JPWO2010119566A1 - 電池システム、車両及び電池搭載機器 - Google Patents
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Abstract
リチウムイオン二次電池の発電要素の積層部において、正負延出方向に生じる温度や温度変化の分布を、適切に検知して、電池の制御に利用し得る電池システム、及び、この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課題とする。電池システムＭ１は、積層部２０Ｌと、正極延出部２１ｆと、負極延出部２２ｆと、を含む発電要素２０を有するリチウムイオン二次電池１と、制御手段１３０と、積層部のうち中央積層部２０ＬＺの温度ＴＺ１，ＴＺ２を検知する中央温度検知手段５０Ｚと、正極側積層部２０ＬＸの温度ＴＸ１，ＴＸ２を検知する正極側温度検知手段５０Ｘ、及び、負極側積層部２０ＬＹの温度ＴＹ１，ＴＹ２を検知する負極側温度検知手段５０Ｙの少なくともいずれかと、を備え、制御手段は、中央積層部の温度と、正極側積層部の温度及び負極側積層部の温度の少なくともいずれかとを用いて、リチウムイオン二次電池を制御する。
Description
本発明は、発電要素を有するリチウムイオン二次電池と、この発電要素の温度を検知する温度検知手段と、リチウムイオン二次電池を制御する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。
このような電池として、特許文献１では、電池本体（発電要素）の所定位置に熱電対を埋設してなるリチウムイオン二次電池が挙げられている。
このような電池として、特許文献１では、電池本体（発電要素）の所定位置に熱電対を埋設してなるリチウムイオン二次電池が挙げられている。
ところで、電池の発電要素のうち、電池として機能する正極と負極とがセパレータを介して積層された積層部は、自身が正極等の面に平行な方向の拡がりを有している。そのため、積層部内のこの方向において、場所的に、正極と負極との間に保持されている電解液の濃度のムラや、駆動時の電流密度のムラ、場所的な放熱性の違いによる温度のムラなどが、存在することが判ってきた。
また、積層部から正極板の一部が延出してなる正極延出部と、積層部から負極板の一部が延出してなる負極延出部とを結ぶ正負延出方向について、この積層部を、中央の中央積層部と、これよりも正極延出部側の正極側積層部と、負極延出部側の負極積層部とに分けた場合、これらのムラは、この三者の間で異なるように分布する場合の多いことも判ってきた。
さらに、中央積層部、正極側積層部及び負極側積層部の温度や放電の前後或いは充電の前後の温度変化などから、積層部に生じている各種のムラの発生を検知し得、これによって、電池の制御を行い得ることも判ってきた。
しかしながら、特許文献１記載の電池では、発電要素の積層部のうち、所定部位の温度しか測定し得ないため、積層部に生じた各種のムラを適切に検知できない。
また、積層部から正極板の一部が延出してなる正極延出部と、積層部から負極板の一部が延出してなる負極延出部とを結ぶ正負延出方向について、この積層部を、中央の中央積層部と、これよりも正極延出部側の正極側積層部と、負極延出部側の負極積層部とに分けた場合、これらのムラは、この三者の間で異なるように分布する場合の多いことも判ってきた。
さらに、中央積層部、正極側積層部及び負極側積層部の温度や放電の前後或いは充電の前後の温度変化などから、積層部に生じている各種のムラの発生を検知し得、これによって、電池の制御を行い得ることも判ってきた。
しかしながら、特許文献１記載の電池では、発電要素の積層部のうち、所定部位の温度しか測定し得ないため、積層部に生じた各種のムラを適切に検知できない。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、リチウムイオン二次電池の発電要素の積層部において、正負延出方向に生じる温度や温度変化の分布を、適切に検知して、電池の制御に利用し得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。
そして、本発明の一態様は、正極板、負極板及びセパレータを含む発電要素であって、上記正極板と上記負極板との間に上記セパレータを介在させて積層した積層部と、上記積層部から上記正極板の一部が延出してなる正極延出部と、上記積層部から上記負極板の一部が、上記正極延出部とは逆側に延出してなる負極延出部と、を含む発電要素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を制御する制御手段と、上記正極延出部と上記負極延出部を結ぶ方向を正負延出方向としたとき、上記積層部のうち、上記正負延出方向の中央に位置する中央積層部の温度を検知する中央温度検知手段と、上記積層部のうち、上記中央積層部よりも上記正負延出方向の上記正極延出部側に位置する、正極側積層部の温度を検知する正極側温度検知手段、及び、上記積層部のうち、上記中央積層部よりも上記正負延出方向の上記負極延出部側に位置する、負極側積層部の温度を検知する負極側温度検知手段の少なくともいずれかと、を備え、上記制御手段は、上記中央積層部の温度と、上記正極側積層部の温度及び上記負極側積層部の温度の少なくともいずれかとを用いて、上記リチウムイオン二次電池を制御する電池システムである。
上述の電池システムでは、中央温度検知手段と、正極側温度検知手段及び負極側温度検知手段と少なくともいずれかと、制御手段とを備える。このため、中央積層部、正極側積層部又は負極側積層部の温度を用いて、例えば、部位間の温度の差、部位間の放電前後の温度上昇量の差などを算出でき、これを用いて電池を適切に制御することができる。
また、上述の電池システムでは、各部の温度を用いるので、例えば、各部の電解液のリチウムイオン濃度などを直接検知するよりも簡易に、積層部に生じた各種のムラを検知できる。
また、上述の電池システムでは、各部の温度を用いるので、例えば、各部の電解液のリチウムイオン濃度などを直接検知するよりも簡易に、積層部に生じた各種のムラを検知できる。
なお、発電要素の形態としては、例えば、いずれも帯状の正極板及び負極板を、セパレータを介して捲回してなる捲回形や、いずれも矩形板状の正極板及び負極板を、セパレータを介して積み重ねてなる積層形が挙げられる。また、中央温度検知手段、正極側温度検知手段及び負極側温度検知手段としては、例えば、熱電対、サーミスタが挙げられる。
また、制御手段による制御には、例えば、電池の充放電時の電流の制御や、ヒータや冷却素子を用いた電池の中央積層部、正極側積層部及び負極側積層部の温度の制御が挙げられる。
また、制御手段による制御には、例えば、電池の充放電時の電流の制御や、ヒータや冷却素子を用いた電池の中央積層部、正極側積層部及び負極側積層部の温度の制御が挙げられる。
また、制御手段が、中央積層部の温度等を用いて制御するにあたっては、各部の温度そのものを利用するほか、例えば、部位間の温度や、電池の放電の前後に生じる、各部の温度上昇量同士の差を用いることが挙げられる。
さらに、上述の電池システムであって、前記制御手段は、ハイレート放電により生じる、前記中央積層部の温度上昇の温度上昇量と、前記正極側積層部の温度上昇の温度上昇量及び前記負極側積層部の温度上昇の温度上昇量の少なくともいずれかとの上昇量差に基づいて、ハイレート充放電時に上記リチウムイオン二次電池に流す充放電電流の制限を変更する制限変更手段を有する電池システムとすると良い。
例えば、１０Ｃの電流など、ハイレートの放電や充電を行うと、積層部中の電解液のリチウムイオン濃度分布に応じて、電流密度が分布し、これにより、各所での発熱量も分布することが判ってきた。従って、ハイレート放電時に生じる各所の温度上昇量を比較することで、各所における電流密度の違い、従って、電解液のリチウムイオン濃度の違いを知ることができる。
上述の電池システムでは、制御手段は、上述の制限変更手段を有する。このため、中央積層部と正極側積層部との、及び、中央積層部と負極側積層部との温度上昇量の上昇量差の少なくともいずれかに基づいて、制限変更手段によって、ハイレート放電時の放電電流の制限を変更する。これにより、ハイレート放電によって生じる電池の劣化に対して、適切に対処した制御を行うことができる。
上述の電池システムでは、制御手段は、上述の制限変更手段を有する。このため、中央積層部と正極側積層部との、及び、中央積層部と負極側積層部との温度上昇量の上昇量差の少なくともいずれかに基づいて、制限変更手段によって、ハイレート放電時の放電電流の制限を変更する。これにより、ハイレート放電によって生じる電池の劣化に対して、適切に対処した制御を行うことができる。
さらに、上述の電池システムであって、前記制限変更手段は、前記中央積層部の温度上昇量が、前記正極側積層部の温度上昇量、及び、前記負極側積層部の温度上昇量のいずれかよりも小さい場合に、それ以降のハイレート放電の放電電流を相対的に小さくさせる制御に変更する電池システムとすると良い。
ところで、例えば、１０Ｃの電流など、電池を比較的大きな電流（ハイレート）で放電を繰り返させると、電池の内部抵抗の大きさが増大する劣化（ハイレート劣化）が生じることが判ってきた。
しかも、ハイレート劣化の生じていない電池では、ハイレート放電時に生じる温度上昇の上昇量は、中央積層部の方が、正極側積層部の、及び、負極側積層部よりも大きくなる挙動を示す。一方、ハイレート放電によるハイレート劣化が進むと、中央積層部の上昇量が減少する一方、正極側積層部及び負極側積層部の上昇量は増加する。このため、ついには、中央積層部と正極側積層部及び負極側積層部とが等しくなる。さらに、その後は逆に、中央積層部が、正極側積層部及び負極側積層部よりも小さくなる挙動を示すことが判ってきた。
しかも、ハイレート劣化の生じていない電池では、ハイレート放電時に生じる温度上昇の上昇量は、中央積層部の方が、正極側積層部の、及び、負極側積層部よりも大きくなる挙動を示す。一方、ハイレート放電によるハイレート劣化が進むと、中央積層部の上昇量が減少する一方、正極側積層部及び負極側積層部の上昇量は増加する。このため、ついには、中央積層部と正極側積層部及び負極側積層部とが等しくなる。さらに、その後は逆に、中央積層部が、正極側積層部及び負極側積層部よりも小さくなる挙動を示すことが判ってきた。
以上の知見に基づいて、上述の電池システムの制限変更手段は、中央積層部の温度上昇量が、正極側積層部の温度上昇量、及び、負極側積層部の温度上昇量よりも小さくなった場合に、それ以降のハイレート放電の放電電流を相対的に小さくさせる制御に変更する。これにより、電池のハイレート劣化の進行、即ち内部抵抗の増加を抑えることができる。さらには、電池に生じたハイレート劣化を回復させることもできる場合がある。
なお、ハイレート放電の放電電流を相対的に小さくするとは、急加速時などに生じるハイレート放電のピークの放電電流の大きさをより小さな値に制限する手法や、所定値よりも大きい放電電流の期間を短くする手法が挙げられる。
或いは、前述の電池システムであって、前記制限変更手段は、前記中央積層部の温度上昇量が、前記正極側積層部の温度上昇量、及び、前記負極側積層部の温度上昇量のいずれかよりも小さい場合に、それ以降のハイレート放電の放電電流を相対的に小さくさせる制御に変更する電池システムとすると良い。
発明者らは、電池にハイレート放電を繰り返させると、内部抵抗の大きさが、一旦は増大するが、その後に低下して落ち着くことを見出した。従って、ハイレート劣化を強制的に促進させることで内部抵抗の高い状態を過ぎると、その後、むしろ好ましい（内部抵抗の低い）状態にしうることになる。なお、ハイレート劣化が進行している間のうち、内部抵抗が大きい期間には、中央積層部の温度上昇量が、正極側積層部の温度上昇量、及び、負極側積層部の温度上昇量の両者よりも小さくなる挙動を示す。一方、この期間を越えて、電池の内部抵抗が低くなった期間には、正極側積層部の温度上昇量が低下する。
従って、中央積層部の温度上昇量は、負極側積層部の温度上昇量よりも小さく、正極側積層部の温度上昇量とほぼ等しくなる挙動を示すことも判ってきた。
従って、中央積層部の温度上昇量は、負極側積層部の温度上昇量よりも小さく、正極側積層部の温度上昇量とほぼ等しくなる挙動を示すことも判ってきた。
この知見に基づいて、上述の電池システムでは、制御変更手段は、中央積層部の温度上昇量が、負極側積層部の温度上昇量よりも小さい場合に、それ以降のハイレート放電の放電電流を相対的に大きくさせる制御に変更する。このようにハイレート放電の放電電流を相対的に大きくすることで、電池のハイレート劣化を促進させる。これにより、電池の内部抵抗の高い状態を早く通過させ、その後の内部抵抗の低い状態にして、電池を使用できるようにすることができる。
なお、ハイレート放電の放電電流を相対的に大きくするとは、ハイレート放電のピークの放電電流の大きさをより大きな値に変更する手法や、所定値よりも大きい放電電流の期間を長くする手法が挙げられる。
或いは、前述の電池システムであって、前記発電要素のうち、前記中央積層部の温度を変化させる中央温度変化手段と、上記発電要素のうち、前記正極側積層部の温度を変化させる正極側温度変化手段と、上記発電要素のうち、前記負極側積層部の温度を変化させる負極側温度変化手段と、を備え、前記制御手段は、上記中央温度変化手段、上記正極側温度変化手段及び上記負極側温度変化手段を制御する温度制御手段を含む電池システムとすると良い。
上述の電池システムでは、上述の温度変化手段を備えると共に、制御手段が温度制御手段を含んでいる。このため、測定した発電要素の中央積層部の温度と、正極側積層部の温度及び負極側積層部の温度の少なくともいずれかを用いて、中央積層部、正極側積層部及び負極側積層部の温度を適切に変化させることができる。これにより、積層部に生じているリチウムイオンの濃度等のムラを解消するように温度を制御するなど、適宜の温度制御が可能となる。
なお、中央温度変化手段、正極側温度変化手段及び負極側温度変化手段としては、例えば、通電により発熱させるヒータや、通電により吸熱させるペルチェ素子が挙げられる。
或いは、本発明の他の態様は、前述のいずれかの電池システムを備える車両である。
上述の車両は、前述した電池システムを備えるので、中央積層部、正極側積層部又は負極側積層部の各温度を用いて、例えば、各部位の温度の差、各部位の放電前後の温度上昇量の差などを算出でき、これを用いて電池を適切に制御できる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。
或いは、本発明の他の態様は、前述のいずれか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、前述した電池システムを備えるので、中央積層部、正極側積層部又は負極側積層部の各温度を用いて、例えば、各部位の温度の差、各部位の放電前後の温度上昇量の差などを算出でき、これを用いて電池を適切に制御できる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。
１，３ 電池（リチウムイオン二次電池）
２０ 発電要素
２０Ｌ 積層部
２０ＬＸ 正極側積層部
２０ＬＹ 負極側積層部
２０ＬＺ 中央積層部
２１ 正極板
２１ｆ 正極リード部（正極延出部）
２２ 負極板
２２ｆ 負極リード部（負極延出部）
２３ セパレータ
４０Ｘ 第１素子（温度調節手段）
４０Ｙ 第２素子（温度調節手段）
４０Ｚ 第３素子（温度調節手段）
５０Ｘ 第１熱電対（中央温度検知手段）
５０Ｙ 第２熱電対（正極側温度検知手段）
５０Ｚ 第３熱電対（負極側温度検知手段）
１００，２００，３００ 車両
１３０ 制御装置（制御手段）
４００ ハンマードリル（電池搭載機器）
４１０ バッテリパック
ＤＡ 第１方向（正負延出方向）
ＤＣ 放電電流（充放電電流，放電電流）
ＤＴＸ 正極側上昇量（（正極側積層部の）温度上昇量）
ＤＴＹ 負極側上昇量（（負極側積層部の）温度上昇量）
ＤＴＺ 中央上昇量（（中央積層部の）温度上昇量）
Ｆ１ 第１上昇量差（温度上昇量差）
Ｆ２ 第２上昇量差（温度上昇量差）
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 電池システム
ＴＸ０ 正極側温度（（正極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＸ１ 正極側直前温度（（正極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＸ２ 正極側放電後温度（（正極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＹ０ 負極側温度（（負極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＹ１ 負極側直前温度（（負極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＹ２ 負極側放電後温度（（負極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＺ０ 中央温度（（中央積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＺ１ 中央直前温度（（中央積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＺ２ 中央放電後温度（（中央積層部の）温度，（積層部の）温度）
２０ 発電要素
２０Ｌ 積層部
２０ＬＸ 正極側積層部
２０ＬＹ 負極側積層部
２０ＬＺ 中央積層部
２１ 正極板
２１ｆ 正極リード部（正極延出部）
２２ 負極板
２２ｆ 負極リード部（負極延出部）
２３ セパレータ
４０Ｘ 第１素子（温度調節手段）
４０Ｙ 第２素子（温度調節手段）
４０Ｚ 第３素子（温度調節手段）
５０Ｘ 第１熱電対（中央温度検知手段）
５０Ｙ 第２熱電対（正極側温度検知手段）
５０Ｚ 第３熱電対（負極側温度検知手段）
１００，２００，３００ 車両
１３０ 制御装置（制御手段）
４００ ハンマードリル（電池搭載機器）
４１０ バッテリパック
ＤＡ 第１方向（正負延出方向）
ＤＣ 放電電流（充放電電流，放電電流）
ＤＴＸ 正極側上昇量（（正極側積層部の）温度上昇量）
ＤＴＹ 負極側上昇量（（負極側積層部の）温度上昇量）
ＤＴＺ 中央上昇量（（中央積層部の）温度上昇量）
Ｆ１ 第１上昇量差（温度上昇量差）
Ｆ２ 第２上昇量差（温度上昇量差）
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 電池システム
ＴＸ０ 正極側温度（（正極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＸ１ 正極側直前温度（（正極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＸ２ 正極側放電後温度（（正極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＹ０ 負極側温度（（負極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＹ１ 負極側直前温度（（負極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＹ２ 負極側放電後温度（（負極側積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＺ０ 中央温度（（中央積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＺ１ 中央直前温度（（中央積層部の）温度，（積層部の）温度）
ＴＺ２ 中央放電後温度（（中央積層部の）温度，（積層部の）温度）
（実施形態１）
次に、本発明の実施形態１について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態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をなす複数のリチウムイオン二次電池（以下、単に電池とも言う）１，１、これら電池１，１の発電要素２０の温度をそれぞれ検知する熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ及び制御装置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。なお、熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは、電池監視装置１２２に接続している。また、本実施形態１にかかる電池システムＭ１は、電池１，１、熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ（これらと接続する電池監視装置１２２）及び制御装置１３０からなる。
次に、本発明の実施形態１について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態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をなす複数のリチウムイオン二次電池（以下、単に電池とも言う）１，１、これら電池１，１の発電要素２０の温度をそれぞれ検知する熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ及び制御装置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。なお、熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは、電池監視装置１２２に接続している。また、本実施形態１にかかる電池システムＭ１は、電池１，１、熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ（これらと接続する電池監視装置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。
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、熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚを用いて各電池１，１の発電要素の温度を取得する。
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。
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２〜４参照）。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４Ａに示すように、正極板２１、負極板２２及びセパレータ２３が積層してなる積層部２０Ｌと、この積層部２０Ｌから図４Ａ中、上方に延出する正極板２１の正極リード部２１ｆと、図４Ａ中、下方に延出する負極板２２の負極リード部２２ｆとを有する。このうち、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３参照）。なお、この正極集電部材７１の先端側（図３中、上方）に位置する正極端子部７１Ａが、電池ケース１０から図３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３参照）。なお、この負極集電部材７２の先端側（図３中、上方）に位置する負極端子部７２Ａが、電池ケース１０から図３中、上方に突出している。
また、正極板２１は、帯状のアルミ箔２１Ａと正極活物質層２１Ｂとからなる。この正極板２１は、アルミ箔２１Ａのうち、上述の正極リード部２１ｆを残して、その両面に正極活物質層２１Ｂを担持している（図４Ａ，４Ｂ参照）。
また、負極板２２は、帯状の銅箔２２Ａと負極活物質層２２Ｂとからなる。この負極板２２は、銅箔２２Ａのうち、上述の負極リード部２２ｆを残して、その両面に負極活物質層２２Ｂを担持している（図４Ａ，４Ｂ参照）。
また、負極板２２は、帯状の銅箔２２Ａと負極活物質層２２Ｂとからなる。この負極板２２は、銅箔２２Ａのうち、上述の負極リード部２２ｆを残して、その両面に負極活物質層２２Ｂを担持している（図４Ａ，４Ｂ参照）。
なお、本実施形態１では、図３に示すように、正極リード部２１ｆと負極リード部２２ｆとを結ぶ方向（捲回の軸線に沿う方向）を第１方向ＤＡとしたとき、発電要素２０の積層部２０Ｌを、この第１方向ＤＡに垂直に３つの部位に分ける。即ち、積層部２０Ｌは、第１方向ＤＡの中央に位置する中央積層部２０ＬＺ、この中央積層部２０ＬＺよりも正極リード部２１ｆ側の正極側積層部２０ＬＸ、及び、中央積層部２０ＬＺよりも負極リード部２２ｆ側の負極側積層部２０ＬＹからなるとする（図３参照）。
そして、この積層部２０Ｌのうち、正極側積層部２０ＬＸに第１熱電対５０Ｘを、負極側積層部２０ＬＹに第２熱電対５０Ｙを、中央積層部２０ＬＺに第３熱電対５０Ｚを、それぞれ配置している（図３参照）。
具体的には、第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚが配置固定された、樹脂からなる矩形板状の板部材５０Ｂを、捲回形の発電要素２０の軸芯の位置に挿入している（図３，４Ａ参照）。この板部材５０Ｂでは、図５に示すように、第１熱電対５０Ｘの先端、即ちこれの温接点が、板部材５０Ｂの、図中、右方に配置され絶縁テープＴＰで固定されている。また、第２熱電対５０Ｙの温接点が、板部材５０Ｂの、図中、左方に配置され、さらに、第３熱電対５０Ｚの温接点が、板部材５０Ｂの、第１方向ＤＡ中央に配置され、それぞれ絶縁テープＴＰで固定されている。
なお、これら第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚは、いずれもＫ（クロメル−アルメル）熱電対である。また、これら第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚは、束ねられて電池ケース１０から外部へ延出し、電池監視装置１２２に繋がっている。
具体的には、第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚが配置固定された、樹脂からなる矩形板状の板部材５０Ｂを、捲回形の発電要素２０の軸芯の位置に挿入している（図３，４Ａ参照）。この板部材５０Ｂでは、図５に示すように、第１熱電対５０Ｘの先端、即ちこれの温接点が、板部材５０Ｂの、図中、右方に配置され絶縁テープＴＰで固定されている。また、第２熱電対５０Ｙの温接点が、板部材５０Ｂの、図中、左方に配置され、さらに、第３熱電対５０Ｚの温接点が、板部材５０Ｂの、第１方向ＤＡ中央に配置され、それぞれ絶縁テープＴＰで固定されている。
なお、これら第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚは、いずれもＫ（クロメル−アルメル）熱電対である。また、これら第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚは、束ねられて電池ケース１０から外部へ延出し、電池監視装置１２２に繋がっている。
ところで、発明者らは、例えば１０Ｃなどの大きなハイレートの電流を流すハイレート放電を繰り返すことにより、電池１が劣化（ハイレート劣化）する。それと共に、この発電要素２０の積層部２０Ｌのうち、正極側積層部２０ＬＸ、負極側積層部２０ＬＹ及び中央積層部２０ＬＺにおける、電池製造時には均一であった電解液のリチウムイオン濃度が、互いに異なる状態になることを見出した。
具体的には、まず、電池１について、ハイレート放電、即ち、１００Ａの一定電流で１０秒間放電した後、１０Ａの一定電流で１００秒間充電するパルス充放電を繰り返すサイクル試験を行い、所定のサイクル数における電池１の内部抵抗の大きさを測定した。
具体的には、まず、電池１について、ハイレート放電、即ち、１００Ａの一定電流で１０秒間放電した後、１０Ａの一定電流で１００秒間充電するパルス充放電を繰り返すサイクル試験を行い、所定のサイクル数における電池１の内部抵抗の大きさを測定した。
この試験結果を図６に示す。電池１の内部抵抗の大きさは、サイクル数が７００回にさしかかるあたりから、大きく増大していき、サイクル数が１７００回付近で最大となることが判る。
この電池１の内部抵抗の測定と共に、試験開始時及びサイクル数が１７００回の時点での、積層部２０Ｌの各所の電解液のリチウムイオン濃度をそれぞれ測定した。
測定結果を図７に示す。図７は、積層部２０Ｌのうち、各正極側積層部２０ＬＸ，負極側積層部２０ＬＹ，中央積層部２０ＬＺのリチウムイオン濃度を示すグラフである。このグラフによれば、サイクル数が１７００回の時点における正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹのリチウムイオンの濃度は、試験開始時に比して高くなっていることが判る。一方、サイクル数が１７００回の時点における中央積層部２０ＬＺのリチウムイオンの濃度は、試験開始時に比して低くなったことが判る。
測定結果を図７に示す。図７は、積層部２０Ｌのうち、各正極側積層部２０ＬＸ，負極側積層部２０ＬＹ，中央積層部２０ＬＺのリチウムイオン濃度を示すグラフである。このグラフによれば、サイクル数が１７００回の時点における正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹのリチウムイオンの濃度は、試験開始時に比して高くなっていることが判る。一方、サイクル数が１７００回の時点における中央積層部２０ＬＺのリチウムイオンの濃度は、試験開始時に比して低くなったことが判る。
さらに、この状態でハイレートの放電を行うと、各所での発熱量が分布することが判ってきた。これは、積層部２０Ｌ中の電解液のリチウムイオン濃度の分布に応じて、電流密度が分布するためであると考えられる。
そこで、電池１の内部抵抗の測定と共に、試験開始直後（サイクル数＝１）及びサイクル数が７００，１７００回の時点における、正極側積層部２０ＬＸ，負極側積層部２０ＬＹ，中央積層部２０ＬＺの、ハイレート放電の前後における温度を、第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚを用いて測定した。具体的には、ハイレート放電前の温度を測定しておき、１００Ａの一定電流で放電させて、放電開始から１０秒後の温度を測定した。
そして、これらの温度を用いて、試験開始直後（サイクル数＝１）及びサイクル数が７００，１７００回の時点における、正極側積層部２０ＬＸ，負極側積層部２０ＬＹ，中央積層部２０ＬＺの温度上昇量（ハイレート放電後の温度と、ハイレート放電直前の温度との差分）をそれぞれ算出した。
そこで、電池１の内部抵抗の測定と共に、試験開始直後（サイクル数＝１）及びサイクル数が７００，１７００回の時点における、正極側積層部２０ＬＸ，負極側積層部２０ＬＹ，中央積層部２０ＬＺの、ハイレート放電の前後における温度を、第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚを用いて測定した。具体的には、ハイレート放電前の温度を測定しておき、１００Ａの一定電流で放電させて、放電開始から１０秒後の温度を測定した。
そして、これらの温度を用いて、試験開始直後（サイクル数＝１）及びサイクル数が７００，１７００回の時点における、正極側積層部２０ＬＸ，負極側積層部２０ＬＹ，中央積層部２０ＬＺの温度上昇量（ハイレート放電後の温度と、ハイレート放電直前の温度との差分）をそれぞれ算出した。
算出結果を図８に示す。図８は、各正極側積層部２０ＬＸ，負極側積層部２０ＬＹ，中央積層部２０ＬＺの温度上昇量を示すグラフである。このグラフによれば、サイクル数が７００，１７００回の時点における正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹの温度上昇量は、試験開始直後（サイクル数＝１）に比して高いことが判る。一方、サイクル数が７００，１７００回の時点における中央積層部２０ＬＺの温度上昇量は、試験開始直後に比して低いことが判る。
また、試験開始直後の、ハイレート劣化の生じていない電池１では、ハイレート放電時に生じる温度上昇の温度上昇量は、中央積層部２０ＬＺの方が、正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹよりも若干大きくなる挙動を示す。これは、中央積層部２０ＬＺの方が、正極側積層部２０ＬＸ及び負極積層部２０ＬＹよりも放熱し難いために、温度が高くなると考えられる。
一方、ハイレート放電によるハイレート劣化が進むと、徐々に中央積層部２０ＬＺの温度上昇量が減少する一方、正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹの温度上昇量は増加する。このため、７００回より前の５００回程度の時点で、中央積層部２０ＬＺと正極側積層部２０ＬＸ或いは負極側積層部２０ＬＹとの温度上昇量が等しくなる。さらに、その後のサイクル数が７００，１７００回の時点では、逆に、中央積層部２０ＬＺが、正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹよりも小さくなる挙動を示すことが判った。
一方、ハイレート放電によるハイレート劣化が進むと、徐々に中央積層部２０ＬＺの温度上昇量が減少する一方、正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹの温度上昇量は増加する。このため、７００回より前の５００回程度の時点で、中央積層部２０ＬＺと正極側積層部２０ＬＸ或いは負極側積層部２０ＬＹとの温度上昇量が等しくなる。さらに、その後のサイクル数が７００，１７００回の時点では、逆に、中央積層部２０ＬＺが、正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹよりも小さくなる挙動を示すことが判った。
以上の実験結果を踏まえて、本実施形態１の電池システムＭ１における、電池１の制御について、図９，１０のフローチャートを参照しつつ詳述する。
まず、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、前回の車両１００の作動終了時に、電池１から流しうる放電最大電流値を低く制限する制御に変更していたことを制御装置１３０に記憶させたか否かを判別する。なお、放電最大電流値を低く制限するとは、電池１を放電させる際に流れる放電電流ＤＣの最大値を制限以前より低い値に制限することをいう。
ここで、ＮＯ、即ち放電最大電流値を低く制限することを記憶していない場合、ステップＳ４に進む。一方、ＹＥＳ、即ち放電最大電流値を低く制限することを記憶している場合には、ステップＳ３に進み、今回の作動中、電池１の放電電流ＤＣの放電最大電流値を低く制限する。そして、ステップＳ４に進む。
ここで、ＮＯ、即ち放電最大電流値を低く制限することを記憶していない場合、ステップＳ４に進む。一方、ＹＥＳ、即ち放電最大電流値を低く制限することを記憶している場合には、ステップＳ３に進み、今回の作動中、電池１の放電電流ＤＣの放電最大電流値を低く制限する。そして、ステップＳ４に進む。
次に、ステップＳ４では、車両１００の作動停止（キーオフ）を指示されたかどうかを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち車両１００の作動停止（キーオフ）しない場合、ステップＳ７に進む。一方、ＹＥＳ、即ち車両１００の作動停止（キーオフ）する場合には、ステップＳ５に進み、今回の作動終了時に、放電最大電流値を低く制限しているか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち車両１００の作動停止（キーオフ）しない場合、ステップＳ７に進む。一方、ＹＥＳ、即ち車両１００の作動停止（キーオフ）する場合には、ステップＳ５に進み、今回の作動終了時に、放電最大電流値を低く制限しているか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち今回の作動終了時に、放電最大電流値を低く制限していない場合には、そのまま作動を終了する。一方、ＹＥＳ、即ち今回の作動終了時に、放電最大電流値を低く制限している場合には、ステップＳ６に進み、制御装置１３０に放電最大電流値を低く制限していることを記憶して、作動を終了する。
一方、ステップＳ７では、電池１をハイレート放電するか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち電池１をハイレート放電しない場合、ステップＳ４に戻り、車両１００の作動を継続する。一方、ＹＥＳ、即ち電池１をハイレート放電する場合には、次述するステップＳ２０の温度差算出サブルーチンに進み、ハイレート放電により生じる、正極側積層部２０ＬＸ、負極側積層部２０ＬＹ及び中央積層部２０ＬＺの温度上昇の温度上昇量ＤＴＸ，ＤＴＹ，ＤＴＺを算出する。
ここで、ＮＯ、即ち電池１をハイレート放電しない場合、ステップＳ４に戻り、車両１００の作動を継続する。一方、ＹＥＳ、即ち電池１をハイレート放電する場合には、次述するステップＳ２０の温度差算出サブルーチンに進み、ハイレート放電により生じる、正極側積層部２０ＬＸ、負極側積層部２０ＬＹ及び中央積層部２０ＬＺの温度上昇の温度上昇量ＤＴＸ，ＤＴＹ，ＤＴＺを算出する。
ステップＳ２０の温度差算出サブルーチンについて、図１０を参照しつつ説明する。
まず、ステップＳ２１では、第１熱電対５０Ｘを用いて、ステップＳ７のハイレート放電が電池１になされる直前の正極側積層部２０ＬＸの正極側直前温度ＴＸ１を測定する。同様にして、第２熱電対５０Ｙを用いて、電池１になされる直前の負極側積層部２０ＬＹの負極側直前温度ＴＹ１を、第３熱電対５０Ｚを用いて、中央積層部２０ＬＺの中央直前温度ＴＺ１を、それぞれ測定する。
まず、ステップＳ２１では、第１熱電対５０Ｘを用いて、ステップＳ７のハイレート放電が電池１になされる直前の正極側積層部２０ＬＸの正極側直前温度ＴＸ１を測定する。同様にして、第２熱電対５０Ｙを用いて、電池１になされる直前の負極側積層部２０ＬＹの負極側直前温度ＴＹ１を、第３熱電対５０Ｚを用いて、中央積層部２０ＬＺの中央直前温度ＴＺ１を、それぞれ測定する。
次に、ステップＳ２２では、ステップＳ７のハイレート放電が終了した後の、正極側積層部２０ＬＸの正極側放電後温度ＴＸ２を、第１熱電対５０Ｘを用いて測定する。具体的には、ハイレート放電の開始から１０秒後の正極側積層部２０ＬＸの温度を測定する。
同様にして、第２熱電対５０Ｙを用いて、負極側積層部２０ＬＹの負極側放電後温度ＴＹ２を、第３熱電対５０Ｚを用いて、中央積層部２０ＬＺの中央放電後温度ＴＺ２を、それぞれ測定する。
同様にして、第２熱電対５０Ｙを用いて、負極側積層部２０ＬＹの負極側放電後温度ＴＹ２を、第３熱電対５０Ｚを用いて、中央積層部２０ＬＺの中央放電後温度ＴＺ２を、それぞれ測定する。
次に、ステップＳ２３では、正極側直前温度ＴＸ１及び正極側放電後温度ＴＸ２を用いて、ハイレート放電により生じる、正極側積層部２０ＬＸの温度上昇の正極側上昇量ＤＴＸを算出する（ＤＴＸ＝ＴＸ２−ＴＸ１）。同様にして、負極側直前温度ＴＹ１及び負極側放電後温度ＴＹ２を用いて、ハイレート放電により生じる、負極側積層部２０ＬＹの温度上昇の負極側上昇量ＤＴＹを、中央直前温度ＴＺ１及び中央放電後温度ＴＺ２を用いて、ハイレート放電により生じる、中央積層部２０ＬＺの温度上昇の中央上昇量ＤＴＺを、それぞれ算出する。算出した後、温度差算出サブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
メインルーチンのステップＳ８では、中央上昇量ＤＴＺと正極側上昇量ＤＴＸとの間の差分である第１上昇量差Ｆ１（＝ＤＴＺ−ＤＴＸ）が負の値になるか否か、又は、中央上昇量ＤＴＺと負極側上昇量ＤＴＹとの間の差分である第２上昇量差Ｆ２（＝ＤＴＺ−ＤＴＹ）が負の値になるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち第１上昇量差Ｆ１が０又は正の値、及び、第２上昇量差Ｆ２が０又は正の値の場合、ステップＳ９に進む。電池１のハイレート劣化が未だ進行していないからである。
一方、ＹＥＳ、即ち第１上昇量差Ｆ１が負の値、又は、第２上昇量差Ｆ２が負の値の場合には、ステップＳ１１に進む。電池１のハイレート劣化が、ある程度進行していると考えられ、これ以上の進行を抑える必要があると考えられるためである。
ここで、ＮＯ、即ち第１上昇量差Ｆ１が０又は正の値、及び、第２上昇量差Ｆ２が０又は正の値の場合、ステップＳ９に進む。電池１のハイレート劣化が未だ進行していないからである。
一方、ＹＥＳ、即ち第１上昇量差Ｆ１が負の値、又は、第２上昇量差Ｆ２が負の値の場合には、ステップＳ１１に進む。電池１のハイレート劣化が、ある程度進行していると考えられ、これ以上の進行を抑える必要があると考えられるためである。
続くステップＳ９では、放電最大電流値を低く制限中であるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち放電最大電流値を低くする制限をしていない場合、そのままステップＳ４に戻る。一方、ＹＥＳ、即ち放電最大電流値を低くする制限をしている場合には、ステップＳ１０に進み、制限を解除して、ステップＳ４に戻る。
一方、ステップＳ１１では、電池１を流れる放電電流ＤＣの放電最大電流値を低く制限する。例えば、放電電流ＤＣの上限値を最大１０Ｃから最大７Ｃに変更する。そしてステップＳ４に戻り、車両１００の作動を継続する。これにより、次のハイレート放電では、放電電流ＤＣの放電最大電流値が低く制限される。
ここで、ＮＯ、即ち放電最大電流値を低くする制限をしていない場合、そのままステップＳ４に戻る。一方、ＹＥＳ、即ち放電最大電流値を低くする制限をしている場合には、ステップＳ１０に進み、制限を解除して、ステップＳ４に戻る。
一方、ステップＳ１１では、電池１を流れる放電電流ＤＣの放電最大電流値を低く制限する。例えば、放電電流ＤＣの上限値を最大１０Ｃから最大７Ｃに変更する。そしてステップＳ４に戻り、車両１００の作動を継続する。これにより、次のハイレート放電では、放電電流ＤＣの放電最大電流値が低く制限される。
本実施形態１にかかる電池システムＭ１では、第１熱電対５０Ｘと、第２熱電対５０Ｙと、第３熱電対５０Ｚと、制御装置１３０とを備える。このため、電池１の、正極側積層部２０ＬＸ、負極側積層部２０ＬＹ及び中央積層部２０ＬＺの温度（正極側直前温度ＴＸ１、正極側放電後温度ＴＸ２、負極側直前温度ＴＹ１、負極側放電後温度ＴＹ２、中央直前温度ＴＺ１及び中央放電後温度ＴＺ２）を用いて、部位間のハイレート放電前後の温度上昇量ＤＴＸ，ＤＴＹ，ＤＴＺの上昇量差Ｆ１，Ｆ２などを算出でき、これを用いて電池１を適切に制御することができる。
また、この電池システムＭ１では、各部の温度（正極側直前温度ＴＸ１、正極側放電後温度ＴＸ２、負極側直前温度ＴＹ１、負極側放電後温度ＴＹ２、中央直前温度ＴＺ１及び中央放電後温度ＴＺ２）を用いるので、例えば、各部の電解液のリチウムイオン濃度などを直接検知するよりも簡易に、積層部２０Ｌに生じた各種のムラ（リチウムイオン濃度のムラ）を検知できる。
また、制御装置１３０は、制限変更手段Ｓ８，Ｓ９を有する。このため、中央積層部２０ＬＺと正極側積層部２０ＬＸとの、及び、中央積層部２０ＬＺと負極側積層部２０ＬＹとの温度上昇量（正極側上昇量ＤＴＸ、負極側上昇量ＤＴＹ及び中央上昇量ＤＴＺ）の上昇量差（第１上昇量差Ｆ１，第２上昇量差Ｆ２）に基づいて、制限変更手段Ｓ８，Ｓ９によって、ハイレート放電時の放電電流ＤＣが小さくなるように制限を変更する。これにより、ハイレート放電によって生じる電池１のハイレート劣化に対して、適切に対処した制御を行うことができる。
また、本実施形態１にかかる電池システムＭ１の制限変更手段Ｓ８，Ｓ９は、第１上昇量差Ｆ１或いは第２上昇量差Ｆ２が負、つまり、中央積層部２０ＬＺの中央上昇量ＤＴＺが、正極側積層部２０ＬＸの正極側上昇量ＤＴＸ、及び、負極側積層部２０ＬＹの負極側上昇量ＤＴＹよりも小さくなった場合に、それ以降の電池１に流れるハイレート放電の放電電流ＤＣを相対的に小さくさせる制御（ステップＳ９の放電最大電流値を低く制限する制御）に変更する。これにより、電池１のハイレート劣化の進行、即ち内部抵抗の増加を抑えることができる。さらには、電池１に生じたハイレート劣化を回復させることも可能である。
また、本実施形態１の車両１００は、上述の電池システムＭ１を備えるので、中央積層部２０ＬＺ、正極側積層部２０ＬＸ又は負極側積層部２０ＬＹの各温度（正極側直前温度ＴＸ１、正極側放電後温度ＴＸ２、負極側直前温度ＴＹ１、負極側放電後温度ＴＹ２、中央直前温度ＴＺ１及び中央放電後温度ＴＺ２）を用いて、例えば、各部位の放電前後の温度上昇量ＤＴＸ，ＤＴＹ，ＤＴＺや、これらの差（第１上昇量差Ｆ１，第２上昇量差Ｆ２）を算出でき、これを用いて電池１を適切に制御できる車両１００とすることができる。
（変形形態１）
次に、本発明の変形形態１にかかる車両２００について、図１〜５，１０〜１３を参照しつつ説明する。
本変形形態１は、電池システムの制御変更手段が、前述の実施形態１とは逆に、放電電流の大きさを相対的に大きくさせる制御に変更する点で、実施形態１と異なり、それ以外は同様である。
そこで、実施形態１と異なる点を中心に説明し、同様の部分の説明は省略又は簡略化する。なお、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
次に、本発明の変形形態１にかかる車両２００について、図１〜５，１０〜１３を参照しつつ説明する。
本変形形態１は、電池システムの制御変更手段が、前述の実施形態１とは逆に、放電電流の大きさを相対的に大きくさせる制御に変更する点で、実施形態１と異なり、それ以外は同様である。
そこで、実施形態１と異なる点を中心に説明し、同様の部分の説明は省略又は簡略化する。なお、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
ところで、発明者らは、電池１に、実施形態１よりもさらに多数回ハイレート放電を繰り返させると、一旦は増大したこの電池１の内部抵抗の大きさが、その後に低下して落ち着くことを見出した（図１１参照）。
この結果から、電池１の内部抵抗は、電池１のハイレート劣化を強制的に促進させて内部抵抗の高い状態を越えさせると、その後、むしろ好ましい（内部抵抗の低い）状態に至ることが判る。
この結果から、電池１の内部抵抗は、電池１のハイレート劣化を強制的に促進させて内部抵抗の高い状態を越えさせると、その後、むしろ好ましい（内部抵抗の低い）状態に至ることが判る。
これを確認すべく、電池１の内部抵抗を測定すると共に、試験開始時及びサイクル数が７００，１７００，４０００回の時点における、正極側積層部２０ＬＸ，負極側積層部２０ＬＹ，中央積層部２０ＬＺのハイレート放電の前後における温度を測定し、これらの温度上昇量をそれぞれ算出した。
測定結果を図１２に示す。このグラフによれば、サイクル数が１７００回の時点の、内部抵抗が高い状態では、中央積層部２０ＬＺの温度上昇量が、正極側積層部２０ＬＸの温度上昇量、及び、負極側積層部２０ＬＹの温度上昇量の両者よりも小さくなる挙動を示す。一方、それよりも後のサイクル数が４０００回の時点の、内部抵抗が低くなった状態では、正極側積層部２０ＬＸの温度上昇量も低下している。つまり、中央積層部２０ＬＺの温度上昇量は、負極側積層部２０ＬＹの温度上昇量よりも小さく、正極側積層部２０ＬＸの温度上昇量とほぼ等しくなる挙動を示すことが判ってきた。
測定結果を図１２に示す。このグラフによれば、サイクル数が１７００回の時点の、内部抵抗が高い状態では、中央積層部２０ＬＺの温度上昇量が、正極側積層部２０ＬＸの温度上昇量、及び、負極側積層部２０ＬＹの温度上昇量の両者よりも小さくなる挙動を示す。一方、それよりも後のサイクル数が４０００回の時点の、内部抵抗が低くなった状態では、正極側積層部２０ＬＸの温度上昇量も低下している。つまり、中央積層部２０ＬＺの温度上昇量は、負極側積層部２０ＬＹの温度上昇量よりも小さく、正極側積層部２０ＬＸの温度上昇量とほぼ等しくなる挙動を示すことが判ってきた。
以上の実験結果を踏まえて、本変形形態１の電池システムＭ２における、電池１の制御について、図１３及び図１０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Ｓ３１）と、車両２００の制御装置１３０が起動する（図１３参照）。続くステップＳ３２では、前回の車両２００の作動終了時に、電池１から流しうる放電最大電流値を高くする制御に変更していたことを制御装置１３０に記憶させたか否かを判別する。なお、放電最大電流値を高く変更するとは、電池１を放電させる際に流れる放電電流ＤＣの最大値を変更以前より高い値に変更することをいう。
ここで、ＮＯ、即ち放電最大電流値を高く変更していたことを記憶していない場合、ステップＳ３４に進む。一方、ＹＥＳ、即ち放電最大電流値を高く変更していたことを記憶している場合には、ステップＳ３３に進み、今回の作動中、電池１の放電電流ＤＣの放電最大電流値を高く変更する。そして、ステップＳ３４に進む。
ここで、ＮＯ、即ち放電最大電流値を高く変更していたことを記憶していない場合、ステップＳ３４に進む。一方、ＹＥＳ、即ち放電最大電流値を高く変更していたことを記憶している場合には、ステップＳ３３に進み、今回の作動中、電池１の放電電流ＤＣの放電最大電流値を高く変更する。そして、ステップＳ３４に進む。
次に、ステップＳ３４では、車両２００の作動停止（キーオフ）を指示されたかどうかを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち車両２００の作動停止（キーオフ）しない場合、ステップＳ３７に進む。一方、ＹＥＳ、即ち車両２００の作動停止（キーオフ）する場合には、ステップＳ３５に進み、今回の作動終了時に、放電最大電流値を高く変更しているか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち車両２００の作動停止（キーオフ）しない場合、ステップＳ３７に進む。一方、ＹＥＳ、即ち車両２００の作動停止（キーオフ）する場合には、ステップＳ３５に進み、今回の作動終了時に、放電最大電流値を高く変更しているか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち今回の作動終了時に、放電最大電流値を高く変更していない場合には、そのまま作動を終了する。一方、ＹＥＳ、即ち今回の作動終了時に、放電最大電流値を高く変更している場合には、ステップＳ３６に進み、制御装置１３０に放電最大電流値を高く変更していることを記憶して、作動を終了する。
一方、ステップＳ３７では、電池１をハイレート放電するか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち電池１をハイレート放電しない場合、ステップＳ３４に戻り、車両２００の作動を継続する。一方、ＹＥＳ、即ち電池１をハイレート放電する場合には、実施形態１と同様のステップＳ２０の温度差算出サブルーチン（図１０参照）に進み、ハイレート放電により生じる、正極側積層部２０ＬＸ、負極側積層部２０ＬＹ及び中央積層部２０ＬＺの温度上昇の温度上昇量ＤＴＸ，ＤＴＹ，ＤＴＺを算出する。なお、ここでは温度差算出サブルーチンの説明を省略する。
ここで、ＮＯ、即ち電池１をハイレート放電しない場合、ステップＳ３４に戻り、車両２００の作動を継続する。一方、ＹＥＳ、即ち電池１をハイレート放電する場合には、実施形態１と同様のステップＳ２０の温度差算出サブルーチン（図１０参照）に進み、ハイレート放電により生じる、正極側積層部２０ＬＸ、負極側積層部２０ＬＹ及び中央積層部２０ＬＺの温度上昇の温度上昇量ＤＴＸ，ＤＴＹ，ＤＴＺを算出する。なお、ここでは温度差算出サブルーチンの説明を省略する。
ステップＳ３８では、放電最大電流値を高く変更中であるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち放電最大電流値を高くする変更をしていない場合、ステップＳ３９に進む。一方、ＹＥＳ、即ち放電最大電流値を高くする変更をしている場合には、ステップＳ４１に進む。
ここで、ＮＯ、即ち放電最大電流値を高くする変更をしていない場合、ステップＳ３９に進む。一方、ＹＥＳ、即ち放電最大電流値を高くする変更をしている場合には、ステップＳ４１に進む。
ステップＳ３９では、中央上昇量ＤＴＺと正極側上昇量ＤＴＸとの間の差分である第１上昇量差Ｆ１（＝ＤＴＺ−ＤＴＸ）が負の値になるか否か、又は、中央上昇量ＤＴＺと負極側上昇量ＤＴＹとの間の差分である第２上昇量差Ｆ２（＝ＤＴＺ−ＤＴＹ）が負の値になるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち第１上昇量差Ｆ１が０又は正の値、及び、第２上昇量差Ｆ２が０又は正の値の場合、ステップＳ３４に戻る。
一方、ＹＥＳ、即ち第１上昇量差Ｆ１が負の値、又は、第２上昇量差Ｆ２が負の値の場合には、ステップＳ４０に進む。電池１のハイレート劣化が進行していると考えられ、このハイレート劣化を促進させるため、放電最大電流値を高く変更するためである。
ここで、ＮＯ、即ち第１上昇量差Ｆ１が０又は正の値、及び、第２上昇量差Ｆ２が０又は正の値の場合、ステップＳ３４に戻る。
一方、ＹＥＳ、即ち第１上昇量差Ｆ１が負の値、又は、第２上昇量差Ｆ２が負の値の場合には、ステップＳ４０に進む。電池１のハイレート劣化が進行していると考えられ、このハイレート劣化を促進させるため、放電最大電流値を高く変更するためである。
ステップＳ４０では、電池１を流れる放電電流ＤＣの放電最大電流値を高く変更する。例えば、放電電流ＤＣの上限値を最大１０Ｃから最大１３Ｃに高く変更する。そして、ステップＳ３４に戻り、車両２００の作動を継続する。
一方、ステップＳ４１では、第１上昇量差Ｆ１が０である、即ちＤＴＺ＝ＤＴＸであるかどうかを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち第１上昇量差Ｆ１が０でない、即ちＤＴＺ≠ＤＴＸの場合、そのままステップＳ３４に戻る。一方、ＹＥＳ、即ち第１上昇量差Ｆ１が０である、即ちＤＴＺ＝ＤＴＸである場合には、ステップＳ４２に進み、変更を解除して、ステップＳ３４に戻る。
一方、ステップＳ４１では、第１上昇量差Ｆ１が０である、即ちＤＴＺ＝ＤＴＸであるかどうかを判別する。
ここで、ＮＯ、即ち第１上昇量差Ｆ１が０でない、即ちＤＴＺ≠ＤＴＸの場合、そのままステップＳ３４に戻る。一方、ＹＥＳ、即ち第１上昇量差Ｆ１が０である、即ちＤＴＺ＝ＤＴＸである場合には、ステップＳ４２に進み、変更を解除して、ステップＳ３４に戻る。
以上より、本変形形態１にかかる車両２００の電池システムＭ２の制御変更手段Ｓ３９，Ｓ４０は、第１上昇量差Ｆ１或いは第２上昇量差Ｆ２が負、つまり、中央上昇量ＤＴＺが、正極側上昇量ＤＴＸ、及び、負極側上昇量ＤＴＹよりも小さくなった場合に、それ以降の電池１に流れるハイレート放電の放電電流ＤＣを相対的に大きくさせる制御（ステップＳ４０の放電最大電流値を高く制限する制御）に変更する。これにより、電池１の内部抵抗の高い状態を早く通過させ、その後の内部抵抗の低い状態にして、電池１を使用できるようにすることができる。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２にかかる車両３００について、図１，１４〜１６を参照しつつ説明する。
本実施形態２は、さらに電池内に中央温度変化手段、正極側温度変化手段及び負極側温度変化手段を備え、制御手段でこれらを制御する点で、実施形態１と異なる。
次に、本発明の実施形態２にかかる車両３００について、図１，１４〜１６を参照しつつ説明する。
本実施形態２は、さらに電池内に中央温度変化手段、正極側温度変化手段及び負極側温度変化手段を備え、制御手段でこれらを制御する点で、実施形態１と異なる。
即ち、本実施形態２の電池３は、前述した実施形態１の電池１と同様の構成を有するが、さらに、図１４，１５に示すように、電池ケース１０内において、図１４中、発電要素２０の手前側に配置された、矩形板状の３つのペルチェ素子（第１素子４０Ｘ，第２素子４０Ｙ，第３素子４０Ｚ）を備える。このうち、第１素子４０Ｘは、発電要素２０の正極側積層部２０ＬＸに、第２素子４０Ｙは、負極側積層部２０ＬＹに、第３素子４０Ｚは中央積層部２０ＬＺに、それぞれ接して固定配置されている。これら第１素子４０Ｘ、第２素子４０Ｙ及び第３素子４０Ｚはいずれも、ケーブル４０Ｃを通じて制御装置１３０に繋がり通電，制御される。このため、制御装置１３０の制御により、発電要素２０の各積層部２０ＬＸ，２０ＬＹ，２０ＬＺから吸熱して、これらを冷却することができる。
なお、本実施形態２にかかる電池システムＭ３は、電池３，３、熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ、ペルチェ素子４０Ｘ，４０Ｙ，４０Ｚ及び制御装置１３０からなる。
なお、本実施形態２にかかる電池システムＭ３は、電池３，３、熱電対５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ、ペルチェ素子４０Ｘ，４０Ｙ，４０Ｚ及び制御装置１３０からなる。
この電池システムＭ３における、電池３の制御について、図１６のフローチャートを参照しつつ詳述する。
まず、車両３００の作動を開始（キーオン）する（ステップＳ５１）と、車両３００の制御装置１３０が起動する。次いで、ステップＳ５２では、第１熱電対５０Ｘ、第２熱電対５０Ｙ及び第３熱電対５０Ｚを用いて、電池３の積層部２０Ｌの、正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０を測定する。なお、制御装置１３０に内蔵のタイマ（図示しない）を用いて、定期的に測定を行う。
ステップＳ５３では、これら正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０が均一（ＴＸ０＝ＴＹ０＝ＴＺ０）であるか否かを判別する。
ここで、ＹＥＳの場合、ステップＳ５２に戻り、次回の測定時期を待つ。一方、ＮＯ、即ちこれら正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０が不均一である場合（例えば、ＴＸ０＝ＴＹ０＜ＴＺ０）には、ステップＳ５４に進む。
ここで、ＹＥＳの場合、ステップＳ５２に戻り、次回の測定時期を待つ。一方、ＮＯ、即ちこれら正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０が不均一である場合（例えば、ＴＸ０＝ＴＹ０＜ＴＺ０）には、ステップＳ５４に進む。
次に、ステップＳ５４では、正極側積層部２０ＬＸ、負極側積層部２０ＬＹ及び中央積層部２０ＬＺのいずれかを冷却するために、積層部２０Ｌに固定配置された、ペルチェ素子（第１素子４０Ｘ，第２素子４０Ｙ，第３素子４０Ｚ）のいずれかを通電して制御する。例えば、ＴＸ０＝ＴＹ０＜ＴＺ０の場合には、他より高温の中央積層部２０ＬＺを冷却して、この中央温度ＴＺ０を他の温度（正極側温度ＴＸ０及び負極側温度ＴＹ０）と等しくなるよう、第３素子４０Ｚを通電して制御する。
冷却した後、ステップＳ５５では、これら正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０が均一であるか否かを判別する。
ここで、ＮＯ、即ちこれら正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０が不均一である場合には、ステップＳ５４に戻り、これらの温度が均一になるよう、続けてペルチェ素子（第１素子４０Ｘ，第２素子４０Ｙ，第３素子４０Ｚ）を通電制御する。一方、ＹＥＳ、即ちこれら正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０が互いに均一となった場合には、ステップＳ５２に戻る。
ここで、ＮＯ、即ちこれら正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０が不均一である場合には、ステップＳ５４に戻り、これらの温度が均一になるよう、続けてペルチェ素子（第１素子４０Ｘ，第２素子４０Ｙ，第３素子４０Ｚ）を通電制御する。一方、ＹＥＳ、即ちこれら正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０及び中央温度ＴＺ０が互いに均一となった場合には、ステップＳ５２に戻る。
本実施形態２にかかる車両３００の電池システムＭ３では、上述のペルチェ素子（第１素子４０Ｘ，第２素子４０Ｙ，第３素子４０Ｚ）を備えると共に、制御装置１３０が温度制御手段Ｓ５４を含んでいる。このため、測定した発電要素２０の中央積層部２０ＬＺの中央温度ＴＺ０と、正極側積層部２０ＬＸの正極側温度ＴＸ０及び負極側積層部２０ＬＹの負極側温度ＴＹ０とを用いて、中央積層部２０ＬＺ、正極側積層部２０ＬＸ及び負極側積層部２０ＬＹの温度（ＴＺ０，ＴＸ０，ＴＹ０）を適切に変化させることができる。これにより、積層部２０Ｌに生じているリチウムイオンの濃度等のムラを解消するように温度を制御するなど、適宜の温度制御が可能となる。
（実施形態３）
また、本実施形態３のハンマードリル４００は、前述した電池システムＭ１，Ｍ２，Ｍ３のいずれか１つを内蔵するバッテリパック４１０を搭載したものであり、図１７に示すように、バッテリパック４１０、本体４２０を有する電池搭載機器である。なお、バッテリパック４１０はハンマードリル４００の本体４２０のうちパック収容部４２１に脱着可能に収容されている。
また、本実施形態３のハンマードリル４００は、前述した電池システムＭ１，Ｍ２，Ｍ３のいずれか１つを内蔵するバッテリパック４１０を搭載したものであり、図１７に示すように、バッテリパック４１０、本体４２０を有する電池搭載機器である。なお、バッテリパック４１０はハンマードリル４００の本体４２０のうちパック収容部４２１に脱着可能に収容されている。
本実施形態３にかかるハンマードリル４００は、上述の電池システムＭ１，Ｍ２，Ｍ３を備えるので、中央積層部２０ＬＺ、正極側積層部２０ＬＸ又は負極側積層部２０ＬＹの各温度（正極側温度ＴＸ０、負極側温度ＴＹ０、中央温度ＴＺ０、正極側直前温度ＴＸ１、正極側放電後温度ＴＸ２、負極側直前温度ＴＹ１、負極側放電後温度ＴＹ２、中央直前温度ＴＺ１及び中央放電後温度ＴＺ２）を用いて、例えば、各部位の温度ＴＸ０，ＴＹ０，ＴＺ０の差、各部位の放電前後の温度上昇量ＤＴＸ，ＤＴＹ，ＤＴＺや、これらの差（第１上昇量差Ｆ１，第２上昇量差Ｆ２）を算出でき、これを用いて電池１，３を適切に制御できるハンマードリル４００とすることができる。
以上において、本発明を実施形態１、実施形態２、実施形態３及び変形形態１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。
例えば、実施形態１では、第１熱電対、第２熱電対及び第３熱電対を、発電要素の軸芯の位置に挿入して、正極側積層部、負極側積層部及び中央積層部の温度を検知した。しかし、例えば、第１熱電対、第２熱電対及び第３熱電対を、発電要素の外側面や、発電要素の積層部の層間に配置して、正極側積層部、負極側積層部及び中央積層部の温度を検知しても良い。
また、実施形態２では、発電要素２０の中央温度ＴＺ０、正極側温度ＴＸ０及び負極側温度ＴＹ０を均一にして、リチウムイオンの濃度ムラを解消するように制御した。しかし、例えば、電池にハイレート劣化を促進させる目的で、中央温度ＴＺ０と、正極側温度ＴＸ０及び負極側温度ＴＹ０との間に、逆に温度差をつける制御をしても良い。また、中央温度変化手段、正極側温度変化手段及び負極側温度変化手段として、通電により吸熱させるペルチェ素子を用いたが、例えば、通電により発熱させるヒータを用いても良い。
例えば、実施形態１では、第１熱電対、第２熱電対及び第３熱電対を、発電要素の軸芯の位置に挿入して、正極側積層部、負極側積層部及び中央積層部の温度を検知した。しかし、例えば、第１熱電対、第２熱電対及び第３熱電対を、発電要素の外側面や、発電要素の積層部の層間に配置して、正極側積層部、負極側積層部及び中央積層部の温度を検知しても良い。
また、実施形態２では、発電要素２０の中央温度ＴＺ０、正極側温度ＴＸ０及び負極側温度ＴＹ０を均一にして、リチウムイオンの濃度ムラを解消するように制御した。しかし、例えば、電池にハイレート劣化を促進させる目的で、中央温度ＴＺ０と、正極側温度ＴＸ０及び負極側温度ＴＹ０との間に、逆に温度差をつける制御をしても良い。また、中央温度変化手段、正極側温度変化手段及び負極側温度変化手段として、通電により吸熱させるペルチェ素子を用いたが、例えば、通電により発熱させるヒータを用いても良い。
Claims (7)
- 正極板、負極板及びセパレータを含む発電要素であって、
上記正極板と上記負極板との間に上記セパレータを介在させて積層した積層部と、上記積層部から上記正極板の一部が延出してなる正極延出部と、上記積層部から上記負極板の一部が、上記正極延出部とは逆側に延出してなる負極延出部と、を含む発電要素を有する
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を制御する制御手段と、
上記正極延出部と上記負極延出部を結ぶ方向を正負延出方向としたとき、
上記積層部のうち、上記正負延出方向の中央に位置する中央積層部の温度を検知する中央温度検知手段と、
上記積層部のうち、上記中央積層部よりも上記正負延出方向の上記正極延出部側に位置する、正極側積層部の温度を検知する正極側温度検知手段、及び、
上記積層部のうち、上記中央積層部よりも上記正負延出方向の上記負極延出部側に位置する、負極側積層部の温度を検知する負極側温度検知手段の少なくともいずれかと、を備え、
上記制御手段は、
上記中央積層部の温度と、上記正極側積層部の温度及び上記負極側積層部の温度の少なくともいずれかとを用いて、上記リチウムイオン二次電池を制御する
電池システム。 - 請求項１に記載の電池システムであって、
前記制御手段は、
ハイレート放電により生じる、前記中央積層部の温度上昇の温度上昇量と、前記正極側積層部の温度上昇の温度上昇量及び前記負極側積層部の温度上昇の温度上昇量の少なくともいずれかとの上昇量差に基づいて、ハイレート充放電時に上記リチウムイオン二次電池に流す充放電電流の制限を変更する制限変更手段を有する
電池システム。 - 請求項２に記載の電池システムであって、
前記制限変更手段は、
前記中央積層部の温度上昇量が、前記正極側積層部の温度上昇量、及び、前記負極側積層部の温度上昇量のいずれかよりも小さい場合に、それ以降のハイレート放電の放電電流を相対的に小さくさせる制御に変更する
電池システム。 - 請求項２に記載の電池システムであって、
前記負極側温度検知手段を備え、
前記制限変更手段は、
前記中央積層部の温度上昇量が、上記負極側積層部の温度上昇量よりも小さい場合に、それ以降のハイレート放電の放電電流を相対的に大きくさせる制御に変更する
電池システム。 - 請求項１に記載の電池システムであって、
前記発電要素のうち、前記中央積層部の温度を変化させる中央温度変化手段と、
上記発電要素のうち、前記正極側積層部の温度を変化させる正極側温度変化手段と、
上記発電要素のうち、前記負極側積層部の温度を変化させる負極側温度変化手段と、
を備え、
前記制御手段は、
上記中央温度変化手段、上記正極側温度変化手段及び上記負極側温度変化手段を制御する温度制御手段を含む
電池システム。 - 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電池システムを備える車両。
- 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電池システムを備える電池搭載機器。
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