JP2016008873A - 電池管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】機器のユーザーの使用方法に適合した交換用電池を選択することができる電池管理システムを提供する。【解決手段】電池管理システムは、車両１００に搭載されたバッテリ４００を管理する電池管理システムである。車両１００は、バッテリ４００に流れる電流を検出する電流センサ６０２と、電流センサ６０２の検出値の履歴に基づいてバッテリ４００の電解質中におけるイオン濃度の偏りの変化を推定し、推定したイオン濃度の偏りの変化に基づいて充電または放電によるバッテリ４００の劣化に関する評価値Ｄを算出する制御部６５１と、評価値Ｄの履歴情報を記憶する記憶部６５２とを含む。電池管理システムは、バッテリ４００を交換する際に、交換前のバッテリ４００の評価値Ｄの履歴情報を記憶部６５２から取得し、評価値Ｄの履歴情報に基づいて交換用のバッテリ４００の要求特性を判定する電池管理ＥＣＵ１４と、判定結果を報知する表示部１２とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、電池管理システムに関し、特に、二次電池を交換する際に、交換用の二次電池の要求特性を判定する判定部を備える電池管理システムに関する。

近年、環境問題への対策として、ハイブリッド車両や電気自動車などが開発されている。これらの車両には、リチウムイオン二次電池などの電池が搭載されている。車両に搭載される電池は、車両が廃車となった場合や、修理にて電池を交換した場合に回収される。回収された電池は、リサイクル、リユース、およびリビルドなどの処理によって再利用される。

リサイクルは、電池を分解して再資源化する処理である。リユースは、組電池をそのまま再利用する処理である。リビルドは、組電池を分解してから再利用可能な電池セルを集めて新たに組電池として再生する処理である。

特開２０１２−１５５９８１号公報（特許文献１）は、蓄電池を再利用する際に、一次利用時の使用状況によって生じた蓄電池性能のばらつきに関する情報を、再利用電池を使用する機器に送信し充放電制御に利用することによって、再利用電池の特性に合わせて性能を引き出すことができる技術を開示する。

特開２０１２−１５５９８１号公報 特開２００５−１６４６０４号公報 特許第４４９４４５３号公報 特開２０１３−０５１１１５号公報 特開２０１３−２１４３７２号公報

上記特開２０１２−１５５９８１号公報に開示された技術では、再利用電池を使用する機器の特性を再利用電池の特性に合わせるものであったが、機器のユーザーの使用方法がユーザーの好みなどにより標準的な使用方法でない場合には、交換後の電池ではユーザーの要求を満たすことができない可能性がある。

特に、大電流での電池の放電（以下、「ハイレート放電」ともいう）が継続されると、電池の内部抵抗が一時的（可逆的）に上昇する場合がある。このような使用状態が継続すると、電池の劣化を招く。ハイレート放電が発生しやすい使用方法を好むユーザの場合には、交換後の電池はハイレート放電に対する耐性が高いものであるほうが好ましい。また大電流での電池の充電（以下、「ハイレート充電」ともいう）に関しても同様なことが考えられる。

しかしながら、上記特開２０１２−１５５９８１号公報では、再利用電池がユーザの要求する使用法に適さない場合があることや、再利用電池を使用する機器からユーザの使用法の履歴を読み出すことは検討されておらず、改善の余地がある。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、機器のユーザーの使用方法に適合した交換用電池を選択することができる電池管理システムを提供することである。

この発明は、要約すると、機器に搭載された二次電池を管理する電池管理システムである。機器は、二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部の検出値の履歴に基づいて二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りの変化を推定し、推定したイオン濃度の偏りの変化に基づいて充電または放電による二次電池の劣化に関する評価値を算出する算出部と、評価値の履歴情報を記憶する記憶部とを含む。電池管理システムは、二次電池を交換する際に、交換前の二次電池の評価値の履歴情報を記憶部から取得し、評価値の履歴情報に基づいて交換用の二次電池の要求特性を判定する判定部と、判定部の判定結果を報知する報知部とを備える。

上記の構成とすれば、機器の使用方法に二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りが生じやすいといった傾向がある場合に、交換時期においてそのような傾向を考慮した交換用の二次電池の要求特性をユーザに報知することができる。

好ましくは、判定部は、評価値の履歴情報に基づいて、機器における充電と放電との発生頻度の偏りを判定し、発生頻度の偏りに適合する二次電池の特性を要求特性として報知部に報知させる。

上記の制御を行なうことによって、機器においてハイレート充電またはハイレート放電に偏った使用が行なわれがちな場合に、それに適合する二次電池の特性をユーザに報知することができる。

好ましくは、機器は、二次電池を使用する負荷をさらに含む。算出部は、評価値の積算値が許容値を超えると負荷に対する出力制限を厳しくするように負荷を制御する。記憶部は、許容値を記憶する。判定部は、要求特性を満たす二次電池が機器に交換用電池として組み込まれる場合には、記憶部の許容値をより緩和された値に書き換える。

上記の構成とすれば、判定部が電池交換後の機器の出力制限を起こりにくくするように緩和した値に許容値を再設定するため、機器がより一層性能を発揮できるようになる。

本発明によれば、二次電池を搭載した機器の使用時における電池の使用履歴が記録され、その使用履歴を電池交換時に読み出すことができるので、機器のユーザーの使用方法にあった交換用電池を選択することが可能となる。

本実施の形態に係る電池管理システムの構成を示す図である。 放電過多の充放電パターンを模式的に示した図である。 充電過多の充放電パターンを模式的に示した図である。 充放電の偏りが小さい場合のバッテリ劣化評価値Ｄの分布を示した図である。 充放電の偏りが大きい場合のバッテリ劣化評価値Ｄの分布を示した図である。 ＥＣＵ６００の機能ブロック図である。 電池管理システムにおいて実行される交換電池の選択処理を説明するためのフローチャートである。 リユース時にグレードに分類する工場での製造工程を示したフローチャートである。 放電電力上限値ＷＯＵＴ、バッテリ劣化評価値Ｄ、目標値Ｅ、バッテリ劣化積算値ΣＤの時間変化の一例を模式的に示す図である。 使用する電池により燃費が向上する例を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［電池管理システムおよび車両の構成の説明］
図１は、本実施の形態に係る電池管理システムの構成を示す図である。図１を参照して、電池管理システムは、電池再生工場２０などに配置される電池在庫データベース２２や車両１００と通信可能に構成された端末１０によって実現される。

車両１００は、ＰＣＵ（Power Control Unit）３００と、バッテリ４００と、走行用モータ５００と、これらに接続された車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００とを含む。

なお、図１に示す車両１００は、走行用モータ５００を搭載した電気自動車である。しかし、図１に示す車両に限定されず、走行用モータ５００に加えてさらにエンジンを搭載したハイブリッド車両など、電力エネルギを用いて走行する車両全般に本発明を適用してもよい。

バッテリ４００は、複数のリチウムイオン二次電池セルを一体化したモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。リチウムイオン二次電池セルの正極は、リチウムイオン（以下「Ｌｉ塩」ともいう）を可逆的に吸蔵／放出可能な材料（たとえばリチウム含有酸化物）から成り、充電過程においてＬｉ塩を電解液に放出し、放電過程において電解液中のＬｉ塩を吸蔵する。リチウムイオン二次電池セルの負極は、Ｌｉ塩を可逆的に吸蔵／放出可能な材料（たとえば炭素）から成り、充電過程において電解液中のＬｉ塩を吸蔵し、放電過程においてＬｉ塩を電解液に放出する。

モータ５００は、三相交流モータであり、バッテリ４００に蓄えられた電力により駆動する。モータ５００の駆動力は、図示しない車輪に伝えられる。

ＥＣＵ６００は、制御部６５１および記憶部６５２を内蔵し、記憶部６５２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、所定の演算処理を実行するように構成される。

バッテリ４００には、電圧センサ６０１と、電流センサ６０２と、温度センサ６０３とが設けられる。電圧センサ６０１は、バッテリ４００の両端電圧（以下「バッテリ電圧ＶＢ」）を検出する。電流センサ６０２は、バッテリ４００を流れる電流（以下「充放電電流Ｉ」ともいう）を検出する。なお、以下の説明においては、放電時には充放電電流Ｉが正の値となり、充電時には充放電電流Ｉが負の値となるものとして説明する。温度センサ６０３は、バッテリ４００の温度（以下「バッテリ温度ＴＢ」ともいう）を検出する。これらの各センサは、検出結果をＥＣＵ６００に出力する。

以上のような構成を有する車両において、バッテリ４００のハイレート放電が継続されると、バッテリ４００の内部抵抗が一時的（可逆的）に上昇し、バッテリ４００の出力電圧が低下する場合がある。ハイレート放電の継続による電解液中のＬｉ塩の偏りが、その要因の１つと考えられている。このハイレート放電の継続によってバッテリ４００の内部抵抗が一時的に上昇した状態が継続されると、バッテリ４００の不可逆的な劣化を招いてしまう。

ハイレート放電が継続されるか否かは、ユーザがどのように車両を運転するかによって決まる。バッテリ４００が劣化し性能が低下した場合に、バッテリ４００を交換することが考えられるが、ハイレート放電が発生しやすい使用方法を好むユーザの場合には、交換後の電池はハイレート放電に対する耐性が高いものであるほうが好ましい。また大電流での電池の充電（以下、「ハイレート充電」ともいう）に関しても同様なことが考えられる。

そこで、本実施の形態に係る電池管理システムでは、電池交換時に、ユーザの使用法に適した電池の要求特性を報知して、適切な電池の選択を促す手法を採用する。具体的には、ユーザの使用方法を示す評価値を車両１００で算出し、評価値の履歴情報を車両１００に記憶しておく。そして、ディーラ端末または工場端末の電池管理ＥＣＵ１４は、ユーザから電池交換の依頼があった際に、車両から評価値の履歴情報を読み出し、読み出した履歴情報に基づいて、ユーザの使用法に適した交換用の電池を選択し、表示部１２を用いて交換用電池についての要求特性をユーザに報知する。

ＥＣＵ６００の制御部６５１は、電流センサ６０２の検出値の履歴に基づいてバッテリ４００の電解質中におけるイオン濃度の偏りの変化を推定し、推定した前記イオン濃度の偏りの変化に基づいて充電または放電によるバッテリ４００の劣化に関する評価値を算出する。記憶部６５２は、評価値の履歴情報を記憶する。

このように、算出および記憶された評価値の履歴情報は、端末１０で使用される。端末１０は、ディーラまたは電池再生工場に配置される。端末１０は、電池管理ＥＣＵ１４と、表示部１２とを含む。電池管理ＥＣＵ１４は、バッテリ４００を交換する際に、交換前のバッテリ４００の評価値の履歴情報を記憶部６５２から取得し、評価値の履歴情報に基づいて交換用のバッテリの要求特性を判定する。表示部１２は、電池管理ＥＣＵ１４の判定結果をユーザに報知する。

上記の構成とすれば、車両１００の使用方法にハイレート放電やハイレート充電などが発生しやすいといった傾向、またはバッテリ４００の電解質中におけるイオン濃度の偏りが生じやすいといった傾向がある場合がある場合に、交換時期においてそのような傾向を考慮した交換用のバッテリ４００の要求特性をユーザに報知することができる。

［バッテリ劣化評価値Ｄおよびバッテリ劣化積算値ΣＤ］
上記の評価値の一例として、特許第４４９４４５３号公報（特許文献３）、特許２０１３−０５１１１５号公報（特許文献４）、特許２０１３−２１４３７２号公報（特許文献５）に記載されているバッテリ劣化評価値Ｄを用いることができる。

充電または放電によって生じるイオン濃度の偏りは、時間の経過とともに元に戻る。簡単に言うと、バッテリ劣化評価値Ｄは、このイオンの偏りの残留度合いを示す値であり、以下の式（１）で算出される。

Ｄ（Ｎ）＝（１−Ａ×ΔＴ）×Ｄ（Ｎ−１）＋（Ｂ／Ｃ）×Ｉ×ΔＴ …（１）
ここで、Ｄ（Ｎ），Ｄ（Ｎ−１）は、それぞれ、評価値Ｄの今回値と１演算サイクル前に算出された前回値とを示し、Ａは忘却係数を示し、ΔＴは評価値Ｄの演算サイクルタイムを示す。また、Ｂは電流係数を示し、Ｃは電流の限界しきい値を示し、Ｉはバッテリ電流を示す。忘却係数Ａは、バッテリ中のリチウムイオンの拡散速度が大きいほど、またサイクルタイムΔＴが大きいほど、大きな値となる。忘却係数Ａ、電流係数Ｂ、限界しきい値Ｃは、バッテリ温度ＴＢおよびバッテリのＳＯＣを入力すれば値が得られるマップにしておいてもよい。

式（１）の第１項は、時間の経過とともに評価値Ｄがゼロに近づくことを示し、第２項は、放電により評価値Ｄが増加し、充電により評価値Ｄが減少することを示す。なお、充電時はＩ＜０であるので、充電過多の場合には評価値Ｄは負の値になる。

図２は、放電過多の充放電パターンを模式的に示した図である。図３は、充電過多の充放電パターンを模式的に示した図である。図２に示す放電過多パターンが続くと評価値Ｄは正の値になり、図３に示す充電過多パターンが続くと、評価値Ｄは負の値となる。

また、バッテリ４００に蓄積されたダメージ量に相当する値として、「バッテリ劣化積算値ΣＤ」を使用する。ここで、評価値Ｄからどのようにバッテリ劣化積算値ΣＤを算出するかについて説明する。図４は、充放電の偏りが小さい場合のバッテリ劣化評価値Ｄの分布を示した図である。図５は、充放電の偏りが大きい場合のバッテリ劣化評価値Ｄの分布を示した図である。図４、図５においては、一定時間ごとにバッテリ劣化評価値Ｄの値を記憶し、所定期間内に記憶した値がどのような分布となったかの履歴が示されている。

図４に示すように、評価値Ｄが所定値Ｄ０と所定値Ｄ１との間に分布している場合には、バッテリ劣化評価値Ｄとバッテリ４００に蓄積されたダメージ量との相関が低く、偏りが小さい。所定値Ｄ０と所定値Ｄ１との間に分布する評価値Ｄは、バッテリ劣化積算値ΣＤの積算には使用しない。したがって、バッテリ劣化積算値ΣＤは増減せず同じ値のままとなる。図４が、直近の所定期間分（たとえば１４日分）の分布を示すものであれば、この所定期間のバッテリ劣化積算値ΣＤはゼロとなり、ハイレート充電、ハイレート放電の偏りが少ないことが示される。

一方、図５に示すように、評価値Ｄが所定値Ｄ０と所定値Ｄ１との間より外側に分布している場合には、偏りが大きいと判断される。所定値Ｄ０と所定値Ｄ１との間の外側に分布する評価値Ｄは、バッテリ劣化積算値ΣＤの積算に使用される。図５が、直近の所定期間分（たとえば１４日分）の分布を示すものであれば、この所定期間のバッテリ劣化積算値ΣＤは正の値となり、ハイレート放電に偏った使われ方がされたことが示される。一方、図５と異なるパターンの場合において、バッテリ劣化積算値ΣＤが負の値となるときには、ハイレート充電に偏った使われ方がされたことが示される。

バッテリが使用開始されてから交換直前までの所定時間ごとに、バッテリ劣化積算値ΣＤがどのような値であったかを車両の記憶部に記憶しておき、これを読み出してバッテリ劣化積算値ΣＤの履歴を調べれば、車両のユーザーがどのような放電パターンの使用法を好むのかを調べることができる。また車両が使われている地域の特徴（たとえば坂道の有無や急速充電スタンドの有無など）によっても、充電パターンが異なるので、バッテリ劣化積算値ΣＤの履歴を調べれば、車両が主に使用される地域に特徴的な使用法が分かる場合もある。このようなバッテリ劣化積算値ΣＤの履歴は、バッテリ劣化評価値Ｄの履歴情報でもある。

ここで、車両でバッテリ劣化積算値ΣＤが算出されることについてブロック図を用いて簡単に説明しておく。

図６は、ＥＣＵ６００の機能ブロック図である。図６に示した各機能ブロックは、ハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。ＥＣＵ６００は、算出部６１０と、設定部６２０と、制御部６３０とを含む。

算出部６１０は、バッテリ劣化評価値ＤをＬｉ塩の偏りの変化に応じて算出する。設定部６２０は、バッテリの出力を制限するかどうかを判定するために用いられる目標値Ｅを、バッテリ劣化積算値ΣＤに応じて可変制御する。制御部６３０は、目標値Ｅに応じてバッテリ４００の入出力電力の制限を行なう部分である。制御部６３０についての詳細は入出力電力の制限に関連する変形例の説明で後述することとし、ここでは、バッテリ劣化積算値ΣＤの算出を行なうために必要な算出部６１０および設定部６２０について説明する。

算出部６１０は、算出部６１１と、記憶部６１２と、算出部６１３とを含む。算出部６１１は、充放電電流Ｉからバッテリ４００のＳＯＣを算出する。算出部６１３は、１演算サイクルタイム毎に、上記の式（１）によって、放電電流値Ｉ、バッテリ温度ＴＢ、記憶部６１２に記憶されたバッテリ劣化評価値Ｄ（前回値）に基づいて、バッテリ劣化評価値Ｄ（今回値）を算出する。記憶部６１２は、算出部６１３で算出されたバッテリ劣化評価値Ｄを記憶する。

設定部６２０は、積算部６２１、記憶部６２２、目標値設定部６２３を含む。
積算部６２１は、バッテリ劣化積算値ΣＤを算出する。積算部６２１は、直近の所定期間分（たとえば１４日分）のバッテリ劣化評価値Ｄの合計値をバッテリ劣化積算値ΣＤとして算出する。なお、バッテリ劣化積算値ΣＤの算出手法はこれに限定されない。

図４および図５で説明したように、積算部６２１は、バッテリ劣化評価値Ｄが所定値Ｄ０（＜０）から所定値Ｄ１（＞０）までに含まれる場合は、バッテリ劣化評価値Ｄとバッテリ４００に蓄積されたダメージ量との相関が低いため、バッテリ劣化評価値Ｄをバッテリ劣化積算値ΣＤに加えない。一方、バッテリ劣化評価値Ｄが所定値Ｄ０（＜０）から所定値Ｄ１（＞０）の外側の値である場合にはバッテリ劣化評価値Ｄをバッテリ劣化積算値ΣＤに加える。

記憶部６２２は、積算部６２１が算出したバッテリ劣化積算値ΣＤを記憶する。なお、記憶部６１２，６２２は、図１では記憶部６５２として集合的に示され、演算処理を行なう残りの部分は、図１では制御部６５１として集合的に示されている。

［交換電池の選択処理の詳細］
上記のように車両側で算出、記憶された評価値Ｄの履歴に関する情報は、車両の電池交換の際に使い方に適した交換用電池を選択するために、電池管理システムが読み出して使用することができる。

図７は、電池管理システムにおいて実行される交換電池の選択処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、電池を交換したいユーザーが車両をディーラに持ち込み、ディーラーの端末を車両ＥＣＵ６００に接続した時に、図１の電池管理ＥＣＵ１４によって実行される。

図１、図７を参照して、Ｓ３０１において、電池管理ＥＣＵ１４は、車両ＥＣＵ６００と通信を行ない、バッテリ劣化積算値ΣＤを取得する。バッテリ劣化積算値ΣＤは、バッテリ劣化評価値Ｄの履歴情報の一種である。評価値Ｄが正または負に偏った場合にはバッテリ４００がダメージを受けるが、バッテリ劣化積算値ΣＤは、そのダメージが蓄積された度合いを示す値である。

続いて、Ｓ３０２において、電池管理ＥＣＵ１４は、バッテリ劣化積算値ΣＤの履歴情報に基づいて、バッテリの充放電の偏りが大きいか否かを判断する。

バッテリ劣化積算値ΣＤが直近の所定期間分（たとえば１４日分）のバッテリ劣化評価値Ｄに基づいて算出された値であるとすると、所定期間ごとにバッテリ劣化積算値ΣＤを記録しておく。そして、Ｓ３０２では所定期間ごとに記録したバッテリ劣化積算値ΣＤの合計を計算し、その絶対値が所定のしきい値を超えれば偏りが大きいと判定すればよい。

Ｓ３０２において、偏りが大きいと判断されない場合には（Ｓ３０２でＮＯ）、Ｓ３０３に処理が進められ、一般のグレードの電池を交換用電池とするように判定され、Ｓ３０４において判定結果に対応する交換用電池のグレードが表示部１２に表示される。Ｓ３０２において、偏りが大きいと判断された場合には（Ｓ３０２でＹＥＳ）、Ｓ３０５に処理が進められる。

Ｓ３０５では、電池管理ＥＣＵ１４は、ハイレート充放電の極性が充電過多であるのか、放電過多であるのかをバッテリ劣化積算値ΣＤの符号の正負に基づいて判断する。Ｓ３０５において、放電過多（符号が＋）であった場合Ｓ３０６に処理が進められ、充電過多（符号が−）であった場合Ｓ３０７に処理が進められる。

Ｓ３０６では、放電過多に強いグレードの電池を交換用電池とするように判定され、Ｓ３０８において判定結果に対応する交換用電池のグレードが表示部１２に表示される。一方、Ｓ３０７では、充電過多に強いグレードの電池を交換用電池とするように判定され、Ｓ３０９において判定結果に対応する交換用電池のグレードが表示部１２に表示される。なお、一般グレード、放電過多に強いグレード、充電過多に強いグレードの電池について記載したが、バッテリの設計で負極密度などを変更することによってそのようなグレードの電池を製造しておくことは可能である。

Ｓ３０４，Ｓ３０８，Ｓ３０９のいずれかの処理が終了するとこのフローチャートの処理は終了する（なお、Ｓ３１０〜Ｓ３１３の処理は、オプションであり、変形例の説明のところで後述する。）。

以上説明したように、電池管理ＥＣＵ１４は、評価値Ｄの履歴情報の一種である積算値ΣＤの履歴に基づいて、車両１００におけるハイレート充電とハイレート放電の発生頻度との偏りを判定し（Ｓ３０２）、発生頻度の偏りに適合するバッテリ４００の特性（たとえば電池のグレード）を要求特性として表示部１２に報知させる（Ｓ３０４，Ｓ３０８，Ｓ３０９）。

上記の制御を行なうことによって、車両１００でハイレート充電またはハイレート放電に偏った使用が行なわれがちな場合に、それに適合するバッテリ４００の特性をユーザまたは販売店や工場の作業者に報知することができる。

［リユース時のバッテリのグレードの分類］
図７のＳ３０３，Ｓ３０６，Ｓ３０７では、一般グレード、放電過多に強いグレード、充電過多に強いグレードの電池について記載し、バッテリの設計で負極密度などを変更することによってそのようなグレードの電池を製造しておくことは可能であることを述べた。グレード別の電池を用意するための他の方法として、リユース品などでは、電池をグレードに分けておくこともできる。

図１において、端末１０が工場端末である場合には、電池管理ＥＣＵ１４は、廃棄車両または電池交換車両から評価値Ｄについての情報を取得し、バッテリがリユース品である場合に、バッテリ特定情報（ＩＤタグなどの値）と共に、評価値Ｄについての情報やハイレート充放電に対する耐性を示す情報を電池再生工場２０の電池在庫データベース２２に記録する。ハイレート充放電に対する耐性を示す情報の一例としてハイレート抵抗増加率（ハイレート充放電発生時の電池抵抗の増加率）を電池電流と電池電圧から算出して車両側で記録しておいてもよい。

図８は、リユース時に各グレードに分類する工場での製造工程を示したフローチャートである。図８を参照して、まず、Ｓ４０１において、作業者が通信ケーブルなどを車両に接続して、電池再生工場に廃棄電池パックを搭載する車両から電池情報を取得する。

Ｓ４０２において、電池の内部抵抗や満充電容量などが測定され、リユース可能であるか否かが判断される。Ｓ４０２において、リユース不可能と判断された場合には、Ｓ４０５において電池がリサイクルされ、処理が終了となる。一方、Ｓ４０２においてリユース可能と判断された場合にはＳ４０３に処理が進められる。

Ｓ４０３では、ハイレート放電時の抵抗増加率に基づいて電池の分類が行なわれる。ハイレート放電時の抵抗増加率は車両搭載時にデータとして蓄積されたものを使用しても良いし、新たに工場でハイレート充放電を実行してその時の抵抗増加率を計測しても良い。ハイレート放電時に抵抗増加率が所定の判定値よりも小さいバッテリは放電過多に強いグレードに分類する。ハイレート充電時についても同様に考えることができる。

また、この分類は、電池の設計値で分類しても良いし、セルを抜き取って試験を実施し実測値に基づいて分類しても良い。

Ｓ４０３において分類が終わったら、Ｓ４０４においてバッテリをリユース品として再生し、処理が終了となる。

［変形例：バッテリの充放電電力の制限の緩和］
ハイレート放電の継続によってバッテリ４００の内部抵抗が一時的に上昇した状態が継続されると、バッテリ４００の不可逆的な劣化を招いてしまう。これを防止するためには、ハイレート放電の継続を抑制する必要がある。このため、ＥＣＵ６００は、バッテリ４００の状態に応じて、充電電力上限値ＷＩＮおよび放電電力上限値ＷＯＵＴ（単位はいずれもワット）を設定し、バッテリ４００の実際の充電電力および放電電力がそれぞれ充電電力上限値ＷＩＮおよび放電電力上限値ＷＯＵＴを超えないように制御する。その一方で、ハイレート放電の継続を抑制し過ぎると、ユーザが要求する車両動力性能を十分に発揮することができないおそれがある。

そこで、本実施の形態では、交換用バッテリとしてユーザの使用方法に適合したバッテリが選択されたことに合わせて、充電電力上限値ＷＩＮおよび放電電力上限値ＷＯＵＴを緩和するように車両の制御データを書き換えて、交換用バッテリを搭載した車両にユーザが要求する車両動力性能を可能な限り発揮させる。

まず、車両側で実行される充電電力および放電電力の制限について、再び図６を参照して説明する。図６の制御部６３０において、充電電力および放電電力の制限が実行される。この制限を実行するためにバッテリ劣化評価値Ｄと比較するパラメータとして目標値Ｅが決定される。目標値設定部６２３は、記憶部６２２に記憶されたバッテリ劣化積算値ΣＤを読み出し、バッテリ劣化積算値ΣＤに応じて目標値Ｅを可変制御する。

制御部６３０は、バッテリ劣化評価値Ｄと目標値Ｅとの比較結果に応じて、バッテリ４００の実際の放電電力（以下「実放電電力Ｐ」という）を制御する。制御部６３０は、バッテリ劣化評価値Ｄが目標値Ｅを超えたという条件（以下、「制限条件」ともいう）が成立した場合に放電電力上限値ＷＯＵＴを低下させてバッテリ４００の放電を制限する（以下、この制限を「ＷＯＵＴ制限」ともいう）。このＷＯＵＴ制限により、ハイレート放電によるバッテリ４００の劣化を抑制する。

制御部６３０は、判定部６３１、制限部６３２を含む。判定部６３１は、上述の制限条件（バッテリ劣化評価値Ｄが目標値Ｅを超えたという条件）の成否を判定する。制限部６３２は、制限条件が成立した場合、制限条件が不成立である場合よりも、放電電力上限値ＷＯＵＴを小さい値に設定する。そして、制限部６３２は、実放電電力Ｐが放電電力上限値ＷＯＵＴを越えないように、ＰＣＵ３００を制御する。これにより、制限条件の成立時は不成立時よりも実放電電力Ｐが制限されることになる。

図９は、放電電力上限値ＷＯＵＴ、バッテリ劣化評価値Ｄ、目標値Ｅ、バッテリ劣化積算値ΣＤの時間変化の一例を模式的に示す図である。

図６、図９を参照して、時刻ｔ１よりも前のバッテリ劣化積算値ΣＤが許容値未満の範囲では、目標値Ｅは基準値Ｅｂａｓｅよりも所定値αだけ大きい最大値Ｅｍａｘに設定される。一方、時刻ｔ１より後のバッテリ劣化積算値ΣＤが許容値Ｋを超える範囲では、目標値Ｅは、バッテリ劣化積算値ΣＤに応じて最大値Ｅｍａｘから基準値Ｅｂａｓｅまで徐々に（段階的）に低下される。

ここで、基準値Ｅｂａｓｅは、ハイレート放電に起因するバッテリ４００の不可逆的な劣化そのものを抑制することを想定して設定される値である。これに対し、最大値Ｅｍａｘは、バッテリ要求寿命（バッテリ４００に要求される使用可能期間、たとえば１０年）を確保可能な範囲で、ハイレート放電に起因するバッテリ４００の不可逆的な劣化を許容することを想定して設定される値である。

時刻ｔ１よりも前は、バッテリ劣化積算値ΣＤは許容値Ｋ未満であるため、目標値Ｅは最大値Ｅｍａｘに設定される。これにより、バッテリ劣化評価値Ｄは目標値Ｅ未満となり、ＷＯＵＴ制限は行なわれない。

時刻ｔ１にてバッテリ劣化積算値ΣＤが許容値Ｋに達すると目標値Ｅが低下され始め、時刻ｔ２にてバッテリ劣化評価値Ｄが目標値Ｅを超えるとＷＯＵＴ制限が開始される。これに伴い、ハイレート放電が抑制されバッテリ劣化評価値Ｄが低下する。時刻ｔ３にてバッテリ劣化評価値Ｄが目標値Ｅ（基準値Ｅｂａｓｅ）未満になるとＷＯＵＴ制限が解除され始める。そして、時刻ｔ４にてバッテリ劣化積算値ΣＤが許容値Ｋ未満となると、目標値Ｅは再び最大値Ｅｍａｘまで徐々に増加される。

目標値Ｅが固定されている場合には、バッテリ劣化評価値Ｄがこの固定値を１度でも超えると制限条件が成立しＷＯＵＴ制限が介入されてしまう。この場合は、ハイレート放電によるバッテリ４００の不可逆的な劣化そのものを抑制できる一方、車両動力性能が損なわれてしまう。そこで、設定部６２０は、バッテリ４００に蓄積されたダメージ量に相当するバッテリ劣化積算値ΣＤが許容値Ｋを超えるまでは、目標値Ｅを基準値Ｅｂａｓｅよりも大きい最大値Ｅｍａｘに緩和しておいてバッテリ要求寿命を確保可能な範囲でバッテリの劣化を許容して車両動力性能を確保する。

一方、設定部６２０は、バッテリ劣化積算値ΣＤが許容値Ｋを超える場合、目標値Ｅを最大値Ｅｍａｘから基準値Ｅｂａｓｅに低下させることによってＷＯＵＴ制限の介入を促す。これにより、ハイレート放電によるバッテリ４００の劣化を抑制してバッテリ要求寿命を適切に確保することができる。

上記のように車両でバッテリ劣化積算値ΣＤが許容値Ｋを超えたことを契機としてＷＯＵＴ制限が介入されることを説明した。図９では、ＷＯＵＴ制限についての波形を示したが、充電時のＷＩＮ制限についても、バッテリ劣化積算値ΣＤが負になり、許容値Ｌ（負の値）より低下した場合を契機として介入が行われる。

本実施の形態の変形例では、バッテリをハイレート放電またはハイレート充電に強いグレードに交換した際に、許容値Ｋ、許容値Ｌを緩和するように設定を変更することによって、ＷＯＵＴ制限やＷＩＮ制限が介入されにくくして、バッテリの性能を生かすようにする。このため、本実施の形態の変形例では、電池管理システムが実行する図７の処理に対して破線で示したＳ３１０〜Ｓ３１３の処理が追加される。

再び図７を参照して、Ｓ３０８において、放電過多に強いグレードが交換用電池として報知されたのちに、Ｓ３１０において電池の交換が完了待ちの処理が実行され、交換が完了するとＳ３１２の処理が実行される。Ｓ３１２では、電池管理ＥＣＵ１４は、記憶部６５２に記憶されている放電側許容値Ｋを拡大（緩和）した値Ｋ１に書き換えるように、車両ＥＣＵ６００に指示を出す。これにより、電池交換後には、車両は、図９に示したようなＷＯＵＴ制限を受けにくくなるので、ユーザの要求を満たすことができる走行が可能となる。

充電時においても、放電時と同様に、バッテリ劣化積算値ΣＤに対して図９に示すようにマイナス方向に許容値Ｌが定められており、許容値Ｌを下回るとＷＩＮ制限が実行される。Ｓ３０９において、充電過多に強いグレードが交換用電池として報知されたのちに、Ｓ３１１において電池の交換が完了待ちの処理が実行され、交換が完了するとＳ３１３の処理が実行される。Ｓ３１３では、電池管理ＥＣＵ１４は、記憶部６５２に記憶されている充電側許容値Ｌを図９に示すように緩和した値Ｌ１に書き換えるように、車両ＥＣＵ６００に指示を出す。これにより、電池交換後には、車両は、ＷＩＮ制限を受けにくくなるので、ユーザの要求を満たすことができる回生や充電が可能となる。

上記の構成とすれば、電池管理ＥＣＵ１４が電池交換後の車両１００の出力制限を起こりにくくするように許容値を緩和した値に設定するため、車両１００がより一層性能を発揮できるようになる。

車両が性能を発揮できるようになる一例として、燃費が向上するモデルケースを説明する。図１０は、使用する電池により燃費が向上する例を説明するための図である。図１０において、実施例、比較例１、比較例２に共通してユーザの使い方は、充電過多に偏りが大きい使い方である。このとき実施例では充電過多耐性が高いグレードのバッテリが使用され、比較例１では一般グレードのバッテリが使用され、比較例２では充電過多耐性が低いグレードのバッテリが使用されている。

この実施の形態の変形例においては、使用バッテリに合わせて許容値Ｌが設定される結果、最適なバッテリに交換がされた実施例における入出力制限（ＷＩＮ制限）介入頻度を１とすると、最適でないバッテリが使用される比較例１では１．５倍、比較例２では２倍の頻度で入出力制限が発生する。これは、実施例のほうが比較例１，２よりもモータの回生時の電力を回収しやすいことを示し、燃費が向上することを示す。

なお、ユーザの使い方の偏りを簡単に測定するには、バッテリの入出力制限を、充電時に発生した頻度と、放電時に発生した頻度とを別々にカウントし、そのカウント値のいずれが大きいかで充電過多、放電過多を判断することもできる。

また、図１では、バッテリを使用する機器が車両である例を示したが、機器は車両でなくてもよく、バッテリを交換する機器であれば本発明を適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 端末、１２ 表示部、１４ 電池管理ＥＣＵ、２０ 電池再生工場、２２ 電池在庫データベース、１００ 車両、３０２ インバータ、４００ バッテリ、５００ モータ、６００ 車両ＥＣＵ、６０１ 電圧センサ、６０２ 電流センサ、６０３ 温度センサ、６１０ 算出部、６１１ ＳＯＣ算出部、６１３ Ｄ算出部、６１２ Ｄ記憶部、６２２ ΣＤ記憶部、６５２ 記憶部、６２０ 設定部、６２１ 積算部、６２３ 目標値設定部、６３０，６５１ 制御部、６３１ 判定部、６３２ 制限部。

Claims (3)

1. 機器に搭載された二次電池を管理する電池管理システムであって、
   前記機器は、
   前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出値の履歴に基づいて前記二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りの変化を推定し、推定した前記イオン濃度の偏りの変化に基づいて充電または放電による前記二次電池の劣化に関する評価値を算出する算出部と、
   前記評価値の履歴情報を記憶する記憶部とを含み、
   前記電池管理システムは、
   前記二次電池を交換する際に、交換前の前記二次電池の前記評価値の履歴情報を前記記憶部から取得し、前記評価値の履歴情報に基づいて交換用の二次電池の要求特性を判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果を報知する報知部とを備える、電池管理システム。
2. 前記判定部は、前記評価値の履歴情報に基づいて、前記機器における充電と放電との発生頻度の偏りを判定し、前記発生頻度の偏りに適合する二次電池の特性を要求特性として前記報知部に報知させる、請求項１に記載の電池管理システム。
3. 前記機器は、前記二次電池を使用する負荷をさらに含み、
   前記算出部は、前記評価値の積算値が許容値を超えると前記負荷に対する出力制限を厳しくするように前記負荷を制御し、
   前記記憶部は、前記許容値を記憶し、
   前記判定部は、前記要求特性を満たす二次電池が前記機器に交換用電池として組み込まれる場合には、前記記憶部の前記許容値をより緩和された値に書き換える、請求項１または２に記載の電池管理システム。

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