JP2011220900A - 電池劣化推定方法、電池容量推定方法、電池容量均等化方法、および電池劣化推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の使用条件が異なっても、通電電流量の２分の１乗則に基づいて二次電池の容量劣化を一義的に推定できるようにする。
【解決手段】二次電池の容量劣化に影響する複数の使用条件のそれぞれに対応して、二次電池に流れる電流量を所定の期間に亘って積算し、単一の使用条件のときの二次電池の劣化速度に対する複数の使用条件における二次電池の劣化係数を算出し、積算した電流積算値を劣化係数によって補正し、単一の使用条件における電流積算値に換算し、換算した電流積算値と単一の使用条件における劣化速度とによって二次電池の容量劣化を推定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、リチウムイオン電池などの二次電池の残容量や寿命を推定するための電池劣化推定方法、その電池劣化推定方法から電池容量を推定するための電池容量推定方法、その電池容量推定方法から二次電池の残容量または充電可能容量を均等化するための電池容量均等化方法、および電池劣化推定装置に関する。

二次電池の容量低下率は、二次電池の通電電流量（電流積算値）の２分の１乗、またはその二次電池の放置時間の２分の１乗に比例するという２分の１乗則が知られている。すなわち、二次電池の通電電流（電流量）を時間で積算した通電電流量の平方根を求めれば、その二次電池の劣化状態（または、容量低下率）を推定することができる。したがって、常温状態（例えば、２５℃程度）で使用しているパーソナルコンピュータ（ＰＣ）や端末機器などに内蔵された二次電池の劣化状態は、通電電流量や放置時間などから容易に推定することができる。

また、二次電池からの電力供給を中断することなく、かつ二次電池を放電終止状態まで放電させることなく、充放電電流の時間経過に基づいて積算電荷量を求めることにより、二次電池の満充電容量または残存容量（残容量）を推定することができる技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、二次電池は、充放電を繰り返すと算出された残存容量と実際の残存容量との間にずれが生じるが、前記特許文献１に開示された技術によれば、二次電池を使用状態のまま、前記積算電荷量から二次電池の実際の残存容量（または、満充電容量）を推定することができる。

特開２００９−５２９７４号公報

しかしながら、通電電流量や放置時間の２分の１乗則に基づいて二次電池の容量低下率（または、容量維持率）を推定する場合、それぞれの温度条件によって通電電流量の２分の１乗と容量低下率との比例特性が異なってくる。例えば、常温状態（２５℃程度）で使用しているＰＣなどの電子機器に内蔵された二次電池であれば、一つの比例特性グラフから、通電電流量に対応した容量低下率を一義的に求めることができる。ところが、車両などに搭載された二次電池は、環境温度がほぼ−３０℃〜＋６５℃ぐらいまで大きく変化するので、通電電流量の２分の１乗と容量低下率との比例特性は温度条件ごとに異なってくる。

すなわち、二次電池の温度などの使用条件が異なると、容量低下率（または、容量維持率）も異なってくる。言い換えると、環境温度が異なる状態で使用する二次電池の容量低下率（または、容量維持率）を通電電流量から推定する場合は、温度をパラメータとして、通電電流量の２分の１乗と容量低下率との関係を示す特性テーブルを多数用意しておかなければならない。また、ＳＯＣ（State of Charge）が異なる場合においても、通電電流量の２分の１乗と容量低下率との比例特性は異なってくるので、多数の特性テーブルを用意しなければならない。したがって、二次電池の通電電流量から容量低下率（または、容量維持率）を推定するときの特性テーブルが多くなるので、電池劣化を推定するときの特性テーブルの使い勝手が極めて悪くなる。

また、前述の特許文献１の技術においては、二次電池の積算電荷量から実際の満充電容量や残存容量を求めることができるが、電池の容量低下率は環境温度やＳＯＣ（State of Charge）によって異なるので、環境温度やＳＯＣをパラメータとして電池の容量低下率を求める必要がある。例えば、温度が高いと電池の容量低下率が大きくなり、またＳＯＣが大きいと電池の容量低下率が大きくなるので、それぞれの温度やＳＯＣごとに二次電池の積算電荷量から実際の満充電容量や残存容量を求める必要がある。すなわち、実際の満充電容量や残存容量を推定するためには、温度条件やＳＯＣレベルごとに二次電池の積算電荷量を求める必要があるので、前述と同様に、満充電容量や残存容量の推定手段の使い勝手がよくない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、二次電池の使用条件が異なっても、通電電流量の２分の１乗則に基づいてその二次電池の容量維持率を一義的に推定することができる電池劣化推定方法、その電池劣化推定方法から電池容量を推定するための電池容量推定方法、その電池容量推定方法から二次電池の残容量または充電可能容量を均等化するための電池容量均等化方法、および電池劣化推定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電池劣化推定方法は、二次電池の容量劣化のレベルを推定する電池劣化推定方法であって、前記二次電池の容量劣化に影響する複数の使用条件のそれぞれに対応して、その二次電池に流れる電流量、または経過時間を所定の期間に亘って積算する第１の手順と、単一の使用条件のときの前記二次電池の劣化速度に対する前記複数の使用条件における前記二次電池の劣化速度の比を示す劣化係数を、対応する複数の使用条件のそれぞれについて算出する第２の手順と、前記第１の手順で前記複数の使用条件ごとに積算された電流積算値または経過時間を、前記第２の手順で対応する複数の使用条件ごとに算出された前記劣化係数によって補正し、前記単一の使用条件における電流積算値または経過時間に換算する第３の手順と、前記第３の手順で換算された電流積算値または経過時間と前記単一の使用条件における劣化速度とに基づいて、前記二次電池の容量劣化のレベルを推定する第４の手順とを含むことを特徴とする。

この方法によれば、第１の手順において、温度幅とＳＯＣ幅とのそれぞれに対応した複数の使用条件ごとに、電流量を所定の期間に亘って積算した電流積算値（通電電流量）を求め、さらに、その電流積算値を２分の１乗した値に換算する。そして、第２の手順において、単一の使用条件における劣化モード（例えば、２５℃のときの基準劣化モード）のときの劣化係数を１としたときの複数の使用条件（例えば、それぞれの温度幅とＳＯＣ幅）の劣化係数を求める。そして、第３の手順において、劣化係数テーブルと電流積算値を２分の１乗した値のテーブルとに基づいて、複数の使用条件ごとの（例えば、それぞれの温度幅とＳＯＣ幅ごとの）基準劣化モード相当の通電量積算テーブルを作成する。そして、最後に、第４のステップにおいて、基準劣化モード相当の通電量積算テーブルと単一の使用条件における劣化速度とを用いて、二次電池の容量劣化のレベルを推定する。これによって、細分化された使用条件（すなわち、複数の温度幅とＳＯＣ幅のそれぞれの条件）を、単一の使用条件（例えば、２５℃のときの温度幅とＳＯＣ幅）に単一化することができる。このようにして、二次電池の劣化に影響する使用条件を細分化できるので、結果的に、二次電池の劣化推定を高精度に行うことが可能となる。

また、本発明の請求項２に係る電池容量推定方法は、請求項１に記載の電池劣化推定方法に基づいて前記二次電池の容量を推定する電池容量推定方法であって、前記第４の手順で推定された前記二次電池の容量劣化のレベルに基づいて、その二次電池の容量維持率を推定する第５の手順と、前記第５の手順で推定された容量維持率と前記二次電池の初期容量とに基づいて、前記二次電池の現在容量を推定する第６の手順とを含むことを特徴とする。

この方法によれば、請求項１に記載の発明で実現された電池劣化推定方法で推定された容量劣化のレベルに基づいて、二次電池の容量維持率を容易に推定することができる。したがって、その容量維持率と二次電池の初期容量とから二次電池の現在容量を一義的に推定することが可能となる。

また、本発明の請求項３に係る電池容量均等化方法は、請求項２に記載の電池容量推定方法に基づいて前記二次電池の残容量又は充電可能容量を均等化するための電池容量均等化方法であって、前記二次電池のＳＯＣを推定する第７の手順と、前記第７の手順で推定されたＳＯＣと前記第６の手順で推定された前記二次電池の現在容量とに基づいて、その二次電池の残容量または充電可能容量を算出する第８の手順と、前記第８の手順で算出された前記二次電池の残容量または充電可能容量と他の二次電池の残容量又は充電可能容量とを比較する第９の手順と、前記第９の手順による比較結果に基づいて、前記二次電池の残容量または充電可能容量と前記他の二次電池の残容量または充電可能容量とを均等化する第１０の手順とを含むことを特徴とする。

この方法によれば、請求項２に記載の発明で実現された電池容量推定方法で推定された二次電池の現在容量の推定値とＳＯＣとに基づいて、その二次電池の残容量または充電可能容量を算出することができる。したがって、その二次電池の残容量または充電可能容量と他の二次電池の残容量又は充電可能容量とを比較することによって、二次電池の残容量または充電可能容量と他の二次電池の残容量または充電可能容量とを均等化することが可能となる。

また、本発明の請求項４に係る電池劣化推定装置は、二次電池の容量劣化のレベルを推定する電池劣化推定装置であって、前記二次電池の容量劣化に影響する複数の使用条件のそれぞれに対応して、その二次電池に流れる電流量、または経過時間を所定の期間に亘って積算する積算手段と、単一の使用条件のときの前記二次電池の劣化速度に対する前記複数の使用条件における前記二次電池の劣化速度の比を示す劣化係数を、対応する複数の使用条件のそれぞれについて算出する劣化係数算出手段と、前記積算手段が前記複数の使用条件ごとに積算した電流積算値または経過時間を、前記劣化係数算出手段が対応する複数の使用条件ごとに算出した前記劣化係数によって補正し、前記単一の使用条件における電流積算値または経過時間に換算する換算手段と、前記換算手段が換算した電流積算値または経過時間と前記単一の使用条件における劣化速度とに基づいて、前記二次電池の容量劣化のレベルを推定する容量劣化推定手段とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、積算手段が、温度幅とＳＯＣ幅とのそれぞれに対応した複数の使用条件ごとに、電流量を所定の期間に亘って積算した電流積算値(通電電流量)を求め、さらに、その電流積算値を２分の１乗した値に換算する。そして、劣化係数算出手段が、単一の使用条件における劣化モード（例えば、２５℃のときの基準劣化モード）のときの劣化係数を１としたときの複数の使用条件（例えば、それぞれの温度幅とＳＯＣ幅）の劣化係数を求める。そして、換算手段が、劣化係数テーブルと電流積算値を２分の１乗した値のテーブルとに基づいて、複数の使用条件ごとの（例えば、それぞれの温度幅とＳＯＣ幅ごとの）基準劣化モード相当の通電量積算テーブルを作成する。そして、最後に、容量劣化推定手段が、基準劣化モード相当の通電量積算テーブルと単一の使用条件における劣化速度とを用いて、二次電池の容量劣化のレベルを推定する。これによって、細分化された使用条件（すなわち、複数の温度幅とＳＯＣ幅のそれぞれの条件）を、単一の使用条件（例えば、２５℃のときの温度幅とＳＯＣ幅）に単一化することができる。このようにして、二次電池の劣化に影響する使用条件を細分化できるので、結果的に、二次電池の劣化推定を高精度に行うことが可能となる。

本発明によれば、単一の使用条件のときの二次電池の劣化速度に対する複数の使用条件における二次電池の劣化速度の比を示す劣化係数を用いて、温度やＳＯＣによって細分化された二次電池の使用条件を単一化している。これによって、二次電池の劣化に影響する使用条件を細分化することができるので、精度の高い劣化推定を行うことができる。言い換えると、細分化された使用条件（例えば、複数の温度幅と複数のＳＯＣ幅のそれぞれの使用条件）を、単一の使用条件（例えば、２５℃のときの温度幅とＳＯＣ幅）に単一化することができる。このようにして、二次電池の劣化に影響する使用条件を細分化できるので、結果的に、二次電池の劣化推定を高精度に行うことが可能となる。

本発明の各実施形態に適用される電池劣化推定装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す容量維持率演算器の内部構成を示すブロック図である。 二次電池の劣化速度を求めるために、使用条件の温度と使用ＳＯＣ幅をそれぞれ３つの区分に分けた区分分けテーブルを示す図である。 二次電池の劣化速度を求めるための実験データである、通電電流量（Ａｈ）に対する容量維持率（％）の関係特性を示すサイクル特性図である。 図４のサイクル特性図に基づいて作成した通電電流量の１／２乗（Ａｈ^１／２）に対する容量維持率（％）の関係特性を示すサイクル特性図である。 図５に示すサイクル特性の区分ごとの傾きから求めた劣化速度・区分分けテーブルを示す図である。 図６に示す劣化速度・区分分けテーブルから求めた劣化係数・区分分けテーブルを示す図である。 二次電池の温度幅とＳＯＣ幅の区分ごとに算出した、単位サンプリング時間当たりに流れた通電電流量（電流積算値）を示す電流積算値・区分分けテーブルを示す図である。 図８の電流積算値・区分分けテーブルに基づいて通電電流量（電流積算値）を１／２乗に換算した電流積算値２分の１乗・区分分けテーブルを示す図である。 通電電流量の１／２乗の値［Ａｈ^１/２］を基準劣化モード相当に換算した電流積算値１／２乗・区分分けテーブルを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る電池劣化推定方法を実行するための前準備工程の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る電池劣化推定方法における、通電電流積算時の電池劣化推定値の算出処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る電池劣化推定方法における、二次電池の放置時の電池劣化推定値の算出処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る電池劣化推定方法における、通電時および放置時の電池劣化推定値の算出処理の流れを示すフローチャートである。 基準劣化条件における通電量積算値（通電電流量）に対する容量維持率の関係を示す実験データのサイクル特性図である。 図１５のサイクル特性図に基づいて作成した通電量積算値（通電電流量）の１／２乗に対する容量維持率の関係特性を示すサイクル特性図である。 ＬＩＢ（リチウムイオン電池）の容量と開放電圧（ＯＣＶ）および劣化の関係を説明するためのモデル図である。 本発明の第２実施形態に適用されるセル容量推定方法を説明するためのモデル図である。 組電池の容量を最大限に引き出す方法を説明するための、各セルのＳＯＣ−電圧特性図である。

本発明の電池劣化推定方法は、通電による二次電池の劣化状態と放置による二次電池の劣化状態を、温度やＳＯＣなどの使用条件に依存されることなく判定するために、通電電流量（電流積算値）の２分の１乗と容量維持率との関係を一軸に換算して、二次電池の容量維持率を一義的に推定するようにしたことを特徴とする。すなわち、温度条件やＳＯＣの状態によって細分化された電池劣化の条件を、劣化係数を用いることによって１種類の電池劣化の条件にまとめたことを特徴としている。これにより、電池劣化に影響する条件（温度条件やＳＯＣの状態）を細分化することができるので、二次電池の劣化推定を高精度に行うことが可能となる。

以下、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態を説明するための全図において、同一の要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

《用語の定義》
まず、本発明の各実施形態に係る電池劣化推定方法に用いられる用語の定義について説明する。
「劣化速度」とは、温度やＳＯＣなどの使用条件ごとにおける二次電池の容量劣化速度である。この容量劣化速度の単位は、［％／Ａｈ^１／２］、または［％／ｔｉｍｅｓ^１／２］で表される通電電流量または経過時間の１／２乗則から求めた劣化速度の直線の勾配であり、その数値が大きいほど劣化速度は速いことを意味する。

「劣化係数」とは、基準劣化モードに対して、電池劣化に影響する二次電池の使用条件の違いによる劣化速度の速度倍数である。例えば、基準劣化モードの劣化速度が１．２％／Ａｈ^１／２、任意の使用条件における劣化速度が２．４％／Ａｈ^１／２である場合、劣化係数は２．０となり、任意の使用条件における劣化速度は、基準劣化モードの通電電流量の１／２乗に対して２倍の劣化速度となる。

「ＳＯＣ」とは、（残容量／満充電容量）×１００で表わされる二次電池の充電率である。例えば、満充電を１００％、満放電を１００％として、満充電から満放電まで放電できる電池容量（Ａｈ）を１００％としたときの現在充電されている容量比である。

「１Ｃ」とは、二次電池を満充電から満放電まで放電できる容量（Ａｈ）を１時間で放電するときの電流値である。通常は、二次電池に公称容量が記されており、その公称容量から１Ｃを算出する。例えば、公称容量が５Ａｈの二次電池の場合、１Ｃは５Ａである。

「ＣＣ−ＣＶ（Constant Current-Constant Voltage）充電」とは、目的の電圧まで指定した一定の電流値で充電し、目的の電圧まで達した後は目的の電圧に一定に保持したまま充電を行う充電方法である。

「ＣＣ（Constant Current）放電」とは、目的の電圧まで指定の電流値で放電する放電方法のことである。

《電池劣化推定装置の構成》
次に、本発明の各実施形態に係る電池劣化推定方法を実現するための電池劣化推定装置の構成について説明する。図１は、本発明の各実施形態に適用される電池劣化推定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、電池劣化推定装置１は、リチウムイオン電池などの二次電池２、二次電池２の温度を検出する温度センサ３、二次電池２の電圧を検出する電圧検出器４、二次電池２の充電電流および放電電流を検出する電流検出器５、ＳＯＣ値を演算するＳＯＣ演算器６、二次電池２に流れる電流の通電時間などを計測する計時手段７、二次電池２の容量維持率を演算する容量維持率演算器８、および容量維持率演算器８が演算した演算結果を保存する記憶媒体９を備えて構成されている。

ＳＯＣ演算器６は、電圧検出器４が検出した二次電池２の電圧と電流検出器５が検出した二次電池２の充放電電流とに基づいてＳＯＣ値の演算を行う。容量維持率演算器８は、温度センサ３の温度情報、電圧検出器４の電圧情報、電流検出器５の電流情報、ＳＯＣ演算器６が演算したＳＯＣ値、および計時手段７が計測した通電時間に基づいて、二次電池２の容量維持率を演算する。

図２は、図１に示す容量維持率演算器８の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、容量維持率演算器８は、二次電池２の容量劣化に影響する複数の使用条件のそれぞれに対応して、その二次電池２に流れる電流量、または経過時間を所定の期間に亘って積算する積算手段８ａと、単一の使用条件のときの二次電池２の劣化速度に対する複数の使用条件における二次電池２の劣化速度の比を示す劣化係数を、対応する複数の使用条件のそれぞれについて算出する劣化係数算出手段８ｂと、積算手段８ａが複数の使用条件ごとに積算した電流積算値または経過時間を、劣化係数算出手段８ｂが対応する複数の使用条件ごとに算出した劣化係数によって補正し、単一の使用条件における電流積算値または経過時間に換算する換算手段８ｃと、換算手段８ｃが換算した電流積算値または経過時間と単一の使用条件における劣化速度とに基づいて、二次電池２の容量劣化のレベルを推定する容量劣化推定手段８ｄとを備えている。なお、容量劣化のレベルとは、二次電池の容量低下率または容量維持率に相当するものである。

《劣化速度の求め方》
次に、二次電池の容量劣化の速度である劣化速度の求め方について説明する。劣化速度は、二次電池の使用条件（例えば、温度、使用ＳＯＣ幅、通電電流の大きさなど）によって異なる。そのため、それぞれ劣化速度が異なる使用条件ごとに劣化速度を求める必要がある。一例として、使用条件の温度と使用ＳＯＣ幅が劣化速度に支配的であるとした場合の、劣化係数を求める条件分けと求め方を説明する。

図３は、二次電池の劣化速度を求めるために、使用条件の温度幅と使用ＳＯＣ幅をそれぞれ３つの区分に分けた区分分けテーブルを示す図である。すなわち、図３に示すように、電池のオペレーション温度幅を−３０〜６５℃、使用ＳＯＣ幅（以下、単にＳＯＣ幅という）を０〜１００％とした場合の区分分けの一例として、温度幅およびＳＯＣ幅をそれぞれ３つの区分に分ける。ここでは、温度幅（℃）は、−３０〜２５℃、２５〜４５℃、および４５〜６５℃の３区分に分け、ＳＯＣ幅（％）は、０〜４０％、４０〜７０％、および７０〜１００％の３区分に分ける。なお、これらの区分をさらに細かく条件分けするほど、劣化速度の推定精度は高くなり、大まかに条件分けするほど、劣化速度の推定精度は低くなる。

劣化速度の求め方としては、図３に示す各温度幅および各ＳＯＣ幅の条件において、例えば、電池容量を１時間で放電できる電流値である１ＣのＣＣ−ＣＶ充電→１ＣのＣＣ放電のサイクルを実施し、そのときの総通電積算量（通電電流量（Ａｈ））を横軸とし、容量維持率（％）を縦軸にプロットする。

図４は、二次電池の劣化速度を求めるための実験データである、通電電流量（Ａｈ）に対する容量維持率（％）の関係特性を示すサイクル特性図である。すなわち、図４は、図３に示す温度幅とＳＯＣ幅をそれぞれ３つの区分に分けた区分分けテーブルに基づいて、９通りの通電電流量（Ａｈ）と容量維持率（％）との関係をプロットしたサイクル特性図である。なお、基準劣化モードの劣化速度を求める必要があるので、図４のサイクル特性図では、温度が２５℃でＳＯＣ幅が０〜１００％のときの１ＣのＣＣ−ＣＶ充電→１ＣのＣＣ放電のサイクルを基準劣化モードとしてプロットしている。

図４のサイクル特性図から分かるように、同一のＳＯＣ幅（例えば、ＳＯＣ＝０〜４０％）では、温度が高い区分ほど容量維持率（％）の低下傾向が大きい。しかし、図４に示す通電電流量（Ａｈ）と容量維持率（％）との関係は非線形な特性となっているので、容量維持率（％）の低下傾向の大きさ、すなわち、劣化速度を定量的に比較することは難しい。

そこで、図４のサイクル特性図で得られたデータに基づいて横軸を総通電積算量（通電電流量）の１／２乗とし、縦軸を容量維持率（％）としてプロットすることにより、通電電流量の１/２乗の値（Ａｈ^１／２）と容量維持率（％）との関係を直線補間して線形化することができる。これによって、総通電積算量（通電電流量）の１／２乗を横軸とし、容量維持率（％）を縦軸とした線形特性の傾きによって、温度幅およびＳＯＣ幅の区分ごとの劣化速度を容易に求めることができる。

図５は、図４のサイクル特性図に基づいて作成した通電電流量の１／２乗（Ａｈ^１／２）に対する容量維持率（％）の関係特性を示すサイクル特性図であり、横軸に通電電流量の１／２乗（Ａｈ^１／２）、縦軸に容量維持率（％）を示している。図５に示すように、通電電流量の１／２乗（Ａｈ^１／２）と容量維持率（％）との関係は線形特性となっているので、容量維持率（％）が傾斜する勾配から劣化速度を容易に求めることができる。すなわち、図５に示すように、横軸を通電電流量の１／２乗とした場合は、温度幅およびＳＯＣ幅の区分ごとの傾きが劣化速度となり、劣化速度の単位は［％／Ａｈ^１／２］となる。

図６は、図５に示すサイクル特性の区分ごとの傾きから求めた劣化速度・区分分けテーブルを示す図である。なお、劣化速度の単位は［％／Ａｈ^１／２］である。また、図６の劣化速度・テーブルには、温度が２５℃でＳＯＣ幅が０〜１００％のときの基準劣化モードの劣化速度（０．１９９［％／Ａｈ^１／２］）も併記されている。すなわち、図６の劣化速度・区分分けテーブルに示すように、同一の温度幅においてはＳＯＣ幅の値が高いほど劣化速度が高くなり、また、同一のＳＯＣ幅においては温度幅の値が高いほど劣化速度が高くなっていることが分かる。

ところが、図６の劣化速度・テーブルから求めた劣化速度は、温度幅の区分およびＳＯＣ幅の区分の組合せによって９種類の劣化速度となるため、全ての温度範囲（−３０〜＋６５℃）および全てのＳＯＣ範囲（０〜１００％）において、通電電流量の１／２乗（Ａｈ^１／２）に対する劣化速度を一義的に求めることはできない。そこで、以下に述べるような手順を踏んで一義的に容量維持率を推定する。

《劣化係数の求め方》
図６に示すそれぞれの区分ごとの劣化速度の区分分けテーブルから、基準劣化モードの劣化速度（０．１９９［％／Ａｈ^１／２］）に対する各区分の劣化速度の比を求めて、これを任意の使用条件の劣化係数とする。すなわち、任意の使用条件の劣化係数は、次の式（１）によって求めることができる。
（任意の使用条件の劣化係数）＝（任意の使用条件の劣化速度［％／Ａｈ^１／２］）÷（基準劣化モードの劣化速度［％／Ａｈ^１／２］） （１）

図７は、図６に示す劣化速度・区分分けテーブルから求めた劣化係数・区分分けテーブルを示す図である。すなわち、図５の劣化速度・区分けテーブルから前述の式（１）によって劣化係数を求めると、各使用条件の劣化係数は図７の劣化係数・区分分けテーブルのようになる。しかし、図７の劣化係数・区分分けテーブルに示す劣化係数は、温度幅の区分およびＳＯＣ幅の区分によって９種類の劣化係数となっているので、このまま取り扱うのでは使い勝手がよくない。

《データの収集方法》
図１のブロック図で示したように、リチウムイオン電池などの二次電池２の電池劣化推定装置１においては、容量維持率演算器８に接続された電圧検出器４、電流検出器５、および温度センサ３が、それぞれ、二次電池２の電圧、電流、および温度の情報を常時監視している。また、ＳＯＣ演算器６が、電圧検出器４が検出した電圧と、電流検出器５が検出した充放電電流とに基づいて現在のＳＯＣ値を演算して、このＳＯＣ値を容量維持率演算器８へ送信しているので、二次電池２を使用しているときのＳＯＣ状態は常に把握することができる。また、二次電池２の温度は温度センサ３によって常時監視されているので、電池劣化推定装置１の稼動時には二次電池２の温度を常時把握することができる。さらに、容量維持率演算器８は、電流検出器５が検出した電流値と計時手段７による時間情報とに基づいて、二次電池２の通電電流量（Ａｈ）を算出することができる。

単位サンプリング時間当たりの通電電流量（電流積算量）は、次の式(２)によって求めることができる。
（単位サンプリング時間当たりに流れた通電電流量［Ａｈ／サンプリング時間］）＝
（通電している総電流積算量［Ａｈ］）÷（電流のサンプリング時間［Ｈｒ］）（２）

式(２)に基づいて算出した単位サンプリング時間当たりに流れた通電電流量［Ａｈ／サンプリング時間］は、測定時点における二次電池の温度とＳＯＣ値とによって各区分の条件ごとに積算していく。

図８は、二次電池の温度幅とＳＯＣ幅の区分ごとに算出した、単位サンプリング時間当たりに流れた通電電流量（電流積算値）を示す電流積算値・区分分けテーブルを示す図である。なお、図７には、各区分の通電電流量（電流積算値）を総和した総電流積算量（総電流量）も併記されている。すなわち、図８は、二次電池の総電流積算量（総電流量）として８０００Ａｈを使用したときについて、温度幅およびＳＯＣ幅の条件ごとに区分分けけしたそれぞれの通電電流量（電流積算値）［Ａｈ］を示している。

《劣化推定》
次に、前述の図７のように算出した劣化係数と、図８のようにサンプリングした通電電流量（電流積算値）とを用いて二次電池の劣化推定を行う。まず、図８に示す各使用条件の通電電流量（電流積算値）を１／２乗する。図９は、図８の電流積算値・区分分けテーブルに基づいて通電電流量（電流積算値）を１／２乗に換算した電流積算値２分の１乗・区分分けテーブルを示す図である。すなわち、図９は、図８の通電電流量（電流積算値）の区分分けテーブルに基づいて、通電電流量（電流積算値）を１／２乗した、電流積算値２分の１乗・区分分けテーブルを示す図である。

さらに、図９に示す各使用条件の通電電流量（電流積算値）を１／２乗した値［Ａｈ^１/２］と、図７に示す劣化係数・区分分けテーブルから求めたそれぞれの使用条件に対応する劣化係数との積を区分ごとに算出する。これにより、それぞれの使用条件において、２５℃換算の基準劣化モード相当の通電電流量（電流積算値）を１／２乗した値［Ａｈ^１/２］に換算することができる。

図１０は、通電電流量の１／２乗の値［Ａｈ^１/２］を基準劣化モード相当に換算した電流積算値１／２乗・区分分けテーブルを示す図である。すなわち、図１０は、図９に示す通電電流量（電流積算値）を１／２乗した値［Ａｈ^１/２］と、図７に示す劣化係数とを、それぞれ対応する使用条件ごとに乗算して求めた、２５℃の基準劣化モード相当の通電電流量（電流積算値）１／２乗［Ａｈ^１/２］を示すテーブルである。

次に、温度幅とＳＯＣ幅の全ての使用条件から算出した基準劣化モード相当の通電電流量を１／２乗した値の総和を求めて、図１０のテーブルに記録する。すなわち、図１０に示すように、全ての使用条件から算出した基準劣化モード相当の通電電流量を１／２乗した値の総和は３３３．４８７［Ａｈ^１／２］となる。

そして、図１０に示す基準劣化モード相当の通電電流量を１／２乗した値の総和（３３５．４８７［Ａｈ^１／２］）と、図６に示す基準劣化モードの劣化速度（０．１９９［％／Ａｈ^１／２］）とに基づいて、現在の容量維持率推定値Ｙ［％］を次の式(３)によって算出する。

容量維持率推定値Ｙ［％］＝１００−（通電電流量を１／２乗した値の総和［Ａｈ^１／２］）×（基準劣化モードの劣化速度［％／Ａｈ^１／２］） （３）
式（３）に具体的な数値を代入してみると、通電電流量を１／２乗した値の総和は図１０より３３５．４８７［Ａｈ^１／２］、基準劣化モードの劣化速度は図６より０．１９９［％／Ａｈ^１／２］であるので、
容量維持率推定値Ｙ［％］＝１００−３３５．４８７［Ａｈ^１／２］）×０．１９９［％／Ａｈ^１／２］）＝３３．２３８［％］ となる。
すなわち、温度やＳＯＣ幅などの条件に関わりなく、容量維持率推定値Ｙを３３．２３８［％］として一義的に求めることができる。

《応用例》
次に応用例として、放置時間による電池劣化推定方法の分離化について説明する。前述の電池劣化推定方法は、二次電池への通電による劣化のみに適用されるものである。ところが、実際には、二次電池の劣化現象は、通電による劣化の他に、放置時間（すなわち、通電しなくても生じる経時変化）による劣化も存在する。

そのため、前述の考え方と同様に、放置時間とその時点でのＳＯＣ状態ごとに放置劣化速度を試験により求め、そこから放置劣化係数を算出する。そして、二次電池がシステムとして使用されていない状態で温度とＳＯＣ状態をカウントして積算することにより、前述と同様に、放置時間による容量維持率推定値を求めることができる。

なお、放置時間による容量維持率推定値を求めるとき、例えば車両の場合においては、時間のカウントは、ＥＣＵ（Electric Control Unit）や制御システムに内蔵された絶対時計（普通の時計）により、イグニッションＯＦＦから次回のイグニッションＯＮまでの絶対時間を算出する。また、温度のカウントは、モデル化された温度で放置されたと仮定して温度を算出する。そして、モデル化された温度に対して時間のカウントで算出した時間分の温度を加算する。

具体的には、温度のカウントは、イグニッションＯＦＦ時の温度を記憶しておき、次回のイグニッションＯＮ時の温度をサンプリングして、イグニッションＯＦＦ時の温度とイグニッションＯＮ時の温度を時間のカウントで算出した放置時間で直線補間し、それぞれに温度条件における滞在時間を算出する。カウントは、温度のカウントで算出した温度ごとの滞在時間をそれぞれの条件に加算する。

《基準劣化モードにおける通電電流量への換算の別案》
次に、前述の図１０で求めた基準劣化モードにおける通電電流量（通電量）の換算方法の別案について説明する。すなわち、前述の電池劣化推定方法においては、換算の実施方法の一例として、横軸を通電電流積算量（通電量）の１／２乗した値［Ａｈ^１／２］として、縦軸を容量維持率［％］としたときに、特性グラフを直線補間した傾きを劣化速度とし、その相対速度比を劣化係数とした。しかし、別案では、横軸の通電電流量（通電量）を１／２乗した値［Ａｈ^１／２］に基づいて劣化速度や劣化係数を直線補間するのではなく、図４に示すような通常の通電電流量（通電量）［Ａｈ］を横軸にそのまま使用する。

すなわち、数式で表すと、通電電流積算量の１／２乗則を使用して直線補間した劣化速度をａとすると、Ｙ＝１００−ａ・Ｘ となる。
なお、Ｙは容量維持率（％）、Ｘは、例えば通電電流量を１／２乗した値［Ａｈ^１／２］、ａは劣化係数である。

一方、通電電流積算量を１／２乗しない場合の、図４に示すような通常の通電電流量（通電量）［Ａｈ］について数式で表すと、Ｙ＝１００−ａ^２・Ｘ となる。なお、Ｙは容量維持率（％）、Ｘは、例えば通電積算量（Ａｈ）、ａは劣化係数である。
そのため、基準のＸ軸を１／２乗しないでカウントする場合は、前述の図６、図７で求めた劣化速度や劣化係数の数値を２乗することによって、前述と同様に、温度やＳＯＣ幅に関わらず電池劣化を一義的に推定することができる。

《電池劣化推定方法の手順の流れ》
次に、本実施形態の電池劣化推定方法を実行して容量維持率を算出するための手順について、フローチャートを用いて詳細に説明する。図１１は、本発明の第１実施形態に係る電池劣化推定方法を実行するための前準備工程の流れを示すフローチャートである。したがって、図１に示の電池劣化推定装置１を参照しながら、図１１のフローチャートの流れを説明する。前提条件として、イグニッション（ＩＧ）がＯＮ状態であり、容量維持率推定値を算出するために必要な各種情報は取得済みであり、かつ車両のＥＣＵ等は正常状態にあるものとする。

図１１において、電池劣化推定方法を実行するための前準備工程として周期処理を行う場合、まず、容量維持率演算器８は、温度センサ３を介して二次電池２の電池温度情報を取得する（ステップＳ１）。次に、容量維持率演算器８は、電圧検出器４が検出した電圧情報と電流検出器５が検出した電流情報とに基づいてＳＯＣ演算器６が算出した二次電池２のＳＯＣ値を取得する（ステップＳ２）。さらに、容量維持率演算器８は、計時手段７がカウントした計時情報と電流検出器５が検出した電流情報とに基づいて、１サンプリング周期の周期間における通電電流量（通電電流×時間）を取得する（ステップＳ３）。

次に、容量維持率演算器８は、計時手段７の計時情報に基づいて、ステップＳ１で取得した電池温度情報とステップＳ２で取得したＳＯＣ値とにより、経過時間積算テーブルを検索する(ステップＳ４)。そして、該当する経過時間積算テーブルに記録する積算時間をカウントアップする（ステップＳ５）。

さらに、容量維持率演算器８は、計時手段７の計時情報に基づいて、ステップＳ１で取得した電池温度情報とステップＳ２で取得したＳＯＣ値とにより、放電電流量積算テーブルを検索する（ステップＳ６）。そして、該当する放電電流量積算テーブルに記録する積算電流量をカウントアップする（ステップＳ７）。

次に、通電電流量の積算による電池劣化推定値の算出処理の流れを説明する。図１２は、本発明の第１実施形態に係る電池劣化推定方法における、通電電流積算時の電池劣化推定値の算出処理の流れを示すフローチャートである。

図１２に示すように、通電電流積算時において二次電池の劣化度を算出処理する場合は、まず、容量維持率演算器８は、通電量積算テーブルを取得する。すなわち、図９に示す電流積算値の１/２乗の通電量積算テーブル（電流積算値２分の１乗・区分分けテーブル）を取得する（ステップＳ１１）。さらに、容量維持率演算器８は、図７に示す通電量の劣化係数テーブルを取得する（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ１１で取得した通電量積算テーブルとステップＳ１２で取得した劣化係数テーブルについて、対応する区分（カラム）の値を掛け合わせ、図１０に示す基準劣化モード相当の通電量積算テーブルを作成する（ステップＳ１３）。

次に、ステップＳ１３で作成した基準劣化モード相当の通電量積算テーブル（図１０）について、全区分の通電量を総和して、３３５．４８７［Ａｈ^１／２］を求める（ステップＳ１４）。さらに、図６に示す劣化速度テーブルより基準劣化モードの劣化速度として０．１９９［％／Ａｈ^１／２］を検索する（ステップＳ１５）。そして、ステップＳ１４で求めた通電量を総和（３３５．４８７［Ａｈ^１／２］）とステップＳ１５で検索した基準劣化モードの劣化速度（０．１９９［％／Ａｈ^１／２］）とを掛け合わせて、二次電池の劣化度を算出する（ステップＳ１６）。具体的には、前述の式（３）に基づいて容量維持率推定値Ｙ［％］を算出することができる。

そして、ステップＳ１６において、二次電池の劣化度（すなわち、二次電池の通電電流積算時の電池劣化推定値）が算出されたら、通電電流積算テーブル（つまり、図９に示す電流積算値の１/２乗のテーブル）のデータ（電流積算値）をリセットして初期状態にする（ステップＳ１７）。

なお、前記の各ステップと請求項１における各手順との関係は、ステップＳ１１が第１の手順に相当し、ステップＳ１２が第２の手順に相当し、ステップＳ１３〜Ｓ１５が第３の手順に相当し、さらに、ステップＳ１６が第４の手順に相当する。

次に、二次電池の放置時における電池劣化推定値の算出処理の流れを説明する。図１３は、本発明の第１実施形態に係る電池劣化推定方法における、二次電池の放置時における電池劣化推定値の算出処理の流れを示すフローチャートである。

図１３において、放電時間による劣化度の算出処理を行う場合は、容量維持率演算器８は、まず、放置時における放電量の積算の放置時間積算テーブルを取得する。すなわち、図９に示す電流積算値の１/２乗のテーブルと同様な放置時間積算テーブルを取得する（ステップＳ２１）。さらに、容量維持率演算器８は、図７に示すような放置時間の劣化係数テーブルを取得する（ステップＳ２２）。そして、ステップＳ２１で取得した放置時間積算テーブルとステップＳ２２で取得した劣化係数テーブルについて、対応する区分（カラム）の値を掛け合わせ、図１０に示すような基準劣化モード相当の放置時間積算テーブルを作成する（ステップＳ２３）。

次に、ステップＳ２３で作成した基準劣化モード相当の放置時間積算テーブル（図１０に相当）について、全区分の放置時間放電量を総和して同テーブルに記録する（ステップＳ２４）。さらに、図６に示すような放置時間の劣化速度テーブルより基準劣化モードの劣化速度［％／Ａｈ^１／２］を検索する（ステップＳ２５）。そして、ステップＳ２４で求めた放電量の総和［Ａｈ^１／２］とステップＳ２５で検索した基準劣化モードの劣化速度［％／Ａｈ^１／２］とを掛け合わせて、前述の式（３）に基づいて容量維持率を算出する（ステップＳ２６）。

そして、ステップＳ２６において、二次電池の劣化度（すなわち、二次電池の放置時における電池劣化推定値）が算出されたら、放電量積算テーブル（つまり、図９に示す電流積算値の１/２乗のテーブル）のデータ（放電量積算値）をリセットして初期状態にする（ステップＳ２７）。

図１４は、本発明の第１実施形態に係る電池劣化推定方法における、通電時および放置時の電池劣化推定値の算出処理の流れを示すフローチャートである。
図１４に示すように、通電時及び放置時の両者における劣化を考慮した二次電池の劣化度を算出処理する場合は、まず、容量維持率演算器８は、通電量積算テーブルを取得する。すなわち、図９に示すような電流積算値の１/２乗の通電量積算テーブル（電流積算値２分の１乗・区分分けテーブル）を取得する（ステップＳ３１）。さらに、容量維持率演算器８は、図７に示すような通電量の劣化係数テーブルを取得する（ステップＳ３２）。

そして、ステップＳ３１で取得した通電量積算テーブルとステップＳ３２で取得した劣化係数テーブルについて、対応する区分（カラム）の値を掛け合わせ、図１０に示すような基準劣化モード相当の通電量積算テーブルを作成する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３で作成した基準劣化モード相当の通電量積算テーブル（図１０）について、全区分の通電量を総和する（ステップＳ３４）。

次に、放置時の劣化を考慮するために、放置時における時間積算の放置時間積算テーブルを取得する。すなわち、図９に示すような電流積算値の１/２乗のテーブルと同様な放置時間積算テーブルを取得する（ステップＳ３５）。さらに、容量維持率演算器８は、図７に示すような放置時間の劣化係数テーブルを取得する（ステップＳ３６）。そして、ステップＳ３５で取得した放置時間積算テーブルとステップＳ３６で取得した劣化係数テーブルについて、対応する区分（カラム）の値を掛け合わせ、図１０に示すような基準劣化モード相当の放置時間積算テーブルを作成する（ステップＳ３７）。そして、容量維持率演算器８は、放置時間積算テーブルの放置時間積算値を通電量積算値に変換し、変換値の総和を算出する（ステップＳ３８）。

なお、放置時間積算値から通電量積算値への変換は、放電時間積算値に通電量積算変換係数を掛けることにより行われる。通電量積算変換係数は、例えば、以下の式により求められる。
通電量積算変換係数＝（基準劣化モードにおける通電量積算値の１／２乗-容量維持率のグラフの傾き）／（基準劣化モードにおける放電時間積算値の１／２乗-容量維持率のグラフの傾き）

基準劣化モードにおける通電量積算値-容量維持率の１／２乗のグラフの傾き、及び基準劣化モードにおける放電時間積算値-容量維持率の１／２乗のグラフの傾きは、以下により、一義的に求めることができる。

図１５は、基準劣化条件における通電量積算値（通電電流量）に対する容量維持率の関係を示す実験データのサイクル特性図であり、横軸に通電量積算値（Ａｈ）、縦軸に容量維持率（％）を示している。すなわち、この図は、基準劣化モードにおける１ＣのＣＣ−ＣＶ充電→１ＣのＣＣ放電のサイクルをプロットしたサイクル特性図である。ところが、図１５から分かるように、通電量積算値と容量維持率との関係は非線形な特性となっているので、通電量積算値-容量維持率のグラフの傾き、及び放電時間積算値-容量維持率のグラフの傾きを一義的に求めることは難しい。

しかし、図１５を用いて通電量積算値を１／２乗することにより、二次電池の容量維持率（劣化速度）を一義的に求めることができる。図１６は、図１５のサイクル特性図に基づいて作成した通電量積算値（通電電流量）の１／２乗に対する容量維持率の関係特性を示すサイクル特性図であり、横軸に通電量積算値の１／２乗（Ａｈ^１／２）、縦軸に容量維持率（％）を示している。すなわち、図１６に示すように、通電電流量の１／２乗と容量維持率との関係は線形特性となっているので、通電量積算値-容量維持率のグラフの傾き、及び放電時間積算値-容量維持率のグラフの傾きを一義的に求めることができる。

容量維持率演算器８は、ステップＳ３４で求めた総和とステップＳ３８で求めた総和とを加算する（ステップＳ３９）。さらに、図６に示す劣化速度テーブルより基準劣化モードの劣化速度を検索し、そして、検索した劣化速度にステップＳ３９で求めた通電量の総和を掛け合わせて、二次電池の劣化度を算出する（ステップＳ４０）。
そして、ステップＳ４０において、二次電池の通電時及び放置時の両方における劣化を考慮した劣化度が算出されたら、ステップＳ３４で作成した通電量積算テーブル及びステップＳ３７で作成された放置時間積算テーブルのデータをリセットして初期状態にする（ステップＳ４１）。
以上により、通電時及び放置時の両者における劣化を考慮した容量維持率を算出することができる。

前記の第１実施形態では、通電による電池劣化の推定および放置による電池劣化の推定について、温度やＳＯＣなどの条件に依存されることなく、データを一軸に換算して（例えば、基準劣化モード相当の通電量に換算して）劣化推定を行う手法について説明した。これによって、例えば、リチウムイオン電池などの劣化レベルを精度よく推定することができる。言い換えると、組電池を構成する全ての電池セルの容量を高精度に推定することができるので、直列に接続された二次電池の容量を最大限に引き出すことが可能となる。そこで、第２実施形態では、直列に接続された二次電池の容量を最大限に引き出す方法について説明する。

すなわち、第１実施形態で述べたセルの容量推定法を用いて、全てのセルの容量を個別に推定する。さらに、各セルのＳＯＣを推定し、満充電までに充電可能な容量（以下、充電可能容量）を算出する。そして、全てのセルの容量を比較し、容量基準値に基づいて放電が必要なセルを特定して該当するセルを放電することにより、全体の電池容量のバランスを整える。これにより、組電池として最大限の容量が引き出すことができる。すなわち、組電池を構成する全ての池セルの容量を精度よく推定することにより、電圧による均等化から容量基準による均等化を行うことができるので、組電池として最大限の容量が引き出すことが可能となる。以下、セルの容量推定法を用いて、組電池として最大限の容量が引き出す方法について詳細に説明する。

一般的に、組電池の各セル電圧を測定して、セルごとの充電または放電によって各セル電圧のバラツキを整えることにより、組電池から最大限のエネルギーを引き出すことができる。このような組電池の電圧均等化回路は広く知られている。また、各セルの容量にバラツキがない場合は、常時、電圧のバラツキを監視して電圧の均等化を図ることにより、各セル電圧のバラツキを整えることで組電池から最大限のエネルギーを引き出すことができる。

しかし、二次電池の個体差や配置場所などにより、必ずしも組電池内の各セルの容量は同じではない。そこで、電圧を均等化するタイミングを限定することにより、容量のバラツキにも対応した均等化を行う技術が知られている。例えば、満充電時に電圧が均等化することで、組電池としてセルの容量バラツキが生じても、組電池の容量を最大限に引き出すことができる。このような電圧制御によってセル容量の均等化を図る技術は、例えば、
特開２０００−１４０３１号公報、特開２００６−４２５５５公報、特開２００１−１７８００３号公報、および特開２００５−１５１６７９号公報などに開示されている。

上記の各公報を含めた一般的な手法によって、組電池の容量を最大限に引き出すことは可能であるが、電圧均等化を行うための条件を限定するため（例えば、満充電側で電圧均等化を行うため）、均等化回路の稼動時間が少なかったり、または所望の稼働時間まで長くすることができなかったりすることがある。そのため、例えば、放電によってセル電圧を均等化する場合は、放電する回路の容量を大きくして、限られた稼動時間内で均等化ができるようにする必要がある。

《セルの容量推定法》
リチウムイオン電池（以下、ＬＩＢ）は使用環境の温度、放置時間、通電量、通電電流大きさ、および電圧（ＳＯＣ）などの条件によって、劣化速度は大きく異なる。また、ＬＩＢの容量維持率（劣化度）は通電電流量や放置時間などの１／２乗に対して比例する関係にある。そこで、温度、電圧、および通電電流の大きさを条件分けして、劣化係数（通電量や放置時間の１／２乗に対しての傾斜係数）を求める。

そして、その使用条件ごとに、放置時間や通電電流量を積算して１／２乗した値（図９参照）に劣化係数（図７参照）を乗じて求めた基準劣化モード相当の通電量換算値（図１０参照）を総和し、標準劣化速度に換算して二次電池の劣化度を推定する。これにより、前述の使用条件に関わりなく、ＬＩＢの容量劣化率を一義的に推定して各セルの容量維持率を算出することができる。

二次電池は通電電流量や放置時間などにより劣化速度が異なり、さらに滞在している電圧（または、ＳＯＣ）や温度によっても劣化速度は異なる。ところが、いずれの場合も１／２乗則に従う。そこで、劣化速度の異なる各使用条件で係数を持たせることにより、基準となる使用条件（例えば、２５℃）に横軸を合わせることができる。これにより、劣化速度の異なる使用条件で複合的に使用された劣化度を一軸に統合することができる。

ここで、ＬＩＢの容量と開放電圧（ＯＣＶ）および劣化の関係を簡単に説明する。図１７は、ＬＩＢの電池容量と開放電圧（ＯＣＶ）および劣化の関係を説明するためのモデル図である。図１７に示すように、ＬＩＢをコップとすると、同図（ａ）に示すように、電池容量（Ａｈ）はコップに溜めることのできる容積Ｖで表わし、開放電圧（ＯＣＶ）は水位ｈで表わすことができる。ここで、ＬＩＢが初期状態から劣化して使用可能な電池容量（Ａｈ）が減る事象は、同図（ｂ）の初期状態と同図（ｃ）の劣化後のモデル図に示すように、コップの高さＨや水位ｈは変化せず、コップの断面積ＳがＳ０に減ることに置き換えられる。すなわち、ＬＩＢが劣化して電池容量が減っても（つまり、コップの容積がＶからＶ０に減っても）、ＳＯＣと電圧の関係は変わることはないので、水位ｈで容積（または水量）Ｖを測定することができない。

《セル容量の推定方法》
（１）ある期間中に放電（又は充電）された電流の積算量ΔＡｈと、その前後のＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを測定する。これにより、ΔＡｈ／ΔＳＯＣ＝セル容量となる。しかし、この手法でセル容量を推定するためには、放電（又は充電）前後のＳＯＣを高精度に測定するためにＯＣＶを測定する必要がある。ところが、通電後の電池が所定の開放電圧（ＯＣＶ）を示すには１時間以上が必要であるので、ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle：ハイブリッド電気自動車）などでそれを行うことは困難である。

（２）二次電池の内部抵抗の変化によって電池劣化を推定する。この場合、内部抵抗と容量劣化とを関係付けることは可能であるが、内部抵抗は、温度、ＳＯＣ、および通電履歴などによって大きく変わるため、高精度に電池劣化を推定することは困難である。

そこで、セル容量の推定を高精度に行う容量推定方法について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、直列接続された２つのセルＡ，Ｂで構成される組電池について説明する。図１８は、本発明の第２実施形態に適用されるセル容量推定方法を説明するためのモデル図である。

図１８において、セルＡの容量をＡ、セルＢの容量をＢとし、セルＡのＳＯＣをＡ_ＳＯＣ、セルＢのＳＯＣをＢ_ＳＯＣとする。また、セルＡの残容量をａ、セルＢの残容量をｂとし、セルＡの残充電可能容量をａ_０、セルＢの残充電可能容量をｂ_０とする。

ここで、セルＡとセルＢの容量関係、およびＳＯＣ関係は次のようになっている。
Ａ＝Ｂ （１）
Ａ＜Ｂ （２）
さらに（２）の場合において、
Ａ_ＳＯＣ＞Ｂ_ＳＯＣ （３）
Ａ_ＳＯＣ＝Ｂ_ＳＯＣ （４）
Ａ_ＳＯＣ＜Ｂ_ＳＯＣ （５）

（１）の場合は、容量をＡ＝Ｂ（ＳＯＣをＡ_ＳＯＣ＝Ｂ_ＳＯＣ）とすることで、組電池の容量を最大限引き出すことができる。
（２）の容量がＡ＜Ｂであって、かつ（３）のＳＯＣがＡ_ＳＯＣ＞Ｂ_ＳＯＣの場合は、通常の均等化方法であればセルＡを放電してＡ_ＳＯＣ＝Ｂ_ＳＯＣとすることができる。

ところが、本発明の実施形態では次のような均等化処理を行う。すなわち、
（３）のＳＯＣがＡ_ＳＯＣ＞Ｂ_ＳＯＣであって、かつ、残容量がａ≧ｂであるときは、残容量がａ＝ｂになるようにセルＡを放電する。さらに、充電器に接続されて充電可能な状態であるときは、セルＡを放電しながら組電池を充電することで組電池の使用可能容量をロスすることなく、セルＡ，Ｂとも満充電状態に近づけて、セルＡ，Ｂの容量だけではなく、セルＡ，Ｂのエネルギー容量も最大化することができる。

次に、（３）のＳＯＣがＡ_ＳＯＣ＞Ｂ_ＳＯＣであって、かつ、残容量がａ＜ｂであるときは、通常状態では均等化を行わない。さらに、充電器に接続されて充電可能な状態であるときは、セルＡを放電しながら組電池を充電することで組電池の使用可能容量をロスすることなく、セルＡ，Ｂとも満充電状態に近づけて、セルＡ，Ｂの容量だけではなく、セルＡ，Ｂのエネルギー容量も最大化することができる。

ここで、セルＡを放電しながら組電池を充電する場合、通常の均等化方法で行うと、セル電圧の均等化後に、残容量がａ＜ｂの状態からさらにセルＡを放電してしまうため、組電池の使用可能容量が逆に減ってしまう。ところが、本実施形態の手法によれば、セルＡを放電しながら組電池を充電する場合でも、組電池の使用可能容量の減少を防ぐことができる。

次に、（４）のＳＯＣがＡ_ＳＯＣ＝Ｂ_ＳＯＣの場合は、通常状態では均等化を行わない。さらに、充電器に接続されて充電可能な状態であるときは、セルＡを放電しながら組電池を充電することで組電池の使用可能容量をロスすることなく、セルＡ、Ｂともに満充電状態に近づけて、セルＡ，Ｂの容量だけでなく、セルＡ，Ｂのエネルギー容量も最大化することができる。

次に、（５）のＳＯＣがＡ_ＳＯＣ＜Ｂ_ＳＯＣであって、かつ、残充電可能容量がａ_０＞ｂ_０であるとき、残充電可能容量がａ_０＝ｂ_０になるようにセルＢを放電する。また、（５）のＳＯＣがＡ_ＳＯＣ＜Ｂ_ＳＯＣであって、かつ、残充電可能容量がａ_０≦ｂ_０であるときは、通常状態では均等化を行わない。さらに、充電器が接続されて充電可能な状態であるときは、セルＡを放電させながら組電池を充電することで組電池の使用可能容量をロスすることなく、セルＡ，Ｂ共に満充電状態に近づけて、セルＡ，Ｂの容量だけでなく、セルＡ，Ｂのエネルギー容量も最大化することができる。

ここで、直列に接続された組電池の容量を最大限に引き出す方法について具体的な例を説明する。図１９は、組電池の容量を最大限に引き出す方法を説明するための、各セルのＳＯＣ−電圧特性図であり、横軸にＳＯＣ（％）、縦軸に開放電圧（ＯＣＶ）（Ｖ）を表わしている。ここでは、説明を簡単にするため２セルで構成される組電池について説明することにする。セル１の容量を１０Ａｈ、セル２の容量を６Ａｈとし、図１９に示すように、セル１のＳＯＣは５０％であり、セル２のＳＯＣは４０％であるとする。したがって、
セル１の充電可能容量は、１０［Ａｈ］×（１００−５０）［％］＝５Ａｈ
セル２の充電可能容量は、６［Ａｈ］×（１００−４０）［％］＝３．６Ａｈ
である。

この場合、満充電時の電圧バラツキを均等化したいときは、１．４Ａｈ（セル１，２の充電可能容量）をセル２から放電する必要がある。すなわち、図１９に示すようにセル１の電圧が３．６５Ｖであり、セル２の電圧が３．５５Ｖであるので、見かけ上は、セル１の電圧の方が高いため、セル１を放電する必要があるようにみえるが、容量バラツキの原因でセル２を放電した方が、組電池としてはエネルギーを最大限に引き出すことができる。

すなわち、組電池としてエネルギーを最大限に引き出すためには、基本的には、各セルの容量を均等化したい条件（例えば、満充電時）に向けて、電圧を均等化させることである。そのため、見かけ上は、低ＳＯＣ時において他のセルと比べて電圧が低くても、満充電時には容量バラツキが原因で（つまり、容量が小さいことが原因で）電圧が他のセルより高くなる場合でも、前述の方法では満充電時にのみ放電が必要であると検知されていた。そこで、本実施形態では、放電可能の可否や必要放電容量を常に把握することで、組電池としてはエネルギーを最大限に引き出すことができる。

以上説明したように、本発明の第２実施形態に係るセル容量推定方法によれば、セル容量を均等化させるための均等化回路の作動条件を限定する必要がなく、かつ、均等化のための素子（放電による均等化の場合は抵抗素子）の容量を小さくすることができる。また、見かけ上は、電圧が低いセルでも、放電の必要なセルを容易に判定することがきる。さらに、セルごとに放電が必要な容量を簡単に算出することができる。

以上、本発明を２つの実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明の電池劣化推定方法は、二次電池の使用条件が異なっても一義的に劣化度を推定することができるので、車両搭載用の二次電池に限らず、環境温度の異なる全世界の産業機器の電源として使用される二次電池の劣化推定に有効に利用することができる。

１ 電池劣化推定装置
２ 二次電池
３ 温度センサ
４ 電圧検出器
５ 電流検出器
６ ＳＯＣ演算器
７ 計時手段
８ 容量維持率演算器
８ａ 積算手段
８ｂ 劣化係数算出手段
８ｃ 換算手段
８ｄ 容量劣化推定手段
９ 記憶媒体

Claims (4)

1. 二次電池の容量劣化のレベルを推定する電池劣化推定方法であって、
   前記二次電池の容量劣化に影響する複数の使用条件のそれぞれに対応して、その二次電池に流れる電流量、または経過時間を所定の期間に亘って積算する第１の手順と、
   単一の使用条件のときの前記二次電池の劣化速度に対する前記複数の使用条件における前記二次電池の劣化速度の比を示す劣化係数を、対応する複数の使用条件のそれぞれについて算出する第２の手順と、
   前記第１の手順で前記複数の使用条件ごとに積算された電流積算値または経過時間を、前記第２の手順で対応する複数の使用条件ごとに算出された前記劣化係数によって補正し、前記単一の使用条件における電流積算値または経過時間に換算する第３の手順と、
   前記第３の手順で換算された電流積算値または経過時間と前記単一の使用条件における劣化速度とに基づいて、前記二次電池の容量劣化のレベルを推定する第４の手順と
   を含むことを特徴とする電池劣化推定方法。
2. 請求項１に記載の電池劣化推定方法に基づいて前記二次電池の容量を推定する電池容量推定方法であって、
   前記第４の手順で推定された前記二次電池の容量劣化のレベルに基づいて、その二次電池の容量維持率を推定する第５の手順と、
   前記第５の手順で推定された容量維持率と前記二次電池の初期容量とに基づいて、前記二次電池の現在容量を推定する第６の手順と
   を含むことを特徴とする電池容量推定方法。
3. 請求項２に記載の電池容量推定方法に基づいて前記二次電池の残容量又は充電可能容量を均等化するための電池容量均等化方法であって、
   前記二次電池のＳＯＣを推定する第７の手順と、
   前記第７の手順で推定されたＳＯＣと前記第６の手順で推定された前記二次電池の現在容量とに基づいて、その二次電池の残容量または充電可能容量を算出する第８の手順と、
   前記第８の手順で算出された前記二次電池の残容量または充電可能容量と他の二次電池の残容量又は充電可能容量とを比較する第９の手順と、
   前記第９の手順による比較結果に基づいて、前記二次電池の残容量または充電可能容量と前記他の二次電池の残容量または充電可能容量とを均等化する第１０の手順と
   を含むことを特徴とする電池容量均等化方法。
4. 二次電池の容量劣化のレベルを推定する電池劣化推定装置であって、
   前記二次電池の容量劣化に影響する複数の使用条件のそれぞれに対応して、その二次電池に流れる電流量、または経過時間を所定の期間に亘って積算する積算手段と、
   単一の使用条件のときの前記二次電池の劣化速度に対する前記複数の使用条件における前記二次電池の劣化速度の比を示す劣化係数を、対応する複数の使用条件のそれぞれについて算出する劣化係数算出手段と、
   前記積算手段が前記複数の使用条件ごとに積算した電流積算値または経過時間を、前記劣化係数算出手段が対応する複数の使用条件ごとに算出した前記劣化係数によって補正し、前記単一の使用条件における電流積算値または経過時間に換算する換算手段と、
   前記換算手段が換算した電流積算値または経過時間と前記単一の使用条件における劣化速度とに基づいて、前記二次電池の容量劣化のレベルを推定する容量劣化推定手段と
   を備えることを特徴とする電池劣化推定装置。

Images