JP5825101B2 - 非水電解質二次電池のｏｃｖ特性推定装置、ｏｃｖ特性推定方法、蓄電システム及び組電池 - Google Patents

非水電解質二次電池のｏｃｖ特性推定装置、ｏｃｖ特性推定方法、蓄電システム及び組電池 Download PDF

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Description

本発明は、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定するＯＣＶ特性推定装置、ＯＣＶ特性推定方法、蓄電システム及び組電池に関する。
世界的な環境問題への取り組みとして、ガソリン自動車から電気自動車への転換が重要になってきている。このため、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池を動力源に用いた電気自動車の開発が進められている。
ここで、当該二次電池を有効に活用するためには、当該二次電池の電池容量を正確に推定して、当該二次電池の劣化状態を把握することが重要である。そして、当該二次電池の電池容量を正確に推定するためには、当該二次電池の開回路電圧の特性であるＯＣＶ特性を正確に把握することが必要である。
このため、従来、当該二次電池のＯＣＶ特性を把握する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。特許文献１には、二次電池の劣化状態の判定のために、間欠充放電試験を繰り返すことによって、ＯＣＶ特性を取得する方法が開示されている。また、非特許文献１には、リチウムイオン二次電池における低率放電特性を測定し、所定の関数を当該特性にフィッティングさせることでＯＣＶ特性を推定する方法が開示されている。
特開２０１１−４０１９８号公報
Ｋ．Ｈｏｎｋｕｒａ ｅｔ ａｌ．、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ １９６（２０１１）、１０１４１−１０１４７
しかしながら、上記のような従来のＯＣＶ特性を把握する技術では、迅速に精度良くＯＣＶ特性を推定することはできないという問題がある。
つまり、特許文献１に開示された技術では、間欠充放電試験を繰り返し測定するのに時間を要するため、迅速にＯＣＶ特性を推定することができない。また、当該間欠充放電試験の間は電池が使用不能になるという問題もある。
また、非特許文献１に開示された技術では、低率放電特性を測定するのに時間を要するため、迅速にＯＣＶ特性を推定することができない。また、所定の関数を当該特性にフィッティングさせることでＯＣＶ特性を推定しているが、当該フィッティングを精度良く行うのは困難であり、当該フィッティングの精度が悪いと精度良くＯＣＶ特性を推定することはできない。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池において、迅速に精度良くＯＣＶ特性を推定することができるＯＣＶ特性推定装置、ＯＣＶ特性推定方法、蓄電システム及び組電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るＯＣＶ特性推定装置は、正極及び負極の開回路電位である正極開回路電位及び負極開回路電位を参照極を用いて測定することができる非水電解質二次電池の、電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定するＯＣＶ特性推定装置であって、所定の第一状態での前記非水電解質二次電池の電気量である第一電気量と正極開回路電位との関係を示す第一正極ＯＣＰ特性と、前記第一状態での前記第一電気量と負極開回路電位との関係を示す第一負極ＯＣＰ特性とを取得するＯＣＰ特性取得部と、所定の第二状態での所定の第一充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第一正極開回路電位及び第一負極開回路電位を取得するとともに、前記第一充電時点から第二充電時点へ通電した場合の通電電気量である差分電気量と、前記第二充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位とを取得する開回路電位取得部と、前記ＯＣＰ特性取得部が取得した前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性と、前記開回路電位取得部が取得した前記第一正極開回路電位、前記第一負極開回路電位、前記差分電気量、前記第二正極開回路電位及び前記第二負極開回路電位とを用いて、正極及び負極の劣化の度合いを示す正極劣化率及び負極劣化率を算出する劣化率算出部と、算出された前記正極劣化率及び前記負極劣化率と、前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、前記第二状態での正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出するずれ量算出部と、算出された前記ずれ量と、前記正極劣化率及び前記負極劣化率と、前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、前記第二状態でのＯＣＶ特性を算出するＯＣＶ特性算出部とを備える。
これによれば、ＯＣＶ特性推定装置は、第一正極ＯＣＰ特性、第一負極ＯＣＰ特性、第一正極開回路電位、第一負極開回路電位、差分電気量、第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位を用いて、正極劣化率及び負極劣化率を算出し、正極劣化率、負極劣化率、第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を用いて、第二状態での正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出し、ずれ量、正極劣化率、負極劣化率、第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を用いて、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。つまり、ＯＣＶ特性推定装置は、当該正極劣化率、当該負極劣化率及び当該ずれ量を算出することで、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。ここで、本願発明者らは、鋭意研究の結果、当該正極劣化率、当該負極劣化率及び当該ずれ量を用いて、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を正確に推定することができることを見出した。また、ＯＣＶ特性推定装置は、当該正極劣化率、当該負極劣化率及び当該ずれ量を用いてＯＣＶ特性を算出するため、実際に充放電を行い測定するような必要がなく、迅速に当該ＯＣＶ特性を推定することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置は、迅速に精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、好ましくは、前記劣化率算出部は、前記第一正極ＯＣＰ特性から得られる前記第一正極開回路電位及び前記第二正極開回路電位における電気量の差を正極差分電気量として算出し、前記第一負極ＯＣＰ特性から得られる前記第一負極開回路電位及び前記第二負極開回路電位における電気量の差を負極差分電気量として算出し、前記差分電気量を前記正極差分電気量で除した値を前記正極劣化率として算出し、前記差分電気量を前記負極差分電気量で除した値を前記負極劣化率として算出する。
これによれば、ＯＣＶ特性推定装置は、正極差分電気量及び負極差分電気量を算出し、差分電気量を正極差分電気量で除した値を正極劣化率とし、差分電気量を負極差分電気量で除した値を負極劣化率として算出する。これにより、ＯＣＶ特性推定装置は、当該正極劣化率及び当該負極劣化率を容易に算出することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置は、容易に、迅速に精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、好ましくは、前記ずれ量算出部は、前記第一正極ＯＣＰ特性に前記正極劣化率を乗じた特性から得られる前記第一正極開回路電位または前記第二正極開回路電位における電気量を正極電気量として算出するとともに、前記第一負極ＯＣＰ特性に前記負極劣化率を乗じた特性から得られる前記第一負極開回路電位または前記第二負極開回路電位における電気量を負極電気量として算出し、前記正極電気量と前記負極電気量との差分を前記ずれ量として算出する。
これによれば、ＯＣＶ特性推定装置は、正極電気量及び負極電気量を算出し、正極電気量と負極電気量との差分を当該ずれ量として算出する。これにより、ＯＣＶ特性推定装置は、当該ずれ量を容易に算出することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置は、容易に、迅速に精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、好ましくは、前記ＯＣＶ特性算出部は、前記第一電気量に前記ずれ量を加算した値を第二電気量として算出し、前記第一正極ＯＣＰ特性における第一電気量を前記第二電気量に変更した場合の正極ＯＣＰ特性に前記正極劣化率を乗じることで、前記第二状態での正極ＯＣＰ特性である第二正極ＯＣＰ特性を算出し、前記第一負極ＯＣＰ特性に前記負極劣化率を乗じることで、前記第二状態での負極ＯＣＰ特性である第二負極ＯＣＰ特性を算出し、算出した前記第二正極ＯＣＰ特性から前記第二負極ＯＣＰ特性を差し引いて、前記第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。
これによれば、ＯＣＶ特性推定装置は、第一正極ＯＣＰ特性における電気量に当該ずれ量を加算した場合の正極ＯＣＰ特性に正極劣化率を乗じた特性から、第一負極ＯＣＰ特性に負極劣化率を乗じた特性を差し引いて、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。これにより、ＯＣＶ特性推定装置は、容易に第二状態でのＯＣＶ特性を算出することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置は、容易に、迅速に精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、好ましくは、前記第一正極開回路電位と前記第二正極開回路電位との差分は、所定の値よりも大きい。
これによれば、第一正極開回路電位と第二正極開回路電位との差分は、所定の値よりも大きい。ここで、第一正極開回路電位と第二正極開回路電位との差分が大きいほど、正極ＯＣＰ特性の傾きが大きくなるので、ＯＣＶ特性推定装置は、精度良くＯＣＶ特性を算出することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置は、さらに精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る組電池は、参照極を有する１の非水電解質二次電池を含む複数の非水電解質二次電池と、前記１の非水電解質二次電池の電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定するＯＣＶ特性推定装置とを備え、前記ＯＣＶ特性推定装置は、推定した前記１の非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を、前記複数の非水電解質二次電池全体のＯＣＶ特性と推定する。
これによれば、組電池は、参照極を有する１の非水電解質二次電池を含む複数の非水電解質二次電池と、当該１の非水電解質二次電池のＯＣＶ特性推定装置とを備えており、ＯＣＶ特性推定装置は、推定した当該１の非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を、複数の非水電解質二次電池全体のＯＣＶ特性と推定する。これにより、組電池は、当該１の非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を迅速に精度良く推定することができるため、全ての非水電解質二次電池全体のＯＣＶ特性を迅速に精度良く推定することができる。
また、好ましくは、前記１の非水電解質二次電池は、電池表面温度が、前記複数の非水電解質二次電池のうちの他の非水電解質二次電池の電池表面温度の平均値よりも高い。
これによれば、組電池は、電池表面温度が、他の非水電解質二次電池の平均値よりも高い非水電解質二次電池について、ＯＣＶ特性を推定する。ここで、非水電解質二次電池は、電池表面温度が高いほど、劣化し易い傾向にある。このため、組電池は、劣化し易い電池のＯＣＶ特性を推定することで、組電池としての寿命の把握を正確に行うことができる。
また、本発明は、このようなＯＣＶ特性推定装置として実現することができるだけでなく、当該ＯＣＶ特性推定装置が備える特徴的な処理部の処理をステップとするＯＣＶ特性推定方法としても実現することができる。また、本発明は、このようなＯＣＶ特性推定装置に含まれる特徴的な処理部を備える集積回路としても実現することができる。
また、本発明は、非水電解質二次電池と、当該非水電解質二次電池の電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定するＯＣＶ特性推定装置とを備える蓄電システムとして実現することもできる。
また、本発明は、ＯＣＶ特性推定方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
本発明によると、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池において、迅速に精度良くＯＣＶ特性を推定することができる。
本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置を備える組電池の外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る二次電池の外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置の機能的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る第一状態データの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る第二状態データの一例を示す図である。 二次電池のＯＣＶ特性の経時変化を説明するための図である。 二次電池のＯＣＶ特性の経時変化を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置が二次電池のＯＣＶ特性を推定する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置が二次電池のＯＣＶ特性を推定する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る劣化率算出部が正極劣化率及び負極劣化率を算出する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る劣化率算出部が正極劣化率及び負極劣化率を算出する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るずれ量算出部が正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るずれ量算出部が正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性算出部が第二状態でのＯＣＶ特性を算出する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性算出部が第二状態でのＯＣＶ特性を算出する処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置を集積回路で実現する構成を示すブロック図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置、及び当該ＯＣＶ特性推定装置を備える組電池について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
まず、組電池１０の構成について、説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置１００を備える組電池１０の外観斜視図である。
同図に示すように、組電池１０は、ＯＣＶ特性推定装置１００と、複数の二次電池２００（同図では、二次電池２０１〜２１０の１０個の二次電池）と、ＯＣＶ特性推定装置１００及び複数の二次電池２００を収容する収容ケース３００とを備えている。
ＯＣＶ特性推定装置１００は、複数の二次電池２００の上方に配置され、複数の二次電池２００の電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定する回路を搭載した回路基板である。具体的には、ＯＣＶ特性推定装置１００は、例えば二次電池２０３に接続されており、二次電池２０３からの情報を取得して、二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定する。
なお、二次電池２００のＯＣＶ特性とは、二次電池２００に通電される電気量と開回路電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）との関係を示す特性である。また、開回路電圧とは、二次電池２００の正極と負極との間の開回路電位（ＯＣＰ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の電位差であり、二次電池２００の正極開回路電位から負極開回路電位を差し引いた値である。
また、正極開回路電位及び負極開回路電位とは、二次電池２００が外部回路から電気的に切り離された（正極と負極との間に負荷をかけていない）状態が十分な時間経過した時点での、二次電池２００の正極の電位及び負極の電位である。つまり、開回路電圧は、二次電池２００に電流が流れていない状態が十分な時間経過したときの当該二次電池２００の正極と負極との間の電圧を示している。
ここで、ＯＣＶ特性推定装置１００が接続されている二次電池２０３は、電池表面温度が、複数の二次電池２０１〜２１０のうちの他の二次電池２０１、２０２、２０４〜２１０の電池表面温度の平均値よりも高いものとする。そして、ＯＣＶ特性推定装置１００は、推定した二次電池２０３のＯＣＶ特性を、複数の二次電池２００全体のＯＣＶ特性と推定する。
なお、ここでは、ＯＣＶ特性推定装置１００は複数の二次電池２００の上方に配置されているが、ＯＣＶ特性推定装置１００はどこに配置されていてもよい。このＯＣＶ特性推定装置１００の詳細な機能構成の説明については、後述する。
また、同図では、１０個の矩形状の二次電池２００が配置されて組電池を構成している。なお、二次電池２００の個数は１０個に限定されず、他の複数個数または１個であってもよい。また二次電池２００の形状も特に限定されない。
次に、ＯＣＶ特性推定装置１００が接続されている二次電池２０３の構成について、説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る二次電池２０３の外観斜視図である。なお、同図は、電池ケース内部を透視した図となっている。
二次電池２０３は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池である。同図に示すように、二次電池２０３は、電池容器２１０と、正極端子２２０と、負極端子２３０とを備え、電池容器２１０は、上壁であるふた板２１１を備えている。また、電池容器２１０内方には、発電要素２１２と、正極集電部材２１３と、負極集電部材２１４と、参照極２１５とが配置されている。なお、二次電池２０３の電池容器２１０の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。
なお、図１に示された二次電池２０３以外の二次電池２０１、２０２、２０４〜２１０についても、二次電池２０３と同様の構成を有するが、参照極２１５については備えられていなくともよい。
電池容器２１０は、金属からなる矩形筒状で底を備える筐体本体と、当該筐体本体の開口を閉塞する金属製のふた板２１１とで構成されている。また、電池容器２１０は、発電要素２１２等を内部に収容後、ふた板２１１と筐体本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。
発電要素２１２は、詳細な図示は省略するが、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。正極は、アルミニウムからなる長尺帯状の正極集電体シートの表面に正極活物質層が形成されたものである。負極は、銅からなる長尺帯状の負極集電体シートの表面に負極活物質層が形成されたものである。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。そして、発電要素２１２は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように巻き回されて形成されている。
さらに詳しくは、上記正極と上記負極は、上記セパレータを介し、長尺帯状の幅方向に互いにずらして、当該幅方向に沿う回転軸を中心に長円形状に巻回されている。そして、上記正極及び上記負極は、それぞれのずらす方向の端縁部を活物質の非形成部とすることにより、巻回軸の一端部には、活物質が形成されていない正極集電体であるアルミニウム箔が露出し、巻回軸の他端部には、活物質が形成されていない負極集電体である銅箔が露出している。また、発電要素２１２の巻回軸方向の両端部には正極集電部材２１３及び負極集電部材２１４が上記巻回軸方向と垂直方向に延びて配置されている。
ここで、正極活物質としては、ＬｉＭＰＯ４、ＬｉＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種又は２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、ＬｉＭＯ２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種又は２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。
なお、本発明を適用するにあたり、検出の精度の観点から、電位特性が平坦でなく、傾きの変化が大きい正極材料が用いられることが好ましい。具体的には、正極活物質として、上記のリチウム遷移金属酸化物ＬｉＭＯ２を用いたものであることが好ましい。
また、負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−ケイ素、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
正極端子２２０は、発電要素２１２の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子２３０は、発電要素２１２の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２２０及び負極端子２３０は、発電要素２１２に蓄えられている電気を二次電池２０３の外部回路に導出し、また、二次電池２０３内部の発電要素２１２に電気を導入するための金属製の電極端子である。また、正極端子２２０及び負極端子２３０は、発電要素２１２の上方に配置されたふた板２１１に取り付けられている。
正極集電部材２１３は、発電要素２１２の正極集電体と電池容器２１０の側壁との間に配置され、正極端子２２０と発電要素２１２の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電部材２１３は、発電要素２１２の正極集電体と同様、アルミニウムで形成されている。
負極集電部材２１４は、発電要素２１２の負極集電体と電池容器２１０の側壁との間に配置され、負極端子２３０と発電要素２１２の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電部材２１４は、発電要素２１２の負極集電体と同様、銅で形成されている。
参照極２１５は、二次電池２０３の正極及び負極の電位を測定するための第３の電極であり、発電要素２１２と電池容器２１０との間に配置されている。具体的には、参照極２１５は、ステンレス製の参照極リードの先に金属リチウムを貼付し、金属リチウムだけが露出するように加工されている。
ここで、参照極２１５としては、金属リチウム、リチウム−アルミニウム合金やリチウム−錫合金などのリチウム合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２やＬｉＦｅＰＯ４などの電位平坦を有する活物質を適宜Ｌｉを挿入すること等によって電位平坦を示す状態にしたものなど、安定した電位を示すものであれば、どのようなものであってもよい。
また、参照極２１５の配置位置は、電池容器２１０内において発電要素２１２と参照極２１５との間で液絡があれば、どのような位置に配置されていてもよい。
例えば、参照極２１５にセパレータを巻きつける構成でもよい。この場合、液絡を保持する観点から、発電要素２１２に用いられるセパレータを発電要素２１２からはみ出すようにし、これを参照極２１５を包むセパレータとして用いることが望ましい。
また、電池容器２１０と正極端子２２０及び負極端子２３０との間で電気的絶縁がなされている場合には、電池容器２１０を参照極２１５とすることができる。この場合、電池容器２１０の材質としては、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケルメッキ鋼板などの金属が挙げられる。また、電池容器２１０が鉄、ステンレス、ニッケルメッキ鋼板などの金属リチウムと反応しないものの場合には、参照極となる金属リチウム参照極を電気的に接続することもできる。
次に、ＯＣＶ特性推定装置１００の詳細な機能構成について、説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。
ＯＣＶ特性推定装置１００は、二次電池２０３に接続され、二次電池２０３の電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定する装置である。同図に示すように、ＯＣＶ特性推定装置１００は、ＯＣＰ特性取得部１１０、開回路電位取得部１２０、劣化率算出部１３０、ずれ量算出部１４０、ＯＣＶ特性算出部１５０及び記憶部１６０を備えている。
ＯＣＰ特性取得部１１０は、所定の第一状態での二次電池２０３の電気量である第一電気量と正極開回路電位との関係を示す第一正極ＯＣＰ特性と、当該第一状態での第一電気量と負極開回路電位との関係を示す第一負極ＯＣＰ特性とを取得する。なお、正極開回路電位は、正極の開回路電位であり、負極開回路電位は、負極の開回路電位である。
また、第一状態とは、二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定する計算の基準となる状態である。ここで、当該第一状態はどのような状態でもよいが、例えば、二次電池２０３の工場出荷時や充放電を開始する時点での状態である。
開回路電位取得部１２０は、所定の第二状態での所定の第一充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第一正極開回路電位及び第一負極開回路電位を取得する。また、開回路電位取得部１２０は、当該第一充電時点から第二充電時点へ通電した場合の通電電気量である差分電気量と、当該第二充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位とを取得する。
ここで、開回路電位取得部１２０は、参照極２１５を用いて二次電池２０３の正極開回路電位及び負極開回路電位を測定することで、上記の第一正極開回路電位、第一負極開回路電位、第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位を取得することができる。
なお、第二状態とは、第一状態から二次電池２０３が充放電を開始して所定の期間が経過した場合の状態であり、二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定したい状態である。また、第一充電時点及び第二充電時点は、当該第二状態内の時点であればどのような時点であってもよく、分、時、日、月など、どのような単位で表現されてもかまわない。
劣化率算出部１３０は、ＯＣＰ特性取得部１１０が取得した第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性と、開回路電位取得部１２０が取得した第一正極開回路電位、第一負極開回路電位、差分電気量、第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位とを用いて、正極及び負極の劣化の度合いを示す正極劣化率及び負極劣化率を算出する。
具体的には、劣化率算出部１３０は、第一正極ＯＣＰ特性から得られる第一正極開回路電位及び第二正極開回路電位における電気量の差を正極差分電気量として算出し、第一負極ＯＣＰ特性から得られる第一負極開回路電位及び第二負極開回路電位における電気量の差を負極差分電気量として算出する。そして、劣化率算出部１３０は、差分電気量を正極差分電気量で除した値を正極劣化率として算出し、差分電気量を負極差分電気量で除した値を負極劣化率として算出する。
ずれ量算出部１４０は、劣化率算出部１３０が算出した正極劣化率及び負極劣化率と、ＯＣＰ特性取得部１１０が取得した第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、第二状態での正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出する。
具体的には、ずれ量算出部１４０は、第一正極ＯＣＰ特性に正極劣化率を乗じた特性から得られる第一正極開回路電位または第二正極開回路電位における電気量を正極電気量として算出するとともに、第一負極ＯＣＰ特性に負極劣化率を乗じた特性から得られる第一負極開回路電位または第二負極開回路電位における電気量を負極電気量として算出する。そして、ずれ量算出部１４０は、正極電気量と負極電気量との差分をずれ量として算出する。
ＯＣＶ特性算出部１５０は、ずれ量算出部１４０が算出したずれ量と、劣化率算出部１３０が算出した正極劣化率及び負極劣化率と、ＯＣＰ特性取得部１１０が取得した第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。
具体的には、ＯＣＶ特性算出部１５０は、第一電気量にずれ量を加算した値を第二電気量として算出し、第一正極ＯＣＰ特性における第一電気量を第二電気量に変更した場合の正極ＯＣＰ特性に正極劣化率を乗じることで、第二状態での正極ＯＣＰ特性である第二正極ＯＣＰ特性を算出する。また、ＯＣＶ特性算出部１５０は、第一負極ＯＣＰ特性に負極劣化率を乗じることで、第二状態での負極ＯＣＰ特性である第二負極ＯＣＰ特性を算出する。そして、ＯＣＶ特性算出部１５０は、算出した第二正極ＯＣＰ特性から第二負極ＯＣＰ特性を差し引いて、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。
記憶部１６０は、二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定するための情報を記憶しているメモリである。具体的には、記憶部１６０は、第一状態における情報である第一状態データ１６１と、第二状態における情報である第二状態データ１６２とを記憶している。
図４Ａは、本発明の実施の形態に係る第一状態データ１６１の一例を示す図である。
第一状態データ１６１は、第一状態における情報を示すデータの集まりである。つまり、同図に示すように、第一状態データ１６１は、「第一正極ＯＣＰ特性」及び「第一負極ＯＣＰ特性」を含むデータテーブルである。
本実施の形態では、この第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性は、事前に測定され、記憶部１６０に記憶されており、ＯＣＰ特性取得部１１０は、記憶部１６０から第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を読み出すことで、第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を取得する。なお、ＯＣＶ特性推定装置１００が当該第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を測定し、記憶部１６０に記憶させる構成でもかまわない。
図４Ｂは、本発明の実施の形態に係る第二状態データ１６２の一例を示す図である。
第二状態データ１６２は、第二状態における情報を示すデータの集まりである。つまり、同図に示すように、第二状態データ１６２は、「第一正極開回路電位」、「第一負極開回路電位」、「差分電気量」、「第二正極開回路電位」及び「第二負極開回路電位」を含むデータテーブルである。
つまり、開回路電位取得部１２０は、第一正極開回路電位、第一負極開回路電位、差分電気量、第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位を取得して、これらのデータを記憶部１６０に書き込むことで、第二状態データ１６２を更新する。
また、劣化率算出部１３０、ずれ量算出部１４０及びＯＣＶ特性算出部１５０は、記憶部１６０に記憶されている第一状態データ１６１及び第二状態データ１６２から必要なデータを読み出して、それぞれ算出を行う。
次に、二次電池２０３のＯＣＶ特性の経時変化について、説明する。
図５及び図６は、二次電池２０３のＯＣＶ特性の経時変化を説明するための図である。具体的には、図５の（ａ）は、初期状態での二次電池２０３の正極開回路電位と負極開回路電位とを示すグラフであり、図５の（ｂ）は、負極ＳＥＩ形成後の二次電池２０３の正極開回路電位と負極開回路電位とを示すグラフである。また、図６は、図５の（ｂ）からさらに時間経過後の二次電池２０３の正極開回路電位と負極開回路電位とを示すグラフである。
まず、負極へのＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）形成などにより、負極におけるリチウムの吸蔵放出以外にリチウムイオン（電気量）が使用されると、図５の（ａ）のグラフから図５の（ｂ）のグラフに移行する。つまり、負極ＳＥＩ形成に使われて正極に返せないリチウム量（電気量）の分だけ、負極開回路電位のグラフが相対的に右側に移動する。
そして、さらに二次電池２０３の充放電が行われて劣化が進むと、負極ＳＥＩ形成がさらに進み、かつ、正極または負極の容量が低下する。ここで、負極ＳＥＩ形成がさらに進むと、図６の（ａ）のグラフから図６の（ｂ）のグラフに移行する。つまり、負極開回路電位のグラフがさらに右側に移動する。また、正極または負極の容量が低下すると、図６の（ａ）のグラフから図６の（ｃ）のグラフに移行する。つまり、正極開回路電位または負極開回路電位のグラフが横方向に縮小される。
このため、二次電池２０３の劣化が進むと、負極ＳＥＩ形成がさらに進み、かつ、正極または負極の容量が低下するため、負極開回路電位のグラフが右側に移動するとともに、正極開回路電位または負極開回路電位のグラフが横方向に縮小される。
このように、二次電池２０３の正極ＯＣＰ特性及び負極ＯＣＰ特性が経時的に変化するため、二次電池２０３のＯＣＶ特性も経時的に変化する。
次に、ＯＣＶ特性推定装置１００が二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定する処理について説明する。
図７は、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置１００が二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定する処理の一例を示すフローチャートである。
図８は、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置１００が二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定する処理を説明するための図である。
まず、図７に示すように、ＯＣＰ特性取得部１１０は、第一状態において、第一正極ＯＣＰ特性と第一負極ＯＣＰ特性とを取得する（Ｓ１０２）。
なお、この第一正極ＯＣＰ特性と第一負極ＯＣＰ特性とは、例えば単極試験によって予め測定され、記憶部１６０に記憶されている。
ここで、上記の単極試験としては、例えば、二次電池２０３に用いる正極及び負極と同じ材質で、１．５×２．０ｃｍ２に加工したものを試験極とし、参照極および対極として金属リチウムを用いて試験を行うことができる。また、電位範囲は、例えば、正極については４．３〜２．７５（Ｖ ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）とし、負極は０．０２〜２．０（Ｖ ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）とする。
そして、当該単極試験において、満充電まで充電した後、１／２０ＣｍＡで１時間放電後、３時間放置し電位測定することを３０回繰り返すことで、図５の（ａ）に示したような正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性とを得ることができる。これにより、図８に示す第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）及び第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）を、既知関数として得ることができる。
このようにして、第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）及び第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）は、事前に測定され、記憶部１６０に記憶される。そして、ＯＣＰ特性取得部１１０は、記憶部１６０の第一状態データ１６１から、当該第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を読み出すことで、図８に示す第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）及び第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）を取得する。
次に、図７に戻り、開回路電位取得部１２０は、第二状態において、第一充電時点での第一正極開回路電位及び第一負極開回路電位を取得する（Ｓ１０４）。
具体的には、開回路電位取得部１２０は、参照極２１５を用いて二次電池２０３の正極開回路電位及び負極開回路電位を測定することで、図８に示す第一正極開回路電位ＰＡ及び第一負極開回路電位ＮＡを取得する。ここで、図８に示すように、第一正極開回路電位ＰＡは、第二状態における正極ＯＣＰ特性ｆ’（ｑ）上の点であり、第一負極開回路電位ＮＡは、第二状態における負極ＯＣＰ特性ｇ’（ｑ）上の点である。
そして、開回路電位取得部１２０は、取得した第一正極開回路電位ＰＡ及び第一負極開回路電位ＮＡを記憶部１６０に書き込むことで、第二状態データ１６２を更新する。
次に、図７に戻り、開回路電位取得部１２０は、第二状態において、第一充電時点から第二充電時点まで通電された場合、当該通電された電気量である差分電気量と、当該第二充電時点における第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位とを取得する（Ｓ１０６）。
具体的には、開回路電位取得部１２０は、参照極２１５を用いて二次電池２０３の正極開回路電位及び負極開回路電位を測定することで、図８に示す第二正極開回路電位ＰＢ及び第二負極開回路電位ＮＢを取得する。ここで、図８に示すように、第二正極開回路電位ＰＢは、第二状態における正極ＯＣＰ特性ｆ’（ｑ）上の点であり、第二負極開回路電位ＮＢは、第二状態における負極ＯＣＰ特性ｇ’（ｑ）上の点である。
また、開回路電位取得部１２０は、第一充電時点から第二充電時点まで通電された電気量を測定することで、図８に示す差分電気量ＱＡＢを取得する。そして、開回路電位取得部１２０は、取得した差分電気量ＱＡＢと、第二正極開回路電位ＰＢ及び第二負極開回路電位ＮＢとを記憶部１６０に書き込むことで、第二状態データ１６２を更新する。
なお、開回路電位取得部１２０は、第一正極開回路電位ＰＡと第二正極開回路電位ＰＢとの差分が所定の値よりも大きくなるように、第一正極開回路電位ＰＡ及び第二正極開回路電位ＰＢを取得するのが好ましい。
ここで、上記所定の値とは、大きい値であればあるほど望ましいが、例えば、二次電池２０３の定格容量Ｑ０、電気量ＱにおいてＤＯＤ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）をＤ＝Ｑ／Ｑ０とした場合のＤ≧０．１となる区間における変化量ΔＤと、ＰＡとＰＢとの差分ΔＥとの比率が、ΔＥ／ΔＤ＞０．１Ｖとなるような値であるのが好ましい。また、さらに好ましくは、ΔＥ／ΔＤ＞０．０５Ｖとなるような値である。
なお、二次電池の定格容量Ｑ０（Ａｈ）は、十分に小さい電流値で放電させたときの放電容量を指すものとし、次のようにして測定されたものを用いることができる。
（１）二次電池をあらかじめ１／２０ＣＡで放電カット電圧３．０Ｖまで放電する。
（２）二次電池を１／２０ＣＡで充電カット電圧４．２Ｖまで定電流充電したのち、４．２Ｖでの定電圧充電を総充電時間３０時間となるまで継続して行う。
（３）二次電池を１／２０ＣＡで放電カット電圧３．０Ｖまで放電し、得られた放電容量をＱ０（Ａｈ）とする。
ただし、１ＣＡの電流値は二次電池の公称容量を基準にするものであり、公称容量１Ａｈの二次電池においては、１ＣＡ＝１Ａである。
また、開回路電位は、二次電池に参照極を設けた状態で上記工程（１）および（２）を実施したのち、以下に示す（３）’の工程を２５回繰り返すことによって得ることができる。
（３）’二次電池を１／２０ＣＡで１時間または放電カット電圧３．０Ｖとなるまで放電したのち、２時間開回路状態で放置し、得られた電位を開回路電位とする。
なお、二次電池から負極を取り出して、別途３端子式セルを組み立てて、単極での開回路電位測定を行うこともできる。
次に、図７に戻り、劣化率算出部１３０は、第一正極ＯＣＰ特性、第一負極ＯＣＰ特性、第一正極開回路電位、第一負極開回路電位、差分電気量、第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位を用いて、正極劣化率及び負極劣化率を算出する（Ｓ１０８）。
具体的には、劣化率算出部１３０は、記憶部１６０に記憶されている第一状態データ１６１から第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）及び第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）を読み出し、第二状態データ１６２から、第一正極開回路電位ＰＡ、第一負極開回路電位ＮＡ、差分電気量ＱＡＢ、第二正極開回路電位ＰＢ及び第二負極開回路電位ＮＢを読み出して、正極劣化率及び負極劣化率を算出する。なお、この劣化率算出部１３０が正極劣化率及び負極劣化率を算出する処理の詳細な説明については、後述する。
そして、ずれ量算出部１４０は、正極劣化率、負極劣化率、第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を用いて、第二状態での正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出する（Ｓ１１０）。
具体的には、ずれ量算出部１４０は、記憶部１６０に記憶されている第一状態データ１６１から第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）及び第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）を読み出し、当該ずれ量を算出する。なお、このずれ量算出部１４０が当該ずれ量を算出する処理の詳細な説明については、後述する。
そして、ＯＣＶ特性算出部１５０は、ずれ量、正極劣化率、負極劣化率、第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を用いて、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する（Ｓ１１２）。
具体的には、ＯＣＶ特性算出部１５０は、記憶部１６０に記憶されている第一状態データ１６１から第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）及び第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）を読み出し、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。なお、このＯＣＶ特性算出部１５０が第二状態でのＯＣＶ特性を算出する処理の詳細な説明については、後述する。
以上のようにして、ＯＣＶ特性推定装置１００が二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定する処理は、終了する。
次に、劣化率算出部１３０が正極劣化率及び負極劣化率を算出する処理（図７のＳ１０８）について、詳細に説明する。
図９は、本発明の実施の形態に係る劣化率算出部１３０が正極劣化率及び負極劣化率を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
図１０は、本発明の実施の形態に係る劣化率算出部１３０が正極劣化率及び負極劣化率を算出する処理を説明するための図である。
まず、図９に示すように、劣化率算出部１３０は、第一正極ＯＣＰ特性から得られる第一正極開回路電位及び第二正極開回路電位における電気量の差を正極差分電気量として算出する（Ｓ２０２）。また、劣化率算出部１３０は、第一負極ＯＣＰ特性から得られる第一負極開回路電位及び第二負極開回路電位における電気量の差を負極差分電気量として算出する（Ｓ２０２）。
具体的には、図１０に示すように、劣化率算出部１３０は、第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）から得られる第一正極開回路電位ＰＡ及び第二正極開回路電位ＰＢにおける電気量の差である正極差分電気量ＱＰを算出する。つまり、劣化率算出部１３０は、第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）に第二正極開回路電位ＰＢを代入した場合の電気量から、第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）に第一正極開回路電位ＰＡを代入した場合の電気量を差し引いた値を、正極差分電気量ＱＰとして算出する。
また、同様に、劣化率算出部１３０は、第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）から得られる第一負極開回路電位ＮＡ及び第二負極開回路電位ＮＢにおける電気量の差である負極差分電気量ＱＮを算出する。つまり、劣化率算出部１３０は、第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）に第二負極開回路電位ＮＢを代入した場合の電気量から、第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）に第一負極開回路電位ＮＡを代入した場合の電気量を差し引いた値を、負極差分電気量ＱＮとして算出する。
そして、図９に戻り、劣化率算出部１３０は、差分電気量を正極差分電気量で除した値を正極劣化率として算出し、差分電気量を負極差分電気量で除した値を負極劣化率として算出する（Ｓ２０４）。
具体的には、劣化率算出部１３０は、正極劣化率ＤＰ及び負極劣化率ＤＮを、以下の式１及び式２によって算出する。
正極劣化率ＤＰ＝差分電気量ＱＡＢ／正極差分電気量ＱＰ （式１）
負極劣化率ＤＮ＝差分電気量ＱＡＢ／負極差分電気量ＱＮ （式２）
以上のようにして、劣化率算出部１３０が正極劣化率及び負極劣化率を算出する処理（図７のＳ１０８）は、終了する。
次に、ずれ量算出部１４０が正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出する処理（図７のＳ１１０）について、詳細に説明する。
図１１は、本発明の実施の形態に係るずれ量算出部１４０が正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
図１２は、本発明の実施の形態に係るずれ量算出部１４０が正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出する処理を説明するための図である。
まず、図１１に示すように、ずれ量算出部１４０は、第一正極ＯＣＰ特性に正極劣化率を乗じた特性から得られる第一正極開回路電位または第二正極開回路電位における電気量を正極電気量として算出する（Ｓ３０２）。また、ずれ量算出部１４０は、第一負極ＯＣＰ特性に負極劣化率を乗じた特性から得られる第一負極開回路電位または第二負極開回路電位における電気量を負極電気量として算出する（Ｓ３０２）。
具体的には、図１２に示すように、ずれ量算出部１４０は、第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）に正極劣化率ＤＰを乗じた特性ＤＰｆ（ｑ）（＝ｆ’（ｑ））から得られる第一正極開回路電位ＰＡにおける電気量を正極電気量ｑＰＡとして算出する。また、ずれ量算出部１４０は、第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）に負極劣化率ＤＮを乗じた特性ＤＮｇ（ｑ）（＝ｇ’（ｑ））から得られる第一負極開回路電位ＮＡにおける電気量を負極電気量ｑＮＡとして算出する。
そして、図１１に戻り、ずれ量算出部１４０は、正極電気量と負極電気量との差分をずれ量として算出する（Ｓ３０４）。具体的には、図１２に示すように、ずれ量算出部１４０は、正極電気量ｑＰＡと負極電気量ｑＮＡとの差分Ｃをずれ量として算出する。
なお、ステップＳ３０２において、ずれ量算出部１４０は、図１２に示すように、特性ＤＰｆ（ｑ）から得られる第二正極開回路電位ＰＢにおける電気量を正極電気量ｑＰＢとして算出し、特性ＤＮｇ（ｑ）から得られる第二負極開回路電位ＮＢにおける電気量を負極電気量ｑＮＢとして算出することにしてもよい。この場合、ステップＳ３０４においては、ずれ量算出部１４０は、正極電気量ｑＰＢと負極電気量ｑＮＢとの差分Ｃをずれ量として算出する。
以上のようにして、ずれ量算出部１４０が正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出する処理（図７のＳ１１０）は、終了する。
次に、ＯＣＶ特性算出部１５０が第二状態でのＯＣＶ特性を算出する処理（図７のＳ１１２）について、詳細に説明する。
図１３は、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性算出部１５０が第二状態でのＯＣＶ特性を算出する処理の一例を示すフローチャートである。
図１４は、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性算出部１５０が第二状態でのＯＣＶ特性を算出する処理を説明するための図である。
まず、図１３に示すように、ＯＣＶ特性算出部１５０は、第一電気量にずれ量を加算した値を第二電気量として算出し、第一正極ＯＣＰ特性における第一電気量を第二電気量に変更した場合の正極ＯＣＰ特性に正極劣化率を乗じることで、第二状態での正極ＯＣＰ特性である第二正極ＯＣＰ特性を算出する（Ｓ４０２）。また、ＯＣＶ特性算出部１５０は、第一負極ＯＣＰ特性に負極劣化率を乗じることで、第二状態での負極ＯＣＰ特性である第二負極ＯＣＰ特性を算出する（Ｓ４０２）。
具体的には、図１４に示すように、ＯＣＶ特性算出部１５０は、第一電気量ｑにずれ量Ｃを加算して、第二電気量（ｑ＋Ｃ）を算出する。そして、ＯＣＶ特性算出部１５０は、第一正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ）における第一電気量ｑを第二電気量（ｑ＋Ｃ）に変更した場合の正極ＯＣＰ特性ｆ（ｑ＋Ｃ）に正極劣化率ＤＰを乗じることで、第二正極ＯＣＰ特性ＤＰｆ（ｑ＋Ｃ）（＝ＥＰ）を算出する。また、ＯＣＶ特性算出部１５０は、第一負極ＯＣＰ特性ｇ（ｑ）に負極劣化率ＤＮを乗じることで、第二負極ＯＣＰ特性ＤＮｇ（ｑ）（＝ＥＮ）を算出する。
そして、図１３に戻り、ＯＣＶ特性算出部１５０は、算出した第二正極ＯＣＰ特性から第二負極ＯＣＰ特性を差し引いて、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する（Ｓ４０４）。具体的には、ＯＣＶ特性算出部１５０は、第二状態でのＯＣＶ特性Ｅを、以下の式３によって算出する。
Ｅ＝ＥＰ−ＥＮ＝ＤＰｆ（ｑ＋Ｃ）−ＤＮｇ（ｑ） （式３）
なお、上記により、Ｃは、以下の式４によって表される。
Ｃ＝ＤＰ −１ｆ−１（ＥＰ）−ＤＮ −１ｇ−１（ＥＮ） （式４）
以上のようにして、ＯＣＶ特性算出部１５０が第二状態でのＯＣＶ特性を算出する処理（図７のＳ１１２）は、終了する。
以上のように、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置１００によれば、第一正極ＯＣＰ特性、第一負極ＯＣＰ特性、第一正極開回路電位、第一負極開回路電位、差分電気量、第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位を用いて、正極劣化率及び負極劣化率を算出し、正極劣化率、負極劣化率、第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を用いて、第二状態での正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出し、ずれ量、正極劣化率、負極劣化率、第一正極ＯＣＰ特性及び第一負極ＯＣＰ特性を用いて、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。つまり、ＯＣＶ特性推定装置１００は、当該正極劣化率、当該負極劣化率及び当該ずれ量を算出することで、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。ここで、本願発明者らは、鋭意研究の結果、当該正極劣化率、当該負極劣化率及び当該ずれ量を用いて、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を正確に推定することができることを見出した。また、ＯＣＶ特性推定装置１００は、当該正極劣化率、当該負極劣化率及び当該ずれ量を用いてＯＣＶ特性を算出するため、実際に充放電を行い測定するような必要がなく、迅速に当該ＯＣＶ特性を推定することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置１００は、迅速に精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、ＯＣＶ特性推定装置１００は、正極差分電気量及び負極差分電気量を算出し、差分電気量を正極差分電気量で除した値を正極劣化率とし、差分電気量を負極差分電気量で除した値を負極劣化率として算出する。これにより、ＯＣＶ特性推定装置１００は、当該正極劣化率及び当該負極劣化率を容易に算出することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置１００は、容易に、迅速に精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、ＯＣＶ特性推定装置１００は、正極電気量及び負極電気量を算出し、正極電気量と負極電気量との差分を当該ずれ量として算出する。これにより、ＯＣＶ特性推定装置１００は、当該ずれ量を容易に算出することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置１００は、容易に、迅速に精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、ＯＣＶ特性推定装置１００は、第一正極ＯＣＰ特性における電気量に当該ずれ量を加算した場合の正極ＯＣＰ特性に正極劣化率を乗じた特性から、第一負極ＯＣＰ特性に負極劣化率を乗じた特性を差し引いて、第二状態でのＯＣＶ特性を算出する。これにより、ＯＣＶ特性推定装置１００は、容易に第二状態でのＯＣＶ特性を算出することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置１００は、容易に、迅速に精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、第一正極開回路電位と第二正極開回路電位との差分は、所定の値よりも大きい。ここで、第一正極開回路電位と第二正極開回路電位との差分が大きいほど、正極ＯＣＰ特性の傾きが大きくなるので、ＯＣＶ特性推定装置１００は、精度良くＯＣＶ特性を算出することができる。このため、ＯＣＶ特性推定装置１００は、さらに精度良く、非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を推定することができる。
また、本発明の実施の形態に係る組電池１０によれば、参照極２１５を有する二次電池２０３を含む複数の二次電池２００と、二次電池２０３のＯＣＶ特性推定装置１００とを備えており、ＯＣＶ特性推定装置１００は、推定した二次電池２０３のＯＣＶ特性を、複数の二次電池２００全体のＯＣＶ特性と推定する。これにより、組電池１０は、二次電池２０３のＯＣＶ特性を迅速に精度良く推定することができるため、全ての二次電池２００全体のＯＣＶ特性を迅速に精度良く推定することができる。
また、組電池１０は、電池表面温度が、他の二次電池の平均値よりも高い二次電池２０３について、ＯＣＶ特性を推定する。ここで、二次電池は、電池表面温度が高いほど、劣化し易い傾向にある。このため、組電池１０は、劣化し易い電池のＯＣＶ特性を推定することで、組電池としての寿命の把握を正確に行うことができる。
以上、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置１００及び組電池１０について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、本発明は、二次電池２０３と、二次電池２０３のＯＣＶ特性を推定するＯＣＶ特性推定装置１００とを備える蓄電システムとして実現することもできる。
また、本発明は、このようなＯＣＶ特性推定装置１００として実現することができるだけでなく、ＯＣＶ特性推定装置１００が備える特徴的な処理部の処理をステップとするＯＣＶ特性推定方法としても実現することができる。
また、本発明は、ＯＣＶ特性推定方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
また、本発明に係るＯＣＶ特性推定装置１００が備える各処理部は、集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。例えば、図１５に示すように、本発明は、ＯＣＰ特性取得部１１０、開回路電位取得部１２０、劣化率算出部１３０、ずれ量算出部１４０及びＯＣＶ特性算出部１５０を備える集積回路１７０として実現することができる。図１５は、本発明の実施の形態に係るＯＣＶ特性推定装置１００を集積回路で実現する構成を示すブロック図である。
なお、集積回路１７０が備える各処理部は、個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池において、迅速に精度良くＯＣＶ特性を推定することができるＯＣＶ特性推定装置等に適用できる。
１０ 組電池
１００ ＯＣＶ特性推定装置
１１０ ＯＣＰ特性取得部
１２０ 開回路電位取得部
１３０ 劣化率算出部
１４０ ずれ量算出部
１５０ ＯＣＶ特性算出部
１６０ 記憶部
１６１ 第一状態データ
１６２ 第二状態データ
１７０ 集積回路
２００、２０１〜２１０ 二次電池
２１０ 電池容器
２１１ ふた板
２１２ 発電要素
２１３ 正極集電部材
２１４ 負極集電部材
２１５ 参照極
２２０ 正極端子
２３０ 負極端子
３００ 収容ケース

Claims (10)

  1. 正極及び負極の開回路電位である正極開回路電位及び負極開回路電位を参照極を用いて測定することができる非水電解質二次電池の、電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定するＯＣＶ特性推定装置であって、
    所定の第一状態での前記非水電解質二次電池の電気量である第一電気量と正極開回路電位との関係を示す第一正極ＯＣＰ特性と、前記第一状態での前記第一電気量と負極開回路電位との関係を示す第一負極ＯＣＰ特性とを取得するＯＣＰ特性取得部と、
    所定の第二状態での所定の第一充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第一正極開回路電位及び第一負極開回路電位を測定により取得するとともに、前記第一充電時点から第二充電時点へ通電した場合の通電電気量と、前記第二充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位とを測定により取得する開回路電位取得部と、
    前記ＯＣＰ特性取得部が取得した前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性と、前記開回路電位取得部が取得した前記第一正極開回路電位、前記第一負極開回路電位、前記通電電気量、前記第二正極開回路電位及び前記第二負極開回路電位とを用いて、正極及び負極の劣化の度合いを示す正極劣化率及び負極劣化率を算出する劣化率算出部と、
    前記第一正極開回路電位及び前記第一負極開回路電位、または前記第二正極開回路電位及び前記第二負極開回路電位と、算出された前記正極劣化率及び前記負極劣化率と、前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、前記第二状態での正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出するずれ量算出部と、
    算出された前記ずれ量と、前記正極劣化率及び前記負極劣化率と、前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、前記第二状態でのＯＣＶ特性を算出するＯＣＶ特性算出部と
    を備えるＯＣＶ特性推定装置。
  2. 前記劣化率算出部は、
    前記第一正極ＯＣＰ特性から得られる前記第一正極開回路電位及び前記第二正極開回路電位における電気量の差を正極差分電気量として算出し、
    前記第一負極ＯＣＰ特性から得られる前記第一負極開回路電位及び前記第二負極開回路電位における電気量の差を負極差分電気量として算出し、
    前記通電電気量を前記正極差分電気量で除した値を前記正極劣化率として算出し、
    前記通電電気量を前記負極差分電気量で除した値を前記負極劣化率として算出する
    請求項１に記載のＯＣＶ特性推定装置。
  3. 前記ずれ量算出部は、
    前記第一正極ＯＣＰ特性に前記正極劣化率を乗じた特性から得られる前記第一正極開回路電位または前記第二正極開回路電位における電気量を正極電気量として算出するとともに、前記第一負極ＯＣＰ特性に前記負極劣化率を乗じた特性から得られる前記第一負極開回路電位または前記第二負極開回路電位における電気量を負極電気量として算出し、
    前記正極電気量と前記負極電気量との差分を前記ずれ量として算出する
    請求項１または２に記載のＯＣＶ特性推定装置。
  4. 前記ＯＣＶ特性算出部は、
    前記第一電気量に前記ずれ量を加算した値を第二電気量として算出し、
    前記第一正極ＯＣＰ特性における第一電気量を前記第二電気量に変更した場合の正極ＯＣＰ特性に前記正極劣化率を乗じることで、前記第二状態での正極ＯＣＰ特性である第二正極ＯＣＰ特性を算出し、
    前記第一負極ＯＣＰ特性に前記負極劣化率を乗じることで、前記第二状態での負極ＯＣＰ特性である第二負極ＯＣＰ特性を算出し、
    算出した前記第二正極ＯＣＰ特性から前記第二負極ＯＣＰ特性を差し引いて、前記第二状態でのＯＣＶ特性を算出する
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のＯＣＶ特性推定装置。
  5. 前記第一正極開回路電位と前記第二正極開回路電位との差分は、所定の値よりも大きい
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のＯＣＶ特性推定装置。
  6. 非水電解質二次電池と、
    前記非水電解質二次電池の電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定する請求項１〜５のいずれか１項に記載のＯＣＶ特性推定装置と
    を備える蓄電システム。
  7. 参照極を有する１の非水電解質二次電池を含む複数の非水電解質二次電池と、
    前記１の非水電解質二次電池の電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定する請求項１〜５のいずれか１項に記載のＯＣＶ特性推定装置とを備え、
    前記ＯＣＶ特性推定装置は、推定した前記１の非水電解質二次電池のＯＣＶ特性を、前記複数の非水電解質二次電池全体のＯＣＶ特性と推定する
    組電池。
  8. 前記１の非水電解質二次電池は、電池表面温度が、前記複数の非水電解質二次電池のうちの他の非水電解質二次電池の電池表面温度の平均値よりも高い
    請求項７に記載の組電池。
  9. コンピュータが、正極及び負極の開回路電位である正極開回路電位及び負極開回路電位を参照極を用いて測定することができる非水電解質二次電池の、電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定するＯＣＶ特性推定方法であって、
    所定の第一状態での前記非水電解質二次電池の電気量である第一電気量と正極開回路電位との関係を示す第一正極ＯＣＰ特性と、前記第一状態での前記第一電気量と負極開回路電位との関係を示す第一負極ＯＣＰ特性とを取得するＯＣＰ特性取得ステップと、
    所定の第二状態での所定の第一充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第一正極開回路電位及び第一負極開回路電位を測定により取得するとともに、前記第一充電時点から第二充電時点へ通電した場合の通電電気量と、前記第二充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位とを測定により取得する開回路電位取得ステップと、
    前記ＯＣＰ特性取得ステップで取得された前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性と、前記開回路電位取得ステップで取得された前記第一正極開回路電位、前記第一負極開回路電位、前記通電電気量、前記第二正極開回路電位及び前記第二負極開回路電位とを用いて、正極及び負極の劣化の度合いを示す正極劣化率及び負極劣化率を算出する劣化率算出ステップと、
    前記第一正極開回路電位及び前記第一負極開回路電位、または前記第二正極開回路電位及び前記第二負極開回路電位と、算出された前記正極劣化率及び前記負極劣化率と、前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、前記第二状態での正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
    算出された前記ずれ量と、前記正極劣化率及び前記負極劣化率と、前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、前記第二状態でのＯＣＶ特性を算出するＯＣＶ特性算出ステップと
    を含むＯＣＶ特性推定方法。
  10. 正極及び負極の開回路電位である正極開回路電位及び負極開回路電位を参照極を用いて測定することができる非水電解質二次電池の、電気量と開回路電圧との関係を示すＯＣＶ特性を推定する集積回路であって、
    所定の第一状態での前記非水電解質二次電池の電気量である第一電気量と正極開回路電位との関係を示す第一正極ＯＣＰ特性と、前記第一状態での前記第一電気量と負極開回路電位との関係を示す第一負極ＯＣＰ特性とを取得するＯＣＰ特性取得部と、
    所定の第二状態での所定の第一充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第一正極開回路電位及び第一負極開回路電位を測定により取得するとともに、前記第一充電時点から第二充電時点へ通電した場合の通電電気量と、前記第二充電時点における正極開回路電位及び負極開回路電位である第二正極開回路電位及び第二負極開回路電位とを測定により取得する開回路電位取得部と、
    前記ＯＣＰ特性取得部が取得した前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性と、前記開回路電位取得部が取得した前記第一正極開回路電位、前記第一負極開回路電位、前記通電電気量、前記第二正極開回路電位及び前記第二負極開回路電位とを用いて、正極及び負極の劣化の度合いを示す正極劣化率及び負極劣化率を算出する劣化率算出部と、
    前記第一正極開回路電位及び前記第一負極開回路電位、または前記第二正極開回路電位及び前記第二負極開回路電位と、算出された前記正極劣化率及び前記負極劣化率と、前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、前記第二状態での正極ＯＣＰ特性と負極ＯＣＰ特性との電気量のずれ量を算出するずれ量算出部と、
    算出された前記ずれ量と、前記正極劣化率及び前記負極劣化率と、前記第一正極ＯＣＰ特性及び前記第一負極ＯＣＰ特性とを用いて、前記第二状態でのＯＣＶ特性を算出するＯＣＶ特性算出部と
    を備える集積回路。
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