JP5354416B1 - 二次電池評価方法および評価プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池について、性能評価に用いる放電特性を正規化して特徴を抽出し、また放電特性の特徴から残寿命等を予測する二次電池評価方法および評価プログラムを提供する。
【解決手段】二次電池から一定の放電電流を出力させる第１の過程と、二次電池の正規化した放電容量Ｑを求める第２の過程と、二次電池から放電電流を出力させているときの二次電池の放電電圧Ｖを検出する第３の過程と、放電電圧Ｖの変化量ｄＶと放電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて二次電池の放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の過程と、放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から二次電池の放電特性の評価に用いる複数の特徴点を抽出する第５の過程とを有する。
【選択図】図５

Description

この発明は、二次電池の充放電特性を評価する二次電池評価方法および評価プログラムに関する。

二次電池は充放電を繰り返し行うことにより、蓄電特性や内部構造に劣化が生じる。特に、ＨＶやＥＶなどの車両の動力源に使用されている二次電池は蓄電容量が大きく、また大きな放電電流を負荷へ供給可能に構成されている。このように大きな電力を蓄電する二次電池は、構造上の不具合や劣化などによって障害が発生する可能性があることから、二次電池の充放電特性を測定して蓄電性能などを評価する技術が開発されている。
例えば、製造したリチウムイオン二次電池に所定の電圧範囲で充放電を繰り返し、このとき当該リチウムイオン二次電池の負極とリチウム参照極との間の電圧を測定して放電容量を算出し、この算出結果が任意に定めた基準を満足しているか否かを判定する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

また、リチウムイオン二次電池は固有の作動電圧にて放電反応を起こすことから、この電池の放電容量と当該電池両端子間電圧の変化量を求め、これら変化量のピークが検出された時点での端子間電圧ならびに周辺温度に対する相関データ、またさらに所定の閾値を用いてリチウムイオン二次電池の劣化を判別する装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−５４２２０号公報 特開２０１０−２７２３６５号公報

従来の二次電池の性能評価は、上記のように二次電池の種類等に応じてメーカが各々評価基準を設けて行っている。また、これらの評価は製造出荷時の性能、即ち新品の充放電特性等を示すものである。そのため、メーカ等が異なる場合や電池の種類や構造が異なる場合には、ユーザ等の第三者が二次電池の充放電特性を比較することが難しいという問題点があった。
また、既にいずれかの負荷に使用した二次電池について、再使用することが可能か否かを判断する基準が定められていなかった。例えば、車両の駆動力に使用する二次電池は、前述のように蓄電容量や放電電流も大きいことから、経年劣化などによって車両の動力用として使用することが困難になった状態でも、電流消費の小さな負荷へ電力を供給することは可能な能力を備えている場合があり、スマートグリッドなどに使用することも考えられる。従来の評価方法や劣化を判別する装置等では、上記のような使用済みの二次電池について残寿命を適切に予測することが難しいという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、二次電池について、性能評価に用いる充放電特性を正規化して当該充放電特性の特徴を抽出し、また充放電特性の特徴から残寿命等を予測する二次電池評価方法および評価プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る二次電池評価方法は、充電された二次電池から一定の放電電流を出力させる第１の過程と、前記放電電流の出力に応じて前記二次電池の公称容量を基準として正規化した放電容量Ｑを求める第２の過程と、電圧検出手段が検出した前記二次電池から放電電流を出力させているときの前記二次電池の放電電圧Ｖを取得する第３の過程と、前記放電電圧Ｖの変化量ｄＶと前記放電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて前記二次電池の放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の過程と、前記放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から前記二次電池の放電特性の評価に用いる複数の第１特徴点を抽出する第５の過程と、複数の前記第１特徴点の放電電圧Ｖに対応させて前記二次電池の放電特性曲線上に複数の第２特徴点を設定する第６の過程と、使用状況の異なる複数の二次電池について設定した前記各第２特徴点を記憶手段へ記憶し、さらに前記各二次電池の寿命を示すデータを記憶してデータベースを構築する第７の過程と、評価対象の二次電池に設定した複数の前記第２特徴点を、前記データベースに記憶されている各第２特徴点と比較して最も近似するものを算出し、該算出した各第２特徴点を有する二次電池の寿命を示すデータから前記評価対象の二次電池の残寿命を予測する第８の過程と、を有することを特徴とする。

また、前記第５の過程は、前記放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線が依存する要素をパラメータとし、複数の任意時点の前記パラメータにおける放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在する全てのピーク点を算出し、前記算出したピーク点を前記第１特徴点とすることを特徴とする。

本発明に係る二次電池評価方法は、二次電池へ一定の充電電流を供給する第１の過程と、前記充電電流の供給に応じて前記二次電池の公称容量を基準として正規化した充電容量Ｑを求める第２の過程と、電圧検出手段が検出した前記二次電池へ充電電流を供給しているときの前記二次電池の充電電圧Ｖを取得する第３の過程と、前記充電電圧Ｖの変化量ｄＶと前記充電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて前記二次電池の充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の過程と、前記充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から前記二次電池の充電特性の評価に用いる複数の第１特徴点を抽出する第５の過程と、複数の前記第１特徴点の充電電圧Ｖに対応させて前記二次電池の充電特性曲線上に複数の第２特徴点を設定する第６の過程と、使用状況の異なる複数の二次電池について設定した前記各第２特徴点を記憶手段へ記憶し、さらに前記各二次電池の寿命を示すデータを記憶してデータベースを構築する第７の過程と、評価対象の二次電池に設定した複数の前記第２特徴点を、前記データベースに記憶されている各第２特徴点と比較して最も近似するものを算出し、該算出した各第２特徴点を有する二次電池の寿命を示すデータから前記評価対象の二次電池の残寿命を予測する第８の過程と、を有することを特徴とする。

また、前記第５の過程は、前記充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線が依存する要素をパラメータとし、複数の任意時点の前記パラメータにおける充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在する全てのピーク点を算出し、前記算出したピーク点を前記第１特徴点とすることを特徴とする。

本発明に係る評価プログラムは、二次電池の放電容量と放電電圧とを用いて放電特性の評価をコンピュータに実行させる評価プログラムであって、放電手段を制御して、充電された二次電池から一定の放電電流を出力させる第１の手順と、前記放電電流の出力に応じて前記二次電池の公称容量を基準として正規化した放電容量Ｑを求める第２の手順と、前記二次電池から放電電流を出力させているときに電圧検出手段が検出した前記二次電池の放電電圧Ｖを入力する第３の手順と、前記放電電圧Ｖの変化量ｄＶと前記放電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて前記二次電池の放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の手順と、前記放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から前記二次電池の放電特性の評価に用いる複数の第１特徴点を抽出する第５の手順と、複数の前記第１特徴点の放電電圧Ｖに対応させて前記二次電池の放電特性曲線上に複数の第２特徴点を設定する第６の手順と、使用状況の異なる複数の二次電池について設定した前記各第２特徴点を記憶手段へ記憶し、さらに入力手段から入力された前記各二次電池の寿命を示すデータを記憶してデータベースを構築する第７の手順と、
評価対象の二次電池に設定した複数の前記第２特徴点を、前記データベースに記憶されている各第２特徴点と比較して最も近似するものを算出し、該算出した各第２特徴点を有する二次電池の寿命を示すデータから前記評価対象の二次電池の残寿命を予測する第８の手順と、を含むことを特徴とする。

また、前記第５の手順は、前記放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線が依存する要素をパラメータとし、複数の任意時点の前記パラメータにおける放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在する全てのピーク点を算出し、前記算出したピーク点を前記第１特徴点とすることを特徴とする。

本発明に係る評価プログラムは、二次電池の充電容量と充電電圧とを用いて充電特性の評価をコンピュータに実行させる評価プログラムであって、充電手段を制御して、二次電池へ一定の充電電流を供給させる第１の手順と、前記充電電流の供給に応じて前記二次電池の公称容量を基準として正規化した充電容量Ｑを求める第２の手順と、前記二次電池から充電電流を供給しているときに電圧検出手段が検出した前記二次電池の充電電圧Ｖを入力する第３の手順と、前記充電電圧Ｖの変化量ｄＶと前記充電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて前記二次電池の充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の手順と、前記充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から前記二次電池の充電特性の評価に用いる複数の第１特徴点を抽出する第５の手順と、複数の前記第１特徴点の充電電圧Ｖに対応させて前記二次電池の充電特性曲線上に複数の第２特徴点を設定する第６の手順と、使用状況の異なる複数の二次電池について設定した前記各第２特徴点を記憶手段へ記憶し、さらに入力手段から入力された前記各二次電池の寿命を示すデータを記憶してデータベースを構築する第７の手順と、評価対象の二次電池に設定した複数の前記第２特徴点を、前記データベースに記憶されている各第２特徴点と比較して最も近似するものを算出し、該算出した各第２特徴点を有する二次電池の寿命を示すデータから前記評価対象の二次電池の残寿命を予測する第８の手順と、を含むことを特徴とする。

また、前記第５の手順は、前記充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線が依存する要素をパラメータとし、複数の任意時点の前記パラメータにおける充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在する全てのピーク点を算出し、前記算出したピーク点を前記第１特徴点とすることを特徴とする。

本発明によれば、充放電容量を正規化して充放電特性の特徴を抽出するようにしたので、異なるメーカや構造の異なる二次電池の充放電特性を公正に比較することができる。
また、充放電特性曲線の変化量から特徴を抽出し、複数の二次電池の特徴をデータベース化することにより、評価対象の二次電池の残寿命を予測することができる。

本発明の実施例による二次電池評価方法を用いた評価装置の構成を示す説明図である。 二次電池の放電特性を示す説明図である。 異なる構造を有する二次電池の放電特性を示した説明図である。 二次電池の放電特性ならびに放電特性の変化量を示す説明図である。 図１の演算・制御部が行う処理動作を示す説明図である。

二次電池は、充放電サイクルの回数に比例して劣化が進行し、これとは関連することなく温度によっても特性が変化する。本発明は、このように使用頻度や使用環境により劣化や特性の度合が異なる二次電池について充放電特性を正規化し、また、二次電池の残寿命等を予測可能にするものである。
以下、この発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、ここで説明する各処理動作は、二次電池の放電特性に関するものであるが、二次電池の充電過程においても同様に評価を行うための処理動作が可能である。この場合、放電特性のＶ−Ｑ特性を充電特性のＶ−Ｑ特性に置き換え、また、以下に記述した各説明において「充電」と記載された部分を「放電」に置き換え、同様に「放電」と記載された部分を「充電」と置き換えることにより、充電特性に関する各処理動作等を説明したものになる。

（実施例）
図１は、本発明の実施例による二次電池評価方法を用いた評価装置の構成を示す説明図である。
図示した評価装置は、評価対象のバッテリ１に対して充放電を実施する充放電装置２、バッテリ１の両極端子間の電圧を検出する電圧検出部３を備えている。
また、バッテリ１から流れる放電電流、またはバッテリ１へ流れる充電電流を検出する電流検出部４、バッテリ１の劣化の度合等を判断する演算・制御部５、演算・制御部５の制御に応じてデータ等を記憶し、また上記の制御に応じて記憶内容を出力する記憶部６を備えている。
またさらに、演算・制御部５へ各データ等の入力を行い、各部の動作や処理内容などの設定を行う入力部７、演算・制御部５によって処理された内容や各部の動作状態などを表示する表示部８などを備えて構成されている。
なお、図１に示した構成は、評価装置の一構成例であり、本発明の二次電池評価方法を用いた評価装置は、図示した構成に限定されない。

バッテリ１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛畜電池、リチウム電池、リチウムポリマー電池などの充電可能な二次電池である。
充放電装置２は、バッテリ１の両極端子に接続して任意の充電電流を供給し、また任意の大きさの負荷となる電子負荷等を備えてバッテリ１から放電電流を入力する構成を有している。
電圧検出部３は、バッテリ１の放電電圧を検出する構成を有し、また電流検出部４は、バッテリ１へ流れる電流、またバッテリ１から流れ出る電流を検出する構成を有している。

演算・制御部５は、ＣＰＵ、ＤＳＰなどのプロセッサユニットを備え、電圧検出部３および電流検出部４から出力される各検出信号を用いて、バッテリ１の放電特性を求める構成を有している。詳しくは、電流検出部４が検出した電流値の時間積算を行ってバッテリ１の放電容量Ｑを算出する放電容量演算部１０、電圧検出部３が検出した電圧値と放電容量演算部１０が算出した放電容量値から変化量ｄＱ／ｄＶを算出するｄＱ／ｄＶ演算部１１、入力部７から入力されたデータや制御コマンドなどに応じて各部の動作やデータ等の入出力を制御し、また演算結果や設定操作内容などを表示する表示部８の動作を制御する制御部１２を少なくとも備えて構成されている。
記憶部６は、演算・制御部５が用いるソフトウェア、電圧検出部３ならびに電流検出部４が検出した電圧値や電流値、演算・制御部５が求めた演算結果などを記憶格納するメモリ等であり、例えばＨＤＤやデータサーバなどである。

次に、動作について説明する。
本実施例の評価装置は、例えば演算・制御部５が予め設定されたソフトウエアプログラム等に基づいて各部の動作等を制御し、また入力したデータ等に所定の演算処理を行うものである。ここで説明する各動作ならびに演算処理は、特に説明を加えないものについては演算・制御部５が上記のプログラム等に沿って行うものである。

図２は、二次電池の放電特性を示す説明図である。この図は、二次電池である例えばバッテリ１の放電特性を示したもので、図２（ａ）は縦軸を二次電池の放電電圧、横軸を二次電池の放電容量として、放電特性Ｄ１（Ｑ−Ｖ特性）を示したものである。なお、図示した放電容量は、二次電池のメーカ等によって示された公称容量を１００［％］として表したものである。また、図２に例示した放電特性Ｄ１は、定格充電電流を供給してバッテリ１を満充電状態にした後、任意のＣレート（放電レート）で放電させたときのものである。
上記のように公称容量を放電容量１００［％］とし、また、Ｃレートをパラメータに用いることによって放電パターン等を定義して二次電池の放電特性を正規化することにより、異なるメーカや異なる種類の各二次電池の放電特性を比較可能にしている。

二次電池が劣化すると、満充電を行って放電電流を出力したときに公称容量（放電容量１００［％］）へ到達することなく放電が終了し、特に充放電サイクルを多く繰り返した個体ほど上記の放電容量が小さい値において当該二次電池の放電終止電圧へ到達する。
ここで、放電特性Ｄ１における放電電圧Ｖの単位時間当たりの変化量をｄＶ、放電容量Ｑの単位時間当たりの変化量をｄＱとしたとき、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性は図２（ａ）に示した曲線（ｄＱ／ｄＶ）のようになる。
図２（ｂ）は、縦軸を放電容量、横軸を放電電圧として図２（ａ）の放電特性Ｄ１を表したものである。また、図２（ｂ）には、放電特性Ｄ１の特性曲線について求めた変化量ｄＱ／ｄＶを表す特性曲線を示している。この曲線（ｄＱ／ｄＶ）は、二次電池の放電電圧がＶ１のときに変化量がピーク値ｄＱ／ｄＶ１となっており、放電特性Ｄ１は放電電圧Ｖ１において特性曲線の傾きが最も大きくなることを表している。ここで、図２（ｂ）に示した電圧ＶＮは、放電特性Ｄ１を有する二次電池の公称電圧である。図２の曲線（ｄＱ／ｄＶ）は、公称電圧ＶＮ近傍において放電容量が最も大きく変動することを示しており、換言すると、当該特性曲線を有する二次電池は、公称電圧ＶＮ近傍において、放電電圧の変動を抑えて多くの放電電流（電力）出力が可能であることを示している。

図３は、異なる構造を有する二次電池の放電特性を示す説明図である。この図は、縦軸を変化量ｄＱ／ｄＶ、横軸を放電電圧Ｖとして各種二次電池の放電特性を表す特性曲線を示したものである。なお、図３に例示した各放電特性は、任意のＣレートによって一定の放電電流を出力させて測定したものである。
図３（ａ）には、図２に示したものとは異なる材料によって構成された二次電池の放電特性Ｄ２を示している。図３（ａ）の放電特性Ｄ２から求めたＶ−ｄＱ／ｄＶ特性は、二次電池の放電電圧が高い範囲（図示した範囲ｆ）において、極大値を生じて二つのピーク点を有しており、図２に示したＶ−ｄＱ／ｄＶ特性と異なっている。このようにＶ−ｄＱ／ｄＶ特性には二次電池の微細構造の差異が表れる。

図３（ｂ）には、ニッケル水素電池の放電特性Ｄ３、ならびに放電特性Ｄ３におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ特性を示している。また、図３（ｃ）には鉛蓄電池の放電特性Ｄ４、ならびに当該放電特性Ｄ４におけるＶ−ｄＱ／ｄＶ特性を示している。
図３に示した各特性曲線から、鉛蓄電池は満充電に近い状態、即ち蓄電率が高いとき（図示した範囲ｇ）において、変化量ｄＱ／ｄＶが他の二次電池に比べて大きくなり、放電電圧が比較的大きく降下することがわかる。

図１に示した評価装置は、例えば演算・制御部５の制御部１２が充放電装置２を制御し、評価対象のバッテリ１に定格充電を行って満充電状態にする。
制御部１２は、バッテリ１が満充電状態になったことを充放電装置２からの制御信号等によって認識すると、充放電装置２を制御して所定のＣレートでバッテリ１から放電電流Ｉを出力させる。なお、上記のＣレートは、バッテリ１の定格容量等に応じて設定された任意の放電電流値を示すものである。
放電電流Ｉを出力させるとき、演算・制御部５は、電圧検出部３が検出したバッテリ１の放電電圧Ｖと電流検出部４が検出した放電電流Ｉとを、所定のサンプリングレートで（所定の単位時間毎に）入力する。電流検出部４が検出した電流値を入力した放電容量演算部１０は、前述のように時間積分を行うことによってバッテリ１の放電容量Ｑを算出する。

また電圧検出部３が検出した放電電圧Ｖは、例えばｄＱ／ｄＶ演算部１１を介して制御部１２へ入力される。
制御部１２は、上記のように取得した放電電圧Ｖと放電容量演算部１０が求めた放電容量Ｑについて、演算・制御部５に入力したサンプリングタイミングが同じ放電電圧Ｖと放電容量Ｑとを対応付けて記憶部６に設けたテーブルへ記憶させ、放電特性（Ｑ−Ｖ特性）を表すデータを格納する。なお、電圧検出部３および電流検出部４がそれぞれ検出した値を順次記憶部６へ記憶しておき、後に放電特性（Ｑ−Ｖ特性）を求める上記の各処理を行うようにしてもよい。

ｄＱ／ｄＶ演算部１１は、電圧検出部３から取得した放電電圧Ｖ、または記憶部６に格納されている放電電圧Ｖを取得し、当該放電電圧Ｖの時間微分（ｄＶ／ｄｔ）を算出して変化量ｄＶを求める。また、放電容量演算１０から取得した放電容量Ｑ、または記憶部６に格納されている放電容量Ｑを取得し、当該放電容量Ｑの時間微分（ｄＱ／ｄｔ）を算出して変化量ｄＱを求める。
なお、前述のように放電特性を測定するときには任意のＣレートをパラメータとしていることから、上記の放電電流Ｉは一定になるためｄＱ／ｄｔ＝Ｉとなる。そこで、後述する演算において電流検出部４が検出した放電電流ＩをｄＱ／ｄｔとして取り扱い、放電特性を測定する際に放電電流Ｉが変動するときのみｄＱ／ｄｔを求めるようにしてもよい。
ｄＱ／ｄＶ演算部１１は、上記のようにｄＱ／ｄｔ、ｄＶ／ｄｔを求めた後、変化量ｄＱ／ｄＶを算出し、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線を表すデータを求めて、例えば記憶部６に設けたテーブルに格納する。

上記のように求めた放電電圧Ｖと変化量ｄＱ／ｄＶとの関係は、二次電池の構造の相違や充放電特性の特徴などに関連するものであり、例えばメーカの異なる二次電池の比較や公正な評価に用いることが可能である。
ここで、複数の二次電池同志について放電特性の比較・評価を行うとき、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線を表す全データ値を比較すると処理するデータ量が多くなるため、任意の特徴点をＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線上の適当な個所から複数抽出し、これらの特徴点を示す放電電圧Ｖならびに変化量ｄＱ／ｄＶを比較する。例えば、この特徴点を用いた比較において、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線に生じるピーク点の数、即ち、ピーク点が複数有るか否かを判別して上記の二次電池の比較・評価を行うようにしてもよい。

Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線のピーク点は、この特性曲線の変化量（傾き）ｄ^２Ｑ／ｄＶ^２を算出することによって取得することができ、この演算によって特性曲線の頂点である主ピーク点や局部的に生じるサブピーク点、即ち特性曲線に存在する全てのピーク点を抽出することが可能である。
例えば、任意の二次電池についてＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線の傾きを算出し、当該特性曲線に存在する各ピーク点を求め、これらを特徴点として設定する。特徴点を求めるときには、この時点における充放電サイクル数、放電電流値、温度などのＶ−ｄＱ／ｄＶ特性が依存する要素（以下、依存要素と記載する）の状況や状態等を添付データ（パラメータ）として取得しておき、上記の各特徴点と関連付けてデータベースに格納する。また、上記の任意の二次電池について、経時などによって変化したパラメータに依存する特徴点を同様に求めてデータベースへ格納する。

また、依存要素の状態等が変化することによってＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在していたピーク点（サブピーク点）が消滅する場合がある。そこで、複数の任意時点におけるパラメータ（依存要素の状態等を示すデータ）毎に、該当するＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在するピーク点の個数をデータベースに格納する。
このようにしてデータベースに蓄積された各データから、上記の任意の二次電池について、依存要素の変化によって各特徴点、即ち各ピーク点が変位するか否か、また変位する場合の変位方向や変位量などがわかり、またさらにピーク点の個数、即ち特徴点の個数が前述のパラメータによって変化したか否かがわかり、当該データベースに蓄積された各データによって任意の二次電池の特徴を表すことができる。

前述のような特徴点の算出・設定を行うことにより、二次電池が備える充放電特性の特徴を明確に定義することができ、二次電池の性能評価、もしくは特徴を適切に認識することができる。また、上記の特徴点を複数の二次電池について求めることによって、これら二次電池の充放電特性を適切に比較することが可能になる。
また、前述のパラメータが例えば経時変化するとき、各時点におけるパラメータに関する上記の特徴点を求め、これらをデータベース化することにより、二次電池の特徴を詳細に示すことができ、複数の二次電池の充放電特性を比較する場合には、より詳細な相違点についても判断することが可能になる。
なお、前述のＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線やＶ−ｄ^２Ｑ／ｄＶ^２特性曲線を求める際には、本来の特性曲線を鮮明にするため、例えば、フィルタリングやデータ補間などの処理によってノイズ成分を平滑化（平均化）して上記の各特性曲線を求める。

次に、二次電池の残寿命を予測する処理動作を説明する。
図４は、二次電池の放電特性ならびに放電特性の変化量を示す説明図である。図４（ａ）は、図２、図３と同様に縦軸を変化量ｄＱ／ｄＶ、横軸を放電電圧Ｖとして放電特性ならびに放電特性の変化量を示したもので、放電特性を測定する際に定めたパラメータの差異によってＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線が変化することを表している。
図４（ａ）は、任意の二次電池について、放電電圧がＶ１のときに最大の変化量ｄＱ／ｄＶ１になり、このときのピーク点をＰ１としたＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線と、当該二次電池について例えば充放電サイクルを繰り返し行った後、放電電圧Ｖｎのときに最大の変化量ｄＱ／ｄＶｎになり、このときのピーク点をＰｎとしたＶ−ｄＱ／ｄＶｎ特性とを示している。充放電サイクルを繰り返すことによって二次電池の劣化が進行すると、上記のようにピーク点が移動してＶ−ｄＱ／ｄＶ特性全体に変化が生じる。

図４（ｂ）は、任意の二次電池が例えば充放電サイクルを繰り返すことによりＶ−ｄＱ／ｄＶ特性が変化することを表したもので、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線のピーク点Ｐ１〜Ｐｎにおける放電電圧Ｖと変化量ｄＱ／ｄＶの各値を表している。図４（ｂ）に示したピーク点Ｐ１〜Ｐｎは、ピーク点Ｐ１が最も充放電サイクル数が少ない（新品に近い）状態で測定されたもので、ピーク点Ｐｎが最も充放電サイクル数が多い状態で測定されたものである。即ち、図４（ｂ）は、各ピーク点におけるバッテリ１の放電電圧Ｖおよび変化量ｄＱ／ｄＶを示したもので、図中、ピーク点Ｐ１からピーク点Ｐｎへ向かって充放電サイクルの回数が多くなる場合に放電電圧Ｖと変化量ｄＱ／ｄＶが変化する態様を示している。
図４（ｂ）に示した放電電圧Ｖと変化量ｄＱ／ｄＶは、充放電サイクルの回数が多くなるにともなって、ピーク点Ｐ１よりもピーク点Ｐｎにおいて観測される値がいずれも減少しており、充放電サイクルを繰り返した回数が多くなるほど二次電池の内部抵抗が増大して劣化が進行することを示している。

変化量ｄＱおよびｄＶは、いずれも経時変化する物理量であることから前述のようにｄＱ／ｄｔ、ｄＶ／ｄｔと記述される。上記のｄＱ／ｄｔは電流Ｉであり、ｄＱ／ｄＶ＝Ｉ／（ｄＶ／ｄｔ）と表記できることから、ｄＱ／ｄＶを求める処理動作は電圧スキャンによって電流を測定するボルタンメトリー法に等価であることがわかる。なお、本実施例の評価装置は、前述のようにＣレートを用いて放電特性を測定するもので、定電流を出力させて電圧の変化を検出するように構成されており、上記のボルタンメトリー法のように定電圧を印加して電流変化を検出するものではない。

バッテリ１などの二次電池は、その容量Ｑを多変量関数Ｑ（Ｎ，Ｉ，Ｔ…）として表記することができる。ここで、上記のＮは充放電サイクル数、Ｉは放電電流、Ｔは温度であり、前述の依存要素である。なお、上記の多変量関数Ｑには、さらに他の変量要素も含まれる。
容量Ｑ（Ｎ，Ｉ，Ｔ…）の変化量ｄＱは、各要素について変化量を求めると

と表され、（１）式からｄＱ／ｄＶを求めると

と表される。放電電圧Ｖにおけるバッテリ１の容量Ｑは（２）式から

と表される。このようにｄＱ／ｄＶからバッテリ１の現在の蓄電量または放電容量を算出することも可能である。なお、（３）式において、Ｑ０は二次電池の初期容量、Ｖ０は放電電圧の初期値である。

二次電池の蓄電残量や残寿命などを予測するときには、前述のように充放電サイクル数Ｎ、放電電流Ｉ、温度Ｔなどの要素が影響する。換言すると、これらの要素をパラメータとして規定することにより、二次電池の残寿命などを良好な精度で算出することが可能になる。
特に、充放電サイクル数Ｎは、二次電池の使用期間が同等であっても個体ごとに異なり、また、正確に充放電サイクル数Ｎを履歴データとして記録していることも稀である。
そこで、使用形態や使用頻度などが異なる複数の二次電池の放電特性に関するデータを、記憶部６へ記憶させてデータベース化しておき、被検対象（評価対象）の二次電池の放電特性と上記のデータベースに記憶されているデータとを比較することにより、当該評価対象の二次電池の残寿命等を予測する。

具体的には、データベースを構築する際に各二次電池の放電特性（前述のＣレートに基づくＱ−Ｖ特性）曲線についてＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求めておき、このＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線に設定した複数の特徴点を、放電特性の特徴を示すデータとして、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線毎に、即ち放電特性曲線毎に記憶させる。
また、このデータベースには、例えば上記の特徴点をＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線から抽出した時点から、または当該特徴点をデータベースに記憶させた時点から、それぞれの二次電池が寿命に達した時点までの期間等を示すデータを、適宜、入力部７から当該評価装置へ入力し、制御部１２の制御により記憶部６に設けたデータベースへ記憶させておく。即ち、記憶部６に構築するデータベースには、前述のＣレートによる放電特性（Ｑ−Ｖ特性）曲線の概略を表す（近似曲線を形成する）複数の特徴点を二次電池毎に記憶させ、また、これらの特徴点が設定された以後の各二次電池の残寿命等を示すデータを記憶させる。

図５は、図１の演算・制御部が行う処理動作を示す説明図である。図５（ａ）は、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線の特徴点抽出例を示したものである。Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線の特徴を抽出するとき、初めに前述の変化量ｄＱ／ｄＶのピーク値を１００［％］と設定しておき、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線上において、例えば、上記のピーク値の２０［％］に該当する特徴点をＡ、ピーク値の５０［％］に該当する特徴点をＢ、上記ピーク値の１００［％］に該当する特徴点をＣ、特徴点Ｂよりも高電圧域でピーク値の５０［％］に該当する特徴点をＤ、特徴点Ａよりも高電圧域でピーク値の２０［％］に該当する特徴点をＥとする。
また、例えば変化量ｄＱ／ｄＶのピーク値の１０［％］間隔をもって上記の特徴点を設定してもよい。なお、上記の特徴点の設定は一例であり、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線が特徴的に変化する部分に、もしくは特徴的に変化する部分を明確に表すように、各特徴点を設定する。

図５（ｂ）は、前述のＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線上に設定した特徴点を放電特性（Ｑ−Ｖ特性）曲線上に展開したもので、Ｑ−Ｖ特性曲線上において、前述の特徴点Ａが示す電圧に対応する特徴点をＡ’、特徴点Ｂが示す電圧に対応する特徴点をＢ’、特徴点Ｃが示す電圧に対応する特徴点をＣ’、特徴点Ｄが示す電圧に対応する特徴点をＤ’、特徴点Ｅが示す電圧に対応する特徴点をＥ’として表している。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）の特徴点Ｈは、Ｑ−Ｖ特性曲線上における放電容量５０［％］を示している。
図５（ｂ）のＱ−Ｖ特性曲線上において特徴点Ａ’〜Ｅ’によって特定される範囲ｒは、Ｑ−Ｖ特性曲線が直線近似している範囲であり、概ねバッテリ１の実使用領域に相当する。換言すると、特徴点Ａ’〜Ｅ’を結ぶことによってＱ−Ｖ特性に近似する特性曲線が得られる。

制御部１２は、上記のようにＱ−Ｖ特性に近似する特性曲線を形成する特徴点Ａ’〜Ｅ’を、前述のように二次電池毎に記憶し、さらに各二次電池の残寿命を記憶してデータベースを構築する。また、評価対象の二次電池（バッテリ１）の特徴点Ａ’〜Ｅ’を求め、これらをデータベースの各特徴点Ａ’〜Ｅ’と比較して同一、もしくは近似するものを算出し、当該算出した特徴点を有する二次電池をデータベースから抽出する。この抽出した二次電池の寿命を示すデータ、即ち残寿命を示すデータとの比較・演算等を行って評価対象の二次電池（バッテリ１）の寿命を予測し、評価装置の表示部８に残寿命の予測値等を表示する。
また、バッテリ１から検出した放電電流から求めた放電容量および（上記の放電電流と同時に検出した）放電電圧と、データベースに格納されている各特徴点が示す放電容量および放電電圧とを比較してバッテリ１が放電特性曲線（Ｑ−Ｖ特性曲線あるいは前述のＱ−Ｖ特性に近似する特性曲線）上においてどの状態かを推定し、さらにバッテリ１の残量を推定して表示部８に表示させてもよい。

以上のように、二次電池の放電特性の特徴をＶ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線の変化量に応じて抽出するようにしたので、放電特性の特徴量を正規化して表現することができ、他の二次電池との特性比較を適切に行うことができる。
また、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線から特徴点を抽出し、放電特性（Ｑ−Ｖ特性）曲線の特徴を定め、様々な状態の二次電池の放電特性曲線の特徴をデータベース化するようにしたので、評価対象の二次電池の放電特性曲線の特徴とデータベースに記憶された各特徴とを比較することにより、評価対象の二次電池の寿命を予測することができる。
また、Ｖ−ｄＱ／ｄＶ特性曲線から抽出した特徴点を用いて放電特性曲線の特徴を定めるようにしたので、当該放電特性の特徴を示すデータ量を抑制することができ、またデータベースのサイズを抑制することができるのでデータベース中の検索、もしくは各データの比較に要する時間を短く抑えることができる。また、各放電特性曲線を表すデータ量を抑制することができるので、一定容量のデータベースに多様な放電特性曲線を表すデータを格納することができ、二次電池の寿命予測の精度を向上させることができる。

１バッテリ
２充放電装置
３電圧検出部
４電流検出部
５演算・制御部
６記憶部
７入力部
８表示部
１０放電容量演算部
１１ｄＱ／ｄＶ演算部
１２制御部

Claims (8)

1. 充電された二次電池から一定の放電電流を出力させる第１の過程と、
   前記放電電流の出力に応じて前記二次電池の公称容量を基準として正規化した放電容量Ｑを求める第２の過程と、
   電圧検出手段が検出した前記二次電池から放電電流を出力させているときの前記二次電池の放電電圧Ｖを取得する第３の過程と、
   前記放電電圧Ｖの変化量ｄＶと前記放電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて前記二次電池の放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の過程と、
   前記放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から前記二次電池の放電特性の評価に用いる複数の第１特徴点を抽出する第５の過程と、
   複数の前記第１特徴点の放電電圧Ｖに対応させて前記二次電池の放電特性曲線上に複数の第２特徴点を設定する第６の過程と、
   使用状況の異なる複数の二次電池について設定した前記各第２特徴点を記憶手段へ記憶し、さらに前記各二次電池の寿命を示すデータを記憶してデータベースを構築する第７の過程と、
   評価対象の二次電池に設定した複数の前記第２特徴点を、前記データベースに記憶されている各第２特徴点と比較して最も近似するものを算出し、該算出した各第２特徴点を有する二次電池の寿命を示すデータから前記評価対象の二次電池の残寿命を予測する第８の過程と、
   を有する、
   ことを特徴とする二次電池評価方法。
2. 前記第５の過程は、
   前記放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線が依存する要素をパラメータとし、
   複数の任意時点の前記パラメータにおける放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在する全てのピーク点を算出し、
   前記算出したピーク点を前記第１特徴点とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池評価方法。
3. 二次電池へ一定の充電電流を供給する第１の過程と、
   前記充電電流の供給に応じて前記二次電池の公称容量を基準として正規化した充電容量Ｑを求める第２の過程と、
   電圧検出手段が検出した前記二次電池へ充電電流を供給しているときの前記二次電池の充電電圧Ｖを取得する第３の過程と、
   前記充電電圧Ｖの変化量ｄＶと前記充電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて前記二次電池の充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の過程と、
   前記充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から前記二次電池の充電特性の評価に用いる複数の第１特徴点を抽出する第５の過程と、
   複数の前記第１特徴点の充電電圧Ｖに対応させて前記二次電池の充電特性曲線上に複数の第２特徴点を設定する第６の過程と、
   使用状況の異なる複数の二次電池について設定した前記各第２特徴点を記憶手段へ記憶し、さらに前記各二次電池の寿命を示すデータを記憶してデータベースを構築する第７の過程と、
   評価対象の二次電池に設定した複数の前記第２特徴点を、前記データベースに記憶されている各第２特徴点と比較して最も近似するものを算出し、該算出した各第２特徴点を有する二次電池の寿命を示すデータから前記評価対象の二次電池の残寿命を予測する第８の過程と、
   を有する、
   ことを特徴とする二次電池評価方法。
4. 前記第５の過程は、
   前記充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線が依存する要素をパラメータとし、
   複数の任意時点の前記パラメータにおける充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在する全てのピーク点を算出し、
   前記算出したピーク点を前記第１特徴点とする、
   ことを特徴とする請求項３に記載の二次電池評価方法。
5. 二次電池の放電容量と放電電圧とを用いて放電特性の評価をコンピュータに実行させる評価プログラムであって、
   放電手段を制御して、充電された二次電池から一定の放電電流を出力させる第１の手順と、
   前記放電電流の出力に応じて前記二次電池の公称容量を基準として正規化した放電容量Ｑを求める第２の手順と、
   前記二次電池から放電電流を出力させているときに電圧検出手段が検出した前記二次電池の放電電圧Ｖを入力する第３の手順と、
   前記放電電圧Ｖの変化量ｄＶと前記放電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて前記二次電池の放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の手順と、
   前記放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から前記二次電池の放電特性の評価に用いる複数の第１特徴点を抽出する第５の手順と、
   複数の前記第１特徴点の放電電圧Ｖに対応させて前記二次電池の放電特性曲線上に複数の第２特徴点を設定する第６の手順と、
   使用状況の異なる複数の二次電池について設定した前記各第２特徴点を記憶手段へ記憶し、さらに入力手段から入力された前記各二次電池の寿命を示すデータを記憶してデータベースを構築する第７の手順と、
   評価対象の二次電池に設定した複数の前記第２特徴点を、前記データベースに記憶されている各第２特徴点と比較して最も近似するものを算出し、該算出した各第２特徴点を有する二次電池の寿命を示すデータから前記評価対象の二次電池の残寿命を予測する第８の手順と、
   を含む、
   ことを特徴とする前記コンピュータに実行させる評価プログラム。
6. 前記第５の手順は、
   前記放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線が依存する要素をパラメータとし、
   複数の任意時点の前記パラメータにおける放電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在する全てのピーク点を算出し、
   前記算出したピーク点を前記第１特徴点とする、
   ことを特徴とする請求項５に記載の評価プログラム。
7. 二次電池の充電容量と充電電圧とを用いて充電特性の評価をコンピュータに実行させる評価プログラムであって、
   充電手段を制御して、二次電池へ一定の充電電流を供給させる第１の手順と、
   前記充電電流の供給に応じて前記二次電池の公称容量を基準として正規化した充電容量Ｑを求める第２の手順と、
   前記二次電池から充電電流を供給しているときに電圧検出手段が検出した前記二次電池の充電電圧Ｖを入力する第３の手順と、
   前記充電電圧Ｖの変化量ｄＶと前記充電容量Ｑの変化量ｄＱとを求めて前記二次電池の充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線を求める第４の手順と、
   前記充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線から前記二次電池の充電特性の評価に用いる複数の第１特徴点を抽出する第５の手順と、
   複数の前記第１特徴点の充電電圧Ｖに対応させて前記二次電池の充電特性曲線上に複数の第２特徴点を設定する第６の手順と、
   使用状況の異なる複数の二次電池について設定した前記各第２特徴点を記憶手段へ記憶し、さらに入力手段から入力された前記各二次電池の寿命を示すデータを記憶してデータベースを構築する第７の手順と、
   評価対象の二次電池に設定した複数の前記第２特徴点を、前記データベースに記憶されている各第２特徴点と比較して最も近似するものを算出し、該算出した各第２特徴点を有する二次電池の寿命を示すデータから前記評価対象の二次電池の残寿命を予測する第８の手順と、
   を含む、
   ことを特徴とする前記コンピュータに実行させる評価プログラム。
8. 前記第５の手順は、
   前記充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線が依存する要素をパラメータとし、
   複数の任意時点の前記パラメータにおける充電電圧Ｖ−変化量ｄＱ／ｄＶ特性曲線に存在する全てのピーク点を算出し、
   前記算出したピーク点を前記第１特徴点とする、
   ことを特徴とする請求項７に記載の評価プログラム。

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