JP6744886B2 - 電池安全性評価装置、電池安全性評価方法、プログラム、制御回路及び蓄電システム - Google Patents

電池安全性評価装置、電池安全性評価方法、プログラム、制御回路及び蓄電システム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、電池安全性評価装置、電池安全性評価方法、プログラム、制御回路及び蓄電システムに関する。
リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池は、発煙、発火等の事態に至る危険性を有することが知られており、航空機内にてリチウムイオン電池が発火したという事態も報告されている。そのため、航空機内への持ち込み制限といった、非水電解質二次電池に対する制限が課されている。しかし、ラップトップＰＣ、スマートフォン等に非水電解質二次電池が多数利用されているが故に、非水電解質二次電池の使用を完全に制限することは困難である。また、持ち込み制限も、ユーザの利便性を損なわせることになる。
非水電解質二次電池の安全性をリアルタイムに確認することができれば、安全と判定された二次電池に対しては、制限を緩和するといった対応を取ることができる。しかしながら、非水電解質二次電池の現在の状態を認識することは困難であり、有効な手段は未だ確立されていない。
国際公開２０１２／０６０１９０号 特開２０１７−１６６８７４号公報 国際公開２０１７／０４６８７０号
本発明の一実施形態は、二次電池の現在の安全性を示すことにより、現在の安全性に即した個別対応を可能にする。
本発明の一実施形態である電池安全性評価装置は、電池状態推定部と、発熱量推定部と、安全指標算出部と、を備え、第１電池の現在の安全性を評価する。電池状態推定部は、第１電池の現在の劣化状態及び第１電池の現在のＳＯＣを推定する。発熱量推定部は、第１参照データに基づき、外部温度が変動したときの第１電池の発熱量を推定する。第１参照データは、二次電池の発熱量及び外部温度の関係を少なくとも示す複数の参照データから、第１電池の現在の劣化状態及び第１電池の現在のＳＯＣに基づき、第１電池に対応するとして選出されたものである。安全指標算出部は、第１電池の発熱量に基づき、外部温度が変動したときの第１電池の温度に係る安全指標を算出する。
第１の実施形態に係る電池安全性評価装置を備えた蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図。 ＳＯＣと安全性の関係について説明する図。 電池安全性評価装置の概略処理のフローチャートの一例を示す図。 内部状態パラメータの算出処理のフローチャートの一例を示す図。 電池特性算出処理の流れを示すフローチャートの一例を示す図。 充電量と開回路電圧との関係を表すグラフ（充電量−ＯＣＶ曲線）の一例を示す図。 ＳＯＣと開回路電圧との関係を表すグラフ（ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線）の一例を示す図。 熱安定性データの一例を示す図。 電池安全性評価処理のフローチャートの一例を示す図。 電池安全性調整処理の実施前後における、蓄電池の安全性を説明する図。 第２の実施形態に係る蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図。 ＳＯＣ−安全性データの変動を示す図。 電池安全性調整処理のフローチャートの一例を示す図。 第３の実施形態に係る蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図。 熱安定性データ取得処理のフローチャートの一例を示す図。 本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図。
以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電池安全性評価装置を備えた蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。本蓄電システムは、蓄電池１と、電池安全性評価装置２と、を備える。電池安全性評価装置２は、充放電制御部２１と、計測部２２と、電池状態推定部２３と、電池安全性評価部２４と、出力部２５と、を備える。電池状態推定部２３は、劣化状態推定部２３１と、ＳＯＣ推定部２３２と、推定用データ記憶部２３３と、を備える。電池安全性評価部２４は、熱安定性データ記憶部２４１と、熱安定性データ取得部（参照データ取得部）２４２と、発熱量推定部２４３と、安全指標算出部（セル到達温度推定部）２４４と、安全性評価部２４５と、を備える。
なお、電池安全性評価装置２をＣＰＵ、制御回路等にて実現し、蓄電池１に備え付けることにより、電池安全性評価装置２を一つの蓄電池１として実現してもよい。あるいは、蓄電池１を利用している機器にプログラムをインストールすることにより、当該機器を電池安全性評価装置２として実現してもよい。
蓄電池１（第１電池）は、電池安全性評価装置２により、安全性の評価が行われる対象の二次電池である。この安全性の評価は、蓄電池１が高温に晒されても、蓄電池１が安全であるかを示すものである。蓄電池１は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池、当該非水電解質二次電池による組電池等が想定される。しかし、蓄電池１がこれらに限定されるわけではなく、充放電が可能な二次電池であればよい。
なお、充放電は、充電及び放電のいずれか一方を意味してもよいし、両方を意味してもよい。また、以降の説明において、特に断りがなければ、「蓄電池」という用語には、組電池、電池モジュール、単位電池が含まれるものとする。
蓄電池１は、例えば、携帯電話、ノートパソコン、電気自転車、電気自動車、電気とガソリンの両方を使用するハイブリット自動車、ドローンといった機器等が搭載した蓄電池でもよい。また、例えば、個人住宅、ビルディング、工場等の建物ごとに設置される定置用蓄電池でもよい。発電システムと連携した蓄電池、又は系統連系した蓄電池でもよい。
電池安全性評価装置２は、蓄電池１の現在の安全性を評価する。まず、電池安全性評価装置２は、蓄電池１の現在の状態を推定する。次に、推定された現在の状態での蓄電池１が高温に晒されたと仮定した場合に、蓄電池１の内部温度等を推定する。そして、蓄電池１の推定された内部温度等に基づき、蓄電池１の安全性を示す指標を算出する。これにより、指標又は当該指標に基づく評価は、蓄電池１の現在の安全性を示すものとなる。
なお、「現在」とは、安全性の評価を行うために必要な計測データが、計測部２２により生成された直近の時点を指す。
なお、高温に晒された場合とは、外から熱を受けた場合だけでなく、電子回路、組電池内の他の単位電池などが異常発熱、発火等を引き起こした場合も含まれる。
電池安全性評価装置２が推定する蓄電池１の「現在の状態」とは、現在の劣化状態と、現在のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）と、を意味する。二次電池は、劣化するに従い、異常発熱を起こしやすいことが知られている。そのため、蓄電池１の劣化状態を推定する必要がある。蓄電池１は、蓄電池１の使用時間に応じて、劣化する。ゆえに、蓄電池１の使用時間に応じて増加又は減少するような、蓄電池１に関するパラメータを調べることにより、蓄電池１の劣化を認識することが可能である。例えば、正極又は負極の初期充電量、正極又は負極の容量（質量）、電池容量、開回路電圧などは、蓄電池１の使用に伴い増加又は減少するため、劣化状態を示すパラメータに該当する。このように、劣化状態を示すパラメータはいくつかある。劣化状態として、いずれのパラメータを用いるかは、予め定めておけばよく、任意に選択してよい。
また、一般的には、同じ劣化状態であっても、蓄電池１のＳＯＣが高い程、発火の危険度が高い。つまり、劣化状態が同じの二つの蓄電池１がある場合、現在のＳＯＣが高い蓄電池１のほうが、発火の危険度は高い。
図２は、ＳＯＣと安全性の関係について説明する図である。横軸がＳＯＣを示す。縦軸が発熱危険度を示し、大きいほど発熱する危険性が高いことを意味する。また、未使用の蓄電池１に係るグラフが点線にて示され、使用されて劣化している蓄電池１に係るグラフが実線にて示されている。図２に示すように、使用されて劣化している蓄電池１のほうが、発熱危険度が高い。ゆえに、劣化具合が大きい程、蓄電池１の安全性は低く評価されるべきである。また、図２に示すように、ＳＯＣが大きい程、発熱危険度が高まる。ゆえに、現在のＳＯＣが大きい場合は、安全性は低く評価されるべきである。
そのため、電池安全性評価装置２は、蓄電池１の現在の劣化状態だけでなく、現在のＳＯＣを考慮して、安全性を評価する。これにより、当該評価は蓄電池１の現在の安全性をより正確に示すものとなる。したがって、この安全性評価は、安全性が求められる環境において、蓄電池１の持ち込み又は使用を許可できるかを判断するために、用いることができる。電池安全性評価装置２による現在の状態の推定の詳細については、後述する。
電池安全性評価装置２による内部温度等の推定は、熱安定性データを用いて行われることを想定する。熱安定性データについては、後述する。また、内部温度等の推定以降の処理の詳細についても後述する。
なお、上記で説明したシステム構成は一例であり、上記の構成に限られるものではない。例えば、通信又は電気信号により、電池安全性評価装置２から処理に必要な情報を受取り、処理結果を電池安全性評価装置２に渡すことができれば、電池安全性評価装置２の一部の構成要素が、電池安全性評価装置２の外部に存在してもよい。あるいは、電池安全性評価装置２が、充放電制御部２１を備える電池制御装置と、電池状態推定部２３を備える電池状態推定装置と、電池安全性評価部２４を備える電池安全性評価装置２と、に分かれていてもよい。逆に言えば、電池安全性評価装置２は、電池制御装置でもあるし、状態推定装置でもあると言える。
次に、電池安全性評価装置の大まかな処理の流れについて説明する。図３は、電池安全性評価装置の概略処理のフローチャートの一例を示す図である。なお、本フローチャートは一例であり、必要とされる処理結果を得ることができれば処理の順序等は限られるものではない。また、各処理の処理結果は、逐次、推定用データ記憶部２３３等の記憶部に記憶されて、各構成要素は当該記憶部を参照して処理結果を取得してもよい。以降のフローチャートも同様である。
充放電制御部２１は、蓄電池１に対して、所定条件における充電（又は放電）を制御する（Ｓ１０１）。計測部２２は、計測により充電（放電）データ（充電時は充電データ、放電時は放電データ）を取得する（Ｓ１０２）。充電（放電）データは、充電時又は放電時に計測された電流、電圧等のデータであり、計測データに含まれる。
電池状態推定部２３は、充放電制御部２１の直近の制御により得られた充電（放電）データから、蓄電池１の現在の劣化状態と、現在のＳＯＣを推定する（Ｓ１０３）。電池安全性評価部２４は、熱安定性データに基づき、蓄電池１の現在の劣化状態およびＳＯＣから、安全性を判定するための指標を算出する（Ｓ１０４）。当該指標を安全指標と記載する。そして、電池安全性評価部２４は、安全指標に基づき、安全性を評価する（Ｓ１０５）。当該評価を安全性評価と記載する。出力部２５は、安全指標又は安全性評価を、ユーザ等が認知できるような方法で出力する（Ｓ１０６）。例えばディスプレイ等に安全指標又は安全性評価を表示してもよい。こうして、蓄電池１の安全性が認識できるようになる。
なお、ＳＯＣは、蓄電池１の使用により、分単位でも変化するが、劣化状態はＳＯＣに比べて短時間で変化するものではない。ゆえに、Ｓ１０３において、前回の劣化状態の推定から所定時間内であるときは、蓄電池１の現在の劣化状態は推定されず、前回の推定値が用いられてもよい。例えば、時刻ｔ０に安全性評価が行われ、蓄電池１の現在の劣化状態及び蓄電池１の現在のＳＯＣが推定されていたとする。その場合に、時刻ｔ０の５分後の時刻ｔ０＋５に、再び安全性評価を行う場合は、蓄電池１の現在の劣化状態は時刻ｔ０のときの値を用い、蓄電池１の現在のＳＯＣは時刻ｔ０＋５のときに測定された計測データに基づき算出されるとしてもよい。この場合の「現在」は、直近の計測データの計測時刻である時刻ｔ０＋５を指す。
なお、安全指標と安全性評価とが同じであってもよい。つまり、安全性評価が行われずに、安全指標が出力されてもよい。例えば、安全指標が数値である場合に、ユーザ等が当該数値により安全性を判断することができるならば、安全性評価の処理（Ｓ１０５）は行われずに、出力部２５が安全指標を出力してもよい。
次に、電池安全性評価装置２が備える構成要素と、その処理の詳細について説明する。
充放電制御部２１は、蓄電池１に対し、充放電の指示を行う。充放電は、蓄電池１の現在の状態を計測するために行われるため、電池寿命に対して適切な間隔で定期的に行われることを想定する。あるいは、本実施形態では図示していない入力部を介して、使用者、他のシステム等からの指示を電池安全性評価装置２が受け付けた場合に行われてもよい。また、電池状態推定部２３等の他の構成要素からの指示を受け付けて、当該指示に基づく充放電が行われるように制御してもよい。また、充放電は、例えば、定電流定電圧充電等の一般的な方法で行わればよい。
計測部２２は、蓄電池１に関する情報を計測する。計測される情報は、単位電池の正極端子と負極端子との間の電圧、単位電池に流れる電流、単位電池の温度等がある。計測部２２により計測された蓄電池１の、電圧、電流、温度等のデータが計測データに含まれる。蓄電池１の充電又は放電は、充放電制御部２１によらない場合もあり得る。例えば、蓄電池１を搭載する機器の使用により、蓄電池１は放電されるが、このときにおいても計測データは生成される。充電（放電）データは、計測データに含まれる。
電池状態推定部２３の劣化状態推定部２３１は、蓄電池１の現在の劣化状態を推定する。本実施形態では、充放電曲線解析を用いて、劣化状態を推定する場合を説明する。
電池安全性評価装置２における蓄電池１の劣化状態の推定には、充放電曲線解析を用いることが好ましい。例えば、蓄電池１を利用している機器を電池安全性評価装置２として実現する場合を考える。この場合において、充放電曲線解析技術を用いると、使用中の電池の劣化状態を、当該電池を取り外すことなく、高精度に把握することができる。つまり、蓄電池１を機器から外して測定機に付け替えることが不要となる。ゆえに、安全性評価にかかる手間を減らすことができる。したがって、劣化状態を示すパラメータは、充放電曲線解析により算出可能なパラメータが好ましい。
但し、充放電曲線解析以外の手法を用いることができないわけではない。試験的電流を流して電池容量の測定を行う充放電試験、主に内部抵抗値の測定を行う電流休止法、交流インピーダンス測定などの電気化学的測定などを用いてもよい。また、これらを組み合わせて測定してもよい。
充放電曲線解析は、充電（放電）データに基づき、各単位電池の内部状態パラメータ及び電池特性（セル特性）を算出することである。具体的には、内部状態パラメータは充電（放電）データに基づき推定される。電池特性は、推定された内部状態パラメータに基づき推定される。前述の通り、劣化状態として用いられるパラメータを予め決めておき、当該パラメータを充放電曲線解析により求めればよい。
内部状態パラメータは、単位電池の状態を示すものである。内部状態パラメータには、正極容量（正極の質量）、負極容量（負極の質量）、ＳＯＣずれ、及び内部抵抗が含まれることを想定する。ＳＯＣずれは、正極の初期充電量と、負極の初期充電量との差を意味する。
電池特性は、内部状態パラメータから算出することができるものであり、蓄電池１の電圧等の特性を示す。電池特性には、電池容量、開回路電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）、ＯＣＶ曲線等が含まれる。また、内部抵抗は電池特性にも含められる。ＯＣＶ曲線は、蓄電池１に関する何らかの指標と開回路電圧との関係を示すグラフ（関数）を意味する。電池容量は、正極容量の範囲と負極容量の範囲とが重なる範囲である。
充放電曲線解析に必要な式、パラメータ等は、推定用データ記憶部２３３が予め記憶しているものとする。例えば、単位電池の正極又は負極の充電量と、電位との関係を示す関数等が記憶されている。
劣化状態推定部２３１は、計測データに含まれる、電圧、電流、及び温度などのデータに基づき、内部状態パラメータである、単位電池の正極又は負極を構成する活物質の量、初期充電量、単位電池の内部抵抗をそれぞれ算出する。当該算出には、活物質量及び内部抵抗に基づき蓄電池電圧を算出する関数を利用する。まず、当該関数を用いて、蓄電池１の充放電時の電流データ及び電圧データに基づき、蓄電池１の電圧が算出される。そして、算出された蓄電池１の電圧と、測定された電圧との差を少なくする活物質量及び内部抵抗が回帰計算により求められる。なお、正極が複数の活物質から構成されてもよいが、本実施形態では正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を例にとって説明する。
正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を充電する場合、時刻ｔにおける電圧（端子電圧）Ｖｔは、次式で表すことができる。
Figure 0006744886
 Ｉｔは時刻ｔにおける電流値、ｑｔは時刻ｔにおける二次電池の充電量を表す。ｆｃは正極の充電量と電位との関係を示す関数、ｆａは負極の充電量と電位との関係を示す関数を表す。ｑｏ ｃは正極の初期充電量、Ｍｃは正極の質量を表す。ｑｏ ａは負極の初期充電量、Ｍａは負極の質量を表す。Ｒは内部抵抗である。
電流値Ｉｔには、計測データに含まれる電流値が用いられる。充電量ｑｔは、電流値Ｉｔを時間積分することにより算出される。関数ｆｃ及び関数ｆａは、関数情報として、推定用データ記憶部２３３に記録されているものとする。
その他の正極の初期充電量ｑｏ ｃ、正極の質量Ｍｃ、負極の初期充電量ｑｏ ａ、負極の質量Ｍａ、及び内部抵抗Ｒの五つの値（パラメータセット）は、回帰計算によって推定される。なお、各極の活物質量は、各極の質量の所定の割合とみなして、算出されてもよい。
図４は、内部状態パラメータの算出処理のフローチャートの一例を示す図である。劣化状態推定部２３１は、初期化を行い、前述のパラメータセットに初期値を設定し、回帰計算の繰り返し回数を０に設定する（Ｓ２０１）。初期値は、例えば、前回の活物質量算出処理が行われた際に算出された値でもよいし、想定され得る値などを用いてもよい。
劣化状態推定部２３１は、次式で表される残差Ｅを計算する（Ｓ２０２）。
Figure 0006744886
 Ｖｂａｔ＿ｔは時刻ｔにおける端子電圧、ｔｅｎｄは充電終了時刻を表す。
劣化状態推定部２３１は、パラメータセットの更新ステップ幅を計算する（Ｓ２０３）。パラメータセットの更新ステップ幅は、例えば、Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−ｍａｒｑｕａｒｄｔ法などを用いて算出することができる。
劣化状態推定部２３１は、更新ステップ幅の大きさが、予め定められた大きさ未満であるかどうかを判定する（Ｓ２０４）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた大きさ未満であった場合（Ｓ２０４のＮＯ）は、劣化状態推定部２３１は、計算が収束したと判定し、現在のパラメータセットを出力する（Ｓ２０７）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた閾値以上であった場合（Ｓ２０４のＹＥＳ）は、回帰計算の繰り返し回数が、予め定められた値を超えているかを確認する（Ｓ２０５）。
回帰計算の繰り返し回数が予め定められた値を超えている場合（Ｓ２０５のＹＥＳ）は、現在のパラメータセットを出力する（Ｓ２０７）。回帰計算の繰り返し回数が予め定められた回数以下であった場合（Ｓ２０５のＮＯ）は、パラメータセットにＳ２０３で算出した更新ステップ幅を加算し、回帰計算の繰り返し回数を一つ加算する（Ｓ２０６）。そして、再度、残差の計算に戻る（Ｓ２０２）。以上が、内部状態パラメータの算出処理の流れを示すフローチャートである。
電池特性を劣化状態のパラメータとして用いる場合は、さらに内部状態パラメータから電池特性を算出する。例として、蓄電池１の電池特性である開回路電圧を算出する場合について説明する。劣化状態推定部２３１は、算出された、正極の初期充電量ｑｏ ｃ、正極の質量Ｍｃ、負極の初期充電量ｑｏ ａ、負極の質量Ｍａを利用し、蓄電池１の充電量と開回路電圧との関係を算出する。
図５は、電池特性算出処理の流れを示すフローチャートの一例を示す図である。このフローチャートは、内部状態パラメータが算出された後に開始される。このフローチャートでは、充電量ｑｎを一定の値△ｑｎにて増減し、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になる充電量ｑｎ０を発見した上で、ｑｎ０を初期値として、開回路電圧が上限値を超えるまで、△ｑｎごとにｑｎを増加させていき、増加の度に、そのときの充電量と開回路電圧を記録する。これにより、開回路電圧が下限値から上限値までの範囲における充電量と開回路電圧との関係を算出することができる。充電量ｑｎ０と開回路電圧が上限値のときの充電量ｑｎとの差が電池容量となる。
劣化状態推定部２３１は、充電量ｑｎの初期値を設定する（Ｓ３０１）。ｑｎの初期値は、０又は０よりも蓄電池１の公称容量の数％程度小さい値にすればよい。具体的には、蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば−５０ｍＡｈから０ｍＡｈ程度の範囲に設定すればよい。
劣化状態推定部２３１は、開回路電圧を算出する（Ｓ３０２）。開回路電圧の算出には、次式を用いることができる。
Figure 0006744886
次に、劣化状態推定部２３１は、算出された開回路電圧を、予め定められた下限電圧と比較する（Ｓ３０３）。下限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質との組み合わせにより定まる値である。具体的には、正極活物質、負極活物質それぞれについて、安全性、寿命、抵抗などの観点から各観点それぞれの適切な使用範囲の電圧を定め、それらの組み合わせにより、蓄電池としての使用範囲の下限及び上限電圧を決定する。
開回路電圧が予め定められた下限電圧未満でない場合（Ｓ３０３のＮＯ）は、充電量ｑｎからΔｑｎを減算し（Ｓ３０４）、再度、開回路電圧を算出する（Ｓ３０２）。開回路電圧が予め定められた下限電圧未満である場合（Ｓ３０３のＹＥＳ）は、劣化状態推定部２３１は、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する（Ｓ３０５）。これらにより、充電量ｑｎは下限値に近づく。Δｑｎは任意の値に設定可能である。例えば、蓄電池１の公称容量の１／１０００から１／１００程度にすることが考えられる。具体的には蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば１ｍＡｈから１０ｍＡｈ程度の範囲に設定することが考えられる。
劣化状態推定部２３１は、加算された充電量ｑｎ＋Δｑｎを用いて、開回路電圧を算出する（Ｓ３０６）。そして、劣化状態推定部２３１は、算出された開回路電圧を、前述の下限電圧と比較する（Ｓ３０７）。開回路電圧が下限電圧未満であった場合（Ｓ３０７のＮＯ）は、Ｓ３０５に戻り、再度、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する（Ｓ３０５）。開回路電圧が下限電圧以上であった場合（Ｓ３０７のＹＥＳ）は、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になったため、このときの充電量ｑｎをｑｎ０とし、充電量ｑｎ０と開回路電圧Ｅｎを合わせて記録する（Ｓ３０８）。なお、この充電量ｑｎ０の値を基準値として０と表してもよい。その場合は、以降の記録の際に、充電量ｑｎの値からｑｎ０の値を引いた値を記録する。
劣化状態推定部２３１は、充電量ｑｎにΔｑｎを加算し（Ｓ３０９）、開回路電圧を算出し（Ｓ３１０）、充電量ｑｎからｑｎ０を引いた値と、算出された開回路電圧Ｅｎを記録する（Ｓ３１１）。
劣化状態推定部２３１は、算出された開回路電圧と予め定められた蓄電池１の上限電圧とを比較する（Ｓ３１２）。蓄電池１の上限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質の組み合わせによって定まる値である。開回路電圧が予め定められた上限電圧未満であった場合（Ｓ３１２のＮＯ）は、再度、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する処理に戻る（Ｓ３０９）。開回路電圧が予め定められた上限電圧以上となった場合（Ｓ３１２のＹＥＳ）は、処理を終了する。以上が、電池特性算出の処理の流れを示すフローチャートである。
図６は、充電量と開回路電圧との関係を表すグラフ（充電量−ＯＣＶ曲線）の一例を示す図である。図６（Ａ）は劣化状態推定部２３１により算出された現在の状態における充電量−ＯＣＶ曲線である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すグラフの縦軸を、下限電圧から上限電圧までにした図である。
劣化状態推定部２３１は、その他の電池特性も算出してよい。例えば、算出した開回路電圧等を用いて、蓄電池１の電圧、電力又は電力量を算出してもよい。算出方法は、下記に示す算出式などを用いればよい。下記の算出式のｃは所定の定数を示す。
（電圧）
電圧＝開回路電圧−ｃ×内部抵抗×電流
（電力）
電力＝電流×開回路電圧−ｃ×内部抵抗×（電流）２
（電力量）
電力量＝電池容量×平均電圧
なお、内部抵抗は、内部状態パラメータとして算出された推定値を用いることができるが、内部抵抗は温度等により変化するため、現在の温度により内部抵抗を補正してもよい。また、劣化状態推定部２３１は、補正した推定値を用いて、一度算出した電池特性を算出し直してもよい。これにより、劣化状態の推定の精度を向上させることができる。
内部抵抗の補正は、特開２０１７−１６６８７４号公報等に示される公知の手法を用いればよい。例えば、内部抵抗を、反応抵抗Ｒｃｔ、拡散抵抗Ｒｄ、及びオーミック抵抗Ｒｏｈｍの三つの成分に分け、それぞれ固有の温度依存性に従って補正した後で、合算することにより、現在の温度に対応する内部抵抗を算出することができる。
ＳＯＣ推定部２３２は、蓄電池１の現在のＳＯＣを推定する。ＳＯＣの推定には、劣化状態推定部２３１により算出された内部状態パラメータ及び電池特性が用いられてもよい。例えば、劣化状態推定部２３１により推定された充電量−ＯＣＶ曲線をＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に変換して、現在のＳＯＣを算出することができる。充電量からＳＯＣへの変換は、充電量−ＯＣＶ曲線により算出される電池容量と充電量を用いて、行われればよい。また、ＳＯＣ推定部２３２が、劣化状態推定部２３１の代わりに、内部状態パラメータから充電量−ＯＣＶ曲線を算出してもよい。
図７は、ＳＯＣと開回路電圧との関係を表すグラフ（ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線）の一例を示す図である。横軸が、充電量ではなく、ＳＯＣである点が図６と異なる。図７は、図６（Ｂ）に示すグラフをＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に変換したグラフ（実線）と、初期状態の蓄電池のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線（破線）とを、重ねて表示したものである。図７の破線が初期状態の蓄電池の開回路電圧を、実線が蓄電池の劣化などによる変化後（現在）の蓄電池の開回路電圧を表す。ＳＯＣは、満充電容量に対して現在充電されている電荷量の割合を示し、０から１又は０から１００％の間の値で表される。
変化後の曲線は、容量の減少に伴い、曲線の長さが短くなるが、図７によれば、曲線の長さだけでなく形状自体が変化していることがわかる。例えば、開回路電圧に基づいてＳＯＣを推定する場合に、計測された開回路電圧がＡであるとき、正しい充電状態（現在の充電状態）はＢ１となる。しかし、開回路電圧の曲線が変形しないとみなした場合、つまり、初期状態のおけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線で開回路電圧を求めようとすると、電圧Ａにおける充電状態はＢ２と求められ、充電状態の推定精度が低くなる。故に、劣化していない初期状態におけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線ではなく、現在の状態におけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いることにより、現在のＳＯＣを正確に算出することができる。つまり、現在の状態におけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いて、現在のＳＯＣを推定する電池安全性評価装置２は、所定のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線にてＳＯＣを推定する他の装置よりも、現在のＳＯＣを正確に算出することができる。
なお、ここでは、二次電池の正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる場合について説明したが、二次電池の正極、負極のいずれかまたはいずれもが複数の活物質からなる二次電池に対しても同様に適用することが可能である。
なお、蓄電池１の現在の劣化状態は時刻ｔ０のときの値を用い、蓄電池１の現在のＳＯＣは時刻ｔ０＋５のときの値を用いるような場合では、時刻ｔ０のときのＳＯＣ−ＯＣＶ曲線から算出されたＳＯＣの値を、時刻ｔ０から時刻ｔ０＋５までの計測データによって補正する。例えば、当該計測データから、時刻ｔ０から時刻ｔ０＋５までの放電量を算出し、蓄電池１の充電量を更新してＳＯＣを算出する。このように、直近の計測データが充電（放電）データでなくともよい。
電池安全性評価部２４は、電池状態推定部２３により推定された、現在の蓄電池１の状態から、蓄電池１が仮に発熱した場合の発熱量を推定する。そしてさらに、当該発熱量に伴う蓄電池１の温度を推定する。そして、推定された蓄電池１の温度に基づき、蓄電池１の安全性を評価する。詳細は、電池安全性評価部２４の構成要素とともに説明する。
電池安全性評価部２４の構成要素について説明する。熱安定性データ記憶部２４１は、蓄電池１の安全性を算出する際に必要となる熱安定性データを記憶する。なお、熱安定性データ以外のデータも記憶されてもよい。例えば、安全指標算出部２４４に係る処理を行うための、蓄電池１の比熱、蓄電池１から外部環境へ熱量を放出する際の伝熱係数等が記憶されてもよい。その他にも、電池安全性評価部２４の各処理に用いられる制約条件等が記憶されてもよい。例えば、蓄電池１に使用条件として課せられたＳＯＣの範囲が熱安定性データ記憶部２４１に記憶されていてもよい。算出された安全指標等が記憶されてもよい。
熱安定性データは、二次電池が高温に晒された場合における、当該二次電池の発熱に関するデータである。熱安定性データは、二次電池の発熱量と外部温度との関係を少なくとも示す。例えば、熱安定性データは、示差走査熱量計（ＤＳＣ、Ｄｉｆｆｒｅｎｃｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ、ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）により計測された、ＤＳＣ曲線でもよい。なお、外部温度は、二次電池の外部環境の温度という意味であり、隣接セルの温度でもよいし、周辺空間の温度でもよい。
熱安定性データ記憶部２４１に記憶された熱安定性データは、複数存在しており、二次電池の劣化状態に応じて分類されているとする。これにより、蓄電池１の劣化状態に応じた熱安定性データが選択できる。言い換えると、劣化状態が蓄電池１と同じと想定される二次電池に係る熱安定性データが選択される。例えば、蓄電池１が未使用のときは、熱安定性データ記憶部２４１に記憶された熱安定性データから、未使用の二次電池に係る熱安定性データが選択される。あるいは、正極又は負極の容量（質量）などの劣化状態を示すパラメータが所定の範囲に含まれるときは、当該範囲に該当する二次電池に係る熱安定性データが選択される。
なお、劣化状態を示すパラメータの値以外の特徴を用いて、用いられる熱安定性データがさらに絞りこまれてもよい。例えば、蓄電池１が劣化により金属（リチウムイオン二次電池ならリチウム）が析出した状態であると判明していたならば、金属が析出した二次電池から作成された熱安定性データを用いてもよい。ゆえに、そのような特徴ごとに熱安定データが分類されていてもよい。
さらに、熱安定性データは、ＳＯＣの値ごとにも分かれているとする。そして、用いられる熱安定性データは、電池状態推定部２３により推定された現在のＳＯＣに基づき、決定される。例えば、ＳＯＣの値が７０％と推定されていた場合は、ＳＯＣが７０％に該当する熱安定性データが用いられる。これにより、現在のＳＯＣに応じた評価が行われる。なお、ＳＯＣの分類は、０から２０％、２０から３０％といった一定の範囲ごとに分かれていてもよい。
熱安定性データは、グラフ又は関数等で示されてもよい。例えば、熱安定性データは、二次電池の外部温度と、二次電池の発熱量と、の関係を示すグラフであってもよい。また、当該グラフの近似関数が熱安定性データとして用いられてもよい。
熱安定性データは、二次電池の極ごとに分かれていることを想定する。つまり、熱安定性データには、二次電池の正極に係る熱安定性データと、二次電池の負極に係る熱安定性データと、が含まれていてもよい。
図８は、熱安定性データの一例を示す図である。図８には、熱安定性データがプロットされたグラフが示されている。図８に示すような熱安定性データに係るグラフを発熱量算出グラフと記載する。縦軸が、質量当たりの発熱量を示す。横軸が外部温度を示す。図８の発熱量算出グラフはＤＳＣ曲線である。図８に示すように、熱安定性データには、質量当たりの発熱量、発熱開始温度等が含まれる。なお、質量当たりの発熱量における質量は、正極又は負極の活物質量、正極又は負極の質量、正極又は負極の質量と電解液の質量との合計を意味する。このような熱安定性データが、劣化状態ごと及びＳＯＣの値ごとに、存在する。
ＤＳＣ曲線のピークにおける外部温度において、二次電池の発熱量が多く、発火しやすい。つまり、このピークにおける外部温度が熱暴走温度である。なお、図８の四つのグラフは、外部温度の昇温速度が異なる。Ａのグラフが１分当たりに外部温度を１０℃上昇させた場合、Ｂのグラフが１分当たりに外部温度を５℃上昇させた場合、Ｃのグラフが１分当たりに外部温度を２℃上昇させた場合、Ｄのグラフが１分当たりに外部温度を１℃上昇させた場合を示す。このように、昇温速度によっても発熱量、熱暴走のタイミング等は異なる。外部温度の昇温速度は、求められる安全性、蓄電池１の構成、周囲の環境等に応じて、定めておけばよい。本実施形態では図示していない入力部を介して、昇温速度が指定されてもよい。
熱安定性データは、複数の二次電池の計測データに基づいて、予め作成されているとする。熱安定性データを作成するために用いられる複数の二次電池は、それぞれ同一の前提条件を満たす二次電池とする。そして、熱安定性データは、その前提条件を満たす他の二次電池に汎用的に用いられる。
前提条件は特に限られるものではなく、様々な前提条件があるとする。例えば、二次電池の極に用いられている材料、極の活物質量が所定の範囲内であること等を、前提条件としてもよい。そして、当該前提条件を満たす複数の二次電池に対し検査を行い、検査結果に基づき熱安定性データが算出される。なお、熱安定性データの作成方法は、特に限られるものではなく、任意に定めてよい。
その他にも、未使用、金属が析出している等の状態を前提条件としてもよい。あるいは、二次電池の保管又は使用時の環境に関する事項を前提条件としてもよい。環境に関する前提条件として、温度、湿度といった事項が考えられる。また、例えば、二次電池の使用履歴に関する事項を前提条件としてもよい。使用履歴に関する前提条件として、充電又は放電の回数、使用された総時間等が考えられる。
二次電池の劣化の原因としては、電解液との反応性、活物質の膨張収縮による破損等が想定されるが、二次電池の劣化の原因を特定することは容易ではない。また、二次電池の保管状況、使用履歴等により劣化の状況も異なる。故に、予め様々な前提条件ごとに熱安定性データを算出しておき、蓄電池１の状態に合致する熱安定性データを用いる。つまり、蓄電池１の状態と同程度の状態である二次電池の検査結果に基づき算出された熱安定性データが用いられる。これにより、蓄電池１の発熱量を精度良く推定することができる。
熱安定性データ取得部２４２は、電池状態推定部２３から、現在の劣化状態の推定値及び現在のＳＯＣの推定値を取得する。そして、熱安定性データ取得部２４２は、少なくとも取得したこれらの推定値に基づき、熱安定性データ記憶部２４１に記憶された複数の二次電池の熱安定性データから、蓄電池１に対応する熱安定性データを選出して取得する。ゆえに、取得された熱安定性データは、蓄電池１の現在の劣化状態の推定値及び蓄電池１の現在のＳＯＣの推定値に基づき、蓄電池１に対応するとして選出されたものである。
なお、熱安定性データは、二次電池の発熱量を算出する際に参照されるデータであることから、「参照データ」とも記載する。また、熱安定性データ取得部２４２により取得された熱安定性データ、つまり、複数の参照データのうち、蓄電池１の現在の劣化状態の推定値及び蓄電池１の現在のＳＯＣの推定値に基づき、蓄電池１に対応するとして選出された参照データを、「第１参照データ」とも記載する。蓄電池１の発熱量を算出する際には、第１参照データが参照される。
なお、蓄電池１に対応する熱安定性データには、蓄電池１の正極に対応する熱安定性データと、蓄電池１の負極に対応する熱安定性データと、を含むとする。つまり、熱安定性データ取得部２４２は、正極に係る推定値に基づき正極に対応する熱安定性データを取得してもよい。負極に係る推定値に基づき負極に対応する熱安定性データを取得してもよい。
予め熱安定性データを作成しておくにあたっての二次電池の前提条件を、蓄電池１の推定値が満たす場合、当該熱安定性データは蓄電池１に対応すると言える。例えば、正極の活物質量が所定の範囲内であるという前提条件を満たしている複数の二次電池に基づき熱安定性データが作成されていた場合に、蓄電池１の正極の活物質量の推定値が当該所定の範囲内であるときは、当該熱安定性データは蓄電池１に対応すると言える。また、蓄電池１に対応する熱安定性データとは、蓄電池１の発熱量を推定するのに適した熱安定性データとも言える。
なお、熱安定性データ取得部２４２は、劣化状態及びＳＯＣとは別の推定値にさらに基づいて、熱安定性データを取得してもよい。複数の推定値に合致する熱安定性データは、一つの推定値に合致する熱安定性データよりも、蓄電池１に合致した熱安定性データである可能性が高い。よって、複数の推定値に合致する熱安定性データを用いた場合、一つの推定値に合致する熱安定性データを用いた場合よりも、算出される安全指標、安全性評価の精度は向上すると考えられる。
発熱量推定部２４３は、熱安定性データ取得部２４２により取得された、蓄電池１に対応するとされた熱安定性データに基づき、蓄電池１の発熱量を算出する。
なお、発熱量推定部２４３は、蓄電池１の正極に対応するとされた熱安定性データに基づき、蓄電池１の正極の発熱量を算出してもよい。蓄電池１の負極に対応するとされた熱安定性データに基づき、蓄電池１の負極の発熱量を算出してもよい。そして、蓄電池１の正極及び負極それぞれにおける発熱量の和を蓄電池１の発熱量としてもよい。あるいは、正極又は負極の発熱量のみを蓄電池１の発熱量として用いてもよい。
例えば、図８に示した発熱量算出グラフを用いて、発熱量を推定する場合を説明する。発熱量推定部２４３は、外部温度の所定の範囲に含まれるピーク部分の面積を求める。ＤＳＣ曲線において、発熱量はピーク部分の面積として示されるため、ピークの時間範囲（発熱開始温度から発熱終了温度まで）における発熱量算出グラフの積分値として求められる。発熱開始温度、つまりピークの始点は、ＤＳＣ曲線の傾きが閾値を超えたときの温度（ピークの立ち上がりの温度）としてもよい。あるいは、ピークの接線とベースラインとの交点の温度としてもよい。ピークの終点、つまり発熱終了温度は、発熱開始温度と同じにすればよい。こうして、熱安定性データから発熱量が求まる。
外部温度の所定の範囲は、任意に定めておけばよい。但し、隣接セルが発火した場合におけるセルの安全性を評価する場合は、外部温度を隣接セルが発火した場合にセルが晒されると想定される温度付近にした方が実効的な評価を行うために好ましい。このようにして、外部温度が所定の範囲内で変動したときの蓄電池１の発熱量が求まる。
なお、発熱量推定部２４３は、熱暴走が起きるか否かを判定するための閾値（熱暴走判定閾値）を予め定めておき、単位質量あたりの発熱量が熱暴走判定閾値を超えた場合に、熱暴走が起きると判定してもよい。
なお、上記のように、毎回、発熱量算出グラフから発熱量を求めると、負荷及び時間がかかる。故に、電池状態推定部２３により推定された劣化状態を示すパラメータと、発熱量等とを対応させたデータを用いてもよい。つまり、熱安定性データは、劣化状態を示すパラメータと、熱安定性データの各項目との対応を示すデータ（対応テーブル）であってもよい。当該テーブルは、外部装置で作成されたものであってもよいし、過去の処理履歴に基づいて電池安全性評価部２４が作成したものでもよい。
熱安定性データが対応テーブルであるときは、発熱量推定部２４３は、当該テーブルを参照して、取得した劣化状態を示すパラメータに対応する発熱量等を抽出すればよい。
安全指標算出部２４４は、推定された蓄電池１の発熱量に基づき、外部温度が所定の範囲内で変動したときの蓄電池１の温度を算出する。算出された蓄電池１の温度をセル到達温度と記載する。
蓄電池１の温度変動は、蓄電池１の発熱量から、蓄電池１から外部環境へ放出される熱量（放熱量）を引いた差分を、蓄電池１の比熱にて除算すれば求められる。放熱量は、蓄電池１の温度から外部温度を引いた差分と、伝熱係数との積で求められる。伝熱係数は、セル及び組電池の構造、材質等により定まる。このように、蓄電池１の発熱量と、蓄電池１の比熱と、外部との伝熱係数と、外部温度と、に基づき、外部温度が所定の範囲内で変動したときの前記第１電池の温度が算出される。
なお、セル到達温度は、絶対値で表されてもよいし、相対値で表されてもよい。つまり、セル到達温度は、実際のセルの温度でもよいし、想定された高温に暴露され始めた時点におけるセルの温度（初期温度）からの差分でもよい。
そして、安全指標算出部２４４は、セル到達温度又はセル到達温度に係る演算値を安全指標として算出する。例えば、発熱開始温度からセル到達温度までの温度の変化量を安全指標としてもよい。発熱開始温度からセル到達温度までにかかる時間を安全指標としてもよい。発熱開始温度からセル到達温度までの発熱速度を安全指標としてもよい。発熱速度は、温度変化量を、当該温度変化に要した時間にて除算した値としてよい。
安全性評価部２４５は、算出された安全指標に基づき、蓄電池１の安全性を判定する。例えば、安全指標と、安全指標のための閾値とを比較してもよい。安全指標のための閾値を、安全閾値と記載する。安全閾値は、予め定めておけばよい。
例えば、安全性評価は、安全閾値を基準に、安全であると、安全でない（危険）との二種類であってもよい。あるいは、複数の安全閾値があり、安全性評価が、例えば、安全、要注意、警告、停止といった複数の種類に分かれていてもよい。例えば、安全指標であるセル到達温度が第１安全閾値よりも低いときは「安全」と判定し、セル到達温度が第１安全閾値以上かつ第２安全閾値よりも低いときは「注意」と判定し、セル到達温度が第２安全閾値以上のときは危険と判定してもよい。このように、安全性評価部２４５は、安全指標と、安全閾値と、に基づき、複数の評価分類から、蓄電池１にあてはまる評価分類を選択してもよい。ユーザにとって理解しやすい評価分類が提示されることにより、ユーザの利便性が高まる。
しかし、安全と危険の判断基準は、求められる安全性によって異なる。そのため、上記のような安全性評価では、安全閾値を状況によって変える必要がある。例えば、航空機に乗る場合は、安全性が強く求められるため、安全性評価が厳しくなるような安全閾値を定める必要がある。逆に、日常では、航空機に乗るほどの安全性は求められないため、航空機と同じ安全閾値を用いる必要はない。故に、安全閾値を状況に応じて使い分ける必要がある。そのような不便を避けるために、数値で安全性を評価してもよい。例えば、安全指標が所定の範囲の下限値以下の場合は、安全性１００％（リスク度なら０％）とする。安全指標が当該範囲の上限値以上の場合は安全性０％（リスク度なら１００％）とする。そして、安全指標が下限値から上限値の間にある場合は、０から１００％の間の数値で評価する。そして、航空会社は７０％以上の安全性を要求し、鉄道会社は５０％以上の安全性を要求するといったように、状況ごとに異なる数値（安全基準）を指定することができる。また、数値のほうが、現在の安全性がどの程度であるかをユーザが認識することができる。
なお、安全指標算出部２４４により算出された安全指標をそのまま安全性評価として用いてもよい。つまり、安全指標算出部２４４が、安全指標をそのまま安全性評価として出力部２５に渡してもよい。その場合は、安全指標算出部２４４は、安全性評価部２４５とも言える。また、安全指標がそのまま安全性評価として用いられた場合も、安全性評価が安全指標に基づき算出されたと言える。
なお、発熱量算出部により熱暴走が起きないと判定された場合、安全指標算出部２４４は、安全指標を算出しなくともよい。そして、安全指標を算出されていない場合、安全性評価部２４５は、蓄電池１の熱暴走が起きないとして、「安全」、「安全性１００％」、「リスク度０％」といった判定を行ってもよい。
図９は、電池安全性評価処理のフローチャートの一例を示す図である。電池安全性評価処理は、電池状態推定部２３による蓄電池１の電池特性等の推定値が算出されてから行われる。
熱安定性データ取得部２４２は、電池状態推定部２３から取得した、劣化状態の推定値及びＳＯＣの推定値に基づき、熱安定性データ記憶部２４１から蓄電池１に対応する熱安定性データを取得する（Ｓ４０１）。
なお、熱安定性データ記憶部２４１がデータベース等で実現されている場合は、劣化状態及びＳＯＣを属性として、熱安定性データと対応して記録しておけば、ＲＤＢＭＳ等の管理機能を用いることにより熱安定性データを抽出することができる。なお、劣化状態及びＳＯＣの各推定値が、熱安定性データに対応させた値とは完全に一致していなくとも、所定の許容範囲内であれば、抽出してもよい。
発熱量推定部２４３は、熱安定性データ取得部２４２により取得された熱安定性データに基づき、正極及び負極に対し、発熱量等を推定する（Ｓ４０２）。安全指標算出部２４４が発熱量、比熱、伝熱係数、外部温度に基づき、セル到達温度を推定し、セル到達温度に関する安全指標を算出する（Ｓ４０３）。安全性評価部２４５が、安全指標に基づき安全性評価を判定する（Ｓ４０４）。以上が、電池安全性評価処理のフローチャートである。
出力部２５は、算出された安全指標、安全性評価等を出力する。また、他の各構成要素の処理結果を出力してもよい。例えば、出力部２５は、蓄電池１の熱暴走が起きると判断された場合に、蓄電池１の熱暴走が起きるときの外部温度、つまり熱暴走温度を発熱量推定部２４３から受け取り、出力してもよい。
出力部２５の出力方法は、特に限られるものではない。ファイルでも、メールでも、画像でも、音でも、光でもよい。例えば、出力部２５を介して、電池安全性評価装置２がディスプレイ、スピーカ等と接続され、他の装置に各構成要素の処理結果が出力されてもよい。例えば、安全性評価が「危険」であった場合、ユーザに危険を認識させるために、ディスプレイに警告を示す画像又は光を表示してもよいし、スピーカから警告音を出力してもよい。なお、出力部２５が出力する情報は特に限られるものではない。例えば、内部状態パラメータ、電池特性、熱安定性データ等の電池安全性評価に用いられた情報が出力されてもよい。
以上のように、第１の実施形態によれば、蓄電池１の現在の劣化状態のみならず、現在のＳＯＣに基づき、蓄電池１の安全性が評価される。ゆえに、当該評価は、蓄電池１の現在の安全性をより正確に示すものとなり、蓄電池１に課せられる制限を、安全性に応じて細分化することができる。これにより、当該指標に基づく個別対応を可能にし、安全性と利便性を両立することができる。
また、充放電曲線解析を用いることにより、蓄電池１を機器から外して測定器に付け替えることが不要となる。ゆえに、安全性評価にかかる手間を減らすことができ、現実的に、蓄電池１を含む機器を個別に確認することも可能となる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態によれば、電池安全性評価装置２による評価が、指定された安全性基準よりも低い場合、蓄電池１の持ち込み等が制限されることが想定される。しかし、このような制限は、ユーザの利便性も損なわせることになる。そこで、本実施形態の電池安全性評価装置２は、電池安全性調整処理を行う。電池安全性調整処理は、安全性基準を満たすために、ＳＯＣの値を下げる処理である。具体的には、蓄電池１に放電を行わせて、ＳＯＣの値を下げる処理である。
図１０は、電池安全性調整処理の実施前後における、蓄電池の安全性を説明する図である。図１０（Ａ）は、電池安全性調整処理の実施前を示す。図１０（Ｂ）は、電池安全性調整処理の実施後を示す。電池安全性調整処理が実施される前は、電池残容量が１００％、つまりＳＯＣが１００％である。また、安全指標として「電池安全性リスク」が７０％と表示されている。ここでは、「電池安全性リスク」が低いほど安全性が高いことを意味するものとする。蓄電池１がこのような状態の場合に、安全性基準が３０％である場所に入ることができないとする。このようなときには、ユーザが安全性評価の目標値を電池安全性評価装置２に入力する。そして、電池安全性調整処理が実施されて、図１０（Ｂ）に示すように、電池残容量は減少するが、安全指標が安全性基準を満たす状態に遷移する。電池残容量を減らしてでも、使用を要望するユーザにとって、電池安全性調整処理は、非常に有益である。
図１１は、第２の実施形態に係る蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。第２の実施形態では、電池安全性評価装置２が、入力部２６と、放電指示部２７と、をさらに備える点が第１の実施形態とは異なる。第１の実施形態と同様の点は、説明を省略する。
入力部２６が、ユーザから、安全性評価に対する入力を受け付ける。例えば、安全性評価が安全性基準を満たしていなかったため、電池安全性調整処理の実行指示を受け付けてもよい。また、安全性評価に対する目標値、目標とする評価分類（目標分類）などを受け付けてもよい。入力方法は、公知の手法を用いればよく、特に限られるものではない。例えば、ＧＵＩを用いて、ユーザの入力を受け付けてもよい。
放電指示部２７は、安全性評価に対する入力に基づき、安全性評価を調整するために、充放電制御部２１に対し放電を指示する。充放電制御部２１が当該指示に基づき放電を行うことにより、放電後のＳＯＣの値が減少する。ＳＯＣの値が減少することより、安全性が向上する。つまり、安全性評価は、以前よりも安全とされる方向に遷移する。
放電指示部２７の指示による放電は、様々の方法により行われてもよい。例えば、放電指示部２７が所定の放電量を放電するように指示し、そして放電後の安全性評価を出力して、ユーザに放電を再度実行するかを確認してもよい。
あるいは、放電指示部２７が所定の放電量を放電するように指示するが、放電後の安全性評価と目標値との差分が閾値よりも小さくなるまで、または、放電後の安全性評価が受け付けた目標分類となるまで、放電指示部２７が当該指示を繰り返すといった方法が考えられる。このように、徐々に安全性評価の目標値に近づける方法も考えられる。
あるいは、放電指示部２７が目標値または目標分類を達成するための放電量を算出し、当該放電量を放電するように指示してもよい。図１１に示された放電指示部２７は、この方法により、安全性評価を調整する。この方法を用いる場合の放電指示部２７は、ＳＯＣ−安全性データ作成部２７１と、放電量算出部２７２と、を備える。
ＳＯＣ−安全性データ作成部２７１は、現在のＳＯＣの推定値と、安全性評価又は安全指標との関係を示すデータを作成する。当該データをＳＯＣ−安全性データと記載する。ＳＯＣ−安全性データ作成部２７１は、電池状態推定部２３による現在のＳＯＣの推定値と、当該現在のＳＯＣの推定値に対応する安全指標又は安全性評価を、対応付けて記録する。当該記録が積み重なることにより、ＳＯＣ−安全性データが作成される。なお、ＳＯＣ−安全性データが一から作成されなくともよい。例えば、一般的な二次電池におけるＳＯＣ−安全性データを基準データとして用い、当該基準データを当該記録により更新することにより、蓄電池１に対応するＳＯＣ−安全性データが作成されてもよい。
但し、安全指標は、蓄電池１以外の環境も考慮して算出されるため、環境の変動の影響を受けやすい。ゆえに、推移が激しいＳＯＣ−安全性データが作成されることもあり得る。
図１２は、ＳＯＣ−安全性データの変動を示す図である。図１２（Ａ）は理想的な曲線を示す。図１２（Ｂ）は実際の曲線を示す。理想的な曲線では、一つの安全指標に対して、一つのＳＯＣが対応する。一方、実際の曲線では、一つの安全指標に対して、複数のＳＯＣが対応する。
ゆえに、ＳＯＣ−安全性データ作成部２７１は、一つの安全指標に対して、一つのＳＯＣが対応するように、ＳＯＣ−安全性データを平滑化してもよい。平滑化は、移動平均、平滑化スプラインといった公知の平滑化手法を用いればよい。
なお、平滑化でなく、他の対処方法が用いられてもよい。一つの安全指標に対し複数のＳＯＣの値が対応する場合に、最大、最小、中央値といった所定の選択規約により、一つに定めてもよい。
放電量算出部２７２は、ＳＯＣ−安全性データを用いて、安全性評価の目標値又は目標分類に対応するＳＯＣの値を確認する。つまり、ＳＯＣの目標値を確認する。そして、ＳＯＣの目標値に基づき、放電量を決定する。放電量の下限値は、現在のＳＯＣの値と、ＳＯＣの目標値と、の差分に、現在の電池容量を積算することにより、算出される。なお、放電量は、放電量下限値と必ず同じにしなくともよい。例えば、より安全にするために、放電量下限値よりも多く放電することになってもよい。
充放電制御部２１は、指定された放電量を放電するように、蓄電池１を制御する。放電が終了したときは、再度、安全性を評価するように、電池状態推定部２３及び電池安全性評価部２４に指示を送る。他の構成要素は、これまでの実施形態と同様に処理を行えばよい。
なお、安全性評価部２４５は、入力された目標値を安全性基準に用いてもよい。入力された目標値を安全性基準に用いた場合、出力部２５により出力される評価は、入力された目標値を満たしたかどうかを示すものとなる。この場合、ユーザは直感的に蓄電池１（蓄電池１を使用している製品）が安全性基準を満たすようになったことを理解することができる。
図１３は、電池安全性調整処理のフローチャートの一例を示す図である。本フローチャートでは、所定の放電量を繰り替えし放電するのではなく、目標値に応じた放電量を決定する場合を想定する。まず、入力部２６が安全性評価の目標値を外部から受け付ける（Ｓ５０１）。放電量算出部２７２が、安全性評価を目標値にするための放電量を算出する（Ｓ５０２）。充放電制御部２１が、算出された放電量を放電するよう蓄電池１を制御する（Ｓ５０３）。以降の処理は、第１の実施形態と同様であるため、省略する。こうして、放電後の最新の状態における安全性が評価され、指定された安全性基準を満たす数値が出力される。
以上のように、第２の実施形態によれば、蓄電池１が安全性基準を満たさない場合でも、安全性基準を満たすように蓄電池１を調整することができる。これにより、安全性と利便性を両立することができる。
（第３の実施形態）
これまでの実施形態では、熱安定性データ取得部２４２は、熱安定性データ記憶部２４１に記憶された熱安定性データから、蓄電池１に対応する熱安定性データを取得した。しかし、蓄電池１の状態は多岐に渡るため、熱安定性データを熱安定性データ記憶部２４１に全て蓄えるとなると、熱安定性データ記憶部２４１の容量が肥大化する。また、当該蓄電池１に対応する熱安定性データが熱安定性データ記憶部２４１に無い場合もあり得る。故に、第３の実施形態では、外部からの熱安定性データの取得及び更新を行う。これにより、熱安定性データ記憶部２４１に記憶される熱安定性データの量を減らすことができ、電池安全性評価部２４の小型化、及び電池安全性評価部２４の製造に係るコストの削減が実現できる。また、対応する蓄電池１の種類を増やすことができる。
図１４は、第３の実施形態に係る蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。第３の実施形態では、熱安定性データ取得部２４２が外部と接続されている点がこれまでの実施形態とは異なる。これまでの実施形態と同様の点は、説明を省略する。
熱安定性データ取得部２４２は、熱安定性データを提供する装置等と、有線若しくは無線通信、又は電気信号にて接続され、データの授受が可能とする。熱安定性データを提供する装置等は、特に限られるものではなく、熱安定性データが蓄えられている外部データベース３でもよいし、熱安定性データを生成し提供する熱安定性データ提供サーバ４でもよい。以降、熱安定性データを提供する装置等を、熱安定性データ提供装置と記載する。熱安定性データ取得部２４２は、通信ネットワーク５を介して、熱安定性データ提供装置と接続されてもよい。あるいは、デバイスインタフェースにより、外部データベース３と直接又は間接的に接続されていてもよい。
熱安定性データ取得部２４２による熱安定性データの取得が行われるタイミングは、蓄電池１に対応する熱安定性データがない場合に行われることを想定するが、特に限られるものではない。例えば、熱安定性データ提供装置が新たな熱安定性データを生成した場合に行われてもよいし、定期的に行われてもよい。必要な熱安定性データが熱安定性データ記憶部２４１にない場合は、蓄電池１の規格、電池特性、劣化状態を示すパラメータ等に基づき、これらに対応する熱安定性データが取得される。なお、条件等を指定せずに、熱安定性データ提供装置から熱安定性データを取得してもよい。また、取得した熱安定性データのうち、不要とされる熱安定性データは、熱安定性データ記憶部２４１に記憶されなくともよい。
なお、熱安定性データ記憶部２４１は、内部に記憶されている熱安定性データを削除してもよい。例えば、容量節約のために、使用回数の少ない熱安定性データ、使用期限が切れた熱安定性データ等所定の削除条件を満たす熱安定性データは、熱安定性データ記憶部２４１に記憶されていなくともよい。
図１５は、熱安定性データ取得処理のフローチャートの一例を示す図である。このフローチャートは、電池安全性評価処理の前に熱安定性データの取得が行われる場合のフローを示す。
熱安定性データ取得部２４２が、電池状態推定部２３から蓄電池１の劣化状態及びＳＯＣの各推定値を取得する（Ｓ６０１）。熱安定性データ取得部２４２は、取得された各推定値に基づき、蓄電池１に対応する熱安定性データが熱安定性データ記憶部２４１に記憶されているかを確認する（Ｓ６０２）。
蓄電池１に対応する熱安定性データが熱安定性データ記憶部２４１に記憶されている場合は（Ｓ６０３のＹＥＳ）は、フローは終了する。蓄電池１に対応する熱安定性データが熱安定性データ記憶部２４１に記憶されていない場合（Ｓ６０３のＮＯ）は、熱安定性データ取得部２４２が熱安定性データ提供装置へ問い合わせを行う（Ｓ６０４）。当該問い合わせには、取得された推定値が含まれているとする。
熱安定性データ提供装置は、受信した電池特性等の推定値に基づき、蓄電池１に対応するとされる熱安定性データを送信する（Ｓ６０５）。そして、熱安定性データ取得部２４２が、送られてきた熱安定性データを取得し、電池安全性評価処理に移る（Ｓ６０６）。電池安全性評価処理は、上述の通りである。以上が、熱安定性データ取得処理のフローである。
以上のように、第３の実施形態によれば、電池安全性評価処理に必要な熱安定性データが熱安定性データ記憶部２４１に記憶されていなくとも、蓄電池１の電池特性等に基づき、必要な熱安定性データを取得することができる。これにより、熱安定性データ記憶部２４１に記憶しておく熱安定性データの量を減らすことができ、電池安全性評価部２４の小型化、又は電池安全性評価部２４の製造に係るコストの削減が実現できる。また、対応する蓄電池１の種類を増やすことができる。
また、上記に説明した実施形態における各処理は、専用の回路により実現してもよいし、ソフトウェア（プログラム）を用いて実現してもよい。ソフトウェア（プログラム）を用いる場合は、上記に説明した実施形態は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載された中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサにプログラムを実行させることにより、実現することが可能である。
図１６は、本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図である。電池安全性評価装置２は、プロセッサ６１、主記憶装置６２、補助記憶装置６３、ネットワークインタフェース６４、デバイスインタフェース６５を備え、これらがバス６６を介して接続されたコンピュータ装置６として実現できる。
プロセッサ６１が、補助記憶装置６３からプログラムを読み出して、主記憶装置６２に展開して、実行することで、電池安全性評価装置２の各構成要素の各機能を実現することができる。
プロセッサ６１は、コンピュータの制御装置及び演算装置を含む電子回路である。プロセッサ６１は、例えば、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシン、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、及びこれらの組合せを用いることができる。
本実施形態における電池安全性評価装置２は、各装置で実行されるプログラムをコンピュータ装置６に予めインストールすることで実現してもよい。あるいは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されたプログラム、又はネットワークを介して配布されたプログラムをコンピュータ装置６に適宜インストールすることにより、実現されてもよい。
主記憶装置６２は、プロセッサ６１が実行する命令、及び各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置６３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等がある。
ネットワークインタフェース６４は、無線又は有線により、通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。熱安定性データ取得部２４２が熱安定性データ提供装置と通信を行う場合は、熱安定性データ取得部２４２の通信処理の機能は、ネットワークインタフェース６４により実現することができる。ここではネットワークインタフェース６４を一つのみ示しているが、複数のネットワークインタフェース６４が搭載されていてもよい。
デバイスインタフェース６５は、出力結果等を記録する外部記憶媒体７と接続するＵＳＢ等のインタフェースである。熱安定性データ提供装置が外部記憶媒体７の場合は、熱安定性データ取得部２４２と外部記憶媒体７とのデータ授受の機能は、デバイスインタフェース６５により実現することができる。外部記憶媒体７は、ＨＤＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等の任意の記録媒体でよい。また、デバイスインタフェース６５を介して、蓄電池１と接続されていてもよい。
コンピュータ装置６は、プロセッサ６１等を実装している半導体集積回路等の専用のハードウェアにて構成されてもよい。専用のハードウェアは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置との組み合わせで構成されてもよい。コンピュータ装置６は蓄電池１の内部に組み込まれていてもよい。
上記に、本発明の一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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
１ 蓄電池
２ 電池安全性評価装置
２１ 充放電制御部
２２ 計測部
２３ 電池状態推定部
２３１ 劣化状態推定部
２３２ ＳＯＣ推定部
２３３ 推定用データ記憶部
２４ 電池安全性評価部
２４１ 熱安定性データ記憶部
２４２ 熱安定性データ取得部（参照データ取得部）
２４３ 発熱量推定部
２４４ 安全指標算出部（セル到達温度推定部）
２４５ 安全性評価部
２５ 出力部
２６ 入力部
２７ 放電指示部
２７１ ＳＯＣ−安全性データ作成部
２７２ 放電量算出部
３ 外部データベース
４ 熱安定性データ提供サーバ
５ 通信ネットワーク
６ コンピュータ装置
６１ プロセッサ
６２ 主記憶装置
６３ 補助記憶装置
６４ ネットワークインタフェース
６５ デバイスインタフェース
６６ バス
７ 外部記憶媒体

Claims (17)

  1. 第１電池の充電又は放電時に計測された前記第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値を推定する電池状態推定部と、
    第１参照データに基づき、外部温度が変動したときの前記第１電池の発熱量を推定する発熱量推定部と、
    前記第１電池の発熱量に基づき、前記外部温度が変動したときの前記第１電池の温度に係る安全指標を算出する安全指標算出部と、
    を備え、
    前記第１参照データは、二次電池の発熱量及び外部温度の関係を少なくとも示す複数の参照データから、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値に基づき、前記第１電池に対応するとして選出されたものである
    電池安全性評価装置。
  2. 前記安全指標算出部は、
    前記発熱量推定部により推定された前記第１電池の発熱量、前記第１電池の比熱、前記第１電池と前記第１電池の外部との伝熱係数、及び前記外部温度に基づき、前記外部温度における前記第１電池の温度を算出し、
    算出された前記第１電池の温度に基づき、前記安全指標を算出する
    請求項１に記載の電池安全性評価装置。
  3. 前記第１電池の充電又は放電を制御する充放電制御部と、
    前記第１電池の電圧及び電流を計測する計測部と、
    をさらに備え、
    前記電池状態推定部が、前記計測部の計測により得られた電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値を推定し、
    前記現在は、前記計測部が前記第１電池の電圧及び電流を計測した直近の時点を示す
    請求項１又は２に記載の電池安全性評価装置。
  4. 前記安全指標に基づき、前記第１電池又は前記第１電池を含む組電池の現在の安全性に対する評価を行う安全性評価部と、
    前記評価を出力する出力部と、
    をさらに備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。
  5. 前記安全性評価部が、前記安全指標及び前記安全指標のための閾値に基づき、複数の評価分類から前記第１電池にあてはまる評価分類を前記評価として選択する
    請求項４に記載の電池安全性評価装置。
  6. 前記評価に対する入力を受け付ける入力部と、
    前記入力に基づき、前記充放電制御部に対し放電を指示する放電指示部と、
    をさらに備え、
    前記指示に応じて前記充放電制御部が放電を行うことにより、前記入力後の評価が前記入力前の評価よりも安全性が向上する
    請求項３に直接的又は間接的に従属する請求項４又は５に記載の電池安全性評価装置。
  7. 前記入力が目標値または目標分類である場合に、前記放電指示部が、ＳＯＣ−安全性データを用いて、前記評価が前記目標値または前記目標分類となるための放電量を算出し、
    前記充放電制御部が、算出された前記放電量を放電するように前記第１電池を制御し、
    前記ＳＯＣ−安全性データは、
    （１）前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値、及び、前記安全指標の関係、
    （２）前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値、及び、前記評価の関係、
    前記（１）及び（２）のいずれかを示す
    請求項６に記載の電池安全性評価装置。
  8. （３）前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値、及び、前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値に対応する前記安全指標、
    （４）前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値、及び、前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値に対応する前記評価、
    前記（３）または（４）に基づき、前記ＳＯＣ−安全性データを作成するＳＯＣ−安全性データ作成部
    をさらに備え、
    前記ＳＯＣ−安全性データ作成部が、前記ＳＯＣ−安全性データに対し平滑化を行うことにより、前記ＳＯＣ−安全性データにおいて、前記目標値または前記目標分類に対応するＳＯＣの値が一意に定まる
    請求項７に記載の電池安全性評価装置。
  9. 前記出力部が、出力内容を画像として表示する
    請求項４ないし８のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。
  10. 前記出力部が、出力内容をファイルとして出力する
    請求項４ないし８のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。
  11. 前記出力部が、前記評価に基づき、警告を示す画像、光、又は音を出力する
    請求項４ないし８のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。
  12. 前記発熱量推定部が、前記第１参照データに基づき、前記第１電池が熱暴走を起こすときの外部温度を熱暴走温度として算出し、
    前記出力部が、前記熱暴走温度を出力する
    請求項４ないし１１のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。
  13. 前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値に基づき、前記第１参照データを選出して取得する参照データ取得部
    をさらに備える請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。
  14. 第１電池の充電又は放電時に計測された前記第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値を推定するステップと、
    第１参照データに基づき、外部温度が変動したときの前記第１電池の発熱量を推定するステップと、
    前記第１電池の発熱量に基づき、前記外部温度が変動したときの前記第１電池の温度に係る安全指標を算出するステップと、
    を備え、
    前記第１参照データは、二次電池の発熱量及び外部温度の関係を少なくとも示す複数の参照データから、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値に基づき、前記第１電池に対応するとして選出されたものである
    電池安全性評価方法。
  15. 第１電池の充電又は放電時に計測された前記第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値を推定するステップと、
    第１参照データに基づき、外部温度が変動したときの前記第１電池の発熱量を推定するステップと、
    前記第１電池の発熱量に基づき、前記外部温度が変動したときの前記第１電池の温度に係る安全指標を算出するステップと、
    を備え、
    前記第１参照データは、二次電池の発熱量及び外部温度の関係を少なくとも示す複数の参照データから、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値に基づき、前記第１電池に対応するとして選出されたものである
    コンピュータプログラム。
  16. 第１電池の充電又は放電時に計測された前記第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値を推定する電池状態推定部と、
    第１参照データに基づき、外部温度が変動したときの前記第１電池の発熱量を推定する発熱量推定部と、
    前記第１電池の発熱量に基づき、前記外部温度が変動したときの前記第１電池の温度に係る安全指標を算出する安全指標算出部と、
    を備え、
    前記第１参照データは、二次電池の発熱量及び外部温度の関係を少なくとも示す複数の参照データから、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値に基づき、前記第１電池に対応するとして選出されたものである
    制御回路。
  17. 評価対象の二次電池である第１電池と、
    前記第１電池の安全性を評価する電池安全性評価装置と、
    を備えた蓄電システムであって、
    前記電池安全性評価装置は、
    前記第１電池の充電又は放電時に計測された前記第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値を推定する電池状態推定部と、
    第１参照データに基づき、外部温度が変動したときの前記第１電池の発熱量を推定する発熱量推定部と、
    前記第１電池の発熱量に基づき、前記外部温度が変動したときの前記第１電池の温度に係る安全指標を算出する安全指標算出部と、
    を備え、
    前記第１参照データは、二次電池の発熱量及び外部温度の関係を少なくとも示す複数の参照データから、前記第１電池の現在の劣化状態の推定値及び前記第１電池の現在のＳＯＣの推定値に基づき、前記第１電池に対応するとして選出されたものである
    蓄電システム。
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