JP2023024065A - 電池性能評価装置および電池性能評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の電池容量の変化態様に鑑みて、当該二次電池の性能の評価精度の向上を図りうる装置等を提供する。【解決手段】第１初期指標値Ｆ10および第１現在指標値Ｆ12に基づいて第１劣化度Ｄ1が評価される。第１初期指標値Ｆ10は、二次電池に電流Ｉが流れている期間を含む指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける当該二次電池の初期電池容量差分ΔＱ（０←ｋ）に応じた値である。二次電池の初期電池容量差分ΔＱ（０←ｋ）は、指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける二次電池の開放電圧ＶOC2およびＶOC1とが、第１初期特性モデルに対して入力されることにより、第１初期特性モデルの出力として求められる値である。指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける二次電池の現在電池容量差分ΔＱ’と、二次電池の初期電池容量差分ΔＱ（０←ｋ）との比率から対象二次電池の劣化度を評価する。【選択図】図２

Description

本発明は、リチウムイオンバッテリ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。

本発明者により、対象となる二次電池それ自体の特性パラメータ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ための技術的手法が提案されている（特許文献１参照）。具体的には、二次電池の電圧および電流のそれぞれの測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ））に基づき、初期特性モデルを表わす多変数関数（Ｇ）にしたがって、電圧（Ｖ）の初期時点における値が初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））として計算される。当該初期特性推定値（Ｖ（０←ｋ））が、二次電池の劣化度の評価基準とされる。

特許第６７４５５５４号公報

しかし、当該先行技術によれば、二次電池の内部抵抗が考慮されて初期特性モデルが構築されているため、当該二次電池の内部抵抗の変化に応じた劣化状態は評価されうるものの、二次電池の電池容量が考慮されていないため、当該二次電池の電池容量の変化に応じた劣化状態の評価が困難になる可能性がある。このため、二次電池の電池容量が初期特性から比較的大きく変化しているにもかかわらず、当該二次電池の内部抵抗の初期特性からの変化量が小さいために、二次電池の劣化度が不適当に低く評価される場合がある。

そこで、本発明は、二次電池の電池容量の変化態様に鑑みて、当該二次電池の性能の評価精度の向上を図りうる装置等を提供することを目的とする。

本発明に係る電池性能評価装置は、
対象二次電池に電流が流れている期間を含む指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける当該対象二次電池の開放電圧の測定値の差分と、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の現在電池容量の差分と、のうち少なくとも一方を、第１初期特性モデルに対して入力することにより、前記第１初期特性モデルの出力として求められる、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の初期電池容量の差分に応じた第１初期指標値と、
前記指定期間における前記対象二次電池の電流の測定値の時系列に基づいて求められる、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の現在電池容量の差分に応じた第１現在指標値と、
の差分が大きいほど、前記対象二次電池の電池容量の変化に由来する第１劣化度を高く評価する。

当該構成の電池性能評価装置によれば、第１初期指標値および第１現在指標値に基づいて第１劣化度が評価される。「第１初期指標値」は、対象二次電池に電流が流れている期間を含む指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける当該対象二次電池の初期電池容量（推定値）の差分に応じた値である。対象二次電池の初期電池容量（推定値）の差分は、指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける対象二次電池の開放電圧の測定値の差分と、指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける対象二次電池の現在電池容量の差分と、のうち少なくとも一方が、第１初期特性モデルに対して入力されることにより、第１初期特性モデルの出力として求められる値である。「第１現在指標値」は、指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける対象二次電池の現在電池容量の差分に応じた値である。対象二次電池の現在電池容量の差分は、指定期間における対象二次電池の電流の測定値の時系列に基づいて求められる値である。よって、第１劣化度に基づき、対象二次電池の初期特性を基準とした電池容量の変化に由来する、当該対象二次電池の性能の評価精度の向上が図られる。

前記構成の電池性能評価装置において、
指定時点における前記対象二次電池の電圧および電流のうち少なくとも一方の測定値を第２初期特性モデルに入力することにより、前記第２初期特性モデルの出力として求められる前記対象二次電池の初期内部抵抗に応じた第２初期指標値と、
前記対象二次電池の開放電圧、電圧および電流の測定値に応じて求められる、前記対象二次電池の現在内部抵抗に応じた第２現在指標値と、
の差分が大きいほど、前記対象二次電池の内部抵抗の変化に由来する第２劣化度を高く評価することが好ましい。

当該構成の電池性能評価装置によれば、第２初期指標値および第２現在指標値に基づいて第２劣化度が評価される。「第２初期指標値」は、対象二次電池の初期内部抵抗に応じた値である。対象二次電池の初期内部抵抗は、対象二次電池の電圧および電流のうち少なくとも一方の測定値が、第２初期特性モデルに対して入力されることにより、第２初期特性モデルの出力として求められる値である。「第２現在指標値」は、対象二次電池の現在内部抵抗に応じた値である。対象二次電池の現在内部抵抗は、対象二次電池の開放電圧、電圧および電流の測定値に基づいて求められる値である。よって、第２劣化度に基づき、対象二次電池の初期特性を基準とした内部抵抗の変化に由来する、当該対象二次電池の性能の評価精度の向上が図られる。

本発明の一実施形態としての電池性能評価装置の構成に関する説明図。 電池性能評価装置の機能を表わすブロックダイヤグラム。 二次電池のＩ－Ｖ特性に関する説明図。 本発明の一実施形態としての電池性能評価方法に関する説明図。 二次電池の開放電圧－電池容量の関係に関する説明図。 劣化診断情報の出力例に関する説明図。

（電池性能評価装置の構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての電池性能評価装置は、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。電池性能評価装置１００は、対象機器２００に電源として搭載されている対象二次電池２２０の劣化状態を判定する。

電池性能評価装置１００は、入力処理要素１０２と、出力処理要素１０４と、初期特性推定処理要素１１０と、現在特性推定処理要素１２０と、劣化状態推定処理要素１４０と、を備えている。

入力処理要素１０２は、対象機器２００から、当該対象機器２００に搭載されている対象二次電池２２０の電圧Ｖおよび電流Ｉ等の測定値を受信する。出力処理要素１０４は、対象二次電池２２０の劣化状態推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。

初期特性推定処理要素１１０、現在特性推定処理要素１２０および劣化状態推定処理要素１４０のそれぞれは、共通のまたは別個のプロセッサ（演算処理装置）、メモリ（記憶装置）およびＩ／Ｏ回路等により構成されている。当該メモリまたはこれとは別個の記憶装置には、対象二次電池２２０の特性を表わす特性パラメータ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。対象二次電池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に記憶保持されている。プロセッサがメモリ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。

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、対象二次電池２２０と、センサ群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、対象二次電池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（演算処理装置）、メモリ（記憶装置）およびＩ／Ｏ回路等により構成されている。当該メモリまたはこれとは別個の記憶装置には、特性パラメータ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、対象二次電池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がメモリ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。

対象二次電池２２０は、例えばリチウムイオンバッテリであり、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。センサ群２２２は、対象二次電池２２０の特性パラメータのほか、対象機器２００の制御に必要なパラメータの値を測定する。センサ群２２２は、例えば対象二次電池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、電流センサおよび温度センサにより構成されている。

電池性能評価装置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電池性能評価装置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、１４０の機能を表わすブロックダイヤグラムが示されている。

初期特性推定処理要素１１０は、第１初期特性モデルパラメータ記憶部１１１０および第１初期指標値決定部１１１としての機能、ならびに、第２初期特性モデルパラメータ記憶部１１２０および第２初期指標値決定部１１２としての機能を備えている。現在特性推定処理要素１２０は、第１現在指標値決定部１２１および第２現在指標値決定部１２２としての機能を備えている。劣化状態推定処理要素１４０は、第１劣化度評価部１４１および第２劣化度評価部１４２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記憶部１１１０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ｑ₁（ｐ₁）を記憶保持する。第１初期特性モデルパラメータｑ₁（ｐ₁）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および複数の第１特性パラメータｐ₁の各測定結果に対応する複数の値を有する。

第１初期特性モデルは、規格が相違する複数の参照二次電池のそれぞれに関して、開放電圧差分ΔＶ_OC、温度Θおよび電池容量差分ΔＱの関係が、例えば、基準開放電圧差分ΔＶ_OC0（電池の仕様または規格により定められている。）および基準温度Θ₀（例えば、室温付近の温度２０～２５℃）を用いて関係式（１１０）により近似的に表わされている。

Ｑ（Ｖ_OC，Θ）＝Ｑ（Ｖ_OC0，Θ₀）＋（∂Ｑ／∂Ｖ_OC）（Ｖ_OC－Ｖ_OC0）＋（∂Ｑ／∂Θ）（Θ－Θ₀） ‥（１１０）。

図３には、電流が流れていない状態から電流が流れている期間［τ₁，τ₂］を経て電流が流れていない状態に戻る際の、初期特性の二次電池の電流Ｉ－電圧Ｖ特性曲線が破線で例示され、ある程度劣化が進行した二次電池の電流Ｉ－電圧Ｖ特性曲線が実線で例示されている。一点鎖線は初期特性の二次電池の開放電圧 Ｖ_OC の計算上の変化を示している。図３から、二次電池の劣化が進行するほど、電流が流れている期間における当該二次電池の電圧Ｖの変化量が大きくなる傾向があることがわかる。また、開放電圧Ｖ_OC の変化量も大きくなる。図3のｔ_1、ｔ₂ は開放電圧の測定時間であり、電流印加後から拡散現象が収束する時間経過をもって定義される。

例えば、図３に示されている指定期間［ｔ₁，ｔ₂］の開始時点ｔ＝ｔ₁および終了時点ｔ＝ｔ₂のそれぞれにおける参照二次電池の開放電圧Ｖ_OCの差分ΔＶ_OCが推定される。指定期間における参照二次電池の温度平均値または指定期間に含まれる任意の時点における温度が温度Θとして推定される。図３に示されているように、指定期間のうち電流が流れている期間［τ₁，τ₂］の開始時点ｔ＝τ₁および終了時点ｔ＝τ₂のそれぞれにおける電池容量Ｑの差分ΔＱが、参照二次電池の電池容量差分ΔＱとして推定される。関係式（１１０）において温度Θに関する項（右辺第３項）が省略されていてもよい。

第１初期特性モデルは、１次の偏微分係数（∂Ｑ／∂ｐ₁）（ｐ₁＝Ｖ_OC，Θ）に代えてまたは加えてｍ次（２≦ｍ）の偏微分係数（∂^mＱ／∂ｐ₁ ^m）を用いて、例えば、関係式（１１１）～（１１２）のいずれかにより表わされていてもよい。

Ｑ（Ｖ_OC，Θ）＝Ｑ（Ｖ_OC0，Θ₀）＋（∂Ｑ／∂Ｖ_OC）（Ｖ_OC－Ｖ_OC0）＋‥＋（∂^mＱ／∂Ｖ_OC ^m）（Ｖ_OC－Ｖ_OC0）^m＋（∂Ｑ／∂Θ）（Θ－Θ₀）＋‥＋（∂^mＱ／∂Θ^m）（Θ－Θ₀）^m ‥（１１１）。

Ｑ（Ｖ_OC，Θ）＝Ｑ（Ｖ_OC0，Θ₀）＋（∂²Ｑ／∂Ｖ_OC∂Θ）（Ｖ_OC－Ｖ_OC0）（Θ－Θ₀） ‥（１１２）。

第１初期特性モデルは、前記関係式において温度Θに関する項が省略された関係式により表わされていてもよい。第１初期特性モデルは、関係式ではなく、当該関係式と同等の入力－出力特性を有する機械学習モデルまたは深層学習モデルなどのモデルとして定義されていてもよい。

初期特性における参照二次電池の開放電圧差分ΔＶ_OC、電池容量差分ΔＱおよび温度Θが測定され、さまざまな当該測定結果（ΔＶ_OC、ΔＱ、Θ）に基づき、１次偏微分係数（∂Ｑ／∂ｐ₁）（ｐ₁＝Ｖ_OC，Θ）が推定される。指定期間［ｔ₁，ｔ₂］における対象二次電池の電流Ｉ（ｔ）の時間積分値または累計値が対象二次電池の電池容量差分ΔＱ’として推定される。

そして、当該偏微分係数（∂Ｑ／∂ｐ₁）が、第１初期特性モデルパラメータｑ₁（ｐ₁）として第１初期特性モデルパラメータ記憶部１１１０に記憶保持される。離散的な偏微分係数（∂Ｑ／∂ｐ₁）の推定結果に基づき、当該偏微分係数（∂Ｑ／∂ｐ₁）が主変数Ｖ_OC，Ｑ，Θの連続関数により近似表現され、第１初期特性モデルパラメータｑ₁（ｐ₁）を定めるための当該連続関数が第１初期特性モデルパラメータ記憶部１１１０に記憶保持されていてもよい。

第２初期特性モデルパラメータ記憶部１１２０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２初期特性モデルパラメータｑ₂（ｐ₂）を記憶保持する。第２初期特性モデルパラメータｑ₂（ｐ₂）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および複数の第２特性パラメータｐ₂の各測定結果に対応する複数の値を有する。

第２初期特性モデルは、規格が相違する複数の参照二次電池のそれぞれに関して、内部抵抗ｒ、電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θの関係が、例えば、基準電圧Ｖ₀および基準電流Ｉ₀（電池の仕様または規格により定められている。）ならびに基準温度Θ₀（例えば、室温付近の温度２０～２５℃）を用いて関係式（１２０）により近似的に表わされている。

ｒ（Ｖ，Ｉ，Θ）＝ｒ（Ｖ₀，Ｉ₀，Θ₀）＋（∂ｒ／∂Ｖ）（Ｖ－Ｖ₀）＋（∂ｒ／∂Ｉ）（Ｉ－Ｉ₀）＋（∂ｒ／∂Θ）（Θ－Θ₀） ‥（１２０）。

例えば、図３に示されている指定期間［ｔ₁，ｔ₂］の任意の時点における参照二次電池の電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θが測定される。関係式（２２１）において温度Θに関する項（右辺第４項）が省略されていてもよい。

第２初期特性モデルは、１次の偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ₂）（ｐ₂＝Ｖ，Ｉ，Θ）に代えてまたは加えてｍ次（２≦ｍ）の偏微分係数（∂^mｒ／∂ｐ₂ ^m）を用いて、例えば、関係式（１２１）～（１２２）のいずれかにより表わされていてもよい。

ｒ（Ｖ，Ｉ，Θ）＝ｒ（Ｖ₀，Ｉ₀，Θ₀）＋（∂ｒ／∂Ｖ）（Ｖ－Ｖ₀）＋‥＋（∂^mｒ／∂Ｖ^m）（Ｖ－Ｖ₀）^m＋（∂ｒ／∂Ｉ）（Ｉ－Ｉ₀）＋‥＋（∂^mｒ／∂Ｉ^m）（Ｉ－Ｉ₀）^m＋（∂ｒ／∂Θ）（Θ－Θ₀） ‥（１２１）。

ｒ（Ｖ，Ｉ，Θ）＝ｒ（Ｖ₀，Ｉ₀，Θ₀）＋（∂²ｒ／∂Ｖ²）（Ｖ－Ｖ₀）²＋（∂²ｒ／∂Ｉ²）（Ｉ－Ｉ₀）²＋（∂²ｒ／∂Ｖ∂Ｉ）（Ｖ－Ｖ₀）（Ｉ－Ｉ₀）＋（∂²ｒ／∂Θ²）（Θ－Θ₀）² ‥（１２２）。

第２初期特性モデルは、前記関係式において温度Θに関する項が省略された関係式により表わされていてもよい。第２初期特性モデルは、関係式ではなく、当該関係式と同等の入力－出力特性を有する機械学習モデルまたは深層学習モデルなどのモデルとして定義されていてもよい。

初期特性における参照二次電池の開放電圧Ｖ₀、電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θが測定され、さまざまな当該測定結果（Ｖ₀、Ｖ、Ｉ、Θ）に基づき、１次偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ₂）（ｐ₂＝Ｖ，Ｉ，Θ）が推定される。参照二次電池の内部抵抗ｒは関係式ｒ＝（Ｖ－Ｖ₀）／Ｉにしたがって推定される。そして、当該偏微分係数（∂Ｑ／∂ｐ₁）が、第２初期特性モデルパラメータｑ₂（ｐ₂）として第２初期特性モデルパラメータ記憶部１１２０に記憶保持される。離散的な偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ₂）の推定結果に基づき、当該偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ₂）が主変数Ｖ，Ｉ，Θの連続関数により近似表現され、第２初期特性モデルパラメータｑ₂（ｐ₂）を定めるための当該連続関数が第２初期特性モデルパラメータ記憶部１１２０に記憶保持されていてもよい。

（電池性能評価方法）
前記構成の電池性能評価装置により実行される対象二次電池２２０の性能を評価する方法について説明する。

対象二次電池２２０に電流Ｉが流れていないまたは無視しうる程度の微小電流しか流れていない状態（例えば、対象機器２００の電源ＯＦＦ状態またはスリープ状態）で、センサ群２２２を構成する電圧センサを用いて指定期間の開始時点ｔ＝ｔ₁における対象二次電池２２０の開放電圧V_oc1が測定される（図４／ＳＴＥＰ２１０）。この際、対象二次電池２２０の温度Θ（ｔ₁）が測定されてもよい。開放電圧V_oc1の測定に必要最小限の微小電力が対象二次電池２２０またはこれとは別個のキャパシタから制御装置２１０に対して供給されていてもよい。

通電状態の制御装置２１０により第１指定条件が満たされているか否かが判定される（図４／ＳＴＥＰ２１２）。「第１指定条件」には、入力インターフェース２０２を通じて対象機器２００が電源ＯＦＦ状態またはスリープ状態から電源ＯＮ状態または起動状態に切り替えられたことが含まれている。対象機器２００において入力インターフェース２０２を通じて対象二次電池２２０の電池性能評価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、センサ群２２２により測定される対象二次電池２２０の電圧Ｖの測定値Ｖ（ｋ）が第１の変化態様（急激な低下または不連続的な変化）を示したことなどが第１指定条件に含まれていてもよい。

第１指定条件が満たされていないと判定された場合（図４／ＳＴＥＰ２１２‥ＮＯ）、一連の処理が終了する。その一方、第１指定条件が満たされていると判定された場合（図４／ＳＴＥＰ２１２‥ＹＥＳ）、指数ｋが「１」に設定され（図４／ＳＴＥＰ２１４）、そのうえでセンサ群２２２の出力信号に基づき、対象二次電池２２０の電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θの測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Θ（ｋ））が取得される（図４／ＳＴＥＰ２１６）。「ｋ」はサンプリング周期に応じた離散的な時点であって、図３に示されている対象二次電池２２０に電流が流れている期間［τ₁，τ₂］における時点を表わす指数である。

続いて、制御装置２１０により第２指定条件が満たされているか否かが判定される（図４／ＳＴＥＰ２１８）。「第２指定条件」には、対象二次電池２２０に流れる電流Ｉが再び０または微小になったことが含まれている。最後に第１指定条件が満たされたと判定された時点ｔ＝τ₁から所定時間が経過した時点ｔ＝τ₂に至ったこと、特性パラメータ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、センサ群２２２により測定される対象二次電池２２０の電圧Ｖの測定値Ｖ（ｋ）が第２の変化態様（急激な上昇または不連続的な変化）を示したことなどが第２指定条件に含まれていてもよい。

第２指定条件が満たされていないと判定された場合（図４／ＳＴＥＰ２１８‥ＮＯ）、指数ｋが「１」だけ増やされ（図４／ＳＴＥＰ２１９）、そのうえでセンサ群２２２の出力信号に基づき、対象二次電池２２０の電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θの測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Θ（ｋ））が取得される（図４／ＳＴＥＰ２１６）。当該測定値は累積的または逐次的にメモリに記憶保持される。

第２指定条件が満たされていると判定された場合（図４／ＳＴＥＰ２１８‥ＹＥＳ）、センサ群２２２を構成する電圧センサを用いて指定期間の終了時点ｔ＝ｔ₂における対象二次電池２２０の開放電圧V_oc2が測定される（図４／ＳＴＥＰ２２０）。この際、対象二次電池２２０の温度Θ（ｔ₂）が測定されてもよい。

対象二次電池２２０の開放電圧差分ΔＶ_OC＝Ｖ_OC2－Ｖ_OC1のほか、電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θの測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Θ（ｋ））の時系列が、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から電池性能評価装置１００に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ２２２）。適当なタイミングで対象二次電池２２０の規格または種類を識別するための識別子ＩＤも対象機器２００から電池性能評価装置１００に対して送信される。

対象二次電池２２０の開放電圧差分ΔＶ_OC（または開放電圧Ｖ_OC1およびＶ_OC2）、ならびに、電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θの測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Θ（ｋ））が取得されたことに応じて、対象機器２００から電池性能評価装置１００に対して逐次的に送信されてもよい。

電池性能評価装置１００において、入力処理要素２０１により、対象二次電池２２０の開放電圧差分ΔＶ_OC（または開放電圧Ｖ_OC1およびＶ_OC2）、ならびに、電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θの測定値（Ｖ（ｋ），Ｉ（ｋ），Θ（ｋ））の時系列が受信される（図４／ＳＴＥＰ１１０）。

第１初期指標値推定部１１１により、対象二次電池２２０の識別子ＩＤならびに開放電圧差分ΔＶ_OC、現在電池容量差分ΔＱおよび温度Θ（＝Θ（ｔ₁）、Θ（ｔ₂）もしくはΘ（ｋ）又はこれらの平均値）に対応する第１初期特性モデルパラメータｑ₁（ｐ₁）が第１初期特性モデルパラメータ記憶部１１１０から読み取られる（図４／ＳＴＥＰ１１１）。第１初期特性モデルパラメータｑ₁は、前記関係式（１１０）における偏微分係数（∂Ｑ／∂ｐ₁）である。

第１初期指標値推定部１１１により、第１初期特性モデルパラメータｑ₁（ｐ₁）、開放電圧差分ΔＶ_OCおよび温度Θに基づき、関係式（１１０）にしたがって初期電池容量Ｑ（０←ｋ）が推定される（図４／ＳＴＥＰ１１３）。

第１初期指標値推定部１１１により、初期電池容量差分ΔＱ（０←ｋ）を主変数ｘとする増加関数（例えば、１次式ｆ＝ｘもしくはｆ＝α₀＋α₁ｘ、ｎ次多項式ｆ＝α₀＋α₁ｘ＋‥＋α_nｘⁿ、指数関数ｆ＝ｅｘｐ（αｘ）もしくは対数関数ｆ＝ｌｏｇ（αｘ）またはこれらの組み合わせなどの様々な形態の増加関数）にしたがって第１初期指標値Ｆ₁₀が評価または推定される（図４／ＳＴＥＰ１１５）。

第１現在指標値推定部１２１により、対象二次電池２２０の電流Ｉ（ｋ）の期間［τ₁，τ₂］における時間積分値または累積値として現在電池容量差分ΔＱ’が推定される（図４／ＳＴＥＰ１２１）。

第１現在指標値推定部１２１により、現在電池容量差分ΔＱ’を主変数ｘとする増加関数（例えば、１次式ｆ＝ｘもしくはｆ＝α₀＋α₁ｘ、ｎ次多項式ｆ＝α₀＋α₁ｘ＋‥＋α_nｘⁿ、指数関数ｆ＝ｅｘｐ（αｘ）もしくは対数関数ｆ＝ｌｏｇ（αｘ）またはこれらの組み合わせなどの様々な形態の増加関数）にしたがって第１現在指標値Ｆ₁₂が評価または推定される（図４／ＳＴＥＰ１２３）。

第１劣化度評価要素１４１により、第１初期指標値Ｆ₁₀および第１現在指標値Ｆ₁₂の差分ΔＦ₁または比率Ｆ₁₂／Ｆ₁₀を主変数ｘとする増加関数（例えば、１次式ｇ＝ｘもしくはｇ＝β₀＋β₁ｘ、ｎ次多項式ｇ＝β₀＋β₁ｘ＋‥＋β_nｘⁿ、指数関数ｇ＝ｅｘｐ（βｘ）もしくは対数関数ｇ＝ｌｏｇ（βｘ）またはこれらの組み合わせなどの様々な形態の増加関数）にしたがって第１劣化度Ｄ₁が評価または推定される（図４／ＳＴＥＰ１４１）。

図５には、初期特性における二次電池の電池容量Ｑ－開放電圧Ｖ_OCの関係を示す曲線が破線で例示され、ある程度劣化が進行した二次電池の電池容量Ｑ－開放電圧Ｖ_OCの関係を示す曲線が実線で例示されている。図５から、二次電池の劣化が進行するほど、開放電圧差分ΔＶ＝Ｖ_OC2－Ｖ_OC1に対する電池容量差分ΔＱ＝Ｑ₂－Ｑ₁が小さくなる傾向があることがわかる。

第２初期指標値推定部１１２により、対象二次電池２２０の識別子ＩＤならびに電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θ（Ｖ（ｋ）、Ｉ（ｋ）、Θ（ｋ）のｔ＝τ₁もしくはｔ＝τ₂における値または平均値）に対応する第２初期特性モデルパラメータｑ₂（ｐ₂）が第２初期特性モデルパラメータ記憶部１１２０から読み取られる（図４／ＳＴＥＰ１１２）。第１初期特性モデルパラメータｑ₂は、前記関係式（１２０）における偏微分係数（∂ｒ／∂ｐ₂）である。

第２初期指標値推定部１１２により、第２初期特性モデルパラメータｑ₂（ｐ₂）、電圧Ｖ、電流Ｉおよび温度Θに基づき、関係式（１２０）にしたがって初期内部抵抗ｒ（０←ｋ）が推定される（図４／ＳＴＥＰ１１４）。

第２初期指標値推定部１１２により、初期内部抵抗ｒ（０←ｋ）を主変数ｘとする増加関数（例えば、１次式ｆ＝ｘもしくはｆ＝α₀＋α₁ｘ、ｎ次多項式ｆ＝α₀＋α₁ｘ＋‥＋α_nｘⁿ、指数関数ｆ＝ｅｘｐ（αｘ）もしくは対数関数ｆ＝ｌｏｇ（αｘ）またはこれらの組み合わせなどの様々な形態の増加関数）にしたがって第２初期指標値Ｆ₂₀が評価または推定される（図４／ＳＴＥＰ１１６）。

第２現在指標値推定部１２２により、対象二次電池２２０の開放電圧Ｖ_OC（Ｖ_OC1もしくはＶ_OC2またはこれらの平均値）、電圧Ｖおよび電流Ｉに基づき、関係式ｒ＝（Ｖ－Ｖ_OC）／Ｉにしたがって現在内部抵抗ｒが推定される（図４／ＳＴＥＰ１２２）。

第２現在指標値推定部１２２により、現在内部抵抗ｒを主変数ｘとする増加関数（例えば、１次式ｆ＝ｘもしくはｆ＝α₀＋α₁ｘ、ｎ次多項式ｆ＝α₀＋α₁ｘ＋‥＋α_nｘⁿ、指数関数ｆ＝ｅｘｐ（αｘ）もしくは対数関数ｆ＝ｌｏｇ（αｘ）またはこれらの組み合わせなどの様々な形態の増加関数）にしたがって第２現在指標値Ｆ₂₂が評価または推定される（図４／ＳＴＥＰ１２４）。

第２劣化度評価要素１４２により、第２初期指標値Ｆ₂₀および第２現在指標値Ｆ₂₂の差分ΔＦ₂または比率Ｆ₂₂／Ｆ₂₀を主変数ｘとする増加関数（例えば、１次式ｇ＝ｘもしくはｇ＝β₀＋β₁ｘ、ｎ次多項式ｇ＝β₀＋β₁ｘ＋‥＋β_nｘⁿ、指数関数ｇ＝ｅｘｐ（βｘ）もしくは対数関数ｇ＝ｌｏｇ（βｘ）またはこれらの組み合わせなどの様々な形態の増加関数）にしたがって第２劣化度Ｄ₂が評価または推定される（図４／ＳＴＥＰ１４２）。

劣化状態推定処理要素１４０により、第１劣化度Ｄ₁および第２劣化度Ｄ₂に応じた劣化診断情報Ｉ（Ｄ₁，Ｄ₂）が生成され、電池性能評価装置１００から対象機器２００に対して送信される（図４／ＳＴＥＰ１４４）。劣化診断情報には、第１劣化度Ｄ₁および第２劣化度Ｄ₂の組み合わせに応じて、予め定められているテーブル、アルゴリズムまたはモデルにしたがって推定される対象二次電池２２０の劣化度が含まれていてもよい。

劣化状態推定処理要素１４０により、第１劣化度Ｄ₁および第２劣化度Ｄ₂が複合されることにより、複合劣化度Ｄが評価されてもよい。複合劣化度Ｄは、例えば、重み係数Ｃ₁およびＣ₂（＝１－Ｃ₁）を用いて関係式Ｄ＝Ｃ₁Ｄ₁＋Ｃ₂Ｄ₂にしたがって評価される。対象二次電池２２０の電流測定値Ｉ（ｋ）の時系列における分散が閾値未満である場合は第１劣化度Ｄ₁を偏重した形で（第１重み係数Ｃ₁を第２重み係数Ｃ₂よりも大きく、かつ、その差分を大きくして）複合劣化度Ｄが求められてもよい。指定期間における対象二次電池２２０の電流測定値Ｉ（ｋ）の時系列における分散が閾値以上である場合は第２劣化度Ｄ₂を偏重した形で（第１重み係数Ｃ₁を第２重み係数Ｃ₂よりも小さく、かつ、その差分を大きくして）複合劣化度Ｄが求められてもよい。

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により劣化診断情報Ｉ（Ｄ₁，Ｄ₂）が受信され、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、対象二次電池２２０の第１劣化度Ｄ₁および第２劣化度Ｄ₂を示すグラフ表示のほか、「バッテリの劣化度は３０％です。あと１５０日で交換することをおススメします。」といった第１劣化度Ｄ₁および第２劣化度Ｄ₂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）
本発明の電池性能評価装置および電池性能評価方法によれば、第１初期指標値Ｆ₁₀および第１現在指標値Ｆ₁₂に基づいて第１劣化度Ｄ₁が評価される（図４／ＳＴＥＰ１１５、ＳＴＥＰ１２３→ＳＴＥＰ１４１参照）。「第１初期指標値Ｆ₁₀」は、対象二次電池２２０に電流Ｉが流れている期間［τ₁，τ₂］を含む指定期間の開始時点ｔ＝ｔ₁および終了時点ｔ＝ｔ₂のそれぞれにおける当該対象二次電池２２０の初期電池容量差分ΔＱ（０←ｋ）に応じた値である（図４／ＳＴＥＰ１１３→ＳＴＥＰ１１５参照）。対象二次電池２２０の初期電池容量差分ΔＱ（０←ｋ）は、指定期間の開始時点ｔ＝ｔ₁および終了時点ｔ＝ｔ₂のそれぞれにおける対象二次電池２２０の開放電圧Ｖ_OC2およびＶ_OC1が、第１初期特性モデルに対して入力されることにより、第１初期特性モデルの出力として求められる値である（図４／ＳＴＥＰ１１１→ＳＴＥＰ１１３参照）。「第１現在指標値Ｆ₁₂」は、指定期間の電流印加の開始時点ｔ＝τ₁および終了時点ｔ＝τ₂のそれぞれにおける対象二次電池２２０の現在電池容量差分ΔＱ’に応じた値である（図４／ＳＴＥＰ１２１→ＳＴＥＰ１２３参照）。対象二次電池２２０の現在電池容量差分（関係式（１１３）参照）は、指定期間における対象二次電池２２０の電流Ｉの測定値の時系列Ｉ（ｋ）に基づいて求められる値である。よって、第１劣化度Ｄ₁に基づき、対象二次電池２２０の初期特性を基準とした電池容量Ｑの変化に由来する、当該対象二次電池２２０の性能の評価精度の向上が図られる。

さらに、第２初期指標値Ｆ₂₀および第２現在指標値Ｆ₂₂に基づいて第２劣化度Ｄ₂が評価される（図４／ＳＴＥＰ１１６、ＳＴＥＰ１２４→ＳＴＥＰ１４２参照）。「第２初期指標値Ｆ₂₀」は、対象二次電池２２０の初期内部抵抗ｒ（０←ｋ）に応じた値である（図４／ＳＴＥＰ１１４→ＳＴＥＰ１１６参照）。対象二次電池２２０の初期内部抵抗ｒ（０←ｋ）は、対象二次電池２２０の電圧Ｖおよび電流Ｉの測定値が、第２初期特性モデルに対して入力されることにより、第２初期特性モデルの出力として求められる値である（図４／ＳＴＥＰ１１２→ＳＴＥＰ１１４参照）。「第２現在指標値Ｆ₂₂」は、対象二次電池２２０の現在内部抵抗ｒに応じた値である。対象二次電池の現在内部抵抗ｒは、対象二次電池２２０の開放電圧Ｖ_OC、電圧Ｖおよび電流Ｉの測定値に基づいて求められる値である（図４／ＳＴＥＰ１２２→ＳＴＥＰ１２４参照）。よって、第２劣化度Ｄ₂に基づき、対象二次電池２２０の初期特性を基準とした内部抵抗ｒの変化に由来する、当該対象二次電池２２０の性能の評価精度の向上が図られる。

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、第１劣化度Ｄ₁および第２劣化度Ｄ₂が評価されたが、他の実施形態として第１劣化度Ｄ₁のみが評価されてもよい。

前記実施形態では、二次電池の開放電圧差分ΔＶ_OCおよび温度Θの両方が勘案された関係式により第１初期特性モデルが定義され（関係式（１１０）参照）、開放電圧差分ΔＶ_OCおよび温度Θの両方が第１初期特性モデルに対して入力されることにより、初期電池容量差分ΔＱ（０←ｋ）が第１初期特性モデルから出力されたが、他の実施形態として開放電圧差分ΔＶ_OCおよび温度Θのうち一方のみが勘案された関係式により第１初期特性モデルが定義され、開放電圧差分ΔＶ_OCおよび温度Θのうち当該一方のみが第１初期特性モデルに対して入力されることにより、初期電池容量差分ΔＱ（０←ｋ）が第１初期特性モデルから出力されてもよい。

前記実施形態では、二次電池の電圧Ｖおよび電流Ｉの両方が勘案された関係式により第２初期特性モデルが定義され（関係式（１２０）参照）、電圧Ｖおよび電流Ｉの両方が第２初期特性モデルに対して入力されることにより、初期内部抵抗ｒ（０←ｋ）が第２初期特性モデルから出力されたが、他の実施形態として電圧Ｖおよび電流Ｉのうち一方のみが勘案された関係式により第２初期特性モデルが定義され、電圧Ｖおよび電流Ｉのうち当該一方のみが第２初期特性モデルに対して入力されることにより、初期内部抵抗ｒ（０←ｋ）が第２初期特性モデルから出力されてもよい。

１００‥電池性能評価装置、１０２‥入力処理要素、１０４‥出力処理要素、１１０‥初期特性推定処理要素、１１１‥第１初期指標値推定部、１１２‥第２初期指標値推定部、１１１０‥第１初期特性モデルパラメータ記憶部、１１２０‥第２初期特性モデルパラメータ記憶部、１２０‥現在特性推定処理要素、１２１‥第１現在指標値推定部、１２２‥第２現在指標値推定部、１４０‥劣化状態推定処理要素、１４１‥第１劣化度評価要素、１４２‥第２劣化度評価要素、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‥対象二次電池、２２２‥センサ群。

本発明に係る電池性能評価装置は、対象二次電池が搭載されている対象機器から、当該対象二次電池の複数の特性パラメータ測定値を受信する入力処理要素と、現在特性推定処理要素と、初期特性推定処理要素と、劣化状態推定処理要素とを備え、前記現在特性推定処理要素は、前記対象二次電池に電流が流れている期間を含む指定期間における前記対象二次電池の電流の測定値の時系列に基づいて、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の電流の時間積分値または累計値から算出された現在電池容量の差分を主変数とする増加関数にしたがって第１現在指標値を推定し、前記初期指標推定処理要素は、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける当該対象二次電池の開放電圧の測定値の差分と、前記現在電池容量の差分とを第１初期特性モデルに対して入力することにより、前記第１初期特性モデルの出力として求められる、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の初期電池容量の差分を主変数とする増加関数にしたがって第１初期指標値を推定し、前記劣化状態推定処理要素は、前記第１初期指標値の前記第１現在指標値に対する差分を主変数とする増加関数、または当該第１現在指標値の当該第１初期指標値に対する比率を主変数とする減少関数にしたがって第１劣化度を推定する。

当該構成の電池性能評価装置によれば、第１初期指標値および第１現在指標値に基づいて第１劣化度が評価される。「第１初期指標値」は、対象二次電池に電流が流れている期間を含む指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける当該対象二次電池の初期電池容量（推定値）の差分に応じた値である。対象二次電池の初期電池容量（推定値）の差分は、指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける対象二次電池の開放電圧の測定値の差分と、指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける対象二次電池の現在電池容量の差分とが第１初期特性モデルに対して入力されることにより、第１初期特性モデルの出力として求められる値である。「第１現在指標値」は、指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける対象二次電池の現在電池容量の差分に応じた値である。対象二次電池の現在電池容量の差分は、指定期間における対象二次電池の電流の測定値の時系列に基づいて求められる値である。よって、第１劣化度に基づき、対象二次電池の初期特性を基準とした電池容量の変化に由来する、当該対象二次電池の性能の評価精度の向上が図られる。

前記構成の電池性能評価装置において、前記初期指標推定処理要素は、前記指定期間の任意の時点における前記対象二次電池の電圧および電流のうち少なくとも一方の測定値を第２初期特性モデルに入力することにより、前記第２初期特性モデルの出力として求められる前記対象二次電池の初期内部抵抗を主変数とする増加関数にしたがって第２初期指標値を推定し、前記現在特性推定処理要素は、前記指定期間における前記対象二次電池の開放電圧、電圧および電流の測定値に基づき算出された、前記対象二次電池の現在内部抵抗を主変数とする増加関数にしたがって第２現在指標値を推定し、前記劣化状態推定処理要素は、前記第２初期指標値の前記第２現在指標値に対する差分を主変数とする減少関数、または当該第２現在指標値の当該第２初期指標値に対する比率を主変数とする増加関数にしたがって第２劣化度を推定することが好ましい。

電池性能評価装置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ダウンロードさせることにより、当該演算処理装置に対して電池性能評価装置１００としての機能を付与してもよい

第１劣化度評価要素１４１により、第１初期指標値Ｆ１０の第１現在指標値Ｆ１２に対する差分ΔＦ１を主変数ｘとする増加関数、または比率Ｆ１２／Ｆ１０を主変数ｘとする減少関数（例えば、１次式ｇ＝ｘもしくはｇ＝β０＋β１ｘ、ｎ次多項式ｇ＝β０＋β１ｘ＋‥＋βｎｘｎ、指数関数ｇ＝ｅｘｐ（βｘ）もしくは対数関数ｇ＝ｌｏｇ（βｘ）またはこれらの組み合わせなどの様々な形態の増加関数）にしたがって第１劣化度Ｄ１が評価または推定される（図４／ＳＴＥＰ１４１）。

第２劣化度評価要素１４２により、第２初期指標値Ｆ２０の第２現在指標値Ｆ２２に対する差分ΔＦ２を主変数とする減少関数、または比率Ｆ２２／Ｆ２０を主変数ｘとする増加関数（例えば、１次式ｇ＝ｘもしくはｇ＝β０＋β１ｘ、ｎ次多項式ｇ＝β０＋β１ｘ＋‥＋βｎｘｎ、指数関数ｇ＝ｅｘｐ（βｘ）もしくは対数関数ｇ＝ｌｏｇ（βｘ）またはこれらの組み合わせなどの様々な形態の増加関数）にしたがって第２劣化度Ｄ２が評価または推定される（図４／ＳＴＥＰ１４２）。

Claims (9)

1. 対象二次電池に電流が流れている期間を含む指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける当該対象二次電池の開放電圧の測定値の差分と、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の現在電池容量の差分と、のうち少なくとも一方を、第１初期特性モデルに対して入力することにより、前記第１初期特性モデルの出力として求められる、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の初期電池容量の差分に応じた第１初期指標値と、
   前記指定期間における前記対象二次電池の電流の測定値の時系列に基づいて求められる、前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の現在電池容量の差分に応じた第１現在指標値と、
   の比率が小さいほど、前記対象二次電池の電池容量の変化に由来する第１劣化度を高く評価する
   電池性能評価装置。
2. 請求項１に記載の電池性能評価装置において、
   前記指定期間における前記対象二次電池の温度の測定値に基づき、前記第１初期特性モデルパラメータの値を補正する
   電池性能評価装置。
3. 請求項１または２に記載の電池性能評価装置において、
   指定時点における前記対象二次電池の電圧および電流のうち少なくとも一方の測定値を第２初期特性モデルに入力することにより、前記第２初期特性モデルの出力として求められる前記対象二次電池の初期内部抵抗に応じた第２初期指標値と、
   前記対象二次電池の開放電圧、電圧および電流の測定値に応じて求められる、前記対象二次電池の現在内部抵抗に応じた第２現在指標値と、
   の比率が大きいほど、前記対象二次電池の内部抵抗の変化に由来する第２劣化度を高く評価する電池性能評価装置。
4. 請求項３記載の電池性能評価装置において、
   前記指定時点における前記対象二次電池の温度の測定値に基づき、前記第２初期特性モデルパラメータの値を補正する
   電池性能評価装置。
5. 請求項３または４に記載の電池性能評価装置において、
   前記第１劣化度および前記第２劣化度を複合した複合劣化度を求める
   電池性能評価装置。
6. 請求項５に記載の電池性能評価装置において、
   前記指定期間における前記対象二次電池の電流の測定値の時系列における分散が閾値未満である場合は前記第１劣化度を偏重した形で前記複合劣化度を求め、前記指定期間における前記対象二次電池の電流の測定値の時系列における分散が前記閾値以上である場合は前記第２劣化度を偏重した形で前記複合劣化度を求める
   電池性能評価装置。
7. 請求項１～６のうちいずれか１項に記載の電池性能評価装置において、
   前記対象二次電池が搭載されている対象機器から、前記初期特性推定処理要素および前記現在特性推定処理要素の演算処理の実行に必要な測定結果を受信する入力処理要素と、
   前記劣化状態推定処理要素による前記二次電池の劣化度の評価結果に応じた劣化診断情報を、前記対象機器に対して送信する出力処理要素と、を備えている
   電池性能評価装置。
8. 前記対象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送信することにより、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項に記載の電池性能評価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. 指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける対象二次電池の開放電圧の測定値と、当該指定期間における当該対象二次電池の電流の測定値の時系列と、を第１初期特性モデルに対して入力することにより、前記第１初期特性モデルの出力として前記対象二次電池の初期電池容量に応じた第１初期指標値を求める初期特性推定工程と、
   前記指定期間の開始時点および終了時点のそれぞれにおける前記対象二次電池の開放電圧の測定値と、前記指定期間における当該対象二次電池の電流の測定値の時系列と、に基づき、前記対象二次電池の現在電池容量に応じた第１現在指標値を求める前記現在特性推定工程と、
   前記初期特性推定工程により求められた前記第１初期指標値と、前記現在特性推定工程により求められた前記第１現在指標値と、の比率が小さいほど、前記対象二次電池の電池容量の変化に由来する第１劣化度を高く評価する劣化度評価工程と、を含んでいる
   電池性能評価方法。
   

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