(57)【要約】【課題】簡単かつ容易に、しかも電池の使用状態を制限することなく電池の寿命を正確に判定する。電池の内部短絡を速やかに検出する。【解決手段】電池の寿命判定方法は、電池をパルス充電又はパルス放電して、充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、電池電圧波形が単位時間に変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を測定して、電池の寿命を判定する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池をパルス充電又はパルス放電して、充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、
電池電圧波形が単位時間に変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を測定して、電池の寿命を判定することを特徴とする電池の寿命判定方法。
【請求項２】
電池をパルス充電又はパルス放電して、充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、
電池電圧波形が所定の電圧になる上昇時間又は低下時間からなる変化時間（Δｔ）を測定して、電池の寿命を判定することを特徴とする電池の寿命判定方法。
【請求項３】
電池をパルス充電又はパルス放電して、充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、
電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）を測定して、電池の寿命を判定することを特徴とする電池の寿命判定方法。
【請求項４】
電池をパルス充電又はパルス放電する状態において、電池に流れる電流を電池の上限電流よりも小さくする請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の寿命判定方法。
【請求項５】
電池をパルス充電又はパルス放電する状態で、電池に流れるピーク電流を１Ｃを越える電流とする請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の寿命判定方法。
【請求項６】
互いに直列接続されてなる複数の電池をパルス充電又はパルス放電して、各々の電池の充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、
各々の電池の電池電圧波形が単位時間に変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）と、各々の電池の電圧が所定の電圧になる上昇時間又は低下時間からなる変化時間（Δｔ）と、各々の電池の電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）の少なくともひとつを測定すると共に、測定値から各々の電池の偏差を測定し、検出された偏差から寿命を判定する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の寿命判定方法。
【請求項７】
電池がハイブリッドカーに搭載される電池で、ハイブリッドカーの停車時に電池の寿命を測定する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の寿命判定方法。
【請求項８】
製造からの経過時間で判定条件に重み付けをする請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の寿命判定方法。
【請求項９】
電池の電圧が低下する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）と、電池の電圧が所定の電圧に低下する低下時間からなる変化時間（Δｔ）と、電池の電圧が所定の時間に低下する変化電圧（ΔＶ）の少なくともひとつから短絡電池を検出する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の寿命判定方法。
【請求項１０】
抵抗とコンデンサとコイルとを備えるパルス回路を介して電池をパルス充電又はパルス放電させる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の寿命判定方法。
【請求項１１】
電池の出力を昇圧して充電電源とし、この充電電源を電池に接続して電池をパルス充電する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の寿命判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の寿命を判定する方法に関し、とくに電極表面の電気二重層を充電又は放電させて寿命を判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、充放電されるにしたがって劣化して実質的な容量、すなわち充放電できる容量が減少する。充放電できる容量が所定の容量まで減少すると寿命と判定される。したがって、電池の寿命は、電池を満充電し、この満充電された状態から完全に放電されるまでのトータル容量を積算し、積算された電池の実質容量が初期容量から何％か低下したことを検出して判定できる。このことから、電池を満充電して寿命を判定する方法は開発されている。（特許文献１参照）
【０００３】
しかしながら、電池を満充電した後に完全に放電して電池の実質容量を検出する方法は、電池を満充電した後に、完全に放電するので判定に時間がかかる欠点がある。また、電池の実質容量の検出が電池を劣化させる原因ともなる。それは、実質容量を検出する毎に、満充電と完全放電を繰り返すからである。また、電池の使用状態が、電池の実質容量の検出を制限し、また電池の実質容量の検出が電池の使用状態をも制限する欠点もある。それは、電池を充放電して実質容量を検出する方法は、電池の使用状態を無視して、電池を満充電した後に完全放電させる必要があるからである。たとえば、ハイブリッドカーは、電池の残容量（ＳＯＣ）が５０％を中心とする所定の範囲となるように充放電をコントロールしているので、寿命を検出するために完全に放電させると、電池でモーターを駆動して車両を走行できなくなる。また、電池が満充電された状態で回生ブレーキで電池を充電できず、車両を回生ブレーキで制動できなくなる。
【０００４】
以上の欠点は、電池に充電、放電電流を流して電池の内部抵抗を検出して寿命を判定する方法で解消できる。しかしながら、電池の内部抵抗は、充放電状態や電池温度、さらに測定時間や測定条件によって大きく変化するので、電池の寿命を正確に判定できない欠点がある。
【特許文献１】特開２００２−４４８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第１の目的は従来の方法が有する以上の欠点を解決することにある。すなわち、本発明の重要な目的は、簡単かつ容易に、しかも電池の使用状態を制限することなく電池の寿命を正確に判定できる電池の寿命判定方法を提供することにある。
【０００６】
さらに、電池は内部短絡によっても電気特性が低下するので、内部短絡の検出も大切である。内部短絡した電池は、充電する電圧が正常な電池と同じようになるので判別が難しい。ただ、この電池は、自己放電が大きいので、自己放電させた後の残容量を検出して判定できる。ただ、自己放電はゆっくりと残容量を低下させるので、この方法で電池の内部短絡を検出すると、１週間程度の時間がかかり、速やかに判定できない欠点がある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、電池の内部短絡を速やかに検出できる電池の寿命判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電池の寿命判定方法は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
本発明の請求項１の電池の寿命判定方法は、電池をパルス充電又はパルス放電して、充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、電池電圧波形が単位時間に変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を測定して、電池の寿命を判定する。
【０００９】
本発明の請求項２の電池の寿命判定方法は、電池をパルス充電又はパルス放電して、充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、電池電圧波形が所定の電圧になる上昇時間又は低下時間からなる変化時間（Δｔ）を測定して、電池の寿命を判定する。
【００１０】
本発明の請求項３の電池の寿命判定方法は、電池をパルス充電又はパルス放電して、充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）を測定して、電池の寿命を判定する。
【００１１】
本発明の電池の寿命判定方法は、電池をパルス充電又はパルス放電する状態において、電池に流れる電流を電池の上限電流よりも小さくすることができる。
【００１２】
本発明の電池の寿命判定方法は、電池をパルス充電又はパルス放電する状態で、電池に流れるピーク電流を１Ｃを越える電流とすることができる。
【００１３】
本発明の電池の寿命判定方法は、互いに直列接続されてなる複数の電池をパルス充電又はパルス放電して、各々の電池の充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、各々の電池の電池電圧波形が単位時間に変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）と、各々の電池の電圧が所定の電圧になる上昇時間又は低下時間からなる変化時間（Δｔ）と、各々の電池の電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）の少なくともひとつを測定すると共に、測定値から各々の電池の偏差を測定し、検出された偏差から寿命を判定することができる。
【００１４】
本発明の電池の寿命判定方法は、寿命を測定する電池を、ハイブリッドカーに搭載される電池として、ハイブリッドカーの停車時に電池の寿命を判定することができる。
【００１５】
本発明の電池の寿命判定方法は、製造からの経過時間で判定条件に重み付けをすることができる。
【００１６】
本発明の電池の寿命判定方法は、電池の電圧が低下する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）と、電池の電圧が所定の電圧に低下する低下時間からなる変化時間（Δｔ）と、電池の電圧が所定の時間に低下する変化電圧（ΔＶ）の少なくともひとつから短絡電池を検出することができる。
【００１７】
本発明の電池の寿命判定方法は、抵抗とコンデンサとコイルとを備えるパルス回路を介して電池をパルス充電又はパルス放電させることができる。
【００１８】
本発明の電池の寿命判定方法は、電池の出力を昇圧して充電電源とし、この充電電源を電池に接続して電池をパルス充電して電池の寿命を判定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電池の寿命判定方法は、簡単かつ容易に、しかも電池の使用状態を制限することなく電池の寿命を正確に判定できる特長がある。それは、本発明の電池の寿命判定方法が、電池をパルス充電又はパルス放電して、充電又は放電による電池電圧波形を測定すると共に、電池電圧波形が単位時間に変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）、または電池電圧波形が所定の電圧になる上昇時間又は低下時間からなる変化時間（Δｔ）、または電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）を測定して、電池の寿命を判定するからである。本発明の寿命判定方法は、従来のように、電池を満充電して寿命を判定するのではなく、パルス充電またはパルス放電した後の時間と電圧変化との関係から電池の寿命を判定する。このため、簡単かつ容易に、しかも、短時間で電池の寿命を判定できる。とくに、従来の方法のように、電池を満充電したり、完全放電して容量を確認することなく電池の寿命を判定できるので、電池の使用状態を制限することなく、正確に寿命を判定できる。
【００２０】
さらに、本発明の請求項６の電池の寿命判定方法は、直列接続されてなる複数の電池の寿命を判定できる特長がある。それは、この寿命判定方法が、複数の電池の測定値から各電池の偏差を測定し、検出された偏差から寿命を判定するからである。
【００２１】
さらに、本発明の請求項８の電池の寿命判定方法は、製造からの経過時間で判定条件に重み付けをしているので、誤検出の割合を低減して、より正確に電池の寿命を判定できる特長がある。
【００２２】
さらに、本発明の請求項９の電池の寿命判定方法は、電池をパルス充電するときの電池の電圧が低下する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）と、電池の電圧が所定の電圧に低下する低下時間からなる変化時間（Δｔ）と、電池の電圧が所定の時間に低下する変化電圧（ΔＶ）の少なくともひとつから短絡電池を検出するので、従来のように電池を白己放電させることなく、電池の内部短絡を速やかに検出できる特長がある。
【００２３】
さらに、本発明の請求頃１１の電池の寿命判定方法は、電池の出力を昇圧して充電電源とし、この充電電源を電池に接続して電池をパルス充電して電池の寿命を判定するので、電池を満充電するための回路構成を必要とすることなく、電池の寿命を判定できる特長がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池の寿命判定方法を例示するものであって、本発明は電池の寿命判定方法を以下の方法や装置等には特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２５】
図１は、本発明の電池の寿命判定方法に使用する回路図を示す。この図は、電池１をパルス充電又はパルス放電させる電源２と、この電源２と電池１との間に接続しているスイッチング素子３と、電池電圧波形を検出する検出回路４とを備える。
【００２６】
以下、電池１をニッケル水素電池として寿命判定方法を詳述するが、寿命判定する電池は、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン二次電池、鉛バッテリ等の二次電池とすることもできる。ただ、二次電池の種類や容量によって、パルス充電し、又はパルス放電させる電流を最適値にコントロールし、充電電流や放電電流のピーク値が、電池の上限電流を越えない電流値とする。さらに、パルス充電においては、電池の内圧が正常値を超えて上昇しないように、電圧、電流、および時間を設定する。パルス充電は、たとえば、電池の内圧上昇を０．１ＭＰａ以下とする電圧と電流と時間とする。電気二重層を充電し、又は放電して電池の寿命を判定する方法は、充電電流や放電電流を大きくして、短時間で電池の寿命を正確に検出できるので、電気二重層を充放電させるピーク電流は、好ましくは１Ｃよりも大きくする。とくに、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン二次電池は、５Ｃ以上、好ましくは１０Ｃ以上の大電流で電気二重層を充放電させることで、短時間に正確に電池の寿命を判定できる。
【００２７】
電源２は、スイッチング素子３をオンとする状態で、電池１を所定の電流でパルス充電し、あるいはパルス放電させる。電池１をパルス放電させる電源２は、放電用の負荷抵抗（図示せず）を内蔵し、あるいは電池１を所定の電流で放電させる放電用の定電流回路を内蔵している。電源２は、たとえばハイブリッドカーの電源に使用されるニッケル水素電池を、１００Ａで充電して電気二重層を充電する。ただし、ハイブリッドカーのニッケル水素電池、たとえば定格容量を５〜１０Ａｈとするニッケル水素電池は、５０Ａ〜２００Ａで充電して電気二重層を充電し、電池電圧波形を検出して寿命を判定できる。
【００２８】
スイッチング素子３は、電池１を充電し又は放電する時間を特定する。スイッチング素子３がオンに切り換えられると、電池１が充電又は放電される。スイッチング素子３がオフに切り換えられると、電源２が電池１から切り離されて、充放電は停止される。スイッチング素子３のオン時間を制御して、電池１を充電し、又は放電する時間をコントロールできる。
【００２９】
スイッチング素子３をオンに切り換えて電池１をパルス充電すると、電池１の電極表面にできる電気二重層が充電されて、電池電圧が変化する。図２は、ニッケル水素電池が１００Ａで０．３秒パルス充電されるときの電池電圧波形を示している。ただし、この電池は、ハイブリッドカーに使用される定格容量を５．６Ａｈとするニッケル水素電池である。この図は、寿命初期電池の電池電圧波形Ａと、寿命末期電池の電池電圧波形Ｂの両方を示している。
【００３０】
この図に示すように、寿命初期電池の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）が小さく、寿命末期電池の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）が大きくなる。図２おいて、たとえば、寿命に達した電池の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）のしきい値を１．３Ｖ／ｓ以上とする。ただし、寿命を判定する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）のしきい値は、電池の種類や内部構造、あるいは電極や電解液により異なるので、各々の電池に最適なしきい値を設定して寿命を判定する。寿命を判定するしきい値は、たとえば、別の方法で電池の寿命を検出し、寿命に達した電池の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を検出して簡単に特定できる。たとえば、電池を満充電した後に完全に放電して電池の実質容量を検出し、この実質容量の低下から寿命に達した電池を検出し、この電池の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を検出して寿命を判定するしきい値を特定することができる。
【００３１】
各々の電池によって、寿命を判定するしきい値が異なるので、寿命を判定するのと同じ型式の電池を満充電と完全放電させて寿命に達したことを検出し、この電池の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を検出してしきい値を決定する。電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）が特定されると、この電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）から、電池電圧波形が所定の電圧になる上昇時間又は低下時間からなる変化時間（Δｔ）のしきい値も特定され、また、電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）のしきい値も特定される。
【００３２】
しきい値が特定されると、電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）をしきい値に比較して電池の寿命を判定し、また、電池電圧波形が所定の電圧になる上昇時間である変化時間（Δｔ）をしきい値に比較して寿命を判定し、あるいはまた電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）をしきい値に比較して寿命を判定できる。所定の電圧に上昇するまでの変化時間（Δｔ）と、所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）から電池の寿命を判定できるのは、電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）が大きくなると、所定の電圧に上昇するまでの変化時間（Δｔ）が短くなり、また所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）が大きくなるからである。
【００３３】
電池が、パルス充電やパルス放電で電圧が変化するのは、電極表面の電気二重層が充放電されるからである。この現象は電池の等価回路から明らかとなる。図３と図４は、電極表面に電気二重層を有する電池の等価回路である。
【００３４】
図３は、パルス充電し、またはパルス放電を開始した後、約１秒以内での電池内部の等価回路を示す。図４は、１秒を超えて電気二重層が充電された状態の等価回路を示す。図３と図４に示すように、電池の等価回路は、パルス充電、またはパルス放電させると時間とともに変化する。また、電極活物質の活性化分極による抵抗や物質移動に伴う拡散抵抗の値は、時間とともに随時変化するのが特徴であり、活物質の充電状態に依存する。
【００３５】
図３と図４において、抵抗Ｒ1は接触抵抗など電子移動による抵抗、抵抗Ｒ2は活物質の活性化による抵抗、抵抗Ｒ3は物質移動に伴う分極による拡散抵抗である。
【００３６】
図３に示す等価回路の電池１が、パルス充電されると、最初に電気二重層Ｃ1に充電電流が流れて電池１の電圧が上昇する。このとき、矢印で示すように、電気二重層Ｃ1に充電電流が流れて、抵抗Ｒ2とＲ3には電流がほとんど流れない。電気二重層Ｃ1に流れる電流は、電気二重層Ｃ1を充電して、電気二重層Ｃ1の電圧を上昇させる。電気二重層Ｃ1の電圧は、充電される電荷に比例して上昇する。電気二重層Ｃ1の電圧が上昇するので、パルス充電を開始した直後の電池電圧波形は、図２に示すように、大きな電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）で上昇する。電気二重層Ｃ1が充電されると、その後は、図４に示すように、電気二重層Ｃ1に電流が流れなくなって、抵抗Ｒ2とＲ3に電流が流れるようになる。この状態になると、電池電圧波形の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）は小さくなる。
【００３７】
さらに、電池１の電気二重層Ｃ1は、パルス充電されて電圧が上昇し、パルス充電を停止した後に、電圧が低下する。この状態を図５に示す。この図は、パルス充電された電池の電圧が次第に低下する充電を示している。この図に示すように、パルス充電後における電池の電池電圧波形は、所定の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）で低下する。図５は、正常な電池の電圧波形ａと、内部短絡した電池の電圧波形ｂを示している。この図から、内部短絡した電池は、電圧が低下する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）が大きい。したがって、電池の電圧が低下する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）をしきい値に比較して短絡電池を判定できる。短絡電池を判別するしきい値は、たとえば、同じ形式の電池を自己放電させて内部短絡を検出し、内部短絡と確認された電池の電圧が低下する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）から決定する。しきい値が特定されると、パルス充電を停止した後の電池電圧波形を検出し、電池電圧波形の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）をしきい値に比較して、電池の内部短絡を判別できる。
【００３８】
電池の内部短絡も、寿命の判定と同じように、電圧が低下する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）で判別され、また電池電圧が所定の電圧まで低下する低下時間からなる変化時間（Δｔ）から判別され、さらにまた、電池電圧が所定の時間に低下する変化電圧（ΔＶ）からも判別できる。
【００３９】
内部短絡した電池は自己放電が大きく、寿命が尽きた電池と同じように使用できない。電池は、通常、正極、負極、セパレータ、電解液から構成され、内部短絡した電池は、図６に示すように、セパレータＳおよび電解液部分５（図の電解液部分５には、セパレータＳも位置することになる。）に短絡部分６ができる。この電池は、各電極表面に電気二重層が形成され、電気二重層に充電された電荷Ａが短絡部分６で流れて電圧の低下が速くなる。内部短絡する部位が小さいと、充電された電荷の流れが少なく、パルス充電を停止した後の電圧低下が小さくなる。また、内部短絡する部位が大きいと、充電された電荷の流れが多く、パルス充電後の電圧低下が大きくなる。したがって、パルス充電を停止した後の電圧低下から、電池の内部短絡とその程度を判別できる。正常な電池は、図７に示すように、セパレータＳおよび電解液部分５に短絡部分がなく、充電された電荷Ａの流れが少ない。したがって、パルス充電を停止した後の電圧降下が小さくなる。
【００４０】
電源が電池をパルス充電又はパルス放電する電圧波形と、この電圧波形でパルス充電又はパルス放電される電池電圧波形を図８ないし図１０に示す。図８は、電池をパルス充電するときの電圧波形と電池電圧波形を示している。図９は、電池をパルス放電するときの電圧波形と電池電圧波形を示している。図１０は、電池をパルス充電とパルス放電するときの電圧波形と電池電圧波形を示している。これ等の図の電圧波形は、電池を矩形波状、あるいは階段波のパルスで充電または放電して、電池の電気二重層を充放電させる。これ等の電圧波形で電池がパルス充電又はパルス放電されると、電池の電圧は、その右側に示す電池電圧波形として検出される。検出される電池電圧波形の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）、変化時間（Δｔ）、変化電圧（ΔＶ）をしきい値に比較して、電池の寿命と内部短絡を検出する。
【００４１】
さらに、電池をパルス充電する電源は、図１１に示す回路とすることができる。この電源２は、抵抗７とコンデンサ８とコイル９との直列回路である。この電源２は、コンデンサ９に電荷を蓄える状態で、電源２と電池１との間に接続しているスイッチング素子３をオンにして、図１２に示す電圧波形で、電池１をパルス充電する。この電源２は、電池１を短時間パルス充電する。抵抗７は、電池１をパルス充電するピーク電流を制御し、抵抗７の電気抵抗Ｒを小さくしてピーク電流を大きく、反対に電気抵抗Ｒを大きくしてピーク電流を小さくできる。コンデンサ９は、静電容量Ｃを大きくして、パルス充電する時間を長く、反対に静電容量Ｃを小さくしてパルス充電時間を短くできる。また、コンデンサ９の充電電圧を高くして、パルス充電電流を大きく、反対に充電電圧を低くしてパルス充電電流を小さくできる。コイル８は、インダクタンスＬを小さくして図１２の波形における１周期の時間を短くでき、反対にインダクタンスＬを大きくして１周期の時間を長くできる。電源は、コイルを省略して、抵抗とコンデンサの直列回路とすることもできる。この電源は、電池をパルス充電する電流の立ち上がりを速く急峻にできる。
【００４２】
本発明は、ハイブリッドカーに搭載される電池の寿命や内部短絡の判定に適している。ハイブリッドカーは、走行用のモーターを駆動する電源用の電池を搭載している。この電池の寿命判定等に最適である。ハイブリッドカーに搭載される電池１は、図１３に示すように、複数の電池モジュール１０を直列に接続して出力電圧を高くしている。電池モジュール１０は、複数の電池セル１１を直列に接続している。この電池１は、直列に接続している全ての電池セル１１をパルス充電又はパルス放電して電池電圧波形を検出し、電池電圧波形から各々の電池セル１１の寿命を判定し、あるいは電池モジュール１０の寿命を判定することができる。各々の電池セル１１の寿命を判定するには、各々の電池セル１１の電池電圧波形を検出する。電池モジュール１０の寿命を判定するには、各々の電池モジュール１０の電池電圧波形を検出する。検出された電池電圧波形から、電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）、変化電圧（ΔＶ）、変化時間（Δｔ）をしきい値に比較して、電池セル１１や電池モジュール１０の寿命を判定できる。
【００４３】
ハイブリッドカーに搭載される電池１の寿命や内部短絡の判定は、車両のイグニッションキーをオフにした直後に行い、あるいはイグニッションキーをオフにした後の数時間経過後に行い、あるいはまた、イグニッションキーを挿入した直後に行い、あるいはまた、イグニッションキーをオンに切り換えて、車両を走行状態とする前に行うことができる。
【００４４】
ハイブリッドカーは、複数の電池セルや電池モジュールを直列に接続しているので、複数の電池セルや電池モジュールを一緒にパルス充電又はパルス放電して、各々の電池セルや電池モジュールの電池電圧波形を測定する。測定された電池電圧波形から、各々の電池セルや電池モジュールの寿命や内部短絡を判定する。寿命や内部短絡は、単位時間に変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）、電池の電圧が所定の電圧になる上昇時間又は低下時間からなる変化時間（Δｔ）、電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）から検出される。
【００４５】
ハイブリッドカーのように、複数の電池の寿命を判定する場合、各々の電池の平均値からの偏差、もしくは最大値−最小値といった偏差を検出し、偏差が設定値を越えると寿命と判定する。ある電池の偏差が設定値を越える場合、設定値を越える電池の偏差を複数回検出し、検出した偏差が特定された回数にわたって設定値を越える場合、寿命と判定することでより正確に寿命を判定できる。
【００４６】
電池の内部短絡も同じように判定できる。この場合は、各々の電池の平均値からの偏差、もしくは最大値−最小値といった偏差を検出し、偏差が設定値を越えると内部短絡と判定する。ある電池の偏差が設定値を越える場合、設定値を越える電池の偏差を複数回検出し、検出した偏差が特定された回数にわたって設定値を越える場合、内部短絡と判定して、より正確に内部短絡を判定できる。
【００４７】
さらに、本発明の寿命判定方法は、図１４に示す回路を使用して電池の寿命を判定することができる。図に示す回路は、電池１の出力を昇圧して電池１に印可する昇圧回路１２と、この昇圧回路１２と電池１の出力側との間に接続しているスイッチング素子１６、１７と、これらのスイッチング素子１６、１７のオンオフを制御して電池１と昇圧回路１２との接続状態を制御する制御回路１３とを備える。
【００４８】
昇圧回路１２は、電池１の出力側に接続されて、電池１の出力電圧を昇圧する昇圧部１４と、この昇圧部１４の出力側とアースとの間に接続された充電電源１５とを備える。昇圧部１４は、電池１の出力を昇圧して出力する回路が使用できる。充電電源１５は、たとえばコンデンサで、昇圧部１４で昇圧された電力が供給されて、電池１よりも高い電圧となるように電荷を蓄える。したがって、充電電源１５であるコンデンサには、出力電圧を電池電圧よりも高くできる静電容量のものを使用する。電池１よりも高い電圧を出力する充電電源１５は、電池１に印可されて電池１を充電する。さらに、図に示す回路は、昇圧部１４の入力側をスイッチング素子１６を介して電池１の出力側に、昇圧部１４の出力側をスイッチング素子１７を介して電池１の出力側に接続している。これらのスイッチング素子１６、１７のオンオフは、制御回路１３で制御している。
【００４９】
昇圧回路１２は、制御回路１３がスイッチング素子１６をオン、スイッチング素子１７をオフとする状態で、昇圧部１４に電池電圧が供給される。昇圧回路１２は、電池１の出力を昇圧部１４で昇圧して充電電源１５であるコンデンサに供給し、コンデンサを電池１よりも高電圧となるように充電する。コンデンサが充電された状態で、制御回路１３がスイッチング素子１６をオフに、スイッチング素子１７をオンに切り換えると、昇圧回路１２は、コンデンサの電力を電池１に供給して、電池１を短時間パルス充電する。このとき、電池１は、電池電圧よりも高電圧が短時間だけ印可されて充電される。さらに、昇圧回路１２は、図の鎖線で示すように、昇圧部１４の出力側とスイッチング素子１７との間に、抵抗１９やコイル１８を直列に接続することもできる。この回路は、抵抗１９で、電池１をパルス充電するピーク電流を制御し、コイル１８で、充電の電圧波形における１周期の時間を調整できる。このように、抵抗１９とコイル１８とを備える昇圧回路１２は、図１２に示す電圧波形で電池１をパルス充電する。
【００５０】
検出回路４は、昇圧回路１２で短時間だけ充電される電池１の電池電圧波形を検出し、電池電圧波形が単位時間に変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を測定して、電池１の寿命を判定する。電池１の寿命は、前述のように、電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を、寿命を判定するしきい値と比較して判定する。さらに、この回路も、電池電圧波形が所定の電圧になる上昇時間又は低下時間からなる変化時間（Δｔ）から電池の寿命を判定し、あるいは、電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）から電池の寿命を判定することができる。さらに、充電後の電池１の電圧が低下する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）から電池１の内部短絡を検出することもできる。
【００５１】
この昇圧回路１２は、電池１を満充電するための回路ではない。昇圧回路１２は、電池１の寿命を判定するために、一時的に電池１をパルス充電するための回路である。したがって、この昇圧回路１２は、長時間にわたって電池１を充電する必要はなく、寿命判定を行うときに、一時的に、電池電圧よりも高い電圧を電池１に印可して、電池１を充電状態とする。このように、昇圧回路１２を備える回路は、電池１の使用状態に関係なく、いつでも簡単に電池１の寿命を判定できる特長がある。たとえば、ハイブリッドカー等においては、停車時やイグニッションキーをオフにした状態においても、電池を短時間充電して寿命の判定ができる。以上のように、この寿命判定方法では、電池白身の出力を昇圧回路１２で昇圧して電池１に印可して充電状態とするので、電池１を充電する電源を必ずしも必要としない。したがって、この寿命判定方法は、電池を充電するための電源を備えることなく、たとえば、電源から取り外して使用されるパック電池や電源装置等に使用して、電池の寿命を判定できる特長が実現できる。また、電池寿命を判定する寿命判定装置として使用することもできる。
【００５２】
本発明の電池の寿命判定方法で電池の寿命を判定する一例を、図１５のフローチャートに基づいて説明する。ただし、以下に示すフローチャートは、１回のパルス充電における測定によって、電池の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）から寿命を判定する工程を示している。ただ、本発明の電池の寿命判定は、前述のように、パルス放電時における電池電圧波形の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）から判定することも、電池電圧波形が所定の電圧になる上昇時間または低下時間からなる変化時間（Δｔ）から判定することも、あるいは、電池電圧波形が所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）から判定することもできる。
【００５３】
［ｎ＝１のステップ］
充電前の電池電圧である開回路電圧値Ｖ1を取得する。
［ｎ＝２のステップ］
パルス電流波形Ｉ1をｔ1秒間印可する。
［ｎ＝３のステップ］
パルス充電される電池の充電ピーク電圧Ｖ2を取得する。
［ｎ＝４のステップ］
電圧印可を中止した後、ｔ2秒間で電圧降下した直後の電池電圧Ｖ3を取得する。
［ｎ＝５のステップ］
電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を計算する。電池の電圧が上昇するときの電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）は、（Ｖ2−Ｖ1）／ｔ1から計算し、電池の電圧が低下するときの電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）は、（Ｖ2−Ｖ3）／ｔ2から計算する。
［ｎ＝６のステップ］
ｎ＝５のステップで得られた電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を寿命判定のしきい値と比較する。電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）がしきい値よりも大きいと、電池が寿命に達したと判定する。電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）がしきい値よりも小さいと、電池がまだ寿命に達していないと判定する。
【００５４】
ただし、以上のフローチャートは、ひとつの電池において、１回の測定で電池の寿命を判定する工程を示している。前述のように、複数の電池の寿命を判定する場合は、ｎ＝１〜５のステップを各々の電池について行い、各々の電池の電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）の平均値からの偏差、もしくは最大値−最小値といった偏差を検出して、偏差が設定値を越えると寿命と判定する。
【００５５】
さらに、電池の寿命判定方法は、誤判定を防ぐために、つまり、判定の精度を高めるために、電池寿命を判定する判定動作においては、１回のパルス充電またはパルス放電の測定結果だけではなく、複数回の測定結果、たとえば、３〜５回のパルス充電またはパルス放電の測定結果に基づいて、電池の寿命判定をすることが好ましい。さらにまた、所定の時間毎に、あるいは、イグニッションキーのオン・オフ等の所定の機会毎に寿命判定し、この寿命判定を複数回繰り返した後、最終寿命判定にて電池の寿命を判定することもできる。この寿命判定方法は、複数回の寿命判定において、寿命に達したと判定された回数をカウントし、このカウント数が所定の回数に達した場合に、最終寿命判定にて電池が寿命に達したと判定することができる。この寿命判定方法は、さらに、寿命判定の精度を高めることができる。
【００５６】
さらに、電池の寿命判定方法は、製造からの経過時間で、寿命判定に重み付けをすることができる。電池は、一般に、製造からの時間が経過するにつれて劣化がすすみ、寿命に到達しやすくなる。したがって、電池の寿命判定においては、電池が製造されてからの経過時間、たとえば経過年数で、電池の寿命判定に重みを付けることができる。経過時間による寿命判定の重み付けは、寿命の判定基準に差をつけることによって実現できる。この重み付けは、たとえば、複数の判定回数に対する、寿命と判定された回数の割合によって判定基準に差を付けることができる。
【００５７】
電池の経過年数によって、判定基準に差を付けて寿命を判定する一例を以下に示す。
(1)  経過年数が３年未満のとき
寿命に達したと判定された回数が判定回数の９０％以上であると、電池が寿命に達していると判定する。
(2)  経過年数が３年以上６年未満のとき
寿命に達したと判定された回数が判定回数の５０％以上であると、電池が寿命に達していると判定する。
(3)  経過年数が６年以上のとき
寿命に達したと判定された回数が判定回数の３０％以上であると、電池が寿命に達していると判定する。
以上の重み付けは、たとえば、経過年数に対する判定基準としてテーブルに記憶することができる。さらに、この重み付けは、経過年数を段階的に分けて判定基準を設けているが、経過年数に対する関数として判定基準を記憶することもできる。
【００５８】
以上のように、経過年数に対して、電池が寿命に達したと判定する判定基準を設けることによって、経過時間に対する寿命判定に重みを付けることができる。さらに、電池寿命の最終判定基準は、電池の種類や使用環境、寿命の判定回数や判定頻度等によって、種々に変更することもできる。
【００５９】
電池の経過年数によって寿命判定に重みを付けて、電池の寿命を判定する寿命判定方法の一例を図１６のフローチャートに示す。
［Ｓ＝１のステップ］
電池にパルス波を印可し、電池電圧波形を測定する。測定された電池電圧波形から電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）、あるいは所定の電圧になる上昇時間または低下時間からなる変化時間（Δｔ）、あるいはまた、所定の時間に変化する変化電圧（ΔＶ）を検出する。検出した電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）または変化時間（Δｔ）または変化電圧（ΔＶ）がしきい値よりも大きいかどうかを判定する。
この判定動作は、好ましくは、複数回（たとえば、３〜５回）実施する。
［Ｓ＝２、３のステップ］
Ｓ＝１のステップにおいて、電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）または変化時間（Δｔ）または変化電圧（ΔＶ）がしきい値よりも大きくなった回数が１回以上あったかどうかを判定する。１回以上あった場合は、Ｓ＝３のステップに進んで判定フラグａ（初期値：ａ＝０）に１を加算する。０回の場合は、判定フラグａに１を加算することなくＳ＝４のステップに進む。
［Ｓ＝４、５のステップ］
判定回数ｎ（初期値：ｎ＝０）に１を加算する。ｎ＝１０になるまでＳ＝１〜５のステップをループする。
［Ｓ＝６のステップ］
電池の使用開始時からの経過年数Ｋを計算する。たとえば、電池が車両用の電池の場合は、車両への搭載時を開始時間として計算する。
［Ｓ＝７、８のステップ］
最終寿命判定を行う。ここでの寿命判定は、経過年数Ｋによって電池寿命の判定に重みを付けている。
経過年数が３年未満の電池は、判定回数１０回中、電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）または変化時間（Δｔ）または変化電圧（ΔＶ）がしきい値を超えた回数、すなわち判定フラグａが９以上のときに寿命に到達したと判定する。また、経過年数Ｋが３年以上６年未満の電池は、判定回数１０回中、判定フラグａが５以上のときに寿命に到達したと判定する。さらに、経過年数Ｋが６年以上の電池は、判定回数１０回中、判定フラグａが３以上のときに寿命に到達したと判定する。
［Ｓ＝９のステップ］
最終寿命判定において、電池が寿命に到達していないと判定されると、判定フラグａ＝０、判定回数ｎ＝０に初期化してＳ＝１のステップに戻る。
【００６０】
以上のフローチャートでは、判定回数ｎを１０として、最終寿命判定しているが、最終寿命判定を行う基準となる判定回数ｎは、９回以下とすることも、１１回以上とすることもできる。また、最終寿命判定における判定フラグａの判定基準は、判定回数ｎに対する比率とすることもできる。たとえば、経過年数Ｋが３年未満のときは、判定フラグａが判定回数ｎの９０％以上で寿命と判定し、経過年数Ｋが３年以上６年未満のときは、判定フラグａが判定回数ｎの５０％以上で寿命と判定し、経過年数Ｋが６年以上のときは、判定フラグａが判定回数ｎの３０％以上になると寿命と判定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施例にかかる電池の寿命判定方法に使用する回路の一例を示す回路図である。
【図２】電池をパルス充電するときの電池電圧波形の一例を示すグラフである。
【図３】充電開始後、１秒以内における電池内部の等価回路である。
【図４】充電開始後、１秒以上経過した電池内部の等価回路である。
【図５】パルス充電後における電池の電池電圧波形を示すグラフである。
【図６】内部短絡した電池の電気二重層を示す概略断面図である。
【図７】正常な電池の電気二重層を示す概略断面図である。
【図８】電池をパルス充電するときの電圧波形と電池電圧波形を示すグラフである。
【図９】電池をパルス放電するときの電圧波形と電池電圧波形を示すグラフである。
【図１０】電池をパルス充電とパルス放電するときの電圧波形と電池電圧波形を示すグラフである。
【図１１】電池をパルス充電する電源の一例を示す回路図である。
【図１２】図１１に示す電源の電圧波形の一例を示すグラフである。
【図１３】ハイブリッドカーに搭載される電池の一例を示す概略図である。
【図１４】本発明の他の実施例にかかる電池の寿命判定方法に使用する回路の一例を示す回路図である。
【図１５】本発明の一実施例にかかる電池の寿命判定方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の他の実施例にかかる電池の寿命判定方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１…電池
２…電源
３…スイッチング素子
４…検出回路
５…電解液部分
６…短絡部分
７…抵抗
８…コンデンサ
９…コイル
１０…電池モジュール
１１…電池セル
１２…昇圧回路
１３…制御回路
１４…昇圧部
１５…充電電源
１６…スイッチング素子
１７…スイッチング素子
１８…コイル
１９…抵抗
Ｓ…セパレータ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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