(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池の異常を高精度かつ早期に検知し当該リチウムイオン二次電池の制御を適切に行うことを可能とした二次電池の制御装置を提供する。【解決手段】リチウムイオン二次電池の状態を検知する電圧センサ２１、電流センサ２２、温度センサ２３と、リチウムイオン二次電池の内部で発生したアコースティック・エミッション信号を検出するＡＥセンサ２４と、各センサ２１〜２４から入力される情報に基づいてリチウムイオン二次電池の劣化状態を診断し、診断結果に基づいてリチウムイオン二次電池を制御する電池劣化診断および制御部２５および電池制御部２６とを備え、制御部２５が、リチウムイオン二次電池の非通電時に、ＡＥセンサ２４によりＡＥ信号の検知を行うＡＥ検知頻度をリチウムイオン二次電池の通電時よりも低減させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン二次電池の状態を検知する検知手段と、
前記リチウムイオン二次電池の内部で発生したアコースティック・エミッション信号を検出するＡＥセンサと、
前記検知手段と前記ＡＥセンサとから入力される情報に基づいて前記リチウムイオン二次電池の劣化状態を診断し、診断結果に基づいて前記リチウムイオン二次電池を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、前記ＡＥセンサによりＡＥ信号の検知を行うＡＥ検知頻度を、前記リチウムイオン二次電池の通電時よりも低減させる
ことを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、前記検知手段により検出した前記リチウムイオン二次電池の状態に基づいて、前記ＡＥ検知頻度を設定する
ことを特徴とする請求項１記載の二次電池の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、前記検知手段から入力される情報に基づいて取得した前記リチウムイオン二次電池の充電状態に対応して前記ＡＥ検知頻度を設定する
ことを特徴とする請求項２記載の二次電池の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、前記検知手段から入力される情報に基づいて取得した前記リチウムイオン二次電池の周囲の温度に対応して前記ＡＥ検知頻度を設定する
ことを特徴とする請求項３記載の二次電池の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、予め設定するしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を所定時間内に検知した場合に、前記ＡＥ検知頻度を増加させる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の二次電池の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、予め設定するしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知した回数を加算して記録する
ことを特徴とする請求項５記載の二次電池の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、所定時間内に予め設定するしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知しなかった場合に、前記ＡＥ検知頻度を低減させる
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の二次電池の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池の放電または充電時にＡＥセンサを利用して電池内部の周波数を検出して、その周波数から電池の劣化（電池内部の活物質の崩壊）を判定する技術が知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、電池モジュールの充電時または放電時に、単電池群または単電池の内部で発生したアコースティック・エミッション信号（ＡＥ信号）を検出し、検出したＡＥ信号に基づいて所定のしきい値以上の振幅の信号が続く範囲を一つのグループととらえ、そのグループが有する波の数をＡＥ事象数として取得し、所定の測定期間に含まれているグループのＡＥ事象数を加算してＡＥ事象累積数を求め、このＡＥ事象累積数に基づいて電池モジュールの劣化を診断するリチウムイオン二次電池の劣化診断方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１６６９２６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記特許文献１に記載のものは、電池モジュールの充電時または放電時に電池モジュールの劣化を診断する一方、電池モジュールの非通電時にこの電池モジュールの劣化の診断を行うものではなかった。
【０００６】
しかしながら、電池劣化は電池の放置時（非通電時）であっても起こっており、車両停止時においてもリチウムイオン二次電池の劣化の診断を行うことで、二次電池の異常を早期に精度良く発見することができると考えられる。
【０００７】
このようなことから本発明は、リチウムイオン二次電池の異常を高精度かつ早期に検知し当該リチウムイオン二次電池の制御を適切に行うことを可能とした二次電池の制御装置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】
【０００８】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る二次電池の制御装置は、リチウムイオン二次電池の状態を検知する検知手段と、前記リチウムイオン二次電池の内部で発生したアコースティック・エミッション信号を検出するＡＥセンサと、前記検知手段と前記ＡＥセンサとから入力される情報に基づいて前記リチウムイオン二次電池の劣化状態を診断し、診断結果に基づいて前記リチウムイオン二次電池を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、前記ＡＥセンサによりＡＥ信号の検知を行うＡＥ検知頻度を、前記リチウムイオン二次電池の通電時よりも低減させることを特徴とする。
【０００９】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る二次電池の制御装置は、第１の発明において、前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、前記検知手段により検出した前記リチウムイオン二次電池の状態に基づいて、前記ＡＥ検知頻度を設定する
ことを特徴とする。
【００１０】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る二次電池の制御装置は、第２の発明において、前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、前記検知手段から入力される情報に基づいて取得した前記リチウムイオン二次電池の充電状態に対応して前記ＡＥ検知頻度を設定することを特徴とする。
【００１１】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る二次電池の制御装置は、第３の発明において、前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、前記検知手段から入力される情報に基づいて取得した前記リチウムイオン二次電池の周囲の温度に対応して前記ＡＥ検知頻度を設定することを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る二次電池の制御装置は、第１から第４のいずれか一つの発明において、前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の非通電時に、予め設定するしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を所定時間内に検知した場合に、前記ＡＥ検知頻度を増やすことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第６の発明に係る二次電池の制御装置は、第５の発明において、前記制御部は、予め設定するしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知した回数を加算して記録することを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための第７の発明に係る二次電池の制御装置は、第１から第６のいずれか一つの発明において、前記制御部は、所定時間内に予め設定するしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知しなかった場合に、前記ＡＥ検知頻度を減らすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る二次電池の制御装置によれば、リチウムイオン二次電池の異常を高精度かつ早期に検知し当該リチウムイオン二次電池の制御を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る二次電池の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係るＩＧ−ＯＮ時における二次電池の制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例に係るＩＧ−ＯＦＦ時における二次電池の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る二次電池の制御装置について説明する。
【実施例】
【００１８】
図１から図３を用いて本発明の実施例に係る二次電池の制御装置について説明する。
例えば電気自動車に搭載される駆動用のリチウムイオン二次電池（以下、二次電池と称する）は、図１に示すような相互に電気的に接続された複数の電池セル１１から構成されている。電池セル１１は複数毎にまとめられて電池モジュール１０を構成し、さらにこの電池モジュール１０を複数組み合わせたものが二次電池として用いられる。
【００１９】
図１に示すように、本実施例では、この二次電池の劣化を診断し劣化の状態に応じて当該二次電池を制御する二次電池の制御装置として、各電池セル１１に対応して設けられた電圧センサ２１、電流センサ２２、温度センサ２３、およびＡＥセンサ２４と、電池劣化診断および制御部２５と、電池制御部（ＥＣＵ）２６とを備えている。本実施例では電圧センサ２１、電流センサ２２、および温度センサ２３が検知手段を構成し、電池劣化診断および制御部２５、並びに電池制御部２６が制御手段を構成する。
【００２０】
電圧センサ２１は、各電池セル１１の端子間電圧を検出する。電流センサ２２は、各電池セル１１の入出力電流を検出する。温度センサ２３は、各電池セル１１の周囲の温度（環境温度）を検出する。
【００２１】
ＡＥセンサ２４は、各電池セル１１の内部で発生するＡＥ信号を検出する。すなわち、リチウムイオン電池は充放電することにより電極の膨張収縮が起こる。そして激しい膨張収縮の繰り返しにより活物質の割れが発生する。この現象（異常状態）の発現時に生じる音（周波数）をＡＥセンサ２４によりＡＥ信号として検知する。
【００２２】
電池劣化診断および制御部２５は、電圧センサ２１、電流センサ２２、温度センサ２３、およびＡＥセンサ２４から入力される情報に基づいて二次電池の劣化状態を診断するとともに診断した劣化状態に基づき必要に応じて出力制御を行う。この電池劣化診断および制御部２５には、ＳＯｘ演算部２５ａと、ＡＥコントローラー２５ｂと、電池劣化度診断部２５ｃと、最適電流値演算部２５ｄとが含まれている。
【００２３】
ＳＯｘ演算部２５ａは、電圧センサ２１、電流センサ２２、温度センサ２３、ＡＥコントローラー２５ｂから入力される情報に基づいて二次電池のＳＯｘ（state of charge：ＳＯＣ（充電状態）、および、State Of Health：ＳＯＨ（健康状態））を判定する。ＳＯｘの判定は、基本的には、消費電力に対応した電圧の条件、それに応じた電流値、利用状況に応じた発熱量等をマップ化してこのデータを予め電池劣化度診断部２５ｃで保有しておき、各センサ２１〜２３によって得られた測定値とこのマップとを利用することにより行う。さらに、本実施例では、ＡＥコントローラー２５ｂから入力される後述するＡＥ信号履歴を反映したＳＯｘの判定も行う。ＳＯｘ演算部２５ａにより求めたＳＯｘは、ＡＥコントローラー２５ｂおよび電池劣化度診断部２５ｃに入力される。
【００２４】
ＡＥコントローラー２５ｂは、二次電池の通電状態に応じたＡＥセンサ２４によるＡＥ検知頻度の設定（ＡＥセンサ２４のオフ時間の設定）、およびＡＥセンサ２４によって取得したＡＥ信号のフィルタリングを行う。
【００２５】
まず、表１に基づいてＡＥコントローラー２５ｂによる二次電池の通電状態に応じた、ＡＥセンサ２４によるＡＥ検知頻度の設定について説明する。表１は、本実施例における二次電池の通電時および非通電時のＳＯＣおよび環境温度と、劣化影響度およびＡＥ検知頻度との関係を示している。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、ＡＥコントローラー２５ｂは、二次電池の通電時と非通電時とでＡＥセンサ２４に対して異なる制御を行う。
【００２８】
具体的には、二次電池の通電時はＡＥ信号の検知を常時行うようＡＥセンサ２４を制御する。
【００２９】
また、二次電池の非通電時はＳＯＣおよび環境温度に応じてＡＥセンサ２４によるＡＥ検知頻度を変化させる。より詳しくは、ＳＯＣが高いほどＡＥ検知頻度を多く且つその中でも環境温度が高いほどＡＥ検知頻度を多く、ＳＯＣが低いほどＡＥ検知頻度を少なく且つその中でも環境温度が低いほどＡＥ検知頻度を少なくするようにＡＥセンサ２４を制御する。
【００３０】
なお、ＡＥコントローラー２５ｂでは、通電時にＡＥ信号のフィルタリングの結果に応じてＡＥセンサ２４によるＡＥ検知頻度を変化させる制御も行うが、この点については後で詳述する。
【００３１】
続いて、ＡＥコントローラー２５ｂによるＡＥ信号のフィルタリングについて説明する。ＡＥコントローラー２５ｂは、ＡＥセンサ２４により取得したＡＥ信号について、ＡＥ信号が予め設定するしきい値以上の強度を有する場合にこのＡＥ信号を異常信号とみなし、所定時間内にこのしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知した回数およびそのＡＥ信号の強度をＡＥ信号履歴として記録する。
【００３２】
そして、所定時間内にしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知した場合、ＡＥ検知頻度を増加させ（本実施例では、上限を４０％としてＡＥ検知頻度を１０％増加させる）、所定時間内にしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知しなかった場合は、ＡＥ検知頻度を減少させる（本実施例では、下限を１０％としてＡＥ検知頻度を１０％減少させる）。
【００３３】
ＡＥコントローラー２５ｂによって記録した結果（フィルタリングの結果）は電池劣化度診断部２５ｃに入力される。
【００３４】
電池劣化度診断部２５ｃは、ＳＯｘ演算部２５ａから入力される二次電池（全体又は電池モジュール１０又は各電池セル１１）のＳＯｘ、およびＡＥコントローラー２５ｂから入力されるＡＥ信号の検知結果（所定時間内にしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知した回数）に基づいて、二次電池の劣化状態および劣化影響度を判定する。さらに、判定した二次電池の劣化状態および劣化影響度に基づいて出力制御の必要性を判断する。
【００３５】
最適電流値演算部２５ｄは、電池劣化度診断部２５ｃにおいて出力制御が必要であると判断された場合に、二次電池の劣化度に応じた電流値の演算を行う（本実施例では、最適なトルク制御を行うための電流値の演算を行う）。
【００３６】
電池制御部２６は、最適電流値演算部２５ｄによって求めた電流値に基づいて二次電池の制御（本実施例では、トルク制御）を行う。
【００３７】
以下、図２および図３を用いて本実施例における二次電池の制御装置による処理の流れを説明する。
【００３８】
まず、図２を用いてイグニッションがＯＮとなっているとき（以下、ＩＧ−ＯＮ時）、すなわち車両が走行可能な状態にある場合（二次電池の通電時）における二次電池の制御装置による処理について説明する。
【００３９】
図２に示すように、本実施例において二次電池の制御装置は、ステップＳ１１でＩＧ−ＯＮの指示を検知すると、続いてステップＳ１２でＩＧ−ＯＦＦ時に検知したＡＥ信号履歴をＳＯｘに反映し、ステップＳ１３で出力制御が必要か否かを判断する。すなわち、ＩＧ−ＯＦＦ時に取得したＡＥ信号履歴に基づいて電池劣化状態および劣化影響度を判定し、出力制御の必要性を判断する。なお、ＩＧ−ＯＦＦ時の処理については後述する。
【００４０】
ステップＳ１３による判断の結果、出力制御が必要である場合（ＹＥＳ）はステップＳ１８でトルク制御を実施してステップＳ１７に移行する。
【００４１】
すなわち、出力制御の必要性を判断した結果、出力制御が必要であると判断した場合はトルク制御を実施しつつ、ＡＥ信号の検知動作を継続する。トルク制御は二次電池の劣化度に応じて段階的に設定される。例えば二次電池の劣化度によってリンプホームに移行した場合は、ＩＧ−ＯＦＦ後、不具合が継続している間はＩＧ−ＯＮ操作を行うことができないようにする。
【００４２】
一方、ステップＳ１３による判断の結果、出力制御が不要である場合（ＮＯ）はステップＳ１４でＡＥセンサ２４からしきい値以上の強度を有するＡＥ信号が検知されたか否かを判断する。すなわち、出力制御の必要性を判断した結果、出力制御が不要であると判断した場合は、トルク制御は行わずに通常走行を可能としつつ、ＡＥ信号の検知動作を継続する。
【００４３】
ステップＳ１４による判断の結果、ＡＥ信号を検知した場合（ＹＥＳ）はステップＳ１５でＡＥ信号の検知結果をＳＯｘに反映し、ステップＳ１６で出力制御が必要か否かを再度判断する。
【００４４】
ステップＳ１６による判断の結果、出力制御が必要となった場合（ＹＥＳ）はステップＳ１８でトルク制御を実施してステップＳ１７に移行する。一方、ステップＳ１６による判断の結果、出力制御が不要である場合（ＮＯ）はステップＳ１７に移行する。
【００４５】
ステップＳ１７では、ＩＧ−ＯＦＦ指示が出されているか否か（ＩＧ−ＯＦＦの操作がなされているか否か）を判断する。
ステップＳ１７による判断の結果、ＩＧ−ＯＦＦの指示が出されている場合（ＹＥＳ）は図３に示すＩＧ−ＯＦＦ時の処理へ移行する。一方、ステップＳ１７による判断の結果、ＩＧ−ＯＦＦの指示が出されていない場合（ＮＯ）はステップＳ１４の処理に戻る。
【００４６】
なお、ステップＳ１１〜Ｓ１３からステップＳ１８に移行する処理は瞬時に行われるものとする。
【００４７】
続いて、図３を用いてＩＧ−ＯＦＦ時、すなわち二次電池の非通電時における処理について説明する。
【００４８】
図３に示すように、ステップＳ２１でＩＧ−ＯＦＦの指示を検知すると、ステップＳ２２でＩＧ−ＯＦＦになる直前のＳＯｘおよび環境温度からＡＥ検知頻度を決定する。すなわち、ＳＯＣの高低、環境温度の高低に応じてＡＥ検知頻度を表１に示した値に決定する。
【００４９】
続いて、ステップＳ２３で所定時間（α秒）内にあらかじめ設定したしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知したか否かを判断する。
【００５０】
ステップＳ２３による判断の結果、所定時間内にしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知した場合（ＹＥＳ）はステップＳ２４でＡＥ検知頻度をその時点における頻度から一段階増加させる。本実施例では、ＡＥ検知頻度を１０％増加させる（ただし、上限を４０％とし、ＡＥ検知頻度が４０％になった後はこれを維持する）。
【００５１】
ステップＳ２４に続いては、ステップＳ２５で所定時間内にＡＥ信号を検知した回数を加算し記録する。
【００５２】
ステップＳ２３による判断の結果、所定時間内にしきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知しなかった場合（ＮＯ）はステップＳ２７でＡＥ検知頻度をその時点における頻度から一段階減少させる。本実施例では、ＡＥ検知頻度を１０％減少させる（ただし、下限を１０％とし、ＡＥ検知頻度が１０％になった後はこれを維持する）。
【００５３】
ステップＳ２５、ステップＳ２７に続いては、ステップＳ２６でＩＧ−ＯＮ指示が出されているか否か（ＩＧ−ＯＮの操作がなされているか否か）を判断する。
【００５４】
ステップＳ２６による判断の結果、ＩＧ−ＯＮの指示が出されている場合（ＹＥＳ）は図２に示し上述したＩＧ−ＯＮ時の処理へ移行する。一方、ステップＳ２６による判断の結果、ＩＧ−ＯＮの指示が出されていない場合（ＮＯ）はステップＳ２３の処理に戻る。
なお、ステップＳ２１〜Ｓ２２の処理は瞬時に行われるものとする。
【００５５】
このように、本実施例に係る二次電池の制御装置及び制御方法によれば、電池モジュール１０の非通電時であっても電池の劣化を診断することができる。
【００５６】
しかも、二次電池の非通電時には回生（充電）が入らずＬｉ析出の懸念がないこと、ＳＯＣが高いほど酸化分解の懸念が有り、また、環境温度が高いほど電解液（有機物）は活性であると共に酸化分解も促進すること、リチウムイオン電池は自己放電が限りなく小さく、環境温度が低いほどより電圧低下も小さくことから、非通電時におけるＡＥ検知頻度を表１に示したように段階的に設定し、通電時よりもＡＥ検知頻度を減らすことで電力消費を削減しつつ二次電池の状態を監視し、異常が生じた場合には高精度にかつ早期にこの異常を発見することができる。
【００５７】
また、所定時間内に一度しきい値以上の強度を有するＡＥ信号を検知するとＡＥ検知頻度を段階的に増やすようにし、所定時間内にしきい値以上の強度を有するＡＥ信号が検知されなかった場合、ＡＥ信号検出頻度を段階的に減らすことによって、消費電力を抑えつつ効率よく二次電池の劣化状態を監視することができる。
【００５８】
すなわち、車両停止時（非通電時）にＡＥセンサ２４を利用し続けると二次電池の劣化検出精度は向上するが、二次電池のＳＯＣが減少してしまうため、次回の走行開始時にＳＯＣが低い状態になり、走行開始時にＥＶ走行ができない可能性がある。これに対し、本実施例ではＡＥセンサ２４の起動頻度を通電時（ＩＧ−ＯＮ時）に比較して低減することにより、このようなＳＯＣの低下を抑制しつつ二次電池の劣化診断を行うことができる。
【００５９】
なお、上述した実施例では所定時間内にＡＥ信号を検出した場合にＡＥ信号検出頻度を、上限を４０％として１０％ずつ増加させる例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、ＳＯＣの低下を抑制しつつ二次電池の劣化を精度良く検知することができれば上限を異なる値としてもよく、またＡＥ信号検出頻度を連続的に変化させてもよい。
【００６０】
また、上述した実施例では、ＩＧ−ＯＮ時の処理において、出力制御が必要だった場合にトルク制御を行ったのち、ＩＧ−ＯＦＦの指示があるまで繰り返しＡＥ信号の検知の有無を判断し、その結果に応じてトルク制御の内容を変化させる例を示したが、トルク制御を行った場合はＩＧ−ＯＦＦの指示があるまでその状態を維持するようにしてもよい。
【００６１】
また、上述した実施例ではＩＧ−ＯＮ時は常にＡＥセンサ２４によるＡＥ信号の検知を行う例を示したが、ＳＯＣおよび環境温度に応じてＡＥ検知頻度を変化させてもよい。
【００６２】
また、各電池セル１１の劣化状態に応じてＡＥコントローラー２５ｂにより各ＡＥセンサ２４によるＡＥ検知頻度を変えるようにしてもよい。
【００６３】
また、所定時間内にＡＥ信号を検知した回数に応じてＡＥ検知頻度を変更するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０  電池モジュール
１１  電池セル
２１  電圧センサ
２２  電流センサ
２３  温度センサ
２４  ＡＥセンサ
２５  電池劣化診断および制御部
２５ａ  ＳＯｘ演算部
２５ｂ  ＡＥコントローラー
２５ｃ  電池劣化度診断部
２５ｄ  最適電流値演算部
２６  電池制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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