特許 7017349 二次電池および電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-31

(45)【発行日】2022-02-08

(54)【発明の名称】二次電池および電源システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20220201BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20220201BHJP

   H01M 10/12 20060101ALI20220201BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 P

H01M10/04 Z

H01M10/12 M

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2017174699

(22)【出願日】2017-09-12

(65)【公開番号】P2019050168

(43)【公開日】2019-03-28

【審査請求日】2020-07-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】昭和電工マテリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】島田 康平

【審査官】坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１１８０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３５１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０７３５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２５０４７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０７７１６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／０１６１５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０３１８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４７００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０４９７７８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０１Ｍ ５０／５４３

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／１２

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

Ｈ０１Ｍ ５０／５２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセル室を有する電槽と、
各々の前記セル室内にそれぞれ配設され水系電解液に浸潤された電極群と、
各々の前記セル室内にそれぞれ配設され、前記電解液の電位を参照するための参照極と、
前記電極群間を接続する導電部材と、
を備え、
各々の前記参照極にそれぞれ接続された参照端子と、
前記導電部材に接続され、前記電極群を構成する正極および負極の電位を検出するための検出端子と、
を前記電槽外に有することを特徴とする二次電池。

【請求項2】

前記電槽の開口が電池蓋で覆われており、前記電池蓋上に前記参照端子および前記検出端子が露出したことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。

【請求項3】

前記電池蓋には、各々の前記セル室で水の電気分解によって発生した酸素及び水素の少なくとも一方を排出するベント栓が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。

【請求項4】

前記検出端子は前記導電部材のうち少なくとも二つの導電部材からそれぞれ前記電槽外に導出されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の二次電池。

【請求項5】

前記参照極の一側端が、前記電極群を構成するセパレータの上方、かつ、最低液面線の下方に位置付けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の二次電池。

【請求項6】

前記参照端子および前記検出端子の電位を集結するためのコネクタを前記電池蓋上に設けたことを特徴とする請求項２を引用する請求項４または請求項２を引用する請求項５に記載の二次電池。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の二次電池と、
前記参照端子および前記検出端子に接続され、前記電池の電池状態を検知する状態検知装置と、
を備え、
前記状態検知装置は、前記参照端子の電位と前記検出端子の電位とから前記正極および負極の電位を検出することを特徴とする電源システム。

【請求項8】

前記状態検知装置は、前記電池の放電時に、前記正極および負極の電位を検出することを特徴とする請求項７に記載の電源システム。

【請求項9】

前記状態検知装置は、前記検出した正極および負極の電位に基づいて前記電池の劣化判定を行うことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電源システム。

【請求項10】

前記状態検知装置は、前記正極の電位の絶対値と前記負極の電位の絶対値とを加算することで得られるセル電圧と、前記正極および負極の電位のうち少なくとも正極の電位とに基づいて前記電池が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項９に記載の電源システム。

【請求項11】

前記状態検知装置は、前記正極の電位の絶対値と前記負極の電位の絶対値とを加算することで得られるセル電圧と、前記正極の電位の絶対値を前記負極の電位の絶対値で割ることで表される電位比とから前記電池を構成する少なくとも一つのセルが劣化したか否かを判断し、この判断結果に応じて前記電池が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は二次電池および電源システムに係り、特に、電池容器と電解液に浸潤された電極群とを備えた二次電池、並びに、該二次電池と該二次電池の電池状態を検知する状態検知装置とを備えた電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池は移動体（例えば、自動車）用電源や据え置き用電源として現在広く用いられている。二次電池は、一般に、電池容器と、電解液に浸潤された電極群と、正負極出力部を備えている。このような二次電池には水系のものや非水系のものが含まれ、水系の鉛（蓄）電池はその代表的電池である。

【0003】

ところで、近年、エンジン自動車による排ガスに対処するため、普通ガソリン車等においてアイドリングストップの励行が推奨されており、アイドリングストップ・システム機能を有する自動車（以下、ＩＳＳ車という。）も徐々に増加している。ＩＳＳ車は、車両停止時にエンジンを停止し、その間の電装機器等の補機への電力供給はすべて二次電池で賄い、アイドリングストップ後のスタート時にも二次電池に蓄電された電力でスタータ（セルモータ）を駆動してエンジンを再始動させる。

【0004】

アイドリングストップの際には、いわゆるエンストを防止するために、二次電池の電力でスタータを駆動させエンジンを再始動できるかを高精度に判断する。状態検知装置（コントローラ）はそのような判断を行う際の基礎となる二次電池の状態を検知する。エンジン再始動の可否判断は車両側の制御部（ＥＣＵ）で行われるため、状態検知装置は検知ないし算出した電池の状態情報をＥＣＵに報知する。

【0005】

従来、車載用電池は、電池全体の電圧や内部抵抗によって得られたパラメータに基づいて劣化判定がなされている。例えば、特許文献１～３に開示されているように、状態検知装置により、充放電休止時のＯＣＶからＳＯＣが算出され、エンジン始動時の電圧と電流から内部抵抗やＳＯＨが算出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開平４－２６４３７１号公報

【文献】特許第５１６２９７１号

【文献】特許第３１８８１００号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、従来の劣化判定技術では二次電池全体の電圧や内部抵抗（ＳＯＨ）に基づいて判定していたため、精度面での誤差から安全幅を比較的広くとる必要があった。例えば、上述した鉛電池では、電池が劣化した際、その度合いが電池全体の内部抵抗（ＳＯＨ）に反映されるモード（例えば、エンジン始動時の大電流放電による劣化や、これとは逆に微小電流放電によるサルフェーション等の劣化モード）と、反映されにくいモード（例えば、極板の泥状化等による劣化モード）とがあり、電池全体の電圧や内部抵抗（ＳＯＨ）だけでは電池の劣化状態を正確に判断しにくい。

【0008】

本発明は上記事案に鑑み、劣化判定を正確に行うことができる二次電池、並びに、該二次と該二次電池の電池状態を検知する状態検知装置とを備えた電源システムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、二次電池であって、電池容器と、電解液に浸潤された電極群と、前記電解液の電位を参照するための参照極と、を備え、前記参照極に接続された参照端子を前記容器外に有することを特徴とする。

【0010】

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、二次電池であって、複数のセル室を有する電槽と、前記セル室内に配設され水系電解液に浸潤された電極群と、前記電解液の電位を参照するための参照極と、前記電極群間を接続する導電部材と、を備え、前記参照極に接続された参照端子と、前記導電部材に接続され、前記電極群を構成する正極および負極の電位を検出するための検出端子と、を前記電槽外に有することを特徴とする。

【0011】

第２の態様において、電槽の開口が電池蓋で覆われており、電池蓋上に参照端子および検出端子が露出していてもよい。さらに、参照端子はセル室のうち少なくとも一つのセル室内に配された参照極から電槽外に導出され、検出端子は導電部材のうち少なくとも二つの導電部材からそれぞれ電槽外に導出されていてもよい。

【0012】

また、参照極の一側端が、電極群を構成するセパレータの上方、かつ、最低液面線の下方に位置付けられていてもよい。さらに、参照端子および検出端子の電位を集結するためのコネクタを電池蓋上に設けられていてもよい。

【0013】

さらに、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、電源システムであって、第２の態様の二次電池と、前記参照端子および前記検出端子に接続され、前記電池の電池状態を検知する状態検知装置と、を備え、前記状態検知装置は、前記参照端子の電位と前記検出端子の電位とから前記正極および負極の電位を検出することを特徴とする。

【0014】

第３の態様において、状態検知装置は、電池の放電時に、正極および負極の電位を検出するようにしてもよい。また、状態検知装置は、検出した正極および負極の電位に基づいて電池の劣化判定を行うようにしてもよい。このとき、状態検知装置は、正極の電位の絶対値と負極の電位の絶対値とを加算することで得られるセル電圧と、正極および負極の電位のうち少なくとも正極の電位とに基づいて電池が劣化したか否かを判定するようにしてもよい。また、状態検知装置は、正極の電位の絶対値と負極の電位の絶対値とを加算することで得られるセル電圧と、正極の電位の絶対値を負極の電位の絶対値で割ることで表される電位比とから電池を構成する少なくとも一つのセルが劣化したか否かを判断し、この判断結果に応じて電池が劣化したか否かを判定するようにしてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、参照端子の電位を基準にセルレベルでの正極および負極の電位を検出して劣化判定を行うことができるので、総電圧や内部抵抗（ＳＯＨ）に反映されづらいモードでセルに劣化が進行していても、二次電池の劣化判定を正確に行うことができる、という効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明が適用可能な実施形態の電源システムを構成する鉛電池の斜視図である。

【図2】実施形態の電源システムを構成する状態検知装置の斜視図である。

【図3】実施形態の電源システムの上部斜視図である。

【図4】セル１に設けられた参照極を模式的に示す斜視図である。

【図5】参照極の断面図である。

【図6】検出端子の導出位置およびコネクタの接続系統を示す回路図である。

【図7】状態検知装置のブロック回路図である。

【図8】状態検知装置を構成する電圧検出回路の詳細を示すブロック回路図である。

【図9】状態検知装置を構成する制御部のＭＰＵのＣＰＵが実行する劣化判定処理ルーチンのフローチャートである。

【図10】劣化判定処理の全体像を示す説明図である。

【図11】縦軸に電圧、横軸に時間をとったときの泥状化等によるセルレベルでの劣化を模式的に示す説明図であり、（Ａ）はセルの正極が劣化した場合、（Ｂ）はセルの負極が劣化した場合、（Ｃ）はセルの正負極がともに劣化した場合を示す。

【図12】劣化判断マップを模式的に示す説明図である。

【図13】他の実施形態の状態検知装置を構成する電圧検出回路の詳細を示すブロック回路図である。

【図14】別の実施形態の状態検知装置を構成する制御部のＭＰＵのＣＰＵが実行する劣化判定処理ルーチンのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本発明をＩＳＳ車に搭載可能な１４Ｖ系電源システムに適用した実施の形態について説明する。

【0018】

Ｉ．構成
図１～図３に示すように、本実施形態の電源システム３０は、鉛電池１と状態検知装置２０とを有して構成されている。なお、電源システム３０は、状態検知装置２０が鉛電池１の電池蓋３上に配され鉛電池１と一体化しており、例えば、ＩＳＳ車のエンジンルームに搭載されるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0019】

１．鉛電池１
（１）基本的構成
図１に示すように、鉛電池１は、内部を仕切る隔壁によって６個のセル室が画定された角型モノブロック電槽２を有している。モノブロック電槽２の材質には、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）等の高分子樹脂やエボナイト等のゴムを選択することができる。モノブロック電槽２の側面には鉛電池１の温度を検出するサーミスタ等の温度センサ３８（図７参照）が固着している。

【0020】

モノブロック電槽２の上部開口は厚板状の電池蓋３に接着ないし融着されることで、モノブロック電槽２は電池蓋３で一体に覆われ、各セル室は密閉化されている。電池蓋３にはＰＥ等の高分子樹脂を選択することができる。

【0021】

電池蓋３の中央部には、各セル室で水の電気分解によって発生した酸素や水素を排出するベント栓８が設けられている。ベント栓８の通気孔には電解液の飛散や引火を防止するためのフィルタが配されている。ベント栓８は、発生した酸素を逃がし触媒で水素のみを吸着して放電時に空気中の酸素を利用し水素を元の水に戻すいわゆる触媒栓であってもよい。

【0022】

各セル室には複数の正極板（本例では７枚）と負極板（本例では８枚）とをセパレータ（本例では１４枚）を介して積層した電極群１０（図４参照）が１組ずつ収容されており、電極群１０は水系電解液の希硫酸（不図示）に浸潤されている。つまり、各セルは各セル室内において電極群１０が電解液に浸潤されることで構成されている。以下、便宜上、鉛電池１を構成する各セルを、最高電位のセルから最低電位のセルまでそれぞれセル１、セル２、・・・、セル６という（図６も参照）。

【0023】

図４に示すように、電極群１０を構成する負極板は矩形状を呈しており、一側から上方に延設された耳部を有する負極格子体（負極集電体）とこの負極格子体に塗着された負極活物質とで構成されている。また、正極板も同様に矩形状を呈しており、一側から上方に延設された耳部を有する正極格子体（正極集電体）とこの正極格子体に塗着された正極活物質とで構成されている。正極活物質には二酸化鉛、負極活物質には海綿状鉛を用いることができる。セパレータには正負極板より若干大きめのサイズの微多孔膜が用いられている。なお、例示した平面状セパレータに代えて、負極を、例えば両側および底が閉じた袋状セパレータで覆うようにしてもよい。

【0024】

各正極板の耳部は正極ストラップ９Ａに溶接されており、各正極板および各セパレータは正極ストラップ９Ａに支持されている。同様に、各負極板の耳部も負極ストラップ９Ｂに溶接されており、各負極板および各セパレータは負極ストラップ９Ｂに支持されている。

【0025】

セル１の正極ストラップ９Ａには極柱７が立設されており、正極外部端子４（図１参照）に機械的、電気的に接続されることで、正極ストラップ９Ａは上部側から（電池蓋３により）支持されている。

【0026】

一方、セル１の負極ストラップ９Ｂには、セル２の電極群１０を構成する異極（正極）と接続するための導電部材１１が立設されている。導電部材１１は水平方向に屈曲しており、この水平部がモノブロック電槽２の隔壁を貫通するとともに隔壁に支持されることで負極ストラップ９Ｂも上方から支持されている。導電部材１１はさらに垂直方向（下方）に屈曲することでセル２の正極ストラップ９Ａに接続されている（図６も参照）。

【0027】

セル２～セル６も同様に構成されている。図６に示すように、セル２の負極およびセル３の正極、セル３の負極およびセル４の正極、セル４の負極およびセル５の正極、セル５の負極およびセル６の正極も導電部材１１で接続されている。最低電位のセル６の負極ストラップ９Ｂにも、最高電位のセル１と同様に、極柱が立設されており、負極外部端子５（図１参照）に機械的、電気的に接続されることで、セル６の負極ストラップ９Ｂも上部側から支持されている。

【0028】

なお、正極外部端子４および負極外部端子５が電池蓋３を貫通する部分には、電解液の液漏れを防止するために、図示を省略したブッシュおよびシール材が配されている。また、各セル室の内底面からは複数のライン状突起（くら）が電極群１０に向けて突設されており、これらのライン状突起間が正負極板から剥離・離脱した活物質が沈殿するスペースとされている。

【0029】

鉛電池１の公称電圧は１２［Ｖ］（各セルの公称電圧：２［Ｖ］）であり、鉛電池１の容量は、例えば、３０～７０Ａｈとすることができるが（本実施形態では４８Ａｈ）、本発明はこれに制限されるものではない。

【0030】

（２）特色的構成
ａ）参照端子ＲＴ
鉛電池１の特色の一つは、図１に示すように、電池蓋３上に電解液の電位を検出するための参照端子ＲＴを有することである。参照端子ＲＴは各セルに対応して設けられており、以下では便宜上、セル１～セル６に対応して設けられた参照端子ＲＴを、それぞれ参照端子ＲＴ１、ＲＴ２、・・・、ＲＴ６という（図８も参照）。

【0031】

図４は、セル１に設けられ電解液の電位を参照するための参照極６を模式的に示す斜視図である。参照極６はベント栓８との位置抵触を避けてセル室の略中央部に配置されている。参照極６の下端は、電極群１０を構成するセパレータの上方、かつ、最低液面線（lower level）の下方に位置付けられている。このため、参照極６の下端部は電極群１０と接触することなく電解液に浸漬されている。

【0032】

図５に示すように、参照極６はカロメル電極（calomel electrode）として構成されている。すなわち、参照極６は耐薬品性のポリオレフィン系樹脂で形成された支持管６Ａ内で内部溶液６Ｃ（例えばＨｇ_２ＳＯ_４）に浸漬された内部電極６Ｂを有しており、内部電極６Ｂは真鍮製のリード部材６Ｆに接続されている。参照極６は支持管６Ａの最下端中央部に液絡部６Ｅを有しており、液絡部６Ｅの材質には多孔性セラミックが用いられている。リード部材６Ｆは、その基部が支持管６Ａの上部を密閉する電極キャップ６Ｄ内に埋設されており、フェラルを有し電極キャップ６Ｄの上端面側から上方に突出した突出部を有している。

【0033】

一方、図４に示すように、参照端子ＲＴはフランジ部を有しており、さらにその上部の端子部が縮径されネジが螺設されている。また、フランジ部の下部の接続部も端子部と同様に縮径されており（不図示）、接続部には底側からフランジ部を介して端子部に向けて参照極６のリード部材６Ｆの突出部と嵌合する嵌合孔が形成されている。参照端子ＲＴ１～ＲＴ６の材質には真鍮（Ｃｕ－Ｚｎ合金）が用いられている。図４は参照端子ＲＴ１と参照極６とが嵌合した状態を示している。従って、図１に示すように、参照端子ＲＴのフランジ部の下面が電池蓋３の上面に当接することで（参照端子ＲＴ１が電池蓋３上に露出することで）、参照極６は電池蓋３に支持されている。なお、参照端子ＲＴが電池蓋３を貫通する部分には、上述した正負極外部端子と同様に、ブッシュおよびシール材が配されている。また、セル２～セル６でも同様の構成が採られている。

【0034】

ｂ）検出端子ＤＴ
鉛電池１の他の特色は、図１に示すように、電池蓋３上に上述した参照端子ＲＴの電位を基準として電極群１０を構成する正極および負極の電位を検出するための検出端子ＤＴを有することである。

【0035】

図４に破線で示すように、導電部材１１の水平部からは検出端子ＤＴに接続するための接続部材１８が上方に導出されている。接続部材１８の材質には、上述した格子体、ストラップ９Ａ、９Ｂ、導電部材１１等と同様に、鉛（Ｐｂ）と錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）との合金等が用いられる。接続部材１８の上端部には断面矩形状の溝孔が形成されている。なお、接続部材１８は、モノブロック電槽２の隔壁の位置を避けるため、セル１およびセル２内の導電部材１１のいずれかから導出されている（本実施形態ではセル２内の導電部材１１の水平部から導出されている。）。接続部材１８には導電部材１１と同じ材質が用いられている。

【0036】

同様に、セル２の負極およびセル３の正極間、セル３の負極およびセル４の正極間、セル４の負極およびセル５の正極間、セル５の負極およびセル６の正極間を接続する導電部材１１の水平部からも接続部材１８が上方に導出されている（図６も参照）。

【0037】

図１および図６に示すように、電池蓋３には、正極外部端子４および負極外部端子５が立設された側の電池蓋３の長辺に沿って配置された２つの検出端子ＤＴ２、ＤＴ４、およびこの長辺とは反対側の長辺に沿って配置された３つの検出端子ＤＴ１、ＤＴ３、ＤＴ５が立設されている。検出端子ＤＴ１～ＤＴ５は、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６と同様に、フランジ部と端子部とを有しており、電池蓋３上に露出している。

【0038】

検出端子ＤＴ１～ＤＴ５が電池蓋３を貫通する部分には、上述した正負極外部端子と同様に、ブッシュおよびシール材が配されている。また、検出端子ＤＴ１～ＤＴ５のフランジ部の下部側には断面矩形状の突起が設けられており、これらの突起がそれぞれ各接続部材１８の上端部に形成された溝孔に圧入されることで検出端子ＤＴ１～ＤＴ５と各接続部材１８とは機械的、電気的に接続されている。

【0039】

ｃ）コネクタ１５～１７
また、鉛電池１の別の特色は、電池蓋３上に、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６、検出端子ＤＴ１～ＤＴ５の電位を集結するためのコネクタを有することである。

【0040】

図１に示すように、コネクタ１５はフレキシブル基板１２上に実装されており、６Ｐオスコネクタが用いられている。フレキシブル基板１２からは、リード線を介して板バネ機能を有する６つのリング状部材が導出されている。リング状部材はそれぞれ参照端子ＲＴ１～ＲＴ６に挿通されており、ワッシャを介してナットによるネジ締結で参照端子ＲＴ１～ＲＴ６に固定されている。フレキシブル基板１２の電池蓋３に面する側には配線がプリントされており、この配線がコネクタ１５に集結されている。

【0041】

同様に、コネクタ１６、１７もフレキシブル基板１３、１４上に実装されており、図１および図６に示すように、それぞれ３Ｐオスコネクタ、２Ｐオスコネクタが用いられている。フレキシブル基板１６からはリード線を介して板バネ機能を有する３つのリング状部材が導出されており、フレキシブル基板１７からもリード線を介して板バネ機能を有する２つのリング状部材が導出されている。

【0042】

フレキシブル基板１６に接続された３つのリング状部材はそれぞれ検出端子ＤＴ１、ＤＴ３、ＤＴ５に挿通されており、フレキシブル基板１７に接続された２つのリング状部材もそれぞれ検出端子ＤＴ２、ＤＴ４に挿通されている。各リング状部材はワッシャを介してナットによるネジ締結で検出端子ＤＴ１～ＤＴ５にそれぞれ固定されている。フレキシブル基板１３、１４の電池蓋３に面する側には配線がプリントされており、この配線がそれぞれコネクタ１６、１７に集結されている。

【0043】

フレキシブル基板１２～１４にはそれぞれ複数箇所に位置決め穴が形成されており、電池蓋３から上方に突出形成された複数の突起にこれらの位置決め穴が挿通された後突起が溶融されることで、フレキシブル基板１２～１４は電池蓋３に固定されている。

【0044】

以上を纏めると、図１に示すように、鉛電池１の電池蓋３上には、正極外部端子４および負極外部端子５が立設された側の電池蓋３の長辺から反対側の長辺に向かって、検出端子ＤＴの一部（検出端子ＤＴ２、ＤＴ４）、コネクタ１７が実装されたフレキシブル基板１４、ベント栓８、参照端子ＲＴ（ＲＴ１～ＲＴ６）、コネクタ１５が実装されたフレキシブル基板１２、コネクタ１６が実装されたフレキシブル基板１３、検出端子ＤＴの一部（検出端子ＤＴ１、ＤＴ３、ＤＴ５）の順で配設されている。

【0045】

２．状態検知装置２０
（１）外部構成
図２に示すように、状態検知装置２０は細長矩形状の樹脂製ケーシング２１を有している。状態検知装置２０はフレキシブル基板１４とベント栓８との間に配置されており、下側に形成された３つの矩形状脚部の裏面に接着剤が塗着されることで電池蓋３に固定されている。

【0046】

ケーシング２１からは、薄板状のリード部材と板バネ機能を有するリング状部材とが一体となった正極接続部２２、負極接続部２３が、ケーシング２１の長手方向に沿ってそれぞれ反対側に導出されている。正極接続部２２のリング状部材は鉛電池１の正極外部端子４に挿通されており、負極接続部２３のリング状部材は負極外部端子４に挿通されている。

【0047】

また、ケーシング２１の長手方向の略中央部からは、接続線を介してコネクタ２７が導出されている。さらに、ケーシング２１のコネクタ２７が導出された反対側からは、それぞれ接続線を介してコネクタ２５、２６が導出されている。コネクタ２５～２７には、それぞれ６Ｐメスコネクタ、３Ｐメスコネクタ、２Ｐメスコネクタが用いられている。（メス）コネクタ２５～２７は電池蓋３上に配された（オス）コネクタ１５～１７にそれぞれ接続されている。

【0048】

（２）内部構成
図７に示すように、状態検知装置２０は、ケーシング２１内に、電流検出回路３５、温度検出回路３６、電圧検出回路３４および制御部３３を有している。

【0049】

ａ）電流検出回路３５
電流検出回路３５はホール素子やシャント抵抗等の電流センサ３７に接続されており、差動増幅回路およびＡ／Ｄコンバータを有して構成されている。電流検出回路３５は、所定時間（例えば、２［ｍｓ］）ごとに鉛電池１に流れる充放電電流をサンプリングして制御部３３に出力する。なお、電流検出回路３５には公知の回路を用いることができる。

【0050】

ｂ）温度検出回路３６
温度検出回路３６は上述した温度センサ３８に接続されており、差動増幅回路およびＡ／Ｄコンバータを有して構成されている。温度検出回路３６は、所定時間（例えば、１０［ｍｓ］）ごとに鉛電池１の温度をサンプリングして制御部３３に出力する。温度検出回路３６にも公知の回路を用いることができる。

【0051】

ｃ）電圧検出回路３４
図７および図８に示すように、電圧検出回路３４は、正極接続部２２を介して正極外部端子４、負極接続部２３を介して負極外部端子５に接続されている。また、コネクタ２５を介して参照端子ＲＴ１～ＲＴ６に、コネクタ２６、２７を介して検出端子ＤＴ１～ＤＴ５にそれぞれ接続されている。さらに、電圧検出回路３４は制御部３３（の入出力ポート）に接続されている。

【0052】

図８に示すように、電圧検出回路３４は、差動増幅回路４１、Ａ／Ｄコンバータ４２、マルチプレクサ４３、ロジック回路４４、差動増幅回路４５およびＡ／Ｄコンバータ４６を有して構成されている。

【0053】

Ａ／Ｄコンバータ４２は図示を省略した高精度の基準電圧回路を有しており、ＯＰアンプを有して構成された差動増幅回路４１から出力される鉛電池１の総電圧を、所定時間（例えば、２［ｍｓ］）ごとにサンプリングして制御部３３に出力する。

【0054】

マルチプレクサ４３は、検出対象の参照端子ＲＴに接続された複数（本実施形態では６つ）の端子、並びに、検出端子ＤＴ、正極外部端子４および負極外部端子５に接続された複数（本実施形態では７つ）の端子からそれぞれ１つの端子を選択する。例えば、セル１正極の電位を検出するときは参照端子ＤＴ１に接続された端子および正極外部端子４に接続された端子を選択し、セル４負極の電位を検出するときは参照端子ＲＴ４に接続された端子および検出端子ＤＴ４に接続された端子を選択する（図６も参照）。

【0055】

差動増幅回路４５は、参照端子ＲＴの電位を基準として検出対象の正極電位（の大きさ）を拡大するためのＯＰアンプと、参照端子ＲＴの電位を基準として検出対象の負極電位（の大きさ）を拡大するためのＯＰアンプとの２つのＯＰアンプを有して構成されている。Ａ／Ｄコンバータ４６は図示を省略した高精度の基準電圧回路（本実施形態では３．３Ｖ）を有しており、差動増幅回路４５から出力される検出対象の電位をサンプリングして制御部３３に出力する。

【0056】

ロジック回路４４は、制御部３３の指示により、予め定められた所定順序に従ってマルチプレクサ４３に検出対象の端子を選択させる。制御部３３は、鉛電池１の放電時に（本実施形態ではＩＳＳ車のアイドリングストップ時に）、ロジック回路４４に各セルの正極および負極電位の検出指示を発出する。ロジック回路４４は、この検出指示を受けると、マルチプレクサ４３に検出対象の端子を上記所定順序に従って選択させる。これにより、参照端子ＲＴの電位を基準として鉛電池１を構成する全セルの正極および負極電位が差動増幅回路４５に順次入力される。

【0057】

また、ロジック回路４４は、制御部３３から検出指示を受けると、上記所定順序に従って、差動増幅回路４５の２つのＯＰアンプのうちいずれのＯＰアンプに入力させるか（正極電位を検出するのか負極電位を検出するのか）を差動増幅回路４５に指示する。

【0058】

さらに、ロジック回路４４はＡ／Ｄコンバータ４２のサンプリングタイミングを監視しており、マルチプレクサ４３に正極外部端子４、負極外部端子５を選択させる（セル１正極電位、セル６負極電位を検出する）際に、差動増幅回路４５の内部回路が差動増幅回路４１内の内部回路に干渉することによって生じるＡ／Ｄコンバータ４２からの誤ったデジタル値の出力を防止するために、マルチプレクサ４３に対し、Ａ／Ｄコンバータ４２のサンプリング中は正極外部端子４、負極外部端子５に接続された端子を選択しないように、すなわち、Ａ／Ｄコンバータ４２のサンプリングタイミングを外して（サンプリング後に）正極外部端子４、負極外部端子５に接続された端子を選択させる。

【0059】

ｄ）制御部３３
制御部３３は、マイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵという。）、通信ＩＣ、Ｉ／Ｏ、入出力ポートを有して構成されている。

【0060】

ＭＰＵは、鉛電池１の電池状態を把握するとともに鉛電池１の劣化判定を行うＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという。）、基本制御プログラムおよびプログラムデータを記憶したＲＯＭ（以下、単にＲＯＭという。）、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともに種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ（以下、単にＲＡＭという。）およびこれらを接続する内部バスで構成されている。

【0061】

内部バスは外部バスに接続されており、外部バスには入出力ポートを介して上述した電流検出回路３５、温度検出回路３６および電圧検出回路３４が接続されている。また、外部バスにはＩＳＳ車の制御部（以下、ＥＣＵという。）と通信するための通信ＩＣが接続されている。通信ＩＣはＩ／Ｏ介して通信線５０（図７参照）に接続されている。

【0062】

通信線５０はＥＣＵによるＣＡＮ（Controller Area Network）管理下にある。ＣＡＮはＩＳＯ１１８９８、ＩＳＯ１１５１９等で標準化されており、２本の線で構成され、一方が断線した場合でも他方で制御部３３との通信が可能である。なお、本実施形態では状態検知装置２０の作動電力は鉛電池１から供給される。

【0063】

３．電源システム３０
図３に示すように、電源システム３０（鉛電池１）の上部は樹脂製の化粧カバー３１で覆われており、正負極外部端子およびベント栓８が上方に突出する箇所には開口が形成されている。電池蓋３上には化粧カバー３１と係合する爪部材、化粧カバー３１には受部材がそれぞれ設けられており、両者が嵌合することで化粧カバー３１が鉛電池１上部に着脱可能に固定される構成が採られている。

【0064】

ＩＩ．動作
次に、本実施形態の電源システム３０の動作について、状態検知装置２０の制御部３３の動作を中心に説明する。以下では、制御部３３の動作把握を容易にするために、車載された状態での電源システム３０について説明するとともに、適宜、ＩＳＳ車（以下、車両ともいう。）側の構成、機能等についても言及する。なお、図７に示すように、鉛電池１の正極外部端子４はＩＳＳ車のイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮという。）の中央端子に接続されており、負極外部端子５はＩＳＳ車のシャーシと同電位のグランド（ＧＮＤ）に接続されている。

【0065】

１．充放電休止時（車両駐車時）
充放電休止時（車両駐車時）における制御部３３の主要動作は基準ＳＯＣを算出することであるが、詳しくは以下のとおりである。

【0066】

車両走行後の車両駐車開始時には、ドライバによりＩＧＮがＯＮ／ＡＣＣ位置からＯＦＦ位置に位置付けられ、イグニッションキーがＩＧＮから引き抜かれる。ＥＣＵはＩＧＮを監視しており、ＩＧＮがＯＦＦ位置に位置付けられると、通信線５０を介して制御部３３にスリープ指令（省エネモードとする指令）を発出する。

【0067】

ＥＣＵからスリープ指令を受けた制御部３３（状態検知装置２０）は、鉛電池１の電池状態（詳細後述）の検知を停止するとともに、所定時間ごとにＥＣＵに出力していた鉛電池１の状態情報（詳細後述）の出力を停止して、スリープ指令を受けたときから一定時間が経過したか否かを判断する計時処理のみ行う。この一定時間は、例えば、鉛電池１の負極の分極状態が解消したとみなされる６時間に設定することができる。

【0068】

制御部３３は、スリープ指令を受けたときから一定時間が経過したと判断すると、作動モードに移行（アウェーク）し鉛電池１の開回路電圧（以下、ＯＣＶという。）およびそのときの温度を検出する。次に、検出した鉛電池１のＯＣＶを基準温度（例えば、室温）におけるＯＣＶに温度補正し、プログラムデータとして予めＲＯＭに格納されＲＡＭに展開されたＯＣＶと充電状態（以下、ＳＯＣという。）との関係を表すテーブルまたは数式を参照して鉛電池１のＳＯＣ（基準温度におけるＳＯＣ）を算出（演算）する。

【0069】

続いて、ＳＯＣと健康状態（以下、ＳＯＨという。）との関係を予め定めたテーブルや数式等を参照して、鉛電池１のＳＯＣを直近のＳＯＨ（下記２（１）ｂ）、２（２）ｃ）参照）に応じて補正した基準ＳＯＣを算出する。なお、上述した一定時間が経過しない場合には、鉛電池１の分極状態が解消されず基準ＳＯＣが不正確となるため、そのような状態でのＯＣＶの検出や基準ＳＯＣの算出は行わず、直近に算出していた基準ＳＯＣを基準ＳＯＣとして取り扱う。

【0070】

そして、制御部３３は、基準温度におけるＯＣＶおよび基準ＳＯＣをＥＣＵに報知して省エネモードとなる。つまり、制御部３３は、ＯＣＶおよび温度の検出時、基準ＳＯＣの算出時およびＥＣＵへの報知時のみ作動状態（作動モード）となる。このような動作は、充放電休止時に上述した一定時間ごとに繰り返される。なお、車両走行後にＩＧＮがＯＦＦ位置に位置付けられたときはＥＣＵも所定の処理（データ保存等）を行ってスリープ状態となり、制御部３３からの報知を受ける際のみ作動状態となる。

【0071】

２．充放電時（車両走行前および車両走行時）
充放電時（車両走行前および走行時）における制御部３３の主要動作は、鉛電池１の電池状態の検知、現在の鉛電池１のＳＯＣの把握、鉛電池１のＳＯＨの把握および更新、鉛電池１の劣化判定、並びに、鉛電池１の状態情報および劣化判定結果のＥＣＵへの報知である。以下、詳述する。

【0072】

（１）車両走行前
車両駐車後の車両走行前には、ドライバによりＩＧＮにイグニッションキーが挿入され、ＩＧＮはＯＦＦ位置からＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられ、さらにＯＮ／ＡＣＣ位置からＳＴＡＲＴ位置に位置付けられた後、再度ＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられる。ＥＣＵはイグニッションキーが挿入されたときに、その旨を制御部３３に報知する。この報知を受けると、状態検知装置２０は省エネモータから作動モードへ移行する。

【0073】

ａ）エンジン始動前
充放電時に、制御部３３は、所定時間ごとに（上述したように、電圧および電流については２［ｍｓ］ごとに、温度については１０［ｍｓ］ごとに）、鉛電池１の電池状態を検知する。すなわち、電圧検出回路３４で検出した鉛電池１の（総）電圧、電流検出回路３５で検出した鉛電池１に流れる電流および温度検出回路３６で検出した鉛電池１の温度の値をＲＡＭに格納する。

【0074】

次に、ＲＡＭに格納した温度値に応じて、鉛電池１の電圧および鉛電池１に流れる電流の値を上述した基準温度における値に温度補正する。次いで、温度補正後の鉛電池１に流れる電流値を所定時間（例えば、２［ｍｓ］）ごとに積算することで鉛電池１に流れた充放電電流量の総和を把握し、充放電休止時に予め算出しておいた基準ＳＯＣおよび鉛電池１の容量（既知）から鉛電池１の直近のＳＯＣを算出する。

【0075】

そして、制御部３３は、充放電時に、鉛電池１の状態情報として、上記算出した直近の温度補正後の電圧値およびＳＯＣを所定時間（例えば、２［ｍｓ］）ごとにＥＣＵに報知する。これに代えて、温度補正後の電圧値および鉛電池１に流れる電流値を所定時間ごとにＥＣＵに報知し、ＥＣＵが鉛電池１の直近のＳＯＣを算出するようにしてもよい。

【0076】

なお、制御部３３による上記鉛電池１の電池状態の検知、現在の鉛電池１のＳＯＣの把握（算出）および鉛電池１の状態情報のＥＣＵへの報知は、充放電時を通じて（後述するエンジン始動時、通常走行時、アイドリングストップ時、アイドリングストップ・スタート時を含め）一貫して行われる。

【0077】

鉛電池１の状態情報の報知を受けたＥＣＵは、トライバの参考となるように、インストールメントパネルに電源システム３０（鉛電池１）の状態を表示するようにしてもよい。例えば、直近のＳＯＣに対応する鉛電池１の残存容量をレベルメータ等で表示するようにしてもよい。

【0078】

ｂ）エンジン始動時
エンジン始動時における制御部３３の主要動作はＳＯＨを算出することである。エンジン始動時には、鉛電池１に蓄電された電力がＩＧＮのＳＴＡＲＴ端子を介してスタータ（セルモータ）に供給されエンジンが始動する。その際、鉛電池１には例えば２００［Ａ］以上の大電流が流れる（高率放電がなされる）が、それに伴い鉛電池１の外部端子間電圧は大きく降下する。このときの電流および電圧変化は、スタータに電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、同時に鉛電池１は鋭い谷状の電圧降下を示す。

【0079】

制御部３３は、温度補正後の電圧値を順次参照して、例えば、１５［ｍｓ］以内に１．５［Ｖ］以上の電圧降下があるか否かを判断し、肯定判断のときにはエンジン始動があったものとみなし、鉛電池１に流れる電流値および温度補正後の電圧値から最大電流値および最低電圧値を見出する。一方、否定判断のときにはエンジンは始動していないとみなす。

【0080】

エンジン始動時には、最大電流値をとるときに最低電圧値をとり、オームの法則が成立する。このオームの法則が成立するのは、最低電圧値および最大電流値をとるときの一瞬であり、それ以外のときには成立しない。最大電流値をＩｓｔ、最低電圧値をＶｓｔとすると、鉛電池１の内部抵抗Ｒｉは、Ｒｉ＝（Ｖｓｔ／Ｉｓｔ）で求めることができる。鉛電池１の内部抵抗ＲｉとＳＯＨとの間には密接な関係がある。ＲＯＭには内部抵抗ＲｉとＳＯＨとの関係を表すテーブルまたは数式が格納されておりＲＡＭに展開されている。制御部３３は、この関係を参照してエンジン始動時に鉛電池１の直近のＳＯＨを算出しＲＡＭに格納する。

【0081】

（２）車両走行時
ａ）通常走行時
上述したように、通常走行時に制御部３３は、鉛電池１の電池状態の検知、現在の鉛電池１のＳＯＣの把握および鉛電池１の状態情報のＥＣＵへの報知を行う。車両がインストールメントパネルに鉛電池１の状態を表示可能なタイプのものであれば、ドライバは表示された鉛電池１の状態を参照して、例えば、車両走行後、鉛電池１を所望のレベルとなるまで充電するようにしてもよい。

【0082】

ｂ）アイドリングストップ時
ＥＣＵは、ブレーキ、速度、加速度等の車両状態並びに鉛電池１の状態情報を参照してアイドリングストップするか否かを判断する。アイドリングストップをすると判断したときは、通信線５０を介してその旨を制御部３３に報知するとともに、車両走行時にＩＧＮがＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられていても（ドライバがＩＧＮをＯＦＦ位置等への位置付けなくても）、車両が停止するとエンジンを停止させる。

【0083】

アイドリングストップ時には、鉛電池１から車両側の、例えば、ランプ、ライト、パワーウインド、エアコン、ファン、ラジオ、テレビ、ＣＤプレーヤ、カーナビゲーション等の補機に放電される。制御部３３は、このアイドリングストップ時に鉛電池１の劣化判定を行う。

【0084】

図１０は、制御部３３（ＣＰＵ）が行う劣化判定処理の全体像を示したものである。制御部３３はＲＡＭに格納された鉛電池１の直近のＳＯＨを参照して、ＳＯＨが第１の閾値Ｔ１（例えば、８５％）を越えるときは鉛電池１が健康と判定し、ＳＯＨが第２の閾値Ｔ２（例えば、７０％）未満のときは鉛電池１が劣化したと判定する。ＳＯＨが、第１の閾値Ｔ１と第２の閾値Ｔ２との範囲内にあるときは鉛電池１を構成する各セルの正極および負極電位を参照して鉛電池１が劣化したか否かを判定する。

【0085】

ここで、図１１を参照して、鉛電池１を構成するセル（電極群１０）の正極および負極の劣化について説明する。鉛電池１全体の電圧やＳＯＨにはセルレベルで進行する泥状化やデンドライト析出に起因する正負極板間の微小短絡等による劣化が反映されづらいため、本実施形態では、電解液の電位を基準とするセルの正負極電位を参照することで（鉛電池１全体よりもさらに細かなレベルで劣化状態を把握することで）そのようなＳＯＨに反映されづらい劣化モードに対しても鉛電池１の状態を正確に把握する。なお、泥状化とは、充放電を繰り返すことで正負極の格子体（集電体）から活物質が剥離・離脱する現象をいう。

【0086】

図１１（Ａ）は正極劣化によりセル電圧が低下した場合を模式的に示したものである。セルに泥状化等が発生すると、放電時に正極電位は急速に卑方向に進む。正極電位の絶対値と負極電位の絶対値とを加えたものがセル電圧であり、セル内の電解液の電位を基準とするセルの正極電位を参照すれば、泥状化等による劣化が進行しているかを判断することができる。

【0087】

泥状化等によるセルの劣化は負極でも発生する。図１１（Ｂ）は負極劣化によりセル電圧が低下した場合を模式的に示したものである。この場合は、セル内の電解液の電位を基準とするセルの負極電位を参照すれば、泥状化等による劣化が進行しているかを判断することができる。さらに、泥状化等によるセルの劣化は正負両極でも同時に発生する。図１１（Ｃ）は両極劣化によりセル電圧が低下した場合を模式的に示したものである。従って、セル内の電解液の電位を基準とするセルの両極電位を参照すれば、泥状化等によるセルレベルでの劣化が進行しているかを正確に把握することができる。

【0088】

以上を踏まえ、フローチャートを参照し、ＣＰＵを主体として状態検知装置２０で行われる劣化判定処理について説明する。

【0089】

図９に示すように、劣化判定処理ルーチンでは、ＣＰＵは、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称する。）１において、ＥＣＵからアイドリングストップの報知を受けるまで待機する。報知を受けると（Ｓ１で肯定判断のときは）、ＲＡＭに格納された直近の鉛電池１のＳＯＨを読み出す（Ｓ２）。

【0090】

次に、ＣＰＵはＳＯＨが第２の閾値未満Ｔ２（図１０参照）か否かを判断し（Ｓ３）、肯定判断のときは鉛電池１が劣化した（要交換）と判定して（Ｓ４）、Ｓ１４に進み、否定判断のときはＳＯＨが第１の閾値Ｔ１（図１０参照）を越えるか否かを判断する（Ｓ５）。Ｓ５での判断が肯定のときは鉛電池１が健康と判定して（Ｓ１０）、Ｓ１４に進む。

【0091】

一方、Ｓ５での判断が否定のときは、鉛電池１を構成するセル１～セル６のそれぞれの電解液の電位を基準としてセル１～セル６の正極電位および負極電位を検出する（Ｓ６）。すなわち、ロジック回路４４に全セルの正極および負極電位の検出指示を発出する。ロジック回路４４は、上述したように、所定順序に従ってマルチプレクサ４３に検出対象の端子を選択させるともに、差動増幅回路４５にＯＰアンプの選択指示を行う。ＣＰＵは、所定順序に従ってＡ／Ｄコンバータ４６から出力されたデジタル値を順次取り込む（ＲＡＭに格納する）ことによって、セル１～セル６の正極および負極電位を検出する。検出されたセル１～セル６の正極および負極電位は上述した基準温度での電位に温度補正される。

【0092】

次に、セル１～セル６のセル電圧Ｖを算出する（Ｓ７）。セル１～セル６のセル電圧Ｖは、温度補正されたこれらの各セルの正極電位の絶対値と負極電位の絶対値とをそれぞれ加算することで得られる。次いで、ＣＰＵは、Ｓ７で得られた各セルの電圧Ｖが予め定められた設定電圧Ｖ１（例えば、１．４５［Ｖ］）を越えるか否かを判断する（Ｓ８）。

【0093】

Ｓ８で肯定判断のときは、鉛電池１のＳＯＨが第３の閾値Ｔ３（例えば、７３％、図１０参照）を越えるか否かを判断し（Ｓ９）、その判断が肯定のときは鉛電池１０が健康と判定して（Ｓ１０）、Ｓ１４に進み、その判断が否定のときは鉛電池１０が近く交換を要すると判定して（Ｓ１１）、Ｓ１４に進む。なお、上述した第１～第３の閾値Ｔ１～Ｔ３は、例えば、ＳＯＨ９０％≧第１の閾値Ｔ１＞第３の閾値Ｔ３＞第２の閾値Ｔ２≧ＳＯＨ６０％の範囲で任意に設定することができる。

【0094】

一方、Ｓ８で否定判断のときは、各セルの電位比ＰＲを算出する（Ｓ１２）。すなわち、ＣＰＵは、（電位比ＰＲ）＝｛（各セルの正極電位の絶対値）÷（各セルの負極電位の絶対値）｝により、セル１～セル６に対応して電位比ＰＲ１～ＰＲ６を算出する。

【0095】

次のＳ１３では、各セルについて、Ｓ７で算出したセル電圧Ｖと、Ｓ１２で算出した電位比ＰＲとを劣化判断マップに当てはめて、セルが健康か、劣化に近い状態（近く劣化）か、劣化したかを判断する。

【0096】

図１２は、劣化判断マップを模式的に示したものである。劣化判断マップでは、上述した第１の閾値電圧Ｖ１、予め定められた第２の閾値電圧Ｖ２（例えば、１．３５［Ｖ］）、第３の閾値電圧Ｖ３（例えば、１．２０［Ｖ］）と、予め定められた第１の閾値電位比ＰＲ１（例えば、０．７）、第２の閾値電位比ＰＲ２（例えば、１．３）とで画定される領域ごとに、セルに対する判断内容が定められている。セル電圧が１．３５［Ｖ］以上の領域では第１の閾値電位比ＰＲ１が０．７を切るか、または、第２の閾値電位比ＰＲ２が１．３を超えることがないため（正負極とも健康でないとセル電圧が１．３５［Ｖ］以上にならない）、図１２ではこれらの領域に対する判断内容が記載されていない。実際の劣化判断マップは、予め多数の鉛電池１を構成するセルの正負極の劣化電圧を調査して作成されており、閾値電位比ＰＲ１、ＰＲ２は直線ではなく傾斜部を有する曲線となる。なお、劣化判断マップはテーブルや数式で構成されており、ＲＯＭに格納されＲＡＭに展開されている。

【0097】

ＣＰＵは、上述したように各セルについて劣化判断マップに当てはめてセルが健康か、劣化に近い状態か、劣化したかを判断するが、セルごとに異なった判断結果となる場合がある。例えば、セル１～セル３、セル６は健康、セル４は劣化に近い状態、セル５は劣化したと判断したときには、Ｓ１３において、劣化がより進行しているセル５の状態に従って、鉛電池１は劣化した（要交換）と判定し、セル３、セル４を除く他のセルは健康、セルセル３、セル４は劣化に近い状態と判断したときは、Ｓ１３において、劣化が進行しているセル３、セル４の状態に従って、鉛電池１は近く交換を要すると判定する。

【0098】

そして、ＣＰＵは（Ｓ４、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１３のいずれかでの）劣化判定結果（Ｓ１３で鉛電池１が近く交換を要する、または、劣化したと判定した場合には併せて当該セルの電位比ＰＲ）をＥＣＵに報知して（Ｓ１４）、劣化判定処理ルーチンを終了する。

【0099】

鉛電池１の劣化判定結果の報知を受けたＥＣＵは、電位比ＰＲを知ることで、正負極の劣化状態が分かり鉛電池１の状態を正確に把握することができ、把握した状態に応じて電池制御を詳細に行うことができる。一般に正極の劣化度は負極に対して低いため、把握した状態に応じて例えば正極を酷使する制御に切り替えるようにしてもよい。また、ＥＣＵはインストールメントパネルに表示するようにしてもよい。例えば、鉛電池１のアイコンを、青（鉛電池１が健康と判定されたとき）、黄（鉛電池１が近く交換を要すると判定されたとき）、赤（鉛電池１が劣化したと判定されたとき）等で色分けして点灯させるようにしてもよい。

【0100】

ｃ）アイドリングストップ・スタート時
ＥＣＵは、アイドリングストップ後アクセルが踏まれると、直ちにエンジンを再始動するように制御する。制御部３３は、エンジン再始動時にも、上述したエンジン始動時と同様に、鉛電池１の内部抵抗Ｒｉの算出契機を得るため、鉛電池１の直近のＳＯＨを更新することができる。

【0101】

ＩＩＩ．作用効果等
１．作用効果
次に、本実施形態の電源システム３０の作用効果等について説明する。

【0102】

（１）鉛電池１
本実施形態の電源システム３０を構成する鉛電池１は、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６、検出端子ＤＴ１～ＤＴ５および正極外部端子４、負極外部端子５が電池蓋３上に露出している。このため、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６の電位を基準として検出端子ＤＴ１～ＤＴ５および正極外部端子４、負極外部端子５の電位、すなわち、鉛電池１を構成するセル１～セル６の正極および負極電位を検出することで（鉛電池１全体よりもさらに細かなレベルで電池状態を把握することで）、鉛電池１の総電圧や内部抵抗（ＳＯＨ）に反映されづらい泥状化や正負極板間の微小短絡等によるセルレベルでの劣化に対しても鉛電池１の状態を正確に把握することができる。

【0103】

さらに、鉛電池１は、参照極６の一側端（下端）が、電極群１０を構成するセパレータの上方、かつ、最低液面線の下方に位置付けられている。このため、参照極６を設けたことによるセル室延いては鉛電池１全体の大型化を防止することできる。

【0104】

また、鉛電池１は、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６および検出端子ＤＴ１～ＤＴ５の電位を集結するためのコネクタ１５～１７を電池蓋３上に有している。このため、電源システム３０の組立時に、鉛電池１と状態検知装置２０（のコネクタ２５～２７）との接続を簡単に行うことができる。

【0105】

（２）状態検知装置２０
本実施形態の電源システム３０を構成する状態検知装置２０は、コネクタ２５～２７を介して参照端子ＲＴ１～ＲＴ６および検出端子ＤＴ１～ＤＴ５に接続されている。このため、状態検知装置２０は、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６の電位と、検出端子ＤＴ１～ＤＴ５および正極外部端子４、負極外部端子５の電位とから各セル（電極群１０）を構成する正極および負極電位を検出することができる（Ｓ６）。

【0106】

また、状態検知装置２０は、検出した正負極の電位に基づいて各セルが劣化したか否かを判断し、その判断結果に従って鉛電池１が劣化したか否かを判定する（Ｓ１３）。このため、鉛電池１の総電圧や内部抵抗（ＳＯＨ）に反映されづらい泥状化や正負極板間の微小短絡等によるセルレベルでの劣化に対しても鉛電池１の状態を正確に判定することができる。

【0107】

特に、状態検知装置２０は、各セルの電圧に加え電位比ＰＲも算出するので、各セルの電圧のみで劣化を判定する場合に比べ、各セルの正負極の劣化状態が分かり鉛電池１の状態を正確に把握できる。このため、ＥＣＵは、鉛電池１の（劣化）状態に応じて、例えば上述した正極を酷使する等の詳細な電池制御を行うことができる。正極を酷使することで（例えば、深い放電深度（ＤＯＤ）まで（低ＳＯＣまで）鉛電池１を使用することで）、アイドリングストップ時間を延ばすことができるというメリットがある。

【0108】

さらに、状態検知装置２０は、鉛電池１から補機へ放電が確実に行われるアイドリングストップ時に各セルの正極および負極電位を検出し（Ｓ１、Ｓ６）、鉛電池１の劣化判定を行う（Ｓ１３）。すなわち、セルの正負極の電位が確実に卑方向に進む状態を利用して鉛電池１の劣化状態を判定する。このため、鉛電池１に充電電流が流れることで劣化判定が不正確となることを防止することができる。

【0109】

（３）電源システム３０
また、本実施形態の電源システム３０では、鉛電池１の上方に化粧カバー３１が配置されている。このため、電源システム３０の安全性が確保されるとともに、電源システム３０の上部が外圧で損傷することを防止することができる。

【0110】

２．変形例
本実施形態では、ベント型（液式）の鉛電池１について例示したが、本発明はこれに制約されることなく、シール型（ドライ式）の鉛電池にも適用可能である。この場合には、電極群１０の位置を避けて参照極６の一側（下側）を延出させ電解液を保持するリテーナに浸漬されるようにすればよい。また、本実施形態では、ペーストタイプの正負極板を例示したが、本発明はこれに限らず、クラッドタイプの鉛電池にも適用可能である。

【0111】

また、本実施形態では、鉛電池１を例示したが、本発明はこれに制限されず、例えば、ニッケル水素電池やニッケル亜鉛電池等の水系二次電池に適用するようにしてもよく、リチウムイオン電池等の非水系二次電池に適用するようにしてもよい。さらに、本実施形態では、複数のセル室を有するモノブロック電槽２を備えた鉛電池１を例示したが、本発明は単セル二次電池にも適用可能である。すなわち、単セル二次電池において電池容器内の参照極に接続された参照端子を電池容器外に設けることで、本実施形態で例示したセルと同様に、電池劣化を単セル二次電池の電圧やＳＯＨのレベルより細かなレベルで把握することができる。

【0112】

また、本実施形態では、状態検知装置２０が鉛電池１の劣化判定を行いその判定結果をＥＣＵに報知する例を示したが、そのような劣化判定はＥＣＵ側で行うようにしてもよい。状態検知装置２０は温度補正された各セルの正負極電位をＥＣＵに報知する。同様に、鉛電池１のＳＯＨの算出も上述した鉛電池１の状態情報に従ってＥＣＵ側で行うようにしてもよい。

【0113】

また、本実施形態では、鉛電池１を構成する全セルの正負極電位を検出する例を示したが（Ｓ６）、本発明はこれに限るものではない。鉛電池１を構成するセル１～セル６のうちセル１およびセル６はモノブロック電槽２の両側に位置しており、セル２～セル５より外気との熱交換（放熱）面積が広いことから、セル１およびセル６は上述した泥状化等による劣化が内側に位置するセル２～セル５より起こりづらい。このため、セル１およびセル２の正負極電位を検出することなくセル２～セル５の正負極電位を検出してセルの劣化を判断するようにしてもよい。このような態様では、マルチプレクサ４３に正極外部端子４および負極外部端子５を接続する必要がなく、また、ロジック回路４４によるＡ／Ｄコンバータ４３のサンプリングタイミングの監視等も不要となる。

【0114】

さらに、全セルの代表として、例えば、中央部に配され熱が最もこもり易いと考えられるセル３およびセル４の正負極電位を検出して泥状化等の劣化が進行しているかを判断するようにしてもよい。このような態様では、参照端子ＲＴ３、ＲＴ４および検出端子ＤＴ２～ＤＴ４のみを電池蓋３上に立設すればよいため、参照端子ＲＴ、検出端子ＤＴ、参照極６および接続部材１８の数を減らすことができるとともに、マルチプレクサ４３の選択端子数が少なくなるため、コストを削減することができる。なお、このような態様では、鉛電池１のＳＯＨによる劣化判定と組み合わせる意義が大きい。

【0115】

そして究極的には、例えば、セル２～セル５のうち１つのセルの正負極電位を検出して泥状化等の劣化が進行しているかを判断するようにしてもよい。例えば、セル３の正負極電位のみを検出する場合には、電池蓋３上に参照端子ＲＴ３および検出端子ＤＴ２、ＤＴ３を設ければよく、状態検知装置２０側では、図１３に示すように、Ａ／Ｄコンバータが１つ多く必要となるものの（符号４６Ａ、４６Ｂ参照）、マルチプレクサ４３やロジック回路４４をなくすことができるので、大幅にコストを削減することができる。なお、差動増幅回路４５Ａ、４５Ｂは差動増幅回路４５（図８参照）内の２つのＯＰアンプを別々に分けて構成したものである。

【0116】

また、本実施形態では、セル電圧Ｖと電位比ＰＲとを劣化判断マップに当てはめて各セルの劣化を判断する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図９のＳ１２に代えて、セル電圧Ｖが上述した第１の閾値電圧Ｖ１以下となったときに、各セルの正極電位の変化量ΔＶ（以下、電位変化量ΔＶという。）を算出する。電位変化量ΔＶは、｛（サンプリング時の正極電位）－（放電後所定時間（例えば、０．１［ｓ］）後の正極電位）｝の絶対値で表される。

【0117】

正極劣化であれば電位変化量ΔＶは大きく、負極劣化であれば電位変化量ΔＶは小さく、両極劣化であれば電位変化量ΔＶは中程度の大きさとなることから、図９のＳ１３に代えて、各セルの電圧Ｖと電位変化量ΔＶとを、図１２に示した劣化判断マップと同様に、セル電圧と電位変化量ΔＶとの関係を予め定めた（閾値電圧Ｖ１～Ｖ３や閾値電位変化量ΔＶ１、ΔＶ２によって健康、劣化に近い状態、劣化の領域を定めた）劣化判断マップに当てはめて各セルの劣化を判断するようにしてもよい。

【0118】

さらに、Ｓ１２、Ｓ１３に代えて、新品の鉛電池１の単極電位の放電Ｉ－Ｖマップを予めＲＯＭに格納しＲＡＭに展開しておき、鉛電池１の放電時に各セルの正極および負極電位を検出して放電Ｉ－Ｖマップとのズレの大きさによって（ズレの大きさに対し閾値を設けることによって）健康、劣化に近い状態、劣化を判断するようにしてもよい。なお、このような放電Ｉ－Ｖマップには、どの程度の電流値で何秒放電したら、正極および負極電位がどうなるのかがマッピングされている。

【0119】

また、本実施形態では、鉛電池１の劣化判定を、鉛電池１のＳＯＨによる劣化判定と、各セルの正負極電位による劣化判定とを組み合わせた例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。図１４に示すように、鉛電池１のＳＯＨに拘わらず、各セルの正負極電位による劣化判断のみで鉛電池１の劣化判定を行うようにしてもよい。なお、この場合には、図１２に示した劣化判断マップにおいて、各セルの電圧Ｖが第１の閾値電圧Ｖ１を越える領域では、閾値電位比ＰＲ１、ＰＲ２に拘わらず、一律に鉛電池１が健康と判定するようにしてもよい。

【0120】

さらにまた、本実施形態では、アイドリングストップ時に鉛電池１の劣化判定を行う例を示したが、本発明はこれに限らず、鉛電池１から確実に放電されているときに劣化判定をするようにしてもよい。

【0121】

さらに、本実施形態では、移動体（ＩＳＳ車）用の鉛電池１を例示したが、本発明はこれに制約されず、据え置き型の鉛電池に適用するようにしてもよい。また、本実施形態では、鉛電池１と状態検知装置２０とで構成された電源システム３０を例示したが、本発明は状態検知装置２０を有しない鉛電池１のみにも適用可能である。その場合には、バッテリテスタ等の外部検知装置を用いて鉛電池１の劣化判定を行えばよく、必要に応じて鉛電池１に負荷を接続するようにしてもよい。そのような態様では、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６および検出端子ＤＴ１～ＤＴ５はワッシャを介してナットでネジ締結されることなくフランジ部と端子部とが露出した状態となり、コネクタ１５～１７を実装したフレキシブル基板１２～１４は不要となる。また、端子部にネジを螺設する必要もない。

【0122】

またさらに、本実施形態では、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６および検出端子ＤＴ１～ＤＴ５を、ワッシャを介してナットでネジ締結した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６と銅製のワッシャとをフラックスを用いて半田付けするようにしてもよく、同様に、検出端子ＤＴ１～ＤＴ５と銅製のワッシャとを半田付けするようにしてもよい。この場合にはネジ締結が不要となるので、参照端子ＲＴ１～ＲＴ６および検出端子ＤＴ１～ＤＴ５の径を小さくすることができる。

【0123】

さらにまた、本実施形態では、参照極６にカロメル電極を例示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、パラジウム・水素電極（Ｐｄ／Ｈ_２電極）等の他の電極を用いるようにしてもよい。

【0124】

また、本実施形態では、状態検知装置２０が鉛電池１の劣化判定を行いその判定結果をＥＣＵに報知する例を示したが、そのような劣化判定はＥＣＵ側で行うようにしてもよい。状態検知装置２０は検出した各セルの正負極電位をＥＣＵに報知する。同様に、鉛電池１のＳＯＨの算出も上述した鉛電池１の状態情報に従ってＥＣＵ側で行うようにしてもよい。

【0125】

さらに、本実施形態では、閾値等について具体的数値を例示したが、本発明はこれに制限されるものではない。そして、本実施形態では１４Ｖ系電源システム３０を例示したが、本発明はこれに制約されることなく、例えば、４２Ｖ系電源システム等の１４Ｖ系電源システム以外の電源システムにも適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0126】

本発明は劣化判定を正確に行うことができる二次電池、並びに、該二次電池と該二次電池の電池状態を検知する状態検知装置とを備えた電源システムを提供するものであるため、二次電池や電源システムの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0127】

１ 鉛電池（二次電池）
２ モノブロック電槽（電池容器の一部、電槽）
３ 電池蓋（電池容器の一部）
６ 参照極
１０ 電極群
１１ 導電部材
１５、１６、１７ コネクタ
１８ 接続部材
２０ 状態検知装置
３０ 電源システム
ＲＴ、ＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３、ＲＴ４、ＲＴ５、ＲＴ６ 参照端子
ＤＴ、ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、ＤＴ４、ＤＴ５ 検出端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】