JP2009199936A - 電源システムおよびこれを搭載した車両ならびに電源システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デンドライトによるリチウム二次電池の性能低下を防止することができる電源システムを提供する。
【解決手段】本発明の電源システム１００は、析出量算出手段５１および溶解除去手段２０，７０を有する。析出量算出手段５２は、リチウム二次電池１０，１１の充放電にともなってリチウム二次電池１０，１１の負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量を算出する。溶解除去手段２０，７０は、析出量算出手段５１で算出されるデンドラントの析出量に応じて、デンドライトを溶解除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウム二次電池を電源として用いた電源システムおよびこれを搭載した車両ならびに電源システムの制御方法に関する。

近年、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のモータ駆動用電源として、リチウム二次電池の開発が盛んである。

リチウム二次電池に関する技術としては、二次電池の耐久性向上の要求から、下記の特許文献１に示すようなリチウム二次電池の充電方法が提案されている。特許文献１に開示されている充電方法は、オンとオフとを交互に繰り返すパルス電流を供給することによりリチウム二次電池を充電するものである。このような構成の充電方法によれば、リチウム二次電池の性能低下を引き起こすリチウムのデンドライが、充電時にリチウム二次電池の負極に析出することを抑制することができる。
特開平７−２６３０３１号公報

しかしながら、上記充電方法では、デンドライトの析出を抑制することができるものの、デンドライトは経時的に析出し、いずれはリチウム二次電池の性能低下を引き起こすという問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、デンドライトによるリチウム二次電池の性能低下を防止することができる電源システムおよび電源システムの制御方法を提供することである。

また、本発明の他の目的は、上記電源システムを搭載した車両を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

本発明の電源システムは、析出量算出手段および溶解除去手段を有する。前記析出量算出手段は、リチウム二次電池の充放電にともなって当該リチウム二次電池の負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量を算出する。前記溶解除去手段は、前記析出量算出手段で算出されるデンドラントの析出量に応じて、前記デンドライトを溶解除去する。

本発明の電源システムの制御方法は、算出段階および溶解除去段階を有する。前記算出段階は、リチウム二次電池の充放電にともなって当該リチウム二次電池の負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量を算出する。前記溶解除去段階は、前記算出段階で算出されるデンドラントの析出量に応じて、前記デンドライトを溶解除去する。

本発明の車両は、上記電源システムを駆動用電源として搭載している。

本発明の電源システムおよび電源システムの制御方法によれば、リチウム二次電池の負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量を予測しつつ、デンドライトが溶解除去されるため、デンドライトの析出によるリチウム二次電池の性能低下が効率よく防止される。したがって、リチウム二次電池の耐久性を向上することができる。

本発明の車両によれば、リチウム二次電池の性能が長期間維持されるため、車両の信頼性が向上する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明を電気自動車のモータ駆動用の電源システムに適用した場合を例にとって説明する。図中、同様の部材には、同一の符号を用いた。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電源システムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の電源システムは、リチウム二次電池の負極に析出するデンドライトの析出量が許容量を超えた場合に、リチウム二次電池の負極の電位を上昇させることによって、析出したデンドライトを溶解除去するものである。

図１に示すとおり、本実施の形態の電源システム１００は、組電池１０、外部電源２０、電圧センサ３０、温度センサ４０、および電源制御装置５０を備える。組電池１０は、インバータ６０を介してモータ７０に接続されており、電源制御装置５０は、車内ネットワークを通じて車両制御装置８０に接続されている。

組電池１０は、モータ７０に電力を供給するものである。組電池１０は、繰り返し充放電可能なリチウム二次電池であって、リチウムを含む正極を備えたリチウム単電池（以下、電池セルと称する）１１が複数直列に接続されて構成される。組電池１０を構成する電池セル１１についての詳細な説明については後述する。

外部電源２０は、溶解除去手段として、リチウムのデンドライトを溶解除去するものである。外部電源２０は、組電池１０に逆電圧を印加して組電池１０の負極の電位を上昇させることによって、デンドライトを溶解除去する。外部電源２０は、その負極端子が組電池１０の正極端子に接続され、その正極端子が組電池１０の負極端子に接続される。本実施の形態の外部電源２０は、直流電源および可変抵抗器を含む可変電源であって、電源制御装置５０により制御される。あるいは、本実施の形態と異なり、外部電源２０は、組電池１０にパルス電圧（パルス電流）を印加するパルス電源を有してもよい。

電圧センサ３０は、充電量検出手段として、組電池１０の電圧を検出するものである。電圧センサ３０は、組電池１０と並列に接続されており、組電池１０の充電量（ＳＯＣ）として組電池１０の開放電圧を検出する。電圧センサ３０は、電源制御装置５０と電気的に接続されており、検出された電圧信号は電源制御装置５０に送信される。

温度センサ４０は、組電池１０の温度を検出するものである。温度センサ４０は、組電池１０内部に設けられ、組電池１０が使用される環境の温度として組電池１０内部の温度を検出する。温度センサ４０は、電源制御装置５０と電気的に接続されており、検出された温度信号は電源制御装置５０に送信される。

電源制御装置５０は、電圧センサ３０および温度センサ４０によって検出される信号を処理し、外部電源２０およびモータ７０を制御するものである。電源制御装置５０は、インバータ６０と組電池１０とを接続する強電ハーネスに設けられた強電スイッチを制御するとともに、車両制御装置８０を介して、モータ７０に接続されるインバータ６０に制御信号を出力することができる。

電源制御装置５０は、たとえば、一般的なコンピュータであって、ＣＰＵ５１およびメモリ５２を有する。ＣＰＵ５１は、外部電源２０およびモータ７０の動作を制御する制御部、および、リチウムのデンドライトの析出量を算出する析出量算出部（析出量算出手段）として機能する。メモリ５２は、格納手段として、組電池１０の充放電履歴情報、および、組電池１０の開放電圧と充電量との関係を示す開放電圧−充電量データを格納している。

次に、図２を参照しつつ、本実施の形態の組電池１０を構成している電池セル１１について詳細に説明する。

図２は、図１に示す電源システムにおける組電池を構成する電池セルの構造を説明するための断面図である。

図２に示すとおり、本実施の形態の電池セル１１は、ラミネートフィルムよりなる外装材１２に、電池要素（発電要素）および参照極１３が収納された構成を有している。また、本実施の形態の電池セル１１には、電池セル１１の負極の電位を検出するセル電圧センサ３１が接続されている。

電池要素は、リチウムイオンを吸蔵および放出する正極活物質および負極活物質を含み、正極と負極の間の電解質（非水電解液）をリチウムイオンが移動することによって充放電するものである。電池要素は、正極集電体１４ａの両面（電池要素の最下層および最上層用は片面）に正極活物質層１４ｂが形成された正極１４と、電解質層１５と、負極集電体１６ａの両面に負極活物質層１６ｂが形成された負極１６とが複数積層されて構成される。正極集電体１４ａおよび負極集電体１６ａは延長されて、外装材１２から導出される正極タブ１７および負極タブ１８にそれぞれ取り付けられている。なお、正極集電体１４ａ、正極活物質層１４ｂ、電解質層１５、負極集電体１６ａ、および負極活物質層１６ｂ自体は、リチウム二次電池に用いられる一般的な物質から構成されるものであるため、詳細な説明は省略する。

参照極１３は、電池セル１１の負極の電位を測定するためのものである。参照極１３は、たとえば、金属リチウムから形成され、電解質層１５をなすセパレータの端部に設けられている。参照極１３には、外装材１２の外部まで導出されるリード線（不図示）が取り付けられており、リード線は、セル電圧センサ３１に接続されている。なお、本実施の形態とは異なり、参照極１３は、電池セル１１内部に１個だけ設けられてもよく、この場合、参照極１３は、負極近傍に設けられることが好ましい。

以上のとおり構成される本実施の形態の電源システム１００では、電池セル１１の負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量が許容量を超えた場合、電池セル１１の負極１６の電位を上昇させることによって、析出したデンドライトが溶解除去される。以下、図３〜図６を参照しつつ、本実施の形態の電源システムの制御方法について詳細に説明する。

図３は、図１に示す電源システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下のフローチャートでは、組電池１０を充電する前に、電池セル１１の負極に析出しているリチウムのデンドライトを溶解除去する場合を例にとって説明する。

図３に示すとおり、本実施の形態における電源システムの制御方法では、まず、デンドライトの析出量が算出される（ステップＳ１０１）。本実施の形態では、組電池１０が充放電された履歴を示す充放電履歴情報に基づいて、ＣＰＵ５１が組電池１０の内部に析出されるデンドライトの析出量の推定値を算出する。ステップＳ１０１に示すデンドライト析出量算出処理の詳細は後述する。

次に、デンドライトの析出量が許容値以上か否かが判断される（ステップＳ１０２）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、ステップＳ１０１に示す処理で算出されたデンドライトの析出量と予め設定される許容値とを比較して、析出量が許容値以上か否かを判断する。ここで、許容値は、たとえば、０．３（ｍｇ）であり、デンドライトが電池セル１１の性能低下を引き起こさないように、電池セル１１に用いられている物質および電池セル１１の寸法などに応じて設定される。

デンドライトの析出量が許容値未満の場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、デンドライトが電池セル１１の性能低下を引き起こす可能性は低いとして、デンドライトを溶解除去することなく、ステップＳ１１１以下に示す充電処理に移行する。

一方、デンドライトの析出量が許容値以上の場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、組電池１０の充電量が検出される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、電圧センサ３０によって検出される組電池１０の開放電圧から、ＣＰＵ５１が組電池１０の充電量を算出する。より具体的には、メモリ５２に格納されている開放電圧−充電量データに基づいて、ＣＰＵ５１が組電池１０の充電量を算出する。

次に、検出された組電池１０の充電量が設定値以上か否かが判断される（ステップＳ１０４）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、ステップＳ１０３に示す処理で算出された充電量と設定値とを比較して、充電量が設定値以上か否かを判断する。ここで、設定値は、たとえば、６０％であり、後続するデンドライト溶解処理で消費される電力が大きくなり過ぎないように、電池セル１１に用いられている物質などに応じて設定される。

組電池１０の充電量が設定値以上の場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、後続するデンドライト溶解処理で消費される電力が大き過ぎて効率的ではないとして、デンドライトを溶解除去することなく、ステップＳ１１１以下に示す充電処理に移行する。一方、組電池１０の充電量が設定値未満の場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、デンドライトを溶解除去するために、外部電源２０から組電池１０に逆電圧が印加される（ステップＳ１０５）。本実施の形態では、電源制御装置５０が外部電源２０に指令信号を出力して、外部電源２０から組電池１０に逆電圧を印加する。電位調整手段としての外部電源２０から逆電圧が印加されることにより、電池セル１１の負極１６の電位は強制的に上昇される。電池セル１１の負極の電位が上昇されることにより、負極に析出しているデンドライトが溶解される。

次に、電池セル１１の負極の電位が検出される（ステップＳ１０６）。本実施の形態では、セル電圧センサ３１によって、一の電池セル１１の内部に設けられた参照極１３と負極１６との電位差が負極の電位として検出される。

そして、検出された負極の電位が予め設定されるデンドライト溶解電位以上か否かが判断される（ステップＳ１０７）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、ステップＳ１０６に示す処理で検出された負極の電位とデンドライト溶解電位とを比較して、負極の電位がデンドライト溶解電位以上か否かを判断する。ここで、デンドライト溶解電位は、たとえば、２Ｖであって、デンドライトを効果的に溶解除去することができる電位である。デンドライト溶解電位は、電池セル１１に用いられている物質に応じて設定される。

負極の電位がデンドライト溶解電位未満の場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、負極の電位がデンドライト溶解電位に到達するまで、外部電源２０から印加される逆電圧の大きさが増加される。一方、負極の電位がデンドライト溶解電位以上の場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、外部電源２０から印加される逆電圧の大きさが維持される（ステップＳ１０８）。

次に、所定時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ１０９）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、所定時間が経過するまで、外部電源２０から印加される逆電圧の大きさが維持される。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、外部電源２０からの逆電圧の印加が停止され（ステップＳ１１０）、処理が終了される。

以上のとおり、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０に示す処理によれば、外部電源２０から組電池１０に逆電圧が印加されることによって、電池セル１１の負極の電位が強制的に上昇される。電池セル１１の負極１６の電位が上昇されることにより、電池セル１１の負極１６に析出しているデンドライトが溶解除去される。なお、本実施の形態と異なり、たとえば、モータ７０の回転数を上昇させて組電池１０を放電させることにより、電池セル１１の負極の電位を上昇させて、デンドライトを溶解除去してもよい。

次に、組電池１０の充電が開始される（ステップＳ１１１）。そして、組電池１０の充電が完了するまで充電が継続され（ステップＳ１１２，Ｓ１１３）、処理が終了される。なお、ステップＳ１１１〜Ｓ１１３に示す処理は、一般的なリチウム二次電池の充電処理であるため、詳細な説明は省略する。

以上のとおり、図３のフローチャートに示す処理によれば、まず、組電池１０の充放電履歴情報に基づいて、組電池１０を構成する電池セル１１の負極に析出しているデンドライトの析出量が算出される。そして、算出されたデンドライトの析出量が許容量を超える場合、負極に析出しているデンドライトが溶解除去される。その結果、電池セル１１の負極に析出したリチウムのデンドライトに起因する電池セル１１の性能低下が防止される。以下、図４および図５を参照しつつ、デンドライトの析出量を算出するデンドライト析出量算出処理について詳細に説明する。

図４は、図３のステップＳ１０１に示すデンドライト析出量算出処理を説明するためのフローチャートである。本実施の形態のデンドライト析出量算出処理では、組電池１０の充放電履歴情報である組電池１０の充電回数情報、高速充電回数情報、および満充電回数情報に基づいて、デンドライトの析出量が算出される。

図４に示すとおり、本実施の形態のデンドライト析出量算出処理では、まず、組電池１０が充電された回数を示す充電回数情報が読み出される（ステップＳ２０１）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、メモリ５２に予め格納されている組電池１０の充電回数情報を読み出す。

次に、組電池１０の充電回数情報に基づいたデンドライトの析出量（以下、第１析出量と称する）が算出される（ステップＳ２０２）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、予め設定される第１係数ｋ_１（たとえば、２×１０^−４ｍｇ／回）と充電回数ａとの積により、デンドライトの第１析出量（ｋ_１・ａ）を算出する。算出されたデンドライトの第１析出量は、メモリ５２に一時的に格納される。

次に、組電池１０の温度が検出される（ステップＳ２０３）。本実施の形態では、組電池１０が使用される環境の温度に基づいてデンドライトの析出量が補正されるように、温度センサ４０によって組電池１０内部の温度が検出される。

そして、検出された温度に基づいて、デンドライトの析出量の第１および第２温度補正値α，βが算出される（ステップＳ２０４）。本実施の形態では、組電池１０が使用される環境の温度が高いほどデンドライトの析出量が多くなるように、ＣＰＵ５１が、第１温度補正値α（たとえば、７ｍｇ）および第２温度補正値β（たとえば、５ｍｇ）を算出する。算出された第１および第２温度補正値α，βは、メモリ５２に一時的に格納される。

次に、組電池１０が高速充電された回数を示す高速充電回数情報が読み出される（ステップＳ２０５）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、メモリ５２に予め格納されている組電池１０の高速充電回数情報を読み出す。

次に、組電池１０の高速充電回数情報に基づいたデンドライトの析出量（以下、第２析出量と称する）が算出される（ステップＳ２０６）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、予め設定される第２係数ｋ_２（たとえば、６×１０^−２ｍｇ／回）と高速充電回数ｂとの積に、第１温度補正値αを加えた値を、デンドライトの第２析出量（ｋ_２・ｂ＋α）として算出する。算出されたデンドライトの第２析出量は、メモリ５２に一時的に格納される。

次に、組電池１０が満充電された回数を示す満充電回数情報が読み出される（ステップＳ２０７）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、メモリ５２に予め格納されている組電池１０の満充電回数情報を読み出す。

次に、組電池１０の満充電回数情報に基づいたデンドライトの析出量（以下、第３析出量と称する）が算出される（ステップＳ２０８）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、予め設定される第３係数ｋ_３（たとえば、７．５×１０^−３ｍｇ／回）と満充電回数ｃとの積に、第２温度補正値βを加えた値を、デンドライトの第３析出量（ｋ_３・ｃ＋β）として算出する。算出されたデンドライトの第３析出量は、メモリ５２に一時的に格納される。

そして、デンドライトの総析出量が算出される（ステップＳ２０９）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、ステップＳ２０２，Ｓ２０６，Ｓ２０８で算出された第１〜第３析出量の和をデンドライトの総析出量として算出する。

以上のとおり、図４のフローチャートに示す処理によれば、組電池１０の充電回数情報、高速充電回数情報、および満充電回数情報に基づいて、電池セル１１の負極に析出するデンドライトの析出量の予測値が算出される。

なお、上述したデンドライト析出量算出処理では、温度センサ４０によって検出された組電池１０内部の温度に基づいて、デンドライトの析出量が補正された。しかしながら、デンドライトの析出量は、電気自動車に設けられた温度センサによって検出される電気自動車の外気温度に基づいて補正されてもよい。あるいは、図５のステップＳ２０３’に示すとおり、デンドライトの析出量は、電気自動車が走行する地域の気候データなどに基づいて補正されてもよい。

また、組電池１０の充放電履歴情報のうち、組電池１０の高速充電回数情報および満充電回数情報は省略されてもよく、デンドライトの析出量は、組電池１０の充電回数情報のみに基づいて算出されてもよい。

次に、本実施の形態の電源システム１００における作用効果を説明する。

図６は、本実施の形態の電源システムによるリチウム二次電池の耐久性向上効果を説明するための図である。具体的には、図６は、リチウム二次電池の負極に析出するデンドライトの経時的な析出量を模式的に示したものである。なお、図６では、一般的な電源システムを用いた場合を比較例として示している。図６中の破線は、比較例におけるデンドライトの析出量の経時的な変化を表しており、実線は、本実施の形態におけるデンドライトの析出量の経時的な変化を表している。

比較例では、リチウムのデンドライトが溶解除去されることなく、リチウム二次電池の充放電が繰り返される。リチウム二次電池の充放電にともなって、樹枝状の析出物であるデンドライトは、リチウム二次電池の負極表面の凹凸部または負極の端部に析出・成長する。このようなデンドライトは、電解質層をなすセパレータを貫通して、リチウム二次電池の正極および負極間に内部短絡を引き起こす可能性がある。したがって、一般的な電源システムでは、リチウム二次電池の充放電が繰り返されることにより負極にデンドライトが析出し、リチウム二次電池の性能低下が引き起こされる可能性がある。

一方、本実施の形態では、許容量以上のデンドライトが析出した場合、析出したデンドライトが溶解除去される。したがって、充放電が繰り返されても、デンドライトの析出量は許容量未満に維持され、リチウム二次電池の性能低下が防止される。その結果、リチウム二次電池の耐久性が向上する。

次に、図７を参照しつつ、本実施の形態の電源システムが搭載された車両を説明する。

図７は、本実施の形態の電源システムを駆動用電源として搭載した電気自動車を示す図である。本実施の形態の電源システム１００は、自動車および電車などの車両に搭載され、モータなどの電気機器の駆動用電源として使用されることができる。

図７に示すとおり、本実施の形態の電源システム１００を搭載した電気自動車２００では、組電池１０から電力を供給されるモータ７０によって駆動輪が回転し、電気自動車２００が走行する。本実施の形態の電気自動車２００は、組電池１０の性能が長期間維持されるため、電気自動車２００の信頼性が向上する。

以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。

（ａ）本実施の形態の電源システムは、析出量算出部、外部電源、およびモータを有する。析出量算出部は、電池セルの充放電にともなって電池セルの負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量を算出する。外部電源およびモータは、析出量算出部で算出されるデンドラントの析出量に応じて、デンドライトを溶解除去する。したがって、電池セルの負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量が予測されつつ、デンドライトが溶解除去されるため、デンドライトの析出による電池セルの性能低下が効率よく防止される。その結果、電池セルの耐久性を向上することができる。

（ｂ）本実施の形態の電源システムは、電池セルが充放電された履歴を示す充放電履歴情報を格納するメモリをさらに有し、析出量算出部は、組電池の充放電履歴情報に基づいて、デンドランドの析出量を算出する。したがって、デンドライトの析出量を算出することができる。

（ｃ）充放電履歴情報は、組電池が充電された回数を示す充電回数情報を含む。したがって、組電池の充電回数に基づいて、デンドライトの析出量を算出することができる。

（ｄ）析出量算出部は、電池セルが高速充電された回数および電池セルが満充電された回数が多いほどデンドライトの析出量が多くなるように、組電池の充電回数情報、高速充電回数情報、および満充電回数情報に基づいて、デンドランドの析出量を算出する。したがって、デンドライトの析出を加速する高速充電および満充電の影響が加速度係数的にデンドライトの析出量の計算に加えられるため、デンドライトの析出量を正確に算出することができる。

（ｅ）外部電源およびモータは、電池セルの負極の電位を上昇させることによって、デンドライトを溶解除去する。したがって、電池セルの負極に析出したデンドライトを電気的に溶解除去することができる。

（ｆ）電池セルが使用される環境の温度が高いほどデンドライトの析出量が多くなるように、電池セルが使用される環境の温度情報に基づいて、デンドライトの析出量が補正される。したがって、デンドライトの析出量をより正確に算出することができる。

（ｇ）温度情報は、電池セルの温度情報、電池セルを駆動用電源として搭載した電気自動車の外気温度情報、または電気自動車が使用される地域の気候情報を含む。したがって、電池セルが使用される環境の温度情報に基づいて、デンドライトの析出量を補正することができる。

（ｈ）本実施の形態の電源システムは、電池セルの充電量を検出する電圧センサをさらに有し、外部電源およびモータは、電池セルの充電量が設定値未満の場合、デンドライトを溶解除去する。したがって、たとえば、低レート放電後などで組電池の充電量がある程度高い場合、組電池に蓄積されている電力が電池外部に非効率的に廃棄されることを防止することができる。その結果、効率的な制御が実現される。

（ｉ）電圧センサは、組電池の開放電圧を検出する。したがって、組電池の充電量を検出することができる。

（ｊ）本実施の形態の車両は、上記電源システムを駆動用電源として搭載している。したがって、複数の電池セルから構成される組電池の性能が長期間維持されるため、車両の信頼性が向上する。

（ｋ）本実施の形態における電源システムの制御方法は、算出段階および溶解除去段階を有する。算出段階は、電池セルの充放電にともなって電池セルの負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量を算出する。溶解除去段階は、算出段階で算出されるデンドラントの析出量に応じて、デンドライトを溶解除去する。したがって、電池セルの負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量が予測されつつ、デンドライトが溶解除去されるため、デンドライトの析出による電池セルの性能低下が効率よく防止される。その結果、電池セルの耐久性を向上することができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、組電池の充電回数情報、高速充電回数情報、および満充電回数情報に基づいて、デンドライトの析出量を算出した。本実施の形態では、組電池の稼動時間に基づいて、デンドライトの析出量を算出する。

図８は、本発明の第２の実施の形態における電源システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下のフローチャートでは、組電池１０を充電する前に、電池セル１１の負極に析出しているリチウムのデンドライトを溶解除去する場合を例にとって説明する。

図８に示すとおり、本実施の形態における電源システムの制御方法では、まず、組電池１０の稼動時間が読み出される（ステップＳ３０１）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、メモリ５２に予め格納されている組電池１０の稼動時間を読み出す。

次に、組電池１０の稼動時間に基づいたデンドライトの析出量が算出される（ステップＳ３０２）。本実施の形態では、ＣＰＵ５１が、予め設定される係数と稼動時間との積により、デンドライトの析出量を算出する。

次に、デンドライトの析出量が許容値以上か否かが判断される（ステップＳ３０３）。デンドライトの析出量が許容値未満の場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）、デンドライトが電池セル１１の性能低下を引き起こす可能性は低いとして、デンドライトを溶解除去することなく、ステップＳ３１２以下に示す充電処理に移行する。一方、デンドライトの析出量が許容値以上の場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、組電池１０の充電量が検出され、検出された組電池１０の充電量が設定値以上か否かが判断される（ステップＳ３０４，Ｓ３０５）。

組電池１０の充電量が設定値以上の場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、デンドライトを溶解除去することなく、ステップＳ３１２以下に示す充電処理に移行する。一方、組電池１０の充電量が設定値未満の場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、デンドライトを溶解除去するために、外部電源２０から組電池１０に逆電圧が印加される（ステップＳ３０６）。

次に、電池セル１１の負極の電位が検出され、検出された負極の電位が予め設定されるデンドライト溶解電位以上か否かが判断される（ステップＳ３０７，Ｓ３０８）。負極の電位がデンドライト溶解電位未満の場合（ステップＳ３０８：ＮＯ）、負極の電位がデンドライト溶解電位に到達するまで、外部電源２０から印加される逆電圧の大きさが増加される。一方、負極の電位がデンドライト溶解電位以上の場合（ステップＳ３０８：ＹＥＳ）、外部電源２０から印加される逆電圧の大きさが維持される（ステップＳ３０９）。

次に、所定時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ３１０）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ３１０：ＮＯ）、所定時間が経過するまで、外部電源２０から印加される逆電圧の大きさが維持される。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、外部電源２０からの逆電圧の印加が停止され（ステップＳ３１１）、処理が終了される。

次に、組電池１０の充電が開始される（ステップＳ３１２）。そして、組電池１０の充電が完了するまで充電が継続され（ステップＳ３１３，Ｓ３１４）、処理が終了される。

以上のとおり、図８のフローチャートに示す処理によれば、まず、組電池１０の稼動時間情報に基づいて、組電池１０を構成する電池セル１１の負極に析出しているデンドライトの析出量が算出される。そして、算出されたデンドライトの析出量が許容量を超える場合、負極に析出しているデンドライトが溶解除去される。その結果、電池セル１１の負極に析出したリチウムのデンドライトに起因する電池セル１１の性能低下が防止される。

以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。

（ｌ）充放電履歴情報は、組電池の稼動時間を示す稼動間情報を含む。したがって、組電池の稼働時間に基づいて、デンドライトの析出量を算出することができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態は、電池セルに超音波振動を付与することによって、リチウムのデンドライトを溶解除去する実施の形態である。

図９は、本発明の第３の実施の形態における電源システムの概略構成を示すブロック図である。

図９に示すとおり、本実施の形態の電源システム１００は、組電池１０、電圧センサ３０、温度センサ４０、電源制御装置５０、および超音波発振器２５を備える。組電池１０は、インバータ６０を介してモータ７０に接続されており、電源制御装置５０は、車内ネットワークを通じて車両制御装置８０に接続されている。なお、外部電源に代わって、超音波発振器がデンドライトを溶解除去する点を除いては、本実施の形態における電源システムの構成は第１の実施の形態の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。

超音波発振器２５は、溶解除去手段として、リチウムのデンドライトを溶解除去するものである。超音波発振器２５は、組電池１０に超音波振動を付与することによって、デンドライトを溶解除去する。超音波発振器２５は、組電池１０に連結されており、電源制御装置５０によって制御される。

図１０は、図９に示す電源システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下のフローチャートでは、組電池１０を充電する前に、電池セル１１の負極に析出しているリチウムのデンドライトを溶解除去する場合を例にとって説明する。

図１０に示すとおり、本実施の形態における電源システムの制御方法では、まず、デンドライトの析出量が算出される（ステップＳ４０１）。なお、ステップＳ４０１に示すデンドライト析出量算出処理は、第１の実施の形態の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。

次に、デンドライトの析出量が許容値以上か否かが判断される（ステップＳ４０２）。デンドライトの析出量が許容値未満の場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、デンドライトが電池セル１１の性能低下を引き起こす可能性は低いとして、デンドライトを溶解除去することなく、ステップＳ４０８以下に示す充電処理に移行する。一方、デンドライトの析出量が許容値以上の場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、組電池１０の充電量が検出され、検出された組電池１０の充電量が設定値以上か否かが判断される（ステップＳ４０３，Ｓ４０４）。

組電池１０の充電量が設定値以上の場合（ステップＳ４０４：ＹＥＳ）、デンドライトを溶解除去することなく、ステップＳ４０８以下に示す充電処理に移行する。一方、組電池１０の充電量が設定値未満の場合（ステップＳ４０４：ＮＯ）、デンドライトを溶解除去するために、組電池１０に超音波振動が付与される（ステップＳ４０５）。本実施の形態では、電源制御装置５０が超音波発振器２５に指令信号を出力して、超音波発振器２５から組電池１０に超音波振動を付与する。超音波発振器２５から超音波振動が付与されることにより、電池セル１１の負極に析出しているデンドライトが溶解される。

次に、所定時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ４０６）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ４０６：ＮＯ）、所定時間が経過するまで、超音波発振器２５から付与される超音波振動が維持される。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ４０６：ＹＥＳ）、超音波発振器２５からの超音波振動の付与が停止される（ステップＳ４０７）。

次に、組電池１０の充電が開始される（ステップＳ４０８）。そして、組電池１０の充電が完了するまで充電が継続され（ステップＳ４０９，Ｓ４１０）、処理が終了される。

以上のとおり、図１０のフローチャートに示す処理によれば、まず、組電池１０の充放電履歴情報に基づいて、組電池１０を構成する電池セル１１の負極に析出しているデンドライトの析出量が算出される。そして、算出されたデンドライトの析出量が許容量を超える場合、組電池１０に超音波振動が付与されることにより、電池セルの負極に析出しているデンドライトが溶解除去される。その結果、電池セル１１の負極に析出したリチウムのデンドライトに起因する電池セル１１の性能低下が防止される。

以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１および第２の実施の形態における効果に加えて、以下の効果を奏する。

（ｍ）本実施の形態の電源システムは、析出量算出部で算出されるデンドラントの析出量に応じて、デンドライトを溶解除去する超音波発振器を有する。したがって、電池セルの負極に析出するデンドライトによる電池セルの性能低下が防止される。その結果、電池セルの耐久性を向上することができる。

以上のとおり、第１〜第３の実施の形態において、本発明の電源システム、電源システムの制御方法、および車両を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。

たとえば、上述した実施の形態では、デンドライトの析出量が許容量を超える場合、デンドライトを溶解除去した。しかしながら、許容量とは無関係に、デンドライトの析出量に応じて、外部電源からの逆電圧の印加時間などの条件を変更しつつ、デンドライトを溶解除去してもよい。

また、上述した実施の形態では、電池セルの負極の電位を上昇させることにより、あるいは、電池セルに超音波振動を付与することにより、リチウムのデンドライトを溶解除去した。しかしながら、電池セルに、パルス状のレーザ光を照射することによって、リチウムのデンドライトを溶解除去してもよい。

また、上述した実施の形態では、充放電履歴情報に基づいて算出されるデンドライトの析出量が許容値と比較された。しかしながら、充放電履歴情報自体が所定の閾値と直接的に比較されてもよい。

また、上述した実施の形態では、電圧センサによって検出される組電池の開放電圧から組電池の充電量が算出された。しかしながら、組電池の充電量は、電流センサによって検出される電流値などから求められる組電池の充放電履歴に基づいて算出されてもよい。

本発明の第１の実施の形態における電源システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す電源システムにおける組電池を構成する電池セルの構造を説明するための断面図である。 図１に示す電源システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。 図３のステップＳ１０１に示すデンドライト析出量算出処理を説明するためのフローチャートである。 図４に示すデンドライト析出量算出処理の変形例を説明するためのフローチャートである。 図１に示す電源システムによる作用効果を説明するための図である。 図１に示す電源システムが搭載された電気自動車を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態における電源システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態における電源システムの概略構成を示すブロック図である。 図９に示す電源システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 組電池（リチウム二次電池）、
１１ 電池セル（リチウム二次電池）、
１４ 正極、
１６ 負極、
２０ 外部電源（溶解除去手段、電位調整手段）、
２５ 超音波発振器（溶解除去手段）、
３０ 電圧センサ（充電量検出手段）、
３１ セル電圧センサ、
４０ 温度センサ、
５０ 電源制御装置、
５１ ＣＰＵ（析出量算出手段）、
５２ メモリ（格納手段）、
７０ モータ（溶解除去手段、電位調整手段）、
１００ 電源システム、
２００ 電気自動車（車両）。

Claims (12)

1. リチウム二次電池の充放電にともなって当該リチウム二次電池の負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量を算出する析出量算出手段と、
   前記析出量算出手段で算出されるデンドラントの析出量に応じて、前記デンドライトを溶解除去する溶解除去手段と、を有することを特徴とする電源システム。
2. 前記リチウム二次電池が充放電された履歴を示す充放電履歴情報を格納する格納手段をさらに有し、
   前記析出量算出手段は、前記リチウム二次電池の充放電履歴情報に基づいて、前記デンドランドの析出量を算出することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記充放電履歴情報は、前記リチウム二次電池が充電された回数を示す充電回数情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
4. 前記充放電履歴情報は、前記リチウム二次電池の稼動時間を示す稼動時間情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
5. 前記充放電履歴情報は、前記リチウム二次電池が高速充電された回数を示す高速充電回数情報と、前記リチウム二次電池が満充電された回数を示す満充電回数情報と、をさらに含み、
   前記析出量算出手段は、前記リチウム二次電池が高速充電された回数および前記リチウム二次電池が満充電された回数が多いほど前記デンドライトの析出量が多くなるように、前記リチウム二次電池の充電回数情報、高速充電回数情報、および満充電回数情報に基づいて、前記デンドランドの析出量を算出することを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
6. 前記溶解除去手段は、前記リチウム二次電池の負極の電位を上昇させることによって、前記デンドライトを溶解除去する電位調整手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
7. 前記リチウム二次電池が使用される環境の温度が高いほど前記デンドライトの析出量が多くなるように、前記リチウム二次電池が使用される環境の温度情報に基づいて、前記デンドライトの析出量が補正されることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
8. 前記温度情報は、前記リチウム二次電池の温度情報、前記リチウム二次電池を駆動用電源として搭載した装置の外気温度情報、または前記装置が使用される地域の気候情報を含むことを特徴とする請求項７に記載の電源システム。
9. 前記リチウム二次電池の充電量を検出する充電量検出手段をさらに有し、
   前記溶解除去手段は、前記リチウム二次電池の充電量が設定値未満の場合、前記デンドライトを溶解除去することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
10. 前記充電量検出手段は、前記リチウム二次電池の開放電圧を検出する電圧センサを含むことを特徴とする請求項９に記載の電源システム。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電源システムを駆動用電源として搭載したことを特徴とする車両。
12. リチウム二次電池の充放電にともなって当該リチウム二次電池の負極に析出するリチウムのデンドライトの析出量を算出する算出段階と、
    前記算出段階で算出されるデンドラントの析出量に応じて、前記デンドライトを溶解除去する溶解除去段階と、を有することを特徴とする電源システムの制御方法。

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