JP5846054B2 - 診断装置および診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の抵抗値から二次電池の出力性能を診断する診断装置および診断方法に関する。

特許文献１では、二次電池の内部抵抗が上昇するにしたがって、Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線上の２つの特徴点において、電池電圧の差分値ΔＶが大きくなっていく特性を見出している。具体的には、二次電池の電圧値（Ｖ）と、電圧値の変化量（ｄＶ）および蓄電量の変化量（ｄＱ）の比（ｄＶ／ｄＱ）との関係を示す曲線（Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線）を算出し、Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線上の２つの特徴点における電池電圧の差分値ΔＶを算出している。これにより、差分値ΔＶに基づいて、二次電池における内部抵抗の上昇を検知するようにしている。

特開２００９−２５２３８１号公報（段落［００２６］等） 特開平０９−０６８５６１号公報

特許文献１では、Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線上に位置する２つの特徴点における電池電圧の差分値ΔＶに基づいて、内部抵抗の上昇を検知しているが、この方法では、二次電池の充電状態が低下したときにおける内部抵抗の上昇を把握し難い。二次電池の充電状態が低下したときには、正極における拡散抵抗成分が増加しやすくなり、拡散抵抗成分が増加する分だけ、二次電池の内部抵抗も上昇しやすくなる。

ここで、二次電池の使用環境によっては、二次電池の充電状態が低下した後であっても、二次電池の出力を確保する必要がある。このため、充電状態が低下した後における二次電池の内部抵抗を適切に把握する必要がある。

本願第１の発明である診断装置は、二次電池の抵抗値から、二次電池の充電状態が低下したときの出力性能を診断するコントローラを有する。コントローラは、診断対象の二次電池で取得された第１曲線を用いて、第２曲線を算出する。ここで、第１曲線は、蓄電量の変化に対する電圧値の変化を示す曲線であり、例えば、二次電池の満充電容量を測定するときに取得することができる。第２曲線は、蓄電量の変化量および電圧値の変化量の比と、電圧値との関係を示す曲線である。

また、コントローラは、第２曲線上の特徴点と、特徴点に対応した基準点とを比較して、比のずれ量および電圧値のずれ量を算出し、これらのずれ量に基づいて、二次電池の充電状態が低下したときの抵抗値の変化量を算出する。ここで、基準点とは、診断対象の二次電池とは異なる二次電池（基準の二次電池）を用いて算出された第２曲線上の特徴点である。

二次電池の抵抗値には、直流抵抗成分、反応抵抗成分および拡散抵抗成分が含まれる。ここで、特徴点および基準点における電圧値のずれ量は、主に、直流抵抗成分および反応抵抗成分に応じて変化する。このため、電圧値のずれ量を算出することにより、直流抵抗成分および反応抵抗成分を把握し易くなる。

一方、二次電池の充電状態が低下したときには、二次電池の正極における拡散抵抗成分が増加し易くなる。ここで、特徴点および基準点における比のずれ量は、主に、正極の拡散抵抗成分に応じて変化する。このため、比のずれ量を算出することにより、正極の拡散抵抗成分を把握し易くなる。

上述したように、電圧値や比のずれ量に基づいて、直流抵抗成分、反応抵抗成分および拡散抵抗成分を把握することにより、二次電池の全体における抵抗値の変化量を把握することができる。このように、抵抗値の変化量を把握できれば、二次電池の充電状態が低下したときの二次電池の出力電力を推定することができる。具体的には、二次電池のＳＯＣ（State of Charge）が所定値まで低下したと仮定したとき、このときの二次電池の電圧値や、抵抗値の変化量に基づいて、二次電池の出力電力を算出することができる。

二次電池の出力電力を算出できれば、算出した出力電力が閾値よりも高いか否かを判別することにより、二次電池の出力性能が確保されているか否かを判別することができる。すなわち、算出した出力電力が閾値よりも高いときには、二次電池の充電状態が低下したとしても、二次電池の出力性能を確保することができると判別することができる。一方、算出した出力電力が閾値よりも低いときには、二次電池の充電状態が低下したときに、二次電池の出力性能を確保することができないと判別することができる。

第２曲線上に複数の特徴点が含まれるときには、電圧値が最も低い側に位置する特徴点を用いることができる。本願第１の発明では、二次電池の充電状態が低下したときの出力性能を診断するため、特徴点としては、電圧値が最も低い側の特徴点を用いることが好ましい。

第２曲線としては、蓄電量の変化量を電圧値の変化量で除算した値と、電圧値との関係を用いることができる。この場合には、第２曲線において、極大点が発生しやすくなるため、極大点を特徴点として用いることができる。二次電池は、正極と、負極と、正極および負極の間に配置される電解質層とで構成されるが、負極の活物質としては、グラファイト系の炭素材料を用いることができる。負極活物質として、グラファイト系の炭素材料を用いたときには、第２曲線における特徴点（例えば、極大点）を把握し易くなる。

本願第２の発明は、二次電池の抵抗値から、二次電池の充電状態が低下したときの出力性能を診断する診断方法である。まず、診断対象の二次電池で取得された第１曲線を用いて、第２曲線を算出する。第１曲線は、蓄電量の変化に対する電圧値の変化を示しており、第２曲線は、蓄電量の変化量および電圧値の変化量の比と、電圧値との関係を示す。

次に、第２曲線上の特徴点と、特徴点に対応した基準点とを比較して、比のずれ量および電圧値のずれ量を算出し、これらのずれ量を用いて、二次電池の充電状態が低下したときの抵抗値の変化量を算出する。本願第２の発明においても、本願第１の発明と同様の効果を得ることができる。

組電池の出力性能を判別するシステムを示す図である。 組電池の出力性能を判別する処理を示すフローチャートである。 放電曲線を示す図である。 電圧値およびｄＱ／ｄＶの関係を示す図である。 直流抵抗成分および反応抵抗成分が主に変化したときにおいて、基準の組電池および検査対象の組電池における放電曲線を示す図である。 図５に示す放電曲線に対応したＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を示す図である。 正極の拡散抵抗成分が主に変化したときにおいて、基準の組電池および検査対象の組電池における放電曲線を示す図である。 図７に示す領域Ｒ２の拡大図である。 正極電位および負極電位の関係を示す図である。 図７に示す放電曲線に対応したＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を示す図である。 係数αを設定する方法を説明する図である。 実施例２において、抵抗変化量に基づいて、組電池の正常および異常を判別する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例は、製造された組電池を出荷する前に、組電池の入出力性能を検査するものである。まず、組電池の入出力性能を検査するときのシステムについて、図１を用いて説明する。図１に示すシステムを用いれば、後述するように、組電池の放電曲線（第１曲線に相当する）を得ることができる。放電曲線とは、組電池の放電容量の変化に対する組電池の電圧変化を示すものである。

組電池１０は、直列に接続された複数の単電池１１を有する。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。単電池１１の数は、組電池１０に要求される出力などを考慮して、適宜設定することができる。本実施例では、複数の単電池１１を直列に接続することによって、組電池１０を構成しているが、これに限るものではない。具体的には、並列に接続された複数の単電池１１が組電池１０に含まれていてもよい。

組電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して、負荷３０と接続される。負荷３０としては、組電池１０を放電させることができるものであればよく、適宜選択することができる。組電池１０を負荷３０と接続する前に、組電池１０は、予め充電されており、満充電状態となっている。

正極ラインＰＬは、組電池１０の正極端子と接続されており、負極ラインＮＬは、組電池１０の負極端子と接続されている。負極ラインＮＬには、スイッチ素子２３が設けられており、コントローラ４０は、スイッチ素子２３をオフからオンに切り替えることにより、組電池１０を放電させることができる。

正極ラインＰＬには、電流センサ２１が設けられている。電流センサ２１は、組電池１０を放電したときの電流値を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。本実施例では、電流センサ２１が正極ラインＰＬに設けられているが、これに限るものではない。電流センサ２１は、組電池１０の放電時における電流値を検出できればよいため、例えば、電流センサ２１は負極ラインＮＬに設けることができる。

組電池１０の放電を開始してから、放電を終了させるまでの間、コントローラ４０は、電流センサ２１によって検出された電流値を積算することにより、組電池１０の満充電容量を算出することができる。ここで、組電池１０の電圧値が放電終止電圧に到達したときに、組電池１０の放電を終了させることができる。

電圧センサ２２は、組電池１０の端子間電圧を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。組電池１０を放電し続けている間、コントローラ４０は、電圧センサ２２の出力に基づいて、組電池１０の電圧変化を確認することができる。ここで、組電池１０を放電し続けることにより、組電池１０の電圧値が低下する。

コントローラ４０は、メモリ４１を有しており、メモリ４１は、コントローラ４０が所定の処理（特に、本実施例で説明する処理）を行うときに用いられる情報を記憶している。本実施例では、メモリ４１がコントローラ４０に内蔵されているが、メモリ４１は、コントローラ４０の外部に設けられていてもよい。

図１に示すシステムは、組電池１０を放電することによって放電曲線を測定するものであるが、本発明は、図１に示すシステムに限るものではない。すなわち、図１に示すシステムの代わりに、組電池１０を充電するシステムを用いることができる。具体的には、負荷３０の代わりに、充電器を用いることができる。

充電器は、電源からの電力を組電池１０に供給することにより、組電池１０を充電することができる。組電池１０を充電し続けている間、コントローラ４０は、電流センサ２１および電圧センサ２２の検出結果を取得することにより、組電池の充電容量の変化に対する組電池の電圧変化を測定することができる。組電池１０の電圧値が放電終止電圧に到達している状態から、組電池１０を満充電状態となるまで充電するとき、コントローラ４０は、電流センサ２１によって検出された電流値を積算することにより、満充電容量を算出することができる。

組電池１０を出荷するときには、組電池１０の満充電容量を測定し、満充電容量が基準範囲内に含まれているか否かを判別している。基準範囲とは、公称容量を基準として許容できる範囲であり、基準範囲は、適宜設定することができる。

ここで、測定された満充電容量が基準範囲内に含まれているときには、組電池１０が良品であると判別される。一方、測定された満充電容量が基準範囲から外れているときには、組電池１０が不良品であると判別される。これにより、不良品となる組電池１０を出荷前に取り除くことができる。

一方、組電池１０の放電によって、組電池１０のＳＯＣ（State of Charge）が低下したときには、ＳＯＣが低下している状態であっても、組電池１０の出力を確保しなければならないことがある。この場合には、組電池１０を出荷する前に、組電池１０のＳＯＣが低下しても、組電池１０の出力が確保できるか否かを推定する必要がある。ここで、ＳＯＣとは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。

例えば、車両を走行させる動力源として、組電池１０およびエンジンを備えたハイブリッド自動車では、組電池１０の出力を用いて、エンジンを始動させる必要がある。ここで、組電池１０のＳＯＣが低下した状態にあっても、エンジンを始動させるために、組電池１０の出力電力は、エンジンを始動させる電力よりも高くなっている必要がある。

また、外部充電が可能なハイブリッド自動車では、組電池１０のＳＯＣが所定値に到達するまでは、組電池１０の出力だけを用いて車両を走行させることができる。この走行モードをＥＶ（Electric Vehicle）走行モードという。外部充電とは、車両の外部に設置された電源（例えば、商用電源）からの電力を組電池１０に供給することにより、組電池１０を充電することをいう。

外部充電が可能なハイブリッド自動車では、組電池１０のＳＯＣが所定値に到達したときには、エンジンおよび組電池１０の出力を用いて車両を走行させることができる。この走行モードをＨＶ走行モードという。所定値が低くなるほど、ＥＶ走行モードでの走行距離を延ばすことができる。また、ＨＶ走行モードでは、車両の走行性能を確保するために、組電池１０のＳＯＣが低下した状態であっても、組電池１０の出力を確保する必要がある。

このため、組電池１０を出荷する前においては、組電池１０の満充電容量を測定するだけでなく、組電池１０のＳＯＣが低下したときに、組電池１０の出力を確保できるか否かも検査することが好ましい。ここで、組電池１０の出力電力を推定するときには、組電池１０の抵抗値を把握する必要がある。

組電池１０の抵抗値には、直流抵抗成分、反応抵抗成分および拡散抵抗成分が含まれる。直流抵抗成分は、正極および負極の間に位置する電解質において、電流が流れるときの抵抗成分である。反応抵抗成分は、正極活物質や負極活物質において、電子を放出したり、電子を吸収したりするときの抵抗成分である。拡散抵抗成分は、正極活物質や負極活物質の内部において、反応物質が移動（拡散）するときの抵抗成分である。例えば、リチウムイオン二次電池では、反応物質がリチウムとなる。

ここで、組電池１０（単電池１１）のＳＯＣが低下したときには、単電池１１の正極における拡散抵抗成分が増加しやすい。このため、組電池１０の抵抗値を把握するためには、直流抵抗成分や反応抵抗成分を把握するだけでなく、拡散抵抗成分も適切に把握する必要がある。

本実施例では、以下に説明するように、組電池１０の抵抗値に含まれる、直流抵抗成分、反応抵抗成分および拡散抵抗成分を把握するようにしている。そして、直流抵抗成分、反応抵抗成分および拡散抵抗成分に基づいて、ＳＯＣが低下した状態における組電池１０の出力電力を推定するようにしている。

次に、組電池１０のＳＯＣが低下したときに、組電池１０の出力を確保できるか否かを判別する処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２に示す処理は、コントローラ４０によって実行される。

ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、図１に示すシステムを用いて、満充電状態の組電池１０を放電し続けることにより、電流センサ２１および電圧センサ２２の出力に基づいて、放電曲線を取得する。ここでは、組電池１０を定電流で放電させる。

放電曲線の一例を図３に示す。図３において、横軸は、組電池１０の放電容量であり、縦軸は、組電池１０の電圧値である。組電池１０の放電容量は、電流センサ２１の出力に基づいて算出することができる。

図３に示すように、組電池１０の放電を開始するときには、組電池１０が満充電状態となっているため、組電池１０の電圧値は最も高くなっている。そして、放電時間が長くなるほど、言い換えれば、放電容量が大きくなるほど、組電池１０の電圧値が低下する。また、組電池１０の電圧値が放電終止電圧に近づくと、組電池１０の電圧値が極端に低下し始める。

ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、ステップＳ１０１の処理で得られた放電曲線を用いて、図４に示す曲線を算出する。図４において、縦軸は、ｄＱ／ｄＶの値を示し、横軸は、組電池１０の電圧値を示す。ここで、図３に示すように、ｄＱは、放電容量の変化量を示し、ｄＶは、組電池１０の電圧値の変化量を示す。

例えば、組電池１０を放電している間、コントローラ４０は、所定時間が経過するたびに、電流センサ２１の出力に基づいて、組電池１０の放電容量を取得するとともに、電圧センサ２２の出力に基づいて、組電池１０の電圧値を取得する。

そして、コントローラ４０は、所定時間が経過する前後において、放電容量の変化量ｄＱと、電圧値の変化量ｄＶとを算出することができる。これにより、所定時間毎にｄＱ／ｄＶの値を算出することができ、ｄＱ／ｄＶの値を図４に示す座標系にプロットすれば、図４に示す曲線（Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線という）を得ることができる。Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線は、本発明における第２曲線に相当する。

単電池１１の構成によっては、図３に示す放電曲線において、放電容量の変化に対して、組電池１０の電圧値が変化し難い領域Ｒ１がある。領域Ｒ１における電圧値をＶ_１とする。ここで、負極の活物質として、グラファイト系の炭素材料を用いたリチウムイオン二次電池では、図３に示す放電曲線、すなわち、領域Ｒ１を含む放電曲線が得られやすい。

放電曲線に領域Ｒ１が含まれていることにより、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線には、特徴点Ａ_１が発生する。特徴点Ａ_１において、組電池１０の電圧値はＶ_１となり、ｄＱ／ｄＶの値はｄＱ_１／ｄＶ_１となる。

ステップＳ１０３において、コントローラ４０は、ステップＳ１０２の処理で算出したＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線に基づいて、特徴点Ａ_１を特定する。本実施例では、図４に示すように、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線における極大点を特徴点Ａ_１としている。ここで、図４に示すＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線では、複数の極大点が存在しているが、本実施例では、組電池１０の電圧値が最も低い側における極大点を特徴点Ａ_１としている。

なお、本実施例では、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線の極大点を特徴点Ａ_１としているが、これに限るものではない。すなわち、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線に含まれる特徴的な点を、特徴点とすることができる。例えば、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線における極小点又は変曲点を、特徴点とすることができる。ここで、図４に示すＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線では、極大点を特定しやすいため、極大点を特徴点Ａ_１とすることにより、特徴点Ａ_１を特定しやすくなる。

ステップＳ１０４において、コントローラ４０は、抵抗変化量ΔＲを算出する。抵抗変化量ΔＲは、下記式（１）に基づいて算出される。

上記式（１）において、Ｖ_１は、ステップＳ１０３の処理で特定された特徴点Ａ_１の電圧値であり、Ｉは、ステップＳ１０１の処理において、組電池１０を放電したときの電流値である。ステップＳ１０１の処理では、定電流で組電池１０を放電しているため、電流値Ｉは、一定の値となる。

Ｖ_０は、基準となる組電池１０に関して、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線の特徴点における電圧値である。基準の組電池１０は、図２に示す処理を行うときに、基準として用いられる組電池１０である。すなわち、基準の組電池１０は、図２に示す処理を行う対象となる組電池１０（検査対象の組電池１０という）の構成と同じ構成を有している。ただし、基準の組電池１０および検査対象の組電池１０は、別々の個体である。

電圧値Ｖ_０は、基準の組電池１０を用いて予め決定することができる。まず、ステップＳ１０１の処理と同様に、基準の組電池１０を放電することにより、放電曲線を測定する。ここで、基準の組電池１０を放電するときの電流値は、ステップＳ１０１の処理における放電電流値と同じである。

次に、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３の処理と同様に、放電曲線からＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を算出することにより、基準の組電池１０における特徴点Ａ_０（基準点に相当する）を特定することができる。これにより、基準の組電池１０に関して、特徴点Ａ_０における電圧値Ｖ_０およびｄＱ_０／ｄＶ_０を特定することができる。電圧値Ｖ_０に関する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。

検査対象の組電池１０と、基準の組電池１０とにおいて、製造バラツキなどによる個体差が発生していなければ、電圧値Ｖ_０，Ｖ_１は、互いに等しくなる。言い換えれば、２つの組電池１０において、個体差が発生していれば、電圧値Ｖ_０，Ｖ_１は、互いに異なることになる。

ステップＳ１０４の処理で抵抗変化量ΔＲを算出することにより、直流抵抗成分による変化量と、反応抵抗成分による変化量との総和を特定することができる。組電池１０の抵抗値には、直流抵抗成分、反応抵抗成分および拡散抵抗成分が含まれるが、抵抗変化量ΔＲには、直流抵抗成分および反応抵抗成分が主に含まれる。

図５に示すように、検査対象の組電池１０における放電曲線は、基準の組電池１０における放電曲線に対して矢印Ｄ１の方向にずれることがある。矢印Ｄ１の方向におけるズレは、直流抵抗成分および反応抵抗成分の影響を受けやすい。

図５に示す２つの放電曲線からＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を算出すると、図６に示すようになる。図６に示すように、検査対象の組電池１０におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線（点線）は、基準の組電池１０におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線（実線）に対して矢印Ｄ２の方向にシフトしている。特徴点Ａ_０における電圧値Ｖ_０は、特徴点Ａ_１における電圧値Ｖ_１と異なっている。一方、特徴点Ａ_０におけるｄＱ_０／ｄＶ_０は、特徴点Ａ_１におけるｄＱ_１／ｄＶ_１と等しくなっている。

直流抵抗成分および反応抵抗成分が主に発生しているときには、図６に示すように、ｄＱ_０／ｄＶ_０およびｄＱ_１／ｄＶ_１が互いに等しく、電圧値Ｖ_０，Ｖ_１が異なりやすくなる。このため、上記式（１）を用いて抵抗変化量ΔＲを算出することにより、直流抵抗成分および反応抵抗成分による抵抗値の変化量を把握することができる。ここで、直流抵抗成分および反応抵抗成分が主に発生していることとは、組電池１０の抵抗値において、直流抵抗成分および反応抵抗分の占める割合が、拡散抵抗成分の占める割合よりも大きいことを意味する。

ステップＳ１０５において、コントローラ４０は、ｄＱ／ｄＶのずれ量である変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を算出する。変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）は、下記式（２）に基づいて算出することができる。

上記式（２）において、ｄＱ_１／ｄＶ_１は、ステップＳ１０３の処理で特定された特徴点Ａ_１におけるｄＱ／ｄＶの値である。言い換えれば、ｄＱ_１／ｄＶ_１は、検査対象の組電池１０におけるｄＱ／ｄＶの値である。ｄＱ_０／ｄＶ_０は、上述したように、基準の組電池１０におけるｄＱ／ｄＶの値である。ｄＱ_０／ｄＶ_０の値は、予め求められており、ｄＱ_０／ｄＶ_０に関する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。

検査対象の組電池１０および基準の組電池１０が個体差を有していなければ、ｄＱ_０／ｄＶ_０およびｄＱ_１／ｄＶ_１は互いに等しくなる。一方、検査対象の組電池１０および基準の組電池１０が個体差を有していれば、ｄＱ_０／ｄＶ_０およびｄＱ_１／ｄＶ_１は互いに異なる。変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）には、拡散抵抗成分が主に含まれるため、変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を算出することにより、拡散抵抗成分による抵抗値の変化量を特定することができる。

組電池１０のＳＯＣが低下すると、正極における拡散抵抗成分が増加してしまう。ここで、検査対象の組電池１０において、拡散抵抗成分が増加すると、検査対象の組電池１０における放電曲線と、基準の組電池１０における放電曲線とは、図７に示す挙動を示す。ここで、図８は、図７の領域Ｒ２における拡大図である。

図８に示すＦ１は、基準の組電池１０の放電曲線において、放電容量の変化に対して電圧値が変化し難い領域である。図８に示すＦ２は、検査対象の組電池１０の放電曲線において、放電容量の変化に対して電圧値が変化し難い領域である。領域Ｆ１，Ｆ２では、厳密には、放電容量が増加するにつれて、電圧値が僅かずつ低下している。図８に示すように、領域Ｆ２は、領域Ｆ１よりも小さい。

ここで、単電池１１（組電池１０）の電圧値は、図９に示すように、正極電位および負極電位の差によって表される。単電池１１のＳＯＣが低下しているときには、正極活物質における拡散抵抗成分が増加しやすくなり、正極電位は、図９に示す点線のように変化する。正極電位が図９の点線で表される挙動を示すことにより、組電池１０の放電曲線は、図７や図８の点線で表される挙動を示す。

図７に示す２つの放電曲線からＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線を算出すると、図１０に示すようになる。図１０に示すように、検査対象の組電池１０におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線（点線）は、基準の組電池１０におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ曲線（実線）に対して矢印Ｄ３の方向にシフトしている。図１０において、特徴点Ａ_０における電圧値Ｖ_０は、特徴点Ａ_１における電圧値Ｖ_１と等しい。一方、特徴点Ａ_０におけるｄＱ_０／ｄＶ_０は、特徴点Ａ_１におけるｄＱ_１／ｄＶ_１と異なっている。

図８を用いて説明したように、検査対象の組電池１０の放電曲線における領域Ｆ２は、基準の組電池１０の放電曲線における領域Ｆ１よりも小さいため、ｄＱ_１／ｄＶ_１は、ｄＱ_０／ｄＶ_０よりも低下する。領域Ｆ１が領域Ｆ２よりも大きくなると、ｄＱ_０／ｄＶ_０は、ｄＱ_１／ｄＶ_１よりも大きくなりやすい。

拡散抵抗成分が主に発生しているときには、図１０に示すように、電圧値Ｖ_０，Ｖ_１が等しく、ｄＱ_０／ｄＶ_０およびｄＱ_１／ｄＶ_１が異なりやすくなる。このため、上記式（２）を用いて変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を算出することにより、拡散抵抗成分による抵抗値の変化量を把握することができる。ここで、拡散抵抗成分が主に発生していることとは、組電池１０の抵抗値において、拡散抵抗成分の占める割合が、直流抵抗成分および反応抵抗分の占める割合よりも大きいことを意味する。

ステップＳ１０６において、コントローラ４０は、組電池１０のＳＯＣが低下したときの組電池１０の出力電力を推定する。具体的には、コントローラ４０は、下記式（３）に基づいて、組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを算出（推定）する。

上記式（３）において、Ｖｌｉｍは、組電池１０の充放電を制御するときの下限電圧値であり、電圧値Ｖｌｉｍは、組電池１０の出力特性を考慮して予め設定することができる。組電池１０を放電するとき、組電池１０の電圧値が下限電圧値よりも低くならないように、組電池１０の放電が制御される。このため、上記式（３）に示すように、下限電圧値Ｖｌｉｍを基準とした出力電力Ｗｏｕｔを算出することにより、組電池１０のＳＯＣが最も低下したときの出力電力Ｗｏｕｔを推定することができる。

上記式（３）に示すＯＣＶ（Open Circuit Voltage）は、組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを推定するときの組電池１０のＳＯＣに対応した開放電圧値である。ＳＯＣおよびＯＣＶは、対応関係があるため、この対応関係を予め決めておけば、ＳＯＣに対応したＯＣＶを特定することができる。ここで、組電池１０のＳＯＣが最も低下したときの値を決めておけば、このＳＯＣに対応したＯＣＶを上記式（３）に代入すればよい。上記式（３）において、ＯＣＶおよびＶｌｉｍの差分は、組電池１０を放電したときの電圧降下量を示す。

上記式（３）において、Ｒ_０は、基準の組電池１０における抵抗値である。抵抗値Ｒ_０は、基準の組電池１０における電流値および電圧値に基づいて予め算出することができる。具体的には、まず、基準の組電池１０を充放電したときの電流値および電圧値の関係を取得する。そして、電流および電圧のそれぞれを座標軸とした座標系において、電流値および電圧値の関係をプロットし、複数のプロットに近似する直線を求めれば、近似直線の傾きが抵抗値Ｒ_０となる。

ΔＲは、ステップＳ１０４の処理で算出された抵抗変化量である。変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）は、ステップＳ１０５の処理で算出された値である。αは、変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を抵抗値の変化量に変換するための係数である。

係数αは、図１１に示すように、変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）および抵抗変化量の関係から求めることができる。まず、予め実験を行うことにより、変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）および抵抗変化量の関係を求めることができる。変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）および抵抗変化量が図１１に示す関係を有するとき、図１１に示す直線の傾きが係数αとなる。係数αは、予め求めておき、メモリ４１に記憶しておくことができる。

ステップＳ１０７において、コントローラ４０は、ステップＳ１０６の処理で算出した出力電力Ｗｏｕｔが閾値Ｗｔｈよりも高いか否かを判別する。閾値Ｗｔｈは、組電池１０に要求される出力電力の下限値であり、予め設定することができる。組電池１０を車両に搭載するときには、上述したように、車両の走行を確保する観点に基づいて、閾値Ｗｔｈを設定することができる。閾値Ｗｔｈに関する情報は、メモリ４１に記憶することができる。

出力電力Ｗｏｕｔが閾値Ｗｔｈよりも高いとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０８において、組電池１０の出力性能が正常であると判別する。出力電力Ｗｏｕｔが閾値Ｗｔｈよりも高いときには、組電池１０のＳＯＣが低下したとしても、組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを閾値Ｗｔｈよりも高くすることができる。したがって、組電池１０のＳＯＣが低下しても、組電池１０の出力性能を確保することができ、組電池１０を良品と判別することができる。組電池１０が良品であれば、組電池１０を出荷することができる。

出力電力Ｗｏｕｔが閾値Ｗｔｈよりも低いとき、コントローラ４０は、ステップＳ１０９において、組電池１０の出力性能が異常であると判別する。出力電力Ｗｏｕｔが閾値Ｗｔｈよりも低いときには、組電池１０のＳＯＣが低下したときに、組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを閾値Ｗｔｈよりも高くすることができなくなってしまう。この場合には、組電池１０の出力性能を確保することができず、組電池１０を不良品と判別することができる。組電池１０が不良品であれば、組電池１０を出荷することができない。

本実施例によれば、上述したように、抵抗変化量ΔＲに基づいて、直流抵抗成分および反応抵抗成分による変化量を把握することができるとともに、変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）に基づいて、正極の拡散抵抗成分による変化量を把握することができる。これにより、組電池１０（単電池１１）の抵抗値を構成する、すべての抵抗成分を把握することができる。

そして、上記式（３）に示すように、抵抗変化量ΔＲおよび変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）に基づいて、組電池１０のＳＯＣが低下したときの出力電力Ｗｏｕｔを推定することができ、組電池１０の出力性能が確保されているか否かを判別することができる。

組電池１０を検査するときには、組電池１０の満充電容量が測定され、満充電容量に基づいて、組電池１０が良品であるか否かが判別される。また、本実施例では、満充電容量を測定するときに得られる放電曲線を用いるだけで、抵抗変化量ΔＲや変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を求めることができる。

したがって、満充電容量を測定するときに、図２に示す処理を行うだけで、出力性能が確保されているか否かを判別することができる。すなわち、出力性能が確保されているか否かを判別するときに、満充電容量の測定時に得られる放電曲線を用いるだけでよく、他の情報を新たに取得する必要もない。

なお、本実施例では、組電池１０を出荷する前に、組電池１０の出力性能が確保されているか否かを判別しているが、これに限るものではない。すなわち、組電池１０を使用しているときであっても、本実施例と同様の処理を行うことにより、組電池１０の出力性能が確保されているか否かを判別することができる。

例えば、組電池１０を車両に搭載したとき、満充電状態の組電池１０を放電し続けることにより、組電池１０の放電曲線を取得することができる。放電曲線を取得できれば、図２に示す処理を行うことにより、組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを推定することができる。

また、外部充電によって、組電池１０を満充電状態となるまで充電し続けることにより、組電池１０の充電曲線を取得することができる。充電曲線は、放電曲線と同様であるため、図２に示す処理を行うことにより、組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを推定することができる。

本実施例では、組電池１０の放電曲線に基づいて、ｄＱ／ｄＶの値を算出しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０の放電曲線に基づいて、ｄＶ／ｄＱの値、すなわち、Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線を算出することができる。ｄＶ／ｄＱの値を用いたとき、Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線は、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線と異なるが、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線に対応することになる。

すなわち、Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線における極小点が、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ曲線における極大点に対応することになる。Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線を用いた場合であっても、Ｖ−ｄＶ／ｄＱ曲線に基づいて特徴点を特定し、この特徴点に基づいて、抵抗変化量ΔＲや変化量Δ（ｄＶ／ｄＱ）を算出すればよい。

ここで、基準の組電池１０および検査対象の組電池１０におけるＶ−ｄＶ／ｄＱ曲線を比較したとき、直流抵抗成分および反応抵抗成分が主に発生していれば、本実施例で説明したように、２つの特徴点における電圧値が互いに異なることになる。また、拡散抵抗成分が主に発生していれば、本実施例で説明した場合と同様に、２つの特徴点におけるｄＶ／ｄＱの値が互いに異なることになる。そして、抵抗変化量ΔＲおよび変化量Δ（ｄＶ／ｄＱ）に基づいて、組電池１０のＳＯＣが低下したときの組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを推定することができる。

本実施例では、組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを推定しているが、当然のことながら、単電池１１の出力電力を推定することもできる。この場合には、単電池１１の放電曲線を測定すれば、本実施例と同様の処理を行うことにより、単電池１１のＳＯＣが低下したときの単電池１１の出力電力を推定することができる。

本発明の実施例２について説明する。ここで、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

実施例１では、抵抗変化量ΔＲおよび変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）に基づいて、組電池１０のＳＯＣが低下したときの組電池１０の出力電力Ｗｏｕｔを推定している。本実施例では、抵抗変化量ΔＲおよび変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）に基づいて、組電池１０の抵抗値を算出し、組電池１０の抵抗値が正常であるか否かを判別するものである。

本実施例の処理について、図１２に示すフローチャートを用いて説明する。図１２に示す処理において、図２で説明した処理と同じ処理については、同一の符号を用いており、詳細な説明は省略する。

ステップＳ１０４の処理で抵抗変化量ΔＲを算出し、ステップＳ１０５の処理で変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を算出した後において、コントローラ４０は、ステップＳ１１０の処理を行う。ステップＳ１１０において、コントローラ４０は、抵抗変化量ΔＲおよび変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を含めた抵抗変化量ΔＲｔｏｔａｌが閾値ΔＲｔｈよりも小さいか否かを判別する。

コントローラ４０は、下記式（４）に基づいて、抵抗変化量ΔＲｔｏｔａｌを算出する。

上記式（４）において、ΔＲは、ステップＳ１０４の処理で算出された値であり、Δ（ｄＱ／ｄＶ）は、ステップＳ１０５の処理で算出された値である。αは、上記式（３）で説明した係数である。抵抗変化量ΔＲｔｏｔａｌを算出するときには、変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を抵抗変化量に変換する必要があるため、係数αを用いている。

抵抗変化量ΔＲｔｏｔａｌが閾値ΔＲｔｈよりも小さいとき、コントローラ４０は、ステップＳ１１１において、組電池１０が正常状態であると判別する。抵抗変化量ΔＲｔｏｔａｌが閾値ΔＲｔｈよりも小さいときには、組電池１０の抵抗値が、良品として許容される範囲に含まれており、組電池１０を出荷することができる。

ここで、閾値ΔＲｔｈは、良品として許容される範囲を規定しており、適宜設定することができる。閾値ΔＲｔｈに関する情報は、メモリ４１に記憶しておくことができる。

抵抗変化量ΔＲｔｏｔａｌが閾値ΔＲｔｈよりも大きいとき、コントローラ４０は、ステップＳ１１２において、組電池１０が異常状態であると判別する。抵抗変化量ΔＲｔｏｔａｌが閾値ΔＲｔｈよりも大きいときには、組電池１０の抵抗値が、良品として許容される範囲から外れており、組電池１０を出荷することができない。

実施例１で説明したように、抵抗変化量ΔＲおよび変化量Δ（ｄＱ／ｄＶ）を算出することにより、組電池１０における、すべての抵抗成分（直流抵抗成分、反応抵抗成分および拡散抵抗成分）を把握することができ、これらの抵抗成分に基づいて、組電池１０の良否を判別することができる。

１０：組電池、１１：単電池、２１：電流センサ、２２：電圧センサ、２３：スイッチ、
３０：負荷、４０：コントローラ、４１：メモリ

Claims (10)

1. 二次電池の抵抗値から、前記二次電池の充電状態が低下したときの出力性能を診断するコントローラを有し、
   前記コントローラは、
   診断対象の前記二次電池で取得され、蓄電量の変化に対する電圧値の変化を示す第１曲線を用いて、前記蓄電量の変化量および前記電圧値の変化量の比と、前記電圧値との関係を示す第２曲線を算出し、
   前記第２曲線上の特徴点と、前記特徴点に対応した基準点との間における、前記比のずれ量および前記電圧値のずれ量の両方に基づいて、一つの、前記二次電池の充電状態が低下したときの抵抗値の変化量を算出することを特徴とする診断装置。
2. 前記特徴点は、前記第２曲線上に含まれる複数の特徴点のうち、前記電圧値が最も低い側に位置する特徴点であり、
   前記コントローラは、前記比のずれ量を用いて、前記二次電池の正極における拡散抵抗成分を把握するとともに、前記電圧値のずれ量を用いて、前記二次電池における直流抵抗成分および反応抵抗成分を把握することを特徴とする請求項１に記載の診断装置。
3. 前記コントローラは、前記抵抗値の変化量を用いて、前記二次電池の充電状態が低下したときの出力電力を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の診断装置。
4. 前記第２曲線は、前記蓄電量の変化量を前記電圧値の変化量で除算した値と、前記電圧値との関係を示しており、
   前記コントローラは、前記第２曲線上の極大点を前記特徴点として特定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の診断装置。
5. 前記二次電池は、負極の活物質として、グラファイト系の炭素材料を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の診断装置。
6. 前記コントローラは、前記診断対象の二次電池の満充電容量を測定するときに、前記第１曲線を取得することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の診断装置。
7. 二次電池の抵抗値から、前記二次電池の充電状態が低下したときの出力性能を診断する診断方法であって、
   診断対象の前記二次電池で取得され、蓄電量の変化に対する電圧値の変化を示す第１曲線を用いて、前記蓄電量の変化量および前記電圧値の変化量の比と、前記電圧値との関係を示す第２曲線を算出し、
   前記第２曲線上の特徴点と、前記特徴点に対応した基準点との間における、前記比のずれ量および前記電圧値のずれ量の両方に基づいて、一つの、前記二次電池の充電状態が低下したときの抵抗値の変化量を算出することを特徴とする診断方法。
8. 前記特徴点は、前記第２曲線上に含まれる複数の特徴点のうち、前記電圧値が最も低い側に位置する特徴点であり、
   前記比のずれ量を用いて、前記二次電池の正極における拡散抵抗成分を把握するとともに、前記電圧値のずれ量を用いて、前記二次電池における直流抵抗成分および反応抵抗成分を把握することを特徴とする請求項７に記載の診断方法。
9. 前記第２曲線は、前記蓄電量の変化量を前記電圧値の変化量で除算した値と、前記電圧値との関係を示しており、
   前記第２曲線上の極大点を前記特徴点として特定することを特徴とする請求項７又は８に記載の診断方法。
10. 前記二次電池は、負極の活物質として、グラファイト系の炭素材料を有することを特徴とする請求項７から９のいずれか１つに記載の診断方法。