JP7065435B2 - 電池管理装置、電池システム、及び電池管理方法 - Google Patents

電池管理装置、電池システム、及び電池管理方法 Download PDF

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Description

本発明は、二次電池の使用を管理する電池管理装置、電池システム、及び電池管理方法に関する。
近年、リチウムイオン電池の需要が拡大している。リチウムイオン電池は、車載用途（例えば、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ、ＥＶ）、定置型蓄電用途、電子機器用途（例えば、ＰＣ、スマートフォン）など、様々な用途に使用されている。特にＨＥＶ、ＰＨＥＶ、ＥＶの出荷台数が増えてきており、車載用のリチウムイオン電池の出荷が伸びている。
リチウムイオン電池などの二次電池を低温下で繰り返し充放電すると、容量の急激な劣化が発生しやすくなる。また二次電池をハイレートで繰り返し充放電する場合も、容量の急劣化が発生しやすくなる。容量の急劣化は、電解液の減少、極板反応面積の低下などに起因して発生する。容量の急劣化後は、入出力性能が著しく低下する。また、イオンとして溶けているリチウムが金属として析出しやすくなる。金属リチウムが析出すると、金属リチウムがセパレータを貫通し、正極と負極を短絡させる可能性がある。このように容量の急劣化後は、二次電池の安定性、安全性が低下するため、基本的に二次電池の使用を終了させる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５－２２２１９５号公報
上述のように二次電池の容量に急劣化が発生すると、基本的に二次電池を使用できなくなるため、二次電池の寿命を延ばすには、急劣化の発生をできるだけ先に延ばす必要がある。
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、二次電池の容量の急劣化の発生を延ばす技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電池管理装置は、二次電池の複数時点の交流抵抗値を測定または推定し、当該複数時点の交流抵抗値をもとに前記二次電池の交流抵抗値の予想推移を推定し、前記二次電池の交流抵抗値が、前記二次電池の使用終了時点に対応する抵抗閾値に到達するまでの残存使用期間を推定する状態管理部と、前記二次電池の残存使用期間が所定期間未満になると、前記二次電池の使用方法を負担が小さい使用方法に変更する、または前記二次電池の使用を停止する動作管理部と、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、二次電池の容量の急劣化の発生を延ばすことができる。
本発明の実施の形態１に係る電池システムの構成例を示す図である。 電池の充放電サイクル数と、ＳＯＨ／交流抵抗との関係を模式的に示す図である。 充放電サイクル数と交流抵抗値の関係を示す測定データをプロットした図である。 本発明の実施の形態１に係る電池システムの動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る電池システムの構成例を示す図である。 矩形パルス電流が重畳された充放電電流から、高周波成分を分離する様子を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態３に係る電池システムの構成例を示す図である。 二次電池の充電または放電の開始時の電圧推移の一例を示す図である。 二次電池の多段パルス充放電時の電流推移の一例を示す図である。
図１は、本発明の実施の形態１に係る電池システム１の構成例を示す図である。電池システム１は、二次電池１０、インバータ回路２０、電池管理装置３０、電圧センサ４１、電流センサ４２及び発振器５０を備える。二次電池１０には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの化学電池を使用することができる。本実施の形態ではリチウムイオン電池を使用する例を想定する。二次電池１０の単位は基本的にセルを想定するが、複数のセルが組み合わせられたモジュールであってもよい。
インバータ回路２０は、二次電池１０から放電される直流電力を交流電力に変換し、負荷２または商用電力系統（以下、電力系統という）３に出力する。またインバータ回路２０は、電力系統３から供給される交流電力を直流電力に変換し、二次電池１０に充電する。インバータ回路２０は、電池管理装置３０からの指示に従い、電流／電圧を制御することができる。例えば、二次電池１０の定電流（ＣＣ）充電／放電、又は定電圧（ＣＶ）充電／放電が可能である。
電池システム１が車載用途で使用される場合、負荷２は走行用モータになる。電力系統３とは、駐車時にプラグを介して接続される。またインバータ回路２０は、走行用モータにより回生発電された交流電力を直流電力に変換し、二次電池１０に充電することもできる。また電池システム１が、ピークシフトやバックアップに使用される定置型の蓄電システムである場合、インバータ回路２０はパワーコンディショナ（ＰＣＳ）になる。
電圧センサ４１は、二次電池１０の電圧を計測して電池管理装置３０に出力する。電圧センサ４１には例えば、差動アンプを使用することができる。なお、複数のセルが直列接続されて二次電池１０が構成される場合、直列段ごとに電圧センサ４１が設置されることが好ましい。
電流センサ４２は、二次電池１０に流れる電流を計測して電池管理装置３０に出力する。電流センサ４２には例えば、シャント抵抗／ホール素子と差動アンプの組み合わせ、又はＣＴセンサを使用することができる。発振器５０は、交流信号（例えば、正弦波、矩形波）を発生させることができ、発生させた交流信号を二次電池１０に印加することができる。発振器として、ＬＣ発振器、ＲＣ発振器、水晶発振器などを使用することができる。
電池管理装置３０は、状態管理部３１及び動作管理部３２を含み、二次電池１０の状態および動作を管理する。電池管理装置３０の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源として、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
状態管理部３１は、電圧センサ４１から入力される電圧値、電流センサ４２から入力される電流値、及び温度センサ（不図示）から入力される温度値をもとに二次電池１０の状態を管理する。本実施の形態に関連する管理項目として、二次電池１０のＳＯＣ(State Of Charge)、及びＳＯＨ(State Of Health）を管理する。ＳＯＣは、電流積算法またはＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法により推定することができる。
ＳＯＨは、初期の満充電容量に対する現在の満充電容量の比率で規定され、数値が低いほど劣化が進行していることを示す。ＳＯＨは、完全充放電による容量計測により求めてもよいし、予め実験やシミュレーションにより得られた放置劣化速度と電流劣化速度をもとに推定してもよい。放置劣化は主にＳＯＣと温度により決定され、電流劣化は主に積算電流量と温度により決定される。状態管理部３１は、放置劣化速度、ＳＯＣ、温度をもとに放置劣化度を推定し、電流劣化速度、積算電流量、温度をもとに電流劣化度を算出し、両者を合算して二次電池１０のＳＯＨを推定できる。
動作管理部３２は、状態管理部３１により管理される二次電池１０の状態をもとに、電流指令値／電力指令値を生成し、インバータ回路２０に設定する。インバータ回路２０は、動作管理部３２から設定される電流指令値／電力指令値に応じて充放電制御を行う。
二次電池１０は、充放電回数が増加するに従い劣化が進行する。即ち、充放電回数が増加するに従いＳＯＨが低下していく。電池の種類にも依存するが、基本的にほぼ一定の傾きを保ちながらＳＯＨが低下していく。上述のように低温または高温環境下での充放電、ハイレートでの充放電など、電池にとって負担が大きい使用方法が繰り返し行われると、急劣化が発生しやすくなる。急劣化が発生すると、基本的に電池が使用できなくなるため電池の寿命が短くなる。
急劣化の主な要因は電解液の減少にある。電解液の量を直接計測するには電池を分解する必要があり、電池の使用中に電池を分解するのは現実的でない。そこで電池を分解せずに、外部から電池の内部状態を推定して、急劣化の予兆を検知する方法が求められる。これに対して、電池の外部から、電解液が反応する周波数帯の交流信号を印加して、電池の交流抵抗を測定／推定することにより、電池の内部状態を推定する方法がある。
図２は、電池の充放電サイクル数と、ＳＯＨ／交流抵抗との関係を模式的に示す図である。上述のようにＳＯＨは、充放電サイクル数が増加するに従い低下する。なお、充放電サイクル数の代わりに、負荷２への累積充電電流量［Ａｈ］、累積放電電流量［Ａｈ］、または累積充電電力量［Ｗｈ］、累積放電電力量［Ｗｈ］などを使用してもよい。急劣化点Ｐ１は、電池に急劣化が発生した地点を示している。一方、電池の交流抵抗は、ＳＯＨが低下するに従い増加する。ＳＯＨが急劣化点Ｐ１に到達した時点の交流抵抗値を、急劣化点Ｐ１を検出するための閾値に決定する。
図３は、充放電サイクル数と交流抵抗値の関係を示す測定データをプロットした図である。この測定データは、高温で長期間保存後に、常温で充放電を繰り返し、交流抵抗を測定したものである。５つの測定データは、５つの同じ種類の電池を、異なる保存条件で保存後に測定したデータである。保存条件のパラメータとして、保存時の温度、保存期間、保存時のＳＯＣを使用することができる。交流抵抗の測定時は同じ条件で測定している。
図３において、塗りつぶされていない丸は、容量の急劣化が発生していない状態で測定された交流抵抗を示している。塗りつぶされている丸は、容量の急劣化が発生した後に測定された交流抵抗を示している。急劣化の発生地点は、交流抵抗の増加速度の傾きが急上昇した地点で推定される。以上のような測定データをもとに、使用する電池の急劣化点Ｐ１を検出するための閾値が決定される。
図４は、本発明の実施の形態１に係る電池システム１の動作の流れを示すフローチャートである。状態管理部３１は、異なる複数の時点で、二次電池１０の交流抵抗値を測定する（Ｓ１０）。具体的には状態管理部３１は、発振器５０に指示して所定周波数の交流電流Ｉａｃを発生させ、二次電池１０に当該交流電流Ｉａｃを流す。所定周波数は、１００Ｈｚ～１０ｋＨｚの範囲内の値であることが好ましく、例えば１ｋＨｚが使用される。二次電池１０に当該交流電流Ｉａｃが流れている状態で、状態管理部３１は、電圧センサ４１を用いて二次電池１０の交流電圧Ｖａｃを測定する。状態管理部３１は、当該交流電圧Ｖａｃと当該交流電流Ｉａｃとの複素振幅比｜Ｖａｃ／Ｉａｃ｜を算出して、二次電池１０の交流抵抗値を測定する。
なお電流と電圧の関係は逆でもよい。即ち、状態管理部３１は、発振器５０に指示して所定周波数の交流電圧Ｖａｃを発生させ、二次電池１０に当該交流電圧Ｖａｃを印加させる。二次電池１０に当該交流電圧Ｖａｃが印加されている状態で、状態管理部３１は、電流センサ４２を用いて二次電池１０に流れいている交流電流Ｉａｃを測定する。状態管理部３１は、当該交流電圧Ｖａｃと当該交流電流Ｉａｃとの複素振幅比｜Ｖａｃ／Ｉａｃ｜を算出して、二次電池１０の交流抵抗値を測定する。
次に状態管理部３１は、複数の時点の交流抵抗値をもとに、二次電池１０の交流抵抗値の予想推移を推定する。具体的には交流抵抗値の変化速度を推定する（Ｓ１１）。交流抵抗値の変化速度は、図２に示したように線形的（１乗則）に上昇するものに限られない。電池の種類によっては、指数的あるいは対数的に上昇するものもある。一般的な電池であれば、交流抵抗値は、充放電サイクル数の増加に対して０．３～１乗則で上昇する。
状態管理部３１は、推定した交流抵抗値の変化速度と、現在の交流抵抗値をもとに、二次電池１０の使用終了時点に対応する抵抗閾値に到達するまでの残存使用期間を推定する（Ｓ１２）。現在の交流抵抗値は、測定した値を使用してもよいし、過去の交流抵抗値と上記抵抗変化速度から推定した推定値を使用してもよい。残存使用期間は、現在の交流抵抗値を起点として、交流抵抗値が上記抵抗変化速度で変化していった場合に、当該交流抵抗値が上記抵抗閾値に到達するまでの期間で規定される。一般的な円筒型のリチウムイオン電池セルであれば、１ｋＨｚの交流信号印加時の抵抗閾値は、２０～４０ｍΩの範囲に存在することが多い。
状態管理部３１は、推定した残存使用期間と所定期間を比較する（Ｓ１３）。所定期間は、通常使用時の寿命が１０年程度の電池である場合、例えば、３年に設定される。残存使用期間が所定期間未満になると（Ｓ１３のＹ）、状態管理部３１は、残存使用期間が所定期間未満になったことを動作管理部３２に通知する。動作管理部３２は、二次電池１０の使用方法を、現在の使用方法より負担が小さい使用方法に変更する（Ｓ１４）。
例えば動作管理部３２は、二次電池１０のＳＯＣが所定値（例えば、７０％）より高い高ＳＯＣ領域における充電レートを低下させる。具体的には動作管理部３２は、高ＳＯＣ領域における充電時の電流指令値を低下させる。なお動作管理部３２は、高ＳＯＣ領域における充電レートを、急劣化点までの残存使用期間が短くなるほど、より低く設定してもよい。
また動作管理部３２は、所定の温度（例えば、０℃未満）より低い低温下における充電レートを低下させてもよい。この場合も、急劣化点までの残存使用期間が短くなるほど、より低く設定してもよい。
また動作管理部３２は、二次電池１０の使用ＳＯＣ範囲を狭めてもよい。例えば、使用ＳＯＣ範囲の上限値を低下させる。または、使用ＳＯＣ範囲の下限値を上昇させる。または、その両方を実行する。例えば、残存使用期間が所定期間を上回る段階における使用ＳＯＣ範囲が０～１００％であった場合、残存使用期間が所定期間を下回ると、０～８０％、２０～１００％、又は２０～８０％に変更する。
以上説明したように実施の形態１によれば、急劣化発生時までの残存使用期間を予測し、残存使用期間が所定期間より短くなると、二次電池１０の使用方法を、負担が小さい使用方法に変更する。これにより、二次電池１０の急劣化発生を先に延ばすことができる。それにより、二次電池１０を安全に使用することができる期間を延ばすことができる。また、分解せずに残存使用期間が推定できるため、ユーザによる二次電池１０の使用を妨げずに、二次電池１０の性能劣化を診断することができる。
図５は、本発明の実施の形態２に係る電池システム１の構成例を示す図である。実施の形態２に係る電池システム１は、実施の形態１に係る電池システム１と比較し、電流経路に、高周波信号を検出するためのバイパス回路を設けた点が異なる。当該バイパス回路にはバンドパスフィルタ６０が挿入される。主電流経路にはローパスフィルタ６１が挿入される。
ローパスフィルタ６１は、主電流経路に流れる充放電電流の高周波成分を除去する。バンドパスフィルタ６０は、上記所定周波数（例えば、１ｋＨｚ）付近に透過ピークを有するフィルタである。バンドパスフィルタ６０を通過後の信号は、上記所定周波数付近の高周波成分のみを有する信号となる。電圧センサ４１は、バンドパスフィルタ６０を通過後の高周波電圧を測定し、電流センサ４２は、バンドパスフィルタ６０を通過後の高周波電流を測定する。なお、バンドパスフィルタ６０の代わりに、上記所定周波数付近に透過ピークを有するハイパスフィルタを使用してもよい。
実施の形態２に係る電池システム１では、二次電池１０と負荷２／電力系統３との間で充放電が実行されている最中でも、二次電池１０の交流抵抗値を測定することができる。状態管理部３１は、二次電池１０の充放電中、発振器５０に指示して所定周波数の正弦波電流または矩形パルス電流を、二次電池１０の充放電電流に重畳させることができる。
図６は、矩形パルス電流が重畳された充放電電流から、高周波成分を分離する様子を模式的に示す図である。右下の図は、矩形パルス電流が重畳された充放電電流から、バンドパスフィルタ又はハイパスフィルタを使用して、高周波の矩形パルス電圧を抽出した図である。電圧センサ４１は、抽出された矩形パルス電圧を測定する。状態管理部３１は、重畳した矩形パルス電流Ｉの振幅と、測定された矩形パルス電圧Ｖの振幅との比率Ｖ／Ｉを算出して、二次電池１０の交流抵抗値を測定する。なお、図６の左下の図は、矩形パルス電流が重畳された充放電電流から、ローパスフィルタを使用して、直流の充放電電流を抽出した図である。
以上説明したように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、バンドパスフィルタ６０を設けたことにより、直流の充放電電流に重畳された高周波信号の電圧／電流を高精度に測定することができる。従って、電池システム１の充放電の最中でも、二次電池１０の交流抵抗値を高精度に測定することができる。二次電池１０から負荷２への給電を停止できない用途に適している。
なお、充放電電流に高周波信号を重畳させた状態でも、電圧センサ４１の測定値および電流センサ４２の測定値から、上記所定周波数の電圧および電流を高精度に検出できる場合は、必ずしも上記バイパス回路およびバンドパスフィルタ６０を設ける必要はない。
図７は、本発明の実施の形態３に係る電池システム１の構成例を示す図である。実施の形態３に係る電池システム１は、実施の形態１に係る電池システム１から発振器５０を省略した構成である。二次電池１０に交流信号を印加しなくても、充放電開始時または充放電停止時の過渡応答を測定することにより、二次電池１０の交流抵抗値を推定することができる。
状態管理部３１は、動作管理部３２に所定電流値Ｉで二次電池１０の充電または放電を開始させる。状態管理部３１は電圧センサ４１を用いて、充電または放電の開始時から所定時間における二次電池１０の電圧変化値ΔＶを測定する。所定時間は、１０ｍｓ以下であることが好ましく、１ｍｓ以下であることがより好ましい。例えば所定時間として０．５ｍｓが使用される。０．５ｍｓは、上記所定周波数の１ｋＨｚに相当する。
状態管理部３１は、測定した電圧変化値ΔＶと上記所定電流値Ｉとの比率ΔＶ／Ｉから交流抵抗値を推定する。充電または放電の開始時、電流は所定電流値Ｉまで瞬時に上昇するが、電圧は交流抵抗値に応じた鈍りを伴って上昇する。
また充電または放電の終了時の過渡応答特性から、二次電池１０の交流抵抗値を推定することもできる。所定電流値Ｉで二次電池１０に充電または二次電池１０から放電している状態において、状態管理部３１は、動作管理部３２に二次電池１０の充電または放電を停止させる。状態管理部３１は電圧センサ４１を用いて、充電または放電の停止時から所定時間における二次電池１０の電圧変化値ΔＶを測定する。状態管理部３１は、測定した電圧変化値ΔＶと上記電流値Ｉとの比率ΔＶ／Ｉから二次電池１０の交流抵抗値を推定する。充電または放電の停止時、電流はゼロまで瞬時に低下するが、電圧は交流抵抗値に応じた鈍りを伴ってゼロまで低下する。
図８は、二次電池１０の充電または放電の開始時の電圧推移の一例を示す図である。図８に示すように充電または放電の開始時から０．５ｍｓ後の電圧を測定することにより、二次電池１０の交流抵抗値を推定することができる。
また、充電または放電の開始時において、目標の電流値まで多段階に上昇させてもよい。その場合、段階ごとに過渡応答を測定することができる。状態管理部３１は、動作管理部３２に二次電池１０の充電または放電を開始させた後、負荷２に供給すべき電流値に到達するまで、二次電池１０の充電電流または放電電流を段階的に変化させる。
状態管理部３１は電圧センサ４１を用いて、各段階において、二次電池１０の電圧変化値ΔＶを測定する。状態管理部３１は、各段階において測定した電圧変化値ΔＶと各段階において流した電流値Ｉとの比率ΔＶ／Ｉから、二次電池１０の各段階における交流抵抗値を推定する。状態管理部３１は、各段階における交流抵抗値の平均値を算出して、二次電池１０の交流抵抗値を最終的に決定する。
また充電または放電の終了時の終了時において、現在の電流値からゼロまで多段階に低下させてもよい。その場合、段階ごとに過渡応答を測定することができる。所定電流値Ｉで二次電池１０に充電または二次電池１０から放電している状態において、状態管理部３１は、動作管理部３２に電流値がゼロに到達するまで、二次電池１０の充電電流または放電電流を段階的に変化させる。
状態管理部３１は電圧センサ４１を用いて、各段階において、二次電池１０の電圧変化値ΔＶを測定する。状態管理部３１は、各段階において測定した電圧変化値ΔＶと各段階において流した電流値Ｉとの比率ΔＶ／Ｉから、二次電池１０の各段階における交流抵抗値を推定する。状態管理部３１は、各段階における交流抵抗値の平均値を算出して、二次電池１０の交流抵抗値を最終的に決定する。
図９は、二次電池１０の多段パルス充放電時の電流推移の一例を示す図である。図９では、３段階で二次電池１０の交流抵抗値が推定され、平均化されて使用される。
以上説明したように実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、発振器５０が不要であるため、発振器５０の追加による追加コストを抑えることができる。本来的に、発振器５０が備えられていない蓄電システムにおいて特に有効である。また、多段階の過渡応答を測定し、平均化して交流抵抗値を推定することにより、瞬時ノイズの影響を軽減することができる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
上述の実施の形態では、二次電池１０の残存使用期間が所定期間未満になったとき、二次電池１０の使用方法を負担が小さい使用方法に変更する例を説明した。この点、二次電池１０の使用を停止させてもよい。例えば、上記所定期間を短く設定し、急劣化点到達に比較的近い時点で、二次電池１０の使用を停止させることにより、不安全事象が発生する確率が高まる前に二次電池１０の使用を終了させることができる。
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
二次電池（１０）の複数時点の交流抵抗値を測定または推定し、当該複数時点の交流抵抗値をもとに前記二次電池（１０）の交流抵抗値の予想推移を推定し、前記二次電池（１０）の交流抵抗値が、前記二次電池（１０）の使用終了時点に対応する抵抗閾値に到達するまでの残存使用期間を推定する状態管理部（３１）と、
前記二次電池（１０）の残存使用期間が所定期間未満になると、前記二次電池（１０）の使用方法を負担が小さい使用方法に変更する、または前記二次電池（１０）の使用を停止する動作管理部（３２）と、
を備えることを特徴とする電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の容量の急劣化の発生を延ばす、または回避することができる。
［項目２］
前記状態管理部（３１）は、所定周波数の交流電流を前記二次電池（１０）に流して前記二次電池（１０）の交流電圧を測定し、前記交流電圧と前記交流電流との複素振幅比を算出して前記交流抵抗値を測定することを特徴とする項目１に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）を分解せずに、二次電池（１０）の電解液減少などの内部劣化の状態を推定することができる。
［項目３］
前記状態管理部（３１）は、所定周波数の交流電圧を前記二次電池（１０）に印加して前記二次電池（２０）の交流電流を測定し、前記交流電圧と前記交流電流との複素振幅比を算出して前記交流抵抗値を測定することを特徴とする項目１に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）を分解せずに、二次電池（１０）の内部劣化の状態を推定することができる。
［項目４］
前記所定周波数は、１００Ｈｚ～１０ｋＨｚの範囲内の値であることを特徴とする項目２または３に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の内部劣化の状態を高精度に推定することができる。
［項目５］
前記所定周波数は、１ｋＨｚであることを特徴とする項目２または３に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の内部劣化の状態を高精度に推定することができる。
［項目６］
前記所定周波数付近に透過ピークを有するバンドパスフィルタ（６０）をさらに備えることを特徴とする項目２から５のいずれか１項に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の高周波電圧／電流を高精度に測定することができる。
［項目７］
前記状態管理部（３１）は、前記二次電池（１０）の充電電流または放電電流に、正弦波電流または矩形パルス電流を重畳させ、重畳した電流の振幅と、測定された交流電圧の振幅との比率を算出して前記交流抵抗値を測定することを特徴とする項目１から６のいずれか１項に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の充放電中にも、二次電池（１０）の交流抵抗値を測定することができる。
［項目８］
前記状態管理部（３１）は、所定電流値で前記二次電池（１０）の充電または放電を開始させ、開始時から所定時間における前記二次電池（１０）の電圧変化値を測定し、前記電圧変化値と前記所定電流値との比率から前記交流抵抗値を推定することを特徴とする項目１に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、交流信号源を用いずに、二次電池（１０）の内部劣化の状態を推定することができる。
［項目９］
前記所定時間は、１０ｍｓ以下であることを特徴とする項目８に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の内部劣化の状態を高精度に推定することができる。
［項目１０］
前記所定時間は、１ｍｓ以下であることを特徴とする項目８に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の内部劣化の状態を高精度に推定することができる。
［項目１１］
前記所定時間は、０．５ｍｓであることを特徴とする項目８に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の内部劣化の状態を高精度に推定することができる。
［項目１２］
前記状態管理部（３１）は、前記二次電池（１０）の充電または放電を開始させた後、負荷（２）により規定される電流値に到達するまで、前記二次電池（１０）の充電電流または放電電流を段階的に変化させ、各段階において、前記二次電池（１０）の電圧変化値を測定し、各段階の前記交流抵抗値を推定することを特徴とする項目１に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、充放電開始／終了時に、複数の過渡応答を測定することができる。
［項目１３］
前記状態管理部（３１）は、前記各段階の前記交流抵抗値の平均値を算出することを特徴とする項目１２に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、複数の測定値を平均化することにより、瞬時ノイズの影響を軽減することができる。
［項目１４］
前記動作管理部（３２）は、前記二次電池（１０）の残存使用期間が前記所定期間未満になると、前記二次電池（１０）のＳＯＣ（State Of Charge)が所定値より高い高ＳＯＣ領域における充電レートを低下させることを特徴とする項目１から１３のいずれか１項に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の負担を軽減させることができる。
［項目１５］
前記動作管理部（３２）は、前記二次電池（１０）の残存使用期間が前記所定期間未満になると、所定温度より低い低温下における充電レートを低下させることを特徴とする項目１から１４のいずれか１項に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の負担を軽減させることができる。
［項目１６］
前記動作管理部（３２）は、前記二次電池（１０）の残存使用期間が前記所定期間未満になると、前記二次電池（１０）の使用ＳＯＣ範囲の上限値の低下、及び前記二次電池（１０）の使用ＳＯＣ範囲の下限値の上昇の少なくとも一方を実行することを特徴とする項目１から１５のいずれか１項に記載の電池管理装置（３０）。
これによれば、二次電池（１０）の負担を軽減させることができる。
［項目１７］
二次電池（１０）と、
項目１から１６のいずれか１項に記載の電池管理装置（３０）と、
を備えることを特徴とする電池システム（１）。
これによれば、二次電池（１０）の容量の急劣化の発生を延ばす、または回避することができる。
［項目１８］
二次電池（１０）の複数時点の交流抵抗値を測定または推定し、当該複数時点の交流抵抗値をもとに前記二次電池（１０）の交流抵抗値の推移を推定し、前記二次電池（１０）の交流抵抗値が、前記二次電池（１０）の使用終了時点に対応する抵抗閾値に到達するまでの残存使用期間を推定するステップと、
前記二次電池（１０）の残存使用期間が所定期間未満になると、前記二次電池（１０）の使用方法を負担が小さい使用方法に変更する、または前記二次電池（１０）の使用する停止するステップと、
を有することを特徴とする電池管理方法。
これによれば、二次電池（１０）の容量の急劣化の発生を延ばす、または回避することができる。
１ 電池システム
２ 負荷
３ 電力系統
１０ 二次電池
２０ インバータ回路
３０ 電池管理装置
３１ 状態管理部
３２ 動作管理部
４１ 電圧センサ
４２ 電流センサ
５０ 発振器
６０ バンドパスフィルタ
６１ ローパスフィルタ

Claims (18)

  1. 二次電池の複数時点の交流抵抗値を測定または推定し、当該複数時点の交流抵抗値をもとに前記二次電池の交流抵抗値の増加速度の傾きを推定して前記二次電池のＳＯＨ(State Of Health)に基づく前記二次電池の急劣化点を推定し、前記二次電池の交流抵抗値が、前記二次電池の急劣化点に対応する抵抗閾値に到達するまでの残存使用期間を推定する状態管理部と、
    前記二次電池の残存使用期間が所定期間未満になると、前記二次電池の使用方法を負担が小さい使用方法に変更する動作管理部と、
    を備えることを特徴とする電池管理装置。
  2. 前記状態管理部は、所定周波数の交流電流を前記二次電池に流して前記二次電池の交流電圧を測定し、前記交流電圧と前記交流電流との複素振幅比を算出して前記交流抵抗値を測定することを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  3. 前記状態管理部は、所定周波数の交流電圧を前記二次電池に印加して前記二次電池の交流電流を測定し、前記交流電圧と前記交流電流との複素振幅比を算出して前記交流抵抗値を測定することを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  4. 前記所定周波数は、１００Ｈｚ～１０ｋＨｚの範囲内の値であることを特徴とする請求項２または３に記載の電池管理装置。
  5. 前記所定周波数は、１ｋＨｚであることを特徴とする請求項２または３に記載の電池管理装置。
  6. 前記所定周波数付近に透過ピークを有するバンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  7. 前記状態管理部は、前記二次電池の充電電流または放電電流に、正弦波電流または矩形パルス電流を重畳させ、重畳した電流の振幅と、測定された交流電圧の振幅との比率を算出して前記交流抵抗値を測定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  8. 前記状態管理部は、所定電流値で前記二次電池の充電または放電を開始させ、開始時から所定時間における前記二次電池の電圧変化値を測定し、前記電圧変化値と前記所定電流値との比率から前記交流抵抗値を推定することを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  9. 前記所定時間は、１０ｍｓ以下であることを特徴とする請求項８に記載の電池管理装置。
  10. 前記所定時間は、１ｍｓ以下であることを特徴とする請求項８に記載の電池管理装置。
  11. 前記所定時間は、０．５ｍｓであることを特徴とする請求項８に記載の電池管理装置。
  12. 前記状態管理部は、前記二次電池の充電または放電を開始させた後、負荷により規定される電流値に到達するまで、前記二次電池の充電電流または放電電流を段階的に変化させ、各段階において、前記二次電池の電圧変化値を測定し、各段階の前記交流抵抗値を推定することを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  13. 前記状態管理部は、前記各段階の前記交流抵抗値の平均値を算出することを特徴とする請求項１２に記載の電池管理装置。
  14. 前記動作管理部は、前記二次電池の残存使用期間が前記所定期間未満になると、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge)が所定値より高い高ＳＯＣ領域における充電レートを低下させることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の電池管理装置。
  15. 前記動作管理部は、前記二次電池の残存使用期間が前記所定期間未満になると、所定温度より低い低温下における充電レートを低下させることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の電池管理装置。
  16. 前記動作管理部は、前記二次電池の残存使用期間が前記所定期間未満になると、前記二次電池の使用ＳＯＣ範囲の上限値の低下、及び前記二次電池の使用ＳＯＣ範囲の下限値の上昇の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の電池管理装置。
  17. 二次電池と、
    請求項１から１６のいずれか１項に記載の電池管理装置と、
    を備えることを特徴とする電池システム。
  18. 二次電池の複数時点の交流抵抗値を測定または推定し、当該複数時点の交流抵抗値をもとに前記二次電池の交流抵抗値の増加速度の傾きを推定して前記二次電池のＳＯＨ(State Of Health)に基づく前記二次電池の急劣化点を推定し、前記二次電池の交流抵抗値が、前記二次電池の急劣化点に対応する抵抗閾値に到達するまでの残存使用期間を推定するステップと、
    前記二次電池の残存使用期間が所定期間未満になると、前記二次電池の使用方法を負担が小さい使用方法に変更するステップと、
    を有することを特徴とする電池管理方法。
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