(57)【要約】【課題】リチウム析出劣化の進行度合いを考慮してリチウムイオン二次電池の再利用の可否を判定する。【解決手段】記憶装置２４０は、特性図上に定められた摩耗劣化曲線ＬＰおよびリチウム析出劣化曲線ＬＱを記憶する。摩耗劣化曲線ＬＰ線は、磨耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線である。リチウム析出劣化曲線ＬＱは、摩耗劣化に加えてリチウム析出に起因する劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線である。判定装置２３０は、モジュールＭの内部抵抗および摩耗容量を特性図上にプロットした場合に、当該プロットが摩耗劣化曲線ＬＰとリチウム析出劣化曲線ＬＱとの間に定められる判定曲線ＬＤよりも高抵側の領域に含まれるときには、モジュールＭの再利用が可能と判定する。【選択図】図５
2020085653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン二次電池である対象電池の再利用の可否を判定するための電池情報処理システムであって、
リチウムイオン二次電池の内部抵抗軸と摩耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の満充電容量である摩耗劣化軸とにより規定される平面上に定められた第１および第２の劣化曲線を記憶する記憶装置を備え、
前記第１の劣化曲線は、磨耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線であり、
前記第２の劣化曲線は、摩耗劣化に加えてリチウム析出に起因する劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線であり、
前記対象電池の内部抵抗および摩耗容量を前記平面上にプロットした場合に、当該プロットが前記第１の劣化曲線と前記第２の劣化曲線との間に定められる曲線よりも高抵抗側の領域に含まれるときには、前記対象電池の再利用が可能と判定する判定装置をさらに備える、電池情報処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池情報処理システムに関し、より特定的には、リチウムイオン二次電池の再利用の可否を判定するための電池情報処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池が搭載された車両の普及が進んでいる。これらの車両が市場で使用されると、時間の経過とともに、あるいは使用に伴い、二次電池が劣化する。そして、車両が廃車される際などに二次電池が回収される。環境保護の観点からは、回収された二次電池を再利用することが望ましい。そのため、二次電池の再利用の可否を判定するための技術が提案されている。
【０００３】
たとえば特開２０１４−２０８１８号公報（特許文献１）に開示された組電池の制御装置は、各電池の開放電圧値と、内部抵抗値と、満充電容量値とを評価パラメータとして、組電池の再利用が可能であるか否かを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２０８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、リチウムイオン二次電池の劣化には、磨耗による劣化（摩耗劣化）と、リチウムの析出による劣化（リチウム析出劣化）とが含まれる。磨耗劣化とは、通電や放置によって正極および負極の性能（リチウムの受け入れ能力）が低下することである。磨耗劣化の原因としては、たとえば、正極の活物質や負極の活物質が磨耗することが挙げられる。一方、リチウム析出劣化とは、電池反応に用いられるリチウムイオンが負極表面に金属リチウムとして析出するなどして、リチウムイオンが電池反応に寄与しなくなる劣化をいう。
【０００６】
リチウムイオン二次電池を再利用可能かどうかの判定に際しては、摩耗劣化を考慮するだけでなく、特に、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮することが好ましい。
【０００７】
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、その目的は、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮してリチウムイオン二次電池が再利用可能かどうかを判定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のある局面に従う電池情報処理システムは、リチウムイオン二次電池である対象電池の再利用の可否を判定する。電池情報処理システムは、記憶装置と、判定装置とを備える。記憶装置は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗軸と摩耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の満充電容量である摩耗劣化軸とにより規定される平面上に定められた第１および第２の劣化曲線を記憶する。第１の劣化曲線は、磨耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線である。第２の劣化曲線は、摩耗劣化に加えてリチウム析出に起因する劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線である。判定装置は、対象電池の内部抵抗および摩耗容量を平面上にプロットした場合に、当該プロットが第１の劣化曲線と第２の劣化曲線との間に定められる曲線よりも高抵側の領域に含まれるときには、対象電池の再利用が可能と判定する。
【０００９】
詳細は後述するが、対象電池の内部抵抗および摩耗容量のプロットが第１の劣化曲線と第２の劣化曲線との間に定められる曲線よりも第１の劣化曲線に近い領域に含まれるときには、負極表面へのリチウム析出は比較的進行していない。したがって、その対象電池を再利用可能と判定することができる。このように、上記構成によれば、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮してリチウムイオン二次電池が再利用可能かどうかを判定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮してリチウムイオン二次電池が再利用可能かどうかを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における組電池の回収から製造・販売までの物流の一態様を示す図である。
【図２】図１に示した電池物流モデルにおける処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１に示した電池物流モデルに適用される電池管理システムの構成例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る処理システム２００の機能ブロック図である。
【図５】実施の形態１における特性図の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１における活物質モデルを説明するための概念図である。
【図７】正極の局所ＳＯＣと正極開放電位との関係、および、負極の局所ＳＯＣと負極開放電位との関係を模式的に示す図である。
【図８】正極と負極との間の組成対応ずれを説明するための図である。
【図９】モジュールのＳＯＣと抵抗との間の相関関係を示す図である。
【図１０】実施の形態１における劣化判定処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態２における特性図の一例を示す図である。
【図１２】実施の形態２における劣化判定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】
【００１２】
以下、本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。
【００１３】
本開示において、組電池は、複数のモジュール（あるいはブロックとも呼ばれる）を含んで構成される。複数のモジュールは、直列接続されていてもよいし、互いに並列に接続されていてもよい。複数のモジュールの各々は、直列に接続された複数のセル（単電池）を含む。
【００１４】
本開示において、組電池の「製造」とは、組電池を構成する複数のモジュールのうちの少なくとも一部を別のモジュール（交換用モジュール）に交換して組電池を製造することを意味する。交換用モジュールは、基本的には、回収された組電池から取り出された再利用可能なモジュールであるが、新品のモジュールであってもよい。
【００１５】
一般に、組電池の「再利用」は、リユース、リビルドおよびリサイクルに大別される。リユースの場合、回収された組電池は、必要な出荷検査を経て、そのままリユース品として出荷される。リビルトの場合、回収された組電池は、たとえば一旦、モジュール（セルであってもよい）に分解される。そして、分解されたモジュールのうち、性能回復後に利用可能となるモジュール（そのままで利用可能なモジュールであってもよい）が組み合わされ、新たな組電池が製造される。新たに製造された組電池は、出荷検査を経て、リビルト品として出荷される。これに対し、リサイクル（資源リサイクル）では、各セルから再生可能な材料が取り出されるため、回収された組電池が他の組電池として使用されることはない。
【００１６】
以下に説明する実施の形態においては、車両から回収された組電池は、一旦モジュールに分解された後、モジュール単位で性能検査が行なわれる。性能検査の結果、再利用可能と判定されたモジュールから組電池が製造される。したがって、以下では、再利用が可能なモジュールとは、リビルトが可能なモジュールを意味する。しかしながら、組電池の構成によっては、組電池をモジュールに分解することなく、組電池のまま性能検査を行うことも可能である。そのような場合の「再利用」は、リユースおよびリビルドの両方を包含し得る。
【００１７】
また、本実施の形態において、モジュールに含まれる各セルは、リチウムイオン二次電池である。正極、セパレータおよび電解液には、リチウムイオン二次電池の正極、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それぞれ用いることができる。一例として、正極は、コバルト酸リチウムの一部がニッケルおよびマンガンにより置換された三元系の材料である。負極は、グラファイト等の炭素系材料である。セパレータは、ポリオレフィン（たとえばポリエチレンまたはポリプロピレン）である。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］）等を含む。しかし、これは具体的なセル構成の例示に過ぎず、本開示が適用可能なセル構成は、これに限定されるものではない。
【００１８】
なお、本開示における「リチウムイオン二次電池」は、リチウムを電荷担体として充放電を行う二次電池であり、液体電解質（たとえば有機溶媒）を使用した一般的なリチウムイオン二次電池（電解液式リチウムイオン二次電池）だけでなく、固体電解質を使用した全固体電池（全固体式リチウムイオン二次電池）も含み得る。
【００１９】
［実施の形態１］
＜電池物流モデル＞
図１は、実施の形態１における組電池の回収から製造・販売までの物流の一態様を示す図である。以下では、図１に示される物流の態様を「電池物流モデル」と称する。図２は、図１に示した電池物流モデルにおける処理の流れを示すフローチャートである。
【００２０】
図１および図２を参照して、この電池物流モデルでは、組電池が搭載された複数の車両から使用済みの組電池が回収され、回収された組電池に含まれる再利用可能なモジュールを用いて組電池が製造・販売される。そして、あるユーザの車両９０に搭載された組電池が交換される。
【００２１】
回収業者１０は、車両９１〜９３から使用済みの組電池を回収する。車両９１〜９３には、組電池９１０〜９３０がそれぞれ搭載されている。なお、図１では、紙面の都合上、３台の車両のみを示すが、実際には、より多くの車両から組電池が回収される。回収業者１０は、回収された組電池を分解し、組電池から複数のモジュールを取り出す（ステップＳ１、以下、ステップを「Ｓ」と略す）。
【００２２】
この電池物流モデルでは、モジュール毎に当該モジュールを特定するための識別情報（ＩＤ）が付与されており、各モジュールの情報が管理サーバ８０によって管理されている。そのため、回収業者１０は、組電池から取り出された各モジュールのＩＤを、端末７１（図３参照）を用いて管理サーバ８０へ送信する。
【００２３】
検査業者２０は、回収業者１０によって回収された各モジュールの性能検査を行う（Ｓ２）。具体的には、検査業者２０は、回収されたモジュールの特性を検査する。たとえば、検査業者２０は、満充電容量、抵抗値、ＯＣＶ（Open  Circuit  Voltage）、ＳＯＣ（State  Of  Charge）等の電気的特性を検査する。そして、検査業者２０は、検査結果に基づいて、再利用可能なモジュールと再利用不可能なモジュールとを分別し、再利用可能なモジュールについては性能回復業者３０へ引き渡し、再利用不可能なモジュールについてはリサイクル業者６０へ引き渡す。なお、各モジュールの検査結果は、検査業者２０の端末７２（図３参照）を用いて管理サーバ８０へ送信される。
【００２４】
性能回復業者３０は、検査業者２０によって再利用可能とされたモジュールの性能を回復させるための処理を行う（Ｓ３）。一例として、性能回復業者３０は、過充電状態までモジュールを充電することによって、モジュールの満充電容量を回復させる。ただし、検査業者２０による検査において性能低下が小さいと判断されたモジュールについては、性能回復業者３０による性能回復処理を省略してもよい。各モジュールの性能回復結果は、性能回復業者３０の端末７３（図３参照）を用いて管理サーバ８０へ送信される。
【００２５】
製造業者４０は、性能回復業者３０によって性能が回復されたモジュールを用いて組電池を製造する（Ｓ４）。実施の形態１では、組電池を製造するための情報（組立情報）が管理サーバ８０において生成され、製造業者４０の端末７４（図３参照）へ送信される。製造業者４０は、その組立情報に従って、車両９０の組電池に含まれるモジュールを交換して、車両９０の組電池を製造（リビルド）する。
【００２６】
販売店５０は、製造業者４０によって製造された組電池を車両用として販売したり、住宅等で利用可能な定置用として販売したりする（Ｓ５）。実施の形態１では、車両９０が販売店５０に持ち込まれ、販売店５０において、車両９０の組電池が製造業者４０により製造されたリユース品またはリビルド品に交換される。
【００２７】
リサイクル業者６０は、検査業者２０によって再利用不可能とされたモジュールを解体し、新たなセルやその他製品の原料として利用するための再資源化を行う。
【００２８】
なお、図１では、回収業者１０、検査業者２０、性能回復業者３０、製造業者４０および販売店５０は、互いに異なる業者としたが、業者の区分はこれに限定されるものではない。たとえば、検査業者２０と性能回復業者３０とが一の業者であってもよい。あるいは、回収業者１０は、組電池を回収する業者と、回収された組電池を解体する業者とに分かれていてもよい。また、各業者および販売店の拠点は、特に限定されるものではない。各業者および販売店の拠点は別々であってもよいし、複数の業者あるいは販売店が同一拠点にあってもよい。
【００２９】
図３は、図１に示した電池物流モデルに適用される電池管理システムの構成例を示す図である。図３を参照して、電池管理システム１００は、端末７１〜７５と、管理サーバ８０と、通信ネットワーク８１と、基地局８２とを備える。
【００３０】
端末７１は、回収業者１０の端末である。端末７２は、検査業者２０の端末である。端末７３は、性能回復業者３０の端末である。端末７４は、製造業者４０の端末である。端末７５は、販売店５０の端末である。
【００３１】
管理サーバ８０と各端末７１〜７５とは、インターネットまたは電話回線等である通信ネットワーク８１を介して互いに通信可能に構成されている。通信ネットワーク８１の基地局８２は、車両９０と無線通信によって情報の授受が可能に構成されている。
【００３２】
検査業者２０には、各モジュールの交流インピーダンスを測定し、その測定結果に当該モジュールの再利用態様（リビルドまたはリサイクル）を判定するための電池情報システム（以下、「処理システム」と略す場合がある）２００が設置されている。処理システム２００により判定されたモジュールの再利用態様は、たとえば端末７２を介して管理サーバ８０に送信される。
【００３３】
以下では、車両９１から取り出された組電池９１０に含まれる複数のモジュールのうち、あるモジュール（以下では「モジュールＭ」とも記載する）の劣化状態が処理システム２００により推定される。さらに、モジュールＭの劣化状態の推定結果に基づき、モジュールＭの再利用の可否（再利用態様）が判定される。モジュールＭは、本開示に係る「対象電池」に相当する。
【００３４】
＜リチウムイオン二次電池の劣化＞
リチウムイオン二次電池の劣化には、磨耗による劣化と、リチウムの析出による劣化とが含ま得る。以下では、リチウムイオン二次電池の磨耗による劣化を「磨耗劣化」と称し、リチウム析出による劣化を「リチウム析出劣化」と称する場合がある。
【００３５】
磨耗劣化とは、通電や放置によって正極および負極の性能（リチウムの受け入れ能力）が低下することである。磨耗劣化の原因としては、たとえば、正極の活物質や負極の活物質が磨耗することが挙げられる。一方、リチウムの析出による劣化とは、電池反応に用いられるリチウムイオンが負極表面に金属リチウムとして析出するなど、リチウムイオンが副生成物に変化して、リチウムイオンが電池反応に寄与しなくなる劣化をいう。
【００３６】
実施の形態１に係る処理システム２００は、磨耗劣化とリチウム析出劣化とを区別することによって、リチウムイオン二次電池の劣化状態を詳しく判定することができる。
【００３７】
＜電池情報処理システムの機能ブロック＞
図４は、実施の形態１に係る処理システム２００の機能ブロック図である。図４を参照して、処理システム２００は、容量算出装置２１０と、抵抗測定装置２２０と、判定装置２３０と、記憶装置２４０と、表示装置２５０とを備える。なお、これらの装置は、互いに独立した装置として構成されていてもよいが、１台の装置として構成されていてもよい。
【００３８】
容量算出装置２１０は、モジュールＭの容量を算出する。ここでの「容量」とは、後述する磨耗容量Ｃ（Ｗ）である。算出されたモジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）は、判定装置２３０（プロット部２３１）に出力される。
【００３９】
抵抗測定装置２２０は、モジュールＭの全体における内部抵抗Ｒを測定する。内部抵抗Ｒには、負極および正極での電子の移動に対する純電気学的な抵抗と、活物質界面での反応電流発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗とが含まれる。測定されたモジュールＭの内部抵抗Ｒは、判定装置２３０（プロット部２３１）に出力される。
【００４０】
判定装置２３０は、モジュールの容量−抵抗特性図（以下、単に「特性図」とも略す）を用いてモジュールＭの劣化状態を推定し、その推定結果に基づいてモジュールＭの再利用の可否を判定する。判定装置２３０は、プロット部２３１と、領域判定部２３２と、再利用判定部２３３とを含む。なお、特性図（図５参照）は、本開示に係る「平面」に相当する。
【００４１】
記憶装置２４０は、特性図上に表される磨耗劣化曲線ＬＰとリチウム析出劣化曲線ＬＱ（詳細は後述）とを予め記憶している。記憶装置２４０は、各曲線ＬＰ，ＬＱをプロット部２３１に出力する。
【００４２】
図５は、実施の形態１における特性図の一例を示す図である。図５および後述する図１１においては、横軸にモジュールの磨耗容量を表す。縦軸は、モジュールの内部抵抗を表す。
【００４３】
図４および図５を参照して、一般に、バッテリの満充電容量は、磨耗劣化により低下するとともにリチウム析出劣化により低下する。磨耗容量とは、リチウム析出劣化による容量低下量は考慮せず、磨耗劣化のみにより低下した満充電容量である。劣化後のモジュールの満充電容量Ｃは、モジュールの初期容量（たとえばモジュールの製造直後における満充電容量）をＣ０と表し、磨耗劣化による容量低下量をΔＣ（Ｗ）と表し、リチウム析出劣化による容量低下量をΔＣ（Ｌｉ）と表す場合に、下記式（１）のように表される。
Ｃ＝Ｃ０−ΔＣ（Ｗ）−ΔＣ（Ｌｉ）                                ・・・（１）
【００４４】
これに対し、磨耗容量Ｃ（Ｗ）は、リチウム析出劣化による容量低下量ΔＣ（Ｌｉ）が含まれていないため、下記式（２）のように表されることになる。
Ｃ（Ｗ）＝Ｃ０−ΔＣ（Ｗ）                                        ・・・（２）
【００４５】
なお、モジュールの初期容量Ｃ０は、モジュールの仕様から既知である。あるいは、たとえば車両製造時にモジュールの初期容量Ｃ０を測定しておくこともできる。一方、磨耗劣化は高温環境下ほど進行しやすい。そのため、磨耗劣化による容量低下量ΔＣ（Ｗ）は、車載時（車両から取り出される前）にモジュールが置かれた温度環境を取得することによって算出可能である。したがって、上記式（２）に従って磨耗容量Ｃ（Ｗ）を算出することができる。
【００４６】
プロット部２３１は、記憶装置２４０から受けた磨耗劣化曲線ＬＰおよびリチウム析出劣化曲線ＬＱを特性図上にプロットする。また、プロット部２３１は、モジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）の算出結果と内部抵抗Ｒの測定結果とを特性図上にプロットする。
【００４７】
磨耗劣化曲線ＬＰとは、モジュールの磨耗劣化のみが生じた場合（言い換えると、好ましくはリチウム析出劣化がほとんど生じていない場合、より好ましくはリチウム析出劣化が全く生じていない場合）のモジュールの磨耗容量と内部抵抗との相関関係を表す曲線である。リチウム析出劣化曲線ＬＱとは、モジュールの磨耗劣化に加えて、過度のリチウム析出劣化が生じた場合のモジュールの磨耗容量と内部抵抗との相関関係を表す曲線である。なお、磨耗劣化曲線ＬＰは本開示に係る「第１の劣化曲線」に相当し、リチウム析出劣化曲線ＬＱは本開示に係る「第２の劣化曲線」に相当する。
【００４８】
各曲線ＬＰ，ＬＱは以下のように定めることができる。一般に、リチウムイオン二次電池を高温状態に維持すれば、リチウム析出を抑制することができ、リチウム析出を抑制した状態で磨耗劣化だけを発生させることができる。複数の温度条件のもとでリチウムが析出するか否かの実験を行うことにより、リチウムイオン二次電池を高温状態とするときの設定温度を決定することができる。一方、リチウムイオン二次電池を低温状態に維持すれば、磨耗劣化を抑制することができ、磨耗劣化を抑制した状態でリチウムの析出だけを行なわせることができる。複数の温度条件のもとで磨耗劣化が発生するか否かの実験を行うことにより、リチウムイオン二次電池を低温状態とするときの設定温度を決定することができる。
【００４９】
たとえば、モジュールを高温の恒温槽内に設置し、モジュールの磨耗劣化を段階的に進行させることにより、モジュールの満充電容量を所定量だけ段階的に減少させる。そして、モジュールの満充電容量を減少させるたびに、モジュールの内部抵抗を測定する。これにより、リチウム析出の非発生時におけるモジュールの容量変化に対する内部抵抗の変化を示すデータ（磨耗劣化曲線ＬＰ）を定めることができる。
【００５０】
また、モジュールを低温の恒温槽内に設置することで、モジュールのリチウム析出劣化を過度に進行させる。その後、モジュールを高温の恒温槽に移し（あるいは恒温槽の温度を上昇させ）、モジュールの磨耗劣化を段階的に進行させることにより、モジュールの満充電容量を段階的に減少させる。このときの内部抵抗を上記と同様に測定する。これにより、リチウム析出の発生時におけるモジュールの容量変化に対する内部抵抗の変化を示すデータ（リチウム析出劣化曲線ＬＱ）を定めることができる。
【００５１】
図５には、さらに、磨耗劣化曲線ＬＰとリチウム析出劣化曲線ＬＱとの間に位置する判定曲線ＬＤが示されている。判定曲線ＬＤは、モジュールの再利用に許容されるリチウム析出劣化の進行度合いを考慮して定められる。なお、判定曲線ＬＤは、本開示に係る「第１の劣化曲線と第２の劣化曲線との間に定められる曲線」に相当する。
【００５２】
磨耗劣化曲線ＬＰと判定曲線ＬＤとにより挟まれた領域を「領域Ｘ」と記載し、斜線を付して示す。また、再利用の可否の判定対象であるモジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）の算出結果および内部抵抗Ｒの測定結果によるプロットの一例を（Ｃ（Ｗ），Ｒ）で示す。図５では、プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘに含まれる例が示されている。
【００５３】
領域Ｘは、磨耗劣化曲線ＬＰに比較的近い領域であることから、負極表面へのリチウム析出が全く、あるいはほとんど進行していない領域であると言える。これに対し、領域Ｘ以外の領域、すなわち、判定曲線ＬＤとリチウム析出劣化曲線ＬＱとの間に位置する領域（後述する領域Ｙ）は、リチウム析出劣化曲線ＬＱに比較的近い領域であることから、リチウム析出がある程度進行している領域であると言える。
【００５４】
領域判定部２３２は、判定対象のモジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘに含まれているか否かを判定する。領域判定部２３２による判定結果は、再利用判定部２３３に出力される。
【００５５】
再利用判定部２３３は、領域判定部２３２による判定結果に基づき、モジュールＭの再利用の可否を判定する。詳細には、再利用判定部２３３は、モジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘに含まれている場合（判定曲線ＬＤよりも高抵抗側である場合）、モジュールＭにおけるリチウム析出劣化の進行度合いが再利用に許容されるリチウム析出劣化の進行度合い（以下、「許容進行度合い」とも記載する）よりも小さいとして、モジュールＭは再利用可能、すなわちモジュールＭもリビルドが可能であると判定する。
【００５６】
一方、モジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘに含まれていない場合（判定曲線ＬＤよりも低抵抗側である場合）には、モジュールＭにおけるリチウム析出劣化の進行度合いが許容進行度合いよりも大きい。この場合、再利用判定部２３３は、モジュールＭは再利用不可、すなわちモジュールＭはリビルドできず、モジュールＭをリサイクル（資源または材料のリサイクル）に回すべきであると判定する。再利用判定部２３３による判定結果は、表示装置２５０に出力される。
【００５７】
表示装置２５０は、たとえば液晶ディスプレイであり、再利用判定部２３３による判定結果を表示する。これにより、検査業者は、モジュールＭをその後、どのように取り扱えば良いかを判断することができる。なお、表示装置２５０は、再利用判定部２３３による判定結果に加えて、図５に示したような特性図上のプロットを表示してもよい。
【００５８】
＜劣化推定の原理＞
次に、実施の形態１におけるモジュールの劣化状態推定の概要について説明する。特に、図５に示した特性図上において、リチウム析出劣化曲線ＬＱの方が磨耗劣化曲線ＬＰよりも図中下方（低抵抗側）に表される理由について説明する。
【００５９】
実施の形態１における劣化推定の考え方においては、ある活物質モデル（電池モデル）が用いられる。この活物質モデルでは、モジュールの正極に含まれる正極活物質を１粒子として模式的に表すとともに、負極活物質を別の１粒子として模式的に表す。
【００６０】
図６は、実施の形態１における活物質モデルを説明するための概念図である。図６を参照して、実施の形態１では、球状の正極粒子の内部において、極座標の周方向のリチウム濃度分布は一様と仮定され、極座標の径方向のリチウム濃度分布のみが考慮される。言い換えると、正極粒子の内部モデルは、リチウムの移動方向を径方向に限定した１次元モデルである。
【００６１】
正極粒子は、その径方向にＮ個（Ｎ：２以上の自然数）の領域に仮想的に分割される。各領域は、添字ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）により互いに区別される。領域ｋにおけるリチウム濃度ｃ１ｋは、正極粒子の径方向における領域ｋの位置ｒ１ｋと、時間ｔとの関数として表される（下記式（３）参照）。
【数１】
2020085653.tif 000003
【００６２】
本実施の形態では、各領域ｋのリチウム濃度ｃｓ１ｋが規格化される。具体的には、下記式（４）に示すように、リチウム濃度の最大値（限界リチウム濃度）ｃ１，ｍａｘに対するリチウム濃度ｃ１ｋの比率を領域ｋ毎に算出することができる。限界リチウム濃度ｃ１，ｍａｘは、正極活物質の種類に応じて定まる濃度であり、文献により既知である。
【数２】
2020085653.tif 000004
【００６３】
以下では、規格化後の値であるθ１ｋを領域ｋの「局所リチウム量」と称する。局所リチウム量θ１ｋは、正極粒子の領域ｋに含まれるリチウム量に応じて０〜１の範囲内の値を取る。また、ｋ＝Ｎである最外周領域Ｎ（すなわち正極粒子の表面）における局所リチウム量θ１Ｎを正極の「局所ＳＯＣ」と称し、θ１で表す。なお、図６では正極粒子を例に説明したが、負極粒子についても同様である。負極粒子の表面における局所ＳＯＣθ２Ｎを負極の「局所ＳＯＣ」と称し、θ２で表す。
【００６４】
また、以下では、モジュールが非通電状態（無負荷状態）にあるとき、正極の電位を正極開放電位（ＯＣＰ：Open  Circuit  Potential）Ｕ１と言い、負極の電位を負極開放電位Ｕ２と言う。これらの電位の基準となる電位（０Ｖ）は任意に設定可能であるが、たとえば金属リチウムの電位が基準に定めることができる。
【００６５】
図７は、正極の局所ＳＯＣθ１と正極開放電位Ｕ１との関係、および、負極の局所ＳＯＣθ２と負極開放電位Ｕ２との関係を模式的に示す図である。図７に示された局所ＳＯＣθ１と正極開放電位Ｕ１との関係は、モジュールの初期状態（たとえばモジュールの製造直後など、モジュールの劣化が生じていない状態）におけるものである。局所ＳＯＣθ２と負極開放電位Ｕ２との関係も同様に、モジュールの初期状態のものである。
【００６６】
正極開放電位Ｕ１と負極開放電位Ｕ２との差がモジュールの開放電位（ＯＣＶ：Open  Circuit  Voltage）に相当する。図７に示されるように、モジュールのＯＣＶは、局所ＳＯＣθ２が図中右方向に向かうにつれて大きくなる。図中右方向がモジュールの充電方向（ＳＯＣ増加方向）であり、図中左方向がモジュールの放電方向（ＳＯＣの減少方向）である。
【００６７】
一般に、リチウムイオン二次電池の満充電容量の減少は、主に、正極および負極における「単極容量の減少」と、正極と負極との間の「組成対応ずれ」とによって発生する。単極容量の減少とは、正極および負極の各々におけるリチウムイオンの受け入れ能力の減少である。リチウムの受け入れ能力が減少することは、充放電に有効に機能する活物質等が減少することを意味している。組成対応ずれとは、以下に説明するように、正極の局所ＳＯＣθ１（いわば正極の組成）と負極の局所ＳＯＣθ２（負極の組成）との対応関係（組合せ）がモジュールの初期状態での対応関係からずれることをいう。
【００６８】
図８は、正極と負極との間の組成対応ずれを説明するための図である。図８において、縦軸は電位を表す。横軸は、上から順に、正極の局所ＳＯＣθ１、初期状態における負極の局所ＳＯＣθ２、正極の局所ＳＯＣθ１、および、劣化後の負極の局所ＳＯＣθ２を表す。
【００６９】
モジュールが初期状態である場合には、正極および負極のうちの一方から放出されるリチウムイオンの量と、他方で受け取られるリチウムイオンの量とは、互いに等しい。この場合には、局所ＳＯＣθ１と局所ＳＯＣθ２とは正確に対応している。しかし、モジュールが劣化すると、以下の２つの要因により、局所ＳＯＣθ１と局所ＳＯＣθ２との対応関係がずれる可能性がある。
【００７０】
第１の要因は、負極から放出されたリチウムイオンにより負極表面に被膜が形成されることである。被膜形成に用いられたリチウムイオンは、不活性になり、その後の充放電に寄与しなくなる。第２の要因は、正極から放出されたリチウムイオンが負極に取り込まれずに負極表面に金属リチウムとして析出することである。この場合にも、金属リチウムとして析出したリチウムイオンも、その後の充放電に寄与しなくなる。第１および第２の要因による劣化が進行すると、負極からのリチウムイオンの放出に伴い、負極粒子の局所ＳＯＣθ２が低下する一方で、放出されたリチウムイオンは正極に取り込まれないため、正極粒子の局所ＳＯＣθ１は増加しない。その結果、局所ＳＯＣθ１と局所ＳＯＣθ２との対応関係がモジュールの初期状態での対応関係からずれる。すなわち、組成対応ずれが生じる。
【００７１】
モジュールにおいて組成対応ずれが生じると、モジュールの初期状態と比べて、負極の局所ＳＯＣθ２を表す横軸が図中右方向（正極の局所ＳＯＣθ１が小さくなる方向）にΔθ２だけシフトする。そうすると、劣化後の局所ＳＯＣθ２と負極開放電位Ｕ２との関係を示す曲線（Ｕ２Ｂで表す）も、初期状態での局所ＳＯＣθ２と負極開放電位Ｕ２との関係を示す曲線（Ｕ２Ａで表す）と比べて、図中右方向にΔθ２だけシフトすることとなる。なお、モジュールが劣化して正極と負極との間の組成対応ずれが生じた場合であっても、正極の局所ＳＯＣθ１を表す横軸はシフトしない。
【００７２】
モジュールの充放電時にモジュールのＯＣＶがある値（Ｖと記載する）になる場合を想定する。初期状態のモジュールでは、正極の局所ＳＯＣθ１＝θ１Ａと負極の局所ＳＯＣθ２＝θ２Ａとが対応する。これに対し、劣化後のモジュールでは、組成対応ずれが生じた結果、局所ＳＯＣθ１＝θ１Ｂと局所ＳＯＣθ２＝θ２Ｂとが対応することとなる。つまり、モジュールが劣化すると、モジュールのＯＣＶがＶになる局所ＳＯＣθ１と局所ＳＯＣθ２との組合せが図中右方向にシフトする。図７にて説明したように図中右方向がモジュールの充電方向であるため、図中右方向へのシフトは、初期状態のモジュールと劣化後のモジュールとでは、ＯＣＶが共通の値ＶであってもＳＯＣが高くなることを意味する。
【００７３】
図９は、モジュールのＳＯＣと抵抗との間の相関関係を示す図である。図９において、横軸はモジュールのＳＯＣを表し、縦軸はモジュールの内部抵抗を表す。
【００７４】
図９に示すように、一般に、リチウムイオン二次電池は、ＳＯＣが低いほど内部抵抗が高いという特性を有する。そのため、正極と負極との間の組成対応ずれに起因して、共通のＯＣＶに対応するＳＯＣがＳ１からＳ２に増加すると、内部抵抗はＲ１からＲ２に減少することとなる。
【００７５】
モジュールに磨耗劣化しか生じていない場合と、その磨耗劣化に加えてリチウム析出劣化が生じている場合とでは、後者の方が前者よりも組成対応ずれが大きい。したがって、後者の方が相対的にＳＯＣが高くなり、それにより後者の方が相対的に内部抵抗が低くなる。その結果として、図５においてリチウム析出劣化曲線ＬＱの方が磨耗劣化曲線ＬＰよりも図中下方に表されるようになる。
【００７６】
＜劣化判定フロー＞
図１０は、実施の形態１における劣化判定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、たとえば、検査業者が処理システム２００にモジュールＭを設置し、図示しない操作部（開始ボタンなど）を操作した場合に処理システム２００により実行される。
【００７７】
なお、以下では、各処理の実行主体としての処理システム２００の構成要素（図２に示した容量算出装置２１０、抵抗測定装置２２０、判定装置２３０など）を特に区別せず、包括的に「処理システム２００」と記載する。各ステップは、基本的には処理システム２００によるソフトウェア処理により実現されるが、その一部または全部が処理システム２００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。
【００７８】
図１０を参照して、Ｓ１１において、処理システム２００は、再利用可否の判定対象であるモジュールＭの初期容量Ｃ０を取得する。前述のように、モジュールの初期容量Ｃ０は、モジュールＭの仕様から既知であるか車両製造時等に測定済みであるため、この値を処理システム２００と車両（あるいは外部の管理サーバ８０）との通信により取得することが可能である。
【００７９】
Ｓ１２において、処理システム２００は、車両使用時（モジュールＭが車両に搭載されていたとき）に収集されたモジュールＭの温度履歴（熱履歴）を当該車両（あるいは管理サーバ８０）から取得する。具体的には、処理システム２００は、モジュールＭに設けられた温度センサ（図示せず）により検出されたモジュールＭの温度頻度分布を取得することができる。処理システム２００は、単位時間毎に、モジュールＭの磨耗劣化の進行度合い（容量低下量）をモジュールの温度から算出する。そして、処理システム２００は、単位時間毎の容量低下量を現時点まで積算することによって、モジュールＭの容量低下量ΔＣ（Ｗ）を算出する。
【００８０】
Ｓ１３において、処理システム２００は、上記式（２）に従い、モジュールＭの初期容量Ｃ０および容量低下量ΔＣ（Ｗ）から磨耗容量Ｃ（Ｗ）を算出する。
【００８１】
Ｓ１４において、処理システム２００は、モジュールＭの内部抵抗Ｒを取得する。処理システム２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の充放電装置（図示せず）を用いてモジュールＭを充放電させ、そのときの電圧値および電流値から内部抵抗Ｒを算出することができる。あるいは、処理システム２００は、処理システム２００の外部において測定された内部抵抗Ｒの値を外部との通信により取得してもよい。
【００８２】
Ｓ１５において、処理システム２００は、Ｓ１３にて算出された磨耗容量Ｃ（Ｗ）と、Ｓ１４にて取得された内部抵抗Ｒとを特性図上にプロットする（図５参照）。
【００８３】
Ｓ１６において、処理システム２００は、Ｓ１５におけるプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘ内に含まれるか否かを判定する。プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘ内である場合（Ｓ１６においてＹＥＳ）、処理システム２００は、モジュールＭの再利用が可能であると判定し、モジュールＭをリビルド用途に分類する（Ｓ１７）。一方、プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘ外である場合（Ｓ１６においてＮＯ）、処理システム２００は、モジュールＭは再利用に適さない（再利用不可）と判定し、モジュールＭをリサイクル用途に分類する（Ｓ１８）。その後、一連の処理が終了する。
【００８４】
以上のように、実施の形態１においては、特性図（図５参照）上における、磨耗劣化曲線ＬＰとリチウム析出劣化曲線ＬＱとの間の判定曲線Ｄと、モジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）との位置関係がモジュールＭの再利用可否の判定に用いられる。プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が判定曲線Ｄよりも磨耗劣化曲線ＬＰに近い領域Ｘに含まれる場合に、モジュールＭは再利用（リビルド）が可能であると判定される。
【００８５】
判定曲線Ｄは、モジュールの再利用に許容されるリチウム析出劣化の進行度合い（許容進行度合い）を考慮して定められるものである。つまり、許容進行度合いが小さいほど判定曲線Ｄは磨耗劣化曲線ＬＰに近く、逆に、許容進行度合いが大きいほどリチウム析出劣化曲線ＬＱに近く定められる。このように、本実施の形態によれば、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮して、モジュールＭが再利用可能かどうかを判定することができる。
【００８６】
また、本実施の形態によれば、モジュールＭに生じた劣化を摩耗劣化とリチウム析出劣化とに区別するための複雑な演算を行うことなく、モジュールＭの特性を特性図にプロットするだけで、モジュールＭの再利用可否を容易に判定することができる。
【００８７】
［実施の形態２］
実施の形態１では、モジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘ内であるか否かに応じてモジュールＭの再利用の可否を判定する構成について説明した。実施の形態２においては、モジュールＭの劣化状態の推定をより詳細に行うための構成について説明する。なお、実施の形態２に係る処理システムの構成は、実施の形態１に係る処理システム２００の構成（図４参照）と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。
【００８８】
図１１は、実施の形態２における特性図の一例を示す図である。図１１を参照して、実施の形態２では、磨耗容量が高い方から低い方に向けて、磨耗容量が３つの範囲Ａ〜Ｃに分割されている。実施の形態２では、判定曲線ＬＤとリチウム析出劣化曲線ＬＱとにより挟まれた領域を「領域Ｙ」と記載する。
【００８９】
磨耗容量が最も高い範囲Ａでは、モジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘに含まれる場合、および、プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｙに含まれる場合のいずれであっても、そのモジュールＭの再利用が可能であると判定される。
【００９０】
磨耗容量が中程度の範囲Ｂでは、モジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘに含まれる場合には、モジュールＭの再利用が可能であると判定される。その一方で、プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｙに含まれる場合には、モジュールＭは再利用できないと判定される。
【００９１】
磨耗容量が最も低い範囲Ｃでは、モジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が含まれる領域に拘らず（すなわち、内部抵抗Ｒの高低に拘らず）、モジュールＭは再利用できないと判定される。
【００９２】
このように、実施の形態２においては、図中右上に近くモジュールＭ全体としての劣化が最も進行していない範囲Ａでは、領域Ｙ（言い換えると、多少のリチウム析出の発生）は許容し、モジュールＭの再利用が可能と判定される。モジュールＭ全体としての劣化がある程度進行している範囲Ｂでは、範囲Ａと比べて、リチウム析出の許容量を小さくすべく、領域ＹではモジュールＭの再利用は不可と判定される。図中右上に近くモジュールＭ全体としての劣化が最も進行している範囲Ｃでは、リチウム析出量の大小に拘らず、モジュールＭの再利用不可と判定される。
【００９３】
なお、範囲Ａと範囲Ｂとの境界とする磨耗容量の値は、以下のように実験的に（あるいはシミュレーションにより）定めることができる。上記式（１）にて説明したように、モジュールＭの満充電容量Ｃは、磨耗容量Ｃ（Ｗ）からリチウム析出による容量低下量ΔＣ（Ｌｉ）を差し引いたものである（Ｃ＝Ｃ（Ｗ）−ΔＣ（Ｌｉ））。つまり、モジュールＭの満充電容量Ｃは、磨耗容量Ｃ（Ｗ）よりもさらに小さくなる。範囲Ａと範囲Ｂとの境界とする磨耗容量の値は、リチウム析出による容量低下量ΔＣ（Ｌｉ）の存在を考慮した上で、モジュールがリビルドされて新たな車両９０に搭載された場合に、車両９０において走行に必要な満充電容量Ｃを確保することができるように定められる。
【００９４】
図１２は、実施の形態２における劣化判定処理を示すフローチャートである。Ｓ２１〜Ｓ２５の処理は、実施の形態１におけるＳ１１〜Ｓ１５の処理（図１０参照）とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。
【００９５】
図１２を参照して、Ｓ２６において、処理システム２００は、モジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）が範囲Ａ〜Ｃのいずれに属するかを判定する。
【００９６】
モジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）が範囲Ａに属する場合（Ｓ２６において「範囲Ａ」）、処理システム２００は、処理をＳ２８に進め、Ｓ２５にて特性図上にプロットされたモジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）と内部抵抗Ｒとの組合せ（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘまたは領域Ｙ内に含まれるか否かを判定する。プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘまたは領域Ｙ内に含まれる場合（Ｓ２８においてＹＥＳ）、処理システム２００は、モジュールＭの再利用が可能であると判定し、モジュールＭをリビルド用途に分類する（Ｓ２９）。一方、プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘおよび領域Ｙ内のいずれにも含まれない場合（Ｓ２８においてＮＯ）、すなわち、プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｙよりも下方に位置する場合には、処理システム２００は、モジュールＭは再利用不可と判定し、モジュールＭをリサイクル用途に分類する（Ｓ３０）。
【００９７】
モジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）が範囲Ｂに属する場合（Ｓ２６において「範囲Ｂ」）、処理システム２００は、処理をＳ２７に進める。プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘ内に含まれる場合（Ｓ２７においてＹＥＳ）、処理システム２００は、モジュールＭの再利用が可能であると判定する（Ｓ２９）。一方、プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｘ内に含まれない場合（Ｓ２７においてＹＥＳ）、すなわち、プロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｙに含まれるか、領域Ｙよりも下方（低抵抗側）に位置する場合には、処理システム２００は、モジュールＭの再利用不可と判定する（Ｓ３０）。
【００９８】
モジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）が範囲Ｃに属する場合（Ｓ２６において「範囲Ｃ」）には、処理システム２００は、モジュールＭの内部抵抗Ｒに拘らず、モジュールＭの再利用不可と判定する（Ｓ３０）。
【００９９】
以上のように、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮して、かつ、複雑な演算を経ることなく、モジュールＭの再利用の可否を判定することができる。
【０１００】
また、実施の形態２においては、車両９０の走行に必要な満充電容量Ｃを確保することができるように範囲Ａと範囲Ｂとの境界とする磨耗容量の値を定めた上で、モジュールＭの磨耗容量Ｃ（Ｗ）が範囲Ａに属する場合には、モジュールＭのプロット（Ｃ（Ｗ），Ｒ）が領域Ｙに含まれる場合であっても、モジュールＭは再利用可能と判定される。これにより、走行に必要な満充電容量Ｃを確保しつつ、実施の形態１と比べて、より多く（高割合）のモジュールを再利用することができる。
【０１０１】
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】
【０１０２】
１０  回収業者、２０  検査業者、３０  性能回復業者、４０  製造業者、５０  販売店、６０  リサイクル業者、７１〜７５  端末、８０  管理サーバ、８１  通信ネットワーク、８２  基地局、９０，９１〜９３  車両、１００  電池管理システム、２００  処理システム、２１０  容量算出装置、２２０  抵抗測定装置、２３０  判定装置、２３１  プロット部、２３２  領域判定部、２３３  再利用判定部、２４０  記憶装置、２５０  表示装置、９１０，９２０，９３０  組電池、Ｍ  モジュール。
【図１】
2020085653.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020085653.tif 000014
【図１１】
2020085653.tif 000015
【図１２】
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