JP4853486B2 - 電池評価方法及び電池評価装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電池評価方法及び電池評価装置に関する。
電気自動車は、一般的な自動車と同様に長期に亘って使用される場合が多い（例えば、１０年間又は１０万ｋｍ走行）。そして、電気自動車における主要なエネルギー源である電池（例えば、リチウムイオン電池）は、電気自動車の使用期間中の製品寿命を満足することが望まれる。このため、電池が電気自動車の使用期間中の製品寿命を満足しているかどうかを評価する電池評価方法及び電池評価装置が知られている。なお、従来の電池評価装置の一例が下記特許文献１に開示されている。
特開２００７−２９２６５４号公報
しかしながら、従来の電池評価方法及び電池評価装置により電池が製品寿命を満足しているかどうかを評価する場合、寿命期間（例えば、車両１０年間保存＝電池１０年間保存）や総走行距離（例えば、車両１０万ｋｍ走行＝電池所定Ａｈ相当の充放電）等の車両の条件と電池の状態との相関関係を取ることは可能であるが、寿命期間中に電池が滞在する温度の条件と電池の状態との相関性を取ることは非常に困難である。
そして、リチウムイオン電池の場合、寿命期間中に滞在する温度帯や滞在時間の度合によって、寿命の劣化の速度が大きく異なるため、評価時に電池の滞在する温度帯と滞在する時間の度合の選択を誤ると、電気自動車の実際の使用時の寿命と大きく異なる評価結果を得ることとなってしまう。
特に、現在市場に流通している有機電解液を用いたリチウムイオン電池は、常温以上の高温領域においては、常温と比べて、寿命劣化の度合いが大きいことが知られている。また、従来の電池評価方法及び電池評価装置において、リチウムイオン電池の寿命の劣化の評価の温度条件として主流となっている温度条件は、２５℃一定、４５℃一定、６０℃一定といったものであり、評価期間中に一定の温度帯でしか寿命の劣化の評価を行っていない。
以上のことから、本発明は、実際の使用時の条件に近い条件で電池の評価を行うことが可能な電池評価方法及び電池評価装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するための第１の発明に係る電池評価方法は、
電池が使用される場所を想定場所として選定し、
前記想定場所における所定期間の温度帯別の滞在時間を取得し、
前記温度帯別の滞在時間における所定の温度帯の滞在時間を基準として各温度帯の滞在時間を同一の割合で短縮して温度サイクルを取得し、
所定の評価期間中、前記温度サイクルに基き前記電池の温度を変化させる
ことを特徴とする。
上記の課題を解決するための第２の発明に係る電池評価方法は、第１の発明に係る電池評価方法において、
前記所定の温度帯は、リチウムイオン電池の寿命の劣化が著しい温度帯とする
ことを特徴とする。
上記の課題を解決するための第３の発明に係る電池評価装置は、
評価対象である電池と、
前記電池を任意の温度に保つ保温手段と、
前記電池を充電及び放電する充放電手段と、
前記保温手段及び前記充放電手段を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
予め、前記電池が使用される場所を想定場所として選定し、
前記想定場所における所定期間の温度帯別の滞在時間を取得し、
前記温度帯別の滞在時間における所定の温度帯の滞在時間を基準として各温度帯の滞在時間を同一の割合で短縮して取得しておいた温度サイクルに基き、
所定の評価期間中、前記保温手段の温度を変化させる
ことを特徴とする。
上記の課題を解決するための第４の発明に係る電池評価装置は、第３の発明に係る電池評価装置において、
前記所定の温度帯は、リチウムイオン電池の寿命の劣化が著しい温度帯とする
ことを特徴とする。
本発明によれば、実際の使用に近い条件で電池の評価を行うことが可能な電池評価方法及び電池評価装置を実現することができる。
以下、本発明に係る電池評価方法及び電池評価装置の実施形態について図を用いて説明する。なお、図１は本発明に係る電池評価装置の装置構成図、図２は本発明に係る電池評価方法における評価の手順を示したフロー図である。
はじめに、本発明に係る電池評価装置の装置構成について説明する。
図１に示すように、電池１は、任意の温度及び湿度に設定することができる恒温恒湿槽２の内部に設置されている。恒温恒湿槽２は熱源冷房装置３から温風又は冷風が供給されることで温度を調整することができ、また、熱源冷房装置３により加湿又は除湿されることにより湿度を調節することができるようなっている。熱源冷房装置３は、制御装置４により温度、湿度及び風量が制御されている。
電池１は、充放電装置５により充電及び放電が行われるようになっている。充放電装置５は、制御装置４により電圧、電流及び電力が制御されている。そして、電池１は、モニター装置６により電圧、電力、電流、容量、温度及びこれらの変化率及びこれらの波形並びにエネルギー効率等が監視され、モニター装置６は、これらの情報を制御装置４へ出力することで熱源冷房装置３及び充放電装置５を制御することにより、電池１の寿命の評価を行うことが可能となっている。
次に、本発明に係る電池評価方法の評価の手順について説明する。
図２に示すように、はじめに、ステップＳ１において、電池１が使用される場所を想定場所として選定する。なお、想定場所については、どのような気候の場所を選定してもよいが、本実施形態においては、リチウムイオン電池の寿命の評価を例として説明を行うため、想定場所として、例えば３５℃以上で寿命劣化の著しいリチウムイオン電池に対して、３５℃以上における滞在時間が長い場所を選定した場合を例として説明する。
次に、ステップＳ２において、想定場所の例えば１年間の気温のデータから、電池１が想定場所において１年間に滞在する温度帯別の滞在時間を取得する。ここで、例として、電池１の想定場所における１年間の温度帯別の滞在時間を下記表１に示す。
Figure 0004853486
次に、ステップＳ３において、高温温度帯の１日の滞在時間を基準として１年間の高温温度帯の滞在時間を短縮し、この短縮した高温温度帯の滞在時間と同一の割合で１年間の各温度帯の滞在時間を短縮することにより、１サイクル分の温度サイクルを取得する。
なお、本実施形態においては、リチウムイオン電池の寿命の劣化が著しい温度帯である高温温度帯の滞在時間を基準として各温度帯の時間スケールを短縮しているが、評価を行う各種の電池の特性に応じて基準とする温度帯を選定することで評価を行う各種の電池の特性に応じた評価を行うことが可能である。このため、例えば、低温に弱い電池について評価を行う場合には、低温帯を基準として各温度帯の時間スケールを短縮して評価を行うようにしてもよい。
ここで、本実施形態における温度サイクルの具体的な算出方法の例について説明する。
はじめに、リチウムイオン電池の場合、高温温度帯（例として、３５℃以上）の滞在時間について寿命の劣化の評価を行うために、この高温帯の１日の滞在時間を基準とすることにより求めた、短縮した高温帯の滞在時間を取得する。
これにより、例えば、リチウムイオン電池の場合、寿命の劣化が著しい３５℃以上の温度帯の滞在時間が短すぎると、熱がリチウムイオン電池内部にまで到達する前に次の温度帯に移行してしまうことにより、的確な評価が行えなくなるという問題を回避することができる。さらに、高温温度帯の滞在時間が実際の使用時に１日に滞在する時間よりも長すぎると、リチウムイオン電池の寿命の劣化が実際の使用時以上に進んでしまうことにより、的確な評価が行えなくなるという問題も回避することができる。
本実施形態においては、例として、３５℃以上の温度帯の１日の滞在時間が３．７時間の場合を想定した。この場合、係数ｘは、３５℃以上の温度帯の１年間の滞在時間が１１日２０時間、すなわち２８４時間であるため、ｘ＝３．７／２８４≒０．０１３となる。そして、１年間の各温度帯の滞在時間に算出した係数ｘを乗算して短縮した各温度帯の滞在時間を求めることにより、１サイクル分の温度サイクルを算出する。ここで、上記表１に示した各温度帯の滞在時間を短縮して求めた、１サイクル分の温度サイクルにおける各温度帯の滞在時間を下記表２に示す。
Figure 0004853486
最後に、ステップＳ４において、所定の評価期間中、温度サイクルに基き制御装置４により恒温恒湿槽２を制御して電池１の温度を変化させ、さらに、制御装置４により充放電装置５を制御して電池１の充電及び放電を行う。なお、評価期間については、必要に応じて適宜長さを決定することが可能である。なお、本実施形態では、１年間、１日として説明しているが、特にこの期間に限定する必要はない。
このように、電池１の寿命の評価を行う場合、従来は一定温度で行っていたのに対し、本実施形態では変動温度とすることにより、電池１の寿命の評価を行う温度条件を実際の使用時の温度条件に近似させることができる。
また、リチウムイオン電池のように高温温度帯における寿命の劣化が著しい電池の場合には、高温温度帯の滞在時間を基準として各温度帯の滞在時間を短縮することにより、実際の使用時の温度条件により近い温度条件で寿命の劣化の評価を行うことができる。なお、本実施形態では、例として温度について寿命の劣化の評価を行ったが、さらに、想定場所の１年間の湿度等のデータから湿度別の滞在時間等を取得することにより、より実際の使用時の条件に近い評価を行うことも可能である。
以上のように、本実施形態に係る電池評価方法及び電池評価装置によれば、実際の使用時の条件に近い条件で電池の評価を行うことが可能な電池評価方法及び電池評価装置を実現することができる。
本発明は、例えば、電気自動車の電池の評価を行う電池評価方法及び電池評価装置に利用することが可能である。
本発明に係る電池評価装置の装置構成図である。 本発明に係る電池評価方法における評価の手順を示したフロー図である。
符号の説明
１ 電池
２ 恒温恒湿槽
３ 熱源冷房装置
４ 制御装置
５ 充放電装置
６ モニター装置

Claims (4)

  1. 電池が使用される場所を想定場所として選定し、
    前記想定場所における所定期間の温度帯別の滞在時間を取得し、
    前記温度帯別の滞在時間における所定の温度帯の滞在時間を基準として各温度帯の滞在時間を同一の割合で短縮して温度サイクルを取得し、
    所定の評価期間中、前記温度サイクルに基き前記電池の温度を変化させる
    ことを特徴とする電池評価方法。
  2. 前記所定の温度帯は、リチウムイオン電池の寿命の劣化が著しい温度帯とする
    ことを特徴とする請求項１に記載の電池評価方法。
  3. 評価対象である電池と、
    前記電池を任意の温度に保つ保温手段と、
    前記電池を充電及び放電する充放電手段と、
    前記保温手段及び前記充放電手段を制御する制御手段と
    を備え、
    前記制御手段は、
    予め、前記電池が使用される場所を想定場所として選定し、
    前記想定場所における所定期間の温度帯別の滞在時間を取得し、
    前記温度帯別の滞在時間における所定の温度帯の滞在時間を基準として各温度帯の滞在時間を同一の割合で短縮して取得しておいた温度サイクルに基き、
    所定の評価期間中、前記保温手段の温度を変化させる
    ことを特徴とする電池評価装置。
  4. 前記所定の温度帯は、リチウムイオン電池の寿命の劣化が著しい温度帯とする
    ことを特徴とする請求項３に記載の電池評価装置。
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