JP5103325B2

JP5103325B2 - 二次電池の再利用方法

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Publication number: JP5103325B2
Application number: JP2008210030A
Authority: JP
Inventors: 活徳前川; 利明中西; 克典児守
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-08-18
Also published as: JP2010045002A; US20100040939A1; US8389137B2

Description

本発明は、ユーザから回収した複数の組電池の二次電池を組み合わせて新たな組電池の再構成を行うのに好適な二次電池の再利用方法に関するものである。

電気自動車やハイブリッド自動車等の電源には、複数の二次電池で構成される組電池が用いられている。このように車両の電源として用いる組電池において、ユーザから回収した組電池を再利用可能な性能を有する組電池に再構成（リビルト）して再びユーザに提供する再利用技術が検討されている。この場合、使用履歴のある組電池では電池特性（過充電、過放電、メモリ効果による電圧バラツキ、総充放電電気容量など）に変化が生じるが、その使用環境や使用頻度で組電池の電池特性の変化態様が異なり、また組電池を構成する個々の二次電池間においても個体差等から電池特性の変化態様が異なる。そのため、回収した複数の組電池のその二次電池の中で特に電池特性に優れたものを選別し、それらを組み合わせて組電池の再構成が行われる。

そこで、回収した二次電池の選別を行うには二次電池の評価を行う必要があり、その評価方法には、例えば特許文献１や特許文献２にて示されるようなものがあった。特許文献１では、二次電池（バッテリ）の使用に伴い放電特性が変化することを利用し、該二次電池の放電特性曲線からその使用後の電池特性を検出する方法が示されている。また、特許文献２では、二次電池（バッテリ）の電解液量と充電容量（バッテリ容量）との関係を予め評価しておき、電池の重量変化の測定から電解液の残存量変化を予測し、その予測に基づいて二次電池の寿命を評価する方法が示されている。
特許第２７２７１４９号公報特許第３３６４０４９号公報

しかしながら、上記特許文献１，２の方法を用いて評価された個々の二次電池の絶対的特性に注視して組電池の再構成を行っても、複数の二次電池の組み合わせよりなる組電池では、個々の二次電池の絶対的特性はもとより相対的特性が近似（特性のバラツキが小さい）して初めて信頼性が確保できるものであるため、絶対的特性に優れた二次電池が含まれていても、組電池として再利用可能な性能が得られない場合があった。そのため、回収した個々の二次電池において、絶対的特性に加えて相対的特性を検討する必要があり、その簡易な手法が確立されていなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易な手法により、ユーザから回収した二次電池を用いて再構成した組電池を再利用可能な組電池とすることができる二次電池の再利用方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の二次電池で構成される組電池において、ユーザから回収した複数の前記組電池の二次電池を組み合わせて新たな組電池の再構成を行う二次電池の再利用方法であって、前記二次電池に製造日及び初期重量を少なくとも含む初期の個体情報を予め保持させて前記組電池を構成しておき、ユーザから回収した複数の前記組電池を前記個体情報の保持された前記二次電池毎に解体する解体ステップと、前記解体ステップで解体された前記二次電池の前記初期の個体情報と解体後の個体情報とに基づいて、前記二次電池をグループ毎に分類する分類ステップと、前記分類ステップにて分類されたグループの中の前記二次電池を用いて前記組電池の再構成を行う再構成ステップとを含むことをその要旨とする。

この発明では、二次電池に製造日及び初期重量を少なくとも含む初期の個体情報を予め保持させて組電池を構成し、解体ステップにて、ユーザから回収した複数の組電池がその個体情報の保持された二次電池毎に解体される。次いで分類ステップにて、解体された二次電池の初期の個体情報と解体後の個体情報とに基づいて、二次電池がグループ毎に分類される。次いで再構成ステップにて、分類されたグループの中の二次電池を用いて組電池の再構成が行われる。これにより、グループ内の二次電池は電池特性が近似していることになり、二次電池の絶対的特性はもとより相対的特性を考慮して組電池の再構成がなされるため、簡易な手法で、再利用可能な再構成組電池を得ることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の二次電池の再利用方法において、前記分類ステップでは、前記二次電池の前記初期の個体情報と前記解体後の個体情報とから前記二次電池の使用環境を推定し、その推定した使用環境から前記二次電池をグループ毎に分類することをその要旨とする。

この発明では、分類ステップでは、二次電池の初期の個体情報と解体後の個体情報とから二次電池の使用環境が推定され、その推定された使用環境から二次電池がグループ毎に分類される。つまり、二次電池の使用環境が近似することで電池の電池特性も近似するため、的確な分類が可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の二次電池の再利用方法において、前記分類ステップでは、更に、前記二次電池の前記初期の個体情報と前記解体後の個体情報とから前記二次電池の使用頻度を推定し、その推定した使用頻度から前記二次電池をグループ毎に分類することをその要旨とする。

この発明では、分類ステップでは、更に、二次電池の初期の個体情報と解体後の個体情報とから二次電池の使用頻度が推定され、その推定された使用頻度から二次電池がグループ毎に細分類される。つまり、二次電池の使用頻度が近似することでも電池の電池特性が近似するためこれをもとに細分類することで、より的確な分類が可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の二次電池の再利用方法において、前記二次電池の使用頻度の推定は、解体前の前記二次電池の組付け位置における所定位置間の重量減差に基づいて行うことをその要旨とする。

この発明では、二次電池の使用頻度の推定が、解体前の二次電池の組付け位置における所定位置間の重量減差に基づいて行われる。即ち、二次電池の温度分布の影響等から二次電池の組付け位置において使用に伴う重量減に差が生じ、その重量減差と使用頻度とに相関を有するため、使用頻度の推定を容易且つ的確に行うことが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池の再利用方法において、前記分類ステップでは、前記二次電池が再構成組電池に再利用可能な適合品か再利用不能な不適合品かの判定が行われることをその要旨とする。

この発明では、分類ステップにおいて、二次電池が再構成組電池に再利用可能な適合品か再利用不能な不適合品かの判定が行われる。これにより、再利用可能な組電池の再構成を容易且つ確実に行うことが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池の再利用方法において、前記二次電池に保持する前記個体情報として少なくとも再構成を行った旨の情報を保持させる情報再保持ステップを更に含むことをその要旨とする。

この発明では、情報再保持ステップにて、二次電池に保持する個体情報として少なくとも再構成に使用する旨の情報が保持される。これにより、再構成された二次電池か否かを容易に分別可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池の再利用方法において、前記組電池は、電気自動車やハイブリッド自動車の電源として用いられるものであることをその要旨とする。

この発明では、電気自動車やハイブリッド自動車の電源として用いられる組電池は、その電池特性が使用環境や使用頻度等の影響を受け易いため、このような組電池に対して上記各請求項の発明を適用する意義は大きい。

本発明によれば、簡易な手法により、ユーザから回収した二次電池を用いて再構成した組電池を再利用可能な組電池とすることができる二次電池の再利用方法を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態にかかるコントローラ付き組電池１０を示す。コントローラ付き組電池１０は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるものであり、組電池本体１１と電池コントローラ１２とで構成されている。

組電池本体１１は、複数の二次電池（本実施形態では５個の二次電池２１〜２５）が両端の端板にて拘束された状態で電気的に直列に接続されて構成されている。図２に示すように、各二次電池２１〜２５は、一列に配置され、接続部材４０を通じて電気的に直列に接続されている。本実施形態における各二次電池２１〜２５は、樹脂製の一体電槽からなる密閉形ニッケル水素電池である。一体電槽内には、６個の単電池（セル）が直列接続され電池モジュールを構成している。尚、電池モジュールを構成する単電池の数は任意である。また、組電池本体１１を構成する二次電池の数も任意である。

電池コントローラ１２は、図１に示すように、ＲＯＭ３１、ＣＰＵ３２、及びＲＡＭ３３等を有して構成され、車両コントロールユニット４０の制御下で組電池本体１１の充放電を制御するとともに、各二次電池２１〜２５の電池電圧Ｖ、電池温度Ｔ、電流Ｉの検出に基づいて充電量（ＳＯＣ：State of Charge ）の推定や異常判定等を行っている。

このような組電池１０（組電池本体１１）を構成する二次電池２１〜２５は、初期状態からある程度充放電が繰り返され使用の進んだ既使用状態になると、電池特性に影響を与える電解液量が減少するのが知られている。この使用に伴う二次電池２１〜２５の電解液量の減少、即ち二次電池２１〜２５の重量の減少は、同一の使用期間であっても使用環境（環境温度）や使用頻度（走行頻度）等によってその減少量に差が生じることがわかった。

図３は、組電池本体１１を構成する二次電池２１〜２５の使用期間（初期使用開始からの経過時間）に対する重量変化を示したものである。重量変化が小さいものから大きいものへと、３種（Ａ１、Ａ２、Ａ３）に分類している。二次電池２１〜２５の重量は、初期状態から使用が進むに連れて減少する。この原因は、本実施形態で使用する樹脂電槽のニッケル水素電池の場合、主として電解液中の水分や反応活物質である水素ガスが樹脂電槽又は安全弁のパッキンを通じて徐々に電池外部に透過消失するためと考えられている。電池特性を左右するこれらの重量減少は、二次電池２１〜２５の環境温度、この場合、車両に搭載されていた時のその車両の使用地域の平均温度に深く関与している。二次電池２１〜２５の使用地域の環境温度が低い地域では、電槽内における水蒸気分圧が低いため水分の透過が少なく、即ち電解液量の減少が少なく、図３の分類Ａ１に相当する。また、使用地域の環境温度が高い地域では、電槽内における水蒸気分圧が高いため水分の透過が多く、即ち電解液量の減少が多く、図３の分類Ａ３に相当する。また、使用地域の環境温度が中程度の地域では、図３の分類Ａ２に相当する。換言すれば、二次電池２１〜２５の使用期間に対する重量変化を把握すれば、二次電池２１〜２５の使用地域の環境温度を得ることができる。

また、電池特性を左右する電解液量の減少に前記環境温度に次いで関与するものとして、二次電池２１〜２５自身の発熱が考えられる。二次電池２１〜２５自身の発熱は、いっそう電槽内における水蒸気分圧が高くなり電槽外部への水分の透過を促進するためである。二次電池２１〜２５自身の発熱は、二次電池２１〜２５の使用頻度、この場合、車両に搭載されていた時のその車両の走行頻度が深く関与していると考えられる。

ここで、図５は、組電池本体への二次電池の組付け位置と、使用期間に対する重量（電解液量）の減少量との相関を示したものである。尚、同図５は、一般的な傾向を示すもので、二次電池は１２個のものを示している。これを踏まえ、本実施形態のように二次電池２１〜２５が一列に並設されてなる組電池本体１１（図２参照）においては、端部（端板の近傍）に組み付けられるものよりも中央部に組み付けられるものほど重量の減少量が多くなることがわかった。これは、組電池本体１１の中央部ほど熱がこもり易く、上記のように電池外部への水分の透過が進むためであると考えられる。

図４は、使用期間に対する重量変化を示し、その中でも使用頻度（走行頻度）との関係を示したものである。ここで、同一の環境温度下においては、上記したように使用頻度（走行頻度）が低いと二次電池２１〜２５自身の発熱による温度上昇が小さいことから、中央部と端部の電池重量の重量減差が小となる図４の分類Ａ４に相当し、使用頻度（走行頻度）が高いと二次電池２１〜２５自身の発熱による温度上昇が大きくなることから、その重量減差が大となる図４の分類Ａ６に相当する。使用頻度（走行頻度）が中程度の領域では、図４の分類Ａ５に相当する。換言すれば、二次電池２１〜２５の所定位置間（この場合、中央部と端部間）での重量減差を把握すれば、その使用頻度（走行頻度）、即ち二次電池２１〜２５自身の使用期間中の平均上昇温度を得ることができる。

このように二次電池２１〜２５は、初期状態から使用期間の経過に連れて重量が次第に変化するが、その変化態様は上記した使用環境（環境温度）や使用頻度（走行頻度）の影響を大きく受ける。従って、図３及び図４の相関関係をマップＭＰ１，ＭＰ２として用いれば、二次電池２１〜２５の使用環境及び使用頻度を推定、つまり電池特性（充放電特性）を推定することが可能である。

次に、これらを踏まえて本発明者は、車両の廃車に伴って得た組電池１０や、一部の二次電池２１〜２５が早期に寿命や故障に至った不具合のある組電池１０等をユーザから回収し、これを再利用可能な組電池１０として再構成（リビルト）して再びユーザに戻す手順を検討した。図６がそのフローである。

ステップＳ１：再利用可能な二次電池２１〜２５を含む組電池１０（組電池本体１１）をユーザから回収する。
ステップＳ２：回収した組電池１０（組電池本体１１）を二次電池２１〜２５毎に解体する。この場合、二次電池２１〜２５毎としたのは、図２に示すように、個々の単電池（セル）の接続端子（図示略）が内部に隠蔽されて単電池毎に解体するのが煩雑であるのと、二次電池２１〜２５の各接続端子２１ａ〜２５ａが外部に露出又は容易に露出可能で、各接続端子２１ａ〜２５ａを用いて各種の検査が容易に行える等の理由からである。

ステップＳ３：各二次電池２１〜２５のデータ印字部２１ｘ〜２５ｘから自身の製造日や初期重量等を含む個体情報を読み出す。ここで、図２に示すように、本実施形態の各二次電池２１〜２５には、それぞれ視認可能な位置にレーザマーキング等の印字によるデータ印字部２１ｘ〜２５ｘが設けられており、該データ印字部２１ｘ〜２５ｘに自身の製造日や初期重量（二次電池重量）、組電池本体１１に対する組付け位置等が印字されるようにしている。

ステップＳ４：回収した各二次電池２１〜２５の現在の重量を測定する。
ステップＳ５：その重量を測定した測定日を取得する。
ステップＳ６：データ印字部２１ｘ〜２５ｘから取得した初期重量及び製造日と、現在の測定重量及びその測定日とから、二次電池２１〜２５の重量減少量と使用期間とを算出する。またこのとき、二次電池２１〜２５の所定位置間の重量減差も算出する。

ステップＳ７：図３及び図４の相関図を利用して事前に、使用環境（環境温度）に関する分類マップＭＰ１や使用頻度（走行頻度）に関する分類マップＭＰ２を二次電池２１〜２５の所定種類毎（例えば型番毎）に準備しておき（図３及び図４では１種類の分類マップのみ図示）、当該二次電池２１〜２５に対応した分類マップＭＰ１，ＭＰ２を選択する。

ステップＳ８：当該二次電池２１〜２５に合った分類マップＭＰ１，ＭＰ２を参照しつつ、前記ステップＳ６にて算出した二次電池２１〜２５の重量減少量と使用期間とから、先ず使用環境（環境温度）に関する分類マップＭＰ１のいずれのグループＡ１〜Ａ３に該当するかを判定する。次いで、使用環境（環境温度）の同一のグループＡ１〜Ａ３の中で更に、使用頻度（走行頻度）に関する分類マップＭＰ２のいずれのグループＡ４〜Ａ６に該当するかを判定する。そして、これら判定から二次電池２１〜２５をその電池特性（充放電特性）の近似したグループ毎に分類する。このとき、再構成に再利用可能な適合品と再利用不能な不適合品の選別も行われる。

ステップＳ９：二次電池２１〜２５のデータ印字部２１ｘ〜２５ｘに測定重量及びその測定日を前記初期重量及び製造日と併記するように再印字し、少なくとも再構成に使用する旨の情報として保持させる。

ステップＳ１０では、様々な組電池本体１１から解体された再構成適合品とされた二次電池２１〜２５の中から、電池特性（充放電特性）の近似したグループの中の二次電池２１〜２５を用いて組電池本体１１（組電池１０）の再構成を行い、ユーザに戻す。これらステップＳ１〜Ｓ１０を経ることで、二次電池２１〜２５の絶対的特性はもとより相対的特性を考慮して組電池１０の再構成がなされるため、再利用可能な組電池１０を容易に再構成することができるようになる。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、二次電池２１〜２５毎に設けたデータ印字部２１ｘ〜２５ｘに製造日及び初期重量等の初期の個体情報が予め保持されて組電池１０が構成されており、解体ステップ（ステップＳ２）にて、ユーザから回収した組電池１０がその個体情報の保持された二次電池２１〜２５毎に解体される。次いで分類ステップ（ステップＳ３〜Ｓ８）にて、解体された二次電池２１〜２５の初期の個体情報と解体後の個体情報とに基づいて、使用環境（環境温度）に関する分類マップＭＰ１、及び使用頻度（走行頻度）に関する分類マップＭＰ２から二次電池２１〜２５がグループ毎に分類される。次いで再構成ステップ（ステップＳ１０）にて、分類されたグループの中の二次電池２１〜２５を用いて組電池１０の再構成（リビルト）が行われる。これにより、グループ内の二次電池２１〜２５は電池特性が近似していることになり、二次電池２１〜２５の絶対的特性はもとより相対的特性を考慮して組電池１０の再構成がなされるため、簡易な手法で、再利用可能な再構成の組電池１０を得ることができる。

また本実施形態のように、電気自動車やハイブリッド自動車の電源として用いられる組電池１０は、その電池特性が使用環境や使用頻度等の影響を受け易いため、このような本実施形態の組電池１０に適用する意義は大きい。

（２）本実施形態では、二次電池２１〜２５の初期の個体情報と解体後の個体情報とからその使用環境（車両に搭載されていた時のその車両の環境温度）が推定され、その推定された使用環境から二次電池２１〜２５がグループに分類される。また本実施形態では、同個体情報からその使用頻度（車両に搭載されていた時のその車両の走行頻度）も推定され、その推定された使用頻度から二次電池２１〜２５がグループに細分類される。これにより、二次電池２１〜２５のより的確な分類を行うことができる。

（３）本実施形態では、二次電池２１〜２５の使用頻度の推定が、解体前の二次電池２１〜２５の組付け位置における所定位置間の重量減差に基づいて行われる。即ち、使用時の組電池１０の温度分布の影響等から二次電池２１〜２５の組付け位置において使用に伴う重量減に差が生じ、その重量減差と使用頻度とに相関を有するため、使用頻度の推定を容易且つ的確に行うことができる。

（４）本実施形態では、前記分類ステップにて、二次電池２１〜２５が再構成に再利用可能な適合品か再利用不能な不適合品かの判定が行われる。これにより、再利用可能な組電池１０の再構成を容易且つ確実に行うことができる。

（５）本実施形態では、情報再保持ステップ（ステップＳ９）にて、二次電池２１〜２５に保持する個体情報として少なくとも再構成に使用する旨の情報が保持される。これにより、再構成された二次電池２１〜２５か否かを容易に分別することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、二次電池２１〜２５の分類の判断作業について特に言及しなかったが、この分類の判断作業は、人為的に行ってもよく、パソコン等を用いて機械的に行ってもよい。

・上記実施形態では、二次電池２１〜２５の分類の際、使用環境（分類マップＭＰ１）と使用頻度（分類マップＭＰ２）との両者を用いて分類を行ったが、例えば使用環境（分類マップＭＰ１）のみを用いて分類を行ってもよい。この場合、使用環境は二次電池２１〜２５の電池特性変化に深く関与していることから、使用環境（分類マップＭＰ１）のみの分類であっても、的確な分類が可能である。また、電池特性の近似したグループ毎に分類可能なその他の構成のマップを用いて分類を行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、製造日や初期重量等の個体情報の保持として二次電池２１〜２５に設けたデータ印字部２１ｘ〜２５ｘに印字する態様を採用したが、このデータ印字部２１ｘ〜２５ｘに替えて、個体情報を電子データとして保持するＩＣタグを各二次電池２１〜２５に備える態様としてもよい。

・上記実施形態では、二次電池２１〜２５毎に保持する個体情報として予め組付け位置情報を保持するようにしたが、例えば解体時に組付け位置情報を保持するようにしてもよい。また、使用環境（分類マップＭＰ１）のみを用いて分類を行う場合等では、組付け位置情報を保持しなくてもよい。

・上記実施形態では、二次電池２１〜２５に再構成に使用する旨の情報を再印字して保持させたが、再印字を特に行わなくてもよい。
・上記実施形態では、組電池１０の再構成の際、完全放電や交換を二次電池単位（モジュール単位）で行ったが、セル単位や、モジュール単位よりも大きいブロック単位で行ってもよい。

・上記実施形態では、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両の電源として用いられる組電池１０に適用したが、ポータブル機器等、その他の電源として用いられる二次電池の組電池に適用してもよい。

本実施形態におけるコントローラ付き組電池の概略構成図である。組電池本体の概略構成図である。使用頻度（環境温度）と電池状態との相関を説明するための説明図である。使用環境（走行頻度）と電池状態との相関を説明するための説明図である。組付け位置と電池状態との相関を説明するための説明図である。組電池の再構成（リビルト）の手順を示すフロー図である。

符号の説明

１０…コントローラ付き組電池、１１…組電池本体、２１〜２５…二次電池（電池モジュール）、Ａ１〜Ａ６…グループ。

Claims

複数の二次電池で構成される組電池において、ユーザから回収した複数の前記組電池の二次電池を組み合わせて新たな組電池の再構成を行う二次電池の再利用方法であって、
前記二次電池に製造日及び初期重量を少なくとも含む初期の個体情報を予め保持させて前記組電池を構成しておき、
ユーザから回収した複数の前記組電池を前記個体情報の保持された前記二次電池毎に解体する解体ステップと、
前記解体ステップで解体された前記二次電池の前記初期の個体情報と解体後の個体情報とに基づいて、前記二次電池をグループ毎に分類する分類ステップと、
前記分類ステップにて分類されたグループの中の前記二次電池を用いて前記組電池の再構成を行う再構成ステップと
を含むことを特徴とする二次電池の再利用方法。
請求項１に記載の二次電池の再利用方法において、
前記分類ステップでは、前記二次電池の前記初期の個体情報と前記解体後の個体情報とから前記二次電池の使用環境を推定し、その推定した使用環境から前記二次電池をグループ毎に分類することを特徴とする二次電池の再利用方法。
請求項２に記載の二次電池の再利用方法において、
前記分類ステップでは、更に、前記二次電池の前記初期の個体情報と前記解体後の個体情報とから前記二次電池の使用頻度を推定し、その推定した使用頻度から前記二次電池をグループ毎に細分類することを特徴とする二次電池の再利用方法。
請求項３に記載の二次電池の再利用方法において、
前記二次電池の使用頻度の推定は、解体前の前記二次電池の組付け位置における所定位置間の重量減差に基づいて行うことを特徴とする二次電池の再利用方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池の再利用方法において、
前記分類ステップでは、前記二次電池が再構成組電池に再利用可能な適合品か再利用不能な不適合品かの判定が行われることを特徴とする二次電池の再利用方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池の再利用方法において、
前記二次電池に保持する前記個体情報として少なくとも再構成を行った旨の情報を保持させる情報再保持ステップを更に含むことを特徴とする二次電池の再利用方法。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池の再利用方法において、
前記組電池は、電気自動車やハイブリッド自動車の電源として用いられるものであることを特徴とする二次電池の再利用方法。