JP2023128542A - 電池容量回復システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電池容量回復システムにおいて、二次電池を適切に回復できるようにする。【解決手段】電池容量回復システム100は、直列接続された複数の電池セルと複数の前記電池セルを制御する電池制御装置とを有する二次電池を備えるを備える電池システム56と、前記電池システム56を充電する充電器54と、前記電池システム56に関する情報を格納するデータベース部80に接続された処理装置70と、前記電池システム56または前記充電器54に接続され前記処理装置70との間で情報を入出力する通信装置52と、を備え、前記処理装置70は、稼働履歴を取得するデータ取得部71と、前記稼働履歴に基づいて、前記二次電池20において容量回復可能な期待値である回復容量期待値を算出する回復容量算出部72と、を備える。【選択図】図3A

Description

本発明は、電池容量回復システムに関する。
本技術分野の背景技術として、下記特許文献1の要約には、「容量回復システムは、車両に搭載されたリチウムイオン二次電池の組電池の容量を回復させる。容量回復システムは、容量回復装置40と、通信装置340と、サーバ300とを備える。容量回復装置40は、組電池10のSOCを基準値X2以下に維持することによって組電池10の容量を回復させる回復処理を実行可能に構成される。通信装置340は、回復処理に用いられるSOCの基準値X2と、回復処理による容量回復率Rとを含む回復データP1,P2を取得する。サーバ300は、対象車両である車両1に対する回復処理に用いられる基準値X2を回復データP1,P2を用いて算出する。」と記載されている。
特開2018-63906号公報
ところで、上述した技術において、一層適切に二次電池の容量を回復したいという要望がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の容量を適切に回復できる電池容量回復システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明の電池容量回復システムは、直列接続された複数の電池セルと複数の前記電池セルを制御する電池制御装置とを有する二次電池を備える電池システムと、前記電池システムを充電する充電器と、前記電池システムに関する情報を格納するデータベース部に接続された処理装置と、前記電池システムまたは前記充電器に接続され前記処理装置との間で情報を入出力する通信装置と、を備え、前記処理装置は、前記電池システムと前記充電器とが接続されているときに、前記通信装置から、前記電池セルのセル電圧の時系列データと、前記電池セルに流れる電流であるセル電流の時系列データと、を含む稼働履歴を取得するデータ取得部と、前記稼働履歴に基づいて、前記二次電池において容量回復可能な期待値である回復容量期待値を算出する回復容量算出部と、前記回復容量期待値に基づいて、前記通信装置を介して、前記二次電池に対して容量回復処理を実行すべき旨の容量回復指令を出力する容量回復制御部と、前記容量回復処理が実行中か否か、または前記容量回復処理のスケジュールを、所定の端末装置に送信する報知部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、二次電池の容量を適切に回復できる。
二極式の電池セルの模式的な断面図である。 蓄電要素の模式的な側面図である。 第1実施形態による電池容量回復システムのブロック図である。 コンピュータのブロック図である。 電池パックのブロック図である。 材料特性データベースの概要を示す図である。 劣化予測データベースの概要を示す図である。 容量回復データベースの概要を示す図である。 安全判定データベースの概要を示す図である。 診断モード処理ルーチンのフローチャートである。 電位曲線データの一例を示す図である。 負極電位曲線データの要部の拡大図である。 サーバ機およびデータベース部の要部の関係を示すブロック図である。 第1実施形態における容量回復処理ルーチンのフローチャート(1/2)である。 第1実施形態における容量回復処理ルーチンのフローチャート(2/2)である。 容量回復処理時における放電量データの分布状態の一例を示す図である。 回復上限容量データの分布状態の一例を示す図である。 第2実施形態による電池容量回復システムのブロック図である。 第2実施形態における診断処理のフローチャートである。 第2実施形態における容量回復処理ルーチンのフローチャートである。
[電池セルの構造]
まず、図1および図2を参照して、実施形態に適用可能な二極式の電池セルの構造例について説明する。
図1は、二極式の電池セル10の模式的な断面図である。
図1において、電池セル10は、リチウムイオン電池のセルであり、蓄電要素1と、正極端子2と、負極端子3と、外装材6とを備えている。セパレータ5は、蓄電要素1に含まれている。外装材6は、ラミネートフィルム、もしくは、それに類する素材を用いて構成されている。なお、電池セル10の形状は図1のような角型に限定されるものではなく、図示は省略するが円筒型であってもよい。
図2は、蓄電要素1の模式的な側面図である。
図2に示すように、蓄電要素1においては、セパレータ5を介して複数の正極12と複数の負極13とが交互に積層されている。図1に示した蓄電要素1は、これら正極12および負極13が重なって見える領域に対応する。なお、蓄電要素1の構造は図2のような積層型に限定されるものではない。すなわち、図示は省略するが、正極12および負極13を、セパレータ5を挟んで対向するように重ねた後、捲回することによって作製する捲回型であってもよい。また、蓄電要素1は、さらに電解液(図示せず)を含んでおり、電解液は、正極12、負極13、セパレータ5等の微孔に含侵されている。セパレータ5としては、例えば、ポリプロピレンを適用することができる。但し、セパレータ5としては、ポリプロピレン以外にも、ポリエチレンなどのポリオレフィン製の微孔性フィルムや不織布などを適用することもできる。
正極12および負極13は、それぞれ、適切な金属の集電箔に適切な電極活物質、導電剤、結着剤等の混合体を塗布して作製されたものである。正極12および負極13の集電箔には、金属のタブが接続されている。タブ部分のみが外装材6の外部に露出するように外装材6を封止する。これにより、タブが図1の正極端子2および負極端子3となる。以下、正極12および負極13の電位を正極電位Epおよび負極電位Enと呼ぶ。また、両者の差、すなわち「Ep-En」が、正極端子2および負極端子3の間の電圧であり、これをセル電圧Vと呼ぶ。
正極12の集電箔には、厚さが10~100μmのアルミニウム箔、厚さが10~100μm、孔径0.1~10mmのアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板などが用いられる。また、集電箔の材質も、アルミニウムの他に、ステンレス鋼、チタンなども適用可能である。本実施形態では、材質、形状、製造方法などに制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。
正極12の電極活物質は、反応種を内部に含むものが望ましい。リチウムイオン電池の反応種は、リチウムイオンである。この場合、正極12の電極活物質は、リチウムイオンを可逆的に挿入脱離可能なリチウム含有化合物を含んでいる。正極12の電極活物質の種類は特に制限されないが、例えば、コバルト酸リチウム、マンガン置換コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、オリビン型リン酸鉄リチウムなどのリン酸遷移金属リチウム、LiwNixCoyMnz2(ここで、w、x、y、zは0または正の値)が挙げられる。正極12の電極活物質として、上記の材料が一種単独または二種以上含まれていてもよい。
負極13の集電箔には、厚さが10~100μmの銅箔、厚さが10~100μm、孔径0.1~10mmの銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板などが用いられる。また、集電箔の材質も銅の他に、ステンレス鋼、チタンなども適用可能である。本実施形態では、材質、形状、製造方法などに制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。
負極13の電極活物質は、リチウムイオンを可逆的に挿入脱離可能な物質を含んでいる。負極13の電極活物質の種類は特に制限されないが、例えば、天然黒鉛、天然黒鉛に乾式のCVD法もしくは湿式のスプレー法によって被膜を形成した複合炭素質材料、エポキシやフェノール等の樹脂材料もしくは石油や石炭から得られるピッチ系材料を原料として焼成により製造される人造黒鉛、シリコン(Si)、シリコンを混合した黒鉛、難黒鉛化炭素材、チタン酸リチウムLi4Ti512、ニオブチタン系酸化物TiNb27などを適用することができる。負極活物質として上記の材料が一種単独または二種以上含まれていてもよい。
蓄電要素1には、電解液が含侵されている。電解液は特に制限されないが、リチウムイオン電池の場合、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)等の非プロトン性有機系溶媒を適用できる。
また、電解液は、これらの2種以上の混合有機化合物の溶媒に、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、ヨウ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、LiB[OCOCF34、LiB[OCOCF2CF34、LiPF4(CF32、LiN(SO2CF32、LiN(SO2CF2CF32等のリチウム塩、あるいはこれらの2種以上の混合リチウム塩を溶解したものであってもよい。
また、電解液の代わりに固体電解質を用いてもよい。固体電解質は特に制限されないが、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド等のイオン伝導性ポリマーが挙げられる。これらの固体高分子電解質を用いた場合、セパレータ5を省略できる。
[第1実施形態]
〈第1実施形態の構成〉
図3Aは、第1実施形態による電池容量回復システム100のブロック図である。
電池容量回復システム100は、通信モジュール52(通信装置)と、充電器54と、電池システム56と、ユーザ端末60(端末装置)と、サーバ機70(処理装置)と、データベース部80と、を備えている。
ユーザ端末60は、例えば携帯情報端末である。
サーバ機70は、データ取得部71と、回復上限容量算出部72(回復容量算出部)と、回復可能容量演算部74と、稼働履歴・劣化率妥当性判定部75と、容量回復制御部76と、報知部77と、容量回復評価部78と、容量回復量予測補正部79と、を備えている。
データベース部80は、材料特性データベース82と、劣化予測データベース84と、容量回復データベース86と、安全判定データベース88(関係記憶データベース)と、を備えている。
本実施形態におけるデータベース部80は、単にデータを蓄積することにとどまらず、機械学習や補間処理等を実行することにより、蓄積されていないデータの予測値を出力する機能を備えている。
サーバ機70におけるデータ取得部71は、電池システム56と充電器54とが接続されているときに、通信モジュール52から各電池セル10のセル電圧Vとセル電流Iの時系列データと、を含む稼働履歴データを取得する。
また、回復上限容量算出部72は、稼働履歴データに基づいて、電池パック20(二次電池、図4参照)において容量回復可能な期待値である回復上限容量期待値データを算出する。
なお、回復可能容量演算部74の機能については後述する。
稼働履歴・劣化率妥当性判定部75は、対象とする電池パック20における稼働履歴データDn11と劣化率データDn12とが所定の妥当性を有するか否かを判定する。
容量回復制御部76は、回復上限容量期待値データに基づいて、通信モジュール52を介して、電池パック20に対して容量回復処理(後述するS22,S24)を実行すべき旨の容量回復指令を出力する。
報知部77は、容量回復処理(後述するS22,S24)が実行中か否か、または容量回復処理(S22,S24)のスケジュールを、ユーザ端末60に送信する。さらに、報知部77は、ユーザ端末60に対して、回復上限容量期待値データ、容量回復実績値、および次回の容量回復時期を通知する。
容量回復評価部78は、安全判定データベース88の内容と、容量回復処理(S22,S24)を実行した後の放電量データと、容量回復実績値データと、に基づいて、容量回復処理(S22,S24)が成功したか否かを判定する。
図3Bは、コンピュータ980のブロック図である。図3Aに示したサーバ機70、充電器54、ユーザ端末60およびデータベース部80は、何れも図3Bに示すコンピュータ980を、1台または複数台備えている。
図3Bにおいて、コンピュータ980は、CPU981と、記憶部982と、通信I/F(インタフェース)983と、入出力I/F984と、メディアI/F985と、を備える。ここで、記憶部982は、RAM982aと、ROM982bと、HDD982cと、を備える。
通信I/F983は、通信回路986に接続される。入出力I/F984は、入出力装置987に接続される。メディアI/F985は、記録媒体988からデータを読み書きする。ROM982bには、CPUによって実行される制御プログラム、各種データ等が格納されている。CPU981は、RAM982aに読み込んだアプリケーションプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。先に図3Aにおいて示した、サーバ機70の内部は、アプリケーションプログラム等によって実現される機能をブロックとして示したものである。
図4は電池パック20のブロック図である。図3Aに示した電池システム56は、この電池パック20を備えている。
図4において、電池パック20は、直列接続された複数の電池セル10と、複数のセルコントローラ22と、複数の電圧検出線23と、複数の熱電対24と、電池制御装置25と、通信線26,28と、電流センサ27と、を備えている。
セルコントローラ22は、電圧検出線23を介して電池セル10に接続され、これら電池セル10の状態、すなわちセル電圧V(図1参照)および温度を検出する。また、複数のセルコントローラ22は、通信線26を介して電池制御装置25に接続されている。また、電流センサ27は、直列接続された電池セル10に流れるセル電流Iを検出し、セル電流Iを電池制御装置25に通知する。電池制御装置25は、複数のセルコントローラ22から複数の電池セル10の状態を取得する。
電池制御装置25は、電流センサ27から取得したセル電流Iと、セルコントローラ22から取得した複数の電池セル10の状態と、に基づいて、電池パック20のSOC(state of charge;充電率)等を演算する。そして、電池制御装置25は、演算したSOC等のデータを、通信線28を介して、上位装置(例えば図3Aにおける充電器54またはサーバ機70)に通信する。
図5は、材料特性データベース82の概要を示す図である。
図5において、材料特性データベース82は、劣化状態データD10と、電位曲線データD50と、を対応付けて記憶している。ここで、劣化状態データD10は、稼働履歴データD11(稼働履歴)と、劣化率データD12(劣化率)と、を含んでいる。
稼働履歴データD11は、各電池セル10のSOC、温度、セル電圧Vおよびセル電流I、電圧降下率等の時系列データである。また、劣化率データD12は、電池パック20の容量劣化率SOHQと、電池パック20の抵抗劣化率SOHRと、各電池セル10の容量劣化率SOHQと、各電池セル10の抵抗劣化率SOHRと、を含んでいる。
また、電位曲線データD50は、正極電位曲線データD54と、負極電位曲線データD56と、を含んでいる。ここで、正極電位曲線データD54は、電池セル10の放電量または充電量に対する正極電位Ep(図1参照)の特性を示すものである。また、負極電位曲線データD56は、電池セル10の放電量または充電量に対する負極電位En(図1参照)の特性を示すものである。
図6は、劣化予測データベース84の概要を示す図である。
図6において、劣化予測データベース84は、様々な電池パック20(図4参照)について、上述した稼働履歴データD11と、上述した劣化率データD12と、を対応付けて記憶している。
図7は、容量回復データベース86の概要を示す図である。
図7において、容量回復データベース86は、劣化状態データD10と、回復上限容量データD20と、容量回復実績値データD24と、を対応付けて記憶している。ここで、回復上限容量データD20は、電池パック20(図4参照)において、容量回復処理によって回復可能な容量の上限値を示すデータである。
また、容量回復率データD22は、容量回復実績値データD24を回復上限容量データD20で除算した結果である。ここで、容量回復実績値データD24とは、容量回復処理によって回復した容量の実績値を示すデータである。また、容量回復データベース86も、上述した容量回復評価部78における判定結果が否定的であった場合、すなわち容量回復処理が失敗した場合のデータは含まない。
図8は、安全判定データベース88の概要を示す図である。
図8において安全判定データベース88は、放電量データD30と、容量回復実績値データD24と、安全判定データD32と、を対応付けて記憶している。ここで、放電量データD30とは、容量回復処理における放電量を示すデータである。
また、安全判定データD32とは、対応する放電量データD30および容量回復実績値データD24に対して、当該条件で容量回復処理を実行した場合の安全度を示すデータである。また、安全判定データベース88も、上述した容量回復評価部78における判定結果が否定的であった場合、すなわち容量回復処理が失敗した場合のデータは含まない。
〈第1実施形態の動作〉
次に、本実施形態の動作を説明する。
図9は、診断モード処理ルーチンのフローチャートである。
本ルーチンは、ユーザ端末60(図3A参照)において診断モード処理を実行すべき旨のコマンドが出力された場合に起動される。
まず、充電器54において処理がステップS2に進むと、充電器54は充電処理を実行する。このステップS2における充電処理は、間欠充電または低電流での充電処理である。すなわち、充電処理中に「セル電圧V=OCV(Open Circuit Voltage:端子開放電圧)」と見做せるタイミングが含まれるようにすることが好ましい。
次に、充電器54において処理がステップS4に進むと、充電器54は、サーバ機70に対して、先のステップS2において得られた稼働履歴データDn11を送信する。ここで、稼働履歴データDn11は、稼働履歴データD11(図6参照)と同様に、セル電流I(図5参照)、セル電圧V(図1参照)、電圧降下率、温度等のデータを含む。但し、稼働履歴データDn11は、先のステップS2において得られたものであり、一般的には劣化予測データベース84には未だ含まれていない。
一方、サーバ機70は、ステップS8において、充電器54から稼働履歴データDn11を受信する。次に、サーバ機70において処理がステップS10に進むと、サーバ機70の回復上限容量算出部72は、材料特性データベース82と、劣化予測データベース84と、を参照する。すなわち、回復上限容量算出部72は、充電器54から今回取得した稼働履歴データDn11に対して、近接する稼働履歴データD11と、対応する劣化率データD12と、を劣化予測データベース84から読み出す。
そして、回復上限容量算出部72は、読み出したデータに対して補間処理を施し、今回の稼働履歴データDn11に対応する劣化率データDn12(図示せず)を算出する。これにより、稼働履歴データDn11と劣化率データDn12とを合わせた劣化状態データDn10(図示せず)が得られる。次に、回復上限容量算出部72は、材料特性データベース82を参照し、劣化状態データDn10に対応する電位曲線データDn50を取得する。
まず、図10は、電位曲線データDn50の一例を示す図である。
図10において、電位曲線データDn50は、補正後正極電位曲線データDn54と、補正後負極電位曲線データDn56(負極電位曲線データ)と、を含んでいる。また、図中の電圧曲線データVxは、補正後正極電位曲線データDn54から補正後負極電位曲線データDn56を減算した結果である。図10の縦軸は、電圧および電位である。また、横軸は、放電容量[Ah]であり、その値「0」は満充電状態を現し、負値は過充電状態を表す。
回復上限容量算出部72は、以下のようにして電位曲線データDn50を取得する。まず、材料特性データベース82には、正極電位曲線データD54および負極電位曲線データD56が記憶されている。これらは、図10に示した補正後正極電位曲線データDn54および補正後負極電位曲線データDn56に近似した形状を有する。また、正極電位曲線データD54および負極電位曲線データD56の差分はセル電圧V(図1参照)の仮想的な特性が得られる。
この仮想的な特性は図10に示した電圧曲線データVxに近似した形状を有するが、一般的には電圧曲線データVxからは乖離している。そこで、回復上限容量算出部72は、正極電位曲線データD54および負極電位曲線データD56を横軸方向にシフトおよび伸縮することにより、セル電圧V(図1参照)の仮想的な特性が、電圧曲線データVxに最も近似するシフト量および伸縮率を求める。
そして、求めたシフト量および伸縮率に基づいて正極電位曲線データD54および負極電位曲線データD56を変形したものが、図10に示した補正後正極電位曲線データDn54および補正後負極電位曲線データDn56になる。
図9に戻り、次に、処理がステップS12に進むと、回復上限容量算出部72は、電位曲線データDn50に基づいて、回復上限容量期待値データDn20を算出する。ステップS12における処理の詳細を、再び図10および図11を参照し説明する。
まず図10において、補正後負極電位曲線データDn56に基づいて、SOCが0%であるときの負極電位Enを取得できる。その際の負極電位EnをEn0(充電情報)と呼ぶ。
図11は、図10に示した補正後負極電位曲線データDn56の要部の拡大図である。
補正後負極電位曲線データDn56における放電末端における放電容量をQeとする。すると、負極電位En0(充電情報)における放電容量すなわちSOC=0%の放電容量と、放電容量Qeと、の差分が、回復可能な上限容量に対応し、当該電池セル10の回復上限容量期待値データDn20になる。
図9に戻り、処理がステップS14に進むと、回復可能容量演算部74は、容量回復データベース86を参照する。
図7に示したように、容量回復データベース86は、劣化状態データD10と、回復上限容量データD20と、容量回復実績値データD24と、を対応付けて記憶している。
そこで、容量回復データベース86は、今回の回復上限容量期待値データDn20(図11参照)と、今回の劣化状態データDn10と、に対応する容量回復期待値データDn24を出力する。
次に、処理がステップS16に進むと、回復可能容量演算部74は、容量回復期待値データDn24を回復上限容量期待値データDn20で除算することにより、容量回復率期待値データDn22を算出する。
次に、処理がステップS18に進むと、回復可能容量演算部74は、算出した容量回復率期待値データDn22および容量回復期待値データDn24をユーザ端末60(図3A参照)に送信する。これにより、ユーザは、仮に電池システム56(図1参照)に対して容量回復処理を行った場合の容量回復率が、どの程度期待できるかを把握することができる。なお、上述した処理のうち、ステップS2~S16の処理を、「診断モード処理S100」と呼ぶ。
図12は、サーバ機70およびデータベース部80の要部の関係を示すブロック図である。
材料特性データベース82は、劣化状態データDn10、すなわち稼働履歴データDn11および劣化率データDn12に基づいて、電位曲線データDn50を出力する。回復上限容量算出部72は、電位曲線データDn50と、セル電圧Vとセル電流Iとに基づいて、回復上限容量期待値データDn20を出力する。容量回復データベース86は、劣化状態データDn10と回復上限容量期待値データDn20と、に基づいて、容量回復期待値データDn24を出力する。また、回復可能容量演算部74は、容量回復期待値データDn24を回復上限容量期待値データDn20で除算することにより、容量回復率期待値データDn22を出力する。
図13および図14は、容量回復処理ルーチンのフローチャートである。
本ルーチンは、ユーザ端末60において容量回復処理を実行すべき旨のコマンドが出力された場合に起動される。
まず、図13のステップS21において、充電器54が電池システム56に接続されると、充電器54はその旨をサーバ機70に通知する。次に、充電器54およびサーバ機70は、診断モード処理S100の内容(図9参照)を実行する。
診断モード処理S100が終了すると、回復可能容量演算部74は、以下に列挙する容量回復条件C1,C2,C3が全て充足されているか否かを判定する。
・C1:回復上限容量期待値データDn20が所定値以上である、
・C2:劣化率データD12に含まれる各電池セル10の容量劣化率SOHQが所定値以下である。
・C3:稼働履歴データDn11の中に異常な変化が見られない。
この容量回復条件C3に関してさらに説明すると、劣化予測データベース84(図6参照)には、各電池セル10について、過去の稼働履歴データD11および劣化率データD12が記録されている。これらの内容と、今回取得した稼働履歴データDn11および劣化率データDn12とを統計的に比較して異常な変化が見られないか否かを判定するとよい。
ステップS32において「No」と判定されると、サーバ機70において処理はステップS36に進む。回復可能容量演算部74は、「容量回復処理が不可能である」旨をユーザ端末60に送信し、本ルーチンの処理が終了する。一方、ステップS32において「Yes」と判定されると、サーバ機70において処理はステップS34に進み、容量回復制御部76は、通信モジュール52を介して、充電器54に対して、容量回復指令SC2を出力する。
充電器54は、容量回復指令SC2を受信すると、処理はステップS22(容量回復処理)に進む。ここでは、充電器54は、容量回復処理のために、セル電圧Vが所定値に至るまでCCCV放電(定電流定電圧放電)処理を実行する。次に、充電器54において処理がステップS24に進むと、充電器54は、電池パック20に対して、間欠充電または小電流充電を実行する。次に、処理がステップS24に進むと、充電器54は、サーバ機70に対して充電結果報告データSC4を出力し、充電器54における処理が終了する。ここで、充電結果報告データSC4は、ステップS22の放電処理およびステップS24の充電処理におけるセル電圧V、セル電流I、温度等の時系列データである。
サーバ機70が充電結果報告データSC4を受信すると、サーバ機70において処理はステップS38(図14参照)に進む。ここでは、容量回復評価部78は、充電結果報告データSC4に基づいて、回復上限容量期待値データDn20と、放電量データDn30と、容量回復実績値データDc24と、を算出する。
次に、処理がステップS40に進むと、容量回復評価部78は、容量回復データベース86(図7参照)を読み出す。すなわち、容量回復評価部78は、容量回復データベース86に蓄積されている過去の回復上限容量データD20と、容量回復実績値データD24と、を取得する。
次に、処理がステップS42に進むと、容量回復評価部78は、統計的比較処理を行う。すなわち、容量回復評価部78は、今回取得した回復上限容量期待値データDn20と過去の回復上限容量データD20とに対して統計的比較処理を行い、今回取得した容量回復実績値データDc24と過去の容量回復実績値データD24とに対して統計的比較処理を行う。例えば、容量回復評価部78は、過去の回復上限容量データD20の平均値と標準偏差とを算出し、算出した平均値と回復上限容量期待値データDn20とを比較する。さらに、容量回復評価部78は、過去の容量回復実績値データD24の平均値と標準偏差とを算出し、算出した平均値と容量回復実績値データDc24とを比較することが考えられる。
次に、処理がステップS44に進むと、統計的比較処理(ステップS42)の結果、回復上限容量期待値データDn20および容量回復実績値データDc24が共に妥当性を有するか否かを判定する。例えば、回復上限容量データD20の平均値をQaとし、標準偏差をσaとしたとき、回復上限容量期待値データDn20が、「Qa±3σa」の範囲であれば、回復上限容量期待値データDn20は妥当性を有し、それ以外の場合は妥当性が無い、と判定することができる。同様に、容量回復実績値データD24の平均値をQbとし、標準偏差をσbとしたとき、容量回復実績値データDc24が、「Qb±3σb」の範囲であれば、容量回復実績値データDc24は妥当性を有し、それ以外の場合は妥当性が無い、と判定することができる。
回復上限容量期待値データDn20または容量回復実績値データDc24に妥当性が無かった場合、ステップS44において「No」と判定され処理はステップS50に進む。ここでは、容量回復評価部78は、ユーザ端末60に対して異常通知を行い、本ルーチンの処理が終了する。例えば、容量回復評価部78は、ユーザ端末60に対して、「電池システム56が異常である」点、および「電池システム56の使用中止を推奨する」点を通知するとよい。また、ユーザ端末60には、通知された内容が表示される。
一方、回復上限容量期待値データDn20および容量回復実績値データDc24が共に妥当性を有する場合、ステップS44において「Yes」と判定され処理はステップS46に進む。ここでは、容量回復評価部78は、回復上限容量期待値データDn20および容量回復実績値データDc24を追加するように、容量回復データベース86(図7参照)および安全判定データベース88(図8参照)の内容を更新する。
次に、処理がステップS48に進むと、容量回復評価部78は、ユーザ端末60に対して、容量回復が完了した旨、および容量回復実績値データDc24を送信し、本ルーチンの処理が終了する。また、ユーザ端末60には、通知された内容が表示される。
図15は、容量回復処理時における放電量データD30の分布状態の一例を示す図である。
図15において横軸は、容量回復処理時における放電量データD30であり、縦軸は容量回復実績数、すなわち容量回復を行った実績の数である。放電量データD30の標準偏差をσcとしたとき、容量回復処理時における大部分の放電量データD30は、その平均値(分散=0)に対して「±3σb」の範囲に収まる。従って、ステップS38(図14参照)において計算した放電量データDn30が「±3σb」の範囲を超えると、当該放電量データDn30は妥当性が無いと考えられる。
図16は、回復上限容量データD20の分布状態の一例を示す図である。
図16において横軸は、回復上限容量データD20であり、縦軸は容量回復実績数、すなわち容量回復を行った実績の数である。回復上限容量データD20の標準偏差をσaとしたとき、大部分の回復上限容量データD20は、その平均値(分散=0)に対して「±3σa」の範囲に収まる。従って、ステップS38(図14参照)において計算した回復上限容量期待値データDn20が「±3σa」の範囲を超えると、当該回復上限容量期待値データDn20は妥当性が無いと考えられる。
[第2実施形態]
図17は、第2実施形態による電池容量回復システム120のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した第1実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
電池容量回復システム120の構成は、上述した第1実施形態の電池容量回復システム100(図3A参照)のものと同様であるが、第1実施形態の充電器54に代えて、本実施形態においては充電器58が設けられている。充電器58は、必要に応じて電池システム56を充電するが、充電器58は、特にサーバ機70からの制御を受けずに動作することができる。例えば、電池システム56がハイブリッド車に適用される場合、当該ハイブリッド車のエンジンおよび発電機が、充電器58であると考えることができる。上述した以外の第2実施形態の構成は、第1実施形態のものと同様である。
図18は、本実施形態における診断処理のフローチャートである。
まず、電池システム56に装着された通信モジュール52は、第1実施形態のもの(図9参照)とは異なり、電池システム56の運用中に、ステップS6の処理を繰り返し実行する。そして、ステップS6において、通信モジュール52は、電池システム56の状態を取得し、その結果である稼働履歴データDn11をサーバ機70に送信する。
本実施形態においても、サーバ機70は、ステップS8において材料特性データベース82および劣化予測データベース84を参照し、電位曲線データDn50を取得する。電池システム56の通常の稼働時における稼働履歴データDn11に基づいて電位曲線データDn50を取得する方法としては、種々の方法が知られている。本実施形態では、これらのうち任意の方法を適用して電位曲線データDn50を取得するとよい。その他、サーバ機70におけるステップS8~S18の処理内容は、第1実施形態のもの(図9参照)と同様である。上述した処理のうち、ステップS6,S8~S16の処理を、「稼働時診断処理S120」と呼ぶ。
図19は、本実施形態における容量回復処理ルーチンのフローチャートである。
図19において、充電器54およびサーバ機70は、稼働時診断処理S120の内容(図18参照)を実行する。稼働時診断処理S120の後の処理は、第1実施形態のもの(図13、図14参照)と同様である。すなわち、ステップS34の処理が終了した後、サーバ機70が充電結果報告データSC4を受信すると、サーバ機70においてステップS38(図14参照)以降の処理が実行される。
[実施形態の効果]
以上のように上述の第1実施形態によれば、電池容量回復システム100は、直列接続された複数の電池セル10と複数の電池セル10を制御する電池制御装置25とを有する二次電池(20)を備える電池システム56と、電池システム56を充電する充電器54,58と、電池システム56に関する情報を格納するデータベース部80に接続された処理装置(70)と、電池システム56または充電器54,58に接続され処理装置(70)との間で情報を入出力する通信装置(52)と、を備え、処理装置(70)は、電池システム56と充電器54,58とが接続されているときに、通信装置(52)から、電池セル10のセル電圧Vの時系列データと、電池セル10に流れる電流であるセル電流Iの時系列データと、を含む稼働履歴(Dn11)を取得するデータ取得部71と、稼働履歴(Dn11)に基づいて、二次電池(20)において容量回復可能な期待値である回復容量期待値(Dn20)を算出する回復容量算出部(72)と、回復容量期待値(Dn20)に基づいて、通信装置(52)を介して、二次電池(20)に対して容量回復処理(S22,S24)を実行すべき旨の容量回復指令SC2を出力する容量回復制御部76と、容量回復処理(S22,S24)が実行中か否か、または容量回復処理(S22,S24)のスケジュールを、所定の端末装置(60)に送信する報知部77と、を備える。これにより、二次電池(20)において容量回復可能な期待値である回復容量期待値(Dn20)を算出し、所定の端末装置(60)に送信できるため、二次電池(20)の容量を適切に回復できる。
また、上述の第2実施形態によれば、直列接続された複数の電池セル10と複数の電池セル10を制御する電池制御装置25とを有する二次電池(20)を備える電池システム56と、電池システム56に関する情報を格納するデータベース部80に接続された処理装置(70)と、電池システム56に接続され処理装置(70)との間で情報を入出力する通信装置(52)と、を備え、処理装置(70)は、通信装置(52)から、電池セル10のセル電圧Vの時系列データと、電池セル10に流れる電流であるセル電流Iの時系列データと、を含む稼働履歴(Dn11)を取得するデータ取得部71と、稼働履歴(Dn11)に基づいて、二次電池(20)において容量回復可能な期待値である回復容量期待値(Dn20)を算出する回復容量算出部(72)と、回復容量期待値(Dn20)に基づいて、通信装置(52)を介して、二次電池(20)に対して容量回復処理(S22,S24)を実行すべき旨の容量回復指令SC2を出力する容量回復制御部76と、容量回復処理(S22,S24)が実行中か否か、または容量回復処理(S22,S24)のスケジュールを、所定の端末装置(60)に送信する報知部77と、を備える。これによっても、二次電池(20)において容量回復可能な期待値である回復容量期待値(Dn20)を算出し、所定の端末装置(60)に送信できるため、二次電池(20)の容量を適切に回復できる。
また、電池セル10は、正極12と負極13とを備え、回復容量算出部(72)は、充電情報(En0)と、電池セル10の劣化率(D12)と、電池セル10の稼働履歴(Dn11)と、に基づいて、回復容量期待値(Dn20)を算出する機能をさらに備え、充電情報(En0)と劣化率(D12)と稼働履歴(Dn11)と、二次電池(20)における実際の容量回復量である容量回復実績値(Dc24)と、に基づいて回復容量期待値(Dn20)の算出アルゴリズムを補正する容量回復量予測補正部79をさらに備えると一層好ましい。これにより、容量回復量予測補正部79は、回復容量期待値(Dn20)の算出アルゴリズムを適切なものに補正することができる。
また、充電情報(En0)は、電池セル10のSOCが0%の場合における負極13の電位と相関のある値であると一層好ましい。これにより、充電情報(En0)に基づいて、電池セル10のSOCが0%の場合における負極13の電位を求めることができる。
また、処理装置(70)は、稼働履歴(D11)と劣化率(D12)との対応関係を記憶する劣化予測データベース84に基づいて、対象とする二次電池(20)における稼働履歴(Dn11)と劣化率(Dn12)とが所定の妥当性を有するか否かを判定する稼働履歴・劣化率妥当性判定部75をさらに備え、容量回復制御部76は、稼働履歴・劣化率妥当性判定部75における判定結果が否定的である場合は容量回復処理(S22,S24)の実行を禁止すると一層好ましい。これにより、稼働履歴(Dn11)または劣化率(Dn12)が所定の妥当性を有しない場合に、容量回復処理(S22,S24)の実行を禁止することができる。
また、処理装置(70)は、放電量データD30と、容量回復実績値データD24と、の関係を記憶する関係記憶データベース(88)の内容と、容量回復処理(S22,S24)を実行した後の放電量データDn30と、容量回復実績値(Dc24)と、の関係に基づいて、容量回復処理(S22,S24)が成功したか否かを判定する(S44)容量回復評価部78をさらに備えると一層好ましい。これにより、容量回復処理(S22,S24)が成功したか否かを適切に判定することができる。
また、関係記憶データベース(88)は、容量回復評価部78における判定結果が否定的であった場合のデータを含まないと一層好ましい。これにより、容量回復評価部78における判定結果が否定的であった場合のデータを関係記憶データベース(88)から除外できる。
また、容量回復評価部78は、容量回復実績値データD24と、回復上限容量データD20と、の関係を記憶する容量回復データベース86を参照し、回復容量期待値(Dn20)と、容量回復処理(S22,S24)が終了した後の容量回復実績値(Dc24)と、の関係に基づいて、容量回復処理(S22,S24)が成功したか否かを判定する(S44)機能をさらに備えると一層好ましい。これにより、回復容量期待値(Dn20)と、容量回復実績値(Dc24)との関係に基づいて、容量回復処理(S22,S24)が成功したか否かを判定することができる
また、容量回復データベース86は、容量回復評価部78における判定結果が否定的であった場合のデータを含まないと一層好ましい。これにより、容量回復評価部78における判定結果が否定的であった場合のデータを容量回復データベース86から除外できる。
また、報知部77は、さらに、端末装置(60)に対して、回復容量期待値(Dn20)、容量回復実績値(Dc24)、および次回の容量回復時期を通知する機能を備えると一層好ましい。これにより、報知部77は、端末装置(60)に対して、回復容量期待値(Dn20)、容量回復実績値(Dc24)、および次回の容量回復時期を通知することができる。
[変形例]
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
(1)上記実施形態におけるユーザ端末60、サーバ機70、データベース部80のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、上述したフローチャート等に示した各種処理を実行するプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
(2)上述した各フローチャート等に示した処理は、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit;特定用途向けIC)、あるいはFPGA(Field Programmable Gate Array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。
10 電池セル
12 正極
13 負極
20 電池パック(二次電池)
25 電池制御装置
52 通信モジュール(通信装置)
54,58 充電器
56 電池システム
60 ユーザ端末(端末装置)
70 サーバ機(処理装置)
71 データ取得部
72 回復上限容量算出部(回復容量算出部)
74 回復可能容量演算部
75 稼働履歴・劣化率妥当性判定部
76 容量回復制御部
77 報知部
78 容量回復評価部
79 容量回復量予測補正部
80 データベース部
82 材料特性データベース
84 劣化予測データベース
86 容量回復データベース
88 安全判定データベース(関係記憶データベース)
100,120 電池容量回復システム
I セル電流
V セル電圧
D11 稼働履歴データ(稼働履歴)
D12 劣化率データ(劣化率)
D20 回復上限容量データ
D24 容量回復実績値データ
D30 放電量データ
En0 負極電位(充電情報)
SC2 容量回復指令
Dc24 容量回復実績値データ(容量回復実績値)
Dn11 稼働履歴データ(稼働履歴)
Dn12 劣化率データ(劣化率)
Dn20 回復上限容量期待値データ(回復容量期待値)
Dn30 放電量データ
Dn50 電位曲線データ
Dn56 補正後負極電位曲線データ(負極電位曲線データ)
S22,S24 ステップ(容量回復処理)

Claims (10)

  1. 直列接続された複数の電池セルと複数の前記電池セルを制御する電池制御装置とを有する二次電池を備える電池システムと、
    前記電池システムを充電する充電器と、
    前記電池システムに関する情報を格納するデータベース部に接続された処理装置と、
    前記電池システムまたは前記充電器に接続され前記処理装置との間で情報を入出力する通信装置と、を備え、
    前記処理装置は、
    前記電池システムと前記充電器とが接続されているときに、前記通信装置から、前記電池セルのセル電圧の時系列データと、前記電池セルに流れる電流であるセル電流の時系列データと、を含む稼働履歴を取得するデータ取得部と、
    前記稼働履歴に基づいて、前記二次電池において容量回復可能な期待値である回復容量期待値を算出する回復容量算出部と、
    前記回復容量期待値に基づいて、前記通信装置を介して、前記二次電池に対して容量回復処理を実行すべき旨の容量回復指令を出力する容量回復制御部と、
    前記容量回復処理が実行中か否か、または前記容量回復処理のスケジュールを、所定の端末装置に送信する報知部と、を備える
    ことを特徴とする電池容量回復システム。
  2. 前記電池セルは、正極と負極とを備え、
    前記回復容量算出部は、充電情報と、前記電池セルの劣化率と、前記電池セルの前記稼働履歴と、に基づいて、前記回復容量期待値を算出する機能をさらに備え、
    前記充電情報と前記劣化率と前記稼働履歴と、前記二次電池における実際の容量回復量である容量回復実績値と、に基づいて前記回復容量期待値の算出アルゴリズムを補正する容量回復量予測補正部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の電池容量回復システム。
  3. 前記充電情報は、前記電池セルのSOCが0%の場合における前記負極の電位と相関のある値である
    ことを特徴とする請求項2に記載の電池容量回復システム。
  4. 前記処理装置は、前記稼働履歴と前記劣化率との対応関係を記憶する劣化予測データベースに基づいて、対象とする前記二次電池における前記稼働履歴と前記劣化率とが所定の妥当性を有するか否かを判定する稼働履歴・劣化率妥当性判定部をさらに備え、
    前記容量回復制御部は、前記稼働履歴・劣化率妥当性判定部における判定結果が否定的である場合は前記容量回復処理の実行を禁止する
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の電池容量回復システム。
  5. 前記処理装置は、放電量データと、容量回復実績値データと、の関係を記憶する関係記憶データベースの内容と、前記容量回復処理を実行した後の放電量データと、前記容量回復実績値と、の関係に基づいて、前記容量回復処理が成功したか否かを判定する容量回復評価部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項2ないし4の何れか一項に記載の電池容量回復システム。
  6. 前記関係記憶データベースは、前記容量回復評価部における判定結果が否定的であった場合のデータを含まない
    ことを特徴とする請求項5に記載の電池容量回復システム。
  7. 前記容量回復評価部は、
    前記容量回復実績値データと、回復上限容量データと、の関係を記憶する容量回復データベースを参照し、前記回復容量期待値と、前記容量回復処理が終了した後の前記容量回復実績値と、の関係に基づいて、前記容量回復処理が成功したか否かを判定する機能をさらに備える
    ことを特徴とする請求項5または6に記載の電池容量回復システム。
  8. 前記容量回復データベースは、前記容量回復評価部における判定結果が否定的であった場合のデータを含まない
    ことを特徴とする請求項7に記載の電池容量回復システム。
  9. 直列接続された複数の電池セルと複数の前記電池セルを制御する電池制御装置とを有する二次電池を備える電池システムと、
    前記電池システムに関する情報を格納するデータベース部に接続された処理装置と、
    前記電池システムに接続され前記処理装置との間で情報を入出力する通信装置と、を備え、
    前記処理装置は、前記通信装置から、前記電池セルのセル電圧の時系列データと、前記電池セルに流れる電流であるセル電流の時系列データと、を含む稼働履歴を取得するデータ取得部と、
    前記稼働履歴に基づいて、前記二次電池において容量回復可能な期待値である回復容量期待値を算出する回復容量算出部と、
    前記回復容量期待値に基づいて、前記通信装置を介して、前記二次電池に対して容量回復処理を実行すべき旨の容量回復指令を出力する容量回復制御部と、
    前記容量回復処理が実行中か否か、または前記容量回復処理のスケジュールを、所定の端末装置に送信する報知部と、を備える
    ことを特徴とする電池容量回復システム。
  10. 前記報知部は、さらに、前記端末装置に対して、前記回復容量期待値、前記容量回復実績値、および次回の容量回復時期を通知する機能を備える
    ことを特徴とする請求項2ないし8の何れか一項に記載の電池容量回復システム。
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