JP5737336B2 - 電池システム、車両及び電池搭載機器 - Google Patents

Description

本発明は、発電要素及びリチウム塩を含有する電解液を有するリチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池の放電電流を制御する放電制御手段とを備える電池システムに関する。このような電池システムを搭載した車両及び電池搭載機器に関する。

近年、ハイブリッド車やノート型パソコン、ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器の駆動用電源に、リチウムイオン二次電池（以下、単に電池ともいう）が利用されている。
このような電池を比較的大きな放電電流で放電させると、この放電電流を流し続ける一連の放電期間において、電池電圧は、放電開始直後に瞬時に大きく減少し（第１段階）、その後、徐々に減少する（第２段階）という、２段階の電池電圧の減少形態を示す特性が知られている。
なお、このうち、第１段階は、例えば、電池を構成する部材同士の接触抵抗など、電池特性によらない、通電抵抗に対応していると考えられる。一方、第２段階は、電解液中のリチウム塩が、電池反応のために拡散している期間に対応していると考えられる。

ところで、電池の制御を行う技術として、放電時の電池電圧が下限電圧を下回ると出力制限を行う技術（特許文献１）が知られている。また、放電電流の二乗積算値から放電電流の制御を行う技術（特許文献２）も知られている。

特開平７−２５５１３３号公報 特開２００６−１４９１８１号公報

電池を、例えば１０Ｃ以上の比較的大きな電流で放電（以下、ハイレート放電ともいう）させると、発電要素に含浸された電解液のリチウム塩濃度が、場所的に徐々に不均一になり、濃度分布が生じる。これにより、電解液のリチウム塩濃度が最適な濃度からずれるために、電池の内部抵抗が高くなる劣化現象（以下、ハイレート劣化ともいう）が生じることが判ってきた。
さらに、このハイレート劣化は、放電期間の第２段階（前述）のうち、この第２段階の開始からしばらく経過した後期において、放電電流が大きすぎるために、電池反応にリチウム塩の拡散が追いつかず、リチウム塩濃度の不均一が生じるからであると考えられる。
従って、このような現象が生じている場合には、電池反応においてキャリアとなるリチウム塩が減少するので、電池に化学的に蓄えられている電気エネルギで決まる電池電圧よりも、低い電池電圧にならざるを得ない。つまり、この第２段階の後期において電池電圧が加速度的に低下する現象が生じる。

電池では、このようにハイレート放電によって、電解液のリチウム塩濃度が場所的に徐々に不均一になるなど、放電に伴う電池反応によって電池劣化を生じる。
しかしながら、前述の技術（特許文献１及び特許文献２）では、ハイレート劣化を含む電池劣化を、適切に抑制することができなかった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、電池の劣化の進行を抑制するなど、電池に適合した放電パターンでの放電を行わせることができる電池システムを提供することを目的とする。また、このような電池システムを備える車両及び電池搭載機器を提供することを目的とする。

例えば、正極板と負極板との間にセパレータを介在させた発電要素、及び、上記発電要素に含浸され、リチウム塩を含有する電解液、を有するリチウムイオン二次電池と、上記リチウムイオン二次電池から放電される放電電流を制御する放電制御手段と、上記リチウムイオン二次電池の電池電圧を検知する電圧検知手段と、を備える電池システムであって、上記放電制御手段は、上記放電電流を流し続ける一連の放電期間における、放電開始からの経過時間と上記電池電圧との関係を逐次得る関係取得手段を有し、上記一連の放電期間内において、既に得られている上記経過時間と電池電圧との関係に基づき、以降の上記リチウムイオン二次電池の上記放電電流の大きさを制御する電池システムとするのが好ましい。

前述したように、放電期間における電池電圧の低下の様子、即ち、放電開始からの経過時間と電池電圧との関係から、電池が劣化を生じる状態でハイレート放電を行っているかどうかを検知しうるなど、放電時の電池の駆動条件（放電電流の大きさの選択など）の適否を知ることができる。
これに対し、上述の電池システムでは、放電制御手段は、一連の放電期間において、経過時間と電池電圧との関係を逐次得る関係取得手段を有する。これにより、例えば、ハイレート放電を行っている電池における、前述の電池電圧の第２段階の後期における加速度的な低下現象を適切に捉えることができる。そして、これに応じて、以降の電池の放電電流を大きさを相対的に小さな値に制限するなど、適切な放電電流制御を行うことができる。
かくして、電池における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池に適合した放電パターンでの放電を行わせることができる。

さらに、上述の電池システムであって、前記関係取得手段は、前記放電開始からの経過時間と前記電池電圧との関係として、前記経過時間の平方根に対する前記電池電圧の単位時間あたりの変化量である電圧変化速度の関係である、第１関係を逐次得る第１関係取得手段であり、前記放電制御手段は、上記第１関係のうち、前記一連の放電期間のうちの初期期間に得た、初期第１関係に倣う回帰直線と、上記初期期間以降に得た上記電圧変化速度と、を逐次比較して、上記初期期間以降に得た上記電圧変化速度が上記回帰直線から乖離したか否かを検知する乖離検知手段と、上記乖離を検知した場合に、以降の前記リチウムイオン二次電池を流れる前記放電電流の大きさを低下させる放電電流低下手段と、を有する電池システムとすると良い。

ところで、前述した第２段階の状態にある電池では、放電開始からの経過時間の平方根と、電池電圧の単位時間あたりの変化量である電圧変化速度との間に直線関係があることが判ってきた。また、放電電流が大きい場合、例えばハイレート放電の場合には、この第２段階の後期において、この直線関係を示す回帰直線から、電圧変化速度が乖離する、即ち、電池電圧が第２段階において加速的に低下する現象が生じる場合があることも判ってきた。なお、このように乖離するときには、電池の発電要素において、電解液に含まれるリチウム塩の濃度が場所的に不均一になり、リチウム塩濃度の濃い部分や薄い部分が生じるために、電池の内部抵抗が高くなることも判ってきた。

この知見を基づいて、上述の電池システムでは、関係取得手段を、経過時間の平方根と電圧変化速度との関係（第１関係）を逐次得る第１関係取得手段とし、放電制御手段は、上述の乖離検知手段と放電電流低下手段とを有する。このため、電圧変化速度が回帰直線から乖離する現象を適切に捉えることができる。そして、これに応じて、以降の放電電流の大きさを小さい値に制限する等の、電池に適切な放電電流の制御を行うことができる。これにより発電要素において、電解液のリチウム塩濃度に場所的な不均一が生じるのを抑制し、電池が劣化するのを抑制することができる。

なお、初期期間とは、放電期間のうち前述した第２段階、即ち、第１段階を過ぎて電池電圧が徐々に減少している期間のうち、当初の期間を指し、例えば、放電開始から０．１〜０．５秒の期間が該当する。また、初期第１関係とは、初期期間における、経過時間の平方根と電圧変化速度との関係をいう。

本発明の一態様は、正極板と負極板との間にセパレータを介在させた発電要素、及び、上記発電要素に含浸され、リチウム塩を含有する電解液、を有するリチウムイオン二次電池と、上記リチウムイオン二次電池から放電される放電電流を制御する放電制御手段と、上記リチウムイオン二次電池の充電状態を検知する充電状態検知手段と、上記リチウムイオン二次電池の電池温度を検知する電池温度検知手段と、上記リチウムイオン二次電池から放電させる放電電流の大きさを検知する放電電流検知手段と、を備える電池システムであって、上記放電制御手段は、放電開始に先立ち、予め検知した上記充電状態、上記電池温度及び上記放電電流の大きさを用いて、上記リチウムイオン二次電池に許容する、放電開始からの放電許容期間を得る放電許容期間取得手段と、放電開始後、上記放電電流を流し続ける一連の放電期間の長さが、上記放電許容期間以上となった場合に、以降の上記リチウムイオン二次電池を流れる上記放電電流の大きさを低下させる経過後放電電流低下手段と、を有する電池システムである。

上述の電池システムでは、放電制御手段は、上述の放電許容期間取得手段と経過後放電電流低下手段とを有する。このため、一連の放電期間の長さ（放電開始からの経過時間）が放電許容期間以上となった場合には、以降の電池を流れる放電電流の大きさを低下させる。これにより、第２段階の後期において電池電圧が加速度的に低下するなどの現象を防止することができる。
かくして、電池における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池に適合した放電パターンでの放電を行わせることができる。

なお、放電許容期間とは、一連の放電期間において、放電開始から、経過後放電電流低下手段による放電電流の低下を行わせるまでの期間として予め定めた期間をいう。この放電許容期間は、充電状態、電池温度及び放電電流の大きさに応じて与えられる期間であり、例えば、充電状態、電池温度及び放電電流の大きさの３つの条件下で、予め得ておいた、前述の回帰直線から電圧変化速度が乖離するまでの時間を用いることができる。

さらに、本発明の他の態様は、前述の電池システムを備える車両である。

上述の車両は、前述の電池システムを備えるので、電池電圧の時間変化、或いは、一連の放電期間の長さに応じて、適切な放電電流制御を行うことができる。従って、電池における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池に適合した放電パターンでの放電が可能な車両とすることができる。

なお、車両としては、その動力源の全部あるいは一部に電池による電気エネルギを使用している車両であれば良く、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータが挙げられる。

さらに、本発明の他の態様は、前述の電池システムを備える電池搭載機器である。

上述の電池搭載機器は、前述の電池システムを備えるので、電池電圧の時間変化、或いは、一連の放電期間の長さに応じて、適切な放電電流制御を行うことができる。従って、電池における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池に適合した放電パターンでの放電が可能な電池搭載機器とすることができる。

なお、電池搭載機器としては、電池を搭載しこれをエネルギー源の少なくとも１つとして利用する機器であれば良く、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器が挙げられる。

参考形態１，実施形態１にかかる車両の斜視図である。 参考形態１のリチウムイオン二次電池の斜視図である。 参考形態１のリチウムイオン二次電池の断面図（図２のＡ−Ａ断面）である。 リチウムイオン二次電池の放電時間と、電池電圧との関係を示すグラフである。 リチウムイオン二次電池の平方根放電時間と、電圧変化速度との関係を示すグラフである。 参考形態１のフローチャートである。 参考形態１のフローチャートである。 リチウムイオン二次電池の平方根放電時間と、電圧変化速度との関係を示すグラフである。 実施形態１のリチウムイオン二次電池の斜視図である。 リチウムイオン二次電池の放電時間と、電池電圧との関係を示すグラフである。 リチウムイオン二次電池の平方根放電時間と、電池電圧との関係を示すグラフである。 リチウムイオン二次電池の放電許容期間と、放電電流との関係を示すグラフである。 実施形態１のフローチャートである。 実施形態２のハンマードリルの斜視図である。

（参考形態１）
次に、参考形態１について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本参考形態１にかかる車両１００について説明する。図１に車両１００の斜視図を示す。
この車両１００は、組電池１２０をなす複数の電池１，１、これら複数の電池１，１の各電池電圧ＶＴを検知する電池監視装置１２２、及び、電池１，１の放電電流ＤＣを制御する制御装置１３０を備える。また、これらの他に、エンジン１５０、フロントモータ１４１、リアモータ１４２、ケーブル１６０、第１インバータ１７１、第２インバータ１７２及び車体１９０を有するハイブリッド電気自動車である。また、本参考形態１にかかる電池システムＭ１は、電池１，１、電池監視装置１２２及び制御装置１３０からなる。

車両１００の制御装置１３０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有し、所定のプログラムによって作動するマイクロコンピュータを含んでいる。この制御装置１３０は、車両１００の内部に搭載された、フロントモータ１４１、リアモータ１４２、エンジン１５０、第１インバータ１７１、第２インバータ１７２及び電池監視装置１２２とそれぞれ通信する。そして、この制御装置１３０は、フロントモータ１４１、リアモータ１４２、エンジン１５０、第１インバータ１７１及び第２インバータ１７２を制御する。また、この制御装置１３０は、電池１から放電される放電電流ＤＣを制御する。

車両１００の組電池１２０は、内部に複数の電池１，１を配置した電池部１２１と、電池監視装置１２２とを有する（図１参照）。このうち、電池監視装置１２２は、図示しないセンシング線を用いて各電池１，１の電池電圧ＶＴを検知する。
また、電池部１２１は、バスバ（図示しない）とのボルト締結にて、互いに直列に接続されている複数の電池１，１を収容している。

複数の電池１，１は、正極板２１、負極板２２及びセパレータ２３を含む発電要素２０を有する捲回形のリチウムイオン二次電池である（図２参照）。なお、発電要素２０は、矩形箱状の電池ケース１０に収容されている。

この発電要素２０は、帯状の正極板２１及び負極板２２が、ポリエチレンからなる帯状のセパレータ２３を介して扁平形状に捲回されている（図２参照）。この発電要素２０は、図３に示すように、図３中、左方に延出する正極板２１の正極リード部２１ｆと、図３中、右方に延出する負極板２２の負極リード部２２ｆとを有する。この正極リード部２１ｆは、クランク状に屈曲した板状の正極集電部材７１に接合されている（図２参照）。なお、この正極集電部材７１の先端側（図２中、上方）に位置する正極端子部７１Ａが、電池ケース１０から図２中、上方に突出している。また、負極リード部２２ｆは、クランク状に屈曲した板状の負極集電部材７２に接合されている（図２参照）。なお、この負極集電部材７２の先端側（図２中、上方）に位置する負極端子部７２Ａが、電池ケース１０から図２中、上方に突出している。

また、この発電要素２０は、リチウム塩を含有する電解液３０を含浸している。この電
解液３０は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを、体積比でＥＣ：ＥＭＣ＝３：７に調整した混合有機溶媒に、溶質としてＬｉＰＦ₆を
添加した有機電解液である。

ところで、電池１を放電させると、放電時の放電電流を流し続ける一連の放電期間において、電池電圧ＶＴは、放電開始直後に瞬時に大きく減少し（第１段階）、その後、徐々に減少する（第２段階）という、２段階の減少特性を示す。
図４に示す、電池１の電池電圧ＶＴの経時変化を示すグラフを用いて、具体的に説明する。
電池電圧ＶＴが当初電圧ＶＬである電池１について、放電時間ＴＤ＝０で放電を開始させる。すると、放電開始（ＴＤ＝０）から時間０．１秒（ＴＤ＝０．１）経過後には、電池電圧ＶＴが、電圧ＶＭにまで急激に低下する（第１段階）。
続くその後（ＴＤ＞０．１）の電池１の電池電圧ＶＴは、電圧ＶＭを起点として、第１段階よりも緩やかに低下する（第２段階）。

なお、この第２段階における放電時間ＴＤと電池電圧ＶＴとの関係として、横軸に放電時間ＴＤの平方根である平方根放電時間ＴＤＨをとり、縦軸に電池電圧ＶＴの単位時間（本参考形態１では１秒）あたりの変化量である電圧変化速度ＶＶをとると、これらの間には、直線関係を有することが判ってきた。即ち、図５のグラフに示すように、横軸に放電時間ＴＤの平方根をとると、電圧変化速度ＶＶは直線的に低下する。

但し、第２段階の電池１を放電し続けると、第２段階の後期において、平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとの間には、直線関係がなくなる場合のあることも判ってきた。つまり、図５において破線で示すように、電池１の電圧変化速度ＶＶは、平方根放電時間ＴＤＨがＴ２Ｈとなった以降、直線の延長（図５中、一点鎖線の直線）から乖離するように変化することがある。この場合、図４に破線で示すように、放電期間の後期に、電池電圧ＶＴが加速的に低下していることに対応する。さらに、このような場合、電池１の発電要素２０に含浸された電解液３０のリチウム塩濃度が、場所的に徐々に不均一になり、濃度分布が生じることが判ってきた。なお、このようなリチウム塩の濃度分布は、電池１の内部抵抗を高くする原因の１つである。

以上の知見を踏まえて、本参考形態１の電池システムＭ１における、電池１の制御について、図６，７のフローチャートを参照しつつ詳述する。

まず、図６に示すメインルーチンにおいて、車両１００の作動を開始（キーオン）する（ステップＳ１）と、車両１００の制御装置１３０が起動する。続くステップＳ２では、電池１を車両１００の走行等に伴って放電させるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち電池１を放電させない場合、ステップＳ２を繰り返す。一方、ＹＥＳ、即ち電池１を放電させる場合には、電池１を放電させて、ステップＳ２０の第１関係取得サブルーチンに進む。

ステップＳ２０の第１関係取得サブルーチンについて、図７を参照しつつ説明する。
まず、ステップＳ２１では、電池１の放電時間ＴＤ（即ち、放電開始からの経過時間）、及び、電池１の電池電圧ＶＴの測定をそれぞれ行う。
続いて、ステップＳ２２では、平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとの関係を示す第１関係Ｗを取得する。具体的には、ステップＳ２１で測定した、放電時間ＴＤから平方根放電時間ＴＤＨを、前回と今回得た電池電圧ＶＴから電圧変化速度ＶＶを、それぞれ算出する。そして、これら平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとを関係づけて記憶する。なお、この平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとの関係を第１関係Ｗ（横軸を平方根放電時間ＴＤＨ、縦軸を電圧変化速度ＶＶのグラフに表しうる関係）とする。このステップＳ２２の後、メインルーチンに戻る。

メインルーチンのステップＳ３では、電池１を引き続き放電させるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち電池１を引き続き放電させない場合、ステップＳ１１に進み、ここで電池１における一連の放電期間ＪＤを終了させて、ステップＳ２に戻る。一方、ＹＥＳ、即ち引き続き放電させる場合には、ステップＳ４に進み、放電時間ＴＤが、初期期間ＴＦを過ぎたか否かを判別する。なお、初期期間ＴＦとは、一連の放電期間ＪＤにおける第２段階のうち、当初の期間に該当し、本参考形態１では、０．５秒間としている。

ここで、ＮＯ、即ち放電時間ＴＤが初期期間ＴＦを未だ過ぎていない場合には、ステップＳ２０に戻り、第１関係取得サブルーチンを再度行う。このため、第１関係取得サブルーチンＳ２０が、逐次（本参考形態１では、０．１０秒毎）行われる。
一方、ＹＥＳ、即ち放電時間ＴＤが初期期間ＴＦを過ぎた場合には、ステップＳ５に進む。

次いで、ステップＳ５では、初期期間ＴＦにおいて取得した複数の第１関係Ｗ（平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとの関係）である初期第１関係ＷＰを用いて、平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとの回帰直線ＬＮ１の式を算出する（ＬＮ１：ＶＶ＝−ａ・ＴＤＨ＋ｂ（ａ，ｂは定数））。なお、初期第１関係ＷＰについて、横軸を平方根放電時間ＴＤＨ、縦軸を電圧変化速度ＶＶのグラフに表すと、図８のようになる。

上述のステップＳ６の後、前述した第１関係取得サブルーチンと同様の、第１関係取得サブルーチンＳ３０に進む。
続いて、ステップＳ７では、電池１を引き続き放電させるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち電池１を引き続き放電させない場合、ステップＳ１１に進み、ここで電池１における一連の放電期間ＪＤを終了させて、ステップＳ２に戻る。一方、ＹＥＳ、即ち引き続き放電させる場合には、ステップＳ７に進み、上述の第１関係取得サブルーチンＳ３０で関係づけた、平方根放電時間ＴＤＨにおける電圧変化速度ＶＶ、即ち、平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとの間の関係である第１関係Ｗを用いて、電圧変化速度ＶＶが回帰直線ＬＮ１から乖離したか否かを判別する。
なお、電圧変化速度ＶＶが回帰直線ＬＮ１から乖離するとは、平方根放電時間ＴＤＨから回帰直線ＬＮ１を用いて得た回帰電圧変化速度ＶＶＫと、実際に得た電圧変化速度ＶＶとの差が所定の判定値Ｋよりも大きくなった場合（｜ＶＶＫ−ＶＶ｜＞Ｋ）をいう。

ここで、ＮＯ、即ち第１関係Ｗが回帰直線ＬＮ１から乖離していない場合には、ステップＳ３０に戻り、第１関係取得サブルーチンを再度行う。一方、ＹＥＳ、即ち第１関係Ｗが回帰直線ＬＮ１から乖離した場合には、ステップＳ８に進み、電池１の放電電流ＤＣの大きさを小さく制限する。

次に、ステップＳ９では、電池１を引き続き放電させるか否かを判別する。
ここで、ＹＥＳ、即ち引き続き放電させる場合には、ステップＳ９を繰り返す。一方、ＮＯ、即ち電池１を引き続き放電させない場合、ステップＳ１０に進み、放電電流ＤＣの制限を解除し、一連の放電期間ＪＤを終了させて（ステップＳ１１）、ステップＳ２に戻る。

なお、本参考形態１の制御装置１３０が放電制御手段に、電池監視装置１２２が電圧検知手段に、放電時間ＴＤが放電開始からの経過時間に、第１関係取得サブルーチンＳ２０，Ｓ３０が関係取得手段（第１関係取得手段）に、それぞれ対応する。また、ステップＳ７が乖離検知手段に、ステップＳ８が放電電流低下手段に、それぞれ対応する。

以上より、本参考形態１にかかる車両１００の電池システムＭ１は、一連の放電期間ＪＤにおいて、放電時間ＴＤと電池電圧ＶＴとの関係、具体的には、平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとの関係である第１関係Ｗを逐次得る関係取得手段Ｓ２０，Ｓ３０を有する。これにより、例えば、ハイレート放電を行っている電池１における、前述の電池電圧ＶＴの第２段階の後期における加速度的な低下現象を適切に検出することができる。そして、これに応じて、この検出以降、電池１の放電電流ＤＣを大きさを相対的に小さな値に制限するなど、適切な放電電流制御を行うことが可能となる。
かくして、電池１における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池１に適合した放電パターンでの放電を行わせることができる。

また、関係取得手段Ｓ２０，Ｓ３０は、平方根放電時間ＴＤＨと電圧変化速度ＶＶとの関係である第１関係Ｗを逐次得る第１関係取得手段Ｓ２０，Ｓ３０であり、電池システムＭ１は、乖離検知手段Ｓ７と放電電流低下手段Ｓ８とを有する。このため、電圧変化速度ＶＶが回帰直線ＬＮ１から乖離する現象を適切に捉えることができる。そして、電圧変化速度ＶＶの乖離現象に応じて、電池１に適切な放電電流ＤＣの制御を行うことができる。これにより電池１の発電要素２０において、電解液３０のリチウム塩濃度に場所的な不均一が生じるのを抑制し、電池１が劣化するのを抑制することができる。

また、本参考形態１にかかる車両１００は、電池システムＭ１を備えるので、電池電圧ＶＴの時間変化（電圧変化速度ＶＶ）に応じて、適切な放電電流制御を行うことができる。従って、電池１における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池１に適合した放電パターンでの放電が可能な車両１００とすることができる。

（実施形態１）
次に、本発明の実施形態１にかかる車両２００について、図１，３〜５，９〜１３を参照しつつ説明する。
本実施形態１は、電池システムＭ２における制御装置１３０で、電池の充電状態、電池温度及び放電電流の大きさに応じて放電開始からの放電許容期間を得る点、及び、電池の電池温度を検知する熱電対を有する点で、参考形態１と異なる。

本実施形態１の電池２は、図９に示すように、前述の参考形態１の電池１に加えて、電池ケース１０のうち、図９中、手前に面する第１主面１０Ｆの中央付近に、熱電対４０を配置している。なお、この熱電対４０は絶縁テープＴＰで電池ケース１０に固定されている。また、この熱電対４０は、電池監視装置１２２に接続しており、電池監視装置１２２を通じて、制御装置１３０に電池温度ＴＭの情報が送信される。

ところで、本実施形態１の制御装置１３０には、各電池温度ＴＭ毎で、各充電状態ＳＣ毎で、かつ、電池１の放電電流ＤＣの大きさ毎に、放電許容期間ＴＧをまとめたマップＭＰが記憶されている。なお、この放電許容期間ＴＧは、電池２の一連の放電期間ＪＤにおいて、放電開始から放電電流ＤＣを小さく制限させるまでの猶予期間として、予め定めた期間をいう。また、本実施形態１では、この放電許容期間ＴＧとして、充電状態ＳＣ、電池温度ＴＭ及び放電電流ＤＣの大きさをそれぞれ定めた状態で、以下に示すようにして、予め得ておいた、放電開始から、電池電圧ＶＴが回帰直線から乖離するまでの時間を用いる。

放電許容期間ＴＧのマップＭＰの作成方法について、具体的に説明する。
まず、所定の電池温度ＴＭＶで、かつ、所定の充電状態ＳＣＶである電池２を用意し、所定の放電電流ＤＣＶを流す放電試験を行う。この試験により、前述した図４に示す、電池１の電池電圧ＶＴの経時変化を得た。
この試験結果について、放電開始（放電時間ＴＤ＝０）から時間Ｔ１（本実施形態１では０．１秒）経過時の電池電圧ＶＴ分だけシフトさせる。即ち、時間Ｔ１における電圧ＶＭが０Ｖとなるように、グラフの縦軸を移動させる（図１０参照）。

次いで、図１０に示すグラフの横軸を、放電時間ＴＤから平方根放電時間ＴＤＨに変更して、平方根放電時間ＴＤＨにおける電池電圧ＶＴを示すグラフにする（図１１参照）。
なお、時間Ｔ１は、平方根時間Ｔ１Ｈになる。
すると、平方根放電時間ＴＤＨと電池電圧ＶＴとの関係は、直線関係を示すものの、放電の後期において曲線関係を示すことが判る。そこで、平方根時間Ｔ１Ｈ（√０．１）〜√０．５の範囲の平方根放電時間ＴＤＨにおける各電池電圧ＶＴを用いて、直線の回帰直線ＬＮ２を決定する。
そして、この回帰直線ＬＮ２と、平方根放電時間ＴＤＨにおける電池電圧ＶＴとを重ねる。これにより、平方根放電時間ＴＤＨにおける電池電圧ＶＴが、回帰直線ＬＮ２から乖離する乖離平方根放電時間ＴＤＧが判る（図１１参照）。この乖離平方根放電時間ＴＤＧを二乗した数値を、所定の電池温度ＴＭＶ、所定の充電状態ＳＣＶ及び所定の放電電流ＤＣＶの大きさにおける、上述の放電許容期間ＴＧとする。

次に、所定の電池温度ＴＭＶ、及び、所定の充電状態ＳＣＶである電池２について、放電電流ＤＣの大きさを複数変えて、上述と同様の放電試験を行い、この条件での放電許容期間ＴＧを得る。このようにして、所定の電池温度ＴＭＶ、及び、所定の充電状態ＳＣＶにおける、放電許容期間ＴＧと、放電電流ＤＣの大きさとの関係を示すグラフが完成する（図１２参照）。
さらに、電池温度ＴＭ及び充電状態ＳＣをそれぞれ変えて、上述と同様の放電試験を行う。このようにして、各電池温度ＴＭ（−３０〜６０℃）、各充電状態ＳＣ（０〜１００％）における、放電許容期間ＴＧと、放電電流ＤＣの大きさとの関係を示すグラフが複数完成する。従って、各電池温度ＴＭ、各充電状態ＳＣ及び放電電流ＤＣの大きさによる、放電許容期間ＴＧのマップＭＰができあがる。そこでこれを記憶しておく。

上述した放電許容期間ＴＧのマップＭＰを収容する制御装置１３０が、本実施形態１の電池システムＭ２における、電池２の放電電流ＤＣを制御する放電制御について、図１３のフローチャートを参照しつつ詳述する。

まず、車両２００の作動を開始（キーオン）する（ステップＳ４１）と、車両２００の制御装置１３０が起動する。続くステップＳ４２では、電池２を放電させるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち電池２を放電させない場合、ステップＳ４２を繰り返す。一方、ＹＥＳ、即ち電池２を放電させる場合には、ステップＳ４３に進み、電池２の電池温度ＴＭ、充電状態ＳＣ及び放電電流ＤＣの大きさをそれぞれ検知する。

具体的には、電池２の電池温度ＴＭについては、前述の熱電対４０を用いて検知する（図９参照）。また、電池２の充電状態ＳＣについては、制御装置１３０に蓄積された充放電電流の積算値から算出する。また、放電電流ＤＣの大きさは、制御装置１３０がインバータ１７１，１７２に指令する指令値から判る。

続いて、ステップＳ４４では、放電許容期間ＴＧを取得する。具体的には、制御装置１３０に収容する放電許容期間ＴＧのマップＭＰから、ステップＳ４３で得た、電池２の電池温度ＴＭ、充電状態ＳＣ及び放電電流ＤＣの大きさに全て合致する条件の放電許容期間ＴＧを選択する。
その後、ステップＳ４５に進み、電池２の放電を開始し、電池２の放電時間ＴＤの測定を行う（ステップＳ４６）。

次に、ステップＳ４７では、電池２を引き続き放電させるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち電池２を引き続き放電させない場合、ステップＳ５２に進み、ここで電池２における一連の放電期間ＪＤを終了させて、ステップＳ４２に戻る。一方、ＹＥＳ、即ち引き続き放電させる場合には、ステップＳ４８に進み、放電時間ＴＤから放電許容期間ＴＧを引いた差分が０以上になるか否かを判別する。

ここで、ＮＯ、即ち放電時間ＴＤから放電許容期間ＴＧを引いた差分が負になる場合には、ステップＳ４６に戻る。一方、ＹＥＳ、即ち放電時間ＴＤから放電許容期間ＴＧを引いた差分が０以上になる場合には、ステップＳ４９に進み、電池２の放電電流ＤＣの大きさを小さく制限する。

次に、ステップＳ５０に進み、電池２を引き続き放電させるか否かを判別する。
ここで、ＹＥＳ、即ち引き続き放電させる場合、放電電流ＤＣを制限した状態でステップＳ５０を繰り返す。一方、ＮＯ、即ち電池２を引き続き放電させない場合には、ステップＳ５１に進み、放電電流ＤＣの制限を解除し、一連の放電期間ＪＤを終了させて（ステップＳ５２）、ステップＳ４２に戻る。

なお、本実施形態１の制御装置１３０が充電状態検知手段及び放電電流検知手段に、熱電対４０が電池温度検知手段に、ステップＳ４４が放電許容期間取得手段に、ステップＳ４９が経過後放電電流低下手段に、それぞれ対応している。

以上より、本実施形態１にかかる車両２００の電池システムＭ２は、上述の放電許容期間取得手段Ｓ４４と経過後放電電流低下手段Ｓ４９とを有する。このため、放電時間ＴＤが放電許容期間ＴＧ以上になった場合（即ち、放電時間ＴＤから放電許容期間ＴＧを引いた差分が０以上）でも、例えば、図１３に示すフローチャートのステップＳ４９以降の電池２を流れる放電電流ＤＣの大きさを低下させ、第２段階において電池電圧ＶＴが加速度的に低下するなどの現象を防止することができる。
かくして、電池２における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池２に適合した放電パターンでの放電を行わせることができる。

また、本実施形態１にかかる車両２００は、電池システムＭ２を備えるので、一連の放電期間ＪＤの長さ（放電時間ＴＤ）に応じて、適切な放電電流制御を行うことができる。従って、電池１における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池２に適合した放電パターンでの放電が可能な車両２００とすることができる。

（実施形態２）
また、本実施形態２のハンマードリル３００は、前述した電池システムＭ２を内蔵するバッテリパック３１０を搭載したものであり、図１４に示すように、バッテリパック３１０、本体３２０を有する電池搭載機器である。なお、バッテリパック３１０はハンマードリル３００の本体３２０のうちパック収容部３２１に脱着可能に収容されている。

また、本実施形態２にかかるハンマードリル３００は、上述の電池システムＭ２を備えるので、電池電圧ＶＴの時間変化（電圧変化速度ＶＶ）、又は、一連の放電期間ＪＤの長さ（放電時間ＴＤ）に応じて、適切な放電電流制御を行うことができる。従って、電池２における、ハイレート劣化などの劣化の進行を適切に抑制するなど、電池２に適合した放電パターンでの放電が可能なハンマードリル３００とすることができる。

以上において、本発明を実施形態１及び実施形態２に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。

１，２ 電池（リチウムイオン二次電池）
２０ 発電要素
２１ 正極板
２２ 負極板
２３ セパレータ
３０ 電解液
４０ 熱電対（電池温度検知手段）
１００，２００ 車両
１２２ 電池監視装置（電圧検知手段）
１３０ 制御装置（放電制御手段）
３００ 電池搭載機器
３１０ バッテリパック（電池システム）
ＤＣ 放電電流
ＪＤ 一連の放電期間
ＬＮ１，ＬＮ２ 回帰直線
Ｍ１，Ｍ２ 電池システム
ＳＣ 充電状態
ＴＤ 放電時間（経過時間）
ＴＤＨ 平方根放電時間（経過時間の平方根）
ＴＦ 初期期間
ＴＧ 放電許容期間
ＴＭ 電池温度
ＶＴ 電池電圧
ＶＶ 電圧変化速度
Ｗ 第１関係
ＷＰ 初期第１関係

Claims (3)

1. 正極板と負極板との間にセパレータを介在させた発電要素、及び、
   上記発電要素に含浸され、リチウム塩を含有する電解液、を有する
   リチウムイオン二次電池と、
   上記リチウムイオン二次電池から放電される放電電流を制御する放電制御手段と、
   上記リチウムイオン二次電池の充電状態を検知する充電状態検知手段と、
   上記リチウムイオン二次電池の電池温度を検知する電池温度検知手段と、
   上記リチウムイオン二次電池から放電させる放電電流の大きさを検知する放電電流検知手段と、を備える
   電池システムであって、
   上記放電制御手段は、
   放電開始に先立ち、予め検知した上記充電状態、上記電池温度及び上記放電電流の大きさを用いて、上記リチウムイオン二次電池に許容する、放電開始からの放電許容期間を得る放電許容期間取得手段と、
   放電開始後、上記放電電流を流し続ける一連の放電期間の長さが、上記放電許容期間以上となった場合に、以降の上記リチウムイオン二次電池を流れる上記放電電流の大きさを低下させる経過後放電電流低下手段と、を有する
   電池システム。
2. 請求項１に記載の電池システムを備える車両。
3. 請求項１に記載の電池システムを備える電池搭載機器。

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