JP5971680B2

JP5971680B2 - 電池寿命事前検知方法、電池システム、及び電池コントローラ

Info

Publication number: JP5971680B2
Application number: JP2012003414A
Authority: JP
Inventors: 正博戸原; 麻美水谷; 清高松江
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: JP6189459B2; JP2013142630A; JP2016128824A

Description

本発明の実施形態は、蓄電池群を並列に複数組備えた電池パックの寿命を事前に検知する技術に関する。

蓄電池の応用範囲は多岐にわたっている。例えば、ハイブリット車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、あるいはプラグインハイブリット車（ＰＨＥＶ）等の車両用電源用途、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電あるいは負荷の変動抑制用途、変電所の平準化用途、ピークシフト用途等を挙げることができる。

この蓄電池は、使用するに従って電極の腐食、電極表面の皮膜形成と成長、電極活性物質の結晶構造の崩壊、及び電解液の減少等の電池内部の劣化が進行し、充放電可能な容量や出力が次第に減少する。そして、要求される蓄電池としての性能を満たすことが出来なくなった時点が当該蓄電池の寿命ＥＯＬ（ＥｎｄＯｆＬｉｆｅ）となる。そこで、蓄電池がいつ寿命に至るか、或いは任意の時点においてあとどれだけ当該蓄電池を使用できるかを予測することは、システムの運転、保守の計画上極めて重要となる。想定していない時期に突然電池が寿命を迎えることによってシステム本来の機能や性能を発揮できなくなる事態は、避けなければならない事態だからである。

そこで、この分野においては、各種の蓄電池の劣化診断方法が提案されている。現在では、蓄電池の内部抵抗を測定したり、満充電時の起電力を測定したりすることで、寿命初期の蓄電池の内部抵抗や起電力との比較を基に蓄電池の寿命到来や余寿命を判定する方法が主流といえる。

更には、鉛電池の正極板の異常な拡張を検出して電池寿命末期であることを判断する手法が提案されている（特許文献１参照）。本手法は、正極板と電池ケースとの間に圧力センサを取り付けておき、正極板の異常な拡張によって正極板と電池ケースとの間で圧迫された圧力センサが、当該異常な拡張を示す信号を出力するものである。

また、他の単電池に比べて内部抵抗が常に早く上昇し、常に最初に劣化が始まる比較判定用単電池を設け、この比較判定用単電池の内部抵抗をセル単位でモニターし、他の単電池については電圧等の検出が行われるブロック単位で内部抵抗をモニターして両方の内部抵抗を比較することで、電池寿命の末期判定を行う手法も提案されている（特許文献２参照）。

特開２００６−１８５７０７号公報特開２００３−４５３８７号公報

現在主流となっている蓄電池の内部抵抗を測定したり起電力を測定したりする方法では、１セル毎にそれなりの時間を必要とするため、全ての電池セルについての劣化診断を一巡させるには長時間を要してしまう。発電や負荷の変動抑制用途、変電所の平準化用途、あるいはピークシフト用途といった電力供給関連においては、多数の蓄電池を必要とする。そのため、劣化診断を終えていない蓄電池が寿命末期ＥＯＬに到達してしまい、交換の準備を終えることなく、当該電池が突然死してしまうといった事態が起こり得る。

特許文献１の手法では、簡便に寿命末期ＥＯＬに到達したか否かを判定することができるので、蓄電池の内部抵抗や起電力の測定を一セルずつ行う手法に比べれば、蓄電池システムの運用における信頼性も高い。しかしながら、当該手法は、対象電池の種類が鉛電池に限定されてしまい、リチウムイオン電池等にはそのまま適用できない。また、寿命末期ＥＯＬであることを検出する特別なハードウェアを必要とし、電池システム自体が高価格及び大型化してしまう。

それに対し、特許文献２の手法は、リチウムイオン電池等にも適用可能である。しかしながら、寿命末期ＥＯＬを最初に迎える特性を有する蓄電池セルを、単電池や電池パックの製造過程において特別な手続きによって作り込んでおく必要がある。即ち、比較判定用の特別な単電池の具体的な例示として、通常より目付け重量の大きなセパレータを有したり、電解液量が少なく構成されたりした単電池の例が挙げられているが、こうした特別な単電池を製作することは、単電池の量産工程において量産性の阻害要因となる特別な管理を必要とするほか、複数の単電池を組み合わせた電池パックを製作する工程においてもその組立てに特別な管理が必要となる。

本発明の実施形態は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、リチウムイオン電池をはじめとする広範な種類の蓄電池に適用可能であり、且つ単電池および電池パックの製作工程には一切の特別な配慮を必要とせずに、寿命末期ＥＯＬの予測信頼性を高めた電池寿命事前検知方法、電池システム、及び電池コントローラを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、実施形態の電池寿命事前検知方法は、蓄電池群を複数組備えた電池パックの寿命を事前に検知する方法であって、特定の電池群を寿命事前検知用として他の電池群よりも過酷な充放電条件で充放電させ、前記寿命事前検知用の電池群の劣化を推定し、前記劣化の推定結果と、前記寿命事前検知用の電池群の充放電条件と他の電池群の充放電条件との相対比とに基づき、前記他の電池群の余寿命を検知すること、を特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、実施形態の電池システムは、蓄電池群を複数組備えた電池パックと、各電池群の充放電を制御する電池群別制御手段と、前記電池群別制御手段に対して各電池群の充放電条件を設定するとともに、特定の電池群に対応する前記電池群別制御手段に対しては、他の電池群よりも過酷な充放電条件を設定する設定手段と、前記特定の電池群を少なくとも監視し、当該特定の電池群の劣化状態を推定する診断手段と、前記診断手段の推定結果に基づき、前記電池パックの寿命を検知する検知手段と、を備え、前記検知手段は、前記劣化の推定結果と、前記特定の電池群の充放電条件と他の電池群の充放電条件との相対比とに基づき、前記他の電池群の余寿命を検知すること、を特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、実施形態の電池コントローラは、電池パックの充放電を制御する電池コントローラであって、前記電池パックは、複数組が接続された各蓄電池群と、前記各電池群の充放電を制御する電池群別制御手段と、を有し、前記電池コントローラは、前記電池群別制御手段に対して各電池群の充放電条件を設定するとともに、特定の電池群に対応する前記電池群別制御手段に対しては、他の電池群よりも過酷な充放電条件を設定する設定手段と、前記特定の電池群を少なくとも監視し、当該特定の電池群の劣化状態を推定する診断手段と、前記診断手段の推定結果に基づき、前記電池パックの寿命を検知する検知手段と、を備え、前記検知手段は、前記劣化の推定結果と、前記特定の電池群の充放電条件と他の電池群の充放電条件との相対比とに基づき、前記他の電池群の余寿命を検知すること、を特徴とする。

本実施形態に係る電池システムの構成を示すブロック図である。寿命事前検知のための制御動作を示すフローチャートである。第１の過酷な充放電条件を示すグラフである。第２の過酷な充放電条件を示すグラフである。第３の過酷な充放電条件を示すグラフである。寿命事前検知用の蓄電池群と他の蓄電池群との劣化進行の関係を示すグラフである。蓄電池群の劣化特性を示すグラフである。

以下、本実施形態に係る電池寿命事前検知方法、電池システム、及び電池コントローラの実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

（構成）
図１は、本実施形態に係る電池システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、電池システム１は、電池パック２と電池コントローラ３とを有する。電池パック２は、並列に接続された複数組の蓄電池群２１ａ、２１ｂ、・・・２１ｎを有し、これら蓄電池群２１は、それぞれ、単電池である蓄電池セル２３を複数有する。各蓄電池群２１において、蓄電池セル２３は、直列に接続されている。電池コントローラ３は、各蓄電池群２１の充放電制御を統括する。

この電池パック２と電池コントローラ３は、信号線４ａ、４ｂ、・・・４ｎで接続されており、制御信号や電池情報信号の送受信が可能となっている。信号線４ａ、４ｂ、・・・４ｎは、例えばＳＭＢｕｓ通信方式で利用され、２つの通信ラインであるデータラインとクロックラインを有し、データ信号等を送受信する。

電池パック２内において、各蓄電池群２１は、共通の直流バス２５に並列に接続されている。直流バス２５には、その他、発電機、電源、負荷等が接続されており、蓄電池群２１のそれぞれに充放電が可能となっている。発電機や電源としては、太陽光発電機、風力発電機、燃料電池、電気自動車やハイブリット車両の電源、家庭用電源、その他の電源が挙げられる。また、負荷の一例としては系統電力網が含まれる。

各蓄電池群２１は、それぞれ対応の電池群別制御部２４を介して直流バス２５に接続されている。すなわち、蓄電池群２１ａの一端には、電池群別制御部２４ａが接続され、蓄電池群２１ｂの一端には、電池群別制御部２４ｂが接続され、蓄電池群２１ｎの一端には、電池群別制御部２４ｎが接続されている。

電池群別制御部２４は、充放電のスイッチング及び蓄電池群２１に対して入出力する電流又は電力を制御する。すなわち、電池群別制御部２４は、充電回路と放電回路をオンオフするスイッチングトランジスタ等からなるスイッチ、定電流値や定電圧値を変更するパワースイッチ回路等の電流電圧変換回路に制御信号を出力する。充電回路、放電回路、スイッチ、及び電流電圧変換回路は、電池群別制御部２４の内部又は外部の何れに設けてもよい。

また、電池パック２内には、電流、電圧、温度等の電池情報を取得する各種のセンサが設けられている。具体的には、各蓄電池セル２３に対して並列に電圧測定部２６が接続されている。電圧測定部２６は、蓄電池セル２３の電圧を測定する。

また、各蓄電池群２１の一端には電流測定部２７が接続されている。電流測定部２７は、蓄電池群２１と直列の抵抗素子を有し、抵抗素子の両端に誘導される電圧を検出して、蓄電池群２１に流れる充放電電流を測定する。

また、各蓄電池群２１の近傍に温度測定部２８が配置されている。温度測定部２７は、サーミスタ、ＰＴＣ等であり、蓄電池群２１の表面に接触するか、熱伝導材を介して接触するか、あるいは蓄電池群２１の表面に接近することで電池に熱結合されて、蓄電池群２１の温度を測定する。

電圧測定部２６、電流測定部２７、及び温度測定部２８は、各測定値（電池情報）をそれぞれ内蔵されたＡ／Ｄ変換器でデジタル変換した後、電池パック２内部に設けられた監視部２９に信号線を介して入力される。監視部２９は、入力された電池情報を電圧値、電流値、及び温度に換算する。監視部２９によって換算された電池情報は、信号線４を介して電池コントローラ３に入力される。

電池コントローラ３は、少なくともＲＯＭやフラッシュメモリ、ＲＡＭ、及びプロセッサを備えており、ＲＯＭやフラッシュメモリに記憶されてＲＡＭにロードされたプログラムに従った演算処理及び制御処理をプロセッサが行う。この演算処理及び制御処理によって、電池コントローラ３は、設定部３１、診断部３２、及び検知部３３となる。尚、設定部３１、診断部３２、及び検知部３３を専用回路として備えていてもよい。

設定部３１は、各電池群別制御部２４に対して蓄電池群２１の充放電条件を設定し、充放電条件を示す信号を各電池群別制御部２４に送信する。充放電条件を示す信号には、充放電の切り換え信号や、蓄電池群２１から入出力される電流を制御するパワースイッチ回路に対するパルス幅変調信号が含まれる。診断部３２は、予め定められた一つの蓄電池群２１を寿命事前検知用の蓄電池群２２として劣化状態を推定する。検知部３３は、電池パック２の寿命を検知し、電池パック２の寿命末期ＥＯＬに近づいていると判断し、又は電池パック２２の余寿命を検知すると、外部の報知手段に警告信号や余寿命を示す信号を出力する。

（制御動作）
図２は、設定部３１、診断部３２、及び検知部３３による寿命事前検知のための制御動作を示すフローチャートである。ステップＳ０１において、設定部３１は、一つの蓄電池群２１を寿命事前検知用の蓄電池群２２に決める。

蓄電池群２１は、並列に接続されているため、何れの蓄電池群２１を寿命事前検知用の蓄電池群２２に決めてもよい。すなわち、例えば、蓄電池群２１ｂを寿命事前検知用の蓄電池群２２とするようにプログラム中にプリセットしていればよい。

ステップＳ０２において、設定部３１は、各電池群別制御部２４に対して他の蓄電池群２１の充放電条件を設定する。

設定した充放電条件は、信号として各電池群別制御部２４に送信する。充放電条件を示す信号には、充放電の切り換え信号や、蓄電池群２１から入出力される電流を制御するパワースイッチ回路に対するパルス幅変調信号が含まれる。

充放電条件としては、例えば、各蓄電池群２１の充放電回数、充放電深度範囲、又は充放電電流値を設定する。充放電深度範囲は、定格容量に対する上限の残余容量ＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）及び下限の残余容量ＳＯＣの各比である。充放電電流値は、充放電の際に入出力する定電流値である。

すなわち、設定部３１は、電池群別制御部２４に対して、充放電の切り換え信号を設定した充放電回数分だけ出力する。また、監視部２９から入力された電流値を時間積分して残余容量ＳＯＣを求め、蓄電池群２１の定格容量に対する残余容量ＳＯＣの割合から充放電深度を求め、設定した充放電深度範囲の上限又は加減の値と求めた値とが一致すると、充放電切り換え信号を出力する。また、監視部２９から入力された電流値が充放電電流値と一致するように、パワースイッチ回路に対するパルス幅変調信号を変更する。

ステップＳ０３において、設定部３１は、ステップＳ０１において定めた寿命事前検知用の蓄電池群２２を他の蓄電池群２１よりも過酷な充放電条件で充放電させる。

すなわち、寿命事前検知用の蓄電池群２２に対する充放電回数、充放電深度、若しくは充放電電流値、又はこれらの組み合わせの値を、他の蓄電池群２１よりも一定比率又は一定値高く設定する。

この過酷な充電条件での充放電は、寿命事前検知用の蓄電池群２２の寿命末期ＥＯＬと他の蓄電池群２１の寿命末期ＥＯＬとの間に明確な差をつけ、寿命事前検知用の蓄電池群２２を寿命末期の先行指標、いわゆるカナリアとするためである。明確な差とは、寿命事前検知用の蓄電池群２２が寿命末期ＥＯＬを迎えた直後に他の蓄電池群２１又はその蓄電池セル２３の寿命末期ＥＯＬが到来することはなく、新たな電池パック３の交換に十分な猶予が存在する程度であればよい。

尚、各電池群別制御部２４には、充電回路と放電回路との切り換えスイッチやパワースイッチ回路を制御する制御手段として、プログラムを記憶したＲＯＭとプロセッサを備えるようにしてもよく、設定部３１の行った演算及び制御を各電池群別制御部２４側で行わせるようにしてもよい。その場合、設定部３１は、充放電条件として、例えば、各蓄電池群２１の充放電回数、充放電深度範囲、又は充放電電流値を示す信号を各電池群別制御部２４へ出力する。

次に、ステップＳ０４において、診断部３２は、寿命事前検知用の蓄電池群２２の劣化状態を推定する。劣化状態の推定は既存の各種の方法が採用可能である。例えば、診断部３２は、寿命事前検知用の蓄電池群２２の内部抵抗Ｒｉや満充電が検出されたときの残余容量ＳＯＣから劣化度を算出する。内部抵抗Ｒｉや残余容量ＳＯＣと劣化度の関係は、予め記憶したテーブルを参照して求めるようにすればよい。

そして、ステップＳ０５において、検知部３３は、電池パック２の寿命を検知する。この検知部３３は、診断部３２が取得した劣化度と予め記憶したＥＯＬ値とが一致していれば、電池パック２の寿命末期ＥＯＬに近づいていると判断する。ＥＯＬ値は、電池の寿命末期ＥＯＬとみなすことのできる劣化度である。

また、検知部３３は、寿命事前検知用の蓄電池群２２の余寿命と、寿命事前検知用の蓄電池群２２及び他の蓄電池群２１の充電条件の相対比とから、電池パック２の余寿命を検知するようにしてもよい。寿命事前検知用の蓄電池群２２の余寿命は、例えば、ＥＯＬ値と劣化度との比で表すことができる。充電条件の相対比は、充電回数の比、充放電深度範囲の比、又は充放電電流値の比によって表すことができる。すなわち、他の蓄電池群２１の余寿命は、ＥＯＬ値と劣化度との比に充電条件の相対比を乗じることで算出可能である。

ステップＳ０６において、検知部３３は、電池パック２の寿命を検知すると（ステップＳ０５，Ｙｅｓ）、すなわち、電池パック２の寿命末期ＥＯＬに近づいていると判断し、又は電池パック２の余寿命を検知すると、外部の報知手段に警告信号や余寿命を示す信号を出力する。報知手段は、通信回線で接続されたディスプレイ、スピーカ、プリンタ、又はパトランプ等の人間の五感に伝達可能な装置であれば、何れでもよい。

（過酷な充放電条件）
寿命事前検知用の蓄電池群２２に対する過酷な充放電の複数例を図３乃至５に示す。図３は、第１の過酷な充放電条件を示すグラフであり、図４は、第２の過酷な充放電条件を示すグラフであり、図５は、第３の過酷な充放電条件を示すグラフである。これら過酷な充放電条件は、寿命事前検知用の蓄電池群２２を寿命末期ＥＯＬの先行指標、いわゆるカナリアとする例示であり、これらの複数を組み合わせてもよいし、寿命事前検知用の蓄電池群２２の寿命末期ＥＯＬと他の蓄電池群２１の寿命末期ＥＯＬとの間に明確な差がつけば、他の公知の充放電条件を適用することもできる。

第１の過酷な充放電条件は、充放電回数を一定比率又は一定数増やすものである。寿命事前検知用の蓄電池群２２が寿命末期ＥＯＬを迎えるまでの間に、寿命事前検知用の蓄電池群２２の充電回数を規定数だけ、他の蓄電池群２１よりも増やしておく。

例えば、図３は、ある期間における電池パック２の充放電を示しており、（ａ）は寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電、（ｂ）は他の蓄電池群２１の充放電を示している。電池パック２は、運用開始から交換までの間に絶えず充放電を繰り返しているわけではない。発電機、電源、又は負荷との関係上において電池パック２の充放電が休止している期間Ｔ１が存在する。例えば、この電池システム１が太陽光発電機に対する電力の変動抑制用であり、夜間であるために太陽光発電機が電力を発生させておらず、かつ電池システム１の運転計画において放電を必要としていない場合等である。

電池コントローラ３は、この休止期間Ｔ１を利用して、寿命事前検知用の蓄電池群２２が寿命末期ＥＯＬを迎えるまでに、他の蓄電池群２１の総充放電回数がＮであるのに対し、寿命事前検知用の蓄電池群２２の総充電回数は１．２×Ｎとなるように、寿命初期ＢＯＬ（ＢｅｇｉｎｎｉｎｇＯｆＬｉｆｅ）の間に寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電回数を増やしておく。

すなわち、電池コントローラ３は、他の蓄電池群２１の充放電を休止させたまま、寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電回数が例えば寿命末期ＥＯＬまでに２割増しとなるように、寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電を繰り返させておく。そして、電池コントローラ３は、一又は複数の休止期間Ｔ１での寿命事前検知用の蓄電池群２２による充放電が規定数に達すると、その後は他の蓄電池群２１と同一の充電条件で寿命事前検知用の蓄電池群２２を運用する。

尚、寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１の寿命末期ＥＯＬとの間に明確な差がつけば、２割増しでなくともよく、実験結果や経験に従って適切な割合とすればよい。

また、寿命初期ＢＯＬの状態にある新しい電池パック２の稼働開始後の初期段階において、他の蓄電池群２１を未使用としたまま、寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電回数を先行して増やしておくようにしてもよい。そして、電池コントローラ３は、寿命初期ＢＯＬの間に寿命事前検知用の蓄電池群２２を規定数充放電させ、その後、他の蓄電池群２１の運用も開始し、寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１とを同一の充電条件で運用する。

第２の過酷な充放電条件は、充放電深度範囲を深くするものである。寿命事前検知用の蓄電池群２２に対する充放電深度範囲は、他の蓄電池群２１の充放電深度範囲よりも一定比率又は一定深度だけ深くする。

例えば、図４は、ある期間における電池パック２の充放電を示しており、（ａ）は寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電、（ｂ）は他の蓄電池群２１の充放電を示している。点線は電池の充放電深度が１００％となるラインを示している。

電池コントローラ３は、寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電深度の下限を０％とし、上限を１００％とすることで、最大限に活用する。一方、電池コントローラ３は、他の蓄電池群２１の充放電深度の下限を５％とし、上限を９５％とすることで、制約下において活用し、低ＳＯＣ側と高ＳＯＣ側を避け、他の蓄電池群２１の劣化抑制を図っている。

尚、寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１の寿命末期ＥＯＬとの間に明確な差がつけば、このような充放電深度範囲でなくともよく、実験結果や経験に従って適切な割合とすればよい。

更に、第３の過酷な充放電条件は、充放電の際の定電流を高くするものである。寿命事前検知用の蓄電池群２２に対する充放電の際の定電流を、他の蓄電池群２１に対する定電流よりも一定比率又は一定数だけ大きくする。換言すると、寿命事前検知用の蓄電池群２２に対する充放電のＣレートを、他の蓄電池群２１に対するＣレートよりも一定比率又は一定値だけ大きくする。Ｃレートは、１時間で所定の容量又は電圧まで充放電できる電流を１Ｃと定義し、２０分で所定の容量又は電圧まで充放電できる電流は３Ｃ（６０／２０）である。

例えば、図５は、ある期間における電池パック２の充放電を示しており、（ａ）は寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電、（ｂ）は他の蓄電池群２１の充放電を示している。実線の傾きは（ａ）が（ｂ）よりも１０％きつい。

電池コントローラ３は、寿命事前検知用の蓄電池群２２のＣレートを３．３Ｃとする一方、他の蓄電池群２１のＣレートを３．０Ｃとし、寿命事前検知用の蓄電池群２２に対しては１０％程度高い定電流で充放電させている。

尚、寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１の寿命末期ＥＯＬとの間に明確な差がつけば、このような定電流又はＣレートでなくともよく、実験結果や経験に従って適切な割合とすればよい。

具体的な例を示す。当該例は、第２及び第３の過酷な充放電条件を併用するものである。例えば、蓄電池群２１の待機状態をＳＯＣ＝５０％としておいて、充放電は寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１ともに同じタイミングで同期して実施するものとする。そして、他の蓄電池群２１については、寿命事前検知用の蓄電池群２２に対する定電流値の０．９倍の定電流値で充放電を行うものとする。

これにより、寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電深度ＳＯＣが１００％に達したときには、ＳＯＣ＝５０％であった他の蓄電池群２１の充放電深度ＳＯＣは９５％（５０％×０．９＝４５％）となり、寿命事前検知用の蓄電池群２２の充放電深度ＳＯＣが０％に達したときには、他の蓄電池群２１の充放電深度ＳＯＣは５％となり、充放電深度範囲は第２の過酷な充放電条件相当となり、定電流値は第３の過酷な充放電条件相当となる。

（作用）
この電池システム１における電池コントローラ３の電池寿命事前検知方法による蓄電池群２１の劣化程度を図６に示す。図６は各蓄電池群２１の劣化程度を示し、（ａ）は寿命初期ＢＯＬ段階、（ｂ）は中期段階、（ｃ）は寿命末期ＥＯＬ段階をそれぞれ示している。

寿命事前検知用の蓄電池群２２を継続的に過酷な充放電条件で使用した場合、図６の（ａ）に示すように、寿命初期ＢＯＬ段階では、寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１とにおいて劣化の程度に差はほとんどない。しかしながら、（ｂ）に示すように、中期段階では、寿命事前検知用の蓄電池群２２のほうが他の蓄電池群２１と比べて先行して劣化が進行していく。

そして、（ｃ）に示すように、寿命事前検知用の蓄電池群２２が先行して寿命末期ＥＯＬに到達し、電池コントローラ３の劣化診断により検知される。寿命事前検知用の蓄電池群２２の寿命末期ＥＯＬが検知された段階では、他の蓄電池群２１は、寿命末期ＥＯＬに近づいているものの、寿命末期ＥＯＬには到達していない。従って、他の蓄電池群２１が突然死することなく、言い換えると、寿命を全うする他の蓄電池群２１が寿命末期ＥＯＬに近づいたことを認識した上で、その他の蓄電池群２１が寿命末期ＥＯＬを迎える前に電池パック２の交換準備に取りかかることができる。

この継続的な過酷な充放電条件での使用下では、寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１とでは、劣化の進行程度に比例して劣化の進行度合いに差がつく。すなわち、寿命事前検知用の蓄電池群２１の劣化程度と、寿命事前検知用の蓄電池群２２及び他の蓄電池群２１における充放電条件の相対比とから、他の蓄電池群２１の劣化程度を予測することができる。

尚、寿命初期ＢＯＬの状態にある電池パック２において、他の蓄電池群２１を未使用としたまま、寿命事前検知用の蓄電池群２２を先行して過酷な充放電条件で使用し、その後、他の蓄電池群２１の使用開始と共に、全ての蓄電池群２１を同一の放電条件で使用した場合には、寿命初期ＢＯＬの段階で既に寿命事前検知用の蓄電池群２２が明確な差をもって劣化が進行し、寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１との劣化の程度が同一の距離を保ったまま、寿命事前検知用の蓄電池群２２が先行して寿命末期ＥＯＬを迎える。そのため、過酷な放電条件での寿命事前検知用の蓄電池群２２の使用をいずれの段階で行おうとも、同一の効果を得ることができる。

この場合、寿命事前検知用の蓄電池群２２と他の蓄電池群２１の劣化程度の差は、いつでも同じであり、寿命事前検知用の蓄電池群２２及び他の蓄電池群２１における充放電条件の相対比から求めることができる。

尚、図７は、蓄電池群２１の劣化特性を示すグラフである。この電池寿命事前検知方法は、図７に示すように劣化がある段階から寿命末期ＥＯＬに向けて加速度的に進行するような電池特性を有する場合に特に有効である。寿命事前検知用の蓄電池群２２の劣化程度Ｄ１と他の蓄電池群２１の劣化程度Ｄ２が、劣化が加速度的に進行する特異点Ｓを明確に挟むように、過酷な充放電条件を設定することで、電池パック２の突然死をより確実に防止することができる。

（効果）
以上のように、本実施形態に係る電池寿命事前検知方法、電池システム１、及び電池コントローラ３では、特定の蓄電池群２１を寿命事前検知用として他の蓄電池群２１よりも過酷な充放電条件で充放電させ、寿命事前検知用の蓄電池群２２の劣化を推定し、劣化の推定結果に基づいて他の蓄電池群２１の寿命を事前に検知するようにした。

これにより、寿命末期ＥＯＬを事前に検知するための特別な工夫を蓄電池セル２３や電池パック２の製作工程において施さなくとも、電池パック２の寿命末期ＥＯＬを簡便に検知することができ、電池パック２の量産性の向上、製作工程における特別な管理工程の除外を達成し、電池パック２の生産コストの飛躍的な削減をもたらす。

また、全ての蓄電池群２１の劣化診断をしなくとも、特定の蓄電池群２１の劣化診断を行うのみで電池パック２全体の劣化の程度を把握することができるので、１セル毎にそれなりの長時間を要していた劣化診断を行う前に、劣化診断前の蓄電池群２１が寿命末期ＥＯＬに到達してしまい、電池パック２が突然死するといった事態を回避でき、電池システム１の運用における信頼性も向上する。

（その他の実施の形態）
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、各種の過酷な充電条件の設定方法の全て又はいずれかを組み合わせたもの等も包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１電池システム
２電池パック
２１蓄電池群
２２寿命事前検知用の蓄電池群
２３蓄電池セル
２４電池群別制御部
２５直流バス
２６電圧測定部
２７電流測定部
２８温度測定部
２９監視部
３電池コントローラ
３１設定部
３２診断部
３３検知部
４信号線

Claims

蓄電池群を複数組備えた電池パックの寿命を事前に検知する方法であって、
特定の電池群を寿命事前検知用として他の電池群よりも過酷な充放電条件で充放電させ、
前記寿命事前検知用の電池群の劣化を推定し、
前記劣化の推定結果と、前記寿命事前検知用の電池群の充放電条件と他の電池群の充放電条件との相対比とに基づき、前記他の電池群の余寿命を検知すること、
を特徴とする電池寿命事前検知方法。
蓄電池群を複数組備えた電池パックの寿命を事前に検知する方法であって、
特定の電池群を寿命事前検知用として、充放電電流又は電力を他の電池群の充放電電流又は電力よりも一定比率又は一定値大きくする過酷な充放電条件で充放電させ、
前記寿命事前検知用の電池群の劣化を推定し、
前記劣化の推定結果に基づき、前記他の電池群の寿命を事前に検知すること、
を特徴とする電池寿命事前検知方法。
前記寿命事前検知用の電池群の充放電回数を前記他の電池群の充放電回数よりも一定比率又は一定回数多くすること、
を特徴とする請求項１記載の電池寿命事前検知方法。
前記寿命事前検知用の電池群の充放電深度範囲を前記他の電池群の充放電深度範囲よりも一定比率又は一定値深くすること、
を特徴とする請求項１記載の電池寿命事前検知方法。
前記寿命事前検知用の電池群の充放電電流又は電力を前記他の電池群の充放電電流又は電力よりも一定比率又は一定値大きくすること、
を特徴とする請求項１記載の電池寿命事前検知方法。
過酷な充放電条件での充放電は、前記電池パックの稼働開始後の初期段階で行い、その後、前記寿命事前検知用の電池群の充放電条件を前記他の電池群の充放電条件に揃えること、
を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電池寿命事前検知方法。
過酷な充放電条件での充放電は、前記電池パックの稼働休止中に行うこと、
を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電池寿命事前検知方法。
蓄電池群を複数組備えた電池パックと、
各電池群の充放電を制御する電池群別制御手段と、
前記電池群別制御手段に対して各電池群の充放電条件を設定するとともに、特定の電池群に対応する前記電池群別制御手段に対しては、他の電池群よりも過酷な充放電条件を設定する設定手段と、
前記特定の電池群を少なくとも監視し、当該特定の電池群の劣化状態を推定する診断手段と、
前記診断手段の推定結果に基づき、前記電池パックの寿命を検知する検知手段と、
を備え、
前記検知手段は、
前記劣化の推定結果と、前記特定の電池群の充放電条件と他の電池群の充放電条件との相対比とに基づき、前記他の電池群の余寿命を検知すること、
を特徴とする電池システム。
蓄電池群を複数組備えた電池パックと、
各電池群の充放電を制御する電池群別制御手段と、
前記電池群別制御手段に対して各電池群の充放電条件を設定するとともに、特定の電池群に対応する前記電池群別制御手段に対しては、他の電池群よりも過酷な充放電条件を設定する設定手段と、
前記特定の電池群を少なくとも監視し、当該特定の電池群の劣化状態を推定する診断手段と、
前記診断手段の推定結果に基づき、前記電池パックの寿命を検知する検知手段と、
を備え、
前記設定手段は、
前記特定の電池群の充放電電流又は電力を前記他の電池群の充放電電流又は電力よりも一定比率又は一定値大きくすること、
を特徴とする電池システム。
前記設定手段は、
前記特定の電池群の充放電回数を前記他の電池群の充放電回数よりも一定比率又は一定回数多くすること、
を特徴とする請求項８記載の電池システム。
前記設定手段は、
前記特定の電池群の充放電深度範囲を前記他の電池群の充放電深度範囲よりも一定比率又は一定値深くすること、
を特徴とする請求項８記載の電池システム。
前記設定手段は、
前記特定の電池群の充放電電流又は電力を前記他の電池群の充放電電流又は電力よりも一定比率又は一定値大きくすること、
を特徴とする請求項８記載の電池システム。
前記設定手段は、
前記過酷な充放電条件での充放電を前記電池パックの稼働開始後の初期段階で行わせ、その後、前記特定の電池群の充放電条件を前記他の電池群の充放電条件に揃えること、
を特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載の電池システム。
前記過酷な充放電条件での充放電は、前記電池パックの稼働停止中に行うこと、
を特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載の電池システム。
電池パックの充放電を制御する電池コントローラであって、
前記電池パックは、
複数組が接続された各蓄電池群と、
前記各電池群の充放電を制御する電池群別制御手段と、
を有し、
前記電池コントローラは、
前記電池群別制御手段に対して各電池群の充放電条件を設定するとともに、特定の電池群に対応する前記電池群別制御手段に対しては、他の電池群よりも過酷な充放電条件を設定する設定手段と、
前記特定の電池群を少なくとも監視し、当該特定の電池群の劣化状態を推定する診断手段と、
前記診断手段の推定結果に基づき、前記電池パックの寿命を検知する検知手段と、
を備え、
前記検知手段は、
前記劣化の推定結果と、前記特定の電池群の充放電条件と他の電池群の充放電条件との相対比とに基づき、前記他の電池群の余寿命を検知すること、
を特徴とする電池コントローラ。
電池パックの充放電を制御する電池コントローラであって、
前記電池パックは、
複数組が接続された各蓄電池群と、
前記各電池群の充放電を制御する電池群別制御手段と、
を有し、
前記電池コントローラは、
前記電池群別制御手段に対して各電池群の充放電条件を設定するとともに、特定の電池群に対応する前記電池群別制御手段に対しては、他の電池群よりも過酷な充放電条件を設定する設定手段と、
前記特定の電池群を少なくとも監視し、当該特定の電池群の劣化状態を推定する診断手段と、
前記診断手段の推定結果に基づき、前記電池パックの寿命を検知する検知手段と、
を備え、
前記設定手段は、
前記特定の電池群の充放電電流又は電力を前記他の電池群の充放電電流又は電力よりも一定比率又は一定値大きくすること、
を特徴とする電池コントローラ。
前記設定手段は、
前記特定の電池群の充放電回数を前記他の電池群の充放電回数よりも一定比率又は一定回数多くすること、
を特徴とする請求項１５記載の電池コントローラ。
前記設定手段は、
前記特定の電池群の充放電深度範囲を前記他の電池群の充放電深度範囲よりも一定比率又は一定値深くすること、
を特徴とする請求項１５記載の電池コントローラ。
前記設定手段は、
前記特定の電池群の充放電電流又は電力を前記他の電池群の充放電電流又は電力よりも一定比率又は一定値大きくすること、
を特徴とする請求項１５記載の電池コントローラ。
前記設定手段は、
前記過酷な充放電条件での充放電を前記電池パックの稼働開始後の初期段階で行わせ、その後、前記特定の電池群の充放電条件を前記他の電池群の充放電条件に揃えること、
を特徴とする請求項１５乃至１９の何れかに記載の電池コントローラ。
前記過酷な充放電条件での充放電は、前記電池パックの稼働停止中に行うこと、
を特徴とする請求項１５乃至１９の何れかに記載の電池コントローラ。