JP2014082878A - 余寿命推定装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電手段の余寿命を高い精度で推定する。
【解決手段】本発明の一態様としての余寿命推定装置は、外部との間で電荷を充放電する第1セルと、電荷を蓄積した第２セルとを含む蓄電手段の余寿命推定装置であって、第1劣化診断手段と、第２劣化診断手段と、環境劣化傾向算出手段と、余寿命推定手段とを備える。前記第1劣化診断手段は、前記第1セルを診断して、前記第1セルの劣化度合いを表すデータを取得する。前記第２劣化診断手段は、前記第２セルを診断して、前記第２セルの劣化度合いを表すデータを取得する。前記環境劣化傾向算出手段は、前記第２セルの劣化度合いを表すデータに基づいて、前記蓄電手段の設置環境に起因する前記蓄電手段の劣化特性を表す環境劣化傾向情報を算出する。前記余寿命推定手段は、前記環境劣化傾向情報と、前記第1セルの劣化度合いを表すデータに基づいて、前記蓄電手段の余寿命を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、余寿命推定装置およびその方法に関し、たとえば蓄電池システムの余寿命推定に関わる。

ＰＶ（太陽光発電）等の再生可能エネルギーや電力系統の安定化やＥＶ（電気自動車）等、蓄電池の役割は非常に重要になっている。これら多種の利用状況に対応するため、電池セル（以下、セル）複数個を連結構成にした蓄電池（電池パック）を利用する形態が、蓄電池システムである。蓄電池システムは、安全かつ安心して使用できることが切望されており、蓄電池システム全体として劣化しにくいことが重要である。

近年、あらゆる電子機器や生活環境の電子化に伴い、蓄電池システムにはますます大容量化を求められており、ひとつの蓄電池システムを構成するセルの連結個数が、極めて多くなってくる。現在では、ＥＶに数千個程度のセルを含んだ蓄電池システムが採用されている実績もある。

特開２０１１−２３８５７０公報 特開２０１１−１５３９５１公報

複数のセルから構成される蓄電池を持つ蓄電池システムでは、あるセルの劣化度合いを診断することにより、その蓄電池システムの余寿命を推定しようとしたとき、その蓄電池システムがどのような環境でどのような充放電履歴で利用されていたか、によって、その推定精度に影響を与えてしまう課題がある。

本発明の一側面は、このような状況を鑑みてなされたものであって、蓄電手段の余寿命を高い精度で推定することを目的とする。

本発明の一態様としての余寿命推定装置は、電荷を充放電する第1セルと、電荷を蓄積した第２セルとを含む蓄電手段の余寿命推定装置であって、第1劣化診断手段と、第２劣化診断手段と、環境劣化傾向算出手段と、余寿命推定手段とを備える。

前記第1劣化診断手段は、前記第1セルを診断して、前記第1セルの劣化度合いを表すデータを取得する。

前記第２劣化診断手段は、前記第２セルを診断して、前記第２セルの劣化度合いを表すデータを取得する。

前記環境劣化傾向算出手段は、前記第２セルの劣化度合いを表すデータに基づいて、前記蓄電手段の設置環境に起因する前記蓄電手段の劣化特性を表す環境劣化傾向情報を算出する。

前記余寿命推定手段は、前記環境劣化傾向情報と、前記第1セルの劣化度合いを表すデータに基づいて、前記蓄電手段の余寿命を推定する。

実施形態のケース１Ａにかかる余寿命推定装置のブロック図。 実施形態のケース１Ｂにかかる余寿命推定装置のブロック図。 実施形態の余寿命推定方法の全体のフローチャート図。 実施形態のケース１Ａ及び１Ｂにかかる余寿命推定装置における余寿命推定部のフローチャート図。 実施形態のケース１Ａ及び１Ｂにかかる同一及び任意の充放電パターンの余寿命推定結果を示す図。 実施形態のケース２Ａにかかる余寿命推定装置のブロック図。 実施形態のケース２Ｂにかかる余寿命推定装置のブロック図。 実施形態のケース２Ａ及び２Ｂにかかる余寿命推定装置における余寿命推定部のフローチャート図。 実施形態のケース２Ａ及び２Ｂにかかる同一及び任意の充放電パターンの余寿命推定結果を示す図。 実施形態のケース３Ａにかかる余寿命推定装置のブロック図。 実施形態のケース３Ｂにかかる余寿命推定装置のブロック図。 実施形態のケース３Ａ及び３Ｂにかかる余寿命推定装置における余寿命推定部のフローチャート図。 実施形態のケース３Ａ及び３Ｂにかかる同一及び任意の充放電パターンの余寿命推定結果を示す図。 実施形態のケース４にかかる余寿命推定装置のブロック図。 実施形態のケース４にかかる余寿命推定装置における余寿命推定部のフローチャート図。 実施形態のケース４にかかる同一及び任意の充放電パターンの余寿命推定結果。 実施形態のケース１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、４にかかる任意の充放電パターンの余寿命推定結果のグラフを示す図。 実施形態のケース１Ａ、３Ａにかかる同一の充放電パターン及び任意の充放電パターンで推定した余寿命の推定結果を示す図。 推定した余寿命のランク分け対応表を示す図。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図面において同一又は対応する名称のブロックには同一の符号を付して、拡張または変更された処理の除き、重複する説明を省略する。

本実施形態の理解の簡単のため、劣化度合いや劣化傾向など、具体的数値を併用して説明することにする。本実施形態では、ある蓄電池システムのセル／セル群の余寿命を推定することとする。

セルの劣化は、そのセルの電力貯蔵量であるＳｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ（以下、ＳＯＣ）および／または環境温度によって特性が劣化する貯蔵劣化（環境劣化）と、実際の充放電におけるセル内部の電気化学的な反応によるサイクル劣化（充放電サイクル数に起因する劣化特性）と、が存在することがわかっている。本実施形態でも、劣化傾向として、貯蔵劣化傾向（環境劣化傾向）とサイクル劣化傾向を扱う。劣化度合いは、セルの劣化を表現可能なものであれば、セルの容量の減少率や、セル内の抵抗の上昇率など、任意でよい。

初期（第１時刻）において行った診断結果（初期劣化診断結果）として、劣化度合いは０［ａ．ｕ．］、サイクル数は０［ｃｙｃｌｅ］、と定義する。これらの仮定は蓄電池システムの使い始めであるため、ともに０という仮定は妥当であるし、仮にこれらが０以外の値だとしても後述する本発明の実施形態は適用可能である。なお、“ａ．ｕ．”は任意の単位を表す。容量であればAh、抵抗であればΩなどである。

また、この蓄電池システムは、劣化度合いが５０００［ａ．ｕ．］になったときに寿命である、と定義する。

また、この蓄電池システムの予備実験により把握した一般的な劣化の傾向として、貯蔵劣化傾向は１［ａ．ｕ．／ｄａｙ］、サイクル劣化傾向は０．５［ａ．ｕ．／ｃｙｃｌｅ］と定義する。予備実験により把握した蓄電池システム（蓄電手段）の一般的な劣化傾向の情報を基本劣化情報と称する。

また、この蓄電池システムは、前記一般的な劣化の傾向とは別に、真なる劣化傾向として、貯蔵劣化傾向は１．５［ａ．ｕ．／ｄａｙ］、サイクル劣化傾向は０．７［ａ．ｕ．／ｃｙｃｌｅ］と定義する。これらの仮定は、仮にこの蓄電池システムが、予備実験の環境よりも蓄電池システムの劣化を加速するような環境、すなわち、室温よりも高温や低温のような環境にあった場合での仮定では妥当なものである。すなわち、真なる劣化傾向を把握していれば、余寿命が正確に推定できるが、真なる劣化傾向が分からずに一般的な劣化の傾向を利用すると、そのズレの分だけ余寿命の推定精度が悪化してしまうことを意味している。

また、任意の時刻（第２時刻）において劣化診断（任意の時刻において行う劣化診断を“任意時間経過後劣化診断”と称する）を行うが、後述するいずれの場合においても、この蓄電池システムの任意時間経過後劣化診断については、任意時刻を初期から１００［ｄａｙ］経過後とし、通常セルの劣化度合いは５００［ａ．ｕ．］と定義する。上記の真なる劣化傾向を考慮し、かつ、前述した貯蔵劣化とサイクル劣化との劣化の影響が線形的に加算関係にあることを考慮したとき、通常セルの劣化度合い５００［ａ．ｕ．］の内訳としては、以下のようになる。すなわち、１００［ｄａｙ］経過後で、貯蔵劣化傾向は１．５［ａ．ｕ．／ｄａｙ］であるため、貯蔵劣化は１５０［ａ．ｕ．］と算出することができ、残りの３５０［ａ．ｕ．］がサイクル劣化と算出することができる。さらに、サイクル劣化が３５０［ａ．ｕ．］でサイクル劣化傾向は０．７［ａ．ｕ．／ｃｙｃｌｅ］であるため、この蓄電池システムは任意時刻までに５００［ｃｙｃｌｅ］していることが算出できる。

また、蓄電池のサイクル数は、任意の方法で定義できるが、本実施形態では、一般的に、電流の総充放電量と定格容量から、下記の定義により算出する。

サイクル数＝（総充電量＋総放電量）／（定格容量＊２）
単位は、総充電量、総放電量、定格電流量で、全て［Ah］または［Wh］を利用できる。

例えば、総充電量（充電した電荷量）が１０［Ah］、総放電量（放電して利用した電荷量）が８［Ah］、定格容量（その電池がためられる電荷量）が３［Ah］だった場合、
サイクル数＝（１０＋８）／（３＊２）＝１８／６＝３［ｃｙｃｌｅ］となる。

なお蓄電池の劣化に伴い、容量も劣化（減少）していくが、定格容量の取り扱いとして、劣化に応じて定格容量を減少させていく場合、劣化に関わらず定格容量は一定の場合のどちらでもかまわない。上記のサイクル数の定義は、一例にすぎず、本実施形態はこれに制限されない。

また本実施形態では、蓄電池のセルとして、通常セルと、貯蔵劣化セルとの２種類のセルを用いる。通常セルは、充放電指令に応じて外部との間で充放電を行うセルであり、一般の蓄電池が通常備えているセルに相当する。貯蔵劣化セルは、通常セルとは電気的に分離して配置され、外部との間での充放電制御は行われない。貯蔵劣化セルは、たとえば蓄電状態が一定のSOCに維持されるように制御される。貯蔵劣化セルは、蓄電手段の貯蔵劣化傾向およびサイクル劣化傾向を高精度に算出するために導入した測定用のセルである。詳細は後述する。

本実施形態では、上記のような蓄電池システムを例として具体的数値を併用して説明していく。

本実施形態では、構成別として、ケース１、２、３、４の４つのケースを想定している。

ケース１は、蓄電手段（蓄電池システム）に通常セル群と計時手段を有しており、基本劣化情報を含まないのがケース１Ａ、含むのがケース１Ｂである。

ケース２は、蓄電手段に通常セル群と計時手段とサイクル数算出手段を有しており、基本劣化情報を含まないのがケース２Ａ、含むのがケース２Ｂである。

ケース３は、蓄電手段に通常セル群と計時手段と貯蔵劣化セル／セル群を有しており、基本劣化情報を含まないのがケース３Ａ、含むのがケース３Ｂである。

ケース４は、蓄電手段に通常セル群と計時手段とサイクル数算出手段と貯蔵劣化セル／セル群を有しており、基本劣化情報は含まない。

図１は、本実施形態のケース１Ａにかかる余寿命推定装置のブロック図である。

劣化診断部２１は、通常セル群１２を診断して、通常セル群１２の劣化度合いを示す劣化診断結果データを、劣化診断結果格納部２３に格納する。通常セル群１２は少なくとも１つの通常セルを含む。このとき、時刻取得部２２は、蓄電手段１１の計時手段１３から診断時の時刻（現在時刻）を取得し、劣化診断結果データに付加する。計時手段１３は、蓄電手段１１内に設けられているが、蓄電手段１１の外側に設けられていても良い。蓄電手段１１は、外部の制御部からの指示に基づいて、通常セル群１２の充放電制御を実施する。蓄電手段１１は、内部状態を管理する内部プロセッサを備えていてもよい。

劣化診断結果格納部２３には、通常セル群１２の初期劣化診断結果と、任意時刻経過後の劣化診断結果が格納されている。余寿命推定部２４は、これらを参照して、蓄電手段１１の余寿命、より詳細には、通常セル群１２の余寿命を推定する。通常セル群１２が複数のセルを含むときは、セルごとの診断結果を総合して蓄電手段の余寿命を推定してもよい。たとえば、これらのセルの代表値（平均値、最小値、最大値、中央値など）を、蓄電手段の余寿命として採用してもよい。

この構成では、基本的には任意時刻よりも前の充放電パターンが、任意時刻よりも後にそのまま利用される場合においてのみ、余寿命を推定することができる。任意時刻を境に充放電パターンを変更する場合には、貯蔵劣化とサイクル劣化が分離できないことから、サイクル劣化の変化分が推定不可である。このため、結果として、充放電パターンを変更する場合の余寿命は推定できない。

図２は、本実施形態のケース１Ｂにかかる余寿命推定装置のブロック図である。

一般的な劣化傾向の情報である基本劣化情報が基本劣化情報格納部２５に格納されており、この情報から、貯蔵劣化傾向算出部２６およびサイクル劣化傾向算出部２７が、一般的な貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向を算出する。算出された貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向は、貯蔵劣化傾向算出結果格納部２８およびサイクル劣化傾向算出結果格納部２９に格納される。劣化診断結果格納部２３内の劣化診断結果データに加え、これらの劣化傾向をさらに用いて、余寿命推定部２４は、余寿命推定を行う。

ただし、これらの劣化傾向は、あくまでも予備実験によって算出された劣化傾向であり、この蓄電池システムが実際に置かれている周囲環境の影響は考慮されていない。したがって、予備実験により算出された劣化傾向と、真なる劣化傾向との差分だけ、推定した余寿命に誤差が生じることになる。

図３は、本実施形態における余寿命推定方法の全体のフローチャート図である。本実施形態で示すいずれの構成（ケース１、２、３、４）においても、図３のフローチャート図のフローに従って余寿命を推定する。

まず、蓄電池システムの使い始めの際に、通常セルと、もし貯蔵劣化セルが存在する構成であれば貯蔵劣化セル（後述するケース３A、３B、４Aの場合）と、の劣化度合いを診断する初期劣化診断を行う（S101）。

その後、該蓄電池システムを利用目的に従って利用していき（S102）、ある任意の時刻において、余寿命を知りたくなったときに（S103のYES）、余寿命推定実施の指令を行う。この指令は、たとえばユーザが入力手段から行う。

この指令に応じて、通常セルと、もし貯蔵劣化セルが存在する構成であれば貯蔵劣化セルと、の劣化度合いを診断する任意時間経過後劣化診断を行う（S104）。

そして、初期劣化診断の結果と、任意時間経過後劣化診断の結果と、に基づいて余寿命の推定を行う（S105）。この余寿命の推定を行う余寿命推定部２４のフローチャートは、各ケースによって異なり、それぞれ後述していく。

図４は、本実施形態のケース１Ａ及び１Ｂにかかる余寿命推定装置における余寿命推定部２４のフローチャート図である。

余寿命推定部２４ではまず、任意時間経過後劣化診断を行った任意時刻を境に、充放電パターンを変更するかどうかで処理を分岐させる（S201）。

もし充放電パターンを変更しないのであれば、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、に基づいて、これまでと同一の充放電パターンでの余寿命を推定する（S202）。なお、図１に示したケース１Ａの構成においては、充放電パターンを変更するかしないかに関わらず、この推定方法を行うことになる。

さて、もし充放電パターンを変更するのであれば、次に基本劣化情報を利用するかどうかを確認する（S203）。もし基本劣化情報を利用しないのであれば、ケース１Ａの構成と同等の扱いとなり、ステップS202の処理を行う。

一方、基本劣化情報を利用するのであれば、ケース１Ｂの構成（図２）が必要となる。そして、基本劣化情報に基づいて、貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向を算出し（S204）、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向と、に基づいて、任意の充放電パターンでの余寿命を推定する（S205）。

図５は、本実施形態のケース１Ａ及び１Ｂにかかる同一及び任意の充放電パターンの余寿命推定結果である。

結果に示す表では、上側が充放電パターン［ｃｙｃｌｅ／ｄａｙ］、下側が余寿命［ｄａｙ］である。ここで言う充放電パターンは、一日に何サイクルするか、というサイクルの頻度を示しており、余寿命は指定された充放電パターンで充放電を行った時、あと何日利用することができる、という残された日数を示している。

まず、同一の充放電パターンにおいては、本実施形態の冒頭で定義したように、１００［ｄａｙ］経過後の任意時間経過後劣化診断結果として、通常セルの劣化度合いは５００［ａ．ｕ．］であったため、単純に５００／１００で、劣化傾向は５［ａ．ｕ．／ｄａｙ］と算出することができる。この劣化傾向には、貯蔵劣化とサイクル劣化が含まれているが、これらの分離はできない。しかしながら、充放電パターンは変わらないとの前提のため、この劣化傾向のまま劣化が進むと考えることができる。このために、寿命の閾値である５０００［ａ．ｕ．］までには４５００［ａ．ｕ．］残されており、先ほど算出した劣化傾向５［ａ．ｕ．／ｄａｙ］を考慮すると、余寿命は９００［ｄａｙ］と算出することができる。

また、一方で任意の充放電パターンを指定する場合、ケース１Ａにおいては貯蔵劣化とサイクル劣化との分離をすることができないために、指定された充放電パターンでのサイクル劣化の変化分が算出できず、余寿命を推定することができない。この任意の充放電パターンのうち、例えば仮に１日あたりのサイクル数６が今までと同一の充放電パターンに相当していたとしても、サイクル数を取得することができない構成のため、６という任意の充放電パターンの余寿命さえ推定することができない。

そこで、予備実験による一般的な劣化傾向である基本劣化情報を利用して、任意の充放電パターンによる余寿命を推定することができる構成がケース１Ｂである。この構成では、基本劣化情報から、貯蔵劣化傾向は１［ａ．ｕ．／ｄａｙ］、サイクル劣化傾向は０．５［ａ．ｕ．／ｃｙｃｌｅ］、と取得することができる。このために、１００［ｄａｙ］経過後の任意時間経過後劣化診断結果としての通常セルの劣化度合い５００［ａ．ｕ．］の内訳を、貯蔵劣化が１００［ａ．ｕ．］、サイクル劣化が４００［ａ．ｕ．］と算出することができる。この場合、１００［ｄａｙ］経過後までに８００［ｃｙｃｌｅ］行ったと逆算することもできる。さらに、上記基本劣化情報の劣化傾向を適用することで、任意時刻から後の任意の充放電パターンにおける余寿命を、図５に示すように計算することができる。

図６は、本実施形態のケース２Ａにかかる余寿命推定装置のブロック図である。図６の構成においては、蓄電手段１１内にサイクル数算出手段１４が設けられている。サイクル数算出手段１４は、ここでは蓄電手段１１内に設けられているが、蓄電手段１１の外側に設けられていても良い。サイクル数算出手段１４は、通常セル群１２（蓄電手段１１）の充放電サイクル数をカウントし、内部またはアクセス可能な記憶部にカウント値（サイクル数）を格納している。サイクル数取得部３０は、サイクル数算出手段１４から任意時刻までの通常セル群１２の充放電サイクルを、サイクル数算出手段１４から取得する。取得したサイクル数は、劣化診断格納部２３に格納される。サイクル劣化傾向算出部２７は、サイクル劣化傾向を算出し、サイクル劣化傾向算出結果格納部２９に格納する。余寿命推定部２４は、このサイクル劣化傾向を利用して、余寿命推定を行う。

ただし、この構成では、貯蔵劣化とサイクル劣化との分離はできないために、サイクル劣化傾向算出部２７で算出されるサイクル劣化傾向は、貯蔵劣化を含んだものとなってしまう。つまり、本構成では、貯蔵劣化を正確に考慮することができない構成となっている。

図７は、本実施形態のケース２Ｂにかかる余寿命推定装置のブロック図である。図７の構成においては、図６の構成に加えて、基本劣化情報格納部２５に格納された基本劣化情報を利用して貯蔵劣化傾向を算出する。したがって、一般的な劣化傾向の情報という限定条件ではあるが、図６の構成では考慮できなかった、貯蔵劣化をサイクル劣化と分離して、考慮することができる。

図８は、本実施形態のケース２Ａ及び２Ｂにかかる余寿命推定装置における余寿命推定部２４のフローチャート図である。

余寿命推定部２４ではまず、任意時間経過後劣化診断を行った任意時刻を境に、充放電パターンを変更するかどうかで処理を分岐させる（S301）。

もし充放電パターンを変更しないのであれば、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、に基づいて、同一の充放電パターンでの余寿命を推定する（S302）。

一方、充放電パターンを変更するのであれば、次に基本劣化情報を利用するかどうかを確認する（S303）。

ここで、ケース２Ａの構成においては、基本劣化情報は持っていないので、基本劣化情報を利用することはできない。ケース２Ａの構成、もしくはケース２Ｂの構成で基本劣化情報を利用しないのであれば、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、サイクル数に基づいて、サイクル劣化傾向を算出する（S304）。その後、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、サイクル劣化傾向と、に基づいて、任意の充放電パターンでの余寿命を推定する（S305）。

一方、基本劣化情報を利用するのであれば、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、基本劣化情報と、サイクル数に基づいて、貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向を算出する（S306）。その後、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向と、に基づいて、任意の充放電パターンでの余寿命を推定する（S307）。

図９は、本実施形態のケース２Ａ及び２Ｂにかかる同一及び任意の充放電パターンの余寿命推定結果である。表の見方、及び、同一の充放電パターンの結果においては、図５での説明と同様である。

図９において、任意の充放電パターンでケース２Ａの場合、前述した通り、貯蔵劣化を分離して考慮することができず、診断した結果の劣化度合いは全てサイクル劣化として扱うことになってしまう。このため、例えば任意の充放電パターンで今後一切充放電を行わないというような充放電パターンにおいては、余寿命が無限大という現実とは逸脱した結果になってしまう。ただし、任意の充放電パターンで、今後特定の充放電パターンで充放電を行う場合、サイクル劣化傾向から余寿命を推定することができる。

診断した結果の劣化度合いは、実施形態の冒頭に記載したように５００［ａ．ｕ．］である。ケース２Ａの構成ではサイクル数を取得することができるため、実施形態の冒頭に記載した５００［ｃｙｃｌｅ］という情報は扱うことができる。そうすると、サイクル劣化傾向として、１［ａ．ｕ．／ｃｙｃｌｅ］と算出することができる。あとは、指定された任意の充放電パターンに従って、上記サイクル劣化傾向から、余寿命を推定する。

一方、ケース２Ｂの構成において、基本劣化情報を利用するのであれば、貯蔵劣化を一般的な貯蔵劣化傾向から考慮することができる。基本劣化情報からは、貯蔵劣化傾向は１［ａ．ｕ．／ｄａｙ］であった。このため、診断した結果の劣化度合い５００［ａ．ｕ．］のうち、貯蔵劣化によるものは１００［ａ．ｕ．］となり、残りの４００［ａ．ｕ．］がサイクル劣化によるものと算出できる。さらに、サイクル数は５００［ｃｙｃｌｅ］であるために、これらからサイクル劣化傾向は０．８［ａ．ｕ．／ｃｙｃｌｅ］と算出することができる。これら算出した貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向から、図９に示すように、任意の充放電パターンで余寿命を推定することができる。なお、過去の任意の期間における１日あたりの平均サイクル数を計算し、当該平均サイクル数での余寿命を計算することも可能である。

図１０は、本実施形態のケース３Ａにかかる余寿命推定装置のブロック図である。図１０の構成においては、蓄電手段１１内に貯蔵劣化セル／セル群１５が配置されている。貯蔵劣化セル／セル群１５は、通常セル群１２と異なり、外部の制御部からの指令に応じて充放電動作を行うことはしない。貯蔵劣化セル／セル群１５は、通常セル群１２とは電気的に分離して配置されている。貯蔵劣化セル／セル群１５は、電荷を蓄積しており、蓄積状態がたとえば一定のSOCに維持されるように、あるいは一定のSOCからの変動を抑制するように制御されている。自然放電により電荷が放出され、SOCが一定値まで低下した場合は、電荷が充電されることで、一定のSOCレベルが維持される。当該一定のSOCレベルの値は、任意に決定することができる。たとえば通常セル群１２の想定平均SOCレベルを何らかの方法で取得できるのであれば、このレベルにあわせても良い。

貯蔵劣化傾向算出部２６では、その貯蔵劣化セル１５の劣化診断結果を利用して、貯蔵劣化傾向を算出する。余寿命推定部２４は、これと同じ傾向を通常セル群１２が有すると仮定して、通常セル群１２の寿命推定を行う。寿命推定の詳細は、後述する。

図１１は、本実施形態のケース３Ｂにかかる余寿命推定装置のブロック図である。図１１の構成においては、図１０の構成に加えて、サイクル劣化傾向算出部２７が、基本劣化情報を利用してサイクル劣化傾向を算出する。したがって、一般的な劣化傾向の情報という限定条件ではあるが、図１０では考慮できなかったサイクル劣化を考慮することができる。

図１２は、本実施形態のケース３Ａ及び３Ｂにかかる余寿命推定装置における余寿命推定部２４のフローチャート図である。

余寿命推定部２４ではまず、任意時間経過後劣化診断を行った任意時刻を境に、充放電パターンを変更するかどうかで処理を分岐させる（S401）。

もし充放電パターンを変更しないのであれば、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、に基づいて、同一の充放電パターンでの余寿命を推定する（S402）。

一方、充放電パターンを変更するのであれば、次に基本劣化情報を利用するかどうかを確認する（S403）。

ケース３Aの構成の場合、もしくはケース３Bの場合で基本劣化情報を利用しないことを決定した場合、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、に基づいて、貯蔵劣化傾向を算出する（S404）。その後、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、貯蔵劣化傾向と、に基づいて、余寿命を推定する（S405）。前述の通りサイクル劣化を考慮することができないため、貯蔵劣化のみを考慮した寿命推定となり、推定する余寿命は、今後一切充放電を行わない場合における最大の余寿命となる。

一方、基本劣化情報を利用するのであれば、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、基本劣化情報と、に基づいて、貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向を算出する（S406）。特に、貯蔵劣化傾向は、貯蔵劣化セル／セル群１５の診断結果を利用し、サイクル劣化傾向は基本劣化情報を利用して算出する。その後、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向と、に基づいて、任意の充放電パターンでの余寿命を推定する（S407）。

図１３は、本実施形態のケース３Ａ及び３Ｂにかかる同一及び任意の充放電パターンの余寿命推定結果である。表の見方、及び、同一の充放電パターンの結果においては、図５での説明と同様である。

図１３において、任意の充放電パターンでケース３Ａの場合、前述した通り、サイクル劣化を考慮することができないために、診断した結果の劣化度合いは全て貯蔵劣化として扱われる。したがって、推定する余寿命は、一切充放電を行わない場合における最大の余寿命に相当する。

具体的には、ケース３Ａの構成では、診断した結果の劣化度合いは実施形態の冒頭に記載したように５００［ａ．ｕ．］であり、さらに、貯蔵劣化セル／セル群の劣化度合い１５０［ａ．ｕ．］が取得することができる。任意時刻までは１００［ｄａｙ］経過しているために、これらから貯蔵劣化傾向は１．５［ａ．ｕ．／ｄａｙ］と算出することができる。また、劣化度合いのうち残りの３５０［ａ．ｕ．］がサイクル劣化によるものに相当するが、サイクル数が取得できないために、サイクル劣化傾向は考慮することができない。よって、上記貯蔵劣化のみで余寿命を推定、すなわち、一切充放電を行わないことを前提とした最大の余寿命を推定する。

ケース３Ｂの構成において、基本劣化情報を利用するのであれば、サイクル劣化を一般的なサイクル劣化傾向から考慮することができる。基本劣化情報からは、サイクル劣化傾向は０．５［ａ．ｕ．／ｃｙｃｌｅ］であり、サイクル劣化による劣化度合いは３５０［ａ．ｕ．］であったため、この場合、１００［ｄａｙ］経過後までに７００［ｃｙｃｌｅ］行ったと逆算することもできる。これら算出した貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向から、図１３に示すように、任意の充放電パターンで余寿命を推定することができる。

図１４は、本実施形態のケース４における余寿命推定装置のブロック図である。図１４の構成においては、図１０の構成に加えて、サイクル数取得部３０により任意時刻までのサイクル数を取得することができるために、通常セル群１２のサイクル劣化傾向を算出することができる。したがって、図１４の構成においては、貯蔵劣化とサイクル劣化の両方を考慮することができ、しかも、これらの劣化はいずれもその蓄電池システムが置かれた環境での劣化を再現できているために、上述したいずれのケースの構成と比較しても、精度が高い余寿命を推定することができる構成となっている。

図１５は、本実施形態のケース４にかかる余寿命推定装置における余寿命推定部２４のフローチャート図である。図１４の構成においては、貯蔵劣化とサイクル劣化が、その蓄電池システムが置かれた環境での劣化が再現できているために、基本劣化情報を利用する必要がなく、基本劣化情報を利用するかどうかを確認する必要がない。

任意の時刻以降で充放電パターンを変更しない場合は（S501のNO）、他の構成の推定方法と同様である（S502）。一方、充放電パターンを変更する場合には（S501のYES）、まず、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果とサイクル数、に基づいて、貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向を算出する（S503）。特に、貯蔵劣化傾向の算出には、貯蔵劣化セル／セル群１５の診断結果を利用し、サイクル劣化傾向の算出には、サイクル数取得部３０で取得したサイクル数を利用する。

その後、初期劣化診断結果と、任意時間経過後劣化診断結果と、貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向と、に基づいて、任意の充放電パターンでの余寿命を推定する（S504）。

図１６は、本実施形態のケース４における同一及び任意の充放電パターンの余寿命推定結果である。表の見方、及び、同一の充放電パターンの結果においては、図５での説明と同様である。

ケース４の場合、前述した通り、基本劣化情報を利用することなく、貯蔵劣化とサイクル劣化との両方を実際の環境で考慮することができる。したがって、図１６に示すように、任意の充放電パターンで余寿命を高精度に推定することができる。具体的には、ケース４の構成では、診断した結果の劣化度合いは実施形態の冒頭に記載したように５００［ａ．ｕ．］であり、さらに、貯蔵劣化セル／セル群の劣化度合い１５０［ａ．ｕ．］、及び、任意時刻１００［ｄａｙ］までのサイクル数５００［ｃｙｃｌｅ］を取得することができる。これらから、貯蔵劣化傾向は１．５［ａ．ｕ．／ｄａｙ］であること、サイクル劣化傾向は０．７［ａ．ｕ．／ｃｙｃｌｅ］であることを、それぞれ算出することができる。これら算出した貯蔵劣化傾向とサイクル劣化傾向から、図１６に示すように、任意の充放電パターンで余寿命を推定することができる。

図１７は、本実施形態のケース１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、４における任意の充放電パターンの余寿命推定結果のグラフである。言い換えると、図５、図９、図１３、図１６の任意の充放電パターンで推定した余寿命の結果を、グラフに可視化したものである。横軸は充放電パターン［ｃｙｃｌｅ／ｄａｙ］、縦軸は余寿命［ｄａｙ］である。

図１７を見ると、ケース１Ｂや２Ａ、２Ｂは充放電パターンが０のような小さい値の時、余寿命が４５００［ｄａｙ］などの他と比較して大きい値として推定されていることがわかる。これは、これらケースが、真なる劣化傾向である貯蔵劣化傾向を利用できないために起こっている余寿命の過大評価に相当する。一方、ケース３Ａや３Ｂ、４は充放電パターンが０のような小さい値の時、３０００［ｄａｙ］など、比較的小さい値として推定されていることがわかる。これは、これらケースが、真なる劣化傾向である貯蔵劣化傾向を利用できているために、余寿命を精度よく推定できていることを意味している。

図１８は、本実施形態のケース１Ａ及び３Ａにかかる同一の充放電パターン及び任意の充放電パターンで推定した余寿命の推定結果の一例を示す。ケース１Ａにおいては、貯蔵劣化とサイクル劣化との劣化度合いの合計値しかわからず、さらに、サイクル数も取得することができないために、任意の充放電パターンで余寿命を推定することはできない。一方、ケース３Ａにおいては、貯蔵劣化とサイクル劣化を分離することができるが、サイクル数は取得することができないために、任意の充放電パターンのうちの、今後一切充放電しない場合においてのみ、余寿命を推定することができる。

図１９は、推定した余寿命のランク分け対応表である。図５や図１７では、今後指定された充放電パターンで充放電を行った時、あと何日利用することができる、という残された日数を余寿命と表示する方法を示した。一方で、図１９に示すように、推定した余寿命について、任意の閾値を設けてランク分けする手法も考えられる。ランク分けすることによって、推定精度を高めながらにして、ある程度の誤差を吸収することができる。

以上に述べたように、ケース３Aの構成によれば、貯蔵劣化のみを再現する専用の貯蔵劣化セルを準備し、そのセルの劣化診断結果を利用して貯蔵劣化の傾向を把握し、貯蔵劣化の影響を考慮しながら余寿命を推定することができる。精度の良い劣化傾向を把握することができ、結果として精度の良い余寿命を推定することができる。

またケース３Bの構成によれば、貯蔵劣化のみを再現する専用の貯蔵劣化セルを準備し、そのセルの劣化診断結果を利用して貯蔵劣化の傾向を把握し、さらに、予備実験により予め把握しておいた一般的なサイクル劣化の影響のデータを利用してサイクル劣化の傾向を把握する。したがって、貯蔵劣化とサイクル劣化を分離しながら、精度の良い余寿命を推定することができる。

また、ケース４の構成によれば、貯蔵劣化のみを再現する専用の貯蔵劣化セルを準備し、そのセルの劣化診断結果を利用して貯蔵劣化の傾向を把握し、さらに、診断結果と取得したサイクル数のデータを利用してサイクル劣化の傾向を把握し、貯蔵劣化とサイクル劣化を分離しながら余寿命を推定することができる。したがって、精度の良い劣化傾向を把握することができ、結果として精度の良い余寿命を推定することができる。なお、この構成においては、一般的な劣化の影響のデータが格納されている基本劣化情報は不要になる。

なお、余寿命推定装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、当該装置の各ブロックは、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、余寿命推定装置は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、格納部または記憶部は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなどの記憶媒体などを適宜利用して実現することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (12)

1. 電荷を充放電する第1セルと、電荷を蓄積した第２セルとを含む蓄電手段の余寿命推定装置であって、
   前記第1セルを診断して、前記第1セルの劣化度合いを表すデータを取得する第1劣化診断手段と、
   前記第２セルを診断して、前記第２セルの劣化度合いを表すデータを取得する第２劣化診断手段と、
   前記第２セルの劣化度合いを表すデータに基づいて、前記蓄電手段の設置環境に起因する前記蓄電手段の劣化特性を表す環境劣化傾向情報を算出する環境劣化傾向算出手段と、
   前記環境劣化傾向情報と、前記第1セルの劣化度合いを表すデータに基づいて、前記蓄電手段の余寿命を推定する余寿命推定手段と
   を備えた余寿命推定装置。
2. 前記余寿命推定手段は、今後前記第１セルの充放電動作を行わない場合の前記蓄電手段の余寿命を推定する
   請求項１に記載の余寿命推定装置。
3. 充放電サイクル数に起因する劣化特性を表す基本劣化情報を格納する劣化情報格納部をさらに備え、
   前記余寿命推定手段は、前記基本劣化情報をさらに用いて、前記蓄電手段の余寿命を推定する
   請求項１に記載の余寿命推定装置。
4. 前記余寿命推定部は、充放電サイクル数ごとに前記蓄電手段の余寿命を算出する
   請求項３に記載の余寿命推定装置。
5. 前記第1セルが行った充放電サイクル数を取得するサイクル数取得部と、
   前記第1セルの劣化度合いを表すデータと、前記環境劣化傾向情報と、前記第1セルが行った充放電サイクル数に基づき、前記充放電サイクル数に起因する前記蓄電手段の劣化特性を表すサイクル劣化傾向情報を算出するサイクル劣化傾向算出手段と、をさらに備え、
   前記余寿命推定部は、前記サイクル劣化傾向情報をさらに用いて、前記蓄電手段の余寿命を推定する
   請求項１に記載の余寿命推定装置。
6. 前記余寿命推定部は、充放電サイクル数ごとに前記蓄電手段の余寿命を算出する
   請求項５に記載の余寿命推定装置。
7. 外部との間で電荷を充放電する第1セルと、電荷を蓄積した第２セルとを含む蓄電手段の余寿命推定方法であって、
   前記第1セルを診断して、前記第1セルの劣化度合いを表すデータを取得する第1劣化診断ステップと、
   前記第２セルを診断して、前記第２セルの劣化度合いを表すデータを取得する第２劣化診断ステップと、
   前記第２セルの劣化度合いを表すデータに基づいて、前記蓄電手段の設置環境に起因する前記蓄電手段の劣化特性を表す環境劣化傾向情報を算出する劣化傾向算出ステップと、
   前記環境劣化傾向情報と、前記第1セルの劣化度合いを表すデータに基づいて、前記蓄電手段の余寿命を推定する余寿命推定ステップと
   を備えた余寿命推定方法。
8. 前記余寿命推定ステップは、今後前記第１セルが充放電動作を行わない場合の前記蓄電手段の余寿命を推定する
   請求項７に記載の余寿命推定方法。
9. 充放電サイクル数に起因する劣化特性を表す基本劣化情報を格納する劣化情報格納部をさらに備え、
   前記余寿命推定ステップは、前記基本劣化情報をさらに用いて、前記蓄電手段の余寿命を推定する
   請求項７に記載の余寿命推定方法。
10. 前記余寿命推定ステップは、充放電サイクル数ごとに前記蓄電手段の余寿命を算出する
    請求項９に記載の余寿命推定方法。
11. 前記第1セルが行った充放電サイクル数を取得するサイクル数取得ステップと、
    前記第1セルの劣化度合いを表すデータと、前記環境劣化傾向情報と、前記第1セルが行った充放電サイクル数に基づき、前記充放電サイクル数に起因する前記蓄電手段の劣化特性を表すサイクル劣化傾向情報を算出するサイクル劣化傾向算出ステップと、をさらに備え、
    前記余寿命推定ステップは、前記サイクル劣化傾向情報をさらに用いて、前記蓄電手段の余寿命を推定する
    請求項７に記載の余寿命推定方法。
12. 前記余寿命推定ステップは、充放電サイクル数ごとに前記蓄電手段の余寿命を算出する
    請求項１１に記載の余寿命推定方法。

Images