(57)【要約】【課題】交流インピーダンス測定の煩雑さを低減する。【解決手段】制御部３００は、組電池２０を放電させ、放電中にいずれかのセルの電圧が規定電圧Ｖｓに達する度に第１〜第４の制御を実行する。第１の制御は、組電池２０の放電を停止させる制御である。第２の制御は、電圧が規定電圧Ｖｓに達したセルに並列に接続されたリレーを閉成する制御である。第３の制御は、電圧が規定電圧Ｖｓに達したすべてのセルにそれぞれ並列に接続されたリレーが閉成された状態で、組電池２０の交流インピーダンスを測定する制御である。第４の制御は、電圧が規定電圧Ｖｓよりも高いセルの放電を再開させる制御である。制御部３００は、電圧が規定電圧Ｖｓに達した上記セルを含む交流インピーダンスと、電圧が規定電圧Ｖｓに達した上記セルを除いた交流インピーダンスとを比較することによって、電圧が規定電圧Ｖｓに達した上記セルの異常の有無を診断する。【選択図】図７
2018032558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン二次電池の組電池の異常の有無を診断する、リチウムイオン二次電池の診断装置であって、
前記組電池は、正極ノード、負極ノード、および前記正極ノードと前記負極ノードとの間に直列に接続された複数のセルを含み、
前記診断装置は、
前記複数のセルにそれぞれ並列に接続される複数のリレーと、
前記正極ノードおよび前記負極ノードに電気的に接続され、前記組電池を放電するように構成された電力変換部と、
前記正極ノードおよび前記負極ノードに電気的に接続され、前記組電池の交流インピーダンスを測定するように構成された測定部と、
前記複数のリレー、前記電力変換部および前記測定部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記組電池を放電するように前記電力変換部を制御し、放電中に前記複数のセルのうちのいずれかのセルの電圧が規定電圧に達する度に第１〜第４の制御を実行し、
前記第１の制御は、前記組電池の放電を停止するように前記電力変換部を制御する制御であり、
前記第２の制御は、前記複数のリレーのうち、電圧が前記規定電圧に達したセルに並列に接続されたリレーを閉成することによって、電圧が前記規定電圧に達した前記セルをバイパスさせる制御であり、
前記第３の制御は、電圧が前記規定電圧に達したすべてのセルにそれぞれ並列に接続されたリレーが閉成された状態で、前記組電池の交流インピーダンスを測定するように前記測定部を制御する制御であり、
前記第４の制御は、交流インピーダンスの測定後に、電圧が前記規定電圧よりも高いセルの放電を再開するように前記電力変換部を制御する制御であり、
前記制御部は、電圧が前記規定電圧に達した前記セルを含む場合の交流インピーダンスを示す第１の交流インピーダンスと、電圧が前記規定電圧に達した前記セルを除いた場合の交流インピーダンスを示す第２の交流インピーダンスとを比較することによって、電圧が前記規定電圧に達した前記セルの異常の有無を診断する、リチウムイオン二次電池の診断装置。
【請求項２】
前記制御部は、第１および第２の条件がいずれも成立しない場合に前記電圧が前記規定電圧に達した前記セルを正常と診断する一方で、前記第１および第２の条件のうちの少なくとも一方が成立した場合には電圧が前記規定電圧に達した前記セルを異常と診断し、
前記第１の条件は、交流インピーダンスの測定周波数が所定周波数よりも低い場合に、前記第１の交流インピーダンスの抵抗成分と前記第２の交流インピーダンスの抵抗成分との差が第１の基準値よりも大きいときに成立し、
前記第２の条件は、前記測定周波数が前記所定周波数よりも低い場合に、前記第１の交流インピーダンスの容量成分と前記第２の交流インピーダンスの容量成分との差が第２の基準値よりも大きい場合に成立する、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の診断装置。
【請求項３】
前記制御部は、交流インピーダンスを複素インピーダンスプロットした場合に交流インピーダンスの測定周波数が所定周波数よりも高い領域に表される半円状の軌跡において、前記第１の交流インピーダンスを示す半円の直径と、前記第２の交流インピーダンスを示す半円の直径との差が所定の基準値以下であるときに、電圧が前記規定電圧に達した前記セルを正常と診断する一方で、前記差が前記基準値よりも大きいときには、電圧が前記規定電圧に達した前記セルを異常と診断する、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の診断装置。
【請求項４】
前記制御部は、交流インピーダンスの測定周波数が所定周波数よりも高い場合に、前記第１の交流インピーダンスの抵抗成分と前記第２の交流インピーダンスの抵抗成分との差が所定の基準値以下であるときに、電圧が前記規定電圧に達した前記セルを正常と診断する一方で、前記差が前記基準値よりも大きいときには、電圧が前記規定電圧に達した前記セルを異常と診断する、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の診断装置。
【請求項５】
前記電力変換部は、前記組電池を充電するようにさらに構成され、
前記制御部は、すべてのセルの電圧が前記規定電圧に達した後に、前記組電池をさらに放電するように前記電力変換部を制御し、前記複数のセルの各々の電圧が前記規定電圧よりも低い下限電圧の状態で前記組電池を所定期間放置し、前記所定期間の放置後に前記組電池を充電するように前記電力変換部を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池の診断装置。
【請求項６】
前記組電池への脱着が可能に構成された治具をさらに備え、
前記治具は、前記複数のセルの各々について、セルの正極端子と前記セルに並列に接続されたリレーの一方端とを電気的に接続する第１の接続部と、前記セルの負極端子と前記リレーの他方端とを電気的に接続する第２の接続部とを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池の診断装置。
【請求項７】
リチウムイオン二次電池の組電池の異常の有無を診断する、リチウムイオン二次電池の診断方法であって、
前記組電池は、正極ノード、負極ノード、および前記正極ノードと前記負極ノードとの間に直列に接続された複数のセルを含み、
前記複数のセルには、複数のリレーがそれぞれ並列に接続され、
前記診断方法は、前記組電池の放電中に前記複数のセルのうちのいずれかのセルの電圧が規定電圧に達する度に実行される第１〜第４のステップを含み、
前記第１のステップは、前記組電池の放電を停止させるステップであり、
前記第２のステップは、前記複数のリレーのうち、電圧が前記規定電圧に達したセルに並列に接続されたリレーを閉成することによって、電圧が前記規定電圧に達した前記セルをバイパスさせるステップであり、
前記第３のステップは、電圧が前記規定電圧に達したすべてのセルにそれぞれ並列に接続されたリレーが閉成された状態で、前記組電池の交流インピーダンスを測定するステップであり、
前記第４のステップは、前記第３のステップの後に、電圧が前記規定電圧よりも高いセルの放電を再開させるステップであり、
前記診断方法は、電圧が前記規定電圧に達した前記セルを含む交流インピーダンスと、電圧が前記規定電圧に達した前記セルを除いた交流インピーダンスとを比較することによって、電圧が前記規定電圧に達した前記セルの異常の有無を診断するステップをさらに含む、リチウムイオン二次電池の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウムイオン二次電池の診断装置および診断方法に関し、より特定的には、交流インピーダンス測定によりリチウムイオン二次電池の組電池の異常の有無を診断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両等の電動車両には組電池が搭載される。組電池の使用期間が所定期間を超えた場合（あるいは電動車両の総走行距離が所定距離を超えた場合）には、電動車両の整備の一環として、組電池の異常の有無を診断することが望ましい。また、電動車両が廃棄される場合には、組電池の異常の有無を診断し、組電池を再利用可能かどうかを調査することが望ましい。たとえば特開２００９−２７７６２７号公報（特許文献１）は、組電池を構成する各セルを完全に放電させ、その際に検出されたセルの放電電圧に基づいて、そのセルの異常の有無を診断する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７７６２７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８７９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン二次電池の異常の有無を診断する手法として、交流インピーダンス測定法が公知である。一般に、組電池に含まれる複数のセルの交流インピーダンスを測定する際には、ある１つのセルと交流インピーダンス測定装置とが測定者の手作業によって電気的に接続され、そのセルの交流インピーダンスが測定される。その後、測定者は、交流インピーダンス測定装置の接続先を他のセル（次のセル）に変更し、その他のセルの交流インピーダンスを測定する。
【０００５】
このように、従来、複数のセルの交流インピーダンス測定では、各セルの交流インピーダンスが個別に測定される。そのため、交流インピーダンス測定装置の接続先の変更作業をセル数と同数だけ繰り返すことが必要であった。しかし、たとえば電動車両に搭載される組電池は多くのセル（たとえば数十個〜百数十個のセル）を含むので、そのような変更作業が煩雑であった。
【０００６】
本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、リチウムイオン二次電池の診断装置または診断方法において、交流インピーダンス測定の煩雑さを低減可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のある局面に従うリチウムイオン二次電池の診断装置は、リチウムイオン二次電池の組電池の異常の有無を診断する。組電池は、正極ノード、負極ノード、および正極ノードと負極ノードとの間に直列に接続された複数のセルを含む。診断装置は、複数のリレーと、電力変換部と、測定部と、複数のリレー、電力変換部および測定部を制御する制御部とを備える。複数のリレーは、複数のセルにそれぞれ並列に接続される。電力変換部は、正極ノードおよび負極ノードに電気的に接続され、組電池を放電するように構成される。測定部は、正極ノードおよび負極ノードに電気的に接続され、組電池の交流インピーダンスを測定するように構成される。
【０００８】
制御部は、組電池が放電されるように電力変換部を制御し、放電中に複数のセルのうちのいずれかのセルの電圧が規定電圧に達する度に第１〜第４の制御を実行する。第１の制御は、組電池の放電を停止するように電力変換部を制御する制御である。第２の制御は、複数のリレーのうち、電圧が規定電圧に達した上記セルに並列に接続されたリレーを閉成することによって、電圧が規定電圧に達した上記セルをバイパスさせる制御である。第３の制御は、電圧が規定電圧に達したすべてのセルにそれぞれ並列に接続されたリレーが閉成された状態で、組電池の交流インピーダンスを測定するように測定部を制御する制御である。第４の制御は、交流インピーダンスの測定後に、電圧が規定電圧よりも高いセルの放電を再開するように電力変換部を制御する制御である。制御部は、電圧が規定電圧に達した上記セルを含む交流インピーダンスを示す第１の交流インピーダンスと、電圧が規定電圧に達した上記セルを除いた交流インピーダンスを示す第２の交流インピーダンスとを比較することによって、電圧が規定電圧に達した上記セルの異常の有無を診断する。
【０００９】
本開示の他の局面に従うリチウムイオン二次電池の診断方法は、リチウムイオン二次電池の組電池の異常の有無を診断する。組電池は、正極ノード、負極ノード、および正極ノードと負極ノードとの間に直列に接続された複数のセルを含む。複数のセルには、複数のリレーがそれぞれ並列に接続される。
【００１０】
診断方法は、組電池の放電中に複数のセルのうちのいずれかのセルの電圧が規定電圧に達する度に実行される第１〜第４のステップを含む。第１のステップは、組電池の放電を停止させるステップである。第２のステップは、複数のセルにそれぞれ並列に接続されたリレーのうち、電圧が規定電圧に達したセルに並列に接続されたリレーを閉成することによって、電圧が規定電圧に達した上記セルをバイパスさせるステップである。第３のステップは、電圧が規定電圧に達したすべてのセルにそれぞれ並列に接続されたリレーが閉成された状態で、組電池の交流インピーダンスを測定するステップである。第４のステップは、第３のステップの後に、電圧が規定電圧よりも高いセルの放電を再開させるステップである。診断方法は、電圧が規定電圧に達した上記セルを含む交流インピーダンス（第１の交流インピーダンス）と、電圧が規定電圧に達した上記セルを除いた交流インピーダンス（第２の交流インピーダンス）とを比較することによって、電圧が規定電圧に達した上記セルの異常の有無を診断するステップをさらに含む。
【００１１】
上記構成または方法によれば、複数のセルが直列に接続された状態で組電池の交流インピーダンスが測定される。そして、電圧が規定電圧に達した上記セルを含む交流インピーダンスの測定結果（第１の交流インピーダンス）と、電圧が規定電圧に達した上記セルを除いた交流インピーダンスの測定結果（第２の交流インピーダンス）とが比較される。このようにすることで電圧が規定電圧に達した上記セルの異常の有無を診断することが可能であるため（詳細は後述）、各セルの交流インピーダンスを個別に測定しなくてよくなる。したがって、交流インピーダンス測定部の接続先の変更作業をセル数と同数だけ繰り返し実施する必要がなくなるので、交流インピーダンス測定の煩雑さを低減することができる。
【００１２】
好ましくは、制御部は、第１および第２の条件がいずれも成立しない場合に電圧が規定電圧に達した上記セルを正常と診断する一方で、第１および第２の条件のうちの少なくとも一方が成立した場合には電圧が規定電圧に達した上記セルを異常と診断する。第１の条件は、交流インピーダンスの測定周波数が所定周波数よりも低い場合に、第１の交流インピーダンスの抵抗成分と第２の交流インピーダンスの抵抗成分との差が第１の基準値よりも大きいときに成立する。第２の条件は、測定周波数が所定周波数よりも低い場合に、第１の交流インピーダンスの容量成分と第２の交流インピーダンスの容量成分との差が第２の基準値よりも大きい場合に成立する。
【００１３】
上記構成によれば、第１および第２の条件のうちの少なくとも一方が成立した場合には、セルが異常と診断される。すなわち、交流インピーダンスの抵抗成分および容量成分のうちのいずれか一方のみが異常を示す場合であっても、そのセルは異常と診断される。このように、異常の診断基準を厳しく設定することにより、異常診断により正常と診断された組電池（たとえば交換不要と判定された組電池）の品質を高く確保することが可能になる。
【００１４】
好ましくは、制御部は、交流インピーダンスを複素インピーダンスプロットした場合に交流インピーダンスの測定周波数が所定周波数よりも高い領域に表される半円状の軌跡において、第１の交流インピーダンスを示す半円の直径と、第２の交流インピーダンスを示す半円の直径との差が所定の基準値以下であるときに、電圧が規定電圧に達したセルを正常と診断する一方で、差が基準値よりも大きいときには、電圧が規定電圧に達したセルを異常と診断する。
【００１５】
複素インピーダンスプロットにおいて、測定周波数が所定周波数よりも高い領域に表される半円状の軌跡の直径は、電荷移動抵抗を示す（詳細は後述）。したがって、上記構成によれば、電荷移動の異常、すなわち電極の性能低下による異常の有無を診断することができる。
【００１６】
好ましくは、交流インピーダンスの測定周波数が所定周波数よりも高い場合に、第１の交流インピーダンスの抵抗成分と第２の交流インピーダンスの抵抗成分との差が所定の基準値以下であるときに、電圧が規定電圧に達したセルを正常と診断する一方で、差が基準値よりも大きいときには、電圧が規定電圧に達したセルを異常と診断する。
【００１７】
測定周波数が所定周波数よりも高い場合の交流インピーダンスの抵抗成分は、セルの溶液抵抗を示す（詳細は後述）。したがって、上記構成によれば、溶液抵抗の異常、すなわち電解液の性能低下による異常の有無を診断することができる。
【００１８】
好ましくは、電力変換部は、組電池を充電するようにさらに構成される。制御部は、すべてのセルの電圧が規定電圧に達した後に、組電池をさらに放電するように電力変換部を制御し、複数のセルの各々の電圧が規定電圧よりも低い下限電圧の状態で組電池を所定期間放置し、所定期間の放置後に組電池を充電するように電力変換部を制御する。
【００１９】
上記構成によれば、各セルの電圧が下限電圧の状態で組電池を所定期間放置することによって、組電池の満充電容量を回復させることができる（回復処理）。また、交流インピーダンス測定に続いて回復処理を実行することにより、交流インピーダンス測定前の状態（各セルの電圧が比較的高い状態）から回復処理を実行する場合と比べて、放電に要する時間を短縮することができる。
【００２０】
好ましくは、診断装置は、組電池への脱着が可能に構成された治具をさらに備える。この治具は、複数のセルの各々について、セルの正極端子とセルに並列に接続されたリレーの一方端とを電気的に接続する第１の接続部と、セルの負極端子とリレーの他方端とを電気的に接続する第２の接続部とを含む。
【００２１】
上記構成によれば、すべてのセルとリレーとを一括して電気的に接続することができるので、変更作業の煩雑さを一層低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本開示によれば、リチウムイオン二次電池の診断装置または診断方法において、交流インピーダンス測定の煩雑さを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池の診断装置を備えた電池システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】接続治具の構成を説明するための図である。
【図３】接続治具が組電池に装着された状態での接続治具の側面図である。
【図４】交流インピーダンス測定部の構成をより詳細に示す図である。
【図５】リチウムイオン二次電池の電極界面の等価回路の一例を示す図である。
【図６】交流インピーダンスの測定結果の複素インピーダンスプロットである。
【図７】実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池の診断方法を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池の診断方法を模式的に説明するための図である。
【図９】実施の形態１における交流インピーダンスの測定結果を説明するための図である。
【図１０】図７に示した異常診断処理をより詳細に説明するためのフローチャートである。
【図１１】複素インピーダンスプロットの半円形状に基づく異常診断を説明するための図である。
【図１２】複素インピーダンスプロットの半円形状に基づく他の異常診断を説明するための図である。
【図１３】実施の形態２における回復処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２５】
以下では、本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の診断装置が電動車両に搭載される構成を例に説明する。電動車両とは、ハイブリッド車（プラグインハイブリッド車を含む）、電気自動車または燃料電池車を意味する。測定者（たとえばディーラの整備士）は、たとえば電動車両の整備の一環として、本実施の形態に係る診断装置を用いて組電池の異常の有無を診断する。なお、本実施の形態に係る診断装置の用途は車載用組電池に限定されるものではなく、たとえば定置用組電池であってもよい。
【００２６】
［実施の形態１］
＜電池システムの構成＞
図１は、実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池の診断装置を備えた電池システムの構成を概略的に示す図である。電池システム１は、診断装置１０と、組電池２０とを備える。組電池２０の正極ノードＰ０は、電動車両（図示せず）のシステムメインリレー２００に含まれる２つのリレーのうちの一方に電気的に接続される。組電池２０の負極ノードＮ０は、上記２つのリレーのうちの他方に電気的に接続される。診断装置１０と組電池２０とが接続されている場合、システムメインリレー２００は常に開放状態に保たれる。
【００２７】
組電池２０は、直列に接続された複数のセル２１〜２９を含む。各セルはリチウムイオン二次電池である。実施の形態１では、説明が煩雑になるのを防ぐため、セル数が９個の場合について説明する。しかし、セル数は複数個であれば特に限定されるものではなく、２個〜８個であってもよいし、１０個以上であってもよい。一般に、電動車両に搭載される組電池は、数十個〜百数十個程度のセルを含む。
【００２８】
診断装置１０は接続治具１１を備える。接続治具１１は、たとえば測定者（図示せず）の手作業により、組電池２０への脱着が可能に構成される。接続治具１１は、複数のクランプ１１１Ａ，１１１Ｂ〜１１９Ａ，１１９Ｂと、複数のダイオード１２１〜１２９と、複数のリレー１３１〜１３９と、複数の電圧センサ１４１〜１４９と、スイッチ１５１，１５９とを含む。診断装置１０は、交流インピーダンス測定部１６と、電力変換部１７と、制御部３００と、開始スイッチ３１０と、停止スイッチ３２０と、表示部３３０とをさらに備える。各セル２１〜２９に対応して設けられる回路構成は共通である。したがって、以下ではセル２１に対応する回路構成について代表的に説明する。
【００２９】
クランプ１１１Ａ，１１１Ｂは、たとえばトグルクランプである。クランプ１１１Ａ（第１の接続部）は、セル２１の正極端子側に接続され、クランプ１１１Ｂ（第２の接続部）は、セル２１の負極端子側に接続される。
【００３０】
ダイオード１２１およびリレー１３１は、クランプ１１１Ａとクランプ１１１Ｂとの間に直列に接続される。ダイオード１２１のカソードは、クランプ１１１Ａに接続される。ダイオード１２１のアノードは、リレー１３１の一方端に接続される。リレー１３１の他方端は、クランプ１１１Ｂに接続される。リレー１３１は、制御部３００からの制御信号ＲＬ１に応答して、開放または閉成される。セル２１の放電を許可するときにはリレー１３１は開放され、セル２１の放電を禁止するときにはリレー１３１は閉成される。なお、リレー１３１は、ダイオード１２１のカソード側に接続されてもよい。
【００３１】
電圧センサ１４１は、セル２１の電圧Ｖｂ１を検出し、その検出結果を制御部３００に出力する。以下ではセル２１の電圧Ｖｂ１〜セル２９の電圧Ｖｂ９を特に区別しない場合には「電圧Ｖｂ」とも記載する。なお、制御部３００は、組電池２０に設けられた電流センサ（図示せず）から組電池２０を流れる電流Ｉｂを取得する。また、制御部３００は、組電池２０に設けられた温度センサ（図示せず）から各セルの温度Ｔｂ１〜Ｔｂ９を取得する。
【００３２】
スイッチ１５１は、クランプ１１１Ａと交流インピーダンス測定部１６との間に電気的に接続される。スイッチ１５９は、クランプ１１９Ｂと交流インピーダンス測定部１６との間に電気的に接続される。スイッチ１５１，１５９は、制御部３００からの制御信号ＳＷに応答して開放または閉成される。スイッチ１５１，１５９は、組電池２０の交流インピーダンス測定時には閉成され、組電池２０の充放電時には開放される。
【００３３】
交流インピーダンス測定部１６は、組電池２０の交流インピーダンスを測定するように構成される。交流インピーダンス測定部１６の構成については図４にて詳細に説明する。
【００３４】
電力変換部１７は、組電池２０の正極ノードＰ０に接続されるクランプ１１１Ａと、組電池２０の負極ノードＮ０に接続されるクランプ１１９Ｂとの間に電気的に接続される。さらに、電力変換部１７は、外部電源２１０（たとえば系統電源）および外部負荷２２０（電力を消費する機器）に電気的に接続される。電力変換部１７は、制御部３００からの制御指令に応じて組電池２０を充放電させる。たとえば、電力変換部１７は、インバータ（図示せず）を含み、外部電源２１０から供給された交流電力を直流電力に変換することにより、組電池２０を充電する。また、電力変換部１７は、コンバータ（図示せず）を含み、組電池２０に蓄えられた電力の電圧を変換して外部負荷２２０に供給することにより、組電池２０を放電する。なお、組電池２０の充放電が可能であれば、外部電源２１０および外部負荷２２０の構成は特に限定されるものではない。たとえば外部電源２１０および外部負荷２２０は、他の組電池であってもよい。
【００３５】
制御部３００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）３０１と、メモリ（ＲＯＭ（Read  Only  Memory）およびＲＡＭ（Random  Access  Memory））３０２と、入出力バッファ（図示せず）とを含んで構成される。制御部３００は、各センサから受ける信号、ならびにメモリ３０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、電池システム１が所望の状態となるように各構成要素（具体的にはリレー１３１〜１３９、スイッチ１５１，１５９、交流インピーダンス測定部１６および電力変換部１７）を制御する。制御部３００により実行される主要な処理として、組電池２０（各セル２１〜２９）の異常診断が挙げられるが、この処理については図７〜図１０にて詳細に説明する。
【００３６】
開始スイッチ３１０は、測定者による操作により、組電池２０の異常診断の開始指令を制御部３００に出力する。停止スイッチ３２０は、測定者による操作により、組電池２０の異常診断または組電池２０の充放電の緊急停止指令を制御部３００に出力する。制御部３００は、緊急停止信号を受けると、組電池２０の異常診断または充放電を速やかに停止させる。
【００３７】
表示部３３０は、たとえば液晶ディスプレイであって、制御部３００による組電池２０の異常診断結果を表示する。測定者は、表示部３３０を確認することによって、各セルが正常であるか異常であるかを知ることができる。
【００３８】
＜接続治具の構成＞
図２は、接続治具１１の構成を説明するための図である。図２には、接続治具１１および組電池２０の分解斜視図（接続治具１１が組電池２０から取り外された状態の図）が示されている。複数のセル２１〜２９の各々は角形セルであるため、組電池２０は直方体形状を有する。接続治具１１は、組電池２０の上面（図中ｚ方向の面）に装着可能なように、組電池２０に対応した形状（底面が開放された略直方体形状）を有する。接続治具１１の一方の側面にはクランプ１１１Ａ，１１２Ｂ〜１１８Ｂ，１１９Ａが配列されており、他方の側面にはクランプ１１１Ｂ，１１２Ａ〜１１８Ａ，１１９Ｂが配列されている。
【００３９】
接続治具１１は、電力ケーブル１８により電力変換部１７に電気的に接続されている。また、接続治具１１には交流インピーダンス測定部１６が設けられている。交流インピーダンス測定部１６は、信号ケーブル１９を介して制御部３００との間で各種信号の授受を行なう。さらに、接続治具１１には、ダイオード１２１〜１２９、リレー１３１〜１３９、電圧センサ１４１〜１４９およびスイッチ１５１，１５９が実装された基板（図示せず）が設けられている。なお、交流インピーダンス測定部１６および上記基板は、接続治具１１の外部に設けられてもよい。
【００４０】
図３は、接続治具１１が組電池２０に装着された状態での接続治具１１の側面図である。図３に示すように、接続治具１１が組電池２０の上面に装着された状態であっても、クランプ１１１Ａ，１１１Ｂが起きた状態では、セル２１と診断装置１０とは電気的には非接続の状態である。測定者がクランプ１１１Ａ，１１１Ｂを倒すことによって（矢印ＡＲ参照）、セル２１と診断装置１０とが電気的に接続される。他のクランプ（図３には図示せず）についても同様である。
【００４１】
一般に、複数のセルの交流インピーダンスを測定する際には、各セルの交流インピーダンスが個別に測定される。すなわち、あるセルと交流インピーダンス測定装置とが、測定者の手作業によって、たとえばクリップ形リードを用いて電気的に接続され、交流インピーダンスが測定される。その後、測定者は、上記セルからクリップ形リードを取り外し、クリップ形リードの接続先を他のセル（次のセル）に変更し、交流インピーダンスを再び測定する。このような作業手順がすべてのセルの交流インピーダンス測定が完了するまで繰り返される。したがって、クリップ形リードの取外し作業および取付け作業がセル数と同数だけ必要となる。しかし、特に、電動車両に搭載される組電池には多くのセルが含まれるので、そのような変更作業が煩雑であった。
【００４２】
これに対し、実施の形態１によれば、クリップ形リードに代えて接続治具１１を使用することによって、すべてのセル２１〜２９を一括して交流インピーダンス測定部１６に電気的に接続可能である。これにより、変更作業の煩雑さを低減することができる。また、クリップ形リードの取外し作業および取付け作業の際に接続先を誤る可能性があるところ、接続治具１１を使用することで、そのような作業中の誤りを防止することができる。
【００４３】
なお、接続治具１１の構成は、図２および図３に示した構成に限定されるものではない。たとえば、一方の側面のクランプ１１１Ａ，１１２Ｂ〜１１８Ｂ，１１９Ａを互いに連結することで、測定者がクランプ１１１Ａ，１１２Ｂ〜１１８Ｂ，１１９Ａの開放／閉成を１回の作業で切り替えることが可能になる。他方の側面のクランプ１１１Ｂ，１１２Ａ〜１１８Ａ，１１９Ｂについても同様である。また、各クランプの開放／閉成を測定者の手動操作により行なうことは必須ではなく、制御部３００による電気的制御により各クランプの開放／閉成を切替可能としてもよい。
【００４４】
＜交流インピーダンス測定＞
図４は、交流インピーダンス測定部１６の構成をより詳細に示す図である。交流インピーダンス測定部１６は、発振器１６１と、ポテンショスタット１６２と、ロックインアンプ１６３とを含む。
【００４５】
発振器１６１は、ポテンショスタット１６２およびロックインアンプ１６３に同位相の正弦波を出力する。ポテンショスタット１６２は、発振器１６１からの正弦波と同位相の交流電圧（たとえば振幅が１０ｍＶ程度の電圧）を所定の直流電圧に重ね合わせて組電池２０に印加する。そして、ポテンショスタット１６２は、組電池２０を流れる電流の交流成分を検出し、その検出結果をロックインアンプ１６３に出力する。また、ポテンショスタット１６２は、上述の交流電圧と電流の交流成分とを測定結果Ｍとして制御部３００に出力する。ロックインアンプ１６３は、発振器１６１から受けた正弦波の位相と、ポテンショスタット１６２により検出された電流の交流成分の位相とを比較し、正弦波と交流成分との位相差を測定結果Ｍとして制御部３００に出力する。
【００４６】
組電池２０のインピーダンスには、溶液抵抗による成分、電極／電解質界面での電荷移動抵抗（リチウムイオンが活物質に出入りする際の抵抗）による成分、電極表面に形成される電気二重層の容量による成分など、緩和時間（系が変化し電流が流れるのに要する時間）が異なる様々なインピーダンス成分が含まれる。たとえば、高周波の交流電圧を組電池２０に印可した場合、緩和時間が小さい成分は交流電圧の変化に追従可能である一方で、緩和時間が大きい成分は、電流が流れる前に正負が逆の電圧が印加されることになるため、交流電圧の変化に追従することができない。したがって、発振器１６１から出力される正弦波の周波数ｆ（あるいは角周波数ω）を徐々に変化させながら（掃引しながら）、組電池２０に印加される交流電圧と組電池２０を流れる交流電流とを測定することによって、角周波数ωにおいて支配的な組電池２０のインピーダンス成分を切り分けることができる。
【００４７】
制御部３００は、掃引される角周波数ωの各々について、インピーダンス（交流電圧と電流との振幅比）を算出する。そして、制御部３００は、インピーダンスの算出結果と、ロックインアンプ１６３により検出された位相差とを複素平面上にプロットする（図６にて後述）。なお、交流インピーダンス測定部１６の構成は図４に示した限定されるものではなく、たとえばロックインアンプ１６３に代えて周波数応答解析器を含んでもよい。
【００４８】
図５は、リチウムイオン二次電池の電極界面の等価回路の一例を示す図である。以下では、電解液の溶液抵抗をＲｓｏｌで示し、電荷移動抵抗Ｒｃｔで示し、電極表面の電気二重層の容量をＣｄで示す。また、電極反応の拡散速度に関連したインピーダンス成分（ワールブルグ・インピーダンスとも称される）をＺｗで示す。
【００４９】
図６は、交流インピーダンスの測定結果の複素インピーダンスプロット（ナイキストプロットとも称される）である。図６ならびに後述する図９、図１１および図１２において、横軸は複素インピーダンスの実数成分ＺＲｅ（抵抗成分）を示し、縦軸は複素インピーダンスの虚数成分−ＺＩｍ（容量成分）を示す。角周波数ωは、たとえば１０ｍＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲で掃引される。
【００５０】
角周波数ωの高周波領域では半円状の軌跡が現れる。この軌跡は、下記式（１）のように表される。すなわち、この軌跡から溶液抵抗Ｒｓｏｌおよび電荷移動抵抗Ｒｃｔを求めることができる。
【００５１】
【数１】
2018032558.tif 000003
【００５２】
一方、リチウムイオン二次電池の電極反応における拡散速度は比較的遅いので、角周波数ωの低周波領域では直線上の軌跡が現れる。この直線は下記式（２）のように表される。なお、式（２）において、σ（電流および温度に応じて定まる定数）とワールブルグ・インピーダンスＺｗとの間には下記式（３）が成立する。
【００５３】
【数２】
2018032558.tif 000004
【００５４】
【数３】
2018032558.tif 000005
【００５５】
式（２）および式（３）より、角周波数ωが十分に低い測定点Ｚ（測定周波数が所定周波数よりも低い点）では、複素インピーダンスの実数成分ＺＲｅが（Ｒｓｏｌ＋Ｒｃｔ＋σω−１／２）と近似可能であり、虚数成分−ＺＩｍが（２σ２Ｃｄ＋σω−１／２）と近似可能であることが分かる。
【００５６】
一般に、リチウムイオン二次電池では、大電流での充電または放電を繰り返すことにより、いわゆる「ハイレート劣化」が生じることが知られている。ハイレート劣化は、電解液中のリチウムイオンの分布（塩濃度分布）に偏りが生じることに起因するものであって、イオンの拡散に関連するものであるため、角周波数ωが十分に低い測定点（たとえば図６に示すＺ）に反映されやすい。したがって、実施の形態１では、測定点Ｚに着目して組電池２０の異常診断を実施する。
【００５７】
＜組電池の異常診断＞
図７は、実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池の診断方法を示すフローチャートである。図７および後述する図１３に示すフローチャートの処理は、測定者が開始スイッチ３１０を操作することにより実行される。なお、図７ならびに後述する図１０および図１３に示すフローチャートに含まれる各ステップ（以下「Ｓ」と略す）は、基本的には制御部３００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部が制御部３００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。
【００５８】
Ｓ１０において、制御部３００は、電圧センサ１４１〜１４９を用いて各セル２１〜２９の電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ９を取得するとともに、各セル２１〜２９の温度Ｔｂ１〜Ｔｂ９を取得する。
【００５９】
Ｓ２０において、制御部３００は、組電池２０の異常診断を実施可能な条件が満たされているか否かを判定する。より具体的には、各セルの電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ９が規定電圧Ｖｓよりも高く、かつ、各セルの温度Ｔｂ１〜Ｔｂ９のバラつき（たとえば最高温度と最低温度との差）が所定値以下である場合に、制御部３００は、組電池２０の異常診断を実施可能であると判定する。組電池２０の異常診断を実施可能な条件が満たされていない場合（Ｓ２０においてＮＯ）、制御部３００は、組電池２０の異常診断を実施できない理由を示すメッセージ（たとえば温度バラつきが大きい旨のメッセージ）を表示部３３０に表示させ（Ｓ５０）、処理を終了する。
【００６０】
一方、組電池２０の異常診断を実施可能な条件が満たされている場合（Ｓ２０においてＹＥＳ）、制御部３００は、処理をＳ３０に進め、組電池２０の異常診断を実施する。さらに、制御部３００は、各セル２１〜２９の異常の有無の診断結果を表示部３３０に表示させる（Ｓ４０）。
【００６１】
図８は、実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池の診断方法を模式的に説明するための図である。図８において、縦軸は各セルの電圧Ｖｂを示す。図８には、セル２１の電圧Ｖｂ１〜セル２９の電圧Ｖｂ９が示されている。組電池２０には各セルの電圧Ｖｂを均等化するための均等化回路（図示せず）が設けられているものの、電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ９の間にはわずかなバラつき（たとえば数ｍＶ〜数十ｍＶ程度のバラつき）が存在し得る。以下では、放電開始前には、電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ９がいずれも所定の規定電圧Ｖｓよりも高く、かつ電圧Ｖｂ２，Ｖｂ５，Ｖｂ８の順に低く規定電圧Ｖｓに近い場合について説明する。
【００６２】
放電開始前には、リレー１３１〜１３９はいずれも開放されており、すべてのセル２１〜２９が直列に接続された状態である。この状態で交流インピーダンス測定が行なわれ、その測定結果Ｍ（０）がメモリ３０２に記憶される。なお、角周波数ωの範囲をたとえば１０ｍＨｚ〜１０ｋＨｚとし、各オーダーにつき１回の測定を行なう場合（すなわち１０ｍＨｚ、０．１Ｈｚ、１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚでの測定を行なう場合）、交流インピーダンス測定に要する時間は数分程度である。
【００６３】
次に、組電池２０の放電が開始される。各セルの電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ９は時間の経過とともに低下し、まず、セル２２の電圧Ｖｂ２が規定電圧Ｖｓに達する。そうすると、組電池２０の放電が停止されるとともに、セル２２に並列に接続されたリレー１３２が閉成される。これにより、セル２２がバイパスされ、セル２２以外のセル（セル２１，２３〜２９）が直列に接続された状態となる。この状態で交流インピーダンス測定（放電後１回目の測定）が実施され、その測定結果Ｍ（１）がメモリ３０２に記憶される（図４参照）。
【００６４】
その後、リレー１３２が閉成状態に維持されたまま、組電池２０の放電が再開される。セル２２の電圧Ｖｂ２に続いて、セル２５の電圧Ｖｂ５が規定電圧Ｖｓに達する。そうすると、組電池２０の放電が停止されるとともに、セル２５に並列に接続されたリレー１３５が閉成される。これにより、セル２２，２５がバイパスされ、セル２２，２５以外のセル（セル２１，２３，２４，２６〜２９）が直列に接続された状態となる。この状態で交流インピーダンス測定が実施され、その測定結果Ｍ（２）がメモリ３０２に記憶される。
【００６５】
さらに、リレー１３２，１３５が閉成状態に維持されたまま、組電池２０の放電が再開される。セル２８の電圧Ｖｂ８が規定電圧Ｖｓに達すると、上述の処理と同様に、組電池２０の放電が停止されるとともに、セル２８に並列に接続されたリレー１３８が閉成される。そして、セル２２，２５，２８以外のセル（セル２１，２３，２４，２６，２７，２９）が直列に接続された状態で交流インピーダンス測定が実施され、その測定結果Ｍ（３）がメモリ３０２に記憶される。
【００６６】
すべてのセル２１〜２９の電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ９が規定電圧Ｖｓに達するまで、同様の処理が繰り返される。つまり、電圧が規定電圧Ｖｓに達したセル以外のすべてのセルが直列に接続された状態で交流インピーダンスが測定される。そして、以下に説明するように、連続する２回の交流インピーダンスの測定結果を比較することによって、各セルの異常の有無が診断される。
【００６７】
図９は、実施の形態１における交流インピーダンスの測定結果を説明するための複素インピーダンスプロットである。曲線Ｌ０は、組電池２０の放電開始前の測定結果Ｍ（０）（すなわち、すべてのセル２１〜２９が直列に接続された状態での測定結果）を示す。曲線Ｌ１は、セル２２以外のセルが直列に接続された状態での測定結果Ｍ（１）を示す。曲線Ｌ２は、セル２２，２５以外のセルが直列に接続された状態での測定結果Ｍ（２）を示す。曲線Ｌ３は、セル２２，２５，２８以外のセルが直列に接続された状態での測定結果Ｍ（３）を示す。
【００６８】
まず、セル２２が正常であるか異常であるかの診断手法について説明する。セル２２の診断では、セル２２を含む交流インピーダンスの測定結果（曲線Ｌ０）と、セル２２を除いた（セル２２を含まない）交流インピーダンスの測定結果（曲線Ｌ１）とが比較される。セル２２が正常の場合、セル２２のインピーダンスは十分に低い。したがって、セル２２を含む測定結果（曲線Ｌ０）と、セル２２を除いた測定結果（曲線Ｌ１）とは、ほぼ等しくなる。これに対し、セル２２が異常の場合、セル２２のインピーダンスは、他の正常なセルのインピーダンスよりも高くなる。したがって、セル２２を含む測定結果（曲線Ｌ０）と、セル２２を除いた測定結果（曲線Ｌ１）との間に、ある程度の差異が現れることになる。
【００６９】
より具体的には、実施の形態１においては、測定周波数ωが所定周波数よりも低い測定結果（たとえば角周波数ω＝１０ｍＨｚでの測定結果）が用いられる。そして、曲線Ｌ０上の測定点Ｚ０（Ｒ０，Ｘ０）と曲線Ｌ１上の測定点Ｚ１（Ｒ１，Ｘ１）とを比較するために、インピーダンスの抵抗成分の差分ΔＲ１（＝Ｒ０−Ｒ１）と、インピーダンスの容量成分の差分ΔＸ１（＝Ｘ０−Ｘ１）とが算出される。
【００７０】
抵抗成分の差分ΔＲ１が所定の基準値Ｒｃ（第１の基準値）よりも大きいとの第１の条件、および、容量成分の差分ΔＸ１が所定の基準値Ｘｃ（第２の基準値）よりも大きいとの第２の条件のうちの少なくとも一方が成立した場合には、セル２２に異常があると診断される。一方、第１および第２の条件がいずれも成立しない場合、すなわち抵抗成分の差分ΔＲ１が基準値Ｒｃ以下であり、かつ、容量成分の差分ΔＸ１が基準値Ｘｃ以下である場合には、セル２２は正常であると診断される。図９に示す例では、差分ΔＲ１が基準値Ｒｃよりも大きく、かつ差分ΔＸ１が基準値Ｘｃよりも大きいため、セル２２は異常であると診断される。
【００７１】
次に、セル２５が正常か異常かを診断するために、曲線Ｌ１と曲線Ｌ２とが比較される。図９に示す例では、セル２５を除いたインピーダンスの抵抗成分Ｒ２は、セル２５を含むインピーダンスの抵抗成分Ｒ１とほぼ等しい（Ｒ２≒Ｒ１）。また、セル２５を除いたインピーダンスの容量成分Ｘ２は、セル２５を含むインピーダンスの容量成分Ｘ１とほぼ等しい（Ｘ２≒Ｘ１）。すなわち、抵抗成分の差分ΔＲ２（＝Ｒ２−Ｒ１）が基準値Ｒｃ以下であり、かつ、容量成分の差分ΔＸ２（＝Ｘ２−Ｘ１）が基準値Ｘｃ以下であるため、セル２５は正常であると診断される。
【００７２】
同様に、曲線Ｌ２と曲線Ｌ３とを比較すると、抵抗成分の差分ΔＲ３が基準値Ｒｃよりも大きく、かつ容量成分の差分ΔＸ３が基準値Ｘｃよりも大きいため、セル２８は異常であると診断される。
【００７３】
＜異常診断処理フロー＞
図１０は、図７に示した異常診断処理（Ｓ３０の処理）をより詳細に説明するためのフローチャートである。なお、図示しないが、サイクルの途中に停止スイッチ３２０がユーザにより押された場合には、途中であっても一連の処理が終了される。
【００７４】
Ｓ３０１において、制御部３００は、すべてのセル２１〜２９が直列に接続された状態で組電池２０の交流インピーダンスを測定し、その測定結果Ｍ（０）をメモリ３０２に記憶させる。さらに、Ｓ３０２において、制御部３００は、組電池２０の放電を開始するように電力変換部１７を制御する。
【００７５】
以下のＳ３０３〜Ｓ３１３の処理は、すべてのセルの診断が完了するまでセルの個数と同じ回数だけ繰り返し実行される。ここでは、Ｎ回目（Ｎは自然数）のサイクルの処理が実行される場合について説明する。
【００７６】
Ｓ３０３において、制御部３００は、電圧センサ１４１〜１４９の検出値に基づいて、電圧Ｖｂが規定電圧Ｖｓに達したセルが存在するかどうかを判定する。電圧Ｖｂが規定電圧Ｖｓに達したセルが存在しない場合（Ｓ３０３においてＮＯ）には、いずれかのセルの電圧Ｖｂが規定電圧Ｖｓに達するまで組電池２０の放電が継続される。
【００７７】
電圧Ｖｂが規定電圧Ｖｓに達し、診断対象となるセル（以下「対象セル」とも称する）が存在する場合（Ｓ３０３においてＹＥＳ）、制御部３００は、組電池２０の放電を停止するように電力変換部１７を制御する（Ｓ３０４）（「第１の制御」および「第１のステップ」に相当）。さらに、制御部３００は、対象セルに並列に接続されたリレーを閉成する（Ｓ３０５）（「第２の制御」および「第２のステップ」に相当）。これにより、組電池２０では、電圧Ｖｂが規定電圧Ｖｓよりも高い１または複数のセルのみが直列に接続された状態となる。
【００７８】
Ｓ３０６において、制御部３００は、組電池２０の交流インピーダンスを測定し、その測定結果Ｍ（Ｎ）をメモリ３０２に記憶させる（「第３の制御」および「第３のステップ」に相当）。この測定手法については図４にて詳細に説明したため、説明は繰り返さない。
【００７９】
Ｓ３０７において、制御部３００は、前回（（Ｎ−１）回目）のサイクルでの交流インピーダンスの測定結果Ｍ（Ｎ−１）をメモリ３０２から読み出す。なお、１回目のサイクルでは、Ｓ３０１の処理での測定結果Ｍ（０）がメモリ３０２から読み出される。
【００８０】
Ｓ３０８において、制御部３００は、Ｎ回目のサイクルでの測定結果Ｍ（Ｎ）（「第１の交流インピーダンス」に相当）と、（Ｎ−１）回目のサイクルでの測定結果Ｍ（Ｎ−１）（「第２の交流インピーダンス」に相当）とを比較する。より詳細には、制御部３００は、インピーダンスの抵抗成分の差分ΔＲを算出し、差分ΔＲと基準値Ｒｃとの大小関係を判定する。また、制御部３００は、インピーダンスの容量成分の差分ΔＸを算出し、差分ΔＸと基準値Ｘｃとの大小関係を判定する。
【００８１】
抵抗成分の差分ΔＲが基準値Ｒｃ以下であり、かつ、容量成分の差分ΔＸが基準値Ｘｃ以下である場合（Ｓ３０９においてＮＯ）、制御部３００は、対象セルは正常であると診断し、その診断結果をメモリ３０２に記憶させる（Ｓ３１０）。これに対し、抵抗成分の差分ΔＲが基準値Ｒｃよりも大きいとの判定結果、および、容量成分の差分ΔＸが基準値Ｘｃよりも大きいとの判定結果のうちの少なくとも一方が得られた場合（Ｓ３０９においてＹＥＳ）、制御部３００は、対象セルに異常があると診断し、その診断結果をメモリ３０２に記憶させる（Ｓ３１１）。
【００８２】
その後、Ｓ３１２において、制御部３００は、すべてのセル２１〜２９の異常診断が完了したか否かを判定する。異常診断を未実施のセルが存在する場合（Ｓ３１２においてＮＯ）には、制御部３００は、組電池２０の放電を再開させる（Ｓ３１３）（「第４の制御」および「第４のステップ」に相当）。これにより、すべてのセル２１〜２９の異常診断が完了するまでＳ３０３〜Ｓ３１３の一連の処理が繰り返される。すべてのセル２１〜２９の診断が完了すると（Ｓ３１２においてＹＥＳ）、制御部３００は、処理を図７のフローチャートへと戻す。その結果、すべてのセル２１〜２９の診断結果が表示部３３０に表示される（Ｓ４０）。
【００８３】
診断結果を確認した測定者（たとえばディーラ）は、電池システム１が搭載される電動車両のユーザに診断結果を報告することができる。たとえば、異常と診断されたセル数が所定数を超える場合（あるいは、異常と診断されたセルの割合が所定割合を超える場合）、測定者は、組電池２０の交換をユーザに提案することができる。また、組電池２０の交換の際に、正常なセルを取り出して再利用することも可能である。
【００８４】
なお、図１０のフローチャートでは、各サイクル内で異常診断（Ｓ３０８〜Ｓ３１１の処理）を実施する例について説明した。しかし、異常診断を実施するタイミングはこれに限定されず、たとえば、すべてのセル２１〜２９の交流インピーダンスの測定後に異常診断を実施してもよい。また、すべてのセル２１〜２９の異常診断の完了後に診断結果を表示部３３０に表示させると説明したが、各セルの異常診断が完了する度に、そのセルの診断結果を表示部３３０に表示させてもよい。
【００８５】
以上のように、実施の形態１によれば、接続治具１１が用いられ、セル単位に代えて組電池単位（複数のセルが直列に接続された状態）で交流インピーダンスを測定可能な回路構成が実現される。そして、組電池２０を放電させ、いずれかのセルの電圧が規定電圧Ｖｓに達する度に、そのセル（対象セル）を除いた交流インピーダンスが測定される。言い換えると、直列に接続された状態のセル数を１つずつ減らしながら、交流インピーダンス測定が繰り返し実施される。この手法によれば、対象セルを含む測定結果と、対象セルを除いた測定結果とを比較することによって、対象セルが正常であるか異常であるかを診断することができる。これにより、セル毎に交流インピーダンス測定器を接続し直す手間（および時間）を省略することができるので、リチウムイオン二次電池の異常診断の煩雑さを低減することができるとともに、診断時間を短縮することができる。
【００８６】
また、異常が生じたセルの電圧は正常なセルの電圧よりも低い場合が多いところ、実施の形態１によれば、電圧が規定電圧Ｖｓに達したセルから順に異常の有無が診断される。すなわち、実施の形態１では、異常が生じた可能性が高いセルから優先的に異常の有無が診断されることになる。したがって、すべてのセルの異常診断が完了する前であっても、たとえば異常と診断されたセル数が所定数を超えた場合には、その時点で組電池２０全体の交換が必要であると早期に判定することができる。また、組電池２０の交換が必要であって、かつ正常なセルについても再利用せずに廃棄する場合には、残りのセルの交流インピーダンス測定を省略することができる。
【００８７】
なお、抵抗成分の差分が基準値Ｒｃよりも大きいとの第１の条件、および、容量成分の差分が基準値Ｘｃよりも大きいとの第２の条件のうちの少なくとも一方が成立した場合には、そのセルを異常と診断する例について説明した。しかし、第１および第２の条件のうちのいずれか一方しか成立しない場合には、そのセルを正常と診断し、第１および第２の条件の両方が成立した場合に、そのセルを異常と診断してもよい。
【００８８】
［変形例］
実施の形態１では、複素インピーダンスプロットのうち角周波数ωが低い領域（特に測定点Ｚ）に着目して組電池２０の異常診断を実施する例について説明したが、組電池２０の劣化の種類（劣化状況）に応じて、複素インピーダンスプロットの他の領域の変化に着目してもよい。たとえば、半円状の軌跡が現れる角周波数ωの高い領域に着目し、半円の形状変化に基づいて異常か否かを診断することも可能である。
【００８９】
図１１は、複素インピーダンスプロットの半円形状に基づく異常診断を説明するための図である。図１２は、複素インピーダンスプロットの半円形状に基づく他の異常診断を説明するための図である。図１１および図１２では、曲線Ｌ（Ｎ）は、直列に接続された複数のセルからＮ個のセルを除いた状態での測定結果を示し、曲線Ｌ（Ｎ＋１）は、（Ｎ＋１）個のセルを除いた状態での測定結果を示す。
【００９０】
図１１に示すように半円状の軌跡の直径（あるいは半径）が大きくなった場合には、曲線Ｌ（Ｎ）と曲線Ｌ（Ｎ＋１）との差分に対応する対象セルの電荷移動抵抗Ｒｃｔが、正常なセルと比べて大きいことを示す（図６参照）。このことは、対象セルの電極性能が低下したことを意味する。一方、図１２に示すように半円状の軌跡が図中右方向にシフトした場合には、対象セルの溶液抵抗Ｒｓｏｌが、正常なセルと比べて大きいことを示す（図６参照）。このことは、対象セルの電解液性能（電解質性能）が低下したことを意味する。
【００９１】
図１１および図１２にて説明した異常診断のうちの一方または両方を、実施の形態１にて説明した角周波数ωが低い領域での異常診断（図８参照）に代えて、あるいは加えて実施することができる。この場合に実行されるフローチャートは、図１０に示したフローチャートと基本的に同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
【００９２】
電荷移動抵抗Ｒｃｔを比較する場合には、たとえば、曲線Ｌ（Ｎ）の半円状の軌跡の直径と、曲線Ｌ（Ｎ＋１）の半円状の軌跡の直径との差分を算出し、その差分と基準値との大小関係を比較することができる。同様に、溶液抵抗Ｒｓｏｌを比較する場合には、たとえば、曲線Ｌ（Ｎ）の軌跡上の特定点（たとえば図１２のＺ（Ｎ））の実数成分と、曲線Ｌ（Ｎ＋１）の半円状の軌跡上の特定点（たとえばＺ（Ｎ＋１））の実数成分との差分を算出し、その差分と基準値との大小関係を比較することができる。
【００９３】
そして、たとえば上記３種類の異常診断をすべて実施する場合、制御部３００は、すべての差分が対応する基準値以下であるときに、対象セルは正常であると診断し、少なくとも１つの差分が対応する基準値よりも大きいときには、対象セルに異常があると診断することができる。
【００９４】
［実施の形態２］
一般に、充放電が繰り返されたり使用期間が経過したりするに従ってリチウムイオン電池の劣化が進行し、リチウムイオン電池の満充電容量が低下する。そのため、たとえばディーラにおいて異常診断を実施するとともに、低下した満充電容量を一定程度元に戻す（回復させる）ことが望ましい。実施の形態２においては、満充電容量を回復させるための処理（以下「回復処理」とも称する）について説明する。
【００９５】
実施の形態２における回復処理により、たとえば以下の３種類の劣化に起因して低下した満充電容量を回復することができる。第１の劣化とは、上述のハイレート劣化である。第２の劣化とは、いわゆるメモリ効果に伴う劣化である。ニッケル水素電池等ほど顕著ではないものの、リチウムイオン二次電池においてもメモリ効果が発生し得る。すなわち、セルに蓄えられた電力が完全に消費されていない状態での充電（いわゆる継ぎ足し充電）が繰り返された場合に、セルの放電電圧が正常時と比べて低くなり得る。第３の劣化とは、リチウムイオンが正極活物質層と負極活物質層との間の往復を繰り返すことにより、リチウムイオンの一部が正極活物質層と負極活物質層とが対向していない部分に拡散し、蓄積されることによる劣化である（特許文献２参照）。
【００９６】
図１３は、実施の形態２における回復処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、組電池２０の異常診断処理Ｓ３０（図１０参照）の実行後に実行される。回復処理の開始時には、リレー１３１〜１３９はいずれも開放状態である。
【００９７】
Ｓ６０１において、制御部３００は、すべてのセル２１〜２９の電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ９が下限電圧Ｖ１に達するまで組電池２０を放電するように電力変換部１７を制御する。下限電圧Ｖ１は、セル２１〜２９が過放電となる電圧であり（Ｖ１＜規定電圧Ｖｓ）、実験により適宜定められる。一般にリチウムイオン二次電池の電圧（ＯＣＶ：Open  Circuit  Voltage）とＳＯＣとの間には相関関係が存在するところ、下限電圧Ｖ１は、セル２１〜２９のＳＯＣが１０％以下となる電圧であることが好ましく、セル２１〜２９のＳＯＣが０％程度となる電圧であることがより好ましい。
【００９８】
制御部３００は、組電池２０の放電中の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂを取得する（Ｓ６０２）。そして、制御部３００は、放電時の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂに基づいて、回復前の組電池２０の満充電容量Ｃ１を算出する（Ｓ６０３）。より具体的には、制御部３００は、各セルについて、放電開始時のＳＯＣであるＳＯＣ０と、放電終了時のＳＯＣ（たとえば０％）であるＳＯＣ１とを電圧Ｖｂから算出するとともに、放電中の電流Ｉｂの積算値ΣＩｂを算出する。そして、制御部３００は、下記式（４）を用いて各セルの満充電容量を算出する。全セルの満充電容量を加算することにより、回復前の組電池２０の満充電容量Ｃ１を算出することができる。
【００９９】
満充電容量＝｛ΣＩｂ／（ＳＯＣ１−ＳＯＣ０）｝×１００            ・・・（４）
Ｓ６０４において、制御部３００は、各セルの電圧Ｖｂが下限電圧Ｖ１に維持された状態で組電池２０を所定期間Ｔだけ放置する。所定期間Ｔは、たとえば５分以上であることが好ましく、１時間以上であることがより好ましい。所定期間Ｔが長いほど回復処理の効果（満充電容量の回復量）が大きくなるものの、所定期間Ｔがある程度長くなると、それ以上所定期間Ｔが長くなっても回復処理の効果はほとんど増加しなくなる。したがって、所定期間Ｔは、回復処理の効果、電動車両をユーザから預かることが可能な期間、および放置に要するコスト等の兼ね合いから定めることができる。
【０１００】
所定期間Ｔが経過すると、制御部３００は、すべてのセル２１〜２９の電圧Ｖｂ１〜Ｖｂ９が充電終了電圧Ｖ２に達するまで組電池２０が充電されるように電力変換部１７を制御する（Ｓ６０５）。充電終了電圧Ｖ２とは、電動車両をユーザに返却する際に、電動車両の走行に適したＳＯＣ範囲（たとえばＳＯＣ＝４０％〜６０％）から定められる電圧である。制御部３００は、組電池２０の充電中の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂを取得する（Ｓ６０６）。
【０１０１】
制御部３００は、組電池２０の充電中にあるセルの電圧Ｖｂが所定の充電終了電圧Ｖ２に達すると（Ｓ６０７においてＹＥＳ）、そのセルに並列に接続されたリレーを閉成することで、そのセルへの充電を終了させる（Ｓ６０８）。
【０１０２】
制御部３００は、すべてのセルの電圧Ｖｂが充電終了電圧Ｖ２に達するまで組電池２０の充電を継続する（Ｓ６０９においてＮＯ）。すべてのセルの電圧Ｖｂが充電終了電圧Ｖ２に達すると（Ｓ６０９においてＹＥＳ）、制御部３００は、すべてのセルの充電が完了したとして処理をＳ６１０に進める。Ｓ６１０において、制御部３００は、充電中の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂに基づいて、回復後の組電池２０の満充電容量Ｃ２を算出する。この算出手法は、Ｓ６０３における回復前の満充電容量Ｃ１の算出手法と基本的に同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
【０１０３】
Ｓ６１１において、制御部３００は、組電池２０の満充電容量の回復量ΔＣを算出する。より具体的には、制御部３００は、Ｓ６１０にて算出した回復後の満充電容量Ｃ２と、Ｓ６０３にて算出した回復前の満充電容量Ｃ１との差を容量回復量ΔＣ（＝Ｃ２−Ｃ１）として算出する。その後、制御部３００は、容量回復量ΔＣを表示部３３０に表示させる（Ｓ６１２）。
【０１０４】
以上のように、実施の形態２によれば、各セルの異常診断の実施後に回復処理が実施される。このように、接続治具１１が組電池２０に装着された状態で異常診断と回復処理とを連続して実施することができるので、たとえば、測定者（ディーラ）が満充電容量の回復を異常診断に付随するサービスとして提供することができる。また、異常診断の実施後には各セルの電圧が規定電圧Ｖｓまで低下しているので、異常診断を実施しない場合と比べて、電圧を下限電圧Ｖ１まで速やかに低下させることができる。よって、回復処理に要する時間を短縮することができる。
【０１０５】
なお、満充電容量の回復のみを目的とするのであれば、満充電容量Ｃ１，Ｃ２の算出（Ｓ６０２，Ｓ６０３，Ｓ６０６，Ｓ６０８〜Ｓ６１０の処理）は必須ではない。しかし、実施の形態２によれば、組電池２０の回復前の満充電容量Ｃ１と回復後の満充電容量Ｃ２とから容量回復量ΔＣを求めることによって、測定者が回復処理の効果をユーザに定量的に説明することが可能になる。
【０１０６】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０７】
１  電池システム、１０  診断装置、１１  接続治具、１１１Ａ，１１１Ｂ〜１１９Ａ，１１９Ｂ  クランプ、１２１〜１２９  ダイオード、１３１〜１３９  リレー、１４１〜１４９  電圧センサ、１５  スイッチ部、１５１Ａ〜１５９Ｂ  スイッチ、１６  交流インピーダンス測定部、１６１  発振器、１６２  ポテンショスタット、１６３  ロックインアンプ、１７  電力変換部、２０  組電池、２１〜２９  セル、２００  システムメインリレー、２１０  外部電源、２２０  外部負荷、３００  制御部、３０１  ＣＰＵ、３０２  メモリ、３１０  開始スイッチ、３２０  停止スイッチ、３３０  表示部。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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