JP2016149917A - 電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池において放電過多状態又は充電過多状態に伴い生じるリチウムイオン濃度分布を推定する。
【解決手段】積層された電極を含む二次電池１０の電池制御装置４１であって、二次電池１０には、二次電池１０から二次電池１０の外部に向かう熱流束を検出する複数の熱流束センサＳ１〜Ｓ３が、電極の積層方向に平行な二次電池１０の２面のうち少なくとも１面に設けられ、複数の熱流束センサＳ１〜Ｓ３の検出値に基づいて、二次電池１０の発熱分布を算出し、その算出結果に基づいて、電極におけるリチウムイオン濃度分布を推定する電池制御部４０を備える。
【選択図】 図４

Description

リチウムイオン二次電池を制御する電池制御装置であって、充放電に伴い発生する熱流束に基づいてリチウムイオン二次電池の状態を推定する。

例えば、特許文献１に記載されている構成のように、電池表面の熱流を検出し、その熱流の検出値に基づいて、電池の状態を検出するものが知られている。この装置は、電池の劣化に起因する熱流束の変化を測定し、電池寿命を予測するものである。

特開２０１４―９２４２８号公報

リチウムイオン二次電池において、ハイレート放電又はハイレート充電の一方を繰り返し実施し、放電過多状態又は充電過多状態となると、電極におけるリチウムイオン濃度に偏りが生じることを発明者らは発見した。ここで、ハイレート放電とは、通常放電と比較して、リチウムイオン二次電池に流れる電流を増加させて放電を実施することであり、ハイレート充電とは、通常充電と比較して、リチウムイオン二次電池に流れる電流を増加させて充電を実施することである。

リチウムイオン濃度に偏りが生じることで、正極から負極に達するリチウムイオンが減少し、リチウムイオン二次電池の出力電圧が低下することが懸念される。このリチウムイオン濃度の偏りは、一時的なものであり、上記特許文献の電池劣化とは異なるものである。

本発明は、リチウムイオン二次電池において放電過多状態又は充電過多状態に伴い生じるリチウムイオン濃度分布を推定することを主たる目的とする。

本発明は、積層された電極（１６，１７）を含むリチウムイオン二次電池（１０，Ｃ１〜Ｃ８）の電池制御装置（４１）であって、前記リチウムイオン二次電池には、前記リチウムイオン二次電池から前記リチウムイオン二次電池の外部に向かう熱流束を検出する複数の熱流束センサ（Ｓ１〜Ｓ３，ＳＡ〜ＳＤ）が、前記電極の積層方向に平行な前記リチウムイオン二次電池の２面のうち少なくとも１面を覆うように設けられ、前記複数の熱流束センサの検出値に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の発熱分布を算出し、その算出結果に基づいて、前記電極におけるリチウムイオン濃度分布を推定する推定手段（４０）を備えることを特徴とする。

リチウムイオン二次電池の電極において、リチウムイオン濃度が低い箇所では、リチウムイオン濃度が高い箇所に比べて、抵抗値が大きくなる。正極と負極との間には電圧が一様に印加されるため、抵抗値が小さい箇所は、抵抗値が大きい箇所に比べて、大きな電流が流れる。このため、リチウムイオン濃度が高い箇所は、リチウムイオン濃度が低い箇所に比べて、発熱量が大きくなる。発熱量が大きい箇所ほど、リチウムイオン電池からリチウムイオン電池の外部に向かう熱流束は大きくなる。そこで、熱流束センサの検出値に基づいて、リチウムイオン二次電池における発熱分布を算出し、その算出結果に基づいて、リチウムイオン濃度分布を推定することが可能になる。

二次電池の構造を表す図。 電極体の構造を表す図。 異なるリチウムイオン濃度における放電時の電圧変化を表す図。 リチウムイオン濃度分布推定システムを表す図。 充電過多状態におけるリチウムイオン濃度分布、内部抵抗分布、電流分布を表す図。 充電過多状態における各領域での発熱量の変化、及び、発熱量偏差の変化を表す図。 放電過多状態におけるリチウムイオン濃度分布、内部抵抗分布、電流分布を表す図。 放電過多状態における各領域での発熱量の変化、及び、発熱量偏差の変化を表す図。 組電池の構造を表す図。 リチウムイオン濃度分布推定制御を表すフローチャート。 変形例における熱流束センサの設け方を表す図。 変形例における熱流束センサの設け方を表す図。

（第１実施形態）
図１にラミネート型リチウムイオン二次電池としての二次電池１０の構造を示す。電極体１１及び電解液１２がラミネートフィルム１３に封止され、電極体１１に接続されている正極端子１４及び負極端子１５がラミネートフィルム１３から突出する構造となっている。正極端子１４は矩形板状の二次電池１０の所定辺に設けられており、その所定辺に対向する一辺に負極端子１５は設けられている。ラミネートフィルム１３は、例えば、アルミニウムを芯材とし、ポリプロピレンなどの樹脂が積層されて構成されている。

図２に電極体１１の構造を示す。電極体１１は、正極集電箔１６、セパレータ１８、負極集電箔１７の順に繰り返し積層されて構成されている。正極集電箔１６は、集電箔（例えば、アルミニウム箔）の表面に正極活性物質であるリチウムイオン化合物が保持されることで構成されている。負極集電箔１７は、集電箔の表面に負極活性物質であるカーボンが保持されることで構成されている。正極集電箔１６及び正極活物質と、負極集電箔１７及び負極活物質とは「電極」の具体例である。正極端子１４は、全ての正極集電箔１６と電気的に接続されており、負極端子１５は、全ての負極集電箔１７と電気的に接続されている。

充電時には、正極集電箔１６の正極活性物質からリチウムイオンが放出され、電解液１２を介して、負極集電箔１７の負極活性物質にそのリチウムイオンが取り込まれる。放電時には、負極集電箔１７の負極活性物質からリチウムイオンが放出され、電解液１２を介して、正極集電箔１６の正極活性物質にそのリチウムイオンが取り込まれる。セパレータ１８は、正極集電箔１６と負極集電箔１７との接触による短絡を防止するとともに、リチウムイオンを透過させる。

ここで、充放電を実施すると、電極（正極活物質及び負極活物質）の一方から他方へリチウムイオンが移動する。リチウムイオンを放出することで、電極は収縮し、リチウムイオンを吸蔵することで、電極は膨脹する。充放電が繰り返し実施されることで、電極内において、電極の中心を中心としたリチウムイオン濃度の偏りが生じる。リチウムイオン濃度に偏りが生じることで、放電時において、負極（負極活物質）から正極（正極活物質）に達するリチウムイオンが減少し、二次電池の出力電圧が低下することが懸念される。

リチウムイオン濃度の偏りは、主として、ハイレート放電又はハイレート充電の一方を繰り返し実施することで生じることを、本願の発明者らは発見した。ここで、ハイレート放電とは、通常放電と比較して、二次電池１０に流れる電流を所定値まで増加させて（例えば１０倍の電流値で）放電を実施することであり、ハイレート充電とは、通常充電と比較して、二次電池１０に流れる電流を所定値まで増加させて（例えば１０倍の電流値で）充電を実施することである。ハイレート放電と通常充電とを繰り返し実施することでリチウムイオン濃度に偏りが生じた状態を放電過多状態と呼び、ハイレート充電と通常放電とを繰り返し実施することでリチウムイオン濃度に偏りが生じた状態を充電過多状態と呼ぶ。

充電過多状態におけるリチウムイオン濃度の偏りは、ハイレート放電を実施することで解消され、放電過多状態におけるリチウムイオン濃度の偏りは、ハイレート充電を実施することで解消される。

本願の発明者らは、リチウムイオン濃度と、二次電池の出力電圧との関係性を検証するために、二次電池内のリチウムイオン濃度を高くしたものと、低くしたものとを製作した。そして、リチウムイオン濃度が高い二次電池と、リチウムイオン濃度が低い二次電池とにおいて、放電を実施した。

図３に、リチウムイオン濃度が高い二次電池における放電時の電圧変化（実線）、及び、リチウムイオン濃度が低い二次電池における放電時の電圧変化（破線）を示す。放電時には、ハイレート放電を実施している。

リチウムイオン濃度が高い二次電池において放電を実施した場合、負極（負極集電箔１７）から正極（正極集電箔１６）に到達するリチウムイオンは尽きることがなく、二次電池の出力電圧の低下量は小さい。一方、リチウムイオン濃度が低い二次電池において放電を実施した場合、負極から正極に到達するリチウムイオンが徐々に減少する。このため、長時間放電を実施すると、二次電池の出力電圧が急激に低下する。二次電池の出力電圧の低下は、ハイレート放電時に顕著となる。

二次電池１０の実使用環境において、電極内の全域においてリチウムイオン濃度の低下は生じないため、図３に示すほどの大きな出力電圧の低下は生じないと考えられる。しかしながら、電極におけるリチウムイオン濃度の偏りが大きくなることで、二次電池の出力電圧が低下することが懸念される。

ここで、電極において、リチウムイオン濃度が低い部分では、リチウムイオンが供給されにくいため、その部分での内部抵抗が大きくなる。正極と負極との間には全ての部分でほぼ等しい電圧が印加されているため、内部抵抗が小さい部分では大きな電流が流れ、内部抵抗が大きい部分では小さい電流が流れることになる。大きな電流が流れた部分での発熱量は大きくなり、小さな電流が流れた部分での発熱量は小さくなる。このため、二次電池における発熱分布を検出することで、リチウムイオン濃度分布を取得することが可能になる。

本願の発明者らは、図４に示す構成を用いて、上述した発熱分布の検出に基づく、リチウムイオン濃度分布の取得の有効性を検証した。

図４に示す構成では、二次電池１０の両面にそれぞれ面圧調整用のゴム板３２が設けられている。そして、二次電池１０において生じ、外部に向かう熱流束を検出可能なように熱流束検出手段としての熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３が、二次電池１０とゴム板３２とに挟み込まれるように設けられている。さらに、両ゴム板３２を挟み込むように拘束部材３１がそれぞれ設けられている。その拘束部材３１は、両ゴム板３２、二次電池１０及び熱流束センサＳに圧力が加えられるように、ボルト３３によって締め付けられている。

ここで、板状の二次電池１０の両面（電極の積層方向に垂直な面）の一方を、長手方向（正極端子１４に対する負極端子１５の方向）に三等分し、その三等分された領域Ａ１，Ａ２，Ａ３のそれぞれに熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を設ける構成とした。

熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれが重ならないように、かつ、３つの熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３によって、二次電池１０の一面を覆うように設けられている。熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は互いに同一の面積を有する。熱流束センサＳ１は、二次電池１０の正極端子１４の周囲の領域Ａ１に設けられ、熱流束センサＳ２は、二次電池１０の中央の領域Ａ２に設けられ、熱流束センサＳ３は、二次電池１０の負極端子１５の周囲の領域Ａ３に設けられている。つまり、熱流束センサＳ１，Ｓ３は、二次電池１０の端部の熱流束を検出し、熱流束センサＳ２は、二次電池１０の中央部の熱流束を検出する。

さらに、熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３が出力する電圧値をそれぞれ検出する電圧センサ３７，３８，３９が設けられている。熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３が出力する電圧値は、熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の両面の温度差に基づく値である。電池制御部４０は、電圧センサ３７，３８，３９から取得される電圧値に基づいて、熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の検出値を取得する。そして、その検出値に基づいて、二次電池１０の発熱分布を算出する。ここで、電池制御部４０、及び、熱流束センサＳ１〜Ｓ３によって電池制御装置４１を構成する。

また、二次電池１０の両端子１４，１５に負荷３４が接続されており、二次電池１０から負荷３４に対して電流が流れるようになっている。その電流が流れる経路上に電流検出手段としての電流センサ３５が設けられている。また、両端子１４，１５の間の電圧（二次電池１０の端子間電圧）が検出可能なように電圧検出手段としての電圧センサ３６が設けられている。これら、電流センサ３５及び電圧センサ３６の検出値は電池制御部４０によって取得される。電池制御部４０は、電流センサ３５及び電圧センサ３６の検出値に基づいて、二次電池１０の充放電制御を実施する。さらに、電池制御部４０は、充電過多状態において、ハイレート放電を実施することでリチウムイオン濃度の偏りを解消し、放電過多状態において、ハイレート充電を実施することでリチウムイオン濃度の偏りをする。

図５に充電過多状態におけるリチウムイオン濃度分布、内部抵抗分布、及び、電流分布を示す。ここで、横軸は、二次電池１０の長手方向（正極端子１４に対する負極端子１５の方向）における位置を表す。

図５（ａ）に示すように、二次電池１０の端部（領域Ａ１，Ａ３）において、リチウムイオン濃度が低くなり、二次電池１０の中央部（領域Ａ２）において、リチウムイオン濃度が高くなっている。これにより、図５（ｂ）に示すように、二次電池１０の端部において、内部抵抗が大きくなり、二次電池１０の中央部において、内部抵抗が小さくなっている。その結果、図５（ｃ）に示すように、二次電池１０の端部において、電流が小さくなり、二次電池１０の中央部において、電流が大きくなっている。

図６に通常状態及び充電過多状態において、充電を実施した場合の各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３における発熱量の変化と、領域Ａ１及び領域Ａ２における発熱量の偏差｜ΔＱ｜の変化とを示す。

図６（ａ），（ｃ）に示すように、領域Ａ１，Ａ３では、ハイレート充電を継続した場合、充電過多状態（実線）において、通常状態（破線）に比べて、発熱量が小さくなる。一方、図６（ｂ）に示すように、領域Ａ２では、ハイレート充電を継続した場合、充電過多状態（実線）において、通常状態（破線）に比べて、発熱量が大きくなる。

このため、図６（ｄ）に示すように、ハイレート充電を継続すると、領域Ａ１における発熱量と領域Ａ２における発熱量との偏差｜ΔＱ｜が大きくなり、閾値Ｔｈを超える。そして、発熱量偏差｜ΔＱ｜が閾値Ｔｈを超えたことに基づいて、リチウムイオンの濃度の偏りが生じていることを判定できる。

図７に放電過多状態におけるリチウムイオン濃度分布、内部抵抗分布、及び、電流分布を示す。ここで、横軸は、二次電池１０の長手方向（正極端子１４に対する負極端子１５の方向）における位置を表す。

図７（ａ）に示すように、二次電池１０の端部（領域Ａ１，Ａ３）において、リチウムイオン濃度が高くなり、二次電池１０の中央部（領域Ａ２）において、リチウムイオン濃度が低くなっている。これにより、図５（ｂ）に示すように、二次電池１０の端部において、内部抵抗が小さくなり、二次電池１０の中央部において、内部抵抗が大きくなっている。その結果、図５（ｃ）に示すように、二次電池１０の端部において、電流が大きくなり、二次電池１０の中央部において、電流が小さくなっている。

図８に通常状態及び放電過多状態において、放電を実施した場合の各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３における発熱量の変化と、領域Ａ１及び領域Ａ２における発熱量の偏差｜ΔＱ｜の変化とを示す。

図８（ａ），（ｃ）に示すように、領域Ａ１，Ａ３では、ハイレート放電を継続した場合、放電過多状態（実線）において、通常状態（破線）に比べて、発熱量が大きくなる。一方、図８（ｂ）に示すように、領域Ａ２では、ハイレート放電を継続した場合、放電過多状態（実線）において、通常状態（破線）に比べて、発熱量が小さくなる。

このため、図８（ｄ）に示すように、ハイレート放電を継続すると、領域Ａ１における発熱量と領域Ａ２における発熱量との偏差｜ΔＱ｜が大きくなり、閾値Ｔｈを超える。そして、発熱量の偏差｜ΔＱ｜が閾値Ｔｈを超えたことに基づいて、リチウムイオンの濃度の偏りが生じていることを判定できる。

図９に複数の二次電池１０（電池セルＣ１〜Ｃ８）を備える組電池２０の構成に対し、本実施形態のリチウムイオン濃度分布の推定法を用いた場合の具体例を示す。組電池２０は、８個の電池セルＣ１〜Ｃ８を備えており、各電池セルＣ１〜Ｃ８は、各電池セルＣ１〜Ｃ８が備えている電極の積層方向と同じ方向に積層されている。また、電極の積層方向において、組電池２０の両端面が拘束部材２１によって挟み込まれることで、組電池２０は拘束されている。なお、各電池セルＣ１〜Ｃ８は直列接続されている。

さらに、２つの電池セルごとに、電池セルにおいて発生した熱が伝導される１枚の熱伝導板が設けられている。具体的には、電池セルＣ１，Ｃ２の間に熱伝導板ＢＡ、電池セルＣ３，Ｃ４の間に熱伝導板ＢＢ、電池セルＣ５，Ｃ６の間に熱伝導板ＢＣ、電池セルＣ７，Ｃ８の間に熱伝導板ＢＤがそれぞれ設けられている。

熱伝導板ＢＡ〜ＢＤは、隣接する電池セルＣ１〜Ｃ８の一面を覆うように設けられている。また、熱伝導板ＢＡ〜ＢＤは、冷却器２２と接続されている。熱伝導板ＢＡ〜ＢＤは、隣接する２つの電池セルから吸熱を行い、冷却器２２にその熱を放熱することで、その２つの電池セルを冷却する。例えば、熱伝導板ＢＡは、隣接する電池セルＣ１，Ｃ２から吸熱を行う。つまり、電池セルＣ１〜Ｃ８において充放電が行われることで電池セルＣ１〜Ｃ８に生じる熱は、電池セルＣ１〜Ｃ８から熱伝導板ＢＡ〜ＢＤを介して冷却器２２に流れることになる。冷却器２２は、組電池２０のケースに設けられている冷却フィンである。なお、熱交換装置としての冷却器２２は、水冷ジャケットなどでもよい。

上述したとおり、電池セルＣ１〜Ｃ８において発生した熱は、熱伝導板ＢＡ〜ＢＤを介して冷却器２２に伝達される。そこで、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８と、熱伝導板ＢＡ〜ＢＤとの間で挟み込まれるように熱流束センサＳＡ１〜ＳＡ３，ＳＢ１〜ＳＢ３，ＳＣ１〜ＳＣ３，ＳＤ１〜ＳＤ３を設けている。熱流束センサＳＡ１〜ＳＡ３，ＳＢ１〜ＳＢ３，ＳＣ１〜ＳＣ３，ＳＤ１〜ＳＤ３は、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８と接するとともに、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の電極と対向するように設けられている。熱流束センサＳＡ１〜ＳＡ３，ＳＢ１〜ＳＢ３，ＳＣ１〜ＳＣ３，ＳＤ１〜ＳＤ３は、それぞれ図４の熱流束センサＳ１〜Ｓ３と同様に配置されている。以下、説明の簡略化のために、熱流束センサＳＡ１〜ＳＡ３をまとめて、熱流束センサ群ＳＡと呼び、熱流束センサＳＢ１〜ＳＢ３，ＳＣ１〜ＳＣ３，ＳＤ１〜ＳＤ３も同様に、それぞれ熱流束センサ群ＳＢ，ＳＣ，ＳＤと呼ぶ。

熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤの検出値を取得することで、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８のリチウムイオン濃度分布をそれぞれ算出することが可能になる。また、熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤは、それぞれ電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の一面を覆うように設けられている。具体的には、熱流束センサＳＡ１〜ＳＡ３は、電池セルＣ１と熱伝導板ＢＡとの間に挟み込まれている。拘束部材２１に比べて、熱流束センサＳＡ１〜ＳＡ３及び熱伝導板ＢＡの熱伝導率は十分に大きいため、電池セルＣ１で生じた熱の殆どが、熱流束センサＳＡ１〜ＳＡ３及び熱伝導板ＢＡに流れる。このため、熱流束センサＳＡ１〜ＳＡ３の検出値から電池セルＣ１の発熱分布を算出することができる。

また、熱流束センサＳＢ１〜ＳＢ３は、電池セルＣ３と熱伝導板ＢＢとの間に挟み込まれている。ここで、電池セルＣ３は、電池セルＣ２と接しているが、電池セルＣ３と電池セルＣ２との境界における温度差が、電池セルＣ２と熱伝導板ＢＡとの温度差に比べて十分に小さいため電池セルＣ２において生じた熱は、熱伝導板ＢＡに流れることになる。つまり、電池セルＣ２と電池セルＣ３とが接する面において、断熱境界が生じている。これにより、電池セルＣ３において発生した熱のみが、熱流束センサＳＢ１〜ＳＢ３に伝導されることになる。このため、熱流束センサＳＢ１〜ＳＢ３の検出値を用いて、電池セルＣ３の発熱分布を正確に推定することができる。

同様に、熱流束センサＳＣ１〜ＳＣ３は、電池セルＣ６と熱伝導板ＢＣとの間に挟み込まれており、電池セルＣ６から熱伝導板ＢＣに向かう熱流束を検出する。また、熱流束センサＳＤ１〜ＳＤ３は、電池セルＣ８と熱伝導板ＢＤとの間に挟み込まれており、電池セルＣ８から熱伝導板ＢＤに向かう熱流束を検出する。熱流束センサＳＣ１〜ＳＣ３の検出値を用いて、電池セルＣ６の発熱分布を推定し、熱流束センサＳＤ１〜ＳＤ４の検出値を用いて、電池セルＣ８の発熱分布を推定することができる。

ここで、図４に示す構成と同様に、組電池２０に設けられた推定手段としての電池制御部４０は、熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤの検出値を取得する。この検出値に基づいて、電池制御部４０は、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量分を算出し、その算出結果に基づいて、リチウムイオン濃度分布を推定する。また、図４に示す構成と同様に、各電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８のそれぞれに対して、端子間電圧Ｖを検出する電圧センサ３６を設け、組電池２０に流れる充放電電流Ｉを検出する電流センサ３５を設け、充放電制御手段としての電池制御部４０が組電池２０の充放電制御を実施する構成とする。熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤ、及び、電池制御部４０は、電池制御装置４１を構成する。

図１０に電池制御部４０が実施するリチウムイオン濃度分布算出制御を表すフロー図を示す。

ステップＳ１において、ハイレート放電を実施中か否かを判定する。ハイレート放電を実施中であると判定すると（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２において、各電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量偏差｜ΔＱ｜をそれぞれ取得する。ステップＳ３において、各電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量偏差｜ΔＱ｜のいずれかが、閾値Ｔｈを上回っているか否かを判定する。

各電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量偏差｜ΔＱ｜のいずれかが、閾値Ｔｈを上回っている場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４において、リチウムイオン濃度に偏りが生じていると判定する。そして、ステップＳ５において、リチウムイオン濃度の偏りを解消するために、ハイレート充電を指令し、その後、処理を終了する。また、全ての電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量偏差｜ΔＱ｜が閾値Ｔｈ以下である場合（Ｓ３：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。

ハイレート放電を実施中でないと判定された場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ６において、ハイレート充電を実施中であるか否かを判定する。ハイレート放電及びハイレート充電のいずれも実施していないと判定されると（Ｓ６：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。

ハイレート放電を実施中であると判定された場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ステップＳ７において、各電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量偏差｜ΔＱ｜をそれぞれ取得する。ステップＳ８において、各電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量偏差｜ΔＱ｜のいずれかが、閾値Ｔｈを上回っているか否かを判定する。また、全ての電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量偏差｜ΔＱ｜が閾値Ｔｈ以下である場合（Ｓ３：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。

各電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱量偏差｜ΔＱ｜のいずれかが、閾値Ｔｈを上回っている場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、ステップＳ９において、リチウムイオン濃度に偏りが生じていると判定する。そして、ステップＳ１０において、リチウムイオン濃度の偏りを解消するために、ハイレート放電を指令し、その後、処理を終了する。

以下、本実施形態の効果を述べる。

二次電池１０の電極において、リチウムイオン濃度が低い箇所では、リチウムイオン濃度が高い箇所に比べて、抵抗値が大きくなる。正極と負極との間には同一の電圧が印加されるため、抵抗値が小さい箇所は、抵抗値が大きい箇所に比べて、大きな電流が流れる。このため、リチウムイオン濃度が高い箇所は、リチウムイオン濃度が低い箇所に比べて、発熱量が大きくなる。発熱量が大きい箇所ほど、二次電池１０から二次電池１０の外部に向かう熱流束は大きくなる。そこで、電極の積層方向に平行なリチウムイオン二次電池の２面のうち少なくとも１面に熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を設ける構成とした。そして、その熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の検出値に基づいて、二次電池１０における発熱分布を算出し、その算出結果に基づいて、リチウムイオン濃度分布を推定することが可能になる。

本実施形態では、図９に示すように、リチウムイオン濃度分布の推定対象となる電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８のそれぞれに対し、熱伝導板ＢＡ〜ＢＤを設ける構成とした。このような構成にすることで、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８において生じた熱のほとんどが、熱伝導板ＢＡ〜ＢＤに伝導されることになり、効率的に冷却を実施することができる。さらに、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８と熱伝導板ＢＡ〜ＢＤとの間に挟み込まれるように熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤを設ける構成とした。これにより、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８において生じた熱のほとんどが、熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤにそれぞれ伝導されることになり、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の発熱分布を精度よく検出することが可能になる。

充電過多状態により生じたリチウムイオン濃度の偏りは、ハイレート放電を実施することで解消され、放電過多状態により生じたリチウムイオン濃度の偏りは、ハイレート充電を実施することで解消される。そこで、熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤの検出値を用いたリチウムイオン濃度分布の推定結果に基づいて、組電池２０におけるハイレート放電又はハイレート充電を実施することで、リチウムイオン濃度の偏りを解消することができる。

具体的には、充電過多状態では、電極中央部のリチウムイオン濃度分布が高くなり、その結果、充電を実施すると電極中央部における発熱量が大きくなる。特に、充電過多状態においてハイレート充電を実施すると、電極端部における発熱量と電極中央部における発熱量との偏差｜ΔＱ｜が顕著となる。そこで、ハイレート充電中において、電極中央部における発熱量と電極端部における発熱量との偏差｜ΔＱ｜が、所定の閾値Ｔｈより大きい場合に、充電過多状態を解消するためにハイレート放電を実施する構成とした。

また、放電過多状態では、電極端部のリチウムイオン濃度分布が高くなり、その結果、放電を実施すると電極端部における発熱量が大きくなる。特に、放電過多状態においてハイレート放電を実施すると、電極端部における発熱量と電極中央部における発熱量との偏差が顕著となる。そこで、ハイレート放電中において、電極端部における発熱量と電極中央部における発熱量との偏差｜ΔＱ｜が、所定の閾値Ｔｈより大きい場合に、放電過多状態を解消するためにハイレート充電を実施する構成とした。

複数の電池セルＣ１〜Ｃ８が積層されて組電池２０を構成する場合、各電池セルＣ１〜Ｃ８の冷却性が課題となる。本実施形態の構成では、各電池セルＣ１〜Ｃ８に対して熱伝導板ＢＡ〜ＢＤが設けられているため、効率的に冷却される。さらに、電池セルＣ１〜Ｃ８毎に精度よく熱流束を検出することが可能になる。これにより、一部の電池セルにおいて充電過多又は放電過多が生じていた場合に、その充電過多又は放電過多によるリチウムイオン濃度の偏りを推定することが可能となる。

電池セルＣ１〜Ｃ８は、ラミネート型リチウムイオン二次電池である。ラミネート型リチウムイオン二次電池は、角型缶タイプのリチウムイオン二次電池などと比較し、変形しやすい。そのため、熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤと密着しやすい。このため、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８から熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤを介して熱伝導板ＢＡ〜ＢＤに効率よく熱が伝導され、精度よく熱流束を検出するとともに、電池セルＣ１〜Ｃ８に対する冷却を効率よく行うことができる。

（他の実施形態）
・上記実施形態では、矩形板状の二次電池１０の一面を図４に示すように３つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に分割し、各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に熱流束センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を設ける構成とした。これを変更し、図１１に示すように矩形板状の二次電池１０の一面を６つの領域に分割し、それぞれの領域に熱流束センサＳ１１〜Ｓ１６を設ける構成にしてもよい。ここで、二次電池１０の１面を長手方向に３等分、短手方向に２等分することで、６つの領域に分割している。

また、図１２に示すように矩形板状の二次電池１０の一面を９つの領域に分割し、それぞれの領域に熱流束センサＳ２１〜Ｓ２９を設ける構成にしてもよい。ここで、二次電池１０の１面を長手方向に３等分、短手方向に３等分することで、９つの領域に分割している。

リチウムイオン濃度の偏りは、電極の中心を中心として放射状に生じるため、長手方向の発熱分布に加えて、短手方向の発熱分布を算出して用いることで、より正確にリチウムイオン濃度の偏りを推定することが可能になる。

また、矩形板の中央を含む所定領域である領域Ａ２に熱流束センサを設けるとともに、領域Ａ１，Ａ３のいずれか一方の領域に熱流束センサを設ける構成としてもよい。

・上記実施形態の二次電池１０では、矩形板状の二次電池１０の所定辺に正極端子１４が設けられ、その所定辺に対向する一辺に負極端子１５が設けられている構成とした。これを変更し、例えば、矩形板状の二次電池の同一の辺において、隣り合うように正極端子及び負極端子が設けられている構成としてもよい。

・上記実施形態では、ハイレート放電又はハイレート充電が実施されている場合に、リチウムイオン濃度分布を推定する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、通常放電時又は通常充電時にリチウムイオン濃度分布を推定する構成としてもよい。また、リチウムイオン濃度分布を推定するために、所定間隔でハイレート放電及びハイレート充電の一方を実施し、その実施中にリチウムイオン濃度分布を推定する構成としてもよい。

・上記実施形態において、８つの電池セルＣ１〜Ｃ８のうち、４つの電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８に熱流束センサ群ＳＡ〜ＳＤを設ける構成としたが、これを変更し、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の積層方向に垂直な２面の両面に熱流束センサ群をそれぞれ設ける構成としてもよい。また、組電池２０の有する電池セルＣ１〜Ｃ８のうち、Ｃ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８のみをリチウム濃度分布の推定対象としたが、これを変更し、全ての電池セルＣ１〜Ｃ８をリチウム濃度分布の推定対象としてもよい。

また、電池セルＣ１〜Ｃ８のうち１つの電池セルをリチウム濃度分布の推定対象としてもよい。この場合、電池セルＣ１〜Ｃ８の積層方向中央の電池セルＣ３〜Ｃ６のいずれかをリチウムイオン濃度分布の推定対象とするとよい。積層方向中央の電池セルＣ３〜Ｃ６では、拘束部材２１によって生じる圧力が電池セルＣ１〜Ｃ８の積層方向に垂直な面で均等化される。このため、熱流束センサと電池セルとの密着性がよく、熱流束を精度よく検出することができ、その結果リチウムイオン濃度分布を精度よく推定することが可能になる。

・上記実施形態において、組電池２０の備える電池セルＣ１〜Ｃ８をリチウムイオン濃度分布推定の対象としたが、これを変更し、１の電池セルから構成されている単電池をリチウムイオン濃度分布の推定対象としてもよい。

・第１、第２実施形態において、２つの隣接する電池セルに挟まれるように熱伝導板を１枚設ける構成としたが、これを変更し、電池セルＣ１〜Ｃ８の積層方向に垂直な２面の両面に熱伝導板をそれぞれ設ける構成としてもよい。この場合、１つの電池セルにおいて、２枚の熱伝導板のそれぞれに熱流束センサ群を設ける構成とするとよい。

・充電過多状態の判定に用いる閾値Ｔｈと、放電過多状態の判定に用いる閾値Ｔｈとは異なる値であってもよい。

・充電過多状態と判定された後のハイレート放電、及び、放電過多状態と判定された後のハイレート充電を省略する構成としてもよい。

・上記実施形態では、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の一面を覆うように熱流束センサをそれぞれ設ける構成としたがこれを変更してもよい。例えば、電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の一面を３領域に分割し、各領域の一部に熱流束センサをそれぞれ設ける構成としてもよい。この場合、熱流束センサを設けた電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の一面において、熱流束センサが設けられていない領域に熱流束センサと同じ厚み、かつ、同じ熱伝導率の補助板を設ける構成とするとよい。この補助板を介して、熱伝導板ＢＡ〜ＢＤによる電池セルＣ１，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ８の冷却を実施することが可能となる。この構成では、熱流束センサと補助板との面積に応じて、熱流束センサの出力値を補正することで、各領域において生じた発熱量を算出することができる。

１０…二次電池（リチウムイオン二次電池）、１６…正極集電箔、１７…負極集電箔、４０…電池制御部（推定手段）、４１…電池制御装置、Ｃ１〜Ｃ８…電池セル（リチウムイオン二次電池）、Ｓ１〜Ｓ３…熱流束センサ、ＳＡ〜ＳＤ…熱流束センサ群。

Claims (9)

1. 積層された電極（１６，１７）を含むリチウムイオン二次電池（１０，Ｃ１〜Ｃ８）の電池制御装置（４１）であって、
   前記リチウムイオン二次電池には、前記リチウムイオン二次電池から前記リチウムイオン二次電池の外部に向かう熱流束を検出する複数の熱流束センサ（Ｓ１〜Ｓ３，ＳＡ〜ＳＤ）が、前記電極の積層方向に平行な前記リチウムイオン二次電池の２面のうち少なくとも１面に設けられ、
   前記複数の熱流束センサの検出値に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の発熱分布を算出し、その算出結果に基づいて、前記電極におけるリチウムイオン濃度分布を推定する推定手段（４０）を備えることを特徴とする電池制御装置。
2. 前記リチウムイオン二次電池には、
   前記電極の積層方向に平行な前記リチウムイオン二次電池の２面のうち少なくとも１面に設けられ、前記リチウムイオン二次電池において発生した熱が伝導される熱伝導板（ＢＡ〜ＢＤ）が設けられ、
   前記複数の熱流束センサ（ＳＡ〜ＳＤ）は、前記リチウムイオン二次電池と前記熱伝導板との間にそれぞれ挟み込まれており、前記リチウムイオン二次電池から前記熱伝導板に向かう熱流束をそれぞれ検出することを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
3. 前記推定手段による前記リチウムイオン濃度分布の推定結果に基づいて、前記リチウムイオン二次電池における充放電を、前記リチウムイオン二次電池に流れる電流を増加させて実施する充放電制御手段（４０）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池制御装置。
4. 前記充放電制御手段は、充電時において、前記電極の中央部における発熱量と前記電極の端部における発熱量との偏差が、所定の閾値より大きい場合に、前記リチウムイオン二次電池に流れる電流を増加させて前記二次電池における放電を実施することを特徴とする請求項３に記載の電池制御装置。
5. 前記充放電制御手段は、放電時において、前記電極の中央部における発熱量と前記電極の端部における発熱量との偏差が、所定の閾値より大きい場合に、前記リチウムイオン二次電池に流れる電流を増加させて前記二次電池における充電を実施することを特徴とする請求項３又は４に記載の電池制御装置。
6. 複数の前記二次電池は、前記電極の積層方向に積層されて組電池（２０）を構成していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電池制御装置。
7. 前記リチウムイオン二次電池は、ラミネート型リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電池制御装置。
8. 前記リチウムイオン二次電池は、矩形板状であり、その矩形板の所定辺に正極端子（１４）が設けられるとともに、その所定辺と対向する辺に負極端子（１５）が設けられており、
   前記電極の積層方向に平行な前記リチウムイオン二次電池の２面のうち少なくとも１面において、前記矩形板の中央を含む所定領域（Ａ２）、及び、他の領域（Ａ１．Ａ３）のそれぞれに対し、前記熱流束センサが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電池制御装置。
9. 前記電極の積層方向に平行な前記リチウムイオン二次電池の２面のうち少なくとも１面において、前記正極端子の周囲の領域（Ａ１）、前記負極端子の周囲の領域（Ａ３）、及び、前記矩形板の中央の領域（Ａ２）のそれぞれに対し、前記熱流束センサが設けられていることを特徴とする請求項８に記載の電池制御装置。

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