JP2016139572A - 二次電池管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 温度負荷を考慮した二次電池の交換を行うことができる二次電池管理システムを提供すること。【解決手段】 二次電池管理システムは，搭載電池について，温度ごとに，その頻度を指標する頻度値を記憶する温度頻度履歴記憶部と，搭載電池の環境温度を検出して出力する温度出力部と，温度出力部が出力した温度により，温度頻度履歴記憶部の頻度値を積算する頻度値積算部と，温度頻度履歴記憶部が記憶する温度ごとの頻度値のうち，最も高い頻度値の温度を高頻度温度として出力する高頻度出力部と，候補電池について，以前に搭載電池として使用された期間の高頻度温度を記憶する候補電池高頻度記憶部とを有する。そして，選択部において，候補電池高頻度記憶部が記憶する高頻度温度のうち，高頻度出力部が出力した高頻度温度との差が，予め定めた許容範囲内となる値をもつ候補電池を，交換電池として選択する。【選択図】図１

Description

本発明は，二次電池管理システムに関する。さらに詳細には，車両や大型家電製品等に搭載されている二次電池の交換時に，その交換に適した二次電池を選定することができる二次電池管理システムに関する。

車両や大型家電製品等には，複数のセルよりなるスタックを，さらに複数組み合わせて構成された組電池を搭載するものがある。このような組電池を搭載したものでは，その寿命や故障などにより，交換を要することがある。

例えば，組電池のうちの一部のスタックを交換する場合，交換により組電池に搭載されるものとしては，新たに製造された新品のスタックの他，以前に使用されていたものを再利用した中古品がある。スタックの中古品には，以前に使用された後に不要となっていたスタックをそのまま再利用するリユース品や，以前に使用されていたものの中から選択された再利用可能なセルによって新たにスタックを構成してなるリビルト品などがある。

このような中古品では，以前に使用されていた使用環境などにより，劣化状態のバラつきが大きい。また，同じ劣化状態の電池であっても，これを使用するユーザーによっては，以後，正常に使用できる期間である余命が異なることもある。このため，交換に中古品を用いる場合，ユーザーのニーズに最適なものを選定することが必要である。

例えば，ユーザーが望む使用期間よりも余命の短いものに交換した場合には，その使用期間内に再度の交換が必要となってしまうからである。一方，ユーザーが望む使用期間よりも余命が長いものに交換することは，ユーザーが望む使用期間に対して高価なものを提供することとなってしまうからである。

このような電池の再利用に関する先行技術として，例えば，特許文献１が挙げられる。特許文献１には，交換前の二次電池の抵抗増加率および容量維持率より劣化態様を示す情報を算出し，その情報と，ユーザーが交換後の二次電池に対して希望する使用期間とに基づいて，交換に用いる二次電池への要求品質を決定する電池管理システムが記載されている。これにより，交換に用いる二次電池として，ユーザーが希望する使用期間に適した品質のものを提供することができるとされている。

特開２０１４−４１７６８号公報

ところで，二次電池の劣化の進行は，その二次電池が使用される温度環境によっても異なる。二次電池が，その使用環境の温度により受ける温度負荷が異なるからである。つまり，交換に用いる二次電池は，ユーザーの使用環境の温度をも考慮して選択されることが好ましい。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点の解決を目的としてなされたものである。すなわちその課題とするところは，温度負荷を考慮した二次電池の交換を行うことができる二次電池管理システムを提供することである。

この課題の解決を目的としてなされた二次電池管理システムは，機器に搭載された二次電池である搭載電池の使用環境に基づいて，搭載電池と交換する二次電池の候補であり，以前に搭載電池として使用歴のある複数の候補電池より，実際に搭載電池と交換する候補電池である交換電池を選択する選択制御を行う選択部を有する二次電池管理システムであって，搭載電池について，温度ごとに，その頻度を指標する頻度値を記憶する温度頻度履歴記憶部と，搭載電池の環境温度を検出して出力する温度出力部と，温度出力部が出力した温度により，温度頻度履歴記憶部の頻度値を積算する頻度値積算部と，温度頻度履歴記憶部が記憶する温度ごとの頻度値のうち，最も高い頻度値の温度を高頻度温度として出力する高頻度出力部と，候補電池について，以前に搭載電池として使用された期間の高頻度温度を記憶する候補電池高頻度記憶部とを有し，選択部は，選択制御では，高頻度出力部に高頻度温度を出力させ，候補電池高頻度記憶部が記憶する高頻度温度のうち，高頻度出力部が出力した高頻度温度との差が，予め定めた許容範囲内となる値をもつ候補電池を，交換電池として選択するものであることを特徴とする二次電池管理システムである。

本発明の二次電池管理システムは，候補電池のうち，搭載電池の高頻度温度と近い高頻度温度を持つものを，交換電池として選択することができる。これにより，交換電池として，搭載電池と同程度の温度負荷が蓄積されたものを選択することができる。すなわち，この二次電池管理システムにより，温度負荷を考慮した二次電池の交換を行うことができる。

本発明によれば，温度負荷を考慮した二次電池の交換を行うことができる二次電池管理システムが提供されている。

本形態に係る二次電池管理システムの概略図である。 低温域での使用頻度が高いバッテリパックの温度頻度履歴の一例を示す図である。 常温域での使用頻度が高いバッテリパックの温度頻度履歴の一例を示す図である。 高温域での使用頻度が高いバッテリパックの温度頻度履歴の一例を示す図である。 使用後抵抗増加値と使用後電池容量との好ましい関係について説明するためのグラフ図である。 使用年数と寿命との好ましい関係について説明するためのグラフ図である。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に，本形態の二次電池管理システム１を示す。二次電池管理システム１は，バッテリパック２０を搭載している電池搭載機器１０と，データステーション３０とにより構成されている。電池搭載機器１０は，例えば，バッテリパック２０を電力源として使用する車両や家電などである。

電池搭載機器１０に搭載されているバッテリパック２０は，複数のスタック２１により構成されている。さらに，各スタック２１はそれぞれ，複数のセル２２により構成されている。各セル２２はいずれも，充電および放電が可能な二次電池である。つまり，各スタック２１や各セル２２は，電池搭載機器１０に搭載された搭載電池である。

データステーション３０は，電池搭載機器１０に搭載されているバッテリパック２０の一部のスタック２１またはセル２２の交換を要するときに，そのスタック２１またはセル２２と交換する交換電池を選択するためのものである。

本形態では，二次電池の再利用において，リビルトによるものについて詳細に説明する。すなわち，本形態では，電池搭載機器１０のバッテリパック２０の一部のスタック２１の交換を要する際に，複数のスタック２１の中から，交換に用いるスタック２１を選択する。そして，選択したスタック２１を，電池搭載機器１０のバッテリパック２０の一部のものと交換する。交換に用いるスタック２１は，以前に他の電池搭載機器１０において使用された使用歴のあるバッテリパック２０のうちの一部であり，再利用可能な中古のスタック２１である。実際に交換に用いる中古スタック２１は，その候補となる候補群のうち，データステーション３０において最適なものとして選択された中古スタック２１である。

図１に示すように，電池搭載機器１０に搭載されているバッテリパック２０には，温度センサー２３が設けられている。温度センサー２３は，バッテリパック２０の環境温度を検出して出力することができるものである。本形態の温度センサー２３は，予め定めた一定時間毎に，バッテリパック２０の環境温度を検出することができるものである。

また，電池搭載機器１０は，頻度値積算部１１，温度頻度履歴記憶部１２，データ送信部１３を有している。

温度頻度履歴記憶部１２は，バッテリパック２０の温度頻度履歴を記憶するものである。温度頻度履歴は，温度ごとに，その頻度を指標する頻度値を示したものである。

頻度値積算部１１は，温度センサー２３が出力するバッテリパック２０の環境温度を取得し，その温度により，温度頻度履歴記憶部１２が記憶する温度頻度履歴の頻度値を積算するものである。例えば，温度センサー２３により出力された温度が２５℃であるとき，温度頻度履歴の２５℃の頻度値をカウントアップする。

データ送信部１３は，電池搭載機器１０とデータステーション３０とが接続されたときに，温度頻度履歴記憶部１２が記憶しているバッテリパック２０の温度頻度履歴を，データステーション３０に送信することができるものである。

データステーション３０には，選択部３１，高頻度出力部３２，データ受信部３３，候補電池高頻度記憶部３４が設けられている。

データ受信部３３は，電池搭載機器１０とデータステーション３０とが接続されたときに，電池搭載機器１０のデータ送信部１３が送信する温度頻度履歴を受信することができるものである。

高頻度出力部３２は，データ受信部３３が受信したバッテリパック２０の温度頻度履歴より，最も高い頻度値の温度を高頻度温度として出力することができるものである。なお，本形態の高頻度出力部３２は，高頻度温度として，予め定めた３つの温度範囲である，低温域，常温域，高温域のうちのいずれかを出力するものである。つまり，バッテリパック２０の温度頻度履歴について最も高い頻度値の温度を定め，その定めた温度が，低温域，常温域，高温域のうちのいずれの温度範囲内の温度であるかを判定する。そして，低温域，常温域，高温域のうち，その判定された温度範囲を高頻度温度として出力するものである。

候補電池高頻度記憶部３４は，複数の中古スタック２１についてそれぞれ，高頻度温度を記憶しているものである。中古スタック２１はいずれも，以前，他の電池搭載機器１０において使用された使用歴を有するものである。そして，候補電池高頻度記憶部３４は，複数の中古スタック２１についてそれぞれ，以前に使用されていた期間において取得された高頻度温度を記憶している。本形態では，候補電池高頻度記憶部３４に高頻度温度が記憶されている複数の中古スタック２１が，実際に交換に用いるものの候補となる候補電池である。また，本形態では，候補電池高頻度記憶部３４は，複数の中古スタック２１についてそれぞれ，低温域，常温域，高温域のいずれかを，高頻度温度として記憶している。つまり，複数の中古スタック２１はそれぞれ，低温域，常温域，高温域の各グループに分けて登録されている。

選択部３１は，電池搭載機器１０のスタック２１の交換を要する場合に，そのスタック２１と実際に交換する中古スタック２１を選択するものである。本形態の選択部３１は，候補電池高頻度記憶部３４に高頻度温度が記憶されている複数の中古スタック２１より，実際に交換するものを選択する。具体的に，本形態の選択部３１は，候補電池高頻度記憶部３４に高頻度温度が登録されている複数の中古スタック２１のうち，高頻度出力部３２が出力する高頻度温度と同じ高頻度温度のグループに登録されているものを，交換に用いるスタック２１として選択する。例えば，高頻度出力部３２が出力する高頻度温度が低温域である場合，候補電池高頻度記憶部３４に低温域のグループとして登録されている中古スタック２１を選択する。これにより，本形態の選択部３１は，候補電池高頻度記憶部３４が記憶している高頻度温度のうち，高頻度出力部３２が出力する高頻度温度との差が，予め定めた許容範囲内となる値をもつ中古スタック２１を，実際に交換するものとして選択する選択制御を行うことができる。

本形態では，通常，電池搭載機器１０がユーザーにより使用されている期間において，電池搭載機器１０とデータステーション３０とは接続されていない状態である。そして，電池搭載機器１０のバッテリパック２０のスタック２１に不具合が生じ，その交換を要する場合に，電池搭載機器１０のデータ送信部１３とデータステーション３０のデータ受信部３３とが接続される。なお，電池搭載機器１０とデータステーション３０とは，常時接続されているものであってもよい。

次に，電池搭載機器１０の使用に伴ってバッテリパック２０のスタック２１に不具合が生じ，その交換を要する状態となったときの，交換に用いる中古スタック２１を選択する手順について説明する。

まず，電池搭載機器１０の通常の使用時には，一定時間毎に，温度センサー２３によりバッテリパック２０の環境温度が検出される。また，頻度値積算部１１は，温度センサー２３が出力する温度により，温度頻度履歴記憶部１２が記憶する温度頻度履歴の頻度値を積算する。図２，図３，図４には，電池搭載機器１０が継続して使用された場合に作成される温度頻度履歴の一例をそれぞれ示している。

そして，バッテリパック２０の一部のスタック２１に交換の必要が生じたとき，電池搭載機器１０のデータ送信部１３は，データステーション３０のデータ受信部３３に接続される。データ送信部１３は，接続されたデータ受信部３３に，温度頻度履歴記憶部１２が記憶する温度頻度履歴を送信する。

続いて，高頻度出力部３２は，データ受信部３３が受信したバッテリパック２０の温度頻度履歴について最も高い頻度値の温度を定め，定めた温度が，低温域，常温域，高温域のいずれの範囲内の温度であるかを判定し，その判定結果を高頻度温度として出力する。例えば，受信した温度頻度履歴が図２のものである場合，高頻度出力部３２は，高頻度温度として低温域を出力する。また，受信した温度頻度履歴が図３のものである場合，高頻度出力部３２は高頻度温度として常温域を出力する。また，受信した温度頻度履歴が図４のものである場合，高頻度出力部３２は，高頻度温度として高温域を出力する。

そして，選択部３１は，選択制御により，候補電池高頻度記憶部３４に高頻度温度が記憶されている中古スタック２１の中から，実際に交換に用いるものを選択する。すなわち，選択部３１は，高頻度出力部３２により出力された高頻度温度と同じ高頻度温度のグループに登録されている中古スタック２１を，実際に交換に用いる中古スタック２１として選択する。選択した高頻度温度のグループ内に複数の中古スタック２１がある場合には，その選択した高頻度温度のグループ内のいずれかを，実際に交換に用いる中古スタック２１として選択すればよい。

これにより，本形態の選択部３１は，温度環境により蓄積された温度負荷が，バッテリパック２０のうちの交換されるスタック２１と同程度の中古スタック２１を，実際に交換する中古スタック２１として選択することができる。すなわち，交換によりバッテリパック２０に組み込まれた中古スタック２１のみが，その後の使用により早期に劣化してしまうことはない。よって，その中古スタック２１のみの再度の交換を要することはない。

また，バッテリパック２０のうち，交換により組み込まれた中古スタック２１以外が劣化により寿命となったときに，その中古スタック２１についても，同時期に寿命となる。すなわち，バッテリパック２０の寿命に適した中古スタック２１を選択することができる。

また，一般的に，低温域，常温域，高温域の順で，その温度環境での使用おいて蓄積された温度負荷は大きいものとなる。このため，中古スタック２１の販売価格は，低温域，常温域，高温域の順で，安くなるように設定されている。つまり，高温域で使用されていたバッテリパック２０の一部のスタック２１を，蓄積された温度負荷の小さい低温域の中古スタック２１により交換した場合，その中古スタック２１の余命は，バッテリパック２０の余命よりも長いものである。しかし，その交換費用は，バッテリパック２０の余命と同じ余命の中古スタック２１により交換を行ったときの費用と比較し，高いものとなってしまう。よって，バッテリパック２０の寿命に適した中古スタック２１を選択することで，スタック２１の交換費用を最低限の費用で済ますことができる。

なお，上記では，スタック２１の交換について説明しているが，セル２２について交換を行う場合についても同様である。

次に，本形態の効果を確認するために行った実験について説明する。ここでは，電池搭載機器１０が車両である場合において，バッテリパック２０のうちの一部のセル２２を，中古セル２２に交換した例について説明する。

本実験において，セル２２の交換後の電池搭載機器１０の使用期間の終了時のバッテリパック２０の電池容量である使用後電池容量に要求される仕様は，２．７５Ａｈである。さらに，交換後の使用期間の終了時のバッテリパック２０の使用後抵抗増加率に要求される仕様は，１１７％である。また，交換時に電池搭載機器１０と接続されたデータステーション３０の高頻度出力部３２より出力された高頻度温度は，常温域である。

次の表１に，本実験における，本形態に係る実施例と，実施例と比較するための比較例１，２とについて示している。表１に示すように，実施例については，高頻度出力部３２より出力された高頻度温度と同じ，常温域の中古セル２２により交換を行ったものである。一方，比較例１は高温域の中古セル２２により，比較例２は低温域の中古セル２２により，それぞれ交換を行ったものである。つまり，実施例および比較例１，２はそれぞれ，蓄積されている温度負荷がことなる中古セル２２により交換を行っている。なお，実施例および比較例１，２にはいずれも，中古セル２２として，蓄積されている温度負荷以外の劣化状態については同じものを用いている。

表１には，実施例および比較例１，２についてそれぞれ，交換に用いた中古セル２２の高頻度温度と，交換後の使用期間の終了時の使用後電池容量と，交換後の使用期間の終了時の使用後抵抗増加率とを示している。

ここで，図５は，使用後抵抗増加率を横軸に，使用後電池容量を縦軸に示すグラフである。図５の横軸について示すＸが，使用後抵抗増加率の要求仕様である。図５の縦軸について示すＹが，使用後電池容量の要求仕様である。そして，図５のグラフにおいて，使用後抵抗増加率と使用後電池容量とによるプロットが，点Ａの位置であることが好ましい。使用後抵抗増加率および使用後電池容量がともに要求仕様をみたすものであり，交換費用を最低限で済ますことができるからである。

図５の領域Ｂでは，使用後抵抗増加率および使用後電池容量がともに，要求仕様を十分に満たすものである。しかし，要求仕様に対して交換費用が高いものである。また，領域Ｃ，Ｄ，Ｅでは，使用後抵抗増加率および使用後電池容量の少なくとも一方が，要求仕様を満たさないものである。このため，電池搭載機器１０が車両である本実験において，領域Ｃについては，例えば，車両の動力性能が低下してしまうおそれがある。また，領域Ｄについては，例えば，車両の燃費が低下してしまうおそれがある。また，領域Ｅについては，車両の動力性能および燃費がともに低下してしまうおそれがある。

そして，表１に示すように，中古セル２２として高頻度温度が常温域のものを用いた実施例においては，交換後の使用期間の終了時の使用後電池容量および抵抗増加率がともに，それぞれの要求仕様を満たすものであった。すなわち，実施例については，図５において，使用後抵抗増加率と使用後電池容量とによるプロットが，点Ａの位置を示すものである。

これに対し，中古セル２２として高頻度温度が高温域のものを用いた比較例１では，使用後電池容量については要求仕様を満たすものの，使用後抵抗増加率については，要求仕様である１１７％よりも高い値を示している。つまり，比較例１については，図５において，使用後抵抗増加率と使用後電池容量とによるプロットが，領域Ｃに位置するものである。これは，中古セル２２として，常温域よりも温度負荷の蓄積が多い高温域のものを用いたからであると考えられる。

また，中古セル２２として高頻度温度が低温域のものを用いた比較例２については，交換後の使用期間の終了時の使用後電池容量および抵抗増加率がともに，それぞれの要求仕様を満たすものであった。しかし，比較例２については，使用後電池容量が，要求仕様である２．７５Ａｈよりも高い値を示している。つまり，比較例２については，図５において，使用後抵抗増加率と使用後電池容量とによるプロットが領域Ｂに位置するものであり，要求仕様に対して過剰品質な中古セル２２を用いている。このため，比較例２においては，交換費用が，実施例と比較して高いものである。

よって，本形態に係る実施例では，セル２２の交換を，蓄積されている温度負荷を考慮することにより，要求される仕様を満たしつつ安価に行うことができることが確認された。

また，本形態は，例えば，特開２０１４−４１７６８号公報に記載されている技術と併せて実施することもできる。例えば，スタック２１の交換時に，本形態の選択部３１により選択された高頻度温度のグループ内に複数の中古スタック２１がある場合，そのグループ内の中古スタック２１について，特開２０１４−４１７６８号公報に記載されている技術を実施することができる。あるいは，予め，特開２０１４−４１７６８号公報の実施により，多数の中古スタック２１の中から，候補となる中古スタック２１を複数選択しておく。そして，その選択された複数の候補の中古スタック２１の中から，本形態の実施により，実際に交換に用いる中古スタック２１を選択することも可能である。

図６のグラフには，スタック２１の交換後の電池搭載機器１０の使用年数を横軸に，バッテリパック２０の劣化状態を縦軸に示している。横軸について，ユーザーが交換後の電池搭載機器１０について希望する使用年数をＺにより示している。また，縦軸には，バッテリパック２０の寿命について示している。

そして，本形態を特開２０１４−４１７６８号公報に記載されている技術と併せて実施することで，図６に実線で示すように，ユーザーが，交換後の電池搭載機器１０について希望する使用年数Ｚに合わせて，スタック２１の交換を行うことができる。すなわち，スタック２１に蓄積された温度負荷とともに，その他の劣化状態をも考慮することによって，ユーザーが希望する使用年数Ｚに最適な余命の中古スタック２１による交換を行うことができる。

一方，図６に破線で示すように，使用年数がＺよりも短いＺ１となることは，再度のスタック２１の交換を要することとなる。また，使用年数がＺ２である場合には，使用年数がＺのときに余命が長く，交換費用が高くなってしまう。すなわち，本形態を特開２０１４−４１７６８号公報に記載されている技術と併せて実施することで，よりユーザーのニーズに沿った中古スタック２１を選択することができる。

以上詳細に説明したように，本形態の二次電池管理システム１は，電池搭載機器１０のバッテリパック２０の一部のスタック２１を，そのスタック２１と同程度の温度負荷が蓄積された中古スタック２１に交換することができる。これにより，温度負荷を考慮した二次電池の交換を行うことができる二次電池管理システムが実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲で種々の改良，変形が可能である。例えば，上記では，温度センサー２３を，バッテリパック２０について１つ，有するものである。しかし，スタック２１ごと，またはセル２２ごとに，その温度を検出してもよい。つまり，スタック２１ごと，またはセル２２ごとに，温度検出部を設けてもよい。また例えば，高頻度検出部３２を，電池搭載機器１０の側に設けることもできる。また例えば，温度頻度履歴記憶部１２を，データステーション３０の側に設けることなども可能である。また例えば，本形態は，リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池など，種々の二次電池について適用可能である。

１ 二次電池管理システム
１０ 電池搭載機器
１１ 頻度値積算部
１２ 温度頻度履歴記憶部
２０ バッテリパック
２１ スタック
２２ セル
３０ データステーション
３１ 選択部
３２ 高頻度出力部
３４ 候補電池高頻度記憶部

Claims (1)

1. 機器に搭載された二次電池である搭載電池の使用環境に基づいて，搭載電池と交換する二次電池の候補であり，以前に搭載電池として使用歴のある複数の候補電池より，実際に搭載電池と交換する候補電池である交換電池を選択する選択制御を行う選択部を有する二次電池管理システムにおいて，
   搭載電池について，温度ごとに，その頻度を指標する頻度値を記憶する温度頻度履歴記憶部と，
   搭載電池の環境温度を検出して出力する温度出力部と，
   前記温度出力部が出力した温度により，前記温度頻度履歴記憶部の前記頻度値を積算する頻度値積算部と，
   前記温度頻度履歴記憶部が記憶する温度ごとの前記頻度値のうち，最も高い前記頻度値の温度を高頻度温度として出力する高頻度出力部と，
   候補電池について，以前に搭載電池として使用された期間の前記高頻度温度を記憶する候補電池高頻度記憶部とを有し，
   前記選択部は，前記選択制御では，
   前記高頻度出力部に前記高頻度温度を出力させ，
   前記候補電池高頻度記憶部が記憶する前記高頻度温度のうち，前記高頻度出力部が出力した前記高頻度温度との差が，予め定めた許容範囲内となる値をもつ候補電池を，交換電池として選択するものであることを特徴とする二次電池管理システム。

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