(57)【要約】【課題】  自動車の車輪のスリップや、自動車の急激な加減速により発生する負極表面のリチウム堆積による電池の劣化を防止するリチウムイオン電池用制御装置を提供すること。【解決手段】  自動車駆動用のモータ１９を駆動するためのものであって、加熱ヒータ１２を備えるリチウムイオン電池１１を制御するリチウムイオン電池用制御装置であるＥＣＵ１３と制御プログラム１４において、モータ１９に過電流が流れた回数をカウントするカウント手段（Ｓ４）と、カウント手段（Ｓ４）がカウントした値が、過電流しきい値記憶部１５が記憶する所定回数を越えたとき（Ｓ５）に、加熱ヒータ１２により、リチウムイオン電池１１を加熱する加熱手段（Ｓ６）を有する。【選択図】  図６
2010212019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用モータを駆動するためのものであって、加熱ヒータを備えるリチウムイオン電池を制御するリチウムイオン電池用制御装置において、
前記駆動用モータに過電流が流れた回数をカウントするカウント手段と、
前記カウント手段がカウントした値が、所定回数を越えたときに、前記加熱ヒータにより、前記リチウムイオン電池を加熱する加熱手段を有することを特徴とするリチウムイオン電池制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載するリチウムイオン電池用制御装置において、
前記過電流を決定するしきい値が、電池温度とＳＯＣを因子とする関数であることを特徴とするリチウムイオン電池用制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載するリチウムイオン電池用制御装置において、
前記駆動モータが自動車の車輪を回転させるものであること、
前記過電流が、前記車輪のスリップ、または前記自動車の急激な加減速により発生したものであること、
を特徴とするリチウムイオン電池用制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載するリチウムイオン電池用制御装置のいずれか１つにおいて、
前記所定回数が、２５回以下であることを特徴とするリチウムイオン電池用制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載するリチウムイオン電池用制御手段のいずれか１つを有することを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、駆動用モータを駆動するためのものであって、加熱ヒータを備えるリチウムイオン電池を制御するリチウムイオン電池用制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、充放電を繰り返すことで（特に低温環境下で加速される）負極で生じるリチウム析出に対して、リチウムイオン電池を加熱することで、リチウムイオン電池のサイクル劣化を抑制することが、開示されている。
特許文献２には、極低温環境下での負極でのリチウム析出に対して、バッテリ充電量を多くした後、バッテリ温度が所定値以下になった場合に、放電による内部発熱を促進することが開示されている。
特許文献３には、過充電により負極で生じるリチウム析出に対して、正負極板以外に挿入退避し得る第３極を設けることが開示されている。
特許文献４の段落(0008)には、放電後、負極を液体金属または液体合金の融点以上の温度に保つことにより、電池のサイクル特性を回復することを特徴とするリチウム二次電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-330008号公報
【特許文献２】特開2008-016229号公報
【特許文献３】特開平10-083806号公報
【特許文献４】特開2001-250543号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１乃至３に開示された発明には、次のような問題があった。
すなわち、低温環境下や過充電によりリチウム析出が発生した場合の対策のみを課題としており、例えば、自動車の駆動用モータに使用されるリチウムイオン電池については、考慮されていない問題があった。
具体的には、自動車においては、リチウムイオン電池は、通常、ＥＣＵにより制御され、充放電電流が決定されているが、自動車の車輪がスリップした場合、または自動車に急激な加減速を行った場合に、極めて短時間ではあるが、制御遅れが発生する。その制御遅れにより、充放電不可能なリチウムが発生し、負極表面上に堆積して、電池容量の低下を引き起こすことを、本発明者は発見した。ここで、リチウムが発生する原因は、負極に過電流により生じたリチウムイオンが挿入できずに、金属として析出するためと考えられる。１回の現象では、析出するリチウムは僅かであるため、問題とならないが、多数回繰り返されると、電池の劣化の問題があることを、本発明者は発見した。
特許文献１乃至４には、自動車の車輪のスリップや、自動車の急激な加減速で発生する、負極表面のリチウム堆積による電池の劣化については、全く開示されていない。
【０００５】
この発明は上記問題点を解決するためのものであって、自動車の車輪のスリップや、自動車の急激な加減速により発生する負極表面のリチウム堆積による電池の劣化を防止するリチウムイオン電池用制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のリチウムイオン電池用制御装置、次の構成を有している。
（１）駆動用モータを駆動するためのものであって、加熱ヒータを備えるリチウムイオン電池を制御するリチウムイオン電池用制御装置であって、駆動用モータに過電流が流れた回数をカウントするカウント手段と、カウント手段がカウントした値が、所定回数を越えたときに、加熱ヒータにより、リチウムイオン電池を加熱する加熱手段を有する。
（２）（１）に記載するリチウムイオン電池用制御装置において、前記過電流を決定するしきい値が、電池温度とＳＯＣを因子とする関数であることを特徴とする。
（３）（２）に記載するリチウムイオン電池用制御装置において、前記駆動モータが自動車の車輪を回転させるものであること、前記過電流が、前記車輪のスリップ、または前記自動車の急激な加減速により発生したものであること、を特徴とする。
（４）（１）乃至（３）に記載するリチウムイオン電池用制御装置のいずれか１つにおいて、前記所定回数が、２５回以下であることを特徴とする。
また、本発明の自動車は、次の構成を有している。
（５）（１）乃至（４）に記載するリチウムイオン電池用制御手段のいずれか１つを有する。
【発明の効果】
【０００７】
次に、上記構成を有する本発明のリチウムイオン電池用制御装置の作用・効果について説明する。
本発明のリチウムイオン電池用制御装置は、駆動用モータを駆動するためのものであって、加熱ヒータを備えるリチウムイオン電池を制御するリチウムイオン電池用制御装置であって、駆動用モータに過電流が流れた回数をカウントするカウント手段と、カウント手段がカウントした値が、所定回数を越えたときに、加熱ヒータにより、リチウムイオン電池を加熱する加熱手段を有するので、例えば、自動車の車輪がスリップした場合、または自動車に急激な加減速を行った場合に発生する制御遅れにより、充放電不可能なリチウムが発生し、負極表面上に堆積しそうなときに、カウント手段のカウントした回数が所定回数を越えることにより堆積しそうな状況を推測して、加熱ヒータによりリチウムイオン電池を加温するため、負極におけるリチウムの析出を抑制することができ、電池の劣化を防止できる。
ここで、過電流とするか否かのしきい値（過電流を決定するしきい値）を、電池温度とＳＯＣを因子とする関数としているので、負極にリチウムが析出する状況を正確に推測することができるため、負極におけるリチウムの析出を確実に抑制することができ、電池の劣化を防止することができる。例えば、寒い地方等では、リチウムが析出しやすいので、過電流のしきい値を低くすることが考えられる。
本発明者の実験によれば、所定回数が１００回を越える場合には、電池の劣化が顕著であり、２０回以下では、電池の劣化はほとんど生じない。安全を見込んでも、２５回以下とすれば、実際上、電池の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のリチウムイオン電池１１のデータ図である。
【図２】電池容量測定方法を示す図である。
【図３】ＳＯＣ調整方法を示す図である。
【図４】サイクル試験条件を示す図である。
【図５】本発明の確認試験のデータ図である。
【図６】本発明の超過電流のカウントロジックを示すフローチャートである。
【図７】本発明のリチウム電池制御装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明におけるリチウムイオン電池用制御装置を具体化した一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施例では、プラグインタイプのハイブリッド自動車を用いている。
図１に、本実施例で使用するリチウムイオン電池の構成を示す。正極は、LiniO2  が、９０ｗｔ％、導電材が、７ｗｔ％、結着材が、３ｗｔ％である。負極は、黒鉛が、９０ｗｔ％、増粘材が、１ｗｔ％、結着材が、１ｗｔ％である。セパレータは、ＰＰを用いている。電解液は、１M−LiPE6  （ＥＣ：ＥＭＣ＝１：３  体積比）である。
図７に、本発明のリチウムイオン電池、及びリチウムイオン電池用制御装置の構成を示す。リチウムイオン電池１１には、加熱ヒータ１２が付設されている。リチウムイオン電池１１の出力は、自動車の駆動用のモータ１９に接続している。また、リチウムイオン電池１１は、自動車の制御装置であるＥＣＵ１３に接続している。また、ＥＣＵ１３には、加熱ヒータ１２、電池の外周面の温度を測定するための温度センサ１７、家用電源と接続するプラグイン電源１８、モータ１９が接続している。プラグイン電源１８は、ＥＣＵ１３に電気を供給可能であり、また、ＥＣＵ１３を介して、リチウムイオン電池１１、及び加熱ヒータ１２に電気を供給可能である。
ＥＣＵ１３は、制御プログラム１４、過電流しきい値記憶部１５、及びＳＯＣ演算部１６を有している。
【００１０】
図６に、本発明のリチウムイオン電池用制御装置である制御プログラム１４の制御方法をフローチャートで示す。
プログラムがスタート（Ｓ１）すると、ＥＣＵ１３は、リチウムイオン電池１１からモータ１９に流れている電流値を検知する（Ｓ２）。次に、ＥＣＵ１３は、Ｓ２で得た電流値と、温度センサ１７から検知した電池温度に基づいて、過電流しきい値記憶部１５から、所定のしきい値を読み出す。過電流しきい値は、電池温度を横軸とし、ＳＯＣを縦軸としたマップに記憶されている。すなわち、過電流しきい値は、電池温度とＳＯＣを因子とする関数である。過電流しきい値を決定するのに、電池温度を用いるのは、リチウムの析出状況が、電池の温度により大きく変化するからである。すなわち、低温では、リチウムの析出が多く、高温では、リチウムの析出が少ない。
【００１１】
次に、Ｓ２で得た電流値と過電流しきい値とを比較して、Ｓ２で得た電流値が過電流しきい値より小さい場合には（Ｓ４；ＮＯ）、スタートＳ１に戻る。また、Ｓ２で得た電流値が過電流しきい値と等しいかまたは大きい場合には（Ｓ４；ＹＥＳ）、電流超過回数に１プラスした後、電流超過回数が、過電流しきい値記憶部１５に記憶されているしきい値回数と比較する（Ｓ５）。Ｓ４が、特許請求の範囲のカウント手段に相当する。
電流超過回数が、しきい値回数より少ない場合には（Ｓ５；ＮＯ）、スタートＳ１に戻る。また、電流超過回数が、しきい値回数よりと等しいか、または越えている場合には（Ｓ５；ＹＥＳ）、ＥＣＵ１３は、プラグイン電源１８より加熱ヒータ１２に通電して、リチウムイオン電池１１を所定時間加温する。本実施例では、加温温度は４５℃とし、加温時間は、１２時間としている。リチウムイオン電池１１の回復を図るための加温なので、プラグイン電源により、家等からの商業用電源を得て、１２時間の加温を行うので、夜間等、自動車が停車しているときに、加温を行っている。
【００１２】
次に、上記構成を有するリチウムイオン電池制御装置の作用・確認試験について説明する。確認試験の方法について説明する。
図２に、電池容量の測定方法を示す。電気容量は、試験対象であるリチウムイオン電池１１の電池容量を始めに測定し、後で説明するサイクル試験を終了した時点で、再度電池容量を測定して、両者の容量低下率を求めている。図２に示すのは、始めと、サイクル試験終了後に行う電池容量の測定方法である。
ステップ１では、３時間、温度２５℃でリチウムイオン電池１１を休止させる。次に、ステップ２では、ＣＣ−ＣＶ充電を行う。ＣＣ−ＣＶ充電の条件は、設定電流５．０Ａ、終始電圧４．１０Ｖ、終始時間２時間、温度２５℃である。次に、ステップ３では、３０分間休止する。次に、ステップ４では、ＣＣ放電を行い、リチウムイオン電池１１の容量低下量を測定する。ＣＣ放電の条件は、設定電流１．０Ａ、終始電圧３．００Ｖ、温度２５℃である。
サイクル試験前に、図２の方法で、リチウムイオン電池１１の容量低下量を測定し、Ａ（Ａｈ）とする。また、サイクル試験後に、同じ方法で、リチウムイオン電池１１の容量低下量を測定し、Ｂ（Ａｈ）とする。容量低下率Ｘ（％）は、Ｘ＝１００＊（Ａ−Ｂ）／Ａで求める。
【００１３】
次に、サイクル試験を開始する前のＳＯＣ調整方法を図３に示す。サイクル試験を開始する前に、リチウムイオン電池１１を、図３に示すＳＯＣ調整方法により調整する。
ステップ１では、温度２５℃で、３時間休止させる。次に、ステップ２では、ＣＣＣ充電を行う。ＣＣＣ充電の条件は、設定電流５．０Ａ、終始電圧３．６Ｖ、終始時間１秒、温度２５℃である。
次に、サイクル試験の方法を図４に示す。
ステップ１では、リチウムイオン電池１１を、３時間、温度−１５℃で休止させる。次に、ステップ２では、ＣＣ充電を行う。ＣＣ充電の条件は、設定電流１００Ａ、終始時間０．１秒、温度−１５℃である。この１００Ａは、過電流に相当する。次に、ステップ３では、ＣＣ放電を行う。ＣＣ放電の条件は、設定電流１Ａ、終始時間１０秒、温度−１５℃である。次に、ステップ４では、温度−１５℃で、終始時間４９．９秒の休止をさせる。以下、サイクル試験は、ステップ２からステップ４を、必要な回数繰り返す。
【００１４】
確認試験Ａでは、１０００回のサイクル試験を行い、確認試験の前後で、図２の容量低下量を求めて、容量低下率Ｘを求めた。そして、確認試験Ａを１０００回まで行った実験結果を図５に示す。Ａで示す線が、確認試験Ａの結果である。横軸が確認試験を行った回数を示し、縦軸が容量低下率を示している。確認試験Ａでは、リチウムイオン電池１１の加温を全くおこなっていない。１０００回のサイクル試験前後での容量低下量測定を、１０００回行った実験の結果をＡで示している。
確認試験Ｂでは、１００回のサイクル試験を行い、その後、リチウムイオン電池１１を４５℃で、１２時間加温している。１００回のサイクル試験と１２時間の加温を組み合わせた実験の前後で容量低下量を測定する確認試験Ｂを１０００回まで行った結果を図５に、Ｂで示している。
確認試験Ｃでは、２０回のサイクル試験を行い、その後、リチウムイオン電池１１を４５℃で、１２時間加温している。２０回のサイクル試験と１２時間の加温を組み合わせた実験の前後で容量低下量を測定する確認試験Ｃを１０００回まで行った結果を図５に、Ｃで示している。
【００１５】
図５のＡに示すように、１００Ａの過電流を１０００回受けて、加温を全く行わない場合（確認試験Ａの場合）には、１０００回繰り返すと、容量低下率が５％に達してしまう。また、Ｂに示すように、１００回の過電流を受けた後で、４５℃、１２時間の加温を行うと（確認試験Ｂの場合）、１０００回繰り返しても、容量低下率が２．５％程度と、加温しない場合（確認試験Ａの場合）の半分の低下率となる。
さらに、Ｃに示すように、２０回の過電流を受けた後で、４５℃、１２時間の加温を行うと（確認試験Ｃの場合）、１０００回繰り返しても、容量低下率が０．２〜０．３％まで低下する。
この確認試験結果より、実際上は、２５回の過電流を受けた後で、プラグイン電源１８により、１２時間、４５℃の加温を行うことにより、容量低下率が、実際上問題とならないレベルまで低下させることができることが実証された。
【００１６】
以上、詳細に説明したように、本実施例のリチウムイオン電池用制御装置によれば、自動車駆動用のモータ１９を駆動するためのものであって、加熱ヒータ１２を備えるリチウムイオン電池１１を制御するリチウムイオン電池用制御装置であるＥＣＵ１３と制御プログラム１４において、モータ１９に過電流が流れた回数をカウントするカウント手段（Ｓ４）と、カウント手段（Ｓ４）がカウントした値が、過電流しきい値記憶部１５が記憶する所定回数を越えたとき（Ｓ５）に、加熱ヒータ１２により、リチウムイオン電池１１を加熱する加熱手段（Ｓ６）を有するので、例えば、自動車の車輪がスリップした場合、または自動車に急激な加減速を行った場合に発生する制御遅れにより、充放電不可能なリチウムが発生し、負極表面上に堆積しそうなときに、カウント手段（Ｓ４）のカウントした回数が所定回数を越えることにより堆積しそうな状況を推測して、加熱ヒータ１２によりリチウムイオン電池１１を加熱するため、負極におけるリチウムの析出を抑制することができ、リチウムイオン電池１１の劣化を防止できる。
ここで、過電流とするか否かのしきい値（過電流を決定するしきい値）を、電池温度とＳＯＣの関数としているので、負極にリチウムが析出する状況を正確に推測することができるため、負極におけるリチウムの析出を確実に抑制することができ、リチウムイオン電池１１の劣化を防止することができる。
本発明者の実験によれば、所定回数が１００回を越える場合には、電池の劣化が顕著であり、２０回以下では、電池の劣化はほとんど生じない。安全を見込んでも、２５回以下とすれば、実際上、リチウムイオン電池１１の劣化を防止できる。
【００１７】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
例えば、本実施例では、リチウムイオン電池１１に対して、１２時間、４５℃の加温を行っているが、過電流のしきい値との関係で、時間及び加温温度を変更しても良い。また、本実施例では、加温温度を、４５℃としているが、加温するときの電池温度に応じて、加温温度を変化させても良い。
【符号の説明】
【００１８】
１１  リチウムイオン電池
１２  加熱ヒータ
１３  ＥＣＵ
１４  制御プログラム
１５  過電流しきい値記憶部
１６  ＳＯＣ演算部
１７  温度センサ
１８  プラグイン電源
１９  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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