JP2016117413A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両に搭載され、リチウムイオン二次電池を備える蓄電システムにおいて、バッテリを防止しつつ、電解液の凝固状態を正確に判定する。【解決手段】蓄電システム２は、エンジン１００と、エンジン１００をクランキングすることによって始動させるための第１ＭＧ１０とを備える車両１に搭載される。蓄電システム２は、リチウムイオン二次電池を含むバッテリ１５０と、ＥＣＵ３００とを備える。バッテリ１５０は、第１ＭＧ１０に電力を供給するとともに、車両１の走行状態に応じて充放電を行なう。ＥＣＵ３００は、クランキングしている間に電圧とＶＢと電流ＩＢとを測定し、測定された電圧ＶＢと電流ＩＢとからバッテリ１５０の内部抵抗ＲＢを算出して、算出された内部抵抗ＲＢに基づいて、電解液の凝固状態を判定する。【選択図】図７

Description

本発明は、蓄電システムに関し、より特定的には、ハイブリッド車両に搭載される蓄電システムに関する。

近年、ハイブリッド車両が広く普及している。ハイブリッド車両に搭載された蓄電システムでは、極低温（たとえば−３０℃程度）の環境下においてバッテリの電解液が凝固（凍結）し得る。電解液が凝固した場合には、バッテリを保護するためにバッテリの充放電を制限することが望ましい。そのため、電解液の凝固状態に応じてバッテリの充放電を制限する構成が提案されている。たとえば特開平１１−３４１６９８号公報（特許文献１）は、温度が低いほど充電電流値を減少させ、温度が上昇するに従って充電電流値を増大させるように構成された、電気自動車の充電装置を開示する。

特開平１１−３４１６９８号公報 特開２００７−５０８３３号公報

一般に、ハイブリッド車両に搭載された蓄電システムには、バッテリの温度を監視するための温度センサが設けられている。この温度センサを用いて測定されたバッテリ温度に基づいて、電解液が凝固しているか否かを判定することができる。

多くの場合、バッテリ温度の低下に伴って電解液は局所的に凝固し始め、その後徐々に凝固が進み、最終的に電解液全体が凝固した状態へと至る。電解液が局所的に凝固してもバッテリは充放電が可能な状態であるものの、充放電電流は電解液のうち凝固していない部分に集中することになる。

具体的に、バッテリとしてリチウムイオン二次電池が採用される構成について説明する。電解液が局所的に凝固した状態にてバッテリが充電され、電解液が凝固していない部分の充電電流密度が許容値よりも高くなると、負極表面上に金属リチウムが析出し得る。このようなリチウム析出は、バッテリの劣化を著しく進行させることが知られている。そのため、極低温環境下ではバッテリの充放電（特に充電）を制限することによって、バッテリを保護することが望ましい。

バッテリ保護の手法としては、たとえば、バッテリ温度が低下して凝固点に到達した時点で電解液が凝固したと判定し、バッテリの充放電を制限することが考えられる。しかし、バッテリ温度が凝固点に到達しても電解液が直ちに凝固するのではなく、電解液の凝固にはある程度の時間を要する。そのため、この手法では、電解液が実際には凝固していないにもかかわらず充放電が制限されることによって、車両の走行性能が低下してしまう可能性がある。

このように、電解液が凝固しているか否かをバッテリ温度に基づいて判定する場合、バッテリ温度の変化と電解液の凝固状態の変化との間に時間的なずれが生じ得る。電解液の凝固が進むまで充放電を制限しないとバッテリを適切に保護することができないものの、充放電の制限時期が早過ぎても不必要な走行性能低下を生じさせてしまう可能性がある。したがって、電解液の凝固状態を正確に判定することが求められる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ハイブリッド車両に搭載され、リチウムイオン二次電池をバッテリとして備える蓄電システムにおいて、バッテリを保護しつつ、電解液の凝固状態を正確に判定することである。

本発明のある局面に従う蓄電システムは、エンジンと、エンジンをクランキングすることによって始動させるためのスタータとを備える車両に搭載される。蓄電システムは、リチウムイオン二次電池と、制御装置とを備える。リチウムイオン二次電池は、正極端子および負極端子と、電解液とを含み、スタータに電力を供給するとともに、車両の走行状態に応じて充放電を行なう。制御装置は、電解液の凝固状態を判定し、電解液が凝固している場合は、電解液が凝固していない場合と比べて、リチウムイオン二次電池の充放電を制限する。制御装置は、クランキングしている間に正極端子および負極端子間の電圧と放電電流とを測定し、測定された電圧と放電電流とからリチウムイオン二次電池の内部抵抗を算出して、算出された内部抵抗に基づいて、電解液の凝固状態を判定する。

上記構成によれば、正極端子および負極端子間の電圧と放電電流との測定結果から、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が算出される。そして、算出された内部抵抗に基づいて、電解液の凝固状態が判定される。内部抵抗は、電圧および放電電流の測定時点での電解液の凝固状態が反映されたものであり、温度のように時間的なずれが生じにくい。したがって、内部抵抗を用いることで、リチウムイオン二次電池の温度を用いる場合と比べて、電解液の凝固状態を正確に判定することができる。さらに、電圧および放電電流の測定は、クランキングしている間、すなわちリチウムイオン二次電池が放電している間に行なわれる。リチウム析出はリチウムイオン二次電池の充電時に生じる現象であるので、クランキングの間に電圧および放電電流を測定することで、リチウム析出を防止することができる。したがって、上記構成によれば、バッテリを保護しつつ、電解液の凝固状態を正確に判定することができる。

本発明によれば、ハイブリッド車両に搭載され、リチウムイオン二次電池をバッテリとして備える蓄電システムにおいて、バッテリを保護しつつ、電解液の凝固状態を正確に判定することができる。

実施の形態１に係る蓄電システムを搭載した車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 図１に示すバッテリの構成を概略的に示す斜視図である。 図２に示す電池セルの構成をより詳細に説明するための図である。 クランキングしている間におけるバッテリの電圧および電流の一例を示すタイムチャートである。 電圧および電流からバッテリの内部抵抗を算出する手法を説明するための図である。 実施の形態１に係る凝固判定処理を説明するための図である。 実施の形態１に係る凝固判定処理を示すフローチャートである。 図６に示す判定曲線Ｃ１の補正手法を説明するための図である。 実施の形態２に係る凝固判定処理を示すフローチャートである。

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り返さない。

［実施の形態１］
＜車両の構成＞
図１は、実施の形態１に係る蓄電システムを搭載した車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。図１を参照して、車両１はハイブリッド車両であって、エンジン１００と、第１モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）１０と、第２ＭＧ２０と、動力分割機構３０と、駆動軸４０と、減速機５０と、蓄電システム２と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２００と、駆動輪３５０とを備える。蓄電システム２は、バッテリ１５０と、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３００とを備える。

エンジン１００は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１００は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応じて、車両１が走行するための駆動力を出力する。

第１ＭＧ１０および第２ＭＧ２０の各々は、たとえば永久磁石がロータ（いずれも図示せず）に埋設された三相交流回転電機である。第１ＭＧ１０は、動力分割機構３０を介してエンジン１００のクランク軸（図示せず）に連結されている。第１ＭＧ１０は、バッテリ１５０の電力を用いてエンジン１００のクランク軸を回転させる（クランキングする）ことによってエンジン１００を始動させる。すなわち、第１ＭＧ１０は、本発明に係る「スタータ」に対応する。また、第１ＭＧ１０は、エンジン１００の動力を用いて発電することも可能である。第１ＭＧ１０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ２００により直流電力に変換されてバッテリ１５０に充電される。また、第１ＭＧ１０によって発電された交流電力は、第２ＭＧ２０に供給される場合もある。

第２ＭＧ２０は、バッテリ１５０からの電力および第１ＭＧ１０により発電された電力のうちの少なくとも一方を用いて駆動軸４０を回転させる。また、第２ＭＧ２０は、回生制動によって発電することも可能である。第２ＭＧ２０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ２００により直流電力に変換されてバッテリ１５０に充電される。

動力分割機構３０は、エンジン１００のクランク軸、第１ＭＧ１０の回転軸（図示せず）、および駆動軸４０の三要素を機械的に連結する動力伝達装置である。動力分割機構３０は、上記三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間での動力の伝達を可能とする。

駆動軸４０は、減速機５０を介して駆動輪３５０に連結されている。減速機５０は、動力分割機構３０または第２ＭＧ２０からの動力を駆動輪３５０に伝達する。また、駆動輪３５０が受けた路面からの反力は、減速機５０および動力分割機構３０を介して第２ＭＧ２０に伝達される。これにより、第２ＭＧ２０は回生制動時に発電する。

ＰＣＵ２００は、ＥＣＵ３００からの制御信号に応答して、バッテリ１５０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して、第１ＭＧ１０および第２ＭＧ２０に供給する。また、ＰＣＵ２００は、第１ＭＧ１０および第２ＭＧ２０で発電された交流電力を直流電力に変換して、バッテリ１５０に供給する。

バッテリ１５０は再充電可能な蓄電装置である。本実施の形態では、バッテリ１５０として、リチウムイオン二次電池が採用される構成について説明する。

ＥＣＵ３００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、バッファとを含む。ＥＣＵ３００は、各センサから送られる信号、ならびにメモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１が所望の状態となるように機器類を制御する。

より具体的には、バッテリ１５０には、電圧センサ１５２と、電流センサ１５４と、温度センサ１５６とが設けられている。電圧センサ１５２は、バッテリ１５０の電圧ＶＢを検出する。電流センサ１５４は、バッテリ１５０に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ１５６は、バッテリ１５０の温度ＴＢを検出する。各センサは、その検出結果を示す信号をＥＣＵ３００に出力する。ＥＣＵ３００は、電圧ＶＢ、電流ＩＢ、および温度ＴＢに基づいて、バッテリ１５０の充放電を制御する。この充放電制御については後に詳細に説明する。

図２は、図１に示すバッテリ１５０の構成を概略的に示す斜視図である。図２を参照して、本実施の形態では、たとえば４０個の電池セル１０１〜１４０が配列された電池パック１６０が用いられる。各電池セル１０１〜１４０の構成は同等であるため、以下、電池セル１０１の構成について代表的に説明する。なお、車載用バッテリでは数十個〜１００個程度の電池セルを含む電池パックが採用されることが多いが、電池セルの数は特に限定されるものではない。

図３は、図２に示す電池セル１０１の構成をより詳細に説明するための図である。図３において電池セル１０１は、その内部を透視して示されている。図３を参照して、電池セル１０１は、略直方体形状の電池ケース１６１を有する。電池ケース１６１の上面（ｚ軸方向上方の面）は蓋体１６２によって封じられている。蓋体１６２には、外部接続用の正極端子１６３および負極端子１６４が設けられている。正極端子１６３および負極端子１６４の各々の一方端は、蓋体１６２から外部に突出している。正極端子１６３および負極端子１６４の他方端は、電池ケース１６１内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続されている。

電池ケース１６１の内部には電極体１６５が収容されている。電極体１６５は、セパレータ１６８を介して積層された正極１６６と負極１６７とが筒状に捲回された捲回体形状を有する。セパレータ１６８は、正極１６６に設けられた正極活物質層（図示せず）と、負極１６７に設けられた負極活物質層（図示せず）との双方に接するように設けられている。電極体１６５、正極１６６、負極１６７、およびセパレータ１６８には、リチウムイオン二次電池の電極体、正極、負極、およびセパレータとして従来公知の構成および材料をそれぞれ用いることができる。

電解液は、正極１６６、負極１６７、およびセパレータ１６８等に保持されるとともに、電池ケース１６１の底部（ｚ軸方向下方部分）に余剰電解液１６９として貯留されている。電解液は、有機溶媒（たとえばＤＭＣ（dimethyl carbonate)と、ＥＭＣ（ethyl methyl carbonate)と、ＥＣ（ethylene carbonate)との混合溶媒）とリチウム塩（たとえばＬｉＰＦ_６）とを含み、さらに添加剤を含む。添加剤は、負極１６７の表面に緻密で安定性に優れた皮膜を形成可能な材料であることが好ましく、たとえばＬｉＢＯＢ（Lithium bis(oxalate)borate）またはＬｉ［ＰＦ_２（Ｃ_２Ｏ_４）_２］等である。

＜電解液の凝固＞
以上のように構成された蓄電システム２において、極低温（たとえば−３０℃程度）の環境下ではバッテリ１５０内の各電池セル１０１〜１４０の電解液が凝固し得る。一般に、バッテリ１５０の温度ＴＢの低下に伴って電解液が局所的に凝固し始め、その後徐々に凝固が進み、最終的に電解液全体が凝固した状態へと至る。電解液が局所的に凝固してもバッテリ１５０は充放電が可能な状態であるものの、充放電電流は電解液のうち凝固していない部分に集中することになる。その結果、電解液が凝固していない部分の電流密度が許容値よりも高くなる場合がある。

本実施の形態のようにバッテリ１５０としてリチウムイオン二次電池が採用される場合、電解液が局所的に凝固した状態にてバッテリ１５０が充電され、電解液が凝固していない部分の充電電流密度が許容値よりも高くなると、負極１６７の表面（たとえば正極活物質層と負極活物質層とが対向する部分の端部）に金属リチウムが析出し得る。こうしたリチウム析出は、バッテリ１５０の劣化を著しく進行させる（たとえば満充電容量を低下させる）ことが知られている。そのため、極低温時にはバッテリの充放電（特に充電）を制限することによって、バッテリ１５０を保護することが望ましい。

バッテリ保護の手法としては、たとえば、バッテリ１５０の温度ＴＢが低下して凝固点に到達した時点で電解液が凝固したと判定し、バッテリ１５０の充放電を制限することが考えられる。しかし、温度ＴＢが凝固点に到達しても電解液が直ちに凝固するのではなく、電解液の凝固にはある程度の時間を要する。そのため、この手法では、電解液が実際には凝固していないにもかかわらず、充放電が制限されることによって車両１の走行性能を低下させてしまう可能性がある。

このように、電解液が凝固しているか否かをバッテリ１５０の温度ＴＢに基づいて判定する場合、温度ＴＢの変化と電解液の凝固状態の変化との間に時間的なずれが生じ得る。電解液の凝固が進むまで充放電を制限しないとバッテリ１５０を適切に保護することができないものの、充放電の制限時期が早過ぎても不必要な走行性能低下を生じさせてしまう可能性がある。したがって、バッテリ１５０を保護しつつ、電解液の凝固状態を正確に判定することが求められる。

そこで、本実施の形態によれば、バッテリ１５０の電圧ＶＢと電流ＩＢとを測定し、測定された電圧ＶＢと電流ＩＢとから内部抵抗ＲＢを算出し、算出された内部抵抗ＲＢに基づいて、電解液の凝固状態を判定する構成を採用する。電圧ＶＢおよび電流ＩＢは、クランキングしている間に測定される。

内部抵抗ＲＢは、液体の電解液の凝固が進むに従って大きくなる一方で、局所的に凝固した状態の電解液の融解が進むに従って小さくなる。したがって、内部抵抗ＲＢの大きさに基づいて、電解液が凝固しているか否かを判定することが可能である。内部抵抗ＲＢは、電圧ＶＢおよび電流ＩＢの測定時点での凝固状態が反映されたものであり、温度ＴＢのように時間的なずれが生じにくい。そのため、内部抵抗ＲＢを用いることで、温度ＴＢを用いる場合と比べて、電解液の凝固状態を正確に判定することができる。

さらに、電圧ＶＢおよび電流ＩＢは、クランキングしている間に測定される。クランキング時にはバッテリ１５０は放電される。負極１６７へのリチウム析出はバッテリ１５０の充電時に生じる現象であるので、クランキングしている間、すなわちバッテリ１５０が放電している間に電圧ＶＢおよび電流ＩＢを測定することにより、リチウム析出を防止することができる。したがって、バッテリ１５０を防止しつつ、電解液の凝固状態を正確に判定することができる。

＜内部抵抗の算出＞
図４は、クランキングしている間におけるバッテリ１５０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢの一例を示すタイムチャートである。図４において、横軸には経過時間が示されている。また、縦軸には、上から順に電圧ＶＢおよび電流ＩＢが示されている。なお、電流ＩＢでは、バッテリ１５０からの放電時に電流が流れる方向が正方向として示されている。

図４を参照して、時刻ｔ１においてクランキングに伴うバッテリ１５０の放電が開始され、時刻ｔ８においてバッテリ１５０の放電が終了する。このクランキングの期間中、すなわちバッテリ１５０の放電期間中に電圧ＶＢおよび電流ＩＢが測定される（時刻ｔ１〜ｔ８参照）。なお、ここでは８回の測定が所定の時間間隔で行なわれる例を説明するが、測定回数は複数回であれば特に限定されるものではなく、また、時間間隔が測定毎に異なってもよい。

図５は、電圧ＶＢおよび電流ＩＢからバッテリ１５０の内部抵抗ＲＢを算出する手法を説明するための図である。図５において、横軸には電流ＩＢが示され、縦軸には電圧ＶＢが示されている。

図５では、上述の各時刻ｔ１〜ｔ８において測定された電圧ＶＢと電流ＩＢとの組がプロットされている。これらのプロット値に対して、たとえば最小二乗法を適用することにより、回帰直線Ｌｒが求められる。そして、回帰直線Ｌｒの傾きをバッテリ１５０の内部抵抗ＲＢとして用いることができる。

図６は、実施の形態１に係る凝固判定処理を説明するための図である。図６では、横軸に温度ＴＢが示され、縦軸に内部抵抗ＲＢが示されている。

図６を参照して、バッテリ１５０の電解液が凝固しているか否かを判定するために、判定曲線Ｃ１と直線Ｌ１とが予め定められている。判定曲線Ｃ１は、バッテリ１５０（電解液）の温度特性に応じて、シミュレーションまたは実験に基づいて適宜定められる。直線Ｌ１は、バッテリ１５０の温度ＴＢが基準温度Ｔｃであることを示す。基準温度Ｔｃは、電解液の凝固点（あるいは凝固点に近い温度）に設定することが好ましい。本実施の形態では、基準温度Ｔｃ＝−３０℃に設定される。図６に示すように、判定曲線Ｃ１とバッテリの温度ＴＢとによって、ＲＢ―ＴＢ平面が４つの領域Ａ１〜Ａ４に分割されている。

領域Ａ１は、温度ＴＢが基準温度Ｔｃ未満であり、かつ内部抵抗ＲＢが判定曲線Ｃ１によって規定される抵抗値（以下、判定抵抗値と称する）よりも高い領域である。内部抵抗ＲＢが判定抵抗値よりも高いことは、バッテリ１５０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢが測定された時点で電解液が（局所的あるいはほぼ全体的に）凝固していることを示している。また、温度ＴＢが基準温度Ｔｃ未満であるので、電解液は凝固した状態に維持される可能性が高い。したがって、図５にて算出されたバッテリ１５０の内部抵抗ＲＢが領域Ａ１内の場合、バッテリ１５０の電解液は凝固していると判定される。このように、電解液の凝固状態の判定に内部抵抗ＲＢおよび温度ＴＢの両方を用いることにより、電解液が凝固していることを正確に判定することができる。

領域Ａ２は、温度ＴＢが基準温度Ｔｃ未満であるものの、内部抵抗ＲＢも判定抵抗値未満の領域である。内部抵抗ＲＢが判定抵抗値未満であることは、バッテリ１５０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢの測定時点では電解液が凝固していないことを示している。ただし、温度ＴＢが基準温度Ｔｃ未満であるので、時間の経過に伴い電解液が凝固する可能性があると判定することができる。

領域Ａ３は、温度ＴＢが基準温度Ｔｃよりも高く、かつ、内部抵抗ＲＢが判定抵抗値未満の領域である。内部抵抗ＲＢが判定抵抗値未満であるため、電解液は凝固しておらず液体である。また、温度ＴＢが基準温度Ｔｃよりも高い。したがって、領域Ａ３では、時間が経過しても電解液は凝固せずに液体のままである可能性が高いと判定することができる。

領域Ａ４は、温度ＴＢが基準温度Ｔｃよりも高いにもかかわらず、内部抵抗ＲＢが判定抵抗値よりも高い領域である。領域Ａ４では電解液の劣化により、バッテリ１５０の初期状態と比べて、バッテリ１５０の内部抵抗ＲＢが大きくなっている可能性がある。あるいは、バッテリ１５０の異常（たとえば電流経路の断線または電圧センサ１５２等の故障）により、バッテリ１５０の電圧ＶＢまたは電流ＩＢを正確に測定できなくなり、その結果、内部抵抗ＲＢが誤って算出されている可能性がある。

図７は、実施の形態１に係る凝固判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定の条件成立時あるいは所定の期間経過毎に実行される。なお、これらのフローチャートの各ステップ（以下、Ｓと略す）は、基本的にはＥＣＵ３００によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ３００内に作製された電子回路によるハードウェア処理によって実現されてもよい。

Ｓ１０において、ＥＣＵ３００は、エンジン１００をクランキングしている間であるか否かを判定する。クランキングしていない場合（Ｓ１０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は以降の処理をスキップして、処理をメインルーチンへと戻す。

一方、クランキングしている場合（Ｓ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、温度センサ１５６を用いてバッテリ１５０の温度ＴＢを取得する（Ｓ２０）。さらにＳ３０において、ＥＣＵ３００は、バッテリ１５０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢを測定することにより、内部抵抗ＲＢを算出する。この算出手法については、図４および図５にて詳細に説明したため、ここでは説明は繰り返さない。

Ｓ４０において、ＥＣＵ３００は、バッテリ１５０の温度ＴＢおよび内部抵抗ＲＢが図６に示す領域Ａ１内にあるか否かを判定する。バッテリ１５０の温度ＴＢおよび内部抵抗ＲＢが領域Ａ１内にある場合（Ｓ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、処理をＳ５０に進め、バッテリ１５０の電解液が凝固していると判定する。そして、ＥＣＵ３００は、バッテリ１５０の充放電を制限することによってバッテリ１５０を保護する。より具体的には、ＥＣＵ３００は、車両１が退避走行を実行するようにエンジン１００およびＰＣＵ２００を制御する（Ｓ６０）。

一方、バッテリ１５０の温度ＴＢおよび内部抵抗ＲＢが領域Ａ２〜Ａ４（図６参照）内にある場合（Ｓ４０においてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、処理をＳ７０に進め、バッテリ１５０の電解液は凝固していないと判定する。この場合、バッテリ１５０の充放電を制限しなくてよいので、車両１の退避走行は実施されない。Ｓ６０またはＳ７０の処理が終了すると、ＥＣＵ３００は処理をメインルーチンへと戻す。

このように、実施の形態１によれば、バッテリ１５０の電圧ＶＢと電流ＩＢを測定し、測定された電圧ＶＢと電流ＩＢからバッテリ１５０の内部抵抗ＲＢを算出して、算出された内部抵抗ＲＢに基づいて、電解液の凝固状態が判定される。内部抵抗ＲＢは、電圧ＶＢおよび電流ＩＢの測定時点での電解液の凝固状態が反映されたものであり、温度ＴＢのように時間的なすれが生じにくい。そのため、内部抵抗ＲＢを用いることで、電解液が凝固しているか否かを正確に判定することができる。

さらに、バッテリ１５０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢは、クランキングしている間、すなわちバッテリ１５０が放電している間に測定される。リチウム析出はリチウムイオン二次電池の充電時に生じる現象であるので、クランキング中に電圧ＶＢおよび電流ＩＢを測定することにより、リチウム析出を防止することができる。したがって、バッテリ１５０を保護しつつ、電解液の凝固状態を正確に判定することができる。

なお、本実施の形態では、図６に示すように、バッテリ１５０の内部抵抗ＲＢおよび温度ＴＢの両方を用いて、バッテリ１５０の電解液の凝固状態を判定する手法について説明した。しかしながら、凝固状態の判定に際し、バッテリ１５０の温度ＴＢを用いることは必須ではない。つまり、温度ＴＢを測定することなく、内部抵抗ＲＢが判定抵抗値よりも高い場合には、バッテリ１５０の電解液が凝固していると判定することも可能である。ただし、本実施の形態のようにバッテリ１５０の内部抵抗ＲＢおよび温度ＴＢの両方を用いることにより、内部抵抗ＲＢが判定抵抗値よりも高く、かつ温度ＴＢが基準温度Ｔｃよりも低い場合（領域Ａ１参照）と、内部抵抗ＲＢが判定抵抗値よりも高いにもかかわらず温度ＴＢが基準温度Ｔｃよりも高い場合（領域Ａ４参照）とを区別することができる。これにより、バッテリ１５０の劣化または誤検出の可能性を除外することができるので、内部抵抗ＲＢしか用いない手法と比べて、判定精度を向上させることができる。

［実施の形態２］
バッテリの劣化が進行するに従って、バッテリの内部抵抗が大きくなることが知られている。実施の形態２においては、バッテリの劣化に起因する内部抵抗の増加を考慮して、電解液が凝固しているか否かを判定するための基準（図６の判定曲線Ｃ１参照）を補正する構成について説明する。なお、実施の形態２に係る蓄電システムを搭載した車両の構成は、図１に示す実施の形態１に係る蓄電システム２を搭載した車両１の構成と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。

図８は、図６に示す判定曲線Ｃ１の補正手法を説明するための図である。図８を参照して、判定曲線Ｃ１は、バッテリ１５０の初期状態（たとえばバッテリ１５０の製造時の状態）での温度特性に基づいて定められたものである。

バッテリ１５０の経年劣化によって電解液のリチウムイオン濃度が減少するのに伴い、内部抵抗ＲＢが増加し得る。あるいは、バッテリ１５０にハイレート劣化が生じると、内部抵抗ＲＢの著しい増加を引き起こすことが知られている。このように、バッテリ１５０の劣化に起因して内部抵抗ＲＢが増加すると、電解液の凝固状態を正確に判定できなくなってしまう可能性がある。

そこで、実施の形態２では、状態Ｐに示すように、車両１が極低温の環境下に置かれておらず電解液が凝固していない場合に、温度ＴＢ０でのバッテリ１５０の内部抵抗ＲＢ２が算出される。そして、算出された内部抵抗ＲＢ２と、温度ＴＢ０における判定曲線Ｃ１での内部抵抗ＲＢ１との差ΔＲＢをいわばオフセットとして、判定曲線Ｃ１での各温度ＴＢでの内部抵抗ＲＢに加算することにより、判定曲線Ｃ１が補正される。補正後の判定曲線をＣ２に示す。

図９は、実施の形態２に係る凝固判定処理を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、Ｓ１００〜Ｓ１３０の処理をさらに含む点において、図７に示すフローチャートと異なる。それ以外の処理は図７に示すフローチャートの対応する処理と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。

図８および図９を参照して、Ｓ１０においてクランキングしていない場合（Ｓ１０においてＮＯ）、たとえば車両１の走行中などバッテリ１５０が充放電可能な状態である場合、ＥＣＵ３００は、バッテリ１５０の温度ＴＢを測定する（Ｓ１００）。さらに、Ｓ１１０において、ＥＣＵ３００は、バッテリ１５０の温度ＴＢと基準温度Ｔｃとの大小関係を比較する。

バッテリ１５０の温度ＴＢが基準温度Ｔｃ以下の場合（Ｓ１１０においてＮＯ）、電解液が凝固した状態（図６の領域Ａ１参照）であるか、あるいは凝固する前の状態（図６の領域Ａ２参照）である可能性が高いため、ＥＣＵ３００は、判定曲線Ｃ１の補正は行なわずに処理をメインルーチンへと戻す。

これに対し、温度ＴＢが基準温度Ｔｃよりも高い場合（Ｓ１１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、図４および図５で説明した算出手法（Ｓ３０参照）と同等の手法により、バッテリ１５０の内部抵抗ＲＢを算出する（Ｓ１２０）。さらに、ＥＣＵ３００は、判定曲線Ｃ１を補正することにより、補正後の判定曲線Ｃ２を取得する（Ｓ１３０）。この補正手法は図８にて既に説明したため、ここでは詳細な説明は繰り返さない。Ｓ４０では、このようにして取得された判定曲線Ｃ２を用いて、バッテリ１５０の温度ＴＢおよび内部抵抗ＲＢが領域Ａ１〜Ａ４のうちのどの領域にあるかが判定される。

このように、実施の形態２によれば、バッテリ１５０の劣化がした場合に、電解液が凝固しているか否かを判定するための基準（判定曲線Ｃ１）が補正される。これにより、実施の形態１と比べて、バッテリ１５０の劣化の程度に基づいて、電解液の凝固状態を一層正確に判定することができる。

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、上記した説明ではなく、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。

１ 車両、２ 蓄電システム、３０ 動力分割機構、４０ 駆動軸、５０ 減速機、１００ エンジン、１０１〜１４０ 電池セル、１５０ バッテリ、１５２ 電圧センサ、１５４ 電流センサ、１５６ 温度センサ、１６０ 電池パック、１６１ 電池ケース、１６２ 蓋体、１６３ 正極端子、１６４ 負極端子、１６５ 電極体、１６６ 正極、１６７ 負極、１６８ セパレータ、１６９ 余剰電解液、３５０ 駆動輪。

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンをクランキングすることによって始動させるためのスタータとを備えるハイブリッド車両に搭載される蓄電システムであって、
   正極端子および負極端子と、電解液とを含み、前記スタータに電力を供給するとともに、前記ハイブリッド車両の走行状態に応じて充放電を行なうリチウムイオン二次電池と、
   前記電解液の凝固状態を判定し、前記電解液が凝固している場合は、前記電解液が凝固していない場合と比べて、前記リチウムイオン二次電池の充放電を制限する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、クランキングしている間に前記正極端子および前記負極端子間の電圧と放電電流とを測定し、測定された電圧と放電電流とから前記リチウムイオン二次電池の内部抵抗を算出して、算出された内部抵抗に基づいて、前記電解液の凝固状態を判定する、蓄電システム。

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