(57)【要約】【課題】リチウム二次電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）及び健全度（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）など電池の状態を正確かつ逐次把握できるインピーダンス検出システム及び監視システム及びその監視システムを備えた監視機能付リチウム二次電池を提供する。【解決手段】外装缶３を参照極として用い、交流信号を印加して正極（正極端子７）−参照極間、及び負極（負極端子８）−参照極間のインピーダンスを把握し、ＳＯＣやＳＯＨなどの電池の状態を監視する。【選択図】      図２
2014059174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム二次電池の正極及び負極間に交流信号を印加する交流信号印加手段と、
前記正極及び前記負極間の第１の電圧値を測定する第１の電圧センサーと、
前記負極及び外装缶間または前記正極及び前記外装缶間のいずれか一方の第２の電圧値を測定する第２の電圧センサーと、
前記交流信号印加手段に直列に接続され、前記リチウム二次電池の前記正極及び前記負極間を流れる電流値を測定する電流センサーと、
前記第１の電圧値と前記第２の電圧値と前記電流値とに基づいて、前記正極及び前記外装缶間の第１のインピーダンスと前記負極及び前記外装缶間の第２のインピーダンスとを演算する演算手段と
を備えたインピーダンス検出システム。
【請求項２】
リチウム二次電池の正極及び負極間に交流信号を印加する交流信号印加手段と、
前記正極及び外装缶間の第３の電圧値を測定する第３の電圧センサーと、
前記負極及び前記外装缶間の第４の電圧値を測定する第４の電圧センサーと、
前記交流信号印加手段に直列に接続され、前記リチウム二次電池の前記正極及び前記負極間を流れる電流値を測定する電流センサーと、
前記第３の電圧値と前記第４の電圧値と前記電流値とに基づいて、前記正極及び前記外装缶間の第１のインピーダンスと前記負極及び前記外装缶間の第２のインピーダンスとを演算する演算手段と
を備えたインピーダンス検出システム。
【請求項３】
前記交流信号の周波数が、特定の周波数領域内にあること
を特徴とする請求項１または２に記載のインピーダンス検出システム。
【請求項４】
前記特定の周波数領域が、前記交流信号印加手段によって前記交流信号が印加されている間に前記外装缶の電位のずれが生じない周波数領域内にあること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインピーダンス検出システム。
【請求項５】
前記特定の周波数が０．５Ｈｚ以上５ｋＨｚ以下であること
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインピーダンス検出システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のインピーダンス検出システムに、前記第１のインピーダンス及び前記第２のインピーダンスに基づいて前記リチウム二次電池の前記正極及び前記負極の状態を監視する監視手段をさらに備えた監視システム。
【請求項７】
前記リチウム二次電池の前記正極及び前記負極の状態は、それぞれ充電状態または健全度であること
を特徴とする請求項６に記載の監視システム。
【請求項８】
請求項６または７に記載の監視システムを備えた監視機能付リチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、携帯機器、自動車、その他産業用の蓄電に用いられるリチウム二次電池のインピーダンス検出システムとそのシステムを用いた監視システムと、その監視システムを備えた監視機能付リチウム二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源、また電力需給平準化のための家庭用あるいはスマートグリッド用蓄電システム、さらに携帯機器用電源として、リチウム二次電池の開発が活発に行なわれている。
【０００３】
このようなリチウム二次電池を効率的に使いこなすためには、リチウム二次電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）及び健全度（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）など電池の状態を正確に把握する必要がある。その状態検知の基本となるのが電池の各極電位、充放電電流、温度の測定である。その中でも電池の各極電位は、過充電・過放電の防止のため、最も重要な測定パラメータである。
【０００４】
ここで、リチウム二次電池の端子電圧は容易に測定できるが、端子電圧は正極電位と負極電位の差である。そのため電池の端子電圧を測定しただけでは、正極電位と負極電位の相対的な差は把握できるが、各極の絶対的な電位を測定することになっておらず、各極の状態を個別に評価することは非常に困難である。
【０００５】
従来のリチウム二次電池では、金属製の外装缶を参照極として使用して電解液と外装缶の間に発生する平衡電位を疑似参照極電位とし、充電または放電時の電流パルスを用いて参照極と各極間のインピーダンスを把握することにより、各極の状態を監視する監視システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−５３９６５７号公報（第２６〜２７頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リチウム二次電池の外装缶は、元来参照極として使用されることを意図して設計されていないため、外装缶に電荷が流れると外装缶と電解液との間の平衡電位がずれやすい。つまり、正極および負極の電位が変動するとその周辺の電場が変化するが、外装缶周辺の電場変化により外装缶に微小な電荷が周辺から流れ込むため、静電容量の小さな外装缶の平衡電位がずれる。従って、従来のリチウム二次電池の監視システムでは、充電または放電時の電流パルスを用いてインピーダンスを測定していたが、同極性の電荷のみが電流パルスによって印加されるので、外装缶に電荷が流れると平衡電位のずれの影響を受け、正確な各極のインピーダンス、つまり正確な各極の状態を把握できないという問題があった。
【０００８】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、リチウム二次電池の各極の正確な状態を把握するための、インピーダンス検出システム及び監視システム及びその監視システムを備えた監視機能付リチウム二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るインピーダンス検出システム及び監視システム及びその監視システムを備えた監視機能付リチウム二次電池は、リチウム二次電池の正極及び負極間に交流信号を印加し、正極及び外装缶間の第１のインピーダンスと、負極及び外装缶間の第２のインピーダンスを検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明におけるインピーダンス検出システム及び監視システム及びその監視システムを備えた監視機能付リチウム二次電池は、正極と負極間に交流信号を印加することによって正極及び外装缶のインピーダンスと、負極及び外装缶のインピーダンスを検出するので、周囲の電場の変動により外装缶に電荷が流れても印加する交流信号の極性が反転すると、反転前に外装缶に流れ込んだ電荷が反転後に外装缶から流れ出た電荷と相殺されて外装缶の平衡電位のずれを抑制できるため、リチウム二次電池の各極のインピーダンスが正確に把握でき、つまり各極の状態を正確に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１におけるリチウム二次電池セルの概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるリチウム二次電池の監視システムの機器構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるリチウム二次電池の監視システムの機器構成の変形例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるリチウム二次電池の監視システムの機器構成の変形例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるリチウム二次電池の監視システムを用いて算出したインピーダンスと位相の周波数特性を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１において説明するインピーダンスとＳＯＣの関係を示す模式図であるである。
【図７】この発明の実施の形態１において説明するインピーダンスとＳＯＨの関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１におけるリチウム二次電池の監視システムの構成を説明する。図１は、実施の形態１におけるリチウム二次電池セルの概略構成図である。図２は、実施の形態１におけるリチウム二次電池の監視システムの機器構成図である。ここでは、正極及び外装缶間のインピーダンス（第１のインピーダンス）と、負極及び外装缶間のインピーダンス（第２のインピーダンス）を検出するシステムと、検出したインピーダンスからリチウム二次電池の状態（充電レベル、健全度など）を監視する監視システムについて説明する。
【００１３】
図１及び図２において、正極１はその端部に正極リード５の一方側が接続されている。正極リード５のもう一方側は正極端子７と接続されており、この正極リード５を経由して外部回路と正極１間の電子の授受が行なわれる。正極リード５及び正極端子７は、端子絶縁部９によって外装缶３と電気的に絶縁されている。端子絶縁部９としては、電子を通さない樹脂材料やセラミック材料などの絶縁材料が使用できる。
【００１４】
負極２も正極１と同様に負極リード６及び負極端子８と接続されており、これらを経由して外部回路との電子の授受が行なわれる。負極２と外装缶３は、正極１の場合と同様に、端子絶縁部９により電気的に絶縁されている。
【００１５】
尚、正極１及び負極２はそれぞれ一般的なリチウム二次電池の電極と同様のものが使用できるため、その構成に関する詳細な説明はここでは省略する。
【００１６】
外装缶３内の正極１および負極２は、セル１０内に注入されている電解液（図示せず）に浸されており、絶縁性フィルム４により外装缶３と電気的に絶縁されている。
【００１７】
以上これらを一体化することで、正極１及び負極２と外装缶３が絶縁されたリチウム二次電池セル１０が構成される。
【００１８】
図２は、外装缶３を参照極として正極１−負極２間のインピーダンス、及び負極２−外装缶３間のインピーダンス（第２のインピーダンス）を把握し、リチウム二次次電池の状態を監視するための機器構成図である。
【００１９】
図１で説明したセル１０の正極端子７と負極端子８には、交流信号を印加してインピーダンスを得るための交流信号印加手段１１が電流センサー１２を介して接続される。すなわち、電流センサー１２は交流信号印加手段１１に直列に接続され、この電流センサー１２によって、リチウム二次電池のセル１０を流れる電流値が測定される。また、正極端子７と負極端子８には第１の電圧値を測定するための第１の電圧センサー１３が接続され、負極端子８と外装缶３には第２の電圧値を測定するための第２の電圧センサー１４ａが接続される。
【００２０】
第１の電圧センサー１３及び電流センサー１２で各極間電圧及び電流を測定しながら交流信号印加手段１１によって交流信号が印加される。演算手段１５には、第１の電圧センサー１３から第１の電圧値が、第２の電圧センサー１４ａから第２の電圧値が、電流センサー１２から電流値が入力され、これらの演算により求められた第１のインピーダンス及び第２のインピーダンスが監視手段１６に出力される。演算手段１５の演算の詳細や監視手段１６の動作については後述する。
【００２１】
交流信号印加手段１１は交流信号を出力できるものであればよく、リチウム二次電池を監視するために特別に設けられたものであってもよく、従来のリチウム二次電池を充放電するための充放電手段と共用し、充放電手段が発生するノイズ（ホワイトノイズなど）に含まれる交流信号を用いるようにしてもよい。また、本実施の形態に係るリチウム二次電池の監視システムは、交流信号印加手段１１を備えることに代えて、リチウム二次電池に接続された充放電手段が発生するノイズそのものを交流信号として用いるようにしてもよい。
【００２２】
ただし、交流信号は一周期において、印加される正と負の電荷量がほぼ同じになるような信号でなければならない。たとえば、正側のみに振幅するパルス電圧等は含まれない。
【００２３】
尚、参照極として外装缶３を用いるには、外装缶３の材質が、リチウム二次電池で使用され、かつ導電性を有するものであれば利用することが可能である。具体的には、ニッケルめっき鋼、ステンレス鋼、アルミおよびアルミニウム合金、チタン、チタン合金などの金属材料が利用できる。
【００２４】
各極間電圧及び電流の時間変化に加え、参照極として使用している外装缶３と負極端子８の電圧（第２の電圧値）の時間変化が第２の電圧センサー１４ａによって得られる。参照極として使用している外装缶３は、元来参照極として使用されることを意図して設計されていないため、外装缶３と電解液が接触する表面積が小さい、つまり外装缶３と電解液との接触により生ずる電気二重層キャパシタの静電容量が小さい。そのため、少しでも外装缶３に電荷が流れると外装缶３と電解液との間の平衡電位がずれてしまうため、第２の電圧センサー１４ａには、参照極には電流が流れないよう十分に高い内部インピーダンスを有することが望まれる。例えば、メガオーム以上の内部インピーダンスの電圧センサーが好ましい。
【００２５】
第１の電圧センサー１３、第２の電圧センサー１４ａ、電流センサー１２で測定されたデータを用いて、演算手段１５により第１のインピーダンス及び第２のインピーダンスが求められる。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る監視システムの動作方法について説明する。
【００２７】
交流信号印加手段１１は、交流である短時間の電流変化あるいは電圧変化をセル１０の正極端子７と負極端子８との間（正極１−負極２間）に印加し、演算手段１５は、そのときの正極端子７と負極端子８との間（正極１−負極２間）の電圧値（第１の電圧値）の時間変化、および負極端子８と外装缶３との間（負極２−外装缶３間）の電圧値（第２の電圧値）の時間変化を得る。
【００２８】
セル１０に印加する交流電流あるいは交流電圧としては、一周期において印加される正と負の電荷量がほぼ等しければ、測定したい所定の周波数成分の振幅を含む電流あるいは電圧信号を用いることができる。具体的には、正弦波や矩形波や三角波を用いることができる。単一周波数ではなくさまざまな周波数の信号が混ざり合ったノイズ（ホワイトノイズなど）、電池の実使用状態での充放電波形などは、測定後のデータを高速フーリエ変換により測定したい周波数域を抽出してインピーダンスを計算することも可能である。
【００２９】
上記の測定したい特定の周波数領域内の所定の周波数に関しては、本実施の形態で重要であるため、後で詳細に説明する。
【００３０】
交流信号印加手段１１によりセル１０に交流電流を印加した場合を考える。このときの交流電流の時間変化を電流センサー１２を用いて測定すると同時に、セル１０の電圧（正極１−負極２間の電圧：第１の電圧値）の時間変化を第１の電圧センサー１３を用いて、負極端子８と外装缶３の間（負極２−外装缶３間：第２の電圧値）の時間変化を第２の電圧センサー１４ａを用いて測定する。測定により得られたデータを演算手段１５で処理し、その交流周波数でのインピーダンスを求める。
【００３１】
インピーダンスＺは、電圧変化をΔＶ、電流変化をΔＩとすると（式１）で計算される。
【００３２】
【数１】
2014059174.tif 000003
【００３３】
ここで電圧変化ΔＶとして第１の電圧センサー１３のセル電圧（正極１−負極２間の電圧：第１の電圧値）を用いると印加された交流電流ΔＩの周波数におけるセル１０全体（正極１−負極２間）のインピーダンスＺ＋−が計算される。
【００３４】
同様に、電圧変化ΔＶとして第２の電圧センサー１４ａの負極２−外装缶３間の電圧（第２の電圧値）を用いると印加された交流電流ΔＩの周波数における負極２−外装缶３間のインピーダンスＺ−（第２のインピーダンス）が計算される。
【００３５】
さらに電圧変化ΔＶとして、第１の電圧センサー１３のセル電圧（正極１−負極２間の電圧：第１の電圧値）と第２の電圧センサー１４ａの負極２−外装缶３間の電圧（第２の電圧値）の差を用いると、印加された交流電流の周波数における正極１−外装缶３間のインピーダンスＺ＋（第１のインピーダンス）が計算される。
【００３６】
このように外装缶３を参照極として使用して、インピーダンスを計算することで、セル１０全体のインピーダンスＺ＋−だけでなく、外装缶３を基準とした各電極のインピーダンスＺ＋（第１のインピーダンス）及びＺ−（第２のインピーダンス）を個別に分離して評価することができるようになる。すなわち、演算手段１５は、第１のインピーダンス及び第２のインピーダンスを演算により得ることができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、第２の電圧センサー１４ａの内部インピーダンスが低かったり、正極１あるいは負極２と外装缶３間の絶縁が悪い等の原因で、周囲の電場の変動により外装缶３に電流が流れても、一周期で印加される正と負の電荷量がほぼ同じである交流信号を用いて測定しているため、交流信号の極性が反転すると、反転前に外装缶３に流れ込んだ電荷が相殺されて、外装缶３の電位のズレを抑制することができる。そのため、第１のインピーダンス及び第２のインピーダンスを正確に把握することができるという効果がある。
【００３８】
上記の例では、第２の電圧センサー１４ａを用いて負極２−外装缶３間の電圧（第２の電圧値）を測定して、その値を第１の電圧センサー１３で測定したセル電圧（正極１−負極２間電圧：第１の電圧値）から差し引くことで正極１−外装缶３間の電圧を計算で求めたが、図３に示すように、反対に第２の電圧センサー１４ｂを用いて正極１−外装缶３間の電圧（第２の電圧値）を測定して、その値を第１の電圧センサー１３で測定したセル電圧（正極１−負極２間電圧：第１の電圧値）から差し引くことで負極２−外装缶３間の電圧を計算で求める方法を採用してもよい。
【００３９】
さらに図４に示すように、第３の電圧センサー１７を用いて正極１−外装缶３間の電圧（第３の電圧値）を測定すると同時に、第４の電圧センサー１８を用いて負極２−外装缶３間の電圧（第４の電圧値）を測定する方法を採用してもよい。ただし、この場合、第３の電圧センサー１７及び第４の電圧センサー１８が十分に絶縁されており、参照極に電流が流れ込まないよう対策する必要がある。この場合、正極１−外装缶３間の電圧（第３の電圧値）から正極１−外装缶３間のインピーダンス（第１のインピーダンス）が、負極２−外装缶３間の電圧（第４の電圧値）から負極２−外装缶３間のインピーダンス（第２のインピーダンス）が計算される。
【００４０】
また、図３及び図４を順番に測定する、つまり、正極１もしくは負極２と、外装缶３との間の電圧を交互に測定し、各極の電圧を測定してもよい。
【００４１】
次に、交流信号印加手段１１で用いることが望ましい特定の周波数領域について説明する。
【００４２】
図５に市販の角形のリチウム二次電池を使用し、その外装缶３（ステンレス鋼）を参照極とし、セル１０に１０ｍＨｚから２０ｋＨｚまでの電流振幅の正弦波を印加してセル１０のインピーダンス（正極１−負極２間のインピーダンス）と第１のインピーダンス及び第２のインピーダンスの関係を評価した結果を示す。
【００４３】
まず、図２で示した機器構成で正極１と負極２間のインピーダンスＺ＋−の周波数特性、及び負極２と外装缶３間のインピーダンスＺ−（第２のインピーダンス）の周波数特性を電圧測定により求めた。
【００４４】
ひきつづき、図３で示した機器構成で正極１と負極２間のインピーダンスＺ＋−の周波数特性、および正極１と外装缶３間のインピーダンスＺ＋（第１のインピーダンス）の周波数特性を電圧測定により求めた。
【００４５】
図５のインピーダンスの周波数特性（ボード線図）の正極１と負極２間のインピーダンスＺ＋−（図５中（ａ））、及び位相（図５中（ｂ））の周波数特性は、上記の図２の機器構成及び図３の機器構成で実測した電圧から求めた値（第１の電圧値）を示している。
【００４６】
一方、正極１と負極２間のインピーダンスＺ＋−（図５中（ｃ））、及び位相（図５中（ｄ））の周波数特性は、上記の図２の機器構成で評価した負極２と外装缶３間のインピーダンスＺ−（第２のインピーダンス）の周波数特性の実測値と、図３の機器構成で評価した正極１と外装缶３間のインピーダンスＺ＋（第１のインピーダンス）の周波数特性の実測値を、演算手段１５による後処理で合成してＺ＋−を求めた値を示している。
【００４７】
図５のセル１０全体のインピーダンスＺ＋−及び位相の実測値と合成値を比較した結果、０．５Ｈｚから５ｋＨｚの間で、実測値と合成値は一致した。一方、５ＫＨｚより高い周波数領域及び０．５Ｈｚより低い周波数領域では、両者は一致しないことが図５より分かる。
【００４８】
５ｋＨｚよりも高周波数領域で一致しなかった理由は、正極１及び負極２に印加された高周波数の電流変化（電圧変化）によりその周辺に存在する配線や外装缶３のインダクタンスの影響を受け、外装缶３の電位が誘導されて電位がずれ、測定に誤差が生じたことと考えられる。
【００４９】
一方、０．５Ｈｚよりも低周波数領域では、負極２の電位に外装缶３の電位が同期する傾向が見られた。これは、正極１と負極２の長尺電極を巻いた発電要素では、充電時の負極２へのリチウム金属の析出を防止するため、正極１よりも負極２が大きく設計されているとともに、発電要素の巻きの最外周には負極２及びセパレータが巻きつけられている場合が多い。そのため、外装缶３の内部は、負極２と近接している。電流変化（電圧変化）の周波数が低くなるほど、印加される電流は徐々に直流電流を印加しているのに等しい状態になり、負極２の周辺にはその印加電流により電位分布が生じ、低周波数ほどその分布は広がっていく。この電位分布の影響を負極２に近接する外装缶３が受け、負極２の電位に引きずれられるため、負極２の電位と外装缶３の電位が同期したと推測される。
【００５０】
負極２の電位と外装缶３の電位が同期すると、負極２と外装缶３の電位差が小さくなるため、負極２と外装缶３間のインピーダンスＺ−（第２のインピーダンス）が小さくなる。この傾向は、負極２の周囲の電位分布が広い低周波数の電流ほど大きくなる。
【００５１】
一方、正極１と外装缶３間の電位差は、印加する電流の周波数が低いほど、外装缶３の電位が負極２の電位に同期するようになるために、大きくなり、インピーダンスＺ＋（第１のインピーダンス）が大きくなる傾向を示す。
【００５２】
このように、０．５Ｈｚより低い周波数の電流変動では、外装缶３の電位は負極２の影響で不安定になることが明らかとなった。
【００５３】
したがって、０．５Ｈｚより低周波数側では、図５の様にＺ＋−の実測値と合成値にずれが生じるだけでなく、正確なＺ＋（第１のインピーダンス）とＺ−（第２のインピーダンス）が把握できない。
【００５４】
以上の検討の結果から、外装缶３を参照極として、正極１及び外装缶３間のインピーダンス（第１のインピーダンス）と負極２及び外装缶３間のインピーダンス（第２のインピーダンス）とを把握する場合には、最適な周波数範囲があることが明らかとなった。
【００５５】
つまり、リチウム二次電池の種類ごとに予め、インピーダンス把握に最適な特定の周波数領域帯を把握しておくことで、その特性の周波数領域内にある所定の周波数の交流信号を用いれば、より正確に正極１及び外装缶３間のインピーダンス（第１のインピーダンス）と負極２及び外装缶３間のインピーダンス（第２のインピーダンス）とを把握することができる。
【００５６】
これら所定の周波数領域で測定された正極１及び負極２と外装缶３との間のインピーダンス（第１のインピーダンス及び第２のインピーダンス）は、正極及び負極の各極の状態、例えば充電状態（ＳＯＣ）や健全度（ＳＯＨ）などとの相関性がある。インピーダンスを把握することにより、監視手段１６で、各極のＳＯＣやＳＯＨを推測することが可能である。
【００５７】
第１及び第２のインピーダンスとセルの充電状態（ＳＯＣ）との関係は、各極に用いた活物質の種類や仕込み量により決まるため、決まった関係式が存在するわけではないが、個別の種類の電池について、実験的に各極のインピーダンスと充電状態（ＳＯＣ）との関係を例えばルックアップテーブル形式でマップ化し、セル１０の温度などのその他の測定条件とあわせて監視手段１６で判断することで、各極のインピーダンスから充電状態（ＳＯＣ）を推測することが可能となる。
【００５８】
また、各極のインピーダンスとセルの健全度（ＳＯＨ）との関係は、一般的には健全度（ＳＯＨ）の低下にともないインピーダンスが上昇するという関係がある。ただし、この関係も電池の仕様により違いがあるため、現実的には個別の種類の電池について、実験的に各極のインピーダンスと健全度（ＳＯＨ）との関係を例えばルックアップテーブル形式でマップ化し、セル１０の温度などのその他の測定条件とあわせて監視手段１６で判断することで、各極のインピーダンスから健全度（ＳＯＨ）を推測することが可能となる。
【００５９】
また、一般的にインピーダンスと充電状態（ＳＯＣ）、インピーダンスと健全度（ＳＯＨ）の関係は図６及び図７のような関係で表わされる。図６中、実線がＳＯＨが１００％の場合であり、破線がＳＯＨが低下した場合を示しており、ＳＯＨが低下すると、インピーダンスとＳＯＣの関係を示す曲線が図６の上部へ移動する。個別の種類の電池毎に、図６及び図７の関係を予め把握できているとする。１００％の充電状態においては、充電状態（ＳＯＣ）が１００％であるので、各極のインピーダンスの値から図６または図７より健全度（ＳＯＨ）が得られる。また、健全度（ＳＯＨ）は長期的に推移していく値であるので、健全度（ＳＯＨ）が把握できていれば、一定期間は健全度（ＳＯＨ）はほぼ同じ値であると仮定することができ、各極のインピーダンスの値から図７を用いて充電状態（ＳＯＣ）が得られる。また、充電状態（ＳＯＣ）もしくは健全度（ＳＯＨ）のいずれか一方が他の検知方法によって把握できていれば、監視手段１６で各極のインピーダンスの値から図６または図７を用いて他方を把握することができる。
【００６０】
本実施の形態は、リチウム二次電池のインピーダンス検出システムとして、交流信号を印加することによりインピーダンスを所望のタイミングで定期的に検査することが可能となり、算出したインピーダンスからリチウム二次電池の状態を監視することが可能となる。
【００６１】
インピーダンスを把握するのは、理想的には無負荷状態において、交流信号印加手段１１を設けて測定することが望ましいが、リチウム二次電池の充放電と同時に、交流信号印加手段１１を別途設け、もしくは交流信号印加手段１１は別途設けずに交流信号印加手段１１を備えることに代えて、充放電手段から発生する所定の周波数のノイズを交流信号として用いて、インピーダンスを把握することも可能である。
【００６２】
本実施の形態では、以上のような構成としたことにより、セル１０が劣化（ＳＯＨが低下）した場合、これまでは正極１と負極２間の情報だけしか得られなった場合にはその原因が正極１にあるのか、あるいは負極２にあるのかを分離評価することは難しかったが、各極のインピーダンスが正確に把握できれば原因がどちらの極にあるかが診断できるようになり、緊急時にでも効率的にリチウム二次電池を制御することができるようになる。
【００６３】
また、本実施の形態では、以上のような構成としたことにより、特別な参照極を内部に設置する必要がないため、正極１および負極２と外装缶３が絶縁されているタイプの市販のリチウム二次電池では、特別な改造を施すことなく、正極１及び負極２の電位を評価することができるという利点がある。携帯機器用の小型電池では外装缶３が正極１あるいは負極２と一体になっている場合が多いが、電気自動車や産業用として使われる大型のリチウム二次電池では、外装缶３が正極１とも負極２とも絶縁されているものも多くあり、この技術が活用できる。
【００６４】
さらに、本実施の形態では、測定信号として交流信号を用いたことから、外装缶３の電位のずれの影響を受けることなく、各極のインピーダンスを正確に把握できるため、各極の状態（ＳＯＨやＳＯＣ）を正確に監視できる。
【００６５】
本実施の形態では、さらに外装缶３の電位がずれない特定の周波数領域を用いて、各極のインピーダンスを把握することにより、各極の充電状態（ＳＯＣ）や健全度（ＳＯＨ）を、より正確に監視することができる。
【００６６】
また、正極１と負極２間に印加された短時間の電流変化（電圧変化）に対し、そのときの正極１−負極２間と、正極１−外装缶３間あるいは負極２−外装缶３間の電圧変化（電流変化）を測定し、正極１−外装缶３間、及び負極２−外装缶３間のインピーダンスを計算し、それぞれの値で各極の状態を監視するため、長時間の測定での外装缶３の電位のずれの影響を受けることなく、各極の状態を正確に把握することができる。
【００６７】
本実施の形態では交流電流を印加し、各極及び外装缶３の電圧を測定することによりインピーダンスを求めたが、交流電圧を印加し、各極及び外装缶３を流れる電流を測定することによりインピーダンスを求めてもよい。
【００６８】
電池の状態を表す指標としては、これまで説明した充電状態（ＳＯＣ）や健全度（ＳＯＨ）が代表的に用いられるが、その他の指標についても各極のインピーダンスとの相関が実験的に確認できれば、本発明の形態に基づき得られたインピーダンスから推測することが可能である。
【００６９】
尚、本実施の形態の説明では、単セルでの例について詳細に説明したが、単セルが直列あるいは並列に接続されたモジュールの場合にも、本実施の形態を適用することが可能である。ただし、直列セル数が多くなると、電圧センサーにかかる電圧が大きくなるため、絶縁性が低い電圧センサーでは、流れる電流が多くなり、参照極として使用している外装缶３の電位が大きくずれてしまう可能性があるので、電圧センサーは絶縁性の十分に高いものを選定する必要がある。
【符号の説明】
【００７０】
１  正極
２  負極
３  外装缶
４  絶縁性フィルム
５  正極リード
６  負極リード
７  正極端子
８  負極端子
９  端子絶縁部
１０  セル
１１  計測信号印加手段
１２  電流センサー
１３  第１の電圧センサー
１４ａ  第２の電圧センサー
１４ｂ  第２の電圧センサー
１５  演算手段
１６  監視手段
１７  第３の電圧センサー
１８  第４の電圧センサー
【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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