JP4668015B2

JP4668015B2 - 二次電池の状態検出方法および二次電池の状態検出装置

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Publication number: JP4668015B2
Application number: JP2005259726A
Authority: JP
Inventors: 啓一南浦
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-09-07
Also published as: JP2006126172A

Description

本発明は、電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等に、モータの動力源および各種負荷の駆動源として搭載されるニッケル−水素電池（nickel-metal hydride battery :Ni-MH battery）などの二次電池の内部抵抗（ＩＲ）を車両走行中に推定し、電池の劣化状態や異常を検出する技術に関する。

従来から、二次電池の内部抵抗を算出して電池の劣化状態や異常を検出することはよく知られている。例えば、ＨＥＶなどの電動車両は、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合に、余剰の動力で発電機を駆動して二次電池の充電を行う。逆に、ＨＥＶなどの電動車両は、エンジンからの出力が小さい場合は、二次電池の電力を用いてモータを駆動することによって、エンジン出力の不足を補っている。

例えば、特許文献１は、このような電力を消費または回生する負荷に接続された二次電池の内部抵抗を検出する方法を開示している。具体的には、先ず、所定時間に亘って、充放電時の電流Ｉと、電圧Ｖと、温度Ｔとをサンプリングする。次に、サンプリングした電流Ｉを積算して、その間の最大蓄電量Ｑｍａｘと最小蓄電量Ｑｍｉｎとを求め、更にこれらの偏差△Ｑを求める。次に、その間の蓄電量の偏差ΔＱ、電流Ｉの分布、温度Ｔの全てが適正な場合に、サンプリングした電流Ｉと電圧Ｖとの直線近似解を求め、求められた直線の傾きから内部抵抗を算出する。
特開２０００−３２３１８３号公報

このように、ＨＥＶ等の電動車両に搭載される二次電池の内部抵抗は、車両走行中に測定される電流Ｉと電圧Ｖに基づいて算出される。

しかし、走行中に測定される電流Ｉや電圧Ｖは、正常な二次電池でも、車両の発進時や停止時等の充放電パターン状態によって変化する場合がある。また、二次電池に微小短絡が発生し、これによって二次電池が劣化し、放電時のみ電圧Ｖが低下する場合がある。このため、上記した方法によって正確な内部抵抗値を求めることは困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両走行中における二次電池の内部抵抗値の推定精度を向上させ、二次電池の劣化度合いや異常を正確に診断できる二次電池の状態検出方法および二次電池の状態検出装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の状態検出方法は、（ａ）二次電池に流れる電流と、前記電流に対応した前記二次電池の端子電圧との組データを複数個取得する工程と、（ｂ）特定の選別条件が満たされた場合に、前記複数個の組データを有効とする工程と、（ｃ）充放電時の前記有効な複数個の組データに対して統計処理を行い、統計処理により求めた近似直線における傾きから前記二次電池の充放電時の内部抵抗値を算出する工程と、（ｄ）充電時の前記有効な複数個の組データに対して統計処理を行い、統計処理により求めた近似直線の傾きから前記二次電池の充電時の内部抵抗値を算出する工程と、（ｅ）前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値とに基づいて、前記二次電池の内部抵抗値を算出する工程とを含むことを特徴とする。

二次電池が劣化（微小短絡）している場合、充電時の電圧は通常の電圧とほぼ等しく、充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値は、本来の内部抵抗値となる。一方、この場合、放電時の電圧は低下し、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値と充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値は等しくならない。そこで、本発明に係る二次電池の状態検出方法は、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値に加えて、充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値を参照することによって、より正確に内部抵抗値を算出する。

本発明に係る二次電池の状態検出方法はさらに、前記充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）と前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）との差の絶対値（ΔＲ＝｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜）が第１の所定値（ΔＲＴ１）以下であるかどうかを判定する工程を、更に含み、前記（ｅ）の工程において、前記充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）と前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）との差の絶対値（ΔＲ＝｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜）が第１の所定値（ΔＲＴ１）以下である場合に、前記二次電池の内部抵抗値を算出する態様とできる。

この場合、前記（ｅ）の工程において、前記充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）と前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）との差の絶対値（ΔＲ＝｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜）が第１の所定値（ΔＲＴ１）以下である場合に、前記充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）と前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）のうち小さいほう（ｍｉｎ（Ｒｃｄ，Ｒｃ））を前記二次電池の内部抵抗値（ＩＲ）として算出するのが好ましい。

また、上記態様においては、前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）よりも前記充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）のほうが大きいかどうかを判定する工程と、前記充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）と前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）との差（Ｒｃｄ−Ｒｃ）が、前記第１の所定値（ΔＲＴ１）よりも大きい第２の所定値（ΔＲＴ２）よりも大きいかどうかを判定する工程とを、更に含み、前記（ｅ）の工程において、前記充放電時（Ｒｃｄ）の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）との差の絶対値（ΔＲ＝｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜）が第１の所定値よりも大きく、かつ前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）よりも前記充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）のほうが大きく、前記充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）と前記充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）との差（Ｒｃｄ−Ｒｃ）が、前記第２の所定値（ΔＲＴ２）よりも大きい場合に、前記二次電池の内部抵抗値（ＩＲ）を算出する代わりに、前記二次電池が劣化していると判定することもできる。

また、本発明に係る二次電池の状態検出方法は、前記第１の所定値および第２の所定値を前記二次電池の温度に応じて設定する工程を更に含むことが好ましい。これにより、電池温度の変化を考慮した正確な内部抵抗値を求めることができ、また正確な劣化判定を行うことができる。

さらに、特定の選別条件は、少なくとも二次電池の蓄電量（Ｑ）の所定期間における変化量（ΔＱ）と、二次電池の充電方向および放電方向の電流値（充電方向（−）の電流値Ｉｃ（ｎ）、放電方向（＋）の電流値Ｉｃｄ（ｎ））の範囲と、充電方向および放電方向の組データの個数（充電方向Ｎｃ、放電方向Ｎｃｄ）と、二次電池の温度（Ｔ（ｎ））とに依存する条件であっても良い。この特別の選定条件としては、例えば、ΔＱ＜０．３Ａｈ、−５０Ａ＜Ｉｃ（ｎ）＜０、０＜Ｉｃｄ（ｎ）＜＋５０Ａ、６０サンプル中のＮｃ＞１０個、６０サンプル中のＮｃｄ＞１０個、２０℃≦Ｔ（ｎ）≦５０℃、Ｔ（ｎ）の偏差≦５℃であることが挙げられる。

前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の状態検出装置は、二次電池に流れる電流を電流データ（Ｉ（ｎ））として測定する電流測定部と、二次電池の端子電圧を電圧データ（Ｖ（ｎ））として測定する電圧測定部と、電流測定部からの電流データ、及び該電流データに対応した電圧測定部からの電圧データを含む組データを複数個取得し、特定の選別条件が満たされた場合に、複数個の組データを有効な組データ（Ｓｅ（Ｖ（ｎ），Ｉ（ｎ）））として出力する組データ選別部と、充放電時の有効な複数個の組データに対して統計処理を行い、統計処理により求めた近似直線の傾きから二次電池の充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）を算出する充放電時内部抵抗算出部と、充電時の有効な複数個の組データに対して統計処理を行い、統計処理により求めた近似直線の傾きから二次電池の充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）を算出する充電時内部抵抗算出部と、充放電時の内部抵抗値と充電時の内部抵抗値との差の絶対値（ΔＲ＝｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜）を算出するとともに、充放電時の内部抵抗値と充電時の内部抵抗値との大小関係を示す信号を出力する差分演算部と、差分演算部からの差の絶対値（ΔＲ）が第１の所定値（ΔＲＴ１）以下であるか否かを判定し、差の絶対値が第１の所定値以下である場合に、充放電時の内部抵抗値（Ｒｃｄ）と充電時の内部抵抗値（Ｒｃ）のうち小さいほう（ｍｉｎ（Ｒｃｄ，Ｒｃ））を二次電池の内部抵抗値（ＩＲ）として出力する判定部とを備えたものであることを特徴とする。

二次電池が劣化（微小短絡）している場合は、充電時の電圧は通常の電圧とほぼ等しく、充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値は、本来の内部抵抗値となる。一方、この場合、放電時の電圧は低下し、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値と充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値は等しくならない。そこで、本発明に係る二次電池の状態検出装置は、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値に加えて、充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値を参照することによって、より正確に内部抵抗値を算出する。

本発明に係る二次電池の状態検出装置においては、前記判定部が、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差の絶対値が第１の所定値よりも大きく、かつ前記充電時の内部抵抗値よりも前記充放電時の内部抵抗値のほうが大きく、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差が、前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値よりも大きい場合に、前記二次電池が劣化していると判定するのが好ましい。

本発明に係る二次電池の状態検出装置は、二次電池の温度（Ｔ（ｎ））を測定する温度測定部と、第１の所定値および第２の所定値を二次電池の温度に応じて設定する所定値設定部とを、更に備えることが好ましい。これにより、電池温度の変化を考慮した正確な内部抵抗値を求めることができ、また正確な劣化判定を行うことができる。

本発明に係る二次電池の状態検出装置は、二次電池の蓄電量（Ｑ）の所定期間における変化量（ΔＱ）を求める変化蓄電量算出部と、二次電池の温度（Ｔ（ｎ））を測定する温度測定部とを、更に備え、前記組データ選別部は、蓄電量の変化量（ΔＱ）と、二次電池の充電方向および放電方向の電流値（充電方向（−）の電流値Ｉｃ（ｎ）、放電方向（＋）の電流値Ｉｃｄ（ｎ））の範囲と、充電方向および放電方向の組データの個数（充電方向Ｎｃ、放電方向Ｎｃｄ）と、二次電池の温度（Ｔ（ｎ））と、二次電池の温度（Ｔ（ｎ））の偏差とを少なくとも含む前記特定の選別条件が満たされた場合に、複数個の組データを有効とすることが好ましい。この特定の選別条件としては、例えば、ΔＱ＜０．３Ａｈ、−５０Ａ＜Ｉｃ（ｎ）＜０、０＜Ｉｃｄ（ｎ）＜＋５０Ａ、６０サンプル中のＮｃ＞１０個、６０サンプル中のＮｃｄ＞１０個、２０℃≦Ｔ（ｎ）≦５０℃（内部抵抗値の温度依存性が小さい領域）、Ｔ（ｎ）の偏差≦５℃であることが挙げられる。

本発明によれば、車両走行中における二次電池の内部抵抗値の推定精度を向上させ、二次電池の劣化度合いや異常を正確に診断できる二次電池の状態検出方法および二次電池の状態検出装置を提供することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、電池パックシステム１は、単電池または単位電池が複数個組み合わされて成る二次電池１００と、マイクロコンピュータシステムの一部として本発明に係る二次電池の状態検出装置が含まれる電池の電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵと略称する）１０１とを備えている。

電池ＥＣＵ１０１において、１０２は電圧センサ（不図示）により検出された二次電池１００の端子電圧を所定のサンプリング周期（例えば、１秒）で電圧データＶ（ｎ）として測定する電圧測定部である。１０３は電流センサ（不図示）により検出された二次電池１００の充放電電流を所定のサンプリング周期で電流データＩ（ｎ）（その符号は充電方向（−）であるか放電方向（＋）あるかを表す）として測定する電流測定部である。１０４は温度センサ（不図示）により検出された二次電池１００の温度を温度データＴ（ｎ）として測定する温度測定部である。

電圧測定部１０２からの電圧データＶ（ｎ）と、電流測定部１０３からの電流データＩ（ｎ）とは、組データとして、組データ選別部１０５に入力される。また、温度測定部１０４が測定した温度データＴ（ｎ）は、組データ選別部１０５と所定値設定部１１２とに入力される。

また、電流データＩ（ｎ）は、蓄電量算出部１０６にも入力される。蓄電量算出部１０６は、サンプリングした電流データＩ（ｎ）を積算し、これによって蓄電量Ｑを算出する。算出された蓄電量Ｑは、変化蓄電量算出部１０７に入力される。変化蓄電量算出部１０７は、サンプリング中の最大蓄電量Ｑｍａｘと最小蓄電量Ｑｍｉｎとの差分を求め、これを蓄電量の変化量ΔＱとして組データ選別部１０５に出力する。

組データ選別部１０５は、特定の選別条件が満たされる場合に、電圧データＶ（ｎ）と電流データＩ（ｎ）との組データが有効であると判断し、これを有効な組データＳｅ（Ｖ（ｎ），Ｉ（ｎ））として出力する。特定の選別条件としては、充電方向（−）と放電方向（＋）とにおける電流データＩ（ｎ）（Ｉｃ（ｎ）、Ｉｃｄ（ｎ））の値が所定の範囲内にあること、充電方向と放電方向とにおける組データの個数が所定数以上であること、蓄電量Ｑの所定期間（例えば、１分間）における変化量ΔＱが所定の範囲内にあること、温度データＴ（ｎ）が所定の範囲内にあり、且つ、温度データＴ（ｎ）の偏差が所定値以内にあることが挙げられる。

具体的には、電流データＩ（ｎ）の条件としては、例えば、−５０Ａ＜Ｉｃ（ｎ）＜０、０＜Ｉｃｄ（ｎ）＜＋５０Ａであることが挙げられる。組データの個数の条件としては、例えば、サンプリングが６０回行われた場合において、充電方向の組データと放電方向の組データとが共に１０個より多く取得されていること（充電方向の組データの個数Ｎｃ＞１０、放電方向の組データの個数Ｎｃｄ＞１０）が挙げられる。蓄電量Ｑの変化量△Ｑの条件としては、例えば、蓄電量Ｑの１分間の変化量△Ｑが０．３Ａｈより小さいことが挙げられる。また、温度データＴ（ｎ）の条件としては、例えば、温度データＴ（ｎ）が２０℃以上５０℃以下の範囲（内部抵抗値の温度依存性が小さい領域）にあり、且つ、温度データＴ（ｎ）の偏差が５℃以下であることが挙げられる。

組データ選別部１０５は、有効な組データＳｅ（Ｖ（ｎ），Ｉ（ｎ））を、充電時内部抵抗算出部１０８と充放電時内部抵抗算出部１０９とに出力する。充電時内部抵抗算出部１０８は、充電時の有効な組データから、最小二乗法などの手法を用いた回帰分析等の統計処理により、１次の電圧−電流直線（近似直線）を求め、その近似直線の傾きから二次電池１００の充電時の内部抵抗値Ｒｃを算出する。一方、充放電時内部抵抗算出部１０９は、充放電時の有効な組データから、最小二乗法などの手法を用いた回帰分析等の統計処理により、１次の電圧−電流直線（近似直線）を求め、その近似直線の傾きから二次電池１００の充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄを算出する。

充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の内部抵抗値Ｒｃとは、差分演算部１１０に入力される。差分演算部１１０は、これらの差の絶対値ΔＲ（＝｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜）を算出する。また、差分演算部１１０は、絶対値△Ｒを、充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の内部抵抗値Ｒｃとの大小関係を示す信号ＳＩＧＮとともに判定部１１１に出力する。信号ＳＩＧＮは、充電時の内部抵抗値Ｒｃよりも充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄが大きい場合、ＳＩＧＮ＝（＋）と表し、逆の場合は、ＳＩＧＮ＝（−）と表す。また、判定部１１１には、所定値設定部１１２から、温度データＴ（ｎ）に応じた第１の所定値ΔＲＴ１および第２の所定値ΔＲＴ２が入力される。

判定部１１１は、差の絶対値ΔＲが第１の所定値ΔＲＴ１以下であるか否かを判断する。差の絶対値ΔＲが第１の所定値ΔＲＴ１以下である場合、判定部１１１は、充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の内部抵抗値Ｒｃのうち小さいほうｍｉｎ（Ｒｃｄ，Ｒｃ）を二次電池１００の内部抵抗値ＩＲとして出力する。

また、判定部１１１は、差の絶対値ΔＲが第１の所定値ΔＲＴ１よりも大きいと判断した場合は、更に、信号ＳＩＧＮ＝（＋）であるかどうか（充電時の内部抵抗値Ｒｃよりも充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄが大きいかどうか）、差の絶対値ΔＲが第２の所定値ΔＲＴ２よりも大きいかどうかを判断する。

この判断の結果、信号ＳＩＧＮ＝（＋）であり（充電時の内部抵抗値Ｒｃよりも充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄが大きい）、差の絶対値ΔＲが第２の所定値ΔＲＴ２よりも大きい場合は、判定部１１１は、二次電池１００に微小短絡が発生していると判断する。この場合、判定部１１１は、二次電池１００が劣化しているとして短絡検出信号ＳＨＯＲＴを出力する。

ここで、電池が劣化していない場合、充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の内部抵抗値Ｒｃとはほぼ等しくなる。但し、微小短絡が発生し、電池が劣化していくにつれて、充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の内部抵抗値Ｒｃとの差は徐々に開いていく。よって、第２の所定値△ＲＴ２は、第１の所定値△ＲＴ１よりも大きな値に設定される。

また、所定値設定部１１２は、予め求められた二次電池の温度と第１の所定値ΔＲＴ１との関係を特定する式やテーブルに、温度データＴ（ｎ）の値を当てはめて、温度データＴ（ｎ）に応じた第１の所定値ΔＲＴ１を特定し、これを判定部１１１に出力する。

二次電池の温度と第１の所定値△ＲＴ１との関係を特定する式やテーブルは、次の手順によって作成できる。先ず、モータの動力源や各種負荷の駆動源としては充分機能するが、充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄが未劣化時のそれと比べて２倍程度に増大した二次電池を用意する。次に、電池温度を任意の温度に設定し、この温度下での内部抵抗値ＲｃとＲｃｄとを測定して、これらの差を求める。求めた差が、設定された温度での第１の所定値△ＲＴ１となる。その後、更に、電池温度を異なる温度に設定して、同様の工程を繰り返すことによって、電池温度毎の第１の所定値△ＲＴ１が得られる。また、得られたデータを数式化すれば、第１の所定値△ＲＴ１と温度との関係式が得られる。第１の所定値△ＲＴ１についての関係式又はテーブルは所定値設定部１１２内に格納される。

また、所定値設定部１１２は、第１の所定値△ＲＴ１の場合と同様に、予め求められた二次電池の温度と第２の所定値ΔＲＴ２との関係を特定する式やテーブルに、温度データＴ（ｎ）の値を当てはめて、温度データＴ（ｎ）に応じた第２の所定値ΔＲＴ２を特定する。また、所定値設定部１１２は、特定した第２の所定値△ＲＴ２を判定部１１１に出力する。

二次電池の温度と第２の所定値△ＲＴ２との関係を特定する式やテーブルは、次の手順によって作成できる。先ず、モータの動力源や各種負荷の駆動源としての使用が困難となり、充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄが未劣化時の例えば４倍以上に増大した二次電池を用意する。次に、電池温度を任意の温度に設定し、この温度下での内部抵抗値ＲｃとＲｃｄとを測定して、これらの差を求める。求めた差が、設定された温度での第２の所定値△ＲＴ２となる。その後、更に、電池温度を異なる温度に設定して、同様の工程を繰り返すことによって、電池温度毎の第２の所定値△ＲＴ２が得られる。この場合も、得られたデータを数式化すれば、第２の所定値△ＲＴ２と電池温度との関係式が得られる。第２の所定値△ＲＴ２についての関係式又はテーブルも、所定値設定部１１２内に格納される。

図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池の状態検出方法における内部抵抗検出処理ルーチンを示すフローチャートである。図２に示すように、最初に、電圧測定部１０２と電流測定部１０３とが、電圧データＶ（ｎ）と電流データＩ（ｎ）とを組みデータとして取得する（ステップＳ２０１）。

次に、蓄電量算出部１０６は、初期の蓄電量に対する電流データＩ（ｎ）をサンプリング周期（Δｔ：例えば、１秒）毎に積算し、蓄電量Ｑを算出する（Ｑ←Ｑ−Ｉ（ｎ）×Δｔ）（ステップＳ２０２）。更に、蓄電量算出部１０６は、今回算出した蓄電量Ｑと前のサンプリングで得られた蓄電量とを比較し、最大蓄電量Ｑｍａｘおよび最小蓄電量Ｑｍｉｎを取得し（ステップＳ２０３）、これらを変化蓄電量算出部１０７に出力する。

次に、変化蓄電量算出部１０７は、所定時間（例えば、１分間）が経過したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。所定時間が経過していない場合（Ｎｏ）は、再度ステップ２０１からＳ２０４が実行される。

一方、ステップＳ２０４の判断の結果、所定時間が経過している場合（Ｙｅｓ）は、変化蓄電量算出部１０７は、最大蓄電量Ｑｍａｘから最小蓄電量Ｑｍｉｎを減算して、蓄電量Ｑの変化量ΔＱを算出し（ステップＳ２０５）、これを組データ選別部１０５に出力する。

次に、組データ選別部１０５は、所定時間において取得された組データが、上述したような特定の選別条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ２０６）。上述したような特定の選別条件が満たされていない場合（Ｎｏ）は、再度ステップＳ２０１からＳ２０５が実行される。一方、ステップＳ２０６の判断の結果、特定の選別条件が満たされている場合（Ｙｅｓ）は、組みデータ選別部１０５は、複数個の有効な組データＳｅ（Ｖ（ｎ），Ｉ（ｎ））を取得し（ステップＳ２０７）、これらを充電時内部抵抗算出部１０８と充放電時内部抵抗算出部１０９とに出力する。

次に、充放電時内部抵抗算出部１０９は、充放電時の有効な組データから、最小二乗法などの手法を用いた回帰分析等の統計処理により、１次の電圧−電流直線（近似直線）を求め、その近似直線の傾きから二次電池１００の充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄを算出する（ステップＳ２０８）。また、充電時内部抵抗算出部１０８は、充電時の有効な組データから、最小二乗法などの手法を用いた回帰分析等の統計処理により、１次の電圧−電流直線（近似直線）を求め、その近似直線の傾きから二次電池１００の充電時の内部抵抗値Ｒｃを算出する（ステップＳ２０９）。

次に、差分演算部１１０は、充放電時の内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の内部抵抗値Ｒｃとの差の絶対値△Ｒ（｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜）を算出し、更に、判定部１１１は、絶対値△Ｒが第１の所定値ΔＲＴ１以下であるか否かを判断する（ステップＳ２１０）。

ここで、二次電池１００が劣化（微小短絡）している場合は、充電時の電圧は通常の電圧とほぼ等しく、充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃは、本来の内部抵抗値となり、放電時のみ電圧が低下する。このため、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃは等しくならない。そこで、ステップＳ２１０において、判定部１１１は、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃとを比較し、その差の絶対値が第１の所定値ΔＲＴ１以下であるか否かを判断する。

なお、判定部１１１がステップＳ２１０を実行する前に、所定値設定部１１２は、温度測定部１０４によって取得された温度データＴ（ｎ）に基づいて、第１の所定値△ＲＴ１と第２の所定値△ＲＴ２とを設定する。所定値設定部１１２によるこのステップは、ステップＳ２１０の実行前であれば、どの段階で行われていても良い。

ステップＳ２１０の判断の結果、｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜≦ΔＲＴ１を満たす場合（Ｙｅｓ）、判定部１１１は、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃのうち小さいほうを二次電池１００の内部抵抗値ＩＲとして算出する（ステップＳ２１１）。

しかし、ステップＳ２１０の判断の結果、｜Ｒｃｄ−Ｒｃ｜≦ΔＲＴ１を満たさない場合（Ｎｏ）、判定部１１１は、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃｄが充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃよりも大きいか否か（ＳＩＧＮ＝（＋）？）を判断する（ステップＳ２１２）。二次電池１００が劣化（微小短絡）している場合、放電時のみ電圧が低下し、充電時の電圧は通常の電圧とほぼ等しくなる。従って、二次電池１００が劣化している場合は、充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃよりも充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃｄが大きくなる。よって、逆の場合は、無効として、このルーチンを終了する。

ステップＳ２１２の判断の結果、Ｒｃｄ＞Ｒｃであれば（Ｙｅｓ）、判定部１１１は、充放電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃｄと充電時の電圧−電流近似直線から求めた内部抵抗値Ｒｃとの差が第２の所定値ΔＲＴ２よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２１３）。差が第２の所定値ΔＲＴ２よりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、判定部１１１は、二次電池１００に微小短絡が有ると判定して（ステップＳ２１４）、このルーチンを終了する。一方、差が第２の所定値ΔＲＴ２よりも大きくない場合（Ｎｏ）は、判定部１１１は、そのままルーチンを終了する。

以上のように、本実施の形態によれば、二次電池に劣化（微小短絡）が生じている場合を検出でき、二次電池に劣化（微小短絡）が生じている場合は、二次電池の内部抵抗は算出されない。このため、本実施の形態によれば、不正確な内部抵抗が算出されるのを回避でき、従来に比べて、二次電池の劣化度合いや異常を正確に診断するのに貢献できる。

また、本実施の形態において電池ＥＣＵ１０１は、マイクロコンピュータに、図２に示した各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することもできる。この場合、マイクロコンピュータのＣＰＵ（central processing unit）は、少なくとも、組データ選別部１０５、蓄電量算出部１０６、変化蓄電量算出部１０７、充電時内部抵抗算出部１０８、充放電時内部抵抗算出部１０９、差分演算部１１０、判定部１１１、所定値設定部１１２として機能することができる。

本発明に係る二次電池の状態検出方法および二次電池の状態検出装置は、車両走行中における二次電池の内部抵抗値の推定精度を向上させ、二次電池の劣化度合いや異常を正確に診断できるという利点を有し、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池と二次電池とを有するハイブリッド電気自動車等の電動車両等の用途に有用である。

以上に説明した実施の形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明は、このような具体例にのみ限定されるものではなく、その発明の精神と請求の範囲に記載する範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池の状態検出方法における内部抵抗検出処理ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１電池パックシステム
１００電池パック
１０１電池ＥＣＵ（二次電池の状態検出装置）
１０２電圧測定部
１０３電流測定部
１０４温度測定部
１０５組データ選別部
１０６蓄電量算出部
１０７変化蓄電量算出部
１０８充電時内部抵抗算出部
１０９充放電時内部抵抗算出部
１１０差分演算部
１１１判定部
１１２所定値設定部

Claims

（ａ）二次電池に流れる電流と、前記電流に対応した前記二次電池の端子電圧との組データを複数個取得する工程と、
（ｂ）特定の選別条件が満たされた場合に、前記複数個の組データを有効とする工程と、
（ｃ）充放電時の前記有効な複数個の組データに対して統計処理を行い、統計処理により求めた近似直線における傾きから前記二次電池の充放電時の内部抵抗値を算出する工程と、
（ｄ）充電時の前記有効な複数個の組データに対して統計処理を行い、統計処理により求めた近似直線の傾きから前記二次電池の充電時の内部抵抗値を算出する工程と、
（ｅ）前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値とに基づいて、前記二次電池の内部抵抗値を算出する工程とを含む二次電池の状態検出方法。
前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差の絶対値が第１の所定値以下であるかどうかを判定する工程を、更に含み、
前記（ｅ）の工程において、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差の絶対値が第１の所定値以下である場合に、前記二次電池の内部抵抗値を算出する請求項１記載の二次電池の状態検出方法。
前記（ｅ）の工程において、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差の絶対値が第１の所定値以下である場合に、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値のうち小さいほうを前記二次電池の内部抵抗値として算出する請求項２記載の二次電池の状態検出方法。
前記充電時の内部抵抗値よりも前記充放電時の内部抵抗値のほうが大きいかどうかを判定する工程と、
前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差が、前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値よりも大きいかどうかを判定する工程とを、更に含み、
前記（ｅ）の工程において、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差の絶対値が第１の所定値よりも大きく、かつ前記充電時の内部抵抗値よりも前記充放電時の内部抵抗値のほうが大きく、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差が、前記第２の所定値よりも大きい場合に、前記二次電池の内部抵抗値を算出する代わりに、前記二次電池が劣化していると判定する請求項２に記載の二次電池の状態検出方法。
前記第１の所定値および第２の所定値を前記二次電池の温度に応じて設定する工程を更に含む請求項４に記載の二次電池の状態検出定方法。
前記特定の選別条件が、少なくとも前記二次電池の蓄電量の所定時間における変化量と、前記二次電池の充電方向および放電方向の電流値の範囲と、充電方向および放電方向の前記組データの個数と、前記二次電池の温度とに依存する条件である請求項１に記載の二次電池の状態検出方法。
二次電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定部と、
前記二次電池の端子電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、
前記電流測定部からの電流データ、及び該電流データに対応した前記電圧測定部からの電圧データを含む組データを複数個取得し、特定の選別条件が満たされた場合に、前記複数個の組データを有効な組データとして出力する組データ選別部と、
充放電時の前記有効な複数個の組データに対して統計処理を行い、統計処理により求めた近似直線の傾きから前記二次電池の充放電時の内部抵抗値を算出する充放電時内部抵抗算出部と、
充電時の前記有効な複数個の組データに対して統計処理を行い、統計処理により求めた近似直線の傾きから前記二次電池の充電時の内部抵抗値を算出する充電時内部抵抗算出部と、
前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差の絶対値を算出するとともに、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との大小関係を示す信号を出力する差分演算部と、
前記差分演算部からの差の絶対値が第１の所定値以下であるか否かを判定し、前記差の絶対値が前記第１の所定値以下である場合に、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値のうち小さいほうを前記二次電池の内部抵抗値として出力する判定部とを備えた二次電池の状態検出装置。
前記判定部が、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差の絶対値が第１の所定値よりも大きく、かつ前記充電時の内部抵抗値よりも前記充放電時の内部抵抗値のほうが大きく、前記充放電時の内部抵抗値と前記充電時の内部抵抗値との差が、前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値よりも大きい場合に、前記二次電池が劣化していると判定する請求項７に記載の二次電池の状態検出装置。
前記二次電池の温度を測定する温度測定部と、前記第１の所定値および第２の所定値を前記二次電池の温度に応じて設定する所定値設定部とを、更に備える請求項８に記載の二次電池の状態検出装置。
前記二次電池の蓄電量の所定時間における変化量を求める変化蓄電量算出部と、
前記二次電池の温度を測定する温度測定部とを、更に備え、
前記組データ選別部は、前記蓄電量の所定時間における変化量と、前記二次電池の充電方向および放電方向の電流値の範囲と、充電方向および放電方向の前記組データの個数と、前記二次電池の温度と、前記二次電池の温度の偏差とを少なくとも含む前記特定の選別条件が満たされた場合に、前記複数個の組データを有効とする請求項７記載の二次電池の状態検出装置。