(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池の劣化状態を長期的に精度良く簡便に推定することができる非水電解質二次電池の可逆容量推定方法を提供する。【解決手段】コンピュータが、二次電池２００の充放電可能な容量である可逆容量を推定する可逆容量推定方法であって、二次電池２００における所定の周波数での交流インピーダンスを取得する取得ステップ（Ｓ２０４）と、取得された交流インピーダンスと、交流インピーダンス及び可逆容量の関係を示す直線関係式とを用いて、可逆容量を推定する推定ステップ（Ｓ２０６）とを含む。【選択図】図８
2012122817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータが、非水電解質二次電池の充放電可能な容量である可逆容量を推定する可逆容量推定方法であって、
前記非水電解質二次電池における所定の周波数での交流インピーダンスを取得する取得ステップと、
取得された前記交流インピーダンスと、前記交流インピーダンス及び前記可逆容量の関係を示す直線関係式とを用いて、前記可逆容量を推定する推定ステップと
を含む可逆容量推定方法。
【請求項２】
前記推定ステップでは、前記取得ステップで取得された前記交流インピーダンスに所定の第１定数を乗じて所定の第２定数を加算することにより前記可逆容量を算出することで、前記可逆容量を推定する
請求項１に記載の可逆容量推定方法。
【請求項３】
前記取得ステップでは、前記所定の周波数の交流電圧または交流電流を前記非水電解質二次電池に印加することで前記交流インピーダンスを測定し、測定した前記交流インピーダンスを取得する
請求項１または２に記載の可逆容量推定方法。
【請求項４】
コンピュータが、非水電解質二次電池の寿命を予測する寿命予測方法であって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の可逆容量推定方法に含まれる各ステップと、
前記推定ステップで推定された前記可逆容量を示す値を記憶部に記憶させる記憶ステップと、
前記記憶部に記憶された前記可逆容量を示す値を参照して、前記非水電解質二次電池の寿命を予測する寿命予測ステップと
を含む寿命予測方法。
【請求項５】
非水電解質二次電池の充放電可能な容量である可逆容量を推定する可逆容量推定装置であって、
前記非水電解質二次電池における所定の周波数での交流インピーダンスを取得する取得部と、
取得された前記交流インピーダンスと、前記交流インピーダンス及び前記可逆容量の関係を示す直線関係式とを用いて、前記可逆容量を推定する推定部と
を備える可逆容量推定装置。
【請求項６】
非水電解質二次電池の寿命を予測する寿命予測装置であって、
請求項５に記載の可逆容量推定装置と、
前記推定部が推定した前記可逆容量を示す値を記憶するための記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記可逆容量を示す値を参照して、前記非水電解質二次電池の寿命を予測する寿命予測部と
を備える寿命予測装置。
【請求項７】
非水電解質二次電池と、
前記非水電解質二次電池の充放電可能な容量である可逆容量を推定する請求項５に記載の可逆容量推定装置、または前記非水電解質二次電池の寿命を予測する請求項６に記載の寿命予測装置と
を備える蓄電システム。
【請求項８】
非水電解質二次電池の充放電可能な容量である可逆容量を推定する集積回路であって、
前記非水電解質二次電池における所定の周波数での交流インピーダンスを取得する取得部と、
取得された前記交流インピーダンスと、前記交流インピーダンス及び前記可逆容量の関係を示す直線関係式とを用いて、前記可逆容量を推定する推定部と
を備える集積回路。
【請求項９】
さらに、
前記推定部が推定した前記可逆容量を示す値を用いて、前記非水電解質二次電池の寿命を予測する寿命予測部を備える
請求項８に記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池の充放電可能な容量である可逆容量を推定する可逆容量推定方法及び可逆容量推定装置、非水電解質二次電池の寿命を予測する寿命予測方法及び寿命予測装置、並びに非水電解質二次電池と可逆容量推定装置または寿命予測装置とを備える蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池は、ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の電源として用いられてきたが、近年、電気自動車の電源やバックアップ用の電源など、幅広い分野で使用されるようになってきた。特に、リチウムイオン二次電池をバックアップ用の電源として使用する場合には、急な停電に対応できるように、リチウムイオン二次電池の信頼性を向上することが重要である。
【０００３】
このため、リチウムイオン二次電池の劣化状態を正確に把握することが極めて重要である。ここで、従来、リチウムイオン二次電池の劣化状態を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１では、電気自動車用のリチウムイオン二次電池に関して、エンジン始動期間に電池に流れる電流及び開回路電圧を測定して直流の内部抵抗を算出し、この内部抵抗に基づいて電池の残存寿命を算出する技術が開示されている。また、特許文献２では、対象とする電池の規定の温度域における劣化速度と時間との関係を表す演算式を予め決定しておき、実際に電池が曝された温度変化を記録し、それぞれの温度域に曝された時間から演算式をもとに電池の劣化状態を推測する技術が開示されている。また、特許文献３では、複素インピーダンス測定に基づいて電池容量を推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１５−１２９９２７号公報
【特許文献２】特開平１５−１６１７６８号公報
【特許文献３】特開平１０−０８２８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術においては、以下の問題がある。
【０００７】
つまり、特許文献１に開示された技術では、電気自動車のエンジン始動時の最大負荷端子電圧と電流値とを用いて電池の残存寿命を算出しているため、測定周期、スタータ、エンジンの状態等の環境条件によって測定されるインピーダンスの大きさが変化する。また、複数の内部抵抗を算出して、当該複数の内部抵抗から電池の残存寿命を算出しているため、処理が複雑である。このため、特許文献１に開示された技術では、リチウムイオン二次電池の劣化状態を推定するのに、処理が複雑である上に、推定の精度を高く維持することは困難である。
【０００８】
また、特許文献２に開示された技術では、誤差が蓄積し易く、長期的に見ると、劣化状態の推定精度が低下するおそれがある。また、特許文献３に開示された技術では、複素インピーダンスを測定するために周波数アナライザなどの高度な装置が必要であるため、リチウムイオン二次電池の劣化状態を推定する処理が複雑である。
【０００９】
このように、従来の技術では、リチウムイオン二次電池の劣化状態を長期的に精度良く推定することが困難であり、また劣化状態を推定する処理が複雑であるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池の劣化状態を長期的に精度良く簡便に推定することができる非水電解質二次電池の可逆容量推定方法及び可逆容量推定装置、寿命予測方法及び寿命予測装置、並びに蓄電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る可逆容量推定方法は、コンピュータが、非水電解質二次電池の充放電可能な容量である可逆容量を推定する可逆容量推定方法であって、前記非水電解質二次電池における所定の周波数での交流インピーダンスを取得する取得ステップと、取得された前記交流インピーダンスと、前記交流インピーダンス及び前記可逆容量の関係を示す直線関係式とを用いて、前記可逆容量を推定する推定ステップとを含む。
【００１２】
これによれば、非水電解質二次電池の内部抵抗を示す交流インピーダンスを取得して、取得した交流インピーダンスと、交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式とを用いて、非水電解質二次電池の可逆容量を推定する。これにより、交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式に基づいて可逆容量を推定することができるため、誤差が蓄積するようなことがなく、長期的に精度良く可逆容量を推定することができる。また、単純な当該直線関係式を用いて、推定したい時点での交流インピーダンスを１回取得するのみで、その時点での可逆容量を推定することができるため、推定処理が簡便である。このため、非水電解質二次電池の劣化状態を示す可逆容量を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【００１３】
また、好ましくは、前記推定ステップでは、前記取得ステップで取得された前記交流インピーダンスに所定の第１定数を乗じて所定の第２定数を加算することにより前記可逆容量を算出することで、前記可逆容量を推定する。
【００１４】
これによれば、交流インピーダンスに第１定数を乗じて第２定数を加算することにより可逆容量を算出することで、非水電解質二次電池の可逆容量を推定する。ここで、第１定数及び第２定数は、実験結果をもとに導出される数値であって、交流インピーダンスと可逆容量との関係を精度良く示す直線関係式を表す数値である。つまり、当該数値を用いた直線関係式により可逆容量を算出するので、可逆容量を長期的に精度良く推定することができる。また、当該直線関係式を用いることで、交流インピーダンスから可逆容量を簡便に推定することができる。このため、非水電解質二次電池の劣化状態を示す可逆容量を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【００１５】
また、好ましくは、前記取得ステップでは、前記所定の周波数の交流電圧または交流電流を前記非水電解質二次電池に印加することで前記交流インピーダンスを測定し、測定した前記交流インピーダンスを取得する。
【００１６】
これによれば、所定の周波数の交流電圧または交流電流を非水電解質二次電池に印加することで交流インピーダンスを測定し、測定した交流インピーダンスを取得する。これにより、簡便に精度良く交流インピーダンスを取得することができるので、当該交流インピーダンスを用いて、非水電解質二次電池の劣化状態を示す可逆容量を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る寿命予測方法は、コンピュータが、非水電解質二次電池の寿命を予測する寿命予測方法であって、可逆容量推定方法に含まれる各ステップと、前記推定ステップで推定された前記可逆容量を示す値を記憶部に記憶させる記憶ステップと、前記記憶部に記憶された前記可逆容量を示す値を参照して、前記非水電解質二次電池の寿命を予測する寿命予測ステップとを含む。
【００１８】
これによれば、可逆容量推定方法で推定された可逆容量を示す値を用いて、非水電解質二次電池の寿命を予測する。このため、可逆容量推定方法で長期的に精度良く簡便に推定された可逆容量を用いて非水電解質二次電池の寿命を予測することで、非水電解質二次電池の劣化状態を示す予測寿命を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【００１９】
なお、本発明は、このような非水電解質二次電池の可逆容量推定方法または寿命予測方法として実現することができるだけでなく、当該可逆容量推定方法または寿命予測方法に含まれるステップを行う処理部を備える可逆容量推定装置または寿命予測装置としても実現することができる。また、本発明は、このような可逆容量推定装置または寿命予測装置に含まれる特徴的な処理部を備える集積回路としても実現することができる。
【００２０】
また、本発明は、非水電解質二次電池と、当該非水電解質二次電池の劣化状態を推定する可逆容量推定装置または寿命予測装置とを備える蓄電システムとしても実現することができる。
【００２１】
また、本発明は、寿命予測方法または可逆容量推定方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、非水電解質二次電池の劣化状態を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る寿命予測装置を備える蓄電システムの外観図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る可逆容量推定装置を備える寿命予測装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る可逆容量データの一例を示す図である。
【図４】二次電池が充放電を行う仕組みを説明する図である。
【図５】二次電池が劣化する仕組みを説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る寿命予測装置が二次電池の寿命を予測する処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る可逆容量推定装置が可逆容量を推定する処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る寿命予測装置または可逆容量推定装置を集積回路で実現する構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る可逆容量推定装置、当該可逆容量推定装置を備える寿命予測装置、及び当該寿命予測装置を備える蓄電システムについて説明する。
【００２５】
まず、蓄電システム１０の構成について、説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る寿命予測装置１００を備える蓄電システム１０の外観図である。
【００２６】
同図に示すように、蓄電システム１０は、寿命予測装置１００と、複数（同図では６個）の二次電池２００と、寿命予測装置１００及び複数の二次電池２００を収容する収容ケース３００とを備えている。
【００２７】
寿命予測装置１００は、複数の二次電池２００の上方に配置され、複数の二次電池２００の寿命を予測する回路を搭載した回路基板である。具体的には、寿命予測装置１００は、複数の二次電池２００に接続されており、複数の二次電池２００から情報を取得して、複数の二次電池２００の充放電可能な容量である可逆容量を推定することで、複数の二次電池２００の寿命を予測する。この寿命予測装置１００の詳細な機能構成の説明については、後述する。
【００２８】
なお、ここでは、寿命予測装置１００は複数の二次電池２００の上方に配置されているが、寿命予測装置１００はどこに配置されていてもよい。
【００２９】
二次電池２００は、正極と負極とを有する非水電解質二次電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池である。つまり、二次電池２００は、例えば、正極がコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物、負極が炭素材料の二次電池である。また、同図では６個の矩形状の二次電池２００が直列に配置されて組電池を構成している。なお、二次電池２００の個数は６個に限定されず、他の複数個数または１個であってもよい。また二次電池２００の形状も特に限定されない。
【００３０】
次に、寿命予測装置１００の詳細な機能構成について、説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る可逆容量推定装置１１０を備える寿命予測装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。
【００３１】
寿命予測装置１００は、二次電池２００の寿命を予測する装置である。同図に示すように、寿命予測装置１００は、可逆容量推定装置１１０、寿命予測部１２０及び記憶部１３０を備えている。
【００３２】
可逆容量推定装置１１０は、二次電池２００の充放電可能な容量である可逆容量を推定する装置である。ここで、可逆容量推定装置１１０は、取得部１１１と推定部１１２とを備えている。
【００３３】
取得部１１１は、二次電池２００における所定の周波数での交流インピーダンスを取得する。具体的には、取得部１１１は、当該所定の周波数の交流電圧または交流電流を二次電池２００に印加することで交流インピーダンスを測定し、測定した交流インピーダンスを取得する。
【００３４】
推定部１１２は、取得部１１１が取得した交流インピーダンスと、交流インピーダンス及び可逆容量の関係を示す直線関係式とを用いて、可逆容量を推定する。具体的には、推定部１１２は、取得部１１１が取得した交流インピーダンスに所定の第１定数を乗じて所定の第２定数を加算することにより可逆容量を算出することで、可逆容量を推定する。この交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式における所定の第１定数及び所定の第２定数については、後述する。そして、推定部１１２は、推定した可逆容量を示す値を記憶部１３０に記憶させる。
【００３５】
記憶部１３０は、可逆容量を推定したり寿命を予測するための情報を記憶するためのメモリである。具体的には、記憶部１３０は、交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式や、可逆容量推定装置１１０の推定部１１２が推定した可逆容量を示す値を記憶している。ここで、記憶部１３０は、可逆容量を示す値を含む可逆容量データ１３１を記憶している。可逆容量データ１３１の詳細については、後述する。
【００３６】
寿命予測部１２０は、記憶部１３０に記憶されている可逆容量を示す値を参照して、二次電池２００の寿命を予測する。
【００３７】
図３は、本発明の実施の形態に係る可逆容量データ１３１の一例を示す図である。
可逆容量データ１３１は、日時ごとの可逆容量を示すデータの集まりである。つまり、同図に示すように、可逆容量データ１３１は、「日時」と「可逆容量」とが対応付けられたデータテーブルである。「日時」には、推定部１１２が可逆容量を推定した日時が記憶される。また、「可逆容量」には、「日時」に推定部１１２が推定した可逆容量を示す値が記憶される。
【００３８】
次に、推定部１１２が可逆容量を推定する際に使用される交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式について、以下に、詳細に説明する。
【００３９】
まず、二次電池２００が充放電を行い、劣化していく仕組みから説明する。
図４は、二次電池２００が充放電を行う仕組みを説明する図である。
【００４０】
同図の（ａ）に示すように、二次電池２００は、正極Ｐ、負極Ｎ、及び正極Ｐと負極Ｎとの間にセパレータを備えている。ここでは、二次電池２００がリチウムイオン二次電池である場合について、説明する。つまり、例えば、正極Ｐはコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物であり、負極Ｎは炭素材料である。また、正極Ｐには、多くのリチウムイオンｘが含まれている。
【００４１】
そして、二次電池２００が充電される場合、同図の（ａ）に示す状態から、同図の（ｂ）に示す状態に遷移する。つまり、リチウムイオンｘが、正極Ｐから負極Ｎに移動する。このリチウムイオンｘの移動によって、移動した容量分の電気量を充電することができる。
【００４２】
同様に、二次電池２００が放電される場合、同図の（ｂ）に示す状態から、同図の（ａ）に示す状態に遷移する。つまり、リチウムイオンｘが、負極Ｎから正極Ｐに移動する。このリチウムイオンｘの移動によって、移動した容量分の電気量を放電することができる。
【００４３】
このように、正極Ｐと負極Ｎとの間をリチウムイオンｘが往復することで、二次電池２００の充放電を行うことができる。そして、この充放電を継続して繰り返し行った場合、充放電反応以外の副反応によって、二次電池２００が劣化し、可逆容量が減少する。
【００４４】
図５は、二次電池２００が劣化する仕組みを説明する図である。
具体的には、同図の（ａ）は、二次電池２００が充放電を繰り返す前の初期状態でのリチウムイオンｘの状態を示す図であり、同図の（ｂ）は、二次電池２００が充放電を繰り返して劣化したときのリチウムイオンｘの状態を示す図である。
【００４５】
つまり、同図の（ａ）に示す初期状態から、図４で説明した充放電が繰り返し行われた場合、同図の（ｂ）に示すように、負極Ｎ上にリチウム含有被膜Ｘが生成し、成長する。具体的には、正極Ｐに含まれるリチウムイオンｘが、正極Ｐと負極Ｎとの間を往復することで負極Ｎ上に蓄積され、成長することで、リチウム含有被膜Ｘが生成される。
【００４６】
ここで、リチウム含有被膜Ｘが生成されたことによる二次電池２００の可逆容量の減少量と、二次電池２００の内部抵抗の増加量とは、ともに二次電池２００の充放電期間のルートに比例するという、いわゆる「ルート則」が成り立つ。
【００４７】
そして、リチウム含有被膜Ｘの成長速度は充放電期間のルートに比例するため、成長速度に比例する同図の（ｂ）に示されたリチウム含有被膜Ｘの厚みｌの増加量についても、充放電期間のルートに比例する。これらのことから、当該厚みｌの増加量は、二次電池２００の可逆容量の減少量と、二次電池２００の内部抵抗の増加量とに比例する。
【００４８】
つまり、当該厚みｌが増加して正極Ｐと負極Ｎとの間を往復可能なリチウムイオンｘの数が減少すると、二次電池２００の可逆容量が減少する。また、当該厚みｌが増加すると、二次電池２００の内部抵抗が増加する。
【００４９】
以上のことから、リチウム含有被膜Ｘが生成されたことによる二次電池２００の可逆容量Ｑは、リチウム含有被膜Ｘの厚みｌを用いて、以下の式１で表される。なお、以下の式１において、Ｍは、リチウム含有被膜Ｘ中のリチウム密度を示しており、Ｓは、リチウム含有被膜Ｘを同図の（ｂ）に示すＹ−Ｙ線で切断した場合の断面積を示している。
【００５０】
Ｑ＝Ｍ×ｌ×Ｓ                                                （式１）
【００５１】
ここで、電池の内部抵抗は、上記リチウム含有被膜Ｘに対応する抵抗の他、電解液抵抗、電荷移動抵抗、拡散抵抗といった、複数の種類の抵抗からなり、電池の劣化の程度によってこれらそれぞれの抵抗成分が変化しうる。所定の周波数を選択することで上記リチウム含有被膜Ｘに対応する抵抗以外の、電池の劣化の程度によって変化する抵抗成分の影響を排除することができる場合、二次電池２００の内部抵抗ＲACは、リチウム含有被膜Ｘの抵抗値を示す負極被膜抵抗Ｒfilmと、その他の抵抗Ｒ0とを用いて、以下の式２で表される。
【００５２】
ＲAC＝Ｒfilm＋Ｒ0                                            （式２）
【００５３】
ここで、ＲACは、例えば１ｋＨｚの交流電圧または交流電流を二次電池２００に印加した場合に計測される二次電池２００の交流インピーダンスである。また、Ｒ0は定数である。
【００５４】
従って、上記式２における内部抵抗ＲACを測定するためには、上記リチウム含有被膜Ｘに対応する所定の周波数を選択することが必要である。例えば０．１Ｈｚといった低い周波数では、固相内拡散抵抗の影響を強く受けるため、好ましくない。ここで、所定の周波数とは、好ましくは、１０Ｈｚ〜５ｋＨｚであり、さらに好ましくは、５００Ｈｚ〜２ｋＨｚであり、より好ましくは、１ｋＨｚである。なお、所定の周波数は、特定の周波数範囲を変化させながら測定する必要はなく、例えば１ｋＨｚといった固定された値とすることができる。
【００５５】
このように所定の周波数を選択することにより、測定されるインピーダンスは、劣化の程度により変化する電荷移動抵抗成分や拡散抵抗成分のうちの大部分を効果的に除外することができ、上記リチウム含有被膜Ｘに対応する成分と、ほとんど変化しないと考えられる電解液抵抗成分等とからなるインピーダンスを計測することができる。なお、上記した好ましい周波数の範囲は常温におけるものであることに留意すべきである。
【００５６】
また、負極被膜抵抗Ｒfilmは、リチウム含有被膜Ｘの抵抗率ρと、リチウム含有被膜Ｘの厚みｌと、リチウム含有被膜Ｘの断面積Ｓとを用いて、以下の式３で表される。
【００５７】
Ｒfilm＝ρ・ｌ／Ｓ                                            （式３）
【００５８】
そして、上記の式１〜３から、以下の式４のような二次電池２００の交流インピーダンスＲACと可逆容量Ｑとの関係を示す直線関係式が導出される。なお、以下のＡ及びＢは、定数である。
【００５９】
ＲAC＝Ａ×Ｑ＋Ｂ                                              （式４）
【００６０】
これらのように、本願発明者らは、鋭意研究の結果、上記の式４を導出した。
【００６１】
次に、上記定数Ａ及びＢを実験により算出する方法について、一実施例により例示する。まず、正極にＬｉＭｎ2Ｏ4及びＬｉ［Ｃｏ1/3Ｎｉ1/3Ｍｎ1/3］Ｏ2を混合して用い、負極に黒鉛を用いた６００ｍＡｈ級のリチウムイオン二次電池を複数個作製した。そして、当該リチウムイオン二次電池を用いて、４５℃でのフロート充電寿命試験を実施し、種々の劣化状態にあり、１００％充電状態（フロート試験と同等の充電状態）にある複数のリチウムイオン二次電池を準備し、１ｋＨｚ交流インピーダンスの値と可逆容量の値とを測定した。
【００６２】
そして、１ｋＨｚ交流インピーダンスと可逆容量との関係を調べた。なお、１ｋＨｚ交流インピーダンスとは、周波数が１ｋＨｚの交流電圧または交流電流で測定したときの交流インピーダンスである。
【００６３】
図６は、本発明の実施の形態に係る交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す図である。
【００６４】
つまり、同図は、上記で説明した実験での実験結果を示すグラフである。具体的には、同図は、同一種類の可逆容量が異なる３つのリチウムイオン二次電池について、上記の実験を行い、測定された１ｋＨｚ交流インピーダンスＲACの値と可逆容量Ｑの値とをグラフにしたものである。
【００６５】
本願発明者らは、このグラフから、１ｋＨｚ交流インピーダンスＲACと可逆容量Ｑとは、以下の式５に示される比例関係にあることを見出した。つまり、以下の式５によって、上記の式４におけるＡ及びＢの値が、Ａ＝−０．３２、Ｂ＝２６０であることが示される。
【００６６】
ＲAC＝−０．３２Ｑ＋２６０                                    （式５）
【００６７】
また、本願発明者らは、実験によって、上記の式５に示される直線関係式は通常の温度範囲（−２０℃〜６０℃）において、試験温度によらずほぼ同じであることを確認した。したがって、１ｋＨｚ交流インピーダンスＲACと可逆容量Ｑとは、試験温度によらず、上記の式５の関係が成立する。このため、上記の式５から、以下の式６が導かれる。
【００６８】
Ｑ＝−３．１２５ＲAC＋８１２．５                              （式６）
【００６９】
このように、上記の式６を用いて、１ｋＨｚ交流インピーダンスＲACに所定の第１定数（−３．１２５）を乗じて所定の第２定数（８１２．５）を加算することにより可逆容量Ｑを算出することができるので、リチウムイオン二次電池を放電することなく可逆容量を推定することができる。また、１ｋＨｚの交流インピーダンスを測定することで可逆容量を算出することができるので、広い周波数領域におけるインピーダンス測定などの複雑な測定が不要である。
【００７０】
ここで、上記の式５に示された直線関係式は、ユーザに予め定められ、記憶部１３０に記憶されている。なお、当該直線関係式は、記憶部１３０に記憶されておらず、推定部１１２が回路構成やプログラムによって当該式５の計算を行うように構成されていてもよい。
【００７１】
なお、上記の式５に示された直線関係式における定数Ａ及びＢは、実験を行った設計のリチウムイオン二次電池には適用可能な値であるが、設計の異なるリチウムイオン二次電池や他の種類のリチウムイオン二次電池では、これらの値が異なることが考えられる。このため、リチウムイオン二次電池の種類ごとに当該実験を行い、上記の式５に相当する数式を定めておくことで、様々な種類のリチウムイオン二次電池に適用することができる。
【００７２】
次に、寿命予測装置１００が二次電池２００の寿命を予測する処理について説明する。
図７は、本発明の実施の形態に係る寿命予測装置１００が二次電池２００の寿命を予測する処理の一例を示すフローチャートである。
【００７３】
同図に示すように、まず、可逆容量推定装置１１０は、記憶部１３０から、交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式を取得する（Ｓ１０２）。例えば、可逆容量推定装置１１０は、記憶部１３０に記憶されている上記の式５の直線関係式を取得する。
【００７４】
そして、可逆容量推定装置１１０は、可逆容量を推定し、推定した可逆容量を示す値を記憶部１３０に記憶させることで、可逆容量データ１３１を更新する（Ｓ１０４）。この可逆容量推定装置１１０が可逆容量を推定する処理の詳細な説明については、後述する。
【００７５】
次に、寿命予測部１２０は、寿命を予測するか否かを判定する（Ｓ１０６）。例えば、寿命予測部１２０は、ユーザから寿命の予測を行う指示を受け付けた場合に、寿命を予測すると判定する。また、寿命予測部１２０は、定期的に寿命の予測を行うように、一定の期間経過後に寿命を予測すると判定することにしてもよい。
【００７６】
そして、寿命予測部１２０が、寿命を予測すると判定しなかった場合（Ｓ１０６でＮＯ）、可逆容量推定装置１１０が、再度、可逆容量を推定し、推定した可逆容量を示す値を記憶部１３０に記憶させ、可逆容量データ１３１を更新する（Ｓ１０４）。このようにして、可逆容量を示す値が、可逆容量が推定された日時とともに可逆容量データ１３１に蓄積される。
【００７７】
また、寿命予測部１２０は、寿命を予測すると判定した場合（Ｓ１０６でＹＥＳ）は、記憶部１３０に記憶されている可逆容量データ１３１の可逆容量を示す値を参照して、二次電池２００の寿命を予測する。
【００７８】
例えば、寿命予測部１２０は、可逆容量データ１３１に蓄積された可逆容量を示す値の経時変化から日時と可逆容量との関係を示す数式を生成し、可逆容量が所定の閾値を下回る日時を算出することで、二次電池２００の寿命を予測する。なお、寿命予測部１２０は、どのような手法により寿命を予測してもよい。
【００７９】
以上により、寿命予測装置１００が二次電池２００の寿命を予測する処理は、終了する。
【００８０】
次に、可逆容量推定装置１１０が可逆容量を推定する処理（図７のＳ１０４）について、詳細に説明する。
【００８１】
図８は、本発明の実施の形態に係る可逆容量推定装置１１０が可逆容量を推定する処理の一例を示すフローチャートである。
【００８２】
同図に示すように、まず、取得部１１１は、所定の周波数の交流電圧または交流電流を二次電池２００に印加する（Ｓ２０２）。
【００８３】
そして、取得部１１１は、二次電池２００における所定の周波数での交流インピーダンスを取得する（Ｓ２０４）。具体的には、取得部１１１は、所定の周波数の交流電圧または交流電流を二次電池２００に印加したことにより得られる交流インピーダンスを測定し、測定した交流インピーダンスを取得する。
【００８４】
次に、推定部１１２は、可逆容量を推定する（Ｓ２０６）。具体的には、推定部１１２は、予め定められて記憶部１３０に記憶されている交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式を記憶部１３０から読み出す。そして、推定部１１２は、当該数式を用いて、取得部１１１が取得した交流インピーダンスから可逆容量を算出する。
【００８５】
そして、推定部１１２は、推定した可逆容量を示す値を記憶部１３０に記憶させ、図３に示された可逆容量データ１３１を更新する（Ｓ２０８）。具体的には、推定部１１２は、可逆容量を推定した日時と推定した可逆容量を示す値とを対応付けて可逆容量データ１３１に書き込むことで、可逆容量データ１３１を更新する。
【００８６】
以上により、可逆容量推定装置１１０が可逆容量を推定する処理（図７のＳ１０４）は、終了する。
【００８７】
以上のように、本発明の実施の形態に係る可逆容量推定装置１１０によれば、二次電池２００の内部抵抗を示す交流インピーダンスを取得して、取得した交流インピーダンスと、交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式とを用いて、二次電池２００の可逆容量を推定する。これにより、交流インピーダンスと可逆容量との関係を示す直線関係式に基づいて可逆容量を推定することができるため、誤差が蓄積するようなことがなく、長期的に精度良く可逆容量を推定することができる。また、単純な当該直線関係式を用いて、推定したい時点での交流インピーダンスを１回取得するのみで、その時点での可逆容量を推定することができるため、推定処理が簡便である。このため、二次電池２００の劣化状態を示す可逆容量を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【００８８】
また、交流インピーダンスに第１定数を乗じて第２定数を加算することにより可逆容量を算出することで、二次電池２００の可逆容量を推定する。ここで、第１定数及び第２定数は、実験結果をもとに導出される数値であって、交流インピーダンスと可逆容量との関係を精度良く示す直線関係式を表す数値である。つまり、当該数値を用いた直線関係式により可逆容量を算出するので、可逆容量を長期的に精度良く推定することができる。また、当該直線関係式を用いることで、交流インピーダンスから可逆容量を簡便に推定することができる。このため、二次電池２００の劣化状態を示す可逆容量を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【００８９】
また、所定の周波数の交流電圧または交流電流を二次電池２００に印加することで交流インピーダンスを測定し、測定した交流インピーダンスを取得する。これにより、簡便に精度良く交流インピーダンスを取得することができるので、当該交流インピーダンスを用いて、二次電池２００の劣化状態を示す可逆容量を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【００９０】
また、本発明の実施の形態に係る寿命予測装置１００によれば、可逆容量推定装置１１０が推定した可逆容量を示す値を用いて、二次電池２００の寿命を予測する。このため、可逆容量推定装置１１０が長期的に精度良く簡便に推定した可逆容量を用いて二次電池２００の寿命を予測することで、二次電池２００の劣化状態を示す予測寿命を長期的に精度良く簡便に推定することができる。
【００９１】
例えば、ビルなどに設置されている非常用電源としての二次電池は、非常時に備えて、常に満充電の状態で待機しているが、このような非常用の二次電池は、経年劣化によって可逆容量が減少していく。この経年劣化の程度は、非常用の二次電池が設置されている周囲の温度などの環境によっても異なるため、推定が困難である。しかし、現時点での可逆容量を確認するために、非常用の二次電池を放電させることはできない。このため、本発明に係る可逆容量推定装置１１０によって可逆容量を推定する、または寿命予測装置１００によって寿命を予測することで、二次電池の経年劣化の程度を把握し、二次電池の交換時期を把握することができるなど、将来に向けた寿命予測を行うことができる。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１０、寿命予測装置１００及び可逆容量推定装置１１０について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００９３】
つまり、今回開示された実施の形態は全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。本発明の範囲は上記した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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００９４】
例えば、本実施の形態では、蓄電システム１０は、寿命予測装置１００を備えていることとした。しかし、図９に示すように、蓄電システムは、寿命予測装置１００ではなく、可逆容量推定装置１１０を備えていることにしてもよい。図９は、本発明の他の実施の形態に係る蓄電システム１１の構成を示すブロック図である。同図に示すように、蓄電システム１１は、二次電池２００と、二次電池２００の可逆容量を推定する可逆容量推定装置１１０とを備えている。
【００９５】
また、本発明は、このような蓄電システム１０、寿命予測装置１００または可逆容量推定装置１１０として実現することができるだけでなく、寿命予測装置１００または可逆容量推定装置１１０に含まれる特徴的な処理部をステップとする寿命予測方法または可逆容量推定方法としても実現することができる。
【００９６】
また、本発明に係る寿命予測装置１００または可逆容量推定装置１１０が備える各処理部は、集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。つまり、図１０に示すように、本発明は、取得部１１１と推定部１１２とを備える集積回路１４０、または、さらに寿命予測部１２０を備える集積回路１５０として実現することができる。図１０は、本発明の実施の形態に係る寿命予測装置１００または可逆容量推定装置１１０を集積回路で実現する構成を示すブロック図である。
【００９７】
なお、集積回路１４０または集積回路１５０が備える各処理部は、個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。
【００９８】
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００９９】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
【０１００】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
【０１０１】
また、本発明は、寿命予測方法または可逆容量推定方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、非水電解質二次電池の劣化状態を長期的に精度良く簡便に推定することができる可逆容量推定装置や寿命予測装置等に適用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０、１１  蓄電システム
１００  寿命予測装置
１１０  可逆容量推定装置
１１１  取得部
１１２  推定部
１２０  寿命予測部
１３０  記憶部
１３１  可逆容量データ
１４０、１５０  集積回路
２００  二次電池
３００  収容ケース
【図１】
2012122817.tif 000003
【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】
2012122817.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012122817.tif 000011
【図１０】
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