JPWO2015011872A1 - 蓄電素子の劣化状態検知装置、劣化状態検知方法及び蓄電システム - Google Patents

蓄電素子の劣化状態検知装置、劣化状態検知方法及び蓄電システム Download PDF

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Abstract

蓄電素子（２００）の劣化状態を検知する劣化状態検知装置（１００）であって、蓄電素子（２００）のキャパシタンスを取得する取得部（１１０）と、取得されたキャパシタンスの変化から、蓄電素子（２００）の劣化状態を判定する判定部（１２０）とを備える。

Description

本発明は、蓄電素子の劣化状態を検知する劣化状態検知装置、劣化状態検知方法、及び蓄電素子と劣化状態検知装置とを備える蓄電システムに関する。
リチウムイオン二次電池などの蓄電素子は、ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の電源として用いられてきたが、近年、電気自動車の電源など、幅広い分野で使用されるようになってきた。ここで、蓄電素子の長期寿命化を図るためには、蓄電素子の劣化状態を把握し、劣化状態に応じた蓄電素子の使用を行う必要がある。
このため、蓄電素子の劣化状態を把握することが重要であり、従来、蓄電素子の劣化状態を判定することができる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、二次電池の劣化状態を判定し、二次電池が劣化している場合には、劣化した二次電池を再生する。
特開２０００−２９９１３７号公報
しかしながら、上記従来の技術においては、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができないという問題がある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができる劣化状態検知装置、劣化状態検知方法及び蓄電システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子の劣化状態検知装置は、蓄電素子の劣化状態を検知する劣化状態検知装置であって、前記蓄電素子のキャパシタンスを取得する取得部と、取得された前記キャパシタンスの変化から、前記蓄電素子の劣化状態を判定する判定部とを備える。
なお、本発明は、このような蓄電素子の劣化状態検知装置として実現することができるだけでなく、蓄電素子と、当該蓄電素子の劣化状態を検知する劣化状態検知装置とを備える蓄電システムとしても実現することができる。また、本発明は、劣化状態検知装置が行う特徴的な処理をステップとする劣化状態検知方法としても実現することができる。また、本発明は、劣化状態検知装置に含まれる特徴的な処理部を備える集積回路としても実現することができる。また、本発明は、劣化状態検知方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記録媒体として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
本発明によると、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子において、急激な性能低下を事前に検知することができる。
本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置を備える蓄電システムの外観図である。 本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置の機能的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る記憶部の判定用データの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る取得部が取得するデータの一例をナイキスト線図として示す図である。 本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置が蓄電素子の劣化状態を検知する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る取得部がキャパシタンスを取得する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る取得部がキャパシタンスを取得する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る取得部がキャパシタンスを取得する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る判定部が蓄電素子の劣化状態を判定する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る判定部が蓄電素子の劣化状態を判定する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る判定部が蓄電素子の劣化状態を判定する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る判定部が蓄電素子の劣化状態を判定する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る判定部が蓄電素子の劣化状態を判定する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置が蓄電素子の劣化状態を検知できていることを説明する図である。 本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置が蓄電素子の劣化状態を検知できていることを説明する図である。 本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置が奏する効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置が奏する効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置を集積回路で実現する構成を示すブロック図である。
（本発明の基礎となった知見）
上記従来の技術においては、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができないという問題がある。すなわち、特にハイブリッド自動車や電気自動車用途で使用されるリチウムイオン二次電池では、寿命末期に電池性能が急激に低下するため、電池性能の急激な低下を事前に精度良く検知することが極めて重要である。しかし、従来の技術では、二次電池の劣化状態を判定しているだけであり、二次電池の急激な性能低下を事前に検知することはできない。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができる劣化状態検知装置、劣化状態検知方法及び蓄電システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子の劣化状態検知装置は、蓄電素子の劣化状態を検知する劣化状態検知装置であって、前記蓄電素子のキャパシタンスを取得する取得部と、取得された前記キャパシタンスの変化から、前記蓄電素子の劣化状態を判定する判定部とを備える。
これによれば、劣化状態検知装置は、蓄電素子のキャパシタンスの変化から、蓄電素子の劣化状態を判定する。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、当該キャパシタンスの変化から、蓄電素子の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定することができることを見出した。このため、当該劣化状態検知装置によれば、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、前記判定部は、所定の判定時点において算出されたキャパシタンスである判定キャパシタンスが、基準値よりも小さいか否かを判断することにより、前記判定時点における前記蓄電素子の劣化状態を判定することにしてもよい。
ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、所定の判定時点において算出されたキャパシタンスが、基準値よりも小さいか否かを判断することにより、判定時点において、蓄電素子の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定することができることを見出した。このため、当該劣化状態検知装置によれば、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、前記判定部は、前記判定時点よりも前に算出されたキャパシタンスの平均値であるキャパシタンス平均値に所定の定数を乗じた値を前記基準値として、前記判定キャパシタンスが前記基準値よりも小さいか否かを判断することにより、前記判定時点における前記蓄電素子の劣化状態を判定することにしてもよい。
ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、判定キャパシタンスが、判定時点よりも前に算出されたキャパシタンスの平均値に所定の定数を乗じた値よりも小さいか否かを判断することにより、判定時点において、蓄電素子の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定することができることを見出した。このため、当該劣化状態検知装置によれば、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、前記判定部は、０．８〜０．９の間の値を前記定数として、前記判定キャパシタンスが前記基準値よりも小さいか否かを判断することにより、前記判定時点における前記蓄電素子の劣化状態を判定することにしてもよい。
ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値の８０〜９０％の間の値よりも小さい場合に、蓄電素子の急激な性能低下が生じる前の状態であると判定することができることを見出した。このため、当該劣化状態検知装置によれば、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、前記取得部は、前記判定時点までの複数の時点において、前記蓄電素子のキャパシタンスを取得し、前記判定部は、前記判定時点よりも前に取得された複数のキャパシタンスを平均して前記キャパシタンス平均値を算出することで、前記判定時点における前記蓄電素子の劣化状態を判定することにしてもよい。
これによれば、劣化状態検知装置は、判定時点までの複数の時点においてキャパシタンスを取得し、キャパシタンス平均値を算出することで、判定時点において、蓄電素子の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定する。これにより、当該劣化状態検知装置によれば、容易に、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、前記取得部は、複素インピーダンス法を用いた測定に基づいて前記キャパシタンスを算出することにより、前記キャパシタンスを取得することにしてもよい。
これによれば、劣化状態検知装置は、複素インピーダンス法を用いた測定に基づいてキャパシタンスを算出する。これにより、劣化状態検知装置は、高精度に、キャパシタンスを取得して、蓄電素子の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、前記取得部は、複素インピーダンス法を用いた測定に基づいてナイキスト線図を描画したときに現れる円弧の虚軸成分が極大値となる点における周波数を頂点周波数としたとき、前記頂点周波数が所定の閾値以下である場合の前記キャパシタンスを取得することにしてもよい。
ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、頂点周波数が所定の閾値よりも大きい場合には、蓄電素子が劣化していなくとも、キャパシタンスの値が非常に小さくなってしまうことを見出した。このため、当該劣化状態検知装置によれば、頂点周波数が所定の閾値以下である場合のキャパシタンスを取得することで、蓄電素子の急激な性能低下を事前に精度良く検知することができる。
また、前記判定部は、前記蓄電素子の劣化状態の判定結果に基づいて、前記蓄電素子の充電上限電圧または前記蓄電素子への通電最大電流を制限することにしてもよい。
これによれば、劣化状態検知装置は、蓄電素子の急激な性能低下を事前に判定した場合に、蓄電素子の充電上限電圧または蓄電素子への通電最大電流を制限することで、蓄電素子の急激な性能低下を抑制することができ、寿命延命措置をとることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置、及び当該劣化状態検知装置を備える蓄電システムについて説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
まず、蓄電システム１０の構成について、説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置１００を備える蓄電システム１０の外観図である。
同図に示すように、蓄電システム１０は、劣化状態検知装置１００と、複数（同図では６個）の蓄電素子２００と、劣化状態検知装置１００及び複数の蓄電素子２００を収容する収容ケース３００とを備えている。
劣化状態検知装置１００は、複数の蓄電素子２００の上方に配置され、複数の蓄電素子２００の劣化状態を検知する回路を搭載した回路基板である。具体的には、劣化状態検知装置１００は、複数の蓄電素子２００に接続されており、複数の蓄電素子２００から情報を取得して、複数の蓄電素子２００の電池性能の急激な低下を事前に検知する。
なお、この事前に検知される蓄電素子２００の急激な性能低下が生じる前（直前）の状態を性能低下前状態ということとする。つまり、劣化状態検知装置１００は、蓄電素子２００の性能低下前状態を検知する。
なお、ここでは、劣化状態検知装置１００は複数の蓄電素子２００の上方に配置されているが、劣化状態検知装置１００はどこに配置されていてもよい。この劣化状態検知装置１００の詳細な機能構成の説明については、後述する。
蓄電素子２００は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。本実施の形態では、６個の矩形状の蓄電素子２００が直列に配置されて組電池を構成している。なお、蓄電素子２００の個数は６個に限定されず、他の複数個数または１個であってもよい。また、蓄電素子２００の形状も特に限定されない。
また、蓄電素子２００は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。なお、劣化状態検知装置１００が劣化状態を検知する対象となる蓄電素子２００としては、リチウムイオン二次電池であるのが好ましい。
具体的には、蓄電素子２００は、アルミニウムやアルミニウム合金などからなる長尺帯状の正極基材箔上に正極活物質層が形成された正極と、銅や銅合金などからなる長尺帯状の負極基材箔上に負極活物質層が形成された負極とを有している。ここで、正極活物質層に用いられる正極活物質、または負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。
ここで、蓄電素子２００は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であってもよい。具体的には、正極活物質として、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２など、Ｌｉ１＋ｘＭ１−ｙＯ２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素、０≦ｘ＜１／３、０≦ｙ＜１／３）等の層状構造のリチウム遷移金属酸化物等を用いたものが挙げられる。なお、当該正極活物質として、ＬｉＭｎ２Ｏ４やＬｉＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４等のスピネル型リチウムマンガン酸化物や、ＬｉＦｅＰＯ４等のオリビン型正極活物質等と、上記層状構造のリチウム遷移金属酸化物とを混合して用いたものであってもよい。また、負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−ケイ素、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ６Ｏ１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
次に、劣化状態検知装置１００の詳細な機能構成について、説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。また、図３は、本発明の実施の形態に係る記憶部１３０の判定用データ１３１の一例を示す図である。
劣化状態検知装置１００は、蓄電素子２００の劣化状態を検知する装置であり、具体的には、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知する、つまり蓄電素子２００の性能低下前状態を検知する装置である。同図に示すように、劣化状態検知装置１００は、取得部１１０、判定部１２０及び記憶部１３０を備えている。
記憶部１３０は、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定するための判定用データ１３１を記憶しているメモリである。ここで、判定用データ１３１は、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定するために必要な情報の集まりであり、具体的には、図３に示すように、第一時点、第二時点などの所定の判定時点までの複数の時点におけるキャパシタンスの値等が記憶されている。
取得部１１０は、蓄電素子２００のキャパシタンスを取得する。つまり、取得部１１０は、第一時点、第二時点などの所定の判定時点までの複数の時点におけるキャパシタンスの値を取得し、記憶部１３０の判定用データ１３１に書き込む。
また、判定部１２０は、取得部１１０が取得したキャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の劣化状態を判定する。具体的には、判定部１２０は、当該キャパシタンスの変化から、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定する。
これらによって、劣化状態検知装置１００は、蓄電素子２００の劣化状態、つまり蓄電素子２００の性能低下前状態を検知することができる。
ここで、取得部１１０は、ＬＣＲメータによる測定などにより蓄電素子２００のキャパシタンスを取得したり、複素インピーダンス法で取得されるデータに基づいて蓄電素子２００のキャパシタンスを取得したりするなど、様々な手法を用いて当該キャパシタンスを取得することができる。以下では、当該キャパシタンスを取得することができる手法の一例として、複素インピーダンス法を用いることで蓄電素子２００のキャパシタンスを取得する手法について説明する。
なお、以下では、一部ナイキスト線図を用いて処理手順を説明するが、ナイキスト線図は、複素インピーダンス法で取得されるデータからキャパシタンスを取得する過程において装置の内部で行われている処理について、前記処理が実質的に意味するところを説明するためのものにすぎず、取得部１１０がキャパシタンスを取得する処理を行う装置の内部でナイキスト線図が可視的に作図されるわけではない事についてはいうまでもない。
取得部１１０は、まず、複素インピーダンス法を用いた測定によって、周波数（ｆ）、実軸インピーダンス（Ｚｒｅ）及び虚軸インピーダンス（−Ｚｉｍ）の組み合わせからなるデータ列を取得する。つまり、このデータ列は、これをプロットすればナイキスト線図を生成し得るに足る情報を備えている。
そして、取得部１１０は、前記データ列に基づいて、ナイキスト線図に表れる円弧におけるインピーダンスの実軸成分の幅に相当するインピーダンスＲと、当該円弧においてインピーダンスの虚軸成分が極大値となる点における周波数に相当する頂点周波数ｆとを取得する。つまり、取得部１１０は、当該ナイキスト線図に表れる円弧形状の部分を抽出し、当該円弧形状の直径に対応するインピーダンスの実軸成分の幅をインピーダンスＲとし、当該円弧形状においてインピーダンスの虚軸成分が極大値となる点における周波数を頂点周波数ｆとして取得する過程に相応する作業を行っているといえる。
そして、取得部１１０は、取得したインピーダンスＲと頂点周波数ｆとから、キャパシタンスＣ＝１／（２πｆＲ）の関係式を用いて、キャパシタンスを算出する。つまり、取得部１１０は、キャパシタンスＣ＝１／（２πｆＲ）の関係式に、インピーダンスＲと頂点周波数ｆとを代入して、キャパシタンスＣを算出する。これにより、取得部１１０は、キャパシタンスを取得する。
ここで、取得部１１０は、所定の判定時点までの複数の時点において、それぞれの時点に対応したインピーダンスと頂点周波数とから算出されたキャパシタンスを取得する。なお、判定時点とは、後述の判定部１２０が蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定する時点であるが、詳細については、後述する。
つまり、取得部１１０は、所定の判定時点までの複数の時点において、複素インピーダンス法を用いた測定を行い、この結果に基づいてナイキスト線図を描画したときに現れる円弧の直径に相当するインピーダンスＲと、前記円弧の虚軸成分が極大値となる点における周波数である頂点周波数ｆとからキャパシタンスＣを算出することで、それぞれの時点におけるキャパシタンスを取得する。
このそれぞれの時点におけるキャパシタンスを取得する際には、取得部１１０は、頂点周波数が所定の閾値以下である場合のキャパシタンスを取得する。つまり、取得部１１０は、頂点周波数が所定の閾値以下であるか否かを判断し、頂点周波数が所定の閾値以下であると判断した場合に、当該頂点周波数に対応するキャパシタンスを取得する。これは、頂点周波数が所定の閾値よりも大きい場合には、蓄電素子２００が劣化していなくとも、キャパシタンスの値が非常に小さくなってしまうからである。なお、所定の閾値とは、例えば１０Ｈｚである。
ここで、取得部１１０は、判定時点までのそれぞれの時点において、インピーダンスと頂点周波数とを、記憶部１３０の判定用データ１３１に書き込むとともに、インピーダンスと頂点周波数とから算出されたキャパシタンスを当該判定用データ１３１に書き込む。
なお、取得部１１０は、判定時点までのそれぞれの時点におけるキャパシタンスの値のみを判定用データ１３１に書き込むことにしてもよい。この場合は、判定用データ１３１には、所定の判定時点までの複数の時点におけるキャパシタンスのみが記憶されていることとなる。
ここで、判定時点、及び判定時点までの複数の時点について、説明する。
判定時点とは、蓄電素子２００の充放電を伴う使用を開始して所定の期間が経過した時点である。なお、当該所定の期間はどのような期間であってもよく、特に限定されない。また、当該所定の期間の単位も特に限定されず、例えば、秒オーダー、分オーダー、時間オーダー、日オーダー、月オーダーなどの期間である。つまり、判定時点は、秒、分、時、日、月など、どのような単位で表現されてもかまわない。
また、判定時点までの複数の時点とは、性能低下前状態を検知する基準となる時点から判定時点までの複数の時点であり、例えば、蓄電素子２００が初期状態のときの時点から判定時点までの複数の時点である。なお、蓄電素子２００が初期状態のときの時点とは、蓄電素子２００の製造時点、工場出荷時点または電気自動車等の応用機器への搭載時点などの時点である。
なお、当該複数の時点は、蓄電素子２００が初期状態のときの時点から判定時点までの複数の時点であることには限定されず、例えば、蓄電素子２００が充放電を伴う使用を開始して所定の期間が経過した時点から判定時点までの複数の時点でもかまわない。また、当該複数の時点間の間隔は、秒オーダー、分オーダー、時間オーダー、日オーダー、月オーダーなど、どのような期間間隔であってもよく、当該複数の時点は、分、時、日、月など、どのような単位で表現されてもかまわない。
但し、複数の時点が非常に少ない場合や、複数の時点が性能低下前状態の直前に偏在する場合などには、判定部１２０が正確な判定を行えない虞がある。そこで、蓄電素子２００の使用開始から性能低下に至るまでのおおよその期間は予測できるから、前記複数の時点は、蓄電素子２００の使用開始時点を含めると共に、性能低下に至るまでに数点以上が含まれるように設定することが好ましい。
次に、判定部１２０が行う処理について、詳細に説明する。
判定部１２０は、取得部１１０が取得したキャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の劣化状態を判定する。具体的には、判定部１２０は、当該キャパシタンスの変化から、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定する。つまり、判定部１２０は、当該キャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の充電または放電可能な容量の急激な低下が生じるか否かを事前に、または蓄電素子２００の入出力特性で示される入出力性能の急激な低下が生じるか否かを事前に判定することで、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定する。
具体的には、判定部１２０は、取得部１１０が判定時点よりも前に算出して取得した複数のキャパシタンスを平均して、判定時点よりも前に算出されたキャパシタンスの平均値であるキャパシタンス平均値を算出する。つまり、判定部１２０は、記憶部１３０の判定用データ１３１から、取得部１１０が判定時点よりも前に取得した複数のキャパシタンスを読み出して、当該複数のキャパシタンスの平均値を算出する。
そして、判定部１２０は、所定の判定時点において算出されたキャパシタンスである判定キャパシタンスを、キャパシタンス平均値と比較することにより、判定時点において蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定する。つまり、判定部１２０は、取得部１１０が判定時点において算出して取得したキャパシタンスを判定用データ１３１から読み出し、算出したキャパシタンス平均値と比較する。
具体的には、判定部１２０は、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値の８５％よりも小さいか否かを判断することで、判定時点における蓄電素子２００の劣化状態を判定する。つまり、判定部１２０は、キャパシタンス平均値の８５％の値を算出し、算出したキャパシタンス平均値の８５％の値と判定キャパシタンスとを比較することで、判定時点において蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定する。
そして、判定部１２０は、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値の８５％よりも小さいと判断した場合に、判定時点において蓄電素子２００が性能低下前状態であると判定する。
このように、判定部１２０は、判定キャパシタンスが基準値よりも小さいか否かを判断することにより、判定時点における蓄電素子２００の劣化状態を判定する。つまり、判定部１２０は、キャパシタンス平均値に所定の定数を乗じた値を当該基準値として、判定キャパシタンスが当該基準値よりも小さいか否かを判断することにより、判定時点における蓄電素子２００の劣化状態を判定する。さらに具体的には、判定部１２０は、当該定数を０．８〜０．９として、判定キャパシタンスが当該基準値よりも小さいか否かを判断することにより、判定時点における蓄電素子２００の劣化状態を判定する。そして、本実施の形態においては、当該定数は０．８５（８５％）である。なお、当該定数は０．８５には限定されないが、以下では、当該定数は０．８５（８５％）であるとして説明する。
なお、判定部１２０は、算出したキャパシタンス平均値またはキャパシタンス平均値の８５％の値を、記憶部１３０の判定用データ１３１に書き込んでおき、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かの判定に使用することにしてもよい。また、劣化状態検知装置１００は記憶部１３０を備えておらず、取得部１１０は、他の機器にキャパシタンスの値などを記憶させ、判定部１２０は、当該他の機器からキャパシタンスの値などを取得することで、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定することにしてもよい。
そして、判定部１２０は、蓄電素子２００の劣化状態の判定結果に基づいて、蓄電素子２００の充電上限電圧または蓄電素子２００への通電最大電流を制限する。
具体的には、判定部１２０は、蓄電素子２００が性能低下前状態であると判定した場合に、蓄電素子２００の充電上限電圧を制限する信号を発して、蓄電素子２００が満充電になる前に蓄電素子２００の充電を停止させる。または、判定部１２０は、蓄電素子２００が性能低下前状態であると判定した場合に、蓄電素子２００への通電最大電流を制限する信号を発して、蓄電素子２００に流れる電流値が過剰になるのを抑える。
なお、判定部１２０は、充電上限電圧や通電最大電流を制限する前に、または制限するのに代えて、警告を行ったりしてもよいし、蓄電素子２００が性能低下前状態であると判定した場合に、蓄電素子２００への充電を停止させることにしてもよい。
次に、取得部１１０が蓄電素子２００のキャパシタンスを取得する処理の一例について、ナイキスト線図を用いて説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子２００を用いて実際に繰り返し充放電を行い、０サイクル、５０サイクル、１５０サイクル、３００サイクル、５００サイクル、７００サイクル及び９００サイクル目において複素インピーダンス測定を行った結果をナイキスト線図の形でプロットしたものである。
ここで、同図に示すように、各サイクルにおいて、ナイキスト線図には円弧形状の部分が表れる。そして、当該円弧形状の部分は、蓄電素子２００の使用を継続していくほど（サイクル数が大きくなるほど）、右方向（インピーダンスの実軸成分の値が大きくなる方向）にずれるとともに、直径が大きくなっている。
つまり、蓄電素子２００の使用を継続していくほど、当該円弧形状の直径に対応するインピーダンスの実軸成分の幅であるインピーダンスが大きくなり、当該円弧形状においてインピーダンスの虚軸成分が極大値となる点における周波数である頂点周波数が小さくなる。
次に、劣化状態検知装置１００が蓄電素子２００の劣化状態（性能低下前状態）を検知する処理について、説明する。
図５は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置１００が蓄電素子２００の劣化状態を検知する処理の一例を示すフローチャートである。
同図に示すように、まず、取得部１１０は、所定の判定時点までの複数の時点におけるキャパシタンスを取得する（Ｓ１０２）。この取得部１１０がキャパシタンスを取得する処理の詳細な説明については、後述する。
次に、判定部１２０は、蓄電素子２００の劣化状態を判定する（Ｓ１０４）。具体的には、判定部１２０は、取得部１１０が取得したキャパシタンスの変化から、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定する。この判定部１２０が、蓄電素子２００の劣化状態を判定する処理の詳細な説明については、後述する。
以上により、劣化状態検知装置１００が蓄電素子２００の劣化状態（性能低下前状態）を検知する処理は、終了する。
次に、取得部１１０がキャパシタンスを取得する処理（図５のＳ１０２）について、詳細に説明する。
なお、上述のように、取得部１１０は、様々な手法を用いて蓄電素子２００のキャパシタンスを取得することができるが、以下では、当該キャパシタンスを取得することができる手法の一例として、複素インピーダンス法で取得されるデータに基づいて蓄電素子２００のキャパシタンスを取得する手法について説明する。
図６は、本発明の実施の形態に係る取得部１１０がキャパシタンスを取得する処理の一例を示すフローチャートである。また、図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の実施の形態に係る取得部１１０がキャパシタンスを取得する処理を説明するための図である。具体的には、図７Ａは、寿命初期において取得部１１０が取得したデータをナイキスト線図の形でプロットしたグラフであり、図７Ｂは、寿命中期以降において取得部１１０が取得したデータをナイキスト線図の形でプロットしたグラフである。
まず、図６に示すように、取得部１１０は、所定の時点において、複素インピーダンス法を用いた測定によって、データを取得する（Ｓ２０２）。
具体的には、取得部１１０は、蓄電素子２００に対して交流信号を印加して、複素インピーダンスを測定し、周波数（ｆ）、実軸インピーダンス（Ｚｒｅ）及び虚軸インピーダンス（−Ｚｉｍ）の組み合わせからなるデータ列を取得する。このデータ列をプロットすれば、寿命初期においては、図７Ａに示すような円弧が１つのナイキスト線図として表され、寿命中期以降においては、図７Ｂに示すような円弧が２つのナイキスト線図として表される。
そして、取得部１１０は、ナイキスト線図上の円弧の直径に相当するインピーダンスと円弧頂点に対応する周波数とを取得する（Ｓ２０４）。つまり、取得部１１０は、当該ナイキスト線図に表れる円弧形状の部分を抽出し、当該円弧形状の直径に対応するインピーダンスの実軸成分の幅をインピーダンスＲとし、当該円弧形状においてインピーダンスの虚軸成分が極大値となる点における周波数を頂点周波数ｆとして取得する処理に相応する処理を行っているといえる。
ここで、図７Ａに示すナイキスト線図においては、−Ｚｉｍ≧０となる周波数範囲における最大の周波数をｆ１とし、周波数がｆ１のときのＺｒｅをインピーダンスＲ１とする。また、周波数ｆ１よりも低周波数側の円弧部分において、−Ｚｉｍが極大値となるときの周波数のうち最小の周波数を、頂点周波数ｆとする。そして、頂点周波数ｆよりも低周波数の範囲において、−Ｚｉｍが極小値をとるときのＺｒｅをインピーダンスＲ２とする。そして、インピーダンスＲが、Ｒ＝Ｒ２−Ｒ１により算出される。
以上のように、寿命初期においては、取得部１１０は、頂点周波数ｆとインピーダンスＲとを取得する。
また、図７Ｂに示すナイキスト線図においては、−Ｚｉｍ≧０となる周波数範囲における最大の周波数をｆ１とし、周波数がｆ１のときのＺｒｅをインピーダンスＲ１とする。また、周波数ｆ１よりも低周波数側の円弧部分において、−Ｚｉｍが極大値となるときの周波数のうち最小の周波数を、頂点周波数ｆとする。そして、頂点周波数ｆより大きく周波数ｆ１よりも小さい範囲の周波数において、−Ｚｉｍが極小値をとるときのＺｒｅをインピーダンスＲ１’とする（ただし、極小値をとるＺｒｅがない場合は、Ｒ１’を定義しない）。そして、頂点周波数ｆよりも低周波数の範囲において、−Ｚｉｍが極小値をとるときのＺｒｅをインピーダンスＲ２とする。そして、インピーダンスＲを、Ｒ＝Ｒ２−Ｒ１’またはＲ＝Ｒ２−Ｒ１により算出する。
以上のように、寿命中期以降においては、取得部１１０は、頂点周波数ｆとインピーダンスＲとを取得する。なお、寿命中期以降においても図７Ａに示すようなナイキスト線図になる場合もあり、この場合には、取得部１１０は、寿命中期以降においても、図７Ａに示すようなナイキスト線図から頂点周波数ｆとインピーダンスＲとを取得する。
なお、インピーダンスＲとして、低周波数側（右側の円弧部分）のＲ＝Ｒ２−Ｒ１’を用いてもよいし、高周波数側（左側の円弧部分）も含めたＲ＝Ｒ２−Ｒ１を用いてもよいが、低周波数側のＲ＝Ｒ２−Ｒ１’を用いるのが好ましい。
これは、低周波数側のＲ＝Ｒ２−Ｒ１’から算出されるキャパシタンスは正極に起因するものであり、当該キャパシタンスの変化によって電池性能の急激な低下を事前に検知することができるものと考えられるからである。
しかし、低周波数側及び高周波数側の２つの円弧部分を分離困難な場合には、低周波数側のＲ＝Ｒ２−Ｒ１’を用いることは困難である。このため、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、高周波数側の円弧部分は比較的小さいため、低周波数側のＲ＝Ｒ２−Ｒ１’の代わりに、高周波数側も含めたＲ＝Ｒ２−Ｒ１を用いることができることを見出した。
このため、取得部１１０は、インピーダンスＲとして、低周波数側のＲ＝Ｒ２−Ｒ１’を取得するように動作するのが好ましいが、高周波数側も含めたＲ＝Ｒ２−Ｒ１を取得するように動作することにしてもよい。
なお、取得部１１０は、同じ周波数側でのインピーダンスＲを統一して取得するのが好ましい。つまり、取得部１１０は、低周波数側のＲ＝Ｒ２−Ｒ１’を取得する場合には、常にＲ＝Ｒ２−Ｒ１’を取得することとし、高周波数側も含めたＲ＝Ｒ２−Ｒ１を取得する場合には、常にＲ＝Ｒ２−Ｒ１を取得するのが好ましい。これにより、取得部１１０が取得するインピーダンスＲが急変して劣化状態の誤判定を導くことを避けることができる。
ただし、取得部１１０は、後述の頂点周波数が所定の閾値よりも大きい場合のインピーダンスＲについては、同じ周波数側で統一して取得していなくともかまわない。つまり、取得部１１０は、最初にＲ＝Ｒ２−Ｒ１にて取得したインピーダンスＲにおいて頂点周波数が所定の閾値よりも大きかった場合には、次からのインピーダンスＲをＲ＝Ｒ２−Ｒ１’を用いて取得してもかまわない。
そして、取得部１１０は、取得した頂点周波数ｆとインピーダンスＲとを、記憶部１３０の判定用データ１３１に書き込む。
次に、図６に戻り、取得部１１０は、取得したインピーダンスと頂点周波数とから、キャパシタンスを算出することで取得する（Ｓ２０６）。つまり、取得部１１０は、判定用データ１３１から頂点周波数ｆとインピーダンスＲとを読み出し、キャパシタンスＣ＝１／（２πｆＲ）の関係式に、インピーダンスＲと頂点周波数ｆとを代入して、キャパシタンスＣを算出する。
なお、取得部１１０は、頂点周波数が所定の閾値以下である場合のキャパシタンスを取得する。例えば、取得部１１０は、頂点周波数ｆが１０Ｈｚ以下である場合のキャパシタンスを取得する。
つまり、本願発明者らは、蓄電素子２００が劣化していない場合には、定義に従って算出した頂点周波数が所定の閾値よりも大きくなってしまうことを見出した。すなわち、劣化初期では、頂点周波数は、正極と負極の両方の情報を含んだ周波数となっており、所定の閾値よりも大きくなってしまう場合があると考えられる。しかしながら、本願発明は、上述のように正極の情報を含んだ頂点周波数から算出したキャパシタンスを用いることで電池性能の急激な低下を事前に検知することができるものであるため、負極の情報も含んだ周波数は除外する必要がある。このため、取得部１１０は、頂点周波数が所定の閾値以下である場合のキャパシタンスを取得する。
そして、取得部１１０は、取得したキャパシタンスを、記憶部１３０の判定用データ１３１に書き込む（Ｓ２０８）。
以上により、取得部１１０がキャパシタンスを取得する処理（図５のＳ１０２）は、終了する。なお、取得部１１０は、所定の判定時点までの複数の時点において、以上のようにキャパシタンスを取得し、それぞれのキャパシタンスを判定用データ１３１に記憶させる。
次に、判定部１２０が蓄電素子２００の劣化状態を判定する処理（図５のＳ１０４）について、詳細に説明する。
図８は、本発明の実施の形態に係る判定部１２０が蓄電素子２００の劣化状態を判定する処理の一例を示すフローチャートである。また、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の実施の形態に係る判定部１２０が蓄電素子２００の劣化状態を判定する処理を説明するための図である。
なお、以下では、蓄電素子２００の劣化状態を判定するためにキャパシタンスの変化を用いることを特徴とする本発明の効果について、他の方法と比較するために、複素インピーダンス法を用いて得たデータを示している。
具体的には、図９Ａは、蓄電素子２００が使用を開始して性能低下状態に至るまでの間に随時複素インピーダンス測定を行った場合の結果（インピーダンスＲをＲ２−Ｒ１’とした場合）の一例を示す表であり、図９Ｂは、当該結果に基づいてキャパシタンスの変化をプロットしたグラフである。また、図１０Ａは、蓄電素子２００が使用を開始して性能低下状態に至るまでの間に随時複素インピーダンス測定を行った場合の結果（インピーダンスＲをＲ２−Ｒ１とした場合）の一例を示す表であり、図１０Ｂは、当該結果に基づいてキャパシタンスの変化をプロットしたグラフである。
まず、図８に示すように、判定部１２０は、取得部１１０が判定時点よりも前に算出して取得した複数のキャパシタンスを平均して、キャパシタンス平均値を算出する（Ｓ３０２）。
ここで、図９Ａ〜図１０Ｂにおいては、取得部１１０が複数の時点において取得する複数のキャパシタンス、及び判定部１２０が算出するキャパシタンス平均値の一例を示すために、具体例として、以下の４５℃、１ＣｍＡ充放電サイクル試験を行った結果を示している。
つまり、当該１ＣｍＡ充放電サイクル試験では、アルミニウム箔上に正極合剤が形成された正極と、銅箔上に負極合剤が形成された負極とを有するリチウムイオン二次電池を用いた。ここで、正極合剤は、正極活物質と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンと、導電材としてのアセチレンブラックとを含み、正極活物質は、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２で表される層状構造のリチウム遷移金属酸化物である。また、負極合剤は、負極活物質である黒鉛質炭素材料と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロースとを含む。また、電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）：ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）：エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）＝２５：２０：５５（体積比）の混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌ添加することにより調製した。
そして、４５℃、１ＣｍＡ充放電サイクル試験においては、充電は、４５℃、電流１ＣｍＡ（＝７００ｍＡ）、電圧４．２Ｖ、充電時間３時間の定電流定電圧充電とし、放電は、４５℃、電流１ＣｍＡ（＝７００ｍＡ）、終止電圧２．８５Ｖの定電流放電とした。なお、充電と放電の間、及び、放電と充電の間にはそれぞれ１０分間の休止時間を設けた。休止時間は電池を開回路状態とした。
また、放電容量確認試験時には、充電は、２５℃、電流１ＣｍＡ（＝７００ｍＡ）、電圧４．２Ｖ、充電時間３時間の定電流定電圧充電とし、放電は、２５℃、電流１ＣｍＡ（＝７００ｍＡ）、終止電圧２．８５Ｖの定電流放電とした。なお、充電と放電の間、及び、放電と充電の間にはそれぞれ１０分間の休止時間を設けた。休止時間は電池を開回路状態とした。即ち、充電、休止、放電、休止の４工程を１サイクルとする。なお、この放電容量確認試験は、０サイクル、５０サイクル、１５０サイクル、３００サイクル、５００サイクル、７００サイクル及び９００サイクルの後にそれぞれ実施した。
また、複素インピーダンス測定としては、電池をＳＯＣが５０％になるまで充電して調整し、２５℃、測定周波数範囲０．０２〜１０６Ｈｚ、開回路電位に対して、印加交流電圧５ｍＶとして測定を行った。なお、この複素インピーダンス測定は、０サイクル、５０サイクル、１５０サイクル、３００サイクル、５００サイクル、７００サイクル及び９００サイクルの後にそれぞれ実施した。
なお、図９Ａに示す「サイクル数」は、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における当該サイクル数に相当する時点であることを示している。また、当該サイクル数のそれぞれにおいて、「Ｒ」はインピーダンスＲ（＝Ｒ２−Ｒ１’）を示しており、「ｆ」は頂点周波数ｆを示しており、「Ｃ」はキャパシタンスＣを示しており、「Ｃａｖ」はキャパシタンス平均値Ｃａｖを示しており、「Ｃａｖ×０．８５」はキャパシタンス平均値Ｃａｖの８５％の値を示している。
つまり、例えば、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における５００サイクルに相当する時点であれば、取得部１１０は、図９Ａに示す「５００サイクル」の欄に相当するデータを取得する。そして、判定部１２０は、サイクル数が５０、１５０、３００及び５００サイクルのときのキャパシタンスＣの平均値（＝（１．７＋１．７＋１．７＋１．８）／４＝１．７３）に０．８５を乗じて、キャパシタンス平均値Ｃａｖの８５％の値である１．４７を算出する。
また同様に、図１０Ａに示す「サイクル数」は、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における当該サイクル数に相当する時点であることを示している。また、当該サイクル数のそれぞれにおいて、「Ｒ」はインピーダンスＲ（＝Ｒ２−Ｒ１）を示しており、「ｆ」は頂点周波数ｆを示しており、「Ｃ」はキャパシタンスＣを示しており、「Ｃａｖ」はキャパシタンス平均値Ｃａｖを示しており、「Ｃａｖ×０．８５」はキャパシタンス平均値Ｃａｖの８５％の値を示している。
つまり、例えば、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における５００サイクルに相当する時点であれば、取得部１１０は、図１０Ａに示す「５００サイクル」の欄に相当するデータを取得する。そして、判定部１２０は、サイクル数が５０、１５０、３００及び５００サイクルのときのキャパシタンスＣの平均値（＝（１．２＋１．２＋１．２＋１．２）／４＝１．２）に０．８５を乗じて、キャパシタンス平均値Ｃａｖの８５％の値である１．０２を算出する。
なお、図９Ａ及び図１０Ａともに、サイクル数が０サイクル（初期状態）の場合は、頂点周波数ｆ（＝６３．１Ｈｚ）が所定の閾値（例えば１０Ｈｚ）よりも大きいので、取得部１１０は、サイクル数が０サイクルの場合のキャパシタンスＣ（＝０．１Ｆ）を取得していない。このため、判定部１２０は、サイクル数が０サイクルの場合のキャパシタンスＣを含めることなく、キャパシタンス平均値Ｃａｖの算出を行う。
ここで、キャパシタンスＣの取得数や取得時期によっては、判定部１２０が判定を行うために適切なキャパシタンス平均値Ｃａｖを算出できない場合がある。例えば、キャパシタンスＣの取得頻度が非常に少ない場合や、性能低下前状態の直前に初めてキャパシタンスＣの取得を開始した場合などである。この場合には、判定部１２０は、算出したキャパシタンス平均値Ｃａｖが判定を行うのに適切な値か否かを判断し、適切な値ではないと判断した場合には、エラーを出力するなどによってユーザに通知する機能を有していてもよい。
そして、図８に戻り、判定部１２０は、所定の判定時点において算出された判定キャパシタンスが、キャパシタンス平均値の８５％よりも小さいか否かを判断する（Ｓ３０４）。
具体的には、図９Ａに示すように、判定部１２０は、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における５００サイクルに相当する時点であれば、判定キャパシタンスＣ＝１．８が、サイクル数が３００サイクルまでのキャパシタンス平均値Ｃａｖの８５％の値である１．４５よりも小さくないと判断する（Ｓ３０４でＮｏ）。また、判定部１２０は、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における７００サイクルに相当する時点であれば、判定キャパシタンスＣ＝１．４が、サイクル数が５００サイクルまでのキャパシタンス平均値Ｃａｖの８５％の値である１．４７よりも小さいと判断する（Ｓ３０４でＹｅｓ）。
また同様に、図１０Ａに示すように、判定部１２０は、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における５００サイクルに相当する時点であれば、判定キャパシタンスＣ＝１．２が、サイクル数が３００サイクルまでのキャパシタンス平均値Ｃａｖの８５％の値である１．０２よりも小さくないと判断する（Ｓ３０４でＮｏ）。また、判定部１２０は、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における７００サイクルに相当する時点であれば、判定キャパシタンスＣ＝１．０が、サイクル数が５００サイクルまでのキャパシタンス平均値Ｃａｖの８５％の値である１．０２よりも小さいと判断する（Ｓ３０４でＹｅｓ）。
そして、図８に戻り、判定部１２０は、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値の８５％よりも小さいと判断した場合に（Ｓ３０４でＹｅｓ）、判定時点において蓄電素子２００が性能低下前状態であると判定する（Ｓ３０６）。
具体的には、図９Ａ及び図１０Ａに示すように、判定部１２０は、蓄電素子２００の使用の程度が充放電サイクル試験における７００サイクルに相当する時点であれば、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値よりも小さいと判断するため、判定部１２０は、当該時点において、蓄電素子２００が性能低下前状態であると判定する。なお、図９Ｂ及び図１０Ｂに示すように、サイクル数が７００サイクル以降において、キャパシタンスの値が急激に低下しているのが分かる。
また、図８に戻り、判定部１２０は、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値の８５％よりも小さくないと判断した場合には（Ｓ３０４でＮｏ）、処理を終了する。
そして、判定部１２０は、蓄電素子２００が性能低下前状態であると判定した場合に、蓄電素子２００の充電上限電圧または蓄電素子２００への通電最大電流を制限する（Ｓ３０８）。つまり、判定部１２０は、判定時点において蓄電素子２００が性能低下前状態であると判定した場合に、蓄電素子２００の急激な性能低下を抑制するように制御を行う。
以上により、判定部１２０が蓄電素子２００の劣化状態を判定する処理（図５のＳ１０４）は、終了する。
次に、劣化状態検知装置１００が蓄電素子２００の劣化状態（性能低下前状態）を検知できていることについて、説明する。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置１００が蓄電素子２００の劣化状態を検知できていることを説明する図である。具体的には、図１１Ａは、図９Ａ〜図１０Ｂでの充放電サイクル試験におけるサイクル数と蓄電素子２００の放電容量（可逆容量）との関係を示すグラフであり、図１１Ｂは、当該充放電サイクル試験におけるサイクル数と蓄電素子２００の抵抗値（内部抵抗）との関係を示すグラフである。
まず、図１１Ａに示すように、サイクル数が７００サイクル以降において、蓄電素子２００の放電容量（可逆容量）が急激に低下している。ここで、当該７００サイクルは、判定部１２０が、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値よりも小さいと判断したサイクル数である。つまり、判定部１２０は、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値よりも小さいか否かを判断することで、蓄電素子２００の可逆容量の急激な低下が生じ始める状態であるか否かを事前に判定することができている。
そして、蓄電素子２００の可逆容量の急激な低下が生じ始める状態とは、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じ始める状態である。このため、判定部１２０は、当該キャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の可逆容量の急激な低下が生じ始める状態であるか否かを事前に判定することで、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定することができる。
また、図１１Ｂに示すように、サイクル数が７００サイクル以降において、蓄電素子２００の抵抗値（内部抵抗）が急激に上昇している。つまり、蓄電素子２００の入出力性能が急激に低下している。ここで、当該７００サイクルは、判定部１２０が、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値よりも小さいと判断したサイクル数である。つまり、判定部１２０は、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値よりも小さいか否かを判断することで、蓄電素子２００の入出力性能の急激な低下が生じ始める状態であるか否かを事前に判定することができている。
そして、蓄電素子２００の入出力性能の急激な低下が生じ始める状態とは、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じ始める状態である。このため、判定部１２０は、当該キャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の入出力性能の急激な低下が生じ始める状態であるか否かを事前に判定することで、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定することができる。
また、図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置１００が奏する効果を説明するための図である。具体的には、図１２Ａは、図９Ａ〜図１０Ｂでの充放電サイクル試験におけるサイクル数とインピーダンスとの関係を示すグラフであり、図１２Ｂは、当該充放電サイクル試験におけるサイクル数と頂点周波数との関係を示すグラフである。
まず、図１２Ａに示すように、サイクル数とインピーダンスとの関係からは、サイクル数が７００サイクルの場合に蓄電素子２００が性能低下前状態であることを検知することができていない。つまり、インピーダンスの変化からは、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができない。
また、同様に、図１２Ｂに示すように、サイクル数と頂点周波数との関係からは、サイクル数が７００サイクルの場合に蓄電素子２００が性能低下前状態であることを検知することができていない。つまり、頂点周波数の変化からは、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができない。
これに対し、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置１００によれば、キャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができている。
以上のように、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置１００によれば、蓄電素子２００のキャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の劣化状態を判定する。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、当該キャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定することができることを見出した。このため、劣化状態検知装置１００によれば、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、キャパシタンスの変化から、蓄電素子２００の可逆容量または入出力性能の急激な低下が生じ始める状態であるか否かを事前に判定することができることを見出した。そして、蓄電素子２００の可逆容量または入出力性能が急激に低下し始めるということは、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じ始めるということを示している。このため、劣化状態検知装置１００によれば、蓄電素子２００の可逆容量または入出力性能の急激な低下が生じ始める状態であるか否かを判定することで、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定することができる。
また、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、所定の判定時点において算出されたキャパシタンスが、基準値よりも小さいか否かを判断することにより、判定時点において、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定することができることを見出した。このため、劣化状態検知装置１００によれば、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、判定キャパシタンスが、判定時点よりも前に算出されたキャパシタンスの平均値に所定の定数を乗じた値よりも小さいか否かを判断することにより、判定時点において、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定することができることを見出した。このため、劣化状態検知装置１００によれば、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、判定キャパシタンスがキャパシタンス平均値の８０〜９０％の間の値（本実施の形態では８５％）よりも小さい場合に、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じる前の状態であると判定することができることを見出した。このため、劣化状態検知装置１００によれば、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、劣化状態検知装置１００は、判定時点までの複数の時点においてキャパシタンスを取得し、キャパシタンス平均値を算出することで、判定時点において、蓄電素子２００の急激な性能低下が生じるか否かを事前に判定する。これにより、劣化状態検知装置１００によれば、容易に、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、頂点周波数が所定の閾値よりも大きい場合には、蓄電素子２００が劣化していなくとも、キャパシタンスの値が非常に小さくなってしまうことを見出した。このため、劣化状態検知装置１００によれば、頂点周波数が所定の閾値以下である場合のキャパシタンスを取得することで、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に精度良く検知することができる。
また、劣化状態検知装置１００は、複素インピーダンス法を用いた測定に基づいてキャパシタンスを算出する。これにより、劣化状態検知装置１００は、高精度に、キャパシタンスを取得して、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に検知することができる。
また、劣化状態検知装置１００は、蓄電素子２００の急激な性能低下を事前に判定した場合に、蓄電素子２００の充電上限電圧または蓄電素子２００への通電最大電流を制限することで、蓄電素子２００の急激な性能低下を抑制することができ、寿命延命措置をとることができる。
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１０及び劣化状態検知装置１００について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、上記実施の形態では、判定部１２０は、判定キャパシタンスをキャパシタンス平均値と比較することにより、蓄電素子２００が性能低下前状態であるか否かを判定することとした。しかし、判定部１２０は、判定キャパシタンスを前回の時点でのキャパシタンスの値と比較するなど、過去のキャパシタンスの値と比較することにしてもよい。
また、上記実施の形態では、取得部１１０は、一例として複素インピーダンス法を用いた測定に基づいてキャパシタンスを算出して取得することとした。しかし、取得部１１０は、複素インピーダンス法を用いることなく、外部の装置からキャパシタンスを取得することにしてもよい。
また、上記実施の形態では、取得部１１０は、頂点周波数が所定の閾値以下である場合のキャパシタンスを取得することとした。しかし、取得部１１０は、頂点周波数が所定の閾値よりも大きい場合のキャパシタンスも取得することにしてもよい。この場合、判定部１２０は、取得部１１０が取得した当該キャパシタンスを含めずに判定を行ってもよいし、当該キャパシタンスを含めて判定する場合には、判定のための数値（８５％）を変更するなどにより、対応できる。
また、上記実施の形態では、取得部１１０は、ＬＣＲメータによる測定により蓄電素子２００のキャパシタンスを取得したり、複素インピーダンス法を用いて蓄電素子２００のキャパシタンスを取得したりすることとした。しかし、取得部１１０は、どのような手法で蓄電素子２００のキャパシタンスを取得することにしてもよい。
また、本発明は、このような蓄電システム１０または劣化状態検知装置１００として実現することができるだけでなく、劣化状態検知装置１００に含まれる特徴的な処理部をステップとする劣化状態検知方法としても実現することができる。
また、本発明に係る劣化状態検知装置１００が備える各処理部は、集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。例えば、図１３に示すように、本発明は、取得部１１０及び判定部１２０を備える集積回路１４０として実現することができる。図１３は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検知装置１００を集積回路で実現する構成を示すブロック図である。
なお、集積回路１４０が備える各処理部は、個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
また、本発明は、劣化状態検知方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子において、急激な性能低下を事前に検知することができる劣化状態検知装置等に適用できる。
１０ 蓄電システム
１００ 劣化状態検知装置
１１０ 取得部
１２０ 判定部
１３０ 記憶部
１３１ 判定用データ
１４０ 集積回路
２００ 蓄電素子
３００ 収容ケース

Claims (11)

  1. 蓄電素子の劣化状態を検知する劣化状態検知装置であって、
    前記蓄電素子のキャパシタンスを取得する取得部と、
    取得された前記キャパシタンスの変化から、前記蓄電素子の劣化状態を判定する判定部と
    を備える劣化状態検知装置。
  2. 前記判定部は、所定の判定時点において算出されたキャパシタンスである判定キャパシタンスが、基準値よりも小さいか否かを判断することにより、前記判定時点における前記蓄電素子の劣化状態を判定する
    請求項１に記載の劣化状態検知装置。
  3. 前記判定部は、前記判定時点よりも前に算出されたキャパシタンスの平均値であるキャパシタンス平均値に所定の定数を乗じた値を前記基準値として、前記判定キャパシタンスが前記基準値よりも小さいか否かを判断することにより、前記判定時点における前記蓄電素子の劣化状態を判定する
    請求項２に記載の劣化状態検知装置。
  4. 前記判定部は、０．８〜０．９の間の値を前記定数として、前記判定キャパシタンスが前記基準値よりも小さいか否かを判断することにより、前記判定時点における前記蓄電素子の劣化状態を判定する
    請求項３に記載の劣化状態検知装置。
  5. 前記取得部は、前記判定時点までの複数の時点において、前記蓄電素子のキャパシタンスを取得し、
    前記判定部は、前記判定時点よりも前に取得された複数のキャパシタンスを平均して前記キャパシタンス平均値を算出することで、前記判定時点における前記蓄電素子の劣化状態を判定する
    請求項３または４に記載の劣化状態検知装置。
  6. 前記取得部は、複素インピーダンス法を用いた測定に基づいて前記キャパシタンスを算出することにより、前記キャパシタンスを取得する
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の劣化状態検知装置。
  7. 前記取得部は、複素インピーダンス法を用いた測定に基づいてナイキスト線図を描画したときに現れる円弧の虚軸成分が極大値となる点における周波数を頂点周波数としたとき、前記頂点周波数が所定の閾値以下である場合の前記キャパシタンスを取得する
    請求項６に記載の劣化状態検知装置。
  8. 前記判定部は、前記蓄電素子の劣化状態の判定結果に基づいて、前記蓄電素子の充電上限電圧または前記蓄電素子への通電最大電流を制限する
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の劣化状態検知装置。
  9. 蓄電素子と、
    前記蓄電素子の劣化状態を検知する請求項１〜７のいずれか１項に記載の劣化状態検知装置と
    を備える蓄電システム。
  10. コンピュータが、蓄電素子の劣化状態を検知する劣化状態検知方法であって、
    前記蓄電素子のキャパシタンスを取得する取得ステップと、
    取得された前記キャパシタンスの変化から、前記蓄電素子の劣化状態を判定する判定ステップと
    を含む劣化状態検知方法。
  11. 蓄電素子の劣化状態を検知する集積回路であって、
    前記蓄電素子のキャパシタンスを取得する取得部と、
    取得された前記キャパシタンスの変化から、前記蓄電素子の劣化状態を判定する判定部と
    を備える集積回路。
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