JPWO2014147753A1 - 二次電池の内部情報検出装置 - Google Patents

Abstract

二次電池の内部情報検出装置は、正極材料固有の充電特性および負極材料固有の充電特性と、これらの充電特性を補正する補正パラメータ群とに基づいて、実測値としての被検知電池の充電特性を再現して、再現に係る情報を被検電池の内部情報として出力する装置であって、あらかじめ定められた一定容量の充電と充電の休止とを繰り返すことで被検知電池を間欠的に充電するよう間欠充電制御を行う充電制御部と、間欠充電制御中に、被検知電池の電圧を検出する電圧検出部と、間欠充電制御中の被検知電池の充電容量を算出する充電容量算出部と、電圧検出部および充電容量算出部での結果を記憶する記憶装置と、記憶装置で記憶されている被検知電池の電圧と被検知電池の充電容量とに基づいて、実測値としての被検知電池の充電特性を取得する充電特性取得部とを有し、充電制御部は、被検知電池の充電率に関わらず、間欠充電制御を行う。

Description

本発明は、二次電池の内部情報検出装置に関する。

近年、リチウムイオン電池などの二次電池を車両の搭載用電源やスマートハウスの蓄電用電源に使用することにより、効率的にエネルギーを利用する取り組みが進められている。だだし，二次電池は充放電および保管によって特性劣化を生じることが知られている。上記用途の電源はその利用期間が長期に及ぶことが想定されるため、二次電池の特性劣化を抑制することが重要である。

劣化抑制の手段として、二次電池における正極・負極の劣化状態を正確に検出し、検出した劣化状態に応じて最適な電池使用方法を選択することが有効である。たとえば特許文献1には、二次電池の充放電曲線を利用することにより、正極・負極・電解液の劣化状態を非破壊でそれぞれ定量評価する方法が記載されている（特許文献１参照）。

日本国特開２００９−８００９３号公報

上記特許文献１には二次電池の状態判定方法が記載されており、予め記憶した正極・負極単独の充放電曲線に基づいて当該二次電池の充放電曲線を計算で再現し、その過程で正極活物質の有効重量、負極活物質の有効重量、正極・負極間の利用位置変動量、またはこれらに対応するパラメータの値を取得する方法が記載されている。ただし上記特許文献１には、状態判定に用いる二次電池の充放電曲線を取得するための具体的な方法が明示されていない。上記特許文献１に記載された状態判定方法では，二次電池の充放電曲線に含まれる内部抵抗の影響を可能な限り排除する必要がある。そのためには充放電曲線を測定する際の電流値を小さくせざるを得ず、測定に長時間を要する。このため，劣化状態を日々判定し，これに応じて最適な電池使用方法を日々更新することが難しかった。

本発明の第１の態様によると、二次電池の内部情報検出装置は、正極材料固有の充電特性および負極材料固有の充電特性と、正極材料固有の充電特性および負極材料固有の充電特性を補正するパラメータ群である補正パラメータ群とに基づいて、実測値としての被検知電池の充電特性を再現して、再現に係る情報を被検電池の内部情報として出力する装置であって、あらかじめ定められた一定容量の充電と充電の休止とを繰り返すことで被検知電池を間欠的に充電するよう間欠充電制御を行う充電制御部と、充電制御部による間欠充電制御中に、被検知電池の電圧を検出する電圧検出部と、充電制御部による間欠充電制御中の被検知電池の充電容量を算出する充電容量算出部と、電圧検出部および充電容量算出部での結果を記憶する記憶装置と、記憶装置で記憶されている被検知電池の電圧と被検知電池の充電容量とに基づいて、実測値としての被検知電池の充電特性を取得する充電特性取得部とを有し、充電制御部は、被検知電池の充電率に関わらず、間欠充電制御を行う。
本発明の第２の態様によると、二次電池の内部情報検出装置は、正極材料固有の充放電特性および負極材料固有の充放電特性と、正極材料固有の充放電特性および負極材料固有の充放電特性を補正するパラメータ群である補正パラメータ群とに基づいて、実測値としての被検知電池の充放電特性を再現して、再現に係る情報を被検電池の内部情報として出力する装置であって、充電と充電の休止とを含む被検知電池の間欠的な充電、および、放電と放電の休止とを含む被検知電池の間欠的な放電が行われるように間欠充放電制御を行う充放電制御部と、充放電制御部による間欠充放電制御中に、被検知電池の電圧を検出する電圧検出部と、充放電制御部による間欠充放電制御中の被検知電池の充放電容量を算出する充放電容量算出部と、電圧検出部および充放電容量算出部での結果を記憶する記憶装置と、記憶装置で記憶されている被検知電池の電圧と被検知電池の充放電容量とに基づいて、実測値としての被検知電池の充放電特性を取得する充放電特性取得部とを有する。

本発明は、以上説明したように構成しているので、次のような効果を奏する。すなわち、本発明によれば、充電率の広い範囲で二次電池の充電特性を容易に得られるので、二次電池の劣化状態の調査も容易となり、二次電池の長寿命化に貢献できる。
また、本発明によれば、不規則な二次電池１の充放電を繰り返す場合であっても、二次電池の充放電特性を得られるので、二次電池１の長寿命化に貢献できる。

図１は、二次電池の内部情報検出装置の実施の形態の一例を示す図。 図２は、制御部の動作を示すフローチャート。 図３は、全放電から満充電まで充電する場合の充電パターンの例を示す図。 図４は、0.3Ah級の二次電池を３つの異なる条件で充電したときの積算充電容量と平衡電圧OCVの関係を示すグラフ。 図５は、図４と同じ充電条件で充電したときの積算充電容量と平衡電圧の変化率F=ΔOCV / ΔQとの関係を示すグラフ。 図６は、２つの異なる条件で充電したときの積算充電容量と短時間の内部抵抗ΔVS / Iの関係を示すグラフ。 図７は、図６と同じ充電条件で充電したときの積算充電容量と長時間の内部抵抗ΔVL / Iの関係を示すグラフ。 図８は、二次電池に使用した正極・負極の単位質量当たりの容量qp、qnに対する開回路電位変化率gp(qp)、gn(qn)を示すグラフ。 図９は、補正パラメータ群の値を最適化して得られた二次電池の診断結果を示す図である。 図１０は、第２の実施の形態の制御部の動作を示すフローチャート。 図１１は、第２の実施の形態の充電制御による充電パターンの例を示すグラフ。 図１２は、第３の実施の形態における内部情報検出装置の構成を示す図。 図１３は、第三の実施の形態における制御部の動作を示すフローチャート。

以下、図面等を用いて、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

−−−第１の実施の形態−−−
図１は、本発明に関わる二次電池の内部情報検出装置の実施の形態の一例を示したものである。以下の説明では、二次電池としてリチウムイオン二次電池について説明するが、本発明はこれに限られない。以下の説明では、リチウムイオン二次電池を単に二次電池とも呼ぶ。

−−−全体構成および各部の動作の概略について−−−
内部情報検出装置１００は、充電制御部１０と、制御部３０と、メモリ４０と、出力部５０とを備え、互いにバスなどによって接続されている。制御部３０は、内部情報検出装置１００の各部を制御する制御部である。制御部３０については後述する。

充電制御部１０は、制御部３０からの指令によって、充電電流と充電時間と休止時間を制御しつつ充電と休止を繰り返して、所定の電圧に到達するまで断続的に被検知電池である二次電池１を充電する。また、充電制御部１０は、制御部３０からの指令によって、充電中、および充電の休止中に二次電池１の電圧を測定し、後述するメモリ４０に適宜格納する。また、充電制御部１０は、制御部３０からの指令によって、二次電池１に充電された容量を測定し必要に応じてメモリ４０に格納する。なお、充電中の二次電池１の電圧を充電時電圧とも呼び、充電の休止中の二次電池１の電圧を充電休止時電圧とも呼ぶ。

メモリ４０は、上述した各データや、データテーブルなどを格納する記憶装置である。メモリ４０は、後述する各データ等も格納する。出力部５０は、後述するように制御部３０で調節した補正パラメータ群の値、および、補正パラメータの値に基づいて計算された正極・負極・電池の充電特性などを外部の機器などに出力する。

−−−制御部３０について−−−
制御部３０は、上述したように、内部情報検出装置１００の各部を制御する制御部であり、不図示のＣＰＵや、ワーキングメモリ等の周辺回路を備えている。制御部３０は、主に次のような処理を行う。すなわち、二次電池１の充電中には、制御部３０は、二次電池１の充電率に関わらず、充電電流と充電時間と休止時間を制御しつつ充電と休止を繰り返して、所定の電圧に到達するまで断続的に二次電池１を充電するように、充電制御部１０を制御する。二次電池１の充電終了後には、制御部３０は、充電中にメモリ４０に格納した充電時間、充電電流、容量、電圧のデータに基づいて二次電池１の充電特性データを算出して、メモリ４０に格納する。この、充電中の測定データに基づいて算出された二次電池１の充電特性データを、以下、充電特性データＡとも呼ぶ。

メモリ４０には、正極活物質固有の充電特性（充電カーブ）、負極活物質固有の充電特性（充電カーブ）、内部情報の取得に用いる補正パラメータ群の初期値などが、あらかじめ格納されている。制御部３０は、これらのデータをメモリ４０から適宜読み込む。そして、制御部３０は、読み込んだ正極と負極の活物質固有の充電特性、および、補正パラメータ群に基づき、二次電池の充電特性を推定（算出）する。この、あらかじめメモリ４０に格納されているデータに基づいて算出された二次電池の充電特性データを、以下、充電特性データＢとも呼ぶ。

制御部３０は、以上の手順で得られる二次電池の充電特性データＡと、二次電池の充電特性データＢとを比較する。そして、二次電池の充電特性データＢが二次電池の充電特性データＡと一致するように補正パラメータ群の値を調節して計算を繰り返す。

−−−制御部３０の動作について−−−
以下、図２を参照して、制御部３０の動作を具体的に説明する。図２は、制御部３０の動作を示すフローチャートである。充電開始のトリガが入力されると、本プログラムが制御部３０で実行される。たとえば、内部情報検出装置１００がプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）に搭載されている場合には、充電用の不図示の外部電源が接続されたことが検出されると、充電開始のトリガが入力されることとしてもよい。ステップＳ１において、充電制御部１０に二次電池１の電圧を測定するよう指令信号を出力してステップＳ３へ進む。ステップＳ３において、充電制御部１０が測定した二次電池１の電圧が所定電圧以上か否かを判定する。

充電制御部１０で測定した二次電池１の電圧が所定電圧以上であれば（ステップＳ３肯定判断）、二次電池１の充電が完了しているものとしてステップＳ１１へ進む。また、充電制御部１０で測定した二次電池１の電圧が所定電圧以下であれば（ステップＳ３否定判断）、一定の容量ΔQ0だけ充電し（ステップＳ５）、その後、一定時間だけ充電を休止するように（ステップＳ７）、充電制御部１０へ指令信号を出力する。また、充電中および充電休止中に、二次電池１の電圧等を適宜測定してメモリ４０に格納するように充電制御部１０へ指令信号を出力する（ステップＳ５，Ｓ７）。

なお、充電する容量ΔQ0は、二次電池１の公称容量に対して10%以下であることが望ましく、2%以下であることが最も望ましい。また、充電電流値Iは任意であるが、二次電池１の公称容量に対して1時間率以上1/20時間率以下であることが望ましい。また、休止時間（休止設定時間）の長さも任意であるが、充電時間の5倍以上の長さであることが望ましい。より望ましくは、二次電池１が満充電になるまでの容量ΔQ0の充電回数、許容される診断時間、充電電流I、容量ΔQ0の充電に要する時間等から許容される休止時間の範囲内で、できる限り長い休止時間とする。

たとえば、全放電されている二次電池１を満充電する場合に、容量ΔQ0が公称容量の1%であり、充電電流Iが二次電池１の公称容量に対して1/10時間率であり、8時間を内部情報の取得のための充電に費やすことが許容されているとする。この場合、8時間すなわち28800秒で100回の充電をすることになり、1回の充電・休止に費やされる時間は288秒である。また、1/10時間率で容量の1%だけ充電するために要する時間は1/10 × 3600 × 0.01 = 3.6 秒である。したがって、この場合の望ましい休止時間は284秒である。

また、たとえば、満充電に対して20％だけ充電されている二次電池を90％まで充電する場合に、容量ΔQ0が公称容量の2%であり、充電電流Iが二次電池１の公称容量に対して1/6時間率であり、8時間を内部情報の取得のための充電に費やすことが許容されているとする。この場合、8時間すなわち28800秒で(90 - 20) / 2 = 35回の充電をすることになるので、1回の充電・休止に費やされる時間は822秒である。また、1/6時間率で公称容量の2%だけ充電するために要する時間は1/6 × 3600 × 0.02 = 12 秒である。したがって、この場合の望ましい休止時間は、822 - 12 = 810秒である。

以上の手順で充電・休止を繰り返すと徐々に二次電池１の電圧が上昇する。二次電池１の電圧が所定電圧に到達すると（ステップＳ３肯定判断）、ステップＳ１１へ進み、それまでの充電・休止回数が所定回数Ｎより大きいか否かを判断する。

充電・休止回数が所定回数Ｎより大きい場合（ステップＳ１１肯定判断）、ステップＳ１３へ進む。また、充電・休止回数が所定回数Ｎより小さい場合（ステップＳ１１否定判断）、計算を中止して本プログラムを終了する。なお、所定回数Ｎとしては10回以上であることが望ましく、30回以上であることがより望ましい。

図３は、全放電から満充電まで充電する場合の、容量ΔQ0が公称容量の1%、充電電流Iが1/6時間率、充電に費やす総時間が6時間のときの充電パターンの例を示す図である。この場合の充電時間は6秒であり、休止時間は180秒である。図３に示すように、充電電流Iを流している間には過電圧により電圧が上昇し、休止中には平衡値に向かって電圧が下降する。なお、上述した充電時電圧は、充電電流Iを流している間の過電圧による電圧の上昇分も含めた二次電池１の電圧である。また、上述した充電休止時電圧は、充電電流Iを0にした後の二次電池１の電圧である。なお、充電休止時電圧には、後述する充電電流Iを0にした直後の二次電池１の電圧と、上記の平衡値とが含まれる。

図３の平衡値OCV1、OCV2、OCV3が、積算充電容量0、1、2%のときの二次電池１の開回路電圧にそれぞれ対応する。図３のΔOCV1、ΔOCV2、ΔOCV3は、容量ΔQ0の充電による開回路電圧の変化である。図３のΔVS1、ΔVS2、ΔVS3は、充電電流Iを0にした直後の二次電池１の電圧降下である。図３のΔVL1、ΔVL2、ΔVL3は、充電電流Iを0にする直前の電圧と休止時の電圧の平衡値との差である。なお、以下の説明では、電圧の平衡値を平衡電圧とも呼ぶ。充電制御部１０は、上記の積算充電容量、OCV、ΔOCV、ΔVS、ΔVLやこれらに類似の値をメモリ４０に格納する。

続いて、制御部３０は、充電制御部１０がメモリ４０に格納した積算充電容量、OCV、ΔOCV、ΔVS、ΔVL等の値を用いて二次電池１の充電特性を示すデータテーブルまたは関数、すなわち充電特性データＡを作成する（ステップ１３）。充電特性データＡの構成は任意に選ぶことができるが、積算充電容量とそれ以外の要素の組み合わせが望ましい。たとえば積算充電容量と平衡電圧OCV、積算充電容量と平衡電圧の変化率ΔOCV / ΔQ、積算充電容量と短時間の内部抵抗ΔVS / I、積算充電容量と長時間の内部抵抗ΔVL / Iなどが望ましい。または、平衡電圧OCVとそれ以外の要素の組み合わせとしてもよい。

図４は、0.3Ah級の二次電池を３つの異なる条件で充電したときの積算充電容量と平衡電圧OCVの関係を示すグラフである。図４では、３つの異なる条件に対応して、積算充電容量と平衡電圧OCVの関係を、●印のプロット、■印のプロット、および実線で表している。

●印のプロットで表したグラフの充電条件は、I=1/6時間率、ΔQ0=1%、休止時間180秒、上限電圧4.1Vである。■印のプロットで表したグラフの充電条件は、I=1/10時間率、ΔQ0=2%、休止時間420秒、上限電圧4.1Vである。また実線で表したグラフの充電条件は、I=50時間率、上限電圧4.1Vの連続的な充電である。図４に示すように、本発明の間欠充電による充電特性は、連続充電による充電特性とほぼ同じ結果を示す。

図５は、図４と同じ充電条件で充電したときの積算充電容量と平衡電圧の変化率F=ΔOCV / ΔQとの関係を示すグラフである。図５に示すように、本発明の間欠充電による充電特性は、連続充電による充電特性とほぼ同じ結果を示す。また、図６は、上述した●印のプロットで表した充電条件および■印のプロットで表した充電条件で充電したときの積算充電容量と短時間の内部抵抗ΔVS / Iの関係を示すグラフである。また、図７は、上述した●印のプロットで表した充電条件および■印のプロットで表した充電条件で充電したときの積算充電容量と長時間の内部抵抗ΔVL / Iの関係を示すグラフである。

制御部３０は、図２のステップＳ１３において、少なくとも1種類の充電特性データＡを構成する。本実施の形態では、積算充電容量と平衡電圧の変化率Fとの関係を示すデータテーブルを充電特性データＡとして採用した場合について説明する。

以下の説明では、添え字のpは正極、添え字のnは負極を表すものとする。ステップＳ１５において、制御部３０は、二次電池１の充電特性データＡに対応する正極・負極の充電特性データテーブルをメモリ４０のライブラリから読み込む。正極・負極の充電特性データテーブルは、二次電池１の充電特性データＡと同じ物理量からなる充電特性データを適切な方法で規格化したものが望ましい。本実施の形態で望ましい正極・負極の充電特性データテーブルとしては、たとえば活物質の単位質量あたりの容量qp、qn（Ah/g）に対する電極の開回路電位OCPの変化率gp(qp)、gn(qn)（Vg/Ah）や、基準状態における正極・負極の容量Qp、Qn (Ah)に対する正極・負極の開回路電位変化率Gp(Qp)、Gn(Qn) (V/Ah)が挙げられる。

本実施の形態では、単位質量あたりの容量qに対する電位変化率g(q)を用いた場合について説明する。図８は、二次電池１に使用した正極・負極の単位質量当たりの容量qp、qnに対する開回路電位変化率gp(qp)、gn(qn)を示すグラフである。

ステップＳ１７において、制御部３０は、内部情報の取得に用いるパラメータ群の値を設定する。パラメータ群は、正極および負極自体の劣化に対応するパラメータと、正極の容量と負極の容量との対応を示すパラメータで構成すればよい。本実施の形態における前者の例としては、正極および負極の活物質の全有効重量mp(g)およびmn(g)、正極および負極の活物質の全有効体積などがある。また後者の例としては、電池の充放電特性の容量原点と正極および負極の充放電特性の容量原点との差δp 、δn (Ah)などがある。本実施の形態では、正極および負極の活物質の全有効重量mp、mnと、正極および負極の容量原点の差δp 、δn を用いた場合について説明する。

ステップＳ１９において、制御部３０は、ステップＳ１５で読み込んだ正極・負極の充電特性データテーブルと、ステップＳ１７で読み込んだ補正パラメータ群の値から二次電池の充電特性データテーブル（充電特性データＢ）を計算してステップＳ２１へ進む。ステップＳ２１において、ステップＳ１３で構成した充電特性データＡと、ステップＳ１９で算出した充電特性データＢとを比較して、充電特性データＡに対する充電特性データＢの再現度が良好であるか否か、すなわち、充電特性データＡと充電特性データＢとが一致していると見なせるか否かを判断する。

充電特性データＡと充電特性データＢとが一致していると見なせる場合（ステップＳ２１肯定判断）、ステップＳ２３へ進み、後述するように、上述した演算の結果として得られた各データをメモリ４０へ格納するとともに、外部の機器等に出力するように出力部５０を制御する。

充電特性データＡと充電特性データＢとが一致していると見なせない場合（ステップＳ２１否定判断）、内部情報の取得に用いるパラメータ群の値を再設定して（ステップＳ１７）、充電特性データＢを再計算する（ステップＳ１９）。すなわち、補正パラメータ群の値を最適化して充電特性データＢを算出し、充電特性データＡを再現する。

その方法は前記特許文献１に開示されている。すなわち、正極・負極全体の充電特性における充電量をそれぞれQp、Qnとすると、Qp = qp ×mp、Qn = qn × mn である。そこで、制御部３０は、正極全体の充電量Qpと電位変化率Gp(Qp)との関係、すなわち正極全体の充電特性を、Gp(Qp) = (1/mp) × gp(qp) を用いて求める。同様に、負極全体の充電量Qnと電位変化率Gn(Qn)との関係、すなわち負極全体の充電特性を、Gn(Qn) = (1/mn) × gn(qn) を用いて求める。

次に、制御部３０は、上記のとおり得られた電池内部における正極全体の充電特性および負極全体の充電特性と、補正パラメータである正極および負極の容量原点の差δp 、δnとを用いて、電池全体の充電特性の計算値（すなわち充電特性データＢ）を求める。概略すると、ここでは、正極全体の充電特性を表すグラフと負極全体の充電特性を表すグラフとの位置関係を補正し、重ね合わせる（足し合わせる）という処理を行う。計算方法の一例を以下に述べる。

まず、制御部３０は、正極および負極の容量原点の差δp 、δnを用いて、QpおよびQnに対して、
Q = Qp + δp = Qn + δn ・・・（１）
と定める。
ここでQは、充電特性データＢにおける充電量を意味する。

そして、制御部３０は、Qに対する電池内部の正極全体の充電特性を、Gp(Qc) = (1/mp) × gp(qp) を用いて定め、Qに対する電池内部の負極全体の充電特性をGn(Qc) = (1/mn) × gn(qn) を用いて定める。制御部３０は、充電特性データＢを、
F(Q) = (1/mp) × gp(qp) - (1/mn) ×gn(qn) ・・・（２）
として求める。

次に、制御部３０は、ステップＳ１３で構成した充電特性データＡと、ステップＳ１９で算出した充電特性データＢとを比較して、充電特性データＡに対する充電特性データＢの再現度が良好であるか否かを判断する（ステップＳ２１）。

補正パラメータ群の値を調節するには、たとえば、同一の容量Qに対する電圧変化率F(Q)の差の二乗和を比較する方法がある。ある構成比および補正パラメータ群の値に対する上記の二乗和を保持しておき、この二乗和が最小になるような構成比および補正パラメータ群の値を探索すればよい。図９は、補正パラメータ群の値を最適化して得られた二次電池の診断結果を示す図である。

充電特性データＡに対する充電特性データＢの再現度が良好である場合（ステップＳ２１肯定判断）、制御部３０は、最終的に得られた補正パラメータ群や、電池・正極・負極の充電特性データテーブルなどを、メモリ４０に格納するとともに外部の機器に出力するように出力部５０に指令信号を出力して本プログラムを終了する。なお、外部の機器としては、たとえば、ユーザーへの表示デバイスや、電池動作の制御部、電池寿命の予測部などが挙げられる。

このようにして得られた補正パラメータ群の情報や、内部抵抗の情報、電池・正極・負極の充電特性データテーブルは二次電池１の劣化度合いを推定するための重要な二次電池１の内部情報である。

第１の実施の形態の内部情報検出装置１００では、次の作用効果を奏する。
（１） 従来、二次電池の充電特性の情報を得るためには、内部抵抗の影響をできる限り避けるために、微少な電流で長時間を掛けて二次電池を充電しながら電圧を測定する必要があった。そのため、利用中の二次電池の充電特性の情報を日々取得するのが困難であった。

これに対して、本実施の形態では、二次電池１を間欠充電する際に、二次電池１の電圧と充電容量とを検出してメモリ４０に格納するように構成したので、充電を行いながら二次電池１の充電特性の情報が得られるので、たとえば、二次電池１の電力を使用しない夜間に、充電と同時に充電特性の情報を充電率の広い範囲で取得できる。したがって、充電率の広い範囲で二次電池１の充電特性を容易に得られるので、二次電池１の劣化状態の調査も容易となり、二次電池１の長寿命化に貢献できる。

（２） 二次電池１の充電率に関わらず、充電電流と充電時間と休止時間を制御しつつ充電と休止を繰り返して、所定の電圧に到達するまで断続的に二次電池１を充電するように構成した。これにより、満充電までの一回の充電で充電率の広い範囲で充電特性の情報を取得できるので、二次電池１の状態の判断の精度が向上し、二次電池１の長寿命化に貢献できる。

（３） 二次電池１を間欠充電する際に、あらかじめ定められた一定の容量ΔQ0の充電と、あらかじめ定められた休止設定時間の休止とを繰り返すように構成したので、充電休止中に平衡電圧に落ち着いた二次電池１の電圧を測定できる。したがって、間欠充電を行いながら二次電池１の充電特性の情報を容易に取得できるので、二次電池１の状態の判断が容易となり、二次電池１の長寿命化に貢献できる。また、二次電池１の充電特性の情報を容量ΔQ0のステップ毎に取得できる。したがって、二次電池１の充電特性のデータを精度良く取得できるので、二次電池１の状態の判断の精度が向上し、二次電池１の長寿命化に貢献できる。

（４） 充電時電圧と、充電休止時電圧とを測定するように構成した。これにより、充電時電圧と充電休止時電圧との電圧差を電流値Iで除すことで二次電池１の内部抵抗の値を算出できる。したがって、充電率の広い範囲で二次電池１の内部抵抗の情報を容易に得られるので、二次電池１の劣化状態の調査も容易となり、二次電池１の長寿命化に貢献できる。

−−−第２の実施の形態−−−
図１０，１１を参照して、本発明による二次電池の内部情報検出装置の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、二次電池１の電圧が所定の上限電圧に到達した後も充電を続ける点で、第１の実施の形態と異なる。

図１０は、本実施の形態の制御部３０の動作を示すフローチャートである。充電開始のトリガが入力されると、本プログラムが制御部３０で実行される。ステップＳ１からステップＳ７までは、第１の実施の形態と同じである。充電制御部１０で測定した二次電池１の電圧が所定電圧以上であれば（ステップＳ３肯定判断）、ステップＳ３１へ進み、充電終了条件を満たしたか否かを判断する。充電条件については後述する。また、ステップＳ３における判断基準となる所定電圧を、以下、第１の上限電圧と呼ぶ。

充電条件を満たしていない場合（ステップＳ３１否定判断）、充電電圧をあらかじめ定められた第２の上限電圧に保つように充電電流Iを調節しつつ一定時間だけ流し、結果として容量ΔQaだけ充電し（ステップＳ３３）、その後、一定時間だけ充電を休止するように（ステップＳ３５）、充電制御部１０へ指令信号を出力する。また、充電中および充電休止中に、二次電池１の電圧等を適宜測定してメモリ４０に格納するように充電制御部１０へ指令信号を出力する（ステップＳ３３，Ｓ３５）。なお、ステップＳ３３では、電圧を第２の上限電圧に保つように充電電流Iを調節しつつ、一定の容量ΔQbを充電するようにしてもよい。

このように二次電池１の電圧に応じて充電状態を制御することで、二次電池１の電圧が所定の上限電圧以下であれば（ステップＳ３否定判断）、所定の電流値で一定の容量ΔQ0だけ充電する（ステップＳ５）。また、二次電池１の電圧が第１の上限電圧に到達していれば（ステップＳ３肯定判断）、電圧を第２の上限電圧に保つように充電電流Iを調節しつつ一定時間だけ流し、結果として容量ΔQａだけ充電する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３1における充電終了条件としては、たとえば、充電・休止回数が所定数を上回ること、充電電流Iが所定値より小さくなること、積算充電容量が所定値を上回ること、休止時の電池電圧が所定値を上回ること等が挙げられる。なお、第１の上限電圧および第２の上限電圧については、あらかじめ適宜定めればよい。また、第１の上限電圧および第２の上限電圧の大小関係については、特に限定しない。

図１１は、充電時間が6秒、休止時間が180秒、充電中の上限電圧が4.1Vである充電条件において、二次電池１の電圧が上限電圧に到達しているときの本実施の形態の充電制御による充電パターンの例を示すグラフである。なお、図１１は、第１の上限電圧と第２の上限電圧とがともに4.1Vの場合についての受電パターンを示している。図１１に示すように、充電制御部１０は、二次電池の電圧が上限電圧を超えないように充電電流の値を小さくする。

第２の実施の形態の内部情報検出装置１００では、第１の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１） 二次電池１の電圧が上限電圧に到達している場合には、充電電圧を一定に保つように充電電流Iを調節することで間欠的に充電するように構成した。これにより、二次電池１の積算充電容量を増やせるので、二次電池１から取り出すことができる電力量を増やせる。したがって、二次電池１で蓄えた電力を使用する機器の使用可能な時間を延ばすことができ、二次電池１で蓄えた電力を使用する機器の利便性が向上する。

（２） また、二次電池１の電圧が上限電圧に到達している場合には、充電電圧を一定に保つように充電電流Iを調節することで間欠的に充電するように構成したことで、充電率のより広い範囲における二次電池１の内部の情報を取得できる。これにより、二次電池１の状態の判断の精度が向上し、二次電池１の長寿命化に貢献できる。

−−−第３の実施の形態−−−
図１２，１３を参照して、本発明による二次電池の内部情報検出装置の第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１および第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１および第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、二次電池１が断続的に充電と放電を繰り返す過程において、二次電池１の充放電特性を取得する点で、第１および第２の実施の形態と異なる。

図１２は、第３の実施の形態における内部情報検出装置１００の構成を示す図である。本実施の形態の内部情報検出装置１００は、充放電制御部２０と、制御部３０と、メモリ４０と、出力部５０とを備え、互いにバスなどによって接続されている。

充放電制御部２０は、制御部３０からの指令によって、充電電流と充電時間と休止時間を制御しつつ充電と休止を繰り返して、所定の電圧に到達するまで断続的に被検知電池である二次電池１を充電する。また、充放電制御部２０は、制御部３０からの指令によって、充電中、および充電の休止中に二次電池１の電圧を測定し、メモリ４０に適宜格納する。また、充放電制御部２０は、制御部３０からの指令によって、二次電池１に充電された容量を測定し必要に応じてメモリ４０に格納する。さらに充放電制御部２０は、後述するように、制御部３０からの指令によって、二次電池１の放電中または放電の休止中に二次電池１の電圧を測定し、メモリ４０に適宜格納する。また、充放電制御部２０は、制御部３０からの指令によって、通電された容量ΔQを逐次算出し、メモリ４０に適宜格納する。

図１３は、本実施の形態における制御部３０の動作を示すフローチャートである。情報取得開始のトリガが入力されると、本プログラムが制御部３０で実行される。たとえば、内部情報検出装置１００がプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）に搭載されている場合には、車両の電源スイッチがオンされたことを制御部３０検出すると、情報取得開始のトリガが入力されることとしてもよい。

以下の説明では、二次電池１への充電、および二次電池１からの放電を、単に通電とも呼ぶ。ステップＳ４１において、情報取得開始時点での二次電池１の容量Q0と二次電池１の電圧OCV0とをメモリ４０に格納するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する。その後、通電を開始するトリガが入力されるまで待機する（ステップＳ４３否定判断）。たとえば、内部情報検出装置１００がプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）に搭載されている場合には、車両のアクセルペダルが踏み込まれたことが検出されると、通電を開始するトリガが入力されることとしてもよい。

通電を開始するトリガが入力されると（ステップＳ４３肯定判断）、前回の通電の終了からの経過時間が、二次電池１の電圧が平衡電圧に収束するのに必要な所定の時間以上であるか否かを判断する（ステップＳ４７）。

前回の通電の終了から、二次電池１の電圧が平衡電圧に収束するのに必要な所定の時間が経過していた場合には（ステップＳ４７肯定判断）、通電開始直前の二次電池１の電圧OCVを測定するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する（ステップＳ４７）。さらに、当該測定した二次電池１の電圧OCVと、前回の通電の終了直前の二次電池１の電圧との差である△VLを算出して、電圧OCVとともにメモリ４０に格納するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する（ステップＳ４７）。その後、通電を開始するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する（ステップＳ５１）。

前回の通電の終了から、二次電池１の電圧が平衡電圧に収束するのに必要な所定の時間が経過していなかった場合には（ステップＳ４７否定判断）、通電を開始するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する（ステップＳ５１）。

通電を開始するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する際には、二次電池１の通電中に、二次電池１の電圧Vと通電された容量ΔQを逐次測定してメモリ４０に一時的に格納するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する（ステップＳ５１）。その後、通電を終了するトリガが入力されるまで待機する（ステップＳ５３否定判断）。

通電を終了するトリガが入力されると（ステップＳ５３肯定判断）、通電終了直前の二次電池１の電圧Ｖを測定し、今回の通電期間中に通電された容量の積算値である積算通電量ΔQsを算出して、それぞれの値をメモリ４０に格納するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する（ステップＳ５５）。さらに、二次電池１の通電中に、逐次測定してメモリ４０に一時的に格納された二次電池１の電圧Vおよび通電量ΔQの情報を適宜削除するように充放電制御部２０へ指令信号を出力してもよい（ステップＳ５５）。

その後、通電を終了するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する（ステップＳ５７）。通電終了後、通電終了直後の二次電池１の電圧を測定し、測定した通電終了直後の二次電池１の電圧と、ステップＳ５５で測定した通電終了直前の二次電池１の電圧Ｖとの差である△VSを算出してメモリ４０に格納するように充放電制御部２０へ指令信号を出力する（ステップＳ５９）。そして、ステップＳ５５でメモリに格納された積算通電量△Qを通電開始前の容量Qに加算または減算して、二次電池１の容量を現時点での値Q1に更新する（ステップＳ６１）。

その後、二次電池１の内部情報を算出開始のトリガが入力されたか否かを判断する（ステップＳ６３）。たとえば、内部情報検出装置１００がプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）に搭載されている場合には、車両の電源スイッチがオフされたことを制御部３０検出すると、二次電池１の内部情報を算出開始のトリガが入力されることとしてもよい。

二次電池１の内部情報を算出開始のトリガが入力された場合（ステップＳ６３肯定判断）、ステップＳ１３へ進む。なお、ステップＳ１３以降のステップは、第１の実施の形態と同じである。二次電池１の内部情報を算出開始のトリガが入力されなかった場合（ステップＳ６３否定判断）、ステップＳ４３へ戻る。

第３の実施の形態の内部情報検出装置１００では、第１および第２の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１） 二次電池１が断続的に充電と放電を繰り返す過程において、二次電池１の充放電特性を取得するように構成した。これにより、たとえば本実施の形態の内部情報検出装置１００が電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）に搭載された場合、車両の走行中のように不規則な二次電池１の充放電を繰り返す場合であっても、二次電池１の充放電特性を取得できる。したがって、このような不規則な二次電池１の充放電を繰り返す場合でも、取得した二次時電池１の充放電特性に基づいて劣化状態の調査を実施できるので、二次電池１の長寿命化に貢献できる。

なお、上述した各実施の形態において、複数の被検知電池に関して得られた補正パラメータ群の情報や、内部抵抗の情報、電池・正極・負極の充電特性データテーブルなどを、それぞれ出力部５０から外部の機器に出力されるようにしてもよい。

また、二次電池として、リチウムイオン二次電池を一例に説明したが本発明はこれに限定されない。ニッケル水素電池などの他の二次電池に本発明を適用できる。

上述した各実施の形態の内部情報検出装置１００の出力部５０から外部の機器に出力される補正パラメータ群の情報や、内部抵抗の情報、電池・正極・負極の充電特性データテーブルなどを、たとえば次のような用途に利用できる。
（ａ） たとえば、上述した各実施の形態で取得された電池・正極・負極の充放電特性の推定値に基づいて、正極・負極の使用可能電位領域を超えないように電池電圧の上下限を設定することも可能である。

（ｂ） たとえば、上述した各実施の形態で取得された電池・正極・負極の充放電特性の推定値に基づいて、電池の余寿命を判定することも可能である。

上述の説明では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。上述した種々の実施の形態および変形例を適宜組み合わせてもよく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

本発明の第１の態様によると、二次電池の内部情報検出装置は、正極材料固有の充電特性および負極材料固有の充電特性と、正極材料固有の充電特性および負極材料固有の充電特性を補正するパラメータ群である補正パラメータ群とに基づいて、実測値としての被検知電池の充電特性を再現して、再現に係る情報を被検知電池の内部情報として出力する装置であって、あらかじめ定められた一定容量の充電と充電の休止とを繰り返すことで被検知電池を間欠的に充電するよう間欠充電制御を行う充電制御部と、充電制御部による間欠充電制御中に、被検知電池の電圧を検出する電圧検出部と、充電制御部による間欠充電制御中の被検知電池の充電容量を算出する充電容量算出部と、電圧検出部および充電容量算出部での結果を記憶する記憶装置と、記憶装置で記憶されている被検知電池の電圧と被検知電池の充電容量とに基づいて、実測値としての被検知電池の充電特性を取得する充電特性取得部とを有し、充電制御部による間欠充電制御は、一定容量の充電と、あらかじめ定められた休止設定時間での充電の休止とを繰り返す制御であり、休止設定時間は、一定容量と、一定容量の充電における充電電流と、被検知電池の許容診断時間と、被検知電池の充電開始から充電終了までの充電容量差と、に基づいて定められている。

Claims (6)

1. 正極材料固有の充電特性および負極材料固有の充電特性と、前記正極材料固有の充電特性および前記負極材料固有の充電特性を補正するパラメータ群である補正パラメータ群とに基づいて、実測値としての被検知電池の充電特性を再現して、再現に係る情報を前記被検電池の内部情報として出力する装置であって、
   あらかじめ定められた一定容量の充電と充電の休止とを繰り返すことで前記被検知電池を間欠的に充電するよう間欠充電制御を行う充電制御部と、
   前記充電制御部による前記間欠充電制御中に、前記被検知電池の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記充電制御部による前記間欠充電制御中の前記被検知電池の充電容量を算出する充電容量算出部と、
   前記電圧検出部および前記充電容量算出部での結果を記憶する記憶装置と、
   前記記憶装置で記憶されている前記被検知電池の電圧と前記被検知電池の充電容量とに基づいて、前記実測値としての被検知電池の充電特性を取得する充電特性取得部とを有し、
   前記充電制御部は、前記被検知電池の充電率に関わらず、間欠充電制御を行う二次電池の内部情報検出装置。
2. 請求項１に記載の二次電池の内部情報検出装置において、
   前記充電制御部による前記間欠充電制御は、あらかじめ定められた一定の容量の充電と、あらかじめ定められた休止設定時間の休止とを繰り返す制御である二次電池の内部情報検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の二次電池の内部情報検出装置において、
   前記電圧検出部は、前記間欠充電制御中に前記被検知電池への充電を休止しているときの被検知電池の電圧である充電休止時電圧を検出し、
   前記記憶装置は、前記充電休止時電圧を記憶し、
   前記充電特性取得部は、前記記憶装置で記憶されている前記充電休止時電圧と前記被検知電池の充電容量とに基づいて、前記実測値としての被検知電池の充電特性を取得する二次電池の内部情報検出装置。
4. 請求項３に記載の二次電池の内部情報検出装置において、
   前記電圧検出部は、前記間欠充電制御中に前記被検知電池に充電しているときの前記被検知電池の電圧である充電時電圧をさらに検出し、
   前記記憶装置は、前記充電時電圧をさらに記憶し、
   前記充電特性取得部は、前記記憶装置で記憶されている前記充電時電圧および前記充電休止時電圧に基づいて、さらに前記被検知電池の内部抵抗の情報を取得する二次電池の内部情報検出装置。
5. 請求項２に記載の二次電池の内部情報検出装置において、
   前記充電制御部による前記間欠充電制御は、前記被検知電池に充電しているときの前記被検知電池の電圧があらかじめ定められた第1の上限電圧未満であれば、あらかじめ定められた一定の容量の充電と、あらかじめ定められた休止設定時間の休止とを繰り返す制御であり、
   前記充電制御部による前記間欠充電制御は、前記被検知電池に充電しているときの前記被検知電池の電圧が前記第１の上限電圧以上であれば、前記被検知電池の電圧があらかじめ定められた第２の上限電圧を保つように一定時間または一定容量の充電と、あらかじめ定められた休止設定時間の休止とを繰り返す制御である二次電池の内部情報検出装置。
6. 正極材料固有の充放電特性および負極材料固有の充放電特性と、前記正極材料固有の充放電特性および前記負極材料固有の充放電特性を補正するパラメータ群である補正パラメータ群とに基づいて、実測値としての被検知電池の充放電特性を再現して、再現に係る情報を前記被検電池の内部情報として出力する装置であって、
   充電と充電の休止とを含む前記被検知電池の間欠的な充電、および、放電と放電の休止とを含む前記被検知電池の間欠的な放電が行われるように間欠充放電制御を行う充放電制御部と、
   前記充放電制御部による前記間欠充放電制御中に、前記被検知電池の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記充放電制御部による前記間欠充放電制御中の前記被検知電池の充放電容量を算出する充放電容量算出部と、
   前記電圧検出部および前記充放電容量算出部での結果を記憶する記憶装置と、
   前記記憶装置で記憶されている前記被検知電池の電圧と前記被検知電池の充放電容量とに基づいて、前記実測値としての被検知電池の充放電特性を取得する充放電特性取得部とを有する二次電池の内部情報検出装置。

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