該区間内のＩＶ特性を求めることが好適である。
【００３８】
なお、二次電池１４の内部抵抗は温度及び充電率（ＳＯＣ）によって変化するから、上述したような電流値−電圧値のサンプリング点を使用総時間区間または満充電時容量減少率区間または温度パラメータ区間ごとにグループ化した上で、さらにそれぞれの区間における電流値−電圧値のサンプリング点を所定の温度区間及び所定のＳＯＣ区間別に振り分け、振り分けられたサンプリング点のグループごとにＩＶ特性及びその増加率を求めることが好適である。増加率の算出に当たっては、ＩＶ特性を算出したＳＯＣ区間及び温度区間と同一の区間における初期状態のＩＶ特性を基準にすることが好適である。図７に二次電池１４の使用時間、温度、ＳＯＣ別の複数の経年劣化マップを示す。なお、図７に示す経年劣化マップでは抵抗増加率が示されているが、これに代えてまたは加えて内部抵抗値（ＩＶ特性値）そのものを記憶するようにしてもよい。また、マップ（表）の状態で記憶する代わりに、最小二乗法等によって関係式を取得してこれを補正部２７に記憶させてもよい。
【００３９】
以上のようにして取得した経年劣化マップを用いて、二次電池１４の内部抵抗中のハイレート劣化成分を推定する。ハイレート劣化の推定手段として、主に（１）二次電池１４の緩和状態からの電圧降下に基づいて算出された内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較（２）稼働中の二次電池１４の電流地及び電圧値に基づいて算出された内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較（３）電池モデルにより算出した内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較、の３種類の手段が挙げられる。以下それぞれの手段について説明する。また、以下の説明において特に断りのない限り、経年劣化マップは二次電池１４の初期状態からの延べ経過時間（使用総時間）を時間軸に取るものとする。
【００４０】
（１）二次電池の緩和状態からの電圧降下に基づいて算出された内部抵抗値または内部低効率と経年劣化マップにおける内部抵抗増加率との比較
制御部１２の算出部２５は、電圧センサ２６から電圧値Ｖｂを取得するとともに二次電池側電流センサ２２から電流値Ｉ１を取得する。なお、この手段においては、二次電池１４が緩和した状態すなわち電流が流れておらず電圧値が安定している状態（例えば停車時）からの電流値及び電圧値の経時変化を測定する。二次電池１４が完全に緩和した状態における開放電圧（ＯＣＶ）を測定後、二次電池１４が完全に緩和した状態から一定値の電流を流し始めたときの電圧降下を所定時間測定することによって、ＩＶ特性を高精度に測定することが可能となる。また、車両がいわゆるプラグインハイブリッド車両である場合には、充電中などに所望のパターンの一定電流を流し、そのときの電圧値の経時変化を測定することによってもＩＶ特性を高精度に求めることが可能となる。
【００４１】
さらに算出部２５は取得した電圧値Ｖｂ及び電流値Ｉ１をグループ分けする。具体的には、予め定めた時間区間内であって、さらに予め定めたＳＯＣ区間及び温度区間別に電流値−電圧値のサンプリング点を振り分ける。時間区間に基づく振り分けは算出部２５に時刻情報を送信可能な図示しないタイマ等に基づいて行われる。また、ＳＯＣ区間に基づく振り分けは二次電池１４の積算電流量等に基づいて行われる。さらに温度区間に基づく振り分けは温度センサ２８から送られた温度Ｔｂに基づいて行われる。
【００４２】
算出部２５は特定の時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間におけるサンプリング点からＩＶ特性、つまり内部抵抗値を求める。また内部抵抗増加率を基準に取る場合はさらに内部抵抗値を求めたＳＯＣ区間及び温度区間に対応する二次電池１４の初期状態における内部抵抗値を制御部１２内の記憶部に記憶された経年劣化マップから呼び出し、初期状態からの内部抵抗増加率を算出する。ここで、初期状態に代えて任意の時点を増加率算出の基準時に設定してもよい。
【００４３】
算出部２５によって算出された内部抵抗値または内部抵抗増加率（以下、算出部による内部抵抗値または内部抵抗増加率と呼ぶ）は補正部２７に送られる。補正部２７は制御部１２の記憶部から経年劣化マップを呼び出す。さらに補正部２７は、算出部による内部抵抗値の時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間に対応した内部抵抗値、または、算出部による内部抵抗増加率の時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間に対応した内部抵抗増加率を経年劣化マップから抽出する。
【００４４】
図８に示すように、補正部２７は、算出部による内部抵抗値から経年劣化による内部抵抗値、または、算出部による内部抵抗増加率から経年劣化による内部抵抗増加率を減算する。図８においては算出部による内部抵抗増加率７０から経年劣化マップによる内部抵抗増加率７２を減算した様子を例示している。上述したように、算出部による内部抵抗値（または内部抵抗増加率）には経年劣化による内部抵抗値（または内部抵抗増加率）とハイレート劣化による内部抵抗値（または内部抵抗増加率）とが重ね合わされているものと考えられる。一方、経年劣化マップによる内部抵抗値（または内部抵抗増加率）は主に経年劣化による内部抵抗値（または内部抵抗増加率）を示していると考えられる。したがって算出部による内部抵抗値と経年劣化マップによる内部抵抗値との差、または、算出部による内部抵抗増加率と経年劣化マップによる内部抵抗増加率との差を求めることによってハイレート劣化による内部抵抗値または内部抵抗増加率を推定することができる。
【００４５】
なお、時間軸として二次電池１４の総時間を用いる代わりに満充電時の電池容量減少率を用いる場合、二次電池側電流センサ２２等による二次電池１４の積算電流量から正確な電池容量減少率を求めることが困難な場合がある。例えば満充電時から放電終止電圧までの積算電流量から満充電時の電池容量[Ａｈ]を求めることができ、したがって満充電時の電池容量の減少率も求めることが可能となるが、実際の車両の運転時においては放電終止電圧に至る前に充電が開始されたり、満充電に至る前に放電が開始される場合がある。このような場合においては例えば特開２０１０−６０３８４号公報にて説明されているような満充電容量のモデル式を用いることによって推定することが可能である。
【００４６】
（２）稼働中の二次電池１４の電流値及び電圧値に基づいて算出された内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較
上述した（１）による手段では緩和状態の二次電池１４を基点として内部抵抗値や内部抵抗増加率を求めていたが、これに代えて稼働中の二次電池１４の電流値と電圧値から内部抵抗値や内部抵抗増加率を求めてもよい。算出部２５は車両走行中等、二次電池１４の充放電が行われている期間において二次電池１４の電流値及び電圧値を測定し、測定された電流値及び電圧値からＩＶ特性（内部抵抗値）を求める。ＩＶ特性の算出に当たっては（１）と同様に定められた時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間における電流値及び電圧値を抽出してこれに基づいてＩＶ特性を求める。補正部２７は算出したＩＶ特性に対応する時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間における経年劣化マップの内部抵抗値を呼び出す。さらに補正部２７は図９に示すように、算出部によるＩＶ特性７４（内部抵抗値）と、経年劣化マップにおける内部抵抗値７６との差を求める。具体的にはそれぞれの直線の傾きの差を求める。この傾きの差がハイレート劣化を表すと考えられることから、判定部２９によって傾きの差を監視することでハイレート劣化の増加傾向を把握することができる。
【００４７】
また、算出部による内部抵抗値と経年劣化マップによる内部抵抗値を比較する代わりに、（１）と同様にして算出部による内部抵抗増加率と経年劣化マップの内部抵抗増加率を比較してもよい。すなわち、算出部による内部抵抗値を求めた時間区間、ＳＯＣ区間、温度区間に対応する二次電池１４の初期状態（や任意の時点）における内部抵抗値を制御部１２内の記憶部に記憶された経年劣化マップから呼び出し、算出部による内部抵抗値を初期状態の内部抵抗値で割ることによって内部抵抗増加率を算出する。一方、経年劣化マップから、算出部による内部抵抗値を求めたＳＯＣ区間及び温度区間に対応する内部抵抗増加率を抽出する。さらにそれぞれ求められた内部抵抗増加率を比較する。
【００４８】
（３）電池モデルにより算出した内部抵抗値または内部抵抗増加率と経年劣化マップにおける内部抵抗値または内部抵抗増加率との比較
本手段では二次電池内の活物質やイオン等の挙動をモデル化した電池モデルを使用する。図１０は、電池モデルによって表現される二次電池の内部構成の概略を説明する概念図である。二次電池１４は、負極４１と、セパレータ１１４と、正極３９とを含む。セパレータ１１４は、例えば負極４１及び正極３９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。
【００４９】
負極４１及び正極３９の各々は、球状の活物質１１８の集合体で構成される。二次電池１４の放電時において、負極４１の活物質１１８の界面上では、リチウムイオンＬｉ＋及び電子ｅ−を放出する化学反応が行われる。一方、正極３９の活物質１１８の界面上ではリチウムイオンＬｉ＋及び電子ｅ−を吸収する化学反応が行われる。なお、二次電池１４の充電時においては、電子ｅ−の放出及び吸収に関して、上記の反応とは逆の反応が行われる。
【００５０】
負極４１には、電子ｅ−を吸収する電流コレクタ１１３が設けられ、正極３９には、電子ｅ−を放出する電流コレクタ１１６が設けられる。負極の電流コレクタ１１３は代表的には銅で構成され、正極の電流コレクタ１１６は代表的にはアルミで構成される。電流コレクタ１１３には負極端子が設けられ、電流コレクタ１１６には正極端子が設けられる。セパレータ１１４を介したリチウムイオンＬｉ＋の授受によって、二次電池１４では充放電が行われ、充電電流または放電電流が生じる。
【００５１】
すなわち、二次電池内部の充放電状態は、電極（負極４１及び正極３９）の活物質１１８におけるリチウム濃度分布によって異なる。このリチウムは、リチウムイオン電池における反応関与物質に相当する。
【００５２】
負極４１及び正極３９で電子ｅ−の移動に対する純電気的な抵抗（純抵抗）Ｒｄ及び活物質界面での反応電流発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗（反応抵抗）Ｒｒとを併せたものが、二次電池１４をマクロに見た場合の内部抵抗（直流抵抗）に相当する。このマクロな内部抵抗を、以下では直流抵抗Ｒａとも示す。また、活物質１１８内におけるリチウムＬｉの拡散は、拡散係数Ｄｓに支配される。すなわち、拡散係数Ｄｓは拡散抵抗の大きさを示すパラメータである。
【００５３】
引き続き、電池モデル１２５の一例を説明する。なお、ここで説明する電池モデルでは、常温時における電気二重層キャパシタの影響が小さいことを考慮して、この影響を無視したモデルを構築している。さらに、電池モデルは、電極の単位極板面積あたりのモデルとして定義されるものとする。電極の単位極板面積あたりのモデルを用いることで、そのモデルを設計容量に対して一般化させることができる。
【００５４】
まず、二次電池１４の出力電圧である電池電圧Ｖについては、電池温度Ｔ、電池電流Ｉ、開放電圧（ＯＣＶ）Ｕ及び、上述の二次電池１４全体のマクロな直流抵抗Ｒａを用いた下記の（１）式（電圧方程式）が成立する。ここで、電池電流Ｉは、単位極板面積あたりの電流値を示すものとする。すなわち、正負極端子に流れる電池電流（電流計により計測可能な電流値）をＩｂとし、電池の両面極板面積をＳとすると、電池電流Ｉは、Ｉ＝Ｉｂ／Ｓで定義される。以下、電池モデル中で述べる「電流」及び「電流推定値」については、特に説明のない限り、上記の単位極板面積あたりの電流を指すものとする。
【００５５】
【数１】
【００５６】
θ１及びθ２は、それぞれ正極活物質表面における局所的ＳＯＣ、及び負極活物質表面における局所的ＳＯＣを表す。開放電圧ＯＣＶは、正極開放電位Ｕ１及び負極開放電位Ｕ２の電位差として表される。
【００５７】
図１１に示すように、正極開放電位Ｕ１及び負極開放電位Ｕ２は、それぞれ局所的ＳＯＣθ１及び局所的ＳＯＣθ１に依存して変化する特性を有する。したがって、二次電池１４の初期状態において、局所的ＳＯＣθ１と正極開放電位Ｕ１との関係、及び局所的ＳＯＣθ２と負極開放電位Ｕ２との関係を測定することにより、局所的ＳＯＣθ１の変化に対する正極開放電位Ｕ１（θ１）の変化特性及び局所的ＳＯＣθ２の変化に対する負極開放電位Ｕ２（θ２）の変化特性を予め記憶する特性マップを作成することができる。
【００５８】
また、直流抵抗Ｒａは、局所的ＳＯＣ（θ１）、局所的ＳＯＣ（θ２）及び電池温度の変化に応じて変化する特性を有する。すなわち、直流抵抗Ｒａは、ＳＯＣ（より詳細には、局所的ＳＯＣ（θ１，θ２）)及び電池温度Ｔの関数として示される。したがって、二次電池１４の初期状態における実測実験結果に基づき、図１３に示されるような直流抵抗Ｒａの初期状態値マップ１３１を予め作成することができる。
【００５９】
図１３を参照して、初期状態値マップ１３１では、０（％）〜１００（％）を複数に分割したＳＯＣ範囲と、−Ｔｙ（℃）〜Ｔｘ（℃）を複数に分割した温度範囲との組み合わせによって定義される領域ごとに、直流抵抗Ｒａの初期状態値が格納される。これらの複数の領域は、後述するパラメータ変化率の学習区分と一致するので、「学習領域」とも称する。
【００６０】
再び図１０を参照して、上述のように、負極４１及び正極３９それぞれの球状活物質モデルにおいて、活物質表面（電解液との界面）における局所的ＳＯＣθｉ（ｉ＝１，２）は、下記の（２）式で定義される。なお、局所的ＳＯＣθｉと同じく、以下の説明では、ｉで表された添え字は、１の場合は正極を表し、２の場合は負極を示すものと定義する。
【００６１】
【数２】
【００６２】
（２）式中において、ｃse,iは活物質界面におけるリチウム平均濃度であり、ｃs,i,maxは活物質における限界リチウム濃度である。
【００６３】
球状モデルで取り扱われる活物質内では、リチウム濃度ｃs,jは、半径方向に分布を有する。すなわち、球状と仮定された活物質内でのリチウム濃度分布は下記の（３）式に示す極座標系の拡散方程式により規定される。
【００６４】
【数３】
【００６５】
（３）式において、Ｄs,iは活物質におけるリチウムの拡散係数である。図１３に示すように、拡散係数Ｄs,iはＳＯＣ及び電池温度に依存して変化する特性を有する。以下では、Ｄs,i（ｉ＝１，２）を総称する場合には、単に拡散係数Ｄsとも称する。
【００６６】
拡散係数Ｄsについても、上述の直流抵抗Ｒaと同様に、二次電池１４の初期状態における実測実験結果に基づき、図１４に示されるような初期状態値マップ１３２を予め作成することができる。
【００６７】
図１４を参照して、初期状態値マップ１３２では、初期状態値マップ１３１と共通に区分された学習領域ごとに、拡散係数Ｄsの初期状態値が格納される。図１３に示された初期状態値マップ１３１及び図１４に示された初期状態値マップ１３２は、例えば制御部１２の記憶部に記憶される。
【００６８】
（３）式の拡散方程式の境界条件は下記（４）、（５）式のように設定される。
【００６９】
【数４】
【００７０】
（４）式は、活物質中心での濃度勾配が０であることを示している。（５）式では、活物質の電解液界面におけるリチウム濃度変化は、活物質表面からのリチウムが出入りすることに伴って変化することを意味している。
【００７１】
（５）式においてｒs,iは活物質半径を示し、εs,iは活物質の体積分率を示し、ａs,iは電極単位体積当たりの活物質表面積を示す。これらの値は、各種電気化学測定法により測定した結果より決定される。また、Ｆはファラデー定数である。
【００７２】
さらに、（５）式中のｊLiは単位体積・時間当たりのリチウム生成量であり、簡単化のために電極厚さ方向で反応が均一であると仮定すると、電極厚さＬi及び単位極板面積あたりの電池電流Ｉを用いて下記（６）式で示される。
【００７３】
【数５】
【００７４】
電池電流Ｉまたは電池電圧Ｖを入力として、これら（１）〜（６）式を連立させて解くことによって、電圧推定値または電流推定値を算出しながら、二次電池１４の内部状態を推定して、充電率を推定することが可能となる。
【００７５】
この電池モデルを用いることにより、例えば、電池電圧Ｖを入力として二次電池の充電率を推定することが可能となる。電池電圧Ｖを入力とする場合、充電率は、図１２に示されるような、活物質モデル内の平均リチウム濃度と充電率との関係を示すマップを用いて算出される。すなわち、電池モデル式によって算出された活物質モデル内の平均リチウム濃度から、図１２のマップに従って現在のＳＯＣを推定することができる。
【００７６】
ここで、図１５を用いて、上述の電池モデルを用いた二次電池の状態推定の制御処理手順を説明する。図１５に示される処理は、制御部１２によって所定の演算周期ごとに実行される。
【００７７】
図１５には、二次電池の状態推定およびパラメータ変化率学習の両方の制御処理手順が示される。制御部１２は、ステップＳ１００において、電圧センサ２６により電池電圧Ｖbを測定する。制御部１２は、ステップＳ１１０において、温度センサ２８により電池温度Ｔbを測定する。今回の演算周期における電池電圧Ｖb及び電池温度Ｔbは、電池モデル式中の電池電圧Ｖ及び電池温度Ｔとしてそれぞれ用いられる。なお、制御部１２は、測定により得られる電池電流Ｉbについても収集している。
【００７８】
制御部１２は、ステップＳ１２０において、（２）式に従って、前回の演算周期におけるリチウム濃度分布ｃse,jに基づき、活物質表面の局所的ＳＯＣθi（θ１及びθ２）を算出する。
【００７９】
さらに、制御部１２はステップＳ１３０において、図１１に示したような、局所的ＳＯＣθiに対する開放電位Ｕi（θi）の特性マップから、開放電位Ｕi（Ｕ1及びＵ2）を算出し、その算出した開放電位Ｕ１およびＵ２の電位差として、開放電圧推定値Ｕ＃を算出する。
【００８０】
さらに、制御部１２は、ステップＳ１４０において、ステップＳ１３０で算出された局所的ＳＯＣθi及び測定された電池温度Ｔに基づいて、直流抵抗Ｒaを求める。例えば、初期状態値マップ１３１に従って、直流抵抗Ｒaが決定される。
【００８１】
制御部１２は、さらに、ステップＳ１５０において、電池電圧Ｖ（＝Ｖb）と、算出した開放電圧推定値Ｕ＃及び直流抵抗Ｒaとを用いて、下記（７）式に基づいて電池電流の推定値Ｉteを算出する。
【００８２】
【数６】
【００８３】
次に、制御部１２は、ステップＳ１６０において、電池電流推定値Ｉteを（６）式の電池電流Ｉに代入することにより、単位体積・時間当たりのリチウム生成量ｊLiを算出する。この単位体積・時間当たりのリチウム生成量ｊLiを（５）式の境界条件に用いて（３）式の拡散方程式を解くことにより、正負極それぞれの活物質内におけるリチウム濃度分布が決定される。なお、（３）式における拡散係数Ｄs,iについても、ＳＯＣおよび電池温度に基づいて求められる。たとえば、初期状態値マップ１３２に従って、拡散係数Ｄs,iが決定される。
【００８４】
制御部１２は、（３）式の拡散方程式を解く際には、位置および時間により離散化した拡散方程式を用いて、活物質内部のリチウム濃度分布ｃs,i,k（ｔ＋Δｔ）を更新する（ステップＳ１７０）。ここでΔｔは離散時間ステップを示し、演算実行周期に相当する。またｋは半径方向に離散化した離散位置番号を表す。拡散方程式を位置および時間により離散化する方法は公知であるので詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００８５】
次に制御部１２はステップＳ１８０により、下記（８）式に従って活物質内部の平均リチウム濃度ｃsaveを算出する。ただし、（８）式においてＮは球状の活物質を半径方向に離散化した場合の分割数である。
【００８６】
【数７】
【００８７】
そして、制御部１２は、ステップＳ１９０において、図１２に示すような、活物質内の平均リチウム濃度ｃsaveと二次電池１４の充電率（ＳＯＣ）との関係を示した、予め記憶されたマップを用いてＳＯＣを算出する。
【００８８】
このようにして、制御部１２は、センサによって測定された電池電圧Ｖbおよび電池温度Ｔbから、二次電池１４の充電率（ＳＯＣ）、開放電圧推定値Ｕ＃、および単位極板面積当たりの電池電流の推定値を算出することができる。また、電池全体に流れる電流の推定値は、上述の電池電流Ｉの定義式より、単位極板面積当たりの電流推定値に電池の両面極板面積を乗じることにより算出できる。
【００８９】
なお、以上の電池モデル式では、負極４１および正極３９のそれぞれについて、対応する別個の球状活物質モデルを設定した。ただし、制御部１２の演算負荷を軽減するために、負極４１および正極３９での平均した特性を有する単一の球状モデルを、正極負極共通の活物質モデルとして使用してもよい。
【００９０】
次に、電池モデル中のパラメータについて説明する。電池モデル式の複数のパラメータのいくつかは、二次電池の使用に伴う電池の劣化によって変化する。たとえば、上記直流抵抗Ｒaは、電池の劣化によって次第に増加する。初期状態（代表的には新品時）における直流抵抗Ｒa（初期状態値）と、実際の直流抵抗Ｒa（現在のパラメータ値）との間の差が大きい場合には、ＳＯＣの推定誤差が生じやすくなる。
【００９１】
同様に、電池の劣化によって、活物質内の反応関与物質の拡散速度が低下（すなわち拡散係数が低下）し、その結果、いわゆる拡散抵抗が増加する。拡散抵抗の増加は、特に大電流での充放電を継続するケースにおいて電池性能および電流−電圧特性に大きな影響を及ぼす。したがって、大電流で電池を充電あるいは放電する電動車両（ハイブリッド車両や電気車両）においては拡散抵抗の変化、すなわち活物質における拡散係数の変化を推定することが好ましい。
【００９２】
したがって、本実施形態では、式（１）中の直流抵抗Ｒaと式（３）中の拡散係数Ｄsについて、パラメータ変化率を逐次推定することによって、パラメータ値を更新する。
【００９３】
まず、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率について説明する。直流抵抗Ｒaについて、初期状態値Ｒanからのパラメータ変化率ｇｒは、下記の（９）式により定義される。
【００９４】
【数８】
【００９５】
制御部１２は、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率ｇｒを、以下に説明する忘却要素付きの逐次最小自乗法を用いて推定する。まず、忘却係数付きの逐次最小自乗法について説明する。
【００９６】
逐次最小自乗法によれば、下記の（１０）式で示す線形回帰モデルで表されるシステムにおいて、（１０）式中のパラメータΘは、（１１）〜（１３）式で示される時間更新式を、（１４）、（１５）式の初期条件により逐次演算することによって推定される。各式においてパラメータΘの推定値は、Θ＃で示されている。
【００９７】
【数９】
【００９８】
（１１）、（１３）式においてλは忘却係数であり、通常λ＜１．０である。また、Ｐは共分散行列であり、（１５）式の初期値Ｐ（０）は単位行列Ｉの対角要素に定数γを乗じた行列とし、γには通常１０２〜１０３程度の大きな値を用いる。パラメータΘ＃の初期値Θ＃０は通常ゼロベクトルとされる。
【００９９】
このような、忘却要素付きの逐次最小自乗法を用いて、直流抵抗の変化率ｇｒを以下のようにして推定する。すなわち、新品状態から経年変化（劣化）した二次電池の直流抵抗Ｒaは、（９）式の定義によりＲa＝ｇｒ・Ｒanと表せるので、これを（１）式に代入し、さらに（１０）式の形に書き直すと、電池モデル式に基づく線形回帰モデル式として（１６）式が得られる。
【０１００】
【数１０】
【０１０１】
二次電池１４の使用中（オンライン時）には、（１６）式の左辺の開放電圧Ｕ（θ）に、充電率推定処理の過程で推定した値を用い、Ｖには測定された電池電圧Ｖbを用いることにより、Ｙを計算することができる。（１６）式の右辺については、電池温度Ｔbおよび局所的ＳＯＣθ1およびθ２を引数として初期状態値マップ１３１を参照することにより、直流抵抗の初期状態値Ｒanが求められる。また、電池電流Ｉとしては、現在の電池電流（測定値）Ｉbから算出した単位極板面積当たりの電流値を代入することにより、Ｚを計算することができる。
【０１０２】
このように演算したＹおよびＺを用いて、（１１）〜（１５）式の忘却要素付き逐次最小自乗法により、推定パラメータΘとして、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率ｇｒを逐次推定することが可能となる。なお一括最小自乗法等の他方式の最小自乗法の適用も可能である。
【０１０３】
次に、拡散係数Ｄｓのパラメータ変化率の推定について説明する。拡散係数Ｄsについても、下記（１７）式に従って、初期状態パラメータ値（Ｄｓn）に対する変化率として、拡散係数のパラメータ変化率ｇｄが定義される。
【０１０４】
【数１１】
【０１０５】
制御部１２は、拡散抵抗の影響が電池電圧に大きく表れる時間的範囲において、所定の周期で電池電圧Ｖb、電池電流Ｉbおよび電池温度Ｔbのデータを繰り返し取得する。
【０１０６】
さらに、制御部１２は、その範囲の電池データを用いて、パラメータ変化率をある候補値としたときの電池モデルによって電池電流の推定値Ｉteを求めるとともに、実際の電池電流Ｉbとの誤差を評価する評価関数を算出する。さらに、たとえば公知のＧＳＭ法（黄金分割法）を用いて、パラメータ変化率を切り替えながら上記処理を所定の繰り返し回数実行することにより、評価関数が最小となるようなパラメータ変化率を探索することができる。
【０１０７】
ＧＳＭ法が二分法の一種であり、探索範囲および許容誤差を決めることにより、既知の探索関数で許容誤差を満たす最適値を求められるという特徴がある。ある使用条件および使用期間後におけるリチウムイオン電池の活物質内リチウム拡散係数は、予め劣化試験等により把握することが可能であり、最大でどの程度まで初期状態と比較して拡散係数が変化するかについては事前に予測することができる。
【０１０８】
したがって、最大限変化し得る変化率の範囲を探索範囲として設定することにより、拡散係数変化率推定に必要な演算時間を予め予測できるという利点が生じる。このことは、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載された二次電池への適用に適している。なお、ＧＳＭ法の詳細については公知であるため、詳細な説明はここでは省略する。
【０１０９】
本実施形態では、パラメータ変化率について、二次電池１４のＳＯＣおよび電池温度Ｔbの組み合わせによって規定される所定の学習領域ごとに学習が行われる。図１６は、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率を格納するための、変化率マップ１４１の概略的な構成を説明する概念図である。
【０１１０】
図１６を参照して、変化率マップ１４１では、初期状態値マップ１３１、１３２と共通に設定された学習領域ごとに、式（９）で定義されるパラメータ変化率ｇｒの学習値ｇｒｌが格納される。パラメータ変化率学習値ｇｒｌの初期値は、各学習領域とも１．０である。そして制御部１２は、所定の学習条件が成立すると、そのときのＳＯＣおよび電池温度に対応する学習領域において、パラメータ変化率ｇｒの推定値に基づいて、マップ値（パラメータ変化率学習値ｇｒｌ）を更新する。
【０１１１】
例えば、更新前のマップ値ｇ１０および学習条件の成立時におけるパラメータ変化率の推定値ｇに基づいて、下記（１８）式に従って、新たな学習値ｇ１１が算出される。なお、（１８）式中の係数α（０＜α＜１）によって、学習値の変化が平滑化される。
【０１１２】
【数１２】
【０１１３】
図１７には、拡散係数Ｄsのパラメータ変化率学習値ｇｄｌを格納するための、変化率マップ１４２の概略的な構成を説明する概念図が示されている。変化率マップ１４２では、初期状態値マップ１３１、１３２および変化率マップ１４１と共通に設定された学習領域ごとに、式（１７）で定義されるパラメータ変化率ｇｄの学習値ｇｄｌが格納される。パラメータ変化率学習値ｇｄｌの初期値は、各学習領域とも１．０である。制御部１２は、所定の学習条件が成立すると、そのときのＳＯＣおよび電池温度に対応する学習領域において、パラメータ変化率ｇｄの推定値に基づいて、マップ値（パラメータ変化率学習値ｇｄｌ）を更新する。学習値の更新は、上記（１８）式に従って実行することができる。
【０１１４】
図１８は、変化率マップにおける学習値の更新についてのバリエーションを説明する概念図である。学習領域ＡＲ１において、パラメータ変化率の学習条件が成立したものとする。このとき、少なくとも学習領域ＡＲ１のマップ値が、上記式（１８）に従って更新される。
【０１１５】
さらに、学習領域ＡＲ１に隣接する学習領域ＡＲ２〜ＡＲ８のうち少なくとも一部についても、マップ値を更新してもよい。このときには、式（１８）中の係数αを、学習領域ＡＲ１におけるマップ値更新時と比較して、小さな値に設定することが好ましい。このようにすると、学習条件が成立した場合に、類似のＳＯＣおよび／または電池温度領域においても、学習結果を反映することができる。
【０１１６】
次に、本実施形態における二次電池の評価システムにおけるパラメータ変化率学習の制御処理手順を説明する。図１５を参照して、制御部１２はステップＳ１００〜Ｓ１９０と並列して、上述したパラメータ変化率ｇｒ、ｇｄの推定処理を実行している。そして、制御部１２は、ステップＳ２００により、パラメータ変化率の学習条件が成立しているかどうかを判定する。
【０１１７】
直流抵抗Ｒaは、電池電流に対し電池電圧が線形的に変化する領域において推定することが好ましい。したがって、このような二次電池１４の充放電条件が成立しているときに、パラメータ変化率ｇｒの学習について、ステップＳ２００をＹＥＳ判定とするように学習条件を設定することができる。
【０１１８】
拡散係数Ｄsは、一旦発生した電池電流が０になった後における、活物質内のリチウムの拡散の度合いを示すものである。したがって、二次電池１４が充放電した後であって、電池電流が０になった後における電池電圧の変化に基づいて、拡散係数が算出される。したがって、電池電流＝０の期間がある程度継続したときに、パラメータ変化率ｇｄの学習について、ステップＳ２００をＹＥＳ判定とするように学習条件を設定することができる。
【０１１９】
このように、直流抵抗Ｒaのパラメータ変化率ｇｒと、拡散係数Ｄsのパラメータ変化率ｇｄとは、独立に学習することが好ましい。すなわち、ステップＳ２００、Ｓ２１０の処理についても、直流抵抗Ｒaおよび拡散係数Ｄsのそれぞれについて別個に実行される。
【０１２０】
制御部１２は、学習条件が成立すると（Ｓ２００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ２１０において学習条件が成立したパラメータ変化率について、変化率マップ１４１または１４２に格納されたマップ値を更新する。これにより、少なくとも、学習条件成立時のＳＯＣおよび電池温度に対応した学習領域におけるパラメータ変化率学習値が更新される。
【０１２１】
制御部１２は、一方、学習条件が不成立のとき（Ｓ２００のＮＯ判定時）には、ステップＳ２１０の処理をスキップする。したがって、変化率マップ１４１または１４２に格納された当該パラメータ変化率のマップ値は維持される。
【０１２２】
このように、本実施形態における二次電池の劣化評価システムでは、二次電池１４の使用時に、電池モデル中の所定パラメータ（代表的には、直流抵抗Ｒaおよび拡散係数Ｄs）について、初期状態値に対する変化（パラメータ変化率）がオンライン推定されていることを前提としている。そして、推定されたパラメータ変化率に基づいて、図１６、図１７に示した変化率マップ１４１、１４２を用いて、ＳＯＣおよび電池温度の組み合わせによって規定される所定の学習区分ごとに、パラメータ変化率が学習されている。
【０１２３】
補正部２８は、推定された直流抵抗Ｒaの変化率ｇｒ及び拡散係数Ｄsの変化率に基づいて、電池モデルにおける内部抵抗（ＩＶ抵抗）増加率を計算する。具体的には、内部抵抗は直流抵抗と拡散抵抗の和で表すことができるから、直流抵抗変化率及び拡散係数の変化率に基づいて内部抵抗増加率を求めることができる。さらに、補正部２８は、電池モデルによる内部抵抗増加率を求めたときのＳＯＣ、温度、総時間と同じ条件の内部抵抗増加率を経年劣化マップから呼び出す。さらに図１９に示すように、電池モデルによって求めた内部抵抗増加率４８から経年劣化マップによる内部抵抗増加率５０を除く（減算する）。これによってハイレート劣化による内部抵抗増加率を推定することができる。
【０１２４】
また、内部抵抗増加率の代わりに内部抵抗値を用いてもよい。この場合、電池モデルによる内部抵抗増加率を求めたときのＳＯＣ、温度条件における初期状態の内部抵抗値を経年劣化マップから呼び出し、抽出された内部抵抗値と電池モデルによる内部抵抗増加率との積から電池モデルによる内部抵抗値を算出する。さらに電池モデルによる内部抵抗増加率を求めたときのＳＯＣ、温度、総時間と同じ条件の内部抵抗値を経年劣化マップから呼び出して、これと電池モデルによる内部抵抗値とを比較する。
【０１２５】
判定部２９は上記（１）−（３）の手法を用いて求めたハイレート劣化による内部抵抗値または内部抵抗増加率が予め定めた上限値を超えたか否かを判定する。さらに上限値を超えたと判定部２９により判定された際には、制御部１２はハイレート劣化を解消するための処理を実行する。以下、ハイレート劣化を解消する処理を「ハイレート劣化戻し処理」と呼ぶ。また、ハイレート劣化による内部抵抗値または内部抵抗増加率が予め定めた上限値を超過した状態や、その他二次電池１４のパラメータに基づいてハイレート劣化の解消が必要であると判定された状態を「ハイレート劣化戻し条件が成立した状態」とする。
【０１２６】
ハイレート劣化戻し処理を実行する際には、強制充電及び強制放電と呼ばれる処理が実行される。二次電池１４から大電流放電が行われたことによってハイレート劣化が生じた場合、二次電池１４に対して強制的に大電流充電を行うことによってハイレート劣化を解消する。また、二次電池１４に大電流充電が行われたことによってハイレート劣化が生じた場合は、二次電池１４に対して強制的に大電流放電を行うことによってハイレート劣化を解消する。
【０１２７】
強制充電および強制放電は、第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０のスイッチング素子を制御することにより実行される。以下、第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作について説明する。
【０１２８】
まず、強制充電及び強制放電を実施していない、通常状態における第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作について説明する。なお、図２０から図３０では図示を簡略化するために二次電池側電流センサ２２、補助電源側電流センサ２４、電圧センサ２６、温度センサ２８の図示を省略する。
【０１２９】
通常状態（強制放電及び強制充電時以外の状態）においては、第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０は電圧制御によって制御されている。例えば第１の電力変換器１８の回転電機３０側の電圧（以下、回転電機側電圧と呼ぶ）に対して指令電圧値ＶＥＣＵが予め定められている。また、第１の電力変換器１８の二次電池１４側の電圧（以下、二次電池側電圧と呼ぶ）に対して目標電圧値Ｖ１ＴＧＴが予め定められている。また、第２の電力変換器２０については、補助電源１６側の電圧（以下、補助電源側電圧と呼ぶ）に対して目標電圧値Ｖ２ＴＧＴが予め定められている。
【０１３０】
指令電圧値ＶＥＣＵは回転電機３０への要求出力等に基づいて制御部１２によって設定される。また、二次電池１４に対する目標電圧値Ｖ１ＴＧＴは二次電池１４のＳＯＣ（充電率）が所定のＳＯＣとなるような電圧値として設定されている。補助電源１６に対する目標電圧値Ｖ２ＴＧＴも目標電圧値Ｖ１ＴＧＴと同様に、補助電源１６のＳＯＣが所定のＳＯＣとなるような電圧値として設定されている。目標電圧値Ｖ１ＴＧＴ及び目標電圧値Ｖ２ＴＧＴは予め設定され所定の記憶手段、例えば制御部１２の記憶部に記憶されている。
【０１３１】
これらの電圧値に加えて、二次電池１４の測定端子電圧値Ｖ１ＢＡＴと、補助電源１６の測定端子電圧値Ｖ２ＢＡＴとに基づき、制御部１２は第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０を制御する。二次電池１４の測定端子電圧値Ｖ１ＢＡＴは電圧センサ２６により測定される。また、補助電源１６の測定端子電圧値Ｖ２ＢＡＴは補助電源側電流センサ２４に基づいて算出されるか、または補助電源側電圧センサ（図示せず）により測定される。
【０１３２】
力行時における第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態を図２０から図２２に例示する。図２０には力行時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴに等しいときの第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態が例示されている。第１の電力変換器１８は二次電池１４の端子電圧値Ｖ１ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧するとともに二次電池１４から回転電機３０に電流を供給する昇圧コンバータとして機能する。具体的には制御部１２によって二次電池１４の端子電圧値Ｖ１ＢＡＴと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティ（電圧変換率）が算出され、このデューティにしたがって第１の電力変換器１８の下アーム３４のスイッチング素子４２のオン／オフ動作が制御される。一方、第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８及び下アーム４６のスイッチング素子５０はスイッチング動作を停止していてもよいし、リアクトル４３に流れる電流を維持するためにスイッチング動作の１周期中に充電と放電を交互に繰り返すようにそれぞれのスイッチング素子を動作させてもよい。
【０１３３】
図２１には力行時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴを割り込んだときの様子が例示されている。第１の電力変換器１８は図２０と同様に二次電池１４の端子電圧値Ｖ１ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧する。一方、第２の電力変換器２０は二次電池１４の電力または回転電機３０からの回生電力を補助電源１６に供給して補助電源１６を充電させる。このとき第２の電力変換器２０は回転電機側の電圧である指令電圧値ＶＥＣＵを補助電源１６の目標電圧値Ｖ２ＴＧＴまで降圧させる降圧コンバータとして機能する。具体的には、指令電圧値ＶＥＣＵと目標電圧値Ｖ２ＴＧＴとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８のオン／オフ動作が制御される。
【０１３４】
図２２には力行時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴを上回ったときの様子が例示されている。第１の電力変換器１８は図２０、２１と同様に二次電池１４の端子電圧値Ｖ１ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧する。一方、第２の電力変換器２０は補助電源１６から二次電池１４または回転電機３０に電力を供給して補助電源１６を放電させる。このとき第２の電力変換器２０は補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧する昇圧コンバータとして機能する。具体的には、補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の下アーム４６のスイッチング素子５０のオン／オフ動作が制御される。
【０１３５】
次に、回生時の第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態を図２３から図２５に例示する。図２３には回生時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴに等しいときの第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態が例示されている。第１の電力変換器１８は回転電機３０の出力電圧を二次電池１４の目標電圧値Ｖ１ＴＧＴまで降圧して回転電機３０の回生電力を二次電池１４に供給する降圧コンバータとして機能する。具体的には、二次電池１４の目標電圧値Ｖ１ＴＧＴと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第１の電力変換器１８の上アーム３２のスイッチング素子３８のオン／オフ動作が制御される。一方、第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８及び下アーム４６のスイッチング素子５０はスイッチング動作を停止していてもよいし、リアクトル４３に流れる電流を維持するためにスイッチング動作の１周期中に充電と放電を交互に繰り返すようにそれぞれのスイッチング素子を動作させてもよい。
【０１３６】
図２４には回生時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴを割り込んだときの様子が例示されている。第１の電力変換器１８は図２３と同様に指令電圧値ＶＥＣＵを二次電池１４の目標電圧値Ｖ１ＴＧＴまで降圧する。一方、第２の電力変換器２０は指令電圧値ＶＥＣＵを補助電源１６の目標電圧値Ｖ２ＴＧＴまで降圧させて回転電機３０の回生電力を補助電源１６に供給する降圧コンバータとして機能する。具体的には、指令電圧値ＶＥＣＵと目標電圧値Ｖ２ＴＧＴとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８のオン／オフ動作が制御される。
【０１３７】
図２５には回生時であって補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴを上回ったときの様子が例示されている。第１の電力変換器１８は図２３、２４と同様に指令電圧値ＶＥＣＵを二次電池１４の目標電圧値Ｖ１ＴＧＴまで降圧する。一方、第２の電力変換器２０は補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴを指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧して補助電源１６の電力を二次電池１４に供給する昇圧コンバータとして機能する。具体的には、補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の下アーム４６のスイッチング素子５０のオン／オフ動作が制御される。
【０１３８】
次に、ハイレート劣化戻し条件が成立して強制充電を行うにあたり、通常状態から強制充電に移行する移行期間における第１の電力変換器１８及び第２の電力変換器２０の動作状態を図２６に例示する。強制充電においては補助電源１６から二次電池１４に大電流を流す。このとき、補助電源１６の容量によっては短期間のうちに電荷が尽きてしまって二次電池１４のハイレート劣化を解消し切れないおそれもある。そこで、強制充電に先駆けて補助電源１６に溜め込む電荷量を通常状態よりも増加させて大電流放電に備える。
【０１３９】
制御部１２は、補助電源１６の目標電圧値Ｖ２ＴＧＴに増加分ΔＶを加えた電圧値Ｖ２ＴＧＴ＋ΔＶを補助電源１６の新たな目標電圧値として設定する。具体的には新たな目標電圧値Ｖ２ＴＧＴ＋ΔＶが目標電圧値Ｖ２ＴＧＴ以上であって補助電源１６のＳＯＣが１００％以下となるような範囲でΔＶが設定される。この新たに設定された電圧値Ｖ２ＴＧＴ＋ΔＶと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８のオン／オフ動作が制御される。これにより補助電源１６にＶ２ＴＧＴ＋ΔＶ分の電荷が溜め込まれる。
【０１４０】
また、上述の移行期間及び後述する強制充電においては、第１の電力変換器１８の制御方式が電圧制御から電流制御に切り替わる。すなわち、移行期間（例えば回転電機３０が回生状態の場合）においては、回転電機３０から補助電源１６への充電を迅速に行うために、第１の電力変換器１８には電流が流入しないように（Ｉ1in＝０）第１の電力変換器１８を制御する。具体的には図２６に示すように、第１の電力変換器１８の上アーム３２のスイッチング素子３８を常時オフにする。
【０１４１】
移行期間において補助電源１６の電荷を溜め込んだ後に二次電池１４に対する強制充電が行われる。図２７に示すように、第２の電力変換器２０の下アーム４６のスイッチング素子５０は、補助電源１６の端子電圧値Ｖ２ＢＡＴ（＝Ｖ２ＴＧＴ＋ΔＶ）を指令電圧値ＶＥＣＵまで昇圧して補助電源１６の電力を二次電池１４に供給する。さらに、二次電池１４に大電流を流入させるため、二次電池１４に流入する電流値Ｉ１inが二次電池１４に対して設定された大電流充電領域の任意の電流値Ｉ１in-maxとなるように第１の電力変換器１８が制御される。ここで、大電流充電領域は二次電池１４の満充電時の容量に応じて予め定められる。
【０１４２】
また、二次電池１４に流入する電流値Ｉ１inを設定電流値Ｉ１in-maxに制御する電流制御は例えば以下のように行われる。すなわち、第２の電力変換器２０から流れる電流値をＩ２out、デューティをαで表すと、α＝Ｉ１in-max／Ｉ２outとの数式に基づいて、またはこの関係が記憶された表またはマップに基づいて制御部１２はデューティαを設定するとともに、このデューティαにしたがって第１の電力変換器１８の上アーム３２のスイッチング素子３８のオン／オフ制御を行う。この結果、二次電池１４に大電流が供給され、二次電池１４のハイレート劣化が解消される。
【０１４３】
図２８に、移行期間から強制充電に至るまでの二次電池１４及び補助電源１６の電流値の変化と、補助電源１６のＳＯＣの変化を示す。強制充電への移行期間においては二次電池１４への充電が遮断されるとともに補助電源１６に電荷が溜め込まれる。これによって補助電源１６のＳＯＣは目標値ＳＯＣＴＧＴよりもΔＶ分だけ高い値となる。さらに強制充電が実行されると補助電源１６から二次電池１４に設定電流値Ｉ１in-maxの電流が流れ込む。
【０１４４】
次に、強制放電と、通常状態から強制放電に至るまでの移行期間について説明する。強制放電においては二次電池１４から補助電源１６に電流を送り込む。このとき、補助電源１６の容量によっては短期間のうちに満充電に到達して二次電池１４のハイレート劣化を解消しきれないおそれもある。そこで、強制放電に先駆けて補助電源１６の電荷を放出して大電流充電に備える。
【０１４５】
制御部１２は、補助電源１６の目標電圧値Ｖ２ＴＧＴにΔＶを減じた電圧値Ｖ２ＴＧＴ−ΔＶを補助電源１６の新たな目標電圧値とする。さらに図２９に示すように新たな電圧値Ｖ２ＴＧＴ−ΔＶと指令電圧値ＶＥＣＵとに応じたデューティにしたがって第２の電力変換器２０の下アーム４６のスイッチング素子５０のオン／オフ動作が制御される。
【０１４６】
移行期間において補助電源１６の電荷を所定量放出した後に二次電池１４による強制放電が実行される。図３０に示すように、第２の電力変換器２０の上アーム４４のスイッチング素子４８は、指令電圧ＶＥＣＵを補助電源１６の端子電圧Ｖ２ＢＡＴ（＝Ｖ２ＴＧＴ−ΔＶ）まで降圧して二次電池１４からの電流を補助電源１６に送り込む。
【０１４７】
さらに、第１の電力変換器１８の制御方式が電圧制御から電流制御に切り替わる。すなわち二次電池１４から大電流を放電させるため、二次電池１４から流れる電流値Ｉ１outが二次電池１４に対して設定された大電流放電領域の任意の電流値Ｉ１out-maxとなるように第１の電力変換器１８が制御される。ここで、大電流放電領域は大電流充電領域と同様に、二次電池１４の満充電時の容量に応じて予め定められる。
【０１４８】
第１の電力変換器１８は、二次電池１４から流れる電流値が設定電流値Ｉ１out-maxとなるように制御部１２によって制御される。具体的には二次電池１４から流れる電流値Ｉ１outと設定電流値Ｉ１out-maxとに基づき、β＝１−Ｉ１out-max／Ｉ１outとの数式に基づいて、またはこの関係が記憶された表またはマップに基づいて制御部１２はデューティβを設定するとともに、このデューティβにしたがって第１の電力変換器１８の下アーム３４のスイッチング素子４２のオン／オフ制御を行う。この結果、補助電源１６に大電流が供給される。
【０１４９】
以上説明したハイレート劣化戻し処理のフローチャートを図３１に示す。まず電圧センサ２６、二次電池側電流センサ２２、温度センサ２８による二次電池１４の電流値、端子電圧値、温度の測定を行う（Ｓ１）。さらに算出部２５は上述した（１）−（３）のいずれかの手段によって内部抵抗増加率または内部抵抗値を求める（Ｓ２）。さらに算出部による内部抵抗増加率と同じ条件の使用時間、ＳＯＣ、温度における内部抵抗増加率または内部抵抗値を経年劣化マップから抽出する（Ｓ３）。さらに算出部による内部抵抗増加率と経年劣化マップによる内部抵抗増加率との差または算出部による内部抵抗値と経年劣化マップによる内部抵抗値の差、つまりハイレート劣化による内部抵抗増加率または内部抵抗値を求める（Ｓ４）。
【０１５０】
さらに判定部２９はハイレート劣化による内部抵抗増加率または内部抵抗値が予め定めた閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ５）。ハイレート劣化による内部抵抗増加率または内部抵抗値が閾値を超えた場合、さらに判定部２９は二次電池１４が放電過多または充電過多であるかを判定する（Ｓ６）。さらに放電過多であると判定された場合、制御部１２は強制充電を行ってハイレート劣化を解消させる（Ｓ７）。一方、充電過多であると判定された場合は強制放電を行ってハイレート劣化を解消させる（Ｓ８）。
【０１５１】
ここで、上記ステップ（Ｓ６）において充電または放電の過多状態を判定する指標として、制御部１２は以下の「充放電過多指標」を用いることが好適である。図３２に示すように、所定期間における放電電流値及び充電電流値をプロットし、放電電流値の平均値と充電電流値の平均値とを比較する。二次電池側電流センサ２２が放電電流を正の値として測定し、充電電流を負の値として測定する場合には、放電電流値の平均値と充電電流値の平均値の和が充放電過多指標となる。そしてこの指標が正のときは放電過多、負のときは充電過多と判定される。
【０１５２】
上記ステップ（Ｓ６）において、ハイレート劣化による内部抵抗の増加率または内部抵抗値が予め定めた閾値を超えたと判定したとき、制御部１２はさらに充放電過多指標を求めるとともに、当該指標の正負に基づいて放電過多であるか充電過多であるかを判定する。この判定結果に基づいて強制充電を行うか（Ｓ７）、または強制放電を行う（Ｓ８）。
【０１５３】
なお、上述した実施形態においては、経年劣化マップを用いて二次電池１４の全体の内部抵抗からハイレート劣化成分を取り出していたが、この形態に代えて、経年劣化マップを用いずに二次電池１４の全体の内部抵抗から直接ハイレート劣化を推定するようにしてもよい。
【０１５４】
二次電池１４を交換する判断基準として内部抵抗増加率を用いる場合がある。例えば内部抵抗増加率が閾値（例えば２．０倍）に達したときに二次電池１４を交換する。この閾値を交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥと呼ぶと、交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥは内部抵抗値の増加に伴う二次電池１４の劣化状態を勘案して設定される。
【０１５５】
二次電池１４の内部抵抗増加率を交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥまで引き上げる主な要因は、上述したように経年劣化及びハイレート劣化であるものと考えられる。このことから、経年劣化のみによる二次電池１４の劣化を考慮した場合、その内部抵抗増加率ＩＲＡＧＩＮＧは交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥには及ばずに両者の間にはハイレート劣化分の差異が生じることになる。例えば交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥ＝２．０に対して経年劣化による内部抵抗増加率ＩＲＡＧＩＮＧは最大でも１．３程度となる。
【０１５６】
このことから、図３３に示すように、経年劣化のみによる内部抵抗増加率ＩＲＡＧＩＮＧの最大値ＩＲＡＧＩＮＧ＿ＭＡＸを超過し、かつ交換閾値ＩＲＲＥＰＬＡＣＥを下回る任意の値（例えば１．８）を判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮとして設定するとともに、二次電池１４の全体的な、つまり経年劣化とハイレート劣化とによる内部抵抗の増加率ＩＲＴＯＴＡＬが判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを超過したことをもってハイレート劣化の発生を検知することが可能となる。
【０１５７】
制御部１２は、二次電池１４の全体的な、つまり経年劣化とハイレート劣化とによる内部抵抗の増加率を、上述した（１）−（３）のいずれかの手段によって求める。（１）−（３）の手段で求めた全体的な（経年劣化＋ハイレート劣化）内部抵抗の増加率（以下、算出部による内部抵抗増加率と呼ぶ）ＩＲＴＯＴＡＬを監視し、算出部による内部抵抗増加率ＩＲＴＯＴＡＬが判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを超えたときに、制御部１２はハイレート劣化の進行を抑制するために電流制限を実行する。
【０１５８】
この電流制限の制御フローを図３４に示す。まず制御部１２は電圧センサ２６、補助電源側電流センサ２４、二次電池側電流センサ２２、温度センサ２８による二次電池１４の電流値、端子電圧値、温度の測定を行う（Ｓ１０）。さらに算出部２５は上述した（１）−（３）のいずれかの手段によって内部抵抗の全体的な増加率ＩＲＴＯＴＡＬを求める（Ｓ１１）。判定部２９はステップ（Ｓ１１）において増加率ＩＲＴＯＴＡＬを求めたときの二次電池１４の温度及びＳＯＣを取得するとともに、これらと同一のＳＯＣ及び温度に対して設定された判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを記憶部から呼び出し、増加率ＩＲＴＯＴＡＬが判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを超えているか否かを判定する（Ｓ１２）。
【０１５９】
さらに増加率ＩＲＴＯＴＡＬが判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを超えていると判定されたときには、制御部１２は二次電池１４が放電過多状態であるか充電過多状態であるかを判定する（Ｓ１３）。この放電過多または充電過多の判定には上述した充放電過多指標を用いることが好適である。さらに放電過多であると判定された場合、制御部１２は二次電池１４に対して強制充電を行う（Ｓ１４）。一方、充電過多であると判定された場合は制御部１２は強制放電を行う（Ｓ１５）。このように、二次電池１４の全体的な内部抵抗から直接ハイレート劣化を推定し、電流制限制御を実行することができる。
【０１６０】
なお、内部抵抗の増加率を電流制限の基準パラメータとする代わりに、内部抵抗値そのものを基準パラメータとして用いてもよい。この場合は上述の判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮの代わりに判定値ＩＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮに初期状態の内部抵抗値を掛けた判定内部抵抗値ＲＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮを用いるとともに、内部抵抗の増加率ＩＲＲＥＰＬＡＣＥの代わりに、上述した（１）−（３）のいずれかの手段で求めたＩＶ特性、つまり全体的な（経年劣化＋ハイレート劣化）内部抵抗値ＲＴＯＴＡＬを用いる。
【０１６１】
この実施形態によれば、ハイレート劣化単独の進行状態を推定することが困難となるものの、経年劣化マップを持たなくてもハイレート劣化の推定や電流制限制御を実行することができることから、経年劣化マップを記憶する記憶部の負荷が軽減される等の利点がある。
【０１６２】
なお、上述の実施形態において、二次電池１４と補助電源１６を組み合わせたいわゆるハイブリッド電源を用いて、二次電池１４からの出力（電流）を制御し、二次電池１４からの大電流放電を防止することで、ハイレート劣化を完全に抑制することも可能である。その一方で、ハイレート劣化を完全に抑制すると、ハイレート劣化を許容しながら都度解消する場合と比較して二次電池１４の出力が抑制される。したがって本実施の形態のようにハイレート劣化をある程度許容し、速やかにハイレート劣化を解消させた方が二次電池１４の出力を上げることができ（電池性能を発揮することができ、）ひいては車両性能（燃費やエンジンを用いずに走行するＥＶ走行距離）を向上させる事が可能となる。
【符号の説明】
【０１６３】
１０ 電源システム、１２ 制御部、１４ 二次電池、１６ 補助電源、１８ 第１の電力変換器、２０ 第２の電力変換器、２２ 二次電池側電流センサ、２４ 補助電源側電流センサ、２５ 算出部、２６ 電圧センサ、２７ 補正部、２８ 温度センサ、２９ 判定部、３０ 回転電機、３２ 第１の電力変換器の上アーム、３４ 第１の電力変換器の下アーム、３６ 第１の電力変換器のリアクトル、３８ 第１の電力変換器の上アーム側スイッチング素子、３９ 正極、４０ 帰還ダイオード、４１ 負極、４２ 第１の電力変換器の下アーム側スイッチング素子、４３ 第２の電力変換器のリアクトル、４４ 第２の電力変換器の上アーム、４６ 第２の電力変換器の下アーム、４８ 第２の電力変換器の上アーム側スイッチング素子、５０ 第２の電力変換器の下アーム側スイッチング素子、５２ 電解液、５４ 陽イオン、５６ 陰イオン、５９ 電極、７０ 算出部による内部抵抗増加率、７２，８０ 経年劣化マップによる内部抵抗増加率、７４ 算出部によるＩＶ特性、７６ 経年劣化マップによる内部抵抗値、７８ 電池モデルによる内部抵抗増加率、１１３ 電流コレクタ、１１４ セパレータ、１１６ 電流コレクタ、１１８ 活物質、１２５ 電池モデル、１３１ 直流抵抗の初期状態値マップ、１３２ 拡散係数の初期状態値マップ、１４１ 直流抵抗の変化率マップ、１４２ 拡散係数の変化率マップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
充放電可能な補助電源と、
前記二次電池と前記補助電源との間の電力変換を行う電力変換器と、
前記二次電池に対するハイレート劣化戻し条件が成立したときに、前記二次電池を放電させて前記補助電源に電力を送る強制放電または前記補助電源から電力を供給して前記二次電池を充電させる強制充電を行うように前記電力変換器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする、車両用電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源システムであって、
前記補助電源は、導通時において電極間及び電極面内の塩濃度分布が生じない蓄電手段から構成されることを特徴とする車両用電源システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用電源システムであって、
前記蓄電手段は、電気二重層キャパシタまたは全固体二次電池からなることを特徴とする車両用電源システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の車両用電源システムであって、
前記制御部は、
前記強制放電を行う場合には、前記強制放電前に前記二次電池以外の機器に対して前記補助電源から放電を行わせるように前記電力変換器を制御し、
前記強制充電を行う場合には、前記強制充電前に前記二次電池以外の機器から前記補助電源に充電を行わせるように前記電力変換器を制御することを特徴とする車両用電源システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の車両用電源システムであって、
前記制御部は、
前記強制放電を行う場合には、前記二次電池から流れる電流値が前記二次電池に対して設定された大電流放電領域の電流値となるように前記電力変換器を制御し、
前記強制充電を行う場合には、前記二次電池に流れる電流値が前記二次電池に対して設定された大電流充電領域の電流値となるように前記電力変換器を制御することを特徴とする車両用電源システム。
【請求項１】
二次電池と、
充放電可能な補助電源と、
前記二次電池と前記補助電源との間の電力変換を行う電力変換器と、
前記二次電池に対するハイレート劣化戻し条件が成立したときに、前記二次電池を放電させて前記補助電源に電力を送る強制放電または前記補助電源から電力を供給して前記二次電池を充電させる強制充電を行うように前記電力変換器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする、車両用電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源システムであって、
前記補助電源は、導通時において電極間及び電極面内の塩濃度分布が生じない蓄電手段から構成されることを特徴とする車両用電源システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用電源システムであって、
前記蓄電手段は、電気二重層キャパシタまたは全固体二次電池からなることを特徴とする車両用電源システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の車両用電源システムであって、
前記制御部は、
前記強制放電を行う場合には、前記強制放電前に前記二次電池以外の機器に対して前記補助電源から放電を行わせるように前記電力変換器を制御し、
前記強制充電を行う場合には、前記強制充電前に前記二次電池以外の機器から前記補助電源に充電を行わせるように前記電力変換器を制御することを特徴とする車両用電源システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の車両用電源システムであって、
前記制御部は、
前記強制放電を行う場合には、前記二次電池から流れる電流値が前記二次電池に対して設定された大電流放電領域の電流値となるように前記電力変換器を制御し、
前記強制充電を行う場合には、前記二次電池に流れる電流値が前記二次電池に対して設定された大電流充電領域の電流値となるように前記電力変換器を制御することを特徴とする車両用電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２０１３−４６４４６（Ｐ２０１３−４６４４６Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１０８６（Ｐ２０１１−１８１０８６）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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