JP2022011803A - 二次電池の劣化度判定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】組電池を構成する二次電池の劣化度の判定作業の負荷を低減することができる二次電池の劣化度判定装置を提供する。【解決手段】劣化度判定装置１は、充放電制御部７１、電池特性取得部６１、判定部６３を備える。充放電制御部７１は、複数の二次電池２１～２６が互いに接続されて組電池２を構成した状態で、二次電池２１～２６の電圧を個別に測定しながら組電池２の充放電を行う。電池特性取得部６１は、複数の二次電池２１～２６の少なくとも一部について、所定の電圧区間にわたる電池状態の推移に関する電池特性を取得する。そして、判定部６３は、電池特性又は電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、複数の二次電池２１～２６の少なくとも一部の劣化度を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の劣化度判定装置に関する。
従来、使用に伴って劣化する二次電池の劣化度を診断することが行われている。例えば、特許文献１には、車両に搭載された蓄電部を構成するバッテリの劣化診断に関する構成が開示されている。当該構成では、劣化診断を行うサービスモードにおいて、バッテリの残容量が零に至るまでバッテリの放電を行った後、満充電となるまでバッテリの充電を行うことにより当該バッテリの充電可能容量を判定して、バッテリの劣化診断を行う。
特開２０１２－１６１６３号公報
バッテリが複数の二次電池を備える組電池からなる場合、バッテリの使用に伴って二次電池毎の劣化度がばらつくこととなる。そのため、バッテリの一部の二次電池の劣化度が基準を超えた場合でもバッテリ全体として劣化度が高く、使用不可と判定される。従って、使用不可と判定されたバッテリは、一部の二次電池の劣化度が基準を超えたにすぎず、他の二次電池の劣化度は低い場合がある。そこで、二次電池の再利用率を向上するために、劣化度の高い二次電池を取り除き、劣化度の低いもの同士で組電池を再構成したリビルト品として再利用することが行われている。従って、組電池を構成する個々の二次電池の劣化度を取得することにより、二次電池の利用率の向上が図られる。
しかしながら、従来の方法では、組電池に備えられた複数の二次電池について個々の劣化度を判定するには、組電池から個々の二次電池を取り出した状態で個別に判定する必要あるため、車両用のバッテリに含まれた複数の二次電池の劣化度を判定するには、まず、バッテリを車両から取り外し、さらにバッテリから二次電池を取り出したうえで、個々の二次電池を劣化度判定装置や電気的負荷などに接続する必要がある。そのため、劣化度の判定作業が煩雑となっており、作業負荷が高くなっている。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、組電池を構成する二次電池の劣化度の判定作業の負荷を低減することができる二次電池の劣化度判定装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、複数の二次電池（２１～２６）が互いに接続されて組電池（２）を構成した状態で、上記二次電池の電圧を個別に測定しながら該組電池の充放電を行う充放電制御部（７１）と、
上記複数の二次電池の少なくとも一部について、所定の電圧区間にわたる電池状態の推移に関する電池特性を取得する電池特性取得部（６１）と、
上記電池特性又は上記電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、上記複数の二次電池の少なくとも一部の上記二次電池の劣化度を判定する判定部（６３）と、
を備える二次電池の劣化度判定装置（１）にある。
上記二次電池の劣化度判定装置においては、複数の二次電池が互いに接続されて組電池を構成した状態で充放電を行い、少なくとも一部の二次電池について所定の電圧区間にわたる電池状態の推移に関する電池特性を取得する。そして、当該電池特性又は当該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて当該少なくとも一部の二次電池の劣化度を判定する。これにより、当該少なくとも一部の二次電池は、組電池から取り出すことなく劣化度を判定することができる。当該劣化度を判定するに際して、組電池を形成する複数の二次電池は既に互いに接続された状態であるため、これらを組電池から二次電池を取り出して個々の二次電池を劣化度判定装置に配線する作業は不要となる。そのため、二次電池の劣化度を判定する際の作業性を向上することができる。
以上のごとく、上記態様によれば、組電池を構成する二次電池の劣化度を判定する際の作業性を向上することができる二次電池の劣化度判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、劣化度判定装置の構成を表す概念図。 実施形態１における、組電池の構成を示す概念図。 実施形態１における、劣化度判定装置の使用状態を示す概念図。 実施形態１における、電池特性を表す概念図。 実施形態１における、電池特性を表す他の概念図。 実施形態１における、二次電池の劣化度の判定方法を示すフロー図。 実施形態１における、組電池の製造方法を示すフロー図。 変形形態１における、電池特性を表す概念図。 変形形態２における、電池特性を表す概念図。 変形形態３における、電池特性を表す概念図。 実施形態１における、劣化度判定装置の他の使用状態を示す概念図。 変形形態４における、二次電池の劣化度の判定方法を示すフロー図。 実施形態２における、電池特性を表す概念図。 実施形態３における、劣化度判定装置の構成を表す概念図。 実施形態４における、劣化度判定装置の構成を表す概念図。 実施形態４における、電池特性を表す概念図。 変形形態５における、劣化度判定装置の構成を表す概念図。 実施形態５における、劣化度判定装置の構成を表す概念図。 実施形態５における、電池特性を表す概念図。 変形形態６における、電池特性を表す概念図。 変形形態７における、電池特性を表す概念図。 実施形態６における、二次電池のＳＯＣ－ＯＣＶ曲線を表す概念図。 実施形態６における、二次電池の劣化度の判定方法を示すフロー図。 実施形態６における、（ａ）二次電池の放電カーブ、（ｂ）二次電池の充電カーブを表す概念図。 実施形態７における、二次電池の劣化度の判定方法を示すフロー図。 実施形態８における、二次電池のＳＯＣ－ＯＣＶ曲線を表す概念図。 実施形態９における、二次電池の劣化度の判定方法を示すフロー図。 実施形態９における、（ａ）二次電池の放電カーブ、（ｂ）二次電池の他の放電カーブを表す概念図。 実施形態１０における、推定結果の例を表す概念図。 実施形態１１における、劣化度判定装置の構成を表す概念図。 実施形態１１における、二次電池の劣化度の判定方法を示すフロー図。
（実施形態１）
上記二次電池の劣化度判定装置の実施形態について、図１～図７を用いて説明する。
本実施形態の二次電池の劣化度判定装置１は、充放電制御部７１、電池特性取得部６１、判定部６３を備える。
充放電制御部７１は、複数の二次電池２１～２６が互いに接続されて組電池２を構成した状態で、二次電池２１～２６の電圧を個別に測定しながら組電池２の充放電を行う。
電池特性取得部６１は、複数の二次電池２１～２６の少なくとも一部について、所定の電圧区間にわたる電池状態の推移に関する電池特性を取得する。
そして、判定部６３は、電池特性又は電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、複数の二次電池２１～２６の少なくとも一部の劣化度を判定する。
以下、本実施形態の二次電池の劣化度判定装置１について、詳述する。
図１に示す劣化度判定装置１は、組電池２を構成している二次電池２１～２６を判定対象とすることができる。ここで、「二次電池」とは、充電可能な電池であって、単一のセルや複数のセルから構成されたものを含む。また、「組電池」とは、複数の上記二次電池を互いに電気的に接続してなる電池パックを構成するものをいう。本実施形態において二次電池２１～２６の種類は限定されず、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの公知の二次電池を対象とすることができ、単一又は複数のセルを有していてよい。本実施形態では、図２（ａ）に示すように、二次電池２１～２６は個別に着脱可能なモジュールである二次電池モジュールを構成している。組電池２に備えられる二次電池の数は特に限定されず、本実施形態では６個としている。そして、図２（ｂ）に示すように、二次電池２１～２６は直列に接続されている。なお、二次電池２１～２６が個別に着脱可能なモジュールを構成しており、当該モジュール内においてセル同士が並列に接続されている場合は、当該モジュール同士は並列に接続されていてもよい。
図１に示すように、劣化度判定装置１は、検出部３、格納部４、記憶部５、演算部６及び制御部７を備える。
検出部３は、電圧値検出部３１、電流値検出部３２を備える。電圧値検出部３１は所定の電圧計からなり、図２（ｂ）に示すように、組電池２における個々の二次電池２１～２６の電圧値を検出する。電流値検出部３２は所定の電流計からなり、二次電池２１～２６に接続されて二次電池２１～２６に流れた電流値を取得する。なお、電圧値検出部３１により検出された電圧値に基づいて、二次電池２１～２６の開放電圧が取得されるように構成されている。
図１に示す格納部４は書き換え可能な不揮発性メモリからなり、電圧値格納部４１、電流値格納部４２を備える。電圧値格納部４１には電圧値検出部３１が検出した電圧値が格納され、電流値格納部４２には電流値検出部３２が検出した電流値が格納される。
図１に示す記憶部５は不揮発性メモリからなり、対応関係記憶部５１、基準値記憶部５２を備える。対応関係記憶部５１には、電池特性と全容量との対応関係が記憶されている。当該対応関係の形態は特に限定されず、例えば、算出式、マップ、グラフ、表などの形態とすることができる。当該対応関係は、測定用の二次電池を用いた機械学習により作成したり、測定用の二次電池を用いて加速劣化試験を行って得られた実測定値を基に作成したり、二次電池のモデルを用いて所定の電圧区間における電池特性と全容量との対応関係を論理的に導き出す算出式により作成したりすることができる。なお、対応関係記憶部５１に記憶された対応関係は、後述の電池特性取得部６１により取得される電池特性に応じて適宜設定される。
上記全容量は充電時における完全放電状態から満充電状態までの容量とすることができる。若しくは、全容量は放電時における満充電状態から完全放電状態までの容量とすることもできる。ここで完全放電状態とは、組電池２が搭載される車両等のシステムで規定される実効的な完全放電状態でも良く、劣化度判定装置１を使用する使用者が定める下限電圧に到達した状態でも良い。また、満充電状態とは、上記車両等のシステムで規定される実効的な満充電状態でも良く、上記使用者が定める上限電圧に到達した状態でも良い。
また、図１に示す基準値記憶部５２には、後述の判定部６３において使用される劣化度を判定するための基準値が予め記憶されている。当該基準値は、判定部６３において判定する態様に応じて適宜設定され、本実施形態では、劣化度を５段階に分けて判定できるように複数の基準値が設定されている。
図１に示す制御部７は、充放電制御部７１を備える。充放電制御部７１は、電圧値検出部３１により二次電池２１～２６の電圧を個別に測定しながら、組電池２の充放電を行うように充放電を制御する。これにより、組電池２を構成する二次電池２１～２６は組電池２を構成した状態で、同時に充放電されることとなる。これにより、図３に示すように、組電池２から二次電池２１～２６を取り出すことなく、車両１００に搭載したままの状態で、二次電池２１～２６のそれぞれの劣化度を判定することができる。車両１００に搭載したままの状態で劣化度の判定を行う場合は、充放電制御部７１は、図３に示すように当該車両１００に搭載されたエアコン、ヘッドライトなどの車載電装装置１０１により二次電池２１～２６を放電したり、エンジンによる回生や車両に接続した外部充電装置１０２により二次電池２１～２６を強制的に充電したりすることができる。また、サービスステーションに持ち込まれた車両１００をサービスマンが運転走行したり、サービスステーションに備えられたシャーシダイナモを利用したりして二次電池２１～２６を充放電させてもよい。なお、充放電制御部７１による組電池２の充放電は、充電のみする場合、放電のみする場合、放電して充電する場合、及び充電して放電する場合のいずれの場合も含む。
そして、本実施形態では、充放電制御部７１は、組電池２を構成する二次電池２１～２６のうちいずれか一つが、予め設定された放電目標電圧ＶＰに達するまで放電し、又は予め設定された充電目標電圧に達するまで充電することができる。本実施形態では、充放電制御部７１は、図４に示すように、第１の二次電池２１の電圧が放電目標電圧ＶＰに達するまで放電を継続する。本実施形態では、放電目標電圧ＶＰは通常使用範囲Ｖｎの外側に設定されており、充放電制御部７１は、二次電池２１～２６の充放電の際に当該通常使用範囲Ｖｎを逸脱することを許容するように構成されている。なお、通常使用範囲とは、二次電池２１～２６が使用される際に許容される電圧範囲であって、二次電池２１～２６の構成や組電池２の構成等に応じて予め適宜設定されるものである。
なお、二次電池２１～２６のいずれかが早期に放電目標電圧を超えて使用限界下限Ｖｍｉｎに到達したときには、二次電池２１～２６のうち、その他のもののいずれかが充電目標電圧に達するまで放電を継続する。例えば、図５に示すように、第１の二次電池２１が早期に放電目標電圧ＶＰを超えて使用限界下限Ｖｍｉｎに到達しているため、他の二次電池２２～２６のいずれかが放電目標電圧に達するまで放電を継続する。なお、使用可能範囲とは、二次電池２１～２６において過放電や過充電を引き起こさない範囲として予め設定された電圧範囲である。使用限界下限Ｖｍｉｎは、二次電池２１～２６において予め設定された使用可能範囲の下限を示す。
図１に示す演算部６は所定の演算装置からなり、電池特性取得部６１、推定部としての容量推定部６２、判定部６３を有する。電池特性取得部６１は、二次電池２１～２６の電池特性を取得する。二次電池２１～２６の電池特性は、例えば、所定の電圧区間Ｖｓにおける二次電池２の電圧推移や温度推移に基づく特性とすることができる。なお、電池特性取得部６１は、取得した値の絶対値を電池特性として取得することとしてもよい。二次電池２１～２６の電池特性を取得する所定の電圧区間Ｖｓは、二次電池２１～２６ごとに設定したり、適宜変更したりすることができる。
組電池２を構成する二次電池２１～２６の電池状態は必ずしも均一ではなく、組電池２の使用に伴って電池状態のバラツキが大きくなる。従って、同じ電圧区間における電圧推移も劣化状態に応じてそれぞれ異なったものとなる。そして、当該電圧推移は、例えば、所定の電圧区間における二次電池２１～２６の区間容量、所定の電圧区間における二次電池２の容量変化に対する二次電池２１～２６の電圧変化の割合、所定の電圧区間における経過時間に対する二次電池２１～２６の電圧変化の割合の少なくとも一つに基づいて算出することができる。所定の電圧区間は、二次電池２１～２６の劣化度と電池状態の推移とが相関関係を示す電圧区間とすることができる。かかる電圧区間は、二次電池２１～２６の種類や構成に基づいて設定したり、二次電池を用いた機械学習により導き出したりすることができる。
そして、本実施形態では、図４に示すように、組電池２を構成する複数の二次電池２１～２６において、二次電池２１～２３は電圧Ｖ１ａから電圧Ｖ１ｂまでの第１の電圧区間Ｖｓ１が設定され、二次電池２４～２６は第１の電圧区間とは異なる電圧Ｖ２ａから電圧Ｖ２ｂまでの第２の電圧区間Ｖｓ２が設定されている。また、組電池２を構成する複数の二次電池２１～２６において、第１の二次電池２１、第２の二次電池２２及び第３の二次電池２３は互いに共通する電圧区間Ｖｓ２に設定され、第４の二次電池２４、第５の二次電池２５及び第６の二次電池２６は互いに共通する電圧区間Ｖｓ２に設定されている。
本実施形態では、電池特性として放電電圧特性を用いる。放電電圧特性は、組電池２を放電したときの電圧推移に基づいて算出される。組電池２を放電したときの電圧推移は、二次電池２１～２６毎に異なっている。本実施形態では、図４に示すように、二次電池２１～２６のうち、第１の二次電池２１と第４の二次電池２４を比較すると、第１の二次電池２１の電圧は、放電開始時Ｔ０において第４の二次電池２４の電圧よりも低くなっており、放電終了時Ｔｅには第１の二次電池２１の電圧は使用限界下限Ｖｍｉｎに近い値まで低下している。一方、第４の二次電池２４の電圧は、放電開始時Ｔ０から放電終了時Ｔｅまで徐々に電圧は低下するが、いずれの時点でも第１の二次電池２１よりも高くなっており、放電終了時Ｔｅにおいても使用限界下限Ｖｍｉｎよりも十分高い値を維持している。
そして、電池特性取得部６１は、図４に示すように、第１の二次電池２１に対して、電圧Ｖ１ａから電圧Ｖ１ｂまでの第１の電圧区間Ｖｓ１における第１の電池特性を算出する。一方、第４の二次電池２４では、第１の電圧区間Ｖｓ１の一部の電圧推移が取得されていないため、第１の電圧区間Ｖｓ１における電池特性を取得することができない。そこで、電池特性取得部６１は、第４の二次電池２４に対しては、放電終了時Ｔｅまでに取得された電圧区間から電池特性を取得可能な区間として電圧Ｖ２ａから電圧Ｖ２ｂまでの第２の電圧区間Ｖｓ２を選出し、当該第２の電圧区間Ｖｓ２における第２の電池特性を算出する。
電池特性取得部６１は、他の二次電池２２、２３について第１の二次電池２１と同様に第１の電圧区間Ｖｓ１における電圧推移に基づいて電池特性を取得し、他の二次電池２５、２６について第４の二次電池２４と同様に第２の電圧区間Ｖｓ２における電圧推移に基づいて電池特性を取得する。
そして、本実施形態１では、図１に示す容量推定部６２は、電池特性取得部６１により取得された電池特性に基づいて、二次電池２１～２６の全容量を推定する。全容量の推定は、回帰式などの予測モデルを利用することができ、例えば、線形回帰、ＬＡＳＳＯ回帰、Ｒｉｄｇｅ回帰、決定木、サポートベクター回帰などを利用することができる。
図１に示す判定部６３は、電池特性又は電池特性関係値に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。電池特性関係値は電池特性に基づいて算出される値であって、本実施形態１では、電池特性関係値として容量推定部６２による二次電池２１～２６の全容量の推定結果を採用している。従って、本実施形態１では、判定部６３は容量推定部６２の推定結果に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。判定方法は、容量推定部６２の推定結果と、基準値記憶部５２に予め記憶された基準値とを比較して行うことができる。
なお、図５に示す変形形態１における第１の二次電池２１のように、放電開始時Ｔ０から放電終了時Ｔｅまでに、電圧が使用限界下限Ｖｍｉｎを下回った場合には、当該第１の二次電池２１は再利用できないため、電池特性を取得せずに劣化度を判定することなく、分解等して個々の部品をリサイクルすることができる。
なお、劣化度判定装置１において、例えば、図３に示すように、検出部３及び格納部４は、組電池２が搭載された車両に予め備え付けられた機器や装置から構成するとともに、記憶部５、演算部６及び制御部７は、車両１００の点検や修理を行うサービスステーション等で所持されるスキャンツール１１０から構成することができる。
本実施形態の劣化度判定装置１による劣化度の判定方法について、以下に説明する。
まず、本実施形態では、図６に示すステップＳ１において、準備工程として、組電池２が搭載された車両をサービスステーションに持ち込み、当該車両に劣化度判定装置１の記憶部５、演算部６及び制御部７を構成するスキャンツール１１０に接続する。
次に、図６に示すステップＳ２において、各二次電池２１～２６の少なくとも一つの開放電圧が放電目標電圧ＶＰに到達するまで放電させる。これにより、各二次電池２１～２６の残容量の放電が行われる。本実施形態では、図４に示すように、第１の二次電池２１が放電目標電圧に到達するまで放電を継続する。さらに、本実施形態では、二次電池２１～２６はニッケル水素電池であるため、当該二次電池２１～２６にメモリ効果が生じている場合があるが、二次電池２１～２６のうち放電目標電圧ＶＰやこれに近い電圧まで放電されたものにおいてはメモリ効果の解除も同時に行われる。
ステップＳ２における残容量の放電とともに、図６に示すステップＳ３において、電池特性取得部６１により各二次電池２１～２６の電池特性を取得する。本実施形態では、電池特性として上述の放電電圧特性を取得する。
本実施形態では、図４に示すように、電池特性取得部６１は、二次電池２１～２６に対して、電圧推移として放電開始時Ｔ０から放電終了時Ｔｅまでの時間経過に対して、個別に取得された電圧変化の関係を示す電圧時間変化を取得する。そして、電池特性取得部６１は、組電池２を構成する二次電池２１～２６のうち、第１の電圧区間Ｖｓ１の全範囲で電圧推移を取得できた二次電池２１～２３については、当該第１の電圧区間における電圧推移に基づいて放電電圧特性を取得する。一方、第１の電圧区間Ｖｓ１の全範囲で電圧推移を取得できなかった二次電池２４～２６については、電池特性取得部６１は、電圧推移を取得できた範囲に含まれる第２の電圧区間Ｖｓ２における電圧推移に基づいて放電電圧特性を取得する。
そして、二次電池２１～２３ではそれぞれ、第１の電圧区間Ｖｓ１内の所定電圧における微分値、すなわち図４に示す電圧時間変化のグラフにおける第１の電圧区間Ｖｓ１内の所定電圧での接線の傾きを算出し、これを二次電池２１～２３のそれぞれの放電電圧特性とする。また、図４に示すように、二次電池２４～２６ではそれぞれ、第２の電圧区間Ｖｓ２内の所定電圧における微分値、すなわち図４に示す電圧時間変化のグラフにおける第２の電圧区間Ｖｓ２内の所定電圧での接線の傾きを算出し、これを二次電池２４～２６のそれぞれの放電電圧特性とする。
なお、本実施形態では放電電圧特性として、電圧推移として電圧時間変化を取得して所定の電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２内の所定電圧における微分値を用いたが、これに替えて、電圧推移として導き出した電圧時間変化における２点間の電圧変化の割合、すなわち電圧時間変化のグラフにおける当該２点を通る直線の傾きを算出して、これを放電電圧特性として用いてもよい。例えば、図４に示す二次電池２１～２３の電圧時間変化における２点として、電圧区間Ｖｓ１の開始時間と終了時間の２点を採用するとともに、二次電池２４～２６の電圧時間変化における２点として、電圧区間Ｖｓ２の開始時間と終了時間の２点を採用することができる。
また、本実施形態では放電電圧特性として、電圧推移として電圧時間変化を取得して所定の電圧区間Ｖｓ内の所定電圧における微分値を用いたが、これに替えて、電圧推移として放電開始時の容量Ｑ０から放電終了時の容量ＱＰ１までの容量に対する電圧変化の関係を示す電圧-容量変化を取得してもよい。そして、電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２内の所定電圧における微分値、すなわち電圧-容量変化のグラフにおける所定電圧での接線の傾きを算出し、これを二次電池２１～２６のそれぞれの放電電圧特性としてもよい。
次いで、図６に示すステップＳ４において、容量推定部６２により、電池特性取得部６１が取得した電池特性に基づいて、二次電池２１～２６の全容量すなわち満充電容量又は満放電容量を推定する。本実施形態では、容量推定部６２は対応関係記憶部５１に記憶された予測モデルに基づく放電電圧特性と全容量との対応関係に基づいて、電池特性取得部６１が取得した電池特性としての放電電圧特性から二次電池２１～２６の全容量を推定する。
そして、図６に示すステップＳ５において、判定部６３により、容量推定部６２が推定した全容量に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。
車両に搭載された状態の組電池２において、個別に判定された劣化度に応じて、二次電池２１～２６の組み換えや交換を適宜行って新たに組電池に組み上げてリビルト品を製造することができる。当該リビルト品の製造について、本実施形態では以下のように行うことができる。
まず、図７に示すステップＳ１０において、上述の如く取得した劣化度に応じて二次電池をランク付けする。本実施形態では、劣化度の絶対値を５段階の所定範囲に分けて、劣化度の絶対値の小さいものから順にＡランク、Ｂランク、Ｃランク、Ｄランク、Ｅランクとする。これにより、同一ランクに含まれる二次電池は劣化度が同程度となる。なお、ランク付けの基準は適宜設定することができる。
そして、図７に示すステップＳ１１において、組電池から二次電池を取り出し、ランクごとに分別する。他の組電池からも同様に分別された二次電池が収集される。そして、ステップＳ１２において、二次電池のランクが所望の組み合わせとなるように二次電池を組み上げてリビルト品としての組電池を作製する。二次電池のランクの組み合わせは、適宜設定することができる。例えば、同一ランクの二次電池を組み合わせて組電池２を組み上げることにより、当該組電池２に含まれる二次電池における劣化度の差分を所定の基準値以下とすることができる。これに限らず、所定範囲のランク内で組電池２を作成してもよく、例えば、Ａランク及びＢランクに含まれる二次電池から組電池を作成するなどしてもよい。なお、最低ランクのＥランクにランク付けされた二次電池は、使用不可として破棄したり、分解して部材のリサイクルに供したりしてもよい。その後、本実施形態では、図７に示すステップＳ１３において、組電池の補充電を行う。これにより、二次電池が組電池として使用可能な状態となる。
次に、本実施形態の劣化度判定装置１における作用効果について、詳述する。
当該劣化度判定装置１では、複数の二次電池２１～２６が互いに接続されて組電池２を構成した状態で充放電を行い、少なくとも一部の二次電池２１～２６について所定の電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２にわたる電池状態の推移に関する電池特性を取得する。そして、当該電池特性又は当該電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて当該少なくとも一部の二次電池２１～２６の劣化度を判定する。当該劣化度を判定するに際して、組電池２を形成する複数の二次電池２１～２６は既に互いに接続された状態であるため、これらを組電池２から二次電池２１～２６を取り出して個別に充放電させるために劣化度判定装置に配線する作業が不要である。そのため、二次電池２１～２６の劣化度を判定する作業負荷を低減することができる。
また、本実施形態では、組電池２を構成する複数の二次電池２１～２６には、電池特性を取得するための所定の電圧区間が、複数の二次電池２１～２６のうちの他の二次電池と異なる電圧区間に設定されたものが含まれる。すなわち、複数の二次電池２１～２６の一部は、上記所定の電圧区間として第１の電圧区間Ｖｓ１が設定され、他の一部は上記所定の電圧区間として第２の電圧区間Ｖｓ２が設定される。これにより、第１の電圧区間Ｖｓ１における電圧推移を取得しきれなかった二次電池２４～２６について、第１の電圧区間Ｖｓ１と異なる第２の電圧区間Ｖｓ２における電圧推移を取得できればこれに基づいて劣化度の判定が可能となるため、組電池から二次電池２１～２６を取り出さずに個々の二次電池２１～２６の劣化度を判定することが容易となる。
また、本実施形態では、組電池２を構成する複数の二次電池２１～２６には、電池特性を取得するための所定の電圧区間として、互いに共通する電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２が設定されたものが含まれる。すなわち、複数の二次電池２１～２６のうち、二次電池２１～２３は共通する上記電圧区間として第１の電圧区間Ｖｓ１が設定されており、二次電池２４～２６は共通する上記電圧区間として第２の電圧区間Ｖｓ２が設定されている。これにより、電圧区間の管理が容易となり、電池特性の算出の負荷を軽減できる。
また、本実施形態では、充放電制御部７１は、組電池２を充放電する際に、二次電池２１～２６の電圧が予め設定された通常使用範囲を逸脱することを許容するように構成されている。これにより、電池特性を取得するための電圧区間を広く確保できるため、劣化度の判定精度を高めることができる。
また、本実施形態では、充放電制御部７１は、組電池２を充放電する際に、二次電池２の電圧が予め設定された使用可能範囲を逸脱することを許容するように構成されている。これにより、組電池２を構成する二次電池２１～２６の中に他のものよりも劣化が大きく進行したものが含まれている場合、組電池２の状態で充放電すると、当該劣化の進行した二次電池の使用可能範囲内での充放電期間では、他の二次電池においては所定の電圧区間全域の電圧推移を取得しきることができない場合がある。そのため、一部の二次電池が使用可能範囲を逸脱することを許容することで、他の二次電池において所定の電圧区間全域の電圧推移を取得することが可能となり、他の二次電池の劣化度の判定精度を向上できる。なお、使用可能範囲を逸脱して充放電された二次電池は、二次電池としては使用できないため、分解して部品等をリサイクルすることができる。
また、本実施形態では、組電池２は車両用であって、充放電制御部７１は組電池２が車両に搭載された状態で充放電を行うように構成されている。これにより、二次電池２１～２６の劣化度を判定する際に、車両から組電池２を取り外す作業が不要となるため、作業性を向上することができる。
なお、組電池２が車両に搭載された状態で充放電を行うことに替えて、組電池２を車両から降ろして、組電池２の状態のまま、充放電制御部７１により充放電を行うこととしてもよい。この場合には、組電池２を劣化度判定装置１に配線すればよいため、組電池２から二次電池２１～２６をそれぞれ取り出して個別に劣化度判定装置１に配線する場合に比べて配線作業の手間を低減することができ、作業性を向上することができる。
また、本実施形態では、充放電制御部７１は、上記車両に搭載された機器を介して二次電池の充放電を行うように構成されている。これにより、二次電池２１～２６の充放電のために別途、充電装置や放電装置を用意する必要がないため、劣化度判定装置１の構成を簡素化して製造コストを低減できる。
なお、本実施形態では、電池特性取得部６１が取得した電池特性から容量推定部６２が二次電池２１～２６の全容量を推定して、判定部６３が当該推定結果に基づいて二次電池２１～２６の劣化度を判定することとしたが、これに替えて、容量推定部６２による全容量の推定を行わずに、判定部６３は電池特性取得部６１が取得した電池特性に基づいて二次電池２１～２６の劣化度を判定することとしてもよい。また、電池特性取得部６１は取得した値の絶対値を電池特性として取得し、判定部６３は当該絶対値に基づいて劣化度を判定することとしてもよい。また、判定部６３は、電池特性取得部６１が取得した電池特性の差分に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定することとしてもよい。
そして、本実施形態では、二次電池２１～２６の劣化度が所定範囲内となるように二次電池２１～２６をクラス分けして組電池２を組み上げることとしたが、二次電池２１～２６の劣化度の差分が所定範囲内となるように二次電池２１～２６をクラス分けして組電池２を組み上げてもよい。
また、本実施形態では、電池特性は、二次電池２１～２６における所定の電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２での電圧推移に基づく放電電圧特性としている。二次電池２１～２６がニッケル水素電池である場合には、使用済みの二次電池２１～２６を再利用する際に、メモリ効果の解除などを目的として放電させることがあるが、当該放電の際に上記放電電圧特性を取得することにより、二次電池２１～２６の再利用のための作業工程を簡略化できる。
なお、本実施形態では、二次電池２１～２６の放電中の電圧推移に基づいて放電電圧特性を算出したが、これに替えて又はこれとともに、放電終了後に二次電池２１～２６の電圧が開放電圧まで戻る電圧緩和時の電圧推移に基づいて、放電電圧特性を算出することとしてもよい。図８に示す変形形態１では、二次電池２１～２６はそれぞれ放電終了時Ｔｅ以降に電圧緩和が生じている。そして、第１の二次電池２１では当該電圧緩和が生じている電圧範囲に含まれる第１の電圧区間Ｖｓ１における電圧推移に基づいて、実施形態１の場合と同様に当該電圧区間の微分値を算出して放電電圧特性を取得することができる。これと同様に、第２の二次電池２２及び第３の二次電池２３では第２の電圧区間Ｖｓ２における電圧推移に基づいて放電電圧特性取得することができ、第４の二次電池２４では第３の電圧区間Ｖｓ３における電圧推移に基づいて放電電圧特性取得することができ、第５の二次電池２５及び第６の二次電池２６では第４の電圧区間Ｖｓ４における電圧推移に基づいて放電電圧特性取得することができる。この場合も、本実施形態と同様の作用効果を奏する。
そして、本実施形態の劣化度判定装置１によれば、使用履歴を有する複数の二次電池を含む組電池であって、複数の二次電池の放電電圧特性を用いて全容量を推定して、該全容量に基づいて判定されたそれぞれの劣化度の差分が所定範囲内である組電池を提供することができる。かかる組電池では、組電池に含まれる二次電池の劣化度のバラツキがより小さくなるため、リビルト品としての組電池の長寿命化や品質向上を図ることができる。
なお、電池特性取得部６１は、電圧推移として、所定の電圧区間Ｖｓにおける経過時間に対する二次電池２１～２６の電圧変化の割合を算出することに替えて又はこれとともに、所定の電圧区間における各二次電池２１～２６の容量変化量を区間容量Ｑｐとして算出し、これを放電電圧特性としてもよい。例えば、図４に示す本実施形態においては、二次電池２１～２３の区間容量Ｑｐは、電流値検出部３２により検出した電圧区間Ｖｓ１における二次電池２１～２３に流れた電流値と電流が流れた時間とから算出できる。同様に、二次電池２４～２６の区間容量Ｑｐは、電流値検出部３２により検出した電圧区間Ｖｓ１における二次電池２４～２５に流れた電流値と電流が流れた時間とから算出できる。そして、それぞれの区間容量Ｑｐは図９に示すように表すことができる。この場合も放電電圧特性としての当該区間容量Ｑｐに基づき、二次電池２１～２６の劣化度を高精度かつ簡便に判定することができる。
また、図４に示すように、各二次電池２１～２６における放電時の全区間Ｔ０～Ｔｅの容量として図９に示す総充放電容量Ｑｔを算出し、当該総充放電容量Ｑｔに対する区間容量Ｑｐの比である容量比を算出し、これを放電電圧特性としてもよい。また、総充放電容量Ｑｔに替えて、電池特性を算出するための電圧区間を含む特定の電圧区間の容量である特定区間容量Ｑｔ’を算出し、当該特定区間容量Ｑｔ’に対する区間容量Ｑｐの比である容量比を算出し、これを放電電圧特性としてもよい。この場合も当該放電電圧特性に基づき、二次電池２１～２６の劣化度を高精度かつ簡便に判定することができる。
また、さらに、電圧推移として、所定の電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２における容量変化に対する二次電池２１～２６の電圧変化の割合、すなわち電圧容量変化において、電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２内の電圧における微分値を算出し、これを放電電圧特性としてもよい。この場合も、本実施形態と同様の作用効果を奏する。
また、さらに、図１０に示す変形形態３のように、電圧推移として、所定の電圧区間における容量変化に対する二次電池２１～２６の電圧変化の割合、すなわち電圧容量変化において、電圧区間内の電圧における微分値を算出し、これを放電電圧特性としてもよい。当該変形形態３では、上記電圧区間として二次電池２１～２３では第１の電圧区間Ｖｓ１が設定され、二次電池２４～２６では第２の電圧区間Ｖｓ２が設定されている。この場合も、本実施形態と同様の作用効果を奏する。
そして、本実施形態の劣化度判定装置１によれば、使用履歴を有する複数の二次電池を含む組電池であって、複数の二次電池が、所定の電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２における二次電池の容量変化量、電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２における二次電池の容量変化に対する二次電池の電圧変化の割合、電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２における経過時間に対する二次電池２１～２６の電圧変化の割合の少なくとも一つに基づいて算出した電圧推移に基づく電池特性を用いて全容量を推定して、該全容量に基づいて判定されたそれぞれの劣化度の差分が所定範囲内である組電池を提供することができる。かかる組電池では、組電池に含まれる二次電池の劣化度のバラツキがより小さくなるため、リビルト品としての組電池の品質向上を図ることができる。
なお、本実施形態では、劣化度判定装置１に備えられた電池特性取得部６１において電池特性を算出して電池特性を取得することとしたが、これに替えて、劣化度判定装置１が外部入力部を有するとともに、外部に設けられた演算装置を用いて電池特性を算出して、外部入力部を介して当該電池特性が電池特性取得部６１に入力されることにより、電池特性取得部６１が電池特性を取得することとしてもよい。
また、本実施形態の劣化度判定装置１の記憶部５、演算部６及び制御部７は、車両用のサービスステーションで所持されるスキャンツール１１０に備えられることとしたが、これに替えて、図１１に示すように、劣化度判定装置１のうち、記憶部５、演算部６及び制御部７の少なくとも一つを外部サーバ１２０等に設けるとともに、サービスステーション等に設けられたクライアント端末として通信機能を有するスキャンツール１１０からネットワークを介して外部サーバ等に接続することで構成したり、インターネットを介したクラウドサービス１３０を利用して構成したりしてもよい。また、劣化度判定装置１の記憶部５、演算部６及び制御部７を外部サーバに設けるとともに、車両に通信機能を設けてクラウドサービス１３０を利用して外部サーバと通信可能とすることで、劣化度判定装置１を構成してもよい。なお、クラウドサービス１３０を利用して劣化度判定を行う場合は、スキャンツール１１０や車両１００に表示部１１１、１０３を設けて、診断結果や診断結果に応じて行うべき処置等を表示部することができる。
なお、本実施形態の劣化度判定装置１による劣化度の判定において、図１２に示す変形形態４のように、上述の準備工程Ｓ１の後、ステップＳ２０において、二次電池２１～２６の温度を所定の温度に制御する温度調整を行ってもよい。当該温度調整は、組電池２が搭載された車両が格納された部屋の温度を制御したり、車両に搭載された車室用エアコンを利用して組電池２を含む車両の温度を制御したりすることができる。当該温度調整により上記温度を調整して二次電池２１～２６をソークすることにより、二次電池２１～２の温度を予め設定された設定温度とすることができる。なお、設定温度として複数の温度を設定してもよい。
当該変形形態４において、組電池２の温度は、組電池２に設けられた図示しない温度センサにより検出することができる。なお、二次電池２１～２６毎に温度センサが設けられている場合は各温度センサで検出した温度を二次電池２１～２６の温度とするが、二次電池２１～２６毎に温度センサが設けられていない場合は、温度センサで検出された温度から、組電池２の構成や二次電池２１～２６の配置などを考慮して各二次電池２１～２６の温度を推定することとしてもよい。当該温度の推定は、二次電池の温度を論理的に導き出す推定式や、組電池のモデルに基づいて作成した検出温度と二次電池温度のマップ等を利用して行うことができる。図１２に示すステップＳ２０の後は、図６のＳ２～Ｓ５と同様に行う。当該判定方法によれば、二次電池２１～２６の温度を予め設定された設定温度にして劣化度の判定を行うことができるため、判定精度を向上することができる。
本実施形態では、図４に示すように、二次電池２１～２６において放電開始時Ｔ０の電圧である初期電圧はばらついているが、二次電池２１～２６がリチウムイオン電池である場合には、劣化度の判定の前に、二次電池２１～２６における初期電圧を同等するための均等化を実施してもよい。当該均等化は、組電池２において二次電池２１～２６のいずれかをバイパスした状態で充放電を行うことにより実施することができる。当該均等化を行うことにより、二次電池２１～２６の電圧推移を共通の電圧区間で検出しやすくなるため、判定精度を向上することができる。
以上のごとく、本態様によれば、組電池２を構成する二次電池２１～２６の劣化度を判定する際の作業性を向上することができる二次電池の劣化度判定装置１を提供することができる。
（実施形態２）
上述の実施形態１では、電池特性として放電電圧特性を採用したが、実施形態２では、図１３に示すように放電終了後、充電開始時Ｔ１から充電終了時Ｔｅまで充電を行う。そして、電池特性として、実施形態１の放電電圧特性とともに、二次電池２１～２６のうちの一つが所定の充電目標電圧ＶＱまで充電される際の電圧推移に基づく充電電圧特性を取得する。充電目標電圧ＶＱは特に限定されないが、本実施形態では通常使用範囲Ｖｎ内の値としている。
そして、図１３に示すように、複数の二次電池２１～２６のうち、二次電池２１～２３については、電圧推移を取得する所定の電圧区間として第１の電圧区間Ｖｓ１が設定され、これに基づいて電池特性取得部６１は電池特性として第１の充電電圧特性を取得する。一方、その他の二次電池２４～２６については、第１の電圧区間Ｖｓ１の一部の電圧推移が取得されていないため、これに替えて、充電開始時Ｔ１から充電終了時Ｔｅまでに取得された電圧区間から電池特性を取得可能な区間として第２の電圧区間Ｖｓ２を選出し、これに基づいて電池特性取得部６１は電池特性として第２の充電電圧特性を取得する。なお、本実施形態における電池特性としての充電電圧特性は、実施形態１及び各変形形態における放電電圧特性と同様に算出することができる。その他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
なお、充電電圧特性は、上述の実施形態１において放電電圧特性を算出する場合と同様に、所定の電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２の開始時間と終了時間の２点間の電圧変化の割合としたり、電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２における区間容量としたり、充電時の全区間の容量である総充放電容量に対する区間容量の容量比としたりしてもよい。また、総充放電容量に替えて、電池特性を算出するための電圧区間を含む特定の電圧区間の容量である特定区間容量を算出し、当該特定区間容量に対する区間容量の容量比を算出し、これを充電電圧特性としてもよい。
そして、本実施形態２では、電池特性取得部６１は、放電電圧特性と充電電圧特性の両方を取得し、容量推定部６２はこれらに基づいて二次電池２１～２６の全容量を推定する。これにより、一層精度よく、二次電池２１～２６の劣化度を判定することができる。
なお、本実施形態２の劣化度判定装置１を用いて、リビルト品の組電池を製造する場合は、組電池２を組み上げる前に各二次電池の充電がなされることとなるため、図７におけるステップＳ１３の組電池の補充電は不要となる。
また、本実施形態２では、電池特性取得部６１は、二次電池２１～２６の放電後に充電を行うことにより、放電電圧特性を取得した後に充電電圧特性を取得することとしたがこれに限らず、二次電池２１～２６の充電後に放電を行うことにより、充電電圧特性を取得した後に放電電圧特性を取得することとしてもよい。
また、本実施形態２では、電池特性取得部６１は、放電電圧特性と充電電圧特性の両方を取得することとしたが、これに替えて、充電電圧特性のみを取得することとしてもよい。この場合は、放電電圧特性と充電電圧特性の両方を取得する場合に比べて判定精度が劣るおそれがある。その一方で、二次電池２１～２６がニッケル水素電池である場合にはメモリ効果が生じている場合があり、放電電圧特性のみを取得する際に、放電電圧特性はメモリ効果の影響により電圧推移にバラツキが生じて判定精度の向上が抑制されるおそれがある。しかしながら、残容量の放電後に充電電圧特性のみを取得する場合には、二次電池２１～２６のうち放電目標電圧ＶＰやこれに近い電圧まで放電されたものにおいては、充電電圧特性はメモリ効果の解除が図られた後に取得されるため、メモリ効果の影響が少ないことから、判定精度の向上が期待できる。
また、本実施形態２における充電電圧特性は、実施形態１の放電電圧特性の場合と同様に、充電が停止された後に開放電圧まで戻る電圧緩和時の電圧推移に基づいて算出することとしてもよい。この場合も、本実施形態と同様の作用効果を奏する。
なお、本実施形態２でも、実施形態１の場合の変形形態と同様に、容量推定部６２による全容量の推定を行わずに、判定部６３は電池特性取得部６１が取得した電池特性に基づいて二次電池２１～２６の劣化度を判定することとしてもよい。また、電池特性取得部６１は取得した値の絶対値を電池特性として取得し、判定部６３は当該絶対値に基づいて劣化度を判定することとしてもよい。また、判定部６３は、電池特性取得部６１が取得した電池特性の差分に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定することとしてもよい。また、二次電池２１～２６の劣化度の差分が所定範囲内となるように二次電池２をクラス分けして組電池２を組み上げてもよい。
（実施形態３）
本実施形態３の劣化度判定装置１では、実施形態１の構成に加えて、図１４に示すように、演算部６がインピーダンス特性関係値取得部６４を備える。インピーダンス特性関係値取得部６４は、電圧値検出部３１及び電流値検出部３２の検出値に基づいて、ＤＣ－ＩＲ測定や低周波ＡＣ－ＩＲ測定により、二次電池２１～２６のインピーダンス特性関係値を取得する。その他の構成は実施形態１と同様であって、実施形態１の同様の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態３では、電池特性取得部６１は実施形態１の場合と同様に、図４に示す所定の電圧区間Ｖｓ１、Ｖｓ２における放電電圧特性を取得する。そして、インピーダンス特性関係値取得部６４は放電終了時Ｔｅにおける二次電池２１～２６のインピーダンス特性関係値を取得する。
なお、対応関係記憶部５１には、インピーダンス特性関係値と全容量との対応関係が予め記憶されている。当該対応関係は、測定用の二次電池を用いた機械学習により作成したり、測定用の二次電池を用いて加速劣化試験を行って得られた実測定値を基に作成したり、二次電池のモデルを用いて所定の電圧におけるインピーダンス特性関係値と全容量との対応関係を論理的に導き出す算出式により作成したりすることができる。
本実施形態３では、図１４に示す容量推定部６２は、電池特性取得部６１が取得した放電電圧特性とインピーダンス特性関係値取得部６４が取得したインピーダンス特性関係値とに基づき、二次電池２１～２６の全容量を推定する。判定部６３は実施形態１の場合と同様に容量推定部６２の推定結果に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。本実施形態３によれば、放電電圧特性とインピーダンス特性関係値とに基づいて全容量を推定されるため、判定精度を一層向上することができる。
なお、本実施形態では、インピーダンス特性関係値取得部６４がインピーダンス特性関係値の取得を行うタイミングは、特に限定されず、例えば、実施形態２のように電池特性取得部６１が充電電圧特性を取得する場合には、充電終了時であってもよい。
そして、本実施形態３の劣化度判定装置１によれば、使用履歴を有する複数の二次電池を含む組電池であって、複数の二次電池が、電池特性と、二次電池が放電又は充電されたときのインピーダンスに関するインピーダンス特性関係値とを用いて推定した全容量に基づいて判定されたそれぞれの劣化度の差分が所定範囲内である組電池を提供することができる。かかる組電池では、組電池に含まれる二次電池の劣化度のバラツキがより小さくなるため、リビルト品としての組電池の長寿命化や品質向上を図ることができる。
（実施形態４）
本実施形態４では、実施形態１の構成に加えて、図１５に示すように、初期電圧取得部６５を備える。初期電圧取得部６５は、図１６に示すように、放電開始時Ｔ０における二次電池２１～２６の開放電圧である初期電圧ＶＩ１～ＶＩ６をそれぞれ取得する。そして、対応関係記憶部５１には、初期電圧の値と電池特性と全容量との対応関係が予め記憶されている。当該対応関係は実施形態１の場合と同様に作成することができる。その他の構成は実施形態１と同様であって、実施形態１の同様の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態４の劣化度判定装置１によれば、電池特性に加えて初期電圧も考慮されて二次電池２１～２６の劣化度が判定されるため、簡易な構成で判定精度を一層向上することができる。なお、初期電圧に替えて、初期電圧に基づいて算出された初期電圧関係値を用いてもよい。初期電圧関係値として例えば、初期電圧の絶対値としたり、初期電圧取得部６５により取得された初期電圧の差分としたりすることができる。
そして、本実施形態４の劣化度判定装置１によれば、使用履歴を有する複数の二次電池を含む組電池であって、複数の二次電池が、電池特性の取得を開始するときの二次電池の開放電圧である初期電圧と電池特性とを用いて推定した全容量に基づいて判定されたそれぞれの劣化度の差分が所定範囲内である組電池を提供することができる。かかる組電池では、組電池に含まれる二次電池の劣化度のバラツキがより小さくなるため、リビルト品としての組電池の長寿命化や品質向上を図ることができる。
なお、本実施形態４でも、実施形態１の場合の変形形態と同様に、容量推定部６２による全容量の推定を行わずに、判定部６３は電池特性取得部６１が取得した電池特性に基づいて二次電池２１～２６の劣化度を判定することとしてもよい。電池特性取得部６１が取得した電池特性と初期電圧とに基づいて、判定部６３が二次電池２１～２６の劣化度を判定することとしてもよい。また、電池特性取得部６１は取得した値の絶対値を電池特性として取得し、判定部６３は当該絶対値に基づいて劣化度を判定することとしてもよい。また、判定部６３は電池特性取得部６１が取得した電池特性の差分に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定することとしてもよい。また、二次電池の劣化度の差分が所定範囲内となるように二次電池をクラス分けして組電池を組み上げてもよい。
また、他の変形形態５として、図１７に示すように、演算部６が二次電池２１の内部抵抗を取得する内部抵抗取得部６６を有しており、対応関係記憶部５１に内部抵抗と電池特性と全容量との対応関係が予め記憶されていることとしてもよい。内部抵抗取得部６６において、内部抵抗は、電圧値検出部３１により検出された電圧値そのものである測定電圧と、二次電池２１～２６の開放電圧と、二次電池２１～２６に流れる電流とから算出して取得することができる。なお、二次電池２１～２６の開放電圧は、二次電池２１～２６の残放電量と初期電圧との対応関係を示すマップを用いて時間ごとに推定して取得することができる。また、内部抵抗についても二次電池の内部抵抗を論理的に導き出す推定式を用いて推定して取得することができる。本変形形態５の劣化度判定装置１によれば、電池特性に加えて内部抵抗も考慮されて二次電池２１～２６の劣化度が判定されるため、簡易な構成で判定精度を一層向上することができる。
当該変形形態５では、電池特性とは別に内部抵抗を取得して劣化度を判定することとしたが、これに替えて、電池特性として、所定の電圧区間における電圧推移に基づく内部抵抗の変化を取得することとしてもよい。
（実施形態５）
本実施形態５の劣化度判定装置１は、図１８に示すように、図１に示す実施形態１の構成に加え、温度検出部３３を備え、組電池２は二次電池２１、２２を備える。図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、温度検出部３３は充放電中の二次電池２１、２２の温度を取得する。そして、上述の実施形態１では電池特性取得部６１は、電池特性として所定の電圧区間Ｖｓにおける二次電池２１、２２の電圧推移に基づく放電電圧特性を取得するように構成したが、本実施形態５では、これに替えて、電池特性取得部６１は、図１９（ａ）に示すように、電池特性として所定の電圧区間ＶｓＡ、ＶｓＢにおける二次電池２１、２２の温度推移に基づく温度特性を取得する。本実施形態５では、電圧区間ＶｓＡは電圧Ｖ１から電圧Ｖ２までの電圧区間を示し、電圧区間ＶｓＢは電圧Ｖ３から電圧Ｖ４までの電圧区間を示す。
そして、本実施形態では、図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、当該温度特性として、第１の二次電池２１において電圧区間ＶｓＡに対応する第１の放電温度特性ＴＡ１と、電圧区間ＶｓＢに対応する第１の充電温度特性ＴＢ１が設定されている。また、当該温度特性として、第２の二次電池２２において電圧区間ＶｓＡに対応する第２の放電温度特性ＴＡ２、電圧区間ＶｓＢに対応する第２の充電温度特性ＴＢ２が設定されている。その他の構成は実施形態１と同様であって、実施形態１の同様の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。なお、電圧区間ＶｓＡは二次電池２１、２２の劣化度に応じて放電電圧特性の差異が顕著となっている区間であり、電圧区間ＶｓＢは二次電池２１、２２の劣化度に応じて、充電電圧特性の差異が顕著となっている区間である。
二次電池２１、２２は同一の組電池２に組み込まれているが、充放電における温度推移は、二次電池２１、２２の配置や温度環境等によって異なる挙動を示すことがある。本実施形態５では、図１９（ｂ）に示すように、第１の二次電池２１と第２の二次電池２２における温度推移は、測定した室温設定範囲Ｔｎ内に収まっているが、互いに若干異なる挙動を示している。そして、本実施形態５では、電池特性取得部６１は、放電における所定の電圧区間ＶｓＡと放電後の充電における所定の電圧区間ＶｓＢとの両方において温度検出部３３により検出した電池温度に基づいて、放電における温度特性である放電温度特性ＴＡ１、ＴＡ２と、充電における温度特性である充電温度特性ＴＢ１、ＴＢ２とを取得する。そして、容量推定部６２が両温度特性に基づいて各二次電池２１、２２の全容量を推定して、判定部６３が劣化度を判定する。
電池特性取得部６１が取得する温度特性は、実施形態１の場合の放電電圧特性を算出する場合及び実施形態２の場合の充電電圧特性を算出する場合と同様に、所定の電圧区間ＶｓＡ、ＶｓＢにおける所定電圧での温度変化の微分値としたり、所定の電圧区間ＶｓＡ、ＶｓＢにおける２点間の温度変化の割合としたり、電圧区間ＶｓＡ、ＶｓＢにおける二次電池２１、２２の容量変化に対する二次電池２１、２２の温度変化の割合としたりすることができる。
本実施形態５においても、実施形態１の場合と同様の作用効果を奏することができる。なお、本実施形態５では、温度特性として、放電と充電の両方において取得することとしたが、これに限らず、放電と充電の一方のみとしてもよい。
そして、本実施形態５の劣化度判定装置１によれば、使用履歴を有する複数の二次電池を含む組電池であって、複数の二次電池が、所定の電圧区間ＶｓＡ、ＶｓＢにおける二次電池の温度推移に基づく温度特性を含む電池特性を用いて推定した全容量に基づいて判定されたそれぞれの劣化度の差分が所定範囲内である組電池を提供することができる。かかる組電池では、組電池に含まれる二次電池２の劣化度のバラツキがより小さくなるため、リビルト品としての組電池の品質向上を図ることができる。
なお、本実施形態５でも、実施形態１の場合の変形形態と同様に、容量推定部６２による全容量の推定を行わずに、判定部６３は電池特性取得部６１が取得した温度特性に基づいて二次電池２１、２２の劣化度を判定することとしてもよい。また、電池特性取得部６１は取得した値の絶対値を温度特性として取得し、判定部６３は当該絶対値に基づいて劣化度を判定することとしてもよい。また、判定部６３は電池特性取得部６１が取得した温度特性の差分に基づいて、二次電池の劣化度を判定することとしてもよい。また、二次電池の劣化度の差分が所定範囲内となるように二次電池をクラス分けして組電池を組み上げてもよい。
本実施形態５では、図１９（ａ）に示すように、充電時の温度特性として充電目標電圧ＶＱが通常使用範囲Ｖｎ内であって通常使用範囲Ｖｎ内に所定の電圧区間ＶｓＢがあるときの温度特性を取得することとしたが、これ替えて、図２０（ａ）に示す変形形態６のように、充電時の温度特性として、充電目標電圧ＶＱが通常使用範囲Ｖｎを超えており通常使用範囲Ｖｎを超えた領域に所定の電圧区間ＶｓＢがあるときの温度特性を取得することとしてもよい。この場合、図２０（ｂ）に示すように二次電池２１、２７の温度は上昇しやすいため、温度推移に劣化度が反映されやすくなる。その結果、判定精度の向上を図ることができる。なお、本変形形態６では、二次電池２１、２７を充電目標電圧ＶＱまで充電した後に放電を行って二次電池２１、２２の電圧を通常使用範囲Ｖｎ内に戻している。
また、変形形態６では二次電池２の放電を行った後、充電を行ってその後再度放電を行うこととしたが、これに替えて、図２１に示す変形形態７のように、最初に放電を行わずに、先に充電を行ってから放電を行うこととしてもよい。この場合、電池特性取得部６１は、充電時に充電時の温度特性を取得した後、放電時に放電時の温度特性を取得することとしてもよい。この場合も実施形態１と同様の作用効果を奏する。
（実施形態６）
上述の実施形態１では、推定部としての容量推定部６２は、電池特性取得部６１が取得した電池特性に基づいて、二次電池２の全容量を推定することとしたが、これに限らず、容量推定部６２は、正極容量、負極容量、負極ＳＯＣと正極ＳＯＣとの相対関係のズレ量、二次電池２１～２６を構成する複数のセル間の全容量バラツキ、上記二次電池２１～２６の電池抵抗、正極抵抗、負極抵抗のうちの少なくともいずれか一つを推定することとしてもよい。そして、実施形態６では、容量推定部６２は二次電池２１～２６のそれぞれの正極容量Ｑｃを推定することとする。さらに、対応関係記憶部５１には、電池特性と正極容量Ｑｃとの対応関係が記憶されている。当該対応関係の形態及び作成方法は特に限定されず、実施形態１の場合と同様に、例えば、算出式、マップ、グラフ、表などの形態とすることができる。当該対応関係は、測定用の二次電池２を用いた機械学習により作成したり、測定用の二次電池２を用いて加速劣化試験を行って得られた実測定値を基に作成したり、二次電池２のモデルを用いて所定の電圧区間における電池特性と全容量との対応関係を論理的に導き出す算出式により作成したりすることができる。本実施形態では、対応関係記憶部５１には、例えば、図２２（ａ）～（ｃ）に示す予測モデルに基づき、電池特性と正極容量Ｑｃとの対応関係が記憶されている。その他の構成は、実施形態１の場合と同等であって、実施形態１の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本実施形態６の劣化度判定装置１による劣化度の判定方法について、以下に説明する。なお、図６に示す実施形態１の場合と同様のステップについては、同一の符号を用いてその説明を省略する場合がある。
まず、本実施形態６では、図６に示す実施形態１の場合と同様に、図２３に示すステップＳ１～Ｓ３を行う。これにより、図２４（ａ）に示すように、電池特性取得部６１により各二次電池２１～２６の電池特性として放電カーブを、所定の電圧区間Ｖｓにおいて取得する。なお、所定の電圧区間は、特定のＳＯＣ範囲に対応する区間とすることができる。
次いで、図２３に示すステップＳ４０において、容量推定部６２により、対応関係記憶部５１に記憶された予測モデルに基づき、電池特性と正極容量Ｑｃとの対応関係に基づいて、電池特性取得部６１が取得した放電カーブから、二次電池２１～２６の正極容量Ｑｃを推定する。その後、図２３に示すステップＳ５において、判定部６３により、容量推定部６２が推定した正極容量Ｑｃに基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。
本実施形態６においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。なお、本実施形態６では、電池特性取得部６１により図２４（ａ）に示す放電カーブを取得したが、これに替えて、図２４（ｂ）に示す充電カーブを取得してもよい。この場合も実施形態１と同等の作用効果を奏する。
（実施形態７）
上記実施形態６では、容量推定部６２は、正極容量Ｑｃを推定することとしたが、これに替えて、実施形態７では、容量推定部６２は負極容量ＱＡを推定する。すなわち、実施形態７では、図２５に示すように、ステップＳ４１において、図２２（ａ）～（ｃ）に示す予測モデルに基づき、電池特性と負極容量ＱＡとの対応関係に基づいて二次電池２１～２６の負極容量ＱＡを推定する。当該実施形態７においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。
（実施形態８）
本実施形態８では、容量推定部６２は二次電池２１～２６のそれぞれの負極ＳＯＣと正極ＳＯＣとの相対関係のズレ量を推定する。さらに、対応関係記憶部５１には、電池特性と負極ＳＯＣと正極ＳＯＣとの相対関係のズレ量との対応関係が記憶されている。当該対応関係の形態及び作成方法は特に限定されず、実施形態１の場合と同様とすることができる。
例えば、二次電池２１～２６がニッケル水素電池からなる場合は、図２６に示すように、電槽容器中から水素が反応系から抜け出ると、負極ＳＯＣと正極ＳＯＣとの相対関係がずれるため、負極のＯＣＶ曲線は図の右側にずれることとなる。例えば、二次電池２１～２６がリチウムイオン電池からなる場合は、図２６に示すように、電解液中のリチウムがＳＥＩ（Solid Electrolyte Interface）被膜の形成で消費されることにより、負極ＳＯＣと正極ＳＯＣとの相対関係がずれるため、負極のＯＣＶ曲線は図の右側にずれることとなる。
本実施形態８では、図２６に示す予測モデルに基づき、負極ＳＯＣと正極ＳＯＣとの相対関係のズレ量Ｑｘと、電池特性との対応関係が対応関係記憶部５１に記憶されている。その他の構成は、実施形態１の場合と同等であって、実施形態１の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態８の劣化度判定装置１による劣化度の判定方法では、上述の実施形態６の場合と同様に行うが、図２７に示すようにステップＳ３において、電池特性取得部６１は電池特性として電池としての低ＳＯＣ範囲に対応する所定の電圧区間Ｖｓの放電カーブを取得する。その後、ステップＳ４２において、当該放電カーブから算出される電池特性との対応関係記憶部５１に記憶された負極ＳＯＣと正極ＳＯＣとの相対関係のズレ量Ｑｘとの対応関係に基づいて、二次電池２１～２６のズレ量Ｑｘを推定する。その後、図２７に示すステップＳ５において、判定部６３により、容量推定部６２が推定したズレ量Ｑｘに基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。本実施形態においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。なお、本実施形態８では電池特性を電池としての低ＳＯＣ範囲から取得したが、これに替えて高ＳＯＣ範囲から取得してもよい。また、本実施形態８では電池特性として放電カーブを取得したが充電カーブを取得してもよい。
（実施形態９）
本実施形態９では、対応関係記憶部５１には、二次電池２１～２６ごと電池特性と充放電カーブにおける放電容量の変化量との対応関係が記憶されており、容量推定部６２は、所定の電圧区間Ｖｓにおける充放電カーブにおける放電容量の変化量を推定し、判定部６３は、劣化度として推定結果に基づいてセルの自己放電量が大きくなっているかを検知する。本実施形態９では、その他の構成は、実施形態１の場合と同等であって、実施形態１の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態９では、二次電池２１～２６はそれぞれ６つのセルを有している。そして、例えば、図２８（ａ）に示す放電カーブは初期状態を示す放電カーブとして対応関係記憶部５１に記憶されており、図２８（ｂ）に示す放電カーブはセルの一つが自己放電量が大きくなっていることを示す放電カーブとして対応関係記憶部５１に記憶されている。容量推定部６２により所定の電圧区間Ｖｓの電池特性に基づいて、図２８（ａ）に示す放電カーブに推定された場合は、判定部６３において自己放電量が大きくなっているセルがないと判定される。一方、容量推定部６２により所定の電圧区間Ｖｓの電池特性に基づいて、図２８（ｂ）に示す放電カーブに推定された場合は、判定部６３において自己放電量が大きくなっているセルがあると判定される。なお、図２８（ｂ）に示す放電カーブに推定された場合は、使用下限を二次電池モジュールにおいて自己放電量が大きくなっているセルがない場合の第１使用下限Ｖmin1よりも高い値である第２使用下限Ｖmin2に設定することができる。これにより、各セルが過剰に放電することを防止できる。
（実施形態１０）
本実施形態１０では、二次電池２１～２６はそれぞれ、６個のセルを含む。そして、対応関係記憶部５１には、一つの二次電池２１～２６内におけるセル間の全容量バラツキと電池特性との対応関係が記憶されている。セル間の全容量バラツキとは、一つの二次電池２１～２６に含まれた複数のセルにおいて、各セルの全容量のバラツキの程度を示す。本実施形態１０では、セル間の全容量バラツキとして、図２９に示すように、複数のセルの全容量における最大Ｑmaxから最小Ｑminを差し引いた差分Ｑmax-minを採用する。その他の構成は、実施形態１の場合と同等であって、実施形態１の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態１０では、容量推定部６２は、電池特性取得部６１が取得した電池特性に基づいて、対応関係記憶部５１に記憶された対応関係から差分Ｑmax-minを推定する。そして、判定部６３は、推定した差分Ｑmax-minに基づいてセルの特異的な容量劣化の有無を検知する。例えば、推定した差分Ｑmax-minが所定値以上であると判定した場合は、当該二次電池モジュールのセルのいずれかに特異的な容量劣化が生じていると判定する。
（実施形態１１）
図３０に示すように、実施形態１１では、推定部として抵抗推定部６２１を有する。抵抗推定部６２１は、二次電池２１～２６の電池特性に基づいて、二次電池２１～２６の内部抵抗を推定する。対応関係記憶部５１には、一つの二次電池２１～２６の内部抵抗と電池特性との対応関係が記憶されている。電池特性取得部６１は、二次電池２１～２６が互いに接続されたスタックの状態で、パルス充放電を行って電池特性を取得することができる。電池特性を取得する電圧区間は、特定のＳＯＣ範囲に対応する所定の電圧区間とすることができる。
また、二次電池２１～２６間で、温度やＳＯＣが異なっている場合は、温度と充放電中の電圧変化又は充放電終了後の電圧緩和中の電圧変化とを電池特性として取得して、温度及びＳＯＣが同条件となる場合の抵抗値を推定することができる。この場合は、対応関係記憶部５１には、一つの二次電池２１～２６の内部抵抗と温度と電池特性との対応関係が記憶されているものとする。なお、二次電池２１～２６を個別に充放電して電池特性を取得することとしてもよい。この場合は、温度及びＳＯＣを同条件に合わせる必要がなく、判定時間の短縮を図れる。
次に、本実施形態１１の劣化度判定装置１による劣化度の判定方法について、以下に説明する。まず、本実施形態１１では、図６に示す実施形態１の場合と同様に、図３１に示すステップＳ１～Ｓ３を行う。次いで、図３１に示すステップＳ４３において、抵抗推定部６２１により、電池特性取得部６１が取得した電池特性から、対応関係記憶部５１に記憶された二次電池２１～２６の内部抵抗と電池特性との対応関係に基づいて、二次電池２１～２６の内部抵抗を取得する。その後、図３１に示すステップＳ５において、判定部６３により、抵抗推定部６２１が推定した内部抵抗に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。本実施形態１１においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。
（実施形態１２）
実施形態１２の劣化度判定装置１では、抵抗推定部６２１により、二次電池２１～２６の負極抵抗を推定し、判定部６３により二次電池２１～２６の劣化度を判定する。
二次電池２１～２６の電圧カーブにおける周波数特性から、二次電池２１～２６における正極や負極やその他の電池要素の抵抗値を算出することができる。そして、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池では、電圧カーブにおいて高周波領域に負極抵抗が顕著に反映され、低周波領域に正極抵抗が顕著に反映される。本実施形態１２では、二次電池２１～２６としてニッケル水素電池を用いることとし、電池特性取得部６１は、電池特性として、高周波領域における所定電圧区間の電圧カーブを取得する。対応関係記憶部５１には、電池特性としての高周波領域における電圧カーブと負極抵抗との対応関係が予め記憶されている。その他の構成要素は実施形態１１の場合と同様であって、同一の符号を付してその説明を省略する。
そして、二次電池２１～２６の劣化度と相関関係を有する内部抵抗において、劣化モードによって支配的となる抵抗要素が異なる。まず、二次電池の内部抵抗は、電子抵抗、反応抵抗、内部物質移動の抵抗の３つの抵抗成分の関係性から決まり、二次電池はこれらの３つの抵抗成分の直列等価回路と考えることができる。一般的に、電子抵抗は電池に定電流を付加した直後の時間領域で主に生じる抵抗成分である。また、反応抵抗は電子抵抗が生じる時間領域後の時間領域で主に生じる抵抗成分である。また、内部物質移動の抵抗は定電流を長時間付加した際に生じ、反応抵抗の時間領域後の時間領域に主に生じる抵抗成分である。そして、負極反応抵抗支配領域とは、上記３つの抵抗成分において、放電期間における負極の反応抵抗の占める割合が最も大きい時間的領域である。当該負極反応抵抗支配領域では、負極の反応抵抗が二次電池２の内部抵抗を支配的に決定する。本実施形態１２では、判定部６３は、当該負極反応抵抗支配領域において、抵抗推定部６２１により推定された負極抵抗に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。
本実施形態１２の劣化度判定装置１による劣化度の判定方法では、実施形態１１の場合と同様に、図３１に示すステップＳ１～Ｓ３を行う。そして、ステップＳ４３において、抵抗推定部６２１により、電池特性取得部６１が取得した電圧カーブと、対応関係記憶部５１に記憶された対応関係とに基づいて、二次電池２１～２６の負極抵抗を推定する。そして、判定部６３は、推定された負極抵抗から二次電池２１～２６の劣化度を判定する。本実施形態１２においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。
（実施形態１３）
実施形態１３の劣化度判定装置１では、抵抗推定部６２１により、二次電池２１～２６の正極抵抗を推定し、判定部６３により二次電池２１～２６の劣化度を判定する。本実施形態１３では、二次電池２１～２６としてニッケル水素電池を用いることとし、電池特性取得部６１は、電池特性として、低周波領域における所定電圧区間の電圧カーブを取得する。対応関係記憶部５１には、電池特性としての電圧カーブと正極抵抗との対応関係が予め記憶されている。そして、判定部６３は、正極反応抵抗支配領域において、抵抗推定部６２１により推定された正極抵抗に基づいて、二次電池２１～２６の劣化度を判定する。その他の構成要素は実施形態１２の場合と同様であって、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態１３の劣化度判定装置１による劣化度の判定方法では、実施形態１２の場合と同様に、図３１に示すステップＳ１～Ｓ３を行う。そして、ステップＳ４３において、抵抗推定部６２１により、電池特性取得部６１が取得した電圧カーブと、対応関係記憶部５１に記憶された対応関係とに基づいて、二次電池２１～２６の正極抵抗を推定する。そして、判定部６３は、推定された正極抵抗から二次電池２１～２６の劣化度を判定する。本実施形態１３においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。
本発明は上記各実施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。
１ 劣化度判定装置
２ 組電池
２１～２６ 二次電池
３３ 温度検出部
６１ 電池特性取得部
６２ 容量推定部
６３ 判定部
６４ インピーダンス特性関係値取得部
６５ 初期電圧取得部

Claims (7)

  1. 複数の二次電池（２１～２６）が互いに接続されて組電池（２）を構成した状態で、上記二次電池の電圧を個別に測定しながら該組電池の充放電を行う充放電制御部（７１）と、
    上記複数の二次電池の少なくとも一部について、所定の電圧区間にわたる電池状態の推移に関する電池特性を取得する電池特性取得部（６１）と、
    上記電池特性又は上記電池特性に基づいて算出された電池特性関係値に基づいて、上記複数の二次電池の少なくとも一部の上記二次電池の劣化度を判定する判定部（６３）と、
    を備える二次電池の劣化度判定装置（１）。
  2. 上記組電池を構成する上記複数の二次電池には、上記電池特性を取得するための所定の電圧区間が、上記複数の二次電池のうちの他の二次電池と異なる電圧区間に設定されたものが含まれる、請求項１に記載の二次電池の劣化度判定装置。
  3. 上記組電池を構成する上記複数の二次電池には、上記電池特性を取得するための所定の電圧区間として、互いに共通する電圧区間が設定されたものが含まれる、請求項１又は２に記載の二次電池の劣化度判定装置。
  4. 上記充放電制御部は、上記組電池を充放電する際に、上記二次電池の電圧が予め設定された通常使用範囲を逸脱することを許容するように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の二次電池の劣化度判定装置。
  5. 上記充放電制御部は、上記組電池を充放電する際に、上記二次電池の電圧が予め設定された使用可能範囲を逸脱することを許容するように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の二次電池の劣化度判定装置。
  6. 上記組電池は車両用であって、上記充放電制御部は上記組電池が上記車両に搭載された状態で上記充放電を行うように構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池の劣化度判定装置。
  7. 上記充放電制御部は、上記車両に搭載された機器を介して二次電池の充放電を行うように構成されている、請求項６に記載の二次電池の劣化度判定装置。
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