WO2015056312A1 - リチウムイオン電池の劣化推定装置及び劣化推定方法 - Google Patents

リチウムイオン電池の劣化推定装置及び劣化推定方法 Download PDF

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ion battery
lithium ion
voltage
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安正 前田
陽弘 黒川
今村　大地
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一般財団法人日本自動車研究所
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    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements

Definitions

  • the present invention relates to a deterioration estimation device and a deterioration estimation method for a lithium ion battery that is mounted on an electric vehicle or the like and repeatedly charges and discharges.
  • a battery deterioration estimation device that obtains a battery capacity using an integrated value of discharge current and obtains a ratio with an initial battery capacity to determine a degree of battery deterioration (see, for example, Patent Document 1). Also known is a battery deterioration estimation device that determines the degree of battery deterioration by comparing battery capacity measurement results and AC impedance measurement results with stored data based on previously measured and stored battery deterioration data. (For example, refer to Patent Document 2).
  • An object of the present invention is to provide a deterioration estimation device and a deterioration estimation method for a lithium ion battery that can be estimated.
  • the lithium ion battery deterioration estimation apparatus of the present invention includes a normal charging means, a voltage detection means, a charge capacity detection means, and a battery deterioration estimation means.
  • the normal charging means charges the lithium ion battery by supplying an alternating current from a commercial power supply system to an attached charger connected to the lithium ion battery.
  • the voltage detection means detects the voltage of the lithium ion battery.
  • the charge capacity detecting means detects a charge capacity (charged electricity amount) of the lithium ion battery.
  • the battery deterioration estimation means includes a calculated charge capacity from when the battery voltage during charging by the normal charging means reaches a preset capacity estimation start voltage to full charge, and the initial state of the lithium ion battery. The capacity deterioration state of the lithium ion battery is estimated based on the initial charge capacity from when the battery voltage being charged by the normal charging means reaches the capacity estimation start voltage until the battery is fully charged.
  • the capacity deterioration state of the lithium ion battery is estimated based on the initial charge capacity from when the battery voltage of the battery reaches the capacity estimation start voltage to when the battery is fully charged.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating selection conditions for a capacity estimation start voltage in Example 1.
  • 3 is a flowchart showing a flow of a battery deterioration estimation process executed by a capacity deterioration estimation unit of Embodiment 1.
  • the battery degradation estimation apparatus of Example 1 it is a table
  • the battery degradation estimation apparatus of Example 1 it is a table
  • Example 1 a mode for carrying out a deterioration estimation device and a deterioration estimation method for a lithium ion battery according to the present invention will be described based on Example 1 shown in the drawings.
  • Example 1 First, the configuration of the lithium ion battery deterioration estimation apparatus according to the first embodiment will be described separately as “applied system configuration of lithium ion battery”, “detailed configuration of capacity degradation estimation unit”, and “configuration of battery degradation estimation process”.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of an entire system to which the lithium ion battery of Example 1 is applied.
  • the overall system configuration of the deterioration estimation apparatus according to the first embodiment will be described below with reference to FIG.
  • a lithium ion battery 1 according to the first embodiment is a secondary battery that is mounted on an electric vehicle or a plug-in hybrid vehicle and serves as a power source for a motor / generator 3 that serves as a travel drive source.
  • the lithium ion battery 1 includes a large number of battery modules including secondary batteries, a control circuit that controls charging / discharging of the battery modules, a cooling device, and the like, and a battery housing that incorporates them.
  • an inverter 2 connected to the motor / generator 3 via a three-phase AC harness and converting DC current and three-phase AC current to each other is interposed. Has been.
  • the motor / generator 3 is controlled by applying the three-phase alternating current generated by the inverter 2.
  • the motor / generator 3 can operate as an electric motor that is driven to rotate by receiving power supplied from the lithium ion battery 1 (hereinafter, this operation state is referred to as “powering”), and the rotor is a driving wheel.
  • powering power supplied from the lithium ion battery 1
  • the rotor is a driving wheel.
  • rotating energy is received from an engine or a plug-in hybrid, it functions as a generator that generates electromotive force at both ends of the stator coil and can charge the lithium ion battery 1 (hereinafter referred to as this operating state). Is called "regeneration").
  • the lithium ion battery 1 is connected to a normal charging means 4 for performing normal charging using a low-voltage AC power supply of about 100 to 200 volts in an external commercial power supply system (household power supply system) (not shown).
  • the normal charging means 4 includes an in-vehicle charger (attached charger) 41 for converting a normal charging voltage into a charging voltage, and a normal charging port 42 serving as a power receiving unit for inputting external power for charging the lithium ion battery 1. Have.
  • the control system for the lithium ion battery 1 includes an integrated controller 5 that has a function of appropriately managing the energy consumption of the entire vehicle.
  • the control unit connected to the integrated controller 5 includes a motor controller 6, a battery control unit 7, and a capacity deterioration estimation unit 8. These control means are connected to the integrated controller 5 via a signal communication line 9 such as CAN (CAN is an abbreviation of “Controller Area Network”) so that bidirectional information can be exchanged.
  • CAN is an abbreviation of “Controller Area Network”
  • the motor controller 6 performs power running control and regenerative control of the motor / generator 3 by the inverter 2.
  • the battery control unit 7 manages the battery SOC (charged state), the battery temperature, and the like of the lithium ion battery 1. Detection signals from the voltage sensor 71, current sensor 72, and temperature sensor 73 are input to the battery control unit 7.
  • the voltage sensor 71 is a sensor that detects a voltage applied to the lithium ion battery 1 and corresponds to a voltage detection means.
  • the current sensor 72 is a sensor that detects a current flowing through the lithium ion battery 1. Since the current value detected by the current sensor 72 and the integrated value of the charging time are the charging capacity of the lithium ion battery 1, the current sensor 72 corresponds to the charging capacity detecting means.
  • the temperature sensor 73 is a sensor that detects the temperature of the lithium ion battery 1 and corresponds to a temperature detection means.
  • the capacity deterioration estimation unit 8 corresponds to a battery deterioration estimation unit that executes a battery deterioration estimation process to be described later and estimates a deterioration state of the lithium ion battery 1. That is, the capacity deterioration estimation unit 8 obtains a calculated charge capacity from the time when the capacity estimation start voltage is reached until the lithium ion battery 1 is normally charged until the battery is fully charged. Then, the ratio of the calculated charge capacity to the initial charge capacity from when the capacity estimation start voltage in the initial battery state is reached until full charge is obtained. From this ratio, the deterioration state of the charge capacity of the lithium ion battery 1 is estimated. Note that necessary information is input to the capacity deterioration estimation unit 8 via a signal communication line 9 such as CAN.
  • FIG. 2 is a block configuration diagram illustrating a capacity deterioration estimation unit according to the first embodiment. Hereinafter, based on FIG. 2, the detailed structure of the capacity degradation estimation part of Example 1 is demonstrated.
  • the capacity deterioration estimation unit 8 includes a data acquisition interface 81, a capacity estimation calculation unit 82, an internal memory 83, a data input unit 84, and a data display unit 85. Yes.
  • the data acquisition interface 81 is a connection unit for acquiring detection signals from each of the voltage sensor 71, the current sensor 72, and the temperature sensor 73. Necessary data is input to the capacity estimation calculation unit 82 via the data acquisition interface 81.
  • the capacity estimation calculation unit 82 estimates the charge capacity (calculated charge capacity) of the lithium ion battery 1 based on the necessary data input via the data acquisition interface 81. Further, a capacity maintenance rate is calculated based on the calculated charging capacity and data (initial charging capacity) preinstalled in the internal memory 83, and the deterioration state of the lithium ion battery 1 is estimated.
  • the “calculated charging capacity” is a charging capacity in the lithium ion battery 1 from when the battery voltage during normal charging reaches the capacity estimation start voltage until it is fully charged.
  • the “capacity estimation start voltage” refers to the slope of the voltage change in the charging characteristic X indicating the relationship between the charging capacity and the battery voltage (the differential value of the charging characteristic, the battery voltage per unit quantity of electricity).
  • the amount of change (indicated by characteristic Y in FIG. 3) is a value that can be determined to be clearly greater than the average value of the differential values of the charging characteristics. Then, as shown in FIG. 4, a significant difference can be confirmed in the charge capacity from when the battery voltage reaches the capacity estimation start voltage to when it is fully charged, according to the number of charge / discharge cycles. .
  • “Initial charge capacity” is the charge capacity of the lithium-ion battery 1 in the initial state from when the battery voltage during normal charging reaches the capacity estimation start voltage until it is fully charged.
  • the “initial state” is a state in which it is possible to determine that the battery has hardly deteriorated with zero or several charge / discharge cycles.
  • Capacity maintenance ratio is a ratio of the calculated charging capacity to the initial charging capacity, and is obtained by the following equation (1).
  • Capacity maintenance ratio calculated charge capacity / initial charge capacity (1)
  • the internal memory 83 calculates the data preinstalled by the data input unit 84 (initial charge capacity), the charge capacity (calculated charge capacity) of the lithium ion battery 1 obtained by the capacity estimation calculation unit 82, and the initial charge capacity. It is a storage medium for storing a charge capacity ratio (capacity maintenance ratio), an odometer value when calculating the charge capacity, the number of days elapsed from the vehicle registration date when calculating the charge capacity, and the like.
  • the data input unit 84 is an input unit that inputs the initial charge capacity of the lithium ion battery 1 in the initial state to the internal memory 83. Specifically, it is composed of a keyboard, a mouse and the like. Note that an external memory 83a is connected to the internal memory 83, and data stored in the internal memory 83 can be copied to the external memory 83a to be confirmed by a personal computer or the like.
  • the data display unit 85 displays the capacity maintenance rate of the lithium ion battery 1 obtained by the capacity estimation calculation unit 82, the odometer value when calculating the charge capacity, the number of days elapsed from the vehicle registration date when calculating the charge capacity, and the like. It is a display means. Specifically, it is composed of a monitor screen, a printer, and the like.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating the flow of the battery deterioration estimation process executed by the capacity deterioration estimation unit of the first embodiment.
  • FIG. 5 each step of the battery deterioration estimation process of Example 1 will be described.
  • step S1 the initial charge capacity stored in advance in the internal memory 83 is read into the capacity estimation calculation unit 82, and the process proceeds to step S2.
  • step S2 following the reading of the initial charge capacity in step S1, it is determined whether or not normal charging of the lithium ion battery 1 is being performed. If YES (normal charge execution), the process proceeds to step S3. If NO (normal charging is not executed), the process proceeds to the end because the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 cannot be estimated.
  • the normal charging is executed when a charging plug (not shown) for supplying external power is connected to the normal charging port 42 and power is supplied through the in-vehicle charger 41. It is judged.
  • step S3 following the determination of execution of normal charging in step S2, the date and time of charging and the odometer value at the start of charging are acquired via the signal communication line 9 such as CAN, and the process proceeds to step S4. .
  • the acquired charging date and time and odometer value are stored in the internal memory 83.
  • step S4 following the acquisition of the charging date / time / odometer value in step S3, it is determined whether or not the battery voltage (charging start voltage) at the time of starting charging is within a preset estimable voltage range. If YES (the charge start voltage is within the estimable voltage range), it can be determined that the reliability of the charge data is high, and the process proceeds to step S5. If NO (the charge start voltage is outside the estimable voltage range), the reliability of the charge data is low, and the process proceeds to the end because the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 cannot be estimated.
  • the “estimable voltage range” is a voltage range in which variation in the calculated capacity maintenance rate can be suppressed, and is a value that is equal to or less than the capacity estimation start voltage and is appropriately set according to the battery type.
  • the battery voltage is detected by the voltage sensor 71.
  • step S5 following the determination that the charge start voltage in step S4 is within the estimable voltage range, whether or not the battery temperature (charge start temperature) at the start of charging is within a preset estimable temperature range. Determine whether. If YES (the charging start temperature is within the estimable temperature range), it can be determined that the reliability of the charging data is high, and the process proceeds to step S6. If NO (the charge start temperature is outside the estimable temperature range), the reliability of the charge data is low, and the process proceeds to the end because the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 cannot be estimated.
  • the “estimable temperature range” is a temperature range in which variation in the calculated capacity maintenance rate can be suppressed, and is set appropriately according to the battery type.
  • the battery temperature is detected by a temperature sensor 73.
  • the acquired charging data is stored in the internal memory 83.
  • the battery voltage is detected by a voltage sensor 71, the battery current is detected by a current sensor 72, and the battery temperature is detected by a temperature sensor 73.
  • step S8 following the acquisition of charging data in step S7, it is determined whether or not the lithium ion battery 1 is fully charged. If YES (fully charged), the process proceeds to step S9. If NO (not fully charged), the process returns to step S7.
  • whether or not the battery is fully charged is determined when the battery voltage reaches the upper limit voltage (the upper limit value at which the voltage stops increasing) and the charging current becomes equal to or lower than the predetermined value.
  • step S9 a charge capacity (calculated charge capacity) from when the battery voltage being charged reaches the capacity estimation start voltage until full charge is calculated, and the process proceeds to step S10.
  • step S10 following the calculation of the calculated charge capacity in step S9, a capacity maintenance ratio that is a ratio of the calculated charge capacity to the initial charge capacity read in step S1 is calculated, and the process proceeds to step S11.
  • the calculation of the “capacity maintenance ratio” is performed by the above-described equation (1). Further, it can be estimated that the higher the “capacity maintenance ratio” (closer to 1), the less the capacity deterioration of the lithium ion battery 1 has progressed.
  • step S11 following the calculation of the capacity maintenance ratio in step S10, the calculated capacity maintenance ratio is stored in the internal memory 83, and the process proceeds to step S12.
  • step S12 following the storage of the capacity maintenance ratio in step S11, the capacity maintenance ratio calculated in step S10 is displayed on the data display unit 85 or printed, and the process proceeds to the end.
  • the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 can be notified in more detail by displaying and printing it together with the charging date and time and the odometer value acquired and stored in step S3.
  • a used vehicle is handled by a third party (used car dealer, etc.) who is not related to the manufacturer of the vehicle or the lithium ion battery 1.
  • a third party evaluates the performance of the lithium ion battery 1
  • high-accuracy evaluation can be performed by placing the target vehicle on the chassis dynamometer.
  • all the target vehicles are evaluated on the chassis dynamometer. This is unrealistic in terms of both labor and cost.
  • the composition of the lithium ion battery 1 can be grasped, it can be estimated by an electrochemical approach.
  • the battery manufacturer it is also possible for the battery manufacturer to publish information on the highly confidential battery composition to a third party. It can be said that it is realistic.
  • FIG. 6 is a table showing the capacity maintenance ratio when the charging start battery voltage is limited and the capacity maintenance ratio when the charging start battery voltage is not limited in the battery deterioration estimation device of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a table showing the capacity maintenance ratio when the charging start battery temperature is limited and the capacity maintenance ratio when the charging start battery temperature is not limited in the battery deterioration estimation device of the first embodiment.
  • the capacity deterioration estimation unit 8 of the lithium ion battery 1 of Example 1 executes the battery deterioration estimation process shown in FIG. 5 to estimate the battery capacity deterioration of the lithium ion battery 1. That is, when normal charging is performed in the lithium ion battery 1, the process proceeds from step S1 to step S2 to step S3 in the flowchart shown in FIG. Thereby, the initial charge capacity stored in the internal memory 83 is read, and the charge date and time and the odometer value at the start of the normal charge are acquired.
  • a charging method of the lithium ion battery 1 that is a driving battery mounted on a vehicle so-called rapid charging in which charging is performed using a high voltage current from a high-voltage DC power supply is also known. However, in rapid charging, it is difficult to bring the lithium ion battery 1 into a fully charged state, and appropriate capacity deterioration estimation cannot be performed.
  • step S4 the process proceeds from step S4 to step S5, and if the battery voltage at the start of charging (charge start voltage) is within the estimable voltage range and the battery temperature at the start of charging is within the estimable temperature range, the process proceeds to step S6. Proceed with
  • the calculated capacity maintenance rate variation is small and the charging start temperature is outside the estimable temperature range.
  • the calculated capacity maintenance ratio varies greatly. Therefore, the capacity estimation of the lithium ion battery 1 is executed only when the battery temperature at the start of charging is within the estimable temperature range, thereby suppressing variation in the calculated capacity maintenance ratio and obtaining a highly reliable result. be able to.
  • step S6 it is determined whether or not the battery voltage during normal charging has reached a preset capacity estimation start voltage.
  • the process proceeds from step S7 to step S8, and the charge capacity from the time when the battery voltage reaches the capacity estimation start voltage to full charge is measured.
  • the “capacity estimation start voltage” refers to the slope of the voltage change in the charging characteristic X (the differential value of the charging characteristic, the amount of change in the battery voltage per unit amount of electricity; indicated by the characteristic Y in FIG. 3). It is a value that can be determined to be clearly larger than the average value of the differential values.
  • “full charge” is a case where the battery voltage reaches the upper limit voltage (the upper limit value at which the voltage stops rising) and the charging current becomes a predetermined value or less. That is, in the capacity deterioration estimating unit 8 in Example 1, as shown in FIG. 8, at time t 1 when, after the battery voltage reaches the capacity estimation starting voltage, at time t 2 time, until fully charged Use the charging capacity between.
  • step S9 the process proceeds from step S9 to step S10, and the ratio (capacity maintenance ratio) of the calculated charge capacity with respect to the initial charge capacity read in advance is calculated. It can be determined that the higher the capacity maintenance rate, the higher the ratio of the calculated charge capacity to the initial charge capacity, and the less the deviation from the initial charge capacity. That is, the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 can be estimated. Further, the process proceeds from step S11 to step S12, the calculated capacity maintenance rate is stored in the internal memory 83, and the capacity maintenance rate is displayed and printed and notified. For this reason, it is possible to easily grasp the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1.
  • Charge capacity)) and the charge capacity (initial charge capacity) from the time when the capacity estimation start voltage during normal charging to the full charge is reached in the lithium ion battery 1 in the initial state, based on the lithium ion battery 1 capacity degradation state is estimated.
  • the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 can be estimated using current / voltage data at the time of charging without using an expensive measuring device such as a charging / discharging device or an AC impedance estimating device.
  • an expensive measuring device such as a charging / discharging device or an AC impedance estimating device.
  • the used car sales business of electric vehicles and plug-in hybrid vehicles can be satisfied in terms of both labor and cost.
  • it can also utilize for capacity degradation evaluation for the appropriate residual value setting of the used electric vehicle / used plug-in hybrid vehicle by the third party who is not the manufacturer of vehicles, such as a used car dealer, or the lithium ion battery 1.
  • the capacity estimation start voltage is set to a value at which it is possible to determine that the slope of the voltage change in the charging characteristics is clearly larger than the average value of the differential values of the charging characteristics. Therefore, a significant difference in charge characteristics is recognized in the charge capacity (calculated charge capacity) from the capacity estimation start voltage to full charge according to the number of charge / discharge cycles, and the deterioration estimation accuracy can be improved.
  • normal charging means 4 for charging the lithium ion battery 1 by supplying an alternating current from a commercial power supply system to an attached charger (vehicle charger) 41 connected to the lithium ion battery 1; Voltage detection means (voltage sensor) 71 for detecting the voltage of the lithium ion battery 1; Charge capacity detection means (current sensor) 72 for detecting the charge capacity of the lithium ion battery 1; The calculated charging capacity from when the battery voltage being charged by the normal charging unit 4 reaches a preset capacity estimation start voltage until the battery is fully charged, and the normal charging unit 4 in the initial state of the lithium ion battery 1 Battery deterioration estimation means (capacity deterioration estimation) for estimating the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 based on the initial charge capacity from when the battery voltage during charging reaches the capacity estimation start voltage to full charge. Part) 8, It was set as the structure provided with. Thereby, the conditions of both sides of labor and cost are satisfied, and the deterioration state of the lithium ion battery 1 can be
  • the battery deterioration estimation means (capacity deterioration estimation unit) 8 uses the capacity estimation start voltage as a derivative of the charge characteristic when the slope of the voltage change in the charge characteristic (characteristic X) indicating the relationship between the charge electricity amount and the battery voltage is It was set as the voltage set to the voltage used as the value which can be judged to be clearly larger than the average value. Thereby, in addition to the effect of (1), the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 can be clearly grasped, and the deterioration estimation accuracy can be improved.
  • the battery deterioration estimation means (capacity deterioration estimation unit) 8 determines that the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 is reduced as the ratio between the calculated charge capacity and the initial charge capacity is smaller.
  • the configuration Thereby, in addition to the effect of (1) or (2) above, the capacity deterioration state of the lithium ion battery 1 can be easily estimated, and the estimation of the capacity deterioration can be simplified.
  • the battery deterioration estimation unit (capacity deterioration estimation unit) 8 is configured to detect the lithium ion when the battery voltage (charge start voltage) at the start of charging by the normal charging unit 4 is within a preset estimable voltage range.
  • the configuration is such that estimation of the battery deterioration state of the battery 1 is started.
  • the battery deterioration estimation unit (capacity deterioration estimation unit) 8 is configured to detect the lithium ion battery 1 when the battery temperature (charging start temperature) at the start of charging by the normal charging unit 4 is within a preset estimable temperature range. It was set as the structure which starts estimation of a battery deterioration state. As a result, in addition to the effects (1) to (4) above, it is possible to suppress variation in the calculated capacity maintenance ratio and improve the estimation accuracy of capacity deterioration.
  • step S2 Whether or not the lithium ion battery 1 is charged by the ordinary charging means 4 for supplying an alternating current from a commercial power supply system to an attached charger (vehicle charger) 41 connected to the lithium ion battery 1
  • a data acquiring step step S7) for acquiring charging data in the normal charging step (step S2).
  • the charge capacity calculation step (step S9) for calculating the charge capacity of the lithium ion battery 1 The calculated charge amount calculated in the charge amount calculation step (step S9) and the battery voltage during charging by the normal charging means 4 in the initial state of the lithium ion battery 1 set in advance as the capacity estimation start voltage.
  • a battery deterioration estimation step (step S10) for calculating a ratio (capacity maintenance ratio) of the initial charge capacity until reaching full charge after reaching It was set as the structure provided with. Thereby, the conditions of both sides of labor and cost are satisfied, and the deterioration state of the lithium ion battery 1 can be easily estimated without requiring highly confidential information.
  • the capacity estimation start voltage is set to an arbitrary value, and the capacity deterioration state is estimated from the change in the charge capacity from that value until the battery is fully charged. Indicated.
  • the present invention is not limited to this, and the differential value peak of the charge characteristic for each charge may be set as the capacity inferior estimation start voltage.
  • the capacity maintenance rate can also be calculated by measuring the charge capacity from the capacity estimation start voltage set for each charge until full charge.
  • Example 1 the example which obtains a reliable result by suppressing the dispersion
  • the present invention is not limited to this, and as a method of obtaining a highly reliable result, the temperature of the charging data may be corrected without providing the estimable temperature range.
  • “temperature correction of charging data” is to appropriately add or subtract a correction value determined according to the battery temperature to the charging capacity calculated from the acquired charging data. Since the temperature dependency of the internal resistance of the battery is confirmed, when the temperature correction coefficient is known, temperature correction can be performed to suppress variation in the calculated charge capacity.
  • the temperature correction coefficient of the charging data needs to be preinstalled in the internal memory 83, and the temperature correction calculation is performed by the capacity estimation calculation unit 83.
  • the capacity estimation voltage range correction of the charging data is performed as necessary. May be performed.
  • “capacity estimation voltage range correction of charging data” is to subtract the charging capacity corresponding to the increase in internal resistance from the charging capacity calculated from the acquired charging data.
  • the range of the capacity estimation voltage (the range from the capacity estimation start voltage to full charge) extends downward by I * ⁇ R from the initial one. Therefore, by subtracting the charging capacity corresponding to the voltage downward extension from the calculated charging capacity, it is possible to always obtain the charging capacity in a certain voltage range, and to suppress variations in the calculated charging capacity.
  • the calculation for correcting the capacity estimation voltage range is performed by the capacity estimation calculation unit 83.
  • the initial charge capacity is measured in advance for each lithium ion battery 1 and preinstalled in the internal memory 83.
  • the present invention is not limited to this. For example, during normal charging performed several times immediately after the start of use of the lithium ion battery 1, the charging capacity from a predetermined capacity deterioration starting voltage to full charge is measured, and the average value of the measured charging capacity is initially charged. It may be set as a capacity.

Abstract

リチウムイオン電池の劣化状態を低コストで簡便に推定することができるリチウムイオン電池の劣化推定装置を提供すること。 リチウムイオン電池に接続された車載充電器（４１）に商用電源系統からの交流電流を供給することで充電する普通充電手段（４）による充電中の電池電圧が、予め設定した容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの算出充電容量と、リチウムイオン電池（１）の初期状態での普通充電手段（４）による充電中の電池電圧が、容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの初期充電容量と、に基づいて、リチウムイオン電池（１）の容量劣化状態を推定する容量劣化推定部（８）を備える構成とした。

Description

リチウムイオン電池の劣化推定装置及び劣化推定方法
　本発明は、電気自動車等に搭載されて充放電を繰り返すリチウムイオン電池の劣化推定装置及び劣化推定方法に関するものである。
　従来、放電電流の積算値を用いて電池の容量を求め、初期電池容量との比を求めて電池の劣化度合いを判定する電池劣化推定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、予め測定・蓄積していた電池劣化データに基づいて、電池容量の測定結果と交流インピーダンスの計測結果を、蓄積データと比較することで電池の劣化度合いを判定する電池劣化推定装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開2000-131404号公報 特開2011-133443号公報
　しかしながら、従来の電池劣化推定装置にあっては、電気自動車に搭載した電池の場合、走行時の負荷変動に対応して電流が変動するため、放電電流の積算値を精度よく取得することが困難であった。
　また、予め測定・蓄積していた電池劣化データに基づいて電池の劣化度合いを判定する場合では、比較的大きな計測装置を用いて評価やデータ解析を行う必要があり、高コストになるという問題があった。さらに、劣化推定の精度を向上するために電池種ごとに電池劣化データを蓄積しなければならず、簡便性や汎用性に劣るという課題もあった。
　なお、これらに対し、充電時の電圧変化曲線を、予め求めていた正極／負極のそれぞれのＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧）曲線と内部抵抗を組み込んだ電池モデルを用いてシミュレーションすることで、電池劣化状態を推定する手法が考えられている。
　しかし、この場合では、正極／負極のそれぞれのＯＣＶ曲線の取得が電池製造メーカ以外では困難であるため、第三者がすべての電池に適用することが難しいという問題があった。また、ＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）が高い状態からの充電データでは、シミュレーションの精度確保が困難であるという課題があった。
　そこで、本発明は、上記問題に着目してなされたものであり、労力とコストの両面の条件を満足し、秘匿性の高い情報を必要とすることなく、簡便にリチウムイオン電池の劣化状態を推定することができるリチウムイオン電池の劣化推定装置及び劣化推定方法を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するため、本発明のリチウムイオン電池の劣化推定装置では、普通充電手段と、電圧検出手段と、充電容量検出手段と、電池劣化推定手段と、を備えている。
　前記普通充電手段は、リチウムイオン電池に接続された付設充電器に商用電源系統からの交流電流を供給することで前記リチウムイオン電池を充電する。
　前記電圧検出手段は、前記リチウムイオン電池の電圧を検出する。
　前記充電容量検出手段は、前記リチウムイオン電池の充電容量（充電電気量）を検出する。
　前記電池劣化推定手段は、前記普通充電手段による充電中の電池電圧が予め設定した容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの算出充電容量と、前記リチウムイオン電池の初期状態での前記普通充電手段による充電中の電池電圧が前記容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの初期充電容量と、に基づいて、前記リチウムイオン電池の容量劣化状態を推定する。
　よって、本発明のリチウムイオン電池の劣化推定装置にあっては、普通充電中に電池電圧がある電圧（容量推定開始電圧）に達してから満充電になるまでの算出充電容量と、初期状態の電池における電池電圧が容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの初期充電容量と、に基づいて、リチウムイオン電池の容量劣化状態が推定される。
　これにより、大掛かりな評価設備や電池の秘匿情報を必要とすることなく、各種電池の初期値と普通充電中の電圧と充電容量の計測のみで容量劣化を推定することができる。すなわち、簡便で汎用性に富んだものとすることができ、労力とコストの両面の条件を満足させことができる。
実施例１のリチウムイオン電池が適用された全体システムのブロック構成図である。 実施例１の容量劣化推定部を示すブロック構成図である。 実施例１における容量推定開始電圧の選定条件を示す説明図である。 実施例１のリチウムイオン電池において、充放電サイクル数によって変化する充電特性の一例を示す特性線図である。 実施例１の容量劣化推定部にて実行される電池劣化推定処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の電池劣化推定装置において、充電開始電池電圧を限定した場合の容量維持率と、充電開始電池電圧を限定しない場合の容量維持率を示す表である。 実施例１の電池劣化推定装置において、充電開始電池温度を限定した場合の容量維持率と、充電開始電池温度を限定しない場合の容量維持率を示す表である。 実施例１の電池劣化推定方法の概念を示す説明図である。
　以下、本発明のリチウムイオン電池の劣化推定装置及び劣化推定方法を実施するための形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。
　（実施例１）
　まず、実施例１のリチウムイオン電池の劣化推定装置における構成を「リチウムイオン電池の適用システム構成」、「容量劣化推定部の詳細構成」、「電池劣化推定処理の構成」に分けて説明する。
　［リチウムイオン電池の適用システム構成］
　図１は、実施例１のリチウムイオン電池が適用された全体システムのブロック構成図である。以下、図１に基づき、実施例１の劣化推定装置の全体システム構成を説明する。
　実施例１のリチウムイオン電池１は、電気自動車やプラグインハイブリッド車に搭載され、走行駆動源となるモータ/ジェネレータ３の電源となる二次電池である。このリチウムイオン電池１は、二次電池からなる多数のバッテリモジュール、このバッテリモジュールの充放電等を制御する制御回路、冷却装置等と、これらを内蔵するバッテリハウジングと、を備えている。そして、リチウムイオン電池１とモータ/ジェネレータ３との間には、３相交流ハーネスを介してモータ/ジェネレータ３に接続され、直流電流と三相交流電流とを相互に変換するインバータ２が介装されている。
すなわち、モータ/ジェネレータ３は、インバータ２により作り出された三相交流を印加することにより制御される。そして、前記モータ/ジェネレータ３は、リチウムイオン電池１からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この動作状態を「力行」と呼ぶ）、ロータが駆動輪やエンジン（プラグインハイブリッドの場合）から回転エネルギーを受ける場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能し、リチウムイオン電池１を充電することもできる（以下、この動作状態を「回生」と呼ぶ）。
　また、前記リチウムイオン電池１には、図示しない外部の商用電源系統（家庭用電源系統）における100～200ボルト程度の低圧交流電源を利用して行う普通充電を実行する普通充電手段４が接続されている。
前記普通充電手段４は、普通充電電圧を充電電圧に変換する車載充電器（付設充電器）４１と、リチウムイオン電池１に充電する外部電力を入力する受電部となる普通充電ポート４２と、を有している。
　前記リチウムイオン電池１の制御システムとしては、車両全体の消費エネルギーを適切に管理する機能を担う統合コントローラ５を備えている。そして、この統合コントローラ５に接続される制御手段として、モータコントローラ６と、バッテリコントロールユニット７と、容量劣化推定部８と、を有している。これらの制御手段は、統合コントローラ５に対してＣＡＮ等の信号通信線９（ＣＡＮは「Controller Area Network」の略称）を介して双方向情報交換可能に接続されている。
　前記モータコントローラ６は、インバータ２によるモータ/ジェネレータ３の力行制御や回生制御等を行う。
　前記バッテリコントロールユニット７は、リチウムイオン電池１のバッテリSOC（充電状態）やバッテリ温度等を管理する。このバッテリコントロールユニット７には、電圧センサ７１と、電流センサ７２と、温度センサ７３と、の各センサからの検出信号が入力される。
なお、前記電圧センサ７１は、リチウムイオン電池１に印加される電圧を検出するセンサであり、電圧検出手段に相当する。また、前記電流センサ７２は、リチウムイオン電池１に流れる電流を検出するセンサである。この電流センサ７２によって検出された電流値と充電時間の積算値がリチウムイオン電池１の充電容量であるため、この電流センサ７２は充電容量検出手段に相当する。また、前記温度センサ７３は、リチウムイオン電池１の温度を検出するセンサであり、温度検出手段に相当する。
　前記容量劣化推定部８は、後述する電池劣化推定処理を実行し、リチウムイオン電池１の劣化状態を推定する電池劣化推定手段に相当する。すなわち、この容量劣化推定部８では、リチウムイオン電池１の普通充電中に、容量推定開始電圧に達した時点から満充電になるまでの間の算出充電容量を求める。そして、電池初期状態における容量推定開始電圧に達した時点から満充電になるまでの間の初期充電容量に対する、この算出充電容量の比率を求める。この比率からリチウムイオン電池１の充電容量の劣化状態を推定する。
なお、この容量劣化推定部８には、ＣＡＮ等の信号通信線９を介して必要情報が入力される。
　［容量劣化推定部の詳細構成］
　図２は、実施例１の容量劣化推定部を示すブロック構成図である。以下、図２に基づき、実施例１の容量劣化推定部の詳細構成を説明する。
　前記容量劣化推定部８は、図２に示すように、データ取得用インターフェイス８１と、容量推定演算部８２と、内部メモリ８３と、データ入力部８４と、データ表示部８５と、を有している。
　前記データ取得用インターフェイス８１は、電圧センサ７１と、電流センサ７２と、温度センサ７３と、の各センサからの検出信号を取得するための接続ユニットである。このデータ取得用インターフェイス８１を介して容量推定演算部８２へと必要データが入力される。
　前記容量推定演算部８２は、データ取得用インターフェイス８１を介して入力された必要データに基づいて、リチウムイオン電池１の充電容量（算出充電容量）を推定する。また、この算出充電容量と、内部メモリ８３にプリインストールされたデータ（初期充電容量）と、に基づいて容量維持率を算出し、リチウムイオン電池１の劣化状態を推定する。
　ここで、「算出充電容量」とは、リチウムイオン電池１において、普通充電時の電池電圧が容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの充電容量である。また、「容量推定開始電圧」とは、図３に示すように、充電容量と電池電圧の関係を示す充電特性Ｘにおける電圧変化の傾き（充電特性の微分値、単位電気量当たりの電池電圧の変化量；図３において特性Ｙで示す）が充電特性の微分値の平均値よりも明らかに大きいと判断できる値である。
そして、電池電圧がこの容量推定開始電圧に達した後から満充電になるまでの間の充電容量は、図４に示すように、充放電サイクル数に応じて顕著な差を確認することができる。
　「初期充電容量」とは、初期状態におけるリチウムイオン電池１において、普通充電時の電池電圧が容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの充電容量である。なお、「初期状態」とは、充放電サイクルがゼロ若しくは数回程度で、ほとんど電池劣化が生じていないと判断できる状態である。
　さらに、「容量維持率」とは、初期充電容量に対する算出充電容量の比率であり、下記式（１）によって求められる。
　　　容量維持率　＝　算出充電容量／初期充電容量　　　…（１）
　前記内部メモリ８３は、データ入力部８４によってプリインストールされたデータ（初期充電容量）や、容量推定演算部８２によって求められたリチウムイオン電池１の充電容量（算出充電容量）、初期充電容量に対する算出充電容量の比率（容量維持率）、充電容量算出時のオドメータ値、充電容量算出時の車両登録日からの経過日数等を保存する記憶媒体である。
　前記データ入力部８４は、初期状態におけるリチウムイオン電池１の初期充電容量を、内部メモリ８３に入力する入力手段である。具体的には、キーボードやマウス等から構成される。
なお、この内部メモリ８３には、外部メモリ８３ａが接続され、内部メモリ８３に記憶されたデータを外部メモリ８３ａにコピーすることにより、パソコン等で確認することができる。
　前記データ表示部８５は、容量推定演算部８２によって求められたリチウムイオン電池１の容量維持率や、充電容量算出時のオドメータ値、充電容量算出時の車両登録日からの経過日数等を表示する表示手段である。具体的には、モニタ画面やプリンター等から構成される。
　［電池劣化推定処理の構成］
　図５は、実施例１の容量劣化推定部にて実行される電池劣化推定処理の流れを示すフローチャートである。以下、図５に基づき、実施例１の電池劣化推定処理の各ステップを説明する。
　ステップＳ１では、内部メモリ８３に予め記憶された初期充電容量を容量推定演算部８２に読み込み、ステップＳ２へ進む。
　ステップＳ２では、ステップＳ１での初期充電容量の読み込みに続き、リチウムイオン電池１の普通充電を実行しているか否かを判断する。YES（普通充電実行）の場合には、ステップＳ３へ進む。NO（普通充電不実行）の場合には、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を推定できないとしてエンドへ進む。
なお、普通充電の実行は、普通充電ポート４２に外部電力を供給する充電プラグ（不図示）が接続されていると共に、車載充電器４１を介して電力供給がなされているときに実行していると判断される。
　ステップＳ３では、ステップＳ２での普通充電実行との判断に続き、ＣＡＮ等の信号通信線９を介して、充電を行っている日時及び充電開始時点でのオドメータ値を取得し、ステップＳ４へ進む。
なお、取得した充電日時及びオドメータ値は、内部メモリ８３に保存する。
　ステップＳ４では、ステップＳ３での充電日時・オドメータ値の取得に続き、充電を開始した時点における電池電圧（充電開始電圧）が、予め設定した推定可能電圧範囲内であるか否かを判断する。YES（充電開始電圧が推定可能電圧範囲内）の場合には、充電データの信頼性が高いと判断でき、ステップＳ５へ進む。NO（充電開始電圧が推定可能電圧範囲外）の場合には、充電データの信頼性が低く、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を推定できないとしてエンドへ進む。
ここで、「推定可能電圧範囲」は、算出される容量維持率のばらつきを抑えることのできる電圧範囲であり、容量推定開始電圧以下の値で、電池種類に応じ適切に設定する。
また、電池電圧は、電圧センサ７１によって検出される。
　ステップＳ５では、ステップＳ４での充電開始電圧が推定可能電圧範囲内との判断に続き、充電を開始した時点における電池温度（充電開始温度）が、予め設定した推定可能温度範囲内であるか否かを判断する。YES（充電開始温度が推定可能温度範囲内）の場合には、充電データの信頼性が高いと判断でき、ステップＳ６へ進む。NO（充電開始温度が推定可能温度範囲外）の場合には、充電データの信頼性が低く、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を推定できないとしてエンドへ進む。
ここで、「推定可能温度範囲」は、算出される容量維持率のばらつきを抑えることのできる温度範囲であり、電池種類に応じ適切に設定する。
また、電池温度は、温度センサ７３によって検出される。
　ステップＳ６では、ステップＳ５での充電開始温度が推定可能温度範囲内との判断に続き、充電中の電池電圧が容量推定開始電圧に達したか否かを判断する。YES（電池電圧＝容量推定開始電圧）の場合には、リチウムイオン電池１の容量劣化状態の推定を開始できるとしてステップＳ７へ進む。NO（電池電圧＜容量推定開始電圧）の場合には、充電特性に顕著な差は生じず、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を推定できないとしてステップＳ６を繰り返す。
　ステップＳ７では、ステップＳ６での電池電圧＝容量推定開始電圧との判断に続き、充電データである電池電流（リチウムイオン電池１に流れる電流値）、電池電圧（リチウムイオン電池１に印加される電圧値）、電池温度（リチウムイオン電池１の温度）の各値を取得し、ステップＳ８へ進む。
なお、取得した充電データは、内部メモリ８３に記憶される。また、電池電圧は電圧センサ７１によって検出され、電池電流は電流センサ７２によって検出され、電池温度は温度センサ７３によって検出される。
　ステップＳ８では、ステップＳ７での充電データの取得に続き、リチウムイオン電池１が満充電になったか否かを判断する。YES（満充電になった）の場合には、ステップＳ９へ進む。NO（満充電になっていない）の場合には、ステップＳ７へ戻る。
ここで、満充電になったか否かの判断は、電池電圧が上限電圧（電圧が上昇を停止する上限値）に達すると共に、充電電流が所定値以下になることで判断する。
　ステップＳ９では、充電中の電池電圧が容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの間の充電容量（算出充電容量）を演算し、ステップＳ10に進む。
　ステップＳ10では、ステップＳ９での算出充電容量の演算に続き、ステップＳ１において読み込んだ初期充電容量に対する算出充電容量の比率である容量維持率を算出し、ステップＳ11へ進む。
なお、この「容量維持率」の算出は、上述の式（１）により行う。また、この「容量維持率」が高いほど（１に近いほど）、リチウムイオン電池１の容量劣化が進んでいないと推定できる。
　ステップＳ11では、ステップＳ10の容量維持率の算出に続き、この算出した容量維持率を内部メモリ８３に保存し、ステップＳ12へ進む。
　ステップＳ12では、ステップＳ11での容量維持率の保存に続き、ステップＳ10において算出した容量維持率を、データ表示部８５に表示したり印刷したりし、エンドへ進む。このとき、ステップＳ３にて取得及び保存された充電日時やオドメータ値と合わせて表示・印刷することで、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を、より詳しく告知することができる。
　次に、作用を説明する。
　まず、「リチウムイオン電池の劣化推定技術の必要性」の説明を行い、続いて、実施例１のリチウムイオン電池の劣化推定装置における「容量劣化推定作用」を説明する。
　［リチウムイオン電池の劣化推定技術の必要性］
　近年、自動車業界では、電気自動車やプラグインハイブリッド車が普及し始めている。ここで、電気自動車やプラグインハイブリッド車のさらなる普及のためには、中古の電気自動車やプラグインハイブリッド車に適切な残価値設定を行うことによる健全な中古市場の確立が必要不可欠である。
　一方、リチウムイオン電池１は、近年電気自動車やプラグインハイブリッド車等の駆動バッテリとして車に搭載されることが多くなっている。
　すなわち、中古車両の残価値設定を適切に行うには、中古車両に搭載されたリチウムイオン電池１の性能評価を適切に行わなければならない。
　しかも、中古車両の扱いは、車両やリチウムイオン電池１の製造者と関連のない第三者（中古車販売業者等）が行うことも想像される。現状、第三者がリチウムイオン電池１の性能評価を行う場合、対象車両をシャシダイナモメータに載せることにより高精度な評価が可能となるが、対象車両の全てをシャシダイナモメータに載せて評価することは労力とコストの両面から非現実的であるといえる。
　また、リチウムイオン電池１の組成が把握できれば電気化学的なアプローチによる推定も可能と考えられるが、秘匿性の高い電池の組成に関する情報を電池製造メーカが第三者へ公表することもまた、非現実的であるといえる。
　つまり、現状では、第三者が簡便に蓄電池の容量劣化率を確認する方法は確立しておらず、リチウムイオン電池１の性能評価はメーカ独自の非公開手法に依っている。このため、車両又は電池製造者と関係のない第三者によってリチウムイオン電池１を公正に評価することは困難であり、中古車両の残価値設定を適切に行うことは難しかった。
　［容量劣化推定作用］
　図６は、実施例１の電池劣化推定装置において、充電開始電池電圧を限定した場合の容量維持率と、充電開始電池電圧を限定しない場合の容量維持率を示す表である。図７は、実施例１の電池劣化推定装置において、充電開始電池温度を限定した場合の容量維持率と、充電開始電池温度を限定しない場合の容量維持率を示す表である。以下、図５から図７に基づき、実施例１の容量劣化推定作用を説明する。
　実施例１のリチウムイオン電池１の容量劣化推定部８では、図５に示す電池劣化推定処理を実行し、リチウムイオン電池１の電池容量劣化を推定する。
すなわち、リチウムイオン電池１において普通充電の実行を行うと、図５に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３へと進む。これにより、内部メモリ８３に保存されていた初期充電容量が読み込まれると共に、普通充電開始時の充電日時及びオドメータ値が取得される。
なお、車両に搭載された駆動用バッテリであるリチウムイオン電池１の充電方法としては、高圧直流電源からの高電圧電流を用いて充電するいわゆる急速充電も知られている。しかしながら、急速充電では、リチウムイオン電池１を満充電状態にすることが困難であり、適切な容量劣化推定を行うことができない。
　そして、ステップＳ４→ステップＳ５へと進み、充電開始時における電池電圧（充電開始電圧）が推定可能電圧範囲内であり、充電開始時における電池温度が推定可能温度範囲内であれば、ステップＳ６へと進む。
　ここで、図６に示すように、充電開始時における電池電圧（充電開始電圧）が推定可能電圧範囲内の場合では、算出される容量維持率のばらつきが小さい。一方、充電開始電圧が推定可能電圧範囲外の場合には、充電開始電圧＜容量推定開始電圧であったとしても、算出される容量維持率のばらつきが大きいことがわかる。
そのため、充電開始時における電池電圧が推定可能電圧範囲内の場合のみ、リチウムイオン電池１の容量推定を実行することで、算出される容量維持率のばらつきを抑制し、信頼性の高い結果を得ることができる。
　また、図７に示すように、充電開始時における電池温度（充電開始温度）が推定可能温度範囲内の場合では、算出される容量維持率のばらつきが小さく、充電開始温度が推定可能温度範囲外の場合には、算出される容量維持率のばらつきが大きいことがわかる。
そのため、充電開始時における電池温度が推定可能温度範囲内の場合のみ、リチウムイオン電池１の容量推定を実行することで、算出される容量維持率のばらつきを抑制し、信頼性の高い結果を得ることができる。
　図５のフローチャートにおいてステップＳ６に進んだら、普通充電中の電池電圧が予め設定した容量推定開始電圧に達したか否かを判断する。そして、この電池電圧が容量推定開始電圧に達すれば、ステップＳ７→ステップＳ８へと進み、電池電圧が容量推定開始電圧に達した時点から満充電までの充電容量を計測する。
ここで、「容量推定開始電圧」とは、充電特性Ｘにおける電圧変化の傾き（充電特性の微分値、単位電気量当たりの電池電圧の変化量；図３において特性Ｙで示す）が充電特性の微分値の平均値よりも明らかに大きいと判断できる値である。
一方、「満充電」とは、電池電圧が上限電圧（電圧が上昇を停止する上限値）に達すると共に、充電電流が所定値以下になる場合である。
つまり、実施例１の容量劣化推定部８では、図８に示すように、時刻ｔ１時点において、電池電圧が容量推定開始電圧に達してから、時刻ｔ２時点において、満充電になるまでの間の充電容量を利用する。
　そして、ステップＳ９→ステップＳ10へと進んで、予め読み込んだ初期充電容量に対する算出充電容量の比率（容量維持率）を算出する。この容量維持率が高いほど、初期充電容量に対する算出充電容量の比率が高く、初期充電容量からの乖離が少ないと判断できる。すなわち、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を推定することができる。
さらに、ステップＳ11→ステップＳ12へと進み、算出した容量維持率を内部メモリ８３に保存すると共に、容量維持率を表示・印刷して告知する。このため、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を容易に把握することが可能となる。
　このように、実施例１の容量劣化推定部８では、普通充電中のリチウムイオン電池１における電池電圧が、予め設定した容量推定開始電圧に達した時点から満充電になるまでの充電容量（算出充電容量））と、初期状態のリチウムイオン電池１における、普通充電中の容量推定開始電圧に達した時点から満充電になるまでの充電容量（初期充電容量）と、に基づいて、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を推定する。
　そのため、充放電装置や交流インピーダンス推定装置等の高価な計測機器を用いることなく、充電時の電流・電圧データを用いてリチウムイオン電池１の容量劣化状態を推定することが可能となる。この結果、大掛かりな評価設備や電池に係わる秘匿情報を必要とせず、簡便で汎用性に富んでおり、大幅な低コスト化が可能になる。つまり、電気自動車やプラグインハイブリッド車の中古車販売事業を、労力とコストの両面で満足することができる。
そして、中古車販売業者等の車両やリチウムイオン電池１の製造者でない第三者による中古電気自動車／中古プラグインハイブリッド車の適切な残価値設定のための容量劣化評価に活用することもできる。
　また、日常的に実行する普通充電時に取得可能な充電データを用いるため、容量劣化の推定のために別途評価を実行する必要がなく、容量劣化推定にかかる手間や時間等の省力化を図ることができる。
　また、この実施例１では、容量推定開始電圧を、充電特性における電圧変化の傾きが充電特性の微分値の平均値よりも明らかに大きいと判断できる値に設定している。そのため、容量推定開始電圧から満充電までの充電容量（算出充電容量）には、充放電サイクル数に応じて充電特性に顕著な差が認められ、劣化推定精度を向上することができる。
　次に、効果を説明する。
　実施例１のリチウムイオン電池の劣化推定装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
　(1) リチウムイオン電池１に接続された付設充電器（車載充電器）４１に商用電源系統からの交流電流を供給することで前記リチウムイオン電池１を充電する普通充電手段４と、
　前記リチウムイオン電池１の電圧を検出する電圧検出手段（電圧センサ）７１と、
　前記リチウムイオン電池１の充電容量を検出する充電容量検出手段（電流センサ）７２と、
　前記普通充電手段４による充電中の電池電圧が予め設定した容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの算出充電容量と、前記リチウムイオン電池１の初期状態での前記普通充電手段４による充電中の電池電圧が前記容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの初期充電容量と、に基づいて、前記リチウムイオン電池１の容量劣化状態を推定する電池劣化推定手段（容量劣化推定部）８と、
　を備える構成とした。
これにより、労力とコストの両面の条件を満足し、秘匿性の高い情報を必要とすることなく、簡便にリチウムイオン電池１の劣化状態を推定することができる。
　(2) 前記電池劣化推定手段（容量劣化推定部）８は、前記容量推定開始電圧を、充電電気量と電池電圧の関係を示す充電特性（特性Ｘ）における電圧変化の傾きが充電特性の微分値の平均値よりも明らかに大きいと判断できる値となる電圧に設定する構成とした。
　これにより、上記(1)の効果に加え、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を明確に把握することができ、劣化推定精度を向上することができる。
　(3) 前記電池劣化推定手段（容量劣化推定部）８は、前記算出充電容量と前記初期充電容量との比率が小さいほど、前記リチウムイオン電池１の容量劣化状態が低下していると判断する構成とした。
　これにより、上記(1)又は(2)の効果に加え、リチウムイオン電池１の容量劣化状態を容易に推定することができ、さらに容量劣化の推定を簡便化することができる。
　(4) 前記電池劣化推定手段（容量劣化推定部）８は、前記普通充電手段４による充電開始時の電池電圧（充電開始電圧）が、予め設定した推定可能電圧範囲内のとき、前記リチウムイオン電池１の電池劣化状態の推定を開始する構成とした。
　これにより、上記(1)～(3)のいずれかの効果に加え、算出される容量維持率のばらつきを抑え、容量劣化の推定精度を向上することができる。
　(5) 前記リチウムイオン電池１の温度を検出する電池温度検出手段（温度センサ）７３を備え、
　前記電池劣化推定手段（容量劣化推定部）８は、前記普通充電手段４による充電開始時の電池温度（充電開始温度）が、予め設定した推定可能温度範囲内のとき、前記リチウムイオン電池１の電池劣化状態の推定を開始する構成とした。
　これにより、上記(1)～(4)のいずれかの効果に加え、算出される容量維持率のばらつきを抑え、容量劣化の推定精度を向上することができる。
　(6) リチウムイオン電池１に接続された付設充電器（車載充電器）４１に商用電源系統からの交流電流を供給する普通充電手段４により、前記リチウムイオン電池１を充電しているか否かを判断する普通充電判断工程（ステップＳ２）と、
　前記普通充電判断工程（ステップＳ２）により判断された普通充電中の電池電圧を検出する電池電圧検出工程と、
　前記電池電圧検出工程により検出された前記電池電圧が、予め設定した容量推定開始電圧に達したか否かを判断する推定開始電圧判断工程（ステップＳ６）と、
　前記推定開始電圧判断工程（ステップＳ６）により前記電池電圧が前記容量推定開始電圧に達したと判断された後、前記普通充電工程（ステップＳ２）における充電データを取得するデータ取得工程（ステップＳ７）と、
　前記データ取得工程（ステップＳ７）により取得された電池電圧に基づき、前記リチウムイオン電池１が満充電となったか否かを判断する満充電判断工程（ステップＳ８）と、
　前記満充電判断工程（ステップＳ８）により前記リチウムイオン電池１が満充電になったと判断された後、前記電池電圧が前記容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでに取得した充電データに基づいて、前記リチウムイオン電池１の充電容量を演算する充電容量演算工程（ステップＳ９）と、
　前記充電量算出工程（ステップＳ９）によって算出された算出充電量と、予め設定された前記リチウムイオン電池１の初期状態での前記普通充電手段４による充電中の電池電圧が前記容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの初期充電容量と、の比率（容量維持率）を算出する電池劣化推定工程（ステップＳ10）と、
　を備える構成とした。
　これにより、労力とコストの両面の条件を満足し、秘匿性の高い情報を必要とすることなく、簡便にリチウムイオン電池１の劣化状態を推定することができる。
　以上、本発明のリチウムイオン電池の劣化推定装置及び劣化推定方法を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
　実施例１のリチウムイオン電池の劣化推定装置では、容量推定開始電圧を任意の一つの値に設定し、その値から満充電になるまでの充電容量の変化から、容量劣化状態を推定する例を示した。しかしながら、これに限らず、各充電ごとの充電特性の微分値ピークを容量劣推定開始電圧に設定してもよい。この場合では、各充電ごとに設定される容量推定開始電圧から満充電になるまでの充電容量を計測することで、容量維持率を算出することもできる。
　また、実施例１では、推定可能温度範囲を設定することで、算出される容量維持率のばらつきを抑制し、信頼性の高い結果を得る例を示した。しかしながら、これに限らず、信頼性の高い結果を得る方法として、推定可能温度範囲を設けず、充電データの温度補正を行ってもよい。
ここで、「充電データの温度補正」とは、取得した充電データから算出される充電容量に対し、電池温度に応じて決められた補正値を適宜加減算することである。
電池の内部抵抗には、温度依存性が確認されていることから、温度補正係数が既知の場合には、温度補正を行い算出充電容量のばらつきを抑制することができる。
なお、充電データの温度補正係数は、内部メモリ８３にプリインストールしておく必要があり、温度補正演算は容量推定演算部８３にて実施される。
　また、この実施例１では、電流が流れている状態において容量推定開始電圧を設定していることから、より信頼性の高い結果を得る方法として、必要に応じて充電データの容量推定電圧範囲補正を行ってもよい。
ここで、「充電データの容量推定電圧範囲補正」とは、取得した充電データから算出される充電容量に対し、内部抵抗増大寄与分の充電容量を減算することである。
つまり、電池の内部抵抗が増大した場合には、容量推定電圧の範囲（容量推定開始電圧から満充電までの範囲）は、初期のものよりもＩ＊ΔＲ分下方に広がることになる。そこで、算出充電容量より電圧下方拡張分の充電容量を減ずることにより、常に一定の電圧範囲での充電容量を得ることができ、算出充電容量のばらつきを抑制することができる。
なお、容量推定電圧範囲補正のための演算は容量推定演算部８３にて実施される。
　また、実施例１では、初期充電容量を、予めリチウムイオン電池１ごとに計測しておき、内部メモリ８３にプリインストールしておく例を示したが、これに限らない。例えば、リチウムイオン電池１の使用開始直後から複数回実行された普通充電時に、所定の容量劣化開始電圧から満充電になるまでの充電容量を計測し、計測された充電容量の平均値を初期充電容量として設定してもよい。

Claims (6)

  1. 　リチウムイオン電池に接続された付設充電器に商用電源系統からの交流電流を供給することで前記リチウムイオン電池を充電する普通充電手段と、
    　前記リチウムイオン電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
    　前記リチウムイオン電池の充電容量を検出する充電容量検出手段と、
    　前記普通充電手段による充電中の電池電圧が予め設定した容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの算出充電容量と、前記リチウムイオン電池の初期状態での前記普通充電手段による充電中の電池電圧が前記容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの初期充電容量と、に基づいて、前記リチウムイオン電池の容量劣化状態を推定する電池劣化推定手段と、
    　を備えることを特徴とするリチウムイオン電池の劣化推定装置。
  2. 　請求項１に記載されたリチウムイオン電池の劣化推定装置において、
    　前記電池劣化推定手段は、前記容量推定開始電圧を、充電電気量と電池電圧の関係を示す充電特性における電圧変化の傾きが充電特性の微分値の平均値よりも明らかに大きいと判断できる値となる電圧に設定する
    　ことを特徴とするリチウムイオン電池の劣化推定装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載されたリチウムイオン電池の劣化推定装置において、
    　前記電池劣化推定手段は、前記算出充電容量と前記初期充電容量との比率が小さいほど、前記リチウムイオン電池の容量劣化状態が低下していると判断する
    　ことを特徴とするリチウムイオン電池の劣化推定装置。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたリチウムイオン電池の劣化推定装置において、
    　前記電池劣化推定手段は、前記普通充電手段による充電開始時の電池電圧が、予め設定した推定可能電圧範囲内のとき、前記リチウムイオン電池の電池劣化状態の推定を開始する
    　ことを特徴とするリチウムイオン電池の劣化推定装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されたリチウムイオン電池の劣化推定装置において、
    　前記リチウムイオン電池の温度を検出する電池温度検出手段を備え、
    　前記電池劣化推定手段は、前記普通充電手段による充電開始時の電池温度が、予め設定した推定可能温度範囲内のとき、前記リチウムイオン電池の電池劣化状態の推定を開始する
    　ことを特徴とするリチウムイオン電池の劣化推定装置。
  6. 　リチウムイオン電池に接続された付設充電器に商用電源系統からの交流電流を供給する普通充電手段により、前記リチウムイオン電池を充電しているか否かを判断する普通充電判断工程と、
    　前記普通充電判断工程により判断された普通充電中の電池電圧を検出する電池電圧検出工程と、
    　前記電池電圧検出工程により検出された前記電池電圧が、予め設定した容量推定開始電圧に達したか否かを判断する推定開始電圧判断工程と、
    　前記推定開始電圧判断工程により前記電池電圧が前記容量推定開始電圧に達したと判断された後、前記普通充電工程における充電データを取得するデータ取得工程と、
    　前記データ取得工程により取得された電池電圧に基づき、前記リチウムイオン電池が満充電となったか否かを判断する満充電判断工程と、
    　前記満充電判断工程により前記リチウムイオン電池が満充電になったと判断された後、前記電池電圧が前記容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでに取得した充電データに基づいて、前記リチウムイオン電池の充電容量を演算する充電容量演算工程と、
    　前記充電量算出工程によって算出された算出充電量と、予め設定された前記リチウムイオン電池の初期状態での前記普通充電手段による充電中の電池電圧が前記容量推定開始電圧に達してから満充電になるまでの初期充電容量と、の比率を算出する電池劣化推定工程と、
    　を備えることを特徴とするリチウムイオン電池の劣化推定方法。
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