JP4298967B2 - 二次電池の劣化判定装置およびこれを備える車両並びにプログラム、劣化判定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法に関し、詳しくは、負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定装置、およびこれを搭載する車両、並びに二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段とが電気的に接続されたコンピュータを負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させるプログラム、負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の二次電池の劣化判定装置としては、二次電池の端子間電圧に基づいて二次電池の劣化を判定するものが提案されている（例えば、特開２０００−３２９８３４号公報など）。この装置では、二次電池に対して一定の（規則的な）電流パルスを入出力し、その際の二次電池の端子間電圧の変化が予め設定された許容範囲を外れているときに、二次電池が劣化していると判定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした二次電池の劣化判定装置では、一定の電流パルスを二次電池に入出力する必要があるから、不規則的に充放電が行なわれる二次電池を備える車両などのシステムで上記手法により二次電池の劣化を正確に判定することは極めて困難である。
【０００４】
本発明の二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法は、こうした問題を解決し、不規則的に充放電を行なわれる二次電池の劣化の判定をより正確に行なうことを目的の一つとする。また、本発明の二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法は、二次電池の温度や残容量の状態に拘わらずより正確に二次電池の劣化を判定することを目的の一つとする。更に、本発明の二次電池の劣化判定装置は、二次電池の劣化の程度を判定することを目的の一つとする。また、本発明の二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法は、二次電池の劣化判定の結果を出力することを目的の一つとする。
【０００５】
また、本発明の二次電池の劣化判定装置を備える車両は、不規則的に充放電が行なわれる二次電池の劣化の判定をより正確に行なう車両を提供することを目的の一つとする。また、本発明のプログラムは、コンピュータを二次電池の劣化を判定する上記の劣化判定装置として機能させることを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の二次電池の劣化判定装置およびこれを備える車両並びにプログラム、劣化判定方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の第１の二次電池の劣化判定装置は、
負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定装置であって、
前記二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手段と、
前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の第１の二次電池の劣化判定装置では、負荷履歴推定手段が、電流検出手段により検出された二次電池を流れる電流に基づいて二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定し、劣化判定手段が、電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに電圧検出手段により検出された二次電池の端子間の電圧に基づいて二次電池の劣化を判定する。充放電の繰り返しにより二次電池が劣化すると、それだけ二次電池の内部直流抵抗が増大したり分極が増大したりして、充電時には二次電池の端子間の電圧がより上昇し放電時には二次電池の端子間の電圧がより下降することが知られている。このうち内部直流抵抗による電圧は、二次電池を流れる電流が零となったときには内部直流抵抗により上昇あるいは下降していた電圧が直ちに零となり無視できる。一方、分極による二次電池の電圧は、二次電池を流れる電流が零となっても分極の進行により上昇あるいは下降していた電圧は直ちに零とはならずに時間の経過と共に徐々に回復していく。こうした分極による電圧は、それまでの分極の進行の程度、即ちそれまでに二次電池を流れていた電流に起因する二次電池の負荷の履歴に強く影響される。したがって、負荷の履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに限って二次電池を流れる電流が略零となったときの端子間電圧に基づいて二次電池の劣化を判定することにより、不規則的に充放電を行なう二次電池に対してもより正確な劣化判定を行なうことができる。
【０００９】
こうした本発明の第１の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は、前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から所定の変化量を超える変化を伴って略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より正確に二次電池の劣化を判定することができる。
【００１０】
また、本発明の第１の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は、前記電流検出手段により検出された電流が充電状態から略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧と、前記電流検出手段により検出された電流が放電状態から略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧との偏差としての電圧差に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。
【００１１】
本発明の第２の二次電池の劣化判定装置は、
負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定装置であって、
前記二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手段と、
前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とを対データとして複数記憶する対データ記憶手段と、
該複数記憶された対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手段と
を備えることを要旨とする。
【００１２】
この本発明の第２の二次電池の劣化判定装置では、負荷履歴推定手段が、電流検出手段により検出された二次電池を流れる電流に基づいて二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定し、対データ記憶手段が、負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに電流検出手段により検出された電流と電圧検出手段により検出された二次電池の端子間の電圧とを対データとして複数記憶する。そして、劣化判定手段が、対データ記憶手段により記憶された複数の対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、算出された電圧に基づいて二次電池の劣化を判定する。このように、ほぼ同時に検出された電流と電圧とからなる複数の対データから電流が略零のときの電圧を算出することができるから、二次電池の負荷の履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに上記のように算出された電流が略ゼロのときの電圧に基づいて二次電池の劣化を判定することができ、本発明の第１の二次電池の劣化判定装置と同様に不規則的に充放電が行なわれる二次電池に対してもより正確な判定を行なうことができる。
【００１３】
こうした本発明の第２の二次電池の劣化判定装置において、前記対データ記憶手段は、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の充電履歴とみなせる範囲内にあるときに前記検出された電流と電圧とを対データとして複数記憶すると共に、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の放電履歴とみなせる範囲内にあるときに前記検出された電流と電圧とを対データとして複数記憶する手段であり、前記劣化判定手段は、前記負荷履歴が前記所定の充電履歴とみなされたときの複数の対データから前記算出された電圧と、前記負荷履歴が所定の放電履歴とみなされたときの複数の対データから前記算出された電圧との偏差としての電圧差に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記負荷履歴推定手段は、前記電流検出手段により検出された電流の時間積分値であって、時間の経過と共に減少する値を前記負荷履歴として推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、二次電池に対する負荷の履歴をより適切に推定できるから、適切に推定された負荷履歴に基づいてより正確に二次電池の劣化を判定することができる。
【００１５】
また、本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記二次電池の温度を検出する電池温度検出手段を備え、前記劣化判定手段は、該検出された二次電池の温度に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、二次電池の温度に拘わらずより正確に二次電池の劣化を判定することができる。
【００１６】
さらに、本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、前記劣化判定手段は、該検出された二次電池の残容量に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、二次電池の残容量に拘わらずより正確に二次電池の劣化を判定を行なうことができる。
【００１７】
電圧差に基づいて二次電池の劣化を判定する態様の本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は、前記電圧差が所定の閾値を超えるときに前記二次電池が劣化したと判定する手段であるものとすることもできる。
【００１８】
また、電圧差に基づいて二次電池の劣化を判定する態様の本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は、前記電圧差が大きくなるほど前記二次電池の劣化の程度が大きいと判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電圧差の大きさに応じて二次電池の劣化の進行具合も判定することができる。
【００１９】
また、本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段による判定結果を出力する判定結果出力手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、装置のオペレータ等は、二次電池の交換の適切なタイミングを知ることができる。
【００２０】
本発明の車両は、
上記各態様の本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置を備えることを要旨とする。
【００２１】
本発明の第１のプログラムは、
二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段とが電気的に接続されたコンピュータを、負荷との間で電力をやり取りする前記二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させるプログラムであって、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手順と、
前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記負荷履歴推定手順により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手順と
を備えることを要旨とする。
【００２２】
この本発明の第１のプログラムでは、負荷履歴推定手順が、電流検出手段により検出された二次電池を流れる電流に基づいて二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定し、劣化判定手順が、電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって負荷履歴推定手順により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに電圧検出手段により検出された二次電池の端子間の電圧に基づいて二次電池の劣化を判定する。これにより、電流検出手段と電圧検出手段とが電気的に接続されたコンピュータを、二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させることができる。
【００２３】
本発明の第２のプログラムは、
二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段とが電気的に接続されると共に所定のデータを記憶する記憶手段を備えるコンピュータを、負荷との間で電力をやり取りする前記二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させるプログラムであって、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手順と、
前記負荷履歴推定手順により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とを対データとして前記記憶手段に複数記憶し、該記憶された複数の対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手順と
を備えることを要旨とする。
【００２４】
この本発明の第２のプログラムでは、負荷履歴推定手順が、電流検出手段により検出された二次電池を流れる電流に基づいて二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに電流検出手段により検出された電流と電圧検出手段により検出された二次電池の端子間の電圧とを対データとして複数記憶させ、この記憶された対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、この演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、この算出された電圧に基づいて二次電池の劣化を判定する。これにより、電流検出手段と電圧検出手段とが電気的に接続されると共に記憶手段を備えるコンピュータを、二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させることができる。
【００２５】
本発明の第１の二次電池の劣化判定方法は、
負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定方法であって、
（ａ）前記二次電池を流れる電流を検出するステップと、
（ｂ）前記二次電池の端子間の電圧を検出するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ａ）により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記ステップ（ｃ）により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに、前記ステップ（ｂ）により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定するステップと
を備えることを要旨とする。
【００２６】
この本発明の第１の二次電池の劣化判定方法によれば、不規則的に充放電を行なわれる二次電池についてもより正確な判定を行なうことができるのである。
【００２７】
本発明の第２の二次電池の劣化判定方法は、
負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定方法であって、
（ａ）前記二次電池を流れる電流を検出するステップと、
（ｂ）前記二次電池の端子間の電圧を検出するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定するステップと、
（ｄ）前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記ステップ（ａ）により検出された電流と前記ステップ（ｂ）により検出された電圧とを対データとして複数記憶するステップと、
（ｅ）該複数記憶された対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定するステップと
を備えることを要旨とする。
【００２８】
この本発明の第２の二次電池の劣化判定方法によれば、不規則的に充放電を行なわれる二次電池についてもより正確な判定を行なうことができるのである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である二次電池の劣化判定装置２０を備える車両１０の構成の概略を示す構成図である。説明の都合上まず実施例の車両１０について説明し、その後、車両１０が備える実施例の二次電池の劣化判定装置２０について説明する。実施例の車両１０は、エンジン４０と、エンジン４０のクランクシャフト４１に接続されたプラネタリギヤ４２と、プラネタリギヤ４２に接続されたモータＭＧ１と、同じくプラネタリギヤ４２にベルト４８などを介して接続されたモータＭＧ２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット３０とを備えるハイブリッド車両として構成されている。エンジン４０は、ガソリンなどの燃料により駆動する内燃機関として構成されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、共に電動機として駆動できると共に発電機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、それぞれインバータ５２，５４を介して二次電池５０との間で電力のやり取りができるようになっている。プラネタリギヤ４２は、車輪４６にディファレンシャルギヤを介して接続された駆動軸４４とエンジン４０のクランクシャフト４１とモータＭＧ１の回転軸４３とがそれぞれ連結された３つの回転軸を有し、３つの回転軸のうちいずれか２つの回転軸の回転数が決まると残りの１つの回転軸の回転数が決定する遊星歯車機構である。したがって、エンジン４０からの動力の一部を受けてモータＭＧ１により発電すると共に残余の動力を駆動軸４４に出力したり、モータＭＧ１を駆動してモータＭＧ１からの動力とエンジン４０からの動力とを統合して駆動軸４４に出力したりすることができる。また、駆動軸４４にはギヤ４７，ベルト４８，ギヤ４９を介してモータＭＧ２の回転軸４５が接続されているから、モータＭＧ２からの動力を駆動軸４４に出力したり、駆動軸４４に入力される動力を受けて発電したりすることができる。
【００３０】
実施例の劣化判定装置２０は、こうした実施例の車両１０のモータＭＧ１，ＭＧ２との間で電力をやり取りする二次電池５０の劣化を判定する装置として構成されており、二次電池５０の状態を検出する各種センサとして、二次電池５０を流れる電流を検出する電流センサ２２や二次電池５０の端子間の電圧を検出する電圧センサ２４，二次電池５０の温度を検出する温度センサ２６と、各種センサによる検出結果を用いて演算により二次電池５０の劣化を判定する前述の電子制御ユニット３０と、二次電池５０の劣化を警告表示する警告表示灯としてのＬＥＤ５８とを備える。
【００３１】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ３２の他に処理プログラムを記憶したＲＯＭ３４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ３６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。実施例の車両１０を運転制御するための各種信号として、この電子制御ユニット３０には、シフトレバー６１のポジションを検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰやアクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセルペダルポジションＡＰ、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車両１０の走行速度を検出する車速センサ５６からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット３０からは、エンジン４０への制御信号やインバータ５２，５４へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、二次電池５０の劣化を判定するための各種信号として、電子制御ユニット３０には、電流センサ２２からの二次電池５０の充放電電流Ｉ（なお、充放電電流Ｉは二次電池５０の充電側の電流を正とする）や電圧センサ２４からの二次電池５０の端子間電圧Ｖ、温度センサ２６からの二次電池５０の電池温度ＢＴなどが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット３０からは、ＬＥＤ５８への点灯信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット３０は、電流センサ２２により検出された充放電電流Ｉの積算値などから二次電池５０の残容量ＳＯＣの演算も行なっている。
【００３２】
実施例の車両１０では、電子制御ユニット３０により、アクセルペダルポジションセンサ６４により検出されたアクセルペダルポジションＡＰや車速センサ５６により検出された車速Ｖに応じて駆動軸４４に要求される動力を決定し、この決定された要求動力に見合う動力が駆動軸４４に出力されるようエンジン４０やモータＭＧ１，ＭＧ２（インバータ５２，５４）を運転制御している。
【００３３】
次に、実施例の二次電池の劣化判定装置２０の動作について説明する。図２は、実施例の二次電池の劣化判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される電池劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、０．１ｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００３４】
電池劣化判定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、温度センサ２６により検出された電池温度ＢＴや、電流センサ２２により検出された充放電電流Ｉの積算値などに基づいて演算した二次電池５０の残容量ＳＯＣを入力する処理を行ない（ステップＳ１００）、入力した電池温度ＢＴが所定の適正温度範囲内（例えば、２０〜４０℃の範囲内）にあるか否か、また残容量ＳＯＣが所定の適正残容量範囲内（例えば、５０〜７０％の範囲内）にあるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。温度ＢＴが所定範囲内にないと判定されたり、残容量ＳＯＣが所定範囲内にないと判定されたときには、二次電池５０の劣化を判定するのには不適当と判断して何もせずに本ルーチンを終了する。
【００３５】
電池温度ＢＴが所定範囲内にあり、かつ残容量ＳＯＣが所定範囲内にあると判定されたときには、電流センサ２２により検出された充放電電流Ｉと電圧センサ２４により検出された端子間電圧Ｖとを入力し（ステップＳ１０４）、入力した充放電電流Ｉが略ゼロ（例えば、充放電電流Ｉがゼロであるとみなせる±３Ａの範囲内）であるか否か、また充放電電流Ｉの変化量（前回のルーチンで読み込まれた充放電電流に対する変化量（Ｉ−前回Ｉ））が所定の閾値Ｉｒｅｆを超えるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。充放電電流Ｉが略ゼロでないと判定されたり、充放電電流Ｉの変化量が閾値Ｉｒｅｆ以下であると判定されたときには、二次電池５０の劣化を判定するのには不適当と判断して本ルーチンを終了する。なお、充放電電流Ｉが略ゼロであるか否かを判定するのは、二次電池５０の内部直流抵抗に起因する電圧が端子間電圧Ｖに含まれるのを防止するためである。また、充放電電流Ｉの変化量が閾値Ｉｒｅｆを超えるか否かを判定するのは、後述する分極電圧のデータを複数設定する際に、それぞれに対応する充放電電流Ｉおよび端子間電圧Ｖのデータが時間的に隣接する同様のデータとなるのを防止するためである。
【００３６】
充放電電流Ｉが略ゼロであり、かつ充放電電流Ｉの変化量（Ｉ−前回Ｉ）が閾値Ｉｒｅｆを超えると判定されたときには、充放電電流Ｉに基づいて二次電池５０に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴Ｐを例えば次式（１）を用いて算出すると共に（ステップＳ１０８）、算出された負荷履歴Ｐがある特定の履歴（特定の値）とみなせるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。式（１）において、前回Ｐは、前回のルーチンで算出された負荷履歴Ｐである。また、τは充電の状態または放電の状態から充放電電流Ｉがゼロになったときにそれまでに進行していた分極による電圧が回復するまでの時間の目安としての時定数であり、実施例では、使用する電池の特性に合わせて、充電の状態から充放電電流Ｉがゼロになった場合たとえば前回のルーチンで入力された充放電電流Ｉが正の場合には１５ｓｅｃとし、放電の状態から充放電電流Ｉがゼロになった場合たとえば前回のルーチンで入力された充放電電流が負の場合には３０ｓｅｃとした。また、Δｔは、本ルーチンの実行時間間隔であり、実施例では前述のように０．１ｓｅｃとした。
【数１】
Ｐ＝前回Ｐ−前回Ｐ／τ＋Ｉ・Δｔ （１）
【００３７】
式（１）に示すように、負荷履歴Ｐは、基本的には充放電電流Ｉの時間積分値であるが、その時間積分値は時間の経過と共に１／τを乗じた値ずつ減少する（値ゼロに近づく）ものとして規定されている。これは、分極により二次電池５０の端子間に生じる電圧は、それまでに流れていた二次電池５０の充放電電流の大きさや充放電時間に強く影響を受けるが、時間の経過と共にその影響力も徐々に弱くなっていくことに基づいている。このように負荷履歴Ｐは、分極により二次電池５０の端子間に生じる電圧に与える影響力の程度をあらわす指標としてみることができる。一方で、充電または放電の状態から充放電電流Ｉがゼロとなったときの端子間電圧Ｖ（以下、分極電圧という）の絶対値は、二次電池５０の劣化が進むほど大きくなることが知られている。したがって、負荷履歴Ｐとして統一の基準の履歴を設定して分極電圧に与える影響力を統一化することにより、同一の影響力のもとで検出された分極電圧は、二次電池５０の劣化の程度を直接反映することになるから、このときの分極電圧に基づいて二次電池５０の劣化を判定することができるのである。
【００３８】
ステップＳ１１０の判定の結果、負荷履歴Ｐが統一した充電側の基準履歴としての特定の充電履歴をしめす値とみなせると判定、例えば、時定数τを前述のように前回のルーチンの充放電電流Ｉが正のときに１５ｓｅｃとし前回のルーチンの充放電電流Ｉが負のときに３０ｓｅｃとしたときの負荷履歴Ｐが１９０〜２００の範囲内であると判定されたときにはステップＳ１０４で入力された二次電池５０の端子間電圧Ｖを充電側で進行した分極電圧ＶｃとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶し（ステップＳ１１２）、負荷履歴Ｐが統一した放電側の基準履歴としての特定の放電履歴をしめす値とみなせると判定、例えば、時定数τを上記条件としたときの負荷履歴Ｐが−１７０〜−１６０の範囲内であると判定されたときにはステップ１０４で入力された二次電池５０の端子間電圧Ｖを放電側で進行した分極電圧ＶｄとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶し（ステップＳ１１４）、負荷履歴Ｐは上記いずれの履歴もしめさないと判定されたときには何もせずに本ルーチンを終了する。
【００３９】
こうして分極電圧Ｖｃ，Ｖｄが記憶されると、分極電圧Ｖｃおよび分極電圧ＶｄがそれぞれＲＡＭ３６の所定領域に所定数（例えば、１０個）以上ずつ記憶されているか否かを判定し（ステップＳ１１６）、所定数以上ずつ記憶されていないと判定されたときには、二次電池５０の劣化を判定するための分極電圧Ｖｃ，Ｖｄのデータ数が足りないと判断して本ルーチンを終了し、所定数以上ずつ記憶されていると判定されたときには、複数記憶されている分極電圧Ｖｃ，Ｖｄのそれぞれの平均値Ｖｃａｖｅ，Ｖｄａｖｅを算出すると共に平均値Ｖｃａｖｅ，Ｖｄａｖｅの偏差としての電圧差ΔＶ（＝Ｖｃａｖｅ−Ｖｄａｖｅ）を計算する（ステップＳ１１８）。
【００４０】
電圧差ΔＶが計算されると、ステップＳ１００で入力された電池温度ＢＴと残容量ＳＯＣに基づいて計算された電圧差ΔＶを修正する処理を行なう（ステップＳ１２０）。この処理は、分極電圧Ｖｃ，Ｖｄ（実施例では平均値Ｖｃａｖｅ，Ｖｄａｖｅ）の偏差である電圧差ΔＶが上記充放電電流Ｉだけでなく電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣの影響も受けるため、これらの影響を除去するための処理である。実施例では、電池温度ＢＴと、電池温度ＢＴが電圧差ΔＶに与える影響を除去するための温度修正係数Ｋｔとの関係、および、残容量ＳＯＣと、残容量ＳＯＣが電圧差ΔＶに与える影響を除去するための残容量修正係数Ｋｓとの関係をそれぞれ求めてマップとしてＲＯＭ３４に記憶しておき、電池温度ＢＴと残容量ＳＯＣが与えられると各マップから対応する温度修正係数Ｋｔと残容量修正係数Ｋｓが導出されるものとし、電圧差ΔＶに導出された各係数を乗算（ΔＶ×Ｋｔ×Ｋｓ）することにより電圧差ΔＶの修正を行なうものとした。このマップの一例を図３および図４に示す。
【００４１】
電圧差ΔＶが修正されると、この修正された電圧差ΔＶが二次電池５０の劣化を判定するための閾値Ｖｒｅｆ（例えば、新品時の電圧差の１．５倍の値）を超えているか否かを判定し（ステップＳ１２２）、電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えていると判定されたときには、二次電池５０は劣化していると判断して、二次電池５０の交換を促す警告表示としてのＬＥＤ５８を点灯させて（ステップ１２４）、本ルーチンを終了する。なお、電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆ以下であると判定されたときには、二次電池５０は劣化していないと判断して、何もせずに本ルーチンを終了する。
【００４２】
図５は、新品時の二次電池における電流と電圧の分布と、劣化時の二次電池における電流と電圧の分布とを示す図である。図５に示すように、劣化時では、新品時に比して電流Ｉがゼロのときの電圧幅（電圧差ΔＶ）が広くなっており、電圧差ΔＶに基づいて二次電池の劣化を判定できることがわかる。
【００４３】
以上説明した実施例の二次電池の劣化判定装置２０によれば、二次電池５０に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴Ｐに統一した基準を設定し、負荷履歴Ｐが設定された充電側の基準履歴としての特定の充電履歴とみなせるときに充放電電流Ｉが充電側からゼロとなったときの端子間電圧Ｖ（分極電圧Ｖｃ）と、負荷履歴Ｐが設定された放電側の基準履歴としての特定の放電履歴とみなせるときに充放電電流Ｉが放電側からゼロとなったときの端子間電圧Ｖ（分極電圧Ｖｄ）との偏差（電圧差ΔＶ）が閾値Ｖｒｅｆを超えている場合に二次電池５０が劣化していると判定する。すなわち、二次電池５０が不規則的に充放電を繰り返しているときでも、それまでの充放電電流による分極電圧への影響力が常にほぼ同じとなるときの分極電圧Ｖｃ，Ｖｄの偏差に基づいて二次電池５０の劣化を判定するから、より正確に二次電池５０の劣化の判定を行なうことができる。しかも、二次電池５０の電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣに基づいて電圧差ΔＶを修正するから、電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣが電圧差ΔＶに与える影響を除去してより正確に二次電池５０の劣化の判定を行なうことができる。
【００４４】
次に、本発明の第２実施例の二次電池の劣化判定装置について説明する。第２実施例の二次電池の劣化判定装置では、図２の処理に代えて図６および図７の処理が実行される。
【００４５】
この図６および図７の劣化判定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、図２にルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理と同様の処理を行なう（ステップＳ２００〜２１０）。すなわち、二次電池５０の電池温度ＢＴと残容量ＳＯＣを入力し（ステップＳ２００）、入力した電池温度ＢＴが所定範囲内にあるか否か、残容量ＳＯＣが所定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。電池温度ＢＴおよび残容量ＳＯＣが共に所定範囲内にあると判定されたときには、二次電池５０の充放電電流Ｉと端子間電圧Ｖを入力し（ステップＳ２０４）、入力した充放電電流Ｉが略ゼロであり、かつ充放電電流Ｉの変化量（Ｉ−前回Ｉ）が閾値Ｉｒｅｆを超えると判定されたときには、負荷履歴Ｐを前述の式（１）を用いて算出し（ステップＳ２０８）、負荷履歴Ｐが特定の履歴とみなせる値であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。
【００４６】
負荷履歴Ｐが特定の充電履歴をしめす値であると判定されたときには、ステップＳ２０４で入力した充放電電流Ｉと端子間電圧Ｖとを、充電側で進行した分極特性をもつ対データとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶し（ステップＳ２１２）、カウンタＮｃの値をインクリメントする（ステップＳ２１４）。一方、負荷履歴Ｐが特定の放電履歴をしめす値である判定されたときには、ステップＳ２０４で入力された充放電電流Ｉと端子間電圧Ｖとを、放電側で進行した分極特性をもつ対データとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶し（ステップＳ２１６）、カウンタＮｄの値をインクリメントする（ステップＳ２１８）。なお、カウンタＮｃ，Ｎｄは、それぞれの対データがＲＡＭ３６に所定領域に記憶されている数をカウントするためのものであり、初期値は値０に設定されている。
【００４７】
続いて、カウンタＮｃの値が閾値Ｎｒｅｆ（例えば、５０個）超えているか否か、また、カウンタＮｄの値が閾値Ｎｒｅｆ超えているか否かを判定する処理を行なう（ステップＳ２２０）。この処理は、充電側で進行した分極特性をもつ対データと、放電側で進行した分極特性をもつ対データとがそれぞれ以下の処理を実行するための十分な数だけ記憶されたか否かを判定する処理である。各対データが閾値Ｎｒｅｆを超えていると判定されると、充放電電流Ｉと端子間電圧Ｖの直線関係の近似解を充電側と放電側の各対データ毎に算出し（ステップＳ２２２）、算出された充電側の対データの直線関係の近似解に基づいて充電側から充放電電流Ｉがゼロになるときの電圧としての分極電圧Ｖｃと、放電側の対データの直線関係の近似解に基づいて放電側から充放電電流Ｉがゼロになるときの電圧としての分極電圧Ｖｄとを算出する（ステップＳ２２４）。そして、分極電圧Ｖｃ，Ｖｄの偏差を電圧差ΔＶ（＝Ｖｃ−Ｖｄ）として計算すると共に（ステップＳ２２６）、計算した電圧差ΔＶを電池温度ＢＴと残容量ＳＯＣに基づいて修正し（ステップＳ２２８）、修正した電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ２３０）。電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えていると判定されたときには、二次電池５０は劣化していると判断して、二次電池５０の交換を促す警告表示としてのＬＥＤ５８を点灯させて（ステップ２３２）、本ルーチンを終了し、電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆ以下であると判定されたときには、二次電池５０は劣化していないと判断して、何もせずに本ルーチンを終了する。
【００４８】
図８は、新品時の二次電池における電流と電圧の分布と、劣化時の二次電池における電流と電圧の分布とを示す図である。図８に示すように、劣化時では、負荷履歴Ｐが特定の充電履歴をしめすときの電流と電圧の直線関係において電流がゼロとなるときの電圧値と、負荷履歴Ｐが特定の放電履歴をしめすときの電流と電圧の直線関係において電流がゼロのときの電圧値との偏差（電圧差ΔＶ）が、新品時に比して広くなっており、電圧差ΔＶに基づいて二次電池の劣化を判定できることがわかる。
【００４９】
以上説明した第２実施例の二次電池の劣化判定装置でも実施例の二次電池の劣化判定装置２０と同様の効果を奏することができる。しかも、充放電電流Ｉが略ゼロとなったときの端子間電圧Ｖを直接検出する必要がないから、充放電電流Ｉがほとんどゼロとならない特殊な状態で充放電を行なう二次電池に対してもその劣化の判定をより正確に行なうことができる。
【００５０】
実施例の二次電池の劣化判定装置２０や第２実施例の二次電池の劣化判定装置では、電圧差ΔＶを電池温度ＢＴおよび残容量ＳＯＣに基づいて修正するものとしたが、電池温度ＢＴのみ、あるいは残容量ＳＯＣのみに基づいて電圧差ΔＶを修正するものとしても構わない。また、電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣが端子間電圧に与える影響の小さい二次電池に対しては電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣに基づいて電圧差ΔＶを修正しないものとしても構わない。さらに、電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣが端子間電圧に与える影響の大きい二次電池に対しても、図２のルーチンのステップＳ１０２や図６および図７のルーチンのステップＳ２０２の処理において電池温度ＢＴが所定の基準温度（例えば、３０℃）でかつ残容量ＳＯＣが所定の基準残容量（例えば、６０％）のとき、あるいはごく狭い範囲のときに充放電電流Ｉや端子間電圧Ｖを検出して二次電池の劣化を判定するものとすれば、電圧差ΔＶを修正しないものとしてもよい。
【００５１】
実施例の二次電池の劣化判定装置２０や第２実施例の二次電池の劣化判定装置では、分極電圧Ｖｃ，Ｖｄの偏差としての電圧差ΔＶに基づいて二次電池の劣化を判定するものとしたが、前述したように、分極電圧Ｖｃ，Ｖｄの値はそれぞれ単独で二次電池の劣化の程度を直接反映するから、分極電圧Ｖｃのみ、あるいは分極電圧Ｖｄのみに基づいて、例えば、ほぼ同一の負荷履歴を基準とした新品時の分極電圧を予め定めておきこの新品時の分極電圧との比較により、二次電池の劣化を判定するものとしても構わない。
【００５２】
実施例の二次電池の劣化判定装置２０や第２実施例の二次電池の劣化判定装置では、電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えたときに、二次電池５０が劣化したと判定するものとしたが、図９の電圧差ΔＶの増加割合（新品時の電圧差に対する増加割合）と残寿命（０％は新品を表わし、１００％は劣化を表わす）との関係で示すように、電圧差ΔＶに応じて二次電池５０の劣化の程度を判定するものとしても構わない。このときの判定結果の表示は、直接数値として表示したり、複数配置されたＬＥＤのうち電圧差ΔＶが大きくなるほど点灯するＬＥＤの数を増やすなど様々な手法を用いることができる。
【００５３】
実施例の二次電池の劣化判定装置２０では、二次電池５０の充放電を伴って回転駆動するモータＭＧ１，ＭＧ２を備える車両１０に適用するものとしたが、二次電池５０の充放電を伴って電力を消費または回生する負荷を備えるものであれば、車両以外の他のものに適用することも可能である。
【００５４】
以上、本発明の一実施の形態として二次電池の劣化判定装置２０について説明したが、他の実施の形態として単一または複数のコンピュータを劣化判定装置２０として機能させるプログラムとしてもよい。こうしたプログラムはコンピュータの記憶装置にインストールした後に適宜実行することにより、本発明の二次電池の劣化判定装置２０の効果を奏することができる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である二次電池の劣化判定装置２０を備える車両１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例の二次電池の劣化判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】電池温度ＢＴと、電池温度ＢＴが電圧差ΔＶに与える影響を除去するための温度修正係数Ｋｔとの関係を示すマップである。
【図４】残容量ＳＯＣと、残容量ＳＯＣが電圧差ΔＶに与える影響を除去するための残容量修正係数Ｋｓとの関係を示すマップである。
【図５】新品時の二次電池における電流と電圧の分布と、劣化時の二次電池における電流と電圧の分布とを示す図である。
【図６】第２実施例の二次電池の劣化判定装置の電子制御ユニット３０により実行される劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】第２実施例の二次電池の劣化判定装置の電子制御ユニット３０により実行される劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】新品時の二次電池における電流と電圧の分布と、劣化時の二次電池における電流と電圧の分布とを示す図である。
【図９】電圧差ΔＶの増加割合と残寿命との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 車両、２０ 二次電池の劣化判定装置、２２ 電流センサ、２４ 電圧センサ、２６ 温度センサ、３０ 電子制御ユニット、３２ ＣＰＵ，３４ ＲＯＭ，３６ ＲＡＭ、４０ エンジン、４１ クランクシャフト、４２ プラネタリギヤ、４３ 回転軸、４４ 駆動軸、４５ 回転軸、４６ 車輪、４７ ギヤ、４８ ベルト、４９ ギヤ、５０ 二次電池、５２，５４ インバータ、５６ 車速センサ、５８ ＬＥＤ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法に関し、詳しくは、負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定装置、およびこれを搭載する車両、並びに二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段とが電気的に接続されたコンピュータを負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させるプログラム、負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の二次電池の劣化判定装置としては、二次電池の端子間電圧に基づいて二次電池の劣化を判定するものが提案されている（例えば、特開２０００−３２９８３４号公報など）。この装置では、二次電池に対して一定の（規則的な）電流パルスを入出力し、その際の二次電池の端子間電圧の変化が予め設定された許容範囲を外れているときに、二次電池が劣化していると判定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした二次電池の劣化判定装置では、一定の電流パルスを二次電池に入出力する必要があるから、不規則的に充放電が行なわれる二次電池を備える車両などのシステムで上記手法により二次電池の劣化を正確に判定することは極めて困難である。
【０００４】
本発明の二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法は、こうした問題を解決し、不規則的に充放電を行なわれる二次電池の劣化の判定をより正確に行なうことを目的の一つとする。また、本発明の二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法は、二次電池の温度や残容量の状態に拘わらずより正確に二次電池の劣化を判定することを目的の一つとする。更に、本発明の二次電池の劣化判定装置は、二次電池の劣化の程度を判定することを目的の一つとする。また、本発明の二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法は、二次電池の劣化判定の結果を出力することを目的の一つとする。
【０００５】
また、本発明の二次電池の劣化判定装置を備える車両は、不規則的に充放電が行なわれる二次電池の劣化の判定をより正確に行なう車両を提供することを目的の一つとする。また、本発明のプログラムは、コンピュータを二次電池の劣化を判定する上記の劣化判定装置として機能させることを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の二次電池の劣化判定装置およびこれを備える車両並びにプログラム、劣化判定方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の第１の二次電池の劣化判定装置は、
負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定装置であって、
前記二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手段と、
前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の第１の二次電池の劣化判定装置では、負荷履歴推定手段が、電流検出手段により検出された二次電池を流れる電流に基づいて二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定し、劣化判定手段が、電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに電圧検出手段により検出された二次電池の端子間の電圧に基づいて二次電池の劣化を判定する。充放電の繰り返しにより二次電池が劣化すると、それだけ二次電池の内部直流抵抗が増大したり分極が増大したりして、充電時には二次電池の端子間の電圧がより上昇し放電時には二次電池の端子間の電圧がより下降することが知られている。このうち内部直流抵抗による電圧は、二次電池を流れる電流が零となったときには内部直流抵抗により上昇あるいは下降していた電圧が直ちに零となり無視できる。一方、分極による二次電池の電圧は、二次電池を流れる電流が零となっても分極の進行により上昇あるいは下降していた電圧は直ちに零とはならずに時間の経過と共に徐々に回復していく。こうした分極による電圧は、それまでの分極の進行の程度、即ちそれまでに二次電池を流れていた電流に起因する二次電池の負荷の履歴に強く影響される。したがって、負荷の履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに限って二次電池を流れる電流が略零となったときの端子間電圧に基づいて二次電池の劣化を判定することにより、不規則的に充放電を行なう二次電池に対してもより正確な劣化判定を行なうことができる。
【０００９】
こうした本発明の第１の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は、前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から所定の変化量を超える変化を伴って略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より正確に二次電池の劣化を判定することができる。
【００１０】
また、本発明の第１の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は、前記電流検出手段により検出された電流が充電状態から略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧と、前記電流検出手段により検出された電流が放電状態から略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧との偏差としての電圧差に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。
【００１１】
本発明の第２の二次電池の劣化判定装置は、
負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定装置であって、
前記二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手段と、
前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とを対データとして複数記憶する対データ記憶手段と、
該複数記憶された対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手段と
を備えることを要旨とする。
【００１２】
この本発明の第２の二次電池の劣化判定装置では、負荷履歴推定手段が、電流検出手段により検出された二次電池を流れる電流に基づいて二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定し、対データ記憶手段が、負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに電流検出手段により検出された電流と電圧検出手段により検出された二次電池の端子間の電圧とを対データとして複数記憶する。そして、劣化判定手段が、対データ記憶手段により記憶された複数の対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、算出された電圧に基づいて二次電池の劣化を判定する。このように、ほぼ同時に検出された電流と電圧とからなる複数の対データから電流が略零のときの電圧を算出することができるから、二次電池の負荷の履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに上記のように算出された電流が略ゼロのときの電圧に基づいて二次電池の劣化を判定することができ、本発明の第１の二次電池の劣化判定装置と同様に不規則的に充放電が行なわれる二次電池に対してもより正確な判定を行なうことができる。
【００１３】
こうした本発明の第２の二次電池の劣化判定装置において、前記対データ記憶手段は、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の充電履歴とみなせる範囲内にあるときに前記検出された電流と電圧とを対データとして複数記憶すると共に、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の放電履歴とみなせる範囲内にあるときに前記検出された電流と電圧とを対データとして複数記憶する手段であり、前記劣化判定手段は、前記負荷履歴が前記所定の充電履歴とみなされたときの複数の対データから前記算出された電圧と、前記負荷履歴が所定の放電履歴とみなされたときの複数の対データから前記算出された電圧との偏差としての電圧差に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記負荷履歴推定手段は、前記電流検出手段により検出された電流の時間積分値であって、時間の経過と共に減少する値を前記負荷履歴として推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、二次電池に対する負荷の履歴をより適切に推定できるから、適切に推定された負荷履歴に基づいてより正確に二次電池の劣化を判定することができる。
【００１５】
また、本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記二次電池の温度を検出する電池温度検出手段を備え、前記劣化判定手段は、該検出された二次電池の温度に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、二次電池の温度に拘わらずより正確に二次電池の劣化を判定することができる。
【００１６】
さらに、本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、前記劣化判定手段は、該検出された二次電池の残容量に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、二次電池の残容量に拘わらずより正確に二次電池の劣化を判定を行なうことができる。
【００１７】
電圧差に基づいて二次電池の劣化を判定する態様の本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は、前記電圧差が所定の閾値を超えるときに前記二次電池が劣化したと判定する手段であるものとすることもできる。
【００１８】
また、電圧差に基づいて二次電池の劣化を判定する態様の本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は、前記電圧差が大きくなるほど前記二次電池の劣化の程度が大きいと判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電圧差の大きさに応じて二次電池の劣化の進行具合も判定することができる。
【００１９】
また、本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置において、前記劣化判定手段による判定結果を出力する判定結果出力手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、装置のオペレータ等は、二次電池の交換の適切なタイミングを知ることができる。
【００２０】
本発明の車両は、
上記各態様の本発明の第１または第２の二次電池の劣化判定装置を備えることを要旨とする。
【００２１】
本発明の第１のプログラムは、
二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段とが電気的に接続されたコンピュータを、負荷との間で電力をやり取りする前記二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させるプログラムであって、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手順と、
前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記負荷履歴推定手順により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手順と
を備えることを要旨とする。
【００２２】
この本発明の第１のプログラムでは、負荷履歴推定手順が、電流検出手段により検出された二次電池を流れる電流に基づいて二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定し、劣化判定手順が、電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって負荷履歴推定手順により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに電圧検出手段により検出された二次電池の端子間の電圧に基づいて二次電池の劣化を判定する。これにより、電流検出手段と電圧検出手段とが電気的に接続されたコンピュータを、二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させることができる。
【００２３】
本発明の第２のプログラムは、
二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段とが電気的に接続されると共に所定のデータを記憶する記憶手段を備えるコンピュータを、負荷との間で電力をやり取りする前記二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させるプログラムであって、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手順と、
前記負荷履歴推定手順により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とを対データとして前記記憶手段に複数記憶し、該記憶された複数の対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手順と
を備えることを要旨とする。
【００２４】
この本発明の第２のプログラムでは、負荷履歴推定手順が、電流検出手段により検出された二次電池を流れる電流に基づいて二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに電流検出手段により検出された電流と電圧検出手段により検出された二次電池の端子間の電圧とを対データとして複数記憶させ、この記憶された対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、この演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、この算出された電圧に基づいて二次電池の劣化を判定する。これにより、電流検出手段と電圧検出手段とが電気的に接続されると共に記憶手段を備えるコンピュータを、二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させることができる。
【００２５】
本発明の第１の二次電池の劣化判定方法は、
負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定方法であって、
（ａ）前記二次電池を流れる電流を検出するステップと、
（ｂ）前記二次電池の端子間の電圧を検出するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ａ）により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記ステップ（ｃ）により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに、前記ステップ（ｂ）により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定するステップと
を備えることを要旨とする。
【００２６】
この本発明の第１の二次電池の劣化判定方法によれば、不規則的に充放電を行なわれる二次電池についてもより正確な判定を行なうことができるのである。
【００２７】
本発明の第２の二次電池の劣化判定方法は、
負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定方法であって、
（ａ）前記二次電池を流れる電流を検出するステップと、
（ｂ）前記二次電池の端子間の電圧を検出するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定するステップと、
（ｄ）前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記ステップ（ａ）により検出された電流と前記ステップ（ｂ）により検出された電圧とを対データとして複数記憶するステップと、
（ｅ）該複数記憶された対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定するステップと
を備えることを要旨とする。
【００２８】
この本発明の第２の二次電池の劣化判定方法によれば、不規則的に充放電を行なわれる二次電池についてもより正確な判定を行なうことができるのである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である二次電池の劣化判定装置２０を備える車両１０の構成の概略を示す構成図である。説明の都合上まず実施例の車両１０について説明し、その後、車両１０が備える実施例の二次電池の劣化判定装置２０について説明する。実施例の車両１０は、エンジン４０と、エンジン４０のクランクシャフト４１に接続されたプラネタリギヤ４２と、プラネタリギヤ４２に接続されたモータＭＧ１と、同じくプラネタリギヤ４２にベルト４８などを介して接続されたモータＭＧ２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット３０とを備えるハイブリッド車両として構成されている。エンジン４０は、ガソリンなどの燃料により駆動する内燃機関として構成されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、共に電動機として駆動できると共に発電機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、それぞれインバータ５２，５４を介して二次電池５０との間で電力のやり取りができるようになっている。プラネタリギヤ４２は、車輪４６にディファレンシャルギヤを介して接続された駆動軸４４とエンジン４０のクランクシャフト４１とモータＭＧ１の回転軸４３とがそれぞれ連結された３つの回転軸を有し、３つの回転軸のうちいずれか２つの回転軸の回転数が決まると残りの１つの回転軸の回転数が決定する遊星歯車機構である。したがって、エンジン４０からの動力の一部を受けてモータＭＧ１により発電すると共に残余の動力を駆動軸４４に出力したり、モータＭＧ１を駆動してモータＭＧ１からの動力とエンジン４０からの動力とを統合して駆動軸４４に出力したりすることができる。また、駆動軸４４にはギヤ４７，ベルト４８，ギヤ４９を介してモータＭＧ２の回転軸４５が接続されているから、モータＭＧ２からの動力を駆動軸４４に出力したり、駆動軸４４に入力される動力を受けて発電したりすることができる。
【００３０】
実施例の劣化判定装置２０は、こうした実施例の車両１０のモータＭＧ１，ＭＧ２との間で電力をやり取りする二次電池５０の劣化を判定する装置として構成されており、二次電池５０の状態を検出する各種センサとして、二次電池５０を流れる電流を検出する電流センサ２２や二次電池５０の端子間の電圧を検出する電圧センサ２４，二次電池５０の温度を検出する温度センサ２６と、各種センサによる検出結果を用いて演算により二次電池５０の劣化を判定する前述の電子制御ユニット３０と、二次電池５０の劣化を警告表示する警告表示灯としてのＬＥＤ５８とを備える。
【００３１】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ３２の他に処理プログラムを記憶したＲＯＭ３４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ３６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。実施例の車両１０を運転制御するための各種信号として、この電子制御ユニット３０には、シフトレバー６１のポジションを検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰやアクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセルペダルポジションＡＰ、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車両１０の走行速度を検出する車速センサ５６からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット３０からは、エンジン４０への制御信号やインバータ５２，５４へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、二次電池５０の劣化を判定するための各種信号として、電子制御ユニット３０には、電流センサ２２からの二次電池５０の充放電電流Ｉ（なお、充放電電流Ｉは二次電池５０の充電側の電流を正とする）や電圧センサ２４からの二次電池５０の端子間電圧Ｖ、温度センサ２６からの二次電池５０の電池温度ＢＴなどが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット３０からは、ＬＥＤ５８への点灯信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット３０は、電流センサ２２により検出された充放電電流Ｉの積算値などから二次電池５０の残容量ＳＯＣの演算も行なっている。
【００３２】
実施例の車両１０では、電子制御ユニット３０により、アクセルペダルポジションセンサ６４により検出されたアクセルペダルポジションＡＰや車速センサ５６により検出された車速Ｖに応じて駆動軸４４に要求される動力を決定し、この決定された要求動力に見合う動力が駆動軸４４に出力されるようエンジン４０やモータＭＧ１，ＭＧ２（インバータ５２，５４）を運転制御している。
【００３３】
次に、実施例の二次電池の劣化判定装置２０の動作について説明する。図２は、実施例の二次電池の劣化判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される電池劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、０．１ｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００３４】
電池劣化判定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、温度センサ２６により検出された電池温度ＢＴや、電流センサ２２により検出された充放電電流Ｉの積算値などに基づいて演算した二次電池５０の残容量ＳＯＣを入力する処理を行ない（ステップＳ１００）、入力した電池温度ＢＴが所定の適正温度範囲内（例えば、２０〜４０℃の範囲内）にあるか否か、また残容量ＳＯＣが所定の適正残容量範囲内（例えば、５０〜７０％の範囲内）にあるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。温度ＢＴが所定範囲内にないと判定されたり、残容量ＳＯＣが所定範囲内にないと判定されたときには、二次電池５０の劣化を判定するのには不適当と判断して何もせずに本ルーチンを終了する。
【００３５】
電池温度ＢＴが所定範囲内にあり、かつ残容量ＳＯＣが所定範囲内にあると判定されたときには、電流センサ２２により検出された充放電電流Ｉと電圧センサ２４により検出された端子間電圧Ｖとを入力し（ステップＳ１０４）、入力した充放電電流Ｉが略ゼロ（例えば、充放電電流Ｉがゼロであるとみなせる±３Ａの範囲内）であるか否か、また充放電電流Ｉの変化量（前回のルーチンで読み込まれた充放電電流に対する変化量（Ｉ−前回Ｉ））が所定の閾値Ｉｒｅｆを超えるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。充放電電流Ｉが略ゼロでないと判定されたり、充放電電流Ｉの変化量が閾値Ｉｒｅｆ以下であると判定されたときには、二次電池５０の劣化を判定するのには不適当と判断して本ルーチンを終了する。なお、充放電電流Ｉが略ゼロであるか否かを判定するのは、二次電池５０の内部直流抵抗に起因する電圧が端子間電圧Ｖに含まれるのを防止するためである。また、充放電電流Ｉの変化量が閾値Ｉｒｅｆを超えるか否かを判定するのは、後述する分極電圧のデータを複数設定する際に、それぞれに対応する充放電電流Ｉおよび端子間電圧Ｖのデータが時間的に隣接する同様のデータとなるのを防止するためである。
【００３６】
充放電電流Ｉが略ゼロであり、かつ充放電電流Ｉの変化量（Ｉ−前回Ｉ）が閾値Ｉｒｅｆを超えると判定されたときには、充放電電流Ｉに基づいて二次電池５０に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴Ｐを例えば次式（１）を用いて算出すると共に（ステップＳ１０８）、算出された負荷履歴Ｐがある特定の履歴（特定の値）とみなせるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。式（１）において、前回Ｐは、前回のルーチンで算出された負荷履歴Ｐである。また、τは充電の状態または放電の状態から充放電電流Ｉがゼロになったときにそれまでに進行していた分極による電圧が回復するまでの時間の目安としての時定数であり、実施例では、使用する電池の特性に合わせて、充電の状態から充放電電流Ｉがゼロになった場合たとえば前回のルーチンで入力された充放電電流Ｉが正の場合には１５ｓｅｃとし、放電の状態から充放電電流Ｉがゼロになった場合たとえば前回のルーチンで入力された充放電電流が負の場合には３０ｓｅｃとした。また、Δｔは、本ルーチンの実行時間間隔であり、実施例では前述のように０．１ｓｅｃとした。
【数１】
Ｐ＝前回Ｐ−前回Ｐ／τ＋Ｉ・Δｔ （１）
【００３７】
式（１）に示すように、負荷履歴Ｐは、基本的には充放電電流Ｉの時間積分値であるが、その時間積分値は時間の経過と共に１／τを乗じた値ずつ減少する（値ゼロに近づく）ものとして規定されている。これは、分極により二次電池５０の端子間に生じる電圧は、それまでに流れていた二次電池５０の充放電電流の大きさや充放電時間に強く影響を受けるが、時間の経過と共にその影響力も徐々に弱くなっていくことに基づいている。このように負荷履歴Ｐは、分極により二次電池５０の端子間に生じる電圧に与える影響力の程度をあらわす指標としてみることができる。一方で、充電または放電の状態から充放電電流Ｉがゼロとなったときの端子間電圧Ｖ（以下、分極電圧という）の絶対値は、二次電池５０の劣化が進むほど大きくなることが知られている。したがって、負荷履歴Ｐとして統一の基準の履歴を設定して分極電圧に与える影響力を統一化することにより、同一の影響力のもとで検出された分極電圧は、二次電池５０の劣化の程度を直接反映することになるから、このときの分極電圧に基づいて二次電池５０の劣化を判定することができるのである。
【００３８】
ステップＳ１１０の判定の結果、負荷履歴Ｐが統一した充電側の基準履歴としての特定の充電履歴をしめす値とみなせると判定、例えば、時定数τを前述のように前回のルーチンの充放電電流Ｉが正のときに１５ｓｅｃとし前回のルーチンの充放電電流Ｉが負のときに３０ｓｅｃとしたときの負荷履歴Ｐが１９０〜２００の範囲内であると判定されたときにはステップＳ１０４で入力された二次電池５０の端子間電圧Ｖを充電側で進行した分極電圧ＶｃとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶し（ステップＳ１１２）、負荷履歴Ｐが統一した放電側の基準履歴としての特定の放電履歴をしめす値とみなせると判定、例えば、時定数τを上記条件としたときの負荷履歴Ｐが−１７０〜−１６０の範囲内であると判定されたときにはステップ１０４で入力された二次電池５０の端子間電圧Ｖを放電側で進行した分極電圧ＶｄとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶し（ステップＳ１１４）、負荷履歴Ｐは上記いずれの履歴もしめさないと判定されたときには何もせずに本ルーチンを終了する。
【００３９】
こうして分極電圧Ｖｃ，Ｖｄが記憶されると、分極電圧Ｖｃおよび分極電圧ＶｄがそれぞれＲＡＭ３６の所定領域に所定数（例えば、１０個）以上ずつ記憶されているか否かを判定し（ステップＳ１１６）、所定数以上ずつ記憶されていないと判定されたときには、二次電池５０の劣化を判定するための分極電圧Ｖｃ，Ｖｄのデータ数が足りないと判断して本ルーチンを終了し、所定数以上ずつ記憶されていると判定されたときには、複数記憶されている分極電圧Ｖｃ，Ｖｄのそれぞれの平均値Ｖｃａｖｅ，Ｖｄａｖｅを算出すると共に平均値Ｖｃａｖｅ，Ｖｄａｖｅの偏差としての電圧差ΔＶ（＝Ｖｃａｖｅ−Ｖｄａｖｅ）を計算する（ステップＳ１１８）。
【００４０】
電圧差ΔＶが計算されると、ステップＳ１００で入力された電池温度ＢＴと残容量ＳＯＣに基づいて計算された電圧差ΔＶを修正する処理を行なう（ステップＳ１２０）。この処理は、分極電圧Ｖｃ，Ｖｄ（実施例では平均値Ｖｃａｖｅ，Ｖｄａｖｅ）の偏差である電圧差ΔＶが上記充放電電流Ｉだけでなく電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣの影響も受けるため、これらの影響を除去するための処理である。実施例では、電池温度ＢＴと、電池温度ＢＴが電圧差ΔＶに与える影響を除去するための温度修正係数Ｋｔとの関係、および、残容量ＳＯＣと、残容量ＳＯＣが電圧差ΔＶに与える影響を除去するための残容量修正係数Ｋｓとの関係をそれぞれ求めてマップとしてＲＯＭ３４に記憶しておき、電池温度ＢＴと残容量ＳＯＣが与えられると各マップから対応する温度修正係数Ｋｔと残容量修正係数Ｋｓが導出されるものとし、電圧差ΔＶに導出された各係数を乗算（ΔＶ×Ｋｔ×Ｋｓ）することにより電圧差ΔＶの修正を行なうものとした。このマップの一例を図３および図４に示す。
【００４１】
電圧差ΔＶが修正されると、この修正された電圧差ΔＶが二次電池５０の劣化を判定するための閾値Ｖｒｅｆ（例えば、新品時の電圧差の１．５倍の値）を超えているか否かを判定し（ステップＳ１２２）、電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えていると判定されたときには、二次電池５０は劣化していると判断して、二次電池５０の交換を促す警告表示としてのＬＥＤ５８を点灯させて（ステップ１２４）、本ルーチンを終了する。なお、電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆ以下であると判定されたときには、二次電池５０は劣化していないと判断して、何もせずに本ルーチンを終了する。
【００４２】
図５は、新品時の二次電池における電流と電圧の分布と、劣化時の二次電池における電流と電圧の分布とを示す図である。図５に示すように、劣化時では、新品時に比して電流Ｉがゼロのときの電圧幅（電圧差ΔＶ）が広くなっており、電圧差ΔＶに基づいて二次電池の劣化を判定できることがわかる。
【００４３】
以上説明した実施例の二次電池の劣化判定装置２０によれば、二次電池５０に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴Ｐに統一した基準を設定し、負荷履歴Ｐが設定された充電側の基準履歴としての特定の充電履歴とみなせるときに充放電電流Ｉが充電側からゼロとなったときの端子間電圧Ｖ（分極電圧Ｖｃ）と、負荷履歴Ｐが設定された放電側の基準履歴としての特定の放電履歴とみなせるときに充放電電流Ｉが放電側からゼロとなったときの端子間電圧Ｖ（分極電圧Ｖｄ）との偏差（電圧差ΔＶ）が閾値Ｖｒｅｆを超えている場合に二次電池５０が劣化していると判定する。すなわち、二次電池５０が不規則的に充放電を繰り返しているときでも、それまでの充放電電流による分極電圧への影響力が常にほぼ同じとなるときの分極電圧Ｖｃ，Ｖｄの偏差に基づいて二次電池５０の劣化を判定するから、より正確に二次電池５０の劣化の判定を行なうことができる。しかも、二次電池５０の電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣに基づいて電圧差ΔＶを修正するから、電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣが電圧差ΔＶに与える影響を除去してより正確に二次電池５０の劣化の判定を行なうことができる。
【００４４】
次に、本発明の第２実施例の二次電池の劣化判定装置について説明する。第２実施例の二次電池の劣化判定装置では、図２の処理に代えて図６および図７の処理が実行される。
【００４５】
この図６および図７の劣化判定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、図２にルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理と同様の処理を行なう（ステップＳ２００〜２１０）。すなわち、二次電池５０の電池温度ＢＴと残容量ＳＯＣを入力し（ステップＳ２００）、入力した電池温度ＢＴが所定範囲内にあるか否か、残容量ＳＯＣが所定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。電池温度ＢＴおよび残容量ＳＯＣが共に所定範囲内にあると判定されたときには、二次電池５０の充放電電流Ｉと端子間電圧Ｖを入力し（ステップＳ２０４）、入力した充放電電流Ｉが略ゼロであり、かつ充放電電流Ｉの変化量（Ｉ−前回Ｉ）が閾値Ｉｒｅｆを超えると判定されたときには、負荷履歴Ｐを前述の式（１）を用いて算出し（ステップＳ２０８）、負荷履歴Ｐが特定の履歴とみなせる値であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。
【００４６】
負荷履歴Ｐが特定の充電履歴をしめす値であると判定されたときには、ステップＳ２０４で入力した充放電電流Ｉと端子間電圧Ｖとを、充電側で進行した分極特性をもつ対データとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶し（ステップＳ２１２）、カウンタＮｃの値をインクリメントする（ステップＳ２１４）。一方、負荷履歴Ｐが特定の放電履歴をしめす値である判定されたときには、ステップＳ２０４で入力された充放電電流Ｉと端子間電圧Ｖとを、放電側で進行した分極特性をもつ対データとしてＲＡＭ３６の所定領域に記憶し（ステップＳ２１６）、カウンタＮｄの値をインクリメントする（ステップＳ２１８）。なお、カウンタＮｃ，Ｎｄは、それぞれの対データがＲＡＭ３６に所定領域に記憶されている数をカウントするためのものであり、初期値は値０に設定されている。
【００４７】
続いて、カウンタＮｃの値が閾値Ｎｒｅｆ（例えば、５０個）超えているか否か、また、カウンタＮｄの値が閾値Ｎｒｅｆ超えているか否かを判定する処理を行なう（ステップＳ２２０）。この処理は、充電側で進行した分極特性をもつ対データと、放電側で進行した分極特性をもつ対データとがそれぞれ以下の処理を実行するための十分な数だけ記憶されたか否かを判定する処理である。各対データが閾値Ｎｒｅｆを超えていると判定されると、充放電電流Ｉと端子間電圧Ｖの直線関係の近似解を充電側と放電側の各対データ毎に算出し（ステップＳ２２２）、算出された充電側の対データの直線関係の近似解に基づいて充電側から充放電電流Ｉがゼロになるときの電圧としての分極電圧Ｖｃと、放電側の対データの直線関係の近似解に基づいて放電側から充放電電流Ｉがゼロになるときの電圧としての分極電圧Ｖｄとを算出する（ステップＳ２２４）。そして、分極電圧Ｖｃ，Ｖｄの偏差を電圧差ΔＶ（＝Ｖｃ−Ｖｄ）として計算すると共に（ステップＳ２２６）、計算した電圧差ΔＶを電池温度ＢＴと残容量ＳＯＣに基づいて修正し（ステップＳ２２８）、修正した電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ２３０）。電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えていると判定されたときには、二次電池５０は劣化していると判断して、二次電池５０の交換を促す警告表示としてのＬＥＤ５８を点灯させて（ステップ２３２）、本ルーチンを終了し、電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆ以下であると判定されたときには、二次電池５０は劣化していないと判断して、何もせずに本ルーチンを終了する。
【００４８】
図８は、新品時の二次電池における電流と電圧の分布と、劣化時の二次電池における電流と電圧の分布とを示す図である。図８に示すように、劣化時では、負荷履歴Ｐが特定の充電履歴をしめすときの電流と電圧の直線関係において電流がゼロとなるときの電圧値と、負荷履歴Ｐが特定の放電履歴をしめすときの電流と電圧の直線関係において電流がゼロのときの電圧値との偏差（電圧差ΔＶ）が、新品時に比して広くなっており、電圧差ΔＶに基づいて二次電池の劣化を判定できることがわかる。
【００４９】
以上説明した第２実施例の二次電池の劣化判定装置でも実施例の二次電池の劣化判定装置２０と同様の効果を奏することができる。しかも、充放電電流Ｉが略ゼロとなったときの端子間電圧Ｖを直接検出する必要がないから、充放電電流Ｉがほとんどゼロとならない特殊な状態で充放電を行なう二次電池に対してもその劣化の判定をより正確に行なうことができる。
【００５０】
実施例の二次電池の劣化判定装置２０や第２実施例の二次電池の劣化判定装置では、電圧差ΔＶを電池温度ＢＴおよび残容量ＳＯＣに基づいて修正するものとしたが、電池温度ＢＴのみ、あるいは残容量ＳＯＣのみに基づいて電圧差ΔＶを修正するものとしても構わない。また、電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣが端子間電圧に与える影響の小さい二次電池に対しては電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣに基づいて電圧差ΔＶを修正しないものとしても構わない。さらに、電池温度ＢＴや残容量ＳＯＣが端子間電圧に与える影響の大きい二次電池に対しても、図２のルーチンのステップＳ１０２や図６および図７のルーチンのステップＳ２０２の処理において電池温度ＢＴが所定の基準温度（例えば、３０℃）でかつ残容量ＳＯＣが所定の基準残容量（例えば、６０％）のとき、あるいはごく狭い範囲のときに充放電電流Ｉや端子間電圧Ｖを検出して二次電池の劣化を判定するものとすれば、電圧差ΔＶを修正しないものとしてもよい。
【００５１】
実施例の二次電池の劣化判定装置２０や第２実施例の二次電池の劣化判定装置では、分極電圧Ｖｃ，Ｖｄの偏差としての電圧差ΔＶに基づいて二次電池の劣化を判定するものとしたが、前述したように、分極電圧Ｖｃ，Ｖｄの値はそれぞれ単独で二次電池の劣化の程度を直接反映するから、分極電圧Ｖｃのみ、あるいは分極電圧Ｖｄのみに基づいて、例えば、ほぼ同一の負荷履歴を基準とした新品時の分極電圧を予め定めておきこの新品時の分極電圧との比較により、二次電池の劣化を判定するものとしても構わない。
【００５２】
実施例の二次電池の劣化判定装置２０や第２実施例の二次電池の劣化判定装置では、電圧差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えたときに、二次電池５０が劣化したと判定するものとしたが、図９の電圧差ΔＶの増加割合（新品時の電圧差に対する増加割合）と残寿命（０％は新品を表わし、１００％は劣化を表わす）との関係で示すように、電圧差ΔＶに応じて二次電池５０の劣化の程度を判定するものとしても構わない。このときの判定結果の表示は、直接数値として表示したり、複数配置されたＬＥＤのうち電圧差ΔＶが大きくなるほど点灯するＬＥＤの数を増やすなど様々な手法を用いることができる。
【００５３】
実施例の二次電池の劣化判定装置２０では、二次電池５０の充放電を伴って回転駆動するモータＭＧ１，ＭＧ２を備える車両１０に適用するものとしたが、二次電池５０の充放電を伴って電力を消費または回生する負荷を備えるものであれば、車両以外の他のものに適用することも可能である。
【００５４】
以上、本発明の一実施の形態として二次電池の劣化判定装置２０について説明したが、他の実施の形態として単一または複数のコンピュータを劣化判定装置２０として機能させるプログラムとしてもよい。こうしたプログラムはコンピュータの記憶装置にインストールした後に適宜実行することにより、本発明の二次電池の劣化判定装置２０の効果を奏することができる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である二次電池の劣化判定装置２０を備える車両１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例の二次電池の劣化判定装置２０の電子制御ユニット３０により実行される劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】電池温度ＢＴと、電池温度ＢＴが電圧差ΔＶに与える影響を除去するための温度修正係数Ｋｔとの関係を示すマップである。
【図４】残容量ＳＯＣと、残容量ＳＯＣが電圧差ΔＶに与える影響を除去するための残容量修正係数Ｋｓとの関係を示すマップである。
【図５】新品時の二次電池における電流と電圧の分布と、劣化時の二次電池における電流と電圧の分布とを示す図である。
【図６】第２実施例の二次電池の劣化判定装置の電子制御ユニット３０により実行される劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】第２実施例の二次電池の劣化判定装置の電子制御ユニット３０により実行される劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】新品時の二次電池における電流と電圧の分布と、劣化時の二次電池における電流と電圧の分布とを示す図である。
【図９】電圧差ΔＶの増加割合と残寿命との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 車両、２０ 二次電池の劣化判定装置、２２ 電流センサ、２４ 電圧センサ、２６ 温度センサ、３０ 電子制御ユニット、３２ ＣＰＵ，３４ ＲＯＭ，３６ ＲＡＭ、４０ エンジン、４１ クランクシャフト、４２ プラネタリギヤ、４３ 回転軸、４４ 駆動軸、４５ 回転軸、４６ 車輪、４７ ギヤ、４８ ベルト、４９ ギヤ、５０ 二次電池、５２，５４ インバータ、５６ 車速センサ、５８ ＬＥＤ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
Claims (16)
- 負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定装置であって、
前記二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手段と、
前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手段と
を備える二次電池の劣化判定装置。 - 請求項１記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記劣化判定手段は、前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から所定の変化量を超える変化を伴って略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段である
二次電池の劣化判定装置。 - 請求項１または２記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記劣化判定手段は、前記電流検出手段により検出された電流が充電状態から略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧と、前記電流検出手段により検出された電流が放電状態から略零となったときに前記電圧検出手段により検出された電圧との偏差としての電圧差に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段である
二次電池の劣化判定装置。 - 負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する劣化判定装置であって、
前記二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手段と、
前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とを対データとして複数記憶する対データ記憶手段と、
該複数記憶された対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手段と
を備える二次電池の劣化判定装置。 - 請求項４記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記対データ記憶手段は、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の充電履歴とみなせる範囲内にあるときに前記検出された電流と電圧とを対データとして複数記憶すると共に、前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の放電履歴とみなせる範囲内にあるときに前記検出された電流と電圧とを対データとして複数記憶する手段であり、
前記劣化判定手段は、前記負荷履歴が前記所定の充電履歴とみなされたときの複数の対データから前記算出された電圧と、前記負荷履歴が前記所定の放電履歴とみなされたときの複数の対データから前記算出された電圧との偏差としての電圧差に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段である
二次電池の劣化判定装置。 - 請求項１ないし５いずれか記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記負荷履歴推定手段は、前記電流検出手段により検出された電流の時間積分値であって時間の経過と共に減少する値を前記負荷履歴として推定する手段である
二次電池の劣化判定装置。 - 請求項１ないし６いずれか記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記二次電池の温度を検出する電池温度検出手段を備え、
前記劣化判定手段は、該検出された二次電池の温度に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段である
二次電池の劣化判定装置。 - 請求項１ないし７いずれか記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
前記劣化判定手段は、該検出された二次電池の残容量に基づいて前記二次電池の劣化を判定する手段である
二次電池の劣化判定装置。 - 請求項３または５記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記劣化判定手段は、前記電圧差が所定の閾値を超えるときに前記二次電池が劣化したと判定する手段である
二次電池の劣化判定装置。 - 請求項３または５記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記劣化判定手段は、前記電圧差が大きくなるほど前記二次電池の劣化の程度が大きいと判定する手段である
二次電池の劣化判定装置。 - 請求項１ないし１０いずれか記載の二次電池の劣化判定装置であって、
前記劣化判定手段による判定結果を出力する判定結果出力手段
を備える二次電池の劣化判定装置。 - 請求項１ないし１１いずれか記載の二次電池の劣化判定装置を備える車両。
- 二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段とが電気的に接続されたコンピュータを、負荷との間で電力をやり取りする前記二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させるプログラムであって、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手順と、
前記電流検出手段により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記負荷履歴推定手順により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手順と
を備えるプログラム。 - 二次電池を流れる電流を検出する電流検出手段と前記二次電池の端子間の電圧を検出する電圧検出手段とが電気的に接続されると共に所定のデータを記憶する記憶手段を備えるコンピュータを、負荷との間で電力をやり取りする前記二次電池の劣化を判定する劣化判定装置として機能させるプログラムであって、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定する負荷履歴推定手順と、
前記負荷履歴推定手順により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とを対データとして前記記憶手段に複数記憶し、該記憶された複数の対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定する劣化判定手順と
を備えるプログラム。 - 負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定方法であって、
（ａ）前記二次電池を流れる電流を検出するステップと、
（ｂ）前記二次電池の端子間の電圧を検出するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ａ）により検出された電流が充電状態または放電状態から略零となったときであって、前記ステップ（ｃ）により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに、前記ステップ（ｂ）により検出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定するステップと
を備える二次電池の劣化判定方法。 - 負荷との間で電力をやり取りする二次電池の劣化を判定する二次電池の劣化判定方法であって、
（ａ）前記二次電池を流れる電流を検出するステップと、
（ｂ）前記二次電池の端子間の電圧を検出するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）により検出された電流に基づいて、前記二次電池に対する負荷の履歴をあらわす指標としての負荷履歴を推定するステップと、
（ｄ）前記負荷履歴推定手段により推定された負荷履歴が所定の履歴とみなせる範囲内にあるときに前記ステップ（ａ）により検出された電流と前記ステップ（ｂ）により検出された電圧とを対データとして複数記憶するステップと、
（ｅ）該複数記憶された対データから電流と電圧の直線関係の近似解を演算し、該演算された直線関係の近似解から電流が略零のときの電圧を算出し、該算出された電圧に基づいて前記二次電池の劣化を判定するステップと
を備える二次電池の劣化判定方法。
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