JP6026120B2 - 二次電池の内部抵抗演算装置及びその内部抵抗演算方法、二次電池の異常検出装置及びその異常検出方法、並びに二次電池の劣化推定装置及びその劣化推定方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、二次電池の内部抵抗演算装置及びその内部抵抗演算方法、二次電池の異常検出装置及びその異常検出方法、並びに二次電池の劣化推定装置及びその劣化推定方法に関する。

二次電池の内部状態を把握する一指標として、電池の内部抵抗がある。内部抵抗の算出方法として様々な提案がなされている。

例えば、第１に、電流変化量のパラメータと、電圧変化量及びインピーダンス変化量に基づくパラメータとを直線近似し、近似した直線の傾きから電池のインピーダンスを算出する方法がある。

第２に、周波数フィルタを用いて電流及び電圧変化を高周波成分と低周波成分とに分離し、拡散抵抗に相当する低周波成分を除いた高周波成分のみを抽出して内部抵抗を算出する方法がある。

第３に、電流及び電圧変化をそれぞれフーリエ変換し、周波数毎の信号強度を求めて、それらの周波数成分の比から内部抵抗を算出する方法がある。この方法は、複数の異なる周波数成分から内部抵抗を算出し、二次電池を等価回路で表した場合の回路定数を推定するものである。

特開２００６−２５０９０５号公報 特開２００５−１０６６１６号公報 特開２００５−２２１４８７号公報

上述した第１〜第３の方法は、充放電電流と電池電圧の変化から内部抵抗を推定するものである。しかし、第１の方法では、電流及び電圧変化の周波数成分が考慮されていない。

これに対して、第２及び第３の方法では、周波数解析などを利用して特定の周波数から内部抵抗を算出している。しかしながら、これらの方法においては、充放電時の電流と電圧の変化の相関が高い特定の周波数においては内部抵抗値を精度良く算出することが可能であるが、それ以外の周波数ではその精度が悪くなる可能性があった。

これは、周波数によっては充放電時の電流と電圧との相関性が低い場合があるためと考えられる。また、蓄電池システムの各種センサによる計測タイミングのずれが生じると、電流と電圧の変化分の相関にも影響を与えるため、高周波成分ではその影響が顕著に表れることも要因の一つとして挙げられる。

本発明の実施形態は、上記課題に鑑みてなされたものであり、内部抵抗値の算出精度を向上できる二次電池の内部抵抗演算装置及びその内部抵抗演算方法を提供することを目的とする。

また、本発明の他の実施形態は、内部抵抗値の算出に基づき、二次電池の異常を検出できる二次電池の異常検出装置及びその異常検出方法を提供することを目的とする。

さらに、本発明の他の実施形態は、内部抵抗値の算出に基づき、二次電池の劣化を推定できる二次電池の劣化推定装置及びその劣化推定方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の第１の実施形態に係る内部抵抗演算装置は、二次電池を構成する各電池セルの正極端子と負極端子間に接続され、端子間電圧を測定する電圧測定部と、電流経路に挿入され、前記電池セルへの充放電電流を測定する電流測定部と、前記電圧測定部及び前記電流測定部における測定を制御する制御部と、当該制御部に接続され、前記電圧測定部及び前記電流測定部からの各測定値からウェーブレット変換を行い、周波数毎に電流及び電圧のウェーブレット係数を求め、これらの比率から二次電池の内部抵抗を演算する演算部と、を備え、前記演算部は、前記電流及び電圧のウェーブレット係数の相関である決定係数が所定の値以上の高い周波数を特定し、当該周波数における前記ウェーブレット係数の比率から二次電池の内部抵抗を算出することを特徴とする。

また、本発明の第２の実施形態に係る二次電池の異常検出装置は、前記二次電池の内部抵抗演算装置の前記制御部に、前記演算部により演算された二次電池の各内部抵抗値から所定の統計処理を用いて電池セルの異常を判定する異常セル判定部を接続したことを特徴とする。

さらに、本発明の第３の実施形態に係る二次電池の劣化推定装置は、前記二次電池の内部抵抗演算装置において、前記制御部に、予め記録された基準となる内部抵抗値と前記演算部により算出された二次電池の内部抵抗の測定結果とを比較して劣化度合を推定する劣化推定部を接続したことを特徴とする。

また、前記のような第１〜第３の実施形態で実行される方法も本発明の実施形態の１つである。

二次電池の等価回路モデルの一例を示す概略図。 従来のＶ−Ｉ特性の直線回帰方法を用いた内部抵抗値の分布状態を示すグラフ。 電流と電圧の相関が低い周波数成分（レベルｊ＝１）での（Ｗ^ｖ）（ａ，ｂ）と（Ｗ^ｉ）（ａ，ｂ）との関係の一例を示すグラフ。 電流と電圧の相関が高い周波数成分（レベルｊ＝５）での（Ｗ^ｖ）（ａ，ｂ）と（Ｗ^ｉ）（ａ，ｂ）との関係の一例を示すグラフ。 周波数（レベルｊ）とサンプリングデータの相関（決定係数Ｒ^２）との関係についての一例を示すグラフ。 周波数（レベルｊ）とサンプリングデータの相関（決定係数Ｒ^２）との関係についての他の例を示すグラフ。 本発明の第１の実施形態に係る内部抵抗演算装置の構成を示す概略図。 第１の実施形態における内部抵抗を計算する処理手順を示すフローチャート。 第１の実施形態における内部抵抗演算方法により計算した内部抵抗値の分布状態を示すグラフ。 本発明の第２の実施形態に係る二次電池の異常検出装置の構成を示す概略図。 第２の実施形態における二次電池の異常を検出する処理手順を示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態に係る二次電池の劣化推定装置の構成を示す概略図。 通常電池と劣化電池の内部抵抗をレベル別にプロットした例を示すグラフ。

以下に説明する本発明の各実施形態では、電流波形と電圧波形をウェーブレット変換により解析し、それぞれの信号強度の相関が高い周波数において内部抵抗を算出する手法を用いている。以下、各実施形態で用いる手法の原理について説明する。

（従来のＶ−Ｉ特性の直線回帰方法）
電池電圧Ｖと電池電流ＩのＶ−Ｉ特性の直線回帰方法については、従来例の第１の方法等で既に公知になっている。この方法において、例えば、図１に示す二次電池の等価回路を用いるものとする。ここで、Ｒ_Ω、Ｒ_１〜ｎ、Ｃ_１〜ｎはそれぞれ、電解質抵抗、電荷移動抵抗、電気二重層容量である。この場合、二次電池の内部抵抗は、電荷移動抵抗Ｒ_１〜ｎ及び電気二重層容量Ｃ_１〜ｎについてそれぞれ同じ添字番号同士を一対ずつ並列に組み合わせ、さらに電解質抵抗Ｒ_Ωと共に直列に組み合わせたものとして表わされる。

図２は、図１に示した電池の等価回路における直流成分Ｒ_Ω、交流成分（Ｃ_nとＲ_nによるインピーダンス）の合成抵抗をさまざまな合成比率でプロットしたものである。図２に示すＶ−Ｉ特性のグラフにおいて、各プロットから直線を近似し、この直線の傾きから内部抵抗が求められる。しかしながら、この手法では、測定時の充放電周波数に応じて回帰直線の傾きは異なるため、領域Ａで示すように内部抵抗値の分布領域が広くなり、内部抵抗値の推定精度が低下してしまう。

これに対して、電圧値と電流値のウェーブレット係数の関係を直線回帰する方法では、充放電波形に対して周波数毎の内部抵抗値を演算することができる。以下、ウェーブレット変換を用いた内部抵抗演算方法について説明する。

（ウェーブレット変換を用いた内部抵抗演算方法）
波形ｆ（ｔ）のウェーブレット変換Ｗ_Ψｆは、式（１）により求めることができる。

また、Ψ_ａ，ｂ（ｔ）はアナライジング・ウェーブレットと呼ばれ、ダイレーション（拡大縮小）のパラメータを実数ａ、ｔ軸上でのシフトのパラメータを実数ｂとし、式（２）のように定義される。

Ψ（ｔ）としては、さまざまなものが提案されており、適宜選択可能である。式（３）に例としてガボールウェーブレットの定義を示す。

ここで、ω0は振動の中心周波数である。
計測された電流波形をｉ（ｔ）、電圧波形をｖ（ｔ）とすると、それぞれのウェーブレット変換は式（４）、式（５）のようになり、この変換結果はウェーブレット係数と呼ばれる。

すると、式（６）によって、同一のダイレーションａ、シフトｂの電流、電圧のウェーブレット係数の比から、内部抵抗を計算することができる。

このとき、ダイレーションａが周波数に相当し、ダイレーションａが定まれば内部抵抗はシフトｂによらず一定であると考えられる。そこで、特定のダイレーションａに対してシフトｂを変化させて、（Ｗ_Ψ ^ｉ）（ａ，ｂ）と（Ｗ_Ψ ^ｖ）（ａ，ｂ）の関係を最小二乗法を用いて直線近似すると、その傾きから周波数毎の内部抵抗値Ｒ（ａ）が算出できる。ここで、直線近似の精度を表す決定係数Ｒ^２を算出する。（Ｗ_Ψ ^ｉ）（ａ，ｂ）と（Ｗ_Ψ ^ｖ）（ａ，ｂ）の分散および共分散をそれぞれν_ｗｉ、ν_ｗｖ、ν_ｗｖｉとすると、ν_ｗｉ、ν_ｗｖ、ν_ｗｖｉは、それぞれ式（７）〜（９）で求められる。

これより、（Ｗ_Ψ ^ｉ）（ａ，ｂ）と（Ｗ_Ψ ^ｖ）（ａ，ｂ）の関係を直線近似した時の決定係数Ｒ^２は以下の式で求められる。

（周波数による電圧値及び電流値のウェーブレット係数の相関性）
周波数毎に算出された電圧値と電流値のウェーブレット係数から決定係数Ｒ^２を算出し、これらの相関を求めることができる。
例えば、決定係数Ｒ^２が低くなる周波数（レベルｊ＝１）では、図３に示すように、電圧値及び電流値のウェーブレット係数の相関が低い。このため、これらの比から内部抵抗値を算出すると精度が低下してしまう。

これに対して、決定係数Ｒ^２が高くなる周波数（レベルｊ＝５）では、図４に示すように、電圧値及び電流値のウェーブレット係数の相関が高く、内部抵抗値を精度良く算出することができる。

また、図５に、ウェーブレット変換を行なった周波数（レベルｊ）とサンプリングデータの相関（決定係数Ｒ^２）の関係についての一例を示す。この結果より、レベルｊが５のときに相関性（決定係数Ｒ^２）が最大となっていることが分かる。このように、電流と電圧の相関が高い周波数を特定し、その周波数成分で内部抵抗値を算出することにより、内部抵抗の算出精度を向上させることができる。

さらに、図６に、ウェーブレット変換を行なった周波数（レベルｊ）とサンプリングデータの相関（決定係数Ｒ^２）の関係についての他の例を示す。このように、解析対象の電流波形及び電圧波形が変わると、その周波数成分に依存して決定係数Ｒ^２が最大となる周波数が変わる場合がある。また、内部抵抗を算出する周波数によりその内部抵抗値も異なるため、周波数毎に区別した算出を行なう。

以上説明したように、ウェーブレット変換により算出された充放電電流と電圧それぞれのウェーブレット係数を最小二乗法により直線近似し、この時の決定係数Ｒ^２（最小二乗法における残差であり、計測値に対する近似直線の適合具合を表す）が高い周波数を特定し、その周波数成分で内部抵抗値を算出することにより、内部抵抗の算出精度を向上させることができる。

以下、上述したウェーブレット変換方法を用いた各実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

［第１の実施形態］
（内部抵抗演算装置の構成）
図７に、本発明の第１の実施形態に係る内部抵抗演算装置の構成を示す。この内部抵抗演算装置１０は、二次電池を構成する電池セル１を複数個直列に接続した組電池２と、各電池セル１の正極端子と負極端子間に接続され端子間電圧を測定する電圧測定部３と、電流経路に挿入され電池セル１への充放電電流を測定する電流測定部４と、電池セル１の近傍に配置され電池セル１の温度を測定する温度測定部５と、を備えている。

また、内部抵抗演算装置１０は、電圧測定部３、電流測定部４、温度測定部５の測定条件を制御し、これらの部位からの各測定値を処理する制御部６と、制御部６に接続され各測定値等を記録する記録部７と、制御部６に接続され各測定値からウェーブレット変換を行い内部抵抗を演算する演算部８と、制御部６に接続され二次電池外部と通信を行う通信インターフェイス９と、を具備している。

この内部抵抗演算装置１０における電池セル１の等価回路は、図１のように示すことができる。すなわち、二次電池の内部抵抗は、電荷移動抵抗Ｒ_１〜ｎ及び電気二重層容量Ｃ_１〜ｎについてそれぞれ同じ添字番号同士を一対ずつ並列に組み合わせ、さらに電解質抵抗Ｒ_Ωと共に直列に組み合わせたものとして表わされる。

この内部抵抗演算装置１０を用いて、ウェーブレット変換により内部抵抗を計算する処理の手順について、離散ウェーブレット変換を使った場合を例にして説明する。

（内部抵抗を計算する処理手順）
図８は、ウェーブレット変換により内部抵抗を計算する処理手順を示すフローチャートである。まず、処理の開始により、演算部８による演算に必要なパラメータの初期設定を行う（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の初期設定のパラメータとしては、電圧及び電流のサンプリング間隔Δｔ、内部抵抗を算出する区間（充電時、放電時、充放電時）、サンプリング数Ｎ、演算に使用するウェーブレットを定義する情報などがある。

次に、電圧測定部３及び電流測定部４により、それぞれ電流及び電圧の測定を実施する（ステップＳ１０２）。制御部６は、電圧測定部３および電流測定部４からサンプリング時間Δｔ毎に電圧値と電流値を取得する。さらに、制御部６は、充放電状態が初期設定で内部抵抗の算出区間とした状態かどうかを判断する（ステップＳ１０３）。対象となる区間であった場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、制御部６は、測定したデータにタイムスタンプ（計測時刻データ）を付与して記録部７に記録させる（ステップＳ１０４）。対象となる区間外であった場合（ステップＳ１０３でＮｏ）は、再度、電流及び電圧の測定を実施する（ステップＳ１０２）。

次に、制御部６は、計測したデータ数が、内部抵抗の算出に必要なデータ数Ｎに達したかどうかを判断する（ステップＳ１０５）。未達の場合（ステップＳ１０５のＮｏ）は、ステップＳ１０２から処理を繰り返す。これに対して、必要なデータ数を取得できた場合（ステップＳ１０５のＹｅｓ）は、Ｓ１０６以降のウェーブレット変換処理に進む。

ウェーブレット変換処理では、まず、演算部８において、レベルと呼ばれる周波数に相当するパラメータｊの初期値を１とする（ステップＳ１０６）。次に、演算部８は、記録部７に記録されたデータをもとに、電流及び電圧のウェーブレット変換を行う（ステップＳ１０７）。離散ウェーブレット変換では、式（２）において、ａ＝２^ｊ、ｂ＝２^ｊｋとして、式（１１）のように離散化する。

ここで、Ψ（ｔ）は式（１２）で定義され、式（１２）に含まれるφ（ｔ）は式（１３）で定義される。

上記式（１２）、式（１３）で記載されたｐ_ｎ、ｑ_ｎは、ウェーブレットを表す数列であり、式（１４）の関係がある。

ここで、ウェーブレット数列としては、ハール（Haar）やドベシィ（Daubechies）のウェーブレットなどを利用することができる。

式（４）、式（５）と同様に、電流波形をｉ（ｔ）、電圧波形ｖ（ｔ）を離散ウェーブレット変換すると式（１５）、式（１６）のようになる。

次に、演算部８は、レベルｊにおける式（１５）、式（１６）で算出された電流および電圧のウェーブレット係数の関係を最小二乗法により直線近似し、その時の相関を表す決定係数Ｒ^２を算出する（ステップＳ１０８）。さらに、演算部８は、ステップ１０８で求めた直線近似の傾きから、レベルｊにおける内部抵抗を算出する（ステップＳ１０９）。

続いて、演算部８は、ステップＳ１１０において、レベルを１つ増やし、ウェーブレット変換（ステップＳ１０７）、決定係数Ｒ^２の算出（ステップＳ１０８）、及び内部抵抗計算（ステップＳ１０９）の各処理を実施する。次に、レベルｊが式（１７）の条件を満たしているか否かを判定し（ステップＳ１１１）、満たしていない場合（ステップＳ１１１のＮｏ）はループ処理を継続し、満たしている場合（ステップＳ１１１のＹｅｓ）はループ処理を終了する。

さらに、制御部６は、各レベル別に得られた内部抵抗値を記録部７に記録する（ステップＳ１１２）。上述したように、各レベルにおける電流と電圧の相関（決定係数Ｒ^２）が高い所で、内部抵抗値の算出精度が高くなる。相関を示す決定係数の明確な基準は存在しないが、一般的に決定係数が０．８以上であれば精度が良いとされている。このように、精度良く算出された内部抵抗値を周波数毎に区別し、記録部７に記録する。

さらに、二次電池の状態を監視することを目的として、制御部６は、記録部７に記録された内部抵抗値を通信インターフェイス９経由で外部へ通知しても良い。

（効果）
（１）これまで内部抵抗の計測は実運用中の蓄電システムから二次電池を切り離してしか計測できなかったが、本実施形態によれば、実運用中の充放電電流波形及び電圧波形をウェーブレット変換し、ウェーブレット係数の比から内部抵抗を演算することにより、蓄電システムから切り離すことなく行なうことができる。

（２）ウェーブレット変換を用いることで、時間−周波数解析が可能となり、充放電電流とセル電圧の相関が高い周波数における内部抵抗の算出や、周波数毎の内部抵抗の解析が可能となる。

（３）ウェーブレット変換により算出された充放電電流と電圧それぞれのウェーブレット係数を最小二乗法により直線近似し、この時の決定係数Ｒ^２が高い周波数において内部抵抗値を特定することにより、内部抵抗の算出精度を向上させることが可能になる。

即ち、従来のＶ−Ｉ特性の直線回帰方法により算出した内部抵抗値の分布は図２の領域Ａに示すようにばらつきの大きいものとなるが、本実施形態により算出した内部抵抗値の分布は図９の領域Ｂに示すように、ばらつきの少ない（領域Ｂの面積＜領域Ａの面積）ものとなる。

（４）また、本実施形態によれば、蓄電池システムを構成する二次電池セルの内部抵抗を特定の充放電運転により算出する必要がなく、交流インピーダンス法のように周波数解析装置などの特殊な計測装置を用いる必要もない。

［第２の実施形態］
（内部抵抗値の算出結果を用いた二次電池の異常検出）
二次電池の異常を検出するには、電池セル毎の内部抵抗値を継続的に監視し、その上昇率などを統計的に処理する方法が考えられる。このため、電池の内部状態を示す内部抵抗値を精度良く算出する必要がある。以下に、第１の実施形態で説明した内部抵抗値の算出方法を用いた二次電池の異常検出装置について説明する。

（二次電池の異常検出装置の構成）
図１０に、本発明の第２の実施形態に係る二次電池の異常検出装置の構成を示す。なお、第１の実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。

この異常検出装置２０は、第１の実施形態の内部抵抗演算装置１０の制御部６に、所定の統計処理を用いて電池セルの異常を判定する異常セル判定部１１を接続したものである。

（二次電池の異常を検出するための処理手順）
図１１は、異常検出装置２０を用いて二次電池の異常を検出する処理手順を示すフローチャートである。

まず、組電池２内の各電池セル１に対して内部抵抗の算出を行なうため、電圧測定部３および電流測定部４、温度測定部５により、各電池セル１の電圧値と充放電電流値、電池温度を一定周期毎に測定する（ステップＳ２０１）。制御部６は、測定した計測データに時刻情報を付与して記録部７に記録する（ステップＳ２０２）。

次に、制御部６は、電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充放電状態）を充放電電流の積算から算出する（ステップＳ２０３）。電池ＳＯＣは、充放電電流の積算だけでなく、電池の開回路電圧から算出することも考えられる。

さらに、内部抵抗を算出するためのサンプリングデータを収集するため、一定期間、セル電圧、充放電電流、温度の計測、及び電池ＳＯＣの算出を繰り返す（ステップＳ２０４）。内部抵抗の算出に必要なサンプリング数を満たす一定期間に達した場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、次のステップに進む。一方、未達の場合（ステップＳ２０４のＮｏ）は、ステップＳ２０１から処理を繰り返す。

次に、制御部６は、サンプリングデータの測定期間内で、温度測定部５で計測された電池温度、及び制御部６で算出された電池ＳＯＣの変化量が規定範囲内に収まっていることを確認する（ステップＳ２０５）。変化量が規定範囲を超えた場合（ステップＳ２０５のＮｏ）は、この測定期間の間に内部抵抗値が大きく変化しているものと見なし、算出された内部抵抗値を電池セルの異常検出に使用しない。

一方、変化量が規定範囲内に収まっている場合（ステップＳ２０５のＹｅｓ）は、演算部８は、レベルｊ＝１において、測定した充放電電流値と各電池セルの電圧値のデータ列をウェーブレット変換し、ウェーブレット係数を算出する（ステップＳ２０６）。

次に、演算部８は、レベルｊにおける式（１５）および式（１６）で算出された電流およびセル電圧のウェーブレット係数の関係を直線近似し、その時の決定係数Ｒ^２を算出する（ステップＳ２０７）。さらに、直線近似の傾きからレベルｊにおける内部抵抗値を算出する（ステップＳ２０８）。続いて、スケーリング関数による近似のレベルｊを１増やし（ステップＳ２０９）、さらにレベルｊが式（１７）の条件を満たすか否かを判定（ステップＳ２１０）し、満たしている場合（ステップＳ２１０のＹｅｓ）、次のステップに進む。一方、未達の場合（ステップＳ２１０のＮｏ）は、ステップＳ２０６から処理を繰り返す。

続いて、制御部６は、電流とセル電圧の計測時における電池温度、電池ＳＯＣ、及び、ステップＳ２０７及びステップＳ２０８でレベル別に算出された内部抵抗値の中で、ある一定以上の決定係数をもつ内部抵抗値を記録部７に記録する（ステップＳ２１１）。次に、制御部６は、定周期（例えば、１日単位など）で全電池セル１の内部抵抗の算出までの処理（ステップＳ２０１〜ステップＳ２１１）を一定期間繰り返す（ステップＳ２１２）。内部抵抗の比較に充分な算出データが取得できた場合（ステップＳ２１２のＹｅｓ）、次に説明する統計処理を用いた電池セル１の異常検出手法を実施する（ステップＳ２１３）。

このステップでは、まず、演算部８が上記の同一測定条件（電池温度、電池ＳＯＣ）において、電池セル１の内部抵抗値を一定周期毎に算出し、充放電サイクルや経過時間に対する内部抵抗値の上昇率を算出する。これを内部抵抗上昇率Ｘ_ｉ（ΔＲ／Δｔ、ｉ:セル番号）と定義する。

次に、異常セル判定部１１は、電池セル１毎の内部抵抗上昇率に対して棄却検定を用いた統計的処理を行なうことにより、特に大きな上昇率を示す電池セルが異常なセルかどうかの判定を行なう。棄却検定方法の一つとして、Ｓｍｉｒｎｏｖ−Ｇｒｕｂｂｓ検定が知られており、以下の手順で棄却検定を行なうことができる。

（１）標本の数をｎ、標本データ（ここでは、内部抵抗上昇率）をＸ_１，Ｘ_２，・・・Ｘ_ｎとする。
（２）標本平均をＸ’、不偏分散をＵとする。
（３）最大の測定値Ｘ_ｉについて式（１８）によるＴｉを算出する。

（４）上記Ｔｉと、有意水準αの有意点Ｔｎ（α）を比較することによって、棄却検定を行なう。
Ｔｉ＜Ｔｎ（α）の時、Ｔｉは棄却されない。
Ｔｉ≧Ｔｎ（α）の時、Ｔｉは棄却される。
Ｔｎ(α)は、ｔ_α／ｎを自由度ｎ−２のｔ分布の上側１００α／ｎ（％）とした時、式（１９）により求められる。

以上説明した手法により、特に大きな内部抵抗の上昇率を示す電池セル１が異常なセルかどうかの判定を行なうことができる。

（効果）
（１）本実施形態によれば、電池セル１毎の内部抵抗を継続監視し、算出された個々のセル内部抵抗値を統計処理することにより、二次電池の異常を検出することができる。これにより、二次電池を用いた蓄電池システムにおいて、電池製造時には検出できないような経年劣化などによる二次電池の異常を早期に検出することができる。

（２）特異な内部抵抗を示す電池セル１を検出することで、電池の劣化傾向の把握や充放電電力予測が可能となる。これにより、二次電池の効率的な運用、メンテナンスやリユース、リサイクルの方針を決めることが可能となる。

（３）通信インターフェイス９を用いて二次電池の内部抵抗や異常情報を上位の監視装置に通知することにより、蓄電池システムの異常や性能低下などを監視することができる。

［第３の実施形態］
以下に、第１の実施形態で説明した内部抵抗値の算出方法を用いた、第３の実施形態に係る二次電池の劣化推定装置について説明する。

（二次電池の劣化推定装置の構成）
図１２に、本発明の第３の実施形態に係る二次電池の劣化推定装置の構成を示す。なお、第１の実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の劣化推定装置３０は、第１の実施形態の内部抵抗演算装置１０の制御部６に、二次電池の内部抵抗の測定結果と予め記録させた内部抵抗値とを比較して劣化度合を推定する劣化推定部２１を接続したものである。

図１３に示すように、ＢＯＬ（Begin Of Life：寿命初期）の二次電池（通常電池）と劣化した二次電池とではその内部抵抗値が異なり、また周波数（レベル）によってその差も変わる。このため、本実施形態では、基準となる電池温度やＳＯＣ（充電状態）において予め劣化度合が分かっている二次電池を用いて周波数に応じた内部抵抗を測定しておき、記録部７に劣化度・周波数別に内部抵抗値テーブルとして記録しておく。

次に、第１の実施形態による二次電池の内部抵抗算出方法により個々の電池セル１の内部抵抗を演算部８が周波数毎に算出し、この算出結果を劣化推定部２１が記録部７に記録された内部抵抗値テーブルと比較する。

具体的には、まず、記録部７に、ＢＯＬ（Begin Of Life：寿命初期）の二次電池の内部抵抗値について、基準となる電池の温度とＳＯＣ（充電状態）での特性データを周波数別に内部抵抗値テーブルとして記録しておく。次に、演算部８により演算された内部抵抗値を現在の電池温度とＳＯＣ（充電状態）から基準の電池状態（標準温度、標準充電状態）の内部抵抗値に換算（補正）する。さらに、この換算された内部抵抗値と、内部抵抗値テーブルとして記録された寿命初期の内部抵抗値との比率から、二次電池の劣化状態を推定する。

（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態による二次電池の内部抵抗算出方法により周波数毎に算出した個々の電池セル１の内部抵抗の結果と、予め劣化度・周波数別に記録部７に記録された内部抵抗値テーブルとを比較することによって、二次電池の劣化状態を精度良く把握することが可能になる。

［他の実施形態］
（１）上記の各実施形態では、二次電池の状態を監視することを目的として、内部抵抗値を外部に送信するための通信インターフェイス９を設けたが、省略することもできる。

（２）第２の実施形態では、異常セルの検出方法として、電池セル１毎の内部抵抗の上昇率を比較する方法を用いたが、それ以外にも、ある時点での電池セル１同士の内部抵抗値そのものを比較しても良い。

（３）第３の実施形態では、演算された内部抵抗値を基準の電池状態（標準温度、標準充電状態）に換算（補正）し、内部抵抗値テーブルの値と比較して劣化状態を推定したが、換算（補正）後の内部抵抗値の上昇比率から、二次電池の劣化状態を推定することもできる。

（４）第２の実施形態に係る異常検出装置２０と第３の実施形態に係る劣化推定装置３０とを組み合わせても良い。この場合は、異常検出装置２０の異常セル判定部１１と劣化推定装置３０の劣化推定部２１とを一装置内に共存させることができる。また、異常セル判定部１１に劣化推定部２１の機能も持たせたり、逆に、劣化推定部２１に異常セル判定部１１の機能を持たせたりしても良い。

（５）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電池セル
２…組電池
３…電圧測定部
４…電流測定部
５…温度測定部
６…制御部
７…記録部
８…演算部
９…通信インターフェイス
１０…内部抵抗演算装置
１１…異常セル判定部
２０…異常検出装置
２１…劣化推定部
３０…劣化推定装置

Claims (12)

1. 二次電池を構成する各電池セルの正極端子と負極端子間に接続され、端子間電圧を測定する電圧測定部と、
   電流経路に挿入され、前記電池セルへの充放電電流を測定する電流測定部と、
   前記電圧測定部及び前記電流測定部における測定を制御する制御部と、
   当該制御部に接続され、前記電圧測定部及び前記電流測定部からの各測定値からウェーブレット変換を行い、周波数毎に電流及び電圧のウェーブレット係数を求め、これらの比率から二次電池の内部抵抗を演算する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、前記電流及び電圧のウェーブレット係数の相関である決定係数が所定の値以上の高い周波数を特定し、当該周波数における前記ウェーブレット係数の比率から二次電池の内部抵抗を算出することを特徴とする二次電池の内部抵抗演算装置。
2. 前記所定の値は、０．８であることを特徴とする請求項１記載の二次電池の内部抵抗演算装置。
3. 前記演算部は、前記電圧測定部及び前記電流測定部においてそれぞれ所定のサンプリング時間間隔で計測されたＮ個の測定値を用い、前記ウェーブレット変換として離散ウェーブレット変換を用いるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の二次電池の内部抵抗演算装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の二次電池の内部抵抗演算装置の前記制御部に、前記演算部により演算された二次電池の各内部抵抗値から所定の統計処理を用いて電池セルの異常を判定する異常セル判定部を接続したことを特徴とする二次電池の異常検出装置。
5. 前記統計処理として棄却検定を用いたことを特徴とする請求項４記載の二次電池の異常検出装置。
6. 前記制御部に、前記異常セル判定部により検出された二次電池の異常情報を外部装置に通知する通信インターフェイスを接続したことを特徴とする請求項４又は５記載の二次電池の異常検出装置。
7. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の二次電池の内部抵抗演算装置において、前記制御部に、予め記録された基準となる内部抵抗値と前記演算部により算出された二次電池の内部抵抗の測定結果とを比較して劣化度合を推定する劣化推定部を接続したことを特徴とする二次電池の劣化推定装置。
8. 前記電池セルの温度を測定する温度測定部が設けられ、
   前記劣化推定部は、寿命初期の二次電池の内部抵抗値について基準となる電池の温度と充電状態での特性データを予め記録した内部抵抗値テーブルの値と、前記演算部により算出された内部抵抗値を、前記温度測定部により測定した前記電池セルの温度と充電状態とから基準となる電池状態の内部抵抗値に換算した補正値とを対比し、これらの比率から、二次電池の劣化状態を推定することを特徴とする請求項７記載の二次電池の劣化推定装置。
9. 前記劣化推定部は、前記演算部により算出された内部抵抗値を基準となる電池状態の内部抵抗値に換算した場合の上昇比率から二次電池の劣化状態を推定することを特徴とする請求項７記載の二次電池の劣化推定装置。
10. 二次電池の構成する各電池セルにおける電流測定値及び電圧測定値をそれぞれウェーブレット変換し、各周波数において電流及び電圧のウェーブレット係数を求め、前記電流及び電圧のウェーブレット係数の相関である決定係数が所定の値以上の高い周波数を特定し、当該周波数におけるウェーブレット係数の比率から二次電池の内部抵抗を算出することを特徴とする二次電池の内部抵抗演算方法。
11. 請求項１０記載の二次電池の内部抵抗演算方法により演算された各内部抵抗値から棄却検定を用いて電池セルの異常を判定することを特徴とする二次電池の異常検出方法。
12. 予め記録された寿命初期段階の二次電池の内部抵抗値と、請求項１０記載の二次電池の内部抵抗演算方法により演算された各内部抵抗値とを比較して劣化度合を推定することを特徴とする二次電池の劣化推定方法。

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