本發(fā)明涉及用于鋰離子二次電池的控制器，以及包括所述用于鋰離子二次電池的控制器的車輛。

背景技術(shù)：

在本說明書中，“二次電池”一詞一般表示可重復(fù)充電的電池。作為控制器控制對象的鋰離子二次電池不僅包括電池單體，而且還包括其中多個(gè)電池組件相互連接的電池組。組裝在電池組中的鋰離子二次電池根據(jù)需要被稱為電池組件。

例如，公開號為2011-189768的日本專利申請(JP 2011-189768A)描述了一種防止或緩解電池劣化的方法。在此方法中，充電電流在充電狀態(tài)高時(shí)減小，放電電流在充電狀態(tài)低時(shí)減小。例如，還建議基于有關(guān)電壓、電流和溫度的信息計(jì)算電池的充電狀態(tài)和劣化狀態(tài)，然后響應(yīng)于在循環(huán)試驗(yàn)等中提前推定的推定劣化與實(shí)際劣化之間的比較而更改充電電流的限制值或放電電流的限制值。

公開號為2013-106481的日本專利申請(JP 2013-106481A)描述了響應(yīng)于基于電阻值的增大或減小計(jì)算的劣化狀態(tài)而設(shè)定目標(biāo)SOC，然后執(zhí)行充電和放電控制。

公開號為2009-123435的日本專利申請(JP 2009-123435A)描述了基于放電導(dǎo)致的離子濃度偏差而計(jì)算劣化量，然后限制放電功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

順便提一下，例如，當(dāng)鋰離子二次電池的充電電流值被限制在低SOC 處并且鋰離子二次電池的輸出也被限制時(shí)，鋰離子二次電池長時(shí)間地保持處于低SOC狀態(tài)，并且鋰離子二次電池的輸出被長時(shí)間地限制。當(dāng)鋰離子二次電池的放電電流值被限制在高SOC處時(shí)，鋰離子二次電池長時(shí)間地保持處于高SOC狀態(tài)，并且鋰離子二次電池的輸出被長時(shí)間地限制。

本發(fā)明的第一方面是一種用于鋰離子二次電池的控制器，包括：SOC檢測單元，其被配置為檢測作為控制對象的鋰離子二次電池的SOC；使用范圍設(shè)定單元，其被配置為基于所述鋰離子二次電池的所述SOC，設(shè)定所述鋰離子二次電池的使用范圍的上限SOC和下限SOC；第一記錄單元，其被配置為記錄所述鋰離子二次電池的充電歷史和放電歷史；以及第一處理單元，其被配置為：基于所述充電歷史和所述放電歷史，判定所述鋰離子二次電池是否處于過充電狀態(tài)或過放電狀態(tài)；以及在所述鋰離子二次電池處于所述過充電狀態(tài)時(shí)，升高所述下限SOC。SOC是充電狀態(tài)的簡稱。SOC是指示相對于電池容量的充電狀態(tài)的值，并且是已充電電量與電池容量的比率。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述鋰離子二次電池的所述使用范圍的所述下限SOC在所述鋰離子二次電池處于所述過充電狀態(tài)時(shí)被升高，從而能夠防止所述鋰離子二次電池在低SOC處長時(shí)間地處于過充電狀態(tài)下。

在本發(fā)明的第一方面，所述控制器可以進(jìn)一步包括放電限制單元，其被配置為在所述第一處理單元基于所述充電歷史和所述放電歷史判定所述鋰離子二次電池處于過充電狀態(tài)時(shí)，限制放電電流以使得所述放電電流小于預(yù)定電流值。此外，所述放電限制單元被配置為在所述鋰離子二次電池的所述SOC變得高于預(yù)定SOC時(shí)，停止或放松對所述放電電流的限制。

在本發(fā)明的第一方面，所述控制器可以進(jìn)一步包括SOC增大單元，其被配置為在所述第一處理單元基于所述充電歷史和所述放電歷史判定所述鋰離子二次電池處于所述過充電狀態(tài)時(shí)，以及在所述鋰離子二次電池的所述SOC低于預(yù)定SOC時(shí)，以小于預(yù)定電流值的電流值給所述鋰離子二次電池充電。

在本發(fā)明的第一方面，所述第一處理單元可以被配置為降低所述上限SOC，以使得所述上限SOC高于已經(jīng)被所述第一處理單元升高的所述下 限SOC。

在本發(fā)明的第一方面，所述使用范圍設(shè)定單元可以被配置為基于所述SOC檢測單元檢測的所述SOC，設(shè)定所述鋰離子二次電池的所述使用范圍的中心范圍，并且所述第一處理單元可以被配置為升高所述中心范圍。

本發(fā)明的第二方面是一種用于鋰離子二次電池的控制器，包括：SOC檢測單元，其被配置為檢測作為控制對象的鋰離子二次電池的SOC；使用范圍設(shè)定單元，其被配置為基于所述鋰離子二次電池的所述SOC，設(shè)定所述鋰離子二次電池的使用范圍的上限SOC和下限SOC；第一記錄單元，其被配置為記錄所述鋰離子二次電池的充電歷史和放電歷史；以及第二處理單元，其被配置為：基于所述充電歷史和所述放電歷史，判定所述鋰離子二次電池是否處于過充電狀態(tài)或過放電狀態(tài)；以及在所述鋰離子二次電池處于所述過放電狀態(tài)時(shí)，降低所述上限SOC。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述鋰離子二次電池的所述使用范圍的上限SOC在所述鋰離子二次電池處于所述過放電狀態(tài)時(shí)被降低，從而能夠防止所述鋰離子二次電池在高SOC處長時(shí)間地處于過放電狀態(tài)下。

在本發(fā)明的第二方面，所述控制器可以進(jìn)一步包括充電限制單元，其被配置為在基于所述充電歷史和所述放電歷史判定所述鋰離子二次電池處于所述過放電狀態(tài)時(shí)，限制充電電流以使得所述充電電流小于預(yù)定電流值。此外，所述充電限制單元可以被配置為在所述鋰離子二次電池的所述SOC變得低于預(yù)定SOC時(shí)，停止或放松對所述充電電流的限制。

在本發(fā)明的第二方面，所述控制器可以進(jìn)一步包括SOC減小單元，其被配置為在所述第二處理單元基于所述充電歷史和所述放電歷史判定所述鋰離子二次電池處于所述過放電狀態(tài)時(shí)，以及在所述鋰離子二次電池的所述SOC高于預(yù)定SOC時(shí)，以小于預(yù)定電流值的電流值給所述鋰離子二次電池放電。

在本發(fā)明的第二方面，所述第二處理單元可以被配置為升高所述下限SOC，以使得所述下限SOC低于已經(jīng)被所述第二處理單元降低的所述上限SOC。

在本發(fā)明的第二方面，所述使用范圍設(shè)定單元可以被配置為基于所述SOC檢測單元檢測的所述SOC，設(shè)定所述鋰離子二次電池的所述使用范圍的中心范圍，并且所述第二處理單元可以被配置為降低所述中心范圍。

在本發(fā)明的第一方面或第二方面，所述控制器可以進(jìn)一步包括劣化量檢測單元，其被配置為檢測所述鋰離子二次電池的高速劣化量，其中在所述劣化量檢測單元檢測的所述高速劣化量高于預(yù)定第一基準(zhǔn)值時(shí)，所述第一處理單元可以被配置為升高所述下限SOC，或者所述第二處理單元可以被配置為降低所述上限SOC。此外，在所述高速劣化量低于預(yù)定第二基準(zhǔn)值時(shí)，所述第一處理單元可以被配置為停止升高所述下限SOC，或者所述第二處理單元可以被配置為停止降低所述上限SOC。

本發(fā)明的第三方面是一種車輛，其包括：作為控制對象的鋰離子二次電池；以及根據(jù)本發(fā)明的第一方面或第二方面的控制器。

附圖說明

下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在所述附圖中，相同的參考標(biāo)號表示相同的元件，其中：

圖1是示出作為控制對象的鋰離子二次電池的一個(gè)典型實(shí)例的截面圖；

圖2是示出經(jīng)由隔離物彼此相對的正極活性材料層和負(fù)極活性材料層的橫截面的示意圖；

圖3是示出鋰離子二次電池的充電容量與負(fù)極活性材料層的厚度增大之間的典型關(guān)系的圖；

圖4是示出在過度執(zhí)行高速充電的情況下的典型電流模式的圖；

圖5是示出在過度執(zhí)行高速放電的情況下的典型電流模式的圖；

圖6是示出已經(jīng)滲入鋰離子二次電池的卷繞電極體的鋰離子的濃度分布的示意圖；

圖7是示意性地示出控制系統(tǒng)的框圖；

圖8是示出控制器的控制處理的流程圖；

圖9是控制系統(tǒng)的框圖；

圖10是控制器的流程圖；

圖11是控制系統(tǒng)的框圖；

圖12是控制器的流程圖；以及

圖13是示出車輛的一個(gè)配置實(shí)例的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

下面將描述本說明書中建議的控制器的實(shí)施例。當(dāng)然，本說明書中描述的實(shí)施例并非旨在限制本發(fā)明。每個(gè)附圖被示意性地繪制，例如，每個(gè)附圖中的尺度關(guān)系(長度、寬度、厚度等等)并不反映實(shí)際尺度關(guān)系。相同的參考標(biāo)號表示提供相同操作的部件和部分，重復(fù)的描述根據(jù)需要被省略或簡化。

在鋰離子二次電池中，如果過度執(zhí)行高速充電或高速放電，電池電阻會增大，結(jié)果是輸出性能降低。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，由于電流量在高速充電或高速放電時(shí)增大，因此如果過度執(zhí)行高速充電或高速放電，則與穩(wěn)定狀態(tài)相比，對電池反應(yīng)起作用的鋰離子濃度分布在電池內(nèi)具有嚴(yán)重偏差。發(fā)明人認(rèn)為這種鋰離子濃度分布偏差對電池電阻的增大以及輸出性能的降低有著顯著的影響。下文將通過使用鋰離子二次電池10作為實(shí)例來描述此類事件，然后描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制器。

圖1示出作為控制對象的鋰離子二次電池的一個(gè)典型實(shí)例。圖1是所謂的方形電池的鋰離子二次電池10的截面圖；鋰離子二次電池10例如包括卷繞電極體40，在該電極體中，正極片50和負(fù)極片60經(jīng)由隔離物72或隔離物74堆疊并卷繞。在該鋰離子二次電池10中，卷繞電極體40和電解液80被容納在電池殼20內(nèi)。下面同樣在有關(guān)控制器的描述中，圖1中使用的參考標(biāo)號在適當(dāng)時(shí)被賦予鋰離子二次電池10的各組件。

正極片50包括正極集電箔51和正極活性材料層53。正極活性材料層53保持在正極集電箔51的每個(gè)面上。正極活性材料層53例如包括正極活性材料粒子、導(dǎo)電材料和粘合劑。正極活性材料層53是這樣的層：在該層 中，正極活性材料粒子和導(dǎo)電材料通過粘合劑粘合。正極活性材料層53具有必要的氣隙，以使得電解液適度地滲入粒子之間。

負(fù)極片60包括負(fù)極集電箔61和負(fù)極活性材料層63。負(fù)極活性材料層63保持在負(fù)極集電箔61的每個(gè)面上。負(fù)極活性材料層63例如包括負(fù)極活性材料粒子、導(dǎo)電材料和粘合劑。負(fù)極活性材料層63是這樣的層：在該層中，負(fù)極活性材料粒子和導(dǎo)電材料通過粘合劑粘合。負(fù)極活性材料層63具有必要的氣隙，以使得電解液適度地滲入粒子之間。

正極活性材料包含鋰，并且是在電池反應(yīng)中適當(dāng)?shù)蒯尫呕虼鎯︿囯x子的材料。正極活性材料的一個(gè)實(shí)例包括鋰復(fù)合氧化物的粒子。負(fù)極活性材料是能夠在電池反應(yīng)中適當(dāng)?shù)卮鎯︿囯x子和釋放所存儲的鋰離子的材料。負(fù)極活性材料的一個(gè)實(shí)例包括具有石墨結(jié)構(gòu)(例如，天然石墨)的粒子。

在該實(shí)施例中，正極集電箔51是帶狀片(例如，鋁箔)。正極活性材料層53被設(shè)置在正極集電箔51的每個(gè)面上，除了在寬度方向上被設(shè)置在正極集電箔51一側(cè)的暴露部52以外。負(fù)極集電箔61是帶狀片(例如，銅箔)。負(fù)極活性材料層63被設(shè)置在負(fù)極集電箔61的每個(gè)面上，除了在寬度方向上被設(shè)置在負(fù)極集電箔61一側(cè)的暴露部62以外。

正極片50和負(fù)極片60相互堆疊，以使得縱向的定位彼此對齊，并且正極活性材料層53和負(fù)極活性材料層63經(jīng)由隔離物72或隔離物74彼此相對。正極片50和負(fù)極片60相互堆疊，以使得正極集電箔51的暴露部52在寬度方向上偏離隔離物72、74的一側(cè)，以及負(fù)極集電箔61的暴露部62在寬度方向上偏離隔離物72、74的一側(cè)。

而且，卷繞電極體40在其中正極片50、負(fù)極片60和隔離物72、74按照上述方式堆疊的狀態(tài)下進(jìn)行卷繞。卷繞電極體40沿著包括卷繞軸WL的一個(gè)平面呈扁平狀，并且被容納在具有扁平矩形容納空間的方形電池殼20內(nèi)。正極集電箔51的暴露部52在沿著卷繞軸WL的一側(cè)偏離隔離物72、74。負(fù)極集電箔61的暴露部62在沿著卷繞軸WL的另一側(cè)偏離隔離物72、74。正極集電箔51的暴露部52和負(fù)極集電箔61的暴露部62均以螺旋形偏移。如圖1所示，偏離隔離物72、74的正極集電箔51的暴露部 52被焊接到正極的內(nèi)部端子23的遠(yuǎn)端23a。偏離隔離物72、74的負(fù)極集電箔61的暴露部62被焊接到負(fù)極的內(nèi)部端子24的遠(yuǎn)端24a。

在圖1所示的實(shí)例中，電池殼20包括殼體21和蓋板22。殼體21具有封閉式長方體外形，其中一面處于打開狀態(tài)。蓋板22是閉合殼體21的開口的構(gòu)件。蓋板22被焊接到殼體21的開口的外圍。這樣形成基本具有六面體外形的電池殼20。例如，電池殼20可以是圓柱形外殼。電池殼20可以是包形外殼，并且可以是所謂的層壓型外部封裝體。電絕緣膜(未示出)應(yīng)被放置在電池殼20與被容納在電池殼20內(nèi)的卷繞電極體之間，從而使得電池殼20和卷繞電極體40彼此電絕緣。

在圖1所示的實(shí)例中，正極的外部端子25和負(fù)極的外部端子26被設(shè)置在蓋板22上。正極的外部端子25被電連接到內(nèi)部端子23。正極集電箔51通過內(nèi)部端子23和外部端子25被電連接到外部裝置。負(fù)極的外部端子26被電連接到內(nèi)部端子24。負(fù)極集電箔61通過內(nèi)部端子24和外部端子26被電連接到外部裝置。蓋板22包括安全閥30和注液孔32。覆蓋材料22被附接到注液孔32。

被容納在電池殼20內(nèi)的電解液80在卷繞軸WL的軸向上從兩側(cè)進(jìn)入電極體40的內(nèi)部。在圖1中，電解液80的量并不精確。電解液80充分地滲入卷繞電極體4內(nèi)的正極活性材料層53和負(fù)極活性材料層63中每一者的氣隙等。電解液80包含用作電解離子的鋰離子，這些鋰離子可對鋰離子二次電池10中的電池反應(yīng)起作用。鋰離子二次電池10的配置的一個(gè)實(shí)例在上面示出。諸如活性材料、導(dǎo)電材料和電解液80之類構(gòu)成鋰離子二次電池10的各種材料的詳細(xì)描述被省略，因?yàn)檫@些材料已經(jīng)在各種公知的文獻(xiàn)中被披露。

鋰離子二次電池10可以單獨(dú)地用作電池單體，也可以用作電池組的每個(gè)電池組件。也就是說，多個(gè)鋰離子二次電池10可以進(jìn)行組裝以組成電池組。例如，鋰離子二次電池10可在如下狀態(tài)下被安裝：在此狀態(tài)下，通過從外側(cè)施加約束力，以必要的力對電池殼20的外面進(jìn)行施壓以防止或縮小電池殼20的膨脹。也就是說，在安裝時(shí)度對電池殼20的外面進(jìn)行施加的 約束件可以被附接到鋰離子二次電池10。

在充電期間，在本說明書中示出的鋰離子二次電池10中，在正極片50與負(fù)極片60之間施加電壓。當(dāng)被施加電壓時(shí)，鋰離子(Li)被從正極活性材料層53中的正極活性材料粒子釋放到電解液內(nèi)，電子被從正極片50的正極活性材料層53釋放。在負(fù)極片60中，存儲電子。此外，電解液中的鋰離子(Li)被吸入負(fù)極活性材料層63中的負(fù)極活性材料粒子內(nèi)并被存儲。

在放電期間，在鋰離子二次電池10中，由于負(fù)極片60與正極片50之間的電位差，電子被從負(fù)極片60轉(zhuǎn)移到正極片50。在負(fù)極中，存儲在負(fù)極活性材料層63中的負(fù)極活性材料粒子內(nèi)的鋰離子被釋放到電解液中。在正極中，電解液中的鋰離子被捕獲到正極活性材料層53中的正極活性材料粒子內(nèi)。

高速充電表示以稍大于電池額定容量的電流值充電。高速放電表示以稍大于電池額定容量的電流值放電。用于判定高速充電的基準(zhǔn)電流值和用于判定高速放電的基準(zhǔn)電流值可以是相同的電流值，也可以不一定是相同的電流值。高速充電或高速放電的基準(zhǔn)電流值可以在考慮以下因素的情況下提前設(shè)定：例如，二次電池的實(shí)際行為或高速充電或放電的電阻。也就是說，高速充電或高速放電的基準(zhǔn)電流值針對目標(biāo)二次電池被自由地確定。高速充電或高速放電的基準(zhǔn)電流值可以被設(shè)定為響應(yīng)于使用環(huán)境(例如，溫度)而變化。例如，偶爾可以用基準(zhǔn)電流值乘以響應(yīng)于使用環(huán)境(例如，溫度)而提前確定的系數(shù)來校正該基準(zhǔn)電流值。

作為一個(gè)典型實(shí)例，將描述圖1所示的鋰離子二次電池10。在為鋰離子二次電池10的部件賦予參考標(biāo)號的同時(shí)描述高速充電或高速放電中的劣化事件。但是，其中發(fā)生此類事件的鋰離子二次電池不限于結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的鋰離子二次電池10的鋰離子二次電池。例如，圖1所示的鋰離子二次電池10包括卷繞電極體40。實(shí)際上，鋰離子二次電池可以包括堆疊電極體，在該堆疊電極體中，正極片和負(fù)極片經(jīng)由隔離物交替地堆疊。

在鋰離子二次電池10中，如果過度執(zhí)行高速充電或高速放電，則電池 性能可能降低，例如，電池電阻可能增大。根據(jù)發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，正極活性材料層53與負(fù)極活性材料層63之間的鹽濃度不均勻性和電解液80從電極體40(尤其是負(fù)極活性材料層63)的外流與此類電池性能降低相關(guān)。負(fù)極活性材料層63中的負(fù)極活性材料粒子的膨脹和電極體40中的電解液80的熱膨脹與電解液80的外流相關(guān)。下面將依次描述這些事件。

圖2是示出經(jīng)由隔離物72或隔離物74彼此相對的正極活性材料層53和負(fù)極活性材料層63的橫截面的示意圖。實(shí)線A1指示橫截面中充電期間的鋰離子濃度分布。虛線B1指示橫截面中放電期間的鋰離子濃度分布。在圖2中，實(shí)線A1和虛線B1分別指示鋰離子濃度朝著上側(cè)變濃，以及鋰離子濃度朝著下側(cè)變稀。

正極活性材料層53與負(fù)極活性材料層63之間的鹽濃度不均勻性表示已經(jīng)滲入正極活性材料層53的電解液80與已經(jīng)滲入負(fù)極活性材料層63的電解液80之間的鋰離子濃度差。例如，在充電期間，如圖2中的實(shí)線A1所示，鋰離子被釋放到已經(jīng)滲入正極活性材料層53的電解液80內(nèi)，并且鋰離子被吸收到已經(jīng)滲入負(fù)極活性材料層63的電解液80內(nèi)。此時(shí)，鋰離子濃度在已經(jīng)滲入正極活性材料層53的電解液80中變濃。鋰離子濃度在已經(jīng)滲入負(fù)極活性材料層63的電解液80中變稀。相反地，在放電期間，如圖2中的虛線圖B1所示，正極活性材料層53吸收來自電解液80的鋰離子，而負(fù)極活性材料層63將鋰離子釋放到電解液80內(nèi)。為此，鋰離子濃度在已經(jīng)滲入正極活性材料層53的電解液80中變稀。鋰離子濃度在已經(jīng)滲入負(fù)極活性材料層63的電解液80中變濃。

此類鹽濃度不均勻性例如在比電解液80中的鋰離子擴(kuò)散速率高的電流速率下的充電或放電中非常明顯。在低電流速率充電或放電的應(yīng)用中，鹽濃度不均勻度較小。當(dāng)電池在不充電或放電的情況下被放置時(shí)，由于電解液中的鋰離子的擴(kuò)散，鹽濃度不均勻性逐漸被消除。

鋰離子二次電池10的負(fù)極活性材料粒子傾向于在鋰離子二次電池10的充電進(jìn)行時(shí)膨脹，在鋰離子二次電池被放電時(shí)收縮。例如，當(dāng)使用具有石墨結(jié)構(gòu)(例如，天然石墨、石墨和軟碳)的材料(基于石墨的材料)作 為鋰離子二次電池10的負(fù)極活性材料粒子時(shí)，這種趨勢非常明顯。在具有石墨結(jié)構(gòu)的負(fù)極活性材料粒子中，當(dāng)鋰離子二次電池10被充電時(shí)，鋰離子被存儲在負(fù)極活性材料粒子的石墨結(jié)構(gòu)層之間。圖3是示出鋰離子二次電池10的充電容量與負(fù)極活性材料層63的厚度增大之間的典型關(guān)系的圖。

當(dāng)鋰離子二次電池10的充電進(jìn)行時(shí)，被存儲在負(fù)極活性材料粒子的石墨結(jié)構(gòu)層之間的鋰離子量增大。石墨結(jié)構(gòu)的邊面距離(C軸方向)(石墨結(jié)構(gòu)的層間距離)逐漸增大，并且負(fù)極活性材料粒子逐漸膨脹。圖3所示的負(fù)極活性材料層63的厚度增大源于石墨結(jié)構(gòu)的邊面距離(C軸方向)逐漸變化所導(dǎo)致的負(fù)極活性材料粒子的逐漸膨脹。當(dāng)鋰離子二次電池10被放電時(shí)，負(fù)極活性材料粒子逐漸收縮。

尤其是，如圖3所示，在低SOC范圍C1和高SOC范圍C3內(nèi)，負(fù)極活性材料層63在鋰離子二次電池10被充電時(shí)變濃。在本說明書中，低SOC范圍C1在適當(dāng)時(shí)被簡稱為范圍C1。高SOC范圍C3在適當(dāng)時(shí)被簡稱為范圍C3。在范圍C1與范圍C3之間，存在中間范圍C2，在該范圍內(nèi)，負(fù)極活性材料層63的厚度幾乎保持不變，即使充電容量增大亦是如此。中間范圍C2在適當(dāng)時(shí)被簡稱為范圍C2。范圍C2是這樣的范圍：在該范圍內(nèi)，充電電阻非常強(qiáng)，并且負(fù)極活性材料粒子幾乎不膨脹或收縮。出現(xiàn)此范圍所在的SOC取決于針對鋰離子二次電池10的充電容量的負(fù)極活性材料粒子的物理性質(zhì)。

當(dāng)鋰離子二次電池10被充電或放電時(shí)，鋰離子二次電池10響應(yīng)于電池反應(yīng)而產(chǎn)生熱量。電解液80響應(yīng)于溫度而膨脹。當(dāng)鋰離子二次電池10的發(fā)熱量增大時(shí)，電解液80的膨脹量也增大。在高速充電或高速放電中，由電解液80的膨脹導(dǎo)致的趨勢變強(qiáng)。根據(jù)發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，鋰離子二次電池的發(fā)熱量Q的增大與根據(jù)電流值I和電池電阻R計(jì)算的I²*R大約成正比。也就是說，當(dāng)電流值I增大或者電池電阻R增大時(shí)，鋰離子二次電池10更容易產(chǎn)生與充電或放電期間的電流值I的平方成正比的熱量，并且電解液80更容易膨脹。

根據(jù)發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，在高速充電期間，如上所述出現(xiàn)鹽濃度不均勻性， 并且電解液中的鋰離子濃度在負(fù)極活性材料層63側(cè)薄。此外，作為鋰離子二次電池10發(fā)熱的結(jié)果，電解液80熱膨脹，并且電解液80從電極體40流出。在低SOC范圍C1和高SOC范圍C3內(nèi)，負(fù)極活性材料粒子的膨脹量比在中間范圍C2內(nèi)更大，并且電解液80更容易從電極體40流出。在中間范圍C2內(nèi)，負(fù)極活性材料粒子幾乎不膨脹，并且電解液80的外流減少。為此，鋰離子二次電池10的性能在中間范圍C2內(nèi)比在范圍C1和范圍C3內(nèi)更難降低。

根據(jù)發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，在高速放電期間，如上所述出現(xiàn)鹽濃度不均勻性，并且電解液中的鋰離子濃度在負(fù)極活性材料層63側(cè)濃。電解液80隨著鋰離子二次電池10的發(fā)熱而出現(xiàn)熱膨脹，并且電解液80從電極體40流出。在低SOC范圍C1和高SOC范圍C3內(nèi)，負(fù)極活性材料粒子的收縮量比在中間范圍C2內(nèi)更大，并且電解液80從電極體40的外流減少。在中間范圍C2內(nèi)，負(fù)極活性材料粒子幾乎不收縮，并且電解液80的外流不減少。為此，在高速放電期間，鋰離子二次電池10的性能在范圍C1和范圍C3內(nèi)比在中間范圍C2內(nèi)更難降低。

圖4是示出在過度執(zhí)行高速充電的情況下施加到鋰離子二次電池10的典型電流模式的圖?？v軸表示電流值，橫軸表示時(shí)間。在本說明書中，當(dāng)以高于預(yù)定放電電流值I_B的電流值被放電的放電容量在預(yù)定設(shè)定時(shí)段內(nèi)小于以大于預(yù)定充電電流值I_A的電流值被充電的充電容量時(shí)，此狀態(tài)被稱為過充電狀態(tài)或過高速充電狀態(tài)。也就是說，被稱為過充電狀態(tài)的狀態(tài)表示在特定設(shè)定時(shí)段內(nèi)過度執(zhí)行高速充電的狀態(tài)。例如，在圖4所示的實(shí)例中，當(dāng)鋰離子二次電池10被充電時(shí)，在特定設(shè)定時(shí)段內(nèi)以大于預(yù)定充電電流值I_A的電流值給鋰離子二次電池10充電。當(dāng)鋰離子二次電池10被放電時(shí)，以小于預(yù)定放電電流值I_B的恒定電流值給鋰離子二次電池10放電?？梢詫⒃搶?shí)例視為被稱作過充電狀態(tài)(其中高速充電的執(zhí)行度大于高速放電)的狀態(tài)的一個(gè)典型實(shí)例。

圖5是示出在過度執(zhí)行高速放電的情況下的鋰離子二次電池10的典型電流模式的圖。縱軸表示電流值，橫軸表示時(shí)間。在本說明書中，當(dāng)以高 于預(yù)定充電電流值I_A的電流值被充電的充電容量在預(yù)定設(shè)定時(shí)段內(nèi)小于以大于預(yù)定放電電流值I_B的電流值被放電的放電容量時(shí)，此狀態(tài)被稱為過放電狀態(tài)或過高速放電狀態(tài)。也就是說，被稱為過放電狀態(tài)的狀態(tài)表示在特定設(shè)定時(shí)段內(nèi)過度執(zhí)行高速放電的狀態(tài)。例如，在圖5所示的實(shí)例中，當(dāng)鋰離子二次電池10被放電時(shí)，在特定設(shè)定時(shí)段內(nèi)以大于預(yù)定放電電流值I_B的電流值給鋰離子二次電池10放電。當(dāng)鋰離子二次電池10被充電時(shí)，以小于預(yù)定充電電流值I_A的恒定電流值給鋰離子二次電池10充電?？梢詫⒃搶?shí)例視為被稱作過放電狀態(tài)(其中高速放電的執(zhí)行度大于高速充電)的狀態(tài)的一個(gè)典型實(shí)例。

以大于預(yù)定充電電流值I_A的電流值充電的累積充電容量ΣI_A是以大于預(yù)定充電電流值I_A的電流值給鋰離子二次電池10充電期間的充電電流累積值。以大于預(yù)定放電電流值I_B的電流值放電的累積放電容量ΣI_B是以大于預(yù)定放電電流值I_B的電流值給鋰離子二次電池10放電期間的放電電流累積值。在使用鋰離子二次電池10的狀態(tài)下，諸如溫度、充電期間的電流值、放電期間的電流值和電壓之類的數(shù)據(jù)應(yīng)被記錄在存儲器等中，并且應(yīng)基于每段數(shù)據(jù)的歷史，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算上面描述的值。

當(dāng)高速充電中的累積充電容量ΣI_A在預(yù)定設(shè)定時(shí)段內(nèi)大于高速放電中的累積放電容量ΣI_B時(shí)，此狀態(tài)被稱為過充電狀態(tài)。當(dāng)高速放電中的累積放電容量ΣI_B在預(yù)定設(shè)定時(shí)段內(nèi)大于高速充電中的累積充電容量ΣI_A時(shí)，此狀態(tài)被稱為過放電狀態(tài)。當(dāng)高速充電中的累積充電容量ΣI_A與高速放電中的累積放電容量ΣI_B之差在預(yù)定設(shè)定時(shí)段內(nèi)小于預(yù)定容量時(shí)，此狀態(tài)可以被稱為所謂的中性狀態(tài)，此狀態(tài)既不包括在過充電狀態(tài)中，也不包括在過放電狀態(tài)中。

圖6是示出已經(jīng)滲入鋰離子二次電池10的卷繞電極體40的電解液80中的鋰離子的濃度分布的示意圖。圖6中的實(shí)線A2指示過充電狀態(tài)情況下的鋰離子濃度分布。虛線B2指示過放電狀態(tài)情況下的鋰離子濃度分布。實(shí)線A2和虛線B2中的每一者指示鋰離子濃度分布沿著卷繞軸WL的趨勢。在圖6中，實(shí)線A2和虛線B2均指示鋰離子濃度朝著上側(cè)變濃，以及 鋰離子濃度朝著下側(cè)變稀。在實(shí)線A2和虛線B2的每一者中，沿著卷繞軸WL相對地評估鋰離子濃度。

在其中已經(jīng)過度執(zhí)行高速充電的過充電狀態(tài)下，已經(jīng)滲入負(fù)極活性材料層63的電解液80中的鋰離子濃度稀薄，如圖2中的實(shí)線A1所示。然后，鋰離子濃度稀薄的電解液80從卷繞電極體40流出。為此，平均而言，鋰離子濃度在已經(jīng)滲入卷繞電極體40的電解液80中趨于變濃。此外，在負(fù)極活性材料粒子膨脹的影響下，電解液很容易沿著卷繞軸WL從卷繞電極體40的兩端流出。為此，在過充電狀態(tài)下，如圖6中的實(shí)線A2所示，鋰離子濃度沿著卷繞軸WL，在卷繞電極體40的中心處趨于變濃，在卷繞電極體40的兩端處趨于變稀。

在其中已經(jīng)過度執(zhí)行高速放電的過放電狀態(tài)下，已經(jīng)滲入負(fù)極活性材料層63的電解液80中的鋰離子濃度濃厚，如圖2中的虛線B1所示。然后，鋰離子濃度濃厚的電解液80從卷繞電極體40流出。為此，平均而言，鋰離子濃度在已經(jīng)滲入卷繞電極體40的電解液80中趨于變稀薄。此外，在負(fù)極活性材料粒子收縮的影響下，電解液沿著卷繞軸WL從卷繞電極體40的兩端的流出減少。為此，在過放電狀態(tài)下，如圖6中的虛線B2所示，鋰離子濃度沿著卷繞軸WL，在卷繞電極體40的中心處趨于變稀，在卷繞電極體40的兩端處趨于變濃。

在過充電狀態(tài)下，如圖2中的實(shí)線A1所示，電解液80中的鋰離子濃度在正極活性材料層53側(cè)厚，電解液80中的鋰離子濃度在負(fù)極活性材料層63側(cè)薄。電解液80隨著鋰離子二次電池10的發(fā)熱而發(fā)生熱膨脹，并且電解液80從電極體40流出。此外，如圖6中的實(shí)線A2所示，沿著卷繞軸WL位于卷繞電極體40的兩端的鋰離子濃度趨于比沿著卷繞軸WL位于卷繞電極體40的中心處的鋰離子濃度薄。在過充電狀態(tài)下，已經(jīng)滲入電極體40的電解液80中的鋰離子濃度差增大。隨著鋰離子濃度差增大，濃度差變?yōu)樵斐射囯x子二次電池10的電池電阻增大的因素之一。

為了提早消除過充電狀態(tài)下的鋰離子濃度差，應(yīng)限制鋰離子二次電池10的充電，并且應(yīng)以稍大的電流值給鋰離子二次電池10放電。但是，可 以根據(jù)應(yīng)用來限制放電期間的電流速率。例如，在車輛(例如，混合動力車輛)應(yīng)用中，鋰離子二次電池10被用作電源來操作將動力輸出給驅(qū)動輪的電動機(jī)。在車輛應(yīng)用中，在突然啟動等情況下的放電期間所需的電流速率大于另一應(yīng)用中所需的電流速率。在此類應(yīng)用中，鋰離子二次電池10可以被控制，以使得放電電流值在接近使用范圍下限的低SOC處保持在小值。

在此類應(yīng)用中，如果鋰離子二次電池10落入低SOC處的過充電狀態(tài)，然后限制充電電流值以消除過充電狀態(tài)，則鋰離子二次電池10可以長時(shí)間地保持處于低SOC狀態(tài)。如果鋰離子二次電池10長時(shí)間地保持處于低SOC狀態(tài)并且放電電流被保持在小值，則鋰離子二次電池10無法充分工作。如果鋰離子二次電池10落入此狀態(tài)，則混合動力車輛中的電池輸出被長時(shí)間地限制，并且該混合動力車輛頻繁地由引擎驅(qū)動。結(jié)果，燃料消耗劣化。

在過放電狀態(tài)下，如圖2中的虛線B1所示，電解液80中的鋰離子濃度在正極活性材料層53側(cè)稀薄，電解液80中的鋰離子濃度在負(fù)極活性材料層63側(cè)濃厚。電解液80隨著鋰離子二次電池10的發(fā)熱而發(fā)生熱膨脹，并且電解液80從電極體40流出。此外，如圖6中的虛線B2所示，沿著卷繞軸WL位于卷繞電極體40的兩端的鋰離子濃度趨于比沿著卷繞軸WL位于卷繞電極體40的中心處的鋰離子濃度厚。在過放電狀態(tài)下，已經(jīng)滲入電極體40的電解液80中的鋰離子濃度差增大。隨著鋰離子濃度差增大，濃度差變?yōu)樵斐射囯x子二次電池10的電池電阻增大的因素之一。

為了提早消除過放電狀態(tài)下的鋰離子濃度差，應(yīng)限制鋰離子二次電池10的放電，并且應(yīng)以稍大的電流值給鋰離子二次電池10充電。但是，可以根據(jù)應(yīng)用限制充電期間的電流速率。例如，可以控制車輛(例如，混合動力車輛)應(yīng)用中上述鋰離子二次電池10，以使得充電電流值在接近使用范圍上限的高SOC處保持在小值。

在控制鋰離子二次電池10，以使得充電電流值在高SOC處被保持在小值的情況下，當(dāng)鋰離子二次電池10落入高SOC的過放電狀態(tài)下時(shí)，添 加用于限制放電電流值的控制以消除過放電狀態(tài)。在這種情況下，鋰離子二次電池10的放電被限制在高SOC處，因此，鋰離子二次電池10可以長時(shí)間地保持處于高SOC狀態(tài)。如果鋰離子二次電池10長時(shí)間地保持處于高SOC的過放電狀態(tài)，并且放電電流被保持在小值，則鋰離子二次電池10無法充分工作。如果鋰離子二次電池10落入此狀態(tài)，則混合動力車輛中的電池輸出被長時(shí)間地限制，并且該混合動力車輛頻繁地由引擎驅(qū)動。結(jié)果，燃料消耗劣化。

接下來，將描述本說明書中建議的控制器。圖7是示意性地示出包括作為控制對象的鋰離子二次電池10以及控制器100的控制系統(tǒng)1000的框圖?？刂破?00包括處理裝置和記錄裝置?？刂破?00根據(jù)預(yù)設(shè)程序執(zhí)行預(yù)定的算術(shù)處理，并且控制作為控制對象的鋰離子二次電池10?？刂破?00通過執(zhí)行預(yù)設(shè)程序?qū)崿F(xiàn)處理。

在該實(shí)施例中，控制器100包括第一記錄單元111、第一處理單元121、第二處理單元122、SOC檢測單元130、使用范圍設(shè)定單元131以及劣化量檢測單元132。作為控制對象的鋰離子二次電池10經(jīng)由電路被連接到輸入側(cè)裝置210和輸出側(cè)裝置220。該電路包括開關(guān)212和開關(guān)222。開關(guān)212切換到輸入側(cè)裝置210的連接。開關(guān)222切換到輸出側(cè)裝置220的連接。開關(guān)212、222中的每一者在控制器100的控制下工作?？刂葡到y(tǒng)1000包括安培計(jì)240、伏特計(jì)242和溫度計(jì)244。安培計(jì)240測量上述電路中被輸入鋰離子二次電池10以及從鋰離子二次電池10輸出的電流值(鋰離子二次電池10的充電和放電電流值)。伏特計(jì)242測量上述電路中二次電池的正極與負(fù)極之間的電壓。溫度計(jì)244測量安裝鋰離子二次電池10的環(huán)境的溫度。

SOC檢測單元130是檢測SOC的處理單元。存在多種公知的技術(shù)作為用于檢測SOC的技術(shù)，可以根據(jù)需要采用任一技術(shù)。例如，存在這樣一種方法：在此方法中，記錄預(yù)定電池容量，然后通過獲取累積充電容量和累積放電容量，基于從初始狀態(tài)開始的充電歷史和放電歷史推定SOC。還存在這樣一種方法：在此方法中，基于鋰離子二次電池10的開路電壓 (OCV)推定SOC。在檢測SOC的處理中，可能出現(xiàn)一些誤差，或者鋰離子二次電池的電池容量可能變化，因此檢測到的SOC可以在預(yù)定的設(shè)定使用時(shí)段內(nèi)被重置。

使用范圍設(shè)定單元131是設(shè)定鋰離子二次電池10的使用范圍的處理單元。存在一些方法作為通過利用使用范圍設(shè)定單元131來設(shè)定使用范圍的方法。

例如，使用范圍設(shè)定單元131可以基于SOC檢測單元130檢測的SOC設(shè)定鋰離子二次電池10的使用范圍。鋰離子二次電池10的使用范圍上限被稱為上限SOC，使用范圍下限被稱為下限SOC。作為另一方法，使用范圍設(shè)定單元131可以基于SOC檢測單元130檢測的SOC設(shè)定鋰離子二次電池10的使用范圍的中心范圍。在這種情況下，中心范圍可以被設(shè)定為具有特定寬度。例如，可以在中心范圍被設(shè)定為是SOC 35％到SOC 65％的范圍同時(shí)控制鋰離子二次電池10。中心范圍例如可以被設(shè)定為中心值?？梢詫⑷魏芜m當(dāng)?shù)闹翟O(shè)定為中心值。可以根據(jù)中心值設(shè)定任何適當(dāng)?shù)姆秶鳛轭A(yù)定設(shè)定范圍。

控制器100應(yīng)控制鋰離子二次電池10的充電和放電，以使得鋰離子二次電池10在使用范圍設(shè)定單元131所設(shè)定的使用范圍內(nèi)被使用。例如，控制器100應(yīng)根據(jù)需要將充電電流限制在使用范圍上限，以使得SOC不超過上限SOC?？刂破?00應(yīng)根據(jù)需要將放電電流設(shè)定在使用范圍下限，以使得SOC不超過下限SOC。

作為控制對象的鋰離子二次電池10的充電歷史和放電歷史被記錄在第一記錄單元111中。在該實(shí)施例中，從安培計(jì)240獲取的電流值被記錄為鋰離子二次電池10的充電歷史和放電歷史。在該實(shí)施例中，記錄從安培計(jì)240獲取的電流值的同時(shí)還記錄由伏特計(jì)242和溫度計(jì)244測量的測量值。

基于上述預(yù)定設(shè)定時(shí)段內(nèi)的高速充電中的累積充電容量ΣI_A與高速放電中的累積放電容量ΣI_B之差，評估鋰離子二次電池10是否處于過充電狀態(tài)或過放電狀態(tài)?？刂破?00例如應(yīng)基于作為控制對象的鋰離子二次電池 10的充電歷史和放電歷史，將鋰離子二次電池10的狀態(tài)評估為過充電狀態(tài)(當(dāng)(ΣI_A-ΣI_B)為正時(shí))或過放電狀態(tài)(當(dāng)(ΣI_A-ΣI_B)為負(fù)時(shí))。鋰離子二次電池10的充電歷史和放電歷史被記錄在第一記錄單元111中。當(dāng)差落在設(shè)定的電容量內(nèi)時(shí)，鋰離子二次電池10的狀態(tài)可被判定為中性狀態(tài)(既非過充電狀態(tài)，也非過放電狀態(tài))。在這種情況下，例如，當(dāng)差落在電池容量C0的大約20％內(nèi)時(shí)，鋰離子二次電池10的狀態(tài)可被判定為中性狀態(tài)(既非過充電狀態(tài)，也非過放電狀態(tài))。

當(dāng)基于第一記錄單元111中記錄的充電歷史和放電歷史判定鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，第一處理單元121升高使用范圍設(shè)定單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍的下限SOC。因此，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，能夠防止鋰離子二次電池10長時(shí)間地保持處于低SOC狀態(tài)。存在一些方法作為該處理。下面幾種方法可以根據(jù)需要彼此組合，只要沒有干擾即可。

例如，假設(shè)使用范圍設(shè)定單元131基于SOC檢測單元130檢測的SOC，將為SOC 30％到SOC 70％的范圍設(shè)定為鋰離子二次電池10的使用范圍。在這種情況下，當(dāng)基于第一記錄單元111中記錄的充電歷史和放電歷史判定鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，第一處理單元121應(yīng)將使用范圍設(shè)定單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍的下限SOC設(shè)定為40％。因此，由于限制鋰離子二次電池10的放電電流和充電，即使在鋰離子二次電池10保持在大約SOC 30％處時(shí)，鋰離子二次電池10的SOC也會增大到大約SOC 40％。因此，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，鋰離子二次電池10被允許離開低SOC狀態(tài)。

鋰離子二次電池10的使用范圍的下限SOC例如取決于負(fù)極活性材料粒子的物理性質(zhì)，并且應(yīng)基于上述中間范圍C2的下限值(參閱圖3)被設(shè)定。鋰離子二次電池10的使用范圍的下限SOC例如可以被設(shè)定為稍高于上述中間范圍C2的下限值的值。因此，鋰離子二次電池10的使用范圍基于負(fù)極活性材料粒子的物理性質(zhì)被設(shè)定為這樣的范圍：在該范圍內(nèi)，負(fù)極活性材料粒子不膨脹或收縮。

控制器100可以包括放電限制單元141。當(dāng)基于第一記錄單元111中記錄的充電歷史和放電歷史判定鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，放電限制單元141限制放電電流，以使得放電電流小于預(yù)定電流值。也就是說，借助放電限制單元141，放電電流被保持在小值。為此，鋰離子二次電池10的SOC難以減小，并且在每次給鋰離子二次電池10充電時(shí)增大。放電限制單元141能夠完全限制鋰離子二次電池10的放電。也就是說，放電限制單元141能夠限制放電，以使得鋰離子二次電池10根本不被放電。在這種情況下，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，鋰離子二次電池10的放電被完全限制，僅給鋰離子二次電池10充電，因此SOC提早增大。

作為另一方法，第一處理單元121可以包括SOC增大處理，該處理用于當(dāng)鋰離子二次電池10的SOC低于預(yù)定SOC時(shí)以小于預(yù)定電流值的電流值給鋰離子二次電池10充電。通過以低充電速率給鋰離子二次電池10充電，該處理能夠在防止或緩解過充電狀態(tài)推進(jìn)的同時(shí)增大鋰離子二次電池10的SOC。因此，鋰離子二次電池10的SOC被強(qiáng)制增大，這樣能夠提早使鋰離子二次電池10離開低SOC狀態(tài)。此處設(shè)定的電流值例如應(yīng)小于或等于1C，更理想地小于或等于0.5C，進(jìn)一步理想地小于或等于0.3C。

第一處理單元121可以進(jìn)一步降低使用范圍設(shè)定單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍的上限SOC。上限SOC應(yīng)低于或等于預(yù)定值。上限SOC被設(shè)定為高于已經(jīng)被升高的下限SOC。

使用范圍設(shè)定單元131例如基于SOC檢測單元130檢測的SOC，將為SOC 30％到SOC 70％的范圍設(shè)定為鋰離子二次電池10的使用范圍。在這種情況下，第一處理單元121可以將使用范圍設(shè)定單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍的上限SOC降低到例如60％。例如應(yīng)基于上述中間范圍C2的上限值設(shè)定上限SOC。在這種情況下，鋰離子二次電池10的使用范圍的上限SOC應(yīng)被設(shè)定為稍低于上述中間范圍C2的上限值的值。因此，鋰離子二次電池10的使用范圍應(yīng)基于負(fù)極活性材料粒子的物理性質(zhì)被設(shè)定為這樣的范圍：在該范圍內(nèi)，負(fù)極活性材料粒子不膨脹或收縮。提早消除此類鋰離子濃度差增大的不便。

作為另一模式，使用范圍設(shè)定單元131可以包括基于SOC檢測單元130檢測的SOC，設(shè)定鋰離子二次電池10的使用范圍的中心范圍的處理。在這種情況下，升高鋰離子二次電池10的使用范圍的下限SOC的第一處理單元121例如應(yīng)升高使用范圍設(shè)定單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍的中心范圍。因此，在控制器100的控制下，SOC的目標(biāo)值增大，并且鋰離子二次電池10被控制，以使得鋰離子二次電池10的SOC增大。

例如，假設(shè)使用范圍設(shè)定單元131將中心值設(shè)定為SOC 50％，以及將偏離中心值-20％到偏離中心值+20％的范圍設(shè)定為使用范圍。在這種情況下，第一處理單元121應(yīng)將使用范圍的中心值設(shè)定為SOC 60％。這樣，為SOC 40％到SOC 80％的范圍被設(shè)定為使用范圍，并且放電電流在鋰離子二次電池10保持在大約30％的情況下受到限制。由于放電電流受到限制，因此當(dāng)鋰離子二次電池10被充電時(shí)，鋰離子二次電池10的SOC提早增大到大約40％。當(dāng)使用范圍設(shè)定單元131將中心值設(shè)定為SOC 50％，以及將偏離中心值-20％到偏離中心值+20％的范圍設(shè)定為使用范圍時(shí)，第一處理單元121可以將偏離中心值-10％到偏離中心值+10％的范圍設(shè)定為使用范圍。同樣在這種情況下，控制器100能夠升高鋰離子二次電池10的下限SOC以及降低上限SOC，因此，控制器100能夠使鋰離子二次電池10離開低SOC狀態(tài)。

如上所述，借助第一處理單元121執(zhí)行的處理，能夠防止鋰離子二次電池10保持處于低SOC狀態(tài)。在這種情況下，可以限制鋰離子二次電池10的放電，以提早增大處于低狀態(tài)的鋰離子二次電池10的SOC。當(dāng)鋰離子二次電池10的SOC變得高于預(yù)定SOC時(shí)，對放電的限制可以被停止或被放松。這是因?yàn)?，?dāng)鋰離子二次電池10的SOC變得高于預(yù)定SOC時(shí)，不必再大量限制放電。預(yù)定SOC應(yīng)被預(yù)先確定為用于重新考慮對放電的限制的第一基準(zhǔn)S1。

接下來，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)，第二處理單元122基于第一記錄單元111中記錄的充電歷史和放電歷史，降低使用范圍設(shè)定 單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍的上限SOC。因此，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)，能夠防止鋰離子二次電池10長時(shí)間地保持處于高SOC狀態(tài)。存在一些方法作為該處理。下面幾種方法可以根據(jù)需要彼此組合，只要沒有干擾即可。

例如，假設(shè)使用范圍設(shè)定單元131將為SOC 30％到SOC 70％的范圍設(shè)定為鋰離子二次電池10的使用范圍。在這種情況下，第二處理單元122應(yīng)降低使用范圍的上限SOC，例如將上限SOC設(shè)定為60％。因此，即使在鋰離子二次電池10的SOC保持在大約SOC 70％時(shí)，充電電流也被限制，并且鋰離子二次電池10的SOC被放電，這樣，鋰離子二次電池10的SOC減小到大約60％。

例如，控制器100可以包括充電限制單元142。當(dāng)基于第一記錄單元111中記錄的充電歷史和放電歷史判定鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)，充電限制單元142限制充電電流，以使得充電電流小于預(yù)定電流值。也就是說，借助充電限制單元142，充電電流被保持在小值。為此，鋰離子二次電池10的SOC難以增大，并在每次給鋰離子二次電池10放電時(shí)減小。充電限制單元142可以完全限制鋰離子二次電池10的充電。也就是說，充電限制單元142可以限制充電，以使得鋰離子二次電池10根本不被充電。在這種情況下，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)，鋰離子二次電池10的充電被完全限制，僅給鋰離子二次電池10放電，因此SOC提早減小。

作為另一方法，第二處理單元122可以包括SOC減小處理，該處理用于當(dāng)鋰離子二次電池10的SOC高于預(yù)定SOC時(shí)以小于預(yù)定電流值的電流值給鋰離子二次電池10放電。通過以低放電速率給鋰離子二次電池10放電，該處理能夠在防止或緩解過放電狀態(tài)推進(jìn)的同時(shí)減小鋰離子二次電池10的SOC。因此，鋰離子二次電池10的SOC被強(qiáng)制減小，這樣能夠提早使鋰離子二次電池10離開高SOC狀態(tài)。此處設(shè)定的電流值例如應(yīng)小于或等于1C，更理想地小于或等于0.5C，進(jìn)一步理想地小于或等于0.3C。

第二處理單元122可以升高使用范圍設(shè)定單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍的下限SOC。下限SOC被設(shè)定為低于已被降低的上限 SOC。通過響應(yīng)于作為控制對象的鋰離子二次電池10的中間范圍C2的上限和下限而確定上限SOC和下限SOC，能夠?qū)囯x子二次電池10控制到中間范圍C2。通過將鋰離子二次電池10控制到中間范圍C2，不會在充電期間發(fā)生負(fù)極活性材料粒子的膨脹，因此，鋰離子二次電池10的劣化被提早扭轉(zhuǎn)。

作為另一模式，使用范圍設(shè)定單元131可以包括基于SOC檢測單元130檢測的SOC，設(shè)定鋰離子二次電池10的使用范圍的中心范圍的處理。在這種情況下，降低鋰離子二次電池10的使用范圍的上限SOC的第二處理單元122應(yīng)降低使用范圍設(shè)定單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍的中心范圍。因此，在控制器100的控制下，SOC的目標(biāo)值增大，并且鋰離子二次電池10被控制，以使得鋰離子二次電池10的SOC減小。

例如，假設(shè)使用范圍設(shè)定單元131將使用范圍的中心值設(shè)定為SOC50％，以及將偏離中心值-20％到偏離中心值+20％的范圍設(shè)定為使用范圍。在這種情況下，第二處理單元122應(yīng)將使用范圍的中心值設(shè)定為SOC40％。這樣，即使在為SOC 20％到SOC 60％的范圍被設(shè)定為使用范圍，并且鋰離子二次電池10的SOC保持在大約70％時(shí)，充電電流也會受到限制，并且鋰離子二次電池10的SOC減小到大約60％。當(dāng)使用范圍設(shè)定單元131將中心值設(shè)定為SOC 50％，以及將偏離中心值-20％到偏離中心值+20％的范圍設(shè)定為使用范圍時(shí)，第二處理單元122可以將偏離中心值-10％到偏離中心值+10％的范圍設(shè)定為使用范圍。在這種情況下，控制器100能夠降低鋰離子二次電池10的上限SOC以及升高下限SOC。

如上所述，借助第二處理單元122執(zhí)行的處理，能夠防止鋰離子二次電池10保持處于高SOC狀態(tài)。在這種情況下，可以限制鋰離子二次電池10的充電，以提早減小處于高狀態(tài)的鋰離子二次電池10的SOC。當(dāng)鋰離子二次電池10的SOC變得低于預(yù)定SOC時(shí)，對充電的限制可以被停止或被放松。這是因?yàn)椋?dāng)鋰離子二次電池10的SOC變得低于預(yù)定SOC時(shí)，不必再大量限制充電。預(yù)定SOC應(yīng)被預(yù)先確定為用于重新考慮對充電的限制的第二基準(zhǔn)S2。

如上所述，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，第一處理單元121升高鋰離子二次電池10的使用范圍的下限SOC。因此，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，能夠防止鋰離子二次電池10長時(shí)間地保持處于低SOC狀態(tài)。當(dāng)鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)，第二處理單元122降低鋰離子二次電池10的使用范圍的上限SOC。因此，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)，能夠防止鋰離子二次電池10長時(shí)間地保持處于高SOC狀態(tài)。這種控制對于提早消除由已經(jīng)滲入電極體40的電解液80中的鋰離子濃度分布顯著偏差導(dǎo)致的鋰離子二次電池10的性能降低尤其有效。即使在重復(fù)高速充電和高速放電的應(yīng)用中，尤其是在未出現(xiàn)性能降低(例如，電池電阻增大)之時(shí)，由于此應(yīng)用，可以存在不需要使第一處理單元121或第二處理單元122執(zhí)行該處理的情況。因此，作為判定是否使第一處理單元121執(zhí)行該處理或是否使第二處理單元122執(zhí)行該處理的先決條件(在該實(shí)施例中，作為用于判定鋰離子二次電池10是否處于上述過充電狀態(tài)或鋰離子二次電池10是否處于過放電狀態(tài)的判定處理的先決條件)，可以執(zhí)行用于判定是否存在性能降低的判定處理。

在該實(shí)施例中，控制器100包括劣化量檢測單元132。劣化量檢測單元132檢測鋰離子二次電池10的高速劣化量dHR?？刂破?00可以被配置為，當(dāng)劣化量檢測單元132檢測的高速劣化量dHR高于預(yù)定第一基準(zhǔn)值R1時(shí)，使第一處理單元121或第二處理單元122執(zhí)行該處理。

控制器100也可以被配置為，在第一處理單元121或第二處理單元122正在執(zhí)行該處理的情況下，當(dāng)劣化量檢測單元132檢測的高速劣化量dHR低于預(yù)定第二基準(zhǔn)值R2時(shí)，使第一處理單元121或第二處理單元122停止該處理。

可以基于鋰離子二次電池10的電阻增大率dR計(jì)算劣化量檢測單元132檢測到的高速劣化量dHR。電阻增大率dR被計(jì)算為鋰離子二次電池10的當(dāng)前電阻值Rc與鋰離子二次電池10的初始電阻值Rini的比率(Rc/Rini)。初始狀態(tài)例如應(yīng)該是這樣的狀態(tài)：在該狀態(tài)下，在已制造鋰離子二次電池10之后經(jīng)過預(yù)定調(diào)節(jié)處理的狀態(tài)。在這種情況下，所計(jì)算的 電阻增大率dR可以被設(shè)定為高速劣化量dHR(也就是說，dHR＝dR)。在這種情況下，當(dāng)電阻增大率dR已經(jīng)增大時(shí)，允許認(rèn)為高速劣化量dHR已經(jīng)增大。

在這種情況下，第一基準(zhǔn)值R1是用于判定是否使第一處理單元121或第二處理單元122執(zhí)行該處理的閾值。因此，當(dāng)所計(jì)算的電阻增大率dR被設(shè)定為高速劣化量dHR時(shí)，閾值應(yīng)基于電阻增大率dR而被設(shè)定。例如，如果第一基準(zhǔn)值R1被設(shè)定為115％，則在電阻已增大15％或更多時(shí)使第一處理單元121或第二處理單元122執(zhí)行該處理。第一基準(zhǔn)值R1也被稱為激活劣化量，作為使第一處理單元121或第二處理單元122執(zhí)行該處理的閾值。

第二基準(zhǔn)值R2是用于判定是否使第一處理單元121或第二處理單元122停止該處理的閾值。因此，當(dāng)所計(jì)算的電阻增大率dR被設(shè)定為高速劣化量dHR時(shí)，閾值應(yīng)基于電阻增大率dR而被設(shè)定。例如，如果第二基準(zhǔn)值R2被設(shè)定為105％，則在電阻增大率變得低于5％時(shí)使第一處理單元121或第二處理單元122停止該處理。因此，能夠防止第一處理單元121或第二處理單元122不必要地執(zhí)行該處理。第二基準(zhǔn)值R2也被稱為停止劣化量，作為使第一處理單元121或第二處理單元122停止該處理的閾值。作為停止劣化量的第二基準(zhǔn)值R2可以包括使第一處理單元121停止該處理時(shí)的第二基準(zhǔn)值R2A以及使第二處理單元122停止該處理時(shí)的第二基準(zhǔn)值R2B，第二基準(zhǔn)值R2A和第二基準(zhǔn)值R2B可以彼此不同。也就是說，通過使導(dǎo)致第一處理單元121停止該處理時(shí)的第二基準(zhǔn)值R2A以及導(dǎo)致第二處理單元122停止該處理時(shí)的第二基準(zhǔn)值R2B彼此不同，能夠單獨(dú)地使第一處理單元121或第二處理單元122在適當(dāng)之時(shí)停止該處理。

因?yàn)楦咚俪潆姾透咚俜烹娝鶎?dǎo)致的上述劣化(電阻增大)的影響因素之一是鋰離子濃度的顯著偏差，所以當(dāng)鋰離子二次電池10被長時(shí)間地放置時(shí)，劣化被緩解。導(dǎo)致鋰離子二次電池10的電阻增大的因素不限于鋰離子濃度的顯著偏差。例如，這些因素還包括溫度、由常年使用造成的老化等。為此，可以通過根據(jù)需要，基于溫度和使用歷史(例如，充電歷史和放電 歷史)校正所計(jì)算的電阻增大率dR來計(jì)算高速劣化量dHR。在這種情況下，當(dāng)校正系數(shù)為Kc時(shí)，高速劣化量dHR由dHR＝dR*Kc表示。在此，*指示乘法。Kc是基于溫度和使用歷史(例如，充電歷史和放電歷史)調(diào)整的系數(shù)。通過此方式，可以基于溫度和使用歷史(例如，充電歷史和放電歷史)推定高速劣化量dHR。

圖8是示出控制器100的控制處理的流程圖。如圖8所示，控制器100首先判定高速劣化量dHR是否大于預(yù)定第一基準(zhǔn)值R1(激活劣化量)(S11)。當(dāng)高速劣化量dHR大于預(yù)定第一基準(zhǔn)值R1(激活劣化量)時(shí)(是)，判定鋰離子二次電池10是否處于過充電狀態(tài)(S12)。當(dāng)鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)(是)，使第一處理單元121執(zhí)行該處理(S13)。通過第一處理單元121執(zhí)行的處理，充電電流受到限制(施加對充電的限制)，并且執(zhí)行其中下限SOC被升高的模式(劣化抑制模式)。接著，判定鋰離子二次電池10的SOC是否高于或等于預(yù)定第一基準(zhǔn)值S1(SOC≥S1)(S14)。當(dāng)鋰離子二次電池10的SOC高于或等于預(yù)定第一基準(zhǔn)值S1時(shí)(是)，重新考慮第一處理單元121執(zhí)行的處理中的限制充電電流的處理(S13)，并且停止或放松對該處理的限制(S15)。由第一處理單元121執(zhí)行的處理(S13)中的劣化抑制模式繼續(xù)。

控制器100判定高速劣化量dHR是否小于預(yù)定第二基準(zhǔn)值R2A(第一處理單元121的停止劣化量)(S16)。當(dāng)高速劣化量dHR小于預(yù)定第二基準(zhǔn)值R2A(是)，停止劣化抑制模式，并且使第一處理單元121停止該處理(S17)。

當(dāng)在判定鋰離子二次電池10是否處于過充電狀態(tài)期間鋰離子二次電池10未處于過充電狀態(tài)時(shí)(否)，判定鋰離子二次電池10是否處于過放電狀態(tài)(S21)。當(dāng)鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)(是)，使第二處理單元122執(zhí)行該處理(S22)。通過第二處理單元122執(zhí)行的處理，放電電流受到限制，并且執(zhí)行其中上限SOC被降低的模式(劣化抑制模式)。接著，判定鋰離子二次電池10的SOC是否低于或等于預(yù)定第二基準(zhǔn)值S2(SOC≤S2)(S23)。當(dāng)鋰離子二次電池10的SOC低于或等于預(yù)定第 二基準(zhǔn)值S2時(shí)(是)，重新考慮第二處理單元122執(zhí)行的處理中的限制放電電流的處理(S22)，并且停止或放松對該處理的限制(S24)。由第二處理單元122執(zhí)行的處理(S22)中的劣化抑制模式繼續(xù)。

控制器100判定高速劣化量dHR是否小于預(yù)定第二基準(zhǔn)值R2B(第二處理單元122的停止劣化量)(S25)。當(dāng)高速劣化量dHR小于預(yù)定第二基準(zhǔn)值R2B時(shí)(否)，停止劣化抑制模式，并且使第二處理單元122停止該處理(S26)。

這樣，用于減小高速劣化量dHR的一系列控制完成。之后，初始化使用范圍設(shè)定單元131設(shè)定的鋰離子二次電池10的使用范圍(S30)。再次，重復(fù)判定高速劣化量dHR是否大于預(yù)定第一基準(zhǔn)值R1(激活劣化量)(S11)，直到高速劣化量dHR變得大于預(yù)定第一基準(zhǔn)值R1(激活劣化量)。本說明書中建議的控制器100的控制應(yīng)被設(shè)定為，在作為控制對象的鋰離子二次電池10被充電或放電時(shí)不間斷地工作。例如，在車輛(例如，電動車輛和混合動力車輛)應(yīng)用中，本說明書中建議的控制器100的控制應(yīng)響應(yīng)于驅(qū)動系統(tǒng)(包括安裝在車輛上的鋰離子二次電池)的控制的啟動而被啟動。應(yīng)設(shè)定結(jié)束控制器100的控制的這種結(jié)束條件(S31)，并且當(dāng)滿足結(jié)束條件時(shí)，本說明書中建議的控制器100的控制應(yīng)被結(jié)束。例如，應(yīng)該針對結(jié)束條件設(shè)定結(jié)束包括鋰離子二次電池的驅(qū)動系統(tǒng)的控制的情況。

本說明書中建議的控制器100的控制處理已在上面描述。該控制處理只是一個(gè)實(shí)例，本說明書中建議的控制器不被限制，除非另有所指。

例如，圖9是根據(jù)另一實(shí)施例的控制系統(tǒng)1000A的框圖。在圖9所示的模式中，與圖6所示的模式相比，控制器100A不包括第二處理單元122或充電限制單元142?？刂破?00A被配置為這樣的裝置：該裝置在鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)防止或緩解鋰離子二次電池10的劣化。圖10是控制器100A的流程圖?？刂破?00A的控制處理包括上述控制步驟S11到S17，如圖10所示。借助控制器100A，當(dāng)執(zhí)行控制步驟S11到S17時(shí)，能夠提早使鋰離子二次電池10從過充電狀態(tài)恢復(fù)。

圖11是根據(jù)又一實(shí)施例的控制系統(tǒng)1000B的框圖。在圖11所示的模 式中，與圖6所示的模式相比，控制器100B不包括第一處理單元121或放電限制單元141?？刂破?00B被配置為這樣的裝置：該裝置在鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)防止或緩解鋰離子二次電池10的劣化。圖12是控制器100B的流程圖?？刂破?00B的控制處理包括上述控制步驟S21到S26。借助控制器100B，當(dāng)執(zhí)行控制步驟S21到S26時(shí)，能夠提早使鋰離子二次電池10從過放電狀態(tài)恢復(fù)。

作為控制對象的鋰離子二次電池10是電池單體。實(shí)際上，作為控制對象的鋰離子二次電池10可以是電池組，在該電池組中，鋰離子二次電池10作為電池組件，并且多個(gè)電池組件彼此相連。在這種情況下，控制器可以集中控制電池組，也可以控制充當(dāng)電池組的個(gè)體電池組件的每個(gè)鋰離子二次電池10。

圖13是示出包括作為控制對象的鋰離子二次電池10和本說明書中建議的控制器100的車輛1的一個(gè)配置實(shí)例的側(cè)視圖。本說明書中建議的控制器100和方法被允許采用這樣的電池組：在該電池組中，多個(gè)電池組件被連接為是將由所述控制器100和控制方法控制的對象的鋰離子二次電池10，如圖13所示。包括該電池組的車輛的實(shí)例可以包括內(nèi)含作為控制對象的鋰離子二次電池的多種運(yùn)輸裝置，例如，混合動力車輛、插電式混合動力車輛以及混合動力鐵路運(yùn)輸車輛?？刂破?00包括處理裝置和存儲裝置。處理裝置根據(jù)預(yù)定程序執(zhí)行算術(shù)處理。存儲裝置存儲電子信息。處理裝置可以被稱為中央處理單元(CPU)等。存儲裝置可以被稱為存儲器、硬盤等。控制器100根據(jù)預(yù)定程序執(zhí)行預(yù)定的算術(shù)處理，并且基于計(jì)算結(jié)果在電氣上控制鋰離子二次電池10。在車輛應(yīng)用中，控制器100可以被引入安裝于車輛上的電子控制單元(ECU)中，以便控制引擎、轉(zhuǎn)向器、制動器、二次電池等。

在對實(shí)際安裝于混合動力車輛上的鋰離子二次電池10的控制中，引入所述控制。對以預(yù)定高速率充電或放電的驅(qū)動模式進(jìn)行仿真。在這種情況下，當(dāng)控制鋰離子二次電池10，以使得常規(guī)使用范圍從SOC 40％到SOC70％時(shí)，如果鋰離子二次電池10落入過充電狀態(tài)，則鋰離子二次電池10 的SOC趨于保持處于低SOC范圍，因此出現(xiàn)對輸入的限制，或者輸出減小。當(dāng)鋰離子二次電池10落入過放電狀態(tài)時(shí)，鋰離子二次電池10的SOC趨于保持處于高SOC范圍，因此出現(xiàn)對輸出的限制，或者輸出減小。為此，引擎的使用增加，從而導(dǎo)致燃料效率降低一半。相比之下，借助本說明書中建議的控制，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過充電狀態(tài)時(shí)，使用范圍朝著高SOC側(cè)轉(zhuǎn)移，也就是說，為50％到70％的SOC。此外，當(dāng)鋰離子二次電池10處于過放電狀態(tài)時(shí)，使用范圍朝著低SOC側(cè)轉(zhuǎn)移，也就是說，為30％到60％的SOC。因此，能夠保持高動力性能以及高燃料消耗性能，還能夠緩解鋰離子二次電池的性能劣化。