JP2019092276A - 管理装置、蓄電システム、蓄電素子の残存容量を均等化する方法、蓄電素子の内部状態を推定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子の電圧を均等化する。【解決手段】直列に接続された複数の蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４の管理装置５０であって、前記複数の蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域Ｆを有し、前記複数の蓄電素子Ｂ１〜Ｂ４について、前記不変領域Ｆ内の第１計測点Ｐａの第１電圧Ｖａから第２計測点Ｐｂの第２電圧Ｖｂに変化するまでの到達時間Ｔを計測し、計測した到達時間Ｔに基づいて、複数の前記蓄電素子の残存容量を均等化する均等化処理を行う。【選択図】図１１

Description

本発明は、蓄電素子の容量を均等化する技術及び内部状態を推定する技術に関する。

蓄電素子が直列に複数個接続されて使用される場合、蓄電素子間に容量ばらつきが生じることがある。

一般的には、蓄電素子間に容量差が生じると、充電時の電池電圧より算出したＳＯＣの高い蓄電素子を抵抗放電させるなどして、容量均等化を図っている。容量均等化に関する技術を開示した文献として、下記の特許文献１がある。

特開２００７−１１０８４１号公報

残存容量のばらつきが生じる理由の一つに自己放電があり、自己放電による残存容量のばらつきを解消することが求められていた。また、蓄電システムの安全性を高めるため、蓄電素子の内部状態を推定して、蓄電素子の管理に活用することが求められていた。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、蓄電素子の残存容量を均等化すること、内部状態を推定することを目的とする。

直列に接続された複数の蓄電素子の管理装置であって、複数の前記蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、複数の前記蓄電素子について、前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測し、計測した前記到達時間に基づいて、複数の前記蓄電素子の残存容量を均等化する均等化処理を行う。均等化とは、蓄電素子の残存容量の差を、均等化処理前の状態よりも小さくすることである。

直列に接続された複数の蓄電素子の管理装置であって、複数の前記蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、複数の前記蓄電素子について、前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測し、計測した前記到達時間に基づいて、複数の前記蓄電素子の内部状態を推定する。

これらの技術は、蓄電素子の残存容量を均等化する方法、蓄電素子の内部状態を推定する方法に適用することが出来る。また、蓄電素子と均等回路と管理装置とを含む蓄電システムに適用することが出来る。また、蓄電素子の残存容量を均等化する均等化プログラム、蓄電素子の内部状態の推定プログラム、及びそれらプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。

本構成では、蓄電素子間の容量を均等化することが出来る。また、蓄電素子の内部状態を推定することが出来る。

実施形態１における自動車の側面図 バッテリの斜視図 バッテリの分解斜視図 バッテリの電気的構成を示すブロック図 均等化回路の回路図 リチウムイオン二次電池の残存容量−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ リチウムイオン二次電池の残存容量−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ 正極の電位の変化を示すグラフ 負極の電位の変化を示すグラフ リチウムイオン二次電池の残存容量−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ 正極の電位の変化を示すグラフ 負極の電位の変化を示すグラフ リチウムイオン二次電池の残存容量−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ 電池監視処理のフローチャート図 各リチウムイオン二次電池の到達時間を示す図 各リチウムイオン二次電池の自己放電量を示す図 リチウムイオン二次電池の残存容量−電圧相関特性を示すグラフ

直列に接続された複数の蓄電素子の管理装置であって、前記複数の蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、前記複数の蓄電素子について、前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測し、計測した到達時間に基づいて、複数の蓄電素子の残存容量を均等化する均等化処理を行う。

蓄電素子が第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間は、蓄電素子の自己放電と相関性がある。本構成では、到達時間に基づいて均等化処理を行うので、自己放電のばらつきに起因する、蓄電素子の残存容量差の発生を解消することが出来る。しかも、第１計測点と第２計測点を、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域内の点としているため、劣化の有無によらず、到達時間と自己放電量の関係性は一定に保たれる。すなわち、自己放電量が同じ（電流一定）であれば、劣化の有無によらず、到達時間は同じ時間である。従って、劣化の有無によらず、到達時間から自己放電量を精度よく検出することが可能であり、蓄電素子の残存容量を精度よく均等化できる。

前記均等化処理を、充電開始前又は充電開始時に行うとよい。本構成では、充電開始前又は充電開始時に均等化処理を行うから、容量バラツキの小さな状態で充電を行うことが出来る。そのため、一部の蓄電素子が過充電領域に充電されることをより抑制できる。

直列に接続された複数の蓄電素子の管理装置であって、前記複数の蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、前記複数の蓄電素子について、前記不変領域Ｆ内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測し、計測した到達時間に基づいて、前記複数の蓄電素子の内部状態を推定する。

本構成では、蓄電素子の内部状態を推定することが出来る。そのため、推定した内部状態に応じて、蓄電素子を管理、制御することが出来る。

前記到達時間が閾値より短い場合、前記蓄電素子は内部短絡による異常と判断するとよい。本構成では、蓄電素子の内部短絡の有無を判断することが出来る。そのため、内部短絡を起こしている蓄電素子の使用が継続されることを抑制できるので、安全性が高まる。

前記複数の蓄電素子が、無電流又は無電流とみなせる場合に、前記蓄電素子が前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧まで放電する時の到達時間を計測するとよい。

本構成では、蓄電素子の自己放電による到達時間を得ることが出来る。そのため、自己放電量を正確に検出することが出来るので、蓄電素子の残存容量を精度よく均等化できる。また、蓄電素子の内部状態を精度よく判定できる。

前記蓄電素子は、正極材料をリン酸鉄リチウム、負極材料をグラファイトとしたリチウムイオン二次電池とすることが出来る。リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池は、残存容量−ＯＣＶ特性において、平坦なプラトー領域を有している。プラトー領域内では、リチウムイオン二次電池の電圧差を検出することが難しく、電圧差から残存容量の差を検出して均等化する方法が適用できない、という課題がある。本構成では、プラトー領域の端点など電圧変化がある２つのポイントを計測点として、到達時間を計測することで、到達時間から自己放電による残存容量差を検出することが可能であり、リチウムイオン二次電池の残存容量差の発生を解消することが出来る。

＜実施形態１＞
１．バッテリの説明
図１は自動車の側面図、図２はバッテリの斜視図、図３はバッテリの分解斜視図、図４はバッテリの電気的構成を示すブロック図である。

自動車１は、図１に示すように、蓄電装置であるバッテリ２０を備えている。バッテリ２０は、図２に示すように、ブロック状の電池ケース２１を有しており、電池ケース２１内には、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ４からなる組電池３０や制御基板２８が収容されている。

電池ケース２１は、図３に示すように、上方に開口する箱型のケース本体２３と、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ４を位置決めする位置決め部材２４と、ケース本体２３の上部に装着される中蓋２５と、上蓋２６とを備えて構成されている。ケース本体２３内には、図３に示すように、各二次電池Ｂ１〜Ｂ４が個別に収容される複数のセル室２３ＡがＸ方向に並んで設けられている。

位置決め部材２４は、図３に示すように、複数のバスバー２７が上面に配置されており、位置決め部材２４がケース本体２３内に配置された複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ４の上部に配置されることで、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ４が、位置決めされると共に複数のバスバー２７によって直列に接続されるようになっている。

中蓋２５は、図２に示すように、平面視略矩形状をなしている。中蓋２５のＸ方向両端部には、図示しないハーネス端子が接続される一対の端子部２２Ｐ、２２Ｎが設けられている。一対の端子部２２Ｐ、２２Ｎは、例えば鉛合金等の金属からなり、２２Ｐが正極側端子部、２２Ｎが負極側端子部である。

中蓋２５の上面には、収容部２５Ａが設けられている。制御基板２８は、中蓋２５の収容部２５Ａの内部に収容されており、中蓋２５がケース本体２３に装着されることで、二次電池Ｂと制御基板２８とが接続されるようになっている。また、上蓋２６は、中蓋２５の上部に装着され、制御基板２８を収容した収容部２５Ａの上面を閉じるようになっている。

図４を参照して、バッテリ２０の電気的構成を説明する。バッテリ２０は、組電池３０と、電流遮断装置３７と、電流センサ４１と、電圧検出部４５と、均等化回路７０と、警告ランプ８０と、組電池３０を管理する管理装置５０とを有する。

組電池３０は、直列接続された４つのリチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４から構成されている。リチウムイオン二次電池Ｂは、本発明の「蓄電素子」の一例である。

組電池３０、電流センサ４１、電流遮断装置３７は、通電路３５Ｐ、３５Ｎを介して、直列に接続されている。電流センサ４１を負極の通電路３５Ｎ、電流遮断装置３７を正極の通電路３５Ｐに配置しており、電流センサ４１は負極側端子部２２Ｎ、電流遮断装置３７は、正極側端子部２２Ｐにそれぞれ接続されている。

リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電池電圧は約３．５[Ｖ]、組電池３０の総電圧Ｅｖは約１４Ｖである。バッテリ２０は、エンジン始動用である。

電流センサ４１は、電池ケース２１の内部に設けられており、組電池３０に流れる電流Ｉを検出する。電流センサ４１は、信号線によって管理装置５０に電気的に接続されており、電流センサ４１の出力は、管理装置５０に取り込まれる。

電圧検出部４５は、電池ケース２１の内部に設けられており、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電池電圧Ｖ１〜Ｖ４及び組電池３０の総電圧Ｅｖを検出する。電圧検出部４５は、信号線によって管理装置５０に電気的に接続されており、電圧検出部４５の出力は、管理装置５０に取り込まれる。

電流遮断装置３７は、リレーなどの有接点スイッチ（機械式）やＦＥＴやトランジスタなどの半導体スイッチにより構成することが出来る。電流遮断装置３７は、正極の通電路３５Ｐを開閉する。

均等化回路７０は、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４に対して、個別に設けられている。均等化回路７０は、図５に示すように、放電抵抗Ｒと放電スイッチＳＷとから構成されている。放電スイッチＳＷをオンすると、リチウムイオン二次電池Ｂは、放電抵抗Ｒを介して放電する。容量の多いリチウムイオン二次電池Ｂを放電することで、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４間の残存容量Ｃを均等化することが出来る。

管理装置５０は、演算機能を有するＣＰＵ（central processing unit）５１、各種情報を記憶したメモリ５３、ＲＯＭ５４、時間を計時する計時部５５、通信部５７など備えており、制御基板２８上に設けられている。ＲＯＭ５４には、図１４に示す電池監視処理（Ｓ１０〜Ｓ１００）を実行するためのプログラムが記憶されている。プログラムはＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記憶して譲渡等することが出来る。

通信部５７は、自動車１に搭載された車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１００との通信用として設けられている。車両への搭載後、通信部５７は、信号線により、車両ＥＣＵ１００と接続され、管理装置５０は、エンジンの動作状態など車両に関する情報を、車両ＥＣＵ１００から受信できるようになっている。

管理装置５０は、電流センサ４１の出力に基づいて、組電池（リチウムイオン二次電池Ｂ）３０の電流を監視する。また、電圧検出部４５の出力に基づいて、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧Ｖ１〜Ｖ４及び組電池３０の総電圧Ｅｖを監視する。また、管理装置５０は、後述する均等化処理（Ｓ９０）や異常判定（Ｓ１００）を行う。尚、バッテリ２０は、直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４と、管理装置５０と、を備えていることから、本発明の「蓄電システム」に相当する。

２．リチウムイオン二次電池の特性
リチウムイオン二次電池Ｂは、例えば、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO4)、負極活物質にグラファイトを用いたリン酸鉄系のリチウムイオン二次電池である。

図６は、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池Ｂの残存容量−ＯＣＶの相関特性を示す図である。ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）は開路電圧を意味する。また、ＳＯＣ（state of cＡＨrge）は充電状態であり、満充電容量Ｃｏに対する残存容量Ｃの比率である。

ＳＯＣ＝Ｃ／Ｃｏ・・・・（１）
Ｃは残存容量、Ｃｏは満充電容量である。

リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池Ｂは、残存容量Ｃの変化量に対するＯＣＶの変化量が相対的に低い低変化領域ＡＬと、相対的に高い高変化領域ＡＨとを有している。具体的には、ＳＯＣが９５％以上である充電末期（放電初期）は、残存容量Ｃの変化量に対してＯＣＶが急激に変化する高変化領域ＡＨである。また、ＳＯＣが３５％〜９５％未満である充電中期（放電中期）は、残存容量Ｃに対するＯＣＶが小さい低変化領域ＡＬである。

低変化領域ＡＬは、第１のプラトー領域ＡＬ１と、中間領域ＡＬ２と、第２のプラトー領域ＡＬ３を有している。第１のプラトー領域ＡＬ１と、第２のプラトー領域ＡＬ３は、中間領域ＡＬ２の両側に位置している。プラトー領域（平坦領域）ＡＬ１、ＡＬ３は、残存容量Ｃに対してＯＣＶが略一定の領域である。具体的には、残存容量Ｃの変化量に対するＯＣＶの変化量が０．５［ｍＶ／Ａｈ］以下の領域である。

図７は、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池Ｂの残存容量−ＯＣＶの相関特性を示す図であり、実線で示すＬｏは新品、破線で示すＬ１〜Ｌ３は劣化品である。Ｌ１〜Ｌ３のリチウムイオン二次電池Ｂの容量維持率は、Ｙ１〜Ｙ３であり、Ｙ３＜Ｙ２＜Ｙ１である。

Ｙ＝Ｃｏｔ／Ｃｏ１・・・・（２）
Ｃｏ１は満充電容量の初期値（新品）、Ｃｏｔは満充電容量の現在値（劣化）

劣化品の残存容量−ＯＣＶの相関特性Ｌ１〜Ｌ３を、新品の残存容量−ＯＣＶの相関特性Ｌ０と比較すると、充電末期における高変化領域ＡＨの立ち上がり部Ｋが、低残存容量側（図７の左側）に水平に移動している。Ｋ０〜Ｋ３は、各相関特性Ｌ０〜Ｌ３の立ち上がり部を示す。

劣化品の残存容量−ＯＣＶの相関特性Ｌ１〜Ｌ３において、高変化領域ＡＨの立ち上がり部Ｋ１〜Ｋ３よりも低残存容量の領域は、新品時の残存容量−ＯＣＶの相関特性Ｌ０と一致しており、劣化前後で、残存容量−ＯＣＶの相関特性が変化しない不変領域Ｆ１〜Ｆ３である。「相関特性が変化しない」とは、劣化前後でグラフが完全に一致、又は、ほぼ一致（計測誤差程度のずれは許容）している、という意味である。

不変領域Ｆが生じる理由として、以下が考えられる。
図８は、新品のリチウム二次電池Ｂの正極電位（リン酸鉄リチウムの電位）を示すグラフ、図９は、新品のリチウム二次電池Ｂの負極電位（グラファイトの電位）を示すグラフ、図１０は、新品のリチウムイオン二次電池ＢのＯＣＶ−残存容量の相関特性を示すグラフである。図８〜図１０において、Ｐ１は満充電時の電位、ＯＣＶを示す。Ｐ２は放電時の電位、ＯＣＶを示す。

リチウムイオン二次電池ＢのＯＣＶは、正極電位と負極電位の差である。ＯＣＶの充電末期の変化（グラフのカーブ）は、正極電位の充電末期の変化にほぼ依存している（図８、１０のＧ１）。また、ＯＣＶの充電中期の変化は、負極電位の充電中期の変化にほぼ依存している（図９、図１０のＧ２）。

正極材料であるリン酸鉄リチウムは、不可逆容量がほぼ無いが、負極材料であるグラファイトは、不可逆容量Ｕ１を有している。

負極のグラファイトは、リチウムがほぼ空になるまで、放電することが出来る。一方、正極のリン酸鉄リチウムは、グラファイトの不可逆容量Ｕ１に相当する部分を放電できず、使用できない。

図１１は、負極被膜による容量劣化後の充電時のリチウムイオン二次電池Ｂの正極電位（リン酸鉄リチウムの電位）を示すグラフ、図１２は、負極被膜による容量劣化後の充電時のリチウムイオン二次電池Ｂの負極電位（グラファイトの電位）を示すグラフ、図１３は、負極被膜による容量劣化後のリチウムイオン二次電池ＢのＯＣＶ−残存容量の相関特性を示すグラフである。図１１〜図１３において、Ｐ３は満充電時の電位、ＯＣＶを示す。

負極被膜による容量劣化後、正極のリン酸鉄リチウムは、ほとんど、容量劣化がない。一方、負極のグラファイトは、初期の不可逆容量Ｕ１に対して、被膜劣化消費分Ｕ２の容量が加わる。そのため、リチウムイオン二次電池Ｂは、被膜劣化消費分Ｕ２の容量だけ充電が浅くなる。

以上のことから、容量劣化に伴って、充電末期における高変化領域ＡＨの立ち上がり部部Ｋが、図１３に示すように、低残存容量側（図１３の左側）にカーブに沿って移動し、不変領域Ｆが生じると、推定される。

ところで、劣化が大きくなると、電池性能は低下する。そのため、通常、リチウムイオン二次電池Ｂは、使用範囲が決められている。すなわち、容量維持率Ｙの使用範囲が定められており、容量維持率Ｙが使用範囲（一例として１００％〜７０％）を逸脱した場合は、使用しないようにしている。

従って、使用範囲内において、最も劣化した状態のリチウムイオン二次電池Ｂに対応する不変領域Ｆを選択すれば、使用範囲内での使用である限り、残存容量−ＯＣＶの相関特性が常に変化しないことになる。例えば、容量維持率Ｙ２が使用範囲の限界値（上記例では７０％）である場合、不変領域Ｆ２内では、使用範囲内での使用である限り、残存容量−ＯＣＶの相関特性が、常に変化しない。

バッテリ２０は、図７に示すように、不変領域Ｆ２内の２点Ｐａ、Ｐｂを計測点として定めている。具体的には、高容量側の計測点を第１の計測点Ｐａとし、低容量側の計測点を第２の計測点Ｐｂとしている。図６に示すように、第１の計測点Ｐａは、第１のプラトー領域ＡＬ１の端点である。また、第２の計測点Ｐｂは、第２のプラトー領域ＡＬ３の端点である。

計測点Ｐａ、Ｐｂは、検出がし易いように、容量変化に対してＯＣＶ変化が所定値よりも大きいポイント（傾きがある又は傾きが大きいポイント）を選ぶことが望ましい。

バッテリ２０は、以下に説明するように、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４が、放電（主に自己放電）により、第１計測点Ｐａから第２計測点Ｐｂまで到達するのに要する到達時間Ｔ１〜Ｔ４を計測する。そして、取得した到達時間Ｔ１〜Ｔ４に基づいて、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の異常判定と均等化処理を実行する。

３．リチウムイオン二次電池の異常判定と均等化処理
図１４は、電池監視処理のフローチャート図である。電池監視処理は、図１４に示すように、Ｓ１０〜Ｓ１００から構成されている。管理装置５０のＣＰＵ５１は、Ｓ１０にて、車両１の駐車を検出したか、判定する。

駐車の検出は、管理装置５０と車両ＥＣＵ１００との通信により、行うことが出来る。すなわち、車両が走行中や停車中の場合、車両ＥＣＵ１００と管理装置５０との間において、所定周期で通信が頻繁に行われる。

一方、車両が駐車中の場合、車両ＥＣＵ１００は停止し、通信も停止する。そのため、所定期間、車両ＥＣＵ１００との間で通信が途絶えている場合には、車両１は駐車中であると判断することが出来る。駐車でない場合、処理は終了する（Ｓ１０：ＮＯ）。

車両１の駐車を検出した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、管理装置５０のＣＰＵ５１は、電流センサ４１の出力よりバッテリ２０の電流Ｉを取得し、電圧検出部４５の出力より各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電池電圧Ｖ１〜Ｖ４を取得する。

次に管理装置５０のＣＰＵ５１は、バッテリ２０が無電流又は無電流とみなせる状態であるか、判定をする（Ｓ３０）。

具体的には、バッテリ２０の電流Ｉを第１所定値と比較し、電流Ｉが第１所定値より小さければ、バッテリ２０は無電流又は無電流とみなせる状態であると、判定される。第１所定値は、一例として数十ｍＡ程度である。

バッテリ２０が無電流又は無電流とみなせると判断した場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、管理装置５０のＣＰＵ５１は、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧Ｖ１〜Ｖ４を、第１の計測点Ｐａの第１電圧Ｖａと比較する。第１電圧Ｖａよりも電圧の低いものがある場合、処理は終了する（Ｓ４０：ＮＯ）。

管理装置５０は、電圧Ｖ１〜Ｖ４が第１電圧Ｖａよりも全て高い場合、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４について、到達時間Ｔ１〜Ｔ４を計測する（Ｓ５０）。

具体的には、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧Ｖ１〜Ｖ４は、電池の自己放電により、時間経過に伴って低下する。

そのため、管理装置５０のＣＰＵ５１は、電圧検出部４５の出力に基づいて、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧Ｖ１〜Ｖ４の電圧を監視し、計時部５５を用いて、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４が、第１の計測点Ｐａの第１電圧Ｖａから、第２の計測点Ｐｂの第２電圧Ｖｂに、到達するまでの到達時間Ｔ１〜Ｔ４を計測する。

到達時間Ｔ１〜Ｔ４の計測は、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４が無電流又は無電流とみなせる状態である場合に限り、行われる。

管理装置５０のＣＰＵ５１は、到達時間Ｔ１〜Ｔ４の計測が完了すると、図１５に示すように、到達時間Ｔ１〜Ｔ４が、閾値Ｔｓより長いか判定する（Ｓ６０）。

到達時間Ｔは、二次電池Ｂの自己放電量Ｑ[Ａ]に反比例するから、自己放電量Ｑが大きいほど短い。閾値Ｔｓは、到達時間Ｔの正常値と異常値の境界値であり、到達時間Ｔが閾値Ｔｓより長い場合、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４は、正常と判断することが出来る。

管理装置５０のＣＰＵ５１は、到達時間Ｔ１〜Ｔ４が全て、閾値Ｔｓより長い場合、以下の（３）式より、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の自己放電量Ｑ１〜Ｑ４を算出する（Ｓ７０）。

Ｑ＝ΔＣａｂ／Ｔ・・・・・・・（３）
ΔＣａｂは、第１の計測点Ｐａの残存容量Ｃａと第２の計測点Ｐｂの残存容量Ｃｂの差であり、一定値である。

自己放電量Ｑは、上記の通り到達時間Ｔと反比例するため、図１６に示すように、到達時間Ｔが短い程、多くなる。

次に管理装置５０のＣＰＵ５１は、バッテリ２０の電流Ｉより、バッテリ２０への充電が開始されたか、判定を行う。具体的には、バッテリ２０の電流値が、充電時に流れる電流値（数十Ａ程度の第２所定値）以上であるか否かにより、判定する。

駐車中の車両１に搭載されたバッテリ２０に対して、外部充電器２００が接続されて充電が開始された場合、バッテリ２０に第２所定値以上の電流が流れるため、管理装置５０のＣＰＵ５１は、充電の開始を検出する（Ｓ８０：ＹＥＳ）。

管理装置５０のＣＰＵ５１は、充電開始を検出すると、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の残存容量Ｃを均等化する均等化処理を実行する（Ｓ９０）。

具体的には、図１６に示すように、自己放電量Ｑ[Ａ]が最も多いリチウムイオン二次電池Ｂ３を基準として、それ以外のリチウムイオン二次電池Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４について、自己放電量Ｑの差分ΔＱから、下記の（４）式より残存容量差ΔＣｑを求め、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の各均等化回路７０により放電する。

ΔＣｑ＝ΔＱ×Ｗ・・・・（４）
Ｗは、Ｓ１０にて駐車を検出した時点から、Ｓ９０で均等化処理を開始するまで経過時間（駐車時間）である。Ｗは、全リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４で等しい時間である。

本構成では、自己放電量Ｑの相違により、駐車期間中に拡大するリチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の残存容量差ΔＣｑを、充電開始時点で小さくすることが出来る。

そのため、充電中に、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧が均等に上昇することから、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４が過充電領域まで充電されることを抑制できる。尚、均等化とは、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の残存容量Ｃの差を、Ｓ９０の処理を行う前の状態と比べて、小さくすることである。

上記では、外部充電器２００が接続されて充電が開始された場合を例にとって説明したが、エンジンが駆動し、車両のオルタネータ１５０で充電が開始された場合も、同様の均等化処理（Ｓ９０）が実行される。

そのため、車両のオルタネータ１５０で充電が開始された場合も、充電中に、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧が均等に上昇することから、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４が過充電領域まで充電されることを抑制できる。

また、管理装置５０のＣＰＵ５１は、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４のうち、閾値Ｔｓよりも、到達時間Ｔ１〜Ｔ４の短いものが１つでもあった場合（Ｓ６０：ＮＯ）、外部に異常を報知する処理を行う（Ｓ１００）。

これは、自己放電量Ｑが、通常より多く内部短絡の可能性が高い、と考えられるからである。尚、異常報知態様としては、警告ランプ８０の点灯などを例示することが出来る。また、通信復帰後の車両ＥＣＵ１００への異常報知を例示することが出来る。

図１４に示す電池監視処理は、車両の駐車を検出する度に、実行することが好ましい。また、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の自己放電量Ｑ１〜Ｑ４は、初回に算出すれば、以降は、そのデータをメモリ５３に記憶して使用するとよい。

４．効果説明
各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４が第１計測点Ｐａの第１電圧Ｖａから第２計測点Ｐｂの第２電圧Ｖｂに変化するまでの到達時間Ｔ１〜Ｔ４は、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の自己放電量Ｑと相関性がある。そのため、到達時間Ｔ１〜Ｔ４に基づいて、均等化処理を行うことで、自己放電のばらつきに起因する、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の残存容量差の発生を解消することが出来る。

しかも、第１計測点Ｐａと第２計測点Ｐｂを、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域Ｆ２内の点としているため、劣化の有無によらず、到達時間Ｔと自己放電量Ｑの関係性は一定に保たれる。すなわち、自己放電量Ｑが同じであれば、劣化の有無によらず、到達時間Ｔは同じ時間になる。従って、劣化の有無によらず、到達時間Ｔから自己放電量Ｑを、精度よく検出することが可能であり、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の残存容量Ｃを精度よく均等化できる。

リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４は、残存容量−ＯＣＶの相関特性において、残存容量Ｃに対してＯＣＶが略一定のプラトー領域ＡＬ１、ＡＬ３を有している。プラトー領域ＡＬ１、ＡＬ３では、リチウムイオン二次電池のＯＣＶ差を検出することが難しく、ＯＣＶ差から残存容量の差を検出して均等化する方法が適用できない、という課題がある。本構成では、プラトー領域ＡＬ１、ＡＬ３の端点など、電圧変化がある２つのポイントを計測点Ｐａ、Ｐｂとして、到達時間Ｔを計測することで、到達時間Ｔから自己放電Ｑによる残存容量差を検出することが可能であり、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の残存容量差の発生を解消することが出来る。

本構成では、残存容量差の小さな状態で充電が出来るので、充電中に、一部のリチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧が急上昇することを抑えることが出来る。従って、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４が過充電領域に充電されることを抑制できる。

特に、外部充電器２００は、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧Ｖ１〜Ｖ４を監視する機能を持たない場合があり、そうした安価な外部充電器２００が使用された場合でも、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４が過充電領域に充電されることを抑制できる。

本構成では、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の内部短絡の有無を判断することが出来る。そのため、内部短絡を起こしているリチウムイオン二次電池Ｂの使用が継続されることを抑制できるので、安全性が高まる。

本構成では、バッテリ２０が、無電流又は無電流とみなせる状態である時に、到達時間Ｔ１〜Ｔ４を計測する。そのため、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の自己放電による到達時間Ｔ１〜Ｔ４を得ることが出来る。

従って、自己放電量Ｑ１〜Ｑ４を正確に検出することが出来るので、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の残存容量Ｃを精度よく均等化できる。また、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の内部短絡の有無を精度よく判定できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１では、蓄電素子の一例に、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池Ｂを例示した。蓄電素子は、残存容量−ＯＣＶの相関特性において、劣化前後で、相関特性が変化しない不変領域Ｆを有する特性の電池であればよく、リン酸鉄系以外のリチウムイオン二次電池でもよい。蓄電素子は、他の二次電池やキャパシタ等でもよい。

また、バッテリ２０の用途は、車両に限定されるものではなく、ＵＰＳや、太陽光発電システムの蓄電部などの他の用途でもよい。また、実施形態１では、車両ＥＣＵ１００との通信の状態から駐車を検出するようにしたが、エンジンの停止時間や、バッテリ２０に流れる電流値から判断することも出来る。

（２）実施形態１は、管理装置５０と均等化回路７０を、バッテリ２０の内部に設けた構成を例示した。管理装置５０と均等化回路７０は、必ずしもバッテリ２０の内部に設置されている必要はなく、例えば、車載されていれば、バッテリ２０の外部に設けられていてもよい。すなわち、バッテリ２０は、二次電池Ｂ１〜Ｂ４と二次電池Ｂ１〜Ｂ４の電圧や電流を計測するセンサ類だけの構成とし、バッテリ外に設けた管理装置５０が、センサからの出力をモニタにて、二次電池Ｂ１〜Ｂ４を均等化する処理や異常の有無を判断する処理を実行するようにしてもよい。

（３）実施形態１では、リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の残存容量Ｃを均等化する均等化処理（Ｓ９０）を充電開始時に行った。均等化処理の実行タイミングは、充電開始時に限定されるものではなく、到達時間Ｔの計測直後など、充電開始前に行ってもよい。また、充電中に行ってもよい。

（４）実施形態１では、到達時間Ｔに基づいて、蓄電素子の内部状態を推定する処理の一例として、蓄電素子の内部短絡の有無を判定した。これ以外にも、到達時間Ｔに基づいて、蓄電素子の自己放電量Ｑのバラツキ（内部状態の一例）を、推定してもよい。

（５）実施形態１では、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４について、自己放電量Ｑの差分ΔＱから求めた残存容量差ΔＣｑを、均等化回路７０により放電することで、残存容量Ｃを均等化した。残存容量Ｃを均等化するにあたり、各リチウムイオン二次電池Ｂ１〜Ｂ４の放電量を、如何様に決定するかは、実施形態１の例に限定されない。

例えば、図１５の場合、到達時間Ｔが最短のリチウムイオン二次電池Ｂ３の放電量を基準とし、他のリチウムイオン二次電池Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４の放電量は、最短の到達時間Ｔ３に対する到達時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４の比率で定めるなど、到達時間Ｔに基づくものであれば、どのような決め方でもよい。

（６）実施形態１では、バッテリ２０が、無電流又は無電流とみなせる状態である時に、到達時間Ｔを計測した。これ以外にも、充電中や放電中に、到達時間Ｔを計測してもよい。充電中や放電中に計測する場合、低レートで、電流が一定であることが好ましい。

また、実施形態１では、バッテリ２０が無電流又は無電流とみさせる状態で、到達時間Ｔを計測した。リチウムイオン二次電池Ｂに、所定の電流が流れている場合、残存容量−電圧の相関特性Ｌａ、Ｌｂは、図１７に示すように、残存容量−ＯＣＶの相関特性Ｌ０に対して、内部抵抗による電圧変化分の違いがあるものの、グラフの形状自体は、同じである。

従って、所定の電流が流れている時の、残存容量−電圧の相関特性Ｌａ、Ｌｂも、残存容量−ＯＣＶの相関特性Ｌ０と同様に、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域Ｆが存在する。そのため、所定の電流（無電流とみなすことの出来ない電流）が流れている状態で、到達時間Ｔを計測する場合には、残存容量−ＯＣＶの相関特性Ｌ０に代えて、その電流値に対する、残存容量−電圧の相関特性Ｌａ、Ｌｂを用いることが好ましい。また、数十ｍＡ程度など、微小な電流が流れている場合も、同様である。

また、電流が流れている状態で到達時間Ｔを計測した場合、自己放電のみの場合に比べて、到達時間Ｔは短くなる。しかし、電流が流れている状態でも、自己放電の相違により、到達時間Ｔに差が出来ることは同じである。そのため、到達時間Ｔの差より、自己放電量の差を検出することが可能である。尚、図１７に示す「Ｌａ」は、充電中の残存容量−電圧の相関特性を示し、「Ｌｂ」は、放電中の残存容量−電圧の相関特性を示している。

（７）実施形態１、２で開示した技術は、蓄電素子の残存容量を均等化する均等化プログラム、蓄電素子の内部状態を推定する推定プログラム、及びそれらプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。

直列に接続された複数の蓄電素子の残存容量を均等化する均等化プログラムであって、複数の前記蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、コンピュータに、複数の前記蓄電素子について前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測する処理（Ｓ５０）と、計測した前記到達時間に基づいて複数の前記蓄電素子の残存容量を均等化する均等化処理（Ｓ９０）とを実行させる、均等化プログラム。

蓄電素子の内部状態を推定する推定プログラムであって、前記蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、コンピュータに、前記蓄電素子について前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測する処理（Ｓ５０）と、計測した前記到達時間に基づいて、前記蓄電素子の内部状態を推定する推定処理（Ｓ６０）とを実行させる、推定プログラム。

２０...バッテリ（本発明の「蓄電システム」に相当する）
２２Ｐ、２２Ｎ...正極側端子部、負極側端子部
３０...組電池
４１...電流センサ
４５...電圧検出部
５０...管理装置
７０...均等化回路
１００...車両ＥＣＵ
ＡＬ１、ＡＬ３...プラトー領域
Ｂ１〜Ｂ４...リチウムイオン二次電池
Ｆ１〜Ｆ３...不変領域
Ｐａ...第１の計測点
Ｐｂ...第２の計測点
Ｔ...到達時間

Claims (9)

1. 直列に接続された複数の蓄電素子の管理装置であって、
   複数の前記蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、
   複数の前記蓄電素子について、前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測し、
   計測した前記到達時間に基づいて、複数の前記蓄電素子の残存容量を均等化する均等化処理を行う、管理装置。
2. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記均等化処理を、充電開始前又は充電開始時に行う、管理装置。
3. 直列に接続された複数の蓄電素子の管理装置であって、
   複数の前記蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、
   複数の前記蓄電素子について、前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測し、
   計測した前記到達時間に基づいて、複数の前記蓄電素子の内部状態を推定する、管理装置。
4. 請求項３に記載の管理装置であって、
   前記到達時間が閾値より短い場合、前記蓄電素子は内部短絡による異常と判断する、管理装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の管理装置であって、
   複数の前記蓄電素子が、無電流又は無電流とみなせる場合に、前記蓄電素子が前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧まで放電する時の到達時間を計測する、管理装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の管理装置であって、
   前記蓄電素子は、正極材料をリン酸鉄リチウム、負極材料をグラファイトとしたリチウムイオン二次電池である、管理装置。
7. 蓄電システムであって、
   直列に接続された複数の蓄電素子と、
   請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の管理装置と、を含む、蓄電システム。
8. 直列に接続された複数の蓄電素子の残存容量を均等化する方法であって、
   複数の前記蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、
   前記複数の蓄電素子について、前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測し、
   計測した前記到達時間に基づいて、複数の前記蓄電素子の残存容量を均等化する方法。
9. 蓄電素子の内部状態を推定する方法であって、
   前記蓄電素子は、残存容量−電圧の相関特性において、劣化前後で相関特性が変化しない不変領域を有し、
   前記蓄電素子について、前記不変領域内の第１計測点の第１電圧から第２計測点の第２電圧に変化するまでの到達時間を計測し、
   計測した前記到達時間に基づいて、前記蓄電素子の内部状態を推定する方法。

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