(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池の電池容量の回復処理を速やかに完了させる。【解決手段】制御装置は、充電ケーブルが充電器に接続された場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、電池セル１１の容量値がしきい値Ａよりも小さく（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、かつ、前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂよりも大きい場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、ＳＯＣを引き下げるステップ（Ｓ１０６）と、開放電圧ＯＣＶの時間変化量ΔＯＣＶがしきい値Ｃよりも小さい場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、充電処理を実行するステップ（Ｓ１１０）とを含む、制御処理を実行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子に接続される正極シートと、負極端子に接続され、前記正極シートよりも面積が大きい負極シートと、前記正極シートと前記負極シートとの間に介在する電解質とを積層した積層体を有するリチウムイオン二次電池と、
前記リチウムイオン二次電池を充電する充電制御と、前記リチウムイオン二次電池を放電する放電制御とのうちのいずれか一方を実行する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記リチウムイオン二次電池の容量が劣化した状態が検出される場合に、前記リチウムイオン二次電池のＳＯＣを低下させた状態を維持することによって前記リチウムイオン二次電池の容量を回復させる回復処理を実行し、前記リチウムイオン二次電池の開放電圧の時間変化量の大きさがしきい値よりも小さくなるときに前記回復処理を終了させる、電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池を含む電源装置の制御に関し、特に、リチウムイオン二次電池の電池容量を回復させる制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、正極端子に接続される正極シートと、負極端子に接続される負極シートと、正極シートと負極シートとの間に介在する電解質とを積層した積層体を有する。
【０００３】
このようなリチウムイオン二次電池において、負極シートが正極シートよりも面積が大きい場合には、負極シートの負極活物質層と電解質を介して対向する正極シートの正極活物質層が存在しない非対向部が形成される場合がある。このような非対向部に電池の充放電に関与するリチウムが移動すると、電池容量が低下する場合がある。このような問題に対して、たとえば、特開２０１３−０１９７０９号公報（特許文献１）は、ＳＯＣ（State  Of  Charge）が０％以下の領域になる状態で電池を所定時間放置する回復処理を実行することによって、非対向部に移動したリチウムを正極と対向する部分（以下、対向部と記載する）に戻すことを開示する。非対向部から対向部にリチウムを戻すことによって、低下した電池容量の一部を回復させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０１９７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非対向部に移動したリチウムが回復処理によりどの程度の量を上限として対向部に戻るかが不明であるため、特許文献１のようにＳＯＣを０％以下にした状態で電池を所定時間放置する回復処理を一律に行なうと、不必要に電池を放置する場合がある。その結果、リチウムイオン二次電池の電池容量の回復処理を速やかに完了できない場合がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、リチウムイオン二次電池の電池容量の回復処理を速やかに完了させる電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のある局面に係る電源装置は、正極端子に接続される正極シートと、負極端子に接続され、正極シートよりも面積が大きい負極シートと、正極シートと負極シートとの間に介在する電解質とを積層した積層体を有するリチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池を充電する充電制御と、リチウムイオン二次電池を放電する放電制御とのうちのいずれか一方を実行する制御装置とを備える。制御装置は、リチウムイオン二次電池の容量が劣化した状態が検出される場合に、リチウムイオン二次電池のＳＯＣを低下させた状態を維持することによってリチウムイオン二次電池の容量を回復させる回復処理を実行し、リチウムイオン二次電池の開放電圧の時間変化量の大きさがしきい値よりも小さくなるときに回復処理を終了させる。
【０００８】
ＳＯＣを低下させた状態を維持するときの非対向部から対向部へのリチウムの移動量は、時間の経過とともに収束していく。そのため、リチウムイオン二次電池の開放電圧の変化も時間の経過とともに収束していくこととなる。そのため、リチウムイオン二次電池の開放電圧の時間変化量の大きさがしきい値よりも小さくなる場合に、回復処理を終了させることにより、非対向部から対向部へのリチウムの移動量に応じて回復処理を速やか完了させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によると、リチウムイオン二次電池の電池容量の回復処理を速やかに完了させる電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る電源装置を搭載した電動車両の概略構成を示す図である。
【図２】負極における正極との非対向部の構成を説明するための図である。
【図３】本実施の形態に係る電源装置の制御装置によって実行される回復処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】回復処理時の負極の電位の変化を説明するための図である。
【図５】電池電位の変化および電池電位の時間変化量の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】実施例と比較例１〜３とを比較した結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰り返さないものとする。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る電源装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。
【００１３】
図１を参照して、電動車両１００は、車載の二次電池を車両駆動電源として走行する。たとえば、電動車両１００は、ハイブリッド自動車あるいは電気自動車によって構成される。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、バッテリの他に燃料電池やエンジン等を備える車両である。電気自動車は、車両の動力源としてバッテリだけを備えた車両である。
【００１４】
電動車両１００は、電源装置２と、モータジェネレータ２５と、伝達ギア２６と、駆動輪２７とを備える。電源装置２は、組電池１０と、昇圧コンバータ２２と、インバータ２３と、充電器２８と、制御装置３０とを備える。
【００１５】
組電池１０は、電気的に直列に接続された複数の電池セル１１によって構成される。電池セル１１は、リチウムイオン二次電池である。なお、組電池１０を構成する複数の電池セル１１の一部は、互いに並列に接続されてもよい。
【００１６】
電池セル１１の正極は、リチウムイオンを吸蔵および放出できる材料で形成される。正極の材料としては、たとえば、オリビン型リン酸鉄リチウム等を用いることができる。電池セル１１の負極は、リチウムイオンを吸蔵および放出できる材料で形成される。負極の材料としては、たとえば、アモルファスカーボン等を用いることができる。電池セル１１を充電するとき、正極は、イオンを電解液中に放出し、負極は、電解液中のイオンを吸蔵する。また、電池セル１１を放電するとき、正極は、電解液中のイオンを吸蔵し、負極は、イオンを電解液中に放出する。電池セル１１は、たとえば、角筒状（直方体形状）をなす電池ケースに収容される。
【００１７】
組電池１０は、システムメインリレー２１ａ，２１ｂを介して昇圧コンバータ２２に接続されており、昇圧コンバータ２２は、組電池１０の出力電圧を昇圧する。昇圧コンバータ２２は、インバータ２３と接続されており、インバータ２３は、昇圧コンバータ２２からの直流電力を交流電力に変換する。
【００１８】
モータジェネレータ（三相交流モータ）２５は、インバータ２３からの交流電力を受けることにより、電動車両１００を走行させるための運動エネルギを生成する。モータジェネレータ２５によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。一方で、電動車両１００を減速させるときや、電動車両１００を停止させるとき、モータジェネレータ２５は、電動車両１００の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータジェネレータ２５で生成された交流電力は、インバータ２３によって直流電力に変換される。昇圧コンバータ２２は、インバータ２３の出力電圧を降圧してから組電池１０に供給する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。このように、モータジェネレータ２５は、組電池１０との間での電力の授受を伴って、電動車両１００の駆動力または制動力を発生するように構成される。
【００１９】
なお、昇圧コンバータ２２は、省略することができる。また、モータジェネレータ２５として直流モータを用いるときには、インバータ２３を省略することができる。
【００２０】
組電池１０には、電流センサ１５、温度センサ１６および電圧センサ１７が配置される。電流センサ１５は、組電池１０に流れる電流を検出し、検出結果を制御装置３０に出力する。温度センサ１６は、組電池１０の温度を検出し、検出結果を制御装置３０に出力する。温度センサ１６の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ１６を用いるときには、複数の温度センサ１６によって検出された温度の平均値を組電池１０の温度として用いたり、特定の温度センサ１６によって検出された温度を組電池１０の温度として用いたりすることができる。
【００２１】
電圧センサ１７は、組電池１０に含まれる複数の電池セル１１の各々の電圧Ｖを検出し、検出結果を制御装置３０に出力する。本実施例では、複数の電池セル１１の各々の電圧を検出するものとして説明するが、これに限るものではない。たとえば、組電池１０全体の電圧を検出してもよい。あるいは、組電池１０を構成する複数の電池セル１１を複数のブロックに分け、各ブロックの電圧を検出してもよい。各ブロックは、少なくとも２つの電池セル１１を含んでいる。
【００２２】
制御装置３０は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成されており、システムメインリレー２１ａ，２１ｂ、昇圧コンバータ２２、インバータ２３および充電器２８の動作を制御する。制御装置３０は、各種の情報を記憶するメモリ３１を有する。メモリ３１には、制御装置３０を動作させるためのプログラムも記憶されている。本実施の形態では、制御装置３０がメモリ３１を内蔵しているが、制御装置３０の外部にメモリ３１を設けることも可能である。
【００２３】
制御装置３０は、電動車両１００のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをオフからオンに切り替えたり、昇圧コンバータ２２およびインバータ２３を動作させたりする。また、制御装置３０は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをオンからオフに切り替えたり、昇圧コンバータ２２やインバータ２３の動作を停止させたりする。
【００２４】
充電器２８は、外部電源４０からの電力を組電池１０に供給する。充電器２８は、充電リレー２９ａ，２９ｂを介して、組電池１０に接続されている。充電リレー２９ａ，２９ｂがオンであるとき、外部電源からの電力を組電池１０に供給することができる。
【００２５】
外部電源４０は、車両の外部に設けられた電源であり、外部電源４０としては、例えば、商用交流電源を適用することができる。外部電源４０および充電器２８は、例えば、充電ケーブル４５によって接続可能である。すなわち、充電ケーブル４５の装着時に、外部電源４０および充電器２８は電気的に接続されることにより、組電池１０を外部充電可能な状態となる。
【００２６】
あるいは、外部電源４０および充電器２８の間で、非接触に電力が伝送されるように電動車両１００は構成されてもよい。例えば、外部電源側の送電コイル（図示せず）および車両側の受電コイル（図示せず）を経由して、電力を伝送することによって、外部電源４０によって組電池１０を充電することができる。
【００２７】
このように、外部電源４０から交流電力が供給される場合には、充電器２８は、外部電源４０からの供給電力（交流電力）を、組電池１０の充電電力（直流電力）に変換する機能を有するように構成される。あるいは、外部電源４０が組電池１０の充電電力を直接供給する場合には、充電器２８は、外部電源４０からの直流電力を組電池１０に供給するだけでよい。上述のように、本実施の形態において、電動車両１００は、組電池１０が外部充電可能に構成されているが、外部充電の態様については特に限定されるものではない。
【００２８】
電池セル１１は、たとえば、直方体形状の電池ケースと、正極端子と負極端子とを備える角形密閉式の電池セルである。
【００２９】
電池ケースの内部には、図２に示すように、電解質が含浸されたシート状のセパレータ１５０を介して正極シート１３０と負極シート１４０が積層された積層体２５０が巻回されて構成された電極体２００が収容される。
【００３０】
積層体２５０は、たとえば、正極シート１３０及び負極シート１４０が、長尺シート状のセパレータ１５０を介して交互に積層されることによって構成される。正極シート１３０は、長尺状の正極集電体１３２の表面に正極活物質層１３４を有するように構成される。負極シート１４０は、長尺状の負極集電体１４２の表面に負極活物質層１４４を有するように構成される。
【００３１】
積層体２５０は、たとえば、その軸芯（図示しない）の周囲に筒状に巻回されて得られた電極体２００を、側面方向から押しつぶすようにして扁平形状に成形される。
【００３２】
電池ケース内には、正極端子と電気的に接続される内部正極端子が設けられ、正極集電体１３２の正極活物質層１３４が形成されていない部分に接合される。また、電池ケース内には、負極端子と電気的に接続される内部負極端子が設けられ、負極集電体１４２の負極活物質層１４４が形成されていない部分に接合される。
【００３３】
図２に示すように、積層体２５０においては、セパレータ１５０を介して正極活物質層１３４と負極活物質層１４４とが対向している。この場合、負極シート１４０は、負極活物質層１４４がセパレータ１５０を介して正極活物質層１３４と対向する位置関係にある対向部と、負極活物質層１４４がセパレータ１５０を介して対向する位置関係にある正極活物質層１３４が存在しない非対向部とを含む。負極シート１４０は、正極シート１３０よりも大きな面積を有している。そのため、非対向部は、対向部の周囲に位置する構成となっている。
【００３４】
このような構成を有するリチウムイオン二次電池においては、たとえば、図２の破線枠に示すように、負極活物質層１４４の対向部に挿入されたＬｉが非対向部に移動することによって電池容量が低下する場合がある。
【００３５】
負極活物質層１４４の非対向部は、対向する位置に正極活物質層１３４が存在しないので、放電の際、この非対向部からその内部にあるＬｉを放出させにくい。つまり、非対向部は、負極活物質層でありながら、放電に関与しにくい。このため、非対向部に挿入されたＬｉの分だけ、放電の際に負極活物質層から放出し得るＬｉ量が減少する。その結果、電池セル１１の電池容量が低下する。
【００３６】
このような原因によって低下したリチウムイオン二次電池の電池容量は、電池セル１１のＳＯＣを低い状態（たとえば、０％）で維持することによって回復させることができる。これは、電池セル１１のＳＯＣを低い状態で維持することによって負極活物質層１４４の対向部におけるＬｉ量を減少させる。その結果、図２の矢印に示すように、非対向部内のＬｉが拡散して対向部に移動するためである。非対向部内のＬｉの一部が対向部内に移動することによって電池容量の低下した分の一部を回復させることができる。
【００３７】
しかしながら、非対向部に移動したＬｉが回復処理によりどの程度の量を上限として対向部に戻るかが不明であるため、ＳＯＣを低下させた状態を維持する回復処理を所定時間継続すると、不必要に電池セル１１を放置する場合がある。したがって、電池セル１１の電池容量の回復処理を速やかに完了できない場合がある。
【００３８】
そこで、本実施の形態においては、制御装置３０が、電池セル１１の電池容量が劣化した状態が検出される場合に回復処理を実行し、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶ（Open  Circuit  Voltage）の変化量ΔＯＣＶの大きさがしきい値よりも小さくなるときに回復処理を終了させるものとする。
【００３９】
ＳＯＣを低下させた状態を維持するときの非対向部から対向部へのＬｉの移動量は、時間の経過とともに収束していく。そのため、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶの変化も時間の経過とともに収束していくこととなる。そのため、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶの時間変化量ΔＯＣＶの大きさがしきい値よりも小さくなる場合に、回復処理を終了させることにより、非対向部から対向部へのリチウムの移動量に応じて回復処理を速やか完了させることができる。
【００４０】
以下、図３を参照して、本実施の形態に係る電源装置２の制御装置３０で実行される回復処理について説明する。
【００４１】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置３０は、充電ケーブル４５が電動車両１００の充電器２８に接続されたか否かを判定する。制御装置３０は、たとえば、充電ケーブルの一方端に設けられる充電プラグ（図示せず）が、充電器２８に接続され、充電プラグの取り付けが可能なインレット（図示せず）に接続された場合に、充電ケーブル４５が充電器２８に接続されたと判定する。たとえば、インレットには、充電プラグが接続されたことを検出するための接続検出回路が設けられており、制御装置３０は、充電プラグがインレットに接続されたときに接続検出回路から接続信号を受信する場合に、充電ケーブル４５が充電器２８に接続されたと判定してもよい。充電ケーブル４５が充電器２８に接続されたことが判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、制御装置３０は、処理をＳ１０２に移す。
【００４２】
Ｓ１０２にて、制御装置３０は、電池セル１１の電池容量の推定値がしきい値Ａよりも小さいか否かを判定する。制御装置３０は、たとえば、組電池１０の使用履歴等に基づいて電池セル１１の電池容量の推定値を算出する。
【００４３】
使用履歴は、たとえば、電池セル１１の温度履歴であってもよい。この場合、制御装置３０は、たとえば、予め定められた温度以上での使用時間を計測し、計測された使用時間からマップ等を用いて電池セル１１の電池容量の推定値を算出する。マップは、たとえば、使用時間と電池容量の推定値との関係を示すマップであって、実験等によって作成され、メモリ３１に予め記憶されてもよい。
【００４４】
あるいは、使用履歴は、たとえば、ＳＯＣの履歴であってもよい。この場合、制御装置３０は、たとえば、ＳＯＣがしきい値以上の状態での使用時間を計測し、計測された使用時間からマップ等を用いて電池セル１１の電池容量の推定値を算出する。
【００４５】
また、制御装置３０は、使用履歴に代えて電池セル１１の抵抗値に基づいて電池容量の推定値を算出してもよい。この場合、制御装置３０は、たとえば、電池セル１１の新品状態での抵抗値と現在の抵抗値との比率からマップ等を用いて電池容量の推定値を算出する。マップは、比率と電池容量の推定値との関係を示すマップであって、実験等によって作成され、メモリ３１等に予め記憶されてもよい。
【００４６】
電池セル１１の電池容量の推定値がしきい値Ａよりも小さい場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、制御装置３０は、処理をＳ１０４に移す。
【００４７】
Ｓ１０４にて、制御装置３０は、前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂよりも大きいか否かを判定する。しきい値Ｂは、たとえば、回復処理後に再び負極活物質層１４４の非対向部に一定量以上のＬｉが移動することが推定される期間であって、たとえば、実験的あるいは設計的に設定される値である。前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂよりも大きいと判定される場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、制御装置３０は、処理をＳ１０６に移す。
【００４８】
Ｓ１０６にて、制御装置３０は、電池セル１１のＳＯＣの引き下げ処理を実行する。制御装置３０は、たとえば、電動車両１００に搭載される電気機器に電力を供給するなどして組電池１０のＳＯＣを低下させることによって電池セル１１のＳＯＣを引き下げる。
【００４９】
なお、電動車両１００に搭載される電気機器とは、たとえば、エアコンディショナー（図示せず）やモータジェネレータ２５である。制御装置３０は、たとえば、エアコンディショナーに電力を供給してエアコンディショナーを作動させてもよいし、停車中の電動車両１００が移動しない程度のトルクが生じるようにモータジェネレータ２５に電力を供給してもよい。
【００５０】
制御装置３０は、たとえば、電池セル１１のＳＯＣを予め定められた値になるまで低下させる。予め定められた値は、負極活物質層１４４において非対向部から対向部へとＬｉが拡散によって移動する程度に対向部内のＬｉが減少する状態が実現可能なＳＯＣであれば特に限定されるものではないが、たとえば、０％であるものとする。制御装置３０は、電池セル１１のＳＯＣの引き下げ処理の実行後に処理をＳ１０８に移す。
【００５１】
Ｓ１０８にて、制御装置３０は、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶの時間変化量ΔＯＣＶがしきい値Ｃよりも小さいか否かを判定する。制御装置３０は、たとえば、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをいずれもオフ状態にするとともに、充電リレー２９ａ，２９ｂをいずれもオフ状態にした状態で、電圧センサ１７を用いて電池セル１１の電圧を開放電圧ＯＣＶとして検出する。制御装置３０は、たとえば、所定時間が経過する毎に開放電圧ＯＣＶを検出し、検出された開放電圧ＯＣＶに基づいて単位時間当たりの変化量ΔＯＣＶを算出する。しきい値Ｃは、電池セル１１のＳＯＣを予め定められた値に維持したときに、電池セル１１のＯＣＶの変化が収束したと判定するための値であって、実験等によって適合される。電池セル１１の開放電圧ＯＣＶの時間変化量ΔＯＣＶがしきい値Ｃよりも小さいと判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、制御装置３０は、処理をＳ１１０に移す。
【００５２】
Ｓ１１０にて、制御装置３０は、充電処理を実行する。すなわち、制御装置３０は、外部電源４０の電力を用いて組電池１０が充電されるように充電器２８を制御する。
【００５３】
なお、充電ケーブル４５が充電器２８に接続されない場合には（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻され、充電ケーブル４５が充電器２８に接続されるまで処理が待機される。また、電池セル１１の電池容量の推定値がしきい値Ａ以上である場合や（Ｓ１０２にてＮＯ）、前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂ以下である場合には（Ｓ１０４にてＮＯ）、Ｓ１１０に処理が移されて充電処理が開始される。また、ＳＯＣ引下げ処理（Ｓ１０６）後において、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶの時間変化量ΔＯＣＶがしきい値Ｃ以上である場合には（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１０８に戻され、時間変化量ΔＯＣＶがしきい値Ｃよりも小さくなるまで処理が待機される。
【００５４】
以上のような構成およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る電源装置２の動作について説明する。以下の説明では、電池セル１１の電池容量が、負極活物質層１４４の非対向部にＬｉが移動していることによってしきい値Ａよりも低下している場合を想定する。また、前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂよりも大きい場合を想定する。
【００５５】
ユーザにより充電プラグが電動車両１００のインレットに接続されることによって、充電ケーブル４５が充電器２８に接続されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、電池セル１１の電池容量の推定値が算出され、算出された電池セル１１の電池容量の推定値がしきい値Ａよりも小さいか否かが判定される（Ｓ１０２）。
【００５６】
電池セル１１の電池容量の推定値がしきい値Ａよりも小さいため（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂよりも大きいか否かが判定される（Ｓ１０４）。
【００５７】
前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂよりも大きいため（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、電池セル１１のＳＯＣの引き下げ処理が回復処理として開始される（Ｓ１０６）。
【００５８】
電池セル１１のＳＯＣの引き下げ処理によって、電池セル１１のＳＯＣが予め定められた値になるまで低下され、その後、予め定められた値に低下した状態が維持される。電池セル１１のＳＯＣが予め定められた値に低下した状態が維持されることによって、電池セル１１の負極活物質層１４４の対向部内のＬｉが減少する。その結果、時間が経過するとともに非対向部内のＬｉが拡散によって非対向部から対向部へと移動する。非対向部内のＬｉが対向部へと移動することによって、負極の電位が低下する。
【００５９】
図４に、回復処理時における正極および負極の電位と充電量との関係を示す。図４の縦軸は、電位を示す。図４の横軸は、充電量を示す。図４のラインＬＮ１は、正極の電位と充電量との関係示す。図４のラインＬＮ２は、負極の電位と充電量との関係を示す。
【００６０】
図４に示すように、たとえば、回復処理中の電池セル１１の正極の電位および充電量の関係がラインＬＮ１上の点Ｄに対応する状態であるものとし、電池セル１１の負極の電位および充電量の関係がラインＬＮ２上の点Ｅに対応する状態であるものとする。この場合、電池セル１１の電池電位は、点Ｄと点Ｅとの上下差によって示される。
【００６１】
回復処理中に、すなわち、電池セル１１のＳＯＣが予め定められた値で維持される場合に、上述したとおり非対向部内のＬｉが拡散して対向部へと移動する。非対向部内のＬｉが対向部へ移動することによって充電が行なわれ、充電量が増加するため、図４の破線の矢印に示すように、負極の電位はラインＬＮ２に沿って低下していく。その結果、電池セル１１の負極の電池および充電量の関係は、点Ｅから点Ｆに対応する状態に変化する。そのため、電池セル１１の電池電位は、点Ｄと点Ｆとの上下差によって示される値に拡大することとなる。
【００６２】
図５に、回復処理時における電池セル１１の電池電位および電池電位の変化量の変化を示す。図５の上段のグラフの縦軸は、電池電位を示す。図５の下段のグラフの縦軸は、電池電位の変化量を示す。図５の横軸は、時間を示す。なお、図５は、説明の便宜上、電池電位が電位Ｖ（０）に収束するまでの変化を示している。
【００６３】
図５の上段のグラフに示すように、電池セル１１のＳＯＣが予め定められた値に維持される場合に、図４で説明したように負極の電位が下がることによって電池セル１１の電池電位は、時間の経過とともに増加していき、電位Ｖ（０）に収束していく。
【００６４】
図５の下段のグラフに示すように、電池セル１１の電池電位は、時間が経過するとともに電位Ｖ（０）に収束していくため、電池セル１１の電池電位の増加量は、時間が経過していくとともに減少していく。
【００６５】
時間Ｔ（０）にて、電池セル１１の電池電位の変化量ΔＯＣＶがしきい値Ｃよりも小さくなる場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、回復処理が終了され、充電処理が開始される（１１０）。
【００６６】
以上のようにして、本実施の形態に係る電源装置によると、電池セル１１のＳＯＣを低下させた状態を維持するときの負極活物質層１４４の非対向部から対向部へのＬｉの移動量は、時間の経過とともに収束していく。そのため、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶの変化も時間の経過とともに電位Ｖ（０）に収束していくこととなる。そのため、電池セル１１の開放電圧ＯＣＶの時間変化量ΔＯＣＶがしきい値Ｃよりも小さくなる場合に、回復処理を終了させることにより、非対向部から対向部へのＬｉの移動量に応じて回復処理を速やか完了させることができる。したがって、リチウムイオン二次電池の電池容量の回復処理を速やかに完了させる電源装置を提供することができる。
【００６７】
以下、図６に記載の表を参照して、本発明の実施例と他の比較例１〜３とを対比することによって、本発明の作用効果についてより詳細に説明する。
【００６８】
図６において、「実施例」は、本実施の形態に記載されているとおり、回復処理の終了を開放電圧ＯＣＶの時間変化量ΔＯＣＶとしきい値Ｃとの比較によって判定するものである。
【００６９】
「比較例１」は、回復処理を開始してから１０時間後に回復処理を終了させるものである。「比較例２」は、回復処理を開始してから３時間後に回復処理を終了させるものである。「比較例３」は、電池容量の低下量を測定して回復処理を行なうものである。
【００７０】
図６の表には、実施例および比較例１〜３の各々においては、ケース１とケース２とに分けて、回復効果と、使用不可時間と、測定時電気使用量とが記載されている。
【００７１】
「ケース１」は、４％の電池容量の回復量が見込める量のＬｉが非対向部に存在する場合である。「ケース２」は、回復が見込めるだけのＬｉが非対向部に存在しない（すなわち、０％の電池容量の回復量となる）場合である。
【００７２】
図６に記載の「回復効果」は、回復処理が行なわれることによる電池容量の回復量を示す。図６に記載の「使用不可時間」は、本来の使用用途（使用充電等）に利用できない時間であって、電池容量の回復に要する時間を示す。「測定時電気使用量」は、電気容量の測定等による電気使用量を示す。なお、図６では、回復処理によって電池容量を４％だけ回復させる場合に要する時間として、１０時間を一例として想定している。
【００７３】
実施例のケース１においては、時間変化量ΔＯＣＶがしきい値Ｃよりも小さくなるまで回復処理が行なわれることによって、電池セル１１の電池容量が４％回復することとなる。そのため、「回復効果」は、４％になる。電池セル１１の電池容量が４％回復するのに１０時間を要するため、「使用不可時間」は、１０時間になる。また、電池容量の測定は行なわれないため、「測定時電気使用量」は、ゼロになる。
【００７４】
実施例のケース２においては、図３のフローチャートのＳ１０２にしたがうと、回復処理は行なわれないが（Ｓ１０２にてＮＯ）、仮に回復処理が実行された場合、「回復効果」は、０％になる。また、仮に回復処理が実行される場合には、ＳＯＣの引き下げや時間変化量ΔＯＣＶの算出等により時間を要するため（たとえば、１時間程度）、「使用不可時間」は、１時間になる。なお、仮に回復処理が実行される場合でも、電池容量の測定は行なわれないため、「測定時電気使用量」は、ゼロになる。
【００７５】
比較例１のケース１においては、回復処理が１０時間実行されることによって電池セル１１の電池容量が４％回復することとなる。そのため、「回復効果」は、４％になる。回復処理は１０時間実行されるため、「使用不可時間」は、１０時間になる。また、電池容量の測定は行なわれないため、「測定時電気使用量」は、ゼロになる。
【００７６】
比較例１のケース２においては、回復処理が１０時間実行されても電池セル１１の電池容量は回復しないため、「回復効果」は、０％になる。回復処理は一律１０時間実行されるため、「使用不可時間」は、１０時間になる。また、電池容量の測定は行なわれないため、「測定時電気使用量」はゼロになる。
【００７７】
比較例２のケース１においては、回復処理が３時間実行されることによって電池セル１１の電池容量が２％回復することとなる。そのため、「回復効果」は、２％になる。回復処理は３時間実行されるため、「使用不可時間」は、３時間になる。また、電池容量の測定は行なわれないため、「測定時電気使用量」は、ゼロになる。
【００７８】
比較例２のケース２においては、回復処理が３時間実行されても電池セル１１の電池容量は回復しないため、「回復効果」は、０％になる。回復処理は一律３時間実行されるため、「使用不可時間」は、３時間になる。また、電池容量の測定は行なわれないため、「測定時電気使用量」はゼロになる。
【００７９】
比較例３のケース１においては、たとえば、電池セル１１のＳＯＣを０％に放電した後に、１００％になるまで充電することによって電池セル１１の電池容量が測定される。測定された電池容量から回復処理によって４％の電池容量の回復が見込まれる場合には、回復処理が１０時間実行される。これにより、電池セル１１の電池容量が４％回復することとなる。そのため、「回復効果」は、４％になる。回復処理は１０時間実行されるため、「使用不可時間」は、１０時間に回復処理前の電池容量の測定に要する時間（測定時間）を加算した時間になる。また、電池容量の測定が行なわれるため、「測定時電気使用量」は、測定時に使用した量（以下、測定分と記載する）になる。
【００８０】
比較例３のケース２においても、ケース１と同様に電池セル１１の電池容量が測定される。測定された電池容量から回復処理によって電池容量の回復が見込めない場合には、回復処理が行なわれない。そのため、「回復効果」は、０％になる。なお、回復処理は行なわれないため、「使用不可時間」は、測定時間のみとなる。また、電池容量の測定が行なわれるため、「測定時電気使用量」は、測定分になる。
【００８１】
たとえば、実施例と比較例１とを比較した場合には、「ケース１」では、「回復効果」、「使用不可時間」および「測定時電気使用量」は、実施例および比較例１ともに同じであるのに対して、「ケース２」では、比較例１において回復処理が一律に１０時間行なわれることとなる。そのため、実施例の「使用不可時間」が１時間であるのに対して、比較例１の「使用不可時間」が１０時間となり、実施例の方が比較例１よりも「使用不可時間」が少ない。
【００８２】
次に、実施例と比較例２とを比較した場合には、「ケース１」では、比較例２において回復処理が一律に３時間行なわれることとなる。そのため、比較例２の方が実施例よりも「使用不可時間」が少ない。しかしながら、４％の回復見込みがあるのに対して比較例２では、３時間しか回復処理が実行されない。その結果、実施例の「回復効果」が４％であるのに対して、比較例２の「回復効果」が２％となり、実施例の方が比較例２よりも「回復効果」が高い。
【００８３】
また、「ケース２」では、比較例２において回復処理が一律に３時間行なわれることとなる。そのため、実施例の「使用不可時間」が１時間であるのに対して、比較例２の「使用不可時間」が３時間となる。すなわち、実施例の方が比較例２よりも「使用不可時間」が少ない。
【００８４】
次に、実施例と比較例３とを比較した場合には、比較例３では、「ケース１」および「ケース２」のいずれにおいても、電池容量が測定されるため、回復処理とは別に測定時間が「使用不可時間」として加算されるとともに、測定時に一定の電力が使用されることとなる。一方、実施例では、「ケース１」および「ケース２」のいずれにおいても電池容量が測定されないため、「使用不可時間」に測定時間が加算されることもなく、また、「測定時電気使用量」はゼロになる。そのため、実施例の方が比較例３よりも「使用不可時間」および「測定時電気使用量」が少ない。
【００８５】
以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態では、電池セル１１のＳＯＣを下げる処理は、電動車両１００に搭載された電気機器に組電池１０の電力を供給することによって行なわれるものとして説明したが、たとえば、電動車両１００がシリーズ式のハイブリッド車両である等、停車状態でモータジェネレータ２５を空転させることが可能な車両である場合には、組電池１０の電力をモータジェネレータ２５に供給してモータジェネレータ２５を空転させることによって（エンジンのクランク軸を回転させることによって）、電池セル１１のＳＯＣを下げるようにしてもよい。あるいは、電動車両が車両外部の電気機器に電力を供給することが可能な電動車両である場合には、車両外部の電気機器に組電池１０の電力を供給することによって、電池セル１１のＳＯＣを下げるようにしてもよい。
【００８６】
上述の実施の形態では、電池セル１１の電池容量の推定値がしきい値Ａよりも低下し、かつ、前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂよりも大きい場合に、回復処理を実行するものとして説明したが、たとえば、電池容量の推定値がしきい値Ａよりも低下した場合に、前回の回復処理が完了してからの経過時間にかかわらず、回復処理を実行してもよいし、前回の回復処理が完了してからの経過時間を示す値がしきい値Ｂよりも大きい場合には、電池容量の推定値にかかわらず、回復処理を実行してもよい。
【００８７】
上述の実施の形態では、充電ケーブル４５が充電器２８に接続されたときに回復処理の要否を判定するものとして説明したが、たとえば、充電ケーブルが充電器２８に接続され、かつ、タイマー充電による外部充電の充電開始時刻が現在時刻よりも所定時間以上後の時刻である場合に、回復処理の要否を判断するようにしてもよいし、あるいは、充電ケーブル４５が充電器２８に接続され、かつ、ユーザが「バッテリリフレッシュモード」等の回復処理の実行モードを選択した場合に、回復処理の要否を判定するようにしてもよい。なお、所定時間は、たとえば、回復処理に要する時間の最大値よりも長い時間であってもよい。
【００８８】
上述の実施の形態では、プラグイン充電が可能な電動車両に搭載された電源装置を一例として説明したが、たとえば、リチウムイオン二次電池を有する電源装置であればよく、特にプラグイン充電が可能な電動車両に限定して適用されるものではない。たとえば、電源装置は、据え置き型の電源装置であってもよい。
【００８９】
なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
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】
【００９０】
２  電源装置、１０  組電池、１１  電池セル、１５  電流センサ、１６  温度センサ、１７  電圧センサ、２１ａ，２１ｂ  システムメインリレー、２２  昇圧コンバータ、２３  インバータ、２５  モータジェネレータ、２６  伝達ギア、２７  駆動輪、２８  充電器、２９ａ，２９ｂ  充電リレー、３０  制御装置、３１  メモリ、４０  外部電源、４５  充電ケーブル、１００  電動車両、１３０  正極シート、１３２  正極集電体、１３４  正極活物質層、１４０  負極シート、１４２  負極集電体、１４４  負極活物質層、１５０  セパレータ、２００  電極体、２５０  積層体。
【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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