JP2019066216A - 電池容量推定装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】充電条件のずれを考慮しつつ、二次電池の最大容量を高精度に推定可能な電池容量推定装置、方法及びプログラムを提供する。【解決手段】電池容量推定装置としての管理サーバ１８は、蓄電部３０における標準的な充電条件を示す標準変数値（Ｔｓｔｄ、Ｉｓｔｄ、Ｖ１ｓｔｄ、Ｖ２ｓｔｄ）と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値（Ｔｍｅｓ、Ｉｍｅｓ、Ｖ１ｍｅｓ、Ｖ２ｍｅｓ）を取得し、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量（ΔＱｍｅｓ／ΔＳＯＣ）を算出し、見掛け上の容量に対して測定変数値と標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して、蓄電部３０の最大容量（Ｑｍａｘ）を推定する。【選択図】図６

Description

本発明は、二次電池の最大容量を推定する電池容量推定装置、方法及びプログラムに関する。

従来から、リチウムイオン電池を含む二次電池の最大容量を推定し、電池の劣化状態を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２５７００８号公報（［００２１］、［００２２］等）

しかしながら、特許文献１で提案される推定方法では、想定された使用環境とは異なる環境で二次電池の充電が行われる結果、実際の充電条件が、標準充電条件から無視できない程度にずれる状況について考慮されていない。例えば、新品状態の二次電池を標準充電条件で充電したときの最大容量（参照値）との関係から二次電池の劣化状態を判定しようとする場合、劣化の判定精度がばらつくという問題がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、充電条件のずれを考慮しつつ、二次電池の最大容量を高精度に推定可能な電池容量推定装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

第１の本発明に係る電池容量推定装置は、１つ以上の条件変数により特定される充電条件の下で充電した二次電池の最大容量を推定する装置であって、前記二次電池における標準的な充電条件を示す標準変数値と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値を取得する条件変数取得部と、前記条件変数取得部により取得された前記標準変数値と前記測定変数値の関係から前記最大容量を推定する容量推定部と、を備え、前記容量推定部は、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量を算出し、前記見掛け上の容量に対して前記測定変数値と前記標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して前記最大容量を推定する。

このように、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて算出した見掛け上の容量に対して、測定変数値と標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して最大容量を推定するので、充電条件のずれに起因する最大容量の変動分を適切に補正可能となり、二次電池の最大容量を高精度に推定することができる。

また、前記容量推定部は、前記最大容量を前記条件変数の関数とみなし、前記標準変数値の周りでテイラー展開して求められた算出式に基づいて前記最大容量を推定してもよい。最大容量を偏差の多項式として表現することで、比較的簡易な計算によって最大容量を推定することができる。

また、前記容量推定部は、前記測定変数値と前記標準変数値の偏差に比例する１次の補正量を加算して前記最大容量を推定してもよい。これにより、最も簡易な計算式であっても高い推定精度が得られる。

また、前記条件変数は、温度、電流、開始電圧、及び終了電圧のうち少なくとも１つであってもよい。これにより、二次電池の充放電制御のために一般的に設けられる測定センサをそのまま用いて条件変数を取得することができる。

また、前記二次電池は、リチウムイオン電池であってもよい。リチウムイオン電池は、他の方式と比べて環境依存性が相対的に高いため、上記した変動分を補正する効果がより顕著に現われる。

第２の本発明に係る電池容量推定方法は、１つ以上の条件変数により特定される充電条件の下で充電した二次電池の最大容量を推定する方法であって、前記二次電池における標準的な充電条件を示す標準変数値と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値を取得する取得ステップと、取得された前記標準変数値と前記測定変数値の関係から前記最大容量を推定する推定ステップと、を１つ又は複数のコンピュータが実行し、前記推定ステップでは、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量を算出し、前記見掛け上の容量に対して前記測定変数値と前記標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して前記最大容量を推定する。

第３の本発明に係る電池容量推定プログラムは、１つ以上の条件変数により特定される充電条件の下で充電した二次電池の最大容量を推定するためのプログラムであって、前記二次電池における標準的な充電条件を示す標準変数値と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値を取得する取得ステップと、取得された前記標準変数値と前記測定変数値の関係から前記最大容量を推定する推定ステップと、を１つ又は複数のコンピュータに実行させ、前記推定ステップでは、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量を算出し、前記見掛け上の容量に対して前記測定変数値と前記標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して前記最大容量を推定する。

本発明に係る電池容量推定装置、方法及びプログラムによれば、充電条件のずれを考慮しつつ、二次電池の最大容量を高精度に推定することができる。

本発明の一実施形態における電池容量推定装置が組み込まれた電力課金システムの全体構成図である。 図１に示す電力課金システムのブロック図である。 サービス利用情報のデータ構造の一例を示す図である。 バッテリ性能情報のデータ構造の一例を示す図である。 容量推定の準備に関するフローチャートである。 推定モデルの概要を説明する模式図である。 参照対象である容量偏差の算出方法を説明する模式図である。 参照対象である充電率偏差の算出方法を説明する模式図である。 図９Ａは、温度補正係数の算出方法を説明する模式図である。図９Ｂは、電流補正係数の算出方法を説明する模式図である。 図１０Ａは、開始電圧補正係数の算出方法を説明する模式図である。図１０Ｂは、終了電圧補正係数の算出方法を説明する模式図である。 蓄電部の容量推定に関するフローチャートである。 測定対象である容量偏差の算出方法を説明する模式図である。

以下、本発明に係る電池容量推定装置について、電池容量推定方法及び電池容量推定プログラムとの関係において好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［電力課金システム１０の構成］
＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態における電池容量推定装置が組み込まれた電力課金システム１０の全体構成図である。図２は、図１に示す電力課金システム１０のブロック図である。

図１に示すように、電力課金システム１０は、鞍乗り型の自動二輪車１２（電動車両）の駆動源である着脱式バッテリ１４を、複数のユーザで共同利用するシェアサービスを提供可能なシステムである。この電力課金システム１０は、基本的には、１つ以上の着脱式バッテリ１４と、１つ以上の充電ステーション１６と、電池容量推定装置としての管理サーバ１８と、から構成される。

着脱式バッテリ１４は、少なくとも電力により走行可能な自動二輪車１２に対して着脱自在に装着されるカセット式の蓄電装置である。以下、説明の便宜上、充電が必要になった着脱式バッテリ１４を「使用済みバッテリ１４ｕ」、充電が完了した着脱式バッテリ１４を「充電済みバッテリ１４ｃ」と区別する場合がある。

充電ステーション１６は、１つ以上の着脱式バッテリ１４の保管及び充電を行うための設備であり、複数の場所に設置されている。充電ステーション１６の筐体２０には、複数個（本図の例では、１２個）のスロットからなるスロット部２１と、表示器２２と、認証器２４と、が設けられている。スロット部２１の奥側には、着脱式バッテリ１４を充電可能な充電器２６（図２）が設けられている。

充電ステーション１６は、ネットワークＮＷを介して、管理サーバ１８と通信可能に接続されている。また、作業用コンピュータ２８は、ネットワークＮＷを介して、管理サーバ１８と通信可能に接続されている。これにより、充電ステーション１６（又は作業用コンピュータ２８）は、ネットワークＮＷを経由して、管理サーバ１８に対して通信データを送受信可能である。

＜着脱式バッテリ１４の構成＞
図２に示すように、着脱式バッテリ１４は、具体的には、蓄電部３０と、測定センサ３２と、バッテリ管理ユニット（Battery Management Unit；以下、ＢＭＵ３４）と、接続部３６と、を備える。

蓄電部３０は、二次電池（リチウムイオン電池や鉛蓄電池）を含む、電力を充放電可能に構成された電池コアパックである。蓄電部３０の構成はこれ以外であってもよく、他の種類の二次電池、キャパシタ、又はこれらを組み合わせた複合電池であってもよい。

測定センサ３２は、蓄電部３０の温度Ｔ、電流Ｉ又は電圧Ｖを測定する各種センサから構成される。これにより、測定センサ３２は、自動二輪車１２に装着された状態下での使用環境又は使用状態の履歴を示す情報（以下、使用履歴情報という）を取得可能である。また、測定センサ３２は、蓄電部３０の充電中における実際の充電条件を測定可能である。

ＢＭＵ３４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含んで構成され、蓄電部３０の充放電制御を司る装置である。また、ＢＭＵ３４は、着脱式バッテリ１４の識別情報（以下、バッテリＩＤ）、ユーザの識別情報（以下、ユーザＩＤ）、測定センサ３２からの使用履歴情報を記憶可能である。

なお、使用履歴情報の一例として、充電時又は放電時の内部温度、放電時の電圧、充電率（ＳＯＣ；State Of Charge）の時系列データ、貸出から返却までの使用容量・使用期間・走行距離、又は、通算の使用容量・使用期間・走行距離が挙げられる。

＜充電ステーション１６の構成＞
充電ステーション１６は、具体的には、表示器２２と、認証器２４と、充電器２６と、通信モジュール４０と、メモリ４２と、制御装置４４と、を備える。

表示器２２は、少なくとも表示機能を有する機器であり、例えば、タッチパネル（タッチセンサ付き表示パネル）から構成される。これにより、ユーザの操作に応じて必要な情報を入力可能であると共に、ユーザに対して様々な可視情報を提供可能である。

認証器２４は、例えば近距離通信（ＮＦＣ；Near Field Communication）を用いて、ユーザが携行するＮＦＣカード（不図示）の記録情報を読み取る機器である。これにより、充電ステーション１６は、この記録情報に含まれるユーザＩＤを用いて、シェアサービスの利用権限を有するユーザを認証する。

充電器２６は、接続部３６、５２同士を接続した状態下に着脱式バッテリ１４を充電する機器である。充電器２６には、着脱式バッテリ１４に電力を供給するための電源（不図示）が接続されている。

通信モジュール４０は、有線又は無線により、外部装置との間で通信可能なモジュールである。これにより、充電ステーション１６は、管理サーバ１８との間で、シェアサービスに関わる各種データの遣り取りが可能である。

メモリ４２は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリから構成される不揮発性メモリである。これにより、充電ステーション１６に保管されている各々の着脱式バッテリ１４に関する情報を記憶可能である。

制御装置４４は、例えば、ＣＰＵ又はＭＰＵを含んで構成される。制御装置４４は、メモリ４２に記憶されたプログラムを読み出し実行することで、充電制御部４６、情報取得部４８、及び課金額算定部５０として機能する。

＜管理サーバ１８の構成＞
管理サーバ１８は、サーバ側通信部６０と、サーバ側制御部６２と、サーバ側記憶部６４と、を備えるコンピュータである。

サーバ側通信部６０は、外部装置に対して電気信号を送受信するインターフェースである。これにより、管理サーバ１８は、充電ステーション１６との間で、シェアサービスに関わる各種データ（例えば、サービス利用情報７４の一部）の遣り取りが可能である。

サーバ側制御部６２は、ＣＰＵ又はＭＰＵから構成されており、サーバ側記憶部６４により格納されたプログラムを読み出し実行することで、条件変数取得部６６、容量推定部６８、性能評価部７０及びデータ処理部７２として機能する。

サーバ側記憶部６４は、例えば、コンピュータシステムに内蔵又は外付けされるハードディスク等の非一過性の記憶装置から構成される。これにより、サーバ側記憶部６４の内部には、シェアサービスの利用状況を示す情報（以下、サービス利用情報７４）及び着脱式バッテリ１４の蓄電性能を示す情報（以下、バッテリ性能情報７６）に関するデータベースが構築されている。

＜サービス利用情報７４のデータ構造＞
図３は、サービス利用情報７４のデータ構造の一例を示す図である。このサービス利用情報７４には、ユーザ情報、バッテリ貸出情報、バッテリ返却情報、課金明細情報が含まれる。

「ユーザ情報」とは、シェアサービスのユーザに関する情報である。このユーザ情報は、例えば、ユーザＩＤ、個人情報（例えば、氏名・住所、支払方法）、車種（自動二輪車１２の種類）、利用ポリシー（例えば、サービスプラン）が含まれる。

「バッテリ貸出情報」とは、充電ステーション１６から取り出された着脱式バッテリ１４（つまり、貸し出された充電済みバッテリ１４ｃ）に関する情報である。このバッテリ貸出情報には、例えば、貸出日時、スロットＩＤ、バッテリＩＤが含まれる。

「バッテリ返却情報」とは、充電ステーション１６に装填された着脱式バッテリ１４（つまり、返却された使用済みバッテリ１４ｕ）に関する情報である。このバッテリ返却情報には、例えば、返却日時、スロットＩＤ、バッテリＩＤ、使用履歴情報が含まれる。

「課金明細情報」とは、ユーザ毎の課金明細を示す情報である。この課金明細情報には、例えば、課金日時、課金単価、電力使用量、課金額が含まれる。

＜バッテリ性能情報７６のデータ構造＞
図４は、バッテリ性能情報７６のデータ構造の一例を示す図である。このバッテリ性能情報７６には、バッテリＩＤ、電池の種別、標準充電条件、容量推定情報、バッテリ評価情報が含まれる。

「標準充電条件」とは、蓄電部３０における標準的な充電条件であり、１つ以上の条件変数により特定される。この条件変数には、例えば、温度Ｔｓｔｄ、電流Ｉｓｔｄ、開始電圧Ｖ１ｓｔｄ、終了電圧Ｖ２ｓｔｄが含まれる。以下、標準充電条件を示す変数の各値を「標準変数値」という場合がある。

「容量推定情報」とは、蓄電部３０の最大容量（Ｑｍａｘ）を推定するための１つ以上のパラメータである。このパラメータには、例えば、容量偏差ΔＱｒｅｆ、充電率偏差ΔＳＯＣ、温度補正係数Ａｔ、電流補正係数Ａｃ、開始電圧補正係数Ａｖ１、終了電圧補正係数Ａｖ２が含まれる。

「バッテリ評価情報」とは、蓄電部３０の評価結果を示す情報である。このバッテリ評価情報には、評価日時、実充電条件、最大容量Ｑｍａｘ、良否判定結果が含まれる。

なお、「実充電条件」とは、蓄電部３０の測定により得られる実際の充電条件であり、１つ以上の条件変数により特定される。この条件変数には、例えば、温度Ｔｍｅｓ、電流Ｉｍｅｓ、開始電圧Ｖ１ｍｅｓ、終了電圧Ｖ２ｍｅｓが含まれる。以下、実充電条件を示す変数の各値を「測定変数値」という場合がある。

［管理サーバ１８の動作］
本実施形態における電池容量推定装置としての管理サーバ１８は、以上のように構成される。続いて、管理サーバ１８の動作について、図５〜図１２を参照しながら説明する。より詳しくは、容量推定の準備に関する動作を図５のフローチャートを用いて説明し、蓄電部３０の容量推定に関する動作を図１１のフローチャートを用いて説明する。

＜容量推定の準備＞
図５のステップＳ１において、作業用コンピュータ２８は、新品状態の着脱式バッテリ１４に関する情報（例えば、バッテリＩＤ、電池の種別）を入力する。この着脱式バッテリ１４は、まだ市場に投入されておらず、これからシェアサービスに利用されるバッテリである。

ステップＳ２において、作業用コンピュータ２８は、ステップＳ１で入力された電池の種別に適する標準的な充電条件（つまり、標準充電条件）を設定する。その結果、温度はＴ＝Ｔｓｔｄ、電流はＩ＝Ｉｓｔｄ、開始電圧はＶ＝Ｖ１ｓｔｄ、終了電圧はＶ＝Ｖ２ｓｔｄとそれぞれ設定されたとする。

ステップＳ３において、作業用コンピュータ２８は、蓄電部３０の最大容量Ｑｍａｘを推定する数理モデル（以下、推定モデル）を決定する。

図６は、推定モデルの概要を説明する模式図である。本図のバーグラフは、蓄電部３０の容量の大きさを示す。［条件１］は、新品状態の蓄電部３０に対して標準充電条件下で充電を行う場合に相当する。［条件２］は、劣化状態の蓄電部３０に対して標準充電条件下で充電を行う場合に相当する。［条件３］は、劣化状態の蓄電部３０に対して非標準充電条件下で充電を行う場合に相当する。

条件１、２の対比から理解されるように、蓄電部３０の性能劣化に伴って最大容量Ｑｍａｘが「容量低下分」（破線で図示）だけ低下している。条件２、３の対比から理解されるように、充電条件のずれに伴って最大容量Ｑｍａｘが「充電量変動分」だけ変動（本図の例では「低下」）している。

ここで、条件１、３の対比を行う場合、具体的には、新品状態の蓄電部３０を標準充電条件で充電したときの最大容量（参照値）との関係から蓄電部３０の劣化状態を判定しようとする場合、劣化の判定精度がばらつくという問題がある。そこで、条件３において、充電条件のずれに起因する変動分を考慮した推定モデルを決定しておく。

この数理モデルは、最大容量を条件変数の関数Ｑ（Ｔ，Ｉ，Ｖ１，Ｖ２）とみなし、標準充電条件の周りでテイラー展開を行うことで、（１）式のように表現される。

ここで、（１）式の右辺第１項は、標準充電条件における最大容量Ｑｍａｘに相当する。同式の右辺第２項は、温度Ｔによる１次補正項に相当する。同式の右辺第３項は、電流Ｉによる１次補正項に相当する。同式の右辺第４項は、開始電圧Ｖ１による１次補正項に相当する。同式の右辺第５項は、終了電圧Ｖ２による１次補正項に相当する。

例えば、各々の偏差が１次の微小量であると仮定すると、（１）式の右辺は、上記した５つの項のみから構成される。この場合、温度補正係数Ａｔ、電流補正係数Ａｃ、開始電圧補正係数Ａｖ１、終了電圧補正係数Ａｖ２は、次の（２）〜（５）式により算出される。

ステップＳ４において、作業用コンピュータ２８は、蓄電部３０に対する定電流−定電圧（ＣＣ−ＣＶ；Constant Current - Constant Voltage）充電試験から得られる試験データを収集する。この試験データは、例えば、図示しない充放電試験装置に対して着脱式バッテリ１４を接続した状態にて、所定のシーケンス制御を通じて蓄電部３０のＣＣ−ＣＶ充電試験を行い、測定センサ３２により得られたデータに相当する。

ステップＳ５において、作業用コンピュータ２８は、ステップＳ４で収集された試験データを解析し、新品状態の蓄電部３０における容量偏差ΔＱｒｅｆ、充電率偏差ΔＳＯＣをそれぞれ算出する。

図７は、参照対象である容量偏差ΔＱｒｅｆの算出方法を説明する模式図である。図７の上段は、標準充電条件を用いてＣＣ−ＣＶ充電を行う際の電圧Ｖ（単位：Ｖ）の時間変化を示すグラフである。図７の下段は、標準充電条件を用いてＣＣ−ＣＶ充電を行う際の電流Ｉ（単位：Ａ）の時間変化を示すグラフである。以下、上段のグラフをＶ＝ｆ（ｔ）と表現する場合がある。

この関数ｆ（ｔ）は、ｔ＝０〜ｔａの範囲で急激に（上凸状に）増加し、ｔ＝ｔａ〜ｔｃの範囲で線形的に増加する曲線形状を有する。例えば、リニアリティが高い電圧範囲Ｖ＝Ｖａ〜Ｖｂを予め設定しておく。この電圧範囲は、ｔ＝ｔａ〜ｔｂ（ここで、ｔｂ＜ｔｃ）の時間範囲に対応する。

そして、下段の電流Ｉをｔ＝ｔａ〜ｔｂの範囲で時間積分することで、容量偏差ΔＱｒｅｆが算出される。ここでは、標準充電条件にてＣＣ充電を行っているので、時間ｔによらず電流Ｉが一定（Ｉ＝Ｉｓｔｄ）となる。つまり、容量偏差ΔＱｒｅｆは、実質的には次の（６）式を用いて算出される。

図８は、参照対象である充電率偏差ΔＳＯＣの算出方法を説明する模式図である。図８の左段は、図７の上段と同じグラフ（つまり、電圧Ｖの時間変化）である。図８の右段は、標準充電条件を用いてＣＣ充電を行う際のＳＯＣ（無次元）と電圧Ｖの関係を示すグラフである。以下、右段のグラフをＶ＝ｇ（ＳＯＣ）と表現する場合がある。

ここで、右段のグラフにおいて、Ｖ＝Ｖａ＝ｆ（ｔａ）に対応するＳＯＣの値を「ＳＯＣａ」と定義し、Ｖ＝Ｖｂ＝ｆ（ｔｂ）に対応するＳＯＣの値を「ＳＯＣｂ」と定義する。そうすると、充電率偏差ΔＳＯＣは、次の（７）式を用いて算出される。

ステップＳ６において、作業用コンピュータ２８は、ステップＳ５で収集された実験データを解析し、新品状態の蓄電部３０における４種類の補正係数を算出する。

図９Ａは、温度補正係数Ａｔの算出方法を説明する模式図である。このグラフの横軸は温度偏差（Ｔ−Ｔｓｔｄ）（単位：℃）を示すと共に、グラフの縦軸は見掛け上の最大容量Ｑ（単位：Ａｈ）を示す。本図は、温度Ｔｓｔｄを含む管理範囲内で温度Ｔを変化させながら、見掛け上の最大容量Ｑを実測した結果をプロットしたグラフに相当する。

本図から理解されるように、見掛け上の最大容量Ｑは、温度Ｔの増加につれて、概ね線形的に減少する傾向がある。そこで、作業用コンピュータ２８は、様々な回帰分析手法を用いて、複数のプロットデータから近似直線を求めてこの直線の傾きを温度補正係数Ａｔとして算出する。

図９Ｂは、電流補正係数Ａｃの算出方法を説明する模式図である。このグラフの横軸は電流偏差（Ｉ−Ｉｓｔｄ）（単位：Ａ）を示すと共に、グラフの縦軸は見掛け上の最大容量Ｑ（単位：Ａｈ）を示す。本図は、電流Ｉｓｔｄを含む管理範囲内で電流Ｉを変化させながら、見掛け上の最大容量Ｑを実測した結果をプロットしたグラフに相当する。

本図から理解されるように、見掛け上の最大容量Ｑは、電流Ｉの増加につれて、概ね線形的に増加する傾向がある。そこで、作業用コンピュータ２８は、様々な回帰分析手法を用いて、複数のプロットデータから近似直線を求めてこの直線の傾きを電流補正係数Ａｃとして算出する。

図１０Ａは、開始電圧補正係数Ａｖ１の算出方法を説明する模式図である。このグラフの横軸は開始電圧偏差（Ｖ１−Ｖ１ｓｔｄ）（単位：Ｖ）を示すと共に、グラフの縦軸は見掛け上の最大容量Ｑ（単位：Ａｈ）を示す。本図は、開始電圧Ｖ１ｓｔｄを含む管理範囲内で開始電圧Ｖ１を変化させながら、見掛け上の最大容量Ｑを実測した結果をプロットしたグラフに相当する。

本図から理解されるように、見掛け上の最大容量Ｑは、開始電圧Ｖ１の増加につれて、概ね線形的に減少する傾向がある。そこで、作業用コンピュータ２８は、様々な回帰分析手法を用いて、複数のプロットデータから近似直線を求めてこの直線の傾きを開始電圧補正係数Ａｖ１として算出する。

図１０Ｂは、終了電圧補正係数Ａｖ２の算出方法を説明する模式図である。このグラフの横軸は終了電圧偏差（Ｖ２−Ｖ２ｓｔｄ）（単位：Ｖ）を示すと共に、グラフの縦軸は見掛け上の最大容量Ｑ（単位：Ａｈ）を示す。本図は、終了電圧Ｖ２ｓｔｄを含む管理範囲内で終了電圧Ｖ２を変化させながら、見掛け上の最大容量Ｑを実測した結果をプロットしたグラフに相当する。

本図から理解されるように、見掛け上の最大容量Ｑは、終了電圧Ｖ２の増加につれて、概ね線形的に増加する傾向がある。そこで、作業用コンピュータ２８は、様々な回帰分析手法を用いて、複数のプロットデータから近似直線を求めてこの直線の傾きを終了電圧補正係数Ａｖ２として算出する。

ステップＳ７において、作業用コンピュータ２８は、ステップＳ１〜Ｓ６の一連の動作により取得された着脱式バッテリ１４の情報（具体的には、バッテリＩＤ、電池の種別、標準充電条件、及び容量推定情報）を、ネットワークＮＷを通じて管理サーバ１８に向けて送信する。

そうすると、サーバ側制御部６２（ここでは、データ処理部７２）は、サーバ側通信部６０を介して各種情報を受信した後、バッテリ性能情報７６（図４）の一部としてサーバ側記憶部６４に記憶させる。このようにして、容量推定処理の準備（図５のフローチャート）が終了する。

＜容量推定処理の内容＞
続いて、蓄電部３０の容量推定処理について、図１１のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。ここでは、着脱式バッテリ１４の返却後にこの容量推定処理が行われることを想定する。

ステップＳ１１において、充電ステーション１６の制御装置４４（つまり、充電制御部４６）は、空きがある充電器２６に使用済みバッテリ１４ｕが装填されたか否かを確認する。例えば、充電制御部４６は、接続部３６、５２同士の接続により、使用済みバッテリ１４ｕとの間で通信可能な状態になったか否かを確認する。

装填が確認されていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、使用済みバッテリ１４ｕが装填されるまでステップＳ１１に留まる。一方、装填が確認された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、次のステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、制御装置４４（ここでは、充電制御部４６）は、ステップＳ１１で装填された使用済みバッテリ１４ｕに対して、蓄電部３０のＣＣ充電制御を行う。課金額算定部５０は、このＣＣ充電の際に充電済みバッテリ１４ｃの電力使用量を求め、当該電力使用量に応じた課金額を算定してもよい。

なお、想定された使用環境とは異なる環境で蓄電部３０の充電が行われることで、実際の充電条件が、標準充電条件から無視できない程度にずれることがあり得る。典型的には、着脱式バッテリ１４又は充電ステーション１６の雰囲気温度が想定よりも高い場合が挙げられる。

ステップＳ１３において、管理サーバ１８のサーバ側制御部６２（ここでは、条件変数取得部６６）は、ステップＳ１２の充電中に、測定センサ３２により測定された実充電条件を取得する。取得に先立ち、制御装置４４の情報取得部４８は、接続部３６、５２を介して、ＢＭＵ３４からバッテリＩＤ、実充電条件を特定可能な測定データ（温度Ｔ、電流Ｉ、電圧Ｖの時系列データ）を含む必要な情報を取得する。

その後、制御装置４４は、取得した実充電条件とバッテリＩＤを対応付けた状態にて、通信モジュール４０及びネットワークＮＷを介して管理サーバ１８に向けて送信する。条件変数取得部６６は、充電ステーション１６からの測定データを解析することで、実充電条件（すなわち、温度Ｔｍｅｓ、電流Ｉｍｅｓ、開始電圧Ｖ１ｍｅｓ、終了電圧Ｖ２ｍｅｓ）を取得することができる。

ステップＳ１４において、条件変数取得部６６は、サーバ側記憶部６４から所望のバッテリ性能情報７６を読み出す。具体的には、条件変数取得部６６は、ステップＳ１３で取得されたバッテリＩＤを検索キーとして、既に取得した実充電条件に対応する情報（つまり、標準充電条件及び容量推定情報）を取得する。

ステップＳ１５において、サーバ側制御部６２（ここでは、容量推定部６８）は、ステップＳ１３で取得された実充電条件と、ステップＳ１４で取得された標準充電条件及び容量推定情報を用いて、蓄電部３０の最大容量Ｑｍａｘを算出・推定する。

図１２は、測定対象である容量偏差ΔＱｍｅｓの算出方法を説明する模式図である。図１２の上段は、実充電条件を用いてＣＣ充電を行う際の電圧Ｖ（単位：Ｖ）の時間変化を示すグラフである。図１２の下段は、実充電条件を用いてＣＣ充電を行う際の電流Ｉ（単位：Ａ）の時間変化を示すグラフである。以下、上段のグラフをＶ＝ｈ（ｔ）と表現する場合がある。

この関数ｈ（ｔ）は、ｔ＝０〜ｔａ’の範囲で急激に（上凸状に）増加し、ｔ＝ｔａ’〜ｔｃ’の範囲で線形的に増加する曲線形状を有する。しかし、蓄電部３０の性能劣化や充電条件の相違により、図７のｆ（ｔ）とは曲線の形状が異なっている。以下、Ｖａ＝ｈ（ｔａ’）、Ｖｂ＝ｈ（ｔｂ’）、Ｖ２ｍｅｓ＝ｈ（ｔｃ’）を満たすとする。

容量偏差ΔＱｍｅｓは、図７で求めた容量偏差ΔＱｒｅｆの場合と同様に、下段の電流Ｉをｔ＝ｔａ’〜ｔｂ’の範囲で時間積分することで算出される。ここでは、実充電条件にてＣＣ充電を行っているので、時間ｔによらず電流Ｉが一定（Ｉ＝Ｉｍｅｓ）となる。つまり、容量偏差ΔＱｍｅｓは、実質的には次の（８）式を用いて算出される。

そして、最大容量Ｑｍａｘは、上記した（１）〜（５）式の変形によって、（９）式に従って算出される。

ここで、（９）式の右辺第１項は、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて算出される見掛け上の容量（ΔＱｍｅｓ／ΔＳＯＣ）に相当する。同式の右辺第２項は、温度偏差（Ｔｍｅｓ−Ｔｓｔｄ）に比例する１次補正項に相当する。同式の右辺第３項は、電流偏差（Ｉｍｅｓ−Ｉｓｔｄ）に比例する１次補正項に相当する。同式の右辺第４項は、開始電圧偏差（Ｖ１ｍｅｓ−Ｖ１ｓｔｄ）に比例する１次補正項に相当する。同式の右辺第５項は、終了電圧偏差（Ｖ２ｍｅｓ−Ｖ２ｓｔｄ）に比例する１次補正項に相当する。

なお、この容量推定部６８は、（９）式に従って最大容量Ｑｍａｘを算出しているが、算出式又は推定モデルはこれに限られない。例えば、この算出式は、少なくとも１つの環境条件の偏差に関する多項式であってもよい。

ステップＳ１６において、性能評価部７０は、ステップＳ１５で推定された最大容量Ｑｍａｘに基づいて着脱式バッテリ１４の性能良否評価を行う。例えば、性能評価部７０は、予め設定された閾値Ｑｔｈに関して、Ｑｍａｘ≧Ｑｔｈの大小関係を満たす場合は「継続利用可能」であると判定する。一方、性能評価部７０は、Ｑｍａｘ＜Ｑｔｈの大小関係を満たす場合は「継続利用不可」であると判定する。

その後、サーバ側制御部６２（ここでは、データ処理部７２）は、ステップＳ１３〜Ｓ１６の一連の動作で得られたバッテリ評価情報を、バッテリ性能情報７６（図４）の一部としてサーバ側記憶部６４に記憶させる。

ステップＳ１７において、性能評価部７０は、ステップＳ１６にて着脱式バッテリ１４が継続利用可能であるか否かを判定する。継続利用可能であると判定された場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、図１１のフローチャートをそのまま終了する。一方、継続利用不可である（つまり、継続利用可能でない）と判定された場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８において、充電ステーション１６は、表示器２２を含む出力装置を用いて、充電ステーション１６の管理作業者に対する情報提供を行う。表示に先立ち、管理サーバ１８の性能評価部７０は、ステップＳ１１で装填された着脱式バッテリ１４の継続利用を禁止する旨の通知信号を充電ステーション１６に向けて送信する。

その後、制御装置４４は、可視情報を示す表示用データを生成し、表示器２２に出力する。これにより、管理作業者は、表示器２２の可視情報に従って、蓄電性能が不十分である着脱式バッテリ１４を、充電ステーション１６から除外することができる。

［管理サーバ１８による効果］
以上のように、この管理サーバ１８は、１つ以上の条件変数により特定される充電条件の下で充電した蓄電部３０（二次電池）の最大容量Ｑｍａｘを推定する電池容量推定装置であって、［１］蓄電部３０における標準的な充電条件を示す標準変数値（Ｔｓｔｄ、Ｉｓｔｄ、Ｖ１ｓｔｄ、Ｖ２ｓｔｄ）と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値（Ｔｍｅｓ、Ｉｍｅｓ、Ｖ１ｍｅｓ、Ｖ２ｍｅｓ）を取得する条件変数取得部６６と、［２］取得された標準変数値と測定変数値の関係から最大容量Ｑｍａｘを推定する容量推定部６８と、を備える。［３］容量推定部６８は、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量（ΔＱｍｅｓ／ΔＳＯＣ）を算出し、見掛け上の容量に対して測定変数値と標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して最大容量Ｑｍａｘを推定する。

また、この電池容量推定方法及びプログラムによれば、１つ又は複数のコンピュータが、［１］蓄電部３０における標準的な充電条件を示す標準変数値（Ｔｓｔｄ、Ｉｓｔｄ、Ｖ１ｓｔｄ、Ｖ２ｓｔｄ）と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値（Ｔｍｅｓ、Ｉｍｅｓ、Ｖ１ｍｅｓ、Ｖ２ｍｅｓ）を取得し（ステップＳ１３、Ｓ１４）、［２］取得された標準変数値と測定変数値の関係から最大容量Ｑｍａｘを推定する（ステップＳ１５）。［３］ステップＳ１５では、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量（ΔＱｍｅｓ／ΔＳＯＣ）を算出し、見掛け上の容量に対して測定変数値と標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して最大容量Ｑｍａｘを推定する。

このように構成することで、充電条件のずれに起因する最大容量Ｑｍａｘの変動分を適切に補正可能となり、蓄電部３０の最大容量を高精度に推定することができる。

また、容量推定部６８は、最大容量Ｑｍａｘを条件変数（Ｔ、Ｉ、Ｖ１、Ｖ２）の関数とみなし、標準変数値の周りでテイラー展開して求められた算出式に基づいて最大容量Ｑｍａｘを推定してもよい。最大容量Ｑｍａｘを偏差の多項式として表現することで、比較的簡易な計算によって最大容量Ｑｍａｘを推定することができる。

また、容量推定部６８は、測定変数値と標準変数値の偏差に比例する１次の補正量を加算して最大容量Ｑｍａｘを推定してもよい。これにより、最も簡易な計算式であっても高い推定精度が得られる。

また、条件変数は、温度Ｔ、電流Ｉ、開始電圧Ｖ１、及び終了電圧Ｖ２のうち少なくとも１つであってもよい。これにより、蓄電部３０の充放電制御のために一般的に設けられる測定センサ３２をそのまま用いて条件変数を取得することができる。

また、蓄電部３０は、リチウムイオン電池であってもよい。リチウムイオン電池は、他の方式と比べて環境依存性が相対的に高いため、上記した変動分を補正する効果がより顕著に現われる。

［補足］
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。或いは、技術的に矛盾が生じない範囲で各々の構成を任意に組み合わせてもよい。

１０…電力課金システム １２…自動二輪車
１４…着脱式バッテリ １４ｃ…充電済みバッテリ
１４ｕ…使用済みバッテリ １６…充電ステーション
１８…管理サーバ（電池容量推定装置） ２６…充電器
２８…作業用コンピュータ ３０…蓄電部（二次電池）
３２…測定センサ ３４…ＢＭＵ
４４…制御装置 ６０…サーバ側通信部
６２…サーバ側制御部 ６４…サーバ側記憶部
６６…条件変数取得部 ６８…容量推定部
７０…性能評価部 ７２…データ処理部
７４…サービス利用情報 ７６…バッテリ性能情報

Claims (7)

1. １つ以上の条件変数により特定される充電条件の下で充電した二次電池の最大容量を推定する電池容量推定装置であって、
   前記二次電池における標準的な充電条件を示す標準変数値と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値を取得する条件変数取得部と、
   前記条件変数取得部により取得された前記標準変数値と前記測定変数値の関係から前記最大容量を推定する容量推定部と、
   を備え、
   前記容量推定部は、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量を算出し、前記見掛け上の容量に対して前記測定変数値と前記標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して前記最大容量を推定することを特徴とする電池容量推定装置。
2. 請求項１に記載の電池容量推定装置において、
   前記容量推定部は、前記最大容量を前記条件変数の関数とみなし、前記標準変数値の周りでテイラー展開して求められた算出式に基づいて前記最大容量を推定することを特徴とする電池容量推定装置。
3. 請求項１又は２に記載の電池容量推定装置において、
   前記容量推定部は、前記測定変数値と前記標準変数値の偏差に比例する１次の補正量を加算して前記最大容量を推定することを特徴とする電池容量推定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池容量推定装置において、
   前記条件変数は、温度、電流、開始電圧、及び終了電圧のうち少なくとも１つであることを特徴とする電池容量推定装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池容量推定装置において、
   前記二次電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする電池容量推定装置。
6. １つ以上の条件変数により特定される充電条件の下で充電した二次電池の最大容量を推定する電池容量推定方法であって、
   前記二次電池における標準的な充電条件を示す標準変数値と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値を取得する取得ステップと、
   取得された前記標準変数値と前記測定変数値の関係から前記最大容量を推定する推定ステップと、
   を１つ又は複数のコンピュータが実行し、
   前記推定ステップでは、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量を算出し、前記見掛け上の容量に対して前記測定変数値と前記標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して前記最大容量を推定することを特徴とする電池容量推定方法。
7. １つ以上の条件変数により特定される充電条件の下で充電した二次電池の最大容量を推定するための電池容量推定プログラムであって、
   前記二次電池における標準的な充電条件を示す標準変数値と、測定により得られる実際の充電条件を示す測定変数値を取得する取得ステップと、
   取得された前記標準変数値と前記測定変数値の関係から前記最大容量を推定する推定ステップと、
   を１つ又は複数のコンピュータに実行させ、
   前記推定ステップでは、充電条件の変化によらず一律の算出方法を用いて見掛け上の容量を算出し、前記見掛け上の容量に対して前記測定変数値と前記標準変数値の偏差を用いた補正量を加算して前記最大容量を推定することを特徴とする電池容量推定プログラム。

Images