電池制御装置
【課題】負極活物質の充放電領域の遷移を適切に検出可能な電池制御装置を提供すること。
【解決手段】電池内部から発生するアコースティックエミッション信号を検出するアコースティックエミッション検出手段２０と、前記アコースティックエミッション信号が増大したことを検知する信号増大検知手段１０と、負極活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点と前記アコースティックエミッション信号の発生との関係を示す情報を、充放電変曲点−信号発生情報として予め記憶している記憶手段１０と、前記信号増大検知手段により前記アコースティックエミッション信号の増大を検知した場合に、前記充放電変曲点−信号発生情報に基づいて、前記電池の負極活物質の充放電領域を判断する判断手段１０と、を備えることを特徴とする電池制御装置。
【解決手段】電池内部から発生するアコースティックエミッション信号を検出するアコースティックエミッション検出手段２０と、前記アコースティックエミッション信号が増大したことを検知する信号増大検知手段１０と、負極活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点と前記アコースティックエミッション信号の発生との関係を示す情報を、充放電変曲点−信号発生情報として予め記憶している記憶手段１０と、前記信号増大検知手段により前記アコースティックエミッション信号の増大を検知した場合に、前記充放電変曲点−信号発生情報に基づいて、前記電池の負極活物質の充放電領域を判断する判断手段１０と、を備えることを特徴とする電池制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭素材料はリチウムイオン二次電池の負極活物質、燃料電池の水素吸蔵材料などエネルギー貯蔵材料としての利用が非常に注目されている。たとえば、リチウムイオン二次電池の負極活物質として広く用いられているグラファイトは、過充電により負極表面に金属リチウムが析出したり、電解液の反応が促進されたりということが原因で安全性、寿命が損なわれる可能性があることが知られており、そのため、精度良く充電状態を把握し、充電を制御する必要がある。このような観点の下、電池内部で起こっている現象を、アコースティックエミッション信号を測定することにより検出する研究が進んでおり、グラファイトの充放電領域の遷移に伴いアコースティックエミッション信号の発生回数が増大することが見出されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Damage detection of graphite electrode in lithium ion battery by acoustic emission” , The 20th International Acoustic Emission Symposium, (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、負極活物質としてのグラファイトの充放電領域の遷移が起こる際にアコースティックエミッション信号の発生回数が増大することが開示されているのみであり、グラファイトの充放電領域の遷移を検出できたとしても、実際の充電、放電におけるどの充放電領域に遷移したかを検出することができず、そのため、電池状態を適切に判断することができないという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、負極活物質の充放電領域の遷移を適切に検出可能な電池制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電池内部から発生するアコースティックエミッション信号から、アコースティックエミッション信号が増大したことを検知し、アコースティックエミッション信号が増大した場合に、予め取得した負極活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点とアコースティックエミッション信号の発生との関係を示す情報に基づいて、電池の負極活物質の充放電領域を判断することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、予め取得した負極活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点とアコースティックエミッション信号の発生との関係を示す情報を用いて、負極活物質の充放電領域の遷移を判定することができるため、負極活物質の充放電領域を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る電池制御システムを示す構成図である。
【図２】図２は、負極活物質の一例としてのグラファイト系活物質の電極電位と、アコースティックエミッション信号の発生頻度との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、負極活物質の一例としてのグラファイト系活物質／Ｌｉメタルの充電プロファイルと充放電領域との関係を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態の電池制御システムの動作例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施形態の第１の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図６（Ａ）は、劣化前の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルの一例を示す図、図６（Ｂ）は、劣化後の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルの一例を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態の第２の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、バッテリコントローラ１０に記憶されている負極電位および正極電位の関係の一例を示す図である。
【図９】図９は、正極および負極の間でリチウムイオンのバランスズレが発生した場合における、正極電位および負極電位の関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、正極および負極の間でリチウムイオンのバランスズレが発生した場合における、正極電位および負極電位の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る電池制御システムを示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る電池制御システムは、二次電池４０を制御するためのシステムであり、バッテリコントローラ１０と、アコースティックエミッションセンサ２０と、充放電装置３０とを備えている。
【００１１】
二次電池４０は、たとえば、リチウムイオン二次電池であり、負極活物質として、リチウムイオンの挿入・脱離に伴って充放電電位が段階的に変化する複数の充放電領域を有する活物質を用いたものが挙げられる。本実施形態では、このようなリチウムイオンの挿入・脱離に伴って充放電電位が段階的に変化する複数の充放電領域を有する活物質として、グラファイト構造を含有するグラファイト系活物質が好適であり、そのため、以下においては、グラファイト系活物質を用いた場合を例示して説明を行なうが、このようなリチウムイオンの挿入・脱離に伴って充放電電位が段階的に変化する複数の充放電領域を有する活物質としては、グラファイト系活物質に特に限定されるものではない。また、正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物などのリチウムイオン二次電池用の正極活物質として公知のものを限定なく用いることができる。
【００１２】
充放電装置３０は、二次電池４０の充放電を行なうための装置であり、バッテリコントローラ１０からの指令に基づき、二次電池４０の充電および放電を行なう。
【００１３】
アコースティックエミッションセンサ２０（以下、「ＡＥセンサ２０」とする。）は、二次電池４０内部から発生するアコースティックエミッション信号（以下、「ＡＥ信号」とする。）を検出するためのセンサであり、図１に示すように二次電池４０に接触した状態で設置される。ＡＥセンサ２０としては、二次電池４０内部の構成物の構造変化に伴って発生する信号に対応する周波数帯を検出可能なセンサであればよく、特に限定されない。
【００１４】
バッテリコントローラ１０は、ＡＥセンサ２０からの出力に基づき、二次電池４０の充電状態を検出するための装置である。
【００１５】
ここで、図２に、二次電池４０の負極を構成する負極活物質として、グラファイト構造を含有するグラファイト系活物質を用いた場合における、負極の充放電プロファイルと、二次電池４０内部から発生したＡＥ信号の発生頻度との関係を示す。なお、図２中においては、負極の充放電プロファイルを実線で、ＡＥ信号の発生頻度を棒グラフでそれぞれ示した。また、図２においては、左側の縦軸は、時間に対する負極の電極電位（ｖ．ｓ．Ｌｉ）を、右側の縦軸は、ＡＥ信号の発生頻度（１時間あたりの発生回数）を、それぞれ示している。また、本実施形態においては、負極の電極電位が低くなる方向を「充電」とし、負極の電極電位が高くなる方向を「放電」として、以下、説明を行なう。
【００１６】
図３からも確認できるように、負極活物質としてグラファイト系活物質を使用した場合には、充放電容量に対する電圧変化率の異なる複数の充放電領域を有しており、これにより、負極活物質としてグラファイト系活物質は、二次電池の充放電に伴って、段階的に充放電領域が変化していくことが知られている。具体的には、図３に破線で囲って示すように、負極電位０．２１Ｖ付近において、第１領域から第２領域へと遷移し、負極電位０．１３Ｖ付近において、第２領域から第３領域へと遷移し、さらに、負極電位０．０８Ｖ付近において、第３領域から第４領域へと遷移することが知られている。そして、図３に示すように、このような負極活物質としてグラファイト系活物質においては、図３に破線で囲って示すように、充放電領域が遷移する際に、充放電曲線の変曲点Ｐ（充放電容量に対する電圧変化率が大きく変化する点）が観測されることとなる。なお、この負極電位の低下は、充放電レートや、使用する電解質の種類等によって、若干変化する場合がある。そして、図２からも確認できるように、二次電池４０内部から発生するＡＥ信号は、図２に破線で囲って示すように、このようなグラファイト系活物質の充放電領域の遷移による変曲点Ｐにおいて、その発生頻度が増大するという関係にある。なお、この理由としては、たとえば、充放電領域の遷移により、変曲点Ｐにおいて、グラファイト系活物質のステージ構造の変化などグラファイト系活物質内部で何らかの構造変化が発生することに起因すると考えられる。
【００１７】
そして、バッテリコントローラ１０は、このような図２に示すようなＡＥ信号の発生頻度と、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点Ｐとの関係を予め記憶しており、また、このようなＡＥセンサ２０からの出力に基づき、このようなＡＥ信号の発生頻度の増大の検出を行う。そして、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、予め記憶されたＡＥ信号の発生頻度と、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点Ｐの関係を参照し、ＡＥ信号の発生頻度の増大が、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点Ｐによるものか否かの判定を行なうことで、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移を検出し、これにより、充放電領域の判別を行なうものである。すなわち、現在の充放電領域が、図３に示す第１領域〜第４領域のいずれの領域であるかの判別を行なうものである。
【００１８】
具体的には、バッテリコントローラ１０は、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移に基づく、ＡＥ信号の発生頻度の増大が発生した発生回数を、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥとして記憶している。そして、バッテリコントローラ１０は、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合に、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された際における二次電池４０の状態が、充電中であった場合には、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させる。すなわち、たとえば、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出される前におけるＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが２であった場合には、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させ、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変更する。一方、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合に、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された際における二次電池４０の状態が、放電中であった場合には、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを−１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させる。すなわち、たとえば、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出される前におけるＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが２であった場合には、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させ、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１に変更する。なお、二次電池４０が充電中であるか、あるいは、放電中であるかを検出する方法としては、たとえば、二次電池４０に流れる電流を検出する方法や、二次電池４０の電圧の変化を検出する方法など、公知の方法を特に制限なく使用することができる。
【００１９】
たとえば、図３に示す場面において、二次電池４０の使用開始時から、二次電池４０の充電を行なった場合を例示して説明を行なう。なお、本実施形態では、二次電池４０の使用開始時（完全放電状態）においては、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０に設定する。図３に示すように、充電開始後、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第１領域から第２領域に変化し、この充放電領域の遷移に起因するＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、バッテリコントローラ１０は、二次電池４０は充電中であるため、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させる。そして、この場合には、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出される前のＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥは、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０であったため、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１に変更する。
【００２０】
そして、さらに二次電池４０の充電が進み、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第２領域から第３領域に変化し、この充放電領域の遷移に起因するＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、バッテリコントローラ１０は、二次電池４０は充電中であるため、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させる。そして、この場合には、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出される前のＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥは、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１であったため、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２に変更する。同様に、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第３領域から第４領域に変化した場合にも、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２から、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変更する。
【００２１】
一方、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第４領域にあり、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３である場合に、充電から放電への切り替えが行なわれ、放電開始後、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第４領域から第３領域に変化し、この充放電領域の遷移に起因するＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、バッテリコントローラ１０は、二次電池４０は放電中であるため、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを−１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させる。すなわち、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３から、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２に変更する。さらに二次電池４０の放電が進み、同様に、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第３領域から第２領域、さらには第２領域から第１領域に変化した場合にも、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２からＣｏｕｎｔＡＥ＝１、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１からＣｏｕｎｔＡＥ＝０に、それぞれ変更する。
【００２２】
このように、本実施形態においては、二次電池４０の使用開始時におけるＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０に設定しておき、二次電池４０の使用開始時から、ＡＥ信号の発生頻度の増大の検出を継続して行い、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合に、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを、＋１（充電中）、あるいは、−１（放電中）とする処理を繰り返すことにより、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域を適切に把握することができる。すなわち、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０である場合には、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域は、第１領域であると判断することができ、同様に、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１である場合には、第２領域であり、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２である場合には、第３領域であり、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３である場合には、第４領域であると判断することができる。
【００２３】
このように本実施形態においては、二次電池４０の使用開始時におけるＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０に設定しておき、二次電池４０の使用開始時から、ＡＥ信号の発生頻度の増大の検出を継続して行うことで、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移を適切に把握するものである。その一方で、データ消失等の理由により、このようなＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥのカウントを継続して行なうことができなくなる場合等も考えられるが、このような場合には、一度、二次電池４０を完全放電状態とし、これにより負極の充放電領域を、図３に示す第１領域とし、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０にリセットする方法などにより、再度、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移を適切に把握することができる。
【００２４】
また、図３に示すように、たとえば、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が、第４領域（すなわち、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３）であり、かつ、二次電池４０が充電中である場面を考えた場合、この場面において、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、コントローラ１０は、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させることにより、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３から、ＣｏｕｎｔＡＥ＝４に変更することとなる。この場合には、図３に示すように、負極活物質としてのグラファイト系活物質が、第４領域を超えてさらに充電されてしまい、このように、第４領域を超えてさらに充電が進んでしまうと、負極が過充電状態となってしまうおそれがある。そのため、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥの値がＣｏｕｎｔＡＥ＝４となった場合には、バッテリコントローラ１０は、負極が過充電状態となってしまうことを防止するために、充放電装置３０に、二次電池４０の充電を終了させるための信号を送り、これにより二次電池４０の充電を終了させる。
【００２５】
また、コントローラ１０は、上述したＡＥ信号に基づく、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の判別に加えて、二次電池４０の劣化判定も行なう。コントローラ１０による、具体的な劣化判定方法については後述する。
【００２６】
次いで、本実施形態の動作例を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】
まず、ステップＳ１では、ＡＥセンサ２０によって、二次電池４０内部から発生するＡＥ信号を検出する処理が行われる。そして、ＡＥセンサ２０による検出結果は、バッテリコントローラ１０により取得される。
【００２８】
次いで、ステップＳ２では、バッテリコントローラ１０により、ＡＥセンサ２０により検出された二次電池４０内部からのＡＥ信号の発生頻度が増大しているか否かの判断が行なわれる。たとえば、バッテリコントローラ１０は、ステップＳ１において繰り返し取得したＡＥセンサ２０による検出結果に基づいて、二次電池４０内部からのＡＥ信号の発生頻度が急上昇したと判断される場合には、ＡＥ信号の発生頻度が増大していると判定することができる。そして、この場合には、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移が行なわれたと判断して、ステップＳ３に進む。一方、ＡＥ信号の発生頻度の急上昇が認められず、ＡＥ信号の発生頻度の増大が認められない場合には、ステップＳ１に戻り、ＡＥ信号の発生頻度の増大が認められるまで、ステップＳ１，Ｓ２を繰り返し実行する。
【００２９】
ステップＳ２において、ＡＥ信号の発生頻度の増大が認められた場合には、ステップＳ３に進み、ステップＳ３では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０が充電中であるか、あるいは放電中であるかの判定が行なわれる。そして、二次電池４０が充電中である場合にはステップＳ４に進み、一方、二次電池４０が放電中である場合にはステップＳ７に進む。
【００３０】
ステップＳ３において、二次電池４０が充電中であると判定された場合にはステップＳ４に進み、ステップＳ４では、バッテリコントローラ１０は、充電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出されたと判断し、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させる。たとえば、バッテリコントローラ１０は、図３に示す例において、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２であった場合には、ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させて、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３とし、これにより、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第３領域から第４領域へと変化したと判定する。
【００３１】
そして、ステップＳ５では、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが、ＣｏｕｎｔＡＥ＝４であるか否かの判定が行なわれる。ＣｏｕｎｔＡＥ＝４である場合には、コントローラ１０は、負極活物質としてのグラファイト系活物質が、第４領域を超えてさらに充電されていると判断し、ステップＳ６に進み、負極が過充電状態となってしまうことを防止するために、充放電装置３０に、二次電池４０の充電を終了させるための信号を送り、これにより二次電池４０の充電を終了させる処理が実行され、次いで、ステップＳ８に進む。あるいは、ＣｏｕｎｔＡＥ＝４でない場合には、二次電池４０の充電を終了させる処理を行なうことなく、ステップＳ８に進む。
【００３２】
一方、ステップＳ３において、二次電池４０が放電中であると判定された場合にはステップＳ７に進み、ステップＳ７では、バッテリコントローラ１０は、放電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出されたと判断し、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを−１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させて、ステップＳ８に進む。たとえば、バッテリコントローラ１０は、図３に示す例において、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２であった場合には、ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させて、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１とし、これにより、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第３領域から第２領域へと変化したと判定し、ステップＳ８に進む。
【００３３】
次いで、ステップＳ８では、バッテリコントローラ１０により、第１の劣化判定処理が実行される。図５に、第１の劣化判定処理のフローチャートを示す。第１の劣化判定処理は、負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域（図３に示す第１領域〜第４領域）における充放電容量を算出し、算出した充放電容量に基づいて、二次電池４０の劣化を判定する処理である。
【００３４】
まず、図５に示すステップＳ８０１では、バッテリコントローラ１０により、充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出したか否かの判定が行なわれる。すなわち、今回処理時において、充電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合であり、かつ、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際にも、充電中であった場合や、逆に、今回処理時において、放電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合であり、かつ、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際にも、放電中であった場合には、充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出したと判定し、ステップＳ８０２に進み、以下に説明する第１の劣化判定処理を実行する。すなわち、本実施形態では、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを２回連続して＋１とした場合や、逆に、２回連続して−１とした場合には、ステップＳ８０２に進む。
【００３５】
たとえば、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際に、充電中であり、そのため、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０からＣｏｕｎｔＡＥ＝１とし、さらに、今回処理時において、充電中にＡＥ信号の発生頻度の増大を検出し、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１からＣｏｕｎｔＡＥ＝２とした場合には、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出してから、今回処理時において、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出するまでに、第２領域の最初から最後まで、充電を行なっていることとなり、そのため、第２領域における充電容量を算出することが可能となる。また、同様の理由より、第２領域以外の各充放電領域についても、充電容量の算出や、さらには放電容量の算出が可能となる。そのため、本実施形態では、このような場合には、各充放電領域における充放電容量を算出することができると判断し、ステップＳ８０２に進み、以下に説明する第１の劣化判定処理を実行する。
【００３６】
一方、今回処理時において、充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出しなかったと判定された場合には、以下に説明する第１の劣化判定処理を実行することなく、図４に示すステップＳ９に進む。すなわち、今回処理時において、充電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した一方で、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際には、放電中であった場合や、逆に、今回処理時において、放電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した一方で、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際には、充電中であった場合には、第１の劣化判定処理を実行することなく、図４に示すステップＳ９に進む。すなわち、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際には＋１とし、今回処理時は−１とした場合、あるいは、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際には−１とし、今回処理時は＋１とした場合には、第１の劣化判定処理を実行することなく、図４に示すステップＳ９に進む。このような場合には、上述した充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合とは異なり、各充放電領域における充放電容量の算出を行なうことができないため、適切に第１の劣化判定処理を実行することができない。そのため、本実施形態では、このような場合には、第１の劣化判定処理を実行することなく、図４に示すステップＳ９に進むこととする。
【００３７】
ステップＳ８０１において、充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出したと判定された場合には、ステップＳ８０２に進み、ステップＳ８０２では、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出してから、今回処理時において、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出するまでにおける、二次電池４０の実際の充放電容量ＣＢＡＴの算出を行なう。二次電池４０の実際の充放電容量ＣＢＡＴの算出方法としては、特に限定されないが、たとえば、電流積算による方法など公知の方法を制限なく用いることができる。
【００３８】
次いで、ステップＳ８０３では、上述したステップＳ８０２で算出した実際の充放電容量ＣＢＡＴが、負極活物質としてのグラファイト系活物質のいずれの充放電領域における充放電容量に相当するかを判定する処理が行なわれる。具体的には、今回処理時における変更前のＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを検出し、検出したＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥに基づいて、いずれの充放電領域における充放電容量に相当するかを判定する。すなわち、たとえば、今回処理時において、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１からＣｏｕｎｔＡＥ＝２とした場合には、変更前のＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥは、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１であるため、この場合には、二次電池４０の実際の充放電容量ＣＢＡＴが、第２領域における充放電容量であると判定することができる。
【００３９】
次いで、ステップＳ８０４では、バッテリコントローラ１０により、バッテリコントローラ１０も予め記憶された劣化前の二次電池４０の充放電情報を参照することで、対応する充放電領域における劣化前の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電容量を、劣化前の充放電容量ＣＲＥＦとして読み出す処理が行なわれる。たとえば、ステップＳ８０３において、ステップＳ８０２で算出された実際の充放電容量ＣＢＡＴが、第２領域における充放電容量であると判定された場合には、劣化前の充放電容量ＣＲＥＦとして、同じ第２領域における充放電容量が読み出される。ここで、図６（Ａ）に、劣化前の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルの一例を、図６（Ｂ）に、劣化後の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルの一例を、それぞれ示す。本実施形態においては、バッテリコントローラ１０は、劣化前の二次電池４０の充放電情報として、図６（Ａ）に示すような劣化前の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルおよび各充放電領域の充放電容量を予め記憶しており、バッテリコントローラ１０は、これに基づいて、劣化前の充放電容量ＣＲＥＦの読み出しを行なう。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）中においては、上述した図２と同様に、グラファイト系活物質の充放電領域の遷移による充放電曲線の変曲点Ｐを破線で囲って示している。
【００４０】
次いで、ステップＳ８０５では、バッテリコントローラ１０により、ステップＳ８０２で算出した実際の充放電容量ＣＢＡＴと、ステップＳ８０４で算出した劣化前の充放電容量ＣＲＥＦとを比較することで、二次電池４０の劣化度Ｄ１を判定する処理が行なわれる。ここで、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、負極活物質としてのグラファイト系活物質は、充放電に伴い劣化していき、図６（Ａ）に示す劣化前の状態から、図６（Ｂ）に示すような劣化後の状態に徐々に変化していくこととなる。すなわち、充放電に伴い劣化してき、徐々に充放電可能な容量が減少していくこととなる。これに対して、ステップＳ８０５では、たとえば、図６（Ｂ）に示すような劣化後の（現在の）二次電池４０を構成する負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量と、図６（Ａ）に示す劣化前のグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量とを比較することで、二次電池４０の劣化度Ｄ１を判定する。
【００４１】
たとえば、ステップＳ８０２で算出した実際の充放電容量ＣＢＡＴと、劣化前の充放電容量ＣＲＥＦとに基づき、劣化度Ｄ１＝ＣＢＡＴ／ＣＲＥＦにしたがって、劣化度を算出することができる。なお、この場合においては、劣化度Ｄ１が小さいほど、二次電池４０は劣化していると判断することができる。
【００４２】
あるいは、実際の充放電容量ＣＢＡＴとして、複数の充放電領域における充放電容量が算出されている場合には、複数の充放電領域における充放電容量ＣＢＡＴに基づいて、劣化度Ｄ１を求めるような構成としてもよい。たとえば、図６（Ｂ）に示すように、第２領域における実際の充放電容量ＣＢＡＴをＣＢＡＴ＿２ｎｄとし、第３領域における実際の充放電容量ＣＢＡＴをＣＢＡＴ＿３ｒｄとし、さらに、図６（Ａ）に示すように、第２領域における劣化前の充放電容量ＣＲＥＦをＣＲＥＦ＿２ｎｄとし、第３領域における実際の充放電容量ＣＲＥＦをＣＲＥＦ＿３ｒｄとした場合に、それぞれの比、Ｄ２ｎｄ＝ＣＢＡＴ＿２ｎｄ／ＣＲＥＦ＿２ｎｄ、Ｄ３ｒｄ＝ＣＢＡＴ＿３ｒｄ／ＣＲＥＦ＿３ｒｄを算出し、これらに基づいて、劣化度Ｄ１を求めてもよい。すなわち、たとえば、Ｄ２ｎｄとＤ３ｒｄとを単純平均あるいは重み付け平均することにより平均値を求め、これを劣化度Ｄ１としてもよいし、あるいは、Ｄ２ｎｄとＤ３ｒｄとのうち、より値の小さい方（容量減少率が大きい方）を劣化度Ｄ１としてもよい。さらには、ＣＢＡＴ’＝ＣＢＡＴ＿２ｎｄ／ＣＢＡＴ＿３ｒｄ、ＣＲＥＦ’＝ＣＲＥＦ＿２ｎｄ／ＣＲＥＦ＿３ｒｄを算出し、さらに、これらの比ＣＢＡＴ’／ＣＲＥＦ’を求め、これを劣化度Ｄ１としてもよい。なお、この場合においても、劣化度Ｄ１が小さいほど、二次電池４０は劣化していると判断することができる。
【００４３】
次いで、ステップＳ８０６では、バッテリコントローラ１０により、ステップＳ８０５で算出した劣化度Ｄ１に応じて、二次電池４０の最大充放電レートを設定するための処理が行なわれる。二次電池４０の最大充放電レートは、たとえば、劣化前における二次電池４０の最大充放電レートを、ＰＭＡＸとした場合に、Ｄ１×ＰＭＡＸで算出することができる。そして、バッテリコントローラ１０は、設定した最大充放電レートを、充放電装置３０に送信し、これにより、二次電池４０の最大充放電レートを、劣化度Ｄ１に応じて制限する。
【００４４】
以上のようにして、第１の劣化判定処理は実行される。
【００４５】
そして、第１の劣化判定処理が終了すると、図４に示すステップＳ９に進み、ステップＳ９では、第２の劣化判定処理が実行される。図７に、第２の劣化判定処理のフローチャートを示す。第２の劣化判定処理は、二次電池４０を構成する正極または負極が容量劣化したり、正極または負極上で副反応が起こることにより、正極および負極の間で発生する「リチウムイオンのバランスズレ」に基づく劣化を判定するための処理である。
【００４６】
まず、ステップＳ９０１では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０の開回路電圧を検出するための処理が行われる。二次電池４０の開回路電圧を検出するための方法としては、公知の方法を制限なく使用することができる。たとえば、二次電池４０に印加される電流値および電圧値のデータを複数検出し、検出した複数の電流値および電圧値のデータから、二次電池４０の開回路電圧を検出する方法や、あるいは、充放電により二次電池４０に流れる電流を積算する処理を行ない、予め測定した無負荷状態における二次電池４０の開回路電圧から、電流積算に基づいて算出される電圧の変位量ΔＶの値を加減する方法などが挙げられる。あるいは、二次電池４０の充放電を中止し、二次電池４０を無負荷状態として、二次電池４０の開回路電圧を検出するような方法を採用してもよい。
【００４７】
次いで、ステップＳ９０２では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０の負極電位を推定する処理が行なわれる。具体的には、バッテリコントローラ１０は、上述したステップＳ２において、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出され、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が遷移した際における、負極電位を推定する。なお、負極活物質としてのグラファイト系活物質が、異なる充放電領域に遷移する際の電位は予め決まっているものであり、そのため、バッテリコントローラ１０に、負極活物質としてのグラファイト系活物質が、各充放電領域に遷移する際の電位のデータを予め記憶させておき、記憶されたデータを参照することにより、負極電位を推定することができる。たとえば、図８に示すように、第１領域から第２領域に変化する際の負極電位をＶＡＮ＿１、第２領域から第３領域に変化する際の負極電位をＶＡＮ＿２、第３領域から第４領域に変化する際の負極電位をＶＡＮ＿３として、記憶することができる。なお、図８は、バッテリコントローラ１０に記憶されている負極電位および正極電位の関係の一例を示す図であり、図８に示すように、バッテリコントローラ１０は、負極電位のデータに加えて、対応する正極電位のデータも記憶している。なお、図８中においては、上述した図３と同様に、グラファイト系活物質の充放電領域の遷移による充放電曲線の変曲点Ｐを破線で囲って示している。
【００４８】
たとえば、グラファイト系活物質の充放電領域が、第３領域から第４領域へと変化した場合、すなわち、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２からＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変化した場合には、図８に示すように、第３領域から第４領域へと変化する際の負極電位ＶＡＮ＿３を、二次電池４０の負極電位として採用することができる。
【００４９】
なお、図８に示すデータは、二次電池４０が劣化する前におけるデータであり、たとえば、二次電池４０が劣化していない状態においては、負極電位ＶＡＮ＿１であるときは、正極電位はＶＣＡ＿１であり、同様に、負極電位ＶＡＮ＿２であるときは、正極電位はＶＣＡ＿２、負極電位ＶＡＮ＿３であるときは、正極電位はＶＣＡ＿３となる。また、二次電池４０の開回路電圧（電池電圧）は、「開回路電圧（電池電圧）＝正極電位−負極電位」で求められるため、負極電位ＶＡＮ＿１であるときにおける開回路電圧（電池電圧）は、ＶＣＡ＿１−ＶＡＮ＿１で求められ、同様に、負極電位ＶＡＮ＿２であるときにおける開回路電圧（電池電圧）は、ＶＣＡ＿２−ＶＡＮ＿２で求められ、負極電位ＶＡＮ＿３であるときにおける開回路電圧（電池電圧）は、ＶＣＡ＿３−ＶＡＮ＿３で求められる。
【００５０】
ステップＳ９０３では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０の正極電位の推定が行なわれる。具体的には、バッテリコントローラ１０は、ステップＳ９０１で検出した二次電池４０の開回路電圧に、ステップＳ９０２で検出した負極電位を加えることで、二次電池４０の正極電位を推定する。すなわち、「正極電位＝開回路電圧（電池電圧）＋負極電位」にしたがって、正極電位を推定する。
【００５１】
次いで、ステップＳ９０４では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０を構成する正極および負極の間で発生する「リチウムイオンのバランスズレ」に基づく劣化を判定し、これに基づいて、二次電池４０を構成する正極・負極の利用率を推定する。
【００５２】
ここで、図９は、リチウムイオンのバランスズレが発生した場合における、正極電位および負極電位の関係の一例を示す図である。なお、図９中においても、上述した図３と同様に、充放電領域の遷移による充放電曲線の変曲点Ｐを破線で囲って示している。たとえば、図９に示す例において、グラファイト系活物質の充放電領域が、第３領域から第４領域へと変化した場合、すなわち、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２からＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変化した場合には、負極電位はＶＡＮ＿３である。また、この場合において、二次電池４０に劣化が発生していない場合には、正極電位はＶＣＡ＿３となることとなる（図８参照）。しかしその一方で、リチウムイオンのバランスズレに基づく劣化が発生し、その結果として、図９に示すように、「正極電位＝開回路電圧（電池電圧）＋負極電位」にしたがって、正極電位を推定した結果、得られた正極電位はＶＣＡ＿３ではなく、ＶＣＡ＿３よりも高いＶｘ１となったとする。
【００５３】
このような場合には、図９に示すように、充電時について考えると、負極が満充電に達するよりも大分手前で、正極が満充電に達してしまい、この場合には、負極の高ＳＯＣ側（満充電側）が利用されないこととなる。また、同様に、放電時について考えると、正極が完全放電に達するよりも大分手前で、負極が完全放電してしまい、この場合には、正極の低ＳＯＣ側（完全放電側）が利用されないこととなる。そして、このように、正極と負極のリチウムイオンのバランスにズレが生じ、負極の高ＳＯＣ側および正極の低ＳＯＣ側が利用されないことにより、二次電池４０の容量が低下してしまうこととなる。
【００５４】
これに対して、ステップＳ９０４では、ステップＳ９０１で検出した二次電池４０の開回路電圧（電池電圧）と、ステップＳ９０２で推定された負極電位とに基づいて、正極と負極のリチウムイオンのバランスズレを検出する。具体的には、たとえば、図８、図９に示すように、ステップＳ９０２で推定された負極電位がＶＡＮ＿３である場合には、劣化前の二次電池４０の正極電位はＶＣＡ＿３となり、そのため、劣化前の二次電池４０の開回路電圧（電池電圧）は「ＶＣＡ＿３−ＶＡＮ＿３」となる。その一方で、図９に示すように、実際の（劣化後の）二次電池４０において、負極電位がＶＡＮ＿３であり、正極電位がＶＸ１である場合には、劣化後の二次電池４０の開回路電圧は「ＶＸ１−ＶＡＮ＿３」となる。そのため、本実施形態では、劣化後の二次電池４０の開回路電圧と、劣化前の二次電池４０の開回路電圧との差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」を算出し、差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」と、図８、図９に示すバッテリコントローラ１０に記憶されている負極電位および正極電位の関係に基づいて、正極と負極のリチウムイオンのバランスズレを検出する。そして、差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」がプラスである場合には、図９に示すように、負極のＳＯＣよりも、正極のＳＯＣの方が高くなるような方向に、リチウムイオンのバランスズレが発生することとなる。また、差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」の絶対値が大きいほど、リチウムイオンのバランスズレは大きく、一方、差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」の絶対値が小さいほど、リチウムイオンのバランスズレは小さくなる傾向にある。
【００５５】
あるいは、ステップＳ９０４では、ステップＳ９０２で推定された負極電位およびステップＳ９０３で推定された正極電位に基づいて、負極のＳＯＣおよび正極のＳＯＣを求め、これらのズレを、正極と負極のリチウムイオンのバランスズレとして検出するような構成としてもよい。この場合において、負極のＳＯＣとしては、たとえば、バッテリコントローラ１０に、各充放電領域における充放電領域遷移時のＳＯＣのデータを予め記憶させておき、このようなデータを用いて求めることができる。また、正極のＳＯＣとしては、バッテリコントローラ１０に、正極電位とＳＯＣとの関係を示すデータを予め記憶させておき、このようなデータを用いて求めることができる。
【００５６】
そして、バッテリコントローラ１０は、検出された正極と負極のリチウムイオンのバランスズレに基づいて、正極・負極の利用率を推定する。
【００５７】
次いで、ステップＳ９０５に進み、Ｓ９０５〜Ｓ９０９において、正極および負極のリチウムイオンのバランスズレが発生していることに起因して、負極が過充電されてしまうことを防止するための処理が行なわれる。なお、以下においては、図１０に示す場面例を参照しながら説明を行なう。ここで、図１０は、リチウムイオンのバランスズレが発生した場合における、正極電位および負極電位の関係の一例を示す図である。
【００５８】
まず、ステップＳ９０５では、バッテリコントローラ１０により、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮの算出が行なわれる。なお、図１０には、グラファイト系活物質の充放電領域が、第３領域から第４領域へと変化した場面、すなわち、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２からＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変化した場面において、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮを算出する場合を例示して示している。なお、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮは、たとえば、バッテリコントローラ１０に予め記憶された負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量のデータから、求めることができる。あるいは、このようなデータに代えて、上述した第１の劣化判定処理（図５参照）において算出された、負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量のデータを用いてもよい。
【００５９】
次いで、ステップＳ９０６では、バッテリコントローラ１０により、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡの算出が行なわれる。なお、図１０においては、ステップＳ９０３において、正極電位として、負極電位であるＶＡＮ＿３に対応する電位であるＶＣＡ＿３ではなく、ＶＣＡ＿３よりも高いＶＸ２が算出された場合を例示して示している。なお、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡは、たとえば、バッテリコントローラ１０に予め記憶された正極活物質の電位と、充放電容量との関係を示すデータから求めることができる。
【００６０】
そして、ステップＳ９０７では、バッテリコントローラ１０により、ステップＳ９０５で算出した負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮと、ステップＳ９０６で算出した正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡとを比較する処理が行われ、ＣＲＥＳ＿ＣＡ＞ＣＲＥＳ＿ＡＮである場合には、ステップＳ９０８に進む。一方、ＣＲＥＳ＿ＣＡ≦ＣＲＥＳ＿ＡＮである場合には、ステップＳ９０９に進む。
【００６１】
ステップＳ９０８では、ＣＲＥＳ＿ＣＡ＞ＣＲＥＳ＿ＡＮである、すなわち、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡの方が、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮよりも大きいと判断され、この場合には、正極が満充電状態となるまで充電を行なうと、負極が過充電状態となってしまうおそれがある。そのため、このように負極が過充電状態となってしまうことを避けるため、コントローラ１０は、充放電装置３０に、充電上限電圧を下げるための指令を送出し、これにより充電上限電圧を下げる制御を実行し、第２の劣化判定処理を終了し、次いで、図４に示すステップＳ１に戻る。なお、この場合においては、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡと、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮとの差が大きいほど、充電上限電圧を低く設定するような構成とすることができる。
【００６２】
一方、ステップＳ９０９では、ＣＲＥＳ＿ＣＡ≦ＣＲＥＳ＿ＡＮである、すなわち、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮの方が、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡよりも大きいと判断され、この場合には、正極が満充電状態となるまで充電を行なっても、負極が過充電状態となるおそれがない。そのため、この場合には、上述したステップＳ９０８のような充電上限電圧を下げる制御を行うことなく、第２の劣化判定処理を終了し、次いで、図４に示すステップＳ１に戻る。
【００６３】
本実施形態の電池制御システムは、以上のように動作する。
【００６４】
本実施形態によれば、二次電池４０内部から発生するＡＥ信号の検出を行い、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された際における、二次電池４０の状態が、充電中であるか、あるいは放電中であるかに基づいて、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを増減させこれにより、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移を判断するものであるため、適切に、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域を把握することができる。また、負極中のグラファイト系活物質の充放電領域を適切に把握することが可能となることにより、たとえば、負極活物質としてのグラファイト系活物質が第４領域を超えてさらに充電されてしまうような場面を検出することができ、このような場合に、二次電池４０の充電を終了させることにより、負極において過充電が発生することを有効に防止することもできる。しかも、本実施形態によれば、このような判定を、非破壊で、かつ、適切に行なうことができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量ＣＢＡＴを算出し、算出した充放電容量と、劣化前の二次電池４０の対応する充放電領域における充放電容量ＣＲＥＦとを比較することにより、二次電池４０の劣化状態を適切に検出することができる。さらに、本実施形態によれば、このようにして検出された二次電池４０の劣化状態に基づき、二次電池４０の最大充放電レートを制御することにより、二次電池４０の充放電を劣化状態に応じて適切に行なうことが可能となる。
【００６６】
さらに、本実施形態によれば、正極および負極の間で発生するリチウムイオンのバランスズレを検出し、これにより、正極・負極の利用率を算出することができるため、これにより、種々の劣化現象（たとえば、正極活物質自体の容量劣化、負極活物質自体の容量劣化や正極・負極上における副反応、抵抗劣化、可逆なＬｉイオンの減少等）のうちから、該当する劣化現象を推定することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮと、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡとを算出し、ＣＲＥＳ＿ＣＡ＞ＣＲＥＳ＿ＡＮである場合に、正極が満充電状態となるまで充電を行なうと、負極が過充電状態となってしまうと判断し、充電上限電圧を下げる制御を行うため、より適切に、負極が過充電状態となってしまうとことを防止することができる。
【００６８】
なお、上述の実施形態において、二次電池４０は本発明の電池に、ＡＥセンサ２０は本発明のアコースティックエミッション検出手段に、バッテリコントローラ１０は本発明の信号増大検知手段、記憶手段、判断手段、充放電制御手段、第１劣化判定手段、充放電レート制御手段および第２劣化判定手段に、それぞれ相当する。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７０】
たとえば、上述した実施形態では、ステップＳ８において第１の劣化判定処理を行なうとともに、ステップＳ９において第２の劣化判定処理を行なうような構成を例示したが、第１の劣化判定処理および第２の劣化判定処理のいずれか一方のみを行なうような構成としてもよいし、あるいは、第１の劣化判定処理および第２の劣化判定処理のいずれも行なわないような構成としてもよい。また、上述した実施形態では、第１の劣化判定処理を行なった後に、第２の劣化判定処理を行なうような構成としたが、第２の劣化判定処理を行なった後、第１の劣化判定処理を行なうような構成としてもよいし、第１の劣化判定処理および第２の劣化判定処理を同時に行なうような構成としてもよい。
【００７１】
また、上述した実施形態では、第１の劣化判定処理を行なう際には、グラファイト系活物質の充放電領域に関係なく、第１の劣化判定処理を行なうような構成としたが、特定の充放電領域にある場合にのみ（たとえば、第３領域のみ）、第１の劣化判定処理を行なうような構成としてもよい。このように、特定の充放電領域にある場合にのみ、第１の劣化判定処理を行なうことにより、得られる劣化状態のデータの安定度を高めることができ、これにより、劣化状態の検出精度を高めることができる。
【００７２】
同様に、上述した実施形態では、第２の劣化判定処理を行なう際には、グラファイト系活物質の充放電領域に関係なく、第２の劣化判定処理を行なうような構成としたが、特定の充放電領域にある場合にのみ（たとえば、第３領域から第４領域に変化した場合のみ）、第２の劣化判定処理を行なうような構成としてもよい。このように、特定の充放電領域にある場合にのみ、第２の劣化判定処理を行なうことにより、同様に、得られる劣化状態のデータの安定度を高めることができ、これにより、劣化状態の検出精度を高めることができる。
【００７３】
さらに、上述した実施形態では、第２の劣化判定処理において、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮと、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡとを比較し、ＣＲＥＳ＿ＣＡ＞ＣＲＥＳ＿ＡＮである場合に、充電上限電圧を下げる制御を行うような構成としたが、残存電池容量をＣＲＥＳ＿ＡＮに設定し、ＣＲＥＳ＿ＡＮ以上に充電されないような制御を行うような構成としてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態では、一つの二次電池４０のみからなる電池制御システムを例示して説明したが、本発明の電池制御装置は、複数の二次電池４０からなる電池モジュールについてももちろん適用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…バッテリコントローラ
２０…アコースティックエミッションセンサ
３０…充放電装置
４０…二次電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭素材料はリチウムイオン二次電池の負極活物質、燃料電池の水素吸蔵材料などエネルギー貯蔵材料としての利用が非常に注目されている。たとえば、リチウムイオン二次電池の負極活物質として広く用いられているグラファイトは、過充電により負極表面に金属リチウムが析出したり、電解液の反応が促進されたりということが原因で安全性、寿命が損なわれる可能性があることが知られており、そのため、精度良く充電状態を把握し、充電を制御する必要がある。このような観点の下、電池内部で起こっている現象を、アコースティックエミッション信号を測定することにより検出する研究が進んでおり、グラファイトの充放電領域の遷移に伴いアコースティックエミッション信号の発生回数が増大することが見出されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Damage detection of graphite electrode in lithium ion battery by acoustic emission” , The 20th International Acoustic Emission Symposium, (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、負極活物質としてのグラファイトの充放電領域の遷移が起こる際にアコースティックエミッション信号の発生回数が増大することが開示されているのみであり、グラファイトの充放電領域の遷移を検出できたとしても、実際の充電、放電におけるどの充放電領域に遷移したかを検出することができず、そのため、電池状態を適切に判断することができないという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、負極活物質の充放電領域の遷移を適切に検出可能な電池制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電池内部から発生するアコースティックエミッション信号から、アコースティックエミッション信号が増大したことを検知し、アコースティックエミッション信号が増大した場合に、予め取得した負極活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点とアコースティックエミッション信号の発生との関係を示す情報に基づいて、電池の負極活物質の充放電領域を判断することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、予め取得した負極活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点とアコースティックエミッション信号の発生との関係を示す情報を用いて、負極活物質の充放電領域の遷移を判定することができるため、負極活物質の充放電領域を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る電池制御システムを示す構成図である。
【図２】図２は、負極活物質の一例としてのグラファイト系活物質の電極電位と、アコースティックエミッション信号の発生頻度との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、負極活物質の一例としてのグラファイト系活物質／Ｌｉメタルの充電プロファイルと充放電領域との関係を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態の電池制御システムの動作例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施形態の第１の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図６（Ａ）は、劣化前の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルの一例を示す図、図６（Ｂ）は、劣化後の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルの一例を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態の第２の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、バッテリコントローラ１０に記憶されている負極電位および正極電位の関係の一例を示す図である。
【図９】図９は、正極および負極の間でリチウムイオンのバランスズレが発生した場合における、正極電位および負極電位の関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、正極および負極の間でリチウムイオンのバランスズレが発生した場合における、正極電位および負極電位の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る電池制御システムを示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る電池制御システムは、二次電池４０を制御するためのシステムであり、バッテリコントローラ１０と、アコースティックエミッションセンサ２０と、充放電装置３０とを備えている。
【００１１】
二次電池４０は、たとえば、リチウムイオン二次電池であり、負極活物質として、リチウムイオンの挿入・脱離に伴って充放電電位が段階的に変化する複数の充放電領域を有する活物質を用いたものが挙げられる。本実施形態では、このようなリチウムイオンの挿入・脱離に伴って充放電電位が段階的に変化する複数の充放電領域を有する活物質として、グラファイト構造を含有するグラファイト系活物質が好適であり、そのため、以下においては、グラファイト系活物質を用いた場合を例示して説明を行なうが、このようなリチウムイオンの挿入・脱離に伴って充放電電位が段階的に変化する複数の充放電領域を有する活物質としては、グラファイト系活物質に特に限定されるものではない。また、正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物などのリチウムイオン二次電池用の正極活物質として公知のものを限定なく用いることができる。
【００１２】
充放電装置３０は、二次電池４０の充放電を行なうための装置であり、バッテリコントローラ１０からの指令に基づき、二次電池４０の充電および放電を行なう。
【００１３】
アコースティックエミッションセンサ２０（以下、「ＡＥセンサ２０」とする。）は、二次電池４０内部から発生するアコースティックエミッション信号（以下、「ＡＥ信号」とする。）を検出するためのセンサであり、図１に示すように二次電池４０に接触した状態で設置される。ＡＥセンサ２０としては、二次電池４０内部の構成物の構造変化に伴って発生する信号に対応する周波数帯を検出可能なセンサであればよく、特に限定されない。
【００１４】
バッテリコントローラ１０は、ＡＥセンサ２０からの出力に基づき、二次電池４０の充電状態を検出するための装置である。
【００１５】
ここで、図２に、二次電池４０の負極を構成する負極活物質として、グラファイト構造を含有するグラファイト系活物質を用いた場合における、負極の充放電プロファイルと、二次電池４０内部から発生したＡＥ信号の発生頻度との関係を示す。なお、図２中においては、負極の充放電プロファイルを実線で、ＡＥ信号の発生頻度を棒グラフでそれぞれ示した。また、図２においては、左側の縦軸は、時間に対する負極の電極電位（ｖ．ｓ．Ｌｉ）を、右側の縦軸は、ＡＥ信号の発生頻度（１時間あたりの発生回数）を、それぞれ示している。また、本実施形態においては、負極の電極電位が低くなる方向を「充電」とし、負極の電極電位が高くなる方向を「放電」として、以下、説明を行なう。
【００１６】
図３からも確認できるように、負極活物質としてグラファイト系活物質を使用した場合には、充放電容量に対する電圧変化率の異なる複数の充放電領域を有しており、これにより、負極活物質としてグラファイト系活物質は、二次電池の充放電に伴って、段階的に充放電領域が変化していくことが知られている。具体的には、図３に破線で囲って示すように、負極電位０．２１Ｖ付近において、第１領域から第２領域へと遷移し、負極電位０．１３Ｖ付近において、第２領域から第３領域へと遷移し、さらに、負極電位０．０８Ｖ付近において、第３領域から第４領域へと遷移することが知られている。そして、図３に示すように、このような負極活物質としてグラファイト系活物質においては、図３に破線で囲って示すように、充放電領域が遷移する際に、充放電曲線の変曲点Ｐ（充放電容量に対する電圧変化率が大きく変化する点）が観測されることとなる。なお、この負極電位の低下は、充放電レートや、使用する電解質の種類等によって、若干変化する場合がある。そして、図２からも確認できるように、二次電池４０内部から発生するＡＥ信号は、図２に破線で囲って示すように、このようなグラファイト系活物質の充放電領域の遷移による変曲点Ｐにおいて、その発生頻度が増大するという関係にある。なお、この理由としては、たとえば、充放電領域の遷移により、変曲点Ｐにおいて、グラファイト系活物質のステージ構造の変化などグラファイト系活物質内部で何らかの構造変化が発生することに起因すると考えられる。
【００１７】
そして、バッテリコントローラ１０は、このような図２に示すようなＡＥ信号の発生頻度と、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点Ｐとの関係を予め記憶しており、また、このようなＡＥセンサ２０からの出力に基づき、このようなＡＥ信号の発生頻度の増大の検出を行う。そして、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、予め記憶されたＡＥ信号の発生頻度と、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点Ｐの関係を参照し、ＡＥ信号の発生頻度の増大が、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点Ｐによるものか否かの判定を行なうことで、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移を検出し、これにより、充放電領域の判別を行なうものである。すなわち、現在の充放電領域が、図３に示す第１領域〜第４領域のいずれの領域であるかの判別を行なうものである。
【００１８】
具体的には、バッテリコントローラ１０は、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移に基づく、ＡＥ信号の発生頻度の増大が発生した発生回数を、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥとして記憶している。そして、バッテリコントローラ１０は、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合に、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された際における二次電池４０の状態が、充電中であった場合には、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させる。すなわち、たとえば、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出される前におけるＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが２であった場合には、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させ、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変更する。一方、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合に、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された際における二次電池４０の状態が、放電中であった場合には、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを−１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させる。すなわち、たとえば、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出される前におけるＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが２であった場合には、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させ、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１に変更する。なお、二次電池４０が充電中であるか、あるいは、放電中であるかを検出する方法としては、たとえば、二次電池４０に流れる電流を検出する方法や、二次電池４０の電圧の変化を検出する方法など、公知の方法を特に制限なく使用することができる。
【００１９】
たとえば、図３に示す場面において、二次電池４０の使用開始時から、二次電池４０の充電を行なった場合を例示して説明を行なう。なお、本実施形態では、二次電池４０の使用開始時（完全放電状態）においては、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０に設定する。図３に示すように、充電開始後、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第１領域から第２領域に変化し、この充放電領域の遷移に起因するＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、バッテリコントローラ１０は、二次電池４０は充電中であるため、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させる。そして、この場合には、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出される前のＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥは、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０であったため、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１に変更する。
【００２０】
そして、さらに二次電池４０の充電が進み、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第２領域から第３領域に変化し、この充放電領域の遷移に起因するＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、バッテリコントローラ１０は、二次電池４０は充電中であるため、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させる。そして、この場合には、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出される前のＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥは、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１であったため、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２に変更する。同様に、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第３領域から第４領域に変化した場合にも、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２から、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変更する。
【００２１】
一方、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第４領域にあり、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３である場合に、充電から放電への切り替えが行なわれ、放電開始後、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第４領域から第３領域に変化し、この充放電領域の遷移に起因するＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、バッテリコントローラ１０は、二次電池４０は放電中であるため、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを−１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させる。すなわち、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３から、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２に変更する。さらに二次電池４０の放電が進み、同様に、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第３領域から第２領域、さらには第２領域から第１領域に変化した場合にも、バッテリコントローラ１０は、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２からＣｏｕｎｔＡＥ＝１、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１からＣｏｕｎｔＡＥ＝０に、それぞれ変更する。
【００２２】
このように、本実施形態においては、二次電池４０の使用開始時におけるＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０に設定しておき、二次電池４０の使用開始時から、ＡＥ信号の発生頻度の増大の検出を継続して行い、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合に、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを、＋１（充電中）、あるいは、−１（放電中）とする処理を繰り返すことにより、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域を適切に把握することができる。すなわち、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０である場合には、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域は、第１領域であると判断することができ、同様に、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１である場合には、第２領域であり、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２である場合には、第３領域であり、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３である場合には、第４領域であると判断することができる。
【００２３】
このように本実施形態においては、二次電池４０の使用開始時におけるＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０に設定しておき、二次電池４０の使用開始時から、ＡＥ信号の発生頻度の増大の検出を継続して行うことで、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移を適切に把握するものである。その一方で、データ消失等の理由により、このようなＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥのカウントを継続して行なうことができなくなる場合等も考えられるが、このような場合には、一度、二次電池４０を完全放電状態とし、これにより負極の充放電領域を、図３に示す第１領域とし、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０にリセットする方法などにより、再度、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移を適切に把握することができる。
【００２４】
また、図３に示すように、たとえば、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が、第４領域（すなわち、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３）であり、かつ、二次電池４０が充電中である場面を考えた場合、この場面において、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された場合には、コントローラ１０は、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させることにより、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３から、ＣｏｕｎｔＡＥ＝４に変更することとなる。この場合には、図３に示すように、負極活物質としてのグラファイト系活物質が、第４領域を超えてさらに充電されてしまい、このように、第４領域を超えてさらに充電が進んでしまうと、負極が過充電状態となってしまうおそれがある。そのため、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥの値がＣｏｕｎｔＡＥ＝４となった場合には、バッテリコントローラ１０は、負極が過充電状態となってしまうことを防止するために、充放電装置３０に、二次電池４０の充電を終了させるための信号を送り、これにより二次電池４０の充電を終了させる。
【００２５】
また、コントローラ１０は、上述したＡＥ信号に基づく、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の判別に加えて、二次電池４０の劣化判定も行なう。コントローラ１０による、具体的な劣化判定方法については後述する。
【００２６】
次いで、本実施形態の動作例を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】
まず、ステップＳ１では、ＡＥセンサ２０によって、二次電池４０内部から発生するＡＥ信号を検出する処理が行われる。そして、ＡＥセンサ２０による検出結果は、バッテリコントローラ１０により取得される。
【００２８】
次いで、ステップＳ２では、バッテリコントローラ１０により、ＡＥセンサ２０により検出された二次電池４０内部からのＡＥ信号の発生頻度が増大しているか否かの判断が行なわれる。たとえば、バッテリコントローラ１０は、ステップＳ１において繰り返し取得したＡＥセンサ２０による検出結果に基づいて、二次電池４０内部からのＡＥ信号の発生頻度が急上昇したと判断される場合には、ＡＥ信号の発生頻度が増大していると判定することができる。そして、この場合には、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移が行なわれたと判断して、ステップＳ３に進む。一方、ＡＥ信号の発生頻度の急上昇が認められず、ＡＥ信号の発生頻度の増大が認められない場合には、ステップＳ１に戻り、ＡＥ信号の発生頻度の増大が認められるまで、ステップＳ１，Ｓ２を繰り返し実行する。
【００２９】
ステップＳ２において、ＡＥ信号の発生頻度の増大が認められた場合には、ステップＳ３に進み、ステップＳ３では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０が充電中であるか、あるいは放電中であるかの判定が行なわれる。そして、二次電池４０が充電中である場合にはステップＳ４に進み、一方、二次電池４０が放電中である場合にはステップＳ７に進む。
【００３０】
ステップＳ３において、二次電池４０が充電中であると判定された場合にはステップＳ４に進み、ステップＳ４では、バッテリコントローラ１０は、充電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出されたと判断し、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを＋１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させる。たとえば、バッテリコントローラ１０は、図３に示す例において、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２であった場合には、ＣｏｕｎｔＡＥを１増加させて、ＣｏｕｎｔＡＥ＝３とし、これにより、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第３領域から第４領域へと変化したと判定する。
【００３１】
そして、ステップＳ５では、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが、ＣｏｕｎｔＡＥ＝４であるか否かの判定が行なわれる。ＣｏｕｎｔＡＥ＝４である場合には、コントローラ１０は、負極活物質としてのグラファイト系活物質が、第４領域を超えてさらに充電されていると判断し、ステップＳ６に進み、負極が過充電状態となってしまうことを防止するために、充放電装置３０に、二次電池４０の充電を終了させるための信号を送り、これにより二次電池４０の充電を終了させる処理が実行され、次いで、ステップＳ８に進む。あるいは、ＣｏｕｎｔＡＥ＝４でない場合には、二次電池４０の充電を終了させる処理を行なうことなく、ステップＳ８に進む。
【００３２】
一方、ステップＳ３において、二次電池４０が放電中であると判定された場合にはステップＳ７に進み、ステップＳ７では、バッテリコントローラ１０は、放電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出されたと判断し、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを−１とし、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させて、ステップＳ８に進む。たとえば、バッテリコントローラ１０は、図３に示す例において、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２であった場合には、ＣｏｕｎｔＡＥを１減少させて、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１とし、これにより、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が第３領域から第２領域へと変化したと判定し、ステップＳ８に進む。
【００３３】
次いで、ステップＳ８では、バッテリコントローラ１０により、第１の劣化判定処理が実行される。図５に、第１の劣化判定処理のフローチャートを示す。第１の劣化判定処理は、負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域（図３に示す第１領域〜第４領域）における充放電容量を算出し、算出した充放電容量に基づいて、二次電池４０の劣化を判定する処理である。
【００３４】
まず、図５に示すステップＳ８０１では、バッテリコントローラ１０により、充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出したか否かの判定が行なわれる。すなわち、今回処理時において、充電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合であり、かつ、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際にも、充電中であった場合や、逆に、今回処理時において、放電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合であり、かつ、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際にも、放電中であった場合には、充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出したと判定し、ステップＳ８０２に進み、以下に説明する第１の劣化判定処理を実行する。すなわち、本実施形態では、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを２回連続して＋１とした場合や、逆に、２回連続して−１とした場合には、ステップＳ８０２に進む。
【００３５】
たとえば、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際に、充電中であり、そのため、ＣｏｕｎｔＡＥ＝０からＣｏｕｎｔＡＥ＝１とし、さらに、今回処理時において、充電中にＡＥ信号の発生頻度の増大を検出し、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１からＣｏｕｎｔＡＥ＝２とした場合には、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出してから、今回処理時において、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出するまでに、第２領域の最初から最後まで、充電を行なっていることとなり、そのため、第２領域における充電容量を算出することが可能となる。また、同様の理由より、第２領域以外の各充放電領域についても、充電容量の算出や、さらには放電容量の算出が可能となる。そのため、本実施形態では、このような場合には、各充放電領域における充放電容量を算出することができると判断し、ステップＳ８０２に進み、以下に説明する第１の劣化判定処理を実行する。
【００３６】
一方、今回処理時において、充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出しなかったと判定された場合には、以下に説明する第１の劣化判定処理を実行することなく、図４に示すステップＳ９に進む。すなわち、今回処理時において、充電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した一方で、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際には、放電中であった場合や、逆に、今回処理時において、放電中に、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した一方で、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際には、充電中であった場合には、第１の劣化判定処理を実行することなく、図４に示すステップＳ９に進む。すなわち、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際には＋１とし、今回処理時は−１とした場合、あるいは、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した際には−１とし、今回処理時は＋１とした場合には、第１の劣化判定処理を実行することなく、図４に示すステップＳ９に進む。このような場合には、上述した充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出した場合とは異なり、各充放電領域における充放電容量の算出を行なうことができないため、適切に第１の劣化判定処理を実行することができない。そのため、本実施形態では、このような場合には、第１の劣化判定処理を実行することなく、図４に示すステップＳ９に進むこととする。
【００３７】
ステップＳ８０１において、充電中または放電中に、連続して、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出したと判定された場合には、ステップＳ８０２に進み、ステップＳ８０２では、前回ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出してから、今回処理時において、ＡＥ信号の発生頻度の増大を検出するまでにおける、二次電池４０の実際の充放電容量ＣＢＡＴの算出を行なう。二次電池４０の実際の充放電容量ＣＢＡＴの算出方法としては、特に限定されないが、たとえば、電流積算による方法など公知の方法を制限なく用いることができる。
【００３８】
次いで、ステップＳ８０３では、上述したステップＳ８０２で算出した実際の充放電容量ＣＢＡＴが、負極活物質としてのグラファイト系活物質のいずれの充放電領域における充放電容量に相当するかを判定する処理が行なわれる。具体的には、今回処理時における変更前のＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを検出し、検出したＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥに基づいて、いずれの充放電領域における充放電容量に相当するかを判定する。すなわち、たとえば、今回処理時において、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１からＣｏｕｎｔＡＥ＝２とした場合には、変更前のＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥは、ＣｏｕｎｔＡＥ＝１であるため、この場合には、二次電池４０の実際の充放電容量ＣＢＡＴが、第２領域における充放電容量であると判定することができる。
【００３９】
次いで、ステップＳ８０４では、バッテリコントローラ１０により、バッテリコントローラ１０も予め記憶された劣化前の二次電池４０の充放電情報を参照することで、対応する充放電領域における劣化前の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電容量を、劣化前の充放電容量ＣＲＥＦとして読み出す処理が行なわれる。たとえば、ステップＳ８０３において、ステップＳ８０２で算出された実際の充放電容量ＣＢＡＴが、第２領域における充放電容量であると判定された場合には、劣化前の充放電容量ＣＲＥＦとして、同じ第２領域における充放電容量が読み出される。ここで、図６（Ａ）に、劣化前の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルの一例を、図６（Ｂ）に、劣化後の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルの一例を、それぞれ示す。本実施形態においては、バッテリコントローラ１０は、劣化前の二次電池４０の充放電情報として、図６（Ａ）に示すような劣化前の負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電プロファイルおよび各充放電領域の充放電容量を予め記憶しており、バッテリコントローラ１０は、これに基づいて、劣化前の充放電容量ＣＲＥＦの読み出しを行なう。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）中においては、上述した図２と同様に、グラファイト系活物質の充放電領域の遷移による充放電曲線の変曲点Ｐを破線で囲って示している。
【００４０】
次いで、ステップＳ８０５では、バッテリコントローラ１０により、ステップＳ８０２で算出した実際の充放電容量ＣＢＡＴと、ステップＳ８０４で算出した劣化前の充放電容量ＣＲＥＦとを比較することで、二次電池４０の劣化度Ｄ１を判定する処理が行なわれる。ここで、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、負極活物質としてのグラファイト系活物質は、充放電に伴い劣化していき、図６（Ａ）に示す劣化前の状態から、図６（Ｂ）に示すような劣化後の状態に徐々に変化していくこととなる。すなわち、充放電に伴い劣化してき、徐々に充放電可能な容量が減少していくこととなる。これに対して、ステップＳ８０５では、たとえば、図６（Ｂ）に示すような劣化後の（現在の）二次電池４０を構成する負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量と、図６（Ａ）に示す劣化前のグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量とを比較することで、二次電池４０の劣化度Ｄ１を判定する。
【００４１】
たとえば、ステップＳ８０２で算出した実際の充放電容量ＣＢＡＴと、劣化前の充放電容量ＣＲＥＦとに基づき、劣化度Ｄ１＝ＣＢＡＴ／ＣＲＥＦにしたがって、劣化度を算出することができる。なお、この場合においては、劣化度Ｄ１が小さいほど、二次電池４０は劣化していると判断することができる。
【００４２】
あるいは、実際の充放電容量ＣＢＡＴとして、複数の充放電領域における充放電容量が算出されている場合には、複数の充放電領域における充放電容量ＣＢＡＴに基づいて、劣化度Ｄ１を求めるような構成としてもよい。たとえば、図６（Ｂ）に示すように、第２領域における実際の充放電容量ＣＢＡＴをＣＢＡＴ＿２ｎｄとし、第３領域における実際の充放電容量ＣＢＡＴをＣＢＡＴ＿３ｒｄとし、さらに、図６（Ａ）に示すように、第２領域における劣化前の充放電容量ＣＲＥＦをＣＲＥＦ＿２ｎｄとし、第３領域における実際の充放電容量ＣＲＥＦをＣＲＥＦ＿３ｒｄとした場合に、それぞれの比、Ｄ２ｎｄ＝ＣＢＡＴ＿２ｎｄ／ＣＲＥＦ＿２ｎｄ、Ｄ３ｒｄ＝ＣＢＡＴ＿３ｒｄ／ＣＲＥＦ＿３ｒｄを算出し、これらに基づいて、劣化度Ｄ１を求めてもよい。すなわち、たとえば、Ｄ２ｎｄとＤ３ｒｄとを単純平均あるいは重み付け平均することにより平均値を求め、これを劣化度Ｄ１としてもよいし、あるいは、Ｄ２ｎｄとＤ３ｒｄとのうち、より値の小さい方（容量減少率が大きい方）を劣化度Ｄ１としてもよい。さらには、ＣＢＡＴ’＝ＣＢＡＴ＿２ｎｄ／ＣＢＡＴ＿３ｒｄ、ＣＲＥＦ’＝ＣＲＥＦ＿２ｎｄ／ＣＲＥＦ＿３ｒｄを算出し、さらに、これらの比ＣＢＡＴ’／ＣＲＥＦ’を求め、これを劣化度Ｄ１としてもよい。なお、この場合においても、劣化度Ｄ１が小さいほど、二次電池４０は劣化していると判断することができる。
【００４３】
次いで、ステップＳ８０６では、バッテリコントローラ１０により、ステップＳ８０５で算出した劣化度Ｄ１に応じて、二次電池４０の最大充放電レートを設定するための処理が行なわれる。二次電池４０の最大充放電レートは、たとえば、劣化前における二次電池４０の最大充放電レートを、ＰＭＡＸとした場合に、Ｄ１×ＰＭＡＸで算出することができる。そして、バッテリコントローラ１０は、設定した最大充放電レートを、充放電装置３０に送信し、これにより、二次電池４０の最大充放電レートを、劣化度Ｄ１に応じて制限する。
【００４４】
以上のようにして、第１の劣化判定処理は実行される。
【００４５】
そして、第１の劣化判定処理が終了すると、図４に示すステップＳ９に進み、ステップＳ９では、第２の劣化判定処理が実行される。図７に、第２の劣化判定処理のフローチャートを示す。第２の劣化判定処理は、二次電池４０を構成する正極または負極が容量劣化したり、正極または負極上で副反応が起こることにより、正極および負極の間で発生する「リチウムイオンのバランスズレ」に基づく劣化を判定するための処理である。
【００４６】
まず、ステップＳ９０１では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０の開回路電圧を検出するための処理が行われる。二次電池４０の開回路電圧を検出するための方法としては、公知の方法を制限なく使用することができる。たとえば、二次電池４０に印加される電流値および電圧値のデータを複数検出し、検出した複数の電流値および電圧値のデータから、二次電池４０の開回路電圧を検出する方法や、あるいは、充放電により二次電池４０に流れる電流を積算する処理を行ない、予め測定した無負荷状態における二次電池４０の開回路電圧から、電流積算に基づいて算出される電圧の変位量ΔＶの値を加減する方法などが挙げられる。あるいは、二次電池４０の充放電を中止し、二次電池４０を無負荷状態として、二次電池４０の開回路電圧を検出するような方法を採用してもよい。
【００４７】
次いで、ステップＳ９０２では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０の負極電位を推定する処理が行なわれる。具体的には、バッテリコントローラ１０は、上述したステップＳ２において、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出され、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域が遷移した際における、負極電位を推定する。なお、負極活物質としてのグラファイト系活物質が、異なる充放電領域に遷移する際の電位は予め決まっているものであり、そのため、バッテリコントローラ１０に、負極活物質としてのグラファイト系活物質が、各充放電領域に遷移する際の電位のデータを予め記憶させておき、記憶されたデータを参照することにより、負極電位を推定することができる。たとえば、図８に示すように、第１領域から第２領域に変化する際の負極電位をＶＡＮ＿１、第２領域から第３領域に変化する際の負極電位をＶＡＮ＿２、第３領域から第４領域に変化する際の負極電位をＶＡＮ＿３として、記憶することができる。なお、図８は、バッテリコントローラ１０に記憶されている負極電位および正極電位の関係の一例を示す図であり、図８に示すように、バッテリコントローラ１０は、負極電位のデータに加えて、対応する正極電位のデータも記憶している。なお、図８中においては、上述した図３と同様に、グラファイト系活物質の充放電領域の遷移による充放電曲線の変曲点Ｐを破線で囲って示している。
【００４８】
たとえば、グラファイト系活物質の充放電領域が、第３領域から第４領域へと変化した場合、すなわち、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２からＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変化した場合には、図８に示すように、第３領域から第４領域へと変化する際の負極電位ＶＡＮ＿３を、二次電池４０の負極電位として採用することができる。
【００４９】
なお、図８に示すデータは、二次電池４０が劣化する前におけるデータであり、たとえば、二次電池４０が劣化していない状態においては、負極電位ＶＡＮ＿１であるときは、正極電位はＶＣＡ＿１であり、同様に、負極電位ＶＡＮ＿２であるときは、正極電位はＶＣＡ＿２、負極電位ＶＡＮ＿３であるときは、正極電位はＶＣＡ＿３となる。また、二次電池４０の開回路電圧（電池電圧）は、「開回路電圧（電池電圧）＝正極電位−負極電位」で求められるため、負極電位ＶＡＮ＿１であるときにおける開回路電圧（電池電圧）は、ＶＣＡ＿１−ＶＡＮ＿１で求められ、同様に、負極電位ＶＡＮ＿２であるときにおける開回路電圧（電池電圧）は、ＶＣＡ＿２−ＶＡＮ＿２で求められ、負極電位ＶＡＮ＿３であるときにおける開回路電圧（電池電圧）は、ＶＣＡ＿３−ＶＡＮ＿３で求められる。
【００５０】
ステップＳ９０３では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０の正極電位の推定が行なわれる。具体的には、バッテリコントローラ１０は、ステップＳ９０１で検出した二次電池４０の開回路電圧に、ステップＳ９０２で検出した負極電位を加えることで、二次電池４０の正極電位を推定する。すなわち、「正極電位＝開回路電圧（電池電圧）＋負極電位」にしたがって、正極電位を推定する。
【００５１】
次いで、ステップＳ９０４では、バッテリコントローラ１０により、二次電池４０を構成する正極および負極の間で発生する「リチウムイオンのバランスズレ」に基づく劣化を判定し、これに基づいて、二次電池４０を構成する正極・負極の利用率を推定する。
【００５２】
ここで、図９は、リチウムイオンのバランスズレが発生した場合における、正極電位および負極電位の関係の一例を示す図である。なお、図９中においても、上述した図３と同様に、充放電領域の遷移による充放電曲線の変曲点Ｐを破線で囲って示している。たとえば、図９に示す例において、グラファイト系活物質の充放電領域が、第３領域から第４領域へと変化した場合、すなわち、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２からＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変化した場合には、負極電位はＶＡＮ＿３である。また、この場合において、二次電池４０に劣化が発生していない場合には、正極電位はＶＣＡ＿３となることとなる（図８参照）。しかしその一方で、リチウムイオンのバランスズレに基づく劣化が発生し、その結果として、図９に示すように、「正極電位＝開回路電圧（電池電圧）＋負極電位」にしたがって、正極電位を推定した結果、得られた正極電位はＶＣＡ＿３ではなく、ＶＣＡ＿３よりも高いＶｘ１となったとする。
【００５３】
このような場合には、図９に示すように、充電時について考えると、負極が満充電に達するよりも大分手前で、正極が満充電に達してしまい、この場合には、負極の高ＳＯＣ側（満充電側）が利用されないこととなる。また、同様に、放電時について考えると、正極が完全放電に達するよりも大分手前で、負極が完全放電してしまい、この場合には、正極の低ＳＯＣ側（完全放電側）が利用されないこととなる。そして、このように、正極と負極のリチウムイオンのバランスにズレが生じ、負極の高ＳＯＣ側および正極の低ＳＯＣ側が利用されないことにより、二次電池４０の容量が低下してしまうこととなる。
【００５４】
これに対して、ステップＳ９０４では、ステップＳ９０１で検出した二次電池４０の開回路電圧（電池電圧）と、ステップＳ９０２で推定された負極電位とに基づいて、正極と負極のリチウムイオンのバランスズレを検出する。具体的には、たとえば、図８、図９に示すように、ステップＳ９０２で推定された負極電位がＶＡＮ＿３である場合には、劣化前の二次電池４０の正極電位はＶＣＡ＿３となり、そのため、劣化前の二次電池４０の開回路電圧（電池電圧）は「ＶＣＡ＿３−ＶＡＮ＿３」となる。その一方で、図９に示すように、実際の（劣化後の）二次電池４０において、負極電位がＶＡＮ＿３であり、正極電位がＶＸ１である場合には、劣化後の二次電池４０の開回路電圧は「ＶＸ１−ＶＡＮ＿３」となる。そのため、本実施形態では、劣化後の二次電池４０の開回路電圧と、劣化前の二次電池４０の開回路電圧との差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」を算出し、差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」と、図８、図９に示すバッテリコントローラ１０に記憶されている負極電位および正極電位の関係に基づいて、正極と負極のリチウムイオンのバランスズレを検出する。そして、差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」がプラスである場合には、図９に示すように、負極のＳＯＣよりも、正極のＳＯＣの方が高くなるような方向に、リチウムイオンのバランスズレが発生することとなる。また、差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」の絶対値が大きいほど、リチウムイオンのバランスズレは大きく、一方、差分「ＶＸ１−ＶＣＡ＿３」の絶対値が小さいほど、リチウムイオンのバランスズレは小さくなる傾向にある。
【００５５】
あるいは、ステップＳ９０４では、ステップＳ９０２で推定された負極電位およびステップＳ９０３で推定された正極電位に基づいて、負極のＳＯＣおよび正極のＳＯＣを求め、これらのズレを、正極と負極のリチウムイオンのバランスズレとして検出するような構成としてもよい。この場合において、負極のＳＯＣとしては、たとえば、バッテリコントローラ１０に、各充放電領域における充放電領域遷移時のＳＯＣのデータを予め記憶させておき、このようなデータを用いて求めることができる。また、正極のＳＯＣとしては、バッテリコントローラ１０に、正極電位とＳＯＣとの関係を示すデータを予め記憶させておき、このようなデータを用いて求めることができる。
【００５６】
そして、バッテリコントローラ１０は、検出された正極と負極のリチウムイオンのバランスズレに基づいて、正極・負極の利用率を推定する。
【００５７】
次いで、ステップＳ９０５に進み、Ｓ９０５〜Ｓ９０９において、正極および負極のリチウムイオンのバランスズレが発生していることに起因して、負極が過充電されてしまうことを防止するための処理が行なわれる。なお、以下においては、図１０に示す場面例を参照しながら説明を行なう。ここで、図１０は、リチウムイオンのバランスズレが発生した場合における、正極電位および負極電位の関係の一例を示す図である。
【００５８】
まず、ステップＳ９０５では、バッテリコントローラ１０により、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮの算出が行なわれる。なお、図１０には、グラファイト系活物質の充放電領域が、第３領域から第４領域へと変化した場面、すなわち、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥが、ＣｏｕｎｔＡＥ＝２からＣｏｕｎｔＡＥ＝３に変化した場面において、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮを算出する場合を例示して示している。なお、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮは、たとえば、バッテリコントローラ１０に予め記憶された負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量のデータから、求めることができる。あるいは、このようなデータに代えて、上述した第１の劣化判定処理（図５参照）において算出された、負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量のデータを用いてもよい。
【００５９】
次いで、ステップＳ９０６では、バッテリコントローラ１０により、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡの算出が行なわれる。なお、図１０においては、ステップＳ９０３において、正極電位として、負極電位であるＶＡＮ＿３に対応する電位であるＶＣＡ＿３ではなく、ＶＣＡ＿３よりも高いＶＸ２が算出された場合を例示して示している。なお、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡは、たとえば、バッテリコントローラ１０に予め記憶された正極活物質の電位と、充放電容量との関係を示すデータから求めることができる。
【００６０】
そして、ステップＳ９０７では、バッテリコントローラ１０により、ステップＳ９０５で算出した負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮと、ステップＳ９０６で算出した正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡとを比較する処理が行われ、ＣＲＥＳ＿ＣＡ＞ＣＲＥＳ＿ＡＮである場合には、ステップＳ９０８に進む。一方、ＣＲＥＳ＿ＣＡ≦ＣＲＥＳ＿ＡＮである場合には、ステップＳ９０９に進む。
【００６１】
ステップＳ９０８では、ＣＲＥＳ＿ＣＡ＞ＣＲＥＳ＿ＡＮである、すなわち、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡの方が、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮよりも大きいと判断され、この場合には、正極が満充電状態となるまで充電を行なうと、負極が過充電状態となってしまうおそれがある。そのため、このように負極が過充電状態となってしまうことを避けるため、コントローラ１０は、充放電装置３０に、充電上限電圧を下げるための指令を送出し、これにより充電上限電圧を下げる制御を実行し、第２の劣化判定処理を終了し、次いで、図４に示すステップＳ１に戻る。なお、この場合においては、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡと、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮとの差が大きいほど、充電上限電圧を低く設定するような構成とすることができる。
【００６２】
一方、ステップＳ９０９では、ＣＲＥＳ＿ＣＡ≦ＣＲＥＳ＿ＡＮである、すなわち、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮの方が、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡよりも大きいと判断され、この場合には、正極が満充電状態となるまで充電を行なっても、負極が過充電状態となるおそれがない。そのため、この場合には、上述したステップＳ９０８のような充電上限電圧を下げる制御を行うことなく、第２の劣化判定処理を終了し、次いで、図４に示すステップＳ１に戻る。
【００６３】
本実施形態の電池制御システムは、以上のように動作する。
【００６４】
本実施形態によれば、二次電池４０内部から発生するＡＥ信号の検出を行い、ＡＥ信号の発生頻度の増大が検出された際における、二次電池４０の状態が、充電中であるか、あるいは放電中であるかに基づいて、ＡＥ増大回数ＣｏｕｎｔＡＥを増減させこれにより、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域の遷移を判断するものであるため、適切に、負極活物質としてのグラファイト系活物質の充放電領域を把握することができる。また、負極中のグラファイト系活物質の充放電領域を適切に把握することが可能となることにより、たとえば、負極活物質としてのグラファイト系活物質が第４領域を超えてさらに充電されてしまうような場面を検出することができ、このような場合に、二次電池４０の充電を終了させることにより、負極において過充電が発生することを有効に防止することもできる。しかも、本実施形態によれば、このような判定を、非破壊で、かつ、適切に行なうことができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、負極活物質としてのグラファイト系活物質の各充放電領域における充放電容量ＣＢＡＴを算出し、算出した充放電容量と、劣化前の二次電池４０の対応する充放電領域における充放電容量ＣＲＥＦとを比較することにより、二次電池４０の劣化状態を適切に検出することができる。さらに、本実施形態によれば、このようにして検出された二次電池４０の劣化状態に基づき、二次電池４０の最大充放電レートを制御することにより、二次電池４０の充放電を劣化状態に応じて適切に行なうことが可能となる。
【００６６】
さらに、本実施形態によれば、正極および負極の間で発生するリチウムイオンのバランスズレを検出し、これにより、正極・負極の利用率を算出することができるため、これにより、種々の劣化現象（たとえば、正極活物質自体の容量劣化、負極活物質自体の容量劣化や正極・負極上における副反応、抵抗劣化、可逆なＬｉイオンの減少等）のうちから、該当する劣化現象を推定することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮと、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡとを算出し、ＣＲＥＳ＿ＣＡ＞ＣＲＥＳ＿ＡＮである場合に、正極が満充電状態となるまで充電を行なうと、負極が過充電状態となってしまうと判断し、充電上限電圧を下げる制御を行うため、より適切に、負極が過充電状態となってしまうとことを防止することができる。
【００６８】
なお、上述の実施形態において、二次電池４０は本発明の電池に、ＡＥセンサ２０は本発明のアコースティックエミッション検出手段に、バッテリコントローラ１０は本発明の信号増大検知手段、記憶手段、判断手段、充放電制御手段、第１劣化判定手段、充放電レート制御手段および第２劣化判定手段に、それぞれ相当する。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７０】
たとえば、上述した実施形態では、ステップＳ８において第１の劣化判定処理を行なうとともに、ステップＳ９において第２の劣化判定処理を行なうような構成を例示したが、第１の劣化判定処理および第２の劣化判定処理のいずれか一方のみを行なうような構成としてもよいし、あるいは、第１の劣化判定処理および第２の劣化判定処理のいずれも行なわないような構成としてもよい。また、上述した実施形態では、第１の劣化判定処理を行なった後に、第２の劣化判定処理を行なうような構成としたが、第２の劣化判定処理を行なった後、第１の劣化判定処理を行なうような構成としてもよいし、第１の劣化判定処理および第２の劣化判定処理を同時に行なうような構成としてもよい。
【００７１】
また、上述した実施形態では、第１の劣化判定処理を行なう際には、グラファイト系活物質の充放電領域に関係なく、第１の劣化判定処理を行なうような構成としたが、特定の充放電領域にある場合にのみ（たとえば、第３領域のみ）、第１の劣化判定処理を行なうような構成としてもよい。このように、特定の充放電領域にある場合にのみ、第１の劣化判定処理を行なうことにより、得られる劣化状態のデータの安定度を高めることができ、これにより、劣化状態の検出精度を高めることができる。
【００７２】
同様に、上述した実施形態では、第２の劣化判定処理を行なう際には、グラファイト系活物質の充放電領域に関係なく、第２の劣化判定処理を行なうような構成としたが、特定の充放電領域にある場合にのみ（たとえば、第３領域から第４領域に変化した場合のみ）、第２の劣化判定処理を行なうような構成としてもよい。このように、特定の充放電領域にある場合にのみ、第２の劣化判定処理を行なうことにより、同様に、得られる劣化状態のデータの安定度を高めることができ、これにより、劣化状態の検出精度を高めることができる。
【００７３】
さらに、上述した実施形態では、第２の劣化判定処理において、負極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＡＮと、正極の残存充電可能容量ＣＲＥＳ＿ＣＡとを比較し、ＣＲＥＳ＿ＣＡ＞ＣＲＥＳ＿ＡＮである場合に、充電上限電圧を下げる制御を行うような構成としたが、残存電池容量をＣＲＥＳ＿ＡＮに設定し、ＣＲＥＳ＿ＡＮ以上に充電されないような制御を行うような構成としてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態では、一つの二次電池４０のみからなる電池制御システムを例示して説明したが、本発明の電池制御装置は、複数の二次電池４０からなる電池モジュールについてももちろん適用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…バッテリコントローラ
２０…アコースティックエミッションセンサ
３０…充放電装置
４０…二次電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池内部から発生するアコースティックエミッション信号を検出するアコースティックエミッション検出手段と、
前記アコースティックエミッション信号が増大したことを検知する信号増大検知手段と、
負極活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点と前記アコースティックエミッション信号の発生との関係を示す情報を、充放電変曲点−信号発生情報として予め記憶している記憶手段と、
前記信号増大検知手段により前記アコースティックエミッション信号の増大を検知した場合に、前記充放電変曲点−信号発生情報に基づいて、前記電池の負極活物質の充放電領域を判断する判断手段と、を備えることを特徴とする電池制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池制御装置において、
前記判断手段は、前記アコースティックエミッション信号の増大が発生した回数を、信号増大回数としてカウントし、カウントした前記信号増大回数と、前記充放電変曲点−信号発生情報とに基づいて、前記負極活物質の充放電領域を判断することを特徴とする電池制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電池制御装置において、
前記判断手段は、前記電池が充電されている際に、前記アコースティックエミッション信号の増大を検知した場合には、前記信号増大回数を加算し、前記電池が放電されている際に、前記アコースティックエミッション信号の増大を検知した場合には、前記信号増大回数を減算することを特徴とする電池制御装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電池制御装置において、
前記判断手段は、前記信号増大回数のカウントを、前記電池の使用開始時から継続して行なうことを特徴とする電池制御装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の電池制御装置において、
前記電池の充放電を制御する充放電制御手段をさらに備え、
前記判断手段は、前記電池が充電されている際に、前記信号増大回数が、前記充放電変曲点−信号発生情報から定められる所定の規定値以上となった場合に、前記負極活物質の充放電領域が満充電の領域であると判断し、
前記充放電制御手段は、前記負極活物質の充放電領域が満充電の領域であると判断された場合に、前記電池の充電を終了させることを特徴とする電池制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の電池制御装置において、
前記電池の劣化を判定する第１劣化判定手段をさらに備え、
前記第１劣化判定手段は、
前記アコースティックエミッション信号の増大が１度検出された後、再度、前記アコースティックエミッション信号の増大が検出されるまでにおける、電池の充放電容量を、信号増大間容量とした場合に、
実際の電池における信号増大間容量と、前記充放電変曲点−信号発生情報から求められる劣化前の電池における信号増大間容量のうち、対応する充放電領域に基づく信号増大間容量と、を比較することで、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電池制御装置において、
前記第１劣化判定手段は、実際の電池における信号増大間容量のうち、特定の充放電領域に対応する信号増大間容量と、これに対応する劣化前の電池における信号増大間容量と、を比較することで、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電池制御装置において、
前記第１劣化判定手段は、実際の電池における信号増大間容量が、劣化前の電池における信号増大間容量と比較して小さくなるほど、前記電池の劣化が進行していると判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の電池制御装置において、
前記電池の充放電レートを制御する充放電レート制御手段をさらに備え、
前記充放電レート制御手段は、前記第１劣化判定手段により判定された前記電池の劣化の進行度合いに応じて、前記電池の充放電レートを補正することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の電池制御装置において、
前記電池の劣化を判定する第２劣化判定手段をさらに備え、
前記第２劣化判定手段は、
実際の電池において、前記アコースティックエミッション信号の増大が検知されたときの電池電圧と、前記充放電変曲点−信号発生情報から求められる、対応する充放電領域間における充放電曲線の変位が起こった場合における劣化前の電池電圧との差分を算出し、前記差分に基づいて、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電池制御装置において、
前記第２劣化判定手段は、特定の充放電領域間における充放電曲線の変位に対応するアコースティックエミッション信号の増大が発生した場合における、実際の電池の電池電圧と、これに対応する劣化前の電池における電池電圧とを比較することで、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の電池制御装置において、
前記第２劣化判定手段は、実際の電池において、前記アコースティックエミッション信号の増大が検知されたときの電池電圧から算出される容量と、これに対応する劣化前の電池における電池電圧から算出される容量との差に基づいて、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電池制御装置において、
前記第２劣化判定手段は、実際の電池における容量が、劣化前の電池における容量と比較して小さくなるほど、前記電池の劣化が進行していると判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１】
電池内部から発生するアコースティックエミッション信号を検出するアコースティックエミッション検出手段と、
前記アコースティックエミッション信号が増大したことを検知する信号増大検知手段と、
負極活物質の充放電領域の遷移に伴う充放電曲線の変曲点と前記アコースティックエミッション信号の発生との関係を示す情報を、充放電変曲点−信号発生情報として予め記憶している記憶手段と、
前記信号増大検知手段により前記アコースティックエミッション信号の増大を検知した場合に、前記充放電変曲点−信号発生情報に基づいて、前記電池の負極活物質の充放電領域を判断する判断手段と、を備えることを特徴とする電池制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池制御装置において、
前記判断手段は、前記アコースティックエミッション信号の増大が発生した回数を、信号増大回数としてカウントし、カウントした前記信号増大回数と、前記充放電変曲点−信号発生情報とに基づいて、前記負極活物質の充放電領域を判断することを特徴とする電池制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電池制御装置において、
前記判断手段は、前記電池が充電されている際に、前記アコースティックエミッション信号の増大を検知した場合には、前記信号増大回数を加算し、前記電池が放電されている際に、前記アコースティックエミッション信号の増大を検知した場合には、前記信号増大回数を減算することを特徴とする電池制御装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電池制御装置において、
前記判断手段は、前記信号増大回数のカウントを、前記電池の使用開始時から継続して行なうことを特徴とする電池制御装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の電池制御装置において、
前記電池の充放電を制御する充放電制御手段をさらに備え、
前記判断手段は、前記電池が充電されている際に、前記信号増大回数が、前記充放電変曲点−信号発生情報から定められる所定の規定値以上となった場合に、前記負極活物質の充放電領域が満充電の領域であると判断し、
前記充放電制御手段は、前記負極活物質の充放電領域が満充電の領域であると判断された場合に、前記電池の充電を終了させることを特徴とする電池制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の電池制御装置において、
前記電池の劣化を判定する第１劣化判定手段をさらに備え、
前記第１劣化判定手段は、
前記アコースティックエミッション信号の増大が１度検出された後、再度、前記アコースティックエミッション信号の増大が検出されるまでにおける、電池の充放電容量を、信号増大間容量とした場合に、
実際の電池における信号増大間容量と、前記充放電変曲点−信号発生情報から求められる劣化前の電池における信号増大間容量のうち、対応する充放電領域に基づく信号増大間容量と、を比較することで、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電池制御装置において、
前記第１劣化判定手段は、実際の電池における信号増大間容量のうち、特定の充放電領域に対応する信号増大間容量と、これに対応する劣化前の電池における信号増大間容量と、を比較することで、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電池制御装置において、
前記第１劣化判定手段は、実際の電池における信号増大間容量が、劣化前の電池における信号増大間容量と比較して小さくなるほど、前記電池の劣化が進行していると判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の電池制御装置において、
前記電池の充放電レートを制御する充放電レート制御手段をさらに備え、
前記充放電レート制御手段は、前記第１劣化判定手段により判定された前記電池の劣化の進行度合いに応じて、前記電池の充放電レートを補正することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の電池制御装置において、
前記電池の劣化を判定する第２劣化判定手段をさらに備え、
前記第２劣化判定手段は、
実際の電池において、前記アコースティックエミッション信号の増大が検知されたときの電池電圧と、前記充放電変曲点−信号発生情報から求められる、対応する充放電領域間における充放電曲線の変位が起こった場合における劣化前の電池電圧との差分を算出し、前記差分に基づいて、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電池制御装置において、
前記第２劣化判定手段は、特定の充放電領域間における充放電曲線の変位に対応するアコースティックエミッション信号の増大が発生した場合における、実際の電池の電池電圧と、これに対応する劣化前の電池における電池電圧とを比較することで、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の電池制御装置において、
前記第２劣化判定手段は、実際の電池において、前記アコースティックエミッション信号の増大が検知されたときの電池電圧から算出される容量と、これに対応する劣化前の電池における電池電圧から算出される容量との差に基づいて、前記電池の劣化状態を判定することを特徴とする電池制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電池制御装置において、
前記第２劣化判定手段は、実際の電池における容量が、劣化前の電池における容量と比較して小さくなるほど、前記電池の劣化が進行していると判定することを特徴とする電池制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８９４２３（Ｐ２０１３−８９４２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８１９０（Ｐ２０１１−２２８１９０）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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