(57)【要約】【課題】電解液が過度に酸化分解されるのを防止すること【解決手段】  ここで提案される電池制御装置１０は、二次電池１００の電圧を検知する電圧センサー１１と、電圧変化記録部１２と、電流遮断部１３とを備えている。電圧変化記録部１２は、電圧センサー１１によって得られる二次電池１００の電圧に基づいて、二次電池１００の単位時間当たりの電圧変化を時刻毎に記録する。電流遮断部１３は、予め定められた過充電領域よりも高い電圧が検知された際に、電圧変化記録部１２に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ）と、当該電圧変化ΔＶ（ｉ）の１つ前の時刻に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ−１）との比｛ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝を得る。そして、｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下である時に、充電電流を遮断するように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電圧を検知する電圧センサーと、
前記電圧センサーによって得られる二次電池の電圧に基づいて、二次電池の単位時間当たりの電圧変化を時刻毎に記録する電圧変化記録部と、
予め定められた過充電領域よりも高い電圧が検知された際に、前記電圧変化記録部に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ）と、当該電圧変化ΔＶ（ｉ）の１つ前の時刻に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ−１）との比｛ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝を得て、当該｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下である時に、充電電流を遮断するように構成された電流遮断部と
を備えた、電池制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００１−１１０４５７号公報には、以下のａ〜ｆの条件のいずれか1つを満たすとき、２次電池が異常状態に推移していると判定する異常状態判定装置が開示されている。また、異常状態判定装置によって、２次電池が異常状態に推移していることが判定されたときに、２次電池に流れる電流を遮断し、電池電圧が所定値以上のときに、２次電池を放電させることが開示されている。
ａ．充電電流が所定値以上流れ、かつ電池電圧が略一定状態のとき、
ｂ．充電電流が流れ、かつ電池電圧が減少したとき、
ｃ．充電電流が流れ、かつ電池電圧が急激に上昇したとき、
ｄ．充電電流及び放電電流が流れていない状態で電池電圧が減少したとき、
ｅ．放電電流が流れているか、または充電電流及び放電電流が流れていない状態で電池電圧が上昇したとき、
ｆ．放電電流が流れているか、または充電電流及び放電電流が流れていない状態で電池電圧が急激に減少したとき。
【０００３】
特開２０１５−３５９４９号公報には、ｎ回目の充電時における最大バッテリー電圧値が、ｎ−１回目の充電時における最大バッテリー電圧値よりも小さい場合には、ΔＶ２＝（ｎ−１回目の充電時における最大バッテリー電圧値）−（ｎ回目の充電時における最大バッテリー電圧値）を計算する。そして、ΔＶ２が、所定の設定値よりも大きくなった場合には、バッテリーの充電を完了させるように構成することが開示されている。
【０００４】
特開２００８−９９５４１号公報には、充電状態がリセットされた時点以後の電流積算結果を用いて過充電を判断することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１０４５７号公報
【特許文献２】特開２０１５−３５９４９号公報
【特許文献３】特開２００８−９９５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここでは、二次電池の過充電状態を検知して充電電流を遮断する装置に関して新規な構成を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで提案される電池制御装置は、二次電池の電圧を検知する電圧センサーと、電圧変化記録部と、電流遮断部とを備えている。電圧変化記録部は、電圧センサーによって得られる二次電池の電圧に基づいて、二次電池の単位時間当たりの電圧変化を時刻毎に記録する。電流遮断部は、予め定められた過充電領域よりも高い電圧が検知された際に、電圧変化記録部に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ）と、当該電圧変化ΔＶ（ｉ）の１つ前の時刻に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ−１）との比｛ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝を得る。そして、｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下である時に、充電電流を遮断するように構成されている。この電池制御装置によれば、電解液が過度に酸化分解されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、ここで提案される電池制御装置１０の模式図である。
【図２】図２は、充電中の二次電池について過充電領域における電圧変化の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、電解液中の酸量を示すグラフである。
【図４】図４は、ここで提案される電池制御装置１０の制御フローの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、ここで提案される電池制御装置の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。
【００１０】
図１は、ここで提案される電池制御装置１０の模式図である。電池制御装置１０は、図１に示すように、二次電池１００を制御する装置である。電池制御装置１０は、電圧センサー１１と、電圧変化記録部１２と、電流遮断部１３とを備えている。図１では、模式的に図示されているが、二次電池１００は、単電池に限定されない。二次電池１００は、単電池でもよいし、複数の電池が直列または並列に組み合わされた組電池でもよい。
【００１１】
二次電池１００は、例えば、リチウムイオン二次電池である。制御対象となる二次電池１００の正極１０１と負極１０２が入力側装置２１０と出力側装置２２０とに接続されている。その回路には、入力側装置２１０との接続を切り替えるスイッチ２１２と、出力側装置２２０との接続を切り替えるスイッチ２２２とが設けられている。スイッチ２１２、２２２は、それぞれ電池制御装置１０によって操作される。ここで、入力側装置２１０は、二次電池１００に充電電圧を印加する装置であり、発電機などが相当する。出力側装置２２０は、二次電池１００に接続され、出力対象となる外部装置である。
【００１２】
電圧センサー１１は、二次電池１００の正負極間の電圧を測定するためのセンサーである。電池制御装置１０は、電圧センサー１１の他、電流計１４を備えている。電流計１４は、上記回路において二次電池１００への入力と出力の電流値（充電と放電の電流値）を測定する。
【００１３】
電圧変化記録部１２は、二次電池１００の電圧変化を時刻毎に記録する。二次電池１００の電圧は、電圧センサー１１によって得られる測定値が採用されうる。電圧変化記録部１２は、二次電池１００の電圧変化を常時記録している必要はない。電圧変化記録部１２は、例えば、予め定められた過充電領域よりも高い電圧が検知された際に、少なくとも充電中における単位時間当たりの電圧変化ΔＶを得る。そして、得られた電圧変化ΔＶを時刻毎に記録するとよい。
【００１４】
電流遮断部１３は、予め定められた過充電領域よりも高い電圧が検知された際に、電圧変化記録部１２に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ）と、当該電圧変化ΔＶ（ｉ）の１つ前の時刻に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ−１）との比｛ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝を得る。電流遮断部１３は、得られた｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下である時に、充電電流を遮断するように構成されている。
【００１５】
ここで、二次電池１００の正極には、リチウム金属基準（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）での開回路電圧（ＯＣＶ）が４Ｖ以上である正極活物質が用いられている。このような正極活物質には、例えば、層状系、スピネル系等のリチウム複合金属酸化物が好ましく用いることができる。リチウム複合金属酸化物には、例えば、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４，ＬｉＣｒＭｎＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４等が例示されうる。
二次電池１００の負極には、容量に対する電位変化が小さい材料が用いられる。このような材料には、例えば、Ｌｉ金属やソフトカーボンが例示されうる。
二次電池１００の電解質には、例えば、ＬｉＰＦ６のような塩を、エチレンカーボネートなどのカルボニル系の溶媒に溶解させた非水電解質が用いられる。
【００１６】
このような二次電池１００は、概ね可逆的な電池反応が生じうるように、予め定められたＳＯＣ（State Of Charge）の範囲内で充電と放電が繰り返されて用いられる。このようなＳＯＣの範囲内で、充電と放電が繰り返される場合には、電池性能の劣化が小さく抑えられる。これに対して、過度に充電されると、電池内部で不可逆的な反応が生じ、電池性能が劣化する。このため、二次電池１００は、当該過度に充電された領域に至る前に充電が停止されるように制御される。
【００１７】
ここで、図２は、充電中の二次電池について過充電領域における電圧変化の一例を示すグラフである。つまり、図２のグラフでは、二次電池１００が予め定められたＳＯＣの範囲の上限を超えて過充電領域に入ったところを基準０とし、そこから一定の電流値で二次電池１００を充電した際の電圧の経時的な変化が示されている。図２のグラフでは、横軸の時間は、充電量とも考えられうる。
【００１８】
本発明者は、図２に示すように、二次電池を定電流で充電すると、過充電領域の初期に電圧変化の割合が変化する小さな変化点Ｘ１があることを見出した。この変化点Ｘ１では、電圧変化の割合が変化しており、充電量に対する単位時間当たりの電圧の上昇が緩やかになる。この小さな変化点Ｘ１を過ぎてさらに充電されると、電圧が急激に大きくなる変化点Ｘ２が表れる。それを過ぎると電圧が高止まりする。
【００１９】
本発明者は、当該二次電池の過充電領域を、電圧変化の割合が変化する点に区切りを設けて区切り毎に、小領域を設定した。本発明者は、図２に示された例のように、ＳＯＣの範囲の上限を超えて過充電領域に入ったところを基準点Ａとした。そして、基準点Ａから変化点Ｘ１までの領域を領域Ｂとした。変化点Ｘ１から変化点Ｘ２までの領域を領域Ｃとした。そして、変化点Ｘ２を過ぎて電圧が高止まりした領域を領域Ｄとした。
【００２０】
ここで、電圧変化は、単位時間当たりの電圧の変化の割合で評価できる。電圧の変化の割合は、例えば、一定の電流値で単位時間（例えば、１０秒間）充電した際の電圧変化を、その充電時間（ここでは、１０秒）で割った値で評価しうる。図２に示す例では、領域Ｂの電圧変化の割合がΔＶＢとされ、領域Ｃの電圧変化の割合がΔＶＣとされている。図２に示すように、ＳＯＣの範囲の上限を超えて過充電領域を過ぎて最初に表れる小さな変化点Ｘ１では、電圧変化の割合がΔＶＢ＞ΔＶＣと変化しており、電圧の上昇が緩やかになる。
【００２１】
図３は、電解液中の酸量を示すグラフである。本発明者は、図３に示すように、過充電領域の初期から充電量が増えていく毎に、区切られた各小領域において電解液中の酸量を測定した。電解液中の酸量は、当該充電領域において充電を止めて二次電池１００から電解液を取り出す。当該電解液に対して酸塩基滴定（中和滴定とも称される）を行った。そして、ＳＯＣの範囲の上限を超えて過充電領域に入った時点での、電解液の酸量を基準にして、酸量を相対的に評価した。つまり、当該充電領域において得られた電解液の酸量を、基準となる過充電領域に入った時点での電解液の酸量で割った値を基に、グラフを作成している。なお、発生する酸としては、この実施形態では、例えば、ＨＦなどが考えられうる。酸塩基滴定で用いられる塩基としては、アミン系の塩基が用いられうる。図３のグラフを得た試験では、トリプロピルアミンを用いた。
【００２２】
図３に示すように、本発明者は、区切られた各小領域において電解液中の酸量を測定した結果、電圧変化の割合が小さくなる変化点Ｘ１よりも前の領域Ｂでは、基準点Ａに対して電解液中の酸量がそれほど増えていない。これに対して、変化点Ｘ１よりも後の領域Ｃでは、基準点Ａに対して電解液中の酸量が著しく増加する。電解液中の酸量が増加することは、電解液が酸化分解されたことを示している。このため、本発明者は、二次電池１００についてかかる変化点Ｘ１を検知して、変化点Ｘ１にて二次電池１００への充電電流を遮断することを思いついた。変化点Ｘ１を検知して、変化点Ｘ１にて二次電池１００への充電電流を遮断することによって、充電が継続されて電解液が急激に酸化分解されてしまうのを防止できる。つまり、変化点Ｘ１を過ぎると、電解液が急激に酸化分解され、この反応に電流が消費されるために、充電量が抑えられ、電圧が上昇する割合が低くなるものと考えられる。
【００２３】
図４は、ここで提案される電池制御装置１０の制御フローの一例を示すフローチャートである。図４に示される制御フローでは、車両の走行時に、回生エネルギーやエンジンの回転に伴って充電される二次電池に対する制御が例示されている。
【００２４】
図４の例では、まず車両が走行しているか否かが判定される（Ｓ１）。車両が走行していない場合（Ｎｏ）には、本制御は不要であり、走行するまで判定処理Ｓ１が繰り返される（Ｓ２）。次に、車両が走行している場合（Ｙｅｓ）には、二次電池１００が充電されているか否かが判定される（Ｓ３）。二次電池１００が充電されていない場合（Ｎｏ）には、本発明の制御は不要であり、二次電池１００が充電されるまで判定処理Ｓ１が繰り返される。二次電池１００が充電されている場合（Ｙｅｓ）には、電圧変化ΔＶが監視される（Ｓ４）。つまり、電圧センサー１１（図１参照）によって得られる二次電池１００の電圧に基づいて、二次電池１００の単位時間当たりの電圧変化ΔＶを時刻毎に記録する。
【００２５】
例えば、電圧センサー１１（図１参照）によって得られる二次電池１００の電圧に関するデータが時刻毎に記録される。そして、単位時間毎に、予め定められた時間毎の電圧の変化の割合ΔＶを算出し、かつ、記録する。かかる処理は、電池制御装置１０の電圧変化記録部１２が担っている。つまり、電圧変化記録部１２は、予め定められたプログラムに沿って、電圧センサー１１（図１参照）によって電圧Ｖ（ｋ）が得られたある時刻（ｋ）に対して、予め定められた時間前の時刻（ｊ）に得られた二次電池１００の電圧Ｖ（ｊ）を得る。そして、当該時刻（ｋ）での電圧の変化の割合ΔＶ（ｋ）を、ΔＶ（ｋ）＝｛Ｖ（ｋ）−Ｖ（ｊ）｝／（ｋ−ｊ）の式に従って算出する。これによって、予め定められた時間（ｋ−ｊ）における、電圧の変化｛Ｖ（ｋ）−Ｖ（ｊ）｝の割合ΔＶ（ｋ）が得られる。この二次電池１００の単位時間当たりの電圧変化ΔＶを、時刻毎に記録する処理Ｓ４を実行する。かかる電圧変化ΔＶは、例えば、単位時間毎に算出し、電圧変化ΔＶが得られた時刻と関連づけて記録するとよい。
【００２６】
次に、電圧変化ΔＶが記録された時刻（ｉ）毎に、当該時刻（ｉ）における電圧変化ΔＶ（ｉ）の１つ前の時刻に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ−１）との比｛ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝を得る。そして、当該｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下であるか否かを判定する（Ｓ５）。つまり、｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝≦Ｔが判定される。ここで、ｉは電圧変化ΔＶが得られた任意の時刻である。Ｔは、上述した変化点Ｘ１を見出すのに適当な閾値を設定するとよい。ここでは、例えば、Ｔは、０．９５以下の値（例えば、０．９０など）で設定できる。これによって、過充電領域において電圧の変化（上昇）が緩やかになる時点（つまり、変化点Ｘ１）が見出される。
【００２７】
当該｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下でない場合（Ｎｏ）には、充電が継続され、電圧変化ΔＶを監視する処理Ｓ４に戻される。｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下である場合（Ｙｅｓ）には、充電電流が遮断される（Ｓ６）。充電電流を遮断する処理Ｓ６では、例えば、入力側装置２１０との接続を切り替えるスイッチ２１２がＯＦＦにされる。さらに当該処理Ｓ６では、出力側装置２２０との接続を切り替えるスイッチ２２２をＯＮにして、強制的に二次電池１００から放電してもよい。強制的に二次電池１００から放電することによって、二次電池１００の過充電状態を早期に解消させることができる。充電電流を遮断する処理Ｓ６の後、制御を終了してもよい。また、図４において破線で示すように、エンジンの停止によって制御が終了することを前提に、処理Ｓ１へ戻しても良い。
【００２８】
かかる処理Ｓ５およびＳ６は、電池制御装置１０の電流遮断部１３が担っている。つまり、電流遮断部１３は、予め定められたプログラムに沿って、予め定められた過充電領域よりも高い電圧が検知された際に、電圧変化記録部１２に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ）と、当該電圧変化ΔＶ（ｉ）の１つ前の時刻に記録された電圧変化ΔＶ（ｉ−１）との比｛ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝を得る。そして、当該｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下である時に、充電電流を遮断する。これによって、電解液の酸量が上昇した時に充電電流が遮断される。このため、電解液が過度に酸化分解されるのを防止できる。
【００２９】
なお、電解液の耐酸化性は、電解液に用いる溶媒の種類などによって異なる。本制御によれば、電解液の種類によらずに、電圧変化ΔＶを基に、｛比ΔＶ（ｉ）／ΔＶ（ｉ−１）｝が予め定められた閾値Ｔ以下である時に、充電電流が遮断される。このため、電解液の種類によらずに適用され、適切なタイミングで二次電池１００の充電が停止されうる。このため、この電池制御装置１０は、二次電池１００の電池性能を維持する上で好適に寄与しうる。
【００３０】
以上、ここで提案される電池制御装置について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた電池制御装置の実施形態などは、本発明を限定しない。
【符号の説明】
【００３１】
１０  電池制御装置
１１  電圧センサー
１２  電圧変化記録部
１３  電流遮断部
１４  電流計
１００  二次電池
１０１  正極
１０２  負極
２１０  入力側装置
２１２  スイッチ
２２０  出力側装置
２２２  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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