JP2015225846A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池に加わる応力に応じた内部抵抗の変動を考慮してバッテリの入力電流値の閾値を可変に制御する。
【解決手段】本発明の蓄電システムは、複数のリチウムイオン二次電池を所定の方向に積層し、所定の方向において複数のリチウムイオン二次電池を挟み込んで構成されたバッテリと、バッテリの負極電位が、所定の基準電位まで低下しないようにバッテリへの入力電流値を制限し、バッテリの入力を制御するコントローラと、を有する。コントローラは、リチウムイオン二次電池を構成する蓄電要素の電極に加わる所定の方向からの圧力に応じて変動する蓄電要素の内部抵抗を算出するとともに、算出された内部抵抗を用いて負極電位が基準電位を下回らない析出限界電流値を算出し、バッテリへの入力電流値が析出限界電流値よりも小さくなるように、バッテリの入力を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池から構成されるバッテリの入出力制御に関する。

バッテリを構成するリチウムイオン二次電池を充電すると、リチウムイオン二次電池の電圧値が上昇する。このとき、リチウムイオン二次電池の充電が進むと、正極電位が上昇するとともに、負極電位が低下するが、負極電位が基準電位（例えば、０［Ｖ］）よりも低下すると（特許文献１の図２）、負極の表面にリチウム金属が析出してしまう。

リチウム金属の析出は、電池性能の低下を招く恐れがあるため、リチウム金属の析出を抑制するために、特許文献１では、許容入力電流値を設定し、単電池（バッテリ）の入力電流値が許容入力電流値を超えないようにバッテリの入力を低く制限する制御が行われている（特許文献１の図６等）。

特許第５２２３９２０号公報

しかしながら、電池抵抗は、発電要素を構成する電極（正電極体、負電極体）に加わる応力によって変動するため、リチウム金属の析出が発生する閾値も変動する。この点、特許文献１では、発電要素の電極に加わる圧力が考慮されていないため、電池温度やＳＯＣに基づいて許容入力電流値の閾値を設定しているものの、例えば、内部抵抗が低く変動して許容される入力電流値に余裕がある場合でも、入力電流値の制限を緩和することができず、電池性能を最大限に引き出すことができない。したがって、燃費の向上（燃費悪化の抑制）を図ることが難しい。

そこで、本発明は、バッテリを構成するリチウムイオン二次電池に加わる応力に応じた内部抵抗の変動を考慮してバッテリの入力電流値の閾値を可変に制御し、入力制御を行う蓄電システムを提供することにある。

本発明の蓄電システムは、複数のリチウムイオン二次電池を所定の方向に積層し、所定の方向において複数のリチウムイオン二次電池を挟み込んで構成されたバッテリと、バッテリの負極電位が、所定の基準電位まで低下しないようにバッテリへの入力電流値を制限し、バッテリの入力を制御するコントローラと、を有する。コントローラは、リチウムイオン二次電池を構成する蓄電要素の電極に加わる所定の方向からの圧力に応じて変動する蓄電要素の内部抵抗を算出するとともに、算出された内部抵抗を用いて負極電位が基準電位を下回らない析出限界電流値を算出し、バッテリへの入力電流値が析出限界電流値よりも小さくなるように、バッテリの入力を制御する。

本発明によれば、リチウムイオン二次電池の蓄電要素を構成する電極にかかる応力（圧力）に応じて変動する内部抵抗を算出し、算出された内部抵抗に応じてリチウム金属が析出しない限界の電流値である析出限界電流値を算出する。このため、内部抵抗の変動に伴って析出限界電流値を調整し、入力制限を可変に制御することができる。したがって、内部抵抗の変動による閾値の変化に応じて入力制限を緩和することができるので、電池性能を最大限に引き出すことができ、燃費の向上（燃費悪化の抑制）を図ることができる。

実施例１の電池システムの構成を示す図である。 実施例１のバッテリを構成する単電池及び複数の単電池を積層して構成されたバッテリの構成例を示す図である。 実施例１のバッテリの析出限界電流値の算出処理及び析出限界電流値を用いた入力制限処理を示すフローチャートである。 実施例１の単電池にかかる応力（圧力）と内部抵抗との関係を示すマップ例である。 実施例１の析出限界電流値の詳細な算出処理例（図３のステップＳ１０５に対応）を示すフローチャートである。 実施例１の単電池の内部抵抗の等価回路及び単電池の各部位の総抵抗、流れる電流、負極電位変動、及び負極電位の算出方法を説明するための図である。 実施例１の負極電位の詳細な算出処理例（図５のステップＳ１０５２に対応）を示すフローチャートである。 実施例１の負極電位の算出方法の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。図１に示す電池システムは、例えば、車両に搭載することができる。車両としては、例えば、ＨＶ（Hybrid Vehicle）、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）、ＥＶ（Electric Vehicle）がある。

バッテリ１は、直列に接続された複数の単電池２を有する組電池である。単電池２としては、リチウムイオン二次電池などの非水二次電池を用いることができる。単電池２の数は、バッテリ１の要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。本実施例のバッテリ１では、すべての単電池２が直列に接続されているが、バッテリ１には、並列に接続された複数の単電池２が含まれていてもよい。

監視ユニット２０は、バッテリ１の端子間電圧を検出したり、各単電池２の電圧を検出したりし、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２１は、バッテリ１に流れる電流を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。温度センサ２２は、バッテリ１（単電池２）の電池温度を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。

バッテリ１は、正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬを介してインバータ２３に接続されている。正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがそれぞれ設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。

インバータ２３は、バッテリ１から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ２４に出力する。モータ・ジェネレータ２４としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ２４は、インバータ２３から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２４によって生成された運動エネルギを、車輪に伝達することにより、車両を走行させることができる。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ２４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ２３は、モータ・ジェネレータ２４が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力をバッテリ１に出力する。これにより、バッテリ１は、回生電力を蓄えることができる。

なお、バッテリ１とインバータ２３とは、昇圧回路を介して接続するようにしてもよい、昇圧回路を用いることにより、バッテリ１の出力電圧を昇圧することができる。また、昇圧回路は、インバータ２３からバッテリ１への出力電圧を降圧することができる。

コントローラ３０は、メモリ３１を有しており、メモリ３１は、コントローラ３０が所定の処理（例えば、本実施例で説明する処理）を行うための各種の情報を記憶している。本実施例では、メモリ３１が、コントローラ３０に内蔵されているが、メモリ３１を、コントローラ３０の外部に設けることもできる。

コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えることにより、バッテリ１およびインバータ２３の接続を行い、図１に示す電池システムが、起動状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）となる。コントローラ３０には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフ（ＩＧ−ＯＮ／ＩＧ−ＯＦＦ）に関する情報が入力され、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わることに応じて、電池システムを起動する。

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、バッテリ１およびインバータ２３の接続が遮断され、電池システムは、停止状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｆｆ）となる。

図２は、単電池２及び複数の単電池２が積層されて構成されるバッテリ１の構成を示す図である。図２（ａ）に示すように、単電池２は、発電要素（蓄電要素に相当する）３を含んで構成されている。発電要素３は、例えば、正電極体、負電極体、正電極体及び負電極体の間に配置されるセパレータ（電解液を含む）を積層して構成することができる。

発電要素３は、外装部材４（発電要素３を収納する外装缶等のケース部材）によって覆われて密閉されている。外装部材４の上部には、発電要素３の正電極体が接続される正極端子５及び負電極体と接続する負極端子６が設けられている。

単電池２の正電極体（正極）は、イオン（例えば、リチウムイオン）を吸蔵および放出できる材料で形成される。正電極体の材料としては、例えば、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムを用いることができる。単電池２の負電極体（負極）は、イオン（例えば、リチウムイオン）を吸蔵および放出できる材料で形成される。負電極体の材料としては、例えば、カーボンを用いることができる。単電池２を充電するとき、正電極体は、イオンを電解液中に放出し、負電極体は、電解液中のイオンを吸蔵する。また、単電池２を放電するとき、正電極体は、電解液中のイオンを吸蔵し、負電極体は、イオンを電解液中に放出する。電解液の溶質として使用するリチウム塩としては、公知の材料を適用することができる。

そして、図２（ｂ）に示すように、バッテリ１は、複数の単電池２をＹ方向に並べて積層して構成することができる。このとき、積層方向に所定の拘束力で両側から複数の単電池２を拘束することができる。バッテリ１の両端部に一対のエンドプレートＰを設け、エンドプレートＰ間を拘束部材Ｒで接続することで、複数の単電池２を積層方向において挟み込むように拘束することができる。なお、隣り合う単電池２間には、仕切り部材Ｓを設けることができ、仕切り部材Ｓは、単電池２間の絶縁や単電池２間に冷却風の流路を形成のために用いられる。

各単電池２は、積層方向に直交するＸ方向を長手方向とした矩形状に形成することができ、Ｘ−Ｚ平面において隣り合う単電池２と隣接している。単電池２は、Ｘ−Ｚ平面に対応する側面４ａが、Ｘ−Ｚ平面に直交する積層方向から拘束力に応じた圧力で押圧されている。

ここで、特許文献１のように、リチウム金属の析出が発生する入力電流値の閾値を設定し、バッテリ１の負極電位が所定の基準電位まで低下しないようにバッテリ１への入力電流値を制限する。単電池２（バッテリ１）の入力電流値が閾値を超えないようにバッテリ１の入力を低く制限することで、リチウム金属の析出を抑制することができる。

しかしながら、単電池２の内部抵抗は、発電要素３の電極にかかる応力（面圧）によって変動するため、リチウム金属の析出が発生する閾値（析出限界電流値）も発電要素３の電極にかかる面圧に応じて変動する。この点、特許文献１では、電池温度やＳＯＣに基づいて許容される入力電流値の閾値を設定しているものの、発電要素３の電極に加わる圧力が考慮されていないため、単電池２の内部抵抗の変動による閾値の変動に応じて入力電流値の制限を緩和することができず、電池性能を最大限に引き出すことができない。したがって、燃費の向上（燃費悪化の抑制）を図ることができなかった。

そこで、本実施例では、発電要素３を構成する電極にかかる応力（圧力）を推定又は測定し、推定された電極にかかる応力に基づいて単電池２の内部抵抗を算出する。そして、算出された内部抵抗からリチウム金属が析出しない限界の電流値（析出限界電流値）を推定する。応力によって変動する内部抵抗に基づいて析出限界電流値を調整し、許容される入力電流値（入力制限）を可変に制御することで、その時点の最大限の入力電流値を確保し得るようにする。

図３は、本実施例のバッテリ１の析出限界電流値の算出処理及び析出限界電流値を用いた入力制限処理を示すフローチャートである。これらの処理はコントローラ３０によって遂行され、電池システム起動後、所定のタイミングで繰り返し行われる。

図３に示すように、コントローラ３０は、電池システム起動後の充放電制御において、まず、電流値、電池温度、電圧値を各センサから取得する（Ｓ１０１）。また、コントローラ３０は、バッテリ１（単電池２）のＳＯＣを推定する（Ｓ１０２）。ＳＯＣ（state of Charge）は、バッテリ１の充電容量であり、公知の手法を用いて推定することができる。例えば、バッテリ１（単電池２）を充放電したときの電流値を積算することにより、バッテリ１（単電池２）のＳＯＣを推定することができる。

次に、コントローラ３０は、バッテリ１の電池温度又は／及びＳＯＣに基づいて、単電池２にかかる応力を推定する（Ｓ１０３）。例えば、発電要素３は、充放電に伴って活物質が膨張（充電）・収縮（放電）する。また、温度が上昇すると発電要素３の電極（電解液）が膨張する。このため、各単電池２には、Ｘ−Ｚ平面（側面４ａ）に一定の拘束力が加わっている状態で、電池温度やＳＯＣに応じた膨張・収縮による応力がかかり、かつ変動する。

このような単電池２の側面４ａに加わる応力は、例えば、電池温度やＳＯＣ毎に変動する発電要素３の電極（電解液）の体積を計算し、拘束部材Ｒや発電要素３を収容する外装部材４（ケース部材）のＸ−Ｚ平面における所定のバネ定数に基づいて、電池温度又は／及びＳＯＣに応じて変化する発電要素３の電極にかかる圧力を算出（推定）することができる。このとき、積層方向に加わる一定の拘束力を考慮して電極にかかる圧力を推定することができる。

また、圧力センサを用いて直接測定して、発電要素３の電極にかかる圧力を求めるように構成することもできる。例えば、圧力センサを側面４ａに物理的に張り付けて、単電池２のＸ−Ｚ平面にかかる応力を直接測定する。

なお、Ｘ−Ｚ平面において発電要素３に加わる応力は、必ずしも一定でないため、例えば、後述するように、Ｘ−Ｚ平面をＸ方向に複数の部位に分けてそれぞれの部位での応力を推定または測定することができる。この場合、例えば、外装部材４（ケース部材）のＸ−Ｚ平面のＸ方向における各部位のバネ定数を求めておき、各部位毎に発電要素３に加わる応力を推定するように構成することができる。また、圧力センサで直接測定する場合は、複数の部位毎に各圧力センサを設けることで、Ｘ−Ｚ平面における応力を複数の各部位で測定することができる。

コントローラ３０は、単電池２にかかる応力を推定または測定した後、単電池２の内部状態を推定し、単電池２の内部抵抗を推定する（Ｓ１０４）。例えば、電池温度やＳＯＣ毎に発電要素３にかかる応力を変えて内部抵抗を測定し、図４に示すように、発電要素３にかかる応力と内部抵抗との関係を予めマップ化しておく。コントローラ３０は、マップを用い、推定又は測定された単電池２にかかる応力に基づいて、単電池２の内部抵抗を算出することができる。

その他に、発電要素３にかかる応力と発電要素３（電極）のバネ定数から、発電要素３の潰れ具合（電極の厚み、活物質の空隙率）を計算し、電極の潰れ具合から内部抵抗を推定することができる。発電要素３にかかる応力に対する電極の潰れ具合と、潰れ具合と内部抵抗との関係を予め規定しておくことで、コントローラ３０は、単電池２の内部抵抗を算出することができる。

なお、発電要素３の内部抵抗を算出するにあたり、正極抵抗、電解液抵抗、負極抵抗毎に分離し、発電要素３にかかる応力に対して正極抵抗、電解液抵抗、負極抵抗が算出できるように発電要素３にかかる応力と内部抵抗との関係を規定することができる。リチウム金属の析出は、負極電位が特に重要であるためである。負極電位の変動要因である負極抵抗を算出できるように、単電池２（発電要素３）にかかる応力と正極抵抗、電解液抵抗、負極抵抗それぞれの関係を個別に実験等によって求めておくことができる。

コントローラ３０は、算出された単電池２の内部抵抗に基づいて、単電池２の負極電位が析出電位を下回らない析出限界電流値Ｉｌｉｍを算出する（Ｓ１０５）。図５は、析出限界電流値Ｉｌｉｍの詳細な算出処理例を示すフローチャートであり、図３のステップＳ１０５に対応している。なお、本実施例では、充電電流を正の値、放電電流を負の値として析出限界電流値を算出している。

図５に示すように、コントローラ３０は、単電池２に流す電流として仮想電流値Ｉ_ｉを用いて析出限界電流値Ｉｌｉｍを算出する。このため、コントローラ３０は、析出限界電流値Ｉｌｉｍを算出するにあたり、仮想電流値Ｉ_ｉを初期化する（Ｓ１０５１）。

次に、コントローラ３０は、仮想電流値Ｉ_ｉとステップＳ１０４で算出された内部抵抗とを入力値として、負極電位Ｖｎを算出する（Ｓ１０５２）。そして、負極電位Ｖｎが予め設定された析出電位Ｖ０を下回らない上限の電流値を算出する。具体的には、ステップＳ１０５２において算出された負極電位Ｖｎが析出電位Ｖ０よりも大きい場合（Ｓ１０５３のＮＯ）、仮想電流値Ｉ_ｉを所定値ΔＩだけインクリメントし（Ｓ１０５４）、ステップＳ１０５２において再度負極電位Ｖｎを算出する。仮想電流値Ｉ_ｉを徐々に増加させてステップＳ１０５２からＳ１０５４を繰り返し行い、負極電位Ｖｎが析出電位Ｖ０よりも小さくなる上限の仮想電流値Ｉ_ｉを算出する。

コントローラ３０は、ステップＳ１０５３において負極電位Ｖｎが析出電位Ｖ０を下回ったときの仮想電流値Ｉ_ｉから、ステップＳ１０５４において増加させる所定値ΔＩを差し引くことで、負極電位Ｖｎが析出電位Ｖ０（例えば、０［Ｖ］）を下回らない限界の電流値として、析出限界電流値Ｉｌｉｍを算出する（Ｓ１０５５）。つまり、負極電位Ｖｎが析出電位Ｖ０を下回ったときから１つの前のループにおいて、析出電位Ｖ０を下回っていないと判別された仮想電流値Ｉ_ｉを、析出限界電流値Ｉｌｉｍとして算出する。

図３に戻り、ステップＳ１０５において析出限界電流値Ｉｌｉｍが算出されると、コントローラ３０は、析出限界電流値Ｉｌｉｍを用いたバッテリ１（単電池２）の入力制御を行う。コントローラ３０は、車両要求に基づく入力電流値が、析出限界電流値Ｉｌｉｍよりも小さいか否かを判別する（Ｓ１０６）。

コントローラ３０は、車両要求に基づく入力電流値が、析出限界電流値Ｉｌｉｍよりも小さいとき、バッテリ１に対する入力（充電）を制限せずに、車両要求に基づく入力電流値を受け入れるように、バッテリ１の入力制御を行う（Ｓ１０７）。一方、車両要求に基づく入力電流値が、析出限界電流値Ｉｌｉｍよりも大きいとき、コントローラ３０は、バッテリ１に対する入力（充電）を制限し、車両要求に基づく入力電流値のうち、析出限界電流値Ｉｌｉｍまでの入力電流値が受け入れるように（入力電流値が析出限界電流値Ｉｌｉｍよりも小さくなるように）、バッテリ１に入力される電流値を制限した入力制御を行う（Ｓ１０８）。

ここで、図５のステップＳ１０５２で示した単電池２の負極電位の算出方法について詳細に説明する。図６は、単電池２の内部抵抗の等価回路及び負極電位の算出方法を説明するための図である。

図６に示すように、Ｘ−Ｚ平面において部位１〜Ｎは、Ｘ方向の異なる位置を示しており、各部位毎に応力（面圧）がかかっている。単電池２の内部抵抗は、各部位毎に算出することができる。つまり、Ｘ−Ｚ平面において発電要素３にかかる応力は、Ｘ方向に分布を有しており、各部位毎に発電要素３にかかる応力に応じて変動する内部抵抗を算出することができる。

図６の例では、各部位（Ｎ）において正極抵抗をＲ（ｐ，Ｎ）、電解液抵抗をＲ（ｌ，Ｎ）、負極抵抗をＲ（ｎ，Ｎ）が規定されており、各部位において正極抵抗Ｒ（ｐ，Ｎ）、電解液抵抗Ｒ（ｌ，Ｎ）及び負極抵抗Ｒ（ｎ，Ｎ）が直列に接続されている等価回路である。そして、図６に示す各式（１）〜（４）に基づいて、単電池２におけるＸ−Ｚ平面における各部位の負極電位Ｖ（ｎ，ｍ）を算出する。

まず、上述したように、部位ｍの内部抵抗を算出する。このとき、ステップＳ１０３で算出される部位ｍにかかる応力を用いて、単電池２（発電要素３）にかかる応力と正極抵抗、電解液抵抗、負極抵抗それぞれの関係が規定されたマップから、正極抵抗Ｒ（ｐ，ｍ）、電解液抵抗Ｒ（ｌ，ｍ）及び負極抵抗Ｒ（ｎ，ｍ）をそれぞれ算出する。

次に、正極抵抗Ｒ（ｐ，ｍ）、電解液抵抗Ｒ（ｌ，ｍ）及び負極抵抗Ｒ（ｎ，ｍ）から、式（１）で示すように総抵抗Ｒｍを算出する。総抵抗Ｒｍが算出されると、その部位ｍに流れる電流値を式（２）のように算出することができるので、式（３）に示すようにＶ＝ＩＲの関係から、該当する部位ｍに流れる電流値Ｉ（ｍ）と負極抵抗Ｒ（ｎ，ｍ）を用いて負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）を求めることができる。負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）を算出した後、式（４）に示すように、基準電位（Ｖｎ０，ｍ）から負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）を差し引くことで、部位ｍにおける負極電位Ｖ（ｎ，ｍ）を算出することができる。

図５で示したステップＳ１０５２は、図７に示すように、各部位において算出された総抵抗Ｒｍを用いて、仮想電流値Ｉ_ｉを流したときに該当する部位に流れる電流値Ｉ（ｍ）を算出し（Ｓ１０５２ａ）、算出された電流値Ｉ（ｍ）と負極抵抗Ｒ（ｎ，ｍ）とから負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）を求める（Ｓ１０５２ｂ）。そして、コントローラ３０は、基準電位（Ｖｎ０，ｍ）から負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）を差し引いて該当する部位における負極電位Ｖ（ｎ，ｍ）を算出する（Ｓ１０５２ｃ）。基準電位（Ｖｎ０，ｍ）は、単電池２のＯＣＶ（開放電圧）に対応した負極ＯＣＰである。

なお、本実施例では、単電池２のＸ−Ｚ平面においてＸ方向に複数の部位を細分化し、各部位毎に負極電位Ｖ（ｎ，ｍ）を算出しているので、例えば、図５に示した析出限界電流値の算出処理において、複数の各部位毎に析出限界電流値の算出処理を並行して行いつつ、いずれか１つの部位の負極電位Ｖ（ｎ，ｍ）が析出電位Ｖ０を下回る際の析出限界電流値Ｉｌｉｍを算出し、ステップＳ１０６以降の析出限界電流値Ｉｌｉｍを用いたバッテリ１の入力制御を行うことができる。

図８は、本実施例の負極電位の算出方法の変形例を示す図である。図５の例では、単電池２（発電要素３）の内部抵抗を、正極抵抗Ｒ（ｐ，ｍ）、電解液抵抗Ｒ（ｌ，ｍ）及び負極抵抗Ｒ（ｎ，ｍ）のそれぞれに分離して算出したが、図８の例では、単電池２（発電要素３）のＸ−Ｚ平面における各部位の内部抵抗算出処理を簡素化し、該当する部位における負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）を求める。

より具体的には、図８の変形例では、各部位においてこれら正極抵抗Ｒ（ｐ，ｍ）、電解液抵抗Ｒ（ｌ，ｍ）及び負極抵抗Ｒ（ｎ，ｍ）を分離せずに１つの内部抵抗（Ｒｍ）として、単電池２にかかる応力との関係を規定し、図５のステップＳ１０３で推定又は測定された応力に基づいて、各部位の総抵抗Ｒｍを直接算出する。

そして、図８に示すように、各部位において算出された総抵抗Ｒｍを用いて、仮想電流値Ｉ_ｉを流したときに該当する部位に流れる電流値Ｉ（ｍ）を算出し（Ｓ１０５２ａ）、図８の式（５）のように、算出された電流値Ｉ（ｍ）と総抵抗Ｒ（ｍ）とから単電池２（発電要素３）の該当部位における発電要素３全体の電池電位変動ΔＶ（ｍ）を算出する（Ｓ１１５２ｂ）。

そして、各部位の負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）は、図８の式（６）のように、該当部位における電池電位変動ΔＶ（ｍ）とパラメータα（該当部位の内部抵抗に占める負極抵抗の割合）を用いて、負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）を求める（Ｓ１１５２ｃ）。コントローラ３０は、基準電位（Ｖｎ０，ｍ）から負極電位変動値ΔＶ（ｎ，ｍ）を差し引いて該当する部位における負極電位Ｖ（ｎ，ｍ）を算出する（Ｓ１０５２ｃ）。なお、パラメータαは、固定値としたり、各部位に応じて異なる値を適用したりすることができる。また、パラメータαは、実験等によって予め求めておくことができる。

なお、図６の例では、Ｘ−Ｚ平面において発電要素３にかかる応力が、Ｘ方向に分布を有していたが、これに限るものではない。例えば、Ｘ−Ｚ平面において発電要素３にかかる応力が分布を有さず、Ｘ−Ｚ平面全体において一定の応力がかかるものとすることができる。

例えば、図３のステップＳ１０３において、推定された各部位にかかる応力を平均化したり、最小値のみを抽出したりするなどして、Ｘ−Ｚ平面全体において均一な単一の応力がかかるものとして、内部抵抗を算出することができる。

この場合、発電要素３の複数の部位で内部抵抗をそれぞれ算出する必要がなく、単電池２（発電要素３）の全体として、正極抵抗Ｒ（ｐ）、電解液抵抗Ｒ（ｌ）及び負極抵抗Ｒ（ｎ）をそれぞれ算出するように構成することができる。このため、総抵抗Ｒ（＝Ｒ（ｐ）＋Ｒ（ｌ）＋Ｒ（ｎ））の算出処理及び図７のステップＳ１０５２ａを省略し、仮想電流値Ｉ_ｉと負極抵抗Ｒ（ｎ）とから負極電位変動値ΔＶ（ｎ）を求め（Ｓ１０５２ｂ）、基準電位（Ｖｎ０）から負極電位変動値ΔＶ（ｎ）を差し引いて負極電位Ｖ（ｎ）を算出する（Ｓ１０５２ｃ）ことができる。

このように本実施例では、発電要素３の電極に加わる応力（圧力）に応じて変動する発電要素３の内部抵抗を算出するとともに、算出された内部抵抗を用いて負極電位が基準電位を下回らない析出限界電流値Ｉｌｉｍを算出し、バッテリ１への入力電流値が析出限界電流値Ｉｌｉｍよりも小さくなるように、バッテリ１の入力を制御するので、内部抵抗の変化に応じてリチウム金属が析出しない限界の電流値である析出限界電流値が調整され、許容される入力電流値（入力制限）が可変に制御される。したがって、単電池２の内部抵抗の変動による閾値の変動に応じて入力電流値の制限を緩和することができ、電池性能を最大限に引き出すことができると共に、燃費の向上（燃費悪化の抑制）を図ることができる。

１：バッテリ、２：単電池、３：発電要素、４：外装部材、４ａ：側面、５：正極端子、６：負極端子、２０：監視ユニット、２１：電流センサ、２２：温度センサ、２３：インバータ、２４：モータ・ジェネレータ、３０：コントローラ、３１：メモリ、Ｐ：エンドプレート、Ｒ：拘束部材、Ｓ：仕切り部材、ＰＬ：正極ライン、ＮＬ：負極ライン、ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ：システムメインリレー

Claims (1)

1. 複数のリチウムイオン二次電池を所定の方向に積層し、前記所定の方向において複数の前記リチウムイオン二次電池を挟み込んで構成されたバッテリと、
   前記バッテリの負極電位が、所定の基準電位まで低下しないように前記バッテリへの入力電流値を制限し、前記バッテリの入力を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記リチウムイオン二次電池を構成する蓄電要素の電極に加わる前記所定の方向からの圧力に応じて変動する前記蓄電要素の内部抵抗を算出するとともに、算出された前記内部抵抗を用いて負極電位が前記基準電位を下回らない析出限界電流値を算出し、前記バッテリへの入力電流値が前記析出限界電流値よりも小さくなるように、前記バッテリの入力を制御することを特徴とする蓄電システム。

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