WO2007032382A1 - 二次電池劣化判定方法、二次電池劣化判定装置、及び電源システム - Google Patents

Abstract

劣化状態量の設定値に基づいて充電状態量算出手段により蓄電池の充電状態量を求め、ついで前記充電状態量に基づいて劣化状態量算出手段により前記蓄電池の劣化状態量を求めることを２回以上の所定回数で繰り返し、前記所定回数で繰り返すことにより最後に求められた前記劣化状態量を劣化状態量出力値として出力し、最後に求められた前記充電状態量を充電状態量出力値として出力し、前記劣化状態量出力値をメモリに記憶すること。

Description

明 細 書

二次電池劣化判定方法、二次電池劣化判定装置、及び電源システム 技術分野

[0001] 本発明は、負荷に電力を供給する二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化 状態判定方法等の技術分野に関し、特に、二次電池の内部インピーダンスまたは内 部抵抗を推定し、その推定結果に基づき二次電池の劣化状態を判定する二次電池 劣化判定方法等の技術分野に関するものである。

背景技術

[0002] 蓄電池の充電状態を検知する方法として、例えば下記の特許文献 1に記載のよう に、電池電圧と充電状態の関係 (線形性)を用いることにより、電池電圧を測定して充 電状態を推定する方法がある。

[0003] この方法を用いる場合には、充電あるいは放電による分極状態の影響により電池 電圧に大きな変動が生じるので、安定した電池電圧を測定することができない。特に 、自動車においては、エンジンの始動時や始動後に蓄電池から各負荷へ電力供給 があり、し力も充電器から蓄電池への充電もあることから、蓄電池の充電と放電が繰り 返し行われるので、安定した電池電圧を得ることができず、線形性から求める充電状 態量の推定に非常に大きな誤差が生じていた。

[0004] このため、自動車に搭載される蓄電池、特に通常は負荷が接続されずに緊急時の みに負荷へ電力を供給する蓄電池においては、ドアの開放信号の発生力 エンジン が始動するまでの期間に電池電圧を測定し、この期間の電池電圧の測定データを線 形式に代入して充電状態量を推定する方法や、長時間タイマーを稼働させて一定の 間隔で電池電圧を取得することにより安定した電圧値を得て充電状態を推定する方 法などがあるが、いずれも測定値をそのまま用いる方法であり、蓄電池の劣化状態な どを考慮していないので、正確性に欠ける。

[0005] また、充電時の蓄電池の充電状態を推定する方法としては、電流を時間積算して 充電量を算出し、これを電池容量と比較、正規化することにより行う方法がある。

[0006] しかし、蓄電池の電池容量は、蓄電池の劣化が進行するにつれて初期の電池容量 力 低下 ·減少するので、その劣化の進行につれて算出した充電状態の精度は初期 値に比べて低くなる。特に、放電等により SOC量が低い場合にはその傾向が顕著に 表れる。この対策として、下記の特許文献 1、特許文献 2に記載されているように、電 池容量の劣化補正を行う方法が以前より知られている。

[0007] 文献 2、文献 3に記載されて!、る電池容量劣化補正方法は、蓄電池の放電電流と 電池電圧の関係を充電状態量毎に算出する IV法によって得られた高負荷時残存容 量に基づいて満充電時 (充電状態量： 100%)の残存容量を推定し、これを電池容 量で割ることにより劣化度を算出し、その劣化度により電池容量を補正する方法であ る。

これらの方法も、測定したその時点での充電状態量を示すものであり、この数値の みで判定を行うには正確性に欠ける。

[0008] 更に、劣化状態を検知する方法としては、電池の内部抵抗の増加により劣化状態を 検知する方法、蓄電池を放電させてその放電時の電圧から劣化状態を検知する方 法、蓄電池の容量を放電時の電圧から推定することにより劣化状態を検知する方法 などがある。しかし、いずれの方法も、測定したその時点での劣化状態量を示すもの であり、温度などの要因を考慮していないので、その数値のみで判定を行うには正確 性に欠ける。

[0009] 自動車等に搭載される鉛蓄電池等の二次電池の劣化状態を判定する技術が特許 文献 4に記載されている。

[0010] 一般に、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗は、二次電池の劣化状態 と強い相関があることから、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗を知ること ができれば、その結果から二次電池の劣化度合を判定することが可能となる。これに より、ユーザに対して、劣化度合が大きい二次電池の交換を促すことができる。

[0011] 二次電池を有する電源システムにおいて、該二次電池の劣化状態を判定可能とす るために、該二次電池に対し所定の電流の充電または放電を行い、そのときの電流 及び電圧を測定し、測定された電流及び電圧力 所定の演算により内部インピーダ ンスまたは内部抵抗を算出する構成を採用すればよい。

[0012] 二次電池を自動車等に搭載する場合には、多様な地域や外部環境での使用が想 定されることから、非常に広範囲にわたる使用温度において二次電池が正常に動作 することを保証することが重要になる。

[0013] 一方、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗は、温度に依存して大きく変 化し、特に低温で著しく増大する傾向がある。そのため、常温では内部インピーダン スまたは内部抵抗が許容範囲内にあっても、低温では許容範囲を逸脱して二次電池 の使用に支障を来たすこともある。

[0014] そこで、二次電池の使用温度にかかわらずその劣化状態を確実に判定することが 重要となるが、そのためには、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗を、何 らかの方法で温度補正を行った上で推定する必要がある。二次電池の内部インピー ダンスまたは内部抵抗は、複雑な温度特性を有しているため、これを単純な近似式 等で精度よく近似することは困難であり、内部インピーダンスまたは内部抵抗の温度 補正を高い精度で行うことは容易ではな力つた。

[0015] そこで、内部インピーダンスの温度特性を少なくとも 3次以上の多項式を用いて補 正することにより、二次電池の劣化状態を高い精度で判定するようにした従来技術が 特許文献 5に開示されている。

[0016] 更に、一般に、ノ ッテリのインピーダンスは、ノ ッテリの劣化度乃至は放電能力と強 い相関があることから、ノ ッテリのインピーダンスを知ることができれば、それからバッ テリの劣化度乃至は放電能力を推定することが可能となる。これにより、ユーザに対し て劣化が進んだ乃至は放電能力が低下したバッテリの交換を促すことができる。

[0017] ノ ッテリを有する電源システムにおいて、該バッテリの劣化度乃至は放電能力を推 定可能とするために、該バッテリに対し所定の充電電流又は放電電流を流し、そのと きの電流及び電圧を測定し、測定された電流及び電圧力 所定の演算によりインピ 一ダンスを算出する方法が従来力も知られている。

[0018] ノ ッテリのインピーダンスは、測定条件が同じであれば正確にバッテリの劣化度や 放電能力を表す指標となるが、実際のシステムへの適用、代表的な例として自動車 への適用を考えた場合、自動車用バッテリには常にオルタネータからの充電電流や 、各電装機器に供給する放電電流等の通常動作による充放電電流が流れて 、る。

[0019] そのため、インピーダンス測定は前記の所定の充電電流又は放電電流に加えて、 これらの通常動作による充放電電流が重畳された状態で行われており、この重畳さ れた充放電電流による測定条件の違 ヽを無視してインピーダンス測定を行って ヽる。 特許文献 1：特表 2004— 530880号公報

特許文献 2：特開平 6— 59003号公報

特許文献 3 :特開 2000— 166109号公報

特許文献 4：特開 2001— 228226号

特許文献 5：特開 2005— 91217号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0020] 蓄電池は条件 ·状態により充放電能力が大きく変化する。その条件《状態としては、 充電状態量の変化や、蓄電池の劣化がある。その充電状態量の算出の基になる蓄 電池内部の蓄積量は環境による温度変化、充電あるいは放電により変化する。

[0021] 充電状態量は通常、長時間放電時の放電能力、放電特性により規定されるため、 蓄電池の劣化は必然的に充電状態量の算出にも影響を及ぼす。一方、劣化状態を 算出する場合には、その定義にもよるが、充電状態量も少な力もず影響する。従って 、充電状態量と劣化状態量にっ 、てはなんらかの方法によって補正を行って 、た。 これまでの検知方法では、充電状態を算出する際の劣化補正や、劣化状態を算出 する際の充電状態量補正といった検知方法個々での条件因子で考慮されていたた めに、劣化状態検知と充電状態検知の双方の精度に違いが生じ易ぐ蓄電池の最 適な管理が難しくなる。

[0022] 上記従来の二次電池の劣化判定方法では、以下のような問題があった。内部イン ピーダンスを算出するために、二次電池に所定の電流を充電または放電してそのと きの電流及び電圧を測定するが、前記所定の電流が 20Hz以下の低周波の交流電 流である場合には、特許文献 5による方法でも二次電池の劣化判定が可能であった

[0023] 前記所定の電流を 20Hz以下の低周波交流電流とした場合には、ノイズが無視で きなくなるという問題があった。すなわち、前記所定の電流を二次電池に充電する場 合には、オールタネータを用いて充電することになる力 20Hz以下の低周波交流電 流では、オールタネ一タカ のノイズを無視することはできない。また、前記所定の電 流を放電する場合でも、負荷からのノイズの影響を受けることになる。

[0024] そこで、オールタネータあるいは負荷からのノイズの影響を受けな 、ようにするため には、前記所定の電流として 100Hz以上の交流電流を用いる必要がある。また、前 記所定の電流としてパルス状の直流電流を用いる場合には、パルス電流印加後 10 ms以内の電流測定値及び電圧測定値を内部抵抗の算出に用いる必要がある。

[0025] ところが、前記所定の電流として 100Hz以上の交流電流あるいはパルス状電流に 対する 10ms以内の応答を用いた場合には、特許文献 5に記載の二次電池の劣化 判定方法では、十分な精度で二次電池の劣化を判定することはできなかった。

[0026] 上記従来のバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法では、次のような問題があ つた。すなわち、一般にバッテリのインピーダンスは、上記の通常動作による充放電 電流の大きさに依存することが知られており、このような環境下では正確な劣化度や 放電能力を推定することは困難であった。

[0027] 本発明の目的の 1つは、充電状態と劣化状態の双方の検知を同列で精度良く行って 電池の最適な管理を行える蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法及びその装置 を提供することにある。更に、本発明の目的の 1つは、二次電池の使用温度による内 部インピーダンスまたは内部抵抗の変化を的確に補正し、高 、精度で二次電池の劣 化状態を判定することが可能な二次電池劣化状態判定方法等を提供することにある 。更に、本発明の目的の 1つは、通常動作による充放電電流力 Sインピーダンスに与え る影響を除外し、基準の直流電流値におけるインピーダンスを推定するバッテリの劣 化度乃至は放電能力推定方法等を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0028] 上記の課題を解決するための本発明の第 1の態様は、蓄電池の電圧又は電流の 測定に基づいて充電状態量算出手段により前記蓄電池の充電状態量を求め、前記 充電状態量に基づいて劣化状態量算出手段により前記蓄電池の劣化状態量を求め た後に、さらに、前記劣化状態量算出手段により求められた最前の前記劣化状態量 に基づいて前記充電状態量算出手段により前記蓄電池の充電状態量を求め、前記 充電状態量算出手段により求められた最前の前記充電状態量に基づいて前記充電 劣化状態量算出手段により前記蓄電池の劣化状態量を求める処理を 1回又は 2回 以上の所定の繰り返し回数で行い、最後に求められた前記劣化状態量を劣化状態 量出力値として出力し、最後に求められた前記充電状態量を充電状態量出力値とし て出力し、前記劣化状態量出力値をメモリに記憶することを特徴とする蓄電池の劣化 状態 ·充電状態の検知方法である。

[0029] 本発明の第 2の態様は、第 1の態様において、前記充電状態量出力値もメモリに記 憶することを特徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法である。

[0030] 本発明の第 3の態様は、第 1又は第 2の態様において、前記所定の繰り返し回数は 、前記劣化状態量が所定範囲に収束する回数であることを特徴とする蓄電池の劣化 状態 ·充電状態の検知方法である。

[0031] 本発明の第 4の態様は、第 1乃至第 3の態様のいずれかにおいて、充電状態量算 出手段により最初に求められる前記充電状態量は、予め設定された初期値か前記メ モリに記憶された前回の前記劣化状態出力値かのいずれかに基づいて補正されて 求められる値であることを特徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法である

[0032] 本発明の第 5の態様は、第 1乃至第 3のいずれかの態様において、前記劣化状態 量算出手段は、前記蓄電池の内部インピーダンスの測定値を前記充電状態量に基 づいて補正することにより前記劣化状態量を求めることを特徴とする蓄電池の劣化状 態 ·充電状態の検知方法である。

[0033] 本発明の第 6の態様は、第 5の態様において、前記内部インピーダンスの前記測定 値は、前記蓄電池の測定時温度下の値から所定温度下の値に補正されることを特 徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法である。

[0034] 本発明の第 7の態様は、第 1乃至第 6のいずれかの態様において、前記充電状態 量算出手段は、前記蓄電池の開回路電圧の測定値、又は該測定値を初期値若しく は最新の前記劣化状態量に基づいて補正した値を関数に代入して前記充電状態量 を求めることを特徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法である。

[0035] 本発明の第 8の態様は、第 1乃至第 5のいずれかの態様において、前記充電状態 量算出手段は、前記蓄電池の放電電流又は充電電流に基づいて充電状態量変化 分を求め、該充電状態量変化分を最前の前記充電状態量に加算して求めた値を最 新の前記劣化状態量に基づ 、て算出することを特徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電 状態の検知方法である。

[0036] 本発明の第 9の態様は、第 1乃至第 8のいずれかの態様において、前記メモリに 3 回以上記憶された前記劣化状態量出力値の記憶回数に対する変化の傾きを求め、 前記記憶回数のうちの最新の前記劣化状態量出力値が、許容範囲内にある場合に は前記劣化状態出力値の前記メモリへの記憶を真値として確定する一方、前記許容 範囲から外れている場合には前記最新の前記劣化状態量出力値を前記メモリから 消去して再び前記充電状態量出力値と前記劣化状態量出力値を測定及び Z又は 算出して求めることを特徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法である。

[0037] 本発明の第 10の態様は、第 1乃至第 8のいずれかの態様において、前記メモリに 3 回以上記憶された前記劣化状態量出力値の記憶回数に対する変化の傾きを求め、 前記記憶回数のうちの最新の前記劣化状態量出力値が、前記許容範囲から外れて Vヽる場合には異常として警告を発することを特徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電状態 の検知方法である。

[0038] 本発明の第 11の態様は、最初に蓄電池の電圧又は電流の測定に基づく一方、初 回以降は前記蓄電池の劣化状態量に基づいて蓄電池の充電状態量を 2回以上の 所定回数で繰り返して算出し、最終の算出後に充電状態量出力値として出力する充 電状態量算出手段と、前記充電状態量算出手段による算出ごとに前記充電状態量 に基づいて前記蓄電池の前記劣化状態量を算出して最終の算出後に劣化状態量 出力値として出力する劣化状態量算出手段と、前記所定回数で繰り返すことにより最 後に求められた前記劣化状態量出力値と前記充電状態量出力値のうち少なくとも前 記劣化状態量出力値を複数記憶するメモリとを有することを特徴とする蓄電池の劣 化状態 ·充電状態の検知装置である。

[0039] 本発明の第 12の態様は、第 11の態様において、前記メモリに 3回以上記憶された 前記劣化状態量出力値の回数に対する変化に基づいて該変化の傾きを求め、前記 3回以上の前記回数のうち最新の前記劣化状態量出力値が、許容範囲内にある場 合には前記劣化状態量出力値を真値として確定する一方、前記許容範囲から外れ ている場合には前記最新の前記劣化状態量出力値を前記メモリから消去して再び 前記充電状態量出力値と前記劣化状態量出力値を求める制御手段を有することを 特徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法である。

[0040] この発明の第 13の態様は、負荷に電力を供給する二次電池の内部インピーダンス または内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化判 定方法であって、少なくとも 1つ以上の指数項と 1つの調整パラメータを含み、前記内 部インピーダンスまたは前記内部抵抗の温度依存性を表す所定の温度特性関数を 事前に作成し、前記二次電池が所定の電流で充電または放電されたときの電流測 定値及び電圧測定値をもとに前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗を算出し 、前記二次電池が前記所定の電流で充電または放電されたときの前記二次電池の 温度測定値と前記算出された内部インピーダンスまたは内部抵抗とを前記温度特性 関数に代入して前記調整パラメータの値を決定し、前記決定された調整パラメータの 値と所定の基準温度とを前記温度特性関数に代入して基準内部インピーダンスまた は基準内部抵抗を算出し、前記算出された基準内部インピーダンスまたは基準内部 抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする二次電池劣 化判定方法である。

[0041] この発明の第 14の態様は、前記温度特性関数が、前記内部インピーダンスを Z、 前記内部抵抗を R、前記調整パラメータを C、前記二次電池の温度を Temp、としたと さ、

Z(Temp)または R(Temp) = f(C) X exp{g(C)/Temp}+C

(ここで、 f、 gは所定の関数を表す）

と表されることを特徴とする二次電池劣化判定方法である。

[0042] この発明の第 15の態様は、前記基準内部インピーダンスに基づいて劣化判定を行 うための第一の判定閾値と、前記基準内部抵抗に基づいて劣化判定を行うための第 二の判定閾値とをそれぞれ事前に設定しておき、前記基準内部インピーダンスを算 出した場合にはこれと前記第一の判定閾値との大小関係を評価し、前記基準内部抵 抗を算出した場合にはこれと前記第二の判定閾値との大小関係を評価し、前記大小 関係の ヽずれかに基づ ヽて前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする 二次電池劣化判定方法である。

[0043] この発明の第 16の態様は、前記所定の電流として周波数 100Hz以上の交流電流 を充電または放電させた時の前記電流測定値及び前記電圧測定値をもとに前記内 部インピーダンスを算出することを特徴とする二次電池劣化判定方法である。

[0044] この発明の第 17の態様は、前記所定の電流としてパルス状電流を充電または放電 させ、前記充電または放電開始後 10ms以内の前記電流測定値及び前記電圧測定 値をもとに前記内部抵抗を算出することを特徴とする二次電池劣化判定方法である

[0045] この発明の第 18の態様は、負荷に電力を供給する二次電池の内部インピーダンス または内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化判 定装置であって、前記二次電池に所定の電流を充電させる充電回路と、前記二次電 池から所定の電流を放電させる放電回路と、前記二次電池の電流を測定する電流セ ンサと、前記二次電池の電圧を測定する電圧センサと、前記二次電池の温度を測定 する温度センサと、前記充電回路または前記放電回路により前記二次電池が所定の 電流で充電または放電されたときの電流測定値、電圧測定値及び温度測定値をそ れぞれ前記電流センサ、電圧センサ及び温度センサから入力し、前記電流測定値 及び前記電圧測定値をもとに前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗を算出し 、少なくとも 1つ以上の指数項と 1つの調整パラメータを含み前記内部インピーダンス または前記内部抵抗の温度依存性を表す温度特性関数に、前記算出された内部ィ ンピーダンスまたは内部抵抗及び前記温度測定値を代入して前記調整パラメータの 値を決定し、前記決定された調整パラメータの値と所定の基準温度とを前記温度特 性関数に代入して基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を算出し、前記算出 された基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣 化状態を判定する制御手段とを備えることを特徴とする二次電池劣化判定装置であ る。

[0046] この発明の第 19の態様は、前記基準内部インピーダンスに基づいて劣化判定を行 うための第一の判定閾値と、前記基準内部抵抗に基づいて劣化判定を行うための第 二の判定閾値とを予め記憶させる記憶手段を備え、前記制御手段が、前記基準内 部インピーダンスを算出した場合には前記記憶手段から前記第一の判定閾値を読 み出して前記基準内部インピーダンスとの大小関係を評価し、前記基準内部抵抗を 算出した場合には前記記憶手段力 前記第二の判定閾値を読み出して前記基準内 部抵抗との大小関係を評価し、前記大小関係のいずれかに基づいて前記二次電池 の劣化状態を判定することを特徴とする二次電池劣化判定装置である。

[0047] この発明の第 20の態様は、前記記憶手段には、前記二次電池に対し前記所定の 電流を充電するかあるいは放電するかの充放電選択信号が記憶され、前記制御手 段が、前記記憶手段から前記充放電選択信号を読込み、前記充放電選択信号に基 づ 、て前記充電回路か前記放電回路の 、ずれかに所定の指令信号を出力すること を特徴とする二次電池劣化判定装置である。

[0048] この発明の第 21の態様は、前記記憶手段には、前記所定の電流が周波数 100Hz 以上の交流電流か、あるいはパルス状電流かを指定する直交流選択信号が記憶さ れ、前記制御手段が、前記記憶手段から前記直交流選択信号を読込み、前記直交 流選択信号に基づ 、て周波数 100Hz以上の交流電流かあるいはパルス状電流か のいずれかを選択して前記充電回路または前記放電回路に所定の制御信号を出力 することを特徴とする二次電池劣化判定装置である。

[0049] この発明の第 22の態様は、前記記憶手段には、前記交流電流の周波数及び Zま たは前記パルス状電流のパルス幅が記憶され、前記制御手段が、前記記憶手段か ら前記交流電流の周波数及び Zまたは前記パルス状電流のパルス幅を読込み、前 記充電回路または前記放電回路に対する前記所定の制御信号と同時または前記所 定の制御信号に先立って前記交流電流の周波数及び Zまたは前記パルス状電流 のパルス幅を前記充電回路または前記放電回路に設定することを特徴とする二次電 池劣化判定装置である。

[0050] この発明の第 23の態様は、第 18の態様力も第 22の態様のいずれか 1項に記載の 二次電池劣化判定装置を備えた電源システムである。

[0051] この発明の第 24の態様は、前記二次電池劣化判定装置から前記二次電池の劣化 状態判定結果を入力して表示する表示手段を備えていることを特徴とする電源シス テムである。 [0052] この発明の第 25の態様は、前記記憶手段に記憶されたデータを変更するための 入力手段を備え、前記入力手段から前記第一の判定閾値、前記第二の判定閾値、 前記充放電選択信号、前記直交流選択信号、前記交流電流の周波数、及び前記パ ルス状電流のパルス幅の 、ずれか、あるいは全てが変更可能であることを特徴とする 電源システムである。

[0053] この発明の第 26の態様は、ノ ッテリのインピーダンスを所定の許容値と比較するこ とにより該バッテリの劣化度乃至は放電能力を判定するバッテリの劣化度乃至は放 電能力推定方法であって、前記バッテリの電流及び電圧を測定し、前記電流測定値 及び電圧測定値力も前記バッテリのインピーダンスを算出するとともに、前記電流測 定値から直流電流成分を算出し、前記インピーダンス算出値と前記直流電流成分算 出値とから所定の直流電流対インピーダンスの関係式に基づいて基準の直流電流 値におけるインピーダンスを推定して前記バッテリの劣化度乃至は放電能力を判定 することを特徴とするバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法である。

[0054] この発明の第 27の態様は、前記直流電流対インピーダンスの関係式が、前記バッ テリのインピーダンスを少なくとも 1項の直流電流の指数項を持つ関数で表されること を特徴とするバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法である。

[0055] この発明の第 28の態様は、前記直流電流対インピーダンスの関係式が、前記バッ テリのインピーダンスを Z、直流電流を IDCとしたとき、

Z = al X exp (― IDC/bl) +a2 X exp ( -IDC/b2) + · + c

で表されることを特徴とするバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法である。

[0056] この発明の第 29の態様は、前記直流電流対インピーダンスの関係式の係数 a 1, a 2 · · · , bl, b2 ' ' 'が、それぞれ 1つの調整パラメータ cの関数 f 1(c), f2(c) - - - , gl(c) , g2(c) - - ·で与えられることを特徴とするバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法 である。

[0057] この発明の第 30の態様は、前記調整パラメータ cの値が、前記直流電流対インピー ダンスの関係式が前記インピーダンス算出値と前記直流電流成分算出値を満たすよ う決定されることを特徴とするバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法である。

[0058] この発明の第 31の態様は、前記調整パラメータ cの関数 fl(c), f2(c) - - - , gl(c), g 2(c) ' · ·が、それぞれが cの一次関数であることを特徴とするノ ッテリの劣化度乃至は 放電能力推定方法である。

[0059] この発明の第 32の態様は、前記直流電流成分算出値が、前記電流測定値に対し て移動平均演算、フーリエ演算、カルマン 'フィルタ演算の何れかにより算出されるこ とを特徴とするバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法である。

[0060] この発明の第 33の態様は、ノ ッテリのインピーダンスに基づいて該バッテリの劣化 度乃至は放電能力を判定するバッテリの劣化度乃至は放電能力推定装置であって 、前記バッテリの電流を測定する電流センサと、前記バッテリの電圧を測定する電圧 センサと、前記電流センサ及び電圧センサからそれぞれ電流測定値及び電圧測定 値を入力し、前記電流測定値及び電圧測定値から前記バッテリのインピーダンスを 算出するとともに、前記電流測定値から直流電流成分を算出し、前記インピーダンス 算出値と前記直流電流成分算出値とから所定の直流電流対インピーダンスの関係 式に基づいて基準の直流電流値におけるインピーダンスを推定して前記バッテリの 劣化度乃至は放電能力を判定する制御手段とを備えることを特徴とするバッテリの劣 化度乃至は放電能力推定装置である。

[0061] この発明の第 34の態様は、第 33の態様に記載のバッテリの劣化度乃至は放電能 力推定装置を備えた電源システムである。

発明の効果

[0062] 本発明によれば、劣化状態量の算出と充電状態量の算出は、互いに影響を及ぼ す互!、の状態量を互!、の検知最中に 2回以上の所定回数繰り返して取得して補正し 合うことにより劣化状態量と充電状態量を最終的に求めるようにしたので、劣化状態 量と充電状態量をほぼ同じ時点で高い精度で検知することができる。

また、劣化状態量をメモリに格納することにより前回値又は前々回値などと比較して 、各状態量の検知の誤りゃ検知異常を検出して蓄電池の適切な管理を行うことがで きる。

[0063] 本発明によれば、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗の温度依存性を 少なくとも 1つ以上の指数項を含む温度特性関数を用いて補正することにより、所定 の基準温度における基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を推定して二次電 池の劣化状態を判定するようにしたので、使用温度にかかわらず二次電池の劣化状 態を高精度で確実に判定することが可能となる。

[0064] また、二次電池の電流測定値、電圧測定値及び温度測定値に基づいて前記温度 特性関数の調整パラメータを決定するようにしたので、二次電池の経年劣化等による 温度特性の変化に対しても、二次電池の劣化状態を精度良く判定することが可能と なる。

[0065] 本発明によれば、通常動作による充放電電流力インピーダンスに与える影響を除 外し、基準の直流電流値におけるインピーダンスを推定するバッテリの劣化度乃至は 放電能力推定方法、劣化度乃至は放電能力推定装置、及び電源システムを提供す ることが可能となる。

[0066] すなわち、測定時のインピーダンス及び直流電流から基準の直流電流値における インピーダンスを求め、該インピーダンスを所定のインピーダンス許容値と it較するよ うにしたことにより、直流電流値を一定にした同じ条件でバッテリの劣化度乃至は放 電能力を判定できるようにしている。その結果、前記バッテリの劣化度乃至は放電能 力を精度よく判定することが可能となっている。

[0067] また、測定時のインピーダンス及び直流電流から基準の直流電流値におけるインピ 一ダンスを求めるための直流電流対インピーダンスの関係式を、直流電流の指数項 を少なくとも 1項持つようにしたことにより、より高精度にバッテリの劣化度乃至は放電 能力を判定することが可能となっている。

図面の簡単な説明

[0068] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 ·充電状態検知装 置の構成を示すブロック図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 '充電状態検知装置の 検知対象となる蓄電池の内部インピーダンスと開回路電圧の関係を示す特性図であ る。

[図 3]図 3は、本発明の実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 '充電状態検知装置の 検知対象となる蓄電池の充電状態と開回路電圧の関係を示す特性図である。

[図 4]図 4は、本発明の実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 '充電状態検知装置の 検知対象となる蓄電池の温度と内部インピーダンスの関係を示す特性図である。

[図 5]図 5は、本発明の実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 '充電状態検知装置の 検知対象となる蓄電池の内部インピーダンスと充電状態量の関係を示す特性図であ る。

[図 6]図 6は、本発明の実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 ·充電状態検知装置に より検知された劣化状態量の測定回数に対する変化と、新たに測定された劣化状態 測定量が異常となる例を示す特性図である。

[図 7]図 7は、本発明の第 1実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 ·充電状態検知方 法を示すフローチャートである。

[図 8]図 8は、本発明の第 2実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 ·充電状態検知装 置の構成を示すブロック図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 2実施形態に係る蓄電池劣化状態検知 ·充電状態検知方 法を示すフローチャートである。

[図 10]図 10は、縦軸を内部インピーダンス、横軸を二次電池の温度としたときの、二 次電池の温度特性の一実施例を示すグラフである。

[図 11]図 11は、本実施形態に係る車両用電源装置の概略の構成を示すブロック図 である。

[図 12]図 12は、主として制御部 17で実行される演算処理の流れを示すフローチヤ一 トである。

[図 13]図 13は、本発明の車両用電源システムの実施形態を示すブロック図である。

[図 14]図 14は、本発明のバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法の 1実施形態 を説明するためのフローチャートである。

[図 15]図 15は、本発明の実施形態に係る電源システムの概略の構成を示すブロック 図である。

[図 16]図 16は、インピーダンスの実数成分が直流電流成分に依存して変化する一実 施例を示す図である。

[図 17]図 17は、インピーダンスの虚数成分が直流電流成分に依存して変化する一実 施例を示す図である。 符号の説明

1:蓄電池

2:負荷

3:放電回路

4:充電回路

5:温度センサ

6, 7:電流計

10：劣化状態検知 ·充電状態検知部

11：内部インピーダンス測定手段

12:内部インピーダンスメモリ部

13:内部インピーダンス補正手段

14：内部インピーダンス算出手段

15:温度測定手段

16:電池温度メモリ部

17:OCV測定手段

18:OCV値メモリ部

19:OCV値補正手段

20:充電状態量算出手段

21:充電状態量出力手段

22:劣化状態量出力手段

24： SOC量' SOH量メモリ部

25:制御手段

30：劣化状態検知 ·充電状態検知部

31：充電状態量変化分算出手段

32:充電状態量算出手段

201、 202· · ·内部インピーダンスのグラフ

211···車両用電源装置

212···二次電池 213· ··電流センサ

214· ··電圧センサ

215· ··温度センサ

216· ··放電回路

217· ··制御部

218· • ·，し p¾

219· ··経路

221· "負荷

222· ··オールタネータ

231· '車両用電源システム

232· '入力装置

233· •表示装置

311· •電源システム

312· 'バッテリ

313· 'オルタネータ

314· '電流センサ

315· '電圧センサ

316· '劣化度乃至は放電能力推定装置

317· •放電回路

318·' ，線路

319·' '負荷

320·' •制御手段

発明を実施するための最良の形態

[0070] 以下に本発明の実施の形態に係る蓄電池の劣化状態検知、充電状態検知を行う 装置を示す構成図である。

[0071] (第 1の実施の形態）

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る蓄電池の劣化状態検知、充電状態検知装 置を示すブロック図である。 図 1において、蓄電池 1には、蓄電池 1から負荷 2に供給される電流を制御する放 電回路 3と、充電電力供給用の充電回路 4と、開回路時の劣化状態、充電状態を測 定するための劣化状態検知 ·充電状態検知部 10とが接続されて ヽる。

[0072] 劣化状態検知 ·充電状態検知部 10は、蓄電池 1の正電極と負電極に接続されて蓄 電池 1の内部インピーダンスを測定する内部インピーダンス測定手段 11と、内部イン ピーダンスのデータを記憶する内部インピーダンスメモリ部 12と、内部インピーダンス メモリ部 12から内部インピーダンスのデータを取得してこれを電池温度に基づいて補 正する内部インピーダンス補正手段 13と、蓄電池 1に取り付けられた温度センサ 5の 出力信号に基づいて蓄電池 1の温度を測定する電池温度測定手段 15と、蓄電池 1 の電池温度のデータを記憶する電池温度メモリ部 16と、蓄電池 1の両電極に接続さ れて開回路電圧（OCV: Open Circuit Voltage)を測定する OCV測定手段 17と、 OC V測定手段 17による OCVの測定値を記憶する OCV値メモリ部 18と、 OCV値メモリ 部 18に記憶された実測データを内部インピーダンスの値に応じて補正する OCV値 補正手段 19と、 OCV値補正手段 19により補正された OCVの値に基づいて充電状 態量 (SOC量)を算出する充電状態量算出手段 20と、内部インピーダンス補正手段 13から出力される内部インピーダンスデータの補正値を充電状態量に基づいてさら に補正する内部インピーダンス算出手段 14とを有している。

[0073] 上記の内部インピーダンスメモリ部 12は、内部インピーダンス測定手段 11の測定 が初回の場合には予め記憶させておいた初期値を OCV値補正手段 19に出力し、ま たは、内部インピーダンス測定手段 11の測定が 2回目以降の場合には内部インピー ダンス算出手段 14による前回の最終補正値を OCV値補正手段 19に出力し、さらに 、内部インピーダンス測定手段 11による内部インピーダンスの実測値を内部インピー ダンス補正手段 13に出力する構成を有して!/、る。この場合の内部インピーダンスの 値は、予め設定された充電状態の基準量における大きさである。

内部インピーダンスは蓄電池 1の劣化とともに増加するので、その値は劣化状態量 として定義される。

[0074] また、 OCV値補正手段 19は、切替手段 29を介して内部インピーダンスメモリ部 12 又は内部インピーダンス算出手段 14のいずれかから内部インピーダンスの値 Rを入 力し、さらに OCV値メモリ部 18から OCVの実測値 Vを入力して、ついで図 2に例示

1

する内部インピーダンスと OCV値の関係に基づ 、て、蓄電池 1の OCVの実測による 値 Vを新品時の値 Vに補正する構成を有している。

1 0

[0075] 充電状態量算出手段 20は、 OCV値補正手段 19から OCVの補正値を入力し、さ らに図 3に例示するような新品時の蓄電池 1における OCVと充電状態（SOC： State Of Charge)の関係を示す関数に OCVの補正値を代入して SOC量を算出するととも に、その算出量を内部インピーダンス算出手段 14に出力するように構成されている。 また、充電状態量算出手段 20により 2回以上の所定回数で繰り返して算出された S OC量の最終値は、充電状態量出力手段 21を介して表示等の処理手段 23と SOC 量 ' SOH量メモリ部 24とに出力される。所定回数とは、例えば劣化状態量が所定範 囲に収束する回数である。

[0076] なお、図 3に示す関数は、その変化の条件因子として蓄電池 1の温度があるので、 電池温度メモリ部 15から温度測定値を入力してその温度の値に基づいて修正される 。また、その関数は、内部インピーダンスによっても変わるので内部インピーダンス算 出手段 14により補正された内部インピーダンスの値によって補正されてもよい。

[0077] 内部インピーダンス補正手段 13は、内部インピーダンス測定手段 11により測定さ れた蓄電池 1の内部インピーダンス Rを内部インピーダンスメモリ部 12を介して入力

1

し、さらに電池温度メモリ部 16から電池温度の実測値を入力するとともに、図 4に例 示する内部インピーダンス '温度特性に基づいて、実測温度 T

1下での内部インピー ダンス値 Rを所定温度 T (例えば常温）下での内部インピーダンス値 R'に置換する

1 0

補正を行い、さらに、その補正値を内部インピーダンス算出手段 14に出力するような 構成を有している。なお、図 4は、充電状態量の基準量 Nにおける特性である。

0

[0078] 内部インピーダンス算出手段 14は、内部インピーダンス補正手段 13による補正値 R'および充電状態量算出手段 20による算出値 Nを入力するとともに、図 5に例示 するような所定温度下での SOC量と内部インピーダンス値の関係から、充電状態の 基準量 Nでの内部インピーダンスの値 R，を充電状態の算出量 Nでの内部インピー

0 1 ダンスの値 R'，に補正する構成を有している。また、内部インピーダンス算出手段 14 は、充電状態量算出手段 20の算出回数 (所定回数 n)に応じて、その補正処理を繰 り返して補正するとともに、その補正値を所定回数 nの前の回 n— 1まで OCV値補正 手段 19に切替手段 29を介して出力し、さらに所定回数 nでは劣化状態量出力手段 22に出力するような構成を有している。

[0079] 劣化状態量出力手段 22は、内部インピーダンスの補正値を劣化状態（SOH: Stat e Of Health)と定義して処理手段 23及び SOC量 ' SOH量メモリ部 24に出力する。 制御手段 25は、内部インピーダンス測定手段 11、電池温度測定手段 15、 OCV測 定手段 17の測定のタイミングを指令し、さらに切替手段 29による入力信号の選択を 指令し、所定温度の値を電池温度メモリ部 16に設定し、内部インピーダンスの初期 値と充電状態の基準量と内部インピーダンス算出手段 14による最新の算出量とを内 部インピーダンスメモリ部 12に書き込み、さら〖こ、図 2〜図 5に示した特性を示す係数 や関数を内部インピーダンス補正手段 13、内部インピーダンス算出手段 14、 OCV 値補正手段 19及び充電状態量算出手段 20に記憶させるとともに、内部インピーダ ンス算出手段 14と充電状態量算出手段 20の繰り返し処理回数 (所定回数)を設定 するように構成されている。

[0080] また、制御手段 25は、図 6に示すように、 SOC量 ' SOH量メモリ部 24に記憶された 劣化状態量（内部インピーダンス値)の測定回数に対する傾きとその許容範囲の閾 値を求めるとともに、新たに入力された劣化状態量のデータが許容範囲力 はみ出 した場合に、 OCV測定手段 17、電池温度測定手段 15及び内部インピーダンス測定 手段 11等に再度の検知指令信号を出力するか、又は、異常と判断して警報をならす などの処理を行う構成となって！/、る。

なお、上記の初期値、充電状態基準量等の条件、各補正係数、各特性等はコンビ ユータのメモリに格納され、また、算出、補正等の処理は、コンピュータのメモリに格納 されたプログラムに従つて CPUにより実行される。

[0081] 次に、上記した劣化状態検知 ·充電状態検知装置 10により蓄電池 1の劣化状態量 と充電状態量を検知する方法を図 7に示すフローチャートに基づいて説明する。 まず、充電状態の基準量 Nでの内部インピーダンスの初期値又は前回算出値を

0

内部インピーダンスメモリ部 12に設定し、また、電池温度メモリ部 16に内部インピー ダンス補正に必要な所定温度 Tを書き込む。さらに、図 4に基づいた温度補正係数 を内部インピーダンス補正手段 13に設定し、また、図 5に基づいた充電状態量補正 係数を内部インピーダンス算出手段 14に設定し、図 2に基づ 、た内部インピーダン ス補正 · OCV特性を OCV値補正手段 19に設定し、図 3に示す OCVと充電状態の 関係を示す関数を充電状態量算出手段 20に設定する。これらの処理は制御手段 2 5によって行われる（図 7のィ)。

[0082] 次いで、制御手段 25の指令信号により電池温度測定手段 15と OCV測定手段 17 はそれぞれ温度と OCVの測定を行うとともに、測定された温度の測定値は温度メモリ 部 16に記憶され、 OCV値は OCV値メモリ部 18に記憶される（図 7の口、ハ）。

続いて、 OCV値補正手段 19は、切替手段 29を介して内部インピーダンスの設定 値を内部インピーダンスメモリ部 12から取得した後に（図 7の-)、図 2に基づく内部ィ ンピーダンス補正係数に基づいて OCV値の実測値を例えば蓄電池 1の新品状態の OCV値に補正する（図 7のホ）。

[0083] ここで、 OCV値補正手段 19が取得する内部インピーダンスの設定値は、内部イン ピーダンス測定手段 11の測定が初回の場合には予め記憶させておいた初期値であ り、また、内部インピーダンス測定手段 11の測定が 2回目以降の場合には内部インピ 一ダンス算出手段 14による前回の算出値である。

なお、図 1において OCV値メモリ部 18と充電状態量算出手段 20の間の破線で示 すように、内部インピーダンスの設定値による OCV値の補正を省略して、 OCV値の 実測値をそのまま充電状態量算出手段 20に入力するようにしてもよい。

[0084] また、内部インピーダンス補正手段 13は、内部インピーダンス測定手段 11により測 定された（図 7のへ）蓄電池 1の内部インピーダンスの最新の実測値を内部インピー ダンスメモリ部 12から取得し、さらに、蓄電池 1の温度の実測値を電池温度メモリ部 1 6から取得する。その内部インピーダンスの測定値は測定時の蓄電池 1の実際の温 度下での値であるので、内部インピーダンス補正手段 13は、図 4に基づく温度補正 係数を用いて、内部インピーダンスの実測時の温度 T下での内部インピーダンスの

1

値 Rを所定温度 T、例えば常温下での内部インピーダンスの値 R，に置換する補正

1 0

を行う（図 7のト)。その補正値 R，は、 SOCを基準量 Nとした場合の値である。

0

なお、内部インピーダンスの測定は制御手段 25の指令に従って内部インピーダン ス測定手段 11により行われ、その測定値は内部インピーダンスメモリ部 12に記憶さ れる（図 7のへ)。

[0085] 一方、充電状態量算出手段 20は、予め設定された図 3に示すような OCVと SOC の関係を示す関数に OCV値補正手段 19による OCVの補正値又は実測値を代入し て第 1の SOC量 Nを算出する（図 7のホ、チ）。

1

次に、内部インピーダンス算出手段 14は、図 5に示すような所定温度 Tでの内部ィ

0 ンピーダンスと SOCの関係を示す補正係数を用いて新たな内部インピーダンスを算 出する（図 7のリ）。これにより、内部インピーダンス補正手段 13から入力した SOC量 Nでの内部インピーダンスの補正値 R，は、さらに第 1の SOC量 Nにおける内部イン

0 1

ピーダンスの値 R，，に補正される。

[0086] 続いて、 OCV値補正手段 19は、内部インピーダンス算出手段 14から出力された 内部インピーダンスの補正値 R' 'を用いて、 OCVの実測値を改めて補正して、その OCVの補正値を充電状態量算出手段 20に出力する（図 7のヌ、ホ)。

[0087] 充電状態量算出手段 20は、さらに OCVの補正値に基づいて第 2の SOC量 Nを算

2 出し、その算出値を内部インピーダンス算出手段 14に出力する（図 7のチ)。その SC O量の算出値を取得した内部インピーダンス算出手段 14は、内部インピーダンス補 正手段 13からの出力値について 2回目の補正を行って第 2の内部インピーダンス補 正値 R' ' 'を出力する（図 7のリ）。

[0088] 以上のように充電状態量算出手段 20が所定回数の算出を行い、さらに算出された 充電状態量に基づいて内部インピーダンス算出手段 14が所定回数の補正を行った 後に（図 7のル、ヲ）、制御手段 25は、内部インピーダンス算出手段 14からの所定回 数の最後の出力を劣化状態量 (SOH量)と定義して劣化状態量算出手段 22を介し て SOC量 ' SOH量メモリ部 24と処理手段 23の双方に出力させる（図 7のヮ）とともに 、充電状態量算出手段 20からの所定回数の最後の出力を充電状態量として充電状 態量出力手段 21を介して SOC量 ' SOH量メモリ部 24と処理手段 23の双方に出力 させる（図 7の力）。

なお、劣化状態量出力手段 22から劣化状態量が出力されることにより、 OCV値メ モリ部 18は OCV値のデータを消去する。 [0089] この後に、制御手段 25は、例えば図 6に示すように、測定回数を横軸に、劣化状態 量を縦軸にとり、過去の測定値の回数、好ましくは 3回以上の回数のプロットに基づ いてその変化を示す近似線を求め、さらに最新の測定値が近似線 aを含む一定の許 容範囲（閾値 bの範囲）内に存在するか又は収束するかどうかを判断し、その最新の 検知量がその許容範囲から外れて 、る場合には異常値として、その最新の検知量を SOC量 ' SOH量メモリ部 24から排除して、再び劣化状態量と充電状態量を検知す る操作を行わせる（図 7のタ)。異常値が出た場合の強制的な再測定は 1回以上行わ せる。

例えば、環境条件が 30°Cにおける 5時間率容量 5. 5Ahの鉛シール蓄電池では 、蓄電池劣化末期にお 、て内部インピーダンス (劣化状態量)の増加が 2m Ω Z月で ある場合に、検知量が近似線力も仮に 5m Ω以上離れて 、れば 1ヶ月後の測定値と しては異常であると見なせるので、再検知を行わせる。

なお、異常値が出る場合には、警報を鳴らす、表示を行うなどの警告を発するとい つた再測定以外の処理を行ってもょ ヽ。

[0090] 一方、劣化状態量が許容範囲内の場合には、 SOC量 ' SOH量メモリ部 24に記憶 された劣化状態量を真値として確定する。

以上のような劣化状態量の検知と充電状態量の検知を行う際に、互いに影響を及 ぼす検知を互いに同列で設定し、互いの検知最中のデータを繰り返して取得して補 正し合うことにより劣化状態量と充電状態量を最終的に求めるようにしている。

[0091] これにより、劣化状態量と充電状態量をほぼ同じ時点で高い精度で検知することが できる。

また、劣化状態量をメモリ部、即ち記憶媒体に格納することにより前回値又は前々 回値などと比較して、各状態量の検知の誤りゃ検知異常を検出して蓄電池の適切な 管理を行うことができる。

[0092] (第 2の実施の形態）

図 8は、本発明の第 2の実施形態に係る蓄電池劣化検知、充電状態検知装置を示 すブロック図である。図 8において、図 1と同じ符号は同じ要素を示している。

図 8において、蓄電池 1には放電回路 3を介して負荷 2が接続され、さらに充電回路 4と劣化状態検知 ·充電状態検知部 30が接続されている。また、充電回路 4と蓄電池 1の間には第 1の電流計 6が接続され、さらに、負荷 2と蓄電池 1の間には第 2の電流 計 7が接続されている。

[0093] 劣化状態検知 '充電状態検知部 30は、上述した実施形態に示したと同様に、内部 インピーダンス測定手段 11、内部インピーダンスメモリ部 12、内部インピーダンスネ ΐ 正手段 13、内部インピーダンス算出手段 14、電池温度測定手段 15、電池温度メモ リ部 16、切替手段 29、充電状態量出力手段 21及び劣化状態量出力手段 22を有し ている。

また、蓄電池劣化状態検知 ·充電状態検知部 30は、第 1、第 2の電流計 6、 7により 検出される受電電流、放電電流と時間の積により時間分の充電量の変化分と受電状 態量の変化分を求める充電量変化分算出手段 31と、充電状態量の変化分を内部ィ ンピーダンスの値に応じて補正し、これによつて補正された充電状態量の変化分を S OC量 ' SOH量メモリ部 24に記憶された前回の充電状態量に加算して SOC量として 出力する充電状態量算出手段 32とを有している。

[0094] 充電状態量算出手段 32は、切替手段 29を介して内部インピーダンスメモリ部 12又 は内部インピーダンス算出手段 14のいずれかからその内部インピーダンスの値を入 力するとともに、算出した SOC量を内部インピーダンス算出手段 14へ出力するように 構成されている。

また、充電状態量算出手段 32により 2回以上の所定回数で繰り返して補正された S OC量の最終値は、充電状態量出力手段 21を介して処理手段 23と SOC量 ' SOH 量メモリ部 24とに出力される。

[0095] 次に、上記の劣化状態検知 '充電状態検知装置 10により蓄電池 1の劣化状態量と 充電状態量を検知する方法を図 9に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、上述した実施形態で説明したように、内部インピーダンス補正手段 13は内部 インピーダンスメモリ部 12に記憶された測定値を温度補正する（図 9のィ、ハ、へ、ト） その補正値は、上述した実施形態と同様に、充電状態量算出手段 32から出力され る SOC量に基づいて第 2のインピーダンス算出手段 14によってさらに補正され、この 補正が所定回数繰り返して行われた後に、劣化状態量と定義されて劣化状態量出 力手段 22から出力される（図 9のリ、ヲ、ヮ）。

[0096] また、充電量変化分算出手段 31は、第 1、第 2の電流計 6, 7により計測された放電 電流又は充電電流と時間との積により時間分の充電量の変化分、及び充電状態量 の変化分を算出する（図 9の口、ホ)。この場合、放電電流の変化分はマイナス、充電 電流の変化分はプラスとして表される。

ところで、蓄電池 1の劣化状態に従い蓄電池 1の満充電時容量が変化するので、充 電量変化分算出手段 31により算出された充電状態量の変化分は、さらに内部インピ 一ダンスメモリ部 12から出力される内部インピーダンスの初期値又は前回値に基づ いて充電状態量算出手段 32により補正される（図 9のチ)。なお、初期値による補正 を省略してもよ ヽ。

[0097] 補正された充電状態量変化分は、充電状態量算出手段 32において、 SOC量 ' SO H量メモリ部 21に記憶された初期値又は前回の充電状態量算出値に加算され、これ により充電状態量算出手段 32は新たな充電状態量を算出する（図 9のョ)。なお、前 回の充電状態量は、 SOC量 ' SOH量メモリ部 24に記憶されたデータ力 制御手段 2 5によって内部インピーダンスメモリ部 12に書き込まれて 、る。

[0098] その充電状態量の新たな算出値は内部インピーダンス算出手段 14により取得され る。そして、内部インピーダンス算出手段 14は、その充電状態量に基づいて内部ィ ンピーダンスを補正し、その補正量を切替手段 29を介して充電状態量算出手段 32 に出力する（図 9のリ）。

それらの充電状態量は、充電状態量算出手段 32により所定回数算出され、所定回 数の終わりには充電状態量出力手段 21を介して出力される（図 9のョ、ル、力）。

[0099] 以上の処理により算出された劣化状態量と充電状態量は、上述した実施形態と同 様に SOC量 ' SOH量メモリ部 24、処理手段 23に出力される（図 9の力、ヮ）。

さらに、制御手段 25は、上述した実施形態と同様に、測定回数を横軸に、劣化状 態量を縦軸にとり、過去の測定値の回数、好ましくは 3回以上の回数のプロットに基 づいてその変化を示す近似線を求め、さらに最新の測定値が近似線を含む一定の 許容範囲内に存在するか又は収束するかどうかを判断し、その最新の検知量がその 許容範囲から外れている場合には異常値として、その最新の検知量を SOC量 ' SO H量メモリ部 24から排除して、再び劣化状態量と充電状態量を検知する操作を行わ せる（図 9のタ、レ)。異常値が出た場合の強制的な再測定は 1回以上行わせる。なお 、異常値が出た場合には、警告を発するなどの再測定以外の処理を行ってもよい。

[0100] 一方、劣化状態量が許容範囲内の場合には、 SOC量 ' SOH量メモリ部 24に記憶 された劣化状態量を真値として確定する。

以上のような劣化状態量の検知と充電状態量の検知は、互いに影響を及ぼす互い の状態量を互いの検知最中に繰り返して取得して補正し合うことにより劣化状態量と 充電状態量を最終的に求めるようにして！/ヽる。

これにより、劣化状態量と充電状態量をほぼ同じ時点で高い精度で検知することが できる。

[0101] また、劣化状態量をメモリ部、即ち記憶媒体に格納することにより前回値又は前々 回値などと比較して、各状態量の検知の誤りゃ検知異常を検出して蓄電池の適切な 管理を行うことができる。

上述したように、劣化状態の検知及び充電状態検知には、各々の測定値が相互に 影響を及ぼすものであり、双方の検知 (測定値)が一義的に決定されるものではなぐ 温度及び相手側の検知情報によって決定されるが、各状態量は相互に条件として用 いられるため、ユーザが満足できる程度の高い精度が得られることになる。

[0102] 次に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における二次電池劣化判定方 法、二次電池劣化判定装置、及び電源システムの構成について詳細に説明する。 以下、本実施形態においては、自動車等の車両に搭載される二次電池の劣化状態 を判定する機能を備えた車両用電源装置及び車両用電源システムに対して本発明 を適用する場合を説明する。

[0103] (第 3の実施の形態）

図 11は、この発明の第 3の実施形態に係る車両用電源装置の概略の構成を示す ブロック図である。図 11において、車両用電源装置 211は、二次電池 212と、二次電 池 212の電流、電圧及び温度を測定するためのそれぞれのセンサである、電流セン サ 213、電圧センサ 214、及び温度センサ 215を備えている。また、二次電池 212の 劣化判定を行うために、放電回路 216と制御部 217及び記憶部 218を備えている。

[0104] 車両用電源装置 211は、車両の各種電装品等力もなる負荷 221及びオールタネ ータ 222と接続されており、負荷 221への電力供給が二次電池 212またはオールタ ネータ 222から行われる構成となっている。オールタネータ 222はまた、二次電池 21 2を充電するための充電用電力も供給して 、る。

[0105] 図 11に示す構成の車両用電源装置 211では、二次電池 212の劣化状態を判定す るために、所定のタイミングで二次電池 212に対し所定の電流を放電または充電させ る。二次電池 212から前記所定の電流を放電させる場合には、放電回路 216を二次 電池 212に接続して放電を行わせる。また、二次電池 212を充電させる場合には、ォ ールタネータ 222からの電流で充電させるようにする。すなわち、本実施形態では充 電回路としてオールタネータ 222を用いる構成としている。この場合、放電回路 216 をバイパスさせるために、経路 219を経由して電流が流れるようにする。

[0106] 上記のように二次電池 212の放電または充電が行われると、そのときの電流及び電 圧をそれぞれ電流センサ 213及び電圧センサ 214で測定し、測定された電流測定値 及び電圧測定値を制御部 217に送出する。

[0107] 制御部 217は、電流センサ 213及び電圧センサ 214からそれぞれ前記電流測定値 及び前記電圧測定値を入力すると、これをもとに後述の方法により二次電池 212の 内部インピーダンスまたは内部抵抗を算出して劣化状態を判定する。制御部 217は また、前記所定のタイミングで二次電池 212に前記所定の電流を放電させるか、また は充電させるかを判定し、判定結果に基づき放電回路 216との接続をオン/オフさせ る。

[0108] 前記所定の電流を放電させるか、または充電させるかの判定にあたっては、例えば 記憶部 218に充放電選択信号をあら力じめ設定しておき、制御部 217が記憶部 218 力 前記充放電選択信号を読み込んで充電かあるいは放電かの判定を行うようにす ることがでさる。

[0109] 本発明の車両用電源装置 211では、さらに温度センサ 215を備えている。温度セ ンサ 215は、二次電池 212の近傍に設置されて二次電池 212の温度を測定し、測定 温度を制御部 217に送出する。 [0110] 本実施形態では、二次電池 212に対し充電または放電を行うときの前記所定の電 流として、周波数 100Hz以上の交流電流、またはノ ルス状電流を用いるものとして いる。但し、パルス状電流を用いる場合には、パルス状電流印加後 10ms以内に測 定した電流及び電圧を内部抵抗の算出に用いものとして 、る。前記所定の電流を上 記のようにすることにより、オールタネータ 222あるいは負荷 221からのノイズの影響 をできるだけ受けな 、ようにすることが可能となる。

[0111] 前記所定の電流を周波数 100Hz以上の交流電流とするか、ある 、はパルス状電 流とするかの判定は、制御部 217が記憶部 218から直交流選択信号を読み込み、該 直交流選択信号に基づいて行わせるようにすることができる。なお、オールタネータ 2 22からの電流により周波数 100Hz以上の交流電流を二次電池 212に印加するよう にするためには、経路 219に代えて所定の充電回路を設ける必要がある。

[0112] 次に、二次電池 212の内部インピーダンス及び内部抵抗について、図 10を用いて その温度特性を説明する。図 10は、縦軸を内部インピーダンス、横軸を二次電池の 温度としたときの、二次電池の温度特性の一実施例を示すグラフである。同図におい て、グラフ 201は、それぞれの温度で測定した二次電池の内部インピーダンスの大き さを示すグラフである。

なお、図 10の実施例は、周波数 100Hzの交流電流を用いて二次電池 212の内部ィ ンピーダンスを測定したときのものを示して 、る。

[0113] 図 10より、二次電池の内部インピーダンスは、温度が低いほど大きくなり、特に氷点 下では急激に大きくなることが分かる。同図に示す温度特性は、二次電池の使用期 間によつても変化し、使用期間が長くなるにつれて内部インピーダンスも大きくなる特 性 (経年劣化）を有している。上記では、内部インピーダンスの温度特性について説 明したが、直流電流を用いて測定した内部抵抗でも同様の温度特性を有して 、る。

[0114] 一般に車両用の二次電池 212は、広い温度範囲にわたって使用されることから、使 用温度範囲内で二次電池 212が適正な内部インピーダンス及び内部抵抗を有して いる必要がある。従って、車両用電源装置 211の制御部 217において二次電池 212 の劣化状態を判定するにあたっては、二次電池 212の内部インピーダンスまたは内 部抵抗が有する上記の温度特性を精度良く評価できるようにすることが重要となる。 [0115] そこで、本発明の二次電池劣化判定方法では、二次電池 212の内部インピーダン スまたは内部抵抗の温度特性を精度良く表す所定の温度特性関数を事前に作成し て用いるようにしている。本発明の二次電池劣化判定方法は、電流及び電圧の測定 と同時に二次電池 212の温度も測定し、電流測定値及び電圧測定値から算出した 二次電池 212の内部インピーダンスまたは内部抵抗を、前記所定の温度特性関数を 用いて所定の基準温度における内部インピーダンスまたは内部抵抗に変換している

[0116] 本発明の二次電池劣化判定方法で用いている前記温度特性関数は、少なくとも 1 つ以上の指数項と 1つの調整パラメータを含むことを特徴としている。前記温度特性 関数の一実施例を（1)式に示す。

Z(Temp)または R(Temp) = f(C) X exp{g(C)/Temp}+C (1) ここで、二次電池 212の内部インピーダンスを Z、内部抵抗を R、二次電池 212の温 度を Temp、前記調整パラメータを Cとし、 f、 gを Cの関数としている。

[0117] (1)式では、指数項が 1つだけ含まれた数式となっているが、指数項をさらに追加し てもよい。いずれにせよ、（1)式が二次電池 12の内部インピーダンス Zまたは内部抵 抗 Rを精度良く表せるように、指数項の個数、及び関数 f(C)と g(C)の関数形を決める 。図 10には、（1)式で表される内部インピーダンスの一実施例をグラフ 202で示して いる。

グラフ 202で示した温度特性関数の具体的な関数形を次式に示す。

[0118] Z(Temp) = 5.435 X exp{-22.81/Temp}+8.176 (2)

(2)式では、 C、 f、 gをそれぞれ以下のように設定している。

C = 8.176 (3)

f (C) =0.6648 X C = 5.435 (4)

g (C) =-2.790 X C=- 22.81 (5)

同図に示す通り、（2)式で算出される内部インピーダンス (グラフ 2)は、測定値 (グラフ 201)と良い一致を示しており、 R²=0. 99854となっている。

[0119] 本発明の二次電池劣化判定方法では、まず二次電池を放電または充電させたとき の電流測定値及び電圧測定値から、内部インピーダンス Zまたは内部抵抗 Rを算出 する。また、このときの二次電池の温度も測定されていることから、前記算出された内 部インピーダンス Zまたは内部抵抗 Rと温度測定値 Tempを（1)式に代入して調整パ ラメータ Cの値を決定する。

[0120] 二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗は、使用開始後の経年劣化等によ り温度特性が変化する。調整パラメータ Cは、このような経年劣化等による温度特性 の変化を調整して、その時点における温度特性に（1)式が一致するようにするための ものである。

[0121] 調整パラメータ Cの値が決定されると、決定された Cの値を用いて、次に（1)式の温 度 Tempに所定の基準温度 Txを代入する。その結果、（1)式から該所定の基準温度 Τχにおける内部インピーダンスまたは内部抵抗が算出される。そして、算出された内 部インピーダンスまたは内部抵抗を所定の閾値と比較することで、二次電池 12の劣 化状態を判定することができる。

[0122] 次に、本実施形態に係る車両用電源装置 21 1において、二次電池 12の劣化状態 の判定を行う具体的な処理の流れの一実施例を、図 12を用いて以下に説明する。 図 12は、主として制御部 17で実行される演算処理の流れを示すフローチャートであ る。図 12に示す演算処理は、車両用電源装置 11において、予め設定された所定の タイミングで実行開始される。なお、図 12では、内部インピーダンスに基づいて二次 電池 12の劣化状態の判定を行う実施例を示している力 内部抵抗に基づいて劣化 判定を行う場合には、図 12において内部インピーダンスを内部抵抗におきかえれば よい。

[0123] 図 12おいて、前記所定のタイミングに達すると、制御部 217における演算処理が開 始され、まずステップ S 101にお 、て演算に必要なパラメータの初期設定が行われる 。各パラメータの設定値は、記憶部 218に予め記憶させたものを、ステップ S 101で 記憶部 218から読込んで設定するようにすることができる。

[0124] ステップ S 101で初期設定の対象となるパラメータとして、内部インピーダンスまたは 内部抵抗を推定する前記基準温度 Τχ、二次電池 212の劣化状態を判定するための 内部インピーダンス及び内部抵抗に対する判定閾値 Zth及び Rthなどがある。また、 前記充放電選択信号や直交流選択信号もステップ S 101で記憶部 218から読込む ようにすることができる。さらに、制御部 217から放電回路 216あるいはオールタネ一 タ 222に対して放電あるいは充電の指令を行わせるようにする場合には、ステップ S1 01で交流電流の周波数ある!/、はパルス状電流のパルス幅を記憶部 218から読込ん で設定するようにしてもょ ヽ。

[0125] なお、二次電池 212の特性に応じた適切な初期設定値を予め固定的に定めておく こともできるが、二次電池 212の動作状況や経年劣化等に応じて初期設定値を適宜 に変更できるようにしてもよ 、。

[0126] 次にステップ S102では、放電回路 216またはオールタネータ 222により交流電流 あるいはパルス状電流の所定の電流を放電または充電させ、所定のタイミングで電 流センサ 213と電圧センサ 214のそれぞれから、電流測定値と電圧測定値を取得す る。

[0127] ステップ S103では、ステップ S 102で取得した電流測定値及び電圧測定値を用い て、フーリエ展開等の手法により二次電池 212の内部インピーダンス Zを算出する。 なお、内部抵抗 Rを算出する場合には、ノルス状電流を放電または充電開始から 10 ms以下の所定の時間 dtにおける電圧変化 dVから、 R=dVZdtで内部抵抗 Rを算 出することができる。

[0128] 次にステップ S 104において、温度センサ 215から前記放電または充電を行ったと きの二次電池 212の温度測定値 Tpを入力する。そして、ステップ S105において、ス テツプ S103で算出した内部インピーダンス Ζと、ステップ S104で入力した温度測定 値 Tpとを (1)式に代入し、同式より調整パラメータ Cを算出する。

[0129] 次に、ステップ S106において、ステップ S101で設定された基 準温度 Txと、ステツ プ S105で算出された調整パラメータ Cとを用いて、（1)式力も基準温度 Txにおける 内部インピーダンス Zxを算出する。

Zx(Tx) = f (C) X exp{g(C)/Tx} + C (6)

[0130] 次に、ステップ S107において、ステップ S 106で算出された基準温度 Txにおける 内部インピーダンス Zxを、ステップ S101で設定した判定閾値 Zthと比較し、その大小 関係を評価する。そして、内部インピーダンス Zxが判定閾値 Zth以下であると評価さ れた場合、すなわち Zx≤Zthと評価された場合には、二次電池 212は劣化していな V、と判定して処理を終了する。

[0131] これに対し、ステップ S 107で内部インピーダンス Zxが判定閾値 Zthを超えていると 評価された場合、すなわち Zx>Zthと評価された場合には、二次電池 12が劣化して いる可能性があると判定される。図 12に示す本実施形態の劣化判定方法では、二 次電池 212の劣化判定を確実に行うために、ステップ S107の判定が所定回数連続 で行われた場合に二次電池 212が劣化して 、ると判定するようにして!/、る。

[0132] すなわち、ステップ S107において二次電池 212が劣化している可能性があると判 定されると、ステップ S108において、上記判定が前記所定回数だけ連続して行われ た力否かを判定する。その結果、前記所定回数連続して二次電池 212が劣化してい ると判定された場合には、ステップ S109に進んで二次電池 212の劣化判定処理を 行う。上記のように、所定回数連続して劣化判定が行われたことを確認するようにして いるのは、内部インピーダンスの変動の影響を抑え、判定結果が安定するのを待つ ためである。

[0133] 次に、本発明の車両用電源装置を備えた車両用電源システムについて以下に説 明する。図 13は、本発明の車両用電源システムの実施形態を示すブロック図である 。車両用電源システム 231は、車両用電源装置 211と入力装置 232、及び表示装置 233から構成されている。

[0134] 入力装置 232及び表示装置 233は、制御部 217に接続されてデータの入出力が 行えるように構成されて 、る。図 12のステップ S 109にお!/、て二次電池 212の劣化が 判定された場合、その結果を制御部 217から表示装置 233に送出して表示させるこ とで、運転者に二次電池 212の劣化を通報できるようにすることができる。

[0135] また、入力装置 232は、例えば二次電池 212の内部インピーダンスに対する判定 閾値、内部抵抗に対する判定閾値、前記充放電選択信号、前記直交流選択信号、 前記交流電流の周波数、及び前記パルス状電流のパルス幅を記憶部 218に設定す るのに用いることができる。図 13の実施形態では、記憶部 218への設定を制御部 21 7を介して行わせるように構成して 、る。

[0136] 本発明の車両用電源システムを上記のように構成することにより、二次電池 212の 劣化を運転者に迅速で判り易く通報できるようにすることが可能であり、また、入力装 置 232から設定値の変更が容易に行えることから、二次電池 212の動作状況や経年 劣化等に対応して適切な処理を行わせようにすることが可能となる。

[0137] 上記では、車両に搭載される車両用二次電池の劣化状態を判定する構成を備え た車両用電源システムについて説明した力 本発明は車両用二次電池に限られるこ となぐ一般的な二次電池を搭載した各種電源システムに対しても広く適用すること ができる。

次に、本発明のバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法は、バッテリの電流測 定値及び電圧測定値カゝら該バッテリのインピーダンスを算出するとともに、前記電流 測定値から直流電流成分を算出し、上記のインピーダンス算出値と直流電流成分と から所定の直流電流対インピーダンスの関係式に基づいて基準の直流電流値にお けるインピーダンスを推定し、これから前記バッテリの劣化度乃至は放電能力を判定 するものである。

[0138] 上記の直流電流対インピーダンスの関係式は、直流電流の指数項を少なくとも 1項 持つ関数で前記バッテリのインピーダンスを表すのが好ましぐとくに下記の形式の 関係式とするのがよい。

Z = al X exp (-IDC/bl) +a2 X exp (-IDC/b2) H he

(式 7)

ここで、 Zは前記バッテリのインピーダンスを、また IDCは直流電流成分を表している。

[0139] (第 4の実施の形態）

図 15は、本発明の第 4の実施形態に係る電源システムの概略の構成を示すブロッ ク図である。図 15において、電源システム 311は、電源としてバッテリ 312とオルタネ ータ 313を備えており、ノ ッテリ劣化度乃至は放電能力推定装置 316にはバッテリ 3 12の電流及び電圧を測定するための電流センサ 314及び電圧センサ 315が設けら れている。

[0140] バッテリ劣化度乃至は放電能力推定装置 316に備えられた制御手段 320は、前記 の電流センサ 314及び電圧センサ 315からそれぞれ電流測定値及び電圧測定値を 入力し、本発明のバッテリ劣化度乃至は放電能力推定方法を適用してバッテリ 312 の劣化度乃至は放電能力を推定する。 [0141] 図 15に示す本実施形態の電源システム 311は、ノ ッテリ 312の劣化度乃至は放電 能力の推定のために、バッテリ 312がパルス電流を放電または充電できる構成として いる。すなわち、ノ ッテリ 312からパルス電流を放電させるための放電回路 317が設 けられており、バッテリ 312にパルス電流を充電させる場合には、オルタネータ 313か ら線路 318を経由して充電できるように構成されて！、る。

[0142] 制御手段 320により実行されるバッテリ 312の劣化度乃至は放電能力の推定方法 について、図 14を用いて以下に詳細に説明する。図 14は、本発明のノ¾ /テリの劣化 度乃至は放電能力推定方法の 1つの実施形態を説明するためのフローチャートであ る。

[0143] 図 14に示す実施形態では、まずステップ 201でバッテリ 312の電流及び電圧をそ れぞれ電流センサ 314及び電圧センサ 315で測定し、それぞれのセンサ力も電流測 定値及び電圧測定値を入力する。

[0144] ステップ S202では、ステップ S201で入力した前記電流測定値及び電圧測定値を もとに、ノ ッテリ 312のインピーダンス（以下では Zaとする）を算出する。インピーダン ス Zaは、例えば前記電流測定値及び電圧測定値をフーリエ展開し、所定の周波数 における各係数の比力も算出することができる。

[0145] ステップ S203では、ステップ S201で入力した前記電流測定値から直流電流成分

(以下では IDCaとする）を算出する。直流電流成分 IDCaは、例えばステップ S201の 測定時力 過去一定期間における電流測定値を移動平均して算出することができる 。あるいは、前記電流測定値をカルマン 'フィルタ演算またはフーリエ演算して算出 することも可會である。

[0146] 前記電流測定値をフーリエ演算する場合には、フーリエ展開したときの定数項が直 流電流成分 IDCaとして得られる。すなわち、前記電流測定値を次式の通りフーリエ 展開したとき、

I ( t ) = I 0 + ∑ I a n · c o s ( η ω t ) + £ I b n ■ s i n ( n ω t )

(式 8 ) 上式の 10から直流電流成分 IDCaは、

IDCa=I0 として算出することができる。

[0147] ステップ S204では、ステップ S202で算出したインピーダンス Zaとステップ S203で 算出した直流電流成分 IDCaとから、基準の直流電流値におけるインピーダンス（以 下では、それぞれを IDCb、 Zbとする）を算出する。一般にバッテリのインピーダンスは 、該バッテリの直流電流の大きさに依存することから、本実施形態では測定時のイン ピーダンス及び直流電流から、基準の直流電流値におけるインピーダンスを求めるよ うにしている。

[0148] バッテリ 312のインピーダンスが直流電流成分に依存して変化する一実施例を図 1 6,図 17に示す。図 16,図 17は、前記電流測定値及び電圧測定値をフーリエ展開し 、それぞれの周波数 2Hzに相当する係数の比から求めたインピーダンスを示してい る。図 16は、前記のようにして求めたインピーダンスの実数成分を示しており、図 17 は虚数成分を示している。

[0149] 図 16,図 17より、ノ ッテリ 312のインピーダンスが直流電流成分によって大きく変化 することがゎカゝる。とくに、直流電流成分が低い領域ではインピーダンスの実数成分 、虚数成分とも大きく変化することがわかる。前記の直流電流対インピーダンスの関 係式は、図 16,図 17に示す直流電流成分に対するインピーダンスの変化に一致す るよう決定することができる。

[0150] 上記の通り、測定時のインピーダンス及び直流電流から基準の直流電流値におけ るインピーダンスを求めるためには、直流電流対インピーダンスの関係式が必要とな る。この関係式は、直流電流の指数項を少なくとも 1項持つように形成するのが好まし ぐ例えば (式 7)のような関係式とするのがよい。

[0151] 本実施形態では、ステップ S 204で用いる直流電流対インピーダンスの関係式とし て（式 7)の関係式を用いている。（式 7)において、直流電流 IDCにステップ S203で 算出した直流電流成分 IDCaを代入したとき、左辺のインピーダンス Zがステップ S20 2で算出したインピーダンス Zaに一致するよう、係数 al, a2- - - , bl, b2- · ·の値を決 定する。

[0152] 上記のようにして前記係数が決定されると、次にこの係数を用いた (式 7)に前記の 基準の直流電流値 IDCbを代入することで、前記基準の直流電流値に対応するイン ピーダンス Zbを算出することができる。

[0153] ステップ S205では、ステップ S204で算出された基準の直流電流値 IDCbに対応す るインピーダンス Zbを、所定のインピーダンス許容値 (以下では Zthとする）と比較して ノ ッテリ 312の劣化度乃至は放電能力を判定する。すなわち、インピーダンス Zbが前 記インピーダンス許容値 Zth以下と判定した場合には、ノ ッテリ 312の劣化度は低 ヽ 乃至は放電能力は十分高!、と判定する (ステップ S206)。

[0154] これに対し、ステップ S205にお!/、て、インピーダンス Zbが前記インピーダンス許容 値 Zthより大きいと判定した場合には、バッテリ 312の劣化度が高い乃至は放電能力 が不足していると判定する (ステップ S207)。この場合には、アラームとしてバッテリ 3 12の交換等を提示するようにすることができる。

[0155] 上記の通り本実施形態によれば、測定時のインピーダンス及び直流電流から基準 の直流電流値におけるインピーダンスを求め、該インピーダンスを前記所定のインピ 一ダンス許容値と比較するようにしたことにより、直流電流値を一定にした同じ条件で ノ ッテリ 312の劣化度乃至は放電能力を判定できるようになつている。その結果、パ ッテリ 312の劣化度乃至は放電能力を精度よく判定することが可能となっている。

[0156] また、測定時のインピーダンス及び直流電流から基準の直流電流値におけるインピ 一ダンスを求めるために必要となる直流電流対インピーダンスの関係式を、例えば（ 式 7)のように、直流電流の指数項を少なくとも 1項持つようにしたことにより、高精度 にバッテリ 312の劣化度乃至は放電能力を判定することが可能となった。

[0157] 上記実施例では、直流電流対インピーダンスの関係式として（式 7)を用いており、 測定時点の直流電流成分 IDCaとインピーダンス Zaが（式 7)を満たすよう、係数 al, a 2· · · , bl, b2- · ·の値を決定していた。前記係数の値を直流電流成分 IDCaとインピ 一ダンス Zalから一意的に決定できるよう、各係数の値を調整パラメータ cの関数 fl(c ), f2(c)- - - , gl(c), g2(c)' "で与えるようにすることができる。

[0158] (式 7)の直流電流対インピーダンスの関係式の係数 a 1, a2' · · , bl, b2- · ·の値を 、上記の通り前記調整パラメータ cの関数 fl(c), f2(c)- - - , gl(c), g2(c)'，'で与える ようにした場合、前記調整パラメータ cの値は、（式 7)が直流電流成分 IDCaとインピ 一ダンス Zalとを満たすよう決定される。 [0159] さらに、前記調整パラメータ cの関数 fl(c), f2(c) - - - , gl(c), g2(c) - · ·をそれぞれ、 cの一次関数とすることができ、この場合には、前記調整パラメータ cの値を直流電流 成分 IDCaとインピーダンス Zalとから解析的に算出するようにすることができる。

[0160] なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るノ ッテリの劣化度乃至は放電 能力推定方法等の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の 形態におけるバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法等の細部構成及び詳細な 動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

[0161] 本明細書は、 2005年 9月 16曰出願の特願 2005— 270917、 2005年 10月 14曰 出願の特願 2005— 300333及び 2006年 1月 16 0出願の特願 2006— 007980に 基づく。この内容は、すべてここに含めておく。

Claims

請求の範囲

[1] 蓄電池の電圧又は電流の測定に基づいて充電状態量算出手段により前記蓄電池 の充電状態量を求め、前記充電状態量に基づいて劣化状態量算出手段により前記 蓄電池の劣化状態量を求めた後に、

さらに、前記劣化状態量算出手段により求められた最前の前記劣化状態量に基づ いて前記充電状態量算出手段により前記蓄電池の充電状態量を求め、前記充電状 態量算出手段により求められた最前の前記充電状態量に基づいて前記充電劣化状 態量算出手段により前記蓄電池の劣化状態量を求める処理を 1回又は 2回以上の所 定の繰り返し回数で行い、

最後に求められた前記劣化状態量を劣化状態量出力値として出力し、最後に求め られた前記充電状態量を充電状態量出力値として出力し、

前記劣化状態量出力値をメモリに記憶する

ことを特徴とする蓄電池の劣化状態'充電状態の検知方法。

[2] 前記充電状態量出力値もメモリに記憶することを特徴とする請求項 1に記載の蓄電 池の劣化状態 ·充電状態の検知方法。

[3] 前記所定の繰り返し回数は、前記劣化状態量が所定範囲に収束する回数であるこ とを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知 方法。

[4] 充電状態量算出手段により最初に求められる前記充電状態量は、予め設定された 初期値か前記メモリに記憶された前回の前記劣化状態出力値かのいずれかに基づ いて補正されて求められる値であることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれ 力 1つに記載の蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法。

[5] 前記劣化状態量算出手段は、前記蓄電池の内部インピーダンスの測定値を前記 充電状態量に基づいて補正することにより前記劣化状態量を求めることを特徴とする 請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1つに記載の蓄電池の劣化状態'充電状態の検 知方法。

[6] 前記内部インピーダンスの前記測定値は、前記蓄電池の測定時温度下の値力 所 定温度下の値に補正されることを特徴とする請求項 5に記載の蓄電池の劣化状態- 充電状態の検知方法。

[7] 前記充電状態量算出手段は、前記蓄電池の開回路電圧の測定値、又は該測定値 を初期値若しくは最新の前記劣化状態量に基づいて補正した値を関数に代入して 前記充電状態量を求めることを特徴とする請求項 1乃至請求項 6のいずれか 1つに 記載の蓄電池の劣化状態'充電状態の検知方法。

[8] 前記充電状態量算出手段は、前記蓄電池の放電電流又は充電電流に基づいて 充電状態量変化分を求め、該充電状態量変化分を最前の前記充電状態量に加算 して求めた値を最新の前記劣化状態量に基づいて算出することを特徴とする請求項 1乃至請求項 5のいずれか 1つに記載の蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法。

[9] 前記メモリに 3回以上記憶された前記劣化状態量出力値の記憶回数に対する変化 の傾きを求め、

前記記憶回数のうちの最新の前記劣化状態量出力値が、許容範囲内にある場合 には前記劣化状態出力値の前記メモリへの記憶を真値として確定する一方、前記許 容範囲から外れている場合には前記最新の前記劣化状態量出力値を前記メモリか ら消去して再び前記充電状態量出力値と前記劣化状態量出力値を測定及び Z又 は算出して求めることを特徴とする請求項 1乃至請求項 8のいずれか 1つに記載の蓄 電池の劣化状態 ·充電状態の検知方法。

[10] 前記メモリに 3回以上記憶された前記劣化状態量出力値の記憶回数に対する変化 の傾きを求め、

前記記憶回数のうちの最新の前記劣化状態量出力値が、前記許容範囲から外れ ている場合には異常として警告を発することを特徴とする請求項 1乃至請求項 8のい ずれか 1つに記載の蓄電池の劣化状態'充電状態の検知方法。

[11] 最初に蓄電池の電圧又は電流の測定に基づく一方、初回以降は前記蓄電池の劣 化状態量に基づいて蓄電池の充電状態量を 2回以上の所定回数で繰り返して算出 し、最終の算出後に充電状態量出力値として出力する充電状態量算出手段と、 前記充電状態量算出手段による算出ごとに前記充電状態量に基づいて前記蓄電 池の前記劣化状態量を算出して最終の算出後に劣化状態量出力値として出力する 劣化状態量算出手段と、 前記所定回数で繰り返すことにより最後に求められた前記劣化状態量出力値と前 記充電状態量出力値のうち少なくとも前記劣化状態量出力値を複数記憶するメモリ とを有することを特徴とする蓄電池の劣化状態 ·充電状態の検知装置。

[12] 前記メモリに 3回以上記憶された前記劣化状態量出力値の回数に対する変化に基 づいて該変化の傾きを求め、前記 3回以上の前記回数のうち最新の前記劣化状態 量出力値が、許容範囲内にある場合には前記劣化状態量出力値を真値として確定 する一方、前記許容範囲から外れている場合には前記最新の前記劣化状態量出力 値を前記メモリから消去して再び前記充電状態量出力値と前記劣化状態量出力値 を求める制御手段を有することを特徴とする請求項 11に記載の蓄電池の劣化状態- 充電状態の検知装置。

[13] 負荷に電力を供給する二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗に基づいて 前記二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化判定方法であって、

少なくとも 1つ以上の指数項と 1つの調整パラメータを含み、前記内部インピーダンス または前記内部抵抗の温度依存性を表す所定の温度特性関数を事前に作成し、 前記二次電池が所定の電流で充電または放電されたときの電流測定値及び電圧測 定値をもとに前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗を算出し、

前記二次電池が前記所定の電流で充電または放電されたときの前記二次電池の温 度測定値と前記算出された内部インピーダンスまたは内部抵抗とを前記温度特性関 数に代入して前記調整パラメータの値を決定し、

前記決定された調整パラメータの値と所定の基準温度とを前記温度特性関数に代入 して基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を算出し、

前記算出された基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗に基づいて前記二次 電池の劣化状態を判定することを特徴とする二次電池劣化判定方法。

[14] 前記温度特性関数は、前記内部インピーダンスを Z、前記内部抵抗を R、前記調整 ノ ラメータを C、前記二次電池の温度を Temp、としたとき、

Z(Temp)または R(Temp) = f(C) X exp{g(C)/Temp}+C

(ここで、 f、 gは所定の関数を表す）

と表されることを特徴とする請求項 13に記載の二次電池劣化判定方法。

[15] 前記基準内部インピーダンスに基づいて劣化判定を行うための第一の判定閾値と、 前記基準内部抵抗に基づいて劣化判定を行うための第二の判定閾値とをそれぞれ 事前に設定しておき、

前記基準内部インピーダンスを算出した場合にはこれと前記第一の判定閾値との大 小関係を評価し、

前記基準内部抵抗を算出した場合にはこれと前記第二の判定閾値との大小関係を 評価し、

前記大小関係の 、ずれかに基づ 、て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 13または請求項 14に記載の二次電池劣化判定方法。

[16] 前記所定の電流として周波数 100Hz以上の交流電流を充電または放電させた時の 前記電流測定値及び前記電圧測定値をもとに前記内部インピーダンスを算出するこ とを特徴とする請求項 13から請求項 15のいずれか 1項に記載の二次電池劣化判定 方法。

[17] 前記所定の電流としてパルス状電流を充電または放電させ、前記充電または放電開 始後 10ms以内の前記電流測定値及び前記電圧測定値をもとに前記内部抵抗を算 出することを特徴とする請求項 13から請求項 15のいずれ力 1項に記載の二次電池 劣化判定方法。

[18] 負荷に電力を供給する二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗に基づいて 前記二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化判定装置であって、 前記二次電池に所定の電流を充電させる充電回路と、

前記二次電池から所定の電流を放電させる放電回路と、

前記二次電池の電流を測定する電流センサと、

前記二次電池の電圧を測定する電圧センサと、

前記二次電池の温度を測定する温度センサと、

前記充電回路または前記放電回路により前記二次電池が所定の電流で充電または 放電されたときの電流測定値、電圧測定値及び温度測定値をそれぞれ前記電流セ ンサ、電圧センサ及び温度センサから入力し、前記電流測定値及び前記電圧測定 値をもとに前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗を算出し、少なくとも 1っ以 上の指数項と 1つの調整パラメータを含み前記内部インピーダンスまたは前記内部 抵抗の温度依存性を表す温度特性関数に、前記算出された内部インピーダンスまた は内部抵抗及び前記温度測定値を代入して前記調整パラメータの値を決定し、前記 決定された調整パラメータの値と所定の基準温度とを前記温度特性関数に代入して 基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を算出し、前記算出された基準内部ィ ンピーダンスまたは基準内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定する 制御手段とを備えることを特徴とする二次電池劣化判定装置。

[19] 前記基準内部インピーダンスに基づいて劣化判定を行うための第一の判定閾値と、 前記基準内部抵抗に基づいて劣化判定を行うための第二の判定閾値とを予め記憶 させる記憶手段を備え、

前記制御手段は、前記基準内部インピーダンスを算出した場合には前記記憶手段 力 前記第一の判定閾値を読み出して前記基準内部インピーダンスとの大小関係を 評価し、前記基準内部抵抗を算出した場合には前記記憶手段から前記第二の判定 閾値を読み出して前記基準内部抵抗との大小関係を評価し、前記大小関係のいず れかに基づいて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 18に 記載の二次電池劣化判定装置。

[20] 前記記憶手段には、前記二次電池に対し前記所定の電流を充電するかあるいは放 電するかの充放電選択信号が記憶され、

前記制御手段は、前記記憶手段から前記充放電選択信号を読込み、前記充放電選 択信号に基づいて前記充電回路か前記放電回路のいずれかに所定の指令信号を 出力することを特徴とする請求項 19に記載の二次電池劣化判定装置。

[21] 前記記憶手段には、前記所定の電流が周波数 100Hz以上の交流電流力、あるいは パルス状電流かを指定する直交流選択信号が記憶され、

前記制御手段は、前記記憶手段から前記直交流選択信号を読込み、前記直交流選 択信号に基づ 、て周波数 100Hz以上の交流電流かあるいはパルス状電流かの ヽ ずれかを選択して前記充電回路または前記放電回路に所定の制御信号を出力する ことを特徴とする請求項 19または請求項 20に記載の二次電池劣化判定装置。

[22] 前記記憶手段には、前記交流電流の周波数及び Zまたは前記パルス状電流のパル ス幅が記憶され、

前記制御手段は、前記記憶手段から前記交流電流の周波数及び Zまたは前記パル ス状電流のパルス幅を読込み、前記充電回路または前記放電回路に対する前記所 定の制御信号と同時または前記所定の制御信号に先立って前記交流電流の周波数 及び Zまたは前記パルス状電流のパルス幅を前記充電回路または前記放電回路に 設定することを特徴とする請求項 21に記載の二次電池劣化判定装置。

[23] 請求項 18から請求項 21のいずれか 1項に記載の二次電池劣化判定装置を備えた 電源システム。

[24] 前記二次電池劣化判定装置から前記二次電池の劣化状態判定結果を入力して表 示する表示手段を備えて 、ることを特徴とする請求項 23に記載の電源システム。

[25] 前記記憶手段に記憶されたデータを変更するための入力手段を備え、

前記入力手段から前記第一の判定閾値、前記第二の判定閾値、前記充放電選択信 号、前記直交流選択信号、前記交流電流の周波数、及び前記パルス状電流のパル ス幅の 、ずれか、あるいは全てが変更可能であることを特徴とする請求項 11または 請求項 24に記載の電源システム。

[26] ノ ッテリのインピーダンスを所定の許容値と比較することにより該バッテリの劣化度乃 至は放電能力を判定するバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法であって、 前記バッテリの電流及び電圧を測定し、

前記電流測定値及び電圧測定値から前記バッテリのインピーダンスを算出するととも に、前記電流測定値から直流電流成分を算出し、

前記インピーダンス算出値と前記直流電流成分算出値とから所定の直流電流対イン ピーダンスの関係式に基づいて基準の直流電流値におけるインピーダンスを推定し て前記バッテリの劣化度乃至は放電能力を判定することを特徴とするバッテリの劣化 度乃至は放電能力推定方法。

[27] 前記直流電流対インピーダンスの関係式は、前記バッテリのインピーダンスを少なく とも 1項の直流電流の指数項を持つ関数で表されることを特徴とする請求項 26に記 載のバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法。

[28] 前記直流電流対インピーダンスの関係式は、前記バッテリのインピーダンスを Z、直 流電流を IDCとしたとき、

Z = al X exp ( -IDC/bl) +a2 X exp ( -IDC/b2) H he

で表されることを特徴とする請求項 27に記載のバッテリの劣化度乃至は放電能力推 定方法。

[29] 前記直流電流対インピーダンスの関係式の係数 a 1, a2 ' · · , bl, b2 - · ·が、それぞ れ 1つの調整パラメータ cの関数 fl(c), f2(c) - - - , gl(c), g2(c) ' "で与えられることを 特徴とする請求項 28に記載のバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法。

[30] 前記調整パラメータ cの値は、前記直流電流対インピーダンスの関係式が前記インピ 一ダンス算出値と前記直流電流成分算出値を満たすよう決定されることを特徴とする 請求項 29に記載のバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法。

[31] 前記調整パラメータ cの関数 fl(c), f2(c) - - - , gl(c), g2(c) - · ·は、それぞれが cの一 次関数であることを特徴とする請求項 29又は請求項 30に記載のバッテリの劣化度乃 至は放電能力推定方法。

[32] 前記直流電流成分算出値は、前記電流測定値に対して移動平均演算、フーリヱ演 算、カルマン'フィルタ演算の何れかにより算出されることを特徴とする請求項 26から 請求項 31のいずれか 1項に記載のバッテリの劣化度乃至は放電能力推定方法。

[33] バッテリのインピーダンスに基づ 、て該バッテリの劣化度乃至は放電能力を判定する バッテリの劣化度乃至は放電能力推定装置であって、

前記バッテリの電流を測定する電流センサと、

前記バッテリの電圧を測定する電圧センサと、

前記電流センサ及び電圧センサからそれぞれ電流測定値及び電圧測定値を入力し 、前記電流測定値及び電圧測定値から前記バッテリのインピーダンスを算出するとと もに、前記電流測定値から直流電流成分を算出し、前記インピーダンス算出値と前 記直流電流成分算出値とから所定の直流電流対インピーダンスの関係式に基づい て基準の直流電流値におけるインピーダンスを推定して前記バッテリの劣化度乃至 は放電能力を判定する制御手段とを備えることを特徴とするバッテリの劣化度乃至は 放電能力推定装置。

[34] 請求項 33に記載のバッテリの劣化度乃至は放電能力推定装置を備えた電源システ

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