(57)【要約】【課題】本発明は前記したようなハイブリッド車両のようにエンジン等の他の動力源を用いて発電した電力や、太陽光発電のように他の発電源からの電力と連係動作するために、充電状態（ＳＯＣ）が所定範囲内で制御される二次電池を備えた電源システムに好適な精度の良い二次電池の劣化判定方法を提供すること。【解決手段】二次電池の充電状態（ＳＯＣ）を第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内で制御する電源システムに用いる二次電池の劣化判定方法であって、前記ＳＯＣが前記第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内に設定される第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）内である回数（Ｎ２）を計測し、予め設定された回数（Ｎ２）と前記二次電池の劣化状態とを関係を示す判定テーブルに基づき二次電池の劣化判定を行う。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電状態（ＳＯＣ）を第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内で制御する電源システムに用いる二次電池の劣化判定方法であって、前記ＳＯＣが前記第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内に設定される第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）内である回数（Ｎ２）を計測し、予め設定された回数（Ｎ２）と前記二次電池の劣化状態とを関係を示す判定テーブルから前記二次電池の劣化判定を行うことを特徴とする二次電池の劣化判定方法。
【請求項２】
前記二次電池のＳＯＣが前記第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）内である時間（ｔ２）を計測し、予め設定された前記時間（ｔ２）と前記回数（Ｎ２）と前記二次電池の劣化状態との関係を示す判定テーブルから前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の劣化判定方法。
【請求項３】
前記第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内に設定され、かつ前記第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）外に第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）を設定し、前記第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）内である回数（Ｎ３）を計測し、予め設定された前記回数（Ｎ２）および前記回数（Ｎ３）と前記二次電池の劣化状態との関係を示す判定テーブルから前記二次電池の劣化判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の劣化判定方法。
【請求項４】
前記二次電池のＳＯＣが前記第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）内である時間（ｔ３）を計測し、予め設定された前記時間（ｔ２）、前記時間（ｔ３）、前記回数（Ｎ２）および前記回数（Ｎ３）と前記二次電池の劣化状態との関係を示す判定テーブルから前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする請求項３に記載の二次電池の劣化判定方法。
【請求項５】
前記第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）を前記第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）の下限近傍に設定することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の二次電池の劣化判定方法。
【請求項６】
前記第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）を前記第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）の下限近傍に設定し、前記第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）を前記第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）の上限近傍に設定することを特徴とする請求項３もしくは４に記載の二次電池の劣化判定方法。
【請求項７】
前記二次電池の電池電圧（Ｗ）を計測し、前記電池電圧（Ｗ）−前記ＳＯＣとの関係から前記ＳＯＣを検知することを特徴とする請求項１、２、３、４、５もしくは６に記載の二次電池の劣化判定方法。
【請求項８】
前記電源システムはエンジンを備えて車両に搭載され、前記二次電池から前記エンジン始動用電力を供給し、前記エンジンの動力の一部を電力に変換し、前記二次電池を充電し、前記エンジンの動力の他の一部を前記車両走行に用い、前記エンジンの始動回数（ＥＳ）あるいは、前記車両が所定時間以上停止状態の場合に、前記エンジンの運転を停止するアイドルストップ機能を備え、前記アイドルストップ後の前記エンジンの再始動回数（ＲＥＳ）を計測し、前記始動回数（ＥＳ）もしくは前記再始動回数（ＲＥＳ）の少なくとも一方をパラメータに加えた前記判定テーブルにより前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６もしくは７に記載の二次電池の劣化判定方法。
【請求項９】
前記エンジンの始動時もしくは再始動の鉛蓄電池の電圧変化をエンジン始動電流で徐することによって得られる二次電池の内部抵抗（Ｒ）を計測し、前記内部抵抗（Ｒ）をパラメータに加えた前記判定テーブルにより前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする請求項８に記載の二次電池の劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッド車両のようにエンジン等の他の動力源を用いて発電した電力や、太陽光発電のように他の発電源からの電力と連係動作するために、充電状態（ＳＯＣ）が所定範囲内で制御される二次電池を備えた電源システムにおける二次電池の劣化判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハイブリッド車両のようにエンジン等の他の動力源を用いて発電した電力や、太陽光発電のように他の発電源からの電力と連係動作するために、充電状態（ＳＯＣ）が所定範囲内で制御される二次電池を備えた電源システムが広く採用されつつある。
【０００３】
その中でも車両を例に挙げた場合、従来の車両に搭載される鉛蓄電池はエンジンの始動、ライトの点灯、エアコンの駆動等に使用されており、車両の走行時には電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）は１００％（満充電状態）となるように規定された電圧によって、定電圧充電されていた。
【０００４】
一方、近年、車両の燃費向上を目的に、ハイブリッド車両では減速時のエネルギーを電気エネルギーに変換して電池に蓄える回生充電システムが提案されている。このような回生充電を効率よく行なうためには、電池のＳＯＣを１００％未満の部分充電状態（ＰＳＯＣ：Ｐａｒｔｉａｌ　Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｃｈａｒｇｅ）に制御し、電池の充電が行なわれやすくする必要がある。しかしながら、電池として広く使用されている鉛蓄電池の場合、ＳＯＣが５０％を下回ると、性能劣化が急激に進行することも知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
ＳＯＣが低下することによる鉛蓄電池の劣化は、電解液中の硫酸濃度に関連していると考えられる。ＳＯＣが５０％を下回った状態では、電解液中の硫酸濃度は通常、１６％以下に低下している。このような状態で充放電を行なうと、正極格子を形成する鉛合金の腐食速度が急激に増大し、前記したような鉛蓄電池の劣化が進行すると推測される。
【０００６】
このような電池の性能劣化はＳＯＣをＰＳＯＣで制御する電源システムの信頼性を低下させてしまう。したがって、このような電源システムにおける電池の性能劣化の程度を精度良く判定することは電源システムの信頼性を向上させる上で極めて重要なこととなる。このような電池の劣化判定を電池の充電電圧や開路電圧を用いて行うことが知られている。このような電池の劣化判定はＳＯＣ別の電池電圧を基準にして行うが、蓄電池、特に鉛蓄電池は、劣化が進行するにつれて、電池電圧が上昇してもＳＯＣは上昇しにくくなるという現象があり、電池電圧とＳＯＣの関係があらかじめ設定された関係からずれた状態になるという現象が発生する。そのため、蓄電池の劣化判定を精度よく行うことは困難であった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３５３５５０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したようなハイブリッド車両のようにエンジン等の他の動力源を用いて発電した電力や、太陽光発電のように他の発電源からの電力と連係動作するために、充電状態（ＳＯＣ）が所定範囲内で制御される二次電池を備えた電源システムの信頼性を高めることを目的として、精度の良い二次電池の劣化判定方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために本発明の請求項１に係る発明は、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）を第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内で制御する電源システムに用いる二次電池の劣化判定方法であって、ＳＯＣが第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内に設定される第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）内である回数（Ｎ２）を計測し、予め設定された回数（Ｎ２）と二次電池の劣化状態とを関係を示す判定テーブルから二次電池の劣化判定を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の二次電池の劣化判定方法において、二次電池のＳＯＣが第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）内である時間（ｔ２）を計測し、予め設定された時間（ｔ２）と回数（Ｎ２）と二次電池の劣化状態との関係を示す判定テーブルから二次電池の劣化状態を判定することを特徴とするものである。
【００１１】
次に、本発明の請求項３に係る発明は請求項１の二次電池の劣化判定方法において、第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内に設定され、かつ第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）外に第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）を設定し、第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）内である回数（Ｎ３）を計測し、予め設定された回数（Ｎ２）および回数（Ｎ３）と二次電池の劣化状態との関係を示す判定テーブルから二次電池の劣化判定を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る発明は、請求項３の二次電池の劣化判定方法において、二次電池のＳＯＣが第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）内である時間（ｔ３）を計測し、予め設定された時間（ｔ２）、時間（ｔ３）、回数（Ｎ２）および回数（Ｎ３）と二次電池の劣化状態との関係を示す判定テーブルから二次電池の劣化状態を判定することを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１もしくは２の二次電池の劣化判定方法において、第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）を第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）の下限近傍に設定することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項６に係る発明は、請求項３もしくは４の二次電池の劣化判定方法において、第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）を第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）の下限近傍に設定し、第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）を第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）の上限近傍に設定することを特徴とするものである。
【００１５】
次に、本発明の請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかの二次電池の劣化判定方法において、二次電池の電池電圧（Ｗ）を計測し、電池電圧（Ｗ）−ＳＯＣとの関係からＳＯＣを検知することを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明の請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれかの二次電池の劣化判定方法において、電源システムはエンジンを備えて車両に搭載され、二次電池からエンジン始動用電力を供給し、エンジンの動力の一部を電力に変換し、二次電池を充電し、エンジンの動力の他の一部を車両走行に用い、エンジンの始動回数（ＥＳ）あるいは、車両が所定時間以上停止状態の場合に、エンジンの運転を停止するアイドルストップ機能を備え、アイドルストップ後のエンジンの再始動回数（ＲＥＳ）を計測し、始動回数（ＥＳ）もしくは再始動回数（ＲＥＳ）の少なくとも一方をパラメータに加えた判定テーブルにより二次電池の劣化状態を判定することを特徴とするものである。
【００１７】
そして、本発明の請求項９に係る発明は、請求項８の二次電池の劣化判定方法において、エンジンの始動時もしくは再始動の鉛蓄電池の電圧変化をエンジン始動電流で徐することによって得られる二次電池の内部抵抗（Ｒ）を計測し、内部抵抗（Ｒ）をパラメータに加えた判定テーブルにより二次電池の劣化状態を判定することを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
≪第１の発明の実施形態≫
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の二次電池の劣化判定方法を適用する電源システムにおいて、二次電池のＳＯＣの時間変化を示す図である。この電源システムはハイブリッド車両のようにエンジン等の他の動力源を用いて発電した電力や、太陽光発電装置、燃料電池のような他の独立発電源からの電力と連係動作するために、ＳＯＣは中間状態、例えば１００〜５０％で制御されている。このような制御はＳＯＣが上限値に到達した時点で、充電を停止し、ＳＯＣが下限値に到達する以前に二次電池の放電を停止し、強制的に充電を行うことによって行われる。
【００２０】
本発明においては第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内に第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）を設定し、ＳＯＣがこの第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）内となった回数（Ｎ２）を計測し、この回数（Ｎ２）から電池の劣化状態を判定する。判定においては回数（Ｎ２）と電池の劣化状態との相関関係を予め記憶したテーブルを参照することによって行うことができる。
【００２１】
また好ましくは、ＳＯＣが第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）内にあった時間（ｔ２）を計測し、回数（Ｎ２）および時間（ｔ２）から電池の劣化状態を判定する。判定は前記と同様、判定においては回数（Ｎ２）および時間（ｔ２）と電池の劣化状態との相関関係を予め記憶したテーブルを参照することによって行うことができる。
【００２２】
また好ましくは、第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）とは重複しない第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）を第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）内に設定し、電池のＳＯＣが第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）内となった回数（Ｎ３）を計測し、前記した回数（Ｎ２）と回数（Ｎ３）と予め設定された回数（Ｎ２）と回数（Ｎ３）と電池の劣化状態を関連づけたテーブルとを対照して電池の劣化状態を判定することができる。この場合にはさらに、テーブルのパラメータとして時間（ｔ２）に加え、ＳＯＣが第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）内にある時間（ｔ３）を計測し、予め設定された回数（Ｎ２）、回数（Ｎ３）、時間（ｔ２）および時間（ｔ３）と電池の劣化状態との関係を示すテーブルから電池の劣化状態を判定する。
【００２３】
ここで図１に示したように、第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）は第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）の下限値もしくは下限値近傍に、第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）は第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）の上限値もしくは上限値近傍に設定する。
【００２４】
上記のような本発明の劣化判定方法では電池の性能が制御されるＳＯＣ範囲の下限値および上限値で電池の劣化が進行しやすくなることに着目したものである。すなわち、下限値近傍に設定された第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）では活物質内の放電生成物の蓄積や格子体腐食、上限値に設定された第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）内で進行する正極格子体の酸化といった劣化を受けるが、電池のＳＯＣがこのような劣化現象が起こりやすいＳＯＣ領域内にある頻度や時間を計測することにより、劣化状態をより精度よく、比較的簡便に判定することが可能となる。
【００２５】
ここで電池のＳＯＣは様々な方法で計測されるが、広く用いられているのはＳＯＣを電池電圧と関連づけて検知する方法である。あらかじめ、ＳＯＣと電池電圧との関係を把握しておき、電池電圧を計測することによってＳＯＣを検知する。また、電池電圧によってＳＯＣが一義的に推定可能であるので、ＳＯＣ測定に替えて電池電圧測定を行うことができる。
【００２６】
この場合には図２に示したように第１のＳＯＣ範囲（Ｃ１）、第２のＳＯＣ範囲（Ｃ２）および第３のＳＯＣ範囲（Ｃ３）に相当する第１の電池電圧範囲（Ｗ１）、第２の電池電圧範囲（Ｗ２）および第３の電池電圧範囲（Ｗ３）を設定し、第２の電池電圧範囲（Ｗ２）にある回数（Ｎ２）と時間（ｔ２）および第３の電池電圧範囲（Ｗ３）にある回数（Ｎ３）と時間（ｔ３）を計測し、前述したようなこれらパラメータと電池劣化状態との関連を示すテーブルを予め設定しておき、これらパラメータとこのテーブルとを比較対照することによって、電池の劣化状態を比較的簡便に精度よく判定することができる。
【００２７】
また、これらのテーブルに予め周囲温度のパラメータを追加すればより精度の高い判定を行うことができる。
【００２８】
≪第２の実施の形態≫
本発明の実施形態をアイドルストップ機能を有した車両用電源システムに用いた例を第２の実施の形態として図３を用いて説明する。
【００２９】
本発明の二次電池の劣化判定方法を適用する電源システムはエンジンを備えて車両に搭載され、併設する鉛蓄電池からエンジン始動用電力を供給するとともに、エンジン始動後はエンジンの動力の一部を電力に変換し、二次電池を充電する構成を有している。ここでエンジン運転中に車両が停止した場合であって、例えば車両停止時間が所定時間以上となった場合に、エンジンの運転を停止するいわゆるアイドルストップ機能を備えている。なお、ここではＳＯＣに替えて電池電圧をパラメータとしたシステムについての例を述べる。
【００３０】
このような車両用電源システムにおいて、エンジン始動を行った後（〜Ｓ２）、車両走行が行われる。このとき、電池として１２Ｖ鉛蓄電池を用いた場合、例えば充電電圧Ｖｃは温度Ｔ℃において、Ｖｃ＝（１５．８−ｋ×Ｔ）Ｖの充電電圧で充電することができる。ここで、ｋは鉛蓄電池に定めた充電制御電圧の温度係数である。走行時間が長く、電池のＳＯＣが上昇することにより電池の充電電圧はＶｃに到達する。一方、信号などで車両が減速する際（Ｓ３）には、回生ブレーキの働きにより、電池を充電することができ、電池のＳＯＣは上昇する。
【００３１】
信号などで車両が停車時が停止した場合、エンジンはアイドリング状態となるが、停止条件がある所定条件を満たした場合に、エンジン運転が停止される（アイドリングストップ、Ｓ４）。この時に電池からエアコン等の駆動を行なうと電池は放電され、ＳＯＣは低下する。さらにエンジンの再始動時（Ｓ５）には通常２００Ａ程度の電流にて始動を行なうため、電池は放電されることになる。この結果、ＳＯＣはさらに低下することになる。そしてＳＯＣが設定下限値に対応する電圧値まで電池電圧が低下した場合や運転者のアクセルペダル操作等によりエンジンの再始動動作が行われ、同時にエンジン再始動回数（ＲＥＳ）を計測する（Ｓ５）。このエンジン再始動時に電池電圧変化（ΔＷ）と始動電流Ｉが計測され、これらの値から電池の直流抵抗Ｒ（＝ΔＥ／Ｉ）が計測される（Ｓ６）。その後、電池電圧Ｗを計測し、電池電圧Ｗが図２に示す第２の電池電圧範囲（Ｗ２）、第３の電池電圧範囲（Ｗ３）もしくはそれ以外の第１の電池電圧範囲（Ｗ１）のどの領域にあるのかを判定する（Ｓ７）。
【００３２】
このＳ７の後、Ｓ８およびＳ９で電池電圧Ｗが第２の電池電圧範囲（Ｗ２）となった回数（Ｎ２）とその累積時間（ｔ２）および電池電圧Ｗが第３の電池電圧範囲（Ｗ３）となった回数（Ｎ３）とその累積時間（ｔ３）を計測する。これらの計測されたパラメータは予め設定された回数（Ｎ２）、時間（ｔ２）、回数（Ｎ３）、時間（ｔ３）、再始動回数（ＲＥＳ）および内部抵抗（Ｒ）と劣化状態との関係を格納したテーブルと比較対照し（Ｓ１０）、その結果にもとづき電池劣化表示を行う（Ｓ１１）。
【００３３】
このような本発明の二次電池の劣化判定方法によれば、第１の実施形態に加えて、電池劣化の主要因の一つであるエンジン再始動の影響を含めた劣化判定が行われるため、特にアイドルストップ機能を有した車両用電源システムの二次電池劣化判定に有効である。
【００３４】
なお、鉛蓄電池の充電電圧は周囲温度変化により、通常みられるように充電制御電圧に温度係数を用いた補正を行なうことが望ましく、本発明にかかる鉛蓄電池の公称電圧は１２Ｖに限ることなく、任意の公称電圧の電池を用いることができる。また、本発明は二次電池として鉛蓄電池の場合が最もその効果を顕著に得ることができるが、他の二次電池、特に電池電圧とＳＯＣとの相関関係が強いリチウム二次電池にも適用することができる。
【００３５】
また本実施形態にはエンジン再始動回数（ＲＥＳ）の計測（Ｓ５）および直流抵抗（Ｒ）の計測（Ｓ６）も含まれているが、これらの項目は劣化判定精度が保たれる限り省略することも可能である。さらに寿命判定のパラメータとして従来知られているような電池の使用開始時からの経過時間（ｔｓ）および電池雰囲気温度（Ｔａ）を含むことも何ら差し支えなく、寿命判定精度を高めるためには合理的であることは言うまでもない。
【００３６】
また、本発明の実施形態において、車両用電源システムを例示したが、燃料電池、風力発電および太陽光発電といった独立型電源と二次電池とを連係動作させる、すなわち、二次電池のＳＯＣを中間状態で制御する電源システムに適用できることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明してきたように本発明の構成によれば、本発明は前記したようなハイブリッド車両のようにエンジン等の他の動力源を用いて発電した電力や、太陽光発電のように他の発電源からの電力と連係動作するために、充電状態（ＳＯＣ）が所定範囲内で制御される二次電池を備えた電源システムにおいて、二次電池の劣化判定を比較的簡便に精度良く実施でき、電源システムの信頼性を高めることが可能となることから、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する電源システムにおいて、二次電池のＳＯＣの時間変化を示す図
【図２】本発明を適用する電源システムにおいて、二次電池の電池電圧の時間変化を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態における二次電池の寿命判定のフローを示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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