JP2014206442A - 電池状態判定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インピーダンス解析によって微小短絡が生じる可能性が高い状態又は電池が微小短絡を起こした状態を判定する電池状態判定装置を提供する。
【解決手段】微小短絡傾向状態を判定する電池状態判定装置１０であって、電池モジュールＭに周波数変化させた交流電圧又は交流電流を印加して得られる複素インピーダンス曲線のうち拡散抵抗領域に対応する周波数を測定周波数とし、該測定周波数の交流電圧又は交流電流を判定対象の電池モジュールＭに印加して複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部１１ａと、前記複素インピーダンスの虚軸成分の絶対値を検出する判定装置１２とを備え、該判定装置１２は、虚軸成分の測定結果に基づき設定された下限閾値を記憶し、虚軸成分の絶対値と下限閾値とを比較し、虚軸成分の絶対値が下限閾値よりも小さい場合に、判定対象の電池モジュールＭが微小短絡傾向状態であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池に対し微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態を判定する電池状態判定装置に関する。
従来から二次電池に対し複素インピーダンス解析を行うことにより、電池の劣化状態や余寿命を評価する技術が提案されている。この方法によれば、電池を破壊することなく電池状態を評価することができるので、正常であると判定された電池を再利用することも可能である。
複素インピーダンス解析方法の一例として、二次電池の初期活性度及び劣化度を判定するための方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。この方法では、二次電池に対し、周波数を段階的に変化させながら交流電圧を印加することによって複素インピーダンスを測定する。さらに測定値からインピーダンスの実軸成分及び虚軸成分を求め、それらの値を二次元平面にプロットして、曲線及び直線からなる複素インピーダンス線を描画する。また複素インピーダンス線のうち、いわゆる電荷移動抵抗領域に相当する略円弧部分の径を近似法で求め、その径が所定のしきい値より小さいか否かを判断する。複素インピーダンスの略円弧部分の径が所定のしきい値よりも小さければ電池の初期活性度は十分であると判断し、その径が所定のしきい値以上であれば初期活性度は不十分とする。
特開２０００−２９９１３７号公報（第２０‐２１頁、図１５）
また微小短絡が生じる可能性が高い状態の電池又は微小短絡が生じた電池は、正常な電池と比べて電池容量が少ないため、同様に放電したとしてもＳＯＣ（State of Charge；充電状態）が相違する。そのためＳＯＣの相違に基づくインピーダンス変化の相違から、微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態であるか否かを判断する手法がある。
しかしながら、電荷移動抵抗領域のインピーダンス変化の相違から微小短絡に関する判定を行う場合、ＳＯＣが変化してもインピーダンス変化が小さい電池では、微小短絡が生じる可能性が高い状態又は微小短絡が生じた状態であるか否かを判定することが困難であり、判定精度が低かった。このため例えば微小短絡ではない良品の電池を不良品として判定することがあった。このような電池としては、例えばニッケル水素電池や、車載用であって抵抗値が１０ｍΩ以下のリチウム電池が挙げられる。
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態であるか否かを判定する電池状態判定装置の判定精度を向上することにある。
上記課題を解決する電池状態判定装置は、二次電池に対し微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態である微小短絡傾向状態を判定する電池状態判定装置であって、拡散抵抗領域に対応する周波数を測定周波数とし、該測定周波数の交流電圧又は交流電流を判定対象の二次電池に印加して複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンス測定部から得られた前記複素インピーダンスの虚軸成分の絶対値を検出する検出部と、前記微小短絡傾向状態である二次電池の前記虚軸成分の絶対値の測定結果に基づき設定された下限閾値を記憶する記憶部と、前記検出部によって検出された前記虚軸成分の絶対値と前記下限閾値とを比較し、前記虚軸成分の絶対値が前記下限閾値よりも小さい場合に、前記判定対象の二次電池が前記微小短絡傾向状態であると判定する判定部とを備えた。
この電池状態判定装置では、判定対象の二次電池に対し、拡散抵抗領域の複素インピーダンスを測定し、虚軸成分の絶対値を微小短絡傾向状態を判定するためのパラメータとする。拡散抵抗領域は、複素インピーダンス曲線のうち低周波数側に表れる部分であって、微小短絡傾向状態の二次電池は拡散抵抗領域におけるインピーダンス変化が顕著になる。このため検出した虚軸成分の絶対値と予め設定した下限閾値とを比較することによって、微小短絡傾向状態の判定精度を向上できる。また特に虚軸成分の絶対値は、微小短絡傾向を最もよく反映するパラメータであり、誤差が比較的小さい。従って他のパラメータでは微小短絡傾向状態を検出しにくい電池でも、非破壊で微小短絡傾向状態を検出することができる。
この電池状態判定装置について、前記インピーダンス測定部は、充電状態が２０％以下の前記二次電池に対し複素インピーダンス測定を行うことが好ましい。
即ち微小短絡傾向の二次電池の複素インピーダンスは、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）が「０」に近いほど大きく変化する。上記電池状態判定装置は、充電状態が２０％以下の二次電池の複素インピーダンスを測定するので、微小短絡の検出精度も向上でき、判定を行うために二次電池を満充電にする必要がない。
この電池状態判定装置について、前記検出部は、前記虚軸成分の絶対値とともに前記複素インピーダンスの実軸成分の絶対値を算出し、前記記憶部は、前記虚軸成分の絶対値に対応する第１の下限閾値とともに、前記微小短絡傾向状態である二次電池の前記実軸成分の絶対値の測定結果に基づき設定された第２の下限閾値を記憶し、前記判定部は、判定対象の二次電池の前記虚軸成分の絶対値が前記第１の下限閾値よりも小さい、又は、前記実軸成分の絶対値が前記第２の下限閾値よりも小さい場合に、判定対象の二次電池が前記微小短絡傾向状態であると判定することが好ましい。
この態様によれば、複素インピーダンスの虚軸成分の絶対値に加え、実軸成分の絶対値を微小短絡傾向状態を判定するためのパラメータとする。このため検出した虚軸成分の絶対値、及び実軸成分の絶対値と、それらに対応する各下限閾値とを比較することによって、微小短絡傾向状態の判定精度を向上できる。
上記課題を解決する電池状態判定装置は、二次電池に対し微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態である微小短絡傾向状態を判定する電池状態判定装置であって、拡散抵抗領域に対応する周波数を測定周波数とし、該測定周波数の交流電圧又は交流電流を判定対象の二次電池に印加して複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンス測定部から得られた前記複素インピーダンスの実軸成分の絶対値を検出する検出部と、前記微小短絡傾向状態である二次電池の前記実軸成分の測定結果に基づき設定された下限閾値を記憶する記憶部と、前記検出部によって検出された前記実軸成分の絶対値と前記下限閾値とを比較し、前記実軸成分の絶対値が前記下限閾値よりも小さい場合に、前記判定対象の二次電池が前記微小短絡傾向状態であると判定する判定部とを備えた。
この電池状態判定装置では、判定対象の二次電池に対し、拡散抵抗領域の複素インピーダンスを測定し、実軸成分の絶対値を微小短絡傾向状態を判定するためのパラメータとする。拡散抵抗領域は、複素インピーダンス曲線のうち低周波数側に表れる部分であって、微小短絡傾向状態の二次電池は拡散抵抗領域におけるインピーダンス変化が顕著になる。このため検出した実軸成分の絶対値と予め設定した下限閾値とを比較することによって、微小短絡傾向状態の判定精度を向上できる。従って他のパラメータでは微小短絡傾向状態を検出しにくい電池であっても、非破壊で微小短絡傾向状態を検出することができる。
上記課題を解決する電池状態判定装置は、二次電池に対し微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態である微小短絡傾向状態を判定する電池状態判定装置であって、拡散抵抗領域に対応する周波数を測定周波数とし、該測定周波数の交流電圧又は交流電流を判定対象の二次電池に印加して複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンス測定部から得られた前記複素インピーダンスの絶対値を検出する検出部と、前記微小短絡傾向状態である二次電池の前記複素インピーダンスの測定結果に基づき設定された下限閾値を記憶する記憶部と、前記検出部によって検出された前記複素インピーダンスの絶対値と前記下限閾値とを比較し、前記複素インピーダンスの絶対値が前記下限閾値よりも小さい場合に、前記判定対象の二次電池が前記微小短絡傾向状態であると判定する判定部とを備えた。
この電池状態判定装置では、判定対象の二次電池に対し、拡散抵抗領域の複素インピーダンスを測定し、該複素インピーダンスの絶対値を微小短絡傾向状態を判定するためのパラメータとする。拡散抵抗領域は、複素インピーダンス曲線のうち低周波数側に表れる部分であって、微小短絡傾向状態の二次電池は拡散抵抗領域におけるインピーダンス変化が顕著になる。このため検出したインピーダンスの絶対値と予め設定した下限閾値とを比較することによって、微小短絡傾向状態の判定精度を向上できる。従って他のパラメータでは微小短絡傾向状態を検出しにくい電池であっても、非破壊で微小短絡傾向状態を検出することができる。
これらの電池状態判定装置について、前記インピーダンス測定部は、充電状態が２０％以下の前記二次電池に対し複素インピーダンス測定を行うことが好ましい。
即ち微小短絡傾向の二次電池の複素インピーダンスは、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）が「０」に近いほど大きく変化する。上記電池状態判定装置は、充電状態が２０％以下の二次電池の複素インピーダンスを測定するので、微小短絡の検出精度も向上でき、判定を行うために二次電池を満充電にする必要がない。
本発明にかかる電池状態判定装置によれば、微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態であるか否かを判定する精度を向上することができる。
本発明の電池状態判定装置に係る第１実施形態の装置概略を示す図。 同装置での測定によって得られる複素インピーダンスのグラフ。 同実施形態で判定に用いられる良品及び不良品の分布と複素インピーダンスとの関係を示す分布図。 同実施形態における判定方法を説明する複素インピーダンスのグラフ。 同実施形態における判定方法のフローチャート。 本発明の第２実施形態の判定方法のフローチャート。 本発明の第３実施形態の判定方法のフローチャート。 本発明の第４実施形態の判定方法のフローチャート。
（第１実施形態）
以下、電池状態判定装置の第１実施形態を説明する。この装置では、車載用であって抵抗値が１０ｍΩ以下のリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池に対し、微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態（微小短絡傾向状態）であるか否かを判定する。微小短絡は、電池内における僅かな析出物や微小な異物の混入等を要因とする微小な短絡であり、直ちに電池が使用不可能な状態にはならない場合もある。微小短絡は短絡箇所に微小電流が流れることで瞬間的に焼切れる場合もあるが、電池の性能低下の要因となりうる他、内部短絡を招来する可能性もある。
図１に示すように、電池状態判定装置１０は、測定装置１１、及び判定装置１２を備えている。測定装置１１は、インピーダンス測定部１１ａ及びＳＯＣ調整部１１ｂを有している。インピーダンス測定部１１ａは、判定対象である電池モジュールＭに交流電圧又は交流電流を印加して、電池モジュールＭの複素インピーダンスを測定する。ＳＯＣ調整部１１ｂは、電池モジュールＭのＳＯＣを調整する。電池モジュールＭは、本実施形態では複数のバッテリーセルから構成されている。この電池モジュールＭが複数組み合わされることによって、電池スタックが構成され、当該電池スタック及びＥＣＵ等により車両等に搭載される電池パックが構成される。
判定装置１２は、ＣＰＵ１２ａ、ＲＡＭ１２ｂ及びＲＯＭ１２ｃ等を有し、ＲＯＭ１２ｃには、微小短絡傾向状態の判定に用いられるプログラムが格納されている。判定装置１２の判定結果は、ディスプレイ、印刷装置等の出力装置１３に出力される。この判定装置１２は検出部、記憶部、判定部を構成する。
判定装置１２は、測定装置１１から複素インピーダンス測定値を入力する。判定装置１２のＲＯＭ１２ｃには、判定対象となる電池モジュールＭに対し、実験等を通じて設定された測定周波数Ｆｄｉｆ及び下限閾値Ｚｊｍｉｎが格納されている。この測定周波数Ｆｄｉｆ及び下限閾値Ｚｊｍｉｎは、ニッケル水素電池、リチウム電池といった電池種別によって変化する。また同じ電池種別でもセル数や容量等が異なる場合には変化する。従って判定対象となる電池の種別や構成が変化する場合には、測定周波数Ｆｄｉｆ及び下限閾値Ｚｊｍｉｎを判定対象に合わせて設定する。
電池モジュールＭの複素インピーダンスＺは、ベクトル成分である実軸成分Ｚｒｅａｌ及び虚軸成分Ｚｉｍｇによって以下のようにあらわされる。尚、「ｊ」は虚軸単位である。
Ｚ＝Ｚｒｅａｌ＋ｊＺｉｍｇ
図２に示す複素インピーダンス曲線Ｎは、複素インピーダンスの実軸成分及び虚軸成分の大きさを２次元平面にプロットしたものを模式化して示している。この複素インピーダンス曲線Ｎは、電池モジュールＭに印加される交流電圧（又は交流電流）の周波数を変化させて測定されている。横軸は実軸成分Ｚｒｅａｌの絶対値（｜Ｚｒｅａｌ｜）、縦軸は虚軸成分Ｚｉｍｇ（｜Ｚｉｍｇ｜）の絶対値である。
複素インピーダンス曲線Ｎは、高周波数側から部品液抵抗領域Ａ、円弧状の電荷移動抵抗領域Ｂ、略直線状の拡散抵抗領域Ｃに分けられる。部品液抵抗領域Ａは、活物質や集電体内の接触抵抗、セパレータ内の電解液内のイオンが移動する際の抵抗等が表れた領域である。電荷移動抵抗領域Ｂは、電荷移動等における抵抗の領域であって、拡散抵抗領域Ｃは、物質拡散が関与したインピーダンスが表れた領域である。
測定周波数Ｆｄｉｆは、この拡散抵抗領域Ｃに対応する周波数範囲のうち所定の周波数である。測定周波数Ｆｄｉｆを拡散抵抗領域Ｃに対応する周波数とするのは、微小短絡傾向状態の電池モジュールＭは、他の領域Ａ，Ｂに比べて、拡散抵抗領域Ｃにおけるインピーダンス変化が顕著であることによる。微小短絡傾向状態であるか否かを判定する際には、測定周波数Ｆｄｉｆの交流電圧又は交流電流が電池モジュールＭに印加される。
また下限閾値Ｚｊｍｉｎは、複素インピーダンスの虚軸成分の大きさの下限を示しており、下限閾値Ｚｊｍｉｎ未満の虚軸成分の絶対値が測定された電池モジュールＭは、微小短絡傾向状態である不良品と判定される。
下限閾値Ｚｊｍｉｎの具体的な値は、以下のように設定される。例えば数百個の電池モジュールＭを検査対象とし、各電池モジュールＭに１つずつ測定周波数Ｆｄｉｆの交流電圧を印加し、測定装置１１等により複素インピーダンスの虚軸成分Ｚｉｍｇを測定する。ここで実軸成分Ｚｒｅａｌではなく虚軸成分Ｚｉｍｇを測定するのは、実軸成分Ｚｒｅａｌには、微小短絡傾向だけでなく液抵抗・部品抵抗の増加による異常も反映され、虚軸成分Ｚｉｍｇには微小短絡傾向が最もよく反映されるためである。
各電池モジュールＭの虚軸成分Ｚｉｍｇを測定すると、分解解析等、公知の方法によって各電池モジュールＭの微小短絡の有無、微小短絡が生じる可能性があるか否かを判断する。
図３に示される分布図は、各電池モジュールＭに測定周波数Ｆｄｉｆの交流電圧を印加したときの虚軸成分Ｚｉｍｇの分布を示すものであり、横軸が虚軸成分Ｚｉｍｇの絶対値、縦軸が電池モジュールＭの数量である。図３の分布図では、虚軸成分Ｚｉｍｇの絶対値が６．０ｍΩより小さい領域に不良品、虚軸成分Ｚｉｍｇの絶対値が６．０ｍΩ以上の領域に良品が分布している。従ってこの良品及び不良品の境界である６．０ｍΩを下限閾値Ｚｊｍｉｎとする。なお、分布図に、良品及び不良品の明確な境界が見られず、良品及び不良品が混在する領域がある場合には、その混在領域の最大値、又は、混在領域のうち良品個数が不良品個数よりも多くなる値に下限閾値Ｚｊｍｉｎを設定してもよい。
図４は、良品の複素インピーダンス曲線Ｎ１及び不良品の複素インピーダンス曲線Ｎ２であって、ＳＯＣが低い状態の良品及び不良品の電池モジュールＭに対し周波数を変化させて交流電圧を印加して測定したものである。微小短絡傾向状態のない良品は、曲線Ｎ１のうち測定周波数Ｆｄｉｆに対応する点Ｐ１の虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が下限閾値Ｚｊｍｉｎを超えている。一方、微小短絡傾向状態である不良品は、曲線Ｎ２のうち測定周波数Ｆｄｉｆに対応する点Ｐ２の虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が下限閾値Ｚｊｍｉｎ未満である。尚、電池モジュールＭを構成する電池セルのうち１つでも微小短絡傾向状態である場合には、電池モジュールＭの複素インピーダンスの虚軸成分Ｚｉｍｇの絶対値は、下限閾値Ｚｊｍｉｎ未満となる。
(動作)
次に本実施形態の微小短絡傾向状態の判定方法について説明する。ここでは微小短絡傾向状態の判定は、電池状態判定装置１０により自動的に行われる。
図５に示すように、判定装置１２は、測定装置１１のＳＯＣ調整部１１ｂを制御して、電池モジュールＭのＳＯＣ調整を行う（ステップＳ１）。ＳＯＣ調整部１１ｂは、電池モジュールＭの放電（又は充電）を行い、ＳＯＣを低い状態にする。具体的には電池モジュールＭのＳＯＣを２０％以下にすることが好ましく、５％以下にすることが特に好ましい。このようにＳＯＣを低い状態にすると、図４に示すインピーダンス曲線のように、ＳＯＣが高い状態に比べインピーダンス変化が顕著となり判定しやすくなる。またＳＯＣを５％以下にすると、インピーダンス変化が特に顕著になり、判定精度をより向上できる。
ＳＯＣ調整を行うと、判定装置１２は測定装置１１を制御して、インピーダンス測定部１１ａにより電池モジュールＭの複素インピーダンス測定を行う（ステップＳ２）。このとき判定装置１２は、測定装置１１に対し、ＲＯＭ１２ｃに格納された測定周波数Ｆｄｉｆの交流電圧を電池モジュールＭに印加するように制御する。又は測定装置１１側に測定周波数Ｆｄｉｆを予め設定していてもよい。このとき測定周波数Ｆｄｉｆを所定の値に設定することにより、周波数範囲を設定する場合に比べ測定時間を短くすることができる。
インピーダンス測定部１１ａは、電池モジュールＭの複素インピーダンスを測定すると、測定値を判定装置１２に出力する。判定装置１２は、測定値に基づき複素インピーダンスの虚軸成分の絶対値（｜Ｚｉｍｇ｜）を算出する（ステップＳ３）。また、判定装置１２は、ＲＯＭ１２ｃから下限閾値Ｚｊｍｉｎを読み出し（ステップＳ４）、虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が、下限閾値Ｚｊｍｉｎ未満であるか否かを判断する（ステップＳ５）。
虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が、下限閾値Ｚｊｍｉｎ以上である場合には、判定装置１２は、判定対象の電池モジュールＭが微小短絡傾向状態ではないとして、良品判定を行う（ステップＳ６）。一方、虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が、下限閾値Ｚｊｍｉｎ以下である場合には、判定装置１２は、判定対象の電池モジュールＭが微小短絡傾向状態の不良品であると判定する（ステップＳ７）。
以上説明したように、第１実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）第１実施形態によれば、判定対象の電池モジュールＭに対し、拡散抵抗領域の複素インピーダンスを測定し、複素インピーダンスの虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜を微小短絡傾向状態を判定するためのパラメータとして検出する。拡散抵抗領域は、複素インピーダンス曲線Ｎのうち低周波数側に表れる部分であって、微小短絡傾向状態の二次電池は拡散抵抗領域におけるインピーダンス変化が顕著になる。このため検出した虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜と予め設定した下限閾値Ｚｊｍｉｎとを比較することによって、従来に比べ微小短絡傾向状態の電池モジュールＭを比較的精度よく検出できる。また特に虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜は、微小短絡傾向を最もよく反映するパラメータであり、誤差が比較的小さい。従って微小短絡傾向状態が生じたときに他のパラメータでは変化の小さい電池であっても、非破壊で微小短絡傾向状態を検出することができる。
（２）第１実施形態では、微小短絡傾向の電池モジュールＭの複素インピーダンスは、電池モジュールＭの充電状態（ＳＯＣ）が「０」に近いほど大きく変化する。電池状態判定装置１０は、充電状態が２０％以下の二次電池の複素インピーダンスを測定するので、微小短絡の判定精度も向上でき、判定のために二次電池を満充電にする必要がない。またＳＯＣを５％以下にした場合には、インピーダンス変化が特に顕著になり、判定精度をより向上できる。
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図６にしたがって説明する。尚、第２実施形態は、第１実施形態の判定方法の手順を変更したのみの構成であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態では、微小短絡傾向状態の判定に複素インピーダンスの実軸成分を用いる。上述したように実軸成分Ｚｒｅａｌは、微小短絡傾向だけではなく、液抵抗・部品抵抗等の増加が反映されるが、例えば液抵抗・部品抵抗等の増加を含めて異常を判定する場合には、実軸成分Ｚｒｅａｌを判定用のパラメータとして用いることが好ましい。
この場合には、第１実施形態における虚軸成分Ｚｉｍｇの下限閾値Ｚｊｍｉｎを決める手順と同様に、実軸成分Ｚｒｅａｌの下限閾値Ｚｒｍｉｎを決定する。即ち、数百個の電池モジュールＭを検査対象とし、測定周波数Ｆｄｉｆの交流電圧を印加し、測定装置１１により複素インピーダンスの実軸成分Ｚｒｅａｌを測定する。そして各電池モジュールＭの微小短絡の有無、微小短絡が生じる可能性があるか否かを公知の方法で判定する。そして図３に示されるような分布図を作成し、その分布図から良品と不良品との境界となる下限閾値Ｚｒｍｉｎを設定する。
次に本実施形態における電池状態判定装置１０の動作について説明する。本実施形態の動作及び第１実施形態の動作の共通部分については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。図６に示すように、判定装置１２は、第１実施形態と同様に、測定装置１１のＳＯＣ調整部１１ｂを制御して、電池モジュールＭのＳＯＣ調整を行う（ステップＳ１）。ＳＯＣ調整部１１ｂは、電池モジュールＭの放電（又は充電）を行い、ＳＯＣを低い状態にする。具体的には電池モジュールＭのＳＯＣを２０％以下にすることが好ましく、５％以下にすることが特に好ましい。このようにＳＯＣを低い状態にすると、ＳＯＣが高い状態に比べインピーダンス変化が顕著となり判定しやすくなる。またＳＯＣを５％以下にすると、インピーダンス変化が特に顕著になり、判定精度をより向上できる。
また判定装置１２は測定装置１１を制御して、インピーダンス測定部１１ａにより電池モジュールＭの複素インピーダンス測定を行う（ステップＳ２）。
インピーダンス測定部１１ａは、電池モジュールＭの複素インピーダンスを測定すると、測定値を判定装置１２に出力する。判定装置１２は、測定値に基づき複素インピーダンスの実軸成分の絶対値（｜Ｚｒｅａｌ｜）を算出する（ステップＳ１０）。また、判定装置１２は、ＲＯＭ１２ｃから、実軸成分の絶対値の下限閾値Ｚｒｍｉｎを読み出し（ステップＳ１１）、虚軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜が、下限閾値Ｚｒｍｉｎ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。
実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜が、下限閾値Ｚｒｍｉｎ以上である場合には、判定装置１２は、判定対象の電池モジュールＭが微小短絡傾向状態ではないとして、良品判定を行う（ステップＳ６）。即ち、ステップＳ６で良品判定された電池モジュールＭは、微小短絡傾向状態ではなく、液抵抗・部品抵抗の増加による異常もない可能性が高い。
一方、実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜が、下限閾値Ｚｒｍｉｎ未満である場合には、判定装置１２は、判定対象の電池モジュールＭが微小短絡傾向状態であると判定する（ステップＳ７）。
以上説明したように、第２実施形態によれば、第１実施形態の（２）に記載の効果に加えて以下に列挙する効果が得られるようになる。
（３）第２実施形態では、電池モジュールＭに対し、拡散抵抗領域の複素インピーダンスを測定し、複素インピーダンスの実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜を微小短絡傾向状態を判定するためのパラメータとして検出する。拡散抵抗領域は、複素インピーダンス曲線Ｎのうち低周波数側に表れる部分であって、微小短絡傾向状態の電池モジュールＭは拡散抵抗領域におけるインピーダンス変化が顕著になる。このため検出した実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜と予め設定した下限閾値Ｚｒｍｉｎとを比較することによって、微小短絡傾向状態の判定精度を向上できる。従って微小短絡傾向状態が生じたときに他のパラメータでは変化の小さい電池であっても、非破壊で微小短絡傾向状態を検出することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図７にしたがって説明する。尚、第３実施形態は、第１実施形態の判定方法の手順を変更したのみの構成である。
本実施形態では、微小短絡傾向状態の判定に複素インピーダンスの絶対値（｜Ｚ｜）を用いる。｜Ｚ｜は以下のようにあらわされる。
｜Ｚ｜＝{（Ｚｉｍｇ）２＋（Ｚｒｅａｌ）２}１／２
従って、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜は実軸成分Ｚｒｅａｌを含むが、液抵抗・部品抵抗等の増加を含めて判定する場合等には、実軸成分Ｚｒｅａｌを判定用のパラメータとして用いることが好ましく、虚軸成分Ｚｉｍｇが含まれる複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜で判定することで、微小短絡傾向状態における判定精度も向上できる。
本実施形態の下限閾値Ｚｍｉｎの設定方法は、第１実施形態と同様である。即ち上述した分布図の横軸となるパラメータが、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜であることのみが異なる。
次に本実施形態における電池状態判定装置１０の動作について説明する。本実施形態の動作及び第１実施形態の動作の共通部分については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。図７に示すように、判定装置１２は、第１及び第２第１実施形態と同様に、電池モジュールＭのＳＯＣ調整を行う（ステップＳ１）。このときＳＯＣ調整部１１ｂは、電池モジュールＭの放電（又は充電）を行い、ＳＯＣを低い状態にする。具体的には電池モジュールＭのＳＯＣを２０％以下にすることが好ましく、５％以下にすることが特に好ましい。このようにＳＯＣを低い状態にすると、ＳＯＣが高い状態に比べインピーダンス変化が顕著となり判定しやすくなる。またＳＯＣを５％以下にすると、インピーダンス変化が特に顕著になり、判定精度をより向上できる。
また判定装置１２は、インピーダンス測定部１１ａにより電池モジュールＭの複素インピーダンス測定を行う（ステップＳ２）。
判定装置１２は、インピーダンス測定部１１ａによる測定値に基づき複素インピーダンスの絶対値（｜Ｚ｜）を算出する（ステップＳ２０）。また、判定装置１２は、ＲＯＭ１２ｃから、複素インピーダンスの絶対値の下限閾値Ｚｍｉｎを読み出し（ステップＳ２１）、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が、下限閾値Ｚｍｉｎ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。
複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が、下限閾値Ｚｍｉｎよりも大きい場合には、判定装置１２は、判定対象の電池モジュールＭが微小短絡傾向状態ではないとして、良品判定を行う（ステップＳ６）。一方、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が、下限閾値Ｚｍｉｎ以下である場合には、判定装置１２は、判定対象の電池モジュールＭが微小短絡傾向状態であると判定する（ステップＳ７）。
以上説明したように、第３実施形態によれば、第１実施形態の（２）に記載の効果に加えて以下に列挙する効果が得られるようになる。
（４）第３実施形態では、電池モジュールＭに対し、拡散抵抗領域の複素インピーダンスを測定し、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を微小短絡傾向状態を判定するためのパラメータとして検出する。拡散抵抗領域は、複素インピーダンス曲線Ｎのうち低周波数側に表れる部分であって、微小短絡傾向状態の電池モジュールＭは拡散抵抗領域におけるインピーダンス変化が顕著になる。このため検出した複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜と予め設定した下限閾値Ｚｍｉｎとを比較することによって、微小短絡傾向状態の判定精度を向上できる。従って微小短絡傾向状態が生じたときに他のパラメータでは変化の小さい電池であっても、非破壊で微小短絡傾向状態を検出することができる。
（第４実施形態）
次に、本発明を具体化した第４実施形態を図８にしたがって説明する。尚、第３実施形態は、第１実施形態の判定方法の手順を変更したのみの構成である。
電池状態判定装置１０の動作について説明する。本実施形態の動作及び第１実施形態の動作の共通部分については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。本実施形態では微小短絡傾向状態の判定に複素インピーダンスの虚軸成分Ｚｉｍｇ及び実軸成分Ｚｒｅａｌを用い、これらの成分の両方が、各々設定された下限閾値Ｚｊｍｉｎ，Ｚｒｍｉｎ以上である場合に良品判定を行う。虚軸成分Ｚｉｍｇの下限閾値Ｚｊｍｉｎは第１実施形態と同様であり、実軸成分Ｚｒｅａｌの下限閾値Ｚｒｍｉｎは第２実施形態と同様である。虚軸成分Ｚｉｍｇ及び実軸成分Ｚｒｅａｌの条件が満たされたもののみ良品判定を行うことによって、微小短絡傾向状態の判定精度を向上するとともに、液抵抗・部品抵抗等の増加による異常の有無についての評価を行うことができる。
図８に示すように、判定装置１２は、測定装置１１を制御して、電池モジュールＭのＳＯＣ調整を行う（ステップＳ１）。ＳＯＣ調整部１１ｂは、電池モジュールＭの放電（又は充電）を行い、ＳＯＣを低い状態にする。具体的には電池モジュールＭのＳＯＣを２０％以下にすることが好ましく、５％以下にすることが特に好ましい。このようにＳＯＣを低い状態にすると、ＳＯＣが高い状態に比べインピーダンス変化が顕著となり判定しやすくなる。またＳＯＣを５％以下にすると、インピーダンス変化が特に顕著になり、判定精度をより向上できる。
また判定装置１２は、電池モジュールＭの複素インピーダンス測定（ステップＳ２）を行い、測定値に基づき複素インピーダンスの虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜及び実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜を算出する（ステップＳ３０）。このとき虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜及び実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜は、一回の測定から得ることができるので判定にかかる時間が極端に長くなることはない。
また判定装置１２は、ＲＯＭ１２ｃから、虚軸成分の絶対値の下限閾値Ｚｊｍｉｎ及び実軸成分の絶対値の下限閾値Ｚｒｍｉｎを読み出し（ステップＳ３１）、虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が下限閾値Ｚｊｍｉｎ未満、又は実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜が下限閾値Ｚｒｍｉｎ未満であるか否かを判断する（ステップＳ３２）。
虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が下限閾値Ｚｊｍｉｎ以上、且つ実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜が下限閾値Ｚｒｍｉｎ以上であると判断すると（ステップＳ３２においてＹＥＳ）、判定対象の電池モジュールＭが微小短絡傾向状態ではないとして、良品判定を行う（ステップＳ６）。
一方、虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が下限閾値Ｚｊｍｉｎより小さい、又は実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜が下限閾値Ｚｒｍｉｎより小さい場合には（ステップＳ３２においてＮＯ）、電池モジュールＭが微小短絡傾向状態であると判定する（ステップＳ７）。即ち、虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜及び実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜の両方が下限閾値Ｚｊｍｉｎ，Ｚｒｍｉｎ以上である電池モジュールＭのみ良品判定をしているため、微小短絡傾向状態であるにも関わらず、誤って良品判定することを抑制できる。
以上説明したように、第４実施形態によれば、第１実施形態の（１），（２）に記載の効果に加えて以下に列挙する効果が得られるようになる。
（５）第４実施形態では、電池状態判定装置１０は、複素インピーダンスの虚軸成分の絶対値｜Ｚｉｍｇ｜に加え、実軸成分の絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜を微小短絡傾向状態を判定するためのパラメータとして検出する。そして絶対値｜Ｚｉｍｇ｜が虚軸成分の下限閾値Ｚｊｍｉｎより小さい、又は絶対値｜Ｚｒｅａｌ｜が実軸成分の下限閾値Ｚｒｍｉｎより小さい場合には微小短絡傾向と判定し、各絶対値｜Ｚｉｍｇ｜，｜Ｚｒｅａｌ｜が各下限閾値Ｚｊｍｉｎ，Ｚｒｍｉｎ以上である場合にのみ良品判定する。このため、微小短絡傾向状態であるにも関わらず、誤って良品判定することを抑制できる。
尚、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上記各実施形態では、ＳＯＣを２０％以下とした電池モジュールＭの複素インピーダンスを測定したが、ＳＯＣが２０％超で微小短絡傾向状態が検出可能な電池であれば、電池モジュールＭのＳＯＣを２０％超にした状態で測定しても構わない。
・上記各実施形態では、電池モジュールＭを判定対象とし、電池モジュールＭを複数のバッテリーセルから構成したが、単数のバッテリーセルを判定対象としてもよい。また判定対象を、複数の電池モジュールＭから構成される電池スタックとしてもよい。
・上記実施形態では、測定装置１１及び判定装置１２を用いて、電池モジュールＭの微小短絡傾向状態を判定したが、本発明の電池状態判定装置は、その構成に限定されない。例えば、測定装置１１のＳＯＣ調整部１１ｂとインピーダンス測定部１１ａは別の装置でもよい。
・上記各実施形態では、ＳＯＣを測定する方法として充電電流の積算値を算出する方法を用いたが、電圧値や温度等の他のパラメータに基づき算出する方法、又は電流値を含めたそれらのパラメータを組み合わせて算出する方法を用いてもよい。
１０…電池状態判定装置、１１…測定装置、１１ａ…インピーダンス測定部、１２…検出部、記憶部、判定部を構成する判定装置、Ｃ…拡散抵抗領域、Ｆｄｉｆ…測定周波数、Ｍ…二次電池としての電池モジュール、Ｎ…複素インピーダンス曲線、Ｚ…複素インピーダンス、Ｚｉｍｇ…虚軸成分、Ｚｒｅａｌ…実軸成分、Ｚｊｍｉｎ，Ｚｒｍｉｎ，Ｚｍｉｎ…下限閾値。

Claims (6)

  1. 二次電池に対し微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態である微小短絡傾向状態を判定する電池状態判定装置であって、
    拡散抵抗領域に対応する周波数を測定周波数とし、該測定周波数の交流電圧又は交流電流を判定対象の二次電池に印加して複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
    前記インピーダンス測定部から得られた前記複素インピーダンスの虚軸成分の絶対値を検出する検出部と、
    前記微小短絡傾向状態である二次電池の前記虚軸成分の絶対値の測定結果に基づき設定された下限閾値を記憶する記憶部と、
    前記検出部によって検出された前記虚軸成分の絶対値と前記下限閾値とを比較し、前記虚軸成分の絶対値が前記下限閾値よりも小さい場合に、前記判定対象の二次電池が前記微小短絡傾向状態であると判定する判定部とを備えた電池状態判定装置。
  2. 前記インピーダンス測定部は、充電状態が２０％以下の前記二次電池に対し複素インピーダンス測定を行う請求項１に記載の電池状態判定装置。
  3. 前記検出部は、前記虚軸成分の絶対値とともに前記複素インピーダンスの実軸成分の絶対値を算出し、
    前記記憶部は、前記虚軸成分の絶対値に対応する第１の下限閾値とともに、前記微小短絡傾向状態である二次電池の前記実軸成分の絶対値の測定結果に基づき設定された第２の下限閾値を記憶し、
    前記判定部は、判定対象の二次電池の前記虚軸成分の絶対値が前記第１の下限閾値よりも小さい、又は、前記実軸成分の絶対値が前記第２の下限閾値よりも小さい場合に、判定対象の二次電池が前記微小短絡傾向状態であると判定する請求項１又は２に記載の電池状態判定装置。
  4. 二次電池に対し微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態である微小短絡傾向状態を判定する電池状態判定装置であって、
    拡散抵抗領域に対応する周波数を測定周波数とし、該測定周波数の交流電圧又は交流電流を判定対象の二次電池に印加して複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
    前記インピーダンス測定部から得られた前記複素インピーダンスの実軸成分の絶対値を検出する検出部と、
    前記微小短絡傾向状態である二次電池の前記実軸成分の測定結果に基づき設定された下限閾値を記憶する記憶部と、
    前記検出部によって検出された前記実軸成分の絶対値と前記下限閾値とを比較し、前記実軸成分の絶対値が前記下限閾値よりも小さい場合に、前記判定対象の二次電池が前記微小短絡傾向状態であると判定する判定部とを備えた電池状態判定装置。
  5. 二次電池に対し微小短絡が生じた状態又は微小短絡が生じる可能性が高い状態である微小短絡傾向状態を判定する電池状態判定装置であって、
    拡散抵抗領域に対応する周波数を測定周波数とし、該測定周波数の交流電圧又は交流電流を判定対象の二次電池に印加して複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
    前記インピーダンス測定部から得られた前記複素インピーダンスの絶対値を検出する検出部と、
    前記微小短絡傾向状態である二次電池の前記複素インピーダンスの測定結果に基づき設定された下限閾値を記憶する記憶部と、
    前記検出部によって検出された前記複素インピーダンスの絶対値と前記下限閾値とを比較し、前記複素インピーダンスの絶対値が前記下限閾値よりも小さい場合に、前記判定対象の二次電池が前記微小短絡傾向状態であると判定する判定部とを備えた電池状態判定装置。
  6. 前記インピーダンス測定部は、充電状態が２０％以下の前記二次電池に対し複素インピーダンス測定を行う請求項４又は５に記載の電池状態判定装置。
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