JP2008276972A - リチウム二次電池の制御装置、電動機駆動装置、リチウム二次電池の制御方法、およびリチウム二次電池の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の劣化を抑制可能なリチウム二次電池の制御装置を提供する。
【解決手段】第３電極５６は、電解液５８と接触し、正極５２および負極５４とは非接触に配設される。電圧センサ６０は、正極５２と第３電極５６との電位差ΔＶＰを検出してＥＣＵへ出力する。電圧センサ６２は、負極５４と第３電極５６との電位差ΔＶＮを検出してＥＣＵへ出力する。そして、電位差ΔＶＮが負のとき、または電位差ΔＶＰが規定値以上のとき、リチウム二次電池１０への充電量が抑制される。
【選択図】図２

Description

この発明は、リチウム二次電池の制御装置、電動機駆動装置、リチウム二次電池の制御方法、およびリチウム二次電池の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関し、特に、リチウム二次電池の劣化抑制技術に関する。

近年、ニッケル水素電池や鉛蓄電池などに比べて、高エネルギー密度、軽量、高電圧などの特徴を有するリチウム二次電池が注目されている。そして、このリチウム二次電池は、種々のモバイル機器で既に使用されているほか、環境問題を背景に注目されているハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両における蓄電装置としても大きく期待されている。

特許第３７１６６１９号公報（特許文献１）は、リチウム二次電池の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を検出して表示する残容量計を開示する。この残容量計では、電池の出力可能電力の低下率が所定値を超える充電状態をＳＯＣ１００％とするとともに、入力可能電力と出力可能電力とが等しい充電状態をＳＯＣ０％とする。そして、ＳＯＣ１００％時の開放端子電圧と、ＳＯＣ０％時の開放端子電圧と、電圧検出器により検出された電池の開放端子電圧とに基づいて電池のＳＯＣが求められ、そのＳＯＣにより残容量が表示される。

この残容量計によれば、新品の電池の容量と劣化した電池の容量とが見かけ上ほぼ等しくなり、電池が劣化しても見かけ上の容量が減少せず、電池のＳＯＣを開放端子電圧で容易に検知できる。また、電池が劣化しても実際の残容量が残容量表示値よりも少なくなることがない（特許文献１参照）。
特許第３７１６６１９号公報 特開２００４−３０３５９７号公報 特開２００２−３２４５８５号公報 特開平１０−８３８０６号公報

リチウム二次電池も、従来の二次電池と同様に、充放電を繰返すと性能が劣化する。性能劣化は、主に電極の劣化（変質）によるものであり、具体的には、充電に伴なう負極での金属リチウムの析出や正極の結晶崩壊により性能が劣化する。そして、高レートや低温下で充電が行なわれると電極の劣化が促進されるため、使用状況に応じて充電レートを適切に制御する必要がある。

上記の特許第３７１６６１９号公報に開示される残容量計は、リチウム二次電池が劣化した場合でもＳＯＣを正確に検出して表示可能である点で有用であるが、電池の劣化自体を抑制可能な制御手法については教示していない。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極の劣化を抑制可能なリチウム二次電池の制御装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、電動機の直流電源として用いられるリチウム二次電池の電極の劣化を抑制可能な電動機駆動装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、電極の劣化を抑制可能なリチウム二次電池の制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することである。

この発明によれば、リチウム二次電池の制御装置は、正極、負極および電解液を有するリチウム二次電池の制御装置であって、金属製の参照電極と、制御部とを備える。参照電極は、電解液と接触し、正極および負極とは非接触に配設される。制御部は、参照電極が有する基準電位に対する負極の電位および基準電位に対する正極の電位の少なくとも一方に基づいてリチウム二次電池の充電を制御する。

好ましくは、リチウム二次電池の制御装置は、負極と参照電極との電位差を示す第１の電位差を検出する第１の電位差検出部をさらに備える。制御部は、第１の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電を制御する。

さらに好ましくは、参照電極は、金属リチウムから成る。制御部は、負極の電位が基準電位よりも高くなるように第１の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電を制御する。

また、好ましくは、制御部は、負極の電位と金属リチウムが有する基準電位との電位差を示す第２の電位差を第１の電位差に基づいて算出し、金属リチウムが有する基準電位よりも負極の電位が高くなるように第２の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電を制御する。

好ましくは、リチウム二次電池の制御装置は、正極と参照電極との電位差を示す第３の電位差を検出する第２の電位差検出部をさらに備える。制御部は、第３の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電を制御する。

さらに好ましくは、制御部は、第３の電位差が規定値よりも小さくなるようにリチウム二次電池の充電を制御する。

また、この発明によれば、電動機駆動装置は、リチウム二次電池と、駆動回路と、制御装置とを備える。駆動回路は、リチウム二次電池から放電電力を受けて電動機を駆動可能であり、電動機の回生発電時は、電動機から回生電力を受けてリチウム二次電池を充電可能に構成される。制御装置は、駆動回路によるリチウム二次電池の充放電を制御する。リチウム二次電池は、正極および負極と、電解液と、金属製の参照電極とを含む。正極および負極は、駆動回路に電気的に接続される。参照電極は、電解液と接触し、正極および負極とは非接触に配設される。制御装置は、参照電極が有する基準電位に対する負極の電位および基準電位に対する正極の電位の少なくとも一方に基づいてリチウム二次電池の充電を制御する。

また、この発明によれば、制御方法は、リチウム二次電池の制御方法である。リチウム二次電池は、正極、負極および電解液と、金属製の参照電極とを備える。参照電極は、電解液と接触し、正極および負極とは非接触に配設される。そして、制御方法は、負極と参照電極との電位差を示す第１の電位差を検出するステップと、第１の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電を制御するステップとを含む。

好ましくは、参照電極は、金属リチウムから成る。充電を制御するステップにおいて、参照電極が有する基準電位よりも負極の電位が高くなるように、第１の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電が制御される。

好ましくは、制御方法は、負極の電位と金属リチウムが有する基準電位との電位差を示す第２の電位差を第１の電位差に基づいて算出するステップをさらに含む。充電を制御するステップにおいて、金属リチウムが有する基準電位よりも負極の電位が高くなるように、第２の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電が制御される。

好ましくは、制御方法は、正極と参照電極との電位差を示す第３の電位差を検出するステップと、第３の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電を制御するステップとをさらに含む。

さらに好ましくは、第３の電位差に基づいてリチウム二次電池の充電を制御するステップにおいて、第３の電位差が規定値よりも小さくなるようにリチウム二次電池の充電が制御される。

また、この発明によれば、記録媒体は、コンピュータ読取可能な記録媒体であって、上述したいずれかのリチウム二次電池の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。

この発明においては、電解液と接触し、正極および負極とは非接触の金属製の参照電極が設けられる。そして、参照電極が有する基準電位に対する負極の電位および基準電位に対する正極の電位の少なくとも一方に基づいてリチウム二次電池の充電が制御されるので、充電に伴なう負極での金属リチウムの析出や正極の結晶崩壊を抑制することが可能となる。したがって、この発明によれば、電極の劣化を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるリチウム二次電池の制御装置が適用される電動機駆動装置の全体ブロック図である。図１を参照して、電動機駆動装置１００は、リチウム二次電池１０と、インバータ２０と、モータジェネレータ３０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）４０と、電圧センサ４２と、電流センサ４４とを備える。

リチウム二次電池１０は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬを介してインバータ２０へ直流電圧を出力する。また、リチウム二次電池１０は、充電可能であり、モータジェネレータ３０の回生発電時、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬを介してインバータ２０から回生電力を受けて充電される。

また、リチウム二次電池１０は、正極と参照電極として電池内部に設けられた第３電極（後述）との電位差ΔＶＰを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。また、リチウム二次電池１０は、負極と第３電極との電位差ΔＶＮを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。なお、リチウム二次電池１０の構成については、後ほど説明する。

電圧センサ４２は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間の電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。電流センサ４４は、負極線ＮＬに流れる電流ＩＢを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。なお、電圧ＶＢは、リチウム二次電池１０の電圧に相当し、電流ＩＢは、リチウム二次電池１０に入出力される電流に相当する。なお、正極線ＰＬに流れる電流を検出することによって電流ＩＢを検出してもよい。

インバータ２０は、三相ブリッジ回路から成る。そして、インバータ２０は、ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＭＩに基づいて、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬ間の直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータ３０へ出力し、モータジェネレータ３０を駆動する。また、インバータ２０は、モータジェネレータ３０の回生発電時、モータジェネレータ３０からの回生電力を信号ＰＷＭＩに基づき直流電圧に変換して正極線ＰＬおよび負極線ＮＬへ出力し、リチウム二次電池１０を充電する。

モータジェネレータ３０は、三相交流電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを有する永久磁石型同期電動機から成る。モータジェネレータ３０は、インバータ２０から三相交流電圧を受けて駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータ３０は、回生制動時、外部から回転エネルギーを受けて発電し、その発電された回生電力をインバータ２０へ出力する。

ＥＣＵ４０は、モータジェネレータ３０のトルク目標値、回転数目標値、モータ電流、モータ回転角、電圧センサ４２からの電圧ＶＢ、および電流センサ４４からの電流ＩＢに基づいて、モータジェネレータ３０を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＭＩとしてインバータ２０へ出力する。なお、モータ電流およびモータ回転角は、図示されないセンサによって検出される。

ここで、ＥＣＵ４０は、リチウム二次電池１０の劣化抑制を目的として、リチウム二次電池１０の充電時、後述の方法により、リチウム二次電池１０から受ける電位差ΔＶＰ，ΔＶＮに基づいてリチウム二次電池１０の充電量を制御する。

図２は、図１に示したリチウム二次電池１０の概略構成図である。図２を参照して、リチウム二次電池１０は、正極５２と、負極５４と、第３電極５６と、電解液５８と、電圧センサ６０，６２とを含む。

正極５２は、正極線ＰＬに接続される。正極５２は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵／放出可能なリチウム含有酸化物から成り、たとえば、ニッケル酸リチウムＬｉＮｉＯ_２や、コバルト酸リチウムＬｉＣｏＯ_２、マンガン酸リチウムＬｉＭｎ_２Ｏ_４などから成る。正極５２は、充電過程においてリチウムイオンを放出し、放電過程において、負極５４から放出されたリチウムイオンを吸蔵する。正極５２がニッケル酸リチウムＬｉＮｉＯ_２から成る場合の正極５２における反応は、次式で表わされる。

（充電過程）ＬｉＮｉＯ_２ → Ｌｉ_１−ｘＮｉＯ_２＋ｘＬｉ^＋＋ｘｅ⁻ …（１）
（放電過程）Ｌｉ_１−ｘＮｉＯ_２＋ｘＬｉ^＋＋ｘｅ⁻ → ＬｉＮｉＯ_２ …（２）
負極５４は、負極線ＮＬに接続される。負極５４は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵／放出可能な炭素材料から成り、たとえばグラファイトから成る。負極５４は、充電過程において、正極５２から放出されたリチウムイオンを吸蔵し、放電過程においてリチウムイオンを放出する。負極５４における反応は、次式で表わされる。

（充電過程）Ｃ_６＋ｘＬｉ^＋＋ｘｅ⁻ → Ｃ_６Ｌｉｘ …（３）
（放電過程）Ｃ_６Ｌｉｘ → Ｃ_６＋ｘＬｉ^＋＋ｘｅ⁻ …（４）
第３電極５６は、金属リチウムから成る。第３電極５６は、電解液５８と接触し、かつ、正極５２および負極５４とは非接触に配設される。この第３電極５６は、金属リチウムが有する基準電位に対する正極５２および負極５４の電位を検出するための参照電極として用いられる。

電圧センサ６０は、正極５２と第３電極５６との電位差ΔＶＰを検出し、その検出値をＥＣＵ４０（図１）へ出力する。また、電圧センサ６２は、負極５４と第３電極５６との電位差ΔＶＮを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。なお、電圧センサ６０は、第３電極５６の電位よりも正極５２の電位の方が高いとき、電位差ΔＶＰを正値として出力する。また、電圧センサ６２は、第３電極５６の電位よりも負極５４の電位の方が高いとき、電位差ΔＶＰを正値として出力する。

次に、図２に示したリチウム二次電池１０における放電および充電のメカニズムについて説明する。

図３は、図２に示したリチウム二次電池１０の放電メカニズムを説明するための図である。図３を参照して、リチウム含有酸化物から成る正極５２は、リチウムイオンとのイオン結合性が大きい。一方、リチウムイオンは、イオン化傾向が大きい。そこで、正極５２と負極５４とが電気的に接続されると、負極５４では、上記式（４）で示される反応が起こり、電解液５８中にリチウムイオンが放出されるとともに、負極線ＮＬへ電子が放出される。

そして、イオン結合性が大きい正極５２において、負極５４から電解液５８中に放出されたリチウムイオンと、負極５４から負極線ＮＬおよび正極線ＰＬを介して正極５２に到達した電子とが結合することにより上記式（２）で示される反応が起こり、リチウムイオンは正極５２に吸蔵される。

図４は、図２に示したリチウム二次電池１０の充電メカニズムを説明するための図である。図４を参照して、正極５２および負極５４に外部から充電方向に電圧をかけると、正極５２では、上記式（１）で示される反応が起こり、電解液５８中にリチウムイオンが放出されるとともに、正極線ＰＬへ電子が放出される。

一方、負極５４においては、負極線ＮＬから電子が供給され、正極５２から電解液５８中に放出されたリチウムイオンと負極線ＮＬから供給される電子とが結合することにより上記式（３）で示される反応が起こり、リチウムイオンは負極５４に吸蔵される。

図５は、正極５２、負極５４および第３電極５６の電位の相対的な関係の一例を示した図である。図５を参照して、電位ＶＰは正極５２の電位を示し、電位ＶＮは負極５４の電位を示す。電位ＶＲは、第３電極５６の電位を示す。正極５２の電位ＶＰは、相対的に高く、負極５４の電位ＶＮは、相対的に低い。第３電極５６の電位ＶＲは、金属リチウム固有の電位である。

通常の充放電においては、炭素材料から成る負極５４の電位ＶＮは、第３電極５６の電位ＶＲよりも高い。このような状態においては、リチウムイオンは、負極５４においてＣ_６Ｌｉｘとして存在する。なお、この図５で示される電位関係においては、電位差ΔＶＮは正値となる。

図６は、高レートでの充電時における正極５２、負極５４および第３電極５６の電位の相対的な関係の一例を示した図である。図６を参照して、高レートでの充電時は、負極５４に大量の電子が供給されることにより負極５４の電位ＶＮが低下し、図６に示されるように、負極５４の電位ＶＮが第３電極５６の電位ＶＲを下回ることがある。

ここで、電位ＶＲは、金属リチウムが有する基準電位であり、この金属リチウムが有する基準電位を負極５４の電位ＶＮが下回る状態においては、リチウムイオンは、Ｃ_６Ｌｉｘよりも金属リチウムとして存在する方がエネルギー的に安定であり、負極５４では、以下のような反応が起こる。

Ｌｉ^＋＋ｅ⁻ → Ｌｉ …（５）
すなわち、負極５４の電位ＶＮが第３電極５６の電位ＶＲを下回ると、負極５４において金属リチウムが析出する。そして、この析出した金属リチウムがデンドライト化すると、電池性能の劣化を引き起こす。

そこで、この実施の形態１では、金属リチウムが有する基準電位に対する負極５４の電位を、負極５４と第３電極５６との電位差ΔＶＮを検出することによって測定し、電位差ΔＶＮが負値のときは電位差ΔＶＮが正値となるように、すなわち負極５４の電位ＶＮが第３電極５６の電位ＶＲよりも高くなるように、リチウム二次電池１０の充電量を抑制することとしたものである。

図７は、高レートでの充電時における正極５２、負極５４および第３電極５６の電位の相対的な関係の他の例を示した図である。図７を参照して、高レートでの充電時は、正極５２に高電圧がかけられ、正極５２から正極線ＰＬへ大量の電子が放出されるとともに、正極５２から電解液５８中へ大量のリチウムイオンが放出される。そして、過剰なリチウムイオンの放出は、正極５２の結晶崩壊を招き、電池性能の劣化を引き起こす。

そこで、この実施の形態１では、正極５２の結晶崩壊を防止可能な正極５２のしきい電位ＶＰｔｈを予め規定し、しきい電位ＶＰｔｈと第３電極５６の電位ＶＲとの電位差を示す規定値ΔＶＰｔｈを正極５２と第３電極５６との電位差ΔＶＰが超えたときは、電位差ΔＶＰが規定値ΔＶＰｔｈよりも小さくなるように、リチウム二次電池１０の充電量を抑制することとしたものである。

図８は、リチウム二次電池１０の劣化抑制に関するＥＣＵ４０の制御構造を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとにメインルーチンから呼出されて実行される。

図８を参照して、ＥＣＵ４０は、リチウム二次電池１０を充電中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。たとえば、ＥＣＵ４０は、電流センサ４４からの電流ＩＢの検出値や、モータジェネレータ３０を回生駆動中であるか否かなどに基づいて、リチウム二次電池１０を充電中であるか否かを判定することができる。ＥＣＵ４０は、非充電中と判定すると（ステップＳ１０においてＮＯ）、ステップＳ６０へ処理を移行する。

ステップＳ１０においてリチウム二次電池１０を充電中であると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、正極５２と第３電極５６との電位差ΔＶＰおよび負極５４と第３電極５６との電位差ΔＶＮの各検出値をリチウム二次電池１０から取得する（ステップＳ２０）。

次いで、ＥＣＵ４０は、電位差ΔＶＮが零よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０）。すなわち、金属リチウムが有する基準電位よりも負極５４の電位の方が高いか否かが判定される。そして、電位差ΔＶＮが零以下であると判定されると（ステップＳ３０においてＮＯ）、負極５４において金属リチウムが析出するのを防止することを目的として、ＥＣＵ４０は、インバータ２０を制御することによってリチウム二次電池１０への充電量を抑制する（ステップＳ５０）。

ステップＳ３０において電位差ΔＶＮが零よりも大きいと判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、電位差ΔＶＰが規定値ΔＶＰｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４０）。そして、電位差ΔＶＰが規定値ΔＶＰｔｈ以上であると判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、正極５２が結晶崩壊するのを防止することを目的として、ＥＣＵ４０は、ステップＳ５０へ処理を移行し、リチウム二次電池１０への充電量を抑制する。

一方、ステップＳ４０において電位差ΔＶＰが規定値ΔＶＰｔｈよりも小さいと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ６０へ処理を移行する。

以上のように、この実施の形態１においては、金属リチウムから成る第３電極５６が設けられ、正極５２と第３電極５６との電位差ΔＶＰおよび負極５４と第３電極５６との電位差ΔＶＮが検出される。そして、電位差ΔＶＮが負のとき、または電位差ΔＶＰが規定値ΔＶＰｔｈ以上のとき、リチウム二次電池１０への充電量が抑制される。

したがって、この実施の形態１によれば、負極５４における金属リチウムの析出および正極５２の結晶崩壊を防止することができる。その結果、リチウム二次電池１０の劣化を抑制することができる。

［実施の形態２］
第３電極５６は、金属リチウムが有する基準電位に対する正極５２および負極５４の電位を検出するための参照電極であり、実施の形態１では、第３電極５６は、金属リチウムから成るものとした。ところで、金属リチウムに限らず、その他の金属も、その金属固有の絶対電位を有している。したがって、第３電極５６を金属リチウム以外の金属で構成しても、金属リチウムが有する基準電位に対する正極５２および負極５４の電位を正極５２および負極５４と第３電極５６との電位差から算出することが可能である。そこで、この実施の形態２では、金属リチウム以外の金属が第３電極５６に適用される。

実施の形態２における電動機駆動装置は、リチウム二次電池１０の第３電極５６の材質が異なることと、リチウム二次電池１０の劣化抑制に関するＥＣＵの制御構造が異なることとを除いて、図１に示した実施の形態１における電動機駆動装置１００と同じである。

この実施の形態２では、第３電極５６は、金属リチウム以外の金属から成り、第３電極５６として、たとえば、銅や鉄、アルミニウムなどを用いることができる。

図９は、実施の形態２における正極５２、負極５４および第３電極５６の電位の相対的な関係の一例を示した図である。図９を参照して、電位ＶＲは、第３電極５６の電位を示し、電位ＶＲ（Ｌｉ）は、金属リチウムが有する基準電位を示す。

第３電極５６の電位ＶＲおよび電位ＶＲ（Ｌｉ）は、金属固有の一定電位であるから、負極５４と第３電極５６との電位差ΔＶＮから、負極５４の電位ＶＮと金属リチウムが有する基準電位（電位ＶＲ（Ｌｉ））との電位差ΔＶＮ１を算出することが可能である。また、正極５２と第３電極５６との電位差ΔＶＰから、正極５２の電位ＶＰと金属リチウムが有する基準電位（電位ＶＲ（Ｌｉ））との電位差ΔＶＰ１を算出することも可能である。

そこで、この実施の形態２では、電圧センサ６２（図２）によって検出される電位差ΔＶＮに基づいて、金属リチウムが有する基準電位に対する負極５４の電位を示す電位差ΔＶＮ１を算出し、その算出された電位差ΔＶＮ１に基づいてリチウム二次電池１０の充電量を制御することとしたものである。

正極５２についても同様に、電圧センサ６０（図２）によって検出される電位差ΔＶＰに基づいて、金属リチウムが有する基準電位に対する正極５２の電位を示す電位差ΔＶＰ１を算出し、その算出された電位差ΔＶＰ１に基づいてリチウム二次電池１０の充電量を制御することとしたものである。

図１０は、実施の形態２におけるリチウム二次電池１０の劣化抑制に関するＥＣＵ４０Ａの制御構造を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとにメインルーチンから呼出されて実行される。

図１０を参照して、このフローチャートは、図８に示したフローチャートにおいて、ステップＳ２２，Ｓ２４をさらに含み、ステップＳ３０，Ｓ４０に代えてそれぞれステップＳ３５，Ｓ４５を含む。

すなわち、ステップＳ２０において、正極５２と第３電極５６との電位差ΔＶＰおよび負極５４と第３電極５６との電位差ΔＶＮの各検出値がリチウム二次電池１０から取得されると、ＥＣＵ４０Ａは、電位差ΔＶＮに基づいて、負極５４の電位と金属リチウムが有する基準電位との電位差ΔＶＮ１を算出する（ステップＳ２２）。同様に、ＥＣＵ４０Ａは、電位差ΔＶＰに基づいて、正極５２の電位と金属リチウムが有する基準電位との電位差ΔＶＰ１を算出する（ステップＳ２４）。

そして、ＥＣＵ４０Ａは、算出された電位差ΔＶＮ１が零よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３５）。すなわち、金属リチウムが有する基準電位よりも負極５４の電位の方が高いか否かが判定される。そして、電位差ΔＶＮ１が零以下であると判定されると（ステップＳ３５においてＮＯ）、負極５４において金属リチウムが析出するのを防止することを目的として、ＥＣＵ４０Ａは、ステップＳ５０へ処理を移行し、インバータ２０を制御することによってリチウム二次電池１０への充電量を抑制する。

ステップＳ３５において電位差ΔＶＮ１が零よりも大きいと判定されると（ステップＳ３５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ４０Ａは、電位差ΔＶＰ１が規定値ΔＶＰｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４５）。そして、電位差ΔＶＰ１が規定値ΔＶＰｔｈ以上であると判定されると（ステップＳ４５においてＮＯ）、正極５２が結晶崩壊するのを防止することを目的として、ＥＣＵ４０Ａは、ステップＳ５０へ処理を移行し、リチウム二次電池１０への充電量を抑制する。

以上のように、この実施の形態２においては、第３電極５６が金属リチウム以外の金属によって構成される。そして、正極５２と第３電極５６との電位差ΔＶＰの検出値に基づいて、正極５２と金属リチウムが有する基準電位との電位差ΔＶＰ１が算出され、負極５４と第３電極５６との電位差ΔＶＮの検出値に基づいて、負極５４と金属リチウムが有する基準電位との電位差ΔＶＮ１が算出される。そして、電位差ΔＶＮ１が負のとき、または電位差ΔＶＰ１が規定値ΔＶＰｔｈ以上のとき、リチウム二次電池１０への充電量が抑制される。

したがって、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。そして、この実施の形態２によれば、第３電極５６を金属リチウム以外の金属で構成できるので、コストダウンや設計の自由度向上が期待できる。

なお、上記において、ＥＣＵ４０，４０Ａにおける制御は、実際には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって行なわれ、ＣＰＵは、図８，１０に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行して図８，１０に示したフローチャートに従って処理を実行する。したがって、ＲＯＭは、図８，１０に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

なお、上記において、第３電極５６は、この発明における「参照電極」に対応し、ＥＣＵ４０，４０Ａは、この発明における「制御部」に対応する。また、電圧センサ６２は、この発明における「第１の電位差検出部」に対応し、電圧センサ６０は、この発明における「第２の電位差検出部」に対応する。さらに、モータジェネレータ３０は、この発明における「電動機」に対応し、インバータ２０は、この発明における「駆動回路」に対応する。

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、上記した実施の形態の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。

この発明の実施の形態１によるリチウム二次電池の制御装置が適用される電動機駆動装置の全体ブロック図である。 図１に示すリチウム二次電池の概略構成図である。 図２に示すリチウム二次電池の放電メカニズムを説明するための図である。 図２に示すリチウム二次電池の充電メカニズムを説明するための図である。 正極、負極および第３電極の電位の相対的な関係の一例を示した図である。 高レートでの充電時における正極、負極および第３電極の電位の相対的な関係の一例を示した図である。 高レートでの充電時における正極、負極および第３電極の電位の相対的な関係の他の例を示した図である。 リチウム二次電池の劣化抑制に関するＥＣＵの制御構造を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２における正極、負極および第３電極の電位の相対的な関係の一例を示した図である。 実施の形態２におけるリチウム二次電池の劣化抑制に関するＥＣＵの制御構造を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ リチウム二次電池、２０ インバータ、３０ モータジェネレータ、４０，４０Ａ ＥＣＵ、４２，６０，６２ 電圧センサ、４４ 電流センサ、５２ 正極、５４ 負極、５６ 第３電極、５８ 電解液、１００ 電動機駆動装置、ＰＬ 正極線、ＮＬ 負極線。

Claims (13)

1. 正極、負極および電解液を有するリチウム二次電池の制御装置であって、
   前記電解液と接触し、前記正極および前記負極とは非接触の金属製の参照電極と、
   前記参照電極が有する基準電位に対する前記負極の電位および前記基準電位に対する前記正極の電位の少なくとも一方に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御する制御部とを備えるリチウム二次電池の制御装置。
2. 前記負極と前記参照電極との電位差を示す第１の電位差を検出する第１の電位差検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御する、請求項１に記載のリチウム二次電池の制御装置。
3. 前記参照電極は、金属リチウムから成り、
   前記制御部は、前記負極の電位が前記基準電位よりも高くなるように前記第１の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御する、請求項２に記載のリチウム二次電池の制御装置。
4. 前記制御部は、前記負極の電位と金属リチウムが有する基準電位との電位差を示す第２の電位差を前記第１の電位差に基づいて算出し、前記金属リチウムが有する基準電位よりも前記負極の電位が高くなるように前記第２の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御する、請求項２に記載のリチウム二次電池の制御装置。
5. 前記正極と前記参照電極との電位差を示す第３の電位差を検出する第２の電位差検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第３の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリチウム二次電池の制御装置。
6. 前記制御部は、前記第３の電位差が規定値よりも小さくなるように前記リチウム二次電池の充電を制御する、請求項５に記載のリチウム二次電池の制御装置。
7. リチウム二次電池と、
   前記リチウム二次電池から放電電力を受けて電動機を駆動可能であり、前記電動機の回生発電時は、前記電動機から回生電力を受けて前記リチウム二次電池を充電可能に構成された駆動回路と、
   前記駆動回路による前記リチウム二次電池の充放電を制御する制御装置とを備え、
   前記リチウム二次電池は、
   前記駆動回路に電気的に接続される正極および負極と、
   電解液と、
   前記電解液と接触し、前記正極および前記負極とは非接触の金属製の参照電極とを含み、
   前記制御装置は、前記参照電極が有する基準電位に対する前記負極の電位および前記基準電位に対する前記正極の電位の少なくとも一方に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御する、電動機駆動装置。
8. リチウム二次電池の制御方法であって、
   前記リチウム二次電池は、
   正極、負極および電解液と、
   前記電解液と接触し、前記正極および前記負極とは非接触の金属製の参照電極とを備え、
   前記制御方法は、
   前記負極と前記参照電極との電位差を示す第１の電位差を検出するステップと、
   前記第１の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御するステップとを含む、リチウム二次電池の制御方法。
9. 前記参照電極は、金属リチウムから成り、
   前記充電を制御するステップにおいて、前記参照電極が有する基準電位よりも前記負極の電位が高くなるように、前記第１の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電が制御される、請求項８に記載のリチウム二次電池の制御方法。
10. 前記負極の電位と金属リチウムが有する基準電位との電位差を示す第２の電位差を前記第１の電位差に基づいて算出するステップをさらに含み、
    前記充電を制御するステップにおいて、前記金属リチウムが有する基準電位よりも前記負極の電位が高くなるように、前記第２の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電が制御される、請求項８に記載のリチウム二次電池の制御方法。
11. 前記正極と前記参照電極との電位差を示す第３の電位差を検出するステップと、
    前記第３の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御するステップとをさらに含む、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のリチウム二次電池の制御方法。
12. 前記第３の電位差に基づいて前記リチウム二次電池の充電を制御するステップにおいて、前記第３の電位差が規定値よりも小さくなるように前記リチウム二次電池の充電が制御される、請求項１１に記載のリチウム二次電池の制御方法。
13. 請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のリチウム二次電池の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。

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