(57)【要約】【課題】本発明は、劣化の要因毎に２次電池の劣化に寄与した度合いを推定できる２次電池劣化度推定装置及び推定方法を提供することを課題とする。【解決手段】２次電池１０−１〜１０−ｎが所定の制御ルールの範囲内の元に置かれた状態から外れた、予め規定された異常となる劣化要因を異常劣化要因と規定したときに、コントローラ６０は、この異常劣化要因毎の劣化関数から当該異常に該当する時間に基づいた異常劣化要因毎評価値を算出する。そしてコントローラ６０は、この異常劣化要因毎評価値を劣化要因毎に積算したのちメモリ６１内の不揮発領域に保存する。【選択図】図１
2012252823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器に搭載されている２次電池の劣化の度合いを推定する２次電池劣化度推定装置において、
前記２次電池が所定の制御ルールの範囲内の元に置かれた状態から外れた、予め規定された異常となる劣化要因を異常劣化要因と規定したとき、当該異常劣化要因毎の劣化関数から当該異常に該当する時間に基づいた異常劣化要因毎評価値を算出する異常劣化要因毎評価値算出部と、
前記異常劣化要因毎評価値を前記劣化要因毎に積算して保存する異常劣化要因毎評価値記憶部と、
を備えることを特徴とする２次電池劣化度推定装置。
【請求項２】
前記機器が稼働中に前記２次電池の状態を示す状態情報を測定するセンサ部をさらに備え、
前記異常劣化要因毎評価値算出部は、前記状態情報に基づいて前記異常劣化要因毎の異常劣化要因毎評価値を算出することを特徴とする請求項１に記載の２次電池劣化要因推定装置。
【請求項３】
前記異常劣化要因は、前記２次電池の端子間電圧の異常、前記２次電池の電池温度異常、前記２次電池の過充電異常及び前記２次電池の過放電異常のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の２次電池劣化度推定装置。
【請求項４】
機器に搭載されている２次電池の劣化の度合いを推定する２次電池劣化度推定方法において、
前記機器が稼働中に前記２次電池の状態を示す状態情報を測定し、
前記２次電池が所定の制御ルールの範囲内の元に置かれた状態から外れた、予め規定された異常となる劣化要因を異常劣化要因と規定したとき、当該異常劣化要因毎の劣化関数から当該異常に該当する時間及び前記状態情報に基づいた異常劣化要因毎評価値を算出し、
前記異常劣化要因毎評価値を前記劣化要因毎に積算してメモリに保存する、
ことを特徴とする２次電池劣化度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器に搭載された２次電池の劣化の度合いの評価技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、充電して繰り返し使用可能な２次電池は様々な機器に搭載されて、用いられている。特に電気自動車やハイブリッドカー等の普及に伴って、リチウムイオン電池等の大容量の２次電池を搭載する車両が多くなっている。
【０００３】
そして通常電気自動車やハイブリッドカー等用の大容量の２次電池は、複数の２次電池を組み合わせて車両に搭載されている。
２次電池は、その使用において充放電を繰り返してゆくとだんだん劣化してゆき、充電量が小さくなってゆく。
【０００４】
これに対処するため、車両に搭載された２次電池の状態を検出するための様々な方法が提案されている。
例えば特許文献１は、車両に搭載されている２次電池の中に劣化特性の悪いものが含まれているかどうかを検出する技術が開示されている。特許文献１の方法では、車両の走行時に２次電池の容量劣化率を算出する。また充放電の繰返し回数と非使用時の保存時間からサイクル劣化率と非使用時の保存劣化率とを算出し、このサイクル劣化率と保存劣化率との和を特性劣化率とする。そしてこの容量劣化率と特性劣化率とを比較することにより、２次電池の劣化が標準の劣化特性より特に劣っているか 否かを判断する。
【０００５】
また特許文献２には、２次電池の異常劣化を精度良く検出する技術が開示されている。特許文献２の電池異常劣化検出装置では、２次電池の充放電回数を充放電状態の履歴に基づいて補正し、その補正された充放電回数に基づいて標準電池のサイクル劣化率を算出する。そして、算出された標準電池のサイクル劣化率と容量劣化率とに基づいて、電池の劣化状態の異常を検出する。すなわち、電池の実際の劣化状態と、その電池と同様の使われ方をした標準電池 の劣化状態とを比較することにより劣化状態の異常を検出する。
【０００６】
さらに特許文献３は、車載用バッテリの状態を精度高く推定する方法について開示されている。特許文献３の方法では、エンジン始動時のバッテリの電圧及び電流から内部抵抗を求め、また充電時のバッテリ電流の積算値とバッテリの温度からバッテリの空き容量を求め、この内部抵抗と空き容量からバッテリの残存容量及び劣化度を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１２０９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１４２０５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０９７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
２次電池は、その充放電に以外にも電池温度等様々な要因によって劣化していく。
しかしこれまで提案されている２次電池の劣化度合いを求める方法は、２次電池が劣化しているか否か、あるいは２次電池全体での劣化度合いを求めるものであった。
【０００９】
しかし電気自動車やハイブリッドカー等の大容量の２次電池を搭載する車両や、２次電池そのものの開発には、どの要因がどの程度２次電池の劣化に寄与しているかを知ることが重要になる。
【００１０】
そこで本発明は、劣化の要因毎に２次電池の劣化に寄与した度合いを推定できる２次電池劣化度推定装置及び推定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本２次電池劣化度推定装置は、機器に搭載されている２次電池の劣化の度合いを推定する２次電池劣化度推定装置において、前記２次電池が所定の制御ルールの範囲内の元に置かれた状態から外れた、予め規定された異常となる劣化要因を異常劣化要因と規定したとき、当該異常劣化要因毎の劣化関数から当該異常に該当する時間に基づいた異常劣化要因毎評価値を算出する異常劣化要因毎評価値算出部と、前記異常劣化要因毎評価値を前記劣化要因毎に積算して保存する異常劣化要因毎評価値記憶部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また本２次電池劣化度推定方法は、機器に搭載されている２次電池の劣化の度合いを推定する２次電池劣化度推定方法において、前記機器が稼働中に前記２次電池の状態を示す状態情報を測定し、前記２次電池が所定の制御ルールの範囲内の元に置かれた状態から外れた、予め規定された異常となる劣化要因を異常劣化要因と規定したとき、当該異常劣化要因毎の劣化関数から当該異常に該当する時間及び前記状態情報に基づいた異常劣化要因毎評価値を算出し、前記異常劣化要因毎評価値を前記劣化要因毎に積算してメモリに保存する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２次電池に対する劣化要因毎に劣化に寄与した度合いを推定することができる。
また機器が稼働中に変化する２次電池の状態を示す状態情報に基づいて劣化要因毎の度合いを求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の２次電池劣化度推定装置の構成を示す図である。
【図２】異常劣化要因の劣化関数の導出方法の例を示す図である。
【図３】温度異常と電圧異常の劣化関数を用いてコントローラが行う２次電池の評価処理時の動作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】
【００１５】
以下に図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の２次電池劣化度推定装置１の構成を示す図である。
図１の構成は、車両に搭載される場合を例として示しているが、本実施形態の２次電池劣化度推定装置が搭載される機器は、車両に限定されるものではなく、２次電池を搭載する機器であれば他のものであっても良い。
【００１６】
図１の構成を見ると、複数の２次電池１０−１〜１０−ｎが直列に接続されて搭載されており、各２次電池１０−１〜１０−ｎ近傍には電池温度を測定するための温度センサ２０−１〜２０−ｎが設けられている。そして温度センサ２０−１〜２０−ｎによって計測された各２次電池１０−１〜１０−ｎの電池温度はコントローラ６０に通知される。また各２次電池１０−１〜１０−ｎの両端はマルチプレクサ（ＭＵＸ）３０に接続されており、またマルチプレクサ（ＭＵＸ）３０には電圧計５０が接続されている。マルチプレクサ（ＭＵＸ）３０は、コントローラ６０からの指示に基づいて、２次電池１０−１〜１０−ｎの中から１乃至複数を選択してその両端電圧を電圧計５０よって計測させ、計測結果はコントローラ６０に通知される。電流計４０は、直列接続された２次電池１０−１〜１０−ｎから流れる電流を計測して、計測結果をコントローラ６０に通知する。
【００１７】
コントローラ６０は、温度センサ２０−１〜２０−ｎや電流計４０及び電圧計５０からの情報、及びタイマー６２による計時結果に基づいて、２次電池１０−１〜１０−ｎについての要因毎の劣化の度合いを算出するものである。コントローラ６０は、内部にメモリ６１及びタイマー６２を備えている。メモリ６１は、コントローラ６０が実行する制御プログラムを記憶し、またコントローラ６０が稼働する際のワークメモリとなる。またメモリ６１には、コントローラ６０が求めた各要因毎の劣化の度合いを示す情報が格納される。タイマー６２は、２次電池１０−１〜１０−ｎが異常状態に置かれた時間を計測するものである。
【００１８】
このような構成において、本実施形態の２次電池劣化度推定装置１は、搭載されている２次電池１０−１〜１０−ｎの各要因毎の劣化評価値を求める。
このとき本実施形態の２次電池劣化度推定装置１は、２次電池１０−１〜１０−ｎの劣化は使用時間に比例して進行するという前提でモデル化し、劣化度合いを評価する。すなわち２次電池１０−１〜１０−ｎが所定の制御ルールの範囲内の元に置かれた状態での劣化を通常劣化とする。そして通常劣化値に加えて、上記所定のルールから外れた、あらかじめ規定した劣化要因による劣化を異常劣化に対する異常劣化要因毎評価値をそれぞれ求めて、劣化評価値に反映させる。
【００１９】
本実施形態の２次電池劣化度推定装置１では、劣化評価値Ｄを通常劣化の時間関数である通常劣化関数Ｆ（ｔ）と異常劣化要因の評価値ＤｆからＤ＝Ｆ（ｔ）＋Ｄｆとする。なおこの式は、通常劣化関数Ｆ（ｔ）や異常劣化要因Ｄｆが増加すると劣化評価値Ｄも増加し、通常劣化関数Ｆ（ｔ）や異常劣化要因Ｄｆが減少すると劣化評価値Ｄも減少することを示す式であれば他の形の式でもよく、例えばＤ＝Ｆ（ｔ）×Ｄｆと定義しても良い。
【００２０】
このうち通常劣化関数Ｆ（ｔ）は、２次電池１０−１〜１０−ｎが後述する異常劣化要因に対して所定の電子制御ルールの範囲内に保たれた状態にあるとき、使用時間に応じて劣化する劣化度をモデル化したものである。
【００２１】
また異常劣化要因Ｄｆは、あらかじめ規定した異常劣化要因を変数とする複数の関数として定義される。
本例では、２次電池劣化度推定装置１は、２次電池１０−１〜１０−nの異常劣化要因として電池温度異常、電池電圧異常、過充電異常、及び過放電異常の４つを異常劣化要因とし、これらをそれぞれ劣化関数として定義してモデル化する。例えば電池の温度異常の劣化関数は、電池温度をＴ、電池温度の異常状態の継続時間をｔとするとＦＴ（ｔ、Ｔ）と定義される。また電池電圧異常の劣化関数は、電池電圧をＶ、電池電圧の異常状態の継続時間をｔとするとＦＶ（ｔ、Ｖ）と定義される。さらに過充電異常の劣化関数は、充電時に２次電池に流れる充電電流をＩ、過充電異常状態の継続時間をｔとするとＦＩｉｎ（ｔ、Ｉ）と定義される。そして過放電異常の劣化関数は、放電時に２次電池に流れる放電電流をＩ、過放電異常状態の継続時間をｔとするとＦＩｏｕｔ（ｔ、Ｔ）と定義される。
【００２２】
この４つの異常劣化要因それぞれは、異常劣化要因によって劣化進行速度への影響が違うのでそれぞれ別の関数となり、これらの積算値を均等若しくは重み付けをして加算する等の方法で組み合わせたものが異常劣化要因Ｄｆとなる。
【００２３】
これら異常劣化要因の劣化関数では、電池劣化に影響を与える事象（劣化要因）が発生した回数若しくは時間をカウントし、カウント数や時間に応じた値を発生させる。
図２は、異常劣化要因の劣化関数の導出方法の例を示す図である。同図は温度異常の劣化関数ＦＴ（ｔ、Ｔ）の導出例を示すものである。
【００２４】
同図の縦軸は、２次電池の劣化の度合いを示し“１”が全く劣化していない状態で“０”が完全に劣化した状態を示す。また同図の横軸は２次電池に対して異常温度状態にあった時間を示す。
【００２５】
そして図中の複数の・点７１は、電池温度を一定（本例では、常温（２５度）、５０度、６０度及び７０度）の温度（Ｔ）に保った状態で２次電池の劣化度を測定し、その劣化度と継続使用した時間の関係をプロットしたものである。これらの測定値を、電池温度毎に多項式近似をおこなうことによって各電池温度での劣化特性７２ａ乃至７２ｃを求める。そしてこの劣化特性７２ａ乃至７２ｃから温度異常時の２次電池の劣化度合いを表す劣化関数ＦＴ（ｔ、Ｔ）を求める。
【００２６】
同様にして印加電圧、過充電電流、及び過放電電流を固定したときのそれぞれの２次電池の劣化度合いと異常状態の継続時間ｔとの関係の計測値から、劣化関数ＦＶ（ｔ、Ｖ）、ＦＩｉｎ（ｔ、Ｉ）、及びＦＩｏｕｔ（ｔ、Ｔ）を求める。
【００２７】
次に本実施形態の２次電池劣化度推定装置１の具体的な劣化の度合いの推定値の求め方を説明する。以下の例では説明簡略化のため、電池温度異常と端子間電圧異常の２つのみを異常劣化要因として処理を行った場合を例として説明している。しかし本実施形態の２次電池劣化度推定装置１では、上述した温度異常、電圧異常、過充電異常及び過放電異常の４つ全てを異常劣化要因としても良いことは無論、他の要因も異常劣化要因として５つ以上あるいは３つ以下要因を異常劣化要因とするようにしても良い。新たな劣化要因としては、例えば２次電池１０−１〜１０−ｎがリチウムイオン電池であった場合の２次電池１０−１〜１０−ｎ内のリチウムの析出の度合いなど、様々なものが考えられる。
【００２８】
図３は、温度異常と電圧異常の劣化関数を用いて図１のコントローラ６０が行う２次電池１０−１〜１０−ｎの評価処理時の動作を示すフローチャートである。同図の処理はメモリ６１内の不揮発領域に記憶されている制御プログラムをコントローラ６０内の不図示の演算部が実行することによって実現される。
【００２９】
同図の処理は、２次電池劣化度推定装置１を搭載している機器が稼動したとき、例えば機器が車両であった場合イグニッションオンとなったときに開始される。そして機器の起動中に温度センサ２０−１〜２０−ｎや、電流計４０及び電圧計５０による測定値がコントローラ６０に集められる。コントローラ６０は、これら機器の起動中に変化する２次電池１０−１〜１０−ｎの状態情報を用いて劣化評価値を更新してゆく。
【００３０】
同図の処理が開始されるとまずステップＳ１として、コントローラ６０は、メモリ６１の不揮発性領域に格納されている劣化評価値Ｄ（Ｄ（１）、Ｄ（２）、・・・、Ｄ（ｎ））をメモリ６１のワーク領域に読み出す。同様コントローラ６０は、ステップＳ２においてメモリ６１の不揮発性領域に格納されている劣化要因積算値ＴＦＶ（ＴＦＶ（１）、ＴＦＶ（２）、・・・、ＴＦＶ（ｎ））及びＴＦＴ（ＴＦＴ（１）、ＴＦＴ（２）、・・・、ＴＦＴ（ｎ））をメモリ６１のワーク領域に読み出す。なお劣化要因積算値ＴＦＶは、電圧異常の劣化関数から得られた値を積算した値、また劣化要因積算値ＴＦＴは、温度異常の劣化関数から得られた値を積算した値を示すものである。
【００３１】
次にコントローラ６０は、ステップＳ３として温度センサ２０−１〜２０−ｎから各２次電池１０−１〜１０−ｎの電池温度を測定し、またマルチプレクサ（ＭＵＸ）３０を制御しながら電圧計５０から各２次電池１０−１〜１０−ｎの端子間電圧を測定する。
【００３２】
次にコントローラ６０は、各２次電池１０−１〜１０−ｎの端子間電圧が異常状態になかったかどうか、各端子間電圧Ｖが２次電池１０−１〜１０−ｎが所定の制御ルールの範囲Ｖｌ〜Ｖｈ内にあったかどうかを調べる。コントローラ６０は、ステップＳ４で計測した各２次電池１０−１〜１０−ｎの端子間電圧Ｖ（Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｎ））が特定の範囲内にあるか、すなわちＶｌ＜Ｖ＜Ｖｈとなっているかを判断する。その結果端子間電圧Ｖ（Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｎ））が電圧Ｖｌ以下あるいは電圧Ｖｈ以上であったときには（ステップＳ４、ＮＯ）、ステップＳ５としてコントローラ６０は、電圧異常となっている時間ｔ１を用いて電圧異常劣化関数ＦＶ（Ｖ、ｔ１）を計算し異常劣化要因毎評価値を求め、劣化評価値Ｄ（１）、Ｄ（２）、・・・、Ｄ（ｎ）のうちの異常値であった２次電池１０に対応するものに加算する。またステップＳ５において同様にコントローラ６０は、電圧異常劣化関数ＦＶ（Ｖ）の算出結果である電圧異常の異常劣化要因毎評価値を、電圧異常の劣化要因積算値ＴＦＶ（１）、ＴＦＶ（２）、・・・、ＴＦＶ（ｎ）の異常値であった２次電池１０に対応するものに加算する。一方ステップＳ４で端子間電圧Ｖ（Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｎ））がＶｌ＜Ｖ＜Ｖｈであったときは（ステップＳ４、ＹＥＳ）、コントローラ６０は、ステップＳ５及びＳ６の処理をスキップする。
【００３３】
次にステップＳ７では、コントローラ６０は、各２次電池１０−１〜１０−ｎの各電池温度が異常状態になかったかどうか、各電池温度Ｔが２次電池１０−１〜１０−ｎが所定の制御ルールの範囲Ｔｌ〜Ｔｈ内にあったかどうかを調べる。
コントローラ６０は、ステップＳ７で計測した各２次電池１０−１〜１０−ｎの電池温度（Ｔ（１）、Ｔ（２）、・・・、Ｔ（ｎ））が特定の範囲内にあるか、すなわちＴｌ＜Ｔ＜Ｔｈとなっているかを判断する。その結果電池温度Ｔ（Ｔ（１）、Ｔ（２）、・・・、Ｔ（ｎ））が温度Ｔｌ以下あるいは温度Ｔｈ以上であったときには（ステップＳ７、ＮＯ）、ステップＳ８としてコントローラ６０は、温度異常となっている時間ｔ２を用いて電圧異常劣化関数ＦＴ（Ｔ、ｔ２）を計算して電圧異常の異常劣化要因毎評価値を求め、これを劣化評価値Ｄ（１）、Ｄ（２）、・・・、Ｄ（ｎ）のうちの異常値であった２次電池１０に対応するものに加算する。またステップＳ９においては、同様にコントローラ６０は、電圧異常劣化関数ＦＴ（Ｔ）の算出結果である電圧異常の異常劣化要因毎評価値を、電池温度異常の劣化要因積算値ＴＦＴ（１）、ＴＦＴ（２）、・・・、ＴＦＴ（ｎ）の異常値であった２次電池１０に対応するものに加算する。一方ステップＳ７で電池温度Ｔ（Ｔ（１）、Ｔ（２）、・・・、Ｔ（ｎ））がＴｌ＜Ｔ＜Ｔｈであったときは（ステップＳ７、ＹＥＳ）、コントローラ６０は、ステップＳ８及びＳ９の処理をスキップする。
【００３４】
次にコントローラ６０は、ステップＳ１０において通常劣化関数Ｆ（ｔ）に前回の処理からの経過時間ｔ３を用いて通常劣化値を求め、これを劣化評価値Ｄに加える。そして最後にコントローラ６０は、劣化評価値Ｄ、劣化要因積算値ＴＦＶ及びＴＦＴをメモリ６１内の不揮発領域の規定位置に保存して値を更新した後本処理を終了する。
【００３５】
このように本実施形態における２次電池劣化度推定装置１では、各２次電池１０−１〜１０−ｎに対する全体の劣化評価値Ｄ（Ｄ（１）、・・・、Ｄ（ｎ））の他に異常劣化要因毎の劣化に寄与した値を示す積算値ＴＦＶやＴＦＴも求まるので、このＴＦＶやＴＦＴの値から各異常劣化要因がどのように各２次電池１０−１〜１０−ｎの劣化に寄与したかを分析することができる。そしてこの分析結果から、劣化しにくい２次電池のしくみや、搭載している２次電池が劣化しにくい機器の構成等を求めることができる。
【００３６】
なお上記説明では、機器に複数の２次電池が直列に接続された状態で搭載されている場合を例としているが、本実施形態の２次電池劣化度推定装置が適用できるのは、このような２次電池の搭載の仕方に限定されるものではない。本実施形態の２次電池劣化度推定装置は、機器に２次電池が並列接続されて搭載された場合や、直列並列混在で搭載された場合、及び１つの２次電池が搭載された場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１            ２次電池劣化度推定装置
１０          ２次電池
２０          温度センサ
３０          マルチプレクサ
４０          電流計
５０          電圧計
６０          コントローラ
６１          メモリ
６２          タイマー
【図１】
2012252823.tif 000003
【図２】
2012252823.tif 000004
【図３】
2012252823.tif 000005