JP7129960B2 - 電池監視装置および電池システム - Google Patents

Description

本開示は、複数の電池セルを備える電池システムおよび電池監視装置に関する。

従来から電動車両に搭載される車両用電源システムに関する発明が知られている。たとえば、下記特許文献１は、電力回生が可能な走行用の電気モータを備えた車両の電源システムを開示している。特許文献１に記載された電源システムは、第１二次電池と、第２二次電池と、演算装置と、判定装置と、報知装置と、を含む（同文献、請求項３、第００１２段落等を参照）。

この従来の電源システムにおいて、第２二次電池は、第１二次電池に対して並列に接続され、第１二次電池よりも出力密度が小さくかつエネルギー密度が大きい。演算装置は、第１二次電池の初期の電気容量に対する現在の電気容量の割合である第１容量維持率と、第２二次電池の初期の電気容量に対する現在の電気容量の割合である第２容量維持率との平均値であって各二次電池の初期の電気容量の比率に応じた平均値をトータル容量維持率として求める。判定装置は、トータル容量維持率が予め定められた第１基準値以下のときに、電池交換時期と判定する。報知装置は、判定装置により電池交換時期であると判定されたことを報知する（同文献、請求項３、第００１２段落等を参照）。

この従来の車両用電源システムによれば、特性の異なる２種類の電池を備えた電動車両において、両電池の交換時期を適正に先延ばしすることができる。そのため、電池をより有効的に活用することが可能となる（同文献、第００２２段落等を参照）。

特開２０１５‐１３３８５９号公報

前記従来の車両電源システムの第１二次電池や第２二次電池などの二次電池は、たとえば、直列および並列に接続された複数の電池セルを備えているが、これら複数の電池セルの劣化の進行度は一様ではなく個体差がある。そのため、二次電池が許容範囲を超えて劣化したときに、二次電池を構成するすべての電池セルを交換すると、継続して使用可能な劣化度の電池セルも同時に交換されるという課題がある。

本開示は、複数の電池セルを備える電池システムにおいて、電池セルを従来よりも有効に活用して、電池セルの交換数を可及的に削減可能な電池監視装置を提供する。

本開示の一態様は、並列に接続された複数の電池群と、直列に接続されて前記電池群を構成する複数の電池セルと、各々の前記電池群を流れる電流を測定する電流センサと、各々の前記電池セルの電圧を測定する電圧センサと、を備えた電池システムに用いられる電池監視装置であって、中央処理装置および記憶装置を備え、前記中央処理装置は、前記電流センサおよび前記電圧センサの検知結果に基づいて算出された各々の前記電池群の劣化度に基づいて前記電池群の交換の要否を判定し、前記電池群の交換が必要と判定した場合に前記劣化度に基づいて交換対象の前記電池群を特定し、該交換対象の前記電池群と交換される新たな前記電池群のパラメータまたは交換数を前記新たな前記電池群の許容電流値に基づいて算出することを特徴とする電池監視装置である。

本開示の一態様によれば、電池システムを構成する電池群ごとの劣化度を監視して、劣化度がより高い電池群を特定し、特定した電池群を交換して、他の電池群を継続して使用することができる。したがって、劣化した電池セルを従来よりも有効に活用して、電池セルの交換数を可及的に削減可能な電池監視装置を提供することができる。

本開示に係る電池監視装置の実施形態を示す概略的な機能ブロック図。 図１に示す電池監視装置の監視対象である無停電電源装置の機能ブロック図。 図２に示す無停電電源装置を構成する二次電池の概略的な機能ブロック図。 図３に示す二次電池の電池群を構成する電池セルの等価回路図。 図４に示す電池セルのＯＣＶとＳＯＣとの関係の一例を示すグラフ。 図４に示す電池セルの内部抵抗値の検出方法の一例を説明するグラフ。 図４に示す電池セルの内部抵抗値の検出方法の一例を説明するグラフ。 図４に示す電池セルの容量減少の検知方法の一例を説明するグラフ。 図４に示す電池セルの容量減少の検知方法の一例を説明するグラフ。 図１に示す電池監視装置の処理の流れを説明するフロー図。 図１に示す電池監視装置の処理の流れを説明するフロー図。 図１に示す電池監視装置の処理の流れを説明するフロー図。 複数の電池群の一つと交換される電池群による影響を説明するグラフ。 複数の電池群の一つと交換される電池群による影響を説明するグラフ。 複数の電池群と交換される一以上の電池群による影響を説明するグラフ。 複数の電池群と交換される一以上の電池群による影響を説明するグラフ。 本開示に係る電池システムの実施形態を示す概略的な機能ブロック図。 図１１に示す電池システムの電池管理装置の表示画面の一例。

以下、図面を参照して本開示に係る電池監視装置および電池システムの実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本開示に係る電池監視装置および電池システムの実施形態１を示す概略的な機能ブロック図である。図１に示すように、本実施形態の電池監視装置１００は、たとえば、無停電電源装置２００の外部に設けられ、無停電電源装置２００を監視対象としている。なお、電池監視装置１００は、たとえば、無停電電源装置２００とともに電池システム３００を構成している。

電池監視装置１００は、たとえば、少なくとも中央処理装置１０１と記憶装置１０２と入出力端子とを備えたマイクロコントローラ、ファームウェア、または電子回路基板である。電池監視装置１００は、たとえば信号線を介して、無停電電源装置２００に接続されている。無停電電源装置２００は、たとえば電力線を介して、電源としての電力系統４００と、その電力系統４００の停電時に電力を供給する対象となる負荷装置５００とに接続されている。

図２は、図１に示す電池監視装置１００の監視対象である無停電電源装置２００の概略的な機能ブロック図である。無停電電源装置２００は、たとえば、電力入力端子２０１と、開閉スイッチ２０２と、整流器２０３と、二次電池２１０と、インバータ２０５と、切替スイッチ２０６と、電力出力端子２０７と、信号出力端子２０８と、を備えている。

電力入力端子２０１は、たとえば電力線を介して、図１に示す電力系統４００に接続される。開閉スイッチ２０２は、たとえば、電力入力端子２０１と整流器２０３との間に配置され、必要に応じて開閉されて通電状態と通電遮断状態とを切り替える。整流器２０３は、電力系統４００から電力入力端子２０１および開閉スイッチ２０２を介して供給された交流電力を直流電力に変換する。二次電池２１０は、整流器２０３から出力された直流電力によって充電され、放電時にインバータ２０５へ直流電力を出力する。

インバータ２０５は、二次電池２１０から出力された直流電力を交流電力に変換する。切替スイッチ２０６は、開閉スイッチ２０２と電力出力端子２０７とを接続するバイパス経路と、整流器２０３、二次電池２１０およびインバータ２０５とが設けられた充放電経路とを切り替える。電力出力端子２０７は、たとえば電力線を介して、図１に示す負荷装置５００に接続される。信号出力端子２０８は、たとえば、無停電電源装置２００の内部の信号線を介して二次電池２１０に接続されるとともに、無停電電源装置２００の外部の信号線を介して、図１に示す電池監視装置１００に接続される。

図３は、図２に示す無停電電源装置２００を構成する二次電池２１０の概略的な機能ブロック図である。二次電池２１０は、電力系統４００からの電力で所定の充電状態まで充電され、電力系統４００に停電が発生した場合に、負荷装置５００に電力を供給する。二次電池２１０は、たとえば、複数の電池セル２１１と、複数の電池群２１２と、複数の電流センサ２１３と、複数の電池管理装置２１４と、複数の温度センサ２１５と、外部端子２１６と、状態検知装置２１７と、信号端子２１８とを有する、電池システムである。

電池セル２１１は、たとえば、角形リチウムイオン二次電池などの単電池である。電池群２１２は、たとえば、直列に接続された複数の電池セル２１１によって構成されている。複数の電池群２１２は、たとえば、並列に接続されて外部端子２１６に接続されている。各電池群２１２が備える電池セル２１１の数や、二次電池２１０が備える電池群２１２の数は、二次電池２１０の蓄電容量、定格出力、電圧などの仕様に応じて決定される。

電流センサ２１３は、各々の電池群２１２に直列に接続され、各々の電池群２１２を流れる電流を測定する。電流センサ２１３は、たとえば信号線を介して状態検知装置２１７に接続され、電流の測定結果を状態検知装置２１７へ出力する。電流センサ２１３は、各々の電池群２１２の情報を測定する測定手段を構成する。

電池管理装置２１４は、たとえば、種々の電子部品が実装された電子回路基板によって構成され、電圧センサとしての電圧検出回路を含む。電池管理装置２１４は、各々の電池群２１２に対して設けられ、電圧センサとしての電圧検出回路により、各々の電池セル２１１の電圧を測定する。電圧センサとしての電圧検出回路は、各々の電池群２１２の情報を測定する測定手段を構成する。また、電池管理装置２１４は、たとえば、電池群２１２を構成する複数の電池セル２１１に電圧ばらつきが生じた場合に、それらの電池セル２１１の電圧を均一化させる制御を実行する。電池管理装置２１４は、たとえば信号線を介して状態検知装置２１７に接続され、電圧の測定結果を状態検知装置２１７へ出力する。

温度センサ２１５は、たとえば、各々の電池群２１２に対して設けられ、各々の電池群を構成する複数の電池セル２１１の少なくとも一つの外表面の温度を測定する。温度センサ２１５は、たとえば、各々の電池群２１２を構成する複数の電池セル２１１において、最高温度になる箇所、最低温度になる箇所、平均的な温度になる箇所などの温度を測定する。温度センサ２１５は、たとえば信号線を介して状態検知装置２１７に接続され、温度の測定結果を状態検知装置２１７へ出力する。

外部端子２１６は、正極端子２１６Ｐと負極端子２１６Ｎとを含む。正極端子２１６Ｐは、複数の電池群２１２の正極端子に接続され、負極端子２１６Ｎは、複数の電池群２１２の負極端子に接続されている。なお、電池群２１２の正極端子は、直列に接続された複数の電池セル２１１のうち、高電位側の電池セル２１１の正極の外部端子に接続されている。また、電池群２１２の負極端子は、直列に接続された複数の電池セル２１１のうち、低電位側の電池セル２１１の負極の外部端子に接続されている。

状態検知装置２１７は、たとえば、中央処理装置や記憶装置を含む電子部品が実装された電子回路基板によって構成されている。状態検知装置２１７は、たとえば、電流センサ２１３、電池管理装置２１４、および温度センサ２１５から入力された電流、電圧、および温度の測定結果を含む情報に基づいて、電池群２１２の状態を判定し、検知し、または算出する。状態検知装置２１７が判定し、検知し、または算出する電池群２１２の状態としては、たとえば、充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）、劣化状態（State of Health：ＳＯＨ）、異常の有無、および、充放電可能な許容電流値などである。

また、状態検知装置２１７は、たとえば、各々の電池群２１２に充電される電力、および各々の電池群２１２から出力される電力を算出することができる。具体的には、状態検知装置２１７は、電流センサ２１３の検出結果である電池群２１２の電流値と、電池管理装置２１４の検出結果である電池セル２１１の電圧に基づいて、中央処理装置によって、電池群２１２の充電および放電時の電力を算出することができる。

状態検知装置２１７は、たとえば、二次電池２１０の内部の信号線を介して、二次電池２１０の信号端子２１８に接続されている。二次電池２１０の信号端子２１８は、たとえば、二次電池２１０の外部の信号線を介して、図２に示す無停電電源装置２００の信号出力端子２０８に接続されている。状態検知装置２１７によって電池群２１２のＳＯＣを導出するための代表的な方法としては、たとえば、電池群２１２の電圧に基づく方法と、電池群２１２を流れる電流の積算値に基づく方法の二つがある。

電池群２１２の電圧に基づくＳＯＣの導出方法では、たとえば、予め電池群２１２の電圧とＳＯＣの関係を求めておき、その関係を電圧‐ＳＯＣマップとして状態検知装置２１７の記憶装置に記憶させておく。そして、記憶装置に記憶された電圧‐ＳＯＣマップと、電池管理装置２１４から出力される電池セル２１１の電圧の測定結果とに基づいて、状態検知装置２１７の中央処理装置により、電池群２１２のＳＯＣをリアルタイムに導出する。この方法では、電池群２１２を構成する電池セル２１１の特性に応じて電池群２１２の電圧とＳＯＣの関係が変化するため、ＳＯＣの導出精度についても電池群２１２を構成する電池セル２１１の特性に応じて差が生じる。

一方、電池群２１２を流れる電流の積算値に基づくＳＯＣの導出方法では、たとえば電流センサ２１３によって電池群２１２に流入した電流および電池群２１２から流出した電流値を測定し、そして、状態検知装置２１７の中央処理装置によって電流値の測定結果を積分することで、電池群２１２のＳＯＣを算出する。この方法では、電流センサ２１３による電流の測定結果に含まれる測定誤差も積分されるため、時間の経過とともにＳＯＣの誤差が拡大する。

以上のように、電池群２１２のＳＯＣを導出するためのいくつかの方法は、それぞれ長所と短所が異なる。そのため、状態検知装置２１７は、たとえば、電池セル２１１の特性、ならびに、電流センサ２１３、電池管理装置２１４、および温度センサ２１５などのセンサ性能およびセンサ特性、ならびに、電池群２１２の周囲の環境など、種々の条件に応じてＳＯＣの導出方法を選定し、ＳＯＣの導出精度を確保することが好ましい。

以下、図４を参照して、状態検知装置２１７による電池セル２１１の電圧に基づくＳＯＣの導出方法の一例を詳細に説明する。図４は、電池群２１２を構成する電池セル２１１の等価回路図である。電池セル２１１は、たとえば、起電力２１１ｅと、内部抵抗２１１ｒと、分極抵抗２１１ｐと、キャパシタンス２１１ｃとによって表すことができる。図４に示す電池セル２１１の等価回路に電流Ｉを流すと、電池セル２１１の正負の外部端子間の電圧である閉回路電圧（Closed Circuit Voltage：ＣＣＶ）は、以下の式（１）で表される。

ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ・Ｒ＋Ｖｐ （１）

ここで、ＯＣＶは、起電力２１１ｅと表現した電圧源の両端の電圧である開回路電圧（open circuit voltage）を意味し、Ｉ・Ｒは、内部抵抗２１１ｒの両端の電圧降下、Ｖｐは、並列に接続した分極抵抗２１１ｐとキャパシタンス２１１ｃの両端の分極電圧である。ＯＣＶは、ＳＯＣの演算に使用されるが、電池セル２１１の充電中または放電中は直接的に測定することができない。そのため、ＯＣＶは、以下の式（２）のように、ＣＣＶから電圧降下Ｉ・Ｒと分極電圧Ｖｐを差し引くことで、算出することができる。

ＯＣＶ＝ＣＣＶ－Ｉ・Ｒ－Ｖｐ （２）

式（２）において、Ｉは、たとえば、電流センサ２１３の測定結果に基づく電流値である。また、Ｒは、たとえば、予め状態検知装置２１７の記憶装置に記憶された電池セル２１１の特性パラメータに含まれる内部抵抗２１１ｒの抵抗値である。また、Ｖｐは、たとえば、電流センサ２１３の検出結果に基づく電流値と、予め状態検知装置２１７の記憶装置に記憶された電池セル２１１の特性パラメータ、分極抵抗２１１ｐと、キャパシタンス２１１ｃとに基づいて求めることができる。

なお、電池セル２１１の特性パラメータは、たとえば電池セル２１１のＳＯＣや温度など、電池セル２１１の状態に応じて抽出し、状態検知装置２１７の記憶装置に予め記憶させておくことができる。これにより、状態検知装置２１７の中央処理装置によって、ＯＣＶを高精度に算出することが可能になる。

次に、状態検知装置２１７は、算出した電池セル２１１のＯＣＶに基づいて、電池セル２１１のＳＯＣを算出する。図５は、電池セル２１１のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示すグラフの一例である。電池セル２１１において、ＯＣＶとＳＯＣとは、たとえば図５に示すような一定の関係を有している。そのため、たとえば電池セル２１１のＯＣＶとＳＯＣとの関係を予め求め、その関係をＯＣＶ‐ＳＯＣマップとして、状態検知装置２１７の記憶装置に記憶しておくことができる。これにより、状態検知装置２１７の中央処理装置は、算出した電池セル２１１のＯＣＶと、図５に示すようなＯＣＶ‐ＳＯＣマップとに基づいて、電池セル２１１のＳＯＣを算出することができる。

以下、状態検知装置２１７による電池セル２１１のＳＯＨの導出方法の一例を詳細に説明する。電池セル２１１が劣化すると、内部抵抗２１１ｒの抵抗値が増加し、満充電時の容量が減少する。図６Ａおよび図６Ｂは、電池セル２１１の内部抵抗２１１ｒの抵抗値の検出方法の一例を説明するグラフである。図６Ａのグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸は電池セル２１１を流れる電流Ｉの値である。図６Ｂのグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸は電池セル２１１の電圧すなわちＣＣＶである。

図６Ａに示すように、電池セル２１１は、電流がゼロの休止状態から電流がＩの放電状態に移行すると、図６Ｂに示すように、電流Ｉと内部抵抗値Ｒの積の分だけ、電圧降下Ｉ・Ｒが生じる。たとえば、複数の電流Ｉとその時のＣＣＶの関係を直線近似して得られる直線の傾きが、内部抵抗値Ｒとなる。また、以下の式（３）を用いて内部抵抗値Ｒを算出することも可能である。

Ｒ＝（ＣＣＶ（ｔ）－ＣＣＶ（ｔ－Δｔ））／（Ｉ（ｔ）－Ｉ（ｔ－Δｔ）） （３）

式（３）において、ＣＣＶ（ｔ）は、時間ｔに応じた電池セル２１１の電圧であり、Ｉ（ｔ）は、時間ｔに応じた電流であり、Δｔは、電池セル２１１の電圧および電流の測定間隔である。なお、電池セル２１１の内部抵抗値Ｒの算出方法は、前述の方法に限定されず、別の方法を採用してもよい。また、状態検知装置２１７は、電池群２１２を構成する各々の電池セル２１１の内部抵抗値Ｒに基づいて、各々の電池群２１２の内部抵抗値Ｒを求めてもよい。また、以下の式（４）により、電池セル２１１の劣化による内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲを求めることができる。

ＳＯＨＲ＝１００×（Ｒｃ／Ｒｏ） （４）

式（４）において、Ｒｃは、電池セル２１１の現在の内部抵抗値であり、Ｒｏは、電池セル２１１の使用開始当初の内部抵抗値である。なお、状態検知装置２１７は、電池群２１２を構成する各々の電池セル２１１の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲに基づいて、各々の電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲを求めてもよい。

次に、状態検知装置２１７によって、電池セル２１１の劣化による満充電時の容量減少を検知する方法の一例を説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ、電池セル２１１の劣化による満充電時の容量減少を検知する方法の一例を説明するグラフである。

図７Ａは、図６Ｂと同様に、横軸を時間、縦軸を電池セル２１１の電圧すなわちＣＣＶとするグラフである。図７Ａに示す例において、状態検知装置２１７は、たとえば、電池セル２１１の放電前の電圧の測定結果と、図５に示すようなＯＣＶとＳＯＣの関係に基づいて、電池セル２１１の放電前のＳＯＣであるＳＯＣ１を求める。また、状態検知装置２１７は、電池セル２１１の放電終了から十分に時間が経過した時点で、たとえば電池セル２１１の電圧の測定結果と、図５に示すようなＯＣＶとＳＯＣの関係に基づいて、電池セル２１１の放電後のＳＯＣであるＳＯＣ２を求める。そして、状態検知装置２１７は、たとえば以下の式（５）により、電池セル２１１の現在の満充電容量Ｑｃを求める。

Ｑｃ＝１００×∫Ｉｄｔ／（ＳＯＣ２－ＳＯＣ１） （５）

さらに、状態検知装置２１７は、電池セル２１１の劣化による満充電時の容量の減少率、すなわち容量維持率ＳＯＨＱを、たとえば以下の式（６）により算出する。なお、以下の式（６）において、Ｑｃは電池セル２１１の現在の満充電容量であり、Ｑｏは電池セル２１１の使用開始当初の満充電容量である。

ＳＯＨＱ＝１００×（Ｑｃ／Ｑｏ） （６）

また、図７Ｂは、横軸を電池セル２１１の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲとし、縦軸を電池セル２１１の容量維持率ＳＯＨＱとして、ＳＯＨＲとＳＯＨＱとの関係を示すグラフである。この例では、予め図７Ｂに示すような電池セル２１１の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲと容量維持率ＳＯＨＱとの関係を求め、その関係をＳＯＨＲ‐ＳＯＨＱマップとして、たとえば、状態検知装置２１７の記憶装置に記憶させておく。

これにより、状態検知装置２１７の中央処理装置は、前述のように電池セル２１１の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲを求め、そのＳＯＨＲと、ＳＯＨＲ‐ＳＯＨＱマップに基づいて、電池セル２１１の容量維持率ＳＯＨＱを算出することができる。なお、電池セル２１１の容量維持率ＳＯＨＱの算出方法は、前述の方法に限定されず、別の方法を採用してもよい。また、状態検知装置２１７は、電池群２１２を構成する各々の電池セル２１１の容量維持率ＳＯＨＱに基づいて、各々の電池群２１２の容量維持率ＳＯＨＱを求めてもよい。

以下、電池群２１２が最大限に充電および放電することが可能な電流、すなわち許容電流値を、状態検知装置２１７によって算出する方法の一例を、詳細に説明する。状態検知装置２１７の中央処理装置は、たとえば、算出した電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲと、以下の式（７）および（８）とを用いて、充電時の許容電流値Ｉｃｈｇと、放電時の許容電流値Ｉｄｉｓとを算出する。

Ｉｃｈｇ＝（Ｖｍａｘ－ＯＣＶ）／（Ｒｏ×ＳＯＨＲ／１００） （７）
Ｉｄｉｓ＝（ＯＣＶ－Ｖｍｉｎ）／（Ｒｏ×ＳＯＨＲ／１００） （８）

式（７）および（８）において、ＯＣＶは、現在の電池群２１２の開回路電圧であり、Ｖｍａｘは、電池群２１２が動作可能な上限電圧であり、Ｖｍｉｎは、電池群２１２が動作可能な下限電圧であり、Ｒｏは、電池群２１２の使用開始当初の内部抵抗値である。これらＶｍａｘ、Ｖｍｉｎ、Ｒｏは、たとえば、状態検知装置２１７の記憶装置に予め記憶させておくことができる。

式（７）および（８）によって求めた充電時の許容電流値Ｉｃｈｇと、放電時の許容電流値Ｉｄｉｓを超えないように、電池群２１２の充放電を制御することで、電池群２１２の電圧を上限電圧Ｖｍａｘと下限電圧Ｖｍｉｎの範囲内で充放電させることができる。また、電池群２１２の電流値を、以下の式（９）および（１０）によって求めた充電時の許容電流値Ｉｃｈｇ’と放電時の許容電流値Ｉｄｉｓ’に制限してもよい。

Ｉｃｈｇ’＝ＭＩＮ（Ｉｃｈｇ，Ｉｌｉｍ） （９）
Ｉｄｉｓ’＝ＭＩＮ（Ｉｄｉｓ，Ｉｌｉｍ） （１０）

式（９）および（１０）において、Ｉｌｉｍは、前述の上限電圧Ｖｍａｘと下限電圧Ｖｍｉｎの逸脱防止とは別の目的で定める電流制限値である。Ｉｌｉｍは、電池セル２１１を充放電させて生じる電池セル２１１の発熱の許容値から定めてもよく、電池セル２１１の寿命性能を参照して電池セル２１１を所定期間にわたって使用するために定める許容電流値を採用してもよい。

以上のように、状態検知装置２１７は、電流、電圧、および温度の測定結果を含む情報に基づいて、電池群２１２の状態として、ＳＯＣ、ＳＯＨ（たとえばＳＯＨＲおよびＳＯＨＱ）、異常の有無、および、充放電可能な許容電流値Ｉｃｈｇ，Ｉｄｉｓなどを判定し、検知し、または算出する。なお、状態検知装置２１７による前述の演算に使用される式、データ、プログラムなどは、たとえば状態検知装置２１７の記憶装置に記憶され、状態検知装置２１７による前述の演算は、たとえば状態検知装置２１７の中央処理装置によって実行される。状態検知装置２１７は、判定し、検知し、または算出した電池群２１２の状態を信号線を介して信号端子２１８へ出力する。

信号端子２１８は、たとえば、二次電池２１０の外部の信号線を介して、図２に示す信号出力端子２０８に接続される。これにより、状態検知装置２１７から出力された各々の電池群２１２の状態は、信号端子２１８から図２に示す信号出力端子２０８へ出力され、さらに、信号出力端子２０８から信号線を介して図１に示す電池監視装置１００に入力される。

電池監視装置１００は、無停電電源装置２００を構成する二次電池２１０の状態監視機能や、二次電池２１０のメンテナンス通知機能を有する。より具体的には、電池監視装置１００は、二次電池２１０の信号出力端子２０８から出力されて入力端子に入力された各々の電池群２１２の状態に基づいて、二次電池２１０を構成する各々の電池群２１２の交換の要否を判定することができる。

前述のように、電池監視装置１００は、中央処理装置１０１と記憶装置１０２と入出力端子とを備えている。電池監視装置１００による判定、処理、および演算に使用される式、データ、プログラムなどは、たとえば記憶装置１０２に記憶され、電池監視装置１００による判定、処理、および演算は、たとえば中央処理装置１０１によって実行される。

次に、図８を参照して、二次電池２１０を構成する複数の電池群２１２の交換の要否を判定するための電池監視装置１００の処理フローについて説明する。図８は、電池監視装置１００の処理の流れを説明するフロー図である。

電池監視装置１００による無停電電源装置２００すなわち電池システムの監視が開始されると、電池監視装置１００の中央処理装置１０１は、二次電池２１０の状態検知装置２１７から出力されて電池監視装置１００に入力された電池群２１２の状態を取得する。ここで、電池群２１２の状態は、たとえば、ＳＯＣ、ＳＯＨ（たとえばＳＯＨＲおよびＳＯＨＱ）、内部抵抗値Ｒ、満充電容量Ｑ、異常の有無、および、充放電可能な許容電流値Ｉｃｈｇ，Ｉｄｉｓなどを含む。

より詳細には、処理Ｐ１１において、中央処理装置１０１は、二次電池２１０において並列に接続されている各々の電池群２１２の内部抵抗値Ｒを取得する。次に、処理Ｐ１２において、中央処理装置１０１は、各々の電池群２１２の満充電容量Ｑを取得する。そして、処理Ｐ１３において、中央処理装置１０１は、二次電池２１０の性能を把握するために、以下の式（１１）および（１２）に基づいて、並列に接続された複数の電池群２１２の合成内部抵抗値Ｒ_ｔと合成満充電容量Ｑ_ｔとを算出する。

Ｒ_ｔ＝１／（１／Ｒ_１＋１／Ｒ_２＋・・・＋１／Ｒ_ｎ） （１１）
Ｑ_ｔ＝（Ｑ_１＋Ｑ_２＋・・・＋Ｑ_ｎ） （１２）

式（１１）および（１２）において、ｎは、並列に接続された電池群２１２の数であり、Ｒ_ｎは、各々の電池群２１２の内部抵抗値であり、Ｑ_ｎは、各々の電池群２１２の満充電容量である。

次に、判定Ｐ１４において、中央処理装置１０１は、処理Ｐ１３で算出された合成内部抵抗値Ｒ_ｔと合成満充電容量Ｑ_ｔを二次電池２１０の性能と位置付け、たとえば記憶装置１０２に記憶された必要性能と比較し、二次電池２１０の性能が必要性能を満たすか否かを判定する。判定Ｐ１４において、二次電池２１０の性能が必要性能を満たす場合（ＹＥＳ）、中央処理装置１０１は、処理を終了する。一方、判定Ｐ１４において、二次電池２１０の性能が必要性能を満たさない場合（ＮＯ）、中央処理装置１０１は、処理Ｐ１５を実行する。

処理Ｐ１５において、中央処理装置１０１は、複数の電池群２１２の中で最も劣化が進行した電池群２１２を特定する。具体的には、中央処理装置１０１は、たとえば各々の電池群２１２の内部抵抗値Ｒ、その上昇率ＳＯＨＲ、満充電容量Ｑ、容量維持率ＳＯＨＱの少なくとも一つに基づいて、最も劣化が進行した電池群２１２、すなわち劣化度が最も高い電池群２１２を、交換対象の電池群２１２として特定する。

この劣化度が最も高い電池群２１２を特定する方法としては、たとえば、内部抵抗値Ｒもしくはその上昇率ＳＯＨＲが最大の電池群２１２、または、満充電容量Ｑもしくは容量維持率ＳＯＨＱが最小の電池群２１２を探索する方法が一般的である。さらに、処理Ｐ１５において、中央処理装置１０１は、前述のように特定した最高の劣化度の電池群２１２を交換対象として指定し、電池群２１２を交換するための処理を実行する。

なお、電池監視装置１００による処理は、図８に示す処理に限定されない。より具体的には、前述のように、並列に接続された複数の電池群２１２の合成内部抵抗値Ｒ_ｔと合成満充電容量Ｑ_ｔとを用いた二次電池２１０の性能診断に代えて、電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲおよび容量維持率ＳＯＨＱを用いた性能診断を行ってもよい。以下、図８を援用してこの変形例を説明する。

まず、処理Ｐ１１において、中央処理装置１０１は、二次電池２１０において並列に接続されている各々の電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲを取得する。次に、処理Ｐ１２において、中央処理装置１０１は、各々の電池群２１２の容量維持率ＳＯＨＱを取得する。そして、処理Ｐ１３において、中央処理装置１０１は、二次電池２１０の性能を把握するために、以下の式（１３）および（１４）に基づいて、並列に接続された複数の電池群２１２の合成内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲ_ｔと合成容量維持率ＳＯＨＱ_ｔとを算出する。

ＳＯＨＲ_ｔ＝ｎ/（１/ＳＯＨＲ_１＋１/ＳＯＨＲ_２＋・・・＋１/ＳＯＨＲ_ｎ) （１３）
ＳＯＨＱ_ｔ＝（ＳＯＨＱ_１＋ＳＯＨＱ_２＋・・・＋ＳＯＨＱ_ｎ）/ｎ （１４）

式（１３）および（１４）において、ｎは、並列に接続された電池群２１２の数であり、ＳＯＨＲ_ｎは、各々の電池群２１２の内部抵抗値の上昇率であり、ＳＯＨＱ_ｎは、各々の電池群２１２の容量維持率である。

次に、判定Ｐ１４において、中央処理装置１０１は、処理Ｐ１３で算出された合成内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲ_ｔと合成容量維持率ＳＯＨＱ_ｔを二次電池２１０の性能と位置付け、たとえば記憶装置１０２に記憶された必要性能と比較し、二次電池２１０の性能が必要性能を満たすか否かを判定する。判定Ｐ１４において、二次電池２１０の性能が必要性能を満たす場合（ＹＥＳ）、中央処理装置１０１は、処理を終了する。一方、判定Ｐ１４において、二次電池２１０の性能が必要性能を満たさない場合（ＮＯ）、中央処理装置１０１は、処理Ｐ１５を実行する。

処理Ｐ１５において、中央処理装置１０１は、前述のように、複数の電池群２１２の中で最も劣化が進行した劣化度が最も高い電池群２１２を特定する。さらに、処理Ｐ１５において、中央処理装置１０１は、特定した劣化度が最も高い電池群２１２を交換対象として指定し、電池群２１２を交換するための処理を実行する。このように、二次電池２１０の性能診断には、電池群２１２の合成内部抵抗値Ｒ_ｔと合成満充電容量Ｑ_ｔとを用いてもよく、電池群２１２の内部抵抗値の合成上昇率ＳＯＨＲ_ｔと合成容量維持率ＳＯＨＱ_ｔとを用いてもよい。

電池監視装置１００は、交換対象である劣化度が最も高い電池群２１２を交換するための処理として、たとえば、交換後の新たな電池群２１２に、許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超える電流が集中するのを回避するための処理を実行する。すなわち、劣化度が最も高い電池群２１２を使用前の新しい電池群２１２に交換すると、その新しい電池群２１２は並列に接続された他の電池群２１２よりも、内部抵抗値Ｒおよびその上昇率ＳＯＨＲが小さい状態になる。

この状態では、新しい電池群２１２に、他の電池群２１２よりも大きい電流が流れることになる。このとき、新しい電池群２１２に流れる電流の値が、許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超えると、電池群２１２の寿命を短縮させたり、電池群２１２に異常を発生させたりする要因になり得る。そこで、電池監視装置１００は、交換後の新たな電池群２１２に、許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超える電流が集中するのを回避するための処理を実行する。

以下、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、電池監視装置１００によって実行する、交換後の新たな電池群２１２に許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超える電流が集中するのを回避するための処理を説明する。図９Ａおよび図９Ｂは、電池監視装置１００の処理の流れを説明するフロー図である。

図９Ａに示す例において、電池監視装置１００は、交換後の電池群２１２に許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超える電流が集中するのを回避するための処理を開始すると、まず、処理Ｐ２１を実行する。処理Ｐ２１において、中央処理装置１０１は、交換対象として特定された電池群２１２に換えて新たに導入される交換用の電池群２１２が使用前の新しい電池群２１２であると仮定する。すなわち、中央処理装置１０１は、新たに導入される交換用の電池群２１２のパラメータとして、新品の電池群２１２のパラメータを設定して、記憶装置１０２に記憶させる。ここで、電池群２１２のパラメータは、たとえば、内部抵抗値Ｒを含む。

次に、処理Ｐ２２において、中央処理装置１０１は、最も劣化度が高い電池群２１２を新品の電池群２１２と交換することを想定した場合の、並列に接続された複数の電池群２１２の合成内部抵抗値Ｒ_ｔを、前述の式（１１）に基づいて算出する。次に、処理Ｐ２３において、中央処理装置１０１は、以下の式（１５）に基づいて、各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎを算出する。

（I₁，I₂，…，I_n）＝（I_t×R_t／R₁，I_t×R_t／R₂，…，I_t×R_t／R_n） （１５）

式（１５）において、ｎは、並列に接続された電池群２１２の数であり、Ｉ_ｔは、並列に接続された複数の電池群２１２に流れる電流値の合計、すなわち二次電池２１０に流れる総電流値である。また、Ｒ_１，Ｒ_２，・・・，Ｒ_ｎは、各々の電池群２１２の内部抵抗値であり、Ｒ_ｔは、最も劣化度が高い電池群２１２を新品の電池群２１２で交換することを想定した場合の、並列に接続された複数の電池群２１２の合成内部抵抗値である。

次に、判定Ｐ２４において、中央処理装置１０１は、処理Ｐ２３で算出した各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’以下であるか否かを判定する。判定Ｐ２４において、中央処理装置１０１は、処理Ｐ２３で算出した各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’以下である（ＹＥＳ）と判定すると、交換後の電池群２１２への電流の集中を回避する処理を終了する。この場合、中央処理装置１０１は、たとえば、表示装置に、交換対象の電池群２１２を、新品の電池群２１２に交換可能であることを表示してもよい。一方、判定Ｐ２４において、中央処理装置１０１は、処理Ｐ２３で算出した各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超える（ＮＯ）と判定すると、処理Ｐ２５を実行する。

処理Ｐ２５において、中央処理装置１０１は、新たに導入される交換用の電池群２１２のパラメータを見直す処理を実行する。具体的には、中央処理装置１０１は、たとえば、新品の電池群２１２の内部抵抗値Ｒに、予め設定された定数を加算または乗算して、新たに導入される交換用の電池群２１２の内部抵抗値Ｒを増加させ、再度、処理Ｐ２２から判定Ｐ２４までを実行する。そして、判定Ｐ２４において、処理Ｐ２３で算出した各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’以下である（ＹＥＳ）と判定すると、中央処理装置１０１は、交換後の電池群２１２への電流の集中を回避する処理を終了する。

この交換後の新たな電池群２１２に許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超える電流が集中するのを回避するための処理の終了後、中央処理装置１０１は、たとえば、次の処理を実行する。中央処理装置１０１は、判定Ｐ２４において各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’以下になったときの新たに導入する交換用の電池群２１２の内部抵抗値Ｒを、適正な内部抵抗値Ｒとして記憶装置１０２に記憶させる。

さらに、中央処理装置１０１は、記憶装置１０２に記憶させた適正な内部抵抗値Ｒを、新たに導入する交換用の電池群２１２の適正な内部抵抗値Ｒとして出力する。このように、電池監視装置１００の中央処理装置１０１によって出力された、新たに導入する交換用の電池群２１２の適正な内部抵抗値Ｒは、たとえば、電池監視装置１００が備える表示装置または電池監視装置１００の外部の表示装置に表示させることができる。

図９Ｂに示す例において、電池監視装置１００は、交換後の電池群２１２に許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超える電流が集中するのを回避するための処理を開始すると、図９Ａに示す例と同様に、処理Ｐ２１から判定Ｐ２４を実行する。ただし、図９Ｂに示す例では、判定Ｐ２４において、中央処理装置１０１は、電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を超える（ＮＯ）と判定すると、処理Ｐ２６を実行する。この点が、図９Ａに示す例と図９Ｂに示す例とで異なっている。

処理Ｐ２６において、中央処理装置１０１は、すでに交換対象として指定されている電池群２１２に加えて、その次に劣化が進行した電池群２１２を、処理Ｐ１５と同様に、交換対象の電池群２１２として指定して、処理Ｐ２１に戻る。これにより、処理Ｐ２１では、前回交換対象として指定された電池群２１２に加えて、その次に劣化が進行した電池群２１２も、新品の電池群２１２で交換することを仮定できる。そして、続く処理Ｐ２２では、交換対象として指定された複数の電池群２１２を新品の電池群２１２に交換して並列に接続した場合の複数の電池群２１２の合成内部抵抗値Ｒ_ｔが算出され、処理Ｐ２３において、各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが算出される。

次に、判定Ｐ２４において、中央処理装置１０１は、図９Ａに示す例と同様に、処理Ｐ２３で算出した各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’以下であるか否かを判定する。中央処理装置１０１は、たとえば、判定Ｐ２４において各々の電池群２１２に流れる電流の値Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎが許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’以下になったときの新たに導入する交換用の電池群２１２の数を、適正な交換数として記憶装置１０２に記憶させる。

さらに、中央処理装置１０１は、記憶装置１０２に記憶させた適正な電池群２１２の交換数を出力する。このように、電池監視装置１００の中央処理装置１０１によって出力された、新たに導入する交換用の電池群２１２の適正な交換数は、たとえば、電池監視装置１００が備える表示装置または電池監視装置１００の外部の表示装置に表示させることができる。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９Ａに示す例のように、並列に接続された複数の電池群２１２の一つと交換されて新たに導入される電池群２１２による影響を説明するグラフである。図１０Ａおよび図１０Ｂに示す例では、二次電池２１０が、並列に接続された三つの電池群２１２を備える場合を想定している。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すケースＡは、劣化が進行した三つの電池群２１２の交換前の状態を表している。

具体的には、ケースＡでは、簡単のため、図１０Ａに示すように、三つの電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲが、すべて２００［％］になったと仮定している。なお、実際には、三つの電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲが一致することはまれである。ケースＡでは、三つの電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲが等しいため、図１０Ｂに示すように、三つの電池群２１２を流れる電流値の比率である電流比率が等しくなっている。図１０Ｂに示す電流比率は、三つの電池群２１２に流れる総電流値を並列数で除算して得られる平均電流値、言い換えると、各電池群２１２に均等に電流が流れたときの電流値を１とする比率である（＝ＳＯＨＲ_ｔ／ＳＯＨＲ_ｎ）。すなわち、電流比率が１よりも大きいほど電池群２１２に流れる電流は均等よりも集中傾向にあり、１よりも小さいほど電池群２１２に流れる電流は均等よりも小さい傾向にあることを示す。ケースＡにおいては、各々の電池群２１２のＳＯＨＲがすべて２００［％］のため、電池群２１２間に個体差がないことから、各電池群２１２に均等に電流が流れるために各電池群２１２の電流比率が１となっている。

図１０Ａおよび図１０Ｂに示すケースＢは、ケースＡの内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲが２００［％］で等しい三つの電池群２１２のうちの一つの電池群２１２を、新品の電池群２１２に交換した状態を示している。図１０ＡのケースＢにおける左端の棒グラフに示すように、交換した新品の電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲが１００［％］に低下している。

これにより、図１０Ａに破線で示すように、並列に接続された三つの電池群２１２は、ケースＡで２００[％]であった合成内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲ_ｔが、ケースＢで１５０[％]に低下し、全体として劣化度が低下して改善される。しかし、図１０ＢのケースＢに示すように、左端の交換した新品の電池群２１２に電流が集中して流れるようになり、均等に電流が流れる時よりも１．５倍の電流が新品の電池群２１２に流れる。

また、図１０ＡのケースＣおよびケースＤのように、交換する電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲを上昇させると、図１０Ａに示す合成内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲ_ｔの改善度は小さくなるが、交換した電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲと、他の電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲとの差が減少する。これにより、図１０ＢのケースＣおよびケースＤのように、交換した電池群２１２に流れる電流値を減少させることができる。

図１０Ｃおよび図１０Ｄは、図９Ｂに示す例のように、並列に接続された複数の電池群２１２と交換されて新たに導入される一以上の電池群２１２による影響を説明するグラフである。図１０Ｃおよび図１０Ｄに示す例では、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す例と同様に、二次電池２１０が、並列に接続された三つの電池群２１２を備える場合を想定している。図１０Ｃおよび図１０Ｄに示すケースＡは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すケースＡと同様に、劣化が進行した三つの電池群２１２の交換前の状態を示している。

図１０Ｃおよび図１０Ｄに示すケースＢは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すケースＢと同様に、劣化が進行した三つの電池群２１２のうちの一つの電池群２１２を、新品の電池群２１２に交換した状態を示している。ここまでは、図１０Ｃおよび図１０Ｄに示す例は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す例と同様である。

しかし、図１０Ｃに示す例では、ケースＣにおいて、内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲが２００［％］の劣化が進行した電池群２１２のもう一つが、新たに、内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲが１００［％］の新品の電池群２１２と交換されている。これにより、図１０Ｄに示す例では、ケースＣにおいて、ケースＢと比較して、電池群２１２に対する電流の集中が改善されている。

図１０Ｃおよび図１０Ｄに示す例では、ケースＤにおいて、ケースＣよりも電池群２１２の新品への交換数が増加することで、特定の電池群２１２への電力集中がより回避されている。このように、図１０Ｃおよび図１０Ｄに示す例では、新品の電池群２１２の交換数を増加させることで、二次電池２１０の全体として合成内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲ_ｔをより低下させ、特定の電池群２１２への電流の集中をより確実に回避することができる。

以下、本実施形態の電池監視装置１００の作用を説明する。

本実施形態の電池監視装置１００は、図１に示すように、電池システム３００に用いられる。電池システム３００は、無停電電源装置２００を備え、無停電電源装置２００は、図２に示すように、二次電池２１０を備えている。二次電池２１０は、図３に示すように、並列に接続された複数の電池群２１２と、直列に接続されて電池群２１２を構成する複数の電池セル２１１と、各々の電池群２１２を流れる電流を測定する電流センサ２１３と、各々の電池セル２１１の電圧を測定する電圧センサとしての電池管理装置２１４と、を備えている。また、電池監視装置１００は、図１に示すように、中央処理装置１０１および記憶装置１０２を備えている。そして、中央処理装置１０１は、前述のように、電流センサ２１３および電圧センサとしての電池管理装置２１４の検知結果に基づいて算出された各々の電池群２１２の劣化度、たとえば、合成内部抵抗値Ｒ_ｔおよび合成満充電容量Ｑ_ｔまたは合成内部抵抗上昇率ＳＯＨＲ_ｔおよび合成容量維持率ＳＯＨＱ_ｔに基づいて、電池群２１２の交換の要否を判定する。また、中央処理装置１０１は、電池群２１２の交換が必要と判定した場合に、電池群２１２の劣化度に基づいて交換対象の電池群２１２を特定する。そして、中央処理装置１０１は、交換対象の電池群２１２と交換される新たな電池群２１２のパラメータである内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲまたは交換数を、新たな電池群２１２の許容電流値に基づいて算出する。

この構成により、本実施形態の電池監視装置１００は、電池群２１２を構成する電池セル２１１が劣化して、二次電池２１０の性能が必要性能を満たさなくなった場合に、交換対象の電池群２１２を特定して交換することができる。これにより、たとえば、図１０Ａおよび図１０ＣのケースＢからケースＤに示すように、二次電池２１０全体としての合成内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲ_ｔを、ケースＡの電池群２１２の交換前よりも低下させ、二次電池２１０の劣化度を改善することができる。さらに、交換対象ではない電池群２１２を継続して使用することができるので、従来よりも電池セル２１１を有効に活用して、電池セル２１１の交換数を可及的に削減することができる。

また、中央処理装置１０１が、交換対象の電池群２１２と交換される新たな電池群２１２のパラメータである内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲまたは交換数を、新たな電池群２１２の許容電流値に基づいて算出する。これにより、図１０Ｂおよび図１０ＤのケースＣおよびケースＤに示すように、ケースＢと比較して交換した新たな電池群２１２に対する電流の集中を回避して、交換した新たな電池群２１２に流れる電流が、電池群２１２の許容電流値を超えるのを防止することができる。

すなわち、二次電池２１０の一部の電池群２１２を交換することで、交換した電池群２１２に電流が集中するが、その電流の集中を許容範囲に緩和可能な電池群２１２の内部抵抗値などのパラメータまたは交換数を、中央処理装置１０１によって試算することができる。そして、中央処理装置１０１によって試算したパラメータまたは交換数を表示装置などに表示することで、適切な電池群２１２の交換を行って、効率のよい電池システム３００のメンテナンスを実現することができる。

また、本実施形態の電池監視装置１００において、中央処理装置１０１は、電池群２１２の劣化度として電池群２１２の内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲを算出する。また、中央処理装置１０１は、複数の電池群２１２の中で内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲがより高い電池群２１２を交換対象の電池群２１２として特定する。これにより、より劣化が進行した電池群２１２を特定して交換することが可能になる。

また、本実施形態の電池監視装置１００において、中央処理装置１０１は、電池群２１２の劣化度として電池群２１２の容量維持率ＳＯＨＱを算出する。また、中央処理装置１０１は、複数の電池群２１２の中で容量維持率ＳＯＨＱがより低い電池群２１２を交換対象の電池群２１２として特定する。これにより、より劣化が進行した電池群２１２を特定して交換することが可能になる。

また、本実施形態の電池監視装置１００において、中央処理装置１０１は、複数の電池群２１２の合成内部抵抗値Ｒ_ｔ、合成内部抵抗値の上昇率ＳＯＨＲ_ｔ、合成満充電容量Ｑ_ｔ、または合成容量維持率ＳＯＨＱ_ｔの少なくとも一つに基づいて電池群２１２の交換の要否を判定する。この構成により、二次電池２１０の全体としての性能の劣化に基づいて適切に電池群２１２を交換することが可能になる。

また、本実施形態の電池監視装置１００において、中央処理装置１０１は、電池群２１２の許容電流値として、電池セル２１１の上限電流および下限電流を逸脱しない電流値Ｉｃｈｇ，Ｉｄｉｓと、電池セル２１１の充放電時の許容発熱量を満足する電流値Ｉｌｉｍ、または電池セル２１１を所定期間使用するための電流値Ｉｌｉｍの少なくとも一つに基づいて許容電流値Ｉｃｈｇ’，Ｉｄｉｓ’を決定する。この構成により、電池セル２１１を安全に使用することができ、電池セル２１１の寿命を延命することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数の電池セル２１１を備える電池システム３００において電池セル２１１を従来よりも有効に活用して、電池セル２１１の交換数を可及的に削減可能な電池監視装置１００を提供することができる。

［実施形態２］
以下、図２から図８を援用し、図１１および図１２を参照して、本開示に係る電池システムの実施形態を説明する。図１１は、本開示に係る電池システム３００’の実施形態を示す概略的な機能ブロック図である。

本実施形態の電池システム３００’は、実施形態１の図１に示す電池監視装置１００および無停電電源装置２００に加えて、図１１に示すように、電池管理装置６００を備えている。本実施形態の電池システム３００’のその他の構成は、前述の実施形態１の電池システム３００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

電池管理装置６００は、たとえば、中央処理装置６０１と記憶装置６０２とを備えたコンピュータによって構築されたデータベースであり、たとえば、信号線を介して電池監視装置１００に接続されている。電池管理装置６００は、複数の使用済み電池群２１２の情報を管理し、電池監視装置１００からの指令に基づいて、交換用電池群２１２として適した使用済み電池群２１２を選定する機能を有している。なお、電池管理装置６００による演算に使用される式、データ、プログラムなどは、たとえば記憶装置６０２に記憶され、電池管理装置６００による前述の演算は、たとえば中央処理装置６０１によって実行される。

電池監視装置１００は、前述のように、中央処理装置１０１によって、交換対象の電池群２１２と交換される新たな電池群２１２のパラメータとして、たとえば内部抵抗値Ｒとその上昇率ＳＯＨＲを、新たな電池群２１２の許容電流値に基づいて算出する。電池管理装置６００の中央処理装置６０１は、電池監視装置１００の中央処理装置１０１によって算出された新たな電池群２１２のパラメータに基づいて、使用済みの複数の電池群２１２の中から一以上の電池群２１２を選定する。

ここで、電池監視装置１００の中央処理装置１０１は、たとえば、二次電池２１０の各々の電池群２１２の運用履歴情報を記憶装置１０２に記憶させる。さらに、中央処理装置１０１は、交換用の新たな電池群２１２のパラメータとともに、二次電池２１０各々の電池群２１２の運用履歴情報を電池管理装置６００へ出力する。そして、電池管理装置６００の中央処理装置６０１は、たとえば、使用済みの複数の電池群２１２の運用履歴情報を管理する。そして、中央処理装置６０１は、電池監視装置１００から入力された各々の電池群２１２の運用履歴情報と、使用済みの複数の電池群２１２の運用履歴情報との差が最も小さい使用済みの電池群２１２を選定する。

より具体的には、たとえば、電池監視装置１００は、前述のように、電流集中を許容範囲におさえることが可能な、交換対象の電池群２１２の内部抵抗性能、たとえば内部抵抗値Ｒとその上昇率ＳＯＨＲなどを計算する。そして、電池管理装置６００は、管理している使用済みの電池群２１２の中から、その内部抵抗性能と、交換対象の電池群２１２の内部抵抗性能との差が、所定の範囲内となるものを探索し、交換用の使用済み電池群２１２の候補としてリストアップする。そして、電池管理装置６００は、リストアップされた交換用の使用済み電池群２１２の候補の履歴情報を、たとえば表示装置に表示する。

図１２は、本実施形態の電池システム３００’の電池管理装置６００の表示画面ＤＳの一例である。電池管理装置６００は、ｎ個の使用済み電池群２１２の各々の履歴情報ＨＩ‐１，ＨＩ‐２，・・・，ＨＩ‐ｎとして、たとえば、滞在ＳＯＣの頻度、滞在電池温度の頻度、充放電電流の頻度などを表示する。

電池管理装置６００の管理者やオペレータは、表示装置に表示された履歴情報ＨＩ‐１，ＨＩ‐２，・・・，ＨＩ‐ｎを確認し、交換対象の電池群２１２と類似した履歴情報を有する使用済み電池群２１２を交換用の新しい電池群２１２として指定する。なお、交換用の新しい電池群２１２としての指定は、交換対象の電池群２１２の履歴情報のグラフと、交換用の使用済み電池群２１２の候補の履歴情報ＨＩ‐１，ＨＩ‐２，・・・，ＨＩ‐ｎのグラフとのパターンマッチングなどによって自動的に行うことも可能である。

以上のように、本実施形態の電池システム３００’は、並列に接続された複数の電池群２１２と、直列に接続されて電池群２１２を構成する複数の電池セル２１１と、各々の電池群２１２を流れる電流を測定する電流センサ２１３と、各々の電池セル２１１の電圧を測定する電圧センサとしての電池管理装置２１４と、電池監視装置１００と、を備えている。電池監視装置１００は、中央処理装置１０１および記憶装置１０２を備えている。中央処理装置１０１は、電流センサ２１３および電池管理装置２１４の検知結果に基づいて算出された各々の電池群２１２の劣化度に基づいて電池群２１２の交換の要否を判定する。また、中央処理装置１０１は、電池群２１２の交換が必要と判定した場合に劣化度に基づいて交換対象の電池群２１２を特定し、その交換対象の電池群２１２と交換される新たな電池群２１２のパラメータまたは交換数を新たな電池群２１２の許容電流値に基づいて算出する。

この構成により、本実施形態の電池システム３００’によれば、前述の実施形態１と同様の効果を奏することができる。すなわち、複数の電池セル２１１を備える電池システム３００’において、電池セル２１１を従来よりも有効に活用して、電池セル２１１の交換数を可及的に削減可能な電池監視装置１００および電池システム３００’を提供することができる。

また、本実施形態の電池システム３００’は、使用済みの複数の電池群２１２を管理する電池管理装置６００をさらに備えている。電池管理装置６００は、中央処理装置６０１を備えている。電池管理装置６００の中央処理装置６０１は、電池監視装置１００の中央処理装置１０１によって算出された新たな電池群２１２のパラメータに基づいて、使用済みの複数の電池群２１２の中から一以上の電池群２１２を選定する。この構成により、使用済みの電池群２１２を有効に活用することができ、新品の電池セル２１１の交換数を可及的に削減することができる。

また、本実施形態の電池システム３００’において、電池監視装置１００の中央処理装置１０１は、各々の電池群２１２の運用履歴情報を記憶装置１０２に記憶させ、新たな電池群２１２のパラメータとともに各々の電池群２１２の運用履歴情報を電池管理装置６００へ出力する。そして、電池管理装置６００の中央処理装置６０１は、使用済みの複数の電池群２１２の運用履歴情報を管理し、電池監視装置１００から入力された各々の電池群２１２の運用履歴情報と、使用済みの複数の電池群２１２の運用履歴情報との差が最も小さい使用済みの電池群２１２を選定する。

このような構成により、複数の電池群２１２を備える電池システム３００’において、運用履歴が大きく異なる電池群２１２を混在させずに、電池群２１２の部分交換を行うことが可能になる。電池セル２１１は、運用履歴が異なると劣化後の特性にも差が生じることが知られている。しかし、前述のように、運用履歴情報が近似する電池群２１２を交換用の使用済み電池群２１２として指定することで、異なる場所で使用した使用済み電池群２１２を交換用の電池群２１２として用いるにも関わらず、新たに導入する電池群２１２と既存の電池群２１２の劣化時の特性を近似させつつ、電池群２１２の部分交換を行うことができる。

以上、図面を用いて本開示に係る電池監視装置および電池システム３００の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１００ 電池監視装置
１０１ 中央処理装置
１０２ 記憶装置
２１１ 電池セル
２１２ 電池群
２１３ 電流センサ
２１４ 電池管理装置（電圧センサ）
３００ 電池システム
３００’ 電池システム
６００ 電池管理装置
６０１ 中央処理装置
ＩＨ‐１ 運用履歴情報
ＩＨ‐２ 運用履歴情報
ＩＨ‐ｎ 運用履歴情報

Claims (10)

1. 並列に接続された複数の電池群と、直列に接続されて前記電池群を構成する一つ以上の電池セルと、各々の前記電池群の情報を測定する測定手段と、を備えた電池システムに用いられる電池監視装置であって、
   中央処理装置および記憶装置を備え、
   前記中央処理装置は、前記測定手段の測定結果に基づいて算出された各々の前記電池群の劣化度に基づいて前記電池群の交換の要否を判定し、前記電池群の交換が必要と判定した場合に前記劣化度に基づいて交換対象の前記電池群を特定し、該交換対象の前記電池群と交換される新たな前記電池群のパラメータまたは交換数を前記新たな前記電池群の許容電流値に基づいて算出することを特徴とする電池監視装置。
2. 前記中央処理装置は、前記劣化度として前記電池群の内部抵抗値の上昇率を算出し、複数の前記電池群の中で前記内部抵抗値の上昇率がより高い前記電池群を前記交換対象の前記電池群として特定することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
3. 前記中央処理装置は、前記劣化度として前記電池群の容量維持率を算出し、複数の前記電池群の中で前記容量維持率がより低い前記電池群を前記交換対象の前記電池群として特定することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
4. 前記中央処理装置は、複数の前記電池群の合成内部抵抗値、合成内部抵抗値の上昇率、合成満充電容量、または合成容量維持率の少なくとも一つに基づいて前記電池群の交換の要否を判定することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
5. 前記中央処理装置は、前記電池セルの上限電流および下限電流を逸脱しない電流値、前記電池セルの充放電時の許容発熱量を満足する電流値、または前記電池セルを所定期間使用するための電流値の少なくとも一つに基づいて前記許容電流値を決定することを特徴とすることと特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
6. 使用済みの複数の前記電池群を管理する電池管理装置をさらに備え、
   前記電池管理装置は、中央処理装置を備え、
   前記電池管理装置の前記中央処理装置は、前記電池監視装置の前記中央処理装置によって算出された前記新たな前記電池群の前記パラメータに基づいて、前記使用済みの複数の前記電池群の中から一以上の前記電池群を選定することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
7. 前記電池監視装置の前記中央処理装置は、各々の前記電池群の運用履歴情報を前記記憶装置に記憶させ、前記新たな前記電池群の前記パラメータとともに各々の前記電池群の前記運用履歴情報を前記電池管理装置へ出力し、
   前記電池管理装置の前記中央処理装置は、前記使用済みの複数の前記電池群の前記運用履歴情報を管理し、前記電池監視装置から入力された各々の前記電池群の前記運用履歴情報と、前記使用済みの複数の前記電池群の前記運用履歴情報との差が最も小さい前記使用済みの前記電池群を選定することを特徴とする請求項６に記載の電池監視装置。
8. 並列に接続された複数の電池群と、直列に接続されて前記電池群を構成する一つ以上の電池セルと、各々の前記電池群の情報を測定する測定手段と、電池監視装置と、を備えた電池システムであって、
   前記電池監視装置は、中央処理装置および記憶装置を備え、
   前記中央処理装置は、前記測定手段の測定結果に基づいて算出された各々の前記電池群の劣化度に基づいて前記電池群の交換の要否を判定し、前記電池群の交換が必要と判定した場合に前記劣化度に基づいて交換対象の前記電池群を特定し、該交換対象の前記電池群と交換される新たな前記電池群のパラメータまたは交換数を前記新たな前記電池群の許容電流値に基づいて算出することを特徴とする電池システム。
9. 使用済みの複数の前記電池群を管理する電池管理装置をさらに備え、
   前記電池管理装置は、中央処理装置を備え、
   前記電池管理装置の前記中央処理装置は、前記電池監視装置の前記中央処理装置によって算出された前記新たな前記電池群の前記パラメータに基づいて、前記使用済みの複数の前記電池群の中から一以上の前記電池群を選定することを特徴とする請求項８に記載の電池システム。
10. 前記電池監視装置の前記中央処理装置は、各々の前記電池群の運用履歴情報を前記記憶装置に記憶させ、前記新たな前記電池群の前記パラメータとともに各々の前記電池群の前記運用履歴情報を前記電池管理装置へ出力し、
    前記電池管理装置の前記中央処理装置は、前記使用済みの複数の前記電池群の前記運用履歴情報を管理し、前記電池監視装置から入力された各々の前記電池群の前記運用履歴情報と、前記使用済みの複数の前記電池群の前記運用履歴情報との差が最も小さい前記使用済みの前記電池群を選定することを特徴とする請求項９に記載の電池システム。

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