JP2015007616A - 電池劣化算出システム、二次電池装置、および、電池劣化算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小規模で安価であって、システム運転状態の中でも電池の劣化算出を容易に実施可能な、電池劣化算出システム、二次電池装置、および、電池劣化算出装置を提供する。
【解決手段】 電池劣化算出装置は、所定時間単位で二次電池１００の電池容量の平均を示す平均電池容量データ、二次電池１００の電池温度の平均を示す平均温度データ、及び、二次電池１００の充電または放電のサイクル数のデータを電池使用履歴データとして蓄積する不揮発性メモリ４５０を有する制御部４００を含む二次電池装置１０と、通信可能に接続する電池劣化算出装置５００であって、予め電池容量と温度をパラメータとして算出されている電池劣化傾向データを格納したメモリ５０２と、制御部４００から電池使用履歴データを受信する受信部５０５と、電池劣化傾向データと電池使用履歴データとを組み合わせて、電池劣化に応じた電池容量を計算する電池劣化算出部５０３と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電池劣化算出システム、二次電池装置、および、電池劣化算出装置に関する。

二次電池は、製造後次第に劣化する。二次電池が劣化すると、電池容量が減少したり、抵抗が上昇するなど、電池性能が低下する。電池劣化は、電池を使用するシステムに影響を及ぼす。電池劣化が大きいとシステムの稼働ができなくなる、或いはシステムの性能を十分発揮できなくなるため、電池劣化状態を算出し、電池交換時期などを管理する必要がある。

二次電池劣化算出装置は、二次電池装置と電池制御装置が一体化されて構成される方法がある。前記電池制御装置内で電池容量を算出し、二次電池の劣化状態を判定している。しかしこの方法を採用したシステムでは、劣化算出アルゴリズムの変更を行う場合は、システムを停止し、前記電池制御装置を一体的に交換或いは調整する必要がある。

また別の二次電池劣化算出装置の構成方法として、電池の使用履歴をサーバーに伝送する方法がある。この方法では、遠隔のサーバーにて二次電池の劣化状態を評価している。しかしこの方法を採用するシステムは、大掛かりなネットワーク、サーバー、及びデータ取得のための端末装置が、必要となる。

特開２００２−２３６１５４号公報 特開２０１０−０２２１５５号公報

本発明の実施形態は、小規模で安価であって、システム運転状態の中でも電池の劣化算出を容易に実施することができる、電池劣化算出システム、二次電池装置、および、電池劣化算出装置を提供することを目的とする。

実施形態の一例によれば、電池劣化算出装置は、所定時間単位で二次電池の電池容量の平均を示す平均電池容量データ、前記二次電池の電池温度の平均を示す平均温度データ、及び、前記二次電池の充電または放電のサイクル数のデータを電池使用履歴データとして蓄積する不揮発性メモリを有する制御部を含む二次電池装置と、通信可能に接続する電池劣化算出装置であって、予め電池容量と温度をパラメータとして算出されている電池劣化傾向データを格納したメモリと、前記制御部から前記電池使用履歴データを受信する受信部と、前記電池劣化傾向データと前記電池使用履歴データを組み合わせて、電池劣化に応じた電池容量を計算する電池劣化算出部と、を有する。

図１は、一実施形態に係る電池劣化算出システム、二次電池装置、および、電池劣化算出装置の構成例を示す図である。 図２は、一実施形態において、不揮発性メモリに構築されている電池使用履歴データの構成例を示す図である。 図３は、一実施例において、外部計算機の格納部に格納されている劣化傾向データの構成例を示す図である。 図４は、一実施例において、外部計算機に接続されている表示器の表示例を示す図である。 図５は、電池劣化傾向データを直線近似した場合の例を示す図である。 図６は、他の実施形態に係る電池劣化算出システム、二次電池装置、および、電池劣化算出装置の構成例を示す図である。 図７は、電池のＳＯＣを所定の値にとして電池劣化評価を行った結果の一例を示す図である。 図８は、電池温度とＳＯＣとの組み合わせで電池劣化評価を行った結果の一例を示す図である。 図９は、電池温度とＳＯＣとの組み合わせで電池劣化評価を行った結果の一部を省略した例の図である。 図１０は、電池温度とＳＯＣとの組み合わせで電池劣化評価を行った結果の一部を省略する例を説明するための図である。 図１１は、電池劣化算出装置の電池劣化傾向データのテーブルの一部を省略する例を説明するための図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係る電池劣化算出システム、二次電池装置、および、電池劣化算出装置の構成例を示す図である。

本実施形態の電池劣化算出システムは、二次電池装置１０および電池劣化算出装置５００を備えている。

二次電池装置１０は、二次電池パック１００と、電圧検出器２１と、温度検出器２２と、電流検出器２３と、制御部４００と、を備えている。

二次電池パック１００は、複数の二次電池（セルと称しても良い）Ｃ１．・・・Ｃｎが、例えば直列接続されている。二次電池パック１００は、種々のタイプがあり、複数のセルの直列回路が、複数用意され、複数の直列回路が並列に接続されているタイプもある。二次電池パック１００は、例えば電池電力を動力源として用いる電動車両などの電池搭載機（或いは電池搭載システム）１０に対して装着及び離脱することができる。

電圧検出器２１は、二次電池パック１００の各二次電池の電圧を検出する。

温度検出器２２は、二次電池の温度を検出する。電池温度は、個別の電池の温度が測定されてもよいし、または複数電池のグループ単位で温度が測定されてもよい。

電流検出器２３は、直列接続された複数の電池に流れる電流を検出する。又、電流検出器２３は、並列接続された電池パック全体に流れる電流を検出する場合もある。

制御部４００は、電圧測定部４１１、温度測定部４２１、電流測定部４３１、ＳＯＣ算出部４０１、充放電制御部４７０、平均ＳＯＣ算出部４０２、平均温度算出部４２２、サイクル数算出部４４０、不揮発性メモリ４５０、読み取り部４６１、送信部４６１、書き込み部４６３、受信部４６４、通信Ｉ／Ｆ４６５、および、メモリ制御部４８１を備えている。制御部４００は、電圧検出器２１、温度検出器２２、及び電流検出器２３の出力を受けとる。

電圧測定部４１１は、電圧検出器２１からの出力を受け取り、電池電圧を測定する。
温度測定部４２１は温度検出器２２からの検出出力を受け取り、温度を測定し、測定した温度データを平均温度算出部４２２に供給する。
平均温度算出部４２２は、温度測定部４２１から受信した温度データから、所定期間の平均温度を算出し、不揮発性メモリ４５０に供給する。

電流測定部４３１は、電流検出器２３からの検出出力を受け取り電池に流れる電流を測定する。

二次電池の電圧及び電流検出経路は、図示していないが選択回路とその制御回路により、個々の二次電池単位、或いは二次電池のグループ単位で形成することができる。

ＳＯＣ算出部４０１は、電池残容量（State of charge （ＳＯＣ））を算出する。ＳＯＣ算出部４０１は、例えば、電流測定部４３１が測定した電流の積算値及び電圧測定部４１１が測定した電池電圧を利用してＳＯＣを計算することができる。

平均ＳＯＣ算出部４０２は、ＳＯＣ算出部４０１から受信したＳＯＣのデータから、所定期間の平均ＳＯＣを算出し、不揮発性メモリ４５０に供給する。

サイクル数算出部４４０は、充電および放電のサイクル数をカウントし、サイクル数を不揮発性メモリ４５０に供給する。二次電池パック１００の二次電池に対する充電が行われる場合、サイクル数算出部４４０は、例えば、電池電圧が所定の充電値（所定の電圧）以上になり、充電電流が一定値以下になると、充電が完了したと判断し、このときの１工程（１サイクル）が、サイクル数算出部４４０により算出される。このときサイクル数算出部４４０は、充電サイクルをインクリメントするように不揮発性メモリ４５０へデータを供給する。

充放電制御部４７０は、電池に対して充電或いは放電を行う場合、充放電経路（図示せず）を制御する。放電経路は、例えば負荷に対して二次電池パック１００からの電圧を供給する場合に形成され、充電経路は、負荷側からの回生電圧或いは商用電源からの電圧を二次電池パック１００に給電する場合に形成される。また放電経路、充電経路としては、個々の二次電池に個別に充放電を行う充放電経路もある。この充放電経路は、各電池電圧の平均化処理を行う場合に利用することもできる。

二次電池パック１００の二次電池に対する充電が行われる場合、例えば、電池電圧が所定の充電値（所定の電圧）以上になり、充電電流が一定値以下になると、充電が完了したと判断される。このときの１工程が、サイクル数算出部４４０により算出される。

不揮発性メモリ４５０は、平均ＳＯＣ、平均温度、サイクル数を記録するためのテーブルを備えている。

不揮発性メモリ４５０は、メモリ制御部４８０により制御され、例えば電池が使用された際の例えば１時間単位（制御周期と称してもよい）で、平均ＳＯＣ、平均温度、サイクル数の情報を電池使用履歴データとして記録する。なお１時間は一例であり、１分或いは１日単位でも構わない。この時間（制御周期）は、本装置が使用或いは搭載されるシステムに応じて切り替えられるようにしてもよい。

ＳＯＣ、電池電圧、電池温度、電流の計測、充放電は、随時行われるので、ＳＯＣ、電圧、温度などの計測値、及び充放電カウントは、一時的にローカルメモリに格納される。そして上記の制御周期で、平均ＳＯＣ、平均温度、サイクル数が取得され、その情報が不揮発性メモリ４５０に記録される。

読み取り部４６１は、不揮発性メモリ４５０の所定のアドレスにアクセスして、データを読み取る。読み取り部４６１は、読み取ったデータを送信部４６２へ送信する。

送信部４６２は、読み取り部４６１から受信したデータを通信Ｉ／Ｆへ送信する。

通信Ｉ／Ｆ４６５は、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＲＳ（recommended standards）-４８５、ＰＬＣ（Power Line Communication）、ＬＡＮなどの有線Ｉ／Ｆや、無線ＬＡＮなどの無線Ｉ／Ｆが挙げられる。なお、上記の通信Ｉ／Ｆ４６５の例は、外部計算機５００との間で電池使用履歴等を直接やり取りするものであるが、たとえば、ＳＤカードのようなメモリカードの記録媒体をＩ／Ｆとして持たせ、電池使用履歴等を記録媒体経由でやり取りしてもよい。

受信部４６４は、通信Ｉ／Ｆ４６５が受け取ったデータを受信し、書き込み部４６３へ送信する。

書き込み部４６３は、受信部４６４から受信したデータを、不揮発性メモリ４５０の所定のアドレスへ書き込む。

メモリ制御部４８１は、読み取り部４６１及び書き込み部４６３を制御し、不揮発性メモリ４５０からのデータの読み出し、および、不揮発性メモリ４５０へのデータの書き込み動作を制御する。

５００は外部計算機（電池劣化算出装置と称しても良い）であり、例えば、パーソナルコンピュータである。外部計算機５００は、制御部４００と容易に接続されることができる。

外部計算機５００は、通信Ｉ／Ｆ５０１、電池劣化傾向データメモリ５０２、劣化算出部５０３、受信部５０５、および、送信部５０６を有している。外部計算機５００は、表示部５０４と有線又は無線により接続している。

外部計算機５００は、操作入力に応答して、制御部４００に電池使用履歴データを要求する要求信号を出力することができる。制御部４００は、この要求信号に応答する。

これにより外部計算機５００は、操作入力に応答して、不揮発性メモリ４５０の電池使用履歴データを通信Ｉ／Ｆ５０１で読み取ることができる。電池劣化傾向データメモリ５０２は、後述する劣化傾向データを予め格納している。電池劣化傾向データは、予め、電池残容量と温度をパラメータとして例えば単位時間（単位期間）あたり電池劣化値が算出されているデータである。

劣化算出部５０３は、電池劣化傾向データと、読み取った電池使用履歴データとを組み合わせて、対象となる二次電池の電池劣化に応じた電池容量を計算することができる。そして計算結果は、電池容量算出結果として、表示部５０４に出力され表示される。上記したような劣化算出部５０３を用いた計算機能は、電池劣化算出ツールと称されても良い。

外部計算機５００の内部を機能別にブロックとして記載しているが、メモリ手段以外はソフトウエアにより実現できることは勿論である。またメモリとしては、半導体記憶素子、ハードディスク、光ディスクなどを利用することもできる。

図２には、不揮発性メモリ４５０に構築されている電池使用履歴データの構成例を示している。

電池使用履歴データは、テーブル上に配置されている。このテーブル上では、平均ＳＯＣが例えば、０〜１９％、２０〜３９％、４０〜５９％、６０〜７９％、８０〜８９％、９０〜１００％、で分類され、平均温度が例えば、−２０℃〜−１１℃、−１０℃〜−１℃、０℃〜９℃、２０℃〜２９℃、３０℃〜３９℃、４０℃〜４９℃、５０℃〜５９℃、で分類されている。これにより格納領域ａ１１・・・ａ６８が確保されている。

今、平均ＳＯＣ，格納時点で平均温度のデータが、例えば、８０〜８９％、２０℃〜２９℃の区分内であれば、領域ａ５５のデータが、例えば１インクリメントされる。なお、各領域の初期値はゼロである。このように、所定の制御周期でテーブルのデータがインクリメントされる。またサイクル数も、充電或いは放電が行われ、充電或いは放電が実施される二次電池（或いは二次電池グループ）の所定の充電電圧・充電電流値或いは放電電圧・放電電流値になる毎にインクリメントされる。上記のタイプのテーブルは、測定対象となる二次電池毎に或いは二次電池グループ毎に用意される。

なお制御部４００の内部の構成をブロックで示しているが、ブロック機能は、不揮発性メモリ４５０を除いて、ソフトウエアにより実現されてもよい。したがって、これらのブロックは処理ステップとして表現されてもよい。

図３は、電池劣化傾向データメモリ５０２に格納されている電池劣化傾向データの構成例を示している。

このデータを保存するテーブルは、ＳＯＣが例えば、１０％、５０％、７５％、８０％、９０％、１００％、で分類され、温度が例えば、−２０℃、−１０℃、０℃、１０℃、２５℃、３５℃、４５℃、５５℃、で分類されている。この分類により形成されたマトリックス領域に、それぞれ劣化の傾向を表すデータが記載されている。つまり劣化傾向テーブルの値は、平均ＳＯＣ、平均温度毎に算出される電池容量の低下数値を示している。

図３に示すテーブルの値は、予め、電池残容量（ＳＯＣ）がそれぞれ異なる実際のサンプル電池を利用し、環境温度を設定し、長時間貯蔵することで、電池容量の低下を測定して、求めた値である。このテーブルは、平均ＳＯＣ、平均温度に基づく値である。さらに、サイクル数に対応する劣化を表す係数を求める場合は、実際のサンプル電池を利用し、長期間充放電を繰り返して、電池容量の低下を測定して、求めことができる。すなわち、図３に示す電池劣化傾向データテーブルの各領域の値は、低下する電池容量[μＡｈ]に相当する。

なお、このテーブルに記載されていない値Ｘは、テーブルに記載されているＸに近い値を用いて、近似式により求めることができる。

図では１つのテーブルを示しているが、このテーブルの電池劣化傾向データは、電池の種類、出力定格により異なるので、電池ごとに別のテーブルを用意されていてもよい。

今、不揮発性メモリ４５０から電池使用履歴データが読み取られ、この電池使用履歴データが電池劣化傾向データと組み合わされて、電池劣化に応じた電池容量を計算されるものとする。

例えば平均ＳＯＣ８０％、平均温度２５℃、これらの環境の下での使用時間が１０時間であり、サイクル数が１０であったとする。

すると、最新電池容量ＳＯＨ（Ｎｅｗ）[μＡｈ]は、
ＳＯＨ（Ｎｅｗ）＝現在電池容量−（９×１０）−（１００×１０）
＝現在電池容量−１０９０
ここで、現在電池容量は、現在の電池容量を計測した際のＳＯＨ、
９は、電池劣化傾向データテーブルから読み取った値、
１００は、サイクル数に対応する係数である。

上記の計算は、図２のテーブル上の領域ａ５５の値が他の領域の値より最も大きいために、図３のテーブル上では、領域ａ５５に対応する劣化傾向データ「９」が選択されている。しかし、場合によっては、同じ値が複数存在する場合もあるので、この場合は、複数の計算を行ってもよい。

上記の如く電池劣化を計算に入れた電池容量が計算された場合、その結果は、表示部５０４に送られて表示される。

図４は、一実施例において、外部計算機に接続されている表示器の表示例を示す図である。

この場合、表示の形式としては、例えば図４に示すように、「最低値」、「中央値」、「最高値」が算出されて表示される。これは、図２で説明したように、電池使用履歴データが、平均ＳＯＣ，平均温度のように、ある程度の幅を有するからである。したがって、本実施形態では、前記幅の中で、電池容量の算出値を、「計算した容量が最低の場合を想定した値」、「計算した容量が、中央の場合を想定した値」、「計算した容量が、最高の場合を想定した値」と３つの場合の値に分けて、電池容量の算出値に範囲を持たせている。

この範囲は、算出される電池容量の全範囲（言い換えると上限値、下限値）を表していることになる。このように上限値、下限値を示す理由は以下の理由に基づいている。

図５には、電池劣化傾向データを例えば直線近似した場合の例を示している。

電池劣化傾向データのテーブルＴＢ１において、ＳＯＣが７５％、８０％、９０％、温度が１０℃、２５℃、３５℃、４５℃、の場合の低下値を示している。このテーブルＴＢ１に対して、例えば直線近似によりデータを増設したテーブルＴＢ２は、ＳＯＣが８５％、８９％、温度が３０℃、３９．５℃、の場合の低下値が近似されている。テーブルＴＢ２のデータを得る場合、必ずしも直線近似の式に限定されるものではなく、他の近似式によりデータを成生してもよい。

このテーブルＴＢ１とＴＢ２の関係から見られるように、電池使用履歴データの平均ＳＯＣが８０％〜９０％で、平均温度が３０℃〜３９℃であったとする。すると、この範囲の値をテーブルＴＢ２から探すと、６つの値４８０、５７６、６４０、７６８、９２８、１１１３．６をサーチすることができる。ここで、最小値は、例えば４８０、中間値は６４０または７６８或いはその中間値、最大値は、例えば１１１３．６が選択される。

このように本装置では、劣化傾向データの最大値と最小値を得ることができ、結果としては電池容量として算出される全範囲を計算することが可能である。つまり本装置では、電池劣化算出部５０３は、使用する電池使用履歴データに基づいて前記電池劣化傾向データテーブルから選択した電池劣化傾向データを用いて、使用する電池劣化データを直線近似により複数生成し、複数の電池容量計算結果を出力している。

上記したように実施形態では、安価であって小規模であり、システム運転状態の中でも電池劣化算出を容易に実施することができる。従来の如く大掛かりな電池劣化算出システムを構築する必要もなく、また電池搭載システムの運転を長時間停止させる必要もない。

電池容量算出アルゴリズムや算出に用いる計数を修正、変更する事態が生じたとしても、外部計算機５００側で電池容量算出アルゴリズムや算出に用いる計数を修正、変更するだけでよい。二次電池パック１００、制御部４００は、２次電池装置を利用するシステムに組み込まれたままの状態で、電池容量算出アルゴリズムを修正、変更することができる。

仮に、電池劣化算出アルゴリズムが制御部４００内に一体化して設けられていた場合、システムを停止する必要がある。しかし、本装置の構成によると、二次電池パック１００、制御部４００を有するシステムの運用を停止する必要はない。

本実施形態によると、システムの外で、外部計算機５００の電池容量算出アルゴリズムや算出に用いる計数を時間の制約なく自由に変更できるので、安価に実現することができる。また先に説明したように、電池容量の状態を最高値、中間値、最低値の幅を持って算出するアルゴリズムを用いるので、それぞれの値を別々に計算するための電池使用履歴データの複数のメモリを用意する必要はない。

図６は、他の実施形態に係る電池劣化算出システム、二次電池装置、および、電池劣化算出装置の構成例を示す図である。なお、本実施形態において、図１に示した実施形態と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。電池の劣化は、使用中のみならず、システムが長期間停止している期間でも次第に劣化する。

このような場合、不揮発性メモリ４５０に格納されている電池使用履歴データは、長期間停止する前のデータをそのまま使用すると、算出誤差が大きくなる。そこで、図６に示す実施形態では、条件入力部７００と、電池使用履歴データ補正部８００とが用意されている。この条件入力部７００と、電池使用履歴データ補正部８００は例えばパーソナルコンピュータで実現される。そして、このパーソナルコンピュータは、制御部４００に容易に接続することが可能であり、不揮発性メモリ４５０をアクセスすることができる。

条件入力部７００は、環境入力部７０１、期間入力部７０２を有する。条件入力部７０１は、システムの停止期間の環境を入力する部分である。環境データとしては、例えば温度２５℃、ＳＯＣ１００％での貯蔵、或いは温度２５℃、１Ｃ１Ｃ充放電を行ったなどの、温度、貯蔵或いは充放電に関する環境データである。また期間入力部７０２は、貯蔵日数、或いは充放電回数を入力する部分である。貯蔵期間例えば１２３４日などの日数であり、充放電は例えば１２３４回行ったなどの回数である。

電池使用履歴データ補正部８００は、使用履歴変換部８０１、変換テーブル８０２、補正用テーブルメモリ８０３、メモリ書込み部８０４を備える。

使用履歴変換部８０１は、条件入力部７００から与えられる条件（環境データ、貯蔵日数或いは充放電回数）を、変換テーブルのデータを用いて、電池使用履歴データに変換する。

変換テーブルには、環境と期間或いは充放電回数である条件毎の変換データが予め格納されている。この場合、温度毎に１日の貯蔵項目或いは１回の充放電項目に対応する小単位での電池使用履歴データが変換データとして格納されている。

変換部８０１は、入力条件に対応する最小単位の電池使用履歴データを、変換テーブル８０２から読み出す。そして変換部８０１は、貯蔵期間や充放電回数に応じて最小単位の電池使用履歴データを補正する。例えば電池使用履歴データに対して「貯蔵期間（日数）」を乗算する。或いは電池使用履歴データに対して「放電回数」を乗算する。

この変換されたデータは、補正用電池使用履歴データとして補正用テーブルメモリ８０３に一旦格納される。メモリ書込み部８０４は、補正テーブルメモリ８０３の補正用電池使用履歴データを不揮発性メモリ４５０に送り、不揮発性メモリ４５０に記録されている古い電池使用履歴データと置換して、電池使用履歴データを更新する。或いは、メモリ書き込み部８０４が電池使用履歴データを更新する際には、古い電池使用履歴データに対して、さらなる停止期間中に生じた補正用電池使用履歴データを加味して訂正電池使用履歴データを作成してもよい。

なお上記した条件入力部７００と、電池使用履歴データ補正部８００と、５００は外部計算機５００、及び表示部５０４は、一体となったパーソナルコンピュータ、或いは携帯端末であってもよい。またこのパーソナルコンピュータ或いは携帯端末は、制御部４００に対して、有線或いは無線のいずれで接続されてもよい。

上記した説明において、測定部、算出部、制御部など用語において「部」は、「装置」、「器」、「ブロック」及び「モジュール」に置き換えても本発明の範疇であることは勿論である。さらにまた、請求項の各構成要素において、構成要素を分割して表現した場合、或いは複数を合わせて表現した場合、或いはこれらを組み合わせて表現した場合であっても本発明の範疇である。また請求項を方法として表現した場合であっても本発明の装置を適用したものである。

本実施形態が適用される二次電池としては、特定されるわけではないが、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、など各種開発されており、いずれの電池が使用されても可能である。またＳＯＣの変化に対してＯＣＶの変化も追従するような特性の場合、ＯＣＶからＳＯＣの算出が比較的精度良くできる。

なお、図２に示した電池使用履歴データは、電池の使用範囲について、電池温度を−２０℃以上５９℃以下とし、ＳＯＣを０％以上１００％以下とし、電池温度を１０℃毎、ＳＯＣを２０％毎で電池使用履歴を取得したものである。しかしながら、電池の使用範囲はこれに限定する必要は無い。たとえば、温度が−３０〜１００℃であれば、そのような表を定義すれば良い。あるいは、使用範囲として−２０〜５９℃であっても、実際にこの範囲を超える可能性を考慮し、使用履歴の表は−３０〜１００℃などとしても良い。さらに、温度が−３０℃を下回る場合や１００℃を超える場合は、−３０℃未満、１００℃超えのような表を用意しても良い。ＳＯＣについても同様に、たとえば使用範囲を考慮し２０〜８０％という表にしても良いし、０％未満、１００％超えという表にしても良い。

一方、テーブルの温度とＳＯＣの間隔であるが、上記テーブルでは等間隔としたが、電池の劣化傾向（容量の低下速度（例えば、１日当たりに低下する容量[ｍＡｈ／ｄａｙ]）や、内部抵抗の上昇速度（例えば、１日当たりに上昇する内部抵抗[ｍΩ／ｄａｙ]）に応じて間隔を変えても良い。この変更は、電池の劣化評価データから検討することができる。

ここでの劣化評価データとはカレンダー特性やフロート特性などといった充放電サイクルを回さないものとなる。これは、充放電サイクルを回したときの劣化は、サイクル数から別途計算するためである。

図７は、電池のＳＯＣを所定の値にとして電池劣化評価を行った結果の一例を示す図である。図７に示す結果は、たとえば、二次電池のＳＯＣが１００％のときの電池の劣化評価データから、容量の低下速度[ｍＡｈ／ｄａｙ]として得られたものである。

図７に示す電池劣化評価結果では、電池温度が−１０℃以下のときにおける容量低下速度は５［ｍＡｈ／ｄａｙ］で同じである。換言すると、電池温度が−１０℃以下である時間が分かれば、電池温度が−２０℃や−３０℃などの細かい範囲でなくても容量低下速度が計算可能であるため、電池使用履歴記録用の表は、以下のように省略できる。

ＳＯＣについても同様である。すなわち、ある電池温度に対してＳＯＣを変化させたときの容量低下速度の評価において、ＳＯＣを変えても容量低下速度が変わらなければ、その間の電池使用履歴の記録は省略可能である。なお、電池温度を１℃刻み、ＳＯＣを１％刻みにする必要も無い。たとえば、電池温度を０．１℃刻み、ＳＯＣを０．１％刻みとしても良い。

図８は、電池温度とＳＯＣとの組み合わせで電池劣化評価を行った結果の一例を示す図である。
図９は、電池温度とＳＯＣとの組み合わせで電池劣化評価を行った結果の一部を省略した例の図である。

たとえば、ＳＯＣと電池温度の組み合わせでの電池劣化評価において、結果として図８に示す容量低下速度が得られたとする。

図８のハッチングをかけた部分（温度が−３０℃以上−１０℃以下の部分）については、容量低下速度が同じであるため、−１０℃未満について電池使用履歴記録用のテーブルを省略できる。図９には、図８に示す電池劣化評価結果の一部を省略した例を示す。図９に示すように、テーブルの一部を省略することで、テーブルを格納するメモリのサイズを小さくでき、電池制御装置の価格を下げる効果が期待できる。

なお、図９に示す容量低下速度のテーブルのハッチングをかけた部分は、電池温度が１℃以上１０℃以下のときに、ＳＯＣが３１％以上４０％以下の場合と、ＳＯＣが４１％以上６０％以下の場合とで、同じ容量低下速度となることを示している。このとき、電池使用履歴記録用のテーブルにおけるハッチングをかけた部分を、ひとつのセルに結合することができる。このことにより、さらなるメモリサイズの縮小が期待できる。

ただし、この場合、電池制御装置上の電池使用履歴を記録する処理が複雑になり、電池制御装置の開発工数が増える可能性があるため、開発コスト上昇分とメモリ縮小によるコスト削減分との比較により、適切な構成とすべきである。

図１０は、電池温度とＳＯＣとの組み合わせで電池劣化評価を行った結果の一部を省略する例を説明するための図である。

この例では電池の使用方法に合わせて電池使用履歴記録のテーブルの項目数を減らしている。たとえば、電池の使用範囲が電池温度−２０℃以上４５℃以下であり、ＳＯＣ１１％以上１００％以下の場合、上記使用範囲外の部分（ハッチングをかけた部分）は省略することができる。ただし、使用範囲外の部分を省略した場合には、使用方法外の温度で使用された場合に、劣化推定精度が下がる可能性はある。

図１１は、電池劣化算出装置の電池劣化傾向データのテーブルの一部を省略する例を説明するための図である。
上記図７乃至図１０では二次電池装置の電池使用履歴記録のテーブルの一部の削減について説明したが、電池劣化算出装置の電池劣化傾向データ（劣化速度係数）のテーブルも削減できる。たとえば、図１１に示すように電池温度とＳＯＣとの組み合わせによる劣化速度係数が得られている場合、テーブルのハッチングをかけた部分は省略することができる。このことにより、電池劣化傾向データを格納したメモリの容量を減らすことができる。

以下二次電池の負極、正極、電解液などの材料の例を示す。

１）負極・・・負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを有する。負極活物質含有層は、負極活物質、導電剤および結着剤を含む。負極集電体は、アルミニウム合金箔等の金属箔を用いることができる。アルミニウム合金としては、アルミニウムの他に、例えば、Ａｌ−Ｆｅ合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金およびＡｌ−Ｍｇ系合金である。

負極活物質としては、リチウムを吸蔵放出する物質を使用することができ、中でも、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金などが挙げられる。負極活物質のリチウム吸蔵電位は、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上であることが好ましい。これにより、負極集電体のアルミニウム成分とリチウムとの合金化反応の進行および負極集電体の微紛化を抑制できる。さらに、リチウム吸蔵電位は、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲であることが好ましい。これにより、電池電圧を向上させることができる。さらに好ましい電位範囲は、０．４Ｖ以上、２Ｖ以下である。０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属酸化物としては、チタン酸化物、例えばリチウムチタン酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、酸化珪素などが挙げられる。中でも、リチウムチタン酸化物が好ましい。

０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属硫化物としては、硫化リチウム、硫化モリブデン、硫化鉄等が挙げられる。

０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属窒化物としては、リチウムコバルト窒化物等が挙げられる。

導電剤として、炭素材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等を挙げることができる。

２）正極・・・正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを有する。正極活物質含有層は、正極集電体１９ａの片面もしくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む。

正極集電体は、アルミニウム合金箔等の金属箔を用いることができる。正極活物質としては、酸化物、硫化物、ポリマーなどが挙げられる。

酸化物として、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、オリピン構造を有するリチウムリン酸化物、硫酸鉄、バナジウム酸化物などが挙げられる。

例えば、ポリマーとしては、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料などが挙げられる。その他に、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなども使用できる。

好ましい正極活物質としては、高い正極電圧が得られるため、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。

電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。

３）電解液・・・電解液は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質濃度は、０．５〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内にすることができる。

電解質としては、ＬｉＢＦ_４が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）、リン酸エステル等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。

本発明のいくつか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。

１０・・・電池搭載機、２１・・・電圧検出器、２２・・・温度検出器、２３・・・電流検出器、１００・・・二次電池パック、４００・・・制御部、４０１・・・ＳＯＣ算出部、４０２・・・平均ＳＯＣ算出部、４１１・・・電圧測定部、４２１・・・温度測定部、４２２・・・平均温度算出部、４３１・・・電流測定部、４４０・・・サイクル数算出部、４５０・・・不揮発性メモリ、４６１・・・読み取り部、４６２・・・送信部、４６３・・・書き込み部、４６４・・・受信部、４６５・・・通信Ｉ／Ｆ、４７０・・・充放電制御部、４８１・・・メモリ制御部、５００・・・外部計算機（電池劣化算出装置）、５０１・・・通信Ｉ／Ｆ、５０２・・・電池劣化傾向データ、５０３・・・劣化算出部、５０４・・・表示部、５０５・・・受信部、５０６・・・送信部、７００・・・条件入力部、７０１・・・環境入力部、７０２・・・期間入力部、８００・・・電池使用履歴データ補正部、８０１・・・使用履歴変換部、８０２・・・変換テーブル、８０３・・・補正テーブルメモリ、８０４・・・メモリ書込み部。

Claims (6)

1. 所定時間単位で二次電池の電池容量の平均を示す平均電池容量データ、前記二次電池の電池温度の平均を示す平均温度データ、及び、前記二次電池の充電または放電のサイクル数のデータを電池使用履歴データとして蓄積する不揮発性メモリを有する制御部を含む二次電池装置と、通信可能に接続する電池劣化算出装置であって、
   予め電池容量と温度をパラメータとして算出されている電池劣化傾向データを格納したメモリと、
   前記制御部から前記電池使用履歴データを受信する受信部と、
   前記電池劣化傾向データと前記電池使用履歴データとを組み合わせて、電池劣化に応じた電池容量を計算する電池劣化算出部と、
   を有する電池劣化算出装置。
2. 前記電池劣化算出部は、使用する電池使用履歴データに基づいて前記電池劣化傾向データテーブルから選択した電池劣化傾向データを用いて、使用する電池劣化データを近似計算により複数生成し、複数の電池容量計算結果を出力する請求項１記載の電池劣化算出装置。
3. 前記電池劣化算出部が計算した前記電池劣化に応じた電池容量を表示する表示部を更に備えた請求項１又は請求項２記載の電池劣化算出装置。
4. 二次電池と、
   所定時間単位で前記二次電池の電池容量の平均値を算出する平均ＳＯＣ算出部と、
   前記二次電池の電池温度の平均値を算出する平均温度算出部と、
   前記二次電池の充電または放電のサイクル数を算出するサイクル数算出部と、
   前記平均ＳＯＣ算出部で算出した平均電池容量データ、前記平均温度算出部で算出した平均温度データ、及び、前記サイクル数算出部で算出した前記二次電池の充電または放電のサイクル数のデータを電池使用履歴データとして蓄積する不揮発性メモリと、
   前記不揮発性メモリから読みだされた電池使用履歴データを外部へ通信する通信Ｉ／Ｆと、を備えた二次電池装置。
5. 請求項４記載の二次電池装置と、
   前記二次電池装置の前記制御部と通信可能に接続する請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の電池劣化算出装置と、を備えた電池劣化算出システム。
6. 前記二次電池の使用が停止された期間及び当該期間の温度データを含む環境データを入力するための条件入力部と、
   前記条件入力部に入力された条件データを、変換テーブルを用いて電池使用履歴データに変換し、この電池使用履歴データを補正用電池使用履歴データとして一旦メモリに格納し、前記補正用電池使用履歴データを用いて、前記不揮発性メモリに記録されている電池使用履歴データを更新する電池使用履歴データ補正部と、
   を更に有する請求項５記載の電池劣化算出システム。

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