JP4384213B2 - 二次電池の状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の状態を検出する技術に関し、特に、二次電池内部の正極および負極の状態を検出する技術に関する。

電気自動車等の走行用モータへ駆動電力を供給する二次電池は、複数の電池セルを直列に接続してなる電池モジュールを複数個直列に接続して構成される。このような二次電池において、電池セルの電圧を各電池セルごとに検出する技術が、たとえば特開２００５−９１０６２号公報（特許文献１）に開示されている。

この公報に開示された組電池の電圧検出装置は、複数の単位電池を直列に接続してなる組電池と、単位電池ごとに対応して設けられて単位電池の電圧を検出する差動増幅部と、単位電池と差動増幅部との間の接続をオン／オフする電圧検出用スイッチ回路と、単位電池ごとに対応して設けられ放電用抵抗と放電用スイッチ回路とが直列接続されてなる容量調整回路と、Ａ／Ｄ変換器と、マイコンとを含む。

この公報に開示された組電池の電圧検出装置によると、各単位電池の各電圧を検出する際には、電圧検出用スイッチ回路がそれぞれオン状態にされ、容量調整回路がすべてオフ状態にされる。これにより、各差動増幅部の各差動入力端子間に各単位電池の各電圧がそれぞれ供給され、各差動増幅部から各電圧に対応した出力電圧がそれぞれ出力される。マイコンは、各差動増幅部の出力電圧をＡ／Ｄ変換部を経由して順次取り込むことで、各単位電池の各電圧を検出することができる。
特開２００５−９１０６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された組電池の電圧検出装置においては、各単位電池における正極と負極との電圧差を検出することはできるが、正極の電位と負極の電位とを区別して検出することができない。そのため、正極の状態と負極の状態とを区別して検出することができない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コスト増大を低減しつつ、正極の状態と負極の状態とを区別して検出することができる二次電池の状態検出装置を提供することである。

第１の発明に係る状態検出装置は、正極および負極を有する二次電池の状態を検出する。この状態検出装置は、正極および負極と絶縁された二次電池のケースが有する電位を基準電位として、基準電位と正極の電位との電位差を検出するための第１の検出手段と、ケースが有する電位を基準電位として、基準電位と負極の電位との電位差を検出するための第２の検出手段と、第１の検出手段および第２の検出手段のいずれかにより検出された一方の電極の電位差の単位時間あたりの変化量が所定値を超える場合に、一方の電極が二次電池の性能を劣化させる状態であると判断するための判断手段とを含む。

第２の発明に係る状態検出装置は、正極および負極を有する二次電池の状態を検出する。この状態検出装置は、正極および負極と絶縁された二次電池のケースが有する電位を基準電位として、基準電位と正極の電位との電位差を検出するための第１の検出手段と、ケースが有する電位を基準電位として、基準電位と負極の電位との電位差を検出するための第２の検出手段と、基準電位と正極の正常時の電位との電位差および基準電位と負極の正常時の電位との電位差を予め記憶するための記憶手段と、第１の検出手段および第２の検出手段のいずれかにより検出された一方の電極の電位差と記憶手段に記憶された一方の電極の正常時の電位差との差分が所定値を越える場合に、一方の電極が二次電池の性能を劣化させる状態であると判断するための判断手段とを含む。

第３の発明に係る状態検出装置においては、第２の発明の構成に加えて、記憶手段は、基準電位と正極の正常時の電位との電位差および基準電位と負極の正常時の電位との電位差を、二次電池の充電状態をパラメータとして設定したマップを予め記憶する。状態検出装置は、二次電池の実際の充電状態とマップとに基づいて、二次電池の実際の充電状態に対応する一方の電極の正常時の電位差を算出する算出手段をさらに含む。判断手段は、検出された一方の電極の電位差と算出手段により算出された一方の電極の正常時の電位差との差分が所定値を越える場合に、一方の電極が二次電池の性能を劣化させる状態であると判断する。

第４の発明に係る状態検出装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、ケースは、金属製である。

第５の発明に係る状態検出装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、ケースが有する電位は、正極の電位と負極の電位との間の電位である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る二次電池の状態検出装置が適用される車両用の電動機駆動装置１００について説明する。

電動機駆動装置１００は、リチウムイオン二次電池１０と、インバータ２０と、モータジェネレータ３０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）４０と、電圧センサ４２と、電流センサ４４とを備える。なお、本発明に係る状態検出装置を適用できる二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されない。たとえば、ニッケル水素二次電池であってもよい。

リチウムイオン二次電池１０は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬを経由してインバータ２０へ直流電圧を出力する。また、リチウムイオン二次電池１０は、充電可能であり、モータジェネレータ３０の回生発電時、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬを経由してインバータ２０から回生電力を受けて充電される。なお、リチウムイオン二次電池１０の構造については、後に詳述する。

電圧センサ４２は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間の電圧（リチウムイオン二次電池１０の電圧）ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。

電流センサ４４は、負極線ＮＬに流れる電流ＩＢを検出し、その検出値をＥＣＵ４０へ出力する。なお、正極線ＰＬに流れる電流を検出することによって電流ＩＢを検出してもよい。

インバータ２０は、三相ブリッジ回路から成る。そして、インバータ２０は、ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＭＩに基づいて、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬ間の直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータ３０へ出力し、モータジェネレータ３０を駆動する。また、インバータ２０は、モータジェネレータ３０の回生発電時、モータジェネレータ３０からの回生電力を信号ＰＷＭＩに基づき直流電圧に変換して正極線ＰＬおよび負極線ＮＬへ出力し、リチウムイオン二次電池１０を充電する。

モータジェネレータ３０は、三相交流電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを有する永久磁石型同期電動機から成る。モータジェネレータ３０は、インバータ２０から三相交流電圧を受けて駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータ３０は、回生制動時、外部から回転エネルギを受けて発電し、その発電された回生電力をインバータ２０へ出力する。

ＥＣＵ４０は、モータジェネレータ３０のトルク目標値、回転数目標値、モータ電流、モータ回転角、電圧センサ４２からの電圧ＶＢ、および電流センサ４４からの電流ＩＢに基づいて、モータジェネレータ３０を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）
信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＭＩとしてインバータ２０へ出力する。なお、モータ電流およびモータ回転角は、図示されないセンサによって検出される。

図２および図３を参照して、リチウムイオン二次電池１０について説明する。図２は、図１に示したリチウムイオン二次電池１０の概略構成図である。図３は、図２の３−３断面の部分拡大図である。リチウムイオン二次電池１０は、ケース５０と、電解液５２と、正極板６０と、負極板６２と、正極端子７０と、負極端子７２と、電圧センサ８０，８２とを含む。

ケース５０は、アルミニウム製の容器であり、内部に電解液５２を収容した状態で密封されている。ケース５０は、接地されていない（すなわち電気的に浮いている）状態で車両に搭載される。なお、ケース５０の素材は、固有の電位を有する金属であれば、アルミニウムに限定されるものではない。

正極板６０および負極板６２は、ケース５０の内部に電解液５２とともに収容される。正極板６０および負極板６２は、互いの間に絶縁シート７４を挟み込むようにして（図３参照）数回巻かれた状態で、ケース５０に接触しないように（すなわちケース５０と絶縁されるように）収容される。

正極板６０は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵／放出可能なリチウム含有酸化物から成り、たとえば、ニッケル酸リチウムや、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムなどから成る。正極板６０は、充電過程においてリチウムイオンを放出し、放電過程において、負極板６２から放出されたリチウムイオンを吸蔵する。正極板６０の一部は、負極板６２から紙面左側に突出し、その突出部分が正極端子７０と溶接されている。

負極板６２は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵／放出可能な炭素材料から成り、たとえばグラファイトから成る。負極板６２は、充電過程において、正極板６０から放出されたリチウムイオンを吸蔵し、放電過程においてリチウムイオンを放出する。負極板６２の一部は、正極板６０から紙面右側に突出し、その突出部分が負極端子７２と溶接されている。

正極端子７０および負極端子７２は、ケース５０とは絶縁された状態でケース５０の外部に突出し、正極端子７０が正極線ＰＬに、負極端子７２が負極線ＮＬに、それぞれ接続される。

電圧センサ８０は、ケース５０と正極端子７０との間に接続される。電圧センサ８２は、ケース５０と負極端子７２との間に接続される。なお、電圧センサ８０，８２については後に詳述する。

図４を参照して、正極端子７０、負極端子７２およびケース５０の電位と、リチウムイオン二次電池１０の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）との関係について説明する。図４は、正極端子７０および負極端子７２が正常な状態である場合における正極端子７０の電位ＶＰ、負極端子７２の電位ＶＮ、およびケース５０の電位ＶＲを、ＳＯＣをパラメータとして示している。

正極端子７０の電位ＶＰは、負極端子７２の電位ＶＮより相対的に高い。正極端子７０の電位ＶＰは、ＳＯＣが減少することにより低下する。負極端子７２の電位ＶＮは、ＳＯＣが低下することにより上昇し、ＳＯＣが所定値ＳＯＣ（１）以下になると、ケース５０の電位ＶＲよりも高い値となる。

ケース５０の電位ＶＲは、通常時（ＳＯＣが所定値ＳＯＣ（１）以上のとき）、正極端子７０の電位ＶＰと負極端子７２の電位ＶＮとの間の値となる。ケース５０の電位ＶＲは、ケース５０の素材に用いられる金属（本実施の形態においてはアルミニウム）によって決まる固有の値となる。すなわち、ケース５０の電位ＶＲは、ケース５０が有する固有の電位であって、ＳＯＣや外乱の影響を受けない安定した値となる。

本実施の形態において、リチウムイオン二次電池１０の充放電を繰り返すことによって、リチウムイオン二次電池１０の内部に異常（たとえば、正極板６０の結晶崩壊、負極板６２での金属リチウムの析出、各電極板と各電極端子との溶接不良など）が生じると、リチウムイオン二次電池１０の電圧ＶＢが変動したり、リチウムイオン二次電池１０の内部温度が極端に上昇したりして、電池性能が劣化する。その際、リチウムイオン二次電池１０の電圧ＶＢ（すなわち正極端子７０の電位ＶＰと負極端子７２の電位ＶＮとの差）だけを検出しても、いずれの電極板あるいは電極端子で異常が生じているのかを検出できない。

そこで、本実施の形態では、正極端子７０の電位ＶＰと負極端子７２の電位ＶＮとの間の値であるケース５０が有する電位ＶＲ（以下、中間電位ＶＲとも記載する）を、各電極の電位を検出するための基準電位として用いることにした。具体的には、中間電位ＶＲに対する正極端子７０の電位を正極電位差ΔＶＰとして電圧センサ８０で検出し、中間電位ＶＲに対する負極端子７２の電位を負極電位差ΔＶＮとして電圧センサ８２で検出し、検出された正極電位差ΔＶＰおよび負極電位差ΔＶＮに基づいて、正極板６０および負極板６２の状態を、それぞれ区別して検出することにした。

なお、以下の説明においては、電圧センサ８０が、中間電位ＶＲよりも正極端子７０の電位ＶＰの方が高いときに正極電位差ΔＶＰを正値として検出し、電圧センサ８２が、中間電位ＶＲよりも負極端子７２の電位ＶＮの方が高いときに負極電位差ΔＶＮを正値として検出するものとする。

図５を参照して、本実施の形態に係る状態検出装置の機能ブロック図について説明する。図５に示すように、この状態検出装置は、ＳＯＣ算出部４５と、正常電位差算出部４６と、正極状態判断部４７と、負極状態判断部４８とを含む。

ＳＯＣ算出部４５は、電流センサ４４からの電流ＩＢに基づいて、リチウムイオン二次電池１０のＳＯＣを算出する。

正常電位差算出部４６は、算出されたＳＯＣに基づいて、リチウムイオン二次電池１０が正常な状態である場合における正常正極電位差ΔＶＰ（１）および正常負極電位差ΔＶＮ（１）を算出する。

正極状態判断部４７は、電圧センサ８０で検出された正極電位差ΔＶＰと、正常電位差算出部４６で算出された正常正極電位差ΔＶＰ（１）とを比較することにより、正極（正極板６０および正極端子７０）が異常な状態であるか否かを判断する。

負極状態判断部４８は、電圧センサ８２で検出された負極電位差ΔＶＮと、正常電位差算出部４６で算出された正常負極電位差ΔＶＮ（１）とを比較することにより、負極（負極板６２および負極端子７２）が異常な状態であるか否かを判断する。

このような機能ブロックを有する本実施の形態に係る制御装置は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、ＥＣＵに含まれるＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリとメモリから読み出されてＣＰＵで実行されるプログラムと
を主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。なお、このようなプログラムを記録した記録媒体についても本発明の一態様である。

図６を参照して、本実施の形態に係る状態検出装置であるＥＣＵ４０が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ４０は、電流センサ４４からの電流ＩＢに基づいて、リチウムイオン二次電池１０のＳＯＣを算出する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ４０は、算出されたＳＯＣに基づいて、正常正極電位差ΔＶＰ（１）を算出する。たとえば、ＥＣＵ４０は、上述の図４に示したような、リチウムイオン二次電池１０が正常な状態である場合におけるＶＰおよびＶＲとＳＯＣとの関係を表わすマップを予め記憶し、このマップと算出されたＳＯＣとに基づいて正常正極電位差ΔＶＰ（１）を算出する。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ４０は、算出されたＳＯＣに基づいて、正常負極電位差ΔＶＮ（１）を算出する。たとえば、ＥＣＵ４０は、上述の図４に示したような、リチウムイオン二次電池１０が正常な状態である場合におけるＶＮおよびＶＲとＳＯＣとの関係を表わすマップを予め記憶し、このマップと算出されたＳＯＣとに基づいて正常負極電位差ΔＶＮ（１）を算出する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ４０は、電圧センサ８０からの信号に基づいて、正極電位差ΔＶＰを検出する。Ｓ１０８にて、ＥＣＵ４０は、電圧センサ８２からの信号に基づいて、負極電位差ΔＶＮを検出する。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ４０は、正極電位差ΔＶＰが、正常正極電位差ΔＶＰ（１）±αの範囲内であるか否かを判断する。αは、正常な状態と許容を超える異常な状態との正極の電位の差に基づいて予め定められる。ΔＶＰがΔＶＰ（１）±αの範囲内であると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。そうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１４に移される。

Ｓ１１２にて、ＥＣＵ４０は、正極が正常であると判断する。Ｓ１１４にて、ＥＣＵ４０は、正極が異常であると判断する。

Ｓ１１６にて、ＥＣＵ４０は、負極電位差ΔＶＮが、正常負極電位差ΔＶＮ（１）±βの範囲内であるか否かを判断する。βは、正常な状態と許容を超える異常な状態との負極の電位の差に基づいて予め定められる。ΔＶＮがΔＶＮ（１）±βの範囲内であると（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８に移される。そうでないと（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１２０に移される。

Ｓ１１８にて、ＥＣＵ４０は、負極が正常であると判断する。Ｓ１２０にて、ＥＣＵ４０は、負極が異常であると判断する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る状態検出装置であるＥＣＵ４０の動作について説明する。

電流センサ４４からの電流ＩＢに基づいて、リチウムイオン二次電池１０のＳＯＣが算出され（Ｓ１００）、算出されたＳＯＣに基づいて、正常正極電位差ΔＶＰ（１）が算出される（Ｓ１０２）。

電圧センサ８０からの信号に基づいて正極電位差ΔＶＰが検出され（Ｓ１０６）、図７に示すように、たとえば正極板６０と正極端子７０との溶接不良により正極電位差ΔＶＰが正常正極電位差ΔＶＰ（１）＋αより大きい場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、正極が異常であると判断される（Ｓ１１４）。

一方、電圧センサ８２からの信号に基づいて負極電位差ΔＶＮが検出され（Ｓ１０８）、負極板６２での金属リチウムの析出や他の異常により、図８や図９に示すように、負極電位差ΔＶＮが正常負極電位差ΔＶＮ（１）±βの範囲外である場合（Ｓ１１６にてＮＯ）、負極が異常であると判断される（Ｓ１２０）。

このように、正極電位差ΔＶＰと負極電位差ΔＶＮとがそれぞれ別々に検出され、これらの値に基づいて、正極の状態と負極の状態とが区別して判断される。そのため、正極と負極との電圧差ＶＢに基づいてリチウムイオン二次電池１０の状態を判断する場合に比べて、リチウムイオン二次電池１０の異常を精度よく検出するとともに、異常がいずれの電極で発生しているのかを検出することができる。

さらに、正極電位差ΔＶＰおよび負極電位差ΔＶＮを検出するための基準電位として、ケース５０の電位が用いられる。そのため、基準電位を確保するために参照電極を別途設ける必要がない。これにより、コスト増大の低減を図りつつ、正極の状態と負極の状態とを区別して検出することができる。

さらに、基準電位は、ケース５０が有する固有の値であって、ＳＯＣや外乱の影響を受けない安定した値である。そのため、各電極の電位が僅かに変動した場合であっても、各電極の電位を精度よく検出することができる。

以上のように、本実施の形態に係る二次電池の状態検出装置によれば、二次電池のケースの電位を基準電位として、正極の電位と負極の電位とをそれぞれ検出し、検出された各電位に基づいて、正極の状態と負極の状態とがそれぞれ別々に判断される。そのため、基準電位を確保するための参照電極を別途設ける必要がなく、また、ケースの電位はＳＯＣや外乱の影響を受けない安定した値であるため、正極の状態と負極の状態とを精度よく検出することができる。

なお、実施の形態において、各電極の状態の検出に加えて、または各電極の状態の検出とは別に、負極電位差ΔＶＮに基づいてリチウムイオン二次電池１０のＳＯＣが低下していることを検出するようにしてもよい。すなわち、上述したように、負極端子７２の電位ＶＮは、リチウムイオン二次電池１０のＳＯＣが減少することにより上昇し、ＳＯＣが所定値ＳＯＣ（１）以下になると、中間電位ＶＲよりも低い値から高い値に変化して、負極端子７２の電位ＶＮと中間電位ＶＲとの大小関係が逆転する。したがって、負極電位差ΔＶＮが負値から正値になった場合に、ＳＯＣが所定値ＳＯＣ（１）以下の低い値になったと判断することができる。

また、ＳＯＣの減少によって正極端子７０の電位ＶＰと中間電位ＶＲとの大小関係が逆転する場合には、正極電位差ΔＶＰに基づいてリチウムイオン二次電池１０のＳＯＣが低下していることを検出するようにしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
以下、本実施の形態に係る状態検出装置について説明する。本実施の形態に係る状態検出装置は、上述の第１の実施の形態に係る状態検出装置の構成と比較して、ＥＣＵ４０に代えて、ＥＣＵ４０Ａを含む点が異なる。ＥＣＵ４０とＥＣＵ４０Ａとは、実行されるプログラムの制御構造のみが異なる。これら以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る状態検出装置の構成と同じ構成である。同じ構成については同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図１０を参照して、本実施の形態に係る状態検出装置であるＥＣＵ４０Ａが実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、図１０に示したフローチャートの中で、前述の図６に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ４０Ａは、電圧センサ８０からの信号に基づいて、正極電位差ΔＶＰの時間変化量を算出する。Ｓ２０２にて、ＥＣＵ４０Ａは、電圧センサ８２からの信号に基づいて、負極電位差ΔＶＮの時間変化量を算出する。

Ｓ２０４にて、ＥＣＵ４０Ａは、正極電位差ΔＶＰの時間変化量がしきい値Ａ以上であるか否かを判断する。しきい値Ａは、正常時の正極電位差ΔＶＰの時間変化量を超える値に設定される。しきい値Ａ以上であると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１４に移される。そうでないと（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

Ｓ２０６にて、ＥＣＵ４０Ａは、負極電位差ΔＶＮの時間変化量がしきい値Ｂ以上であるか否かを判断する。しきい値Ｂは、正常時の負極電位差ΔＶＮの時間変化量を超える値に設定される。しきい値Ｂ以上であると（Ｓ２０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。そうでないと（Ｓ２０６にてＮＯ）、処理はＳ１１８に移される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る状態検出装置であるＥＣＵ４０Ａの動作について説明する。

図１１に示すように、外力によるケース５０の変形や充放電を繰り返すことによる電解液５２の膨張などによって、正極板６０および負極板６２がケース５０との内壁に接触した場合を想定する。

この場合、正極端子７０は正極板６０を経由してケース５０に接触されて短絡するため、正極端子７０の電位ＶＰは、図１２に示すように、接触した時刻Ｔ（１）から中間電位ＶＲ近傍の値まで急激に低下する。これに伴い、正極電位差ΔＶＰも急激に低下する。このときの正極電位差ΔＶＰの時間低下量がしきい値Ａ以上となり（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、正極が異常と判断される（Ｓ１１４）。

また、負極端子７２は負極板６２を経由してケース５０に接触されて短絡するため、負極端子７２の電位ＶＮは、図１２に示すように、接触した時刻Ｔ（２）から中間電位ＶＲ近傍の値まで急激に上昇する。これに伴い、負極電位差ΔＶＮも急激に低下する。このときの負極電位差ΔＶＮの時間低下量がしきい値Ｂ以上となり（Ｓ２０６にてＹＥＳ）、負極が異常と判断される（Ｓ１２０）。

このように、ケース５０の電位を基準電位として正極電位差ΔＶＰおよび負極電位差ΔＶＮが検出され、正極電位差ΔＶＰおよび負極電位差ΔＶＮに基づいて正極の状態と負極の状態とが区別して判断される。そのため、第１の実施の形態と同様に、コスト増大の低
減を図りつつ、リチウムイオン二次電池１０の異常を精度よく検出するとともに、異常がいずれの電極で発生しているのかを検出することができる。

さらに、正極電位差ΔＶＰや負極電位差ΔＶＮの時間変化量に基づいて、対応する電極の状態が判断される。そのため、正極電位差ΔＶＰや負極電位差ΔＶＮが変化した場合であっても、その時間変化量が正常時の充放電時に生じるような僅かな値である場合には正常と判断し、その時間変化量が短絡時のような大きな値である場合に異常と判断することができる。

以上のように、本実施の形態に係る二次電池の状態検出装置によれば、第１の実施の形態と同様に、基準電位を確保するための参照電極を別途設けることなく、正極の状態と負極の状態とを精度よく検出することができる。さらに、各電極の電位差の時間変化量に基づいて、対応する電極の異常が検出される。これにより、電極の電位差が正常時の充放電時よりも急激に変化する場合に、電極が異常であることを検出することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る状態検出装置が適用される電動機駆動装置の全体ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概略構成図である。 図２の３−３断面の部分拡大図である。 本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池が正常な状態である場合における、正極端子、負極端子およびケースの電位を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る状態検出装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る状態検出装置を構成するＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池における正極端子の異常時の電位の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池における負極端子の異常時の電位の一例を示す図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池における負極端子の異常時の電位の一例を示す図（その２）である。 本発明の第２の実施の形態に係る状態検出装置を構成するＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の異常時の部分拡大図である。 本発明の第２の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池における正極端子および負極端子の異常時の電位の一例を示す図である。

符号の説明

１０ リチウムイオン二次電池、２０ インバータ、３０ モータジェネレータ、４２
電圧センサ、４４ 電流センサ、４５ ＳＯＣ算出部、４６ 正常電位差算出部、４７
正極状態判断部、４８ 負極状態判断部、５０ ケース、５２ 電解液、６０ 正極板、６２ 負極板、７０ 正極端子、７２ 負極端子、７４ 絶縁シート、８０，８２ 電圧センサ、１００ 電動機駆動装置。

Claims (5)

1. 正極および負極を有する二次電池の状態検出装置であって、
   前記正極および前記負極と絶縁された前記二次電池のケースが有する電位を基準電位として、前記基準電位と前記正極の電位との電位差を検出するための第１の検出手段と、
   前記ケースが有する電位を基準電位として、前記基準電位と前記負極の電位との電位差を検出するための第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段および前記第２の検出手段のいずれかにより検出された一方の電極の電位差の単位時間あたりの変化量が所定値を超える場合に、前記一方の電極が前記二次電池の性能を劣化させる状態であると判断するための判断手段とを含む、状態検出装置。
2. 正極および負極を有する二次電池の状態検出装置であって、
   前記正極および前記負極と絶縁された前記二次電池のケースが有する電位を基準電位として、前記基準電位と前記正極の電位との電位差を検出するための第１の検出手段と、
   前記ケースが有する電位を基準電位として、前記基準電位と前記負極の電位との電位差を検出するための第２の検出手段と、
   前記基準電位と前記正極の正常時の電位との電位差および前記基準電位と前記負極の正常時の電位との電位差を予め記憶するための記憶手段と、
   前記第１の検出手段および前記第２の検出手段のいずれかにより検出された一方の電極の電位差と前記記憶手段に記憶された前記一方の電極の正常時の電位差との差分が所定値を越える場合に、前記一方の電極が前記二次電池の性能を劣化させる状態であると判断するための判断手段とを含む、状態検出装置。
3. 前記記憶手段は、前記基準電位と前記正極の正常時の電位との電位差および前記基準電位と前記負極の正常時の電位との電位差を、前記二次電池の充電状態をパラメータとして設定したマップを予め記憶し、
   前記状態検出装置は、前記二次電池の実際の充電状態と前記マップとに基づいて、前記二次電池の実際の充電状態に対応する前記一方の電極の正常時の電位差を算出する算出手段をさらに含み、
   前記判断手段は、前記検出された一方の電極の電位差と前記算出手段により算出された前記一方の電極の正常時の電位差との差分が前記所定値を越える場合に、前記一方の電極が前記二次電池の性能を劣化させる状態であると判断する、請求項２に記載の状態検出装置。
4. 前記ケースは、金属製である、請求項１〜３のいずれかに記載の状態検出装置。
5. 前記ケースが有する電位は、前記正極の電位と前記負極の電位との間の電位である、請求項１〜４のいずれかに記載の状態検出装置。

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