(57)【要約】  合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、充電率が最大である状態において４．５Ｖの電圧を出力する二次電池の使用時における負極の劣化を抑制する。二次電池の制御装置は、二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、電池温度検出部及び充電率検出部の検出結果に基づいて二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって二次電池の充放電を制御し、二次電池の温度が常温範囲にある場合、充電率の最小値を１０％に変更し、二次電池の温度が高温の場合、充電率の最大値を９０％に変更する制御部とを備えている。
2014104280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を制御する方法であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、充電率が最大である状態において４．５Ｖの電圧を出力し、前記方法は、
前記二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御し、
前記二次電池の温度が高温の場合、前記充電率の最大値を９０％に変更する、方法。
【請求項２】
前記二次電池の温度が２０℃以上３０℃以下の常温範囲にある場合、前記充電率の最小値を１０％に変更し、前記常温時の充電率の最大値は１００％である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高温とは５５℃以上であり、前記高温時の前記充電率の最小値は０％である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記リチウム遷移金属酸化物正極は、主としてニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム及びマンガン酸リチウムの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、前記制御装置は、
前記二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、
前記二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記電池温度検出部及び前記充電率検出部の検出結果に基づいて、前記二次電池の充電率が前記二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記二次電池の温度が常温範囲である第１の温度範囲にある場合、前記充電率の最小値を１０％に変更し、前記二次電池の温度が第１の温度範囲よりも高い第２の温度範囲にある場合、前記充電率の最大値を９０％に変更する、制御装置。
【請求項６】
二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、
前記二次電池の充電率が１００％である状態において前記二次電池の温度が上昇する場合、前記二次電池の充電率が９０％になるまで前記二次電池を放電させる、制御装置。
【請求項７】
前記二次電池は、前記二次電池の電力を使用するための負荷をさらに備え、前記制御装置は、前記二次電池の充電率が前記二次電池の温度に対して適正である適正充電率より高い場合、前記二次電池の電力を前記負荷において使用させることによって、前記二次電池の充電率を前記適正充電率まで低下させる、請求項５又は６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記負荷は熱電変換素子である、請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、前記制御装置は、
前記二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、
前記二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記二次電池の温度を調整する温度調整部と、
前記電池温度検出部及び前記充電率検出部の検出結果に基づいて、前記二次電池の充電率が１００％である場合、前記二次電池の温度が高温とならないように前記温度調整部を制御する制御部と、を備える制御装置。
【請求項１０】
二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、前記制御装置は、
前記二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、
前記二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記二次電池の温度を調整する温度調整部と、
前記電池温度検出部及び前記充電率検出部の検出結果に基づいて、前記二次電池の充電率が１０％以下である場合、前記二次電池の温度が２５℃より高くなるように前記温度調整部を制御する制御部と、を備える制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の制御方法及び制御装置に係り、詳しくは合金化反応を行う負極を備える二次電池の制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は再充電が可能であり、繰り返し使用されることができるので、電源として広く利用されている。リチウムイオン二次電池の放電電圧は、ニッケル−水素二次電池やニッケル−カドミウム二次電池のそれに比べて高い。しかし、ハイブリッド自動車や電気自動車が本格的に普及するのに伴い、リチウムイオン二次電池の高容量化が望まれている。現在主流のリチウムイオン二次電池では、正極にＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２等のリチウムイオン酸化物が用いられ、負極にグラファイト等の炭素材料が用いられる。しかし、高容量化のため合金化反応を行う負極の使用が検討されている。炭素材料からなる負極では、リチウムイオンがインターカレーションにより負極内部に侵入することによって、放電が行われる。これに対し、合金化反応を行う負極では、リチウムイオンは負極と合金を形成する。以下、合金化反応を行う負極を合金系負極と称する場合もある。【０００３】
高容量の合金系負極としてＳｉ系の負極が検討されている。ＳｉＯ負極はＳｉ系の負極であり、Ｓｉ負極のそれに比べて、良好なサイクル特性を有する。なお、ＳｉＯ負極を形成するＳｉＯは、ＳｉＯが不均化することによって形成されたＳｉとＳｉＯ２との混合物であり、正確には、ＳｉＯ（一酸化ケイ素）単独ではなく、ＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２）である。【０００４】
しかし、放電末期には、ＳｉＯ負極はＬｉ基準で高電位状態にあるので、ＳＥＩが酸化分解する。一方、ＳｉＯ負極を有するリチウムイオン二次電池を４．５Ｖの高電圧かつ高温（例えば６０℃）で使用しようとすると、正極遷移金属の溶出による負極のＳＥＩ崩壊が促進され、サイクル劣化が激しくなる。即ち、低温（例えば２５℃）での使用では放電時の影響による劣化が大きく、高温（例えば、６０℃）では充電時の高電圧の影響による劣化が大きい。そのため、使用温度を考慮せずに充放電を行うと、サイクル特性が悪くなる。【０００５】
従来では、二次電池の寿命を犠牲にすることなく、平均充電率を高めて高出力特性を得ることができる電気自動車用の電池管理装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の電池管理装置は、電気自動車の駆動源となる二次電池と、該二次電池によって駆動されるモータとを備える。この電池管理装置は、二次電池の充放電を繰り返しながら、二次電池の充電率が所定の目標充電率になるように二次電池を制御する。この電池管理装置は、二次電池の温度（電池温度）を検出する電池温度検出手段を備え、その電池温度が高いときほど前記目標充電率を低下させる。また、この電池管理装置は、充電率が所定の上限及び下限の範囲内になるように二次電池を制御している場合には、電池温度が高いときほど前記上限充電率を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、二次電池の温度が高くなることを電池温度検出手段が検出すると、電池管理装置は二次電池の目標充電率あるいは上限充電率を低下させる。従って、二次電池は放電傾向となって、平均充電率は低下するから、二次電池の寿命特性は改善される。一方、平均充電率は低下するものの、電池温度が高いから、出力密度は大きく、必要な高出力を確保することができる。【０００８】
ところが、特許文献１においては、充電率が目標充電率の範囲内になるように二次電池の充放電を制御する場合、放電はモータを駆動することによって行われることが前提となっている。そのため、二次電池の充電後、電気自動車の停止中に環境温度の影響により二次電池の温度が上昇することによって充電率が目標充電率を超える場合、あるいは二次電池の温度の上昇あるいは低下によって充電率が所定の上限及び下限の範囲を逸脱する場合には、前記モータの駆動の開始からしばらくの期間では、不適切な条件で二次電池が放電される。その結果、二次電池の劣化が促進される。【０００９】
本発明の目的は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、充電率が最大である状態において４．５Ｖの電圧を出力する二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる二次電池の制御方法及び制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する二次電池の制御方法は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、充電率が最大である状態において４．５Ｖの電圧を出力する二次電池の制御方法であって、前記二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御し、前記二次電池の温度が高温の場合、前記充電率の最大値を９０％に変更する。ここで、「合金化反応を行う負極」とは、炭素材料からなる負極のようにリチウムイオンがインターカレーションにより負極内部に侵入することによって放電を行うのではなく、リチウムイオンと合金を形成する負極を意味する。【００１１】
この構成によれば、二次電池の充電率が予め二次電池の温度に応じて設定された範囲を逸脱しないように充電率（ＳＯＣ）の最大値及び最小値を変更して充放電を制御し、かつ二次電池の温度が高温の場合は充電率が９０％を超えないように充放電を制御する。二次電池の充電率が９０％を超えないように制御を行う方法には、例えば、二次電池の温度調整を行う方法や、二次電池の温度調整を行わずに放電用の負荷を設けておき、負荷によって電池の電力を使用する方法や、温度調整及び負荷による電力の使用を併用する方法がある。二次電池の温度が高温の場合は、二次電池の充電率（ＳＯＣ）が９０％を超えないように制御を行うため、二次電池の使用温度が高温（例えば、６０℃）において、二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる。したがって、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、最大の充電率において４．５Ｖの電圧を出力する二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる。【００１２】
前記二次電池の温度が常温（２５℃±５℃、すなわち、２０℃以上３０℃以下の範囲）の場合、充電率の最小値を１０％に変更し、前記常温時の前記充電率の最大値は１００％であることが好ましい。この構成によれば、二次電池の温度が常温、高温に拘わらず充電率（ＳＯＣ）が９０％を超えないように制御を行う場合に比べて、二次電池の充放電量が大きくなり、二次電池を車両の電源として使用する場合、その車両の走行距離を長くすることができる。【００１３】
前記高温とは５５℃以上であり、前記高温時の前記充電率の最小値は０％であることが好ましい。この構成によれば、高温時にも常温時と同様に充電率が１０％以上で使用される場合に比べて、二次電池の充放電量が大きくなり、二次電池を車両の電源として使用する場合、その車両の走行距離を長くすることができる。【００１４】
前記リチウム遷移金属酸化物正極は、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム及びマンガン酸リチウムの混合物を主成分とするのが好ましい。この構成によれば、リチウムイオン二次電池の正極を構成する遷移金属酸化物として実績のあるリチウム遷移金属酸化物の混合割合を調整することで適切なリチウム遷移金属酸化物正極を得ることができる。【００１５】
上記課題を解決する二次電池の制御装置は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備える二次電池の制御装置である。前記制御装置は、前記二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、前記二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、前記電池温度検出部及び前記充電率検出部の検出結果に基づいて前記二次電池の充電率が予め温度に応じて設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記制御部は、前記二次電池の温度が常温範囲である第１の温度範囲にある場合、前記充電率の最小値を１０％に変更し、前記二次電池の温度が第１の温度範囲よりも高い第２の温度範囲にある場合、前記充電率の最大値を９０％に変更する。【００１６】
この構成によれば、電池温度検出部により二次電池の温度を検出し、充電率検出部により二次電池の充電率を検出する。制御部は、電池温度検出部及び充電率検出部の検出結果に基づいて二次電池の充電率が予め温度に応じて設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更して充放電を制御し、かつ前記二次電池の温度が常温の場合、充電率が１０％以上となるように充放電を制御し、前記二次電池の温度が高温の場合、充電率が９０％を超えないように充放電を制御する。充電率が９０％を超えないように制御を行う方法には、例えば、二次電池の温度調整を行う温度調整部を制御する方法や、放電用の負荷に電力を供給する放電回路で放電を行う方法や、両者を併用する方法がある。したがって、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備える二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態を示すブロック図。
【図２】二次電池の使用電圧範囲とＳＯＣの範囲との関係を示す図。
【図３】２５℃における二次電池の使用条件毎の放電容量維持率とサイクル回数との関係を示す図。
【図４】６０℃における二次電池の使用条件毎の放電容量維持率とサイクル回数との関係を示す図。
【図５】二次電池の使用温度とＳＯＣの範囲との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、ハイブリッドタイプの車両にバッテリとして搭載されたリチウムイオン二次電池の制御方法及び制御装置の一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
ハイブリッドタイプの車両は、図１に示すように、内燃機関（以下、エンジン）１１、発電機１２、バッテリとしての二次電池モジュール１３及び走行モータ１４を備えている。二次電池モジュール１３は、互いに接続された複数のリチウムイオン二次電池から構成される。各リチウムイオン二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、充電率が最大である状態において４．５Ｖの電圧を出力する。ここで、「合金化反応を行う負極」とは、リチウムイオンと合金を形成する負極を意味する。発電機１２及び走行モータ１４はパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１５を介して二次電池モジュール１３に接続されている。ＰＣＵ１５は、インバータ、昇圧コンバータ及び制御装置を備える。ＰＣＵ１５は、車両全体を制御するＥＣＵ１６からの指令に基づいて、発電機１２において発電された電力を二次電池モジュール１３に充電したり、走行モータ１４に供給したりする。
【００１９】
ＥＣＵ１６は、エンジン１１、ＰＣＵ１５及び二次電池制御装置１７と電気的に接続されている。ＥＣＵ１６は、エンジン１１の出力をできるだけ一定とするようにエンジン１１のスロットルを制御すると共に、ＰＣＵ１５を介して走行モータ１４への電力供給及び二次電池モジュール１３の充放電を制御する。ＥＣＵ１６は、走行モータ１４が必要とする電力を供給するようにＰＣＵ１５に指令信号を送る。発電機１２によって発電された電力が優先的に供給され、足りない分の電力は二次電池モジュール１３から供給される。その結果、発電機１２の発電電力が走行モータ１４の要求電力を上回る場合、ＥＣＵ１６はＰＣＵ１５に充電信号を送って二次電池モジュール１３に電力を送り込ませる。逆に、発電電力が走行モータ１４の要求電力を下回る場合、ＥＣＵ１６はＰＣＵ１５に放電信号を送って二次電池モジュール１３から電力を取り出す。
【００２０】
二次電池制御装置１７は、二次電池モジュール１３の温度、即ち二次電池の温度を検出する電池温度検出手段（電池温度検出部）１８と、二次電池モジュール１３の充電率（ＳＯＣ）、即ち二次電池の充電率を検出する充電率検出手段（充電率検出部）１９との検出結果に基づいて、二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって二次電池の充放電を制御する制御手段（制御部）を構成する。二次電池制御装置１７は、二次電池の温度が高温の場合、充電率が９０％を超えないように、すなわち、充電率の最大値が９０％であるように、二次電池の充放電を制御する。二次電池の充電率が９０％を超えないように二次電池の充放電を制御するには、例えば、二次電池の温度を調整する手法が用いられる。これに代えて、二次電池に放電用の負荷及び該負荷に電力を供給する放電回路が設けられ、該負荷によって電池の電力が使用されてもよい。さらにまた、二次電池の温度を調整する手法と負荷による電力の使用とが併用されてもよい。二次電池の温度が高温（例えば、６０℃）の場合、二次電池の充電率（ＳＯＣ）が９０％を超えないように二次電池の充放電を制御するので、二次電池の使用温度が高温である場合であっても、二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる。高温とは、例えば、５５℃以上を意味する。詳述すると、二次電池モジュール１３は、電池温度検出手段１８と、二次電池モジュール１３の電圧を検出する電圧検出手段（電圧検出部）１９ａと、二次電池モジュール１３への電流の流出入を検出する電流検出手段（電流検出部）１９ｂとを備える。
【００２１】
二次電池制御装置１７は、電圧−充電率の対照テーブルをメモリに記憶している。二次電池制御装置１７は、電圧検出手段１９ａによって検出された二次電池モジュール１３の開放電圧Ｖoに対応する充電率を電圧−充電率対照テーブルから読みとることによって、充電率の初期値を決定する。なお、このとき二次電池モジュール１３の温度による誤差を生じさせないように、二次電池モジュール１３の温度に応じた複数種の電圧−充電率対照テーブルが用意されている。二次電池制御装置１７は、電池温度検出手段１８によって検出される二次電池モジュール１３の温度に応じたテーブルを利用する。電圧検出手段１９ａは、二次電池モジュール１３の電圧を検出し、電流検出手段１９ｂは二次電池モジュール１３への電流の流出入を検出する。車両の走行に伴い変化する二次電池モジュール１３の充電率、即ち二次電池の充電率は、二次電池モジュール１３の電圧と、二次電池モジュール１３への電力の流出入とに基づき、充電率の初期値から算出される二次電池の容量を加減することによって求められる。この実施形態では、電圧検出手段１９ａ及び電流検出手段１９ｂが充電率検出手段１９を構成する。
【００２２】
二次電池モジュール１３は、温度調整手段（温度調整部）２０として熱電変換素子を備える。該熱電変換素子は、通電の極性に応じて相反する作用、すなわち、放熱作用と吸熱作用とのいずれかを示す面を有する、熱電変換素子を備える。温度調整手段２０にはＰＣＵ１５を介して二次電池モジュール１３の電力が供給される。温度調整手段２０は、通電方向を変更することによって、二次電池モジュール１３を冷却するためにも加熱するためにも使用可能である。
【００２３】
ＥＣＵ１６は、二次電池モジュール１３の温度及び充電率の情報を二次電池制御装置１７から入手し、二次電池モジュール１３（二次電池）の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって二次電池の充放電を制御する制御手段を構成する。ＥＣＵ１６は、二次電池の温度が高温の場合、充電率が９０％を超えないように、すなわち、充電率の最大値が９０％であるように、ＰＣＵ１５を介して二次電池モジュール１３の充放電と、走行モータ１４及び温度調整手段２０への電力供給とを制御する。ＰＣＵ１５、ＥＣＵ１６及び二次電池制御装置１７は、電池温度検出手段１８及び充電率検出手段１９の検出結果に基づいて、二次電池モジュール１３（二次電池）の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって二次電池の充放電を制御する制御手段を構成する。二次電池制御装置１７は、二次電池の温度が高温の場合、充電率が９０％を超えないように、すなわち、充電率の最大値が９０％であるように、二次電池の充放電を制御する。
【００２４】
二次電池モジュール１３を構成するリチウムイオン二次電池の正極、負極及び電解液の構成は次の通りである。
正極：ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２／ＡＢ／ＰＶｄＦ（９４／３／３）
負極：ＳｉＯ／黒鉛／ＡＢ／バインダ（３２／５０／８／１０）
電解液：１Ｍ  ＬｉＰＦ６  ＦＥＣ／ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／２６／３０／４０）
正極：１２ｍｇ／ｃｍ２、負極：３．３ｍｇ／ｃｍ２
ここで、ＡＢはアセチレンブラック、ＰＶｄＦはポリフッ化ビニリデンである。
【００２５】
次に二次電池モジュール１３（二次電池）の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更して充放電を制御し、かつ二次電池の温度が高温の場合には充電率が９０％を超えないように二次電池の充放電を制御する根拠を説明する。
【００２６】
二次電池の温度が２５℃及び６０℃であるときにおいて、１Ｃ定電流充電、定電流放電で二次電池の充放電を行った。図２に示す４通りの条件Ａ〜Ｄで充放電を繰り返し、各サイクルの放電後の容量維持率を求めた。二次電池の温度が２５℃及び６０℃であるときの放電容量維持率とサイクル数との関係を図３及び図４にそれぞれ示す。
【００２７】
図２において、条件Ａは、二次電池の充放電が、０〜１００％の範囲の充電率（ＳＯＣ）、２．５０〜４．５０Ｖの範囲の電圧で行われたことを示す。同様に、条件Ｂは、１０〜９０％の範囲の充電率、３．２６〜４．３２Ｖの範囲の電圧に相当する。条件Ｃは、１０〜１００％の範囲の充電率、３．２６〜４．５０Ｖの範囲の電圧に相当する。条件Ｄは、０〜９０％の範囲の充電率、２．５０〜４．３２Ｖの範囲の電圧に相当する。図３及び図４においては、放電容量維持率とサイクル数との関係を図２の条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応した線種により示している。なお、図３及び図４では、放電容量維持率（縦軸）をサイクル数の平方根（横軸）に対して示している。これは、放電容量維持率とサイクル数の平方根との関係がほぼ直線的であるという経験則に基づいている。
【００２８】
図２〜図４から、使用ＳＯＣ範囲が同じ条件では、２５℃における放電容量維持率（図３）は６０℃における放電容量維持率（図４）と比べて良いことが分かる。また、ＳｉＯ負極を用いて４．５Ｖまで使用した場合、２５℃では、条件Ｃのサイクル特性が条件Ｄのそれよりも良く、６０℃では、条件Ｄのサイクル特性が条件Ｃのそれよりも良い。このことから、２５℃ではＳＯＣ＝０〜１０％の領域を使うと劣化が加速するが、６０℃ではＳＯＣ＝９０〜１００％の領域を使うと劣化が加速することが分かる。そのため、最大充電率と最小充電率との差が９０％である場合、２５℃ではＳＯＣ＝１０〜１００％、６０℃ではＳＯＣ＝０〜９０％のＳＯＣ範囲を使用するように制御することによって、劣化が効果的に抑制される。なお、図４では、６０℃において条件Ｃの放電容量維持率が条件Ｄのそれより若干高くなっている部分もある。しかしながら、高温（５５℃以上）では、正極から溶出した遷移金属が負極のＳＥＩを攻撃することにより負極が劣化することが分かっている。したがって、サイクル数が図４に示したサイクル数の上限より増加する場合、条件Ｄの放電容量維持率が条件Ｃのそれより高くなり、両条件の間の差が顕著になると考えられる。
【００２９】
また、二次電池を使用しない場合にも環境温度により二次電池の温度が上昇することがある。仮に二次電池を２５℃でＳＯＣ＝１００％まで充電した後、そのまま二次電池を使用せずに環境温度により二次電池の温度が上昇する場合、温度の上昇とともにＳＯＣ＝９０％まで放電させるよう二次電池を制御するか、ＳＯＣ＝１００％まで達した場合、温度調整手段２０により二次電池の温度が２５℃以上に上がらないように二次電池を制御することによって、劣化を効果的に抑制できる。
【００３０】
さらに、仮に二次電池を６０℃でＳＯＣが１０％未満になるまで放電し、そのまま二次電池の使用を停止した場合、二次電池の温度が低下すると劣化が加速する。ＳＯＣが１０％未満になった場合、二次電池の充電が必要であることを表示してもよい。
【００３１】
次に前記の二次電池の制御装置の作用、即ち該制御装置による二次電池の制御方法について説明する。
ＥＣＵ１６は、二次電池制御装置１７から二次電池モジュール１３の温度及び充電率の情報を入手し、二次電池モジュール１３の二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更して充放電を制御する。ＥＣＵ１６は、二次電池の温度が高温である場合、充電率が９０％を超えないように、ＰＣＵ１５を介して二次電池モジュール１３の充放電、走行モータ１４及び温度調整手段２０への電力供給を制御する。
【００３２】
ＥＣＵ１６は、図５に示すように、二次電池モジュール１３の温度に応じて充電率の上限、下限またはその両方を変更する。車両の場合、ΔＳＯＣ（充放電量）がその車両の走行距離に影響するため、ＳＯＣの範囲は広い方が良い。図２〜図４の結果から、この実施形態では、ＥＣＵ１６は二次電池の温度に応じて、ＳＯＣ領域を常温ではＳＯＣ＝１０〜１００％の範囲とし、高温ではＳＯＣ＝０〜９０％の範囲とするように制御する。ここで、常温とは、２０℃以上３０℃以下（すなわち、２５℃±５℃）を意味する。高温とは、例えば、６０℃である。
【００３３】
ＥＣＵ１６は、二次電池モジュール１３がその温度における最大充電率まで充電された状態で、車両の停止中に環境温度により二次電池モジュール１３の温度が上昇する場合、二次電池モジュール１３の電力を温度調整手段２０に使用させるようにＰＣＵ１５に制御指令を送る。その結果、二次電池モジュール１３の温度が上昇しても、二次電池モジュール１３のＳＯＣが、当該温度におけるＳＯＣの上限値を超えることを防止できる。
【００３４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、最大の充電率（ＳＯＣ）において４．５Ｖの電圧を出力する。二次電池の制御方法では、二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって、二次電池の充放電を制御する。二次電池の温度が高温の場合、充電率の最大値を９０％とするように充放電を制御する。したがって、前記二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる。
【００３５】
（２）二次電池の温度が常温（２５℃±５℃）である場合、充電率の最小値を１０％とし、充電率の最大値を１００％とするように充放電を制御する。したがって、二次電池の温度が常温であるときも高温であるときも充電率（ＳＯＣ）が９０％を超えないように充電率を制御する場合に比べて、二次電池の充放電量を大きくすることができる。そのため、二次電池を車両の電源として使用する場合、その車両の走行距離を長くすることができる。
【００３６】
（３）高温とは５５℃以上であり、高温時の充電率の最小値は０％である。したがって、高温時にも常温時と同様に１０％以上の充電率で二次電池が使用される場合に比べて、二次電池の充放電量を大きくすることができる。そのため、二次電池を車両の電源として使用する場合、その車両の走行距離を長くすることができる。
【００３７】
（４）二次電池のリチウム遷移金属酸化物正極は、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムの混合物を主成分とする。換言すると、二次電池のリチウム遷移金属酸化物正極は、主としてニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムの混合物を含む。該混合物中において、リチウムイオン二次電池の正極を構成する遷移金属酸化物として実績のあるリチウム遷移金属酸化物の割合を調整することによって、適切なリチウム遷移金属酸化物正極を得ることができる。
【００３８】
（５）二次電池の制御装置は、二次電池（二次電池モジュール１３）の温度を検出する電池温度検出手段１８と、二次電池の充電率を検出する充電率検出手段１９と、電池温度検出手段１８及び充電率検出手段１９の検出結果に基づいて、二次電池の充電率が該二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御する制御手段（ＰＣＵ１５、ＥＣＵ１６、二次電池制御装置１７）と、を備える。前記二次電池の温度が第１の温度範囲（例えば、常温範囲）にある場合、充電率の最小値を１０％以上とし、前記二次電池の温度が第１の温度範囲よりも高い第２の温度範囲（例えば、高温）である場合、充電率の最大値を９０％とするように充放電を制御する。したがって、上記の効果（１）に示した二次電池の制御方法を行うことにより、前記二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる。
【００３９】
（６）二次電池モジュール１３は、温度調整手段２０としての熱電変換素子を備える。温度調整手段２０には、ＰＣＵ１５を介して二次電池モジュール１３の電力が供給される。したがって、二次電池モジュール１３が目標充電率まで充電された状態において、環境温度の上昇等により二次電池モジュール１３の温度が上昇しようとする場合、例えば、二次電池の温度が高温になる場合、二次電池モジュール１３の電力を温度調整手段２０の駆動によって消費する。これによって、二次電池モジュール１３の充電率を低下させることができるので、二次電池モジュール１３の充電率が当該温度における充電率の上限を超えることを効率良く防止できる。またこれによって、二次電池モジュール１３の温度を低下させることができる。そのため、充電率を適正充電率まで低下させるのに必要な時間が、温度調整（温度低下）及び二次電池の電力の使用のいずれか一方のみを行う場合のそれに比べて短くなる。
【００４０】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって充放電を制御し、かつ二次電池の温度が高温の場合に充電率が９０％を超えないように充放電を制御すればよく、ΔＳＯＣ（充放電量）が一定である必要はない。また、そのＳＯＣの範囲が温度に応じて変更されてもよい。例えば、二次電池の温度が、ＳＯＣ＝０〜１０％の領域において劣化が加速する２５℃±５℃の温度範囲にある場合には、ＳＯＣを１５〜１００％の範囲とし、ＳＯＣ＝９０〜１００％の領域において劣化が加速する５５℃以上の温度の場合には、ＳＯＣを０〜８５％の範囲としてもよい。この場合、二次電池モジュール１３の充電率が設定範囲の上限あるいは下限にある状態において温度が変化した際に、温度調整手段２０による温度制御が該変化から多少遅れても支障がない。
【００４１】
○  二次電池モジュール１３のΔＳＯＣを９０％で一定として使用し、二次電池の温度が、ＳＯＣ＝０〜１０％の領域において劣化が加速する２５℃±５℃の温度範囲にある場合には、ＳＯＣを１０〜１００％の範囲とし、ＳＯＣ＝９０〜１００％の領域において劣化が加速する５５℃以上の温度の場合には、ＳＯＣを０〜９０％の範囲として二次電池を使用してもよい。
【００４２】
○  高温時の充電率の最小値を常温時のそれと同様に１０％としてもよい。この場合、二次電池が高温時の充電率の最小値に近い状態まで放電された状態で、使用環境の温度が常温以下になったときであっても、二次電池を劣化し易い環境で駆動することを回避できる。
【００４３】
○  二次電池モジュール１３によって駆動される走行モータ１４の停止中に二次電池モジュール１３の充電率が二次電池モジュール１３の温度に応じた上限を超えるおそれがある場合、二次電池モジュール１３の電力を負荷により消費することによって充電率を下げてもよい。
【００４４】
○  二次電池モジュール１３によって駆動される走行モータ１４の停止中に二次電池モジュール１３の充電率が二次電池モジュール１３の温度に応じた上限を超えるおそれがある場合、二次電池モジュール１３からキャパシタに電力を供給してキャパシタに蓄電してもよい。二次電池モジュール１３の充電率が低下した際に、適宜キャパシタのエネルギーを二次電池モジュール１３に戻してもよい。
【００４５】
○  二次電池モジュール１３を構成する二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、最大の充電率において４．５Ｖの電圧を出力すればよい。二次電池の正極、負極及び電解液の構成は、前記実施形態で説明した通りである必要はない。例えば、正極活物質の混合割合を多少変更したり、負極のＳｉＯと黒鉛との割合を多少変更したり、電解液の組成割合を多少変更したりしてもよい。
【００４６】
○  負極の材質はＳｉＯに限らず、他の合金系負極用の材質、例えば、スズ（Ｓｎ）を使用してもよい。
○  二次電池モジュール１３が搭載される車両は、走行モータ１４を備えた一般の車両に限らず、例えば、フォークリフトやショベルローダー等の産業車両であってもよい。また、運転者を必要とする車両に限らず無人搬送車であってもよい。
【００４７】
○  二次電池モジュール１３が搭載される車両は、走行モータ１４を備えたハイブリッドタイプの車両に限らず、電気自動車であってもよい。
○  二次電池の制御方法は、車両に搭載された二次電池（二次電池モジュール１３）を制御する方法に限らない。例えば、工場や家庭で使用される電源としての二次電池（二次電池モジュール１３）の制御に適用されてもよい。
【００４８】
○  前記二次電池の制御方法は、充電した二次電池を保管している場合に適用されてもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
【００４９】
（１）二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、前記制御装置は、前記二次電池の充電率が１００％である状態において前記二次電池の温度が上昇する場合、前記二次電池の充電率が９０％になるまで前記二次電池を放電させる。
【００５０】
（２）請求項５又は前記技術的思想（１）に記載の発明において、前記二次電池は、前記二次電池の電力を使用するための負荷をさらに備え、前記制御装置は、前記二次電池の充電率が前記二次電池の温度に対して適正である充電率より高い場合、前記二次電池の電力を前記負荷において使用させることによって、前記二次電池の充電率を前記適正充電率まで低下させる。
【００５１】
（３）前記技術的思想（２）に記載された発明において、前記負荷は熱電変換素子である。この構成では、環境温度により二次電池が高温になった場合、熱電変換素子で二次電池の電力を使用することにより二次電池の充電率を低下させ、かつ二次電池の温度を低下させることができるので、二次電池の充電率を適正充電率まで下げるのに必要な時間が、二次電池の温度低下と二次電池の電力の使用とのいずれか一方のみを行う場合に比べて短くなる。
【図１】
2014104280.tif 000003
【図２】
2014104280.tif 000004
【図３】
2014104280.tif 000005
【図４】
2014104280.tif 000006
【図５】
2014104280.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月4日(2016.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を制御する方法であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、充電率が最大である状態において４．５Ｖの電圧を出力し、前記方法は、
前記二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御し、
前記二次電池の温度が５５℃以上６０℃以下の高温の場合、前記充電率の最大値を１００％から９０％に変更する、方法。
【請求項２】
前記二次電池の温度が２０℃以上３０℃以下の常温範囲にある場合、前記充電率の最小値を０％から１０％に変更し、前記常温時の充電率の最大値は１００％である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高温時の前記充電率の最小値は０％である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記リチウム遷移金属酸化物正極は、主としてニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム及びマンガン酸リチウムの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、前記制御装置は、
前記二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、
前記二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記電池温度検出部及び前記充電率検出部の検出結果に基づいて、前記二次電池の充電率が前記二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記二次電池の温度が常温範囲である２０℃以上３０℃以下にある場合、前記充電率の最小値を０％から１０％に変更し、前記二次電池の温度が２０℃以上３０℃以下よりも高い５５℃以上６０℃以下にある場合、前記充電率の最大値を１００％から９０％に変更する、制御装置。
【請求項６】
二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、
前記二次電池の充電率が１００％である状態において前記二次電池の温度が５５℃以上６０℃以下に上昇する場合、前記二次電池の充電率が９０％になるまで前記二次電池を放電させる、制御装置。
【請求項７】
前記二次電池は、前記二次電池の電力を使用するための負荷をさらに備え、前記制御装置は、前記二次電池の充電率が前記二次電池の温度に対して適正である適正充電率より高い場合、前記二次電池の電力を前記負荷において使用させることによって、前記二次電池の充電率を前記適正充電率まで低下させる、請求項５又は６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記負荷は熱電変換素子である、請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、前記制御装置は、
前記二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、
前記二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、
前記二次電池の温度を調整する温度調整部と、
前記電池温度検出部及び前記充電率検出部の検出結果に基づいて、前記二次電池の充電率が１００％である場合、前記二次電池の温度が５５℃以上とならないように前記温度調整部を制御する制御部と、を備える制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記課題を解決する二次電池の制御方法は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、充電率が最大である状態において４．５Ｖの電圧を出力する二次電池の制御方法であって、前記二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御し、前記二次電池の温度が５５℃以上６０℃以下の高温の場合、前記充電率の最大値を１００％から９０％に変更する。ここで、「合金化反応を行う負極」とは、炭素材料からなる負極のようにリチウムイオンがインターカレーションにより負極内部に侵入することによって放電を行うのではなく、リチウムイオンと合金を形成する負極を意味する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
前記二次電池の温度が常温（２５℃±５℃、すなわち、２０℃以上３０℃以下の範囲）の場合、充電率の最小値を０％から１０％に変更し、前記常温時の前記充電率の最大値は１００％であることが好ましい。この構成によれば、二次電池の温度が常温、高温に拘わらず充電率（ＳＯＣ）が９０％を超えないように制御を行う場合に比べて、二次電池の充放電量が大きくなり、二次電池を車両の電源として使用する場合、その車両の走行距離を長くすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記高温時の前記充電率の最小値は０％であることが好ましい。この構成によれば、高温時にも常温時と同様に充電率が１０％以上で使用される場合に比べて、二次電池の充放電量が大きくなり、二次電池を車両の電源として使用する場合、その車両の走行距離を長くすることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記課題を解決する二次電池の制御装置は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備える二次電池の制御装置である。前記制御装置は、前記二次電池の温度を検出する電池温度検出部と、前記二次電池の充電率を検出する充電率検出部と、前記電池温度検出部及び前記充電率検出部の検出結果に基づいて前記二次電池の充電率が予め温度に応じて設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記二次電池の温度が常温範囲である２０℃以上３０℃以下にある場合、前記充電率の最小値を０％から１０％に変更し、前記二次電池の温度が２０℃以上３０℃以下よりも高い５５℃以上６０℃以下にある場合、前記充電率の最大値を１００％から９０％に変更する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、最大の充電率（ＳＯＣ）において４．５Ｖの電圧を出力する。二次電池の制御方法では、二次電池の充電率が二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって、二次電池の充放電を制御する。二次電池の温度が５５℃以上６０℃以下の高温の場合、充電率の最大値を１００％から９０％とするように充放電を制御する。したがって、前記二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
（２）二次電池の温度が常温（２５℃±５℃）である場合、充電率の最小値を０％から１０％とし、充電率の最大値を１００％とするように充放電を制御する。したがって、二次電池の温度が常温であるときも高温であるときも充電率（ＳＯＣ）が９０％を超えないように充電率を制御する場合に比べて、二次電池の充放電量を大きくすることができる。そのため、二次電池を車両の電源として使用する場合、その車両の走行距離を長くすることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
（３）高温時の充電率の最小値は０％である。したがって、高温時にも常温時と同様に１０％以上の充電率で二次電池が使用される場合に比べて、二次電池の充放電量を大きくすることができる。そのため、二次電池を車両の電源として使用する場合、その車両の走行距離を長くすることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
（５）二次電池の制御装置は、二次電池（二次電池モジュール１３）の温度を検出する電池温度検出手段１８と、二次電池の充電率を検出する充電率検出手段１９と、電池温度検出手段１８及び充電率検出手段１９の検出結果に基づいて、二次電池の充電率が該二次電池の温度に応じて予め設定された範囲を逸脱しないように充電率の最大値及び最小値を変更することによって前記二次電池の充放電を制御する制御手段（ＰＣＵ１５、ＥＣＵ１６、二次電池制御装置１７）と、を備える。前記二次電池の温度が２０℃以上３０℃以下（常温範囲）にある場合、充電率の最小値を１０％以上とし、前記二次電池の温度が第１の温度範囲よりも５５℃以上６０℃以下（高温）である場合、充電率の最大値を１００％から９０％とするように充放電を制御する。したがって、上記の効果（１）に示した二次電池の制御方法を行うことにより、前記二次電池の使用時における負極の劣化を抑制することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
（１）二次電池の制御装置であって、前記二次電池は、合金化反応を行う負極と、リチウム遷移金属酸化物正極とを備え、前記制御装置は、前記二次電池の充電率が１００％である状態において前記二次電池の温度が５５℃以上６０℃以下に上昇する場合、前記二次電池の充電率が９０％になるまで前記二次電池を放電させる。
【国際調査報告】
2014104280.tif 000008
2014104280.tif 000009
2014104280.tif 000010
2014104280.tif 000011