(57)【要約】【課題】析出物に起因する短絡を防止できる二次電池の制御方法を提供する。【解決手段】充放電可能な二次電池の制御方法は、二次電池の負極における析出物の析出量ΔＭおよび形状を特定し、特定された析出量ΔＭおよび形状から、析出物の高さを算出し、算出された析出物の高さが、予め規定された基準高さ以上の場合には、二次電池への入力電力許容値を、析出物の高さが基準高さ未満の場合よりも小さくする。【選択図】図４
2017103896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二次電池の制御方法であって、
前記二次電池の負極における析出物の析出量および形状を特定し、前記特定された析出量および形状から、前記析出物の高さを算出し、前記算出された析出物の高さが、予め規定された基準高さ以上の場合には、前記二次電池への入力電力許容値を、析出物の高さが基準高さ未満の場合よりも小さくする、
ことを特徴とする二次電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電可能な二次電池の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電解液中に、負極表面に析出し得る反応関与物質を含んだ二次電池が知られている。例えば、リチウムイオン二次電池の電解液中には、リチウムイオンが含まれており、充電時には、入力電力によっては、電解液中に溶解していたリチウムイオンが負極表面に金属リチウムとなって析出する。
【０００３】
特許文献１には、かかるリチウムイオンの析出量を算出し、算出された析出量に基づいて二次電池のＳＯＣを算出する技術が開示されている。特許文献１では、さらに、二次電池のＳＯＣに応じて、二次電池への入出力電力の制限値を変更することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１２６４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、負極と正極との間には、通常、両者を絶縁するセパレータが介在している。負極表面に析出する析出物は、析出が進むにつれて、正極側に向かって徐々に成長していき、セパレータ内を進む。かかる析出が進行し続けると、析出物がセパレータを完全に貫通し、正極に接触し、短絡が生じるおそれがある。
【０００６】
特許文献１等の従来技術では、析出物の量には注目するものの、析出物の高さについては、何ら考慮されていない。そのため、従来技術では、上述したような析出物に起因する短絡を防止することができなかった。
【０００７】
そこで、本実施形態では、析出物に起因する短絡を防止できる二次電池の制御方法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】
本発明の二次電池の制御方法は、充放電可能な二次電池の制御方法であって、前記二次電池の負極における析出物の析出量および形状を特定し、前記特定された析出量および形状から、前記析出物の高さを算出し、前記算出された析出物の高さが、予め規定された基準高さ以上の場合には、前記二次電池への入力電力許容値を、析出物の高さが基準高さ未満の場合よりも小さくする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、析出物の高さに応じて入力電力許容値を決定している。その結果、短絡のおそれがある場合には、入力電力許容値を小さくしているため、析出物に起因する短絡を防止できる。また、本発明では、析出物の析出量だけでなく、形状も考慮するため、析出物の高さをより正確に算出でき、ひいては、短絡をより確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態である二次電池の制御装置が搭載される車両の全体構成図である。
【図２】リチウムイオン二次電池の構成を示す模式図である。
【図３】金属リチウムの成長の様子を示す模式図である
【図４】換算マップの一例を示す図である。
【図５】充電時における入力電力許容値Ｗｉｎの決定の流れを示すフローチャートである。
【図６】充電時における入力電力許容値Ｗｉｎの決定の流れを示すフローチャートである。
【図７】放電時における入力電力許容値Ｗｉｎの決定の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である二次電池の制御装置１０が搭載される車両の全体構成図である。車両は、エンジン１０６と、二つの回転電機１０８，１０９と、動力分割装置１１０と、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０４と、バッテリ１００と、制御装置１０と、を備える。車両は、エンジン１０６および第二回転電機１０９の少なくとも一方から出力される動力によって走行するハイブリッド車両である。ただし、車両は、バッテリ１００から供給されるエネルギを利用して走行する電動車両であれば、他の構成でもよい。例えば、車両は、図１とは別の構成を有するハイブリッド車両や、エンジン１０６を備えず、回転電機１０８，１０９からの動力のみで駆動する電気自動車でもよい。
【００１２】
エンジン１０６の動力は、動力分割装置１１０によって駆動輪１１２へ伝達される経路と第一回転電機１０８へ伝達される経路とに分割される。第一回転電機１０８は、動力分割装置１１０によって分割されたエンジン１０６の動力を用いて発電する。第二回転電機１０９は、バッテリ１００に蓄えられた電力および第一回転電機１０８により発電された電力の少なくとも一方を用いて動力を発生する。第二回転電機１０９の動力は、駆動輪１１２に伝達される。なお、車両の制動時には、駆動輪１１２により第二回転電機１０９が駆動され、第二回転電機１０９が発電機として動作する。このとき、第二回転電機１０９は、車両の運動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして機能する。第二回転電機１０９により発電された回生電力は、バッテリ１００に蓄えられる。
【００１３】
ＰＣＵ１０４は、バッテリ１００と第一、第二回転電機１０８，１０９との間で電力変換を行う。ＰＣＵ１０４を作動させることによって、バッテリ１００に蓄えられた電力で、第一、第二回転電機１０８，１０９が駆動されたり、第一、第二回転電機１０８，１０９が発電した電力で、バッテリ１００が充電されたりする。
【００１４】
バッテリ１００は、直列に接続された複数の単電池１０２を有する。単電池１０２は、リチウムイオン二次電池である。バッテリ１００を構成する単電池１０２の数は、バッテリ１００の要求出力などを考慮して、適宜設定することができる。なお、複数の単電池１０２を、直列接続または並列接続して一つの電池ブロックを構成し、この電池ブロックを複数、直列に接続して一つのバッテリ１００を構成してもよい。
【００１５】
単電池１０２（リチウムイオン二次電池）の正極の活物質としては、コバルト酸リチウム等のリチウム金属酸化物が用いられ、負極の活物質としてグラファイト等の炭素材が用いられる。また、イオン化されたリチウム（反応関与物質）を正極と負極との間で伝導するイオン電導体は、例えば、電解液を浸透させた樹脂によって構成することができる。また、例えば、いわゆる非水電解液を電解液として使用してもよい。
【００１６】
リチウムイオン二次電池では、放電時には、負極の活物質の界面上でリチウムイオン及び電子を放出する化学反応が起こり、正極の活物質の界面上でリチウムイオン及び電子を吸収する化学反応が起こる。逆に、充電時には、負極の活物質の界面上でリチウムイオンおよび電子を吸収する化学反応が起こり、正極の活物質の界面上でリチウムイオン及び電子を放出する化学反応が起こる。
【００１７】
なお、本実施形態では、バッテリ１００をリチウムイオン二次電池とする場合について説明するが、バッテリ１００は、リチウムイオン電池に限定されるものではなく、電解液中に、負極表面に析出する反応関与物質が含まれている二次電池であれば、他の二次電池でもよい。
【００１８】
バッテリ１００の充放電を制御する制御装置１０は、バッテリ１００の状態を検出するための複数のセンサ１２，１４，１６と、コントローラ２０と、を備えている。センサとしては、バッテリ１００の電圧値を検出する電圧センサ１２、バッテリ１００の電流値を検出する電流センサ１４、バッテリ１００の温度を検出する温度センサ１６が設けられている。電圧センサ１２は、バッテリ１００の端子間電圧（以下「電池電圧ＶＢ」という）を検出し、検出結果をコントローラ２０に出力する。電流センサ１４は、バッテリ１００に流れる電流を電池電流ＩＢとして検出し、検出結果をコントローラ２０に出力する。
【００１９】
温度センサ１６は、バッテリ１００の温度（以下「電池温度ＴＢ」という）を検出する。温度センサ１６は、検出結果をコントローラ２０に出力する。温度センサ１６は、バッテリ１００の一箇所に設けることもできるし、複数の箇所に設けることもできる。温度センサ１６を複数、設けた場合、電池温度ＴＢとしては、複数の温度検出値の統計値、例えば、最小値や最大値、平均値等を用いることができる。
【００２０】
コントローラ２０は、各種演算を行うＣＰＵ２２や、メモリ２４等を有している。メモリ２４には、各種プログラムや、制御に用いる制御パラメータの値等が記憶されている。また、メモリ２４には、各種センサでの検出値や、ＣＰＵ２２での演算結果等が一時記憶される。ＣＰＵ２２は、メモリ２４に記憶された各種パラメータや、検出値、演算結果に基づいて、必要な演算を行い、演算結果に応じて、バッテリ１００の駆動を制御する。例えば、コントローラ２０は、各種パラメータに基づいて、バッテリ１００への入出力電力の許容値、すなわち、入力電力許容値Ｗｉｎ、出力電力許容値Ｗｏｕｔを算出する。そして、コントローラ２０は、実際のバッテリ１００への入力・出力電力が、算出された入力・出力電力許容値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを超えないように、バッテリ１００の充放電を制御する。
【００２１】
次に、こうした制御装置１０による入力電力許容値Ｗｉｎの設定について説明する。はじめに、リチウムイオン二次電池５０の特性について簡単に説明する。図２は、リチウムイオン二次電池５０の構成を示す模式図である。また、図３は、金属リチウム５８の成長の様子を示す模式図である。
【００２２】
リチウムイオン二次電池５０は、周知の通り、正極５２と負極５４とがセパレータ５６を挟んで対向配置されている。正極５２は、基材５２ａと当該基材５２ａに積層された正極活物質５２ｂと、を有する。また、負極５４は、基材５４ａと当該基材５４ａに積層された負極活物質５４ｂと、を有する。
【００２３】
リチウムイオン二次電池５０では、充電を行うと、その電力（入力電力）の大きさによっては、電解液中のリチウムイオンが金属リチウム５８として析出する。なお、以下で、固体として析出したリチウムは、「金属リチウム５８」と呼び、電解液中に溶解しているリチウムとは区別する。金属リチウム５８は、図２に示すように、負極５４表面に析出していく。また、図３に示すように、金属リチウム５８は、常に、負極５４表面に析出し、過去に析出した金属リチウム５８は、正極５２側へと押しやられる。換言すれば、リチウムイオン二次電池５０において、金属リチウム５８は、正極５２側に向かって徐々に成長する。ここで、析出した金属リチウム５８には、活性リチウムと、不活性リチウムと、が含まれている。活性リチウムは、負極５４電位に応じて電解液への溶解が可能であり、溶解することで、再び、電気化学反応に寄与することができる。この活性リチウムは、図３に示す通り、電池の放電を行うことで、溶解していく。この溶解は、直近に析出した活性リチウム、すなわち、負極５４表面に近い活性リチウムから順に進む。また、活性リチウムは、周辺の電解液と反応して徐々に不活性化し、不活性リチウムに変質する。不活性リチウムは、電解液に溶解できず、電気化学反応に寄与しない。
【００２４】
ところで、金属リチウム５８が析出すると、二次電池の容量の低下等を招く。そこで、従来は、金属リチウム５８の析出を防止するために、入力電力許容値Ｗｉｎを比較的小さな値に設定し、バッテリ１００への入力電力が小さくなるようにしていた。しかし、入力電力許容値Ｗｉｎが過度に小さいと、燃費の悪化という別の問題を招く。
【００２５】
そこで、本実施形態では、リチウムイオン二次電池５０（単電池１０２）の短絡を防止できる状態では、金属リチウム５８の析出を許容するべく、入力電力許容値Ｗｉｎを大きくしている。ここで、リチウムイオン二次電池５０の短絡を防止できる状態とは、負極５４表面に析出した金属リチウム５８の高さが、セパレータ５６の厚み未満である状態を意味する。すなわち、負極５４表面に析出する金属リチウム５８は、セパレータ５６内において、正極５２側に徐々に成長していく。金属リチウム５８の高さが、セパレータ５６の厚み以上となり、金属リチウム５８がセパレータ５６を貫通すると、正極５２および負極５４が導通された短絡状態となる。そこで、本実施形態では、充放電時に、析出または溶解される金属リチウム５８の量Ｍおよび形状を推定し、推定された量および形状から負極５４表面に析出している金属リチウム５８の高さ（以下「残存高さＨｃ」という）を算出する。そして、得られた残存高さＨｃと基準高さＨｄｅｆとを比較して、残存高さＨｃが基準高さＨｄｅｆ以上の場合には、入力電力許容値Ｗｉｎとして、金属リチウム５８の析出を防止でき得る初期値Ｗｉｎ＿ｉを設定する。一方、残存高さＨｃが基準高さＨｄｅｆ未満の場合には、入力電力許容値Ｗｉｎとして、初期値Ｗｉｎ＿ｉよりも大きい緩和値Ｗｉｎ＿ｗを設定する。なお、基準高さＨｄｅｆは、セパレータ５６の厚みを基準に決定される値で、セパレータ５６の厚みから、ある程度の余裕量を減算した値である。以下、各処理について詳説していく。
【００２６】
［金属リチウムの析出・溶解量ΔＭの算出］
はじめに、充放電に伴う金属リチウム５８の析出溶解量ΔＭの算出について説明する。負極５４表面に析出された金属リチウム５８は、活性リチウムと、不活性リチウムと、に分けることができる。活性リチウムは、負極電位に応じて電解液への溶解が可能であり、溶解することで、再び、電気化学反応に寄与することができる。不活性リチウムは、電解液に溶解できず、電気化学反応に寄与しない。この不活性リチウムは、活性リチウムが、周辺の電解液と反応することで生成される。
【００２７】
負極５４に析出している金属リチウム５８の量Ｍは、活性リチウム量ｍ３と不活性リチウム量ｍ４との合算値となる。ここで、既述した通り、不活性リチウムは、活性リチウムが周辺の電解液と反応することで生成される。したがって、金属リチウム５８の量Ｍが変化しなくても、活性リチウム量ｍ３が減少したり、不活性リチウム量ｍ４が増加したりする。充放電に伴い析出または溶解した金属リチウム５８の量（以下「析出溶解量ΔＭ」という）は、充電または放電を開始してからの金属リチウム５８の量Ｍの増減量となる。すなわち、充電または放電を開始した時点での金属リチウム５８の量を開始時リチウム量Ｍｓとし、その後の、単位時間ごとに算出される金属リチウム５８の量をＭとした場合、析出溶解量ΔＭは、ΔＭ＝Ｍ−Ｍｓとなる。この析出溶解量ΔＭは、金属リチウム５８が析出されるときには、正となり、金属リチウム５８が溶解したときには、負となる。
【００２８】
金属リチウム５８の量Ｍは、常時、算出され続ける。金属リチウム５８の量Ｍは、活性リチウム量ｍ３と不活性リチウム量ｍ４との合算値となる。活性リチウム量ｍ３および不活性リチウム量ｍ４は、電池温度ＴＢや、電池電流ＩＢ、電池電圧ＶＢ等から算出される。より具体的に説明すると、活性リチウム量ｍ３は、次の式１により求められる。
ｍ３＝ｋ３×∫（Ｖ３）ｄｔ      式１
Ｖ３＝ｉ３×ｓ３      式２
【００２９】
式１において、Ｖ３は、活性リチウムの析出溶解速度であり、∫（Ｖ３）ｄｔは、活性リチウム量に対応する電荷量を示している。また、係数ｋ３は、実験結果等に基づいて予め決められた固定値で、∫（Ｖ３）ｄｔを活性リチウム量ｍ３に換算するための係数である。活性リチウム析出速度Ｖ３は、式２に示す式で算出される。式２において、ｓ３は、活性リチウムと負極５４との接触面積である。この接触面積ｓ３は、実験結果等によって予め決められた固定値である。ｉ３は、負極５４における活性リチウムの析出溶解反応の電流密度である。この電流密度ｉ３は、例えば、負極５４における過電圧と電流値との関係を示すバトラー・ボルマーの関係式に基づき、下記の式３を用いて算出できる。
【数１】
2017103896.tif 000003
【００３０】
式３において、ｉ０３は、リチウムの析出溶解反応の交換電流密度であり、αは、酸化反応（添え字ａ）及び還元反応（添え字ｃ）の移動係数であり、Ｆは、ファラデー定数であり、Ｒは、気体定数であり、Ｔは、活性リチウムの温度であり、η３は、活性リチウムの析出溶解反応の過電圧である。交換電流密度ｉ０３は、反応速度係数に対応し、実験結果等によって予め決めておくことができる。移動係数αａ，αｃ、ファラデー定数Ｆ、気体定数Ｒは、いずれも、固定値である。活性リチウムの温度Ｔおよび析出溶解反応の過電圧η３は、電池電圧ＶＢ、電池電流ＩＢおよび電池温度ＴＢをパラメータとして算出することができる。
【００３１】
一方、不活性リチウム量ｍ４は、次の式４により求められる。
ｍ４＝ｋ４×∫（Ｖ４）ｄｔ      式４
Ｖ４＝ｉ４×ｓ４      式５
【００３２】
式４において、Ｖ４は、リチウムの不活性化速度であり、∫（Ｖ４）ｄｔは、不活性リチウム量に対応する電荷量を示している。また、係数ｋ４は、実験結果等に基づいて予め決められた固定値で、∫（Ｖ４）ｄｔを不活性リチウム量ｍ４に換算するための係数である。リチウムの不活性化速度Ｖ４は、式５に示す式で算出される。式５において、ｓ４は、活性リチウムと電解液との接触面積である。この接触面積ｓ４は、実験結果等によって予め決められた固定値である。ｉ４は、負極５４における活性リチウムの不活性化反応の電流密度である。この電流密度ｉ４は、例えば、負極５４における過電圧と電流値との関係を示すバトラー・ボルマーの関係式に基づき、下記の式６を用いて算出できる。
【数２】
2017103896.tif 000004
【００３３】
式６において、ｉ０４は、リチウムの不活性化反応の交換電流密度であり、η４は、リチウムの不活性化反応の過電圧である。その他は、上述の式３で用いたものと同じである。交換電流密度ｉ０４は、反応速度係数に対応し、実験結果等によって予め決めておくことができる。不活性化反応の過電圧η４は、電池電圧ＶＢ、電池電流ＩＢおよび電池温度ＴＢをパラメータとして算出することができる。
【００３４】
なお、ここで説明した算出方法は、一例であり、活性・不活性リチウム量ｍ３，ｍ４は、他の方法で求められてもよい。例えば、電池電圧ＶＢ、電池電流ＩＢ、電池温度ＴＢに対応する活性・不活性リチウム量ｍ３，ｍ４を予めマップとして記憶しておき、測定された電池電圧ＶＢ、電池電流ＩＢ、電池温度ＴＢを当該マップに照らし合わせて、活性・不活性リチウム量ｍ３，ｍ４を求めるようにしてもよい。
【００３５】
算出された活性・不活性リチウム量ｍ３，ｍ４を合算することで、その時点での金属リチウム５８の量Ｍが求まる。この量Ｍと、充電または放電開始時の量（開始時リチウム量Ｍｓ）との差分値が、析出溶解量ΔＭとなる。この析出溶解量ΔＭが、正であれば、残存高さＨｃは、増加し、負であれば残存高さＨｃは、減少すると考えられる。
【００３６】
［リチウムの形状の特定］
次に、新たに析出される金属リチウム５８の形状の特定について説明する。負極５４表面に析出される金属リチウム５８の形状は、一様ではなく、径（または幅）に対する高さの比が比較的小さい塊状と、径（または幅）に対する高さの比が比較的大きい針状とがあることが知られている。一般に、一回の充電継続時間ｔｃが長い場合には、針状の金属リチウム５８が、充電時間が短い場合には塊状の金属リチウム５８が析出しやすくなる。析出量ΔＭが同じであっても、金属リチウム５８の高さは、塊状リチウムよりも、針状リチウムのほうが高くなる。そのため、金属リチウム５８の高さを正確に推定するために、析出された金属リチウム５８が、針状か塊状かを特定することが必要となる。
【００３７】
そこで、本実施形態では、充電開始してからの経過時間、すなわち、充電継続時間ｔｃをカウントし、充電継続時間ｔｃが、予め規定された基準時間ｔｄｅｆ以上となれば、当該充電中に新たに析出される金属リチウム５８は、全て針状であると判断する。一方、充電継続時間ｔｃが基準時間ｔｄｅｆに達する前に充電が終了した場合には、当該充電で新たに析出された金属リチウム５８は、全て塊状であると判断する。
【００３８】
放電時には、負極５４表面に近い活性リチウムから順に溶解していく。この溶解していく活性リチウムが、塊状か、針状かを区別することは非常に難しい。そこで、本実施形態では、放電時には、溶解される活性リチウムは、全て塊状であるとみなしている。塊状とみなすことで、放電に伴う高さ減少量ΔＨを、現実の減少量よりも少なく見積もることができる。結果として、残存高さＨｃが、現実の高さよりも低く推定されることが防止される。そして、これにより、金属リチウム５８がセパレータ５６を貫通すること、ひいては、電池が短絡することをより確実に防止できる。
【００３９】
［残存高さＨｃの算出方法］
金属リチウム５８の析出溶解量ΔＭおよび形状が特定できれば、コントローラ２０は、残存している金属リチウム５８の高さ（残存高さＨｃ）を算出する。残存高さＨｃは、充放電開始時の金属リチウム５８の高さ（以下「開始時高さＨｓ」という）に、充放電により生じた高さ増減量ΔＨを加算することで求まる。すなわち、Ｈｃ＝Ｈｓ＋ΔＨとなる。なお、高さ増減量ΔＨは、析出時（充電時）には、正であり、溶解時（放電時）には、負となる。
【００４０】
高さ増減量ΔＨを算出するために、コントローラ２０のメモリ２４には、予め、金属リチウム５８の析出溶解量ΔＭと高さ増減量ΔＨとの相関を示す換算マップ６０が記憶されている。図４は、換算マップ６０の一例を示す図である。換算マップ６０には、塊状リチウムの析出溶解量ΔＭと高さ増減量ΔＨとの相関を示す塊状用ライン６２と、針状リチウムの析出溶解量ΔＭと高さ増減量ΔＨとの相関を示す針状用ライン６４と、が含まれている。塊状用ライン６２、針状用ライン６４は、いずれも、析出溶解量ΔＭが増えるほど、高さ増減量ΔＨが増えるが、その傾きは、針状用ライン６４のほうが大きい。また、析出溶解量ΔＭが正（析出時）の場合、高さ増減量ΔＨも正となり、析出溶解量ΔＭが負（溶解時）の場合、高さ増減量ΔＨも負となる。
【００４１】
充放電の際、コントローラ２０は、析出溶解された金属リチウム５８の形状に応じて、参照するラインを選択し、算出された析出溶解量ΔＭを、選択したラインに照らし合わせて、高さ増減量ΔＨを算出する。例えば、充電に伴い針状リチウムがΔＭ＝ｍ＿ａ析出されたと判断した場合、コントローラ２０は、針状用ライン６４に照らし合わせて、ｍ＿ａに対応する高さｈ＿ａだけ、金属リチウム５８の高さが増加したと判断する。そして、開始時高さＨｓに増減量ΔＨ＝ｈ＿ａを加算した値を、残存高さＨｃ（Ｈｃ＝Ｈｓ＋ｈ＿ａ）として算出する。また、放電に伴い塊状リチウムが、ｍ＿ｂ溶解した（すなわちΔＭ＝−ｍ＿ｂ）と判断した場合、コントローラ２０は、塊状用ライン６２に照らし合わせて、−ｍ＿ｂに対応する高さ−ｈ＿ｂ分、金属リチウム５８の高さが減少したと判断する。そして、開始時高さＨｓに、この増減量ΔＨ＝−ｈ＿ｂを加算した値を、残存高さＨｃ（Ｈｃ＝Ｈｓ−ｈ＿ｂ）として算出する。
【００４２】
［入力電力許容値Ｗｉｎの決定の流れ］
次に、入力電力許容値Ｗｉｎの決定の流れについて図５〜図７を参照して説明する。図５、図６は、充電時における入力電力許容値Ｗｉｎの決定の流れを示すフローチャートである。なお、図５〜図７には図示しないが、コントローラ２０は、充放電の有無に関わらず、常時、単位時間毎に、金属リチウム５８の量Ｍ＝ｍ３＋ｍ４を算出し続けている。この算出は、上述した式１〜式６に基づいて行われる。
【００４３】
図５に示す通り、充電が開始されれば（Ｓ１０でＹｅｓ）、コントローラ２０は、メモリ２４に記憶されている残存高さＨｃを、開始時高さＨｓとして設定する（Ｓ１２）。また、充電開始時点における金属リチウム５８の量Ｍを、開始時リチウム量Ｍｓとして設定する（Ｓ１２）。さらに、タイマーを開始し、充電継続時間ｔｃの計測を開始する（Ｓ１４）。
【００４４】
次に、コントローラ２０は、単位時間毎に算出される量Ｍと、開始時リチウム量Ｍｓとの差分を、析出溶解量ΔＭとして算出する（Ｓ１６）。次に、コントローラ２０は、充電継続時間ｔｃと基準時間ｔｄｅｆとを比較する（Ｓ１８）。比較の結果、充電継続時間ｔｃが、基準時間ｔｄｅｆ未満の場合は、この充電中に析出した金属リチウム５８は、全て塊状であると推定する（Ｓ２４）。そして、これまで析出された金属リチウム５８の析出量ΔＭを、塊状用ライン６２に照らし合わせて、金属リチウム５８の高さ増減量ΔＨを算出する（Ｓ２６）。一方、充電継続時間ｔｃが、基準時間ｔｄｅｆ以上の場合は、この充電中に析出した金属リチウム５８は、全て針状であると推定する（Ｓ２０）。そして、これまで析出された金属リチウム５８の析出量ΔＭを、針状用ライン６４に照らし合わせて、金属リチウム５８の高さ増減量ΔＨを算出する（Ｓ２２）。
【００４５】
高さ増減量ΔＨが算出できれば、コントローラ２０は、充電開始時に設定した開始時高さＨｓに、増減量ΔＨを加算し、残存高さＨｃを算出する（Ｓ２８、図６参照）。続いて、コントローラ２０は、残存高さＨｃと、基準高さＨｄｅｆとを比較する（Ｓ３０）。比較の結果、残存高さＨｃが、基準高さＨｄｅｆ未満であれば、金属リチウム５８の更なる析出が可能であると判断し、入力電力許容値Ｗｉｎとして、金属リチウム５８が析出し得る緩和値Ｗｉｎ＿ｗを設定する（Ｓ３４）。一方、残存高さＨｃが、基準高さＨｄｅｆ以上であれば、金属リチウム５８の析出の停止が必要と判断し、入力電力許容値Ｗｉｎとして、金属リチウム５８が析出しない低い値、すなわち、初期値Ｗｉｎ＿ｉを設定する（Ｓ３２）。
【００４６】
その後、コントローラ２０は、充電が終了したか否かを確認する（Ｓ３６）。充電が終了した場合は、最後に算出された残存高さＨｃをメモリ２４に記憶する（Ｓ３８）。この残存高さＨｃの値は、以後、充電または放電が実行されるまで、変化しない。一方、充電が終了せず、継続する場合、コントローラ２０は、ステップＳ１６（図５参照）に戻る。以降、充電が終了するまで、ステップＳ１６〜Ｓ３６を繰り返す。
【００４７】
次に、図７を参照して、放電時における入力電力許容値Ｗｉｎの決定の流れを説明する。放電が開始されれば（Ｓ４０でＹｅｓ）、コントローラ２０は、メモリ２４に記憶されている残存高さＨｃを、開始時高さＨｓとして設定する（Ｓ４２）。また、放電開始時点での金属リチウム５８の量Ｍを、開始時リチウム量Ｍｓとして設定する（Ｓ４２）。
【００４８】
続いて、コントローラ２０は、単位時間ごとに算出される金属リチウム５８の量Ｍと開始時リチウム量Ｍｓとの差分を、析出溶解量ΔＭとして算出する（Ｓ４４）。次に、この析出溶解量ΔＭに基づいて、金属リチウム５８の高さ増減量ΔＨを算出する（Ｓ４６）。ここで、既述した通り、本実施形態では、溶解される金属リチウム５８は、全て、塊状リチウムであるとみなす。これは、溶解する活性リチウムの形状を特定するのが困難であるためである。溶解する活性リチウムを、全て比較的高さの低い塊状とみなすことで、残存高さＨｃを、現実の高さよりも低く見積もることがない。結果として、短絡をより確実に防止できる。コントローラ２０は、析出溶解量ΔＭが算出できれば、塊状用ライン６２を参照して、金属リチウム５８の高さ増減量ΔＨを算出する。
【００４９】
高さ増減量ΔＨが算出できれば、コントローラ２０は、放電開始時に設定した開始時高さＨｓに増減量ΔＨを加算し、残存高さＨｃを算出する（Ｓ４８）。続いて、コントローラ２０は、残存高さＨｃと、基準高さＨｄｅｆとを比較する（Ｓ５０）。比較の結果、残存高さＨｃが、基準高さＨｄｅｆ未満であれば、金属リチウム５８の更なる析出が可能であると判断し、入力電力許容値Ｗｉｎとして、金属リチウム５８が析出し得る緩和値Ｗｉｎ＿ｗを設定する（Ｓ５４）。一方、残存高さＨｃが、基準高さ以上であれば、金属リチウム５８の析出の停止が必要と判断し、入力電力許容値Ｗｉｎとして、金属リチウム５８が析出しない低い値、すなわち、初期値Ｗｉｎ＿ｉを設定する（Ｓ５２）。
【００５０】
その後、コントローラ２０は、放電が終了したか否かを確認する（Ｓ５６）。放電が終了した場合は、最後に算出された残存高さＨｃをメモリ２４に記憶する（Ｓ５８）。この残存高さＨｃの値は、以後、充電または放電が実行されるまで、変化しない。一方、放電が終了せず、継続する場合、コントローラ２０は、ステップＳ４４に戻る。以降、放電が終了するまで、ステップＳ４４〜Ｓ５６を繰り返す。
【００５１】
以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、残存高さＨｃが、基準高さＨｄｅｆに達するまでは、入力電力許容値Ｗｉｎを、比較的大きな緩和値Ｗｉｎ＿ｗに設定している。そして、入力電力許容値Ｗｉｎを緩和することにより、燃費の更なる向上を図ることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、析出された金属リチウム５８の形状を特定し、形状に応じて析出溶解量ΔＭから高さ増減量ΔＨへの換算比率を変化させている。かかる構成とすることで、析出された金属リチウム５８の高さをより正確に推測することができる。結果として、二次電池の短絡を防止しつつ、入力電力許容値Ｗｉｎをより緩和でき、ひいては、燃費をより向上できる。
【００５３】
なお、これまで説明した構成は一例であり、二次電池の析出物の析出量および析出形態を特定し、特定された析出量および析出形態から、析出物の高さを算出し、算出された析出物の高さに応じて、入力電力許容値を決定するのであれば、その他の構成は、適宜変更されてよい。例えば、本実施形態では、金属リチウム５８の形状としては、針状および塊状の二種類のみを挙げているが、より多数の種類に分類してもよい。また、本実施形態では、充電継続時間ｔｃに応じて、金属リチウム５８の形状を判別しているが、他の条件、例えば、温度や電流値等も考慮して形状を判別するようにしてもよい。また、上述した金属リチウム５８の析出溶解量ΔＭの算出方法は、一例であり、適宜変更されてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０  制御装置、１２  電圧センサ、１４  電流センサ、１６  温度センサ、２０  コントローラ、２２  ＣＰＵ、２４  メモリ、５０  リチウムイオン二次電池、５２  正極、５２ａ  基材、５２ｂ  正極活物質、５４  負極、５４ａ  基材、５４ｂ  負極活物質、５６  セパレータ、５８  金属リチウム、６０  換算マップ、６２  塊状用ライン、６４  針状用ライン、１００  バッテリ、１０２  単電池、１０６  エンジン、１０８  第一回転電機、１０９  第二回転電機、１１０  動力分割装置、１１２  駆動輪。
【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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