CN102396096B - 电池系统、车辆以及电池搭载设备 - Google Patents

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Abstract

课题是：提供一种能够在锂离子二次电池的发电要素的层叠部适当检测在正负延伸方向上产生的温度、温度变化的分布、利用于电池的控制的电池系统、以及具备该的电池系统的车辆以及电池搭载设备。电池系统(M1)，具备：锂离子二次电池(1)，其具有包含层叠部(20L)、正极延伸部(21f)和负极延伸部(22f)的发电要素(20)；控制单元(130)；检测层叠部中的中央层叠部(20LZ)的温度(TZ1、TZ2)的中央温度检测单元(50Z)；和检测正极侧层叠部(20LX)的温度(TX1、TX2)的正极侧温度检测单元(50X)以及检测负极侧层叠部(20LY)的温度(TY1、TY2)的负极侧温度检测单元(50Y)中的至少任意一方；控制单元使用中央层叠部的温度、和正极侧层叠部的温度以及负极侧层叠部的温度的至少任意一方，控制锂离子二次电池。

Description

电池系统、车辆以及电池搭载设备
技术领域
本发明涉及具备：具有发电要素的锂离子二次电池、检测该发电要素的温度的温度检测单元和控制锂离子二次电池的控制单元的电池系统。涉及搭载了这样的电池系统的车辆以及电池搭载设备。
背景技术
近年来，在混合动力车、笔记本型个人计算机、可携带式摄像机等便携电子设备的驱动用电源中，利用锂离子二次电池(下面，也简称为电池)。
作为这样的电池，在专利文献1中，列举了在电池主体(发电要素)的预定位置埋设有热电偶的锂离子二次电池。
专利文献1：日本特平10-55825号公报
发明内容
电池的发电要素中，作为电池而起作用的正极与负极隔着分隔件层叠而成的层叠部自身具有与正极等的面平行的方向的扩展。因此，已知在层叠部内的该方向上，根据场所存在被保持于正极与负极之间的电解液的浓度的不均、驱动时的电流密度的不均、由散热性的根据场所的不均引起的温度的不均等。
另外，已知：关于将正极板的一部分从层叠部延伸而成的正极延伸部和负极板的一部分从层叠部延伸而成的负极延伸部连结的正负延伸方向、将该层叠部分为中央的中央层叠部、比其靠正极延伸部侧的正极侧层叠部和负极延伸部侧的负极层叠部的情况下，这些不均以在这三者之间不同的方式分布的情况较多。
进而，已知：根据中央层叠部、正极侧层叠部以及负极侧层叠部的温度、放电的前后或者充电的前后的温度变化等，能够检测在层叠部产生的各种不均的产生，由此，能够进行电池的控制。
然而，在专利文献1记载的电池中，只能测定发电要素的层叠部中的预定部位的温度，所以不能适当检测在层叠部产生的各种不均。
本发明是鉴于该问题而进行的，其目的在于提供一种电池系统，其能够在锂离子二次电池的发电要素的层叠部，适当检测在正负延伸方向上产生的温度、温度变化的分布，利用于电池的控制。另外，其目的在于提供具备这样的电池系统的车辆以及电池搭载设备。
本发明的一个技术方案是一种电池系统，具备：锂离子二次电池，其具有包含正极板、负极板以及分隔件的发电要素，并且该发电要素包含层叠部、正极延伸部和负极延伸部，所述层叠部中所述分隔件夹在所述正极板与所述负极板之间而层叠，所述正极延伸部是所述正极板的一部分从所述层叠部延伸出而成的，所述负极延伸部是所述负极板的一部分从所述层叠部向与所述正极延伸部相反侧延伸出而成的；控制单元，其控制所述锂离子二次电池；中央温度检测单元，在将连结所述正极延伸部和所述负极延伸部的方向设为正负延伸方向时，该中央温度检测单元检测所述层叠部中位于所述正负延伸方向的中央的中央层叠部的温度；和正极侧温度检测单元以及负极侧温度检测单元中的至少任意一方，所述正极侧温度检测单元检测所述层叠部中位于比所述中央层叠部靠所述正负延伸方向的所述正极延伸部侧的位置的正极侧层叠部的温度，所述负极侧温度检测单元检测所述层叠部中位于比所述中央层叠部靠所述正负延伸方向的所述负极延伸部侧的位置的负极侧层叠部的温度；所述控制单元使用所述中央层叠部的温度、和所述正极侧层叠部的温度以及所述负极侧层叠部的温度中的至少任意一方，控制所述锂离子二次电池。
在上述的电池系统中，具备中央温度检测单元、正极侧温度检测单元以及负极侧温度检测单元中的至少任意一方、和控制单元。因此，能够使用中央层叠部、正极侧层叠部或负极侧层叠部的温度，计算例如部位之间的温度的差、部位之间的放电前后的温度上升量的差等，能够使用这些适当控制电池。
另外，在上述的电池系统中，使用各部分的温度，所以能够比例如直接检测各部分的电解液的锂离子浓度等简单地检测在层叠部产生的各种不均。
另外，作为发电要素的形态，可以列举例如将都是带状的正极板以及负极板隔着分隔件卷绕而成的卷绕形、将都是矩形板状的正极板以及负极板隔着分隔件层叠的层叠形。另外，作为中央温度检测单元、正极侧温度检测单元以及负极侧温度检测单元，可以列举例如热电偶、热敏电阻。
另外，在由控制单元进行的控制中，可以列举例如电池的充放电时的电流的控制，或者使用加热器、冷却元件的电池的中央层叠部、正极侧层叠部以及负极侧层叠部的温度的控制。
另外，控制单元在使用中央层叠部的温度等进行控制时，除了利用各部分的温度本身，还使用例如部位之间的温度、电池的放电的前后产生的各部分的温度上升量彼此的差。
进而，在上述的电池系统中，优选：所述控制单元具有限制变更单元，所述限制变更单元基于所述中央层叠部的温度上升的温度上升量、与所述正极侧层叠部的温度上升的温度上升量以及所述负极侧层叠部的温度上升的温度上升量中的至少任意一方的上升量差，变更在高速率充放电时在所述锂离子二次电池中流动的充放电电流的限制，所述上升量差是由于高速率放电产生的。
已知：例如，当进行10C的电流等高速率的放电、充电时，电流密度与层叠部中的电解液的锂离子浓度分布相应地分布，由此，各部分的发热量也进行分布。因此，通过对在高速率放电时产生的各部分的温度上升量进行比较，得能够知各部分的电流密度的不同，因此，得知电解液的锂离子浓度的不同。
在上述的电池系统中，控制单元具有上述的限制变更单元。因此，基于中央层叠部与正极侧层叠部的温度上升量的上升量差以及中央层叠部与负极侧层叠部的温度上升量的上升量差的至少任意一个，通过限制变更单元对高速率放电时的放电电流的限制进行变更。由此，能够进行对通过高速率放电产生的电池的劣化适当应对的控制。
进而，在上述的电池系统中，优选：所述限制变更单元，在所述中央层叠部的温度上升量比所述正极侧层叠部的温度上升量以及所述负极侧层叠部的温度上升量中的任意一方小的情况下，变更为使此后的高速率放电的放电电流相对减小的控制。
已知：在例如以10C的电流等比较大的电流(高速率)使电池反复放电时，产生电池的内部电阻的大小增大的劣化(高速率劣化)。
而且，在没有产生高速率劣化的电池中，在高速率放电时产生的温度上升的上升量表现出中央层叠部比正极侧层叠部以及负极侧层叠部大的举动。另一方面，在由高速率放电引起的高速率劣化进展时，中央层叠部的上升量减少，而正极侧层叠部以及负极侧层叠部的上升量增加。因此，不久中央层叠部与正极侧层叠部以及负极侧层叠部变得相等。进而，然后相反，表现出中央层叠部变得比正极侧层叠部以及负极侧层叠部小的举动。
基于上面的发现，上述的电池系统的限制变更单元在中央层叠部的温度上升量变得比正极侧层叠部的温度上升量以及负极侧层叠部的温度上升量小的情况下，变更为使此后的高速率放电的放电电流相对减小的控制。由此，能够抑制电池的高速率劣化的进行，即内部电阻的增加。进而，有时能够使在电池产生的高速率劣化恢复。
另外，所谓使高速率放电的放电电流相对减小，可以列举将在快速加速时等产生的高速率放电的峰值的放电电流的大小限制为更小的值的方法、缩短比预定值大的放电电流的期间的方法。
或者，在上述的电池系统中，优选：具备所述负极测温度检测单元，所述限制变更单元，在所述中央层叠部的温度上升量比所述负极侧层叠部的温度上升量小的情况下，变更为使此后的高速率放电的放电电流相对增大的控制。
本发明者发现，如果对电池反复进行高速率放电，则内部电阻的大小暂时增大，然后下降而稳定。因此，若强制促进高速率劣化而通过内部电阻高的状态，则然后反而能够成为优选的(内部电阻低的)状态。另外，在高速率劣化进行的期间中的内部电阻大的期间内，表现出中央层叠部的温度上升量比正极侧层叠部的温度上升量以及负极侧层叠部的温度上升量这两者小的举动。另一方面，在超过该期间、电池的内部电阻降低的期间内，正极侧层叠部的温度上升量下降。
因此，可知表现出中央层叠部的温度上升量变得比负极侧层叠部的温度上升量小，与正极侧层叠部的温度上升量大致相等的举动。
基于该发现，在上述的电池系统中，控制变更单元在中央层叠部的温度上升量比负极侧层叠部的温度上升量小的情况下，变更为使此后的高速率放电的放电电流相对增大的控制。通过这样使高速率放电的放电电流相对增大，促进电池的高速率劣化。由此，能够尽早通过电池的内部电阻高的状态，设为之后的内部电阻低的状态，来使用电池。
另外，所谓使高速率放电的放电电流相对增大，可以列举将高速率放电的峰值的放电电流的大小变更为更大的值的方法、延长比预定值大的放电电流的期间的方法。
或者，在上述的电池系统中，优选具备：中央温度变化单元，其使所述发电要素中的所述中央层叠部的温度变化；正极侧温度变化单元，其使所述发电要素中的所述正极侧层叠部的温度变化；和负极侧温度变化单元，其使所述发电要素中的所述负极侧层叠部的温度变化；所述控制单元包含温度控制单元，所述温度控制单元控制所述中央温度变化单元、所述正极侧温度变化单元以及所述负极侧温度变化单元。
在上述的电池系统中，具备上述的温度变化单元，并且控制单元包含温度控制单元。因此，能够使用测定出的发电要素的中央层叠部的温度、和正极侧层叠部的温度以及负极侧层叠部的温度的至少任意一个，使中央层叠部、正极侧层叠部以及负极侧层叠部的温度适当变化。由此，能够进行适当的温度控制(以使得消除在层叠部产生的锂离子的浓度等的不均的方式对温度进行控制，等等)。
另外，作为中央温度变化单元、正极侧温度变化单元以及负极侧温度变化单元，可以列举例如通过通电而发热的加热器、通过通电而吸热的珀尔帖元件。
或者，本发明的其他的技术方案是一种车辆，其中具备上述的任意一项所述的电池系统。
上述的车辆具备上述的电池系统，所以能够得到如下所述的车辆：能够使用中央层叠部、正极侧层叠部或者负极侧层叠部的各温度，计算例如各部位的温度的差、各部位的放电前后的温度上升量的差等，能够使用这些适当控制电池。
另外，作为车辆，只要是在其动力源的全部或者一部分使用电池产生的电能的车辆即可，可以列举例如电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车、混合动力铁路车辆、叉车、电动轮椅、电动助力自行车、电动踏板车(scooter)。
或者，本发明的其他的技术方案是一种电池搭载设备，其中具备上述任一项的电池系统。
上述的电池搭载设备具备上述的电池系统，所以能够得到如下所述的电池搭载设备：能够使用中央层叠部、正极侧层叠部或者负极侧层叠部的各温度，计算出例如各部位的温度的差、各部位的放电前后的温度上升量的差等，能够使这些适当控制电池。
另外，作为电池搭载设备，只要是搭载电池、将电池作为能源的至少1个而利用的设备即可，可以列举例如个人计算机、便携电话、电池驱动的电动工具、不间断电源装置等通过电池驱动的各种家电产品、办公设备、产业设备。
附图说明
图1是实施方式1、实施方式2、变形方式1中的车辆的立体图。
图2是实施方式1、变形方式1的锂离子二次电池的立体图。
图3是实施方式1、变形方式1的锂离子二次电池的剖视图(图2的A-A剖面)。
图4A是实施方式1、变形方式1的锂离子二次电池的剖视图(图3的B-B剖面)。
图4B是实施方式1、变形方式1的锂离子二次电池的放大剖视图(图4A的C部)。
图5是实施方式1、变形方式1的热电偶的说明图。
图6是表示锂离子二次电池的内部电阻的大小与充放电循环试验的循环数的关系的曲线图。
图7是表示锂离子二次电池的各层叠部中的锂离子浓度的曲线图。
图8是表示锂离子二次电池的各层叠部的温度上升量的曲线图。
图9是实施方式1的流程图。
图10是实施方式1、变形方式1的流程图。
图11是表示锂离子二次电池的内部电阻的大小与充放电循环试验的循环数的关系的曲线图。
图12是表示锂离子二次电池的各层叠部中的锂离子浓度的曲线图。
图13是变形方式1的流程图。
图14是实施方式2的锂离子二次电池的立体图。
图15是实施方式2的锂离子二次电池的剖视图(图14的D-D剖面)。
图16是实施方式2的流程图。
图17是实施方式3的电锤钻的立体图。
附图标记说明
1、3：电池(锂离子二次电池)
20：发电要素
20L：层叠部
20LX：正极侧层叠部
20LY：负极侧层叠部
20LZ：中央层叠部
21：正极板
21f：正极导线部(正极延伸部)
22：负极板
22f：负极导线部(负极延伸部)
23：分隔件
40X：第1元件(温度调节单元)
40Y：第2元件(温度调节单元)
40Z：第3元件(温度调节单元)
50X：第1热电偶(中央温度检测单元)
50Y：第2热电偶(正极侧温度检测单元)
50Z：第3热电偶(负极侧温度检测单元)
100、200、300：车辆
130：控制装置(控制单元)
400：电锤钻(电池搭载设备)
410：电池包(battery pack)
DA：第1方向(正负延伸方向)
DC：放电电流(充放电电流、放电电流)
DTX：正极侧上升量((正极侧层叠部的)温度上升量)
DTY：负极侧上升量((负极侧层叠部的)温度上升量)
DTZ：中央上升量((中央层叠部的)温度上升量)
F1：第1上升量差(温度上升量差)
F2：第2上升量差(温度上升量差)
M1、M2、M3：电池系统
TX0：正极侧温度((正极侧层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
TX1：正极侧紧接着之前温度((正极侧层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
TX2：正极侧放电后温度((正极侧层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
TY0：负极侧温度((负极侧层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
TY1：负极侧紧接着之前温度((负极侧层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
TY2：负极侧放电后温度((负极侧层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
TZ0：中央温度((中央层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
TZ1：中央紧接着之前温度((中央层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
TZ2：中央放电后温度((中央层叠部的)温度、(层叠部的)温度)
具体实施方式
(实施方式1)
接下来，对本发明的实施方式1，一边参照附图一边进行说明。
首先，对本实施方式1中的车辆100进行说明。在图1中表示车辆100的立体图。
该车辆100具备：形成电池组120的多个锂离子二次电池(下面，也简称为电池)1、1，分别检测这些电池1、1的发电要素20的温度的热电偶50X、50Y、50Z，以及控制装置130。另外，是此外还具有发动机150、前电机141、后电机142、电缆160、第1变换器(inverter)171、第2变换器172以及车体190的混合动力电动汽车。另外，热电偶50X、50Y、50Z连接于电池监视装置122。另外，本实施方式1中的电池系统M1由电池1、1、热电偶50X、50Y、50Z(与它们连接的电池监视装置122)以及控制装置130构成。
车辆100的控制装置130包含微型计算机，所述微型计算机具有未图示的CPU、ROM以及RAM，通过预定的程序而工作。该控制装置130分别与搭载于车辆100的内部的前电机141、后电机142、发动机150、第1变换器171、第2变换器172以及电池监视装置122进行通信。而且，该控制装置130控制前电机141、后电机142、发动机150、第1变换器171以及第2变换器172。
车辆100的电池组120具有在内部配置有多个电池1、1的电池部121、和电池监视装置122(参照图1)。其中，电池监视装置122使用热电偶50X、50Y、50Z获取各电池1、1的发电要素的温度。
另外，电池部121收纳有通过与母线(未图示)进行螺栓紧固连接而互相串联连接的多个电池1、1。
多个电池1、1是具有包含正极板21、负极板22以及分隔件23的发电要素20的卷绕型的锂离子二次电池(参照图2～4)。另外，发电要素20被收纳于矩形箱状的电池壳10。
该发电要素20中，带状的正极板21以及负极板22隔着由聚乙烯构成的带状的分隔件23卷绕成扁平形状(参照图2)。该发电要素20如图4A所示，具有：正极板21、负极板22以及分隔件23层叠而成的层叠部20L，从该层叠部20L向图4A中上方延伸的正极板21的正极导线部21f，和向图4A中下方延伸的负极板22的负极导线部22f。其中，正极导线部21f与弯曲成曲柄状的板状的正极集电构件71接合(参照图3)。另外，位于该正极集电构件71的顶端侧(图3中上方)的正极端子部71A从电池壳10向图3中上方突出。另外，负极导线部22f与弯曲成曲柄状的板状的负极集电构件72接合(参照图3)。另外，位于该负极集电构件72的顶端侧(图3中上方)的负极端子部72A从电池壳10向图3中上方突出。
另外，正极板21由带状的铝箔21A与正极活性物质层21B构成。该正极板21中，留出铝箔21A中上述的正极导线部21f地在其两面担载正极活性物质层21B(参照图4A、4B)。
另外，负极板22由带状的铜箔22A与负极活性物质层22B构成。该负极板22中，留出铜箔22A中上述的负极导线部22f地在其两面担载负极活性物质层22B(参照图4A、4B)。
另外，在本实施方式1中，如图3所示，在将连结正极导线部21f与负极导线部22f的方向(沿着卷绕的轴线的方向)设为第1方向DA时，将发电要素20的层叠部20L与该第1方向DA垂直地分为3个部位。即，层叠部20L由位于第1方向DA的中央的中央层叠部20LZ、比该中央层叠部20LZ靠正极导线部21f侧的正极侧层叠部20LX以及比中央层叠部20LZ靠负极导线部22f侧的负极侧层叠部20LY构成(参照图3)。
并且，在该层叠部20L中，在正极侧层叠部20LX配置第1热电偶50X，在负极侧层叠部20LY配置第2热电偶50Y，在中央层叠部20LZ配置第3热电偶50Z(参照图3)。
具体地说，将配置固定有第1热电偶50X、第2热电偶50Y以及第3热电偶50Z的由树脂构成的矩形板状的板构件50B插入卷绕型的发电要素20的轴芯的位置(参照图3、4A)。在该板构件50B，如图5所示，第1热电偶50X的顶端即其热接点配置于板构件50B的图中右方，通过绝缘胶带TP固定。另外，第2热电偶50Y的热接点配置于板构件50B的图中左方，通过绝缘胶带TP固定，进而第3热电偶50Z的热接点配置于板构件50B的第1方向DA中央，通过绝缘胶带TP固定。
另外，这些第1热电偶50X、第2热电偶50Y以及第3热电偶50Z都是K(铬镍-铝镍)热电偶。另外，这些第1热电偶50X、第2热电偶50Y以及第3热电偶50Z被捆扎而从电池壳10向外部延伸，连接于电池监视装置122。
本发明者通过反复进行流过例如10C等较大的高速率的电流的高速率放电，电池1劣化(高速率劣化)。与此同时，发现：该发电要素20的层叠部20L中正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY以及中央层叠部20LZ中的在电池制造时均匀的电解液的锂离子浓度变为互不相同的状态。
具体地说，首先，对于电池1，进行反复进行在高速率放电即100A的恒定电流下放电10秒后、在10A的恒定电流下充电100秒的脉冲充放电的循环试验，测定预定的循环数下的电池1的内部电阻的大小。
将该试验结果表示于图6。可知，电池1的内部电阻的大小，从循环数临近700次开始大幅度增大，在循环数为1700次附近变为最大。
与该电池1的内部电阻的测定一起，分别测定在试验开始时以及循环数为1700次的时间点的、层叠部20L的各部位的电解液的锂离子浓度。
将测定结果表示于图7。图7是表示层叠部20L中正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY、中央层叠部20LZ各自的锂离子浓度的曲线图。根据该曲线图，可知，在循环数为1700次的时间点的正极侧层叠部20LX以及负极侧层叠部20LY的锂离子浓度变得比试验开始时高。另一方面，可知，在循环数为1700次的时间点的中央层叠部20LZ的锂离子浓度变得比试验开始时低。
进而，可知在该状态下进行高速率的放电时各部位的发热量分布的情况。这是因为电流密度是与层叠部20L中的电解液的锂离子浓度的分布相应地分布。
因此，与电池1的内部电阻的测定一起，使用第1热电偶50X、第2热电偶50Y以及第3热电偶50Z测定试验开始紧接着之后(循环数＝1)以及循环数为700、1700次的时间点的正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY、中央层叠部20LZ的高速率放电前后的温度。具体地说，测定高速率放电前的温度，以100A的恒定电流使其放电，测定从放电开始10秒后的温度。
然后，使用这些温度，分别计算试验开始紧接着之后(循环数＝1)以及循环数为700、1700次的时间点的正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY、中央层叠部20LZ的温度上升量(高速率放电后的温度与高速率放电紧接着之前的温度的差)。
将计算结果表示于图8。图8是表示正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY、中央层叠部20LZ各自的温度上升量的曲线图。根据该曲线图，可知，在循环数为700、1700次的时间点的正极侧层叠部20LX以及负极侧层叠部20LY的温度上升量比试验开始紧接着之后(循环数＝1)高。另一方面，可知，在循环数为700、1700次的时间点的中央层叠部20LZ的温度上升量比试验开始紧接着之后低。
另外，在试验开始紧接着之后的没有产生高速率劣化的电池1，在高速率放电时产生的温度上升的温度上升量表现出中央层叠部20LZ比正极侧层叠部20LX以及负极侧层叠部20LY稍大的举动。这是因为中央层叠部20LZ比正极侧层叠部20LX以及负极侧层叠部20LY难以散热，所以温度高。
另一方面，当由高速率放电引起的高速率劣化进展时，逐渐地中央层叠部20LZ的温度上升量减小，而正极侧层叠部20LX以及负极侧层叠部20LY的温度上升量增加。因此，在700次之前的500次左右的时间点，中央层叠部20LZ与正极侧层叠部20LX或者负极侧层叠部20LY的温度上升量相等。进而，在其之后的循环数为700、1700次的时间点，相反表现出中央层叠部20LZ变得比正极侧层叠部20LX以及负极侧层叠部20LY小的举动。
基于上面的实验结果，一边参照图9、10的流程图一边对于本实施方式1的电池系统M1中的电池1的控制进行详细叙述。
首先，在开始(钥匙接通(key on))车辆100的工作(步骤S1)时，车辆100的控制装置130起动。在接下来的步骤S2中，判定在控制装置130是否存储了在上次的车辆100的工作结束时已变更为将能够从电池1流出的放电最大电流值限制得低的控制。另外，所谓将放电最大电流值限制得低，指的是将在使电池1放电时流动的放电电流DC的最大值限制为比限制以前低的值。
在这里，在“否”即没有储存将放电最大电流值限制得低的情况下，进入步骤S4。另一方面，在“是”即储存了将放电最大电流值限制得低的情况下，进入步骤S3，在本次的工作中，将电池1的放电电流DC的放电最大电流值限制得低。然后，进入步骤S4。
接下来，在步骤S4中，判别是否已指示车辆100的工作停止(钥匙切断(key off))。
在这里，在“否”即没有进行车辆100的工作停止(钥匙切断)的情况下，进入步骤S7。另一方面，在“是”即进行车辆100的工作停止(钥匙切断)的情况下，进入步骤S5，判别是否已在本次的工作结束时将放电最大电流值限制得低。
在这里，在“否”即在本次的工作结束时、没有将放电最大电流值限制得低的情况下，直接将工作结束。另一方面，在“是”即在本次的工作结束时已将放电最大电流值限制得低的情况下，进入步骤S6，在控制装置130中储存已将放电最大电流值限制得低，将工作结束。
另一方面，在步骤S7中，判别是否对电池1进行高速率放电。
在这里，在“否”即不对电池1进行高速率放电的情况下，返回到步骤S4，继续进行车辆100的工作。另一方面，在“是”即对电池1进行高速率放电的情况下，进入下面叙述的步骤S20的温度差计算子例程，计算通过高速率放电产生的正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY以及中央层叠部20LZ的温度上升的温度上升量DTX、DTY、DTZ。
对于步骤S20的温度差计算子例程，一边参照图10一边进行说明。
首先，在步骤S21中，使用第1热电偶50X，测定即将在电池1进行步骤S7的高速率放电之前的正极侧层叠部20LX的正极侧紧接着之前温度TX1。同样，使用第2热电偶50Y，测定即将在电池1进行之前的负极侧层叠部20LY的负极侧紧接着之前温度TY1，使用第3热电偶50Z，测定中央层叠部20LZ的中央紧接着之前温度TZ1。
接下来，在步骤S22中，使用第1热电偶50X，测定步骤S7的高速率放电结束后的正极侧层叠部20LX的正极侧放电后温度TX2。具体地说，测定从高速率放电的开始起10秒后的正极侧层叠部20LX的温度。
同样，使用第2热电偶50Y，测定负极侧层叠部20LY的负极侧放电后温度TY2，使用第3热电偶50Z，测定中央层叠部20LZ的中央放电后温度TZ2。
接下来，在步骤S23中，使用正极侧紧接着之前温度TX1以及正极侧放电后温度TX2，计算通过高速率放电产生的正极侧层叠部20LX的温度上升的正极侧上升量DTX(DTX＝TX2-TX1)。同样，使用负极侧紧接着之前温度TY1以及负极侧放电后温度TY2，计算通过高速率放电产生的负极侧层叠部20LY的温度上升的负极侧上升量DTY，使用中央紧接着之前温度TZ1以及中央放电后温度TZ2，计算通过高速率放电产生的中央层叠部20LZ的温度上升的中央上升量DTZ。在计算之后，将温度差计算子例程结束，返回到主例程。
在主例程的步骤S8中，判别中央上升量DTZ与正极侧上升量DTX之间的差即第1上升量差F1(＝DTZ-DTX)是否为负值，或者中央上升量DTZ与负极侧上升量DTY之间的差即第2上升量差F2(＝DTZ-DTY)是否为负值。
在这里，在“否”即第1上升量差F1为0或者正值以及第2上升量差F2为0或者正值的情况下，进入步骤S9。这是因为电池1的高速率劣化还未进行。
另一方面，在“是”即第1上升量差F1为负值或者第2上升量差F2为负值的情况下，进入步骤S11。这是因为电池1的高速率劣化已经进行了某种程度，需要抑制其继续进行。
在接下来的步骤S9中，判别是否处于将放电最大电流值限制得低的过程中。
在这里，在“否”即没有将放电最大电流值限制得低的情况下，直接返回到步骤S4。另一方面，在“是”即正在进行将放电最大电流值限制得低的情况下，进入步骤S10，将限制解除，返回到步骤S4。
另一方面，在步骤S11中，将在电池1中流动的放电电流DC的放电最大电流值限制得低。例如，将放电电流DC的上限值从最大10C变更为最大7C。然后返回到步骤S4，继续进行车辆100的工作。由此，在下一次高速率放电中，将放电电流DC的放电最大电流值限制得低。
在本实施方式1中的电池系统M1中，具备第1热电偶50X、第2热电偶50Y、第3热电偶50Z、和控制装置130。因此，能够使用电池1的正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY以及中央层叠部20LZ的温度(正极侧紧接着之前温度TX1、正极侧放电后温度TX2、负极侧紧接着之前温度TY1、负极侧放电后温度TY2、中央紧接着之前温度TZ1、和中央放电后温度TZ2)，计算部位之间的高速率放电前后的温度上升量DTX、DTY、DTZ的上升量差F1、F2等，能够使用该上升量差适当控制电池1。
另外，在该电池系统M1中，使用各部分的温度(正极侧紧接着之前温度TX1、正极侧放电后温度TX2、负极侧紧接着之前温度TY1、负极侧放电后温度TY2、中央紧接着之前温度TZ1、和中央放电后温度TZ2)，所以能够比例如直接检测各部分的电解液的锂离子浓度等简易地检测在层叠部20L产生的各种不均(锂离子浓度的不均)。
另外，控制装置130具有限制变更单元S8、S9。因此，基于中央层叠部20LZ与正极侧层叠部20LX的、以及中央层叠部20LZ与负极侧层叠部20LY的温度上升量(正极侧上升量DTX、负极侧上升量DTY以及中央上升量DTZ)的上升量差(第1上升量差F1、第2上升量差F2)，通过限制变更单元S8、S9变更限制，以使得高速率放电时的放电电流DC变小。由此，能够进行对通过高速率放电而产生的电池1的高速率劣化适当应对的控制。
另外，本实施方式1中的电池系统M1的限制变更单元S8、S9，在第1上升量差F1或者第2上升量差F2为负、即中央层叠部20LZ的中央上升量DTZ比正极侧层叠部20LX的正极侧上升量DTX或者负极侧层叠部20LY的负极侧上升量DTY小的情况下，变更为使以后的在电池1中流动的高速率放电的放电电流DC相对减小的控制(步骤S9的放电最大电流值限制得低的控制)。由此，能够抑制电池1的高速率劣化的进行，即内部电阻的增加。进而，也能够使在电池1产生的高速率劣化恢复。
另外，本实施方式1的车辆100具备上述的电池系统M1，所以能够得到如下所述的车辆100：能够使用中央层叠部20LZ、正极侧层叠部20LX或者负极侧层叠部20LY的各温度(正极侧紧接着之前温度TX1、正极侧放电后温度TX2、负极侧紧接着之前温度TY1、负极侧放电后温度TY2、中央紧接着之前温度TZ1、中央放电后温度TZ2)，计算例如各部位的放电前后的温度上升量DTX、DTY、DTZ、这些温度上升量的差(第1上升量差F1、第2上升量差F2)，能够使用其适当对电池1进行控制。
(变形方式1)
接下来，一边参照图1～5、10～13一边对本发明的变形方式1中的车辆200进行说明。
本变形方式1中，电池系统的控制变更单元与上述的实施方式1相反，变更为使放电电流的大小相对增大的控制，在这一方面与实施方式1不同，此外同样。
因此，以与实施方式1不同的方面为中心进行说明，同样的部分的说明省略或者简略化。另外，对于同样的部分产生同样的作用效果。另外，对相同内容的部分付与相同序号进行说明。
本发明者发现，如果对电池1反复进行比实施方式1更多次高速率放电，则暂时增大的该电池1的内部电阻的大小在之后下降而稳定(参照图11)。
从该结果可知，电池1的内部电阻当强制促进电池1的高速率劣化而使其超过内部电阻高的状态时，然后反而到达优选的(内部电阻低的)状态。
为了确认这一点，测定电池1的内部电阻，并且测定试验开始时以及循环数为700、1700、4000次的时间点的正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY、中央层叠部20LZ的高速率放电的前后的温度，分别计算它们的温度上升量。
将测定结果表示于图12。根据该曲线图，在循环数为1700次的时间点的内部电阻高的状态下，表现出中央层叠部20LZ的温度上升量比正极侧层叠部20LX的温度上升量以及负极侧层叠部20LY的温度上升量这两者小的举动。另一方面，在此后的循环数为4000次的时间点的内部电阻降低的状态下，正极侧层叠部20LX的温度上升量也下降。即，可知表现出中央层叠部20LZ的温度上升量比负极侧层叠部20LY的温度上升量小、与正极侧层叠部20LX的温度上升量大致相等的举动。
基于上面的实验结果，一边参照图13以及图10的流程图，一边对本变形方式1的电池系统M2中的电池1的控制进行详细叙述。
首先，当开始(钥匙接通)车辆200的工作(步骤S31)时，车辆200的控制装置130起动(参照图13)。在接下来的步骤S32中，判别控制装置130中是否储存了在上次的车辆200的工作结束时已变更为将能从电池1流出的放电最大电流值设置得高的控制。另外，所谓将放电最大电流值变更得高，指的是将在使电池1放电时流动的放电电流DC的最大值变更为比变更以前高的值。
在这里，在“否”即没有储存将放电最大电流值变更得高的情况下，进入步骤S34。另一方面，在“是”即储存了将放电最大电流值变更得高的情况下，进入步骤S33，在本次的工作中，将电池1的放电电流DC的放电最大电流值变更得高。然后，进入步骤S34。
接下来，在步骤S34中，判别是否已指示车辆200的工作停止(钥匙切断)。
在这里，在“否”即没有进行车辆200的工作停止(钥匙切断)的情况下，进入步骤S37。另一方面，在“是”即进行车辆200的工作停止(钥匙切断)的情况下，进入步骤S35，判别在本次的工作结束时、是否将放电最大电流值变更得高。
在这里，在“否”即在本次的工作结束时、不将放电最大电流值变更得高的情况下，直接将工作结束。另一方面，在“是”即在本次的工作结束时、已将放电最大电流值变更得高的情况下，进入步骤S36，在控制装置130中储存已将放电最大电流值变更得高，将工作结束。
另一方面，在步骤S37中，判别是否对电池1进行高速率放电。
在这里，在“否”即不对电池1进行高速率放电的情况下，返回到步骤S34，继续进行车辆200的工作。另一方面，在“是”即对电池1进行高速率放电的情况下，进入与实施方式1同样的步骤S20的温度差计算子例程(参照图10)，计算通过高速率放电产生的正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY以及中央层叠部20LZ的温度上升的温度上升量DTX、DTY、DTZ。另外，在这里将温度差计算子例程的说明省略。
在步骤S38中，判别是否处于将放电最大电流值变更得高的过程中。
在这里，在“否”即没有进行使放电最大电流值变高变更的情况下，进入步骤S39。另一方面，在“是”即正在进行将放电最大电流值变得高的变更的情况下，进入步骤S41。
在步骤S39中，判别中央上升量DTZ与正极侧上升量DTX之间的差即第1上升量差F1(＝DTZ-DTX)是否为负值，或者中央上升量DTZ与负极侧上升量DTY之间的差即第2上升量差F2(＝DTZ-DTY)是否为负值。
在这里，在“否”即第1上升量差F1为0或者正值以及第2上升量差F2为0或者正值的情况下，返回到步骤S34。
另一方面，在“是”即第1上升量差F1为负值或者第2上升量差F2为负值的情况下，进入步骤S40。这是因为电池1的高速率劣化正在进行，为了促进该高速率劣化，将放电最大电流值变更得高。
在步骤S40中，将在电池1中流动的放电电流DC的放电最大电流值变更得高。例如，将放电电流DC的上限值从最大10C变更为最大13C。然后返回到步骤S34，继续进行车辆200的工作。
另一方面，在步骤S41中，判别第1上升量差F1是否为0，即是否DTZ＝DTX。
在这里，在“否”即第1上升量差F1不为0即DTZ≠DTX的情况下，直接返回到步骤S34。另一方面，在“是”即第1上升量差F1为0即DTZ＝DTX的情况下，进入步骤S42，将变更解除，返回到步骤S34。
如上所述，本变形方式1中的车辆200的电池系统M2的控制变更单元S39、S40，在第1上升量差F1或者第2上升量差F2为负、即中央上升量DTZ变得比正极侧上升量DTX或者负极侧上升量DTY小的情况下，变更为使其后的在电池1中流动的高速率放电的放电电流DC相对增大的控制(步骤S40的将放电最大电流值限制得高的控制)。由此，能够尽早通过电池1的内部电阻高的状态，设为之后的内部电阻低的状态，来使用电池1。
(实施方式2)
接下来，一边参照图1、14～16一边对本发明的实施方式2中的车辆300进行说明。
本实施方式2中，进而在电池内具备中央温度变化单元、正极侧温度变化单元以及负极侧温度变化单元，通过控制单元对它们进行控制，在这一方面与实施方式1不同。
即，本实施方式2的电池3具有与上述的实施方式1的电池1同样的结构，但进而如图14、15所示，在电池壳10内具备配置于图14中发电要素20的跟前侧的矩形板状的3个珀尔帖元件(第1元件40X、第2元件40Y、第3元件40Z)。其中，第1元件40X与发电要素20的正极侧层叠部20LX相接地固定配置，第2元件40Y与负极侧层叠部20LY相接地固定配置，第3元件40Z与中央层叠部20LZ相接地固定配置。这些第1元件40X、第2元件40Y以及第3元件40Z都通过电缆40C连接于控制装置130，被通电、控制。因此，通过控制装置130的控制，能够从发电要素20的各层叠部20LX、20LY、20LZ吸热，将它们冷却。
另外，本实施方式2中的电池系统M3由电池3、3、热电偶50X、50Y、50Z、珀尔帖元件40X、40Y、40Z以及控制装置130构成。
一边参照图16的流程图一边对于该电池系统M3中的电池3的控制进行详细叙述。
首先，当开始(钥匙接通)车辆300的工作(步骤S51)时，车辆300的控制装置130起动。接下来，在步骤S52中，使用第1热电偶50X、第2热电偶50Y以及第3热电偶50Z，测定电池3的层叠部20L的正极侧温度TX0、负极侧温度TY0以及中央温度TZ0。另外，使用控制装置130内装的定时器(未图示)，定期进行测定。
在步骤S53中，判别这些正极侧温度TX0、负极侧温度TY0以及中央温度TZ0是否均匀(TX0＝TY0＝TZ0)。
在这里，在“是”的情况下，返回到步骤S52，等待下一次的测定时期。另一方面，在“否”即这些正极侧温度TX0、负极侧温度TY0以及中央温度TZ0不均匀的情况下(例如，TX0＝TY0＜TZ0)，进入步骤S54。
接下来，在步骤S54中，为了将正极侧层叠部20LX、负极侧层叠部20LY以及中央层叠部20LZ的某一个冷却，对固定配置于层叠部20L的珀尔帖元件(第1元件40X、第2元件40Y、第3元件40Z)的某一个通电而进行控制。在例如TX0＝TY0＜TZ0的情况下，对第3元件40Z通电而进行控制，以使得冷却比其他高温的中央层叠部20LZ，使其中央温度TZ0与其他的温度(正极侧温度TX0以及负极侧温度TY0)相等。
在冷却后，在步骤S55中，判别这些正极侧温度TX0、负极侧温度TY0以及中央温度TZ0是否均匀。
在这里，在“否”即这些正极侧温度TX0、负极侧温度TY0以及中央温度TZ0不均匀的情况下，返回到步骤S54，接着对珀尔帖元件(第1元件40X、第2元件40Y、第3元件40Z)进行通电控制，以使它们的温度变得均匀。另一方面，在“是”即这些正极侧温度TX0、负极侧温度TY0以及中央温度TZ0互相变得均匀的情况下，返回到步骤S52。
在本实施方式2中的车辆300的电池系统M3中，具备上述的珀尔帖元件(第1元件40X、第2元件40Y、第3元件40Z)，并且控制装置130包含温度控制单元S54。因此，能够使用测定出的发电要素20的中央层叠部20LZ的中央温度TZ0、正极侧层叠部20LX的正极侧温度TX0以及负极侧层叠部20LY的负极侧温度TY0，使中央层叠部20LZ、正极侧层叠部20LX以及负极侧层叠部20LY的温度(TZ0、TX0、TY0)适当变化。由此，能够进行适当的温度控制(控制温度以消除在层叠部20L产生的锂离子的浓度等的不均等等)。
(实施方式3)
另外，本实施方式3的电锤钻400搭载有内装上述的电池系统M1、M2、M3的某一个的电池包410，如图17所示，是具有电池包410、本体420的电池搭载设备。另外，电池包410能够装卸地收纳于电锤钻400的主体420中的电池包收纳部421。
本实施方式3中的电锤钻400具备上述的电池系统M1、M2、M3，所以能够成为如下所述的电锤钻400：能够使用中央层叠部20LZ、正极侧层叠部20LX以及负极侧层叠部20LY的各温度(正极侧温度TX0、负极侧温度TY0、中央温度TZ0、正极侧紧接着之前温度TX1、正极侧放电后温度TX2、负极侧紧接着之前温度TY1、负极侧放电后温度TY2、中央紧接着之前温度TZ1、中央放电后温度TZ2)，计算出例如各部位的温度TX0、TY0、TZ0的差、各部位的放电前后的温度上升量DTX、DTY、DTZ、它们的差(第1上升量差F1、第2上升量差F2)，能够使用其适当控制电池1、3。
在上面，就实施方式1、实施方式2、实施方式3以及变形方式1对本发明进行了说明，但不用说，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其宗旨的范围内，能够适当变更而应用。
例如，在实施方式1中，将第1热电偶、第2热电偶以及第3热电偶插入发电要素的轴芯的位置，检测正极侧层叠部、负极侧层叠部以及中央层叠部的温度。但是，例如，也可以将第1热电偶、第2热电偶以及第3热电偶配置在发电要素的外侧面、发电要素的层叠部的层间，检测正极侧层叠部、负极侧层叠部以及中央层叠部的温度。
另外，在实施方式2中，将发电要素20的中央温度TZ0、正极侧温度TX0以及负极侧温度TY0设为均匀，以消除锂离子的浓度不均。但是，例如，也可以出于对电池促进高速率劣化的目的，进行相反地对中央温度TZ0与正极侧温度TX0以及负极侧温度TY0之间付与温度差的控制。另外，作为中央温度变化单元、正极侧温度变化单元以及负极侧温度变化单元，使用了通过通电吸热的珀尔帖元件，但也可以使用例如通过通电而发热的加热器。

Claims (4)

1.一种电池系统，具备：
锂离子二次电池，其具有包含正极板、负极板以及分隔件的发电要素，并且该发电要素包含层叠部、正极延伸部和负极延伸部，所述层叠部中所述分隔件夹在所述正极板与所述负极板之间而层叠，所述正极延伸部是所述正极板的一部分从所述层叠部延伸出而成的，所述负极延伸部是所述负极板的一部分从所述层叠部向与所述正极延伸部相反侧延伸出而成的；
控制单元，其控制所述锂离子二次电池；
中央温度检测单元，在将连结所述正极延伸部和所述负极延伸部的方向设为正负延伸方向时，该中央温度检测单元检测所述层叠部中位于所述正负延伸方向的中央的中央层叠部的温度；和
正极侧温度检测单元以及负极侧温度检测单元中的至少任意一方，所述正极侧温度检测单元检测所述层叠部中位于比所述中央层叠部靠所述正负延伸方向的所述正极延伸部侧的位置的正极侧层叠部的温度，所述负极侧温度检测单元检测所述层叠部中位于比所述中央层叠部靠所述正负延伸方向的所述负极延伸部侧的位置的负极侧层叠部的温度；
所述控制单元使用所述中央层叠部的温度、和所述正极侧层叠部的温度以及所述负极侧层叠部的温度中的至少任意一方，控制所述锂离子二次电池。
2.如权利要求1所述的电池系统，具备：
中央温度变化单元，其使所述发电要素中的所述中央层叠部的温度变化；
正极侧温度变化单元，其使所述发电要素中的所述正极侧层叠部的温度变化；和
负极侧温度变化单元，其使所述发电要素中的所述负极侧层叠部的温度变化；
所述控制单元包含温度控制单元，所述温度控制单元控制所述中央温度变化单元、所述正极侧温度变化单元以及所述负极侧温度变化单元。
3.一种车辆，具备权利要求1或2所述的电池系统。
4.一种电池搭载设备，具备权利要求1或2所述的电池系统。
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