JP2018132453A

JP2018132453A - 電池状態推定装置及び電源装置

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Publication number: JP2018132453A
Application number: JP2017027299A
Authority: JP
Inventors: 山田　一郎; Ichiro Yamada; 一郎山田; 信雄山本; Nobuo Yamamoto; 裕太下西; Yuta Shimonishi; 吉宣佐藤; Yoshinobu Sato
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: JP6790892B2

Abstract

【課題】二次電池の状態を高精度に推定することができる電池状態推定装置及び電源装置を提供する。【解決手段】電池状態推定装置１は、電池情報取得部４０、履歴情報取得部４１、特性情報記憶部３０、特性情報抽出部６０、特性値算出部６１及び推定部６２を有する。特性情報記憶部３０は二次電池２の電池情報と正極及び負極の特性値との対応関係を示す正極特性情報及び負極特性情報がそれぞれ、二次電池２の使用履歴情報と対応付けて予め記憶されている。特性情報抽出部６０は二次電池２の使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を特性情報記憶部３０から抽出する。特性値算出部６１は当該抽出された正極特性情報及び負極特性情報と、二次電池２の電池情報とに基づいて正極及び負極の特性値をそれぞれ算出する。推定部６２は当該算出された正極及び負極の特性値に基づいて二次電池２における入出力可能な電力を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池状態推定装置及び電源装置に関する。

二次電池は使用に伴って、電池容量の低下や電池の入出力抵抗値の上昇が生じる。そして、電池容量の低下や入出力抵抗値の上昇の度合いは、二次電池における正極の劣化状態と負極の劣化状態との関係によって決まり、より劣化度合いが高い方の影響を強く受ける。そして、正極及び負極のどちらの劣化度合いが高くなるかは、電池が使用された環境や使用のされ方などの使用履歴によって異なり、電池の固体差も影響する。従って、複数の二次電池において取得した電池容量や端子電圧、入出力抵抗値等が同じ値であっても、それらの正極及び負極の劣化状態は互いに異なる場合があるため、単に電池容量や端子電圧、入出力抵抗値等から二次電池の状態を正確に推定することは困難であった。

そこで、各電池の正極及び負極の特性を直接測定してそれぞれの劣化状態を考慮して電池状態を推定することが考えられる。しかしながら、正極及び負極の特性を直接測定するには、測定装置が必要となるため装置の大型化や複雑化を招く。特に、多数の二次電池を備えるPHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）やHEMS（Home Energy Management System）などの電源装置ではこの問題が顕著となる。

特許文献１に開示の構成では、正極及び負極の特性を直接測定することに替えて、二次電池の端子電圧を検出する際に正極及び負極の劣化パラメータを用いて補正を行い、当該劣化を考慮して二次電池の状態を推定している。

特許第５７６１３７８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、正極及び負極の劣化は一様に進むものとして劣化パラメータを設定しており、二次電池の使用履歴が何ら考慮されていない。上述の如く、二次電池の使用履歴によって正極及び負極の劣化度合いは異なるため、特許文献１に開示の構成により二次電池の状態を正確に推定するには改善の余地がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、二次電池の状態を高精度に推定することができる電池状態推定装置及び電源装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、二次電池（２）における入出力可能な電力を推定する電池状態推定装置（１）であって、
上記二次電池の電池情報を取得する電池情報取得部（４０）と、
上記二次電池の使用履歴情報を取得する履歴情報取得部（４１）と、
上記二次電池の電池情報と上記二次電池における正極の特性値及び負極の特性値との対応関係を示す正極特性情報及び負極特性情報がそれぞれ、上記二次電池の使用履歴情報と対応付けられて、予め記憶されている特性情報記憶部（３０）と、
上記履歴情報取得部により取得された上記使用履歴情報に対応する上記正極特性情報及び上記負極特性情報を上記特性情報記憶部から抽出する特性情報抽出部（６０）と、
上記電池情報取得部により取得された上記電池情報と、上記特性情報抽出部により抽出された上記正極特性情報及び上記負極特性情報とに基づいて、上記二次電池における正極の特性値及び負極の特性値をそれぞれ算出する特性値算出部（６１）と、
上記特性値算出部により算出された上記正極の特性値及び上記負極の特性値に基づいて、上記二次電池における入出力可能な電力を推定する推定部（６２）と、
を有する電池状態推定装置にある。

上記電池状態推定装置においては、正極特性情報及び負極特性情報が使用履歴情報に対応付けられて記憶されている。そして、二次電池における入出力可能な電力を推定する際には、当該二次電池の使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を抽出した上で、当該正極特性情報及び負極特性情報に基づいて、正極の特性値と負極の特性値とを個別に算出する。そして、当該正極の特性値と負極の特性値とから当該二次電池における入出力可能な電力を推定する。これにより、使用履歴に応じて互いに異なる正極及び負極の劣化度合いが反映されるため、上記入出力可能な電力を高精度に推定することができる。

以上のごとく、本発明によれば、二次電池の状態を高精度に推定することができる電池状態推定装置を提供することができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、電池状態推定装置及び電源装置の構成を示すブロック図。実施形態１における、第１の温度履歴に対応した第１の正極特性情報及び負極特性情報を示す図。実施形態１における、第２の温度履歴に対応した第２の正極特性情報及び負極特性情報を示す図。実施形態１における、電池状態を推定する工程を示すフロー図。比較例における、電池状態を推定する工程を示すフロー図。変形形態１における、電池状態推定装置及び電源装置の構成を示すブロック図。変形形態２における、電池状態推定装置及び電源装置の構成を示すブロック図。

（実施形態１）
上記電池状態推定装置の実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態の電池状態推定装置１は、二次電池２における入出力可能な電力を推定するものであり、電池情報取得部４０、履歴情報取得部４１、特性情報記憶部３０、特性情報抽出部６０、特性値算出部６１及び推定部６２を有する。
電池情報取得部４０は、二次電池２の電池情報を取得する。
履歴情報取得部４１は、二次電池２の使用履歴情報を取得する。
特性情報記憶部３０は、二次電池２の電池情報と二次電池２における正極の特性値及び負極の特性値との対応関係を示す正極特性情報及び負極特性情報がそれぞれ、二次電池２の使用履歴情報と対応付けられて、予め記憶されている。
特性情報抽出部６０は履歴情報取得部４１により取得された使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を特性情報記憶部３０から抽出する。
特性値算出部６１は、電池情報取得部４０により取得された電池情報と、特性情報抽出部６０により抽出された正極特性情報及び負極特性情報とに基づいて、二次電池２における正極の特性値及び負極の特性値をそれぞれ算出する。
推定部６２は、特性値算出部６１により算出された正極の特性値及び負極の特性値に基づいて、二次電池２における入出力可能な電力を推定する。

以下、本実施形態の電池状態推定装置１について、詳述する。
図１に示すように、電池状態推定装置１は、二次電池２における入出力可能な電力を推定するものであって、二次電池２に接続されて電源装置１００を形成している。電源装置１００は電気自動車等のバッテリ制御ユニットに搭載されて、二次電池２の出力電力が電気自動車の回転機や種々のアシスト機に利用されるとともに、回転機の回生エネルギーが二次電池２に入力されるように構成されている。本実施形態では、二次電池２はリチウムイオン電池であって、LiFePO₄からなる鉄系正極と、グラファイトからなる炭素系負極とを有する。

図１に示すように、電池状態推定装置１は、記憶部３、取得部４、格納部５、演算部６、報知部７を備える。記憶部３は特性情報記憶部３０を有する。特性情報記憶部３０は書き換え不能な不揮発性メモリであって、二次電池２の正極特性情報と負極特性情報とが予め記憶されている。

特性情報記憶部３０に記憶された正極特性情報及び負極特性情報とは、二次電池２の正極の特性及び負極の特性と、二次電池２の電池状態との対向関係を示す情報である。正極の特性及び負極の特性としては、正極及び負極における抵抗上昇率、容量維持率、電極電位など、正極及び負極に関する種々の情報を採用することができる。二次電池２の電池状態としては、二次電池２における充放電電力量の積算値である積算充放電電力量、電極に流れた電流量の積算値である積算電流量、充放電回数、通電時間、二次電池２が搭載された車両の走行距離、電池温度、電池電圧、充電状態、残容量など、二次電池２の使用に関する種々の情報を採用することができる。本実施形態では、正極特性情報及び負極特性情報として、正極及び負極における抵抗上昇率を採用した。なお、抵抗上昇率とは、正極及び負極における初期抵抗値R_dch,intと検出時の抵抗値R_dchとの変化率であるR_dch/R_dch,intを示す。

特性情報記憶部３０に記憶された正極特性情報及び負極特性情報は、それぞれ別個に、二次電池２の使用履歴情報に対応付けられた状態で記憶されている。二次電池２の使用履歴情報とは、二次電池２における温度履歴、電力入出力履歴、通電履歴、二次電池２が搭載された車両の走行履歴、充放電履歴、積算充電容量、積算放電容量、総充電容量、総放電容量、平均電池電圧など、二次電池２の使用履歴に関する種々の情報を採用することができる。

本実施形態では、特性情報記憶部３０には、正極特性情報及び負極特性情報としての正極及び負極における抵抗上昇率と二次電池２における積算充放電電力量との対応関係が、二次電池２の使用履歴情報としての二次電池２の温度履歴に対応付けられて記憶されている。特性情報記憶部３０には、本実施形態では、例えば、図２に示す第１の温度履歴に対応する第１の正極特性情報及び負極特性情報が記憶されており、図３に示す第２の温度履歴に対応する第２の正極特性情報及び負極特性情報が記憶されている。この場合は、第２の温度履歴では、第１の温度履歴の場合よりも、負極の劣化に比べて正極の劣化が進みやすい温度環境で使用されている。なお、特性情報記憶部３０に記憶された正極特性情報及び負極特性情報の形態は特に限定されず、例えば、算出式、マップ、表などの形態とすることができる。なお、特性情報記憶部３０に記憶される正極特性情報及び負極特性情報は、測定用の二次電池２を用いて加速劣化試験を行って分解調査して得られた実測定値を基に作成したり、二次電池２のモデルを用いて正極及び負極の状態変化を論理的に導き出す算出式により作成することができる。

図１に示すように、取得部４は、電池情報取得部４０と履歴情報取得部４１とを有する。電池情報取得部４０は、電池状態推定装置１に接続された二次電池２から上述の電池情報を取得する。電池情報取得部４０は、例えば、各種センサや計測器により構成することができる。本実施形態では、電池情報取得部４０は、二次電池２に流れた電流量、二次電池２の電圧値及び流れた時間に基づいて二次電池２において充放電された電力量を計測する計測器からなる。履歴情報取得部４１は、電池状態推定装置１に接続された二次電池２から二次電池２における上述の使用履歴情報を取得する。本実施形態では、電池状態推定装置１に接続された二次電池２の使用環境の温度を計測する温度センサからなる。なお、電池情報取得部４０が所定のタイミングや間隔で取得して蓄積した情報を二次電池２の使用履歴情報として取得するようにしてもよい。

次に、格納部５は、電池情報格納部５０と、履歴情報格納部５１とを有する。電池情報格納部５０は揮発性のメモリであって、電池情報取得部４０が取得した電池情報が一次的に格納される。履歴情報格納部５１は書き換え可能な不揮発性のメモリであって、履歴情報取得部４１が取得した二次電池２の使用履歴情報が蓄積される。

演算部６は、特性情報抽出部６０、特性値算出部６１、推定部６２を有する。演算部６はマイコンにより構成され、特性情報抽出部６０、特性値算出部６１、推定部６２としての機能を果たすプログラムを実行可能に構成されている。当該プログラムは演算部６に設けられた図示しないメモリに格納されている。特性情報抽出部６０は、特性情報記憶部３０から、履歴情報格納部５１に格納された二次電池２の使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を抽出する。特性値算出部６１は、電池情報格納部５０に格納された二次電池２の電池情報と、特性情報抽出部６０により抽出された正極特性情報及び負極特性情報とに基づいて、正極の特性値と負極の特性値とを算出する。

推定部６２は、劣化度判定部６３と電力量算出部６４とを有する。劣化度判定部６３は、正極の特性値と負極の特性値とを比較して、どちらが劣化度合いが高いか判定する。電力量算出部６４は、劣化度判定部６３において、正極及び負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の特性値から二次電池における入出力可能な電力を算出する。これにより、推定部６２において、二次電池２における入出力可能な電力が推定される。

報知部７は、推定結果表示部７０を有する。推定結果表示部７０は、推定部６２による推定結果を表示して、ユーザに推定結果を報知する。推定結果表示部７０は、所定のディスプレイで構成され、推定結果である二次電池２における入出力可能な電力を表示可能に構成されている。また、これとともに又はこれに替えて、劣化度判定部６３によって、劣化度合いが高いと判定された電極が正極及び負極のどちらであるかを示すように構成されていてもよい。なお、報知部７は、推定結果表示部７０に替えて、又はこれとともに、推定部６２による推定結果を音声で報知したり、所定のランプで報知する推定結果出力部を備えていてもよい。例えば、推定結果である二次電池２における入出力可能な電力が所定の基準値よりも高い場合又は低い場合に所定態様の音声を出力したり、所定態様のでランプを点灯させるようにしてもよい。

次に、電池状態推定装置１の使用態様について、図４に示すフロー図を用いて説明する。まず、図４に示すように、ステップＳ１において、履歴情報取得部４１により、二次電池２の使用履歴情報を取得し、履歴情報格納部５１に格納する。本実施形態では、履歴情報取得部４１は所定間隔で二次電池２の温度を取得し、二次電池２の使用履歴情報として温度履歴情報を履歴情報格納部５１に格納する。また、履歴情報取得部４１は二次電池２における積算充放電電力量（Wh）も所定間隔で取得し、履歴情報格納部５１に格納する。

次に、ステップＳ２において、二次電池２における入出力可能な電力量を推定する電力量推定タイミングが到来したか否かを判定する。当該判定は図示しない判定部により行う。電力量推定タイミングが到来していないと判定された場合は、再度ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２において、電力推定タイミングが到来していると判定された場合は、ステップＳ３に進み、電池情報取得部４０により、二次電池２の電池情報を取得し、電池情報格納部５０に格納する。本実施形態では、電池情報取得部４０は、履歴情報格納部５１に格納されている電力推定タイミングまでの二次電池２における積算充放電電力量（Wh）を電池情報として取得する。

そして、ステップＳ４において、特性情報抽出部６０により、履歴情報格納部５１に格納された温度履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を特性情報記憶部３０から抽出する。例えば、履歴情報格納部５１に格納された温度履歴情報が第１の温度履歴である場合には、特性情報記憶部３０から図２に示す第１の正極特性情報及び負極特性情報を抽出し、履歴情報格納部５１に格納された温度履歴情報が第２の温度履歴である場合には、特性情報記憶部３０から図３に示す第２の正極特性情報及び負極特性情報を抽出する。

その後、ステップＳ５において、特性値算出部６１により、電池情報格納部５０に格納された二次電池２の電池情報と、特性情報抽出部６０により抽出された正極特性情報及び負極特性情報とに基づいて、正極の特性値と負極の特性値とを算出する。本実施形態では、例えば、履歴情報格納部５１に格納された温度履歴情報が第１の温度履歴である場合には、図２に示す第１の正極特性情報及び負極特性情報と、電池情報格納部５０に格納された二次電池２における積算充放電電力量（Wh）とに基づいて、正極の特性値及び負極の特性値として正極の抵抗上昇率（R_dch/R_dch,int）及び負極の抵抗上昇率（R_dch/R_dch,int）を算出する。また、例えば、履歴情報格納部５１に格納された温度履歴情報が第２の温度履歴である場合には、図３に示す第２の正極特性情報及び負極特性情報と、電池情報格納部５０に格納された二次電池２における積算充放電電力量（Wh）とに基づいて、正極の特性値及び負極の特性値として、正極の抵抗上昇率（R_dch/R_dch,int）及び負極の抵抗上昇率（R_dch/R_dch,int）を算出する。

例えば、図２及び図３に示すように、電池情報格納部５０に格納された二次電池２における積算充放電電力量（Wh）がＷｈ１である場合には、正極の抵抗上昇率（R_dch/R_dch,int）はＲ１ｐであり、負極の抵抗上昇率（R_dch/R_dch,int）はＲ１ｎである。また、電池情報格納部５０に格納された二次電池２における積算充放電電力量（Wh）がＷｈ２である場合には、正極の抵抗上昇率（R_dch/R_dch,int）はＲ１ｐであり、負極の抵抗上昇率（R_dch/R_dch,int）はＲ１ｎである。

そして、図４に示すステップＳ６において、推定部６２における劣化度判定部６３により、特性値算出部６１によって算出された正極の特性値及び負極の特性値とを比較して、どちらの劣化度合いが高いか判定する。本実施形態では、劣化度判定部６３により、正極の抵抗上昇率と負極の抵抗上昇率とを比較して、抵抗上昇率の大きい方を劣化度合いが高いと判定する。

例えば、図２に示すように、第１の温度履歴の場合において、二次電池２の充放電電力量がＷｈ１の場合には、正極の特性値Ｒ１ｐが負極の特性値Ｒ１ｎよりも大きいため、劣化度判定部６３により正極の方が負極よりも劣化度合いが高いと判定される。また、二次電池２の積算充放電電力量がＷｈ２の場合も正極の特性値Ｒ２ｐが負極の特性値Ｒ２ｎよりも大きいため、劣化度判定部６３により正極の方が負極よりも劣化度合いが高いと判定される。また、図３に示すように、第２の温度履歴の場合においては、二次電池２の積算充放電電力量がＷｈ１の場合には、第１の温度履歴の場合と同様に、正極の特性値Ｒ１ｐが負極の特性値Ｒ１ｎよりも大きいため、劣化度判定部６３により正極の方が負極よりも劣化度合いが高いと判定される。しかし、二次電池２の積算充放電電力量がＷｈ２の場合には、負極の特性値Ｒ２ｎが正極の特性値Ｒ２ｐよりも大きいため、劣化度判定部６３により負極の方が正極よりも劣化度合いが高いと判定される。

その後、図４に示すステップＳ７において、推定部６２における電力算出部６４により、劣化度判定部６３によって正極及び負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の特性値から二次電池２における入出力可能な電力を算出する。本実施形態では、電力算出部６４により、劣化度合いが高い方の電極の抵抗上昇率から当該電極の抵抗値を算出して二次電池２に流すことができる電流を推定し、当該電流値と現在の二次電池２の端子電圧とから二次電池２における入出力可能な電力を算出する。

以上のように、電池状態推定装置１により、二次電池２における入出力可能な電力を推定することができる。

（評価試験１）
次に、電池状態推定装置における使用履歴に関する以下の評価試験１を行った。
試験例の電池状態推定装置として実施形態１の電池状態推定装置１を使用し、比較例として電極非分離方式の推定方法により電池状態を推定する電池状態推定装置を使用した。
比較例の電池状態推定装置は、二次電池における積算充放電電力量（Wh）と二次電池の抵抗上昇率との関係を示す情報である電池特性情報を有している。比較例の電池状態推定装置による二次電池における入出力可能な電力の推定は、図５に示すフローに従って行った。まず、ステップＳ１０１において、二次電池２における積算充放電電力量を検出し、記憶する。そして、ステップＳ１０２において、電力推定タイミングに到達したか否かを判定する。電力推定タイミングに到達していないと判定された場合は、再度ステップＳ１０１に戻る。一方、ステップＳ１０２において電力推定タイミングに到達していると判定された場合は、測定時点までの二次電池における積算充放電電力量を取得する。そして、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で取得した当該二次電池における積算充放電電力量と電池特性情報とに基づいて、ステップＳ１０５によって二次電池２の入出力可能な電力を推定する。

評価試験１は以下のように行った。まず、電源装置１００が搭載された車両を温度環境が異なる使用履歴Ａ、Ｂ及びＣにおいて所定期間使用した後、試験例の電池状態推定装置１及び比較例の電池状態推定装置によって二次電池２における入出力可能な電力を推定した。また、二次電池２において当該推定時点で実際に入出力できた電力を実測定値として取得した。使用履歴Ａは通常温度の市街地で使用した場合であり、使用履歴Ｂは高温度の地域で使用した場合であり、使用履歴Ｃは低温度の地域で使用した場合である。そして、試験例１−１及び比較例１−１を使用履歴Ａとし、試験例１−２及び比較例１−２を使用履歴Ｂとし、試験例１−３及び比較例１−３を使用履歴Ｃとした。評価結果は表１に示した。なお、各試験例及び比較例のいずれにおいても、リン酸リチウムからなる正極と、非晶質炭素からなる負極とを有する二次電池２を使用した。

表１に示すように、試験例１−１、１−２及び１−３のいずれにおいても、推定値と実測定値との差は±１Ｗの範囲内の高い推定精度を示すとともに、使用履歴Ａ〜Ｃによってその推定精度に変化はなかった。一方、比較例１−１、１−２及び１−３では、推定値と実測定との差はいずれも試験例の場合よりも大きく、使用履歴Ｃの比較例１−３では、出力値における推定値と実測定値との差が＋１７Ｗと最も大きかった。
以上のように、試験例１−１、１−２及び１−３では推定値と実測定値との差は小さく、その精度は比較例のいずれよりも高いことが確認できた。

（評価試験２）
次に、電池状態推定装置と二次電池とを有する電源装置に関する以下の評価試験２を行った。評価試験２では、二次電池の電極の構成を変更した。試験例２−１及び比較例２−１では、正極がリン酸鉄リチウムからなり、負極が非晶質炭素からなる二次電池とした。試験例２−２及び比較例２−２では、正極がニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムからなり、負極が非晶質炭素からなる二次電池とした。試験例２−３及び比較例２−３では、正極がニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムからなり、負極がチタン酸リチウムからなる二次電池とした。なお、各試験例及び比較例では使用履歴として、評価試験１における高温地域の使用履歴Ｂを採用し、評価試験１の場合と同様に、二次電池２の入出力可能な電力を推定するとともに実際に入出力可能な電力の実測定値を測定した。評価結果は以下の表２に示す。

表２に示すように、試験例２−１及び２−２では、推定値と実測定値との差は±２Ｗの範囲内であって高い推定精度を示すとともに、二次電池２の正極がリン酸鉄リチウムである場合と、ニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムからなる場合とで差はなかった。一方、負極がチタン酸リチウムからなる試験例２−３の場合では、負極が非晶質炭素からなる試験例２−１及び２−３の場合に比べて、推定値と実測定値との差が若干大きくなっていた。なお、試験例２−１、２−２及び２−３の全てで、比較例２−１、２−２及び２−３よりも推定値と実測定値との差が小さく、その推定精度が高いことが確認できた。

（評価試験３）
次に、電池状態推定装置と二次電池とを有する電源装置に関する以下の評価試験３を行った。評価試験３ではさらに、二次電池の電極の構成を変更した。試験例３−１、３−２、２−２及び比較例３−１、３−２、３−３では、正極をリン酸鉄リチウムからなる二次電池とし、試験例３−４、３−５及び比較例３−４、３−５では正極をニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムからなる二次電池とした。また、試験例３−１、３−４及び比較例３−１、３−４では、負極を非晶質炭素からなる二次電池とし、試験例３−２及び比較例３−２では、負極を黒鉛比表面積が1.2m²/gの高比表面黒鉛からなる二次電池とし、試験例３−３、３−５及び比較例３−３、３−５では、負極を黒鉛比表面積が0.8m²/gの低比表面黒鉛からなる二次電池とした。なお、各試験例及び比較例では使用履歴として、評価試験１における高温地域の使用履歴Ｂを採用し、評価試験１の場合と同様に、二次電池の入出力可能な電力を推定するとともに実際に入出力可能な電力の実測定値を測定した。評価結果は以下の表３に示す。

表３に示すように、すべての試験例において、対応する比較例よりも推定値と実測定値との差が少なくなっており、高い推定精度を示すことが確認できた。なお、試験例３−２では、試験例３−１に対して推定値と実測定値との差が若干大きくなっており、負極が高比表面黒鉛からなる場合は、負極が非晶質炭素からなる場合に比べて推定精度が若干劣ることが分かった。しかし、試験例３−３における推定値と実測定値との差は、試験例３−１と同程度であることから、負極が低比表面黒鉛からなる場合には十分高い推定精度が得られることが分かった。また、正極がニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムからなる場合には、負極が非晶質炭素からなる試験例３−４の方が負極が低比表面黒鉛からなる試験例３−５の方が推定精度が若干高かかった。

次に、本実施形態の電池状態推定装置１における作用効果について、詳述する。
電池状態推定装置１においては、正極特性情報及び負極特性情報が使用履歴情報に対応付けられて記憶されている。そして、二次電池２における入出力可能な電力を推定する際には、当該二次電池２の使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を抽出した上で、当該正極特性情報及び負極特性情報に基づいて、正極の特性値と負極の特性値とを個別に算出する。そして、当該正極の特性値と負極の特性値とから二次電池２における入出力可能な電力を推定する。これにより、使用履歴に応じて互いに異なる正極及び負極の劣化度合いが反映されるため、二次電池２における入出力可能な電力を高精度に推定することができる。

また、本実施形態では、推定部６２は、正極の特性値及び負極の特性値から正極及び負極のどちらが劣化度合いが高いか判定する劣化度判定部６３と、正極及び負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の特性値から二次電池２における入出力可能な電力を算出する電力算出部６４とを有する。二次電池２における入出力可能な電力に対する影響は、二次電池２における正極及び負極のうち、劣化度合いが高い方の電極が優位となる。従って、推定部６２は電力量算出部６４において、劣化度判定部６３において劣化度合いが高いと判定された電極の特性値から二次電池２における入出力可能な電力を算出することにより、高精度に二次電池２における入出力可能な電力を推定することができる。

また、本実施形態では、推定部６２の推定結果を表示する推定結果表示部７０を有する。これにより、当該推定結果を容易に視認することができる。

また、電池状態推定装置１と、電池状態推定装置１によって入出力可能な電力が推定される二次電池２とを含む電源装置１００は、二次電池２がリチウムイオン二次電池であるとともに、比表面積が3.0m²/g以下である黒鉛からなる負極を有することが好ましく、1.0m²/g以下である黒鉛からなる負極を有することがより好ましい。これにより、電池状態推定装置１により二次電池２における入出力可能な電力が高精度に推定される電源装置１００となる。

本実施形態では、電源装置１００は、一つの二次電池２に一つの電池状態推定装置１が接続されているが、これに替えて、図６に示す変形形態１のように、電源装置１００において、複数の二次電池２が備えられて組電池２０を構成していてもよい。図６に示すように、変形形態１における電源装置１００は、組電池２０を備えるとともに、電池状態推定装置として、第１電池状態推定装置１１及び第２電池状態推定装置１２を備えている。第１電池状態推定装置１１及び第２電池状態推定装置１２は実施形態１における電池状態推定装置１と同一の構成を有する。組電池２０は、複数の二次電池２からなる第１電池群２１及び第２電池群２２を含んでいる。第１電池群２１では、複数の二次電池２が並列に接続された状態で第１電池状態推定装置１１に接続されている。また、第２電池群２２では、複数の二次電池２が並列に接続された状態で第２電池状態推定装置１２に接続されている。そして、第１電池状態推定装置１１及び第２電池状態推定装置１２は、第１電池群２１及び第２電池群２２ごとの使用履歴情報及び電池情報を取得するとともに、入出力可能な電力を推定するように構成されている。

変形形態１における電源装置１００では、監視単位となる第１電池群２１及び第２電池群２２ごとに、入出力可能な電力を高精度に推定するようにできる。これにより、多数の二次電池２を備える組電池２０において、二次電池２ごとに電池状態推定装置１を使用する場合に比べて電池状態推定装置１の使用数を減らすことができる。さらに、組電池２０が使用された環境や使用状況等による監視単位ごとの劣化のバラつきや偏りを考慮して組電池２０全体の入出力可能な電力を高精度に推定することができる。

なお、図７に示す変形形態２のように、組電池２０に一つの電池状態推定装置１を接続するようにしてもよい。変形形態２の場合には、電池状態推定装置１の使用数を一層減らすことができる。さらに、複数の二次電池２における入出力可能な電力を個別に推定することや所定の監視単位ごとに推定することはできないが、組電池２０全体における入出力可能な電力を高精度に推定することができる。

なお、変形形態１及び変形形態２において、実施形態１の場合と同等の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

以上のごとく、本実施形態によれば、二次電池２の状態を高精度に推定することができる電池状態推定装置１及び電源装置１００が提供される。

本発明は上記実施形態及び変形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において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態１における電源装置１００において、電池状態推定装置１が報知部７を有していない構成としてもよい。

１、１１、１２電池状態推定装置
２二次電池
４０電池情報取得部
４１履歴情報取得部
３０特性情報記憶部
６０特性情報抽出部
６１特性値算出部
６２推定部
６３劣化度判定部
６４電力算出部
７０推定結果表示部
１００電源装置

Claims

二次電池（２）における入出力可能な電力を推定する電池状態推定装置（１）であって、
上記二次電池の電池情報を取得する電池情報取得部（４０）と、
上記二次電池の使用履歴情報を取得する履歴情報取得部（４１）と、
上記二次電池の電池情報と上記二次電池における正極の特性値及び負極の特性値との対応関係を示す正極特性情報及び負極特性情報がそれぞれ、上記二次電池の使用履歴情報と対応付けられて、予め記憶されている特性情報記憶部（３０）と、
上記履歴情報取得部により取得された上記使用履歴情報に対応する上記正極特性情報及び上記負極特性情報を上記特性情報記憶部から抽出する特性情報抽出部（６０）と、
上記電池情報取得部により取得された上記電池情報と、上記特性情報抽出部により抽出された上記正極特性情報及び上記負極特性情報とに基づいて、上記二次電池における正極の特性値及び負極の特性値をそれぞれ算出する特性値算出部（６１）と、
上記特性値算出部により算出された上記正極の特性値及び上記負極の特性値に基づいて、上記二次電池における入出力可能な電力を推定する推定部（６２）と、
を有する電池状態推定装置。
推定部は、上記正極の特性値及び上記負極の特性値から上記正極及び上記負極のどちらが劣化度合いが高いか判定する劣化度判定部（６３）と、上記正極及び上記負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の上記特性値から上記二次電池における入出力可能な電力を算出する電力算出部（６４）とを有する、請求項１に記載の電池状態推定装置。
上記推定部の推定結果を表示する推定結果表示部（７０）を有する、請求項１又は２に記載の電池状態推定装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池状態推定装置と、該電池状態推定装置によって入出力可能な電力が推定される二次電池と、を含む電源装置（１００）であって、
上記二次電池はリチウムイオン二次電池であるとともに、比表面積が3.0m²/g以下である黒鉛からなる負極を有する、電源装置。
上記二次電池は複数備えられて組電池（２０）を構成している、請求項４に記載の電源装置。
上記組電池は、複数の上記二次電池からなる第１電池群（２１）と複数の上記二次電池からなる第２電池群（２２）とを含んでおり、上記電池状態推定装置として、上記第１電池群に接続された第１電池状態推定装置（１１）と、上記第２電池群に接続された第２電池状態推定装置（１２）とを有している、請求項５に記載の電源装置。