(57)【要約】【課題】ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電時における電池内部のガス発生を適切に検出可能な電池制御装置を提供すること。【解決手段】ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電時における電池の電圧変化である第１電圧変化値が所定の第１リファレンス値から所定値以上乖離している場合に、ラミネート型リチウムイオン電池に所定の定電流を入力し、その際の電池の電圧変化である第２電圧変化値と、所定の第２リファレンス値との差分が所定閾値より大きい場合に、ラミネート型リチウムイオン電池の内部でガスが発生したと診断することを特徴とする電池制御装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素をラミネートフィルムで封止してなるラミネート型リチウムイオン電池の制御装置であって、
前記ラミネート型リチウムイオン電池について急速充電を行った際における、急速充電時の電圧変化を、第１電圧変化値として検出する第１検出手段と、
前記第１電圧変化値と、所定の第１リファレンス値とを比較し、前記第１電圧変化値が前記第１リファレンス値から所定値以上乖離しているか否かを判定する第１判定手段と、
前記第１判定手段により、前記第１電圧変化値が、前記第１リファレンス値から前記所定値以上乖離していると判定された場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池について所定の定電流を入力し、前記定電流入力を行った際の前記ラミネート型リチウムイオン電池の電圧変化を、第２電圧変化値として検出する第２検出手段と、
前記第２電圧変化値が、前記ラミネート型リチウムイオン電池のサイクル数に応じて設定される所定の第２リファレンス値より大きいか否かを判定する第２判定手段と、
前記第１判定手段により、前記第１電圧変化値が、前記第１リファレンス値から前記所定値以上乖離していると判定され、かつ前記第２判定手段により、前記第２電圧変化値が、前記第２リファレンス値より大きい判定された場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部でガスが発生したと診断する診断手段と、
を備えることを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のラミネート型リチウムイオン電池の制御装置において、
前記診断手段は、前記第２電圧変化値が、前記第２リファレンス値未満であると判定された場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部で微小短絡が発生したと診断することを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のラミネート型リチウムイオン電池の制御装置において、
前記ラミネート型リチウムイオン電池内部でガスが発生したと診断された場合に、前記第２電圧変化値と前記第２リファレンス値との差を演算し、前記差に基づいてガス発生量を検出するガス発生量検出手段をさらに備え、
前記ガス発生量検出手段は前記差が大きいほど前記ラミネート型リチウムイオン電池内部で発生したガスの発生量が多いと判定することを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のラミネート型リチウムイオン電池の制御装置において、
前記ガス発生量検出手段により検出されたガス発生量に応じて充電を制御する第１充電制御手段をさらに備え、
前記第１充電制御手段は
前記ガス発生量検出手段により検出したガスの発生量が所定の第１閾値未満である場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部でガスが発生したことをユーザに報知するとともに、前記ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電を継続して行い、
前記ガス発生量検出手段により検出したガスの発生量が前記第１閾値以上、かつ所定の第２閾値以下である場合には、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部でガスが発生したことをユーザに報知するとともに、前記ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電の充電レートを低下させて充電を継続して行い、
前記ガス発生量検出手段により検出したガスの発生量が前記第２閾値より大きい場合には、前記ラミネート型リチウムイオン電池を交換する必要があることをユーザに報知するとともに、前記ラミネート型リチウムイオン電池の充電を中止することを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載のラミネート型リチウムイオン電池の制御装置において、
前記診断手段により、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部で微小短絡が発生したと診断された場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池を交換する必要があることをユーザに報知するとともに、前記ラミネート型リチウムイオン電池の充電を中止する第２充電制御手段をさらに備えることを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネート型リチウムイオン電池の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池内部にガスが発生した場合に電池の内部インピーダンスが急激に上昇するという特性を利用して、単位時間当たりの内部インピーダンス変化量が規定値を超えたとき、これを検出してガス発生を検知する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−９２４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、電池劣化の原因の一つである電池内部でのガスの発生は、電池の急速充電時においては特にその現象の発生が急であり、またその現象の促進も急であるため、急速充電を行う際には電池内部のガス発生を早期に検知する必要がある。
しかしながらリチウムイオン電池においては充電状態により、あるいは被膜形成等の反応により内部インピーダンスが大きく変化するため、内部インピーダンスの変化量を測定するだけでは内部インピーダンスの上昇がガス発生のみに起因するものであると特定することができず、上記特許文献１の手法ではガス発生を適切に検出できないという問題があった。さらに上記特許文献１の手法を適用するためには、電池に内部インピーダンスを測定する機器を取り付ける必要があり、その結果電池が大型化してしまうという問題も生じる。
【０００５】
一方、電池にガスセンサを取り付ける方法も考えられるが、この方法でも電池にガス発生を検知する機器を取り付ける必要があり、その結果電池が大型化してしまうという問題が生じる。その他、ガスが発生した場合の電池の内圧変化や体積変化を利用してガス発生を検知する方法も考えられる。しかし、内圧変化を検知する方法は、ラミネート型電池においては電池内部にガスが発生しても内圧がほとんど変化しないため、内圧変化を検知することが難しく、ガス発生を適切に検出できないという問題がある。また、体積変化を検知する方法は、電池使用中に高い精度で体積変化を測定することが難しいため、ガス発生を適切に検出できないという問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電時における電池内部のガス発生を適切に検出可能な電池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】
【０００７】
本発明は、ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電時における電池の電圧変化である第１電圧変化値が所定の第１リファレンス値から所定値以上乖離している場合に、ラミネート型リチウムイオン電池に所定の定電流を入力し、その際の電池の電圧変化である第２電圧変化値が所定の第２リファレンス値より大きい場合に、ラミネート型リチウムイオン電池の内部でガスが発生したと診断することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電時におけるガス発生による電圧変化を検知できるため、これにより電池内部のガス発生を適切に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係るラミネート型リチウムイオン電池の急速充電システムを示す構成図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るラミネート型リチウムイオン電池の平面図である。
【図３】図３は、図２のIII-III線に沿ったラミネート型リチウムイオン電池の断面図である。
【図４】図４は、ラミネート型リチウムイオン電池について急速充電を行なった際における電圧変化の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、ラミネート型リチウムイオン電池に診断用の定電流を入力した際の電圧変化を示したグラフである。
【図６】図６は、ラミネート型リチウムイオン電池のサイクル数と、診断用の定電流を入力した際の電圧変化との関係を示すグラフである。
【図７】図７は本実施形態におけるガス発生の診断方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、現在の電圧変化値ΔＶｂａｔと正常時の電圧変化ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒとの差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）と、ラミネート型リチウムイオン電池内部で発生するガスの量との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るラミネート型リチウムイオン電池の急速充電システムを示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るラミネート型リチウムイオン電池の急速充電システムは、電気自動車やハイブリッド車などに搭載されるラミネート型リチウムイオン電池１０（以下、「電池１０」と略記する。）を制御するための装置であり、充電装置２０と、バッテリコントローラ３０と、電圧計４０と、電流計５０とを備えている。
【００１２】
電池１０は、図２、図３に示すように、３枚の正極板１０２、７枚のセパレータ１０３、３枚の負極板１０４を有する電極積層体１０１と、当該電極積層体１０１にそれぞれ接続された正極タブ１０５および負極タブ１０６と、これら電極積層体１０１および正極タブ１０５、負極タブ１０６を収容して封止している上部外装部材１０７および下部外装部材１０８と、特に図示しない電解液とから構成されている。
【００１３】
なお、正極板１０２、セパレータ１０３、負極板１０４の枚数は特に限定されず、１枚の正極板１０２、３枚のセパレータ１０３、１枚の負極板１０４で、電極積層体１０１を構成してもよいし、また、必要に応じて正極板１０２、セパレータ１０３および負極板１０４の枚数を適宜選択してもよい。
【００１４】
電極積層体１０１を構成する正極板１０２は、正極タブ１０５まで伸びている正極側集電体１０２ａ、および正極側集電体１０２ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極活物質層とを有している。正極板１０２を構成する正極側集電体１０２ａとしては、たとえば、厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、または、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔で構成することができる。
【００１５】
また、この正極板１０２を構成する正極活物質層は、金属酸化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリフッ化ビニリデンや、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤とを混合したものを、正極側集電体１０４ａの一部の主面に塗布し、乾燥および圧延することにより形成されている。正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物等を挙げることができる。
【００１６】
そして、これら３枚の正極板１０２を構成する各正極側集電体１０２ａが、正極タブ１０５に接合されている。正極タブ１０５としては、たとえば、厚さ０．２ｍｍ程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、または、ニッケル箔等を用いることができる。
【００１７】
電極積層体１０１を構成する負極板１０４は、負極タブ１０６まで伸びている負極側集電体１０４ａと、当該負極側集電体１０４ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極活物質層とを有している。
【００１８】
電極積層体１０１のセパレータ１０３は、上述した正極板１０２と負極板１０４との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。このセパレータ１０３は、例えば、厚さ２５μｍ程度のポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって、層の空孔が閉塞され、電流を遮断する機能をも有するものである。
【００１９】
そして、図３に示すように、正極板１０２と負極板１０４とは、セパレータ１０３を介して、交互に積層され、さらに、その最上層および最下層にセパレータ１０３がそれぞれ積層されており、これにより、電極積層体１０１が形成されている。
【００２０】
ラミネート型リチウムイオン電池１に含有される電解液は、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）などのリチウム塩を溶質として溶解させた液体である。電解液を構成する有機液体溶媒としては、たとえば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、酢酸メチル（ＭＡ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）等のエステル系溶媒を挙げることができ、これらは混合して用いることができる。
【００２１】
以上のように構成されている電極積層体１０１は、上部外装部材１０７および下部外装部材１０８（封止手段）に収容されて封止されている。電極積層体１０１を封止するための上部外装部材１０７および下部外装部材１０８は、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂フィルムや、アルミニウムなどの金属箔の両面をポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材など、柔軟性を有する材料で形成されており、これら上部外装部材１０７および下部外装部材１０８を熱融着することにより、正極タブ１０５および負極タブ１０６を外部に導出させた状態で、電極積層体１０１が封止されることとなる。
【００２２】
なお、電極積層体１０１を、上部外装部材１０７および下部外装部材１０８で封止する際に、減圧状態にて、上部外装部材１０７および下部外装部材１０８を熱融着することにより、電池１０内部に残存する空気を除去した状態で封止することができ、これにより、外圧により圧力が印加された状態とすることができる。
【００２３】
また、正極タブ１０５および負極タブ１０６には、上部外装部材１０７および下部外装部材１０８と接触する部分に、上部外装部材１０７および下部外装部材１０８との密着性を確保するために、シールフィルム１０９が設けられている。シールフィルム１０９としては、特に限定されないが、たとえば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、または、アイオノマー等の耐電解液性および熱融着性に優れた合成樹脂材料から構成することができる。
【００２４】
本実施形態の電池１０は、以上のように構成される。
【００２５】
充電装置２０は、電池１０の充電を行なうための装置であり、たとえば、電池１０およびバッテリコントローラ３０が電気自動車やハイブリッド車などに搭載されるものである場合には、外部電源として、これらに接続して用いられる。充電装置２０は、バッテリコントローラ３０からの急速充電指令に基づき、強電ライン６０を介して、電池１０の急速充電を実行する。なお、急速充電としては、通常充電と比較して大きな電流にて、電池１０の充電を行なうことにより、たとえば、充電開始から３０分間で満充電に対して約８０％程度まで充電する方法である。また、急速充電の方法としては、たとえば、定電流定電圧充電法や定電力充電法などが挙げられる。
【００２６】
電圧計４０は、電池１０の端子電圧を検出するセンサであり、電圧計４０により検出された信号はバッテリコントローラ３０へ送出される。
【００２７】
電流計５０は、電池１０の電流を検出するセンサであり、電流計５０により検出された信号はバッテリコントローラ３０へ送出される。
【００２８】
バッテリコントローラ３０は、電圧計４０により検出された電池１０の端子電圧、および電流計５０により検出された電池１０の電流値に基づいて、電池１０の急速充電を制御するための装置である。具体的には、バッテリコントローラ３０は、充電装置２０が、強電ライン６０を介して電池１０に電気的に接続された状態において、たとえば、ユーザにより急速充電を開始するための操作などが実行された場合に、充電装置２０に対し、電池１０の急速充電を実行させるための急速充電指令を送出し、これにより充電装置２０により急速充電が実行される。
【００２９】
また、本実施形態においては、バッテリコントローラ３０は、充電装置２０により電池１０の急速充電が実行されている間に、電池１０内部におけるガス発生の有無の診断を行う。
以下、急速充電中における、電池１０内部におけるガス発生の有無の具体的な診断方法について説明する。
【００３０】
ここで、図４は、電池１０の急速充電中における電圧変化の一例を示す図である。図４中においては、電池１０内部においてガスが発生していない正常時の電圧変化と、ガス発生が起こった場合における電圧変化をそれぞれ示している。図４に示すように、急速充電時に、電池１０内部でガス発生が起こると、ガス発生に起因して、電解液の分解反応や、負極板１０４上へのＬｉの析出などの副反応など充電以外の反応が起こり、充電容量に対する、電池１０の電圧上昇が不十分となる傾向にある。
【００３１】
そのため、本実施形態では、このような特性を利用して、急速充電時における電池１０内部でガスが発生している可能性があるか否かの判定を行なう。具体的には、バッテリコントローラ３０は、急速充電時における電池１０の端子電圧を、急速充電時電圧Ｖｂａｔとして検出するとともに、予め設定されたガスが発生していない正常時の電圧変化であるＶｒｅｆ＿１から、現在の充電容量における、正常時の電圧である第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒを算出する。そして、バッテリコントローラ３０は、急速充電時電圧Ｖｂａｔと、第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒとの差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）を算出し、算出された差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）が、所定の閾値Ｖα以上であるか否かの判断を行ない、所定の閾値Ｖα以上である場合に、電池１０内部でガスが発生した可能性があると判定する。なお、急速充電時における電池１０の現在の充電容量は、たとえば、急速充電開始時の電池１０の端子電圧と、端子電圧と充電容量との関係を示すマップを用いて、急速充電開始時の電池１０の充電容量を求め、これに、急速充電中における電流値の積算値を加えることで算出することができる。
【００３２】
また、上記Ｖｒｅｆ＿１としては、電池１０のサイクル数ごとに予め設定されたものを用いてもよいし、あるいは、前回急速充電を行なった際における電池１０の電圧変化値をＶｒｅｆ＿１として記憶しておき、これを用いてもよい。
【００３３】
さらに、所定の閾値Ｖαとしては、電池１０内部でガスが発生した場合に、このようなガス発生による電圧変化を検出できるような値に設定すればよいが、ガス発生による電圧降下は、通常、５％以上であるため、たとえば、第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒの５％程度に設定することができる。
【００３４】
以上により、バッテリコントローラ３０は電池１０の急速充電中において、電池内部でのガス発生の可能性を判定することができる。しかし、その一方で、電池１０の急速充電時において、たとえば、ガス発生以外の異常モード、具体的には、電池内部で微小短絡が発生した場合にも、図４に示すように、充電容量に対する電池１０の電圧上昇が不十分となる傾向にある。
【００３５】
そのため、電池１０内部で微小短絡が発生した場合にも、急速充電時電圧Ｖｂａｔと、第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒとの差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）が、所定の閾値Ｖα以上となる場合があり、そのため、この場合には、電池１０内部でガス発生が発生しているのか、あるいは、微小短絡が発生しているのかの区別ができない場合がある。
【００３６】
したがって、本実施形態においては、上述した方法により、電池１０内部でガス発生の可能性があると判定した場合には、急速充電を中断し、電池１０に対しガス発生有無を診断するための診断用の定電流入力試験を実施する。具体的には、現在の電圧Ｖｂａｔと、第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒとの差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）が、所定の閾値Ｖα以上であると判定された場合、バッテリコントローラ３０は、急速充電装置２０に、急速充電を中断させるための急速充電中断指令、および、診断用の定電流入力試験を実行させるための診断用入力指令を送出する。そして、これにより、充電装置２０により診断用の定電流入力試験が実行される。
【００３７】
ここで、図５に電池１０に所定の定電流を入力した際の電圧変化の一例を示す。図５に示すように、電池１０の電圧は、所定の定電流を入力直後から、時間ｔ０〜ｔ１と、時間t１〜t２と、時間t２以降とで、各反応の応答速度の相違から、それぞれ異なる傾きで電圧が上昇するという特性を有する。具体的には、定電流の入力を開始した後、時間ｔ０〜ｔ１において、まず、正極板１０２および負極板１０４の表面で電荷分離が起こり、電気二重層が形成されることとなる。次いで、時間t１〜t２において、正極板１０２および負極板１０４間での電子授受が行われ、続いて、時間t２以降において、正極板１０２および負極板１０４間でセパレータ１０３を介してリチウムイオンの授受が行なわれることとなる。
【００３８】
そして、このような場合において、電池１０内部にガスが発生している場合には、正極板１０２および負極板１０４の表面にガスが存在している部分において、正極板１０２および負極板１０４の表面に電解液が存在しないこととなり電極反応を行うことができないため、電子授受が行なわれないこととなる。そのため、定電流を入力した際には、正極板１０２および負極板１０４の表面において、ガスが存在していない部分において、電子授受が集中して行われることになり、電流密度が上昇してしまうこととなる。
【００３９】
すなわち、電池１０内部にガスが発生している場合において、所定の定電流入力を実行した場合には、電子授受の過程で電流密度が上昇することにより、下記式（１）にしたがい、電流値ΔＩが上昇し、そのため、ガスが発生していない正常な場合と比較して、電圧変化値ΔＶが大きくなることとなる。
ΔＶ＝ΔＩ・Ｒ    ・・・（１）
なお、上記式（１）中、Ｒは電池抵抗である。
【００４０】
その一方で、電池１０内部において微小短絡が発生した場合には、微小短絡部分において電流が流れることとなるため、電池抵抗Ｒが低下することとなる。そのため、電池１０内部において微小短絡が発生した場合において、所定の定電流入力を実行した場合には、電池抵抗Ｒが低下しているため、上記式（１）より、微小短絡が発生していない正常な場合と比較して、電圧変化値ΔＶが小さくなることとなる。
【００４１】
そのため、本実施形態では、このような特性を利用して、所定の定電流入力を行なった場合における電圧変化値ΔＶを検出し、検出した電圧変化値ΔＶに基づいて、電池１０内部でガスが発生しているのか、あるいは微小短絡が起こっているのかを診断する。
【００４２】
具体的には、電池１０について、所定時間ｔだけ所定の定電流入力を行い、定電流入力を行なった際における電圧変化値をΔＶｂａｔとして検出し、検出した電圧変化値ΔＶｂａｔが、第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒより大きいか否かを判定する。そして、検出した電圧変化値ΔＶｂａｔが第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒより大きければ、電池１０内部でガスが発生したと診断し、検出された電圧変化値ΔＶｂａｔが第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ以下であれば、電池１０内部で微小短絡が発生したと診断する。
【００４３】
ここで、第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒは、ガス発生や微小短絡が起こっていない正常な電池１０に所定の定電流入力を行った際における電池１０の電圧変化値であり、図６に示すように、電池１０の充放電サイクル数に応じて上昇するという性質を有する。そのため、本実施形態では、図６に示すように、ガス発生や微小短絡が起こっていない正常な電池１０に所定の定電流入力を行った際における電池１０の電圧変化値を、正常時の電圧変化値ΔＶｒｅｆ＿２として予め記憶しておき、正常時の電圧変化値ΔＶｒｅｆ＿２と、電池１０の現在のサイクル数とから、第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒを算出し、算出した第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒと、電圧変化値ΔＶｂａｔとの比較を行う。
【００４４】
本実施形態では、たとえば、図６に示すように、１００サイクル目Ｃ１００で所定の定電流入力を実施した際の第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿ＣｕｒをΔＶ（Ｃ１００）とすると、１００サイクル目Ｃ１００における電圧変化値ΔＶｂａｔが、第２リファレンス値ΔＶ（Ｃ１００）より大きければ電池内部でガスが発生したと診断し、第２リファレンス値ΔＶ（Ｃ１００）より小さければ電池内部で微小短絡が発生したと診断する。なお、電池１０の充放電サイクル数は、たとえば、電池１０に対して急速充電が行われた回数をバッテリコントローラ３０によりカウントする方法などを採用することができる。
【００４５】
また、診断用の定電流入力を行う際における定電流を入力するための所定時間ｔとしては、電池１０に所定の定電流を入力してから正極板１０２および負極板１０４において、電子授受が行われるまでの時間に基づいて設定すればよいが、電子授受が行われるまでの時間は、通常、１ｍｓ程度であるため、たとえば、１ｍｓに設定することができる。
【００４６】
さらに、診断用の定電流入力を行う際における定電流としては、正極板１０２および負極板１０４において、電子授受が行われた際における電圧変化を適切に検出できる範囲において、任意に設定することができるが、たとえば、電池１０の初期状態の０．５Ｃの電流と設定することができる。
【００４７】
以上により、電池１０の急速充電時における電池内部のガス発生の検出を行う。
【００４８】
次いで、本実施形態の動作例を説明する。図７は本実施形態におけるガス発生の診断方法の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、ステップＳ１では、バッテリコントローラ３０が、充電装置２０に対し、電池１０の急速充電を実行させるための急速充電指令を送出し、これにより充電装置２０により急速充電が実行される。
【００５０】
ステップＳ２では、バッテリコントローラ３０は、電池１０が所定の充電終了条件まで充電されているか否かを判定する。所定の充電終了条件は任意に設定することができ、たとえば、電池１０の容量の８０％まで充電された状態と設定することができる。電池１０が所定の充電終了条件まで充電されていると判定した場合は、バッテリコントローラ３０は、急速充電を終了する処理を実行し、本処理を終了する。所定の充電終了条件まで充電がなされていないと判定した場合は、ステップＳ３に進む。
【００５１】
ステップＳ３では、バッテリコントローラ３０により、電池１０が、急速充電により、予め定められた所定の充電量だけ充電されたか否かの判定が行なわれる。電池１０が所定の充電量充電されていなければステップＳ２に戻り、電池１０の急速充電を継続する。一方、電池１０が所定の充電量だけ充電された場合には、急速充電中に電池１０内部でガス発生等の異常が発生しているか否かの診断をするため、ステップＳ４へ進む。なお、この場合における、所定の充電量は任意に設定することができるが、たとえば、電池容量の数％〜１０％程度に設定することができ、これにより、後述するステップＳ４〜Ｓ１５において説明するガス発生の検出処理を、電池１０の急速充電が実行され、電池容量の数％〜１０％程度充電されるごとに実行することができる。なお、電池１０の充電量は、たとえば、バッテリコントローラ３０により、電流計５０で検出された電流量を積算することにより求めることができ、この際においては、後述するステップＳ４〜Ｓ１５において説明するガス発生の検出処理を行なうたびに、電流量の積算値をリセットするような構成とする。
【００５２】
ステップＳ４では、電池１０内部におけるガス発生の可能性の有無を判定するために、急速充電時における電池１０の現在の端子電圧値Ｖｂａｔを検出し、検出した端子電圧値Ｖｂａｔと第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒとの差分を算出する処理が行なわれる。具体的には、まず、バッテリコントローラ３０は、急速充電時における電池１０の現在の端子電圧値Ｖｂａｔを電圧計４０により検出するとともに、ガスが発生していない正常時の電圧変化であるＶｒｅｆ＿１から、現在の充電容量における、第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒを算出する。そして、バッテリコントローラ３０は、現在の端子電圧値Ｖｂａｔと、第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒとの差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）を算出する。
【００５３】
そして、ステップＳ５に進み、上述したステップＳ４で算出された差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）に基づいて、電池１０内部でのガス発生の可能性の有無を判定する。具体的には、差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）が所定の閾値Ｖα以上であるか否かの判断を行ない、所定の閾値Ｖα以上である場合に、ガス発生の可能性があると判定してステップＳ６へ進む。その一方で、差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）が、所定の閾値Ｖα未満である場合は、電池１０内部においてガス発生の可能性がないと判定して、急速充電を継続するためにステップＳ２に戻る。たとえば、図４に示すように、電池１０について急速充電を行なった際に、電池１０内部においてガスが発生した場合は、ガスが発生していない正常時の電圧変化と比較して、電圧上昇が不十分となり、そのため、差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）が大きくなる。そして、その結果として、差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）が、所定の閾値Ｖα以上となった場合には、ガス発生の可能性があると判定してステップＳ６に進むこととなる。
【００５４】
ステップＳ６では、急速充電を中断し、電池１０に対して、診断用の定電流入力を実行する処理が行なわれる。具体的には、バッテリコントローラ３０は、充電装置２０に、急速充電を中断させるための急速充電中断指令、および、診断用の定電流入力試験を実行させるための診断用入力指令を送出する。そして、充電装置２０は、上記指令に基づいて、電池１０に対し、所定時間ｔだけ診断用の定電流入力試験を実行する。なお、診断用の定電流入力試験は、上述したように、電池１０内部でガスが発生しているのか、あるいは微小短絡が起こったのかを診断するための試験である。
【００５５】
ステップＳ７では、バッテリコントローラ３０は、電池１０に所定時間ｔだけ所定の定電流入力を行なった際における電圧変化値ΔＶｂａｔの検出を行なう。
【００５６】
ステップＳ８では、バッテリコントローラ３０により、ステップＳ７で検出した電圧変化値ΔＶｂａｔに基づいて、電池１０内部でガスが発生しているのか、あるいは微小短絡が発生しているかの診断が行われる。具体的には、まず、バッテリコントローラ３０は、ステップＳ７で検出した電圧変化値ΔＶｂａｔが、第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒより大きいか否かを判定する。そして、ステップＳ７で検出した電圧変化値ΔＶｂａｔが第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒより大きければ、電池内部でガスが発生したと診断し、ステップＳ１０へ進む。一方、ステップＳ７で検出した電圧変化値ΔＶｂａｔが第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ以下であれば、電池１０内部で微小短絡が発生したと診断し、ステップＳ９へ進む。
【００５７】
すなわち、たとえば、図６に示す例において、１００サイクル目Ｃ１００において、ステップＳ７で検出した電圧変化値ΔＶｂａｔが、第２リファレンス値ΔＶ（Ｃ１００）より大きいと判定された場合には、電池１０内部でガスが発生したと診断し、ステップＳ１０へ進む。一方、ステップＳ７で検出した電圧変化値ΔＶｂａｔが、第２リファレンス値ΔＶ（Ｃ１００）以下であると判定された場合には、電池１０内部で微小短絡が発生したと診断して、ステップＳ９に進む。
【００５８】
そして、ステップＳ８において、電池１０内部で微小短絡が発生したと診断された場合には、ステップＳ９に進み、ステップＳ９では、バッテリコントローラ３０は、電池１０内部で微小短絡が発生したということをユーザに警告するとともに、電池１０の急速充電を終了する処理を実行する。ここで、ユーザに警告する方法としては、たとえば、充電装置２０から音声や画面表示で警告する方法が挙げられる。あるいは、電池１０が電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載される場合には、車両に搭載されたナビゲーション装置などを介して音声や画面表示で警告する方法や、予め登録されたユーザの携帯端末に警告を送信する方法が挙げられる。なお、ステップＳ９において、ユーザに警告を行う際には、電池１０内部で微小短絡が発生したという情報に代えて、あるいは、このような情報とともに、電池１０を交換するよう警告するような構成としてもよい。
【００５９】
一方、ステップＳ８において、電池１０内部でガスが発生したと診断された場合には、ステップＳ１０に進み、ステップＳ１０では、バッテリコントローラ３０は、ステップＳ７で検出した電圧変化値ΔＶｂａｔと、第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒとの差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）に基づいて、ガス発生の程度を判定する。ここで、図８に、上記差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）と、電池１０内部で発生したガスの量との関係を示す。図８中において、ΔＶ５は、電池１０のガス発生による電池内部体積増加率が５％である場合の電圧変化値であり、また、ΔＶ４０は電池１０のガス発生による電池内部体積増加率が４０％である場合の電圧変化値である。そのため、たとえば、上記差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）がΔＶ５付近の値であれば、ガス発生による電池内部体積増加率が５％程度と見積もることができ、ΔＶ４０付近の値であれば、ガス発生による電池内部体積増加率が４０％程度であると見積もることができる。
【００６０】
そして、ステップＳ１０においては、ΔＶ５を第１閾値とし、ΔＶ４０を第２閾値として、これらと、上記にて算出した差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）とを比較し、これにより電池１０内部におけるガス発生の程度を検出する。具体的には、上記にて算出した差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）が、第１閾値であるΔＶ５未満である場合には、ガス発生の程度を「小」とし、第１閾値であるΔＶ５以上、第２閾値であるΔＶ４０以下である場合には、ガス発生の程度を「中」とし、第２閾値であるΔＶ４０超である場合には、ガス発生の程度を「大」として検出する。
【００６１】
ステップＳ１１では、バッテリコントローラ３０は、ステップＳ１０において算出された差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）が、第２閾値であるΔＶ４０より大きいか否かを判定する。すなわち、ガス発生の程度が「大」であるか否かを判定する。ステップＳ１０において算出された差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）が、第２閾値であるΔＶ４０より大きい場合には、ステップＳ１２へ進み、一方、第２閾値であるΔＶ４０以下である場合はステップＳ１３へ進む。
【００６２】
ステップＳ１２では、ガス発生の程度が「大」であると判定されたため、バッテリコントローラ３０は、電池１０内部でガスが発生したということをユーザに警告するとともに、電池１０の急速充電を終了する処理を実行する。ここで、ユーザに警告する方法としては、上述したステップＳ９で挙げた方法を用いることができる（後述するステップＳ１４、Ｓ１５においても同様。）。また、ステップＳ９と同様に、ユーザに警告を行う際には、電池１０内部で微小短絡が発生したという情報に代えて、あるいは、このような情報とともに、電池１０を交換するよう警告するような構成としてもよい。
【００６３】
一方、ステップＳ１１において、ステップＳ１０において算出された差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）が、第２閾値であるΔＶ４０以下であると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、ステップＳ１３では、バッテリコントローラ３０は、ステップＳ１０において算出された差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）が、第１閾値であるΔＶ５以上、第２閾値であるΔＶ４０以下であるかを判定する。すなわち、ガス発生の程度が「中」であるか否かを判定する。そして、ステップＳ１０において算出された差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）が、第１閾値であるΔＶ５以上、第２閾値であるΔＶ４０以下である場合には、ステップＳ１４に進み、一方、第１閾値であるΔＶ５未満である場合には、ステップＳ１５に進む。
【００６４】
ステップＳ１４では、ガス発生の程度が「中」であると判定されたため、バッテリコントローラ３０は、電池１０内部でガスが発生したということをユーザに警告するとともに、急速充電の充電レートを下げて急速充電を実行するように、充電装置２０に指令を送出することで、充電装置２０に、充電レートを下げて急速充電を再開させる。
【００６５】
一方、ステップＳ１５では、ガス発生の程度が「小」であると判定されたため、バッテリコントローラ３０は、電池１０内部でガスが発生したということをユーザに警告するとともに、急速充電の充電条件を変えずに急速充電を実行するように、充電装置２０に指令を送出することで、充電装置２０に、同じ条件にて急速充電を再開させる。
【００６６】
以上のようにして、電池１０の急速充電中における、電池１０内部でのガス発生の診断が行なわれる。
【００６７】
本実施形態においては、急速充電時において、電池１０の現在の端子電圧値Ｖｂａｔを検出し、検出した端子電圧値Ｖｂａｔと第１リファレンス値Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒとの差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）を算出し、算出した差分（Ｖｒｅｆ＿１＿Ｃｕｒ−Ｖｂａｔ）が、所定の閾値Ｖα以上であるか否かを判定し、所定の閾値Ｖα以上であった場合には、診断用の定電流入力を実行し、診断用の定電流入力時の電圧変化値ΔＶｂａｔに基づいて、電池１０内部でガス発生が起こったのか、あるいは、微小短絡が起こったのかの検出を行う。具体的には、診断用の定電流入力時の電圧変化値ΔＶｂａｔが、第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒより大きい場合には、電池内部でガスが発生したと診断し、第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ以下である場合には、電池１０内部で微小短絡が発生したと診断する。そのため、本実施形態によれば、内圧によるガス発生の検知が困難なラミネート型の電池である電池１０内部のガス発生を適切に検知することができる。特に、本実施形態によれば、ガスセンサやインピーダンス測定装置などを用いることなく、電池１０内部のガス発生を適切に検知することができる。
【００６８】
加えて、本実施形態においては、電池１０内部におけるガス発生を検知した場合に、定電流入力を行なった際における、電圧変化値ΔＶｂａｔと、第２リファレンス値ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒとの差分（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）すなわち、ガス発生に起因する電圧増加量を算出し、算出した電圧増加量（ΔＶｂａｔ−ΔＶｒｅｆ＿２＿Ｃｕｒ）が、所定の第１閾値および第２閾値と比較することで、ガス発生の程度を検出する。そして、本実施形態では、ガス発生の程度に応じて、急速充電を中止するか、あるいは、急速充電を継続するが充電レートを下げるか、さらには、充電条件を変更せずに急速充電を継続するかの選択を行なう。そのため、本実施形態によれば、ガス発生の程度が大きい場合には、急速充電を中止することで、急速充電中におけるガス発生による電池１０の破損を有効に回避することができ、さらには、ガス発生の程度が中程度である場合には、急速充電の充電レートを下げることで、より安全に急速充電を継続することができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、電池１０内部におけるガス発生を検知した場合に、ガス発生の程度に拘わらずユーザに対して警告を行うことにより、電池１０内部でガス発生が起こっていることを知らせることができ、これにより、ユーザに対して有効に注意喚起することができ、これにより、電池１０の破損を未然に防止することが可能となる。
【００７０】
加えて、本実施形態によれば、診断用の定電流入力を実行した結果、ガス発生ではなく、微小短絡が起こっていると診断された場合には、ユーザに対して警告するとともに、急速充電を中止することで、急速充電中における微小短絡による電池１０の破損を有効に回避することができ、これにより、急速充電の安全性を高めることができる。
【００７１】
なお、上述の実施形態において、バッテリコントローラ３０は、本発明の第１検出手段、第１判定手段、第２検出手段、第２判定手段、診断手段、ガス発生量検出手段、第１充電制御手段、および第２充電制御手段に相当する。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７３】
たとえば、上述した実施形態においては、電池１０内部におけるガス発生の程度を判定するための第１閾値として電池内部体積増加率が５％に相当する電圧変化値であるΔＶ５を用い、また、第２閾値として電池内部体積増加率が４０％に相当する電圧変化値であるΔＶ４０を用いる例を例示したが、第１閾値および第２閾値としてはこのような例に限定されず、適宜設定することができる。
【００７４】
また、上述した実施形態では、単一の電池である電池１０を例示して、ガス発生の検知を行なう例を示したが、単一の電池に特に限定されず、複数の電池１０からなるモジュール、さらには、複数のモジュールからなる組電池においても、同様にガス発生の検知を行うことができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…ラミネート型リチウムイオン電池
１０１…電極積層体
１０２…正極板
１０３…セパレータ
１０４…負極板
１０５…正極タブ
１０６…負極タブ
２０…充電装置
３０…バッテリコントローラ
４０…電圧計
５０…電流計
６０…強電ライン
【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】
2013089311.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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