JP6206031B2 - Storage device lifetime estimation device, lifetime estimation method, and storage system - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電素子の使用可能な累積残存期間である残存寿命を推定する寿命推定装置、寿命推定方法、及び蓄電素子と当該寿命推定装置とを備える蓄電システムに関する。 The present invention relates to a life estimation apparatus, a life estimation method, and a power storage system including a power storage element and the life estimation apparatus.
リチウムイオン二次電池などの蓄電素子は、ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の電源として用いられてきたが、近年、電気自動車の電源など、幅広い分野で使用されるようになってきた。そして、このような蓄電素子においては、蓄電素子の使用可能な累積残存期間である残存寿命を正確に把握することが極めて重要である。ここで、従来、蓄電素子の残存寿命を推定するために、蓄電素子の抵抗の経時変化を推定する技術が提案されている(例えば、非特許文献1及び特許文献1参照)。
Power storage elements such as lithium ion secondary batteries have been used as power sources for mobile devices such as notebook computers and mobile phones, but have recently been used in a wide range of fields such as power sources for electric vehicles. And in such an electrical storage element, it is very important to grasp | ascertain accurately the remaining lifetime which is the accumulation remaining period which can be used for an electrical storage element. Here, conventionally, in order to estimate the remaining life of the power storage element, a technique for estimating a change with time in the resistance of the power storage element has been proposed (see, for example, Non-Patent
非特許文献1では、電池の直流抵抗の経時変化が試験時間のN次関数で示される経験式により、所定試験時間における当該直流抵抗の経時変化を推定する技術が開示されている。ここで、上記の経験式におけるNは、1/2、1、または1.52であり、試験モードに応じて変化する。また、特許文献1では、電池の抵抗の逆数と経過時間の逆数とが直線的に変化することに着目して、所定時間における抵抗値を推定する技術が開示されている。
Non-Patent
しかしながら、上記従来の技術においては、蓄電素子の残存寿命を正確に推定することができないという問題がある。 However, the conventional technology has a problem that the remaining life of the electricity storage element cannot be accurately estimated.
つまり、従来の非特許文献1における蓄電素子の直流抵抗の経時変化を推定する技術においては、試験モードに応じて上記の経験式におけるNの値が変化するため、当該Nの値を予測することが困難である。また、当該Nの値を予測できたとしても、推定される直流抵抗の経時変化の値は十分に正確なものではなかった。
In other words, in the conventional technique for estimating the change over time in the DC resistance of the electricity storage element in
また、蓄電素子の抵抗は、時間の経過とともに急激に増加する場合があるが、従来の特許文献1における蓄電素子の抵抗の経時変化を推定する技術においては、時間の経過とともに抵抗が急激に増加するような状態を予測することができない。このため、従来の技術においては、蓄電素子の残存寿命を正確に推定することができない。
In addition, the resistance of the power storage element may increase rapidly with the passage of time. However, in the conventional technique for estimating the change with time of the resistance of the storage element in
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、蓄電素子の残存寿命を正確に推定することができる寿命推定装置、寿命推定方法及び蓄電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a life estimation apparatus, a life estimation method, and a power storage system that can accurately estimate the remaining life of a power storage element.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る寿命推定装置は、蓄電素子の使用可能な累積残存期間である残存寿命を推定する寿命推定装置であって、前記蓄電素子の使用期間の累積値である累積使用期間経過時点での前記蓄電素子の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値の逆数が、前記累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で示される関係式を取得する関係式取得部と、取得された前記関係式を用いて前記残存寿命を推定する残存寿命推定部とを備える。 In order to achieve the above object, a life estimation apparatus according to an aspect of the present invention is a life estimation apparatus that estimates a remaining life, which is a cumulative remaining period in which a power storage element can be used. Obtaining a relational expression that obtains a relational expression in which the reciprocal of the resistance value of the accumulator element or the direct current resistance of the electric storage element at the time when the cumulative use period that is a cumulative value is represented by a linear function having the square root of the cumulative use period as a variable And a remaining life estimation unit that estimates the remaining life using the acquired relational expression.
これによれば、寿命推定装置は、累積使用期間経過時点での蓄電素子の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値の逆数が、累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で示される関係式を取得し、当該関係式を用いて、蓄電素子の残存寿命を推定する。ここで、当該抵抗値は、累積使用期間の経過とともに加速度的に値が増加する。そして、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、当該抵抗値の逆数の経時変化は、累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で表されることを見出した。このため、寿命推定装置は、上記の関係式を用いることで、当該抵抗値と累積使用期間との関係を正確に表現することができるため、蓄電素子の残存寿命を正確に推定することができる。 According to this, the life estimation apparatus obtains a relational expression in which the reciprocal of the resistance value of the DC resistance or the AC resistance of the storage element at the time when the cumulative use period has elapsed is represented by a linear function having the square root of the cumulative use period as a variable. Then, the remaining life of the power storage element is estimated using the relational expression. Here, the resistance value increases at an accelerated rate as the cumulative use period elapses. As a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application have found that the change with time in the reciprocal of the resistance value is expressed by a linear function with the square root of the cumulative use period as a variable. For this reason, since the lifetime estimation apparatus can accurately represent the relationship between the resistance value and the cumulative usage period by using the above relational expression, the remaining lifetime of the power storage element can be accurately estimated. .
また、前記関係式取得部は、前記抵抗値の逆数と前記累積使用期間の平方根との関係から前記関係式を算出する関係式算出部を備えることにしてもよい。 In addition, the relational expression acquisition unit may include a relational expression calculation unit that calculates the relational expression from the relationship between the reciprocal of the resistance value and the square root of the cumulative usage period.
これによれば、寿命推定装置は、抵抗値の逆数と累積使用期間の平方根との関係から関係式を算出する。これにより、寿命推定装置は、当該関係式を記憶部に事前に記憶させておくことなく、累積使用期間の経過とともに加速度的に抵抗値が増加するような状態を予測可能な関係式を取得することができる。このため、寿命推定装置は、当該関係式を用いることで、当該抵抗値と累積使用期間との関係を正確に表現することができるため、蓄電素子の残存寿命を正確に推定することができる。 According to this, the life estimation apparatus calculates a relational expression from the relationship between the reciprocal of the resistance value and the square root of the cumulative usage period. Accordingly, the life estimation apparatus acquires a relational expression that can predict a state in which the resistance value increases at an accelerated rate as the cumulative usage period elapses without storing the relational expression in the storage unit in advance. be able to. For this reason, since the lifetime estimation apparatus can accurately represent the relationship between the resistance value and the cumulative usage period by using the relational expression, the remaining lifetime of the power storage element can be accurately estimated.
また、前記残存寿命推定部は、所定の時点での前記抵抗値である第一抵抗値を取得するとともに、前記蓄電素子の寿命到達時点での前記抵抗値である第二抵抗値を取得する抵抗値取得部と、前記関係式から得られる前記第一抵抗値における累積使用期間である第一累積使用期間を取得するとともに、前記関係式から得られる前記第二抵抗値における累積使用期間である第二累積使用期間を取得する期間取得部と、前記第二累積使用期間から前記第一累積使用期間を差し引くことで、前記所定の時点からの前記蓄電素子の残存寿命を算出する残存寿命算出部とを備えることにしてもよい。 The remaining life estimation unit obtains a first resistance value that is the resistance value at a predetermined time and a second resistance value that is the resistance value when the life of the power storage element is reached. A value acquisition unit, and a first cumulative usage period that is a cumulative usage period in the first resistance value obtained from the relational expression, and a cumulative usage period in the second resistance value obtained from the relational expression. A period acquisition unit that acquires two cumulative use periods; and a remaining life calculation unit that calculates a remaining life of the power storage element from the predetermined time point by subtracting the first cumulative use period from the second cumulative use period May be provided.
これによれば、寿命推定装置は、所定の時点での第一抵抗値と蓄電素子の寿命到達時点での第二抵抗値とを取得して、上記の関係式から得られる第一抵抗値における第一累積使用期間と第二抵抗値における第二累積使用期間とを取得し、第二累積使用期間から第一累積使用期間を差し引くことで、所定の時点からの蓄電素子の残存寿命を算出する。このようにして、寿命推定装置は、蓄電素子の残存寿命を正確に推定することができる。 According to this, the life estimation apparatus obtains the first resistance value at a predetermined time point and the second resistance value at the time when the life of the power storage element is reached, and in the first resistance value obtained from the above relational expression. Obtain the first cumulative usage period and the second cumulative usage period at the second resistance value, and subtract the first cumulative usage period from the second cumulative usage period to calculate the remaining life of the storage element from a predetermined point in time . In this way, the lifetime estimation apparatus can accurately estimate the remaining lifetime of the power storage element.
また、前記残存寿命推定部は、さらに、前記関係式取得部が取得した前記関係式を補正する関係式補正部を備え、補正後の前記関係式を用いて、前記残存寿命を推定することにしてもよい。 The remaining life estimation unit further includes a relational expression correction unit that corrects the relational expression acquired by the relational expression acquisition unit, and estimates the remaining life using the corrected relational expression. May be.
これによれば、寿命推定装置は、上記の関係式を補正し、補正後の当該関係式を用いて、残存寿命を推定する。このようにして、寿命推定装置は、関係式を補正して当該関係式の精度を向上させていくことで、残存寿命を正確に推定することができる。 According to this, the life estimation apparatus corrects the above relational expression, and estimates the remaining life using the corrected relational expression. In this way, the life estimation apparatus can accurately estimate the remaining life by correcting the relational expression and improving the accuracy of the relational expression.
また、前記蓄電素子は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であり、前記関係式取得部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記関係式を取得し、前記残存寿命推定部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記残存寿命を推定することにしてもよい。 The power storage device is a lithium ion secondary battery including a lithium transition metal oxide having a layered structure as a positive electrode active material, and the relational expression acquiring unit acquires the relational expression regarding the lithium ion secondary battery. The remaining life estimation unit may estimate the remaining life of the lithium ion secondary battery.
これによれば、蓄電素子は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池である。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、蓄電素子が当該リチウムイオン二次電池の場合に、上記の関係式によって劣化状態を精度良く表現できることを見出した。このため、寿命推定装置は、当該リチウムイオン二次電池の残存寿命を正確に推定することができる。 According to this, the electric storage element is a lithium ion secondary battery including a lithium transition metal oxide having a layered structure as a positive electrode active material. Here, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application have found that the deterioration state can be accurately expressed by the above relational expression when the storage element is the lithium ion secondary battery. For this reason, the lifetime estimation apparatus can estimate the remaining lifetime of the said lithium ion secondary battery correctly.
なお、本発明は、このような寿命推定装置として実現することができるだけでなく、蓄電素子と、当該蓄電素子の残存寿命を推定する寿命推定装置とを備える蓄電システムとしても実現することができる。また、本発明は、寿命推定装置が行う特徴的な処理をステップとする寿命推定方法としても実現することができる。また、本発明は、寿命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、寿命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、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体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。 The present invention can be realized not only as such a life estimation apparatus, but also as a power storage system including a power storage element and a life estimation apparatus that estimates the remaining life of the power storage element. In addition, the present invention can be realized as a life estimation method including a characteristic process performed by the life estimation apparatus as a step. The present invention can also be realized as an integrated circuit including a characteristic processing unit included in the life estimation apparatus. In addition, the present invention can be realized as a program for causing a computer to execute characteristic processing included in the life estimation method, or can be realized as a recording medium such as a computer-readable CD-ROM in which the program is recorded. You can also. Needless to say, such a program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM and a transmission medium such as the Internet.
本発明によると、蓄電素子の残存寿命を正確に推定することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately estimate the remaining life of a power storage element.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子の寿命推定装置及び当該寿命推定装置を備える蓄電システムについて説明する。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。また、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、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, a power storage device life estimation apparatus and a power storage system including the life estimation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of the constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements that constitute a more preferable embodiment.
まず、蓄電システム10の構成について、説明する。
First, the configuration of the
図1は、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100を備える蓄電システム10の外観図である。
FIG. 1 is an external view of a
同図に示すように、蓄電システム10は、寿命推定装置100と、複数(同図では6個)の蓄電素子200と、寿命推定装置100及び複数の蓄電素子200を収容する収容ケース300とを備えている。
As shown in the figure, the
寿命推定装置100は、複数の蓄電素子200の上方に配置され、複数の蓄電素子200の寿命を推定する回路を搭載した回路基板である。具体的には、寿命推定装置100は、複数の蓄電素子200に接続されており、複数の蓄電素子200から情報を取得して、複数の蓄電素子200の使用可能な累積残存期間である残存寿命を推定する。この寿命推定装置100の詳細な機能構成の説明については、後述する。
The
なお、ここでは、寿命推定装置100は複数の蓄電素子200の上方に配置されているが、寿命推定装置100はどこに配置されていてもよい。
Here,
蓄電素子200は、正極と負極とを有する非水電解質二次電池などの二次電池である。また、同図では6個の矩形状の蓄電素子200が直列に配置されて組電池を構成している。なお、蓄電素子200の個数は6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。また蓄電素子200の形状も特に限定されない。
The
ここで、蓄電素子200は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であるのが好ましい。具体的には、正極活物質として、Li1+xM1−yO2(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素、0≦x<1/3、0≦y<1/3)等の層状構造のリチウム遷移金属酸化物等を用いるのが好ましい。なお、当該正極活物質として、LiMn2O4やLiMn1.5Ni0.5O4等のスピネル型リチウムマンガン酸化物や、LiFePO4等のオリビン型正極活物質等と、上記層状構造のリチウム遷移金属酸化物とを混合して用いてもよい。
Here, the
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、あるいは、一般にコンバージョン負極と呼ばれる、Co3O4やFe2P等の、遷移金属と第14族乃至第16族元素との化合物などが挙げられる。 Moreover, as a negative electrode active material, if a negative electrode active material which can occlude / release lithium ion, a well-known material can be used suitably. For example, lithium is occluded in addition to lithium metal and lithium alloys (lithium-containing alloys such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys). Releasable alloys, carbon materials (eg, graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, amorphous carbon, etc.), silicon oxide, metal oxide, lithium metal oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), polyphosphoric acid compounds, or compounds of transition metals and Group 14 to Group 16 elements such as Co 3 O 4 and Fe 2 P, which are generally called conversion anodes.
次に、寿命推定装置100の詳細な機能構成について、説明する。
Next, a detailed functional configuration of the
図2は、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100の機能的な構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of
寿命推定装置100は、蓄電素子200の使用可能な累積残存期間である残存寿命を推定する装置である。同図に示すように、寿命推定装置100は、関係式取得部110、残存寿命推定部120及び記憶部130を備えている。また、記憶部130には、関係式データ131及び蓄電素子データ132が記憶されている。
The
関係式取得部110は、蓄電素子200の使用期間の累積値である累積使用期間経過時点での蓄電素子200の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値の逆数が、累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で示される関係式を取得する。具体的には、関係式取得部110は、当該抵抗値の逆数が、累積使用期間の平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で示される当該関係式を取得する。
In the relational
ここで、累積使用期間とは、蓄電素子200の使用開始時点から所定の時点までの間に、蓄電素子200が使用された期間を積算した合計期間を示している。例えば、蓄電素子200が断続的に使用されていた場合には、累積使用期間は、蓄電素子200が使用されていなかった不使用期間を差し引いた期間を示す。なお、当該不使用期間の差し引き方は厳密でなくともよく、蓄電素子200の使用開始時点から所定の時点までの当該不使用期間も含めた全期間を累積使用期間としてもよい。また、累積使用期間の単位としては、時間またはサイクル(充放電回数)が好ましいが、月や日など期間を表す単位であればどのようなものを用いても構わない。
Here, the cumulative use period indicates a total period obtained by integrating the periods in which the
また、蓄電素子200の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値とは、蓄電素子200の内部抵抗の抵抗値であり、例えば、10秒目の直流抵抗または1kHzの交流抵抗の抵抗値である。なお、10秒目の直流抵抗は、10秒目のV−I(電圧−電流)プロットの傾きより測定される。また、1kHzの交流抵抗とは、1kHzの周波数の交流電圧または交流電流を蓄電素子200に印加することで測定される交流抵抗(交流インピーダンス)である。
The resistance value of the DC resistance or AC resistance of the
なお、関係式取得部110は、記憶部130に記憶されている関係式データ131から、上記の関係式を読み出すことで、当該関係式を取得する。つまり、関係式データ131は、蓄電素子200の残存寿命を推定するための関係式を保持しているデータである。当該関係式の詳細については、後述する。
The relational
残存寿命推定部120は、関係式取得部110が取得した関係式を用いて、蓄電素子200の残存寿命を推定する。ここで、残存寿命推定部120は、抵抗値取得部121、期間取得部122及び残存寿命算出部123を備えている。
The remaining
抵抗値取得部121は、所定の時点(以下、第一時点という)での蓄電素子200の抵抗値である第一抵抗値を取得する。つまり、抵抗値取得部121は、当該第一時点における蓄電素子200の抵抗値を測定するなどによって取得し、取得した値を当該第一抵抗値とする。
The resistance
また、抵抗値取得部121は、蓄電素子200の寿命到達時点(以下、第二時点という)での抵抗値である第二抵抗値を取得する。つまり、抵抗値取得部121は、蓄電素子200の寿命到達時点での抵抗値としてユーザが決定した値を、ユーザからの入力などによって取得し、取得した値を当該第二抵抗値とする。
In addition, the resistance
そして、抵抗値取得部121は、取得した第一抵抗値及び第二抵抗値を記憶部130の蓄電素子データ132に記憶させる。この記憶部130に記憶されている蓄電素子データ132の詳細については、後述する。
Then, the resistance
期間取得部122は、上記の関係式から得られる第一抵抗値における累積使用期間である第一累積使用期間を取得する。つまり、期間取得部122は、関係式取得部110が取得した関係式を用いて、抵抗値取得部121が取得した第一抵抗値における累積使用期間を算出することで、上記の第一時点における累積使用期間である当該第一累積使用期間を取得する。
The
また、期間取得部122は、上記の関係式から得られる第二抵抗値における累積使用期間である第二累積使用期間を取得する。つまり、期間取得部122は、関係式取得部110が取得した関係式を用いて、抵抗値取得部121が取得した第二抵抗値における累積使用期間を算出することで、上記の第二時点における累積使用期間である当該第二累積使用期間を取得する。
Moreover, the
なお、期間取得部122は、記憶部130に記憶されている蓄電素子データ132から、第一抵抗値及び第二抵抗値を読み出して、当該関係式を用いて第一累積使用期間及び第二累積使用期間を算出することで取得する。そして、期間取得部122は、取得した第一累積使用期間及び第二累積使用期間を当該蓄電素子データ132に記憶させる。
The
残存寿命算出部123は、期間取得部122が取得した第二累積使用期間から第一累積使用期間を差し引くことで、第一時点からの蓄電素子200の残存寿命を算出する。具体的には、残存寿命算出部123は、記憶部130に記憶されている蓄電素子データ132から、第一累積使用期間及び第二累積使用期間を読み出して、当該残存寿命を算出する。つまり、残存寿命とは、所定の時点(第一時点)から寿命到達時点(第二時点)までの蓄電素子200の使用可能な累積使用期間である。
The remaining
図3は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子データ132の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the
蓄電素子データ132は、ある時点での蓄電素子200の抵抗値と、当該ある時点での蓄電素子200の累積使用期間を示すデータの集まりである。つまり、同図に示すように、蓄電素子データ132は、「抵抗値」と「累積使用期間」とが対応付けられたデータテーブルである。そして、「抵抗値」には、第一時点または第二時点などのある時点での蓄電素子200の抵抗値を示す値が記憶される。また、「累積使用期間」には、当該ある時点での蓄電素子200の累積使用期間を示す値が記憶される。
The
次に、関係式取得部110が取得する関係式について、詳細に説明する。
Next, the relational expression acquired by the relational
図4A及び図4Bは、本発明の実施の形態に係る関係式取得部110が取得する関係式を説明するための図である。具体的には、図4Aは、蓄電素子200の抵抗値と累積使用期間との関係を示すグラフであり、図4Bは、蓄電素子200の抵抗値の逆数と累積使用期間の平方根との関係を示すグラフである。
4A and 4B are diagrams for explaining the relational expressions acquired by the relational
これらの図に示すように、蓄電素子200の抵抗値の逆数と、累積使用期間の平方根とは、線形の関係にある。つまり、蓄電素子200の抵抗値の逆数は、累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で表すことができる。
As shown in these figures, the reciprocal of the resistance value of the
つまり、関係式取得部110が取得する関係式は、蓄電素子200の使用期間の累積値である累積使用期間経過時点での蓄電素子200の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値の逆数が、累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で示される関係式である。
That is, the relational expression acquired by the relational
そして、当該関係式は、以下の実験を行うことで、取得することができる。具体的には、繰り返し使用されることが想定される使用条件(電流値は規定)において、ある劣化状態に至るまで(例えば、同図のt0〜t1の期間)の直流抵抗あるいは交流抵抗の抵抗値Rの推移(R0〜R1)から、抵抗値Rの逆数が累積使用期間tの平方根の増加に対して直線的に減少する直線式1/R=f(t)を算出する。
And the said relational expression is acquirable by performing the following experiment. Specifically, the DC resistance or AC resistance until a certain deterioration state is reached (for example, the period from t 0 to t 1 in the figure) under the usage conditions (current value is defined) assumed to be used repeatedly. The
例えば、0及び100サイクル後に直流あるいは交流抵抗測定を実施し、(1/抵抗値R、累積使用期間t1/2)のデータ対を取得する。さらに、両者の関係を1/R=f(t)=A×t1/2+Bに代入して、定数A及びBを算出する。なお、当該関係式は、直線式(一次関数)であるため、2組の(1/抵抗値R、累積使用期間t1/2)のデータ対を取得することで、当該関係式を算出することができる。 For example, DC or AC resistance measurement is performed after 0 and 100 cycles, and a data pair of (1 / resistance value R, cumulative usage period t 1/2 ) is acquired. Furthermore, the constants A and B are calculated by substituting the relationship between the two into 1 / R = f (t) = A × t 1/2 + B. Since the relational expression is a linear expression (linear function), the relational expression is calculated by acquiring two sets of (1 / resistance value R, cumulative use period t1 / 2 ) data pairs. be able to.
ここで、抵抗値Rの測定方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。つまり、回収した電池を25℃で少なくとも3時間放置後、電池定格容量の0.05CAで定電流放電(残存放電)を、SOC(State Of Charge:充電状態)が0%になるまで行う。 Here, examples of the method for measuring the resistance value R include the following methods. That is, after the collected battery is left at 25 ° C. for at least 3 hours, constant current discharge (remaining discharge) is performed at a battery rated capacity of 0.05 CA until the SOC (State Of Charge) is 0%.
そして、直流抵抗の抵抗値Rを取得する方法としては限定されるものではないが、例えば、0.2CAで定電流定電圧充電をSOCが50%になるまで合計8時間行った後、0.2、0.5、1CAなど少なくとも3点以上の放電電流の10秒目電圧(V)をそれぞれの放電電流(I)に対してプロットし、それらの傾きが直線性を示すことを確認して、そのV−Iプロットの傾きから直流抵抗の抵抗値Rを取得する方法等を例示できる。 The method for obtaining the resistance value R of the DC resistance is not limited. For example, after constant current and constant voltage charging at 0.2 CA is performed for a total of 8 hours until the SOC reaches 50%, 0. Plot the 10th second voltage (V) of discharge current of at least 3 points, such as 2, 0.5, 1CA, etc. against each discharge current (I) and confirm that their slopes show linearity A method for obtaining the resistance value R of the DC resistance from the slope of the VI plot can be exemplified.
また、交流抵抗の抵抗値Rを取得する場合には、交流インピーダンス測定器を用いて、例えば1kHzの電池の内部インピーダンス(例えばSOC:0%)を取得する。 Moreover, when acquiring the resistance value R of AC resistance, the internal impedance (for example, SOC: 0%) of a battery of 1 kHz, for example, is acquired using an AC impedance measuring instrument.
以上のようにして、上記の関係式として、以下の式1に示すように、抵抗値Rの逆数を累積使用期間tの平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で表した関係式を取得する。
As described above, as the above relational expression, as shown in the following
1/R=f(t)=A×t1/2+B (式1) 1 / R = f (t) = A × t 1/2 + B (Formula 1)
ここで、A及びBは定数である。以上により、関係式取得部110が取得する関係式として、上記の式1に示すように、蓄電素子200の使用期間の累積値である累積使用期間t経過時点での蓄電素子200の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値Rの逆数が、累積使用期間tの平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で示される関係式を得ることができる。
Here, A and B are constants. As described above, as the relational expression acquired by the relational
このように、上記の式1で示されるグラフは、電池の寿命末期において累積使用期間tの経過に伴って急激に抵抗値Rが増加するグラフであり、電池の寿命末期において加速度的に抵抗値Rが増加する電池の劣化状態を正確に表現することができている。なお、電池の寿命末期とは、例えば、電池の内部抵抗が初期の3倍以上に増加した場合を指す。
As described above, the graph represented by the
そして、上記の式1に示された関係式は、蓄電素子200の種類ごとに、事前に上記のような実験によって導出され、記憶部130の関係式データ131に事前に記憶される。なお、上記の式1における定数A及びBは、蓄電素子200の種類ごとに算出される。
Then, the relational expression shown in
次に、寿命推定装置100が蓄電素子200の残存寿命を推定する処理について、説明する。
Next, the process in which the
図5及び図6は、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100が蓄電素子200の残存寿命を推定する処理の一例を示すフローチャートである。
5 and 6 are flowcharts illustrating an example of processing in which the
まず、図5に示すように、関係式取得部110は、残存寿命を推定する蓄電素子200の種類に応じた、上記の式1に示す関係式を取得する(S102)。具体的には、関係式取得部110は、記憶部130に記憶されている関係式データ131を参照して、当該蓄電素子200の種類に応じた関係式を取得する。
First, as shown in FIG. 5, the relational
そして、残存寿命推定部120は、関係式取得部110が取得した関係式を用いて、蓄電素子200の残存寿命を推定する(S104)。以下に、残存寿命推定部120が当該残存寿命を推定する処理を詳細に説明する。図6は、本発明の実施の形態に係る残存寿命推定部120が残存寿命を推定する処理(図5のS104)の一例を示すフローチャートである。
And the remaining
まず、図6に示すように、抵抗値取得部121は、第一時点での蓄電素子200の第一抵抗値を取得する(S202)。具体的には、図4Aに示すように、抵抗値取得部121は、第一時点における蓄電素子200の第一抵抗値R1を計測することで、第一抵抗値R1を取得する。なお、抵抗値取得部121は、ユーザによる入力など外部から、第一抵抗値R1を取得することにしてもよい。そして、抵抗値取得部121は、取得した第一抵抗値R1を記憶部130の蓄電素子データ132に記憶させる。
First, as illustrated in FIG. 6, the resistance
そして、図6に戻り、期間取得部122は、上記の関係式から得られる第一抵抗値における累積使用期間である第一累積使用期間を取得する。具体的には、図4Bに示すように、期間取得部122は、関係式取得部110が取得した関係式(図4Bのグラフ)に、抵抗値取得部121が取得した第一抵抗値R1を代入することで、第一累積使用期間t1を算出する。例えば、期間取得部122は、上記の式1で示される関係式から、抵抗値の逆数が累積使用期間の平方根の増加に対して直線的に減少する直線式を用いた関数式1/R=f(t)を用いて、第一累積使用期間t1を算出する。
Then, returning to FIG. 6, the
なお、期間取得部122は、記憶部130に記憶されている蓄電素子データ132から第一抵抗値R1を読み出して、当該関係式を用いて第一累積使用期間t1を算出し、第一累積使用期間t1を蓄電素子データ132に記憶させる。
The
そして、図6に戻り、抵抗値取得部121は、蓄電素子200の第二時点(寿命到達時点)での蓄電素子200の第二抵抗値を取得する(S206)。具体的には、図4Aに示すように、抵抗値取得部121は、ユーザからの入力などによって、蓄電素子200の寿命到達時点での抵抗値としてユーザが決定した第二抵抗値R2を取得する。なお、蓄電素子200の寿命到達時点とは、例えば、蓄電素子200の内部抵抗が初期の3倍以上になる場合を指す。そして、抵抗値取得部121は、取得した第二抵抗値R2を記憶部130の蓄電素子データ132に記憶させる。
Then, returning to FIG. 6, the resistance
なお、第二抵抗値R2は、予め定められ記憶部130に記憶されていることとして、抵抗値取得部121は、記憶部130から第二抵抗値R2を取得することにしてもよい。また、抵抗値取得部121は、所定の規則に従って第二抵抗値R2を算出することで、第二抵抗値R2を取得することにしてもよい。
Note that the second resistance value R 2 may be determined in advance and stored in the
そして、図6に戻り、期間取得部122は、上記の関係式から得られる第二抵抗値における累積使用期間である第二累積使用期間を取得する(S208)。具体的には、図4Bに示すように、期間取得部122は、関係式取得部110が取得した関係式(図4Bのグラフ)に、抵抗値取得部121が取得した第二抵抗値R2を代入することで、第二累積使用期間t2を算出する。例えば、期間取得部122は、第一累積使用期間t1の算出と同様に、上記の式1で示される関係式にR=R2を代入することにより、第二累積使用期間t2を算出する。
Then, returning to FIG. 6, the
なお、期間取得部122は、記憶部130に記憶されている蓄電素子データ132から第二抵抗値R2を読み出して、当該関係式を用いて第二累積使用期間t2を算出し、第二累積使用期間t2を蓄電素子データ132に記憶させる。なお、第二累積使用期間t2は蓄電素子データ132に事前に記憶されており、期間取得部122は、蓄電素子データ132から第二累積使用期間t2を取得することにしてもよい。
The
そして、図6に戻り、残存寿命算出部123は、第二累積使用期間から第一累積使用期間を差し引くことで、第一時点からの蓄電素子200の残存寿命を算出する(S210)。具体的には、図4Aに示すように、残存寿命算出部123は、記憶部130に記憶されている蓄電素子データ132から、第一累積使用期間t1及び第二累積使用期間t2を読み出して、残存寿命T(=t2−t1)を算出する。
Then, returning to FIG. 6, the remaining
以上により、寿命推定装置100が蓄電素子200の残存寿命を推定する処理は、終了する。
Thus, the process of estimating the remaining lifetime of the
次に、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100が奏する効果について説明する。具体的には、寿命推定装置100が蓄電素子200の残存寿命を正確に推定することができることについて、説明する。
Next, the effect which the
以下の具体例において用いたリチウムイオン二次電池は、正極、負極及び非水電解質を備えている。上記正極は、正極集電体であるアルミニウム箔上に正極合剤が形成されてなる。上記正極合剤は、正極活物質と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンと、導電材としてのアセチレンブラックを含む。上記正極活物質は、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2で表される層状構造のリチウム遷移金属酸化物とスピネル型リチウムマンガン酸化物との混合物である。上記負極は、負極集電体である銅箔上に負極合剤が形成されてなる。上記負極合剤は、負極活物質である黒鉛質炭素材料と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを含む。 The lithium ion secondary battery used in the following specific examples includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. The positive electrode is formed by forming a positive electrode mixture on an aluminum foil that is a positive electrode current collector. The positive electrode mixture includes a positive electrode active material, polyvinylidene fluoride as a binder, and acetylene black as a conductive material. The positive electrode active material is a mixture of a lithium transition metal oxide having a layered structure represented by LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 and a spinel type lithium manganese oxide. The negative electrode is formed by forming a negative electrode mixture on a copper foil that is a negative electrode current collector. The negative electrode mixture includes a graphitic carbon material as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride as a binder.
なお、上記正極活物質における層状構造のリチウム遷移金属酸化物とスピネル型リチウムマンガン酸化物との混合比率は特に限定されず、どのような比率で混合しても同様の結果が得られる。 In addition, the mixing ratio of the lithium transition metal oxide having a layered structure and the spinel type lithium manganese oxide in the positive electrode active material is not particularly limited, and the same result can be obtained regardless of the mixing ratio.
また、45℃、1Cサイクル試験においては、充電は、45℃、電流1CmA(=650mA)、電圧4.1V、充電時間3時間の定電流定電圧充電とし、放電は、45℃、電流1CmA(=650mA)、終止電圧2.75Vの定電流放電とした。なお、充電と放電の間、及び、放電と充電の間にはそれぞれ10分間の休止時間を設けた。休止時間は電池を開回路状態とした。即ち、充電、休止、放電、休止の4工程を1サイクルとする。 Further, in the 45 ° C., 1 C cycle test, the charging is 45 ° C., the current is 1 CmA (= 650 mA), the voltage is 4.1 V, the charging time is 3 hours, and the discharging is 45 ° C., the current is 1 CmA ( = 650 mA) and a constant current discharge with a final voltage of 2.75V. In addition, a 10-minute rest period was provided between charging and discharging and between discharging and charging. During the downtime, the battery was in an open circuit state. That is, four steps of charging, resting, discharging, and resting are defined as one cycle.
また、容量確認試験時には、充電は、25℃、電流1CmA(=650mA)、電圧4.1V、充電時間3時間の定電流定電圧充電とし、放電は、25℃、電流1CmA(=650mA)、終止電圧2.75Vの定電流放電とした。なお、充電と放電の間、及び、放電と充電の間にはそれぞれ10分間の休止時間を設けた。 In the capacity confirmation test, charging is 25 ° C., current 1 CmA (= 650 mA), voltage 4.1 V, constant current and constant voltage charging for 3 hours, discharging is 25 ° C., current 1 CmA (= 650 mA), A constant current discharge with a final voltage of 2.75V was used. In addition, a 10-minute rest period was provided between charging and discharging and between discharging and charging.
図7A〜図10は、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100が奏する効果を説明するための図である。
FIG. 7A to FIG. 10 are diagrams for explaining the effect produced by the
まず、図7A〜図8について、説明する。図7A〜図8は、抵抗値Rが直流抵抗の場合の寿命推定装置100が奏する効果を説明する図である。具体的には、図7Aは、本発明の実施の形態に係る関係式取得部110が直流抵抗において取得する関係式を示す図である。また、図7Bは、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100が奏する効果を、直流抵抗とサイクル数とのグラフを用いて示す図である。また、図8は、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100が奏する効果を、比較例との比較により示す図である。
First, FIGS. 7A to 8 will be described. FIG. 7A to FIG. 8 are diagrams for explaining the effect exerted by the
これらの図に示すように、対象の電池について、45℃、1Cサイクル試験を実施し、上記の式1に示す関係式を算出した。具体的には、0サイクル(同図のt0)〜150サイクル(同図のt1)の直流抵抗の抵抗値Rの逆数の推移(1/R0〜1/R1)から、抵抗値Rの逆数が累積使用期間tの平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で示される関係式1/R=f(t)を算出した。
As shown in these figures, the subject battery was subjected to a 45 ° C., 1C cycle test, and the relational expression shown in
なお、当該関係式は、直線式(一次関数)であるため、2つの任意の測定点(例えば0サイクル及び150サイクル)での抵抗値Rと累積使用期間tとを取得することで、当該関係式を導出することができる。そして、この結果、関係式1/R=−9.821×10−5×t1/2+0.0103を得た。
Since the relational expression is a linear expression (linear function), the relation can be obtained by obtaining the resistance value R and the cumulative usage period t at two arbitrary measurement points (for example, 0 cycle and 150 cycles). An expression can be derived. As a result, the
ここで、t1=150サイクルの場合に、R1=109.9mOhmであったため、第一時点での電池の第一抵抗値をR1=109.9mOhmとし、第一累積使用期間をt1=150サイクルとする。また、第二時点(寿命到達時点)での電池の第二抵抗値をR2=174.3mOhmとして、第二累積使用期間t2を1/R=f(t)の関係式から算出する。この結果、第二累積使用期間t2=2162サイクルと算出された。
Here, in the case of t 1 = 150 cycles, since R 1 = 109.9 mOhm, the first resistance value of the battery at the first time point is R 1 = 109.9 mOhm, and the first cumulative use period is t 1 = 150 cycles. Further, the second resistance value of the battery at the second time point (life reaching time point) is R 2 = 174.3 mOhm, and the second cumulative usage period t 2 is calculated from the
これらにより、残存寿命Tは、T=t2−t1=2012サイクルと算出される。ここで、実測値は1850サイクルであったため、抵抗値Rの逆数が累積使用期間tの平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で示される関係式1/R=f(t)を用いて算出された残存寿命Tは、実測値によく一致した。
As a result, the remaining lifetime T is calculated as T = t 2 −t 1 = 2012 cycles. Here, since the actual measurement value was 1850 cycles, a
次に、比較例として、従来用いられてきた方法での残存寿命予測を実施した。具体的には、上記の0サイクル〜150サイクルの抵抗値Rの結果をもとに、抵抗値Rとサイクル数との関係が、(1)直線則、(2)ルート則、(3)1.52次則のそれぞれであると推定し、予測式を求めた。それぞれの予測式は、以下の通りである。 Next, as a comparative example, a remaining life prediction was performed by a conventionally used method. Specifically, based on the result of the resistance value R in the above 0 cycle to 150 cycles, the relationship between the resistance value R and the number of cycles is (1) linear rule, (2) root rule, (3) 1 It was estimated that each of the .52 order rules, and a prediction formula was obtained. Each prediction formula is as follows.
(1)直線則
R=8.169×10−2×t+98.201
(2)ルート則
R=1.044×t1/2+96.295
(3)1.52次則
R=5.493×10−3×t1.52+99.229
(1) Straight line rule R = 8.169 × 10 −2 × t + 98.201
(2) Route rule R = 1.044 × t 1/2 +96.295
(3) 1.52 order rule R = 5.493 × 10 −3 × t 1.52 +99.229
そして、上記の直線式と同様に、t1=150サイクルとし、R2=174.3mOhmに達したときを寿命としてt2を算出することで、残存寿命T=t2−t1を算出した。当該残存寿命Tの算出結果は、(1)直線則、(2)ルート則、(3)1.52次則について、それぞれ(1)781サイクル、(2)5432サイクル、(3)375サイクルであった。 Then, similarly to the above linear equation, the remaining life T = t 2 −t 1 was calculated by calculating t 2 with t 1 = 150 cycles and assuming that R 2 = 174.3 mOhm as the lifetime. . The calculation results of the remaining lifetime T are (1) 781 cycles, (2) 5432 cycles, and (3) 375 cycles for (1) linear law, (2) root law, and (3) 1.52 order law, respectively. there were.
これにより、これらの残存寿命Tと、実測値である1850サイクルとの差が(1)直線則、(2)ルート則、(3)1.52次則について、それぞれ(1)−1069サイクル、(2)+3582サイクル、(3)−1474サイクルとなった。このように、上記実施の形態に係る寿命推定装置100は、従来用いられてきた方法と比べて、非常に高い精度で残存寿命を推定することができた。
As a result, the difference between these remaining lifetimes T and 1850 cycles which are actually measured values is (1) -1069 cycles for (1) linear law, (2) root law, and (3) 1.52 order law, respectively. (2) +3582 cycles and (3) -1474 cycles. As described above, the
次に、図9A〜図10について、説明する。図9A〜図10は、抵抗値Rが交流抵抗の場合の寿命推定装置100が奏する効果を説明する図である。具体的には、図9Aは、本発明の実施の形態に係る関係式取得部110が交流抵抗において取得する関係式を示す図である。また、図9Bは、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100が奏する効果を、交流抵抗とサイクル数とのグラフを用いて示す図である。また、図10は、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100が奏する効果を、比較例との比較により示す図である。
Next, FIGS. 9A to 10 will be described. FIG. 9A to FIG. 10 are diagrams for explaining the effect produced by the
これらの図に示すように、対象の電池について、45℃、1Cサイクル試験を実施し、上記の式1に示す関係式を算出した。具体的には、50サイクル(同図のt0)〜300サイクル(同図のt1)の直流抵抗の抵抗値Rの逆数の推移(1/R0〜1/R1)から、抵抗値Rの逆数が累積使用期間tの平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で示される関係式1/R=f(t)を算出した。
As shown in these figures, the subject battery was subjected to a 45 ° C., 1C cycle test, and the relational expression shown in
なお、当該関係式は、直線式(一次関数)であるため、2つの任意の測定点(例えば50サイクル及び300サイクル)での抵抗値Rと累積使用期間tとを取得することで、当該関係式を導出することができる。そして、この結果、関係式1/R=−1.961×10−4×t1/2+0.0186を得た。
In addition, since the said relational expression is a linear type | formula (linear function), the said relation is acquired by acquiring the resistance value R and the accumulation use period t in two arbitrary measurement points (for example, 50 cycles and 300 cycles). An expression can be derived. As a result, the
なお、測定点が0サイクルの場合の測定結果については、特異点となることがあるため、この場合には、0サイクルの測定結果は除いて関係式を算出するのが好ましい。 The measurement result when the measurement point is 0 cycle may be a singular point. In this case, it is preferable to calculate the relational expression excluding the measurement result of 0 cycle.
ここで、t1=300サイクルの場合に、R1=65.5mOhmであったため、第一時点での電池の第一抵抗値をR1=65.5mOhmとし、第一累積使用期間をt1=300サイクルとする。また、第二時点(寿命到達時点)での電池の第二抵抗値をR2=100.4mOhmとして、第二累積使用期間t2を1/R=f(t)の関係式から算出する。この結果、第二累積使用期間t2=1934サイクルと算出された。
Here, when t 1 = 300 cycles, since R 1 = 65.5 mOhm, the first resistance value of the battery at the first time point was set to R 1 = 65.5 mOhm, and the first cumulative usage period was t 1 = 300 cycles. Further, assuming that the second resistance value of the battery at the second time point (life reaching point) is R 2 = 100.4 mOhm, the second cumulative usage period t 2 is calculated from the
これらにより、残存寿命Tは、T=t2−t1=1634サイクルと算出される。ここで、実測値は1700サイクルであったため、抵抗値Rの逆数が累積使用期間tの平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で示される関係式1/R=f(t)を用いて算出された残存寿命Tは、実測値によく一致した。
Accordingly, the remaining life T is calculated as T = t 2 −t 1 = 1634 cycles. Here, since the actual measurement value was 1700 cycles, the
次に、比較例として、従来用いられてきた方法での残存寿命予測を実施した。具体的には、上記の50サイクル〜300サイクルの抵抗値Rの結果をもとに、抵抗値Rとサイクル数との関係が、(1)直線則、(2)ルート則、(3)1.52次則のそれぞれであると推定し、予測式を求めた。それぞれの予測式は、以下の通りである。 Next, as a comparative example, a remaining life prediction was performed by a conventionally used method. Specifically, based on the result of the resistance value R in the above 50 cycles to 300 cycles, the relationship between the resistance value R and the number of cycles is (1) linear rule, (2) root rule, (3) 1 It was estimated that each of the .52 order rules, and a prediction formula was obtained. Each prediction formula is as follows.
(1)直線則
R=2.967×10−2×t+56.993
(2)ルート則
R=7.434×10−1×t1/2+52.859
(3)1.52次則
R=1.198×10−3×t1.52+55.452
(1) Straight line rule R = 2.967 × 10 −2 × t + 56.993
(2) Route rule R = 7.434 × 10 −1 × t 1/2 +52.859
(3) 1.52 order rule R = 1.198 × 10 −3 × t 1.52 +55.452
そして、上記の直線式と同様に、t1=300サイクルとし、R2=100.4mOhmに達したときを寿命としてt2を算出することで、残存寿命T=t2−t1を算出した。当該残存寿命Tの算出結果は、(1)直線則、(2)ルート則、(3)1.52次則について、それぞれ(1)1164サイクル、(2)3795サイクル、(3)722サイクルであった。 Then, similarly to the above linear equation, the remaining life T = t 2 −t 1 was calculated by setting t 1 = 300 cycles and calculating t 2 as the life when R 2 = 100.4 mOhm was reached. . The calculation results of the remaining lifetime T are (1) 1164 cycles, (2) 3795 cycles, (3) 722 cycles for (1) linear rule, (2) route rule, and (3) 1.52 order rule, respectively. there were.
これにより、これらの残存寿命Tと、実測値である1850サイクルとの差が(1)直線則、(2)ルート則、(3)1.52次則について、それぞれ(1)−535サイクル、(2)+2095サイクル、(3)−977サイクルとなった。このように、上記実施の形態に係る寿命推定装置100は、従来用いられてきた方法と比べて、非常に高い精度で残存寿命を推定することができた。
As a result, the difference between these remaining lifetimes T and 1850 cycles which are actually measured values is (1) -535 cycles for (1) linear law, (2) root law, and (3) 1.52 order law, respectively. (2) +2095 cycles, (3) -977 cycles. As described above, the
以上のように、本発明の実施の形態に係る寿命推定装置100によれば、累積使用期間経過時点での蓄電素子200の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値の逆数が、累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で示される関係式を取得し、当該関係式を用いて、蓄電素子200の残存寿命を推定する。ここで、当該抵抗値は、累積使用期間の経過とともに加速度的に値が増加する。そして、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、当該抵抗値の逆数の経時変化は、累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で表されることを見出した。このため、寿命推定装置100は、上記の関係式を用いることで、当該抵抗値と累積使用期間との関係を正確に表現することができるため、蓄電素子200の残存寿命を正確に推定することができる。
As described above, according to
また、寿命推定装置100は、抵抗値の逆数が、累積使用期間の平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で示される関係式を取得する。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、当該抵抗値の逆数が累積使用期間の平方根の増加に対して直線的に減少する直線式で示される関係式が、累積使用期間の経過とともに加速度的に増加する抵抗値の経時変化を精度良く表現していることを見出した。このため、寿命推定装置100は、上記の関係式を用いることで、当該抵抗値と累積使用期間との関係を正確に表現することができるため、蓄電素子200の残存寿命を正確に推定することができる。
Moreover, the
また、寿命推定装置100は、所定の時点での第一抵抗値と蓄電素子200の寿命到達時点での第二抵抗値とを取得して、上記の関係式から得られる第一抵抗値における第一累積使用期間と第二抵抗値における第二累積使用期間とを取得し、第二累積使用期間から第一累積使用期間を差し引くことで、所定の時点からの蓄電素子200の残存寿命を算出する。このようにして、寿命推定装置100は、蓄電素子200の残存寿命を正確に推定することができる。
Moreover, the
また、蓄電素子200は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であるのが好ましい。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、蓄電素子200が当該リチウムイオン二次電池の場合に、上記の関係式によって劣化状態を精度良く表現できることを見出した。このため、寿命推定装置100は、当該リチウムイオン二次電池の残存寿命を正確に推定することができる。
The
なお、寿命推定装置100は、特に、蓄電素子200の寿命末期における残存寿命を精度良く推定することができる。これにより、例えば電気自動車など移動体用のリチウムイオン二次電池の交換時期のタイミングを正確に見極めることができる。また、蓄電素子200において、推定される寿命に応じて充放電制御を行うことで、容量劣化を抑制することができるため、寿命延命措置をとることができる。
In addition, the
(変形例1)
次に、本発明の実施の形態の変形例1について説明する。上記実施の形態では、関係式取得部110は、記憶部130に記憶されている関係式データ131を参照して、当該蓄電素子200の種類に応じた関係式を取得することとした。しかし、本変形例では、関係式取得部は、蓄電素子200の抵抗値の経時変化を解析することで、当該関係式を算出して取得する。
(Modification 1)
Next,
図11は、本発明の実施の形態の変形例1に係る寿命推定装置100aの構成を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a life estimation apparatus 100a according to
同図に示すように、蓄電システム10aに備えられた寿命推定装置100aの関係式取得部110aは、蓄電素子200の抵抗値の逆数と累積使用期間の平方根との関係から関係式を算出する関係式算出部111を有している。ここで、関係式算出部111が算出する当該関係式は、直線式(一次関数)であるため、2組の抵抗値及び累積使用期間を用いることで、当該関係式を導出することができる。
As shown in the figure, the relational
このため、関係式算出部111は、異なる2つの累積使用期間における蓄電素子200の抵抗値を用いて、関係式を算出する。そして、関係式取得部110aは、関係式算出部111が算出した関係式を取得する。
For this reason, the relational
なお、寿命推定装置100aが有するその他の構成要素については、上記実施の形態における寿命推定装置100が有する構成要素と同様の機能を有するため、詳細な説明は省略する。
In addition, about the other component which the lifetime estimation apparatus 100a has, since it has the same function as the component which the
次に、寿命推定装置100aの関係式取得部110aが関係式を取得する処理について、説明する。なお、その他の処理については、上記実施の形態における寿命推定装置100が行う処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。
Next, a process in which the relational
図12は、本発明の実施の形態の変形例1に係る関係式取得部110aが関係式を取得する処理の一例を示すフローチャートである。具体的には、同図は、図5に示された寿命推定装置が蓄電素子200の残存寿命を推定する処理における、関係式取得部が関係式を取得する処理(図5のS102)を示している。
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of processing in which the relational
図12に示すように、まず、関係式算出部111は、蓄電素子200の累積使用期間及び抵抗値を取得する(S302)。具体的には、関係式算出部111は、蓄電素子200から、蓄電素子200の累積使用期間及び抵抗値を取得していき、取得した蓄電素子200の累積使用期間及び抵抗値を、蓄電素子データ132に書き込んでいく。
As illustrated in FIG. 12, first, the relational
そして、関係式算出部111は、抵抗値と累積使用期間との関係から、関係式を算出する(S304)。つまり、関係式算出部111は、蓄電素子データ132から、少なくとも2組の蓄電素子200の累積使用期間及び抵抗値を読み出して、当該抵抗値の逆数が累積使用期間の平方根を変数とする一次関数(具体的には平方根の増加に対して直線的に減少する直線式)で示されるように、関係式を算出する。
Then, the relational
このように、関係式取得部110aは、抵抗値と累積使用期間との関係から関係式を算出することで、当該関係式を取得する。そして、関係式取得部110aは、取得した関係式を関係式データ131に書き込むことで記憶させる。
Thus, the relational
なお、図9Aにおいて説明したように、初期状態(図9Aでは0サイクル)の場合の抵抗値は特異点となることがあるため、当該初期状態での値は除いて関係式を算出することにしてもよい。この場合、関係式取得部110aは、初期状態での抵抗値を除いて関係式を算出するように予め設定しておく、または、初期状態での抵抗値が特異点であるか否かを判断して、特異点であると判断した場合に初期状態での抵抗値を除いて関係式を算出するなどの処理を行うことで、関係式を精度良く算出することができる。
As described in FIG. 9A, since the resistance value in the initial state (0 cycle in FIG. 9A) may be a singular point, the relational expression is calculated excluding the value in the initial state. May be. In this case, the relational
以上のように、本発明の実施の形態の変形例1に係る寿命推定装置100aによれば、抵抗値の逆数と累積使用期間の平方根との関係から関係式を算出する。これにより、寿命推定装置100aは、当該関係式を記憶部130に事前に記憶させておくことなく、累積使用期間の経過とともに加速度的に抵抗値が増加するような状態を予測可能な関係式を取得することができる。このため、寿命推定装置100aは、当該関係式を用いることで、当該抵抗値と累積使用期間との関係を正確に表現することができるため、蓄電素子200の残存寿命を正確に推定することができる。
As described above, according to the lifetime estimation apparatus 100a according to the first modification of the embodiment of the present invention, the relational expression is calculated from the relationship between the reciprocal of the resistance value and the square root of the cumulative usage period. Thereby, the life estimation apparatus 100a can calculate a relational expression that can predict a state in which the resistance value increases at an accelerated rate as the cumulative use period elapses without storing the relational expression in the
また、寿命推定装置100aは、異なる2つの累積使用期間における蓄電素子200の抵抗値を用いて、関係式を算出する。つまり、当該関係式は一次関数であるため、寿命推定装置100aは、少なくとも2つの累積使用期間及び抵抗値の値を取得することで、当該関係式を算出することができる。このため、寿命推定装置100aは、容易に関係式を算出して、蓄電素子200の残存寿命を正確に推定することができる。
Moreover, the lifetime estimation apparatus 100a calculates a relational expression using the resistance value of the
(変形例2)
次に、本発明の実施の形態の変形例2について説明する。上記実施の形態では、残存寿命推定部120は、関係式取得部110が取得した関係式を変更することなく用いて蓄電素子200の残存寿命を推定することとした。しかし、本変形例では、残存寿命推定部は、当該関係式を補正して、当該残存寿命を推定する。
(Modification 2)
Next, a second modification of the embodiment of the present invention will be described. In the above embodiment, the remaining
図13は、本発明の実施の形態の変形例2に係る寿命推定装置100bの構成を示すブロック図である。
FIG. 13: is a block diagram which shows the structure of the
同図に示すように、蓄電システム10bに備えられた寿命推定装置100bの残存寿命推定部120bは、関係式取得部110が取得した関係式を補正する関係式補正部124を備えている。そして、残存寿命推定部120bは、関係式補正部124が補正した補正後の関係式を用いて、残存寿命を推定する。
As shown in the figure, the remaining
具体的には、関係式補正部124は、関係式取得部110が取得した関係式を用いて算出した蓄電素子200の累積使用期間における抵抗値と、抵抗値取得部121が取得した抵抗値との差分が所定の値を超えた場合に、関係式を算出し直す。
Specifically, the relational
例えば、関係式補正部124は、自動車等での実使用中に、累積使用期間と抵抗値に相当するデータ対を取得し、当該差分が当該所定の値を超えたか否かを判断する。そして、関係式補正部124は、当該差分が当該所定の値を超えたと判断した場合には、当該差分が当該所定の値を超えたときの累積使用期間経過時点までの抵抗値と累積使用期間との関係から、関係式を新たに算出する。
For example, the relational
具体的には、関係式補正部124は、当該抵抗値の逆数が累積使用期間の平方根を変数とする一次関数(具体的には平方根の増加に対して直線的に減少する直線式)で示されるように、関係式を算出する。そして、関係式補正部124は、算出した関係式を関係式データ131に書き込むことで、関係式を補正する。
Specifically, the relational
以上のように、本発明の実施の形態の変形例2に係る寿命推定装置100bによれば、関係式を補正して当該関係式の精度を向上させていくことで、残存寿命を正確に推定することができる。
As described above, according to the
(変形例3)
次に、本発明の実施の形態の変形例3について説明する。上記実施の形態では、寿命推定装置100は、関係式取得部110、残存寿命推定部120及び記憶部130を備えており、残存寿命推定部120は、抵抗値取得部121、期間取得部122及び残存寿命算出部123を備えていることとした。しかし、本変形例では、寿命推定装置は、関係式取得部及び残存寿命推定部しか備えていない。
(Modification 3)
Next, a third modification of the embodiment of the present invention will be described. In the above embodiment, the
図14は、本発明の実施の形態の変形例3に係る寿命推定装置100cの構成を示すブロック図である。つまり、同図は、寿命推定装置の最小の構成を示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a
同図に示すように、蓄電システム10cに備えられた寿命推定装置100cは、上記実施の形態と同様の機能を有する関係式取得部110及び残存寿命推定部120cを備えている。そして、寿命推定装置100cは、外部の記憶部130と情報をやり取りすることで、残存寿命を推定する。
As shown in the figure, the
なお、残存寿命推定部120cは、関係式取得部110が取得した関係式を用いて残存寿命を推定することができればよく、上記実施の形態のように抵抗値取得部121、期間取得部122及び残存寿命算出部123を備えていることには限定されない。つまり、寿命推定装置は、少なくとも、関係式取得部及び残存寿命推定部を備えていればよい。
The remaining
以上のように、本発明の実施の形態の変形例3に係る寿命推定装置100cによっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
As described above, the
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る寿命推定装置及び蓄電システムについて説明したが、本発明は、この実施の形態及びその変形例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及びその変形例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。 The life estimation apparatus and the power storage system according to the embodiment of the present invention and the modification thereof have been described above, but the present invention is not limited to this embodiment and the modification thereof. In other words, it should be considered that the embodiment and its modification disclosed this time are illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
また、本発明に係る寿命推定装置が備える処理部は、典型的には、集積回路であるLSI(Large Scale Integration)として実現される。つまり、例えば図15に示すように、本発明は、関係式取得部110と残存寿命推定部120とを備える集積回路101として実現される。図15は、本発明の実施の形態に係る寿命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。
The processing unit included in the life estimation apparatus according to the present invention is typically realized as an LSI (Large Scale Integration) that is an integrated circuit. That is, for example, as shown in FIG. 15, the present invention is realized as an
なお、集積回路101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。
Each processing unit included in the
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。 The name used here is LSI, but it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
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。 Further, the method of circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after manufacturing the LSI, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
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。 Further, if integrated circuit technology comes out to replace LSI's as a result of the advancement of semiconductor technology or a derivative other technology, it is naturally also possible to carry out function block integration using this technology. There is a possibility of adaptation of biotechnology.
また、本発明は、このような寿命推定装置として実現することができるだけでなく、寿命推定装置が行う特徴的な処理をステップとする寿命推定方法としても実現することができる。 Further, the present invention can be realized not only as such a life estimation apparatus, but also as a life estimation method using characteristic processing performed by the life estimation apparatus as a step.
また、本発明は、寿命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、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの非一時的な記録媒体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。 Further, the present invention is realized as a program for causing a computer to execute the characteristic processing included in the lifetime estimation method, or as a non-transitory recording medium such as a computer-readable CD-ROM in which the program is recorded. You can also do it. Needless to say, such a program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM and a transmission medium such as the Internet.
また、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記変形例1に、変形例2に係る変形を施したりしてもよい。 Moreover, the form constructed | assembled combining the said embodiment and the said modification arbitrarily is also contained in the scope of the present invention. For example, the first modification may be modified according to the second modification.
本発明は、蓄電素子の残存寿命を正確に推定することができる寿命推定装置等に適用できる。 The present invention can be applied to a lifetime estimation device that can accurately estimate the remaining lifetime of a power storage element.
10、10a、10b、10c 蓄電システム
100、100a、100b、100c 寿命推定装置
101 集積回路
110、110a 関係式取得部
111 関係式算出部
120、120b、120c 残存寿命推定部
121 抵抗値取得部
122 期間取得部
123 残存寿命算出部
124 関係式補正部
130 記憶部
131 関係式データ
132 蓄電素子データ
200 蓄電素子
300 収容ケース
10, 10a, 10b, 10c
Claims (7)
前記蓄電素子の使用期間の累積値である累積使用期間経過時点での前記蓄電素子の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値の逆数が、前記累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で示される関係式を取得する関係式取得部と、
取得された前記関係式を用いて前記残存寿命を推定する残存寿命推定部とを備え、
前記蓄電素子は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であり、
前記関係式取得部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記関係式を取得し、
前記残存寿命推定部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記残存寿命を推定する
寿命推定装置。 A lifetime estimation device that estimates a remaining lifetime that is a cumulative remaining period in which a storage element can be used,
The relationship in which the reciprocal of the resistance value of the direct current resistance or alternating current resistance of the power storage element when the cumulative use period has elapsed, which is a cumulative value of the use period of the power storage element, is represented by a linear function having the square root of the cumulative use period as a variable. A relational expression acquisition unit for acquiring an expression;
A remaining life estimation unit that estimates the remaining life using the acquired relational expression,
The power storage element is a lithium ion secondary battery including a lithium transition metal oxide having a layered structure as a positive electrode active material,
The relational expression acquisition unit acquires the relational expression for the lithium ion secondary battery,
The remaining life estimation unit estimates the remaining life of the lithium ion secondary battery.
請求項1に記載の寿命推定装置。 The life estimation apparatus according to claim 1, wherein the relational expression acquisition unit includes a relational expression calculation unit that calculates the relational expression from the relationship between the reciprocal of the resistance value and the square root of the cumulative usage period.
所定の時点での前記抵抗値である第一抵抗値を取得するとともに、前記蓄電素子の寿命到達時点での前記抵抗値である第二抵抗値を取得する抵抗値取得部と、
前記関係式から得られる前記第一抵抗値における累積使用期間である第一累積使用期間を取得するとともに、前記関係式から得られる前記第二抵抗値における累積使用期間である第二累積使用期間を取得する期間取得部と、
前記第二累積使用期間から前記第一累積使用期間を差し引くことで、前記所定の時点からの前記蓄電素子の残存寿命を算出する残存寿命算出部とを備える
請求項1または2に記載の寿命推定装置。 The remaining life estimation unit is
A resistance value acquisition unit that acquires the first resistance value that is the resistance value at a predetermined time point, and acquires the second resistance value that is the resistance value at the time when the lifetime of the power storage element is reached;
A first cumulative use period that is a cumulative use period in the first resistance value obtained from the relational expression is acquired, and a second cumulative use period that is a cumulative use period in the second resistance value obtained from the relational expression is obtained. A period acquisition unit to acquire;
Wherein the second cumulative use period by first subtracting the cumulative use time, the life estimation according to claim 1 or 2 and a remaining life calculation unit for calculating a remaining lifetime of said power storage device from the predetermined time point apparatus.
さらに、前記関係式取得部が取得した前記関係式を補正する関係式補正部を備え、
補正後の前記関係式を用いて、前記残存寿命を推定する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の寿命推定装置。 The remaining life estimation unit is
And a relational expression correction unit that corrects the relational expression acquired by the relational expression acquisition unit,
By using the relational expression after the correction, the lifetime estimating apparatus according to any one of claims 1 to 3, to estimate the remaining lifetime.
前記蓄電素子の使用可能な累積残存期間である残存寿命を推定する請求項1〜4のいずれか1項に記載の寿命推定装置と
を備える蓄電システム。 A storage element;
A power storage system comprising: the life estimation apparatus according to any one of claims 1 to 4 that estimates a remaining life that is a cumulative remaining period of use of the power storage element.
前記蓄電素子の使用期間の累積値である累積使用期間経過時点での前記蓄電素子の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値の逆数が、前記累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で示される関係式を取得する関係式取得ステップと、
取得された前記関係式を用いて前記残存寿命を推定する残存寿命推定ステップとを含み、
前記蓄電素子は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であり、
前記関係式取得ステップでは、前記リチウムイオン二次電池についての前記関係式を取得し、
前記残存寿命推定ステップでは、前記リチウムイオン二次電池についての前記残存寿命を推定する
寿命推定方法。 A life estimation method in which a computer estimates a remaining life that is a cumulative remaining life of a storage element,
The relationship in which the reciprocal of the resistance value of the direct current resistance or alternating current resistance of the power storage element when the cumulative use period has elapsed, which is a cumulative value of the use period of the power storage element, is represented by a linear function having the square root of the cumulative use period as a variable. A relational expression acquisition step for acquiring an expression;
And a remaining life estimation step of estimating a pre-Symbol remaining life by using the acquired relationship,
The power storage element is a lithium ion secondary battery including a lithium transition metal oxide having a layered structure as a positive electrode active material,
In the relational expression obtaining step, the relational expression for the lithium ion secondary battery is obtained,
In the remaining life estimation step, the remaining life of the lithium ion secondary battery is estimated.
Life estimation method.
前記蓄電素子の使用期間の累積値である累積使用期間経過時点での前記蓄電素子の直流抵抗または交流抵抗の抵抗値の逆数が、前記累積使用期間の平方根を変数とする一次関数で示される関係式を取得する関係式取得部と、
取得された前記関係式を用いて前記残存寿命を推定する残存寿命推定部とを備え、
前記蓄電素子は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であり、
前記関係式取得部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記関係式を取得し、
前記残存寿命推定部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記残存寿命を推定する
集積回路。 An integrated circuit that estimates a remaining lifetime, which is a cumulative remaining period of a storage element,
The relationship in which the reciprocal of the resistance value of the direct current resistance or alternating current resistance of the power storage element when the cumulative use period has elapsed, which is a cumulative value of the use period of the power storage element, is represented by a linear function having the square root of the cumulative use period as a variable. A relational expression acquisition unit for acquiring an expression;
And a remaining life estimation portion that estimates a pre-Symbol remaining life by using the acquired relationship,
The power storage element is a lithium ion secondary battery including a lithium transition metal oxide having a layered structure as a positive electrode active material,
The relational expression acquisition unit acquires the relational expression for the lithium ion secondary battery,
The remaining life estimation unit estimates the remaining life of the lithium ion secondary battery.
Integrated Circuit.
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