JP7042228B2 - 監視装置および監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、監視装置および監視方法に関する。

従来、面圧分布センサを備えた二次電池において、面圧分布の形状に応じてリチウムの析出を検知するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－０２０８２６号公報

従来の技術では、比較的高価な面圧分布センサを搭載する必要があるため、全体のコストが過大になる場合があった。

本発明の態様は、このような事情を考慮してなされたものであり、より低コストでリチウムの析出を検知することができる監視装置および監視方法を提供することを目的の一つとする。

この発明に係る監視装置と監視方法は、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る監視装置は、二次電池からの荷重を検出する荷重センサと、前記二次電池の充電率を算出する算出部と、前記二次電池の使用度合いに関する指標値を検出する検出部と、前記指標値に対する、所定の充電率での前記二次電池の前記荷重の変化に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する検知部と、を備える、ものである。

（２）：上記（１）の態様において、前記検出部は、前記二次電池の総充放電電気量を前記指標値として検出する、ものである。

（３）：上記（１）の態様において、前記検出部は、前記二次電池のサイクル数を前記指標値として検出する、ものである。

（４）：上記（１）の態様において、前記検出部は、前記二次電池の累積使用時間を前記指標値として検出する、ものである。

（５）：上記（１）から（４）にいずれかの態様において、前記検知部は、前記荷重と前記指標値との関係を示す近似直線又は近似曲線からの前記荷重の乖離量が所定値以上となった際に、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、ものである。

（６）：上記（１）から（４）にいずれかの態様において、前記検知部は、前記荷重と前記指標値の累乗根との関係を示す近似直線からの前記荷重の乖離量が所定値以上となった際に、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、ものである。

（７）：上記（１）から（６）にいずれかの態様において、前記検知部は、所定値以上の充電率における前記二次電池の荷重と前記指標値との関係に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、ものである。

（８）：上記（５）から（７）にいずれかの態様において、前記検知部は、それぞれ異なる値の前記所定の充電率における前記関係に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、ものである。

（９）：この発明の一態様に係る監視方法は、コンピュータが、荷重センサにより検出された二次電池からの荷重を取得し、前記二次電池の充電率を算出し、前記二次電池の使用度合いに関する指標値を検出し、前記指標値に対する、所定の充電率での前記二次電池の前記荷重の変化に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、監視方法である。

（１）～（９）によれば、より低コストでリチウムの析出を検知することができる。

第１実施形態の充電監視システム１の構成の一例を示す図である。 ＥＣＵ１００の構成の一例を示す図である。 非水二次電池２からの荷重と総充放電電気量との関係の一例を示す図である。 観測座標と仮想線との一例を示す図である。 ＥＣＵ１００のよる処理の一例を示すフローチャートである。 ＥＣＵ１０２の構成の一例を示す図である。 非水二次電池２からの荷重と総サイクル数との関係の一例を示す図である。 ＥＣＵ１０２のよる処理の一例を示すフローチャートである。 ＥＣＵ１０３の構成の一例を示す図である。 非水二次電池２からの荷重と総使用時間との関係の一例を示す図である。 ＥＣＵ１０３のよる処理の一例を示すフローチャートである。 数式に含まれる各パラメータの一例を示す図である。 ５Ａｈ級リチウムイオン二次電池のＳＯＣ－荷重特性を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の監視装置の実施形態について説明する。本発明の監視装置は、例えば、電気自動車に搭載され、電気自動車に電力を供給する二次電池を監視する。これに限られず、本発明の監視装置は、二次電池を動力源とする様々な装置に搭載されてよい。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の充電監視システム１の構成の一例を示す図である。充電監視システム１は、例えば、非水二次電池（二次電池の一例）２と、荷重センサ３と、筐体バインドバー４と、温度センサ５と、電流センサ６と、第１電圧センサ７と、第２電圧センサ８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを備える。

非水二次電池２は、例えば、正極と負極とを有するリチウムイオン電池である。非水二次電池２は、円筒型であってもよく、角型であってもよい。

荷重センサ３は、非水二次電池２からの荷重を検出し、検出した荷重を示す情報をＥＣＵ１００に出力する。荷重センサ３は、例えば、非水二次電池２の発電要素の積層方向に設置されたロードセルである。また、荷重センサ３は、例えば、非水二次電池２の側面に角型電池側面に配置したひずみゲージであってもよい。また、荷重センサ３は、非水二次電池２の側面や外周面に密着して配置される面圧分布センサであってもよい。

筐体バインドバー４は、非水二次電池２と荷重センサ３とを固定する。筐体バインドバー４は、例えば、対向して配置されている第１基材４ａと第２基材４ｂとを備える。第１基材４ａと第２基材４ｂとは、連結部材４ｃ，４ｄにより連結されている。筐体バインドバー４は、第１基材４ａと第２基材４ｂとの間に非水二次電池２と荷重センサ３をはさんだ状態で、連結部材４ｃ，４ｄにより第１基材４ａと第２基材４ｂとを固定する。こうすることにより、荷重センサ３は、非水二次電池２からの荷重を検出することができる。

温度センサ５は、非水二次電池２の温度を検出する。なお、温度センサ５は、非水二次電池２からある程度離間して設置され、非水二次電池２の周辺温度を検出してもよい。

電流センサ６は、非水二次電池２と駆動部側とを接続する電力線２ａの一部に接続されている。電流センサ６は、非水二次電池２から放電される電力の電流値や、非水二次電池２に充電される電力の電流値を検出し、ＥＣＵ１００に出力する。

第１電圧センサ７は、非水二次電池２の正極側の電圧を検出し、ＥＣＵ１００に出力する。第２電圧センサ８は、非水二次電池２の負極側の電圧を検出し、ＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００は、充電監視システム１を統括的に制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、監視装置の一例である。

［ＥＣＵ１００の構成］
図２は、ＥＣＵ１００の構成の一例を示す図である。ＥＣＵ１００は、例えば、総充放電電気量算出部１１０と、ＳＯＣ算出部１２０と、荷重取得部１３０と、第１傾向算出部１４０と、第１検知部１５０と、報知部１６０と、記憶部１９０とを備える。記憶部１９０を除くこれらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のコンピュータプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め記憶部１９０に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭ等の着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶部１９０にインストールされてもよい。

ＥＣＵ１００には、さらに日時管理部９が接続されている。日時管理部９は、例えば内部クロックで駆動し、現在時刻、現在日時などを示す情報をＥＣＵ１００に出力する。

総充放電電気量算出部１１０は、電流センサ６、第１電圧センサ７、および第２電圧センサ８からの出力に基づいて、非水二次電池２から放電される電力量や、非水二次電池２に充電される電力量を算出する。総充放電電気量算出部１１０は、放電された電力量だけを算出してもよく、充電された電力量だけを算出してもよく、双方を個別に算出してもよい。

総充放電電気量算出部１１０は、算出した電力量を、記憶部１９０の総充放電電力量情報１９１に加算する。前回値が総充放電電力量情報１９１に含まれる場合、総充放電電気量算出部１１０は、前回値に今回算出した電力量を加算した値を総充放電電力量情報１９１に書き込む。こうすることにより、総充放電電力量情報１９１には、非水二次電池２が車両に設置されたとき（つまり、使用開始時点）から、非水二次電池２に充放電された電力量の積算値を示す情報が格納される。なお、総充放電電気量算出部１１０は、放電された電力量の積算値を総充放電電力量情報１９１に格納してもよく、充電された電力量の積算値を総充放電電力量情報１９１に格納してもよく、充電された電力量の積算値と放電された電力量の積算値の合計を総充放電電力量情報１９１に格納してもよい。

総充放電電気量算出部１１０により算出された総充放電電気量は、非水二次電池２の使用度合いに関する指標値の一例である。指標値は、総充放電電気量に限られず、総充放電電気量を算出するためのデータも含む。つまり、電流センサ６、第１電圧センサ７、第２電圧センサ８、総充放電電気量算出部１１０等は、指標値（指標値を算出するためのデータを含む）を検出する検出部の一例である。

ＳＯＣ算出部１２０は、例えば、電流積算等に基づいて非水二次電池２のＳＯＣを算出する。例えば、ＳＯＣ算出部１２０は、非水二次電池２の容量と、初期ＳＯＣと、非水二次電池２に充放電される電力の電流値（例えば充電側をプラス、放電側をマイナスとして合計する）とに基づいて、非水二次電池のＳＯＣを算出する。非水二次電池２の容量は、非水二次電池２が満充電状態（ＳＯＣ＝１００％の状態）から放電を開始し、放電終止電圧に達するまでに非水二次電池２が放出する電気量（電流×時間）［Ａｈ］である。初期ＳＯＣは、非水二次電池２の初期状態（例えば車両のシステム起動時）におけるＳＯＣである。非水二次電池２に充放電される電力の電流値は、電流センサ６によって検出された検出値である。

荷重取得部１３０は、荷重センサ３の出力に基づいて、非水二次電池２からの荷重を取得する。

第１傾向算出部１４０は、基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重と、総充放電電気量との関係において、総充放電電気量の増加に伴う非水二次電池２からの荷重の増加傾向を算出する。基準ＳＯＣとは、傾向を算出するために予め決められた値のＳＯＣである。基準ＳＯＣは、感度向上のため望ましくは高い値（例えば、８０％以上）のＳＯＣであることが好ましい。このように、基準ＳＯＣとして高い値のＳＯＣを設定することにより、検知精度を高めることができる。

図３は、非水二次電池２からの荷重と総充放電電気量との関係の一例を示す図である。図３において、縦軸が基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重［ｋＮ］、横軸が総充放電電気量［ｋＡｈ^1/2］である。図３において、Ｙ１は、リチウムの析出が無い場合における、総充放電電気量の増加に応じた荷重の変化を示し、一次式で近似される。一方、Ｙ２は、リチウムの析出が発生した場合における、総充放電電気量の増加に応じた荷重の変化を示し、二次式で近似される。図示の通り、Ｙ２は、途中までＹ１と同じ傾向を示すが、リチウムの析出が開始したことにより、荷重の増加が加速し、荷重の変化が近似直線から乖離する。なお、図３の例では、総充放電電気量が１／２乗されているためＹ１が直線で表されているが、これに限られない。例えば、総充放電電気量が１／２乗されていない場合、Ｙ１に相当する近似線は、曲線で表される。

第１傾向算出部１４０は、荷重センサ３の出力と、総充放電電気量算出部１１０により算出された総充放電電気量とに基づいて、荷重と総充放電電気量とを成分とする観測座標を決定し、観測座標と荷重と総充放電電気量と対応付けて、記憶部１９０の第１座標ログ情報１９２に追加する。第１傾向算出部１４０は、この処理を繰り返し行っておく。

第１傾向算出部１４０は、第１座標ログ情報１９２を参照して、例えば、各観測座標における傾き（以下、第１傾きと記す）を求め、観測座標に対応付けて、記憶部１９０の第１傾きログ情報１９３に追加する。例えば、第１傾向算出部１４０は、以下の数式に従って、観測座標ごとに第１傾きを算出する。
｛（ｙ_ｋ－ｙ_ｋ－１）／（ｘ_ｋ－ｘ_ｋ－１）＋（ｙ_ｋ＋１－ｙ_ｋ）／（ｘ_ｋ＋１－ｘ_ｋ）｝／２

第１検知部１５０は、基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重と総充放電電気量との関係に基づいて、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。例えば、第１検知部１５０は、非水二次電池２からの荷重と総充放電電気量との関係を示す仮想線が直線に近似されない場合、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。「仮想線が直線に近似されない場合」には、例えば、荷重と総充放電電気量との関係を示す近似直線からの荷重の乖離量が所定値以上となった際などが含まれる。

例えば、第１検知部１５０は、非水二次電池２からの荷重と総充放電電気量との関係を示す近似直線または近似曲線からの（非水二次電池２からの）荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。例えば、第１検知部１５０は、リチウムの析出が無かった二次電池セルの近似直線や近似曲線を予め参照値として用意しておき、参照値と第１座標ログ情報１９２との比較結果に基づいて、リチウムの析出を検知する。

また、第１検知部１５０は、非水二次電池２からの荷重と総充放電電気量の累乗根との関係を示す近似直線からの（非水二次電池２からの）荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知してもよい。参照値を用意せずに、第１検知部１５０は、例えば、記憶部１９０に記憶された、その二次電池セル自身の使用開始から途中までの第１傾きログ情報１９３を参照し、第１傾きのトレンド（傾向）が、使用開始から途中までの近似直線の傾き、すなわち参照用の傾きとずれてきた場合、リチウムの析出を検知してもよい。例えば、第１検知部１５０は、第１傾きと参照用の傾きとの差分が所定値以上となる回数が連続して所定回数になった場合、リチウムの析出を検知してもよい。なお、リチウムの析出が無かった二次電池セルより近似直線の傾きを事前に用意して、リチウムの析出を検知してもよい。

図３に示すような例では、荷重と総充放電電気量の累乗根との関係を示す近似直線からの荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを第１検知部１５０が検知する。「仮想線が直線に近似されない」には、例えば、二次式以上の多項式に近似することが含まれる。

これに限られず、例えば、図３に示す総充放電電気量が１／２乗されていない場合、第１検知部１５０は、非水二次電池２からの荷重と総充放電電気量との関係を示す近似曲線からの荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知してもよい。

例えば、第１検知部１５０は、第１傾きログ情報１９３を参照し、最初から最後までの観測座標ごとの傾きが一定範囲内でない場合、リチウムが析出していることを検知する。最初から最後までの観測座標ごとの傾きが一定範囲内である場合、仮想線が直線に近似されることを示しているためである。

また、第１検知部１５０は、第１傾きログ情報１９３を参照し、所定の閾値と比較することにより、リチウムが析出していることを検知してもよい。図４は、観測座標と仮想線との一例を示す図である。第１検知部１５０は、今回追加した観測座標Ｐ１の傾きａ１と、一つ前の観測座標Ｐ２の傾きａ２との差分が、第１閾値以上になった場合に、リチウムが析出していることを検知してもよい。傾きの差分が第１閾値以上となった場合、仮想線が直線に近似されないことを示しているためである。また、第１検知部１５０は、今回追加した観測座標Ｐ１の傾きａ１が、第２閾値以上となった場合に、リチウムが析出していることを検知してもよい。傾きが第２閾値以上となった場合、仮想線が直線に近似されないことを示しているためである。

別の手法として、第１検知部１５０は、第１座標ログ情報１９２を参照し、観測座標を連ねた仮想線が直線に近似されない場合、リチウムが析出していることを検知してもよい。例えば、第１検知部１５０は、第１座標ログ情報１９２を参照し、最小二乗法を用いて観測座標を直線と多次曲線の双方で近似してみた場合に、後者の方の二乗誤差の方が前者の二乗誤差に比べて小さいならば、リチウムが析出していることを検知する。前者の方の二乗誤差の方が後者の二乗誤差に比べて小さいならば、仮想線が直線に近似されることを示しているためである。この場合、第１傾きログ情報１９３は不要となる。なお、これに関する原理については、各実施形態の説明の後に説明する。

報知部１６０は、第１検知部１５０により、非水二次電池２にリチウムが析出していることが検知された場合、出力部１１を制御して、その旨を報知する。出力部１１は、例えば、車内に設置されたディスプレイやスピーカ等である。例えば、報知部１６０は、非水二次電池２にリチウムが析出していることを報知するメッセージやイメージをディスプレイに表示させる。また、報知部１６０は、非水二次電池２にリチウムが析出していることを報知するメッセージやエラー音などをスピーカから出力させてもよい。

記憶部１９０は、例えば、ＨＤＤ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現される。

なお、基準ＳＯＣは、一つの値であってもよく、複数の異なる値であってもよい。後者の場合、例えば、基準ＳＯＣは、第１基準ＳＯＣ（８０％）、第２基準ＳＯＣ（６０％）、第３基準ＳＯＣ（４０％）などを含んでいてよい。基準ＳＯＣが複数ある場合、第１傾向算出部１４０は、基準ＳＯＣごとに第１傾きを算出し、基準ＳＯＣを対応付けて、記憶部１９０の第１傾きログ情報１９３に格納する。そして、第１検知部１５０は、基準ＳＯＣごとに予め決められている条件を満たす場合、仮想線が直線に近似されないため、リチウムが析出していることを検知してもよい。基準ＳＯＣごとに予め決められている条件は、例えば、複数の基準ＳＯＣのうち半数以上の基準ＳＯＣに対応する仮想線が直線に近似されない場合、複数の基準ＳＯＣのうち最もＳＯＣが高い基準ＳＯＣに対応する仮想線が直線に近似されない場合、などが含まれる。このように、異なる値の基準ＳＯＣを設定し、これらの異なる値の基準ＳＯＣに対応する仮想線に基づいて、リチウムの析出を検知することにより、検知精度と高めることができる。

［フローチャート］
図５は、ＥＣＵ１００のよる処理の一例を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１００が搭載されている電気自動車のイグニッションがオンされる（ステップＳ１０１）。総充放電電気量算出部１１０は、電流センサ６、第１電圧センサ７、および第２電圧センサ８からの出力に基づいて、総充放電電力量を算出し（ステップＳ１０３）、総充放電電力量情報１９１を更新する。荷重取得部１３０は、荷重センサ３の出力に基づいて、非水二次電池２からの荷重を取得する（ステップＳ１０５）。そして、第１傾向算出部１４０は、総充放電電力量と非水二次電池２からの荷重とに基づいて、荷重と総充放電電気量との関係の図に示すグラフの第１傾きを算出する（ステップＳ１０７）。

第１検知部１５０は、例えば、第１傾向算出部１４０により算出された第１傾きに基づいて、非水二次電池２からの荷重と総充放電電気量との関係を示す仮想線が直線に近似されるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。仮想線が直線に近似される場合、ステップＳ１０３に戻って処理を繰り返す。一方、仮想線が直線に近似されない場合、第１検知部１５０は、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する（ステップＳ１１１）。そして、報知部１６０は、出力部１１を制御して、非水二次電池２にリチウムが析出していることが検知されたことを報知する（ステップＳ１１３）。

なお、ステップＳ１０９における処理は、リチウムの析出を検知する方法の一例であり、これに限られない。例えば、ステップＳ１０９において、第１検知部１５０は、上述した種々の手法を用いて、リチウムが析出していることを検知することができる。

以上説明した実施形態によれば、二次電池からの荷重を検出する荷重センサと、前記二次電池の充電率を算出する算出部と、前記二次電池の使用度合いに関する指標値を検出する検出部と、前記指標値に対する、所定の充電率での前記二次電池の前記荷重の変化に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する検知部とを備えることにより、より低コストでリチウムの析出を検知することができる。

また、リチウム析出を判断する場合、非水二次電池２を解体して、目視や化学分析などで確認する必要があったが、本発明によると、非水二次電池２を破壊する必要がないため、簡便にリチウム析出を検知することが可能である。また、早めにリチウム析出を検知することができるため、それに応じた対処を迅速に行うことができるようになった。

＜第２実施形態＞
図６は、ＥＣＵ１０２の構成の一例を示す図である。ＥＣＵ１０２は、一部の構成が以下の点でＥＣＵ１００と異なる。ＥＣＵ１００と同様の構成について、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

［監視装置の構成］
ＥＣＵ１０２は、例えば、サイクル数算出部１１２と、ＳＯＣ算出部１２０と、荷重取得部１３０と、第２傾向算出部１４２と、第２検知部１５２と、報知部１６０と、記憶部１９０とを備える。

サイクル数算出部１１２は、電流センサ６からの出力に基づいて、充放電のサイクル数を算出する。充放電のサイクル数は、非水二次電池２の使用開始時点から、非水二次電池２に充電された回数と、非水二次電池２から放電された回数の積算値である。サイクル数算出部１１２は、電流センサ６からの出力に基づいて、充電と放電とが切り替えられた場合に、サイクル数を１つカウントアップし、記憶部１９０のサイクル数情報１９４を更新する。

サイクル数算出部１１２により算出されたサイクル数は、非水二次電池２の使用度合いに関する指標値の一例である。指標値は、サイクル数に限られず、サイクル数を算出するためのデータも含む。つまり、電流センサ６やサイクル数算出部１１２は、指標値（指標値を算出するためのデータを含む）を検出する検出部の一例である。

第２傾向算出部１４２は、基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重と、サイクル数との関係において、サイクル数の増加に伴う非水二次電池２からの荷重の増加傾向を算出する。

図７は、非水二次電池２からの荷重とサイクル数との関係の一例を示す図である。図７において、縦軸が基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重［ｋＮ］、横軸がサイクル数^1/2である。図７において、Ｙ１１は、リチウムの析出が無い場合における、サイクル数の増加に応じた荷重の変化を示し、一次式で近似される。一方、Ｙ１２は、リチウムの析出が発生した場合における、サイクル数の増加に応じた荷重の変化を示し、二次式で近似される。図示の通り、Ｙ１２は、途中までＹ１１と同じ傾向を示すが、リチウムの析出が開始したことにより、荷重の増加が加速し、荷重の変化が近似直線から乖離する。なお、図７の例では、サイクル数が１／２乗されているためＹ１１が直線で表されているが、これに限られない。例えば、サイクル数が１／２乗されていない場合、Ｙ１１に相当する近似線は、曲線で表される。

第２傾向算出部１４２は、荷重センサ３の出力と、サイクル数算出部１１２により算出されたサイクル数とに基づいて、荷重とサイクル数とを成分とする観測座標を決定し、観測座標と荷重とサイクル数と対応付けて、記憶部１９０の第２座標ログ情報１９５に追加する。第２傾向算出部１４２は、この処理を繰り返し行っておく。

第２傾向算出部１４２は、第２座標ログ情報１９５を参照して、例えば、各観測座標における傾き（以下、第２傾きと記す）を求め、観測座標に対応付けて、記憶部１９０の第２傾きログ情報１９６に追加する。なお、傾きの算出手法については、第１傾向算出部１４０と同様である。

第２検知部１５２は、基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重とサイクル数との関係に基づいて、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。例えば、第２検知部１５２は、非水二次電池２からの荷重とサイクル数との関係を示す仮想線が直線に近似されない場合、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。これに限られず、例えば、図７に示すサイクル数が１／２乗されていない場合、第２検知部１５２は、非水二次電池２からの荷重とサイクル数との関係を示す近似曲線からの荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知してもよい。なお、第２検知部１５２による検知手法については、第１検知部１５０と同様である。例えば、図７に示すような例では、荷重とサイクル数の累乗根との関係を示す近似直線からの荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを第１検知部１５０が検知する。

例えば、第２検知部１５２は、非水二次電池２からの荷重とサイクル数との関係を示す近似直線または近似曲線からの（非水二次電池２からの）荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。例えば、第２検知部１５２は、リチウムの析出が無かった二次電池セルの近似直線や近似曲線を予め参照値として用意しておき、参照値と第２座標ログ情報１９５との比較結果に基づいて、リチウムの析出を検知する。

また、第２検知部１５２は、非水二次電池２からの荷重とサイクル数の累乗根との関係を示す近似直線からの（非水二次電池２からの）荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知してもよい。参照値を用意せずに、第２検知部１５２は、例えば、記憶部１９０に記憶された、その二次電池セル自身の使用開始から途中までの第２傾きログ情報１９６を参照し、第２傾きのトレンド（傾向）が、使用開始から途中までの近似直線の傾き、すなわち参照用の傾きとずれてきた場合、リチウムの析出を検知してもよい。例えば、第２検知部１５２は、第２傾きと参照用の傾きとの差分が所定値以上となる回数が連続して所定回数になった場合、リチウムの析出を検知してもよい。なお、リチウムの析出が無かった二次電池セルより近似直線の傾きを事前に用意して、リチウムの析出を検知してもよい。

［フローチャート］
図８は、ＥＣＵ１０２のよる処理の一例を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０２が搭載されている電気自動車のイグニッションがオンされる（ステップＳ２０１）。サイクル数算出部１１２は、電流センサ６からの出力に基づいて、サイクル数を算出し（ステップＳ２０３）、サイクル数情報１９４を更新する。荷重取得部１３０は、荷重センサ３の出力に基づいて、非水二次電池２からの荷重を取得する（ステップＳ２０５）。そして、第２傾向算出部１４２は、サイクル数と非水二次電池２からの荷重とに基づいて、荷重とサイクル数との関係の図に示すグラフの第２傾きを算出する（ステップＳ２０７）。

第２検知部１５２は、例えば、第２傾向算出部１４２により算出された第２傾きに基づいて、非水二次電池２からの荷重とサイクル数との関係を示す仮想線が直線に近似されるか否かを判定する（ステップＳ２０９）。仮想線が直線に近似される場合、ステップＳ２０３に戻って処理を繰り返す。一方、仮想線が直線に近似されない場合、第２検知部１５２は、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する（ステップＳ２１１）。そして、報知部１６０は、出力部１１を制御して、非水二次電池２にリチウムが析出していることが検知されたことを報知する（ステップＳ２１３）。

なお、ステップＳ２０９における処理は、リチウムの析出を検知する方法の一例であり、これに限られない。例えば、ステップＳ２０９において、第２検知部１５２は、上述した種々の手法を用いて、リチウムが析出していることを検知することができる。

＜第３実施形態＞
図９は、ＥＣＵ１０３の構成の一例を示す図である。ＥＣＵ１０３は、一部の構成が以下の点でＥＣＵ１００と異なる。ＥＣＵ１００と同様の構成について、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

［監視装置の構成］
ＥＣＵ１０３は、例えば、使用時間算出部１１４と、ＳＯＣ算出部１２０と、荷重取得部１３０と、第３傾向算出部１４４と、第３検知部１５４と、報知部１６０と、記憶部１９０とを備える。

使用時間算出部１１４は、電流センサ６からの出力に基づいて、非水二次電池２の累積使用時間を算出する。累積使用時間は、非水二次電池２の使用開始時点からの経過時間である。使用時間算出部１１４は、日時管理部９からの出力に基づいて、記憶部１９０の累積使用時間情報１９７を更新する。例えば、使用時間算出部１１４は、１時間経過ごとに、累積使用時間情報１９７を更新する。

使用時間算出部１１４により算出された累積使用時間は、非水二次電池２の使用度合いに関する指標値の一例である。指標値は、累積使用時間に限られず、累積使用時間を算出するためのデータも含む。つまり、電流センサ６や使用時間算出部１１４は、指標値（指標値を算出するためのデータを含む）を検出する検出部の一例である。

第３傾向算出部１４４は、基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重と、累積使用時間との関係において、累積使用時間の増加に伴う非水二次電池２からの荷重の増加傾向を算出する。

図１０は、非水二次電池２からの荷重と累積使用時間との関係の一例を示す図である。図１０において、縦軸が基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重［ｋＮ］、横軸が累積使用時間^1/2である。図１０において、Ｙ２１は、リチウムの析出が無い場合における、累積使用時間の増加に応じた荷重の変化を示し、一次式で近似される。一方、Ｙ２２は、リチウムの析出が発生した場合における、累積使用時間の増加に応じた荷重の変化を示し、二次式で近似される。図示の通り、Ｙ２２は、途中までＹ２１と同じ傾向を示すが、リチウムの析出が開始したことにより、荷重の増加が加速し、荷重の変化が近似直線から乖離する。なお、図１０の例では、累積使用時間が１／２乗されているためＹ２１が直線で表されているが、これに限られない。例えば、累積使用時間が１／２乗されていない場合、Ｙ２１に相当する近似線は、曲線で表される。

第３傾向算出部１４４は、荷重センサ３の出力と、使用時間算出部１１４により算出された累積使用時間とに基づいて、荷重と累積使用時間とを成分とする観測座標を決定し、観測座標と荷重と累積使用時間と対応付けて、記憶部１９０の第３座標ログ情報１９８に追加する。第３傾向算出部１４４は、この処理を繰り返し行っておく。

第３傾向算出部１４４は、第３座標ログ情報１９８を参照して、例えば、各観測座標における傾き（以下、第３傾きと記す）を求め、観測座標に対応付けて、記憶部１９０の第３傾きログ情報１９９に追加する。なお、傾きの算出手法については、第１傾向算出部１４０と同様である。

第３検知部１５４は、基準ＳＯＣにおける非水二次電池２からの荷重と累積使用時間との関係に基づいて、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。例えば、第３検知部１５４は、非水二次電池２からの荷重と累積使用時間との関係を示す仮想線が直線に近似されない場合、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。これに限られず、例えば、図１０に示す累積使用時間が１／２乗されていない場合、第３検知部１５４は、非水二次電池２からの荷重と累積使用時間との関係を示す近似曲線からの荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知してもよい。なお、第３検知部１５４による検知手法については、第１検知部１５０と同様である。例えば、図１０に示すような例では、荷重と累積使用時間の累乗根との関係を示す近似直線からの荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを第３検知部１５４が検知する。

例えば、第３検知部１５４は、非水二次電池２からの荷重と累積使用時間との関係を示す近似直線または近似曲線からの（非水二次電池２からの）荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する。例えば、第１検知部１５０は、リチウムの析出が無かった二次電池セルの近似直線や近似曲線を予め参照値として用意しておき、参照値と第３座標ログ情報１９８との比較結果に基づいて、リチウムの析出を検知する。

また、第３検知部１５４は、非水二次電池２からの荷重と累積使用時間の累乗根との関係を示す近似直線からの（非水二次電池２からの）荷重の乖離量が所定値以上となった際に、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知してもよい。参照値を用意せずに、第３検知部１５４は、例えば、記憶部１９０に記憶された、その二次電池セル自身の使用開始から途中までの第３傾きログ情報１９９を参照し、第３傾きのトレンド（傾向）が、使用開始から途中までの近似直線の傾き、すなわち参照用の傾きとずれてきた場合、リチウムの析出を検知してもよい。例えば、第３検知部１５４は、第３傾きと参照用の傾きとの差分が所定値以上となる回数が連続して所定回数になった場合、リチウムの析出を検知してもよい。なお、リチウムの析出が無かった二次電池セルより近似直線の傾きを事前に用意して、リチウムの析出を検知してもよい。

［フローチャート］
図１１は、ＥＣＵ１０３のよる処理の一例を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０３が搭載されている電気自動車のイグニッションがオンされる（ステップＳ３０１）。使用時間算出部１１４は、日時管理部９からの出力に基づいて、累積使用時間を算出し（ステップＳ３０３）、累積使用時間情報１９７を更新する。荷重取得部１３０は、荷重センサ３の出力に基づいて、非水二次電池２からの荷重を取得する（ステップＳ３０５）。そして、第３傾向算出部１４４は、累積使用時間と非水二次電池２からの荷重とに基づいて、荷重と累積使用時間との関係の図に示すグラフの第３傾きを算出する（ステップＳ３０７）。

第３検知部１５４は、例えば、第３傾向算出部１４４により算出された第３傾きに基づいて、非水二次電池２からの荷重と累積使用時間との関係を示す仮想線が直線に近似されるか否かを判定する（ステップＳ３０９）。仮想線が直線に近似される場合、ステップＳ３０３に戻って処理を繰り返す。一方、仮想線が直線に近似されない場合、第３検知部１５４は、非水二次電池２にリチウムが析出していることを検知する（ステップＳ３１１）。そして、報知部１６０は、出力部１１を制御して、非水二次電池２にリチウムが析出していることが検知されたことを報知する（ステップＳ３１３）。

なお、ステップＳ３０９における処理は、リチウムの析出を検知する方法の一例であり、これに限られない。例えば、ステップＳ３０９において、第３検知部１５４は、上述した種々の手法を用いて、リチウムが析出していることを検知することができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態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の変形及び置換を加えることができる。

例えば、ＥＣＵ１００，１０２，１０３は、リチウムが析出していることが検出された場合、リチウムの析出を抑制するための所定条件の下で、充放電を制御してもよい。また、リチウムが析出していることが検出された場合、経年劣化とは異なる方法で充放電を制御してもよい。

例えば、ＥＣＵ１００，１０２，１０３は、さらに温度センサ５による検出結果に基づいて、リチウムが析出していることを検知してもよい。例えば、ＥＣＵ１００，１０２，１０３は、温度センサ５により検出された温度が閾値以上であった累積使用時間（以下、高温累積使用時間と記す）を算出し、全ての累積使用時間に対する高温累積使用時間の割合を、傾向算出部により算出された傾きに乗算して、乗算した結果に基づいてリチウムが析出していることを検知してもよい。こうすることにより、高温累積使用時間の割合が高い方が、高温累積使用時間の割合が低い方に比べて、感度よくリチウム析出を検知することができる。

［原理の説明］
次に、本発明のＥＣＵ１００，１０２，１０３による各処理の原理について説明する。図１２は、以下に説明する数式に含まれる各パラメータの一例を示す図である。荷重センサ３により検出される荷重Ｆは、受信部のバネ定数をｋｓｐとしたとき、以下の式（１）で表現される。

バッテリＳＯＣ、温度、ならびにセル内堆積物量で、荷重Ｆを表現するために、以下の仮定で議論を進める。
１．初期荷重
二次電池もしくは二次電池積層モジュールは、初期に適当な荷重で拘束されているものとする。
２．筐体バインドバーの熱ひずみ
筐体後足部バインドバー長の歪みは、以下の式（２）で表現される。ここで、α_ｆ、ΔＴ_ｆは、それぞれ筐体材の線膨張率、筐体基準温度からのズレである。

３．二次電池のYoung率の温度依存性
二次電池積層方向（Ｙ方向）のYoung率の温度依存性を、以下の式（３）の二次式で近似する。

４．二次電池ＳＯＣと温度による歪み
二次電池からはＳＯＣｚに応じた膨張にともないＳＯＣ固有の荷重が生じる。ＳＯＣによる歪みをεＬｉ（ｚ）とする。充電にともない正極・負極ともに膨張するが、負極材料の膨張が正極材よりも大きいことが知られている。また、二次電池の線膨張率をαＬ、基準温度と二次電池の温度差をΔＴｂとすると二次電池積層方向の歪みは、以下の式（４）で表される。

ＳＯＣｚによるひずみは、材料の充電による膨張率を反映する。膨張率が正極よりも高い負極グラファイトのＳＯＣ‐荷重特性が、実電池のＳＯＣ－荷重特性に類似であることが知られている。

図１３は、５Ａｈ級リチウムイオン二次電池のＳＯＣ－荷重特性を示す図である。図１２には、典型的な負極にグラファイトを採用したリチウムイオン二次電池のＳＯＣ－荷重特性（常温）を示す。図１３に示したように、荷重はＳＯＣに関係した量になることから、荷重を内部状態の指標として利用できる。

５.二次電池内堆積物・活物質割れによる変位
継続的な二次電池の充放電反応や長時間保管に伴い二次電池内では以下現象が生じる。
ａ．正極活物質割れ
ｂ．ＳＥＩ（Ｌｉ２ＣＯ３, ＬｉＦ他）の生成
ｃ．負極への金属Ｌｉ析出
いずれも二次電池の体積膨張の要因となるが、ａ.は特に二次電池の経年膨張の主要因とされてきた。ｃ．は容量劣化を促進するだけでなく、二次電池の安全性影響も生じる懸念から、Ｌｉ析出が起こらないように車両での充電電力・電流が制御されている。簡便のため、上記の現象が二次電池積層面の面積Ａで、全面にわたって均一に生じるものとする。さらに簡便のため、厳密さは欠くが正極活物質割れも堆積物と同様の議論で扱う。この時のそれぞれの現象（成分）による厚さ増加をＬｉ, 生成物重量をｗｉ, 密度をρｉとすると、生成体積物による厚さ変化は、以下の式（５）で表現される。

また、生成堆積物による歪みの総和は各生成物堆積物のYoung率をＥｉとすると、式（６）で表される。

６．ガス発生
継続的な二次電池の充放電反応や長時間保管に伴い二次電池内では電解液分解が生じる。これにより炭酸ガスを主成分とするガスが二次電池ケース内で生じ、膨張の要因となる。一方で、気体の体積弾性率は１０＾５程度であり、固体の１０＾９～１１に比べて小さいため、ここの議論ではガスの発生による計測荷重への影響を無視する。

以上の前提条件のもとで、二次電池の積層方向への膨張の総和ΔＬは、式（７）のようになる。

荷重Ｆを表す式（１）に式（２）および式（７）を代入することで、任意の温度、ＳＯＣ、生成堆積物重量における荷重を計算する式（８）を得る。

ここで、筐体ならびに二次電池が基準温度と平衡にある条件に絞って単純化する。
Ｔ_ｆ=Ｔ_ｒｅｆ、Ｔ_ｂ＝Ｔ_ｒｅｆ、よりΔＴ_ｂ＝０、ΔＴ_ｆ＝０となるので、式（８）は、式（９）のようになる。

式（９）を、σＡについて整理すると、以下の式（１０）が得られる。同一温度・同一ＳＯＣにおいても、堆積物量の増加によって荷重Ｆが増大することがわかる。

次に、膨張量と堆積物物性ならびに生成量の関係について説明する。

式（９）、式（１０）を変形した式（１１）から考える。

式（１１）より、堆積物量ｗが大であるほど、またYoung率Eが大であるほど、堆積物による応力σが大になることがわかる。

ここで、Ｌｉ金属に着目すると、その生成量ｗは、式（１２）で表される。

Ｌｉ析出が急速に進むような充電電流の全量がＬｉ析出に使用される場合には、短時間でｗ_Ｌｉが増加することにより、荷重が短時間で急峻に増大することが考えられる。これに対しＳＥＩの成長、正極の割れの進行は時間１／２に比例して比較的緩慢に進行することが試験結果からわかっている。これらの関係から、Ｌｉ金属のYoung率が他の堆積物（正極割れ含む）と比較して低いにも関わらず、定温・定ＳＯＣ下での荷重の増大とにその増大速度から、Ｌｉ析出を判定することができる。

１…充電監視システム、２…非水二次電池、３…荷重センサ、４…筐体バインドバー、５…温度センサ、６…電流センサ、７…第１電圧センサ、８…第２電圧センサ、９…日時管理部、１０…ＥＣＵ、１０１監視装置、１１０総充放電電気量算出部、１２０ＳＯＣ算出部、１３０荷重取得部、１４０第１傾向算出部、１５０第１検知部、１６０報知部、１９０記憶部

Claims (9)

1. 二次電池からの荷重を検出する荷重センサと、
   前記二次電池の充電率を算出する算出部と、
   前記二次電池の使用度合いに関する指標値を検出する検出部と、
   前記指標値に対する、所定の充電率での前記二次電池の前記荷重の変化に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する検知部と、
   を備える監視装置。
2. 前記検出部は、前記二次電池の総充放電電気量を前記指標値として検出する、
   請求項１に記載の監視装置。
3. 前記検出部は、前記二次電池のサイクル数を前記指標値として検出する、
   請求項１に記載の監視装置。
4. 前記検出部は、前記二次電池の累積使用時間を前記指標値として検出する、
   請求項１に記載の監視装置。
5. 前記検知部は、前記荷重と前記指標値との関係を示す近似直線又は近似曲線からの前記荷重の乖離量が所定値以上となった際に、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
   請求項１から４のうちいずれか一項に記載の監視装置。
6. 前記検知部は、前記荷重と前記指標値の累乗根との関係を示す近似直線からの前記荷重の乖離量が所定値以上となった際に、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
   請求項１から４のうちいずれか一項に記載の監視装置。
7. 前記検知部は、
   所定値以上の充電率における前記二次電池の荷重と前記指標値との関係に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
   請求項１から６のうちいずれか一項に記載の監視装置。
8. 前記検知部は、
   それぞれ異なる値の前記所定の充電率における前記関係に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
   請求項５から７のうちいずれか一項に記載の監視装置。
9. コンピュータが、
   荷重センサにより検出された二次電池からの荷重を取得し、
   前記二次電池の充電率を算出し、
   前記二次電池の使用度合いに関する指標値を検出し、
   前記指標値に対する、所定の充電率での前記二次電池の前記荷重の変化に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
   監視方法。

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