JP6485041B2

JP6485041B2 - 蓄電デバイス劣化推定装置、蓄電デバイス劣化推定方法、移動体

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Publication number: JP6485041B2
Application number: JP2014266028A
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Inventors: 雅昭吉田; 英雄柳田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
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Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2019-03-20
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Description

本発明は、蓄電デバイス劣化推定装置、蓄電デバイス劣化推定方法、及び前記蓄電デバイス劣化推定装置を有する移動体に関する。

ハイブリッド車や電気自動車は、電池を搭載し、電池からの電力でモータを駆動している。ここで、電池は使用することによって、又、使用せずとも劣化していく。電池の劣化は、車の燃費若しくは電費に大きく影響する。又、急速に劣化が進行すると、今まで動いていた車が急に動かなくなる等の不具合が発生するので、劣化状況を精度よく推定することが求められている。

電池の劣化状態を推定する技術の一例として、電池電圧が残容量との間の相関関係が明確となる変化を示す変極点を複数有するリチウムイオン電池の劣化を、電池の初期と使用後の満充電容量から算出する装置を挙げることができる。この装置では、電池の劣化を電池の使用前後の満充電容量から算出、推定する手法を採っているため、電池の劣化状態を推定するために電池を完全放電させる必要がある。

しかしながら、電池のような蓄電デバイスを完全放電させることは、ユーザの利便性を著しく阻害すると共に、蓄電デバイスの劣化を引き起こす問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、蓄電デバイスを完全放電させずに劣化状態を推定可能な蓄電デバイス劣化推定装置を提供することを課題とする。

本蓄電デバイス劣化推定装置は、劣化速度の異なる複数の活物質を含む電極を備え、定電流充電曲線において劣化速度の速い活物質の特性に依存する第１領域と、劣化速度の遅い活物質の特性に依存する第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域よりも低電圧側の第３領域とを有する蓄電デバイスの劣化状態を推定する蓄電デバイス劣化推定装置であって、前記蓄電デバイスの定電流充電中の電圧及び電流を含む情報を蓄積して記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域のうち少なくとも１つの領域の特性値を計算し、前記特性値を、前記特性値に相当する初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定する劣化状態推定部と、を有し、前記特性値は、前記蓄電デバイスの容量であり、前記劣化状態推定部は、前記第１領域の容量及び前記第２領域の容量を、前記蓄電デバイスの電圧と前記蓄電デバイスの容量を電圧で微分した微分量との関係を示す曲線の各領域に対応する半値全幅の値に基づいて計算することを要件とする。

開示の技術によれば、蓄電デバイスを完全放電させずに劣化状態を推定可能な蓄電デバイス劣化推定装置を提供できる。

本実施の形態に係る蓄電デバイス劣化推定装置が適用されるハイブリッド車両の概略構成図である。一般的なリチウムイオン電池の充電特性を例示する図である。本実施の形態に係る電池の充電特性を例示する図である。活物質の劣化速度の違いについて説明する図である。本実施の形態に係る電池の劣化前後の充電特性を例示する図である。バッテリ制御ユニットの機能ブロック図の例（その１）である。劣化推定の方法を示すフォローチャートの例（その１）である。本実施の形態に係る電池の電圧対微分量特性を例示する図である。本実施の形態に係る電池の劣化前後の電圧対微分量特性を例示する図である。劣化推定の方法を示すフォローチャートの例（その２）である。半値全幅の面積による容量の計算について説明する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図１は、本実施の形態に係る蓄電デバイス劣化推定装置が適用されるハイブリッド車両の概略構成図である。図１において、バッテリパック１０は、電池１１と、モニタユニット１２とを有する。なお、バッテリパック１０には、電池１１が最低１つ含まれていればよいが、高出力化のために２つ以上の電池１１を直列接続や並列接続しても構わない。

電池１１は、充放電可能な電池である。電池１１としては、例えば、リチウムイオン電池等を用いることができる。モニタユニット１２は、電池１１の状態をモニタする機能を有する。モニタユニット１２は電圧センサ、電流センサ、温度センサ等を備えていてもよい。なお、電池１１は、本発明に係る蓄電デバイスの代表的な一例である。

エンジン２０は、ガソリンや軽油等を燃料とする周知の内燃機関である。モータ３０は、電動機及び発電機として機能する周知の発電電動機である。なお、電池１１はモータ３０が電動機として機能する際に電力を供給する役割と、モータ３０が発電機として機能する際に回生エネルギを蓄える役割を担っている。

ＰＨＥＶやＨＥＶを含むハイブリッド車両では、エンジン２０とモータ３０とを併用しており、エンジン２０から出力される動力とモータ３０から出力される動力の少なくとも一方の動力により走行する。

システム制御ユニット４０は、モータ３０の動力のみで動作するＥＶモードと、モータ３０の動力とエンジン２０の動力とを併用して動作するＨＥＶモードとの切り替えを制御可能に構成されたＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）である。システム制御ユニット４０は、電池１１の充電の制御や回生動作の制御等の他の様々な制御を可能に構成されていても構わない。

システム制御ユニット４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含むように構成することができる。この場合、システム制御ユニット４０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。システム制御ユニット４０のＣＰＵは、必要に応じてＲＡＭからデータを読み出したり、格納したりできる。

バッテリ制御ユニット５０は、電池１１の充放電状態を管理制御する機能を有し、充電部６０を介して電池１１を充電する。又、バッテリ制御ユニット５０は、電池１１の劣化推定を行う機能を有している。なお、ハイブリッド車両がＰＨＥＶである場合には、充電部６０には外部電源用プラグ６５が設けられており、外部電源用プラグ６５をコンセントに差し込むことで直接充電可能である。そして、バッテリ制御ユニット５０は、例えば、家庭用コンセントでプラグ充電中に劣化推定することができる。或いは、ガソリンスタンドでの充電中等に劣化推定してもよい。

バッテリ制御ユニット５０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メインメモリ等を含むように構成してもよい。この場合、バッテリ制御ユニット５０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。バッテリ制御ユニット５０のＣＰＵは、必要に応じてＲＡＭからデータを読み出したり、格納したりできる。なお、システム制御ユニット４０やバッテリ制御ユニット５０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等により相互にデータの送受信が可能に構成されている。

但し、バッテリ制御ユニット５０の一部の機能をシステム制御ユニット４０が担ってもよいし、システム制御ユニット４０の一部の機能をバッテリ制御ユニット５０が担ってもよい。又、システム制御ユニット４０及びバッテリ制御ユニット５０を物理的に１つのＥＣＵとして実現してもよいし、３つ以上のＥＣＵとして実現してもよい。

ここで、電池１１の充電特性について説明する。図２は、一般的なリチウムイオン電池の充電特性を例示する図である。図３は、本実施の形態に係る電池１１の充電特性を例示する図である。図２及び図３は、横軸に容量（Ａｈ）、縦軸に端子間の電圧（Ｖ）をとった定電流充電曲線である。

一般的なリチウムイオン電池は、正極活物質として、例えば、ＮＣＡ（ニッケル、コバルト、アルミニウム）を用いており、その場合、図２に示すように、充電の最終電圧の４．２Ｖまで比較的単調増加する充電特性となる。

一方、本実施の形態に係る電池１１は、正極として、電池電圧に対して出力特性の異なる活物質を混ぜた電極を使用している。この場合、異なる材料は混ざるだけで、化学反応するものではないため、充放電時の各電圧におけるイオンの出し入れは、材料固有のものとして、充電特性に現れることになる。

以降は、一例として、電池１１が、例えば、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３を基本骨格とするリン酸バナジウムリチウム又は該リン酸バナジウムリチウムの構造の一部を変性した類似化合物（以下、リン酸バナジウムリチウムと呼ぶ）とＮＣＡとを混ぜた電極を用いたリチウムイオン電池である場合について説明する。なお、負極の活物質としては、例えば、グラファイト等を用いることができる。この場合、図３に示すように、比較的フラットなＡ領域及びＣ領域と、比較的傾斜の大きなＢ領域とＤ領域とが現れる。Ａ領域及びＣ領域は、リン酸バナジウムリチウムの特性が現れている領域である。一方、Ｂ領域及びＤ領域はＮＣＡの特性が現れている領域である。

図４は、活物質の劣化速度の違いについて説明する図である。図４では、横軸に電池の使用時間をとり、縦軸に容量維持率をとって劣化を表している。劣化には様々な要因が考えられるが、主な要因は、サイクル回数、温度、充放電電流の大きさ等である。電池は、使用することで、又、満充電状態で保存しておくだけでも劣化するが、活物質の種類により、劣化度の大きなものと、小さなものがある。図４の（１）は比較的劣化し難いリン酸バナジウムリチウムの特性例であり、図４の（２）は比較的劣化し易いＮＣＡの特性例である。

図４に例示したような活物質の種類による劣化速度の違いにより、本実施の形態に係る電池１１の初期と劣化後の充電特性は、例えば、図５のようになる。図５の（１）で示す実線は電池１１の初期（劣化前）の充電特性を例示しており、図５の（２）で示す破線は電池１１の劣化後の充電特性を例示している。

図５の例では、比較的劣化し難い活物質であるリン酸バナジウムリチウムの特性が現れているＡ領域とＣ領域では、劣化後（Ａ'領域とＣ'領域）でも容量（フラットな領域の幅）がほとんど変化していない。これに対して、比較的劣化し易い活物質であるＮＣＡの特性が現れているＢ領域とＤ領域では、劣化後（Ｂ'領域とＤ'領域）は容量が減っている（傾斜が大きくなり幅が減っている）。

このように、劣化速度の異なる複数の活物質を含む正極を備えた電池１１は、定電流充電曲線において劣化速度の速い活物質の特性に依存する領域と、劣化速度の遅い活物質の特性に依存する領域とを有する。そのため、劣化が進行した場合、比較的劣化し易い活物質が先に劣化し、その活物質の特性に依存する領域の容量が初期より少なくなる。そして、各活物質の充電特性への寄与度は、電池電圧によって異なり、例えば、２．５Ｖから４．２Ｖの間で、各活物質に依存して特性が異なる複数の領域が存在する。

Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域及Ｄ領域の少なくとも１つの領域の特性値を計算し、計算した特性値を、計算した特性値に相当する初期特性値と比較することにより、電池１１の劣化状態を推定することができる。例えば、比較する特性値として『容量』を用いることができる。例えばは、（Ｄ領域の容量）又は（Ｃ領域の容量）を劣化の指標として用い、（Ｄ領域の容量）又は（Ｃ領域の容量）が初期特性値の所定％以下となった時に劣化したと判断することができる。所定％の具体値は適宜決定できるが、一例を挙げれば７０％である。

ここで、図６に示すバッテリ制御ユニットの機能ブロック図、図７に示すフローチャート、図１及び図３を参照しながら、図３に示す充電特性を備えた電池１１の劣化推定の方法について説明する。なお、ここでは、電池１１の電圧が３．８Ｖ未満の状態において、（Ｄ領域の容量）又は（Ｃ領域の容量）を指標に用い、電池１１の劣化推定を行う例を示す。なお、図６に示すバッテリ制御ユニット５０は、本発明に係る蓄電デバイス劣化推定装置の代表的な一例である。

まず、図７のステップＳ１０１では、充電部６０は、バッテリ制御ユニット５０の指令により、電池１１の定電流充電を開始する。次に、ステップＳ１０２では、モニタユニット１２は、電池１１のモニタリング（監視）を開始する。モニタユニット１２は、例えば、電池１１の定電流充電中の電圧及び電流、電池１１の温度をモニタリングする。なお、モニタリングは、充電中、継続的に行われる。

次に、ステップＳ１０３では、バッテリ制御ユニット５０は、図３のＣ領域の容量を計算する。具体的には、バッテリ制御ユニット５０の記憶部５１は、定電流充電の開始から終了まで、モニタユニット１２から得られる電池１１の電圧、電流及び温度等の情報を蓄積し記憶する。そして、定電流充電の完了後、バッテリ制御ユニット５０の計算部５２は、記憶部５１に記憶された情報に基づいて、図３のＣ領域の容量を計算する。例えば、Ｂ領域とＣ領域との境界電圧が３．８Ｖ、Ｃ領域とＤ領域との境界電圧が３．８＋αＶ（αは既定値）である場合には、電池１１の電圧が３．８ＶからαＶ上昇する間の充電電流の積算量を求めることで、Ｃ領域の容量を計算できる。

次に、ステップＳ１０４では、バッテリ制御ユニット５０の計算部５２は、ステップＳ１０３と同様にして、図３のＤ領域の容量を計算する。例えば、Ｃ領域とＤ領域との境界電圧が３．８＋αＶ（αは既定値）、Ｄ領域の最終電圧（満充電時の電圧）が４．２Ｖである場合には、電池１１の電圧が３．８＋αＶから４．２Ｖまで上昇する間の充電電流の積算量を求めることで、Ｄ領域の容量を計算できる。

但し、Ｄ領域の最終電圧は満充電時の電圧としなくてもよく、満充電前の電圧、例えば４．１５Ｖとすることもできる。このように、定電流充電曲線の満充電側の領域では、満充電させないように所定電圧以下で容量を計算してもよい。これにより、満充電しない場合でも電池１１の劣化状態を推定することができる。

次に、ステップＳ１０５では、劣化状態推定部５３は、ステップＳ１０３で計算した（Ｃ領域の容量）又はステップＳ１０４で計算した（Ｄ領域の容量）と、予め記憶部５１に記憶されていた初期特性値とを比較する。なお、ここで、初期特性値とは、初期の（Ｄ領域の容量）又は（Ｃ領域の容量）である。そして、劣化状態推定部５３は、比較結果に基づいて電池１１の劣化状態を推定する。具体的には、ステップＳ１０３で計算した（Ｃ領域の容量）又はステップＳ１０４で計算した（Ｄ領域の容量）が、夫々初期特性値の所定％以下（例えば、７０％以下）であるか否かを判定する。

ここで、電池１１の温度に対する複数の初期特性値を記憶部５１に記憶しておくことが好ましい。この場合、ステップＳ１０５において、モニタユニット１２が充電中にモニタリングした電池１１の温度に対応する初期特性値を記憶部５１から読み出し、ステップＳ１０３又はＳ１０４で計算した容量と比較することが好ましい。これにより、劣化状態の推定の精度を向上できる。

ステップＳ１０５で、ステップＳ１０３又はＳ１０４で計算した容量が初期特性値の所定％以下であると判定した場合（電池１１が劣化していると推定した場合）には、ステップＳ１０６に移行し、通信部５４は、判定結果をシステム制御ユニット４０に送信する。通信部５４から判定結果を受信したシステム制御ユニット４０は、例えば、ハイブリッド車両に搭載されたモニタに、運転者等に電池交換を促す表示を行う。

ステップＳ１０５で、ステップＳ１０３又はＳ１０４で計算した容量が初期特性値の所定％以下でないと判定した場合（電池１１が劣化してないと推定した場合）には、必要なタイミングで再度、電池１１の劣化推定を行う。

このように、（Ｃ領域の容量）又は（Ｄ領域の容量）を計算し、計算した容量を、計算した容量に相当する初期特性値と比較することで、電池１１の劣化状態の推定を行うことができる。この際、定電流充電曲線において、Ｃ領域及びＤ領域よりも低電圧側に少なくとも１つ以上の領域（図３の場合にはＡ領域とＢ領域）が存在するが、Ｃ領域及びＤ領域よりも低電圧側の領域については容量の測定は不要である。そのため、電池１１を完全放電させずに劣化状態を推定可能となり、ユーザの利便性を向上できる。

但し、上記の例では、（Ｄ領域の容量）又は（Ｃ領域の容量）を指標に用いたが、これに代えて、（Ｂ領域の容量）を指標に用いてもよい。更に、「（Ｃ領域の容量）＋（Ｄ領域の容量）」、「（Ｂ領域の容量）＋（Ｃ領域の容量）」、「（Ｂ領域の容量）＋（Ｃ領域の容量）＋（Ｄ領域の容量）」、等を指標に用いてもよい。

又、Ａ領域については、完全放電する機会があれば、指標とすることもできる。又、Ａ領域の中で、完全放電が２．５Ｖであれば、例えば３．０Ｖ以上に相当する領域（つまりＡ領域の一部）を指標とすることができる。このように、定電流充電曲線の完全放電側の領域では、完全放電させないように所定電圧以上で容量を計算してもよい。これにより、Ａ領域を利用する場合でも、完全放電による電池劣化やユーザの利便性を損なわずに、電池１１の劣化状態を推定することができる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、容量を電圧で微分した微分量を用いて電池１１の劣化推定を行う例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図８は、本実施の形態に係る電池の電圧対微分量特性を例示する図である。つまり、図８は、容量を電圧で微分した微分量と電圧との関係を例示している。第１の実施の形態の図５では、縦軸に電圧、横軸に容量をとっていた。劣化が進むと容量が減少するので、図５では、初期の特性である（１）よりも劣化後の特性である（２）の方が、Ｂ領域及びＤ領域でのグラフ波形の傾きが大きくなっている。

一方、図８では、横軸に電圧、縦軸に容量を電圧で微分した微分量ｄＱ／ｄＶをとっている。そのため、図８では、図５で比較的フラットであったＡ領域及びＣ領域の極大値は、Ｂ領域及びＤ領域の極大値よりも大きくなって現れる。そして、図９に示すように、比較的劣化し難い活物質であるリン酸バナジウムリチウムの特性が現れているＡ領域とＣ領域では極大値は変化し難い。これに対して、比較的劣化し易い活物質であるＮＣＡの特性が現れているＢ領域とＤ領域では、劣化に伴い極大値が変化（減少）し易い。なお、図９の（１）で示す実線は電池１１の初期（劣化前）の電圧対微分量特性を例示しており、図９の（２）で示す破線は電池１１の劣化後の電圧対微分量特性を例示している。

そこで、比較する特性値として、第１の実施の形態における電池１１の『容量』に代えて、電池１１の容量を電圧で微分した『微分量の極大値』を用いて、電池１１の劣化状態を推定することができる。具体的には、例えば、（Ｂ領域の微分量の極大値）又は（Ｃ領域の微分量の極大値）を劣化の指標として用い、（Ｂ領域の微分量の極大値）又は（Ｃ領域の微分量の極大値）が初期特性値の所定％以下となった時に劣化したと判断することができる。所定％の具体値は適宜決定できるが、一例を挙げれば７０％である。

ここで、図６に示すバッテリ制御ユニットの機能ブロック図、図１０に示すフローチャート、図１及び図８を参照しながら、図８の特性に基づく電池１１の劣化推定の方法について説明する。なお、ここでは、電池１１の電圧が３．６Ｖ未満の状態において、（Ｂ領域の微分量の極大値）又は（Ｃ領域の微分量の極大値）を指標に用い、電池１１の劣化推定を行う例を示す。

まず、ステップＳ１０１及びＳ１０２において第１の実施の形態と同様の処理を行った後、ステップＳ２０３では、バッテリ制御ユニット５０は、図８のＢ領域の微分量の極大値を計算する。具体的には、バッテリ制御ユニット５０の記憶部５１は、定電流充電の開始から終了まで、モニタユニット１２から得られる電池１１の電圧、電流及び温度等の情報を蓄積し記憶する。そして、定電流充電の完了後、バッテリ制御ユニット５０の計算部５２は、記憶部５１に記憶された情報に基づいて、図８のＢ領域の微分量の極大値を計算する。

例えば、Ａ領域とＢ領域との境界の微分量の極小値が３．６Ｖ、Ｂ領域とＣ領域との境界の微分量の極小値が３．７Ｖであるとする。この場合には、電池１１の電圧が３．６Ｖから３．７Ｖまで上昇する間において、電池１１の電圧がΔＶ（例えば０．０５ｍＶ）上昇するごとに、充電電流の積算量／ΔＶを算出する。そして、算出した値中の最も大きな値をＢ領域の微分量の極大値とすることができる。

次に、ステップＳ２０４では、バッテリ制御ユニット５０の計算部５２は、ステップＳ２０３と同様にして、図８のＣ領域の微分量の極大値を計算する。例えば、Ｂ領域とＣ領域との境界の微分量の極小値が３．７Ｖ、Ｃ領域とＤ領域との境界の微分量の極小値が３．９Ｖであるとする。この場合には、電池１１の電圧が３．７Ｖから３．９Ｖまで上昇する間において、電池１１の電圧がΔＶ（例えば０．０５ｍＶ）上昇するごとに、充電電流の積算量／ΔＶを算出する。そして、算出した値中の最も大きな値をＣ領域の微分量の極大値とすることができる。

次に、ステップＳ２０５では、劣化状態推定部５３は、ステップＳ２０３で計算した（Ｂ領域の微分量の極大値）又はステップＳ２０４で計算した（Ｃ領域の微分量の極大値）と、予め記憶部５１に記憶されていた初期特性値とを比較する。なお、ここで、初期特性値とは、初期の（Ｂ領域の微分量の極大値）又は（Ｃ領域の微分量の極大値）である。そして、劣化状態推定部５３は、比較結果に基づいて電池１１の劣化状態を推定する。具体的には、ステップＳ２０３で計算した（Ｂ領域の微分量の極大値）又はステップＳ２０４で計算した（Ｃ領域の微分量の極大値）が、夫々初期特性値の所定％以下（例えば、７０％以下）であるか否かを判定する。次に、図６のＳ１０６と同様の処理を行い、劣化推定が終了する。

ここで、電池１１の温度に対する複数の初期特性値を記憶部５１に記憶しておくことが好ましい。この場合、ステップＳ２０５において、モニタユニット１２が充電中にモニタリングした電池１１の温度に対応する初期特性値を記憶部５１から読み出し、ステップＳ２０３又はＳ２０４で計算した微分量の極大値と比較することが好ましい。これにより、劣化状態の推定の精度を向上できる。

このように、（Ｂ領域の微分量の極大値）又は（Ｃ領域の微分量の極大値）を計算し、計算した微分量の極大値を、計算した微分量の極大値に相当する初期特性値と比較することで、電池１１の劣化状態の推定を行うことができる。この際、定電流充電曲線において、Ｂ領域及びＣ領域よりも低電圧側に少なくとも１つ以上の領域（図８の場合にはＡ領域）が存在するが、Ｂ領域及びＣ領域よりも低電圧側の領域については微分量の極大値の測定は不要である。そのため、電池１１を完全放電させずに劣化状態を推定可能となり、ユーザの利便性を向上できる。

但し、上記の例では、（Ｂ領域の微分量の極大値）又は（Ｃ領域の微分量の極大値）を指標に用いたが、これに代えて、（Ｄ領域の微分量の極大値）を指標に用いてもよい。この場合、満充電させないように所定電圧以下で微分量の極大値を計算してもよい。このように、定電流充電曲線の満充電側の領域では、満充電させないように所定電圧以下で微分量の極大値を計算してもよい。これにより、満充電しない場合でも電池１１の劣化状態を推定することができる。

更に、「（Ｃ領域の微分量の極大値）＋（Ｄ領域の微分量の極大値）」、「（Ｂ領域の微分量の極大値）＋（Ｃ領域の微分量の極大値）」、「（Ｂ領域の微分量の極大値）＋（Ｃ領域の微分量の極大値）＋（Ｄ領域の微分量の極大値）」、等を指標に用いてもよい。

又、Ａ領域については、完全放電する機会があれば、指標とすることもできる。又、Ａ領域の中で、微分量の極大値を計算できる領域まで放電されている場合には、Ａ領域を指標とすることができる。このように、定電流充電曲線の完全放電側の領域では、完全放電させないように所定電圧以上で微分量の極大値を計算してもよい。これにより、Ａ領域を利用する場合でも、完全放電による電池劣化やユーザの利便性を損なわずに、電池１１の劣化状態を推定することができる。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、容量を電圧で微分した微分量を用いて電池１１の各領域の容量を求める例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１１は、半値全幅の面積による容量の計算について説明する図である。Ａ〜Ｄの各領域における極大値と極小値から半値全幅を求めることができる。図１１のＡ〜Ｄの各領域の斜線部が、その領域の半値全幅である。そして、Ａ〜Ｄの各領域において、半値全幅の面積を求めると、それがその領域の容量となる。

この方法は、Ａ〜Ｄの各領域における極大値と極小値から、各領域の容量を一律に算出できる点で好適である。そこで、第１の実施の形態において、Ａ〜Ｄの各領域の容量を半値全幅の面積から算出し、それらを適宜比較するようにしてもよい。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施の形態では、本発明に係る蓄電デバイス劣化推定装置を電池（特に、リチウムイオン電池）に適用する例を示した。しかし、本発明に係る蓄電デバイス劣化推定装置は、リチウムイオン電池以外の充電可能な電池、電気二重層コンデンサ等のキャパシタ等を含む様々な蓄電デバイスに適用することができる。

又、上記の実施の形態では、本発明に係る蓄電デバイス劣化推定装置を搭載可能な移動体の一例としてＰＨＥＶやＨＥＶを用いて説明を行った。しかし、移動体は、ＰＨＥＶやＨＥＶには限られず、例えば、蓄電デバイスを使用して走行可能な機関車やバイクであってもよい。又、移動体は、蓄電デバイスを使用して走行可能な、工場等で使用される搬送用ロボットであってもよい。又、移動体は、その物体全体が移動せず、一部のみが移動するもの、例えば、工場の製造ラインに配される、蓄電デバイスを使用してアーム等が動作可能な組立ロボットであってもよい。

１０バッテリパック
１１電池
１２モニタユニット
２０エンジン
３０モータ
４０システム制御ユニット
５０バッテリ制御ユニット
５１記憶部
５２計算部
５３劣化状態推定部
５４通信部
６０充電部
６５外部電源用プラグ

特許第５２８２７８９号

Claims

劣化速度の異なる複数の活物質を含む電極を備え、定電流充電曲線において劣化速度の速い活物質の特性に依存する第１領域と、劣化速度の遅い活物質の特性に依存する第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域よりも低電圧側の第３領域とを有する蓄電デバイスの劣化状態を推定する蓄電デバイス劣化推定装置であって、
前記蓄電デバイスの定電流充電中の電圧及び電流を含む情報を蓄積して記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域のうち少なくとも１つの領域の特性値を計算し、前記特性値を、前記特性値に相当する初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定する劣化状態推定部と、を有し、
前記特性値は、前記蓄電デバイスの容量であり、
前記劣化状態推定部は、前記第１領域の容量及び前記第２領域の容量を、前記蓄電デバイスの電圧と前記蓄電デバイスの容量を電圧で微分した微分量との関係を示す曲線の各領域に対応する半値全幅の値に基づいて計算することを特徴とする蓄電デバイス劣化推定装置。
劣化速度の異なる複数の活物質を含む電極を備え、定電流充電曲線において劣化速度の速い活物質の特性に依存する第１領域と、劣化速度の遅い活物質の特性に依存する第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域よりも低電圧側の第３領域とを有する蓄電デバイスの劣化状態を推定する蓄電デバイス劣化推定装置であって、
前記蓄電デバイスの定電流充電中の電圧及び電流を含む情報を蓄積して記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域のうち少なくとも１つの領域の特性値を計算し、前記特性値を、前記特性値に相当する初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定する劣化状態推定部と、を有し、
前記特性値は、前記蓄電デバイスの容量を電圧で微分した微分量の極大値であり、
前記劣化状態推定部は、前記第１領域の微分量の極大値と前記第２領域の微分量の極大値の和、又は前記第１領域の微分量の極大値を初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定することを特徴とする蓄電デバイス劣化推定装置。
劣化速度の異なる複数の活物質を含む電極を備え、定電流充電曲線において劣化速度の速い活物質の特性に依存する第１領域と、劣化速度の速い活物質の特性に依存し、前記第１領域よりも低電圧側に位置する第３領域と、劣化速度の遅い活物質の特性に依存し、前記第１領域と前記第３領域の間に位置する第２領域とを有する蓄電デバイスの劣化状態を推定する蓄電デバイス劣化推定装置であって、
前記蓄電デバイスの定電流充電中の電圧及び電流を含む情報を蓄積して記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記第１領域の特性値と前記第２領域の特性値の和、又は、前記第１領域の特性値を計算し、前記特性値を、前記特性値に相当する初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定する劣化状態推定部と、を有し、
前記特性値は、前記蓄電デバイスの容量であることを特徴とする蓄電デバイス劣化推定装置。
前記記憶部は、前記蓄電デバイスの温度に対応する複数の初期特性値を記憶しており、
前記劣化状態推定部は、充電中の前記蓄電デバイスの温度に対応する初期特性値を前記記憶部から読み出し、前記特性値と比較することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の蓄電デバイス劣化推定装置。
前記劣化状態推定部は、前記定電流充電曲線の満充電側の領域では、満充電させないように所定電圧以下で前記特性値を計算することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の蓄電デバイス劣化推定装置。
前記劣化状態推定部は、前記定電流充電曲線の完全放電側の領域では、完全放電させないように所定電圧以上で前記特性値を計算することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の蓄電デバイス劣化推定装置。
前記蓄電デバイスの電極の材料は、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３を基本骨格とするリン酸バナジウムリチウム又は該リン酸バナジウムリチウムの構造の一部を変性した類似化合物を含んでいることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の蓄電デバイス劣化推定装置。
前記蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスを充電する充電部と、請求項１乃至７の何れか一項記載の蓄電デバイス劣化推定装置と、を有する移動体。
劣化速度の異なる複数の活物質を含む電極を備え、定電流充電曲線において劣化速度の速い活物質の特性に依存する第１領域と、劣化速度の遅い活物質の特性に依存する第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域よりも低電圧側の第３領域とを有する蓄電デバイスの劣化状態を推定する蓄電デバイス劣化推定方法であって、
前記蓄電デバイスの定電流充電中の電圧及び電流を含む情報を蓄積して記憶するステップと、
前記記憶するステップで記憶された情報に基づいて、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域のうち少なくとも１つの領域の特性値を計算し、前記特性値を、前記特性値に相当する初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定するステップと、を有し、
前記特性値は、前記蓄電デバイスの容量であり、
前記劣化状態を推定するステップでは、前記第１領域の容量及び前記第２領域の容量を、前記蓄電デバイスの電圧と前記蓄電デバイスの容量を電圧で微分した微分量との関係を示す曲線の各領域に対応する半値全幅の値に基づいて計算することを特徴とする蓄電デバイス劣化推定方法。
劣化速度の異なる複数の活物質を含む電極を備え、定電流充電曲線において劣化速度の速い活物質の特性に依存する第１領域と、劣化速度の遅い活物質の特性に依存する第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域よりも低電圧側の第３領域とを有する蓄電デバイスの劣化状態を推定する蓄電デバイス劣化推定方法であって、
前記蓄電デバイスの定電流充電中の電圧及び電流を含む情報を蓄積して記憶するステップと、
前記記憶するステップで記憶された情報に基づいて、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域のうち少なくとも１つの領域の特性値を計算し、前記特性値を、前記特性値に相当する初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定するステップと、を有し、
前記特性値は、前記蓄電デバイスの容量を電圧で微分した微分量の極大値であり、
前記劣化状態を推定するステップでは、前記第１領域の微分量の極大値と前記第２領域の微分量の極大値の和、又は前記第２領域の微分量の極大値を初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定することを特徴とする蓄電デバイス劣化推定方法。
劣化速度の異なる複数の活物質を含む電極を備え、定電流充電曲線において劣化速度の速い活物質の特性に依存する第１領域と、劣化速度の速い活物質の特性に依存し、前記第１領域よりも低電圧側に位置する第３領域と、劣化速度の遅い活物質の特性に依存し、前記第１領域と前記第３領域の間に位置する第２領域とを有する蓄電デバイスの劣化状態を推定する蓄電デバイス劣化推定方法であって、
前記蓄電デバイスの定電流充電中の電圧及び電流を含む情報を蓄積して記憶するステップと、
前記記憶するステップで記憶された情報に基づいて、前記第１領域の特性値と前記第２領域の特性値の和、又は、前記第１領域の特性値を計算し、前記特性値を、前記特性値に相当する初期特性値と比較し、比較結果に基づいて前記蓄電デバイスの劣化状態を推定するステップと、を有し、
前記特性値は、前記蓄電デバイスの容量であることを特徴とする蓄電デバイス劣化推定方法。