特許 7194385 組電池の評価方法および電池システム

(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】2022-12-14

(45)【発行日】2022-12-22

(54)【発明の名称】組電池の評価方法および電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20221215BHJP

   G01R 31/389 20190101ALI20221215BHJP

   G01R 31/392 20190101ALI20221215BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20221215BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 A

G01R31/389

G01R31/392

H01M10/48 P

H01M10/48 301

H02J7/00 Q

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019168853

(22)【出願日】2019-09-17

(65)【公開番号】P2021048019

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2021-12-10

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 共創の場形成支援（産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム）「人と知能機械との協奏メカニズム解明と協奏価値に基づく新しい社会システムを構築するための基盤技術の創出に関する学校法人早稲田大学による研究開発」 委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】899000068

【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002907

【氏名又は名称】弁理士法人イトーシン国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】逢坂 哲彌

(72)【発明者】

【氏名】戸ヶ崎 徳大

(72)【発明者】

【氏名】横島 時彦

(72)【発明者】

【氏名】内海 和明

(72)【発明者】

【氏名】津田 信悟

(72)【発明者】

【氏名】小熊 泰正

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１７９６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５９５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８７３７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／４２ － １０／４８

Ｈ０１Ｍ １０／５２ － １０／６６７

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｇ０１Ｒ ３１／３６ － ３１／４４

Ｂ６０Ｌ １／００ － ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ － １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ － ５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の第１の電池が直列接続されている組電池に、所定の周波数の複数の電圧の信号が印加されてインピーダンス特性が測定される工程と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、予め記憶されている、前記第１の電池と同じ仕様の第２の電池のデータと、を用いて、前記複数の第１の電池の劣化状態の分布が推定される工程と、を具備し、
前記第２の電池の前記データは、
劣化状態が異なる複数の第２の電池に、それぞれ、前記所定の周波数の複数の電圧の信号が印加されて、それぞれの前記インピーダンス特性が測定される第１の工程と、
前記第１の工程の測定結果をもとに、それぞれの劣化状態において、前記インピーダンス特性が増加しはじめるＳＯＨ電圧が、それぞれ算出される第２の工程と、
劣化状態と前記ＳＯＨ電圧との関係を含む前記第２の電池の前記データが取得される第３の工程と、
前記第２の電池の前記データを記憶する第４の工程と、によって記憶されていることを特徴とする組電池の評価方法。

【請求項2】

組電池の評価方法は、
複数の第１の電池が直列接続されている前記組電池に、予め記憶されているＳＯＨ電圧よりも、０．０５Ｖ以上０．２Ｖ以下、高い電圧の所定の周波数の信号が印加されてインピーダンス特性が測定される工程と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第１の電池と同じ仕様の第２の電池のデータを用いて、前記組電池に、所定の劣化状態よりも劣化している前記第１の電池が含まれていることが推定される工程と、を具備し、
前記第２の電池の前記データは、
前記所定の劣化状態の第２の電池に、複数の電圧の前記所定の周波数の信号が印加されて、それぞれの前記インピーダンス特性が測定される第１の工程と、
前記第１の工程の測定結果をもとに、前記所定の劣化状態において、前記第２の電池のデータである前記インピーダンス特性が増加しはじめる前記ＳＯＨ電圧が算出される第２の工程と、
前記第２の電池のデータである前記ＳＯＨ電圧を記憶する第３の工程と、によって取得され記憶されることを特徴とする組電池の評価方法。

【請求項3】

前記第１の工程において、複数の周波数の信号が印加されて、それぞれの前記インピーダンス特性が測定され、
複数の周波数における前記第２の電池の前記データをもとに、推定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池の評価方法。

【請求項4】

前記第２の電池の前記データを用いて、複数の組電池が評価されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の組電池の評価方法。

【請求項5】

前記インピーダンス特性の種類が、リアクタンスであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の組電池の評価方法。

【請求項6】

前記所定の周波数は、第１の周波数以下、第２の周波数以上であり、
前記第１の周波数は、所定の劣化状態の前記第２の電池の複素インピーダンスの周波数特性であるコールコールプロットにおいて拡散抵抗成分がゼロの領域における最も低い周波数であり、
前記第２の周波数は、前記コールコールプロットにおいて前記拡散抵抗成分を含む領域における、リアクタンスが前記第１の周波数と同じである周波数であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の組電池の評価方法。

【請求項7】

前記所定の周波数が、１０ｍＨｚ以上５００ｍＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の組電池の評価方法。

【請求項8】

複数の第１の電池が直列接続されている組電池と、
前記組電池に所定の周波数の複数の電圧の信号を印加する電源と、
前記複数の信号の電圧、および、前記第１の電池と同じ仕様の第２の電池のデータを記憶しており、前記第２の電池の前記データは、前記第２の電池の劣化状態と、前記第２の電池に印加された前記信号の複数の電圧との関係であるＳＯＨ推定データ、を含んでいる記憶手段と、
前記所定の周波数の複数の電圧の前記信号が印加された前記組電池のインピーダンス特性を測定する測定手段と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第２の電池の前記データとに基づき、前記複数の第１の電池の劣化状態の分布を推定する演算手段と、を具備することを特徴とする電池システム。

【請求項9】

複数の第１電池が直列接続されている組電池と、
前記組電池に所定の周波数の所定の電圧の信号を印加する電源と、
前記信号の電圧、および、第１の電池と同じ仕様の第２の電池のデータと、を記憶しており、前記第２の電池の前記データは、前記第２の電池の劣化状態と、前記第２の電池に印加された前記信号の電圧との関係であるＳＯＨ推定データ、を含んでいる記憶手段と、
前記所定の電圧よりも、０．０５Ｖ以上０．２Ｖ以下、高い電圧の前記所定の周波数の信号が印加された前記組電池のインピーダンス特性を測定する測定手段と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第２の電池の前記データとに基づき、前記組電池に、所定の劣化状態よりも劣化している前記第１の電池が含まれていることを推定する演算手段と、を具備することを特徴とする電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、複数の二次電池を含む組電池の評価方法、および、複数の二次電池を含む組電池を有する電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯機器、電動工具および電気自動車等に二次電池が用いられている。二次電池の中でリチウムイオン電池は、リチウムのイオン化傾向が大きいことから、高電圧、高出力、高エネルギー密度である。リチウムイオン電池は、定置用電源および非常用電源などの大型電源への応用も期待されている。電池は、負荷の仕様の電圧となるように、複数の電池が直列接続された組電池として使用される。

【0003】

二次電池の特性を測定する方法として、交流インピーダンス測定法が知られている。特開２００９－９７８７８号公報には、交流インピーダンス法によって取得した電池のコールコールプロットを、等価回路モデルを用いて解析する測定方法が開示されている。

【0004】

特開２０１８－１５１１９４号公報には、組電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に対して大きく変化するパラメータを利用して、充電状態を推定する装置が開示されている。

【0005】

一方、劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）も、電池の重要な特性である。ＳＯＨは、（評価電池の放電容量／初期の電池の放電容量）×１００、によって示される。ＳＯＨが１００％であれば電池は全く劣化していない。

【0006】

電池のＳＯＨは、使用に対応して減少する。組電池に含まれている複数の電池（セル）は同じ仕様にもとづき製造されているため、それらのＳＯＨは、理想的には同じように減少するはずであるが、実際には、ばらつき（分布）が生じることがある。例えば、初期特性に影響を与えない程度の製造条件の違い、使用環境における温度分布、電池を固定する拘束治具の圧力分布、または、外部からの衝撃によって、複数の電池のＳＯＨに分布が生じることがある。

【0007】

複数の電池にＳＯＨ分布があり、劣化している電池、すなわち、他の電池よりも、ＳＯＨが小さい電池が含まれていると、組電池の性能が加速度的に劣化する。組電池に組み立てる前に、それぞれの電池のＳＯＨを、評価することは比較的容易である。しかし、複数の電池を組電池に組み立てる工程においてＳＯＨ分布の原因が発生するおそれもある。

【0008】

組電池に含まれる、それぞれの電池のＳＯＨを評価するには、それぞれの電池に評価のための電線を接続する必要がある。また、組電池の仕様によっては、電線を接続できない構造のため、組み立て後は、それぞれの電池のＳＯＨを評価できなかった。

【0009】

組電池に含まれている複数の電池のＳＯＨ分布を、組電池を分解したり改造したりすることなく簡単に推定する評価方法、および、組電池に含まれている複数の電池のＳＯＨ分布を簡単に推定できる電池システムの開発が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２００９－９７８７８号公報

【文献】特開２０１８－１５１１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の実施形態は、含まれている複数の電池のＳＯＨ分布を簡単に推定できる組電池の評価方法、および、組電池に含まれている複数の電池のＳＯＨ分布を簡単に推定できる電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の実施形態の組電池の評価方法は、複数の第１の電池が直列接続されている組電池に、所定の周波数の複数の電圧の信号が印加されてインピーダンス特性が測定される工程と、前記組電池の前記インピーダンス特性と予め記憶されている前記第１の電池と同じ仕様の第２の電池のデータとを用いて、前記複数の第１の電池の劣化状態の分布が推定される工程と、を具備し、前記第２の電池の前記データは、劣化状態が異なる複数の第２の電池に、それぞれ、前記所定の周波数の複数の電圧の信号が印加されて、それぞれの前記インピーダンス特性が測定される第１の工程と、前記第１の工程の測定結果をもとに、それぞれの劣化状態において、前記インピーダンス特性が増加しはじめるＳＯＨ電圧が、それぞれ算出される第２の工程と、劣化状態と前記ＳＯＨ電圧との関係を含む前記第２の電池の前記データが取得される第３の工程と、前記第２の電池の前記データを記憶する第４の工程と、によって取得され記憶されている。

【0013】

別の実施形態の電池システムは、複数の第１の電池が直列接続されている組電池と、前記組電池に所定の周波数の複数の電圧の信号を印加する電源と、前記複数の信号の電圧、および、前記第１の電池と同じ仕様の第２の電池のデータを記憶しており、前記第２の電池の前記データは、前記第２の電池の劣化状態と、前記第２の電池に印加された前記信号の複数の電圧との関係であるＳＯＨ推定データ、を含んでいる記憶手段と、前記所定の周波数の前記信号が印加された前記組電池のインピーダンス特性を測定する測定手段と、前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第２の電池の前記データとに基づき、前記複数の第１の電池の劣化状態の分布を推定する演算手段と、を具備する。
別の実施形態の電池システムは、複数の第１電池が直列接続されている組電池と、前記組電池に所定の周波数の所定の電圧の信号を印加する電源と、前記信号の電圧、および、第１の電池と同じ仕様の第２の電池のデータと、を記憶しており、前記第２の電池の前記データは、前記第２の電池の劣化状態と、前記第２の電池に印加された前記信号の電圧との関係であるＳＯＨ推定データ、を含んでいる記憶手段と、前記所定の電圧よりも、０．０５Ｖ以上０．２Ｖ以下、高い電圧の前記所定の周波数の信号が印加された前記組電池のインピーダンス特性を測定する測定手段と、前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第２の電池の前記データとに基づき、前記組電池に、所定の劣化状態よりも劣化している前記第１の電池が含まれていることを推定する演算手段と、を具備する。

【発明の効果】

【0014】

本発明の実施形態によれば、含まれている複数の電池のＳＯＨ分布を簡単に推定できる組電池の評価方法、および、組電池に含まれている複数の電池のＳＯＨ分布を簡単に推定できる電池システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態の電池システムの構成図である。

【図2】実施形態の評価方法を説明するためのフローチャートである。

【図3】電圧とインピーダンス特性との関係を示す図である。

【図4】ＳＯＨ電圧の算出方法を説明する図である。

【図5】ＳＯＨ電圧とＳＯＨとの関係（ＳＯＨ推定データ）を示す図である。

【図6】組電池の電圧とインピーダンス特性との関係を示す図である。

【図7】変形例１の組電池に印加する電圧を説明するための図である。

【図8】変形例２を説明するための第２の電池のコールコールプロットの一例である。

【図9】図８の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜電池システムの構成＞
図１に示すように、実施形態の電池システム１は組電池２０と、ＣＰＵ３０と、電源４０と、を具備する。組電池２０は、複数の第１の電池１０（以下、「電池１０」ともいう。）が直列接続されている。組電池２０および電源４０は図示しない負荷（モーター等）と接続されている。

【0017】

第１の電池１０は、リチウムイオンを吸蔵／放出する正極と、電解質と、セパレータと、リチウムイオンを吸蔵／放出する負極と、からなる単位セルを有するリチウムイオン二次電池である。正極はリチウムコバルト酸化物を含有している。負極は炭素材料を含有している。セパレータはポリオレフィンからなる。そして電解質はＬｉＰＦ_６を環状および鎖状カーボネートに溶解した電解質である。第１の電池１０は、多孔質等からなるセパレータの内部に電解質が充填された構造であってもよい。

【0018】

ＣＰＵ３０は、記憶手段であるメモリ３１と、制御手段であるコントローラ３２と、測定手段である測定回路３３と、演算手段である演算回路３４と、を含む。メモリ３１は、後述する第２の電池のデータを含む電池システム１の制御データを記憶している。コントローラ３２は、電池システム１を制御する。測定回路３３は組電池２０のインピーダンス特性を測定する。演算回路３４は、測定回路３３が測定したインピーダンス特性から組電池２０に含まれている複数の第１の電池１０の劣化状態分布（ＳＯＨ分布）等を推定する。電源４０は、組電池２０に測定信号を印加する。温度検出手段である温度センサ２９Ａは組電池２０の温度を検出する。

【0019】

なお、メモリ３１と、コントローラ３２と、測定回路３３と、演算回路３４と、は独立した回路でもよいし、これらはプログラムにもとづきＣＰＵ３０が行う機能でもよい。また、電池システム１が別体の他のシステムの一部として使用されている場合等において、他のシステムのＣＰＵをＣＰＵ３０として用いてもよい。他のシステムは、複数の電池システム１が共通に用いるクラウドシステムでもよい。

【0020】

＜電池システムの動作＞
図２のフローチャートにそって、電池システム１による評価方法について説明する。

【0021】

＜ステップＳ１０＞第１の工程（第２の電池測定工程）
第１の電池１０と同じ仕様の第２の電池（不図示）は、例えば、充放電試験によって所望のＳＯＨとなる。

【0022】

ＳＯＨが異なる第２の電池に、所定の温度において所定の周波数の複数の電圧の異なる、例えば正弦波の交流信号が印加されて、それぞれのＳＯＨにおけるインピーダンス特性が測定される。

【0023】

所定の測定周波数は、ＳＯＨに対してインピーダンス特性が大きく変化する周波数、例えば、１００ｍＨｚである。測定周波数は、予め、複数のＳＯＨの第２の電池のインピーダンス特性の周波数依存性にもとづき設定される。

【0024】

具体的には、異なるＳＯＨの第２の電池のインピーダンス特性の周波数特性を、それぞれ測定し、ＳＯＨに対する変化率の周波数依存性を算出し、最も大きい変化率 （ΔＳＯＨ／Δｆ ； ｆ：周波数）の周波数を測定周波数とする。

【0025】

図３では、ＳＯＨ１００％、ＳＯＨ９３％、ＳＯＨ７８％の第２の電池のインピーダンスの虚数成分－Ｚ｀｀（以下、「リアクタンス」ともいう。）の電圧依存性を示している。周波数は１００ｍＨｚである。

【0026】

＜ステップＳ２０＞第２の工程（ＳＯＨ電圧算出工程）
第２の電池は、いずれのＳＯＨにおいても、リアクタンスは、電圧が高くなると、ほぼ一定の最小値であるインピーダンス底値ＺＢから増加する。そして、ＳＯＨが小さい、すなわち、劣化していると、第２の電池のリアクタンスが増加しはじめる電圧（以下、「ＳＯＨ電圧ＶＵ」ともいう。）が小さくなる。

【0027】

第１の工程の測定結果をもとに、それぞれのＳＯＨの第２の電池において、リアクタンスが増加しはじめるＳＯＨ電圧ＶＵがそれぞれ算出される。

【0028】

例えば、図４に示すように、ＳＯＨ電圧ＶＵは、リアクタンスの増加率が、５％／Ｖ以下の領域（コンスタントゾーン）の値を近似した直線（インピーダンス底値ＺＢ）と、リアクタンスの増加率が１０％／Ｖ以上となった領域（変化ゾーン）の値を近似した直線との、交点から取得される。

【0029】

ＳＯＨ電圧ＶＵの取得には、各種の方法を用いることができる。例えば、ＳＯＨ電圧ＶＵは、リアクタンスがインピーダンス底値ＺＢよりも、ΔＺだけ大きいＳＯＣでもよい。ΔＺは例えばインピーダンス底値ＺＢの１％以上１００％以下である。ΔＺはリアクタンスの絶対値によって設定されてもよい。

【0030】

＜ステップＳ３０＞第３の工程（ＳＯＨ／ＶＵ関係取得工程）
図５に示すような、ＳＯＨとＳＯＨ電圧ＶＵとの関係であるＳＯＨ推定データが取得される。ＳＯＨ／ＶＵ関係は、図５のグラフをもとに、近似式として取得されてもよいし、表として取得されてもよい。

【0031】

＜ステップＳ４０＞第４の工程（第２の電池のデータの記憶工程）
ＳＯＨ推定データおよび測定条件（電圧、測定周波数、温度）等を含む、第２の電池のデーがメモリ３１に記憶される。

【0032】

ステップＳ１０～Ｓ３０は、複数の電池システム１の評価方法の前工程に相当する。これに対して、以下において説明するステップＳ５０～Ｓ６０は、それぞれの電池システム１の評価方法の後工程である。予めメモリ３１に記憶されている第２の電池のデータを用いて、複数の組電池２０が評価される。それぞれの電池システム１は第２の電池のデータを取得する機能を有している必要は無い。

【0033】

なお、複数の第２の電池のＳＯＨ／ＶＵ関係を取得し、複数のＳＯＨ／ＶＵ関係をもとに、メモリ３１に記憶する第２の電池のデータが作成されてもよい。

【0034】

＜ステップＳ５０＞組電池測定
複数の第１の電池１０が直列接続された組電池２０が作製され、電池システム１に組み込まれる。そして、組電池２０に含まれる複数の電池１０のＳＯＨ分布を評価するために、コントローラ３２の制御によって、組電池２０に、電源４０から、複数の電圧の交流信号が印加されて、測定回路３３によって、インピーダンス特性であるリアクタンスが測定される。

【0035】

電源４０は、第２の電池のデータが測定されたときと同じ周波数の交流信号を、第２の電池のデータが測定されたときと同じ温度の組電池２０に印加する。

【0036】

電池のインピーダンス特性は温度の影響をうける。このため、電池システム１は、温度センサ２９Ａが測定した温度が、例えば、第２の電池の温度±５℃、である場合に、充電状態の分布を推定する。なお、温度センサ２９Ａは、他のシステムとの共用センサであってもよい。複数の組電池２０が、温度センサ２９Ａを有する室内に配置されていてもよい。

【0037】

なお、第２の電池の測定値との整合のため、組電池２０に印可される測定信号の振幅は、組電池２０に含まれる第１の電池１０の数に応じて設定される。組電池２０が２０個の第１の電池１０を含む場合には、組電池２０の測定信号の振幅は、第２の電池の測定信号の２０倍とする。

【0038】

複数の第１の電池１０が直列接続された組電池２０のリアクタンスは、複数の第１の電池１０のリアクタンスの合計値となる。

【0039】

＜ステップＳ６０＞ＳＯＨ分布推定
第４の工程の測定結果をもとに、予めメモリ３１に記憶されているＳＯＨ推定データ（第２の電池のデータ）を用いて、組電池２０に含まれる複数の第１の電池１０のＳＯＨ分布が推定される。

【0040】

図６は、４つの第１の電池１０が直列接続された組電池２０のリアクタンスの電圧依存性の一例を示している。組電池２０のインピーダンス底値は、第１の電池１０のインピーダンス底値ＺＢの４倍である。

【0041】

組電池２０のリアクタンスが、所定の電圧においてのみ上昇する場合には、組電池２０に含まれる複数の第１の電池１０のＳＯＨが同じと推定される。

【0042】

これに対して、図６に示す組電池２０のリアクタンスは、電圧Ｖ１（３．９３Ｖ）から増加しはじめているため、組電池２０には、ＳＯＨ７８％の第１の電池１０が含まれていると推定される。電圧Ｖ２（４．００Ｖ）から、リアクタンス増加率が上昇しているため、組電池２０には、ＳＯＨ８５％の第１の電池１０が含まれていると推定される。また、電圧Ｖ３（４．０６Ｖ）から、リアクタンス増加率が更に上昇しているため、組電池２０には、ＳＯＨ９３％の第１の電池１０が含まれていると推定される。電圧Ｖ４（４．１０Ｖ）から、リアクタンス増加率が更に上昇しているため、組電池２０には、ＳＯＨ１００％の第１の電池１０が含まれていると推定される。

【0043】

すなわち、組電池２０は、ＳＯＨ７８％、８５％、９３％、１００％の４つの第１の電池１０を含むことが推定される。

【0044】

以上の説明のように、実施形態の組電池の評価方法によれば、組電池２０に含まれている複数の第１の電池１０のＳＯＨ分布を簡単に推定できる。また、実施形態の電池システムは、組電池２０に含まれている複数の第１の電池１０のＳＯＨ分布を簡単に推定できる。

【0045】

図６に示す組電池２０のリアクタンスは、増加率が急上昇している変化点（変曲点）が４つあった。このため、４つの第１の電池１０のぞれぞれのＳＯＨが推定できた。変化点が１つ、例えば、電圧Ｖ４だけあり、そのリアクタンスの変化が、図３に示した第２の電池のリアクタンスの、ほぼ４倍であれば、組電池２０の４つの第１の電池１０はほぼ同じＳＯＨ（１００％）であると推定される。

【0046】

変化点が２つあり、電圧Ｖ１においてリアクタンス増加率が上昇し、次に電圧Ｖ４においてリアクタンス増加率が上昇した場合には、組電池２０は、ＳＯＨ９５％の第１の電池１０とＳＯＨ１００％の第１の電池１０を含むと推定される。さらに、それぞれの電圧における増加率から、それぞれのＳＯＨの第１の電池１０の数を推定できる。

【0047】

組電池２０が含む第１の電池１０の数は、特に制限はないが、１０個以上であれば所望の電圧が得られ、１００個以下であればＳＯＨ分布の推定が容易である。第１の電池１０の数が多い場合には、リアクタンス増加率が最大の変化点におけるＳＯＨが複数の第１の電池１０のＳＯＨ中心値であり、それよりも低い電圧における変化点、または、想定されるＳＯＨよりも低い電圧における変化点があれば、ＳＯＨ中心値よりも小さなＳＯＨの第１の電池１０が含まれると推定される。

【0048】

第１の電池１０は、リチウムイオン電池に限られるものではなく、例えばリチウムポリマー電池、または、リチウム硫黄電池でもよい。また、第１の電池１０は、電解質が固体電解質である全固体電池でもよい。また、第１の電池１０は、隣り合う電池（セル）が、正極と負極とが共通の集電体を有するバイポーラ電池でもよい。また、第１の電池１０は、電解質が固体電解質であるバイポーラ全固体電池でもよい。また、複数の組電池２０が並列に接続されていてもよい。

【0049】

電池システム１では、インピーダンス特性の種類は、リアクタンスであり、測定周波数は１００ｍＨｚであった。しかし、インピーダンス特性の種類、測定周波数、印加電圧等の測定条件は、組電池２０の仕様によって適宜、選択可能である。

【0050】

インピーダンス特性としては、実数成分（レジスタンス）Ｚ｀、虚数成分（リアクタンス）－Ｚ｀｀、位相角θ、および絶対値｜Ｚ｜のうち、少なくともいずれかである。測定周波数は高いほど短時間での測定が可能であるが、インピーダンス特性の増加が顕著ではなくなる。このため、測定周波数は１０ｍＨｚ以上５００ｍＨｚ以下であることが好ましい。印加電圧は、評価対象のＳＯＨ電圧以上であればよい。

【0051】

複数の測定周波数を用いることによって、１つの周波数による測定よりも、精度の高い測定が可能である。例えば、周波数５０ｍＨｚ、１００ｍＨｚ、１５０ｍＨｚにおいて、それぞれの工程を行い、劣化状態（ＳＯＨ）とＳＯＨ電圧との関係が顕著な周波数による測定結果を組み合わせることで測定精度が向上する。

【0052】

＜変形例＞
以下に説明する変形例１、２の電池システム１Ａ、１Ｂおよび組電池の評価方法は、実施形態の電池システム１および組電池の評価方法と類似し同じ機能を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

【0053】

＜変形例１＞
組電池２０は、１つだけでもＳＯＨが小さい第１の電池１０を含んでいると特性が劣化する。本変形例では、組電池２０に他の第１の電池よりも劣化している第１の電池１０が含まれていることを実施形態よりも簡単に推定する。

【0054】

ステップＳ１０（第１の工程）においては、所定のＳＯＨの第２の電池に、複数の電圧の所定の周波数の交流信号が印加されてインピーダンス特性が測定される。ここで、所定のＳＯＨは組電池２０の仕様から、含まれていてはならない最も高いＳＯＨである。例えば、ＳＯＨ９５％未満の第１の電池１０が組電池２０に含まれていないことを保証するためには、ＳＯＨ９５％の第２の電池１０が測定される。

【0055】

ステップＳ２０（第２の工程）においては、所定の劣化状態、すなわち、ＳＯＨ９５％において、インピーダンス特性が増加しはじめるＳＯＨ電圧が算出される。

【0056】

ステップＳ３０（第３の工程）は不要である。

【0057】

ステップＳ４０（第４の工程）においては、メモリ３１に第２の電池のデータとして、所定のＳＯＨにおけるＳＯＨ電圧ＶＵが記憶される。

【0058】

そして、ステップＳ５０においては、第２の電池と同じ仕様の複数の第１の電池が直列接続されている組電池２０に、ＳＯＨ電圧ＶＵよりも、僅かに高い所定電圧（ＶＵ＋ΔＶ）の交流信号が電源４０から印加されて、測定回路３３によってインピーダンス特性が測定される。

【0059】

図７に示すようにＳＯＨ電圧がＶＵの場合、リアクタンスが、ΔＺだけ大きくなる、（ＶＵ＋電圧差ΔＶ）の所定電圧の信号が印加される。すでに説明したように、インピーダンス底値ＺＢのｋ個（ｋは整数）の第１の電池１０が直列接続された組電池２０のリアクタンスは、ＳＯＨ電圧よりも小さい電圧では、ＳＯＨ分布がなければ、（ｋＺＢ）である。例えば、ＳＯＨ電圧よりも、電圧差ΔＶが０．１Ｖ高い所定電圧の信号が組電池２０に印加される。

【0060】

そして、ステップ６０においては、組電池２０のリアクタンスが、所定値（ｋＺＢ）以上の場合に、組電池２０に、少なくとも所定の劣化状態（ＳＯＨ９５％）よりも劣化している第１の電池１０が含まれていることが推定される。

【0061】

組電池２０のリアクタンスが、（ｋＺＢ＋ΔＺ）の場合には、劣化している第１の電池１０が含まれていることが推定される。印加する所定電圧（ＶＵ＋ΔＶ）の電圧差ΔＶは、小さい程、所定の劣化状態に近い第１の電池１０が含まれていることを推定可能であるが、測定誤差を考慮して、（ｋＺＢ）と（（ｋＺＢ）＋ΔＺ）とが識別可能な値に設定される。例えば、電圧差ΔＶは、０．０５Ｖ以上０．２Ｖ以下が好ましい。

【0062】

＜変形例２＞
すでに説明したように、最適の測定周波数を決定するには、ＳＯＨが異なる複数の第２の電池のインピーダンス特性の周波数依存性を、それぞれ測定する必要があった。

【0063】

しかし、変形例２の電池システム１Ｂでは、１つの第２の電池のインピーダンス特性の周波数依存性を測定するだけ、最適の測定周波数を決定することもできる。

【0064】

本変形例の電池状態推定方法では、以下に説明するようにコールコールプロットの解析工程によって、測定周波数を決定する

【0065】

＜複素インピーダンス測定工程＞
本変形例の推定方法では、測定周波数を決定するために、第１のＳＯＨの第２の電池の複素インピーダンス（レジスタンスＺ｀およびリアクタンス－Ｚ｀｀）の周波数特性が測定される。

【0066】

ここで、第１のＳＯＨは、ＳＯＨ推定の基準としたい２つのＳＯＨのうちの、リアクタンスが小さいＳＯＨである。例えば、ＳＯＨ２０％が第１のＳＯＨであり、ＳＯＨ１０％が第２のＳＯＨである。

【0067】

第１のＳＯＨと第２のＳＯＨとの差は、５％以上２０％以下であることが好ましい。前記範囲内であれば、推定精度が高い。

【0068】

複素インピーダンスの周波数特性の測定では、例えば、振幅５ｍＶの正弦波信号が、周波数を高周波（１ｋＨｚ）から低周波（１０ｍＨｚ）に変化しながら、第２の電池に印加される。

【0069】

図８は、第２の電池の複素インピーダンスの周波数特性を示すコールコールプロットである。コールコールプロットは、横軸がインピーダンスの実数成分（レジスタンスＺ｀）であり縦軸がインピーダンスの虚数成分（リアクタンス－Ｚ｀｀）である。正極と負極とを有する二次電池のコールコールプロットは、負極反応に相当する高周波領域の半円と、正極反応に相当する低周波領域の半円と、拡散抵抗成分に相当する傾き４５度の直線と、に分解できる。

【0070】

＜第１の周波数の取得＞
図９は、図８の部分拡大図である。図９に示すように、コールコールプロットにおいて拡散抵抗成分に相当する傾き４５度の直線とリアクタンスがゼロの直線との交点、すなわち、拡散抵抗成分がゼロとなる点Ｏが算出される。そして、点ＯのレジスタンスＺ｀と同じレジスタンスＺ｀となるコールコールプロットの測定点Ａの周波数が、第１の周波数ｆ１として取得される。なお、測定点Ａは拡散抵抗成分がゼロとなる最も低い周波数である。

【0071】

図９に示す例では、点Ｏのインピーダンス実数成分Ｚ｀は、４５ｍΩであり、同じレジスタンスＺ｀となる点Ａの第１の周波数ｆ１は、６１０ｍＨｚである。

【0072】

＜第２の周波数の取得＞
コールコールプロットにおいて、拡散抵抗成分を含む領域において、リアクタンスが、第１の周波数ｆ１と同じである周波数が、第２の周波数ｆ２として取得される。拡散抵抗成分を含む領域は、言い替えれば、第１の周波数ｆ１よりも低周波の領域である。

【0073】

図９に示す例では、点Ａのリアクタンスは、６．８ｍΩであり、同じリアクタンスとなる点Ｂの第２の周波数ｆ２は、４０ｍＨｚである。

【0074】

＜測定周波数決定＞
第１の周波数ｆ１以下第２の周波数ｆ２以上の範囲の測定周波数Ｆが決定される。例えば、コールコールプロットの第１の周波数ｆ１の点と第２の周波数ｆ２の点とを結ぶ直線の中点Ｃのリアクタンスとなる周波数が測定周波数Ｆとして決定される。図８に示したコールコールプロットでは、１００ｍＨｚが測定周波数Ｆとして決定される。

【0075】

なお、図８から明らかなように、測定周波数Ｆの範囲ｆ１－ｆ２は、正極反応に相当する低周波領域の半円の範囲である。すなわち、本変形例では、二次電池の正極反応におけるリアクタンスの変化をもとにＳＯＨが推定される。

【0076】

測定周波数Ｆが前記範囲であれば、リアクタンスの変化率が大きい。例えば、リアクタンスの変化率（（Ｚ１０－Ｚ２０）／Ｚ２０）は、第１の周波数ｆ１においては６２０％であり、第２の周波数ｆ２においては、６８０％であり、１００ｍＨｚにおいては１１００％であった。

【0077】

なお、従来の方法では、ＳＯＨ１０％の電池およびＳＯＨ２０％の電池のリアクタンスの周波数特性を、それぞれ測定し、さらに、ＳＯＨに対するリアクタンスの変化率の周波数依存性を取得し、変化率の最大値となる周波数が算出される。従来の方法では、周波数１２５ｍＨｚにおいて、変化率は最大値１１５０％となった。

【0078】

本変形例では、ＳＯＨ２０％の電池のリアクタンスの周波数特性を測定するだけで、従来の方法に匹敵するインピーダンス変化率が得られている。

【0079】

本変形例は、適切な測定周波数を含む第２の電池のデータを用いることによって、第１の電池１０のＳＯＨを精度良く容易に推定できる。

【0080】

本発明は、上述した実施形態等に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、構成要素の組み合わせ等が可能である。

【符号の説明】

【0081】

１、１Ａ、１Ｂ…電池システム
１０…電池
２０…組電池
３１…メモリ
３２…コントローラ
３３…測定回路
３４…演算回路
４０…電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】