二次电池的诊断装置以及诊断方法、车辆的制作方法

专利名称：二次电池的诊断装置以及诊断方法、车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及对二次电池的劣化进行诊断的技术。
背景技术：
近年来，利用电力获得驱动力的电动车辆(混合动力汽车、电动汽车等)备受注目。电动车辆通常具备蓄积马达驱动用的电力的二次电池。二次电池会发生历时劣化，当在已劣化的状态下继续使用会发生故障。因此，在电动车辆中，预先掌握二次电池的劣化的程度是尤为重要的。关于这一点，例如，在日本特开2003-143703号公报(专利文献I)中公开了根据电动车辆行驶中的二次电池的输入输出电力量和此时的二次电池的蓄电量的变化量进行电池的劣化判定的技术。在先技术文献 专利文献I :日本特开2003-143703号公报专利文献2 :日本特开平6-242193号公报专利文献3 :日本特开2000-14019号公报

发明内容
发明要解决的问题然而，在作为二次电池使用锂离子二次电池的情况下，由于二次电池的使用，会在二次电池的内部逐渐析出金属锂。由此，二次电池会劣化，其特性会变化。然而，在电动车辆行驶中，多数情况下二次电池的蓄电量被维持在比因锂析出导致的特性变化显著的区域高的区域。因此，难以根据电动车辆行驶中的二次电池的输入输出电力量、蓄电量的变化量准确地判定因锂析出导致的二次电池的劣化程度。本发明是为了解决上述问题而完成的发明，目的在于高精度地判定二次电池的劣化状态。用于解决问题的技术方案本发明涉及的二次电池的诊断装置具备算出部和诊断部，算出部进行如下的算出处理使二次电池放电，算出在二次电池的蓄电量比预定量低的状态下二次电池的电压从第I电压降低到比第I电压低的第2电压为止的二次电池放电的电荷量来作为诊断用放电量，诊断部基于诊断用放电量进行二次电池的劣化诊断。优选诊断部基于算出处理时的二次电池的放电电流值以及温度来设定用于劣化诊断的阈值，基于对阈值与诊断用放电量进行比较的结果来进行劣化诊断。优选诊断部基于算出处理时的二次电池的放电电流值以及二次电池内部的最低温度来设定用于劣化诊断的第I阈值，基于对第I阈值与诊断用放电量进行比较的结果来进行二次电池是否处于几乎没有劣化的第I状态的诊断。优选诊断部除了第I阈值以外还设定比第I阈值小的第2阈值，在诊断用放电量比第I阈值大的情况下诊断为二次电池处于第I状态，在诊断用放电量比第I阈值小且比第2阈值大的情况下诊断为二次电池处于虽然与第I状态相比发生了劣化但能够继续使用的第2状态，在诊断用放电量比第2阈值小的情况下诊断为二次电池处于与第2状态相比发生了劣化而不能继续使用的第3状态。优选算出部在二次电池的蓄电量比预定量小的情况下进行算出处理，在二次电池的蓄电量比预定量大的情况下不进行算出处理。优选算出部在二次电池的电压比第I电压高的情况下进行算出处理，在二次电池的电压比第I电压低的情况下不进行算出处理。优选二次电池搭载于能够利用二次电池的电力来行驶的车辆。车辆具备控制装置，该控制装置在车辆行驶期间、预定条件成立了的情况下，算出并存储二次电池的电压从第I电压降低到第I电压与第2电压之间的中间电压为止的二次电池放电的电荷量来作为第I放电量。算出部在算出处理时从控制装置取得第I放电量，考虑第I放电量来算出诊断用放电量。
优选算出部在车辆停止期间算出二次电池的电压从中间电压降低到第2电压为止的二次电池放电的电荷量来作为第2放电量，算出在第I放电量加上第2放电量而得到的值来作为诊断用放电量。优选二次电池以及诊断装置搭载于能够利用二次电池的电力来行驶、且具备用于使电力在外部电源与二次电池之间授受的充放电装置的车辆。算出部在外部电源已连接于车辆的情况下，控制充放电装置来使二次电池向外部电源放电而进行算出处理。优选诊断装置在外部电源已连接于车辆的情况下，当二次电池的蓄电量比预定量小时，在使二次电池向外部电源放电而使二次电池的蓄电量大致为零之后开始向二次电池充电，计测从开始充电到二次电池成为满充电状态为止充到二次电池的电荷量来作为二次电池的可蓄电容量。优选二次电池是锂离子二次电池。本发明的其他方式涉及的车辆具备能够通过诊断装置进行劣化状态诊断的二次电池。诊断装置基于在二次电池的蓄电量比预定量低的状态下二次电池的电压从第I电压降低到比第I电压低的第2电压为止的二次电池放电的电荷量来进行二次电池的劣化诊断。车辆具备算出部，其在车辆行驶期间、预定条件成立了的情况下，算出二次电池的电压从第I电压降低到第I电压与第2电压之间的中间电压为止的二次电池放电的电荷量来作为第I放电量；和存储部，其为了使诊断装置取得第I放电量而存储第I放电量。诊断装置在车辆停止期间从存储部取得第I放电量，考虑第I放电量来进行劣化诊断。车辆可以在内部具备诊断装置。本发明的其他方式涉及的二次电池的诊断方法是二次电池的诊断装置进行的诊断方法。该诊断方法包括进行如下的算出处理的步骤，使二次电池放电，算出在二次电池的蓄电量比预定量低的状态下二次电池的电压从第I电压降低到比第I电压低的第2电压为止的二次电池放电的电荷量来作为诊断用放电量；和进行劣化诊断的步骤，基于诊断用放电量进行二次电池的劣化诊断。发明的效果根据本发明，能够高精度地判定二次电池的劣化状态。


图I是说明车辆的概略结构的框图(其I)。图2是表示电池、温度传感器、电压传感器、电流传感器的结构的图。图3是诊断装置的功能框图(其I)。图4是表示各电池块的放电特性的图。图5是表示电池温度Tb以及电池电流Ib与新品判定阈值Al的对应关系的图。图6是表示诊断装置的处理顺序的流程图(其I)。图7是表示诊断装置的处理顺序的流程图(其2)。 图8是表示诊断装置的处理顺序的流程图(其3)。图9是对从测定开始电压Vs起开始电流累计的情况下的放电量与从中间电压Vmid起开始电流累计的情况下的放电量进行比较得到的图。图10是控制电路以及诊断装置的功能框图。图11是表示控制电路的块放电量QO的算出方法的图。图12是表示控制电路的处理顺序的流程图。图13是表示诊断装置的块放电量Q的算出方法的图。图14表示诊断装置的处理顺序的流程图(其4)。图15是说明车辆的概略结构的框图(其2)。图16是表示诊断装置的处理顺序的流程图(其5)。图17是表示诊断装置的处理顺序的流程图(其6)。图18是表示诊断装置的处理顺序的流程图(其7)。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。此外，以下对图中的相同或相当的部分标记相同的附图标记，原则上不重复其说明。[实施例I]图I是说明本发明实施例I的具备通过诊断装置300进行诊断的二次电池的车辆5的概略结构的框图。此外，图I所示的车辆5是混合动力车辆，但本发明不限定于混合动力车辆而能够适用于全部电动车辆。参照图1，车辆5具备电池10、系统主继电器22、24、电力控制单元(Power ControlUnit,以下称为“PCU”)30、电动发电机41、42、发动机50、动力分配机构60、驱动轴70和车轮80。电池10是锂离子二次电池。电池10由多个锂离子二次电池单元(cell，单电池)串联连接而构成。发动机50利用燃料的燃烧能来输出动能。动力分配机构60与电动发电机41、42以及发动机50的输出轴连接，通过电动发电机42以及/或者发动机50的输出来驱动驱动轴70。并且，通过驱动轴70使车轮80旋转。如此，车辆5通过发动机50以及/或者电动发电机42的输出来行驶。电动发电机41、42既可以作为发电机也可以作为电动机发挥功能，但电动发电机41主要作为发电机进行工作，电动发电机42主要作为电动机进行工作工作。
详细而言，电动发电机41在加速时等要求发动机启动时，作为启动发动机50的启动器使用。此时，电动发电机41经由P⑶30接受来自电池10的电力供给来作为电动机进行驱动，使发动机50起转(cranking)而启动。进而,在发动机50启动后，电动发电机41能够利用经由动力分配机构60传递来的发动机输出而旋转来发电。电动发电机42利用蓄积于电池10的电力以及电动发电机41发电产生的电力中的至少任一方来驱动。电动发电机42的驱动力被传递到驱动轴70。由此，电动发电机42辅助发动机50来使车辆5行驶，或者仅通过电动发电机42自己的驱动力使车辆5行驶。另外，在车辆5的再生制动时，电动发电机42通过由车轮的旋转力来驱动，从而作为发电机进行工作。此时，由电动发电机42发电产生的再生电力经由P⑶30充电到电池10。P⑶30在电池10和电动发电机41、42之间进行双向的电力变换，并且对该电力变 换进行控制以使电动发电机41、42按照各自的的工作指令值(代表性地是转矩指令值)进行工作。例如，PCU30包括将来自电池10的直流电力变换成交流电力并施加于电动发电机 41、42的变换器(inverter)等。该变换器也能够将电动发电机41、42的再生发电电力变换成直流电力并充电到电池10。系统主继电器22、24设置在P⑶30与电池10之间。系统主继电器22、24根据继电器控制信号SE而接通断开。系统主继电器22、24断开(OFF)时，电池10的充放电路径被机械性地切断。车辆5还具备用于监视电池10的监视单元20和控制电路100。监视单元20监视设置于电池10的温度传感器12、电压传感器14以及电流传感器16的检测结果，并将其输出到控制电路100。此外，在图I中，概括性地示出了温度传感器12以及电压传感器14，但实际上，如后述的图2所示，温度传感器12以及电压传感器14设置有多个。图2是表示电池10、温度传感器12、电压传感器14、电流传感器16的结构的图。电池10由η个(η :2以上的整数)电池块(电池组)11串联连接而构成。此外，图2中例示了 η=4的情况下的结构。各电池块11由多个电池单元IOa串联连接而构成。温度传感器12相对于各电池块11分别各设置多个。此外，图2中例示了温度传感器12相对于各电池块11各设置2个的情况下的结构。各温度传感器12分别检测设置了各个温度传感器12的位置的温度来作为电池温度Tb。电压传感器14相对于各电池块11分别各设置I个。各电压传感器14分别检测各电池块(各电池模块)11的两端电压即块电压(模块电压)Vb (Vbl Vbn)。此外，图2中例示了各电池块11分别检测块电压Vbl Vb4的结构。电流传感器16检测在电池10中流动的电流即电池电流Ib。此外，也可以设置多个电流传感器16。各温度传感器12、各电压传感器14、电流传感器16的检测结果经由监视单元20发送到控制电路100。返回图I，控制电路100由未图不的CPlKCentral Processing Unit :中央处理单元)以及内置有存储器的电子控制单元(EOJ :ElectronicControl Unit)构成,基于各传感器的检测结果和/或存储于该存储器中的信息等，执行预定的运算处理。
控制电路100基于用户对加速踏板的操作量和/或车速设定对电动发电机41、42的转矩要求值。控制电路100控制由PCU30进行的电力变换，以使电动发电机41、42按照该转矩要求值进行工作。此外，发动机50受未图示的其他ECU控制。另外，图I中，将控制电路100记载为单一的单元，但也可以是两个以上的分开的单元。车辆5构成为能够与诊断装置300连接。实施例I中，作为诊断装置300被设置于经销商(dealer)等的修理工厂的情况进行说明。此外，也可以将诊断装置300设置于车辆5的内部。诊断装置300与控制电路100同样地由未图示的CPU以及内置有存储器的电子控制单元构成。诊断装置300由在修理工厂工作的服务人员等进行操作。当将诊断装置300连接 于车辆5时，成为诊断装置300和控制电路100之间能够通信的状态。诊断装置300进行与控制电路100的通信来诊断电池10的劣化状态(以下，将由诊断装置300进行的诊断称为“电池诊断”)。以下，对诊断装置300进行的电池诊断进行说明。当长时间使用电池10这种锂离子二次电池时，有可能在其内部析出金属锂而发生劣化。在锂离子二次电池的蓄电量低的区域使锂离子二次电池放电的情况下，锂离子二次电池的电压降低，但即使是相同放电量，锂析出量越多则此时的电压降低量越大。换言之，即使是相同的电压降低量，锂析出量越多则放电量越少(以下，也将该特性称为“低域特性”)。诊断装置300利用该低域特性对因金属锂析出导致的电池10的劣化状态进行诊断。具体而言，诊断装置300算出在电池10的蓄电量比预定量低的区域(以下，称为“低SOC区域”)使电池10的电压降低了预定电压时的电池10的放电量(从电池10放电的电荷量)，基于所算出的放电量对因金属锂析出导致的电池10的劣化状态进行诊断。图3是诊断装置300的与电池诊断有关的部分的功能框图。图3所示的各功能块可以通过由电子电路等实现的硬件处理来实现，也可以通过执行程序等实现的软件处理来实现。诊断装置300具备算出部310和诊断部320。算出部310算出在低SOC区域使电池10的电压减低了预定电压时的电池10的放电量。然后，诊断部320基于算出部310所算出的放电量对因金属锂析出导致的电池10的劣化状态进行诊断。以下，对算出部310进行说明。算出部310包括累计部311和结束部312。当诊断装置300连接于车辆5时，累计部311开始与车辆5的控制电路100之间的通信，接收来自控制电路100的信息(各电池温度Tb、各块电压Vb、电池电流Ib等)，向控制电路100发送指令，进行以下的处理。首先，累计部311判断电池诊断的开始条件是否成立。电池诊断的开始条件例如是在车辆5的各电气设备能够工作的状态(IG接通状态)下车辆5停止、且来自控制电路100的信息没有异常这种条件。当电池诊断的开始条件成立时，累计部311开始电池10的放电，并且进行以下说明的电流累计处理。电池10放出的电荷经由DC/DC转换器(未图示)被充电到搭载于车辆5的辅机电池(未图不)中。此外，也可以由其他的电气设备来消耗电池10放出的电荷。以下，对累计部311进行的电流累计处理的内容进行说明。首先，累计部311在块电压Vb降低到测定开始电压Vs的时刻开始电池电流Ib的累计。并且，累计部311在块电压Vb降低到比测定开始电压Vs低预定电压的测定结束电压Ve的时亥lj、或者电池电流Ib的累计值成为了新品判定阈值Al (后述)以上的时刻，结束电池电流Ib的累计，将电池电流Ib的累计值存储在存储器中。这一系列的处理是电流累计处理的内容。在电流累计处理中使用的测定开始电压Vs以及测定结束电压Ve，被预先设定成包含在上述的低SOC区域中的块电压Vb的变动范围内的值。也就是说，通过电流累计处理得到的电流累计值，是低SOC区域中使电压降低了预定电压时的电池块11的放电量。此外，以下，也将通过电流累计处理得到的电流累计值记载为“块放电量Q”。图4是表示进行了电流累计处理的情况下的各电池块11的放电特性的图。如上所述，在电流累计处理中，算出块电压Vb从测定开始电压Vs降低到测定结束电压Ve为止的电流累计值来作为块放电量Q。 根据上述的低域特性，锂析出量越多则块放电量Q越少。也就是说，根据块放电量Q的大小，能够掌握对应的电池块11的金属锂的析出量。如图4的实线LI所示，块放电量Q为新品判定阈值Al (后述)以上的电池块11，处于金属锂几乎没有析出的状态(以下，称为“新品状态”)。如图4的虚线L2所示，块放电量Q虽然小于新品判定阈值Al但大于不可使用判定阈值A2 (后述)的电池块11，处于与新品状态相比发生了劣化但锂析出量还少而能够继续使用的状态。如图4的单点划线L3所示，块放电量Q进一步降低而小于不可使用判定阈值A2的电池块11，处于锂析出量多而不能继续使用的状态。累计部311按各块电压Vbl Vbn (按各电池块11)分别进行电流累计处理。因此，按各块电压Vbl Vbn分别算出块放电量QfQn。此外，图4的双点划线L4示出了通过电流累计处理使块电压Vb与测定结束电压Ve相比进一步降低而降低到过放电判定阈值Vlow的情况下的放电特性。在锂析出量非常多而劣化显著的电池块中，与其他的电池块相比，块电压Vb提前降低到测定结束电压Ve而电流累计处理结束。然而，由于在后述的结束条件成立之前其他的电池块的电流累计处理还在继续，因此即使在电流累计处理已结束的电池块中也继续放电。其结果，在劣化显著的电池块中，如图4的双点划线L4所示，也可能会发生块电压Vb降低到过放电判定阈值Vlow的情况。返回图3，结束部312判断以下的结束条件是否成立，在结束条件成立的时刻使由累计部311进行的电流累计处理结束。结束条件有正常结束条件和中断结束条件。正常结束条件是用于使由累计部311进行的电流累计处理正常结束而切换到由诊断部320进行的电池诊断的判定处理的条件。结束部312例如在以下的(al) (a4)的任一方成立的情况下判断为正常结束条件成立，使电流累计处理正常结束。(al)块放电量QfQn都为新品判定阈值Al以上。(a2)块电压Vbl Vbn都为测定结束电压Ve以下。(a3)块电压Vbl Vbn的至少任一个为测定结束电压Ve以下且对应的块放电量Q小于不可使用判定阈值A2。(a4)块电压Vbl Vbn的至少任一个为过放电判定阈值Vlow以下。
此外，在正常结束时，累计部311将正常结束时刻的块放电量QfQn与块电压Vbl Vbn —起输出到诊断部320。另一方面，中断结束条件用于是使由累计部311进行的电流累计处理强制性地中断并结束的条件。结束部312例如在以下的(bl) (b4)的任一个成立的情况下判断为中断结束条件成立，使电流累计处理强制性地中断并结束。(bl)来自控制电路100的信息发生了异常。(b2)电池温度Tb处于预定温度范围外。(b3)有解除IG接通状态的操作(IG断开操作)。(b4)从电流累计处理开始经过的时间超过了上限时间。此外，在中断结束的情况下，不向由诊断部320进行的电池诊断的判定处理切换。 接着，对诊断部320进行说明。诊断部320基于来自算出部310的块放电量Q(Ql Qn)以及块电压Vb (Vbl Vbn)，对因金属锂析出导致的电池10的劣化状态进行诊断。诊断部320包括判定部321和设定部322。判定部321在电流累计处理正常结束的情况下，判断以下的第f 3条件是否成立，根据其结果进行对因金属锂析出导致的电池10的劣化状态进行判定的判定处理。第I条件是块放电量QfQn都为新品判定阈值Al以上(参照图4的实线LI)这一条件。在第I条件成立的情况下，判定部321判定为电池10为“新品状态”，输出表示“新品状态”的信号Rl。第2条件是块电压Vbl Vbn的至少任一个为测定结束电压Ve以下且对应的块放电量Q小于不可使用判定阈值A2 (参照图4的单点划线L3)这一条件。第3条件是至少任一个块电压Vb为过放电判定阈值Vlow以下(参照图4的双点划线L4)且块放电量QfQn都小于不可使用判定阈值A2这一条件。在第2条件或第3条件成立的情况下，判定部321判定为电池10为“不可使用”，输出表示“不可使用”的信号R2。在第f第3条件无论哪个条件都不成立的情况下(参照图4的虚线L2)，判定部321判定为电池10为“能够使用”，输出表示“能够使用”的信号R3。此外，判定部321的判定结果被显示于诊断装置300的显示器和/或车辆5的信息面板等来通知给用户。设定部322基于电流累计处理时的电池温度Tb以及电池电流Ib，设定上述的新品判定阈值Al、不可使用判定阈值A2。图5是表示电流累计处理时的电池温度Tb以及电池电流Ib与新品判定阈值Al的对应关系的图。考虑即使是新品状态的电池10在低温状态下放电量也会降低这一情况，电流累计处理时的电池温度Tb越低，设定部322将新品判定阈值Al设定成越小的值。由此，即使在低温状态下，也可防止将新品的电池10误判定为“新品”以外的状态。对于新品判定阈值Al，可以对所有的电池块11设定为共同的值，也可以按各电池块11分别设定。无论哪种情况下，在新品判定阈值Al的设定中使用的电池温度Tb，都优选使用电池10内的最低温度(根据需要，各电池块11内的最低温度)。如此，由于电池10内的最低温度越低则新品判定阈值Al被设定为越低的值，因此能够更切实地防止将新品状态的电池10误判定为“新品状态”以外的状态。
另外，如图5所不，电流累计处理时的电池电流Ib越闻，设定部322将新品判定阈值Al设定为越小的值。与新品判定阈值Al同样地，设定部322基于电流累计处理时的电池温度Tb以及电池电流Ib设定不可使用判定阈值A2。此外，也可以通过其他的方法来设定不可使用判定阈值A2，也可以将其设为固定值。设定部322所设定的新品判定阈值Al以及不可使用判定阈值A2被输出到判定部321，被用于上述的判定处理。另外，新品判定阈值Al以及不可使用判定阈值A2也被输出到算出部310，被用于电流累计处理以及电流累计处理的结束条件的判断。图6是表示用于实现上述的功能的诊断装置300的处理顺序的流程图。以下所示的流程图的各步骤(以下，将步骤省略写为“S”)，如上所述可以通过硬件处理来实现也可以通过软件处理来实现。
在SlO中，诊断装置300判断上述的电池诊断的开始条件是否成立。若电池诊断的开始条件成立(S10中“是”)，处理移至S20。否则(S10中“否”)，该处理结束。在S20中，诊断装置300使电池10开始放电。在S30中，诊断装置300进行上述的电流累计处理。图7是表示进行电流累计处理的情况下的诊断装置300的处理顺序的流程图。此夕卜，该处理按各电池块11分别执行。在S31中，诊断装置300判断块电压Vb是否低于测定开始电压Vs。若块电压Vb低于测定开始电压Vs (S31中“是”)，处理移至S32。否则(S31中“否”)，处理返回S31。在S32中，诊断装置300开始电池电流Ib的累计。在S33中，诊断装置300判断块电压Vb是否低于测定结束电压Ve。若块电压Vb低于测定结束电压Ve (S33中“是”)，处理移至S35。否则(S33中“否”)，处理移至S34。在S34中，诊断装置300继续电池电流Ib的累计。然后，处理返回S33。在S35中，诊断装置300结束电池电流Ib的累计。在S36中，诊断装置300将累计结束时刻的电池电流Ib的累计值作为块放电量Q存储在存储器中。此外，由于电流累计处理是按各电池块11分别执行的，因此η个块放电量Q (块放电量Ql Qn)被存储在存储器中。返回图6，在S40中，诊断装置300判断上述的结束条件(正常结束条件或中断结束条件)是否成立。若结束条件成立(S40中“是”)，处理移至S50。否则(S40中“否”)，处理返回S30。此外，在图6中示出了在S30的电流累计处理后进行S40的判断的顺序，但实际上，也可以在S30的电流累计处理中进行S40的判断。也就是说，当在S30的电流累计处理中结束条件成立时，处理移至S50。在S50中，诊断装置300结束S30的电流累计处理，使电池10的放电停止。在S60中，诊断装置300通过上述的方法(参照图5的映射)设定新品判定阈值Al、不可使用判定阈值Α2。在S70中，诊断装置300进行上述的判定处理。图8是表示进行判定处理的情况下的诊断装置300的处理顺序的流程图。S71中，诊断装置300判断电流累计处理的结束是否是正常结束。若是正常结束(S71中“是”)，处理移至S72。否则(S71中“否”)，该处理结束，不进行判定处理。
在S72中，诊断装置300判断第I条件是否成立。第I条件如上所述是块放电量QfQn都为新品判定阈值Al以上这一条件。若第I条件成立(S72中“是”)，处理移至S73。否则(S72中“否”)，处理移至S74。在S73中，诊断装置300判定为电池10为“新品状态”。在S74中，诊断装置300判断第2条件是否成立。第2条件如上所述是块电压Vbl Vbn的至少任一个为测定结束电压Ve以下且对应的块放电量Q小于不可使用判定阈值A2这一条件。若第2条件成立(S74中“是”)，处理移至S75。否则(S74中“否”)，处理移至S76。在S75中，诊断装置300判定为电池10为“不可使用”。在S76中，诊断装置300判断第3条件是否成立。第3条件如上所述是至少任一个 块电压Vb为过放电判定阈值Vlow以下且块放电量QfQn都小于不可使用判定阈值A2这一条件。若第3条件成立(S76中“是”)，处理移至S75。否则(S76中“否”)，处理移至S77。在S77中，诊断装置300判定为电池10为“能够使用”。如上所述，本实施例I涉及的诊断装置300，按各块算出在低SOC区域使电池10的各块电压从测定开始电压Vs降低到测定结束电压Ve时的放电量，基于所算出的各放电量对因金属锂析出导致的电池10的劣化状态进行诊断。因此，利用在低SOC区域即使是相同的电压降低量、锂析出量越多则放电量就越少这一特性(低域特性)，能够高精度地判断因金属锂析出导致的电池10的劣化状态。[实施例2]如上所述，为了利用低域特性高精度地判断电池10的劣化状态，需要将在电流累计处理中使用的测定开始电压Vs设定为包含于低SOC区域中的块电压Vb的变动范围内的值。因此，需要使测定开始电压Vs为比较低的值。另一方面，若测定开始电压Vs过低，则判定精度反而会降低。图9是对从测定开始电压Vs起开始电流累计的情况下的放电量与从测定开始电压Vs与测定结束电压Ve之间的中间电压Vmid起开始电流累计的情况下的放电量进行比较的图。劣化了的二次电池的放电量(实线)与新品状态的二次电池的放电量(虚线)之差是与诊断对象的二次电池的金属锂的析出量对应的值，但该放电量的差从块电压Vb比较高时就开始产生。因此，如图9所示，在从测定开始电压Vs降低到中间电压Vmid的时刻在已经劣化的二次电池的放电量与新品状态的二次电池之间也产生放电量差Λ q。因此，若从中间电压Vmid起开始电流累计，则电流累计处理的结果所得到的放电量没有考虑上述的放电量差A q。也就是说，从中间电压Vmid起开始电流累计的情况下的放电量差AQlow,与从测定开始电压Vs起开始电流累计的情况下的放电量差AQ相比小Aq，相应地判定精度也降低。因此，在电池诊断的开始条件成立的时刻、块电压Vb比测定开始电压Vs低的情况下，为了不使判定精度降低，需要在暂且对电池10充电使各块电压Vbl Vbn增加到测定开始电压Vs之后执行电流累计处理，电池诊断所需要的时间会延长。鉴于这种问题，在实施例2中，在车辆5行驶中(通常运转中)，控制电路IOOa预先算出并存储块电压Vb从测定开始电压Vs降低到中间电压Vmid为止的电池电流Ib的累计值(以下，称为“放电量Q0”)。并且，诊断装置300a在车辆5停止中进行的电池诊断时，算出块电压Vb从中间电压Vmid降低到测定结束电压Ve为止的的电池电流Ib的累计值(以下，称为“块放电量Qd”)，并且从控制电路IOOa读出在车辆5行驶中所存储的块放电量QO。诊断装置300a将对块放电量Qd加上块放电量QO得到的值作为块放电量Q使用来进行判定处理。图10是实施例2涉及的控制电路IOOa以及诊断装置300a的与电池诊断有关的部分的功能框图。实施例2中，作为诊断装置300a被设置于经销商等的修理工厂的情况进行说明。此外，与实施例I同样，也可以将诊断装置300a设置于车辆5的内部。控制电路IOOa具备累计部110和存储部120。在车辆5行驶中，累计部110算出从测定开始电压Vs到中间电压Vmid为止的电池电流Ib的累计值，将所算出的累计值作为块放电量QO存储在存储部120中。图11是表示控制电路IOOa的块放电量QO的算出方法的图。如图11所示，累计部110在块电压Vb低于了测定开始电压Vs的时刻开始电池电流Ib的累计，在块电压Vb降 低到中间电压Vmid的时刻结束累计。并且，将累计结束时刻的累计值作为块放电量QO存储在存储部120中。按各电池块11进行块放电量QO的算出。因此，在存储部120中存储有与各电池块11对应的η个块放电量QO (Q01 QOn)。此外，鉴于在电池10的使用期间比较短而劣化未加重(未发展)的阶段实际上进行电池诊断的可能性低这一情况，也可以在例如电池10的使用期间超过预定年数之后在I次旅行(trip)仅进行I次块放电量QO的算出。图12是表示算出块放电量QO的情况下的控制电路IOOa的处理顺序的流程图。此夕卜，该处理按各电池块11分别执行。在SlOO中，控制电路IOOa判断在车辆5行驶中预定条件是否成立。预定条件是处于低SOC区域、且在电池温度Tb包含于预定温度范围且电池电流Ib包含于预定范围内的状态下块电压Vb低于了测定开始电压Vs这一条件。该条件是用于确保后述的块放电量QO的算出精度(电池诊断的判定精度)的条件。若预定条件成立(S100中“是”)，处理移至SlOlo否则(S100中“否”)，处理返回S100。在SlOl中，控制电路IOOa开始电池电流Ib的累计。在S102中，控制电路IOOa判断块电压Vb是否低于中间电压VmicL若块电压Vb低于中间电压Vmid (S102中“是”)，处理移至S104。否则(S102中“否”)，处理移至S103。在S103中，控制电路IOOa继续电池电流Ib的累计。然后，处理返回S102。在S104中，控制电路IOOa结束电池电流Ib的累计。在S106中，控制电路IOOa将电池电流Ib的累计值作为块放电量QO存储在存储部120中。此外，由于该处理是按各电池块11分别执行的，因此η个块放电量QO (块放电量QOfQOn)被存储在存储部120中。返回图10，对诊断装置300a的功能进行说明。诊断装置300a具备算出部310a和诊断部320。算出部310a具备累计部311a和结束部312。结束部312以及诊断部320的功能，与实施例I中说明的相同，因此在此不重复详细说明。累计部311a将开始电流累计的电压作为中间电压Vmid而通过与实施例I同样的方法进行电流累计处理，算出块电压Vb从中间电压Vmid降低到测定结束电压Ve为止的块方文电量Qd (Qdl^Qdn)0然后，累计部311a在正常结束条件成立的情况下，读出在车辆5的存储部120中所存储的块放电量Q0，将对所读出的块放电量QO加上所算出的块放电量Qd得到的值作算出为块放电量Q并输出到判定部321。图13是表示累计部311a的块放电量Q的算出方法的图。对于块电压Vb从测定开始电压Vs降低到中间电压Vmid为止的块放电量Q0，在车辆5行驶中通过控制电路IOOa预先算出并存储。即使在电池诊断的开始条件成立时的块电压Vb低于测定开始电压Vs的情况下，累计部311a也不使块电压Vb增加到测定开始电压Ns (不对电池10充电)而从中间电压Vmid起开始电流累计处理来算出块放电量Qd。并且,算出对从控制电路IOOa读出的块放电量QO加上块放电量Qd得到的值来作为块放电量Q。此外，该处理也按各电池块11执行。也就是说，累计部311a算出对各块放电量QOfQOn分别加上对应的各块放电量QdfQdn而得到的值来作为各块放电量Qf Qn。
如此，在实际诊断时只是通过仅算出块电压Vb从中间电压Vmid降低到测定结束电压Ve为止的块放电量Qd，就能够算出块电压Vb从测定开始电压Vs降低到测定结束电压Ve为止的块放电量Q。也就是说，即使在诊断开始时的块电压Vb低于测定开始电压Vs的情况下，也能够不使块电压Vb暂且增加到测定开始电压Vs而能够算出块电压Vb从测定开始电压Vs降低到测定结束电压Ve为止的块放电量Q。因此，能够不使诊断精度降低地缩短诊断所需要的时间。图14是表示诊断装置300a的电流累计处理的处理顺序的流程图。此外，在图14所示的流程图中，对与前述的图7所示的流程图相同的处理标记相同的步骤序号。它们的处理也相同。因此，在此不重复对它们的详细说明。在S31a中，诊断装置300a判断块电压Vb是否低于中间电压VmicL若块电压Vb低于中间电压Vmid (S31a中“是”)，处理移至S32。否则(S31a中“否”)，处理返回S31a。在S35a中，诊断装置300a结束电池电流Ib的累计。此外，到该时刻为止的电池电流Ib的累计值，是块电压Vb从中间电压Vmid降低到测定结束电压Ve为止的块放电量Qd0在S36a中，诊断装置300a读出在车辆5的控制电路IOOa中所记载的块放电量QO0在S36b中，诊断装置300a算出对从控制电路IOOa读出的块放电量QO加上通过电流累计处理算出的块放电量Qd而得到的值来作为块放电量Q。在S36c中，诊断装置300a将所算出的块放电量Q (=Q0+Qd)存储在存储器中。通过该处理所存储的块放电量Q (=Q0+Qd)被用于之后的判定处理(参照图6的S70、图7)。如上所述，在实施例2中，在车辆5行驶中，预先算出并存储块电压Vb从测定开始电压Vs降低到中间电压Vmid为止的块放电量Q0。并且，在诊断时，算出块电压Vb从中间电压Vmid降低到测定结束电压Ve为止的块放电量Qd，考虑块放电量QO和块放电量Qd来进行电池诊断。因此，能够不使诊断精度降低地缩短诊断所需要的时间。[实施例3]在实施例I中，在电流累计处理时使蓄积于电池10的电荷放电到车辆5内部的辅机电池。另外，在实施例I中，将诊断装置300设置于车辆5的外部。
与此相对，在实施例3中，在电流累计处理时使蓄积于电池10的电荷放电到设置于车辆外部的电源。另外，在实施例3中，将诊断装置300设置于车辆内部。图15是说明实施例3涉及的车辆5b的概略结构的框图。如图15所示，车辆5b在内部具备诊断装置300。此外，也可以将诊断装置300设置为与控制电路100 —体。另外，车辆5b是所谓的插电式车辆，能够利用具有充放电功能的外部电源310的电力对电池10充电。车辆5b具备构成为能够连接于外部电源310的连接器210和设置在电池10与连接器210之间的充放电装置200。其他的构造、功能、处理与前述的第I实施例相同，因此在此不重复详细说明。充放电装置200基于来自控制电路100的信号，进行从外部电源400向电池10的充电以及从电池10向外部电源400的放电。
图16是表示实施例3涉及的诊断装置300的处理顺序的流程图。此外，在图16所示的流程图中，对与前述的图6所示的流程图相同的处理标记相同的步骤序号。它们的处理也相同。因此，在此不重复对它们的详细说明。在SlOa中，诊断装置300判断外部电源400是否已连接于连接器210。若外部电源400已连接于连接器210 (SlOa中“是”)，处理移至SlOb。否则(SlOa中“否”)，该处理结束。在SlOb中，诊断装置300判断诊断允许条件是否成立。诊断允许条件是电池10的蓄电量比预定量低(处于低SOC区域)这一条件。此外，由于在低SOC区域中块电压Vb比预定值低，因此也可以将诊断允许条件设为块电压Vb比预定值低这一条件。另外，也可以在诊断允许条件中附加电池10的使用年数超过预定年数这一条件。若诊断允许条件成立(SlOb中“是”)，处理移至S20a。否则(SlOb中“否”)，该处理结束。在S20a中，诊断装置300使从电池10向外部电源400的放电开始。在S50a中，诊断装置300使从电池10向外部电源400的放电停止。在S80中，诊断装置300允许从外部电源400向电池10开始充电。由此，开始从外部电源400向电池10的充电。如此，在实施例3中，在能够利用外部电源400的电力对电池10充电的车辆5b的内部具备诊断装置300，在外部电源400已连接于插电式车辆时(用户要开始从外部电源400向电池10充电时)，将电池10的电荷放电到外部电源400来进行电池诊断。如此，即使不将车辆5b运至修理工厂也能够进行电池诊断。另外，能够通过将电流累计处理时的放电目标设为外部电源400来从电池10稳定地放电，因此能够高精度地算出电池电流Ib的累计值。另外，在外部电源400已连接于插电式车辆时，不是总进行电池诊断，而是在能够利用电池10的低域特性的低SOC区域的情况下进行电池诊断。因此，能够避免仅为了电池诊断而使电池10的蓄电量从高区域降低到低SOC区域，能够抑制浪费的电力消耗。[实施例3的变形例]在上述的实施例3中，在开始从外部电源400向电池10的充电之前进行电池诊断，所以各块电压Vb会降低到测定结束电压Ve。在这样的情况下，也可以在电池诊断后，将电池10的电荷进一步放电到外部电源400而使电池10的蓄电量暂且降低到大致为零(比零稍大的值)，然后开始从外部电源400向电池10的充电，计测从充电开始时到电池10成为满充电状态的充到电池10的电荷量来作为电池10的可蓄电容量。此外，对于电池10是否达到了满充电状态，例如根据块电压Vb是否达到了与满充电状态对应的电压来判断即可。图17是表示实施例3的变形例涉及的诊断装置300的处理顺序的流程图。此外，在图17所示的流程图中，对与前述的图16所示的流程图相同的处理标记相同的步骤序号。它们的处理也相同。因此，在此不重复对它们的详细说明。在S80a中，诊断装置300在S70的判定处理后，使电池10的电荷进一步放电到外部电源400直到电池10的蓄电量大致为零。在S80b中，诊断装置300在电池10的蓄电量大致为零之后允许开始从外部电源400向电池10的充电。由此，开始从外部电源400向电池10的充电。在S80c中，诊断装置300，计测从开始充电到电池10达到满充电状态为止充到电池10的电荷量(电池电流Ib的累计值)来作为电池10的可蓄电容量。 如此，通过在从外部电源400向电池10开始充电时进行上述的处理，能够定期且高精度地对因电池10的劣化导致的可蓄电容量的降低进行检测。[实施例4]如实施例2的开头所述，为了高精度地判定电池10的劣化状态，需要将测定开始电压Vs设为比较低的值，但若测定开始电压Vs过低则判定精度反而会降低。鉴于这一点，在实施例4中，在块电压Vb低于基准电压的情况下，判断为无法从测定开始电压Vs起开始电流累计处理，不进行诊断。此外，以下，对将基准电压设定为了测定开始电压Vs的情况进行说明。图18是实施例4的变形例涉及的诊断装置300的处理顺序的流程图。此外，在图18所示的流程图中，对与前述的图6所示的流程图相同的处理标记相同的步骤序号。它们的处理也相同。因此，在此不重复对它们的详细说明。在Sll中，诊断装置300进行电流传感器16的偏移(offset)学习。诊断装置300将不进行电池10的充放电的状态下的电流传感器16的输出值存储为偏移量。诊断装置300根据偏移量对电流传感器16的检测值进行修正来掌握电池电流Ib。在S12中，诊断装置300判断各块电压Vbl Vbn中最低的块电压Vb是否比测定开始电压Vs (基准电压)高。若最低的块电压Vb比测定开始电压Vs高(S12中“是”)，诊断装置300使处理前进到S30以后，进行电池诊断。另一方面，若最低的块电压Vb比测定开始电压Vs低(S12中“否”)，诊断装置300使处理结束，不进行电池诊断。如此，在电池诊断的判定精度低的状况下不进行电池诊断，由此能够防止误判定。此外，作为电池诊断的判定精度降低的主要原因，除了块电压Vb以外，还有电池温度Tb和电池电流Ib。存在如下倾向电池温度Tb越低，另外电池电流Ib越大，则检测精度越低。因此，在图18的S12的处理和S40的处理中，除了判断块电压Vb是否比测定开始电压Vs高以外，还判断电池温度Tb是否包含于预定温度范围内以及电池电流Ib是否包含于预定范围内，在不满足这些条件的某一个的情况下，也可以为了防止误判定而不进行电池诊断。
应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。附图标记的说明5、5b车辆，10电池，IOa电池单兀，11电池块，12温度传感器，14电压传感器，16电流传感器，20监视单元，22、24系统主继电器，41、42电动发电机，50发动机，60动力分配机 构，70驱动轴，80车轮，IOOUOOa控制电路，110、311、31 Ia累计部，120存储部，200充放电装置，210连接器，300、300a诊断装置，310、310a算出部，312结束部，320诊断部，321判定部，322设定部，400外部电源。
权利要求
1.一种二次电池(10)的诊断装置，具备算出部(310)和诊断部(320)， 所述算出部进行如下的算出处理使所述二次电池放电，算出在所述二次电池的蓄电量比预定量低的状态下所述二次电池的电压从第I电压降低到比所述第I电压低的第2电压为止的所述二次电池放电的电荷量来作为诊断用放电量， 所述诊断部基于所述诊断用放电量进行所述二次电池的劣化诊断。
2.根据权利要求I所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述诊断部基于所述算出处理时的所述二次电池的放电电流值以及温度来设定用于所述劣化诊断的阈值，基于对所述阈值与所述诊断用放电量进行比较的结果来进行所述劣化诊断。
3.根据权利要求I所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述诊断部基于所述算出处理时的所述二次电池的放电电流值以及所述二次电池内部的最低温度来设定用于所述劣化诊断的第I阈值，基于对所述第I阈值与所述诊断用放电量进行比较的结果来进行所述二次电池是否处于几乎没有劣化的第I状态的诊断。
4.根据权利要求3所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述诊断部除了所述第I阈值以外还设定比所述第I阈值小的第2阈值，在所述诊断用放电量比所述第I阈值大的情况下诊断为所述二次电池处于所述第I状态，在所述诊断用放电量比所述第I阈值小且比所述第2阈值大的情况下诊断为所述二次电池处于虽然与所述第I状态相比发生了劣化但能够继续使用的第2状态，在所述诊断用放电量比所述第2阈值小的情况下诊断为所述二次电池处于与所述第2状态相比发生了劣化而不能继续使用的第3状态。
5.根据权利要求I所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述算出部在所述二次电池的蓄电量比所述预定量小的情况下进行所述算出处理，在所述二次电池的蓄电量比所述预定量大的情况下不进行所述算出处理。
6.根据权利要求I所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述算出部在所述二次电池的电压比所述第I电压高的情况下进行所述算出处理，在所述二次电池的电压比所述第I电压低的情况下不进行所述算出处理。
7.根据权利要求I所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述二次电池搭载于能够利用所述二次电池的电力来行驶的车辆， 所述车辆具备控制装置(100)，该控制装置在所述车辆行驶期间、预定条件成立了的情况下，算出并存储所述二次电池的电压从所述第I电压降低到所述第I电压与所述第2电压之间的中间电压为止的所述二次电池放电的电荷量来作为第I放电量， 所述算出部在所述算出处理时从所述控制装置取得所述第I放电量，考虑所述第I放电量来算出所述诊断用放电量。
8.根据权利要求7所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述算出部在所述车辆停止期间算出所述二次电池的电压从所述中间电压降低到所述第2电压为止的所述二次电池放电的电荷量来作为第2放电量，算出在所述第I放电量加上所述第2放电量而得到的值来作为所述诊断用放电量。
9.根据权利要求I所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述二次电池以及所述诊断装置搭载于能够利用所述二次电池的电力来行驶、且具备用于使电力在外部电源与所述二次电池之间授受的充放电装置的车辆， 所述算出部在所述外部电源已连接于所述车辆的情况下，控制所述充放电装置来使所述二次电池向所述外部电源放电而进行所述算出处理。
10.根据权利要求9所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述诊断装置在所述外部电源已连接于所述车辆的情况下，当所述二次电池的蓄电量比预定量小时，在使所述二次电池向所述外部电源放电而使所述二次电池的蓄电量大致为零之后开始向所述二次电池充电，计测从开始充电到所述二次电池成为满充电状态为止充到所述二次电池的电荷量来作为所述二次电池的可蓄电容量。
11.根据权利要求I所述的二次电池的诊断装置，其中， 所述二次电池是锂离子二次电池。
12.—种车辆，具备能够通过诊断装置(300)进行劣化状态诊断的二次电池(10)， 所述诊断装置基于在所述二次电池的蓄电量比预定量低的状态下所述二次电池的电压从第I电压降低到比所述第I电压低的第2电压为止的所述二次电池放电的电荷量来进行所述二次电池的劣化诊断， 所述车辆具备 算出部(110)，其在所述车辆行驶期间、预定条件成立了的情况下，算出所述二次电池的电压从所述第I电压降低到所述第I电压与所述第2电压之间的中间电压为止的所述二次电池放电的电荷量来作为第I放电量；和 存储部(120)，其为了使所述诊断装置取得所述第I放电量而存储所述第I放电量，所述诊断装置在所述车辆停止期间从所述存储部取得所述第I放电量，考虑所述第I放电量来进行所述劣化诊断。
13.根据权利要求12所述的车辆，其中， 所述车辆在内部具备所述诊断装置。
14.一种二次电池(10)的诊断方法，是二次电池(10)的诊断装置(300)进行的诊断方法，包括 进行如下的算出处理的步骤，使所述二次电池放电，算出在所述二次电池的蓄电量比预定量低的状态下所述二次电池的电压从第I电压降低到比所述第I电压低的第2电压为止的所述二次电池放电的电荷量来作为诊断用放电量；和 进行劣化诊断的步骤，基于所述诊断用放电量进行所述二次电池的劣化诊断。
全文摘要
本发明提供一种二次电池的诊断装置以及诊断方法、车辆。诊断装置对多个电池块串联连接构成的锂离子二次电池(以下，称为“电池”)因金属锂析出导致的劣化状态进行诊断。诊断装置在诊断的开始条件成立的情况下，使电池开始放电，按各电池块算出各电池块的电压(Vb)从测定开始电压(Vs)降低起到降低到测定结束电压(Ve)为止从电池放出的块放电量(Q)。诊断装置在所有的块放电量(Q)都比新品判定阈值(A1)大的情况下判定为电池为“新品状态”，在所有的块放电量(Q)都比不可使用判定阈值(A2)大的情况下判定为电池为“能够使用”，在至少任一个块放电量(Q)小于不可使用判定阈值(A2)的情况下判定为电池为“不可使用”。
文档编号G01R31/36GK102906582SQ20108006688
公开日2013年1月30日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者真野亮, 石下晃生, 松本润一, 手冢卓睦 申请人:丰田自动车株式会社