JP2010008338A - 劣化判定回路、電源装置、及び二次電池の劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の劣化の検出精度を向上させることができる劣化判定回路、電源装置、及び二次電池の劣化判定方法を提供する。
【解決手段】ＳＯＣ検出部２４１で検出されたＳＯＣが、第１範囲の範囲内である場合、内部抵抗検出部２４２によって検出された内部抵抗値に基づいて、二次電池１０の劣化の有無を判定する第１判定部２４３と、ＳＯＣ検出部２４１によって検出されたＳＯＣが、二次電池１０のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が第１範囲とは異なるＳＯＣの範囲として予め設定された第２範囲の範囲内である場合、内部抵抗検出部２４２によって検出された内部抵抗値に基づいて、二次電池１０の劣化の有無を判定する第２判定部２４４とを備え、第１判定部２４３と第２判定部２４４との両方において劣化有りと判定された場合に、最終的に二次電池が劣化していると判定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の劣化の有無を判定する劣化判定回路、この劣化判定回路を備えた電源装置、及び二次電池の劣化判定方法に関する。

近年、二次電池は、太陽電池や発電装置と組み合わされ、電源システムとして広く利用されている。発電装置は、風力や水力といった自然エネルギーや内燃機関等の人工的な動力によって駆動される。このような二次電池を組み合わせた電源システムは、余剰な電力を二次電池に蓄積し、負荷装置が必要な時に二次電池から電力を供給することによって、エネルギー効率の向上を図っている。

このようなシステムの一例としては、太陽光発電システムが挙げられる。太陽光発電システムは、太陽光による発電量が、負荷装置の電力消費量に比べて大きい場合には、余剰電力で二次電池に充電を行う。逆に、発電量が負荷装置の消費電力より小さい場合には、不足の電力を補うために二次電池から出力して、負荷装置を駆動する。

このように、太陽光発電システムにおいては、従来利用されていなかった余剰電力を二次電池に蓄積できるため、二次電池を用いない電源システムに比べて、エネルギー効率を高めることができる。

このような太陽光発電システムにおいては、二次電池が満充電になってしまうと余剰電力を充電できなくなって、損失が生じる。そこで、余剰電力を効率よく二次電池に充電するため、二次電池の充電状態（以下、ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が１００％とならないように、充電制御が行われている。また、必要なときに負荷装置を駆動できるように、ＳＯＣが０（ゼロ）％とならないようにも充電制御が行われている。具体的には、通常、二次電池においては、ＳＯＣが２０％〜８０％の範囲で推移するように充電制御が行われている。

また、エンジンとモータとを用いたハイブリット自動車（ＨＥＶ；Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）もこのような原理を利用している。ＨＥＶは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰のエンジン出力で発電機を駆動し、二次電池を充電する。また、ＨＥＶは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用することによって二次電池を充電する。

さらに、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車も最近注目されている。負荷平準化電源は、電力消費が少なく、電力料金が安い夜間に二次電池に電力を貯蔵し、電力消費がピークとなる日中に、貯蔵した電力を活用するシステムである。電力の消費量を平滑化することにより、電力の発電量を一定にし、電力設備の効率的運用や設備投資の削減に貢献することを目的としている。

また、プラグインハイブリット車は夜間電力を活用し、燃費が悪い市街地走行時には二次電池から電力を供給するＥＶ走行を主体とした走行を行い、長距離走行時にはエンジンとモータとを活用したＨＥＶ走行を行うことにより、トータルのＣＯ_２の排出量を削減することを目的としている。

このような電源システムに搭載される二次電池は、多くの場合、複数の二次電池（単電池等）を直列に接続することによって構成されている。

ところで、このような二次電池は、劣化が進むと内部抵抗が増大する。そして、二次電池の内部抵抗が増大すると、二次電池の発熱量が増大する。そのため、劣化が進んでいない初期と同じ使い方をしていても、劣化が進むと二次電池の発熱による温度上昇が大きくなり、安全性が低下する。

従って、二次電池の安全性確保するためには、二次電池の劣化を検出し、例えば劣化が進んでいる場合には二次電池に入出力する電流値を制限する等、その劣化状態に応じた二次電池の使い方をすることが望ましい。

二次電池の劣化を検出する手段として、二次電池の内部抵抗を算出し、この内部抵抗が所定値を超えると劣化が生じていると判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）
特開２００１−１７４５３２号公報

ところで、二次電池の内部抵抗は、劣化とは無関係にＳＯＣに応じて変化する。そのため、特許文献１に記載のように、ＳＯＣと無関係に内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化を判定すると、劣化判定の精度が低下するという不都合があった。

そして、二次電池が誤って劣化判定された場合には、二次電池に入出力される電流が制限される等する結果、例えば発電装置から供給された余剰電力を十分に蓄えることができなかったり、負荷装置への電力供給が不足するなどして上位機器の利便性を低下させたりするおそれもあった。

本発明の目的は、二次電池の劣化の検出精度を向上させることができる劣化判定回路、電源装置、及び二次電池の劣化判定方法を提供することである。

本発明に係る劣化判定回路は、二次電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部と、前記二次電池の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、前記ＳＯＣ検出部によって検出されたＳＯＣが、予め設定された第１範囲の範囲内である場合、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定する第１判定部と、前記ＳＯＣ検出部によって検出されたＳＯＣが、前記二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が前記第１範囲とは異なるＳＯＣの範囲として予め設定された第２範囲の範囲内である場合、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定する第２判定部と、前記第１判定部において前記劣化有りと判定され、かつ前記第２判定部において前記劣化有りと判定された場合に、最終的に前記二次電池が劣化していると判定する最終判定部とを備える。

また、本発明に係る二次電池の劣化判定方法は、二次電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出工程と、前記二次電池の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出工程と、前記ＳＯＣ検出工程において検出されたＳＯＣが、予め設定された第１範囲の範囲内である場合、前記内部抵抗検出工程において検出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定する第１判定工程と、前記ＳＯＣ検出工程によって検出されたＳＯＣが、前記二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が前記第１範囲とは異なるＳＯＣの範囲として予め設定された第２範囲の範囲内である場合、前記内部抵抗検出工程において検出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定する第２判定工程と、前記第１判定工程において前記劣化有りと判定され、かつ前記第２判定工程において前記劣化有りと判定された場合に、最終的に前記二次電池が劣化していると判定する最終判定工程とを含む。

この構成によれば、二次電池のＳＯＣが、第１範囲の範囲内であるときに検出された内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化の有無が判定される。また、二次電池のＳＯＣが、二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が第１範囲とは異なるＳＯＣの範囲として予め設定された第２範囲の範囲内であるときに検出された内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化の有無が判定される。そして、ＳＯＣが第１範囲の範囲内であるときに検出された内部抵抗値に基づく劣化の判定結果と、ＳＯＣが第２範囲の範囲内であるときに検出された内部抵抗値に基づく劣化の判定結果とが、共に劣化していることを示すものであった場合に、最終的に二次電池が劣化していると判定される。

二次電池の内部抵抗値は、劣化が進むにつれて増大する他、ＳＯＣに応じて変化する場合がある。そこで、第１判定部（第１判定工程）、第２判定部（第２判定工程）、及び最終判定部（最終判定工程）によれば、二次電池のＳＯＣが、ＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が互いに異なり、すなわちＳＯＣが内部抵抗値に及ぼす影響の程度が互いに異なる第１範囲と第２範囲とにおいて、それぞれ得られた内部抵抗値が共に二次電池の劣化を示す場合に、最終的に二次電池が劣化していると判定されるので、ＳＯＣが、最終的な劣化判定結果に及ぼす影響が低減される結果、二次電池の劣化判定の精度を向上することができる。

また、前記第２判定部は、前記第１判定部によって、前記二次電池が劣化していると判定された場合に前記劣化の有無を判定し、前記最終判定部は、前記第２判定部によって、前記二次電池が劣化していると判定された場合に最終的に前記二次電池が劣化していると判定することが好ましい。

この構成によれば、第１判定部によって二次電池が劣化していると判定されなかった場合には、第２判定部は劣化の有無を判定する処理を実行しないので、第２判定部の処理を低減することが可能となる。また、第２判定部によって二次電池が劣化していると判定された場合には、既に第１判定部によって二次電池が劣化しているとの判定がされていることになるから、第２判定部による二次電池の劣化判定結果をそのまま最終的な二次電池の劣化判定結果として用いることができるので、最終判定部による判定処理を低減することが可能となる。

また、前記第２範囲は、前記第１範囲よりも、前記二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が大きいことが好ましい。

二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が第２範囲よりも小さい第１範囲では、劣化していない状態からの劣化に伴う内部抵抗の変化も小さい。そのため、第１範囲において得られた内部抵抗値に基づく劣化の判定精度は、第２範囲において得られた内部抵抗値に基づく劣化の判定精度より低くなる。そこで、この構成によれば、まず第１判定部によって精度の低い劣化判定を行い二次電池が劣化していると判定された場合に、第２判定部によってさらに精度の高い劣化判定を行うことで、最終的に誤って劣化判定してしまうおそれが低減される。

また、前記第２範囲は、前記第１範囲よりも、前記二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が小さいように、してもよい。

二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が第２範囲よりも大きい第１範囲では、劣化していない状態からの劣化に伴う内部抵抗の変化も大きい。そのため、第１範囲において得られた内部抵抗値に基づく劣化の判定精度は、第２範囲において得られた内部抵抗値に基づく劣化の判定精度より高くなる。そこで、この構成によれば、まず第１判定部によって精度の高い劣化判定を行い二次電池が劣化していると判定された場合にのみ、第２判定部によって精度の低い劣化判定を行うので、最終的に劣化していると判定される確率の高い場合にのみ第２判定部の処理が実行されることとなり、第２判定部の実行機会を減少させて、劣化判定処理量を低減することが容易となる。

また、前記第１判定部は、前記二次電池が劣化していないときの内部抵抗値に対する、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値の比率が、予め設定された第１劣化基準値を超える場合、前記二次電池が劣化していると判定し、前記第２判定部は、前記二次電池が劣化していないときの内部抵抗値に対する、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値の比率が、予め設定された第２劣化基準値を超える場合、前記二次電池が劣化していると判定することが好ましい。

二次電池の内部抵抗値には、個体差によるバラツキがある。そのため、内部抵抗値を直接、判定基準値と比較して劣化を判定した場合には、劣化の判定精度が低下するおそれがある。そこで、この構成によれば、第１及び第２判定部は、二次電池が劣化していないときの内部抵抗値に対する、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値の比率に基づいて、劣化の判定を行うので、二次電池の個体差による内部抵抗値のバラツキが吸収される結果、二次電池の劣化の判定精度を向上させることが可能となる。

本発明に係る電源装置は、上述の劣化判定回路と、前記二次電池と、前記最終判定部による前記劣化の判定結果に応じて、前記二次電池の充電及び放電のうち少なくとも一方を制御する充放電制御部とを備える。

この構成によれば、劣化判定回路における劣化の判定精度が向上するので、精度の高い劣化の判定結果に応じて、二次電池の充電及び放電のうち少なくとも一方が制御される結果、二次電池が劣化した場合において安全性が低下するおそれを精度よく低減することが可能となる。

このような劣化判定回路、電源装置、及び二次電池の劣化判定方法によれば、二次電池のＳＯＣが、ＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が互いに異なり、すなわちＳＯＣが内部抵抗値に及ぼす影響の程度が互いに異なる第１範囲と第２範囲とにおいて、それぞれ得られた内部抵抗値が共に二次電池の劣化を示す場合に、最終的に二次電池が劣化していると判定されるので、ＳＯＣが、最終的な劣化判定結果に及ぼす影響が低減される結果、二次電池の劣化判定の精度を向上することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の劣化判定方法を用いた劣化判定回路、及びこれを用いた電源装置の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示す電源装置１は、二次電池１０と、劣化判定回路２０と、充放電制御回路３０（充放電制御部）とを備えている。電源装置１は、太陽光発電システムやＵＰＳ等のバックアップ用電源装置の他、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機、電気自動車、ハイブリットカー等、種々の電池駆動機器やシステムにおける電源システムに用いられる。

劣化判定回路２０は、例えばＥＣＵ（Electric Control Unit）として構成されている。劣化判定回路２０は、電圧検出部２０１と、電流検出部２０２と、温度検出部２０３と、制御部２０４とを備えている。そして、充放電制御回路３０には、発電装置１００と、負荷装置２００とが接続されている。発電装置１００は、例えば太陽光発電装置（太陽電池）や、例えば風力や水力といった自然エネルギーやエンジン等の人工的な動力によって駆動される発電機等である。なお、充放電制御回路３０は、発電装置１００の代わりに例えば商用電源に接続されていてもよい。

負荷装置２００は、電源装置１から供給される電力により駆動される各種の負荷であってもよく、例えばモータやバックアップ対象の負荷機器であってもよい。

充放電制御回路３０は、発電装置１００からの余剰電力や負荷装置２００で発生する回生電力を二次電池１０に充電する。また、充放電制御回路３０は、また、負荷装置２００の消費電流が急激に増大したり、あるいは発電装置１００の発電量が低下して負荷装置２００の要求する電力が発電装置１００の出力を超えたりすると、二次電池１０から不足の電力を負荷装置２００へ供給する。

また、充放電制御回路３０は、制御部２０４から送信される二次電池１０のＳＯＣに基づいて、通常、二次電池１０のＳＯＣが２０〜８０％程度の範囲内になるように二次電池１０の充放電を制御する。なお、電源装置１が、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車用の電源装置等として用いられる場合は、充放電制御回路３０は、二次電池１０のＳＯＣが１００％になるまで充電し、負荷装置２００でエネルギーが必要な時に二次電池１０を放電させる。

さらに、充放電制御回路３０は、制御部２０４から二次電池１０の劣化を示す信号を受信すると、二次電池１０の充放電電流を減少させて、安全性を向上させるようになっている。

二次電池１０は、例えば、直列に接続されたＮ個の電池ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，ＢＮと、電流センサ１１と、温度センサ１２とが図略の筐体（ボックス）に収容された電池パックとして構成されている。また、電池ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのそれぞれは、複数個の単電池１３を電気的に直列に接続して構成されている。

単電池１３としては、ニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池やリチウムイオン電池などの有機電池を用いることができる。なお、二次電池１０は、単電池１３を少なくとも一つ含んでいればよく、電池ブロックの数Ｎや単電池１３の数は特に限定されるものではない。また、単電池１３や電池ブロックは、並列接続されていてもよく、直列と並列とが組み合わされていてもよい。

この場合、請求項における二次電池は、二次電池１０であってもよく、電池ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，ＢＮであってもよく、単電池１３であってもよい。なお、以下の説明において、電池ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，ＢＮを総称する場合には添え字を省略して電池ブロックＢと記載し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

ところで、ニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池やリチウムイオン電池などの有機電池は、ＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が、劣化の程度に応じて変化する性質を有している。

図２は、このような二次電池の、ＳＯＣと内部抵抗との関係の一例を示すグラフである。図２は、横軸がＳＯＣ（％）、縦軸が二次電池の内部抵抗（Ω）を示している。そして、グラフＧ１は、まだ劣化していない初期状態におけるＳＯＣと内部抵抗との関係を示し、グラフＧ２は、劣化した後のＳＯＣと内部抵抗との関係を示している。

まず、グラフＧ２は、グラフＧ１より全体に抵抗値が大きくなっており、二次電池は、劣化が進むほど内部抵抗値が増大することが判る。また、ＳＯＣが３０％以上の領域では、グラフＧ１，Ｇ２のいずれも、ＳＯＣの変化に対して内部抵抗がほぼ一定の値（グラフＧ１，Ｇ２の傾きが略ゼロ）となっている。

一方、ＳＯＣが３０％未満の領域では、グラフＧ１，Ｇ２のいずれも、ＳＯＣが小さくなるほど内部抵抗が大きくなり（グラフＧ１，Ｇ２の傾きがマイナス）、かつ劣化が進んだグラフＧ２の方が、初期状態のグラフＧ１より変化量が大きい（マイナス方向に傾きが大きい）。

ここで、例えば、ＳＯＣの変化に対して内部抵抗がほぼ一定の値となる領域であるＳＯＣ３０％を超える領域のうち、例えば境界値となる３０％に余裕を持たせた４０％を超える領域が、第１範囲に設定されている。そして、第１範囲よりも、二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が大きい領域であるＳＯＣ３０％未満の領域が、第２範囲に設定されている。

電流センサ１１は、例えば、電池ブロックＢと直列接続された抵抗素子や電流変成器等で構成されており、電池ブロックＢを流れる電流を検出し、その電流値を電圧信号として電流検出部２０２へ出力する。温度センサ１２は、例えば熱電対やサーミスタ等が用いられ、電池ブロックＢの温度に応じた電圧や抵抗値等のアナログ情報を温度検出部２０３へ出力する。

電圧検出部２０１は、例えばアナログデジタル変換器を用いて構成されており、電池ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのそれぞれの端子電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２，・・・，ＶｔＮを測定する。そして、電圧検出部２０１は、測定した端子電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２，・・・，ＶｔＮを、予め設定された周期でデジタル値に変換して制御部２０４へ出力する。なお、以下の説明において、端子電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２，・・・，ＶｔＮを総称する場合には添え字を省略して端子電圧Ｖｔと記載し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

なお、電圧検出部２０１は、端子電圧を電池ブロック毎に測定する例を示したが、単電池１３毎に端子電圧値を測定するようにしてもよく、二次電池１０全体の端子電圧を測定するようにしてもよい。

電流検出部２０２は、例えばアナログデジタル変換器を用いて構成されており、電流センサ１１を用いて二次電池１０の充放電電流Ｉを所定の周期で測定する。電流検出部２０２は、測定された充放電電流Ｉをアナログ信号からデジタル信号に変換して、充電方向（＋）と放電方向（−）を示すＣ（Charge）／Ｄ（Discharge）符号を含む充放電電流値Ｉｄとして出力する。電流検出部２０２から制御部２０４へのデータ出力も、電圧検出部２０１からのデータ出力と同様、予め定められた周期で行われる。

温度検出部２０３は、例えばアナログデジタル変換器や抵抗値測定回路等を用いて構成されており、温度センサ１２を用いて二次電池１０内の温度を所定の周期で測定する。そして、温度検出部２０３は、測定された温度をアナログ信号からデジタル信号に変換して温度値Ｔとして予め定められた周期で制御部２０４へ出力する。

制御部２０４は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶された不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、タイマ回路と、その周辺回路等とを備えて構成されている。

また、制御部２０４は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、ＳＯＣ検出部２４１、内部抵抗検出部２４２、第１判定部２４３、及び第２判定部２４４として機能する。

制御部２０４は、ＳＯＣ検出部２４１で検出されたＳＯＣと、内部抵抗検出部２４２で検出された内部抵抗とに基づいて、ＳＯＣが例えば第１範囲のときの、内部抵抗値に応じて二次電池１０の劣化を予備判定する。そして、予備判定で内部抵抗が初期状態より上昇しており、劣化していると判定された場合、制御部２０４は、ＳＯＣが例えば第２範囲のときの、内部抵抗値に応じて二次電池１０の劣化を本判定する。

そして、本判定においても、内部抵抗が初期状態より上昇しており、劣化していると判定された場合、すなわち予備仮判定（ＳＯＣが第１範囲）、本判定（ＳＯＣが第２範囲）のいずれにおいても二次電池１０が劣化していると判定された場合、最終的に二次電池１０、及び二次電池１０を構成する単電池１３が劣化したものと判定し、劣化判定を示す信号を充放電制御回路３０へ出力する。

ＳＯＣ検出部２４１は、電流検出部２０２から出力された充放電電流値Ｉｄを、継続的に積算することによって、積算電荷量Ｑを算出する。この積算の際、充放電電流値Ｉｄとともに受け取った符号Ｃ／Ｄが充電方向（＋）を示す場合、充放電電流値Ｉｄに充電効率（１よりも小さい係数、例えば０．８）を乗算してから積算する。そして、ＳＯＣ検出部２４１は、例えば二次電池１０の満充電容量に対する積算電荷量Ｑの比率を算出することで、二次電池１０のＳＯＣを算出し、ＲＡＭに記憶させる。

なお、ＳＯＣ検出部２４１は、電池ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，ＢＮのＳＯＣをそれぞれＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮとして電池ブロック毎に算出するようにしてもよく、単電池１３毎にＳＯＣを算出するようにしてもよく、二次電池１０全体のＳＯＣを一括して算出するようにしてもよい。

また、ＳＯＣ検出部２４１は、上記のように積算電荷量Ｑを用いてＳＯＣを求める例を示したが、他の方法によりＳＯＣを検出するようにしてもよい。図３は、ＳＯＣ検出部２４１による他のＳＯＣ算出方法の一例を説明するための説明図である。

ＳＯＣ検出部２４１は、例えば、端子電圧Ｖｔと充放電電流値Ｉｄとの組を複数取得して回帰直線を生成する。図３では、充放電電流値ＩｄがＩ１、端子電圧ＶｔがＶ１のデータＰ１と、充放電電流値ＩｄがＩ２、端子電圧ＶｔがＶ２のデータＰ２と、充放電電流値ＩｄがＩ３、端子電圧ＶｔがＶ３のデータＰ３とを取得して、データＰ１，Ｐ２，Ｐ３から回帰直線Ｌを生成する例を示している。

次に、ＳＯＣ検出部２４１は、回帰直線Ｌにおいて、充放電電流値Ｉｄがゼロとなる電圧値を、無負荷電圧Ｖｏとして取得する。そして、ＳＯＣ検出部２４１は、内部抵抗検出部２４２で算出された二次電池１０の内部抵抗及び分極成分により生じる電圧降下を、無負荷電圧Ｖｏから減算することにより、二次電池１０の起電力Ｖｅｍｆを算出する。さらに、ＳＯＣ検出部２４１は、予め実験により求められている二次電池１０の起電力ＶｅｍｆとＳＯＣとの対応関係を示す起電力−ＳＯＣ特性テーブルを参照し、算出された起電力Ｖｅｍｆに対応するＳＯＣを取得することで、二次電池１０のＳＯＣを求めるようにしてもよい。

ここで、起電力ＶｅｍｆとＳＯＣとの対応関係は、二次電池１０の温度に応じて変化するので、温度毎に起電力−ＳＯＣ特性テーブルや、温度に応じた補正係数を例えばＲＯＭに記憶しておくようにしてもよい。そして、二次電池１０の温度が大きく変化するような用途では、温度検出部２０３から出力された温度値Ｔに基づいて、当該温度値Ｔに応じた起電力−ＳＯＣ特性テーブルを用いたり、当該温度値Ｔに応じた補正係数を用いたりすることで、温度の影響を補正して、ＳＯＣの算出精度を向上させるようにしてもよい。

内部抵抗検出部２４２は、電流検出部２０２から出力された充放電電流値Ｉｄと電圧検出部２０１から出力された端子電圧Ｖｔとから、例えば端子電圧Ｖｔを充放電電流値Ｉｄで除算することにより、電池ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの内部抵抗を算出する。

あるいは、内部抵抗検出部２４２は、上述のＳＯＣ検出部２４１と同様にして、例えば図３に示す回帰直線Ｌを各電池ブロック毎に生成する。そして、この各回帰直線Ｌの傾きを、電池ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，ＢＮの内部抵抗値Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮとして取得するようにしてもよい。

第１判定部２４３は、予備判定処理として、ＳＯＣ検出部２４１によって検出された各電池ブロックのＳＯＣが、第１範囲の範囲内である場合、例えば初期状態における各電池ブロックの初期内部抵抗値に対する内部抵抗検出部２４２によって検出された各電池ブロックの内部抵抗値の比率を、第１劣化度Ｄ１として算出する。そして、この第１劣化度Ｄ１が、予め設定された劣化基準値γを超えた場合、第１判定部２４３は、予備的に当該電池ブロックが劣化していると判定する。

第２判定部２４４は、第１判定部２４３によって、各電池ブロックのうち少なくとも一つが劣化していると判定された場合に本判定を開始する。第２判定部２４４は、本判定を開始すると、ＳＯＣ検出部２４１によって検出された各電池ブロックのＳＯＣが、第２範囲の範囲内である場合、例えば初期状態における各電池ブロックの初期内部抵抗値に対する内部抵抗検出部２４２によって検出された各電池ブロックの内部抵抗値の比率を、第２劣化度Ｄ２として算出する。そして、この第２劣化度Ｄ２が、劣化基準値εを超えた場合、第２判定部２４３は、最終的に当該電池ブロックが劣化していると判定する。この場合、第２判定部２４４は、最終判定部の一例にも相当している。

次に、図１に示す電源装置１における、二次電池の劣化判定方法の実行動作について説明する。図４は、図１に示す第１判定部２４３の動作の一例を示すフローチャートである。まず、電圧検出部２０１によって、端子電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２，・・・，ＶｔＮが取得され、温度検出部２０３によって、温度値Ｔが取得され、電流検出部２０２によって、充放電電流値Ｉｄが取得され、これら端子電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２，・・・，ＶｔＮ、温度値Ｔ、充放電電流値ＩｄがＳＯＣ検出部２４１及び内部抵抗検出部２４２へ出力される（ステップＳ１）。

次に、端子電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２，・・・，ＶｔＮ、温度値Ｔ、及び充放電電流値Ｉｄに応じて、ＳＯＣ検出部２４１によって各電池ブロックのＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮが算出され、内部抵抗検出部２４２によって各電池ブロックの内部抵抗値Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮが算出される（ステップＳ３）。

次に、第１判定部２４３は、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮが予め設定された第１範囲識別基準値αを超えているか否かを判定する（ステップ４）。ここで、第１範囲識別基準値αは、第１範囲の下限値を示し、例えば４０％が設定されている。そして、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮのいずれかが第１範囲識別基準値αより大きい場合、すなわち第１範囲内である場合、第１判定部２４３は、劣化判定を実行するべくステップＳ５へ移行する（ステップＳ４でＹＥＳ）。

その一方、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮのいずれもが第１範囲識別基準値αに満たない場合（ステップＳ４でＮＯ）、すなわちＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮのいずれもが第１範囲外である場合、第１判定部２４３は、ステップＳ１に戻って、電圧検出部２０１、電流検出部２０２、及び温度検出部２０３によって、端子電圧Ｖｔ、充放電電流値Ｉｄ、及び温度値Ｔの再測定を実行させる。

ステップＳ５において、第１判定部２４３は、内部抵抗検出部２４２によって算出された内部抵抗値Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮを、それぞれ初期内部抵抗値Ｒｉで除算することにより、ＳＯＣが第１範囲内にある条件での各電池ブロックの第１劣化度Ｄ１を、それぞれ算出する（ステップＳ５）。初期内部抵抗値Ｒｉは、例えば製品出荷時に、劣化していない状態の電池ブロックの内部抵抗値を予め測定し、ＲＯＭに記憶されている。

次に、第１判定部２４３は、変数Ｍに１を代入して初期化する（ステップＳ６）。そして、第１判定部２４３は、Ｍ番目の電池ブロックＢＭの第１劣化度Ｄ１を、劣化基準値γと比較する（ステップＳ７）。劣化基準値γは、例えば、予め劣化が進んで充放電電流を制限すべき単電池１３の内部抵抗値と、劣化していない初期状態の単電池１３の内部抵抗値とを、ＳＯＣが第１範囲内になるように充電した状態で測定し、劣化が進んだ単電池１３の内部抵抗値を初期状態の内部抵抗値で除算することにより、得られる。このようにして得られた劣化基準値γが、例えば予めＲＯＭに記憶されている。

そして、電池ブロックＢＭの第１劣化度Ｄ１が、劣化基準値γ以下の場合（ステップＳ７でＮＯ）、次の電池ブロックの劣化判定を行うべく、変数Ｍに１を加算して（ステップＳ８）、ステップＳ９へ移行する。

ステップＳ９において、第１判定部２４３は、変数Ｍを、電池ブロックＢのブロック数Ｎと比較する。そして、変数Ｍがブロック数Ｎを超えた場合（ステップＳ９でＹＥＳ）、すなわち全ての電池ブロックについて劣化判定を終了した場合、第１判定部２４３は、正常に予備判定処理が終了したと判定して本判定に移行する。

他方、ステップＳ７で、第１判定部２４３によって、第１劣化度Ｄ１が劣化基準値γを超えていると判定された場合にのみ、本判定が必要であると判定されて、予備判定フラグがオンにされ（ステップＳ１１）、本判定へ移行する。一方、ステップＳ９で、変数Ｍがまだ電池ブロックのブロック数Ｎを超えていない場合（ステップＳ９でＮＯ）、ステップＳ７へ戻って次の電池ブロックについて劣化判定を実行する。

以上のように、ステップＳ７における予備判定で、電池ブロックのいずれかが劣化状態と判定され、予備判定フラグがオンにされた場合のみ、後述する本判定処理において、本判定が実行される。

図５は、図１に示す第２判定部２４４の動作の一例を示すフローチャートである。まず、第２判定部２４４は、本判定処理を開始すると、予備判定フラグがオンされているか否かを判定する（ステップＳ２１）。そして、予備判定フラグがオフであれば（ステップＳ２１でＮＯ）、本判定を実行することなくステップＳ３３へ移行し、二次電池１０の劣化無しと判定して劣化フラグをオフ（ステップＳ３３）した後、処理を終了する。一方、予備判定フラグがオンであれば（ステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２３へ移行する。

以下、ステップＳ２３，Ｓ２４の処理により、各電池ブロックのＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮと、各電池ブロックの内部抵抗値Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮが算出される。なお、ステップＳ２３，Ｓ２４については、ステップＳ１，Ｓ３と同様であるのでその説明を省略する。

次に、第２判定部２４４は、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮが予め設定された第２範囲識別基準値βを超えているか否かを判定する（ステップＳ２５）。ここで、第２範囲識別基準値βは、第２範囲の上限値を示し、例えば３０％が設定されている。そして、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２，・・・，ＳＯＣＮのいずれかが第２範囲識別基準値βより小さい場合、すなわち第２範囲内である場合、第２判定部２４４は、劣化判定を実行するべくステップＳ２６へ移行する（ステップＳ２５でＹＥＳ）。

ステップＳ２６において、第２判定部２４４は、内部抵抗検出部２４２によって算出された内部抵抗値Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮを、それぞれ初期内部抵抗値Ｒｉで除算することにより、ＳＯＣが第２範囲内にある条件での各電池ブロックの第２劣化度Ｄ２を、それぞれ算出する（ステップＳ２６）。

次に、第２判定部２４４は、変数Ｍに１を代入して初期化する（ステップＳ２７）。そして、第２判定部２４４は、Ｍ番目の電池ブロックＢＭの第２劣化度Ｄ２を、劣化基準値εと比較する（ステップＳ２８）。劣化基準値εは、例えば、予め劣化が進んで充放電電流を制限すべき単電池１３の内部抵抗値と、劣化していない初期状態の単電池１３の内部抵抗値とを、ＳＯＣが第２範囲内になるように充電した状態で測定し、劣化が進んだ単電池１３の内部抵抗値を初期状態の内部抵抗値で除算することにより、得られる。このようにして得られた劣化基準値εが、例えば予めＲＯＭに記憶されている。

そして、電池ブロックＢＭの第２劣化度Ｄ２が、劣化基準値ε以下の場合（ステップＳ２８でＮＯ）、次の電池ブロックの劣化判定を行うべく、変数Ｍに１を加算して（ステップＳ２９）、ステップＳ３０へ移行する。

ステップＳ３０において、第２判定部２４４は、変数Ｍを、電池ブロックＢのブロック数Ｎと比較する。そして、変数Ｍがブロック数Ｎを超えた場合（ステップＳ３０でＹＥＳ）、すなわち全ての電池ブロックについて本劣化判定を終了した場合、第２判定部２４４は、正常に本判定処理が終了したと判定してステップＳ３３へ移行し、二次電池１０の劣化無しと判定して劣化フラグをオフ（ステップＳ３３）した後、処理を終了する。

他方、ステップＳ２８で、第２判定部２４４によって、第２劣化度Ｄ２が劣化基準値εを超えていると判定された場合にのみ、本判定において二次電池１０の劣化有りと判定されて、劣化フラグがオンにされ（ステップＳ３２）、二次電池１０の劣化判定処理を終了する。

そして、劣化フラグがオンされると、充放電制御回路３０は、例えば二次電池１０の充放電電流を減少させる。これにより、二次電池１０の劣化により電源装置１の安全性が低下するおそれが低減する。

以上、ステップＳ１〜Ｓ３３の処理により、二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が、互いに異なるＳＯＣの範囲である第１及び第２範囲において、二次電池の内部抵抗値に基づいて劣化の予備判定及び本判定をそれぞれ実行するようにしたため、二次電池のＳＯＣが、ＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が互いに異なり、すなわちＳＯＣが内部抵抗値に及ぼす影響の程度が互いに異なる第１範囲と第２範囲とにおいて、それぞれ得られた内部抵抗値が共に二次電池の劣化を示す場合に、最終的に二次電池が劣化していると判定されるので、ＳＯＣが、最終的な劣化判定結果に及ぼす影響が低減される結果、二次電池の劣化判定の精度を向上することができる。

また、電流、電圧、温度のバラツキ等による内部抵抗の算出誤差の影響が少なくなり、二次電池１０の劣化判定の精度が向上する。そして、劣化判定の精度が向上すると、充放電制御回路３０による充放電電流の制御精度も向上するので、電源装置１の安全性を向上することが可能となる。

また、ステップＳ２１において、予備判定フラグがオンのとき、すなわち第１判定部２４３による予備判定で二次電池１０が劣化していると判定された場合にのみ、第２判定部２４４が、劣化の本判定を実行するようにしたので、第１判定部２４３による予備判定で二次電池１０の劣化が検出されなかったときは、第２判定部２４４はステップＳ２２〜Ｓ３２の処理を実行しないので、二次電池の劣化判定に要する演算処理量を低減することができる。

また、第２判定部２４４による劣化判定が実行される（ステップＳ２８）ときは、既に第１判定部２４３による予備判定で二次電池の劣化有りと判定されているので、ステップＳ３２において第２判定部２４４による劣化有りと判定された場合は、第１判定部２４３において劣化有りと判定され、かつ第２判定部２４４において劣化有りと判定されたことを意味する。この場合、第２判定部２４４は、最終判定部の一例に相当している。

なお、ステップＳ２１の処理を実行せず、代わりに第１判定部２４３において劣化有りと判定され、かつ第２判定部２４４において劣化有りと判定された場合に、最終的に二次電池１０が劣化していると判定して劣化フラグをオンする最終判定部を備える構成としてもよい。

また、予備判定と本判定とで、ＳＯＣが第１範囲である状態の単電池１３から得られた劣化基準値γと、ＳＯＣが第２範囲である状態の単電池１３から得られた劣化基準値εとを使い分けることで、劣化基準値を二次電池のＳＯＣに応じて補正する例を示したが、劣化基準値γと劣化基準値εとを、第１、第２範囲のいずれにおいても劣化を示すような同一の値に設定してもよい。

また、単電池１３の内部抵抗値には温度依存性があるので、温度検出部２０３によって検出された温度Ｔに応じて、劣化基準値γ，εを補正することで、温度の影響を低減することが好ましい。

また、図２に示すように、ＳＯＣの変化に対する二次電池の内部抵抗の変化量が小さい方のＳＯＣの領域を第１範囲とし、ＳＯＣの変化に対する二次電池の内部抵抗の変化量が大きい方のＳＯＣの領域を第２範囲とすることで、先にＳＯＣの変化に対する二次電池の内部抵抗の変化量が小さい領域において予備的に劣化判定を行う例を示したが、ＳＯＣの変化に対する二次電池の内部抵抗の変化量が小さい方のＳＯＣの領域を第２範囲とし、ＳＯＣの変化に対する二次電池の内部抵抗の変化量が大きい方のＳＯＣの領域を第１範囲とすることで、先にＳＯＣの変化に対する二次電池の内部抵抗の変化量が大きい領域において予備的に劣化判定を行うようにしてもよい。

また、劣化判定回路２０は、電源装置１に用いられるものに限られず、二次電池を用いる種々の機器装置に組み込まれて用いられるものであってもよい。また、制御部２０４を備えず、例えば充放電制御回路３０に、ＳＯＣ検出部２４１、内部抵抗検出部２４２、第１判定部２４３、及び第２判定部２４４としての各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行させることによって実現してもよい。

また、二次電池の劣化判定は、電源装置１によって実行されるものに限定されない。例えば、電源装置１から二次電池１０に関する情報を得て、外部に接続されたパーソナルコンピュータ等の端末装置で劣化判定を行ってもよく、発電装置１００や負荷装置２００で行ってもよく、その他であっても問題ない。また、今回開示した実施形態は、例示であってこれに限定されるものではない。

太陽光発電システムやＵＰＳ等のバックアップ用電源装置の他、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機、電気自動車、ハイブリットカー等、二次電池を用いる種々の機器、装置において、二次電池の劣化を判定する劣化判定方法、劣化判定回路、およびこれらの電源装置として好適である。

本発明の一実施形態に係る二次電池の劣化判定方法を用いた劣化判定回路、及びこれを用いた電源装置の構成の一例を示すブロック図である。 二次電池のＳＯＣと内部抵抗との関係の一例を示すグラフである。 ＳＯＣ検出部による他のＳＯＣ算出方法の一例を説明するための説明図である。 図１に示す第１判定部の動作の一例を示すフローチャートである。 図１に示す第２判定部の動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電源装置
１０ 二次電池
１１ 電流センサ
１２ 温度センサ
１３ 単電池
２０ 劣化判定回路
３０ 充放電制御回路
１００ 発電装置
２００ 負荷装置
２０１ 電圧検出部
２０２ 電流検出部
２０３ 温度検出部
２０４ 制御部
２４１ ＳＯＣ検出部
２４２ 内部抵抗検出部
２４３ 第１判定部
２４４ 第２判定部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・・，ＢＮ 電池ブロック
Ｄ１ 第１劣化度
Ｄ２ 第２劣化度
Ｉｄ 充放電電流値
Ｎ ブロック数
Ｒｉ 初期内部抵抗値
Ｖｅｍｆ 起電力
Ｖｏ 無負荷電圧
Ｖｔ，Ｖｔ１，Ｖｔ２，・・・，ＶｔＮ 端子電圧
α 第１範囲識別基準値基準値
β 第２範囲識別基準値基準値
γ，ε 劣化基準値

Claims (7)

1. 二次電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部と、
   前記二次電池の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、
   前記ＳＯＣ検出部によって検出されたＳＯＣが、予め設定された第１範囲の範囲内である場合、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定する第１判定部と、
   前記ＳＯＣ検出部によって検出されたＳＯＣが、前記二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が前記第１範囲とは異なるＳＯＣの範囲として予め設定された第２範囲の範囲内である場合、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定する第２判定部と、
   前記第１判定部において前記劣化有りと判定され、かつ前記第２判定部において前記劣化有りと判定された場合に、最終的に前記二次電池が劣化していると判定する最終判定部と
   を備えることを特徴とする劣化判定回路。
2. 前記第２判定部は、
   前記第１判定部によって、前記二次電池が劣化していると判定された場合に前記劣化の有無を判定し、
   前記最終判定部は、
   前記第２判定部によって、前記二次電池が劣化していると判定された場合に最終的に前記二次電池が劣化していると判定すること
   を特徴とする請求項１記載の劣化判定回路。
3. 前記第２範囲は、
   前記第１範囲よりも、前記二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が大きいこと
   を特徴とする請求項２記載の劣化判定回路。
4. 前記第２範囲は、
   前記第１範囲よりも、前記二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が小さいこと
   を特徴とする請求項２記載の劣化判定回路。
5. 前記第１判定部は、
   前記二次電池が劣化していないときの内部抵抗値に対する、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値の比率が、予め設定された第１劣化基準値を超える場合、前記二次電池が劣化していると判定し、
   前記第２判定部は、
   前記二次電池が劣化していないときの内部抵抗値に対する、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値の比率が、予め設定された第２劣化基準値を超える場合、前記二次電池が劣化していると判定すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の劣化判定回路。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の劣化判定回路と、
   前記二次電池と、
   前記最終判定部による前記劣化の判定結果に応じて、前記二次電池の充電及び放電のうち少なくとも一方を制御する充放電制御部と
   を備えることを特徴とする電源装置。
7. 二次電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出工程と、
   前記二次電池の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出工程と、
   前記ＳＯＣ検出工程において検出されたＳＯＣが、予め設定された第１範囲の範囲内である場合、前記内部抵抗検出工程において検出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定する第１判定工程と、
   前記ＳＯＣ検出工程によって検出されたＳＯＣが、前記二次電池のＳＯＣの変化量に対する当該二次電池の内部抵抗の変化量が前記第１範囲とは異なるＳＯＣの範囲として予め設定された第２範囲の範囲内である場合、前記内部抵抗検出工程において検出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定する第２判定工程と、
   前記第１判定工程において前記劣化有りと判定され、かつ前記第２判定工程において前記劣化有りと判定された場合に、最終的に前記二次電池が劣化していると判定する最終判定工程と
   を含むことを特徴とする二次電池の劣化判定方法。

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