特許 7631724 検出装置、蓄電装置、移動体、内部短絡の検出方法

(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】2025-02-10

(45)【発行日】2025-02-19

(54)【発明の名称】検出装置、蓄電装置、移動体、内部短絡の検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/392 20190101AFI20250212BHJP

   G01R 31/52 20200101ALI20250212BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20250212BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20250212BHJP

【ＦＩ】

G01R31/392

G01R31/52

H01M10/48 P

H01M10/48 A

H02J7/00 Q

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020169815

(22)【出願日】2020-10-07

(65)【公開番号】P2022061709

(43)【公開日】2022-04-19

【審査請求日】2023-08-04

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 悠

【審査官】小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－２０７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０８３８０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３３６７６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－８６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５３６１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３０４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－５８２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３６２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１４２０１１６２（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／３６－３１／３９６

Ｇ０１Ｒ ３１／５０－３１／７４

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電セルの内部短絡を検出する検出装置であって、
前記検出装置は、前記蓄電セルの振動の周波数スペクトルと、前記蓄電セルのセル電圧の周波数スペクトルとを比較することにより、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出する、検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の検出装置であって、
前記蓄電セルの振動と前記セル電圧のそれぞれの周波数スペクトルにおいて、直流成分を除く信号強度が最大となるピーク周波数が一致している場合、前記蓄電セルは内部短絡と判断する、検出装置。

【請求項3】

蓄電セルの内部短絡を検出する検出装置であって、
前記検出装置を含む蓄電装置は、複数の前記蓄電セルを有し、
前記蓄電装置が振動している期間の各前記蓄電セルのセル電圧の周波数スペクトル同士を比較することにより、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出する、検出装置。

【請求項4】

請求項３に記載の検出装置であって、
一の前記蓄電セルの周波数スペクトルが他の前記蓄電セルの周波数スペクトルと異なる場合、一の前記蓄電セルは内部短絡していると判断する、検出装置。

【請求項5】

請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の検出装置であって、
セル電圧の変動幅が閾値以下である場合に、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出する、検出装置。

【請求項6】

蓄電セルと、
前記蓄電セルの電圧を検出する電圧検出部と、
請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の検出装置と、を含む、蓄電装置。

【請求項7】

蓄電セルの内部短絡の検出方法であって、
前記蓄電セルの振動の周波数スペクトルと、前記蓄電セルのセル電圧の周波数スペクトルとを比較することにより、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出する、内部短絡の検出方法。

【請求項8】

蓄電セルの内部短絡の検出方法であって、
前記蓄電セルが振動している期間の各前記蓄電セルのセル電圧の周波数スペクトル同士を比較することにより、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出する、内部短絡の検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電セルの内部短絡を検出する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

蓄電セルの故障モードの一つに内部短絡がある。内部短絡の発生を検出する手段として、下記特許文献１には、自己放電量に基づく方法が開示されている。

【0003】

下記特許文献２には、二次電池の電圧差が閾値を超える回数が所定期間内に規定回数以上の場合、１番目に電圧が低い二次電池を内部短絡と判断する点が開示されている。この方法では、移動体の振動により発生するソフトショートなど、正極要素と負極要素が接触と非接触を繰り返す現象に起因する電圧低下の異常を検出できる点が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－０１８４８２号公報

【0005】

【文献】特開２０２０－０２０７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

自己放電量を測定するには、蓄電セルのセル電圧を長時間に亘って測定する必要がある。また、自己放電以外の要因によるセル電圧の変化を避けるため、測定期間中は充放電することができない。

【0007】

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、蓄電セルの自己放電量を使用せずに、蓄電セルの内部短絡を検出する技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

蓄電セルの内部短絡を検出する検出装置は、前記蓄電セルの振動とセル電圧とに基づいて、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出する。

【0009】

蓄電セルの内部短絡を検出する検出装置は、前記蓄電セルが振動している期間のセル電圧の周波数スペクトルに基づいて、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出する。

【0010】

この発明は、蓄電装置に適用することが出来る。蓄電装置を備えた移動体に適用することが出来る。内部短絡の検出方法、内部短絡の検出プログラムに適用することが出来る。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、蓄電セルの自己放電量を使用せずに、蓄電セルの内部短絡を検出することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１における自動車の側面図

【図2】バッテリの分解斜視図

【図3】二次電池セルの平面図

【図4】図３のＡ－Ａ線断面図

【図5】電極体を図３のＸ方向から見た側面図

【図6】自動車の電気的構成を示すブロック図

【図7】バッテリの電気的構成を示すブロック図

【図8】二次電池セルの断面図

【図9】振動の時間変化を示すグラフ

【図10】セル電圧の時間変化を示すグラフ

【図11】振動の周波数スペクトル

【図12】セル電圧の周波数スペクトル

【図13】内部短絡の判断フロー

【図14】セル電圧と振動の検出タイミングを示す図

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜検出装置の概要＞
蓄電セルの内部短絡を検出する検出装置は、前記蓄電セルの振動とセル電圧とに基づいて、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出する。

【0014】

この構成では、蓄電セルの内部短絡の有無を、蓄電セルの振動とセル電圧とに基づいて検出する。振動とセル電圧は、自己放電量に比べて短時間で計測出来る。そのため、振動とセル電圧とに基づく内部短絡の検出は、自己放電量に基づく内部短絡の検出に比べて短時間で行うことが出来る。内部短絡の有無の判断要素に、セル電圧だけでなく、振動を加えることにより、セル電圧と振動の関係性に基づいて内部短絡の有無を判断する。セル電圧と振動の関係性に基づくことで、充放電に伴うセル電圧の変化など、振動に依存しない電圧変動を誤って内部短絡と判断することを抑制出来る。そのため、内部短絡の有無を高精度に検出することが出来る。

【0015】

前記検出装置は、前記蓄電セルの振動の周波数スペクトルと、前記蓄電セルのセル電圧の周波数スペクトルとを比較することにより、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出してもよい。

【0016】

蓄電セルの振動とセル電圧の周波数スペクトルを比較することで、振動と同じ周期又は近い周期で変動するセル電圧の変動成分を検出することが出来る。そのため、セル電圧の変動が振動に依存しているか否かを、精度よく判断することができ、内部短絡の検出精度が高くなる。

【0017】

前記蓄電セルの振動とセル電圧のそれぞれの周波数スペクトルにおいて、信号強度が最大となるピーク周波数が一致している場合、前記蓄電セルは内部短絡が発生していると判断してもよい。

【0018】

振動とセル電圧の周波数スペクトルにおいて、信号強度が最大となるピーク周波数が一致している場合、蓄電セルのセル電圧の変動は、振動に依存すると判断出来るので、その蓄電セルは、内部短絡を起こしていると判断出来る。

【0019】

蓄電セルの内部短絡を検出する検出装置は、前記蓄電セルが振動している期間のセル電圧の周波数スペクトルに基づいて、前記蓄電セルの内部短絡の有無を検出してもよい。周波数スペクトルを求めることで、セル電圧に、前記蓄電セルの振動と同じ周波数成分が含まれているか判断出来るので、その蓄電セルが内部短絡をしているか否かを検出することが出来る。

【0020】

蓄電装置は、蓄電セルと、前記蓄電セルの電圧を検出する電圧検出部と、前記検出装置と、を含んでもよい。この構成では、専用の検査装置を使用することなく、蓄電装置にて内部短絡の有無を検出することが出来る。出荷後でも、内部短絡の有無を検出することが出来る。

【0021】

蓄電装置は、前記蓄電セルの振動を検出する第１センサを備えてもよい。この構成では、第１センサにより蓄電セルの振動を直接測定出来るため、蓄電セルの振動を精度よく得ることが出来る。これにより、内部短絡の有無の判断をより精度よく行うことが出来る。

【0022】

前記第１センサは、３軸センサであってもよい。この構成では、蓄電セルに加わる振動の向きに関わらず、振動を検出出来るため、検出漏れを抑制することが出来る。

【0023】

＜実施形態１＞
１．バッテリの説明
図１は自動車１０の側面図、図２はバッテリ５０の分解斜視図である。自動車１０は、エンジン駆動車であり、バッテリ５０を備えている。図１では、自動車１０とバッテリ５０のみ図示し、自動車１０を構成する他の部品は省略している。自動車１０は「移動体」の一例、バッテリ５０は「蓄電装置」の一例である。

【0024】

バッテリ５０は、組電池６０と、回路基板ユニット６５と、収容体７１を備える。

【0025】

図２に示すように、収容体７１は、合成樹脂材料からなる本体７３と蓋体７４とを備えている。本体７３は有底筒状である。本体７３は、底面部７５と、４つの側面部７６とを備えている。４つの側面部７６によって上端部分に上方開口部７７が形成されている。以下の説明において収容体７１の奥行方向をＸ方向とし、収容体７１の幅方向をＹ方向とし、収容体７１の高さ方向をＺ方向とする。

【0026】

収容体７１は、組電池６０と回路基板ユニット６５を収容する。組電池６０は１２個の二次電池セル６２を有する。１２個の二次電池セル６２は、３並列で４直列に接続されている。回路基板ユニット６５は、組電池６０の上部に配置されている。図７のブロック図では、並列に接続された３つの二次電池セル６２を１つの電池記号で表している。二次電池セル６２は「蓄電セル」の一例である。

【0027】

蓋体７４は、本体７３の上方開口部７７を閉鎖する。蓋体７４の周囲には外周壁７８が設けられている。蓋体７４は、平面視略Ｔ字形の突出部７９を有する。蓋体７４の前部（図２における左手前側）のうち、一方の隅部に正極の外部端子５１が固定され、他方の隅部に負極の外部端子５２が固定されている。

【0028】

図３及び図４に示すように、二次電池セル６２は、直方体形状のケース８２内に電極体８３を非水電解質と共に収容したものである。二次電池セル６２は一例としてリチウムイオン二次電池である。ケース８２は、ケース本体８４と、その上方の開口部を閉鎖する蓋８５とを有している。

【0029】

電極体８３は、例えば図５に示すように、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素８３Ｎと、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素８３Ｐとの間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータ８３Ｓを配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータ８３Ｓに対して負極要素８３Ｎと正極要素８３Ｐとを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体８４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。

【0030】

正極要素８３Ｐには正極集電体８６を介して正極端子８７が、負極要素８３Ｎには負極集電体８８を介して負極端子８９がそれぞれ接続されている。正極集電体８６及び負極集電体８８は、平板状の台座部９０と、この台座部９０から延びる脚部９１とからなる。台座部９０には貫通孔が形成されている。脚部９１は正極要素８３Ｐ又は負極要素８３Ｎに接続されている。

【0031】

正極端子８７及び負極端子８９は、端子本体部９２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部９３とからなる。そのうち、正極端子８７の端子本体部９２と軸部９３とは、アルミニウム（単一材料）によって一体成形されている。負極端子８９においては、端子本体部９２がアルミニウム製で、軸部９３が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子８７及び負極端子８９の端子本体部９２は、蓋８５の両端部に絶縁材料からなるガスケット９４を介して配置され、このガスケット９４から外方へ露出されている。

【0032】

蓋８５は、圧力開放弁９５を有している。圧力開放弁９５は、図３に示すように、正極端子８７と負極端子８９の間に位置している。圧力開放弁９５は、ケース８２の内圧が制限値を超えた時に、開放して、ケース８２の内圧を下げる。

【0033】

図６は自動車１０の電気的構成を示すブロック図、図７はバッテリ５０の電気的構成を示すブロック図である。

【0034】

自動車１０は、図６に示すように、駆動装置であるエンジン２０、エンジン制御部２１、エンジン始動装置２３、車両発電機であるオルタネータ２５、一般電気負荷２７、車両ＥＣＵ（電子制御装置：Electronic Control Unit）３０、バッテリ５０などを備えている。

【0035】

バッテリ５０は、電力線３７に接続されている。バッテリ５０には、電力線３７を介して、エンジン始動装置２３、オルタネータ２５、一般電気負荷２７が接続されている。

【0036】

エンジン始動装置２３は、セルモータである。イグニッションスイッチ２４をオンにすると、バッテリ５０からクランキング電流が流れ、エンジン始動装置２３が駆動する。エンジン始動装置２３の駆動により、クランクシャフトが回転し、エンジン２０を始動することがきる。

【0037】

一般電気負荷２７は、エンジン始動装置２３を除く、自動車１０に搭載された電気負荷である。一般電気負荷２７は、定格１２Ｖであり、エアコン、オーディオ、カーナビゲーション、補機類などである。

【0038】

オルタネータ２５は、エンジン２０の動力により発電する車両発電機である。オルタネータ２５の発電量が自動車１０の電気負荷量を上回っている場合、オルタネータ２５によりバッテリ５０は充電される。オルタネータ２５の発電量が自動車１０の電気負荷量よりも小さい場合、バッテリ５０は放電し、発電量の不足を補う。

【0039】

車両ＥＣＵ３０は、通信線Ｌ１を介してバッテリ５０と通信可能に接続されており、通信線Ｌ２を介してオルタネータ２５と通信可能に接続されている。車両ＥＣＵ３０は、バッテリ５０からＳＯＣ（充電状態：State of Charge）の情報を受け、オルタネータ２５の発電量を制御することで、バッテリ５０のＳＯＣをコントロールする。

【0040】

車両ＥＣＵ３０は、通信線Ｌ３を介してエンジン制御部２１と通信可能に接続されている。エンジン制御部２１は、自動車１０に搭載されており、エンジン２０の動作状態を監視する。エンジン制御部２１は、速度計測器などの計器類の計測値から、自動車１０の走行状態を監視する。車両ＥＣＵ３０は、エンジン制御部２１から、イグニッションスイッチ２４の入り切りの情報、エンジン２０の動作状態の情報及び自動車１０の走行状態（走行中、走行停止、アイドリングストップなど）の情報を得る。

【0041】

バッテリ５０は、図７に示すように、電流遮断装置５３と、組電池６０と、電流センサ５４と、管理装置１００と、温度センサ１１５と、第１センサ１１６と、を備える。バッテリ５０は、定格１２Ｖのバッテリである。

【0042】

電流遮断装置５３、組電池６０及び電流センサ５４は、パワーライン５５Ｐ、５５Ｎを介して、直列に接続されている。パワーライン５５Ｐは、正極の外部端子５１と組電池６０の正極とを接続する。パワーライン５５Ｎは、負極の外部端子５２と組電池６０の負極とを接続する。

【0043】

電流遮断装置５３は正極のパワーライン５５Ｐに設けられている。電流センサ５４は、負極のパワーライン５５Ｎに設けられている。

【0044】

電流遮断装置５３は、リレーなどの有接点スイッチ（機械式）や、ＦＥＴなどの半導体スイッチを用いることが出来る。電流遮断装置５３は常時はＣＬＯＳＥに制御される。バッテリ５０に異常がある場合、電流遮断装置５３をＯＰＥＮして電流を遮断することで、バッテリ５０を保護する。

【0045】

電流センサ５４は、組電池６０の電流Ｉ［Ａ］を計測して、電流値に応じたレベルの出力信号を制御装置１２０に出力する。温度センサ１１５は、接触式あるいは非接触式で、組電池６０の温度［℃］を計測し、温度に応じたレベルの出力信号を制御装置１２０に出力する。

【0046】

第１センサ１１６は、組電池６０の外側に固定されている。第１センサ１１６は、組電池６０の振動Ｇを検出し、振動Ｇのレベルに応じた出力信号を制御装置１２０に出力する。振動Ｇは加速度や速度変化、位置変化から検出することが出来る。この例では、加速度の変化から振動Ｇを検出する。第１センサ１１６は３軸センサであり、ＸＹＺの各軸に沿う方向の加速度を別々に検出出来る。第１センサ１１６は、ＸＹＺ軸それぞれの方向の加速度を適宜合成及び分解して、任意の方向の振動成分のみを検出することも出来る。

【0047】

管理装置１００は、回路基板ユニット６５に設けられている。管理装置１００は、電圧検出部１１０と制御装置１２０とを備える。

【0048】

電圧検出部１１０は、信号線によって各二次電池セル６２の両端にそれぞれ接続され、各二次電池セル６２のセル電圧Ｖ［Ｖ］を計測し、各二次電池セル６２のセル電圧Ｖのレベルに応じた出力信号を制御装置１２０に出力する。

【0049】

制御装置１２０は、演算機能を有するＣＰＵ１２１と、記憶部であるメモリ１２３と、解析部１２５と、通信部１２７と、を含む。

【0050】

制御装置１２０は、各センサ５４、１１０、１１５より計測される電流Ｉ、各二次電池セル６２の電圧Ｖ及び温度の情報をモニタして、バッテリ５０の状態を監視する。

【0051】

制御装置１２０は、通信部１２７を介して、車両ＥＣＵ３０と通信する。制御装置１２０は、車両ＥＣＵ３０から、自動車１０が駐車中か走行中であるかなど、自動車１０の状態に関する情報を得る。

【0052】

メモリ１２３は、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体である。メモリ１２３には、組電池６０の状態を監視するプログラム、内部短絡の有無を判断する判断フローの実行プログラム及びプログラムの実行に必要なデータが記憶されている。

【0053】

２．内部短絡とその検出原理
内部短絡は、図８に示すように、二次電池セル６２の内部で、セパレータ８３Ｓを貫通する短絡物Ｄにより、正極要素８３Ｐと負極要素８３Ｎが短絡する現象である。内部短絡は、例えば、充電に伴う金属の析出や金属片（異物）の混入により起きることが知られている。

【0054】

図９～図１０は、二次電池セル６２に振動Ｇを一定期間加え、その期間中におけるセル電圧Ｖを解析した結果であり、図９は二次電池セル６２の振動波形、図１０は二次電池セル６２の電圧波形である。一点鎖線ａは内部短絡が起きている二次電池セル６２の電圧波形、実線ｂは内部短絡が起きていない二次電池セル６２の電圧波形である。

【0055】

内部短絡が起きている場合、セル電圧Ｖは変動しており、内部短絡が起きていない場合、セル電圧Ｖは一定で変動が無い。

【0056】

セル電圧Ｖの変動は、二次電池セル６２に対して振動Ｇが加わることで、短絡物Ｄが電極要素８３に接触する状態（内部短絡）と接触しない状態（非内部短絡）を交互に繰り返すことにより、電池内部の抵抗が変動して発生したと考えられる。セル電圧Ｖの変化量ΔＶは、以下の（１）式の通りである。

【0057】

ΔＶ＝（Ｒｉ／Ｒｓ）×Ｅ・・・（１）
Ｒｉは二次電池セル６２の内部抵抗、Ｒｓは短絡物Ｄが導通した場合の抵抗値、Ｅはセル電圧Ｖである。

【0058】

短絡物Ｄは二次電池セル６２とほぼ同じ周期で振動することから、セル電圧Ｖは振動Ｇと同じ周期又は近い周期で変動すると考えられる。従って、二次電池セル６２の振動Ｇとセル電圧Ｖとに基づいて、二次電池セル６２の内部短絡の有無を判断することが出来る。

【0059】

図１１は二次電池セル６２に加わる振動Ｇの周波数スペクトル、図１２は二次電池セル６２のセル電圧Ｖの周波数スペクトルである。図１１、図１２において、縦軸は信号強度、横軸は周波数である。周波数スペクトルは、解析対象となる信号の強度を、それに含まれる周波数成分ごと分解した強度分布であり、例えば、信号をフーリエ変換等することにより得られる。

【0060】

図１２の（ａ）のデータは、内部短絡が起きていない場合の周波数スペクトルである。内部短絡が起きていない場合、振動Ｇの有無に拘わらず、二次電池セル６２の電圧Ｖは一定で変化がないことから、直流成分の周波数ｆ０（ゼロ［Ｈｚ］）のみ検出され、それ以外の帯域の周波数成分は、ほとんど検出されない。

【0061】

図１２（ｂ）のデータは、内部短絡が起きている場合の周波数スペクトルである。内部短絡が起きている場合、直流成分の周波数ｆ０だけでなく、それ以外の周波数成分ｆ１～ｆ１１が検出される。セル電圧Ｖは、二次電池セル６２に加わる振動Ｇの周波数成分と同じ帯域ｆ５～ｆ７で信号強度が高い傾向を示しており、両分布は概ね一致する。

【0062】

従って、二次電池セル６２の振動Ｇの周波数スペクトルと、セル電圧Ｖの周波数スペクトルとを比較することで、内部短絡の有無を高精度に判断することが出来る。

【0063】

例えば、セル電圧Ｖと振動Ｇの周波数スペクトルにおいて、直流成分の周波数ｆ０を除く帯域で、信号強度が最大となるピーク周波数が一致している場合、セル電圧Ｖの変動は、振動Ｇに依存すると判断出来る。

【0064】

そのため、直流成分の周波数ｆ０を除く帯域で、ピーク周波数ｆが一致している場合、その二次電池セル６２は内部短絡していると判断することが出来る。

【0065】

図１１及び図１２に示す周波数スペクトルの例では、直流成分の周波数ｆ０を除く帯域を対象として、短絡を起こしている二次電池セル６２のセル電圧Ｖの周波数スペクトル（図１２の（ｂ））を、振動Ｇの周波数スペクトル（図１１）と比較すると、双方とも「ｆ６」でピークになっており、ピーク周波数は「ｆ６」で一致している。

【0066】

制御装置１２０は、ＣＰＵ１２１、メモリ１２３、通信部１２７に加えて、解析部１２５を有している。

【0067】

解析部１２５は、電圧検出部１１０の出力信号や第１センサ１１６の出力信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行することにより、各二次電池セル６２のセル電圧Ｖの周波数スペクトルの解析、及び組電池６０に加わる振動Ｇの周波数スペクトルを解析する。

【0068】

制御装置１２０は、セル電圧Ｖと振動Ｇの周波数スペクトルの解析結果に基づいて、二次電池セル６２の内部短絡を検出する機能を備える。制御装置１２０は、二次電池セル６２の内部短絡を検出する検出装置である。

【0069】

以下、自動車走行中の振動Ｇを利用して、二次電池セル６２の内部短絡を検出する例を説明する。

【0070】

３．走行中の振動を利用した内部短絡の判断フロー
図１３は、自動車走行中の振動を利用した内部短絡の判断フローであり、ステップＳ１０～ステップＳ７０の７ステップからなる。この判断フローは、制御装置１２０により、所定の検出周期（例えば、１日おき）で定期的に実行される。

【0071】

ＣＰＵ１２１は、処理が開始されると、自動車１０の状態を判定する（Ｓ１０）。具体的には、車両ＥＣＵ３０との通信により、自動車１０が走行中か駐車中か判定する。自動車１０が駐車中の場合（Ｓ１０：ＮＯ）、待機状態となる。

【0072】

自動車１０が駐車中から走行中に移行すると、車両ＥＣＵ３０から制御装置１２０に対して「自動車１０は走行中」と通知される。

【0073】

ＣＰＵ１２１は、「自動車１０は走行中」の情報を受けると、第１センサ１１６により組電池６０の振動Ｇを計測する（Ｓ２０）。自動車１０の走行中、エンジン２０の回転や車軸の回転に伴う振動Ｇがバッテリ５０に継続的に加わるため、バッテリ５０は振動し、その振動Ｇが第１センサ１１６により検出される。

【0074】

電圧検出部１１０は、自動車１０の状態とは無関係に、各二次電池セル６２のセル電圧Ｖを常時計測する。従って、図１４に示すように、振動Ｇの計測開始以降、第１センサ１１６による振動計測と電圧検出部１１０による電圧計測が並行して行われ、第１センサ１１６の出力信号と電圧検出部１１０の出力信号は、メモリ１２３に一時的に記憶される。

【0075】

ＣＰＵ１２１は、振動Ｇの計測開始から所定期間（例えば、数分程度）Ｔｓが経過すると、電圧検出部１１０の出力信号が示すセル電圧Ｖの変動幅が、所定の閾値（例えば１０ｍＶ）以下か否かを判断する。セル電圧Ｖの変動幅が閾値以下である場合は、所定期間Ｔｓに計測された第１センサ１１６の出力信号と電圧検出部１１０の出力信号を、メモリ１２３から解析部１２５に出力する。一方、電圧の変動幅が閾値よりも大きい場合は、取得したセル電圧Ｖにノイズが加わっているとして、判断フローを終了する（Ｓ２５）。

【0076】

解析部１２５は、第１センサ１１６の出力信号及び電圧検出部１１０の出力信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、組電池６０の振動Ｇの周波数スペクトルと、各二次電池セル６２のセル電圧Ｖの周波数スペクトルをそれぞれ求める（Ｓ３０）。

【0077】

ＣＰＵ１２１は、周波数スペクトルの解析が終了すると、各二次電池セル６２のセル電圧Ｖの周波数スペクトルを、振動Ｇの周波数スペクトルと比較する（Ｓ４０）。

【0078】

そして、ＣＰＵ１２１は、直流成分の周波数ｆ０を除く帯域で、ピーク周波数が一致しているか、否かを判断する（Ｓ５０）。

【0079】

ＣＰＵ１２１は、２つの周波数スペクトルのピーク周波数が一致している場合、その二次電池セル６２は内部短絡していると判断し、ピーク周波数が一致していない場合、その二次電池セル６２は、内部短絡していないと判断する。ＣＰＵ１２１は、ピーク周波数に基づく内部短絡の有無の検査を、全二次電池セル６２に対して行う。

【0080】

ＣＰＵ１２１は、全二次電池セル６２のうち、１つでも異常（内部短絡有り）があった場合、組電池６０を「異常」と判断する（Ｓ６０）。

【0081】

一方、二次電池セル６２が全て正常（内部短絡無し）の場合、組電池６０を「正常」と判断する（Ｓ７０）。

【0082】

「正常」と判断された場合（Ｓ７０）、内部短絡の判断フローは終了する。判断フローの終了から検出周期（例えば、１日）が経過すると、内部短絡の判断フローが再度実行される。そのため、二次電池セル６２が内部短絡しているか否かを定期的に確認出来る。

【0083】

そして、二次電池セル６２のいずれかで内部短絡が起きると、次のサイクルで内部短絡の判断フローを実行した時に、組電池６０は異常と判断される（Ｓ６０）。

【0084】

組電池６０の異常を検出した場合、ＣＰＵ１２１は、エラーを報知する。例えば、車両ＥＣＵ３０に異常を通知して自動車１０のモニタに「バッテリ交換を促すメッセージ」を表示する。エラーの報知により、ユーザに内部短絡の発生したバッテリ５０の交換を促すことが出来る。

【0085】

４．効果説明
この構成では、二次電池セル６２の内部短絡の有無を、二次電池セル６２の振動Ｇとセル電圧Ｖとに基づいて検出する。振動Ｇとセル電圧Ｖは、自己放電量に比べて短時間で計測することが可能であり、二次電池セル６２の内部短絡の有無を、短時間で検出することが出来る。

【0086】

内部短絡の有無の判断要素に、セル電圧Ｖだけでなく振動Ｇを加えて、セル電圧Ｖと振動Ｇの関係性に基づいて内部短絡の有無を判断することで、充放電に伴うセル電圧Ｖの変化など、振動Ｇに依存しない電圧変動を誤って内部短絡と判断することを抑制出来る。そのため、内部短絡の有無を高精度に検出することが出来る。

【0087】

この構成では、二次電池セル６２のセル電圧Ｖの周波数スペクトルと、二次電池セル６２の振動Ｇの周波数スペクトルとを比較することにより、二次電池セル６２の内部短絡の有無を検出する。

【0088】

セル電圧Ｖと振動Ｇの周波数スペクトルを比較することで、振動Ｇと同じ周期又は近い周期で変動するセル電圧Ｖの変動成分を検出することが出来る。そのため、セル電圧Ｖの変動が振動Ｇに依存しているか否かを、精度よく判断することが出来るため、内部短絡の検出精度が高くなる。

【0089】

この構成は、振動Ｇにより短絡物Ｄが導通と非導通を繰り返す初期段階の内部短絡（いわゆるソフトショート）の検出に適している。そのため、二次電池セル６２の内部短絡を、初期段階で検出することが出来る。リチウムイオン二次電池セル６２は、過放電後の充電により、リチウム金属が析出して、内部短絡につながる場合がある。蓄電セルにリチウムイオン二次電池セル６２を用いたバッテリ５０に、この構成を適用することで、リチウム金属の析出による内部短絡を早期に検出することが出来る。

【0090】

この構成は、二次電池セル６２に加わる振動Ｇとセル電圧Ｖさえ計測できれば、内部短絡の有無の検出が可能であり、二次電池セル６２の充電状態（ＳＯＣ）や電圧特性（ＳＯＣ－ＯＣＶ特性）に関わらず、内部短絡の有無を検出出来るメリットがある。

【0091】

この構成では、電圧検出部１１０により検出されたセル電圧Ｖの変動幅が所定の閾値（例えば１０ｍＶ）以下である場合に、内部短絡の有無を検出する。自動車１０等に用いられる二次電池セル６２においては、内部短絡が生じていなくても、充放電に伴ってセル電圧Ｖは変動する。内部短絡に起因するセル電圧Ｖの変動幅がμＶ～ｍＶのオーダーであるのに対し、充放電に起因する電圧の変動幅は数十ｍＶ～Ｖのオーダーであり、値が大きい。セル電圧Ｖの変動幅が閾値よりも大きい場合は、内部短絡ではなく充放電に起因したセル電圧Ｖの変動であるとして、判断フローは終了する（Ｓ２５：ＮＯ）。

【0092】

上述のように、セル電圧Ｖの変動幅が閾値を超えた場合には判断フローは終了するが（Ｓ２５）、車両の走行中は振動が常に生じており、判断フローは走行中に複数回実行される。そのため、最終的な判断（ピーク周波数の一致／不一致）を行わずに判断フローを終了しても、すぐに次の判断フローが実行されて、充放電の影響が除外された判断結果を得ることが出来る。

【0093】

この構成では、二次電池セル６２に加わる振動Ｇを、３軸センサである第１センサ１１６で測定している。第１センサ１１６を３軸センサとすることで、二次電池セル６２に加わる振動Ｇの方向や、自動車１０におけるバッテリ５０（二次電池セル６２）の設置の向きに関わらず、より確実に振動Ｇを検出することが出来る。

【0094】

＜実施形態２＞
実施形態１では、二次電池セル６２の振動Ｇの周波数スペクトルとセル電圧Ｖの周波数スペクトルを比較することで、内部短絡の有無を検出した。具体的には、振動Ｇとセル電圧Ｖの周波数スペクトルにおいて、信号強度が最大となるピーク周波数が一致している場合、二次電池セル６２は内部短絡していると判断した。

【0095】

実施形態２では、実施形態１に対して、振動Ｇの周波数スペクトルとセル電圧Ｖの周波数スペクトルの比較の仕方が異なっており、信号強度の高い帯域の重なりに基づいて、内部短絡の有無を判断する。具体的には、２つの周波数スペクトルを比較した結果、信号強度の高い帯域に重なりが有る場合（少なくとも一部に重なりがある場合）、その二次電池セル６２は内部短絡していると判断し、信号強度の高い帯域に重なりが無い場合、その二次電池セル６２は内部短絡していないと判断する。

【0096】

図１１に示す振動Ｇの周波数スペクトルは、帯域Ｈ１にて、信号強度が高い。一方、図１２の（ｂ）に示すセル電圧Ｖの周波数スペクトルは、帯域Ｈ２にて、信号強度が高い。２つの帯域Ｈ１、Ｈ２の少なくとも一部が重なっている場合、その二次電池セル６２は内部短絡していると判断される。

【0097】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが出来る。

【0098】

（１）上記実施形態では、蓄電セルとして、二次電池セル６２を例示した。蓄電セルは二次電池セル６２に限らず、キャパシタでもよい。二次電池セル６２は、リチウムイオン二次電池セルに限らず、他の非水電解質二次電池セルでもよい。鉛蓄電池セルでもよい。蓄電セルは、複数を直並列に接続する場合に限らず、直列の接続や、単セルの構成でもよい。

【0099】

（２）上記実施形態では、バッテリ５０を自動車用としたが自動二輪用でもよい。船舶用、ＡＧＶ、航空機用など他の移動体用として使用してもよい。バッテリ５０に外部から振動Ｇを加えることが出来れば、無停電電源システムや太陽光発電システムの蓄電装置など、移動体以外の用途に使用してもよい。

【0100】

（３）上記実施形態では、制御装置１２０をバッテリ５０の内部に設けた。制御装置１２０はバッテリ５０の外部に設けてもよい。つまり、バッテリ５０の外に設けた制御装置１２０で、二次電池セル６２の内部短絡の有無を検出してもよい。この場合、制御装置１２０は、バッテリ５０の内部に設けた電圧検出部１１０と第１センサ１１６とからセル電圧Ｖと振動Ｇの情報を通信により取得して、内部短絡の有無を検出すればよい。

【0101】

（４）上記実施形態では、バッテリ５０が第１センサ１１６を有する場合を例示したが、必ずしもバッテリ５０が、振動センサを有していなくてもよい。例えば、自動車１０の車体に加わる振動を検出する第２センサが、車体におけるバッテリ５０以外の場所に固定されていてもよい。実際の自動車１０には、車体に加わる振動を検出するためのセンサ（第２センサ）を有している場合があり、この第２センサを利用することができる。この場合、第２センサの出力信号が通信部１２７で受信され、組電池６０の振動Ｇの検出信号に代えて利用される。

【0102】

バッテリ５０は自動車１０の車体に固定されており、車体に振動が加わるときは、同時に同方向の振動がバッテリ５０及び二次電池セル６２に加わる。そのため、二次電池セル６２の振動Ｇを、第２センサが検出した振動で代用することが出来る。この場合、バッテリ５０の内部に配されるセンサ（第１センサ１１６）が不要になり、バッテリ５０の部品点数の減少による故障リスクの低減、コストダウン、及びセンサの故障診断における診断工数の削減を実現出来る。

【0103】

（５）組電池６０や車体の振動Ｇは、必ずしもリアルタイムに計測する必要はなく、同じ状況で計測した過去のデータや実験で求めたデータを用いてもよい。例えば、同じ自動車１０の場合、自動車走行中における組電池６０や自動車１０の振動Ｇの周波数スペクトルはそれほど変化がないと考えられるので、過去に計測した振動Ｇの周波数スペクトルを比較用のデータとしてメモリ１２３に記憶しておき、それをセル電圧Ｖの周波数スペクトルと比較して、内部短絡の有無を検出してもよい。

【0104】

（６）上記実施形態では、自動車走行中の所定期間Ｔｓのみ、第１センサ１１６で組電池６０に加わる振動Ｇを計測したが、振動Ｇの計測は常時行ってもよい。自動車が走行中であるか否かに拘わらず、計測結果から組電池６０の振動Ｇが検出された場合に、二次電池セル６２の振動Ｇとセル電圧Ｖとに基づいて、内部短絡の有無を検出してもよい。

【0105】

（７）上記実施形態では、セル電圧Ｖと振動Ｇの周波数スペクトルを比較することにより、二次電池セル６２の内部短絡の有無を検出した。二次電池セル６２のセル電圧Ｖと振動Ｇに基づいて、内部短絡の有無を検出するものであれば、必ずしも周波数スペクトルを用いる必要はない。例えば、セル電圧Ｖが変動する期間（図９のＴ１）と振動Ｇの発生する期間（図１０のＴ２）が一致しているか否かにより、内部短絡の有無を検出してもよい。

【0106】

（８）上記実施形態では、二次電池セル６２のセル電圧Ｖと振動Ｇとに基づいて、内部短絡の有無を検出した。これ以外にも、自動車走行中のセル電圧Ｖの周波数スペクトルに基づいて、内部短絡の有無を検出してもよい。つまり、振動Ｇのデータを使用せずに、自動車走行中など、組電池６０に振動Ｇが加わっている期間のセル電圧Ｖの周波数スペクトルのみに基づいて、内部短絡の有無を検出してもよい。例えば、自動車走行中に４つの二次電池セル６２のセル電圧Ｖをそれぞれ計測して、各セル電圧Ｖの周波数スペクトルを解析する。そして、各二次電池セル６２の周波数スペクトルを比較し、他セルで検出されない強度の周波数成分（例えば、ｆ６、ｆ７）を含んでいるなど、周波数スペクトルが他セルと異なる場合、その二次電池セル６２は内部短絡していると判断してもよい。比較対象は、他セルの周波数スペクトルに限らず、内部短絡を起こしていない自セルの過去の周波数スペクトルでもよい。

【0107】

（９）上記実施形態では、第１センサ１１６は、全方向の成分を含む二次電池セル６２の振動から、加速度の大きさのみを検出した。これ以外にも、振動センサは、複数の方向、例えばＸＹＺのそれぞれの方向における加速度と、セル電圧Ｖと、に基づいて内部短絡の有無を検出してもよい。例えば、二次電池セル６２の内部における極板の積層方向（図５におけるＹ方向）の加速度が検出された期間にのみ、セル電圧Ｖが変動する場合には、二次電池セル６２で内部短絡が発生していることをより高精度に判断できる。

【0108】

（１０）上記実施形態では、振動Ｇとセル電圧Ｖの周波数スぺクトルの解析を解析部１２５で行ったが、ＣＰＵ１２１で行ってもよい。

【0109】

（１１）上記実施形態では、自動車走行中の振動Ｇを利用して二次電池セル６２の内部短絡を検出した。二次電池セル６２に加わる振動は、自動車走行に伴う振動に限定されない。振動発生器など、どのような方法でバッテリ５０に振動を加えてもよい。

【0110】

（１２）上記実施形態では、第１センサ１１６として３軸センサを用いているが、第１センサ１１６及び第２センサとして、単軸、２軸、その他多軸センサを用いてもよい。

【0111】

（１３）上記実施形態では、セル電圧Ｖの変動幅が閾値以下の場合に（Ｓ２５：ＹＥＳ）内部短絡の有無を判断した（Ｓ３０～Ｓ７０）。しかし、閾値に基づく判断は付随的な処理であり、セル電圧Ｖの変動幅を考慮せずに内部短絡の有無を判断してもよい。

【符号の説明】

【0112】

１０： 自動車（「移動体」の一例）
５０： バッテリ（「蓄電装置」の一例）
６０： 組電池
６２： 二次電池セル（「蓄電セル」の一例）
１００： 管理装置（「制御部」の一例）
１１０： 電圧検出部
１１６： 第１センサ
１２０： 処理部
１２１： ＣＰＵ
１２３： メモリ
１２７： 通信部

【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】