JP6655453B2

JP6655453B2 - 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法

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Publication number: JP6655453B2
Application number: JP2016075488A
Authority: JP
Inventors: 直孝内野; 岩根　典靖; 典靖岩根; 悦藏佐藤; 泰司光山; 公一成井; 丹大野
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-04-04
Also published as: JP2017188277A

Description

本発明は、二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法に関するものである。

特許文献１には、二次電池の開回路電圧の変化を検出することで、電解液の凍結を検出する技術が開示されている。

特開２００６−１５５９１６号公報

ところで、二次電池が充電または放電された後には分極が発生し、この分極が解消するには一定の時間を要する。このような分極は、二次電池の開回路電圧にも影響を与えることから、分極が生じている場合には、二次電池の電解液が凍結しているか否かを正確に検出することができないという問題点がある。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、前記二次電池のインピーダンスを測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された前記インピーダンスの値に基づいて、前記二次電池の電解液が凍結しているか否かを推定する推定手段と、を有し、前記推定手段は、前記電解液の温度が低下する場合であって、前記電解液の温度の低下に対する前記インピーダンスの増加の割合が、前記電解液が凍結していない場合に比較して相対的に大きくなったときに、前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定する、ことを特徴とする。

また、本発明は、前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２との差分値（Ｚ２−Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２−Ｚ１）＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２の比（Ｚ２／Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２／Ｚ１）＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２とによって求めた値（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））が所定の閾値Ｔｈよりも小さい（（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））＜Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２と、前記電解液の温度がＴ３（＜Ｔ２）である場合の前記インピーダンスＺ３と、前記電解液の温度がＴ４（＜Ｔ３）である場合の前記インピーダンスＺ４と、に基づいて求めた値（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）−（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））が所定の閾値Ｔｈよりも小さい（（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）−（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））＜Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２と、前記電解液の温度がＴ３（＜Ｔ２）である場合の前記インピーダンスＺ３と、前記電解液の温度がＴ４（＜Ｔ３）である場合の前記インピーダンスＺ４と、に基づいて求めた値（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）／（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の絶対値が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（｜（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）／（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１）｜＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、前記二次電池の電解液が凍結していない所定の過去の時点における前記インピーダンスをＺ１とし、前記測定手段によって測定した現時点における前記インピーダンスをＺ２としたときにこれらによって求めた差分値（Ｚ２−Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２−Ｚ１）＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、前記二次電池の電解液が凍結していない所定の過去の時点における前記インピーダンスをＺ１とし、前記測定手段によって測定した現時点における前記インピーダンスをＺ２としたときのこれらの比（Ｚ２／Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２／Ｚ１）＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、所定の測定時刻ｔ１における前記インピーダンスをＺ１とするとともに前記二次電池の開回路電圧をＶ１とし、所定の測定時刻ｔ２（＞ｔ１）における前記インピーダンスをＺ２とするとともに前記二次電池の開回路電圧をＶ２としたときに、これらによって求めた値（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｖ２−Ｖ１））が０よりも大きい（（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｖ２−Ｖ１））＞０）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記推定手段によって前記二次電池の前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定した場合には、凍結が始まっていることを外部に提示する提示手段を有することを特徴とする。
このような構成によれば、ユーザに対して、二次電池の電解液の凍結を通知することができる。

また、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、前記二次電池のインピーダンスを測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された前記インピーダンスの値に基づいて、前記二次電池の電解液が凍結しているか否かを推定する推定ステップと、を有し、前記推定ステップは、前記電解液の温度が低下する場合であって、前記電解液の温度の低下に対する前記インピーダンスの増加の割合が、前記電解液が凍結していない場合に比較して相対的に大きくなったときに、前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、二次電池の電解液の凍結を正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池劣化推定方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置の構成例を示す図である。図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。図１に示す実施形態の動作を説明するための図である。図１に示す実施形態の動作を説明するための図である。図１に示す実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。他の実施形態を説明するための図である。他の実施形態を説明するための図である。他の実施形態を説明するための図である。他の実施形態を説明するための図である。他の実施形態を説明するための図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池状態検出装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、放電回路１５を主要な構成要素としており、二次電池１４の充電状態を制御する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の状態を検出するとともに、オルタネータ１６の発電電圧を制御することで二次電池１４の充電状態を制御する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４の電解液または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。

二次電池１４は、電解液を有する二次電池、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、または、ニッケル水素電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。オルタネータ１６は、制御部１０によって制御され、発電電圧を調整することが可能とされている。

エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し、車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、シートヒータ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。

図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａを実行する際に生成されるデータや、後述する数式またはテーブル等のパラメータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等との間で通信を行い、検出した情報または制御情報を上位装置に通知する。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５、オルタネータ１６、および、スタータモータ１８等に駆動電流を供給してこれらを制御する。

（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、本発明の実施形態の動作原理について説明した後、詳細な動作について説明する。

まず、実施形態の動作原理について説明する。図３は、二次電池１４が鉛蓄電池である場合の電解液の温度と、二次電池１４のインピーダンスとの関係を示す図である。なお、図３において、横軸は二次電池１４の電解液の規格化した温度を示し、縦軸は二次電池１４の規格化したインピーダンスを示している。図３では、二次電池１４の電解液の温度が低下すると徐々にインピーダンスが上昇し、電解液が凍結を開始すると、破線の丸で示す領域のように、インピーダンスが急激に上昇を開始する。そこで、本実施形態では、電解液の温度の低下に対するインピーダンスの増加の割合が、電解液が凍結していない場合に比較して相対的に大きくなる場合（破線の丸で示す場合）には、電解液の凍結が始まったと推定する。

ここで、二次電池１４のインピーダンスの実数成分である抵抗は、導電抵抗と液抵抗によって構成される。一般に、導体抵抗と液抵抗は、分極の影響を受けにくいことから、二次電池１４のインピーダンスを用いて電解液の凍結を推定する場合には、分極の有無に拘わらず、凍結を正確に判定することができる。

つぎに、本発明の実施形態の詳細な動作について説明する。本発明の実施形態では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の想定される凍結温度（例えば、−３０℃）に対して、所定のマージンΔＴ（例えば、１０℃）を加算して得られる値を、電解液の凍結監視処理を開始する温度Ｔｆに設定する。いまの例では、Ｔｆ＝−２０℃（＝−３０＋１０℃）を得る。

つぎに、ＣＰＵ１０ａは、図４に示すように、二次電池１４の電解液（または環境）の温度が、標準温度としてのＴ１（例えば、２５℃）である場合に、インピーダンスＺ１を測定する。なお、インピーダンスの測定方法としては、例えば、特開２００９−００２９５７に開示される方法を用いることができる。より詳細には、例えば、実験等によって求めた所定の条件を満たした定電流瞬時放電サイクルを行う分極履歴消去を行って分極履歴を消去した後に、開回路電圧を測定してＶｏとする。そして、その後に、放電回路１５による電流Ｉによる定電流瞬時放電を実行し、その時の最小電圧Ｖｍを測定する。そして、以下の式（１）によりインピーダンスＺ１を算出する。

Ｚ１＝（Ｖｏ−Ｖｍ）／Ｉ・・・（１）

なお、インピーダンス値は温度により変動するため、二次電池１４の電解液の温度を検出し、前述した式（１）によって算出したインピーダンス値を、例えば、標準温度におけるインピーダンス値に補正することが望ましい。このようにして温度による補正がされたインピーダンス値は、例えば、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納される。

つぎに、車両が停車された後にエンジン１７が停止されると、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３の出力を参照して電解液の温度Ｔを検出し、温度Ｔが前述したＴｆ以下（Ｔ≦Ｔｆ）になった場合には、電解液が凍結するおそれがあるとして、凍結監視処理を実行する。

凍結監視処理では、ＣＰＵ１０ａは、前述の場合と同様の処理によって、二次電池１４のインピーダンスを所定の周期で検出し、検出結果をＺ２とする。そして、そのときの温度Ｔ２も検出する。なお、インピーダンスを検出する処理の頻度は、例えば、電解液の温度がＴｆよりも十分に高い場合には長い間隔で実行し、電解液の温度がＴｆに近くなった場合には短い間隔で実行するようにしてもよい。

つぎに、ＣＰＵ１０ａは、インピーダンスＺ１，Ｚ２の差分値である（Ｚ２−Ｚ１）を算出し、差分値（Ｚ２−Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きいか否かを判定する。図４に示すように、破線の丸で示す凍結開始点よりも温度が低下すると、二次電池１４のインピーダンスは急激に増加するので、電解液の凍結が始まると差分値（Ｚ２−Ｚ１）は、ある時点において、閾値Ｔｈ（例えば、図４の例では０．４）よりも大きくなる。

ＣＰＵ１０ａは、差分値（Ｚ２−Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きいと判定した場合には、電解液の凍結が始まったと判定し、例えば、通信部１０ｄを介して、上位のＥＣＵ（Electric Control Unit）に対して凍結開始を通知する。その結果、上位のＥＣＵは、例えば、視覚情報または聴覚情報によって、電解液の凍結開始を、例えば、ユーザに通知する。あるいは、通信部１０ｄが、赤外線または電波等によって通信を行うことが可能な場合には、ユーザの手元の端末装置（例えば、リモートコントローラまたは携帯電話）に対して、電解液の凍結開始を示す視覚情報または聴覚情報を送信する。あるいは、二次電池１４が凍結防止のヒータを有している場合には、上位のＥＣＵは、このヒータに通電することで、電解液が凍結することを防止する。また、電解液の成分である希硫酸の比重が大きい場合に凍結温度が低くなるので、例えば、エンジン１７を始動して二次電池１４を充電し、充電率を高くすることで比重を高くしたり、例えば、外部の充電器（商用電力による充電器）による充電を開始したりしてもよい。

以上に説明したように、実施形態では、電解液が凍結する際にインピーダンスが増加することを利用して、電解液の凍結の開始を推定するようにした。これにより、開回路電圧に比較して、分極の影響を受けにくいとされるインピーダンスを用いることにより、分極が生じている場合でも、電解液の凍結を確実に検出することができる。なお、インピーダンスを測定する際に、高い周波数の電流によって測定することで、分極の影響をさらに受けにくくすることができる。

つぎに、図５を参照して、実施形態において実行される処理について説明する。図５に示すフローチャートが開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の想定される凍結温度（例えば、−３０℃）に対して、所定のマージンΔＴ（例えば、１０℃）を加算して、電解液の凍結監視処理を開始する温度Ｔｆを算出する。なお、凍結温度は、二次電池１４の電解液の濃度によって異なる。電解液の濃度は、例えば、電解液の液量、充電率、および、劣化の状態に応じて異なる。ここで、電解液の液量が減少している場合には、充電率等が一定であれば濃度が高くなり、結果として凍結温度が低下する。一方、充電率が低い場合または劣化が進んだ場合には、電解液の濃度が低下することから、そのような場合には凍結温度が上昇する。そこで、充電率および劣化度に応じて、想定される凍結温度を適宜設定するようにしてもよい。具体的には、充電率が低い場合や劣化が進んだ場合には想定される凍結温度を高く設定するようにしてもよい。

ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、所定の時点における二次電池１４のインピーダンスＺ１を検出する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、例えば、電解液が標準温度（例えば、２５℃）になった場合において、電流瞬時放電サイクルを行う分極履歴消去を行って分極履歴を消去した後に、開回路電圧を測定してＶｏとする。そして、その後に、放電回路１５による電流Ｉによる定電流瞬時放電を実行し、その時の最小電圧Ｖｍを測定する。そして、前述した式（１）によりインピーダンスＺ１を求める。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、電解液の温度Ｔを検出する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３の出力を参照して、電解液の温度Ｔを検出する。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２で検出した電解液の温度ＴがステップＳ１０で設定した、凍結監視処理を開始する温度Ｔｆよりも大きいか否かを判定し、Ｔ＞Ｔｆを満たす場合（ステップＳ１３：Ｙ）にはステップＳ１１に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎ）にはステップＳ１４に進む。例えば、電解液の温度ＴがＴｆ以下になった場合には、Ｎと判定されてステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、その時点（現在）における、二次電池１４のインピーダンスＺ２を検出する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、前述したステップＳ１１と同様の処理によって、二次電池１４のインピーダンスＺ２を検出する。

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１４で求めたその時点におけるインピーダンスＺ２と、ステップＳ１１で求めた所定の時点におけるインピーダンスＺ１の差分値（Ｚ２−Ｚ１）を算出し、差分値が閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２−Ｚ１）＞Ｔｈ）か否かを判定し、大きいと判定した場合（ステップＳ１５：Ｙ）にはステップＳ１６に進み、それ以外の場合（ステップＳ１５：Ｎ）にはステップＳ１１に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、凍結検出信号を出力する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、通信部１０ｄを介して、図示しない上位の装置に、凍結検出信号を出力する。これにより、上位の装置は、ユーザに対して凍結を検出したことを提示したり、あるいは、凍結の進行を妨げるために、エンジン１７を始動して充電率を上昇させたり、二次電池１４を暖めるためのヒータに通電させたりすることができる。

以上の処理によれば、二次電池１４の電解液の凍結を、例えば、分極の状態に拘わらず、正確に検出することができる。また、凍結を検出した場合には、ユーザに通知したり、エンジン１７を始動等したりすることにより、凍結の進行を妨げることができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、図５のステップＳ１１で求めたインピーダンスＺ１と、ステップＳ１４で求めたインピーダンスＺ２の差分値（Ｚ２−Ｚ１）と、閾値Ｔｈとの比較によって凍結の有無を推定するようにしたが、これ以外にも、例えば、インピーダンスＺ１，Ｚ２の比（Ｚ２／Ｚ１）と、閾値Ｔｈの比較に基づいて、凍結の有無を推定するようにしてもよい。すなわち、図４に示すように、凍結が始まっていない場合には、インピーダンスＺ１，Ｚ２は略同じ値であるのでＺ２／Ｚ１≒１であるが、凍結が始まるとＺ２＞Ｚ１となるので、Ｚ２／Ｚ１は１よりも大きい値となる。そこで、Ｚ２／Ｚ１が１よりも大きい所定の閾値Ｔｈ以上になった場合に凍結が始まったと判定するようにしてもよい。

また、図５に示す、ステップＳ１１で検出したインピーダンスＺ１およびその時点の電解液の温度Ｔ１と、ステップＳ１４で検出したインピーダンスＺ２およびその時点の電解液の温度Ｔ２とに基づいて、図４に示す曲線の傾き（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））を算出し、この傾きに基づいて凍結の有無を判断するようにしてもよい。図６は、二次電池１４の電解液の温度と、（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の値との関係を示す図である。なお、図６の横軸は二次電池１４の電解液の規格化された温度を示し、縦軸は（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の値を示している。この図６に示すように、電解液が凍結していない場合には傾きは０に近い値である。電解液が凍結を開始すると、破線の丸で示すように、最初は値がマイナスに振れた後に、プラスマイナスに大きく変動する。そこで、（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の値を所定の閾値Ｔｈと比較し、（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））＜Ｔｈとなった場合には凍結が始まったと推定するようにしてもよい。

また、図７に示すように、時間ｔ１，ｔ２（ｔ１＜ｔ２）においてインピーダンスＺ１，Ｚ２および温度Ｔ１，Ｔ２を求めるとともに、時間ｔ３，ｔ４（ｔ３＜ｔ４）においてインピーダンスＺ３，Ｚ４および温度Ｔ３，Ｔ４を求め、これらに基づいて（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）−（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の値を計算し、所定の閾値Ｔｈに対して、（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）−（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））＜Ｔｈである場合には凍結が始まっていると推定するようにしてもよい。より詳細には、図７では、凍結が始まる時間における（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３））の値は、それ以前の（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の値に比較すると、値が小さいので、これらの差分値はマイナスの値となることから、差分値と閾値Ｔｈを比較することで、凍結の有無を判定することができる。なお、図７の横軸は規格化された時間を示し、縦軸は（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）−（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の値を示している。

また、図８に示すように、時間ｔ１，ｔ２（ｔ１＜ｔ２）においてインピーダンスＺ１，Ｚ２および温度Ｔ１，Ｔ２を求めるとともに、時間ｔ３，ｔ４（ｔ３＜ｔ４）においてインピーダンスＺ３，Ｚ４および温度Ｔ３，Ｔ４を求め、これらに基づいて（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）／（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の値を計算し、所定の閾値Ｔｈに対して、（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）／（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））＞Ｔｈである場合には凍結が始まっていると推定するようにしてもよい。より詳細には、図８では、凍結が始まる時間における（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３））は、それ以前の（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））に比較すると、絶対値が大きいので、絶対値と閾値Ｔｈとを比較することで、凍結の有無を推定することができる。なお、図８の横軸は規格化された時間を示し、縦軸は（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）／（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の値を示している。

また、図９に示すように、所定の時間ｔ１（例えば、新品の二次電池１４の搭載時）におけるインピーダンスＺ１を基準とした場合に、時間ｔ２（＞ｔ１）におけるインピーダンスＺ２とすると、これらの差分値（Ｚ２−Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい場合には、凍結が始まったと推定するようにしてもよい。もちろん、差分値でなく、比（Ｚ２／Ｚ１）と、所定の閾値Ｔｈとを用いて、（Ｚ２／Ｚ１）＞Ｔｈの場合には凍結が始まったと判定するようにしてもよい。なお、図９の横軸は規格化された時間を示し、縦軸は（Ｚ２−Ｚ１）の値を示している。

また、図１０に示すように、ある時間ｔ１におけるインピーダンスＺ１および開回路電圧Ｖ１を求めるとともに、時間ｔ２（＞ｔ１）におけるインピーダンスＺ２および開回路電圧Ｖ２を求め、これらの値に基づいて（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｖ２−Ｖ１））を求め、この値が所定の閾値Ｔｈ（例えば、Ｔｈ＝０）よりも大きい場合には、凍結が始まったと判定するようにしてもよい。なお、図１０の横軸は規格化された時間を示し、縦軸は（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｖ２−Ｖ１））の値を示している。

また、以上の実施形態では、インピーダンスの実数成分に注目して説明を行ったが、虚数成分を参照して、凍結の判定を行うようにしてもよい。例えば、並列接続された抵抗素子およびキャパシタ素子に対して、抵抗素子が直列接続されて構成される等価回路を、二次電池１４の等価回路とし、この等価回路を、例えば、学習処理やフィッティング処理によって、構成要素である各素子値を求める。そして、求めた素子値の変化に基づいて、凍結の有無を判断するようにしてもよい。

１二次電池状態検出装置
１０制御部（推定手段）
１０ａＣＰＵ
１０ｂＲＯＭ
１０ｃＲＡＭ
１０ｄ通信部
１０ｅＩ／Ｆ
１１電圧センサ（測定手段の一部）
１２電流センサ（測定手段の一部）
１３温度センサ（測定手段の一部）
１４二次電池
１５放電回路（測定手段の一部）
１６オルタネータ
１７エンジン
１８スタータモータ
１９負荷

Claims

二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
前記二次電池のインピーダンスを測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された前記インピーダンスの値に基づいて、前記二次電池の電解液が凍結しているか否かを推定する推定手段と、を有し、
前記推定手段は、前記電解液の温度が低下する場合であって、前記電解液の温度の低下に対する前記インピーダンスの増加の割合が、前記電解液が凍結していない場合に比較して相対的に大きくなったときに、前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定する、
ことを特徴とする二次電池状態検出装置。
前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２との差分値（Ｚ２−Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２−Ｚ１）＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２の比（Ｚ２／Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２／Ｚ１）＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２とによって求めた値（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））が所定の閾値Ｔｈよりも小さい（（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））＜Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２と、前記電解液の温度がＴ３（＜Ｔ２）である場合の前記インピーダンスＺ３と、前記電解液の温度がＴ４（＜Ｔ３）である場合の前記インピーダンスＺ４と、に基づいて求めた値（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）−（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））が所定の閾値Ｔｈよりも小さい（（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）−（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））＜Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
前記推定手段は、前記電解液の温度がＴ１である場合の前記インピーダンスＺ１と、前記電解液の温度がＴ２（＜Ｔ１）である場合の前記インピーダンスＺ２と、前記電解液の温度がＴ３（＜Ｔ２）である場合の前記インピーダンスＺ３と、前記電解液の温度がＴ４（＜Ｔ３）である場合の前記インピーダンスＺ４と、に基づいて求めた値（（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）／（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１））の絶対値が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（｜（Ｚ４−Ｚ３）／（Ｔ４−Ｔ３）／（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｔ２−Ｔ１）｜＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
前記推定手段は、前記二次電池の電解液が凍結していない所定の過去の時点における前記インピーダンスをＺ１とし、前記測定手段によって測定した現時点における前記インピーダンスをＺ２としたときにこれらによって求めた差分値（Ｚ２−Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２−Ｚ１）＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
前記推定手段は、前記二次電池の電解液が凍結していない所定の過去の時点における前記インピーダンスをＺ１とし、前記測定手段によって測定した現時点における前記インピーダンスをＺ２としたときのこれらの比（Ｚ２／Ｚ１）が所定の閾値Ｔｈよりも大きい（（Ｚ２／Ｚ１）＞Ｔｈ）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
前記推定手段は、所定の測定時刻ｔ１における前記インピーダンスをＺ１とするとともに前記二次電池の開回路電圧をＶ１とし、所定の測定時刻ｔ２（＞ｔ１）における前記インピーダンスをＺ２とするとともに前記二次電池の開回路電圧をＶ２としたときに、これらによって求めた値（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｖ２−Ｖ１））が０よりも大きい（（（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｖ２−Ｖ１））＞０）場合は前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
前記推定手段によって前記二次電池の前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定した場合には、凍結が始まっていることを外部に提示する提示手段を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
前記二次電池のインピーダンスを測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された前記インピーダンスの値に基づいて、前記二次電池の電解液が凍結しているか否かを推定する推定ステップと、を有し、
前記推定ステップは、前記電解液の温度が低下する場合であって、前記電解液の温度の低下に対する前記インピーダンスの増加の割合が、前記電解液が凍結していない場合に比較して相対的に大きくなったときに、前記電解液が凍結しているまたは凍結が開始したと推定する、
ことを特徴とする二次電池状態検出方法。