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(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】2024-11-05
(45)【発行日】2024-11-13
(54)【発明の名称】電池診断システム、それを備えた車両、および、電池診断方法
(51)【国際特許分類】
H01M 10/48 20060101AFI20241106BHJP
H01M 10/42 20060101ALI20241106BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20241106BHJP
B60L 3/00 20190101ALI20241106BHJP
B60L 58/10 20190101ALI20241106BHJP
G01R 31/378 20190101ALI20241106BHJP
【ＦＩ】
H01M10/48 P
H01M10/42 P
H02J7/00 Y
H02J7/00 P
B60L3/00 S
B60L58/10
G01R31/378
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2022116349
(22)【出願日】2022-07-21
(65)【公開番号】P2023134324
(43)【公開日】2023-09-27
【審査請求日】2023-11-09
(31)【優先権主張番号】P 2022039154
(32)【優先日】2022-03-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】李 娜
【審査官】山口 大
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－０５５０４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１１１５８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１４２２６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２４９５８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１０－５３９６４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００８８９９２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／４８
Ｈ０１Ｍ １０／４２
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｂ６０Ｌ ３／００
Ｂ６０Ｌ ５８／１０
Ｇ０１Ｒ ３１／３７８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
二次電池の電圧を測定するセンサと、充放電期間と充放電休止期間との両方を含む診断対象期間中に前記センサにより測定された電圧の時間変化を示す電圧カーブに基づいて、前記二次電池が正規品であるかどうかを診断するプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、前記充放電期間中の第１タイミングにおける前記電圧カーブの変化の割合が、前記診断対象期間中における前記正規品の電圧の時間変化を示す正規カーブに基づいて定められる第１基準範囲内であり、かつ、前記充放電休止期間中の第２タイミングにおける前記電圧カーブの変化の割合が、前記正規カーブに基づいて定められる第２基準範囲内である場合に、前記二次電池が正規品であると診断する、電池診断システム。
【請求項2】
二次電池の電圧を測定するセンサと、
充放電期間と充放電休止期間との両方を含む診断対象期間中に前記センサにより測定された電圧の時間変化を示す電圧カーブに基づいて、前記二次電池が正規品であるかどうかを診断するプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、前記電圧カーブと、ノイズ干渉を模擬して作成された、前記診断対象期間中における前記正規品の電圧の時間変化を示す正規カーブとの比較結果に基づいて、前記二次電池が正規品であるかどうかを診断する、電池診断システム。
【請求項3】
二次電池の電圧を測定するセンサと、
充放電期間と充放電休止期間との両方を含む診断対象期間中に前記センサにより測定された電圧の時間変化を示す電圧カーブに基づいて、前記二次電池が正規品であるかどうかを診断するプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、前記充放電期間中における前記電圧カーブと前記診断対象期間中における前記正規品の電圧の時間変化を示す正規カーブとの複数回の比較結果と、前記充放電休止期間中における前記電圧カーブと前記正規カーブとの複数回の比較結果とに基づいて、前記二次電池が正規品であるかどうかを診断する、電池診断システム。
【請求項4】
警告を発する警告装置をさらに備え、前記プロセッサは、前記二次電池が前記正規品でないと診断された場合、警告を発するように前記警告装置を制御する、請求項１～３のいずれか１項に記載の電池診断システム。
【請求項5】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電池診断システムを備える、車両。
【請求項6】
充放電期間と充放電休止期間との両方を含む診断対象期間中にセンサにより測定された二次電池の電圧の時間変化を示す電圧カーブをコンピュータが取得するステップと、前記電圧カーブに基づいて、前記二次電池が正規品であるかどうかを前記コンピュータにより診断するステップとを含み、
前記診断するステップは、前記充放電期間中の第１タイミングにおける前記電圧カーブの変化の割合が、前記診断対象期間中における前記正規品の電圧の時間変化を示す正規カーブに基づいて定められる第１基準範囲内であり、かつ、前記充放電休止期間中の第２タイミングにおける前記電圧カーブの変化の割合が、前記正規カーブに基づいて定められる第２基準範囲内である場合に、前記二次電池が正規品であると診断するステップを含む、電池診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電池診断システム、それを備えた車両、および、電池診断方法に関し、より特定的には、二次電池を診断する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電池パックが搭載された車両の普及が進んでいる。正規の製造業者以外によって製造された、電池パックの模倣品が流通する可能性がある。また、正規品の電池パックに対して不正な改造が行われる可能性もある。模倣品、不正改造品などの非正規品には、粗悪な二次電池が使用されていたり、制御回路に不備があったりする可能性がある。そのため、電池パックが正規品であるかどうかを診断する技術が提案されている。
【0003】
たとえば特開２０１２－１７４３６７号公報（特許文献１）に開示された電池識別装置は、第１特性値と第２特性値とに基づいて、組電池が正規品であるかどうかを監視する。第１特性値とは、車両の走行運転が終了したとき、または、組電池への充電が終了したときに複数の電池セルの各々から取得される出力電圧値である。第２特性値とは、その後、最初に、車両の走行運転が開始されるとき、または、組電池への充電が開始されるときに複数の電池セルの各々から取得される出力電圧値である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１２－１７４３６７号公報
【文献】特開２０１２－１７４４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
二次電池が正規品であるかどうかを高精度に診断する技術に対する要望が常に存在する。本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的の１つは、二次電池が正規品であるかどうかを高精度に診断することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本開示のある局面に係る電池診断システムは、二次電池の電圧を測定するセンサと、充放電期間と充放電休止期間との両方を含む診断対象期間中にセンサにより測定された電圧の時間変化を示す電圧カーブに基づいて、二次電池が正規品であるかどうかを診断するプロセッサとを備える。
【0007】
（２）プロセッサは、電圧カーブと、診断対象期間中における正規品の電圧の時間変化を示す正規カーブとの比較結果に基づいて、二次電池が正規品であるかどうかを診断する。
【0008】
（３）プロセッサは、充放電期間中の第１タイミングにおける電圧カーブ上の電圧が、正規カーブに基づいて定められる第１電圧範囲内であり、かつ、充放電休止期間中の第２タイミングにおける電圧カーブ上の電圧が、正規カーブに基づいて定められる第２電圧範囲内である場合に、二次電池が正規品であると診断する。
【0009】
（４）プロセッサは、充放電期間中の第１タイミングにおける電圧カーブの変化の割合が、正規カーブに基づいて定められる第１基準範囲内であり、かつ、充放電休止期間中の第２タイミングにおける電圧カーブの変化の割合が、正規カーブに基づいて定められる第２基準範囲内である場合に、二次電池が正規品であると診断する。
【0010】
（５）プロセッサは、電圧カーブと、ノイズ干渉を模擬して作成された正規カーブとの比較結果に基づいて、二次電池が正規品であるかどうかを診断する。
【0011】
（６）プロセッサは、充放電期間中における電圧カーブと正規カーブとの複数回の比較結果と、充放電休止期間中における電圧カーブと正規カーブとの複数回の比較結果とに基づいて、二次電池が正規品であるかどうかを診断する。
【0012】
（７）電池診断システムは、警告を発する警告装置をさらに備える。プロセッサは、二次電池が正規品でないと診断された場合、警告を発するように警告装置を制御する。
【0013】
（８）本開示の他の局面に係る車両は、上記の電池診断システムを備える。
【0014】
（９）本開示のさらに他の局面に係る電池診断方法は、充放電期間と充放電休止期間との両方を含む診断対象期間中にセンサにより測定された電圧の時間変化を示す電圧カーブをコンピュータが取得するステップと、電圧カーブに基づいて、二次電池が正規品であるかどうかをコンピュータにより診断するステップとを含む。
【発明の効果】
【0015】
本開示によれば、二次電池が正規品であるかどうかを高精度に診断できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施の形態１に係る電池診断システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。
【図2】バッテリの構造を概略的に示す斜視図である。
【図3】セルの構成の一例を示す透視斜視図である。
【図4】診断対象期間の第１の例を示す図である。
【図5】診断対象期間の第２の例を示す図である。
【図6】正規品の電圧変化カーブと非正規品の電圧変化カーブとを示す図である。
【図7】実施の形態１におけるバッテリの正規品の診断手法を説明するための図である。
【図8】バッテリの内部抵抗のインピーダンス成分を説明するための図である。
【図9】実施の形態１における電池診断処理を示すフローチャートである。
【図10】実施の形態２におけるバッテリの正規品の診断手法を説明するための図である。
【図11】実施の形態２における電池診断処理を示すフローチャートである。
【図12】ノイズを説明するための概念図である。
【図13】電圧変化カーブへのノイズ干渉の影響を説明するための図である。
【図14】ノイズ干渉が発生した場合の正規カーブと非正規品の電圧変化カーブとを示す図である。
【図15】実施の形態３における電池診断処理を示す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、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【0018】
以下の実施の形態では、本開示に係る電池診断システムが車両に搭載された例について説明する。しかし、本開示に係る電池診断システムの用途は車両用に限定されず、たとえば定置用であってもよい。
【0019】
［実施の形態１］
＜システム構成＞
図１は、実施の形態１に係る電池診断システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。車両１は、本実施の形態では電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）である。ただし、車両１の種類は、電池パックが搭載される車両であれば、これに限定されない。車両１は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）であってもよいし、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）であってもよいし、燃料電池車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle）であってもよい。
＜システム構成＞
図１は、実施の形態１に係る電池診断システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。車両１は、本実施の形態では電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）である。ただし、車両１の種類は、電池パックが搭載される車両であれば、これに限定されない。車両１は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）であってもよいし、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）であってもよいし、燃料電池車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle）であってもよい。
【0020】
車両１は、インレット１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０と、充電リレー（ＣＨＲ：Charge Relay）３０と、電池パック４０と、電力制御装置（ＰＣＵ：Power Control Unit）５１と、モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）５２と、警告装置６０と、統合電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）７０とを備える。電池パック４０は、バッテリ４１と、監視ユニット４２と、電池ＥＣＵ４３とを備える。
【0021】
インレット１０は、充電ケーブル９１の先端に設けられた充電コネクタを挿入可能に構成されている。車両１と、車両１の外部に設置された充電装置９２とが充電ケーブル９１を介して電気的に接続される。これにより、充電装置９２から供給される電力を用いてバッテリ４１が充電される（プラグイン充電）。
【0022】
ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、インレット１０と充電リレー３０との間に電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、充電装置９２からインレット１０を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を充電リレー３０に出力する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、バッテリ４１（またはＰＣＵ５１）から充電リレー３０を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をインレット１０に出力する。
充電リレー３０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０とバッテリ４１とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。充電リレー３０は、統合ＥＣＵ７０からの制御信号に応じて開放／閉成される。
充電リレー３０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０とバッテリ４１とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。充電リレー３０は、統合ＥＣＵ７０からの制御信号に応じて開放／閉成される。
【0023】
バッテリ４１は、モータジェネレータ５２を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ５１を通じてモータジェネレータ５２へ電力を供給する。また、バッテリ４１は、プラグイン充電時にはＡＣ／ＤＣコンバータ２０から出力された電力により充電される。さらに、バッテリ４１は、モータジェネレータ５２の発電時（回生発電時など）にもＰＣＵ５１を通じて発電電力を受けて充電される。
【0024】
監視ユニット４２は、電圧センサ４２１と、電流センサ４２２と、温度センサ４２３とを含む。電圧センサ４２１は、バッテリ４１（より詳細には各セル）の電圧Ｖを検出する。電流センサ４２２は、バッテリ４１に入出力される電流Ｉを検出する。温度センサ４２３は、バッテリ４１（より詳細には特定のセル）の温度Ｔを検出する。各センサは、その検出結果を示す信号を電池ＥＣＵ４３に出力する。電圧センサ４２１は、本開示に係る「センサ」に相当する。
【0025】
電池ＥＣＵ４３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ４３１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ４３２と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）とを含む。電池ＥＣＵ４３は、監視ユニット４２の各センサからの信号の入力ならびにメモリ４３２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、統合ＥＣＵ７０と協調しながらバッテリ４１を管理する。本実施の形態において電池ＥＣＵ４３により実行される主要な処理としては、バッテリ４１が正規品であるかどうかを診断する「電池診断処理」が挙げられる。電池ＥＣＵ４３による電池診断処理については後述する。
【0026】
ＰＣＵ５１は、たとえば、インバータと、コンバータ（いずれも図示せず）とを含む。ＰＣＵ５１は、統合ＥＣＵ７０からの制御信号に従って、バッテリ４１とモータジェネレータ５２との間で双方向の電力変換を実行する。
【0027】
モータジェネレータ５２は、たとえば永久磁石がロータ（図示せず）に埋設された三相交流回転電機である。モータジェネレータ５２は、バッテリ４１からの供給電力を用いて駆動軸を回転させる。また、モータジェネレータ５２は回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ５２によって発電された交流電力は、ＰＣＵ５１により直流電力に変換されてバッテリ４１に充電される。
【0028】
警告装置６０は、たとえば、インストルメントパネルに点灯される警告灯である。警告装置６０は、警告メッセージを表示可能なナビゲーションシステムのディスプレイであってもよいし、警告音を発生可能なスピーカであってもよい。
【0029】
統合ＥＣＵ７０は、電池ＥＣＵ４３と同様に、プロセッサ７０１と、メモリ７０２と、入出力ポート（図示せず）とを含む。統合ＥＣＵ７０は、車両１に設けられた各センサからの信号の入力ならびにメモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１が所望の状態となるように機器類（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０、充電リレー３０およびＰＣＵ５１）を制御する。統合ＥＣＵ７０は、たとえば、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０および／またはＰＣＵ５１を制御することによってバッテリ４１の充放電を制御する。
【0030】
電池ＥＣＵ４３に代えて統合ＥＣＵ７０が電池診断処理を実行してもよい。また、電池ＥＣＵ４３が電池診断処理のうちの一部の処理を実行し、統合ＥＣＵ７０が残りの処理を実行してもよい。電池ＥＣＵ４３のプロセッサ４３１および統合ＥＣＵ７０のプロセッサ７０１のうちの一方または両方が本開示に係る「プロセッサ」に相当する。
【0031】
＜電池構成＞
図２は、バッテリ４１の構造を概略的に示す斜視図である。バッテリ４１は、複数のスタック４１０（モジュールまたはブロックとも呼ばれる）を含む組電池である。複数のスタック４１０は、互いに直列接続されていてもよいし並列接続されていてもよい。図１には複数のスタック４１０うちの１つが代表的に示されている。
図２は、バッテリ４１の構造を概略的に示す斜視図である。バッテリ４１は、複数のスタック４１０（モジュールまたはブロックとも呼ばれる）を含む組電池である。複数のスタック４１０は、互いに直列接続されていてもよいし並列接続されていてもよい。図１には複数のスタック４１０うちの１つが代表的に示されている。
【0032】
スタック４１０は、複数のセル８１と、複数の樹脂枠８２と、一対のエンドプレート８３と、一対の拘束バンド８４とを含む。スタック４１０では、複数のセル８１と複数の樹脂枠８２とが積層されることにより積層体が形成されている。以下では、積層体の高さ方向をＨＧと記載し、積層体の長さ方向（積層方向）をＬＮと記載し、積層体の幅方向をＷＤと記載する。
【0033】
複数のセル８１の各々は、本実施の形態ではリチウムイオン電池である。しかし、各セル８１は、ニッケル水素電池などの他の二次電池であってもよい。スタック４１０に含まれるセルの数は特に限定されるものではない。各セル８１の構成は共通である。セル８１の構成については図３にて説明する。
【0034】
複数の樹脂枠８２の各々は、積層方向に隣り合う２つのセル８１の間に配置されている。一対のエンドプレート８３は、積層体の積層方向の一方端と他方端とに配置されている。つまり、エンドプレート８３は、積層体を積層方向に両側から挟み込むように配置されている。一対の拘束バンド８４は、樹脂枠８２の上面と下面とに配置されている。拘束バンド８４は、積層体を挟み込んだ状態の一対のエンドプレート８３を互いに拘束する。
【0035】
図３は、セル８１の構成の一例を示す透視斜視図である。前述のように、この例ではセル８１はリチウムイオン電池である。
【0036】
セル８１は、略直方体形状を有する角型セルである。セル８１のケース上面は蓋体８１１によって封止されている。蓋体８１１には、正極端子８１２および負極端子８１３が設けられている。正極端子８１２および負極端子８１３の各々の一方端は、蓋体８１１から外部に突出している。正極端子８１２および負極端子８１３の各々の他方端は、ケース内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続されている。図示しないが、隣り合う２つのセル８１は、バスバーにより互いに電気的に接続されている。
【0037】
ケース内部には電極体８１４が収容されている。電極体８１４は、たとえば、正極８１５と負極８１６とがセパレータ８１７を介して積層され、さらに筒状に捲回されることにより形成されている。電解液は、正極８１５、負極８１６およびセパレータ８１７等に保持されている。なお、電極体８１４として捲回体に代えて積層体を採用することも可能である。
【0038】
正極８１５、負極８１６、セパレータ８１７および電解液には、リチウムイオン二次電池の正極、負極、セパレータおよび電解液として従来公知の構成および材料を用いることができる。一例として、正極８１５は、正極合剤であるＮＣＭ（ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）と、正極箔であるアルミニウム（Ａｌ）箔とを含む。負極８１６は、負極合剤である黒鉛（Ｃ）と、負極箔である銅（Ｃｕ）箔とを含む。セパレータには、ポリオレフィン（たとえばポリエチレン、ポリプロピレン）を用いることができる。電解液は、有機溶媒（たとえばＤＭＣ（dimethyl carbonate)とＥＭＣ（ethyl methyl carbonate)とＥＣ（ethylene carbonate)との混合溶媒）と、リチウム塩（たとえばＬｉＰＦ６）と、添加剤（たとえばＬｉＢＯＢ（lithium bis(oxalate)borate）またはＬｉ［ＰＦ２（Ｃ２Ｏ４）２］）とを含む。
【0039】
＜電圧変化カーブ＞
以上のように構成された車両１において、バッテリ４１は、その使用に伴い、または時間の経過とともに劣化する。バッテリ４１の劣化が相当程度進んだ場合には、バッテリ４１を新たなバッテリ（または劣化が進行していない中古のバッテリ）に交換することが考えられる。その際、模倣品または不正改造品などの非正規品のバッテリに交換される可能性がある。非正規品のバッテリに交換された場合、車両１の各種性能が低下し得る。したがって、バッテリ４１が正規品であるかどうかを高精度に診断することが求められる。
以上のように構成された車両１において、バッテリ４１は、その使用に伴い、または時間の経過とともに劣化する。バッテリ４１の劣化が相当程度進んだ場合には、バッテリ４１を新たなバッテリ（または劣化が進行していない中古のバッテリ）に交換することが考えられる。その際、模倣品または不正改造品などの非正規品のバッテリに交換される可能性がある。非正規品のバッテリに交換された場合、車両１の各種性能が低下し得る。したがって、バッテリ４１が正規品であるかどうかを高精度に診断することが求められる。
【0040】
そこで、本実施の形態においては、以下に説明する特定の期間中に測定される「電圧変化カーブ」を用いて、バッテリ４１が正規品であるかどうかが診断される。この期間を「診断対象期間」と記載する。なお、前述のように、複数のセル８１の構成は互いに等しいため、どのセル８１の電圧を測定して電圧変化カーブを取得してもよい。以下では、簡単のためセルを区別せず、バッテリ４１の電圧変化カーブと記載する。
【0041】
＜診断対象期間＞
図４は、診断対象期間の第１の例を示す図である。図５は、診断対象期間の第２の例を示す図である。図４および図５において、横軸は経過時間を表す。縦軸は、電圧センサ４２１により測定された電圧Ｖを表す。後述する図６、図７、図１０、図１３、図１４に関しても同様である。
図４は、診断対象期間の第１の例を示す図である。図５は、診断対象期間の第２の例を示す図である。図４および図５において、横軸は経過時間を表す。縦軸は、電圧センサ４２１により測定された電圧Ｖを表す。後述する図６、図７、図１０、図１３、図１４に関しても同様である。
【0042】
図４に示すように、診断対象期間は、バッテリ４１が放電される放電期間と、バッテリ４１の充放電が休止される休止期間とを含む。放電期間の長さは数秒間～数十秒間であってもよい。休止期間の長さは数十秒間であってもよい。たとえば、車両１が登坂走行後、信号待ちのために停止した状態が一定時間継続した場合に、図４に示すような電圧変化カーブＬ１が測定される。
【0043】
あるいは、図５に示すように、診断対象期間は、バッテリ４１が充電される充電期間と、バッテリ４１の充放電が休止される休止期間とを含んでもよい。充電期間の長さは数秒間～数十秒間であってもよい。休止期間の長さは数十秒間であってもよい。たとえば、車両１が降坂走行後、信号待ちのために停止した状態が一定時間継続した場合に、図５に示すような電圧変化カーブＬ２が測定される。車両１のプラグイン充電時にも充電を一旦休止することで、同様の電圧変化カーブＬ２を測定できる。
【0044】
診断対象期間中に測定された電圧変化カーブＬ１またはＬ２は、電池ＥＣＵ４３のメモリ４３２に格納される。そして、電圧変化カーブＬ１またはＬ２と、バッテリ４１の正規品から予め取得された電圧カーブとが比較される。以下、正規品の電圧変化カーブを「正規カーブ」とも略す。
【0045】
図６は、正規カーブと非正規品の電圧変化カーブとを示す図である。図６に示すように、バッテリ４１の正規品と非正規品との間では電圧変化カーブの形状が異なる。したがって、電圧変化カーブＬ１（またはＬ２）と正規カーブとを比較することによって、バッテリ４１が正規品か非正規品かを診断可能である。すなわち、電圧変化カーブＬ１が正規カーブと一致する場合、バッテリ４１が正規品と診断できる。一方、電圧変化カーブＬ１が正規カーブと一致しない場合、バッテリ４１は非正規品と診断できる。
【0046】
正規カーブは（ＳＯＣ，電流Ｉ）の組み合わせ毎に準備することが望ましい。たとえば、初期条件でのＳＯＣが所定量ずつ異なり、かつ、電流Ｉが所定値ずつ異なる条件下で電圧変化を測定することで、多数の正規カーブが準備される。多数の正規カーブは、この例では、電池ＥＣＵ４３のメモリ４３２に格納されている。電池ＥＣＵ４３は、電圧変化カーブＬ１の比較対象とされる正規カーブを（ＳＯＣ，電流Ｉ）の組み合わせに応じて選択する。
【0047】
図７は、実施の形態１におけるバッテリ４１の正規品の診断手法を説明するための図である。図７では、図４に示した電圧変化カーブＬ１を例に説明するが、図５に示した電圧変化カーブＬ２によっても同様に診断できる。
【0048】
正規品であっても一定程度の電圧ばらつきが生じ得る。したがって、正規カーブを含む電圧範囲ＶＲが予め設定される。電圧範囲ＶＲの上限電圧をＵＬで示し、下限電圧をＬＬで示す。実施の形態１では、電圧変化カーブＬ１が電圧範囲ＶＲ内であるかどうかが判定される。より詳細には、放電期間中の少なくとも１回の電圧と、休止期間中の少なくとも１回の電圧とが用いられる。
【0049】
図７に示す例では、放電期間中の時刻ｔ１１（本開示に係る「第１タイミング」に相当）における電圧Ｖ（ｔ１１）が上限電圧ＵＬと下限電圧ＬＬとの間の第１電圧範囲内であるかが判定されるとともに、休止期間中の時刻ｔ２１（本開示に係る「第２タイミング」に相当）における電圧Ｖ（ｔ２１）が上限電圧と下限電圧ＬＬとの間の第２電圧範囲内であるかが判定される。
【0050】
ある電圧変化カーブＬ１Ａについては、電圧Ｖ（ｔ１１）が第１電圧範囲の上限電圧ＵＬを超えており、かつ、電圧Ｖ（ｔ２１）が第２電圧範囲の上限電圧ＵＬを超えている。この場合、電圧変化カーブＬ１Ａからはバッテリ４１が非正規品であると診断される。これに対し、他の電圧変化カーブＬ１Ｂについては、電圧Ｖ（ｔ１１）が第１電圧範囲内であり、かつ、電圧Ｖ（ｔ２１）が第２電圧範囲内である。この場合、電圧変化カーブＬ１Ｂからはバッテリ４１が正規品であると診断される。
【0051】
なお、ここでは理解を容易にするため、放電期間中の１回の電圧値と休止期間中の１回の電圧値とに基づく診断が実施される例について説明した。しかし、放電期間中の複数回の電圧値と休止期間中の複数回の電圧値とに基づいて診断が実施されてもよい。複数回の電圧値に基づいて診断することにより、診断精度を向上させることができる。
【0052】
＜内部抵抗のインピーダンス成分＞
本実施の形態では、放電期間中の電圧値および休止期間中の電圧値の両方が用いられる。その理由について説明する。
本実施の形態では、放電期間中の電圧値および休止期間中の電圧値の両方が用いられる。その理由について説明する。
【0053】
図８は、バッテリ４１の内部抵抗のインピーダンス成分を説明するための図である。図６には、バッテリ４１（各セル８１）の正極、負極およびセパレータの等価回路図の一例が示されている。バッテリ４１のインピーダンス成分は、直流抵抗ＲＤＣと、反応抵抗Ｒｃと、拡散抵抗Ｒｄとに分類できる。
【0054】
直流抵抗ＲＤＣとは、正極と負極との間でのリチウムイオンおよび電子の移動に関連するインピーダンス成分である。直流抵抗ＲＤＣは、バッテリ４１に高負荷が印加された場合（高電圧が印加されたり大電流が流れたりした場合）の電解液の塩濃度分布等の偏りによる増加する。直流抵抗ＲＤＣは、等価回路図において、正極の活物質抵抗Ｒａ１、負極の活物質抵抗Ｒａ２およびセパレータの電解液抵抗Ｒ３として表される。
【0055】
反応抵抗Ｒｃとは、電解液と活物質界面との界面（正極活物質および負極活物質の表面）における電荷の授受（電荷移動）に関連するインピーダンス成分である。反応抵抗Ｒｃは、高ＳＯＣ状態のバッテリ４１が高温環境下にある場合に活物質／電解液界面に被膜が成長することなどにより増加する。反応抵抗Ｒｃは、等価回路図において、正極の抵抗成分Ｒｃ１および負極の抵抗成分Ｒｃ２として表される。
【0056】
拡散抵抗Ｒｄとは、電解液中での塩または活物質中の電荷輸送物質の拡散に関連するインピーダンス成分である。拡散抵抗Ｒｄは、高負荷印加時の活物質割れなどにより増加する。拡散抵抗Ｒｄは、正極に発生する平衡電圧Ｖｅｑ１と、負極に発生する平衡電圧Ｖｅｑ２と、セル内に発生する塩濃度過電圧Ｖｏｖ３（セパレータ内で活物質の塩濃度分布が生じることに起因する過電圧）とから定まる。
【0057】
電圧センサ４２１により測定される電圧Ｖ（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）と、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と、電流Ｉと、上記の各インピーダンス成分ＲＤＣ，Ｒｃ，Ｒｄと、分極電圧ΔＶｐとの間には、下記の関係式（１）が成立する。
Ｖ＝ＯＣＶ－Ｉ×（ＲＤＣ＋Ｒｃ＋Ｒｄ）－ΔＶｐ ・・・（１）
Ｖ＝ＯＣＶ－Ｉ×（ＲＤＣ＋Ｒｃ＋Ｒｄ）－ΔＶｐ ・・・（１）
【0058】
前述のように、電圧変化カーブＬ１と正規カーブとは（ＳＯＣ，電流Ｉ）の組み合わせが等しいもの同士が比較される。また、ＳＯＣとＯＣＶとの間には対応関係が存在する。よって、電圧変化カーブＬ１と正規カーブとの間で、式（１）中のＯＣＶおよび電流Ｉの違いは十分に小さいと近似してよい。
【0059】
放電期間中に測定される電圧Ｖには、各インピーダンス成分ＲＤＣ，Ｒｃ，Ｒｄと分極電圧ΔＶｐとが反映されている。放電期間中には、各インピーダンス成分ＲＤＣ，Ｒｃ，Ｒｄによる電圧降下量の方が分極電圧ΔＶｐよりも顕著に大きい。よって、放電期間中に測定された電圧Ｖ（ｔ１１）を正規カーブ上の対応する電圧（第１電圧範囲）と比較することは、診断対象のバッテリ４１と正規品との間で、主に、各インピーダンス成分ＲＤＣ，Ｒｃ，Ｒｄを比較することに相当する。
【0060】
一方、休止期間中はＩ＝０であるため、休止期間中に測定される電圧Ｖには、分極電圧ΔＶｐが反映されている。よって、休止期間中に測定された電圧Ｖ（ｔ２１）を正規カーブ上の対応する電圧（第２電圧範囲）と比較することは、診断対象のバッテリ４１と正規品との間で分極電圧ΔＶｐを比較することに相当する。
【0061】
正規品と非正規品との間では、仕様が異なり、抵抗ＲＤＣ，Ｒｃ，Ｒｄも分極電圧ΔＶｐも異なる。したがって、放電期間中に測定される電圧変化カーブ上の電圧Ｖと、正規カーブ上の対応する電圧と比較することで、バッテリ４１が正規品かどうかを診断できる。特に、抵抗ＲＤＣ，Ｒｃ，Ｒｄおよび分極電圧ΔＶｐの両方を比較することによって、診断対象のバッテリ４１が正規品であるかどうかを高精度に診断できる。
【0062】
＜電池診断フロー＞
図９は、実施の形態１における電池診断処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、予め定められた条件成立時（たとえば電池パック４０が交換された場合）に、メインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。各ステップは、電池ＥＣＵ４３によるソフトウェア処理により実現されるが、電池ＥＣＵ４３内に作製されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。以下、ステップをＳと略す。
図９は、実施の形態１における電池診断処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、予め定められた条件成立時（たとえば電池パック４０が交換された場合）に、メインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。各ステップは、電池ＥＣＵ４３によるソフトウェア処理により実現されるが、電池ＥＣＵ４３内に作製されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。以下、ステップをＳと略す。
【0063】
このフローチャートでは、バッテリ４１に含まれる複数のスタック４１０のうちのいずれか１つのスタック４１０が診断対象とされる。当該スタック以外のスタック４１０に対しても同様の処理を実行することで、２以上のスタック４１０も診断可能である。
【0064】
Ｓ１０１において、電池ＥＣＵ４３は、図４または図５にて説明した診断対象期間（たとえば、数秒間～数十秒間の放電期間と、それに続く数十秒間の休止期間）が経過したかどうかを判定する。電池ＥＣＵ４３は、電圧センサ４２１から電圧Ｖを逐次取得しており、取得された電圧Ｖ（すなわち、電圧Ｖの時系列データ）をメモリ４３２に一時的に格納している。診断対象期間が経過していない場合（Ｓ１０１においてＮＯ）、電池ＥＣＵ４３は、電圧Ｖの一時的な格納を継続する。この場合、予め定められた記憶容量を超えた分の古い電圧Ｖの時系列データはメモリ４３２から消去される。一方、診断対象期間が経過した場合（Ｓ１０１においてＹＥＳ）、電池ＥＣＵ４３は、診断対象期間中の電圧Ｖの時系列データを消去することなく保持しておく（Ｓ１０２）。
【0065】
Ｓ１０３において、電池ＥＣＵ４３は、保持された電圧Ｖの時系列データ（電圧変化カーブ）の中から、充放電期間中（充電期間中または放電期間中）の所定タイミングにおける電圧Ｖ１を取得する。図７の例では、時刻ｔ１１における電圧Ｖ（ｔ１１）が電圧Ｖ１に相当する。なお、ここでの所定タイミングとしては、たとえば、充放電開始時刻ｔ１０からＸ秒が経過された時刻のように事前の実験結果に基づいて定めることができる。
【0066】
Ｓ１０４において、電池ＥＣＵ４３は、保持された電圧Ｖの時系列データの中から、休止期間中の所定タイミングにおける電圧Ｖ２を取得する。図７の例では、時刻ｔ２１における電圧Ｖ（ｔ２１）が電圧Ｖ２に相当する。ここでの所定タイミングは、たとえば休止開始時刻（充放電停止時刻）ｔ２０からＹ秒が経過された時刻のように定めることができる。ＹはＸと同じであってもよいし、異なってもよい。
【0067】
Ｓ１０５において、電池ＥＣＵ４３は、電圧Ｖ１が第１電圧範囲内であるかどうかを判定する。また、Ｓ１０６において、電池ＥＣＵ４３は、電圧Ｖ２が第２電圧範囲内であるかどうかを判定する。前述のように、正規カーブは（ＳＯＣ，電流Ｉ）の組み合わせに応じて選択される。よって、第１電圧範囲も第２電圧範囲も（ＳＯＣ，電流Ｉ）の組み合わせに応じて変わり得る。
【0068】
電圧Ｖ１が第１電圧範囲内であり、かつ、電圧Ｖ２が第２電圧範囲内である場合（Ｓ１０５においてＹＥＳかつＳ１０６においてＹＥＳ）、電池ＥＣＵ４３は、バッテリ４１が正規品であると診断する（Ｓ１０７）。
【0069】
これに対し、電圧Ｖ１が第１電圧範囲内でない場合（Ｓ１０５においてＮＯ）、または、電圧Ｖ２が第２電圧範囲内でない場合（Ｓ１０６においてＮＯ）、電池ＥＣＵ４３は、バッテリ４１が非正規品であると診断する（Ｓ１０８）。この場合、電池ＥＣＵ４３は、統合ＥＣＵ７０と協調して動作することで、警告灯が点灯したり、警告メッセージが表示されたり、警告音が発生したりするように、警告装置６０を制御する（Ｓ１０９）。電池ＥＣＵ４３は、統合ＥＣＵ７０と協調して動作することで車両１の走行を禁止してもよい。
【0070】
以上のように、実施の形態１においては、充放電期間と休止期間との両方を含む診断対象期間中に電圧センサ４２１により測定された電圧変化カーブ（電圧Ｖの時系列データ）の電圧値に基づいて、バッテリ４１が正規品であるかどうかが診断される。充放電期間および休止期間の両方における電圧に基づいて診断が実施されるため、バッテリ４１の仕様の違いを精確に検出できる。よって、実施の形態１によれば、バッテリ４１が正規品であるかどうかを高精度に診断できる。
【0071】
なお、図７での説明と同様に、図８に示すフローチャートにおいても、充放電期間中に測定された複数回の電圧Ｖ１と、休止期間中に測定された複数回の電圧Ｖ２とに基づいて、正規品／非正規品の診断が実施されてもよい。その場合、電圧Ｖ１，Ｖ２が電圧範囲内（第１電圧範囲内または第２電圧範囲内）である比率が所定値以上である場合に、バッテリ４１が正規品であると診断し、当該比率が所定値未満である場合に、バッテリ４１が非正規品であると診断してもよい。複数回の電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて診断することにより、診断精度をさらに向上させることができる。
【0072】
［実施の形態２］
実施の形態１では、電圧変化カーブ上の電圧値に基づいて診断が実施される例について説明した。実施の形態２においては、電圧変化カーブの変化の割合（言い換えると、電圧変化カーブに引かれる接線の傾き）に基づいて診断が実施される例について説明する。なお、実施の形態２における車両の構成は、実施の形態１における車両１の構成（図１～図３参照）と同等であるため、説明は繰り返さない。
実施の形態１では、電圧変化カーブ上の電圧値に基づいて診断が実施される例について説明した。実施の形態２においては、電圧変化カーブの変化の割合（言い換えると、電圧変化カーブに引かれる接線の傾き）に基づいて診断が実施される例について説明する。なお、実施の形態２における車両の構成は、実施の形態１における車両１の構成（図１～図３参照）と同等であるため、説明は繰り返さない。
【0073】
図１０は、実施の形態２におけるバッテリ４１の正規品の診断手法を説明するための図である。実施の形態２では、所定タイミングにおける電圧変化カーブＬ１の変化の割合（接線の傾き）が、正規カーブに基づいて予め定められた基準範囲内であるかどうかが判定される。より詳細には、放電期間中の少なくとも１回の接線の傾きと、休止期間中の少なくとも１回の接線の傾きとが用いられる。図１０に示す例では、放電期間中の時刻ｔ３１における接線Ｔ１の傾きＳＬ１が第１基準範囲（図示せず）内であるかが判定されるとともに、休止期間中の時刻ｔ４１における接線Ｔ２の傾きＳＬ２（図示せず）が第２基準範囲内であるかが判定される。
【0074】
図１１は、実施の形態２における電池診断処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、電圧Ｖ１，Ｖ２に代えて接線の傾きＳＬ１，ＳＬ２を用いる点以外は実施の形態１におけるフローチャート（図９参照）と同等である。よって、詳細な説明は繰り返さない。
【0075】
以上のように、実施の形態２においては、充放電期間と休止期間との両方を含む診断対象期間中に電圧センサ４２１により測定された電圧変化カーブ（電圧Ｖの時系列データ）の変化の割合（接線の傾き）に基づいて、バッテリ４１が正規品であるかどうかが診断される。充放電期間および休止期間の両方における変化の割合に基づいて診断が実施されるため、実施の形態１と同様に、バッテリ４１の仕様の違いを精確に検出できる。よって、実施の形態２によれば、バッテリ４１が正規品であるかどうかを高精度に診断できる。
【0076】
［実施の形態３］
実施の形態３においては、電池パック４０の周囲の電子機器により発生するノイズを考慮して診断が実施される例について説明する。なお、実施の形態３における車両の構成は、実施の形態１，２における車両１の構成（図１～図３参照）と同等であるため、説明は繰り返さない。
実施の形態３においては、電池パック４０の周囲の電子機器により発生するノイズを考慮して診断が実施される例について説明する。なお、実施の形態３における車両の構成は、実施の形態１，２における車両１の構成（図１～図３参照）と同等であるため、説明は繰り返さない。
【0077】
図１２は、ノイズを説明するための概念図である。横軸は時間時間を表す。縦軸は電流を表す。電池パック４０の周囲には様々な電子機器が存在し得る。図１の車両構成では、ＰＣＵ５１（インバータおよび／またはコンバータ）、充電装置９２などが電池パック４０の周囲に存在する。これらの電子機器（またはその電源）により発生するノイズが図１２に示すように断続的に電流（電流センサ４２２の検出結果）に重畳し得る。ノイズは電圧（電圧センサ４２１の検出結果）にも重畳し得る。以下、この現象を「ノイズ干渉」と呼ぶ。
【0078】
図１３は、電圧変化カーブへのノイズ干渉の影響を説明するための図である。図１３にはノイズ干渉が発生している場合の電圧変化カーブと、ノイズ干渉が発生していない場合の電圧変化カーブとが対比して示されている。図１３から明らかなように、ノイズ干渉が発生すると、電圧変化カーブの形状が変化し得る。図示しないが、正規カーブの形状も変化し得る。そうすると、バッテリ４１が正規品であるかどうかの診断精度が低下する可能性がある。
【0079】
そこで、本実施の形態においては、車両１にて発生し得るノイズ干渉を想定して正規カーブが予め準備される。すなわち、事前にリップル電流生成回路（図示せず）を用いて、ノイズ干渉を模擬した多様なリップル電流を生成して正規品に印加する。充放電時および休止時を含む様々な条件下でノイズ干渉を模擬することにより、多数の正規カーブが作成される。作成された正規カーブは、電池ＥＣＵ４３のメモリ４３２に格納される。
【0080】
図１４は、ノイズ干渉が発生した場合の正規カーブと非正規品の電圧変化カーブとを示す図である。図１４に示すように、ノイズ干渉が発生した場合にもバッテリ４１の正規品と非正規品との間では電圧変化カーブの形状が異なる。したがって、電圧変化カーブと正規カーブとを比較することによって、バッテリ４１が正規品か非正規品かを診断可能である。
【0081】
【0082】
Ｓ３０５において、電池ＥＣＵ４３は、ノイズ干渉が発生しているかどうかを判定する。電池ＥＣＵ４３は、たとえば、電圧センサ４２１により検出される電流Ｖまたは電流センサ４２２により検出される電流Ｉにノイズが重畳しているかどうか（ノイズの振幅が所定量よりも大きいかどうか、ノイズの重畳時間が所定時間よりも長いかどうかなど）に基づいて、ノイズ干渉の発生の有無を判定できる。
【0083】
ノイズ干渉が発生している場合（Ｓ３０５においてＹＥＳ）、電池ＥＣＵ４３は、ノイズ干渉を模擬した環境下での正規カーブから設定された第１電圧範囲および第２電圧範囲をメモリ４３２から読み出す（Ｓ３０６）。一方、ノイズ干渉が発生していない場合（Ｓ３０５においてＮＯ）、電池ＥＣＵ４３は、通常時の正規カーブ（ノイズ干渉の非発生時の正規カーブであって実施の形態１と同じもの）から設定された第１電圧範囲および第２電圧範囲をメモリ４３２から読み出す（Ｓ３０７）。Ｓ３０８以降の処理は、実施の形態１におけるＳ１０５以降の処理と同様であるため、説明は繰り返さない。
【0084】
なお、ここでは実施の形態１のように電圧変化カーブ上の電圧値に基づいて診断が実施される例について説明した。しかし、実施の形態２のように電圧変化カーブの変化の割合（接線の傾き）に基づいて診断が実施されてもよい。
【0085】
以上のように、実施の形態３によれば、実施の形態１，２と同様に充放電期間および休止期間の両方における電圧に基づいて診断が実施されるため、バッテリ４１の仕様の違いを精確に検出できる。よって、バッテリ４１が正規品であるかどうかを高精度に診断できる。さらに、実施の形態３においては、バッテリ４１が正規品であるかどうかの診断に使用される電圧範囲（Ｓ３０８，Ｓ３０９の処理における第１電圧範囲および第２電圧範囲）がノイズ干渉の発生時と非発生時（通常時）とで切り替えられる。ノイズ干渉発生時にはノイズ干渉を模擬した環境下で作成された正規カーブを使用することによって、ノイズ干渉発生時にもバッテリ４１が正規品であるかどうかを高精度に診断できる。
【0086】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0087】
１ 車両、１０ インレット、２０ コンバータ、３０ 充電リレー、４０ 電池パック、４１ バッテリ、４１０ スタック、４２ 監視ユニット、４２１ 電圧センサ、４２２ 電流センサ、４２３ 温度センサ、４３ 電池ＥＣＵ、４３１ プロセッサ、４３２ メモリ、５１ ＰＣＵ、５２ モータジェネレータ、６０ 警告装置、７０ 統合ＥＣＵ、７０１ プロセッサ、７０２ メモリ、８１ セル、８１１ 蓋体、８１２ 正極端子、８１３ 負極端子、８１４ 電極体、８１５ 正極、８１６ 負極、８１７ セパレータ、８２ 樹脂枠、８３ エンドプレート、８４ 拘束バンド、９１ 充電ケーブル、９２ 充電装置。
【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】
【図15】