(57)【要約】【課題】非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる残寿命推定回路、及び残寿命推定方法を提供する。【解決手段】非水系二次電池が使用状態ではない場合、不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、非水系二次電池の温度と端子電圧とに基づいて算出するステップＳ２０３と、非水系二次電池が使用状態である場合、使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、非水系二次電池の温度と充放電電流とに基づいて算出するステップＳ２０６と、標準条件における非水系二次電池の標準寿命から、不使用劣化換算時間と使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定するステップＳ２０５とを備えた。【選択図】図３
2009193919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水系二次電池が使用状態であるか否かを検知する使用状態検知部と、
前記非水系二次電池の温度を検出する温度検出部と、
前記非水系二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記非水系二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、
前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が使用状態ではないと検知された場合、当該使用状態ではないと検知されている期間である不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度と前記電圧検出部により検出された非水系二次電池の端子電圧とに基づいて算出する不使用劣化算出部と、
前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が使用状態であると検知された場合、当該使用状態であると検知されている期間である使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度と前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流とに基づいて算出する使用劣化算出部と、
前記標準条件における前記非水系二次電池の寿命時間として予め設定された標準寿命から、前記不使用劣化算出部によって算出された不使用劣化換算時間と前記使用劣化算出部によって算出された使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定する残寿命算出部と
を備えることを特徴とする残寿命推定回路。
【請求項２】
前記不使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記非水系二次電池の端子電圧をＶｔとした場合に、下記の式（ａ）に基づいて、前記不使用期間において換算値Ｘを積算することにより、前記不使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項１記載の残寿命推定回路。
換算値Ｘ＝ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ  ・・・（ａ）
但し、ｃ、ｄ、ｅは予め設定された定数。
【請求項３】
前記使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をＩとした場合に、下記の式（ｂ）に基づいて、前記使用期間において換算値Ｗを積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の残寿命推定回路。
換算値Ｗ＝ｆ・ｅｘｐｇ・Ｔ・ｅｘｐｈ・Ｉ  ・・・（ｂ）
但し、ｆ、ｇ、ｈは予め設定された定数。
【請求項４】
前記使用劣化算出部は、
前記使用劣化換算時間を算出する際に、さらに前記非水系二次電池の端子電圧を用いること
を特徴とする請求項１又は２に記載の残寿命推定回路。
【請求項５】
前記非水系二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部をさらに備え、
前記使用劣化算出部は、
前記使用劣化換算時間を算出する際に、前記開放電圧推定部により推定された開放電圧を、前記非水系二次電池の端子電圧として用いること
を特徴とする請求項４記載の残寿命推定回路。
【請求項６】
前記温度検出部によって検出された非水系二次電池の温度に基づいて、当該非水系二次電池の内部抵抗値を推定する内部抵抗推定部をさらに備え、
前記開放電圧推定部は、
前記内部抵抗推定部により推定された内部抵抗値と、前記電流検出部により検出された充放電電流値とから、前記非水系二次電池の内部抵抗における電圧降下を推定し、当該電圧降下を用いて前記電圧検出部によって検出された端子電圧値を補正することにより、前記開放電圧を推定すること
を特徴とする請求項５記載の残寿命推定回路。
【請求項７】
前記内部抵抗推定部は、
前記温度検出部によって検出された非水系二次電池の温度をＴとした場合に、下記の式（ｃ）に基づいて、前記非水系二次電池の内部抵抗値Ｒｉを算出すること
を特徴とする請求項６記載の残寿命推定回路。
内部抵抗値Ｒｉ＝ｐ・ｅｘｐｑ・Ｔ  ・・・（ｃ）
但し、ｐ、ｑは予め設定された定数。
【請求項８】
前記使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記非水系二次電池の端子電圧をＶｔ、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をＩとした場合に、下記の式（ｄ）に基づいて換算値Ｗ１を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ１を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の残寿命推定回路。
換算値Ｗ１＝｛ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ｝＋（ｆ・ｅｘｐｇ・Ｔ・ｅｘｐｈ・Ｉ）    ・・・（ｄ）
但し、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈは予め設定された定数。
【請求項９】
前記使用状態検知部は、さらに、
前記非水系二次電池の使用状態として、充電での使用か放電での使用かを検知し、
前記使用劣化算出部は、
前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が充電での使用状態であると検知された場合、第１演算処理を用いて前記使用劣化換算時間を算出し、
前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が放電での使用状態であると検知された場合、前記第１演算処理とは異なる第２演算処理を用いて前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項１、２、及び４〜７のいずれか１項に記載の残寿命推定回路。
【請求項１０】
前記使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記非水系二次電池の端子電圧をＶｔ、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をＩとした場合に、
前記第１演算処理として、下記の式（ｅ１）に基づいて換算値Ｗ２を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ２を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出し、
前記第２演算処理として、下記の式（ｅ２）に基づいて換算値Ｗ３を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ３を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項９記載の残寿命推定回路。
換算値Ｗ２＝（ｊ・ｅｘｐｋ・Ｔ・ｅｘｐＬ・Ｉ）    ・・・（ｅ１）
但し、ｊ、ｋ、Ｌは予め設定された定数。
換算値Ｗ３＝（ｍ・ｅｘｐｎ・Ｔ・ｅｘｐｏ・Ｉ）    ・・・（ｅ２）
但し、ｍ、ｎ、ｏは予め設定された定数。
【請求項１１】
前記使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記非水系二次電池の端子電圧をＶｔ、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をＩとした場合に、
前記第１演算処理として、下記の式（ｆ１）に基づいて換算値Ｗ２を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ２を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出し、
前記第２演算処理として、下記の式（ｆ２）に基づいて換算値Ｗ３を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ３を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項９記載の残寿命推定回路。
換算値Ｗ２＝｛ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ｝＋（ｊ・ｅｘｐｋ・Ｔ・ｅｘｐＬ・Ｉ）    ・・・（ｆ１）
但し、ｃ、ｄ、ｅ、ｊ、ｋ、Ｌは予め設定された定数。
換算値Ｗ３＝｛ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ｝＋（ｍ・ｅｘｐｎ・Ｔ・ｅｘｐｏ・Ｉ）    ・・・（ｆ２）
但し、ｃ、ｄ、ｅ、ｍ、ｎ、ｏは予め設定された定数。
【請求項１２】
非水系二次電池が使用状態ではない場合、当該使用状態ではない期間である不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、前記非水系二次電池の温度と前記非水系二次電池の端子電圧とに基づいて算出するステップと、
前記非水系二次電池が使用状態である場合、当該使用状態にある期間である使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、前記非水系二次電池の温度と前記非水系二次電池の充放電電流とに基づいて算出するステップと、
前記標準条件における前記非水系二次電池の寿命時間として予め設定された標準寿命から、前記不使用劣化換算時間と前記使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定するステップと
を含むことを特徴とする残寿命推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯電話、パソコンなどのモバイル分野、電動工具、掃除機などのパワーツール分野、電動自動車、電動産業用車両、電動バイク、電動アシスト自転車、電動車椅子、電動ロボットなど動力分野、ロードレベリング、ピークシフト、バックアップなどのシステム電源分野の電源として用いられる非水系二次電池に関し、より詳しくはその残寿命推定回路およびその残寿命推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の寿命時期の判断や寿命に至るまでの期間を推定する方法として、一定時間毎に測定された電池の表面温度と寿命加速係数とに基づく寿命減算値により電池の寿命を推定する方法（例えば、特許文献１参照。）や、電池温度又は放電容量等の実測値を考慮して残寿命の予測を修正する寿命推定方法（例えば、特許文献２参照。）などが提案されている。
【０００３】
このような二次電池としては、従来から鉛蓄電池や、ニカド、ニッケル水素などの水溶液系二次電池が採用されてきた。特許文献１に記載の寿命推定方法は、主に鉛蓄電池の寿命を精度良く推定する方法である。また、特許文献２に記載の寿命推定方法は、水溶液系二次電池の寿命を精度よく推定する方法である。
【０００４】
鉛蓄電池や、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池などの水溶液系二次電池の電池劣化は、温度に起因する劣化と、充放電量に起因する劣化とが支配的である。そのため、電池温度、もしくは、電池温度と充放電量から寿命を精度良く算出することが可能である。
【特許文献１】特開平９−２１１０９１号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電源に対するさらなる高エネルギー密度化の要望に対応するためには、エネルギー密度の高い非水系二次電池（非水電解質二次電池）、例えばリチウムイオン二次電池を採用することが望ましい。しかしながら、リチウムイオン二次電池は、上述のような温度に起因する劣化や充放電量に起因する劣化に加えて、セルの端子電圧に起因する劣化や、充放電電流に起因する劣化が存在する。そのため、使用条件により劣化の支配的因子が変動し、上述のような電池の温度、もしくは、電池の温度と充放電量による残寿命の推定法では精度の高い残寿命推定を行うことが出来ない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる残寿命推定回路、及び残寿命推定方法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】
【０００７】
本発明に係る残寿命推定回路は、非水系二次電池が使用状態であるか否かを検知する使用状態検知部と、前記非水系二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記非水系二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記非水系二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が使用状態ではないと検知された場合、当該使用状態ではないと検知されている期間である不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度と前記電圧検出部により検出された非水系二次電池の端子電圧とに基づいて算出する不使用劣化算出部と、前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が使用状態であると検知された場合、当該使用状態であると検知されている期間である使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度と前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流とに基づいて算出する使用劣化算出部と、前記標準条件における前記非水系二次電池の寿命時間として予め設定された標準寿命から、前記不使用劣化算出部によって算出された不使用劣化換算時間と前記使用劣化算出部によって算出された使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定する残寿命算出部とを備える。
【０００８】
この構成によれば、非水系二次電池が使用状態ではない場合、不使用状態における非水系二次電池の劣化原因として支配的な非水系二次電池の温度と端子電圧とに基づいて、不使用劣化算出部によって、不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間が、算出される。また、非水系二次電池が使用状態である場合、使用状態における非水系二次電池の劣化原因として支配的な非水系二次電池の温度と充放電電流とに基づいて、使用劣化算出部によって、使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間が、算出される。そして、残寿命算出部によって、標準寿命から、不使用劣化換算時間と使用劣化換算時間とが差し引かれて、残寿命が推定される。
【０００９】
この場合、非水系二次電池が使用されているときと使用されていないときが判別され、それぞれの経過時間における劣化を、各使用条件において支配的な劣化要因に基づいて標準条件における劣化に換算することができるため、その劣化要因が多様である非水系二次電池において、その使用状態に応じて、端子電圧に起因する劣化や充放電電流に起因する劣化が生じた場合においても、残寿命の推定精度を向上できる。
【００１０】
また、前記不使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記非水系二次電池の端子電圧をＶｔとした場合に、下記の式（ａ）に基づいて、前記不使用期間において換算値Ｘを積算することにより、前記不使用劣化換算時間を算出することが好ましい。
【００１１】
換算値Ｘ＝ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ  ・・・（ａ）
但し、ｃ、ｄ、ｅは予め設定された定数。
【００１２】
この構成によれば、非水系二次電池は、充放電電流が略ゼロの不使用状態では、温度上昇に対して指数関数的に劣化が進むので、温度に起因する劣化が支配的になる。従って、定数ｃ、ｄ、ｅを、例えば予め実験的に求めて設定しておくことにより、式（ａ）を用いて不使用状態における非水系二次電池の劣化を標準条件における劣化に換算することが可能となる。そして、非水系二次電池の標準寿命は、標準条件において設定されているので、式（ａ）を用いて実際の非水系二次電池の劣化を標準条件における劣化に換算することで、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
【００１３】
また、前記使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をＩとした場合に、下記の式（ｂ）に基づいて、前記使用期間において換算値Ｗを積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出することが好ましい。
【００１４】
換算値Ｗ＝ｆ・ｅｘｐｇ・Ｔ・ｅｘｐｈ・Ｉ  ・・・（ｂ）
但し、ｆ、ｇ、ｈは予め設定された定数。
【００１５】
この構成によれば、非水系二次電池は、充放電電流が流れる使用状態では、温度上昇と電流値とに対して指数関数的に劣化が進むので、式（ｂ）を用いて使用状態における非水系二次電池の劣化を標準条件における劣化に換算することが可能となる。そして、非水系二次電池の標準寿命は、標準条件において設定されているので、式（ｂ）を用いて実際の非水系二次電池の劣化を標準条件における劣化に換算することで、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
【００１６】
また、前記使用劣化算出部は、前記使用劣化換算時間を算出する際に、さらに前記非水系二次電池の端子電圧を用いることが好ましい。
【００１７】
非水系二次電池は、充放電電流が流れる使用状態では、非水系二次電池の劣化原因として温度と充放電電流とが支配的になるものの、端子電圧に起因する劣化もゼロではない。そこで、非水系二次電池の温度と充放電電流とに加えて、さらに非水系二次電池の端子電圧を用いて使用劣化換算時間を算出することで、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる。
【００１８】
また、前記非水系二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部をさらに備え、前記使用劣化算出部は、前記使用劣化換算時間を算出する際に、前記開放電圧推定部により推定された開放電圧を、前記非水系二次電池の端子電圧として用いることが好ましい。
【００１９】
非水系二次電池の端子電圧に起因する劣化は、非水系二次電池の開放電圧との相関が大きい。一方、非水系二次電池の充放電中に、電圧検出部で検出される端子電圧には、非水系二次電池の内部抵抗で生じる電圧降下が含まれている。そこで、開放電圧推定部により推定された開放電圧を用いて使用劣化換算時間を算出することで、電圧検出部で検出された端子電圧を用いた場合よりも使用劣化換算時間の算出精度を向上することができ、充放電電流が大きく充放電時の電圧が開放電圧と著しく異なる使用条件においても残寿命の算出精度を向上できる。
【００２０】
前記温度検出部によって検出された非水系二次電池の温度に基づいて、当該非水系二次電池の内部抵抗値を推定する内部抵抗推定部をさらに備え、前記開放電圧推定部は、前記内部抵抗推定部により推定された内部抵抗値と、前記電流検出部により検出された充放電電流値とから、前記非水系二次電池の内部抵抗における電圧降下を推定し、当該電圧降下を用いて前記電圧検出部によって検出された端子電圧値を補正することにより、前記開放電圧を推定することが好ましい。
【００２１】
非水系二次電池の内部抵抗は、温度と相関関係がある。そこで、内部抵抗推定部は、この相関関係を用いて、非水系二次電池の温度から内部抵抗値を推定することが可能である。そして、開放電圧推定部は、内部抵抗推定部により推定された内部抵抗値と、電流検出部により検出された充放電電流値とから、非水系二次電池の内部抵抗における電圧降下を推定し、当該電圧降下を用いて電圧検出部で検出された端子電圧値を補正することにより、開放電圧を推定することができる。
【００２２】
この場合、非水系二次電池の温度に基づいて、内部抵抗値を推定することができるので、非水系二次電池の充放電を停止させることなく内部抵抗値を推定することができる。従って、内部抵抗値の推定動作のために、非水系二次電池の充放電動作が阻害されることがない。
【００２３】
また、前記内部抵抗推定部は、前記温度検出部によって検出された非水系二次電池の温度をＴとした場合に、下記の式（ｃ）に基づいて、前記非水系二次電池の内部抵抗値Ｒｉを算出することが好ましい。
【００２４】
内部抵抗値Ｒｉ＝ｐ・ｅｘｐｑ・Ｔ  ・・・（ｃ）
但し、ｐ、ｑは予め設定された定数。
【００２５】
この構成によれば、定数ｐ、ｑを、予め例えば実験的に求めて設定しておくことにより、内部抵抗推定部によって、式（ｃ）に基づいて、非水系二次電池の内部抵抗値Ｒｉが算出される。
【００２６】
また、前記使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記非水系二次電池の端子電圧をＶｔ、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をＩとした場合に、下記の式（ｄ）に基づいて換算値Ｗ１を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ１を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出するようにしてもよい。
【００２７】
換算値Ｗ１＝｛ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ｝＋（ｆ・ｅｘｐｇ・Ｔ・ｅｘｐｈ・Ｉ）    ・・・（ｄ）
但し、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈは予め設定された定数。
【００２８】
この構成によれば、上記換算値Ｗに、さらに端子電圧Ｖｔが加味されて使用劣化換算時間が算出されるので、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる。
【００２９】
また、前記使用状態検知部は、さらに、前記非水系二次電池の使用状態として、充電での使用か放電での使用かを検知し、前記使用劣化算出部は、前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が充電での使用状態であると検知された場合、第１演算処理を用いて前記使用劣化換算時間を算出し、前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が放電での使用状態であると検知された場合、前記第１演算処理とは異なる第２演算処理を用いて前記使用劣化換算時間を算出することが好ましい。
【００３０】
非水系二次電池の劣化は、充電状態と放電状態とで異なる。そこで、充電状態では第１演算処理を用いて使用劣化換算時間を算出し、放電状態では第１演算処理とは異なる第２演算処理を用いて使用劣化換算時間を算出することで、使用状態にあわせてより使用劣化換算時間の算出精度を向上させることができ、充電電流による劣化と放電電流による劣化が著しく異なる種類の非水系二次電池においても残寿命をさらに精度良く算出できる。
【００３１】
また、前記使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記非水系二次電池の端子電圧をＶｔ、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をＩとした場合に、前記第１演算処理として、下記の式（ｅ１）に基づいて換算値Ｗ２を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ２を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出し、前記第２演算処理として、下記の式（ｅ２）に基づいて換算値Ｗ３を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ３を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出することが好ましい。
【００３２】
換算値Ｗ２＝（ｊ・ｅｘｐｋ・Ｔ・ｅｘｐＬ・Ｉ）    ・・・（ｅ１）
但し、ｊ、ｋ、Ｌは予め設定された定数。
【００３３】
換算値Ｗ３＝（ｍ・ｅｘｐｎ・Ｔ・ｅｘｐｏ・Ｉ）    ・・・（ｅ２）
但し、ｍ、ｎ、ｏは予め設定された定数。
【００３４】
この構成によれば、充電状態では式（ｅ１）に基づいて算出された換算値Ｗ２が積算されて使用劣化換算時間が算出される。放電状態では式（ｅ２）に基づいて算出された換算値Ｗ３が積算されて使用劣化換算時間が算出される。このとき、充電状態に適した定数ｊ、ｋ、Ｌを、予め例えば実験的に求めて設定し、放電状態に適した定数ｍ、ｎ、ｏを、例えば予め実験的に求めて設定しておくことにより、使用状態に応じた使用劣化換算時間の算出精度を向上させることができる。
【００３５】
また、前記使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をＴ、前記非水系二次電池の端子電圧をＶｔ、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をＩとした場合に、前記第１演算処理として、下記の式（ｆ１）に基づいて換算値Ｗ２を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ２を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出し、前記第２演算処理として、下記の式（ｆ２）に基づいて換算値Ｗ３を算出し、前記使用期間において当該換算値Ｗ３を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出するようにしてもよい。
【００３６】
換算値Ｗ２＝｛ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ｝＋（ｊ・ｅｘｐｋ・Ｔ・ｅｘｐＬ・Ｉ）    ・・・（ｆ１）
但し、ｃ、ｄ、ｅ、ｊ、ｋ、Ｌは予め設定された定数。
【００３７】
換算値Ｗ３＝｛ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ｝＋（ｍ・ｅｘｐｎ・Ｔ・ｅｘｐｏ・Ｉ）    ・・・（ｆ２）
但し、ｃ、ｄ、ｅ、ｍ、ｎ、ｏは予め設定された定数。
【００３８】
この構成によれば、充電状態では式（ｆ１）に基づいて算出された換算値Ｗ２が積算されて使用劣化換算時間が算出される。放電状態では式（ｆ２）に基づいて算出された換算値Ｗ３が積算されて使用劣化換算時間が算出される。このとき、充電状態に適した定数ｊ、ｋ、Ｌを、予め例えば実験的に求めて設定し、放電状態に適した定数ｍ、ｎ、ｏを、例えば予め実験的に求めて設定しておくことにより、式（ｅ１）（ｅ２）に、さらに端子電圧Ｖｔが加味されて使用劣化換算時間が算出されるので、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる。
【００３９】
また、本発明に係る残寿命推定方法は、非水系二次電池が使用状態ではない場合、当該使用状態ではない期間である不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、前記非水系二次電池の温度と前記非水系二次電池の端子電圧とに基づいて算出するステップと、前記非水系二次電池が使用状態である場合、当該使用状態にある期間である使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、前記非水系二次電池の温度と前記非水系二次電池の充放電電流とに基づいて算出するステップと、前記標準条件における前記非水系二次電池の寿命時間として予め設定された標準寿命から、前記不使用劣化換算時間と前記使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定するステップとを含む。
【００４０】
この場合、非水系二次電池が使用されているときと使用されていないときが判別され、それぞれの経過時間における劣化を、各使用条件において支配的な劣化要因に基づいて標準条件における劣化に換算することができるため、その劣化要因が多様である非水系二次電池において、その使用状態に応じて、端子電圧に起因する劣化や充放電電流に起因する劣化が生じた場合においても、残寿命の推定精度を向上できる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る残寿命推定回路、及び残寿命推定方法によれば、劣化要因が多様な非水系二次電池においても、残寿命の算出精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明に係る残寿命推定回路、残寿命推定方法は、その要点を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。また、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る残寿命推定方法を用いた残寿命推定回路の一例を示すブロック図である。図１に示す残寿命推定回路１には、リチウムイオン二次電池１２（非水系二次電池）と、上位装置１０と、充放電部１１とが接続されている。上位装置１０は、例えば携帯型パ−ソナルコンピュータや携帯電話機等、リチウムイオン二次電池１２から供給される電力により動作する電池搭載機器の本体部である。充放電部１１は、リチウムイオン二次電池１２に電流を入出力して充放電を行う充放電回路である。
【００４４】
そして、例えば、残寿命推定回路１と、リチウムイオン二次電池１２と、上位装置１０と、充放電部１１とが一体に構成されて、電池搭載機器が構成されている。残寿命推定回路１は、上位装置１０の一部として構成されていてもよく、例えばリチウムイオン二次電池１２を含む電池パックの一部として構成されていてもよい。
【００４５】
残寿命推定回路１は、充放電部１１によって、リチウムイオン二次電池１２に入出力される充放電電流Ｉを検出する電流検出部２、リチウムイオン二次電池１２の端子電圧Ｖｔを検出する電圧検出部３、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔを検出する温度検出部４、タイムカウントを行うタイマ部５、残寿命情報を記憶するメモリ部６、本発明に係る残寿命推定方法を用いてリチウムイオン二次電池１２の残寿命を算出する残寿命推定部７、残寿命情報を表示する表示部８、及び残寿命情報を上位装置１０に送信する通信部９を備える。
【００４６】
電流検出部２は、例えばシャント抵抗やホール素子等の電流センサを用いて構成されている。電流検出部２は、リチウムイオン二次電池１２を充電する方向の電流値をプラス、リチウムイオン二次電池１２が放電する方向の電流値をマイナスで示すようになっている。
【００４７】
電圧検出部３は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されている。温度検出部４は、例えば熱電対やサーミスタ等の温度センサを用いて構成されている。タイマ部５は、タイマ回路を用いて構成されていてもよく、ソフトウェアシーケンスによって実現されていてもよい。
【００４８】
電流検出部２、電圧検出部３、温度検出部４、タイマ部５、メモリ部６は、それぞれ、残寿命推定部７へ接続されており、各部で得られる情報が残寿命推定部７へ送信される。そして、各部から送信された情報をもとに、残寿命推定部７によって、リチウムイオン二次電池１２の残寿命を示す残寿命情報が生成され、メモリ部６に記憶される。なお、この残寿命情報が、表示部８に送信され表示される、あるいは、通信部９を介して上位装置１０へ送信されることも好ましい。
【００４９】
残寿命情報が表示部８で表示されることにより、リチウムイオン二次電池１２の寿命が尽きる前に、ユーザが電池の残寿命を認識できるので、ユーザは、電池交換等の対策を事前に準備することができる。また、通信部９により、上位装置１０へ残寿命情報を送ることができるので、電池の寿命が終わる前に電池の残寿命を上位装置１０へ通知できる結果、ユーザは、上位装置１０を用いて電池の残寿命を知ることができ、ユーザが電池交換等の対策を事前に準備することが可能となる。
【００５０】
図２は、図１に示す残寿命推定部７の構成の一例を示すブロック図である。残寿命推定部７は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、残寿命推定部７は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、使用状態検知部７１、不使用劣化算出部７２、使用劣化算出部７３、及び残寿命算出部７４として機能する。
【００５１】
また、上述のＲＯＭには、例えば予め設定された標準条件におけるリチウムイオン二次電池１２の寿命時間である標準寿命が、例えば日数の単位で予め記憶されている。標準条件としては、例えばリチウムイオン二次電池１２の標準的な使用環境の温度や、充放電電流値、端子電圧等、通常想定されるリチウムイオン二次電池１２の使用条件が、設定されている。
【００５２】
残寿命推定部７は、リチウムイオン二次電池の不使用時は温度と検出電圧をパラメータとする保存使用算出関数に基づき、リチウムイオン二次電池の使用時は例えば不使用時と同じ温度と検出電圧とをパラメータとする保存使用算出関数と温度と電流とをパラメータとする充放電使用算出関数とに基づいて残寿命を推定することを特徴とするリチウムイオン二次電池の残寿命推定方法を実行する。
【００５３】
具体的には、使用状態検知部７１は、リチウムイオン二次電池１２が使用状態であるか否かを検知する。
【００５４】
不使用劣化算出部７２は、使用状態検知部７１によってリチウムイオン二次電池１２が使用状態ではないと検知された場合、当該使用状態ではないと検知されている期間である不使用期間におけるリチウムイオン二次電池１２の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、温度検出部４により検出されたリチウムイオン二次電池１２の温度と電圧検出部３により検出されたリチウムイオン二次電池１２の端子電圧とに基づいて算出する。
【００５５】
使用劣化算出部７３は、使用状態検知部７１によってリチウムイオン二次電池１２が使用状態であると検知された場合、当該使用状態であると検知されている期間である使用期間におけるリチウムイオン二次電池１２の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、温度検出部４により検出されたリチウムイオン二次電池１２の温度と電流検出部２により検出されたリチウムイオン二次電池１２の充放電電流とに基づいて算出する。
【００５６】
残寿命算出部７４は、上述のＲＯＭに記憶されている標準寿命から、不使用劣化算出部７２によって算出された不使用劣化換算時間と使用劣化算出部７３によって算出された使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定する。
【００５７】
以下、残寿命推定回路１内の、残寿命推定部７で実施される残寿命推定演算に用いる残寿命推定法について説明する。
【００５８】
図３は、図２に示す残寿命推定部７の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下のフローチャートにおいて、同様の動作には同様のステップ番号を付して、その説明を省略する。
【００５９】
まず、ステップ２０１で残寿命推定開始後、ステップ２０２では、使用状態検知部７１によって、電流検出部２にて検出された電流値Ｉの絶対値と、使用判定閾値Ａの絶対値とが比較される。使用判定閾値Ａは、例えば電流検出部２の電流測定誤差や、リチウムイオン二次電池１２が不使用であるにもかかわらず流れる漏れ電流程度の微小な電流値が予め設定されている。
【００６０】
そして、電流値Ｉの絶対値が使用判定閾値Ａの絶対値より小さければ（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、使用状態検知部７１によって、電池は不使用状態であると判定されて、ステップＳ２０３へ移行する。一方、電流値Ｉの絶対値が使用判定閾値Ａの絶対値以上であれば（ステップＳ２０２でＮＯ）、使用状態検知部７１によって、電池は使用状態であると判定されて、ステップＳ２０６へ移行する。
【００６１】
なお、使用状態検知部７１は、例えば上位装置１０や充放電部１１等から、リチウムイオン二次電池１２の使用状態を示す信号を受信することにより、リチウムイオン二次電池１２の使用状態を検知する構成としてもよい。
【００６２】
次に、ステップ２０３では、不使用劣化算出部７２によって、例えば、電圧検出部３にて検出された端子電圧Ｖｔ、温度検出部４にて検出された電池の温度Ｔ、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂ（sec）、および下記の式（１）に示す保存使用算出関数を用いて、不使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔ｂの期間内で生じるリチウムイオン二次電池１２の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値Ｘが算出される。この場合、換算値Ｘは、繰り返し間隔ｂの期間についての不使用劣化換算時間に相当する。
【００６３】
換算値Ｘ＝ｃ・（Ｖｔ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ  ・・・（１）
但し、ｃ、ｄ、ｅは予め設定された定数である。
【００６４】
不使用時における劣化の程度は電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池１２を用いて、実験的に定数ｃ、ｄ、ｅを求めることで、式（１）における換算値Ｘの算出精度が向上する。
【００６５】
式（１）に示す保存使用算出関数は、温度Ｔと端子電圧Ｖｔをパラメータとする関数である。すなわち、非水系二次電池、例えばリチウムイオン二次電池１２は、充放電電流が略ゼロの不使用状態では、温度上昇に対して指数関数的に劣化が進むので、温度に起因する劣化が支配的になる。従って、式（１）を用いて不使用状態におけるリチウムイオン二次電池１２の劣化を標準条件における劣化に換算することが可能となる。
【００６６】
そして、リチウムイオン二次電池１２の寿命は、標準条件において設定されているので、式（１）を用いて実際のリチウムイオン二次電池１２の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
【００６７】
なお、ＲＯＭに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップＳ２０３においては、換算値Ｘを日数に換算するべくｂ／８６４００が乗算されている。
【００６８】
一方、ステップ２０２で電池が使用状態と判定された場合（ステップＳ２０２でＮＯ）、ステップ２０６において、使用劣化算出部７３によって、例えば、電流検出部２で検出された充放電電流Ｉ、温度検出部４にて検出された電池の温度Ｔ、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂ（sec）、および下記の式（２）に示す充放電使用算出関数を用いて、使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔ｂの期間内で生じるリチウムイオン二次電池１２の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値Ｗが算出される。
【００６９】
換算値Ｗ＝ｆ・ｅｘｐｇ・Ｔ・ｅｘｐｈ・Ｉ  ・・・（２）
但し、ｆ、ｇ、ｈは予め設定された定数である。
【００７０】
使用時における劣化の程度は電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池１２を用いて、実験的に定数ｆ、ｇ、ｈを求めることで、式（２）における換算値Ｗの算出精度が向上する。
【００７１】
ここで、式（２）に示す充放電使用算出関数Ｗは、温度Ｔと電流Ｉとをパラメータとする関数である。すなわち、非水系二次電池、例えばリチウムイオン二次電池１２は、充放電電流が流れる使用状態では、温度と電流値とに対して指数関数的に劣化が進む。従って、式（２）を用いて使用状態におけるリチウムイオン二次電池１２の劣化を標準条件における劣化に換算することが可能となる。この場合、換算値Ｗは、繰り返し間隔ｂの期間についての使用劣化換算時間に相当する。
【００７２】
ところで、リチウムイオン二次電池１２の劣化は、使用状態においても、不使用時と同様の保存モードの劣化が進行する。従って、電圧検出部３にて検出された端子電圧Ｖｔをさらに用いて、換算値Ｗの代わりに下記の式（３）に示す換算値Ｗ１を用いることで、さらに使用劣化換算時間の算出精度が向上する。
【００７３】
換算値Ｗ１＝Ｘ＋Ｗ  ・・・（３）
そして、リチウムイオン二次電池１２の寿命は、標準条件において設定されているので、式（３）を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池１２の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
【００７４】
なお、ＲＯＭに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップＳ２０６においては、換算値Ｗ１を日数に換算するべくｂ／８６４００が乗算されている。
【００７５】
次に、ステップ２０４では、不使用劣化算出部７２及び使用劣化算出部７３によって、換算値Ｘ及び換算値Ｗ１が、メモリ部６に記憶されている前回の積算値ＳＵＭに加算されることで、積算される。そうすると、後述するように、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６が繰り返されることにより、不使用期間における不使用劣化換算時間と、使用期間における使用劣化換算時間との合計が、積算値ＳＵＭとして算出され、メモリ部６に記憶される。
【００７６】
次に、ステップ２０５では、残寿命算出部７４によって、ＲＯＭに記憶されている標準寿命から、メモリ部６に記憶されている積算値ＳＵＭが減算されて、残寿命が算出される。算出された残寿命値は、メモリ部６に記憶されるとともに、表示部８にて表示されるか、あるいは、通信部９を介して上位装置１０へ送信される。
【００７７】
また、残寿命推定部７は、タイマ部５からの時間情報により、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂが経過したことを検知すると、ステップ２０２から順次残寿命推定値演算を繰り返し行う。ここで、残寿命推定の繰り返し間隔ｂは、リチウムイオン二次電池の使用条件により、標準寿命、保存使用算出関数、充放電使用算出関数は、リチウムイオン二次電池の種類により、適宜変更可能である。
【００７８】
このような残寿命推定法によれば、電池の不使用状態と使用状態とを判別し、それぞれの状態での経過時間における劣化を標準条件における劣化に換算することができるため、その劣化要因が多様であるリチウムイオン二次電池において、温度による劣化、充放電量による劣化以外の、例えば、電位による劣化、充放電電流による劣化が生じた場合においても残寿命の推定精度を向上できる。
【００７９】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る残寿命推定回路１ａについて説明する。残寿命推定回路１ａは、残寿命推定回路１と同様、図１に示される。本発明の実施の形態２に係るリチウムイオン二次電池の残寿命推定方法は、使用時における温度と電流とをパラメータとする充放電使用算出関数を充電時と放電時とで異なる関数にすることを特徴とするものである。
【００８０】
そして、残寿命推定回路１ａと、残寿命推定回路１とでは、残寿命推定部７ａの構成が異なる。また、図２に示す残寿命推定部７ａは、残寿命推定部７とは、使用状態検知部７１ａと使用劣化算出部７３ａとの構成が異なる。
【００８１】
この残寿命推定法の実施の形態を、フローチャートを用いて説明する。図４は、図２に示す残寿命推定部７ａの動作の一例を示すフローチャートである。図３に示した実施の形態１に係る残寿命推定方法では、ステップ２０２で電池が使用状態にあると判定された場合に、ステップ２０６で換算値Ｗ１が算出されるが、本実施の形態２に係る残寿命推定法では、ステップ２０２で電池が使用状態にあると判定された場合、ステップ３０６において、使用状態検知部７１ａによって、充放電電流Ｉの正負に基づき、充電状態であるか放電状態であるかの判定が行われる。
【００８２】
そして、充放電電流Ｉが正の値であって、使用状態検知部７１ａによって、充電での使用であると判定されると（ステップＳ３０６でＹＥＳ）、使用劣化算出部７３ａによって、例えば、電流検出部２で検出された充放電電流Ｉ、温度検出部４にて検出された電池の温度Ｔ、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂ（sec）に基づいて、下記の式（４）に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔ｂの期間内で生じるリチウムイオン二次電池１２の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値Ｗ２が算出される（ステップＳ３０７）。
【００８３】
換算値Ｗ２＝（ｊ・ｅｘｐｋ・Ｔ・ｅｘｐＬ・Ｉ）    ・・・（４）
但し、ｊ、ｋ、Ｌは予め設定された定数である。
【００８４】
充電使用時における劣化の程度は電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池１２を用いて、実験的に充電使用時における定数ｊ、ｋ、Ｌを求めることで、式（４）における換算値Ｗ２の算出精度が向上する。この場合、換算値Ｗ２は、繰り返し間隔ｂの期間についての使用劣化換算時間に相当する。
【００８５】
ところで、リチウムイオン二次電池１２の劣化は、充電使用状態においても、不使用時と同様の保存モードの劣化が進行する。従って、ステップＳ３０７において、電圧検出部３にて検出された端子電圧Ｖｔをさらに用いて、式（４）の代わりに下記の式（５）に示す換算値Ｗ２を用いることで、さらに使用劣化換算時間の算出精度が向上する。
【００８６】
換算値Ｗ２＝Ｘ＋（ｊ・ｅｘｐｋ・Ｔ・ｅｘｐＬ・Ｉ）  ・・・（５）
そして、リチウムイオン二次電池１２の寿命は、標準条件において設定されているので、式（５）を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池１２の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
【００８７】
一方、充放電電流Ｉが負の値であって、使用状態検知部７１ａによって、放電での使用であると判定されると（ステップＳ３０６でＮＯ）、使用劣化算出部７３ａによって、例えば、電流検出部２で検出された充放電電流Ｉ、温度検出部４にて検出された電池の温度Ｔ、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂ（sec）、および下記の式（６）に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔ｂの期間内で生じるリチウムイオン二次電池１２の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値Ｗ３が算出される（ステップＳ３０８）。
【００８８】
換算値Ｗ３＝（ｍ・ｅｘｐｎ・Ｔ・ｅｘｐｏ・Ｉ）    ・・・（６）
但し、ｍ、ｎ、ｏは予め設定された定数である。
【００８９】
放電使用時における劣化の程度は電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池１２を用いて、実験的に放電使用時における定数ｍ、ｎ、ｏを求めることで、式（６）における換算値Ｗ３の算出精度が向上する。この場合、換算値Ｗ３は、繰り返し間隔ｂの期間についての使用劣化換算時間に相当する。
【００９０】
ところで、リチウムイオン二次電池１２の劣化は、充電使用状態においても、不使用時と同様の保存モードの劣化が進行する。従って、ステップＳ３０８において、電圧検出部３にて検出された端子電圧Ｖｔをさらに用いて、式（６）の代わりに下記の式（７）に示す換算値Ｗ３を用いることで、さらに使用劣化換算時間の算出精度が向上する。
【００９１】
換算値Ｗ３＝Ｘ＋（ｍ・ｅｘｐｎ・Ｔ・ｅｘｐｏ・Ｉ）  ・・・（７）
そして、リチウムイオン二次電池１２の寿命は、標準条件において設定されているので、式（７）を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池１２の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
【００９２】
なお、ＲＯＭに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップＳ３０７，Ｓ３０８においては、換算値Ｗ２、Ｗ３を日数に換算するべくｂ／８６４００が乗算されている。
【００９３】
次に、ステップ２０４ａでは、不使用劣化算出部７２及び使用劣化算出部７３ａによって、換算値Ｘ、及び換算値Ｗ２，Ｗ３が、メモリ部６に記憶されている前回の積算値ＳＵＭに加算されることで、積算される。そうすると、後述するように、ステップＳ２０２〜Ｓ３０８が繰り返されることにより、不使用期間における不使用劣化換算時間と、使用期間における使用劣化換算時間との合計が、積算値ＳＵＭとして算出され、メモリ部６に記憶される。
【００９４】
次に、ステップ２０５では、残寿命算出部７４によって、ＲＯＭに記憶されている標準寿命から、メモリ部６に記憶されている積算値ＳＵＭが減算されて、残寿命が算出される。そして、残寿命推定部７は、タイマ部５からの時間情報により、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂが経過したことを検知すると、ステップ２０２から順次残寿命推定値演算を繰り返し行う。
【００９５】
このような残寿命推定法によれば、電池の不使用状態と使用状態とを判別し、使用状態においてはさらに充電使用と放電使用とを判別し、それぞれの状態での経過時間における劣化を標準条件における劣化に換算することができるため、充電電流による劣化と放電電流による劣化が著しく異なる種類のリチウムイオン二次電池においても残寿命の推定精度をさらに向上することができる。
【００９６】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る残寿命推定回路１ｂについて説明する。残寿命推定回路１ｂは、残寿命推定回路１ａと同様、図１に示される。本発明の実施の形態３に係るリチウムイオン二次電池の残寿命推定方法は、電圧検出部３により直接リチウムイオン二次電池１２から検出された端子電圧Ｖｔの代わりに、温度による内部抵抗をベースに算出した開放電圧Ｖｏｃをパラメータとすることを特徴とするものである。
【００９７】
そして、残寿命推定回路１ｂと、残寿命推定回路１ａとでは、残寿命推定部７ｂの構成が異なる。図５は、残寿命推定部７ｂの構成の一例を示すブロック図である。図５に示す残寿命推定部７ｂは、残寿命推定部７ａとは、使用劣化算出部７３ｂの構成が異なる。また、残寿命推定部７ｂは、内部抵抗推定部７５と開放電圧推定部７６とをさらに備える。
【００９８】
内部抵抗推定部７５は、温度検出部４によって検出されたリチウムイオン二次電池１２の温度Ｔに基づいて、下記の式（８）を用いてリチウムイオン二次電池１２の内部抵抗値Ｒｉを推定する。
【００９９】
内部抵抗値Ｒｉ＝ｐ・ｅｘｐｑ・Ｔ  ・・・（８）
但し、ｐ、ｑは予め設定された定数である。
【０１００】
非水系二次電池の内部抵抗の温度特性は、電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池１２を用いて、実験的に定数ｐ、ｑを求めることで、式（８）における内部抵抗値Ｒｉの算出精度が向上する。
【０１０１】
式（８）によれば、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔに基づいて、内部抵抗値Ｒｉを推定することができるので、リチウムイオン二次電池１２の充放電を停止させることなく内部抵抗値Ｒｉを推定することができる。従って、内部抵抗値Ｒｉの推定動作のために、リチウムイオン二次電池１２の充放電動作が阻害されることがない。
【０１０２】
なお、例えばリチウムイオン二次電池１２の温度Ｔと内部抵抗Ｒｉとの相関関係を示したデータテーブルを予めＲＯＭ等の記憶部に記憶しておき、内部抵抗推定部７５は、このデータテーブルを参照して、温度Ｔから内部抵抗Ｒｉを推定するようにしてもよい。
【０１０３】
開放電圧推定部７６は、内部抵抗推定部７５により推定された内部抵抗値Ｒｉと、電流検出部２により検出された充放電電流値Ｉの絶対値とを乗じることにより、リチウムイオン二次電池１２の内部抵抗における電圧降下を推定する。そして、開放電圧推定部７６は、充電時には、電圧検出部３によって検出された端子電圧Ｖｔから当該電圧降下を減算することにより、リチウムイオン二次電池１２の開放電圧Ｖｏｃを推定し、放電時には、電圧検出部３によって検出された端子電圧Ｖｔに当該電圧降下を加算することにより、リチウムイオン二次電池１２の開放電圧Ｖｏｃを推定する。
【０１０４】
この残寿命推定法の実施の形態を、フローチャートを用いて説明する。図６は、図５に示す残寿命推定部７ｂの動作の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ３０６において、充放電電流Ｉが正の値であって、使用状態検知部７１ａによって、充電での使用であると判定されると（ステップＳ３０６でＹＥＳ）、開放電圧推定部７６によって、内部抵抗推定部７５で推定された内部抵抗値Ｒｉと、電流検出部２により検出された充放電電流値Ｉとから、下記の式（９）を用いて開放電圧Ｖｏｃが推定される（ステップＳ４０７）。
【０１０５】
Ｖｏｃ＝Ｖｔ−｜Ｉ｜×Ｒｉ  ・・・（９）
そして、使用劣化算出部７３ｂによって、例えば、電流検出部２で検出された充放電電流Ｉ、開放電圧推定部７６にて推定された開放電圧Ｖｏｃ、温度検出部４にて検出された電池の温度Ｔ、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂ（sec）、および下記の式（１０）に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔ｂの期間内で生じるリチウムイオン二次電池１２の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値Ｗ４が算出される（ステップＳ４０８）。
【０１０６】
換算値Ｗ４＝｛ｃ・（Ｖｏｃ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ＋ｊ・ｅｘｐｋ・Ｔ・ｅｘｐＬ・Ｉ｝    ・・・（１０）
一方、充放電電流Ｉが負の値であって、使用状態検知部７１ａによって、放電での使用であると判定されると（ステップＳ３０６でＮＯ）、開放電圧推定部７６によって、内部抵抗推定部７５で推定された内部抵抗値Ｒｉと、電流検出部２により検出された充放電電流値Ｉとから、下記の式（１１）を用いて開放電圧Ｖｏｃが推定される（ステップＳ４０９）。
【０１０７】
Ｖｏｃ＝Ｖｔ＋｜Ｉ｜×Ｒｉ  ・・・（１１）
そして、使用劣化算出部７３ｂによって、例えば、電流検出部２で検出された充放電電流Ｉ、開放電圧推定部７６にて推定された開放電圧Ｖｏｃ、温度検出部４にて検出された電池の温度Ｔ、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂ（sec）、および下記の式（１２）に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔ｂの期間内で生じるリチウムイオン二次電池１２の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値Ｗ５が算出される（ステップＳ４１０）。
【０１０８】
換算値Ｗ５＝｛ｃ・（Ｖｏｃ−ｄ）・ｅｘｐｅ・Ｔ＋ｍ・ｅｘｐｎ・Ｔ・ｅｘｐｏ・Ｉ｝    ・・・（１２）
この場合、換算値Ｗ４，Ｗ５は、繰り返し間隔ｂの期間についての使用劣化換算時間に相当する。なお、ＲＯＭに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップＳ４０８，Ｓ４１０においては、換算値Ｗ４、Ｗ５を日数に換算するべくｂ／８６４００が乗算されている。
【０１０９】
なお、使用状態検知部７１ａは、例えば上位装置１０や充放電部１１等から、リチウムイオン二次電池１２が充電状態であるか放電状態であるかを示す信号を受信することにより、リチウムイオン二次電池１２が放電中であるか充電中であるかを検知する構成としてもよい。
【０１１０】
次に、ステップ２０４ｂでは、不使用劣化算出部７２及び使用劣化算出部７３ｂによって、換算値Ｘ、及び換算値Ｗ４，Ｗ５が、メモリ部６に記憶されている前回の積算値ＳＵＭに加算されることで、積算される。そうすると、後述するように、ステップＳ２０２〜Ｓ４１０が繰り返されることにより、不使用期間における不使用劣化換算時間と、使用期間における使用劣化換算時間との合計が、積算値ＳＵＭとして算出され、メモリ部６に記憶される。
【０１１１】
次に、ステップ２０５では、残寿命算出部７４によって、ＲＯＭに記憶されている標準寿命から、メモリ部６に記憶されている積算値ＳＵＭが減算されて、残寿命が算出される。そして、残寿命推定部７は、タイマ部５からの時間情報により、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔ｂが経過したことを検知すると、ステップ２０２から順次残寿命推定値演算を繰り返し行う。
【０１１２】
非水系二次電池の端子電圧に起因する劣化は、非水系二次電池の開放電圧との相関が大きい。一方、リチウムイオン二次電池１２の充放電中に、電圧検出部３で検出される端子電圧Ｖｔには、リチウムイオン二次電池１２の内部抵抗で生じる電圧降下が含まれている。そこで、残寿命推定部７ｂによれば、電圧検出部３で検出される端子電圧Ｖｔから、リチウムイオン二次電池１２の内部抵抗で生じる電圧降下を排除することにより推定された開放電圧Ｖｏｃを用いて、リチウムイオン二次電池１２の劣化を推定し、標準条件における劣化に換算することができるため、充放電電流が大きく充放電時の電圧が開放電圧と著しく異なる使用条件においても残寿命の推定精度を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明に係る残寿命推定回路、及び残寿命推定方法によれば、劣化要因が多様なリチウムイオン二次電池の残寿命を精度よく推定できるため、携帯電話、パソコンなどのモバイル分野、電動工具、掃除機などのパワーツール分野、電動自動車、電動産業用車両、電動バイク、電動アシスト自転車など動力分野、ピークシフト、バックアップなどのシステム電源分野といった幅広くの分野の電源の残寿命推定回路、及び残寿命推定方法として利用可能性は高く、その価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る残寿命推定方法を用いた残寿命推定回路の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す残寿命推定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図２に示す残寿命推定部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】図２に示す残寿命推定部の他の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す残寿命推定部の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図６】図５に示す残寿命推定部の動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１５】
１，１ａ，１ｂ  残寿命推定回路
２  電流検出部
３  電圧検出部
４  温度検出部
５  タイマ部
６  メモリ部
７，７ａ，７ｂ  残寿命推定部
８  表示部
９  通信部
１０  上位装置
１１  充放電部
１２  リチウムイオン二次電池
７１，７１ａ  使用状態検知部
７２  不使用劣化算出部
７３，７３ａ，７３ｂ  使用劣化算出部
７４  残寿命算出部
７５  内部抵抗推定部
７６  開放電圧推定部
【図１】
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【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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