JPWO2011125213A1 - 二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

二次電池（１０）は、複数の電池モジュール（１５）の集合体として構成される。ＥＣＵ（１００）は、複数の電池モジュールごとに、当該電池モジュールの劣化度合を定量的に示す劣化指標を算出するとともに、劣化指標が所定の交換レベルに達した電池モジュールを、交換が必要である要交換モジュールとして検出する。ＥＣＵ（１００）は、さらに、複数の電池モジュール（１５）のうちの、劣化指標が交換レベルに達していない電池モジュールから、上記要交換モジュールと同時に交換されるべき追加交換モジュールを抽出する。

Description

この発明は、二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法に関し、より特定的には、オンボードで二次電池の交換要否を判定する劣化診断に関する。

二次電池は、使用に際して繰返し充放電されることに伴って劣化することが知られている。このため、二次電池の使用に並行してオンボードで劣化診断することが重要である。

たとえば、特開平６−８９７４５号公報（特許文献１）には、二次電池の残存する充放電サイクル数を推算する二次電池システムが記載されている。特許文献１では、複数個の二次電池を直列に接続して構成された電池群において、各サイクル毎の放電容量あるいは放電終了電圧の変化率を外挿することにより、設定値に達するまでのサイクル数から残存するサイクル寿命を推定する。

また、特開２００６−１９７７６５号公報（特許文献２）には、二次電池に代表される電気系駆動機器を搭載する移動体の価格設定が記載されている。特許文献２では、メインバッテリの使用履歴データに基づきＥＣＵ（Electronic Control Unit）がオンボードで劣化推定パラメータを算出し蓄積する。そして、劣化パラメータがコネクタおよび送信装置を介してＥＣＵから車両外部の劣化推定装置へ出力される。劣化推定装置は、読出された劣化推定パラメータに基づいて電池の劣化状態および余寿命を推定し、この推定結果に基づいて二次電池の評価額の算定を行なう。

特開２００７−１９５３１２号公報（特許文献３）には、車両に搭載される二次電池に適した余寿命の推定を行なう、二次電池の寿命推定装置が記載されている。特許文献３によれば、蓄積した二次電池の満充電容量または内部抵抗と高い相関値をもつように相関関数が決定される。相関関数は、車両の総走行距離の平方根を変数とする一次関数からなり、最小二乗法等を用いて決定される。そして、決定された相関関数が寿命判定ラインと交差する点を寿命と判断し、当該寿命までの走行距離を余寿命と推定する。

さらに、特開２００８−２４１２４６号公報（特許文献４）には、二次電池の劣化診断をオンラインで行なう技術が記載されている。特許文献４によれば、電池モデル式中のパラメータについて、電池状態の変化に対する新品時のパラメータ値の変化についての特性マップが記憶される。二次電池の使用中には、電池モデル式に基づくパラメータ同定が実行される。そして、同定されたパラメータ値と、現在の電池状態に対応する新品時パラメータ値との比率（変化率）に基づいて、二次電池の劣化度合が診断される。

特開平６−８９７４５号公報 特開２００６−１９７７６５号公報 特開２００７−１９５３１２号公報 特開２００８−２４１２４６号公報

必要な出力電圧や蓄積電力量を確保するために、複数のセルの集合体として二次電池が使用されるケースがある。たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両でのモータ駆動用電源として、複数の電池セルからなる電池パックの集合体として構成されるバッテリパックが用いられる。このような場合には、バッテリパック全体の価格が高くなるので、バッテリパックの一部のみを交換する態様とすることで、コストを抑制したバッテリ交換が実現できる。たとえば、バッテリパックを複数の電池モジュールから構成するとともに、モジュール単位でのバッテリ交換を行なうことが考えられる。

特許文献１〜４によれば二次電池の使用中（オンボード）に劣化診断を実行することができる。したがって、使用中の二次電池について、オンボードでの診断結果に基づいて交換要否を判定することが可能である。しかしながら、特許文献１〜４では、複数のモジュールから構成された二次電池において、モジュール単位でのバッテリ交換を効率的に実行するための劣化判定については何ら記載されていない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、複数の電池モジュールの集合体として構成された二次電池について、電池モジュール単位でのバッテリ交換を効率化することが可能な劣化判定を行なうことである。

この発明のある局面では、複数の電池モジュールの集合体として構成された二次電池の劣化判定装置であって、劣化診断部と、検出部と、抽出部とを備える。劣化診断部は、電池モジュールごとに、当該電池モジュールの劣化度合を定量的に示す劣化指標を算出するように構成される。検出部は、劣化診断部によって算出された劣化指標と所定の交換レベルとの比較に従って、複数の電池モジュールから、交換が必要である第１の電池モジュールを検出するように構成される。抽出部は、検出部によって第１の電池モジュールが検出された場合に、複数の電池モジュールのうちの、劣化指標が交換レベルに達していない第２の電池モジュールから、第１の電池モジュールと同時に交換されるべき第３の電池モジュールを抽出するように構成される。

好ましくは、二次電池の劣化判定装置は、余寿命推定部をさらに備える。余寿命推定部は、電池モジュールごとに、劣化診断部によって算出された劣化指標に基づいて、劣化指標が交換レベルに達するまでの余寿命を推定するように構成される。そして、抽出部は、複数の電池モジュールのうちの第２の電池モジュールについて、推定された余寿命が所定の判定値よりも短いときに第３の電池モジュールとして抽出する。

さらに好ましくは、劣化診断部は、各電池モジュールについて、複数個の劣化指標を算出する。そして、余寿命推定部は、第２の電池モジュールについて、複数個の劣化指標のそれぞれに対応して複数個の余寿命を推定するとともに、推定された複数個の余寿命のうちの最小値が判定値よりも短いときに第３の電池モジュールとして抽出する。

たとえば、劣化指標は、各電池モジュールの内部抵抗を含む。あるいは、劣化指標は、各電池モジュールの満充電容量を含む。または、複数個の劣化指標は、各電池モジュールの内部抵抗および満充電容量を含む。

あるいは好ましくは、二次電池は、リチウムイオン二次電池であり、劣化診断部は、劣化パラメータ取得部と、リチウム析出量推定部とを含む。劣化パラメータ取得部は、リチウムイオン二次電池の容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧特性に基づく劣化診断によって、リチウムイオン二次電池の正極容量維持率、負極容量維持率および電池容量変動量を取得するように構成される。リチウム析出量推定部は、正極容量維持率および負極容量維持率と、電池容量変動量のうちの経年劣化に対応した第１の変動量との間の予め求められた対応関係に従って、取得された正極容量維持率および負極容量維持率に基づいて、取得された電池容量変動量を、第１の変動量とリチウム析出による劣化に対応した第２の変動量とに分離するように構成される。そして、劣化指標は、各電池モジュールの第２の変動量を含む。あるいは、複数個の劣化指標は、各電池モジュールの内部抵抗および満充電容量の少なくとも一方と、第２の変動量とを含む。

好ましくは、二次電池の劣化判定装置は、ガイダンス情報生成部をさらに備える。ガイダンス情報生成部は、検出した第１の電池モジュールおよび抽出した第３の電池モジュールの個数の合計に応じて、集合体全体の交換と、第１および第３の電池モジュールのみの部分的な交換といずれがコスト上で有利であるかを評価するように構成される。

この発明の他の局面によれば、複数の電池モジュールの集合体として構成された二次電池の劣化判定方法であって、電池モジュールごとに当該電池モジュールの劣化度合を定量的に示す劣化指標を算出するステップと、算出された劣化指標と所定の交換レベルとの比較に従って、複数の電池モジュールから、交換が必要である第１の電池モジュールを検出するステップと、第１の電池モジュールが検出された場合に、複数の電池モジュールのうちの、劣化指標が交換レベルに達していない第２の電池モジュールから、第１の電池モジュールと同時に交換されるべき第３の電池モジュールを抽出するステップとを備える。

好ましくは、抽出するステップは、電池モジュールごとに、算出するステップによって算出された劣化指標に基づいて、劣化指標が交換レベルに達するまでの余寿命を推定するステップと、複数の電池モジュールのうちの第２の電池モジュールについて、推定された余寿命が所定の判定値よりも短いときに第３の電池モジュールとして抽出するステップとを含む。

さらに好ましくは、算出するステップは、各電池モジュールについて、複数個の劣化指標を算出する。推定するステップは、第２の電池モジュールについて、複数個の劣化指標のそれぞれに対応して複数個の余寿命を推定する。そして、抽出するステップは、推定された複数個の余寿命のうちの最小値が判定値よりも短いときに第３の電池モジュールとして抽出する。

たとえば、劣化指標は、各電池モジュールの内部抵抗を含む。あるいは、劣化指標は、各電池モジュールの満充電容量を含む。または、複数個の劣化指標は、各電池モジュールの内部抵抗および満充電容量を含む。

また好ましくは、二次電池は、リチウムイオン二次電池である。算出するステップは、リチウムイオン二次電池の容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧特性に基づく劣化診断によって、リチウムイオン二次電池の正極容量維持率、負極容量維持率および電池容量変動量を取得するステップと、正極容量維持率および負極容量維持率と、電池容量変動量のうちの経年劣化に対応した第１の変動量との間の予め求められた対応関係に従って、取得された正極容量維持率および負極容量維持率に基づいて、取得された電池容量変動量を、第１の変動量とリチウム析出による劣化に対応した第２の変動量とに分離するステップとを含む。そして、劣化指標は、各電池モジュールの第２の変動量を含む。あるいは、複数個の劣化指標は、各電池モジュールの内部抵抗および満充電容量の少なくとも一方と、第２の変動量とを含む。

好ましくは、二次電池の劣化判定方法は、検出した第１の電池モジュールおよび抽出した第３の電池モジュールの個数の合計に応じて、ごとの交換と、第１および第３の電池モジュールのみの部分的な交換といずれがコスト上で有利であるかを評価するステップをさらに備える。

この発明によれば、複数の電池モジュールの集合体として構成された二次電池について、電池モジュール単位でのバッテリ交換を効率化することが可能な劣化判定を行なうことができる。

本発明の実施の形態による二次電池の劣化判定が適用される、二次電池を電源とする電源システムの概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態による二次電池の劣化判定を説明するための機能ブロック図である。 二次電池における満充電容量の劣化を説明する概念図である。 二次電池における内部抵抗の劣化を説明する概念図である。 図２に示した検出部の機能を説明する蓋然図である。 図２に示した抽出部の機能を説明する蓋然図である。 本発明の実施の形態による二次電池の劣化判定の処理手順を説明するフローチャートである。 余寿命推定に従って追加交換モジュールを抽出する処理手順を説明するフローチャートである。 劣化指標が満充電容量であるときの余寿命推定を説明する第１の概念図である。 劣化指標が満充電容量であるときの余寿命推定を説明する第２の概念図である。 劣化指標が内部抵抗であるときの余寿命推定を説明する第１の概念図である。 劣化指標が内部抵抗であるときの余寿命推定を説明する第２の概念図である。 リチウムイオン二次電池の局所的ＳＯＣの変化に対する開放電圧の変化特性を示す概念図である。 リチウムイオン二次電池における単極容量の減少による単極開放電位の変化を模式的に示すグラフである。 リチウムイオン二次電池における正極および負極の間における組成対応のずれと開放電位との関係を模式的に示した概念図である。 リチウムイオン二次電池の劣化による組成対応のずれを説明する模式図である。 新品のリチウムイオン二次電池を用いた場合において、開放電圧曲線（実測値）に開放電圧曲線（推定値）を一致させたときの劣化パラメータを説明する図である。 リチウム析出による劣化だけを発生させた場合において、開放電圧曲線（実測値）に開放電圧曲線（推定値）を一致させたときの劣化パラメータを説明する図である。 経年劣化だけを発生させた場合において、開放電圧曲線（実測値）に開放電圧曲線（推定値）を一致させたときの劣化パラメータを説明する図である。 経年劣化だけを発生させた場合における、正極容量維持率および負極容量維持率と組成対応のずれ容量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２による二次電池の劣化判定の処理手順を示すフローチャートである。 開放電圧曲線（推定値）および開放電圧曲線（実測値）に一致させる処理を説明するための概念図である。 車載バッテリであるリチウムイオン二次電池の劣化パラメータをオンボードで取得するための制御処理手順を示すフローチャートである。 開放電圧曲線（推定値）および開放電圧曲線（実測値）の間における誤差電圧を示す図である。 開放電圧曲線（推定値）および開放電圧の間における誤差電圧を示す図である。 本発明の実施の形態３による二次電池の劣化判定の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による二次電池の劣化判定における余寿命推定値の算出を説明する図表である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則として繰返さないものとする。

［実施の形態１］
実施の形態１では、本発明の実施の形態による二次電池の劣化判定の基本的な概念を説明する。

図１は、本発明の実施の形態による二次電池の劣化判定が適用される、二次電池を電源とする電源システムの概略構成を示すブロック図である。

図１を参照して、二次電池１０は、負荷５０の駆動電力を供給する。負荷５０は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載される走行用電動機で構成される。さらに、負荷５０は、電動機の回生電力により二次電池１０を充電する。二次電池１０は、たとえば、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池により構成される。

二次電池１０は、複数の電池モジュール１５が接続された集合体として構成される。各電池モジュール１５には、電圧センサ３０および温度センサ４０が設けられる。なお、図１の例では、各電池モジュール１５が直列に接続されているので、各電池モジュールに共通の電流センサ２０が配置される。

以下では、電流センサ２０による測定値を電池電流Ｉｂと表記し、電圧センサ３０による測定値を電池電圧Ｖｂと表記し、温度センサ４０による測定値を電池温度Ｔｂとも表記する。また、電池電流Ｉｂ、電池電圧Ｖｂおよび電池温度Ｔｂ等のセンサによって取得されたデータを、包括的に「電池データ」とも称する。

図１から理解されるように、電池電流Ｉｂ、電池電圧Ｖｂおよび電池温度Ｔｂは、電池モジュール１５ごとに検出される。すなわち、本実施の形態では、電池モジュール１５ごとに、電池データに基づいて個別に劣化診断を実行することができる。本実施の形態では、電池モジュール１５は、電池データに基づいて、電池劣化度合を示す劣化指標を独立に算出可能な単位を示している。電池モジュール１５は、単一の電池セルで構成されてもよく、電池セルが複数個接続されて構成されてもよい。

電源システムは、充電器７０および充電コネクタ７５をさらに設けることによって、外部電源８０によって二次電池１０を充電可能な構成とすることもできる。外部電源８０に接続された充電プラグ８５と、充電器７０に接続された充電コネクタ７５とを接続することによって、外部電源８０からの電力が、充電器７０へ供給される。充電器７０は、外部電源８０からの供給電力を二次電池１０の充電電力に変換するように構成される。

ＥＣＵ１００は、本実施の形態による二次電池の劣化判定装置に対応する。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０２と、メモリ１０４と、図示しないＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器等とを含む。ＥＣＵ１００は、メモリ１０４に予め格納した所定プログラムの実行によって、センサ等からの入力信号・データを用いた所定の演算処理を実行することができる。

ＥＣＵ１００は、二次電池１０の使用中に、電池データに基づいて、オンボードで二次電池１０に関する電池情報を生成する。電池情報は、満充電容量に対する現在の残容量を百分率で示したＳＯＣ（State of charge）を含む。さらに、ＥＣＵ１００は、二次電池１０の入力電力上限値Ｗｉｎおよび出力電力上限値Ｗｏｕｔを、電池情報として設定する。入力電力上限値Ｗｉｎおよび出力電力上限値Ｗｏｕｔは、たとえば、推定されたＳＯＣや電池温度Ｔｂ等に基づいて設定される。

負荷制御装置６０は、電池情報に基づいて、負荷５０の駆動状態を制御するための制御指令を発生する。たとえば、二次電池のＳＯＣが低下した場合には、負荷５０の使用電力を制限するような制御指令が生成される。逆に、二次電池１０のＳＯＣが上昇した場合には、負荷５０による回生電力の発生を抑制するような制御指令が発生される。

ＥＣＵは、二次電池１０の使用中に、電池データに基づいて、電池モジュール１５ごとにオンボードで劣化診断を実行する。

以下では、ＥＣＵ１００による、本発明の実施の形態による二次電池の劣化判定について詳細に説明する。

図２は、本実施の形態による二次電池の劣化判定を説明するための機能ブロック図である。図２に示された各機能ブロックは、たとえばＥＣＵ１００が予め記憶されたプログラムをサブルーチンとして実行することによって実現することができる。

図２を参照して、劣化診断部１１０は、電池データに基づく電池モジュール１５ごとの劣化診断の結果に基づいて、電池モジュール１５毎に劣化指標ＤＩを算出する。ここでは、ｎ個（ｎ：２以上の整数）の電池モジュール１５のそれぞれについて、劣化指標ＤＩ（１）〜ＤＩ（ｎ）が算出されるものとする。たとえば、劣化指標ＤＩは、以下に説明する満充電容量（図３）または内部抵抗（図４）を含む。

図３を参照して、ＥＣＵ１００には、予め実験的に測定された基準充放電特性（実線）が格納されている。この基準充放電特性は、二次電池（各電池モジュール１５）の基準状態における電荷量と電圧値（開放電圧）との関係を示す。基準充放電特性において、最大電圧値Ｖｍａｘに対応する電荷量Ｑｍａｘが基準状態における「満充電容量」に相当する。

二次電池（電池モジュール１５）の劣化が進行すると、図３に示す基準充放電特性は、横軸方向に「縮小」されたような形状となる。図３においては、劣化がある程度まで進行した二次電池の現時充放電特性（一点鎖線）の一例を示す。現時充放電特性においては、劣化の進行に伴い、最大電圧値Ｖｍａｘとなる充電電荷量、すなわち満充電容量がＱ’ｍａｘまで低下している。電荷量の変化は、電池電流Ｉｂの積算によって求めることができる。

したがって、現時点での満充電容量がＱ’ｍａｘの検出値を、劣化指標ＤＩとして用いることができる。なお、満充電容量の変化は、必ずしも二次電池を満充電状態としなくても求めることができる。

図３に示されるように、電池モジュール１５の電圧値がＶ１からＶ２まで増加した場合における充電電荷量は、基準充放電特性ではΔＱ（＝Ｑ２−Ｑ１）である一方で、現時充放電特性ではΔＱ’（＝Ｑ２’−Ｑ１’）である。ここで、現時充放電特性は、基準充放電特性の全体を横軸方向（電荷量軸方向）に所定の比率で縮小したものとみなすことできる。すなわち、ΔＱ：ΔＱ’＝ΔＱｍａｘ：ΔＱ’ｍａｘの関係式が成立する。この結果、ＥＣＵ１００は、電池電流Ｉｂの積算によってΔＱ’を求めることにより、上記関係式に従って、満充電容量をＱ’ｍａｘ＝ΔＱｍａｘ×ΔＱ’／ΔＱのように導出できる。

図４を参照して、二次電池（各電池モジュール１５）の内部抵抗値は、二次電池に電流が流れる期間において検出される電圧値および電流値に基づいて、導出できる。内部抵抗値は、陽極材料や陰極材料などに起因する存在し、二次電池の劣化に伴い増加する。具体的には、内部抵抗値は、二次電池（各電池モジュール１５）に電流（充電電流または負荷電流）が流れることで生じる電圧降下と、その電圧降下に対応する電流値との比により導出することができる。

ＥＣＵ１００は、二次電池（各電池モジュール１５）に電流が流れる期間において、電圧センサ３０からの電池電圧Ｖｂ（電圧値）と、電流センサ２０からの電池電流Ｉｂ（電流値）とを取得する。そして、ＥＣＵ１００は、複数回にわたって、電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂを取得した後、その相関値が最も高くなるように電流値についての１次関数を導出する。この導出される１次関数の「傾き」が内部抵抗値に相当する。電池劣化に伴い、内部抵抗値は増加するので、図４に示すように、１次関数の傾きは大きくなる。

再び図２を参照して、検出部１２０は、電池モジュール１５のそれぞれの劣化指標ＤＩ（１）〜ＤＩ（ｎ）と、所定の交換レベルとの比較に従って交換が必要な電池モジュール（以下、「要交換モジュール」とも称する）を検出する。

図５を参照して、検出部１２０は、いずれかの電池モジュール１５において、劣化指標ＤＩが、交換レベルＣＨ１に達しているときに、当該電池モジュールを要交換モジュールとして検出する。図５の例では、電池モジュール１５（１）〜（１０）のうち、電池モジュール１５（５）が交換レベルまで劣化している。この結果、電池モジュール１５（５）が、要交換モジュールとして検出される。

このように、要交換モジュールは、複数の電池モジュール１５のうちの、劣化指標ＤＩについて交換が必要なレベルまで劣化が進行した電池モジュールであり、「第１の電池モジュール」に対応する。

再び図２を参照して、余寿命推定部１３０は、劣化診断部１１０によって算出された劣化指標ＤＩ（１）〜ＤＩ（ｎ）に基づいて、複数の電池モジュール１５のそれぞれの余寿命推定値ＲＬ（１）〜ＲＬ（ｎ）を算出する。余寿命推定値ＲＬ（１）〜ＲＬ（ｎ）の各々は、各電池モジュール１５について、劣化指標ＤＩが交換レベルに達するまでの長さを定量的に示すパラメータである。

抽出部１４０は、検出部１２０によって要交換モジュールが検出されたときに、それ以外の電池モジュールのうちから、要交換モジュールと同時に交換されるべき電池モジュール（以下、「追加交換モジュール」とも称する）を抽出する。すなわち、抽出部１４０は、複数の電池モジュール１５のうちの、劣化指標Ｄ１が交換レベルまで達していない電池モジュール（「第２の電池モジュール」に対応）から、近い内に交換レベルまで劣化することが予測される電池モジュールを、追加交換モジュールとして抽出する。すなわち、追加交換モジュールは、「第３の電池モジュール」に対応する。追加交換モジュールは、劣化指標ＤＩ（１）〜ＤＩ（ｎ）または余寿命推定値ＲＬ（１）〜ＲＬ（ｎ）によって抽出することができる。

図６を参照して、抽出部１４０は、電池モジュール１５（５）が要交換モジュールとして検出されたときに、その他の電池モジュール１５（１）〜（４），１５（６）〜（１０）のうちから、要交換モジュール１５（５）と同時に交換されるべき、追加交換モジュールを抽出する。

たとえば、図６に示されるように、劣化指標ＤＩが、交換レベルＣＨ１には達していないものの、予備交換レベルＣＨ２に達している電池モジュール１５（２），（４），（７）が、追加交換モジュールとして抽出される。

再び、図２を参照して、ガイダンス情報生成部１５０は、検出部１２０および抽出部１４０の出力に基づいて、バッテリ交換に関するガイダンス情報を出力する。ガイダンス情報は、検出部１２０により検出された要交換モジュールおよび、抽出部１４０によって抽出された追加交換モジュールを特定する情報を含む。さらに、ガイダンス情報は、要交換モジュールおよび追加交換モジュールの合計個数に基づく、バッテリ交換のコスト評価結果を含んでもよい。たとえば、要交換モジュールおよび追加交換モジュールの一部の電池モジュール１５のみの交換と、二次電池１０全体の交換とのコストを比較する情報が、ガイダンス情報に含まれる。

図７は、本発明の実施の形態による二次電池の劣化判定の処理手順を説明するフローチャートである。図７に示す一連の制御処理は、ＥＣＵ１００が予め記憶された所定プログラムを一定周期で起動することによって実現される。

図７を参照して、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１００により、二次電池の満充電容量または内部抵抗を劣化指標ＤＩとして算出する。上述のように、劣化指標ＤＩは、電池モジュール１５ごとに算出される。ステップＳ１００の処理は、図２の劣化診断部１１０の機能に対応する。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１５０により、ステップＳ１００で算出された劣化指標ＤＩと交換レベルＣＨ１との比較により、複数の電池モジュール１５から交換要モジュールを検出する。なお、すべての電池モジュール１５の劣化指標ＤＩが交換レベル（ＣＨ１）に達していないとき（Ｓ１５０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、以下のステップ群をスキップして、処理を終了する。

一方、複数の電池モジュール１５のいずれかで劣化指標ＤＩが交換レベルＣＨ１を超えているとき（Ｓ１５０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６０に処理を進めて、要交換モジュールを特定する。すなわち、ステップＳ１５０，Ｓ１６０による処理は、図２の検出部１２０の機能に対応する。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２００により、追加交換モジュールを抽出する。たとえば、ステップＳ２００では、図６に示したように、交換レベルＣＨ１よりも劣化度合が低い予備交換レベルＣＨ２と、劣化指標ＤＩとが比較される。そして、劣化指標ＤＩが交換レベルＣＨ１には達していないものの予備交換レベルＣＨ２に達している電池モジュール１５は、追加交換モジュールとして抽出される。ステップＳ２００による処理は、図２の抽出部１４０の機能に対応する。

あるいは、電池モジュール１５ごとの劣化指標ＤＩに基づく余寿命推定に従って、ステップＳ２００での追加交換モジュールの抽出を行なうこともできる。

図８には、余寿命推定に基づいて追加交換モジュールを抽出する際におけるステップＳ２００での処理手順が詳細に示される。

図８を参照して、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１０では、交換レベルに達していない電池モジュール１５について、余寿命推定値ＲＬを取得する。余寿命推定値は、たとえば特許文献３に記載した手法により取得することができる。ステップＳ２１０の処理は、図２の余寿命推定部１３０の機能に対応する。

図９および図１０は、劣化指標が満充電容量であるときの余寿命推定を説明する概念図である。

図９を参照して、ＥＣＵ１００は、これまでに取得された劣化指標としての満充電容量の推移と、高い相関値をもつように、二次電池（各電池モジュール１５）の試用期間を変数とする１次関数からなる相関関数を決定する。試用期間は、年月によって示すことができる。あるいは、電動車両に搭載された二次電池（各電池モジュール１５）では車両走行距離の平方根を、使用期間と定義することもできる。

たとえば、ＥＣＵ１００は、最小二乗法を用いて、取得された満充電容量の各々との偏差が最小となるような相関関数を決定する。そして、ＥＣＵ１００は、決定した相関関数が交換レベル（ＣＨ１）と交差する点を寿命と判断し、その寿命に相当する二次電池の試用期間を取得する。さらに、現時点から、取得した寿命に相当する使用期間までの残存期間を余寿命推定値として算出される。

図１０を参照して、二次電池（各電池モジュール１５）の使用環境が変化することによって、その劣化速度が変化する可能性がある。二次電池の劣化速度は、使用者、使用頻度、使用温度などの使用環境に応じて変化するからである。このため、使用環境の変化の前後での満充電容量を区別することなく相関関数を求めると、余寿命推定の誤差が大きくなることが懸念される。

したがって、図１０に示されるように、二次電池（各電池モジュール１５）の使用環境が変化した場合には、手動あるいは自動でリセット指令を発生させることも可能である。そして、ＥＣＵ１００は、リセット指令を受けた時点以降に蓄積される満充電容量に基づいて、本来の相関関数を求めるとともに余寿命を推定する。これにより、使用環境の変化した場合における余寿命推定の誤差が低減する。

図１１および図１２は、劣化指標が内部抵抗であるときの余寿命推定を説明する概念図である。

図１１および図１２では、劣化指標が内部抵抗であるため、満充電容量（図９，図１０）とは反対に、電池劣化の進行に伴い劣化指標の値は上昇する。この点を除いては、内部抵抗を用いた余寿命推定は、満充電容量を用いた余寿命推定と同様である。すなわち、図１１に示されるように、ＥＣＵ１００は、これまでに取得された劣化指標としての内部抵抗から正の相関関数が決定する。さらに、ＥＣＵ１００は、決定した相関関数が交換レベル（ＣＨ１）と交差する点を寿命と判断し、その寿命に相当する二次電池の試用期間を取得する。さらに、現時点から、取得した寿命に相当する使用期間までの残存期間を余寿命推定値として算出される。

また、図１２に示されるように、二次電池（各電池モジュール１５）の使用環境が変化した場合に、手動あるいは自動でリセット指令を発生させることも可能である。ＥＣＵ１００は、リセット指令を受けた時点以降に蓄積される内部抵抗に基づいて、本来の相関関数を求めるとともに余寿命を推定する。これにより、使用環境の変化した場合における余寿命推定の誤差が低減する。

再び図８を参照して、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２２０では、１つの電池モジュール１５についてステップＳ２１０で取得された余寿命推定値ＲＬと、所定の判定値とを比較する。この判定値は、使用期間（たとえば、走行距離の平方根または年月）を示す。

そして、余寿命推定値ＲＬが判定値よりも低いとき（Ｓ２２０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３０により、当該電池モジュール１５を追加交換モジュールとして記憶する。一方、余寿命推定値ＲＬが判定値よりも高いとき（Ｓ２２０のＮＯ判定時）には、ステップＳ２３０はスキップされる。したがって、当該電池モジュール１５は、追加交換モジュールとして記憶されない。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ２４０により、すべての電池モジュール１５で余寿命判定が終了したか否かどうかを判定する。すべての電池モジュール１５の余寿命判定が終了していないとき（Ｓ２４０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２４５により判定対象の電池モジュールを切換えた上で、ステップＳ２２０，Ｓ２３０の処理を実行する。

ステップＳ２２０〜Ｓ２４５の処理が、すべての電池モジュール１５の余寿命判定が終了するまで繰返される。これにより、複数の電池モジュール１５のうちの、交換レベル未達の電池モジュールの各々について、余寿命推定値に基づいて、追加交換モジュールとして抽出すべきか否かが判定される。

すべての電池モジュール１５の余寿命判定が終了すると（Ｓ２４０のＹＥＳ判定時）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２５０により、ステップＳ２３０で記憶された電池モジュール１５に従って、追加交換モジュールを特定する。

再び図７を参照して、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２００が終了すると、ステップＳ３００により、バッテリ交換のコストを評価する。たとえば、要交換モジュール（Ｓ１６０）および追加交換モジュール（Ｓ２００）の合計個数に基づいて、これらの一部モジュールのみの交換と、二次電池１０全体の交換とのコストが比較される。たとえば、交換する電池モジュール数が、交換コストを考慮して予め定められた所定値より大きいときには、二次電池１０全体のバッテリ交換が好ましいと判定される。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４００では、バッテリ交換のガイダンス情報を生成する。上述のように、ガイダンス情報は、要交換モジュールおよび追加交換モジュールを特定する情報を含む。さらに、上述のような、バッテリ交換コストを評価した結果が、ガイダンス情報に含まれてもよい。

このように、本実施の形態による二次電池の劣化判定によれば、電池モジュール単位での劣化診断結果に基づいて、交換が必要なレベルに達した要交換モジュールを検出するとともに、交換レベルに達していない電池モジュールの中からも、同時に交換することが望ましい追加交換モジュールを抽出することができる。この結果、電池モジュール単位での交換が可能な二次電池を対象としたバッテリ交換を効率的に行なうことができる。

また、劣化指標に基づいて直接の交換要否を判定する一方で、劣化指標が交換レベルに達していない電池モジュールについては、当該劣化指標が交換レベルに達するまでの余寿命推定に基づいて、追加交換モジュールを抽出できる。これにより、追加交換モジュールを高精度に抽出することができる。

［実施の形態２］
出力電圧や出力密度が高い利点より、リチウムイオン二次電池の使用が拡大されている。その一方で、リチウムイオン二次電池では、金属リチウムの析出が電池劣化に大きな影響を及ぼすことが知られている。このため、リチウムイオン二次電池が劣化判定の対象である場合には、定量的に評価されたリチウム析出に基づいた劣化指標を使用することが好ましい。

実施の形態２では、リチウムイオン二次電池のリチウム析出量を定量的に推定する手法と、推定されたリチウム析出量に基づく二次電池の劣化判定とについて説明する。すなわち、実施の形態２では、二次電池１０（電池モジュール１５）を構成する各セルは、リチウムイオン二次電池である。

（リチウム析出量の抽出について）
実施の形態２では、電池モジュール１５ごとの劣化診断により、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２および電池容量変動量（ずれ容量）ΔＱｓを算出する。正極容量維持率ｋ１は、初期状態の正極容量に対する劣化状態の正極容量の割合で定義される。負極容量維持率ｋ２は、初期状態の負極容量に対する劣化状態の負極容量の割合で定義される。ずれ容量は、正極および負極の間における組成対応のずれ容量であり、「電池容量変動量」に対応する。以下、これらの劣化パラメータについて詳細に説明する。

周知のように、リチウムイオン二次電池は、負極、電解液を含むセパレータ、および正極を含む（いずれも図示せず）。負極および正極のそれぞれは、球状の活物質の集合体で構成される。リチウムイオン二次電池の放電時において、負極の活物質の界面上では、リチウムイオンＬｉ＋および電子ｅ−を放出する化学反応が行なわれる。一方、正極の活物質の界面上では、リチウムイオンＬｉ＋および電子ｅ−を吸収する化学反応が行なわれる。リチウムイオン二次電池の充電時には、上述した反応と逆の反応が行なわれる。

負極には、電子を吸収する集電板が設けられ、正極には、電子を放出する集電板が設けられている。負極の集電板は、例えば、銅で形成され、負極端子に接続されている。正極の集電板は、例えば、アルミニウムで形成されており、正極端子に接続されている。セパレータを介して、正極および負極の間でリチウムイオンの授受が行なわれることにより、リチウムイオン二次電池の充放電が行なわれる。

ここで、リチウムイオン二次電池の内部における充電状態は、正極および負極のそれぞれの活物質におけるリチウム濃度分布に応じて異なる。このリチウムは、リチウムイオン二次電池の反応に寄与する。

リチウムイオン二次電池の出力電圧Ｖは、下記式（１）によって表される。
Ｖ＝ＯＣＶ（θ１，θ２）−Ｒ×Ｉ ・・・（１）
ここで、ＯＣＶは、リチウムイオン二次電池の開放電圧、Ｒは、リチウムイオン二次電池の全体における抵抗、Ｉは、リチウムイオン二次電池に流れる電池電流である。抵抗Ｒは、負極および正極で電子の移動に対する純電気的な抵抗と、活物質界面での反応電流発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗とが含まれる。

θ１は、正極活物質の表面における局所的ＳＯＣ（State Of Charge）であり、θ２は、負極活物質の表面における局所的ＳＯＣである。抵抗Ｒは、θ１、θ２および電池温度の変化に応じて変化する特性を有する。言い換えれば、抵抗Ｒは、θ１、θ２および電池温度の関数として表すことができる。

局所的ＳＯＣθ１，θ２は、下記式（２）によって表される。
θｉ＝Ｃse,i／Ｃs,i,max （ｉ＝１，２） ・・・（２）
ここで、Ｃse,iは、活物質（正極又は負極）の界面におけるリチウム濃度（平均値）であり、Ｃs,i,maxは、活物質（正極又は負極）における限界リチウム濃度である。限界リチウム濃度とは、正極や負極におけるリチウム濃度の上限値である。

図１３は、局所的ＳＯＣの変化に対する開放電圧の変化特性を示す概念図である。
図１３を参照して、リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶは、正極開放電位Ｕ１および負極開放電位Ｕ２の電位差として表される。正極開放電位Ｕ１は、正極活物質の表面における局所的ＳＯＣθ１に応じて変化する特性を有し、負極開放電位Ｕ２は、負極活物質の表面における局所的ＳＯＣθ２に応じて変化する特性を有している。

リチウムイオン二次電池が初期状態にあるときに、局所的ＳＯＣθ１および正極開放電位Ｕ１の関係を測定しておけば、局所的ＳＯＣθ１および正極開放電位Ｕ１の関係を示す特性（図１３に示すＵ１の曲線）を得ることができる。初期状態とは、リチウムイオン二次電池の劣化が発生していない状態をいい、例えば、リチウムイオン二次電池を製造した直後の状態をいう。

リチウムイオン二次電池が初期状態にあるときに、局所的ＳＯＣθ２および負極開放電位Ｕ２の関係を測定しておけば、局所的ＳＯＣθ２および負極開放電位Ｕ２の関係を示す特性（図１３に示すＵ２の曲線）を得ることができる。これらの特性（Ｕ１，Ｕ２）を示すデータは、マップとしてメモリに予め格納しておくことができる。

リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶは、放電が進むにつれて低下する特性を有している。また、劣化後のリチウムイオン二次電池においては、初期状態のリチウムイオン二次電池に比べて、同じ放電時間に対する電圧低下量が大きくなる。このことは、リチウムイオン二次電池の劣化によって、満充電容量の低下と開放電圧特性の変化とが生じていることを示している。

本実施の形態では、リチウムイオン二次電池の劣化に伴う開放電圧特性の変化を、劣化状態のリチウムイオン二次電池の内部で起きると考えられる２つの現象としてモデル化している。この２つの現象は、正極および負極での単極容量の減少と、正極および負極の間における組成の対応ずれである。

単極容量の減少とは、正極および負極のそれぞれにおけるリチウムの受け入れ能力の減少を示している。リチウムの受け入れ能力が減少していることは、充放電に有効に機能する活物質等が減少していることを意味している。

図１４は、単極容量の減少による単極開放電位の変化を模式的に示すグラフである。
図１４において、正極容量の軸におけるＱ＿Ｌ１は、リチウムイオン二次電池の初期状態において、図１３の局所的ＳＯＣ＝θL1に対応する容量である。Ｑ＿Ｈ１１は、リチウムイオン二次電池の初期状態において、図１３の局所的ＳＯＣ＝θH1に対応する容量である。また、負極容量の軸におけるＱ＿Ｌ２は、リチウムイオン二次電池の初期状態において、図１３の局所的ＳＯＣ＝θL2に対応する容量であり、Ｑ＿Ｈ２１は、リチウムイオン二次電池の初期状態において、図１３の局所的ＳＯＣ＝θH2に対応する容量である。

正極において、リチウムの受け入れ能力が低下すると、正極の局所的ＳＯＣθ１に対応する容量は、Ｑ＿Ｈ１１からＱ＿Ｈ１２に変化する。また、負極において、リチウムの受け入れ能力が低下すると、負極の局所的ＳＯＣθ２に対応する容量は、Ｑ＿Ｈ２１からＱ＿Ｈ２２に変化する。

ここで、リチウムイオン二次電池が劣化しても、局所的ＳＯＣθ１および正極開放電位Ｕ１の関係（図１３）は変化しない。このため、局所的ＳＯＣθ１および正極開放電位Ｕ１の関係を、正極容量および正極開放電位の関係に変換すると、図１４に示すように、正極容量および正極開放電位の関係を示す曲線は、リチウムイオン二次電池が劣化した分だけ、初期状態の曲線に対して縮んだ状態となる。

また、局所的ＳＯＣθ２および負極開放電位Ｕ２の関係を、負極容量および負極開放電位の関係に変換すると、図１４に示すように、負極容量および負極開放電位の関係を示す曲線は、リチウムイオン二次電池が劣化した分だけ、初期状態の曲線に対して縮んだ状態となる。

図１５は、正極および負極の間における組成対応のずれと開放電位との関係を模式的に示した概念図である。組成対応のずれとは、正極および負極の組を用いて充放電を行なうときに、正極の組成（θ１）および負極の組成（θ２）の組み合わせが、リチウムイオン二次電池の初期状態に対してずれていることを示すものである。

単極の組成θ１，θ２および開放電位Ｕ１，Ｕ２の関係を示す曲線は、図１３に示した曲線と同様である。ここで、リチウムイオン二次電池が劣化すると、負極組成θ２の軸は、正極組成θ１が小さくなる方向にΔθ２だけシフトする。これにより、負極組成θ２および負極開放電位Ｕ２の関係を示す曲線は、初期状態の曲線に対して、Δθ２の分だけ、正極組成θ１が小さくなる方向にシフトする。

正極の組成θ１fixに対応する負極の組成は、リチウムイオン二次電池が初期状態にあるときには「θ２fix_ini」となるが、リチウムイオン二次電池が劣化した後には「θ２fix」となる。なお、図１５では、図１３に示す負極組成θL2を０としているが、これは、負極のリチウムがすべて抜けた状態を示している。

本実施の形態では、上述の正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２および正負極組成対応ずれ量ΔＱｓの３つの劣化パラメータを導入することにより、上述した２つの劣化現象をモデル化している。

正極容量維持率ｋ１は、上述のように、初期状態の正極容量に対する劣化状態の正極容量の割合で定義される。ここで、正極容量は、リチウムイオン二次電池が劣化状態となった後において、初期状態の容量から任意の量だけ減少したとする。このとき、正極容量維持率ｋ１は、下記式（３）によって表される。

ｋ１＝（Ｑ1_ini−ΔＱ1）／Ｑ1_ini ・・・（３）
（０＜ｋ１＜１）
ここで、Ｑ1_iniは、リチウムイオン二次電池が初期状態にあるときの正極容量（図１４に示すＱ＿Ｈ１１）を示し、ΔＱ1は、リチウムイオン二次電池が劣化したときの正極容量の減少量を示している。正極容量Ｑ1_iniは、実験によって予め求めておくことができる。

負極容量維持率ｋ２は、上述のように、初期状態の負極容量に対する劣化状態の負極容量の割合で定義される。ここで、負極容量は、リチウムイオン二次電池が劣化状態となった後において、初期状態の容量から任意の量だけ減少したとする。このとき、負極容量維持率ｋ２は、下記式（４）によって表される。

ｋ２＝（Ｑ2_ini−ΔＱ2）／Ｑ2_ini ・・・（４）
（０＜ｋ２＜１）
ここで、Ｑ2_iniは、リチウムイオン二次電池が初期状態にあるときの負極容量（図１４のＱ＿Ｈ２１）を示し、ΔＱ2は、リチウムイオン二次電池が劣化したときの負極容量の減少量を示している。負極容量Ｑ2_iniは、実験によって予め求めておくことができる。

図１６は、劣化による組成対応のずれを説明する模式図である。
リチウムイオン二次電池が劣化状態となったときには、負極組成θ２が１であるときの容量は、（Ｑ2_ini−ΔＱ2）となる。また、正極および負極の間における組成対応ずれ容量ΔＱｓは、正極組成軸に対する負極組成軸のずれ量Δθ２に対応する容量である。これにより、下記式（５）の関係が成り立つ。

１：Δθ２＝（Ｑ2_ini−ΔＱ2）：ΔＱｓ ・・・（５）
式（４）及び式（５）から下記式（６）が求められる。

ΔＱｓ＝（Ｑ2_ini−ΔＱ2）×Δθ２
＝ｋ２×Ｑ2_ini×Δθ２ ・・・（６）
リチウムイオン二次電池が初期状態にあるとき、正極組成θ1fix_iniは、負極組成θ2fix_iniに対応している。リチウムイオン二次電池が劣化状態にあるとき、正極組成θ1fixは、負極組成θ2fixに対応している。また、組成対応のずれは、初期状態における正極組成θ1fixを基準とする。すなわち、正極組成θ1fixおよび正極組成θ1fix_iniは、同じ値とする。

リチウムイオン二次電池の劣化により、正極および負極の間における組成対応のずれが生じた場合において、リチウムイオン二次電池の劣化後における正極組成θ1fixおよび負極組成θ2fixは、下記式（７），（８）の関係を有している。

θ1fix＝θ1fix_ini ・・・（７）
θ2fix＝[(1-θ1fix)×k1×Ｑ1_ini-ΔＱｓ]／（k2×Ｑ2_ini） ・・・（８）
式（８）の意味について説明する。リチウムイオン二次電池の劣化によって、正極組成θ１が１からθ1fixまで変化（減少）したときに、正極から放出されるリチウムの量は、下記式（９）によって表される。

正極から放出されるリチウムの量＝（１−θ1fix）×ｋ１×Ｑ1_ini ・・・（９）
ここで、（１−θ1fix）の値は、リチウムイオン二次電池の劣化による正極組成の変化分を示し、（ｋ１×Ｑ1_ini）の値は、リチウムイオン二次電池の劣化後における正極容量を示している。

正極から放出されたリチウムが負極にすべて取り込まれるとすると、負極組成θ2fixは、下記式（１０）となる。

θ2fix＝（１−θ1fix）×ｋ１×Ｑ1_ini／（ｋ２×Ｑ2_ini） ・・・（１０）
ここで、（ｋ２×Ｑ2_ini）の値は、リチウムイオン二次電池の劣化後における負極容量を示している。

一方、正極および負極の間における組成対応のずれ（Δθ２）が存在するときには、負極組成θ2fixは、下記式（１１）で表される。

θ2fix＝（１−θ1fix）×ｋ１×Ｑ1_ini／（ｋ２×Ｑ2_ini）−Δθ２ ・・・（１１）
組成対応のずれ量Δθ２は、式（６）により、組成対応のずれ容量ΔＱｓを用いて表すことができる。これにより、負極組成θ2fixは、上記式（８）で表される。

図１６に示すように、リチウムイオン二次電池が劣化状態にあるときの開放電圧ＯＣＶは、劣化状態における正極開放電位Ｕ１１および負極開放電位Ｕ２２の電位差として表される。すなわち、３つの劣化パラメータｋ１，ｋ２，ΔＱｓを推定すれば、リチウムイオン二次電池が劣化状態にあるときの負極開放電位Ｕ２２を特定でき、負極開放電位Ｕ２２および正極開放電位Ｕ１１の電位差として、開放電圧ＯＣＶを算出することができる。

本実施の形態では、さらに、劣化パラメータｋ１，ｋ２，ΔＱｓを用いて、リチウムイオン二次電池の内部状態、具体的には、リチウムイオン二次電池の劣化が、リチウムの析出による劣化によるものかを推定する。一般的に、リチウムイオン二次電池の劣化には、リチウムの析出による劣化と、経年劣化とが含まれるので、これらの劣化を区別した状態で把握（推定）することによって、劣化状態を詳しく判断することができる。

経年劣化とは、通電や放置によって正極および負極の性能（リチウムの受け入れ能力）が低下することであり、例えば、正極や負極の活物質が磨耗することが挙げられる。また、活物質表面への被膜形成などによって生じる正極および負極間の組成劣化も経年劣化の一例として挙げられる。

一方、リチウムの析出による劣化とは、電池反応に用いられるリチウムイオンが金属リチウムに変化して電池反応に寄与しなくなる劣化をいう。

リチウムイオン二次電池が劣化していないときの開放電圧ＯＣＶは、初期状態のリチウムイオン二次電池における開放電圧ＯＣＶと一致することになる。すなわち、正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２が１であり、組成対応のずれ容量ΔＱｓが０であるときに、上述した説明によって算出（推定）された開放電圧ＯＣＶは、初期状態（新品）であるリチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶを測定したときの値（実測値）と一致することになる。

図１７には、リチウムイオン二次電池の容量（ＳＯＣ）および開放電圧ＯＣＶの関係（すなわち、開放電圧特性）を示している。以下では、開放電圧特性を示す、図１７等に示される曲線を「開放電圧曲線」とも称する。図１７の点線は、開放電圧曲線（実測値）であり、実線は、開放電圧曲線（推定値）である。開放電圧曲線（推定値）は、開放電圧曲線（実測値）と重なっている。

図１７において、縦軸は、開放電圧ＯＣＶを示し、横軸は、リチウムイオン二次電池の容量を示している。

一方、リチウムイオン二次電池が劣化すると、開放電圧（実測値）ＯＣＶは変化することになる。ここで、図１８（図１７に対応する図）の点線には、リチウムの析出による劣化だけが発生しているリチウムイオン二次電池、言い換えれば、経年劣化は発生していないリチウムイオン二次電池を用いて、開放電圧曲線（実測値）を測定した結果を示している。

ここで、リチウムイオン二次電池を低温状態に維持すれば、経年劣化を抑制することができ、経年劣化を抑制した状態でリチウムの析出だけを行なわせることができる。複数の温度条件のもとで経年劣化が発生するか否かの実験を行なうことにより、リチウムイオン二次電池を低温状態とするときの設定温度を決定することができる。これにより、リチウムの析出による劣化だけを、リチウムイオン二次電池に発生させることができる。

３つの劣化パラメータ（ｋ１，ｋ２，ΔＱｓ）を正しく推定すると、開放電圧曲線（推定値）を、図１８に示す開放電圧曲線（実測値）に略一致させることができる。言い換えれば、開放電圧曲線（推定値）が開放電圧曲線（実測値）に略一致するように、３つの劣化パラメータを探索することができる。

図１８には、開放電圧（実測値）ＯＣＶおよび開放電圧（推定値）ＯＣＶが略一致している状態を示している。このときの開放電圧曲線（推定値）を決定する劣化パラメータとしては、正極容量維持率ｋ１が「１」、負極容量維持率ｋ２が「１」、組成対応のずれ容量ΔＱｓが「０．６２」となっている。開放電圧曲線（推定値）を、図１８に示す開放電圧曲線（実測値）に略一致させるように、３つの劣化パラメータ（ｋ１，ｋ２，ΔＱｓ）を探索することによって、上記の劣化パラメータ値を取得することができる。

図１９の点線には、経年劣化だけが発生しているリチウムイオン二次電池、言い換えれば、リチウムが析出していないリチウムイオン二次電池を用いて、開放電圧曲線（実測値）を測定した結果を示している。図１９において、縦軸は、開放電圧ＯＣＶを示し、横軸は、リチウムイオン二次電池の容量を示している。

ここで、リチウムイオン二次電池を高温状態に維持すれば、リチウムの析出を抑制することができ、リチウムの析出を抑制した状態で経年劣化だけを発生させることができる。複数の温度条件のもとでリチウムが析出するか否かの実験を行なうことにより、リチウムイオン二次電池を高温状態とするときの設定温度を決定することができる。設定温度としては、例えば、５０度とすることができる。これにより、経年劣化だけを、リチウムイオン二次電池に発生させることができる。

図１９には、開放電圧（実測値）ＯＣＶおよび開放電圧（推定値）ＯＣＶが略一致している状態を示している。このときの開放電圧曲線（推定値）を決定する劣化パラメータとしては、正極容量維持率ｋ１が「０．８５」、負極容量維持率ｋ２が「０．９７」、組成対応のずれ容量ΔＱｓが「０．０５」となっている。開放電圧曲線（推定値）を、図１９に示す開放電圧曲線（実測値）に略一致させるように、３つの劣化パラメータ（ｋ１，ｋ２，ΔＱｓ）を探索することによって、上記の劣化パラメータ値を取得することができる。

図１８および図１９に示すように、リチウムの析出による劣化だけが発生しているリチウムイオン二次電池では、３つの劣化パラメータ（ｋ１，ｋ２，ΔＱｓ）のうち、組成対応のずれ容量ΔＱｓだけが新品（初期状態）のリチウムイオン二次電池における組成対応のずれ容量ΔＱｓ（＝０）に対して変化していることが分かる。

また、経年劣化だけが発生しているリチウムイオン二次電池では、３つの劣化パラメータ（ｋ１，ｋ２，ΔＱｓ）のすべてについて、新品（初期状態）のリチウムイオン二次電池に対してずれていることが分かる。なお、経年劣化の場合における組成対応のずれ容量ΔＱｓは、リチウム析出による劣化の場合における組成対応のずれ容量ΔＱｓよりも小さくなっている。

リチウムが析出するということは、例えば、充電時において正極から放出されたリチウムイオンが負極に取り込まれない場合が考えられる。この場合には、正極および負極の間における組成対応がずれることになり、ずれ容量ΔＱｓが変化することになる。また、リチウムの析出だけが発生している状態では、正極および負極におけるリチウムの受け入れ能力は低下しないため、正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２の各々は、「１」に維持されることになる。

このように、ずれ容量ΔＱｓには、リチウム析出の劣化に起因したずれ容量ΔＱｓ（Ｌｉ）と、経年劣化に起因したずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）とが含まれるため、両者を分離することによって、リチウム析出量を定量的に推定することが可能となる。

まず、経年による劣化成分を特定するために用いられるマップについて説明する。このマップは、リチウムイオン二次電池において経年劣化だけを発生させた場合において、正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２と、組成対応のずれ容量ΔＱｓとの対応関係を示すものである。このマップは、実験結果に基づいて予め作成することができる。上述したように、リチウムイオン二次電池を高温状態で維持すれば、リチウムの析出を防止でき、経年劣化だけを発生させる実験を行なうことができる。

経年劣化を段階的に進行させることにより、リチウムイオン二次電池の容量（満充電容量）を所定量だけ段階的に減少させる。そして、リチウムイオン二次電池の容量を減少させるたびに、リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶを測定する。これにより、リチウムイオン二次電池が所定の容量劣化であるときにおいて、容量の変化に対する開放電圧ＯＣＶの変化を示すデータ（開放電圧曲線（実測値））を得ることができる。例えば、リチウムイオン二次電池の容量が１００％から５０％に到達するまで、容量を５％ずつ低下（劣化）させ、容量を低下させるたびに、リチウムイオン二次電池の開放電圧ＯＣＶを測定する。

そして、各容量劣化のもとで得られた開放電圧（実測値）ＯＣＶに対して、開放電圧（推定値）ＯＣＶを一致させるための劣化パラメータ（正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２およびずれ容量ΔＱｓ）を探索することができる。

このようにして、図２０に示すマップ（以下、経年劣化マップという）を得ることができる。図２０に示す経年劣化マップでは、正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２とずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）との対応関係を示しており、例えば、正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２を選択すれば、経年劣化に起因するずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）を特定することができる。経年劣化マップは、メモリに格納しておくことができる。

本実施の形態において、各電池モジュール１５について、図１７〜図１９に示すような、容量の変化に対する開放電圧（実測値）ＯＣＶの変化を示すデータ（開放電圧曲線）を取得することによって、開放電圧（推定値）ＯＣＶが開放電圧（実測値）ＯＣＶと一致するように劣化パラメータ（ｋ１，ｋ２，ΔＱｓ）を探索することができる。

開放電圧曲線は、最低限、使用が終了した状態の二次電池１０（リチウムイオン二次電池）をオフボードで充放電することによって求めることができる。ただし、二次電池１０の使用中にオンボードで開放電圧特性を測定することも可能である。

たとえばＥＣＵ１００によって、リチウムイオン二次電池（電池モジュール１５）の使用時にオンボードで開放電圧曲線を測定することも可能である。たとえば、リチウムイオン二次電池の緩和時（電池電流＝０の状態継続時）における電池電圧の検出値に基づいて開放電圧の変化を測定するとともに、電池電流Ｉｂの積算値に基づいて容量の変化を測定することができる。

あるいは、図１の電源システムでは、外部電源８０による二次電池１０の充電時における容量の変化に対応して、電池電圧Ｖｂの変化を測定することによって、開放電圧特性を測定することができる。

（リチウム析出量を劣化指標とした劣化判定）
図２１は、本発明の実施の形態２による二次電池の劣化判定の処理手順を示すフローチャートである。

図２１を参照して、ＥＣＵ１００は、図７に示したステップＳ１００として、Ｓ１１０〜Ｓ１４０を実行することにより、リチウム析出量を定量的に示すパラメータΔＱｓ（Ｌｉ）を劣化指標ＤＩとして取得する。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０により、劣化判定の対象であるリチウムイオン二次電池（電池モジュール１５）の開放電圧（実測値）ＯＣＶを測定する。上述のように、リチウムイオン二次電池（各電池モジュール１５）を充放電に並行して開放電圧（実測値）ＯＣＶを測定することにより、開放電圧曲線（実測値）を得ることができる。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２０では、３つの劣化パラメータ（正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２およびずれ容量ΔＱｓ）を適宜変更しながら、３つの劣化パラメータによって特定される開放電圧（推定値）ＯＣＶが、ステップＳ１１０で得られた開放電圧（実測値）ＯＣＶに一致するか否かを判断する。

図２２に示されるように、具体的には、３つの劣化パラメータの任意の組み合わせを設定し、設定した劣化パラメータに基づいて、開放電圧（推定値）ＯＣＶを算出する。図２２には、点線で示される開放電圧（推定値）ＯＣＶおよび、実線で示される開放電圧（実測値）ＯＣＶの関係の一例が示される。

図２２において、推定値１の開放電圧曲線が得られたときには、開放電圧（推定値）ＯＣＶが開放電圧（実測値）ＯＣＶよりも高くなっているため、実測値の開放電圧曲線に近づくように、劣化パラメータを設定し直す。同様に、推定値２の開放電圧曲線が得られたときには、開放電圧（推定値）ＯＣＶが開放電圧（実測値）ＯＣＶよりも低くなっているため、実測値の開放電圧曲線に近づくように、劣化パラメータを設定し直す。このように、劣化パラメータの設定を繰返し実行することにより、開放電圧（推定値）ＯＣＶを開放電圧（実測値）ＯＣＶに一致させることができる。

再び図２１を参照して、ステップＳ１２０では、開放電圧（推定値）ＯＣＶが開放電圧（実測値）ＯＣＶに一致したときの劣化パラメータが特定される。これにより、正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２およびずれ容量ΔＱｓが決定される。なお、ステップＳ１２０で決定されたずれ容量ΔＱｓは、リチウム析出の劣化によるずれ容量および経年劣化ずれ容量の両方が含まれたずれ容量である。

ここで、開放電圧（推定値）ＯＣＶが開放電圧（実測値）ＯＣＶと完全に一致していなくても、一致していると見なせる範囲（許容誤差）を設定しておくことにより、開放電圧（推定値）ＯＣＶおよび開放電圧（実測値）ＯＣＶが一致しているか否かを判断することができる。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０で取得された正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２から、図２０で説明した経年劣化マップに従って、経年劣化に起因したずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）を推定する。さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４０により、ステップＳ１２０で設定されたずれ容量ΔＱｓを、ステップＳ１２０で算出されたΔＱｓ（Ｗ）と、リチウム析出に起因したずれ容量ΔＱｓ（Ｌｉ）とに分離する。すなわちΔＱｓ（Ｌｉ）＝ΔＱｓ−ΔＱｓ（Ｗ）の演算が実行される。これにより、電池モジュール１５ごとに、ΔＱｓ（Ｌｉ）が算出される。

そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４０で分離された、リチウム析出に起因するずれ容量ΔＱｓ（Ｌｉ）を劣化指標ＤＩとした、交換要否判定を実行する。この交換要否判定は、図２１に示したステップＳ１５０〜Ｓ３００において、ＤＩ＝ΔＱｓ（Ｌｉ）としたものである。

さらに、ＥＣＵ１００は、図７と同様のステップＳ４００により、バッテリ交換のガイダンス情報を生成する。ガイダンス情報は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態２によれば、リチウムイオン二次電池が劣化判定の対象である場合に、リチウム析出量を示す劣化指標を用いて、電池モジュール単位での劣化診断を実行できる。したがって、リチウムイオン二次電池の劣化に大きな影響を与えるリチウム析出量を定量的に評価した上で、電池モジュール単位でのバッテリ交換を効率的に実行できる。

［実施の形態２の変形例］
実施の形態２の変形例では、電動車両に搭載されたリチウムイオン二次電池（電池モジュール１５）を劣化判定の対象とする。具体的には、車載バッテリに対するオンボードでの劣化診断により、ＥＣＵ１００が劣化パラメータ（ｋ１，ｋ２，ΔＱｓ）を取得する方法を説明する。なお、電動車両のうち、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）や電気自動車（ＥＶ）は、図１の電源システムのように、車載バッテリを外部電源で充電するための構成を具備している。

図２３は、車載バッテリであるリチウムイオン二次電池の劣化パラメータをオンボードで取得するための制御処理手順を示すフローチャートである。図２３は、車載バッテリ（リチウムイオン二次電池）の劣化パラメータがオンボードで取得される際における、図２１のステップＳ１１０，Ｓ１２０を具体化したものに相当する。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１３において、電圧センサ３０および電流センサ２０の出力に基づいて、リチウムイオン二次電池（各電池モジュール１５）の開放電圧（実測値）ＯＣＶおよび電流積算量を測定する。具体的には、車両に搭載されたリチウムイオン二次電池（各電池モジュール１５）を充電する際に、開放電圧（実測値）ＯＣＶおよび電流積算量を適宜測定することにより、電池容量の変化に対する開放電圧（実測値）ＯＣＶの変化を示す曲線（実測値としての開放電圧曲線）を取得することができる。なお、電池モジュール１５ごとに電圧センサ３０が配置されているため、開放電圧曲線についても電池モジュール１５ごとに取得できる。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１４において、開放電圧（推定値）ＯＣＶを特定するための劣化パラメータ（正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２およびずれ容量ΔＱｓ）の候補を設定（選択）する。劣化パラメータの設定は、様々な方法によって行なうことができるが、劣化パラメータを設定するための演算処理を効率良く行なうための方法を採用することが好ましい。

例えば、劣化パラメータの選択範囲として、経年劣化やリチウム析出による劣化が実際に発生するときの範囲を実験等に基づいて予め特定しておくことができる。ここで、正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２は、経年劣化だけに依存するため、実際の経年劣化が発生するときの範囲内で正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２を変化させることができる。そして、正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２が特定できれば、経年劣化マップ（図２０）を用いて、経年劣化に起因するずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）を特定することができる。ずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）が特定できれば、ずれ容量ΔＱｓ（Ｌｉ）を変化させるだけでよい。

そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１５では、ステップＳ１１４で設定された劣化パラメータに基づいて、容量の変化に対する開放電圧（推定値）ＯＣＶの変化を示す特性（推定値としての開放電圧曲線）を算出する。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１６では、ステップＳ１１５で算出された開放電圧曲線（推定値）と、ステップＳ１１３で得られた開放電圧曲線（実測値）との誤差を算出する。この誤差には、電圧誤差および容量誤差が含まれる。

電圧誤差ΔＶ（図２４参照）は、具体的には、開放電圧曲線（推定値）および開放電圧曲線（実測値）を比較することにより、算出することができる。電圧誤差ΔＶは、特定の電池容量における電圧誤差であってもよいし、２つの開放電圧曲線の間における電圧誤差の平均値とすることもできる。

また、容量誤差ΔＱは、例えば、以下に説明する方法によって求めることができる。まず、開放電圧曲線（推定値）を用いて、充電前の開放電圧および充電後の開放電圧の間における容量Ｑ１を算出する。また、充電を開始してから終了するまでの間、電流を検出して、電流積算値を測定することにより、電流積算値から充電容量Ｑ２を算出できる。上述した容量Ｑ１および容量Ｑ２の差を求めることにより、容量誤差ΔＱの絶対値（｜Ｑ１−Ｑ２｜）を得ることができる。

ここで、外部電源による充電器を備えていないハイブリッド自動車では、開放電圧曲線（実測値）を得ることが困難である。ただし、リチウムイオン二次電池が緩和状態にあるときには、開放電圧曲線（実測値）上に位置する開放電圧を幾つか測定することができる。ここで、リチウムイオン二次電池に電流が流れているときや、電流を遮断した直後においては、活物質内にリチウムの濃度差が存在しているため、正確な開放電圧を測定することができない。

一方、リチウムイオン二次電池の通電を遮断してから時間が経過していれば、リチウムイオン二次電池が緩和状態となり、リチウムの濃度差が存在しない状態で正確な開放電圧を測定することができる。リチウムイオン二次電池が緩和状態にある場合として、例えば、車両が所定時間以上停止しているときが挙げられる。これにより、リチウムイオン二次電池が特定の容量にあるときの開放電圧（実測値）ＯＣＶを得ることができる。

特定の容量における特定の開放電圧を測定できれば、図２５に示すように、開放電圧（実測値）と開放電圧曲線（推定値）とを比較することにより、電圧誤差ΔＶを求めることができる。また、複数の開放電圧（実測値）を測定しておけば、上述したように容量誤差ΔＱを求めることができる。具体的には、開放電圧曲線（推定値）を用いて、２点の開放電圧（実測値）の間における容量Ｑ１を算出する。また、２点の開放電圧（実測値）を得るときの電流積算値を測定しておけば、この電流積算値から容量Ｑ２を算出できる。そして、容量Ｑ１および容量Ｑ２の差（｜Ｑ１−Ｑ２｜）を求めれば、容量誤差ΔＱの絶対値を得ることができる。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１７において、ステップＳ１１６で得られた電圧誤差ΔＶおよび容量誤差ΔＱに対する評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）を算出する。評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）としては、例えば、電圧誤差ΔＶおよび容量誤差ΔＱに対して重み付け加算した値を用いることができる。

また、ＥＣＵ１００は、今回設定された劣化パラメータから算出される評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が、前回設定された劣化パラメータから算出される評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも小さいか否かを判別する。ここで、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも小さければ、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）をメモリに記憶する。なお、今回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）よりも大きければ、前回の評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）がメモリに記憶されたままとなる。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１８において、劣化パラメータをすべての探索範囲で変化させたか否かを判別し、すべての探索範囲で劣化パラメータを変化させていれば、ステップＳ１１９に処理を進める。一方、すべての探索範囲で変化させていなければ、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１４に処理を戻す。

このように劣化パラメータを探索範囲の全体で変化させるまでは、ステップＳ１１４〜Ｓ１１８の処理が繰返して行われる。そして、最小値となる評価関数ｆ（ΔＶ，ΔＱ）が特定され、この評価関数（最小値）が得られた開放電圧曲線を特定できる。さらに、開放電圧曲線（推定値）を規定する劣化パラメータ（ｋ１，ｋ２，ΔＱｓ）を特定することができる。評価関数が最小値を示す劣化パラメータを特定することにより、劣化状態（経年劣化およびリチウム析出による劣化）の判定の精度を向上させることができる。

ここで、特定されたずれ容量ΔＱｓには、経年劣化によるずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）およびリチウム析出の劣化によるずれ容量ΔＱｓ（Ｌｉ）が含まれる。したがって、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１９において、ステップＳ１１４〜ステップＳ１１８の処理で決定された劣化パラメータ（正極容量維持率ｋ１および負極容量維持率ｋ２）と、経年劣化マップ（図２０）とを用いて、経年劣化に起因するずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）を特定する。

そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１９において、ステップＳ１１３〜Ｓ１１７の処理で特定されたずれ容量ΔＱｓと、ステップＳ１１９で得られたずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）との差分を算出することによって、リチウム析出によるずれ容量ΔＱｓ（Ｌｉ）を算出する。

このように、実施の形態２の変形例によれば、電動車両に搭載されたリチウムイオン二次電池（電池モジュール１５）について、電池モジュール１５毎に、リチウム析出量を示す劣化指標ΔＱｓ（Ｌｉ）を取得することが可能である。特に、車両外部の電源による車載バッテリの外部充電機能を有する、ＰＨＶやＥＶと、当該外部充電機能を具備しないハイブリッド自動車の両方について、オンボードで開放電圧特性に基づいて、劣化指標ΔＱｓ（Ｌｉ）を取得できる。

そして、リチウムイオン二次電池の劣化に大きな影響を与えるリチウム析出量を定量的に評価した上で、車載バッテリのバッテリ交換を効率的に実行できる。

［実施の形態３］
実施の形態１および２で説明したように、劣化指標ＤＩとしては、内部抵抗、満充電容量、およびリチウム析出量を示すΔＱｓ（Ｌｉ）といった複数の候補が存在する。実施の形態３では、複数の劣化指標の組み合わせによって、二次電池の劣化判定を行なう技術について説明する。

図２６は、本発明の実施の形態３による二次電池の劣化判定の処理手順を示すフローチャートである。

図２６を参照して、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０５により、電池モジュール１５ごとに劣化指標を複数ずつ取得する。ステップＳ１０５は、図７でのステップＳ１００に代えて実行される。すなわち、ステップＳ１０５による処理は、図２の劣化診断部１１０の機能に対応する。たとえば、劣化指標ＤＩは、上述の内部抵抗、満充電容量およびリチウム析出に起因するずれ容量ΔＱｓ（Ｌｉ）のうちの少なくとも２つを含む。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１５５では、いずれかの劣化指標が交換レベルに達した電池モジュール１５があるかどうかを判定する。ステップＳ１５５の処理は、図７のステップＳ１５０に代えて実行される。

ＥＣＵ１００は、いずれかの劣化指標が交換レベルに達した電池モジュール１５がある場合（Ｓ１５５のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１６０により、当該電池モジュール１５を要交換モジュールとして検出する。すなわち、ステップＳ１５５およびＳ１６０の処理は、図２の検出部１２０の機能に相当する。

一方、すべての電池モジュール１５において、いずれの劣化指標も交換レベルに達していないとき（Ｓ１５５のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１００は、以下のステップ群を実行することなく、処理を終了する。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６０に続いて、ステップＳ２１５により、要交換モジュール以外の各電池モジュール１５について余寿命を推定する。

ここで、電池モジュール１５ごとに複数の劣化指標が算出されているため、各電池モジュール１５での余寿命推定は図２７に示すように実施される。

図２７を参照して、電池モジュール１５（１）〜１５（ｎ）の各々について、複数の劣化指標のそれぞれに対応して余寿命推定値が求められる。たとえば、電池モジュール１５（１）では、満充電容量が交換レベルに達するまでの余寿命推定値ＲＬ１ａ、内部抵抗が交換レベルに達するまでの余寿命推定値ＲＬ１ｂ、および、リチウム析出量が交換レベルに達するまでの余寿命推定値ＲＬ１ｃが算出される。そして、これらの余寿命推定値ＲＬ１ａ〜ＲＬ１ｃのうちの最小値が、電池モジュール１５（１）の余寿命推定値ＲＬ（１）とされる。

ステップＳ２１５では、以降の電池モジュール１５（２）〜（ｎ）についても同様の演算が実行される。これにより、電池モジュール１５ごとに余寿命推定値ＲＬ（１）〜ＲＬ（ｎ）が求められる。すなわち、ステップＳ２１５の処理は図２の余寿命推定部１３０の機能に相当する。

再び図２を参照して、ＥＣＵ１００は、図８と同様のステップＳ２２０〜Ｓ２５０を実行する。これにより、現時点では劣化指標が交換レベルには達していない電池モジュール１５のそれぞれについて、求められた余寿命推定値ＲＬ（１）〜ＲＬ（ｎ）に基づいて余寿命判定が実行される。ステップＳ２１５〜Ｓ２５０の処理は、図７のステップＳ２００に代えて実行される。

これにより、要交換モジュール以外の電池モジュール１５のうちから、いずれかの劣化指標が交換レベルに達するまでの余寿命が所定値よりも短い電池モジュールを、追加交換モジュールとして抽出することができる。すなわち、ステップＳ２２０〜Ｓ２５０の処理は図２の抽出部１４０の機能に相当する。

さらに、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３００，Ｓ４００により、図７と同様に交換コストの評価およびガイダンス情報の生成を実行する。

このように、実施の形態３による二次電池の劣化判定によれば、電池モジュール１５ごとに複数の劣化指標を算出した場合でも、いずれかの劣化指標が交換レベルに達した電池モジュールを要交換モジュールとして検出できる。さらに、複数の劣化指標を余寿命推定に換算することにより、複数の劣化指標を総合的に評価した上で追加交換モジュールを抽出できる。この結果、上述した電池モジュール単位での交換要否について、複数の劣化指標を用いることにより多方面から高精度に判定できる。

なお、実施の形態２およびその変形例では、劣化判定の対象となる二次電池（リチウムイオン二次電池）が電動車両に搭載される二次電池であることを想定したが、本発明の適用はこのようなケースに限定されるものではない点について確認的に記載する。すなわち、電池モジュール単位でのバッテリ交換が可能な二次電池について、本発明による劣化判定を適用することが可能である。

また、本実施の形態では、劣化指標としては、満充電容量、内部抵抗およびリチウム析出量を例示したが、それ以外の電池パラメータを採用して、本発明による二次電池の劣化判定を実行することも可能である。たとえば、公知のパラメータとして、特開２００８−２４１２４６号公報（特許文献４）に記載される反応関与物質（たとえば、リチウムイオン二次電池におけるリチウム）の拡散係数Ｄｓを劣化指標とすることも可能である。あるいは、実施の形態２で説明した正極容量維持率ｋ１、負極容量維持率ｋ２、ずれ容量ΔＱｓおよび経年劣化に起因するずれ容量ΔＱｓ（Ｗ）を劣化指標とすることも可能である。

今回開示された実施の形態はすべ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請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、複数の電池モジュールの集合体として構成された二次電池の交換要否を判断する劣化判定に適用される。

１０ 二次電池、１５ 電池モジュール、２０ 電流センサ、３０ 電圧センサ、４０ 温度センサ、５０ 負荷、６０ 負荷制御装置、７０ 充電器、７５ 充電コネクタ、８０ 外部電源、８５ 充電プラグ、１００ ＥＣＵ、１０２ ＣＰＵ、１０４ メモリ、１１０ 劣化診断部、１２０ 検出部（要交換モジュール）、１３０ 余寿命推定部、１４０ 抽出部（追加交換モジュール）、１５０ ガイダンス情報生成部、ＣＨ１ 交換レベル、ＣＨ２ 予備交換レベル、ＤＩ、ＤＩ（１）〜ＤＩ（ｎ） 劣化指標、Ｉｂ 電池電流、ＲＬ（１）〜ＲＬ（ｎ），ＲＬ１ａ，ＲＬ１ｂ，ＲＬ１ｃ，ＲＬ１ａ〜ＲＬ１ｃ 余寿命推定値、Ｔｂ 電池温度、Ｖｂ 電池電圧、Ｗｉｎ 入力電力上限値、Ｗｏｕｔ 出力電力上限値、ｋ１ 正極容量維持率、ｋ２ 負極容量維持率、ΔＱｓ 電池容量変動量（ずれ容量）、ΔＱｓ（Ｌｉ） ずれ容量（リチウム析出起因）、ΔＱｓ（Ｗ） ずれ容量（経年劣化起因）。

この発明のある局面では、複数の電池モジュールの集合体として構成された二次電池の劣化判定装置であって、劣化診断部と、検出部と、抽出部と、ガイダンス情報生成部とを備える。劣化診断部は、電池モジュールごとに、当該電池モジュールの劣化度合を定量的に示す劣化指標を算出するように構成される。検出部は、劣化診断部によって算出された劣化指標と所定の交換レベルとの比較に従って、複数の電池モジュールから、交換が必要である第１の電池モジュールを検出するように構成される。抽出部は、検出部によって第１の電池モジュールが検出された場合に、複数の電池モジュールのうちの、劣化指標が交換レベルに達していない第２の電池モジュールから、第１の電池モジュールと同時に交換されるべき第３の電池モジュールを抽出するように構成される。ガイダンス情報生成部は、検出した第１の電池モジュールおよび抽出した第３の電池モジュールの個数の合計に応じて、集合体全体の交換と、第１および前記第３の電池モジュールのみの部分的な交換といずれがコスト上で有利であるかを評価するように構成される。

この発明の他の局面によれば、複数の電池モジュールの集合体として構成された二次電池の劣化判定方法であって、電池モジュールごとに当該電池モジュールの劣化度合を定量的に示す劣化指標を算出するステップと、算出された劣化指標と所定の交換レベルとの比較に従って、複数の電池モジュールから、交換が必要である第１の電池モジュールを検出するステップと、第１の電池モジュールが検出された場合に、複数の電池モジュールのうちの、劣化指標が交換レベルに達していない第２の電池モジュールから、第１の電池モジュールと同時に交換されるべき第３の電池モジュールを抽出するステップと、検出した第１の電池モジュールおよび抽出した第３の電池モジュールの個数の合計に応じて、集合体全体の交換と、第１および第３の電池モジュールのみの部分的な交換といずれがコスト上で有利であるかを評価するステップとを備える。

本発明の実施の形態による二次電池の劣化判定が適用される、二次電池を電源とする電源システムの概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態による二次電池の劣化判定を説明するための機能ブロック図である。 二次電池における満充電容量の劣化を説明する概念図である。 二次電池における内部抵抗の劣化を説明する概念図である。 図２に示した検出部の機能を説明する概念図である。 図２に示した抽出部の機能を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による二次電池の劣化判定の処理手順を説明するフローチャートである。 余寿命推定に従って追加交換モジュールを抽出する処理手順を説明するフローチャートである。 劣化指標が満充電容量であるときの余寿命推定を説明する第１の概念図である。 劣化指標が満充電容量であるときの余寿命推定を説明する第２の概念図である。 劣化指標が内部抵抗であるときの余寿命推定を説明する第１の概念図である。 劣化指標が内部抵抗であるときの余寿命推定を説明する第２の概念図である。 リチウムイオン二次電池の局所的ＳＯＣの変化に対する開放電圧の変化特性を示す概念図である。 リチウムイオン二次電池における単極容量の減少による単極開放電位の変化を模式的に示すグラフである。 リチウムイオン二次電池における正極および負極の間における組成対応のずれと開放電位との関係を模式的に示した概念図である。 リチウムイオン二次電池の劣化による組成対応のずれを説明する模式図である。 新品のリチウムイオン二次電池を用いた場合において、開放電圧曲線（実測値）に開放電圧曲線（推定値）を一致させたときの劣化パラメータを説明する図である。 リチウム析出による劣化だけを発生させた場合において、開放電圧曲線（実測値）に開放電圧曲線（推定値）を一致させたときの劣化パラメータを説明する図である。 経年劣化だけを発生させた場合において、開放電圧曲線（実測値）に開放電圧曲線（推定値）を一致させたときの劣化パラメータを説明する図である。 経年劣化だけを発生させた場合における、正極容量維持率および負極容量維持率と組成対応のずれ容量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２による二次電池の劣化判定の処理手順を示すフローチャートである。 開放電圧曲線（推定値）および開放電圧曲線（実測値）に一致させる処理を説明するための概念図である。 車載バッテリであるリチウムイオン二次電池の劣化パラメータをオンボードで取得するための制御処理手順を示すフローチャートである。 開放電圧曲線（推定値）および開放電圧曲線（実測値）の間における誤差電圧を示す図である。 開放電圧曲線（推定値）および開放電圧の間における誤差電圧を示す図である。 本発明の実施の形態３による二次電池の劣化判定の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による二次電池の劣化判定における余寿命推定値の算出を説明する図表である。

図９を参照して、ＥＣＵ１００は、これまでに取得された劣化指標としての満充電容量の推移と、高い相関値をもつように、二次電池（各電池モジュール１５）の使用期間を変数とする１次関数からなる相関関数を決定する。使用期間は、年月によって示すことができる。あるいは、電動車両に搭載された二次電池（各電池モジュール１５）では車両走行距離の平方根を、使用期間と定義することもできる。

たとえば、ＥＣＵ１００は、最小二乗法を用いて、取得された満充電容量の各々との偏差が最小となるような相関関数を決定する。そして、ＥＣＵ１００は、決定した相関関数が交換レベル（ＣＨ１）と交差する点を寿命と判断し、その寿命に相当する二次電池の使用期間を取得する。さらに、現時点から、取得した寿命に相当する使用期間までの残存期間を余寿命推定値として算出される。

図１１および図１２では、劣化指標が内部抵抗であるため、満充電容量（図９，図１０）とは反対に、電池劣化の進行に伴い劣化指標の値は上昇する。この点を除いては、内部抵抗を用いた余寿命推定は、満充電容量を用いた余寿命推定と同様である。すなわち、図１１に示されるように、ＥＣＵ１００は、これまでに取得された劣化指標としての内部抵抗から正の相関関数が決定する。さらに、ＥＣＵ１００は、決定した相関関数が交換レベル（ＣＨ１）と交差する点を寿命と判断し、その寿命に相当する二次電池の使用期間を取得する。さらに、現時点から、取得した寿命に相当する使用期間までの残存期間を余寿命推定値として算出される。

再び図２６を参照して、ＥＣＵ１００は、図８と同様のステップＳ２２０〜Ｓ２５０を実行する。これにより、現時点では劣化指標が交換レベルには達していない電池モジュール１５のそれぞれについて、求められた余寿命推定値ＲＬ（１）〜ＲＬ（ｎ）に基づいて余寿命判定が実行される。ステップＳ２１５〜Ｓ２５０の処理は、図７のステップＳ２００に代えて実行される。

Claims (18)

1. 複数の電池モジュール（１５）の集合体として構成された二次電池（１０）の劣化判定装置であって、
   前記電池モジュールごとに、当該電池モジュールの劣化度合を定量的に示す劣化指標（ＤＩ）を算出するための劣化診断部（１１０）と、
   前記劣化診断部によって算出された前記劣化指標と所定の交換レベル（ＣＨ１）との比較に従って、前記複数の電池モジュールから、交換が必要である第１の電池モジュールを検出するための検出部（１２０）と、
   前記検出部によって前記第１の電池モジュールが検出された場合に、前記複数の電池モジュールのうちの、前記劣化指標が前記交換レベルに達していない第２の電池モジュールから、前記第１の電池モジュールと同時に交換されるべき第３の電池モジュールを抽出するための抽出部（１４０）とを備える、二次電池の劣化判定装置
2. 前記電池モジュール（１５）ごとに、前記劣化診断部によって算出された前記劣化指標（ＤＩ）に基づいて、前記劣化指標が前記交換レベル（ＣＨ１）に達するまでの余寿命（ＲＬ）を推定するための余寿命推定部（１３０）をさらに備え、
   前記抽出部（１４０）は、前記複数の電池モジュールのうちの前記第２の電池モジュールについて、推定された前記余寿命が所定の判定値よりも短いときに前記第３の電池モジュールとして抽出する、請求の範囲第１項に記載の二次電池の劣化判定装置。
3. 前記劣化診断部（１１０）は、各前記電池モジュール（１５）について、複数個の前記劣化指標（ＤＩ）を算出し、
   前記余寿命推定部（１３０）は、前記第２の電池モジュールについて、前記複数個の劣化指標のそれぞれに対応して複数個の前記余寿命（ＲＬ）を推定するとともに、推定された前記複数個の余寿命のうちの最小値が前記判定値よりも短いときに前記第３の電池モジュールとして抽出する、請求の範囲第２項に記載の二次電池の劣化判定装置。
4. 前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の内部抵抗を含む、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定装置。
5. 前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の満充電容量を含む、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定装置。
6. 前記二次電池（１０）は、リチウムイオン二次電池であり、
   前記劣化診断部（１１０）は、
   前記リチウムイオン二次電池の容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧特性に基づく劣化診断によって、前記リチウムイオン二次電池の正極容量維持率（ｋ１）、負極容量維持率（ｋ２）および電池容量変動量（ΔＱｓ）を取得するための劣化パラメータ取得部（Ｓ１１０）と、
   前記正極容量維持率および前記負極容量維持率と、前記電池容量変動量のうちの経年劣化に対応した第１の変動量（ΔＱｓ（Ｗ））との間の予め求められた対応関係に従って、取得された前記正極容量維持率および前記負極容量維持率に基づいて、取得された前記電池容量変動量を、前記第１の変動量とリチウム析出による劣化に対応した第２の変動量（ΔＱｓ（Ｌｉ））とに分離するためのリチウム析出量推定部（Ｓ１２０，Ｓ１３０）とを含み、
   前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の前記第２の変動量を含む、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定装置。
7. 前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の内部抵抗および満充電容量を含む、請求の範囲第３項に記載の二次電池の劣化判定装置。
8. 前記二次電池（１０）は、リチウムイオン二次電池であり、
   前記劣化診断部（１１０）は、
   前記リチウムイオン二次電池の容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧特性に基づく劣化診断によって、前記リチウムイオン二次電池の正極容量維持率（ｋ１）、負極容量維持率（ｋ２）および電池容量変動量（ΔＱｓ）を取得するための劣化パラメータ取得部（Ｓ１２０）と、
   前記正極容量維持率および前記負極容量維持率と、前記電池容量変動量のうちの経年劣化に対応した第１の変動量（ΔＱｓ（Ｗ））との間の予め求められた対応関係に従って、取得された前記正極容量維持率および前記負極容量維持率に基づいて、取得された前記電池容量変動量を、前記第１の変動量とリチウム析出による劣化に対応した第２の変動量（ΔＱｓ（Ｌｉ））とに分離するためのリチウム析出量推定部（Ｓ１３０，Ｓ１４０）とを含み、
   前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュールの内部抵抗および満充電容量の少なくとも一方と、前記第２の変動量とを含む、請求の範囲第３項に記載の二次電池の劣化判定装置。
9. 検出した前記第１の電池モジュールおよび抽出した前記第３の電池モジュールの個数の合計に応じて、前記集合体全体の交換と、前記第１および前記第３の電池モジュールのみの部分的な交換といずれがコスト上で有利であるかを評価するためのガイダンス情報生成部（１５０）をさらに備える、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定装置。
10. 複数の電池モジュール（１５）の集合体として構成された二次電池（１０）の劣化判定方法であって、
    前記電池モジュールごとに、当該電池モジュールの劣化度合を定量的に示す劣化指標（ＤＩ）を算出するステップ（Ｓ１００，Ｓ１０５）と、
    算出された前記劣化指標と所定の交換レベル（ＣＨ１）との比較に従って、前記複数の電池モジュールから、交換が必要である第１の電池モジュールを検出するステップ（Ｓ１５０，Ｓ１５５）と、
    前記第１の電池モジュールが検出された場合に、前記複数の電池モジュールのうちの、前記劣化指標が前記交換レベルに達していない第２の電池モジュールから、前記第１の電池モジュールと同時に交換されるべき第３の電池モジュールを抽出するステップ（Ｓ２００）とを備える、二次電池の劣化判定方法。
11. 前記抽出するステップ（Ｓ２００）は、
    前記電池モジュール（１５）ごとに、前記算出するステップによって算出された前記劣化指標（ＤＩ）に基づいて、前記劣化指標が前記交換レベル（ＣＨ１）に達するまでの余寿命（ＲＬ）を推定するステップ（Ｓ２１０）と、
    前記複数の電池モジュールのうちの前記第２の電池モジュールについて、推定された前記余寿命が所定の判定値よりも短いときに前記第３の電池モジュールとして抽出するステップ（Ｓ２３０）とを含む、請求の範囲第１０項に記載の二次電池の劣化判定方法。
12. 前記算出するステップ（Ｓ１０５）は、各前記電池モジュール（１５）について、複数個の前記劣化指標（ＤＩ）を算出し、
    前記推定するステップ（Ｓ２１５）は、前記第２の電池モジュールについて、前記複数個の劣化指標のそれぞれに対応して複数個の前記余寿命（ＲＬ）を推定し、
    前記抽出するステップ（Ｓ２３０）は、推定された前記複数個の余寿命のうちの最小値が前記判定値よりも短いときに前記第３の電池モジュールとして抽出する、請求の範囲第１１項に記載の二次電池の劣化判定方法。
13. 前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の内部抵抗を含む、請求の範囲第１０項〜第１２項のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定方法。
14. 前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の満充電容量を含む、請求の範囲第１０項〜第１２項のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定方法。
15. 前記二次電池（１０）は、リチウムイオン二次電池であり、
    前記算出するステップ（Ｓ１００，Ｓ１０５）は、
    前記リチウムイオン二次電池の容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧特性に基づく劣化診断によって、前記リチウムイオン二次電池の正極容量維持率（ｋ１）、負極容量維持率（ｋ２）および電池容量変動量（ΔＱｓ）を取得するステップ（Ｓ１２０）と、
    前記正極容量維持率および前記負極容量維持率と、前記電池容量変動量のうちの経年劣化に対応した第１の変動量（ΔＱｓ（Ｗ））との間の予め求められた対応関係に従って、取得された前記正極容量維持率および前記負極容量維持率に基づいて、取得された前記電池容量変動量を、前記第１の変動量とリチウム析出による劣化に対応した第２の変動量（ΔＱｓ（Ｌｉ））とに分離するステップ（Ｓ１３０，Ｓ１４０）とを含み、
    前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の前記第２の変動量を含む、請求の範囲第１０項〜第１２項のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定方法。
16. 前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の内部抵抗および満充電容量を含む、請求の範囲第１２項に記載の二次電池の劣化判定方法。
17. 前記二次電池（１０）は、リチウムイオン二次電池であり、
    前記算出するステップ（Ｓ１００，Ｓ１０５）は、
    前記リチウムイオン二次電池の容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧特性に基づく劣化診断によって、前記リチウムイオン二次電池の正極容量維持率（ｋ１）、負極容量維持率（ｋ２）および電池容量変動量（ΔＱｓ）を取得するステップ（Ｓ１２０）と、
    前記正極容量維持率および前記負極容量維持率と、前記電池容量変動量のうちの経年劣化に対応した第１の変動量（ΔＱｓ（Ｗ））との間の予め求められた対応関係に従って、取得された前記正極容量維持率および前記負極容量維持率に基づいて、取得された前記電池容量変動量を、前記第１の変動量とリチウム析出による劣化に対応した第２の変動量（ΔＱｓ（Ｌｉ））とに分離するステップ（Ｓ１３０，Ｓ１４０）とを含み、
    前記劣化指標（ＤＩ）は、各前記電池モジュール（１５）の内部抵抗および満充電容量の少なくとも一方と、前記第２の変動量とを含む、請求の範囲第１２項に記載の二次電池の劣化判定方法。
18. 検出した前記第１の電池モジュールおよび抽出した前記第３の電池モジュールの個数の合計に応じて、前記ごとの交換と、前記第１および前記第３の電池モジュールのみの部分的な交換といずれがコスト上で有利であるかを評価するステップ（Ｓ３００）をさらに備える、請求の範囲第１０項〜第１２項のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定方法。

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