(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンを含む電解液に含浸された電極体を有する二次電池と、
前記二次電池の温度がしきい値温度以上である場合に前記二次電池の充放電を許可する一方で、前記二次電池の温度が前記しきい値温度未満である場合には前記二次電池の充放電を制限する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電極体内において前記リチウムイオンの濃度分布が偏ることにより生じる前記リチウムイオンの最低濃度に関連する値を求め、前記関連する値が前記最低濃度の低下を示すほど前記しきい値温度を高く設定する、二次電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記二次電池の充放電履歴から、前記二次電池の充放電により生じる前記濃度分布の偏りに起因する前記二次電池の劣化度合いを示す評価値を算出し、前記評価値が大きいほど前記最低濃度が低いとして前記しきい値温度を高く設定する、請求項１に記載の二次電池システム。
【請求項３】
前記二次電池は、
前記電極体を収容する電池ケースと、
前記電池ケースの表面の面圧を測定する面圧センサとをさらに含み、
前記制御装置は、前記面圧が高いほど前記最低濃度が低いとして前記しきい値温度を高く設定する、請求項１に記載の二次電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記電解液の流れを規定する液流れ方程式を用いて前記電解液の流速を算出し、前記流速から前記濃度分布を算出し、算出された濃度分布から前記最低濃度を算出する、請求項１に記載の二次電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池システムに関し、より特定的には、リチウムイオンを含む電解液に含浸された電極体を有する二次電池（リチウムイオン二次電池）を備えた二次電池システムの充放電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池をバッテリとして搭載した二次電池システムが広く普及している。このような二次電池システムでは、極低温の環境下においてバッテリの電解液が凝固（凍結）し得る。電解液が凝固した場合には、バッテリを保護するために、バッテリの充放電を制限することが望ましい。たとえば特開２０１３−１８３５２３号公報（特許文献１）に開示された電動車両は、電解液の凝固点以下の温度ではリレーを開放することによって、バッテリと、外部電源および電気負荷とを電気的に遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８３５２３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／０４６２６３号
【特許文献３】特開２０１４−２０７１０７号公報
【特許文献４】特開２０１５−１２７９９１号公報
【特許文献５】特開２０１５−１３１５７３号公報
【特許文献６】特開２０１３−１２５７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バッテリを保護するための対策として、「しきい値温度」を設定し、バッテリの温度としきい値温度との比較から、バッテリの充放電を制限するか否かを判定することが考えられる。すなわち、バッテリの温度がしきい値温度以上である場合、電解液は凝固していないとしてバッテリの充放電が許可される一方で、バッテリの温度がしきい値温度未満である場合には、電解液の少なくとも一部が凝固しているとしてバッテリの充放電が制限される。
【０００５】
一般に、リチウムイオン二次電池を含んで構成されるバッテリでは、大電流での充放電が継続的に行なわれることにより、電解液中のリチウムイオンの濃度分布に偏りが生じ得る。上記しきい値温度の設定に際し、リチウムイオンの濃度分布の偏りを考慮せず、固定値（バッテリ構成に応じて予め定められた値）を用いることも考えられる。
【０００６】
しかしながら、固定値を用いた場合、しきい値温度が過度に高く設定されたときには、電解液が全く凝固していないにもかかわらずバッテリの充放電が許可されない可能性（すなわち、バッテリの充放電が過度に制限される可能性）がある。逆に、しきい値温度が過度に低く設定されたときには、電解液が凝固した領域が存在するにもかかわらずバッテリの充放電が行なわれ、バッテリがさらに劣化する可能性がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、リチウムイオン二次電池を含んで構成されたバッテリを備えた二次電池システムにおいて、バッテリの充放電の過度の制限を回避しつつ、バッテリの劣化を抑制するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１．本発明のある局面に従う二次電池システムは、リチウムイオンを含む電解液に含浸された電極体を有する二次電池と、二次電池の温度がしきい値温度以上である場合に二次電池の充放電を許可する一方で、二次電池の温度がしきい値温度未満である場合には二次電池の充放電を制限する制御装置とを備える。制御装置は、電極体内においてリチウムイオンの濃度分布が偏ることにより生じるリチウムイオンの最低濃度に関連する値を求め、上記関連する値が最低濃度の低下を示すほどしきい値温度を高く設定する。
【０００９】
２．好ましくは、制御装置は、二次電池の充放電履歴から、二次電池の充放電により生じる濃度分布の偏りに起因する二次電池の劣化度合いを示す評価値を算出し、評価値が大きいほど最低濃度が低いとしてしきい値温度を高く設定する。
【００１０】
３．好ましくは、二次電池は、電極体を収容する電池ケースと、電池ケースの表面の面圧を測定する面圧センサとをさらに含む。制御装置は、面圧が高いほど最低濃度が低いとしてしきい値温度を高く設定する。
【００１１】
４．好ましくは、制御装置は、電解液の流れを規定する液流れ方程式を用いて電解液の流速を算出し、流速から濃度分布を算出し、算出された濃度分布から最低濃度を算出する。
【００１２】
上記構成によれば、２．二次電池の劣化度合い（いわゆるハイレート劣化の度合い）を示す評価値、または３．面圧センサにより測定された面圧が、最低濃度に関連する値として求められる。あるいは、４．液流れ方程式を用いて最低濃度が直接的に算出される。そして、最低濃度が低いほどしきい値温度が高く設定される。
【００１３】
凝固点降下の原理によれば、溶媒に加えられた溶質の濃度が高いほど、凝固点の降下量が大きくなり凝固点が低くなる。そのため、電解液中のリチウムイオンの濃度（塩濃度）分布に偏りが生じている場合には、電解液の領域毎に凝固点が異なり得る。つまり、塩濃度が増加した領域では凝固点が低下する一方で、塩濃度が減少した領域では凝固点が上昇する。そのため、二次電池の温度低下に伴い、電解液は、塩濃度が相対的に低い領域から局所的に凝固し始める可能性がある。
【００１４】
上記構成によれば、電解液の凝固が最も起こりやすい領域の濃度である最低濃度に応じて定められるしきい値温度を二次電池の温度以上である場合には、電解液は全く凝固していないとして、二次電池の充放電が許可される。これにより、バッテリの充放電の過度の制限を回避することができる。一方、二次電池の温度がしきい値温度（すなわち、電解液の凝固が最も起こりやすい領域の濃度に応じて定められる温度）未満である場合には、電解液の少なくとも一部が凝固している可能性があるとして、二次電池の充放電が制限（たとえば禁止）される。これにより、二次電池の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る二次電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】バッテリの構成をより詳細に示す図である。
【図３】各セルの構成をより詳細に示す図である。
【図４】電極体の構成をより詳細に示す図である。
【図５】電極体の面内方向における塩濃度分布の一例を示す図である。
【図６】忘却係数を算出するためのマップの一例を示す図である。
【図７】電解液の塩濃度と凝固点との関係を説明するための図である。
【図８】ハイレート劣化の積算評価値に応じた、しきい値温度の設定手法を説明するための図である。
【図９】実施の形態１におけるバッテリの充放電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１０】内部抵抗としきい値温度との相関関係を規定するマップの一例を示す図である。
【図１１】実施の形態１の変形例におけるバッテリの充放電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１２】実施の形態２におけるバッテリの構成を示す図である。
【図１３】面圧センサにより測定される面圧分布の一例を示す図である。
【図１４】面圧の補正手法を説明するための図である。
【図１５】補正後の面圧としきい値温度との相関関係を規定するマップの一例を示す図である。
【図１６】実施の形態２におけるバッテリの充放電制御を説明するためのフローチャートである。
【図１７】電極体のモデルの一例を説明するための図である。
【図１８】最低塩濃度としきい値温度との相関関係を規定するマップの一例を示す図である。
【図１９】実施の形態３におけるバッテリの充放電制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１７】
以下に説明する実施の形態では、本発明に係る二次電池システムがハイブリッド車両に搭載される構成を例に説明する。しかし、本発明に係る二次電池システムが搭載可能な車両はハイブリッド車両に限定されず、電気自動車または燃料自動車であってもよい。また、本発明に係る二次電池システムの用途は車両用に限定されるものではなく、定置用であってもよい。
【００１８】
［実施の形態１］
＜ハイブリッド車両の構成＞
図１は、実施の形態１に係る二次電池システムが搭載されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両１は、二次電池システム２と、モータジェネレータ（ＭＧ：Motor  Generator）１０，２０と、動力分割機構３０と、エンジン４０と、駆動輪５０とを備える。二次電池システム２は、バッテリ１００と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System  Main  Relay）１５０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power  Control  Unit）２００と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic  Control  Unit）３００とを備える。
【００１９】
モータジェネレータ１０，２０の各々は三相交流回転電機である。モータジェネレータ１０は、動力分割機構３０を介してエンジン４０のクランク軸に連結される。モータジェネレータ１０は、エンジン４０を始動させる際にはバッテリ１００の電力を用いてエンジン４０のクランク軸を回転させる。また、モータジェネレータ１０はエンジン４０の動力を用いて発電することも可能である。モータジェネレータ１０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ２００により直流電力に変換されてバッテリ１００に充電される。また、モータジェネレータ１０によって発電された交流電力は、モータジェネレータ２０に供給される場合もある。
【００２０】
モータジェネレータ２０は、バッテリ１００からの電力およびモータジェネレータ１０により発電された電力のうちの少なくとも一方を用いて駆動軸を回転させる。また、モータジェネレータ２０は回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ２０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ２００により直流電力に変換されてバッテリ１００に充電される。
【００２１】
動力分割機構３０は、たとえば遊星歯車機構であり、エンジン４０のクランク軸、モータジェネレータ１０の回転軸、および駆動軸の三要素を機械的に連結する。エンジン４０は、ガソリンエンジン等の内燃機関であり、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて車両１が走行するための駆動力を発生する。
【００２２】
ＰＣＵ２００は、いずれも図示しないが、インバータと、コンバータとを含む。インバータは、一般的な三相インバータである。コンバータは、昇圧動作時にはバッテリ１００から供給された電圧を昇圧してインバータに供給する。コンバータは、降圧動作時にはインバータから供給された電圧を降圧してバッテリ１００を充電する。ＳＭＲ１５０は、バッテリ１００とＰＣＵ２００とを結ぶ電流経路に電気的に接続される。ＳＭＲ１５０がＥＣＵ３００からの制御信号に応じて閉成されている場合、バッテリ１００とＰＣＵ２００との間で電力の授受が行なわれ得る。
【００２３】
バッテリ１００は、リチウムイオン二次電池を含み、再充電が可能に構成された直流電源である。バッテリ１００の構成については図２および図３にて詳細に説明する。バッテリ１００には、電圧センサ１０１と、電流センサ１０２と、温度センサ１０３とが設けられる。電圧センサ１０１は、バッテリ１００の電圧ＶＢを検出する。電流センサ１０２は、バッテリ１００に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ１０３は、バッテリ１００の温度（以下「電池温度ＴＢ」とも記載する）を検出する。各センサは、その検出結果をＥＣＵ３００に出力する。ＥＣＵ３００は、各センサによる検出結果に基づいてバッテリ１００のＳＯＣ（State  Of  Charge）を算出する。
【００２４】
ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）３０１と、メモリ３０２と、入出力バッファ（図示せず）等とを含んで構成される。ＥＣＵ３００は、各センサから受ける信号、ならびにメモリ３０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１が所望の状態となるように各機器を制御する。ＥＣＵ３００により実行される主要な制御としてバッテリ１００の充放電制御が挙げられるが、この充放電制御については後に詳細に説明する。
【００２５】
＜バッテリの構成＞
図２は、バッテリ１００の構成をより詳細に示す図である。バッテリ１００は、複数のセル１１０と、一対のエンドプレート１２０と、拘束バンド１３０と、複数のバスバー１４０とを含む。
【００２６】
複数のセル１１０の各々は、たとえば略直方体形状を有する。複数のセル１１０は、最も面積が大きい側面（図中ｚｘ平面に平行な面）が互いに距離を隔てて対向するように積層される。図２では、複数のセル１１０を積層して構成される積層体のうち、積層方向（ｙ方向）の一方端が部分的に示されている。この積層方向における一方端および他方端にそれぞれ対向するように、一対のエンドプレート１２０（図２では一方のみを示す）が配置される。拘束バンド１３０は、すべてのセル１１０を挟み込んだ状態である一対のエンドプレート１２０を拘束する。
【００２７】
図３は、各セル１１０の構成をより詳細に示す図である。セル１１０のケース１１１上面（ｚ軸方向上方の面）は蓋体１１２によって封止される。蓋体１１２には、正極端子１１３および負極端子１１４が設けられる。正極端子１１３および負極端子１１４の各々の一方端は、蓋体１１２から外部に突出する。あるセルの正極端子１１３と、隣接するセルの負極端子１１４とは、互いに対向するように配置されるとともに、これらの端子間がバスバー１４０により締結されて電気的に接続される（図２参照）。これにより、バッテリ１００内において複数のセル１１０は互いに直列に接続される。正極端子１１３および負極端子１１４の各々の他方端は、ケース１１１内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続される。
【００２８】
ケース１１１内部には電極体１１５が収容される（ケース１１１を透視して破線で示す）。電極体１１５は、セパレータ１１８を介して積層された正極シート１１６と負極シート１１７とがｘ軸周りに筒状に捲回されることにより形成される。
【００２９】
図４は、電極体１１５の構成をより詳細に示す図である。ｘ方向は各層の面内方向であり、ｙ方向は各層の積層方向である。正極シート１１６は、集電箔１１６Ａと、集電箔１１６Ａの表面に形成された正極活物質層１１６Ｂ（正極活物質、導電材およびバインダを含む層）とを含む。同様に、負極シート１１７は、集電箔１１７Ａと、集電箔１１７Ａの表面に形成された負極活物質層１１７Ｂ（負極活物質、導電材およびバインダを含む層）とを含む。セパレータ１１８は、正極活物質層１１６Ｂおよび負極活物質層１１７Ｂの両方に接するように設けられる。正極活物質層１１６Ｂと負極活物質層１１７Ｂとがセパレータ１１８を介して互いに向かい合う領域を「Ｋ」で示す。正極活物質層１１６Ｂ、負極活物質層１１７Ｂおよびセパレータ１１８は、電解液により含浸される。
【００３０】
正極シート１１６、負極シート１１７、セパレータ１１８および電解液の材料としては、従来公知の各種材料を用いることができる。一例として、正極シート１１６には、コバルト酸リチウムまたはマンガン酸リチウムが用いられる。負極シート１１７にはカーボンが用いられる。セパレータ１１８にはポリオレフィンが用いられる。電解液は、有機溶媒と、リチウムイオンと、添加剤とを含む。なお、電極体１１５を捲回体にすることは必須ではなく、電極体１１５は捲回されていない積層体であってもよい。
【００３１】
＜塩濃度分布の偏りに起因するハイレート劣化＞
以上のように構成された二次電池システム２において、バッテリ１００の大電流での充放電が継続的に行なわれると、各セル１１０の内部抵抗が増加し、セル１１０からの出力電圧が低下することが知られている。このような劣化は「ハイレート劣化」と呼ばれる。ハイレート劣化を引き起こす要因は、電極体１１５内のリチウムイオン濃度分布（以下「塩濃度分布」と略す）の偏りである。塩濃度分布の偏りは、電極体１１５の面内方向（ｘ方向）にも積層方向（ｙ方向）にも生じ得るが、一般的に面内方向の偏りの方が積層方向の偏りと比べて顕著である。そのため、以下では面内方向の塩濃度分布について代表的に説明する。
【００３２】
図５は、電極体１１５の面内方向における塩濃度分布の一例を示す図である。図５において、横軸は電極体１１５の面内方向（ｘ方向）の位置を表し、縦軸は塩濃度Ｃを表す。
【００３３】
セル１１０の初期状態（たとえば製造直後の状態）では塩濃度Ｃは略一定である。セル１１０の大電流での充電が継続的に行なわれ、セル１１０のハイレート劣化が進行するに従って、領域Ｋの中央付近の塩濃度Ｃが増加する一方で、領域Ｋの両端付近の塩濃度Ｃが減少する。なお、セル１１０の大電流での放電が継続的に行なわれると、図５とは反対に、領域Ｋの中央付近の塩濃度が次第に減少する一方で、領域Ｋの両端付近の塩濃度が次第に増加する。
【００３４】
＜ハイレート劣化の評価値＞
ＥＣＵ３００は、バッテリ１００の充放電履歴に基づいて、ハイレート劣化の進行状態を推定する。より具体的には、ＥＣＵ３００は、バッテリ１００の充放電に伴う塩濃度分布の偏りの増大および減少の両方を考慮して、ハイレート劣化の度合い（言い換えればダメージ量）を評価するための評価値Ｄを所定の制御周期ΔＴ毎に算出する。以下、評価値Ｄの算出手法について詳細に説明する。
【００３５】
Ｎを１以上の整数とし、今回（Ｎ回目）の制御周期で算出されるバッテリ１００の評価値ＤをＤ（Ｎ）と表し、前回（（Ｎ−１）回目）の制御周期で算出された評価値ＤをＤ（Ｎ−１）と表すと、評価値Ｄ（Ｎ）は下記式（１）に従って算出される。評価値Ｄの初期値Ｄ（０）は、たとえば０に設定される。
【００３６】
Ｄ（Ｎ）＝Ｄ（Ｎ−１）−Ｄ（−）＋Ｄ（＋）                    ・・・（１）
上記式（１）において、評価値Ｄの減少量Ｄ（−）は、前回の評価値算出時から今回の評価値算出時までの間（制御周期ΔＴの間）にリチウムイオンが拡散することによる塩濃度分布の偏りの減少を表す。より具体的には、減少量Ｄ（−）は、たとえば下記式（２）のように忘却係数αを用いて算出される。なお、０＜α×ΔＴ＜１である。
【００３７】
Ｄ（−）＝α×ΔＴ×Ｄ（Ｎ−１）                              ・・・（２）
忘却係数αは、電解液中のリチウムイオンの拡散速度に対応する係数であり、電池温度ＴＢおよびＳＯＣに依存する。そのため、忘却係数αと、電池温度ＴＢおよびＳＯＣとの相関関係が実験またはシミュレーションにより予め取得され、マップまたは変換式としてＥＣＵ３００のメモリ３０２に記憶される。
【００３８】
図６は、忘却係数αを算出するためのマップの一例を示す図である。図６において、横軸は電池温度ＴＢを示し、縦軸は忘却係数αを示す。電池温度ＴＢが同じであればＳＯＣが高くなるほど忘却係数αは大きくなり、ＳＯＣが同じであれば電池温度ＴＢが高くなるほど忘却係数αは大きくなる。つまり、リチウムイオンの拡散が起こりやすいほど忘却係数αは大きくなる。図６に示すようなマップを用いることにより、電池温度ＴＢおよびＳＯＣから忘却係数αを算出することができる。
【００３９】
上記式（１）に戻り、評価値Ｄの増加量Ｄ（＋）は、前回の評価値算出時から今回の評価値算出時までの間（制御周期ΔＴの間）における充放電による塩濃度分布の偏りの増大を表す。より具体的には、増加量Ｄ（＋）は、たとえば下記式（３）のように電流係数β、限界しきい値γおよび電流ＩＢを用いて算出される。
【００４０】
Ｄ（＋）＝（β／γ）×ＩＢ×ΔＴ                              ・・・（３）
詳細な説明は繰り返さないが、電流係数βおよび限界しきい値γについても忘却係数αと同様に、電池温度ＴＢおよびＳＯＣとの相関関係が実験またはシミュレーションにより予め取得され、マップまたは変換式としてメモリ３０２に記憶される。よって、電池温度ＴＢおよびＳＯＣから電流係数βおよび限界しきい値γを算出することができる（たとえば特許文献５参照）。このように、塩濃度分布の偏りの増大および減少の両方を考慮して評価値Ｄ（Ｎ）を算出することにより、塩濃度分布の偏りの変化を評価値Ｄ（Ｎ）に適切に反映させることができる。
【００４１】
ＥＣＵ３００は、バッテリ１００のハイレート劣化の進行状態を推定するために、すべての整数Ｎについて評価値Ｄ（Ｎ）を積算することにより積算評価値ΣＤ（Ｎ）を算出する。より具体的には、下記式（４）に示すように、評価値Ｄの初期値Ｄ（０）から（Ｎ−１）回目の制御周期における評価値Ｄ（Ｎ−１）までの積算評価値ΣＤ（Ｎ−１）に減衰係数δが乗算され、さらにＮ回目の制御周期における評価値Ｄ（Ｎ）が加算される。
【００４２】
ΣＤ（Ｎ）＝δ×ΣＤ（Ｎ−１）＋Ｄ（Ｎ）                      ・・・（４）
減衰係数δは、時間経過に伴うリチウムイオンの拡散による塩濃度分布の偏りの減少を考慮して定められる係数である。減衰係数δは、実験またはシミュレーションにより予め取得され、メモリ３０２に記憶される。なお、積算評価値ΣＤ（Ｎ）は、本発明に係る「評価値」に相当する。
【００４３】
＜電解液の凝固＞
一般に、極低温（たとえば−３０℃以下）の環境下ではバッテリの電解液が凝固し得る。電解液が凝固した場合には、バッテリを保護するために、バッテリの充放電を制限することが望ましい。本実施の形態では、バッテリ１００を保護するための対策として、しきい値温度Ｔｔｈが設定される。ＥＣＵ３００は、電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ以上の場合、電解液は凝固していないとしてバッテリ１００の充放電を許可する一方で、電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ未満の場合には、電解液が凝固している可能性があるとしてバッテリ１００の充放電を制限する。しきい値温度Ｔｔｈの設定に際しては、バッテリ１００の構成に応じて予め定められた固定値を用いることも考えられる。しかしながら、電解液の凝固点Ｔｆは、以下に説明するように電解液の塩濃度Ｃに依存する。
【００４４】
図７は、電解液の塩濃度Ｃと凝固点Ｔｆとの関係を説明するための図である。図７において、横軸は塩濃度Ｃを示し、縦軸は凝固点Ｔｆを示す。凝固点降下の原理によれば、塩濃度Ｃが高いほど、凝固点の降下量が大きくなり凝固点Ｔｆが低くなる。そのため、電極体１１５内の塩濃度分布に偏りが生じている場合には、電極体１１５内の領域毎に凝固点Ｔｆが異なり得る。つまり、塩濃度Ｃが増加した領域（図５に示す例では領域Ｋの中央付近の領域）では凝固点Ｔｆが低下する一方で、塩濃度Ｃが減少した領域（領域Ｋの両端付近の領域）では凝固点Ｔｆが上昇する。よって、電池温度ＴＢの低下に伴い、電解液は、塩濃度が相対的に低い領域（最も低い領域）から凝固し始める可能性がある。
【００４５】
このように塩濃度分布の偏りに起因して凝固点Ｔｆが変化し得ることを考慮せず、しきい値温度Ｔｔｈに固定値を用いた場合、しきい値温度Ｔｔｈが過度に高く設定されたときには、バッテリ１００を保護することはできるものの、電解液が全く凝固していないにもかかわらずバッテリ１００の充放電が制限（たとえば禁止）される可能性がある。車載バッテリであるバッテリ１００の充放電が禁止されると、車両１の走行性能が低下する（たとえば走行不可になる）可能性がある。
【００４６】
逆に、しきい値温度Ｔｔｈが過度に低く設定されたときには、電解液が凝固した領域が存在するにもかかわらずバッテリ１００の充放電が行なわれ得る。この場合、電解液が凝固していない領域（塩濃度Ｃが相対的に高い領域）に充放電電流が集中することにより、バッテリ１００の劣化がさらに進行してしまう可能性がある。
【００４７】
そこで、実施の形態１においては、上述のように算出されたハイレート劣化の積算評価値ΣＤに応じてしきい値温度Ｔｔｈを調整する構成を採用する。より詳細に説明すると、本発明者らは、積算評価値ΣＤが塩濃度分布を考慮して算出されることから、積算評価値ΣＤと、電極体１１５内で最も低い塩濃度である「最低塩濃度Ｃｍｉｎ」との間に相関関係（後述）が存在する点に着目した。実施の形態１では、積算評価値ΣＤが大きく塩濃度分布の偏りが大きいほど、電解液の凝固が最も起こりやすい領域の塩濃度である最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いとして、しきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。このように電解液の凝固が最も起こりやすい領域の塩濃度に着目してしきい値温度Ｔｔｈを設定することにより、以下に詳細に説明するように、バッテリ１００の充放電の過度の制限を回避しつつ、バッテリ１００の劣化を抑制することが可能になる。
【００４８】
図８は、ハイレート劣化の積算評価値ΣＤに応じた、しきい値温度Ｔｔｈの設定手法を説明するための図である。図８において、横軸は積算評価値ΣＤを示す（積算評価値ΣＤは正負いずれの値も取り得るが、記載の簡略化のため、積算評価値ΣＤの絶対値を単に積算評価値ΣＤと記載する）。縦軸は、上から順に最低塩濃度Ｃｍｉｎ、塩濃度Ｃが最も低い領域（塩濃度Ｃ＝最低塩濃度Ｃｍｉｎの領域）における凝固点である「凝固点Ｔｆｍｉｎ」、および、しきい値温度Ｔｔｈを示す。
【００４９】
積算評価値ΣＤが大きくなり電極体１１５内の塩濃度分布の偏り（たとえば最高塩濃度Ｃｍａｘと最低塩濃度Ｃｍｉｎとの差）が大きくなると、全領域についての塩濃度Ｃの平均値は略一定であるため、図８（Ａ）に示すように最低塩濃度Ｃｍｉｎが低くなる。そして、図８（Ｂ）に示すように、最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いほど凝固点Ｔｆｍｉｎが高くなり、電解液の局所的な凝固が起こりやすくなる。したがって、実施の形態１では、凝固点Ｔｆｍｉｎが積算評価値ΣＤの増加に伴い単調増加するのと同様に、しきい値温度Ｔｔｈについても積算評価値ΣＤの増加に伴い単調増加させる（図８（Ｃ）参照）。さらに、しきい値温度Ｔｔｈは、各積算評価値ΣＤにおいて凝固点Ｔｆｍｉｎよりも高く設定される。
【００５０】
このように、実施の形態１によれば、電解液の凝固が元も起こりやすい領域の塩濃度である最低塩濃度Ｃｍｉｎに応じて、しきい値温度Ｔｔｈが設定される。電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ以上である場合には、電池温度ＴＢが凝固点Ｔｆｍｉｎよりも高く、電解液は全く凝固していない。よって、バッテリ１００の充放電が許可される。これにより、バッテリ１００の充放電の過度の制限を回避することができる。
【００５１】
一方、電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ（すなわち、電解液の凝固が最も起こりやすい領域の最低塩濃度Ｃｍｉｎに応じて定められた温度）未満である場合には、電池温度ＴＢが凝固点Ｔｆｍｉｎ以下になる可能性がある。つまり、電解液の少なくとも一部が局所的に凝固する可能性がある。よって、バッテリ１００の充放電が制限される。これにより、バッテリ１００の劣化を抑制することができる。
【００５２】
なお、図８では、最低塩濃度Ｃｍｉｎ、凝固点Ｔｆｍｉｎおよびしきい値温度Ｔｔｈが積算評価値ΣＤの増加に伴い直線状に変化する例を示す。しかし、最低塩濃度Ｃｍｉｎは、積算評価値ΣＤの増加に伴い単調減少すればよいので、たとえば曲線状に減少してもよい。また、凝固点Ｔｆｍｉｎおよびしきい値温度Ｔｔｈは、積算評価値ΣＤの増加に伴い単調増加すればよいので、たとえば曲線状に増加してもよい。あるいは、しきい値温度Ｔｔｈを積算評価値ΣＤの増加に伴いステップ的に増加させることも可能である。以下の図１０、図１５または図１８に示すマップについても同様である。
【００５３】
＜バッテリの充放電制御フロー＞
以下、ＥＣＵ３００がしきい値温度Ｔｔｈを設定し、しきい値温度Ｔｔｈに応じてバッテリ１００の充放電を制御する際の処理手順について、フローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００５４】
図９は、実施の形態１におけるバッテリ１００の充放電制御を説明するためのフローチャートである。図９ならびに後述する図１１、図１６および図１９に示すフローチャートは、所定周期毎または所定条件が成立する度にメインルーチンから呼び出されて実行される。これらのフローチャートに含まれる各ステップ（「Ｓ」と略す）は、基本的にはＥＣＵ３００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部がＥＣＵ３００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。
【００５５】
Ｓ１１０において、ＥＣＵ３００は、温度センサ１０３から電池温度ＴＢを取得する。そして、Ｓ１２０において、ＥＣＵ３００は、電池温度ＴＢが所定の基準値未満であるか否かを判定する。この基準値は、バッテリ１００の電解液が凝固する可能性がある温度（極低温であるものの、しきい値温度Ｔｔｈよりは高い温度）に設定される。電池温度ＴＢが基準値以上であり電解液が凝固する可能性がない場合（Ｓ１２０においてＮＯ）には、ＥＣＵ３００は、以降の処理をスキップして処理をメインルーチンへと戻す。
【００５６】
ハイレート劣化の積算評価値ΣＤは、図示しない別ルーチンにて所定の周期で算出される。この算出手法は上記式（１）〜（４）を用いて詳細に説明したため、説明は繰り返さない（たとえば特許文献２，５参照）。電池温度ＴＢが基準値未満の場合、すなわち電解液が凝固する可能性がある場合（Ｓ１２０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、上記別ルーチンにて算出された積算評価値ΣＤを取得する。
【００５７】
Ｓ１４０において、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０にて取得した積算評価値ΣＤ（絶対値）が所定の判定値よりも大きいか否かを判定する。この判定値は、バッテリ１００のハイレート劣化が凝固点Ｔｆに影響を与える可能性がある値に実験またはシミュレーションに基づいて設定される。積算評価値ΣＤが判定値よりも大きい場合（Ｓ１４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、バッテリ１００のハイレート劣化が凝固点Ｔｆに影響を与える可能性があるとして、以下のＳ１５０にてしきい値温度Ｔｔｈを補正する。
【００５８】
Ｓ１５０において、ＥＣＵ３００は、実験またはシミュレーションにより予め定められたマップ（図８（Ｃ）参照）または変換式を用いて、積算評価値ΣＤからしきい値温度Ｔｔｈを算出する。これにより、積算評価値ΣＤが大きいほど最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いとしてしきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。
【００５９】
なお、Ｓ１５０では積算評価値ΣＤからしきい値温度Ｔｔｈを直接変換する例を説明したが、ＥＣＵ３００は以下の２つの処理を順次実行してもよい。すなわち、ＥＣＵ３００は、マップ（図８（Ａ）参照）または変換式を用いて積算評価値ΣＤから最低塩濃度Ｃｍｉｎを算出し、さらに別のマップ（図示せず）または変換式を用いて最低塩濃度Ｃｍｉｎからしきい値温度Ｔｔｈを算出してもよい。
【００６０】
Ｓ１４０において積算評価値ΣＤがしきい値以下の場合（Ｓ１４０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、電解液の凝固点Ｔｆに影響を与え得るほどバッテリ１００のハイレート劣化が進行していないとして、Ｓ１５０の処理をスキップして処理をＳ１６０へと進める。この場合には、予め定められた固定値がしきい値温度Ｔｔｈとして用いられる。ただし、Ｓ１４０の処理は必須ではなく、Ｓ１３０の処理の後にＳ１５０の処理を必ず実行してもよい。
【００６１】
Ｓ１６０において、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にて取得した電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ未満であるか否かを判定する。ＥＣＵ３００は、電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ以上の場合（Ｓ１６０においてＮＯ）、バッテリ１００の充放電を許可する一方で（Ｓ１８０）、電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ未満の場合（Ｓ１６０においてＹＥＳ）には、バッテリ１００の充放電を制限する（Ｓ１７０）。充放電の制限としては、電流ＩＢの大きさを所定値以下（ハイレート劣化が起こらない値）に制限してもよいし、充放電を全面的に禁止してもよい。その後、ＥＣＵ３００は処理をメインルーチンへと戻す。
【００６２】
以上のように、実施の形態１によれば、塩濃度分布の偏りに起因して凝固点Ｔｆの分布が不均一になり、電極体１１５内の領域毎に凝固点Ｔｆｍｉｎが異なり得ることを考慮して、しきい値温度Ｔｔｈが設定される。具体的には、積算評価値ΣＤ（絶対値）が大きいほど最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いとしてしきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。
【００６３】
電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ以上である場合には、電池温度ＴＢが凝固点Ｔｆｍｉｎよりも高く電解液は凝固していないとして、バッテリ１００の充放電が許可される。これにより、バッテリ１００の充放電の過度の制限を回避することができる。一方、電池温度ＴＢがしきい値温度Ｔｔｈ未満である場合には、電池温度ＴＢが凝固点Ｔｆｍｉｎよりも低く電解液の少なくとも一部が局所的に凝固している可能性があるとして、バッテリ１００の充放電が制限される。これにより、バッテリ１００の劣化を抑制することができる。
【００６４】
［実施の形態１の変形例］
一般に、バッテリのハイレート劣化が進行するほどバッテリの内部抵抗は大きくなる（たとえば特許文献６参照）。したがって、積算評価値ΣＤに代えて、バッテリ１００の内部抵抗Ｒに基づいてハイレート劣化の進行状態を推定することも可能である。実施の形態１の変形例１では、内部抵抗Ｒとしきい値温度Ｔｔｈとの相関関係を規定するマップを用いて、内部抵抗Ｒからしきい値温度Ｔｔｈを設定する例について説明する。
【００６５】
図１０は、内部抵抗Ｒとしきい値温度Ｔｔｈとの相関関係を規定するマップの一例を示す図である。図１０において、横軸は内部抵抗Ｒを示し、縦軸はしきい値温度Ｔｔｈを示す。内部抵抗Ｒが高いほど、ハイレート劣化が進行し塩濃度分布の偏りが大きくなっていることを示すので、最低塩濃度Ｃｍｉｎが低くなる。よって、実験またはシミュレーションにより予め定められた図１０に示すようなマップを用いることにより、内部抵抗Ｒが高いほどしきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。
【００６６】
図１１は、実施の形態１の変形例におけるバッテリ１００の充放電制御を説明するためのフローチャートである。Ｓ１１０Ａ，Ｓ１２０Ａの処理は、実施の形態１におけるＳ１１０，Ｓ１２０の処理（図９参照）とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。
【００６７】
Ｓ１２０Ａにおいて電池温度ＴＢが基準値未満である場合（Ｓ１２０ＡにおいてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、バッテリ１００の内部抵抗Ｒを算出する（Ｓ１３０Ａ）。内部抵抗Ｒは、電圧ＶＢ、電流ＩＢおよび電池温度ＴＢから公知の手法を用いて算出することができる。
【００６８】
Ｓ１４０Ａにおいて、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０Ａにて算出した内部抵抗Ｒが所定の判定値よりも高いか否かを判定する。内部抵抗Ｒが判定値よりも高い場合（Ｓ１４０ＡにおいてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、バッテリ１００のハイレート劣化が凝固点Ｔｆに影響を与える可能性があるとして、所定のマップ（図１０参照）または変換式を用いて、内部抵抗Ｒからしきい値温度Ｔｔｈを算出する（Ｓ１５０Ａ）。これにより、内部抵抗Ｒが高いほど最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いとして、しきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。以降のＳ１６０Ａ〜Ｓ１８０Ａの処理は、実施の形態１におけるＳ１６０〜Ｓ１８０の処理とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。
【００６９】
以上のように、実施の形態１の変形例によれば、バッテリ１００のハイレート劣化の進行度合い（言い換えれば塩濃度分布の偏りの大きさ）が内部抵抗Ｒに基づいて推定可能であることを用いて、内部抵抗Ｒからしきい値温度Ｔｔｈが設定される。具体的には、内部抵抗Ｒが高いほど最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いとしてしきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。これにより、実施の形態１と同様に、バッテリ１００の充放電の過度の制限を回避しつつ、バッテリ１００の劣化を抑制することができる。
【００７０】
［実施の形態２］
実施の形態１およびその変形例では、電解液の最低塩濃度Ｃｍｉｎに関連する値として、ハイレート劣化の積算評価値ΣＤまたは内部抵抗Ｒを用いる例を説明したが、上記関連する値は、これに限定されるものではない。実施の形態２においては、セル１１０の面圧を上記関連する値として用いる例について説明する。なお、実施の形態２に係る二次電池システムを搭載した車両の構成は、実施の形態１における車両１の構成と同等である。
【００７１】
図１２は、実施の形態２におけるバッテリ１００Ａの構成を示す図である。実施の形態２では、セル１１０の積層体において隣接するセル１１０間のうちの少なくとも１つ（図１２に示す例では１つ）に面圧センサ１０４が設けられる。面圧センサ１０４は、たとえばタクタイルセンサであって、セル１１０の側面（ｚｘ平面に平行な面）全体の面圧分布を測定し、その測定結果をＥＣＵ３００に出力する。
【００７２】
図１３は、面圧センサ１０４により測定される面圧分布の一例を示す図である。図１３において、横軸はセル１１０の側面方向（ｘ方向）の位置を表し、縦軸は面圧を表す。面圧センサ１０４を用いることで、図１３に示すようなセル１１０の側面方向の面圧分布が測定される。面圧センサ１０４により測定される面圧の代表値として、たとえばセル１１０の側面方向の中央部の面圧Ｐ（Ｐ１〜Ｐ３で示す）を用いることができる。
【００７３】
ハイレート充放電に伴うセル１１０の温度変化またはＳＯＣ変化により、電極体１１５および電解液の体積変化が起こり得る。この体積変化によりセル１１０のケース１１１が膨張または収縮する様子が面圧分布の変化として測定される。一例として、特許文献３の図８に開示されているように、たとえば充電過多により塩濃度分布の偏りが増大するに従ってケース１１１が膨張し中央部の面圧Ｐが増加する。したがって、面圧Ｐと塩濃度分布の偏りとの相関関係を予め取得することにより、面圧Ｐから塩濃度分布の偏りを推定することができる。塩濃度分布の偏り（あるいは最低塩濃度Ｃｍｉｎ）をより高精度に推定するためには、単に面圧Ｐ（測定値）を用いるよりも、以下に説明するように面圧Ｐを補正することが望ましい（特許文献３参照）。
【００７４】
図１４は、面圧Ｐの補正手法を説明するための図である。図１４において、横軸は経過時間を示し、縦軸は面圧を示す。図１４に示すように、まず、充電開始時刻ｔ０の直後の所定時間（たとえば数１０秒間）における面圧Ｐの回帰直線の傾きｋが算出される。そして、下記式（５）のように、傾きｋと、充電開始時刻ｔ０からの経過時間Ｔと、面圧Ｐの初期Ｐ０と用いて補正後の面圧Ｐａが算出される。なお、この補正手法は例示に過ぎず、補正後の面圧Ｐａとして、他の補正手法を用いた値を採用することも可能である。
【００７５】
Ｐａ＝ｋＴ＋Ｐ０                                              ・・・（５）
図１５は、補正後の面圧Ｐａとしきい値温度Ｔｔｈとの相関関係を規定するマップの一例を示す図である。図１５において、横軸は補正後の面圧Ｐａを示し、縦軸はしきい値温度Ｔｔｈを示す。図１５に示すようなマップ（あるいは変換式）を用いることにより、補正後の面圧Ｐａが高いほど最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いとして、しきい値温度Ｔｔｈは高く設定される。
【００７６】
図１６は、実施の形態２におけるバッテリ１００Ａの充放電制御を説明するためのフローチャートである。Ｓ２１０，２２０の処理は、実施の形態１におけるＳ１１０，Ｓ１２０の処理（図９参照）とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。
【００７７】
Ｓ２２０において電池温度ＴＢが基準値未満であり電解液が凝固する可能性がある場合（Ｓ２２０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、面圧センサ１０４を用いてセル１１０の面圧Ｐを測定する（Ｓ２３０）。さらに、Ｓ２３５において、ＥＣＵ３００は、面圧Ｐを補正することで補正後の面圧Ｐａを算出する（図１４参照）。
【００７８】
Ｓ２４０において、ＥＣＵ３００は、Ｓ２３０にて算出した補正後の面圧Ｐａが所定の判定値よりも高いか否かを判定する。補正後の面圧Ｐａが判定値よりも高い場合（Ｓ２４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、塩濃度分布の偏りが大きく凝固点Ｔｆに影響を与える可能性があるとして、所定のマップ（図１５参照）または変換式を用いて、補正後の面圧Ｐａからしきい値温度Ｔｔｈを算出する（Ｓ２５０）。これにより、補正後の面圧Ｐａが高いほど、しきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。以降のＳ２６０〜Ｓ２８０の処理は、実施の形態１におけるＳ１６０〜Ｓ１８０の処理とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。
【００７９】
以上のように、実施の形態２によれば、セル１１０の面圧（補正後の面圧Ｐａ）としきい値温度Ｔｔｈとの相関関係を用いて、補正後の面圧Ｐａからしきい値温度Ｔｔｈが設定される。具体的には、補正後の面圧Ｐａが高いほど最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いとして、しきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。これにより、実施の形態１および変形例と同様に、バッテリ１００の充放電の過度の制限を回避しつつ、バッテリ１００の劣化を抑制することができる。
【００８０】
［実施の形態３］
ハイレート充放電に伴う電解液および電極体１１５の体積変化に起因して、電極体１１５内部では電解液の流れが発生し得る。実施の形態３においては、車両１上での流体シミュレーションにより電極体１１５内部のリチウムイオンの塩濃度分布を算出し、その算出結果に基づいて最低塩濃度Ｃｍｉｎを算出する構成について説明する（たとえば特許文献４参照）。なお、実施の形態３に係る二次電池システムを搭載した車両の構成は、実施の形態１における車両１の構成と同等である。
【００８１】
より詳細には、電極体１１５のモデルを構築した上で、正極シート１１６、負極シート１１７およびセパレータ１１８の各々について、流体力学に基づき電解液の流れを規定する方程式（液流れ方程式）を解くことにより電解液の流速が算出される。そして、算出された流速に基づいて塩濃度分布がさらに算出される。
【００８２】
図１７は、電極体１１５のモデルの一例を説明するための図である。電極体１１５は、電池温度ＴＢまたはＳＯＣの変化に応じて膨張または収縮する。電極体１１５の膨張時には、正極活物質層１１６Ｂの厚さＬｐが大きくなる。正極活物質層１１６Ｂ内の活物質の体積が一定であると仮定すると、正極活物質層１１６Ｂの厚さＬｐが大きくなるほど、電解液が正極活物質層１１６Ｂ内を流れやすくなる。電極体１１５の膨張時には電解液は正極活物質層１１６Ｂの中央部Ｍから両端に向かって流れ、電極体１１５の収縮時には電解液は正極活物質層１１６Ｂの両端から中央部Ｍに向かって流れる。負極活物質層１１７Ｂおよびセパレータ１１８についても同様である。
【００８３】
正極シート１１６（正極活物質層１１６Ｂ）、負極シート１１７（負極活物質層１１７Ｂ）、およびセパレータ１１８の各々が面内方向（ｘ方向）に沿って複数の微小領域Ｓに仮想的に分割される。複数の微小領域Ｓの各々について、下記式（６），（７）に基づき流速が算出される。
【００８４】
【数１】
0006308232.tif 000002
【００８５】
式（６）は、時刻ｔにおける液流れを規定する方程式であり、ナヴィエ−ストークス（Navier−Stokes）方程式として知られる。式（７）は、電解液の質量保存則に関する連続方程式である。式（６），（７）において、電解液の流速をｕｊで表し、電解液の密度をρで表し、電解液の粘度をμで表し、透過係数をＫｊで表し、電解液の圧力をｐで表し、電解液の体積分率をεｅ，ｊで表す。未知数は流速ｕｊおよび圧力ｐである。
【００８６】
流速ｕｊ、透過係数Ｋｊ、および体積分率εｅ，ｊの各パラメータに付された添字ｊは、正極シート１１６、負極シート１１７、およびセパレータ１１８を区別するために用いられる。すなわち、ｊ＝ｐの場合、そのパラメータが正極シート１１６に関するものであることを示す。ｊ＝ｎの場合、そのパラメータが負極シート１１７に関するものであることを示す。ｊ＝ｓの場合、そのパラメータがセパレータ１１８に関するものであることを示す。添字ｊは、後述するパラメータ（塩濃度ｃｅ，ｊ）にも用いられるが、その意味は同等である。なお、体積分率εｅ，ｊは、成分ｊの体積全体に対する成分ｊ中の電解液の体積の割合を意味する。
【００８７】
なお、これらパラメータのうち、透過係数Ｋｊ、ならびに電解液の密度ρ、粘度μおよび体積分率εｅ，ｊとしては、電池温度ＴＢおよびＳＯＣに応じた値が用いられる。たとえば、透過係数Ｋｊは、電池温度ＴＢおよびＳＯＣ毎に、成分ｊの両側の圧力差が所定の基準値の場合に生じる流れの流速を測定することによって予め求めることができる。
【００８８】
上記式（６），（７）を連立することで原理的には流速ｕｊを算出可能である。ただし、多くの場合、典型的な車載用のＥＣＵでは演算能力が不足するため、様々な近似を行なうことで式（６），（７）をより簡略化し、演算量を低減することが望ましい。そのようにして式（６），（７）から流速ｕｊが算出されれば、下記式（８），（９）に基づいて電解液中の塩濃度ｃｅ，ｊを算出することができる。
【００８９】
【数２】
0006308232.tif 000003
【００９０】
式（８）は正極シート１１６または負極シート１１７についての移流拡散方程式であり、式（９）はセパレータ１１８についての移流拡散方程式である。式（８），（９）において、左辺第１項は、所定時間における塩濃度の変化を規定する。左辺第２項は、電解液の流速ｕｊに依存する塩濃度の変化を規定する。右辺第１項は、電解液中の塩の拡散状態を規定する。電解液の実効拡散係数をＤｅ，ｊｅｆｆで表す。式（８）において、右辺第２項は、電解液中の塩の生成量を規定する。電解液中の塩の輸率をｔ＋０で表す。Ｆはファラデー定数を表す。
【００９１】
正極シート１１６の微小領域Ｓの各々について、上記式（６），（７）から算出された電解液の流速ｕｐを上記式（８）に代入することにより、各微小領域Ｓの塩濃度ｃｅ，ｐが算出される。負極シート１１７についても同様である。一方、セパレータ１１８の微小領域Ｓの各々については、上記式（６），（７）から算出された電解液の流速ｕｓを上記式（９）に代入することにより、各微小領域Ｓの塩濃度ｃｅ，ｓが算出される。このようにして各微小領域Ｓにおける塩濃度ｃｅ，ｊを算出し（すなわち塩濃度分布を算出し）、たとえば、その最小値を最低塩濃度Ｃｍｉｎとして用いることができる。
【００９２】
図１８は、最低塩濃度Ｃｍｉｎとしきい値温度Ｔｔｈとのとの相関関係を規定するマップの一例を示す図である。図１８において、横軸は最低塩濃度Ｃｍｉｎを示し、縦軸はしきい値温度Ｔｔｈを示す。図１８に示すようなマップ（あるいは変換式）を用いることにより、最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いほど、しきい値温度Ｔｔｈは高く設定される。
【００９３】
図１９は、実施の形態３におけるバッテリ１００の充放電制御を説明するためのフローチャートである。Ｓ３１０，３２０の処理は、実施の形態１におけるＳ１１０，Ｓ１２０の処理（図９参照）とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。
【００９４】
Ｓ２２０において電池温度ＴＢが基準値未満であり電解液が凝固する可能性がある場合（Ｓ２２０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、最低塩濃度Ｃｍｉｎを算出するために、以降のＳ３３０〜Ｓ３３８の処理を実行する。
【００９５】
具体的には、Ｓ３１０において、ＥＣＵ３００は、バッテリ１００のＳＯＣを算出する。さらに、Ｓ３３２において、ＥＣＵ３００は、電解液の密度ρ、体積分率εｅ，ｊ、および透過係数Ｋｊ（ｊ＝ｐ，ｎ，ｓ）について、電池温度ＴＢおよびＳＯＣに応じて定められた値をメモリ３０２から読み込む。その後、Ｓ３３４において、ＥＣＵ３００は、上記式（６），（７）を用いて電解液の流速ｕｊ（ｊ＝ｐ，ｎ，ｓ）を算出する。
【００９６】
Ｓ３３６において、ＥＣＵ３００は、正極シート１１６および負極シート１１７について、Ｓ３３４にて算出した流速ｕｊ（ｊ＝ｐ，ｎ）を上記式（８）に代入することにより各微小領域Ｓの塩濃度ｃｅ，ｊ（塩濃度分布）を算出する。また、ＥＣＵ３００は、セパレータ１１８について、流速ｕｓを上記式（９）に代入することにより各微小領域Ｓの塩濃度ｃｅ，ｓ（塩濃度分布）を算出する。さらに、Ｓ３３８において、ＥＣＵ３００は、電解液の塩濃度分布から最低塩濃度Ｃｍｉｎを算出する。
【００９７】
Ｓ３５０において、ＥＣＵ３００は、所定のマップ（図１８参照）または変換式を用いて、最低塩濃度Ｃｍｉｎからしきい値温度Ｔｔｈを算出する。これにより、最低塩濃度Ｃｍｉｎが低いほど、しきい値温度Ｔｔｈが高く設定される。以降のＳ３６０〜Ｓ３８０の処理は、実施の形態１におけるＳ１６０〜Ｓ１８０の処理とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。
【００９８】
以上のように、実施の形態３によれば、流体力学に基づく方程式（上記式（６）〜（９））を解くことにより電極体１１５内の塩濃度分布が算出され、その塩濃度分布から最低塩濃度Ｃｍｉｎが算出される。そして、最低塩濃度Ｃｍｉｎとしきい値温度Ｔｔｈとの相関関係を用いて、最低塩濃度Ｃｍｉｎからしきい値温度Ｔｔｈが設定される。これにより、実施の形態１，２と同様に、バッテリ１００の充放電の過度の制限を回避しつつ、バッテリ１００の劣化を抑制することができる。
【００９９】
なお、実施の形態１，２では、「最低塩濃度Ｃｍｉｎに関連する値」としてハイレート劣化の積算評価値ΣＤ、内部抵抗Ｒ、または面圧Ｐａを用いる手法について説明した。また、実施の形態３では、流体シミュレーションにより塩濃度分布から最低塩濃度Ｃｍｉｎを算出する手法について説明した。しかし、最低塩濃度Ｃｍｉｎに関連する値は特に限定されるものではなく、最低塩濃度Ｃｍｉｎとの間に相関関係が存在する任意の値を用いることができる。あるいは、より直接的に最低塩濃度Ｃｍｉｎを測定してもよい。たとえば、複数のイオンセンサを電極体１１５内部に設けることにより各領域の塩濃度Ｃを測定し、測定された塩濃度Ｃのうちの最小値を最低塩濃度Ｃｍｉｎとして用いてもよい。
【０１００】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０１】
１  車両、２  二次電池システム、１０，２０  モータジェネレータ、３０  動力分割機構、４０  エンジン、５０  駆動輪、１００，１００Ａ  バッテリ、１０１  電圧センサ、１０２  電流センサ、１０３  温度センサ、１０４  面圧センサ、１１０  セル、１１１  ケース、１１２  蓋体、１１３  正極端子、１１４  負極端子、１１５  電極体、１１６  正極シート、１１６Ａ，１１７Ａ  集電箔、１１６Ｂ  正極活物質層、１１７  負極シート、１１７Ｂ  負極活物質層、１１８  セパレータ、１２０  エンドプレート、１３０  拘束バンド、１４０  バスバー、３００  ＥＣＵ、３０１  ＣＰＵ、３０２  メモリ。
【図１】
0006308232.tif 000004
【図２】
0006308232.tif 000005
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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