JPWO2014128902A1 - Secondary battery deterioration diagnosis method and apparatus using the same - Google Patents

Secondary battery deterioration diagnosis method and apparatus using the same Download PDF

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Abstract

本発明は2種類以上の活物質を混合した電極を使用した二次電池に対して、その劣化状態を非破壊かつ簡便な方法で、各活物質の劣化率および電池容量に対する電位を診断することを目的とする。本発明における二次電池の劣化診断方法は、前記二次電池の充放電特性を取得し、メモリに格納された複数の活物質の情報を取得し、前記複数の活物質の情報と前記充放電特性から前記正極または負極の混合比を決定し、前記混合比に基づいて当該二次電池の充放電特性を予測し、前記予測された充放電特性と前記二次電池の充放電特性を比較し、前記予測された充放電特性と前記二次電池の充放電特性が一致した場合、前記混合比を用いて予測された前記混合正極の電位または前記混合比を用いて予測された前記混合負極の電位に基づいて劣化パラメータを算出することを特徴とする。The present invention diagnoses the deterioration rate of each active material and the potential with respect to the battery capacity in a non-destructive and simple method for a secondary battery using an electrode in which two or more kinds of active materials are mixed. With the goal. The deterioration diagnosis method for a secondary battery according to the present invention acquires charge / discharge characteristics of the secondary battery, acquires information about a plurality of active materials stored in a memory, and acquires information about the plurality of active materials and the charge / discharge The mixing ratio of the positive electrode or the negative electrode is determined from the characteristics, the charging / discharging characteristics of the secondary battery are predicted based on the mixing ratio, and the predicted charging / discharging characteristics are compared with the charging / discharging characteristics of the secondary battery. When the predicted charge / discharge characteristics match the charge / discharge characteristics of the secondary battery, the potential of the mixed positive electrode predicted using the mixing ratio or the mixed negative electrode predicted using the mixing ratio The deterioration parameter is calculated based on the potential.

Description

本発明は、二次電池の劣化診断方法およびその機能を備えた装置に関する。   The present invention relates to a secondary battery deterioration diagnosis method and a device having the function.

近年、リチウムイオン電池などの二次電池を車両の搭載用電源やスマートハウスの蓄電用電源に使用することにより、効率的にエネルギーを利用する取り組みが進められている。エネルギーの利用効率を最大化するには、使用条件に合わせて二次電池の初期特性を最適化することが重要である。また、このような用途の電源はその利用期間が長期に及ぶことが想定されるため、二次電池の特性劣化を抑制することも重要である。特性の最適化および劣化抑制の手段として、二次電池を構成する正極・負極活物質として2種類以上の活物質を混合して使用することが知られている。   In recent years, efforts have been made to efficiently use energy by using a secondary battery such as a lithium ion battery as a power source for mounting on a vehicle or a power source for power storage in a smart house. In order to maximize the energy utilization efficiency, it is important to optimize the initial characteristics of the secondary battery in accordance with the use conditions. Moreover, since it is assumed that the power supply of such an application will be used for a long time, it is also important to suppress the deterioration of the characteristics of the secondary battery. As means for optimizing characteristics and suppressing deterioration, it is known to use a mixture of two or more active materials as the positive electrode / negative electrode active material constituting the secondary battery.

また、エネルギーの利用効率を長期的に最適化するには、二次電池の特性劣化を正確に予測し、予測に応じた最適な電池使用方法を選択することが必要である。この際、二次電池を構成する正極・負極・電解液の劣化状態をそれぞれ定量的に評価することができれば、特性劣化の予測精度が向上することが期待される。例えば特許文献1には、二次電池の充放電曲線を利用することにより、正極・負極・電解液の劣化状態を非破壊でそれぞれ定量評価する方法が記載されている。   Moreover, in order to optimize the energy utilization efficiency in the long term, it is necessary to accurately predict the characteristic deterioration of the secondary battery and to select an optimal battery usage method according to the prediction. At this time, if the deterioration states of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte constituting the secondary battery can be quantitatively evaluated, it is expected that the prediction accuracy of the characteristic deterioration is improved. For example, Patent Document 1 describes a method for quantitatively evaluating the deterioration states of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte solution in a nondestructive manner by using a charge / discharge curve of a secondary battery.

特開2009-80093JP2009-80093

上記特許文献1には二次電池の状態判定方法が記載されており、予め記憶した正極・負極単独の充放電曲線に基づいて当該二次電池の充放電曲線を計算で再現し、その過程で正極活物質の有効重量、負極活物質の有効重量、正極・負極間の利用位置変動量、またはこれらに対応するパラメータの値を取得する方法が記載されている。   Patent Document 1 describes a method for determining a state of a secondary battery. Based on a charge / discharge curve of a positive electrode and a negative electrode stored in advance, the charge / discharge curve of the secondary battery is reproduced by calculation. It describes a method for obtaining the effective weight of the positive electrode active material, the effective weight of the negative electrode active material, the amount of change in the use position between the positive electrode and the negative electrode, or the value of the parameter corresponding thereto.

しかしながら、上記特許文献1の方法では、正極・負極活物質にそれぞれ1種類の活物質を使用することが想定されていた。上記特許文献1の方法で2種類以上の活物質を混合して形成した混合正極または混合負極を使用した二次電池の劣化状態を診断するためには、例えば混合した活物質を仮想的な活物質と見なした上で、混合正極または混合負極の初期状態の充放電曲線を予め記憶し、仮想的な活物質の有効質量を判定せざるを得ない。   However, in the method of Patent Document 1, it is assumed that one type of active material is used for each of the positive electrode and the negative electrode active material. In order to diagnose the deterioration state of a secondary battery using a mixed positive electrode or a mixed negative electrode formed by mixing two or more types of active materials by the method of Patent Document 1, for example, the mixed active material is used as a virtual active material. After considering it as a substance, the charge / discharge curve in the initial state of the mixed positive electrode or the mixed negative electrode must be stored in advance to determine the effective mass of the virtual active material.

しかし実際には、混合正極または混合負極を構成する活物質は同じ割合では劣化しないため、劣化の進行に伴い混合比が変化し、混合正極または混合負極の単位質量の充放電曲線形状が変化する。   However, in practice, the active material constituting the mixed positive electrode or the mixed negative electrode does not deteriorate at the same rate, so the mixing ratio changes with the progress of deterioration, and the charge / discharge curve shape of the unit mass of the mixed positive electrode or the mixed negative electrode changes. .

この場合には、初期の混合正極または混合負極の充放電曲線に基づいて劣化後の二次電池の充放電曲線を再現することは困難であるという問題があった。   In this case, there is a problem that it is difficult to reproduce the charge / discharge curve of the secondary battery after deterioration based on the charge / discharge curve of the initial mixed positive electrode or mixed negative electrode.

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、2種類以上の活物質を混合して形成した混合正極または混合負極を使用した二次電池に対して、その劣化状態を非破壊かつ簡便な方法で診断する手段、または、診断結果に基づいた制御によって二次電池を高安全化・長寿命化する手段を提供することを目的とするものである。   This invention is made | formed in view of this subject, and the deterioration state is nondestructive and simple with respect to the secondary battery using the mixed positive electrode or mixed negative electrode formed by mixing two or more types of active materials. It is an object of the present invention to provide means for diagnosing by a method, or means for enhancing the safety and extending the life of a secondary battery by control based on the diagnosis result.

上記課題を解決する手段は、例えば次の通りである。   Means for solving the above problems are as follows, for example.

本発明における二次電池の劣化診断方法は、前記二次電池の充放電特性を取得し、メモリに格納された複数の活物質の情報を取得し、前記複数の活物質の情報と前記充放電特性から前記正極または負極の混合比を決定し、前記混合比に基づいて当該二次電池の充放電特性を予測し、前記予測された充放電特性と前記二次電池の充放電特性を比較し、前記予測された充放電特性と前記二次電池の充放電特性が一致した場合、前記混合比を用いて予測された前記混合正極の電位または前記混合比を用いて予測された前記混合負極の電位に基づいて劣化パラメータを算出することを特徴とする。   The deterioration diagnosis method for a secondary battery according to the present invention acquires charge / discharge characteristics of the secondary battery, acquires information about a plurality of active materials stored in a memory, and acquires information about the plurality of active materials and the charge / discharge The mixing ratio of the positive electrode or the negative electrode is determined from the characteristics, the charging / discharging characteristics of the secondary battery are predicted based on the mixing ratio, and the predicted charging / discharging characteristics are compared with the charging / discharging characteristics of the secondary battery. When the predicted charge / discharge characteristics match the charge / discharge characteristics of the secondary battery, the potential of the mixed positive electrode predicted using the mixing ratio or the mixed negative electrode predicted using the mixing ratio The deterioration parameter is calculated based on the potential.

また、前記劣化パラメータは二次電池容量、前記混合正極の容量、前記混合負極の容量に基づいて算出されることを特徴とする。   The deterioration parameter is calculated based on a secondary battery capacity, a capacity of the mixed positive electrode, and a capacity of the mixed negative electrode.

また、前記活物質の情報は、単位重量あたりの容量q(Ah/g)、容量Q (Ah)、電極電位V (V)、容量変化に対する電位変化ΔV/ΔQ (V/Ah)またはΔV/Δq(Vg/Ah)、電位変化に対する容量変化ΔQ/ΔV (Ah/V)またはΔq/ΔV(Ah/Vg)、充電状態SOC、比熱c(J/Kg)または熱容量C(J/K)、電気抵抗R(Ω)のいずれかの情報であることを特徴とする。   The information on the active material includes a capacity per unit weight q (Ah / g), a capacity Q (Ah), an electrode potential V (V), a potential change ΔV / ΔQ (V / Ah) or ΔV / Δq (Vg / Ah), capacitance change with respect to potential change ΔQ / ΔV (Ah / V) or Δq / ΔV (Ah / Vg), state of charge SOC, specific heat c (J / Kg) or heat capacity C (J / K), It is any information of electrical resistance R (Ω).

また本発明における二次電池システムは、少なくとも2つ以上の活物質を混合してなる混合正極または混合負極を有する二次電池と、前記二次電池の劣化を診断する劣化診断装置を有し、前記劣化診断装置は、入力部と、劣化診断部と、メモリを有し、前記入力部は前記二次電池の充放電特性を取得し、前記劣化診断部はメモリに格納された複数の活物質の情報、および前記二次電池の充放電特性を取得し、当該複数の活物質の情報と前記充放電特性から前記正極または負極の混合比を決定し、当該決定された混合比に基づいて当該二次電池の充放電特性を予測し、前記予測された充放電特性と前記二次電池の充放電特性を比較して前記予測された充放電特性と前記二次電池の充放電特性が一致した場合、前記混合比を用いて予測された前記混合正極の電位または前記混合比を用いて予測された前記混合負極の電位に基づいて劣化パラメータを算出することを特徴とする。   The secondary battery system according to the present invention includes a secondary battery having a mixed positive electrode or a mixed negative electrode obtained by mixing at least two active materials, and a deterioration diagnosis device that diagnoses deterioration of the secondary battery, The deterioration diagnosis apparatus includes an input unit, a deterioration diagnosis unit, and a memory, the input unit acquires charge / discharge characteristics of the secondary battery, and the deterioration diagnosis unit includes a plurality of active materials stored in the memory. And the charge / discharge characteristics of the secondary battery, determine the mixing ratio of the positive electrode or the negative electrode from the information on the plurality of active materials and the charge / discharge characteristics, and based on the determined mixing ratio The charging / discharging characteristics of the secondary battery are predicted, and the predicted charging / discharging characteristics and the charging / discharging characteristics of the secondary battery are matched by comparing the predicted charging / discharging characteristics with the charging / discharging characteristics of the secondary battery. In the case predicted using the mixing ratio Using potential or the mixing ratio of the case the positive electrode on the basis of the potential of the predicted the mixed anode and calculates a deterioration parameter.

また、前記劣化診断部は、前記予測された混合正極の電位または前記予測された混合負極の電位に基づいて前記二次電池の使用電圧の上限値または下限値を決定することを特徴とする。
また、前記劣化診断装置は、一定期間毎に算出された前記混合比および前記劣化パラメータに基づいて前記二次電池の充放電特性を予測する予測部を有することを特徴とする。
The deterioration diagnosis unit may determine an upper limit value or a lower limit value of a use voltage of the secondary battery based on the predicted potential of the mixed positive electrode or the predicted potential of the mixed negative electrode.
In addition, the deterioration diagnosis apparatus includes a prediction unit that predicts charge / discharge characteristics of the secondary battery based on the mixture ratio and the deterioration parameter calculated at regular intervals.

本発明によって、2種類以上の活物質を混合した電極を使用した二次電池に対して、その劣化状態を非破壊かつ簡便な方法で、各活物質の劣化率および電池容量に対する電位を診断することができる。   According to the present invention, for a secondary battery using an electrode in which two or more kinds of active materials are mixed, the deterioration state of each active material and the potential with respect to the battery capacity are diagnosed by a non-destructive and simple method. be able to.

また、この診断結果に基づいた制御によって、混合電極を用いた二次電池を高安全化および長寿命化することができる。上記した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Further, the control based on the diagnosis result can increase the safety and the life of the secondary battery using the mixed electrode. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明第一の実施形態における劣化診断装置Deterioration diagnosis apparatus in first embodiment of the present invention 本発明に関わる劣化診断方法のフローチャートFlow chart of degradation diagnosis method according to the present invention 正極活物質Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2とLiMn24の単位重量あたりの放電特性Discharge characteristics per unit weight of positive electrode active materials Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 and LiMn 2 O 4 混合正極全体の放電特性と各活物質の放電特性Discharge characteristics of the entire mixed cathode and discharge characteristics of each active material 混合正極と活物質1と活物質2の電位変化率の比較Comparison of potential change rate of mixed positive electrode, active material 1 and active material 2 本発明による劣化診断の一例An example of deterioration diagnosis according to the present invention 本発明の第二の実施形態における下限電圧(または上限電圧)の設定を説明する図である。It is a figure explaining the setting of the lower limit voltage (or upper limit voltage) in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三の実施形態における劣化診断装置Deterioration diagnosis apparatus according to third embodiment of the present invention

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
<第一の実施形態>
図1は、本発明に関わる二次電池の劣化診断装置の実施の形態の一例を示したものである。以下では二次電池としてリチウムイオン電池について説明するが、これに限られない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications are possible. In all the drawings for explaining the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
<First embodiment>
FIG. 1 shows an example of an embodiment of a secondary battery deterioration diagnosis apparatus according to the present invention. Hereinafter, a lithium ion battery will be described as a secondary battery, but the present invention is not limited to this.

劣化診断装置1は、充放電特性の電池情報・充放電特性のデータテーブル・などが入力される入力部11、CPU等の劣化診断部12、RAMやROM等のメモリ13、劣化診断情報を外部に出力するインターフェイスである出力部13を有している。   The deterioration diagnosis apparatus 1 includes an input unit 11 to which battery information of charge / discharge characteristics, a data table of charge / discharge characteristics, and the like are input, a deterioration diagnosis unit 12 such as a CPU, a memory 13 such as a RAM and a ROM, and deterioration diagnosis information. The output unit 13 is an interface that outputs to the output.

入力部11には、別途測定した電池の充放電特性のデータテーブル、前記電池に含まれる電池反応材料(活物質)の種類または充放電特性および構成比、劣化診断に用いる劣化パラメータ群の初期値などが入力される。   The input unit 11 includes a data table of charge / discharge characteristics of the battery measured separately, the type or charge / discharge characteristics and composition ratio of the battery reaction material (active material) included in the battery, and initial values of deterioration parameters used for deterioration diagnosis. Etc. are entered.

入力部11に入力された電池情報は、劣化診断部12へ出力されて劣化診断の情報に使用される。なお、ここで行なわれる劣化診断の方法については別途説明する。この劣化診断部12は、必要に応じてメモリ13から情報を読み込んだり前記メモリ13に書き込んだりしながら、入力された電池反応材料の充放電特性と前記劣化パラメータ群に基づく計算により、前記電池の充放電特性を推定する。   The battery information input to the input unit 11 is output to the deterioration diagnosis unit 12 and used for information of deterioration diagnosis. Note that the degradation diagnosis method performed here will be described separately. The deterioration diagnosis unit 12 reads information from the memory 13 or writes information to the memory 13 as necessary, and calculates the battery by performing calculations based on the charge / discharge characteristics of the input battery reaction material and the deterioration parameter group. Estimate charge / discharge characteristics.

また、当該劣化診断部12は、電池の充放電特性の推定値と入力された電池の充放電特性の測定値とを比較して、両者が一致するように劣化パラメータ群の値を調節する。   In addition, the deterioration diagnosis unit 12 compares the estimated value of the charge / discharge characteristics of the battery with the input measurement value of the charge / discharge characteristics of the battery, and adjusts the value of the deterioration parameter group so that they match.

そして当該劣化診断部12は、調節された劣化パラメータ群の値および前記劣化パラメータの値に基づいて計算された正極・負極・電池の充放電特性などを出力部14に出力する。   Then, the deterioration diagnosis unit 12 outputs to the output unit 14 the value of the adjusted deterioration parameter group and the charge / discharge characteristics of the positive electrode, the negative electrode, and the battery calculated based on the value of the deterioration parameter.

出力部14に出力された劣化診断情報は、必要に応じてパソコンのディスプレイ15や劣化診断装置1よりも上位にある制御部16へ出力される。ディスプレイ15に出力された情報によって劣化情報が確認できるようになっている。また、制御部16(例えば電池モジュールコントローラなど)は、劣化診断装置1から情報を受けて電池の充放電制御を行なう。なお、ここで劣化情報が出力される一例としてパソコンのディスプレイ15へ出力される例を挙げたが、他の表示機器や、単なる情報のやり取りのみで終わるものでも良い。   The deterioration diagnosis information output to the output unit 14 is output to the control unit 16 at a higher level than the display 15 of the personal computer or the deterioration diagnosis device 1 as necessary. The deterioration information can be confirmed by the information output to the display 15. The control unit 16 (for example, a battery module controller) receives information from the deterioration diagnosis device 1 and performs charge / discharge control of the battery. In addition, although the example which outputs to the display 15 of a personal computer was given as an example in which deterioration information is output here, you may end only with other display apparatuses or simple exchange of information.

続いて、図2を用いて劣化診断部12の具体的な動作について説明する。   Next, a specific operation of the deterioration diagnosis unit 12 will be described with reference to FIG.

まず、劣化診断が開始されるとステップS1にて電池の充放電特性が測定されて入力部11に入力される。ここで測定される電池の充放電特性としては、連続通電または間欠通電の、充電中または放電中の、容量Q (Ah)、電池電圧V (V)、容量変化に対する電圧変化ΔV/ΔQ (V/Ah)、電圧変化に対する容量変化ΔQ/ΔV (Ah/V)、所定の基準容量で容量を規格化した充電状態SOC、熱容量C(J/K)、電気抵抗R(Ω)またはこれらに類する値である。   First, when the deterioration diagnosis is started, the charge / discharge characteristics of the battery are measured and input to the input unit 11 in step S1. The charge / discharge characteristics of the battery measured here include capacity Q (Ah), battery voltage V (V), voltage change ΔV / ΔQ (V / Ah), capacity change ΔQ / ΔV (Ah / V) with respect to voltage change, state of charge SOC normalized with a predetermined reference capacity, heat capacity C (J / K), electric resistance R (Ω), or the like Value.

ステップS2では、上述した測定された充放電特性が入力部11から劣化診断部12へ出力される。なお、この劣化診断の時に使用される充放電特性としては、上述した連続通電または間欠通電の、充電中または放電中の、容量Q (Ah)、電池電圧V (V)、容量変化に対する電圧変化ΔV/ΔQ (V/Ah)、電圧変化に対する容量変化ΔQ/ΔV (Ah/V)、所定の基準容量で容量を規格化した充電状態SOC、熱容量C(J/K)、電気抵抗R(Ω)またはこれらに類する値から必要な値を組み合わせて使用すればよい。   In step S <b> 2, the measured charge / discharge characteristics described above are output from the input unit 11 to the deterioration diagnosis unit 12. The charge / discharge characteristics used in this deterioration diagnosis include the above-mentioned continuous energization or intermittent energization, during charging or discharging, the capacity Q (Ah), the battery voltage V (V), and the voltage change with respect to the capacity change. ΔV / ΔQ (V / Ah), capacitance change with respect to voltage change ΔQ / ΔV (Ah / V), state of charge SOC standardized with a predetermined reference capacity, heat capacity C (J / K), electric resistance R (Ω ) Or similar values may be used in combination.

本実施形態では、微小な電流による連続放電中の容量Q、電池電圧V、電圧変化ΔV/ΔQの組み合わせを用いた場合について説明する。   In the present embodiment, a case will be described in which a combination of capacity Q, battery voltage V, and voltage change ΔV / ΔQ during continuous discharge with a minute current is used.

なお、測定されたデータテーブルの点数としては、 (Q, V, ΔV/ΔQ) の組み合わせを1点として、電池電圧の上限値から下限値の間に10点以上のデータ点数があるのが望ましく、50点以上のデータ点数があるのがより望ましい。   As the number of points in the measured data table, it is desirable that the combination of (Q, V, ΔV / ΔQ) is one point, and there are 10 or more data points between the upper limit value and the lower limit value of the battery voltage. More preferably, the number of data points is 50 or more.

続いて、ステップS3でメモリ13に格納されていた活物質の充放電特性が劣化診断部12に出力され、当該劣化診断部12に読み込まれる。劣化診断部12に入力される活物質の種類または充放電特性を入力する場合は以下のとおりである。   Subsequently, the charge / discharge characteristics of the active material stored in the memory 13 in step S <b> 3 are output to the deterioration diagnosis unit 12 and read into the deterioration diagnosis unit 12. When the type of active material or charge / discharge characteristics input to the degradation diagnosis unit 12 is input, it is as follows.

例えば、前記電池に含まれている活物質が既知である場合であって、前記メモリ13に当該活物質の充放電特性が保持されている場合にはそのデータを劣化診断部12に送信する。   For example, when the active material contained in the battery is known and the charge / discharge characteristics of the active material are held in the memory 13, the data is transmitted to the deterioration diagnosis unit 12.

また例えば、前記電池に含まれている活物質は未知であるが、前記メモリ13にその充放電特性が保持(記憶)されている複数の活物質の中に、電池に含まれていると想定される活物質がすべて含まれる場合、劣化診断部12は、入力された1種類以上の活物質のいずれかの充放電特性をメモリ13から読み込み、その後の劣化診断に用いる。   Further, for example, the active material contained in the battery is unknown, but it is assumed that the battery is included in a plurality of active materials whose charge / discharge characteristics are retained (stored) in the memory 13. When all the active materials to be processed are included, the deterioration diagnosis unit 12 reads the charge / discharge characteristics of any one or more input active materials from the memory 13 and uses them for subsequent deterioration diagnosis.

一方で、前記電池に含まれている活物質が既知または想定されているが、劣化診断装置1のメモリ13には該当する活物質の充放電特性が保持(記憶)されていない場合には、別途前記充放電特性を入手し、劣化診断部12に入力する。なおこの際、入力した活物質の充放電特性をメモリ13のライブラリに追加し、以降の操作では活物質を指定して充放電特性を読み込めるようにすることが望ましい。   On the other hand, when the active material contained in the battery is known or assumed, but the charge / discharge characteristics of the corresponding active material are not held (stored) in the memory 13 of the deterioration diagnosis device 1, Separately, the charge / discharge characteristics are obtained and input to the deterioration diagnosis unit 12. At this time, it is desirable to add the input charge / discharge characteristics of the active material to the library of the memory 13 and to read the charge / discharge characteristics by designating the active material in the subsequent operations.

これらの活物質の充放電特性としては、単位重量あたりの容量q(Ah/g)、容量Q (Ah)、電極電位V (V)、容量変化に対する電位変化ΔV/ΔQ (V/Ah)またはΔV/Δq(Vg/Ah)、電位変化に対する容量変化ΔQ/ΔV (Ah/V)またはΔq/ΔV(Ah/Vg)、所定の基準容量で容量を規格化した充電状態SOC、特定の材料内のリチウム組成比x、比熱c(J/Kg)または熱容量C(J/K)、電気抵抗R(Ω)またはこれらに類する値から、必要な値を組み合わせて使用すればよい。   The charge / discharge characteristics of these active materials include capacity q (Ah / g) per unit weight, capacity Q (Ah), electrode potential V (V), potential change ΔV / ΔQ (V / Ah) with respect to capacity change, or ΔV / Δq (Vg / Ah), capacitance change with respect to potential change ΔQ / ΔV (Ah / V) or Δq / ΔV (Ah / Vg), state of charge SOC standardized with a predetermined reference capacity, within a specific material The lithium composition ratio x, specific heat c (J / Kg) or heat capacity C (J / K), electric resistance R (Ω), or similar values may be used in combination.

本実施形態では、微小な電流による連続放電中の容量q、電極電位V、電位変化ΔV/Δqの組み合わせについて説明する。   In the present embodiment, a combination of capacity q, electrode potential V, and potential change ΔV / Δq during continuous discharge with a minute current will be described.

なお、使用するデータテーブルの点数としては、(q, V, ΔV/Δq) の組み合わせを1点として、電池電圧の上限値から下限値の間に10点以上のデータ点数があるのが望ましく、50点以上のデータ点数があるのがより望ましい。   As the number of points in the data table to be used, it is desirable that the combination of (q, V, ΔV / Δq) is one point, and there are 10 or more data points between the upper limit value and the lower limit value of the battery voltage. It is more desirable that there are 50 or more data points.

ステップS4では、劣化診断部12内で入力する活物質の構成比を設定して、正極・負極の放電曲線を計算する。なお、このステップで用いるパラメータについては後に詳細に説明する。   In step S4, the composition ratio of the active material input in the deterioration diagnosis unit 12 is set, and the discharge curves of the positive electrode and the negative electrode are calculated. The parameters used in this step will be described in detail later.

本実施形態では、例えば前回の診断結果を利用して最適値を決定する。その場合には例えば最急降下法、共益勾配法等を用いればよい。   In the present embodiment, for example, the optimum value is determined using the previous diagnosis result. In that case, for example, the steepest descent method, the common benefit gradient method or the like may be used.

また毎回特定の値を与え、その結果に基づいて最適値を決定しても良い。   Alternatively, a specific value may be given every time, and the optimum value may be determined based on the result.

さらに、前回の診断結果が無い場合にはユーザーが初期値を与えても良い。   Furthermore, when there is no previous diagnosis result, the user may give an initial value.

続いてステップS5で、劣化診断部12内で正極・負極の有効質量、及び容量ずれの初期値を設定する。   Subsequently, in step S5, the effective mass of the positive electrode and the negative electrode and the initial value of the capacity deviation are set in the deterioration diagnosis unit 12.

そしてステップS6で、ステップS4、及びステップS5の情報に基づいて電池の放電曲線を計算する。当該内容の詳細は下記にて説明する。   In step S6, a battery discharge curve is calculated based on the information in steps S4 and S5. Details of the contents will be described below.

最後にステップS7では、ステップS2にて測定された実測の充放電曲線と、ステップS6で計算された電池の充放電曲線とを比較し、それぞれが一致するか否かを判定する。それぞれが一致した場合には、ステップS6で計算された各パラメータに基づいて電池の劣化状態を診断することになる。   Finally, in step S7, the actual charge / discharge curve measured in step S2 is compared with the charge / discharge curve of the battery calculated in step S6 to determine whether or not they match. If they match, the battery deterioration state is diagnosed based on the parameters calculated in step S6.

一方、ステップS2にて測定された実測の充放電曲線と、ステップS6で計算された電池の充放電曲線とが一致しなかった場合には、ステップS4に戻り、再度電池の各パラメータを計算し直し、実測の充放電曲線と一致するまで計算が行なわれる。そして、一致した場合には劣化診断が終了する。   On the other hand, if the actual charge / discharge curve measured in step S2 does not match the charge / discharge curve of the battery calculated in step S6, the process returns to step S4 to calculate the parameters of the battery again. The calculation is repeated until it matches the measured charge / discharge curve. If they match, the deterioration diagnosis ends.

以下、本発明のポイントとなる各ステップについてより詳細に説明する。   Hereinafter, each step as a point of the present invention will be described in more detail.

まず、ステップS4で用いるパラメータについて簡単に説明する。   First, the parameters used in step S4 will be briefly described.

活物質の構成比としては、例えば、正極または負極に含まれる全活物質の重量または体積、正極または負極の重量または体積、正極または負極に含まれる充放電に寄与する全活物質の重量(有効重量)または体積(有効体積)に対する、各活物質の有効重量または有効体積の割合を用いればよい。また、各活物質の有効重量または有効体積をそのまま用いてもよい。   The composition ratio of the active material includes, for example, the weight or volume of the total active material contained in the positive electrode or the negative electrode, the weight or volume of the positive electrode or the negative electrode, the weight of the total active material included in the positive electrode or the negative electrode (effective The ratio of the effective weight or effective volume of each active material to the weight) or volume (effective volume) may be used. Moreover, you may use the effective weight or effective volume of each active material as it is.

本実施形態では、正極または負極活物質の全有効重量に占める各活物質の有効重量の割合を用いた場合について説明する。   In the present embodiment, the case where the ratio of the effective weight of each active material to the total effective weight of the positive electrode or the negative electrode active material is used will be described.

混合正極または混合負極を構成する活物質がN種類であるときには、活物質i (i=1, 2, 3,…,N)の構成比をriとし、0≦ri≦1、r1+r2+…+rN = 1 を満たすように選べばよい。構成比riは、劣化診断の初期値として用いられる。   When there are N kinds of active materials constituting the mixed positive electrode or the mixed negative electrode, the composition ratio of the active material i (i = 1, 2, 3,..., N) is defined as ri, and 0 ≦ ri ≦ 1, r1 + r2 + ... should be selected so that + rN = 1. The composition ratio ri is used as an initial value for deterioration diagnosis.

本実施形態では、混合正極を構成する活物質はLi(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2とLiMn24の2種類で構成比が0.5 : 0.5、負極を構成する活物質は非晶質炭素の1種類である場合について説明する。つまり、本実施例は活物質種が既知である場合に該当する。In the present embodiment, the active material constituting the mixed positive electrode is two types of Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 and LiMn 2 O 4 , and the composition ratio is 0.5: 0.5, The case where the active material constituting the negative electrode is one kind of amorphous carbon will be described. That is, this example corresponds to the case where the active material species is known.

劣化診断に用いるパラメータ群としては、正極および負極の容量に対応するパラメータと、正極の容量または電位と負極の容量または電位の対応を示すパラメータで構成すればよい。   The parameter group used for the deterioration diagnosis may be configured with parameters corresponding to the positive and negative electrode capacities and parameters indicating the correspondence between the positive electrode capacity or potential and the negative electrode capacity or potential.

前者の例としては、例えば正極および負極の活物質の全有効重量mp(g)およびmn(g)、正極および負極の活物質の全有効体積などがある。   Examples of the former include total effective weights mp (g) and mn (g) of the positive and negative electrode active materials, and total effective volumes of the positive and negative electrode active materials.

また後者の例としては、例えば電池の充放電特性の容量原点と正極および負極の充放電特性の容量原点との差δp (Ah)、δn (Ah)や、前記正極・負極の充放電特性の容量原点の差(δp−δn)(Ah)、あるいは所定の電池電圧における正極または負極の電位などがある。   Examples of the latter include, for example, differences δp (Ah), δn (Ah) between the capacity origin of the charge / discharge characteristics of the battery and the capacity origin of the charge / discharge characteristics of the positive electrode and the negative electrode, and the charge / discharge characteristics of the positive electrode / negative electrode. There is a difference in capacity origin (δp−δn) (Ah), or a positive or negative potential at a predetermined battery voltage.

本実施形態では、正極および負極の活物質の全有効重量mp、mnと、正極および負極の容量原点の差δp 、δn を用いた場合について説明する。   In the present embodiment, a case will be described in which the total effective weights mp and mn of the positive and negative electrode active materials and the differences δp and δn between the positive and negative electrode capacity origins are used.

ステップS4で行なう処理としては、劣化診断部12が、まず入力された活物質の種類と構成比および充放電特性の情報を基に、混合正極および混合負極の充放電特性を作成する。作成方法は、充放電特性および構成比として用いた値によって適宜定めればよい。混合正極を用いた場合のより具体的な充放電特性の作成については図3、図4、及び図5を用いて行なう。   As the process performed in step S4, the deterioration diagnosis unit 12 first creates charge / discharge characteristics of the mixed positive electrode and the mixed negative electrode based on the input information on the type and composition ratio of the active material and charge / discharge characteristics. What is necessary is just to determine a preparation method suitably with the value used as a charging / discharging characteristic and a structure ratio. Creation of more specific charge / discharge characteristics when a mixed positive electrode is used is performed with reference to FIGS. 3, 4, and 5.

図3は、本実施形態の正極活物質1すなわちLi(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2と、正極活物質2すなわちLiMn24の単位重量あたりの放電特性を示す。FIG. 3 shows discharge characteristics per unit weight of the positive electrode active material 1, that is, Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 and the positive electrode active material 2, ie, LiMn 2 O 4 , of this embodiment. .

本実施形態では混合正極の容量qpx、電位Vpx、電位変化ΔV/Δqpxは、正極活物質1の容量qp1、電位Vp1、電位変化ΔV/Δqp1および正極活物質2の容量qp2、電位Vp2、電位変化ΔV/Δqp2および混合比rp1、rp2を用いて表される。   In this embodiment, the capacity qpx, potential Vpx, and potential change ΔV / Δqpx of the mixed positive electrode are the capacity qp1, potential Vp1, potential change ΔV / Δqp1 of the positive electrode active material 1, and capacity qp2, potential Vp2, potential change of the positive electrode active material 2. It is expressed using ΔV / Δqp2 and mixing ratios rp1 and rp2.

例えば、電位Vに対する容量qをq(V)と表すと、混合正極の電位Vpxのときの容量qpx(Vpx) は、Vxに対応する正極活物質1、及び正極活物質2の容量qp1、及びqp2をデータテーブルから取得し、混合比rp1、rp2で重みづけして足し合わせれば得られる。すなわち、qpx(Vpx) = rp1*qp1(Vpx) + rp2*qp2(Vpx) と求めればよい。このように、各正極活物質の混合比rp1、rp2を算出して混合正極の容量qpxを算出するため、どのような正極活物質の混合比であったとしても正確な容量を計算することが可能となる。従って、当該混合比の予測を行なうことによって、診断結果に基づく電池制御および寿命予測の精度が向上する。   For example, when the capacity q with respect to the potential V is expressed as q (V), the capacity qpx (Vpx) when the potential Vpx of the mixed positive electrode is equal to the capacity qp1 of the positive electrode active material 1 and the positive electrode active material 2 corresponding to Vx, and qp2 is obtained from the data table, weighted by the mixture ratios rp1 and rp2, and added. That is, qpx (Vpx) = rp1 * qp1 (Vpx) + rp2 * qp2 (Vpx) may be obtained. Thus, since the mixing ratio rp1 and rp2 of each positive electrode active material is calculated to calculate the capacity qpx of the mixed positive electrode, it is possible to calculate an accurate capacity regardless of the mixing ratio of the positive electrode active material. It becomes possible. Therefore, by performing the prediction of the mixture ratio, the accuracy of battery control and life prediction based on the diagnosis result is improved.

図4は、混合正極全体の放電特性qpx(Vpx)と、混合正極内部での正極活物質1および正極活物質2の放電特性rp1*qp1(Vpx)、rp2*qp2(Vpx)を示す。容量qpxに対する電位Vpxを示すVpx(qpx)は、前記qpx(Vpx)の関係を入れ替えることで取得できる。また、容量qpxに対する電位変化ΔV/Δq(qpx)は、求めた前記Vpx(qpx)のデータテーブルをqpxの昇順または降順に並べ、隣接するデータ点の差分から求めればよい。   FIG. 4 shows the discharge characteristics qpx (Vpx) of the whole mixed positive electrode and the discharge characteristics rp1 * qp1 (Vpx) and rp2 * qp2 (Vpx) of the positive electrode active material 1 and the positive electrode active material 2 inside the mixed positive electrode. Vpx (qpx) indicating the potential Vpx with respect to the capacitor qpx can be obtained by switching the relationship of the qpx (Vpx). Further, the potential change ΔV / Δq (qpx) with respect to the capacitance qpx may be obtained from the difference between adjacent data points by arranging the obtained Vpx (qpx) data table in ascending or descending order of qpx.

図5(a)は、単位重量あたりの容量qに対する電極電位Vを示した図であり、図5(b)は、上記手順で求めた混合正極の電位変化率ΔV/Δq(qpx)と、正極活物質1および正極活物質2の電位変化率ΔV/Δq(qp1)、ΔV/Δq(qp2)(つまり図5(a)のデータを微分したもの)を示す。   FIG. 5 (a) is a diagram showing the electrode potential V with respect to the capacity q per unit weight, and FIG. 5 (b) shows the potential change rate ΔV / Δq (qpx) of the mixed positive electrode obtained by the above procedure, The potential change rates ΔV / Δq (qp1) and ΔV / Δq (qp2) of the positive electrode active material 1 and the positive electrode active material 2 (that is, the data obtained by differentiating the data shown in FIG. 5A) are shown.

本実施形態の劣化診断部12では、電圧の微分値(図5(b)に示すもの)をフィッティングに使うことが可能である。このようなフィッティングにするよって、曲線形状が変化に富むものとなり、正しい値で計算しなければ実測値と一致しなくなる。従って、より精度の高い予測が可能となる。   In the deterioration diagnosis unit 12 of the present embodiment, the differential value of the voltage (shown in FIG. 5B) can be used for fitting. By using such a fitting, the curve shape is rich in change, and if it is not calculated with a correct value, it will not match the actual measurement value. Therefore, more accurate prediction is possible.

また電圧の微分値(図5(b)に示すもの)を用いることによって、微分すると定数項がゼロにすることが可能となる。そのため、電池の放電曲線に含まれる電圧降下の影響が抑制され、材料固有の放電曲線による変化が強調され、よりフィッティングによる劣化診断の精度が向上する。
また、負極の放電特性については、本実施形態では負極活物質が非晶質炭素の1種類なので、非晶質炭素の放電特性qn(Vn)、Vn(qn)、ΔV/Δq(qn)をそのまま用いればよい。以上のように、劣化診断部12にて上記演算を行なうことによって、混合正極と負極の活物質単位重量あたりの充放電特性を取得することができる。
Further, by using the differential value of the voltage (shown in FIG. 5B), it is possible to make the constant term zero when differentiated. Therefore, the influence of the voltage drop included in the discharge curve of the battery is suppressed, the change due to the discharge curve specific to the material is emphasized, and the accuracy of deterioration diagnosis by fitting is further improved.
Regarding the discharge characteristics of the negative electrode, since the negative electrode active material is one kind of amorphous carbon in this embodiment, the discharge characteristics qn (Vn), Vn (qn), and ΔV / Δq (qn) of amorphous carbon are Use it as is. As described above, charge / discharge characteristics per unit weight of the active material of the mixed positive electrode and the negative electrode can be acquired by performing the above calculation in the deterioration diagnosis unit 12.

また、正極と負極の活物質単位重量あたりの放電特性と、劣化パラメータmp、mn、δp 、δnに基づいて電池の放電特性を再現する方法は、次に示すとおりである。   A method for reproducing the discharge characteristics per unit weight of the positive electrode and the negative electrode and the discharge characteristics of the battery based on the deterioration parameters mp, mn, δp, and δn is as follows.

電池の容量Qのときの電池電圧V(Q)は、前記混合正極の電位Vpx(qpx)、前記負極の電位Vn(qn)を用いて、V(Q) = Vpx(qpx) Vn(qn)、および Q = mp*qpx + δp= mn*qn + δnによって取得できる。   The battery voltage V (Q) at the capacity Q of the battery is V (Q) = Vpx (qpx) Vn (qn) using the potential Vpx (qpx) of the mixed positive electrode and the potential Vn (qn) of the negative electrode. , And Q = mp * qpx + δp = mn * qn + δn.

同様に電池の容量Qのときの電池電圧変化率ΔV/ΔQ(Q) は、ΔV/ΔQ(Q) =(1/mp)*ΔVpx/Δq(qpx) (1/mn)*ΔVpx/Δq (qn)、およびQ = mp*qpx + δp= mn*qn + δnによって取得できる。当該方法で劣化パラメータを算出する方法が上述したステップS6に該当する。   Similarly, the battery voltage change rate ΔV / ΔQ (Q) when the battery capacity Q is ΔV / ΔQ (Q) = (1 / mp) * ΔVpx / Δq (qpx) (1 / mn) * ΔVpx / Δq ( qn), and Q = mp * qpx + δp = mn * qn + δn. The method for calculating the deterioration parameter by this method corresponds to step S6 described above.

図6(a)は、本実施形態における電池および混合正極および負極の放電特性の推定値を示す。   FIG. 6A shows estimated values of discharge characteristics of the battery, the mixed positive electrode, and the negative electrode in the present embodiment.

取得した電池の放電特性V(Q)またはΔV/ΔQ(Q)の推定値と、入力された電池の放電特性の測定値を比較し、構成比および劣化パラメータ群の値を調節するには、例えば、同一の容量Qに対する電池電圧Vまたは電圧変化率ΔV/ΔQの差の二乗和を比較する方法がある。ある構成比および劣化パラメータ群の値に対する前記二乗和を保持しておき、前記二乗和が最小になるような構成比および劣化パラメータ群の値を探索すればよい。   To compare the obtained estimated value of the discharge characteristic V (Q) or ΔV / ΔQ (Q) of the battery with the measured value of the input discharge characteristic of the battery and adjust the value of the composition ratio and the deterioration parameter group, For example, there is a method of comparing the sum of squares of the difference between the battery voltage V or the voltage change rate ΔV / ΔQ for the same capacity Q. What is necessary is just to hold | maintain the said square sum with respect to the value of a certain composition ratio and a degradation parameter group, and to search for the value of a composition ratio and a degradation parameter group that the said square sum becomes the minimum.

出力部14は、最終的に得られた混合正極および混合負極の活物質の種類と構成比と、劣化パラメータ群や、電池および混合正極および混合負極の放電特性のデータテーブルなどをユーザーへの表示デバイスや、電池動作の制御部、電池寿命の予測部などに出力する。   The output unit 14 displays to the user the finally obtained types and composition ratios of the mixed positive electrode and mixed negative electrode active materials, the degradation parameter group, the data table of the discharge characteristics of the battery, mixed positive electrode, and mixed negative electrode, and the like. Output to device, battery operation controller, battery life predictor, etc.

図6(b)は図6(a)を電圧で微分したものである。負極についても、上述した正極と同様、電圧の微分値を使用して対応することが可能である。   FIG. 6B is obtained by differentiating FIG. 6A with voltage. As with the positive electrode described above, the negative electrode can be handled using a differential value of the voltage.

この場合には曲線形状が変化に富むものとなり、正しい値で計算しなければ実測値と一致しなくなる。従って、より精度の高い予測が可能となる。
<第二の実施形態>
本実施形態では大きな部分は第一の実施形態と同様である。第一の実施形態と異なる点は予測された混合正極(混合負極を用いる場合には混合負極)の電位から、電池を使用する上限電圧または下限電圧を決定する点である。
In this case, the curve shape is rich in change, and if it is not calculated with a correct value, it will not match the actual measurement value. Therefore, more accurate prediction is possible.
<Second Embodiment>
In this embodiment, the major part is the same as in the first embodiment. The difference from the first embodiment is that an upper limit voltage or a lower limit voltage for using the battery is determined from the predicted potential of the mixed positive electrode (or mixed negative electrode when a mixed negative electrode is used).

劣化診断装置1は、電池の充放電特性の測定値に一致する電池の充放電特性の推定値と、前記電池の充放電特性の推定値に対応する混合正極および混合負極の充放電特性に基づいて、各活物質の使用可能電位領域を超えないように電池電圧の上下限を設定する。   The deterioration diagnosis apparatus 1 is based on the estimated value of the charge / discharge characteristic of the battery that matches the measured value of the charge / discharge characteristic of the battery, and the charge / discharge characteristic of the mixed positive electrode and the mixed negative electrode corresponding to the estimated value of the charge / discharge characteristic of the battery. Thus, the upper and lower limits of the battery voltage are set so as not to exceed the usable potential region of each active material.

同じ電池電圧―であったとしても、劣化した電池では新品よりも正極電位と負極電位の両方が上がっている場合が多い。そのため、正極の高電位領域を使うと、電解液が耐えられずに酸化分解し、内部抵抗が上昇してしまう可能性がある。   Even with the same battery voltage, both the positive electrode potential and the negative electrode potential are often higher in a deteriorated battery than in a new battery. For this reason, when the high potential region of the positive electrode is used, there is a possibility that the electrolytic solution cannot withstand and is oxidatively decomposed to increase the internal resistance.

また、正極の高電位・低電位領域を使用すると結晶構造が変化して、内部抵抗が上昇する恐れがある。さらに劣化の仕方によっては、電池を充電したときに負極の電位が低くなり、負極の表面でLi金属が析出したり、電解液が還元分解し、容量と抵抗の劣化を生じる恐れがある。   Further, when the high potential / low potential region of the positive electrode is used, the crystal structure may change and the internal resistance may increase. Furthermore, depending on the manner of deterioration, when the battery is charged, the potential of the negative electrode is lowered, Li metal may be deposited on the surface of the negative electrode, or the electrolytic solution may be reduced and decomposed, resulting in deterioration of capacity and resistance.

従って、所定の上限電圧と下限電圧を設定することによって、上述したような劣化を抑制することが可能となる。   Therefore, the above-described deterioration can be suppressed by setting the predetermined upper limit voltage and lower limit voltage.

本実施形態では実施形態1と同様に、正極活物質としてLi(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2とLiMn24、負極活物質として非晶質炭素を用いた場合について説明する。In this embodiment, as in Embodiment 1, Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 and LiMn 2 O 4 are used as the positive electrode active material, and amorphous carbon is used as the negative electrode active material. Will be described.

本実施形態では、実施形態1に記載した劣化診断によって得られた活物質の構成比rp1、rp2および劣化パラメータ群mp、mn、δp、δn、および電池、正極、負極の放電特性を示すデータテーブルが出力部14から制御部16へと送られる。制御部16では、受け取ったデータに基づき所定の活物質の使用可能な電位領域の上限または下限に対応する電池電圧を計算する。   In the present embodiment, the active material composition ratios rp1 and rp2 and the deterioration parameter groups mp, mn, δp, and δn obtained by the deterioration diagnosis described in the first embodiment, and the data table indicating the discharge characteristics of the battery, the positive electrode, and the negative electrode Is sent from the output unit 14 to the control unit 16. The control unit 16 calculates a battery voltage corresponding to the upper limit or the lower limit of the potential region where the predetermined active material can be used based on the received data.

図7(a)は図6(a)と同様の図であるが、図7(a)ではさらに下限値の決定方法の説明が追記されている。図7(b)も図6(b)と同様の図である。   FIG. 7A is a diagram similar to FIG. 6A, but in FIG. 7A, a description of a method for determining a lower limit value is added. FIG. 7B is also the same diagram as FIG.

下限値は次のような手順で決定される。(本実施形態は下限値を決定するが上限値についても同様の手順で決定される。)例えば図7(b)に示すように、混合正極は容量が0.7Ahより大きな領域で劣化が促進される(図7(b)の矢印で示した変曲点よりも容量が大きい領域が劣化が促進される領域。)。つまり、混合正極は図7(a)に示すように電位が3.7V以下となる領域で劣化が促進される。従って、混合正極の電位は3.7Vより大きくする必要がある。   The lower limit value is determined by the following procedure. (In this embodiment, the lower limit value is determined, but the upper limit value is also determined in the same procedure.) For example, as shown in FIG. 7B, the mixed positive electrode promotes deterioration in a region where the capacity is larger than 0.7 Ah. (A region where the capacity is larger than the inflection point indicated by the arrow in FIG. 7B is a region where deterioration is promoted.) That is, deterioration of the mixed positive electrode is promoted in a region where the potential is 3.7 V or less as shown in FIG. Therefore, the potential of the mixed positive electrode needs to be larger than 3.7V.

上述した第一の実施形態では、混合正極の電位を3.7Vより大きくするためには0.7Ahより小さくする必要がある。従って実際の電池では、0.7Ahと電池の充放電曲線が交わる点、つまり3.0Vを下限電圧として決定する。   In the first embodiment described above, in order to make the potential of the mixed positive electrode larger than 3.7 V, it is necessary to make it smaller than 0.7 Ah. Therefore, in an actual battery, the point where 0.7 Ah and the charge / discharge curve of the battery intersect, that is, 3.0 V is determined as the lower limit voltage.

その他の方法としては、Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2の利用可能な下限電位がVp1lであった場合、Vp1lに対応する容量Qlを正極の放電特性のデータテーブルから求め、次に容量Qlに対する電池電圧Vlを電池の放電特性のデータテーブルから求める方法がある。上限電位に対応する電池電圧や、LiMn24の上下限電位に対応する電池電圧や、非晶質炭素の上下限電位に対応する電池電圧を求める。そして、全ての活物質の上下限電位を超えないように、電池電圧の動作範囲を決めることができる。As another method, when the available lower limit potential of Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 is Vp1l, the capacity Ql corresponding to Vp1l is set as a data table of the discharge characteristics of the positive electrode. Next, there is a method of obtaining the battery voltage Vl with respect to the capacity Ql from the battery discharge characteristic data table. A battery voltage corresponding to the upper limit potential, a battery voltage corresponding to the upper and lower limit potential of LiMn 2 O 4 , and a battery voltage corresponding to the upper and lower limit potential of amorphous carbon are obtained. The operating range of the battery voltage can be determined so as not to exceed the upper and lower limit potentials of all the active materials.

なお、上限電圧についても同様の上記2つの方法のいずれかで決定することが可能である。   The upper limit voltage can also be determined by one of the above two methods.

また、本発明では混合正極を構成する活物質の充放電特性が予測可能であるため、各活物質種の情報に基づいて上限電圧または下限電圧を設定することも可能である。   In the present invention, since the charge / discharge characteristics of the active material constituting the mixed positive electrode can be predicted, the upper limit voltage or the lower limit voltage can be set based on the information of each active material type.

この場合には、劣化の促進された活物質の劣化速度を遅くすることが可能になるため、電池の寿命を延ばすことが可能となる。   In this case, it becomes possible to slow down the deterioration rate of the active material whose deterioration is promoted, so that the life of the battery can be extended.

以上、本実施形態では予測された混合正極の電位の情報に基づいて、使用電圧の上限電圧や下限電圧を設定することが可能となる。そのため、混合正極に対して適切な上限電圧や下限電圧を設定することが可能になり、電池の劣化を抑制することが可能となる。なお、このような上限値や下限値の設定は劣化診断部12または制御部16のいずれかで行なうことができる。
<第三の実施形態>
本発明に関わる二次電池の劣化診断装置1の別の実施形態においては、電池の劣化診断結果および所定の容量下限値に基づいて、電池の余寿命を判定する。本実施形態では実施形態1と同じく、正極活物質としてLi(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2とLiMn24、負極活物質として非晶質炭素を用いた場合について説明する。
As described above, in the present embodiment, it is possible to set the upper limit voltage and the lower limit voltage of the use voltage based on the predicted potential information of the mixed positive electrode. Therefore, it becomes possible to set an appropriate upper limit voltage and lower limit voltage for the mixed positive electrode, and to suppress deterioration of the battery. The upper limit value and the lower limit value can be set by either the deterioration diagnosis unit 12 or the control unit 16.
<Third embodiment>
In another embodiment of the secondary battery deterioration diagnosis device 1 according to the present invention, the remaining battery life is determined based on the battery deterioration diagnosis result and a predetermined capacity lower limit value. In the present embodiment, as in Embodiment 1, Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 and LiMn 2 O 4 are used as the positive electrode active material, and amorphous carbon is used as the negative electrode active material. explain.

本実施形態では、異なる使用期間において測定した同一あるいは同一構成の電池の放電特性に対して、実施形態1に記載した劣化診断を実施済みである。   In the present embodiment, the deterioration diagnosis described in the first embodiment has already been performed on the discharge characteristics of batteries having the same or the same configuration measured in different usage periods.

本実施形態における劣化診断装置100の図を図8に示す。劣化診断によって得られた活物質の種類と構成比および劣化パラメータ群の値、および劣化診断時点での電池の使用状況はメモリ13に保持されているか、入力部11によって外部から入力される。これらのデータは予測部17に送られる。また、入力部11からは、前記構成比および劣化パラメータ群の、使用状況を変数とした関数が入力される。   A diagram of the degradation diagnosis apparatus 100 in the present embodiment is shown in FIG. The type and composition ratio of the active material obtained by the deterioration diagnosis, the value of the deterioration parameter group, and the battery use status at the time of deterioration diagnosis are held in the memory 13 or input from the outside by the input unit 11. These data are sent to the prediction unit 17. Also, from the input unit 11, a function having the usage status of the composition ratio and the deterioration parameter group as a variable is input.

関数形としては、例えば直線、二次関数、指数関数、対数関数などが挙げられる。また変数としては、使用期間、充放電サイクル数、累積充放電電気量、温度、電池電圧、電極電位などが挙げられる。また、これらの関数は、入力部から入力されたデータに基づいて予測部が決定してもよい。   Examples of the function form include a straight line, a quadratic function, an exponential function, and a logarithmic function. Examples of the variable include the period of use, the number of charge / discharge cycles, the accumulated charge / discharge amount, temperature, battery voltage, and electrode potential. These functions may be determined by the prediction unit based on data input from the input unit.

関数の変数となる使用状況は入力部から入力される。予測部17は、入力された変数および関数に基づいて、一定期間ごとに構成比(混合比)と劣化パラメータ群を計算し、計算結果に基づいて電池の充放電特性を予測する。   The usage status that becomes the function variable is input from the input section. The predicting unit 17 calculates the composition ratio (mixing ratio) and the deterioration parameter group for each predetermined period based on the input variables and functions, and predicts the charge / discharge characteristics of the battery based on the calculation result.

また、予測された電池の充放電特性に対して所定の上下限値との大小関係を判定する。予測計算上のある時点t1において電池の充放電特性が所定の上限値または下限値を上回るまたは下回る場合には、この時点t1を前記電池の寿命と見なす。例えば所定の値とは電池の容量が初期の70%以下、電池の内部抵抗が初期の200%以上等である。   Moreover, the magnitude relationship with a predetermined | prescribed upper / lower limit is determined with respect to the charging / discharging characteristic of the estimated battery. When the charging / discharging characteristic of the battery exceeds or falls below a predetermined upper limit value or lower limit value at a certain time t1 in the prediction calculation, this time t1 is regarded as the life of the battery. For example, the predetermined value means that the battery capacity is 70% or less of the initial value, the internal resistance of the battery is 200% or more of the initial value.

出力部は、前記時点t1あるいは、現在時刻から前記時点t1までの時間T1を出力する。また、時間T1が所定の最短時間T2よりも短い場合には警告を出力する。各値の具体例としては、時点t1を寿命がくる日時、時間T1を残存寿命、所定の最短時間T2を次回の定期点検までの日数等に設定すればよい。このようにすることによって、点検前に電池が使用不可となる場合に警告を出すことが可能となる。   The output unit outputs the time t1 or the time T1 from the current time to the time t1. When the time T1 is shorter than the predetermined shortest time T2, a warning is output. As a specific example of each value, the time point t1 may be set as the date and time when the lifetime comes, the time T1 as the remaining lifetime, the predetermined shortest time T2 as the number of days until the next periodic inspection, and the like. In this way, a warning can be issued when the battery becomes unusable before inspection.

以上の手順により、混合電極を用いた二次電池の寿命を予測することができる。   With the above procedure, the lifetime of the secondary battery using the mixed electrode can be predicted.

以上、本発明では下記の点が特徴であるため、混合電極を用いた場合であっても確実に劣化診断が可能となる。   As described above, the present invention is characterized by the following points. Therefore, even when a mixed electrode is used, it is possible to reliably perform deterioration diagnosis.

まず、本発明は正極活物質の充放電曲線を推定する際に、各正極活物質の混合比rp1、rp2を算出して混合正極の容量qpxを算出するため、どのような正極活物質の混合比であったとしても正確な容量を計算することが可能となる。   First, in the present invention, when estimating the charge / discharge curve of the positive electrode active material, the mixing ratio rp1, rp2 of each positive electrode active material is calculated to calculate the capacity qpx of the mixed positive electrode. Even if it is a ratio, it is possible to calculate an accurate capacity.

また、本発明では上記各正極活物質の混合比rp1、rp2をそれぞれ、正極活物質1の容量qp1(Vpx)、及び正極活物質2の容量qp1(Vpx)に掛け合わせて混合正極の容量qpxを算出することによって、単純に混合比だけに基づいて混合正極の容量qpxを計算するよりもより正確な混合正極の容量を推定することが可能となる。   In the present invention, the mixing ratios rp1 and rp2 of the positive electrode active materials are multiplied by the capacity qp1 (Vpx) of the positive electrode active material 1 and the capacity qp1 (Vpx) of the positive electrode active material 2, respectively. It is possible to estimate the mixed positive electrode capacity more accurately than simply calculating the mixed positive electrode capacity qpx based solely on the mixing ratio.

また、本発明では上記推定した充放電曲線と、実際の充放電曲線を比較して、同一の容量Qに対する電池電圧Vまたは電圧変化率ΔV/ΔQの差の二乗和を計算することによって、正極の現在の容量劣化率を推定することが出来る。そのため、従来の方法より正確に容量劣化を推定することが可能となる。   In the present invention, the estimated charge / discharge curve is compared with the actual charge / discharge curve, and the sum of squares of the difference between the battery voltage V or the voltage change rate ΔV / ΔQ with respect to the same capacity Q is calculated. The current capacity degradation rate can be estimated. For this reason, it is possible to estimate the capacity deterioration more accurately than the conventional method.

また、本発明では前記電池の充放電特性の推定値に対応する混合正極の充放電特性に基づいて電池電圧の上限値を設定する。つまり、混合正極の充放電特性を推定する際に使用した各活物質のデータを利用して、使用されている複数の活物質を推定し、その各活物質の上限使用電圧および下限使用電圧を満たすように制御することによって、混合正極の各活物質の劣化を抑制した診断や電池システムを提供することが可能となる。   In the present invention, the upper limit value of the battery voltage is set based on the charge / discharge characteristics of the mixed positive electrode corresponding to the estimated value of the charge / discharge characteristics of the battery. That is, using the data of each active material used when estimating the charge / discharge characteristics of the mixed positive electrode, a plurality of active materials used are estimated, and the upper limit operating voltage and the lower limit operating voltage of each active material are calculated. By controlling so that it may satisfy | fill, it becomes possible to provide the diagnosis and battery system which suppressed degradation of each active material of a mixed positive electrode.

また、この際に最も劣化が進んでいる活物質を上述した方法により判定し、その活物質に対応する上限使用電圧および下限使用電圧を満たすように制御しても良い。この場合には、最も劣化が進んだ活物質の更なる劣化を抑制することが可能となるため、電池の寿命を延ばす制御が可能となる。   In this case, the active material that is most deteriorated may be determined by the above-described method, and may be controlled so as to satisfy the upper limit use voltage and the lower limit use voltage corresponding to the active material. In this case, since it becomes possible to suppress further deterioration of the active material that has been most deteriorated, it is possible to control to extend the life of the battery.

また、本発明では上記劣化診断方法によって得られた前記二次電池の劣化診断結果に基づいて、電池の利用可否を判定することによって、混合正極を用いた場合であったとしても確実に電池の利用可否を判定することが可能となる。   Further, in the present invention, by determining whether or not the battery can be used based on the deterioration diagnosis result of the secondary battery obtained by the deterioration diagnosis method, even if the mixed positive electrode is used, It becomes possible to determine availability.

また、本発明ではある診断結果よりも以前の診断によって得られた診断結果に基づいて、前記二次電池の余寿命を取得することによって、より正確に電池の余寿命を算出することが可能となる。   Further, according to the present invention, the remaining life of the battery can be calculated more accurately by acquiring the remaining life of the secondary battery based on the diagnosis result obtained by the diagnosis earlier than a certain diagnosis result. Become.

また、上述した方法を用いないで混合正極や混合負極を用いた場合に確実に劣化を診断する方法として、あらゆる混合比の混合正極または混合負極の充放電曲線を予め記憶することが考えられる。しかし、3種類以上の活物質による混合正極または混合負極に対しては、システムに必要な記憶容量が極端に大きくなる問題がある。   In addition, as a method of reliably diagnosing deterioration when a mixed positive electrode or a mixed negative electrode is used without using the above-described method, it is conceivable to store in advance charge / discharge curves of the mixed positive electrode or mixed negative electrode of any mixing ratio. However, there is a problem that the storage capacity necessary for the system becomes extremely large for a mixed positive electrode or mixed negative electrode using three or more kinds of active materials.

そのため上述した劣化診断方法を用いることによって、あらゆる混合比の混合正極または混合負極の充放電曲線をシステムの記憶容量を極端に大きくすることなく対応することが可能となる。   Therefore, by using the above-described deterioration diagnosis method, it becomes possible to cope with charge / discharge curves of mixed positive electrodes or mixed negative electrodes of any mixing ratio without extremely increasing the storage capacity of the system.

なお、上述した実施形態では主に混合正極を用いた場合について説明したが、上述した正極を負極に置き換えて本発明を使用することによって混合負極を用いた場合でも利用可能である。   In addition, although the case where the mixed positive electrode was mainly used was demonstrated in the embodiment mentioned above, it can utilize even when a mixed negative electrode is used by replacing the positive electrode mentioned above with the negative electrode and using the present invention.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1 劣化診断装置
11 入力部
12 劣化診断部
13 メモリ
14 出力部
15 ディスプレイ
16 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Degradation diagnostic apparatus 11 Input part 12 Degradation diagnostic part 13 Memory 14 Output part 15 Display 16 Control part

Claims (7)

少なくとも2つ以上の活物質を混合してなる混合正極または混合負極を有する二次電池の劣化を診断する二次電池の劣化診断方法において、
前記二次電池の充放電特性を取得する第一のステップと、
メモリに格納された複数の活物質の情報を取得する第二のステップと、
前記複数の活物質の情報と前記充放電特性から前記正極または負極の混合比を決定する第三のステップと、
前記第三のステップで決定された混合比に基づいて当該二次電池の充放電特性を予測する第四のステップと、
前記予測された充放電特性と前記第一のステップで取得された充放電特性を比較し、前記予測された充放電特性と前記第一のステップで取得された充放電特性が一致した場合、前記混合比を用いて予測された前記混合正極の電位または前記混合比を用いて予測された前記混合負極の電位に基づいて劣化パラメータを算出する第五のステップを有することを特徴とする二次電池の劣化診断方法。
In a secondary battery deterioration diagnosis method for diagnosing deterioration of a secondary battery having a mixed positive electrode or a mixed negative electrode formed by mixing at least two active materials,
A first step of acquiring charge / discharge characteristics of the secondary battery;
A second step of acquiring information on a plurality of active materials stored in a memory;
A third step of determining a mixing ratio of the positive electrode or the negative electrode from information of the plurality of active materials and the charge / discharge characteristics;
A fourth step of predicting charge / discharge characteristics of the secondary battery based on the mixing ratio determined in the third step;
When comparing the predicted charge / discharge characteristics and the charge / discharge characteristics acquired in the first step, and when the predicted charge / discharge characteristics and the charge / discharge characteristics acquired in the first step match, A secondary battery comprising a fifth step of calculating a deterioration parameter based on the potential of the mixed positive electrode predicted using a mixing ratio or the potential of the mixed negative electrode predicted using the mixing ratio. Deterioration diagnosis method of
請求項1に記載の二次電池の劣化診断方法において、
前記劣化パラメータは二次電池容量、前記混合正極の容量、前記混合負極の容量に基づいて算出されることを特徴とする二次電池の劣化診断方法。
The deterioration diagnosis method for a secondary battery according to claim 1,
The degradation parameter of a secondary battery, wherein the degradation parameter is calculated based on a secondary battery capacity, a capacity of the mixed positive electrode, and a capacity of the mixed negative electrode.
請求項2に記載の二次電池の劣化診断方法において、
前記活物質の情報は、単位重量あたりの容量q(Ah/g)、容量Q (Ah)、電極電位V (V)、容量変化に対する電位変化ΔV/ΔQ (V/Ah)またはΔV/Δq(Vg/Ah)、電位変化に対する容量変化ΔQ/ΔV (Ah/V)またはΔq/ΔV(Ah/Vg)、充電状態SOC、比熱c(J/Kg)または熱容量C(J/K)、電気抵抗R(Ω)のいずれかの情報であることを特徴とする二次電池の劣化診断方法。
The deterioration diagnosis method for a secondary battery according to claim 2,
The information on the active material includes a capacity per unit weight q (Ah / g), a capacity Q (Ah), an electrode potential V (V), a potential change ΔV / ΔQ (V / Ah) or ΔV / Δq ( Vg / Ah), capacitance change ΔQ / ΔV (Ah / V) or Δq / ΔV (Ah / Vg), state of charge SOC, specific heat c (J / Kg) or heat capacity C (J / K), electric resistance A method for diagnosing deterioration of a secondary battery, wherein the information is any information of R (Ω).
少なくとも2つ以上の活物質を混合してなる混合正極または混合負極を有する二次電池と、前記二次電池の劣化を診断する劣化診断装置を有する二次電池システムにおいて、
前記劣化診断装置は、入力部と、劣化診断部と、メモリを有し、
前記入力部は前記二次電池の充放電特性を取得し、
前記劣化診断部はメモリに格納された複数の活物質の情報、および前記二次電池の充放電特性を取得し、当該複数の活物質の情報と前記充放電特性から前記正極または負極の混合比を決定し、当該決定された混合比に基づいて当該二次電池の充放電特性を予測し、
前記予測された充放電特性と前記二次電池の充放電特性を比較して前記予測された充放電特性と前記二次電池の充放電特性が一致した場合、前記混合比を用いて予測された前記混合正極の電位または前記混合比を用いて予測された前記混合負極の電位に基づいて劣化パラメータを算出することを特徴とする二次電池システム。
In a secondary battery system having a secondary battery having a mixed positive electrode or a mixed negative electrode obtained by mixing at least two active materials, and a deterioration diagnosis device for diagnosing deterioration of the secondary battery,
The deterioration diagnosis apparatus includes an input unit, a deterioration diagnosis unit, and a memory.
The input unit acquires the charge / discharge characteristics of the secondary battery,
The deterioration diagnosis unit acquires information on a plurality of active materials stored in a memory and charge / discharge characteristics of the secondary battery, and mixes the positive electrode or the negative electrode based on the information on the plurality of active materials and the charge / discharge characteristics. And predicting the charge / discharge characteristics of the secondary battery based on the determined mixing ratio,
When the predicted charge / discharge characteristics and the charge / discharge characteristics of the secondary battery coincide with each other by comparing the predicted charge / discharge characteristics and the charge / discharge characteristics of the secondary battery, the mixture ratio is predicted. A secondary battery system, wherein a deterioration parameter is calculated based on the potential of the mixed negative electrode or the potential of the mixed negative electrode predicted using the mixing ratio.
請求項6に記載の二次電池システムにおいて、
前記劣化パラメータは電池容量、前記混合正極の容量、前記混合負極の容量に基づいて算出されることを特徴とする二次電池システム。
The secondary battery system according to claim 6,
The secondary battery system, wherein the deterioration parameter is calculated based on a battery capacity, a capacity of the mixed positive electrode, and a capacity of the mixed negative electrode.
請求項5に記載の二次電池システムにおいて、
前記劣化診断部は、前記予測された混合正極の電位または前記予測された混合負極の電位に基づいて前記二次電池の使用電圧の上限値または下限値を決定することを特徴とする二次電池システム。
The secondary battery system according to claim 5,
The deterioration diagnosis unit determines an upper limit value or a lower limit value of a use voltage of the secondary battery based on the predicted potential of the mixed positive electrode or the predicted potential of the mixed negative electrode. system.
請求項6に記載の二次電池システムにおいて、
前記劣化診断装置は、一定期間毎に算出された前記混合比および前記劣化パラメータに基づいて前記二次電池の充放電特性を予測する予測部を有することを特徴とする二次電池システム。
The secondary battery system according to claim 6,
The deterioration diagnosis apparatus includes a prediction unit that predicts a charge / discharge characteristic of the secondary battery based on the mixture ratio and the deterioration parameter calculated at regular intervals.
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