JP2018205313A - 電池の劣化推定装置及び電池の劣化推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン電池の劣化判定精度を向上させ得る電池の劣化推定装置を提供する。【解決手段】劣化推定対象単電池３ａ，３ｂの内部抵抗初期値を格納した第一のデータ記憶部８と、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定部５ａ，５ｂと、劣化推定対象単電池の内部抵抗値と内部抵抗初期値に基づいて、内部抵抗増加率を算出する第一の算出手段７と、内部抵抗増加率の平方根を算出する第二の算出手段７と、多数の単電池について、第一並びに第二の算出手段の算出動作と同様な算出動作で算出された内部抵抗増加率の平方根と出力低下率との関係から導かれた相関式をあらかじめ格納した第二のデータ記憶部８と、第二の算出手段で算出された平方根と相関式に基づいて劣化推定対象単電池の出力低下率を算出する第三の算出手段７を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、電力を蓄電する定置用蓄電システムに使用されるリチウムイオン電池の劣化推定装置及び劣化推定方法に関するものである。

太陽光や風力等の再生可能エネルギーから生成される電力は、定置用蓄電システムに蓄電されて、出力電力の平滑化が図られている。近年、定置用蓄電システムに使用する蓄電池として、リチウムイオン電池の普及が進んでいる。

リチウムイオン電池は、保存時間、温度、充放電回数等の影響を受けて電池材料の劣化が進み、結果として電池容量が次第に減少する。このため、蓄電システムとして安定した充放電機能を発揮させるためには、リチウムイオン電池の劣化状態を把握し、劣化が進んだ電池を交換することが必要である。

リチウムイオン電池の劣化を判定するための一手段として、リチウムイオン電池の電池容量を測定し、その電池容量の低下を検出することにより電池の劣化を判定する方法がある。しかし、電池容量を測定するには、当該電池を満充電状態まで充電した後に、完全放電させる容量測定試験を行う必要がある。

しかし、容量測定試験は、特定の条件でリチウムイオン電池を満充電状態まで充電した後に完全放電状態まで放電させた場合の放電容量を計測する試験であり、高価な充放電試験装置が必要となる。

また、このような試験では２０時間程度の測定時間が必要となるため、試験時には蓄電システムの運用を長時間に亘って停止する必要がある。従って、蓄電システムの効率的な運用に支障を来す。

そこで、特許文献１〜３に開示されるように、リチウムイオン電池の容量を測定することなく電池の劣化を推定して、蓄電システムの効率的な運用を図ることを目的とする劣化推定方法が提案されている。

特許文献１に開示されたリチウムイオン電池の劣化推定方法は、少なくとも２点の測定周波数において、リチウムイオン電池の交流インピーダンスを測定し、測定された交流インピーダンスをあらかじめ作成されているリチウムイオン電池の容量減少率と交流インピーダンスの相関式にあてはめることにより、容量減少率を算出する。そして、算出された容量減少率からリチウムイオン電池の劣化状態を推定する。

特許文献２に開示された電池検査方法では、特定の１点の周波数の交流インピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスをあらかじめ作成された電池の入出力特性とインピーダンスの相関式に導入し、電池の劣化状態を判定する。

特許文献３に開示された蓄電池監視装置では、放電時の単位時間当たりの電圧変化量と電流変化量を導出する手段を有し、導出した電圧変化量と電流変化量から電池の内部抵抗を算出する。そして、算出された内部抵抗に基づいて蓄電池の劣化状態を算出する。

特開２０１４−４４１４９号公報 特開２０１２−１３６４７号公報 特開平７−２９６１４号公報

特許文献１に開示された劣化推定方法及び特許文献２に開示された電池検査方法では、電池の交流インピーダンスを測定する必要があるため、インピーダンスアナライザあるいはバイポーラ電源と周波数特性分析器等の特殊で高価な計測機器が必要となる。また、リチウムイオン電池では、交流インピーダンスの測定精度を向上させるためには、低温下での測定が必要となるため、蓄電システムの運用を停止した上で、煩雑な測定作業が必要となる。

特許文献３に開示されているように、内部抵抗の増加率に基づいて電池の劣化を判定する方法では、内部抵抗の変化に対し、電池容量等が直線的に変化するわけではないので、判定精度を確保することはできない。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的はリチウムイオン電池の劣化判定精度を向上させ得る電池の劣化推定装置を提供することにある。

上記課題を解決する電池の劣化推定装置は、蓄電システムに備えられ、リチウムイオン電池からなる多数の単電池を接続して構成される電池モジュールに接続されて該電池モジュール内の劣化推定対象単電池の劣化度合を推定する電池の劣化推定装置において、前記劣化推定対象単電池と同一機種の単電池の内部抵抗初期値を格納した第一のデータ記憶部と、前記劣化推定対象単電池を放電して、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定部と、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値と前記第一のデータ記憶部に格納されている内部抵抗初期値に基づいて、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率を算出する第一の算出手段と、前記内部抵抗増加率の平方根を算出する第二の算出手段と、多数の単電池について、前記第一並びに第二の算出手段の算出動作と同様な算出動作で算出された内部抵抗増加率の平方根と出力低下率との関係から導かれた相関式をあらかじめ格納した第二のデータ記憶部と、前記第二の算出手段で算出された平方根と前記相関式に基づいて前記劣化推定対象単電池の出力低下率を算出する第三の算出手段を備えたことを特徴とする。

この構成により、劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根と、あらかじめ用意されている相関式に基づいて、前記劣化推定対象単電池の出力低下率が精度よく算出される。

また、上記の電池の劣化推定装置において、前記内部抵抗測定部は、前記劣化推定対象単電池を少なくとも２種類の電流値で一定時間放電し、各電流値において放電前と放電後の出力電圧の電圧変化量を算出し、各電流値毎の電圧変化量の差と前記電流値の差に基づいて前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値を算出することが好ましい。

この構成により、劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根を算出するために必要となる劣化推定対象単電池の内部抵抗値が算出される。
次に、上記課題を解決する電池の劣化推定装置は、蓄電システムに備えられ、リチウムイオン電池からなる多数の単電池を接続して構成される電池モジュールに接続されて該電池モジュール内の劣化推定対象単電池の劣化度合を推定する電池の劣化推定装置において、前記劣化推定対象単電池と同一機種の単電池の内部抵抗初期値を格納した第一のデータ記憶部と、前記劣化推定対象単電池を充電して、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定部と、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値と前記第一のデータ記憶部に格納されている内部抵抗初期値に基づいて、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率を算出する第一の算出手段と、前記内部抵抗増加率の平方根を算出する第二の算出手段と、多数の単電池について、前記第一並びに第二の算出手段の算出動作と同様な算出動作で算出された内部抵抗増加率の平方根と入力低下率との関係から導かれた相関式をあらかじめ格納した第二のデータ記憶部と、前記第二の算出手段で算出された平方根と前記相関式に基づいて前記劣化推定対象単電池の入力低下率を算出する第三の算出手段を備えたことを特徴とする。

この構成により、劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根と、あらかじめ用意されている相関式に基づいて、前記劣化推定対象単電池の入力低下率が精度よく算出される。

また、上記の電池の劣化推定装置において、前記内部抵抗測定部は、前記劣化推定対象単電池を少なくとも２種類の電流値で一定時間充電し、各電流値において充電前と充電後の出力電圧の電圧変化量を算出し、各電流値毎の電圧変化量の差と前記電流値の差に基づいて前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値を算出することが好ましい。

この構成により、劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根を算出するために必要となる劣化推定対象単電池の内部抵抗値が算出される。
更に、上記課題を解決する電池の劣化推定装置は、蓄電システムに備えられ、リチウムイオン電池からなる多数の単電池を接続して構成される電池モジュールに接続されて該電池モジュール内の劣化推定対象単電池の劣化度合を推定する電池の劣化推定装置において、前記劣化推定対象単電池と同一機種の単電池の内部抵抗初期値を格納した第一のデータ記憶部と、前記劣化推定対象単電池を放電又は充電して、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定部と、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値と前記第一のデータ記憶部に格納されている内部抵抗初期値に基づいて、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率を算出する第一の算出手段と、前記内部抵抗増加率の平方根を算出する第二の算出手段と、多数の単電池について、前記第一並びに第二の算出手段の算出動作と同様な算出動作で算出された内部抵抗増加率の平方根と出力低下率又は入力低下率との関係から導かれた相関式をあらかじめ格納した第二のデータ記憶部と、前記第二の算出手段で算出された平方根と前記相関式に基づいて前記劣化推定対象単電池の出力低下率又は入力低下率を算出する第三の算出手段を備えたことを特徴とする。

この構成により、劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根と、あらかじめ用意されている相関式に基づいて、前記劣化推定対象単電池の出力低下率又は入力低下率が精度よく算出される。

また、上記の電池の劣化推定装置において、前記出力低下率又は入力低下率を表示する表示手段を備えることが好ましい。
この構成により、表示手段に表示される出力低下率又は入力低下率により、劣化推定対象単電池の劣化度合いを確認可能となる。

また、上記の電池の劣化推定装置において、多数の単電池について、前記出力低下率及び入力低下率の少なくともいずれかと放電容量低下率との関係から導かれた放電容量低下率算出用相関式をあらかじめ格納した第三のデータ記憶部と、前記放電容量低下率算出用相関式に基づいて、前記劣化推定対象単電池の放電容量低下率を算出する第四の算出手段とを備えることが好ましい。

この構成により、劣化推定対象単電池の出力低下率若しくは入力低下率に基づいて、当該推定対象単電池の放電容量低下率が算出される。
また、上記の電池の劣化推定装置において、前記放電容量低下率を表示する表示手段を備えることが好ましい。

この構成により、表示手段に表示される放電容量低下率により、劣化推定対象単電池の劣化度合いを確認可能となる。
また、上記の電池の劣化推定装置において、前記放電容量低下率と、前記出力低下率及び入力低下率の少なくともいずれかを表示する表示手段を備えることが好ましい。

この構成により、表示手段に表示される放電容量低下率と、出力低下率及び入力低下率の少なくともいずれかにより、劣化推定対象単電池の劣化度合いを確認可能となる。
最後に、上記課題を解決する電池の劣化推定方法は、リチウムイオン電池からなる多数の単電池を接続して構成される電池モジュール内の劣化推定対象単電池の劣化度合を推定する電池の劣化推定方法において、前記劣化推定対象単電池を放電又は充電して、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定し、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値と前記劣化推定対象単電池と同一機種の単電池の内部抵抗初期値に基づいて、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率を算出し、前記内部抵抗増加率の平方根を算出し、多数の単電池について内部抵抗増加率の平方根と出力低下率又は入力低下率との関係から導かれた相関式を導出し、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根と前記相関式に基づいて、前記劣化推定対象単電池の出力低下率又は入力低下率を算出することを特徴とする。

この方法により、劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根と、あらかじめ用意されている相関式に基づいて、前記劣化推定対象単電池の出力低下率又は入力低下率が精度よく算出される。

また、上記の電池の劣化推定方法において、前記劣化推定対象単電池を少なくとも２種類の電流値で一定時間放電又は充電し、各電流値において放電又は充電前と放電又は充電後の前記劣化推定対象単電池の出力電圧の電圧変化量を算出し、各電流値の電圧変化量の差と前記電流値の差に基づいて前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値を算出することが好ましい。

この方法により、劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根を算出するために必要となる劣化推定対象単電池の内部抵抗値が算出される。

本発明の電池の劣化推定装置によれば、リチウムイオン電池の劣化判定精度を向上させることができる。

劣化推定装置を示すブロック図。 出力低下率を算出するための内部抵抗算出動作を示す説明図。 内部抵抗の算出動作の概念を示す説明図。 内部抵抗増加率の平方根と出力低下率の相関式を示す説明図。 内部抵抗増加率と出力低下率の相関式を示す説明図。 単電池の出力低下率を算出する動作を示すフローチャート。 入力低下率を算出するための内部抵抗算出動作を示す説明図。 内部抵抗増加率の平方根と入力低下率の相関式を示す説明図。 内部抵抗増加率と入力低下率の相関式を示す説明図。 単電池の入力低下率を算出する動作を示すフローチャート。 第二の実施形態の動作を示すフローチャート。 出力低下率及び入力低下率と放電容量低下率との相関式を示す説明図。 出力低下率及び入力低下率と放電容量低下率との相関式を示す説明図。

（第一の実施形態）
以下、本発明を具体化した第一の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、リチウムイオン電池の劣化推定装置の電気的構成を示す。劣化推定装置１は、電池モジュール２を構成する特定の単電池３の劣化を推定し、設置者に対し劣化率（出力低下率、入力低下率）を表示し、必要に応じて電池モジュール２の交換を促すように動作する。

電池モジュール２は、例えばリチウムイオン電池で構成される多数の単電池３が直列及び並列に接続されて構成される。そして、定置用蓄電システムにおいて、太陽光や風力等の再生可能エネルギーに基づいて発電された電力がパワーコンディショナーを介して電池モジュール２に供給され、当該電力が電池モジュール２に蓄電される。

また、必要時には電池モジュール２に蓄電された電力がパワーコンディショナーから送電網を介して需要者に供給され、電力供給の安定化が図られる。
劣化推定装置１は、複数の温度測定部４ａ，４ｂと、複数の内部抵抗測定部５ａ，５ｂと、データ処理部６と、モニタ９を備える。

温度測定部４ａ，４ｂは、熱電対等の温度センサ（図示しない）を備え、その温度センサが多数の単電池３のうちあらかじめ選択された劣化推定対象単電池３ａ，３ｂにそれぞれ設置される。劣化推定対象単電池３ａ，３ｂは、電池モジュール２内で劣化が進みやすい位置に配置される単電池、あるいは任意に選択された単電池である。そして、温度測定部４ａ，４ｂは、温度センサが設置された単電池３ａ，３ｂの温度を検出し、その検出信号をデータ処理部６内のデータ演算部７に出力する。データ演算部７は、単電池３ａ，３ｂの温度が例えば２５±２℃等、所定の範囲内である時に劣化推定動作を開始する。

温度センサが設置された単電池３ａ，３ｂにはそれぞれ内部抵抗測定部５ａ，５ｂが接続される。内部抵抗測定部５ａ，５ｂは、単電池３ａ，３ｂにあらかじめ設定された充電量（ＳＯＣ；state of charge）あるいは出力電圧として適正な電圧が確保されているとき、電池モジュール２内の各単電池３の劣化を推定するために、単電池３ａ，３ｂの内部抵抗を測定する。

具体的には、内部抵抗測定部５ａ，５ｂは、単電池３ａ，３ｂを少なくとも２種類の電流値に基づいて所定時間パルス放電させ、あるいはパルス充電させて、その前後の出力電圧の変化量と放電電流あるいは充電電流に基づいて内部抵抗を算出する。そして、内部抵抗測定部５ａ，５ｂは、算出した内部抵抗をデータ演算部７に出力する。

データ演算部７は、内部抵抗測定部５ａ，５ｂで算出された内部抵抗から内部抵抗増加率を算出する。データ処理部６内のデータ記憶部８には単電池３と同一機種の単電池について、新品時の内部抵抗があらかじめ格納されている。そして、データ演算部７は、内部抵抗測定部５ａ，５ｂで算出された内部抵抗と新品時の内部抵抗との比較に基づいて、単電池３ａ，３ｂの内部抵抗の増加率を算出する。

また、データ演算部７は算出された内部抵抗増加率の平方根を算出し、その平方根値とあらかじめデータ記憶部８に格納されている相関式から、単電池３ａ，３ｂの出力低下率または入力低下率を算出してモニタ９に表示する。設置者は、モニタ９に表示された出力低下率あるいは入力低下率に基づいて電池モジュール２の劣化判定が可能となる。

次に、上記のような出力低下率の算出動作と、入力低下率の算出動作について詳述する。
「出力低下率の算出動作」
図２は、単電池３ａの出力低下率を算出する際の内部抵抗測定部５ａの動作を示す。内部抵抗測定動作は、太陽光発電装置により充電される電池モジュールでは、充電動作が停止している夜間に行い、昼間に行う場合には、パワーコンディショナーにより電池モジュール２への充電電流の供給を一時的に停止した状態で行う。単電池３ｂの出力低下率を算出する内部抵抗測定部５ｂの動作も同様である。

内部抵抗測定部５ａは、出力低下率を算出しようとする単電池３ａに対しあらかじめ設定された少なくとも２種類の電流値でパルス放電させる。パルス放電させる電流値は、フル充電のリチウムイオン電池を１時間で完全放電させる電流値ｉ１と、フル充電のリチウムイオン電池を３０分で完全放電させる電流値ｉ２である。３種類の電流値でパルス放電させる場合には、フル充電のリチウムイオン電池を２０分で完全放電させる電流値ｉ３を加える。

まず、電流値ｉ１でのパルス放電に先立って単電池３ａの出力電圧ｖ１０を測定し（ステップ１）、次いで単電池３ａを電流値ｉ１でパルス放電させ（ステップ２）、その電流値ｉ１を測定し（ステップ３）、所定のパルス放電動作の終了後に単電池３ａの出力電圧ｖ１１を測定する（ステップ４）。そして、パルス放電により単電池３ａの充電量の低下により出力電圧ｖ１１が出力電圧ｖ１０より低下するため、その電圧変化量Δｖ１を算出する（ステップ５）。

同様にして、電流値ｉ２でのパルス放電に先立って単電池３ａの出力電圧ｖ２０を測定し（ステップ６）、次いで単電池３ａを電流値ｉ２でパルス放電させ（ステップ７）、その電流値ｉ２を測定し（ステップ８）、所定のパルス放電動作の終了後に単電池３ａの出力電圧ｖ２１を測定する（ステップ９）。そして、パルス放電により単電池３ａの充電量の低下により出力電圧ｖ２１が出力電圧ｖ２０より低下するため、その電圧変化量Δｖ２を算出する（ステップ１０）。

次いで、電流値ｉ１と電流値ｉ２の差である電流変化量Δｉを算出し（ステップ１１）、電圧変化量Δｖ１と電圧変化量Δｖ２の差を電圧変化量Δｖとして算出する（ステップ１２）。そして、電圧変化量Δｖを電流変化量Δｉで除算することにより、内部抵抗値Ｒを算出する（ステップ１３）。

図３には、電圧変化量Δｖを電流変化量Δｉ及び内部抵抗値Ｒの算出概念を示す。図３において、電流値ｉ１と電圧変化量Δｖ１との交点ｘ１と、電流値ｉ２と電圧変化量Δｖ２との交点ｘ２とを結ぶ直線の傾きが内部抵抗値Ｒに相当し、内部抵抗値Ｒが増大するほど直線Ｌの傾きが急峻となる。

図６は、出力低下率を算出する際の劣化推定装置１の内部抵抗測定部５ａ，５ｂ及びデータ演算部７の一連の動作を示す。
劣化推定装置１が出力低下率の算出動作を開始すると、温度測定部４ａ，４ｂで単電池３ａ，３ｂの温度が２５±２℃であるか否かが判定される（ステップ２１）。単電池３ａ，３ｂの温度が２５±２℃の範囲内ではない場合には、出力低下率の算出動作は開始されない。

単電池３ａ，３ｂの温度が２５±２℃の範囲内であると、単電池３ａ，３ｂの充電状態があらかじめ設定されている範囲内であるか否かが判定される（ステップ２２）。単電池３ａ，３ｂが完全放電状態あるいはフル充電状態に近い状態では、ステップ２１に戻って、出力低下率の算出動作は開始されない。

単電池３ａ，３ｂの充電状態があらかじめ設定されている範囲内である場合には、ステップ２３に移行して内部抵抗測定部５ａ，５ｂで上述した内部抵抗値Ｒの算出動作を開始する。そして、内部抵抗値Ｒが算出されると、データ演算部７は劣化していない新品状態の単電池の内部抵抗値である内部抵抗初期値との比較に基づいて、単電池３ａ，３ｂの内部抵抗増加率を算出する（ステップ２４）。

詳しくは、内部抵抗増加率は算出された内部抵抗値Ｒを内部抵抗初期値で除算し、その除算値を１００倍した後、１００を除算した値、言い換えれば、例えば内部抵抗値Ｒが基準内部抵抗値の１．３倍であれば、内部抵抗増加率は３０（％）となる。

次いで、ステップ２４で算出した内部抵抗増加率の平方根を算出する（ステップ２５）。そして、算出された平方根を、図４に示す相関式（ｙ１＝−６．００４３ｘ＋９．５６２）のｘに代入して、出力低下率ｙ１を算出する（ステップ２６）。ここで、図６に示す係数Ａは−６．００４３であり、係数Ｂは９．５６２となる。

上記相関式は、あらかじめデータ記憶部８に格納されている。相関式の作成方法は、劣化度合い、すなわち出力低下率の異なる多数の単電池の内部抵抗の平方根をステップ２３，２４と同様な方法でそれぞれ算出する。各単電池の出力低下率は、フル充電状態から完全放電となるまでに出力可能となる電力容量を測定し、あるいはその他の方法であらかじめ測定する。

そして、図４に示すように、その平方根と出力低下率との相関をグラフ上に多数の測定点ｐとして表し、その測定点ｐの分布にもっとも相関性の高い近似直線Ｌ１を上記相関式として求めたものである。

ここで、近似直線Ｌ１に対し測定点ｐの分散度合を示す決定係数Ｒ^２は最大値「１」に近い０．９９８１が得られ、測定点ｐに対し高い相関性を有する近似直線Ｌ１が得られた。また、出力低下率が５％未満では、測定点ｐと近似直線Ｌ１との相関性が低くなるため、出力低下率が５％未満となる場合には、相関式から得られる出力低下率の適用は不適となる。

因みに、図５は出力低下率の異なる多数の単電池において、内部抵抗増加率と出力低下率との関係を測定点ｑとして表したものである。この場合には、近似直線Ｌ２を示す相関式は、（ｙ２＝−０．４５９ｘ−７．１８５３）として求められるが、決定係数Ｒ^２が０．９５１１と低下する。従って、内部抵抗増加率の平方根と出力低下率との関係から近似直線Ｌ１を求めると、より相関性の高い相関式が得られる。なお、決定係数Ｒ^２は公知の算出式に基づいて算出可能である。

ステップ２６で出力低下率を算出した後、ステップ２７では算出した出力低下率が５％を超えたか否かを判定する。なお、図４及び図５では、出力低下率はマイナスの値として表示している（初期は０％）。

そして、出力低下率が５％以上である場合には、測定した単電池３ａの出力低下率をモニタ９に表示し、５％未満である場合には、出力低下率が５％未満であることを表示する。単電池３ｂについても同様に出力低下率を算出し、モニタ９に出力低下率を表示する。

劣化推定装置１の設置者は、モニタ９に表示された単電池３ａ，３ｂの出力低下率を確認して、電池モジュール２を交換するか否かを判断する。
「入力低下率の算出動作」
図７は、単電池３ａの入力低下率を算出する際の内部抵抗測定部５ａの動作を示す。内部抵抗測定動作は、太陽光発電装置により充電される電池モジュールでは、充電動作が可能な昼間に行う。単電池３ｂの入力低下率を算出する内部抵抗測定部５ｂの動作も同様である。

内部抵抗測定部５ａは、入力低下率を算出しようとする単電池３ａに対しあらかじめ設定された少なくとも２種類の電流値でパルス充電する。パルス充電させる電流値は、完全放電状態のリチウムイオン電池を１時間で完全充電させる電流値ｉ１と、完全放電状態のリチウムイオン電池を３０分で完全充電させる電流値ｉ２である。３種類の電流値でパルス充電させる場合には、完全放電状態のリチウムイオン電池を２０分で完全充電させる電流値ｉ３を加える。

まず、電流値ｉ１でのパルス充電に先立って単電池３ａの出力電圧ｖ１０を測定し（ステップ３１）、次いで単電池３ａを電流値ｉ１でパルス充電させ（ステップ３２）、その電流値ｉ１を測定し（ステップ３３）、所定のパルス充電動作の終了後に単電池３ａの出力電圧ｖ１１を測定する（ステップ３４）。そして、パルス充電により単電池３ａの充電量の増大により出力電圧ｖ１１が出力電圧ｖ１０より上昇するため、その電圧変化量Δｖ１を算出する（ステップ３５）。

同様にして、電流値ｉ２でのパルス充電に先立って単電池３ａの出力電圧ｖ２０を測定し（ステップ３６）、次いで単電池３ａを電流値ｉ２でパルス充電させ（ステップ３７）、その電流値ｉ２を測定し（ステップ３８）、所定のパルス充電動作の終了後に単電池３ａの出力電圧ｖ２１を測定する（ステップ３９）。そして、パルス充電により単電池３ａの充電量の増大により出力電圧ｖ２１が出力電圧ｖ２０より上昇するため、その電圧変化量Δｖ２を算出する（ステップ４０）。

次いで、電流値ｉ１と電流値ｉ２の差である電流変化量Δｉを算出し（ステップ４１）、電圧変化量Δｖ１と電圧変化量Δｖ２の差を電圧変化量Δｖとして算出する（ステップ４２）。そして、電圧変化量Δｖを電流変化量Δｉで除算することにより、内部抵抗値Ｒを算出する（ステップ４３）。

電圧変化量Δｖを電流変化量Δｉ及び内部抵抗値Ｒの算出概念は、上述したように図３に示すとおりである。
図１０は、入力低下率を算出する際の劣化推定装置１の内部抵抗測定部５ａ，５ｂ及びデータ演算部７の一連の動作を示す。

劣化推定装置１が入力低下率の算出動作を開始した後、ステップ５１，５２の動作は、上述したステップ２１，２２と同様である。
ステップ５２で、単電池３ａ，３ｂの充電状態があらかじめ設定されている範囲内である場合には、ステップ５３に移行して内部抵抗測定部５ａ，５ｂで上述した内部抵抗値Ｒの算出動作を開始する。そして、内部抵抗値Ｒが算出されると、データ演算部７は劣化していない新品状態の単電池の内部抵抗値である内部抵抗初期値との比較に基づいて、単電池３ａ，３ｂの内部抵抗増加率を算出する（ステップ５４）。内部抵抗増加率の算出方法は、上述のステップ２４と同様である。

次いで、ステップ５４で算出した内部抵抗増加率の平方根を算出する（ステップ５５）。そして、算出された平方根を、図８に示す相関式（ｙ３＝−５．９３６９ｘ＋９．６６３７）のｘに代入して、入力低下率ｙ３を算出する（ステップ５６）。

上記相関式は、あらかじめデータ記憶部８に格納されている。相関式の作成方法は、劣化度合い、すなわち入力低下率の異なる多数の単電池の内部抵抗の平方根をステップ５３，５４と同様な方法でそれぞれ算出する。各単電池の入力低下率は、完全放電状態からフル充電となるまでに入力可能となる電力容量を測定し、あるいはその他の方法であらかじめ測定する。

そして、図８に示すように、その平方根と出力低下率との相関をグラフ上に多数の測定点ｐとして表し、その測定点ｐの分布にもっとも相関性の高い近似直線Ｌ３を上記相関式として求めたものである。

ここで、近似直線Ｌ３に対し測定点ｐの分散度合を示す決定係数Ｒ^２は最大値「１」に近い０．９８７３が得られ、測定点ｐに対し高い相関性を有する近似直線Ｌ３が得られた。

因みに、図９は入力低下率の異なる多数の単電池において、内部抵抗増加率と入力低下率との関係を測定点ｑとして表したものである。この場合には、近似直線Ｌ４を示す相関式は、（ｙ４＝−０．４１５５ｘ−８．５７４５）として求められるが、決定係数Ｒ^２が０．９３６２と低下する。従って、内部抵抗増加率の平方根と入力低下率との関係から近似直線Ｌ３を求めると、より相関性の高い相関式が得られる。なお、決定係数Ｒ^２は公知の算出式に基づいて算出可能である。

ステップ５６で入力低下率を算出した後、ステップ５７では算出した入力低下率が５％を超えたか否かを判定する。なお、図８及び図９では、入力低下率はマイナスの値として表示している（初期は０％）。

そして、入力低下率が５％以上である場合には、測定した単電池３ａの入力低下率をモニタ９に表示し、５％未満である場合には、入力低下率が５％未満であることを表示する。単電池３ｂについても同様に入力低下率を算出し、モニタ９に入力低下率を表示する。

劣化推定装置１の設置者は、モニタ９に表示された単電池３ａ，３ｂの入力低下率を確認して、電池モジュール２を構成する単電池３，３ａ，３ｂを交換するか否かを判断する。

上記のように構成された劣化推定装置１では、次に示す効果を得ることができる。
（１）単電池３ａ，３ｂの内部抵抗増加率の平方根を算出し、その内部抵抗増加率の平方根とあらかじめ設定されている相関式に基づいて、単電池３ａ，３ｂの出力低下率を算出することができる。

（２）単電池３ａ，３ｂの内部抵抗増加率の平方根を算出し、その内部抵抗増加率の平方根とあらかじめ設定されている相関式に基づいて、単電池３ａ，３ｂの入力低下率を算出することができる。

（３）劣化度合いの異なる多数の単電池の内部抵抗増加率の平方根と出力低下率との関係から、相関性の高い相関式をあらかじめ得ることができる。従って、劣化度合いを推定しようとする単電池の内部抵抗増加率の平方根を算出すれば、その平方根と相関式に基づいて、当該単電池の出力低下率を精度よく算出することができる。この結果、単電池３ａ，３ｂの劣化度合いの推定精度を向上させることができる。

（４）劣化度合いの異なる多数の単電池の内部抵抗増加率の平方根と入力低下率との関係から、相関性の高い相関式をあらかじめ得ることができる。従って、劣化度合いを推定しようとする単電池の内部抵抗増加率の平方根を算出すれば、その平方根と相関式に基づいて、当該単電池の入力低下率を精度よく算出することができる。この結果、単電池３ａ，３ｂの劣化度合いの推定精度を向上させることができる。

（５）単電池３ａ，３ｂの内部抵抗を内部抵抗測定部５ａ，５ｂで測定し、データ演算部７で内部抵抗増加率を算出するとともに、その内部抵抗増加率から出力低下率あるいは入力低下率を算出することができる。従って、インピーダンスアナライザあるいはバイポーラ電源と周波数特性分析器等の特殊で高価な計測機器を必要とすることなく、単電池３ａ，３ｂの劣化度合いの推定精度を向上させることができる。

（６）単電池３ａ，３ｂの内部抵抗は、所定時間のパルス放電あるいはパルス充電に基づいて短時間で測定可能である。従って、蓄電システム及び電池モジュール２の稼働を長時間停止することなく、単電池３ａ，３ｂの劣化度合いを推定することができる。

（７）単電池３ａ，３ｂの出力低下率あるいは入力低下率のいずれからでも劣化度合いの推定を行うことができる。
（８）単電池３ａ，３ｂの劣化度合を推定することにより、電池モジュール２内のすべての単電池の劣化度合を推定することができる。

（９）モニタ９で、単電池３ａ，３ｂの劣化度合を表示することができる。従って、モニタ９の表示内容に基づいて、電池モジュール２の交換時期を判定することができる。
（第二の実施形態）
図１１は、リチウムイオン電池の劣化推定装置の第二の実施形態を示す。この実施形態の劣化推定装置は、第一の実施形態で得られた出力低下率あるいは入力低下率に基づいて放電容量低下率を算出する機能を備えたものである。この実施形態の劣化推定装置の電気的構成は図１と同様であり、データ演算部７の処理動作と、データ記憶部８にあらかじめ格納される相関式が追加される点において、第一の実施形態と異なる。

図１２は、第一の実施形態で得られた出力低下率若しくは入力低下率に基づいて放電容量低下率を算出するための相関式を作成する方法を示す。
相関式の作成方法は、劣化度合いの異なる多数の単電池において、第一の実施形態と同様な手法で出力低下率若しくは入力低下率を求め、さらに各単電池について放電容量低下率を放電容量測定装置により算出する。そして、多数の単電池について、出力低下率若しくは入力低下率と放電容量低下率との相関をグラフ上に多数の測定点として表し、その測定点の分布にもっとも相関性の高い近似直線Ｌ５，Ｌ６を相関式として求めたものである。

ここで、出力低下率と放電容量低下率との相関式として、ｙ＝０．９６９５（係数Ｄ）ｘ−５．５８５４（係数Ｃ）が得られ、決定係数Ｒ^２＝０．８９７９が得られた。
同様に、入力低下率と放電容量低下率との相関式として、ｙ＝１．１２４９（係数Ｆ）ｘ−６．３０２７（係数Ｅ）が得られ、決定係数Ｒ^２＝０．９３９３が得られた。

この相関式は、あらかじめデータ記憶部８に格納されている。また、出力低下率あるいは入力低下率が５％未満では、各測定点と近似直線Ｌ５，Ｌ６との相関性が低くなるため、出力低下率が５％未満となる場合には、相関式から得られる出力低下率の適用は不適となる。

この実施形態の劣化推定装置では、劣化度合を推定しようとする単電池について、図６に示すステップ２１〜ステップ２５と同様な処理を行い、図６に示すステップ２５に続いて、図１１に示す処理を行う。すなわち、ステップ２６，５６と同様にして、出力低下率、入力低下率を算出する（ステップ３０）。

次いで、算出された出力低下率若しくは入力低下率が５％を超えたか否かを判定する（ステップ３１）。そして、出力低下率若しくは入力低下率が５％未満である場合には、出力低下率若しくは入力低下率が５％未満であることをモニタ９に表示する（ステップ３２）。

出力低下率若しくは入力低下率が５％以上である場合には、ステップ３３に移行して、算出された出力低下率と近似直線Ｌ５で示される相関式に基づいて放電容量低下率αを算出する。また、算出された入力低下率と近似直線Ｌ６で示される相関式に基づいて放電容量低下率βを算出する。

次いで、算出された放電容量低下率α，βのうち、数値の大きい方の放電容量低下率と、ステップ３０で算出された出力低下率及び入力低下率を当該単電池の劣化率としてモニタ９に表示する。

劣化推定装置の設置者は、モニタ９に表示された単電池３ａ，３ｂの放電容量低下率、出力低下率及び入力低下率を確認して、電池モジュール２を交換するか否かを判断する。
上記のように構成された劣化推定装置では、第一の実施形態で得られた効果に加えて、次に示す効果を得ることができる。

（１）出力低下率、入力低下率及び放電容量低下率の３種類の特性に基づいて単電池の劣化度合を推定することができる。従って、推定精度をさらに向上させることができる。
上記第二の実施形態において、出力低下率及び入力低下率のいずれかと、放電容量低下率の２種類の特性のみをモニタ９に表示するようにしてもよい。出力低下率と入力低下率は、相関式の決定係数Ｒ^２がより高い方の特性を選択して、モニタ９に表示する。

このような構成により、出力低下率あるいは入力低下率のいずれかを表示する処理動作を省略することができるので、データ演算部７の負荷を軽減することができる。
また、出力低下率と入力低下率をモニタ９に表示せず、放電容量低下率のみをモニタ９に表示するようにしてもよい。

また、図１２においては、出力低下率及び入力低下率と放電容量低下率との相関式をそれぞれ求めたが、図１３に示すように、出力低下率及び入力低下率と放電容量低下率との相関を一元化した相関式をあらかじめ求め、その相関式に基づいて放電容量低下率を算出するようにしてもよい。

すなわち、劣化度合いの異なる多数の単電池において、第一の実施形態と同様な手法で出力低下率及び入力低下率を求め、さらに各単電池について放電容量低下率を放電容量測定装置により算出する。そして、多数の単電池について、出力低下率及び入力低下率と放電容量低下率との相関をグラフ上に多数の測定点として表し、その測定点の分布にもっとも相関性の高い近似直線Ｌ７を相関式として求める。

ここで、出力低下率及び入力低下率と放電容量低下率との相関式として、ｙ＝１．０１０１ｘ−６．１５６５が得られ、決定係数Ｒ^２＝０．８９８１が得られた。そして、この相関式をあらかじめデータ記憶部８に格納する。

この状態で、劣化状態を推定しようとする単電池について、第二の実施形態と同様に出力低下率若しくは入力低下率を算出する。そして、その出力低下率若しくは入力低下率と近似直線Ｌ７で得られる相関式から放電容量低下率を算出し、モニタ９に表示する。

このような構成により、出力低下率あるいは入力低下率のいずれかから放電容量低下率を求めることができる。そして、出力低下率あるいは入力低下率のいずれかと、放電容量低下率に基づいて電池の劣化度合を推定することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・単電池３ａ，３ｂの出力低下率あるいは入力低下率を定期的に算出し、その算出値の経時変化をモニタ９に表示してもよい。

１…劣化推定装置、２…電池モジュール、３…単電池、３ａ，３ｂ…劣化推定対象単電池、５ａ，５ｂ…内部抵抗測定部、７…第一〜第四の算出手段（データ演算部）、８…データ記憶部（第一のデータ記憶部、第二のデータ記憶部、第三のデータ記憶部）、９…表示手段（モニタ）。

Claims (11)

1. 蓄電システムに備えられ、リチウムイオン電池からなる多数の単電池を接続して構成される電池モジュールに接続されて該電池モジュール内の劣化推定対象単電池の劣化度合を推定する電池の劣化推定装置において、
   前記劣化推定対象単電池と同一機種の単電池の内部抵抗初期値を格納した第一のデータ記憶部と、
   前記劣化推定対象単電池を放電して、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定部と、
   前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値と前記第一のデータ記憶部に格納されている内部抵抗初期値に基づいて、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率を算出する第一の算出手段と、
   前記内部抵抗増加率の平方根を算出する第二の算出手段と、
   多数の単電池について、前記第一並びに第二の算出手段の算出動作と同様な算出動作で算出された内部抵抗増加率の平方根と出力低下率との関係から導かれた相関式をあらかじめ格納した第二のデータ記憶部と、
   前記第二の算出手段で算出された平方根と前記相関式に基づいて前記劣化推定対象単電池の出力低下率を算出する第三の算出手段と
   を備えたことを特徴とする電池の劣化推定装置。
2. 請求項１に記載の電池の劣化推定装置において、
   前記内部抵抗測定部は、
   前記劣化推定対象単電池を少なくとも２種類の電流値で一定時間放電し、各電流値において放電前と放電後の出力電圧の電圧変化量を算出し、各電流値毎の電圧変化量の差と前記電流値の差に基づいて前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値を算出することを特徴とする電池の劣化推定装置。
3. 蓄電システムに備えられ、リチウムイオン電池からなる多数の単電池を接続して構成される電池モジュールに接続されて該電池モジュール内の劣化推定対象単電池の劣化度合を推定する電池の劣化推定装置において、
   前記劣化推定対象単電池と同一機種の単電池の内部抵抗初期値を格納した第一のデータ記憶部と、
   前記劣化推定対象単電池を充電して、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定部と、
   前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値と前記第一のデータ記憶部に格納されている内部抵抗初期値に基づいて、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率を算出する第一の算出手段と、
   前記内部抵抗増加率の平方根を算出する第二の算出手段と、
   多数の単電池について、前記第一並びに第二の算出手段の算出動作と同様な算出動作で算出された内部抵抗増加率の平方根と入力低下率との関係から導かれた相関式をあらかじめ格納した第二のデータ記憶部と、
   前記第二の算出手段で算出された平方根と前記相関式に基づいて前記劣化推定対象単電池の入力低下率を算出する第三の算出手段と
   を備えたことを特徴とする電池の劣化推定装置。
4. 請求項３に記載の電池の劣化推定装置において、
   前記内部抵抗測定部は、
   前記劣化推定対象単電池を少なくとも２種類の電流値で一定時間充電し、各電流値において充電前と充電後の出力電圧の電圧変化量を算出し、各電流値毎の電圧変化量の差と前記電流値の差に基づいて前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値を算出することを特徴とする電池の劣化推定装置。
5. 蓄電システムに備えられ、リチウムイオン電池からなる多数の単電池を接続して構成される電池モジュールに接続されて該電池モジュール内の劣化推定対象単電池の劣化度合を推定する電池の劣化推定装置において、
   前記劣化推定対象単電池と同一機種の単電池の内部抵抗初期値を格納した第一のデータ記憶部と、
   前記劣化推定対象単電池を放電又は充電して、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定部と、
   前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値と前記第一のデータ記憶部に格納されている内部抵抗初期値に基づいて、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率を算出する第一の算出手段と、
   前記内部抵抗増加率の平方根を算出する第二の算出手段と、
   多数の単電池について、前記第一並びに第二の算出手段の算出動作と同様な算出動作で算出された内部抵抗増加率の平方根と出力低下率又は入力低下率との関係から導かれた相関式をあらかじめ格納した第二のデータ記憶部と、
   前記第二の算出手段で算出された平方根と前記相関式に基づいて前記劣化推定対象単電池の出力低下率及び入力低下率の少なくともいずれかを算出する第三の算出手段と
   を備えたことを特徴とする電池の劣化推定装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電池の劣化推定装置において、
   前記出力低下率又は前記入力低下率を表示する表示手段を備えたことを特徴とする電池の劣化推定装置。
7. 請求項５に記載の電池の劣化推定装置において、
   多数の単電池について、前記出力低下率及び入力低下率の少なくともいずれかと放電容量低下率との関係から導かれた放電容量低下率算出用相関式をあらかじめ格納した第三のデータ記憶部と、
   前記放電容量低下率算出用相関式に基づいて、前記劣化推定対象単電池の放電容量低下率を算出する第四の算出手段と
   を備えたことを特徴とする電池の劣化推定装置。
8. 請求項７に記載の電池の劣化推定装置において、
   前記放電容量低下率を表示する表示手段を備えたことを特徴とする電池の劣化推定装置。
9. 請求項７に記載の電池の劣化推定装置において、
   前記放電容量低下率と、前記出力低下率及び入力低下率の少なくともいずれかを表示する表示手段を備えたことを特徴とする電池の劣化推定装置。
10. リチウムイオン電池からなる多数の単電池を接続して構成される電池モジュール内の劣化推定対象単電池の劣化度合を推定する電池の劣化推定方法において、
    前記劣化推定対象単電池を放電又は充電して、該劣化推定対象単電池の内部抵抗値を測定し、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値と前記劣化推定対象単電池と同一機種の単電池の内部抵抗初期値に基づいて、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率を算出し、前記内部抵抗増加率の平方根を算出し、多数の単電池について内部抵抗増加率の平方根と出力低下率又は入力低下率との関係から導かれた相関式を導出し、前記劣化推定対象単電池の内部抵抗増加率の平方根と前記相関式に基づいて、前記劣化推定対象単電池の出力低下率又は入力低下率を算出することを特徴とする電池の劣化推定方法。
11. 請求項１０に記載の電池の劣化推定方法において、
    前記劣化推定対象単電池を少なくとも２種類の電流値で一定時間放電又は充電し、各電流値において放電又は充電前と放電又は充電後の前記劣化推定対象単電池の出力電圧の電圧変化量を算出し、各電流値の電圧変化量の差と前記電流値の差に基づいて前記劣化推定対象単電池の内部抵抗値を算出することを特徴とする電池の劣化推定方法。