JP2010086911A - 組電池の性能検出装置及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池を動作させる前に電池の性能を正確に検出することができる組電池の性能検出装置を提供する。
【解決手段】組電池１の性能検出装置１００は、組電池１を構成する各セル１１ｎの変形量を検出する歪みゲージ８００と、各セル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎを検出するセル電圧検出部７４と、セル１１ｎの変形量に基づいてセル１１ｎの内部抵抗値Ｒｎを推定するＣＰＵ７１とを有し、セル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎと、内部抵抗値Ｒｎとに基づいて、組電池１の性能を検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、組電池の性能検出装置及び制御装置に関する。

電池要素を収納する電池缶の表面に歪み検出器を配置した据置型金属−水素蓄電池が知られている（特許文献１）。

特開平６−５２９０１号公報

特許文献１の技術では、電池を動作させた後に、歪み検出器にて電池缶の体積変化を感知することにより、電池の過充電を防止したり、電池の寿命終期を予測することができる。

ところで、非水素系の電池を長期間放置すると、電池内部にガスが貯まって電池の内部圧力が上昇し、電池が膨張することがある。このように膨張した電池を動作（例えば充電）させると膨張によりシールの開封や弁の開裂といった組電池１の故障を来たす可能性がある。このような理由から、近年、電池を動作させる前（例えば無負荷時）に、その電池の性能を把握することが要望されている。

発明が解決しようとする課題は、電池を動作させる前に電池の性能を正確に検出することができる装置及び方法を提供することである。またこの発明は、電池の故障を防止することができる装置及び方法を提供することも目的とする。

この発明は、組電池を構成するセルの開放端子電圧と、セルの無負荷時変形量に基づいて推定したセルの無負荷時内部抵抗値及び容量維持率の少なくともいずれかに基づいて組電池の性能を検出することによって、上記課題を解決する。

また、前記セルの開放端子電圧と、セルの無負荷時変形量に基づいて推定したセルの無負荷時内部抵抗値及び容量維持率の少なくともいずれかに基づいて算出した前記セルが出力可能な最大電力値が負荷からの要求電力値より小さい場合に前記負荷に対する出力電力を制限することによって、上記課題を解決する。

上記発明によれば、無負荷状態でセルの変形量を検出して内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかを推定するので、例えば起動直後などの電池を動作させる前に、電池性能を正確に検出することができる。

また、組電池の出力可能な最大電力値が負荷からの要求電力値より小さい場合に負荷に対する出力電力を制限するので、電池の膨張によるシールの開封や弁の開裂といった電池の故障を防止することができる。

以下、発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１に示すように、本例の組電池の性能検出装置１００（性能検出装置及び制御装置）は、電気自動車、ハイブリッド車両、エンジン車両のバッテリのほか、車両以外の装置に用いられるバッテリに適用することができる。本例では、装置１００を車両に適用する場合を例示する。

バッテリとしての組電池１は、二次電池であるセル（単位電池）１１を３２個直列に接続した一組の直列セルブロックで構成されている。ただし、組電池１の直列接続数は３２個に限定されるものではない。また組電池１は、上述した直列セルブロックを任意の数で並列に接続した直並列セルブロックで構成してもよい。

本例の各セル１１１〜１１３２（以下、代表して「１１ｎ」ともいう。「ｎ」はｎ番目のセル１１を意味する。）は、例えば、非水素系の一例であるリチウム系、平板状、積層タイプの充放電可能な薄型二次電池で構成することができる。

図２及び図３に示すように、本例のセル１１ｎは、電池要素２５０、外装ケース２６０、正極リード（正極端子）２７０及び負極リード（負極端子）２８０を有する。

電池要素２５０は、正極活物質層２５１を集電体２５２上に有する正極板と、負極活物質層２５３を集電体２５２上に有する負極板とを、電解質を保持するセパレータ（電解質層）２５４を介して積層することで構成されている。

正極活物質層２５１は、正極活物質、導電助剤、バインダ等を含む。正極活物質としては、例えばＬｉＭｎ_２ Ｏ_４ 等のリチウム−遷移金属複合酸化物などが挙げられる。導電助剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられる。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリイミドなどが挙げられる。

負極活物質層２５３は、負極活物質、導電助剤、バインダ等を含む。負極活物質としては、例えば黒鉛系炭素材料（グラファイト系）や、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）、リチウム−遷移金属複合酸化物などが挙げられる。本例では、特に黒鉛系炭素材料を負極活物質に含有させる場合に有効に作用する。黒鉛系炭素材料を負極活物質に含有させた負極板を有する場合、セル１１ｎの充電状態によって電極の厚みが変動しやすい。

集電体２５２は、例えばアルミニウム箔、銅箔、ステンレススチール箔、チタン箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、ステンレススチールとアルミニウムのクラッド材あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などで構成される。なお、上記材質のうち、正極の集電体２５２は正極電位で、負極の集電体２５２では負極の電位で安定な材質が選択され、一般的には、正極の集電体２５２にはアルミニウム箔が、負極の集電体２５２には銅箔が用いられる。

セパレータ２５４は、電解質を保持する役割を果たし、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミドなどで構成される。

セパレータ２５４に保持される電解質（電解液）は、液体系あるいは流動性を有するゲルポリマー系であり、例えば有機溶媒、支持塩及び少量の界面活性剤等を含む。有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類などが挙げられる。支持塩としては、例えばリチウム塩（ＬｉＰＦ_６ ）等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ_３ ＳＯ_３ 等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。ゲルポリマー電解質は、電解液、ホストポリマー等を含む。ホストポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のリチウムイオン伝導性を持たない高分子、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）やＰＰＯ（ポリプロピレンオキシド）等のイオン伝導性を有する高分子（固体高分子電解質）などが挙げられる。

外装ケース２６０は、シート状の外装材２６２の周縁を、熱溶着によって接合することで袋状に形成されており、電池要素２５０を収容するために使用される。外装材２６２は、例えば三層構造を有する高分子−金属複合ラミネートフィルムであり、金属層２６４と、この金属層２６４の両面に配置される高分子樹脂層２６６とで構成されている。金属層２６４としては、例えばアルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属箔などで構成することができる。高分子樹脂層２６６としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート等の熱溶着性樹脂フィルムなどで構成することができる。なお、外装材２６２の接合は、熱溶着を適用することに限定されない。

正極リード２７０及び負極リード２８０は、電池要素２５０の集電体２５２に接続され、電池要素２５０から電流を引き出すために、外装ケース２６０の内部から外部に延長している。

図２〜図４に示すように、本例の各セル１１ｎには、歪ゲージ８００（セル変形量検出手段）が配置されている。セル１１ｎが長期間放置（所定の期間以上充放電がされていない状態。以下同じ。）されると、セル１１ｎが例えば厚み方向に膨張する。セル１１ｎが長期間放置された場合、外装ケース２６０内部にガスが貯まって内圧が上昇したり、また温度変化によりセル１１ｎの内部ガスが熱膨張する。このように膨張したセル１１ｎを使用（例えば充電）すると、膨張によりシールの開封や弁の開裂といった組電池１の故障を来たす可能性がある。

そこで本例では、各セル１１ｎに歪みゲージ８００を配置し、外装ケース２６０の例えば厚み方向の歪み量（単位：「マイクロひずみ」）を検知する。歪ゲージ８００の配置位置は特に限定されないが、セル１１ｎの変形を検知しやすく、しかも各セル１１ｎを積層する場合に影響が少ない部分、例えばタブ溶接部付近（図２及び図３参照）に配置されていることが好ましい。なお、本例では、セル１１ｎ毎に１つの歪ゲージ８００を配置しているが、２つ以上の歪ゲージ８００を配置してもよい。また、各セル１１ｎに配置するとともに、組電池１の外部を覆う電池筐体（図示省略）にも歪ゲージ８００を配置してもよい。さらには各セル１１ｎには歪ゲージ８００を配置せず、組電池１の電池筐体の表面に１つ又は複数の歪ゲージ８００を配置してもよい。

図１に戻り、組電池１は、電流センサ２とＤＣ−ＤＣコンバータ３を介してインバータ４に接続され、インバータ４へ直流電力を供給する。

電流センサ２は、組電池１からＤＣ−ＤＣコンバータ３及びインバータ４へと流れる放電電流と、インバータ４及びＤＣ−ＤＣコンバータ３から組電池１へと流れる充電電流とを検出し、ＣＰＵ７１へ出力する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、組電池１の電力を適切に使い分けるために設けられており、組電池１から入力された直流電力を調整してインバータ４に出力する機能と、インバータ４から入力された直流電力を調整して組電池１に出力する機能を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３の機能により、組電池１の充放電が実現される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３による直流電力の入出力の調整は、ＣＰＵ７１からの指令により行われる。

インバータ４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３から入力された直流電力を交流電力に変換して走行駆動用交流モータ５に印加し、モータ５を駆動して車両を走行させる。インバータ４はまた、車両の制動時にモータ５で発生する交流回生電力を直流電力に変換し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３に出力する。

車両制御装置６（負荷）は、組電池１が出力可能な最大電力値Ｐｍａｘに関する出力がバッテリコントローラ７から入力されるとともに、バッテリコントローラ７に対して、所定の電力値Ｐ１の出力要求を行う。

本例のバッテリーコントローラ７は、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ（メモリ）７２、電圧センサ７３、セル電圧検出部７４、温度センサ８を備えている。本例のバッテリコントローラ７は、少なくとも無負荷時（例えば起動直後）における組電池１の性能を検出する。

セル電圧検出部７４（セル電圧検出手段）は、各セル１１ｎの端子電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３２（以下、代表してＶｃｎともいう。Ｖｃｎはｎ番目のセル１１の電圧を意味する。）を検出し、ＣＰＵ７１へ出力する。

電圧センサ７３は、例えばセル電圧検出部７４による検出と同じタイミングで、組電池１の総電圧Ｖｔ、つまり組電池１全体の端子電圧を検出し、ＣＰＵ７１へ出力する。なお、本例では、組電池１の総電圧Ｖｔの検出に、必ずしも電圧センサ７３を使用することを要しない。すなわち電圧センサ７３を介さず、セル電圧検出部７４からの出力に基づきセル１１ｎ毎の端子電圧Ｖｃｎを積算し、これを組電圧１の総電圧Ｖｔとしてもよい。

温度センサ８（セル温度検出手段）は、組電池１の温度Ｔ、例えば組電池１の外部を覆う電池筐体の温度を検出し、ＣＰＵ７１へ出力する。

ＣＰＵ７１（セル性能推定手段、セル体積増加量算出手段、補正変形量算出手段、出力可能電力算出手段）は、歪ゲージ８００で検出された各セル１１ｎの変形量と、セル電圧検出部７４で検出された各セル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎや温度センサ８で検出された組電池１の温度Ｔなどとに基づいて、所定の処理（性能検出処理及び出力制御処理）を実行する。その詳細は後述する。

なお、バッテリーコントローラ７は、容量調整部９などをさらに備えていてもよく、組電池１の性能検出の他に、組電池１の充放電と容量調整を制御するものであってもよい。この場合、容量調整部９は、セル電圧検出部７４で検出したセル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎに基づいて各セル１１ｎ間の充電容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）のバラツキを補正する。各セル１１ｎのＳＯＣバラツキを補正するには、ＳＯＣの大きな任意のセル１１ｎを放電させて平準化する場合と、ＳＯＣの小さな任意のセル１１ｎを充電して平準化する場合とがある。容量調整部９は、組電池１の各セル１１ｎ単位で容量調整を行い、いずれかのセル１１ｎが過充電状態または過放電状態になって組電池１の容量が十分に利用できなくなることを防止する。容量調整部９は、抵抗器とトランジスタ（いずれも図示省略）の直列回路で構成することができる。この直列回路は、各セル１１ｎに対してそれぞれ並列に接続されており、各セル１１ｎのＳＯＣを放電するための回路である。抵抗器は放電抵抗であり、トランジスタは放電と停止を行うためのスイッチング素子である。なお、スイッチング素子として、トランジスタに代えてＦＥＴなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどを用いることもできる。

容量調整部９を備える場合のＣＰＵ７１は、後述する組電池１の性能予測の他に、トランジスタのベースへ信号を送り、トランジスタのオン（導通）とオフ（非導通）を制御する。トランジスタがオンすると、指定されたセル１１ｎの充電電力が抵抗器を介して放電し、放電分だけ充電容量ＳＯＣが減少する。ＣＰＵ７１は、トランジスタのオンとオフを繰り返してデューティー制御を行う。このデューティー比は、指定されたセル１１ｎの放電容量と放電時間（容量調整時間）とに基づいて決定する。また、トランジスタのコレクターとエミッター間には、電圧センサ（図示省略）が接続されている。トランジスタがオンするとコレクター〜エミッター間電圧がほぼ０Ｖになり、オフするとコレクター〜エミッター間電圧が各セル１１のセル両端電圧になる。ＣＰＵ７１は、不図示の電圧センサによりトランジスタのコレクター〜エミッター間電圧をモニターし、トランジスタの動作状況、つまり各セル１１ｎの容量調整状況を確認しながら各セル１１ｎ間のＳＯＣバラツキを調整する。

《性能検出処理及び出力制御処理》
次に、本例に係る性能検出処理及び出力制御処理を説明する。なお、本例での処理は、すべて起動直後の無負荷の状態で行われる。

《ステップＳ１〜Ｓ６》
まず、イグニッションキースイッチ（ＩＧＮ。図示省略）がオンされてバッテリコントローラ７に電源が供給されると、ステップＳ１の処理が開始される。

図５に示すように、ステップＳ１にて、各歪ゲージ８００は、各セル１１ｎの無負荷時変形量ｄ１１〜ｄ１３２（以下、代表して「第１変形量ｄ１ｎ」ともいう。「ｎ」はｎ番目のセル１１の補正前変形量を意味する。）を検出し、これをＣＰＵ７１へ出力する。

第１変形量ｄ１ｎの検出順序は特に限定されず、順序を決めてセル１１ｎ毎に検出してもよく、あるいは全てのセル１１ｎを同時に検出してもよい。

次にステップＳ２にて、温度センサ８は、組電池１の無負荷時温度Ｔｔを検出し、これをＣＰＵ７１へ出力する。本来ならば、セル１１ｎ毎の温度Ｔｃｎ毎を検出すべきであるが、本例では組電池１の無負荷時温度Ｔｔを検出し、これを各セル１１ｎの無負荷時温度Ｔｃｎとみなす場合を例示する。

次にステップＳ３にて、セル電圧検出部７４は、各セル１１ｎの端子電圧（本例では開放電圧）Ｖｃｎを検出し、これをＣＰＵ７１へ出力する。Ｓ３で検出される各セル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎは、各セル１１ｎの起電力Ｅ１〜Ｅ３２（以下、代表して「起電力Ｅｎ」ともいう。「ｎ」はｎ番目のセル１１の起電力を意味する。）に等しい。本例では、すべてのセル１１ｎが同一の起電力を持つ場合を例示する。

次にステップＳ４にて、電圧センサ７３は、セル電圧検出部７４による検出と同じタイミングで、組電池１の開放総電圧（無負荷時電圧）Ｖｔを検出し、これをＣＰＵ７１へ出力する。

次にステップＳ５にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ２で検出された組電池１の温度Ｔｔに基づいて、ステップＳ１で検出された各セル１１ｎの第１変形量ｄ１ｎを温度補正して、各セル１１ｎの補正後無負荷時変形量ｄ２１〜ｄ２３２（以下、代表して「第２変形量ｄ２ｎ」ともいう。「ｎ」はｎ番目のセル１１の補正後変形量を意味する。）を算出する。

第１変形量ｄ１ｎに温度補正を施すのは、組電池１の温度Ｔｔ（すなわち各セル１１ｎの温度Ｔｃｎ）如何により、各セル１１ｎの変形度合いに変動を生ずるので、これを補正するものである。

次にステップＳ６にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ５で算出された各セル１１ｎの第２変形量ｄ２ｎに基づいて、各セル１１ｎの体積増加量ＶＯＬ１〜ＶＯＬ３２（以下、代表して「体積増加量ＶＯＬｎ」ともいう。「ｎ」はｎ番目のセル１１の体積増加量を意味する。）を算出する。

体積増加量ＶＯＬｎ（単位はｃｍ^３ ）の算出は、ＲＡＭ７２に予め格納されるセル１１ｎ毎の、第２変形量ｄ２ｎ−体積増加量ＶＯＬｎの相関図（図示省略）に基づいて行うことができる。

《ステップＳ７》
次にステップＳ７にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ６で算出した各セル１１ｎの体積増加量ＶＯＬｎに基づいて、各セル１１ｎの内部抵抗Ｒ１〜Ｒ３２（以下、代表して「内部抵抗Ｒｎ」ともいう。「ｎ」はｎ番目のセル１１の内部抵抗を意味する。）を推定する。通常、内部抵抗Ｒｎはセル１１ｎの使用時間の経過とともに高くなるので、基本的には新品時の内部抵抗値が最小となる。

内部抵抗Ｒｎ（単位はΩ）の推定は、ＲＡＭ７２に予め格納されるセル１１ｎ毎の、体積増加量ＶＯＬｎ−内部抵抗Ｒｎの相関図（例えば図６参照）に基づいて行うことができる。

図６に示すように、セル１１ｎの体積増加量ＶＯＬｎが大きいほど、セル１１ｎの内部抵抗Ｒｎは大きくなる傾向にある。内部抵抗Ｒｎが増加すると、十分な充電容量ＳＯＣがあっても、電流が流れた場合にセル１１ｎの端子電圧が急激に低下する。このため必要な電流を十分に取り出せず、出力可能パワーが低下する。なお、図６の縦軸に示す内部抵抗Ｒｎは、任意のセル１１ｎの新品時の内部抵抗初期値を１とし、これに対する測定時の内部抵抗値の相対的な値を示している。

《ステップＳ８》
次にステップＳ８にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ７で推定された各セル１１ｎの内部抵抗Ｒｎと、ステップＳ３で検出された各セル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎとに基づいて、組電池１の性能を検出する。

本例では、組電池１の性能の一例として、各セル１１ｎが放電終止電圧Ｖｃｍｉｎ（例えば２．０Ｖ）に至った場合に、各セル１１ｎが放電可能な最大電流値Ｉｍａｘを算出する場合を例示する。

なお、「放電終止電圧」とは、放電中のセル１１ｎの端子電圧がこの電圧以下に低下した場合に放電を強制的に停止すべき電圧の値を意味する。

ここで、電池の端子電圧をＶ（単位はＶ）、電池の起電力をＥ（単位はＶ）、電流をＩ（単位はＡ）、電池の内部抵抗をｒ（単位はΩ）とした場合に、端子電圧Ｖが下記式１で算出されることは周知である。

［数１］ Ｖ＝Ｅ−Ｉｒ …（１）
式１を本例に当てはめると、ＶがＶｃｍｉｎ、ＥがＶｃｎ、ＩがＩｍａｘ、ｒがＲｎであり、これらは下記式２の関係となる。

［数２］ Ｖｃｍｉｎ＝Ｖｃｎ−（Ｉｍａｘ・Ｒｎ） …（２）
式２より、Ｉｍａｘは下記式３で算出される。

［数３］ Ｉｍａｘ＝（Ｖｃｎ−Ｖｃｍｉｎ）／Ｒｎ …（３）
本ステップで実行する最大電流値Ｉｍａｘの算出は、ＲＡＭ７２に予め格納される上記式３の演算式に基づいて行うことができる。

《ステップＳ９》
次にステップＳ９にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ８で算出された各セル１１ｎに流せる最大電流値Ｉｍａｘと、ステップＳ３で検出された各セル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎとに基づいて、各セル１１ｎの現在の出力可能な最大電力値Ｐｍａｘ（単位はｋＷ／ｈ）を算出する。

本ステップで実行する最大電力値Ｐｍａｘの算出は、ＲＡＭ７２に予め格納される下記式４の演算式に基づいて行うことができる。

［数４］ Ｐｍａｘ＝Ｖｃｎ・Ｉｍａｘ …（４）
《ステップＳ１０〜Ｓ１３》
次にステップＳ１０にて、ＣＰＵ７１は、車両制御装置６からの所定電力Ｐ１（単位はｋＷ／ｈ）の出力要求を取得する。

次にステップＳ１１にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ１０で取得した電力Ｐ１と、ステップＳ９で算出されたＰｍａｘとを比較する。その結果、Ｐｍａｘが、Ｐ１より小さい（Ｐ１＞Ｐｍａｘ）の場合には（Ｓ１１にてＮｏ）、ステップＳ１２へ進み、Ｐ１以上（Ｐ１≦Ｐｍａｘ）の場合には（Ｓ１１にてＹｅｓ）、ステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ７１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３に対して、組電池１の出力がＰｍａｘとなる電流Ｉをインバータ４を介してモータ５に印加する信号を送出し、本処理を終了する。すなわち、車両制御装置６への出力要求を制限する。なお、これとともに、図示省略の冷却装置（例えば冷却ファンなど）に対して指令信号を送出し、組電池１を積極的に冷却してもよい。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ７１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３に対して、車両制御装置６からの要求通りの出力Ｐ１となる電流Ｉをインバータ４を介してモータ５に印加する信号を送出し、本処理を終了する。すなわち、車両制御装置６への出力要求を制限しない。

以上説明したように、本例（ステップＳ１〜Ｓ８）によれば、起動直後の無負荷状態において、各セル１１ｎが放電可能な最大電流値Ｉｍａｘを算出することによって、組電池１の性能を検出することができる。従って、組電池１が長期間放置されていた場合でも、正確にその組電池１の性能を把握することができる。

また、本例（ステップＳ９〜Ｓ１３）によれば、組電池１の無負荷時の最大電力値Ｐｍａｘが、車両制御装置６からの要求電力値Ｐ１より小さい場合に、組電池１の出力が要求電力値Ｐ１より小さいＰｍａｘとなる電流Ｉを流す、すなわち車両制御装置６に対して負荷に対する出力電力を制限する信号を送出するので、組電池１の膨張によるシールの開封や弁の開裂といった組電池１の故障を効果的に防止することができる。

《第２実施形態》
本例では、図５のステップＳ７以降が異なる他の態様について説明する。なお、他の構成については第１実施形態と同様であるので、その説明を割愛する。

第１実施形態と同様に、ＩＧＮがオンされてバッテリコントローラ７に電源が供給された後に、図７に示すように、図５のステップＳ１〜Ｓ６と同様の処理を実行してステップＳ７１へ進む。

《ステップＳ７１》
次にステップＳ７１にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ６で算出した各セル１１ｎの体積増加量ＶＯＬｎに基づいて、各セル１１ｎの容量維持率Ｃｋ１〜Ｃｋ３２（以下、代表して「容量維持率Ｃｋｎ」ともいう。「ｎ」はｎ番目のセル１１の容量維持率を意味する。）を推定する。通常、容量維持率Ｃｋｎはセル１１ｎの使用時間の経過とともに低下するので、基本的には新品時の容量維持率が最大となる。

容量維持率Ｃｋｎ（単位は％）の推定は、ＲＡＭ７２に予め格納されるセル１１ｎ毎の、体積増加量ＶＯＬｎ−容量維持率Ｃｋｎの相関図（例えば図８参照）に基づいて行うことができる。

図８に示すように、セル１１ｎの体積増加量ＶＯＬｎが大きいほど、セル１１ｎの容量維持率Ｃｋｎは小さくなる傾向がある。容量維持率Ｃｋｎが低下すると、見掛け上十分なＳＯＣがあっても、取り出せすことができる電流が低くなる。このため、出力可能パワーが低下する。なお、図８の縦軸に示す容量維持率Ｃｋｎは、任意のセル１１ｎの新品時の容量維持率初期値を１とし、これに対する測定時の容量維持率の相対的な値を示している。

《ステップＳ７２》
次にステップＳ７２にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ７１で推定された各セル１１ｎの容量維持率Ｃｋｎと、ステップＳ３で検出された各セル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎとに基づいて、組電池１の性能を検出する。

本例では、組電池１の性能の一例として、各セル１１ｎの容量劣化を考慮した実際上のＳＯＣを算出する場合を例示する。この実際上のＳＯＣは、例えば以下の手順に従って算出することができる。

まず、ＣＰＵ７１は、ステップＳ３で検出された各セル１１ｎの端子電圧Ｖｃｎに基づいて、セル１１ｎ毎のＳＯＣ（以下「第１ＳＯＣ」という。）を算出する。第１ＳＯＣは、各セル１１ｎの容量劣化を考慮していない、いわば「見掛け上のＳＯＣ」である。第１ＳＯＣの算出は、ＲＡＭ７２に予め格納されるセル１１ｎ毎の、セルの端子電圧Ｖｃｎ−残存容量ＳＯＣ相関図（図示省略）に基づいて行うことができる。

次に、ＣＰＵ７１は、算出した各セル１１ｎの第１ＳＯＣ（見掛けＳＯＣ）を、ステップＳ７１で推定した各セル１１ｎの容量維持率Ｃｋｎを用いて補正することにより、別のＳＯＣ（以下、「第２ＳＯＣ」という。）を算出する。第２ＳＯＣは、セル１１ｎ毎の容量劣化を考慮した、「実際上のＳＯＣ」である。すなわち、実際上のＳＯＣの算出は、上述した手順に従って算出することができる。

《ステップＳ７３》
次にステップＳ７３にて、ＣＰＵ７１は、ＲＡＭ７２に予め格納される各セル１１ｎの新品時（容量劣化前）の容量Ｃ０（本例では、各セル１１ｎとも同一設計である場合を例示する）を取得する。

《ステップＳ８１》
次にステップＳ８１にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ７３で取得したセルの新品時の容量Ｃ０に、ステップＳ７１で推定された各セル１１ｎの容量維持率Ｃｋｎを乗じて、各セル１１ｎの容量劣化後の満充電容量（単位はＡｈ）を算出する。

《ステップＳ９１》
次にステップＳ９１にて、ＣＰＵ７１は、ステップＳ８１で算出した各セル１１ｎの容量劣化後の満充電容量と、ステップＳ７２で算出された各セル１１ｎの実際上のＳＯＣとに基づいて、出力可能な最大電力値Ｐｍａｘを算出する。

最大電力値Ｐｍａｘの算出は、第１実施形態と同様に、各セル１１ｎの内部抵抗Ｒｎや、端子電圧Ｖｃｎなどを考慮して、算出することができる。

そして、以降、図５のステップＳ１０〜Ｓ１３と同様の処理を実行する。

本例のステップＳ１２，Ｓ１３では、ＣＰＵ７１は、電流センサ２が検出する、組電池１からインバータ４へ流れる放電電流の値を積算し、この電流の積算値と、容量劣化後の満充電容量に基づいて、各セル１１ｎの実際上のＳＯＣを再演算することにより、各セル１１ｎに充電されている電気量の変動によるＳＯＣへの影響を演算してもよい。

なお、容量劣化後の満充電容量を考慮するのは、同じ低電流による放電でも、ＳＯＣの減少が、新品時、すなわち容量劣化前のセルでは例えば５％となるのに対し、容量劣化後のセルでは、例えば１０％に増大する場合があるからである。

以上説明したように、本例（ステップＳ１〜Ｓ６，Ｓ７１，Ｓ７２）によれば、起動直後の無負荷状態において、各セル１１ｎの実際上のＳＯＣを算出することによって、組電池１の性能を検出することができる。従って、第１実施形態に加えて、例えば車両として用いる場合などは、車両の発進前に走行可能距離を適切に表示することができるので、修理の必要性を車両の発進前に知ることができる。。

また、本例（ステップＳ７３，Ｓ８１，Ｓ９１，Ｓ１０〜Ｓ１３）によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

図１は本実施形態に係る組電池の性能検出装置の一例を示すブロック図である。 図２は組電池を構成するセルの一例を示す断面図である。 図３は図２を同図のＩＩＩ方向から見たときの平面図である。 図４は図１の組電池部分を拡大して示す部分拡大ブロック図である。 図５は第１実施形態に係る性能検出処理及び出力制御処理の一例を示すフローチャートである。 図６は任意のセルの体積増加量と内部抵抗の関係を示す相関図である。 図７は第２実施形態に係る性能検出処理及び出力制御処理の一例を示すフローチャートである。 図８は任意のセルの体積増加量と容量維持率の関係を示す相関図である。

符号の説明

１００…組電池の性能検出装置（性能検出装置及び制御装置）
１…組電池
１１１〜１１３２（１１ｎ）…セル
２…電流センサ
３…ＤＣ−ＤＣコンバータ
４…インバータ
５…モータ
６…車両制御装置（負荷）
７…バッテリーコントローラ
７１…ＣＰＵ（セル性能推定手段、セル体積増加量算出手段、補正変形量算出手段、出力可能電力算出手段）
７２…ＲＡＭ
７３…電圧センサ
７４…セル電圧検出部（セル電圧検出手段）
８…温度センサ（セル温度検出手段）
９…容量調整部
８００…歪ゲージ（セル変形量検出手段）

Claims (10)

1. 複数のセルを直列に接続して構成される組電池の無負荷時における性能を検出する装置であって、
   前記セルの変形量を検出するセル変形量検出手段と、
   前記セルの端子電圧を検出するセル電圧検出手段と、
   前記セルの変形量に基づいて、前記セルの内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかを推定するセル性能推定手段とを有し、
   前記セルの端子電圧と、内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかに基づいて、前記組電池の性能を検出することを特徴とする組電池の性能検出装置。
2. 請求項１記載の組電池の性能検出装置であって、
   前記セル変形量検出手段は、前記組電池を構成する各セルの変形量を検出することを特徴とする組電池の性能検出装置。
3. 請求項１又は２記載の組電池の性能検出装置であって、
   前記セルの変形量に基づいて、前記セルの体積増加量を算出するセル体積増加量算出手段を有し、
   前記セル性能推定手段は、前記セルの体積増加量に基づいて、前記セルの内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかを推定することを特徴とする組電池の性能検出装置。
4. 請求項１又は２記載の組電池の性能検出装置であって、
   前記セルの温度を検出するセル温度検出手段と、
   前記セルの温度に基づいて、前記セルの変形量を補正し、前記セルの補正変形量を算出する補正変形量算出手段とを有し、
   前記セル性能推定手段は、前記セルの補正変形量に基づいて、前記セルの内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかを推定することを特徴とする組電池の性能検出装置。
5. 請求項４記載の組電池の性能検出装置であって、
   前記セルの補正変形量に基づいて、前記セルの体積増加量を算出するセル体積増加量算出手段を有し、
   前記セル性能推定手段は、前記セルの体積増加量に基づいて、前記セルの内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかを推定することを特徴とする組電池の性能検出装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項記載の組電池の性能検出装置と、
   前記セルの端子電圧と、内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかに基づいて、前記セルが出力可能な最大電力値を算出する出力可能電力算出手段とを有し、
   前記セルの最大電力値が負荷からの要求電力値より小さい場合に、前記負荷に対する出力電力を制限することを特徴とする組電池の制御装置。
7. 請求項６記載の組電池の制御装置であって、
   前記出力可能電力算出手段は、前記セルの端子電圧及び内部抵抗値に基づいて、放電終止電圧に至った場合に前記セルが放電可能な最大電流値を算出し、その後、前記セルの最大電流値及び端子電圧に基づいて、前記最大電力値を算出することを特徴とする組電池の制御装置。
8. 請求項６記載の組電池の制御装置であって、
   前記出力可能電力算出手段は、前記セルの端子電圧及び容量維持率に基づいて、前記セルの容量劣化後の充電容量を算出するとともに、前記セルの容量劣化前の容量及び容量維持率に基づいて前記セルの容量劣化後の容量を算出し、その後、前記セルの容量劣化後の充電容量及び容量に基づいて、前記最大電力値を算出することを特徴とする組電池の制御装置。
9. 複数のセルを直列に接続して構成される組電池の無負荷時における性能を検出する方法であって、
   前記セルの変形量を検出する工程と、
   前記セルの端子電圧を検出する工程と、
   前記セルの変形量に基づいて、前記セルの内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかを推定する工程とを有し、
   前記セルの端子電圧と、内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかに基づいて、前記組電池の性能を検出することを特徴とする組電池の性能検出方法。
10. 複数のセルを直列に接続して構成される組電池の負荷開始時における出力を制御する方法であって、
    前記セルの変形量を検出する工程と、
    前記セルの端子電圧を検出する工程と、
    前記セルの変形量に基づいて、前記セルの内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかを推定する工程と、
    前記セルの端子電圧と、内部抵抗値及び容量維持率の少なくとも何れかに基づいて、前記セルが出力可能な最大電力値を算出する工程とを有し、
    前記セルの最大電力値が負荷からの要求電力値より小さい場合に、前記負荷に対する出力電力を制限することを特徴とする組電池の制御方法。

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