(57)【要約】複数の組電池を用いる場合において、ハードウェアにかかるコスト、計算にかかるコストを低減する。電圧モニタを用いて組電池を構成する各電池の電圧の変化量を逐次計測し、同時刻の各電池の電圧変化量の相関関係から異常検知を行う。さらに１ステップ前までの変化量を基に異常検知を行う。ＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタを用いた基準パラメータ取得システムにより推論する。
2019243950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の二次電池を電圧モニタでそれぞれ計測し、
複数の前記二次電池のうち、単位時間あたりの前記二次電池の電圧の変化量を比較して相関関係の崩れている二次電池を異常と判断する蓄電装置の異常検知方法。
【請求項２】
請求項１において、前記二次電池はリチウムイオン二次電池である蓄電装置の異常検知方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記二次電池の電圧の変化量についての相関関係は、ある任意の一つの二次電池を基準に規格化を行う蓄電装置の異常検知方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記二次電池の電圧の変化量についての相関関係は、ＩＩＲフィルタを用いて取得された基準パラメータを用いる蓄電装置の異常検知方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、前記二次電池の電圧の変化量についての相関関係は、ＦＩＲフィルタを用いて取得された基準パラメータを用いる蓄電装置の異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明の一様態は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置または電子機器に関する。また、本発明の一様態は、蓄電装置の充電状態推定方法、及び蓄電装置の充電制御方法に関する。特に、蓄電装置の充電状態推定システム、蓄電装置の充電システム、および蓄電装置の制御システム（ＢＭＳ「バッテリーマネジメントシステム」とも呼ぶ）に関する。【０００２】なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電池（二次電池ともいう）、リチウムイオンキャパシタ、ニッケル水素電池、全固体電池、及び電気二重層キャパシタなどを含む。【０００３】  また、本発明の一態様は、ニューラルネットワーク、及びそれを用いた蓄電装置の制御装置に関する。また、本発明の一態様は、ニューラルネットワークを用いたＢＭＳを有する車両に関する。また、本発明の一態様は、ニューラルネットワークを用いた電子機器に関する。また、本発明の一態様は、車両に限定されず、構造体などに設置された太陽光発電パネルなどの発電設備から得られた電力を貯蔵するための蓄電装置にも適用できる。
【背景技術】
【０００４】二次電池の残量を推定する手法としてクーロンカウンタ法やＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）法がある。【０００５】従来の手法では、長期間運用して充電や放電を繰り返すと誤差が蓄積されて充電率、即ちＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）の推定精度が大きく低下する恐れがあった。また、電池の未使用状態での時間経過により、自己放電による初期ＳＯＣ（０）の変化もあるため、ＳＯＣの推定精度を上げることが困難である。クーロンカウンタ法は初期ＳＯＣ（０）の誤差を修正できないことや電流センサの誤差を蓄積してしまうなどの欠点がある。特許文献１にはパラメータを温度と関連付けた情報に基づいて状態推定手段によって低温時による二次電池の状態を高精度に推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−８０６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】リチウムイオンを用いる二次電池は、劣化により内部短絡や過充電などの原因で熱暴走することが知られている。熱暴走する前に予兆となる異常を検知し、安全対策をとることが望まれている。【０００８】二次電池の劣化が進むとＳＯＣの推定精度が大きく低下する場合がある。なお、ＳＯＣは二次電池の最大容量に対する残存容量の割合で定義する。二次電池の最大容量は、満充電後に放電させて電流の時間積分から求めると放電時間に長時間かかる恐れがある。【０００９】携帯情報端末や電気自動車などにおいては、複数の二次電池を直列接続または並列接続して保護回路を設け、電池パック（組電池ともよぶ）として使用される。電池パックとは、二次電池の取り扱いを容易にするため、複数個の二次電池で構成される電池モジュールを、所定の回路と共に容器（金属缶、フィルム外装体）内部に収納したものを指す。電池パックは、動作状態を管理するために、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を有する。電池パック（組電池）を構成する複数の二次電池はそれぞれ特性にバラツキがあると、アンバランスが生じてしまう。アンバランスが生じると充電時に過充電になる二次電池や、満充電まで充電されない二次電池が生じ、全体として、みかけの容量が減少する。【００１０】電気自動車などの車両にｎ個（ｎは３以上の整数）の二次電池を使用する場合、個々の二次電池のそれぞれの状態を監視し、異常を検出しようとすると、二次電池の個数分のハードウェアや、それらを用いて二次電池の個数分の計算が必要となってくる。従って使用する二次電池の個数が多くなればなるほどハードウェアにかかるコスト、計算にかかるコストが増大する。【００１１】複数の組電池を用いる場合において、ハードウェアにかかるコスト、計算にかかるコストを低減する。【００１２】また、電力を多く必要とする電動車両などには電源などに接続されているスイッチング素子を複数有しており、各々スイッチング素子のオン状態とオフ状態の切り替え時に電磁ノイズが発生する。電磁ノイズは、スイッチング動作による過渡電流が高周波電流を誘起し、電磁放射が発生することを指している。電磁ノイズの伝導には導体伝導と空間伝導があり、電力が大きければ大きいほど電磁ノイズが大きくなる。電磁ノイズの空間伝導を遮断するためにはシールドを設ける場合もあるが、さまざまな種類の電磁ノイズがあるため、遮断することが困難である。電磁ノイズは短時間の強いノイズ（スパイク状ノイズ、バースト状ノイズ或いはモノパルスノイズ）である。発生源の異なるノイズが重なって大きな電磁ノイズとなる場合もある。大きな電磁ノイズは、電源ラインなどを経由して他のデバイスの動作に影響を与える電磁障害（ＥＭＩ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が生じ、例えば回路の誤動作を引き起こす恐れがある。【００１３】回路によって複数の電磁ノイズが加算されて電磁ノイズの振幅などが大きくなる場合がある。電磁ノイズがバッテリーマネジメントシステムに入力されると、蓄電装置が異常となっていない蓄電装置を異常とみなしてしまう恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】電圧モニタを用いて組電池を構成する各電池の電圧の変化量を逐次計測し、同時刻の各電池の電圧変化量の相関関係から異常検知を行う。さらに１ステップ前までの変化量を基に異常検知を行う。【００１５】具体的には、任意の電池の電圧の傾きで規格化する。異常がない場合での各電池の電圧の傾きの相関関係（大小関係など）を基準とし、電池の特性バラツキ範囲を外れると異常と判断する。【００１６】直列に接続されている二次電池のそれぞれの電圧を監視し、縦軸を観測電圧とし、横軸を時間としたグラフとした傾き、即ち単位時間あたりの電圧の変化量を各電池間で比較すると、異常がない場合は、相関関係があり、同じ傾向である。ある電池に異常がある場合は、他の電池と相関関係が崩れる。これらのことから、各電池の傾きの相関関係を監視することで異常の発生した二次電池を検知することができる。【００１７】相関関係を数値化するために、任意の電池の電圧の傾きを規格化する。電池の電圧の傾きは内部インピーダンスに大きく依存する。各電池の電圧の傾きの相対関係を基準とし、電池の特性バラツキ範囲を外れると異常と判定する。【００１８】各電池の電圧の傾きの相対関係は、フィードバック制御を用いた基準パラメータを取得する。基準パラメータは、初期状態において同じ製造プロセスで製造された複数の二次電池はほぼ同一であるが、劣化が進むとそれぞれに差が生じ、その差が次第に大きくなる。【００１９】基準パラメータに基づいて決定したしきい値と比較し、観測電圧の傾きが、そのしきい値以下の観測信号はノイズとみなし、正常と判断する。観測電圧の傾きが、しきい値とは大きく異なり、想定範囲外である場合を異常と判断する。また、正常とした二次電池のデータに基づいて係数を更新し、フィードバックを行う。【００１９】本明細書で開示する異常検知方法は、直列接続された複数の二次電池を電圧モニタでそれぞれ計測し、複数の二次電池のうち、単位時間あたりの二次電池の電圧の変化量を比較して相関関係の崩れている二次電池を異常と判断する。【００１９】上記異常検知方法において、二次電池はリチウムイオン二次電池である。また、二次電池の電圧の変化量についての相関関係は、ある任意の一つの二次電池を基準に規格化を行う。【００１９】上記異常検知方法において、二次電池の電圧の変化量についての相関関係は、ＩＩＲフィルタを用いて取得された基準パラメータを用いる。あるいは、二次電池の電圧の変化量についての相関関係は、ＦＩＲフィルタを用いて取得された基準パラメータを用いる。
【発明の効果】
【００２０】車両やデバイスなどに搭載されているリチウムイオン二次電池が故障により電力供給停止にいたる前に、二次電池の異常または予兆を検出し、使用者に適切な措置を促すことができる。【００２１】マイクロショートを検知することにより、二次電池が熱暴走する異常を未然に防止することができる。【００２２】また、カルマンフィルタを用いる場合に比べて計算量が削減でき、低コストでＳＯＣの推定や異常検知ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一態様を示すフロー図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の一態様を示すグラフである。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一態様を示すブロック図である。
【図４】本発明の一態様を示す電圧データを示す図である。
【図５】本発明の一態様を示すブロック図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、二次電池の一例を示す斜視図であり、（Ｃ）は二次電池の充電時における電子の動きまたは電流の流れる向きを示す断面モデル図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は移動体の一例を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はデバイスの一例を示す斜視図である。
【図９】（Ａ）は実施例の構成を示すブロック図であり、（Ｂ）はデータの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２５】（実施の形態１）
図１に、本明細書で開示する発明のフローの一例を示す。
【００２６】まず、監視対象は複数（ｎ個：ｎは自然数）の二次電池とする。経過時間と二次電池の観測電圧のデータを取得、記憶装置などへの保存を順次行う。例えば図２（Ａ）に示すように４つの二次電池の観測電圧を横軸、縦軸を時間とするグラフを順次得る。そして、図２（Ｂ）に示すように、それぞれの二次電池の測定開始時間を揃えるため、オフセット調整を行う。
【００２７】そして、一定間隔おきに、単位時間あたりの観測電圧の傾きを算出する。図２（Ｃ）には、それぞれの傾きの線分を表示することで、相関関係が異なる点をわかりやすくしている。図２（Ｃ）では、４つ目の二次電池の電圧Ｖ４の傾きが他の二次電池と相関関係が崩れている。図２（Ｃ）に示す点線は、二次電池の電圧Ｖ４の傾きが他の二次電池と相関関係が保たれた場合の結果である。
【００２８】観測電圧の変化量は、式１に基づいて算出することができる。
【数１】
2019243950.tif 000003
上記式は状態の遷移を記述する状態方程式である。なお、ｋは１つの補正値を算出する１処理期間中の計算サイクルの番号を示す整数であり、例えばｋ＝０、１、２、３、４、である。
【００２９】次いで、観測ノイズに対して観測電圧の信号が十分に大きいかを判断する。一個目の二次電池の変化量がしきい値と比較して大きいかどうか、以下の式２で判断する。
【００３０】
【数２】
2019243950.tif 000004
【００３１】また、ｎ個目の二次電池の変化量がしきい値と比較して大きいかどうか、以下の式３で判断する。
【数３】
2019243950.tif 000005
【００３２】しきい値と比較して大きい場合には、変動幅が想定された範囲内であるかを判断し、範囲外であれば異常発生通知を行う。範囲内であれば次のサイクル（ｋ＋１）の係数を更新する。
【００３３】変動幅は、以下の式４で判断する。なお、αｎは、図３（Ａ）に示すＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ：無限インパルス応答）フィルタやＦＩＲ（ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ：有限インパルス応答）フィルタを用いた基準パラメータ取得システムにより推論することができる。
【数４】
2019243950.tif 000006
【００３４】文字の上に付されたハット記号は、文字が示す値が推定値であることを示すものである。
【００３５】
【数５】
2019243950.tif 000007
【００３６】式４及び式５を満たす条件では、次のサイクル（ｋ＋１）の係数を更新する。
【００３７】式４及び式５を満たさない場合、異常発生と判断することができるため、使用者に通知などを行う。なお、ここでは式４と式５を分ける例としたが、一つの式としてもよい。
【００３８】また、異常検知は上記方法に限定されず、任意の電池の電圧の傾きで規格化する方法を用いてもよい。図４に一例を示した相対関係を利用した異常検知としてもよい。異常がない場合での各電池の電圧の傾きの相対関係を基準パラメータ（α２、α３、α４）とし、電池の特性ばらつき（ΔＲ２、ΔＲ３、ΔＲ４）範囲を外れる場合に異常と判定してもよい。フィードバック制御を用いて、基準パラメータ（α２、α３、α４）を取得するシステム図を図３（Ｂ）に示す。
【００３９】複数の二次電池の挙動、即ち、単位時間あたりの観測電圧の傾きをそれぞれモニタすることで、他の二次電池と異なる挙動を示す二次電池を検出することで異常検知を行うことができる。従って、カルマンフィルタなどの複雑な計算を用いることなく、異常検知することができる。また、ＳＯＣの推定のための計算量が削減でき、高精度に充電状態推定ができる。また、カルマンフィルタを用いることなく、小規模な回路構成を用いて低コストでＳＯＣの推定や異常検知ができる。また、充放電を繰り返すことによって二次電池の劣化が進行しても、全部の二次電池は理想的には、ほぼ同じストレスが与えられ、ほぼ同じ劣化を示すため、上記手法を用いれば、二次電池の劣化を考慮した異常検出ができる。
【００４０】（実施の形態２）
本実施の形態では、図５（Ａ）を用いて電池状態推定装置を電気自動車（ＥＶ）に用いる一例を示す。
【００４１】電気自動車には、メインの駆動用の二次電池として第１の二次電池３０１と、モータ３０４を始動させるインバータ３１２に電力を供給する第２の二次電池３１１が設置されている。本実施の形態では、第２の二次電池３１１の電源で駆動する状態推定ユニット３００が第１の二次電池３０１を構成する複数の二次電池をまとめて監視する。状態推定ユニット３００は、充電状態推定または異常検知を行う。状態推定ユニット３００は、異常検知を行う場合、異常検知ユニットと呼ぶこともできる。異常検知ユニットを含む装置全体を異常検出装置とも呼ぶ。異常検出装置は、小規模な回路構成を用いてハードウェアにかかるコスト、計算にかかるコストを低減することが好ましい。
【００４２】状態推定ユニット３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、記憶部としてのメモリなどを含むコンピュータを主要な構成要素としている。ＣＰＵは複数の二次電池のそれぞれに対応する演算部を含む。演算部は二次電池の相関関係を数値化する。メモリにはしきい値データを記憶し、入力された電流値や電圧値からＳＯＣを推定する。小規模な回路構成を用いてハードウェアにかかるコスト、計算にかかるコストを低減する場合、状態推定ユニット３００は、マイクロコンピュータを用いることが好ましい。マイクロコンピュータとは、マイクロプロセッサ、メモリ、周辺チップなどで構成した小さなコンピュータのことである。状態推定ユニット３００は、マイクロコントローラを用いることもできる。マイクロコントローラは、１つのシリコン基板を持ちチア集積回路（ＩＣ）チップにプロセッサとメモリと周辺回路を組み込んだものである。
【００４３】相関関係を数値化するために、任意の電池の電圧の傾きを規格化する。電池の電圧の傾きは内部インピーダンスに大きく依存する。各電池の電圧の傾きの相対関係を基準とし、電池の特性バラツキ範囲を外れると異常と判定する。
【００４４】各電池の電圧の傾きの相対関係は、フィードバック制御を用いた基準パラメータを取得する。基準パラメータに基づいて決定したしきい値と比較し、観測電圧の傾きが、そのしきい値以下の観測信号はノイズとみなし、正常と判断する。観測電圧の傾きが、しきい値とは大きく異なり、想定範囲外である場合を異常と判断する。また、正常とした二次電池のデータに基づいて係数を更新し、フィードバックを行う。
【００４５】第１の二次電池３０１は、主に４２Ｖ系（高電圧系）の車載機器に電力を供給し、第２の二次電池３１１は１４Ｖ系（低電圧系）の車載機器に電力を供給する。第２の二次電池３１１は鉛蓄電池がコスト上有利のため採用されることが多い。鉛蓄電池はリチウムイオン二次電池と比べて自己放電が大きく、サルフェーションとよばれる現象により劣化しやすい欠点がある。第２の二次電池３１１をリチウムイオン二次電池とすることでメンテナンスフリーとするメリットがあるが、長期間の使用、例えば３年以上となると、製造時には判別できない異常発生が生じる恐れがある。特にインバータを起動する第２の二次電池３１１が動作不能となると、第１の二次電池３０１に残容量があってもモータを起動させることができなくなることを防ぐため、第２の二次電池３１１が鉛蓄電池の場合は、第１の二次電池から第２の二次電池に電力を供給し、常に満充電状態を維持するように充電されている。
【００４６】本実施の形態では、第１の二次電池３０１と第２の二次電池３１１の両方にリチウムイオン二次電池を用いる一例を示す。第２の二次電池３１１は鉛蓄電池や全固体電池を用いてもよい。
【００４７】また、タイヤ３１６の回転による回生エネルギーは、ギア３０５を介してモータ３０４に送られ、モータコントローラ３０３やバッテリーコントローラ３０２から第２の二次電池３１１に充電、または第１の二次電池３０１に充電される。
【００４８】また、第１の二次電池３０１は主にモータ３０４を回転させることに使用されるが、ＤＣＤＣ回路３０６を介して４２Ｖ系の車載部品（電動パワステ３０７、ヒーター３０８、デフォッガ３０９など）に電力を供給する。後輪にリアモータを有している場合にも、第１の二次電池３０１がリアモータを回転させることに使用される。
【００４９】また、第２の二次電池３１１は、ＤＣＤＣ回路３１０を介して１４Ｖ系の車載部品（オーディオ、パワーウィンドウ３１４、ランプ類３１５など）に電力を供給する。
【００５０】また、第１の二次電池３０１は、複数の二次電池で構成される。例えば、円筒形の二次電池６００を用いる。図５（Ｂ）に示すように、円筒形の二次電池６００を、導電板６１３および導電板６１４の間に挟んでモジュール６１５を構成してもよい。図５（Ｂ）には二次電池間にスイッチを図示していない。複数の二次電池６００は、並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列に接続された後、さらに直列に接続されていてもよい。複数の二次電池６００を有するモジュール６１５を構成することで、大きな電力を取り出すことができる。
【００５１】図５（Ａ）においては、バッテリーコントローラ３０２と状態推定ユニット３００は、別々の構成で図示しているが、特に限定されず、同一基板上に複数のＩＣチップで構成してもよいし、まとめて一つのユニットとしてもよい。また、状態推定ユニット３００は、１つのチップ上に集積して製造されたＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）から構成されているとしてもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。プロセッサは８ビット、１６ビット、３２ビット、６４ビット、１２８ビットなどのものを用いることができる。また、プロセッサにはマイクロプロセッサ、コプロセッサ、浮動小数点プロセッサなどがある。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、或いはＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブルプロセッサを用いてもよい。また、バッテリーコントローラ３０２は、ＢＭＵ（バッテリーマネジメントユニット）と呼ぶ場合もある。基準パラメータは例えば二次電池の状態推定ユニット３００のメモリ、具体的にはＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）に記憶させる。状態推定ユニット３００は、より正確に二次電池のＳＯＣを算出することができる。
【００５２】二次電池の状態推定ユニット３００を備える蓄電制御装置または管理装置を実現することができる。また、ニューラルネットワーク処理を含む複数の処理を順序立てて行い、複数のステップを構成する蓄電制御方法を実現することができる。また、蓄電制御方法に含まれる各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとして実現することもできる。また、そのようなコンピュータプログラムを記録媒体、或いはインターネットの通信ネットワークを介したクラウドに保存し、実行することもできる。
【００５３】本実施の形態は実施の形態１と自由に組み合わせることができる。
【００５４】（実施の形態３）
円筒型の二次電池の例について図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して説明する。円筒型の二次電池６００は、図６（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）６０１を有し、側面および底面に電池缶（外装缶）６０２を有している。これら正極キャップと電池缶（外装缶）６０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）６１０によって絶縁されている。
【００５５】図６（Ｂ）は、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池缶６０２の内側には、帯状の正極６０４と負極６０６とがセパレータ６０５を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶６０２は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶６０２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレス鋼等）を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。電池缶６０２の内側において、正極、負極およびセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板６０８、６０９により挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶６０２の内部は、非水電解液（図示せず）が注入されている。二次電池は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）などの活物質を含む正極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な黒鉛等の炭素材料からなる負極と、エチレンカーボネートやジエチルカーボネートなどの有機溶媒に、ＬｉＢＦ４やＬｉＰＦ６等のリチウム塩からなる電解質を溶解させた非水電解液などにより構成される。
【００５６】円筒型の蓄電池に用いる正極および負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成することが好ましい。正極６０４には正極端子（正極集電リード）６０３が接続され、負極６０６には負極端子（負極集電リード）６０７が接続される。正極端子６０３および負極端子６０７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子６０３は安全弁機構６１２に、負極端子６０７は電池缶６０２の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構６１２は、ＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）６１１を介して正極キャップ６０１と電気的に接続されている。安全弁機構６１２は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ６０１と正極６０４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子６１１は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系半導体セラミックス等を用いることができる。
【００５７】電解液を用いるリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、電解液と、外装体とを有する。なお、リチウムイオン二次電池では、充電と放電でアノード（陽極）とカソード（陰極）が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、反応電位が高い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書においては、充電中であっても、放電中であっても、逆パルス電流を流す場合であっても、充電電流を流す場合であっても、正極は「正極」または「＋極（プラス極）」と呼び、負極は「負極」または「−極（マイナス極）」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に関連したアノード（陽極）やカソード（陰極）という用語を用いると、充電時と放電時とでは、逆になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード（陽極）やカソード（陰極）という用語は、本明細書においては用いないこととする。仮にアノード（陽極）やカソード（陰極）という用語を用いる場合には、充電時か放電時かを明記し、正極（プラス極）と負極（マイナス極）のどちらに対応するものかも併記することとする。
【００５８】図６（Ｃ）に示す２つの端子には充電器が接続され、蓄電池１４００が充電される。蓄電池１４００の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。図６（Ｃ）では、蓄電池１４００の外部の端子から、正極１４０２の方へ流れ、蓄電池１４００の中において、正極１４０２から負極１４０４の方へ流れ、負極から蓄電池１４００の外部の端子の方へ流れる電流の向きを正の向きとしている。つまり、充電電流の流れる向きを電流の向きとしている。図６（Ｃ）において蓄電池１４００は、セパレータ１４０８と、電解液１４０６とを有する。
【００５９】本実施の形態では、リチウムイオン二次電池の例を示すが、リチウムイオン二次電池に限定されず、二次電池の正極材料として例えば、元素Ａ、元素Ｘ、及び酸素を有する材料を用いることができる。元素Ａは第１族の元素および第２族の元素から選ばれる一以上であることが好ましい。第１族の元素として例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を用いることができる。また、第２族の元素として例えば、カルシウム、ベリリウム、マグネシウム等を用いることができる。元素Ｘとして例えば金属元素、シリコン及びリンから選ばれる一以上を用いることができる。また、元素Ｘはコバルト、ニッケル、マンガン、鉄、及びバナジウムから選ばれる一以上であることが好ましい。代表的には、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２）や、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）が挙げられる。
【００６０】負極は、負極活物質層および負極集電体を有する。また、負極活物質層は、導電助剤およびバインダを有していてもよい。
【００６１】負極活物質として、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素を用いることができる。例えば、シリコン、スズ、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム等のうち少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと高い。
【００６２】また、二次電池は、セパレータを有することが好ましい。セパレータとしては、例えば、紙をはじめとするセルロースを有する繊維、不織布、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。
【００６３】  図７において、本発明の一態様である二次電池の充電状態推定装置を用いた車両を例示する。図７（Ａ）に示す自動車８４００の二次電池８０２４は、電気モータ８４０６を駆動するだけでなく、ヘッドライト８４０１やルームライト（図示せず）などの発光装置に電力を供給することができる。自動車８４００の二次電池８０２４は、図６（Ｂ）に示した円筒形の二次電池６００を、導電板６１３および導電板６１４の間に挟んでモジュール６１５としたものを用いてもよい。
【００６４】  図７（Ｂ）に示す自動車８５００は、自動車８５００が有する二次電池にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図７（Ｂ）に、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８５００に搭載された二次電池８０２４に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法やコネクターの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車８５００に搭載された二次電池８０２４を充電することができる。充電は、ＡＣＤＣコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。
【００６５】  また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に二次電池の充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
【００６６】  また、図７（Ｃ）は、本発明の一態様の二次電池の充電状態推定装置を用いた二輪車の一例である。図７（Ｃ）に示すスクータ８６００は、二次電池８６０２、サイドミラー８６０１、方向指示灯８６０３を備える。二次電池８６０２は、方向指示灯８６０３に電気を供給することができる。
【００６７】  また、図７（Ｃ）に示すスクータ８６００は、座席下収納８６０４に、二次電池８６０２を収納することができる。二次電池８６０２は、座席下収納８６０４が小型であっても、座席下収納８６０４に収納することができる。
【００６８】  本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【００６９】（実施の形態４）
本発明の一態様に係る二次電池の異常検出装置は、車両に限らず、二次電池及び無線モジュールを有するデバイスに適用することができる。
【００７０】図８（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、蓄電装置７４０７及び蓄電装置７４０７の異常検出装置を有している。データを送受信する無線モジュールと蓄電装置７４０７とが近くに配置されていても上記実施の形態で説明した異常検知方法によって異常検知を行うことができる。
【００７１】図８（Ｂ）は、情報処理装置２００の外観の一例を説明する投影図である。本実施の形態で説明する情報処理装置２００は、演算装置２１０と、表示部２３０、２４０と、蓄電装置２５０及び異常検出装置とを有する。
【００７２】情報処理装置２００は、ノイズ発生源となりえる通信部を有し、無線モジュールは、ネットワークに情報を供給し、ネットワークから情報を取得する機能を備える。また、通信部を用いて特定の空間に配信された情報を受信して、受信した情報に基づいて、画像情報を生成してもよい。情報処理装置２００は、表示部２３０、２４０のいずれか一方をキーボード表示させた画面をタッチ入力パネルと設定することで、パーソナルコンピュータとして機能させることができる。
【００７３】また、図８（Ｃ）に示すようなウェアラブルデバイスに、本発明の一態様に係る二次電池の異常検出装置を搭載することで、異常検知することができる。
【００７４】例えば、図８（Ｃ）に示すような眼鏡型デバイス４００に搭載することができる。眼鏡型デバイス４００は、フレーム４００ａと、表示部４００ｂと、無線モジュールを有する。湾曲を有するフレーム４００ａのテンプル部に蓄電装置、異常検出装置、及び無線モジュールを互いに近づけて配置しても異常検出できるため、蓄電装置の異常発生を検知できる安全な眼鏡型デバイス４００とすることができる。
【００７５】また、ヘッドセット型デバイス４０１に蓄電装置、異常検出装置、及び無線モジュールを搭載することができる。ヘッドセット型デバイス４０１は、少なくともマイク部４０１ａと、フレキシブルパイプ４０１ｂと、イヤフォン部４０１ｃを有する。フレキシブルパイプ４０１ｂ内やイヤフォン部４０１ｃ内に蓄電装置、異常検出装置、及び無線モジュールを設けることができる。
【００７６】また、身体に直接取り付け可能なデバイス４０２に搭載することができる。デバイス４０２の薄型の筐体４０２ａの中に、蓄電装置４０２ｂ及び蓄電装置の異常検出装置を設けることができる。
【００７７】また、衣服に取り付け可能なデバイス４０３に搭載することができる。デバイス４０３の薄型の筐体４０３ａの中に、蓄電装置４０３ｂ及び蓄電装置の異常検出装置を設けることができる。
【００７８】また、腕時計型デバイス４０５に搭載することができる。腕時計型デバイス４０５は表示部４０５ａおよびベルト部４０５ｂを有し、表示部４０５ａまたはベルト部４０５ｂに、蓄電装置及び蓄電装置の異常検出装置を設けることができる。
【００７９】表示部４０５ａには、時刻だけでなく、メールや電話の着信等、様々な情報を表示することができる。
【００８０】また、腕時計型デバイス４０５は、腕に直接巻きつけるタイプのウェアラブルデバイスであるため、使用者の脈拍、血圧等を測定するセンサを搭載してもよい。使用者の運動量および健康に関するデータを蓄積し、健康維持に役立てることができる。
【００８１】また、ベルト型デバイス４０６に蓄電装置及び蓄電装置の異常検出装置を搭載することができる。ベルト型デバイス４０６は、ベルト部４０６ａおよびワイヤレス給電受電部４０６ｂを有し、ベルト部４０６ａの内部に、蓄電装置、異常検出装置、及び無線モジュールを搭載することができる。
【００８２】また、日用電子製品の蓄電装置として本発明の一態様の蓄電装置及び蓄電装置の異常検出装置を用いることで、軽量で安全な製品を提供できる。例えば、日用電子製品として、電動歯ブラシ、電気シェーバー、電動美容機器などが挙げられ、それらの製品の蓄電装置としては、使用者の持ちやすさを考え、形状をスティック状とし、小型、軽量、且つ、大容量の蓄電装置が望まれている。図８（Ｄ）はタバコ収容喫煙装置（電子タバコ）とも呼ばれる装置の斜視図である。図８（Ｄ）において電子タバコ７４１０は、加熱素子を含むアトマイザ７４１１と、アトマイザに電力を供給する蓄電装置７４１４と、液体供給ボトルやセンサなどを含むカートリッジ７４１２で構成されている。安全性を高めるため、蓄電装置の異常検出装置を蓄電装置７４１４に電気的に接続してもよい。図８（Ｄ）に示した蓄電装置７４１４は、充電機器と接続できるように外部端子を有している。蓄電装置７４１４は持った場合に先端部分となるため、トータルの長さが短く、且つ、重量が軽いことが望ましい。
【００８３】なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００８４】図９（Ａ）は、二次電池の電圧の変化量を用いてマイクロショートの検知が可能かどうか検証するための実験装置を示している。図９（Ａ）には、１０個の直列接続させた二次電池と、仮想走行データを記録した制御ＰＣと、電子負荷装置と、監視ＩＣとロギングデータを記録するためのＰＣとを有している。また、クランプメータで電流を測定している。監視ＩＣは、電流、電圧、温度を監視している。【００８５】１０個の直列接続させた二次電池を用い、そのうちの３つを異常状態として検知するため、二次電池間の傾きの違いから検出する。Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、及びＮｏ．１０に対して電力用抵抗を並列に挿入することで疑似的なマイクロショートを数回発生させた。直列接続させた１０個の二次電池それぞれについて電圧の変化量（傾きとも呼べる）を取得する。本実施例ではサンプリング間隔０．１１ｓｅｃで判定する。【００８６】比較の二次電池の基準としてＮｏ．４を選び、各二次電池との電圧変化の平均との差を取り判定基準とした。各二次電池の内部抵抗の違いにより電圧変化量の幅には個体差がある。従ってある一つの二次電池を基準として、その差を補正する。【００８７】図９（Ｂ）は、縦軸を電圧変化量、横軸を時間としたデータである。それぞれのデータを比較するため、実際には重なる１０個のデータを縦軸方向に間隔を開けて並べて示す。図９では、マイクロショートを発生させたＮｏ．１、３、１０のぞれぞれのデータに突出したピークが確認できる。突出したピークが異常点であり、その異常点での振幅は０．２（Ｖ／ｓｅｃ）程度となっている。突出したピークの値に基づいて、しきい値を決定すれば、マイクロショートを検出できると言える。【００８８】このようにデータを用いて検証した結果、カルマンフィルタなどを用いなくとも異常検知を行うことができる。各二次電池間の電圧の変化量を求めることによって異常検知ができるため、二次電池１０個直列接続した本実施例であれば８ビット程度のＣＰＵで演算が可能である。本実施例では１０個の直列の二次電池を例に説明したが、用いる個数、用いる二次電池の種類によっても、電圧の変化量なども異なるため、適宜しきい値を決定すればよく、異常検知を高精度に行うため、適宜、データ補正を行って最適なしきい値を設定することが好ましい。
【符号の説明】
【００８９】２００：情報処理装置、２１０：演算装置、２２０：入出力装置、２３０：表示部、２４０：表示部、２５０：蓄電装置、２９０：通信部、３００：状態推定ユニット、３０１：二次電池、３０２：バッテリーコントローラ、３０３：モータコントローラ、３０４：モータ、３０５：ギア、３０６：ＤＣＤＣ回路、３０７：電動パワステ、３０８：ヒーター、３０９：デフォッガ、３１０：ＤＣＤＣ回路、３１１：二次電池、３１２：インバータ、３１４：パワーウィンドウ、３１５：ランプ類、３１６：タイヤ、４００：眼鏡型デバイス、４００ａ：フレーム、４００ｂ：表示部、４０１：ヘッドセット型デバイス、４０１ａ：マイク部、４０１ｂ：フレキシブルパイプ、４０１ｃ：イヤフォン部、４０２：デバイス、４０２ａ：筐体、４０２ｂ：蓄電装置、４０３：デバイス、４０３ａ：筐体、４０３ｂ：蓄電装置、４０５：腕時計型デバイス、４０５ａ：表示部、４０５ｂ：ベルト部、４０６：ベルト型デバイス、４０６ａ：ベルト部、４０６ｂ：ワイヤレス給電受電部、６００：二次電池、６０１：正極キャップ、６０２：電池缶、６０３：正極端子、６０４：正極、６０５：セパレータ、６０６：負極、６０７：負極端子、６０８：絶縁板、６０９：絶縁板、６１１：ＰＴＣ素子、６１２：安全弁機構、６１３：導電板、６１４：導電板、６１５：モジュール、１４００：蓄電池、１４０２：正極、１４０４：負極、１４０６：電解液、１４０８：セパレータ、７４００：携帯電話機、７４０１：筐体、７４０２：表示部、７４０３：操作ボタン、７４０４：外部接続ポート、７４０５：スピーカ、７４０６：マイク、７４０７：蓄電装置、７４１０：電子タバコ、７４１１：アトマイザ、７４１２：カートリッジ、７４１４：蓄電装置、８０２１：充電装置、８０２２：ケーブル、８０２４：二次電池、８４００：自動車、８４０１：ヘッドライト、８４０６：電気モータ、８５００：自動車、８６００：スクータ、８６０１：サイドミラー、８６０２：二次電池、８６０３：方向指示灯、８６０４：座席下収納
【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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【国際調査報告】
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