JP2003047159A

JP2003047159A - 二次電池保護制御システムおよび二次電池保護制御方法

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Publication number: JP2003047159A
Application number: JP2001228040A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Sasaki; 厳佐々木; Yoshio Ukiyou; 良雄右京; Yoji Takeuchi; 要二竹内; Hideyuki Nakano; 秀之中野; Naruaki Okuda; 匠昭奥田; Masao Kanzaki; 昌郎神崎; Yuichi Ito; 勇一伊藤; Tetsuo Kobayashi; 哲郎小林; Kazuhiko Mukai; 和彦向; Yasuhito Kondo; 康仁近藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-14
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP4478856B2

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電池の劣化を簡便かつ充分に抑制できる
保護制御システムおよび保護制御方法を提供する。【解決手段】二次電池保護制御システムを、制御対象
となる二次電池の端子間電圧を検出する電圧検出装置
と、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出装置
と前記二次電池の抵抗を検出する抵抗検出装置との少な
くとも一方の検出装置と、前記電圧検出装置により検出
された検出電圧値と、前記少なくとも一方の検出装置に
より検出された検出電流値と検出抵抗値との少なくとも
一方とに基づいて、前記二次電池が予め定められた劣化
促進領域にあるかどうかの判断を行う劣化判断装置と、
前記二次電池が前記劣化促進領域にあると判断された場
合に、該二次電池を該劣化促進領域から回避させる劣化
回避装置とを備えるよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池保護制御
システムおよび二次電池保護制御方法に関し、特に、非
水系電解液を含んで構成されるリチウム二次電池に好適
な保護制御システムおよび保護制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の
小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、こ
れらの機器に用いる電源として、繰り返し充放電可能な
二次電池の需要が高まっている。また、自動車の分野に
おいても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が
急がれており、この電気自動車用の電源としても、二次
電池が検討されている。なかでも、リチウムの吸蔵・脱
離現象を利用したリチウム二次電池は、高エネルギー密
度であるという理由から、上記幅広い分野において利用
が期待されている。

【０００３】リチウム二次電池は、その適用範囲が広が
るにつれ、その使用環境も様々となる。例えば、屋外放
置される可能性のある電気自動車用電源等の用途にリチ
ウム二次電池を使用することを想定した場合には、高温
等の過酷な条件下においても電池の性能を高く維持でき
ることが重要となる。

【０００４】現在実用化されているリチウム二次電池
は、一般に、正極活物質にリチウム遷移金属複合酸化物
を用いた正極と、負極活物質に炭素材料等を用いた負極
と、リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水系電解液とか
ら構成されており、４Ｖ級の高い電圧を有するものが主
流をなしている。しかし、非水系電解液を用いたリチウ
ム二次電池は、高温下で高い充電状態、つまり高温下で
電圧が高くなると、活物質と非水電解液との反応等が生
じるため、容量が低下したり、内部抵抗が増加する等、
電池の劣化が問題となる。

【０００５】このような電池の劣化を抑制する対策の一
つとして、例えば、特開平４−１３７３７１号公報、特
開平８−４５５４９号公報、特開平１０−２２４９９８
号公報等には、種々の二次電池の保護装置が提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載の二次電池の保護装置は、二次電池近傍の温度を測定
するための温度検出手段等、特別な装置や回路を必要と
するものである。ここで、上記公報に記載の二次電池の
保護装置に用いられる温度検出手段は、二次電池の外部
近傍の温度を検出する手段である。つまり、上記保護装
置は、温度検出手段により検出した電池外部の温度を電
池内部の温度とみなし、その検出温度に基づいて、電池
の劣化を抑制するものである。

【０００７】一般に、大型の二次電池は熱容量が大き
い。なかでも、大型のリチウム二次電池では、電池外部
の温度が電池内部の温度と同じになるまでに、ある程度
の時間遅れが発生すると考えられる。そのため、頻繁に
充放電を繰り返すような場合には、電池外部の温度が電
池内部の温度変化に追随することは難しいと考えられ
る。したがって、上記温度検出手段では、電池内部の温
度を正確に把握することが難しく、それを用いた上記保
護装置では、二次電池の劣化を充分に抑制することは困
難である。

【０００８】また、例えば、二次電池を電気自動車用電
源として車両に搭載する場合には相当数の二次電池が必
要となることを考慮すると、これら二次電池の一つ一つ
に上記特別な装置等を設けるためのコストはかなり大き
いものとなる。

【０００９】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
であり、二次電池の劣化を簡便かつ充分に抑制できる保
護制御システムおよび保護制御方法を提供することを課
題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池保護制
御システムは、制御対象となる二次電池の端子間電圧を
検出する電圧検出装置と、前記二次電池の充放電電流を
検出する電流検出装置と前記二次電池の抵抗を検出する
抵抗検出装置との少なくとも一方の検出装置と、前記電
圧検出装置により検出された検出電圧値と、前記少なく
とも一方の検出装置により検出された検出電流値と検出
抵抗値との少なくとも一方とに基づいて、前記二次電池
が予め定められた劣化促進領域にあるかどうかの判断を
行う劣化判断装置と、前記二次電池が前記劣化促進領域
にあると判断された場合に、該二次電池を該劣化促進領
域から回避させる劣化回避装置とを備えることを特徴と
する。

【００１１】つまり、本発明の二次電池保護制御システ
ムは、予め劣化促進領域を設定しておき、検出電圧値
と、検出電流値と検出抵抗値との少なくとも一方とに基
づいて、二次電池がその劣化促進領域にあるかどうかの
判断を行い、二次電池が劣化促進領域にあると判断され
た場合には、それを回避させるよう制御するシステムで
ある。

【００１２】本発明の二次電池保護制御システムは、劣
化判断を行う劣化判断装置と二次電池を劣化から回避さ
せる劣化回避装置の他に、電圧検出装置と、電流検出装
置と抵抗検出装置との少なくとも一方とを備えるもので
ある。温度検出手段を用いることなく、電圧検出装置
と、電流検出装置と抵抗検出装置との少なくとも一方と
を用いるだけで、二次電池が劣化促進領域にあるかどう
かの判断を行うことができるため、簡便かつ低コストに
二次電池を保護制御することができる。

【００１３】また、温度検出手段により電池外部の温度
を測定することなく、二次電池が劣化促進領域にあるか
どうかの判断を行うことができるため、より正確な判断
が可能となり、充分に二次電池を保護制御することがで
きる。

【００１４】本発明の二次電池保護制御システムは、二
次電池が特に限定されるものではないが、二次電池がリ
チウム二次電池である態様がより望ましい。つまり、リ
チウム二次電池は、上述したように、非水電解液を用い
たものが一般的であり、高い充電状態で高温下に放置さ
れた場合、容量の低下や内部抵抗の増加等、電池の劣化
が大きな問題となる。したがって、本発明の保護制御シ
ステムをリチウム二次電池に適用すれば、電池の劣化を
抑制するという上記効果を、より発揮し得るものとな
る。

【００１５】また、本発明の二次電池保護制御方法は、
制御対象となる二次電池の端子間電圧を検出する電圧検
出ステップと、前記二次電池の充放電電流を検出する電
流検出ステップと前記二次電池の抵抗を検出する電池抵
抗検出ステップとの少なくとも一方の検出ステップと、
前記電圧検出ステップにおいて検出された検出電圧値
と、前記少なくとも一方の検出ステップにより検出され
た検出電流値と検出抵抗値との少なくとも一方とに基づ
いて、前記二次電池が予め定められた劣化促進領域にあ
るかどうかの判断を行う劣化判断ステップと、前記二次
電池が前記劣化促進領域にあると判断された場合に、該
二次電池を該劣化判断領域から回避させる劣化回避ステ
ップとを備えることを特徴とする。

【００１６】本発明の二次電池保護制御方法は、例え
ば、上記本発明の二次電池保護制御システムにより実施
することができ、上述したように、簡便かつ低コストに
二次電池を保護制御できる方法となる。また、電池の外
部温度を測定することなく、二次電池が劣化促進領域に
あるかどうかの判断を行うことができるため、より正確
な判断が可能となり、充分に二次電池を保護制御できる
方法となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の二次電池保護制
御システムを詳細に説明する。なお、本発明の二次電池
保護制御システムを説明することにより、本発明の二電
池の保護制御方法をも説明することとなるため、本実施
の形態において、本発明の二電池の保護制御方法につい
ては説明を省略する。

【００１８】本発明の二次電池保護制御システムは、上
述したように、電圧検出装置と、電流検出装置と抵抗検
出装置との少なくとも一方と、劣化判断装置と、劣化回
避装置とを備える。ここで、電流検出装置と抵抗検出装
置とは、いずれか一方の検出装置を備える態様でもよ
く、両方の検出装置を備える態様であってもよい。例え
ば、電流検出装置を備える場合には、劣化判断装置は、
電流検出装置により検出された検出電流値と電圧検出装
置により検出された検出電圧値とに基づいて、二次電池
が劣化促進領域にあるかどうかの判断を行えばよい。ま
た、抵抗検出装置を備える場合には、劣化判断装置は、
抵抗検出装置により検出された検出抵抗値と電圧検出装
置により検出された検出電圧値とに基づいて、二次電池
が劣化促進領域にあるかどうかの判断を行えばよい。

【００１９】劣化判断装置は、その一態様として、例え
ば、検出電圧値と、検出電流値と検出抵抗値との少なく
とも一方とに基づいて、二次電池の内部温度を推定し、
該内部温度と該検出電圧値との関係に基づいて二次電池
が劣化促進領域にあるかどうかの判断を行う態様とする
ことができる。つまり、予め、検出電圧値と、検出電流
値と検出抵抗値との少なくとも一方とから電池の内部温
度を推定できるようなデータを採取しておくことで、電
池の温度を直接測定することなく、電池の内部温度を正
確に把握することができる。そして、推定した内部温度
と検出電圧値との関係に基づいて、二次電池が劣化促進
領域にあるかどうかの判断を行うのである。

【００２０】なお、電池の内部温度を推定するための一
例として、図１に、二次電池における抵抗−電圧−温度
の関係をグラフにしたものを示す。この抵抗−電圧−温
度の関係は、リチウム二次電池を、０℃〜６０℃の所定
の温度にした恒温槽にそれぞれ入れ、定電流で所定の時
間充電した時の端子間電圧の変化値とその時の電流値と
から抵抗値を求め、その抵抗値を充電開始時における端
子間電圧の電圧値に対してプロットしたものである。図
中、横軸は充電開始時の端子間電圧の電圧値、縦軸は抵
抗値である。図１より、抵抗値と電圧値とから、電池の
内部温度は一義的に決まることがわかる。例えば、電圧
値が３．２Ｖ、抵抗値が１００ｍΩの場合には、電池の
内部温度は５０℃と推定される。

【００２１】また、図２に、定電流における充電の電流
密度を種々変更して、上記抵抗値を求めた結果を示す。
図中、横軸は充電開始からの経過時間、縦軸は抵抗値で
ある。図２より、充電開始から３０秒間程度であれば、
端子間電圧の変化値から求めた抵抗値は電流密度に依存
しないことがわかる。つまり、どんな電流密度でも３０
秒間程度の充電時間であれば、その端子間電圧の変化値
から抵抗値を求めることができることがわかる。なお、
上記抵抗−電圧−温度の関係は、二次電池の劣化の程度
に応じて、適宜更新していくことが望ましい。

【００２２】劣化判断装置の判断に用いられる劣化促進
領域とは、二次電池がその領域にある場合に容量が低下
したり内部抵抗が増加する等、劣化し易いと考えられる
領域である。劣化促進領域は、その態様が特に制限され
るものではなく、検出電圧値等の検出値に基づいて二次
電池の劣化を判断できるものであればよい。例えば、劣
化促進領域は、検出電圧値と検出電流値とに基づいて判
断できる態様や、検出電圧値と検出抵抗値とに基づいて
判断できる態様の他、検出電圧値と検出電流値とから推
定抵抗値を推定し、その推定抵抗値と検出電圧値とに基
づいて判断できる態様のものであってもよい。さらに、
上述の推定した電池内部温度と検出電圧値とに基づいて
判断できる態様であってもよい。なお、上述したよう
に、二次電池は、高温下で高い充電状態におかれた場合
に劣化が大きい。したがって、劣化促進領域は、充電状
態を表す検出電圧値と電池の内部温度とに基づいて判断
できる態様とすることが望ましい。

【００２３】劣化促進領域の望ましい態様の一例とし
て、図３に、電池の内部温度と電圧値との関係において
定められた劣化促進領域を示す。図中、横軸は測定時の
端子間電圧の電圧値、縦軸は電池の内部温度であり、斜
線で示した領域が劣化促進領域となる。なお、図３に示
す電池の内部温度と電圧値との関係は、リチウムニッケ
ル複合酸化物を正極活物質とし、人造黒鉛を負極活物質
としたリチウム二次電池を用いた実験により求めたもの
である。図３より、例えば、上記リチウム二次電池は、
６０℃下では３．８３Ｖ以下で使用することが望ましい
ことがわかる。

【００２４】ここで、本発明の二次電池保護制御システ
ムの一態様であって、二次電池保護制御システムの概略
を図４に示す。図４において、本発明の二次電池保護制
御システム１は、二次電池１０がアクチェータとなる充
放電制御装置２０を介して負荷３０、電源４０、バイパ
ス回路５０に接続されており、二次電池１０の端子間電
圧を検出する電圧検出器６０と、二次電池１０の充放電
電流を検出する電流検出器７０と、二次電池１０の抵抗
を検出する抵抗検出器８０と、システム全体を制御する
制御ユニット９０とを備える。電圧検出器６０と、電流
検出器７０と抵抗検出器８０との少なくとも一方とから
検出された検出値は制御ユニット９０に入力され、制御
ユニット９０を構成するコンピュータで処理される。そ
の結果、必要に応じて制御ユニット９０から駆動信号が
充放電制御装置２０に出力される。充放電制御装置２０
は、出力された駆動信号により適宜、負荷３０、電源４
０、バイパス回路５０へ二次電池１０を接続することで
充放電を制御する。

【００２５】また、上記態様における本発明の二次電池
保護制御システムのブロック図を図５に示す。図５にお
いて、制御ユニット９０は、コンピュータ９１と、電圧
検出器６０、電流検出器７０、抵抗検出器８０により検
出された各検出値を電気信号に変換するセンサ回路９
２、９３、９４と、出力された駆動信号を処理する駆動
回路９５とを備える。コンピュータ９１は、ＣＰＵ９１
１と、処理プログラムを記憶したＲＯＭ９１２と、一時
的にデータを記憶するＲＡＭ９１３と、インターフェー
ス９１４とを備える。

【００２６】電圧検出器６０により検出された検出電圧
値と、電流検出器７０、抵抗検出器８０により検出され
た検出電流値と検出抵抗値との少なくとも一方は、セン
サ回路９２、９３、９４によりそれぞれ電気信号に変換
され、それらの電気信号はインターフェース９１４を介
してコンピュータ９１に入力される。コンピュータ９１
で処理された電気信号は、インターフェース９１４を介
して出力され、その電気信号が駆動回路６５により処理
され充放電制御装置２０に送られる。

【００２７】本態様では、電圧検出器６０およびセンサ
回路９２が電圧検出装置として機能し、電流検出器７０
およびセンサ回路９３が電流検出装置として機能し、抵
抗検出器８０およびセンサ回路９４が抵抗検出装置とし
て機能する。また、コンピュータ９１を構成するＣＰＵ
９１１、ＲＯＭ９１２およびＲＡＭ９１３は、劣化判断
装置として機能し、駆動回路９５、充放電制御装置２０
およびバイパス回路５０は劣化回避装置として機能す
る。

【００２８】上記態様において、劣化判断装置は、検出
電圧値と検出電流値とに基づいて、二次電池が予め定め
た劣化促進領域にあるかどうかの判断を行うことができ
る。この場合、上述のように、検出電圧値と検出電流値
とから抵抗値を推定して、その推定抵抗値と検出電圧値
とから判断する態様を採用することができる。より具体
的には、任意の時点から開始され所定時間以上継続する
定電流での充電または放電において、充電または放電の
開始時の開始電圧値と所定時間経過時の経過時電圧値と
の差である電圧変化値と、定電流の定電流値とから二次
電池の推定抵抗値を推定し、その推定抵抗値と開始電圧
値とに基づいて判断を行うことができる。

【００２９】なお、本明細書において、「充電または放
電の開始時」とは、充電または放電前の電流が流れてい
ない時を意味する他、充電または放電直後であって電圧
変化の影響があまりない時をも含む概念である。また、
検出電圧値と検出電流値とから抵抗値を推定する方法
は、特に限定されるものではなく、上記態様の他、例え
ば、所定時間の充電または放電における端子電圧の変化
値とそれに対応する電流の変化値とから求めてもよい。
図６に、劣化判断装置の判断の流れの一例をフローチャ
ートで示す。

【００３０】図６に示すように、劣化判断処理ルーチン
が実行されると、まず、電圧検出装置により、充電また
は放電の開始時の開始電圧値Ｖが検出される。次いで、
定電流での充電または放電において、定電流値Ｉが電流
検出装置により検出される。続いて、検出された開始電
圧値Ｖを読み込んで、読み込んだ開始電圧値Ｖを代数Ｖ
１に格納する処理を行う。そして、所定時間が経過した
後、電圧検出装置は経過時電圧値Ｖを検出し、その検出
された経過時電圧値Ｖを読み込んで、読み込んだ経過時
電圧値Ｖを代数Ｖ２に格納する処理を行う。次に、Ｖ
１、Ｖ２およびＩの値から、式［Ｒ＝｜Ｖ２−Ｖ１｜／
Ｉ］により推定抵抗値Ｒを算出する処理を行う。そし
て、算出した推定抵抗値Ｒと開始電圧値Ｖ１との関係に
基づいて二次電池が予め定められた劣化促進領域にある
かどうかの判断を行い、劣化促進領域にあると判断され
た場合には、劣化回避処理を実行し、本ルーチンを終了
する。劣化促進領域にないと判断された場合には、その
まま本ルーチンを終了する。

【００３１】また、上記態様において、算出した推定抵
抗値と開始電圧値とに基づいて、上述したように電池の
内部温度を推定し、その内部温度と該開始電圧値との関
係に基づいて二次電池が劣化促進領域にあるかどうかの
判断を行うこともできる。この態様における劣化判断装
置の判断の流れの一例を、図７にフローチャートで示
す。

【００３２】図７に示すように、上記態様と同様、ま
ず、電圧検出装置により充電または放電の開始時の開始
電圧値Ｖが検出される。次いで、定電流での充電または
放電において、定電流値Ｉが電流検出装置により検出さ
れる。続いて、検出された開始電圧値Ｖを読み込んで、
読み込んだ開始電圧値Ｖを代数Ｖ１に格納する処理を行
う。そして、所定時間が経過した後、電圧検出装置は経
過時電圧値Ｖを検出し、その検出された経過時電圧値Ｖ
を読み込んで、読み込んだ経過時電圧値Ｖを代数Ｖ２に
格納する処理を行う。次に、Ｖ１、Ｖ２およびＩの値か
ら、式［Ｒ＝｜Ｖ２−Ｖ１｜／Ｉ］により推定抵抗値Ｒ
を算出する処理を行う。そして、算出した推定抵抗値Ｒ
と開始電圧値Ｖ１との関係に基づいて、電池の内部温度
Ｔを推定する。内部温度Ｔと開始電圧値Ｖ１との関係に
基づいて、二次電池が予め定められた劣化促進領域にあ
るかどうかの判断を行い、劣化促進領域にあると判断さ
れた場合には、劣化回避処理を実行し、本ルーチンを終
了する。劣化促進領域にないと判断された場合には、そ
のまま本ルーチンを終了する。

【００３３】また、本発明の二次電池保護制御システム
のもう一つの態様として、劣化判断装置が、検出電圧値
と検出抵抗値とに基づいて二次電池が予め定めた劣化促
進領域にあるかどうかの判断を行う態様を採用すること
ができる。より具体的には、任意の時点から開始される
充電または放電において、充電または放電の開始時の開
始電圧値と前記開始時の電池抵抗値とに基づいて、二次
電池が劣化促進領域にあるかどうかの判断を行うことが
できる。抵抗検出装置は、特に限定されるものではな
く、例えば、抵抗検出計を含むものや、交流インピーダ
ンスを測定するための装置等を外部回路に設けるもので
もよい。図８に、劣化判断装置の判断の流れの一例をフ
ローチャートで示す。

【００３４】図８に示すように、劣化判断処理ルーチン
が実行されると、まず、抵抗検出装置により充電または
放電開始時の電池抵抗値Ｒが検出される。同様に、電圧
検出装置により、充電または放電の開始時の開始電圧値
Ｖが検出される。次いで、電池抵抗値Ｒと開始電圧値Ｖ
との関係に基づいて、二次電池が予め定められた劣化促
進領域にあるかどうかの判断を行い、劣化促進領域にあ
ると判断された場合には、劣化回避処理を実行し、本ル
ーチンを終了する。劣化促進領域にないと判断された場
合には、そのまま本ルーチンを終了する。

【００３５】また、上記態様において、電池抵抗値と開
始電圧値とから、上述したように電池の内部温度を推定
し、その内部温度と開始電圧値との関係に基づいて二次
電池が劣化促進領域にあるかどうかの判断を行うことも
できる。この態様における劣化判断装置の判断の流れの
一例を、図９にフローチャートで示す。

【００３６】図９に示すように、上記態様と同様、ま
ず、抵抗検出装置により充電または放電開始時の電池抵
抗値Ｒが検出される。次いで、電圧検出装置により、充
電または放電の開始時の開始電圧値Ｖが検出される。そ
して、電池抵抗値Ｒと開始電圧値Ｖとの関係に基づい
て、電池の内部温度Ｔを推定する。内部温度Ｔと開始電
圧値Ｖとの関係に基づいて、二次電池が予め定められた
劣化促進領域にあるかどうかの判断を行い、劣化促進領
域にあると判断された場合には、劣化回避処理を実行
し、本ルーチンを終了する。劣化促進領域にないと判断
された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。

【００３７】本発明の二次電池保護制御システムにおけ
る劣化回避装置は、二次電池が劣化促進領域にある場合
に該劣化促進領域から回避させるものであれば、特に限
定されるものではない。劣化回避装置の一態様として、
二次電池の端子間電圧を制御すべく、二次電池への充電
電流を規制する充電電流規制装置を含む態様を採用する
ことができる。すなわち、充電電流規制装置は、例え
ば、充電中に二次電池が劣化促進領域に入った場合、そ
の充電を停止し、それ以上電圧が上昇しないようにする
装置である。

【００３８】また、劣化回避装置のもう一つの態様とし
て、図４に示すように、二次電池に充電されている電気
量をバイパス回路に放電させるバイパス放電装置を含む
態様が挙げられる。すなわち、バイパス放電装置とは、
例えば、充電中に二次電池が劣化促進領域に入った場
合、強制的に放電させて電圧を下降させる装置である。
また、例えば、放電中、内部ショート等することにより
劣化促進領域に入った場合、強制的に放電させて劣化促
進領域から回避させる装置である。なお、劣化回避装置
は、上記充電電流規制装置やバイパス放電装置の他、二
次電池を冷却する冷却装置等を含むものであってもよ
い。

【００３９】なお、これまでに説明した本発明の二次電
池保護制御システムおよび二次電池保護制御方法の実施
形態は例示にすぎず、本発明の二次電池保護制御システ
ムおよび二次電池保護制御方法は、上記実施形態を始め
として、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施
した形態で実施することができる。

【００４０】

【実施例】実際にリチウム二次電池を作製し、本発明の
二次電池保護制御システムおよび保護制御方法における
劣化判断に基づいて充放電サイクル試験を行い、二次電
池の劣化の程度を調査した。以下、リチウム二次電池の
作製、充放電サイクル試験および放電容量の評価につい
て説明する。

【００４１】〈リチウム二次電池の作製〉正極および負
極と、この正極と負極との間に挟装されるセパレータ
と、正極と負極との間でリチウムイオンを移動させる非
水電解液とから構成されるリチウム二次電池を作製し
た。正極は、まず、正極活物質となるリチウムニッケル
複合酸化物（ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂）１００
重量部に、導電材としてのアセチレンブラックを１１．
８重量部、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを９．
５重量部混合し、溶剤として適量のＮ−メチル−２−ピ
ロリドンを添加して、ペースト状の正極合材を調製し
た。次いで、このペースト状の正極合材を厚さ２０μｍ
のアルミニウム箔集電体の両面に塗布し、乾燥させ、そ
の後ロールプレスにて正極活物質密度が２．８ｇ／ｃｍ
³となるまで圧縮し、シート状の正極を作製した。この
シート状の正極は５４ｍｍ×４５０ｍｍの大きさに裁断
して用いた。正極活物質の塗工量は、正極片面の単位面
積当たり７ｍｇ／ｃｍ²とした。

【００４２】対向させる負極は、黒鉛化メソカーボンマ
イクロビーズ（黒鉛化ＭＣＭＢ）を活物質として用い
た。まず、負極活物質となる黒鉛化ＭＣＭＢの１００重
量部に、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５．３
重量部混合し、溶剤として適量のＮ−メチル−２−ピロ
リドンを添加し、ペースト状の負極合材を調製した。次
いで、このペースト状の負極合材を厚さ１０μｍの銅箔
集電体の両面に塗布し、乾燥させ、その後ロールプレス
にて負極活物質密度が１．３ｇ／ｃｍ³となるまで圧縮
し、シート状の負極を作製した。このシート状の負極は
５６ｍｍ×５２０ｍｍの大きさに裁断して用いた。負極
活物質の塗工量は、負極片面の単位面積当たり５ｍｇ／
ｃｍ²とした。

【００４３】上記それぞれ正極および負極を、それらの
間に厚さ２０μｍ、幅５８ｍｍのポリプロピレン製セパ
レータを挟んで捲回し、ロール状の電極体を形成した。
そして、その電極体を１８６５０型円筒形電池ケース
（外径１８ｍｍφ、長さ６５ｍｍ）に挿設し、非水電解
液を注入し、その電池ケースを密閉して円筒型リチウム
二次電池を作製した。なお、非水電解液は、エチレンカ
ーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で３：７
に混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１Ｍの濃度で溶解
したものを用いた。

【００４４】次いで、作製したリチウム二次電池に対
し、充放電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験
は、電池の実使用温度範囲の上限と目される６０℃の温
度条件下で、２種類行った。一つは、上記図３に示す劣
化促進領域を回避すべく、充電上限電圧を３．８３Ｖと
して充放電を行った。つまり、電池の電流密度２ｍＡ／
ｃｍ²の定電流で充電上限電圧３．８３Ｖまで充電を行
い、次いで電流密度２ｍＡ／ｃｍ²の定電流で放電下限
電圧３．０Ｖまで放電を行う充放電を１サイクルとし、
このサイクルを合計５００サイクル行うものとした。ま
た、もう一つは、電流密度２ｍＡ／ｃｍ²の定電流で充
電上限電圧が満充電状態である４．１Ｖまで充電を行
い、次いで電流密度２ｍＡ／ｃｍ²の定電流で放電下限
電圧３．０Ｖまで放電を行う充放電を１サイクルとし、
このサイクルを合計５００サイクル行うものとした。そ
して、それぞれのリチウム二次電池のサイクルごとの放
電容量を測定し、正極活物質の単位重量あたりの放電容
量（ｍＡｈ／ｇ）を算出した。図１０に、各二次電池に
おけるサイクルごとの正極活物質単位重量当たりの放電
容量を示す。

【００４５】図１０から明らかなように、充電上限電圧
を３．８３Ｖとしたリチウム二次電池は、サイクルを繰
り返した場合であってもほとんど放電容量が変わらない
ことがわかる。これに対し、満充電状態である４．１Ｖ
を充電上限電圧としたリチウム二次電池は、サイクルを
繰り返すにつれ、放電容量が低下し劣化した。したがっ
て、二次電池が予め定めた劣化促進領域にあるかどうか
の判断を行い、その判断に従って劣化促進領域から回避
させることにより、二次電池の劣化を充分に抑制できる
ことが確認できた。

【００４６】

【発明の効果】本発明の二次電池保護制御システムは、
電圧検出装置と、電流検出装置と抵抗検出装置との少な
くとも一方の検出装置と、劣化判断を行う劣化判断装置
と二次電池を劣化から回避させる劣化回避装置とを備え
るものである。温度検出手段を用いることなく二次電池
が劣化促進領域にあるかどうかの判断を行うことができ
るため、本発明の保護制御システムによれば、簡便かつ
低コストに二次電池を保護制御することができる。ま
た、温度検出手段により電池外部の温度を測定すること
なく、劣化判断を行うことができるため、より正確な判
断が可能となり、充分に二次電池を保護制御することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二次電池の内部温度を推定する態様の一例で
あって、二次電池における抵抗−電圧−温度の関係を示
す。

【図２】種々の電流密度で充電した場合における二次
電池の抵抗値の経時変化を示す。

【図３】電池の内部温度と電圧値との関係において定
められた劣化促進領域を示す。

【図４】本発明の二次電池保護制御システムの一態様
であって、二次電池保護制御システムの概略を示す。

【図５】本発明の二次電池保護制御システムの一態様
のブロック図を示す。

【図６】劣化判断装置の判断の流れの一例を示すフロ
ーチャートである。

【図７】劣化判断装置の判断の流れの一例を示すフロ
ーチャートである。

【図８】劣化判断装置の判断の流れの一例を示すフロ
ーチャートである。

【図９】劣化判断装置の判断の流れの一例を示すフロ
ーチャートである。

【図１０】各二次電池におけるサイクルごとの正極活
物質単位重量当たりの放電容量を示す。

【符号の説明】

１：二次電池保護制御システム１０：二次電池２０：充放電制御装置３０：負荷
４０：電源５０：バイパス回路６０：電圧検出器７０：電流検
出器８０：抵抗検出器９０：制御ユニット９１：コンピュータ９２、９３、９４：センサ回路
９５：駆動回路９１１：ＣＰＵ９１２：ＲＯＭ９１３：ＲＡＭ９１４：インターフェース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内要二愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者中野秀之愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者奥田匠昭愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者神崎昌郎愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者伊藤勇一愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者小林哲郎愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者向和彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者近藤康仁愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA01 CA11 EA08 GC05 5G053 AA16 BA01 BA04 CA02 CA03 5H030 AA10 AS08 BB03 BB26 FF22 FF41 FF42 FF52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御対象となる二次電池の端子間電圧を
検出する電圧検出装置と、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出装置と前
記二次電池の抵抗を検出する抵抗検出装置との少なくと
も一方の検出装置と、前記電圧検出装置により検出された検出電圧値と、前記
少なくとも一方の検出装置により検出された検出電流値
と検出抵抗値との少なくとも一方とに基づいて、前記二次電池が予め定められた劣化促進領域にあるかど
うかの判断を行う劣化判断装置と、前記二次電池が前記劣化促進領域にあると判断された場
合に、該二次電池を該劣化促進領域から回避させる劣化
回避装置とを備える二次電池保護制御システム。
【請求項２】前記劣化判断装置は、前記検出電圧値
と、前記検出電流値と検出抵抗値との少なくとも一方と
に基づいて、前記二次電池の内部温度を推定し、該内部
温度と前記検出電圧値との関係に基づいて前記判断を行
う請求項１に記載の二次電池保護制御システム。
【請求項３】前記電流検出装置を備え、任意の時点から開始され所定時間以上継続する定電流で
の充電または放電において、前記検出電圧値は、前記充電または放電の開始時の開始
電圧値および所定時間経過時の経過時電圧値であり、前
記検出電流値と検出抵抗値との少なくとも一方は、前記
定電流の定電流値であり、前記劣化判断装置は、前記開始電圧値と前記経過時電圧
値との差である電圧変化値と、前記定電流値とから前記
二次電池の推定抵抗値を推定し、該推定抵抗値と前記開
始電圧値とに基づいて前記判断を行う請求項１または請
求項２に記載の二次電池保護制御システム。
【請求項４】前記抵抗検出装置を備え、任意の時点から開始される充電または放電において、前記検出電圧値は、前記充電または放電の開始時の開始
電圧値であり、前記検出電流値と検出抵抗値との少なく
とも一方は、該開始時の電池抵抗値であり、前記劣化判断装置は、前記開始電圧値と前記開始時の電
池抵抗値とに基づいて前記判断を行う請求項１または請
求項２に記載の二次電池保護制御システム。
【請求項５】前記劣化回避装置は、前記二次電池の端
子間電圧を制御すべく、前記二次電池への充電電流を規
制する充電電流規制装置を含む請求項１ないし請求項４
のいずれかに記載の二次電池保護制御システム。
【請求項６】前記劣化回避装置は、前記二次電池に充
電されている電気量をバイパス回路に放電させるバイパ
ス放電装置を含む請求項１ないし請求項５のいずれかに
記載の二次電池保護制御システム。
【請求項７】前記二次電池はリチウム二次電池である
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の二次電池保
護制御システム。
【請求項８】制御対象となる二次電池の端子間電圧を
検出する電圧検出ステップと、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出ステップ
と前記二次電池の抵抗を検出する電池抵抗検出ステップ
との少なくとも一方の検出ステップと、前記電圧検出ステップにおいて検出された検出電圧値
と、前記少なくとも一方の検出ステップにより検出され
た検出電流値と検出抵抗値との少なくとも一方とに基づ
いて、前記二次電池が予め定められた劣化促進領域にあ
るかどうかの判断を行う劣化判断ステップと、前記二次電池が前記劣化促進領域にあると判断された場
合に、該二次電池を該劣化判断領域から回避させる劣化
回避ステップとを備える二次電池保護制御方法。