JP2020053202A - 蓄電素子の管理装置、蓄電装置、及び、蓄電素子の管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定すること。【解決手段】電極体２３が収容されているケース２２を有する蓄電素子１２のＢＭＳ５０であって、蓄電素子１２を管理するための物理量であって蓄電素子１２の膨張・収縮によるケース２２の劣化に関係する物理量を計測する計測部と、管理部５５と、を備え、管理部５５は、計測部によって計測された物理量に基づいて蓄電素子１２を管理する管理処理と、計測部によって計測された物理量に基づいてケース２２の劣化度を推定する推定処理と、を実行する、ＢＭＳ５０。【選択図】図１０

Description

本明細書で開示する技術は、蓄電素子の管理装置、蓄電装置、及び、蓄電素子の管理方法に関する。

図１１に示すように、リチウムイオン電池などの蓄電素子１１１は電極体が収容されているケース１１２が膨張・収縮を繰り返すことによってケース１１２が劣化し、ケース開裂が起きる可能性がある。ケース開裂は絶対に起こしてはならない事象である。

このため、従来、ケース開裂を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、特許文献１には、背景技術として、二次電池にセルの歪を検知する歪ゲージを設け、膨張収縮による二次電池セルの破損を抑制することが記載されている。

特開２０１６−１００２３７号公報（段落０００３）

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術はケース開裂を防止するために歪ゲージを設ける必要があり、部品点数が増加する。
本明細書では、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定する技術を開示する。

電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理装置であって、前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部と、管理部と、を備え、前記管理部は、前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理処理と、前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定処理と、を実行する。

管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。

実施形態１に係る蓄電装置、及び、その蓄電装置が搭載されている自動車の模式図 蓄電装置の分解斜視図 図２に示す蓄電素子の平面図 図３Ａに示すＡ−Ａ線の断面図 図１の本体内に蓄電素子を収容した状態を示す斜視図 図４の蓄電素子にバスバーを装着した状態を示す斜視図 蓄電装置の電気的構成を示す模式図 蓄電素子の温度変化を示すグラフ 蓄電素子のＳＯＣ変化を示すグラフ 温度係数テーブルの模式図 ケースの劣化度の変化を示すグラフ 蓄電素子の膨張・収縮を示す模式図

（本実施形態の概要）
電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理装置であって、前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部と、管理部と、を備え、前記管理部は、前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理処理と、前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定処理と、を実行する。

本願発明者は、ケースの劣化度を推定する方法を検討する過程において、蓄電素子を管理するために計測される種々の物理量の中に、蓄電素子の膨張・収縮によるケースの劣化に関係するものがあることを見出した。
上記の管理装置によると、蓄電素子を管理するための物理量を計測する計測部によって計測した物理量に基づいてケースの劣化度を推定するので、歪ゲージのようなケースの劣化度を推定するための専用の部品を別途備えなくてよい。言い換えると、上記の管理装置によると、蓄電素子を管理するために備えている計測部をケースの劣化度の推定に流用するので、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。

前記物理量は前記蓄電素子の温度であり、前記劣化度は、前記蓄電素子の温度が第１の閾値以上になった回数と、前記第１の閾値より低い第２の閾値以下になった回数との合計値であってもよい。

本願発明者は、ケースの劣化度を推定する方法を検討する過程において、以下の知見を得た。
蓄電素子は温度が変化すると膨張・収縮するため、蓄電素子の温度が変化するとケースが劣化する。ケースの劣化は蓄電素子の温度が第１の閾値以上になった回数や第１の閾値より低い第２の閾値以下になった回数が多いほど大きくなる。
上記の管理装置によると、劣化度は温度が第１の閾値以上になった回数と第２の閾値以下になった回数との合計値であるので、蓄電素子を管理するための温度を計測する計測部によって計測した温度に基づいてケースの劣化度を推定できる。このため、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。

前記物理量は前記蓄電素子の温度であり、前記劣化度は前記蓄電素子の温度の変化量の積算値であってもよい。

本願発明者は、ケースの劣化度を推定する方法を検討する過程において、以下の知見を得た。
蓄電素子は温度が変化すると膨張・収縮するため、蓄電素子の温度が変化するとケースが劣化する。ケースの劣化は蓄電素子の温度の変化量の積算値が大きいほど大きくなる。
上記の管理装置によると、劣化度は温度の変化量の積算値であるので、蓄電素子を管理するための温度を計測する計測部によって計測した温度に基づいてケースの劣化度を推定できる。このため、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。

前記劣化度は、前記蓄電素子の温度の変化量の積算値に、温度が第３の閾値以上の状態が継続した時間を重み付け加算したものであってもよい。

蓄電素子は温度が高い状態が継続することもある。その状態のときは温度の変化量は小さいが、ケースが膨張した状態が継続することによってケースに応力が作用し続けるので、ケースが劣化し易くなる。
上記の管理装置によると、温度が一定値以上の状態が継続した時間を重み付け加算するので、温度が一定値以上の状態が継続した場合のケースの劣化を劣化度に反映できる。これによりケースの劣化度をより精度よく推定できる。

前記物理量は前記蓄電素子の電流であり、前記管理部は、前記管理処理において、前記計測部によって計測された電流に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定し、前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値であってもよい。

本願発明者は、ケースの劣化度を推定する方法を検討する過程において、以下の知見を得た。
蓄電素子は充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が変化すると膨張・収縮するため、充電状態が変化するとケースが劣化する。ケースの劣化は充電状態の変化量の積算値が大きいほど大きくなる。
上記の管理装置によると、劣化度は充電状態の変化量の積算値であるので、蓄電素子を管理するために推定した充電状態に基づいてケースの劣化度を推定できる。このため、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。

前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記計測部によって計測された電流が第４の閾値以上である状態が継続した時間を重み付け加算したものであってもよい。

蓄電素子は過電流が流れると膨張するため、過電流が流れるとケースが劣化する。ケースの劣化は過電流が流れた時間に比例して大きくなる。上記の管理装置によると、計測部によって計測された電流が第４の閾値以上である状態（すなわち過電流が流れている状態）が継続した時間を重み付け加算するので、過電流が流れた時間をケースの劣化度に反映できる。これによりケースの劣化度をより精度よく推定できる。

前記物理量は前記蓄電素子の電圧であり、前記管理部は、前記管理処理において、前記計測部によって計測された電圧に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定し、前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値であってもよい。

本願発明者は、ケースの劣化度を推定する方法を検討する過程において、以下の知見を得た。
蓄電素子のケースは充電状態が変化すると膨張・収縮するため、充電状態が変化するとケースが劣化する。ケースの劣化は充電状態の変化量の積算値が大きいほど大きくなる。
上記の管理装置によると、劣化度は充電状態の変化量の積算値であるので、蓄電素子を管理するために推定した充電状態に基づいてケースの劣化度を推定できる。このため、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。

前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記計測部によって計測された電圧が第５の閾値以上である状態が継続した時間を重み付け加算したものであってもよい。

蓄電素子は過電圧になると膨張するため、過電圧になるとケースが劣化する。ケースの劣化は過電圧が継続した時間に比例して大きくなる。上記の管理装置によると、計測部によって計測された電圧が第５の閾値以上である状態（すなわち過電圧である状態）が継続した時間を重み付け加算するので、過電圧が継続した時間をケースの劣化度に反映できる。これによりケースの劣化度をより精度よく推定できる。

前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記充電状態が第６の閾値以上の状態が継続した時間を重み付け加算したものであってもよい。

蓄電素子は充電状態が高い状態が継続することもある。その状態のときは充電状態の変化量は小さいが、ケースが膨張した状態が継続することによってケースに応力が作用し続けるので、ケースが劣化し易くなる。
上記の管理装置によると、充電状態が一定値以上の状態が継続した時間を重み付け加算するので、充電状態が一定値以上の状態が継続した場合のケースの劣化を劣化度に反映できる。これによりケースの劣化度をより精度よく推定できる。

前記管理部は、前記推定処理において、前記変化量に当該変化量の大きさに応じた係数を乗算して積算してもよい。

ケースが膨張・収縮する量は必ずしも温度の変化量や充電状態の変化量と正比例せず、それらの変化量の増大に伴って指数関数的に大きくなる場合がある。
上記の管理装置によると、温度の変化量や充電状態の変化量に当該変化量の大きさに応じた係数を乗算して積算するので、それらの変化量とケースが膨張・収縮する量との関係を反映して劣化度を推定できる。このため、それらの変化量とケースが膨張・収縮する量との関係を反映しない場合に比べてケースの劣化度を精度よく推定できる。

互いに異なる前記物理量を計測する複数の前記計測部を有し、前記劣化度は、各前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて個別に推定した劣化度を重み付け加算したものであってもよい。

上記の管理装置によると、互いに異なる複数の物理量に基づいてケースの劣化度を推定するので、一つの物理量だけに基づいて推定する場合に比べてケースの劣化度を精度よく推定できる。その場合に、上記の管理装置によると、各物理量に基づいて個別に推定された劣化度を重み付け加算するので、それらの劣化度を単純に加算する場合に比べて劣化度を適切に推定できる。

前記管理部は、前記推定処理において、前記物理量と前記蓄電素子の使用が開始された時からの経過時間とに基づいて前記劣化度を推定してもよい。

ケースの劣化には蓄電素子の使用が開始された時からの経過時間も影響する。上記の管理装置によると、ケースの劣化度に蓄電素子の使用が開始された時からの経過時間が反映されるので、経過時間を反映しない場合に比べて劣化度をより精度よく推定できる。

前記管理部は、前記推定処理で推定した前記劣化度が所定の条件を満たした場合は、前記蓄電素子の使用を抑制する抑制処理を実行してもよい。

一般に蓄電素子はケース設計の安全率を高くすることによってケース開裂を防止しているため、異常な使用環境や使用期間を十分に考慮した設計が不可欠であった。このため、正常な使用環境や使用期間ではケース設計の安全率が過剰となり、重量やコストの増加を招いていた。これに対し、上記の管理装置によると、ケースの劣化度が所定の条件を満たした場合は蓄電素子の使用を抑制するので、ケース設計の安全率を過剰に高くしなくてもケース開裂が起きる可能性を低減できる。このため蓄電素子の重量やコストを低減できる。

前記所定の条件は前記劣化度が第７の閾値以上であることであり、前記抑制処理は、前記劣化度が前記第７の閾値以上且つ第８の閾値未満の場合は外部に警告を発し、前記劣化度が前記第８の閾値以上の場合は前記蓄電素子の使用を禁止する処理であってもよい。

上記の管理装置によると、ケースの劣化度が第７の閾値以上且つ第８の閾値未満の場合は外部に警告を発するので、外部の装置が蓄電素子の使用を抑制することにより、蓄電素子の使用を抑制できる。これにより、ケース開裂が起きる可能性を低減できる。この時点では蓄電素子の使用が禁止されないので、外部の装置は引き続き蓄電素子を使用できる。これに対し、劣化度が第８の閾値以上の場合は蓄電素子の使用を禁止するので、ケース開裂を防止できる。

電極体が収容されているケースを有する蓄電素子と、請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の管理装置と、を備える蓄電装置。

上記の蓄電装置によると、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。

電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理方法であって、前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理ステップと、前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定ステップと、を含む。

上記の管理方法によると、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。

本明細書によって開示される発明は、装置、方法、これらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。

＜一実施形態＞
一実施形態を図１ないし図１０によって説明する。

図１を参照して、実施形態１に係る蓄電装置１について説明する。図１において自動車２はエンジン自動車である。蓄電装置１は自動車２に搭載されてエンジンの始動に用いられる始動用の蓄電装置である。図１では蓄電装置１がエンジンルームに収容されている場合を示しているが、蓄電装置１は居室の床下やトランクに収容されてもよい。

（１）蓄電装置の構成
図２に示すように、蓄電装置１は外装体１０（筐体の一例）と、外装体１０の内部に収容される複数の蓄電素子１２とを備える。外装体１０は合成樹脂材料からなる本体１３と蓋体１４とで構成されている。本体１３は有底筒状であり、平面視矩形状の底面部１５とその４辺から立ち上がって筒状となる４つの側面部１６とで構成される。４つの側面部１６によって上端部分に上方開口部１７が形成されている。

蓋体１４は平面視矩形状であり、その４辺から下方に向かって枠体１８が延びている。蓋体１４は本体１３の上方開口部１７を閉鎖する。蓋体１４の上面には平面視略Ｔ字形の突出部１９が形成されている。蓋体１４の上面には突出部１９が形成されていない２箇所のうち一方の隅部に正極外部端子２０が固定され、他方の隅部に負極外部端子２１が固定されている。

蓄電素子１２は繰り返し充電可能な二次電池であり、具体的には例えばリチウムイオン電池である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、蓄電素子１２は直方体形状のケース２２内に電極体２３を非水電解質と共に収容したものである。ケース２２はケース本体２４と、その上方の開口部を閉鎖するカバー２５とで構成されている。

電極体２３は、詳細については図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素との間に多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状であり、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらせた状態で、ケース本体２４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。

正極要素には正極集電体２６を介して正極端子２７が接続されている。負極要素には負極集電体２８を介して負極端子２９が接続されている。正極集電体２６及び負極集電体２８は平板状の台座部３０と、台座部３０から延びる脚部３１とを有している。台座部３０には貫通孔が形成されている。脚部３１は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子２７及び負極端子２９は、端子本体部３２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部３３とを有している。そのうち正極端子２７の端子本体部３２と軸部３３とはアルミニウム（単一材料）によって一体成形されている。負極端子２９においては、端子本体部３２がアルミニウム製であり、軸部３３が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子２７及び負極端子２９の端子本体部３２はカバー２５の両端部に絶縁材料からなるガスケット３４を介して配置され、このガスケット３４から外方へ露出されている。

図４に示すように、蓄電素子１２は複数個（例えば１２個）が幅方向に並設された状態で本体１３内に収容されている。ここでは本体１３の一端側から他端側（矢印Ｙ１からＹ２方向）に向かって３つの蓄電素子１２を１組として、同一組では隣り合う蓄電素子１２の端子極性が同じになり、隣り合う組同士では隣り合う蓄電素子１２の端子極性が逆になるように配置されている。最も矢印Ｙ１側に位置する３つの蓄電素子１２（第１組）では矢印Ｘ１側が負極、矢印Ｘ２側が正極となっている。第１組に隣接する３つの蓄電素子１２（第２組）では矢印Ｘ１側が正極、矢印Ｘ２側が負極となっている。さらに第２組に隣接する第３組では第１組と同じ配置となっており、第３組に隣接する第４組では第２組と同じ配置となっている。

図５に示すように、正極端子２７及び負極端子２９には導電部材としての端子用バスバー（接続部材）３６〜４０が溶接により接続されている。第１組の矢印Ｘ２側では正極端子２７群が第１バスバー３６によって接続されている。第１組と第２組の間では矢印Ｘ１側で第１組の負極端子２９群と第２組の正極端子２７群とが第２バスバー３７によって接続されている。第２組と第３組の間では矢印Ｘ２側で第２組の負極端子２９群と第３組の正極端子２７群とが第３バスバー３８によって接続されている。第３組と第４組の間では、矢印Ｘ１側で第３組の負極端子２９群と第４組の正極端子２７群とが第４バスバー３９によって接続されている。第４組の矢印Ｘ２側では、負極端子２９群が第５バスバー４０によって接続されている。

図２を併せて参照すると、電気の流れの一端に位置する第１バスバー３６は第１の電子機器４２Ａ（例えばヒューズ）、第２の電子機器４２Ｂ（例えばリレー５４）、バスバー４３及びバスバーターミナル（図示せず）を介して正極外部端子２０に接続されている。電気の流れの他端に位置する第５バスバー４０はバスバー４４Ａ，４４Ｂ及び負極バスバーターミナル（図示せず）を介して負極外部端子２１に接続されている。これによりそれぞれの蓄電素子１２は正極外部端子２０及び負極外部端子２１を介して充電と放電とが可能になっている。電子機器４２Ａ，４２Ｂと電気部品接続用バスバー４３、４４Ａ及び４４Ｂとは、積層配置した複数の蓄電素子１２の上部に配置された回路基板ユニット４１に取り付けられている。バスバーターミナルは、蓋体１４に配置されている。

（２）蓄電装置の電気的構成
図６に示すように、蓄電装置１は前述した複数の蓄電素子１２と、それらの蓄電素子１２を管理するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）５０とを備えている。ＢＭＳ５０は管理装置の一例である。

ＢＭＳ５０は電流センサ５１（計測部の一例）、電圧センサ５２（計測部の一例）、温度センサ５３（計測部の一例）、リレー５４、及び、管理部５５を備えている。
電流センサ５１は蓄電素子１２と直列に接続されている。電流センサ５１は蓄電素子１２の充放電電流を計測して管理部５５に出力する。

電圧センサ５２は各蓄電素子１２に並列に接続されている。電圧センサ５２は各蓄電素子１２の端子電圧（以下、単に電圧という）を計測して管理部５５に出力する。
一般に回路が閉じているときの電圧を閉路電圧（ＣＣＶ：Ｃｌｏｓｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）といい、回路が開放されているときの電圧を開路電圧（ＯＣＶ： Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）という。しかしながら、便宜上、以降の説明では蓄電素子１２の充放電電流が微小な基準値より大きいときの電圧のことを閉路電圧（ＣＣＶ）といい、充放電電流が当該基準値以下のときの電圧のことを開路電圧（ＯＣＶ）という。

温度センサ５３はいずれか一つの蓄電素子１２に設けられている。温度センサ５３はその蓄電素子１２の温度を計測して管理部５５に出力する。温度センサ５３は２以上の蓄電素子１２にそれぞれ設けられてもよい。
温度センサ５３は蓄電素子１２に接触していてもよいし、近接していてもよい。ただし、温度センサ５３が蓄電素子１２に接触していないと温度の伝達が遅くなるため、外部の温度の影響を受け易くなり、ケース２２の劣化度の推定精度が悪化する。このため、温度センサ５３は蓄電素子１２に接触していた方が好ましい。

上述した電流、電圧及び温度は蓄電素子を管理するための物理量であって蓄電素子の膨張・収縮によるケース２２の劣化に関係する物理量の一例である。

リレー５４は蓄電素子１２と直列に接続されている。リレー５４は蓄電素子１２を過充電や過放電から保護するためのものであり、管理部５５によって開閉される。詳しくは後述するが、リレー５４はケース開裂を防止するためにも用いられる。

管理部５５はＣＰＵ５５Ｂ、ＲＯＭ５５Ｃ、ＲＡＭ５５Ｄなどが１チップ化されたマイクロコンピュータ５５Ａ（所謂マイコン）、通信部５５Ｅなどを備えている。これらは図２に示す回路基板ユニット４１に実装されている。ＲＯＭ５５Ｃには管理プログラムや各種のデータが記憶されている。管理部５５はＲＯＭ５５Ｃに記憶されている管理プログラムを実行することによって後述する管理処理、推定処理、抑制処理などの各種の処理を実行する。通信部５５ＥはＣＰＵ５５Ｂが自動車２側のシステム（例えばＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と通信するためのインタフェースである。

（３）管理処理、推定処理及び抑制処理
管理部５５によって実行される管理処理、推定処理及び抑制処理について説明する。

（３−１）管理処理
管理処理は、温度センサ５３及び電流センサ５１によって計測された温度及び電流に基づいて蓄電素子１２を管理する処理である。
図７を参照して、温度に基づく管理について説明する。管理部５５は温度センサ５３によって所定時間間隔（時系列）で蓄電素子１２の温度を計測し、計測した温度が正常な範囲内であるか否かを判断する。管理部５５は、温度が正常な範囲内でない場合は所定の処理を実行する。所定の処理は、例えば自動車２側のシステムにアラーム信号を送信する処理や、リレー５４を開いて蓄電素子１２の使用を禁止する処理などである。所定の処理はこれらに限定されるものではなく、適宜に決定できる。

図８を参照して、電流に基づく管理について説明する。ここでは先ず、電流積算法による蓄電素子１２の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の推定について説明する。電流積算法は、電流センサ５１によって蓄電素子１２の充放電電流を所定時間間隔（時系列）で計測することで蓄電素子１２に出入りする電力量を計測し、これを初期容量から加減することでＳＯＣを推定する方法である。

電流積算法は蓄電素子１２の使用中でもＳＯＣを推定できるという利点がある反面、常に電流を計測して充放電電力量を積算するので電流センサ５１の計測誤差が累積して次第に不正確になる可能性がある。このため、電流積算法によって推定したＳＯＣを蓄電素子１２の開放電圧（ＯＣＶ）に基づいてリセットしてもよい。具体的には、ＯＣＶとＳＯＣとの間には比較的精度の良い相関関係がある。このため、ＯＣＶからＳＯＣを推定し、電流積算法によって推定したＳＯＣを、ＯＣＶから推定したＳＯＣでリセットしてもよい。

管理部５５は電流積算法によって蓄電素子１２のＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣが所定の上限値以上である場合又は所定の下限値以下である場合は、リレー５４を開いて蓄電素子１２を過充電や過放電から保護する。

（３−２）推定処理
推定処理は、温度センサ５３及び電流センサ５１によって計測された温度及び電流に基づいてケース２２の劣化度を推定する処理である。
図７を参照して、温度に基づく劣化度の推定について説明する。図７に示すように、蓄電素子１２の温度は時間と伴に変動する。ここでは温度の極小値とその直後の極大値との差の絶対値、及び、温度の極大値とその直後の極小値との差の絶対値のことをそれぞれ温度の変化量という。温度の変化量は前回計測された温度と今回計測された温度との差の絶対値であってもよい。

蓄電素子１２のケース２２は温度が変化すると膨張・収縮するため、温度が変化するとケース２２が劣化する。このため、温度の変化量の積算値が大きいほどケース２２の劣化度が大きくなる。このため、管理部５５は前述した管理処理で計測した温度の変化量を積算することによってケース２２の劣化度を推定する。

ただし、ケース２２が膨張・収縮する量は必ずしも温度の変化量と正比例せず、温度の変化量の増大に伴って指数関数的に大きくなる場合がある。例えば、温度の変化量が１℃のときにケース２２が膨張・収縮する量を仮に０．１ｍｍとした場合、温度の変化量が２℃のときにケース２２が膨張・収縮する量は単純に２倍（＝２℃／１℃）とはならず、０．２２ｍｍなどのように０．１ｍｍを２倍した値より大きくなる。

このため、管理部５５は温度の変化量とケース２２が膨張・収縮する量との関係を反映して劣化度を推定する。具体的には、図９に示すように、ＲＯＭ５５Ｃには温度の変化量と係数とが対応付けられている温度係数テーブルが記憶されている。管理部５５は温度の変化量に当該変化量に応じた係数を乗算し、係数を乗算した変化量を積算する。

図８を参照して、ＳＯＣに基づく劣化度の推定について説明する。図８に示すように、ＳＯＣは時間と伴に変動する。ここではＳＯＣの極小値とその直後の極大値との差の絶対値、及び、ＳＯＣの極大値とその直後の極小値との差の絶対値のことをそれぞれＳＯＣの変化量という。ＳＯＣの変化量は前回推定したＳＯＣと今回推定したＳＯＣとの差の絶対値であってもよい。

蓄電素子１２のケース２２はＳＯＣが変化すると膨張・収縮するため、ＳＯＣが変化するとケース２２が劣化する。このため、ＳＯＣの変化量の積算値が大きいほどケース２２の劣化度が大きくなる。このため、管理部５５は前述した管理処理で推定したＳＯＣの変化量を積算することによってケース２２の劣化度を推定する。

ただし、温度の場合と同様にケース２２が膨張・収縮する量は必ずしもＳＯＣの変化量と正比例せず、ＳＯＣの変化量の増大に伴って指数関数的に大きくなる場合がある。このため、ＲＯＭ５５ＣにはＳＯＣの変化量と係数とが対応付けられているＳＯＣ係数テーブル（図示せず）が記憶されている。管理部５５はＳＯＣの変化量に当該変化量に応じた係数を乗算し、係数を乗算した変化量を積算する。

管理部５５は温度に基づいて推定した劣化度とＳＯＣに基づいて推定した劣化度とを加算することによって蓄電素子１２の劣化度を推定する。ただし、温度とＳＯＣとでは単位が異なるのでそのままでは加算できない。このため、管理部５５は温度に基づいて推定した劣化度とＳＯＣに基づいて推定した劣化度とを重み付け加算する。

例えば、温度の変化量が１℃のときにケース２２が膨張・収縮する量が０．１ｍｍであり、ＳＯＣの変化量が１０％のときにケース２２が膨張・収縮する量が０．１ｍｍであるとする。この場合、ケース２２の劣化度で見ると、１℃の温度変化は１０％のＳＯＣ変化に相当する。このため、以下の式１に示すように、管理部５５は温度に基づいて推定した劣化度を１０倍して加算する。１０倍は一例であり、温度とＳＯＣとの重み付けは適宜に決定できる。

劣化度＝温度に基づいて推定した劣化度×１０＋ＳＯＣに基づいて推定した劣化度 ・・・ 式１

（３−３）抑制処理
図１０を参照して、抑制処理について説明する。図１０において過剰設計値は従来のケースにおいてケース開裂が起きる劣化度を示しており、適正設計値はケース２２においてケース開裂が起きる劣化度を示している。

抑制処理は、推定処理で推定した劣化度が所定の条件を満たした場合に蓄電素子１２の使用を抑制する処理である。ここでは所定の条件として「劣化度がアラーム閾値以上であること」を例に説明する。アラーム閾値は第７の閾値の一例である。
具体的には、管理部５５は、推定処理によって劣化度を推定する毎に、推定した劣化度がアラーム閾値以上であるか否かを判断する。劣化度がアラーム閾値以上である場合は、管理部５５は劣化度が使用禁止閾値（第８の閾値の一例）以上であるか否かを判断する。使用禁止閾値はアラーム閾値より大きく、適正設計値より小さい値である。

管理部５５は、劣化度が使用禁止閾値未満の場合（すなわちアラーム閾値以上、且つ、使用禁止閾値未満の場合）は自動車２側のシステムにアラーム信号を送信する。アラーム信号を送信すると、システムが蓄電素子１２の使用を抑制することにより、蓄電素子１２の使用が抑制される。これに対し、劣化度が使用禁止閾値以上の場合は、管理部５５はリレー５４を開くことによって蓄電素子１２の使用を禁止する。これによりケース開裂が防止される。

（４）実施形態の効果
ＢＭＳ５０によると、蓄電素子１２を管理するための物理量（温度及び電流）を計測する計測部（温度センサ５３及び電流センサ５１）によって計測した物理量に基づいてケース２２の劣化度を推定するので、歪ゲージのようなケース２２の劣化度を推定するための専用の部品を別途備えなくてよい。言い換えると、ＢＭＳ５０によると、蓄電素子１２を管理するために備えている計測部をケース２２の劣化度の推定に流用するので、ＢＭＳ５０の部品点数の増加を抑制しつつケース２２の劣化度を推定できる。

ＢＭＳ５０によると、劣化度は温度の変化量の積算値であるので、蓄電素子１２を管理するための温度を計測する計測部（温度センサ５３）によって計測した温度に基づいてケース２２の劣化度を推定できる。このため、ＢＭＳ５０の部品点数の増加を抑制しつつケース２２の劣化度を推定できる。

ＢＭＳ５０によると、劣化度はＳＯＣの変化量の積算値であるので、蓄電素子１２を管理するために推定したＳＯＣに基づいてケース２２の劣化度を推定できる。このため、ＢＭＳ５０の部品点数の増加を抑制しつつケース２２の劣化度を推定できる。

ＢＭＳ５０によると、温度の変化量やＳＯＣの変化量に当該変化量の大きさに応じた係数を乗算して積算するので、それらの変化量とケース２２が膨張・収縮する量との関係を反映して劣化度を推定できる。このため、それらの変化量とケース２２が膨張・収縮する量との関係を反映しない場合に比べてケース２２の劣化度を精度よく推定できる。

ＢＭＳ５０によると、互いに異なる複数の物理量（温度及び電流）に基づいてケース２２の劣化度を推定するので、一つの物理量だけを用いて推定する場合に比べてケース２２の劣化度を精度よく推定できる。その場合に、ＢＭＳ５０によると、各物理量に基づいて個別に推定された劣化度を重み付け加算するので、それらの劣化度を単純に加算する場合に比べて劣化度を適切に推定できる。

ＢＭＳ５０によると、ケース２２の劣化度が所定の条件を満たした場合は蓄電素子１２の使用を抑制するので、ケース設計の安全率を過剰に高くしなくてもケース開裂が起きる可能性を低減できる。このため蓄電素子１２の重量やコストを低減できる。
具体的には、従来はケース開裂が起きる劣化度の設計値が過剰（図１０に示す過剰設計値）になっていた。これに対し、ＢＭＳ５０によると、ケース２２の劣化度が所定の条件を満たした場合は蓄電素子１２の使用を抑制するので、ケース開裂が起きる劣化度の設計値を従来に比べて小さくすることができる（図１０に示す適正設計値）。このため蓄電素子１２の重量やコストを低減できる。

ＢＭＳ５０によると、ケース２２の劣化度がアラーム閾値以上且つ使用禁止閾値未満の場合は自動車２側のシステムにアラーム信号を送信するので、システムが蓄電素子１２の使用を抑制することにより、蓄電素子１２の使用を抑制できる。これにより、ケース開裂が起きる可能性を低減できる。この時点では蓄電素子１２の使用が禁止されないので、システムは引き続き蓄電素子１２を使用できる。これに対し、劣化度が使用禁止閾値以上の場合は蓄電素子１２の使用を禁止するので、ケース開裂を防止できる。

＜実施形態２＞
実施形態２は実施形態１の変形例である。前述した実施形態１では電流に基づいてＳＯＣを推定するが、実施形態２では開放電圧（ＯＣＶ）に基づいてＳＯＣを推定する。
具体的には、前述したようにＯＣＶとＳＯＣとの間には比較的精度の良い相関関係がある。このため、実施形態２では蓄電素子１２のＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を表すデータがＲＯＭ５５Ｃに記憶されている。管理部５５はＯＣＶを計測し、計測したＯＣＶに対応するＳＯＣを当該データから特定することによってＳＯＣを推定する。

実施形態２に係るＢＭＳ５０によると、劣化度はＳＯＣの変化量の積算値であるので、蓄電素子１２を管理するために推定したＳＯＣに基づいてケース２２の劣化度を推定できる。このため、ＢＭＳ５０の部品点数の増加を抑制しつつケース２２の劣化度を推定できる。

＜実施形態３＞
実施形態３は実施形態１又は実施形態２の変形例である。ケース２２の劣化には蓄電素子１２の使用が開始された時からの経過時間も影響する。このため、実施形態３では温度や電流などの物理量と、蓄電素子１２の使用が開始された時からの経過時間とに基づいて劣化度を推定する。

具体的には、管理部５５は、温度やＳＯＣから推定した劣化度を重み付け加算するとき、蓄電素子１２の使用が開始された時からの経過時間も重み付け加算する。

実施形態３に係るＢＭＳ５０によると、ケース２２の劣化度に蓄電素子１２の使用が開始された時からの経過時間が反映されるので、経過時間を反映しない場合に比べて劣化度をより精度よく推定できる。

＜他の実施形態＞
本明細書によって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、例えば次のような実施形態も本明細書によって開示される技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では複数の物理量（温度、電流及び電圧）に基づいてケース２２の劣化度を推定する場合を例に説明したが、一つの物理量だけに基づいて劣化度を推定してもよい。

（２）上記実施形態では電流や電圧に基づいて推定したＳＯＣに基づいてケース２２の劣化度を推定する場合を例に説明したが、電流や電圧自体に基づいて劣化度を推定してもよい。
例えば、過電流が流れるとケース２２が膨張するので、計測された電流が所定値（第４の閾値の一例）以上である状態が継続した時間を重み付け加算してもよい。このようにすると過電流によるケース２２の劣化が劣化度に反映されるので、ケース２２の劣化度をより精度よく推定できる。
過電圧についても同様であり、計測された電圧（ＣＣＶあるいはＯＣＶ）が所定値（第５の閾値の一例）以上である状態が継続した時間を重み付け加算してもよい。

（３）温度が所定値（第３の閾値の一例）以上の状態が継続した時間、あるいはＳＯＣが所定値（第６の閾値の一例）以上の状態が継続した時間を考慮して劣化度を推定してもよい。
例えば、温度が高い状態が継続することもある。その状態のときは温度の変化量は小さいが、ケース２２が膨張した状態が継続することによってケース２２に応力が作用し続けるので、ケース２２が劣化し易くなる。このため、温度が所定値以上の状態が継続した時間を重み付け加算してもよい。このようにすると温度が所定値以上の状態が継続した場合のケース２２の劣化を劣化度に反映できるので、ケース２２の劣化度をより精度よく推定できる。ＳＯＣについても同様である。

（４）上記実施形態では温度に基づいて劣化度を推定する例として蓄電素子１２の温度の変化量の積算値を例に説明したが、温度に基づく劣化度の推定はこれに限られない。例えば、ケース２２の劣化度は蓄電素子１２の温度が８０℃（第１の閾値の一例）以上になった回数や０℃（第２の閾値の一例）以下になった回数が多いほど大きくなる。このため、劣化度は蓄電素子１２の温度が８０℃以上になった回数と０℃以下になった回数との合計値であってもよい。

（５）上記実施形態では、蓄電素子１２の使用を抑制する抑制処理として、劣化度がアラーム閾値以上且つ使用禁止閾値未満の場合は自動車２側のシステムにアラーム信号を送信し、劣化度が使用禁止閾値以上の場合は蓄電素子１２の使用を禁止する場合を例に説明した。しかしながら、抑制処理はこれに限られない。

例えば、抑制処理はアラーム信号を送信する処理、及び、蓄電素子１２の使用を禁止する処理のいずれか一方でもよい。

抑制処理は劣化度に応じてＳＯＣの使用範囲を制限する処理でもよい。例えば、ＳＯＣの使用範囲が０％〜１００％である場合に、劣化度が閾値以上のときはＳＯＣの使用範囲を３０％〜７０％に制限するようシステムに通知してもよい。

抑制処理は劣化度に応じて電流範囲を制限する処理でもよい。例えば、使用可能な電流範囲が−１０００Ａ〜３００Ａである場合に、劣化度が閾値以上のときは電流範囲を−５００Ａ〜２００Ａに制限するようシステムに通知してもよい。

抑制処理は劣化度に応じて閉路電圧（ＣＣＶ）の最大電圧を制限する処理でもよい。例えば、最大電圧が１４．０Ｖである場合に、劣化度が閾値以上のときは最大電圧を１３．５Ｖに制限するようシステムに通知してもよい。

抑制処理は劣化度に応じて最低電圧を制限する処理でもよい。例えば、最低電圧が１０．０Ｖである場合に、劣化度が閾値以上のときは最低電圧を１１．０Ｖに制限するようシステムに通知してもよい。

自動車２が蓄電素子１２を冷却する冷却機能を有している場合は、抑制処理は劣化度に応じて温度を制限する処理でもよい。例えば、使用可能な温度範囲が−４０℃〜６５℃である場合に、劣化度が閾値以上のときは蓄電素子１２の温度を−３０℃〜５５℃に維持するようシステムに通知してもよい。

抑制処理は蓄電素子１２の交換を促すメッセージ信号をシステムに送信する処理でもよい。例えば、「１週間以内に自動車２のディーラーで蓄電素子１２を交換して下さい」というメッセージ信号をシステムに送信してもよい。

（６）上記実施形態では所定の条件として「劣化度がアラーム閾値以上であること」を例に説明したが、所定の条件はこれに限られない。例えば、劣化していないケース２２の劣化度を１００とし、温度やＳＯＣが変化する毎にその変化量を劣化度から減算してもよい。そして、劣化度が閾値（例えば１０）以下になった場合に抑制処理を実行してもよい。この場合、所定の条件は「劣化度が閾値以下であること」になる。

（７）上記実施形態では自動車２のエンジンを始動するための始動用の蓄電素子１２を例に説明したが、蓄電素子１２の用途は始動用に限定されない。

例えば、蓄電素子１２は電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されて補機類（ヘッドライト、エアコン、オーディオ、ドアのロック機構など）に電力を供給する補機用であってもよい。一般に補機用は始動用に比べてＳＯＣの変化が小さいが、温度は始動用と同様に変化するので、主に温度に基づいて劣化度を推定できる。

蓄電装置１は自動車に搭載されるものに限定されない。例えば、蓄電装置１は電気モータで走行するフォークリフトや無人搬送車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに搭載されて電気モータに電力を供給する移動体用であってもよい。一般に移動体用はＳＯＣが０％〜１００％の範囲で大きく変化するので、温度やＳＯＣに基づいてケース２２の劣化度を推定できる。

蓄電素子１２は屋外に設置される無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）に設けられるＵＰＳ用であってもよい。一般にＵＰＳはＳＯＣがほぼ１００％に維持される上、屋内に設置されるＵＰＳの場合は温度変化も小さいのでケース２２の劣化は小さい。これに対し、屋外に設置されるＵＰＳは、ＳＯＣの変化は小さいが、温度変化は大きいので、主に温度に基づいて劣化度を推定できる。

（８）上記実施形態では蓄電素子としてリチウムイオン電池を例に説明したが、蓄電素子はこれに限られない。例えば蓄電素子は電気化学反応を伴うキャパシタであってもよい。

１２…蓄電素子、２２…ケース、２３…電極体、５０…ＢＭＳ（管理装置の一例）、５１…電流センサ（計測部の一例）、５２…電圧センサ（計測部の一例）、５３…温度センサ（計測部の一例）、５５…管理部

Claims (16)

1. 電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理装置であって、
   前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部と、
   管理部と、
   を備え、
   前記管理部は、
   前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理処理と、
   前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定処理と、
   を実行する、管理装置。
2. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記物理量は前記蓄電素子の温度であり、
   前記劣化度は、前記蓄電素子の温度が第１の閾値以上になった回数と、前記第１の閾値より低い第２の閾値以下になった回数との合計値である、管理装置。
3. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記物理量は前記蓄電素子の温度であり、
   前記劣化度は前記蓄電素子の温度の変化量の積算値である、管理装置。
4. 請求項３に記載の管理装置であって、
   前記劣化度は、前記蓄電素子の温度の変化量の積算値に、温度が第３の閾値以上の状態が継続した時間を重み付け加算したものである、管理装置。
5. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記物理量は前記蓄電素子の電流であり、
   前記管理部は、前記管理処理において、前記計測部によって計測された電流に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定し、
   前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値である、管理装置。
6. 請求項５に記載の管理装置であって、
   前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記計測部によって計測された電流が第４の閾値以上である状態が継続した時間を重み付け加算したものである、管理装置。
7. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記物理量は前記蓄電素子の電圧であり、
   前記管理部は、前記管理処理において、前記計測部によって計測された電圧に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定し、
   前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値である、管理装置。
8. 請求項７に記載の管理装置であって、
   前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記計測部によって計測された電圧が第５の閾値以上である状態が継続した時間を重み付け加算したものである、管理装置。
9. 請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の管理装置であって、
   前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記充電状態が第６の閾値以上の状態が継続した時間を重み付け加算したものである、管理装置。
10. 請求項３乃至請求項９のいずれか一項に記載の管理装置であって、
    前記管理部は、前記推定処理において、前記変化量に当該変化量の大きさに応じた係数を乗算して積算する、管理装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の管理装置であって、
    互いに異なる前記物理量を計測する複数の前記計測部を有し、
    前記劣化度は、各前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて個別に推定した劣化度を重み付け加算したものである、管理装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の管理装置であって、
    前記管理部は、前記推定処理において、前記物理量と前記蓄電素子の使用が開始された時からの経過時間とに基づいて前記劣化度を推定する、管理装置。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の管理装置であって、
    前記管理部は、前記推定処理で推定した前記劣化度が所定の条件を満たした場合は、前記蓄電素子の使用を抑制する抑制処理を実行する、管理装置。
14. 請求項１３に記載の管理装置であって、
    前記所定の条件は前記劣化度が第７の閾値以上であることであり、
    前記抑制処理は、前記劣化度が前記第７の閾値以上且つ第８の閾値未満の場合は外部に警告を発し、前記劣化度が前記第８の閾値以上の場合は前記蓄電素子の使用を禁止する処理である、管理装置。
15. 電極体が収容されているケースを有する蓄電素子と、
    請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の管理装置と、
    を備える蓄電装置。
16. 電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理方法であって、
    前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理ステップと、
    前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定ステップと、
    を含む、管理方法。

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