JP2018136131A - 状態推定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電素子が異常状態であるか否かを推定する。【解決手段】本明細書によって開示される状態推定装置は、複数の蓄電素子２１を有する組電池２０の状態を推定する電池管理装置３０あって、蓄電素子２１は、残存容量に対するＯＣＶの変化量が平坦な低変化領域ＩＩおよび低変化領域ＩＶと、残存容量に対するＯＣＶの変化量が低変化領域ＩＩや低変化領域ＩＶよりも大きい高変化領域Ｉ、高変化領域ＩＩＩおよび高変化領域Ｖとを有しており、電池管理装置３０は、複数の蓄電素子２１の実容量に対する高変化領域ＩＩＩの変化位置（第１位置から第２位置への変化）に基づいて組電池２０の使用の可否を推定する。【選択図】図７

Description

本明細書によって開示される技術は、状態推定装置に関する。
例えば、車両のエンジン始動用の蓄電システムとして、特開２０１４−２２５９４２号公報が知られている。この種の蓄電システムは、リチウムイオン電池など鉛蓄電池に比べて、小型化や軽量化が可能な二次電池を鉛蓄電池に替えて採用している。
特開２０１４−２２５９４２号公報
正極にリン酸鉄系リチウム、負極にグラファイトを用いた蓄電素子を有するリチウムイオン電池は、使用電圧範囲が鉛蓄電池に似通っており、他成分の二次電池と比較して互換性が高い。しかしながら、正極にリン酸鉄系リチウム、負極にグラファイトを用いた蓄電素子のＳＯＣとＯＣＶとの相関関係は、ＳＯＣの約３０〜９５［％］の広い範囲において、ＯＣＶの変化が平坦な低変化領域を有している。このため、ＯＣＶに基づく蓄電素子の劣化や異常など蓄電素子の異常状態の推定が困難となっている。
本明細書では、蓄電素子が異常状態であるか否かを推定する技術開示する。
本明細書によって開示される技術は、複数の蓄電素子を有する組電池の状態を推定する状態推定装置であって、前記蓄電素子は、残存容量に対するＯＣＶの変化量が平坦な低変化領域と、残存容量に対するＯＣＶの変化量が前記低変化領域よりも大きい高変化領域とを有しており、前記複数の蓄電素子の実容量に対する高変化領域の変化位置に基づいて組電池の状態を推定する構成とした。
本明細書によって開示される技術によれば、各蓄電素子における高変化領域の位置の順序が入れ替わったり、蓄電素子における高変化領域の位置が許容範囲から逸脱したりするなど、いずれかの蓄電素子における高変化領域の位置が大きく変化している場合に、高変化領域の変化位置に基づいて蓄電素子、ひいては組電池に劣化や異常が生じていると推定することができる。
実施形態１における車両を示す図 蓄電装置の斜視図 蓄電装置の分解斜視図 蓄電装置の電気的構成を示すブロック図 蓄電素子のＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係を示す図 蓄電素子のＳＯＣ−ＯＣＶにおける各領域のＳＯＣ範囲を示す図 状態推定処理を示すフローチャート図 蓄電素子の劣化とＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係との関係を示す図 未使用時の各蓄電素子の残存容量−ＯＣＶ相関関係を示す図 図９の要部拡大図 使用後の各蓄電素子の残存容量−ＯＣＶ相関関係を示す図 図１１の要部拡大図 実施形態２における状態推定処理を示すフローチャート図 実施形態２の図１１に相当する要部拡大図 その他の実施形態である太陽光発電システムを示す図
（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態にて開示する状態推定装置の概要について説明する。
複数の蓄電素子を有する組電池の状態を推定する状態推定装置であって、前記蓄電素子は、残存容量に対するＯＣＶの変化量が平坦な低変化領域と、残存容量に対するＯＣＶの変化量が前記低変化領域よりも大きい高変化領域とを有しており、前記複数の蓄電素子の実容量に対する高変化領域の変化位置に基づいて組電池の状態を推定する構成とした。
一般に、正極に鉄系、負極にグラファイト系の材料を用いた未使用時の蓄電素子では、ＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係において、ＳＯＣの約３０〜９５［％］の範囲は、ＯＣＶの変化が平坦な低変化である低変化領域であり、ＳＯＣが３０［％］以下や９５［％］以上の範囲は、ＯＣＶの変化が低変化領域よりも大きい高変化領域であることが知られている。
一方、本発明者らは、蓄電素子の劣化に関して研究を進めることで、正極に鉄系、負極にグラファイト系の材料を用いた蓄電素子では、蓄電素子が劣化すると、蓄電素子の劣化とＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係との関係においては、ＳＯＣが３０［％］〜９５［％］の範囲の低変化領域が短縮するという特性を有していることを知見した。
また、本発明者らは、蓄電素子の劣化に伴う低変化領域の短縮に伴って、蓄電素子における高変化領域の位置が変化することに着目した。
ここで、「ＳＯＣ」とは、蓄電素子２１の充電状態を示しており、満充電状態のＳＯＣを１００［％］としており、満充電状態の蓄電素子の残存容量（いわゆる、電池容量）に対する各時点の蓄電素子の残存容量の比率をいう。そこで、本発明者らは、残存容量とＯＣＶとの相関関係を用い、残存容量とＯＣＶとの相関関係において、各蓄電素子における高変化領域の変化位置を比較するなど、高変化領域の変化位置に基づいて組電池の状態を推定するという着想に至った。
このような構成によると、各蓄電素子における高変化領域の位置の順序が入れ替わったり、蓄電素子における高変化領域の位置が許容範囲から逸脱したりするなど、いずれかの蓄電素子における高変化領域の位置が大きく変化している場合には、蓄電素子、ひいては組電池に劣化や異常が生じていると推定することができる。
前記蓄電素子は、２つの前記低変化領域の間に、前記高変化領域である中間領域を有しており、前記複数の蓄電素子の実容量に対する中間領域の変化位置に基づいて組電池の状態を推定する構成としてもよい。
本発明者らは、残存容量の約３０〜９５［％］の範囲において、２つの低変化領域の間（残存容量が約６５［％］付近）に僅かな電位差である中間領域(高変化領域)があり、この中間領域よりも残存容量が少ない位置における低変化領域は、蓄電素子の劣化に伴う変化がほとんど見られないものの、残存容量が多い位置における低変化領域が、蓄電素子の劣化に伴って短縮することを突き止めた。また、この種の蓄電素子は、高入出力性の双方の性能を確保するために、残存容量が約３０〜９５［％］の範囲で使用されることに着目した。
そこで、本発明者らは、残存容量が約３０〜９５［％］の範囲である中間領域の変化位置に基づいて蓄電素子や組電池の状態を推定することで、例えば、残存容量が少ない位置における高変化領域や残存容量が多い位置における高変化領域において推定を行う場合に比べて、高頻度に推定を行うことができることを見出した。
つまり、中間領域の変化位置に基づいて蓄電素子や組電池の状態を推定することで、例えば、残存容量が少ない位置における高変化領域や残存容量が多い位置における高変化領域において推定を行う場合に比べて、推定精度を向上させることができる。
それぞれの前記蓄電素子における中間領域の変化位置の比較に基づいて組電池の状態を推定する構成としてもよい。
このような構成によると、例えば、各蓄電素子の中間領域の変化位置の順序が入れ替わるなど、各蓄電素子における中間領域の相対比較をするだけで、複雑な処理などを用いなくても、蓄電素子、ひいては組電池に劣化や異常が生じていると推定することができる。
前記複数の蓄電素子の未使用時もしくは前回の使用以前における中間領域の位置である第１位置と、前記複数の蓄電素子の使用後における中間領域の位置である第２位置とに基づいて、それぞれの前記蓄電素子における実容量の変化量を算出し、組電池の状態を推定する構成としてもよい。
このような構成によると、蓄電素子の未使用時、もしくは前回の使用時以前の第１位置と、使用後の第２位置とに基づく各蓄電素子の実容量の変化量から、蓄電素子が推定される劣化や異常状態を超えているなど、各蓄電素子の状態を推定することができる。
それぞれの前記蓄電素子における実容量の変化量が、所定時間内に許容範囲外となる場合に、組電池に異常があると推定する構成としてもよい。
このような構成によると、例えば、１か月など所定の時間内に、全ての蓄電素子に異常が生じるような場合においても、蓄電素子の異常の推定を行うことができる。
なお、本明細書によって開示される技術は、組電池の状態を推定する状態推定方法、状態推定プログラムに適用することができる。
＜実施形態１＞
本明細書に開示された実施形態について図１から図１２を参照して説明する。
本実施形態は、図１に示すように、車両１のエンジンルーム２に設置される蓄電装置１０を例示しており、エンジンルーム２内において、エンジン始動用のスターターモータや電装品などの車両負荷３、オルターネータなどの車両発電機４などに接続されている。
蓄電装置１０は、図２に示すように、ブロック状の電池ケース１１を有している。電池ケース１１内には、図３に示すように、複数（本実施形態では４つ）の蓄電素子２１を直列に接続してなる組電池２０や制御基板１８などが収容されている。
以下の説明において、図２および図３を参照する場合、上下方向とは、電池ケース１１が設置面に対して傾きなく水平に置かれた時の電池ケース１１の上下方向を基準とする。前後方向とは、電池ケース１１の短辺部分に沿う方向（奥行き方向）を基準として図示左手前側を前側とする。左右方向とは、電池ケース１１の長辺部分に沿う方向を基準とし、図示右手前側を右方向として説明する。
電池ケース１１は、合成樹脂製であって、図３に示すように、上方に開口する箱型のケース本体１３と、複数の蓄電素子２１を位置決めする位置決め部材１４と、ケース本体１３の上部に装着される中蓋１５と、中蓋１５の上部に装着される上蓋１６とを備えて構成されている。
ケース本体１３内には、図３に示すように、複数の蓄電素子２１が個別に収容される複数のセル室１３Ａが左右方向に並んで設けられている。
蓄電素子２１は、例えば、黒鉛、易黒鉛化カーボン、難黒鉛化カーボンなどのグラファイト系材料の負極活物質と、リン酸鉄リチウムなどのリン酸鉄系の正極活物質を使用したリチウムイオン電池とされている。このような蓄電素子２１は、例えば、開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）と充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）との間に、図５に示す相関関係（以下、「ＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係」という）がある。このＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係では、図５および図６に示すように、蓄電素子２１の充電状態を次の５つの領域に分けて考えることができる。
これら５の領域のうちの領域ＩＩ、ＩＶは、蓄電素子２１のＯＣＶの変化は、ＳＯＣに対して所定値未満の傾斜を有する。すなわち、ＯＣＶの変化がＳＯＣの変化に対して極めて小さくなっている（以下、これらの領域を「低変化領域」ＩＩ，ＩＶという）。具体的には、低変化領域は、例えば、ＳＯＣが１［％］変化するのに対して、ＯＣＶの変化が２〜６［ｍＶ］未満の領域である。
これに対して、残りの３つの領域Ｉ，ＩＩＩ，Ｖ（低変化領域ＩＩ，ＩＶ以外の領域）は、蓄電素子２１のＯＣＶの変化がＳＯＣに対して所定値以上変化する右上がりの傾きを有する。すなわち、低変化領域に比べて、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化が比較的大きくなっている（以下、これらの領域を「高変化領域」Ｉ，ＩＩＩ，Ｖという）。具体的には、高変化領域は、例えば、ＳＯＣが１［％］変化するのに対して、ＯＣＶの変化が２〜６［ｍＶ］以上の領域であり、ＳＯＣが６７［％］付近の高変化領域ＩＩＩが、２つの低変化領域ＩＩとＩＶとの間の中間領域に相当する。
位置決め部材１４は、図３に示すように、複数のバスバー１７が上面に配置されている。位置決め部材１４がケース本体１３内に配置された複数の蓄電素子２１の上部に配置されることで、複数の蓄電素子２１が位置決めされる。複数の蓄電素子２１は、複数のバスバー１７によって直列に接続されて組電池２０を構成している。
中蓋１５は、平面視略矩形状をなしている。図２および図３に示すように、中蓋１５の左右方向両端部には、車両１に設けられた図示しないバッテリ端子が接続される一対の外部端子部１２が中蓋１５に埋設された状態で設けられている。一対の外部端子部１２は、例えば、鉛合金等の金属からなり、一対の外部端子部１２のうち、一方が正極端子部１２Ｐとされ、他方が負極端子部１２Ｎとされている。
中蓋１５は、図３に示すように、制御基板１８が内部に収容可能とされている。組電池２０と制御基板１８とは、中蓋１５がケース本体１３に装着されることで、接続されるようになっている。
次に、蓄電装置１０の電気的構成を説明する。
蓄電装置１０は、図４に示すように、組電池２０と、電池管理装置（以下、「ＢＭＵ」という）（「状態推定装置」の一例）３０と、電流検出抵抗４１と、電流遮断装置４２と、温度センサ４３と、放電回路４４とを備えて構成されている。
組電池２０と、電流検出抵抗４１と、電流遮断装置４２とは、通電路Ｌを介して直列に接続されている。組電池２０の正極は、電流遮断装置４２を介して正極端子部１２Ｐに接続され、負極が電流検出抵抗４１を介して負極端子部１２Ｎに接続されている。
電流検出抵抗４１は、組電池２０の電流を検出する抵抗器であって、電流検出抵抗４１の両端電圧がＢＭＵ３０に取り込まれることで組電池２０の電流が検出される。
電流遮断装置４２は、例えば、ＦＥＴ等の半導体スイッチやリレーである。電流遮断装置４２は、ＢＭＵ３０からの指令（制御信号）に応答して、組電池２０と正極端子部１２Ｐとの間の電流を遮断する。
温度センサ４３は、接触式あるいは非接触式であって、組電池２０の温度を測定する。
放電回路４４は、図４に示すように、蓄電素子２１と並列接続となるように、各蓄電素子２１にそれぞれ設けられている。放電回路４４は、図示しない放電抵抗と放電スイッチとが直列に接続された回路である。放電回路４４は、ＢＭＵ３０からの指令により、放電スイッチを閉状態にすることで蓄電素子２１を個別に放電することができるようになっている。
ＢＭＵ３０は、電圧検出回路３１と、中央処理装置であるＣＰＵ３３と、メモリ３４と、計時部３５とを備えて構成されており、これらは、制御基板１８上に搭載されている。また、ＢＭＵ３０は、通電路Ｌに接続されることで組電池２０から電力の供給を受けている。
電圧検出回路３１は、電圧検出線Ｌ２を介して、各蓄電素子２１の両端にそれぞれ接続されている。電圧検出回路３１は、ＣＰＵ３３からの指示に応答して、各蓄電素子２１のセル電圧および組電池２０の電池電圧（複数の蓄電素子２１の総電圧）を検出する。
メモリ３４は、例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリとされている。メモリ３４には、各蓄電素子２１または組電池２０を管理するプログラムや各蓄電素子２１および組電池２０の劣化や異常状態を推定する状態推定プログラムなどの各種プログラム、各種プログラムの実行に必要なデータ、例えば、各蓄電素子２１の実容量や劣化許容値などが記憶されている。
ここで、蓄電素子２１の実容量とは、例えば、製造した蓄電素子２１に対して定電流定電圧充電を行って、満充電状態（例えば、３．５［Ｖ］、６［Ａ］以下）にし、続けて、放電終止電圧（例えば、２．０［Ｖ］（１Ｃ））に到達するまで放電させ、満充電状態から放電終止電圧に到達するまで定格電流で放電した電流量を実容量（蓄電素子２１が完全充電された状態から取り出し可能な容量）とする。
計時部３５は、時間を計時するものであって、例えば、電圧検出回路３１による各蓄電素子２１の電圧計測の時間および電圧計測間の時間差を計測してＣＰＵ３３に出力する。
ＣＰＵ３３は、中央処理装置であって、電流検出抵抗４１、電圧検出回路３１などの出力から蓄電素子２１の電流、電圧などを監視しており、異常を検出した場合には、電流遮断装置４２を作動させることで組電池２０に不具合が生じることを防いでいる。
一般に、組電池２０は、複数の蓄電素子２１を直列に接続すると共に、ケース本体１３内において近接させた状態で設置されている。このため、蓄電装置１０が使用されると、外側の蓄電素子２１に比べて中央に設置された蓄電素子２１が高温となる。そして、蓄電装置１０を所定期間の間使用すると、中央の蓄電素子２１は、通常の劣化に加え、さらに劣化が進み、実容量が低下する。
また、組電池２０の各蓄電素子２１は、同一工程によって製造されるものの、実容量にばらつきが生じてしまう。具体的には、製造後未使用時の４つの蓄電素子２１の実容量を前述の方法で測定した場合、例えば、第１蓄電素子が２０．０［Ａｈ］、第２蓄電素子が２０．４［Ａｈ］、第３蓄電素子が１９．８［Ａｈ］、第４蓄電素子が２０．２［Ａｈ］と各蓄電素子２１の実容量にばらつきが生じてしまう。
さらに、本発明者らは、正極に鉄系、負極にグラファイト系の材料を用いた蓄電素子２１では、蓄電素子２１が劣化すると、蓄電素子２１の劣化とＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係との関係性では、低変化領域ＩＶ（ＳＯＣ６８［％］〜９５［％］の範囲の低変化領域）が短縮する特性を有していることを知見した。
そこで、本発明者らは、蓄電素子２１のＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係において満充電状態の位置を固定すると、低変化領域ＩＶが短縮することに伴って高変化領域ＩＩＩが変化することに着目した。そして、高変化領域ＩＩＩの変化位置に基づいて状態推定処理を、所定の時間間隔（例えば、1か月など）で定期的または任意のタイミングで行うことで、蓄電素子２１、ひいては組電池２０に劣化や異常が生じていると推定できることを見出した。
以下において、まず、蓄電素子２１の劣化とＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係との関係性について説明し、その後、続けて、図７を参照しつつ、状態推定処理について説明する。
ここで、「ＳＯＣ」とは、蓄電素子２１の充電状態を示しており、満充電状態においてＳＯＣが１００［％］となり、放電終止電圧に到達した状態においてＳＯＣが０％となる。
このため、蓄電素子２１の劣化に関して、Ｘ軸をＳＯＣ［％］によって表すＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係をもとに未使用の蓄電素子２１と劣化後の蓄電素子２１とを比較すると、ＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係において、未使用時も劣化時もＳＯＣ０［％］とＳＯＣ１００［％］の位置は同じになる。
つまり、劣化した蓄電素子２１のＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係が、未使用の蓄電素子２１のＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係よりも、ＯＣＶの変化の割合がＸ軸方向（ＳＯＣが変化する方向）に延びた状態になってしまう。そこで、蓄電素子の残存容量とＯＣＶとの関係を明確にするために、図８から図１２に示すグラフでは、Ｘ軸を蓄電素子２１の残存容量［Ａｈ］、Ｙ軸をＯＣＶ［Ｖ］とする残存容量とＯＣＶとの相関関係（以下、「残存容量−ＯＣＶ相関関係」という）を示した。ここで、図８から図１２に示すグラフでは、未使用の蓄電素子αを実線、劣化した蓄電素子βを一点鎖線で表し、両蓄電素子２１を満充電状態の位置で揃えて示した。
図８に示すグラフでは、未使用の蓄電素子αと、劣化した蓄電素子βとを比較すると、高変化領域ＩＩＩよりも残存容量が少ない高変化領域Ｉおよび低変化領域ＩＩは、蓄電素子２１の劣化に伴う容量の大きさの変化がほとんど見られない。
しかしながら、劣化した蓄電素子βの低変化領域ＩＶは、未使用の蓄電素子αの低変化領域ＩＶに比べて、短縮しており、蓄電素子２１の実容量が低下していることがわかる。
つまり、未使用の蓄電素子２１と劣化後の蓄電素子２１とを満充電状態の位置で揃えることにより、蓄電素子２１が劣化した場合には、図８に示すように、高変化領域ＩＩＩの位置は残存容量が高い側に移動することが分かる。
そこで、状態推定処理では、ＣＰＵ３３が、各蓄電素子２１の未使用時もしくは前回の使用時以前における実容量と、使用後の各蓄電素子２１の実容量との容量差に基づいて各蓄電素子２１の劣化量を算出し、組電池２０に劣化や異常が生じているか否かを推定する。
詳細には、図７に示すように、ＣＰＵ３３は、まず、各蓄電素子２１が未使用であるか否か判定する（Ｓ１１）。各蓄電素子２１が製造後未使用である場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、未使用時点における各蓄電素子２１の実容量と、その時の残存容量−ＯＣＶ相関関係を測定し（Ｓ１３）、最も実容量の小さい蓄電素子２１である基準素子とその他の蓄
電素子２１との各容量差(容量ばらつき）を第１位置（図１１を参照）における容量差として算出する。
そして、各蓄電素子２１の残存容量−ＯＣＶ相関関係における高変化領域ＩＩＩと、これに対応する基準素子とその他の蓄電素子２１との各容量差との関係をＢＭＵ３０のメモリ３４に記憶する（Ｓ１４）。
具体的には、製造後未使用時の４つの蓄電素子２１の実容量が、例えば、第１蓄電素子Ａが１９．９［Ａｈ］、第２蓄電素子Ｂが２０．１［Ａｈ］、第３蓄電素子Ｃが１９．８［Ａｈ］、第４蓄電素子Ｄが２０．０［Ａｈ］として測定されたとする。このような場合、各蓄電素子２１の実容量と、図１０に示すように、基準素子である第３蓄電素子（１９．８［Ａｈ］）とその他の蓄電素子２１との各容量差（第１蓄電素子との容量差ΔＣｎ１：０．１［Ａｈ］、第２蓄電素子との容量差ΔＣｎ２：０．３［Ａｈ］、第４蓄電素子との容量差ΔＣｎ４：０．２［Ａｈ］）を算出し、ＢＭＵ３０のメモリ３４に記憶させる。
また、各蓄電素子２１から取得した図９および図１０に示す残存容量−ＯＣＶ相関関係と、基準素子とその他の蓄電素子２１との各容量差（基準素子である第３蓄電素子（１９．８［Ａｈ］）と第１蓄電素子との容量差ΔＣｎ１、第２蓄電素子との容量差ΔＣｎ２、第４蓄電素子との容量差ΔＣｎ４）との対応関係をＢＭＵ３０のメモリ３４に記憶させる。
一方、蓄電素子２１が製造後未使用ではない場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、前回の状態推定処理において算出した後述する第２位置の容量差を第１位置の容量差とし、後述するＳ１５を実行する（Ｓ１２）。
次に、ＣＰＵ３３は、各蓄電素子２１間の充電量差が少なくなるように放電回路４４によって調整しつつ、全ての蓄電素子２１のＳＯＣが１００［％］（満充電状態）になるまで充電する（Ｓ１５）。蓄電素子２１が製造後未使用の場合には、蓄電装置１０を組み上げた後に、放電回路４４によって調整しつつ、全ての蓄電素子２１のＳＯＣが１００［％］（満充電状態）になるまで充電する。
そして、ＣＰＵ３３は、例えば、自己放電や車両搭載後の車両負荷３への放電により、各蓄電素子２１を放電させる。そして、基準素子(第３蓄電素子)のＯＣＶが、残存容量−ＯＣＶ相関関係において高変化領域ＩＩＩに到達した時間を計時部３５に計時し、計時した時間を基準時間として、メモリ３４に記憶する（Ｓ１６）。
ここで、自己放電や車両搭載後の車両負荷３への放電は、ＯＣＶの変化が無いような電流値が小さい暗電流による放電であり、例えば、１［Ａ］以下の放電電流とする。
また、他の全ての蓄電素子２１が高変化領域ＩＩＩに到達する到達時間を計時する（Ｓ１７）。そして、メモリ３４に記憶された各蓄電素子２１の残存容量−ＯＣＶ相関関係と、これに対応する基準素子とその他の蓄電素子２１との各容量差との関係をもとに、基準時間と他の蓄電素子２１の到達時間との時間差から、基準素子(第３蓄電素子)と他の蓄電素子２１との容量差を第２位置（図１１を参照）における容量差として算出する（Ｓ１８）。
また、第２位置における基準素子と他の蓄電素子２１との容量差は、例えば、各蓄電素子２１が、残存容量−ＯＣＶ相関関係において高変化領域ＩＩＩに到達する到達時間と、その時の放電電流値により算出することもできる。
次に、ＣＰＵ３３は、Ｓ１２において記憶した第１位置の各容量差と、これらに対応するＳ１４において算出した第２位置の各容量差との差を各蓄電素子２１の劣化量として算出する（Ｓ１９）。そして、各蓄電素子２１の劣化量が劣化許容値よりも小さいか否か推定（Ｓ２０）する。各蓄電素子２１の劣化量が劣化許容値以下の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、組電池（蓄電素子２１）２０の劣化度合が小さく、組電池２０が異常状態ではないと推定し、継続して組電池２０を使用することができると判定する（Ｓ２１）。
一方、劣化差が劣化許容値を超えて大きい場合（Ｓ２０：ＮＯ）、組電池（蓄電素子２１）２０の劣化度合が大きく、組電池２０が異常な状態であると推定し、組電池２０が使用不可であると判定する（Ｓ２２）。
具体的には、図１１および図１２に示すグラフは、例えば、蓄電素子２１の未使用時と使用後における残存容量−ＯＣＶ相関関係を示している。ここで、二点鎖線Ｚによって表される曲線は未使用時の蓄電素子２１であり、それ以外の曲線は、使用後の各蓄電素子２１を表している。残存容量が１３［Ａｈ］付近の高変化領域ＩＩＩは第１位置に相当し、残存容量が１４．５−１６．０［Ａｈ］付近の高変化領域ＩＩＩは第２位置に相当する。
したがって、例えば、図１２に示す使用後（第２位置）の基準素子(第３蓄電素子Ｃ)と第４蓄電素子Ｄとの容量差ΔＣｕ４が０．３［Ａｈ］であって、図１０に示す製造後未使用時（第１位置）の容量差ΔＣｎ４が２０．０［Ａｈ］−１９．８［Ａｈ］＝０．２［Ａｈ］の場合、第４蓄電素子の劣化量は０．３［Ａｈ］−０．２［Ａｈ］＝０．１［Ａｈ］と算出される。ここで、例えば、劣化許容値が０．２［Ａｈ］の場合には、第４蓄電素子Ｄの劣化度合は、劣化許容量よりも小さく、許容範囲内であるから、組電池２０が異常状態ではないと推定し、継続して組電池２０を使用することができると判定する。
一方、図１２に示す使用後（第２位置）の基準素子(第３蓄電素子Ｃ)と第２蓄電素子Ｂとの容量差ΔＣｕ２が、１．６［Ａｈ］であって、図１０に示す製造後未使用時（第１位置）の容量差ΔＣｎ２が２０．１［Ａｈ］−１９．８［Ａｈ］＝０．３［Ａｈ］の場合、第２蓄電素子Ｂの劣化量は１．６［Ａｈ］−０．３［Ａｈ］＝１．３［Ａｈ］と算出される。したがって、劣化許容値が０．２［Ａｈ］の場合には、劣化量が劣化許容値を超えることで、第２蓄電素子Ｂの劣化度合が大きく、異常な状態であると推定する。
以上のような場合には、第３蓄電素子Ｃと、第４蓄電素子Ｄとに異常はないものの、第２蓄電素子Ｂが異常な状態であるとして、組電池２０は使用不可であると判定する。
なお、例えば、基準素子(第３蓄電素子Ｃ)と第２蓄電素子Ｂとにおける劣化量が０．４［Ａｈ］であり、第３蓄電素子Ｃと第４蓄電素子Ｄとにおける劣化量も０．４［Ａｈ］である場合、いずれも劣化差が劣化許容値（０．２［Ａｈ］）を超えている。
このような場合には、第３蓄電素子Ｃの劣化度合が大きく、第３蓄電素子Ｃが異常な状態であると推定し、組電池２０が使用不可であると判定する。
すなわち、状態推定処理では、組電池（蓄電素子２１）２０に劣化などによる異常が生じていないか推定する。推定の結果、組電池（蓄電素子２１）２０に異常が生じていると推定された場合には、例えば、車両１の室内に設けられた表示部５（図１を参照）に蓄電装置１０が使用不可であることを表示して、使用者に注意を促すことができる。
以上のように、本発明者らは、残存容量−ＯＣＶ相関関係（ＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係）との関係において、図８および図１１に示すように、各蓄電素子２１の変化曲線を満充電状態の位置で揃えた場合、蓄電素子２１が劣化すると、低変化領域ＩＶが短縮し、高変化領域ＩＩＩの変化位置が移動することに着目した。そして、この変化位置（高変化領域ＩＩＩの第１位置から第２位置への変化）をもとに組電池（蓄電素子２１）２０の劣化度合が推定できることを見出した。
つまり、本実施形態の状態推定処理によると、組電池（蓄電素子２１）２０の未使用時もしくは前回の使用以前（第１位置）における各蓄電素子間の容量差と、組電池２０（蓄電素子２１）の使用後（第２位置）における各蓄電素子間の容量差とを算出する。次に、これらの容量差（残存容量−ＯＣＶ相関関係における変化位置）から各蓄電素子２１の劣化量を算出することで、組電池（蓄電素子２１）２０の劣化度合を推定することができる。
そして、この劣化度合から、組電池（蓄電素子２１）２０が異常状態か推定し、継続使用可能か否かを判定することができる。
ところで、上述のように状態推定処理において、組電池（蓄電素子２１）２０の劣化度合を推定することができるものの、その頻度が少ない場合には、組電池（蓄電素子２１）２０の使用の可否の精度が低下してしまう。
ところが、本実施形態によると、車両１においてエンジン始動に必要なクランキング放電や車両減速時における回生充電など高入出力性の双方の性能を確保するために使用される組電池２０の残存容量が、約３０〜９５［％］の範囲内の高変化領域ＩＩＩの変化位置に基づいて状態推定処理を行って、組電池（蓄電素子２１）２０の劣化度合を推定する。
すなわち、例えば、高変化領域であっても、高変化領域Ｉや高変化領域Ｖにおいて状態推定処理を行う場合に比べて、状態推定処理を行う頻度を高くすることができる。つまり、本実施形態によると、組電池（蓄電素子２１）２０が異常状態であるか否かを推定する推定精度を向上させることができる。
また、本実施形態によると、劣化度合を算出し、劣化許容値と比較することで、組電池（蓄電素子２１）２０の使用の可否を推定している。これにより、例えば、蓄電素子同士の劣化量を相対的に比較する場合に比べて、組電池（蓄電素子２１）２０が異常状態であるか否かを推定する推定精度をさらに向上させることができる。
＜実施形態２＞
次に、実施形態２について図１３および図１４を参照して説明する。
実施形態２は、実施形態１における状態推定処理におけるＳ１４の処理とＳ１８以降の処理を変更したものであって、実施形態１と共通する構成、作用、および効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。
実施形態２の状態推定処理は、図１３に示すように、Ｓ１３において各蓄電素子２１の実容量を測定後、ＣＰＵ３３が各蓄電素子２１の実容量に基づいて、蓄電素子２１の未使用時もしくは前回の使用以前である順位を第１位置の順位として決定し、この順位をＢＭＵ３０のメモリ３４に記憶する（Ｓ２４）。
一方、Ｓ１７における到達時間の計時後、ＣＰＵ３３は、Ｓ１６およびＳ１７において計時した基準時間と到達時間により、組電池（蓄電素子２１）２０の使用後の実容量に基づく順位を第２位置の順位として決定する（Ｓ２８）。
そして、ＣＰＵ３３は、Ｓ２４において記憶した各蓄電素子２１の第１位置の順位と、Ｓ２８において決定した各蓄電素子２１の第２位置の順位とに変化がないか判定する（Ｓ２９）。順位に変化がなかった場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、著しく劣化した蓄電素子２１がなく組電池２０の劣化度合が小さいとして、組電池２０が異常状態ではないと推定し、継続して組電池２０を使用することができると判定する（Ｓ３０）。
一方、順位に変化があった場合（Ｓ２９：ＮＯ）、著しく劣化した蓄電素子２１があり、組電池２０の劣化度合が大きく、組電池２０が異常な状態であるとして、組電池２０が使用不可であると判定する（Ｓ３１）。
具体的には、蓄電素子２１の残存容量−ＯＣＶ相関関係において、図１０に示すように、組電池使用前の各蓄電素子２１の高変化領域ＩＩＩに到達する時間の順位が、第３蓄電素子Ｃ、第１蓄電素子Ａ、第４蓄電素子Ｄ、第２蓄電素子Ｂであった場合、各蓄電素子２１の実容量が低い順から第３蓄電素子Ｃ、第１蓄電素子Ａ、第４蓄電素子Ｄ、第２蓄電素子Ｂであると決定する。
そして、組電池２０を使用して、劣化した後の各蓄電素子２１の高変化領域ＩＩＩに到達する時間の順位が、図１４に示すように、第３蓄電素子Ｃ、第１蓄電素子Ａ、第２蓄電素子Ｂ、第４蓄電素子Ｄであった場合、各蓄電素子２１の実容量が低い順から第３蓄電素子Ｃ、第１蓄電素子Ａ、第２蓄電素子Ｂ、第４蓄電素子Ｄであると決定する。
次に、組電池２０の使用前と使用後との順位に変化がないか判定する。
ここで、第２蓄電素子Ｂと第４蓄電素子Ｄとの順位が使用前（図１０参照）と使用後（図１４参照）とで逆転している。つまり、第２蓄電素子Ｂと第４蓄電素子Ｄとのいずれかの蓄電素子２１の劣化度合が大きく、組電池２０が異常な状態であるとして、組電池２０が使用不可であると推定する。
すなわち、各蓄電素子２１同士の容量差を算出したり、各蓄電素子２１の劣化量を算出したりするなど複雑な処理をしなくても、未使用時もしくは前回の使用以前における各蓄電素子２１の順位と使用後の各蓄電素子２１の順位とを比較することで、組電池２０が異常状態であるか否かを推定することができる。これにより、組電池（蓄電素子２１）２０の使用の可否を判定することができる。
このように、本実施形態では、未使用時もしくは前回の使用以前の各蓄電素子２１の順位と使用後の各蓄電素子２１の順位の比較のみを行った。しかしながら、これに限らず、順位に変化があった場合にのみ、各蓄電素子２１の容量差を算出して劣化量の推定を行ってもよく、順位に変化があった蓄電素子２１についてのみ劣化量の推定を行ってもよい。
＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態では、蓄電装置１０が車両１に搭載される構成とした。しかしながら、これに限らず、図１５に示すように、太陽の光を起電力とする光発電装置１０１と負荷１０３とにパワーコンディショナ１０２を介して接続された家庭用太陽光発電システムの蓄電装置１１０に適用してもよく、大容量発電システムの蓄電装置として適用してもよい。
また、大容量発電システムの場合には、遠隔地からリモート操作などによりサーバなどを介して状態推定処理を実行してもよい。
（２）上記実施形態１では、蓄電素子２１の残存容量−ＯＣＶ相関関係（ＳＯＣ−ＯＣＶ相関関係）を５つの領域に分割し、分割された領域のうちの高変化領域ＩＩＩの変化位置（第１位置から第２位置への変化）に基づいて各蓄電素子２１の劣化量を算出する構成にした。しかしながら、これに限らず、分割された領域のうちの高変化領域Ｉや高変化領域Ｖにおける使用頻度が高い場合には、高変化領域Ｉや高変化領域Ｖの変化位置に基づいて各蓄電素子２１の劣化量を算出する構成にしてもよい。
（３）上記実施形態では、状態推定処理において、各蓄電素子２１の劣化量を算出し、許容劣化値と比較し、劣化量が許容劣化値を超えた場合に組電池２０が異常状態であると推定する構成にした。しかしながら、これに限らず、各蓄電素子の劣化量同士を比較し、各蓄電素子の劣化量の差が所定値を超えた場合に、組電池が異常状態であると推定する構成にしてもよい。
（４）上記実施形態では、状態推定処理のＳ１６の放電は、ＯＣＶの変化が無いような電流値が小さい暗電流による放電とした。しかしながら、これに限らず、一定時間継続する定電流放電により容量差（容量ばらつき）が検出可能であれば、電流値はこれに限られず、例えば、２０Ａの定電流放電が１０秒程度継続するものであってもよい。
（５）上記実施形態では、状態推定処理において、各蓄電素子２１を満充電状態にした後、放電させることで蓄電素子２１同士の容量差（容量ばらつき）を検出する構成とした。しかしながら、これに限らず、各蓄電素子２１を放電終止電圧まで放電した後、定電流充電させることで蓄電素子２１同士の容量差（容量ばらつき）を検出する構成にしてもよい。
（６）上記実施形態では、車両１に設置される蓄電装置１０の電池管理装置３０において、状態推定処理を行って蓄電素子２１が異常状態であるか否かを推定した。しかしながら、これに限らず、様々な蓄電装置に対して、複数の蓄電素子を有する組電池の状態を推定する状態推定方法であって、蓄電素子が、実容量に対するＯＣＶの変化量が平坦な低変化領域と、実容量に対するＯＣＶの変化量が前記低変化領域よりも大きい高変化領域とを有しており、複数の蓄電素子の実容量に対する高変化領域の変化位置に基づいて組電池の状態を推定する状態推定方法を適用してもよい。
（７）上記実施形態では、Ｘ軸を蓄電素子２１の残存容量［Ａｈ］、Ｙ軸をＯＣＶ［Ｖ］とする残存容量とＯＣＶとの相関関係の高変化領域ＩＩＩの変化位置（高変化領域ＩＩＩの第１位置から第２位置への変化）をもとに組電池（蓄電素子２１）２０の劣化度合を推定した。しかしながら、これに限らず、Ｘ軸を蓄電素子のＳＯＣ［％］、Ｙ軸をＯＣＶ［Ｖ］とする残存容量とＯＣＶとの相関関係の高変化領域ＩＩＩの変化位置をもとに組電池の劣化度合を推定してもよい。
２１：蓄電素子
２０：組電池
３０：電池管理装置（「状態推定装置」の一例）

Claims (5)

  1. 複数の蓄電素子を有する組電池の状態を推定する状態推定装置であって、
    前記蓄電素子は、残存容量に対するＯＣＶの変化量が平坦な低変化領域と、残存容量に対するＯＣＶの変化量が前記低変化領域よりも大きい高変化領域とを有しており、
    前記複数の蓄電素子の実容量に対する高変化領域の変化位置に基づいて組電池の状態を推定する状態推定装置。
  2. 前記蓄電素子は、２つの前記低変化領域の間に、前記高変化領域である中間領域を有しており、
    前記複数の蓄電素子の実容量に対する中間領域の変化位置に基づいて組電池の状態を推定する請求項１に記載の状態推定装置。
  3. それぞれの前記蓄電素子における中間領域の変化位置の比較に基づいて組電池の状態を推定する請求項２に記載の状態推定装置。
  4. 前記複数の蓄電素子の未使用時もしくは前回の使用以前における中間領域の位置である第１位置と、前記複数の蓄電素子の使用後における中間領域の位置である第２位置とに基づいて、それぞれの前記蓄電素子における実容量の変化量を算出し、組電池の状態を推定する請求項２または請求項３に記載の状態推定装置。
  5. それぞれの前記蓄電素子における実容量の変化量が、所定時間内に許容範囲外となる場合に、組電池に異常があると推定する請求項４に記載の状態推定装置。
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