WO2022181112A1 - 電池診断システム - Google Patents

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WO2022181112A1
WO2022181112A1 PCT/JP2022/001292 JP2022001292W WO2022181112A1 WO 2022181112 A1 WO2022181112 A1 WO 2022181112A1 JP 2022001292 W JP2022001292 W JP 2022001292W WO 2022181112 A1 WO2022181112 A1 WO 2022181112A1
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battery
secondary battery
deterioration
predicted
state
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PCT/JP2022/001292
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周平 吉田
和哉 滝沢
裕太 下西
啓善 山本
翔 長嶋
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株式会社デンソー
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Publication date
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Definitions

  • the present disclosure relates to a battery diagnosis system that diagnoses the degree of deterioration of secondary batteries.
  • secondary batteries have been used for a variety of purposes, such as for vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles, and for household use.
  • a secondary battery deteriorates with charge/discharge and the passage of time, and the performance and value of the secondary battery deteriorate. Therefore, a technique for diagnosing the degree of deterioration of the secondary battery has been developed.
  • Patent Document 1 As a technology related to the battery diagnosis system, the technology of the battery replacement support system described in Patent Document 1 is known.
  • the battery replacement support system of Patent Document 1 the future deterioration state of the secondary battery after a predetermined period of time has elapsed from the current capacity deterioration state of the secondary battery, and the service life of the secondary battery is evaluated.
  • the capacity deterioration of the secondary battery is obtained from the actual measurement value of the AC resistance, and the future capacity deterioration state after the elapse of a predetermined period is specified by an extrapolation method based on the actual measurement value.
  • Deterioration of a secondary battery includes various aspects such as resistance deterioration in addition to capacity deterioration.
  • Patent Document 1 since the future deterioration state of the secondary battery is specified by extrapolation from the current state of capacity deterioration, the prediction of the future deterioration state deviates from the actual situation. can be considered.
  • an object of the present disclosure is to provide a battery diagnosis system capable of diagnosing the future deterioration state of a secondary battery with higher accuracy based on the current deterioration state of the secondary battery. do.
  • a battery diagnostic system includes a load history acquisition unit, an interpolation processing unit, a deterioration estimation unit, a deterioration prediction unit, and an output unit.
  • the load history acquisition unit acquires the battery load history, which is the history of the load on the used secondary battery. With respect to the configuration data of the battery load history, if part of the configuration data is missing, the interpolation processing unit estimates and interpolates the missing part of the configuration data using the remaining part of the configuration data. .
  • the deterioration estimator estimates the current deterioration state of the secondary battery and the deterioration factor that caused the deterioration state based on the battery load history.
  • the deterioration prediction unit uses the predicted battery load and the current deterioration state and deterioration factor of the secondary battery estimated by the deterioration estimation unit to predict the deterioration of the secondary battery that will occur in the future when used in the manner of use. Predict and diagnose the state of deterioration.
  • the predicted battery load indicates a load that is predicted to be applied to the secondary battery depending on how the secondary battery will be used in the future.
  • the output unit outputs the predicted deterioration state of the secondary battery predicted by the deterioration prediction unit.
  • the interpolation processing unit uses the remaining part of the configuration data to replace the missing configuration data. Estimate and interpolate. In interpolation processing, unlike extrapolation, based on a known data string, data are generated or provided with such a function to fill in the range of each interval of the data string.
  • the battery diagnostic system even if part of the configuration data of the battery load history is missing, it is possible to acquire the battery load history with high accuracy. Furthermore, in the battery diagnostic system, the current deterioration state and deterioration factors of the secondary battery are estimated using a highly accurate battery load history, and future generation The predicted deterioration state of the secondary battery is predicted. Therefore, according to the battery diagnosis system, even if part of the battery load history is missing, the future deterioration state of the secondary battery can be predicted based on the current deterioration state of the secondary battery. Accurate diagnosis is possible.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a battery diagnostic system according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a vehicle in the battery diagnosis system
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a management server in the battery diagnosis system
  • FIG. 4 is a flowchart of battery diagnosis processing in the battery diagnosis system
  • FIG. 5 is a flowchart relating to calculation of the battery state in the battery diagnosis process
  • FIG. 6 is an explanatory diagram relating to interpolation processing of the battery load history
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a battery diagnostic system according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a vehicle in the battery diagnosis system
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a management server in the battery diagnosis system
  • FIG. 4 is a flowchart of battery diagnosis processing in the battery diagnosis system
  • FIG. 5 is a flowchart relating to calculation of the battery state in the battery diagnosis process
  • FIG. 6 is an explanatory diagram relating to interpolation processing of the battery load history
  • FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing the relationship between the open circuit voltage and closed circuit voltage of the secondary battery before deterioration and the SOC
  • FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing the relationship between the open circuit voltage and closed circuit voltage of the secondary battery after deterioration and the SOC
  • FIG. 9 is an explanatory diagram relating to the influence of the state of deterioration on the progress of deterioration in the future
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a predicted battery load in the first embodiment
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between secondary battery ranking and residual value
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a battery diagnosis system according to the second embodiment
  • FIG. 13 is an explanatory diagram regarding sequential maintenance of handling conditions in the second embodiment
  • FIG. 14 is an explanatory diagram regarding simultaneous maintenance of handling conditions in the second embodiment
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a battery diagnosis system according to the third embodiment
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of power balance in the third embodiment
  • FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a battery diagnostic system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 A first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 11.
  • FIG. 1 the battery diagnosis system 1 according to the present disclosure is applied to an industry that estimates and diagnoses the state of deterioration of the secondary battery 25 owned by the user U, and proposes maintenance of the secondary battery 25.
  • the secondary battery 25 is composed of, for example, a lithium-ion secondary battery, and has a plurality of battery cells connected in series.
  • the negative electrode of the secondary battery 25 is made of, for example, a negative electrode active material such as graphite that can absorb and release lithium ions.
  • the positive electrode of the secondary battery 25 can be, for example, a ternary electrode containing Ni, Mn, and Co such as LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 . Also, electrodes made of composite materials may be employed.
  • the secondary battery 25 is composed of, for example, a battery pack including a plurality of battery modules in which a plurality of battery cells are arranged in a line. Therefore, the performance of the battery pack as the secondary battery 25 is affected by the battery module exhibiting the lowest performance among the plurality of battery modules. Furthermore, the performance of the battery module is affected by the battery cell exhibiting the lowest performance among the battery cells that make up the battery module. Therefore, in order to suppress the deterioration of the secondary battery 25, it is important to perform maintenance for each battery cell and each battery module.
  • the battery diagnostic system 1 diagnoses the residual value of the secondary battery 25 and increases the residual value by considering the future usage of the secondary battery 25 in addition to the deterioration degree and deterioration factor of the secondary battery 25. Therefore, it is configured to propose an effective maintenance method to the user U.
  • the battery diagnosis system 1 includes a plurality of secondary batteries 25 owned by each user U.
  • the secondary battery 25 As an application of the secondary battery 25, the case of using it for driving an electric vehicle will be taken as an example, but it is not limited to this. If the battery load history indicating the load associated with the use of the secondary battery 25 can be output to the management server 50, it can be used for various purposes such as home power supply and factory power supply.
  • a battery load history which is usage history information of each secondary battery 25, is transmitted to the management server 50 in the data center via a predetermined base station 5. For example, when the secondary battery 25 is mounted in the vehicle V, the battery load history is transmitted from the communication terminal 34 of the vehicle V to the management server 50 .
  • the battery load history includes the battery temperature T, current value I, SOC, etc. of the secondary battery 25 .
  • each user U is assigned an information terminal 10 .
  • the information terminal 10 is configured by a tablet terminal, a smart phone, or the like, and is used to input predicted battery load or the like indicating the future usage of the secondary battery 25 assumed by each user U.
  • the predicted battery load is transmitted from each information terminal 10, it is stored in the user database 55 of the management server 50 via the network N.
  • the management server 50 uses the battery load history of each secondary battery 25 to estimate the degree of deterioration of the secondary battery 25 and the configuration of deterioration factors. Then, using the estimated degree of deterioration of each secondary battery 25, the configuration of deterioration factors, and the predicted battery load, the future degree of deterioration, etc. of the secondary battery 25 when used under the predicted battery load is predicted. be.
  • the battery diagnostic system 1 includes an information terminal 10 of the dealer D and an information terminal 10 of the repair shop F.
  • the cost of the parts required for the maintenance of the secondary battery 25 are input.
  • the information terminal 10 of the repair shop F wages required for maintenance, work reservation status, and the like are input.
  • the battery diagnosis system 1 can specify the cost and period required for maintenance of the secondary battery 25. It is possible to propose a maintenance method that considers
  • the vehicle V in the battery diagnosis system 1 is an electric vehicle in which the secondary battery 25 is mounted and which obtains driving force for running from the motor generator 20 .
  • the vehicle V may be any vehicle provided with the motor generator 20.
  • a hybrid vehicle that obtains driving force for running from the motor generator 20 and an internal combustion engine (engine) may be employed.
  • engine internal combustion engine
  • the vehicle V is equipped with a motor generator 20 as a drive source.
  • the motor-generator 20 is equipped with a rotational speed sensor 21 for detecting motor rotational speed, a torque sensor 22 for detecting motor torque, a temperature sensor 23 for detecting motor temperature, and the like.
  • the vehicle V is also provided with a motor control unit 24 that controls the drive state of the motor generator 20 .
  • Motor control unit 24 receives vehicle information such as motor rotation speed, motor torque, and motor temperature from rotation speed sensor 21 , torque sensor 22 , and temperature sensor 23 .
  • the vehicle V is equipped with the secondary battery 25 .
  • the secondary battery 25 is composed of, for example, a lithium-ion secondary battery, and supplies power to the motor generator 20 as well as to other in-vehicle devices.
  • a configuration in which a plurality of battery cells are connected in parallel to form a cell block, and a plurality of the cell blocks are connected in series may be employed.
  • the secondary battery 25 is connected with a voltage sensor 26, a current sensor 27, and a battery temperature sensor 28.
  • the voltage sensor 26 is a sensor that detects the voltage value of the secondary battery 25 .
  • the current sensor 27 is a sensor that detects the current value I of the secondary battery 25 .
  • the battery temperature sensor 28 is a sensor that detects the battery temperature T of the secondary battery 25 .
  • the voltage sensor 26, current sensor 27, and battery temperature sensor 28 each have a plurality of detection units for the battery pack, which is the secondary battery 25. That is, the voltage sensor 26, the current sensor 27, and the battery temperature sensor can detect the voltage value, the current value I, and the battery temperature T for each battery module constituting the battery pack and each battery cell constituting the battery module. .
  • the secondary battery 25 is provided with an external connection portion 29 .
  • the external connection portion 29 is configured to be connectable to a power system outside the vehicle V. As shown in FIG. Therefore, the secondary battery 25 can supply the power of the secondary battery 25 to an external power system or receive power from the external power system.
  • the vehicle V is provided with a battery control unit 30 .
  • Information on the voltage value, current value, and battery temperature T from the voltage sensor 26 , current sensor 27 , and battery temperature sensor 28 is input to the battery control unit 30 .
  • These pieces of information constitute a battery load history, which will be described later.
  • the battery control unit 30 manages the usage history of the secondary battery 25 and the like.
  • the battery control unit 30 controls the charge/discharge state of the secondary battery 25 . That is, the battery control unit 30 constitutes a so-called Battery Management Unit.
  • the vehicle V is provided with a vehicle control unit 33 .
  • the vehicle control unit 33 controls the vehicle V as a whole.
  • the vehicle control unit 33 is connected with an accelerator pedal sensor 31, a brake pedal sensor 32, and the like. Therefore, the vehicle control unit 33 receives vehicle information such as the operation status of the accelerator pedal and the brake pedal.
  • Information input to the motor control unit 24, the battery control unit 30, and the vehicle control unit 33 is output from the communication terminal 34 mounted on the vehicle control unit 33 to the management server 50 via the base station 5 and the network network N. be done.
  • the communication terminal 34 has a function of receiving radio waves from GPS satellites (not shown), and can determine the position information of the vehicle V using the global positioning system (GPS). Positional information and speed information obtained from GPS are also transmitted from the communication terminal 34 to the management server 50 via the base station 5 and the network network N as information accompanying the battery load history.
  • GPS global positioning system
  • a mobile phone, a wireless LAN, or the like can be used for wireless communication between the communication terminal 34 and the base station 5.
  • various types of information may be transmitted by wired communication.
  • the timing of transmitting various information such as the battery load history from the vehicle V to the management server 50 may be in real time, or may be collectively transmitted at a predetermined timing.
  • the management server 50 is configured by a general server computer, and has a control section 51, a communication section 52, a storage device 53, and the like.
  • the management server 50 estimates and diagnoses the future predicted deterioration state of the secondary battery 25 using the deterioration state of the secondary battery 25 and the predicted battery load based on the future usage plan. In addition, the management server 50 determines the future handling manner (for example, maintenance method) of the secondary battery 25 based on the predicted deterioration state of the secondary battery 25 and the handling conditions regarding the future handling of the secondary battery 25. Suggest.
  • the control unit 51 is composed of a well-known microcomputer including CPU, ROM, RAM, etc. and its peripheral circuits. Each functional unit in the battery diagnosis system 1 is implemented by the CPU of the control unit 51 executing the control program stored in the ROM.
  • the communication unit 52 enables two-way communication of data with each vehicle V and each information terminal 10 via the network N.
  • FIG. The storage device 53 is a storage unit that temporarily stores target data and temporarily stores calculation results when data is transmitted and received by the communication unit 52 .
  • the management server 50 is provided with a battery database 54 and a user database 55 .
  • the battery database 54 is a database configured using the battery load history transmitted from each secondary battery 25 .
  • the battery database 54 includes information such as the battery temperature T and the current value I that constitute the battery load history, as well as the element deterioration state and the battery state calculated by the battery management process described later. Further, the battery database 54 stores battery characteristic information indicating the characteristic of the progress of deterioration of the secondary battery 25 for each secondary battery 25 .
  • the user database 55 is a database configured using user information input from the information terminal 10 of each user U.
  • the user database 55 includes, as user information, information such as a history of maintenance techniques for the secondary battery 25, a history of handling conditions, a history of predicted battery loads, and the like.
  • the control unit 51 includes, as functional units of the battery diagnosis system 1, a load history acquisition unit 51a, an interpolation processing unit 51b, a deterioration estimation unit 51c, a deterioration prediction unit 51d, and an output unit 51e. ,have. Furthermore, the control unit 51 has, as functional units of the battery diagnosis system 1, a predicted load generation unit 51f, a residual value evaluation unit 51g, a rank identification unit 51h, a proposal unit 51i, and a condition input unit 51j. ing.
  • the load history acquisition unit 51a is a functional unit that acquires the battery load history, which is the history of the load on the used secondary battery 25, and is realized, for example, by the control unit 51 when executing step S1, which will be described later.
  • the interpolation processing unit 51b estimates and interpolates the missing part of the configuration data using the remaining part of the configuration data when part of the configuration data of the battery load history is missing. It is a functional part.
  • the interpolation processing unit 51b is implemented, for example, by the control unit 51 when executing step S23, which will be described later.
  • the deterioration estimation unit 51c is a functional unit that estimates the current deterioration state of the secondary battery 25 and the deterioration factor that caused the deterioration state based on the battery load history. It is realized by the control unit 51 when executing the process.
  • the deterioration prediction unit 51d uses the predicted battery load indicating the load expected to be applied to the secondary battery 25 according to the future usage of the secondary battery 25, and the current deterioration state and deterioration factor of the secondary battery 25. , is a functional unit that predicts and diagnoses a predicted deterioration state of the secondary battery 25 that will occur in the future.
  • the deterioration prediction unit is implemented, for example, by the control unit 51 when executing step S7, which will be described later.
  • the output unit 51e is a functional unit that outputs the predicted deterioration state of the secondary battery 25, and is realized by the control unit 51 when executing step S11, which will be described later, for example.
  • the predicted load generation unit 51f identifies the load predicted to be applied to the secondary battery 25 when the secondary battery 25 is used in accordance with the future usage mode of the secondary battery 25, and generates the predicted battery load. This is the function part to generate.
  • the predicted load generation unit 51f is implemented by, for example, the control unit 51 when executing step S6, which will be described later.
  • the residual value evaluation unit 51g is a functional unit that evaluates the residual value of the secondary battery 25 when used in a future usage mode using the predicted deterioration state of the secondary battery 25. For example, step S9 described later is performed. It is realized by the control unit 51 at the time of execution.
  • the rank specifying unit 51h is a functional unit that ranks the secondary battery 25 with respect to the predicted deterioration state of the secondary battery 25 using the predicted states of the battery components of the secondary battery 25 .
  • the rank specifying unit 51h is implemented by, for example, the control unit 51 when executing step S8, which will be described later.
  • the proposing unit 51i uses the evaluated residual value of the secondary battery 25 and the handling conditions regarding the future handling of the secondary battery 25 to propose a future of the secondary battery that can increase the residual value of the secondary battery. It is a function unit that proposes a typical handling mode.
  • the proposing unit 51i is realized, for example, by the control unit 51 when executing step S10, which will be described later.
  • the condition input unit 51j is a functional unit for inputting handling conditions regarding the future handling of the secondary battery 25, and is realized by the control unit 51 when step S5, which will be described later, is executed, for example.
  • At least one of the functions of the battery diagnostic system 1 may be configured by an electronic circuit (that is, hardware) for performing that function.
  • FIG. 1 In the battery diagnosis system 1 according to the first embodiment, calculation processing of the element deterioration state, the battery state, the predicted element deterioration state, and the predicted battery state is performed for each battery module constituting the secondary battery 25 .
  • the element deterioration state and the like may be calculated for each battery pack that constitutes the secondary battery 25. A calculation process may be performed. If the performance of the control unit 51 and the required time are sufficient, it is also possible to perform calculation processing of the element deterioration state and the like for each battery cell that constitutes the battery module.
  • the battery diagnostic system 1 acquires the battery load history of the secondary battery 25 that configures the battery diagnostic system 1 .
  • the control unit 51 is acquired by the communication unit 52 via the communication terminal 34 of the vehicle V, the base station 5 and the network N.
  • the battery load history of the secondary battery 25 may be acquired from the battery database 54 .
  • the battery diagnosis system 1 can acquire the battery load history of the secondary battery 25 without dismantling the secondary battery 25 (that is, the battery pack and the battery module).
  • the battery load history includes the history of the load acting on the secondary battery 25, such as the battery temperature T, which is the temperature of the secondary battery 25, the charge/discharge current, and the period of use. Note that if there is a missing part in the data constituting the battery load history due to the unused period or the like, the control unit 51 performs an interpolation process of interpolating the missing part using the existing value. Details of the interpolation processing will be described later.
  • step S3 the acquired battery load history is used to calculate the element deterioration states SOHQ ae , SOHQ ce, SOHQ Li e, SOHR a e, and SOHR ce of the secondary battery 25, which is the target battery.
  • SOH is an abbreviation for State Of Health.
  • SOHQ a e is the current capacity retention rate of the negative electrode of the secondary battery 25 .
  • SOHQ ce is the current capacity retention rate of the positive electrode of the secondary battery 25 .
  • SOHQ Li e is the capacity retention rate of the electrolyte of the secondary battery 25 at present.
  • SOHR a e is the current resistance increase rate of the negative electrode of the secondary battery 25 .
  • SOHR c e is the current resistance increase rate of the positive electrode of the secondary battery 25 .
  • the deterioration state of each element is calculated for each battery module that constitutes the battery pack of the secondary battery 25 .
  • the capacity retention rate of each component (that is, the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte) of the secondary battery 25 at a predetermined time is the same as that of the secondary battery 25 in the initial state (for example, at the time of shipment from the factory). It is the ratio of the capacity of each component at a given time to the capacity of the component.
  • the negative electrode capacity corresponds to the number of negative electrode sites into which lithium ions can be inserted.
  • the cathode capacity corresponds to the number of cathode sites into which lithium ions can be inserted.
  • the capacity of the electrolyte is expressed using the positive/negative SOC shift capacity.
  • the positive/negative electrode SOC difference capacity is the difference between the usable capacity regions of the positive electrode and the negative electrode in the secondary battery 25 .
  • the positive/negative electrode SOC displacement capacity corresponds to the number of lithium ions that can move between the positive electrode and the negative electrode and the ease of movement of all the lithium ions.
  • the resistance increase rate of each component of the secondary battery 25 at a predetermined time is the resistance value of each component of the secondary battery 25 in the initial state at the predetermined time is the ratio of the resistance value of
  • the battery diagnostic system 1 calculates element deterioration states SOHQ a e, SOHQ ce, SOHQ Li e, SOHR a e, and SOHR ce based on a plurality of deterioration factors relating to each battery component. That is, the battery diagnostic system 1 calculates the element deterioration states SOHQ a e and SOHR a e of the negative electrode based on a plurality of deterioration factors of the negative electrode of the secondary battery 25 . Further, the battery diagnosis system 1 calculates element deterioration states SOHQce and SOHRce regarding the positive electrode based on a plurality of deterioration factors of the positive electrode. Further, the battery diagnosis system 1 calculates an element deterioration state SOHQ Li e regarding the electrolyte based on a plurality of deterioration factors of the electrolyte.
  • each of the negative electrode capacity Qa and the negative electrode resistance Ra is a deterioration factor caused by the formation of a coating on the surface of the active material, and a deterioration factor caused by cracking of the coating formed on the surface of the active material. , is calculated in consideration of a deterioration factor caused by cracking of the active material itself.
  • Each of the positive electrode capacity Qc and the positive electrode resistance Rc is determined based on a deterioration factor caused by alteration of the surface of the active material, a deterioration factor caused by cracking of the altered surface of the active material, and a deterioration factor considering cracking of the active material itself. Calculated taking into account
  • the element deterioration state SOHQ Li e of the electrolyte is a deterioration factor caused by the formation of a film on the surface of the active material of the negative electrode, and a deterioration factor caused by cracking of the film formed on the surface of the active material of the negative electrode. , is calculated in consideration of a deterioration factor caused by cracking of the negative electrode active material itself.
  • the element deterioration state SOHQ Li e of the electrolyte is a deterioration factor caused by the formation of a film on the surface of the positive electrode active material, and a deterioration factor caused by cracking of the film formed on the surface of the positive electrode active material. , is calculated in consideration of a deterioration factor caused by cracking of the positive electrode active material itself.
  • step S4 battery states SOHQ Be and SOHR Be, which are deterioration states of the entire secondary battery 25, are calculated.
  • the battery state SOHQ Be indicates the overall deterioration state of the secondary battery 25 with respect to the capacity of the secondary battery 25 .
  • the negative electrode capacity Qa corresponds to the number of negative electrode sites into which lithium ions can be inserted
  • the positive electrode capacity Qc corresponds to the number of positive electrode sites into which lithium ions can be inserted.
  • the positive/negative electrode SOC displacement capacity QLi corresponds to the number of lithium ions that can move between the positive electrode and the negative electrode and the ease of movement of all the lithium ions.
  • the smallest of the negative electrode capacity Qa, the positive electrode capacity Qc, and the positive/negative SOC deviation capacity QLi corresponds to the battery capacity QB of the secondary battery 25 . That is, the minimum value of the element deterioration states SOHQ a e, SOHQ ce, and SOHQ Li e is the battery state SOHQ Be of the entire secondary battery 25 .
  • the battery state SOHR Be indicates the deterioration state of the entire secondary battery 25 regarding resistance.
  • SOHR B e SOHR a e +SOHR c e.
  • step S1 the acquisition of the battery load history in step S1
  • step S2 the calculation of the element deterioration state in step S2
  • step S3 the calculation of the battery state in step S3
  • the battery diagnostic system 1 Based on the battery load history of the secondary battery 25, the battery diagnostic system 1 sequentially calculates the element deterioration state of the secondary battery 25 from the start of use to the present time.
  • the start time ts, the end time te, and the period from the start time ts to the end time te of the calculation operation of the element deterioration state for one time are called an implementation cycle.
  • the length of the implementation cycle is appropriately determined in consideration of the prediction accuracy of the element deterioration state and the battery state, and the calculation load related to the calculation of the element deterioration state and the battery state.
  • step S1 the control unit 51 acquires the battery load history of the secondary battery 25. Specific contents of step S1 will be described with reference to steps S21 to S23.
  • step S21 the battery temperature T, charge/discharge current value I, and history target period Time are acquired as the battery load history.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the battery temperature T of the secondary battery 25 in the implementation cycle from the temperature distribution of the secondary battery 25 during the implementation cycle.
  • the battery temperature T can be, for example, an average value calculated from the frequency distribution of the temperature of the secondary battery 25 obtained during the actual cycle.
  • Battery temperature T it is also possible to adopt the average value of the temperature of the secondary battery 25 acquired during the implementation cycle, etc., in order to reduce the calculation load.
  • Battery temperature T is stored in battery database 54 of battery diagnosis system 1 .
  • step S22 the control unit 51 determines whether or not part of the configuration data of the battery load history is missing.
  • the battery load history of the secondary battery 25 includes a use period Pe in which the ignition of the vehicle V is on and input/output to the secondary battery 25 is performed, and a period Pe in which the ignition is off and input/output to the secondary battery 25 is performed. and an idle period Pel in which there is no
  • the detection operation of various sensors such as the battery temperature sensor 28 is not performed, so it is conceivable that the battery load history corresponding to the idle period Pel constituting the history target period Time is missing.
  • the battery load history of the unused period Pel is also required.
  • step S22 it is determined whether or not the configuration data acquired as the battery load history includes data corresponding to the idle period Pel (that is, missing data). If there is a lack of configuration data, the process moves to step S23 and interpolation processing is performed. If there is no missing configuration data, the process proceeds to step S24.
  • step S23 data interpolation processing is performed to interpolate missing configuration data in the battery load history.
  • data corresponding to the unused period Pel is estimated and interpolated from the data corresponding to the usage period Pe obtained as the battery load history, and the battery load history for all periods is obtained.
  • step S23 data interpolation processing is performed for the voltage, SOC, current, and battery temperature T that make up the battery load history.
  • the usage period Pe immediately preceding the unused period Pel is referred to as an immediately preceding usage period Peb
  • the usage period Pe immediately following the unused period Pel is referred to as an immediate usage period Pea.
  • the outside air temperature Tam around the secondary battery 25 during the unused period Pel can be obtained through the network N or the like, and is a known value throughout the unused period Pel. Sampling of data in the unused period Pel is performed N times at a sampling period ⁇ t. Therefore, the length of the idle period Pel can be expressed as ⁇ tN.
  • the relationship between the battery temperature T n for the n-th sampling and the battery temperature T n-1 for the (n ⁇ 1)-th sampling can be expressed by the following equation (1). .
  • ⁇ Tn is the amount of change in the battery temperature T from the time of the n ⁇ 1th sampling to the time of the nth sampling.
  • ⁇ T n can be expressed by the following equation (2), taking into consideration the external air heat radiation resistance of the secondary battery 25, the heat capacity of the secondary battery 25, and the external temperature Tam around the secondary battery 25.
  • R in equation (2) indicates the external air heat radiation resistance of the secondary battery 25
  • C indicates the heat capacity of the secondary battery 25
  • Tam n-1 is the outside air temperature Tam at the n-1th sampling. Since these values are known values, it is possible to derive a temperature profile Te that takes into consideration the outside air temperature Tam, the outside air heat radiation resistance, and the heat capacity of the secondary battery 25, using equations (1) and (2).
  • the correction value Tc can be represented by the following formula (3).
  • Tc n in equation (3) indicates the value of the correction value Tc corresponding to the n-th sampling point.
  • TN is the value of the temperature profile Te at the start of the immediate use period Pea, and indicates the point P in FIG.
  • the battery temperature T in the unused period Pel can be accurately calculated by taking into consideration the external air heat radiation resistance and heat capacity of the secondary battery 25, and the external air temperature Tam around the secondary battery 25. can be interpolated.
  • the battery diagnosis system 1 can acquire a battery load history with high accuracy.
  • step S24 the battery diagnosis system 1 calculates the integrated value of the current value I of the secondary battery 25, and calculates the state of charge of the secondary battery 25 based on the calculated integrated value.
  • the state of charge is the ratio of the remaining capacity to the full charge capacity of the secondary battery 25 expressed as a percentage, and is the so-called SOC (that is, state of charge).
  • SOC state of charge
  • the battery diagnostic system 1 calculates the SOC of the secondary battery 25 based on the integrated value of the current value of the secondary battery 25 using, for example, the current integration method.
  • the calculation of the element deterioration state in step S2 and the calculation of the battery state in step S3 are realized by the processing of steps S24 to S31.
  • step S25 the battery diagnosis system 1 calculates ⁇ DOD.
  • ⁇ DOD is calculated by the difference between the SOC at the start time ts and the SOC at the end time te of the implementation cycle.
  • DOD is an abbreviation for Depth Of Discharge indicating the depth of discharge of the secondary battery 25 .
  • step S ⁇ b>26 the battery diagnosis system 1 calculates the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c of the secondary battery 25 .
  • the negative electrode resistance Ra is calculated based on the battery temperature T of the secondary battery 25, the current value I of the secondary battery 25, the amount of change ⁇ DOD in SOC, and the closed circuit potential of the negative electrode of the secondary battery 25.
  • the positive electrode resistance Rc is calculated based on the battery temperature T of the secondary battery 25, the current value I of the secondary battery 25, the SOC change amount ⁇ DOD , and the closed circuit potential of the positive electrode.
  • the battery temperature T is the battery temperature T of the secondary battery 25 acquired as the battery load history.
  • the current value I is the current value I of the secondary battery 25 acquired as the battery load history.
  • the amount of change ⁇ DOD is the ⁇ DOD calculated in step S25.
  • the closed-circuit potential of the negative electrode and the closed-circuit potential of the positive electrode of the secondary battery 25 are the closed-circuit potentials of the negative electrode and the positive electrode of the secondary battery 25 calculated in the previous execution cycle.
  • the closed-circuit potential of the negative electrode of the secondary battery 25 will be referred to as CCP a
  • the closed-circuit potential of the positive electrode of the secondary battery 25 will be referred to as CCP c .
  • CCP stands for Closed Circuit Potential.
  • the negative electrode resistance R a can be expressed as a function of the battery temperature T of the secondary battery 25 , the negative closed circuit potential CCP a , the amount of change ⁇ DOD, and the charge/discharge current value I.
  • the positive electrode resistance R c can be expressed as a function of the temperature T of the secondary battery 25 , the positive closed circuit potential CCP c , the amount of change ⁇ DOD, and the charge/discharge current value I. This will be explained below.
  • the negative electrode resistance R a increases due to the formation of a film (SEI: Solid Electrolyte Interface) on the surface of the negative electrode due to oxidation-reduction decomposition of the electrolyte of the secondary battery 25 and its additives. Since the film is produced by the chemical reaction described above, the negative electrode resistance Ra follows the Arrhenius law. Therefore, the negative electrode resistance Ra can be expressed as a function of the battery temperature T.
  • SEI Solid Electrolyte Interface
  • the negative electrode resistance R a can be expressed as a function of the negative closed circuit potential CCP a .
  • the negative electrode resistance R a can be represented by a function of the amount of change ⁇ DOD.
  • the active material due to repeated expansion and contraction of the active material, the active material itself cracks and becomes smaller in diameter. Cracking of the active material itself has both a factor of decreasing the negative electrode resistance Ra and a factor of increasing the negative electrode resistance Ra .
  • the negative electrode resistance R a can be represented by a function of the amount of change ⁇ DOD from the theory shown below.
  • the pulverization speed which is the speed of cracking of the active material of the negative electrode, is expressed by dr/dt, where r is the particle diameter of the active material and t is the time.
  • dr/dt the pulverization rate of the active material of the negative electrode.
  • the pulverization speed dr/dt can be considered to be proportional to the particle diameter r of the active material. Therefore, the pulverization speed dr/dt can be expressed by the following formula (4).
  • k is a constant and may be referred to as a pulverization coefficient hereinafter.
  • a pulverization coefficient hereinafter.
  • is a constant in Equation (5).
  • the pulverization constant is considered to be proportional to the amount of change ⁇ DOD. Then, the following formula (6) is established.
  • Equation (7) ⁇ and ⁇ are constants in Equation (7). Then, by coupling the equations (5) and (7), the following equation (8) can be derived.
  • the negative electrode resistance R a increases due to the formation of a film on the surface of the negative electrode, and the formation speed of the film on the surface of the negative electrode correlates with the diameter of the active material of the negative electrode. Therefore, the negative electrode resistance R a can be expressed by a formula including the atomization function f(t, ⁇ DOD) (ie, a function of ⁇ DOD). Note that the contents in the parentheses on the right side of the equation (5) may be further corrected by adding constants.
  • cracking of the surface coating of the negative electrode and cracking of the negative electrode active material itself also depend on the charge/discharge current value I of the secondary battery 25 .
  • the charge/discharge current value I increases, the current tends to flow more intensively in the low-resistance portions of the active material. As a result, strain is likely to occur in the active material, causing cracks in the surface coating of the negative electrode and cracks in the negative electrode active material itself.
  • cracking of the negative electrode surface coating and cracking of the negative electrode active material itself can be expressed as a function of the charge/discharge current value I or a function of the C rate that correlates with the charge/discharge current value I.
  • the 1C rate indicates a current value that fully charges or completely discharges the rated capacity of the battery in one hour in the case of constant current charge/discharge measurement.
  • the negative electrode resistance R a is determined using the function g A (T, CCP a ), the function g B (T, CCP a , ⁇ DOD, I), and the function g C (T, CCP a , ⁇ DOD, I). is represented by the following equation (7).
  • the function g A (T, CCP a ) is a function considering the formation of a film on the surface of the active material.
  • the function g B (T, CCP a , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the film formed on the surface of the active material.
  • the function g C (T, CCP a , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the active material itself.
  • the negative electrode resistance Ra is expressed as a function of the battery temperature T of the secondary battery 25, the negative closed circuit potential CCP a , the amount of change ⁇ DOD, and the charge/discharge current value I.
  • the positive electrode resistance Rc increases as the quality of the positive electrode surface deteriorates.
  • the positive electrode resistance Rc follows the Arrhenius law because the surface of the positive electrode is altered by a chemical reaction. Therefore, the positive electrode resistance Rc can be expressed as a function of the battery temperature T.
  • the positive electrode resistance R c can be expressed as a function of the positive closed circuit potential CCP c .
  • the surface of the deteriorated positive electrode active material cracks, and a new positive electrode surface that is not deteriorated is formed. .
  • the surface of the new positive electrode eventually deteriorates, causing a further increase in the positive electrode resistance Rc . Since the degree of expansion and contraction of the active material increases as the amount of change ⁇ DOD increases, the positive electrode resistance Rc can be expressed as a function of the amount of change ⁇ DOD.
  • deterioration of the surface of the positive electrode is accelerated by repeated expansion and contraction of the active material of the positive electrode, which promotes cracking of the active material of the positive electrode and reduces the diameter of the active material. Cracking of the active material itself has both a factor that lowers the positive electrode resistance Rc and a factor that increases the positive electrode resistance Rc .
  • the positive electrode resistance R c can be expressed by an expression (that is, a function of ⁇ DOD) that includes the pulverization function f (t, ⁇ DOD) of Equation (9) from the same theory as the negative electrode resistance R a .
  • the cracking of the positive electrode active material itself also depends on the charge/discharge current value I.
  • the charge/discharge current value I increases, the current tends to flow more intensively in the low-resistance portions of the active material. As a result, strain is likely to occur in the active material itself, causing cracks in the positive electrode active material itself. Therefore, cracking of the positive electrode active material itself can be expressed as a function of the charge/discharge current value I or a function of the C rate that correlates with the charge/discharge current value I.
  • the positive electrode resistance R c is , can be expressed as the following equation (11).
  • the function h A (T, CCP c ) is a function that takes into account alteration of the surface of the active material.
  • the function h B (T, CCP c , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the modified surface of the active material.
  • the function h C (T, CCP c , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the active material itself.
  • the positive electrode resistance Rc is expressed as a function of the battery temperature T of the secondary battery 25, the positive closed circuit potential CCPc , the amount of change ⁇ DOD , and the charge/discharge current value I.
  • step S26 the negative closed circuit potential CCPa and the positive closed circuit potential CCPc used to calculate the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c are set to A side closed circuit potential CCP a and a positive side closed circuit potential CCP c are used.
  • the negative closed circuit potential CCP a and the positive closed circuit potential CCP c are calculated in step S29 in the immediately preceding cycle.
  • the initial negative closed-circuit potential is calculated as follows.
  • CCP a and positive closed circuit potential CCP c are calculated.
  • the initial negative electrode polarization ⁇ V a is calculated from the product of the current value I obtained as the battery load history and the initial value of the negative electrode resistance Ra, and the current value I obtained as the battery load history and the positive electrode resistance R c are calculated .
  • the initial polarization ⁇ V c of the positive electrode is calculated from the product of the initial value of .
  • the initial value of the negative electrode resistance R a and the initial value of the positive electrode resistance R c are, for example, in the secondary battery of the same type as the secondary battery 25 mounted on the vehicle V, in the initial state (for example, factory shipment state). These are the values of negative electrode resistance and positive electrode resistance.
  • the initial values of the negative electrode resistance and the positive electrode resistance of the secondary battery 25 are stored, for example, in the battery control unit 30 of the vehicle V or the battery database 54 of the management server 50, and can be obtained from the battery control unit 30 or the battery database 54. can be done.
  • the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c in the initial state can be determined, for example, by an AC impedance method, IV measurement, or the like.
  • a half cell using the positive electrode and a half cell using the negative electrode of the disassembled secondary battery 25 in the initial state are prepared, and the resistance of each half cell is measured. R c can be determined.
  • each open-circuit potential is the potential of each electrode of the secondary battery 25 when the state in which the secondary battery 25 and the external circuit are not conducting for a long period of time has passed.
  • OCP stands for Open Circuit Potential.
  • the initial OCP characteristic indicates the relationship between the SOC of the secondary battery 25 in the initial state and the negative-side open-circuit potential OCP a , and the relationship between the SOC and the positive-side open-circuit potential OCP c . 54.
  • the negative open circuit potential OCP a and the negative polarization ⁇ V a are added to obtain the negative closed circuit potential CCP a .
  • the positive side closed circuit potential CCP c can be obtained by adding the positive side open circuit potential OCP c and the positive side polarization ⁇ V c .
  • the battery diagnosis system 1 calculates the negative electrode polarization ⁇ V a and the positive electrode polarization ⁇ V c .
  • the polarization ⁇ V a of the negative electrode is calculated by multiplying the current value I of the secondary battery 25 acquired as the battery load history by the negative electrode resistance Ra calculated in step S26.
  • the polarization ⁇ Vc of the positive electrode is calculated by multiplying the current value I of the secondary battery 25 by the positive electrode resistance Rc calculated in step S26.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the negative open circuit potential OCP a and the positive open circuit potential OCP c . Based on the SOC of the secondary battery 25 calculated in step S24 and the updated OCP characteristics of the previous implementation cycle stored in the battery database 54, the battery diagnosis system 1 determines the negative electrode side open circuit potential OCP a and the positive electrode side open circuit potential OCP a. A circuit potential OCP c is calculated. The updated OCP characteristic indicates the relationship between the SOC of the secondary battery 25 after deterioration and the negative side open circuit potential OCP a , and the relationship between the SOC and the positive side open circuit potential OCP c .
  • the updated OCP properties can be obtained as follows. First, the initial OCP characteristics pre-stored in the battery database 54 of the battery diagnosis system 1 are calculated based on the negative electrode capacity Q a , positive electrode capacity Q c , and positive/negative SOC deviation capacity Q Li calculated in step S30 described later. Update.
  • the initial OCP characteristic indicates the relationship between the SOC and the negative open circuit potential OCP a of the secondary battery 25 in the initial state, and the relationship between the SOC and the positive open circuit potential OCP c .
  • a technique for updating the initial OCP characteristics is not particularly limited, and for example, a known technique can be adopted.
  • step S ⁇ b>29 the battery diagnosis system 1 calculates the negative closed circuit potential CCP a and the positive closed circuit potential CCP c of the secondary battery 25 .
  • the battery diagnosis system 1 obtains the polarization ⁇ V a and the polarization ⁇ V c calculated in step S27, and obtains the negative open circuit potential OCP a and the positive open circuit potential OCP c calculated in step S28. .
  • the negative closed-circuit potential CCP a is calculated by adding the negative open-circuit potential OCP a and the polarization ⁇ V a of the negative electrode, and the negative open-circuit potential OCP a can be rewritten to the negative closed-circuit potential CCP a .
  • the positive closed circuit potential CCP c is calculated by adding the positive open circuit potential OCP c and the positive polarization ⁇ V c , and the positive open circuit potential OCP c is rewritten to the positive closed circuit potential CCP c . be able to.
  • the polarization of the secondary battery 25 becomes apparent due to deterioration. That is, due to the occurrence of polarization, the closed circuit voltage of the secondary battery 25 increases during charging of the secondary battery 25 and decreases during discharging. As the secondary battery 25 deteriorates, the closed circuit voltage further increases during charging of the secondary battery 25 and further decreases during discharging.
  • FIG. 7 schematically shows the relationship between the SOC and voltage during charging of the secondary battery 25 before deterioration
  • FIG. 8 shows the relationship between the SOC and voltage during charging of the secondary battery 25 after deterioration. is schematically shown.
  • the solid line represents the open circuit voltage
  • the dashed line represents the closed circuit voltage
  • OCV open circuit voltage
  • CCV closed circuit voltage
  • the battery diagnosis system 1 rewrites the open circuit potential OCP to the closed circuit potential CCP that takes into account the polarization ⁇ V, and uses the closed circuit potential CCP to determine the battery capacity. Predicting QB.
  • step S30 the battery diagnosis system 1 calculates the negative electrode capacity Qa , the positive electrode capacity Qc , and the positive/negative SOC deviation capacity QLi of the secondary battery 25, respectively.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the negative closed circuit potential CCP a and the positive closed circuit potential CCP c calculated in step S29, the battery temperature T of the secondary battery 25 acquired as the battery load history, and step The amount of change ⁇ DOD calculated in S25 is acquired.
  • the battery diagnostic system 1 calculates the negative electrode capacity Q a , positive electrode capacity Q c , and positive/negative SOC deviation capacity Q Li of the secondary battery 25 from the negative closed circuit potential CCP a and the positive closed circuit potential CCP c , respectively. , the battery temperature T, the current value I, and the amount of change ⁇ DOD.
  • the battery diagnostic system 1 expresses the negative electrode capacity Qa using the same theory as in calculating the negative electrode resistance Ra . That is, the negative electrode capacity Q a can be calculated as follows using the function i A (T, CCP a ), the function i B (T, CCP a , ⁇ DOD, I), and the function i C (T, CCP a , ⁇ DOD, I). It is expressed as in Equation (12).
  • the function i A (T, CCP a ) is a function considering the formation of a film on the surface of the active material.
  • the function i B (T, CCP a , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the film formed on the surface of the active material.
  • the function i C (T, CCP a , ⁇ DOD, I) is a function that considers cracking of the active material itself. That is, the negative electrode capacity Qa is a function of the battery temperature T of the secondary battery 25, the negative electrode side closed circuit potential CCPa , the amount of change ⁇ DOD (that is, the pulverization function f(t, ⁇ DOD)), and the charge/discharge current value I expressed.
  • the battery diagnostic system 1 expresses the positive electrode capacity Qc using the same theory as when calculating the positive electrode resistance Rc . That is, the positive electrode capacity Qc is expressed by the following equation using the function j A (T, CCP c ), the function j B (T, CCP c , ⁇ DOD, I), and the function j C (T, CCP c , ⁇ DOD, I) (13).
  • the function j A (T, CCP c ) is a function that takes into consideration the alteration of the surface of the active material.
  • the function j B (T, CCP c , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the modified surface of the active material.
  • the function j C (T, CCP c , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the active material itself. That is, the positive electrode capacity Q c is expressed by functions of the battery temperature T, the positive closed circuit potential CCP c , the amount of change ⁇ DOD (that is, the pulverization function f(t, ⁇ DOD)), and the charge/discharge current value I.
  • the positive/negative electrode SOC displacement capacity Q Li correlates with the consumption of lithium ions due to the formation of films (SEI: Solid Electrolyte Interface) on the negative electrode and the positive electrode. Since the consumption of lithium ions due to the formation of the film is a chemical reaction, the positive and negative electrode SOC shift capacities Q Li follow the Arrhenius law. Therefore, the positive/negative electrode SOC shift capacity QLi can be expressed as a function of the battery temperature T.
  • the positive/negative electrode SOC deviation capacity Q Li can be represented by a function of the negative electrode side closed circuit potential CCP a and the positive electrode side closed circuit potential CCP c .
  • the positive/negative electrode SOC displacement capacity QLi is a formula including a pulverization function f(t, ⁇ DOD) (that is, a function of the amount of change ⁇ DOD) from the same theory as the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c can be expressed as
  • the cracking of the active material itself in each electrode also depends on the charge/discharge current value I.
  • the charge/discharge current value I increases, the current tends to flow more intensively in the low-resistance portions of the active material. As a result, strain is likely to occur in the active material, causing cracks in the active material itself. Therefore, the cracking of the active material itself of each electrode can be expressed as a function of the charge/discharge current value I or a function of the C rate that correlates with the charge/discharge current value I.
  • the positive/negative electrode SOC deviation capacity Q Li is expressed by the function k A (T, CCP a ), the function k B (T, CCP a , ⁇ DOD, I), the function k C (T, CCP a , ⁇ DOD, I), the function It is represented by the following formula (14) using l A (T, CCP c ), function l B (T, CCP c , ⁇ DOD, I), and function l C (T, CCP c , ⁇ DOD, I) be.
  • the function k A (T, CCP a ) is a function considering the formation of a film on the surface of the active material of the negative electrode.
  • the function k B (T, CCP a , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the film formed on the surface of the active material of the negative electrode.
  • the function k C (T, CCP a , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the negative electrode active material itself.
  • the function l A (T, CCP c ) is a function that takes into consideration the formation of a film on the surface of the active material of the positive electrode.
  • the function l B (T, CCP c , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the film formed on the surface of the active material of the positive electrode.
  • the function l C (T, CCP c , ⁇ DOD, I) is a function considering cracking of the positive electrode active material itself.
  • the positive/negative SOC deviation capacity Q Li can be expressed as a function of the battery temperature T, the negative closed circuit potential CCP a , the positive closed circuit potential CCP c , the amount of change ⁇ DOD, and the charge/discharge current value I. can.
  • the negative electrode capacity Qa corresponds to the number of negative electrode sites into which lithium ions can be inserted
  • the positive electrode capacity Qc corresponds to the number of positive electrode sites into which lithium ions can be inserted.
  • the positive/negative electrode SOC displacement capacity Q Li corresponds to the number of lithium ions that can move between the positive electrode and the negative electrode and the ease of movement of all the lithium ions. Therefore, the smallest of the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive/negative SOC deviation capacity Q Li corresponds to the battery capacity Q B of the secondary battery 25 .
  • the battery diagnosis system 1 uses the calculated positive electrode capacity Q c and the like to calculate the element deterioration states SOHQ a e, SOHQ ce, SOHQ Li e, SOHR a e, SOHR ce.
  • the element deterioration state SOHQ a e is calculated by obtaining the ratio of the current negative electrode capacity Q a of the secondary battery 25 to the initial negative electrode capacity Q a of the secondary battery 25 .
  • the element deterioration state SOHQ ce is calculated by obtaining the ratio of the current positive electrode capacity Q c of the secondary battery 25 to the initial positive electrode capacity Q c of the secondary battery 25 .
  • the element deterioration state SOHQ Li e is calculated by obtaining the ratio of the current positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi of the secondary battery 25 to the initial positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi of the secondary battery 25 .
  • the element deterioration state SOHR a e is calculated by obtaining the ratio of the current negative electrode resistance Ra of the secondary battery 25 to the negative electrode resistance Ra of the secondary battery 25 in the initial state.
  • the element deterioration state SOHR c e is calculated by obtaining the ratio of the positive electrode resistance R c of the secondary battery 25 at the present time to the positive electrode resistance R c of the secondary battery 25 in the initial state.
  • the battery state SOHQBe for the entire secondary battery 25 can be obtained as the minimum value of the element deterioration states SOHQae , SOHQce , and SOHQLie .
  • the constants included in each formula and the coefficients and constants of the functions constituting each formula are determined by referring to the battery characteristic information stored in the battery database 54.
  • the battery diagnosis system 1 compares the state of deterioration specified by the calculated battery state of the secondary battery 25 with the state of deterioration actually occurring in the secondary battery 25.
  • the deterioration states are compared and the battery characteristic information in the battery database 54 is updated.
  • the battery diagnosis system 1 performs battery maintenance in the battery database 54 so that the states represented by the battery states SOHQ Be and SOHR Be match the state of deterioration actually occurring in the secondary battery 25 . Update property information.
  • the deterioration state of each component of the secondary battery 25 can be highly predicted. can be done with precision.
  • two secondary batteries 25 of the same type (hereinafter referred to as a first battery and a second battery for convenience) will be used to simulate the effect of different deterioration factors on the progress of deterioration in the future.
  • the first battery and the second battery are secondary batteries of the same type.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 9 indicates the square root of the number of days, and the vertical axis indicates the capacity retention rate of the secondary battery 25 .
  • the capacity retention rate of the secondary battery 25 at a predetermined time is the ratio of the capacity of the secondary battery 25 at a predetermined time to the capacity of the secondary battery 25 in the initial state.
  • the positive/negative SOC deviation capacity QLi is often used only in regions where That is, in the secondary battery 25 through which a large current flows, the battery capacity QB is often the positive/negative SOC deviation capacity QLi .
  • the first battery was subjected to calendar deterioration in an environment of 45°C from a state where the capacity retention rate was 100%, and the capacity retention rate was lowered to 92%.
  • the decrease in the capacity of the first battery was 7.2% due to film formation on each electrode, and 0.4% due to cracking of the film formed on the surface of the active material of each electrode. %, and 0.4% due to cracking of the active material itself of each electrode.
  • the second battery was cycle-degraded in an environment of 45° C. from a state where the capacity retention rate was 100%, and the capacity retention rate was lowered to 92%. .
  • the decrease in the capacity of the second battery was 4.0% due to film formation on each electrode, and 1.0% due to cracking of the film formed on the surface of the active material of each electrode. 6%, and 2.4% due to cracking of the active material itself of each electrode.
  • the formula (14) relating to the positive/negative/negative SOC deviation capacity QLi is formed depending on the state of use up to that point. It can be seen that the value of each function differs between the first battery and the second battery.
  • the first battery and the second battery with a capacity retention rate of 92% were deteriorated under the same conditions by combining cycle deterioration and calendar deterioration.
  • the slope of the line L2 indicating the deterioration state of the second battery is greater than the slope of the line L1 indicating the deterioration state of the first battery. It's becoming In other words, under these conditions, the second battery, which was cycle-degraded first, deteriorated faster than the first battery, which was calendar-degraded first.
  • the positive and negative electrode SOC displacement capacity QLi is a function considering the formation of a film on each electrode, a function considering the cracking of the film formed on the surface of the active material of each electrode, and a function considering the cracking of the active material itself of each electrode.
  • a highly accurate battery capacity QB can be calculated by calculating based on a function that takes this into account. The same applies when the battery capacity QB becomes the negative electrode capacity Qa or the positive electrode capacity Qc .
  • the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c are also calculated in consideration of a plurality of deterioration factors. Therefore, the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c can also be calculated with high accuracy from the same logic as the above-described battery capacity QB can be calculated with high accuracy.
  • step S4 for the secondary battery 25, a plurality of deterioration factors that resulted in the battery state calculated in step S3 are extracted.
  • the difference between the state of the secondary battery 25 in the initial state and the state of the secondary battery 25 at the present time is called a total deterioration amount Z.
  • the total deterioration amount Z includes the calendar deterioration amount Za due to calendar deterioration, the cycle deterioration amount Zb due to cycle deterioration, and the deterioration amount Zc due to other deterioration factors. Therefore, the total deterioration amount Z is represented by the following formula (15).
  • the calendar deterioration amount Za is the amount of deterioration of the secondary battery 25 caused by calendar deterioration.
  • the deterioration of the calendar progresses over time regardless of whether the secondary battery 25 is energized. Moreover, it is considered that calendar deterioration progresses due to the formation of a film on the surface of the active material.
  • the film is formed by a chemical reaction such as oxidation-reduction decomposition of the electrolytic solution of the secondary battery 25 and its additives, and is formed according to the Arrhenius law. can be represented.
  • the calendar deterioration amount Za can be represented by a function of the closed circuit potential CCP. From the above, the calender deterioration amount Za can be obtained by the formula (16) using the function considering the formation of the film in the formulas (12) to (14) described above.
  • the cycle deterioration amount Zb is the amount of deterioration of the secondary battery 25 caused by cycle deterioration. Cycle deterioration tends to progress as the secondary battery 25 is energized, and progresses more as the secondary battery 25 is energized when the battery temperature is low. Cycle deterioration is caused by the expansion and contraction of each electrode, etc., and is considered to progress by cracking of the film formed on the surface of the active material.
  • the cycle deterioration amount Zb can be represented by a function of the change amount ⁇ DOD. From the above, the cycle deterioration amount Zb can be obtained by the formula (17) using the function considering the cracking of the film formed on the surface of the active material in the above formulas (12) to (14).
  • the calendar deterioration amount Za and the cycle deterioration amount Zb in the current total deterioration amount Z of the secondary battery 25 can be obtained from the equations (16) and (17).
  • the current deterioration of the secondary battery 25 is either calendar deterioration due to the formation of a film on the surface of the active material, or cycle deterioration due to cracking of the film formed on the surface of the active material. It is possible to evaluate whether the
  • step S5 the battery diagnosis system 1 sets handling conditions.
  • the handling condition is a condition that serves as a guideline for the contents of the proposed proposal together with the diagnostic result of the secondary battery 25 using the predicted battery state etc., and the future use schedule of the secondary battery 25 (the It also includes term conditions such as the year when use is to be terminated.
  • handling conditions regarding maintenance are input from the information terminal 10 of the user U.
  • the handling conditions of the first embodiment include cost conditions related to costs required for maintenance and period conditions such as the period required until maintenance is completed.
  • step S6 the battery diagnostic system 1 acquires the predicted battery load that is expected to act on the secondary battery 25 when used in the future, and sets it as a condition for calculating the predicted battery state.
  • the predicted battery load includes a predicted battery load generated by dividing the magnitude of the predicted battery load into a plurality of stages, and a prediction according to user characteristics learned from the battery load history acquired in step S1. Includes battery load. These predicted battery loads are generated in accordance with selections made by the user U using the information terminal 10, and used to calculate the predicted battery state and the like.
  • each predicted battery load also includes items related to charging of the secondary battery 25, and includes types of general normal charging and quick charging that completes charging in a short time using a larger amount of power than normal charging. is
  • Predicted battery load (1) is a predicted battery load generated so that the vehicle V travels 450 km/d per day. That is, the predicted battery load (1) corresponds to an example of the predicted battery load when the user U selects "large” as the magnitude of the predicted battery load in step S6.
  • Predicted battery load (2) is a predicted battery load generated so that the daily travel distance of vehicle V is 150 km/d. This corresponds to an example of the predicted battery load when the user U selects "medium” as the magnitude of the battery load.
  • Predicted battery load (3) is a predicted battery load generated so that the travel distance of the vehicle V per day is 100 km/d. That is, the predicted battery load (3) corresponds to an example of the predicted battery load when the user U selects "large” as the magnitude of the predicted battery load in step S6.
  • Predicted battery load (4) is the predicted battery load generated according to the learning result of the battery load history. As shown in FIG. 10, predicted battery load (4) has some of the features of predicted battery load (2) and some of the features of predicted battery load (3), and the accumulated battery load history It is generated based on the learning results of Therefore, the predicted battery load (4) corresponds to an example of the predicted battery load when the user U selects "learning" as the predicted battery load in step S6.
  • the predicted battery load may be correlated with the magnitude of the load acting on the secondary battery 25 when the secondary battery 25 is used in the future. Usage frequency, charging/discharging current value, battery temperature, etc. can be included. Further, when the usage characteristics of the user U (for example, the operation and frequency of operation of the accelerator pedal and the brake pedal) affect the load acting on the secondary battery 25, as in driving the vehicle V, the use of the user U Characteristics may be included in the information that constitutes the predicted battery load.
  • step S7 the battery diagnostic system 1 determines, in accordance with the predicted battery load set in step S6, predicted element deterioration states SOHQ ap, SOHQ cp, SOHQ Li p, which will occur in the future when the secondary battery 25 is used. Calculate each of SOHR a p and SOHR c p.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the predictive element deterioration states SOHQ a p and SOHR a p of the negative electrode based on a plurality of deterioration factors of the negative electrode of the secondary battery 25 . Then, the battery diagnostic system 1 calculates the predictive element deterioration states SOHQ cp and SOHR cp of the positive electrode based on a plurality of deterioration factors of the positive electrode in the secondary battery 25 . The battery diagnosis system 1 also calculates the predicted element deterioration state SOHQ Li p of the electrolyte based on a plurality of deterioration factors of the electrolyte in the secondary battery 25 .
  • the deterioration factor of each battery component is the same as the deterioration factor of each battery component in steps S2 to S4 described above.
  • the battery diagnostic system 1 calculates predicted battery states SOHQ B p and SOHR B p, which are deterioration states of the entire secondary battery 25 that will occur in the future when the secondary battery 25 is used according to the predicted battery load.
  • the predicted calendar deterioration amount and the predicted cycle deterioration amount can be calculated using the same theory as when calculating the battery state.
  • step S8 the battery diagnosis system 1 uses the calculated predicted battery states SOHQ Bp and SOHR Bp to rank the used secondary battery 25 according to the predicted battery load.
  • the ranking of the secondary battery 25 is basically performed based on a map configured by associating the capacity rank of the capacity of the secondary battery 25 with the resistance rank of the resistance of the secondary battery 25 .
  • the capacity rank of the secondary battery 25 is determined by the capacity of the secondary battery 25 required in the usage mode according to the predicted battery load, the battery state SOHQ Be calculated in step S3, and the predicted battery state calculated in step S7. It is defined based on SOHQ Bp.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the life time when specifying the capacity rank. Specifically, the battery diagnostic system 1 calculates the relationship between the number of days of use of the secondary battery 25 up to the present time and the battery state SOHQ Be. Next, the battery diagnosis system 1 determines the relationship between the number of days of use when the secondary battery 25 is to be used in the future in the usage mode related to the predicted battery load and the predicted battery state SOHQ Bp according to the predicted battery load. The calculation is performed until a required capacity retention rate indicating the capacity of the secondary battery 25 required in the mode of use is obtained. The service life time is the time from the start of use according to the predicted battery load until the capacity retention rate of the secondary battery 25 reaches the required capacity retention rate.
  • the battery diagnostic system 1 calculates the life mileage.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the relationship between the distance traveled by the vehicle V equipped with the secondary battery 25 up to the present time and the battery state SOHQ Be.
  • the battery diagnosis system 1 predicts the relationship between the travel distance and the predicted battery state SOHQ Bp when the vehicle V equipped with the secondary battery 25 will travel in the future in a usage mode related to the predicted battery load. Calculation is performed until the value of the battery state SOHQ Bp reaches the required capacity retention rate.
  • the life mileage means the mileage from the start of use according to the predicted battery load when the predicted battery state SOHQBp of the secondary battery 25 becomes the required capacity maintenance rate.
  • the battery diagnostic system 1 determines the capacity rank using a map that preliminarily calculates the relationship between the life time, the life mileage, and the capacity rank. For example, the battery diagnostic system 1 assigns a higher capacity rank to a battery having a longer service life and a longer running time.
  • the capacity ranks are ranked using letters A to H, with A being the highest capacity rank and descending in alphabetical order.
  • the capacity of the secondary battery 25 required in the usage mode according to the predicted battery load is defined based on the state SOHR B p.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the required number of days required in the usage mode related to the predicted battery load. Specifically, the battery diagnosis system 1 calculates the relationship between the number of days of use of the secondary battery 25 up to the present time and the battery state SOHR Be.
  • the battery diagnosis system 1 determines the relationship between the number of days of use when the secondary battery 25 is to be used in the future in a usage mode related to the predicted battery load and the predicted battery state SOHR Bp according to the predicted battery load. The calculation is performed until the required resistance increase rate indicating the capacity of the secondary battery 25 required in the mode of use is obtained.
  • the life time related to the resistance rank is the time from the start of use according to the predicted battery load until the resistance increase rate of the secondary battery 25 reaches the required resistance increase rate.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the life mileage.
  • the battery diagnosis system 1 calculates the relationship between the distance traveled by the vehicle V equipped with the secondary battery 25 up to the present time and the battery state SOHR Be.
  • the battery diagnosis system 1 predicts the relationship between the predicted battery state SOHR Bp and the traveling distance when the vehicle V equipped with the secondary battery 25 will travel in the future in a usage mode related to the predicted battery load. Calculation is performed until the value of the battery state SOHR B p reaches the required resistance increase rate.
  • the life mileage related to the resistance rank means the mileage from the start of use according to the predicted battery load when the predicted battery state SOHR Bp of the secondary battery 25 becomes the required resistance increase rate.
  • the battery diagnostic system 1 determines the resistance rank using a map that pre-calculates the relationship between the life time and the life travel distance calculated for the resistance rank and the resistance rank. For example, the battery diagnostic system 1 assigns a higher resistance rank to a battery having a longer service life and a longer running time.
  • the resistance ranks are ranked using the letters A to H, with A being the highest and the ranks decreasing in alphabetical order.
  • the battery diagnosis system 1 uses the determined capacity rank and resistance rank to rank the residual value of the secondary battery 25 when the secondary battery 25 is used in a usage mode related to the predicted battery load. As shown in FIG. 11 , the higher the capacity rank and the higher the resistance rank, the higher the residual value of the secondary battery 25 .
  • the battery diagnostic system 1 evaluates the ratio of the predicted calendar deterioration amount and the predicted cycle deterioration amount based on the required capacity in the usage mode related to the predicted battery load, and evaluates the residual value in the same rank range.
  • step S9 the battery diagnosis system 1 detects information such as the battery state SOHQB e, SOHRB e, the predicted battery state SOHQBp , SOHRBp , the rank of the secondary battery 25, and the information stored in the storage device 53. Using the map, the remaining value of the secondary battery 25 is calculated.
  • Element deterioration states SOHQ a e, SOHQ ce, SOHQ Li e, SOHR a e, SOHR ce, calendar deterioration amount Za, and cycle deterioration amount Zb may be used as information used for residual value evaluation. It is also possible to evaluate the residual value using the predicted element deterioration state SOHQ ap, SOHQ cp, SOHQ Lip, SOHR ap, SOHR cp, predicted calendar deterioration amount, and predicted cycle deterioration amount. .
  • the remaining value of the secondary battery 25 is calculated as a monetary amount.
  • the value of the reference value may be changed according to the market value of the secondary battery 25 or the mode of use related to the predicted battery load.
  • step S10 the battery diagnosis system 1 receives information such as the battery state SOHQB e, SOHRB e, the predicted battery state SOHQBp , SOHRBp , the rank of the secondary battery 25, and the handling set in step S5. Based on the conditions, the recommended handling manner is extracted.
  • Element deterioration states SOHQ ae , SOHQ ce, SOHQ Li e, SOHR a e, SOHR ce, calendar deterioration amount Za, and cycle deterioration amount Zb may be used as information used for extracting the recommended handling mode. It is also possible to extract a recommended handling mode using the predicted element deterioration state SOHQ ap, SOHQ cp, SOHQ Lip, SOHR ap, SOHR cp, predicted calendar deterioration amount, and predicted cycle deterioration amount. .
  • the recommended handling manner regarding the maintenance method of the secondary battery 25 is extracted.
  • the secondary battery 25 is configured by a battery pack in which a plurality of battery modules are unitized.
  • the heat dissipation performance of the battery modules may differ, and the battery temperature T may differ for each battery module.
  • the progress of deterioration of the secondary battery 25 is greatly affected by the battery temperature T, and thus the degree of progress of deterioration of each battery module also differs.
  • the performance of the secondary battery 25 is determined by the battery module with the lowest performance among the battery modules that make up the battery pack (that is, the battery module that has deteriorated the most). Therefore, in order to efficiently exhibit the performance of the secondary battery 25, it is important to perform appropriate maintenance.
  • the battery diagnostic system 1 presents an appropriate maintenance technique in view of the current state of the secondary battery 25 and the usage mode related to the predicted battery load.
  • Maintenance methods for the secondary battery 25 include replacement with a used battery pack, replacement with a new battery pack, recombination of battery modules, replacement of battery modules, and the like.
  • Replacing with a used battery pack is a maintenance method of replacing the battery pack itself with a used battery pack.
  • Replacing with a new battery pack is a maintenance method of replacing the battery pack itself with a new battery pack.
  • Recombination of battery modules is a maintenance method for changing the arrangement of the multiple battery modules that make up the battery pack to improve the performance of the battery pack.
  • Replacing battery modules is a maintenance method of replacing a deteriorated battery module among the battery modules that make up the battery pack with a new or second-hand battery module.
  • the battery diagnosis system 1 based on information such as the battery state SOHQ Be, SOHR Be, the predicted battery state SOHQ Bp , SOHR Bp, the rank of the secondary battery 25, and the handling conditions set in step S5, A recommended maintenance method is extracted as a recommended handling mode.
  • the maintenance cost conditions and period conditions are set as the handling conditions, the information input from the repair shop F and the information input from the dealer D are added to extract the recommended maintenance method.
  • the handling conditions include cost conditions
  • the information on labor costs related to maintenance input by the repair shop F and the information on the prices of parts required for maintenance (for example, battery modules) input by the dealer D are referred to. be. This makes it possible to extract a recommended maintenance method that meets the cost conditions.
  • the handling conditions include period conditions
  • the information on the work reservation status and required time for maintenance entered by the repair shop F, and the information on the delivery date of parts required for maintenance (for example, battery modules) entered by the dealer D. is referenced. This makes it possible to extract a recommended maintenance method that meets the period conditions.
  • the battery diagnosis system 1 stores the information on the recommended handling mode in the storage device 53, and proceeds to step S11.
  • step S11 the battery diagnostic system 1 outputs the diagnostic results obtained in the processes up to step S10.
  • the diagnostic results can include the current state of deterioration of the secondary battery 25, the state of deterioration of the secondary battery 25 when used in a usage manner related to the predicted battery load, recommended handling manners, and the like.
  • the current state of deterioration of the secondary battery 25 includes battery state SOHQ Be, SOHR Be, element deterioration state SOHQ ae , SOHQ ce, SOHQ Li e, SOHR a e, SOHR ce, and calendar deterioration amount Za. , cycle deterioration amount Zb.
  • the state of deterioration of the secondary battery 25 when used in a usage mode related to the predicted battery load includes predicted battery states SOHQ B p, SOHR B p, predicted element deterioration states SOHQ a p, SOHQ cp, SOHQ Li p, SOHR a p, SOHR c p can be mentioned. Furthermore, the predicted calendar deterioration amount and the predicted cycle deterioration amount can also be used.
  • the output form of the diagnosis result may be printed on a paper medium via a printer (not shown), or may be displayed on the screen of the information terminal 10 owned by each user U or the like. After outputting the diagnosis result, the battery diagnosis system 1 terminates the battery diagnosis process.
  • the battery diagnosis system 1 executes the data interpolation processing in step S23 when part of the configuration data of the battery load history is missing, and the rest of the configuration data is The parts are used to extrapolate and interpolate some of the missing configuration data.
  • data interpolation process unlike the extrapolation method, based on a certain known data string, data are generated to fill the range of each section of the data string.
  • the battery diagnostic system 1 even if part of the configuration data of the battery load history is missing, it is possible to acquire the battery load history with high accuracy. Furthermore, in the battery diagnostic system 1, the element deterioration state, battery state, and deterioration factor of the secondary battery 25 are estimated using the battery load history with high accuracy, and using the battery state, deterioration factor, and predicted battery load, A predicted battery state of the secondary battery 25 that will occur in the future is predicted. Therefore, according to the battery diagnosis system 1, even if a part of the battery load history is missing, the future battery life of the secondary battery 25 can be predicted based on the deterioration state of the secondary battery 25 at the present time. A state etc. can be diagnosed with higher accuracy.
  • step S6 when the secondary battery 25 is used in accordance with the future usage pattern of the secondary battery 25, the prediction specifying the load that is expected to be applied to the secondary battery 25 is performed. A battery load is generated.
  • the battery diagnosis system 1 can predict the predicted battery state and the like using the predicted battery load that matches the future usage of the secondary battery 25, and the deterioration of the secondary battery 25 can be performed with higher accuracy. can provide diagnostic results for
  • step S6 the predicted battery load generated according to the learning result using the battery load history can be set, and the predicted battery state and the like can be calculated using the set predicted battery load. Predictions can be made.
  • the learning result using the battery load history corresponds to the mode of use of the secondary battery 25 that is frequently performed. Therefore, the battery diagnostic system 1 can set the most feasible predicted battery load when predicting the predicted battery state, etc., and provides highly accurate prediction results of the predicted battery state, etc. with a small burden. be able to.
  • step S9 the battery diagnosis system 1 uses the predicted battery state of the secondary battery 25 and the like to evaluate the residual value of the secondary battery 25 when used in a usage mode related to the predicted battery load.
  • the future usage mode of the secondary battery 25 can be adjusted by comparing with the usage mode related to the predicted battery load.
  • the residual value of the secondary battery 25 can be brought close to a desired state.
  • step S8 the battery diagnostic system 1 ranks the predicted battery state of the secondary battery 25 using the capacity rank and the resistance rank. Then, in step S9, the battery diagnostic system 1 evaluates the residual value of the secondary battery 25 using the ranking result.
  • the battery diagnostic system 1 evaluates the residual value of the secondary battery 25 using the ranking results, so that the evaluation of the residual value of the secondary battery 25 can be calculated and presented in an easy-to-understand manner.
  • the battery diagnosis system 1 when ranking the secondary batteries 25 in step S8, in addition to the capacity rank and the resistance rank, the predicted calendar deterioration amount and the predicted cycle deterioration amount are used for ranking. conduct.
  • the battery diagnostic system 1 can evaluate the residual value of the secondary battery 25 in more detail by using the predicted calendar deterioration amount and the predicted cycle deterioration amount. Further, since the predicted calendar deterioration amount and the predicted cycle deterioration amount affect how the deterioration progresses in the secondary battery 25 after that, the residual value of the secondary battery 25 can be evaluated in detail.
  • step S9 the battery diagnostic system 1 uses the reference values determined for the components of the secondary battery 25 (that is, the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte) and the predicted element deterioration state to determine the secondary battery 25. Calculate the residual value as a monetary amount.
  • the battery diagnosis system 1 can clearly determine the residual value of the secondary battery 25. Further, for example, by changing the reference value in conjunction with the market value of the secondary battery 25, it is possible to calculate the residual value of the secondary battery 25 corresponding to fluctuations in the market value, thereby enabling the secondary battery 25 to be used with higher accuracy. The remaining value of the battery 25 can be presented.
  • step S10 the battery diagnosis system 1 extracts and proposes a handling mode that can further increase the residual value of the secondary battery 25 by using the predicted battery state of the secondary battery 25 and the handling conditions. do.
  • the residual value of the secondary battery 25 can be increased by executing the proposed handling mode.
  • the manner of handling is specifically proposed, the residual value of the secondary battery 25 can be efficiently increased.
  • the battery diagnosis system 1 uses the handling conditions input in step S5 to extract a handling mode that can further increase the residual value of the secondary battery 25 .
  • the setting of the handling conditions in step S5 is input, for example, at the user U's information terminal 10 or the like.
  • the intention of the person concerned (for example, the user U) can be reflected in the extraction of the handling manner, and the residual value of the secondary battery 25 can be increased in a manner desired by the person concerned.
  • FIG. 12 to 14 a second embodiment different from the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 14.
  • FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in the type of business to which the battery diagnosis system 1 is applied. Since other basic configurations of the battery diagnosis system 1 are the same as those of the above-described embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the battery diagnosis system 1 according to the second embodiment lends a plurality of self-owned secondary batteries 25 to a plurality of users U, and maintains and manages the plurality of secondary batteries 25 at a battery station BS. applied to The battery diagnosis system 1 according to the second embodiment manages the progress of deterioration of the plurality of secondary batteries 25 in the battery station BS, and makes suggestions for performing maintenance work on the secondary batteries 25 in a desired manner. .
  • the configuration of the battery diagnostic system 1 according to the second embodiment will be described.
  • a management server 50 and a plurality of secondary batteries 25 are arranged in the battery station BS.
  • the user U has a lent secondary battery 25 and an information terminal 10 . Since the configurations of the information terminal 10, the secondary battery 25, and the management server 50 are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • step S1 of the second embodiment the battery load history of the secondary battery 25 lent to the user U or the secondary battery 25 arranged at the battery station BS is acquired.
  • steps S2 to S4 of the second embodiment all the secondary batteries 25 in the battery diagnosis system 1 are subjected to calculation of element deterioration states, calculation of battery states, and extraction of deterioration factors.
  • the contents of each process in steps S2 to S4 are the same as in the first embodiment.
  • step S5 handling conditions are set.
  • the handling conditions for the battery station BS are set using the input device of the management server 50 .
  • the handling conditions according to the second embodiment include sequential maintenance in which maintenance is performed on a plurality of secondary batteries 25 in sequence, and simultaneous maintenance in which maintenance is performed on all secondary batteries 25 at the same time. Handling conditions according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG.
  • the number of secondary batteries 25 constituting the battery diagnosis system 1 is three, and the secondary battery (1), the secondary battery (2), and the secondary battery (2), respectively. It is called the secondary battery (3).
  • Graphs on the left side of FIGS. 13 and 14 show the battery states at the time when the process proceeds to step S5, in the order of secondary battery (2), secondary battery (1), and secondary battery (3). It is deteriorating significantly.
  • sequential maintenance will be described as a handling condition in the second embodiment.
  • the sequential maintenance is a handling condition that divides the secondary batteries 25 of the battery diagnosis system 1 into a plurality of groups and sets maintenance of the secondary batteries 25 sequentially for each group. For this reason, as a handling mode when sequential maintenance is set, the secondary battery 25 and the user U who uses the secondary battery 25 are arranged so that the amount of deterioration specified by the predicted battery state differs for each group. A combination is defined.
  • the secondary battery (2), the secondary battery (1), and the secondary battery (3) reach the deterioration amount as the maintenance standard in that order.
  • the combination of each secondary battery 25 and the user U is determined so as to do.
  • simultaneous maintenance which is a handling condition in the second embodiment, will be described.
  • simultaneous maintenance is a handling condition that determines that all of the secondary batteries 25 of the battery diagnostic system 1 are to be maintained at the same time. For this reason, as a handling mode when simultaneous maintenance is set, secondary batteries 25 and secondary batteries 25 are used so that the amount of deterioration specified by the predicted battery state is the same for all the secondary batteries 25. A combination with the user U who will perform is determined.
  • step S6 the information terminal 10 of each user U generates a predicted battery load based on the input future usage of the secondary battery 25, and calculates the predicted battery load for the secondary battery 25. set as a load.
  • the predicted battery state is calculated using the set predicted battery load, ranking is performed, and residual value is evaluated. Since these points are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • step S10 the battery diagnosis system 1 performs information such as the battery state SOHQ B e, SOHR B e, the predicted battery state SOHQ B p, SOHR B p, the rank of the secondary battery 25, and the like, and step S5. Extract the recommended handling mode based on the handling conditions set in .
  • a recommended handling manner is defined that defines a combination with a user U who uses V.25.
  • step S11 when simultaneous maintenance is set as a handling condition, as shown on the right side of FIG. , a recommended handling mode that defines the combination with the user U is defined. After extracting the recommended handling mode, the process proceeds to step S11.
  • the battery diagnosis system 1 outputs the diagnosis results obtained in the processing up to step S10.
  • the diagnostic results can include the current state of deterioration of the secondary battery 25, the state of deterioration of the secondary battery 25 when used in a usage manner related to the predicted battery load, recommended handling manners, and the like.
  • the battery station BS is defined as the output destination of the diagnosis result. As for the form of output, it may be displayed on a display arranged at the battery station BS, or may be printed out on a paper medium.
  • the battery diagnosis system 1 according to the second embodiment is applied to a type of business such as a battery station BS, the configuration similar to that of the above-described embodiment can be used as the above-described embodiment. A similar effect can be obtained.
  • FIG. 15 a third embodiment different from the above-described embodiments will be described with reference to FIGS. 15 and 16.
  • FIG. in the third embodiment the type of business to which the battery diagnosis system 1 is applied is different from the embodiment described above. Since other basic configurations of the battery diagnosis system 1 are the same as those of the above-described embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the battery diagnostic system 1 according to the third embodiment is applied to an aggregator AG that arbitrates the power of the secondary battery 25 owned by the user U and the power demand of the electric power company EC and the power consumer DM in a well-balanced manner. .
  • the battery diagnosis system 1 responds to the power demand of the electric power company EC and the power consumer DM, and at the same time, the profit associated with the use of the power sold from the secondary battery 25 of each user U and the progress of deterioration. Arbitrate to strike the right balance.
  • the power supply ES from the secondary battery 25 of the user U and the power supply ES to the power consumer DM are indicated by dashed lines.
  • FIG. 16 shows time-series changes in the power consumption Pco of a certain user U and the charging power amount of the secondary battery 25 .
  • User U owns two secondary batteries 25, which are referred to as secondary battery (A) and secondary battery (B), respectively.
  • the charging power amount of the secondary battery (A) is referred to as charging power amount CPa
  • the charging power amount of the secondary battery (B) is referred to as charging power amount CPb.
  • the battery diagnostic system 1 is configured to effectively utilize the surplus power of the user U and provide the user U with a profit.
  • a management server 50 is arranged in the aggregator AG. Further, in the battery diagnostic system 1 according to the third embodiment, the user U has the secondary battery 25 owned by the user U and the information terminal 10 .
  • Information terminals 10 are also arranged for the power company EC and the power consumer DM.
  • the information terminals 10 of the power supplier ES and the power consumer DM are used to input information on their respective power demands. Since the configurations of the information terminal 10, the secondary battery 25, and the management server 50 are the same as those of the above-described embodiment, the description thereof will be omitted.
  • step S ⁇ b>1 of the third embodiment the battery load history of the secondary battery 25 owned by the user U is acquired and transmitted to the management server 50 .
  • the battery load history according to the third embodiment also includes information on power sales to power companies EC and power consumers DM.
  • steps S2 to S4 of the third embodiment all the secondary batteries 25 in the battery diagnosis system 1 are subjected to calculation of element deterioration states, calculation of battery states, and extraction of deterioration factors.
  • the contents of each process in steps S2 to S4 are the same as in the above-described embodiment.
  • handling conditions related to power arbitration are set.
  • the handling conditions according to the third embodiment are the appropriateness of power demand and power supply from the viewpoint of the residual value cost of the secondary battery 25 owned by the user U and the cost of selling power to the power company EC and the power consumer DM. A combination is determined.
  • step S6 the user U's information terminal 10 generates a predicted battery load related to the power consumption of the user U based on the input future usage of the secondary battery 25. be.
  • a predicted battery load related to the user U's use of sold power is generated in accordance with the input of the power demand and the power purchase price to the information terminals 10 of the power company EC and the power consumer DM.
  • the predicted battery state is calculated using the set predicted battery load, ranking is performed, and residual value is evaluated. Since these points are the same as those of the above-described embodiment, the description thereof will be omitted.
  • step S10 the battery diagnosis system 1 performs information such as the battery state SOHQ B e, SOHR B e, the predicted battery state SOHQ B p, SOHR B p, the rank of the secondary battery 25, etc., and step S5. Extract the recommended handling mode based on the handling conditions set in .
  • the handling mode of using the surplus power of the secondary battery (B) to charge the secondary battery (A) can be considered as the recommended handling mode.
  • a recommended handling mode a handling mode in which the surplus power of the secondary battery (B) is sold to an electric power company EC or a power consumer DM, which is an external power system.
  • the battery diagnostic system 1 shifts the process to step S11.
  • step S11 the battery diagnosis system 1 outputs the diagnosis results obtained in the processing up to step S10.
  • the diagnostic results can include the current state of deterioration of the secondary battery 25, the state of deterioration of the secondary battery 25 when used in a usage manner related to the predicted battery load, recommended handling manners, and the like.
  • the user U who is a party to the power arbitration is determined as the output destination of the diagnosis result. As an output form, it may be displayed on the display of the information terminal 10 owned by the user U, or may be printed out on a paper medium.
  • the battery diagnostic system 1 according to the third embodiment even when applied to an aggregator AG that performs power arbitration using the power of the secondary battery 25, the configuration similar to that of the above-described embodiment can be used. A similar effect can be obtained.
  • the battery diagnosis system 1 according to the fourth embodiment is applied to a used car dealer UCD that sells vehicles V equipped with secondary batteries 25 to users U.
  • the battery diagnostic system 1 according to the fourth embodiment diagnoses the state of deterioration of the secondary battery 25 of a plurality of vehicles V owned by a used car dealer UCD, and determines whether the vehicle corresponds to the mode of use and the state of deterioration desired by the user U. It is configured to propose V.
  • the used car dealer UCD has a management server 50 and a plurality of vehicles V (that is, electric vehicles) on which secondary batteries 25 are mounted.
  • V that is, electric vehicles
  • each user U in the fourth embodiment has an information terminal 10 .
  • the user U uses the information terminal 10 to input information such as the usage schedule after purchase, the required travel distance, and the life of the secondary battery 25 .
  • the information input by the user U is transmitted to the management server 50 of the used car dealer UCD, and constitutes the predicted battery load and handling conditions. Since the configurations of the information terminal 10, the secondary battery 25, and the management server 50 are the same as those of the above-described embodiment, the description thereof will be omitted.
  • step S1 of the fourth embodiment the battery load history of the secondary battery 25 owned by the used car dealer UCD is obtained.
  • steps S2 to S4 of the fourth embodiment the secondary battery 25 of the vehicle V is targeted for element deterioration state calculation, battery state calculation, and deterioration factor extraction.
  • the contents of each process in steps S2 to S4 are the same as in the above-described embodiment.
  • the handling conditions are set based on the input on the information terminal 10 of the user U.
  • the handling conditions according to the fourth embodiment are composed of the conditions that the user U requests for the vehicle V to purchase. Therefore, the information constituting the handling conditions includes the vehicle type, model year, mileage, expected period of use, purpose of use, and the like.
  • step S6 the user U's information terminal 10 generates a predicted battery load based on the input future usage of the secondary battery 25 .
  • steps S7 to S9 according to the fourth embodiment calculation of predicted battery state using the set predicted battery load, execution of ranking, and evaluation of remaining value are performed. Since these points are the same as those of the above-described embodiment, the description thereof will be omitted.
  • step S10 the battery diagnosis system 1 performs information such as the battery state SOHQ B e, SOHR B e, the predicted battery state SOHQ B p, SOHR B p, the rank of the secondary battery 25, etc., and step S5. Extract the recommended handling mode based on the handling conditions set in .
  • the battery diagnostic system 1 extracts, as a recommended handling mode, information on vehicles V that match the handling conditions input by the user U from among the vehicles V owned by the used car dealer UCD. After extracting the recommended handling mode, the battery diagnostic system 1 shifts the process to step S11.
  • information on multiple vehicles V that meet the handling conditions may be extracted. Further, as the information of the extracted vehicle V, information of the selling price of the used vehicle may be added.
  • step S11 the battery diagnosis system 1 outputs the diagnosis results obtained in the processing up to step S10.
  • the diagnostic results include the current state of deterioration of the secondary battery 25, the state of deterioration of the secondary battery 25 when used in a manner of use related to the predicted battery load, recommended handling manners, and the like. can be included.
  • the user U who is a prospective purchaser is determined as the output destination of the diagnosis result. As an output form, it may be displayed on the display of the information terminal 10 owned by the user U, or may be printed out on a paper medium.
  • the battery diagnosis system 1 even when applied to a used car dealer UCD related to a vehicle V equipped with a secondary battery 25, the configuration similar to that of the embodiment described above is used. effect can be obtained.
  • the second-hand car dealer UCD sells the vehicle V owned by itself to the user U who is the demander, but it is not limited to this mode.
  • the battery diagnosis system 1 it is possible to apply the battery diagnosis system 1 to a used car dealer UCD that acts as an intermediary between a user U who is a seller and a user U who is a buyer.
  • the battery load history is obtained from the user U who is the seller, and the handling conditions and information necessary for generating the predicted battery load are set by input from the user U who is the buyer.
  • the battery diagnosis system 1 is applied to an intermediary used car dealer UCD, the same effects as in the fourth embodiment can be exhibited.
  • Businesses to which the battery diagnostic system 1 of the present disclosure can be applied are not limited to the above-described embodiments. It can be applied to various business types as long as the type of business requires the use of the secondary battery 25 .
  • the battery diagnosis system 1 may be applied as a method of estimate assessment when a used car dealer UCD purchases a battery-powered vehicle owned by a user U. According to this, the user U can grasp the state of deterioration, residual value, etc. of the secondary battery 25, and thus can judge the validity of the assessed price by the used car dealer UCD.
  • the vehicle V that uses the power of the secondary battery 25 as a drive source is adopted as a device that uses the secondary battery 25, but it is not limited to this aspect. If the battery load history can be acquired, various modes can be adopted as the device using the secondary battery 25 .
  • the device used constituting the battery diagnosis system 1 is not limited to one type (for example, a vehicle), and it is possible to adopt a plurality of types of devices as long as the battery load history can be acquired. be.
  • the number of secondary batteries 25 constituting the battery diagnostic system 1 and the type of predicted battery load which is the mode of use of the secondary batteries 25 in the future, are not limited to the above-described embodiment.
  • the number of secondary batteries 25 and the type of predicted battery load can be appropriately changed according to the calculated load such as the predicted battery state and the performance of the management server 50 .
  • the method of evaluating the residual value of the secondary battery 25 is not limited to the above-described embodiment.
  • a method for evaluating the residual value of the secondary battery 25 in the battery diagnosis system 1 various methods can be adopted as long as the residual value of the secondary battery 25 can be evaluated.

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Abstract

電池診断システム(1)は、負荷履歴取得部(51a)と、補間処理部(51b)と、劣化推定部(51c)と、劣化予測部(51d)と、出力部(51e)と、を有する。負荷履歴取得部は、使用された二次電池(25)の電池負荷履歴を取得する。補間処理部は、電池負荷履歴の構成データに関して、構成データの一部が欠落していた場合、構成データの残りの部分を用いて、欠落している構成データの一部を推定して補間する。劣化推定部は、電池負荷履歴に基づいて、二次電池における現在の劣化状態と、劣化状態をもたらした劣化要因を推定する。劣化予測部は、予測電池負荷と、劣化推定部で推定された二次電池の現在の劣化状態及び劣化要因を用いて、使用態様で使用された場合に将来的に発生する二次電池の予測劣化状態を予測して診断する。出力部は、劣化予測部で予測された二次電池の予測劣化状態を出力する。

Description

電池診断システム 関連出願の相互参照
 本出願は、2021年2月26日に出願された日本特許出願2021-029387号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、二次電池の劣化の度合を診断する電池診断システムに関する。
 従来、二次電池は、ハイブリッド車、電気自動車等の車載用や、家庭用等、様々な用途に利用されている。二次電池は、充放電や時間経過に伴って劣化し、二次電池の性能や価値が低下していく為、二次電池の劣化の度合を診断する技術が開発されている。
 電池診断システムに関する技術として、特許文献1に記載された電池交換支援システムの技術が知られている。特許文献1の電池交換支援システムでは、現時点における二次電池の容量劣化の状態から、所定期間が経過した将来的な二次電池の劣化状態を特定して、二次電池の寿命を評価している。
特開2018-128769号公報
 ここで、特許文献1の技術では、二次電池の容量劣化を交流抵抗による実測値で求め、実測値に基づく外挿法によって、所定期間経過後の将来的な容量劣化の状態を特定している。二次電池の劣化には、容量劣化に加えて、抵抗劣化等の様々な態様が含まれており、現時点における劣化の進行具合が異なれば、将来的な劣化の進行の仕方も相違する。
 つまり、特許文献1では、現時点の容量劣化の態様から、外挿法により将来的な二次電池の劣化状態を特定している為、将来的な劣化状態の予測が実情から乖離してしまうことが考えられる。
 本開示は、上記点に鑑み、現時点における二次電池の劣化状態に基づいて、将来的な二次電池の劣化状態をより高い精度で診断することができる電池診断システムを提供することを目的とする。
 本開示に係る電池診断システムは、負荷履歴取得部と、補間処理部と、劣化推定部と、劣化予測部と、出力部と、を有する。
 負荷履歴取得部は、使用された二次電池に対する負荷の履歴である電池負荷履歴を取得する。補間処理部は、電池負荷履歴の構成データに関して、構成データの一部が欠落していた場合、構成データの残りの部分を用いて、欠落している構成データの一部を推定して補間する。劣化推定部は、電池負荷履歴に基づいて、二次電池における現在の劣化状態と、劣化状態をもたらした劣化要因を推定する。
 劣化予測部は、予測電池負荷と、劣化推定部で推定された二次電池の現在の劣化状態及び劣化要因を用いて、使用態様で使用された場合に将来的に発生する二次電池の予測劣化状態を予測して診断する。予測電池負荷は、二次電池の今後の使用態様によって、二次電池にかかると予測される負荷を示す。出力部は、劣化予測部で予測された二次電池の予測劣化状態を出力する。
 これによれば、電池負荷履歴の構成データに関して、構成データの一部が欠落していた場合、補間処理部によって、構成データの残りの部分を用いて、欠落している構成データの一部を推定して補間する。補間処理では、外挿法とは異なり、或る既知のデータ列を基にして、そのデータ列の各区間の範囲内を埋めるデータが生成される又は、そのような関数が与えられる。
 この為、電池診断システムでは、電池負荷履歴の構成データの一部が欠落していた場合であっても、精度の良い電池負荷履歴を取得することができる。更に、電池診断システムでは、精度の良い電池負荷履歴を用いて、二次電池における現在の劣化状態及び劣化要因が推定され、劣化状態及び劣化要因と、予測電池負荷を用いて、将来的に発生する二次電池の予測劣化状態が予測される。従って、電池診断システムによれば、電池負荷履歴の一部が欠落している場合であっても、現時点における二次電池の劣化状態に基づいて、将来的な二次電池の劣化状態をより高い精度で診断することができる。
 本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付図面を参照した下記詳細な説明から、より明確になる。添付図面において、
図1は、第1実施形態に係る電池診断システムの概略構成図であり、 図2は、電池診断システムにおける車両の構成図であり、 図3は、電池診断システムにおける管理サーバの構成図であり、 図4は、電池診断システムにおける電池診断処理のフローチャートであり、 図5は、電池診断処理における電池状態の算出に関するフローチャートであり、 図6は、電池負荷履歴の補間処理に関する説明図であり、 図7は、劣化前の二次電池の開回路電圧及び閉回路電圧とSOCとの関係を模式的に示す説明図であり、 図8は、劣化後の二次電池の開回路電圧及び閉回路電圧とSOCとの関係を模式的に示す説明図であり、 図9は、劣化の態様が将来的な劣化の進行に与える影響に関する説明図であり、 図10は、第1実施形態における予測電池負荷の一例を示す説明図であり、 図11は、二次電池のランク分けと残価値との関係を示す説明図であり、 図12は、第2実施形態に係る電池診断システムの概略構成図であり、 図13は、第2実施形態における取扱条件の順次保守に関する説明図であり、 図14は、第2実施形態における取扱条件の同時保守に関する説明図であり、 図15は、第3実施形態に係る電池診断システムの概略構成図であり、 図16は、第3実施形態における電力バランスの一例を示す説明図であり、 図17は、第4実施形態に係る電池診断システムの概略構成図である。
 以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
 (第1実施形態)
 図1~図11を用いて、本開示の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本開示に係る電池診断システム1を、ユーザーUの所有する二次電池25の劣化状態等を推定して診断し、二次電池25のメンテナンスに関する提案を行う業種に適用している。
 ここで、二次電池25は、例えば、リチウムイオン二次電池で構成されており、互いに直列に接続された複数の電池セルを有している。二次電池25の負極は、例えば、グラファイト等のリチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質で構成されている。二次電池25の正極は、例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等のNi、Mn、Coを含有する三元系電極とすることができる。又、電極は、複合材料からなる電極を採用しても良い。
 そして、二次電池25は、例えば、複数の電池セルを一列に並べてなる電池モジュールを、複数備えた電池パックにより構成されている。この為、二次電池25としての電池パックの性能は、複数の電池モジュールのうちで、最も低い性能を示す電池モジュールの影響を受ける。更に、電池モジュールの性能は、電池モジュールを構成する電池セルのうちで、最も低い性能を示す電池セルの影響を受ける。従って、二次電池25の劣化を抑制する上では、電池セル単位、電池モジュール単位でメンテナンスを行うことが重要である。
 電池診断システム1は、二次電池25の劣化度合いと劣化要因に加えて、将来的な二次電池25の使用態様を考慮して、二次電池25の残価値を診断し、残価値を高める為に有効なメンテナンス方法をユーザーUに提案するように構成されている。
 図1に示すように、電池診断システム1は、各ユーザーUが所有する二次電池25が複数含まれている。以下の説明では、二次電池25の用途として、電動車両の駆動用として利用する場合を例として挙げるが、これに限定されるものではない。二次電池25の使用に伴う負荷を示す電池負荷履歴を管理サーバ50へ出力することができれば、家庭用電源や工場用電源等の種々の用途に利用することができる。
 各二次電池25の使用履歴情報である電池負荷履歴が、所定の基地局5を介して、データセンタ内の管理サーバ50へ送信される。例えば、二次電池25が車両Vに搭載されている場合は、車両Vの通信端末34から、電池負荷履歴が管理サーバ50へ送信される。電池負荷履歴は、二次電池25の電池温度T、電流値I、SOC等を含んでいる。
 又、各ユーザーUには、情報端末10が割り当てられている。情報端末10は、タブレット型端末やスマートフォン等により構成されており、それぞれのユーザーUが想定する二次電池25の将来的な使用用途を示す予測電池負荷等の入力に用いられる。予測電池負荷は、各情報端末10から送信されると、ネットワーク網Nを介して、管理サーバ50のユーザーデータベース55に格納される。
 管理サーバ50では、各二次電池25の電池負荷履歴を用いて、二次電池25の劣化度合いや劣化要因の構成が推定される。そして、推定された各二次電池25の劣化度合いや劣化要因の構成と、予測電池負荷を用いて、予測電池負荷で使用された場合の二次電池25の将来的な劣化度合い等が予測される。
 更に、二次電池25の将来的な劣化度合い等を考慮して、二次電池25に対する将来的な取扱い(例えば、メンテナンスの手法等)が提案される。これらの診断結果や提案は、ネットワーク網Nを介して、ユーザーUの情報端末10に送信される。
 図1に示すように、電池診断システム1には、ディーラーDの情報端末10や、修理工場Fの情報端末10が含まれている。ディーラーDの情報端末では、二次電池25のメンテナンスに必要が部品の費用や納期等が入力される。修理工場Fの情報端末10では、メンテナンスに要する工賃や作業予約状況等が入力される。
 ディーラーD及び修理工場Fの情報端末10から入力された情報を用いて、電池診断システム1は、二次電池25のメンテナンスに必要が費用と期間を特定することができるので、費用面及び期間面を考慮したメンテナンスの手法を提案することができる。
 電池診断システム1における車両Vの構成について、図2を参照して説明する。上述したように、電池診断システム1における車両Vは、二次電池25が搭載され、モータジェネレータ20から走行用の駆動力を得る電気自動車である。
 尚、車両Vとしては、モータジェネレータ20を備えた車両であれば良く、例えば、モータジェネレータ20及び内燃機関(エンジン)から走行用駆動力を得るハイブリッド車を採用することもできる。
 図2に示すように、車両Vには、駆動源としてモータジェネレータ20が搭載されている。モータジェネレータ20には、モータ回転数を検出する回転数センサ21、モータトルクを検出するトルクセンサ22、モータ温度を検出する温度センサ23等が取り付けられている。
 又、車両Vには、モータジェネレータ20の駆動状態を制御するモータ制御ユニット24が設けられている。モータ制御ユニット24には、回転数センサ21、トルクセンサ22、温度センサ23から、モータ回転数、モータトルク、モータ温度等の車両情報が入力される。
 上述したように、車両Vには、二次電池25が搭載されている。二次電池25は、例えば、リチウムイオン二次電池で構成されており、モータジェネレータ20に電力を供給すると共に、他の車載機器に電力を供給する。尚、二次電池25の構成として、複数の電池セルを互いに並列に接続してセルブロックを構成し、このセルブロックを複数個、互いに直列に接続する構成を採用しても良い。
 図2に示すように、二次電池25には、電圧センサ26、電流センサ27、電池温度センサ28が接続されている。電圧センサ26は、二次電池25の電圧値を検出するセンサである。電流センサ27は、二次電池25の電流値Iを検出するセンサである。電池温度センサ28は、二次電池25の電池温度Tを検出するセンサである。
 電圧センサ26、電流センサ27、電池温度センサ28は、それぞれ、二次電池25である電池パックに対して複数の検出部を有している。つまり、電圧センサ26、電流センサ27、電池温度センサは、電池パックを構成する電池モジュール単位、電池モジュールを構成する電池セル単位で、電圧値、電流値I、電池温度Tを検出することができる。
 又、二次電池25には、外部接続部29が設けられている。外部接続部29は、車両V外部の電力系統と接続可能に構成されている。従って、二次電池25は、二次電池25の電力を外部の電力系統に供給したり、外部の電力系統から二次電池25に電力の供給を受けたりすることができる。
 そして、車両Vには、電池制御ユニット30が設けられている。電池制御ユニット30には、上述した電圧センサ26、電流センサ27、電池温度センサ28による電圧値、電流値、電池温度Tの情報が入力される。これらの情報は、後述する電池負荷履歴を構成する。従って、電池制御ユニット30は二次電池25の使用履歴等の管理を行う。電池制御ユニット30は、二次電池25の充放電状態を制御する。即ち、電池制御ユニット30は、いわゆる、Battery Management Unitを構成する。
 更に、車両Vには車両制御ユニット33が設けられている。車両制御ユニット33は、車両V全体を統括的に制御する。そして、車両制御ユニット33には、アクセルペダルセンサ31、ブレーキペダルセンサ32等が接続されている。従って、車両制御ユニット33には、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況等の車両情報が入力される。
 モータ制御ユニット24、電池制御ユニット30、車両制御ユニット33に入力された情報は、車両制御ユニット33に搭載された通信端末34から、基地局5及びネットワーク網Nを介して、管理サーバ50へ出力される。
 又、通信端末34は、図示しないGPS衛星からの電波の受信機能を備えており、全地球測位システム(GPS)を利用して車両Vの位置情報を割り出すことが可能となっている。GPSから得られる位置情報や速度情報等も、電池負荷履歴に付随する情報として、基地局5及びネットワーク網Nを介して、通信端末34から管理サーバ50に対して送信される。
 尚、通信端末34と基地局5との無線通信には、携帯電話や無線LAN等を用いることが可能であるが、例えば、車両Vの外部接続部29に対して図示しない充電ケーブルを接続した際に、有線通信によって各種情報を送信しても良い。又、車両Vから管理サーバ50に対して電池負荷履歴等の各種情報を送信するタイミングは、リアルタイムで送信しても良いし、所定のタイミングでまとめて送信しても良い。
 次に、電池診断システム1における管理サーバ50の構成について、図3を参照して説明する。図3に示すように、管理サーバ50は、一般的なサーバコンピュータによって構成されており、制御部51、通信部52、記憶装置53等を有している。
 管理サーバ50は、二次電池25の劣化状態と、将来的な使用計画に基づく予測電池負荷を用いて、二次電池25の将来的な予測劣化状態を推定して診断する。又、管理サーバ50は、二次電池25の予測劣化状態等と、将来的な二次電池25の取扱いに関する取扱条件に基づいて、将来的な二次電池25の取扱態様(例えば、メンテナンス手法)を提案する。
 制御部51は、CPU、ROM、RAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路によって構成されている。制御部51のCPUで、ROMに格納された制御プログラムが実行されることで、電池診断システム1における各機能部が実現される。通信部52は、ネットワーク網Nを介して、各車両Vや各情報端末10との間でデータの双方向通信を可能としている。記憶装置53は、通信部52によるデータの送受信に際して、対象となるデータを一時的に格納したり、演算結果を一時的に格納したりする記憶部である。
 又、管理サーバ50には、電池データベース54と、ユーザーデータベース55が設けられている。電池データベース54は、各二次電池25から送信された電池負荷履歴を用いて構成されたデータベースである。電池データベース54には、電池負荷履歴を構成する電池温度T、電流値I等の情報に加え、後述する電池管理処理により算出される要素劣化状態や電池状態が含まれている。又、電池データベース54には、二次電池25毎に、二次電池25の劣化の進行に関する特性を示す電池特性情報が格納されている。
 ユーザーデータベース55は、各ユーザーUの情報端末10から入力されるユーザー情報を用いて構成されるデータベースである。ユーザーデータベース55には、ユーザー情報として、二次電池25に対するメンテナンス手法の履歴や、取扱条件の履歴、予測電池負荷の履歴等の情報が含まれている。
 図3に示すように、制御部51は、電池診断システム1の機能部として、負荷履歴取得部51aと、補間処理部51bと、劣化推定部51cと、劣化予測部51dと、出力部51eと、を有している。更に、制御部51は、電池診断システム1の機能部として、予測負荷生成部51fと、残価値評価部51gと、ランク特定部51hと、提案部51iと、条件入力部51jと、を有している。
 負荷履歴取得部51aは、使用された二次電池25に対する負荷の履歴である電池負荷履歴を取得する機能部であり、例えば、後述するステップS1を実行する際の制御部51によって実現される。
 補間処理部51bは、電池負荷履歴の構成データに関して構成データの一部が欠落していた場合、構成データの残りの部分を用いて、欠落している構成データの一部を推定して補間する機能部である。補間処理部51bは、例えば、後述するステップS23を実行する際の制御部51によって実現される。
 劣化推定部51cは、電池負荷履歴に基づいて、二次電池25における現在の劣化状態と、劣化状態をもたらした劣化要因を推定する機能部であり、例えば、後述するステップS2~ステップS4までの処理を実行する際の制御部51により実現される。
 劣化予測部51dは、二次電池25の今後の使用態様により、二次電池25にかかると予測される負荷を示す予測電池負荷と、二次電池25の現在の劣化状態及び劣化要因を用いて、将来的に発生する二次電池25の予測劣化状態を予測して診断する機能部である。劣化予測部は、例えば、後述するステップS7を実行する際の制御部51により実現される。
 出力部51eは、予測された二次電池25の予測劣化状態を出力する機能部であり、例えば、後述するステップS11を実行する際の制御部51により実現される。
 予測負荷生成部51fは、二次電池25の今後の使用態様に従って二次電池25が使用された場合に、二次電池25値にかかると予測される負荷を特定して、前記予測電池負荷を生成する機能部である。予測負荷生成部51fは、例えば、後述するステップS6を実行する際の制御部51によって実現される。
 残価値評価部51gは、二次電池25の予測劣化状態を用いて、今後の使用態様で使用した場合の二次電池25の残価値を評価する機能部であり、例えば、後述するステップS9を実行する際の制御部51によって実現される。
 ランク特定部51hは、予測された二次電池25の電池構成要素の状態を用いて、二次電池25の予測劣化状態に関して、二次電池25のランク付けを行う機能部である。ランク特定部51hは、例えば、後述するステップS8を実行する際の制御部51によって実現される。
 提案部51iは、評価された二次電池25の残価値と、二次電池25の将来的な取扱いに関する取扱条件とを用いて、二次電池の残価値を高めることができる二次電池の将来的な取扱態様を提案する機能部である。提案部51iは、例えば、後述するステップS10を実行する際の制御部51によって実現される。
 条件入力部51jは、二次電池25の将来的な取扱いに関する取扱条件が入力される機能部であり、例えば、後述するステップS5を実行する際の制御部51によって実現される。
 尚、電池診断システム1の各機能の少なくとも1つは、その機能を果たすための電子回路(即ち、ハードウェア)によって構成されていてもよい。
 続いて、第1実施形態に係る電池診断システム1による電池診断処理の処理工程について、図4、図5を参照して説明する。ここで、第1実施形態に係る電池診断システム1では、二次電池25を構成する電池モジュール単位で、要素劣化状態、電池状態、予測要素劣化状態、予測電池状態の算出処理を行う。
 尚、要素劣化状態等の算出処理にかかる処理負担と、管理サーバ50の制御部51の性能や所要時間とのバランスによっては、二次電池25を構成する電池パック単位で、要素劣化状態等の算出処理を行っても良い。制御部51の性能や所要時間に余裕があるのであれば、電池モジュールを構成する電池セル単位で、要素劣化状態等の算出処理を行うことも可能である。
 図4に示すように、ステップS1では、電池診断システム1は、電池診断システム1を構成する二次電池25の電池負荷履歴を取得する。車両Vの二次電池25の場合、制御部51は、車両Vの通信端末34、基地局5及びネットワーク網Nを介して、通信部52により取得される。この時、電池データベース54から二次電池25の電池負荷履歴を取得しても良い。これにより、電池診断システム1は、二次電池25(即ち、電池パック及び電池モジュール)を解体しなくとも二次電池25の電池負荷履歴を取得できる。
 電池負荷履歴には、二次電池25の温度である電池温度T、充放電電流、使用期間等の、二次電池25に作用する負荷の履歴が含まれている。尚、放置期間等を要因として、電池負荷履歴を構成するデータに欠落があった場合、制御部51は、既存の値を用いて欠落部分を補間する補間処理を行う。補間処理の内容については後述する。
 ステップS3に移行すると、取得した電池負荷履歴を用いて、対象電池である二次電池25の要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLie、SOHRe、SOHReを算出する。尚、SOHは、State Of Healthの略である。
 SOHQeは、現時点における二次電池25の負極の容量維持率である。SOHQeは、現時点における二次電池25の正極の容量維持率である。SOHQLieは、現時点における二次電池25の電解質の容量維持率である。SOHReは、現時点における二次電池25の負極の抵抗増加率である。SOHReは、現時点における二次電池25の正極の抵抗増加率である。第1実施形態においては、二次電池25の電池パックを構成する電池モジュール単位で、各要素劣化状態が算出される。
 二次電池25の各構成要素(つまり、負極、正極、電解質)の所定時(使用開始後の任意時刻)の容量維持率は、初期状態(例えば、工場出荷時)の二次電池25の各構成要素の容量に対する各構成要素の前記所定時の容量の割合である。負極容量は、リチウムイオンが挿入することができる負極のサイト数に対応している。正極容量は、リチウムイオンが挿入することができる正極のサイト数に対応している。
 電解質の容量は、正負極SOCずれ容量を用いて表される。正負極SOCずれ容量は、二次電池25における正極と負極の使用容量領域のずれである。正負極SOCずれ容量は、正極と負極との間を移動することができるリチウムイオンの数及びリチウムイオン全体の移動のしやすさに対応している。
 又、二次電池25の各構成要素の所定時(一時利用開始後の任意時刻)の抵抗増加率は、初期状態の二次電池25の各構成要素の抵抗値に対する各構成要素の前記所定時の抵抗値の割合である。
 そして、電池診断システム1は、各電池構成要素に関する複数の劣化要因に基づいて、要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLie、SOHRe、SOHReの夫々を算出する。つまり、電池診断システム1は、二次電池25の負極の複数の劣化要因に基づいて、負極に関する要素劣化状態SOHQe、SOHReを算出する。又、電池診断システム1は、正極の複数の劣化要因に基づいて、正極に関する要素劣化状態SOHQe、SOHReを算出する。更に、電池診断システム1は、電解質の複数の劣化要因に基づいて、電解質に関する要素劣化状態SOHQLieを算出する。
 具体的には、負極容量Qa及び負極抵抗Raのそれぞれは、活物質の表面へ被膜が形成されることに起因する劣化要因、活物質の表面に形成された被膜が割れることに起因する劣化要因、活物質自体が割れることに起因する劣化要因を考慮して算出される。
 正極容量Qc及び正極抵抗Rcのそれぞれは、活物質の表面の変質に起因する劣化要因、活物質の変質した表面が割れることに起因する劣化要因、活物質自体が割れることを考慮した劣化要因を考慮して算出される。
 又、電解質の要素劣化状態SOHQLieは、負極の活物質の表面へ被膜が形成されることに起因する劣化要因、負極の活物質の表面に形成された被膜が割れることに起因する劣化要因、負極の活物質自体が割れることに起因する劣化要因を考慮して算出される。更に、電解質の要素劣化状態SOHQLieは、正極の活物質の表面へ被膜が形成されることに起因する劣化要因、正極の活物質の表面に形成された被膜が割れることに起因する劣化要因、正極の活物質自体が割れることに起因する劣化要因を考慮して算出される。
 尚、各要素劣化状態の詳細な算出の仕方については後述する。
 ステップS4では、二次電池25全体の劣化状態である電池状態SOHQe、SOHReが算出される。電池状態SOHQeは、二次電池25の容量に関する二次電池25全体の劣化状態を示す。電池状態SOHQeは、ステップS3で算出された要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLieの最小値を取ることで導出される。つまり、SOHQe=min(SOHQe,SOHQe,SOHQLie)と表すことができる。
 上述したように、負極容量Qaは、リチウムイオンが挿入することができる負極のサイト数に対応しており、正極容量Qcは、リチウムイオンが挿入することができる正極のサイト数に対応している。そして、正負極SOCずれ容量QLiは、正極と負極との間を移動することができるリチウムイオンの数及びリチウムイオン全体の移動のしやすさに対応している。
 従って、負極容量Qa、正極容量Qc及び正負極SOCずれ容量QLiのうち最小のものは、二次電池25の電池容量QBに対応する。つまり、要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLieの最小値は、二次電池25全体の電池状態SOHQeになる。
 又、電池状態SOHReは、抵抗に関する二次電池25全体の劣化状態を示す。電池状態SOHReは、要素劣化状態SOHRe、SOHReの和によって算出される。つまり、SOHRe=SOHRe+SOHReと表すことができる。
 尚、第1実施形態においては、電池状態SOHQe、SOHReは、電池モジュール単位で算出される。そして、例えば、要素劣化状態において、二次電池25の電極(即ち、負極及び正極)以外の部材(例えば、電解質)の抵抗を考慮した場合は、電池状態SOHReを算出する際に、その部材に関する要素劣化状態が考慮される。即ち、前記SOHRe=SOHRe+SOHReの右辺に、当該部材に関する要素劣化状態が加算される。
 ここで、ステップS1における電池負荷履歴の取得と、ステップS2における要素劣化状態の算出と、ステップS3における電池状態の算出について、図5を参照して詳細に説明する。
 電池診断システム1は、二次電池25の電池負荷履歴に基づいて、使用開始時から現時点までの二次電池25の要素劣化状態を逐次算出する。以下、1回分の要素劣化状態の算出動作の開始時刻をts、終了時刻をte、開始時刻tsから終了時刻teまでの時間を実施サイクルと呼ぶこととする。実施サイクルの長さは、要素劣化状態及び電池状態に関する予測の精度と、要素劣化状態及び電池状態の算出に関する計算負荷とを考慮して適宜決定される。
 上述したように、ステップS1では、制御部51は、二次電池25の電池負荷履歴を取得する。ステップS1の具体的内容について、ステップS21~ステップS23を参照して説明する。
 ステップS21では、電池負荷履歴として、電池温度T、充放電電流値I、履歴対象期間Timeが取得される。
 この時、電池診断システム1は、実施サイクル中の二次電池25の温度の分布から、実施サイクルにおける二次電池25の電池温度Tを算出する。電池温度Tは、例えば、実施サイクル中に取得された二次電池25の温度の度数分布から算出した平均値とすることができる。
 尚、電池温度Tとして、計算負荷低減の為、実施サイクル中に取得された二次電池25の温度の平均値等を採用することも可能である。電池温度Tは、電池診断システム1の電池データベース54に格納される。
 ステップS22においては、制御部51は、電池負荷履歴の構成データの一部が欠落しているか否かを判断する。ここで、二次電池25の電池負荷履歴には、車両Vのイグニッションがオンであり、二次電池25に対する入出力がある使用期間Peと、イグニッションがオフであり、二次電池25に対する入出力がない放置期間Pelとが含まれる。
 放置期間Pelにおいては、電池温度センサ28等の各種センサの検出動作が行われなくなる為、履歴対象期間Timeを構成する放置期間Pelに相当する電池負荷履歴が欠落することが考えられる。しかしながら、後述するカレンダー劣化の進行を評価する為に、放置期間Pelの電池負荷履歴も必要になる。
 この為、ステップS22では、電池負荷履歴として取得した構成データにおいて、放置期間Pelに相当するデータ(即ち、欠落データ)が含まれているか否かが判断される。構成データの欠落がある場合、ステップS23に移行して、補間処理が行われる。構成データの欠落がない場合、ステップS24に進む。
 ステップS23では、電池負荷履歴における構成データの欠落を補間する為にデータ補間処理が行われる。ステップS23のデータ補間処理では、電池負荷履歴として取得した使用期間Peに相当するデータから、放置期間Pelに相当するデータが推定及び補完され、全ての期間における電池負荷履歴が取得される。
 具体的に、ステップS23では、電池負荷履歴を構成する電圧、SOC、電流、電池温度Tについてのデータ補間処理が行われる。尚、以下の説明において、放置期間Pelの直前にあたる使用期間Peを直前使用期間Pebといい、放置期間Pelの直後にあたる使用期間Peを直後使用期間Peaという。
 電圧及びSOCに関するデータ補間処理については、直前使用期間Peb終了時における電圧等の数値と、直後使用期間Peaにおける電圧等の数値とを用いて、放置期間Pelにおける電圧等の数値を線形補間する。そして、電流値Iに関する補間処理については、二次電池25に対する入出力がない為、放置期間Pelにおける電流値Iを「0」であると推定して補間する。
 電池温度Tに関するデータ補間処理の内容について、図6を参照して説明する。図6に示すように、直前使用期間Pebの終了時である点Plにおける電池温度Tの値と、直後使用期間Peaの開始時である点Psの電池温度Tの値は既知である。
 又、放置期間Pelにおける二次電池25周辺の外気温Tamは、ネットワーク網N等を通じて取得することができ、放置期間Pelを通じて既知の値である。そして、放置期間Pelにおけるデータのサンプリングは、サンプリング周期ΔtでN回行われるものとする。従って、放置期間Pelの長さは、ΔtNと表すことができる。
 先ず、放置期間Pelにおいて、n回目のサンプリングに係る電池温度Tと、n-1回目のサンプリングに係る電池温度Tn-1の関係は、以下の式(1)のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 
 尚、ΔTは、n-1回目のサンプリングの時点からn回目のサンプリングの時点までにおける電池温度Tの変化量である。ΔTは、二次電池25の外気放熱抵抗、二次電池25の熱容量、二次電池25周辺の外気温Tamを勘案して、以下の式(2)のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 
 尚、式(2)におけるRは、二次電池25の外気放熱抵抗を示し、Cは、二次電池25の熱容量を示している。又、Tamn-1は、n-1回目のサンプリング時における外気温Tamである。これらの値は既知の値である為、式(1)(2)により、外気温Tam、二次電池25の外気放熱抵抗及び熱容量を勘案した温度プロファイルTeを導き出すことができる。
 そして、導出された温度プロファイルTeと、直後使用期間Peaの開始時の点Psにおける電池温度Tsの値(実測値)を用いて、温度プロファイルTeに対して時間比例の補正をかける。補正値Tcは、以下の式(3)で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 
 尚、式(3)におけるTcは、n回目のサンプリング時点に相当する補正値Tcの値を示している。又、Tは、直後使用期間Peaの開始時点における温度プロファイルTeの値であり、図6における点Pを示している。
 このように、ステップS23でデータ補間処理を行うことで、放置期間Pelにおける電池温度Tを、二次電池25の外気放熱抵抗及び熱容量、二次電池25周辺の外気温Tamを勘案し、精度良く補間することができる。そして、ステップS23のデータ補間処理を行うことにより、電池診断システム1は、精度の良い電池負荷履歴を取得することができる。
 ステップS24では、電池診断システム1は、二次電池25の電流値Iの積算値を算出し、算出した積算値に基づいて二次電池25の充電状態を算出する。充電状態は、二次電池25の満充電容量に対する残容量の比が百分率で表されたものであり、いわゆる、SOC(即ち、State Of Charge)である。以後、二次電池25の充電状態をSOCという。電池診断システム1は、例えば、電流積算法を用い、二次電池25の電流値の積算値に基づいて二次電池25のSOCを算出する。ステップS24~ステップS31の処理によって、ステップS2における要素劣化状態の算出と、ステップS3における電池状態の算出が実現される。
 ステップS25では、電池診断システム1は、ΔDODを算出する。ΔDODは、実施サイクルの開始時刻tsにおけるSOCと終了時刻teにおけるSOCとの差分によって算出される。尚、DODは、二次電池25の放電深度を示すDepth Of Dischargeの略である。
 ステップS26において、電池診断システム1は、二次電池25の負極抵抗R及び正極抵抗Rをそれぞれ算出する。負極抵抗Rは、二次電池25の電池温度Tと、二次電池25の電流値Iと、SOCの変化量ΔDODと、二次電池25の負極の閉回路電位とに基づいて算出される。正極抵抗Rは、二次電池25の電池温度Tと、二次電池25の電流値Iと、SOCの変化量ΔDODと、正極の閉回路電位とに基づいて算出される。
 ここで、電池温度Tは、電池負荷履歴として取得された二次電池25の電池温度Tである。電流値Iは、電池負荷履歴として取得された二次電池25の電流値Iである。変化量ΔDODは、ステップS25において算出されたΔDODである。
 二次電池25の負極の閉回路電位及び正極の閉回路電位は、前回の実施サイクルにおいて算出された二次電池25の負極、正極の閉回路電位である。尚、以後、二次電池25の負極の閉回路電位をCCPといい、二次電池25の正極の閉回路電位をCCPという。CCPは、Closed Circuit Potentialの略である。
 負極抵抗Rは、二次電池25の電池温度T、負極側閉回路電位CCP、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数として表すことができる。正極抵抗Rは、二次電池25の温度T、正極側閉回路電位CCP、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数として表すことができる。これについて以下説明する。
 負極抵抗Rは、二次電池25の電解液やその添加剤の酸化還元分解により負極表面に被膜(SEI:Solid Electrolyte Interface)が形成されることに起因して増加する。被膜は上述した化学反応により生成される為、負極抵抗Rはアレニウス則に従う。この為、負極抵抗Raは、電池温度Tの関数によって表すことができる。
 又、負極表面の被膜形成は、酸化還元に起因する為、ターフェル則に従う。従って、負極抵抗Rは、負極側閉回路電位CCPの関数によって表すことができる。
 そして、二次電池25の充放電サイクルが繰り返されると、負極の活物質の膨張収縮が繰り返され、表面被膜の割れ(クラック)が進む為、やがて負極表面が被膜の割れ目から露出する。割れ目から露出した表面に新たな被膜が形成されることで被膜量が増加する為、負極抵抗Rの更なる増加を引き起こす。そして、変化量ΔDODが大きい程、活物質の膨張収縮の度合いが大きくなる。そのため、負極抵抗Rは、変化量ΔDODの関数によって表すことができる。
 又、負極においては、活物質の膨張収縮が繰り返されることに起因して、活物質自体が割れて径が小さくなる。活物質自体の割れは、負極抵抗Rを低下させる要素と負極抵抗Rを増加させる要素とを兼ね備える。
 先ず、活物質自体の割れにより、活物質に新たな面(即ち、被膜が形成されていない面)が形成される為、反応面積が増加する。従って、活物質自体の割れは負極抵抗Rの低下要因となる。一方、活物質に新たな面が形成されると、新たな面において被膜形成が促進される為、被膜量が増加し、負極抵抗Rが増加する。以上を考慮し、負極抵抗Rは、以下に示す理論から変化量ΔDODの関数によって表すことができる。
 負極の活物質の割れの速度である微粉化速度は、活物質の粒子径をr、時間をtとしたとき、dr/dtにて表される。ここで、微粉化速度dr/dtは、活物質の粒子径rが大きい程、進行しやすいものと考えられる。つまり、微粉化速度dr/dtは、活物質の粒子径rに比例するものと考えることができる。そのため、微粉化速度dr/dtは、次の式(4)のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 
 尚、式(4)において、kは定数であり、以後、微粉化係数ということもある。これを解くと、次の式(5)のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 
 尚、式(5)において、αは定数である。
 更に、活物質は、変化量ΔDODが大きい程、活物質の膨張及び収縮の度合いが大きくなる為、微粉化定数は、変化量ΔDODに比例するものと考えられる。そうすると、次の式(6)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 
 尚、式(6)において、β及びγは定数である。そして、これを解くと、次の式(7)のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 
 尚、式(7)において、η及びζは定数である。そして、式(5)と式(7)を連成すると、次の式(8)を導くことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 
 尚、rは、初期(即ち、t=0のとき)の活物質の半径であり、A、B及びCは定数である。上述したように、負極抵抗Rは、負極表面に被膜が形成されることに起因して増加し、負極表面の被膜の形成速度は、負極の活物質の径と相関を有する。従って、負極抵抗Rは、微粉化関数f(t,ΔDOD)を含む式(即ち、ΔDODの関数)によって表すことができる。尚、式(5)の右辺の夫々の括弧内は、更に定数で加算補正しても良い。
 又、負極の表面被膜の割れ、及び負極活物質自体の割れは、二次電池25の充放電電流値Iにも依存する。充放電電流値Iが大きい程、電流は活物質の低抵抗部分を集中的に流れるようになる傾向がある為、活物質の部位によって膨張収縮の度合いに差異が生じ得る。これにより、活物質にひずみが発生しやすくなり、負極の表面被膜の割れ及び負極活物質自体の割れを引き起こす。
 そのため、負極表面被膜の割れ及び負極活物質自体の割れは、充放電電流値Iの関数又は充放電電流値Iと相関のあるCレートの関数で表すことができる。ここで、1Cレートは、定電流充放電測定の場合、電池の定格容量を1時間で完全充電又は完全放電させる電流値を示す。
 以上をまとめると、負極抵抗Rは、関数g(T,CCP)、関数g(T,CCP,ΔDOD,I)、関数g(T,CCP,ΔDOD,I)を用いて、次の式(7)のように表される。
 ここで、関数g(T,CCP)は、活物質の表面へ被膜が形成されることを考慮した関数である。関数g(T,CCP,ΔDOD,I)は、活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数である。関数g(T,CCP,ΔDOD,I)は、活物質自体が割れることを考慮した関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 
 以上のような理論に基づき、負極抵抗Raは、二次電池25の電池温度T、負極側閉回路電位CCP、変化量ΔDOD及び充放電電流値Iの関数として表される。
 次に、正極抵抗Rについて説明する。正極抵抗Rは、正極表面の変質に伴って増加する。正極表面は化学反応により変質する為、正極抵抗Rはアレニウス則に従う。その為、正極抵抗Rcは、電池温度Tの関数によって表すことができる。
 又、正極表面の変質は、正極表面の還元分解に起因する為、ターフェル則に従う。その為、正極抵抗Rは、正極側閉回路電位CCPの関数によって表すことができる。
 そして、二次電池25の充放電サイクルが繰り返され、正極の活物質の膨張収縮が繰り返されると、変質した正極活物質の表面に割れが生じ、変質していない新たな正極表面が形成される。新たな正極表面において、やがて変質が生じることで、正極抵抗Rの更なる増加を引き起こす。変化量ΔDODが大きい程、活物質の膨張収縮の度合いが大きくなるため、正極抵抗Rは、変化量ΔDODの関数によって表すことができる。
 又、正極表面の変質は正極の活物質の膨張収縮が繰り返されることで、正極の活物質の割れ(クラック)が進み、活物質の径が小さくなることで促進される。活物質自体の割れは、正極抵抗Rを低下させる要素と、正極抵抗Rを増加させる要素とを兼ね備える。
 先ず、活物質自体の割れにより、活物質に新たな面(即ち、変質前の面)が形成される為、活物質自体の割れは正極抵抗Rを低下させる要因となる。一方、活物質に新たな面が形成されると、形成された新たな面がやがて変質して、正極抵抗Rが増加する。以上を考慮し、正極抵抗Rは、負極抵抗Rと同様の理論から、式(9)の微粉化関数f(t,ΔDOD)を含む式(即ち、ΔDODの関数)によって表すことができる。
 そして、正極活物質自体の割れは、充放電電流値Iにも依存する。充放電電流値Iが大きい程、電流は活物質の低抵抗部分を集中的に流れる傾向がある為、活物質の部位によって膨張収縮の度合いに差異が生じ得る。これにより、活物質自体にひずみが発生しやすくなり、正極活物質自体の割れを引き起こす。そのため、正極活物質自体の割れは、充放電電流値Iの関数又は充放電電流値Iと相関のあるCレートの関数で表すことができる。
 以上をまとめると、正極抵抗Rは、関数h(T,CCP)、関数h(T,CCP,ΔDOD,I)、h(T,CCP,ΔDOD,I)を用いて、次の式(11)のように表せる。
 ここで、関数h(T,CCP)は、活物質の表面の変質を考慮した関数である。関数h(T,CCP,ΔDOD,I)は、活物質の変質した表面が割れることを考慮した関数である。関数h(T,CCP,ΔDOD,I)は、活物質自体が割れることを考慮した関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 
 以上のような理論に基づき、正極抵抗Rは、二次電池25の電池温度T、正極側閉回路電位CCP、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数として表される。
 ここで、ステップS26において、負極抵抗R、正極抵抗Rの算出に用いる負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPは、今回の実施サイクルの1つ前の実施サイクルにおける負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPを用いる。負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPは、直前の実施サイクルにおけるステップS29で算出される。
 尚、前回の実施サイクルに算出された負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPがない場合(例えば、システム起動時等)は、次のようにして初期の負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPを算出する。
 先ず、電池負荷履歴として取得された電流値Iと負極抵抗Rの初期値との積から初期の負極の分極ΔVを算出し、電池負荷履歴として取得された電流値Iと正極抵抗Rの初期値との積から初期の正極の分極ΔVを算出する。負極抵抗Rの初期値及び正極抵抗Rの初期値は、例えば、車両Vに搭載されている二次電池25と同型の二次電池において、初期状態(例えば、工場出荷時の状態)の負極抵抗及び正極抵抗の値である。
 二次電池25の負極抵抗及び正極抵抗の初期値は、例えば、車両Vの電池制御ユニット30や管理サーバ50の電池データベース54に格納されており、電池制御ユニット30又は電池データベース54から取得することができる。初期状態の負極抵抗R及び正極抵抗Rは、例えば、交流インピーダンス法やIV測定等により決定することができる。或いは、解体された初期状態の二次電池25の正極を用いたハーフセル、負極を用いたハーフセルをそれぞれ作成し、それぞれのハーフセルの抵抗測定を行うことによっても初期状態の負極抵抗R及び正極抵抗Rを決定することができる。
 そして、後述する初期OCP特性と、ステップS24において算出されたSOCとに基づいて、二次電池の負極、正極の開回路電位をそれぞれ算出する。各開回路電位は、二次電池25と外部回路とが通電していない状態が長期間経過したときの二次電池25の各電極の電位である。以後、二次電池25の負極の開回路電位を負極側開回路電位OCPといい、二次電池25の正極の開回路電位を正極側開回路電位OCPという。OCPは、Open Circuit Potentialの略である。
 初期OCP特性は、初期状態における二次電池25のSOCと負極側開回路電位OCPとの関係、及び、SOCと正極側開回路電位OCPとの関係を示すものであり、例えば、電池データベース54に記憶されている。
 続いて、負極側開回路電位OCPと負極側の分極ΔVを加算することによって、負極側閉回路電位CCPが得られる。一方、正極側開回路電位OCPと正極側の分極ΔVを加算することで、正極側閉回路電位CCPを得ることができる。
 前回の実施サイクルに算出された負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPがない場合(例えば、システム起動時等)は、以上の処理を行うことで、初期の負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPを算出する。
 上述した理論に従って、負極抵抗R及び正極抵抗Rを算出して、ステップS27に移行すると、電池診断システム1は、負極の分極ΔV及び正極の分極ΔVを算出する。負極の分極ΔVは、電池負荷履歴として取得された二次電池25の電流値Iに対して、ステップS26で算出された負極抵抗Raを乗算して算出される。一方、正極の分極ΔVは、二次電池25の電流値Iに対して、ステップS26で算出された正極抵抗Rを乗算して算出される。
 ステップS28に移行すると、電池診断システム1は、負極側開回路電位OCP及び正極側開回路電位OCPを算出する。電池診断システム1は、ステップS24において算出された二次電池25のSOC、及び電池データベース54に記憶された前回の実施サイクルの更新OCP特性に基づいて、負極側開回路電位OCP及び正極側開回路電位OCPを算出する。更新OCP特性は、劣化後の二次電池25のSOCと負極側開回路電位OCPとの関係、及び、SOCと正極側開回路電位OCPとの関係を示す。
 ここで、更新OCP特性は、次のように取得可能である。先ず、電池診断システム1の電池データベース54に予め記憶されている初期OCP特性を、後述のステップS30において算出される負極容量Q、正極容量Q、及び正負極SOCずれ容量QLiに基づいて更新する。
 初期OCP特性は、初期状態の二次電池25におけるSOCと負極側開回路電位OCPとの関係、及び、SOCと正極側開回路電位OCPとの関係を示す。初期OCP特性の更新の手法は特に限定されず、例えば公知の手法を採用することが可能である。
 ステップS29において、電池診断システム1は、二次電池25の負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPを算出する。先ず、電池診断システム1は、ステップS27で算出された分極ΔV及び分極ΔVを取得すると共に、ステップS28で算出された負極側開回路電位OCP及び正極側開回路電位OCPを取得する。
 負極側閉回路電位CCPは、負極側開回路電位OCPと負極の分極ΔVを加算することによって算出され、負極側開回路電位OCPを負極側閉回路電位CCPに書き換えることができる。同様に、正極側閉回路電位CCPは、正極側開回路電位OCPと正極の分極ΔVを加算することで算出され、正極側開回路電位OCPを正極側閉回路電位CCPに書き換えることができる。
 ここで、二次電池25は、劣化によって分極が顕在化する。即ち、分極の発生により、二次電池25の充電時には、二次電池25の閉回路電圧が上昇し、放電時には閉回路電圧が下降する。そして、二次電池25の劣化が進むと、二次電池25の充電時には閉回路電圧が一層上昇し、放電時には閉回路電圧が一層下降する。
 この点について、図7、図8を用いて説明する。図7は、劣化前の二次電池25に関して、充電時のSOCと電圧との関係を模式的に示し、図8は、劣化後の二次電池25に関して、充電時のSOCと電圧との関係を模式的に示している。図7及び図8において、実線で開回路電圧、破線で閉回路電圧を表しており、縦軸の電圧のスケールが一致しているものとする。
 尚、以後、開回路電圧はOCVといい、閉回路電圧はCCVという。OCVは、Open Circuit Voltageの略であり、CCVは、Closed Circuit Voltageの略である。
 図7及び図8を参照すると、劣化後の二次電池25の分極ΔVの方が、劣化前の分極ΔVよりも大きくなっていることがわかる。電池診断システム1は、かかる点に鑑み、二次電池25の劣化量を推定するにあたって、開回路電位OCPを、分極ΔVを考慮した閉回路電位CCPに書き換え、閉回路電位CCPを用いて電池容量QBを予測している。
 ステップS30において、電池診断システム1は、二次電池25の負極容量Q、正極容量Q、正負極SOCずれ容量QLiを、それぞれ算出する。電池診断システム1は、先ず、ステップS29にて算出された負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPと、電池負荷履歴として取得された二次電池25の電池温度Tと、ステップS25で算出された変化量ΔDODを取得する。
 次に、電池診断システム1は、二次電池25の負極容量Q、正極容量Q、正負極SOCずれ容量QLiの夫々を、負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPの少なくとも一方と、電池温度Tと、電流値Iと、変化量ΔDODに基づいて算出する。
 先ず、負極容量Qの算出について説明する。電池診断システム1は、負極抵抗Rを算出する場合と同様の理論で、負極容量Qを表す。つまり、負極容量Qは、関数i(T,CCP)、関数i(T,CCP,ΔDOD,I)、関数i(T,CCP,ΔDOD,I)を用いて次の式(12)のように表される。
 ここで、関数i(T,CCP)は活物質の表面へ被膜が形成されることを考慮した関数である。関数i(T,CCP,ΔDOD,I)は、活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数である。そして、関数i(T,CCP,ΔDOD,I)は、活物質自体が割れることを考慮した関数である。即ち、負極容量Qは、二次電池25の電池温度T、負極側閉回路電位CCP、変化量ΔDOD(即ち、微粉化関数f(t,ΔDOD))及び充放電電流値Iの関数によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 
 次に、正極容量Qの算出について説明する。電池診断システム1は、正極抵抗Rを算出する場合と同様の理論で、正極容量Qを表す。つまり、正極容量Qcは、関数j(T,CCP)、関数j(T,CCP,ΔDOD,I)、関数j(T,CCP,ΔDOD,I)を用いて次の式(13)のように表される。
 ここで、関数j(T,CCP)は、活物質の表面が変質することを考慮した関数である。関数j(T,CCP,ΔDOD,I)は、活物質の変質した表面が割れることを考慮した関数である。関数j(T,CCP,ΔDOD,I)は、活物質自体が割れることを考慮した関数である。即ち、正極容量Qは、電池温度T、正極側閉回路電位CCP、変化量ΔDOD(即ち、微粉化関数f(t,ΔDOD))、及び充放電電流値Iの関数によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 
 続いて、正負極SOCずれ容量QLiの算出について説明する。正負極SOCずれ容量QLiは、負極、正極における被膜(SEI:Solid Electrolyte Interface)の形成によるリチウムイオンの消費と相関する。被膜の形成によるリチウムイオンの消費は化学反応である為、正負極SOCずれ容量QLiはアレニウス則に従う。その為、正負極SOCずれ容量QLiは、電池温度Tの関数によって表すことができる。
 負極、正極での被膜形成によるリチウムイオンの消費は、酸化還元反応である為、ターフェル則に従う。その為、正負極SOCずれ容量QLiは、負極側閉回路電位CCP及び正極側閉回路電位CCPの関数によって表すことができる。
 又、二次電池25の充放電サイクルの繰り返しにより、各電極(即ち、正極、負極)の活物質の膨張収縮が繰り返され、各電極における活物質の表面被膜の割れが進む。これにより、やがて各電極表面が被膜の割れ目から露出し、露出面に新たな被膜が形成されることでリチウムイオンの消費量が増える。又、変化量ΔDODが大きい程、活物質の膨張収縮の度合が大きくなる。そのため、正負極SOCずれ容量QLiは、変化量ΔDODの関数によって表すことができる。
 そして、各電極においては、上述したように、活物質の膨張収縮が繰り返されることに起因して、活物質自体が割れて径が小さくなる。活物質自体の割れは、正負極SOCずれ容量QLiを増加させる要素と、正負極SOCずれ容量QLiを低下させる要素とを兼ね備える。
 先ず、活物質自体の割れにより、活物質に新たな面(即ち、被膜が形成されていない面)が形成される為、リチウムイオンが各電極の活物質に移動しやすくなり、正負極SOCずれ容量QLiの増加要因となる。一方、活物質に新たな面が形成されると、新たな面において、被膜形成が促進されてリチウムイオンが消費される為、正負極SOCずれ容量QLiの低下要因となる。
 以上を考慮すると、正負極SOCずれ容量QLiは、負極抵抗R及び正極抵抗Rと同様の理論から、微粉化関数f(t,ΔDOD)を含む式(即ち、変化量ΔDODの関数)で表すことができる。
 又、各電極における活物質自体の割れは、充放電電流値Iにも依存する。充放電電流値Iが大きい程、電流は活物質の低抵抗部分を集中的に流れるようになる傾向がある為、活物質の部位によって膨張収縮の度合いに差異が生じ得る。これにより、活物質にひずみが発生しやすくなり、活物質自体の割れを引き起こす。そのため、各電極の活物質自体の割れは、充放電電流値Iの関数、又は充放電電流値Iと相関のあるCレートの関数で表すことができる。
 以上より、正負極SOCずれ容量QLiは、関数k(T,CCP)、関数k(T,CCP,ΔDOD,I)、k(T,CCP,ΔDOD,I)、関数l(T,CCP)、関数l(T,CCP,ΔDOD,I)、関数l(T,CCP,ΔDOD,I)を用いて次の式(14)のように表される。
 ここで、関数k(T,CCP)は、負極の活物質の表面へ被膜が形成されることを考慮した関数である。関数k(T,CCP,ΔDOD,I)は、負極の活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数である。関数k(T,CCP,ΔDOD,I)は、負極の活物質自体が割れることを考慮した関数である。
 更に、関数l(T,CCP)は、正極の活物質の表面へ被膜が形成されることを考慮した関数である。関数l(T,CCP,ΔDOD,I)は、正極の活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数である。関数l(T,CCP,ΔDOD,I)は、正極の活物質自体が割れることを考慮した関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 
 以上のように、正負極SOCずれ容量QLiは、電池温度T、負極側閉回路電位CCP、正極側閉回路電位CCP、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数として表すことができる。
 ステップS31において、電池診断システム1は、ステップS30で算出した負極容量Q、正極容量Q、正負極SOCずれ容量QLiを用いて、電池容量Qを求める。具体的には、電池診断システム1は、二次電池25の負極容量Q、正極容量Q、及び正負極SOCずれ容量QLiのうち、最小のものを二次電池25の電池容量Qと判断する。即ち、電池診断システム1は、Q=min(Q,Q,QLi)を実行する。
 上述したように、負極容量Qは、リチウムイオンが挿入することができる負極のサイト数に対応し、正極容量Qは、リチウムイオンが挿入することができる正極のサイト数に対応している。正負極SOCずれ容量QLiは、正極と負極との間を移動することができるリチウムイオンの数及びリチウムイオン全体の移動のしやすさに対応している。この為、負極容量Q、正極容量Q、及び正負極SOCずれ容量QLiのうち最小のものは、二次電池25の電池容量Qに対応する。
 又、ステップS31では、電池診断システム1は、負極抵抗R及び正極抵抗Rを用いて、二次電池25全体の抵抗値である電池抵抗Rを求める。具体的には、電池診断システム1は、二次電池25を構成する各部(負極抵抗R及び正極抵抗R)の合計を、二次電池25全体の抵抗値と判断する。即ち、電池診断システム1は、R=R+Rを実行する。
 以上のように、現時点における二次電池25の負極抵抗R、正極抵抗R、負極容量Q、正極容量Q、正負極SOCずれ容量QLi、電池容量Q、及び電池抵抗Rのそれぞれを算出する。そして、電池診断システム1は、算出した正極容量Q等を用いて、要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLie、SOHRe、SOHReを算出する。
 例えば、要素劣化状態SOHQeは、初期の二次電池25の負極容量Qに対する現時点における二次電池25の負極容量Qの割合を求めることで算出される。要素劣化状態SOHQeは、初期の二次電池25の正極容量Qに対する現時点における二次電池25の正極容量Qの割合を求めることで算出される。要素劣化状態SOHQLieは、初期の二次電池25における正負極SOCずれ容量QLiに対する現時点における二次電池25の正負極SOCずれ容量QLiの割合を求めることで算出される。
 要素劣化状態SOHReは、初期状態の二次電池25における負極抵抗Rに対する現時点における二次電池25の負極抵抗Rの割合を求めることで算出される。要素劣化状態SOHReは、初期状態の二次電池25における正極抵抗Rに対する現時点における二次電池25の正極抵抗Rの割合を求めることで算出される。
 そして、二次電池25全体に関する電池状態SOHQeは、要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLieの最小値として求めることができる。又、電池状態SOHReは、二次電池25全体の抵抗に関する劣化状態を示しており、SOHRe=SOHRe+SOHReにより求めることができる。
 尚、ステップS26~ステップS31の算出処理において、各数式に含まれる定数、各数式を構成する関数の係数及び定数は、電池データベース54に格納されている電池特性情報を参照して定められる。
 この場合において、ステップS31で電池状態の算出処理の終了後、電池診断システム1は、算出した二次電池25の電池状態で特定される劣化の状態と、実際に二次電池25に生じている劣化の状態を比較して、電池データベース54の電池特性情報を更新する。
 具体的には、電池診断システム1は、電池状態SOHQe、SOHReによって表される状態が実際に二次電池25に生じている劣化の状態に一致するように、電池データベース54の電池特性情報を更新する。
 このようにして、二次電池25の各構成要素の劣化状態を、各構成要素の複数の劣化要因を考慮して算出することで、二次電池25の各構成要素の劣化状態の予測を高精度に行うことができる。
 この点について、具体例を挙げると共に、図9を参照して説明する。具体例として、2つの同型の二次電池25(以下、便宜上、第1電池、第2電池という)を用いて、劣化要因の相違が将来的な劣化の進行に及ぼす影響に関するシミュレーション結果を挙げる。
 尚、第1電池、第2電池は、互いに同じ型の二次電池である。図9に示すグラフの横軸は日数の平方根を示しており、縦軸は二次電池25の容量維持率を示している。そして、所定時における二次電池25の容量維持率は、初期状態における二次電池25の容量に対する所定時の二次電池25の容量の割合である。
 又、図9において、第1電池に関する実験結果を線L1、第2電池に関する実験結果を線L2で示している。図9に示す第1電池及び第2電池のそれぞれの結果は、何れも、負極容量Q、正極容量Q及び正負極SOCずれ容量QLiのうち、正負極SOCずれ容量QLiが最小である。従って、第1電池及び第2電池の実験結果において、電池容量Q=正負極SOCずれ容量QLiとなっている。
 尚、自動車駆動用等の大電流が流れる二次電池25は、二次電池25の負極容量Q、正極容量Q、及び正負極SOCずれ容量QLiのうち、正負極SOCずれ容量QLiが最小となる領域でのみ使用されることが多い。即ち、大電流が流れる二次電池25において、電池容量Qは、正負極SOCずれ容量QLiとなることが多い。
 図9に示す具体例において、第1電池について、容量維持率が100%である状態から、第1電池を45℃の環境下でカレンダー劣化させ、容量維持率を92%まで下げた。このときの第1電池の容量低下は、各電極への被膜形成に起因するものが7.2%、各電極の活物質の表面に形成された被膜が割れることに起因するものが0.4%、各電極の活物質自体が割れることに起因するものが0.4%であった。
 一方、図9に示す具体例において、第2電池については、容量維持率が100%である状態から、第2電池を45℃の環境下でサイクル劣化させ、容量維持率を92%まで下げた。このときの第2電池の容量の低下は、各電極への被膜形成に起因するものが4.0%、各電極の活物質の表面に形成された被膜が割れることに起因するものが1.6%、各電極の活物質自体が割れることに起因するものが2.4%であった。
 つまり、互いに同じ容量維持率、正負極SOCずれ容量QLiの第1電池及び第2電池であっても、それまでの使用状況により、正負極SOCずれ容量QLiに関する式(14)を構成する各関数の値が第1電池と第2電池とで相違することがわかる。
 そして、容量維持率を92%とした第1電池と第2電池とを、サイクル劣化とカレンダー劣化とを組み合わせて同じ条件で劣化させた。図9に示すように、容量維持率が92%以下である領域において、第2電池の劣化状態を示す線L2の傾きの方が、第1電池の劣化状態を示す線L1の傾きよりも大きくなっている。即ち、この条件においては、最初にサイクル劣化させた第2電池の方が、最初にカレンダー劣化させた第1電池よりも劣化が早くなっていることがわかる。
 これにより、互いに同じ容量維持率の二次電池25でも、それまでの二次電池25の使用状況によって、その後の二次電池25の劣化の進行度合いが異なることがわかる。又、正負極SOCずれ容量QLiを、各電極への被膜形成を考慮した関数、各電極の活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数、各電極の活物質自体が割れることを考慮した関数に基づいて算出することで、高精度の電池容量Qを算出できる。尚、電池容量Qが負極容量Q又は正極容量Qとなる場合も同様である。
 又、負極抵抗R、正極抵抗Rについても、それぞれ複数の劣化要因を考慮して算出されている。その為、前述の電池容量Qが高精度に算出される論理と同様の論理から、負極抵抗R、正極抵抗Rについても高精度に算出できる。
 図4に戻り、ステップS4以後の処理について説明する。ステップS4においては、二次電池25について、ステップS3で算出された電池状態となった複数の劣化要因を抽出する。ここで、初期状態の二次電池25の状態と、現時点における二次電池25の状態との差をトータル劣化量Zという。
 トータル劣化量Zには、カレンダー劣化に起因するカレンダー劣化量Zaと、サイクル劣化に起因するサイクル劣化量Zbと、その他の劣化要因に起因する劣化量Zcが含まれている。従って、トータル劣化量Zは、次の式(15)のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 
 カレンダー劣化量Zaは、カレンダー劣化に起因する二次電池25の劣化量である。カレンダー劣化は、二次電池25に対する通電によらず、時間経過により進行し、二次電池25の電池温度Tを高くすることで、より進行する傾向を示す。又、カレンダー劣化は、活物質の表面に被膜が形成されることによって進行すると考えられる。
 上述したように、被膜は二次電池25の電解液やその添加剤の酸化還元分解といった化学反応により生成する為、アレニウス則に従って形成される為、カレンダー劣化量Zaは、電池温度Tの関数によって表すことができる。又、被膜形成は酸化還元に起因する為、ターフェル則に従う。従って、カレンダー劣化量Zaは、閉回路電位CCPの関数によって表すことができる。以上より、上述した式(12)~式(14)における被膜の形成を考慮した関数を用いた式(16)によって、カレンダー劣化量Zaを求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 
 サイクル劣化量Zbは、サイクル劣化に起因する二次電池25の劣化量である。サイクル劣化は、二次電池25の通電により進行し、二次電池25の電池温度が低い状態での通電によって、より進行する傾向を示す。又、サイクル劣化は、各電極等の膨張収縮に起因しており、活物質の表面に形成された被膜が割れることによって進行すると考えられる。
 上述したように、表面被膜の割れ(クラック)は、二次電池25の充放電サイクルの繰り返しに伴い、活物質の膨張収縮が繰り返されることによって進行する。これにより、被膜の割れ目から露出した表面に新たな被膜が形成されることで被膜量が増加する為、更に劣化が進行する。そして、変化量ΔDODが大きい程、活物質の膨張収縮の度合いが大きくなる。その為、サイクル劣化量Zbは、変化量ΔDODの関数によって表すことができる。以上より、上述した式(12)~式(14)における活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数を用いた式(17)によって、サイクル劣化量Zbを求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 
 以上のように、現時点における二次電池25のトータル劣化量Zにおけるカレンダー劣化量Za、サイクル劣化量Zbを、式(16)、式(17)から求めることができる。これにより、現時点における二次電池25の劣化に関して、活物質の表面に被膜が形成されることに起因するカレンダー劣化と、活物質の表面に形成された被膜が割れることに起因するサイクル劣化の何れが強く影響を与えているかを評価することができる。
 ステップS5では、電池診断システム1は、取扱条件の設定を行う。取扱条件とは、予測電池状態等を用いた二次電池25の診断結果と共に、提案される提案内容に関する指針となる条件であり、二次電池25の将来的な使用予定(二次電池25の使用を終了する年等)の期間条件も含まれている。
 第1実施形態においては、メンテナンスに関する取扱条件が、ユーザーUの情報端末10から入力される。第1実施形態の取扱条件には、メンテナンスに要する費用に関する費用条件や、メンテナンス完了までに要する期間等についての期間条件が含まれている。
 ステップS6においては、電池診断システム1は、将来的に使用した場合に二次電池25に作用すると考えられる予測電池負荷を取得して、予測電池状態を算出する為の条件として設定する。
 第1実施形態では、予測電池負荷には、予測電池負荷の大きさを複数段階に分けて生成される予測電池負荷と、ステップS1で取得された電池負荷履歴から学習したユーザー特性に従った予測電池負荷が含まれている。これらの予測電池負荷は、情報端末10を用いたユーザーUの選択に応じて生成され、予測電池状態等の算出に利用される。
 図10に示すように、第1実施形態に係る電池診断システム1では、「予測電池負荷(1)」「予測電池負荷(2)」「予測電池負荷(3)」「予測電池負荷(4)」等の複数種類の予測電池負荷が生成される。各予測電池負荷には、二次電池25に対する充電に関する事項も含まれており、一般的な通常充電と、通常充電よりも大電力を用いて短時間に充電を完了する急速充電の種別も含まれている。
 「予測電池負荷(1)」は、一日あたりの車両Vの走行距離が450km/dとなるように生成された予測電池負荷である。つまり、予測電池負荷(1)は、ステップS6において、予測電池負荷の大きさとして「大」がユーザーUによって選択された場合の予測電池負荷の一例に相当する。
 「予測電池負荷(2」は、一日あたりの車両Vの走行距離が150km/dとなるように生成された予測電池負荷である。つまり、予測電池負荷(2)は、ステップS6において、予測電池負荷の大きさとして「中」がユーザーUによって選択された場合の予測電池負荷の一例に相当する。
 「予測電池負荷(3)」は、一日あたりの車両Vの走行距離が100km/dとなるように生成された予測電池負荷である。つまり、予測電池負荷(3)は、ステップS6において、予測電池負荷の大きさとして「大」がユーザーUによって選択された場合の予測電池負荷の一例に相当する。
 「予測電池負荷(4)」は、電池負荷履歴の学習結果に従って生成された予測電池負荷である。図10に示すように、予測電池負荷(4)は、予測電池負荷(2)の特徴の一部と、予測電池負荷(3)の特徴の一部を有しており、蓄積した電池負荷履歴の学習結果に基づいて生成されている。従って、予測電池負荷(4)は、ステップS6において、予測電池負荷として「学習」がユーザーUによって選択された場合の予測電池負荷の一例に相当する。
 尚、予測電池負荷としては、二次電池25が将来的に使用された場合において、二次電池25に作用する負荷の大きさに相関を有していれば良く、例えば、二次電池25の使用頻度、充放電電流値、電池温度等を含めることができる。又、車両Vの運転のように、ユーザーUの使用特性(例えば、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作及び操作頻度)が二次電池25に作用する負荷に影響を与える場合には、ユーザーUの使用特性を、予測電池負荷を構成する情報に含めても良い。
 ステップS7では、電池診断システム1は、ステップS6で設定された予測電池負荷に従って、二次電池25を使用した場合に将来的に生じる予測要素劣化状態SOHQp、SOHQp、SOHQLip、SOHRp、SOHRpのそれぞれを算出する。
 つまり、電池診断システム1は、二次電池25の負極の複数の劣化要因に基づいて、負極の予測要素劣化状態SOHQp、SOHRpを算出する。そして、電池診断システム1は、二次電池25における正極の複数の劣化要因に基づいて、正極の予測要素劣化状態SOHQp、SOHRpを算出する。又、電池診断システム1は、二次電池25における電解質の複数の劣化要因に基づいて電解質の予測要素劣化状態SOHQLipを算出する。各電池構成要素の劣化要因については、上述したステップS2~ステップS4における各電池構成要素の劣化要因と同様である。
 続いて、電池診断システム1は、予測電池負荷に従って二次電池25を使用した場合に将来的に生じる二次電池25全体の劣化状態である予測電池状態SOHQp、SOHRpを算出する。
 予測電池状態SOHQpは、予測要素劣化状態SOHQp、SOHQp、SOHQLipの最小値を取ることで算出されるものであり、容量に関する二次電池25の将来的な劣化状態を示す。つまり、SOHQp=min(SOHQp,SOHQp,SOHQLip)である。
 予測電池状態SOHRpは、予測要素劣化状態SOHRp、SOHRpの和によって算出されるものであり、抵抗に関する二次電池25の将来的な劣化状態を示す。つまり、SOHRp=SOHRp+SOHRpである。又、電池状態の算出時と同様の理論を用いて、予測カレンダー劣化量、予測サイクル劣化量を算出できる。
 ステップS8においては、電池診断システム1は、算出した予測電池状態SOHQp、SOHRpを用いて、予測電池負荷に従った使用の後の二次電池25に関するランク分けを実行する。二次電池25のランク分けは、基本的に、二次電池25の容量に関する容量ランクと、二次電池25の抵抗に関する抵抗ランクとを対応付けて構成されたマップに基づいて行われる。
 二次電池25の容量ランクは、予測電池負荷に従った使用態様で要求される二次電池25の能力と、ステップS3で算出された電池状態SOHQe、ステップS7で算出された予測電池状態SOHQpに基づいて定められる。
 第1実施形態の場合、先ず、容量ランクの特定に際して、電池診断システム1は、寿命時間を算出する。具体的には、電池診断システム1は、現時点までの二次電池25に関する使用日数と電池状態SOHQeとの関係を算出する。次に、電池診断システム1は、予測電池負荷に係る使用態様で二次電池25を将来的に使用する場合の使用日数と、予測電池状態SOHQpとの関係を、予測電池負荷に従った使用態様で要求される二次電池25の能力を示す要求容量維持率となるまで算出する。寿命時間は、予測電池負荷に従った使用を開始した時点から、二次電池25の容量維持率が要求容量維持率となるまでの時間である。
 同様に、容量ランクの特定に際して、電池診断システム1は寿命走行距離を算出する。電池診断システム1は、現時点までに二次電池25を搭載した車両Vが走行した走行距離と、電池状態SOHQeとの関係を算出する。次に、電池診断システム1は、予測電池負荷に係る使用態様で二次電池25を搭載した車両Vが将来的に走行する場合の走行距離と、予測電池状態SOHQpとの関係を、予測電池状態SOHQpの値が要求容量維持率となるまで算出する。寿命走行距離は、二次電池25の予測電池状態SOHQpが要求容量維持率となるときの、予測電池負荷に従った使用を開始した時点からの走行距離を意味する。
 そして、電池診断システム1は、寿命時間と、寿命走行距離と、容量ランクとの関係を予め算定したマップを用いて、容量ランクを決定する。例えば、電池診断システム1は、寿命時間が長く、且つ、寿命走行時間が長いものほど、容量ランクを高くする。第1実施形態では、容量ランクをA~Hの文字を用いてランク付けを行い、容量ランクは、Aが最もランクが高く、アルファベット順にランクが下がっていくものとする。
 二次電池25の抵抗ランクについては、予測電池負荷に従った使用態様で要求される二次電池25の能力と、ステップS3で算出された電池状態SOHRe、ステップS7で算出された予測電池状態SOHRpに基づいて定められる。
 第1実施形態の場合、先ず、抵抗ランクの特定に際して、電池診断システム1は、予測電池負荷に係る使用態様で要求される要求日数を算出する。具体的には、電池診断システム1は、現時点までの二次電池25に関する使用日数と電池状態SOHReとの関係を算出する。
 次に、電池診断システム1は、予測電池負荷に係る使用態様で二次電池25を将来的に使用する場合の使用日数と、予測電池状態SOHRpとの関係を、予測電池負荷に従った使用態様で要求される二次電池25の能力を示す要求抵抗増加率となるまで算出する。抵抗ランクに関する寿命時間は、予測電池負荷に従った使用を開始した時点から、二次電池25の抵抗増加率が要求抵抗増加率となるまでの時間である。
 同様に、抵抗ランクの特定に際して、電池診断システム1は寿命走行距離を算出する。電池診断システム1は、現時点までに二次電池25を搭載した車両Vが走行した走行距離と、電池状態SOHReとの関係を算出する。
 次に、電池診断システム1は、予測電池負荷に係る使用態様で二次電池25を搭載した車両Vが将来的に走行する場合の走行距離と、予測電池状態SOHRpとの関係を、予測電池状態SOHRpの値が要求抵抗増加率となるまで算出する。抵抗ランクに係る寿命走行距離は、二次電池25の予測電池状態SOHRpが要求抵抗増加率となるときの、予測電池負荷に従った使用を開始した時点からの走行距離を意味する。
 そして、電池診断システム1は、抵抗ランクに関して算出された寿命時間及び寿命走行距離と、抵抗ランクとの関係を予め算定したマップを用いて、抵抗ランクを決定する。例えば、電池診断システム1は、寿命時間が長く、且つ、寿命走行時間が長いものほど、抵抗ランクを高くする。第1実施形態では、抵抗ランクをA~Hの文字を用いてランク付けを行い、抵抗ランクは、Aが最もランクが高く、アルファベット順にランクが下がっていくものとする。
 その後、電池診断システム1は、決定した容量ランク及び抵抗ランクを用いて、予測電池負荷に係る使用態様で二次電池25を使用した場合の二次電池25の残価値をランク付けする。図11に示すように、容量ランクが高く、且つ、抵抗ランクが高いほど、二次電池25の残価値が高いものとして、ランク付けが行われる。
 この時、同一のランク帯における二次電池25の残価値の高低を評価する為に、予測劣化要因(予測カレンダー劣化量及び予測サイクル劣化量)に基づく評価を行っても良い。電池診断システム1は、予測カレンダー劣化量と予測サイクル劣化量の比率を、予測電池負荷に係る使用態様での要求能力に基づく基準で評価して、同一ランク帯での残価値の評価を行う。
 ステップS9では、電池診断システム1は、電池状態SOHQe、SOHRe、予測電池状態SOHQp、SOHRp、二次電池25のランク等の情報と、記憶装置53に格納されているマップを用いて、二次電池25の残価値を算出する。
 残価値の評価に利用する情報として、要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLie、SOHRe、SOHRe、カレンダー劣化量Za、サイクル劣化量Zbを用いても良い。又、予測要素劣化状態SOHQp、SOHQp、SOHQLip、SOHRp、SOHRp、予測カレンダー劣化量、予測サイクル劣化量を用いて、残価値の評価を行うことも可能である。
 例えば、二次電池25の各構成要素に対してそれぞれ定められた基準値と、予測要素劣化状態SOHQp、SOHQp、SOHQLip、SOHRp、SOHRpを用いて定められたマップに従って、二次電池25の残価値を金額として算出する。この時、基準値の値を、二次電池25に関する市場価値や、予測電池負荷に係る使用態様に応じて変更しても良い。
 ステップS10においては、電池診断システム1は、電池状態SOHQe、SOHRe、予測電池状態SOHQp、SOHRp、二次電池25のランク等の情報と、ステップS5で設定された取扱条件に基づいて、推奨取扱態様を抽出する。
 推奨取扱態様の抽出に利用する情報として、要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLie、SOHRe、SOHRe、カレンダー劣化量Za、サイクル劣化量Zbを用いても良い。又、予測要素劣化状態SOHQp、SOHQp、SOHQLip、SOHRp、SOHRp、予測カレンダー劣化量、予測サイクル劣化量を用いて、推奨取扱態様を抽出することも可能である。
 第1実施形態では、二次電池25のメンテナンス手法に関する推奨取扱態様が抽出される。ここで、二次電池25は、複数の電池モジュールをユニット化した電池パックによって構成されている。
 この為、電池パックにおける各電池モジュールの配置によって、電池モジュールの放熱性能に差が生じ、電池モジュール毎に電池温度Tが相違することが考えられる。上述したように、二次電池25における劣化の進行には、電池温度Tが大きく影響する為、各電池モジュールにおける劣化の進行度合いにも差が生じる。
 二次電池25の性能は、電池パックを構成する電池モジュールの内、最も性能の低い電池モジュール(即ち、最も劣化の進行した電池モジュール)によって定められてしまう。この為、二次電池25の性能を効率よく発揮させる為には、適切なメンテナンスを行うことが重要となる。第1実施形態では、電池診断システム1は、現在の二次電池25の状態及び予測電池負荷に係る使用態様での使用を鑑み、適切なメンテナンス手法を提示する。
 二次電池25に対するメンテナンス手法としては、中古電池パックへの交換、新品電池パックへの交換、電池モジュールの組換え、電池モジュールの交換等を挙げることができる。中古電池パックへの交換は、電池パック自体を、中古の電池パックと交換するメンテナンス手法である。新品電池パックへの交換は、電池パック自体を、新品の電池パックと交換するメンテナンス手法である。
 電池モジュールの組換えは、電池パックを構成する複数の電池モジュールの配置を変更して、電池パックとしての性能をより高い状態にする為のメンテナンス手法である。電池モジュールの交換とは、電池パックを構成している電池モジュールの内、劣化の進行している電池モジュールを、新品又は中古の電池モジュールに交換するメンテナンス手法である。
 電池診断システム1は、電池状態SOHQe、SOHRe、予測電池状態SOHQp、SOHRp、二次電池25のランク等の情報と、ステップS5で設定された取扱条件に基づいて、推奨取扱態様としての推奨メンテナンス手法を抽出する。
 この時、取扱条件として、メンテナンスに関する費用条件や期間条件が設定されていた場合、修理工場Fから入力された情報や、ディーラーDから入力された情報を加えて、推奨メンテナンス手法が抽出される。
 具体的に、取扱条件が費用条件を含む場合、修理工場Fで入力されたメンテナンスに関する工賃の情報や、ディーラーDで入力されたメンテナンスに要する部品(例えば、電池モジュール)の価格に関する情報が参照される。これにより、費用条件に適合する推奨メンテナンス手法を抽出することができる。
 又、取扱条件が期間条件を含む場合、修理工場Fで入力されたメンテナンスに関する作業予約状況や所要時間に関する情報や、ディーラーDで入力されたメンテナンスに要する部品(例えば、電池モジュール)の納期に関する情報が参照される。これにより、期間条件に適合する推奨メンテナンス手法を抽出することができる。
 予測電池情報等を用いて推奨取扱態様が抽出されると、電池診断システム1は、推奨取扱態様に関する情報を記憶装置53に格納して、ステップS11に処理を進める。
 ステップS11においては、電池診断システム1は、ステップS10までの処理で得られた診断結果を出力する。診断結果としては、現時点における二次電池25の劣化の状態、予測電池負荷に係る使用態様で使用した場合の二次電池25の劣化の状態、推奨取扱態様等を含めることができる。
 現時点における二次電池25の劣化の状態としては、電池状態SOHQe、SOHRe、要素劣化状態SOHQe、SOHQe、SOHQLie、SOHRe、SOHRe、カレンダー劣化量Za、サイクル劣化量Zbを挙げることができる。
 予測電池負荷に係る使用態様で使用した場合の二次電池25の劣化の状態としては、予測電池状態SOHQp、SOHRp、予測要素劣化状態SOHQp、SOHQp、SOHQLip、SOHRp、SOHRpを挙げることができる。更に、予測カレンダー劣化量、予測サイクル劣化量も利用することができる。
 診断結果の出力態様は、図示しないプリンターを介して、紙媒体に印刷する態様であっても良いし、各ユーザーU等が所有する情報端末10の画面に表示させる態様であっても良い。診断結果を出力した後、電池診断システム1は、電池診断処理を終了する。
 以上説明したように、第1実施形態に係る電池診断システム1は、電池負荷履歴の構成データの一部が欠落していた場合、ステップS23のデータ補間処理を実行して、構成データの残りの部分を用いて、欠落している構成データの一部を推定して補間する。図6に示すように、データ補間処理では、外挿法とは異なり、或る既知のデータ列を基にして、そのデータ列の各区間の範囲内を埋めるデータが生成される。
 この為、電池診断システム1では、電池負荷履歴の構成データの一部が欠落していた場合であっても、精度の良い電池負荷履歴を取得することができる。更に、電池診断システム1では、精度の良い電池負荷履歴を用いて、二次電池25の要素劣化状態、電池状態及び劣化要因が推定され、電池状態及び劣化要因と、予測電池負荷を用いて、将来的に発生する二次電池25の予測電池状態が予測される。従って、電池診断システム1によれば、電池負荷履歴の一部が欠落している場合であっても、現時点における二次電池25の劣化状態に基づいて、将来的な二次電池25の予測電池状態等をより高い精度で診断することができる。
 又、電池診断システム1によれば、ステップS6において、二次電池25の今後の使用態様に従って二次電池25が使用された場合に、二次電池25にかかると予測される負荷を特定した予測電池負荷が生成される。
 これにより、電池診断システム1は、二次電池25の今後の使用態様に即した予測電池負荷を用いて、予測電池状態等の予測を行うことができ、より精度の高い二次電池25の劣化に関する診断結果を提供することができる。
 更に、電池診断システム1によれば、ステップS6において、電池負荷履歴を用いた学習結果に従って生成された予測電池負荷を設定することができ、設定された予測電池負荷を用いた予測電池状態等の予測を行うことができる。
 電池負荷履歴を用いた学習結果は、高い頻度で行われた二次電池25の使用態様に対応する。従って、電池診断システム1は、予測電池状態等の予測に際し、最も実現性の高い予測電池負荷を設定することができ、少ない負担で、且つ、精度の良い予測電池状態等の予測結果を提供することができる。
 更に、電池診断システム1は、ステップS9において、二次電池25の予測電池状態等を用いて、予測電池負荷に係る使用態様で使用した場合の二次電池25の残価値を評価する。
 これにより、将来的な二次電池25の残価値を把握することができるので、予測電池負荷に係る使用態様との対比によって、二次電池25の将来的な使用態様を調整することができ、二次電池25の残価値を所望の状態に近づけることができる。
 又、電池診断システム1は、ステップS8において、二次電池25の予測電池状態に関して、容量ランク及び抵抗ランクを用いたランク分けを実行する。そして、電池診断システム1は、ステップS9において、ランク分けの結果を用いて、二次電池25の残価値の評価を行う。
 これにより、電池診断システム1は、ランク分けの結果を利用して、二次電池25の残価値が評価する為、二次電池25の残価値の評価をわかりやすく算出及び提示することができる
 又、電池診断システム1によれば、ステップS8にて、二次電池25のランク分けを行う際に、容量ランク及び抵抗ランクに加えて、予測カレンダー劣化量、予測サイクル劣化量を用いたランク付けを行う。
 これにより、電池診断システム1は、予測カレンダー劣化量、予測サイクル劣化量を用いることで、二次電池25の残価値を更に詳細に評価することができる。又、予測カレンダー劣化量、予測サイクル劣化量は、二次電池25におけるその後の劣化の進行の仕方に影響を与える為、二次電池25の残価値に関して詳細な評価を行うことができる。
 そして、電池診断システム1は、ステップS9において、二次電池25の構成要素(即ち、負極、正極及び電解質)に定められた基準値と、予測要素劣化状態とを用いて、二次電池25の残価値を金額として算出する。
 これにより、電池診断システム1は、二次電池25の残価値を明確に判断することができる。又、例えば、二次電池25の市場価値に連動して基準値を変化させることで、市場価値の変動に対応した二次電池25の残価値を算出することができ、より高い精度で二次電池25の残価値を提示することができる。
 又、電池診断システム1は、ステップS10において、二次電池25の予測電池状態等と、取扱条件とを用いて、二次電池25の残価値を更に高めることができる取扱態様を抽出して提案する。
 これにより、電池診断システム1によれば、提案された取扱態様を実行することで、二次電池25の残価値を高めることができる。又、取扱態様が具体的に提案される為、二次電池25の残価値を効率よく高めることができる。
 そして、電池診断システム1は、ステップS5で入力された取扱条件を用いて、二次電池25の残価値を更に高めることができる取扱態様を抽出する。ステップS5における取扱条件の設定は、例えば、ユーザーUの情報端末10等において入力される。
 従って、電池診断システム1では、取扱態様の抽出に、当事者(例えば、ユーザーU)の意図を反映させることができ、より当事者が望む態様で、二次電池25の残価値を高めることができる。
 (第2実施形態)
 次に、上述した実施形態と異なる第2実施形態について、図12~図14を参照して説明する。第2実施形態では、電池診断システム1を適用する業態が第1実施形態と相違している。その他の電池診断システム1の基本的構成等については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 第2実施形態に係る電池診断システム1は、自らが所有する複数の二次電池25を、複数のユーザーUに対して貸し出すと共に、複数の二次電池25の保守及び管理を行うバッテリ―ステーションBSに適用されている。第2実施形態に係る電池診断システム1は、バッテリ―ステーションBSにおける複数の二次電池25の劣化の進行度合いを管理し、所望の態様で二次電池25の保守作業を行う為の提案を行う。
 先ず、第2実施形態に係る電池診断システム1の構成について説明する。図12に示すように、バッテリ―ステーションBSには、管理サーバ50と、複数の二次電池25が配置されている。又、第2実施形態に係る電池診断システム1において、ユーザーUには、貸与された二次電池25と、情報端末10を有している。情報端末10、二次電池25及び管理サーバ50の構成については、第1実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 次に、第2実施形態に係る電池診断システム1の電池診断処理について説明する。第2実施形態では、電池パック単位で電池状態の算出等が行われる。第2実施形態のステップS1では、ユーザーUに貸与されている二次電池25又はバッテリ―ステーションBSに配置されている二次電池25の電池負荷履歴が取得される。
 第2実施形態のステップS2~ステップS4では、電池診断システム1における全ての二次電池25を対象として、要素劣化状態の算出、電池状態の算出、劣化要因の抽出が行われる。ステップS2~ステップS4の各処理の内容は第1実施形態と同様である。
 第2実施形態に係るステップS5では、取扱条件の設定が行われる。第2実施形態においては、バッテリ―ステーションBSとしての取扱条件が、管理サーバ50の入力デバイスを用いて設定される。
 第2実施形態に係る取扱条件として、複数の二次電池25の保守を順次実行する順次保守と、全ての二次電池25の保守を同時に行う同時保守とが含まれている。第2実施形態に係る取扱条件について、図13、図14を参照して説明する。
 図13、図14の説明において、理解を容易にする為、電池診断システム1を構成する二次電池25の数を3つとして、それぞれ二次電池(1)、二次電池(2)、二次電池(3)と呼ぶ。又、図13、図14における左側のグラフは、ステップS5に移行した時点の電池状態を示しており、二次電池(2)、二次電池(1)、二次電池(3)の順で大きく劣化が進行している。
 先ず、第2実施形態における取扱条件として、順次保守について説明する。上述したように、順次保守は、電池診断システム1の二次電池25を複数のグループに分け、グループごとに二次電池25の保守を順次行うように定める取扱条件である。この為、順次保守が設定された場合の取扱態様として、グループごとに、予測電池状態で特定される劣化量が異なるように、二次電池25と、二次電池25を使用するユーザーUとの組み合わせが定められる。
 例えば、図13に示す例では、予測電池負荷にしたがって使用した結果、二次電池(2)、二次電池(1)、二次電池(3)の順番で、保守基準となる劣化量に到達するように、各二次電池25とユーザーUとの組み合わせが定められる。
 次に、第2実施形態における取扱条件である同時保守について説明する。上述したように、同時保守は、電池診断システム1の二次電池25の全てについて、同時に保守を行うように定める取扱条件である。この為、同時保守が設定された場合の取扱態様として、全ての二次電池25について、予測電池状態で特定される劣化量が同じにように、二次電池25と、二次電池25を使用するユーザーUとの組み合わせが定められる。
 例えば、図14に示す例では、予測電池負荷にしたがって使用した結果、二次電池(1)、二次電池(2)、二次電池(3)の全てが、保守基準となる劣化量に同時に到達するように、各二次電池25とユーザーUとの組み合わせが定められる。
 第2実施形態に係るステップS6では、各ユーザーUの情報端末10にて、入力された将来的な二次電池25の使用態様に基づいて予測電池負荷が生成され、二次電池25に対する予測電池負荷として設定される。
 第2実施形態に係るステップS7~ステップS9では、設定された予測電池負荷を用いた予測電池状態の算出、ランク分けの実行、残価値の評価が行われる。これらの点については、第1実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 第2実施形態に係るステップS10では、電池診断システム1は、電池状態SOHQe、SOHRe、予測電池状態SOHQp、SOHRp、二次電池25のランク等の情報と、ステップS5で設定された取扱条件に基づいて、推奨取扱態様を抽出する。
 例えば、順次保守が取扱条件として設定されていた場合、図13の右側に示すように、グループごとに、予測電池状態で特定される劣化量が異なるように、二次電池25と、二次電池25を使用するユーザーUとの組み合わせを定めた推奨取扱態様が定められる。
 又、同時保守が取扱条件として設定されていた場合、図14の右側に示すように、全ての二次電池25における予測電池状態で特定される劣化量が等しくなるように、二次電池25と、ユーザーUとの組み合わせを定めた推奨取扱態様が定められる。推奨取扱態様を抽出した後、ステップS11に移行する。
 ステップS11では、電池診断システム1は、ステップS10までの処理で得られた診断結果を出力する。診断結果としては、現時点における二次電池25の劣化の状態、予測電池負荷に係る使用態様で使用した場合の二次電池25の劣化の状態、推奨取扱態様等を含めることができる。第2実施形態では、診断結果の出力先として、バッテリ―ステーションBSが定められる。出力態様としては、バッテリ―ステーションBSに配置されたディスプレイに表示しても良いし、紙媒体へ印刷出力しても良い。
 以上説明したように、第2実施形態に係る電池診断システム1は、バッテリ―ステーションBSのような業態に適用した場合であっても、上述した実施形態と同様の構成から、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
 (第3実施形態)
 続いて、上述した実施形態と異なる第3実施形態について、図15、図16を参照して説明する。第3実施形態では、電池診断システム1を適用する業態が上述した実施形態と相違している。その他の電池診断システム1の基本的構成等については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 第3実施形態に係る電池診断システム1は、ユーザーUが所有する二次電池25の電力と、電力会社ECや電力需要者DMの電力需要と、をバランスよく調停するアグリゲーターAGに適用されている。
 第3実施形態に係る電池診断システム1は、電力会社ECや電力需要者DMの電力需要に対応すると共に、各ユーザーUの二次電池25からの売電利用に伴う利益及び劣化の進行との適切なバランスをとるように調停する。尚、図15では、ユーザーUの二次電池25から、電力供給ESや電力需要者DMへの電力供給ESを破線で示している。
 第3実施形態に係る電池診断システム1では、ユーザーUにおける余剰電力を売電利用して効果的に利益を上げる点に関する提案がなされる。この点について、或るユーザーUにおける電力バランスを例に挙げて説明する。
 図16は、或るユーザーUの消費電力量Pcoと、二次電池25の充電電力量の時系列変化を示している。ユーザーUは、2つの二次電池25を所有しており、夫々、二次電池(A)、二次電池(B)という。図16において、二次電池(A)の充電電力量を充電電力量CPaといい、二次電池(B)の充電電力量を充電電力量CPbという。
 この具体例の場合、充電電力量CPaと消費電力量Pcoとの関係、充電電力量CPbと消費電力量Pcoとの関係から、それぞれ、余剰電力が生じていることがわかる。第3実施形態に係る電池診断システム1は、ユーザーUにおける余剰電力を有効に活用して、ユーザーUに利益を提供するように構成されている。
 次に、第3実施形態に係る電池診断システム1の構成について説明する。図15に示すように、アグリゲーターAGには、管理サーバ50が配置されている。又、第3実施形態に係る電池診断システム1において、ユーザーUは、ユーザーUが所有する二次電池25と、情報端末10を有している。
 又、電力会社EC及び電力需要者DMに対しても、情報端末10が配置されている。電力供給ES及び電力需要者DMの情報端末10は、各々の電力需要に関する情報の入力に用いられる。情報端末10、二次電池25及び管理サーバ50の構成については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 続いて、第3実施形態に係る電池診断システム1の電池診断処理について説明する。第3実施形態では、電池パック単位で電池状態の算出等が行われる。第3実施形態のステップS1では、ユーザーUの所有する二次電池25の電池負荷履歴が取得され、管理サーバ50へ送信される。第3実施形態に係る電池負荷履歴には、電力会社ECや電力需要者DMへの売電に関する情報も含まれている。
 第3実施形態のステップS2~ステップS4では、電池診断システム1における全ての二次電池25を対象として、要素劣化状態の算出、電池状態の算出、劣化要因の抽出が行われる。ステップS2~ステップS4の各処理の内容は上述した実施形態と同様である。
 そして、第3実施形態のステップS5では、電力調停に関する取扱条件の設定が行われる。第3実施形態に係る取扱条件は、ユーザーUが所有する二次電池25の残価値コストと、電力会社ECや電力需要者DMへの売電コストとの観点から、電力需要と電力供給の適切な組み合わせを定めている。
 第3実施形態に係るステップS6では、ユーザーUの情報端末10にて、入力された将来的な二次電池25の使用態様に基づいて、ユーザーU自身での電力消費に関する予測電池負荷が生成される。又、電力会社EC、電力需要者DMの情報端末10における電力需要と買電価格の入力に伴って、ユーザーUの売電利用に係る予測電池負荷が生成される。
 第3実施形態に係るステップS7~ステップS9では、設定された予測電池負荷を用いた予測電池状態の算出、ランク分けの実行、残価値の評価が行われる。これらの点については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 第3実施形態に係るステップS10では、電池診断システム1は、電池状態SOHQe、SOHRe、予測電池状態SOHQp、SOHRp、二次電池25のランク等の情報と、ステップS5で設定された取扱条件に基づいて、推奨取扱態様を抽出する。
 例えば、図16に示す例に従って、推奨取扱態様を説明すると、二次電池(B)の余剰電力を、二次電池(A)の充電電力にまわすという取扱態様を推奨取扱態様として考えることができる。又、二次電池(B)の余剰電力を、外部の電力系統である電力会社EC又は電力需要者DMに売電する取扱態様を推奨取扱態様として想定することができる。推奨取扱態様を抽出した後、電池診断システム1は、ステップS11に処理を移行する。
 ステップS11では、電池診断システム1は、ステップS10までの処理で得られた診断結果を出力する。診断結果としては、現時点における二次電池25の劣化の状態、予測電池負荷に係る使用態様で使用した場合の二次電池25の劣化の状態、推奨取扱態様等を含めることができる。第3実施形態では、診断結果の出力先として、電力調停の当事者であるユーザーUが定められる。出力態様としては、ユーザーUが所有する情報端末10のディスプレイに表示しても良いし、紙媒体へ印刷出力しても良い。
 第3実施形態に係る電池診断システム1によれば、二次電池25の電力を用いた電力調停を行うアグリゲーターAGに適用した場合でも、上述した実施形態と同様の構成から、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
 (第4実施形態)
 次に、上述した実施形態と異なる第4実施形態について、図17を参照して説明する。第4実施形態では、電池診断システム1を適用する業態が上述した実施形態と相違している。その他の電池診断システム1の基本的構成等については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 第4実施形態に係る電池診断システム1は、二次電池25を搭載した車両Vを、ユーザーUに販売する中古車業者UCDに適用されている。第4実施形態に係る電池診断システム1は、中古車業者UCDが所有する複数台の車両Vについて、二次電池25の劣化状態を診断し、ユーザーUが望む使用態様、劣化状態に該当する車両Vを提案するように構成されている。
 次に、第4実施形態に係る電池診断システム1の構成について説明する。図17に示すように、中古車業者UCDは、管理サーバ50と、二次電池25が搭載された複数台の車両V(即ち、電気自動車)とを有している。
 又、第4実施形態における各ユーザーUは、それぞれ情報端末10を有している。ユーザーUは、購入後の使用予定や要求する走行距離、二次電池25の寿命等の情報を、情報端末10を用いて入力する。ユーザーUにより入力された情報は、中古車業者UCDの管理サーバ50へ送信され、予測電池負荷や取扱条件を構成する。情報端末10、二次電池25及び管理サーバ50の構成については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 続いて、第4実施形態に係る電池診断システム1の電池診断処理について説明する。第4実施形態では、電池パック単位で電池状態の算出等が行われる。第4実施形態のステップS1では、中古車業者UCDが所有する二次電池25の電池負荷履歴が取得される。
 第4実施形態のステップS2~ステップS4では、車両Vの二次電池25を対象として、要素劣化状態の算出、電池状態の算出、劣化要因の抽出が行われる。ステップS2~ステップS4の各処理の内容は上述した実施形態と同様である。
 そして、第4実施形態のステップS5では、ユーザーUの情報端末10における入力に基づいた取扱条件の設定が行われる。第4実施形態に係る取扱条件は、購入する車両Vに対してユーザーUが要求する条件により構成される。従って、取扱条件を構成する情報として、車種、年式、走行距離、使用予定期間、使用用途等が含まれる。
 第4実施形態に係るステップS6では、ユーザーUの情報端末10にて、入力された将来的な二次電池25の使用態様に基づいて、予測電池負荷が生成される。第4実施形態に係るステップS7~ステップS9では、設定された予測電池負荷を用いた予測電池状態の算出、ランク分けの実行、残価値の評価が行われる。これらの点については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。
 第4実施形態に係るステップS10では、電池診断システム1は、電池状態SOHQe、SOHRe、予測電池状態SOHQp、SOHRp、二次電池25のランク等の情報と、ステップS5で設定された取扱条件に基づいて、推奨取扱態様を抽出する。この場合、電池診断システム1は、中古車業者UCDが所有する車両Vの中から、ユーザーUが入力した取扱条件に合致する車両Vの情報を、推奨取扱態様として抽出する。推奨取扱態様を抽出した後、電池診断システム1は、ステップS11に処理を移行する。
 尚、推奨取扱態様として、取扱条件に適合する複数台の車両Vに関する情報を抽出しても良い。又、抽出した車両Vの情報として、中古車としての販売価格の情報を付加しても良い。
 ステップS11では、電池診断システム1は、ステップS10までの処理で得られた診断結果を出力する。診断結果としては、車両Vの情報に加えて、現時点における二次電池25の劣化の状態、予測電池負荷に係る使用態様で使用した場合の二次電池25の劣化の状態、推奨取扱態様等を含めることができる。第4実施形態では、診断結果の出力先として、購入予定者であるユーザーUが定められる。出力態様としては、ユーザーUが所有する情報端末10のディスプレイに表示しても良いし、紙媒体へ印刷出力しても良い。
 第4実施形態に係る電池診断システム1によれば、二次電池25を搭載した車両Vに関する中古車業者UCDに適用した場合でも、上述した実施形態と同様の構成から、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
 尚、第4実施形態に係る中古車業者UCDは、自らが所有する車両Vを、需要者であるユーザーUに販売する態様であったが、この態様に限定されるものではない。例えば、売主であるユーザーUと、買主であるユーザーUとの間を仲介する態様の中古車業者UCDに、電池診断システム1を適用することも可能である。この場合、電池負荷履歴は、売主であるユーザーUから取得し、取扱条件や予測電池負荷の生成に必要な情報は、買主であるユーザーUからの入力によって設定される。仲介型の中古車業者UCDに電池診断システム1を適用した場合でも、第4実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
 本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
 本開示の電池診断システム1を適用可能な業態は、上述した実施形態に限定されるものではない。二次電池25の使用が前提となる業種であれば、様々な業態に適用することができる。例えば、ユーザーUが所有する電池自動車を、中古車業者UCDが買い取る際の見積り査定の方法として、電池診断システム1を適用しても良い。これによれば、ユーザーUは、二次電池25の劣化状態や残価値等を把握することができるので、中古車
業者UCDによる査定価格の妥当性を判断することができる。
 上述した実施形態では、二次電池25を使用する使用装置として、二次電池25の電力を駆動源とする車両Vを採用していたが、この態様に限定されるものではない。電池負荷履歴を取得することができれば、二次電池25の使用装置として、種々の態様を採用することができる。又、電池診断システム1を構成する使用装置は、一種類(例えば、車両)に限定されるものではなく、電池負荷履歴を取得することができれば、複数種類の使用装置を採用することも可能である。
 又、電池診断システム1を構成する二次電池25の数や、将来的な二次電池25の使用態様である予測電池負荷の種類についても、上述した実施形態に限定されるものではない。予測電池状態等の算出負荷と、管理サーバ50の性能等に応じて、二次電池25の数や予測電池負荷の種類は、適宜変更することができる。
 そして、ステップS9における残価値の評価において、二次電池25の残価値を評価する手法は、上述した実施形態に限定されるものではない。電池診断システム1における二次電池25の残価値を評価する手法としては、二次電池25の残価値を評価することができれば、種々の方法を採用することができる。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (9)

  1.  使用された二次電池(25)に対する負荷の履歴である電池負荷履歴を取得する負荷履歴取得部(51a)と、
     前記電池負荷履歴の構成データに関して、前記構成データの一部が欠落していた場合、前記構成データの残りの部分を用いて、欠落している前記構成データの一部を推定して補間する補間処理部(51b)と、
     前記電池負荷履歴に基づいて、前記二次電池における現在の劣化状態と、前記劣化状態をもたらした劣化要因を推定する劣化推定部(51c)と、
     前記二次電池の今後の使用態様によって、前記二次電池にかかると予測される負荷を示す予測電池負荷と、前記劣化推定部で推定された前記二次電池の現在の前記劣化状態及び前記劣化要因を用いて、前記使用態様で使用された場合に将来的に発生する前記二次電池の予測劣化状態を予測して診断する劣化予測部(51d)と、
     前記劣化予測部で予測された前記二次電池の前記予測劣化状態を出力する出力部(51e)と、を有する電池診断システム。
  2.  前記二次電池の今後の前記使用態様に従って前記二次電池が使用された場合に、前記二次電池にかかると予測される負荷を特定して、前記予測電池負荷を生成する予測負荷生成部(51f)を有する請求項1に記載の電池診断システム。
  3.  前記予測負荷生成部は、前記電池負荷履歴を用いた学習結果に従って、前記電池負荷履歴に対応する前記使用態様で前記二次電池が使用された場合の前記予測電池負荷を生成する請求項2に記載の電池診断システム。
  4.  前記劣化予測部により予測された前記二次電池の前記予測劣化状態を用いて、今後の前記使用態様で使用した場合の前記二次電池の残価値を評価する残価値評価部(51g)と、を有する請求項1ないし3の何れか1つに記載の電池診断システム。
  5.  前記劣化予測部により予測された前記二次電池の電池構成要素の状態を用いて、前記二次電池の前記予測劣化状態に関して、前記二次電池のランク付けを行うランク特定部(51h)を有し、
     前記残価値評価部は、前記ランク特定部で定められた前記二次電池のランクを用いて、前記二次電池の残価値を評価する請求項4に記載の電池診断システム。
  6.  前記ランク特定部は、前記二次電池の電池構成要素の状態に加えて、前記劣化予測部により予測された前記二次電池の前記劣化要因を用いて、前記二次電池の前記予測劣化状態に関する前記二次電池のランク付けを行う請求項5に記載の電池診断システム。
  7.  前記残価値評価部は、前記二次電池の電池構成要素に対して定められた基準値と、前記劣化予測部により予測された前記二次電池の電池構成要素の状態とを用いて、前記二次電池の残価値を、金額として算出する請求項4ないし6の何れか1つに記載の電池診断システム。
  8.  前記残価値評価部により評価された前記二次電池の残価値と、前記二次電池の将来的な取扱いに関する取扱条件とを用いて、前記二次電池の残価値を高めることができる前記二次電池の将来的な取扱い態様を提案する提案部(51i)と、を有する請求項4ないし7の何れか1つに記載の電池診断システム。
  9.  前記二次電池の将来的な取扱いに関する取扱条件が入力される条件入力部(51j)を有し、
     前記提案部は、前記条件入力部で入力された取扱条件を用いて、前記二次電池の残価値を高めることができる前記二次電池の将来的な取扱い態様を提案する請求項8に記載の電池診断システム。
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