(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン二次電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定するＳＯＣ推定部と、
前記リチウムイオン二次電池のリチウム析出を判定するための基準となるデータを保持する記憶部と、
前記ＳＯＣ推定部により推定されたＳＯＣに対する電池電圧の微分係数と、前記記憶部より読み出された基準となるＳＯＣに対する電池電圧の微分係数とを比較し、これらの微分係数に差が認められる場合には、前記リチウムイオン二次電池にリチウムが析出したものと判定するリチウム析出判定部と、
を備える電池管理装置。
【請求項２】
リチウムイオン二次電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定するＳＯＣ推定部と、
前記リチウムイオン二次電池のリチウム析出を判定するための基準となるデータを保持する記憶部と、
前記ＳＯＣ推定部により推定されたＳＯＣおよび前記推定されたＳＯＣに対応する電池電圧に基づく測定データと、前記記憶部より読み出された基準となるＳＯＣおよび電池電圧に基づく基準データとを比較し、前記測定データと前記基準データとに差が認められる場合には、前記リチウムイオン二次電池にリチウムが析出したものと判定するリチウム析出判定部と、を備える電池管理装置であって、
前記基準データは、前記リチウムイオン二次電池の放電停止電圧を考慮して設定されたるデータである、電池管理装置。
【請求項３】
前記基準となるＳＯＣおよび前記基準となるＳＯＣに対応する電池電圧は、初期状態のリチウムイオン二次電池を低レートで充電することにより測定されたものである、請求項１又は請求項２に記載の電池管理装置。
【請求項４】
前記基準となるＳＯＣおよび前記基準となるＳＯＣに対応する電池電圧は、ＳＯＣ−ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）テーブルとＤＣＩＲ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）マップより求めたものである、請求項１又は請求項２に記載の電池管理装置。
【請求項５】
前記電池管理装置は、充電条件変更部をさらに備え、
前記充電条件変更部は、前記リチウム析出判定部によりリチウムの析出が検出された電圧を、前記リチウムイオン二次電池の充電の上限電圧として設定する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電池管理装置。
【請求項６】
前記電池管理装置は、充電条件変更部をさらに備え、
前記充電条件変更部は、前記リチウム析出判定部によりリチウムの析出が検出された場合、前記リチウムイオン二次電池の充電レートを、前記リチウムの析出が検出された際の充電レートよりも低い充電レートに切り替える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電池管理装置。
【請求項７】
複数のリチウムイオン二次電池を備えた電池モジュールと、
前記電池モジュールの電圧を測定する電圧センサと、
請求項１から請求項６のいずれかに記載された電池管理装置と、
を備えた電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウムイオン二次電池の電池管理装置および電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用二次電池や大型蓄電システムは、ノートパソコンや携帯電話などと比較し、厳格な安全管理が求められる。リチウム析出の有無を判定することにより、リチウムイオン二次電池の劣化状態を推定する方法が知られている。  特許文献１では、定電流充電によって徐々に上昇する電池電圧Ｖの時間ｔ当たりの変化量（ｄＶ／ｄｔ）を検出し、電池電圧Ｖの時間ｔ当たりの変化量（ｄＶ／ｄｔ）の極小値を算出することにより、リチウム析出の有無を判定している。【０００３】
特許文献２では、車両が所定の走行距離を移動した際のリチウムイオン二次電池のＯＣＶおよびＳＯＣを算出し、これらの値について新品時のリチウムイオン二次電池のＯＣＶおよびＳＯＣと比較することによって、リチウム析出の有無を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８９３６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−６６２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
引用文献１の実施例では、グラファイト（Ｃ）からなる作用極と、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）からなる対極と、リチウム（Ｌｉ）からなる参照極とを備えた三極セルで構成されたリチウムイオン二次電池について、リチウム析出の有無を判定している。また、引用文献１では、充電期間中におけるｄＶ／ｄｔの一時的な変化によってリチウム析出の有無を判定している。引用文献１に開示されている技術によって、複数の電池を含んで構成されるような電池モジュールにおけるリチウム析出の有無を判定しようとしても、電池各々の個性によって、リチウムの析出が認められるようなｄＶ／ｄｔの極小値を見出すことが困難な場合がある。また、複数の電池を含んで構成されるような電池モジュールに限らず１つの電池を含んで構成されるような電池モジュールであっても、電池の個性によって、リチウム析出が検出されるようなｄＶ／ｄｔの一時的変化を正確に把握することが困難な場合もある。【０００６】
引用文献２では、所定の走行距離を移動したタイミングにおいて、ＯＣＶ等を算出している。したがって、所定の走行距離を移動した後でなければリチウム析出の有無は判定されず、走行中にリチウム析出したような場合に、電池の劣化を抑制するような手段を講ずることができない。【０００７】
そこで本開示は、リチウムイオン二次電池を含んで構成されるような電池モジュールについて、充電の途中においてリチウム析出の検出が可能な電池管理装置および電源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】
【０００８】
本開示にかかる電池管理装置は、ＳＯＣ推定部と記憶部とリチウム析出判定部とを備える。ＳＯＣ推定部は、リチウムイオン二次電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ＯｆＣｈａｒｇｅ）を推定する。記憶部は、リチウムイオン二次電池のリチウム析出を判定するための基準となるデータを保持する。リチウム析出判定部は、ＳＯＣ推定部により推定されたＳＯＣに対する電池電圧の微分係数と、記憶部より読み出された基準となるＳＯＣに対する電池電圧の微分係数とを比較し、これらの微分係数に差が認められる場合には、リチウムイオン二次電池にリチウムが析出したものと判定する。【０００９】
また、リチウム析出判定部は、ＳＯＣ推定部により推定されたＳＯＣおよび推定されたＳＯＣに対応する電池電圧に基づく測定データと、記憶部より読み出された基準となるＳＯＣおよび電池電圧に基づく基準データとを比較し、測定データと基準データとに差が認められる場合には、リチウムイオン二次電池にリチウムが析出したものと判定することもできる。基準データは、リチウムイオン二次電池の放電停止電圧を考慮して設定されたデータである。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、リチウムイオン二次電池を含んで構成されるような電池モジュールについて、充電の途中においてリチウム析出の検出が可能な電池管理装置および電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は実施形態に係る蓄電池システムを説明するための図である。
【図２】図２は実施形態に係る電池状態推定装置の構成例を示す図である。
【図３】図３は実施形態に係る記憶部の構成例を示す図である。
【図４】図４は実施形態に係るリチウムイオン二次電池のＳＯＣと電圧との関係を示した概念図である。
【図５】図５は実施形態に係る基準となるＳＯＣと電圧との関係を示した概念図であり、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルも示されている。
【図６】図６は実施形態に係るＳＯＣに対するＤＣＩＲマップの概念図である。
【図７】図７は実施形態１に係るリチウムイオン二次電池のＳＯＣと電圧との関係を示した概念図である。
【図８】図８は実施形態２に係るＳＯＣと電圧の関係を示した概念図である。
【図９】図９は実施形態に係るＳＯＣと電圧との概念図であり、リチウム析出が検出された後に低い充電レートに切り替えて充電を継続した場合について示したものである。
【図１０】図１０は実施形態１に係るリチウム析出の判定のフローチャートである。
【図１１】図１１は実施形態２に係るリチウム析出の判定のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
【００１３】
図１は、実施形態に係る電源装置４０を説明するための図である。図２は、実施形態に係る電池状態推定装置４２２の構成例を示す図である。図３は、実施形態に係る記憶部４２２６の構成例を示す図である。図１乃至図３は、後述する実施形態１および実施形態２に共通する。本実施形態では、電源装置４０は、ハイブリッド車（ＨＥＶ；ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ；Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車（ＥＶ；ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）などの動力源として車両に搭載されることを想定する。
【００１４】
走行用モータ１０は、例えば、三相交流同期モータである。電力変換器２０と電源装置４０とは、リレー３０を介して接続される。電力変換器２０は、力行時に、電源装置４０から供給される直流電力を交流に変換して走行用モータ１０に供給する。また回生時に、電力変換器２０は、走行用モータ１０から供給される交流電力を直流電力に変換し、電源装置４０に供給する。
【００１５】
リレー３０は、制御部５０からのリレー制御信号により開状態又は閉状態に制御される。リレー３０は、閉状態の場合、電力変換器２０と電源装置４０とを接続し、充放電経路を形成する。また、リレー３０は、開状態の場合、電力変換器２０と電源装置４０との充放電経路を遮断する。
【００１６】
制御部５０は、車両全体を電子制御する。制御部５０は、ユーザのアクセル操作量や車速や電源装置４０からの情報等に基づいて、走行用モータ１０へのトルク要求値を設定する。制御部５０は、このトルク要求値に従って走行用モータ１０が動作するように電力変換器２０を制御する。例えば、トルク要求値が大きくなると、制御部５０は、その程度に応じた電力を走行用モータ１０に供給するように電力変換器２０を制御する。また、トルク要求値が小さくなると、制御部５０は、減速エネルギーをエネルギー源として走行用モータ１０より発電される電力を電源装置４０に供給するよう電力変換器２０を制御する。
【００１７】
電源装置４０は、電池モジュール４１０、電池管理装置４２０、電圧センサ４３０、電流センサ４４０及び温度センサ４５０を含む。
【００１８】
電池モジュール４１０は、１つ以上の電池（二次電池とも言う）から構成される。本実施形態では、電池モジュール４１０に含まれる電池としてリチウムイオン二次電池が使用されることを想定する。図１では、直列接続された複数の電池にて電池モジュール４１０が構成されているが、電池モジュール４１０を構成する電池の個数は１つでも良い。電池モジュール４１０に含まれる電池の一部又は全部は、互いに並列接続されていても良い。なお、本実施形態において、特に説明がない限り、電池とは、単電池を意味する。
【００１９】
電池モジュール４１０は、リレー３０を介して電力変換器２０と接続される。電池モジュール４１０は、走行用モータ１０が電力源として動作するとき（回生時）、電力変換器２０を介して充電電力の供給を受けることができる。また、電池モジュール４１０は、走行用モータ１０が負荷として動作するとき（力行時）、電力変換器２０を介して放電電力を供給することができる。
【００２０】
外部充電および電力変換器２０の力行／回生制御を通じて電源装置４０内の電池は充放電される。過充電および過放電を回避するため、制御部５０が電池のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆ Ｃｈａｒｇｅ、充電率とも言う）を正確に認識することが求められる。すなわち、電池の充放電は、制御部５０によって制御されている。  電圧センサ４３０は、電池モジュール４１０を構成する各複数の電池のそれぞれの端子電圧（電池のそれぞれの正極及び負極間の電位差）の電圧値Ｖｄを検出する。電圧センサ４３０は、検出した各電池の電圧値Ｖｄを電池管理装置４２０に出力する。
【００２１】
電流センサ４４０は、電池モジュール４１０と電力変換器２０との間に配置され、電池モジュール４１０に流れる電流の電流値Ｉｄを測定する。電流センサ４４０は、検出した電流値Ｉｄを電池管理装置４２０に出力する。
【００２２】
温度センサ４５０は、電池モジュール４１０の温度Ｔｄ（例えば、電池モジュール４１０の表面温度）を検出する。電池モジュール４１０は、検出した温度Ｔｄを電池管理装置４２０に出力する。
【００２３】
電池管理装置４２０は、電池状態推定装置４２２及び通信部４２４を含む。電池状態推定装置４２２は、電流値Ｉｄ、電圧値Ｖｄ及び温度Ｔｄを含む電池状態データを用いて、ＳＯＣ等の電池状態を推定する。
【００２４】
通信部４２４は、電池状態推定装置４２２で推定されたＳＯＣ等の電池状態に関する情報を制御部５０に送信する。電池管理装置４２０と制御部５０との間は、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのネットワークにより接続される。
【００２５】
電池状態推定装置４２２は、リチウム析出判定部４２２１と電流積算推定部４２２２と開放電圧推定部４２２４とＳＯＣ推定部４２２３と充電条件変更部４２２５と記憶部４２２６を備える。記憶部４２２６は、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル６１とＳＯＣ保持部６２と基準テーブル６３を含む。なお、本実施形態において電池状態推定装置４２２に含まれる充電条件変更部４２２５は、電池管理装置４２０の内部に別に設けることも可能である。
【００２６】
まず、本実施形態に係る電池のＳＯＣの推定について説明する。
【００２７】
電流積算推定部４２２２は、電流センサ４４０により検出される電池に流れる電流値Ｉｄを積算することにより、電池のＳＯＣ＿ｉを推定する。具体的には下記（式１）を用いてＳＯＣを推定する。
【００２８】
ＳＯＣ＿ｉ＝ＳＯＣ０±（Ｑ／ＦＣＣ）×１００・・・（式１）
ＳＯＣ０は充電および放電を開始する前のＳＯＣを、Ｑは電流積算値（単位Ａｈ）を、ＦＣＣ（Ｆｕｌｌ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）は満充電容量をそれぞれ示す。＋は充電、−は放電を示す。なお、ＳＯＣ＿ｉを算出するに当たり、温度補正や電流補正等が施されたＦＣＣを用いても良い。
【００２９】
開放電圧推定部４２２４は、電流センサ４４０から受け取った電流値Ｉｄ、電圧センサ４３０から受け取った各二次電池の電圧値Ｖｄ及び各二次電池の内部抵抗Ｒから、各二次電池のＯＣＶ（ＯｐｅｎＣｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を推定し、そのＯＣＶに対応するＳＯＣ＿ｖを特定する。
【００３０】
ＯＣＶ＝Ｖｄ±Ｉｄ×Ｒ・・・（式２）
なお、（式２）はＯＣＶ推定式の一例であり、その他の推定式を用いてもよい。例えば、温度補正が導入された推定式を用いてもよい。
【００３１】
開放電圧推定部４２２４は、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル６１を参照して、算出したＯＣＶに対応するＳＯＣ＿ｖを特定し、特定されたＳＯＣ＿ｖを読み出す。
【００３２】
ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル６１は、電池のＳＯＣと、電池のＯＣＶ（開放電圧）との関係を記述したテーブルである。ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル６１は、事前の実験またはシミュレーションにより、たとえば、電池の充電率が０％の状態から徐々に充電していく際に取得されるＳＯＣとＯＣＶのデータから生成される。
【００３３】
ＳＯＣ推定部４２２３は、算出したＳＯＣ＿ｉとＳＯＣ＿ｖから採用すべきＳＯＣを決定する。例えば、ＳＯＣ推定部４２２３は、二次電池が充放電してないときはＳＯＣ＿ｖをそのまま採用し、二次電池が充放電しているときはＳＯＣ＿ｉをそのまま、あるいはＳＯＣ＿ｉをＳＯＣ＿ｖで補正したものを採用することができる。ＳＯＣ推定部４２２３により推定されたＳＯＣおよび対応する電圧は、ＳＯＣ保持部６２に記憶される。
【００３４】
図４は、リチウムイオン二次電池のＳＯＣと電圧との関係を示した概念図である。図４は、後述する実施形態１および実施形態２に共通する。図４では、横軸にＳＯＣが示され、縦軸に電圧が示されている。
【００３５】
図４において、Ｖ１(ＳＯＣ)は、ＳＯＣ保持部６２に記憶されているＳＯＣと対応する電圧とをプロットしたものである。なお、Ｖ１(ＳＯＣ)は、リチウムイオン二次電池に対してリチウム析出が認められるような充電を行なった場合におけるＳＯＣと電圧との対応関係を示したものである。Ｖ１(ＳＯＣ)では、ＳＯＣ≧ＳＯＣｄ１においてリチウムの析出が認められる。リチウムイオン二次電池においてリチウム析出が認められるような場合には、リチウムイオン二次電池は劣化状態にあると判断できる。
【００３６】
図４において、Ｖ０（ＳＯＣ）は、リチウム析出が認められないような充電がなされた場合のグラフである。Ｖ０（ＳＯＣ）は、Ｖ１(ＳＯＣ)に対して、リチウム析出の有無を判定するための基準となるグラフである。
【００３７】
Ｖ０（ＳＯＣ）に係るデータを求める方法としては、例えば、初期状態のリチウムイオン二次電池を低レート（例えば０．２Ｃ）で充電し、ＳＯＣに対する電池電圧を測定することで求めることができる。初期状態とは、例えば、リチウムイオン二次電池を製造した直後の状態を言う。低レートとは、劣化状態にあるリチウムイオン二次電池を充電した場合でも、リチウム析出が抑制されるような充電レートを意味する。この方法で求められたＶ０（ＳＯＣ）に係るデータは、基準テーブル６３に記憶させておくことができる。
【００３８】
Ｖ０（ＳＯＣ）に係るデータを求める他の方法としては、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルとＤＣＩＲマップを用いて計算する方法がある。ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルは、電池のＳＯＣと、電池のＯＣＶ（開放電圧）との関係を記述したテーブルである。ＤＣＩＲ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）とは、リチウムイオン二次電池をマクロ的に見た場合の電気抵抗の直流抵抗成分のことであり、電極表面におけるリチウムイオンＬｉ＋の出入りに際し、等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗と、負極及び正極で電子ｅ−の移動に対する純電気的な抵抗とを含む。本実施形態において、特に説明が無い限り、ＤＣＩＲとは、内部抵抗を意味する。
【００３９】
後者の方法は、初期状態のリチウムイオン二次電池の内部抵抗がＳＯＣによって変わるような電池について、Ｖ０（ＳＯＣ）に係るデータを求める際に用いることが好ましい。前者の方法は、初期状態のリチウムイオン二次電池の内部抵抗がＳＯＣによって変わらないような電池について、Ｖ０（ＳＯＣ）に係るデータを求める際に採用することができる。
【００４０】
Ｖ０（ＳＯＣ）に係るデータを求める後者の方法について、説明を追加する。図５は、基準となるＳＯＣと電圧との関係を示した概念図であり、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルも示されている。図６は、ＳＯＣに対するＤＣＩＲマップの概念図である。ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルは、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル６１と同じデータである。ＤＣＩＲマップは、基準テーブル６３に記憶させておくことができる。ＤＣＩＲマップに係るデータは、事前の実験および／又はシミュレーションにより求めることができる。
【００４１】
図５におけるＶｏｃｖ（ＳＯＣ）は、いわゆるＳＯＣ−ＯＣＶテーブルである。図６におけるＶ０（ＳＯＣ）は、図４のＶ０（ＳＯＣ）に一致する。Ｖ０（ＳＯＣ）は、下記（式３）より求めることができる。
Ｖ０（ＳＯＣ） =Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ）＋ Ｉ × Ｒ(ＳＯＣ) ・・・（式３）
Ｉは、リチウム析出の有無を判定するタイミングにおける充電電流Ｉｄである。抵抗Ｒ(ＳＯＣ)は、図６に示されたＳＯＣに対応するＤＣＩＲをＲ(ＳＯＣ)として用いたものである。
【００４２】
なお、この方法にかかる処理は、例えばリチウム析出判定部４２２１に処理させることが可能である。リチウム析出判定部４２２１は、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル６１と基準テーブル６３より、Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ）＋とＲ(ＳＯＣ)を読み出し、（式３）を用いてＶ０（ＳＯＣ）を算出する。
【００４３】
次に、実施形態１におけるリチウム析出の有無を判定する方法について説明する。
【００４４】
図７は、実施形態１に係るリチウムイオン二次電池のＳＯＣと電圧との関係を示した概念図である。図７では、横軸にＳＯＣが示され、縦軸にＳＯＣに対する電圧の微分係数が示されている。つまり、図７の縦軸は、図４のグラフの微分係数である。図７において、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣは、図４にけるＶ０（ＳＯＣ）のＳＯＣと微分係数を示したものであり、基準データと称する。図７において、ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣは、図４にけるＶ１(ＳＯＣ)のＳＯＣと微分係数を示したものであり、測定データと称する。
【００４５】
図７によれば、ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣに係るリチウムイオン二次電池をＳＯＣ＜ＳＯＣｄ１の領域において充電する場合には、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの微分係数は一致する。ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣに係るリチウムイオン二次電池をＳＯＣ≧ＳＯＣｄ１の領域において充電する場合には、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの微分係数に差が生じる。つまり、ＳＯＣ≧ＳＯＣｄ１の領域では、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣ＞ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣとなる。ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣに係るリチウムイオン二次電池をＳＯＣ≧ＳＯＣｄ１の領域において充電する場合には、ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣに係るリチウムイオン二次電池の負極にリチウムが析出していると判定できる。
【００４６】
リチウムイオン二次電池にリチウムが析出することによってｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの微分係数に差が生じる理由は、リチウムの析出によりリチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇するためである。
【００４７】
リチウム析出の有無の判定は、リチウム析出判定部４２２１に行なわせることができる。具体的には、リチウム析出判定部４２２１は、ＳＯＣ保持部６２に記憶されているＳＯＣと対応する電圧よりｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣを算出する。リチウム析出判定部４２２１は、Ｖ０（ＳＯＣ）に係るデータよりｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣに係るデータを算出する。そして、リチウム析出判定部４２２１は、ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣとｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとを比較し、これらの微分係数に差が認められる場合にはリチウムが析出していると判定する。
【００４８】
なお、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの微分係数に差が認められるか否かの判定は、所定の充電期間において差が認められた場合に、リチウムが析出していると判定する。これは、例えば電源装置４０が接続される負荷の消費電力の変動に伴いＳＯＣの値が一時的に揺らぐような場合において、局所的にｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの微分係数に差が生じたような場合における誤判定を防止するためである。なお、所定の充電期間とは、長期間に及ぶ必要はない。例えば、ＳＯＣが３％増加する程度の充電期間を、所定の充電期間として設定することができる。
【００４９】
また、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの微分係数の差の有無の判定、換言するとｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの微分係数の一致又は不一致の判定は、多少の誤差を許容するものとする。つまり、電池モジュールを構成する各電池は公差の範囲で設計されるため、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの微分係数の一致又は不一致の判定は、少なくとも公差を勘案した範囲での誤差を許容する。
【００５０】
実施形態１では、実質的には、図７におけるｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣとのズレの有無によってリチウム析出の有無を判定したが、微分係数を求めることなくリチウム析出の有無を判定することもできる。実施形態２では、実施形態１と異なり、微分係数を求めることなく、リチウム析出の有無を判定する方法について説明する。
【００５１】
図８は、実施形態２に係るＳＯＣと電圧の関係を示した概念図である。実施形態２では、Ｖ０（ＳＯＣ）＋ＶｐとＶ１(ＳＯＣ)とを比較し、これらのズレの有無によってリチウム析出の有無を判定する。Ｖ０（ＳＯＣ）＋ＶｐのＶｐは、放電の下限値として設定されたＳＯＣ＝ＳＯＣｄ０における電池電圧である。リチウムイオン二次電池では、通常の使用態様において、ＳＯＣ＝０％となるまで放電させることは無い。過放電を防止するためなどの理由により、放電の下限値となるＳＯＣ＝ＳＯＣｄ０を設定する。Ｖｐは、電圧センサ４３０によって測定される実測値である。
【００５２】
リチウム析出判定部４２２１は、Ｖ０（ＳＯＣ）にＶｐを加算することで、Ｖ０（ＳＯＣ）＋Ｖｐを算出する。Ｖ０（ＳＯＣ）＋Ｖｐは、実施形態２における基準データである。そして、Ｖ０（ＳＯＣ）＋ＶｐとＶ１(ＳＯＣ)とを比較し、比較結果よりリチウム析出の有無を判定する。Ｖ１(ＳＯＣ)は、実施形態２における測定データである。
図８において、リチウムイオン二次電池をＳＯＣ＜ＳＯＣｄ１の領域において充電する場合には、Ｖ０（ＳＯＣ）＋ＶｐとＶ１(ＳＯＣ)は一致する。図８において、リチウムイオン二次電池をＳＯＣ≧ＳＯＣｄ１の領域において充電する場合には、Ｖ０（ＳＯＣ）＋ＶｐとＶ１(ＳＯＣ)に差が生じる。したがって、Ｖ１(ＳＯＣ)に係るリチウムイオン二次電池をＳＯＣ≧ＳＯＣｄ１の領域において充電する場合には、Ｖ１(ＳＯＣ)に係るリチウムイオン二次電池の負極にリチウムが析出していると判定できる。
【００５３】
なお、実施形態２においても、Ｖ０（ＳＯＣ）＋ＶｐとＶ１(ＳＯＣ)に差が認められるか否かの判定は、所定の充電期間において差が認められた場合に、リチウムが析出していると判定する。また、Ｖ０（ＳＯＣ）＋ＶｐとＶ１(ＳＯＣ)の差の有無の判定、換言するとＶ０（ＳＯＣ）＋ＶｐとＶ１(ＳＯＣ)の一致又は不一致の判定についても、電池の公差を勘案した範囲での誤差を許容する。
【００５４】
次に、実施形態１又は実施形態２によってリチウム析出が検出された後の、リチウムイオン二次電池の充電条件の変更について説明する。リチウム析出が検出された場合、充電条件変更部４２２５が、充電を停止するか又は低い充電レートに切り替えて充電を継続するように、充電条件を変更することによって、リチウムイオン二次電池の劣化を抑制することができる。
【００５５】
充電を停止するとは、充電の上限をＳＯＣ＝ＳＯＣｄ１を充電の上限値として設定しなおし、ＳＯＣｄ０≦ＳＯＣ＜ＳＯＣｄ１の範囲にて充放電を行なうように充放電の設定を変更することを意味する。
【００５６】
低い充電レートに切り替えて充電を継続した場合について、図９にＳＯＣと電圧との概念図を示した。図９に係る充電方法は、実施形態１又は実施形態２によってリチウム析出が検出された場合に、適用することができる。図９において、実線で示されたＶ１(ＳＯＣ)は、図４及び図８に示されたＶ１(ＳＯＣ)に一致する。図９において、破線で示されたＶ０(ＳＯＣ)は、図４及び図８に示されたＶ０(ＳＯＣ)に一致する。図９において、一点鎖線で示されたＶ２(ＳＯＣ)は、ＳＯＣｄ１を境に、Ｖ１(ＳＯＣ)よりも低い充電レートでリチウムイオン二次電池を充電した場合を示している。Ｖ２(ＳＯＣ)についてＳＯＣに対する電圧の微分係数を算出し、Ｖ０(ＳＯＣ)に係る微分係数と比較すると、これらは一致する。つまり、Ｖ１(ＳＯＣ)よりも低い充電レートでリチウムイオン二次電池を充電することにより、リチウム析出を抑制することができる。なお、リチウム析出を検出した後の充電において、ＳＯＣ＜ＳＯＣｄ１のＳＯＣ領域ではＶ１(ＳＯＣ)に対応する充電レートで充電を行い、ＳＯＣｄ１≦ＳＯＣのＳＯＣ領域ではＶ２(ＳＯＣ)に対応する充電レートで充電を行なうことにより、リチウムイオン二次電池の劣化を抑制しながら、充電時間の増大を抑制することができる。
【００５７】
次に、以上の構成による電池状態推定装置４２２によるリチウム析出の判定処理について、図１０および図１１のフローチャートを用いて説明する。図１０は、実施形態１の方法によってリチウム析出を判定するフローチャートである。図１１は、実施形態２の方法によってリチウム析出を判定するフローチャートである。
【００５８】
まず、図１０のフローチャートに基づいて、リチウム析出の判定について説明する。
【００５９】
ステップ１０において、ＳＯＣ推定部４２２３は、ＳＯＣを推定する。推定されたＳＯＣは、対応する電圧Ｖ１(ＳＯＣ)とともに、ＳＯＣ保持部６２に記憶される。
【００６０】
ステップ１１において、リチウム析出判定部４２２１は、推定されたＶ１(ＳＯＣ)よりｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣを算出する。ステップ１２において、リチウム析出判定部４２２１は、基準テーブル６３よりＶ０（ＳＯＣ）を読み出し、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣに係るデータを算出する。ステップ１１とステップ１２は、順番を入れ替えても良い。
【００６１】
ステップ２０において、リチウム析出判定部４２２１は、ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣとｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣとを比較する。ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣ＞ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの場合には、リチウムが析出していると判定する（ステップ３０）。ｄＶ０（ＳＯＣ）／ｄＳＯＣ≦ｄＶ１(ＳＯＣ)／ｄＳＯＣの場合には、リチウムが析出していないと判定する（ステップ３１）。
【００６２】
次に、図１１のフローチャートに基づいて、リチウム析出の判定について説明する。
【００６３】
ステップ１０において、ＳＯＣ推定部４２２３は、ＳＯＣを推定する。推定されたＳＯＣは、対応する電圧Ｖ１(ＳＯＣ)とともに、ＳＯＣ保持部６２に記憶される。ステップ１３において、リチウム析出判定部４２２１は、Ｖ０（ＳＯＣ）＋Ｖｐを算出する。ステップ１０とステップ１３は、順番を入れ替えても良い。
【００６４】
ステップ２１において、リチウム析出判定部４２２１は、Ｖ０（ＳＯＣ）＋ＶｐとＶ１(ＳＯＣ)とを比較する。Ｖ０（ＳＯＣ）＋Ｖｐ＞Ｖ１(ＳＯＣ)の場合には、リチウムが析出していると判定する（ステップ３２）。Ｖ０（ＳＯＣ）＋Ｖｐ≦Ｖ１(ＳＯＣ)の場合には、リチウムが析出していないと判定する（ステップ３３）。
【００６５】
以上の実施形態では、電気自動車等のモータ駆動用の電源として用いられる電池の電池管理装置を例に挙げて説明したが、家庭用若しくは産業用の電源として用いられる電池の電池管理装置についても、本開示にかかるリチウム析出の判定処理を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本開示に係る電池管理装置および電源装置は、電気自動車等のモータ駆動用の電源、バックアップ電源等に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  走行用モータ
２０  電力変換器
３０  リレー
４０  電源装置
４１０  電池モジュール
４２０  電池管理装置
４２２  電池状態推定装置
４２２１  リチウム析出判定部
４２２２  電流積算推定部
４２２３  ＳＯＣ推定部
４２２４  開放電圧推定部
４２２５  充電条件変更部
４２２６  記憶部
４２４  通信部
４３０  電圧センサ
４４０  電流センサ
４５０  温度センサ
５０  制御部
６１  ＳＯＣ−ＯＣＶテーブル
６２  ＳＯＣ保持部
６３  基準テーブル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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