JPWO2019131825A1 - 二次電池管理装置、二次電池および二次電池管理プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
この装置は、電子機器から、二次電池の性能情報を取得する性能情報取得部と、二次電池の所定の単位期間における性能の劣化度を測定する劣化測定部と、二次電池の性能の劣化度に基づいて、所定の将来時点における二次電池の劣化度を予測する劣化予測部と、を備える。
この二次電池は、記憶媒体と、電子機器の機器IDを取得し、記録媒体に機器IDを記録する機器ID取得部と、を備える。
図1は、二次電池管理システム200のハードウェア構成図である。
二次電池管理システム200においては、二次電池を駆動電源とするモバイル端末202、電気自動車204、飛行機206、船舶208などがインターネット212を介して二次電池管理装置100と接続される。以下、二次電池を駆動電源とする装置のことをまとめて「電子機器210」とよぶ。二次電池は、いずれも、二次電池管理装置100の運営者(以下、「システム運営者」とよぶ)から貸与されたものである。電子機器210のユーザは二次電池を購入する必要はなく、システム運営者から二次電池を借りてその使用料を定期的に支払う。本実施形態においては、二次電池の劣化度に基づいて、二次電池の使用料を決める(劣化度の詳細は後述)。
以下、電子機器210は「機器ID」、電子機器210のユーザは「ユーザID」、二次電池は「電池ID」により識別されるものとして説明する。
横軸は時間経過を示し、縦軸は二次電池の性能を示す。二次電池の性能は、内部抵抗、放電容量、起電力(電圧)、充放電時の電流などにより指標化されるが、ここでは、二次電池の放電容量を「性能」の代表例として示す。二次電池は充放電を繰り返すごとに放電容量(出力)が徐々に降下する。
二次電池管理装置100の各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。第2実施形態における二次電池300の機能ブロック図(図10参照)についても同様である。
通信部102は、インターネット212を介して電子機器210等との通信処理を担当する。データ格納部106は各種データを格納する。データ処理部104は、通信部102により取得されたデータおよびデータ格納部106に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部104は、通信部102およびデータ格納部106のインタフェースとしても機能する。
このほか、受信部108は、電子機器210(二次電池)の所在地を示す位置情報を定期的に取得してもよい。
劣化予測通知部122は、電子機器210に劣化予測を通知する。劣化予測とは、使用中の二次電池がいつまでにどのくらい劣化するかについての予測である。料金通知部124は、電子機器210に使用料(実測値および予測値)を通知する。交換通知部126は、二次電池の交換の要否、または、交換が予想される将来時点を電子機器210のユーザに通知する。発注通知部128は、二次電池メーカー216に対して、二次電池の生産および配達を指示する。
劣化測定部130は、図2に関連して説明したように二次電池の劣化度を計算する。料金計算部132は、二次電池の使用料を計算する。決済管理部134は、二次電池の使用料の支払請求および支払完了通知に基づいてユーザごとの使用料の支払状態を管理する。劣化行動特定部138は、二次電池の劣化を進める使用態様(以下、「劣化行動」とよぶ)を特定する。
劣化予測部140は、図2に関連して説明したように二次電池の劣化履歴に基づいて二次電池の劣化の進み方を予測する。料金予測部142は、二次電池の劣化予測に基づいて二次電池の将来的な使用料を予測する。交換予測部144は、二次電池の交換時期を予測する。
電池管理情報150は、データ格納部106に格納される。二次電池が電子機器210にセットされたとき、電子機器210は二次電池に設定される電池IDを読み取り、機器ID、ユーザIDとともに二次電池管理装置100に送信する。また、電子機器210は定期的に二次電池の放電容量(計測容量)を二次電池管理装置100に性能情報として送信する。劣化測定部130は、各二次電池の劣化度を計算し、電池管理情報150に登録する。料金計算部132は、単位期間における二次電池の劣化度の変化量に基づいて、二次電池の使用料を計算する。
図5に示す処理は、1週間に1回、1日に1回など任意の間隔にて定期的に実行される。本実施形態における二次電池管理装置100は、1ヶ月に1回、図5に示す処理をユーザごとに実行するものとして説明する。図5は、ユーザP1を対象として実行されるものとして説明する。二次電池管理装置100は、電子機器210から各種情報を収集する(S10)。具体的には、性能情報取得部112は二次電池の性能情報を取得し、使用履歴取得部114は使用履歴を取得し、機器ID取得部116は機器IDを取得し、ユーザ情報取得部118はユーザP1のユーザ情報を取得する。
金融機関214は、ユーザP1の預金口座から使用料を引き落とし、決済完了通知を二次電池管理装置100に送信する。すべてのユーザに対して、同様の処理が定期的に実行される。
二次電池管理装置100は、1ヶ月に1回、図6に示す処理を実行する。二次電池管理装置100は、複数の二次電池について交換時期を集計する。たとえば、交換予測部144は、2ヶ月後から3ヶ月後までの間に交換が必要な二次電池の必要総数を集計する(S20)。発注通知部128は、二次電池メーカー216に対して予測数分の二次電池を発注する(S22)。このような制御方法によれば、二次電池メーカー216は二次電池の在庫を抑制しつつ、適正な二次電池の生産数を把握できる。
劣化行動履歴情報160は、データ格納部106に格納される。劣化行動履歴情報160は、二次電池ごとに用意される。二次電池管理装置100においては、あらかじめ複数の劣化行動F1〜F3が定義される。たとえば、劣化行動F1は電気自動車204の急発進であってもよいし、劣化行動F2は急速充電であってもよいし、劣化行動F3は二次電池を高温(たとえば、25度以上)の地点で使用することであってもよい。ここでは、システム運営者により劣化行動が定義されるものとして説明する。
二次電池は、使用方法に応じて劣化の進み方が変化する。1例として、劣化予測部140は劣化行動の頻度に応じてユーザを複数のタイプに分類してもよい。たとえば、図7に関連して説明した劣化行動F1の1ヶ月あたりの実行回数が平均5回未満のユーザをタイプX1、5回以上15回未満のユーザをタイプX2、15回以上のユーザをタイプX3に分類するとする。タイプX3のユーザは、タイプX1のユーザよりも二次電池を劣化させやすいと考えられる。データ格納部106においては、あらかじめタイプX1〜X3に対応して二次電池の経年劣化パターンを定義しておく。
行動集計情報170は、データ格納部106に格納される。行動集計情報170は、複数の二次電池、複数のユーザを対象として収集された使用履歴から劣化行動を特定するために使用される。図7においては劣化行動がシステム運営者により定義・設定されるものとして説明したが、図9においては多数のユーザの使用履歴(ビッグデータ)から劣化行動を探り出す方法について説明する。
第1実施形態においては、電子機器210または二次電池が通信機能を備え、二次電池管理装置100が電子機器210等と定期的にアクセスすることにより、二次電池に関する各種データを収集するとして説明した。第2実施形態においては、通信ネットワークを介したデータ収集ではなく、記憶機能を備えた二次電池の交換時に二次電池に関する各種データを収集する。
二次電池300は、バッテリセル302、充放電制御部304、データ取得部306およびデータ格納部308を含む。バッテリセル302は蓄電部であり、充放電制御部304はバッテリセル302の充放電を制御する。バッテリセル302と充放電制御部304は既知の二次電池が備える機能ブロックである。
二次電池管理システム200においては、二次電池のユーザは、二次電池を購入する必要がないため、二次電池(電子機器210)の導入時における初期費用を抑制できる。二次電池管理装置100は、二次電池の放電量や充電回数などの使用量ではなく、劣化度に基づいて二次電池の使用料を請求する。二次電池を大事に使うユーザは使用料が安くなるため、二次電池が貸与品であっても大事に使おうというインセンティブをもたせやすくなる。二次電池を長持ちさせるような使用をユーザに意識させることは、環境負荷を抑制する上でも有効である。
本実施形態においては、二次電池ごとに性能情報、使用履歴、機器ID、ユーザ情報等の各種情報を収集するとして説明した。大型の二次電池は、セル(小さな二次電池)の集合体として構成されることが多い。変形例として、二次電池(セルの集合体)ではなく、セルごとに電池IDを付与し、セルごとに性能情報等を収集してもよい。
二次電池300は、電池成分320と抵抗成分322を含む。充放電を繰り返すと、二次電池300の負極材に使用する黒鉛と電解液の反応により、負極表面に徐々に被膜が形成される。抵抗成分322(内部抵抗値r)は負極の被膜に起因する。内部抵抗値r=0のとき、電池成分320の起電力Eと外部抵抗324に印加される電圧値Vは等しい。しかし、内部抵抗値rが非ゼロのとき、放電電流をIとするとV=E−I・rとなり、抵抗成分322により放電電圧が降下する。したがって、OCV(開放端電圧)と放電電圧の差を測定することにより、二次電池300の劣化度を指標化できる。
本発明者らは、充放電にともなう二次電池300の劣化速度について実験をおこなった。本実験では、18mm×65mmの円筒セルのリチウムイオン二次電池(二次電池300)を使用した。二次電池300の初期容量は2,750(mAh)である。また、計測時の温度は摂氏25度である。二次電池300の充放電を繰り返し、放電積算容量(mAh)にともなってSOHがどのように低下(劣化)していくかを測定した。
交換通知部126は、ユーザA4が手放した二次電池300を利用可能なユーザが存在しないときには、この二次電池300をリサイクル業者に配送してもよい。
A1.二次電池を駆動電源とする電子機器と通信ネットワークを介して接続され、
前記電子機器から、前記二次電池の性能情報を取得する性能情報取得部と、
前記二次電池の所定の単位期間における性能の劣化度を測定する劣化測定部と、
前記劣化度に応じて、前記単位期間における前記二次電池の使用料を計算する料金計算部と、を備えることを特徴とする二次電池管理装置。
前記予測された使用料を前記電子機器のユーザに通知する料金通知部と、を更に備えることを特徴とするA2に記載の二次電池管理装置。
前記予測された交換時期を前記電子機器のユーザに通知する交換通知部と、を更に備えることを特徴とするA2またはA3に記載の二次電池管理装置。
前記二次電池の劣化履歴と前記使用履歴を参照し、前記二次電池を劣化させる使用態様として定義される複数の劣化行動のうち、前記電子機器のユーザにより実行される劣化行動を特定する劣化行動特定部と、を更に備えることを特徴とするA1からA4のいずれかに記載の二次電池管理装置。
前記劣化測定部は、前記放電容量の前記単位期間における低下を前記劣化度として測定することを特徴とするA1に記載の二次電池管理装置。
前記二次電池の所定の単位期間における性能の劣化度を測定する機能と、
前記劣化度に応じて、前記単位期間における前記二次電池の使用料を計算する機能と、をコンピュータに発揮させることを特徴とする二次電池管理プログラム。
Claims (11)
- 二次電池を駆動電源とする電子機器と通信ネットワークを介して接続され、
前記電子機器から、前記二次電池の性能情報を取得する性能情報取得部と、
前記二次電池の所定の単位期間における性能の劣化度を測定する劣化測定部と、
前記二次電池の性能の劣化度に基づいて、所定の将来時点における前記二次電池の劣化度を予測する劣化予測部と、を備えることを特徴とする二次電池管理装置。 - 複数の電子機器から、前記複数の電子機器それぞれの使用履歴を取得する使用履歴取得部、を更に備え、
前記劣化予測部は、複数の二次電池それぞれについての性能の劣化度および使用履歴を参照し、第1の電子機器の使用履歴に基づいて、所定の将来時点における前記第1の電子機器が使用する二次電池の劣化度を予測することを特徴とする請求項1に記載の二次電池管理装置。 - 複数の二次電池それぞれについての性能の劣化度と使用履歴を参照し、二次電池の単位時間あたりの劣化度が所定値以上となるときの電子機器の使用態様である劣化行動を特定する劣化行動特定部と、を更に備えることを特徴とする請求項2に記載の二次電池管理装置。
- 複数の電子機器から、電子機器を識別する機器IDを取得する機器ID取得部、を更に備え、
前記劣化予測部は、複数の二次電池それぞれについての性能の劣化度と機器IDを参照し、第2の電子機器の機器IDに基づいて、所定の将来時点における前記第2の電子機器が使用する二次電池の劣化度を予測することを特徴とする請求項1に記載の二次電池管理装置。 - 前記性能情報取得部は、前記二次電池を構成する複数のセルそれぞれの性能情報を取得し、
前記劣化測定部は、セルごとに性能の劣化度を測定し、
前記劣化予測部は、セルごとに劣化度を予測することを特徴とする請求項1に記載の二次電池管理装置。 - 複数の電子機器から、電子機器のユーザのユーザ情報を取得するユーザ情報取得部、を更に備え、
前記劣化予測部は、複数の二次電池それぞれについての劣化度とユーザ情報を参照し、第3の電子機器のユーザ情報に基づいて、所定の将来時点における前記第3の電子機器が使用する二次電池の劣化度を予測することを特徴とする請求項1に記載の二次電池管理装置。 - 二次電池の劣化度の予測に基づいて、複数の電子機器それぞれについての二次電池の交換時期を予測する交換予測部と、
複数の電子機器のうち、所定の将来時点において交換対象となる二次電池の数を外部装置に通知する交換通知部と、を更に備えることを特徴とする請求項2に記載の二次電池管理装置。 - 前記性能情報取得部は、前記二次電池の放電容量を前記性能情報として取得し、
前記劣化測定部は、前記放電容量の前記単位期間における低下を前記劣化度として測定することを特徴とする請求項1に記載の二次電池管理装置。
- 電子機器の駆動電源として、前記電子機器に着脱可能に設置され、
記憶媒体と、
前記電子機器の機器IDを取得し、前記記録媒体に前記機器IDを記録する機器ID取得部と、を備えることを特徴とする二次電池。 - 前記電子機器の使用履歴を取得し、前記記録媒体に前記使用履歴を保存する使用履歴取得部、を更に備えることを特徴とする請求項9に記載の二次電池。
- 二次電池を駆動電源とする電子機器から、前記二次電池の性能情報を取得する機能と、
前記二次電池の所定の単位期間における性能の劣化度を測定する機能と、
前記二次電池の性能の劣化度に基づいて、所定の将来時点における前記二次電池の劣化度を予測する機能と、をコンピュータに発揮させることを特徴とする二次電池管理プログラム。
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