JP6090143B2 - 余寿命判定方法及びコスト算出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車載バッテリを他の用途に用いる場合の余寿命判定方法等に関するものである。
車両には、車両用走行用モータに供給される作動電力を蓄電するバッテリが搭載されている。バッテリは、使用により経時劣化するため寿命を有する。特許文献1は、車両から走行履歴を取得して、バッテリの余寿命を推定する方法を開示する。特許文献1に開示された余寿命推定方法は、バッテリを車載バッテリとして使用し続けることを前提とした車載用途での余寿命推定方法である。
今後、電気自動車、ハイブリッド自動車の普及が進むことにより、車両から回収される車載バッテリの数が増大する。この使用済の車載バッテリを他の用途に再利用できれば、使用済バッテリの有効活用に繋がるとして、近年、車載バッテリを他の用途に用いることが種々の観点で検討されている。車載バッテリを他の用途に用いる場合、当該他の用途での余寿命を予測し、その予測結果を利用者に提供することで、車載バッテリの再利用の促進に繋がることが期待される。
特開2012−03143号公報
しかしながら、従来の余寿命推定方法は、バッテリを車載バッテリとして使用し続けることを前提とした車載用途での余寿命推定方法であるため、この余寿命推定方法を他の用途にそのまま適用しても、精度の低い推定結果しか得られない。例えば、車載バッテリの内部抵抗、実放電容量に基づき、車載バッテリの余寿命を推定する方法が知られているが、これらの内部抵抗、実放電容量はバッテリの温度に左右されるため、正確に余寿命推定をすることができない。
図6のグラフは、定置用バッテリの余寿命マップであり、縦軸が内部抵抗、横軸がバッテリ使用時間に対応している。定置用バッテリは、冷却機構、温度制御システムを備えていないため、計測タイミングによる温度バラツキが大きくなる。例えば、定置用バッテリの内部抵抗値を測定した時刻帯が使用環境における平均温度よりも著しく低い極低温の時刻帯である場合、測定された内部抵抗値Rdは、定置用バッテリの本来の余寿命に対応した内部抵抗値Raよりも高くなる。そのため、算出された余寿命時間が実際の余寿命時間よりも短くなり、推定制度が低下する。実放電容量についても、計測時の定置用バッテリの温度に左右されるため、同様の理由から、推定精度が低下する。
そこで、本願発明は、内部抵抗、実放電容量とは異なる別のパラメータを用いて、車載バッテリの他の用途での余寿命を精度よく推定することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明者は、車載用バッテリ、他の用途に用いられるバッテリを回収し、バッテリの様々なパラメータを調査解析した。その結果、内部抵抗値、実放電容量よりも、バッテリの温度上昇率に基づきバッテリの余寿命を推定したほうが、推定精度が高くなることを発見した。
すなわち、本願発明は、(1)車載バッテリとして使用されたバッテリであって、車載以外の他の用途に再利用される前記バッテリの前記他の用途での余寿命を推定する余寿命推定方法であって、前記車載バッテリの現在の温度上昇率Xrを取得する第1のステップと、前記車載バッテリの寿命に至るまでの温度上昇率と、前記他の用途のバッテリの寿命に至るまでの温度上昇率とが比例関係にあることに基づき、前記温度上昇率Xrから前記他の用途のバッテリの現在の温度上昇率Yrを推定する第2のステップと、前記温度上昇率Yrを用いて、前記他の用途のバッテリの余寿命を推定する第3のステップと、を有することを特徴とする。
(2)上記(1)の構成において、バッテリの余寿命は時間を評価パラメータとして評価することができる。具体的には、前記他の用途のバッテリの寿命時の温度上昇率をYn、前記車載バッテリの製造時から現在までの経過時間をTX1、前記他の用途のバッテリの前記製造時から寿命までの総寿命時間をTX0、前記他の用途のバッテリの現在から寿命までの余寿命時間をTeとしたとき、下記(1)式に基づき前記総寿命時間TX0を算出するとともに、下記(2)式に基づき前記余寿命時間Teを算出することができる。
TX0=Yn×TX1÷Yr・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
Te=TX0−TX1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
(3)上記(1)の構成において、バッテリの余寿命は総積算電力量を評価パラメータとして評価することができる。具体的には、前記他の用途のバッテリの寿命時の温度上昇率をYn、前記車載バッテリの製造時から現在までの総積算電力量をSX1、前記他の用途のバッテリの前記製造時から寿命までの総積算電力量をSX0、前記他の用途のバッテリの現在から寿命までの余寿命総積算電力量をSeとしたとき、下記(3)式に基づき前記総積算電力量SX0を算出するとともに、下記(4)式に基づき前記余寿命総積算電力量Seを算出することができる。
SX0=Yn×SX1÷Yr・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
Se=SX0−SX1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
(4)前記他の用途のバッテリが定置用バッテリである場合には、以下の方法を用いて、定置用バッテリのコストを算出することができる。すなわち、前記定置用バッテリを深夜料金の時刻帯で充電したときの単位時間当たりの電気料金であるTyを算出するステップと、前記定置用バッテリによって駆動される電気機器を、深夜料金よりも高い昼間料金に対応した時刻帯で作動させたときの前記単位時間当たりの電気料金であるThを算出するステップと、前記電気料金Thと前記電気料金Tyとの差分であるTRを電気料金の価値として算出するステップと、前記電気料金の価値TRと、前記余寿命時間Teとを乗じることにより、前記定置用バッテリが寿命に至るまでのコストを算出するステップと、に基づき定置用バッテリのコストを算出することができる。これにより、定置用バッテリを夜間充電するとともに、昼間に使用した(放電させた)ときのコストを明確化することができる。
本願発明によれば、車載バッテリの温度上昇率から当該他の用途のバッテリの温度上昇率を推定し、この推定結果に基づき当該他の用途のバッテリの余寿命を推定することができる。これにより、バッテリの用途に応じた正確な余寿命推定を行うことができる。
寿命判定装置の機能ブロック図である。 車載用バッテリ、定置用バッテリ及び緊急用バッテリの温度上昇率の関係を示すマップである。 定置用バッテリの現在の温度上昇率から余寿命(時間)を算出するためのマップである。 定置用バッテリの現在の温度上昇率から余寿命(総積算電力量)を算出するためのマップである。 余寿命推定の手順を示したフローチャートである。 内部抵抗に基づき、余寿命を推定するためのグラフである。
(第1実施形態)
図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の余寿命推定方法を有効に実施するための余寿命推定装置の機能ブロック図である。
余寿命推定装置1は、余寿命算出部10、第1の記憶部11、第2の記憶部12及び用途選択部13を含む。第1の記憶部11には、車載バッテリ、定置用バッテリ及び緊急用バッテリの寿命に至るまでの温度上昇率の情報が記憶されている。第2の記憶部12には、定置用バッテリ及び緊急用バッテリの余寿命を推定するための余寿命マップが記憶されている。ただし、第1の記憶部11及び第2の記憶部12は一つの記憶装置で実現してもよい。
余寿命推定装置1は、通信ネットワーク4を介して車両情報DB(DB:data base)3と双方向通信を行うことができる。車両情報DB3には、少なくとも車両の使用経過時間及び現在までの積算電力量が記憶されている。使用経過時間とは、車両の製造直後から現在までの経過時間のことであり、車両の走行時間と車両の非走行時間とを合算した時間である。なお、現在までの経過時間は後述するTX1に相当し、積算電力量は後述するSX1に相当する。車両情報DB3は、例えばディーラに設置することができる。
また、余寿命推定装置1は、車載用バッテリ2のバッテリ記憶部20から車載用バッテリ2の現在の温度上昇率を取得する。車載用バッテリ2は車両から取り外されている。ただし、車載用バッテリ2は、車両に搭載されたままでもよい。この場合、車両情報DB3ではなく車両に実装された記憶部から上述の使用経過時間及び現在までの積算電力量を取得することができる。第1の記憶部11及び第2の記憶部12に記憶された情報の詳細は、後述する。
用途選択部13は、車載用バッテリ2の用途を選択するための選択画面を有している。車載用バッテリ2の用途は、定置用バッテリと、緊急用バッテリとに大別することができる。すなわち、用途選択部13に表示された選択画面を介して、車載用バッテリ2の用途を定置用及び緊急用の中から選択することができる。
ここで、車載用バッテリとは、車両走行用モータに供給される電力を蓄電するバッテリのことであり、車両の走行状態に応じて放電レートが変化する。車載用バッテリは、ブロアなどによって吸気された空気を車載用バッテリに向けて吹きつけることにより、バッテリ温度を強制的に調節する温度調節手段を備える。定置用バッテリとは、エアコン、炊飯器等の家電製品に供給される電力を蓄電するバッテリのことであり、定電流放電される。緊急用バッテリは、火災現場の消火、原子炉設備の冷却等の緊急時に用いられる負荷に対して供給される作動電力を蓄電するバッテリのことであり、定電流放電される。定置用バッテリ及び緊急用バッテリには、車載用バッテリ2に設けられる温度調節手段が実装されていない。
余寿命算出部10は、第1の記憶部11に記憶された情報に基づき、現在の車載用バッテリ2の温度上昇率から用途選択部13で選択された用途での温度上昇率を求めるとともに、この求めた温度上昇率と第2の記憶部12に記憶された余寿命マップとに基づき、当該他の用途での余寿命を算出する。余寿命は、時間、あるいは総積算電力量から推定することができる。
図2を参照しながら、第1の記憶部11に記憶される情報について詳細に説明する。図2は、車載用バッテリ、定置用バッテリ及び緊急用バッテリの温度上昇率に関するマップである。本発明者は、車載用バッテリ、定置用バッテリ及び緊急用バッテリの寿命に至るまでの温度上昇率の変化を調査解析し、これらのバッテリの温度上昇率が互いに比例することを発見した。そして、これらの温度上昇率の関係を三次元マップで規定することにより、車載用バッテリ2の現在の温度上昇率Xrに基づき、定置用バッテリの現在の温度上昇率Yr1及び緊急用バッテリの現在の温度上昇率Yr2を推定することができる。
X軸は、車載用バッテリ2の温度上昇率に対応している。X0は、車載用バッテリ2の新品時の温度上昇率であり、設計情報から取得することができる。Xnは、車載用バッテリ2の寿命時の温度上昇率であり、設計情報から取得することができる。寿命時の温度上昇率は、放電レートが最も高くなる走行場面において許容される温度上昇率の上限値とするのが好ましい。Xrは、車載用バッテリ2の現在の温度上昇率、言い換えると、車載用バッテリ2を他の用途に用途変更する直前の温度上昇率であり、上述したようにバッテリ記憶部20から取得することができる。
Y1軸は、定置用バッテリの温度上昇率に対応している。Y01は、定置用バッテリの新品時の温度上昇率であり、設計情報から取得することができる。Yn1は、定置用バッテリの寿命時の温度上昇率であり、設計情報から取得することができる。定置用バッテリが放電レートの高い負荷に用いられる場合には寿命時の温度上昇率をより低くする必要があり、放電レートの低い負荷に用いられる場合には寿命時の温度上昇率をより高くすることができる。ここで、定置用バッテリは、放電レートが車載用バッテリ2よりも低く設定されている。したがって、定置用バッテリの場合、寿命時の温度上昇率を高く設定しても、バッテリの異常過熱などが起こりにくい。そのため、定置用バッテリの寿命時の温度上昇率Yn1は、車載用バッテリ2の寿命時の温度上昇率Xnよりも高く設定される。
Y2軸は、緊急用バッテリの温度上昇率に対応している。Y02は、緊急用バッテリの新品時の温度上昇率であり、設計情報から取得することができる。Yn2は、緊急用バッテリの寿命時の温度上昇率であり、設計情報から取得することができる。緊急用バッテリは、火災などを早期に鎮火させる必要があるため、車載用バッテリ2及び定置用バッテリよりも放電レートが高く設定される。したがって、緊急用バッテリの寿命時の温度上昇率Yn2は、車載用バッテリ2の寿命時の温度上昇率Xn及び定置用バッテリの寿命時の温度上昇率Yn1よりも高く設定される。
バッテリの電流値をI、バッテリの内部抵抗をRとしたときに、バッテリの発熱量はI×Rによって算出される。電池劣化が進むほど内部抵抗Rが上がり、バッテリの発熱量は大きくなる。したがって、バッテリの温度上昇率は、バッテリの劣化が進むほど大きくなる。
Kは、車載用バッテリ2の現在の温度上昇Xrに基づき、定置用バッテリの現在の温度上昇率Yr1及び緊急用バッテリの現在の温度上昇率Yr2を求めるための基準線である。この基準線Kは、定置用バッテリの寿命時の温度上昇率Yn1及び車載用バッテリ2の寿命時の温度上昇率Xnに対応した座標点Tと、定置用バッテリの新品時の温度上昇率Y01及び車載用バッテリ2の新品時の温度上昇率X0に対応した座標点Tとを結んだ線分である。なお、基準線Kの矢印は、バッテリの劣化度が高くなる方向に対応している。
基準線Kに基づき、定置用バッテリの現在の温度上昇率Yr1及び緊急用バッテリの現在の温度上昇率Yr2を求めることができる。具体的には、基準線Kにおける車載用バッテリ2の現在の温度上昇率Xrに対応するY1軸の値、つまり、座標点TのY1軸の値を定置用バッテリの現在の温度上昇率Yr1として推定することができる。
また、座標点Tから延びる線分L2のY2軸上の値を、緊急用バッテリの現在の温度上昇率Yr2として推定することができる。線分L2は線分L1に平行であり、線分L1は座標点Tと緊急用バッテリの新品時の温度上昇率Y02とを結ぶ線分である。
ただし、図2のマップは上述の形態に限るものではない。例えば、上述の三次元マップを、車両用バッテリ及び定置用バッテリの温度上昇率に関する二次元マップと、車両用バッテリ及び緊急用バッテリの温度上昇率に関する二次元マップとに分割し、それぞれの二次元マップを車両情報DB3に記憶させておくこともできる。
図3及び図4は、定置用バッテリの現在の温度上昇率Yr1から余寿命を推定するためのマップである。図3では余寿命を評価するためのパラメータとして時間(H)が用いられる。図4では余寿命を評価するためのパラメータとして積算電力量(KWh)が用いられる。
図3を参照して、定置用バッテリの寿命時の温度上昇率Yn1、定置用バッテリの現在の温度上昇率Yr1及び現在までの経過時間TX1に基づき、以下の算出式(1)から定置用バッテリの新品時から寿命までの寿命時間TX0を算出することができる。
TX0=Yn1×TX1÷Yr1・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
そして、寿命時間TX0を算出した後に、以下の算出式(2)に基づき、現在から寿命までの時間(つまり、使用可能時間)Teを算出することができる。
Te=TX0−TX1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
図4を参照して、定置用バッテリの寿命時の温度上昇率Yn1、定置用バッテリの現在の温度上昇率Yr1及び現在までのバッテリの総積算電力量SX1に基づき、以下の算出式(3)から、定置用バッテリの新品時から寿命までの総積算電力量SX0を算出することができる。
SX0=Yn1×SX1÷Yr1・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
そして、総積算電力量SX0を算出した後に、以下の算出式(4)に基づき、現在から寿命時までの総積算電力量Seを算出することができる。
Se=SX0−SX1・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
なお、緊急用バッテリについても、同様の方法により余寿命を推定することができる。
次に、図5のフローチャートを参照しながら、余寿命推定の手順について説明する。ステップS101において、余寿命推定装置1は、用途選択部13に選択画面を表示する。選択画面に表示されたいずれかの用途(定置用、若しくは緊急用)を選択すると、処理はステップS102に進む。ステップS102において、余寿命推定装置1は、用途選択部13に余寿命評価方法選択画面を表示する。選択画面に表示されたいずれかの評価方法(時間、若しくは総積算電力量)を選択すると、処理はステップS103に進む。
ステップS103において、余寿命推定装置1は、車両情報DB3から現在までの経過時間TX1、又は現在までのバッテリの総積算電力量SX1を取得するとともに、バッテリ記憶部20から現在の温度上昇率Xrを取得する。ステップS104において、余寿命推定装置1は、ステップS101で選択された用途が定置用であるか否かを判別する。選択された用途が定置用である場合、処理はステップS105に進む。選択された用途が緊急用である場合、処理はステップS106に進む。
ステップS105において、余寿命推定装置1は、図2のマップに基づき、定置用バッテリの現在の温度上昇率Yr1を求める。ステップS106において、余寿命推定装置1は、図2のマップに基づき、緊急用バッテリの現在の温度上昇率Yr2を求める。
ステップS107において、余寿命推定装置1は、ステップS102で選択された余寿命評価方法が時間であるか否かを判別する。選択された余寿命評価方法が時間である場合には、処理はステップS108に進む。選択された余寿命評価方法が総積算電力量である場合には、処理はステップS109に進む。
ステップS108において、余寿命推定装置1は、上述の算出式(1)及び(2)に基づき、現在から寿命時までの使用可能時間Teを算出する。ステップS109において、余寿命推定装置1は、上述の算出式(3)及び(4)に基づき、現在から寿命時までの総積算電力量Seを算出する。
ステップS110において、余寿命推定装置1は、使用可能時間Te、若しくは総積算電力量Seを余寿命情報として用途選択部13に表示する。上述の処理によって、バッテリの用途に応じた精度の高い余寿命情報を提供することができる。
本フローチャートでは、余寿命の評価方法を利用者が選択できるように構成したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、使用可能時間Te及び総積算電力量Seの双方を算出し、これらを用途選択部13に表示してもよい。また、ユーザによる選択を不可とし、使用可能時間Te及び総積算電力量Seのうちいずれか一方を用途選択部13に表示してもよい。
(第2実施形態)
定置用バッテリの充電方法について説明する。定置用バッテリは、例えば、家庭などに設置された外部充電装置を用いて充電することができる。この外部充電装置は、ハイブリッド自動車、電気自動車に搭載されたバッテリを充電するためにも用いることができる。ここで、深夜(例えば、23時〜7時)の電気料金は、昼間の電気料金よりも安いため、定置用バッテリを電力消費量の少ない深夜の時刻帯に深夜充電するとともに、この深夜充電された定置用バッテリを用いて家庭内の電気機器を昼間の時刻帯に作動させることで、電気料金を削減することができる。
夜間充電によって定置用バッテリを充電したときの電力量をTy1(KWh)、夜間1時間当たりの電気料金をTy2(円/H)、夜間電気料金をTy、家庭内の電気機器を昼間に作動させるために必要な電力量をTh1(KWh)、昼間1時間当たりの電気料金をTh2(円/H)、昼間の電気料金をThとしたときに、夜間電気料金Ty及び昼間の電気料金Thは以下の式(5)及び(6)に基づき、算出される。
Ty=Ty1×Ty2・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
Th=Th1×Th2・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6)
式(5)及び式(6)から、電気料金価値TRは、以下の(7)式によって算出される。
TR=Th−Ty・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7)
さらに、余寿命時間Teに対応した全体の電気料金価値TRSUMは、以下の(8)式によって算出される。
TRSUM=TR×Te・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8)
算出された全体の電気料金価値TRSUMは、定置用バッテリの利用者に対して提供することができる。このように、定置用バッテリのコスト算出方法を具現化することで、定置用バッテリの利用者に対して、コスト低減を踏まえた充電方法及び定置用バッテリの利用方法を提供することができる。
1:余寿命推定装置 2:車載用バッテリ
3:車両情報DB 4:通信ネットワーク
10:用途選択部 11:第1の記憶部
12:第2の記憶部 13:用途選択部
20:バッテリ記憶部

Claims (4)

  1. 車載バッテリとして使用されたバッテリであって、車載以外の他の用途に再利用される前記バッテリの前記他の用途での余寿命を推定する余寿命推定方法であって、
    前記車載バッテリの現在の温度上昇率Xrを取得する第1のステップと、
    前記車載バッテリの寿命に至るまでの温度上昇率と、前記他の用途のバッテリの寿命に至るまでの温度上昇率とが比例関係にあることに基づき、前記温度上昇率Xrから前記他の用途のバッテリの現在の温度上昇率Yrを推定する第2のステップと、
    前記温度上昇率Yrを用いて、前記他の用途のバッテリの余寿命を推定する第3のステップと、を有することを特徴とする余寿命推定方法。
  2. 前記他の用途のバッテリの寿命時の温度上昇率をYn、前記車載バッテリの製造時から現在までの経過時間をTX1、前記他の用途のバッテリの前記製造時から寿命までの総寿命時間をTX0、前記他の用途のバッテリの現在から寿命までの余寿命時間をTeとしたとき、
    下記(1)式に基づき前記総寿命時間TX0を算出するとともに、下記(2)式に基づき前記余寿命時間Teを算出することを特徴とする請求項1に記載の余寿命推定方法。
    TX0=Yn×TX1÷Yr・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
    Te=TX0−TX1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
  3. 前記他の用途のバッテリの寿命時の温度上昇率をYn、前記車載バッテリの製造時から現在までの総積算電力量をSX1、前記他の用途のバッテリの前記製造時から寿命までの総積算電力量をSX0、前記他の用途のバッテリの現在から寿命までの余寿命総積算電力量をSeとしたとき、
    下記(3)式に基づき前記総積算電力量SX0を算出するとともに、下記(4)式に基づき前記余寿命総積算電力量Seを算出することを特徴とする請求項1に記載の余寿命推定方法。
    SX0=Yn×SX1÷Yr・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
    Se=SX0−SX1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
  4. 請求項に記載の余寿命推定方法により推定された前記他の用途のバッテリのコスト算出方法であって、
    前記他の用途のバッテリは定置用バッテリであり、
    前記定置用バッテリを深夜料金の時刻帯で充電したときの単位時間当たりの電気料金であるTyを算出するステップと、
    前記定置用バッテリによって駆動される電気機器を、深夜料金よりも高い昼間料金に対応した時刻帯で作動させたときの前記単位時間当たりの電気料金であるThを算出するステップと、
    前記電気料金Thと前記電気料金Tyとの差分であるTRを電気料金の価値として算出するステップと、
    前記電気料金の価値TRと、前記余寿命時間Teとを乗じることにより、前記定置用バッテリが寿命に至るまでのコストを算出するステップと、
    を有することを特徴とするコスト算出方法。
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