JP5197891B2 - 蓄電装置、携帯機器及び電動車両 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、蓄電装置、蓄電装置からの電源供給を受けて動作する携帯機器及び電動車両に関し、特に蓄電装置内部の蓄電素子のインピーダンスを測定する機能を有する蓄電装置の改良に関する。

従来の蓄電素子、あるいは複数の蓄電素子をまとめた電池パック（組電池）に代表される蓄電装置のインピーダンス測定には、ソーラトロン社（登録商標）の製品に代表される大型装置が用いられている。

図１１は、蓄電素子のインピーダンス測定方法を示す図であり、上記大型システムを用いた電気化学測定の概略図を示す。図１１の（ａ）において、１は蓄電素子、１０は周波数掃引発振器１０Ａ及びインピーダンス測定器１０Ｂを備えるユニット、２０は増幅器２０Ａ及び電圧・電流モニタ２０Ｂを備えるユニットである。蓄電素子１には、４端子測定のための電圧、電流の端子が装着される。また、増幅器２０ＡはＡＣ電源１５等の外部電源から電源供給を受ける。測定手順としては、周波数掃引発振器１０Ａが例えば１０ｐｏｉｎｔ／ｄｅｃａｄｅの間隔で周波数を段階的に変化させながら、それぞれの周波数において１周期ずつ正弦波を発振させる（図１１の（ｂ）参照）。この正弦波信号を受けて、増幅器２０Ａが蓄電素子に正弦波の微小電流乃至微小電圧の振幅を与え、電圧・電流モニタ２０Ｂが蓄電素子１の電圧乃至電流をモニタする。このモニタされた蓄電素子の電圧、電流の応答を基にインピーダンス測定器１０Ｂが蓄電素子１のインピーダンスを測定する（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、蓄電素子のインピーダンス特性図である。図１２の（ａ）は縦軸にインピーダンスＺの絶対値、横軸に周波数ｆをとった特性図、図１２の（ｂ）は縦軸に位相角θを、横軸は周波数ｆをとった特性図である。図１２の（ｃ）は複素平面上のベクトル軌跡（通称ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅプロット）である。上記蓄電素子のインピーダンス測定方法をもとに、図１２の（ａ）、（ｂ）に示すインピーダンスの周波数特性、あるいは図１２の（ｃ）に示す複素平面上のベクトル軌跡（ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅプロット）を作成し、電気化学素子の特性、劣化や信頼性などを評価することが一般的であった。

また、特許文献２では、組電池を構成する蓄電素子間で充放電することによりそれぞれの蓄電素子のインピーダンスを測定する方式が開示されている。

米国特許第４７４３８５５号明細書 特開２００７−２９４３２２号公報

電動車両等への蓄電装置の利用ニーズの多様化を背景に、組電池の高容量化、高電圧化の要請があり、これに対応するため、より多数の蓄電素子が直列接続されるようになり、直列接続された組電池に対応する効率的な測定方式が強く求められている。

ここに開示する技術ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、蓄電装置内の蓄電素子から短時間で劣化した蓄電素子を検出することができるインピーダンス測定機能付き蓄電装置、携帯機器及び電動車両の提供を目的とする。

ここに開示する技術の一態様は、複数個の蓄電素子を含む蓄電装置であって、直列接続された第１〜第４蓄電素子と、第１〜第４蓄電素子の各電圧、各電流を測定する電圧測定手段、電流測定手段と、第１蓄電素子と第２蓄電素子の両端に直列接続された第１スイッチおよび第２スイッチと、第１スイッチおよび第２スイッチのオン／オフ動作により選択された第１蓄電素子または第２蓄電素子の一方の端子間電圧が印加される第１インダクタとを含む第１蓄電ユニットと、第３蓄電素子と第４蓄電素子の両端に直列接続された第３スイッチおよび第４スイッチと、第３スイッチおよび第４スイッチのオン／オフ動作により選択された第３蓄電素子または第４蓄電素子の一方の端子間電圧が印加される第２インダクタとを含み、第１蓄電ユニットと直列接続された第２蓄電ユニットと、第１蓄電ユニットと第２蓄電ユニットの両端に直列接続された第５スイッチおよび第６スイッチと、第５スイッチおよび第６スイッチのオン／オフ動作によって選択された第１蓄電ユニットまたは第２蓄電ユニットの一方の端子間電圧が印加される第３インダクタと、第１〜第６スイッチのオン／オフを所定のタイミングで切替える制御部とを備え、制御部は、第５スイッチおよび第６スイッチを切替え、第３インダクタと第１蓄電ユニット及び第２蓄電ユニットの一方とを含む閉回路および第３インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、電圧測定手段、電流測定手段を用いて第１及び第２蓄電ユニットのインピーダンスを測定し、これらの大小を比較し、第１蓄電ユニットのインピーダンスがより大きい場合は、第１スイッチおよび第２スイッチを切替え、第１インダクタと第１蓄電ユニットに含まれる第１蓄電素子及び第２蓄電素子の一方とを含む閉回路および第１インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、電圧測定手段、電流測定手段を用いて第１蓄電素子と第２蓄電素子のインピーダンスを測定し、これらの大小を比較し、インピーダンスのより大きい蓄電素子を特定し、第２蓄電ユニットのインピーダンスがより大きい場合は、第３スイッチおよび第４スイッチを切替え、第２インダクタと第２蓄電ユニットに含まれる第３蓄電素子及び第４蓄電素子の一方とを含む閉回路および第１インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、電圧測定手段、電流測定手段を用いて第３蓄電素子と第４蓄電素子のインピーダンスを測定し、これらの大小を比較し、インピーダンスのより大きい蓄電素子を特定する。

さらに上述の蓄電素子においては、特定した蓄電素子のインピーダンスが所定の基準値よりも大きい場合に報知することが好ましい。

ここに開示する技術の他の態様は、４以上の直列接続された蓄電素子を含む蓄電装置にも向けられている。また、このような蓄電装置を備えた携帯機器や電動車両等にも向けられる。

ここに開示する技術によれば、蓄電装置内の蓄電素子から短時間で劣化した蓄電素子を検出することができる。

図１は、第１の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す回路図である。 図２は、第１の実施形態に係る蓄電装置の状態遷移を示す図である。 図３は、第１の実施形態におけるインピーダンス測定時の電圧及び電流制御の様子を示す図である。 図４は、第１の実施形態における通常モードのフローチャートである。 図５は、第１の実施形態における劣化モードのフローチャートである。 図６は、第２の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す回路図である。 図７は、第２の実施形態における通常モードのフローチャートである。 図８は、第２の実施形態における劣化モードのフローチャートである。 図９は、第３の実施形態に係る蓄電装置の基本構成を示す回路図である。 図１０は、従来の蓄電装置の構成を示す回路図である。 図１１は、従来の蓄電装置の蓄電素子のインピーダンス測定方法を示す図である。 図１２は、従来の蓄電素子のインピーダンス特性図である。

上記従来の技術においては、一つ一つの蓄電素子のインピーダンスを測定するため測定に時間がかかるという問題がある。蓄電素子のインピーダンス測定は、主にｋＨｚの領域からｍＨｚあるいはμＨｚの領域を測定する必要があり、これを蓄電素子毎に行うと相当の時間が必要になる。この期間は、実質的に蓄電装置の使用が不可能になるため利用効率が下がる。以下に、短時間で劣化した蓄電素子を検出することができる蓄電装置の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１に第１の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す。本実施形態に係る蓄電装置１００は、一例として、４つの蓄電素子を有する。蓄電装置１００においては、第１蓄電素子Ｂ１、第２蓄電素子Ｂ２、第３蓄電素子Ｂ３および第４蓄電素子Ｂ４が直列接続されている。第１蓄電素子Ｂ１と第２蓄電素子Ｂ２の両端には、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が直列接続され、第１スイッチ対を構成している。また、第３蓄電素子Ｂ３と第４蓄電素子Ｂ４の両端には、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４が直列接続され、第２スイッチ対を構成している。

また、第１蓄電素子Ｂ１と第２蓄電素子Ｂ２との接続点と、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との接続点との間に、第１インダクタＬ１が接続されている。また、第３蓄電素子Ｂ３と第４蓄電素子Ｂ４との接続点と、第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４との接続点との間に、第２インダクタＬ２が接続されている。

第１蓄電素子Ｂ１、第２蓄電素子Ｂ２が、第１蓄電ユニットＢＵ１を構成する。また、第３蓄電素子Ｂ３、第４蓄電素子Ｂ４が、第２蓄電ユニットＢＵ２を構成している。

第１蓄電ユニットＢＵ１と第２蓄電ユニットＢＵ２は直列に接続されており、第５スイッチＳＷ５および第６スイッチＳＷ６が直列接続され、第３スイッチ対を構成している。また、第１蓄電ユニットＢＵ１と第２蓄電ユニットＢＵ２との接続点と、第５スイッチＳＷ５と第６スイッチＳＷ６との接続点との間に、第３インダクタＬ３が接続されている。

第５及び第６スイッチＳＷ５、ＳＷ６と第３インダクタＬ３とが、第１の判定回路を構成し、第１〜第４スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と第１および第２インダクタＬ１、Ｌ２とが第２の判定回路を構成する。

また、制御部Ｃ４は、第１〜第６スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ６）にそれぞれ、制御信号ＶＧ１〜ＶＧ６を出力して、各スイッチのオン／オフを切替える。

第１〜第６スイッチＳＷ１〜ＳＷ６は、例えばＭＯＳＦＥＴ又はトランジスタからなるスイッチ素子である。制御部Ｃ４は、これらのスイッチを切替えながら、第１〜第４蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４のそれぞれに流れる電流を、電流計ＩＢ１〜ＩＢ４により検出し、それぞれにかかる電圧を、電圧計ＶＢ１〜ＶＢ４により検出する。制御部Ｃ４は、第１及び第２蓄電素子Ｂ１、Ｂ２のうち、一方の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他方の蓄電素子から充電または他方の蓄電素子に放電するように第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを切替える。ここでは、制御部Ｃ４は、交流電流あるいは電圧の１周期の中に、少なくとも、第１蓄電素子Ｂ１から第１インダクタＬ１に電流を流す期間と、第１インダクタＬ１から第２蓄電素子Ｂ２に電流を流す期間と、第２蓄電素子Ｂ２から第１インダクタＬ１に電流を流す期間と、第１インダクタＬ１から第１蓄電素子Ｂ１に電流を流す期間を有するように第１及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオン／オフする。

また、第３及び第４蓄電素子Ｂ３、Ｂ４のうち、一方の蓄電素子のインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他方の蓄電素子から充電または他方の蓄電素子に放電するように第３及び第４スイッチＳＷ３、ＳＷ４のオン／オフを切替える。ここでは、制御部Ｃ４は、交流電流あるいは電圧の１周期の中に、少なくとも、第３蓄電素子Ｂ３から第２インダクタＬ２に電流を流す期間と、第２インダクタＬ２から第４蓄電素子Ｂ４に電流を流す期間と、第４蓄電素子Ｂ４から第２インダクタＬ２に電流を流す期間と、第２インダクタＬ２から第３蓄電素子Ｂ３に電流を流す期間を有するように第３〜第４スイッチＳＷ３、ＳＷ４をオン／オフする。このように、第２の判定回路を用いて、第１〜第４の蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４のインピーダンスを測定するため、この測定を第２判定と呼ぶことにする。

このようなインピーダンス測定は、例えば特許文献２に記載の方法によって行われる、図２の（ａ）に、第４蓄電素子Ｂ４のインピーダンス測定を行う場合を例に挙げ、制御部Ｃ４によるスイッチ制御とこれによって生じる電流の様子を示す。なお、ここで測定に寄与しない構成要素については、点線で示す。まず、制御部Ｃ４によって、第３スイッチＳＷ３がオンにされる。このとき、第３蓄電素子Ｂ３から、太線で示すように、第２インダクタＬ２に電流が流れる（ａ−１）。次に、第３スイッチＳＷ３をオフし、第４スイッチＳＷ４がオンにされる。このとき、第２インダクタＬ２から第４蓄電素子Ｂ４に電流が流れる（ａ−２）。これらにより、第３蓄電素子Ｂ３から、第４蓄電素子Ｂ４へ放電が行われる。この動作を一回ないし複数回繰り返した後、Ｌ２の電流の向きが逆転するようにＳＷ４をオンして、第４蓄電素子Ｂ４から、第２インダクタＬ２に電流が流れる（ａ−３）。次に、ＳＷ４をオフすると共に第３スイッチＳＷ３がオンにされる。このとき、第２インダクタＬ２から、第３蓄電素子Ｂ３に電流が流れる（ａ−４）。これらにより、第４蓄電素子４から第３蓄電素子Ｂ３に充電が行われる。以上のサイクルにより、第４蓄電素子Ｂ４に交流電流または電圧をかけることができ、第４蓄電素子Ｂ４のインピーダンスを測定することができる。また、同様にして、第３蓄電素子Ｂ３のインピーダンスを測定することができる。また、第１及び第２蓄電素子Ｂ１、Ｂ２のインピーダンスを測定する場合は、第１及び第２スイッチＳＷ１及びＳＷ２を、同様にオン／オフ制御して測定すればよい。

なお、実際には、第３及び第４スイッチＳＷ３、ＳＷ４は、例えばＰＷＭ変調により、正弦波状の電流または電圧が、各蓄電素子に入力されるよう、オン／オフ制御される。図３は、第４蓄電素子Ｂ４に入力される電流Ｉｂａｔｔと電圧ＶｂａｔｔをＰＷＭ変調で正弦波状にする例を示す図である。図３の（ａ）に示すように、第３および第４のスイッチＳＷ３、ＳＷ４のオン／オフ制御を行うと、図３の（ｂ）に示すように第４蓄電素子Ｂ４に入力される電圧Ｖｂａｔｔがパルス表現された正弦波となる。この結果、図３の（ｃ）に示すように、電圧Ｖｂａｔｔに対応する電流Ｉｂａｔｔが第４の蓄電素子Ｂ４に流れる。

また、制御部Ｃ４は、各蓄電ユニット単位でのインピーダンス測定も行うことができる。制御部Ｃ４は、第１及び第２蓄電ユニットＢＵ１、ＢＵ２のうち、一方の蓄電ユニットのインピーダンスを測定するために必要な交流電流あるいは電圧を、他方の蓄電ユニットから充電または他方の蓄電ユニットに放電するように第５及び第６スイッチＳＷ５、ＳＷ６のオン／オフを切替える。ここでは、制御部Ｃ４は、交流電流あるいは電圧の１周期の中に、少なくとも、第１蓄電ユニットＢＵ１から第３インダクタＬ３に電流を流す期間と、第３インダクタＬ３から第２蓄電ユニットＢＵ２に電流を流す期間と、第２蓄電ユニットＢＵ２から第３インダクタＬ３に電流を流す期間と、第３インダクタＬ３から第１蓄電ユニットＢＵ１に電流を流す期間を有するように第５及び第６のスイッチＳＷ５、ＳＷ６をオン／オフする。このように、第１の判定回路を用いて、第１及び第２の蓄電ユニットＢＵ１、ＢＵ２のインピーダンスを測定するため、この測定を第１判定と呼ぶことにする。

図２の（ｂ）に、第２蓄電ユニットＢＵ２のインピーダンス測定を行う場合を例に挙げ、制御部Ｃ４によるスイッチ制御とこれによって生じる電流の様子を示す。まず、制御部Ｃ４によって、第５スイッチＳＷ５のみがオンにされる。このとき、第１蓄電ユニットＢＵ１から、太線で示すように、第３インダクタＬ３に電流が流れる（ｂ−１）。次に第５スイッチＳＷ５をオフし、第６スイッチＳＷ６がオンにされる。このとき、第３インダクタＬ３から第２蓄電ユニットＢＵ２に電流が流れる（ｂ−２）。これらにより、第２蓄電ユニットＢＵ２から、第１蓄電ユニットＢＵ１へ放電が行われる。この動作を一回ないし複数回繰り返した後、Ｌ３の電流の向きが逆転するようにＳＷ６をオンして、第２蓄電ユニットＢＵ２から、第３インダクタＬ３に電流が流れる（ｂ−３）。次に、ＳＷ６をオフすると共に第５スイッチＳＷ５がオンにされる。このとき、第３インダクタＬ３から、第１蓄電ユニットＢＵ１に電流が流れる（ｂ−４）。これらにより、第２蓄電ユニットＢＵ２から第１蓄電ユニットＢＵ１に充電が行われる。以上のサイクルにより、第１蓄電ユニットＢＵ１に交流電流または電圧をかけることができ、第１蓄電ユニットＢＵ１のインピーダンスを測定することができる。同様に第１蓄電ユニットＢＵ１のインピーダンスを測定することができる。なお、実際には、第５及び第６スイッチＳＷ５、ＳＷ６は、図３における第３及び第４のスイッチＳＷ３、ＳＷ４と同様、例えばＰＷＭ変調により、正弦波状の電流または電圧が、各蓄電ユニットに入力されるよう、オン／オフ制御される。

また、このようなインピーダンス測定において、例えば、特許第４１３８５０２号公報に記載の方法を採用してもよい。

以下、蓄電装置１００によるインピーダンス測定の流れを説明する。図４に、蓄電装置１００のインピーダンス測定処理の基本動作のフローチャートを示す。基本動作は、通常モード動作からなる。

（１）制御部Ｃ４は、通常モードによるインピーダンス測定を開始する指令を受け付けると、上述の方法により、第１蓄電ユニットＢＵ１を充放電する周期動作を繰り返して、第１蓄電ユニットＢＵ１に流れる電流を電流計ＩＢ１またはＩＢ２を用いて測定し、第１蓄電ユニットＢＵ１の両端電圧を電圧計ＶＢ１及びＶＢ２により測定することで、充放電周期における第１蓄電ユニットＢＵ１のインピーダンスＺ５を測定する。制御部Ｃ４は、同様に、第２蓄電ユニットＢＵ２を充放電する周期動作を繰り返して、第２蓄電ユニットＢＵ２に流れる電流を電流計ＩＢ３またはＩＢ４を用いて測定し、第２蓄電ユニットＢＵ２の両端電圧を電圧計ＶＢ３及びＶＢ４を用いて測定することで充放電周期における第２蓄電ユニットＢＵ２のインピーダンスＺ６を測定する（ステップＳ１０１）。
（２）制御部Ｃ４は、第１蓄電ユニットＢＵ１のインピーダンスＺ５が第２蓄電ユニットＢＵ２のインピーダンスＺ６より大きいか否か判定する（ステップＳ１０２）。
（３）制御部Ｃ４は、その結果、インピーダンスの大きい蓄電ユニットを選択し、当該蓄電ユニットに含まれる各蓄電素子のインピーダンスを、測定する。以下、Ｚ５がＺ６より小さく（ステップＳ１０５でＮＯ）、第２蓄電ユニットＢＵ２を選択したと仮定して説明を行う。
（４）制御部Ｃ４は、選択した蓄電ユニットに含まれる蓄電素子のインピーダンスを上述の方法により測定する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。ここでは、ステップＳ１０４が実行される。制御部Ｃ４は、第３蓄電素子Ｂ３を充放電する周期動作を繰り返して、第３蓄電素子Ｂ３に流れる電流を電流計ＩＢ３を用いて計測し、第３蓄電素子Ｂ３の両端電圧を電圧計ＶＢ３を用いて測定することで、充放電周期における第３蓄電素子Ｂ３のインピーダンスＺ３を測定する。また、制御部Ｃ４は、同様に、第４蓄電素子Ｂ４を充放電する周期動作を繰り返して、第４蓄電素子Ｂ４に流れる電流を電流計ＩＢ４を用いて計測し、第４蓄電素子Ｂ４の両端電圧を電圧計ＶＢ４を用いて測定することで、充放電周期における第４蓄電素子Ｂ４のインピーダンスＺ４を測定する（ステップＳ１０４）。
（５）制御部Ｃ４は、測定した各蓄電素子のインピーダンスの大小を判定する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。ここでは、ステップＳ１０６が実行され、第３蓄電素子Ｂ３のインピーダンスＺ３が、第４蓄電素子Ｂ４のインピーダンスＺ４より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。
（６）制御部Ｃ４は、その結果、インピーダンスの大きい蓄電素子Ｂｋ（ｋ＝１、２、…、４）を選択する。以下、Ｚ３がＺ４より小さく（ステップＳ１０６でＮＯ）、第４蓄電素子Ｂ４を選択したと仮定して説明を行う。制御部Ｃ４は、選択した蓄電素子Ｂｋのインピーダンスと、予め記憶している、あるいは温度やＳＯＣ（充電状態）などのパラメータから都度算出される、蓄電素子Ｂｋに対応する第１の基準値Ｚａｋ（ｋ＝１、２、…、４）と比較する（ステップＳ１０７〜Ｓ１１０）。ここでは、ステップＳ１１０が実行され、Ｚ４とＺａ４とが比較される。その結果、インピーダンスが第１の基準値より大きい場合（ここでは、Ｚ４がＺａ４より大きい場合（ステップＳ１１０でＮＯ））は当該蓄電素子（第４蓄電素子Ｂ４）が劣化したと判定し、その旨を表示部（不図示）に表示する、あるいはその旨を外部の装置に送信する（ステップＳ１１１）。その後、制御部Ｃ４は、実行結果として、例えば当該蓄電素子の識別子（Ｂ４）およびインピーダンス（Ｚ４）等を含む劣化情報を記録して保存する（ステップＳ１１２）。また、インピーダンスが第１の基準値より小さい場合（ここでは、Ｚ４がＺａ４より小さい場合（ステップＳ１１０でＹＥＳ））はステップＳ１１１を実行せず、ステップＳ１１２に移行し、実行結果として、各蓄電素子に劣化がなかった旨を示す情報等を記録して保存する。

この劣化情報を基にして蓄電素子の交換が促され蓄電装置のメンテナンス性が高まる。
（７）制御部Ｃ４は、さらに、測定されたインピーダンスの中で最も高いと判定された蓄電素子ＢｋのインピーダンスＺｋ（ここでは、第４蓄電素子Ｂ４のインピーダンスＺ４）を、制御部Ｃ４が予め記憶している、あるいは温度やＳＯＣなどのパラメータから都度算出される、蓄電素子Ｂｋに対応する第２の基準値Ｚｂｋと比較する（ここでは、Ｚ４をＺｂ４と比較する）（ステップＳ１１３）。インピーダンスＺｋが第２の基準値Ｚｂｋより大きい場合（ここでは、Ｚ４がＺｂ４より大きい場合）（ステップＳ１１３でＮＯ）は当該蓄電素子（ここでは第４蓄電素子Ｂ４）が異常であると判定し、その旨を表示部に表示し、あるいはその旨を外部の装置に送信する（ステップＳ１１４）。また、インピーダンスが第２の基準値より小さい場合（ここでは、Ｚ４がＺｂ４より小さい場合）（ステップＳ１１３でＹＥＳ）はステップＳ１１４を実行しない。

ここで第１の基準値及び第２の基準値は、適宜定めることができる。例えば、それぞれ、蓄電素子の軽度の性能劣化が発生した場合のインピーダンス値及び重度の性能劣化が発生した場合のインピーダンス値で定めればよい。

こうすることにより、第４蓄電素子Ｂ４の交換を警告として報知された蓄電装置１００の使用者あるいは管理者は交換が必要であると認知できる。
（８）制御部Ｃ４は、その後、蓄電装置１００が充電あるいは放電をしない時間帯として予め学習していた不使用時間帯に、あるいは予め定められた期間の経過後に、など適切な時に再度ステップＳ１０１に戻る。これにより、それまでの時間は蓄電装置としての機能を発揮する。

以上のステップを繰り返すことで蓄電装置１００の性能のボトルネックとなる劣化した蓄電素子のインピーダンスを正確に、短時間に把握することができ、交換に必要な情報を使用者または管理者に提供することが出来る。また特許第４１３８５０２号に記載の方法に従えば更に正確に測定を行うことが可能となる。
ここでは簡単のため直列数４の蓄電装置を例にとって挙げたが

従来直列数の多い蓄電装置では、蓄電素子の両端に単にスイッチを設ける方法を採るとスイッチの数とそれを制御する配線や回路が膨大になる。例として直列数８では図６と図１０を比較するとわかるようにスイッチ数では２２個が１４個に削減できる。これによりスイッチのオンオフ信号も削減でき、それにかかる部品もコストも削減できる。

蓄電装置の内部に設けられたスイッチはＭＯＳＦＥＴやトランジスタを想定しており、オンオフするためにＭＯＳＦＥＴではソース電位に対して数Ｖから１０Ｖ程度高い電圧源を持ちゲート電位を制御信号に応じて加える必要があり、トランジスタではエミッタに対してベースから電流を流すためにエミッタ電位に対して０．７Ｖ以上高い電圧を印加するための、コレクタ電流に対応するベース電流源を確保する必要がある。このためにチャージポンプ回路や絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータなど各電位に対応する数だけ準備する必要がある。

一方各スイッチはそれぞれの蓄電素子にソース電位またはエミッタ電位を固定されるため、制御部Ｃ４からの信号ＶＧ１などを絶縁あるいは必要な耐圧を持ったレベルシフト回路を用いてゲート電圧、あるいはベース電流を供給する必要があり、そのためのフォトカプラやフォトＭＯＳ、パルストランス、ｉ−ｃｏｕｐｌｅｒに代表される光絶縁や磁気結合による信号伝達回路部品もスイッチの数だけ必要になる。
これら部品のコストはそのまま蓄電装置のコストに反映されるため、装置を安く提供するにはスイッチの数が少ない方が圧倒的に有利となる。

次に、蓄電装置１００のインピーダンス測定処理の応用動作を説明する。図５を参照して、応用動作における処理について説明する。本応用動作においては、上述の基本動作と同様の通常モードの処理の後、処理結果に応じて、さらに劣化モードの処理が実行される。

（１）制御部Ｃ４は、まず、ステップＳ２０１〜Ｓ２１４を実行する。これらのステップは初めて実行される場合、基本動作における通常モードのステップＳ１０１〜Ｓ１１４と同様である。ただし、ステップＳ２１１が実行された場合、結果保存（ステップＳ２１２）後、劣化モードの処理に移行する。

（２）劣化モード移行後、制御部Ｃ４は、ステップＳ２０１〜Ｓ２１４の実行を繰り返す。この際、ステップＳ２０１〜ステップＳ２１０において、すでに劣化が発生したと判定された蓄電素子Ｂｋ（ｋ＝１、２、…、４）を含む蓄電ユニットＢｍのインピーダンスＺｍについては、Ｚｍとして、実際に測定されたＺｍから（Ｚｋ−Ｚｒｅｆｋ）を減算した値を用いて処理を行う。ここでＺｒｅｆｋは、あらかじめ定められた蓄電素子Ｂｋのインピーダンスの参照値であり、例えば、劣化がない場合の蓄電素子Ｂｋのインピーダンスの値で定められる。したがって（Ｚｋ−Ｚｒｅｋ）は、蓄電素子Ｂｋのインピーダンスの増加量（劣化量）と考えることができる。そのため、Ｚｍの代わりに処理に用いられるＺｍ−（Ｚｋ−Ｚｒｅｆｋ）は、蓄電素子Ｂｋに劣化がないとした場合の蓄電ユニットＢｍのインピーダンスの推定値である。

例えば、第４蓄電素子Ｂ４が劣化判定された場合、第４蓄電素子Ｂ４を含む第２蓄電ユニットＢＵ２（Ｂ６）のインピーダンスの測定値Ｚ６は、第４蓄電装置Ｂ４のインピーダンスの劣化量を含んでいる。しかし、Ｚ６−（Ｚ４−Ｚｒｅｆ４）の値は、Ｚ６から、この劣化量分だけ減算されることで、第４蓄電ユニットＢ４に劣化がないとした場合の第２蓄電ユニットＢＵ２（Ｂ６）のインピーダンスの推定値となる。

また、制御部Ｃ４は、ステップＳ２０１〜ステップＳ２１０において、すでに劣化が発生したと判定された蓄電素子ＢｋのインピーダンスＺｋについては、Ｚｋとして、Ｚｒｅｆｋを用いて処理を行う。すなわち、蓄電素子Ｂｋについては、劣化がないものとしてこれらの処理が進められる。したがって、ステップＳ２０３またはＳ２０４において、蓄電素子Ｂｋについては、そのインピーダンスＺｋを測定しなくてもよい。例えば、第４蓄電素子Ｂ４が劣化判定された場合、ステップＳ２０４で、そのインピーダンスＺ４を測定しなくてもよい。

蓄電素子Ｂｋとこれを含む蓄電ユニットＢｍについて、このようにインピーダンスの値を置換することにより、劣化判定の対象から蓄電素子Ｂｋが除かれることとなる。これを繰り返すことにより、２番目以降に性能劣化している他の蓄電素子の劣化判定をすることができる。

なお、制御部Ｃ４は、ステップＳ２１３においては、このようなインピーダンス値の置換を行わず、最も直近に測定された実際のインピーダンス値Ｚｋに基づいて判断を行う。そのため、ステップＳ２０３またはＳ２０４において、蓄電素子ＢｋのインピーダンスＺｋが測定されなかった場合、例えばステップＳ２１２とステップＳ２１３との間で、インピーダンスＺｋを測定することが好ましい。

なお、基本動作および応用動作においてインピーダンスの大小比較の際、等号が成立する場合は、ＹＥＳ、ＮＯのどちらに進んでもよい。いずれに進んだ場合であっても、同程度に劣化した複数の蓄電素子の１つを劣化判定または異常判定することができる。また、応用動作においては、劣化モードを繰り返し実行することで、複数の性能劣化した蓄電素子を順次すべて劣化判定することができる。劣化モードの実行は上述の不使用時間帯に、あるいは予め定められた期間の経過後に繰り返すことが好ましい。

また劣化判定の手順を図５に変更すれば劣化判定が複数になっても異常判定が出るまで使用者は複数の劣化を把握しつつ異常が判定されるまで蓄電素子の性能の範囲で蓄電装置が利用できる。
この場合、最初に劣化判定された蓄電素子を最後に測定するステップが一つ増えて測定時間がその分増加するが、全数調べるのと比較すると、蓄電素子の直列数が増えれば増えるほど検査回数が削減できるので本実施例の効果が顕著になる。

このようにすることにより例えばほぼ均等に蓄電素子の劣化が進行した場合を想定すると、性能のボトルネックとなる異常蓄電素子が出るまで使用者、あるいは管理者が劣化した蓄電素子の状態を把握したままその性能の範囲内で蓄電装置の使用を継続できる。
このことは急に電池異常で動作を停止されては困る用途では非常に重要な情報となる。例えば車をはじめとする移動体は勿論、山岳地域や島嶼地域に設けられた通信局用バックアップ蓄電装置、太陽電池をはじめとする自然エネルギー蓄電装置など、ある程度の劣化を許容しないとメンテナンスに非常に手間がかかる一方、致命的な欠陥が出てから対応したのでは遅いといった場合がこれに相当する。

本実施の形態の効果をまとめると以下のようになる。
（１）蓄電装置のボトルネックとなる劣化セルの判定を短時間で的確に測定、把握することでよりきめ細かな電池検査と、劣化セル判定が可能になる。また、電池寿命の有効な予測が実現できる。
（２）従来から持つ可搬性・簡便性に富み、夜間などの不使用時間を利用して蓄電素子のインピーダンスを測定することができるという特徴を保持しつつ、蓄電装置の直列数の増加に伴うインピーダンス測定に必要なスイッチ数が飛躍的に削減され、それに応じて駆動回路の回路規模も大幅に削減可能となる。またコストも安くなる。
（３）蓄電装置の中でインピーダンスが上昇した劣化蓄電素子が発生した場合、その劣化蓄電素子を使用者あるいは管理者に表示、あるいはその内容を送信し交換を促すとともに、蓄電装置として使用を継続することもできる。
（４）さらに劣化状態が進んだと判断した場合は、異常と判断され交換を警告するとともに安全性を確保する目的で蓄電装置としての動作を制限することも可能になるとともに、すばやく交換のための蓄電素子を準備することが可能となり、交換すべき対象も把握できるので、蓄電装置としてのメンテナンス性が向上する。
（５）蓄電素子単位での交換を行うことにより蓄電装置全体を交換するのと比較して不要なコストも削減することができる。

（第２の実施形態）
図６に第２の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す。本実施形態に係る蓄電装置２００は、一例として、８つの蓄電素子を有する。蓄電装置２００においては、第１〜第８蓄電素子Ｂ１〜Ｂ８が直列接続されている。第１蓄電素子Ｂ１と第２蓄電素子Ｂ２の両端には、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が直列接続され、第１スイッチ対を構成している。また、第３蓄電素子Ｂ３と第４蓄電素子Ｂ４の両端には、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４が直列接続され、第２スイッチ対を構成している。第５蓄電素子Ｂ５と第６蓄電素子Ｂ６の両端には、第５スイッチＳＷ５および第６スイッチＳＷ６が直列接続され、第３スイッチ対を構成している。また、第７蓄電素子Ｂ７と第８蓄電素子Ｂ８の両端には、第７スイッチＳＷ７および第８スイッチＳＷ８が直列接続され、第２スイッチ対を構成している。

また、第１蓄電素子Ｂ１と第２蓄電素子Ｂ２との接続点と、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との接続点との間に、第１インダクタＬ１が接続されている。また、第３蓄電素子Ｂ３と第４蓄電素子Ｂ４との接続点と、第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４との接続点との間に、第２インダクタＬ２が接続されている。第５蓄電素子Ｂ５と第６蓄電素子Ｂ６との接続点と、第５スイッチＳＷ５と第６スイッチＳＷ６との接続点との間に、第３インダクタＬ３が接続されている。また、第７蓄電素子Ｂ７と第８蓄電素子Ｂ８との接続点と、第７スイッチＳＷ７と第８スイッチＳＷ８との接続点との間に、第４インダクタＬ４が接続されている。

第１蓄電素子Ｂ１、第２蓄電素子Ｂ２が、第１蓄電ユニットＢＵ１を構成する。また、第３蓄電素子Ｂ３、第４蓄電素子Ｂ４が、第２蓄電ユニットＢＵ２を構成している。第５蓄電素子Ｂ５、第６蓄電素子Ｂ６が、第３蓄電ユニットＢＵ３を構成する。また、第７蓄電素子Ｂ７、第８蓄電素子Ｂ８が、第２蓄電ユニットＢＵ４を構成している。

第１蓄電ユニットＢＵ１と第２蓄電ユニットＢＵ２は直列に接続されており、第９スイッチＳＷ９および第１０スイッチＳＷ１０が直列接続され、第５スイッチ対を構成している。また、第１蓄電ユニットＢＵ１と第２蓄電ユニットＢＵ２との接続点と、第９スイッチＳＷ９と第１０スイッチＳＷ１０との接続点との間に、第５インダクタＬ５が接続されている。第３蓄電ユニットＢＵ３と第４蓄電ユニットＢＵ４は直列に接続されており、第１１スイッチＳＷ１１および第１２スイッチＳＷ１２が直列接続され、第６スイッチ対を構成している。また、第３蓄電ユニットＢＵ３と第４蓄電ユニットＢＵ４との接続点と、第１１スイッチＳＷ１１と第１２スイッチＳＷ１２との接続点との間に、第６インダクタＬ６が接続されている。

第１蓄電ユニットＢＵ１、第２蓄電ユニットＢＵ２が、第５蓄電ユニットＢＵ５を構成する。また、第３蓄電ユニットＢＵ３、第４蓄電ユニットＢＵ４が、第６蓄電ユニットＢＵ６を構成している。なお、便宜上第５および第６蓄電ユニットＢＵ５、ＢＵ６をそれぞれ１つの蓄電素子とみなして符号Ｂ１３、Ｂ１４によっても参照することとする。

第５蓄電ユニットＢＵ５と第６蓄電ユニットＢＵ６は直列に接続されており、第１３スイッチＳＷ１３および第１４スイッチＳＷ１４が直列接続され、第７スイッチ対を構成している。また、第５蓄電ユニットＢＵ５と第６蓄電ユニットＢＵ６との接続点と、第１３スイッチＳＷ１３と第１４スイッチＳＷ１４との接続点との間に、第７インダクタＬ７が接続されている。

第１３及び第１４スイッチＳＷ１３、ＳＷ１４と第７インダクタＬ７とが、第１の判定回路を構成し、第９〜第１２スイッチＳＷ９〜ＳＷ１２と第５及び第６インダクタＬ５、Ｌ６とが第２の判定回路を構成し、第１〜第８スイッチＳＷ１〜ＳＷ８と第１〜第４インダクタＬ１〜Ｌ４が第３の判定回路を構成する。

また、制御部Ｃ８は、第１〜第１４スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ１４）にそれぞれ、制御信号ＶＧ１〜ＶＧ１４を出力して、各スイッチのオン／オフを切替える。

第１〜第１４スイッチＳＷ１〜ＳＷ１４は、例えばＭＯＳＦＥＴ又はトランジスタからなるスイッチ素子である。制御部Ｃ８は、これらのスイッチを切替えながら、第１〜第８蓄電素子Ｂ１〜Ｂ８のそれぞれに流れる電流を、電流計ＩＢ１〜ＩＢ８により検出し、それぞれにかかる電圧を、電圧計ＶＢ１〜ＶＢ８により検出する。

制御部Ｃ８は、第１の実施形態の制御部Ｃ４と同様にして、各蓄電素子や各蓄電ユニットのインピーダンスを測定することができる。例えば、第５蓄電ユニットや第６蓄電ユニットについては、第１３及び第１４のスイッチＳＷ１３、ＳＷ１４をオン／オフすることで、インピーダンスを測定することができる。このように、第１の判定回路を用いて、第５及び第６の蓄電ユニットＢＵ５、ＢＵ６のインピーダンスを測定するため、この測定を第１判定と呼ぶことにする。同様に、第２の判定回路を用いて、第１〜第４の蓄電ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のインピーダンスを測定するため、この測定を第２判定と呼ぶことにする。また、第３の判定回路を用いて、第１〜第８の蓄電素子Ｂ１〜Ｂ８のインピーダンスを測定するため、この測定を第３判定と呼ぶことにする。

以下、蓄電装置２００によるインピーダンス測定の流れを説明する。図７に、蓄電装置２００のインピーダンス測定処理の基本動作のフローチャートを示す。基本動作は、通常モード動作からなる。なお、処理の流れは、第１の実施形態における処理の流れと比べてインピーダンスの測定および判定の処理が１段多い点のみ異なる、簡単のため、第４蓄電素子Ｂ４が最も劣化しており、そのインピーダンスＺ４が最も大きい場合を例に挙げて説明する。また、図面のステップを示す符号も一部を除いて省略する。

（１）制御部Ｃ８は、通常モードによるインピーダンス測定を開始する指令を受け付けると、第５蓄電ユニットＢＵ５のインピーダンスＺ１３および第６蓄電ユニットＢＵ６のインピーダンスＺ１４を測定する（ステップＳ３０１）。
（２）制御部Ｃ８は、第５蓄電ユニットＢＵ５のインピーダンスＺ１３が第６蓄電ユニットＢＵ６のインピーダンスＺ１４より大きいか否か判定する（ステップＳ３０２）。
（３）制御部Ｃ８は、その結果、インピーダンスの大きい第５蓄電ユニットＢＵ５（Ｂ１３）を選択する（ステップＳ３０２でＹＥＳ）。
（４）制御部Ｃ８は、選択した第５蓄電ユニットＢＵ５に含まれる第１および第２蓄電ユニットＢＵ１、ＢＵ２のインピーダンスＺ９、Ｚ１０を測定する（ステップＳ３０３）。
（５）制御部Ｃ８は、第１蓄電ユニットＢＵ１のインピーダンスＺ９が第２蓄電ユニットＢＵ２のインピーダンスＺ１０より大きいか否か判定する（ステップＳ３０４）。
（６）制御部Ｃ８は、その結果、インピーダンスの大きい第２蓄電ユニットＢＵ２（Ｂ１０）を選択する（ステップＳ３０４でＮＯ）。
（７）制御部Ｃ８は、選択した第２蓄電ユニットＢＵ２に含まれる第３および第４蓄電素子Ｂ３、Ｂ４のインピーダンスＺ３、Ｚ４を測定する（ステップＳ３０５）。
（８）制御部Ｃ８は、第３蓄電素子Ｂ３のインピーダンスＺ３が第４蓄電素子Ｂ４のインピーダンスＺ４より大きいか否か判定する（ステップＳ３０６）。
（９）制御部Ｃ８は、その結果、インピーダンスの大きい第４蓄電素子Ｂ４を選択する（ステップＳ３０６でＮＯ）。

制御部Ｃ８は、選択した第４蓄電素子Ｂ４のインピーダンスと、予め記憶している、あるいは温度やＳＯＣ（充電状態）などのパラメータから都度算出される、第４蓄電素子Ｂ４に対応する第１の基準値Ｚａ４と比較する（ステップＳ３０７）。その結果、インピーダンスＺ４が第１の基準値Ｚａ４より大きい場合（ステップＳ３０７でＮＯ）は第４蓄電素子Ｂ４が劣化したと判定し、その旨を表示部（不図示）に表示する、あるいはその旨を外部の装置に送信する（ステップＳ３０８）。その後、制御部Ｃ８は、実行結果として、例えば、第４蓄電素子Ｂ４の識別子およびインピーダンス（Ｚ４）等を含む劣化情報を記録して保存する（ステップＳ３０９）。また、インピーダンスＺ４が第１の基準値Ｚａ４より小さい場合（ステップＳ３０７でＹＥＳ）はステップＳ３０８を実行せず、ステップＳ３０９に移行し、実行結果として、例えば各蓄電素子に劣化がなかった旨を示す情報等を記録して保存する。

（１０）制御部Ｃ８は、さらに、第４蓄電素子Ｂ４のインピーダンスＺ４を、制御部Ｃ８が予め記憶している、あるいは温度やＳＯＣなどのパラメータから都度算出される、蓄電素子Ｂ４に対応する第２の基準値Ｚｂ４と比較する（ステップＳ３１０）。インピーダンスＺ４が第２の基準値Ｚｂ４より大きい場合（ステップＳ３１０でＮＯ）は第４蓄電素子Ｂ４が異常であると判定し、その旨を表示部に表示し、あるいはその旨を外部の装置に送信する（ステップＳ３１１）。また、インピーダンスＺ４が第２の基準値Ｚｂ４より小さい場合（ステップＳ３１０でＹＥＳ）はステップＳ３１１を実行しない。

ここで第１の基準値及び第２の基準値は、適宜定めることができる。例えば、それぞれ、蓄電素子の軽度の性能劣化が発生した場合のインピーダンス値及び重度の性能劣化が発生した場合のインピーダンス値で定めればよい。

（１１）制御部Ｃ８は、その後、蓄電装置２００が充電あるいは放電をしない時間帯として予め学習していた不使用時間帯に、あるいは予め定められた期間の経過後に、など適切な時に再度ステップＳ３０１に戻る。これにより、それまでの時間は蓄電装置としての機能を発揮する。

以上のステップを繰り返すことで蓄電装置２００の性能のボトルネックとなる劣化した蓄電素子のインピーダンスを正確に、短時間に把握することができ、交換に必要な情報を使用者または管理者に提供することが出来る。また特許第４１３８５０２号に記載の方法に従えば更に正確に測定を行うことが可能となる。

次に、蓄電装置２００のインピーダンス測定処理の応用動作を説明する。図８を参照して、応用動作における処理について説明する。本応用動作においては、上述の基本動作と同様の通常モードの処理の後、処理結果に応じて、さらに劣化モードの処理が実行される。以下においても、第４蓄電素子Ｂ４が最も劣化しており、そのインピーダンスＺ４が最も大きい場合を例に挙げて説明する。また、図面のステップを示す符号も一部を除いて省略する。

（１）制御部Ｃ８は、まず、ステップＳ４０１〜Ｓ４１１を実行する。これらのステップは初めて実行される場合、基本動作における通常モードのステップＳ３０１〜Ｓ３１４と同様である。ただし、ステップＳ４０８が実行された場合、結果保存（ステップＳ４０９）後、劣化モードの処理に移行する。

（２）劣化モード移行後、制御部Ｃ８は、ステップＳ４０１〜Ｓ４１１の実行を繰り返す。この際、すでに劣化が発生したと判定された蓄電素子Ｂｋ（ｋ＝１、２、…、８）を含む蓄電ユニットＢｍ（ｍ＝１、２、…、６）のインピーダンスＺｍについては、Ｚｍとして、実際に測定されたＺｍから（Ｚｋ−Ｚｒｅｆｋ）を減算した値を用いてステップＳ４０１〜Ｓ４１１の処理を行う。ここでＺｒｅｆｋは、あらかじめ定められた蓄電素子Ｂｋのインピーダンスの参照値であり、例えば、劣化がない場合の蓄電素子Ｂｋのインピーダンスの値で定められる。したがって（Ｚｋ−Ｚｒｅｋ）は、蓄電素子Ｂｋのインピーダンスの増加量（劣化量）と考えることができる。そのため、Ｚｍの代わりに処理に用いられるＺｍ−（Ｚｋ−Ｚｒｅｆｋ）は、蓄電素子Ｂｋに劣化がないとした場合の蓄電ユニットＢｍのインピーダンスの推定値である。

例えば、第４蓄電素子Ｂ４が劣化判定された場合、第４蓄電素子Ｂ４を含む第２蓄電ユニットＢＵ２（Ｂ１０）のインピーダンスの測定値Ｚ１０は、第４蓄電装置Ｂ１０のインピーダンスの劣化量を含んでいる。しかし、Ｚ１０−（Ｚ４−Ｚｒｅｆ４）の値は、Ｚ１０から、この劣化量分だけ減算されることで、第４蓄電ユニットＢ４に劣化がないとした場合の第２蓄電ユニットＢＵ２（Ｂ１０）のインピーダンスＺ１０の推定値となる。

また、制御部Ｃ８は、すでに劣化が発生したと判定された蓄電素子ＢｋのインピーダンスＺｋについては、Ｚｋとして、Ｚｒｅｆｋを用いて処理を行う。すなわち、蓄電素子Ｂｋについては、劣化がないものとしてこれらの処理が進められる。したがって、蓄電素子Ｂｋについては、そのインピーダンスＺｋを測定しなくてもよい。例えば、第４蓄電素子Ｂ４が劣化判定された場合、ステップＳ４０５で、そのインピーダンスＺ４を測定しなくてもよい。

蓄電素子Ｂｋとこれを含む蓄電ユニットＢｍについて、このようにインピーダンスの値を置換することにより、劣化判定の対象から蓄電素子Ｂｋが除かれることとなる。これを繰り返すことにより、２番目以降に性能劣化している他の蓄電素子の劣化判定をすることができる。

なお、制御部Ｃ８は、ステップＳ４１０においては、このようなインピーダンス値の置換を行わず、最も直近に測定された実際のインピーダンス値Ｚｋに基づいて判断を行う。そのため、例えば、ステップＳ４０５において、蓄電素子Ｂ４のインピーダンスＺ４を測定しなかった場合、例えばステップＳ４０９とステップＳ４１０との間で、インピーダンスＺ４を測定することが好ましい。

なお、基本動作および応用動作において、インピーダンスの大小比較の際、等号が成立する場合は、ＹＥＳ、ＮＯのどちらに進んでもよい。いずれに進んだ場合であっても、同程度に劣化した複数の蓄電素子の１つを劣化判定または異常判定することができる。また、応用動作においては、劣化モードを繰り返し実行することで、複数の性能劣化した蓄電素子を順次すべて劣化判定することができる。

また、本実施形態は、第１の実施形態に係る蓄電装置１００を部分的に含み、蓄電素子８個の構成に拡張した実施の形態であり、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

（第３の実施形態）
図９に第３の実施形態に係る蓄電装置の基本構成例を示す。なお、以下で説明する各構成要素の符号の数字の付与規則は、説明の便宜上、第１および第２の実施形態とは異なっている。そのため、符号の数字の前にｎを付け表記する。本構成例に係る蓄電装置３００Ａは、一例として、２^ｎ（ｎは３以上）の蓄電素子Ｂ１〜Ｂ（２^ｎ）が符号の数字の順に直列接続されている。連続する２^ｎ−１個の蓄電素子群Ｂ１〜Ｂ（２^ｎ−１）の両端には、第ｎ３および第ｎ４スイッチＳＷｎ３、ＳＷｎ４が直列接続されている。また、連続する２^ｎ−１個の蓄電素子群Ｂ（２^ｎ−１＋１）〜Ｂ（２^ｎ）の両端には、第ｎ５および第ｎ６スイッチＳＷｎ５、ＳＷｎ６が直列接続されている。

また、蓄電素子Ｂ（２^ｎ−２）と蓄電素子Ｂ（２^ｎ−２＋１）との接続点と、第ｎ３スイッチＳＷｎ３と第ｎ４スイッチＳＷｎ４との接続点との間に、第ｎ２インダクタＬｎ２が接続されている。また、蓄電素子Ｂ（２^ｎ−１＋２^ｎ−２）と蓄電素子Ｂ（２^ｎ−１＋２^ｎ−２＋１）との接続点と、第ｎ５スイッチＳＷｎ５と第ｎ６スイッチＳＷｎ６との接続点との間に、第ｎ３インダクタＬｎ３が接続されている。

蓄電素子群Ｂ１〜Ｂ（２^ｎ−１）が、第ｎ１蓄電ユニットＢＵｎ１を構成する。蓄電素子群Ｂ（２^ｎ−１＋１）〜Ｂ（２^ｎ）が、第ｎ２蓄電ユニットＢＵｎ２を構成する。

第ｎ１蓄電ユニットＢＵｎ１と第ｎ２蓄電ユニットＢＵｎ２は直列に接続されており、第ｎ１スイッチＳＷｎ１および第ｎ２スイッチＳＷｎ２が直列接続されている。また、第ｎ１蓄電ユニットＢＵｎ１と第ｎ２蓄電ユニットＢＵｎ２との接続点と、第ｎ１スイッチＳＷｎ１と第ｎ２スイッチＳＷｎ２との接続点との間に、第ｎ１インダクタＬｎ１が接続されている。

第ｎ１及び第ｎ２スイッチＳＷｎ１、ＳＷｎ２と第ｎ１インダクタＬｎ３とが、第ｎ１の判定回路を構成し、第ｎ３〜第ｎ６スイッチＳＷｎ３〜ＳＷｎ６と第ｎ２および第ｎ３インダクタＬｎ２、Ｌｎ３とが第２の判定回路を構成する。

また、制御部Ｃ２^ｎは、第ｎ１〜第ｎ６スイッチ（ＳＷｎ１〜ＳＷｎ６）にそれぞれ、制御信号ＶＧｎ１〜ＶＧｎ６を出力して、各スイッチのオン／オフを切替える。各蓄電素子Ｂ１〜Ｂ２^ｎには、第１および第２の実施形態同様、電流計及び電圧計が接続されているが、図示を省略する。

蓄電装置３００Ａは、４つの蓄電素子群Ｂ１〜Ｂ（２^ｎ−２）、Ｂ（２^ｎ−２＋１）〜Ｂ（２^ｎ−１）、Ｂ（２^ｎ−１＋１）〜Ｂ（２^ｎ−１＋２^ｎ−２＋１）をそれぞれ１つの蓄電素子Ｂ´１〜Ｂ´４とみなすと、第１の実施形態に係る蓄電装置１００と同様の構成となる。したがって第１の実施形態と同様、第１判定、第２判定の順に、通常モードや劣化モードの処理を行うことにより、蓄電素子Ｂ´１〜Ｂ´４のうち最もインピーダンスが大きいものを少ない測定回数で特定することができ、性能劣化した蓄電素子群を効率的に検出し、劣化表示あるいは異常表示を行うことができる。

なお、例えば、図１０に示す特許文献２が開示する蓄電装置９００によっても、測定回数を減らすことができる。蓄電装置９００は、２^ｎ個（図１０はｎ＝３の場合を示す）の蓄電素子を有し、各スイッチをオン／オフして他の蓄電素子との間で充放電することにより、各蓄電素子のインピーダンスを測定することができる。しかしながら、蓄電装置９００と蓄電装置３００Ｂとのそれぞれのスイッチ数は、ｎ＝２の場合１１個および６個であり、ｎ＝３の場合２２個および１４個であり、ｎ＝４の場合４７個および３０個であり、ｎ＝５の場合９５個および６２個である。また、測定回数は、ｎ＝２の場合、２回および２回であり、ｎ＝３の場合、４回および３回であり、ｎ＝４の場合、８回および４回であり、ｎ＝５の場合、１６回および５回である。したがって、ここに開示する技術の各態様に係る蓄電装置のほうが、スイッチ数を減らしコストを低減できるとともに、測定回数をより少なくして、効率化を図ることができ、より大きな効果が得られる。例えば、ｎ＝５の場合、１つの蓄電素子（蓄電ユニット）のインピーダンスを、測定時の電圧や電流の周波数を変更しながら（１０ｋＨｚから１０ｍＨｚまで１０ｓｔｅｐ／ｄｅｃａｄｅ）測定するのに１０分かかると仮定すると、１６０分から５０分に測定時間が短縮できる。

蓄電素子（蓄電ユニット）のインピーダンスは測定時の電圧や電流の周波数の関数になるため、どの周波数で比較を行うのか、あるいは特定の周波数範囲にわたって各周波数のインピーダンスデータを適宜重み付けして比較するのか、またＳＯＣによってどの程度重み付けを変更するのか、温度によってどの程度重み付けするのかなど、蓄電素子の組成や行程によって適宜選択あるいは計算、修正を行ってもよい。例えば、測定時の電圧や電流の周波数を対数軸で等間隔に変化させて測定するのではなく、測定周波数を選択できるようにして更に測定時間を短縮してもよい。

各実施例では、代表的な例として２^ｎ個の直列接続された蓄電素子を有する蓄電装置を例として挙げたが、それ以外の個数であっても、比較回路を組み合わせることにより各蓄電素子のインピーダンスが測定結果の足し算、引き算の組合せで特定できる場合もあるため、ここに開示する技術の各態様をその一部に組み込むことができる。

また、インピーダンス測定の最小単位である蓄電素子は、通称セルと呼ばれる電気化学的な最小単位であってもよく、複数のセルが１つにまとめられたものでもよい。いずれにしても、測定、交換は、蓄電素子単位で行うことになる。

ここに開示する技術に係る蓄電装置においては、一般に蓄電素子は新品の間は劣化がさほど進行しないと考えられることから、劣化した蓄電素子の把握を簡単な回路で手短に実施することで、使用時間に対して測定時間の影響を最小限に抑えつつ、いち早く劣化把握することでメンテナンス性を飛躍的に向上することができる。

また、第１の実施形態に係る蓄電装置１００は、蓄電装置３００Ｂにおいてｎ＝２としたものであり、第２の実施形態に係る蓄電装置２００は、蓄電装置３００Ｂにおいてｎ＝３としたものにそれぞれ対応し、本実施形態においては、第１及び第２の実施形態と同様の効果を奏する。

また第１から第３の実施形態に示した各例において、蓄電装置は、インピーダンス測定中は蓄電素子として使用できなくなることから測定に際しては下記に示す複数の方法のうち、一つまたは複数の組み合わせによって時間帯を適宜選択して実施することが望ましい。

第１の方法として、制御部Ｃ２^ｎ（ｎ＝１、２、…）は、スケジュール情報に基づきインピーダンス測定処理を行うように構成してもよい。

スケジュール情報は、例えば、開始時刻と、終了時刻又は処理継続時間とを含み、インピーダンス測定を実施する時間帯を指定する情報であり、制御部Ｃ２^ｎはスケジュール情報によって指定される時間帯にインピーダンス測定処理を行うようにしてもよい。

さらに第２の方法として、制御部Ｃ２^ｎは、蓄電装置の劣化を監視するため、適当な間隔をおいてインピーダンス測定を反復的に実施することが望ましい。

第３の方法として、上述のスケジュール情報を、複数の時間帯を示す情報として構成し、制御部Ｃ２^ｎは、それぞれの時間帯を適宜選択して、インピーダンス測定処理を行うようにしてもよい。

例えば、制御部Ｃ２^ｎは、スケジュール情報が示す時間帯に優先順位をつけて、蓄電装置の使用状況に応じて、優先順位の高い時間帯を選択して、インピーダンス測定処理を行うようにしてもよい。すなわち、制御部Ｃ２^ｎは、例えば蓄電装置が蓄電素子として使用されていない時間帯のうちで、優先順位の高い時間帯を選択して、インピーダンス測定処理を行ってもよい。

あるいは、第４の方法として、制御部Ｃ２^ｎは、インピーダンス測定処理にかかる時間を予め予測し、実行可能な時間帯をインピーダンス測定用に優先してもよい。すなわち、制御部Ｃ２^ｎは、例えば蓄電装置が蓄電素子として使用されない時間帯を予測し、インピーダンス測定処理がその時間帯に終了すると予測される場合に、インピーダンス測定処理を行ってもよい。

スケジュール情報は、例えば、蓄電装置が外部のサーバから受信してもよいし、蓄電装置がユーザインタフェースを備えてユーザからの入力を受け付けてもよいし、蓄電装置が内部のメモリなどの情報記憶手段を備えて予め保持していてもよい。

また、スケジュール情報は、蓄電装置が充電あるいは放電をしない時間帯として、ユーザ又は制御部Ｃ２^ｎ等が、予め学習していた不使用時間帯に基づいて生成してもよい。

なお、このようなインピーダンス測定処理の実行タイミングの決定処理を行う処理部は、例えば、蓄電装置内に、スケジュール管理部として、独立して構成してもよく、また、制御部Ｃ２^ｎ等の任意の処理部に組み込んで構成してもよい。

あるいは、インピーダンス測定処理の実行タイミングの決定処理を行う処理部は、外部のサーバ上に構成され、蓄電装置は、サーバからのリモート制御を受け付けて、インピーダンス測定処理の開始・終了の制御を行ってもよい。

これにより、蓄電装置が蓄電装置として使用できないことによるユーザへの影響を低減しつつ、インピーダンス測定を行うことができる。

ここに開示する蓄電装置は、インピーダンス測定機能付き蓄電装置として、携帯機器、電動車両に有用である。またバックアップ電源等の用途にも応用できる。また、携帯機器、電動車両以外の電子機器における蓄電装置にも広く適用され得るものである。

１ 蓄電素子
１０Ａ 周波数掃引発振器
１０Ｂ インピーダンス測定器
１５ ＡＣ電源
２０Ａ 増幅器
２０Ｂ 電圧・電流モニタ
１００、２００、３００Ａ、３００Ｂ、９００ 蓄電装置
Ｂ１、Ｂ２、… 蓄電素子
ＢＵ１、ＢＵ２、… 蓄電ユニット
ＳＷ１、ＳＷ２、… スイッチ
Ｌ１、Ｌ２、… インダクタ
Ｃ４、Ｃ８、Ｃ２^ｎ 制御部

Claims (14)

1. 複数個の蓄電素子を含む蓄電装置であって、
   直列接続された第１〜第４蓄電素子と、
   前記第１〜第４蓄電素子の各電圧、各電流を測定する電圧測定手段、電流測定手段と、
   前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子の両端に直列接続された第１スイッチおよび第２スイッチと、前記第１スイッチおよび第２スイッチのオン／オフ動作により選択された前記第１蓄電素子または前記第２蓄電素子の一方の端子間電圧が印加される第１インダクタとを含む第１蓄電ユニットと、
   前記第３蓄電素子と前記第４蓄電素子の両端に直列接続された第３スイッチおよび第４スイッチと、前記第３スイッチおよび第４スイッチのオン／オフ動作により選択された前記第３蓄電素子または前記第４蓄電素子の一方の端子間電圧が印加される第２インダクタとを含み、前記第１蓄電ユニットと直列接続された第２蓄電ユニットと、
   前記第１蓄電ユニットと前記第２蓄電ユニットの両端に直列接続された第５スイッチおよび第６スイッチと、前記第５スイッチおよび第６スイッチのオン／オフ動作によって選択された前記第１蓄電ユニットまたは前記第２蓄電ユニットの一方の端子間電圧が印加される第３インダクタと、
   前記第１〜第６スイッチのオン／オフを所定のタイミングで切替える制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第５スイッチおよび前記第６スイッチを切替え、前記第３インダクタと前記第１蓄電ユニット及び前記第２蓄電ユニットの一方とを含む閉回路および前記第３インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、前記電圧測定手段、電流測定手段を用いて前記第１及び第２蓄電ユニットのインピーダンスを測定し、これらの大小を比較し、
   前記第１蓄電ユニットのインピーダンスがより大きい場合は、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを切替え、前記第１インダクタと前記第１蓄電ユニットに含まれる前記第１蓄電素子及び前記第２蓄電素子の一方とを含む閉回路および前記第１インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、前記電圧測定手段、電流測定手段を用いて前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子のインピーダンスを測定し、これらの大小を比較し、インピーダンスのより大きい蓄電素子を特定し、
   前記第２蓄電ユニットのインピーダンスがより大きい場合は、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチを切替え、前記第２インダクタと前記第２蓄電ユニットに含まれる前記第３蓄電素子及び前記第４蓄電素子の一方とを含む閉回路および前記第２インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、前記電圧測定手段、電流測定手段を用いて前記第３蓄電素子と前記第４蓄電素子のインピーダンスを測定し、これらの大小を比較し、インピーダンスのより大きい蓄電素子を特定する、蓄電装置。
2. 前記制御部は、前記第１蓄電素子から前記第１インダクタに電流を流す期間と、前記第１インダクタから前記第２蓄電素子に電流を流す期間と、前記第２蓄電素子から前記第１インダクタに電流を流す期間と、前記第１インダクタから前記第１蓄電素子に電流を流す期間とを有するよう前記第１および第２スイッチをオン／オフ制御し、前記第１及び第２蓄電素子のインピーダンスを測定する、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記制御部は、前記第３蓄電素子から前記第２インダクタに電流を流す期間と、前記第２インダクタから前記第４蓄電素子に電流を流す期間と、前記第４蓄電素子から前記第２インダクタに電流を流す期間と、前記第２インダクタから前記第３蓄電素子に電流を流す期間とを有するよう前記第３および第４スイッチをオン／オフ制御し、前記第３及び第４蓄電素子のインピーダンスを測定する、請求項１に記載の蓄電装置。
4. 前記制御部は、前記第１蓄電ユニットから前記第３インダクタに電流を流す期間と、前記第３インダクタから前記第２蓄電ユニットに電流を流す期間と、前記第２蓄電ユニットから前記第３インダクタに電流を流す期間と、前記第３インダクタから前記第１蓄電ユニットに電流を流す期間とを有するよう前記第５および第６スイッチをオン／オフ制御し、前記第１及び第２蓄電ユニットのインピーダンスを測定する、請求項１に記載の蓄電装置。
5. 前記制御部は、特定された前記蓄電素子のインピーダンスと、前記制御部が記録している基準値とを比較し、当該インピーダンスが当該基準値より大きい場合に、当該蓄電素子を報知する、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蓄電装置。
6. 前記制御部は、インピーダンス測定を実施する少なくとも１つの時間帯を示す情報であるスケジュール情報を受信し、前記スケジュール情報に基づいて前記第１〜第４蓄電素子のインピーダンスを測定する、請求項１に記載の蓄電装置。
7. 複数個の蓄電素子を含む蓄電装置であって、
   直列接続された２^ｎ（ｎは２以上の整数）個の蓄電素子と、
   前記２^ｎ個の蓄電素子のうち、第１〜第２^ｎ−１蓄電素子からなる蓄電素子群と第２^ｎ−１＋１〜第２^ｎ蓄電素子からなる蓄電素子群、および、第１〜第２ ^ｎ−２ 蓄電素子、第２ ^ｎ−２ ＋１〜第２ ^ｎ−１ 蓄電素子、第２ ^ｎ−１ ＋１〜第２ ^ｎ−１ ＋２ ^ｎ−２ 蓄電素子、第２ ^ｎ−１ ＋第２ ^ｎ−２ ＋１〜第２ ^ｎ 蓄電素子からなる各蓄電素子群の電圧、電流を測定する電圧測定手段、電流測定手段と、
   前記第１〜第２^ｎ蓄電素子の両端に直列接続された第ｎ１スイッチおよび第ｎ２スイッチと、
   前記第ｎ１スイッチと前記第ｎ２スイッチのオン／オフ動作により選択された前記第１〜２^ｎ−１蓄電素子からなる蓄電素子群または前記第２^ｎ−１＋１〜第２^ｎ蓄電素子からなる蓄電素子群の一方の端子間電圧が印加される第ｎ１インダクタと、
   前記第１〜第２ ^ｎ−１ 蓄電素子の両端に直列接続された第ｎ３スイッチおよび第ｎ４スイッチと、
   前記第２ ^ｎ−１ ＋１〜第２ ^ｎ 蓄電素子の両端に直列接続された第ｎ５スイッチおよび第ｎ６スイッチと、
   前記第ｎ３スイッチと前記第ｎ４スイッチのオン／オフ動作により選択された前記第１〜第２ ^ｎ−２ 蓄電素子からなる蓄電素子群又は前記第２ ^ｎ−２ ＋１〜第２ ^ｎ−１ 蓄電素子からなる蓄電素子群の一方の端子間電圧が印加される第ｎ２インダクタと、
   前記第ｎ５スイッチと前記第ｎ６スイッチのオン／オフ動作により選択された前記第２ ^ｎ−１ ＋１〜第２ ^ｎ−１ ＋２ ^ｎ−２ 蓄電素子からなる蓄電素子群または、前記第２ ^ｎ−１ ＋２ ^ｎ−２ ＋１〜第２ ^ｎ 蓄電素子からなる蓄電素子群の一方の端子間電圧が印加される第ｎ３インダクタと、
   前記第ｎ１スイッチと前記第ｎ２スイッチ、および、前記第ｎ３〜第ｎ６スイッチのオン／オフを所定のタイミングで切替える制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記第ｎ１スイッチと前記第ｎ２スイッチを切替え、前記第ｎ１インダクタと前記第１〜２^ｎ−１蓄電素子又は前記第２^ｎ−１＋１〜第２^ｎ蓄電素子の一方を含む閉回路および前記第ｎ１インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、前記電圧測定手段、電流測定手段を用いて前記第１〜第２^ｎ−１蓄電素子からなる蓄電素子群と前記第２^ｎ−１＋１〜第２^ｎ蓄電素子からなる蓄電素子群のインピーダンスを測定し、これらの大小を比較して、インピーダンスのより大きい蓄電素子群を特定し、
   前記第１〜第２ ^ｎ−１ 蓄電素子のインピーダンスがより大きい場合は、前記第ｎ３スイッチおよび前記第ｎ４スイッチを切替え、前記第ｎ２インダクタと前記第１〜第２ ^ｎ−２ 蓄電素子および前記第２ ^ｎ−２ ＋１〜第２ ^ｎ−１ 蓄電素子の一方とを含む閉回路および前記第ｎ２インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、前記電圧測定手段、電流測定手段を用いて第１〜第２ ^ｎ−２ 蓄電素子からなる蓄電素子群と第２ ^ｎ−２ ＋１〜第２ ^ｎ−１ 蓄電素子からなる蓄電素子群のインピーダンスを測定し、これらの大小を比較し、インピーダンスのより大きい蓄電素子群をさらに特定し、
   前記第２ ^ｎ−１ ＋１〜第２ ^ｎ 蓄電素子のインピーダンスがより大きい場合は、前記第ｎ５スイッチおよび前記第ｎ６スイッチを切替え、前記第３インダクタと前記第２ ^ｎ−１ ＋１〜第２ ^ｎ−１ ＋２ ^ｎ−２ 蓄電素子および前記第２ ^ｎ−１ ＋２ ^ｎ−２ ＋１〜第２ ^ｎ 蓄電素子の一方とを含む閉回路および前記第ｎ３インダクタと他方とを含む閉回路を順次構成し、前記電圧測定手段、電流測定手段を用いて前記第２ ^ｎ−１ ＋１〜第２ ^ｎ−１ ＋２ ^ｎ−２ 蓄電素子からなる蓄電素子群と前記第２ ^ｎ−１ ＋第２ ^ｎ−２ ＋１〜第２ ^ｎ 蓄電素子からなる蓄電素子群のインピーダンスを測定し、これらの大小を比較し、インピーダンスのより大きい蓄電素子群をさらに特定する、蓄電装置。
8. 前記制御部は、少なくとも、前記第１〜第２^ｎ−１蓄電素子から前記第ｎ１インダクタに電流を流す期間と、前記第ｎ１インダクタから第１〜第２^ｎ−１蓄電素子に電流を流す期間と、前記第２^ｎ−１＋１〜第２^ｎ蓄電素子から前記第ｎ１インダクタに電流を流す期間と、前記第ｎ１インダクタから前記第２^ｎ−１＋１〜第２^ｎ蓄電素子に電流を流す期間とを有するように、前記第ｎ１スイッチと前記第ｎ２スイッチのオン／オフを制御する、請求項７に記載の蓄電装置。
9. 前記制御部は、少なくとも、前記第１〜第２^ｎ−２蓄電素子から前記第ｎ２インダクタに電流を流す期間と、前記第ｎ２インダクタから前記第１〜第２^ｎ−２蓄電素子に電流を流す期間と、前記第２^ｎ−２＋１〜第２^ｎ−１蓄電素子から前記第ｎ２インダクタに電流を流す期間と、前記第ｎ２インダクタから前記第２^ｎ−２＋１〜第２^ｎ−１蓄電素子に電流を流す期間とを有するように、前記第ｎ３スイッチと前記第ｎ４スイッチのオン／オフを制御する、請求項７に記載の蓄電装置。
10. 前記制御部は、少なくとも、前記第２^ｎ−１＋１〜第２^ｎ−１＋２^ｎ−２蓄電素子から前記第ｎ３インダクタに電流を流す期間と、前記第ｎ３インダクタから前記第２^ｎ−１＋１〜第２^ｎ−１＋２^ｎ−２蓄電素子に電流を流す期間と、前記第２^ｎ−１＋２^ｎ−２＋１〜第２^ｎ蓄電素子から前記第ｎ３インダクタに電流を流す期間と、前記第ｎ３インダクタから前記第２^ｎ−１＋２^ｎ−２＋１〜第２^ｎ蓄電素子に電流を流す期間とを有するように、前記第ｎ５スイッチと前記第ｎ６スイッチのオン／オフを制御する、請求項７に記載の蓄電装置。
11. 前記制御部は、特定された前記蓄電素子群のインピーダンスと、記録している基準値とを比較し、当該インピーダンスが当該基準値より大きい場合に、当該蓄電素子群を報知する、請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の蓄電装置。
12. 前記制御部は、インピーダンス測定を実施する少なくとも１つの時間帯を示す情報であるスケジュール情報を受信し、前記スケジュール情報に基づいて前記第１〜第２^ｎ蓄電素子のインピーダンスを測定する、請求項７に記載の蓄電装置。
13. 蓄電装置からの電源供給を受けて動作する携帯機器であって、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の蓄電装置を備えた携帯機器。
14. 蓄電装置からの電源供給を受けて駆動する電動車両であって、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の蓄電装置を備えた電動車両。

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