JP2020198780A - 劣化状態判定装置および劣化状態判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象となる二次電池それ自体の特性パラメーターの初期測定結果が存在しない場合でも、当該二次電池の劣化状態を判定するシステム及び装置を提供する。【解決手段】劣化状態判定装置１００は、プロセッサーにより構成されている第１演算処理要素１１０、第２演算処理要素１２０及び第３演算処理要素１３０を備える。第１演算処理要素が、初期特性モデルの出力として複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）のうち第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の判定対象時点（ｋ）よりも過去の初期時点（０）における値を初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））として計算し、第２演算処理要素が、指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（０←ｋ）））の判定対象期間にわたる累積値（Σkｆ（Ｖ（０←ｋ）））または積分値を二次電池の初期状態を表わす第２指標値（Ｆ2）として計算し、第３演算処理要素が、劣化度（Ｄ）を計算する。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオンバッテリー等の二次電池の劣化状態を判定するシステム等に関する。

二次電池の電流値、電圧値および周囲温度の今回測定結果に基づき、二次電池の電気的等価回路モデルにおけるモデルパラメーターの値を推定することにより、当該二次電池の劣化を診断する技術的手法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１７−０１６９９１号公報

しかし、当該先行技術によれば、モデルパラメーターの推定値の時系列的な変化量に基づき、二次電池の劣化が診断されるため、二次電池が初期状態からどの程度劣化しているかを判定するためには、当該二次電池それ自体の初期電流値等の測定が前提とされている。よって、対象となる二次電池それ自体の電流値等の初期測定結果が存在しない場合、当該二次電池の劣化状態の判定が困難になる。

そこで、本発明は、対象となる二次電池それ自体の特性パラメーターの初期測定結果が存在しない場合でも、当該二次電池の劣化状態を判定しうる装置等を提供することを目的とする。

本発明に係る劣化状態判定装置は、
プロセッサーにより構成されている第１演算処理要素、第２演算処理要素および第３演算処理要素を備え、
前記第１演算処理要素が、二次電池に接続されている電圧センサーおよび電流センサーのそれぞれの出力に基づき、前記二次電池の特性を表わす複数の特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）のそれぞれの測定値を取得し、前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）のそれぞれの判定対象時点（ｋ）における測定値としての今回測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ））に基づき、前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）を主変数とする、前記二次電池と同一規格の参照二次電池の初期特性を表わす初期特性モデルを表わす多変数関数（Ｇ）にしたがって、前記初期特性モデルの出力として前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）のうち第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の判定対象時点（ｋ）よりも過去の初期時点（０）における値を初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））として計算し、
前記第２演算処理要素が、前記第１演算処理要素により取得された前記第１特性パラメーターの測定値（Ｖ（ｋ））に基づき、前記第１特性パラメーター（Ｖ）を主変数とする指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（ｋ）））を計算し、前記判定対象時点（ｋ）を含む判定対象期間におけるにわたる指定関数の値の累積値（Σ_kｆ（Ｖ（ｋ）））または積分値を前記二次電池の今回状態を表わす第１指標値（Ｆ₁）として計算し、かつ、前記第１演算処理要素により計算された前記第１特性パラメーターの初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））に基づき、前記指定関数ｆの値（ｆ（Ｖ（０←ｋ）））を計算し、前記指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（０←ｋ）））の前記判定対象期間にわたる累積値（Σ_kｆ（Ｖ（０←ｋ）））または積分値を前記二次電池の初期状態を表わす第２指標値（Ｆ₂）として計算し、
前記第３演算処理要素が、前記第２演算処理要素により計算された前記第１指標値（Ｆ₁）および前記第２指標値（Ｆ₂）の偏差が大きいほど、前記二次電池の初期状態を基準とした劣化度が高くなるような計算式にしたがって、当該劣化度（Ｄ）を計算する
ことを特徴とする。

本発明に係る劣化状態判定装置によれば、対象の第１特性パラメーターおよび第２特性パラメーターのそれぞれの「今回測定値（判定対象時点における測定値）」に基づき、当該対象の特性を表わす初期特性モデルにしたがって第１特性パラメーターの「初期特性推定値（初期状態としての推定値）」が計算される。さらに、第１特性パラメーターの測定値の今回時系列（判定対象時点を含む判定対象期間における測定値の時系列）に基づいて「第１指標値」が計算され、第１特性パラメーターの初期特性推定値の今回時系列（判定対象時点を含む判定対象期間における初期特性推定値の時系列）に基づいて「第２指標値」が計算される。そして、「第１指標値」および「第２指標値」に基づき、対象の劣化状態が判定される。

このため、劣化状態の判定対象そのものの特性パラメーターの初期または過去の測定結果が存在しない場合でも、当該対象の劣化状態が判定されうる。

本発明の一実施形態としての劣化状態判定装置の構成に関する説明図。 劣化状態判定装置の機能を表わすブロックダイヤグラム。 バッテリーの電気的等価回路モデルの一例に関する説明図。 本発明の一実施形態としての劣化状態判定方法に関する説明図。 第１指標値および第２指標値の計算のための積分区間に関する説明図。 劣化診断情報の出力例に関する説明図。 本発明に係る劣化状態判定方法のタイムチャート。 従来技術に係る劣化状態判定方法のタイムチャート。

（劣化状態判定装置の構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての劣化状態判定装置は、対象機器２００とネットワークを介して通信可能な一または複数のサーバーにより構成されている。劣化状態判定装置１００は、対象機器２００に電源として搭載されている二次電池２２０の劣化状態を判定する。

劣化状態判定装置１００は、入力要素１０２と、出力要素１０４と、第１演算処理要素１１０と、第２演算処理要素１２０と、第３演算処理要素１３０と、を備えている。

入力要素１０２は、二次電池２２０が搭載されている対象機器２００から、特性パラメーターの測定値を受信する。出力要素１０４は、二次電池２２０の劣化状態の判定結果またはこれに応じて生成された劣化診断情報を対象機器２２０に対して送信する。

第１演算処理要素１１０、第２演算処理要素１２０および第３演算処理要素１３０のそれぞれは、プロセッサー（演算処理装置）、メモリー（記憶装置）およびＩ／Ｏ回路等により構成されている。当該メモリーまたはこれとは別個の記憶装置には、二次電池２２０の特性を表わす特性パラメーターなどの様々なデータのほか、プログラム（ソフトウェア）が記憶保持されている。二次電池２２０またはこれが搭載されている対象機器２００の種類を識別するための複数の識別子のそれぞれと、複数のモデルのそれぞれとが対応付けられてメモリーに記憶保持されている。プロセッサーがメモリーから必要なプログラムおよびデータを読み取り、当該データに基づき、当該プログラムにしたがった演算処理を実行することにより、各演算処理要素１１０、１２０、１３０に割り当てられたタスクが実行される。

第１演算処理要素１１０は、二次電池２２０の特性を表わす複数の特性パラメーターｐ＝（ｐ₁，‥ｐ_n）のそれぞれの今回測定値ｐ（ｋ）を初期特性モデルに入力することにより、複数の特性パラメーターｐのうち第１特性パラメーターｐ₁の初期特性推定値ｐ₁（０←ｋ）を初期特性モデルの出力として計算する。「初期特性モデル」は、規格または種類の別に応じた二次電池の初期特性を表わす。初期特性モデルは、関数Ｇにより関係式（１１０）にしたがって表わされる。

ｐ₁（０←ｋ）＝Ｇ（ｐ（ｋ）） ‥（１１０）。

関数Ｇは、複数の特性パラメーターｐの今回測定値ｐ（ｋ）に応じた第１初期特性パラメーターｑ₁（ｐ（ｋ））の従変数としての第２初期特性パラメーターｑ₂（ｑ₁（ｐ（ｋ）））と、第１特性パラメーターｐ₁とは別の第２特性パラメーターｐ₂の今回測定値ｐ₂（ｋ）と、を主変数とする多変数関数Ｇ₁として関係式（１１１）により定義されていてもよい。

Ｇ＝Ｇ₁（ｑ₂（ｑ₁（ｐ（ｋ））），ｐ₂（ｋ）） ‥（１１１）。

関数Ｇは、第２初期特性パラメーターｑ₂（ｑ₁（ｐ（ｋ）））と、第２特性パラメーターｐ₂の今回測定値ｐ₂（ｋ）と、に加えて、第２特性パラメーターｐ₂の測定値ｐ₂（ｊ）が０になった時点ｔ＝ｊにおける第１特性パラメーターｐ₁の測定値ｐ₁（ｊ）を主変数とする多変数関数Ｇ₂として関係式（１１２）により定義されていてもよい。

Ｇ＝Ｇ₂（ｑ₂（ｑ₁（ｐ（ｋ））），ｐ₁（ｊ），ｐ₂（ｋ）） ‥（１１２）。

第２演算処理要素１２０は、二次電池２２０の複数の特性パラメーターｐの測定値ｐ（ｋ）の時系列Ｐ（ｉ）＝｛ｐ（ｉ）｜ｉ＝ｋ，ｋ＋１，‥｝に基づき、多変数関数ｆ（ｐ）にしたがって算出される値ｆ（ｐ（ｋ））＝ｆ（ｐ₁（ｋ），ｐ₂（ｋ），‥）の累積値または時間積分値を第１指標値Ｆ₁として計算する（関係式（１２１）参照）。

Ｆ₁＝Σ_kｆ（ｐ（ｋ）） ‥（１２１）。

第２演算処理要素１２０は、第１特性パラメーターｐ₁の初期特性推定値ｐ₁（０←ｋ）およびその他の特性パラメーターｐ_u（ｕ＝２，３‥）の測定値ｐ_u（ｋ）に基づき、同一の多変数関数ｆ（ｐ）にしたがって算出される値ｆ（ｐ₁（０←ｋ），ｐ₂（ｋ），‥）の累積値または時間積分値を第２指標値Ｆ₂として計算する（関係式（１２２）参照）。

Ｆ₂＝Σ_kｆ（Ｖ（０←ｋ），Ｉ（ｋ），Ｔ（ｋ）） ‥（１２２）。

第３演算処理要素１３０は、第１指標値Ｆ₁（ｉ）および第２指標値Ｆ₂（ｉ）に基づき、関係式（１３０）にしたがって二次電池２２０の劣化度Ｄ（ｉ）を計算する。

Ｄ（ｉ）＝｛Ｆ₂（ｉ）−Ｆ₁（ｉ）｝／Ｆ₂（ｉ） ‥（１３０）。

対象機器２００は、入力インターフェース２０２と、出力インターフェース２０４と、制御装置２１０と、二次電池２２０と、センサー群２２２と、を備えている。対象機器２００は、パソコン、携帯電話（スマートフォン）、家電製品または電動自転車等の移動体など、二次電池２２０を電源とするあらゆる機器を含んでいる。

制御装置２１０は、プロセッサー（演算処理装置）、メモリー（記憶装置）およびＩ／Ｏ回路等により構成されている。当該メモリーまたはこれとは別個の記憶装置には、特性パラメーターの測定値の時系列などの様々なデータが記憶保持される。制御装置２１０は、二次電池２２０から供給電力に応じて作動し、通電状態において対象機器２００の動作を制御する。対象機器２００の動作には、当該対象機器２００を構成するアクチュエータ（電動式アクチュエータなど）の動作が含まれる。制御装置２１０を構成するプロセッサーがメモリーから必要なプログラムおよびデータを読み取り、当該データに基づき、当該プログラムにしたがった演算処理を実行することにより、割り当てられたタスクを実行する。

二次電池２２０は、例えばリチウムイオンバッテリーであり、ニッケル・カドミウム電池等のその他の二次電池であってもよい。センサー群２２２は、二次電池２２０の特性パラメーターのほか、対象機器２００の制御に必要なパラメーターの値を測定する。センサー群２２２は、例えば二次電池２２０の電圧、電流および温度のそれぞれに応じた信号を出力する電圧センサー、電流センサーおよび温度センサーにより構成されている。

劣化状態判定装置１００は対象機器２００に搭載されていてもよい。この場合、ソフトウェアサーバー（図示略）が、対象機器２００が備えている制御装置２１０を構成する演算処理装置に対して劣化判定用ソフトウェアを送信することにより、当該演算処理装置に対して劣化状態判定装置１００としての機能を付与してもよい。

（各演算処理要素の構成）
図２には、各演算処理要素１１０、１２０、１３０の機能を表わすブロックダイヤグラムが示されている。

第１演算処理要素１１０は、第１初期特性モデルパラメーター記憶部１１２、第２初期特性モデルパラメーター初期特性推定値計算部１１４、および第１特性パラメーター初期特性推定値計算部１１６としての機能を備えている。第２演算処理要素１２０は、第１指標値計算部１２１および第２指標値計算部１２２としての機能を備えている。第３演算処理要素１３０は、劣化度計算部としての機能を備えている。

第１初期特性モデルパラメーター記憶部１１２は、参照二次電池と同一規格または同一種類の任意の二次電池の初期特性を表わす第１初期特性モデルパラメーターｑ₁（ｐ）を記憶保持する。第１初期特性モデルパラメーターｑ₁（ｐ）は、二次電池の規格または種類を識別するための複数の識別子ＩＤおよび複数の特性パラメーターｐのさまざまな測定値ｐに対応する複数の値を有する。

本実施形態では、二次電池２２０の端子間電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Ｔが、特性パラメーターｐ＝（ｐ₁，ｐ₂，ｐ₃）として測定される。特性パラメーターｐ＝（ｐ₁，ｐ₂，ｐ₃）は、（Ｖ，Ｔ，Ｉ）、（Ｉ，Ｖ，Ｔ）、（Ｉ，Ｔ，Ｖ）、（Ｔ，Ｉ，Ｖ）または（Ｔ，Ｖ，Ｉ）であってもよい。特性パラメーターｐは２つ（ｐ₁，ｐ₂）であってもよく、４つ以上（ｐ₁，‥ｐ_N）（４≦Ｎ）であってもよい。

例えば、図３に示されている電気的等価回路モデルに、第１初期特性モデルパラメーターｑ₁が適用されることにより初期特性モデルが定義される。この電気的等価回路は、起電力Ｖ₀の内部電源および抵抗値ｒの内部抵抗により構成されている。二次電池２２０の電気的等価回路モデルの電気特性は、二次電池２２０の端子間電圧Ｖ、電流Ｉ、内部電源の起電力Ｖ₀および内部抵抗の抵抗値ｒに基づき、関係式（２１０）にしたがって定義される。

Ｖ＝Ｖ₀−Ｉ・ｒ ‥（２１０）。

規格が相違する複数の参照二次電池の電圧Ｖ（第１特性パラメーターｐ₁）、電流Ｉ（第２特性パラメーターｐ₂）および温度Ｔ（第３特性パラメーターｐ₃）と、初期状態における当該二次電池の内部抵抗の抵抗値ｒとの関係は、基準電圧Ｖ_a、基準電流Ｉ_aおよび基準温度Ｔ_aに基づき、関係式（２１２）により近似的に表わされる。

ｒ（Ｖ，Ｉ，Ｔ）＝ｒ（Ｖ_a，Ｉ_a，Ｔ_a）＋（∂ｒ／∂Ｖ）（Ｖ−Ｖ_a）
＋（∂ｒ／∂Ｉ）（Ｉ−Ｉ_a）
＋（∂ｒ／∂Ｔ）（Ｔ−Ｔ₀） ‥（２１２）。

基準電流Ｉ_a＝０である場合、基準電圧Ｖ_aは内部電源の起電力Ｖ₀に相当するので、関係式（２１２）は関係式（２１４）により表わされる。

ｒ（Ｖ，Ｉ，Ｔ）＝ｒ（Ｖ₀，０，Ｔ_a）＋（∂ｒ／∂Ｖ）（Ｖ−Ｖ₀）
＋（∂ｒ／∂Ｉ）Ｉ
＋（∂ｒ／∂Ｔ）（Ｔ−Ｔ_a） ‥（２１４）。

初期状態における二次電池の電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Ｔが測定され、当該測定結果に基づき、さまざまなｐ＝（Ｖ，Ｉ，Ｔ）の組み合わせごとに、偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ_s）（ｓ＝１，２，３）が算定される。このようにして任意のｐに対して算定された偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ_s）が、第１初期特性モデルパラメーターｑ₁（ｐ）として第１初期特性モデルパラメーター記憶部１１２に記憶保持される。離散的な偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ_s）の算定結果に基づき、ｐ＝（Ｖ，Ｉ，Ｔ）に対する（∂ｒ／∂ｐ_s）が連続関数により近似表現され、当該連続関数が第１初期特性モデルパラメーターｑ₁（ｐ）として第１初期特性モデルパラメーター記憶部１１２に記憶保持されてもよい。

内部抵抗の過渡応答特性が勘案された形で電気的等価回路モデルが構築されていてもよい。例えば、図３右上部分に示されているように、内部抵抗が、抵抗（抵抗値Ｒ_s）および３つの複合抵抗（インピーダンスＺ₁、Ｚ₂、Ｚ₃）が直列接続されることにより構成されていてもよい。第１複合抵抗は、抵抗（抵抗値Ｒ₀）およびインダクタ（インダクタンスＬ₀）の並列回路により構成されている。第２複合抵抗は、抵抗（抵抗値Ｒ₁）およびキャパシタ（キャパシタンスＣ₁）の並列回路により構成されている。第２複合抵抗は、一対の抵抗（抵抗値Ｒ₁）および抵抗（インピーダンスＺ_W）の直列回路とキャパシタ（キャパシタンスＣ₂）との並列回路により構成されている。内部抵抗の抵抗値ｒは、関係式（２１６）にしたがって定義される。

ｒ＝Ｒ_s＋Ｚ₁（Ｌ₀，Ｒ₀）＋Ｚ₂（Ｃ₁，Ｒ₁）＋Ｚ₃（Ｃ₂，Ｒ₂＋Ｚ_W） ‥（２１６）。

この場合、Ｒ_s、Ｚ₁、Ｚ₂およびＺ₃のそれぞれが、式（１２）と同様の形で近似されることにより、任意のｐ_{_m}＝（Ｖ_{_m}，Ｉ_{_m}，Ｔ_{_m}）に対して算定された偏微分係数（∂Ｚ／∂ｐ_i）（Ｚ＝Ｒ_s、Ｚ₁、Ｚ₂、Ｚ₃）が、第１初期特性モデルパラメーターｑ₁（Ｖ，Ｉ，Ｔ）として第１初期特性モデルパラメーター記憶部１１２に記憶保持されてもよい。

第２初期特性モデルパラメーター初期特性推定値計算部１１４は、二次電池２２０の識別子ＩＤに加えて複数の特性パラメーターＶ，ＩおよびＴのそれぞれの今回測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Ｔ（ｋ））に対応する第１初期特性モデルパラメーターｑ₁を第１初期特性モデルパラメーター記憶部１１２から読み取る。第２初期特性モデルパラメーター初期特性推定値計算部１１４は、二次電池２２０の複数の特性パラメーターの今回測定値ｐ（ｋ）＝（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Ｔ（ｋ））と、当該今回測定値ｐ（ｋ）に応じた第１初期特性モデルパラメーターｑ₁（ｐ（ｋ））と、に基づき、関係式（２１８）にしたがって、内部抵抗の抵抗値ｒを第２初期特性モデルパラメーターｑ₂の今回初期特性推定値ｑ₂（０←ｋ）として計算する。

ｒ（０←ｋ）＝ｒ（Ｖ₀，０，Ｔ₀）＋（∂ｒ／∂Ｖ）（Ｖ（ｋ）−Ｖ₀）
＋（∂ｒ／∂Ｉ）Ｉ（ｋ）
＋（∂ｒ／∂Ｔ）（Ｔ（ｋ）−Ｔ₀） ‥（２１８）。

第１特性パラメーター初期特性推定値計算部１１６は、二次電池２２０の電流測定値Ｉ（ｔ）が０であった最後の時点ｔ＝ｊにおける電圧Ｖの測定値Ｖ（ｊ）である基準測定値Ｖ₀（ｊ）と、電圧Ｖの今回測定値Ｖ（ｋ）と、内部抵抗の今回初期特性推定値ｒ（０←ｋ）と、に基づき、関係式（２２０）にしたがって電圧Ｖの今回初期特性推定値Ｖ（０←ｋ）を計算する（関係式（１１２）参照）。

Ｖ（０←ｋ）＝Ｖ₀（ｊ）−Ｉ（ｋ）・ｒ（０←ｋ） ‥（２２０）。

二次電池２２０の電圧Ｖの測定値Ｖ（ｊ）が、第１特性モデルパラメーター初期特性推定値計算部１１６を構成する記憶部に記憶保持される。その後、二次電池２２０の電流測定値Ｉ（ｔ）が０になった場合、その時点における二次電池２２０の電圧Ｖの測定値Ｖ（ｊ）が、初期特性モデルにおける内部電源の今回起電力Ｖ₀（ｋ）として当該記憶部に上書き保存される。

第１演算処理要素１１０は、二次電池２２０の特性を表わす複数の特性パラメーターｐ＝（ｐ₁，‥ｐ_N）のそれぞれの今回測定値ｐ（ｋ）＝（ｐ₁（ｋ），‥ｐ_N（ｋ））を、初期特性モデルを表わす関数Ｇに入力することにより、当該初期特性モデルの出力Ｇ（ｐ（ｋ））として複数の特性パラメーターｐのうち第１特性パラメーターｐ₁の今回初期特性推定値ｐ₁（０←ｋ）を計算する。当該関数Ｇは、例えば、関係式（１４）の右辺第２項に関係式（１２２）を代入することにより得られる関数である。

第１指標値計算部１２１は、二次電池２２０の特性パラメーターｐの測定値ｐ（ｋ）＝（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Ｔ（ｋ））に基づき、多変数関数ｆ（ｐ）にしたがって算出される値ｆ（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Ｔ（ｋ））の累積値または時間積分値を第１指標値Ｆ₁として計算する（関係式（１２１）参照）。第２指標値計算部１２２は、電圧Ｖの初期特性推定値Ｖ（０←ｋ）ならびに電流Ｉの測定値Ｉ（ｋ）および温度Ｔの測定値Ｔ（ｋ）に基づき、同一の多変数関数ｆ（Ｖ，Ｉ，Ｔ）にしたがって算出される値ｆ（Ｖ（０←ｋ），Ｉ（ｋ），Ｔ（ｋ））の累積値または時間積分値を第２指標値Ｆ₂として計算する（関係式（１２２）参照）。

図５には、初期状態における二次電池２２０の電圧Ｖ（第１特性パラメーターｐ₁（ｔ））の時間変化態様が実線で示され、劣化状態における二次電池２２０の電圧Ｖの時間変化態様が破線で示されている。図５に示されているように任意の期間が累積区間または積分区間［ｔ₁，ｔ₂］として採用されてもよい。電流Ｉが０になった最後の時点からの経過期間が所定期間以内であるような区間が当該累積区間として採用されてもよい。

当該関数ｆに代えて、少なくとも電圧Ｖ（第１特性パラメーターｐ₁）を主変数とする関数ｆ₁（Ｖ）、ｆ₂（Ｖ，Ｉ）およびｆ₃（Ｖ，Ｔ）のうち少なくとも１つにしたがって、関係式（１２１）（１２２）と同様に当該関数（従変数）の値が累積または積分されることにより第１指標値Ｆ₁および第２指標値Ｆ₂が計算されてもよい。

第３演算処理要素１３０（劣化度計算部）は、第１指標値Ｆ₁（ｉ）および第２指標値Ｆ₂（ｉ）に基づき、関係式（１３０）にしたがって二次電池２２０の劣化度Ｄ（ｉ）を計算する。

（劣化状態判定方法）
前記構成の劣化状態判定装置により実行される対象の劣化状態判定方法について説明する。

対象機器２００において、通電状態の制御装置２１０により第１条件が満たされているか否かが判定される（図４／ＳＴＥＰ２０２）。「第１条件」としては、対象機器２００において、入力インターフェース２０２を通じて二次電池２２０の劣化状態判定の要請があったこと、所定のアプリケーションソフトウェアが対象機器２００において起動されたこと、二次電池２２０の特性パラメーターの測定値が第１の変化態様を示したことなどの条件が採用される。

第１条件が満たされていないと判定された場合（図４／ＳＴＥＰ２０２‥ＮＯ）、第１条件の充足性判定処理が再び実行される（図４／ＳＴＥＰ２０２）。第１条件の充足性判定処理（図４／ＳＴＥＰ２０２）は省略されてもよい。

第１条件が満たされていると判定された場合（図４／ＳＴＥＰ２０２‥ＹＥＳ）、センサー群２２２の出力信号に基づき、二次電池２２０の特性を表わす複数の特性パラメーターｐの測定値ｐ（ｋ）＝（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Ｔ（ｋ））が取得される（図４／ＳＴＥＰ２０４）。「ｋ」はサンプリング周期に応じた離散的な時刻を表わす指数である。二次電池２２０の電圧Ｖが第１特性パラメーターｐ₁として測定される。二次電池２２０の電流Ｉ（充電電流および放電電流を含む。）が第２特性パラメーターｐ₂として測定される。二次電池２２０の温度Ｔ（ハウジングの周囲温度または表面温度）が第３特性パラメーターｐ₃として測定される。この測定の過程で、電流Ｉが０になった最後の時点ｔ＝ｊにおける電圧Ｖの測定値Ｖ（ｊ）が、基準測定値Ｖ₀（ｊ）としてメモリーに記憶保持される。

続いて、制御装置２１０により第２条件が満たされているか否かが判定される（図４／ＳＴＥＰ２０６）。「第２条件」としては、最後に第１条件が満たされたと判定された第１時点から所定時間が経過した第２時点に至ったこと、特性パラメーターｐ（ｋ）の測定結果を表わすデータの第１時点からの累計値が閾値に達したこと、センサー群２２２により測定される二次電池２２０の特性パラメーターの測定値が第２の変化態様を示したことなどの条件が採用される。

第２条件が満たされていないと判定された場合（図４／ＳＴＥＰ２０６‥ＮＯ）、指数ｋが「１」だけ増やされ（図４／ＳＴＥＰ２０８）、そのうえで各特性パラメーターｐ_s（ｓ＝１，２，３）の測定値ｐ_s（ｋ）が取得される（図４／ＳＴＥＰ２０４）。この際、特性パラメーターｐ_sの測定値ｐ_s（ｋ）の今回時系列Ｐ_s（ｉ）＝｛ｐ_s（ｉ）｜ｉ＝ｋ，ｋ＋１，‥｝が累積的にメモリーに記憶保持される。

第２条件が満たされていると判定された場合（図４／ＳＴＥＰ２０６‥ＹＥＳ）、特性パラメーターｐ_sの測定値ｐ_s（ｋ）の今回時系列Ｐ_S（ｉ）が、出力インターフェース１０２を構成する送信装置により対象機器２００から劣化状態判定装置１００に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ２１０）。この際、二次電池２２０の規格または種類を識別するための識別子ＩＤ、および、電圧Ｖの基準測定値Ｖ₀（ｊ）も対象機器２００から劣化状態判定装置１００に対して送信される。当該送信に応じて指数ｉが「１」だけ増やされ（図４／ＳＴＥＰ２１２）、その上で第１条件の充足性判定以降の処理が再び実行される（図４／ＳＴＥＰ２０２→ＳＴＥＰ２０４→‥ＳＴＥＰ２１０参照）。

第２条件の充足性判定処理（図４／ＳＴＥＰ２０６）が省略され、特性パラメーターｐ_sの今回測定値ｐ_s（ｋ）が、識別子ＩＤおよび電圧Ｖの基準測定値Ｖ₀（ｊ）とともに、対象機器２００から劣化状態判定装置１００に対して逐次的に送信されてもよい。

劣化状態判定装置１００において、入力要素２０１が、特性パラメーターｐ_s（ｋ）の測定値の今回時系列Ｐ_s（ｉ）、識別子ＩＤおよび電圧Ｖの基準測定値Ｖ（ｊ）を受信する（図４／ＳＴＥＰ１０２）。

第１演算処理要素１１０（第２初期特性モデルパラメーター計算部１１４）が、識別子ＩＤおよび特性パラメーターｐの測定値ｐ（ｋ）に対応する第１初期特性モデルパラメーターｑ₁（ｐ（ｋ））をメモリー（図２／第１初期特性モデルパラメーター記憶部１１２）から読み取る（図４／ＳＴＥＰ１０４）。第１初期特性モデルパラメーターｑ₁は、前記関係式（１２）における偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ_s）である。

第１演算処理要素１１０（第２初期特性モデルパラメーター計算部１１４）が、二次電池２２０の特性パラメーターｐの今回測定値ｐ（ｋ）と、第１初期特性モデルパラメーターｑ₁（ｐ（ｋ））と、に基づき、関係式（１２２）にしたがって、初期状態モデルにおける二次電池の内部抵抗の抵抗値ｒの今回初期特性推定値ｒ（０←ｋ）を第２初期特性モデルパラメーターｑ₂（０←ｋ）として計算する（図４／ＳＴＥＰ１０６）。

第１演算処理要素１１０（第１特性パラメーター初期特性推定値計算部１１６）が、電圧Ｖの基準測定値Ｖ₀（ｊ）、電流Ｉの今回測定値Ｉ（ｋ）および初期モデルにおける内部抵抗の抵抗値ｒの今回初期特性推定値ｒ（０←ｋ）に基づき、関係式（２２０）にしたがって電圧Ｖの今回初期特性推定値Ｖ（０←ｋ）を計算する（図４／ＳＴＥＰ１０８）。

第２演算処理要素１２０（第１指標値計算部１２１）が、少なくとも第１特性パラメーターｐ₁としての電圧Ｖの測定値Ｖ（ｋ）の今回時系列Ｖ（ｉ）に基づき、例えば関係式（１２１）にしたがって第１指標値Ｆ₁（ｉ）を計算する（図４／ＳＴＥＰ１１０）。第２演算処理要素１２０（第２指標値計算部１２２）が、少なくとも第１特性パラメーターｐ₁としての電圧Ｖの測定値Ｖ（ｋ）の今回時系列Ｖ（ｉ）に基づき、例えば関係式（１２２）にしたがって第２指標値Ｆ₂（ｉ）を計算する（図４／ＳＴＥＰ１１０）。

第３演算処理要素１３０（劣化度計算部）が、第１指標値Ｆ₁（ｉ）および第２指標値Ｆ₂（ｉ）に基づき、例えば関係式（１３０）にしたがって二次電池２２０の劣化度Ｄ（ｉ）を計算する（図４／ＳＴＥＰ１１２）。

第３演算処理要素１３０が、二次電池２２０の劣化度Ｄ（ｉ）に応じた劣化診断情報Ｉｎｆ（Ｄ（ｉ））を生成する（図４／ＳＴＥＰ１１４）。出力要素１０２を構成する送信装置により診断情報Ｉｎｆ（Ｄ（ｉ））が劣化状態判定装置１００から対象機器２００に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ１１６）。

対象機器２００において、入力インターフェース２０１を構成する受信装置が劣化診断情報Ｉｎｆ（Ｄ（ｉ））を受信する（図４／ＳＴＥＰ２２２）。出力インターフェース２０２を構成するディスプレイ装置に、劣化診断情報Ｉｎｆ（Ｄ（ｉ））が出力表示される（図４／ＳＴＥＰ２２４）。これにより、例えば図６に示されているように、二次電池２２０の劣化度Ｄ（ｉ）を示すグラフ表示のほか、「バッテリーの劣化度は３０％です。あと１５０日で交換することをおススメします。」といった劣化度Ｄ（ｉ）に応じた対処方法などに関するメッセージがディスプレイ装置に表示される。

（効果）
本発明の劣化状態判定装置および劣化状態判定方法によれば、劣化状態の判定対象そのものである二次電池２２０の初期時点・初期期間における特性パラメーターｐの測定を省略し、図５および図７に示されているように任意の始点および終点を有する今回期間ｔ＝ｔ₁〜ｔ₂における特性パラメーターｐの測定結果に基づいて二次電池２２０の劣化状態が判定される。このため、二次電池２２０の劣化状態判定に要する期間の短縮を図ることができる。

これに対して、前記先行技術によれば、二次電池２２０の劣化状態を判定するためには、図８に示されているように一定期間ｔ＝ｔ_x1〜ｔ_x2における二次電池２２０の特性パラメーターｐ＝（Ｖ，Ｉ，Ｔ）の測定値の今回時系列のみならず、今回以前（例えば初期状態）の一定期間ｔ＝ｔ₀₁〜ｔ₀₂における二次電池２２０の特性パラメーターｐ＝（Ｖ，Ｉ，Ｔ）の測定値の過去時系列を用いることが必要になる。

１００‥劣化状態判定装置、１０２‥入力要素、１０４‥出力要素、１１０‥第１演算処理要素、１１２‥第１初期特性モデルパラメーター記憶部、１１４‥第２初期特性モデルパラメーター初期特性推定値計算部、１１６‥第１特性パラメーター初期特性推定値計算部、１２０‥第２演算処理要素、１２１‥第１指標値計算部、１２２‥第２指標値計算部、１３０‥第３演算処理要素（劣化度計算部）、２００‥対象機器、２０２‥入力インターフェース、２０４‥出力インターフェース、２１０‥制御装置、２２０‥二次電池、２２２‥センサー群。

本発明に係る劣化状態判定装置は、
二次電池の一の特性を表わす第１特性パラメーターとしての前記二次電池の電流（Ｉ）の測定値（Ｉ（ｋ））に基づき、指定アルゴリズムにしたがって第１基礎指標値（ｆ（Ｉ（ｋ）））を取得し、判定対象時点（ｋ）を含む判定対象期間にわたる前記第１基礎指標値（ｆ）の値の累積値（Σ _k ｆ（Ｉ（ｋ）））または積分値を前記二次電池の今回状態を表わす第１指標値（Ｆ ₁ ）として取得する機能と、
前記二次電池の電流（Ｉ）および前記二次電池の他の特性を表わす第２特性パラメーターとしての前記二次電池の電圧（Ｖ）のそれぞれの前記判定対象時点（ｋ）における測定値としての今回測定値（Ｉ（ｋ），Ｖ（ｋ））に基づき、前記二次電池と同一規格の参照二次電池の初期特性を表わす初期特性モデルにしたがって、前記初期特性モデルの出力として電流（Ｉ）の前記判定対象時点（ｋ）よりも過去の初期時点（０）における値を前記第１特性パラメーター（Ｉ）の初期特性推定値（Ｉ（０←ｋ））として取得し、 前記第１特性パラメーター（Ｉ）の初期特性推定値（Ｉ（０←ｋ））に基づき、前記指定アルゴリズムにしたがって第２基礎指標値（ｆ（Ｉ（０←ｋ）））を計算し、前記第２基礎指標値（ｆ（Ｉ（０←ｋ）））の前記判定対象期間にわたる累積値（Σ _k ｆ（Ｉ（０←ｋ）））または積分値を前記二次電池の初期状態を表わす第２指標値（Ｆ ₂ ）として取得する機能と、
前記第１指標値（Ｆ ₁ ）および前記第２指標値（Ｆ ₂ ）の偏差が大きいほど、前記二次電池の初期状態を基準とした劣化度が高くなるように当該劣化度（Ｄ）を導出する機能と、を備えている。

Claims (9)

1. プロセッサーにより構成されている第１演算処理要素、第２演算処理要素および第３演算処理要素を備え、
   前記第１演算処理要素が、二次電池に接続されている電圧センサーおよび電流センサーのそれぞれの出力に基づき、前記二次電池の特性を表わす複数の特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）のそれぞれの測定値を取得し、前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）のそれぞれの判定対象時点（ｋ）における測定値としての今回測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ））に基づき、前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）を主変数とする、前記二次電池と同一規格の参照二次電池の初期特性を表わす初期特性モデルを表わす多変数関数（Ｇ）にしたがって、前記初期特性モデルの出力として前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）のうち第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の判定対象時点（ｋ）よりも過去の初期時点（０）における値を初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））として計算し、
   前記第２演算処理要素が、前記第１演算処理要素により取得された前記第１特性パラメーターの測定値（Ｖ（ｋ））に基づき、前記第１特性パラメーター（Ｖ）を主変数とする指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（ｋ）））を計算し、前記判定対象時点（ｋ）を含む判定対象期間におけるにわたる指定関数（ｆ）の値の累積値（Σ_kｆ（Ｖ（ｋ）））または積分値を前記二次電池の今回状態を表わす第１指標値（Ｆ₁）として計算し、かつ、前記第１演算処理要素により計算された前記第１特性パラメーターの初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））に基づき、前記指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（０←ｋ）））を計算し、前記指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（０←ｋ）））の前記判定対象期間にわたる累積値（Σ_kｆ（Ｖ（０←ｋ）））または積分値を前記二次電池の初期状態を表わす第２指標値（Ｆ₂）として計算し、
   前記第３演算処理要素が、前記第２演算処理要素により計算された前記第１指標値（Ｆ₁）および前記第２指標値（Ｆ₂）の偏差が大きいほど、前記二次電池の初期状態を基準とした劣化度が高くなるような計算式にしたがって、当該劣化度（Ｄ）を計算する
   ことを特徴とする劣化状態判定装置。
2. 請求項１記載の劣化状態判定装置において、
   前記第１演算処理要素が、前記複数の特性パラメーターのうち少なくとも１つの特性パラメーターの今回測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ））と、前記参照二次電池の内部抵抗（ｒ）の初期特性を定める第１初期特性モデルパラメーター（（∂ｒ／∂Ｖ）_{Ｖ＝Ｖ（ｋ）}，（∂ｒ／∂Ｉ）_{Ｉ＝Ｉ（ｋ）}）と、に基づき、前記二次電池の内部抵抗（ｒ）の初期特性を定める第２初期特性モデルパラメーター（（∂ｒ／∂Ｖ）_{Ｖ＝Ｖ（０←ｋ）}，（∂ｒ／∂Ｉ）_{Ｉ＝Ｉ（０←ｋ）}）を計算し、前記第１特性パラメーター（Ｖ）とは異なる第２特性パラメーターとしての電流（Ｉ）の今回測定値Ｉ（ｋ）と、前記第２初期特性モデルパラメーターの今回計算値（（∂ｒ／∂Ｖ）_{Ｖ＝Ｖ（０←ｋ）}，（∂ｒ／∂Ｉ）_{Ｉ＝Ｉ（０←ｋ）}）とに基づき、前記第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の今回初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））を計算する
   ことを特徴とする劣化状態判定装置。
3. 請求項２記載の劣化状態判定装置において、
   前記第１演算処理要素が、第２特性パラメーターとしての電流（Ｉ）の今回測定値（Ｉ（ｋ））と、前記第２初期特性モデルパラメーターの今回計算値（（∂ｒ／∂Ｖ）_{Ｖ＝Ｖ（０←ｋ）}，（∂ｒ／∂Ｉ）_{Ｉ＝Ｉ（０←ｋ）}）と、に加えて、前記第２特性パラメーターとしての電流（Ｉ）の測定値が０であった最後の時点である基準時点（ｊ）における前記第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の測定値である基準測定値（Ｖ（ｊ））に基づき、前記第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の今回初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））を計算する
   ことを特徴とする劣化状態判定装置。
4. 請求項３記載の劣化状態判定装置において、
   前記第２演算処理要素が、前記第１特性パラメーター（Ｖ）の測定値Ｖ（ｋ）に基づく前記指定関数（ｆ）の値の、前記基準時点（ｊ）から指定期間が経過するまでの前記判定対象期間にわたる累積値（Σ_kｆ（Ｖ（ｋ）））または積分値を前記第１指標値（Ｆ₁）として計算し、かつ、前記第１演算処理要素により前記複数の期間のそれぞれにおいて計算された前記第１特性パラメーターの初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））に基づく前記指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（０←ｋ）））の、前記基準時点（ｊ）から指定期間が経過するまでの前記判定対象期間にわたる累積値（Σ_kｆ（Ｖ（０←ｋ）））または積分値を前記第２指標値（Ｆ₂）として計算する
   ことを特徴とする劣化状態判定装置。
5. 請求項１記載の劣化状態判定装置において、
   前記二次電池が搭載されている対象機器から、前記複数の特性パラメーターのそれぞれの測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ））を受信する入力要素と、前記第３演算処理要素により計算された前記二次電池の劣化度（Ｄ）を表わす劣化診断情報を、前記対象機器に対して送信する出力要素と、をさらに備えていることを特徴とする劣化状態判定装置。
6. 請求項１記載の劣化状態判定装置において、
   前記第１演算処理要素が、一の二次電池モジュールを構成する同一規格の複数の二次電池のそれぞれについて、相互に重複しない複数の判定対象期間に含まれる判定対象時点のそれぞれにおける前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）のそれぞれの今回測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ））を、前記初期特性モデルを表わす多変数関数（Ｇ）にしたがって、前記第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の初期特性推定値Ｖ（０←ｋ）を計算し、
   前記第２演算処理要素が、前記複数の二次電池のそれぞれについて、前記第１特性パラメーター（Ｖ）の測定値Ｖ（ｋ）に基づく前記指定関数（ｆ）の値の、前記複数の判定対象期間のそれぞれにわたる累積値（Σ_kｆ（Ｖ（ｋ）））または積分値を前記第１指標値（Ｆ₁）として計算し、かつ、前記第１演算処理要素により前記複数の判定対象期間のそれぞれにおいて計算された前記第１特性パラメーターの初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））に基づく前記指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（０←ｋ）））の、複数の判定対象期間のそれぞれにわたる累積値（Σ_kｆ（Ｖ（０←ｋ）））または積分値を前記第２指標値（Ｆ₂）として計算し、
   前記第３演算処理要素が、前記複数の二次電池のそれぞれについて、前記第２演算処理要素により計算された前記第１指標値（Ｆ₁）および前記第２指標値（Ｆ₂）に基づき、劣化度（Ｄ）を計算することを特徴とする劣化状態判定装置。
7. 請求項６記載の劣化状態判定装置において、
   前記第１演算処理要素が、前記複数の二次電池のうち、前記第３演算処理要素により計算された劣化度（Ｄ）が所定値以上である劣化二次電池群を構成する一の二次電池または複数の二次電池のそれぞれについて、前記第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の初期特性推定値Ｖ（０←ｋ）を計算し、
   前記第２演算処理要素が、前記劣化二次電池群を構成する一の二次電池または複数の二次電池のそれぞれについて、前記第１指標値（Ｆ₁）を計算し、かつ、前記第２指標値（Ｆ₂）を計算し、
   前記第３演算処理要素が、前記劣化二次電池群を構成する一の二次電池または複数の二次電池のそれぞれについて、前記第２演算処理要素により計算された前記第１指標値（Ｆ₁）および前記第２指標値（Ｆ₂）に基づき、劣化度（Ｄ）を計算することを特徴とする劣化状態判定装置。
8. 前記二次電池が搭載されている対象機器が備えている演算処理装置に対して劣化判定用ソフトウェアをダウンロードすることにより、前記演算処理装置に対して請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の劣化状態判定装置としての機能を付与することを特徴とするソフトウェアサーバー。
9. 二次電池に接続されている電圧センサーおよび電流センサーのそれぞれの出力に基づき、前記二次電池の特性を表わす複数の特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）のそれぞれの測定値を取得し、前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）のそれぞれの判定対象時点（ｋ）における測定値としての今回測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ））に基づき、前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）を主変数とする、前記二次電池と同一規格の参照二次電池の初期特性を表わす初期特性モデルを表わす多変数関数（Ｇ）にしたがって、前記初期特性モデルの出力として前記複数の特性パラメーター（Ｖ，Ｉ）のうち第１特性パラメーターとしての電圧（Ｖ）の判定対象時点（ｋ）よりも過去の初期時点（０）における値を初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））として計算する第１演算処理と、
   前記第１演算処理において取得された前記第１特性パラメーターの測定値（Ｖ（ｋ））に基づき、前記第１特性パラメーター（Ｖ）を主変数とする指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（ｋ）））を計算し、前記判定対象時点（ｋ）を含む判定対象期間におけるにわたる指定関数の値の累積値（Σ_kｆ（Ｖ（ｋ）））または積分値を前記二次電池の今回状態を表わす第１指標値（Ｆ₁）として計算し、かつ、前記第１演算処理要素により計算された前記第１特性パラメーターの初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））に基づき、前記指定関数の値を計算し、前記指定関数（ｆ）の値（ｆ（Ｖ（０←ｋ）））の前記判定対象期間にわたる累積値（Σ_kｆ（Ｖ（０←ｋ）））または積分値を前記二次電池の初期状態を表わす第２指標値（Ｆ₂）として計算する第２演算処理と、
   前記第２演算処理において計算された前記第１指標値（Ｆ₁）および前記第２指標値（Ｆ₂）の偏差が大きいほど、前記二次電池の初期状態を基準とした劣化度が高くなるような計算式にしたがって、当該劣化度（Ｄ）を計算する第３演算処理と、を実行する
   ことを特徴とする劣化状態判定方法。

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