JPH10302844A - リチウム二次電池の劣化防止装置 - Google Patents

リチウム二次電池の劣化防止装置

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JPH10302844A
JPH10302844A JP9107652A JP10765297A JPH10302844A JP H10302844 A JPH10302844 A JP H10302844A JP 9107652 A JP9107652 A JP 9107652A JP 10765297 A JP10765297 A JP 10765297A JP H10302844 A JPH10302844 A JP H10302844A
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Japan
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battery
lithium secondary
secondary battery
remaining capacity
voltage
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JP9107652A
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Noboru Sato
登 佐藤
Kazuhiro Araki
一浩 荒木
Naoki Maruno
直樹 丸野
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】リチウム二次電池セルの直列接続で構成される
バッテリの高電位放置時における不可逆的な容量劣化を
防止する。 【解決手段】電流センサ１６により検出されるバッテリ
電流Ｉｂが微小であって、電圧センサ１４により検出さ
れるバッテリ電圧Ｖｂが、リチウム二次電池セルの定格
電圧３．６Ｖより高い４．０Ｖ以上の電圧であったと
き、スイッチ３０を閉じ、抵抗器２８によりバッテリ１
２を強制的に放電して、バッテリ電圧Ｖｂを下げる。こ
れにより、バッテリ１２の高電位状態での放置が防止さ
れ、不可逆的な容量の劣化が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、リチウム二次電
池が満充電（高電圧）状態で長時間放置された場合に発
生する可逆容量の劣化を防止する技術に関し、リチウム
二次電池を動力源とする電気自動車等に適用して好適な
リチウム二次電池の劣化防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウム二次電池は、ニッケル水素二次
電池等、他の二次電池と異なり、充電時または充電後の
放置時において、端子間電圧が、定格電圧（通常、室温
において３．６Ｖ）よりも高い高電位状態になっている
場合には、満充電容量（可逆容量）の値が小さくなって
しまう不可逆的劣化があることが確認されている。
【０００３】この劣化は、リチウム二次電池の負極（炭
素）の表面に炭酸リチウム（ＬｉＣＯ3 ）の被膜ができ
るためと考えられている。リチウム二次電池には、例え
ば、コバルト酸リチウム二次電池、マンガン酸リチウム
二次電池等、複数の種類があり、種類に応じて劣化の程
度も異なるが、上述の不可逆的劣化は、全てのリチウム
二次電池に共通する現象である。
【０００４】リチウム二次電池を、例えば、電気自動車
の動力源として使用しようとする場合、従来の内燃機関
を利用するガソリン自動車等における燃料計に相当する
残容量計がダッシュボード上に配置される。
【０００５】この残容量計は、リチウム二次電池の残容
量が空の状態から満充電状態まで、例えば、液晶表示装
置を利用した棒グラフ的表示により残容量を表すように
構成されている。
【０００６】電気自動車において、残容量計は、正確で
あることが求められている。そこで、この出願の発明者
は、リチウム二次電池の残容量を正確に求めるため、リ
チウム二次電池が高電圧で放置された状態を検出したと
き、高電圧劣化量を計算して残容量を修正する（満充電
容量を下方に修正する）技術を提案している（特願平８
−３０２１７１号明細書）。
【０００７】この技術によれば、リチウム二次電池の高
電位下における不可逆劣化量による電池の容量減を精度
よく計算することが可能となり、電池の残容量を正確に
検出することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術では、残容量が正確に検出でき満充電容量の修正を行
うことはできるが、リチウム二次電池の高電位劣化の発
生自体を防止することはできなかった。
【０００９】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、リチウム二次電池の高電位劣化の発生
を防止することを可能とするリチウム二次電池の劣化防
止装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、リチウム二
次電池と、このリチウム二次電池が放置されていること
を検出する放置検出手段と、前記リチウム二次電池の残
容量を検出する残容量検出手段と、前記放置検出手段に
より放置が検出されたとき、前記残容量検出手段により
検出されている検出残容量と、前記リチウム二次電池に
劣化が発生すると予測される値である所定残容量とを比
較する残容量比較手段と、前記検出残容量が前記所定残
容量より大きい場合には、前記リチウム二次電池を放電
させる放電手段とを有することを特徴とする。
【００１１】この発明によれば、放置検出手段によりリ
チウム二次電池の放置が検出されたとき、残容量比較手
段により、残容量検出手段で検出されている検出残容量
と、リチウム二次電池に劣化が発生すると予測される値
である所定残容量とを比較し、検出残容量が所定残容量
より大きい場合には、放電手段によりリチウム二次電池
を強制的に放電させるようにしている。このため、リチ
ウム二次電池を高電位劣化が生じない残容量まで低下さ
せることができる。
【００１２】また、この発明は、リチウム二次電池と、
このリチウム二次電池が放置されていることを検出する
放置検出手段と、前記リチウム二次電池の電圧を検出す
る電池電圧検出手段と、前記放置検出手段により放置が
検出されたとき、前記電池電圧検出手段により検出され
ている検出電池電圧と、前記リチウム二次電池に劣化が
発生すると予測される値である所定電池電圧とを比較す
る電池電圧比較手段と、前記検出電池電圧が前記所定電
池電圧より大きい場合には、前記リチウム二次電池を放
電させる放電手段とを有することを特徴とする。
【００１３】この発明によれば、放置検出手段によりリ
チウム二次電池の放置が検出されたとき、電池電圧比較
手段により、電池電圧検出手段で検出されている検出電
池電圧と、リチウム二次電池に劣化が発生すると予測さ
れる値である所定電池電圧とを比較し、検出電池電圧が
所定電池電圧より大きい場合には、放電手段によりリチ
ウム二次電池を強制的に放電させるようにしている。こ
のため、リチウム二次電池を高電位劣化が生じない電圧
まで低下させることができる。
【００１４】前記の放置検出手段は、リチウム二次電池
からの充放電電流が所定値よりも小さい電流であったと
きに、リチウム二次電池が放置されていると検出するこ
とができる。
【００１５】また、リチウム二次電池の劣化防止装置
が、非走行位置と走行位置を切り換えて選択する走行選
択手段が付いている電気自動車に搭載されて利用に供さ
れるとき、前記放置検出手段は、前記走行選択手段の切
換位置が、非走行位置にあるときに、前記リチウム二次
電池が放置されていると検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。
【００１７】図１は、この発明の一実施の形態が適用さ
れた電気自動車１０の構成を示している。
【００１８】図１例の電気自動車１０には、リチウム二
次電池セルを８０個直列接続して、正負端子間電圧を２
８８（８０×３．６）Ｖにした高電圧のバッテリ１２が
搭載されている。バッテリ１２には、バッテリ電圧Ｖｂ
を検出する電圧センサ（電圧検出手段）１４、バッテリ
電流Ｉｂを検出する電流センサ（電流検出手段）１６お
よびバッテリ温度Ｔｂを検出する温度センサ（温度検出
手段）１８が取り付けられている。
【００１９】バッテリ１２の正負端子間には、電源電圧
が＋１２Ｖの補助バッテリ２０を充電するためのＤＣ／
ＤＣコンバータ２２と、負荷である走行モータ２４をＰ
ＷＭ（パルス幅変調）制御により駆動するモータ駆動ユ
ニット（Power Drive Unit：以下、ＰＤＵという。）２
６と、抵抗器２８とスイッチ３０とからなる放電回路
（放電手段）３２と、充電時に図示していないＡＣ電源
に接続される充電器３３とが接続されている。
【００２０】また、電気自動車１０には、制御、判断、
処理、計算、計時（タイマ３８）等の各手段として動作
するＥＣＵ（Electric Control Unit ）３６が搭載され
ている。ＥＣＵ３６は、ＣＰＵ（中央処理装置）と、シ
ステムプログラムやバッテリ高電位劣化防止アプリケー
ションプログラムおよびルックアップテーブル等が記憶
されるＲＯＭ（記憶手段）と、ワーク用等として使用さ
れるＲＡＭ（記憶手段）と、計時用のタイマ（計時手
段）３８と、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力イ
ンタフェース等が含まれるマイクロコンピュータにより
構成される。ＲＡＭの記憶内容は、ＥＣＵ３６の電源と
して供給される補助バッテリ２０によりバックアップさ
れている。
【００２１】ＥＣＵ３６には、電圧センサ１４からのバ
ッテリ電圧Ｖｂ（Ｖ）、電流センサ１６からのバッテリ
電流Ｉｂ（Ａ）、温度センサ１８からのバッテリ温度Ｔ
ｂ（℃）が供給され、さらに、イグニッションスイッチ
（走行選択手段）４０からのオンオフ信号であるイグニ
ッション信号Ｉｇ、アクセルペダル４２からのアクセル
開度θａｐ（°）、充電指示スイッチ４４からのオンオ
フ信号である充電指示信号Ｃｈｇおよび走行モータ２４
に取り付けられているエンコーダからの回転数Ｎｍ（ｒ
ｐｍ）が供給される。
【００２２】ＥＣＵ３６は、供給される信号等に基づき
ＰＤＵ２６を制御して走行モータ２４の出力トルクを決
定し、また、放電回路３２を構成するスイッチ３０の開
閉制御信号Ｓｄのレベルを決定し、さらに、残容量表示
器４６上に表示する残容量を決定し、さらにまた、充電
器３３の動作を制御する。
【００２３】次に、ＥＣＵ３６によるバッテリ劣化防止
制御について、図２に示すフローチャートを参照しなが
ら説明する。
【００２４】まず、イグニッションスイッチ４０のオン
オフ状態をイグニッション信号Ｉｇのレベルにより判断
する（ステップＳ１）。イグニッション信号ＩｇがＩｇ
＝０でないときには、電気自動車１０は、走行状態ある
いは走行可能状態にあり、バッテリ１２から見れば放電
状態となっている。
【００２５】この放電状態においては、放電電流がバッ
テリ電流Ｉｂとして検出され（ステップＳ２）、次の
（１）式に示す残容量算出処理が行われる（ステップＳ
３）。
【００２６】 残容量←残容量−放電容量 …（１） この（１）式は、「←」の左辺の残容量が、ＲＡＭに記
憶されている「←」の右辺に示す前回の残容量から、放
電容量（バッテリ電流Ｉｂ×所定放電時間）を差し引い
たものとして計算され、その計算結果により、ＲＡＭに
記憶されている残容量が更新されることを意味してい
る。なお、以下の説明において「←」を使用した式の意
味は、全て同様な意味を有する。
【００２７】（１）式により算出された残容量により残
容量表示器４６上の残容量表示が更新される（ステップ
Ｓ４）。なお、ステップＳ４の処理後には、ステップＳ
１にもどる。
【００２８】次に、ステップＳ１の判定結果において、
イグニッション信号ＩｇがＩｇ＝０であるとき、すなわ
ち、非走行状態にあるとき、充電指示スイッチ４４から
出力される充電指示信号Ｃｈｇのレベルにより充電中で
あるかどうかが判定される（ステップＳ１１）。充電指
示信号ＣｈｇのレベルがＣｈｇ＝１のときには、充電処
理に移る。
【００２９】この充電処理では、バッテリ電圧Ｖｂ、充
電電流としてのバッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔ
ｂが検出される（ステップＳ１２）。
【００３０】そして、次の（２）式に基づく残容量の算
出処理が行われる（ステップＳ１３）。
【００３１】 残容量←残容量＋充電容量×充電効率 …（２） この（２）式は、「←」の左辺の今回残容量が、ＲＡＭ
に記憶されている「←」の右辺の前回の残容量に対し
て、充電容量（バッテリ電流Ｉｂ×所定充電時間）に充
電効率（バッテリ温度Ｔｂに依存する定数値で、例え
ば、０．９〜０．９５）を乗じた値を加えたものとして
計算され、計算結果によりＲＡＭの記憶内容が更新され
ることを意味している。
【００３２】次に、充電完了判断がなされる（ステップ
Ｓ１４）。この充電完了判断は、いわゆる満充電検出処
理であり、満充電の判断は、バッテリ温度上昇の割合
（例えば、バッテリ温度Ｔｂの一次時間微分値ｄＴｂ／
ｄｔ）や、バッテリ電圧上昇の割合（例えば、バッテリ
電圧Ｖｂの一次時間微分値ｄＶｂ／ｄｔ）を検出するこ
とにより判断することができる（例えば、特開平８−３
３１７６９号公報参照）。
【００３３】満充電判断が成立した場合、充電動作を終
了して（ステップＳ１５）、（２）式に基づく残容量表
示処理を行う（ステップＳ４）。また、ステップＳ１４
において、満充電判断が成立しない場合、充電を継続し
ながら（２）式に基づく残容量表示処理を行う（ステッ
プＳ４）。いずれの場合にも、ステップＳ４終了後にス
テップＳ１にもどる。
【００３４】走行状態でもなく（ステップＳ１：ＹＥ
Ｓ）、充電状態でもなかった場合（ステップＳ１１：Ｙ
ＥＳ）、ステップＳ２１以降のバッテリ劣化防止ルーチ
ンを実行する。
【００３５】この場合、まず、バッテリ電圧Ｖｂを取り
込み、そのバッテリ電圧ＶｂがＶｂ≧４Ｖであるかどう
かを判断する（ステップＳ２１）。なお、ここで、４Ｖ
というのは、リチウム二次電池セル当たりの容量であ
り、リチウム二次電池セルの定格電圧が３．６Ｖである
ので、このステップＳ２１の比較対象となるバッテリ電
圧Ｖｂは、取り込んだバッテリ電圧Ｖｂをセルの個数８
０で割った値である。
【００３６】また、４Ｖは、リチウム二次電池セルに劣
化（容量の不可逆的な低下）の発生が開始すると予測さ
れる所定電池電圧、いわゆる閾値電圧である。４Ｖが閾
値電圧であることを表すためにＶｔｈ＝４Ｖともいう。
【００３７】なお、充電時には、バッテリ１２を満充電
状態とするために、例えば、４．２Ｖ等の高電圧で充電
される。
【００３８】ステップＳ２１の判断において、バッテリ
電圧ＶｂがＶｂ＜４Ｖである場合には、バッテリ劣化防
止ルーチンを抜けて残容量表示処理を行い（ステップＳ
４）、ステップＳ１にもどる。
【００３９】ステップＳ２１の判断が成立してバッテリ
１２が高電位状態にあると判断されたとき、バッテリ温
度Ｔｂが取り込まれ、バッテリ温度ＴｂがＴｂ≧０℃で
あるかどうかが判断される（ステップＳ２２）。バッテ
リ温度ＴｂがＴｂ＜０℃の場合には、高電位劣化が発生
しないので、ステップＳ４の処理に移る。
【００４０】バッテリ温度ＴｂがＴｂ＞０℃であった場
合には、高電位劣化が起こる可能性があるものとして、
その高電位状態の放置時間ＬＴをタイマ３８から検出
し、その放置時間ＬＴがＬＴ≧０．１Ｈ（Ｈ：時間）以
上経過しているかどうかを判断する（ステップＳ２
３）。
【００４１】放置時間ＬＴが０．１Ｈを超えたとき、高
電位劣化が開始されると判断し、この高電位劣化防止の
ための強制放電処理を行う（ステップＳ２４）。この強
制放電処理では、開閉制御信号Ｓｄのレベルをローレベ
ルからハイレベルとして、スイッチ３０を閉じる。これ
により、バッテリ１２が抵抗器２８、スイッチ３０を通
じて放電される。
【００４２】なお、実際上、強制放電処理時におけるバ
ッテリ電流（強制放電電流）Ｉｂは、図３に示す強制放
電速度テーブル５０を参照して設定される。すなわち、
バッテリ温度Ｔｂが高い温度であるほど（Ｔｂ３＞Ｔｂ
２＞Ｔｂ１）、かつバッテリ電圧（高電位放置電圧）Ｖ
ｂがＶｂ＝４．０Ｖより高い電圧であるほど、強制放電
電流Ｉｂの値が大きい値に設定される。強制放電速度テ
ーブル５０は、ルックアップテーブル（参照表）として
ＲＯＭに予め格納され、あるいは、計算式としてＲＯＭ
に予め格納される。強制放電電流を実際に変化させるた
めには、値の異なる抵抗器（換言すれば、重みが、１、
２、４、８、…、と異なる抵抗器）２８とスイッチ３０
の直列回路を複数準備し、それらをバッテリ１２の正負
端子間に並列に接続し、ＥＣＵ３６からの複数の開閉制
御信号Ｓｄにより適宜切り換える回路構成とすることで
容易に実現することができる。
【００４３】強制放電処理が行われたとき、次の（３）
式に基づく残容量算出処理が行われる（ステップＳ２
５）。
【００４４】 残容量←残容量−強制放電電流×放電時間 …（３） もちろん、（３）式中、強制放電電流は電流センサ１６
により検出され、放電時間はタイマ３８により検出され
る。この後、ステップＳ４の処理が行われて、ステップ
Ｓ１に戻る。
【００４５】上述した動作について、図４に示すタイミ
ングチャートにより総括的に説明する。
【００４６】すなわち、時点ｔ０〜時点ｔ１の期間は、
走行期間であり、バッテリ電圧Ｖｂが徐々に減少し、上
述の（１）式により残容量の減算処理が行われる。時点
ｔ１〜時点ｔ２の期間は充電期間であり、上述の（２）
式により残容量の積算処理が行われる。この期間ｔ１〜
ｔ２の間で、バッテリ電圧Ｖｂが、劣化開始発生電圧で
ある閾値電圧Ｖｔｈを超えるが、実際上、充電期間にお
いては劣化は発生しないので、強制放電処理は行わな
い。時点ｔ２で満充電状態とされ、その後の放置状態
（満充電放置状態）において、強制放電処理が開始さ
れ、上述の（３）式により残容量の減算処理が行われ
る。なお、満充電放置時において、強制放電処理は、バ
ッテリ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈ以下になるまで継続さ
れる。
【００４７】時点ｔ３において、再び走行状態にされ、
その走行期間ｔ３〜ｔ４の間では、（１）式による残容
量の減算処理が行われる。時点ｔ４で充電状態とされ、
時点ｔ５まで充電が遂行されて、時点ｔ５で放置状態と
されたときには、放置期間ｔ５〜ｔ６の間では、バッテ
リ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈを超えていないので、強制
放電処理は行われない。
【００４８】このように上述の実施の形態によれば、高
電位放置状態において、不可逆的な劣化の発生するリチ
ウム二次電池セルから構成されるバッテリ１２に対し
て、高電位放置状態を検出したときに、図４のタイミン
グチャート中、期間ｔ２〜ｔ３間の残容量の特性のゆる
やかな下降傾斜からも理解できるように、実際の走行状
態（たとえば、期間ｔ０〜ｔ１）における放電電流に比
較して微弱な電流により強制的に放電するようにしてい
る。これにより、満充電容量（可逆容量）の劣化が防止
される。また、強制放電中にも残容量の算出処理（残容
量の補正処理）を行っているので、残容量表示器４６に
表示される表示残容量値を、常に、正確な値に保持する
ことができる。
【００４９】なお、上述の実施の形態において、バッテ
リ劣化防止ルーチンの最初の処理であるステップＳ２１
の高電位状態判断処理は、バッテリ電圧Ｖｂが所定電池
電圧である閾値電圧Ｖｔｈより大きい値であるかどうか
により判断しているが、バッテリ電圧Ｖｂにより判断す
るのではなく、バッテリ電圧Ｖｂの高電位と強い相関関
係のあるバッテリ残容量で判断してもよい。すなわち、
そのステップＳ２１の判断処理を、バッテリ残容量が、
例えば、満充電容量の８０％（所定残容量）以上である
とき、そのステップＳ２１の判断が成立するという処理
に代えても、上述した効果が達成される。
【００５０】さらに、ステップＳ１のイグニッションス
イッチ４０による放置判定に代えて、バッテリ電流（バ
ッテリの放電電流または充電電流）Ｉｂが所定電流値Ｉ
ｓよりも小さい微少電流値であるときには（Ｉｂ＜Ｉ
ｓ）、放置されていると判定するようにしてもよい（ス
テップＳ１：ＹＥＳ）。
【００５１】さらにまた、上述の実施の形態において、
ステップＳ２４の強制放電処理では、単に抵抗器２８に
電流を流して熱を発生させるようにするのではなく、抵
抗器２８に代替して、電気量蓄積媒体を接続するように
してもよい。電気量蓄積媒体としては、例えば、キャパ
シタ（静電容量）、充電量の低いリチウム二次電池、鉛
バッテリ等を用いることができる。
【００５２】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、例えば、リ
チウム二次電池セル１個のバッテリにも適用することが
可能である等、種々の構成を採り得ることはもちろんで
ある。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、高電圧劣化が発生する可能性があるときに、リチウ
ム二次電池を強制放電するという簡単な構成で、リチウ
ム二次電池が高電圧劣化を発生する満充電状態あるいは
これに近い状態で放置されることがなくなり、リチウム
二次電池における高電位劣化を未然に防止することがで
きるという効果が達成される。
【００５４】また、結果として、リチウム二次電池の寿
命をのばすことができるという派生的な効果も達成され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態が適用された電気自動
車の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１例の動作説明に供されるフローチャートで
ある。
【図３】強制放電速度テーブルを示す図である。
【図４】この発明の一実施の形態の動作説明に供される
タイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…電気自動車 １２…バッテリ １４…電圧センサ １６…電流セン
サ １８…温度センサ ３２…放電回路 ３６…ＥＣＵ ５０…強制放電
速度テーブル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】リチウム二次電池と、 このリチウム二次電池が放置されていることを検出する
    放置検出手段と、 前記リチウム二次電池の残容量を検出する残容量検出手
    段と、 前記放置検出手段により放置が検出されたとき、前記残
    容量検出手段により検出されている検出残容量と、前記
    リチウム二次電池に劣化が発生すると予測される値であ
    る所定残容量とを比較する残容量比較手段と、 前記検出残容量が前記所定残容量より大きい場合には、
    前記リチウム二次電池を放電させる放電手段とを有する
    ことを特徴とするリチウム二次電池の劣化防止装置。
  2. 【請求項２】リチウム二次電池と、 このリチウム二次電池が放置されていることを検出する
    放置検出手段と、 前記リチウム二次電池の電圧を検出する電池電圧検出手
    段と、 前記放置検出手段により放置が検出されたとき、前記電
    池電圧検出手段により検出されている検出電池電圧と、
    前記リチウム二次電池に劣化が発生すると予測される値
    である所定電池電圧とを比較する電池電圧比較手段と、 前記検出電池電圧が前記所定電池電圧より大きい場合に
    は、前記リチウム二次電池を放電させる放電手段とを有
    することを特徴とするリチウム二次電池の劣化防止装
    置。
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