(57)【要約】【課題】電池モジュールの電池容量を精度良く計測することができず、セル電圧を正しく計測できない。【解決手段】一実施形態によれば、複数のセル２４を含む電池モジュール２２と、セル２４毎のセル電圧およびセル温度を測定するＶＴＭ回路２３と、電池モジュール２２を流れる電流を測定するＣＣ回路１６と、ＣＣ回路１６による電流値およびＶＴＭ回路２３によるセル電圧値及びセル温度値にそれぞれ時刻情報を付与する時刻付与部３６と、時刻付与部３６の時刻情報によってそれぞれ関係付けられた電流値、セル電圧値およびセル温度値を記憶する記憶部３７と、記憶部３７に記憶の履歴によりセル温度値及びセル電圧値間の時間差分、又はセル温度値及び電流値間の時間差分を求め、この時間差分によりセル２４毎に劣化の度合いを判定する演算部３８とを備えた二次電池装置１１が提供される。【選択図】図２
2014063693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池のセルを含む電池モジュールと、
前記電池モジュールの前記セル毎のセル電圧およびセル温度を測定する電池監視回路と、
前記電池監視回路による測定タイミングと同じタイミングで前記電池モジュールを流れる電流を測定する電流測定回路と、
前記電流測定回路による電流値および前記電池監視回路によるセル電圧値及びセル温度値にそれぞれ時刻情報を付与する時刻付与部と、
前記時刻付与部の前記時刻情報によってそれぞれ関係付けられた前記電流値、前記セル電圧値および前記セル温度値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶の履歴により前記セル温度値及び前記セル電圧値間の時間差分、又は前記セル温度値及び前記電流値間の時間差分を求め、この時間差分により前記セル毎に劣化の度合いを判定する演算部と、
を備えた二次電池装置。
【請求項２】
複数の二次電池のセルを含む電池モジュールと、
前記電池モジュールの前記セル毎のセル電圧およびセル温度を測定する電池監視回路と、
前記電池監視回路によるセル電圧値及びセル温度値にそれぞれ時刻情報を付与する時刻付与部と、
前記時刻付与部の前記時刻情報によってそれぞれ関係付けられた前記セル電圧値および前記セル温度値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶の履歴により前記セル温度値及び前記セル電圧値間の時間差分を求め、この時間差分により前記セル毎に劣化の度合いを判定する演算部と、
を備えた二次電池装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記セル温度値、前記セル電圧値および前記電流値により、時点間での前記セルの劣化の度合いを推定する電池劣化モデルにしたがって前記セル毎に劣化状態を推定演算する請求項１又は請求項２記載の二次電池装置。
【請求項４】
前記電流値、前記セル電圧値および前記セル温度値を含む計測履歴情報が供給され、この計測履歴情報により前記電池モジュールの容量を推定する電池管理部を更に備える請求項１乃至３の何れか一記載の二次電池装置。
【請求項５】
モータと、
前記モータへ電力を供給し、それぞれ複数の二次電池のセルを含み直列に接続された複数の電池モジュールと、
前記電池モジュール毎に前記セル毎のセル電圧およびセル温度を測定する電池監視回路と、
前記電池監視回路による測定タイミングと同じタイミングで前記電池モジュールを流れる電流を測定する電流測定回路と、
前記電流測定回路による電流値および前記電池監視回路によるセル電圧値及びセル温度値にそれぞれ時刻情報を付与する時刻付与部と、
前記時刻付与部の前記時刻情報によってそれぞれ関係付けられた前記電流値、前記セル電圧値および前記セル温度値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶の履歴により前記セル温度値及び前記セル電圧値間の時間差分、又は前記セル温度値及び前記電流値間の時間差分を求め、この時間差分により前記セル毎に劣化の度合いを判定する演算部と、
前記電流値、前記セル電圧値および前記セル温度値を含む計測履歴情報が供給され、この計測履歴情報により前記電池モジュールの容量を推定する電池管理部と、
を備えた電池容量推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一実施形態は二次電池装置および電池容量推定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車又はハイブリッド自動車のモータ駆動用電源にはリチウムイオン電池が用いられている。下ろしたての新品のリチウムイオン電池は充電によって定格容量の１００％に近い値の満充電容量を有するが、充放電の繰返しにより満充電容量は低下する。満充電容量とは複数回に亘って電池の充放電を繰返した後においてこの電池が蓄積可能な容量を言う。容量とは充電された容量でありアンペア時（Ａｈ）により表される。
【０００３】
車両には複数の電池モジュールが搭載されている。電池モジュールはこの電池モジュールの容量を監視する電池監視回路（以下、ＶＴＭ［ｖｏｌｔａｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒ］回路と言うことがある）とともにモジュール化されており、電池モジュールはモータ駆動に必要な電力を賄う（例えば特許文献１参照）。ＶＴＭ回路は、電池の充放電に基づき、充電電気量の加算と放電電気量の減算とを累積し、積算値を電池の容量として算出している。
【０００４】
電池モジュールは複数のセル（二次電池セル）を有する。複数のセルの間では容量及び温度が均一でない。リチウムイオン電池の使用では過充電又は過放電などセルの異常な状態を回避するため、ＶＴＭ回路が各セルのセル電圧、セル温度及び電池モジュールの電流を計測している（例えば特許文献２参照）。また、セル電圧が充電電圧上限及び放電下限電圧に達することを防ぐため、ＶＴＭ回路はセルバランス制御によって複数のセル間のセル電圧を均等化させる。ＶＴＭ回路は高いセル電圧を持つセルを個別に選択し、セルを意図的に放電させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２５８３３７号公報
【特許文献２】特開２０１２−５０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では、充放電の繰返しによって満充電容量の値に誤差が累積し、電池モジュールに残された容量を精度良く計測することができない。劣化によって電池モジュールの実際の満充電容量は新品時の満充電容量の８０％に低下することもある。便宜上、容量推定用の電池管理部は充放電の電流の積分値を表示するが、電池モジュールの実際の容量劣化の度合いを電池管理部は精度良く計測できず、電池モジュールの寿命を予測できない。
【０００７】
電池の電圧の計測では、１．５〜２．０Ｖ（ボルト）の電圧に対して５０ｍＶの電圧変化量が重畳し、正しい計測値を得られない。ＡＤ（ａｎａｌｏｇｕｅ ｄｉｇｉｔａｌ）変換器はビット数で決まる分解能の制限を元々持つため、電池電圧を高い精度で得られない。満充電容量への誤差の累積により各セル電圧を正しく計測できないため、ＶＴＭ回路はセル電圧を正しく均等化することができない。複数のセルのうち、電圧が上限に達するセル、あるいは電圧が下限に達するセルを正確に特定できないことが存在する。
【０００８】
特に自動車用の電池モジュールは登坂時にモータが大きなトルクを得るため大電流を放電し、電池モジュールは寒暖の差の激しい地域で使われる。高温時、高い電圧でモータを回転させること、あるいは低温時、大きな電流をモータが消費する場合が存在する。パソコン用の電池モジュールよりも著しい劣化が自動車用の電池モジュールには起こる。充放電の繰返しで累積する容量誤差に加えて、モータ用の電池モジュールでは消費電流量及び使用環境が大きく変動するため、積算値では電池モジュールの劣化の度合いを正しく得られない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するため、一実施形態によれば、複数の二次電池のセルを含む電池モジュールと、前記電池モジュールの前記セル毎のセル電圧およびセル温度を測定する電池監視回路と、前記電池監視回路による測定タイミングと同じタイミングで前記電池モジュールを流れる電流を測定する電流測定回路と、前記電流測定回路による電流値および前記電池監視回路によるセル電圧値及びセル温度値にそれぞれ時刻情報を付与する時刻付与部と、前記時刻付与部の前記時刻情報によってそれぞれ関係付けられた前記電流値、前記セル電圧値および前記セル温度値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶の履歴により前記セル温度値及び前記セル電圧値間の時間差分、又は前記セル温度値及び前記電流値間の時間差分を求め、この時間差分により前記セル毎に劣化の度合いを判定する演算部と、を備えた二次電池装置が提供される。
【００１０】
また、別の一実施形態によれば、複数の二次電池のセルを含む電池モジュールと、前記電池モジュールの前記セル毎のセル電圧およびセル温度を測定する電池監視回路と、前記電池監視回路によるセル電圧値及びセル温度値にそれぞれ時刻情報を付与する時刻付与部と、前記時刻付与部の前記時刻情報によってそれぞれ関係付けられた前記セル電圧値および前記セル温度値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶の履歴により前記セル温度値及び前記セル電圧値間の時間差分を求め、この時間差分により前記セル毎に劣化の度合いを判定する演算部と、を備えた二次電池装置が提供される。
【００１１】
また、別の一実施形態によれば、モータと、前記モータへ電力を供給し、それぞれ複数の二次電池のセルを含み直列に接続された複数の電池モジュールと、前記電池モジュール毎に前記セル毎のセル電圧およびセル温度を測定する電池監視回路と、前記電池監視回路による測定タイミングと同じタイミングで前記電池モジュールを流れる電流を測定する電流測定回路と、前記電流測定回路による電流値および前記電池監視回路によるセル電圧値及びセル温度値にそれぞれ時刻情報を付与する時刻付与部と、前記時刻付与部の前記時刻情報によってそれぞれ関係付けられた前記電流値、前記セル電圧値および前記セル温度値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶の履歴により前記セル温度値及び前記セル電圧値間の時間差分、又は前記セル温度値及び前記電流値間の時間差分を求め、この時間差分により前記セル毎に劣化の度合いを判定する演算部と、前記電流値、前記セル電圧値および前記セル温度値を含む計測履歴情報が供給され、この計測履歴情報により前記電池モジュールの容量を推定する電池管理部と、を備えた電池容量推定システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る電池容量推定システムを有する車両の構成図である。
【図２】一実施形態に係る二次電池装置の機能ブロック図である。
【図３】一実施形態に係る二次電池装置の電池監視回路の構成例を示す図である。
【図４】一実施形態に係る二次電池装置の放電特性の一例を示す図である。
【図５】一実施形態に係る二次電池装置の演算部による管理対象の劣化パターンの種類を示す図である。
【図６】一実施形態に係る二次電池装置の演算部による第１評価関数を示す図である。
【図７】一実施形態に係る二次電池装置の演算部による第２評価関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態に係る二次電池装置および電池容量推定システムについて、図１乃至図７を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１４】
図１は実施の形態に係る電池容量推定システムを有する車両の構成図である。本実施形態に係る電池容量推定システムは、車軸にトルクを与えるモータ１０と、モータ１０の駆動の電力源である二次電池装置１１と、二次電池装置１１からの電力から３相の交流電圧をモータ１０へ加えるインバータ１２と、運転者の操作入力に応答して車両４９全体を制御し、上位装置としてシステム管理を行う電子制御部（以下、ＥＣＵ［ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ］回路と呼ぶ）１３とを備えている。
【００１５】
二次電池装置１１は、３直列の電池モジュール２２と、電池モジュール２２毎に容量を推定し、充放電の要否を監視する電池管理部（以下、ＢＭＵ［ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｎｉｔｏｒ ｕｎｉｔ］回路と呼ぶ）１５とを備えている。図１では、３つの電池モジュール２２で電池パック４８を構成している。ＢＭＵ回路１５へは各電池モジュール２２に含まれる複数のセルのセル電圧、電流及び温度のタイムスタンプ付きの計測値（計測履歴情報）が入力されており、ＢＭＵ回路１５はこの計測履歴情報により容量推定を行う。最後段の電池モジュール２２の負極端子１８には接続ライン１９が接続されておりこの接続ライン１９はＢＭＵ回路１５により折返されてインバータ１２の負極入力端子１２ａに接続されている。最前段の電池モジュール２２の正極端子２０にはスイッチ部１７を介して接続ライン２１が接続されており、この接続ライン２１はインバータ１２の正極入力端子１２ｂに接続されている。更に二次電池装置１１は、電池モジュール２２単位でセル電圧及びセル温度を測定するＶＴＭ回路２３と、ＶＴＭ回路２３による測定タイミングと同じタイミングで電池モジュール２２を流れる電流を測定する複数の電流測定回路（以下、ＣＣ［ｃｏｕｌｏｍｂ ｃｏｕｎｔｅｒ］回路と呼ぶ）１６と、電池モジュール２２及びモータ１０間の電力供給をオン、オフ切替えるスイッチ部１７とを備えている。具体的には、二次電池装置１１は、電池モジュール２２単位でセル電圧、セル温度を測定するＶＴＭ回路２３と、電池パック４８単位で電荷量を測定するＣＣ回路１６と、これらのＶＴＭ回路２３及びＣＣ回路１６を電池パック４８単位で統合（管理）するＢＭＵ回路１５の３つの基板により構成される。
【００１６】
図２は二次電池装置１１の機能ブロック図である。一つの電池モジュール２２は複数の二次電池のセル２４を含む。一つのセル２４は２つの並列に設けられたセル単位により構成される。ＶＴＭ回路２３はセル２４毎にセル電圧およびセル温度を測定し、電池モジュール２２を監視する。セル電圧とは一つのセル２４の端子間電圧を言い、同図の例では並列のセル単位の電圧に等しい。
【００１７】
ＶＴＭ回路２３はセル電圧を検出する電圧センサ２６と、セル温度を検出する温度センサ２７とを備えている。更にＶＴＭ回路２３は、電圧センサ２６の出力及び温度センサ２７の出力側に設けられたＡＤ変換器５０と、セル電圧のディジタルデータ及びセル温度のディジタルデータを、信号線２８を介してＢＭＵ回路１５へ送るインターフェース部（I／F）２９と、各セル２４の電圧を均等化するための均等化回路３０とを備える。インターフェース部２９は電池モジュール２２内の全てのセル２４のセル電圧及びセル温度を、ＶＴＭ回路２３の識別番号を付して出力する。識別番号とは例えば基板番号１、２、３を言う。
【００１８】
図３は均等化回路３０、電圧センサ２６及び複数の温度センサ２７の構成例を示す図である。同図左方上下にセル２４が複数直列に設けられており、各セル２４の両端から複数本の放電用の抵抗３１を介して、均等化回路３０及び電圧センサ２６に供給される。
【００１９】
均等化回路３０はこれらのセル２４のうち、相対的に高いセル電圧を持つセル２４を個別に選択し、選択したセル２４を意図的に放電させる。この均等化回路３０は、一端がセル２４の正負の両端子に接続され他端がスイッチング素子３２に接続された複数の抵抗３１と、それぞれ２つの抵抗３１の他端を開閉する複数のスイッチング素子３２と、これらのスイッチング素子３２の開閉を個別に切替えるスイッチ制御部３３とを備える。電圧センサ２６は均等化回路３０の後段に接続されている。電圧センサ２６は複数の抵抗３１の各他端に接続され、抵抗３１の端子間の電圧を測定する。電圧センサ２６は複数のセル電圧端子の何れか２つを選択するマルチプレクサ２６ａと、マルチプレクサ２６ａの切替えタイミングを制御するシーケンサ２６ｂとを備える。このシーケンサ２６ｂは均等化回路３０のスイッチ制御部３３と連動して切替え信号を出力してもよい。更に電圧センサ２６は、マルチプレクサ２６ａが選択した２つのセル電圧の差分を増幅するアンプ２６ｃと、アンプ２６ｃのアナログ出力をディジタル出力へ変換するＡＤ変換器２６ｄとを備えている。また、温度センサ２７はセル２４の近傍に配置され、接触又は非接触でセル温度を検出する。
【００２０】
図２のＣＣ回路１６は電池モジュール２２単位で電圧を測定する。ＣＣ回路１６は、電池モジュール２２に直列に接続されたシャント抵抗３４（抵抗器）と、シャント抵抗３４の両端に発生する電位差からこのシャント抵抗３４に流れる電流値として取込み、電流値を時間積分し、積分値を積分時間により平均化する電流センサ３５とを備える。シャント抵抗３４は数百μΩの抵抗値を有する。電流センサ３５は２つのフィルタ５１と、ΔΣアナログディジタル変換器５２（ＡＤコンバータ）と、積算カウンタ５３（電荷量カウンタ）とを有する。ΔΣアナログディジタル変換器５２は複数ビットにより表される分解能を持ち、シャント抵抗３４の両端に発生するアナログ電圧をディジタル電圧に変換する。電流センサ３５はアナログ電流値をサンプリングし、例えば１２ビットの分解能を有するディジタル電流値を出力する。１２ビットのＡＤ変換によりＣＣ回路１６は従来例よりもより大きい分解能で電流値を出力可能になっている。積算カウンタ５３はディジタル出力電圧から検出電流を生成する。ＣＣ回路１６は検出電流値を信号線４６からＢＭＵ回路１５へ送る。スイッチ部１７はＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）スイッチである。
【００２１】
更に二次電池装置１１は、ＢＭＵ回路１５側にＣＣ回路１６による電流値およびＶＴＭ回路２３によるセル電圧値及びセル温度値にそれぞれタイムスタンプ（時刻情報）を付与するタイムスタンプ付与部３６（時刻付与部）と、タイムスタンプによってそれぞれ関係付けられた電流値、セル電圧値およびセル温度値を記憶する記憶部３７とを備えている。更に二次電池装置１１は記憶部３７に記憶の各値の履歴によりセル温度値及びセル電圧値間の時間差分、又はセル温度値及び電流値間の時間差分を求め、この時間差分によりセル２４毎に劣化の度合いを判定する演算部３８を備えている。
【００２２】
タイムスタンプ付与部３６は、ＣＣ回路１６からの電流値Ｉを時系列ｔ１、ｔ２、…、ｔｎで出力し、Ｉ１（ｔ１）、Ｉ１（ｔ２）、…、Ｉ１（ｔｎ）を出力する。ｎは整数を表す。タイムスタンプ付与部３６は、電池モジュール２２毎のセル電圧Ｖの時系列データ及びセル温度Ｔの時系列データを出力する。
【００２３】
記憶部３７はタイムスタンプ付与部３６からの全ての値を記憶する。セル２４の接続段数をｋとすると、記憶部３７は第１の電池モジュール２２から、ｋ個分のセル２４のそれぞれについて、互いに時刻ｔ（＝ｔ１、ｔ２、…、ｔｎ）によって対応付けられたデータ列｛電流値Ｉ１（ｔ）、セル電圧Ｖ１１（ｔ）、Ｖ１２（ｔ）、…、Ｖ１ｋ（ｔ）、セル温度Ｔ１１（ｔ）、Ｔ１２（ｔ）、…、Ｔ１ｋ（ｔ）｝を記憶する。記憶部３７は第２の電池モジュール２２及び第３の電池モジュール２２から、ｋ個分のセル２４のそれぞれについて、電流値、セル電圧、セル温度を記憶する。
【００２４】
演算部３８は推定演算の結果により、複数のセル２４のうち劣化セルを特定する。更に、演算部３８は推定演算の結果により、劣化セルの寿命を予測する。演算部３８は例えば一日分のセル温度変化及びセル電圧変化により、一日分の電池モジュール２２の劣化の有無を評価する。演算部３８は電池の劣化に影響を与える劣化要素をデータマイニング手法によって判定する。その手法として、演算部３８は第１の電池モジュール２２から、ｋ個分のセル２４のそれぞれについて、互いに時刻ｔによって対応付けられたデータ列｛セル温度Ｔ１（ｔ）、セル電圧Ｖ１（ｔ）｝により、第１評価演算を実行する。また、演算部３８はセル温度値及び電流値間の関係を示す第２評価関数を生成しておき、｛セル温度Ｔ１（ｔ）、電流値Ｉ（ｔ）｝により、セル温度値及び電流値間の第２評価演算を実行する。演算部３８は第１及び第２の２種類の評価結果によって、想定される複数例えば２種類の電池劣化モデルのうち、何れか有力な電池劣化モデルを同定する。演算部３８は後述する温度、電圧、電流のグラフの境界線と、評価結果によって得た数値との比較によって、何れかのセル２４の劣化を予測する。演算部３８は例えば満充電の直後に電池モジュール２２の満充電容量が新品時の満充電容量の１００％に戻っていないことを予測し、満充電容量の不足量の大きさを演算部３８は評価する。
【００２５】
更に演算部３８は電池モジュール２２毎に充電状態ＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を計算するＳＯＣ計算部３９と、電池モジュール２２毎に劣化状態ＳＯＨ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）を計算するＳＯＨ計算部４０と、電圧を管理する電圧管理部４１と、電流を管理する電流管理部４２と、ＶＴＭ回路２３の均等化回路３０を制御するセルバランス制御部４３とを備えている。演算部３８はＥＣＵ回路１３からの要求を受けたタイミングで電池モジュール２２毎に充電状態ＳＯＣを求める。充電状態ＳＯＣは残容量（Ａｈ）／満充電容量（Ａｈ）により求める。劣化状態ＳＯＨは劣化時の満充電容量（Ａｈ）／初期時の満充電容量（Ａｈ）により求める。演算部３８はスイッチ部１７の切替えを制御し計算した電池状態の結果をＥＣＵ回路１３へバス４７経由で送る。
【００２６】
ＢＭＵ回路１５の機能はＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）により実行される。二次電池装置１１はＢＭＵ回路１５にデータマネジメントプログラムを処理するハードウェアを設ける。このデータマネジメントプログラムは、ＶＴＭ回路２３及びＣＣ回路１６がそれぞれ計測したデータより統計的な電池劣化モデルを同定し、寿命を予測するアルゴリズムを有する。また、全体監視用のＥＣＵ回路１３は、演算部３８による演算結果の表示データを作成してもよい。
【００２７】
このような構成の二次電池装置１１では、通常時、ＶＴＭ回路２３はセル電圧、セル２４を流れる電流の測定によって、電池を過充電、過放電及び過電流から保護する。ＶＴＭ回路２３は測定電圧、測定電流が閾値より大又は小をリアルタイムに監視する。閾値を超えた時に、ＶＴＭ回路２３はＢＭＵ回路１５に向けてアラーム信号をオン、オフの２値で送信する。ＢＭＵ回路１５はこのアラーム信号を受信すると、一定時間内のオンの回数をカウントして各セル２４の異常状態の有無を判定する。ＢＭＵ回路１５は、異常を発見した場合、そのセル２４を含む電池モジュール２２を電気的に絶縁する。あるいはＢＭＵ回路１５は、電池充電を停止するなどの異常処理を行う。これは、一定の規格温度を超える時に電池モジュール２２を充電することにより生じるこの電池モジュール２２の熱暴走、又は破壊を防ぐためである。また、ＣＣ回路１６は電流を測定し、電流方向により電流を積分し、誤差を補正する。ＣＣ回路１６は計測データをＢＭＵ回路１５へ送信する。ＢＭＵ回路１５はデータを受信すると、電池製造時に予め計測しておいた電池モジュール２２の容量の初期値と、計測データとを比較することによって、リアルタイムに電池モジュール２２に残された容量を推定する。
【００２８】
また、ＢＭＵ回路１５は、３つのＶＴＭ回路２３から、対応する複数のセル２４のセル電圧、セル温度及びセル２４を流れる電流の計測値を入力される。ＢＭＵ回路１５は各計測値にタイムスタンプを付してそれらを記憶部３７に蓄積する。セル電圧、セル温度及び電流値のデータが同期して蓄積される。ＢＭＵ回路１５にＶＴＭ回路２３からのセル電圧及びセル温度が収集される。例えば６０ｍ秒毎のタイムスタンプ処理とともに、ＢＭＵ回路１５はセル電圧及び電流値からインピーダンスを求め、モータ１０への負荷の状態を監視する。電池モジュール２２が過充電、過放電及び過電流から保護される。また、ＢＭＵ回路１５はセル２４のセル電圧の低下の有無を判定する。何れかの値が正常範囲から外れる場合、ＢＭＵ回路１５はＶＴＭ回路２３へ指令する。ＶＴＭ回路２３は均等化回路３０により選択的にセル２４を充電又は放電する。
【００２９】
また、ＢＭＵ回路１５は二次電池装置１１の容量の特性を求める。ＢＭＵ回路１５は記憶部３７より、セル電圧及び電流値の代表値から、放電電圧Ｖ及び充放電量Ａを検出する。ＢＭＵ回路１５は積分した充放電量Ａの値を前回求めた値に加算し、又は減算する。ＢＭＵ回路１５は検出に所定個数を平均したセル電圧及び電流値を用いてもよい。
【００３０】
図４は放電特性の一例を示す図である。同図は電池モジュール２２の容量の変化の一日分の推移例を示す。Ｖmaxは電池モジュール２２の満充電電圧である。Ｖminは放電終止電圧である。Ｖ１は充電上限電圧である。Ｖ２は放電下限電圧である。演算部３８は、容量が新品時の満充電容量に対して２０〜８０％の範囲内になるように各電池モジュール２２を監視する。演算部３８は、電圧Ｖが急激に増加し始める充電上限電圧Ｖ１および電圧Ｖが急速に低下し始める放電下限電圧Ｖ２の間の範囲内に電圧がくるように充放電を制御する。
【００３１】
次に、ＢＭＵ回路１５が電池の劣化の度合いを推定する手法について述べる。図５は演算部３８による管理対象の劣化パターンの種類を示す図である。一般に充電池の劣化パターンは、（１）容量が少なくなる場合、（２）内部インピーダンスが大きくなる場合などのパターンに分類される。どの劣化パターンが支配的になるかは、電池モジュール２２の充電、電池の保存期間、放電する際の温度、電圧及び電流の組み合わせと、これらの値の時間積分値とによって定まる。
【００３２】
ＢＭＵ回路１５は、予め生成した２種類の評価関数の出力値を管理することによって、２種類の劣化パターンのうちの何れかが支配的であるかを判定する。例えば時点ｔにおける（電圧値Ｖ、温度Ｔ）と、時点ｔ＋ｔｄにおける（電圧値Ｖｄ、温度Ｔｄ）とを演算部３８は求める。時間差分の温度変化量と、時間差分の電圧変化量とを時間積分することにより、演算部３８はグラフを作成する。
【００３３】
図６は容量が少なくなる場合の劣化パターンによる第１評価関数を示す図である。同図中に数式により表される第１評価関数は、温度と電圧との組み合わせにより表される境界線４４と、境界線４４上の点及び任意の点間の差分の時間積分値とを用いて判定するための一例である。演算部３８は高温時かつ高電圧の組み合わせが継続する時間積分値によって、劣化の程度を定める。同図の点Ａ、Ｂは任意の点である。点Ａは、温度、電圧の組み合わせの境界線４４の下側の領域に存在するため、これらの温度、電圧が観測された電池は劣化していないと演算部３８は判定する。一方、点Ｂは、温度、電圧の組み合わせの境界線４４の上側の領域に存在するため、これらの温度、電圧が観測された電池を演算部３８は劣化していると判定する。第１評価関数は、記憶部３７のセル温度値、セル電圧値および電流値を検知情報として使う。つまり演算部３８は、セル温度値、セル電圧値および電流値により、時点間でのセル２４の劣化の度合いを推定する電池劣化モデルにしたがってセル２４毎に劣化状態を推定演算している。
【００３４】
ある時間の状態（Ｔ，Ｖ）における劣化の程度は、点Ｂと境界線４４との距離が最も短い点（Ｖｄ，Ｔｄ）に対する差分（Ｔ−Ｔｄ，Ｖ−Ｖｄ）に一定の乗数（ａ，ｂ）を掛けたものである。よって、一定時間における劣化の程度は、図６中、∫（Ｔ−Ｔｄ）ａ*（Ｖ−Ｖｄ）ｂ ｄtという数式で表現される。この式を第１評価関数として用いる。ここでａ、ｂは予め決められる定数である。＊は乗算を表す。∫（）ｄｔは（）内の関数を時間ｔで積分することを表す（以下の例も同様である）。演算部３８は、セル温度値およびセル電圧値をそれぞれ容量の劣化の要素として定義した第１評価関数を用いている。
【００３５】
また、温度によっても電池の劣化は進行するため、ある温度を軸としてその温度における電圧及び電流の関係を二次電池装置１１は生成してもよい。例えば時点ｔにおける（電流値Ｉ、温度Ｔ）と、時点ｔ＋ｔｄにおける（電流値Ｉｄ、温度Ｔｄ）とを演算部３８は求める。時間差分の電流変化量と、時間差分の電圧変化量とを時間積分し、演算部３８はグラフを作成する。
【００３６】
図７は内部インピーダンスが大きくなる場合の劣化パターンによる第２評価関数を示す図である。図７中、数式により表される第２評価関数は、温度と電流との組み合わせの境界線４５と、その境界線４５上の点及び任意の点間の差分の時間積分値とを用いて判定するための一例である。演算部３８は、低温時かつ大電流の組み合わせが継続する時間積分値によって、劣化の程度を定める。点Ｃは、温度、電流の組み合わせの境界線４５の下側の領域に存在するため、これらの温度、電流の電池が観測された電池は劣化していないと演算部３８は判定する。一方、点Ｄは、温度、電流の組み合わせの境界線４５の上側の領域に存在するため、これらの温度、電流が観測された電池は劣化していると演算部３８は判定する。つまり演算部３８はセル温度値および電流値をそれぞれセル２４の劣化の要素として定義した第２評価関数を用いている。
【００３７】
ある時間の状態（Ｔ，Ｉ）における劣化の程度は、点Ｄと境界線４５との距離が最も短い点（Ｔｄ，Ｉｄ）に対する差分（Ｔ−Ｔｄ，Ｉ−Ｉｄ）に一定の乗数（ｃ，ｄ）を掛けたものである。よって、一定時間における劣化の程度は、図７中、∫（Ｔ−Ｔｄ）ｃ*（Ｉ−Ｉｄ）ｄ ｄｔという数式で表現される。この式を第２評価関数として用いる。ここでｃ、ｄは予め決められる定数である。
【００３８】
二次電池装置１１により、誤差の累積にかかわらず、電池モジュール２２の電池容量を精度良く計測することができる。電池モジュール２２の容量劣化の度合いを二次電池装置１１は精度良く計測できる。
【００３９】
二次電池装置１１の充電及び放電の各状態を監視制御するという元々持つ機能に加えて、電圧及び温度の同期計測によって使用量をリアルタイムに計測しながら、その計測データの統計的処理によって電池劣化モデルを同定し、予測することが可能になる。
【００４０】
電池の劣化モデルを同定し、及び予測する効果は以下のとおりである。
【００４１】
（１）電池利用中のメンテナンスの効率化
従来技術では、二次電池装置の利用中、電池モジュールの実際の劣化状態を把握することができなかった。長期間の使用によって電池モジュールの充放電特性は製造初期時の特性から大きく変化する。この変化により、クーロンカウンタによる計測方法では、電池モジュールの残り容量を測定できなかった。このため、例えば電池を搭載した電気自動車において、ガソリン車のように残り何キロメートルの距離を走行できるかを利用者は知ることができない。したがって、電源ステーションに到達する前に残された電池の容量の不足によって車両が走行できなくなるという課題があった。
【００４２】
本実施形態に係る二次電池装置によれば、使用中の電池モジュール２２の劣化状態がより正確に把握できる。このため、利用者は予期せぬ残量不測に陥ることなく、適当なタイミングでステーションにおいて充電することが可能になる。更に、一定の劣化状態に至ったセル２４を特定して、セル２４をメンテナンス時に交換することも可能になる。従来、セル２４の実際の劣化状態によらず一定期間の利用後に全ての電池モジュール２２を交換していたため、まだ十分に利用可能なセル２４まで廃棄することがあるなど、経済的ではなかった。二次電池装置１１によれば、劣化したセル２４だけを取り出して交換できる。
【００４３】
（２）電池リユース時の残存価値の認定
複数の二次電池装置の間で、二次電池装置が同じ期間、使用された場合であっても、電池モジュールの利用パターンによって電池モジュールの劣化状態が大きく変わる。このため、従来技術では、電池モジュールの残存価値の認定は難しいことが課題だった。実施形態に係る二次電池装置によれば、長期間使用された後の電池モジュール２２の劣化状態を把握することができるため、使用後の電池モジュール２２をリユースする際の残存価値をより正確に認定できる。一定期間の間に使用された後の電池モジュール２２の持つ残存価値に相当する分を、二次電池装置１１の購入時に時間的に遡って、購入価格からクレジットとして差し引くことによって、電池購入時の経済的負担を軽減できる。これは、自動車など大容量で高価な電池モジュール２２を利用するシステムにおいて、初期投資の課題を解消し、より速い普及を実現する効果が期待できる。
【００４４】
一般に長期間の電池モジュールの利用に伴って電池が劣化し満充電容量が少なくなる。従来技術に係る二次電池装置では、ＢＭＵ回路は電池製造時の満充電容量の初期値を用いて容量を推定するため、計測された容量は正しくない。電池モジュールの劣化状態を高い精度で同定することができない。従来技術に係る二次電池装置では、ＶＴＭ回路が計測した電圧、温度及びその計測時間の情報が記録保存されない。更にＶＴＭ回路により計測された電圧及び温度と、ＣＣ回路により計測された積算電流量の計測データとは同期することがない。従来技術に係る二次電池装置は、電池モジュールと、セルのインピーダンスとを測定できず、電池の残された容量を正しく計測できない。
【００４５】
これに対して、二次電池装置１１では、電池モジュール２２の劣化によって実際の満充電容量に誤差が生じている場合でも、電池モジュール２２の容量を精度良く計測することができる。電池モジュール２２の寿命を予測できる。二次電池装置１１によれば、各セル電圧を正しく計測できるため、セル電圧を正しく均等化することができる。車両４９の運転は、高温において高い電圧でモータ１０を回転させること、あるいは低温で大きな電流をモータ１０に流すことが存在する。高温高電圧及び低温大電流は電池モジュール２２に著しい劣化を引き起こす。本実施形態に係る二次電池装置及び電池容量推定システムによれば、電池モジュール２２の状態が劣化状態に近づいていることをユーザへ警告することができる。電池モジュール２２が劣化している領域で電池モジュール２２が使用されないようにフェイルセーフの仕掛けを車両４９に実装することができる。
【００４６】
（変形例）
図２において、ＢＭＵ回路１５に蓄積される電圧及び温度のデータの量は膨大である。二次電池装置１１は記憶部３７に記憶された計測履歴情報を車両４９の外部のネットワークに送信する送信部５４を備えてもよい。送信部５４は、それぞれタイムスタンプを有する電流値、セル電圧値およびセル温度値に例えばインターネットプロトコルアドレス（宛先アドレス）を付与して送信する。二次電池送信１１は記憶部３７に記憶の情報を圧縮する圧縮部５５を備えてもよい。圧縮部５５はそれぞれタイムスタンプを有する電流値、セル電圧値およびセル温度値を圧縮する。二次電池装置１１は、記憶部３７の計測履歴情報あるいは圧縮部５５により圧縮されて得た計測履歴情報を、外部記憶媒体に送るためのインターフェース部５６を備えてもよい。外部記憶媒体とは例えばフラッシュメモリ、磁気ディスク、光ディスクを言う。
【００４７】
上記実施形態では、タイムスタンプ付与部３６はＢＭＵ回路１５に設けられていたが、ＶＴＭ回路２３及びＣＣ回路１６側にタイムスタンプ付与部３６あるいはタイムスタンプを付与する回路機能は設けられてもよい。タイムスタンプ付与部３６はＢＭＵ回路１５やＶＴＭ回路２３等と独立して設けられてもよい。
【００４８】
上記実施形態では、演算部３８は第１評価関数及び第２評価関数の双方を用いたが、演算部３８は、第１評価関数だけを用いて判定してもよい。演算部３８はセル電圧値およびセル温度値間の時間差分によりセル毎に劣化状態を推定演算してもよい。
【００４９】
上記実施形態では、電池モジュール２２毎にＶＴＭ回路２３が設けられ、ＣＣ回路１６及びＢＭＵ回路１５は二次電池装置１１に対して１個設けられていたが、これらの構成は種々変更可能である。セル２４を構成するセル単位は２つの代わりに、例えば３つ並列であってもよい。温度は摂氏又は華氏により表される。
【００５０】
尚、上記の実施形態は実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【００５１】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１０…モータ、１１…二次電池装置、１２…インバータ、１２ａ…負極入力端子、１２ｂ…正極入力端子、１３…電子制御部（ＥＣＵ回路）、１５…電池管理部（ＢＭＵ回路）、１６…電流測定回路（ＣＣ回路）、１７…スイッチ部、１８…負極端子、１９，２１…接続ライン、２０…正極端子、２２…電池モジュール、２３…電池監視回路（ＶＴＭ回路）、２４…セル、２６…電圧センサ、２６ａ…マルチプレクサ、２６ｂ…シーケンサ、２６ｃ…アンプ、２６ｄ…ＡＤ変換器、２７…温度センサ、２８，４６…信号線、２９…インターフェース部、３０…均等化回路、３１…抵抗、３２…スイッチング素子、３３…スイッチ制御部、３４…シャント抵抗（抵抗器）、３５…電流センサ、３６…タイムスタンプ付与部（時刻付与部）、３７…記憶部、３８…演算部、３９…ＳＯＣ計算部、４０…ＳＯＨ計算部、４１…電圧管理部、４２…電流管理部、４３…セルバランス制御部、４４，４５…境界線、４７…バス、４８…電池パック、４９…車両、５０…ＡＤ変換器、５１…フィルタ、５２…ΔΣアナログディジタル変換器（ＡＤコンバータ）、５３…積算カウンタ（電荷量カウンタ）、５４…送信部、５５…圧縮部、５６…インターフェース部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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