(57)【要約】【課題】現時点での電池特性に対し、所定の使用条件での残り寿命を推定する。【解決手段】本実施形態に係る電池寿命推定方法は、二次電池に対して少なくとも内部抵抗値を含む現時点の電池特性を算出することと、推定期間における温度時間分布及び電流値時間分布を含む使用条件データと、電池電圧と温度に対する劣化定数の分布を示す劣化特性マップとを格納することと、前記現時点の電池特性データと使用条件データとに基づいて前記劣化特性マップにおける電池電圧−温度平面の滞在時間を積算することにより劣化量を推定することとを有する。【選択図】      図２
2014190763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に対して少なくとも内部抵抗値を含む現時点の電池特性データを算出することと、
推定期間における温度時間分布及び電流値時間分布を含む使用条件データと、電池電圧と温度に対する劣化定数の分布を示す劣化特性マップとを格納することと、
前記現時点の電池特性データと使用条件データとに基づいて前記劣化特性マップにおける電池電圧−温度平面の滞在時間を積算することにより劣化量を推定することと
を有する電池寿命推定方法。
【請求項２】
前記内部抵抗値の増加について再帰計算を行う請求項１に記載の電池寿命推定方法。
【請求項３】
前記電池特性の推定を行う期間を複数の区間に分割し、前記区間毎の使用条件データについて区間ごとに前記電池特性を更新しながら劣化量を推定する請求項１に記載の電池寿命推定方法。
【請求項４】
前記劣化特性マップは、電池内の活物質の電位と温度の劣化定数から、電池電圧と温度に対する劣化定数の挙動を推算したものである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池寿命推定方法。
【請求項５】
前記劣化特性マップにおいて、劣化定数が一定値以上となる電池電圧−温度領域を定め、前記使用条件データから計算によりこの領域に電池が置かれる積算時間が一定期間を超える期間を残寿命として算出する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池寿命推定方法。
【請求項６】
前記劣化特性マップにおいて、劣化定数が一定値以上となる電池電圧−温度領域を定め、前記使用条件データから計算によりこの領域に電池が置かれる時間の割合が一定値を超える期間を残寿命として算出する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池寿命推定方法。
【請求項７】
各電池性能の下限に到達するまでの期間として残寿命を算出する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池寿命推定方法。
【請求項８】
前記現時点の電池特性に対して、所定の期間にわたって使用可能な使用条件を算出する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電池寿命推定方法。
【請求項９】
二次電池に対して少なくとも内部抵抗値を含む現時点の電池特性データを算出する推算部と、
推定期間における温度時間分布及び電流値時間分布を含む使用条件データと、電池電圧と温度に対する劣化定数の分布を示す劣化特性マップとを格納する格納部と、
前記現時点の電池特性データと使用条件データとに基づいて前記劣化特性マップにおける電池電圧−温度平面の滞在時間を積算することにより劣化量を推定する演算部と
を具備する電池寿命推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、二次電池の残寿命を推定する電池寿命推定方法及び電池寿命推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を持ち、各種携帯電子機器の電源として利用されている。さらに、近年では、ハイブリッド自動車、ハイブリッド二輪車、電気自動車、及び電動バイクでの実用化が検討されている。これら自動車等の車両において使用される二次電池に対しては、自動車本体同様の１０〜１５年の稼動期間が想定されている。
【０００３】
このように長期の寿命を想定した場合、従来のガソリン車と同様に電気自動車においても転売、中古車購入という取引が行われるようになることが予想される。リチウムイオン二次電池を搭載した電動車両においては車両価格の相当な部分を電池の価格が占めている。従って電動車両の転売価格、中古車価格の決定においては電池の劣化の程度と残りの寿命期間が重要となる。従来のガソリンエンジン車の場合には年式および走行距離により車両の劣化の程度を一定の範囲で想定できたが、電動車両に搭載された二次電池の劣化は年式や走行距離が同一でも保管状態や運転条件、充電条件等によって大きく異なる。
【０００４】
そのため、電気自動車などの電動車両用の円滑な転売市場の成立のためには、客観的な転売価格決定の基準となるセルの劣化の程度の診断方法と残り寿命の推定方法が不可欠であると考えられる。車両用二次電池の劣化診断においては時間をかけず、特別な装備や設備を必要としないことがユーザーの利便性や費用の面から望ましい。これらを満たす方法として、電池の充放電曲線（電圧ｖｓ．時間・電流データ)から劣化の程度を計算により推定することが検討されている。このような方法の一つとして、実際の電池の一定条件での充放電時の充放電曲線（電池電圧−時間データ）より、各活物質の開回路電位−充電量データを参照し電池の容量、内部抵抗および正負極の各活物質の劣化の程度を推算する手法が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５１８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のような手法により、電池の容量および内部抵抗の値を求めることができる。このような電池性能診断により現状の電池特性低下の程度を診断することができるが、電池の価値決定基準として定められた使用条件に対して二次電池の残り寿命の推定を行う方法が必要である。
【０００７】
本実施形態の目的は、現時点での電池特性に対し、所定の使用条件での残り寿命を推定する電池寿命推定方法及び電池寿命推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためにこの発明に係る電池寿命推定方法は、二次電池に対して少なくとも内部抵抗値を含む現時点の電池特性を算出することと、推定期間における温度時間分布及び電流値時間分布を含む使用条件データと、電池電圧と温度に対する劣化定数の分布を示す劣化特性マップとを格納することと、前記現時点の電池特性データと使用条件データとに基づいて前記劣化特性マップにおける電池電圧−温度平面の滞在時間を積算することにより劣化量を推定することとを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、電池寿命推定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、演算部の処理手順を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、劣化特性マップ（内部抵抗）を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、劣化特性マップ（容量）を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、２５℃５Ｃサイクルにおける内部抵抗および容量の劣化量の推定結果を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、４５℃５Ｃサイクルにおける内部抵抗および容量の劣化量の推定結果を示す図である。
【図５】図５は、使用期間を区切った際の電池特性値の算出方法を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、約３ヶ月経過時点を出発点として推算を行った２５℃５Ｃサイクルにおける内部抵抗および容量の劣化量の推定結果を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、約３ヶ月経過時点を出発点として推算を行った４５℃５Ｃサイクルにおける内部抵抗および容量の劣化量の推定結果を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、使用条件（電流値）の例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、使用条件（温度）の例を示す図である。
【図８】図８は、図７Ａ及び図７Ｂの使用条件における寿命推定結果を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、７年で変更する使用条件（電流値）の例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、７年で変更する使用条件（温度）の例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９Ａ及び図９Ｂの使用条件に変更した場合の寿命推定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る電池寿命推定方法及び電池寿命推定装置について詳細に説明する。  
［原理と方法］  
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池では、充放電の繰り返しや貯蔵により電池特性の低下が進行する。一定の充電状態での貯蔵試験では電池特性の低下速度がアレニウス則に従うことから、電池特性劣化の原因は電池内で進行する化学的な副反応が主であると考えることが出来る。副反応には、電極上での電解液の分解反応、活物質の分解反応、電極あるいは電解液に含まれる不純物の反応の３つが考えられる。
【００１１】
（電極上での電解液の分解反応）  
電池内部には正極および負極と電解液が存在し、正極と負極は充電状態に対応した電極電位を有している。電解液はエネルギー準位に差がある電極と界面で接しており、副反応の一つとして正負極−電解液界面で電解液分解反応が進行し被膜形成などが進むことが報告されている。この副反応はエネルギー準位差を持った正極および負極と、電解液が接触することにより起るものであるから、副反応の速度は正極および負極のエネルギー準位である電極電位に依存すると考えられる。この反応は正極電位が高く、負極電位が低くなるほど、すなわち電池の充電が進むほど反応速度が上昇する。
【００１２】
（活物質の分解反応）  
また、活物質成分の溶出、Ｌｉの挿入脱離反応に対して不活性な成分への転化など活物質自体の電位に応じた分解反応も副反応として発生する。このような副反応は電解液の分解反応とは異なり、電池充電側で反応速度が大きくなるとは限らない。ある特定の電位近傍や過放電側で劣化が促進されたりすることがある。したがって電位と活物質劣化反応の速度の関係は活物質の種類に依存する関数となる。
【００１３】
（電極あるいは電解液に含まれる不純物の反応）  
電極内および電極表面では、酸化リチウムや炭酸リチウムなどアルカリ分など活物質内の残留不純物、水分やその派生生成物などの電解液中に含まれる不純物に起因する副反応が進行する。不純物の反応性は高く反応速度は早いが、濃度が小さいため劣化への影響はそれほど大きくない場合が多い。
【００１４】
本実施形態では、電位と温度に応じた電池特性劣化反応速度の測定をもとに、電位−温度平面における電池特性の劣化速度定数データを作成し、電池の使用条件から計算される電位−温度平面における滞在時間の積算値より劣化量を推算する。
【００１５】
［装置構成］  
図１は、本実施形態に係る電池寿命推定装置の機能構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示す電池寿命推定装置は、１つまたは複数の電池セルを含む二次電池１の電圧・電流・温度等を測定する測定部２、推算部３、データ格納部４、演算部５、および残存寿命算出部６を有する。推算部３は、測定部２の測定データをもとに現時点の電池特性（劣化状態）を推算する。データ格納部４は、電池電圧と温度に対する劣化定数の分布を示す劣化特性マップ４１と、電池の使用環境における温度時間分布、電流値時間分布及び充放電範囲を含む使用条件データ４２とを格納する。演算部５は、データ格納部４に格納される使用条件データ４２と劣化特性マップ４１とに基づいて、電池特性の劣化量を推定する。残存寿命算出部６は、設定された使用条件データに対し電池の寿命の終了条件に達するまでの残存寿命を算出する。
【００１７】
［劣化特性マップ４１の作成］  
電極としての劣化挙動は、上記３つの副反応の効果の和で表される。また電池としての劣化速度は正極と負極の和で表される。しかしながら、電池特性の劣化速度が３つの反応の和となるわけではない。電解液分解による劣化反応では生成物の被膜などの影響により電池の容量低下や内部抵抗上昇が進み、活物質劣化反応によってもやはり活物質の減少や不活性化により電池の容量低下や内部抵抗上昇が進む。また、活物質によって容量低下は起るが内部抵抗は上昇しないものや、その逆のものもある。そのため、容量低下、内部抵抗増加などの個別の電池特性の劣化速度式は各反応の和とはならない。同時に電池特性の変化の観察から個別の反応の反応速度を個別に測定することも困難である。
【００１８】
従って、本実施形態に係る劣化特性マップ４１は、電池内の各活物質の電位と温度に対する劣化速度を測定し、電位−温度平面に対する劣化定数の分布状態を作成することにより得ることが出来る。劣化速度の測定は、各活物質について実験セルを作成し、一定の電位に保持するフロート試験、または一定の電位に合わせた後に貯蔵する貯蔵試験を温度を変えて実施することで行うことができる。
【００１９】
実験セルは、測定の対象とする活物質に対し、対極と参照極を金属リチウムとした三極セルあるいは過剰の正極材あるいは負極材を対極とした二極セルを用いることが好ましい。二極セルにおいては対極に用いる正極材および負極材は劣化の小さい材料が好ましく、具体的には正極材としてはリチウムリン酸鉄、負極材としてはチタン酸リチウムなどが挙げられる。特にこれらの材料では使用できる電解液の制約も少ないことがさらに利点として挙げられる。
【００２０】
劣化試験は、一定電位を強制的に保持するフロート試験と一定電位に合わせた後に放置する貯蔵試験を用いることが出来る。電位を開放状態では保持しにくい過充電領域および過放電領域はフロート試験による劣化速度測定が好ましい。電池が充放電で使用される範囲の電位についてはフロート試験および貯蔵試験のどちらを用いてもよい。また、劣化速度特性測定を行う電位の範囲はセルの使用範囲に該当する範囲に加え若干の広い範囲とすることが好ましい。フロート試験または貯蔵試験の試験期間は、１週間から４週間程度が好ましく、この間は実験セルの温度を恒温槽等により一定に保つ必要がある。試験温度は少なくとも３点以上で行う必要があり、２５℃から６５℃の範囲で設定されることが好ましい。さらに各温度条件に対して同じ電位条件のセルを試験する必要がある。
【００２１】
このような条件で劣化試験を行うことで、同じ電位状態の活物質について、３点以上の温度でアレニウスプロットを行い、活性化エネルギーを算出することが出来る。電位条件は劣化特性マップをより正確なものとするために４点以上のより多くの条件で行うことが好ましい。試験期間終了ごとに基準温度、例えば２５℃において容量値、内部抵抗値などを測定し、貯蔵期間に対しての劣化の傾き、すなわち劣化速度を評価する。この際、劣化挙動を記述する式として、ルート則、一次反応式、比例式、その他の反応式のうち測定された劣化挙動と一致するものを用いることが出来る。
【００２２】
また、上記では活物質の劣化特性を測定する方法について説明したが、より簡便な方法として実際のセルによるフロート試験または貯蔵試験より劣化特性マップを作成することもできる。温度を３点以上、電池電圧条件を４点以上としたフロートまたは貯蔵試験により実際のセルについて評価し、劣化特性マップを作成することができる。
【００２３】
このような劣化特性試験の結果より、本実施形態で用いられる電位（または電池電圧）−温度平面に対する劣化定数の分布状態が作成される。この分布おいては単純に測定結果がプロットされているだけではなく、アレニウスプロットより算出された活性化エネルギーを用いて温度に対して連続的に劣化定数が算出できる特性を有している。
【００２４】
［使用条件データ４２について］  
本実施形態の二次電池の残存寿命推定方法では、電池の劣化量を推定する期間において電位−温度平面における滞在時間を計算し、上記の電位−温度平面に対する劣化定数の分布状態を参照して劣化量を計算する。従って、残存寿命推定において電池の使用条件および、現在時点での電池特性の２つのデータを必要とする。
【００２５】
電池の使用条件として必要となるのは、電池の使用環境における温度−時間分布と、電流値−時間分布と、充放電範囲の３つである。
【００２６】
温度−時間分布としては、使用環境下で電池パック周囲の温度の分布を用いることが好ましいが、電池使用地域の気温の分布で代用、もしくは電池の運転条件と併せて電池温度を推算してもよい。
【００２７】
電流値−時間分布については、それぞれのケースの実際の使用を完全に網羅したデータである必要は無く、デバイスまたは車両等で想定されている平均的な使用条件における電流値−時間分布で問題はない。電流分布野の中では放電、充電、休止を区別して表す必要があり、例えば放電電流値を負の値、充電電流値を正の値、休止状態を電流値ゼロとしてカウントすることができる。また、電流値−時間分布の情報を得ることが困難な場合には、機器の電力値−時間分布から電池の電流値−時間分布を算出して代用することもできる。
【００２８】
電池の充放電範囲（電池使用ＳＯＣ範囲）は、満充電条件とフル放電条件が必要である。さらに機器の電池制御において安全対策や劣化低減のために充電、放電を制限するような制御を行っていればその条件についても計算に加えることが、より正確な滞在時間の計算および寿命の推定のために好ましい。このような電池制御の例としては、電池温度により充電終了ＳＯＣを下げたり、また予期しない電池切れを防ぐために放電を電池能力より高い電圧で終了する等の方法がある。
【００２９】
［推算部３について］  
現時点の電池特性の評価については、一般的に知られている電池特性の測定方法を用いることが出来る。具体的には、実際に電流を流して電池容量の測定を行う充放電試験や主に内部抵抗値の測定を行う電流休止法や交流インピーダンス測定などの電気化学的測定を組み合わせて行うことが出来る。さらに、特許文献１に開示されるような充放電曲線を解析して簡易的に電池特性を推定する方法を用いると時間や手間をかけずに必要な評価を行うことができ、測定精度的には直接測定には劣るものの有用な方法である。また、前述のような簡易測定手法は特別な測定機器が不要であるためユーザーが自分で特性評価を行えるという点からも、ユーザによる自力での電池評価・寿命予測を可能とするという観点から重要である。
【００３０】
［演算部５について］  
次に、本実施形態の電池の残寿命の推定方法について説明する。図２に演算部５の処理手順について図示する。
【００３１】
（ステップＳ１：滞在時間データ算出）  
演算部５は、まず初めに使用条件データ４２および現時点の電池特性データをもとに電位−温度平面における滞在時間の積算を行う。使用条件データの電池使用充放電範囲より、電池使用範囲におけるＯＣＶ（Open Circuit Voltage）曲線を作成する。評価時点で測定された電池特性より内部抵抗値を求め、温度分布と電流分布とから電位−温度平面での滞在時間分布を算出する。温度および電流の分布は相互に等価に分布しているものとし、電池の電位は電流値と内部抵抗の掛け算により計算される。
【００３２】
この際、内部抵抗値の温度変化を計算の中で考慮する必要がある。低温下では内部抵抗が上昇し大きな過電圧となり、また高温化では内部抵抗は低下し過電圧は小さくなるため、特に大電流での使用時には過電圧を過大または過少に見積もることとなる。特に、高温領域での電位の計算値の誤差により生じる劣化量の差は大きいため、内部抵抗は温度に関連付けて補正する必要がある。内部抵抗の温度補正は、初期状態の電池での内部抵抗値の温度による変化率を用いて簡易的に行うことができる。
【００３３】
より高精度な方法として、内部抵抗を構成する抵抗成分をそれぞれ測定し、それぞれの内部抵抗温度依存性に従い温度補正を行って合算しても良い。例えば、電池の一定条件での充放電時の充放電曲線（電池電圧−時間、温度データ）より、各活物質の開回路電位−充電量データを参照し、電池の容量、内部抵抗および正負極の各活物質の劣化を評価できる。この際、各活物質の抵抗成分−充電量データを参照することで内部抵抗の各成分を分離評価することが可能である。内部抵抗の主な成分としては、オーミック抵抗、反応抵抗、拡散抵抗の３つが挙げられれる。この方法は、充放電曲線の解析による電池容量、内部抵抗成分の推定法方法を含んでおり、本実施形態の電池の残寿命の推定方法に親和性が高い。
【００３４】
（ステップＳ２：劣化定数算出）  
演算部５は、上記のように作成された電位−温度平面における滞在時間の積算に対し、少なくとも内部抵抗値および容量を含む電池の各特性についての電位−温度平面における劣化特性マップを参照し、上記の電位−温度平面に対する劣化定数の分布状態を算出する。
【００３５】
（ステップＳ３：劣化量算出）  
演算部５は、上記の電位−温度平面に対する劣化定数の分布状態を参照して、平面全体の積算量として各特性の劣化量を推算する。
【００３６】
本実施形態の電池寿命推定方法においては、電池特性のうち内部抵抗の計算は非常に重要な要素となる。電流印加時の電池の電位は内部抵抗との掛け算で算出され、全ての特性の劣化量の推定に影響するためである。さらに推算精度を向上する方法として、電池の劣化の進行により内部抵抗が上昇したことにより、さらに電流印加時の過電圧が大きくなり劣化を加速する効果を加える再帰計算を行うことができる。このような内部抵抗の増加がさらに劣化速度を上昇する効果が顕著となるのは、１つは電池のレート特性に対して電流値が大きく過電圧が非常に大きい場合、もう一つは電池使用範囲での電位に対する劣化速度の変化の傾きが大きい場合である。このような２つの条件が重なるケースでは電池の内部抵抗に関しては再帰計算を行い電位−温度の滞在時間を算出することが好ましい。
【００３７】
セル温度分布に関しても同様であり、電池のレート特性および電池パックの放熱能力に対し、大きな電流値で連続充放電を行うようなケースでは、内部抵抗の増加によるジュール熱の増大で、電池の温度分布は予測をする期間の間で上昇してしまうため、再帰計算を行うことが好ましい。数年以上の長期にわたる予測においても期間を数段階に区切って計算を行うことで精度を大幅に向上することができる。また、季節等による明確な環境温度変化がある場合にも、期間を区切って順次計算を行い劣化量を積算することがより精度よく推算を行うために有効である。再帰計算または期間分割による計算を行う場合には、電池特性のうち内部抵抗についての計算を初めに行い、その結果による過電圧シフトおよび温度上昇の効果を反映した電位−温度の滞在時間を算出し各特性の劣化特性マップを参照して劣化量を推定する。
【００３８】
また、本実施形態の方法では、滞在ＳＯＣの偏りは考慮されておらず全て等価としているが、推算の目的を残り寿命の算出として劣化定数が急上昇する領域へ電池が滞在する時間の概算を行っているためである。特定のＳＯＣ付近での充放電あるいは貯蔵が多い等の条件を加えることで、劣化過程での挙動を含めたより精度の高い推算を行うことができる。
【００３９】
［残存寿命算出部６について］  
実際の電池の使用における電池特性の劣化挙動においては、ある期間はルート則あるいは一次反応則等に従った一定の劣化傾向で劣化が進み、最終的には電池特性が急低下する劣化加速が起こり寿命を終了する。本実施形態では、現時点からの期間を自由に設定することができ、残存寿命算出部６は、例えばある特性値が下限値を下回ったら寿命の終わりという条件に、現在の使用を続けた場合の残り期間を求めることができる。また逆に、特定の使用期間を確保するために使用条件をどのような条件にすればよいかを推算することもできる。
【００４０】
また、別の方法として電池をより長期間活用するための使用条件の調整がある。使用中の電池の寿命の最後に起こる急激な劣化加速の段階では、内部抵抗の増加による過電圧の上昇および電池温度の上昇が進行していると推測される。この急劣化を避けて電池を使用するために、本実施形態における電池の電位−温度の滞在時間データをもとに使用条件の調整を行うことが可能である。すなわち内部抵抗の増加に応じて、使用により高温・高電圧側の劣化速度が大きい領域に電池が入る割合を減らすように使用条件のうち温度条件または電流条件を緩和することが考えられる。例えば、機器または車両を温度の低い地域で使用したり、またはより入出力値の低い機器での利用に電池をリユースしたりということが考えられる。
【００４１】
このような寿命推定においては、ある程度寿命に余力を残した段階に電池寿命の終わりを設定することが望ましく、劣化加速が顕在化する前に急劣化の兆候を検出する必要がある。例えば、残存寿命算出部６は、劣化速度データにおいて劣化速度がある設定値以上となる領域に入る割合が単位時間に対してある割合を超えたら寿命の終わりとすることができる。また、これは電池の初期状態から本実施形態の寿命推定を行ってきたことが前提となるが、電池の全寿命を通して劣化速度がある設定値以上となる領域に入る積算時間が一定以上となったら寿命の終わりとすることもできる。
【００４２】
［実施例の説明］  
本実施形態に係る二次電池の残存寿命推定方法について、正極をコバルト酸リチウム、負極をチタン酸リチウムとした電池を例として説明する。
【００４３】
劣化特性マップは、電池の貯蔵試験およびフロート試験の結果を集計し作成した。試験の詳細な条件は、以下に示すとおりである。貯蔵試験として、電池ＯＣＶが、２．３３Ｖ、２．３５Ｖ、２．４４Ｖ、２．７０Ｖに調整した電池それぞれに対し、２５℃、３５℃、４５℃、５５℃の温度での試験を行った。また、フロート試験として電池電圧２．８Ｖ、１．５Ｖに保持する試験を２５℃、３５℃、４５℃の環境下で行った。試験は最初の４週間は１週間毎に、それ以降は３週間毎に２５℃環境下で０．２Ｃ容量およびＳＯＣ１０％〜９０％のＳＯＣ１０％毎に電流値５Ｃでの１０ｓ抵抗を測定した。
【００４４】
図３Ａおよび図３Ｂは、この寿命試験の結果より、内部抵抗値の平均値および電池容量の劣化速度係数の分布を示す劣化特性マップである。図３Ａにおいては、Ｘ軸にセル電圧、Ｙ軸に温度、Ｚ軸に劣化速度として内部抵抗増加速度定数を表している。図３Ｂにおいては、Ｘ軸にセル電圧、Ｙ軸に温度、Ｚ軸に劣化速度として容量減少速度定数を表している。劣化速度式については内部抵抗値についてはルート則、容量低下については一次反応則を採用している。
【００４５】
使用条件は、推定原理の確認のため単純な条件として、２５℃および４５℃環境下における５Ｃ定電流充放電サイクルの２つを例として挙げる。この場合、電流値−時間分布条件としては共通で−５Ｃで５０％(放電)、＋５Ｃ(充電)で５０％の条件となり、温度−時間分布条件はそれぞれ２５℃および４５℃で一定となる。この条件をもとに初期状態から３０日ごとに期間を区切り、内部抵抗と温度を更新しながら内部抵抗および容量の劣化量を推定した結果を実測値とともに図４Ａ及び図４Ｂに示す。図４Ａは、２５℃５Ｃサイクルにおける内部抵抗および容量の劣化量の推定結果を示す図である。図４Ｂは、４５℃５Ｃサイクルにおける内部抵抗および容量の劣化量の推定結果を示す図である。実測値と推算値は概ね良い一致を示し、図４Ｂに示す４５℃サイクルにおいては劣化が加速する時点についても実測値と一致する。
【００４６】
なお、ルート則、一次反応則における劣化量の推算では、図５に示すように使用期間をΔｔで区切った際の平均劣化速度定数ａ１，ａ２，…と、その区間開始時点までの劣化量から算出される時間初期値Ｒ０，Ｒ１，…とを用いて劣化量Ｒ２を推算する。ルート則や一次反応則の速度式では時間Δｔだけでは劣化量か決まらずΔｔの開始時点（図５中におけるｔ１）が必要となる。ｔ１の値は前区間までの劣化量Ｒ１に対して劣化量の算出を行う区間の劣化定数ａ２を用いて図５中の囲み内の式のように算出される。
【００４７】
さらに同条件の推算において、約３ヶ月経過時点を出発点として推算を行った結果を図６Ａ，図６Ｂに示す。図６Ａは、２５℃５Ｃサイクルにおける内部抵抗および容量の劣化量の推定結果を示す図である。図６Ｂは、４５℃５Ｃサイクルにおける内部抵抗および容量の劣化量の推定結果を示す図である。図４Ａ，図４Ｂにおいて示した結果と同様に実測の挙動と良い一致を示しており、使用途中からの推算でも有効であることが確認できる。
【００４８】
次に、図７Ａおよび図７Ｂ示す使用条件について寿命推定を行った結果を図８に示す。図７Ａに示す電流値−時間分布、および図７Ｂに示す温度−時間分布について、期間を３ヶ月ごとに区切り、内部抵抗を順次更新して推算を行っている。図８に示すとおり寿命は５年以上の長期にわたるため実測値は取得できていないが、８年強の時点で特性が急落し始め電池使用が不可能になるであろうことが予測できる。
【００４９】
そこで、７年で使用条件を、図９Ａに示す電流値−時間分布、および図９Ｂに示す温度−時間分布に変更する場合の推定結果を図１０に示す。この場合の予測では、さらに推算上は１３年の時点まで電池を使用できる可能性が見出せる。本実施形態の電池残存寿命の推算方法によれば、図１０に示すように、電池使用条件の調整により電池の有効利用にも寄与できるものと考えられる。
【００５０】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…二次電池、２…測定部、３…推算部、４…データ格納部、４１…劣化特性マップ、４２…使用条件データ、５…演算部、６…残存寿命算出部。
【図１】
2014190763.tif 000003
【図２】
2014190763.tif 000004
【図３Ａ】
2014190763.tif 000005
【図３Ｂ】
2014190763.tif 000006
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2014190763.tif 000008
【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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