(57)【要約】【課題】精度よく二次電池の劣化の度合を判定する。【解決手段】ＥＣＵは、イグニッションキーがオフされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、予め定められた待機時間が経過するまでカウントアップするステップ（Ｓ１０２）と、放電処理を実行するステップ（Ｓ１０６）と、電圧の変化が落ち着くまで判定時間をカウントアップするステップ（Ｓ１０８）と、判定時間を記憶するステップ（Ｓ１１２）と、劣化度を推定するステップ（Ｓ１１４）とを含む、プログラムを実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の劣化の度合を判定する劣化判定装置であって、
前記二次電池の電圧を検知するための検知手段と、
予め定められた時間が経過するまで前記二次電池を放電するための放電手段と、
前記二次電池の放電後、前記検知された電圧の変化が収束するまでの判定時間に基づいて前記劣化の度合を判定するための劣化判定手段とを含む、二次電池の劣化判定装置。
【請求項２】
前記劣化判定手段は、前記判定時間が長いほど前記二次電池の劣化の度合が大きいことを判定するための手段を含む、請求項１に記載の二次電池の劣化判定装置。
【請求項３】
前記劣化判定手段は、前記二次電池の放電後、前記検知された電圧の変化量が予め定められた変化量以下になると、前記電圧の変化が収束したことを判定するための収束判定手段を含む、請求項１または２に記載の二次電池の劣化判定装置。
【請求項４】
前記劣化判定装置は車両に搭載される、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の二次電池の劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の劣化の度合を判定する劣化判定装置に関し、特に、精度高く劣化の度合を判定する劣化判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、その使用過程において入出力可能電力や満充電容量（完全充電後の電池容量）に代表される電池性能の劣化が進行するので、その性能は時系列的に変化する。特に、電池性能を越えた電力の入出力を行なうと、劣化が急激に促進され、著しい場合には故障に至る可能性がある。このような問題に対して、現時点での劣化の度合を定量的に把握して、二次電池の性能の限界量を検知する技術が公知である。
【０００３】
特開平５−２８１３０９号公報（特許文献１）は、シール鉛蓄電池の劣化の判定を、安全に極めて短時間で正確に行なう劣化判定器を開示する。この劣化判定器は、試験対象の鉛蓄電池に一定電流を短時間放電するためのスイッチ部および負荷回路部と、鉛蓄電池の電池電圧を検出するための電圧検出部もしくは電圧検出部および鉛蓄電池に流れる電流を検出するための電流検出部と、放電を開始してから１ｍｓｅｃ以下の時間経過後の検出した電池電圧と放電開始前の検出した電池電圧との差分の電圧あるいは差分の電圧と検出した鉛蓄電池に流れる電流から内部抵抗を計算してあらかじめ求めておいた差分の電圧と電池容量との回帰式あるいは内部抵抗と電池容量との回帰式に差分の電圧あるいは内部抵抗を代入して現在の電池容量を推定する記憶演算部と、差分の電圧あるいは内部抵抗あるいは推定した電池容量を表示するための表示部と、少なくともスイッチ部、電圧検出部、記憶演算部を順序立てて操作する操作部と、を具備する。
【０００４】
上述した公報に開示された劣化判定器によると、極めて短時間に試験が終了するために保守者の負担が極めて少なくなるとともに、試験時間が１ｍｓｅｃ以下であるので、万一、劣化判定器と電池の接続が保守者のミスによって外れても、そのときには放電が終了しており、火花が発生する恐れもなく極めて安全性が高く、しかも従来より極めて精度の高い劣化判定が実現できる。
【特許文献１】特開平５−２８１３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した公報に開示された劣化判定器のように、二次電池の電圧分極特性に基づいて劣化判定を行なう場合においては、計測器の精度に依存するため適切な劣化判定を行なえない可能性がある。二次電池の電圧分極特性は、電流および温度に依存しており、充放電履歴の影響を受ける。そのため、正確な電圧分極特性を取得するためには電圧だけでなく、電流および温度の絶対値を精度よく取得する必要がある。電圧、電流および温度を検知する各計測器の精度を向上させるようとすると、コストが上昇するという問題がある。
【０００６】
上述した公報に開示された劣化判定器においては、二次電池の電圧分極特性の取得の際の計測精度については何ら考慮されていないため、上述した問題を解決することはできない。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コストの上昇を抑制しつつ、精度よく二次電池の劣化の度合を判定する二次電池の劣化判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る二次電池の劣化判定装置は、二次電池の劣化の度合を判定する。この劣化判定装置は、二次電池の電圧を検知するための検知手段と、予め定められた時間が経過するまで二次電池を放電するための放電手段と、二次電池の放電後、検知された電圧の変化が収束するまでの判定時間に基づいて劣化の度合を判定するための劣化判定手段とを含む。
【０００９】
第１の発明によると、劣化判定手段は、二次電池の放電後、検知された電圧の変化が収束するまでの判定時間に基づいて劣化の度合を判定する。二次電池の放電時において電圧は降下し、放電の終了後において電圧は放電前の電圧に近づくように上昇する。放電の終了後において電圧の変化が予め定められた変化量以下になって収束するまでの時間は、劣化の度合に依存した時間となる。収束するまでの時間が長いほど、劣化の度合が大きい。そのため、収束するまでの判定時間を計測することにより、劣化の度合を判定することができる。このようにすると、収束する電圧周辺の変化に対する分解能を向上させれば足り、二次電池の電圧、電流および温度の絶対値を精度よく計測する必要がない。したがって、コストの上昇を抑制しつつ、精度よく二次電池の劣化の度合を判定する二次電池の劣化判定装置を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る二次電池の劣化判定装置においては、第１の発明の構成に加えて、劣化判定手段は、判定時間が長いほど二次電池の劣化の度合が大きいことを判定するための手段を含む。
【００１１】
第２の発明によると、劣化判定手段は、判定時間が長いほど二次電池の劣化の度合が大きいことを判定する。二次電池は劣化するほど電圧の下降幅が大きく、放電が終了してから電圧が収束するまでの時間が長い傾向にある。したがって、判定時間が長いほど二次電池の劣化の度合が大きいことを判定することができる。
【００１２】
第３の発明に係る二次電池の劣化判定装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、劣化判定手段は、二次電池の放電後、検知された電圧の変化量が予め定められた変化量以下になると、電圧の変化が収束したことを判定するための収束判定手段を含む。
【００１３】
第３の発明によると、劣化判定手段は、二次電池の放電後、検知された電圧の変化量が予め定められた変化量以下になると、電圧の変化が収束したことを判定する。これにより、電圧が放電終了から略一定の状態に収束するまでの判定時間を精度よく計測することができる。
【００１４】
第４の発明に係る二次電池の劣化判定装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、車両に搭載される。
【００１５】
第４の発明によると、車両に劣化判定装置を搭載することにより、車両に搭載された二次電池の劣化の度合を精度よく判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置が搭載される車両には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、バッテリ２００と、負荷３００と、放電用抵抗装置４００と、電流センサ５００と、電圧センサ６００とが設けられる。本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置は、ＥＣＵ１００により実現される。本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置が搭載される車両は、たとえば、回転電機を駆動源とする電気自動車であるが、バッテリが搭載される車両であれば、特に限定されるものではなく、たとえば、エンジンと回転電機とを駆動源とするハイブリッド車両であってもよいし、補機バッテリが搭載されるエンジンを駆動源とする車両であってもよいものとする。
【００１８】
負荷３００は、たとえばコンバータおよびインバータを介して接続される回転電機である。本実施の形態において、バッテリ２００は、二次電池あれば、特に限定されるものではなく、たとえば、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池等である。
【００１９】
放電用抵抗装置４００は、たとえば、リレースイッチ（以下、単にリレーという）と抵抗体とが直列に接続されて構成される。放電用抵抗装置４００には、バッテリ２００の＋端子に接続される電源ライン２０２および−端子に接続される電源ライン２０４に接続される。放電用抵抗装置４００は、ＥＣＵ１００から受信される放電制御信号に応じて、リレーを切り換えることにより、電源ライン２０２および電源ライン２０４を抵抗体を介して電気的に接続状態としたり、遮断状態としたりする。このとき、電源ライン２０２，２０４、放電用抵抗装置４００およびバッテリ２００とを含む回路が閉じるため、電流が流れてバッテリ２００の放電が行なわれる。なお、放電用抵抗装置４００は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、電源ライン２０２および電源ライン２０４を抵抗体を介して電気的に接続状態としたり、遮断状態としたりする装置であれば、特にリレースイッチと抵抗体とを直列に接続する構成に限定されるものではない。
【００２０】
電流センサ５００は、バッテリ２００に対して直列に接続される。電流センサ５００は、電源ライン２０４に流れる電流の電流値を検知する。電流センサ５００は、検知された電流値を表わす信号をＥＣＵ１００に送信する。
【００２１】
電圧センサ６００は、バッテリ２００に対して並列に接続される。電圧センサ６００は、バッテリ２００の電圧値を検知する。電圧センサ６００は、検知された電圧値を表わす信号をＥＣＵ１００に送信する。
【００２２】
ＥＣＵ１００には、ＣＰＵとメモリとから構成される。ＥＣＵ１００には、カウンタ部１０２が設けられる。カウンタ部１０２は、計算サイクル毎にカウント値を増加させることにより、時間を計測する。なお、カウンタ部１０２は、ハードウェアにより実現されてもよいし、ＥＣＵ１００で実行されるプログラム（ソフトウェア）により実現されてもよいものとする。
【００２３】
本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、カウンタ部１０２におけるカウント値と電流センサ５００および電圧センサ６００から受信する信号とに基づいて、メモリに記憶されるプログラムを実行して放電用抵抗装置４００を制御する。
【００２４】
ＥＣＵ１００は、車両のイグニッションキーがオフされると、オフされてから予め定められた待機時間が経過すると、放電用抵抗装置４００に放電制御信号を送信して、劣化判定処理を開始する。劣化判定処理とは、予め定められた時間が経過するまで、電源ライン２０２，２０４を放電用抵抗装置４００のリレーを切り換えて電気的に接続状態にすることにより、バッテリ２００の放電の終了後の電圧変化に基づいてバッテリ２００の劣化の度合を判定する処理である。
【００２５】
図２（Ａ）に横軸を時間とし、縦軸を放電電流としたときの放電電流の変化を示す。時間Ｔ（０）にて、イグニッションキーがオフされると、カウンタ部１０２により時間が計測される。時間Ｔ（０）から予め定められた待機時間が経過する時間Ｔ（１）において、放電用抵抗装置４００がＥＣＵ１００から受信する放電制御信号に基づいて、電源ライン２０２，２０４を電気的に接続状態になるようにすると、放電電流Ａ（０）が流れて、バッテリ２００の放電が開始される。このとき、カウンタ部１０２がリセットされて、時間Ｔ（１）以降の経過時間が計測される。
【００２６】
図２（Ｂ）に横軸を時間とし、縦軸を電圧としたときのバッテリ２００の電圧の変化を示す。時間Ｔ（１）以降において、電圧センサ６００により検知される電圧値は、放電が開始されるとＶ（０）から下降する。計測された時間が、時間Ｔ（１）から予め定められた放電時間が経過する時間Ｔ（２）になると、ＥＣＵ１００から受信する放電制御信号に基づいて、電源ライン２０２，２０４を電気的に遮断状態になるようにする。このとき、電流センサ５００により検知される放電電流は、ゼロとなる。
【００２７】
時間Ｔ（２）において、Ｖ（１）まで下降していた電圧は、時間Ｔ（２）以降、放電前の電圧Ｖ（０）に近づくように増大する。図３に示すように、電圧降下は、劣化するほど大きくなる傾向にある。そのため、劣化するほど放電終了後に電圧が収束するまでの時間が長い傾向にある。
【００２８】
そこで、本発明は、二次電池の劣化判定装置であるＥＣＵ１００が、バッテリ２００の放電後の電圧変化の波形に基づいて、バッテリ２００の劣化の度合を判定する点に特徴を有する。すなわち、ＥＣＵ１００のメモリに予め劣化の度合に応じた電圧変化についての情報を記憶しておき、電圧センサ６００により検知される放電後の電圧変化と比較して、バッテリ２００の劣化の度合を判定する。より具体的には、ＥＣＵ１００は、バッテリ２００の放電後、検知された電圧の変化が収束するまでの判定時間に基づいてバッテリ２００の劣化の度合を判定する。
【００２９】
以下、図４を参照して、本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置であるＥＣＵ１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００３０】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ１００は、イグニッションキーがオフされたか否かを判定する。イグニッションキーがオフされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。
【００３１】
Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１００は、カウンタ部１０２により待機時間のカウントアップを開始する。「カウントアップ」は、予め定められた初期値に計算サイクル毎に予め定められたカウント値を加算することにより行なわれる。
【００３２】
Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１００は、イグニッションキーがオフされてから予め定められた待機時間が経過したか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、カウント値が予め定められた待機時間に対応するカウント値以上であるか否かを判定する。なお、「予め定められた待機時間」は、温度変化の少ない環境となるまでの待機時間であって特に限定されるものではなく、実験等により適合される。予め定められた待機時間が経過すると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０２に戻される。
【００３３】
Ｓ１０６にて、ＥＣＵ１００は、放電処理を実行する。本実施の形態において、「放電処理」とは、待機時間が経過してから予め定められた放電時間が経過するまで放電用抵抗装置４００のリレーを切り換えて電源ライン２０２，２０４を電気的に接続状態にする処理をいう。具体的には、ＥＣＵ１００は、放電用抵抗装置４００を制御して電源ライン２０２，２０４を電気的に接続状態とするとともに、カウンタ部１０２において放電時間のカウントアップを開始する。このとき、カウンタ部１０２は、カウント値を予め定められた初期値にリセットして計算サイクル毎に予め定められたカウント値を加算して、カウントアップを行なう。そして、ＥＣＵ１００は、カウント値が予め定められた放電時間に対応するカウント値になると、予め定められた放電時間が経過したと判定する。ＥＣＵ１００は、放電用抵抗装置４００のリレーを切り換えて、電源ライン２０２，２０４を電気的に遮断状態とする。なお、予め定められた放電時間は、実験等より適合される時間であって特に限定されるものではないが、好ましくは、判定精度が悪化しない程度に短時間であることが望ましい。
【００３４】
Ｓ１０８にて、ＥＣＵ１００は、カウンタ部１０２により判定時間のカウントアップを開始する。具体的には、ＥＣＵ１００は、カウンタ部１０２において、カウント値を初期値にリセットして、計算サイクル毎に予め定められたカウント値を加算する。
【００３５】
Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１００は、バッテリ２００の電圧が落ち着いたか否かを判定する。本実施の形態においては、ＥＣＵ１００は、電圧センサ６００から入力される電圧の変化量に基づいて電圧の変化が収束したか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、電圧センサ６００から入力される電圧の時間変化量が予め定められた変化量以下であると、電圧が落ち着いたと判定する。「予め定められた変化量」は、電圧の変化が略一定の状態であると判定できる値であって、特に限定されるものではなく、実験等により適合される。バッテリ２００の電圧が落ち着いたと判定されると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０８に戻される。
【００３６】
Ｓ１１２にて、ＥＣＵ１００は、バッテリ２００の電圧分極特性の取得を完了したとして、メモリに、計測された判定時間に対応するカウント値を記憶させる。なお、ＥＣＵ１００は、計測された判定時間をメモリに記憶させるようにしてもよい。
【００３７】
Ｓ１１４にて、ＥＣＵ１００は、記憶されたカウント値に基づいて、バッテリ２００の劣化の度合（劣化度）を推定する。ＥＣＵ１００は、たとえば、メモリに予めカウント値と劣化度との関係を示すマップを記憶しておき、記憶されたカウント値とマップとから劣化度を推定するようにしてもよいし、あるいは、カウント値と劣化度との関係を示す表あるいは関数式を予め記憶しておき、記憶されたカウント値と表あるいは式とから劣化度を推定するようにしてもよい。なお、ＥＣＵ１００は、カウント値に代えて計測された判定時間とマップ、表あるいは関数式とから劣化度を推定するようにしてもよい。
【００３８】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置であるＥＣＵ１００の動作について図５を参照にしつつ説明する。
【００３９】
図５（Ａ）に示すように、時間Ｔ（３）にて、イグニッションキーがオフされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、カウントアップが実行される（Ｓ１０２）。予め定められた待機時間Ｔａに対応するカウント値Ｃａとなる時間Ｔ（４）になると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、放電が実行される（Ｓ１０６）。このとき、図５（Ｃ）に示すように、放電の開始とともに電圧がＶ（０）から下降する。時間Ｔ（４）にて、カウント値が初期値にリセットされた後、カウントアップが実行される。予め定められた放電時間Ｔｂに対応するカウント値Ｃｂとなる時間Ｔ（５）になると、電源ライン２０２，２０４とが遮断状態となるように放電用抵抗装置４００が制御されて、放電処理が終了する。時間Ｔ（５）にて、カウント値が再び初期値にリセットされた後、カウントアップが実行される。
【００４０】
時間Ｔ（５）にて、図５（Ｃ）に示すように、電圧センサ６００により検知される電圧値の時間変化量が予め定められた変化量以下になると、電圧の変化が落ち着いたと判定され（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、時間Ｔ（５）の時点のカウント値がＣｃがメモリに記憶される。そして、記憶されたカウント値Ｃｃあるいはカウント値Ｃｃに対応する判定時間Ｔｃに基づいて、バッテリ２００の劣化度がマップ等から推定される（Ｓ１１４）。
【００４１】
以上のようにして、本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置によると、放電終了後において電圧の変化が予め定められた変化量以下になって収束するまでの時間は、バッテリの劣化の度合に依存した時間となる。収束するまでの時間が長いほど、劣化の度合が大きい。そのため、判定時間を計測することにより、劣化の度合を判定することができる。このようにすると、収束する電圧周辺の変化に対する分解能を向上させれば足り、二次電池の電圧、電流および温度の絶対値を精度よく計測する必要がない。したがって、コストの上昇を抑制しつつ、精度よく二次電池の劣化の度合を判定する二次電池の劣化判定装置を提供することができる。
【００４２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置の構成を示す図である。
【図２】放電時の電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図３】劣化の度合に応じた電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図４】本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図５】本実施の形態に係る二次電池の劣化判定装置であるＥＣＵの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１００  ＥＣＵ、１０２  カウンタ部、２００  バッテリ、３００  負荷、４００  
放電用抵抗装置、５００  電流センサ、６００  電圧センサ。
【図１】
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【図２】
2007170953.tif 000004
【図３】
2007170953.tif 000005
【図４】
2007170953.tif 000006
【図５】
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