JP6073686B2 - 電池の劣化度の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池の劣化度の検出方法に関し、とくに電動車両を走行させる電源装置に使用され、あるいは太陽電池の電力を蓄える電源に使用される電池の劣化度の検出に最適な劣化度の検出方法に関する。

充電できる電池は、充放電を繰り返すにしたがって劣化して、充電できる容量が減少する。電池は、過充電や過放電によって劣化が大きくなるので、過充電や過放電を防止し、さらに過充電や過放電に近い領域での充放電を制限し、さらにまた、劣化するにしたがって充放電する許容電流を小さく、あるいは充電する電圧を低く、あるいはまた、使用する温度範囲を狭くすることで劣化を少なくして寿命を長くできる。過充電や過放電、あるいはその領域に接近することによる劣化を防止するために、ハイブリッドカー等に搭載されて車両を走行させる電池は、特定の残容量［ＳＯＣ（％）］の範囲、たとえばＳＯＣを５０％±２０％の範囲で充放電して劣化を少なくして寿命を長くしている。電池の残容量［ＳＯＣ（％）］を特定範囲に制御して充放電するには、電池の満充電容量を検出する必要がある。残容量［ＳＯＣ（％）］が満充電容量（Ａｈ）に対する放電できる容量（Ａｈ）の比率で表されるからである。電池の満充電容量は、満充電した状態から完全に放電して、その放電電流の積算値で検出され、あるいは完全に放電した電池を満充電して充電電流の積算値で検出できる。ただ、この方法で満充電容量を検出するには、電池を完全に放電する状態から満充電する状態に充電し、あるいは満充電した電池を完全に放電する必要がある。電池を完全に放電し、また満充電することなく使用される使用環境では、放電電流や充電電流の積算値から満充電容量を検出できない。たとえば、ハイブリッドカーは、完全に放電すると電池で車両を走行できず、また満充電するとブレーキによる回生制動で電池を充電できなくなる。さらに、太陽電池で充電される電池も、太陽電池の出力が天候に左右され、また、電池の放電が負荷に左右されることから、満充電状態や完全な放電状態での使用が難しくなることがある。

電池の劣化を少なくするために、所定の残容量［ＳＯＣ（％）］の範囲にコントロールして充放電する用途においては、電流の積算値で満充電容量を検出できないので、電池の満充電容量を別の方法で検出する必要がある。満充電容量を正確に検出できないと、残容量［ＳＯＣ（％）］を所定の範囲にコントロールして充放電できなくなるので、この使用状態で満充電容量を正確に検出することが要求される。電池は劣化するにしたがって満充電容量が変化する性質があるので、電池の劣化度を正確に検出することで満充電容量を検出することができる。したがって、所定の残容量範囲に制限して充放電される電池は、劣化度の正確な検出が特に大切である。電池の劣化度は、出力電力が規定電力となる状態を１００％、出力電力が最低出力電力となる状態を０％とする。

電池は、劣化するにしたがって、すなわち累積ストレスが増加するにしたがって、許容電流を小さくし、充電できる電圧を低くし、さらに充放電を許容する温度範囲を狭くすることで、電池の劣化を少なくして寿命を長くできる。このため、車両に搭載されて車両を走行させる電池や太陽電池の電力を蓄えて使用するための電池のような大容量の電池は、できるかぎり寿命を長くするために、電池の累積ストレス、すなわち劣化度をいかに正確に検出できるかが極めて大切である。

ところで、電池の劣化度を充放電の電流や温度で検出する方法は開発されている。（特許文献１参照）

特開２００８−１２２１６５号公報

特許文献１は、電流と温度から得られる劣化度ＳＯＨを以下の式で演算して、電池の劣化度を検出する。
劣化度ＳＯＨ＝前回の劣化度ＳＯＨ１−α（電流値により特定される係数）
−β（温度により特定される係数）

以上の方法は、電流の大きさや温度で劣化度を検出するが、電池は、電流の大きさのみによっては劣化度が特定されず、同じ電流が流れる状態にあっても、流れる状態によって劣化度は一定とならない。たとえば、一定の電流が連続して流れる状態と、短時間流れる状態とでは、同じ電流に対する劣化度が変化する。したがって、電流の大きさと積算値から劣化度を検出する方法は、つねに正確に電池の劣化度を検出できない欠点がある。

本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池の電流からより正確に劣化度を検出できる電池の劣化度の検出方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の電池の劣化度の検出方法は、充放電される電池１の１回の充電あるいは１回の放電における残容量の変化量であるΔＳＯＣを検出し、さらに、ΔＳＯＣの値に対応する劣化度を特定するウェイトをあらかじめ記憶しており、記憶されるデータに基づいて、検出されるΔＳＯＣからウェイトを特定し、特定されるウェイトから電池１の劣化度を検出する。

以上の劣化度の検出方法は、より正確に劣化度を検出できる特徴がある。それは、電流のみでなく、１回分の充電あるいは１回分の放電による残容量の変化であるΔＳＯＣを検出し、このΔＳＯＣから電池の劣化度の検出するからである。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池１の保存温度と通電温度とを検出し、保存温度と通電温度に対応するウェイトをあらかじめ記憶し、記憶されるデータに基づいて、検出される保存温度から特定されるウェイトと、検出される通電温度から特定されるウェイトから電池１の劣化度を検出することができる。
以上の劣化度の検出方法は、電池の保存温度と通電温度から電池の劣化度を検出するので、保存状態と通電状態の両方で正確に劣化度を検出できる。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池１の通電温度と電流とを検出し、通電温度と電流に対応するウェイトをあらかじめ記憶し、記憶されるデータに基づいて、検出される通電温度と電流からウェイトを特定し、特定されるウェイトから電池１の劣化度を検出することができる。
以上の劣化度の検出方法は、通電温度と電流の両方から電池の劣化度を検出するので、電池の通電においては、より正確に劣化度を検出できる。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池１に許容される制限電流を記憶し、この制限電流を越えた累積時間を検出して電池１の劣化度を検出することができる。
以上の劣化度の検出方法は、ΔＳＯＣのみでなく、制限電流を越えた累積時間の両方で劣化度を検出するので、より正確に劣化度を検出できる。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池１の上限・下限電圧を記憶し、この上限・下限電圧を越えた累積時間を検出して電池１の劣化度を検出することができる。
以上の劣化度の検出方法は、ΔＳＯＣに加えて、上限・下限電圧を越えた累積時間をも考慮して劣化度を検出するので、より正確に劣化度を検出できる。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池の保存温度範囲ごとに累積時間を記憶し、記憶されたデータに基づいて電池の劣化度を検出することができる。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池の通電温度範囲ごとに累積時間を記憶し、記憶されたデータに基づいて電池の劣化度を検出することができる。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池のΔＳＯＣ範囲ごとに累積回数を記憶し、記憶されたデータに基づいて電池の劣化度を検出することができる。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池１を、あらかじめ設定している残容量［ＳＯＣ（％）］の範囲に制御して充放電される用途に使用することができる。
以上の劣化度の検出方法は、電池の劣化度から満充電容量を正確に検出し、検出される満充電容量から電池を正確に一定の残容量範囲にコントロールし、このことによって電池の過充電や過放電を確実に防止して寿命を長くできる特徴がある。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池１を、車両を走行させるモータ１２に電力を供給する電池とすることができる。
以上の検出方法は、モータに電力を供給する電池の満充電容量を劣化度から検出し、検出される満充電容量から電池の過充電や過放電を防止して劣化を防止して、高価な電池を長寿命に使用できる特徴がある。

本発明の電池の劣化度の検出方法は、電池１を、太陽電池２０の電力を蓄える電源に使用することができる。
以上の検出方法は、太陽電池で充電される電池の満充電容量を劣化度から正確に検出し、検出される満充電容量から電池の過充電や過放電を防止して劣化を防止し、高価な電池を長寿命に使用できる特徴がある。

本発明の一実施例にかかる電池の劣化度の検出方法に使用する電源装置を電動車両に搭載する状態を示すブロック図である。 本発明の一実施例にかかる電池の劣化度の検出方法に使用する電源装置を太陽電池で充電する状態を示すブロック図である。 車両に搭載される電池が充放電される状態におけるΔＳＯＣを示す図である。 複数の検出電流値から電流の実効値（Ｉｒｍｓ）を演算する一例を示す図である。 複数の検出電流値から電流の実効値（Ｉｒｍｓ）を演算する他の一例を示す図である。 ウェイト１とウェイト２を示すグラフである。 内部抵抗を有する電池の等価回路を示す図である。 電池の充放電時における電流−電圧特性を示すグラフである。 内部抵抗に対する劣化度ＳＯＨ２を示すグラフである。 判定回路が劣化度ＳＯＨを演算するフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池の劣化度の検出方法を例示するものであって、本発明は劣化度の検出方法を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１と図２は、本発明の電池の劣化度の検出方法に使用する電源装置のブロック図である。図１は、ハイブリッドカー１０Ａに搭載される電池１の劣化度を判定するブロック図を示し、図２は、太陽電池２０で充電される電池１の劣化度を判定するブロック図を示している。ただし、本発明は、劣化度を検出する電池の用途を、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車などの電動車両や太陽電池で充電されるものには特定しない。ハイブリッドカー１０Ａ等の電動車両１０や太陽電池２０に使用される電池１は、劣化度から満充電容量（Ａｈ）を検出し、検出される満充電容量（Ａｈ）と現実の放電可能容量（Ａｈ）との比率から残容量［ＳＯＣ（％）］を演算し、残容量［ＳＯＣ（％）］が所定の範囲、たとえば５０％±２０％となるように、充放電の電流をコントロールする。

ハイブリッドカー１０Ａに使用される図１の電池１は、車両の走行用のモータ１２に電力を供給して放電され、また、発電機１３で充電されて、残容量が約５０％の付近に保持される。電池１の劣化度ＳＯＨ（State of Health）は、判定回路２で検出される。

車両側は、電池１から供給される電力をモータ１２に供給し、また発電機１３の電力を電池１に供給する双方向電力変換装置１１を備える。双方向電力変換装置１１は、電池１の直流電力を三相の交流電力に変換してモータ１２に供給し、発電機１３から出力される交流を直流に変換して電池１に供給する。この双方向電力変換装置１１は、制御回路１４で制御されて、電池１からモータ１２への供給電力と、発電機１３から電池１への充電電力をコントロールする。制御回路１４は、電源装置側の判定回路２から通信回線９を介して伝送される電池１の劣化度ＳＯＨを考慮して、双方向電力変換装置１１をコントロールする。電池１の劣化度ＳＯＨが予想される正常状態にあるとき、制御回路１４は双方向電力変換装置１１を正常モードでコントロールする。ただ、電池１の劣化度ＳＯＨが予想される正常状態よりも小さいとき、制御回路１４は双方向電力変換装置１１を正常モードよりも充放電の電力を小さくする制限モードでコントロールする。反対に、電池１の劣化度ＳＯＨが予想される正常状態よりも大きいときは、制御回路１４は双方向電力変換装置１１を正常モードよりも充放電の電力を大きくする加速モード、あるいは正常モードでコントロールする。このように、制御回路１４が双方向電力変換装置１１を介して、モータ１２や発電機１３の出力をコントロールすることで、電池１の寿命を目標の耐用年数に近づけることができる。

判定回路２は、電池１の劣化度ＳＯＨを検出するために、電池１に流れる充放電の電流を検出する電流検出回路３と、電池１の温度を検出する温度検出回路４と、電池１の電圧を検出する電圧検出回路５と、これらの回路で検出される検出値から電池１の劣化度ＳＯＨを検出する演算回路６を備えている。

さらに、判定回路２は、メモリ７としてＥＥＰＲＯＭを内蔵しており、このＥＥＰＲＯＭに劣化度ＳＯＨを記憶し、記憶する劣化度ＳＯＨを通信回線９を介して車両側の制御回路１４に伝送する。

電流検出回路３と電圧検出回路５は、検出するアナログ信号の電流値や電圧値を、一定のサンプリング周期でデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（図示せず）を備えている。この電流検出回路３と電圧検出回路５は、一定のサンプリング周期で電池１の充放電電流と電圧値を検出してデジタル信号に変換して演算回路６に出力する。電流検出回路３と電圧検出回路５は、１００ｍｓｅｃのサンプリング周期で電池１の電流や電圧を検出する。ただし、電流検出回路や電圧検出回路が電流や電圧を検出するサンプリング周期は、電池に流れる電流や電圧の変化する状態、すなわち短時間で急激に変化するか、あるいは時間をかけてゆっくり変化するかで、最適な値に特定され、たとえば１ｍｓｅｃないし１ｓｅｃとすることもできる。サンプリング周期を短くして、急激に変化する電流や電圧をより正確に検出できる。ただ、サンプリング周期を短くすると、デジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータに高速処理するものが要求されて部品コストが高くなり、また演算回路６も検出される電流信号や電圧信号を高速処理するので部品コストが高くなる。反対に、サンプリング周期が長すぎると、変化する電流や電圧を正確に検出できなくなる。したがって、電流や電圧を検出するサンプリング周期は、変化する電流や電圧を正確に検出できる周期に特定される。

温度検出回路４は、温度センサ８で検出される温度のアナログ信号を、一定のサンプリング周期でデジタル信号に変換する。この温度検出回路４は、一定のサンプリング周期で電池１の温度を検出してデジタル信号に変換して演算回路６に出力する。温度検出回路４は、１ｓｅｃのサンプリング周期で電池１の温度を検出する。ただし、温度検出回路４が温度を検出するサンプリング周期は、電池１の温度が変化する状態、すなわち短時間で急激に変化するか、あるいは時間をかけてゆっくり変化するかで、最適な値に特定され、たとえば１０ｍｓｅｃないし１０ｓｅｃとすることもできる。サンプリング周期を短くして、急激に変化する温度をより正確に検出できる。

判定回路２は、検出される電流値や電圧値、さらに電池温度から劣化度ＳＯＨを検出する。電流値から劣化度ＳＯＨを検出する演算回路６は、検出される電流値から１回の放電における残容量の変化値のΔＳＯＣと、１回の充電における残容量の変化値のΔＳＯＣを検出する。１回の放電におけるΔＳＯＣは、放電が開始されて終了するまでの残容量の変化値（％）、１回の充電におけるΔＳＯＣは、充電が開始されて終了するまでの残容量の変化値（％）である。図３は、車両に搭載される電池が、回生制動で充電された後、加速するときに放電される状態を示している。この図において、回生制動が開始されてから終了するまでに電池が充電されて残容量が変化する。この残容量の変化がΔＳＯＣ１となる。また、加速を開始してから放電が停止されるまでに電池が放電されて残容量が変化する。このときの残容量の変化値がΔＳＯＣ２となる。

演算回路６は、充放電して変化するΔＳＯＣに対する電池１の劣化度ＳＯＨを特定するウェイトＷをルックアップテーブルや関数として記憶しており、記憶されるΔＳＯＣに対するウェイトＷから電池１の劣化度ＳＯＨを検出する。電池１の劣化度ＳＯＨは、ΔＳＯＣが大きくなるほど大きくなる。したがって、ΔＳＯＣに対するウェイトＷ（％）は、たとえば表１に示すように設定して、ΔＳＯＣが増加するにしたがって大きくする。判定回路２は、充放電される電池１の１回のΔＳＯＣを検出し、検出されたΔＳＯＣの値から劣化度ＳＯＨを特定するウェイトＷ１（％）〜Ｗ８（％）を、メモリ７に記憶される値から検出し、たとえば、表１の値からウェイトＷを特定して、現実の電池の劣化度ＳＯＨを以下の式から検出する。
現在の劣化度ＳＯＨ（％）＝前回の劣化度ＳＯＨ（％）
−Ｗ｛ΔＳＯＣにより特定されるウェイト（％）｝

以上の式から、たとえば、充電または放電１回分のΔＳＯＣが１％であると、劣化度ＳＯＨ（％）を示すウェイトＷは１．５６×１０^−３％となる。したがって、ΔＳＯＣが１％となるように電池１が１回充電、又は放電される毎に、電池１の劣化度ＳＯＨは１．５６×１０^−３％減少する。

電池１は、種類によりΔＳＯＣに対する劣化度ＳＯＨを特定するウェイトＷが異なる。したがって、前記のウェイトＷの値は、電池１を現実に充放電して１回の充電や放電に対するΔＳＯＣを検出し、１回のΔＳＯＣに対する劣化度ＳＯＨを特定するウェイトＷを測定してメモリ７に記憶させる。

さらに、電流によって劣化度ＳＯＨを検出する判定回路２は、電流の実効値（Ｉｒｍｓ）から劣化度を検出し、ΔＳＯＣと実効値（Ｉｒｍｓ）の両方で劣化度ＳＯＨを検出する。この判定回路２は、演算回路６でもって、電流検出回路３から入力されるデジタル信号の電流値から二乗平均平方根を演算して電流の実効値（Ｉｒｍｓ）を検出する。演算回路６は、以下の式で、電流値の二乗平均平方根を演算して電流の実効値（Ｉｒｍｓ）を検出する。
実効値（Ｉｒｍｓ）＝［（Ｉ_１ ^２＋Ｉ_２ ^２＋Ｉ_３ ^２＋・・・・＋Ｉ_ｎ ^２）／ｎ］^１／２

電流の実効値（Ｉｒｍｓ）は、順番に検出される複数の検出電流値から演算される。たとえば、１０ｍｓｅｃのサンプリング周期で電流を検出して、図４に示すように、１ｓｅｃの周期における電流の実効値（Ｉ₁、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４、・・・Ｉ_１００）を演算する。検出される電流の各々の実効値（Ｉｒｍｓ）から電池の劣化度を検出する。演算回路６は、電流の実効値（Ｉｒｍｓ）に対する電池１の劣化度を特定するウェイトＷをルックアップテーブルとして、あるい関数としてメモリ７に記憶している。実効値（Ｉｒｍｓ）を１ｓｅｃ毎の周期で検出する判定回路２は、１ｓｅｃ間に電池１に流れる実効値（Ｉｒｍｓ）から、電池１が１ｓｅｃ毎に劣化する劣化度を特定するウェイトＷを記憶している。演算回路６は、実効値（Ｉｒｍｓ）に対するメモリ７に記憶されるウェイトＷから劣化度を検出して、現在の電池１の劣化度ＳＯＨを検出する。

演算回路６は、電池１に流れる電流の実効値（Ｉｒｍｓ）を検出する毎に電池１の劣化度を検出することなく、電流の実効値（Ｉｒｍｓ）の累積値から劣化度を検出することもできる。たとえば、電流の実効値（Ｉｒｍｓ）と時間の積から実効値（Ｉｒｍｓ）の１分間の累積値を検出し、この累積値から劣化度を検出することができる。この演算回路６は、累積値に対する電池１の劣化度を特定するウェイトＷをルックアップテーブルや関数として記憶しており、記憶される累積値に対するウェイトＷから電池１の劣化度を検出する。

さらに、演算回路６は、電流の実効値（Ｉｒｍｓ）の累積する時間を、充放電のタイミングで特定して、その累積値から劣化度を検出することもできる。この演算回路６は、たとえば、図５に示すように、電池１の放電時間（Ｔ_２）と充電時間（ｔ₁、ｔ_３）において実効値（Ｉｒｍｓ）を累積し、その累積値から電池１の劣化度を検出する。この演算回路６は、電池１の放電電流の実効値（Ｉｒｍｓ）の累積値と、充電電流の実効値（Ｉｒｍｓ）の累積値に対する劣化度を特定するウェイトＷをメモリ７に記憶している。メモリ７に記憶される累積値に対するウェイトＷから、電池１の劣化度を検出する。電池１の放電電流の実効値（Ｉｒｍｓ）の累積値と、充電電流の実効値（Ｉｒｍｓ）の累積値に対する電池１の劣化度を特定するウェイトＷは、現実に電池１を所定の実効値（Ｉｒｍｓ）で充電し、また、放電してその累積値から現実のウェイトＷを検出して、メモリ７に記憶する。

演算回路６は、電流検出回路３で検出されるデジタル信号の電流値を平均して平均値を検出し、この平均値から実効値（Ｉｒｍｓ）を演算することもできる。この演算回路６は、たとえば、複数回の電流値を加算平均して平均電流を演算し、演算される平均電流から実効値（Ｉｒｍｓ）を演算する。さらに、演算回路６は、検出される複数の電流値から、最大電流と最小電流を除いた電流値を加算平均して平均電流を検出し、この平均電流から実効値（Ｉｒｍｓ）を演算することもできる。この演算回路６は、たとえばノイズの影響で正確に検出されない電流値を除いて正確に電池１の電流を検出することができる。

さらに、判定回路２は、電池１に流れる充放電電流の実効値（Ｉｒｍｓ）と、あらかじめ設定している制限電流を越えた累積時間とから電池１の劣化度を検出することができる。この判定回路２は、制限電流を越えた累積時間に対する電池１の劣化度を特定するウェイトＷをメモリ７に記憶しており、メモリ７に記憶している累積時間に対するウェイトＷから電池１の劣化度を特定する。この判定回路２は、あらかじめ設定している制限電流を越えた電流を電池１に流し、その累積時間から電池１の劣化度を特定するウェイトＷを検出して、累積値に対するウェイトＷとしてメモリ７に記憶している。この判定回路２は、充放電するΔＳＯＣによる劣化度と、電池１の充放電電流の実効値（Ｉｒｍｓ）による劣化度と、電池１の制限電流から検出される劣化度とを加算して電池１の劣化度ＳＯＨをより正確に検出できる。

さらに、判定回路２は、電池１に流れる充放電電流の二乗平均平方根と、あらかじめ設定している上限・下限電圧を越えた累積時間とから電池１の劣化度を検出することもできる。この判定回路２は、上限・下限電圧を越えた累積時間に対する電池１の劣化度を特定するウェイトＷをメモリ７に記憶している。上限・下限電圧を越えた累積時間に対する電池１の劣化度を特定するウェイトＷは、現実に電池１を上限・下限電圧を越えた状態として、劣化度を特定するウェイトＷを検出してメモリ７に記憶している。メモリ７に記憶される累積時間に対するウェイトＷから、電池１の劣化度を特定する。この判定回路２は、ΔＳＯＣから検出される劣化度と、電池１の充放電電流の実効値（Ｉｒｍｓ）から検出される劣化度と、制限電流を越えた累積時間から検出される劣化度と、電池１の上限・下限電圧の累積値から検出される劣化度とを加算して、電池１のトータルの劣化度ＳＯＨを正確に検出できる。

さらに、判定回路２は、電池１の温度による劣化度を検出して、温度による劣化も考慮して劣化度ＳＯＨを検出することができる。温度によって劣化度ＳＯＨを検出する判定回路２は、保存温度と通電温度を検出し、保存温度と通電温度に対応する劣化度を特定するウェイトＷをあらかじめメモリ７に記憶し、記憶されるデータに基づいて、検出される保存温度から特定されるウェイトＷと、検出される通電温度から特定されるウェイトＷから電池１の劣化度を検出する。

表２は、保存温度に対するウェイトＷ１０〜Ｗ１７を例示し、表３は通電温度に対するウェイトＷ２０〜Ｗ２７を例示している。

電池１の劣化度は、保存温度や通電温度が高くなるほど大きくなる。したがって、保存温度や通電温度に対するウェイトＷ（％）は、たとえば表２と表３に示すように設定して、温度が高くなるにしたがって大きくする。判定回路２は、充放電される電池１の保存温度や通電温度を検出し、検出された保存温度から劣化度を特定するウェイトＷ１０（％）〜Ｗ１７（％）、及び通電温度から劣化度を特定するウェイトＷ２０（％）〜Ｗ２７（％）を、メモリ７に記憶される値から検出し、たとえば表２、又は表３の値からウェイトＷを特定して、現実の電池１の劣化度ＳＯＨを検出する。

電池１は、種類により保存温度や通電温度に対する劣化度を特定するウェイトＷが異なる。したがって、温度に対するウェイトＷの値は、電池１を現実に特定の温度で保存し、また通電して、その温度に対するウェイトＷを測定してメモリ７に記憶させる。

さらにまた、判定回路２は電池１の内部抵抗を検出して劣化度ＳＯＨを検出することができる。電池１の劣化度ＳＯＨを内部抵抗によって検出する判定回路２は、内部抵抗以外の検出値から検出される劣化度ＳＯＨ１と、内部抵抗から検出される劣化度ＳＯＨ２の両方から劣化度ＳＯＨを検出する。この判定回路２は、劣化度ＳＯＨ１と劣化度ＳＯＨ２を加算して劣化度ＳＯＨを検出するのではなく、劣化度ＳＯＨ１と劣化度ＳＯＨ２を所定の比率として、以下の式で電池１のトータルの劣化度ＳＯＨを演算する。
劣化度ＳＯＨ＝ウェイト１×劣化度ＳＯＨ１＋ウェイト２×劣化度ＳＯＨ２
ただし、ウェイト１＋ウェイト２＝１である。

ウェイト１とウェイト２は、図６のグラフに示すように、電池１の内部抵抗によって特定する。この図は、横軸を電池１の内部抵抗の相対値として、縦軸にウェイト１とウェイト２を示している。ただし、この図は、電池１の劣化度ＳＯＨを０％とする状態、いいかえると寿命の尽きた電池１の内部抵抗を１００としている。この図に示すように、電池１の劣化が進んで劣化度ＳＯＨが小さくなるにしたがって、ウェイト１を小さく、ウェイト２を大きくする。電池１は、内部抵抗が大きくなって劣化が進んだ状態では、内部抵抗が劣化度ＳＯＨを正確に特定するからである。この方法は、電池１の内部抵抗からウェイト１とウェイト２を特定する。ただし、電池１の内部抵抗から特定される劣化度ＳＯＨ２から、ウェイト１とウェイト２を特定し、あるいは劣化度ＳＯＨ１と劣化度ＳＯＨ２から判定される劣化度ＳＯＨからウェイト１とウェイト２を特定することもできる。この場合も、劣化度ＳＯＨ２が小さくなり、あるいは劣化度ＳＯＨが小さくなる、いいかえると寿命末期に近づくにしたがって、ウェイト１を小さくしてウェイト２を大きくする。

電池１の内部抵抗は判定回路２に検出される。判定回路２は、電池１の内部抵抗を検出し、内部抵抗から劣化度ＳＯＨ２を検出する。内部抵抗を有する電池１の等価回路を図７に示す。この等価回路の電池１を充放電して、電流Ｉと出力電圧ＶLを検出すると図８に示すようになる。図８において、電池１の電流−電圧特性を示すラインＡの傾きから内部抵抗Ｒ0が演算される。
電池１の開放電圧をＶoとし、電流Ｉのときに電圧をＶLとすれば、
ＶL＝Ｖo−Ｒ0×Ｉ
この式から、
Ｒ0＝（Ｖo−ＶL）／I で演算される。

電池１の内部抵抗に対する電池１の劣化度ＳＯＨ２はあらかじめ測定されて、判定回路２のルックアップテーブルに記憶され、あるいは判定回路２は、内部抵抗に対する劣化度ＳＯＨ１を関数として記憶している。ルックアップテーブルに記憶され、あるいは関数として記憶される、内部抵抗に対する劣化度ＳＯＨ２を図９に例示する。この図の特性の電池は、内部抵抗を３００ｍΩとするとき、劣化度ＳＯＨ２は６０％とする。

劣化度ＳＯＨ１と劣化度ＳＯＨ２から劣化度ＳＯＨを検出する判定回路２は、検出される劣化度ＳＯＨ１と劣化度ＳＯＨ２からウェイト１とウェイト２を特定して、電池１の劣化度ＳＯＨを判定する。判定回路２が、劣化度ＳＯＨを演算するフローチャートを図１０に示す。
［ｎ＝１のステップ］
このステップで、判定回路２は内蔵するメモリ７のデータから、劣化度ＳＯＨ１、劣化度ＳＯＨ２、劣化度ＳＯＨを初期化する。
［ｎ＝２のステップ］
このステップで、判定回路２は電池１の電流と電圧から内部抵抗を演算する。このとき、温度によるフィルタリングをして、測定精度を高くする。内部抵抗が温度により変化するからである。温度によるフィルタリングは、電池１の内部抵抗を検出するときの電池温度を検出し、検出される内部抵抗を温度を関数として設定温度における内部抵抗に変換する。内部抵抗をフィルタリングする判定回路２は、温度に対する内部抵抗の変化を、関数として、あるいはルックアップテーブルに記憶している。この記憶値から、内部抵抗を設定温度の内部抵抗にフィルタリングして補正する。
［ｎ＝３のステップ］
電池１が充放電される電流と電池温度と、さらに内部抵抗を測定し、これをフィルタリングする。
［ｎ＝４のステップ］
１ｓｅｃ経過するまで、ｎ＝２〜４のステップをループする。
［ｎ＝５のステップ］
１ｓｅｃ経過すると、このステップにおいて、１ｓｅｃ間における電流の実効値（Ｉｒｍｓ）、平均温度、内部抵抗を演算する。
［ｎ＝６のステップ］
このステップで、判定回路２は、１ｓｅｃ間における電流の実効値（Ｉｒｍｓ）と電池の平均温度から劣化度ＳＯＨ１を計算する。
［ｎ＝７のステップ］
さらに、判定回路２は、記憶しているルックアップテーブルや関数に基づいて、内部抵抗から劣化度ＳＯＨ２を演算する。
［ｎ＝８のステップ］
このステップで、判定回路２は、劣化度ＳＯＨ１と劣化度ＳＯＨ２のウェイト１とウェイト２を特定する。ウェイト１とウェイト２は、図６から特定する。
［ｎ＝９のステップ］
判定回路２は、ウェイト１及び劣化度ＳＯＨ１と、ウェイト２及び劣化度ＳＯＨ２から劣化度ＳＯＨを演算する。
［ｎ＝１０のステップ］
劣化度ＳＯＨ１を劣化度ＳＯＨに近づけるために、演算された劣化度ＳＯＨから劣化度ＳＯＨ１を補正する。

判定回路２は、以上のようにして電池１の劣化度ＳＯＨを判定し、判定された劣化度ＳＯＨを通信回線９を介して車両側や太陽電池側の制御回路に伝送する。

以上のようにして劣化度ＳＯＨを検出することにより、電池１の寿命を知ることができる。また、各劣化度ＳＯＨにおける各種の特性（たとえば、その劣化度ＳＯＨにおける電圧と電池の残容量［ＳＯＣ（％）］との関係、その劣化度ＳＯＨにおける満充電容量等）を予め保存しておき、判定、検出されたその時点における劣化度ＳＯＨに応じて、このような保存された特性を利用することができる。

判定回路２は、電池１の劣化度ＳＯＨに対する満充電容量（Ａｈ）をルックアップテーブルに記憶し、あるいは関数として記憶している。劣化度ＳＯＨから満充電容量（Ａｈ）が検出されると、電動車両１０や太陽電池２０で充電される電池１は、満充電容量（Ａｈ）に対する放電可能容量（Ａｈ）の比率から残容量［ＳＯＣ（％）］が演算される。放電可能容量（Ａｈ）は、電池１の充放電電流の積算値から演算する。放電可能容量（Ａｈ）は、電池１の充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算して検出される。残容量［ＳＯＣ（％）］が検出されると、残容量［ＳＯＣ（％）］を所定の範囲とするように、たとえば、残容量［ＳＯＣ（％）］を３０％〜７０％、あるいは２０％〜８０％、あるいはまた１０％〜９０％の範囲となるように充放電の電流をコントロールして、電池１の劣化を少なく、寿命を長くできる。

さらに、電池１の劣化度ＳＯＨが検出されると、電池１の劣化度ＳＯＨに対応して、電池１に流す最大電流を小さく制御し、あるいは充電するときの最大電圧を低くして、電池を保護しながら充放電することもできる。

判定回路２は、車両に搭載される電池１にあっては、車両のイグニッションスイッチをオンとする状態、すなわち車両の走行状態において、充放電される電池１のΔＳＯＣ、電流の実効値（Ｉｒｍｓ）、電池１の温度、許容電流を越えた累積時間、上限・下限電圧を越えた累積時間などを検出して、所定の時間毎に劣化度ＳＯＨを検出する。

太陽電池２０で充電される電池１は、つねに一定の周期で、たとえば１ｓｅｃ〜１分毎に電池１の劣化度ＳＯＨを検出する。

上述のごとく、電池１の劣化度ＳＯＨは、ΔＳＯＣが大きくなるほど大きくなり、たとえば表１の値からウェイトＷを特定して、現実の電池１の劣化度ＳＯＨを検出することができる。また、電池１の劣化度ＳＯＨは、保存温度や通電温度が高くなるほど大きくなり、たとえば表２、又は表３の値からウェイトＷを特定して、現実の電池１の劣化度ＳＯＨを検出することができる。一方、表１に示したΔＳＯＣの範囲ごとの使用回数や表２、又は表３に示した各温度範囲の使用時間を累積してメモリ７に記憶させ、メンテナンスやサービス時に、記憶したデータを読み出して、所定の条件以上の使われ方をしていないか調べることによって、電池１の劣化度を特定することができる。

また、所定の条件以上の使われ方をしていないか調べることによって、有償交換か無償交換かの判定に利用することもできる。

本発明に係る電池の劣化度の検出方法は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。

１…電池
２…判定回路
３…電流検出回路
４…温度検出回路
５…電圧検出回路
６…演算回路
７…メモリ
８…温度センサ
９…通信回線
１０…電動車両 １０Ａ…ハイブリッドカー
１１…双方向電力変換装置
１２…モータ
１３…発電機
１４…制御回路
２０…太陽電池

Claims (10)

1. 充放電される電池の１回の充電又は１回の放電における残容量の変化量であるΔＳＯＣを検出し、
   さらに、ΔＳＯＣの値に対応する劣化度を特定するウェイトをあらかじめ記憶しており、記憶されるデータに基づいて、検出されるΔＳＯＣからウェイトを特定し、特定されるウェイトから電池の劣化度を検出し、
   電池に許容される制限電流を記憶し、この制限電流を越えた累積時間を検出して電池の劣化度を検出することを特徴とする電池の劣化度の検出方法。
2. 電池の保存温度と通電温度とを検出し、保存温度と通電温度に対応するウェイトをあらかじめ記憶し、記憶されるデータに基づいて、検出される保存温度から特定されるウェイトと、検出される通電温度から特定されるウェイトから電池の劣化度を検出する請求項１に記載される電池の劣化度の検出方法。
3. 電池の通電温度と電流とを検出し、通電温度と電流に対応するウェイトをあらかじめ記憶し、記憶されるデータに基づいて、検出される通電温度と電流からウェイトを特定し、特定されるウェイトから電池の劣化度を検出することを特徴とする請求項１または２に記載される電池の劣化度の検出方法。
4. 電池の上限・下限電圧を記憶し、この上限・下限電圧を越えた累積時間を検出して電池の劣化度を検出する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の劣化度の検出方法。
5. 電池の保存温度範囲ごとに累積時間を記憶し、記憶されたデータに基づいて電池の劣化度を検出する請求項１ないし４のいずれかに記載される電池の劣化度の検出方法。
6. 電池の通電温度範囲ごとに累積時間を記憶し、記憶されたデータに基づいて電池の劣化度を検出する請求項１ないし５のいずれかに記載される電池の劣化度の検出方法。
7. 電池のΔＳＯＣ範囲ごとに累積回数を記憶し、記憶されたデータに基づいて電池の劣化度を検出する請求項１ないし６のいずれかに記載される電池の劣化度の検出方法。
8. 電池が、あらかじめ設定している残容量［ＳＯＣ（％）］の範囲に制御して充放電される用途に使用される請求項１ないし７のいずれかに記載される電池の劣化度の検出方法。
9. 電池が、車両を走行させるモータに電力を供給する電池である請求項８に記載される電池の劣化度の検出方法。
10. 電池が、太陽電池の電力を蓄える電源に使用される請求項８に記載される電池の劣化度の検出方法。

Images