JP5091805B2 - 劣化判定回路、電池システム、及び劣化判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話機、パーソナルコンピュータなどのモバイル分野、電動工具、掃除機などのパワーツール分野、電動自動車、電動産業用車両、電動バイク、電動アシスト自転車、電動車椅子、電動ロボットなど動力分野、ロードレベリング、ピークシフト、バックアップなどのシステム電源分野の電源等、種々の用途に用いられる二次電池の劣化判定回路、これを用いた電池システム、及び劣化判定方法に関する。

繰り返し充放電や長期保存使用時における電池特性の変化から、二次電池の劣化を検出する種々方法が提案されている。このような電池特性のうち電池の温度に着目し、複数の電池を有するパック電池の温度を検出し、検出した電池温度が変化する電池温度変化率に基づいて二次電池の劣化または故障を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この提案によれば、劣化した二次電池の電池温度変化率が、正常な二次電池に比較して大きくなる特性を利用して、二次電池の劣化や故障を検出するので、従来のように、電池電圧から二次電池の劣化を判定する方法に比べて、確実かつ正確に検出できると述べられている。
特開２００１−３１３０８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、複数の二次電池を備えたパック電池における隣接する二次電池が正常であると仮定して、当該隣接する二次電池の温度との相対比較によって各二次電池の劣化を判定するため、隣接する二次電池が正常でなければ正しく劣化判定を行うことができず、劣化判定の精度が劣るという不都合があった。

本発明の目的は、二次電池の劣化検出精度を向上することができる劣化判定回路、電池システム、及び劣化判定方法を提供することである。

本発明に係る劣化判定回路は、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出される温度の、予め設定された設定時間あたりの変化量を算出する変化量算出部と、前記変化量算出部によって算出された変化量を前記電流検出部で検出された電流値の二乗で除算することで前記変化量の換算値を算出する換算値算出部と、予め設定された基準値範囲を記憶する記憶部と、前記換算値算出部によって算出された換算値が、前記記憶部に記憶された基準値範囲に入っているか否かに応じて前記二次電池の劣化の有無を判定する判定部とを備える。

また、本発明に係る劣化判定方法は、電流検出部が、二次電池に流れる電流を検出する工程と、温度検出部が、前記二次電池の温度を検出する工程と、変化量算出部が、前記温度検出部によって検出される温度の、予め設定された設定時間あたりの変化量を算出する工程と、換算値算出部が、前記変化量算出部によって算出された変化量を前記電流検出部で検出された電流値の二乗で除算することで前記変化量の換算値を算出する工程と、記憶部が、予め設定された基準値範囲を記憶する工程と、判定部が、前記換算値算出部によって算出された換算値が前記記憶部に記憶された基準値範囲に入っているか否かに応じて前記二次電池の劣化の有無を判定する工程とを含む。

この構成によれば、変化量算出部によって、温度検出部によって検出される二次電池の温度の、予め設定された設定時間あたりの変化量が算出される。この変化量は、二次電池の劣化の程度に応じて変化することが知られている。しかしながら、二次電池の発熱量は二次電池を流れる電流によっても変化するため、上記変化量を単純に予め設定された基準値と比較して二次電池の劣化を判定しようとすると、二次電池を流れる電流の大小に応じた発熱量の変化によって上記変化量が影響を受けて、正しく劣化を判定することができない。そこで、換算値算出部によって、変化量算出部で算出された変化量を電流検出部で検出された電流値の二乗で除算することで、変化量の換算値を算出する。そうすると、この換算値からは、二次電池を流れる電流に起因する発熱量の変動成分が低減される。そして、判定部によって、このようにして得られた換算値が、記憶部に記憶された基準値範囲に入っているか否かに応じて二次電池の劣化の有無が判定される。この場合、背景技術に記載の劣化判定方法のように、隣接する二次電池と温度を比較する必要がないので、隣接する二次電池が正常か否かに関わりなく劣化を判定することができる結果、背景技術よりも二次電池の劣化検出精度を向上することができる。

また、前記記憶部は、さらに、前記二次電池の温度と対応付けて、当該温度が低いほど前記基準値範囲の値が大きくなるように当該基準値範囲を記憶し、前記判定部は、さらに、前記換算値算出部によって算出された換算値が、前記変化量算出部によって前記変化量を算出する際の前記二次電池の温度を代表する温度である代表温度と対応付けられて前記記憶部によって記憶されている基準値範囲に入っているか否かに基づいて前記二次電池の劣化の有無を判定することが好ましい。

上記換算値は、二次電池の温度が低いほど値が大きくなる。そこで、記憶部に、二次電池の温度と対応付けて、当該温度が低いほど基準値範囲の値が大きくなるように当該基準値範囲を記憶しておき、判定部が、さらに、換算値算出部によって算出された換算値が、上記代表温度と対応付けられて記憶部によって記憶されている基準値範囲に入っているか否かに基づいて二次電池の劣化の有無を判定することで、温度の影響を補正して、劣化判定の精度を向上することができる。

また、前記変化量算出部によって前記変化量を算出する際、前記二次電池が放電状態であるか充電状態であるかを検知する充放電検知部をさらに備え、前記記憶部は、さらに、前記基準値範囲を、前記二次電池の放電及び充電の各状態と対応付けて記憶し、前記判定部は、さらに、前記換算値算出部によって算出された換算値が、前記記憶部によって前記充放電検知部で検知された状態と対応付けられている基準値範囲に入っているか否かに基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定することが好ましい。

二次電池は、放電状態であるか充電状態であるかによって、上記換算値が異なる場合がある。そこで、この構成によれば、記憶部には、基準値範囲が二次電池の放電及び充電の各状態と対応付けて記憶されている。また、充放電検知部によって、二次電池が放電状態であるか充電状態であるかが検知される。そして、判定部によって、換算値算出部によって算出された換算値が、記憶部によって充放電検知部で検知された状態と対応付けられている基準値範囲に入っているか否かに基づいて、二次電池の劣化の有無が判定されるので、放電状態であるか充電状態であるかという状態の違いにより生じる影響を補正して、劣化判定の精度を向上することができる。

また、前記充放電検知部は、前記電流検出部によって検出される電流の極性に基づいて、前記二次電池が放電状態であるか充電状態であるかを検知することが好ましい。

この構成によれば、充放電検知部は、電流検出部で検出される電流の極性を確認することで、二次電池が放電状態であるか充電状態であるかを検知することができるので、充放電検知部を構成することが容易である。

また、前記二次電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部をさらに備え、前記記憶部は、さらに、前記基準値範囲を、前記二次電池のＳＯＣと対応付けて記憶し、前記判定部は、さらに、前記換算値算出部によって算出された換算値が、前記記憶部によって前記ＳＯＣ検出部で検出されたＳＯＣと対応付けられている基準値範囲に入っているか否かに基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定することが好ましい。

二次電池は、ＳＯＣの違いによって、上記換算値が異なる場合がある。そこで、この構成によれば、記憶部には、基準値範囲が二次電池のＳＯＣと対応付けて記憶されている。また、ＳＯＣ検出部によって、二次電池のＳＯＣが検出される。そして、判定部によって、換算値算出部によって算出された換算値が、記憶部によってＳＯＣ検出部で検知されたＳＯＣと対応付けられている基準値範囲に入っているか否かに基づいて、二次電池の劣化の有無が判定されるので、二次電池は、二次電池のＳＯＣの違いにより生じる影響を補正して、劣化判定の精度を向上することができる。

また、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記ＳＯＣ検出部は、前記電圧検出部によって検出された端子電圧に基づいて、前記ＳＯＣを取得することが好ましい。

この構成によれば、ＳＯＣ検出部は、電圧検出部によって検出された端子電圧に基づいて、ＳＯＣを取得することができるので、ＳＯＣを取得することが容易である。

また、本発明に係る電池システムは、上述の劣化判定回路と、前記二次電池とを備える。

この構成によれば、上述の劣化判定回路と二次電池とを備えた電池システムにおいて、二次電池の劣化を判定する際に、背景技術に記載の劣化判定方法のように隣接する二次電池と温度を比較する必要がないので、隣接する二次電池が正常か否かに関わりなく劣化を判定することができる結果、背景技術よりも二次電池の劣化検出精度を向上することができる。

このような構成の劣化判定回路及び劣化判定方法は、変化量算出部によって、温度検出部によって検出される二次電池の温度の、予め設定された設定時間あたりの変化量が算出される。この変化量は、二次電池の劣化の程度に応じて変化することが知られている。しかしながら、二次電池の発熱量は二次電池を流れる電流によっても変化するため、上記変化量を単純に予め設定された基準値と比較して二次電池の劣化を判定しようとすると、二次電池を流れる電流の大小に応じた発熱量の変化によって上記変化量が影響を受けて、正しく劣化を判定することができない。そこで、換算値算出部によって、変化量算出部で算出された変化量を電流検出部で検出された電流値の二乗で除算することで、変化量の換算値を算出する。そうすると、この換算値からは、二次電池を流れる電流に起因する発熱量の変動成分が低減される。そして、判定部によって、このようにして得られた換算値が、記憶部に記憶された基準値範囲に入っているか否かに応じて二次電池の劣化の有無が判定される。この場合、背景技術に記載の劣化判定方法のように、隣接する二次電池と温度を比較する必要がないので、隣接する二次電池が正常か否かに関わりなく劣化を判定することができる結果、背景技術よりも二次電池の劣化検出精度を向上することができる。

また、このような構成の電池システムは、二次電池の劣化を判定する際に、背景技術に記載の劣化判定方法のように隣接する二次電池と温度を比較する必要がないので、隣接する二次電池が正常か否かに関わりなく劣化を判定することができる結果、背景技術よりも二次電池の劣化検出精度を向上することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る劣化判定方法を用いた劣化判定回路、及びこの劣化判定回路を用いた電池システムの一例を示すブロック図である。

図１に示す電池システム１００は、劣化判定回路１と、リチウムイオン二次電池１２とを備えて構成されている。電池システム１００は、例えば電池パックであってもよく、バックアップ電源装置であってもよく、電池搭載機器の一部として構成されていてもよく、その他の電源システムであってもよい。なお、二次電池の一例としてリチウムイオン二次電池を示したが、二次電池としては、ニッケル水素二次電池や鉛蓄電池等、種々の二次電池を用いることができる。

劣化判定回路１には、リチウムイオン二次電池１２と、上位装置１０と、充放電部１１とが接続されている。上位装置１０は、例えば携帯型パ−ソナルコンピュータや携帯電話機等、リチウムイオン二次電池１２から供給される電力により動作する電池搭載機器の本体部である。充放電部１１は、リチウムイオン二次電池１２に電流を供給して充電したり、リチウムイオン二次電池１２から電力の供給を受けて上位装置１０へ供給したりする充放電回路である。

そして、例えば、劣化判定回路１と、リチウムイオン二次電池１２と、上位装置１０と、充放電部１１とが一体に構成されて、電池搭載機器が構成されている。劣化判定回路１は、上位装置１０の一部として構成されていてもよく、例えばリチウムイオン二次電池１２を含む電池パックの一部として構成されていてもよい。

劣化判定回路１は、充放電部１１によって、リチウムイオン二次電池１２に入出力される充放電電流の電流値Ｉを検出する電流検出部２、リチウムイオン二次電池１２の端子電圧Ｖｔを検出する電圧検出部３、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔを検出する温度検出部４、タイムカウントを行うタイマ部５、メモリ部６、制御部７、劣化情報を表示する表示部８、及び劣化情報を上位装置１０に送信する通信部９を備える。

電流検出部２は、例えばシャント抵抗や電流変成器等の電流センサを用いて構成されている。電流検出部２は、リチウムイオン二次電池１２を充電する方向の電流値をプラス、リチウムイオン二次電池１２が放電する方向の電流値をマイナスで示すようになっている。

電圧検出部３は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されている。温度検出部４は、例えば熱電対やサーミスタ等の温度センサを用いて構成されている。タイマ部５は、タイマ回路を用いて構成されていてもよく、ソフトウェアシーケンスによって実現されていてもよい。

メモリ部６は、例えば、リチウムイオン二次電池１２における充電及び放電の各状態、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔ、及びリチウムイオン二次電池１２のＳＯＣ（State Of Charge）に対応付けて予め設定された基準値範囲を示す情報が記憶された不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）や、劣化情報を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む記憶部である。メモリ部６は、例えば制御部７に内蔵されていてもよい。

表示部８としては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）や液晶表示器等が用いられる。

電流検出部２、電圧検出部３、温度検出部４、タイマ部５、メモリ部６は、それぞれ、制御部７へ接続されており、各部で得られる情報が制御部７へ送信される。そして、各部から送信された情報をもとに、制御部７によって、リチウムイオン二次電池１２の劣化状態を示す劣化情報が生成され、メモリ部６に記憶される。この劣化情報が、表示部８に送信され表示され、あるいは通信部９を介して上位装置１０へ送信される。

図２は、図１に示す制御部７の構成の一例を示すブロック図である。制御部７は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ等の記憶部と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部７は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、充放電検知部７１、変化量算出部７２、換算値算出部７３、ＳＯＣ検出部７４、及び判定部７５として機能する。

充放電検知部７１は、電流検出部２によって検出された電流値Ｉが、プラスの極性である場合リチウムイオン二次電池１２が充電状態であると判定し、マイナスの極性である場合リチウムイオン二次電池１２が放電状態であると判定することで、リチウムイオン二次電池１２が放電状態であるか充電状態であるかを検知する。

なお、充放電検知部７１は、必ずしも電流検出部２によって検出された電流値Ｉに基づいてリチウムイオン二次電池１２が放電状態であるか充電状態であるかを検知する例に限らない。充放電検知部７１は、例えばリチウムイオン二次電池１２が放電中であるか充電中であるかを示す情報を、充放電部１１から、上位装置１０及び通信部９を介する等して受信する等、種々の手段により検知することができる。

変化量算出部７２は、温度検出部４によって検出される温度Ｔの、予め設定された設定時間Ｔｓあたりの変化量を算出する。具体的には、例えば変化量算出部７２は、温度検出部４によって検出された温度Ｔを温度Ｔ_１として取得した後、タイマ部５によって設定時間ｔｓを計時し、設定時間ｔｓ経過後に温度検出部４によって検出された温度Ｔを温度Ｔ_２として取得する。そして、変化量算出部７２は、温度Ｔ_２から温度Ｔ_１を減算することにより、温度の変化量Ｔｘを算出する。

換算値算出部７３は、変化量算出部７２によって算出された変化量Ｔｘと、電流検出部２で検出された電流値Ｉとに基づいて、例えば下記の式（１）を用いて変化量Ｔｘの換算値Ｘを算出する。

Ｘ＝ａ×｜Ｔｘ｜／Ｉ^２
＝ａ×｜Ｔ_２−Ｔ_１｜／Ｉ^２ ・・・（１）
但し、ａは任意の定数。

ところで、リチウムイオン二次電池１２の発熱量は、おおよそリチウムイオン二次電池１２を流れる電流値Ｉの二乗に比例して増大し、変化量Ｔｘもまた増大する。従って、電流値Ｉを考慮しなければ、変化量Ｔｘのみに基づいてリチウムイオン二次電池１２の劣化を判定することはできない。この点で、特許文献１に記載の背景技術では、複数の二次電池が直列接続されているので、隣接する二次電池にも同じ電流が流れている。そこで、隣接する二次電池と温度変化量を対比することで、二次電池に流れる電流の影響を排除している。このように、従来、変化量Ｔｘを単純に基準値と比較するだけではリチウムイオン二次電池１２の劣化を判定することはできなかった。

しかしながら劣化判定回路１は、上記式（１）によって、変化量Ｔｘを換算値Ｘに換算することで、電流値Ｉが変化量Ｔｘに与える影響を排除し、予め設定された基準値範囲と換算値Ｘとの比較に基づきリチウムイオン二次電池１２の劣化を判定することが可能にされている。

ＳＯＣ検出部７４は、リチウムイオン二次電池１２のＳＯＣ（State Of Charge）を検出する。具体的には、リチウムイオン二次電池は、端子電圧ＶｔとＳＯＣとの間に相関関係がある。そこで、予めリチウムイオン二次電池１２の端子電圧ＶｔとＳＯＣとの対応関係を示すルックアップテーブルをメモリ部６に記憶しておく。

そして、ＳＯＣ検出部７４は、電圧検出部３によって検出された端子電圧Ｖｔを、メモリ部６に記憶されたルックアップテーブルを参照してＳＯＣに変換することで、リチウムイオン二次電池１２のＳＯＣを検出する。あるいは、ＳＯＣ検出部７４は、電流検出部２によって検出された充放電電流の電流値Ｉを積算することによりリチウムイオン二次電池１２の蓄電電荷量を算出し、この蓄電電荷量からＳＯＣを算出する等、ＳＯＣを検出するために種々の方法を用いることができる。

判定部７５は、メモリ部６を参照し、充放電検知部７１によって検知された状態（充電又は放電）、温度検出部４によって検出されたリチウムイオン二次電池１２の温度Ｔ、及びＳＯＣ検出部７４によって検出されたリチウムイオン二次電池１２のＳＯＣに、対応付けてメモリ部６に記憶されている基準値範囲の上限値Ｘｕと下限値Ｘｄとを取得する。

そして、判定部７５は、換算値算出部７３によって算出された換算値Ｘが、上限値Ｘｕ〜下限値Ｘｄの範囲内に入っていれば、リチウムイオン二次電池１２は劣化していないと判定し、換算値Ｘが、上限値Ｘｕ〜下限値Ｘｄの範囲外であれば、リチウムイオン二次電池１２は劣化していると判定し、その判定結果を示す劣化情報をメモリ部６に記憶させたり、表示部８で表示させたり、通信部９によって上位装置１０へ送信させたりする。

次に、図１に示す電池システム１００の動作について説明する。図３、図４は、図１に示す劣化判定回路１の動作の一例を示すフローチャートである。まず、劣化判定回路１が、リチウムイオン二次電池１２の劣化検出を開始すると、電流検出部２によって、リチウムイオン二次電池１２に流れる充放電電流の電流値Ｉが検出される（ステップＳ１）。

次に、充放電検知部７１によって、電流検出部２にて検出された電流値Ｉの絶対値と、使用判定閾値Ａの絶対値とが比較される。使用判定閾値Ａは、例えば電流検出部２の電流測定誤差や、リチウムイオン二次電池１２が不使用であるにもかかわらず流れる漏れ電流程度の微小な電流値が予め設定されている。

そして、電流値Ｉの絶対値が使用判定閾値Ａの絶対値より小さければ（ステップＳ２でＹＥＳ）、充放電検知部７１によって、電池は不使用状態であると判定されて、再びステップＳ１へ移行する。一方、電流値Ｉの絶対値が使用判定閾値Ａの絶対値以上であれば（ステップＳ２でＮＯ）、充放電検知部７１によって、電池は使用状態であると判定されて、ステップＳ３へ移行する。

なお、充放電検知部７１は、例えば上位装置１０や充放電部１１等から、リチウムイオン二次電池１２の使用状態を示す信号を受信することにより、リチウムイオン二次電池１２の使用状態を検知する構成としてもよい。

次に、ステップＳ３では、充放電検知部７１によって、電流値Ｉが０（ゼロ）と比較される。そして、充放電検知部７１によって、電流値Ｉが正の極性（Ｉ＞０）であれば（ステップＳ３でＹＥＳ）、リチウムイオン二次電池１２が充電状態であると判断され（ステップＳ４）、電流値Ｉが負の極性（Ｉ＜０）であれば（ステップＳ３でＮＯ）、リチウムイオン二次電池１２が放電状態であると判断されて（ステップＳ５）、ステップＳ６へ移行する。

次に、ステップＳ６において、温度検出部４によって検出されたリチウムイオン二次電池１２の温度Ｔが、変化量算出部７２によって温度Ｔ_１として取得される（ステップＳ６）。そして、変化量算出部７２は、タイマ部５による経過時間ｔの計時を開始させる（ステップＳ７）。

次に、電圧検出部３によって、リチウムイオン二次電池１２の端子電圧Ｖｔが検出される（ステップＳ８）。そして、この端子電圧Ｖｔに基づいて、ＳＯＣ検出部７４が、リチウムイオン二次電池１２のＳＯＣを算出する（ステップＳ９）。

変化量算出部７２は、タイマ部５の計時時間、すなわち温度Ｔ_１が検出されてからの経過時間ｔを監視し（ステップＳ１０）、時間ｔが予め設定された設定時間ｔｓ以上になると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、温度Ｔ_２を取得するべくステップＳ１１へ移行する。設定時間ｔｓとしては、リチウムイオン二次電池１２の充放電に伴う発熱によって生じる温度上昇を観測するために適した時間、例えば１０秒〜１分程度の時間が設定されている。

次に、ステップＳ１１において、温度検出部４によって検出されたリチウムイオン二次電池１２の温度Ｔが、変化量算出部７２によって、温度Ｔ_２として取得される（ステップＳ１１）。この場合、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔは、設定時間ｔｓ内に温度Ｔ_１から温度Ｔ_２に変化したことを意味している。そして、変化量算出部７２によって、温度Ｔ_２から温度Ｔ_１が減算されて、変化量Ｔｘが算出される（ステップＳ１２）。

次に、換算値算出部７３によって、変化量Ｔｘと電流値Ｉとに基づいて、式（１）を用いて変化量Ｔｘの換算値Ｘが算出される（ステップＳ２１）。これにより、設定時間ｔｓで生じた温度の変化量Ｔｘから、電流値Ｉに応じて変化するジュール発熱の要素が補正されて、電流値Ｉと無関係に設定された基準値範囲と比較することが可能にされている。

次に、判定部７５によって、リチウムイオン二次電池１２の状態（充電又は放電）、温度Ｔ_１、及びＳＯＣに、対応付けてメモリ部６に記憶されている基準値範囲の上限値Ｘｕと下限値Ｘｄとが取得される（ステップＳ２２）。この場合、温度Ｔ_１が代表温度の一例に相当している。なお、代表温度は、温度Ｔ_１に限られず、例えば温度Ｔ_２であってもよく、温度Ｔ_１と温度Ｔ_２との平均値であってもよく、温度Ｔ_１，Ｔ_２を代表する他の温度であってもよい。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、メモリ部６に記憶されている基準値範囲の一例を示すグラフである。図５（ａ）は、放電状態に対応する基準値範囲の一例を示し、図５（ｂ）は、充電状態に対応する基準値範囲の一例を示している。メモリ部６には、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す基準値範囲のグラフが、例えばルックアップテーブルの形式にして記憶されている。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示す基準値範囲は、例えばまだ劣化していないリチウムイオン二次電池１２と、劣化しているリチウムイオン二次電池１２とを用いて、温度ＴやＳＯＣの条件を変えながら換算値Ｘを取得することで、実験的に得ることができる。

図５（ａ）、図５（ｂ）において、横軸はＳＯＣ（％）を示し、縦軸は換算値Ｘの値を示している。また、グラフＧ１は温度Ｔが０℃のときの上限値Ｘｕを示し、グラフＧ２は温度Ｔが０℃のときの下限値Ｘｄを示し、グラフＧ３は温度Ｔが２０℃のときの上限値Ｘｕを示し、グラフＧ４は温度Ｔが２０℃のときの下限値Ｘｄを示し、グラフＧ５は温度Ｔが４０℃のときの上限値Ｘｕを示し、グラフＧ６は温度Ｔが４０℃のときの下限値Ｘｄを示している。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）においては、説明の都合上、温度が０℃、２０℃、４０℃しか示していないが、メモリ部６には、温度Ｔとして想定される各温度について、上限値Ｘｕと下限値Ｘｄとがルックアップテーブルとして記憶されている。

ステップＳ２２において、例えばリチウムイオン二次電池１２が充電状態であって、温度Ｔ_１が２０℃である場合、判定部７５は、図５（ｂ）に示すグラフＧ３，Ｇ４において、ＳＯＣ検出部７４で検出されたＳＯＣに対応する換算値Ｘを、それぞれ上限値Ｘｕと下限値Ｘｄとして取得する。

次に、判定部７５によって、換算値算出部７３で算出された換算値Ｘが、上限値Ｘｕ及び下限値Ｘｄと比較される（ステップＳ２３）。そして、換算値Ｘが、下限値Ｘｄ以上、上限値Ｘｕ以下の範囲内であれば（ステップＳ２３でＹＥＳ）、判定部７５によって、まだリチウムイオン二次電池１２は劣化していないと判定されて、再びステップＳ１〜Ｓ２３が繰り返される。

一方、換算値Ｘが、下限値Ｘｄ以上、上限値Ｘｕ以下の範囲外であれば（ステップＳ２３でＮＯ）、判定部７５によって、リチウムイオン二次電池１２が劣化していると判定されて、ステップＳ２４へ移行する。

ステップＳ２４では、判定部７５が、リチウムイオン二次電池１２が劣化している旨の劣化情報を、表示部８で表示させたり、通信部９によって上位装置１０へ送信させたりする（ステップＳ２４）。

劣化情報が表示部８で表示されることにより、リチウムイオン二次電池１２の寿命が尽きて上位装置１０の消費電力を供給できなくなる前に、ユーザが電池の劣化を認識できるので、ユーザは、予防保全として電池交換等を行うことができる。また、通信部９により、上位装置１０へ劣化情報を送ることができるので、上位装置１０へ通知できる結果、ユーザは、上位装置１０を用いて電池の寿命が尽きる前に電池が劣化したことを知ることができ、ユーザが予防保全として電池交換等を行うことができる。

この場合、図１に示す劣化判定回路１は、背景技術における特許文献１に記載の方法のように隣接する二次電池との比較に基づくことなく、従って隣接する二次電池が正常であるか否かにかかわらず、設定時間ｔｓ内の温度変化を換算値Ｘに換算することで電流値Ｉが温度変化に与える影響を排除し、予め設定された基準範囲と換算値Ｘとの比較に基づきリチウムイオン二次電池１２の劣化を判定することができるので、特許文献１に記載の方法よりも二次電池の劣化検出精度を向上することができる。

また、リチウムイオン二次電池は、充電中であるか放電中であるかによって、電池の温度変化が異なるとともに、リチウムイオン二次電池における劣化モードは多様であるため、劣化した二次電池の電池温度変化が、正常な二次電池に比較して小さくなることがある。そのため、背景技術における特許文献１に記載の方法では、電池の劣化を検出できないおそれがあった。

しかしながら、図１に示す劣化判定回路１は、充電中であるか放電中であるかによって、異なる基準範囲を用いることができ、また、換算値Ｘが、基準範囲内であるか否かによって、劣化の有無を判定するので、電池の劣化を検出できないおそれが低減される。

なお、ＳＯＣを考慮して基準範囲を設定する例を示したが、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、放電状態における低ＳＯＣの領域を除けば、ＳＯＣの変化に対する上限値Ｘｕ、下限値Ｘｄの変化はあまり大きくない。従って、例えばメモリ部６に標準的なＳＯＣ、例えばＳＯＣ５０％のときの上限値Ｘｕ、下限値Ｘｄをルックアップテーブルとして記憶しておき、ＳＯＣ検出部７４を備えず、ステップＳ８、Ｓ９を実行しないと共に、ステップＳ２２において充放電状態と温度Ｔ_１とに対応する基準値範囲（上限値Ｘｕ、下限値Ｘｄ）を取得するようにしてもよい。

また、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、放電状態における低ＳＯＣの領域を除けば、放電状態と充電状態との間で、上限値Ｘｕ、下限値Ｘｄの差はあまり大きくない。従って、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す基準値範囲のうち、いずれか一方のみをメモリ部６に記憶させておき、充放電検知部７１を備えず、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５を実行しないと共に、ステップＳ２２において温度Ｔ_１とＳＯＣとに対応する基準値範囲（上限値Ｘｕ、下限値Ｘｄ）を取得する構成としてもよい。

また、電池システム１００の使用環境が予め判っており、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔがある程度狭い温度範囲に収まることが判っている場合には、このような温度に対応するルックアップテーブルをメモリ部６に記憶させておき、ステップＳ２２において、判定部７５が、リチウムイオン二次電池１２の状態（充電又は放電）、及びＳＯＣに、対応付けてメモリ部６に記憶されている基準値範囲の上限値Ｘｕと下限値Ｘｄとを取得するようにしてもよい。

あるいは、劣化判定の精度は多少低下するものの、メモリ部６には、上限値Ｘｕと下限値Ｘｄとを固定値として記憶しておき、劣化判定回路１、電圧検出部３、及びＳＯＣ検出部７４を備えず、ステップＳ２２において、判定部７５が、リチウムイオン二次電池１２の状態（充電又は放電）、温度Ｔ、及びＳＯＣに関わらずメモリ部６に記憶されている基準値範囲の上限値Ｘｕと下限値Ｘｄとを取得するようにしてもよい。

なお、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す基準値範囲は、一例であって、二次電池の種類や電池を構成する材料、設計等によって異なる。従って、基準値範囲は、使用する二次電池の特性に応じて適宜設定すればよい。

また、式（１）についても、二次電池の種類に応じて適宜変更可能である。

本発明に係る劣化判定回路、電池システム、及び劣化判定方法は、二次電池の劣化判定精度を背景技術よりも向上することができるので、携帯電話、パソコンなどのモバイル分野、電動工具、掃除機などのパワーツール分野、電動自動車、電動産業用車両、電動バイク、電動アシスト自転車など動力分野、ピークシフト、バックアップなどのシステム電源分野といった幅広い分野での二次電池の劣化判定回路、電池システム、及び劣化判定方法として、好適に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る劣化判定方法を用いた劣化判定回路、及びこの劣化判定回路を用いた電池システムの一例を示すブロック図である。 図１に示す制御部の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す劣化判定回路の動作の一例を示すフローチャートである。 図１に示す劣化判定回路の動作の一例を示すフローチャートである。 図５（ａ）は、放電状態に対応する基準値範囲の一例を示し、図５（ｂ）は、充電状態に対応する基準値範囲の一例を示している。

符号の説明

１ 劣化判定回路
２ 電流検出部
３ 電圧検出部
４ 温度検出部
５ タイマ部
６ メモリ部
７ 制御部
８ 表示部
９ 通信部
１０ 上位装置
１１ 充放電部
１２ リチウムイオン二次電池
７１ 充放電検知部
７２ 変化量算出部
７３ 換算値算出部
７４ ＳＯＣ検出部
７５ 判定部
１００ 電池システム
Ｉ 電流値
Ｔｓ 設定時間
Ｔｘ 変化量
Ｖｔ 端子電圧
Ｘ 換算値
Ｘｄ 下限値
Ｘｕ 上限値
ｔ 時間
ｔｓ 設定時間

Claims (8)

1. 二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部によって検出される温度の、予め設定された設定時間あたりの変化量を算出する変化量算出部と、
   前記変化量算出部によって算出された変化量を前記電流検出部で検出された電流値の二乗で除算することで前記変化量の換算値を算出する換算値算出部と、
   予め設定された基準値範囲を記憶する記憶部と、
   前記換算値算出部によって算出された換算値が、前記記憶部に記憶された基準値範囲に入っているか否かに応じて前記二次電池の劣化の有無を判定する判定部と
   を備えることを特徴とする劣化判定回路。
2. 前記記憶部は、
   さらに、前記二次電池の温度と対応付けて、当該温度が低いほど前記基準値範囲の値が大きくなるように当該基準値範囲を記憶し、
   前記判定部は、
   さらに、前記換算値算出部によって算出された換算値が、前記変化量算出部によって前記変化量を算出する際の前記二次電池の温度を代表する温度である代表温度と対応付けられて前記記憶部によって記憶されている基準値範囲に入っているか否かに基づいて前記二次電池の劣化の有無を判定すること
   を特徴とする請求項１記載の劣化判定回路。
3. 前記変化量算出部によって前記変化量を算出する際、前記二次電池が放電状態であるか充電状態であるかを検知する充放電検知部をさらに備え、
   前記記憶部は、
   さらに、前記基準値範囲を、前記二次電池の放電及び充電の各状態と対応付けて記憶し、
   前記判定部は、
   さらに、前記換算値算出部によって算出された換算値が、前記記憶部によって前記充放電検知部で検知された状態と対応付けられている基準値範囲に入っているか否かに基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の劣化判定回路。
4. 前記充放電検知部は、
   前記電流検出部によって検出される電流の極性に基づいて、前記二次電池が放電状態であるか充電状態であるかを検知すること
   を特徴とする請求項３記載の劣化判定回路。
5. 前記二次電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部をさらに備え、
   前記記憶部は、
   さらに、前記基準値範囲を、前記二次電池のＳＯＣと対応付けて記憶し、
   前記判定部は、
   さらに、前記換算値算出部によって算出された換算値が、前記記憶部によって前記ＳＯＣ検出部で検出されたＳＯＣと対応付けられている基準値範囲に入っているか否かに基づいて、前記二次電池の劣化の有無を判定すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の劣化判定回路。
6. 前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記ＳＯＣ検出部は、
   前記電圧検出部によって検出された端子電圧に基づいて、前記ＳＯＣを取得すること
   を特徴とする請求項５記載の劣化判定回路。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の劣化判定回路と、
   前記二次電池とを備えること
   を特徴とする電池システム。
8. 電流検出部が、二次電池に流れる電流を検出する工程と、
   温度検出部が、前記二次電池の温度を検出する工程と、
   変化量算出部が、前記温度検出部によって検出される温度の、予め設定された設定時間あたりの変化量を算出する工程と、
   換算値算出部が、前記変化量算出部によって算出された変化量を前記電流検出部で検出された電流値の二乗で除算することで前記変化量の換算値を算出する工程と、
   記憶部が、予め設定された基準値範囲を記憶する工程と、
   判定部が、前記換算値算出部によって算出された換算値が前記記憶部に記憶された基準値範囲に入っているか否かに応じて前記二次電池の劣化の有無を判定する工程と
   を含むことを特徴とする劣化判定方法。

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