JP2012016263A - 電池の充電装置および電池の充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウム二次電池からなるセルを複数有する組電池を充電する際に、セル内部におけるリチウムの析出を適切に防止すること。
【解決手段】リチウム二次電池からなるセルを有する電池を所定の充電電流または所定の充電電力で充電する際に、充電電流または充電電力に応じて、セル内部においてリチウムの析出が開始する電圧である析出開始電圧を設定し、セルの端子電圧が、析出開始電圧に到達したか否かを判断する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電池の充電装置および電池の充電方法に関するものである。

従来、リチウムイオン電池などのリチウム二次電池を複数接続してなる組電池の充電方法として、所定の満充電電圧と、組電池を構成する各セルの現在の端子電圧とを比較し、組電池を構成する各セルのうち、満充電電圧に到達したセルが発生した場合に、該セルの電圧が満充電電圧に保たれるように、徐々に充電電流を小さくしていき、これにより、組電池を構成する各セルを徐々に満充電とする方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−７９０５９号公報

しかしながら、上記従来技術は、組電池を構成する各セルの電圧が、所定の満充電電圧を超えないよう制御するものであるが、この従来技術においては、充電電流や充電電力の大きさによっては、各セルの電圧が所定の満充電電圧未満の場合でも、セル内部において、電池性能の低下を引き起こすリチウムの析出（負極板上へのリチウムデンドライトの析出）が発生してしまう場合があるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、セル内部におけるリチウムの析出を適切に防止できる電池の充電装置および電池の充電方法を提供することにある。

本発明は、リチウム二次電池からなるセルを有する電池を所定の充電電流または所定の充電電力で充電する際に、充電電流または充電電力に応じて、セル内部においてリチウムの析出が開始する電圧である析出開始電圧を設定し、セルの端子電圧が、析出開始電圧に到達したか否かを判断することにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、セルの端子電圧と、セル内部においてリチウムの析出が開始する電圧である析出開始電圧と、を比較することで、リチウムの析出が開始する前に、電池を充電するための充電電流または充電電力を変更することができるため、これにより、セル内部におけるリチウムの析出の発生を適切に防止することができる。

図１は、本実施形態に係るバッテリシステムを示す構成図である。 図２は、本実施形態に係るバッテリシステムの制御系統を示す構成図である。 図３は、充電電流と、リチウム析出開始電圧との関係を示すグラフである。 図４は、本実施形態に係る充電方法を示すフローチャートである。 図５は、本実施形態に係る充電方法が適用される一場面例における、セル２の充電プロファイルを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るバッテリシステムを示す構成図である。なお、以下においては、本実施形態に係るバッテリシステムが、電気車両（ハイブリッド車やＥＶ）用の電源装置として用いられる場合を例示して説明するが、特にこれに限定されるものではない。

本実施形態に係るバッテリシステムは、図１に示すように、複数のセル２が直列に接続されてなる組電池１を有し、組電池１の両端には、ジャンクションボックス３内のメインリレー４，５を介して、充電器９、および、スタータモータ、電気自動車の駆動モータなどの車両負荷１０が接続されている。なお、ジャンクションボックス３には、メインリレー４，５の他、組電池１の充放電電流を検出するための電流センサ６、および、メインリレー５に並列に接続されたプリチャージリレー７および抵抗８が備えられている。電流センサ６で検出された組電池１の充放電電流は、後述するマイクロコンピュータ１４に送信される。

一方、バッテリコントローラ１１は、各セル２の電圧の検出および各セル２の過充電・過放電の監視を行うセルコントローラＩＣ１２と、組電池１の総電圧を測定する総電圧センサ１３と、マイクロコンピュータ１４と、で構成されている。マイクロコンピュータ１４は、組電池１を制御するための各種プログラムを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や記憶手段などとして機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えている。

各セル２は、図１に示すように、４セルを一単位として、セルコントローラＩＣ１２に接続されており、４セル毎に電圧の検出、および過充電・過放電の監視が行われる。セルコントローラＩＣ１２は、４セル分の電圧データ（各セル２ごとの電圧データ）を取得し、マイクロコンピュータ１４に送信する。

また、組電池１を構成する各セル２の近傍には、図１に示すように、セル２の温度を測定するための温度センサ１５が複数設置されている。そして、温度センサ１５により測定されたセル２の温度データは、後述するマイクロコンピュータ１４に送信される。なお、本実施形態では、図１に示すように、温度センサ１５を４セル毎に設置するような構成としたが、このような態様に特に限定されず、たとえば、温度センサ１５を、セル２ごとに設置するような構成としてもよい。

マイクロコンピュータ１４は、ジャンクションボックス３内に備えられた電流センサ６により検出された組電池１の充放電電流Ｉ、セルコントローラＩＣ１２により取得された各セル２の電圧であるセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、総電圧センサ１３により検出された組電池１の総電圧Ｖ、および各セル２の温度であるセル温度Ｔを取得する。

そして、バッテリコントローラ１１は、このマイクロコンピュータ１４に、これら充放電電流Ｉ、セル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、総電圧Ｖ、およびセル温度Ｔに基づいて、組電池１の充電動作を制御するための各種演算を行わせ、これにより、組電池１の充電動作の制御を行う。以下、本実施形態における、組電池１の充電動作の制御方法について、図２を参照して、説明する。ここで、図２は、本実施形態に係るバッテリシステムの制御系統を示す構成図である。

図２に示すシステムコントローラ１００は、バッテリコントローラ１１および充電器９を制御するための上位コントローラである。なお、図２においては、本実施形態に係るバッテリシステムを構成する各構成のうち、組電池１、バッテリコントローラ１１および充電器９以外の構成は、図示を省略した。

上位コントローラとしてのシステムコントローラ１００は、たとえば、自車両が車両外部の充電装置に接続される等して、組電池１の充電を開始する際に、充電モード開始判定を行ない、車両システムを充電モードに切替える。具体的には、システムコントローラ１００は、自車両に搭載された各種コントローラのうち、バッテリコントローラ１１、およびその他充電に必要なコントローラに対して、充電モードリクエストを送信することにより、車両システムを充電モードに切替える。

そして、バッテリコントローラ１１は、システムコントローラ１００から充電モードリクエストを受信すると、バッテリコントローラ１１に備えられたマイクロコンピュータ１４により、組電池１の満充電判定を行ない、組電池１が満充電状態にないと判定した場合には、組電池１を充電するための充電電力Ｐの算出を行なう。なお、マイクロコンピュータ１４による、充電電力Ｐの算出方法については後述する。そして、バッテリコントローラ１１は、マイクロコンピュータ１４により算出された充電電力Ｐを、組電池１の充電を許可する充電許可信号とともに、システムコントローラ１００に送出する。

システムコントローラ１００は、バッテリコントローラ１１からの充電許可信号および充電電力Ｐを受信すると、充電許可信号および充電電力Ｐに基づいて、充電器９に充電電力指令を送出する。そして、これに基づき、充電器９により、マイクロコンピュータ１４により算出された充電電力Ｐにて、組電池１に充電電力の供給が行なわれる。

一方で、組電池１の充電が開始された後においては、バッテリコントローラ１１は、バッテリコントローラ１１に備えられたマイクロコンピュータ１４により、組電池１の満充電判定を行ない、組電池１が満充電状態にあると判定した場合には、充電終了要求を、システムコントローラ１００に送出する。そして、システムコントローラ１００は、バッテリコントローラ１１からの充電終了要求に基づいて、充電器９に充電終了指令を送出し、これに基づき、充電器９による組電池１に充電電力の供給が終了する。

次いで、バッテリコントローラ１１に備えられたマイクロコンピュータ１４により、充電電力Ｐを決定する方法について、説明する。

まず、リチウム二次電池のセル内部において、リチウムの析出（負極板上へのリチウムデンドライトの析出）が開始する電圧について説明する。ここで、図３は、充電電流と、リチウム二次電池のセル内部において、リチウムの析出が開始する電圧であるリチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐと、の関係を示すグラフである。なお、図３においては、高温条件における、充電電流と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐとの関係を示すグラフ（図中、「温度高」）、低温条件における、充電電流と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐとの関係を示すグラフ（図中、「温度低」）、および、これら高温条件および低温条件の中間の条件（以下、中間温度条件という）における、充電電流と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐとの関係を示すグラフ（図中、「温度中」）を、それぞれ示している。

図３に示すように、たとえば、高温条件における、充電電流と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐとの関係を示すグラフを参照すると、充電電流がゼロを超え、Ｉ_３までは、リチウム析出開始電圧は一定であるのに対し、充電電流がＩ_３を超えると、充電電流の増加に伴い、リチウム析出開始電圧は低くなる傾向にある。なお、このような傾向は、高温条件以外の条件、すなわち、中間温度条件および低温条件でも同様であり、たとえば、中間温度条件では、充電電流がゼロを超え、Ｉ_２までは、リチウム析出開始電圧は一定であるのに対し、充電電流がＩ_２を超えると、Ｉ_５まで、充電電流の増加に伴い、リチウム析出開始電圧は低くなる傾向にある。また、たとえば、低温条件では、充電電流がゼロを超え、Ｉ_１までは、リチウム析出開始電圧は一定であるのに対し、充電電流がＩ_１を超えると、Ｉ_４まで、充電電流の増加に伴い、リチウム析出開始電圧は低くなる傾向にある。

このように、リチウム二次電池においては、充電電流の増加に伴い、リチウム析出開始電圧が低くなる傾向にあり、さらには、このような傾向は、温度条件によっても異なる傾向を示すものである。

すなわち、リチウム二次電池を、比較的大きな充電電流（または充電電力）で充電し、これにより、リチウム二次電池の電圧を上昇させていくと、比較的低い電圧でリチウムの析出が開始してしまうこととなる。そのため、リチウムの析出を防止しながら、リチウム二次電池の電圧をできるだけ上昇させるためには、リチウム二次電池を充電するための充電電流（または充電電力）をより小さくする必要がある。

なお、図３に示すような充電電流と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐとの関係は、リチウム二次電池を構成する材料やリチウム二次電池の構造によって、決まるものであり、そのため、予め算出することが可能なものである。

そのため、本実施形態においては、組電池１を構成する各セル２内部におけるリチウムの析出を有効に防止するために、各セル２を構成するリチウム二次電池の充電電流と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐとの関係を示す充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを、温度ごとに、予め複数算出し、これらをバッテリコントローラ１１のマイクロコンピュータ１４に備えられたＲＡＭに記憶させておき、ＲＡＭに記憶させた複数の充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを参照して、組電池１の充電電流Ｐを決定するものである。

具体的には、バッテリコントローラ１１のマイクロコンピュータ１４は、温度センサ１５で検出されたセル温度Ｔより、ＲＡＭに記憶されている複数の充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルから、セル温度Ｔに相当するテーブルを読み出す。そして、マイクロコンピュータ１４は、読み出したテーブルと、電流センサ６により検出された組電池１の充放電電流Ｉとから、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐを算出し、各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌが、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐを超えない範囲（Ｖ_ｃｅｌｌ＜Ｖ_ｄｅｐ）において、充電電力Ｐを決定する。

なお、充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを、温度ごとに、予め複数算出する際には、リチウム二次電池を構成する材料やリチウム二次電池の構造に加えて、セルコントローラＩＣ１２により検出される各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌの検出誤差および電圧検出遅れ時間、ならびに、組電池１に充電電力Ｐを印加することにより生じるリップル電流のうち少なくとも１つを加味してもよい。これらセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌの検出誤差、セル電圧Ｖ_ｃｅｌｌの電圧検出遅れ時間、リップル電流を加味して充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを算出することにより、充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルの精度をより高くすることができ、結果として、セル２内部における、リチウムの析出の防止効果をより高めることができる。

また、複数の充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルから、セル温度Ｔに相当するテーブルを読み出す際における、セル温度Ｔとしては、たとえば、複数の温度センサ１５により検出された温度を平均したものを用いることができる。あるいは、複数の温度センサ１５により検出された温度のうち、最高温度、または、最低温度を用いてもよい。

次いで、本実施形態の動作を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。ここで、図４は、本実施形態に係る充電方法を示すフローチャートである。なお、以下に説明する動作は、システムコントローラ１００により、車両システムが充電モードとされていない状態（充電器９により、組電池１への電力供給が行なわれていない状態）から、充電モードに切り替えられ、これにより組電池１の充電が実行される際における、動作を示している。

まず、ステップＳ１では、バッテリコントローラ１１に備えられたマイクロコンピュータ１４が、図２に示すシステムコントローラ１００から充電モードリクエストを受信したか否かの判定が行なわれる。充電モードリクエストを受信した場合には、ステップＳ２に進み、それ以外は、ステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２では、マイクロコンピュータ１４により、ジャンクションボックス３内に備えられた電流センサ６により検出された組電池１の充放電電流Ｉ、セルコントローラＩＣ１２により取得された各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、総電圧センサ１３により検出された組電池１の総電圧Ｖ、および温度センサ１５で検出された各セル２のセル温度Ｔの取得が行なわれる。

次いで、ステップＳ３では、マイクロコンピュータ１４により、組電池１が満充電状態であるか否かの判断が行なわれる。なお、組電池１が満充電状態であるか否かは、マイクロコンピュータ１４は、たとえば、ステップＳ２で取得した組電池１の総電圧Ｖが、所定の満充電電圧と等しい場合に、組電池１が満充電状態であると判断することができる。組電池１が満充電状態であると判断された場合には、組電池１の充電を行うことなく、本処理を終了する。それ以外の場合には、ステップＳ４に進む。

次いで、ステップＳ４では、マイクロコンピュータ１４により、システムコントローラ１００からの充電モードリクエストに基づき、組電池１を充電するための充電電力Ｐの算出が行なわれる。なお、充電電力Ｐは、ステップＳ２で取得した各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、各セル２のセル温度Ｔ、およびＲＡＭに記憶されている充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを用いて算出される。具体的には、セル温度Ｔより、ＲＡＭに記憶されている複数の充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルから、セル温度Ｔに相当するテーブルを読み出し、読み出したテーブルと、セル電圧Ｖ_ｃｅｌｌとから、充電電力Ｐが決定される。このように、充電電力Ｐを、ＲＡＭに記憶されている充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを用いて算出することにより、充電電力Ｐを印加することによって、セル電圧Ｖ_ｃｅｌｌが即座にリチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐに到達してしまうことを有効に防止するこができる。

次いで、ステップＳ５では、マイクロコンピュータ１４により、ステップＳ４において算出された充電電力Ｐが、組電池１の充電を許可する充電許可信号とともに、システムコントローラ１００に送信される。そして、システムコントローラ１００は、マイクロコンピュータ１４から送信された充電電力Ｐに基づいて、充電器９に、充電電力Ｐで、組電池１の充電を行なわせるための充電指令を送出する。これにより、充電器９により、充電電力Ｐにて組電池１の充電が開始される。

ステップＳ６では、マイクロコンピュータ１４により、ジャンクションボックス３内に備えられた電流センサ６により検出された組電池１の充放電電流Ｉ、セルコントローラＩＣ１２により取得された各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、総電圧センサ１３により検出された組電池１の総電圧Ｖ、および温度センサ１５で検出された各セル２のセル温度Ｔの取得が行なわれる。

次いで、ステップＳ７では、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ６において取得した各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌから、組電池１を構成する各セル２のうち、最も高い端子電圧を有するセルの端子電圧である最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}を求める。

次いで、ステップＳ８では、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ６において取得したセル温度Ｔから、セル温度Ｔに相当する充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを、ＲＡＭから読み出し、そして、読み出した充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルと、ステップＳ６において取得した充放電電流Ｉとを用いて、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐを算出する。

次いで、ステップＳ９では、マイクロコンピュータ１４により、ステップＳ７において算出した最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐとの比較が行なわれる。比較の結果、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐ未満である場合（Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}＜Ｖ_ｄｅｐ）には、ステップＳ１２に進む。一方、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐ以上である場合（Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_ｄｅｐ）には、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐ以上であると判断されたため、各セル２内におけるリチウムの析出を防止するために、組電池１を充電するための充電電力Ｐを、現在の充電電力（現在の充電電力をＰ１とする。）から、現在の充電電力Ｐ１よりも小さい充電電力に変更する（変更後の充電電力をＰ２とする。）。なお、変更後の充電電力Ｐ２は、ステップＳ６で取得した各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、セル温度Ｔ、およびＲＡＭに記憶されている充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを用いて算出される。具体的には、セル温度Ｔより、ＲＡＭに記憶されている複数の充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルから、セル温度Ｔに相当するテーブルを読み出し、読み出したテーブルと、各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌとから、充電電力Ｐ２が決定される。このように、変更後の充電電力Ｐ２を、ＲＡＭに記憶されている充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを用いて算出することにより、充電電力を、Ｐ２に変更した際における、組電池１の電圧低下量を適切に制御することができる。

ここで、組電池１を構成する各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌは、いずれも最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}よりも低い電圧となっている。そのため、上述したステップＳ９のように、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐとの比較を行い、比較の結果、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐ以上である場合（Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_ｄｅｐ）に、上述したステップＳ１０のように、現在の充電電力Ｐ１よりも小さい充電電力Ｐ２に変更することにより、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}を有するセルを含む組電池１を構成する全てのセル２について、セル電圧Ｖ_ｃｅｌｌをリチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐ未満に維持することができ、結果として、組電池１を構成する全てのセル２について、セル内部における、リチウムの析出を有効に防止することができる。

ステップＳ１１では、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ１０において算出された変更後の充電電力Ｐ２を、システムコントローラ１００に送信する。そして、システムコントローラ１００は、マイクロコンピュータ１４から送信された変更後の充電電力Ｐ２に基づいて、充電器９に、変更後の充電電力Ｐ２で、組電池１の充電を行なわせるための充電指令を送出する。これにより、充電器９により、供給される電力が、現在の充電電力Ｐ１から、充電電力Ｐ１よりも小さい充電電力Ｐ２に変更される。

ステップＳ１２では、マイクロコンピュータ１４により、組電池１が満充電状態であるか否かの判断が行なわれる。なお、組電池１が満充電状態であるか否かは、たとえば、ステップＳ６で取得した充放電電流Ｉおよび総電圧Ｖに基づき、総電圧Ｖが、所定の満充電電圧と等しく、かつ、充放電電流Ｉが所定値以下である場合に、組電池１が満充電状態であると判断することができる。組電池１が満充電状態であると判断された場合には、ステップＳ１３に進み、それ以外の場合には、ステップＳ６に戻り、ステップＳ６〜Ｓ１２が繰り返し行なわれる。

ステップＳ１３では、ステップＳ１２において、組電池１が満充電状態であると判断されたため、組電池１の充電の終了処理が行なわれる。具体的には、マイクロコンピュータ１４は、システムコントローラ１００に、充電終了要求を送出し、システムコントローラ１００は、マイクロコンピュータ１４からの充電終了要求に基づき、充電器９に、充電終了指令を送出する。そして、これに基づき、充電器９は、組電池１への充電電力Ｐの供給を終了する。

以上のようにして、組電池１の充電動作が行なわれる。

次いで、上記充電動作を、図５に示す場面例を用いて、より具体的に説明する。図５は、本実施形態に係る充電方法が適用される一場面例における、セル２の充電プロファイルを示す図であり、図５中においては、時間ｔ_０〜ｔ_６における、充電電力Ｐ、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}、およびリチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐの変化を示している。

まず、時間ｔ_０〜ｔ_１においては、システムコントローラ１００により、充電モードリクエストがなされておらず（ステップＳ１＝Ｎｏ）、組電池１に充電電力が供給されていない状態（充電電力Ｐ＝０）を示している。

次いで、時間ｔ_１において、システムコントローラ１００により、充電モードリクエストがなされ（ステップＳ１＝Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１４により、充放電電流Ｉ、各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、組電池１の総電圧Ｖ、およびセル温度Ｔの取得が行なわれ（ステップＳ２）、次いで、組電池１の満充電判定が行なわれ（ステップＳ３）、各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、セル温度Ｔ、およびＲＡＭに記憶されている充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルに基づいて、充電電力Ｐが算出される（ステップＳ４）。なお、図５に示す場面例では、時間ｔ_１においては、充電電力Ｐとして、Ｐ_１が算出される（ステップＳ４）。そして、充電器９により、組電池１の充電が開始され（ステップＳ５）、時間ｔ_２において、充電電力がＰ_１に到達することとなる。

次いで、時間ｔ_２〜ｔ_３において、マイクロコンピュータ１４により、充放電電流Ｉ、各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ、組電池１の総電圧Ｖ、およびセル温度Ｔの取得が行なわれ（ステップＳ６）、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}の算出（ステップＳ７）、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐの算出（ステップＳ８）、Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_ｄｅｐとなっているか否かの判断（ステップＳ９）がなされる。なお、図５に示す場面例では、時間ｔ_２〜ｔ_３においては、リチウム析出開始電圧として、Ｖ_{ｄｅｐ＿１}が算出され（ステップＳ８）、Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_{ｄｅｐ＿１}となっているか否かの判断（ステップＳ９）がなされる。そして、時間ｔ_２〜ｔ_３においては、時間ｔ_３の直前までは、Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_{ｄｅｐ＿１}となっていないため（ステップＳ９＝Ｎｏ）、充電電力Ｐ_１にて、組電池１の充電が行なわれ、これに基づき、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}（および組電池１を構成する各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ）が、充電の進行とともに、上昇していく。

そして、図５に示す場面例では、時間ｔ_３において、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_{ｄｅｐ＿１}と等しくなり、Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_{ｄｅｐ＿１}を満足することとなるため（ステップＳ９＝Ｙｅｓ）、充電電力Ｐとして、現在の充電電力Ｐ_１よりも小さい充電電力Ｐ_２が算出され（ステップＳ１０）、組電池１の充電電力がＰ_２に変更されることとなる（ステップＳ１１）。そして、これに伴い、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}（および組電池１を構成する各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ）が、充電電力の変化量に応じた分だけ下降することとなる。

同様にして、時間ｔ_３〜ｔ_４において、充電電力としてＰ_２が用いられ、リチウム析出開始電圧としてＶ_{ｄｅｐ＿２}が用いられる以外は、上述した時間ｔ_２〜ｔ_３における場合と同様にして、時間ｔ_４の直前まで、組電池１の充電が行なわれ、これに基づき、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}（および組電池１を構成する各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ）が、充電の進行とともに、上昇していく。そして、時間ｔ４において、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_{ｄｅｐ＿２}と等しくなり、Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_{ｄｅｐ＿２}を満足することとなるため（ステップＳ９＝Ｙｅｓ）、充電電力Ｐとして、現在の充電電力Ｐ_２よりも小さい充電電力Ｐ_３が算出され（ステップＳ１０）、組電池１の充電電力がＰ_３に変更されることとなり（ステップＳ１１）、これに伴い、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}（および組電池１を構成する各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ）が、充電電力の変化量に応じた分だけ下降することとなる。

さらに、時間ｔ_４〜ｔ_５においても、充電電力としてＰ_３が用いられ、リチウム析出開始電圧としてれＶ_{ｄｅｐ＿３}が用いられる以外は、上述した時間ｔ_２〜ｔ_３における場合と同様にして、時間ｔ_５の直前まで、組電池１の充電が行なわれ、これに基づき、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}（および組電池１を構成する各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ）が、充電の進行とともに、上昇していく。そして、時間ｔ_５において、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_{ｄｅｐ＿３}と等しくなり、Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_{ｄｅｐ＿３}を満足することとなるため（ステップＳ９＝Ｙｅｓ）、充電電力Ｐとして、現在の充電電力Ｐ_３よりも小さい充電電力Ｐ_４が算出され（ステップＳ１０）、組電池１の充電電力がＰ_４に変更されることとなり（ステップＳ１１）、これに伴い、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}（および組電池１を構成する各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ）が、充電電力の変化量に応じた分だけ下降することとなる。

また、時間ｔ_５〜ｔ_６においても、充電電力としてＰ_４が用いられ、リチウム析出開始電圧としてれＶ_{ｄｅｐ＿４}が用いられる以外は、上述した時間ｔ_２〜ｔ_３における場合と同様にして、時間ｔ_６の直前まで、組電池１の充電が行なわれ、これに基づき、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}（および組電池１を構成する各セル２のセル電圧Ｖ_ｃｅｌｌ）が、充電の進行とともに、上昇していくこととなる。

図５に示す場面例においては、以上のようにして、充電電力Ｐによる充電、および充電電力Ｐをより小さい値に変更する動作を繰り返し行なうことで、組電池１が満充電状態となるまで、充電が行なわれることとなる。特に、本実施形態によれば、図５に示す場面例のように、充電電力Ｐによる充電、および充電電力Ｐをより小さい値に変更する動作を繰り返し行なうことで、充電電力が低くなるにつれて、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐが上昇していき、これにより、セル２内部におけるリチウムの析出の発生を有効に防止しながら、組電池１を安全、かつ効率的に充電することができる。

本実施形態においては、温度センサ１５により検出されたセル温度Ｔに基づき、予めＲＡＭに記憶されている、温度ごとの複数の充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルから、セル温度Ｔに相当するテーブルを読み出し、読み出したテーブルと、充放電電流Ｉから、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐを算出し、算出したリチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐと、組電池１を構成する各セル２のうち、最も高い端子電圧を有するセルの端子電圧である最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}と、の比較を行う。そして、比較の結果、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐ以上である場合（Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_ｄｅｐ）に、組電池１を充電するための充電電力Ｐを、現在の充電電力Ｐ１から、現在の充電電力Ｐ１よりも小さい充電電力に切り替えるものである。そのため、本実施形態によれば、セル２内部におけるリチウムの析出の発生を有効に防止しながら、組電池１を安全、かつ効率的に充電することができる。

加えて、本実施形態によれば、充電電力Ｐを設定する際に、予めＲＡＭに記憶されている、温度ごとの複数の充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを参照して、充電電力Ｐを算出することにより、充電電力Ｐを、セル２内部におけるリチウムの析出の発生を防止しながら、組電池１を効率的に充電できるようなものとすることができ、これにより、組電池１の充電時間の短縮を図ることができる。

なお、上述した実施形態において、マイクロコンピュータ１４は本発明の設定手段、判断手段、記憶手段および制御手段に、充電器９は本発明の充電手段に、セルコントローラＩＣ１２は電圧検出手段に、温度センサ１５は温度検出手段に、それぞれ相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上述した実施形態においては、マイクロコンピュータ１４により、組電池１を充電するための充電電力Ｐを算出するような構成を例示して説明したが、充電電力Ｐに代えて、充電電流を算出するような構成としてもよい。そして、充電電流を算出する場合においても、上述した実施形態と同様に、各セル２内部におけるリチウムの析出の発生を防止するために、ＲＡＭに記憶されている複数の充電電流−リチウム析出開始電圧テーブルを参照するような構成とすればよい。

また、上述した実施形態においては、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}が、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐ以上である場合（Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}≧Ｖ_ｄｅｐ）に、充電電力Ｐを変更するような構成を例示したが、最高セル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ＿ｈ}と、リチウム析出開始電圧Ｖ_ｄｅｐと、の差が所定の範囲内（たとえば、数ｍＶ〜数十ｍＶ程度の範囲）となった場合に、充電電力Ｐを変更するような構成としてもよい。

さらに、上述した実施形態では、自車両が車両外部の充電装置に接続される等して、組電池１の充電を開始する際に、システムコントローラ１００により、充電モード開始判定を行なう態様を例示したが、システムコントローラ１００に代えて、充電器９により、充電モード開始判定を行なうような構成としてもよい。

１…組電池
２…セル
３…ジャンクションボックス
４，５…メインリレー
６…電流センサ
９…充電器
１０…負荷
１１…バッテリコントローラ
１２…セルコントローラＩＣ
１３…総電圧センサ
１４…マイクロコンピュータ
１５…温度センサ
１００…システムコントローラ

Claims (10)

1. リチウム二次電池からなるセルを有する電池を充電するための電池の充電装置であって、
   前記セルを第１充電電流または第１充電電力で充電する充電手段と、
   前記セルの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記第１充電電流または第１充電電力に応じて、前記セル内部においてリチウムの析出が開始する電圧である析出開始電圧を設定する設定手段と、
   前記電圧検出手段により検出された前記セルの端子電圧が、前記析出開始電圧に到達したか否かを判断する判断手段と、を備えることを特徴とする電池の充電装置。
2. 請求項１に記載の電池の充電装置において、
   前記設定手段は、前記第１充電電流または第１充電電力が大きいほど、前記析出開始電圧を低く設定することを特徴とする電池の充電装置。
3. 請求項２に記載の電池の充電装置において、
   前記セルの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記設定手段は、前記セルの温度が低いほど、前記析出開始電圧を低く設定することを特徴とする電池の充電装置。
4. 請求項３に記載の電池の充電装置において、
   充電電流と、前記析出開始電圧との関係を示す充電電流−析出開始電圧テーブルを、温度ごとに記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記設定手段は、前記充電電流−析出開始電圧テーブルに基づいて、前記析出開始電圧を設定することを特徴とする電池の充電装置。
5. 請求項４に記載の電池の充電装置において、
   前記充電電流−析出開始電圧テーブルは、前記電圧検出手段による電圧検出誤差、前記電圧検出手段による電圧検出遅れ時間、および前記セルを充電することにより生じるリップル電流のうち少なくとも１つを加味したテーブルであることを特徴とする電池の充電装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の電池の充電装置において、
   前記判断手段により、前記セルの端子電圧が、前記析出開始電圧に到達したと判断された場合に、前記第１充電電流または前記第１充電電力を、前記第１充電電流または前記第１充電電力よりも小さい第２充電電流または第２充電電力に切替えるとともに、前記充電手段に、前記第２充電電流または前記第２充電電力にて、前記セルの充電を行なわせる制御手段をさらに備えることを特徴とする電池の充電装置。
7. 請求項６に記載の電池の充電装置において、
   前記制御手段は、前記充電手段により、前記セルの充電が行なわれていない場合に、前記充電手段により充電を行うための前記第１充電電流または前記第１充電電力を、前記記憶手段に記憶されている前記充電電流−析出開始電圧テーブルに基づいて、設定することを特徴とする電池の充電装置。
8. 請求項６または７に記載の電池の充電装置において、
   前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記充電電流−析出開始電圧テーブルに基づいて、前記第２充電電流または前記第２充電電力を設定することを特徴とする電池の充電装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の電池の充電装置において、
   前記電池は、複数のセルからなり、
   前記判断手段は、前記電池を構成する複数のセルのうち、最も端子電圧の高いセルの端子電圧が、前記析出開始電圧に到達したか否かを判断することを特徴とする電池の充電装置。
10. リチウム二次電池からなるセルを有する電池を所定の充電電流または所定の充電電力で充電する方法であって、
    前記充電電流または充電電力に応じて、前記セル内部においてリチウムの析出が開始する電圧である析出開始電圧を設定し、
    前記セルの端子電圧が、前記析出開始電圧に到達したか否かを判断することを特徴とする電池の充電方法。

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