WO2011145213A1 - 二次電池の診断装置および診断方法、車両 - Google Patents

二次電池の診断装置および診断方法、車両 Download PDF

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WO2011145213A1
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voltage
battery
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discharge amount
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亮 真野
石下 晃生
松本 潤一
卓睦 手塚
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トヨタ自動車株式会社
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    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
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    • GPHYSICS
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    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a technique for diagnosing deterioration of a secondary battery.
  • An electric vehicle generally includes a secondary battery that stores electric power for driving a motor. Secondary batteries deteriorate over time and fail when used continuously in a deteriorated state. Therefore, in an electric vehicle, it is important to grasp the degree of deterioration of the secondary battery.
  • Patent Document 1 describes the input / output power amount of the secondary battery while the electric vehicle is traveling and the storage amount of the secondary battery at that time. A technique for determining battery deterioration from the amount of change is disclosed.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to determine the deterioration state of the secondary battery with high accuracy.
  • the secondary battery diagnosis apparatus discharges from the secondary battery, and the voltage of the secondary battery is lower than the first voltage from the first voltage in a state where the storage amount of the secondary battery is lower than a predetermined amount.
  • a calculation unit that performs a calculation process for calculating a charge amount that the secondary battery discharges before the voltage decreases to the second voltage as a diagnostic discharge amount; and a diagnostic unit that performs a deterioration diagnosis of the secondary battery based on the diagnostic discharge amount; Is provided.
  • the diagnosis unit sets a threshold value used for deterioration diagnosis based on the discharge current value and temperature of the secondary battery at the time of the calculation process, and based on the result of comparing the threshold value with the diagnostic discharge amount. Perform deterioration diagnosis.
  • the diagnosis unit sets a first threshold value used for deterioration diagnosis based on a discharge current value of the secondary battery at the time of the calculation process and a minimum temperature inside the secondary battery, and the first threshold value and the diagnosis A diagnosis is made as to whether or not the secondary battery is in the first state in which the secondary battery is hardly deteriorated based on the result of comparison with the discharge amount.
  • the diagnosis unit sets a second threshold value that is smaller than the first threshold value in addition to the first threshold value, and when the discharge amount for diagnosis is larger than the first threshold value, the secondary battery Is in the first state, and the secondary battery is deteriorated from the first state when the discharge amount for diagnosis is smaller than the first threshold value and larger than the second threshold value, but is continuously used Is diagnosed as a possible second state, and when the discharge amount for diagnosis is smaller than the second threshold, the secondary battery is deteriorated from the second state and cannot be used continuously. Diagnose.
  • the calculation unit performs the calculation process when the storage amount of the secondary battery is smaller than the predetermined amount, and does not perform the calculation process when the storage amount of the secondary battery is larger than the predetermined amount.
  • the calculation unit performs the calculation process when the voltage of the secondary battery is higher than the first voltage, and does not perform the calculation process when the voltage of the secondary battery is lower than the first voltage.
  • the secondary battery is mounted on a vehicle capable of traveling with the power of the secondary battery.
  • the vehicle determines the amount of charge discharged by the secondary battery before the voltage of the secondary battery drops from the first voltage to an intermediate voltage between the first voltage and the second voltage.
  • a control device that calculates and stores the first discharge amount is provided.
  • the calculation unit obtains the first discharge amount from the control device during the calculation process, and calculates the diagnostic discharge amount in consideration of the first discharge amount.
  • the calculation unit calculates, as the second discharge amount, an amount of electric charge discharged from the secondary battery until the voltage of the secondary battery decreases from the intermediate voltage to the second voltage while the vehicle is stopped.
  • a value obtained by adding the second discharge amount to is calculated as a diagnostic discharge amount.
  • the secondary battery and the diagnostic device are mounted on a vehicle that can travel with the power of the secondary battery and includes a charging / discharging device for transferring power between the external power source and the secondary battery.
  • the calculation unit performs a calculation process by controlling the charging / discharging device to discharge from the secondary battery to the external power source.
  • the diagnosis device discharges the secondary battery from the secondary battery to the external power source when the amount of power stored in the secondary battery is smaller than a predetermined amount. After zeroing, charging of the secondary battery is started, and the amount of charge charged in the secondary battery from the start of charging until the secondary battery is fully charged is measured as the chargeable capacity of the secondary battery.
  • the secondary battery is a lithium ion secondary battery.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention includes a secondary battery capable of diagnosing a deteriorated state by a diagnostic device.
  • the diagnostic device determines the amount of charge discharged by the secondary battery until the voltage of the secondary battery drops from the first voltage to the second voltage lower than the first voltage in a state where the charged amount of the secondary battery is lower than a predetermined amount. Based on the above, the deterioration diagnosis of the secondary battery is performed.
  • the vehicle has a charge discharged from the secondary battery until the voltage of the secondary battery drops from the first voltage to an intermediate voltage between the first voltage and the second voltage.
  • a calculation unit that calculates the amount as the first discharge amount and a storage unit that stores the first discharge amount in order to cause the diagnostic apparatus to acquire the first discharge amount.
  • the diagnostic device acquires the first discharge amount from the storage unit while the vehicle is stopped, and performs the deterioration diagnosis in consideration of the first discharge amount.
  • a diagnostic method for a secondary battery according to another aspect of the present invention is a diagnostic method performed by a diagnostic apparatus for a secondary battery.
  • the secondary battery is discharged until the voltage of the secondary battery drops from the first voltage to the second voltage lower than the first voltage in a state where the storage amount of the secondary battery is lower than a predetermined amount.
  • the deterioration state of the secondary battery can be determined with high accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle 5 including a secondary battery diagnosed by the diagnostic apparatus 300 according to the first embodiment of the present invention.
  • vehicle 5 shown in FIG. 1 is a hybrid vehicle
  • the present invention is not limited to the hybrid vehicle and can be applied to all electric vehicles.
  • vehicle 5 includes a battery 10, system main relays 22 and 24, a power control unit (hereinafter referred to as “PCU”) 30, motor generators 41 and 42, and an engine 50. , A power split mechanism 60, a drive shaft 70, and wheels 80.
  • PCU power control unit
  • the battery 10 is a lithium ion secondary battery.
  • the battery 10 is configured by connecting a plurality of lithium ion secondary battery cells in series.
  • the engine 50 outputs kinetic energy by the combustion energy of the fuel.
  • Power split device 60 is connected to motor generators 41 and 42 and the output shaft of engine 50, and drives drive shaft 70 by the output of motor generator 42 and / or engine 50.
  • the wheels 80 are rotated by the drive shaft 70.
  • the vehicle 5 travels by the output of the engine 50 and / or the motor generator 42.
  • the motor generators 41 and 42 can function as a generator or an electric motor, the motor generator 41 mainly operates as a generator, and the motor generator 42 mainly operates as an electric motor.
  • the motor generator 41 is used as a starter that starts the engine 50 when an engine start request is made, such as during acceleration. At this time, the motor generator 41 receives power supplied from the battery 10 via the PCU 30 and drives as an electric motor, and cranks and starts the engine 50. Further, after the engine 50 is started, the motor generator 41 is rotated by the engine output transmitted through the power split mechanism 60 and can generate electric power.
  • the motor generator 42 is driven by at least one of the electric power stored in the battery 10 and the electric power generated by the motor generator 41.
  • the driving force of the motor generator 42 is transmitted to the driving shaft 70.
  • the motor generator 42 assists the engine 50 to cause the vehicle 5 to travel, or causes the vehicle 5 to travel only by its own driving force.
  • the motor generator 42 operates as a generator by being driven by the rotational force of the wheels. At this time, the regenerative power generated by the motor generator 42 is charged to the battery 10 via the PCU 30.
  • the PCU 30 performs bidirectional power conversion between the battery 10 and the motor generators 41 and 42, and the motor generators 41 and 42 are operated so as to operate according to their operation command values (typically torque command values).
  • Control power conversion PCU 30 includes an inverter that converts DC power from battery 10 into AC power and applies it to motor generators 41 and 42. This inverter can also convert the regenerative power generated by the motor generators 41 and 42 into DC power and charge the battery 10.
  • System main relays 22 and 24 are provided between the PCU 30 and the battery 10.
  • the system main relays 22 and 24 are turned on / off in response to the relay control signal SE.
  • the system main relays 22 and 24 are turned off (opened), the charge / discharge path of the battery 10 is mechanically interrupted.
  • the vehicle 5 further includes a monitoring unit 20 for monitoring the battery 10 and a control circuit 100.
  • the monitoring unit 20 monitors the detection results of the temperature sensor 12, the voltage sensor 14 and the current sensor 16 provided in the battery 10 and outputs them to the control circuit 100.
  • the temperature sensor 12 and the voltage sensor 14 are comprehensively shown, but actually, as shown in FIG. 2 described later, a plurality of the temperature sensors 12 and the voltage sensors 14 are provided.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the battery 10, the temperature sensor 12, the voltage sensor 14, and the current sensor 16.
  • the battery 10 is configured by connecting n (n: an integer of 2 or more) battery blocks 11 connected in series.
  • Each battery block 11 is configured by connecting a plurality of battery cells 10a in series.
  • FIG. 2 illustrates a configuration in which two temperature sensors 12 are provided for each battery block 11.
  • Each temperature sensor 12 detects the temperature of the place where each is installed as the battery temperature Tb.
  • Each voltage sensor 14 detects a block voltage Vb (Vb1 to Vbn) that is a voltage across each battery block 11.
  • FIG. 2 illustrates a configuration in which each battery block 11 detects the block voltages Vb1 to Vb4, respectively.
  • the current sensor 16 detects a battery current Ib that is a current flowing through the battery 10.
  • a plurality of current sensors 16 may be provided.
  • each temperature sensor 12, each voltage sensor 14, and current sensor 16 are transmitted to the control circuit 100 via the monitoring unit 20.
  • control circuit 100 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) with a built-in memory, and the detection results of each sensor and the memory are stored in the memory. Based on the information and the like, a predetermined calculation process is executed.
  • CPU Central Processing Unit
  • ECU Electronic Control Unit
  • the control circuit 100 sets a torque request value to the motor generators 41 and 42 based on the user's accelerator operation amount and vehicle speed.
  • the control circuit 100 controls the power conversion by the PCU 30 so that the motor generators 41 and 42 operate according to the torque request value.
  • the engine 50 is controlled by another ECU (not shown).
  • the control circuit 100 is described as a single unit, but may be two or more separate units.
  • the vehicle 5 is configured to be connectable to the diagnostic device 300.
  • the diagnosis apparatus 300 is described as being provided in a repair shop such as a dealer.
  • the diagnostic device 300 may be provided inside the vehicle 5.
  • the diagnostic device 300 is configured by an electronic control unit that includes a CPU and a memory (not shown).
  • Diagnostic device 300 is operated by a service person working at a repair shop. When the diagnostic device 300 is connected to the vehicle 5, communication between the diagnostic device 300 and the control circuit 100 is possible. Diagnosis device 300 communicates with control circuit 100 to diagnose the deterioration state of battery 10 (hereinafter, diagnosis by diagnosis device 300 is referred to as “battery diagnosis”).
  • Diagnostic device 300 uses this low frequency characteristic to diagnose the deterioration state of battery 10 due to metallic lithium deposition. Specifically, the diagnostic apparatus 300 discharges the battery 10 when the voltage of the battery 10 is decreased by a predetermined voltage in a region where the charged amount of the battery 10 is lower than a predetermined amount (hereinafter referred to as “low SOC region”). The amount (the amount of charge discharged from the battery 10) is calculated, and the deterioration state of the battery 10 due to metal lithium deposition is diagnosed based on the calculated discharge amount.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a part related to battery diagnosis of the diagnostic apparatus 300.
  • Each functional block shown in FIG. 3 may be realized by hardware processing using an electronic circuit or the like, or may be realized by software processing such as execution of a program.
  • the diagnostic apparatus 300 includes a calculation unit 310 and a diagnostic unit 320.
  • Calculation unit 310 calculates the discharge amount of battery 10 when the voltage of battery 10 is reduced by a predetermined voltage in the low SOC region. Then, the diagnosis unit 320 diagnoses the deterioration state of the battery 10 due to metal lithium deposition based on the discharge amount calculated by the calculation unit 310.
  • Calculation unit 310 includes an integration unit 311 and an end unit 312.
  • the integrating unit 311 starts communication with the control circuit 100 of the vehicle 5, and information from the control circuit 100 (each battery temperature Tb, each block voltage Vb, battery current Ib). Etc.) or a command is transmitted to the control circuit 100, and the following processing is performed.
  • the accumulating unit 311 first determines whether or not a battery diagnosis start condition is satisfied.
  • the battery diagnosis start condition is, for example, a condition that the vehicle 5 is stopped in a state in which each electric device of the vehicle 5 is operable (IG on state), and there is no abnormality in information from the control circuit 100. .
  • the integration unit 311 starts discharging the battery 10 and performs a current integration process described below.
  • the electric charge discharged from the battery 10 is charged to an auxiliary battery (not shown) mounted on the vehicle 5 via a DC / DC converter (not shown).
  • the integrating unit 311 starts integrating the battery current Ib when the block voltage Vb decreases to the measurement start voltage Vs. Then, the integration unit 311 has reached the time when the block voltage Vb has decreased to the measurement end voltage Ve that is lower than the measurement start voltage Vs by a predetermined voltage, or the integrated value of the battery current Ib has become equal to or greater than the new product determination threshold A1 (described later). At the time, the integration of the battery current Ib is terminated, and the integrated value of the battery current Ib is stored in the memory.
  • These series of processes are the contents of the current integration process.
  • the measurement start voltage Vs and the measurement end voltage Ve used for the current integration process are set in advance to values included in the above-described fluctuation range of the block voltage Vb in the low SOC region. That is, the current integrated value obtained by the current integrating process is the amount of discharge of the battery block 11 when the voltage is reduced by a predetermined voltage in the low SOC region.
  • the current integrated value obtained by the current integrating process is also referred to as “block discharge amount Q”.
  • FIG. 4 is a diagram showing the discharge characteristics of each battery block 11 when the current integration process is performed. As described above, in the current integration process, the integrated current value until the block voltage Vb decreases from the measurement start voltage Vs to the measurement end voltage Ve is calculated as the block discharge amount Q.
  • the block discharge amount Q decreases as the lithium deposition amount increases due to the above-described low frequency characteristics. That is, the amount of metal lithium deposited in the corresponding battery block 11 can be grasped by the magnitude of the block discharge amount Q.
  • the battery block 11 in which the block discharge amount Q is equal to or greater than the new product determination threshold A1 (described later) is in a state where metal lithium is hardly deposited (hereinafter referred to as “new product state”).
  • new product state As shown by the broken line L2 in FIG. 4, the battery block 11 in which the block discharge amount Q is less than the new product determination threshold value A1 but is larger than the unusable determination threshold value A2 (described later) is deteriorated from the new state but is lithium deposited.
  • the amount is still small and can be used continuously.
  • the battery block 11 in which the block discharge amount Q further decreases and becomes smaller than the unusable determination threshold A2 is in a state where the lithium deposition amount is large and cannot be used continuously.
  • the integrating unit 311 performs the current integrating process individually for each of the block voltages Vb1 to Vbn (for each battery block 11). Accordingly, the block discharge amounts Q1 to Qn are calculated for the respective block voltages Vb1 to Vbn.
  • the two-dot chain line L4 in FIG. 4 shows the discharge characteristics when the block voltage Vb is further reduced from the measurement end voltage Ve to the overdischarge determination threshold Vlow by the current integration process.
  • the block voltage Vb drops to the measurement end voltage Ve earlier than the other battery blocks, and the current integration process is ended.
  • the current integration process of the other battery blocks is continued until the end condition described later is satisfied, the discharge is continued even in the battery block for which the current integration process has been completed.
  • the block voltage Vb may decrease to the overdischarge determination threshold Vlow as indicated by a two-dot chain line L4 in FIG.
  • the end unit 312 determines whether or not the following end condition is satisfied, and ends the current integration process by the integration unit 311 when the end condition is satisfied.
  • the termination condition includes a normal termination condition and an interruption termination condition.
  • the normal end condition is a condition for causing the current integration process by the integration unit 311 to end normally and shifting to a battery diagnosis determination process by the diagnosis unit 320.
  • the end unit 312 determines that the normal end condition is satisfied when any of the following (a1) to (a4) is satisfied, and normally ends the current integration process.
  • All of the block discharge amounts Q1 to Qn are equal to or greater than the new article determination threshold A1.
  • All of the block voltages Vb1 to Vbn are equal to or lower than the measurement end voltage Ve.
  • At least one of the block voltages Vb1 to Vbn is equal to or lower than the measurement end voltage Ve, and the corresponding block discharge amount Q is less than the unusable determination threshold A2.
  • At least one of the block voltages Vb1 to Vbn is equal to or lower than the overdischarge determination threshold value Vlow.
  • the integrating unit 311 outputs the block discharge amounts Q1 to Qn at the normal end time to the diagnosis unit 320 together with the block voltages Vb1 to Vbn.
  • the interruption end condition is a condition for forcibly interrupting and ending the current integration process by the integration unit 311.
  • the end unit 312 determines that the stop end condition is satisfied, and forcibly interrupts and ends the current integration process.
  • B1 An abnormality occurred in the information from the control circuit 100.
  • B2 The battery temperature Tb is outside the predetermined temperature range.
  • B3 There was an operation for releasing the IG on state (IG off operation).
  • B4 The elapsed time from the start of the current integration process has exceeded the upper limit time.
  • Diagnosis unit 320 includes a determination unit 321 and a setting unit 322.
  • the determination unit 321 determines whether or not the following first to third conditions are satisfied, and performs a determination process for determining a deterioration state of the battery 10 due to metal lithium deposition according to the result.
  • the first condition is that all of the block discharge amounts Q1 to Qn are equal to or greater than the new article determination threshold A1 (see the solid line L1 in FIG. 4).
  • the determination unit 321 determines that the battery 10 is “new” and outputs a signal R1 indicating “new”.
  • the second condition is that at least one of the block voltages Vb1 to Vbn is equal to or lower than the measurement end voltage Ve, and the corresponding block discharge amount Q is less than the unusable determination threshold A2 (see the one-dot chain line L3 in FIG. 4). This is the condition.
  • the third condition is that at least one block voltage Vb is equal to or lower than the overdischarge determination threshold Vlow (see the two-dot chain line L4 in FIG. 4), and all of the block discharge amounts Q1 to Qn are less than the unusable determination threshold A2. It is a condition that.
  • the determination unit 321 determines that the battery 10 is “unusable” and outputs a signal R2 indicating “unusable”.
  • the determination unit 321 determines that the battery 10 is “usable” and indicates a signal indicating “usable” R3 is output.
  • the determination result of the determination unit 321 is displayed on the display of the diagnostic apparatus 300, the information panel of the vehicle 5, and the like to be notified to the user.
  • the setting unit 322 sets the new article determination threshold value A1 and the unusable determination threshold value A2 based on the battery temperature Tb and the battery current Ib during the current integration process.
  • FIG. 5 is a diagram showing a correspondence relationship between the battery temperature Tb and the battery current Ib during the current integration process and the new article determination threshold value A1. Considering that the discharge amount decreases in the low temperature state even in the new battery 10, the setting unit 322 sets the new product determination threshold A1 to a smaller value as the battery temperature Tb during the current integration process is lower. This prevents the new battery 10 from being erroneously determined to be in a state other than “new” even in a low temperature state.
  • the new article determination threshold A1 a value common to all the battery blocks 11 may be set, or may be set for each battery block 11 individually. In any case, as the battery temperature Tb used for setting the new article determination threshold A1, it is desirable to use the lowest temperature in the battery 10 (the lowest temperature in each battery block 11 as necessary). In this way, since the new product determination threshold A1 is set to a lower value as the minimum temperature in the battery 10 is lower, it is more reliable that the battery 10 in the new state is erroneously determined as a state other than the “new state”. Can be prevented.
  • the setting unit 322 sets the new article determination threshold A1 to a smaller value as the battery current Ib during the current integration process is higher.
  • the setting unit 322 sets the unusable determination threshold A2 based on the battery temperature Tb and the battery current Ib during the current integration process, similarly to the new article determination threshold A1.
  • the unusable determination threshold A2 may be set by another method or may be a fixed value.
  • the new article determination threshold value A1 and the unusable determination threshold value A2 set by the setting unit 322 are output to the determination unit 321 and used for the above-described determination process.
  • the new article determination threshold value A1 and the unusable determination threshold value A2 are also output to the calculation unit 310, and are used to determine the current integration process and the current integration process end condition.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of the diagnostic apparatus 300 for realizing the above-described function.
  • S Each step of the flowchart shown below (hereinafter, step is abbreviated as “S”) may be realized by hardware processing as described above, or may be realized by software processing.
  • diagnostic device 300 determines whether or not the above-described battery diagnosis start condition is satisfied. If the battery diagnosis start condition is satisfied (YES in S10), the process proceeds to S20. Otherwise (NO in S10), this process ends.
  • the diagnostic device 300 starts discharging the battery 10.
  • diagnostic device 300 performs the above-described current integration process.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the processing procedure of the diagnostic apparatus 300 when the current integration process is performed. This process is executed for each battery block 11 individually.
  • the diagnostic apparatus 300 determines whether or not the block voltage Vb is lower than the measurement start voltage Vs. When block voltage Vb falls below measurement start voltage Vs (YES in S31), the process proceeds to S32. Otherwise (NO in S31), the process returns to S31. In S32, diagnostic device 300 starts integrating battery current Ib.
  • the diagnosis apparatus 300 determines whether or not the block voltage Vb is lower than the measurement end voltage Ve. If block voltage Vb is lower than measurement end voltage Ve (YES in S33), the process proceeds to S35. Otherwise (NO in S33), the process proceeds to S34.
  • diagnostic device 300 continues to integrate battery current Ib. Thereafter, the process returns to S33.
  • diagnostic device 300 ends the integration of battery current Ib.
  • diagnostic device 300 stores the integrated value of battery current Ib at the end of integration as a block discharge amount Q in the memory. Since the current integration process is individually executed for each battery block 11, n block discharge amounts Q (block discharge amounts Q1 to Qn) are stored in the memory.
  • the diagnostic apparatus 300 determines whether or not the above-described termination condition (normal termination condition or interruption termination condition) is satisfied. If the end condition is satisfied (YES in S40), the process proceeds to S50. Otherwise (NO in S40), the process returns to S30.
  • FIG. 6 shows a procedure for determining S40 after the current integration process of S30, in practice, the determination of S40 is also performed during the current integration process of S30. That is, if the end condition is satisfied during the current integration process of S30, the process proceeds to S50.
  • the diagnostic apparatus 300 ends the current integration process in S30 and stops discharging the battery 10.
  • the diagnostic apparatus 300 sets the new article determination threshold value A1 and the unusable determination threshold value A2 by the above-described method (see the map of FIG. 5).
  • FIG. 8 is a flowchart showing the processing procedure of the diagnostic apparatus 300 when the determination process is performed.
  • diagnostic device 300 determines whether or not the end of the current integration process is a normal end. If it is normal termination (YES in S71), the process proceeds to S72. Otherwise (NO in S71), this process ends and no determination process is performed.
  • diagnostic device 300 determines whether or not the first condition is satisfied. As described above, the first condition is that all of the block discharge amounts Q1 to Qn are equal to or greater than the new article determination threshold A1. If the first condition is satisfied (YES in S72), the process proceeds to S73. Otherwise (NO in S72), the process proceeds to S74.
  • diagnostic device 300 determines that battery 10 is “new”. In S74, diagnostic device 300 determines whether or not the second condition is satisfied. As described above, the second condition is that at least one of the block voltages Vb1 to Vbn is equal to or lower than the measurement end voltage Ve, and the corresponding block discharge amount Q is less than the unusable determination threshold A2. . If the second condition is satisfied (YES in S74), the process proceeds to S75. Otherwise (NO in S74), the process proceeds to S76.
  • diagnostic device 300 determines that battery 10 is “unusable”. In S76, diagnostic device 300 determines whether or not the third condition is satisfied. As described above, the third condition is that at least one of the block voltages Vb is equal to or lower than the overdischarge determination threshold Vlow, and all of the block discharge amounts Q1 to Qn are less than the unusable determination threshold A2. It is. If the third condition is satisfied (YES in S76), the process proceeds to S75. Otherwise (NO in S76), the process proceeds to S77.
  • diagnostic device 300 determines that battery 10 is “usable”. As described above, the diagnostic apparatus 300 according to the first embodiment calculates the discharge amount for each block when the block voltage of the battery 10 is decreased from the measurement start voltage Vs to the measurement end voltage Ve in the low SOC region. The deterioration state of the battery 10 due to metallic lithium deposition is diagnosed based on the calculated discharge amounts. For this reason, in the low SOC region, even when the voltage drop amount is the same, the amount of discharge decreases as the lithium deposition amount increases. Can be determined.
  • the measurement start voltage Vs used for the current integration process is within the fluctuation range of the block voltage Vb in the low SOC region. Must be set to the value contained in Therefore, it is necessary to set the measurement start voltage Vs to a relatively low value. On the other hand, if the measurement start voltage Vs is too low, the determination accuracy decreases.
  • FIG. 9 compares the discharge amount when current integration is started from the measurement start voltage Vs and the discharge amount when current integration is started from the intermediate voltage Vmid between the measurement start voltage Vs and the measurement end voltage Ve.
  • the difference between the discharge amount of the deteriorated secondary battery (solid line) and the discharge amount of the new secondary battery (broken line) is a value corresponding to the amount of metal lithium deposited on the secondary battery to be diagnosed.
  • the difference in quantity occurs because the block voltage Vb is relatively high. Therefore, as shown in FIG. 9, even when the measurement start voltage Vs drops to the intermediate voltage Vmid, a discharge amount difference ⁇ q occurs between the discharge amount of the already deteriorated secondary battery and the new secondary battery. . Therefore, when current integration is started from the intermediate voltage Vmid, the above-described discharge amount difference ⁇ q is not added to the discharge amount obtained as a result of the current integration process. That is, the discharge amount difference ⁇ Qlow when current integration is started from the intermediate voltage Vmid is smaller by ⁇ q than the discharge amount difference ⁇ Q when current integration is started from the measurement start voltage Vs, and the determination accuracy is reduced accordingly. .
  • the battery 10 is temporarily charged and the block voltages Vb1 to Vbn are temporarily set in order not to reduce the determination accuracy. After increasing to the measurement start voltage Vs, it is necessary to execute current integration processing, and the time required for battery diagnosis becomes longer.
  • the integrated value of the battery current Ib (hereinafter referred to as “block discharge amount Q0”) until the block voltage Vb decreases from the measurement start voltage Vs to the intermediate voltage Vmid is referred to as the vehicle 5.
  • the control circuit 100a calculates and stores in advance during traveling (during normal operation).
  • the diagnostic device 300a determines the integrated value of the battery current Ib (hereinafter referred to as “block discharge amount Qd”) until the block voltage Vb drops from the intermediate voltage Vmid to the measurement end voltage Ve during battery diagnosis performed while the vehicle 5 is stopped.
  • the block discharge amount Q0 stored while the vehicle 5 is traveling is read out from the control circuit 100a.
  • Diagnosis device 300a performs a determination process using a value obtained by adding block discharge amount Q0 to block discharge amount Qd as block discharge amount Q.
  • FIG. 10 is a functional block diagram of a part related to battery diagnosis in the control circuit 100a and the diagnostic apparatus 300a according to the second embodiment.
  • the diagnosis apparatus 300a will be described as being provided in a repair shop such as a dealer.
  • the diagnostic device 300a may be provided inside the vehicle 5.
  • the control circuit 100a includes an integrating unit 110 and a storage unit 120.
  • the accumulating unit 110 calculates the integrated value of the battery current Ib from the measurement start voltage Vs to the intermediate voltage Vmid while the vehicle 5 is traveling, and stores the calculated integrated value in the storage unit 120 as the block discharge amount Q0.
  • FIG. 11 is a diagram showing a calculation method of the block discharge amount Q0 by the control circuit 100a.
  • the integration unit 110 starts integration of the battery current Ib when the block voltage Vb is lower than the measurement start voltage Vs, and ends the integration when the block voltage Vb is reduced to the intermediate voltage Vmid. To do. Then, the integrated value at the end of integration is stored in the storage unit 120 as the block discharge amount Q0.
  • the block discharge amount Q0 is calculated for each battery block 11. Therefore, the storage unit 120 stores n block discharge amounts Q0 (Q01 to Q0n) corresponding to each battery block 11.
  • the block discharge amount Q0 is calculated, for example, when the use period of the battery 10 is predetermined. You may make it carry out only once per trip after exceeding years.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure of the control circuit 100a when the block discharge amount Q0 is calculated. This process is executed for each battery block 11 individually.
  • the control circuit 100a determines whether or not a predetermined condition is satisfied while the vehicle 5 is traveling.
  • the predetermined condition is a low SOC region
  • the battery temperature Tb is included in the predetermined temperature range
  • the battery current Ib is included in the predetermined range
  • the block voltage Vb is lower than the measurement start voltage Vs. It is a condition that. This condition is a condition for ensuring the calculation accuracy (battery diagnosis determination accuracy) of the block discharge amount Q0 described later. If the predetermined condition is satisfied (YES in S100), the process proceeds to S101. Otherwise (NO in S100), the process returns to S100. In S101, control circuit 100a starts integration of battery current Ib.
  • control circuit 100a determines whether or not the block voltage Vb is lower than the intermediate voltage Vmid. When block voltage Vb falls below intermediate voltage Vmid (YES in S102), the process proceeds to S104. Otherwise (NO in S102), the process proceeds to S103.
  • control circuit 100a continues to integrate the battery current Ib. Thereafter, the process returns to S102.
  • control circuit 100a ends the integration of battery current Ib.
  • control circuit 100a stores the integrated value of battery current Ib in storage unit 120 as block discharge amount Q0. Since this process is executed individually for each battery block 11, n block discharge amounts Q0 (block discharge amounts Q01 to Q0n) are stored in the storage unit 120.
  • the diagnosis apparatus 300a includes a calculation unit 310a and a diagnosis unit 320.
  • Calculation unit 310a includes an accumulation unit 311a and an end unit 312. Since the functions of the end unit 312 and the diagnosis unit 320 have been described in the first embodiment, detailed description thereof will not be repeated here.
  • the integration unit 311a performs current integration processing by the same method as in the first embodiment using the voltage at which current integration is started as the intermediate voltage Vmid, and performs block discharge until the block voltage Vb decreases from the intermediate voltage Vmid to the measurement end voltage Ve.
  • the quantity Qd (Qd1 to Qdn) is calculated.
  • the integrating unit 311a reads the block discharge amount Q0 stored in the storage unit 120 of the vehicle 5, and adds the calculated block discharge amount Qd to the read block discharge amount Q0.
  • the block discharge amount Q is calculated and output to the determination unit 321.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a calculation method of the block discharge amount Q by the integrating unit 311a.
  • the block discharge amount Q0 until the block voltage Vb decreases from the measurement start voltage Vs to the intermediate voltage Vmid is calculated and stored in advance while the vehicle 5 is traveling by the control circuit 100a. Even if the block voltage Vb when the battery diagnosis start condition is satisfied is lower than the measurement start voltage Vs, the integration unit 311a does not increase the block voltage Vb to the measurement start voltage Vs (charges the battery 10). Without doing so, the current integration process is started from the intermediate voltage Vmid to calculate the block discharge amount Qd. Then, a value obtained by adding the block discharge amount Qd to the block discharge amount Q0 read from the control circuit 100a is calculated as the block discharge amount Q. This process is also performed for each battery block 11. That is, the integrating unit 311a calculates values obtained by adding the block discharge amounts Qd1 to Qdn corresponding to the block discharge amounts Q01 to Q0n as the block discharge amounts Q1 to Qn,
  • the block voltage Vb is calculated from the measurement start voltage Vs to the measurement end voltage Ve only by calculating only the block discharge amount Qd until the block voltage Vb drops from the intermediate voltage Vmid to the measurement end voltage Ve at the time of actual diagnosis. It is possible to calculate the block discharge amount Q until it decreases to. That is, even when the block voltage Vb at the start of diagnosis is lower than the measurement start voltage Vs, the block voltage Vb is changed from the measurement start voltage Vs to the measurement end voltage without once increasing the block voltage Vb to the measurement start voltage Vs. The block discharge amount Q until it decreases to Ve can be calculated. Therefore, the time required for diagnosis can be shortened without reducing the diagnosis accuracy.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a processing procedure of current integration processing by the diagnostic apparatus 300a.
  • the same steps as those in the flowchart shown in FIG. 7 are given the same step numbers. The processing is the same for them. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
  • the diagnosis apparatus 300a determines whether or not the block voltage Vb is lower than the intermediate voltage Vmid. When block voltage Vb falls below intermediate voltage Vmid (YES in S31a), the process proceeds to S32. Otherwise (NO in S31a), the process returns to S31a.
  • the diagnostic apparatus 300a ends the integration of the battery current Ib.
  • the integrated value of the battery current Ib up to this point is the block discharge amount Qd until the block voltage Vb drops from the intermediate voltage Vmid to the measurement end voltage Ve.
  • the diagnostic apparatus 300a reads the block discharge amount Q0 described in the control circuit 100a of the vehicle 5.
  • the diagnostic apparatus 300a calculates, as the block discharge amount Q, a value obtained by adding the block discharge amount Q0 calculated by the current integration process to the block discharge amount Q0 read from the control circuit 100a.
  • the block discharge amount Q0 until the block voltage Vb decreases from the measurement start voltage Vs to the intermediate voltage Vmid is calculated and stored in advance while the vehicle 5 is traveling.
  • the block discharge amount Qd until the block voltage Vb decreases from the intermediate voltage Vmid to the measurement end voltage Ve is calculated, and the battery diagnosis is performed by taking the block discharge amount Q0 and the block discharge amount Qd into consideration. Therefore, the time required for diagnosis can be shortened without reducing the diagnosis accuracy.
  • the electric charge stored in the battery 10 during the current integration process is discharged to the auxiliary battery inside the vehicle 5.
  • the diagnostic device 300 is provided outside the vehicle 5.
  • the electric charge stored in the battery 10 during the current integration process is discharged to a power source provided outside the vehicle.
  • the diagnostic device 300 is provided inside the vehicle.
  • FIG. 15 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the vehicle 5b according to the third embodiment.
  • the vehicle 5b includes a diagnostic device 300 therein.
  • the diagnostic device 300 may be provided integrally with the control circuit 100.
  • the vehicle 5b is a so-called plug-in vehicle, and can charge the battery 10 with the electric power of the external power source 310 having a charge / discharge function.
  • the vehicle 5 b includes a connector 210 configured to be connectable to an external power supply 310, and a charging / discharging device 200 provided between the battery 10 and the connector 210. Since other structures, functions, and processes are the same as those in the first embodiment described above, detailed description thereof will not be repeated here.
  • the charging / discharging device 200 performs charging from the external power source 400 to the battery 10 and discharging from the battery 10 to the external power source 400 based on a signal from the control circuit 100.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a processing procedure of the diagnostic apparatus 300 according to the third embodiment.
  • the same steps as those in the flowchart shown in FIG. 6 are given the same step numbers.
  • the processing is the same for them. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
  • diagnostic device 300 determines whether or not external power supply 400 is connected to connector 210.
  • external power supply 400 is connected to connector 210 (YES in S10a)
  • the process proceeds to S10b. Otherwise (NO in S10a), this process ends.
  • the diagnosis apparatus 300 determines whether or not a diagnosis permission condition is satisfied.
  • the diagnosis permission condition is a condition that the charged amount of the battery 10 is lower than a predetermined amount (a low SOC region). Since the block voltage Vb is lower than a predetermined value in the low SOC region, the diagnosis permission condition may be a condition that the block voltage Vb is lower than the predetermined value. Moreover, you may add the conditions that the use years of the battery 10 exceeded predetermined years to diagnosis permission conditions. If the diagnosis permission condition is satisfied (YES in S10b), the process proceeds to S20a. Otherwise (NO in S10b), this process ends.
  • the diagnostic apparatus 300 starts discharging from the battery 10 to the external power source 400.
  • the diagnostic device 300 stops discharging from the battery 10 to the external power source 400.
  • diagnostic device 300 permits charging of battery 10 from external power supply 400. As a result, charging of the battery 10 from the external power source 400 is started.
  • the diagnostic device 300 is provided inside the vehicle 5b that can charge the battery 10 with the electric power of the external power source 400, and the external power source 400 is connected to the plug-in vehicle (the user uses the external power source 400 The battery 10 is discharged to the external power source 400 to perform battery diagnosis.
  • the battery 10 can be stably discharged by using the external power source 400 as the discharge destination during the current integration process, the integrated value of the battery current Ib can be calculated with high accuracy.
  • the electric charge of the battery 10 is further discharged to the external power source 400 to temporarily reduce the charged amount of the battery 10 to substantially zero (a value slightly larger than zero) and then the external power source 400.
  • the battery 10 may start to be charged, and the amount of charge charged in the battery 10 from the start of charging until the battery 10 is fully charged may be measured as the chargeable capacity of the battery 10. Note that whether or not the battery 10 has been fully charged may be determined based on, for example, whether or not the block voltage Vb has reached a voltage corresponding to the fully charged state.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating a processing procedure of the diagnostic apparatus 300 according to the modification of the third embodiment.
  • the same steps as those in the flowchart shown in FIG. 16 are given the same step numbers. The processing is the same for them. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
  • the diagnostic device 300 further discharges the battery 10 to the external power source 400 until the charged amount of the battery 10 becomes substantially zero after the determination process of S70.
  • the diagnosis device 300 permits the battery 10 to start charging from the external power source 400 after the storage amount of the battery 10 becomes substantially zero. As a result, charging of the battery 10 from the external power source 400 is started.
  • diagnostic device 300 measures the amount of charge (integrated value of battery current Ib) charged in battery 10 from the start of charging until battery 10 is fully charged as the chargeable capacity of battery 10.
  • the fourth embodiment when the block voltage Vb is lower than the reference voltage, it is determined that the current integration process cannot be started from the measurement start voltage Vs and the diagnosis is not performed.
  • the reference voltage is set to the measurement start voltage Vs.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a processing procedure of the diagnostic apparatus 300 according to the modification of the fourth embodiment.
  • the same steps as those in the flowchart shown in FIG. The processing is the same for them. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
  • diagnostic device 300 performs offset learning of current sensor 16. Diagnosis device 300 stores the output value of current sensor 16 when battery 10 is not charged or discharged as an offset amount. The diagnostic device 300 corrects the detection value of the current sensor 16 with the offset amount to grasp the battery current Ib.
  • the diagnostic apparatus 300 determines whether or not the lowest block voltage Vb among the block voltages Vb1 to Vbn is higher than the measurement start voltage Vs (reference voltage).
  • diagnostic device 300 advances the process to S30 and thereafter, and performs battery diagnosis.
  • diagnostic device 300 ends the process and does not perform battery diagnosis.
  • erroneous determination can be prevented by preventing the battery diagnosis from being performed in a situation where the determination accuracy of the battery diagnosis is low.
  • the battery diagnosis may not be performed in order to prevent erroneous determination.
  • 5b Vehicle 10 battery, 10a battery cell, 11 battery block, 12 temperature sensor, 14 voltage sensor, 16 current sensor, 20 monitoring unit, 22, 24 system main relay, 41, 42 motor generator, 50 engine, 60 power Split mechanism, 70 drive shafts, 80 wheels, 100, 100a control circuit, 110, 311, 311a integration unit, 120 storage unit, 200 charge / discharge device, 210 connector, 300, 300a diagnostic device, 310, 310a calculation unit, 312 end Part, 320 diagnosis part, 321 judgment part, 322 setting part, 400 external power supply.

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Abstract

 診断装置は、複数の電池ブロックが直列に接続されて構成されるリチウムイオン二次電池(以下、「バッテリ」という)の金属リチウム析出による劣化状態を診断する。診断装置は、診断の開始条件が成立した場合、バッテリの放電を開始させ、各電池ブロックの電圧(Vb)が測定開始電圧(Vs)に低下してから測定終了電圧(Ve)に低下するまでにバッテリから放電されたブロック放電量(Q)を各電池ブロックごとに算出する。診断装置は、すべてのブロック放電量(Q)が新品判定閾値(A1)よりも大きい場合にバッテリが「新品状態」であると判定し、すべてのブロック放電量(Q)が使用不可判定閾値(A2)よりも大きい場合にバッテリが「使用可能」であると判定し、少なくともいずれか1つのブロック放電量(Q)が使用不可判定閾値(A2)未満である場合、バッテリが「使用不可」であると判定する。

Description

二次電池の診断装置および診断方法、車両
 本発明は、二次電池の劣化を診断する技術に関する。
 近年、電力で駆動力を得る電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車など)が大きな注目を浴びている。電動車両は、一般的に、モータ駆動用の電力を蓄える二次電池を備える。二次電池は、経年劣化し、劣化した状態で継続使用すると故障する。したがって、電動車両においては、二次電池の劣化の程度を把握しておくことが重要となる。この点に関連して、たとえば、特開2003-143703号公報(特許文献1)には、電動車両の走行中の二次電池の入出力電力量と、そのときの二次電池の蓄電量の変化量とからバッテリの劣化判定を行なう技術が開示される。
特開2003-143703号公報 特開平6-242193号公報 特開2000-14019号公報
 ところで、二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いた場合、二次電池の使用によって二次電池の内部に金属リチウムが徐々に析出する。これにより二次電池は劣化しその特性は変化する。しかしながら、電動車両の走行中においては、二次電池の蓄電量がリチウム析出による特性の変化が顕著となる領域よりも高い領域に維持されることが多い。そのため、電動車両の走行中の二次電池の入出力電力量や蓄電量の変化量からリチウム析出による二次電池の劣化の程度を正確に判定するのは難しい。
 本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、二次電池の劣化状態を高精度で判定することである。
 この発明に係る二次電池の診断装置は、二次電池から放電させて、二次電池の蓄電量が所定量よりも低い状態で二次電池の電圧が第1電圧から第1電圧よりも低い第2電圧に低下するまでに二次電池が放電する電荷量を診断用放電量として算出する算出処理を行なう算出部と、診断用放電量に基づいて二次電池の劣化診断を行なう診断部とを備える。
 好ましくは、診断部は、算出処理時の二次電池の放電電流値および温度に基づいて劣化診断に用いるしきい値を設定し、しきい値と診断用放電量とを比較した結果に基づいて劣化診断を行なう。
 好ましくは、診断部は、算出処理時の二次電池の放電電流値および二次電池内部の最低温度に基づいて劣化診断に用いる第1しきい値を設定し、第1しきい値と診断用放電量とを比較した結果に基づいて二次電池がほとんど劣化していない第1状態であるか否かの診断を行なう。
 好ましくは、診断部は、第1しきい値に加えて第1しきい値よりも小さな第2しきい値を設定し、診断用放電量が第1しきい値よりも大きい場合に二次電池が第1状態であると診断し、診断用放電量が第1しきい値よりも小さくかつ第2しきい値よりも大きい場合に二次電池が第1状態よりは劣化しているが継続使用は可能な第2状態であると診断し、診断用放電量が第2しきい値よりも小さい場合に二次電池が第2状態よりも劣化しており継続使用ができない第3状態であると診断する。
 好ましくは、算出部は、二次電池の蓄電量が所定量よりも小さい場合に算出処理を行ない、二次電池の蓄電量が所定量よりも大きい場合には算出処理を行なわない。
 好ましくは、算出部は、二次電池の電圧が第1電圧よりも高い場合に算出処理を行ない、二次電池の電圧が第1電圧よりも低い場合は算出処理を行なわない。
 好ましくは、二次電池は、二次電池の電力で走行可能な車両に搭載される。車両は、走行中に所定条件が成立した場合、二次電池の電圧が第1電圧から第1電圧と第2電圧との間の中間電圧に低下するまでに二次電池が放電した電荷量を第1放電量として算出して記憶する制御装置を備える。算出部は、算出処理時に制御装置から第1放電量を取得し、第1放電量を加味して診断用放電量を算出する。
 好ましくは、算出部は、車両の停止中に二次電池の電圧が中間電圧から第2電圧に低下するまでに二次電池が放電した電荷量を第2放電量として算出し、第1放電量に第2放電量を加えた値を診断用放電量として算出する。
 好ましくは、二次電池および診断装置は、二次電池の電力で走行可能で、かつ、外部電源と二次電池との間で電力を授受させるための充放電装置を備えた車両に搭載される。算出部は、外部電源が車両に接続された場合に、充放電装置を制御して二次電池から外部電源に放電させて算出処理を行なう。
 好ましくは、診断装置は、外部電源が車両に接続された場合、二次電池の蓄電量が所定量よりも小さいときは、二次電池から外部電源に放電させて二次電池の蓄電量を略零にした後に二次電池への充電を開始し、充電開始から二次電池が満充電状態になるまでに二次電池に充電された電荷量を二次電池の蓄電可能容量として計測する。
 好ましくは、二次電池は、リチウムイオン二次電池である。
 この発明の別の局面に係る車両は、診断装置によって劣化状態の診断が可能な二次電池を備える。診断装置は、二次電池の蓄電量が所定量よりも低い状態で二次電池の電圧が第1電圧から第1電圧よりも低い第2電圧に低下するまでに二次電池が放電した電荷量に基づいて二次電池の劣化診断を行なう。車両は、車両の走行中に所定条件が成立した場合、二次電池の電圧が第1電圧から第1電圧と第2電圧との間の中間電圧に低下するまでに二次電池が放電した電荷量を第1放電量として算出する算出部と、第1放電量を診断装置に取得させるために、第1放電量を記憶する記憶部とを備える。診断装置は、車両の停止中に記憶部から第1放電量を取得し、第1放電量を加味して劣化診断を行なう。
 車両は、診断装置を内部に備えられてもよい。
 この発明の別の局面に係る二次電池の診断方法は、二次電池の診断装置が行なう診断方法である。この診断方法は、二次電池から放電させて、二次電池の蓄電量が所定量よりも低い状態で二次電池の電圧が第1電圧から第1電圧よりも低い第2電圧に低下するまでに二次電池が放電する電荷量を診断用放電量として算出する算出処理を行なうステップと、診断用放電量に基づいて二次電池の劣化診断を行なうステップとを含む。
 本発明によれば、二次電池の劣化状態を高精度で判定することができる。
車両の概略構成を説明するブロック図(その1)である。 バッテリ、温度センサ、電圧センサ、電流センサの構成を示す図である。 診断装置の機能ブロック図(その1)である。 各電池ブロックの放電特性を示す図である。 バッテリ温度Tbおよびバッテリ電流Ibと、新品判定閾値A1との対応関係を示す図である。 診断装置の処理手順を示すフローチャート(その1)である。 診断装置の処理手順を示すフローチャート(その2)である。 診断装置の処理手順を示すフローチャート(その3)である。 測定開始電圧Vsから電流積算を開始した場合の放電量と、中間電圧Vmidから電流積算を開始した場合の放電量とを比較した図である。 制御回路および診断装置の機能ブロック図である。 制御回路によるブロック放電量Q0の算出手法を示す図である。 制御回路の処理手順を示すフローチャートである。 診断装置によるブロック放電量Qの算出手法を示す図である。 診断装置の処理手順を示すフローチャート(その4)である。 車両の概略構成を説明するブロック図(その2)である。 診断装置の処理手順を示すフローチャート(その5)である。 診断装置の処理手順を示すフローチャート(その6)である。 診断装置の処理手順を示すフローチャート(その7)である。
 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さないものとする。
 [実施例1]
 図1は、本発明の実施例1に従う診断装置300によって診断される二次電池を備えた車両5の概略構成を説明するブロック図である。なお、図1に示す車両5はハイブリッド車両であるが、本発明はハイブリッド車両に限定されず電動車両全般に適用可能である。
 図1を参照して、車両5は、バッテリ10と、システムメインリレー22,24と、電力制御ユニット(Power Control Unit、以下「PCU」という)30と、モータジェネレータ41,42と、エンジン50と、動力分割機構60と、駆動軸70と、車輪80とを備える。
 バッテリ10は、リチウムイオン二次電池である。バッテリ10は、複数のリチウムイオン二次電池セルが直列に接続されて構成される。
 エンジン50は、燃料の燃焼エネルギによって運動エネルギを出力する。動力分割機構60は、モータジェネレータ41,42およびエンジン50の出力軸と連結されて、モータジェネレータ42および/またはエンジン50の出力によって駆動軸70を駆動する。そして、駆動軸70によって車輪80が回転される。このように、車両5は、エンジン50および/またはモータジェネレータ42の出力によって走行する。
 モータジェネレータ41,42は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータ41が、主として発電機として動作し、モータジェネレータ42が、主として電動機として動作する。
 詳細には、モータジェネレータ41は、加速時等のエンジン始動要求時において、エンジン50を始動する始動機として用いられる。このとき、モータジェネレータ41は、PCU30を介してバッテリ10からの電力供給を受けて電動機として駆動し、エンジン50をクランキングして始動する。さらに、エンジン50の始動後において、モータジェネレータ41は、動力分割機構60を介して伝達されたエンジン出力によって回転されて発電可能である。
 モータジェネレータ42は、バッテリ10に蓄えられた電力およびモータジェネレータ41の発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータ42の駆動力は、駆動軸70に伝達される。これにより、モータジェネレータ42は、エンジン50をアシストして車両5を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両5を走行させたりする。
 また、車両5の回生制動時には、モータジェネレータ42は、車輪の回転力によって駆動されることによって発電機として動作する。このとき、モータジェネレータ42により発電された回生電力は、PCU30を介してバッテリ10に充電される。
 PCU30は、バッテリ10およびモータジェネレータ41,42の間で双方向の電力変換を行ない、かつ、モータジェネレータ41,42がそれぞれの動作指令値(代表的にはトルク指令値)に従って動作するようにその電力変換を制御する。たとえば、PCU30は、バッテリ10からの直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ41,42に印加するインバータなどを含む。このインバータは、モータジェネレータ41,42の回生発電電力を直流電力に変換してバッテリ10に充電することもできる。
 システムメインリレー22,24は、PCU30とバッテリ10の間に設けられる。システムメインリレー22,24は、リレー制御信号SEに応じてオンオフされる。システムメインリレー22,24のオフ(開放)時には、バッテリ10の充放電経路が機械的に遮断される。
 車両5は、さらに、バッテリ10を監視するための監視ユニット20と、制御回路100とを備える。
 監視ユニット20は、バッテリ10に設けられた温度センサ12、電圧センサ14および電流センサ16の検出結果を監視し、制御回路100に出力する。なお、図1においては、温度センサ12および電圧センサ14を包括的に示しているが、実際には、後述の図2に示すように、温度センサ12および電圧センサ14は、複数個設けられる。
 図2は、バッテリ10、温度センサ12、電圧センサ14、電流センサ16の構成を示す図である。
 バッテリ10は、n個(n:2以上の整数)の電池ブロック11が直列に接続されて構成される。なお、図2には、n=4の場合の構成が例示されている。各電池ブロック11は、複数の電池セル10aが直列に接続されて構成される。
 温度センサ12は、各電池ブロック11に対してそれぞれ複数個づつ設けられる。なお、図2には、温度センサ12が各電池ブロック11に対して2個づつ設けられる場合の構成が例示されている。各温度センサ12は、それぞれが設置された箇所の温度をバッテリ温度Tbとして検出する。
 電圧センサ14は、各電池ブロック11に対してそれぞれ1個づつ設けられる。各電圧センサ14は、各電池ブロック11の両端電圧であるブロック電圧Vb(Vb1~Vbn)をそれぞれ検出する。なお、図2には、各電池ブロック11がそれぞれブロック電圧Vb1~Vb4を検出する構成が例示されている。
 電流センサ16は、バッテリ10を流れる電流であるバッテリ電流Ibを検出する。なお、電流センサ16を複数個設けるようにしてもよい。
 各温度センサ12、各電圧センサ14、電流センサ16の検出結果は監視ユニット20を経由して制御回路100に送信される。
 図1に戻って、制御回路100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)により構成され、各センサの検出結果や当該メモリに記憶された情報などに基づいて、所定の演算処理を実行する。
 制御回路100は、ユーザのアクセル操作量や車速に基づいて、モータジェネレータ41,42へのトルク要求値を設定する。制御回路100は、このトルク要求値に従ってモータジェネレータ41,42が動作するように、PCU30による電力変換を制御する。なお、エンジン50は、図示しない他のECUによって制御される。また、図1では、制御回路100を単一のユニットとして記載しているが、2つ以上の別個のユニットとしてもよい。
 車両5は、診断装置300と接続可能に構成される。実施例1では、診断装置300がディーラなどの修理工場に設けられるものとして説明する。なお、診断装置300を車両5の内部に設けてもよい。
 診断装置300は、制御回路100と同様に、図示しないCPUおよびメモリを内蔵した電子制御ユニットにより構成される。
 診断装置300は、修理工場に勤務するサービスマンなどによって操作される。診断装置300を車両5に接続すると、診断装置300と制御回路100との間の通信が可能な状態となる。診断装置300は、制御回路100との通信を行なってバッテリ10の劣化状態を診断する(以下、診断装置300による診断を「電池診断」という)。
 以下、診断装置300が行なう電池診断について説明する。バッテリ10のようなリチウムイオン二次電池を長期間使用すると、その内部に金属リチウムが析出して劣化する可能性がある。
 リチウムイオン二次電池の蓄電量が低い領域でリチウムイオン二次電池から放電させる場合、リチウムイオン二次電池の電圧は低下するが、その際の電圧低下量は、同じ放電量であっても、リチウム析出量が多いほど大きくなる。言い換えれば、同じ電圧低下量であっても、リチウム析出量が多いほど放電量は少なくなる(以下、この特性を「低域特性」ともいう)。
 診断装置300は、この低域特性を利用して、金属リチウム析出によるバッテリ10の劣化状態を診断する。具体的には、診断装置300は、バッテリ10の蓄電量が所定量よりも低い領域(以下、「低SOC領域」という)でバッテリ10の電圧を所定電圧だけ低下させた時のバッテリ10の放電量(バッテリ10から放電される電荷量)を算出し、算出した放電量に基づいて金属リチウム析出によるバッテリ10の劣化状態を診断する。
 図3は、診断装置300の、電池診断に関する部分の機能ブロック図である。図3に示した各機能ブロックは、電子回路等によるハードウェア処理によって実現してもよいし、プログラムの実行等によるソフトウェア処理によって実現してもよい。
 診断装置300は、算出部310と、診断部320とを備える。
 算出部310は、低SOC領域でバッテリ10の電圧を所定電圧だけ低下させた時のバッテリ10の放電量を算出する。そして、診断部320は、算出部310が算出した放電量に基づいて金属リチウム析出によるバッテリ10の劣化状態を診断する。
 以下、算出部310について説明する。算出部310は、積算部311と終了部312とを含む。
 積算部311は、診断装置300が車両5に接続されると、車両5の制御回路100との通信を開始し、制御回路100からの情報(各バッテリ温度Tb、各ブロック電圧Vb、バッテリ電流Ibなど)を受信したり、制御回路100に指令を送信したりして、以下の処理を行なう。
 積算部311は、まず、電池診断の開始条件が成立しているか否かを判断する。電池診断の開始条件は、たとえば、車両5の各電気機器が動作可能な状態(IGオン状態)で車両5が停止しており、かつ制御回路100からの情報に異常がない、という条件である。
 積算部311は、電池診断の開始条件が成立していると、バッテリ10の放電を開始させるとともに、以下に説明する電流積算処理を行なう。バッテリ10が放電した電荷は、車両5に搭載される補機バッテリ(図示せず)にDC/DCコンバータ(図示せず)を介して充電される。なお、バッテリ10が放電した電荷を他の電気機器で消費するようにしてもよい。
 以下、積算部311が行なう電流積算処理の内容について説明する。積算部311は、まず、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsに低下した時点でバッテリ電流Ibの積算を開始する。そして、積算部311は、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも所定電圧だけ低い測定終了電圧Veに低下した時点、または、バッテリ電流Ibの積算値が新品判定閾値A1(後述)以上となった時点で、バッテリ電流Ibの積算を終了し、バッテリ電流Ibの積算値をメモリに記憶する。これらの一連の処理が電流積算処理の内容である。
 電流積算処理に用いられる測定開始電圧Vsおよび測定終了電圧Veは、上述した低SOC領域でのブロック電圧Vbの変動範囲内に含まれる値に予め設定される。すなわち、電流積算処理で得られる電流積算値は、低SOC領域で所定電圧だけ電圧を低下させた時の電池ブロック11の放電量である。なお、以下では、電流積算処理で得られる電流積算値を「ブロック放電量Q」とも記載する。
 図4は、電流積算処理を行なった場合の各電池ブロック11の放電特性を示す図である。上述のように、電流積算処理では、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsから測定終了電圧Veに低下するまでの電流積算値がブロック放電量Qとして算出される。
 ブロック放電量Qは、上述した低域特性により、リチウム析出量が多いほど少なくなる。つまり、ブロック放電量Qの大きさによって、対応する電池ブロック11の金属リチウムの析出量を把握することができる。図4の実線L1に示すようにブロック放電量Qが新品判定閾値A1(後述)以上となる電池ブロック11は、金属リチウムがほとんど析出していない状態(以下、「新品状態」という)である。図4の破線L2に示すようにブロック放電量Qが新品判定閾値A1未満であるが使用不可判定閾値A2(後述)よりも大きくなる電池ブロック11は、新品状態よりは劣化しているがリチウム析出量がまだ少なく継続使用可能な状態である。図4の一点鎖線L3に示すようにブロック放電量Qがさらに低下し使用不可判定閾値A2よりも小さくなる電池ブロック11は、リチウム析出量が多く継続使用不可な状態である。
 積算部311は、電流積算処理を、各ブロック電圧Vb1~Vbnごと(各電池ブロック11ごと)に個別に行なう。したがって、各ブロック電圧Vb1~Vbnごとに、それぞれブロック放電量Q1~Qnが算出される。
 なお、図4の二点鎖線L4は、電流積算処理によってブロック電圧Vbが測定終了電圧Veよりもさらに低下して過放電判定閾値Vlowまで低下した場合の放電特性を示している。リチウム析出量が非常に多く劣化が著しい電池ブロックでは、他の電池ブロックよりも早期にブロック電圧Vbが測定終了電圧Veに低下して電流積算処理が終了される。しかしながら、後述する終了条件が成立するまでは他の電池ブロックの電流積算処理が継続されるため、電流積算処理が終了した電池ブロックにおいても放電が継続される。その結果、劣化が著しい電池ブロックでは、図4の二点鎖線L4に示すように、ブロック電圧Vbが過放電判定閾値Vlowまで低下する場合も生じ得る。
 図3に戻って、終了部312は、以下の終了条件が成立したか否かを判断し、終了条件が成立した時点で積算部311による電流積算処理を終了させる。終了条件には、正常終了条件と、中断終了条件とがある。
 正常終了条件は、積算部311による電流積算処理を正常終了させ、診断部320による電池診断の判定処理に移行させるための条件である。終了部312は、たとえば、以下の(a1)~(a4)のいずれかが成立した場合に正常終了条件が成立したと判断して、電流積算処理を正常終了させる。
(a1) ブロック放電量Q1~Qnのすべてが新品判定閾値A1以上である。
(a2) ブロック電圧Vb1~Vbnのすべてが測定終了電圧Ve以下である。
(a3) ブロック電圧Vb1~Vbnの少なくともいずれか1つが測定終了電圧Ve以下で、かつ、対応するブロック放電量Qが使用不可判定閾値A2未満である。
(a4) ブロック電圧Vb1~Vbnの少なくともいずれか1つが過放電判定閾値Vlow以下である。
 なお、正常終了時には、積算部311は、正常終了時点のブロック放電量Q1~Qnをブロック電圧Vb1~Vbnとともに診断部320に出力する。
 一方、中断終了条件は、積算部311による電流積算処理を強制的に中断して終了させるための条件である。終了部312は、たとえば、以下の(b1)~(b4)のいずれかが成立した場合に中断終了条件が成立したと判断して、電流積算処理を強制的に中断して終了させる。
(b1) 制御回路100からの情報に異常が発生した。
(b2) バッテリ温度Tbが所定温度範囲外である。
(b3) IGオン状態を解除する操作(IGオフ操作)があった。
(b4) 電流積算処理の開始からの経過時間が上限時間を越えた。
 なお、中断終了の場合は、診断部320による電池診断の判定処理には移行されない。
 次に、診断部320について説明する。診断部320は、算出部310からのブロック放電量Q(Q1~Qn)およびブロック電圧Vb(Vb1~Vbn)に基づいて、金属リチウム析出によるバッテリ10の劣化状態を診断する。診断部320は、判定部321と設定部322とを含む。
 判定部321は、電流積算処理が正常終了した場合、以下の第1~3条件の成否を判断し、その結果に従って金属リチウム析出によるバッテリ10の劣化状態を判定する判定処理を行なう。
 第1条件は、ブロック放電量Q1~Qnのすべてが新品判定閾値A1以上(図4の実線L1参照)である、という条件である。第1条件が成立している場合、判定部321は、バッテリ10が「新品状態」であると判定し、「新品状態」を示す信号R1を出力する。
 第2条件は、ブロック電圧Vb1~Vbnの少なくともいずれか1つが測定終了電圧Ve以下で、かつ、対応するブロック放電量Qが使用不可判定閾値A2未満(図4の一点鎖線L3参照)である、という条件である。
 第3条件は、少なくともいずれか1つのブロック電圧Vbが過放電判定閾値Vlow以下(図4の二点鎖線L4参照)であり、かつ、ブロック放電量Q1~Qnのすべてが使用不可判定閾値A2未満である、という条件である。
 第2条件または第3条件が成立している場合、判定部321は、バッテリ10が「使用不可」であると判定し、「使用不可」を示す信号R2を出力する。
 第1~第3条件のいずれの条件も成立していない場合(図4の破線L2参照)、判定部321は、バッテリ10が「使用可能」であると判定し、「使用可能」を示す信号R3を出力する。
 なお、判定部321の判定結果は、診断装置300のディスプレイや車両5のインフォメーションパネルなどに表示されてユーザに知らされる。
 設定部322は、電流積算処理時のバッテリ温度Tbおよびバッテリ電流Ibに基づいて、上述した新品判定閾値A1、使用不可判定閾値A2を設定する。
 図5は、電流積算処理時のバッテリ温度Tbおよびバッテリ電流Ibと、新品判定閾値A1との対応関係を示す図である。新品状態のバッテリ10であっても低温状態では放電量が低下することを考慮し、設定部322は、電流積算処理時のバッテリ温度Tbが低いほど、新品判定閾値A1を小さい値に設定する。これにより、低温状態であっても、新品のバッテリ10が「新品」以外の状態と誤判定されることが防止される。
 新品判定閾値A1は、全ての電池ブロック11に共通する値を設定してもよいし、各電池ブロック11ごとに個別に設定してもよい。いずれの場合であっても、新品判定閾値A1の設定に用いるバッテリ温度Tbは、バッテリ10内の最低温度(必要に応じて各電池ブロック11内の最低温度)を使用することが望ましい。このようにすれば、バッテリ10内の最低温度が低いほど新品判定閾値A1は低い値に設定されるため、新品状態のバッテリ10が「新品状態」以外の状態と誤判定されることをより確実に防止できる。
 また、設定部322は、図5に示すように、電流積算処理時のバッテリ電流Ibが高いほど、新品判定閾値A1を小さい値に設定する。
 設定部322は、新品判定閾値A1と同様、電流積算処理時のバッテリ温度Tbおよびバッテリ電流Ibに基づいて使用不可判定閾値A2を設定する。なお、使用不可判定閾値A2を他の手法で設定してもよいし、固定値としてもよい。
 設定部322が設定した新品判定閾値A1および使用不可判定閾値A2は、判定部321に出力され、上述した判定処理に用いられる。また、新品判定閾値A1および使用不可判定閾値A2は、算出部310にも出力され、電流積算処理および電流積算処理の終了条件の判断に用いられる。
 図6は、上述の機能を実現するための診断装置300の処理手順を示すフローチャートである。以下に示すフローチャートの各ステップ(以下、ステップを「S」と略す)は、上述したようにハードウェア処理によって実現してもよいしソフトウェア処理によって実現してもよい。
 S10にて、診断装置300は、上述した電池診断の開始条件が成立したか否かを判断する。電池診断の開始条件が成立すると(S10にてYES)、処理はS20に移される。そうでないと(S10にてNO)、この処理は終了する。
 S20にて、診断装置300は、バッテリ10の放電を開始させる。S30にて、診断装置300は、上述した電流積算処理を行なう。
 図7は、電流積算処理を行なう場合の診断装置300の処理手順を示すフローチャートである。なお、この処理は、各電池ブロック11ごとに個別に実行される。
 S31にて、診断装置300は、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも低下したか否かを判断する。ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも低下すると(S31にてYES)、処理はS32に移される。そうでないと(S31にてNO)、処理はS31に戻される。S32にて、診断装置300は、バッテリ電流Ibの積算を開始する。
 S33にて、診断装置300は、ブロック電圧Vbが測定終了電圧Veよりも低下したか否かを判断する。ブロック電圧Vbが測定終了電圧Veよりも低下すると(S33にてYES)、処理はS35に移される。そうでないと(S33にてNO)、処理はS34に移される。
 S34にて、診断装置300は、バッテリ電流Ibの積算を継続する。その後、処理はS33に戻される。
 S35にて、診断装置300は、バッテリ電流Ibの積算を終了する。S36にて、診断装置300は、積算終了時点のバッテリ電流Ibの積算値をブロック放電量Qとしてメモリに記憶する。なお、電流積算処理は各電池ブロック11ごとに個別に実行されるため、n個のブロック放電量Q(ブロック放電量Q1~Qn)がメモリに記憶される。
 図6に戻って、S40にて、診断装置300は、上述した終了条件(正常終了条件または中断終了条件)が成立したか否かを判断する。終了条件が成立すると(S40にてYES)、処理はS50に移される。そうでないと(S40にてNO)、処理はS30に戻される。なお、図6においては、S30の電流積算処理後にS40の判断を行なう手順を示しているが、実際には、S30の電流積算処理中においてもS40の判断が行なわれる。すなわち、S30の電流積算処理中に終了条件が成立すると、処理はS50に移される。
 S50にて、診断装置300は、S30の電流積算処理を終了し、バッテリ10の放電を停止させる。
 S60にて、診断装置300は、上述した手法(図5のマップ参照)で新品判定閾値A1、使用不可判定閾値A2を設定する。
 S70にて、診断装置300は、上述した判定処理を行なう。
 図8は、判定処理を行なう場合の診断装置300の処理手順を示すフローチャートである。
 S71にて、診断装置300は、電流積算処理の終了が正常終了であったか否かを判断する。正常終了であると(S71にてYES)、処理はS72に移される。そうでないと(S71にてNO)、この処理は終了し、判定処理は行なわれない。
 S72にて、診断装置300は、第1条件が成立しているか否かを判断する。第1条件は、上述したように、ブロック放電量Q1~Qnのすべてが新品判定閾値A1以上である、という条件である。第1条件が成立していると(S72にてYES)、処理はS73に移される。そうでないと(S72にてNO)、処理はS74に移される。
 S73にて、診断装置300は、バッテリ10が「新品状態」であると判定する。
 S74にて、診断装置300は、第2条件が成立しているか否かを判断する。第2条件は、上述したように、ブロック電圧Vb1~Vbnの少なくともいずれか1つが測定終了電圧Ve以下で、かつ、対応するブロック放電量Qが使用不可判定閾値A2未満である、という条件である。第2条件が成立していると(S74にてYES)、処理はS75に移される。そうでないと(S74にてNO)、処理はS76に移される。
 S75にて、診断装置300は、バッテリ10が「使用不可」であると判定する。
 S76にて、診断装置300は、第3条件が成立しているか否かを判断する。第3条件は、上述したように、少なくともいずれか1つのブロック電圧Vbが過放電判定閾値Vlow以下であり、かつ、ブロック放電量Q1~Qnのすべてが使用不可判定閾値A2未満である、という条件である。第3条件が成立していると(S76にてYES)、処理はS75に移される。そうでないと(S76にてNO)、処理はS77に移される。
 S77にて、診断装置300は、バッテリ10が「使用可能」であると判定する。
 以上のように、本実施例1に従う診断装置300は、バッテリ10の各ブロック電圧を低SOC領域で測定開始電圧Vsから測定終了電圧Veまで低下させた時の放電量を各ブロックごとに算出し、算出した各放電量に基づいて、金属リチウム析出によるバッテリ10の劣化状態を診断する。そのため、低SOC領域では同じ電圧低下量であってもリチウム析出量が多いほど放電量が少なくなるという特性(低域特性)を利用して、金属リチウム析出によるバッテリ10の劣化状態を高精度で判定することができる。
 [実施例2]
 上述したように、低域特性を利用してバッテリ10の劣化状態を高精度で判定するためには、電流積算処理に用いられる測定開始電圧Vsを低SOC領域でのブロック電圧Vbの変動範囲内に含まれる値に設定する必要がある。そのため、測定開始電圧Vsを比較的低い値にする必要がある。その一方で、測定開始電圧Vsが低過ぎると、返って判定精度が低下する。
 図9は、測定開始電圧Vsから電流積算を開始した場合の放電量と、測定開始電圧Vsと測定終了電圧Veとの間の中間電圧Vmidから電流積算を開始した場合の放電量とを比較した図である。
 劣化した二次電池の放電量(実線)と新品状態の二次電池の放電量(破線)との差が診断対象の二次電池の金属リチウムの析出量に対応する値であるが、この放電量の差はブロック電圧Vbが比較的高いとことから発生する。したがって、図9に示すように、測定開始電圧Vsから中間電圧Vmidに低下した時点でも既に劣化した二次電池の放電量と新品状態の二次電池との間には放電量差Δqが発生する。そのため、中間電圧Vmidから電流積算を開始すると、電流積算処理の結果で得られる放電量に上述した放電量差Δqが加味されなくなる。つまり、中間電圧Vmidから電流積算を開始した場合の放電量差ΔQlowは、測定開始電圧Vsから電流積算を開始した場合の放電量差ΔQよりもΔqだけ小さくなり、その分、判定精度も低下する。
 したがって、電池診断の開始条件が成立した時点でブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも低い場合には、判定精度を低下させないために、一旦、バッテリ10を充電して各ブロック電圧Vb1~Vbnを測定開始電圧Vsまで増加させた後に、電流積算処理を実行する必要があり、電池診断に要する時間が長くなってしまう。
 このような問題に鑑み、実施例2では、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsから中間電圧Vmidに低下するまでのバッテリ電流Ibの積算値(以下、「ブロック放電量Q0」という)を車両5の走行中(通常運転中)に制御回路100aが予め算出して記憶しておく。そして、診断装置300aは、車両5の停止中に行なわれる電池診断時に、ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidから測定終了電圧Veに低下するまでのバッテリ電流Ibの積算値(以下、「ブロック放電量Qd」という)を算出するとともに、車両5の走行中に記憶されたブロック放電量Q0を制御回路100aから読み出す。診断装置300aは、ブロック放電量Qdにブロック放電量Q0を加えた値をブロック放電量Qとして用いて判定処理を行なう。
 図10は、実施例2に従う制御回路100aおよび診断装置300aの、電池診断に関する部分の機能ブロック図である。実施例2では、診断装置300aがディーラなどの修理工場に設けられるものとして説明する。なお、実施例1と同様、診断装置300aを車両5の内部に設けてもよい。
 制御回路100aは、積算部110と、記憶部120とを備える。積算部110は、車両5の走行中に、測定開始電圧Vsから中間電圧Vmidまでのバッテリ電流Ibの積算値を算出し、算出した積算値をブロック放電量Q0として記憶部120に記憶する。
 図11は、制御回路100aによるブロック放電量Q0の算出手法を示す図である。図11に示すように、積算部110は、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも低下した時点でバッテリ電流Ibの積算を開始し、ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidに低下した時点で積算を終了する。そして、積算終了時点の積算値をブロック放電量Q0として記憶部120に記憶する。ブロック放電量Q0の算出は、各電池ブロック11ごとに行なわれる。したがって、記憶部120には、各電池ブロック11に対応するn個のブロック放電量Q0(Q01~Q0n)が記憶される。なお、バッテリ10の使用期間が比較的短く劣化が進行していない段階では実際に電池診断が行なわれる可能性が低いことに鑑み、ブロック放電量Q0の算出を、たとえばバッテリ10の使用期間が所定年数を超えた後に1トリップに1回だけ行なうようにしてもよい。
 図12は、ブロック放電量Q0を算出する場合の制御回路100aの処理手順を示すフローチャートである。なお、この処理は、各電池ブロック11ごとに個別に実行される。
 S100にて、制御回路100aは、車両5の走行中に所定条件が成立したか否かを判断する。所定条件は、低SOC領域であり、かつバッテリ温度Tbが所定温度範囲に含まれており、かつバッテリ電流Ibが所定範囲内に含まれている状態でブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも低下した、という条件である。この条件は、後述するブロック放電量Q0の算出精度(電池診断の判定精度)を確保するための条件である。所定条件が成立すると(S100にてYES)、処理はS101に移される。そうでないと(S100にてNO)、処理はS100に戻される。S101にて、制御回路100aは、バッテリ電流Ibの積算を開始する。
 S102にて、制御回路100aは、ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidよりも低下したか否かを判断する。ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidよりも低下すると(S102にてYES)、処理はS104に移される。そうでないと(S102にてNO)、処理はS103に移される。
 S103にて、制御回路100aは、バッテリ電流Ibの積算を継続する。その後、処理はS102に戻される。
 S104にて、制御回路100aは、バッテリ電流Ibの積算を終了する。
 S106にて、制御回路100aは、バッテリ電流Ibの積算値をブロック放電量Q0として記憶部120に記憶する。なお、この処理は各電池ブロック11ごとに個別に実行されるため、n個のブロック放電量Q0(ブロック放電量Q01~Q0n)が記憶部120に記憶される。
 図10に戻って、診断装置300aの機能について説明する。診断装置300aは、算出部310aと、診断部320とを備える。算出部310aは、積算部311aと、終了部312とを含む。終了部312および診断部320の機能は、実施例1で説明したため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
 積算部311aは、電流積算を開始する電圧を中間電圧Vmidとして実施例1と同様の手法で電流積算処理を行なって、ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidから測定終了電圧Veに低下するまでのブロック放電量Qd(Qd1~Qdn)を算出する。
 そして、積算部311aは、正常終了条件が成立した場合、車両5の記憶部120に記憶されたブロック放電量Q0を読み出し、読み出したブロック放電量Q0に算出したブロック放電量Qdを加えた値をブロック放電量Qとして算出して判定部321に出力する。
 図13は、積算部311aによるブロック放電量Qの算出手法を示す図である。ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsから中間電圧Vmidに低下するまでのブロック放電量Q0は、制御回路100aによって車両5の走行中に予め算出されて記憶されている。積算部311aは、電池診断の開始条件が成立した時のブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも低い場合であっても、ブロック電圧Vbを測定開始電圧Vsに増加させることなく(バッテリ10を充電することなく)、中間電圧Vmidから電流積算処理を開始してブロック放電量Qdを算出する。そして、制御回路100aから読み出したブロック放電量Q0にブロック放電量Qdを加えた値をブロック放電量Qとして算出する。なお、この処理も各電池ブロック11ごとに行なわれる。すなわち、積算部311aは、各ブロック放電量Q01~Q0nにそれぞれ対応する各ブロック放電量Qd1~Qdnを加えた値を各ブロック放電量Q1~Qnとして算出する。
 このようにすると、実際の診断時にブロック電圧Vbが中間電圧Vmidから測定終了電圧Veに低下するまでのブロック放電量Qdのみを算出するだけで、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsから測定終了電圧Veに低下するまでのブロック放電量Qを算出することができる。つまり、診断開始時のブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも低い場合であっても、一旦ブロック電圧Vbを測定開始電圧Vsまで増加させることなく、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsから測定終了電圧Veに低下するまでのブロック放電量Qを算出することができる。そのため、診断精度を低下させることなく、診断に要する時間を短縮することができる。
 図14は、診断装置300aによる電流積算処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図14に示したフローチャートの中で、前述の図7に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
 S31aにて、診断装置300aは、ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidよりも低下したか否かを判断する。ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidよりも低下すると(S31aにてYES)、処理はS32に移される。そうでないと(S31aにてNO)、処理はS31aに戻される。
 S35aにて、診断装置300aは、バッテリ電流Ibの積算を終了する。なお、この時点までのバッテリ電流Ibの積算値が、ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidから測定終了電圧Veに低下するまでのブロック放電量Qdである。
 S36aにて、診断装置300aは、車両5の制御回路100aに記載されているブロック放電量Q0を読み出す。
 S36bにて、診断装置300aは、制御回路100aから読み出したブロック放電量Q0に、電流積算処理で算出したブロック放電量Qdを加えた値を、ブロック放電量Qとして算出する。
 S36cにて、診断装置300aは、算出したブロック放電量Q(=Q0+Qd)をメモリに記憶する。この処理で記憶されたブロック放電量Q(=Q0+Qd)が後の判定処理(図6のS70、図7参照)に用いられる。
 以上のように、実施例2では、車両5の走行中に、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsから中間電圧Vmidに低下するまでのブロック放電量Q0を予め算出して記憶しておく。そして、診断時には、ブロック電圧Vbが中間電圧Vmidから測定終了電圧Veに低下するまでのブロック放電量Qdを算出し、ブロック放電量Q0とブロック放電量Qdとを加味して電池診断を行なう。そのため、診断精度を低下させることなく、診断に要する時間を短縮することができる。
 [実施例3]
 実施例1では、電流積算処理時にバッテリ10に蓄えられた電荷を車両5の内部の補機バッテリに放電していた。また、実施例1では、診断装置300を車両5の外部に設けていた。
 これに対し、実施例3では、電流積算処理時にバッテリ10に蓄えられた電荷を車両の外部に設けられた電源に放電する。また、実施例3では、診断装置300を車両内部に設ける。
 図15は、実施例3に従う車両5bの概略構成を説明するブロック図である。図15に示すように、車両5bは、診断装置300を内部に備える。なお、診断装置300を制御回路100と一体的に設けるようにしてもよい。
 また、車両5bは、いわゆるプラグイン車両であり、充放電機能を有する外部電源310の電力でバッテリ10を充電することが可能である。車両5bは、外部電源310に接続可能に構成されるコネクタ210と、バッテリ10とコネクタ210との間に設けられた充放電装置200とを備える。その他の構造、機能、処理は、前述の第1の実施の形態と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
 充放電装置200は、制御回路100からの信号に基づいて、外部電源400からバッテリ10への充電、およびバッテリ10から外部電源400への放電を行なう。
 図16は、実施例3に従う診断装置300の処理手順を示すフローチャートである。なお、図16に示したフローチャートの中で、前述の図6に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
 S10aにて、診断装置300は、外部電源400がコネクタ210に接続されたか否かを判断する。外部電源400がコネクタ210に接続されると(S10aにてYES)、処理はS10bに移される。そうでないと(S10aにてNO)、この処理は終了する。
 S10bにて、診断装置300は、診断許可条件が成立したか否かを判断する。診断許可条件は、バッテリ10の蓄電量が所定量よりも低い(低SOC領域である)、という条件である。なお、低SOC領域ではブロック電圧Vbが所定値よりも低くなるため、診断許可条件を、ブロック電圧Vbが所定値よりも低い、という条件にしてもよい。また、診断許可条件にバッテリ10の使用年数が所定年数を超えたという条件を加えてもよい。診断許可条件が成立すると(S10bにてYES)、処理はS20aに移される。そうでないと(S10bにてNO)、この処理は終了する。
 S20aにて、診断装置300は、バッテリ10から外部電源400への放電を開始させる。
 S50aにて、診断装置300は、バッテリ10から外部電源400への放電を停止させる。
 S80にて、診断装置300は、外部電源400からバッテリ10への充電開始を許可する。これにより、外部電源400からバッテリ10への充電が開始される。
 このように、実施例3では、外部電源400の電力でバッテリ10を充電可能な車両5bの内部に診断装置300を備え、外部電源400がプラグイン車両に接続された時(ユーザが外部電源400からバッテリ10へ充電を開始しようとする時)に、バッテリ10の電荷を外部電源400に放電して電池診断を行なう。
 このようにすれば、車両5bを修理工場に持ち込まなくても電池診断を行なうことができる。また、電流積算処理時の放電先を外部電源400にすることによってバッテリ10から安定的に放電させることができるため、バッテリ電流Ibの積算値を高い精度で算出することができる。
 また、外部電源400がプラグイン車両に接続された時に、常に電池診断を行なうのではなく、バッテリ10の低域特性を利用できる低SOC領域である場合に限って、電池診断を行なう。そのため、バッテリ10の蓄電量が高い領域から電池診断のためだけに低SOC領域に低下させることを回避でき、無駄な電力消費を抑制することができる。
 [実施例3の変形例]
 上述の実施例3では、外部電源400からバッテリ10への充電を開始する前に電池診断が行なわれるため、各ブロック電圧Vbは測定終了電圧Veまで低下することになる。このような場合には、電池診断後に、バッテリ10の電荷を外部電源400にさらに放電してバッテリ10の蓄電量を略零(零よりも僅かに大きい値)まで一旦低下させてから外部電源400からバッテリ10への充電を開始し、充電開始時からバッテリ10が満充電状態になるまでにバッテリ10に充電された電荷量をバッテリ10の蓄電可能容量として計測するようにしてもよい。なお、バッテリ10が満充電状態になったか否かは、たとえばブロック電圧Vbが満充電状態に対応する電圧に達したか否かで判断すればよい。
 図17は、実施例3の変形例に従う診断装置300の処理手順を示すフローチャートである。なお、図17に示したフローチャートの中で、前述の図16に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
 S80aにて、診断装置300は、S70の判定処理後に、バッテリ10の蓄電量が略零になるまでバッテリ10の電荷をさらに外部電源400に放電させる。
 S80bにて、診断装置300は、バッテリ10の蓄電量が略零になった後に外部電源400からバッテリ10への充電開始を許可する。これにより、外部電源400からバッテリ10への充電が開始される。
 S80cにて、診断装置300は、充電開始からバッテリ10が満充電状態にまるまでにバッテリ10に充電された電荷量(バッテリ電流Ibの積算値)を、バッテリ10の蓄電可能容量として計測する。
 このように、外部電源400からバッテリ10への充電開始時に上記の処理を行なうことによって、バッテリ10の劣化による蓄電可能容量の低下を定期的にかつ高い精度で検出することができる。
 [実施例4]
 実施例2の冒頭でも述べたように、バッテリ10の劣化状態を高精度で判定するためには、測定開始電圧Vsを比較的低い値にする必要があるが、測定開始電圧Vsが低過ぎると返って判定精度が低下する。
 この点に鑑み、実施例4では、ブロック電圧Vbが基準電圧よりも低い場合には、電流積算処理を測定開始電圧Vsから開始できないと判断して、診断を行なわないようにする。なお、以下では、基準電圧を測定開始電圧Vsに設定した場合について説明する。
 図18は、実施例4の変形例に従う診断装置300の処理手順を示すフローチャートである。なお、図18に示したフローチャートの中で、前述の図6に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
 S11にて、診断装置300は、電流センサ16のオフセット学習を行なう。診断装置300は、バッテリ10の充放電が行なわれてない状態での電流センサ16の出力値をオフセット量として記憶する。診断装置300は、電流センサ16の検出値をオフセット量で補正してバッテリ電流Ibを把握する。
 S12にて、診断装置300は、各ブロック電圧Vb1~Vbnのうちの最も低いブロック電圧Vbが測定開始電圧Vs(基準電圧)よりも高いか否かを判断する。
 最も低いブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも高いと(S12にてYES)、診断装置300は、処理をS30以降に進め、電池診断を行なう。
 一方、最も低いブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも低いと(S12にてNO)、診断装置300は、処理を終了させ、電池診断を行なわない。
 このように、電池診断の判定精度が低い状況では電池診断が行なわないようにすることで、誤判定されることを防止することができる。
 なお、電池診断の判定精度が低下する要因として、ブロック電圧Vb以外に、バッテリ温度Tbやバッテリ電流Ibがある。バッテリ温度Tbが低いほど、また、バッテリ電流Ibが大きいほど、検出精度が低下する傾向にある。そのため、図18のS12の処理やS40の処理で、ブロック電圧Vbが測定開始電圧Vsよりも高いか否かに加えて、バッテリ温度Tbが所定温度範囲に含まれているか否か、および、バッテリ電流Ibが所定範囲内に含まれるか否かを判断し、これらのいずれかの条件を満足しない場合には、誤判定を防止するために電池診断を行なわないようにしてもよい。
 今回開示された実施例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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。
 5,5b 車両、10 バッテリ、10a 電池セル、11 電池ブロック、12 温度センサ、14 電圧センサ、16 電流センサ、20 監視ユニット、22,24 システムメインリレー、41,42 モータジェネレータ、50 エンジン、60 動力分割機構、70 駆動軸、80 車輪、100,100a 制御回路、110,311,311a 積算部、120 記憶部、200 充放電装置、210 コネクタ、300,300a 診断装置、310,310a 算出部、312 終了部、320 診断部、321 判定部、322 設定部、400 外部電源。

Claims (14)

  1.  二次電池(10)の診断装置であって、
     前記二次電池から放電させて、前記二次電池の蓄電量が所定量よりも低い状態で前記二次電池の電圧が第1電圧から前記第1電圧よりも低い第2電圧に低下するまでに前記二次電池が放電する電荷量を診断用放電量として算出する算出処理を行なう算出部(310)と、
     前記診断用放電量に基づいて前記二次電池の劣化診断を行なう診断部(320)とを備える、二次電池の診断装置。
  2.  前記診断部は、前記算出処理時の前記二次電池の放電電流値および温度に基づいて前記劣化診断に用いるしきい値を設定し、前記しきい値と前記診断用放電量とを比較した結果に基づいて前記劣化診断を行なう、請求の範囲第1項に記載の二次電池の診断装置。
  3.  前記診断部は、前記算出処理時の前記二次電池の放電電流値および前記二次電池内部の最低温度に基づいて前記劣化診断に用いる第1しきい値を設定し、前記第1しきい値と前記診断用放電量とを比較した結果に基づいて前記二次電池がほとんど劣化していない第1状態であるか否かの診断を行なう、請求の範囲第1項に記載の二次電池の診断装置。
  4.  前記診断部は、前記第1しきい値に加えて前記第1しきい値よりも小さな第2しきい値を設定し、前記診断用放電量が前記第1しきい値よりも大きい場合に前記二次電池が前記第1状態であると診断し、前記診断用放電量が前記第1しきい値よりも小さくかつ前記第2しきい値よりも大きい場合に前記二次電池が前記第1状態よりは劣化しているが継続使用は可能な第2状態であると診断し、前記診断用放電量が前記第2しきい値よりも小さい場合に前記二次電池が前記第2状態よりも劣化しており継続使用ができない第3状態であると診断する、請求の範囲第3項に記載の二次電池の診断装置。
  5.  前記算出部は、前記二次電池の蓄電量が前記所定量よりも小さい場合に前記算出処理を行ない、前記二次電池の蓄電量が前記所定量よりも大きい場合には前記算出処理を行なわない、請求の範囲第1項に記載の二次電池の診断装置。
  6.  前記算出部は、前記二次電池の電圧が前記第1電圧よりも高い場合に前記算出処理を行ない、前記二次電池の電圧が前記第1電圧よりも低い場合は前記算出処理を行なわない、請求の範囲第1項に記載の二次電池の診断装置。
  7.  前記二次電池は、前記二次電池の電力で走行可能な車両に搭載され、
     前記車両は、走行中に所定条件が成立した場合、前記二次電池の電圧が前記第1電圧から前記第1電圧と前記第2電圧との間の中間電圧に低下するまでに前記二次電池が放電した電荷量を第1放電量として算出して記憶する制御装置(100)を備え、
     前記算出部は、前記算出処理時に前記制御装置から前記第1放電量を取得し、前記第1放電量を加味して前記診断用放電量を算出する、請求の範囲第1項に記載の二次電池の診断装置。
  8.  前記算出部は、前記車両の停止中に前記二次電池の電圧が前記中間電圧から前記第2電圧に低下するまでに前記二次電池が放電した電荷量を第2放電量として算出し、前記第1放電量に前記第2放電量を加えた値を前記診断用放電量として算出する、請求の範囲第7項に記載の二次電池の診断装置。
  9.  前記二次電池および前記診断装置は、前記二次電池の電力で走行可能で、かつ、外部電源と前記二次電池との間で電力を授受させるための充放電装置を備えた車両に搭載され、
     前記算出部は、前記外部電源が前記車両に接続された場合に、前記充放電装置を制御して前記二次電池から前記外部電源に放電させて前記算出処理を行なう、請求の範囲第1項に記載の二次電池の診断装置。
  10.  前記診断装置は、前記外部電源が前記車両に接続された場合、前記二次電池の蓄電量が所定量よりも小さいときは、前記二次電池から前記外部電源に放電させて前記二次電池の蓄電量を略零にした後に前記二次電池への充電を開始し、充電開始から前記二次電池が満充電状態になるまでに前記二次電池に充電された電荷量を前記二次電池の蓄電可能容量として計測する、請求の範囲第9項に記載の二次電池の診断装置。
  11.  前記二次電池は、リチウムイオン二次電池である、請求の範囲第1項に記載の二次電池の診断装置。
  12.  診断装置(300)によって劣化状態の診断が可能な二次電池(10)を備えた車両であって、
     前記診断装置は、前記二次電池の蓄電量が所定量よりも低い状態で前記二次電池の電圧が第1電圧から前記第1電圧よりも低い第2電圧に低下するまでに前記二次電池が放電した電荷量に基づいて前記二次電池の劣化診断を行ない、
     前記車両は、
     前記車両の走行中に所定条件が成立した場合、前記二次電池の電圧が前記第1電圧から前記第1電圧と前記第2電圧との間の中間電圧に低下するまでに前記二次電池が放電した電荷量を第1放電量として算出する算出部(110)と、
     前記第1放電量を前記診断装置に取得させるために、前記第1放電量を記憶する記憶部(120)とを備え、
     前記診断装置は、前記車両の停止中に前記記憶部から前記第1放電量を取得し、前記第1放電量を加味して前記劣化診断を行なう、車両。
  13.  前記車両は、前記診断装置を内部に備える、請求の範囲第12項に記載の車両。
  14.  二次電池(10)の診断装置(300)が行なう診断方法であって、
     前記二次電池から放電させて、前記二次電池の蓄電量が所定量よりも低い状態で前記二次電池の電圧が第1電圧から前記第1電圧よりも低い第2電圧に低下するまでに前記二次電池が放電する電荷量を診断用放電量として算出する算出処理を行なうステップと、
     前記診断用放電量に基づいて前記二次電池の劣化診断を行なうステップとを含む、二次電池の診断方法。
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