JP7317692B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本開示は、電池システムに関し、より特定的には、バッテリの内部抵抗を算出する技術に関する。

バッテリの内部抵抗を高精度に算出する技術に対する要望が存在する。バッテリの内部抵抗を高精度に算出することで、バッテリの内部抵抗の算出結果に基づく処理を適切に実行することが可能になる。たとえば、バッテリの内部抵抗を高精度に算出することで、バッテリで発生するジュール熱によるバッテリの温度上昇（バッテリの異常発熱など）を検出できる。あるいは、バッテリの内部抵抗を高精度に算出することで、バッテリの開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）を高精度に算出できる。

特開２００５－１５６３５２号公報（特許文献１）は、バッテリから短時間に大電流を取り出す場合に、放電電流の急増に伴って内部抵抗が大きくなる傾向を開示する。この場合、高電流領域においてＩＶプロット（ＩＶ特性）に直線性がない領域が生じ得る。特許文献１によれば、バッテリのＩＶプロットに直線性がない場合でも高精度にＯＣＶを算出できる。

特開２００５－１５６３５２号公報

特許文献１に開示された演算方法では、バッテリの放電電流の電流域を電流値の大きさに応じて少なくとも２つの電流域に分類する。さらに、複数の電流域の中で電流値が低い低電流域において取得（同期検出）された電流・電圧サンプリングデータと、放電電流が含まれる電流域（高電流域）において同期検出された電流・電圧サンプリングデータとに基づく回帰分析を行う。そして、回帰分析により求められる回帰直線の傾きから、放電電流の電流域に応じた内部抵抗（仮想内部抵抗）を算出する。

バッテリのＩＶプロットに直線性がなくなる（非線形になる）要因は様々である。特許文献１に開示された演算方法では、このことが十分に検討されていないので、内部抵抗を正確に算出できない場合がある。その結果、内部抵抗の算出結果に基づく処理（ＯＣＶの算出など）も高精度に行えない可能性がある。

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、バッテリの内部抵抗の算出結果に基づく処理を適切に実行することである。また、本開示の他の目的は、バッテリの内部抵抗の算出精度を向上させることである。

（１）本開示のある局面に従う電池システムは、バッテリと、バッテリの電圧を検出する電圧センサと、バッテリに入出力される電流を検出する電流センサと、バッテリの内部抵抗を算出する内部抵抗算出処理を実行し、その結果に基づく所定の処理を実行可能に構成された制御装置とを備える。内部抵抗算出処理は、電圧センサおよび電流センサにより取得される電流－電圧プロットの回帰分析により回帰直線を求め、回帰直線の傾きから内部抵抗を算出する処理である。制御装置は、複数回の電圧および電流の検出値のうちの第１の検出群に基づく内部抵抗算出処理により第１の内部抵抗を算出するとともに、複数回の電圧および電流の検出値のうちの第２の検出群に基づく内部抵抗算出処理により第２の内部抵抗を算出する。制御装置は、第１の内部抵抗と第２の内部抵抗との抵抗差が基準値よりも小さい場合には所定の処理を実行する一方で、抵抗差が基準値よりも大きい場合には所定の処理を実行しない。

上記（１）においては、バッテリの第１の内部抵抗と第２の内部抵抗との抵抗差によって、内部抵抗算出処理の結果に基づく所定の処理を実行するかどうかが決定される。抵抗差が基準値よりも小さい場合には、後述する特性悪化の影響による抵抗差のバラツキが小さく、バッテリの内部抵抗の算出精度が高いとして、所定の処理を実行する。その一方で、抵抗差が基準値よりも大きい場合には、特性悪化の影響による抵抗差のバラツキが大きく、バッテリの内部抵抗の算出精度が低いとして、所定の処理を実行しない。これにより、上記（１）の構成によれば、バッテリの内部抵抗の算出結果に基づいて所定の処理の適切に実行できる。

（２）本開示の他の局面に従う電池システムは、バッテリと、バッテリの電圧を検出する電圧センサと、バッテリに入出力される電流を検出する電流センサと、バッテリの内部抵抗を算出する内部抵抗算出処理を実行可能に構成された制御装置とを備える。内部抵抗算出処理は、電圧センサおよび電流センサにより取得される電流－電圧プロットの回帰分析により回帰直線を求め、回帰直線の傾きから内部抵抗を算出する処理である。制御装置は、電流－電圧プロットにおける複数の電流レンジの各々について、複数回検出された電圧間の電圧差を求める。制御装置は、複数の電流レンジのすべてにおいて電圧差が基準値よりも小さい場合には内部抵抗算出処理を実行する一方で、複数の電流レンジのうちのいずれかにおいて電圧差が基準値よりも大きい場合には内部抵抗算出処理を実行しない。

上記（２）の構成においては、複数の電流レンジ毎の電圧差によって、内部抵抗算出処理を実行するかどうかが決定される。複数の電流レンジのすべてにおいて電圧差が基準値よりも小さい場合には、特性悪化の影響による抵抗差のバラツキが小さいとして、内部抵抗算出処理を実行する。その一方で、複数の電流レンジのうちのいずれかにおいて電圧差が基準値よりも大きい場合には、特性悪化の影響による抵抗差のバラツキが大きいとして、内部抵抗算出処理を実行しない。これにより、上記（２）の構成によれば、バッテリの内部抵抗の算出精度を向上させることができる。

本開示によれば、バッテリの内部抵抗の算出結果に基づく処理を適切に実行できる。あるいは、本開示によれば、バッテリの内部抵抗の算出精度を向上させることである。

実施の形態１に係る電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。 バッテリに含まれる組電池の構成の一例を示す図である。 セルの構成をより詳細に説明するための図である。 セルの内部抵抗の算出手法を説明するための図である。 実施の形態１におけるセルの使用態様を説明するための図である。 すべてセルの内部抵抗を示す図である。 １Ｃ連続放電における活物質表面ＯＣＶの温度依存性の一例を示す図である。 実施の形態１における第２のセルのＩＶプロットの一例を示す図である。 実施の形態１における第１のセルのＩＶプロットの一例を示す図である。 実施の形態１における内部抵抗算出処理を示すフローチャートである。 実施の形態２における第２のセルセルのＩＶプロットの一例を示す図である。 実施の形態２における第１のセルのＩＶプロットの一例を示す図である。 実施の形態２における内部抵抗算出処理を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

以下の実施の形態では、本開示に係る電池システムが車両に搭載された構成を例に説明する。しかし、本開示に係る電池システムの用途は車載用に限定されず、たとえば定置用であってもよい。

［実施の形態１］
＜電池システムの構成＞
図１は、実施の形態１に係る電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、車両９は、たとえばハイブリッド車両である。しかし、車両９は、走行用バッテリを搭載する車両であれば、プラグインハイブリッド車であってもよいし電気自動車であってもよい。

車両９は、電池システム９０を備える。電池システム９０は、バッテリ１と、監視ユニット２と、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３とを含む。車両９は、電池システム９０に加えて、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）４と、モータジェネレータ５１，５２と、エンジン６と、動力分割装置７１と、駆動軸７２と、駆動輪７３とをさらに備える。

バッテリ１は、組電池を含む電池パックである。組電池は複数のセルを含む。本実施の形態において各セルは、リチウムイオン二次電池である。ただし、セルの種類はこれに限定されるものではない。各セルは、他の種類の二次電池（たとえばニッケル水素電池）であってもよい。組電池および各セルの構成については図２および図３にて、より詳細に説明する。

バッテリ１は、モータジェネレータ５１，５２を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ４を通じてモータジェネレータ５１，５２へ電力を供給する。また、バッテリ１は、モータジェネレータ５１，５２の発電時にＰＣＵ４を通じて発電電力を受けて充電される。

監視ユニット２は、電圧センサ２１と、電流センサ２２と、温度センサ２３とを含む。複数の電圧センサ２１は、組電池を構成する複数のセルに対応するように設けられる。複数の電圧センサ２１の各々は、対応するセルの電圧ＶＢ（後述する電圧Ｖ１～Ｖ１２）を検出する。電流センサ２２は、バッテリ１に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサ２３は、バッテリ１の温度ＴＢを検出する。各センサは、その検出結果をＥＣＵ３に出力する。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、メモリ（より具体的にはＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））３２と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）とを含む。ＥＣＵ３は、監視ユニット２の各センサから受ける信号ならびにメモリ３２に記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、車両９を所望の状態に制御する。本実施の形態においてＥＣＵ３により実行される主要な処理として、バッテリ１の「内部抵抗算出処理」と、バッテリ１の「異常診断」とが挙げられる。

バッテリ１の内部抵抗算出処理とは、バッテリ１に含まれる複数のセル１０１～１１２（図２参照）の各々の内部抵抗差を算出する処理である。内部抵抗算出処理については後に詳細に説明する。

バッテリ１の異常診断とは、内部抵抗算出処理の結果に基いて、バッテリ１の異常（具体的には、いずれかのセルの異常発熱）の有無を診断する処理である。バッテリ１に含まれる複数のセルのうち隣接する２つのセル間の内部抵抗差が所定の値よりも大きい場合に、ＥＣＵ３は、高抵抗となったセルに異常が生じている可能性があると診断する。

ＰＣＵ４は、ＥＣＵ３からの制御信号に従って、バッテリ１とモータジェネレータ５１，５２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ４は、モータジェネレータ５１，５２の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、モータジェネレータ５１を回生状態（発電状態）にしつつ、モータジェネレータ５２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ４は、たとえば、モータジェネレータ５１，５２に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧をバッテリ１の出力電圧以上に昇圧するコンバータ（いずれも図示せず）とを含んで構成されている。

モータジェネレータ５１，５２の各々は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ５１は、主として、動力分割装置７１を経由してエンジン６により駆動される発電機として用いられる。モータジェネレータ５１が発電した電力は、ＰＣＵ４を介してモータジェネレータ５２またはバッテリ１に供給される。

モータジェネレータ５２は、主として電動機として動作し、駆動輪７３を駆動する。モータジェネレータ５２は、バッテリ１からの電力およびモータジェネレータ５１の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、モータジェネレータ５２の駆動力は駆動軸７２に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、モータジェネレータ５２は、発電機として動作して回生発電を行なう。モータジェネレータ５２が発電した電力は、ＰＣＵ４を介してバッテリ１に供給される。

エンジン６は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する。

動力分割装置７１は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構（図示せず）を含む。動力分割装置７１は、エンジン６から出力される動力を、モータジェネレータ５１を駆動する動力と、駆動輪７３を駆動する動力とに分割する。

＜バッテリ構成＞
図２は、バッテリ１に含まれる組電池の構成の一例を示す図である。図２に示す例において、組電池は、１２個のセル１０１～１１２を含む。ただし、組電池に含まれるセル数は特に限定されるものではなく、典型的には十数個～数十個程度である。

セル１０１～１１２は、図中の左右方向に積層されている。セル１０１～１１２のうちの隣接する２つの間はバスバ１９により電気的に接続されている。なお、図２では、１２個のセルが直列に接続されている。しかし、セル間の接続態様（直列接続／並列接続）は、バッテリ１に要求される特性に応じて適宜決定できる。

図示しないが、組電池の過度の温度上昇を抑制するための冷却機構（たとえば空冷式の冷却機構）を設けてもよい。セル１０１～１１２の構成は共通である。よって、以下では、セル１０１の構成について代表的に説明する。

なお、内部抵抗の算出単位はセル単位に限定されるものではなく、複数のセル単位であってもよい。また、組電池全体の内部抵抗を算出してもよい。その場合には、組電池が本開示に係る「バッテリ」に相当する。

図３は、セル１０１の構成をより詳細に説明するための図である。図３において、セル１０１は、その内部を透視して図示されている。

図２を参照して、セル１０１は、角型（略直方体形状）の電池ケース８１を有する。電池ケース８１の上面は蓋体８２によって封じられている。正極端子８３および負極端子８４の各々の一方端は、蓋体８２から外部に突出している。正極端子８３および負極端子８４の他方端は、電池ケース８１内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ接続されている。電池ケース８１の内部には電極体８５が収容されている。電極体８５は、正極と負極とがセパレータを介して積層された積層体が捲回されることで形成されている。電解液は、正極、負極およびセパレータ等に保持されている。

正極、セパレータおよび電解液には、リチウムイオン二次電池の正極、セパレータおよび電解液として従来公知の構成および材料をそれぞれ用いることができる。一例として、正極には、コバルト酸リチウムの一部がニッケルおよびマンガンにより置換された三元系の材料を用いることができる。セパレータには、ポリオレフィン（たとえばポリエチレンまたはポリプロピレン）を用いることができる。電解液は、有機溶媒（たとえばＤＭＣ（dimethyl carbonate)とＥＭＣ（ethyl methyl carbonate)とＥＣ（ethylene carbonate)との混合溶媒）と、リチウム塩（たとえばＬｉＰＦ_６）と、添加剤（たとえばＬｉＢＯＢ（lithium biｓ(oxalate)borate）またはＬｉ［ＰＦ_２（Ｃ_２Ｏ_４）_２］）等を含む。

＜内部抵抗の算出＞
ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２の各々の内部抵抗を算出する。セル１０１～１１２の内部抵抗をＲ１～Ｒ１２とそれぞれ記載する。ここでは、セル１０１の内部抵抗Ｒ１の算出手法を例に説明する。

図４は、セル１０１の内部抵抗Ｒ１の算出手法を説明するための図である。図４において、横軸は、バッテリ１に入出力される電流ＩＢ（＝セル１０１を流れる電流）を表す。縦軸は、電圧センサ２１により検出されたセル１０１の閉回路電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）である電圧Ｖ１を表す。

ＥＣＵ３は、セル１０１の電圧Ｖ１および電流ＩＢを予め定められたサンプリング周期（たとえば１００ｍｓ）毎に繰り返し測定（同期検出）し、測定された値を図４に示すようにＩＶ特性図（ＩＶプロット図）上にプロットする。そして、ＥＣＵ３は、最小二乗法を用いた回帰分析（直線回帰演算）により、電圧Ｖ１と電流ＩＢとの間の関係を示す回帰直線Ｌ１を算出する。そうすると、直線Ｌ１の傾きがセル１０１の内部抵抗Ｒ１を表す。説明は繰り返さないが、他のセル１０２～１１２についても同様にすることで、内部抵抗Ｒ２～Ｒ１２を算出できる。

＜ＩＶプロットのバラツキ＞
車載のバッテリ１では、車両９のＥＶ距離（バッテリ１に蓄えられた電力により車両９が走行可能な距離）を延ばすため、その容量を増大させることが求められる。容量を増大すべく、本実施の形態に係るＥＣＵ３は以下のようにバッテリ１を使用している。説明の複雑化を避けるため、ここでもバッテリ１に含まれる１つのセル１０１を用いて説明する。

図５は、実施の形態１におけるセル１０１の使用態様を説明するための図である。図５において、横軸はセル１０１の単極（正極または負極）の容量を表す。縦軸は、セル１０１の単極の開放電位（ＯＣＰ：Open Circuit Potential）を表す。

図５では、バッテリ１が非通電状態（無負荷状態）にあるときの正極の電位を正極開放電位（ＯＣＰ：Open Circuit Potential）Ｕ_１と記載し、負極の電位を負極開放電位Ｕ_２と記載している。正極開放電位Ｕ_１と負極開放電位Ｕ_２との差がセル１０１のＯＣＶに相当する（ＯＣＶ＝Ｕ_１－Ｕ_２）。

図５に示されるように、セル１０１の低ＳＯＣ領域（Ｃ０よりも低容量側の領域）では、セル１０１の分極特性が悪化するため、拡散抵抗が大きくなりやすい。具体的には、セル１０１の低ＳＯＣ領域では、セル１０１の中ＳＯＣ領域または高ＳＯＣ領域と比べて、正極開放電位Ｕ_１の変化が急激である。したがって、セル１０１の低ＳＯＣ領域では、バッテリ１の充放電（電流ＩＢの入出力）に伴うセル１０１のＯＣＶの変動量が大きい。この性質は電池物性によるものであり、セル１０１の温度に拘わらずＯＣＶの変動量が大きいＳＯＣ領域が存在する。以下、この低ＳＯＣ領域を「特性悪化領域」とも称する。特性悪化領域では、電圧センサ２１によるセル１０１の電圧Ｖ１の検出誤差が大きくなりやすい。その結果として、図４にて説明した手法で算出されるセル１０１の内部抵抗Ｒ１と、残りのセルの内部抵抗との間にバラツキ（内部抵抗差）が生じる可能性がある。

＜内部抵抗のバラツキ＞
図６は、セル１０１～１１２の内部抵抗Ｒ１～Ｒ１２を示す図である。図６では、横軸は、セル１０１～１１２を互いに区別するためのセル番号を表す。縦軸は、セル１０１～１１２の内部抵抗Ｒ１～Ｒ１２を表す。

図６を参照して、セル１０１～１１２の間には温度差が生じ得る。図２に一例を示した電池構成では、組電池の冷却機構により冷却されることで、組電池の両端に位置するセル１０１，１１２の温度が相対的に低くなる傾向がある。一方、セルから発せられた熱が閉じ込められることで、組電池の中央に位置するセル（セル１０５～１０８など）の温度が相対的に高くなる傾向がある。一般に二次電池の内部抵抗は温度依存性を有するので、セル１０１～１１２の間には内部抵抗差が生じ得る。図６では、セル１０１～１１２間の温度差に起因するセル１０１～１１２間の内部抵抗差をΔＲＸで示している。

さらに、図５にて説明したように、セル１０１の低ＳＯＣ領域（特性悪化領域）では、正極の分極特性の悪化の影響による内部抵抗差が生じる可能性がある。図６では、分極特性の悪化に起因するセル１０１～１１２間の内部抵抗差をΔＲＹで示している。

図６に示すように、バッテリ１の使用状況によっては、内部抵抗差ΔＲＹの方が内部抵抗差ΔＲＸよりも大きくなる可能性がある。よって、内部抵抗の温度依存性を考慮するだけではセル１０１～１１２の内部抵抗Ｒ１～Ｒ１２を正確に算出できない可能性がある。

図７は、セル１０１の表面（活物質表面）ＯＣＶの温度依存性の一例を示す図である。図７において、横軸は、セル１０１の容量を表し、縦軸は、セル１０１のＯＣＶを表す。図７には、セル１０１の温度が－１０℃である場合のセル１０１のＳＯＣ（State Of Charge）－表面ＯＣＶ特性を示すカーブと、セル１０１の温度が１０℃である場合のセル１０１のＳＯＣ－表面ＯＣＶ特性を示すカーブとが示されている。これらのカーブは、ＳＯＣ＝３０％の状態から放電レート１Ｃでセル１０１（実際にはセル１０１と同等のセル）を放電させることで測定されたものである。

図７を参照して、－１０℃において測定されたカーブの方が１０℃において測定されたカーブよりも図中右側（すなわち高ＳＯＣ側）に位置している。このことから、セル１０１のＳＯＣが特性悪化領域内であるか否かに影響することが分かる。さらに、セル１０１の温度だけでなく、セル１０１の充放電履歴、具体的にはセル１０１のＳＯＣ、セル１０１を流れる電流の大きさ、セル１０１の通電時間（電流が連続で流れた時間）なども影響も及ぼし得る。仮にセル１０１～１１２のうちの隣接する２つのセルの温度が等しければ、２つのセルの間に内部抵抗差は生じない。しかし、実際には、セル１０１～１１２の間には温度差が生じ得るため、温度差に起因する内部抵抗差が生じ、その結果として、分極特性の悪化の程度がセル毎に異なることとなる。そうすると、たとえば、隣接する２つのセルのうちの一方のＳＯＣは特性悪化領域内であるものの、他方のＳＯＣは特性悪化領域外であるとの状況も生じ得る。このように、セル１０１が特性悪化領域内のセルであるのか特性悪化領域外のセルであるかを容易に判定すること（たとえば単にセル１０１のＳＯＣのみから判定すること）は困難である。言い換えると、セル１０１が特性悪化領域にいつ入り、いつ出たかを推定することは困難である。

そこで、本実施の形態において、ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２毎に内部抵抗を複数回に分けて算出し、その算出結果に基づいて、そのセルのＳＯＣが特性悪化領域内であるかどうかを判定する。そして、ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２のうちのいずれかのセルのＳＯＣが特性悪化領域内である場合には、セル１０１～１１２の内部抵抗Ｒ１～Ｒ１２に基づくバッテリ１の異常診断を非実行とする。

＜ＩＶプロットの解析＞
以下では、１２個のセルのうちの２個のセル（セル１０１およびセル１０２）を例に、各セル１０１，１０２のＩＶプロットを解析する手法について説明する。セル１０２のＳＯＣは特性悪化領域外であり、セル１０１のＳＯＣは特性悪化領域内であることを想定する。ＥＣＵ３は、セル１０１，１０２のＩＶプロットを解析することでセル１０１，１０２のＳＯＣが特性悪化領域内であるかどうかを判定する。

図８は、実施の形態１におけるセル１０２のＩＶプロットの一例を示す図である。図８ならびに後述する図９、図１１および図１２において、横軸は電流ＩＢを表し、縦軸はセルの閉回路電圧（電圧Ｖ１または電圧Ｖ２）を表す。

図８を参照して、この例では、セル１０２の電圧Ｖ２および電流ＩＢのサンプリング周期が１００ｍｓである。また、サンプリング回数が３００回であるとする。合計３００回のサンプリングのうちの最初の１００回のサンプリング結果（Ｖ２とＩＢとの組合せ）の直線回帰により、回帰直線Ｌ２１が求められる。そして、回帰直線Ｌ２１の傾きから、１回目のセル１０２の内部抵抗Ｒ_２（１）が算出される。

同様に、続く１００回（１０１回目～２００回目）のサンプリング結果から回帰直線Ｌ２２が求められる。回帰直線Ｌ２２の傾きから、２回目のセル１０２の内部抵抗Ｒ_２（２）が算出される。さらに、最後の１００回（２０１回目～３００回目）のサンプリング結果から回帰直線Ｌ２３が求められる。回帰直線Ｌ２３の傾きから、３回目のセル１０２の内部抵抗Ｒ_２（３）が算出される。そして、これら３回の内部抵抗の算出結果（Ｒ_２（１）～Ｒ_２（３））が互いに比較される。

なお、合計３００回のサンプリングのうちのいずれか１００回（たとえば１回目～１００回目）のサンプリング結果が本開示に係る「第１の検出群」に相当し、別の１００回（たとえば１０１回目～２００回目）のサンプリング結果が本開示に係る「第２の検出群」に相当する。

セル１０２では、図８に示すように、３回に分けて算出された内部抵抗Ｒ_２（１）～Ｒ_２（３）の間のバラツキが小さい。より具体的には、内部抵抗Ｒ_２（１）～Ｒ_２（３）のうちの最高抵抗と最低抵抗との差が所定の基準値以下である。このことは、合計３００回のサンプリング中にセル１０２が分極特性悪化の影響を受けなかった（影響が十分に小さかった）ことを意味している。

図９は、実施の形態１におけるセル１０１のＩＶプロットの一例を示す図である。図９を参照して、セル１０１においてもセル１０２と同様に、３００回のサンプリング結果を３つに分け、３つの回帰直線Ｌ１１～Ｌ１３が求められる。そして、回帰直線Ｌ１１～Ｌ１３の傾きから内部抵抗Ｒ_１（１）～Ｒ_１（３）がそれぞれ算出される。

セル１０１では、３回に分けて算出された内部抵抗Ｒ_１（１）～Ｒ_１（３）間のバラツキが大きい。図９に示す例では、１回目に算出された内部抵抗Ｒ_１（１）が、２回目および３回目にそれぞれ算出された内部抵抗Ｒ_１（２），Ｒ_１（３）よりも有意に大きい。このことは、最初の１００回のサンプリング中にセル１０１が分極特性悪化の影響を受けたことを意味している。

本実施の形態においては、３回の内部抵抗Ｒ_ｉ（１）～Ｒ_ｉ（３）（ｉ＝１～１２）の算出結果の間のバラツキが大きいセルがセル１０１～１１２に中に１つでも含まれている場合、ＥＣＵ３は、内部抵抗の算出精度が低いと判定する。そして、ＥＣＵ３は、算出精度が低い内部抵抗はバッテリ１の異常診断に使用するには適さないとして、バッテリ１の異常診断は行わない。

＜内部抵抗の算出フロー＞
図１０は、実施の形態１における内部抵抗算出処理を示すフローチャートである。図１０および後述する図１３に示すフローチャートに記載された処理は、たとえば所定の制御周期毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。これらのフローチャートに含まれる各ステップは、基本的にはＥＣＵ３によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ３内に作製された専用のハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。以下、ステップを「Ｓ」と略す。

図１０を参照して、Ｓ１１において、ＥＣＵ３は、バッテリ１に含まれるセル１０１～１１２の各々について、電圧センサ２１および電流センサ２２から電圧ＶＢおよび電流ＩＢをそれぞれ取得（ほぼ同時に検出）する。ＥＣＵ３は、取得した電圧ＶＢおよび電流ＩＢをメモリ３２に格納する。

Ｓ１２～Ｓ１４において、ＥＣＵ３は、メモリ３２に格納されたデータ（電圧ＶＢと電流ＩＢとの組合せ）が所定の基準を満たすかどうかを判定する。この基準は、取得したデータが内部抵抗を算出するのに適するかどうかを判定するための基準であり、たとえば第１～第３の基準を含む。

第１の基準は、メモリに格納された電圧ＶＢと電流ＩＢとの組合せの数（データ数）が所定数以上であるとの基準である（Ｓ１２）。データ数が過度に少ないと、直線回帰の近似精度が低くなる可能性がある。所定数は、所望の近似精度を確保可能なデータ数（たとえば３００組）に定めることができる。

第２の基準は、電圧ＶＢと電流ＩＢとの所定数（３００組）の組合せにおいて、電流ＩＢの変動幅（たとえば最大電流と最小電流との差分）が規定電流幅以上であるとの基準である（Ｓ１３）。電流ＩＢが特定の電流域に集中していると、直線回帰の精度（近似精度）が低くなる可能性がある。回帰直線の傾き（＝内部抵抗）の算出精度を向上させる観点からは、電流ＩＢができるだけ広範囲に亘って分散している方が好ましい。よって、事前の実験結果に基づき、規定電流幅を所望の近似精度を確保可能な幅に定めることができる。

第３の基準は、電圧ＶＢと電流ＩＢとの組合せを所定数（３００組）だけ測定する間におけるバッテリ１のＳＯＣの変動幅（たとえば最高ＳＯＣと最低ＳＯＣとの差分）が規定ＳＯＣ幅以下であるとの基準である。図４に示したように、バッテリ１のＯＣＶは、回帰直線のｙ切片（電圧軸との交点）に相当する。バッテリ１のＯＣＶとＳＯＣとの間には相関関係が存在するので、バッテリ１のＳＯＣが変動すると、バッテリ１のＯＣＶが変動し、回帰直線のｙ切片が変化する。所定数のデータの中で回帰直線のｙ切片のバラツキが大きいということは、直線回帰の対象とするデータの中に、バッテリ１の状態が互いに異なるデータが混じっていることを意味する。したがって、事前の実験結果に基づき、バッテリ１のＳＯＣの変動幅に上限を設け、ＳＯＣの変動幅がその上限の範囲内（規定ＳＯＣ幅内）であった場合に直線回帰演算を行うこととする。なお、バッテリ１のＳＯＣは、図示しないフロチャートによってセル電圧および電流ＩＢから推定できる。

第１～第３の基準のうちに満たされていない基準が１つでもある場合（Ｓ１２～Ｓ１４のいずれかがＮＯ）、ＥＣＵ３は、処理をメインルーチンに戻す。これにより、Ｓ１１の処理が再び実行され、電圧ＶＢおよび電流ＩＢが新たに取得される。第１～第３の基準がすべて満たされている場合（Ｓ１２～Ｓ１４のすべてがＹＥＳ）、ＥＣＵ３は、処理をＳ１５に進める。

Ｓ１５において、ＥＣＵ３は、各セル１０１～１１２について、たとえば、３００組のデータを１００組ずつ３つのグループに分け、グループ毎に内部抵抗Ｒ_ｉ（１）～Ｒ_ｉ（３）（ｉ＝１～１２）を算出する。この算出手法については図８および図９にて詳細に説明したため、ここでの説明は繰り返さない。

Ｓ１６において、ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２毎に、そのセルの抵抗Ｒ_ｉ（１）～Ｒ_ｉ（３）を互いに比較する。具体的には、ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２毎に、抵抗Ｒ_ｉ（１）～Ｒ_ｉ（３）のうちの最高抵抗Ｒ_ｉｍａｘと最低抵抗Ｒ_ｉｍｉｎとの抵抗差（Ｒ_ｉｍａｘ－Ｒ_ｉｍｉｎ）が基準値以下であるかを判定する。

すべてのセル１０１～１１２について最高抵抗Ｒ_ｉｍａｘと最低抵抗Ｒ_ｉｍｉｎとの抵抗差（Ｒ_ｉｍａｘ－Ｒ_ｉｍｉｎ）が基準値以下である場合（Ｓ１６においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３は、Ｓ１５にて算出された内部抵抗Ｒ_ｉ（１）～Ｒ_ｉ（３）がバッテリ１の異常診断に使用可能であると判定する（Ｓ１７）。バッテリ１の異常診断は図示しない別フローチャートに従って実行される。なお、ＥＣＵ３は、所定数（ここでは３００組）の電圧ＶＢと電流ＩＢとの組合せの直線回帰により求めた直線の傾きを、セルの内部抵抗として用いることができる。

これに対し、セル１０１～１１２のうちのいずれか１つでも抵抗差（Ｒ_ｉｍａｘ－Ｒ_ｉｍｉｎ）が基準値よりも大きい場合（Ｓ１６においてＮＯ）、ＥＣＵ３は、Ｓ１５にて算出された内部抵抗Ｒ_ｉ（１）～Ｒ_ｉ（３）がバッテリ１の異常診断での使用に適さないとして、すべてのセル１０１～１１２の内部抵抗Ｒ_ｉ（１）～Ｒ_ｉ（３）をバッテリ１の異常診断に使用しないと判定する（Ｓ１８）。

以上のように、実施の形態１においては、セル１０１～１１２毎に３回に分けて内部抵抗を算出し、その算出結果が互いに比較される。３回の内部抵抗の算出結果にバラツキが生じている場合には、そのバラツキは分極特性の悪化に由来したものである可能性がある。したがって、ＥＣＵ３は、その内部抵抗を異常診断に用いられるパラメータとしては採用しない。これにより、実施の形態１によれば、バッテリ１の内部抵抗の算出結果に基づく異常診断を適切に実行できる。

なお、この例では、セル１０１～１１２の内部抵抗がバッテリ１の異常診断に用いられる例を説明した。しかし、セル１０１～１１２の内部抵抗の用途は異常診断に限定されず、たとえば、内部抵抗を用いて各セルのＯＣＶを算出してもよい（ＯＣＶ＝ＣＣＶ－ＩＢ×Ｒ）。あるいは、バッテリ１からの出力電力（出力電力の上限電力値Ｗｏｕｔ）の設定に内部抵抗を用いることも可能である。

［実施の形態２］
実施の形態１では、バッテリ１の内部抵抗のバラツキの大きさによって、その内部抵抗をバッテリ１の評価または制御に使用するかどうかを判定する構成について説明した。実施の形態２においては、バッテリ１に入出力される電流ＩＢのバラツキに応じてバッテリ１の内部抵抗を算出するかどうかを判定する構成について説明する。なお、実施の形態２における車両９および電池システム９０の全体構成は、図１に示した構成と同様であるため、説明は繰り返さない。

＜ＩＶプロットの解析＞
図１１は、実施の形態２におけるセル１０２のＩＶプロットの一例を示す図である。図１２は、実施の形態２におけるセル１０１のＩＶプロットの一例を示す図である。

まず、図１１を参照して、実施の形態２において、ＥＣＵ３は、セル１０２の電圧Ｖ２および電流ＩＢの合計３００回のサンプリング結果を電流ＩＢが含まれる範囲（電流レンジ）に応じて分類する。各電流レンジは、たとえば５０Ａ幅に設定できる。図１１および図１２では、６つの電流レンジＰ（１）～Ｐ（６）が示されている。

ＥＣＵ３は、電圧プロットを電流レンジＰ（１）～Ｐ（６）毎に分類し、各電流レンジＰ（１）～Ｐ（６）における最高電圧と最低電圧との差（電圧差）を算出する。すなわち、ｎ（ｎ＝１～１２）番目のセルのｋ（ｋ＝１～６）番目の電流レンジＰ（ｋ）における電圧差をΔＶ_ｎ（ｋ）と記載すると、電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）は、電流レンジＰ（ｋ）内の最高電圧Ｖ_{ｎ，ｍａｘ}（ｋ）と最低電圧Ｖ_{ｎ，ｍｉｎ}（ｋ）とを用いて下記式（１）のように表される。

ΔＶ_ｎ（ｋ）＝Ｖ_{ｎ，ｍａｘ}（ｋ）－Ｖ_{ｎ，ｍｉｎ}（ｋ） ・・・（１）
ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２の各々について、電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）が所定の基準値を超える電流レンジＰ（ｋ）が存在していないかどうかを判定する。図１１に示すセル１０２では、すべての電流レンジＰ（ｋ）の電圧差ΔＶ_２（ｋ）が基準値を超えていない。これに対し、図１２に示すセル１０１では、６番目の電流レンジＰ（６）の電圧差ΔＶ_１（６）が基準値を超えている。

セル１０１～１１２のうちのいずれかの１つのセルであっても電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）が基準値を超えた電流レンジＰ（ｋ）が存在する場合、そのセルは特性悪化領域において充放電された可能性がある。したがって、ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２のＩＶプロットに基づく内部抵抗Ｒ１～Ｒ１２の算出を行わない。言い換えると、ＥＣＵ３は、すべてのセル１０１～１１２のすべての電流レンジＰ（ｋ）において電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）が基準値以下である場合に、セル１０１～１１２のＩＶプロットに基づいて内部抵抗Ｒ１～Ｒ１２を算出する。

＜内部抵抗の算出フロー＞
図１３は、実施の形態２における内部抵抗算出処理を示すフローチャートである。図１３を参照して、Ｓ２１～Ｓ２４の処理は、実施の形態１におけるＳ１１～Ｓ１４の処理とそれぞれ同様であるため、説明は繰り返さない。

第１～第３の基準のうちに満たされていない基準が１つでもある場合（Ｓ２２～Ｓ２４のいずれかにおいてＮＯ）、ＥＣＵ３は、処理をメインルーチンに戻す。第１～第３の基準がすべて満たされている場合（Ｓ２２～Ｓ２４がすべてＹＥＳ）、ＥＣＵ３は、処理をＳ２５に進める。

Ｓ２５において、ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２の各々について、メモリ３２に格納された電圧ＶＢと電流ＩＢとの組合せ（ＶＢ，ＩＢ）を電流レンジＰ（ｋ）別に分類し、電流レンジＰ（ｋ）毎に電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）を算出する（上記式（１）参照）。この算出手法については図１１および図１２にて詳細に説明したため、説明は繰り返さない。

Ｓ２６において、ＥＣＵ３は、バッテリ１のＳＯＣが特性悪化領域内であるかどうかを判定する。バッテリ１のＳＯＣが特性悪化領域の内と外とを分ける境界値（図５に示すＣ０に相当）以下である場合（Ｓ２６においてＮＯ）、ＥＣＵ３は、処理をＳ２９に進める。この境界値は、バッテリ１の温度ＴＢまたは充放電履歴（通電時間など）に拘わらずに分極特性悪化の影響が明確に生じる値に設定できる。バッテリ１のＳＯＣが特性悪化領域内である場合には、ＥＣＵ３は、各セル１０１～１１２の内部抵抗を算出しても、それがバッテリ１の異常診断には適さない可能性が高いので、内部抵抗を算出しないと判定する。

一方、バッテリ１のＳＯＣが境界値超である場合には、（Ｓ２６においてＹＥＳ）には、バッテリ１のＳＯＣは特性悪化領域外である。したがって、ＥＣＵ３は、バッテリ１の異常診断を行うことが可能であると判定し、処理をＳ２７に進める。

Ｓ２７において、ＥＣＵ３は、セル１０１～１１２の各々について、すべての電流レンジＰ（ｋ）（ｋ＝１～６）に関して電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）が基準値（たとえば１０ｍＶ）以下であるかどうかを判定する。１つでも基準電圧よりも大きい電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）が存在する場合（Ｓ２７においてＮＯ）には、ＥＣＵ３は、内部抵抗を算出せずに（Ｓ２９）、処理をメインルーチンに戻す。すべての電流レンジＰ（ｋ）の電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）が基準値以下である場合（Ｓ２７においてＹＥＳ）、ＥＣＵ３は、処理をＳ２８に進める。

Ｓ２８において、ＥＣＵ３は、各セル１０１～１１２の内部抵抗を算出する（内部抵抗算出処理）。そして、ＥＣＵ３は、算出した内部抵抗に基づいてバッテリ１の異常診断を実行する。

以上のように、実施の形態２においては、セル１０１～１１２毎に電流レンジＰ（ｋ）別に電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）を算出し、電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）が基準値を超えていないかどうかが判定される。電圧差ΔＶ_ｎ（ｋ）が基準値を超えている場合には、その電圧バラツキは分極特性の悪化に由来したものである可能性がある。したがって、ＥＣＵ３は、電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて内部抵抗を算出しない。その結果、セル１０１～１１２の内部抵抗に基づくバッテリ１の異常診断も行われない。実施の形態２によれば、分極特性の悪化の影響を受けたデータを予め除外することで、バッテリ１の内部抵抗の算出精度を向上させることができる。

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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の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。

１ バッテリ、１０１～１１２ セル、１９ バスバ、２ 監視ユニット、２１ 電圧センサ、２２ 電流センサ、２３ 温度センサ、３ ＥＣＵ、３１ ＣＰＵ、３２ メモリ、４ ＰＣＵ、５１，５２ モータジェネレータ、６ エンジン、７１ 動力分割装置、７２ 駆動軸、７３ 駆動輪、８１ 電池ケース、８２ 蓋体、８３ 正極端子、８４ 負極端子、８５ 電極体、９ 車両、９０ 電池システム。

Claims (2)

1. 複数のセルを含むバッテリと、
   前記複数のセルの各々の電圧を検出する電圧センサと、
   前記複数のセルに入出力される電流を検出する電流センサと、
   前記複数のセルの各々の内部抵抗を算出する内部抵抗算出処理を実行し、前記複数のセルのうちの２つのセルの間の内部抵抗差に基づく前記バッテリの異常診断を実行可能に構成された制御装置とを備え、
   前記内部抵抗算出処理は、前記電圧センサおよび前記電流センサにより取得される電流－電圧プロットの回帰分析により回帰直線を求め、前記回帰直線の傾きから前記内部抵抗を算出する処理であり、
   前記制御装置は、
   前記複数のセルのうちのセル毎に、複数回の電圧および電流の検出値のうちの第１の検出群に基づく前記内部抵抗算出処理により第１の内部抵抗を算出するとともに、前記複数回の電圧および電流の検出値のうちの前記第１の検出群よりも後に検出された第２の検出群に基づく前記内部抵抗算出処理により第２の内部抵抗を算出し、
   前記複数のセルのうちのすべてのセルについて、前記第１の内部抵抗と前記第２の内部抵抗との間の抵抗差が基準値よりも小さい場合には前記バッテリの異常診断を実行する一方で、
   前記複数のセルのうちの少なくとも１つのセルについて、前記抵抗差が前記基準値よりも大きい場合には前記バッテリの異常診断を実行しない、電池システム。
2. 前記制御装置は、前記複数回の電圧および電流の検出値から推定されるＳＯＣの変動幅が規定幅よりも小さい場合に、前記第１および第２の内部抵抗を算出する一方で、前記ＳＯＣの変動幅が前記規定幅よりも大きい場合には、前記第１および第２の内部抵抗を算出しない、請求項１に記載の電池システム。

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