(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に接続された蓄電素子の劣化度ＳＯＨを測定する蓄電素子管理ユニットであって、
前記蓄電素子の充電時もしくは放電時の電流を計測する電流計測手段と、
所定の演算を実行する演算手段を有する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒと現在の動的内部抵抗Ｄｉｒとに基づき、前記蓄電素子の劣化度ＳＯＨを算出する劣化度算出部と、
前記蓄電素子の充電もしくは放電を行いながら、前記蓄電素子の現在の動的内部抵抗Ｄｉｒを測定する動的内部抵抗測定部と、
前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを記憶する記憶部と、を備えることを特徴とする蓄電素子管理ユニット。
【請求項２】
前記蓄電素子の温度を計測する温度計測手段をさらに備え、
前記制御部は、
前記温度計測手段により前記蓄電素子の温度を取得し、あらかじめ記憶している前記蓄電素子の温度と前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒとの関係から当該蓄電素子の温度に対応した前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを取得する取得部を備え、
前記劣化度算出部は、
前記取得部で取得した前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを用いて、前記蓄電素子の劣化度ＳＯＨを算出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子管理ユニット。
【請求項３】
他の蓄電素子が組み込まれた装置に取り付けて、他の蓄電素子の劣化度ＳＯＨを測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電素子管理ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子を充電もしくは放電する際に初期に比べて、どの程度劣化しているかを示す劣化度（ＳＯＨ）を判定する診断が可能である診断機能を搭載した蓄電素子管理ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電パネル（太陽電池パネル、ＰＶとも呼ばれる）、ＥＶ（電気駆動自動車）、蓄電装置等に搭載される電池を利用して電気エネルギーを一時的に蓄えて、蓄えた電気エネルギーを利用するものや、種々の情報端末等に搭載される小型の電池を利用して電気エネルギーを一時的に蓄えて、蓄えた電気エネルギーを利用する持ち運び可能な機器の普及が急速に進んでいる。
【０００３】
しかし、電池の出力電圧はニッケル水素で１．２Ｖ、鉛電池で２Ｖ、リチウムイオン電池で４Ｖ弱と単電池で使用するには電圧が余りにも低い。そのため、これら電池セルを複数直列に接続して組電池として構成し、少なくとも１２Ｖ、高いもので３６０Ｖ程度の高電圧にして高電力化を図る機器が多い。
【０００４】
このような組電池の充放電時では、充電時、放電時ともに流れる電流はいずれの電池セルでも等しく、その電流に応じた個々の電池セルの電圧は通常は異なった値をとる。したがって、組電池全体の電池電圧を観察しても個々の電池セルの電圧は異なり、ある電池セルでは電池セルとしての許容値を超えている場合もある。許容値を超えた電池セルは膨潤・発熱・発煙・爆発等の電池システム災害（ハザードと呼ばれる）を惹起する事態となる。また、負荷に接続された状態では、ある電池セルの電圧が異常に低下しても他の電池電圧でカバーし負荷への電力の供給を強制する場合がある。このような場合は、該当電池セルは、過放電状態となり、電極破壊に繋がるおそれがあり、次の充電時には該当電池セルは、他の電池セルに先んじて過充電を惹起し、種々の電池システムのハザードとなる。
【０００５】
前記のような種々の電池システムのハザードを防止するためには、電池システムの構成素子である個々の電池セル（単電池）の電圧を常に監視し、電圧の個々のデータと当該データに基づく適正な制御が電池システムの長寿命化および安全性の確保に不可欠となる。そのため、電池システムの個々の電池セル（単電池）の電圧を監視し、電池システムに対して所定の制御を行う装置として、従来から電池管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）が用いられる。電池管理システムは、電池システムが有する個々の電池セルの電圧や温度を測定し、電池システムを監視・制御（保護）を行うユニットとして、電池管理ユニット（ＢＭＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｕｎｉｔ）を有している。
【０００６】
また、蓄電素子の一例である二次電池は、電子機器、電動機器や車両などに広く用いられている。二次電池としては鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等が挙げられる。二次電池は、放電と充電を繰り返して使用できる電池である。このような二次電池を利用するにあたり、二次電池の劣化度（ＳＯＨ；Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ、初期を１００％としたときの現在性能、劣化率ともいう）、二次電池の蓄電残量（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を知って初めて二次電池の適切な利用が可能となる。
【０００７】
二次電池のＳＯＨやＳＯＣを推定する技術としては、従来から種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００８】
ところで、蓄電素子の劣化状態などの診断を行う診断器は、任意の蓄電素子を使用される機器から取り外し診断器に取り付けることにより診断を行う。一方、電池管理システム（ＢＭＳ）を用いて診断を行うことを考慮した場合は、蓄電素子が蓄電素子モジュールに取り付けられた状態で蓄電素子の診断を行う必要がある。したがって、ＢＭＳによる診断では、診断器で診断する場合と異なり、充放電中においても診断を行う必要がある。
すなわち、診断器は、未使用状態（非充放電状態）の蓄電素子に対して診断が行われるものであるが、ＢＭＳを用いて診断を行うことを考慮した場合は、蓄電素子の使用中（充電もしくは放電中）に診断を行う必要がある。
【０００９】
また、蓄電素子は、電力を供給する装置に着脱可能なものや、装置の一部（例えば、蓄電素子モジュール）として通常取り外しできない状態（着脱不可の状態）で組み付けられたりするなど様々な態様で使用される。任意の蓄電素子を接続して診断する診断器の場合は診断する場所や環境は自由に設定することができるため、使用環境（例えば、温度環境）の影響を受けにくいが、装置に組み付けられた蓄電素子を管理するＢＭＵによって診断を行う場合は、装置の設置場所によって使用環境が変わるため、使用環境の影響を受けやすく、温度変化などによりＳＯＨの測定結果に影響が出てくる。そのため、ＢＭＵで診断を行う場合は、蓄電素子の使用温度が異なる状態での診断、すなわち幅広い温度環境に対応して診断できる技術が必要となってくる。
【００１０】
以上のことから、幅広い温度環境に対応して、蓄電素子のＳＯＨを精度よく取得可能な蓄電素子管理ユニットが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３７５２２４９号公報
【特許文献２】米国特許第７０７５２６９号明細書
【特許文献３】中国特許第１００３９５９３９号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】松田好晴他著「電気化学概論」（丸善出版）
【非特許文献２】春山志郎著「表面技術者のための電気化学」（丸善出版）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、幅広い温度環境に対応して、蓄電素子の劣化度ＳＯＨを精度よく取得可能な蓄電素子管理ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１５】
即ち、請求項１の蓄電素子管理ユニットにおいては、
負荷に接続された蓄電素子の劣化度ＳＯＨを測定する蓄電素子管理ユニットであって、
前記蓄電素子の充電時もしくは放電時の電流を計測する電流計測手段と、
所定の演算を実行する演算手段を有する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒと現在の動的内部抵抗Ｄｉｒとに基づき、前記蓄電素子の劣化度ＳＯＨを算出する劣化度算出部と、
前記蓄電素子の充電もしくは放電を行いながら、前記蓄電素子の現在の動的内部抵抗Ｄｉｒを測定する動的内部抵抗測定部と、
前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを記憶する記憶部と、を備えるものである。
【００１６】
請求項２の蓄電素子管理ユニットにおいては、
前記蓄電素子の温度を計測する温度計測手段をさらに備え、
前記制御部は、
前記温度計測手段により前記蓄電素子の温度を取得し、あらかじめ記憶している前記蓄電素子の温度と前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒとの関係から当該蓄電素子の温度に対応した前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを取得する取得部を備え、
前記劣化度算出部は、
前記取得部で取得した前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを用いて、前記蓄電素子の劣化度ＳＯＨを算出するものである。
【００１７】
請求項３の蓄電素子管理ユニットにおいて、
請求項１または請求項２に記載の蓄電素子管理ユニットは、
他の蓄電素子が組み込まれた装置に取り付けて、他の蓄電素子の劣化度ＳＯＨを測定するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、幅広い温度環境に対応して、蓄電素子の劣化度ＳＯＨを精度よく取得可能な蓄電素子管理ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池管理ユニットを有する電池管理システムを備えた充電装置の構成を模式的に示すブロック図。
【図２】マイコンの構成を示すブロック図。
【図３】充電時の電池動作を示す電池方程式の解を求める特性図。
【図４】充電時の電池内部の電気回路等価回路を示す図。
【図５】長期静止状態から電流印加直後の特性図。
【図６】電池方程式と電流-電圧特性を複合した線図。
【図７】電圧-電流の立ち上がり/立下りの時間特性を示す図。
【図８】充放電電流と端子電圧の変動を示すグラフ。
【図９】動的内部抵抗Ｄｉｒと電圧の関係を示すグラフ。
【図１０】Ｄｉｒ温度特性を示すグラフ。
【図１１】放電による診断回路の例を示す図。
【図１２】充電による診断回路の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の一実施形態である電池管理ユニットを有する電池管理システム（ＢＭＳ）を備えた充電装置１について図１及び図２を参照しながら説明する。充電装置１は、種々のエネルギー源Ｅにより発電された電力を充電電源２を介して電池システムの一例である二次電池１００に蓄え、当該二次電池１００から負荷２００に電力を供給するものである。充電装置１は、二次電池１００に蓄えられた電力を利用して作動する負荷２００に電気的に接続されている。エネルギー源Ｅとしては、例えば、ＰＶ、風力、地熱等が挙げられる。負荷２００としては、例えば、モータ等の動力源、各種デバイス、電灯等の照明装置、情報等の表示装置等が挙げられる。
なお、本実施形態における電池システムとは、複数の電池セルの直列接続によってパック化、モジュール化して組電池を構成したものである。
また、本実施形態では、蓄電素子の一例として単電池または組電池からなる二次電池を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００２１】
ここで、本実施形態における二次電池１００とは、充放電を繰り返し行うことができる電池をいい、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄え、また逆に、蓄えた化学エネルギーを電気エネルギーに変換して使用することができる電池をいう。二次電池１００としては、例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、リチウムイオン電池、鉛電池等を挙げることができる。その中でも、二次電池１００としては、エネルギー密度が高いリチウムイオン電池が特に好ましい。
【００２２】
図１に示すように、充電装置１は、エネルギー源Ｅ、充電電源２と、二次電池１００を監視・制御する電池管理ユニット（以下、ＢＭＵという）３と、バランス機構４と、電流検知／保護回路５と、表示手段６とを主に備える。充電装置１は、電池システムである二次電池１００、及び負荷２００に電気的に接続される。ＢＭＵ３は、充電電源２、バランス機構４、電流検知／保護回路５、表示手段６、二次電池１００、負荷２００等に電気的に接続されている。
なお、本実施形態で説明する充電装置１、充電装置１が備えるＢＭＵ３、ＢＭＵ３に接続される二次電池１００の各構成は、本実施形態で説明する機能を実現可能な構成であればよく、適宜変更可能であるものとする。
【００２３】
充電電源２は、二次電池１００に充電電圧を供給する電源である。充電電源２は、交流電力を直流に変換する変圧、整流回路を有しており、変換された直流電力がＢＭＵ３を介して二次電池１００に供給される。
【００２４】
ＢＭＵ３は、主に演算・指令等を実行する制御部の一例である制御回路（プロセッサー）であるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３ａと、充電電圧等を制御する充電電圧制御部３ｂと、二次電池１００が有する各電池セルの電圧を検知するセル電圧検知回路３ｃと、を有している。ＢＭＵ３は、二次電池１００の各電池セル毎の電圧を計測する。
【００２５】
マイコン３ａは、充電電圧制御部３ｂ及びセル電圧検知回路３ｃに電気的に接続されている。図２に示すように、マイコン３ａは、中央演算装置であるマイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵ）４０と、記憶手段であるリードオンリーメモリ（以下、ＲＯＭ）４１と、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭ）４２と、セル電圧検知回路３ｃが有するスイッチング素子（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチング制御部４３と、時間計測手段であるタイマ４４と、勘定手段であるカウンタ４５と、充電時もしくは放電時において二次電池１００に通電される電流値を電流検出手段（後述する電流センサー６０）を介して検出する電流検出部４６と、二次電池１００の各電池セルの端子間の電圧値（電池セル電圧）を監視する電池電圧監視部４７と、Ａ／Ｄ変換機能を有するＡ／Ｄ変換部４８と、電池セルの劣化度ＳＯＨを算出する劣化度算出部４９と、動的内部抵抗測定部５０と、動的内部抵抗記憶部５１と、温度補正値取得部５２等を備えている。ＲＯＭ４１には、充電装置１内で処理される各種処理プログラム（例えば、二次電池１００が有する個々の電池セルの電圧を検知し、その状態に応じて充電および放電時の印加する電圧および電流を制御するためのプログラム等）が格納される。ＲＡＭ４２には、例えば、本実施形態係るグラフ、当該グラフに関する近似式等が記憶される。マイコン３ａは、前記スイッチング制御部４３を有し、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路である。
なお、劣化度算出部４９、動的内部抵抗測定部５０、動的内部抵抗記憶部５１及び温度補正値取得部５２の詳細については後述する。
【００２６】
バランス機構４は、二次電池１００の各電池セル間の電圧バランスを維持する機能を有するバランス手段であり、例えば、当該機能を組み込んだＩＣチップで構成される。バランス機構４は、ＢＭＵ３のマイコン３ａにより動作する。バランス機構４は、複数の電池セルの電圧を比較し、必要に応じて、各電池セル毎に独立して放電または必要に応じて適宜定電流で充電し、各電池セルのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）レベルを平準化するものである。すなわち、バランス機構４は、放電または充電して、二次電池１００の各電池セル間の電圧バランスを調整するための充放電回路を構成している。
【００２７】
電流検知／保護回路５は、充電電流及び放電電流の電流値を検知するとともに、過充電停止、過放電停止のための保護回路である。電流検知／保護回路５は、電子回路によって電圧を計測し、電圧が一定値以上となった際に充電を停止する。過放電の場合も同様、電圧が一定値以下となった場合に放電を停止する。電流検知／保護回路５は、ＢＭＵ３のマイコン３ａにより動作する。
【００２８】
表示手段６は、リアルタイムで二次電池１００の充電状態（ＳＯＣ等）や電池の総電圧や電池セル個々の電圧等を表示するものである。表示手段６は、例えば、所定の表示装置やＰＣ（パーソナルコンピューター）のＬＣＤ等で構成される。
【００２９】
二次電池１００は、複数の電池セル（電池反応の基本となる単一セル）を直列接続し電圧を高めてエネルギー源として使用する電池システムの一例である。二次電池１００は、複数の電池セルが直列接続された組電池であり、複数の電池セルを電気的に積み上げて電圧を高めたものである。二次電池１００としては、例えば、リチウムイオンバッテリーが挙げられる。
【００３０】
［セル電圧検知回路について］
次に、ＢＭＵ３（セル電圧検知回路３ｃ）による二次電池１００の各電池セルの電圧検知方法及びデータ処理方法については、本願発明者が出願した特願２０１７−６６４０４に記載した電圧検知方法及びデータ処理方法を適用することができる。
なお、セル電圧検知回路３ｃは、蓄電素子である電池セルの端子間の電圧を計測する電圧計測手段の一例である。電圧計測手段としては、例えば、抵抗分割方式の回路などによって電池セルの電圧を計測してもよい。
【００３１】
また、マイコン３ａは、電池セルのすべての電圧値の結果に基づいて、電流検知／保護回路５を動作させ、二次電池１００を構成する電池セルの一つが、規定の制限電圧を超えれば充電は、即時停止し、又、規定の下限電圧に達すると即時、放電を停止する電池防御の機能を有している。さらに、負荷２００への電力供給を遮断する遮断リレーを二次電池１００の装備として付帯させ、マイコン３ａからのこれらを停止する停止信号を、遮断リレーの駆動信号として適用して、電力を遮断する構成とすることも可能である。
すなわち、マイコン３ａは、各電池セルのそれぞれの電圧に応じて、二次電池１００を充電するための充電電源２の充電電圧を制御して、二次電池１００全体の充電及び放電の動作を最適化することができる。
【００３２】
また、マイコン３ａは、各電池セルの電圧のバラつき程度を観察し、充電の電流強度を調整し、又、放電電流を低下させ、二次電池１００のパワーに応じた負荷パワーの適合性を自動調整し、二次電池１００の異常動作を防止することができる。ひいては、ＢＭＵ３によれば、電池の安全性と長寿命化を目的とした機能が実現可能となる。
【００３３】
更に、例えば、二次電池１００の各電池セルに制御リレーを介し固定抵抗負荷を装備して構成した場合、電池セルの最小値に他の電池セルの電圧を一致させることが可能となり、いわゆるパッシブセルバランス機能を持たせることも可能となる。
なお、パッシブセルバランスとは、高い電圧の電池セルを放電し低い電圧の電池セルに合わすことである。
【００３４】
また、例えば、二次電池１００の各電池セルに制御リレーを介し独立電源を装備して構成した場合、電池セルの最大値に他の電池セルの電圧を一致させる補充電が可能となり、いわゆるアクティブセルバランス機能を持たせることも可能となる。
なお、アクティブセルバランスとは、低い電圧の電池セルを充電し高い電圧の電池セルに合わすことである。本実施形態のＢＭＵ３が備えるアクティブセルバランス機能としては、以下の充電方式も実行することができる。
【００３５】
次に、本発明に係る二次電池等の蓄電素子の劣化度ＳＯＨ及び蓄電残量ＳＯＣを計測するための計測原理について図面を参照しながら説明する。以下においては、蓄電素子の一例として二次電池を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、以下においては、二次電池のことを単に電池と呼ぶ場合もある。
【００３６】
［計測原理］
二次電池の正確な蓄電残量の検出のためには、起電力（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｏｔｉｖｅ  Ｆｏｒｃｅ）の増減と蓄電残量の増減の関係を正確に計量化しておき、起電力を計測し蓄電残量を計数化することが一つの手法となる。しかし、元の蓄電残量が正確に分かっていれば、計量しながら元の蓄電残量から使用分を抜き取り、その差し引き勘定から現在の蓄電残量は得られるが、元の蓄電残量を正確に計測することが出来なければ、その後の残量数値は信頼性の乏しいものとなる。特に、充電時の電気量の注入、放電時の電気量の取り出しは電池内部の電気的抵抗（内部抵抗）による熱損失が伴い差し引き勘定に誤差が伴うため正確な蓄電残量の計測は不可能に近い。
【００３７】
二次電池の蓄電残量を正確に計量する他の手法として、電池の起電力の計測がある。しかし、動作中の電圧は起電力を示すものでなく、動作を止めると非常に緩慢に計測値は変動する。例えば、充電を遮断した場合は、電圧値は徐々に低下し長時間かけ一定値に落ち着く。また放電を遮断すれば電圧は徐々に上昇し、これも長時間かけ一定値に収斂する。
【００３８】
この収斂した電圧が電池の起電力であり、電池の蓄電残量（ＳＯＣ）の指標となる。すなわち起電力の計測は極めて長時間を要し、いったん充電なり放電するとその後何時間も放置しておかないと起電力は計測不可能であり、電池に存在する蓄電残量、即ち引出し得る電気量（パワー）は時々刻々には計測計量することはできず、したがって電池を適用した機器の制御を難しくし、また電池使用の扱いを厄介なものとしていた。
【００３９】
本発明の蓄電素子管理ユニットに係る計測原理は、二次電池における、瞬時且つ正確な残量等の計量を目的に、電池反応論の帰結により得られた「電池方程式」を応用するものである。
なお、「電池方程式」とは、具体的には二次電池に関する電池反応の理論から導かれる方程式であり、酸化／還元反応に伴う過電圧と反応抵抗による回路方程式のことである。
【００４０】
本実施形態の蓄電素子管理ユニットは、二次電池の電池容量を特定する際に同じく電池方程式から動的内部抵抗Ｄｉｒ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を瞬時に計量し、電池種による固有の定数を使用して、二次電池の現在容量である蓄電残量（ＳＯＣ）あるいは劣化度（ＳＯＨ、健全度とも呼ばれる）を算出するものである。
【００４１】
また、本実施形態の蓄電素子管理ユニットは、上記とは異なる他の手法として、電池方程式と電圧−電流式を併用し電流特性係数を瞬時に計量し、この係数に比例する容量を即座に計量化して、電池の現在容量である蓄電残量（ＳＯＣ）あるいは劣化度（ＳＯＨ）を算出するものである。
【００４２】
ここで、電池反応に関する論理の概要を述べ、本願発明者らが確立した「電池方程式」に関し説明を加えておく。
なお、以下では、便宜上リチウムイオン電池の構成に基づいて説明するが、特に電池種を限定するものではない。
【００４３】
まず、負極の電池反応を反応速度の律速とし過電圧と電流に関し考察する。尚、ここで律速に関し説明を加えておく。電池は正極、負極、その間のイオン電導を司る電解質が主たる構成部材であるが、それぞれを通過する時間当たりの電子の量、あるいは、イオンの量は連続の論理から等しい。従って、一番流れ難い部材を流れる量が全体の流れを律することから律速と称す。
【００４４】
酸化／還元反応はアレニウスの理論に基づき、次のように数式化され、式中の各符号を定義したとき、電流密度は次式で与えられる。
【００４５】
【数１】
0006722808.tif 000002
【００４６】
平衡時は電流がゼロであるから、［数１］から平衡電圧ηｅｑは容易に算出される。
【００４７】
【数２】
0006722808.tif 000003
【００４８】
即ち、平衡電圧ηｅｑは、濃度比ｃ０（０，ｔ）／ｃｒ（０，ｔ）によって異なった数値をとる。
【００４９】
反応界面の濃度は時間ｔが無限に経過したとき、ある一定値をとる。これを次式で表現する。
【００５０】
【数３】
0006722808.tif 000004
【００５１】
従って、これらを［数２］に代入すると次のネルンスト(Ｎｅｒｎｓｔ)の式が得られる。
【００５２】
【数４】
0006722808.tif 000005
【００５３】
ここで、上記Ｅｃ０´は次のように表される。
【００５４】
【数５】
0006722808.tif 000006
【００５５】
時間を十分にとったときの平衡状態の電圧を基準に、過度状態の平衡電圧を表現する。時間ｔ０−までは、充電電流は流れており、したがって、界面での酸化材濃度は、時刻ｔ０＋で電流が遮断された直後はこの濃度を保っていると考える(図７参照）。
この時の平衡電圧は［数３］で示され、長期放置後の平衡過電圧は、［数４］で表される。その差をとると次式となる。
【００５６】
【数６】
0006722808.tif 000007
【００５７】
このΔηｅｑ（ｔ）は、電極から遠い沖合での溶融和形態での電解質中のリチウムイオン、及び、電極の極近辺での、酸化／還元場でのリチウムイオンの拡散、あるいは、電界場での電気泳動によって電気等価回路的にコンデンサーと抵抗のタンク回路を形成することによって現れる電位であり（図４参照）、定常充電中に、ある時点で充電遮断し、その後の時々刻々の電圧の変化を計測することによって、電解質中のリチウムイオンの導電率、電気二重層としてのキャパシター成分が同定できることを以下に示す手順で解明した。
なお、電気二重層とは、電極と電解液の界面で正の電荷及び負の電荷が非常に短い間隔を隔てて対向し、配列する層のことである。
【００５８】
［Δηｅｑ（ｔ）の形成過程に関して]
長期静止状態から充電電流Ｉの立ち上げに際し、たとえば負極の還元反応は反応面に存在する酸化材濃度ｃ０（０，ｔ）でｔ＝０に相当し、長期静止状態であるからこの値はｃ０＊に等しい。負極反応によって、この濃度は消費され還元されてｃｒ＊に変わり格納される。
前記消費分を補充するためには沖合からの酸化材の補充流入を要し、初期のｃ０＊と補充中のｃ０（０，ｔ）の比の自然対数に物理定数を掛けたものがΔηｅｑ（ｔ）となる。
このΔηｅｑ（ｔ）は、勇み反応面に到達したイオンが先客イオンに反発されイオン対抗ゾーンが、所謂、電気二重層として形成され、同時に拡散によって安定したタンク回路となる。この形成過程は次式で表現される。
【００５９】
【数７】
0006722808.tif 000008
【００６０】
時間（τ＝ｔｃ）充電後、遮断したとすると遮断直後のタンク回路の電位差は次式となる。
【００６１】
【数８】
0006722808.tif 000009
【００６２】
遮断以降の電圧ν（ｔ）は、次式の一般式で与えられる。
【００６３】
【数９】
0006722808.tif 000010
【００６４】
この式は、未知数としてΔηｅｑ（０）、Ｔ、ηｅｑ＊，１があり、３つの、連立方程式からこの未知定数が固定される。
【００６５】
【数１０】
0006722808.tif 000011
【００６６】
ここで、ｔ２＝２ｔ１と置き、時間等間隔で３点電圧計測し、さらに、ｅ−ｔ１／Ｔ＝ｘと置くと、上記３式は次の代数方程式になる。
【００６７】
【数１１】
0006722808.tif 000012
この方程式の解は次のように求まる。
【００６８】
【数１２】
0006722808.tif 000013
【００６９】
この関係を使えば、遮断後の電圧ν（０）、ν（ｔ１）、ν（２ｔ１）を計測すれば、充電電流に応じタンク回路電圧Δηｅｑ（０）、該タンク回路が完全放電した時に相当する起電力ηｅｑ＊，１、それにタンク回路時定数Ｔが確定し、電解質の特性が定量化される。
【００７０】
図７に示すように、充電遮断した時点でΔηｅｑ（０）が存在し、その後、タンク回路中の荷電量は並列抵抗で時間とともに消失、時間経過後Δηｅｑ（∞）＝０となる。
【００７１】
［電極反応による電荷移動過程に関して］
次に、負極の電池反応を反応速度の律速とし過電圧と電流に関し考察する。
電流は、平衡電圧（Δηｅｑ＋η＊ｅｑ）を超えた過電圧δが加算されて、初めて流れる。［数１］でη＝δ＋Δηｅｑ＋η＊ｅｑ  の関係を導入して変形すると次式となる。
【数１３】
0006722808.tif 000014
ここで、［数１］、［数２］、［数３］、［数４］の関係式、及び、移動度αｃ＝１／２、荷電子数ｎ＝１と置いて演算した。
【００７２】
［数１３］は任意の平衡電圧からの変位δに関し成立する電流密度を与える関係式である。電流Ｉに関しては、この式に有効電極面積Ｓを乗じたもの、になるから電流−電位関係式は次式となる。
【００７３】
【数１４】
0006722808.tif 000015
ここで、［数１４］のＫｘは以下のように表せる。
【００７４】
【数１５】
0006722808.tif 000016
【００７５】
δは、仮想平衡（平衡電圧；η＊ｅｑ＋Δηｅｑ）を超えた過電圧値となる。ただし、電流値は、平衡電圧η＊ｅｑを超えたδ＋Δηｅｑによって決まる。
η＊ｅｑは、安定期の電極界面での酸化材と還元材の濃度比によって決まる電位で、Δηｅｑは動作反応時、動作電流に応じて必要となる反応界面での濃度の過剰分に相当し平衡電位に変化を与える(図３参照)。
【００７６】
電流Ｉの微小な過電圧δに対する依存性は動作点でのコンダクタンスとなり、その逆数は動作点での抵抗すなわち動的内部抵抗Ｄｉｒとなる。これを表記すると以下の式となる。
【数１６】
0006722808.tif 000017
【００７７】
また、ＫＸは、［数６］を使い、次のように変形される。
【００７８】
【数１７】
0006722808.tif 000018
【００７９】
［数１６］により導出される動的内部抵抗Ｄｉｒと［数１４］による電流Ｉの積は次式［数１８］に示すように電池に関わらず動作過電圧δだけに従属する関数となる。
【００８０】
【数１８】
0006722808.tif 000019
【００８１】
電圧−電流特性を確定する諸要素（δ，Δηｅｑ，Ｄｉｒ，Ｉ）が上記で確定できたので特性の概略図(図３参照）及び電池の等価回路(図４参照）が描ける。
【００８２】
［電池方程式（一般式）］
動作中には電解質中のイオンの流れにより、電極界面に上述した電気二重層が形成されて、図３、図４で示すΔηｅｑの平衡電位の加算が起きる。
図３は、充電時の電圧−電流の特性図である。
図３より、起動時の端子電圧Δｖは次式を満たす。
【００８３】
【数１９】
0006722808.tif 000020
【００８４】
ここで、電流式は次式となる。
【００８５】
【数２０】
0006722808.tif 000021
【００８６】
また、動作点でのＤｉｒは次式で求まる。
【００８７】
【数２１】
0006722808.tif 000022
【００８８】
従って、次式が導ける。
【００８９】
【数２２】
0006722808.tif 000023
【００９０】
これを、［数１９］に代入して、次式“電池方程式”が樹立される。
【００９１】
【数２３】
0006722808.tif 000024
【００９２】
過電圧δに関する図表示をすると図３となる。
【００９３】
［電池方程式（特殊解）］
静止状態からの立ち上がり時には電流式は次式となる。電極表面には、電界質中の電気二重層がまだ形成されていないから一般式でΔηｅｑ＝０と置いた式となる。
【００９４】
【数２４】
0006722808.tif 000025
【００９５】
図５は、静止状態からの立ち上がり充電時の電圧−電流の特性図である。
図５より、起動時の端子電圧Δｖは次式を満たす。
【００９６】
【数２５】
0006722808.tif 000026
【００９７】
静止状態からの動的内部抵抗Ｄｉｒは次式のように表せる。
【００９８】
【数２６】
0006722808.tif 000027
【００９９】
【数２７】
0006722808.tif 000028
【０１００】
ＤｉｒとＩの積は、次のように示すことができる。
【数２８】
0006722808.tif 000029
【０１０１】
以上、纏めると、次の３つの式になる。
【数２９】
0006722808.tif 000030
【０１０２】
［数２９］を使用して、過電圧δを変数として、過電圧δに関する数値計算を行いグラフに描くと図６となる。なお、図６のグラフは、電池の種類、大きさ等にかかわらず成立する。
ここで、図６における横軸は過電圧δである。図６における上段グラフの縦軸はΔｖであり、下段グラフの縦軸は後述するＩ／Ｋｏである。
【０１０３】
具体的には、図６のグラフは、電池の電圧（起電力）すなわち、その時点の平衡電圧（ηｅｑ＊）より高い電圧を電池に印加すると、電池は電池の種類にかかわらず、このΔｖ(＝ν−ηｅｑ＊)だけで動作点δを決定することを意味している。即ち、電池反応は、どんな電池でもその動作が同一の式によって表現され、電池の種類、性能の違いは、この動作点δによって、電流、および電池内部抵抗が決定されることを示唆するものである。
なお、図６のようなグラフデータ（マップデータ）は、後述するマイコン３ａに記憶される。
【０１０４】
［解の誘導例（図６の適用例）］
実際には、ＢＭＵ３の内部に装着しているマイコン３ａがすべて演算することになるが、マイコンがどのような演算過程を踏まえ演算結果を提示するのかを以下説明を加えておく。
二次電池の充電時において、
１）電流印加する。
２）Δｖを実測し、図６を用いてΔｖ１の曲線グラフとの交点を求める。この交点に対応するδ値が確定する。
３）δに関する電流関数はＳＯＣよって異なる係数を持ち図６に示すようにＳＯＣに対応した特性曲線となる。何故なら、係数式を変形して次のように表せる。
【０１０５】
【数３０】
0006722808.tif 000031
この式から以下の式が導かれる。
【０１０６】
【数３１】
0006722808.tif 000032
この式が図６の電流式である。
【０１０７】
従って、動作時のＳＯＣが既知であれば、その交点から電極の種類による（Ｉ／Ｋ００Ｓｃ）の交点を通る点（δ，Ｉ／ＫｏｏＳｃ）が決定し、この点はＳＯＣに対応した動作点となる。
［数３１］の式で、その右辺が確定すれば、左辺の計測電流Ｉを導入すれば、電池種固有の特性値Ｋｏｏ及び有効電極面積Ｓｃが確定する。
【０１０８】
図６に示す特性図で、過電圧δに対する電流値Ｉはチャージング状態（即ちＳＯＣ）によって大きく異なる。すなわち、ＳＯＣの小さいときには一定の電流値を得るには、大きなδ値が、また充電が進み、ＳＯＣ；５０％近辺で、過電圧δは最小となり、さらに、充電が進むと再びδは大きくなる。電池が“空”から“満”までの充電過程は図６に示す矢印に沿って動作点が変わる。ＳＯＣ；５０％を何らかの手法で固定でき、図６でＳＯＣ＝０．５曲線から電流I及びδが固定されると［数１２］は次式となる。
【０１０９】
【数３２】
0006722808.tif 000033
【０１１０】
この式から電池の現在の性能を示す電池性能指数となるＳＯＨが確定し、図６に示す線図から電池性能指数であるＳＯＨが確定される。
以上が上記「電池方程式」に基づいて二次電池の劣化度ＳＯＨ及び蓄電残量ＳＯＣを検出するための原理である。
【０１１１】
ここで、前記数式解析と定性的現象論との連関に関し、説明を加えておく。
［電池起電力と動的内部抵抗について］
図４には、充電の概念を示す電気等価回路を示す。
次に、図４に示す電池（本実施形態では二次電池１００の電池セル）の等価回路を用いて、電池起電力Ｖｅｍｆと動的内部抵抗Ｄｉｒについて説明する。
電池を等価回路で表すと単純な電気回路となる。すなわち、電気エネルギーであるチャージ量（蓄電容量）Ｑ（単位はクーロン）を持つ電池素子と、この電池に直結した純抵抗（コンダクタンス）の直列接続で表される。具体的には、以下に示すように、電池端子間（Ａ−Ｂ）の電圧をＶ、電池端子間（Ａ−Ｂ）に流れる電流をＩ、動的内部抵抗をＤｉｒ、電池起電力をＶｅｍｆとすると、図４に示すように、電池を等価回路で表すことができる。
Ｖ；電池端子間（Ａ−Ｂ）の電圧
Ｉ；電池端子間（Ａ−Ｂ）に流れる電流
Ｄｉｒ；動的内部抵抗（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）
Ｖｅｍｆ（＝ηｅｑ＊）；電池起電力（静止時の正極・負極間電位差）
【０１１２】
電池起電力Ｖｅｍｆとは電池が外部の回路と接続しておらず、電流が流れていない状態（静止時）での電池端子間（Ａ−Ｂ）の電圧を意味する。例えば二次電池の一例であるリチウムイオン電池の場合、前記電池起電力Ｖｅｍｆは、リチウムイオンＬｉ＋や電子ｅ−の流れではなく、陰極と陽極のイオンポテンシャル差となる。したがって、イオンポテンシャル差は陰極と陽極の間のリチウムイオンＬｉ＋のサイトの占有率の差によって表される。
【０１１３】
蓄電容量Ｑとは、例えばリチウムイオン電池の場合、リチウムイオンＬｉ＋が陰極に蓄えられる空間の大きさを意味する。すなわち、蓄電容量Ｑが大きいとは、陰極及び陽極の体積が大きい（サイト数が大きい）ことであり（［数３２］のＫ０値が大きい）、また、作用面が大きく（［数３２］のＳｃ値が大きい）、両極へのリチウムイオンＬｉ＋の浸透が早く、多いことを意味する。
蓄電容量Ｑは、電池の劣化に伴い減少する。当該電池の劣化とは、動的内部抵抗Ｄｉｒが増加して、リチウムイオンが電池電極に接触せず機能しないことを意味する。動的内部抵抗Ｄｉｒが増加する原因としては、リチウムイオンの電気泳動における抵抗の増加、反応速度の低下、拡散速度の低下、陽極及び陰極におけるリチウムイオンのサイト数の低下などが考えられる。前記動的内部抵抗Ｄｉｒは充電及び放電を重ねることにより増加し、その結果電池の劣化が進行する。
【０１１４】
［充放電時の診断方法：蓄電素子（電池セル）の劣化度ＳＯＨの算出］
本実施形態に係るＢＭＵ３は、蓄電素子（電池セル）の劣化度ＳＯＨの算出する診断機能を有しており、当該診断機能について以下において説明する。
【０１１５】
ＢＭＵ３（マイコン３ａ）は、電池セルの新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒと現在の動的内部抵抗Ｄｉｒとに基づき、電池セルの劣化度ＳＯＨを算出する劣化度算出部４９と、電池セルの充電もしくは放電を行いながら、電池セルの現在の動的内部抵抗Ｄｉｒを測定する動的内部抵抗測定部５０と、電池セルの新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを記憶する記憶部５１と、を備える。
【０１１６】
ＢＭＵ３による二時電池１００の各電池セルの診断は、電池セルの充電時の電圧変化測定、または放電時の電圧変化測定により行われる。
また、上述したように電池セルの劣化の進行は、電池セルの動的内部抵抗Ｄｉｒの変化率として表せるため、蓄電素子（電池セル）の劣化率ＳＯＨは、
（新品時の蓄電素子のＤｉｒ）／（現在の蓄電素子のＤｉｒ）×１００（％）
と表すことができる。
そのため、劣化度算出部４９において電池セルの劣化率ＳＯＨを算出する場合、ＢＭＵ３では、新品時の電池セルのＤｉｒを下記で説明する方法で算出して予め所定の動的内部抵抗記憶部５１に記憶しておき、その動的内部抵抗記憶部５１に記憶された新品時の電池セルのＤｉｒと、動的内部抵抗測定部５０において測定される、現在診断を実行中（充電もしくは放電中）の電池セルのＤｉｒとを比較することで電池セルの劣化状態を判断し、ＳＯＨや満充電容量を取得することができる。
なお、現在の電池セルのＤｉｒは、動的内部抵抗測定部５０により上述した原理に基づいて測定される。
【０１１７】
また、新品時の電池セルのＤｉｒをあらかじめ動的内部抵抗記憶部５１に記憶しておく必要があるが、Ｄｉｒは一定ではなくＳＯＣ（起電力Ｖｅｍｆ）の違いにより変化する。新品時の電池セルのＤｉｒの算出方法については後述する。
【０１１８】
新品時の電池セルのＤｉｒを算出するためには、この電池セルの現在のＳＯＣ（起電力Ｖｅｍｆ）を知る必要がある。
起電力Ｖｅｍｆは、電池セルの充放電を停止し、しばらく放置して電圧を測定すれば求められるが、ＢＭＳは充放電中にも診断を行う必要があるため、その測定方法を以下で説明する。
【０１１９】
（充放電中のＶｅｍｆの算出）
図８は、蓄電素子（電池セル）に流れる充放電電流と、充放電による端子電圧の変化を示したものである。この図８に示すグラフでは、Ｖｅｍｆが異なる４条件で測定を行った。
充放電電流がプラス側である充電中の傾きにややばらつきがあるが、Ｖｅｍｆの値によらず同一の傾きであると仮定し、下記近似直線の式により充放電中の端子電圧によりＶｅｍｆを求めることができる。
図８のグラフから、Ｖ０を端子電圧、Ｉを充放電電流（＋側：充電、−側：放電）とすると、下記が近似式として導かれる。
放電中：Ｖｅｍｆ＝Ｖ０−０．０８Ｉ（Ｉ＜０）
充電中：Ｖｅｍｆ＝Ｖ０−０．１５Ｉ（０＜Ｉ）
このように近似式を導出することで、電池セルの端子電圧と電流センサー６０によって電流（充放電電流）を測定することにより起電力Ｖｅｍｆを求めることができる。
なお、二次電池１００の各電池セルに対応して充電もしくは放電の際に流れる電流を測定するための電流センサー６０（図１１、図１２参照）が設けられている。
【０１２０】
[Ｄｉｒ初期特性：Ｖｅｍｆから新品時の蓄電素子のＤｉｒの算出]
上記にて算出された充放電中の電圧（起電力Ｖｅｍｆ）と、当該電圧に対する測定されたＤｉｒをプロットしたグラフを図９に示す。
初期Ｄｉｒ（新品時の電池セルのＤｉｒ）は、プロットした値を近似する所定の近似式（図９に示すグラフでは、例えば、図中で示す近似式）に起電力Ｖｅｍｆを式中のＶに代入することで求めることができる。図９では、電池セルのＤｉｒは、実際には一定の値を取らず、充電が進んでいくと下がっていくことがわかる。
このようにして、本実施形態のＢＭＵ３では、Ｄｉｒ初期特性を正確に導き出せるため、従来よりもＳＯＨの精度がより向上する。
【０１２１】
[新品時の蓄電素子のＤｉｒにおける温度補正]
本実施形態に係るＢＭＵ３は、Ｄｉｒを電池セルの温度に対応して補正する機能を有しており、当該機能について以下において説明する。
【０１２２】
ＢＭＵ３（マイコン３ａ）は、温度計測手段である温度センサー７０により電池セルの温度を取得し、あらかじめ記憶している電池セルの温度と当該電池セルの新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒとの関係から当該電池セルの温度に対応した新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを取得する温度補正値取得部５２を備える。換言すれば、温度補正値取得部５２は、Ｄｉｒを温度補正する温度補正手段である。
【０１２３】
図１０に示すグラフは、あらかじめ温度変化によるＤｉｒ変動（温度依存性）を実測した測定結果であり、このグラフが示すように、環境温度が変化するとＤｉｒも変化する。また、このグラフの関係式（近似式）を用いることで、電池セルの温度が変化した時の新品時の電池セルのＤｉｒを求めることができる。このように温度補正された新品時の電池セルのＤｉｒを用いて、ＢＭＵ３は電池セルの劣化度ＳＯＨを算出する。このようにして、本実施形態のＢＭＵ３では、幅広い温度環境に対応して、Ｄｉｒ初期特性を正確に導き出せるため、従来よりも電池セルの劣化度ＳＯＨを精度よく取得することができる。
なお、二次電池１００の各電池セルに対応して電池の表面温度を測定するための温度計測手段である温度センサー７０（図１１、図１２参照）が設けられている。
【０１２４】
また、蓄電残量ＳＯＣについては、上述した計測原理等により電池起電力Ｖｅｍｆを正確に取得することができれば、該取得された電池起電力を二次電池１０の充電率が１００％となる電圧と定義すればよい。
【０１２５】
また、本発明のＢＭＳに搭載される診断機能を有する制御回路に関しては、例えば、以下のものが挙げられる。
【０１２６】
［（１）放電による診断回路］
図１１は、放電による診断が可能な回路３００を示した回路図である。
図１１に示すように、回路３００は、直列に接続された複数の蓄電素子である電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮと、前記各電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮの（＋）、（−）端子にそれぞれ接続されたスイッチング素子であるＳＷ１、ＳＷ２、・・、ＳＷＮと、電流センサー６０と、各電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮ毎の温度を測定可能な温度センサー７０と、負荷２００と、二次電池１００の両端部となる（＋）、（−）端子に接続される充電器２１０と、を主に有している。また、回路３００は、電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮ毎の端子電圧を測定するための電圧計を備えている。
なお、回路３００は、上述したようにマイコン３ａにより動作制御される。
このように回路を構成したことにより、電池の診断として、上述したように放電しながら幅広い温度環境に対応して各電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮにおけるＳＯＨを精度良く算出することができる。
【０１２７】
［（２）充電による診断回路］
図１２は、充電による診断が可能な回路４００を示した回路図である。
図１２に示すように、回路４００は、直列に接続された複数の蓄電素子である電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮと、前記各電池セルの（＋）、（−）端子にそれぞれ接続されたスイッチング素子であるＳＷ１、ＳＷ２、・・、ＳＷＮと、電流センサー６０と、各電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮ毎の温度を測定可能な温度センサー７０と、負荷２００と、二次電池１００の両端部となる（＋）、（−）端子に接続される充電器２１０と、を主に有している。また、回路４００は、各電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮ毎に充電するための充電器と、電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮ毎の端子電圧を測定するための電圧計とを備えている。
なお、回路４００は、上述したようにマイコン３ａにより動作制御される。
このように回路を構成したことにより、電池の診断として、上述したように充電しながら幅広い温度環境に対応して各電池セルＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮにおけるＳＯＨを精度良く算出することができる。
【０１２８】
なお、本実施形態のＢＭＵ３は、診断機能を有することを特徴としているが、例えば、すでにＢＭＳが組み込まれた蓄電素子ユニットに、本実施形態のＢＭＵ３を外付けすることにより、この蓄電素子ユニットが有する蓄電素子の診断をすることも可能である。つまり、本実施形態のＢＭＵ３を、他の蓄電素子が組み込まれた装置に取り付けて、他の蓄電素子の劣化度ＳＯＨを測定することが可能である。これにより、ＢＭＵ３にあらかじめ接続される蓄電素子だけでなく、他の装置に接続された蓄電素子の診断も可能となるため、ＢＭＵ３の汎用性が向上する。
【０１２９】
［手法１］
以上のように、本実施形態のＢＭＵ３によれば、制御部の一例であるマイコン３ａは、二次電池１００の充電開始時の立ち上がり電圧および電流の計測値をもとに［数２５］に記載の電池方程式及び［数２８］に記載の式を使って、二次電池１００の動作時の過電圧δと、Ｄｉｒを演算により求めることができる。さらに、このＤｉｒと、新品の二次電池のＤｉｒとの対比によって前記劣化度ＳＯＨを検出することができる。これにより、二次電池１００のＳＯＨが精度良くかつ瞬時に検出することができる。したがって、二次電池１００の電池状態（例えば充電状態）の認識がいつでも可能となる。
【０１３０】
［手法２］
また、本実施形態のＢＭＵ３によれば、マイコン３ａは、二次電池１００の充電を遮断した時の立下がり電圧の計測値と［数９］〜［数１１］とから求められるΔηｅｑ及びηｅｑ＊と「電池方程式」を用いて静止時の正確な起電力の変化を求め、その起電力があらかじめ計測された対比テーブルとの照合により蓄電残量ＳＯＣを確定する。これにより、二次電池１００が長期間使用により容量低下となっても、その時点の蓄電残量が比率としても、絶対値としても取得され、ユーザのエネルギー枯渇による不安感が払拭される。
【０１３１】
上述した手法１では、ＢＭＵ３が二次電池１００の「充電開始時の立ち上がり電圧および電流の計測値」をもとに［数２５］に記載の電池方程式及び［数２８］に記載の式を使って、二次電池１００の動作時の過電圧δと、Ｄｉｒを演算により求めている。ここで、上記「充電開始時の立ち上がり電圧および電流の計測値」は、マイコン３ａが各種計測手段を介して取得する二次電池の「充電または放電に関する所定の条件」の一例である。
【０１３２】
上記「充電または放電に関する所定の条件」としては、例えば、以下のものが挙げられる。
（１）放電開始時の立下り電圧の時間経過
（２）充電開始時の立ち上がり電圧の時間経過
（３）放電遮断時の立ち上がり電圧の計測値
（４）充電遮断時の立下り電圧の計測値
（５）充電電流を増加させた時または放電電流を減少させた時の立ち上がり電圧の計測値
（６）充電電流を減少させた時または放電電流を増加させた時の立下り電圧の時間経過
（７）充電から放電へ移行させた時の立下り電圧の時間経過
（８）放電から充電へ移行させた時の立ち上がり電圧の計測値
ＢＭＵ３は、これらの各条件に基づいて、［数２５］に記載の電池方程式及び［数２８］に記載の式を使って、二次電池１００の動作時の過電圧δと、Ｄｉｒを演算により求めることができる。よって、本発明と同様の効果を奏する。
【０１３３】
本実施形態では、二次電池を用いた場合の充放電について説明したが、本発明は二次電池に限定するものではなく、蓄電素子に広く適用することができる。
ここで、蓄電素子とは、蓄電機能を有する素子全般を指し、例えば、一対の電極と、電解質を少なくとも有し、蓄電することができる機能を有する素子のことである。なお、蓄電素子を蓄電装置としてもよい。
【０１３４】
蓄電素子としては、例えばリチウムイオン二次電池、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池等の二次電池、レドックス・フロー電池、亜鉛・塩素電池、亜鉛臭素電池等の液循環型の二次電池、アルミニウム・空気電池、空気亜鉛電池、ナトリウム・硫黄電池、リチウム・硫化鉄電池等の高温動作型の二次電池などを用いることができる。なお、これらに限定されず、例えばリチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどを用いて蓄電素子を構成してもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
３    ＢＭＵ
３ａ  マイコン（制御部）
４９  劣化度算出部
５０  動的内部抵抗測定部
５１  動的内部抵抗記憶部（記憶部）
５２  温度補正値取得部（取得部）
１００  二次電池（蓄電素子）
６０  電流センサー（電流計測手段）
７０  温度センサー（温度計測手段）
【要約】
【課題】幅広い温度環境に対応して、蓄電素子の劣化度ＳＯＨを精度よく取得可能な蓄電素子管理ユニットを提供する。
【解決手段】前記蓄電素子の劣化度ＳＯＨを測定する蓄電素子管理ユニットである電池管理ユニット３であって、前記蓄電素子の充電時もしくは放電時の電流を計測する電流センサー６０と、所定の演算を実行する演算手段を有するマイコン３ａと、を備え、マイコン３ａは、前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒと現在の動的内部抵抗Ｄｉｒとに基づき、前記蓄電素子の劣化度ＳＯＨを算出する劣化度算出部４９と、前記蓄電素子の充電もしくは放電を行いながら、前記蓄電素子の現在の動的内部抵抗Ｄｉｒを測定する動的内部抵抗測定部５０と、前記蓄電素子の新品時の動的内部抵抗Ｄｉｒを記憶する記憶部５１と、を備える。
【選択図】図２【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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