WO2023234395A1 - 電源装置、診断装置および診断方法 - Google Patents

電源装置、診断装置および診断方法 Download PDF

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WO2023234395A1
WO2023234395A1 PCT/JP2023/020503 JP2023020503W WO2023234395A1 WO 2023234395 A1 WO2023234395 A1 WO 2023234395A1 JP 2023020503 W JP2023020503 W JP 2023020503W WO 2023234395 A1 WO2023234395 A1 WO 2023234395A1
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WO
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deterioration
secondary battery
power supply
positive electrode
negative electrode
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PCT/JP2023/020503
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重輔 志村
公一 伊藤
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株式会社村田製作所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present technology relates to a power supply device, a diagnostic device, and a diagnostic method.
  • Patent Document 1 describes a method for determining whether or not a lithium ion secondary battery can be used for secondary purposes.
  • a positive electrode capacity retention rate, a negative electrode capacity retention rate, and a battery displacement capacity can be obtained as deterioration parameters. From these parameters, it is possible to appropriately determine whether or not the lithium ion secondary battery can be used for secondary purposes.
  • Patent Document 2 describes a control device that can change the setting value to match the secondary usage when the primary usage and secondary usage are different.
  • the control device described in Patent Document 2 when a lithium-ion battery is connected to a secondary usage site, information on input/output related to electric power is acquired with the new usage site, It can be a control method.
  • Patent Document 1 only determines whether or not secondary use is possible, and cannot specifically suggest what kind of secondary use should be performed. Therefore, without advanced expertise in understanding the implications of positive electrode capacity retention rate, negative electrode capacity retention rate, battery displacement capacity, and the internal state of the battery after the values of these parameters change, it is difficult to find an appropriate secondary use. It was difficult to select.
  • a power supply device and a diagnostic device are capable of appropriately determining the deterioration state of a secondary battery at the end of its primary use, and can also suggest a secondary use with a higher degree of efficiency through optimization. , it is desirable to provide a diagnostic method.
  • the power supply device includes a secondary battery, an electric circuit that charges or discharges the secondary battery, and a measurement unit that measures the voltage and current of the secondary battery.
  • This power supply device further includes a calculation section and a derivation section.
  • the calculation unit calculates a plurality of deterioration parameters of the secondary battery based on the measurement values obtained by the measurement unit.
  • the derivation unit determines the secondary usage of the secondary battery based on the multiple deterioration parameters obtained by the calculation by the calculation unit and the deterioration rate of the multiple deterioration parameters set for each secondary usage candidate. Derive.
  • a diagnostic device includes a calculation section and a derivation section.
  • the calculation unit calculates a plurality of deterioration parameters of the secondary battery based on measured values of voltage and current of the secondary battery.
  • the derivation unit determines the secondary usage of the secondary battery based on the multiple deterioration parameters obtained by the calculation by the calculation unit and the deterioration rate of the multiple deterioration parameters set for each secondary usage candidate. Derive.
  • the diagnostic method includes the following two.
  • B Setting the multiple deterioration parameters obtained by calculation and each candidate for secondary use Deriving the secondary use destination of the secondary battery based on the deterioration rate of the multiple deterioration parameters determined.
  • the power supply device according to the first aspect of the present technology, the diagnostic device according to the second aspect of the present technology, and the diagnostic method according to the third aspect of the present technology are based on measured values of voltage and current of a secondary battery.
  • a plurality of deterioration parameters of the secondary battery are calculated.
  • the secondary usage destination of the secondary battery is derived based on the multiple deterioration parameters obtained by calculation and the deterioration rate of the multiple deterioration parameters set for each secondary usage candidate.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of functional blocks of a power supply device according to a first embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an application example of the power supply device of FIG. 1.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of distribution of five deterioration parameters at the end of primary use.
  • FIG. 3(B) is a diagram showing an example of distribution of five deterioration parameters after two secondary uses are completed.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the square root of usage time and positive electrode capacity deterioration.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a procedure for presenting a secondary usage destination in the power supply device of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of functional blocks of a power supply device according to a first embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an application example of the power supply device of FIG. 1.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of distribution of five deterioration parameters
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of functional blocks of a power supply system including a server device according to the second embodiment of the present technology.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an application example of the power supply system of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of functional blocks of a charging/discharging device according to a third embodiment of the present technology.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of functional blocks of a power supply system including a server device according to a fourth embodiment of the present technology.
  • the configuration of the power supply device 100 according to the first embodiment of the present technology will be described.
  • the power supply device 100 is a device that supplies power using a mounted secondary battery 110, and is a stand-alone device that does not have the function of communicating with an external device.
  • Power supply 100 may be used, for example, as an uninterruptible power supply.
  • the power supply device 100 can be mounted on a vehicle 1000 such as an electric vehicle.
  • the power supply device 100 can also be mounted on, for example, a forklift, an electric two-wheeler, an electric kickboard, and the like.
  • the power supply device 100 has not only a function of supplying power but also a function of presenting a secondary use destination of the secondary battery 110 (power supply device 100).
  • the term "secondary usage” refers to a new usage of the used secondary battery 110 (power supply device 100).
  • the power supply device 100 includes a secondary battery 110.
  • the secondary battery 110 is a lithium ion secondary battery.
  • the lithium ion secondary battery included in the secondary battery 110 may be a unit cell, a battery block in which a plurality of unit cells are connected, or an assembled battery in which a battery block and accessories are integrally packed. There may be.
  • a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series.
  • a plurality of lithium ion secondary batteries electrically connected in parallel may be included in the assembled battery.
  • Examples of secondary uses of the secondary battery 110 include the following uses (1) to (4). (1) Applications where there are few opportunities for rapid discharge (2) Applications where there are few opportunities for rapid power reception (3) Applications where there is little time in a fully charged or fully discharged state (4) Applications where there is little time in a low temperature environment
  • the decrease in the positive electrode active material is often the result of a large overvoltage being applied to the interface between the positive electrode active material and the electrolyte during primary use.
  • the situation in which a large overvoltage is applied to the interface between the positive electrode active material and the electrolyte becomes more pronounced when lithium ions are pushed into the positive electrode active material than when lithium ions are extracted from the positive electrode active material.
  • a situation in which lithium ions are forced into the positive electrode active material occurs when a lithium ion secondary battery is discharged.
  • Deterioration of the positive electrode balance or negative electrode balance of a battery is often the result of the positive electrode or negative electrode being left at a potential close to the electrochemical window for a long time during primary use.
  • a situation where the lithium ion secondary battery is placed in a potential state close to the electrochemical window occurs when the lithium ion secondary battery is placed in a fully charged state or a completely discharged state. Therefore, if a lithium-ion secondary battery whose positive electrode balance or negative electrode balance has deteriorated during primary use is left in a fully charged or fully discharged state for a long time, the positive electrode or negative electrode will be exposed to a potential close to the electrochemical window.
  • the secondary use is for applications where there is little time in a fully charged state or completely discharged state, specifically, ESS (energy storage system). ), electric vehicles, etc. are preferred.
  • positive electrode capacity deterioration d ⁇ negative electrode capacity deterioration d ⁇
  • positive electrode balance deterioration d ⁇ positive electrode balance deterioration d ⁇
  • impedance deterioration d ⁇ impedance deterioration d ⁇
  • OCV Open Circuit Voltage
  • OCV analysis involves applying individual expansion/contraction and parallel movement to the OCP (Open Circuit Potential) curve functions ⁇ p (x p ), ⁇ n (x n ) of the positive and negative electrodes, and then calculating the difference between the two. This refers to approximating the charge/discharge curve data (formula (3) below) obtained by measurement using the function obtained thereby (formula (2) below).
  • OCP Open Circuit Potential
  • S p is positive electrode parallel movement
  • Q p is positive electrode capacity
  • S n is negative electrode parallel movement
  • Q n is negative electrode capacity
  • R 0 is impedance.
  • the electrical characteristics (S p , Q p , S n , Q n , R 0 ) of the secondary battery 110 are determined so that the residual sum of squares between Equation (2) and Equation (3) is minimized. is determined.
  • the positive electrode capacity deterioration d ⁇ is a deterioration parameter derived from the positive electrode capacity Q p obtained by OCV analysis.
  • the positive electrode capacity deterioration d ⁇ is determined by the following equation (4).
  • the secondary battery 110 in the initial state corresponds to a specific example of the "reference secondary battery" of the present technology.
  • the negative electrode capacity deterioration d ⁇ is a deterioration parameter derived from the negative electrode capacity Q n obtained by OCV analysis.
  • the negative electrode capacity deterioration d ⁇ is determined by the following equation (5).
  • the positive electrode balance deterioration d ⁇ is a deterioration parameter derived from the positive electrode parallel movement Sp obtained by OCV analysis.
  • the positive electrode balance deterioration d ⁇ is obtained by the following equation (6).
  • Negative electrode balance deterioration d ⁇ is a deterioration parameter derived from the negative electrode parallel shift S n obtained by OCV analysis. Negative electrode balance deterioration d ⁇ is determined by the following equation (7).
  • Impedance deterioration d ⁇ is a deterioration parameter derived from impedance R 0 obtained by OCV analysis.
  • the impedance deterioration d ⁇ is obtained by the following equation (8).
  • the secondary battery 110 instead of using the secondary battery 110 for only one purpose and fulfilling the life of the secondary battery 110, it is possible to use the secondary battery 110 for a secondary purpose and thereby to complete the life of the secondary battery 110. is the premise.
  • the purpose of secondary use is to reduce the environmental load by ⁇ using up the secondary battery 110 at the material level without wasting it'', and it is possible to ensure that all deterioration parameters become 1 when the secondary battery 110 is disposed of. Aiming for this, secondary uses of the secondary battery 110 are presented.
  • FIG. 3(A) shows an example of the deterioration vector d of the secondary battery 110 when used for the first purpose.
  • FIG. 3(B) shows an example of the deterioration vector d of the secondary battery when it is used for a second purpose (secondary usage).
  • FIG. 3(B) shows the deterioration vector d of the secondary battery 110 when used in the first application, and the deterioration vector d of the secondary battery 110 when used in the second application (secondary use). It is superimposed on the deterioration vector d.
  • the negative electrode balance deterioration d ⁇ has already become 1. Therefore, even though other deterioration parameters have not yet reached 1, the secondary battery 110 has no choice but to be discarded. Therefore, it can be said that for the secondary battery 110 having such a deterioration vector d, there is still usable material, and the material is wasted.
  • each deterioration parameter of the secondary battery 110 is approximately 1 when used for a second purpose (secondary use). This is because the secondary battery 110 was used at a secondary usage site where each deterioration parameter of the secondary battery 110 was approximately 1.
  • a secondary usage destination where material is not wasted is presented based on a deterioration vector d of the secondary battery 110 when used in the first application and a preset deterioration rate vector v. be done.
  • the deterioration rate vector v is represented by a five-dimensional vector consisting of a positive electrode capacity deterioration rate v ⁇ , a negative electrode capacity deterioration rate v ⁇ , a positive electrode balance deterioration rate v ⁇ , a negative electrode balance deterioration rate v ⁇ , and an impedance deterioration rate v ⁇ .
  • the method of presenting the secondary usage destination will be explained in detail below.
  • the deterioration rate vector v 1 of the secondary battery 110 used in the first application is the positive electrode capacity deterioration rate v 1, ⁇ , the negative electrode capacity deterioration rate v 1, ⁇ , the positive electrode balance deterioration rate v 1, ⁇ , and the negative electrode balance It is represented by a five-dimensional vector (Equation (9)) consisting of a deterioration rate v 1, ⁇ and an impedance deterioration rate v 1, ⁇ .
  • the deterioration rate vector v 2 of the secondary battery 110 used in the second application is the positive electrode capacity deterioration rate v 2, ⁇ , the negative electrode capacity deterioration rate v 2, ⁇ , and the positive electrode balance deterioration rate v 2, ⁇ , negative electrode balance deterioration rate v 2, ⁇ , and impedance deterioration rate v 2, ⁇ (Equation (10)).
  • FIG. 4 shows an example of the relationship between the square root of the usage time t of the secondary battery 110 and the positive electrode capacity deterioration d ⁇ .
  • t1 is the usage time for the first purpose.
  • t2 ⁇ is the usage time for the second use (secondary use).
  • d 1, ⁇ is the positive electrode capacity deterioration in the first application.
  • v 1, ⁇ is the positive electrode capacity deterioration rate in the first application.
  • v 2, ⁇ is the positive electrode capacity deterioration rate in the second use (secondary use).
  • each deterioration parameter increases in proportion to the square root of the usage time of the secondary battery 110.
  • This assumption is based on the "root law" which is empirically known to hold against deterioration of secondary batteries. Since it is assumed that the deterioration of the secondary battery follows the root law, the degree of deterioration of the secondary battery 110 increases linearly with the square root of the usage time t, as shown in FIG. 4, for example.
  • the usage time t 2, ⁇ in the second use (secondary usage destination) is expressed by the following equation (11).
  • the usage time t 2, ⁇ is not necessarily the time that can actually be used for the second purpose (secondary usage).
  • secondary usage we need to know which of the five deterioration parameters is the one that reaches 1 the fastest, and then find out which deterioration parameter reaches 1 the fastest. You need to know when to arrive.
  • equation (11) is expressed as a general equation as shown in equation (12).
  • the actual usable time (usage time t 2 ) is the minimum value of t 2, ⁇ , and is expressed by the following equations (13) and (14). .
  • the secondary usage destination is selected based on the degree of agreement between the usage times t 2 and ⁇ in all deterioration parameters.
  • equation (15), equation (16), or equation (17) can be considered.
  • Equation (15) the deterioration rate vector v 2 that minimizes the difference between the maximum value and the minimum value of the usage time t 2, ⁇ is selected. As a result, it becomes possible to select the application corresponding to the deterioration rate vector v 2 selected by equation (15).
  • equation (16) the deterioration rate vector v 2 that minimizes the variance of the usage time t 2, ⁇ is selected. As a result, it becomes possible to select the application corresponding to the deterioration rate vector v 2 selected by equation (16).
  • the power supply device 100 includes a secondary battery 110, a charge/discharge circuit 120, an IV measurement circuit 130, an OCV analysis section 140, a deterioration vector calculation section 150, a deterioration rate library 160, and a repurposing lead output section. 170 and a display section 180.
  • the secondary battery 110 includes a lithium ion secondary battery.
  • the lithium ion secondary battery included in the secondary battery 110 may be a unit cell, a battery block in which a plurality of unit cells are connected, or an assembled battery in which a battery block and accessories are integrally packed. There may be.
  • a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series.
  • a plurality of lithium ion secondary batteries electrically connected in parallel may be included in the assembled battery.
  • the charging/discharging circuit 120 includes a charging circuit that charges the secondary battery 110 and a discharging circuit that discharges the secondary battery 110.
  • the charging circuit includes, for example, a generator, a converter, and the like, and controls the voltage for charging the secondary battery 110.
  • IV measurement circuit 130 includes a measurement circuit that measures the current and voltage of secondary battery 110. The IV measurement circuit 130 outputs the current value obtained by measurement with the measurement circuit and the voltage value obtained by measurement with the measurement circuit to the OCV analysis section 140.
  • the OCV analysis unit 140 performs OCV analysis based on the measured values (current value and voltage value) obtained by the IV measurement circuit 130.
  • the OCV analysis unit 140 uses, for example, the above equation (2) to approximate the charge/discharge curve data (the above equation (3)) obtained by measurement with the IV measurement circuit 130. Thereby, the OCV analysis unit 140 derives the electrical characteristics (S p , Q p , S n , Q n , R 0 ) of the secondary battery 110.
  • the deterioration vector calculation unit 150 calculates the electrical characteristics (S p , Q p , S n , Q n , R 0 ) derived by the OCV analysis unit 140 and the electrical characteristics (Q p , 0 , Q n,0 , R 0,0 ), five deterioration parameters (deterioration vector d) of the secondary battery 110 are calculated.
  • the deterioration vector calculation unit 150 calculates the deterioration vector d using, for example, the above-mentioned equations (4) to (8).
  • the deterioration speed library 160 is configured to include nonvolatile memory.
  • the deterioration speed library 160 stores a deterioration speed vector v set for each secondary usage candidate.
  • the deterioration rate vector v is, for example, data obtained from the secondary battery 110 prepared as a master.
  • the deterioration rate vector v can be obtained, for example, by solving the following equation (18) using the deterioration vector d at the time of use t1 in the first application.
  • the repurposing lead output unit 170 generates a secondary A secondary use destination of the battery 110 is derived.
  • the repurposing leading output unit 170 selects the optimal secondary usage destination using, for example, the above-mentioned equation (15) or equation (16).
  • the repurposing lead output section 170 generates a video signal containing information about the secondary use destination of the derived secondary battery 110 and outputs it to the display section 180.
  • the display unit 180 displays the secondary use destination of the secondary battery 110 based on the video signal input from the repurposing lead output unit 170.
  • FIG. 5 shows a procedure for presenting a secondary usage destination in the power supply device 100.
  • the charging/discharging circuit 120 sufficiently discharges the secondary battery 110 (step S101).
  • the charging/discharging circuit 120 starts charging the secondary battery 110 (step S102).
  • the IV measurement circuit 130 measures the current and voltage of the secondary battery 110 during charging (step S103).
  • the charging/discharging circuit 120 starts discharging the secondary battery 110 (step S105).
  • the IV measurement circuit 130 measures the current and voltage of the secondary battery 110 during discharge (step S106).
  • the OCV analysis unit 140 performs OCV analysis based on the measured values during charging and discharging obtained from the IV measuring circuit 130 (step S107). For example, the OCV analysis unit 140 generates charge/discharge curve data using the measured values during charging and discharging obtained from the IV measurement circuit 130, and applies the generated charge/discharge curve data to the above equation (2). Approximate using Thereby, the OCV analysis unit 140 derives the electrical characteristics (S p , Q p , S n , Q n , R 0 ) of the secondary battery 110.
  • the deterioration vector calculation unit 150 calculates the electrical characteristics (S p , Q p , S n , Q n , R 0 ) derived by the OCV analysis unit 140 and the electrical characteristics of the secondary battery 110 in the initial state. (Q p,0 , Q n,0 , R 0,0 ), the deterioration vector d is calculated (step S108).
  • the repurposing lead output unit 170 generates a secondary A secondary usage destination of the battery 110 is derived (step S109).
  • the display unit 180 displays the secondary usage destination derived by the repurposing lead output unit 170 (step S110). In this way, secondary uses of the secondary battery 110 are presented.
  • a plurality of deterioration parameters (deterioration vector d) of the secondary battery 110 are calculated based on the measured values of the voltage and current of the secondary battery 110. Thereafter, the secondary battery 110 is The secondary usage destination is derived.
  • a specific deterioration parameter quickly reaches the maximum deterioration state value, and it is possible to avoid presenting secondary uses that would make the secondary battery 110 unusable, and to use the secondary battery 110 for as long as possible. Can suggest possible secondary uses.
  • the electrical characteristics (S p , Q p , S n , Q n , R 0 ) of the secondary battery 110 obtained by OCV analysis and the electrical characteristics of the secondary battery 110 in the initial state are A plurality of deterioration parameters (deterioration vector d) of the secondary battery 110 are calculated based on the characteristics (Q p,0 , Q n,0 , R 0,0 ).
  • the deterioration state of the secondary battery 110 can be understood from multiple perspectives, and it becomes possible to effectively select a secondary usage site with a high degree of optimization efficiency.
  • the secondary usage destination is displayed on the display unit 180. Thereby, the user can easily understand the secondary usage destination.
  • FIG. 6 shows an example of functional blocks of the power supply system.
  • the power supply system includes, for example, a power supply device 200 and a server device 300, as shown in FIG.
  • the power supply device 200 and the server device 300 can communicate with each other via the communication network 400.
  • the communication network 400 is configured to include, for example, the Internet, a cloud network, or a network specific to an operator.
  • the power supply device 200 is a device that supplies power using the mounted secondary battery 110, and is a network communication type device that has a function of communicating with an external device.
  • Power supply 200 may be used, for example, as an uninterruptible power supply.
  • Power supply 200 may also be used, for example, as a battery backup device.
  • the power supply device 200 can be mounted on a vehicle 2000 such as an electric vehicle.
  • the power supply device 200 includes a secondary battery 110, a charging/discharging circuit 120, an IV measuring circuit 130, a display section 180, and a communication section 210.
  • the communication unit 210 is a communication interface that communicates with the server device 300 via the communication network 400.
  • the IV measurement circuit 130 outputs the measured values (current value and voltage value) obtained through the measurement to the server device 300 via the communication unit 210.
  • the display unit 180 displays the secondary usage destination acquired from the server device 300 via the communication unit 210.
  • the display section 180 in the power supply device 200 may be omitted, and a terminal device 500 having the function of the display section 180 may be connected to the communication network 400. . At this time, the terminal device 500 displays the secondary usage destination acquired from the server device 300.
  • the server device 300 includes a communication section 310, a control section 320, and a deterioration rate library 160.
  • the communication unit 310 is a communication interface that communicates with the power supply device 200 via the communication network 400.
  • the control unit 320 includes, for example, a central processing unit (CPU).
  • the control unit 320 executes, for example, the functions of the OCV analysis unit 140, the deterioration vector calculation unit 150, the repurposing leading output unit 170, and the refinement unit 321.
  • the refiner 321 uses the deterioration vector d obtained by the deterioration vector calculation unit 150 to update the deterioration speed vector v stored in the deterioration speed library 160.
  • the refiner 321 may update the deterioration speed vector v using, for example, an exponential moving average method, as shown in Equation (19) below.
  • Equation (19) the parameter x is determined based on the variation in the value of d/ ⁇ t 1 . Based on experience, the parameter x is generally set to a value greater than 0 and less than 0.1.
  • the calculation of the deterioration vector d and the deterioration speed vector v is performed by the server device 300. Even in this case, the same effects as in the above embodiment can be obtained. Furthermore, with such a configuration, for example, one server device 300 can be shared by a plurality of power supplies 200, so the cost of each power supply device 200 can be reduced.
  • FIG. 8 shows an example of functional blocks of the power supply system.
  • the power supply system includes a secondary battery pack 600 and a charging/discharging device 700. Secondary battery pack 600 and charging/discharging device 700 are electrically connected via an electrical connection circuit.
  • the secondary battery pack 600 is a portable battery pack, and includes a secondary battery 110, for example, as shown in FIG.
  • the secondary battery pack 600 is, for example, a battery pack for power tools, a battery pack for power-assisted bicycles, a battery pack for electric kickboards, or the like.
  • the charging/discharging device 700 includes a charging/discharging circuit 120, an IV measurement circuit 130, an OCV analysis section 140, a deterioration vector calculation section 150, a deterioration rate library 160, and a repurposing lead output section 170. ing.
  • the secondary battery 110 is provided in a secondary battery pack 600 that is provided separately from a charging/discharging device 700 having a charging/discharging circuit 120 and the like. Even in this case, the same effects as in the above embodiment can be obtained. Furthermore, with such a configuration, it is possible to suggest a secondary use destination for a portable battery pack as well.
  • FIG. 9 shows an example of functional blocks of the power supply system.
  • the power supply system includes a secondary battery pack 600, a charging/discharging device 800, and a server device 300.
  • the charging/discharging device 800 and the server device 300 can communicate with each other via the communication network 400.
  • the charging/discharging device 800 includes a charging/discharging circuit 120, an IV measurement circuit 130, a display section 180, and a communication section 210.
  • the secondary battery 110 is provided in a secondary battery pack 600 that is provided separately from a charging/discharging device 800 having a charging/discharging circuit 120 and the like. Even in this case, the same effects as in the above embodiment can be obtained. Furthermore, with such a configuration, it is possible to suggest a secondary use destination for a portable battery pack as well.
  • the deterioration vector d and the deterioration speed vector v are calculated by the server device 300. Even in this case, the same effects as in the above embodiment can be obtained. Furthermore, with such a configuration, for example, one server device 300 can be shared by a plurality of charging/discharging devices 800, so the cost of each charging/discharging device 800 can be reduced.
  • the deterioration vector calculation unit 150 selects at least one of positive electrode capacity deterioration d ⁇ , negative electrode capacity deterioration d ⁇ , positive electrode balance deterioration d ⁇ , negative electrode balance deterioration d ⁇ , and impedance deterioration d ⁇ as deterioration parameters. Two may be calculated.
  • the repurposing leading output section 170 uses a deterioration vector d consisting of at least two of negative electrode capacity deterioration d ⁇ , positive electrode balance deterioration d ⁇ , negative electrode balance deterioration d ⁇ and impedance deterioration d ⁇ to The secondary usage destination of 110 is derived. Even in this case, depending on the purpose of the secondary use, it is possible to present a secondary use destination with a high degree of optimization efficiency.
  • a secondary battery an electric circuit that charges or discharges the secondary battery; a measuring unit that measures the voltage and current of the secondary battery; a calculation unit that calculates a plurality of deterioration parameters of the secondary battery based on the measurement values obtained by the measurement unit; A secondary use of the secondary battery is determined based on the plurality of deterioration parameters obtained by calculation in the calculation unit and the deterioration rate of the plurality of deterioration parameters set for each candidate for secondary use.
  • a power supply device comprising a lead-out section and a lead-out part.
  • the calculation unit performs OCV (Open Circuit Voltage) analysis based on the measured values obtained by the measurement unit, and calculates the electrical characteristics of the secondary battery obtained thereby and the electrical characteristics of the reference secondary battery.
  • OCV Open Circuit Voltage
  • the plurality of deterioration parameters include at least two of positive electrode capacity deterioration, negative electrode capacity deterioration, positive electrode balance deterioration, negative electrode balance deterioration, and impedance deterioration.
  • the electrical characteristics include positive electrode capacity if the plurality of deterioration parameters include the positive electrode capacity deterioration, and include negative electrode capacity if the plurality of deterioration parameters include the negative electrode capacity deterioration;
  • the deterioration parameters include the positive electrode balance deterioration, the positive electrode parallel movement and the positive electrode capacity are included, and when the negative electrode balance deterioration is included in the plurality of deterioration parameters, the negative electrode parallel movement and the negative electrode capacity are included,
  • the power supply device according to ⁇ 3>, wherein the plurality of deterioration parameters include impedance when the impedance deterioration is included.
  • ⁇ 5> The power supply device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, further comprising a display unit that displays information about the secondary usage destination obtained by the derivation unit.
  • a calculation unit that calculates a plurality of deterioration parameters of the secondary battery based on measured values of voltage and current of the secondary battery; A secondary use of the secondary battery is determined based on the plurality of deterioration parameters obtained by calculation in the calculation unit and the deterioration rate of the plurality of deterioration parameters set for each candidate for secondary use.
  • a diagnostic device equipped with a deriving section and a deriving section.
  • ⁇ 7> Calculating a plurality of deterioration parameters of the secondary battery based on measured values of voltage and current of the secondary battery; Deriving a secondary usage of the secondary battery based on the plurality of deterioration parameters obtained by calculation and the deterioration rate of the plurality of deterioration parameters set for each secondary usage candidate. Including diagnostic methods.

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Abstract

本技術の一側面に係る電源装置は、二次電池と、二次電池の充電もしくは放電を行う電気回路と、二次電池の電圧および電流を測定する測定部とを備えている。この電源装置は、さらに、算出部と、導出部とを備えている。算出部は、測定部で得られた測定値に基づいて二次電池の複数の劣化パラメータを算出する。導出部は、算出部での算出により得られた複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、二次電池の二次利用先を導出する。

Description

電源装置、診断装置および診断方法
　本技術は、電源装置、診断装置および診断方法に関する。
　リチウムイオン二次電池の使用用途の拡大に伴い、原料となるリチウムやコバルトなどの天然資源の枯渇が問題となってきている。この問題を解決する一つの方法として、リチウムイオン二次電池をその製品寿命が全うされるまで繰り返し再利用する方法が考えられる。効率よく二次利用する上で、一次利用を終了した時点の電池の劣化状態を適切に把握し、かつ、その劣化状態に合わせた二次利用を行うことが重要となる。
　特許文献１には、リチウムイオン二次電池の二次利用の可否を判定する方法が記載されている。特許文献１に記載の方法を用いて一次利用後の電池を診断すると、劣化パラメータとして、正極容量維持率、負極容量維持率、電池のずれ容量を得ることができる。そしてこれらのパラメータから、該リチウムイオン二次電池の二次利用の可否を適切に判定することができる。
　特許文献２には、一次利用先と二次利用先とが異なる場合に、二次利用先に見合った設定値に変更することが可能な制御装置について記載されている。特許文献２に記載の制御装置を用いることにより、リチウムイオン電池を二次利用先に接続すると、その新たな利用先との間で電力に関連する入出力の情報を取得し、これにあった制御方法とすることができる。
特開２０１１－２５８３３７号公報 特開２０２０－１６１４２２号公報
　しかし、特許文献１に記載の方法では、二次利用の可否を判定するにとどまり、具体的にどのような二次利用をすれば良いかまでは提示できなかった。そのため、正極容量維持率、負極容量維持率、電池のずれ容量の意味合い、およびこれらのパラメータ値が変化した後の電池内部の状態の理解に対する高度な専門知識なしでは、適切な二次利用先を選定することが困難であった。
　また、特許文献２に記載の制御装置を用いると、二次電池が二次利用先に接続された後に自動的にパラメータが最適化される。しかし、そもそも数多ある二次利用先の中から適切な二次利用先が選択されていないと、最適化をするにも十分な効果が得られにくいという問題があった。
　従って、一次利用を終了した時点の二次電池の劣化状態を適切に判断できるようにし、さらに、最適化による効率の度合いが高くなる二次利用先を提示することの可能な電源装置、診断装置、診断方法を提供することが望ましい。
　本技術の第１の側面に係る電源装置は、二次電池と、二次電池の充電もしくは放電を行う電気回路と、二次電池の電圧および電流を測定する測定部とを備えている。この電源装置は、さらに、算出部と、導出部とを備えている。算出部は、測定部で得られた測定値に基づいて二次電池の複数の劣化パラメータを算出する。導出部は、算出部での算出により得られた複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、二次電池の二次利用先を導出する。
　本技術の第２の側面に係る診断装置は、算出部と、導出部とを備えている。算出部は、二次電池の電圧および電流の測定値に基づいて二次電池の複数の劣化パラメータを算出する。導出部は、算出部での算出により得られた複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、二次電池の二次利用先を導出する。
　本技術の第３の側面に係る診断方法は、以下の２つを含む。
（Ａ）二次電池の電圧および電流の測定値に基づいて二次電池の複数の劣化パラメータを算出すること
（Ｂ）算出により得られた複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、二次電池の二次利用先を導出すること
　本技術の第１の側面に係る電源装置、本技術の第２の側面に係る診断装置、および本技術の第３の側面に係る診断方法では、二次電池の電圧および電流の測定値に基づいて二次電池の複数の劣化パラメータが算出される。その後、算出により得られた複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、二次電池の二次利用先が導出される。これにより、特定の劣化パラメータだけが早々に最大劣化状態の値に到達し、二次電池を使用できなくなるような二次利用先の提示を避け、二次電池をできるだけ長い時間使うことができる二次利用先の提示をすることができる。このように、本技術では、一次利用を終了した時点の二次電池の劣化状態を適切に判断することができ、さらに、最適化による効率の度合いが高くなる二次利用先を提示することができる。
　なお、本技術の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本技術に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。
図１は、本技術の第１の実施形態に係る電源装置の機能ブロック例を表す図である。 図２は、図１の電源装置の適用例を表す図である。 図３（Ａ）は、一次利用を終えた時の５つの劣化パラメータの分布例を表す図である。図３（Ｂ）は、２二次利用を終えた後の５つの劣化パラメータの分布例を表す図である。 図４は、使用時間の平方根と正極容量劣化との関係の一例を表す図である。 図５は、図１の電源装置における二次利用先の提示手順を表す図である。 図６は、本技術の第２の実施形態に係るサーバ装置を備えた電源システムの機能ブロック例を表す図である。 図７は、図６の電源システムの適用例を表す図である。 図８は、本技術の第３の実施形態に係る充放電装置の機能ブロック例を表す図である。 図９は、本技術の第４の実施形態に係るサーバ装置を備えた電源システムの機能ブロック例を表す図である。
　以下、本技術を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．第１の実施形態
　　　　電源装置において二次利用先を導出・提示する例（図１～図５）
　２．第２の実施形態
　　　　電源装置とネットワークで接続されたサーバ装置において
　　　　二次利用先を導出する例（図６，図７）
　３．第３の実施形態
　　　　充放電装置において二次利用先を導出・提示する例（図８）
　４．第４の実施形態
　　　　充放電装置とネットワークで接続されたサーバ装置において
　　　　二次利用先を導出する例（図９）
　５．各実施形態に共通の変形例
＜１．第１の実施形態＞
[構成]
　本技術の第１の実施形態に係る電源装置１００の構成について説明する。電源装置１００は、搭載された二次電池１１０を用いて電力を供給する装置であり、外部の装置と通信する機能を有しないスタンドアロン型の装置である。電源装置１００は、例えば、無停電電源装置として使用され得る。電源装置１００は、例えば、図２に示したように、電気自動車などの車両１０００に搭載され得る。なお、電源装置１００は、例えば、フォークリフトや、電動二輪、電動キックボードなどにも搭載され得る。
　電源装置１００は、電力を供給する機能だけでなく、二次電池１１０（電源装置１００）の二次利用先を提示する機能も備えている。「二次利用先」とは、使用済みの二次電池１１０（電源装置１００）の新たな利用先を指している。電源装置１００は、例えば、図１に示したように、二次電池１１０を備えている。
　二次電池１１０は、リチウムイオン二次電池である。二次電池１１０に含まれるリチウムイオン二次電池は、単位セルであってもよく、単位セルが複数個接続された電池ブロック、もしくは、電池ブロックおよび付属品が一体的にパッキングされた組電池であってもよい。組電池では、複数のリチウムイオン二次電池が直列に接続されている。組電池内において、電気的に並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池が含まれていてもよい。
　二次電池１１０の二次利用先としては、例えば、以下の（１）～（４）の用途が挙げられる。
（１）急速放電の機会が少ない用途
（２）急速受電の機会が少ない用途
（３）満充電状態もしくは完全放電状態に置かれる時間が少ない用途
（４）低温環境に置かれる時間が少ない用途
（急速放電の機会が少ない用途）
　正極活物質の減少は、一次利用時に正極活物質と電解液との界面に大きな過電圧がかかる結果によるものであることが多い。そして、正極活物質と電解液との界面に大きな過電圧がかかる状況は、正極活物質からリチウムイオンを引き抜く時よりも、正極活物質にリチウムイオンを押し込む際に顕著となる。正極活物質にリチウムイオンを押し込む状況は、リチウムイオン二次電池を放電する際に生じる。そのため、一次利用において正極容量が減少したリチウムイオン二次電池に対して急速な放電を行うと、正極容量の減少を更に加速させてしまう可能性が高く、該リチウムイオン二次電池の寿命を縮めてしまう可能性が高い。従って、正極容量が減少している場合には、二次利用先としては、急速放電の機会が少ない用途、具体的には、電気自動車、スマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどが好ましい。
（急速受電の機会が少ない用途）
　負極活物質の減少は、一次利用時に負極活物質と電解液との界面に大きな過電圧がかかる結果によるものであることが多い。そして、負極活物質と電解液との界面に大きな過電圧がかかる状況は、負極活物質からリチウムイオンを引き抜く時よりも、負極活物質にリチウムイオンを押し込む際に顕著となる。負極活物質にリチウムイオンを押し込む状況は、リチウムイオン二次電池を充電する際に生じる。そのため、一次利用において負極容量が減少したリチウムイオン二次電池に対して急速な充電を行うと、負極容量の減少を更に加速させてしまう可能性が高く、該リチウムイオン二次電池の寿命を縮めてしまう可能性が高い。従って、負極容量が減少している場合には、二次利用先としては、急速に充電される機会が少ない用途、具体的には、ＵＰＳ（無停電電源装置）、電気掃除機、ドローンなどが好ましい。
（満充電状態もしくは完全放電状態に置かれる時間が少ない用途）
　電池の正極バランスまたは負極バランスの劣化は、一次利用時に正極または負極が電気化学窓に近い電位の状態に長時間置かれた結果によるものであることが多い。そして、電気化学窓に近い電位の状態に置かれる状況は、該リチウムイオン二次電池が満充電状態や完全放電状態に置かれることによって生じる。そのため、一次利用において電池の正極バランスまたは負極バランスが劣化したリチウムイオン二次電池を長時間、満充電状態や完全放電状態に置くと、正極または負極が電気化学窓に近い電位の状態に晒され、正極バランスまたは負極バランスの劣化を更に加速させてしまう可能性が高い。従って、正極バランスまたは負極バランスが劣化している場合には、二次利用先としては、長時間満充電状態や完全放電状態に置かれる時間が少ない用途、具体的には、ＥＳＳ（エネルギー蓄電システム）、電気自動車などが好ましい。
（低温環境に置かれる時間が少ない用途）
　電池のインピーダンス成分を増加させる主な原因は充放電サイクルによるものであり、電池として使用すればするほどインピーダンス成分は増加する。こうして増加するインピーダンス成分は大きな温度依存性を有しており、そのインピーダンス成分は低温になるほど増加する。電池は、インピーダンス成分が大きいほど充放電可能な実質的な容量が小さくなるため、インピーダンス成分が増加したリチウムイオン二次電池は、なるべくインピーダンス値の低い状態、すなわち常温から温暖環境にて使用することが望ましい。従って、インピーダンス成分が増加している場合には、二次利用先としては、低温環境におかれる時間が少ない用途、具体的には、ＥＳＳ（エネルギー蓄電システム）などが好ましい。
　次に、二次利用先の判定に用いる劣化パラメータについて説明する。
　本実施の形態では、劣化パラメータとして、正極容量劣化ｄα、負極容量劣化ｄβ、正極バランス劣化ｄγ、負極バランス劣化ｄδおよびインピーダンス劣化ｄεが用いられる。これらの劣化パラメータからなる５次元の劣化ベクトルｄ（以下の式（１））を導出するために、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）解析と呼ばれる手法が用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　ＯＣＶ解析とは、正極および負極のそれぞれのＯＣＰ（Open Circuit Potential）曲線関数φｐ（ｘｐ），φｎ（ｘｎ）に個別の伸縮および平行移動を施した後、両者の差分を求め、それにより得られた関数（以下の式（２））を用いて、測定により得られた充放電曲線データ（以下の式（３））を近似することを指している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　ここで、Ｓｐは正極平行移動、Ｑｐは正極容量、Ｓｎは負極平行移動、Ｑｎは負極容量、Ｒ０はインピーダンスである。ＯＣＶ解析では、式（２）と式（３）との残差平方和が最小となるように、二次電池１１０の電気的特性（Ｓｐ，Ｑｐ，Ｓｎ，Ｑｎ，Ｒ０）が決定される。
（正極容量劣化ｄα）
　正極容量劣化ｄαは、ＯＣＶ解析によって得られた正極容量Ｑｐから導出される劣化パラメータである。初期状態の二次電池１１０（つまり、劣化していない新品の二次電池１１０）の正極容量をＱｐ，０とした場合、正極容量劣化ｄαは、以下の式（４）で求められる。初期状態の二次電池１１０は、本技術の「基準二次電池」の一具体例に相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
　初期状態の二次電池１１０では、ｄα＝０であり、正極容量Ｑｐが減少するにつれて正極容量劣化ｄαは上昇する。正極容量Ｑｐが初期の半分にまで減少すると、ｄα＝１となる。本明細書では、この状態を最大劣化状態と呼ぶ。
　最大劣化状態（ｄα＝１）は、二次電池１１０が搭載される機器の要求スペックを満たす最低限の正極容量に対応しているのではなく、これ以上低下すると二次電池１１０としての安全性が材料レベルで担保できなくなると見做される正極容量に対応している。これは、本技術が、あくまでも「二次電池１１０を材料レベルで無駄なく使い切る」という環境負荷低減を目的としているためである。なお、以降で述べるその他の劣化パラメータについても、同様の考え方に基づいて最大劣化状態が定義されている。
（負極容量劣化ｄβ）
　負極容量劣化ｄβは、ＯＣＶ解析によって得られた負極容量Ｑｎから導出される劣化パラメータである。初期状態の二次電池１１０の負極容量をＱｎ，０とした場合、負極容量劣化ｄβは、以下の式（５）で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  
　初期状態の二次電池１１０では、ｄβ＝０であり、負極容量Ｑｎが減少するにつれて負極容量劣化ｄβは上昇する。負極容量Ｑｎが初期の半分にまで減少すると、ｄβ＝１となる。本明細書では、この状態を最大劣化状態と呼ぶ。
（正極バランス劣化ｄγ）
　正極バランス劣化ｄγは、ＯＣＶ解析によって得られた正極平行移動Ｓｐから導出される劣化パラメータである。正極バランス劣化ｄγは、以下の式（６）で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
  
　初期状態の二次電池１１０では、ｄγ＝０であり、正極平行移動Ｓｐの絶対値が増加するにつれて正極バランス劣化ｄγは上昇する。正極平行移動Ｓｐの絶対値が正極容量Ｑｐ，０の２５％にまで増加すると、ｄγ＝１となる。本明細書では、この状態を最大劣化状態と呼ぶ。
（負極バランス劣化ｄδ）
　負極バランス劣化ｄδは、ＯＣＶ解析によって得られた負極平行移動Ｓｎから導出される劣化パラメータである。負極バランス劣化ｄδは、以下の式（７）で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
  
　初期状態の二次電池１１０では、ｄδ＝０であり、負極平行移動Ｓｎの絶対値が増加するにつれて負極バランス劣化ｄδは上昇する。負極平行移動Ｓｎの絶対値が負極容量Ｑｎ，０の２５％にまで増加すると、ｄδ＝１となる。本明細書では、この状態を最大劣化状態と呼ぶ。
（インピーダンス劣化ｄε）
　インピーダンス劣化ｄεは、ＯＣＶ解析によって得られたインピーダンスＲ０から導出される劣化パラメータである。初期状態の二次電池１１０のインピーダンスをＲ０，０とした場合、インピーダンス劣化ｄεは、以下の式（８）で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
  
　初期状態の二次電池１１０では、ｄε＝０であり、インピーダンスＲ０が増加するにつれてインピーダンス劣化ｄεは上昇する。インピーダンスＲ０が初期の＋５０％にまで増加すると、ｄε＝１となる。本明細書では、この状態を最大劣化状態と呼ぶ。
　次に、二次利用先の判定方法について説明する。
　本技術では、二次電池１１０を１つの用途のみで使い、二次電池１１０の寿命を全うするのではなく、二次電池１１０を二次利用した結果、二次電池１１０の寿命を全うすることが前提となっている。本技術では、「二次電池１１０を材料レベルで無駄なく使い切る」という環境負荷低減が二次利用の目的となっており、二次電池１１０を廃棄する時に全ての劣化パラメータが１となることを目指して、二次電池１１０の二次利用が提示される。
　図３（Ａ）は、１つ目の用途で使用されたときの二次電池１１０の劣化ベクトルｄの一例を表したものである。図３（Ｂ）は、２つ目の用途（２次利用先）で使用されたときの二次電池の劣化ベクトルｄの一例を表したものである。図３（Ｂ）には、１つ目の用途で使用されたときの二次電池１１０の劣化ベクトルｄが、２つ目の用途（２次利用先）で使用されたときの二次電池の劣化ベクトルｄに重ね合わされている。
　図３（Ａ）では、負極バランス劣化ｄδがすでに１となっている。そのため、他の劣化パラメータがまだ１に到達していないにもかかわらず、二次電池１１０を廃棄せざるを得ない。従って、このような劣化ベクトルｄを持つ二次電池１１０については、まだ使える材料が残っており、材料の無駄が生じていると言える。
　一方、図３（Ｂ）では、２つ目の用途（２次利用先）で使用されたときの二次電池１１０の各劣化パラメータがほぼ１となっている。これは、二次電池１１０の各劣化パラメータがほぼ１となる二次利用先で、二次電池１１０が使用されたためである。本技術では、材料の無駄が生じ難い二次利用先が、１つ目の用途で使用されたときの二次電池１１０の劣化ベクトルｄと、あらかじめ設定された劣化速度ベクトルｖとに基づいて提示される。劣化速度ベクトルｖは、正極容量劣化速度ｖα、負極容量劣化速度ｖβ、正極バランス劣化速度ｖγ、負極バランス劣化速度ｖδおよびインピーダンス劣化速度ｖεからなる５次元のベクトルで表される。以下に、二次利用先の提示方法について詳細に説明する。
　１つ目の用途で使用された二次電池１１０の劣化速度ベクトルｖ１は、正極容量劣化速度ｖ１，α、負極容量劣化速度ｖ１，β、正極バランス劣化速度ｖ１，γ、負極バランス劣化速度ｖ１，δおよびインピーダンス劣化速度ｖ１，εからなる５次元のベクトル（式（９））で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
  
　２つ目の用途（２次利用先）で使用された二次電池１１０の劣化速度ベクトルｖ２は、正極容量劣化速度ｖ２，α、負極容量劣化速度ｖ２，β、正極バランス劣化速度ｖ２，γ、負極バランス劣化速度ｖ２，δおよびインピーダンス劣化速度ｖ２，εからなる５次元のベクトル（式（１０））で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
  
　図４は、二次電池１１０の使用時間ｔの平方根と、正極容量劣化ｄαとの関係の一例を表したものである。図４において、ｔ１は１つ目の用途での使用時間である。ｔ２、αは２つ目の用途（２次利用先）での使用時間である。ｄ１，αは１つ目の用途での正極容量劣化である。ｖ１，αは１つ目の用途での正極容量劣化速度である。ｖ２，αは２つ目の用途（２次利用先）での正極容量劣化速度である。
　本技術では、二次利用先を簡便なアルゴリズムにより提示するための工夫の１つとして、各劣化パラメータがいずれも、二次電池１１０の使用時間の平方根に比例して増加するとの仮定がなされている。この仮定は、二次電池の劣化に対して成り立つと経験的に知られている「ルート則」に従うというものである。二次電池の劣化がルート則に従うと仮定しているため、二次電池１１０の劣化の度合いは、例えば、図４に示したように、使用時間ｔの平方根に対して線形に増加する。
　２つ目の用途（２次利用先）での使用時間ｔ２、αは、以下の式（１１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
  
　ところで、電池の劣化は正極容量劣化ｄαのみが進行する訳ではなく、５つの劣化パラメータが、それぞれ独立に進行する。もし、１つの劣化パラメータが他の劣化パラメータよりも先に１に到達した場合には、その時点で電池の使用を終了させなければならない。そのため、使用時間ｔ２、αが、そのまま、２つ目の用途（２次利用先）で実際に使用できる時間になるとは限らない。２つ目の用途（２次利用先）で実際に使用できる時間を知るためには、５つの劣化パラメータのうち、最も早く１に到達する劣化パラメータが何かを知り、その劣化パラメータが１に到達する時間を知る必要がある。
　そこで、まず、式（１１）を、式（１２）に示したように一般式として表現する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
  
　２つ目の用途（２次利用先）において、実際に使用できる時間（使用時間ｔ２）は、ｔ２，ξの最小値となり、以下の式（１３），式（１４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
  
　２次利用を終えた時に全ての劣化パラメータが１となるようにするためには、使用時間ｔ２，ξが全ての劣化パラメータにおいて一致していればよい。従って、本技術では、全ての劣化パラメータにおける、使用時間ｔ２，ξの一致度合いを判断材料として二次利用先が選定される。具体的な判断指標としては、例えば、以下の式（１５）、または、式（１６），式（１７）が考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
  
　式（１５）によれば、使用時間ｔ２，ξの最大値と最小値の差が最小となる劣化速度ベクトルｖ２が選ばれる。その結果、式（１５）で選ばれた劣化速度ベクトルｖ２に対応する用途を選ぶことが可能となる。式（１６）によれば、使用時間ｔ２，ξの分散が最小となる劣化速度ベクトルｖ２が選ばれる。その結果、式（１６）で選ばれた劣化速度ベクトルｖ２に対応する用途を選ぶことが可能となる。
（電源装置１００の構成）
　次に、電源装置１００の構成について説明する。
　電源装置１００は、例えば、図１に示したように、二次電池１１０、充放電回路１２０、ＩＶ測定回路１３０、ＯＣＶ解析部１４０、劣化ベクトル計算部１５０、劣化速度ライブラリ１６０、リパーポス先導出部１７０および表示部１８０を備えている。
　二次電池１１０はリチウムイオン二次電池を含む。二次電池１１０に含まれるリチウムイオン二次電池は、単位セルであってもよく、単位セルが複数個接続された電池ブロック、もしくは、電池ブロックおよび付属品が一体的にパッキングされた組電池であってもよい。組電池では、複数のリチウムイオン二次電池が直列に接続されている。組電池内において、電気的に並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池が含まれていてもよい。
　充放電回路１２０は、二次電池１１０を充電する充電回路や、二次電池１１０を放電させる放電回路を有している。充電回路は、例えば発電機およびコンバータ等を含み、二次電池１１０を充電するための電圧を制御する。ＩＶ測定回路１３０は、二次電池１１０の電流および電圧を測定する測定回路を含む。ＩＶ測定回路１３０は、測定回路での測定により得られた電流値と、測定回路での測定により得られた電圧値とをＯＣＶ解析部１４０に出力する。
　ＯＣＶ解析部１４０は、ＩＶ測定回路１３０で得られた測定値（電流値および電圧値）に基づいてＯＣＶ解析を行う。ＯＣＶ解析部１４０は、例えば、上述の式（２）を用いて、ＩＶ測定回路１３０での測定により得られた充放電曲線データ（上述の式（３））を近似する。それにより、ＯＣＶ解析部１４０は、二次電池１１０の電気的特性（Ｓｐ，Ｑｐ，Ｓｎ，Ｑｎ，Ｒ０）を導出する。
　劣化ベクトル計算部１５０は、ＯＣＶ解析部１４０で導出された電気的特性（Ｓｐ，Ｑｐ，Ｓｎ，Ｑｎ，Ｒ０）と、初期状態の二次電池１１０の電気的特性（Ｑｐ，０，Ｑｎ，０，Ｒ０，０）とに基づいて二次電池１１０の５つの劣化パラメータ（劣化ベクトルｄ）を算出する。劣化ベクトル計算部１５０は、例えば、上述の式（４）～式（８）を用いて、劣化ベクトルｄを算出する。
　劣化速度ライブラリ１６０は、不揮発性メモリを含んで構成されている。劣化速度ライブラリ１６０には、二次利用先候補ごとに設定された劣化速度ベクトルｖが格納されている。劣化速度ベクトルｖは、例えば、マスタとして用意された二次電池１１０から得られたデータである。劣化速度ベクトルｖは、例えば、１つ目の用途での使用時間ｔ１の時点の劣化ベクトルｄを用いて、以下の式（１８）を解くことにより得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
  
　リパーポス先導出部１７０は、劣化ベクトル計算部１５０で算出された劣化ベクトルｄと、劣化速度ライブラリ１６０から読み出した、二次利用先候補ごとに設定された劣化速度ベクトルｖとに基づいて、二次電池１１０の二次利用先を導出する。リパーポス先導出部１７０は、例えば、上述の式（１５）または式（１６）を用いて、最適な二次利用先を選択する。
　リパーポス先導出部１７０は、導出した二次電池１１０の二次利用先についての情報を含む映像信号を生成し、表示部１８０に出力する。表示部１８０は、リパーポス先導出部１７０から入力された映像信号に基づいて、二次電池１１０の二次利用先を表示する。
[動作]
　次に、電源装置１００の動作について説明する。
　図５は、電源装置１００における二次利用先の提示手順を表したものである。まず、充放電回路１２０は、二次電池１１０を十分に放電させる（ステップＳ１０１）。次に、充放電回路１２０は、二次電池１１０の充電を開始する（ステップＳ１０２）。続いて、ＩＶ測定回路１３０は、二次電池１１０の、充電時の電流および電圧を測定する（ステップＳ１０３）。充放電回路１２０は、二次電池１１０を十分に充電したら（ステップＳ１０４）、二次電池１１０の放電を開始する（ステップＳ１０５）。続いて、ＩＶ測定回路１３０は、二次電池１１０の、放電時の電流および電圧を測定する（ステップＳ１０６）。
　次に、ＯＣＶ解析部１４０は、ＩＶ測定回路１３０から得られた充電時および放電時の計測値に基づいてＯＣＶ解析を行う（ステップＳ１０７）。ＯＣＶ解析部１４０は、例えば、ＩＶ測定回路１３０から得られた充電時および放電時の計測値を用いて充放電曲線データを生成し、生成した充放電曲線データを、上述の式（２）を用いて近似する。これにより、ＯＣＶ解析部１４０は、二次電池１１０の電気的特性（Ｓｐ，Ｑｐ，Ｓｎ，Ｑｎ，Ｒ０）を導出する。
　次に、劣化ベクトル計算部１５０は、ＯＣＶ解析部１４０で導出された電気的特性（Ｓｐ，Ｑｐ，Ｓｎ，Ｑｎ，Ｒ０）と、初期状態の二次電池１１０の電気的特性（Ｑｐ，０，Ｑｎ，０，Ｒ０，０）とに基づいて劣化ベクトルｄを算出する（ステップＳ１０８）。リパーポス先導出部１７０は、劣化ベクトル計算部１５０で算出された劣化ベクトルｄと、劣化速度ライブラリ１６０から読み出した、二次利用先候補ごとに設定された劣化速度ベクトルｖとに基づいて、二次電池１１０の二次利用先を導出する（ステップＳ１０９）。表示部１８０は、リパーポス先導出部１７０で導出された二次利用先を表示する（ステップＳ１１０）。このようにして、二次電池１１０の二次利用先が提示される。
[効果]
　次に、電源装置１００の効果について説明する。
　本実施の形態では、二次電池１１０の電圧および電流の測定値に基づいて二次電池１１０の複数の劣化パラメータ（劣化ベクトルｄ）が算出される。その後、算出により得られた複数の劣化パラメータ（劣化ベクトルｄ）と、二次利用先候補ごとに設定された複数の劣化パラメータの劣化速度（劣化速度ベクトルｖ）とに基づいて、二次電池１１０の二次利用先が導出される。これにより、特定の劣化パラメータだけが早々に最大劣化状態の値に到達し、二次電池１１０を使用できなくなるような二次利用先の提示を避け、二次電池１１０をできるだけ長い時間使うことができる二次利用先の提示をすることができる。このように、本実施の形態では、一次利用を終了した時点の二次電池の劣化状態を適切に判断することができ、さらに、最適化による効率の度合いが高くなる二次利用先を提示することができる。
　また、本実施の形態では、ＯＣＶ解析により得られた二次電池１１０の電気的特性（Ｓｐ，Ｑｐ，Ｓｎ，Ｑｎ，Ｒ０）と、初期状態の二次電池１１０の電気的特性（Ｑｐ，０，Ｑｎ，０，Ｒ０，０）とに基づいて二次電池１１０の複数の劣化パラメータ（劣化ベクトルｄ）が算出される。これにより、二次電池１１０の劣化状態を多面的に把握することができ、最適化による効率の度合いが高くなる二次利用先を効果的に選択することが可能となる。
　また、本実施の形態では、二次利用先が表示部１８０に表示される。これにより、ユーザは二次利用先を容易に把握することができる。
＜２．第２の実施形態＞
　本技術の第２の実施形態に係る診断装置としてのサーバ装置３００を備えた電源システムについて説明する。図６は、電源システムの機能ブロック例を表したものである。電源システムは、例えば、図６に示したように、電源装置２００と、サーバ装置３００とを備えている。電源装置２００およびサーバ装置３００は、通信ネットワーク４００を介して互いに通信可能となっている。通信ネットワーク４００は、例えば、インターネット、クラウドネットワーク、または、事業者固有のネットワークなどを含んで構成されている。
　電源装置２００は、搭載された二次電池１１０を用いて電力を供給する装置であり、外部の装置と通信する機能を有するネットワーク通信型の装置である。電源装置２００は、例えば、無停電電源装置として使用され得る。電源装置２００は、例えば、バッテリー・バックアップ装置としても使用され得る。電源装置２００は、例えば、図７に示したように、電気自動車などの車両２０００に搭載され得る。
　電源装置２００は、例えば、図６に示したように、二次電池１１０、充放電回路１２０、ＩＶ測定回路１３０、表示部１８０および通信部２１０を有している。通信部２１０は、通信ネットワーク４００を介してサーバ装置３００と通信を行う通信インターフェースである。ＩＶ測定回路１３０は、測定により得られた測定値（電流値および電圧値）を、通信部２１０を介してサーバ装置３００に出力する。表示部１８０は、通信部２１０を介してサーバ装置３００から取得した二次利用先を表示する。
　なお、電源装置２００が車両２０００に搭載される場合、例えば、電源装置２００内の表示部１８０が省略され、表示部１８０の機能を備えた端末装置５００が通信ネットワーク４００に接続されていてもよい。このとき、端末装置５００は、サーバ装置３００から取得した二次利用先を表示する。
　サーバ装置３００は、例えば、図６に示したように、通信部３１０、制御部３２０および劣化速度ライブラリ１６０を有している。通信部３１０は、通信ネットワーク４００を介して電源装置２００と通信を行う通信インターフェースである。制御部３２０は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）を含んで構成されている。制御部３２０は、例えば、ＯＣＶ解析部１４０、劣化ベクトル計算部１５０、リパーポス先導出部１７０およびリファイン部３２１の機能を実行する。
　リファイン部３２１は、劣化ベクトル計算部１５０で得られた劣化ベクトルｄを用いて、劣化速度ライブラリ１６０に格納された劣化速度ベクトルｖを更新する。リファイン部３２１は、例えば、以下の式（１９）に示したように、指数移動平均法などを用いて、劣化速度ベクトルｖを更新してもよい。なお、式（１９）において、パラメータｘは、ｄ／√ｔ１の値のばらつきに基づいて決定される。パラメータｘは、経験上、概ね０より大きく、０．１より小さな値に設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
  
　本実施の形態では、劣化ベクトルｄおよび劣化速度ベクトルｖの算出がサーバ装置３００で行われる。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、このような構成とすることにより、例えば、１つのサーバ装置３００を複数の電源装置２００で共有することができるので、各電源装置２００のコストを低減することができる。
＜３．第３の実施形態＞
　本技術の第３の実施形態に係る診断装置としての機能を有する充放電装置７００を備えた電源システムについて説明する。図８は、電源システムの機能ブロック例を表したものである。電源システムは、例えば、図８に示したように、二次電池パック６００と、充放電装置７００とを備えている。二次電池パック６００および充放電装置７００は、電気的な接続回路を介して電気的に接続されている。
　二次電池パック６００は、可搬型の電池パックであり、例えば、図８に示したように、二次電池１１０を含んで構成されている。二次電池パック６００は、例えば、電動工具向けの電池パック、電動アシスト自転車向けの電池パック、電動キックボード向けの電池パックなどである。充放電装置７００は、例えば、図８に示したように、充放電回路１２０、ＩＶ測定回路１３０、ＯＣＶ解析部１４０、劣化ベクトル計算部１５０、劣化速度ライブラリ１６０およびリパーポス先導出部１７０を有している。
　本実施の形態では、二次電池１１０が、充放電回路１２０等を有する充放電装置７００とは別個に設けられた二次電池パック６００内に設けられている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、このような構成とすることにより、可搬型の電池パックについても、二次利用先を提示することができる。
＜４．第４の実施形態＞
　本技術の第４の実施形態に係る診断装置としてのサーバ装置３００を備えた電源システムについて説明する。図９は、電源システムの機能ブロック例を表したものである。電源システムは、例えば、図９に示したように、二次電池パック６００と、充放電装置８００と、サーバ装置３００とを備えている。充放電装置８００およびサーバ装置３００は、通信ネットワーク４００を介して互いに通信可能となっている。充放電装置８００は、例えば、図９に示したように、充放電回路１２０、ＩＶ測定回路１３０、表示部１８０および通信部２１０を有している。
　本実施の形態では、二次電池１１０が、充放電回路１２０等を有する充放電装置８００とは別個に設けられた二次電池パック６００内に設けられている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、このような構成とすることにより、可搬型の電池パックについても、二次利用先を提示することができる。
　また、本実施の形態では、劣化ベクトルｄおよび劣化速度ベクトルｖの算出がサーバ装置３００で行われる。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、このような構成とすることにより、例えば、１つのサーバ装置３００を複数の充放電装置８００で共有することができるので、各充放電装置８００のコストを低減することができる。
＜５．各実施形態に共通の変形例＞
　上記各実施の形態において、劣化ベクトル計算部１５０は、劣化パラメータとして、正極容量劣化ｄα、負極容量劣化ｄβ、正極バランス劣化ｄγ、負極バランス劣化ｄδおよびインピーダンス劣化ｄεのうち、少なくとも２つを算出するようになっていてもよい。このとき、リパーポス先導出部１７０は、負極容量劣化ｄβ、正極バランス劣化ｄγ、負極バランス劣化ｄδおよびインピーダンス劣化ｄεのうち、少なくとも２つからなる劣化ベクトルｄを用いて、二次電池１１０の二次利用先を導出する。このようにした場合であっても、二次利用の用途によっては、最適化による効率の度合いが高くなる二次利用先を提示することができる。
　なお、本技術は、以下のような構成を取ることもできる。
＜１＞
　二次電池と、
　前記二次電池の充電もしくは放電を行う電気回路と、
　前記二次電池の電圧および電流を測定する測定部と、
　前記測定部で得られた測定値に基づいて前記二次電池の複数の劣化パラメータを算出する算出部と、
　前記算出部での算出により得られた前記複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された前記複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、前記二次電池の二次利用先を導出する導出部と
　を備えた
　電源装置。
＜２＞
　前記算出部は、前記測定部で得られた測定値に基づいてＯＣＶ（Open Circuit Voltage）解析を行い、それにより得られた前記二次電池の電気的特性と、基準二次電池の電気的特性とに基づいて前記二次電池の複数の劣化パラメータを算出する
　＜１＞に記載の電源装置。
＜３＞
　前記複数の劣化パラメータは、正極容量劣化、負極容量劣化、正極バランス劣化、負極バランス劣化およびインピーダンス劣化のうち少なくとも２つを含む
　＜２＞に記載の電源装置。
＜４＞
　前記電気的特性は、前記複数の劣化パラメータに前記正極容量劣化が含まれる場合には正極容量を含み、前記複数の劣化パラメータに前記負極容量劣化が含まれる場合には負極容量を含み、前記複数の劣化パラメータに前記正極バランス劣化が含まれる場合には正極平行移動および前記正極容量を含み、前記複数の劣化パラメータに前記負極バランス劣化が含まれる場合には負極平行移動および前記負極容量を含み、前記複数の劣化パラメータに前記インピーダンス劣化が含まれる場合にはインピーダンスを含む
　＜３＞に記載の電源装置。
＜５＞
　前記導出部で得られた前記二次利用先についての情報を表示する表示部を更に備えた
　＜１＞ないし＜４＞のいずれか１つに記載の電源装置。
＜６＞
　二次電池の電圧および電流の測定値に基づいて前記二次電池の複数の劣化パラメータを算出する算出部と、
　前記算出部での算出により得られた前記複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された前記複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、前記二次電池の二次利用先を導出する導出部と
　を備えた
　診断装置。
＜７＞
　二次電池の電圧および電流の測定値に基づいて前記二次電池の複数の劣化パラメータを算出することと、
　算出により得られた前記複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された前記複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、前記二次電池の二次利用先を導出することと
　を含む
　診断方法。

Claims (7)

  1. 　二次電池と、
    　前記二次電池の充電もしくは放電を行う電気回路と、
    　前記二次電池の電圧および電流を測定する測定部と、
    　前記測定部で得られた測定値に基づいて前記二次電池の複数の劣化パラメータを算出する算出部と、
    　前記算出部での算出により得られた前記複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された前記複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、前記二次電池の二次利用先を導出する導出部と
    　を備えた
    　電源装置。
  2. 　前記算出部は、前記測定部で得られた測定値に基づいてＯＣＶ（Open Circuit Voltage）解析を行い、それにより得られた前記二次電池の電気的特性と、基準二次電池の電気的特性とに基づいて前記二次電池の複数の劣化パラメータを算出する
    　請求項１に記載の電源装置。
  3. 　前記複数の劣化パラメータは、正極容量劣化、負極容量劣化、正極バランス劣化、負極バランス劣化およびインピーダンス劣化のうち少なくとも２つを含む
    　請求項２に記載の電源装置。
  4. 　前記電気的特性は、前記複数の劣化パラメータに前記正極容量劣化が含まれる場合には正極容量を含み、前記複数の劣化パラメータに前記負極容量劣化が含まれる場合には負極容量を含み、前記複数の劣化パラメータに前記正極バランス劣化が含まれる場合には正極平行移動および前記正極容量を含み、前記複数の劣化パラメータに前記負極バランス劣化が含まれる場合には負極平行移動および前記負極容量を含み、前記複数の劣化パラメータに前記インピーダンス劣化が含まれる場合にはインピーダンスを含む
    　請求項３に記載の電源装置。
  5. 　前記導出部で得られた前記二次利用先についての情報を表示する表示部を更に備えた
    　請求項１に記載の電源装置。
  6. 　二次電池の電圧および電流の測定値に基づいて前記二次電池の複数の劣化パラメータを算出する算出部と、
    　前記算出部での算出により得られた前記複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された前記複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、前記二次電池の二次利用先を導出する導出部と
    　を備えた
    　診断装置。
  7. 　二次電池の電圧および電流の測定値に基づいて前記二次電池の複数の劣化パラメータを算出することと、
    　算出により得られた前記複数の劣化パラメータと、二次利用先候補ごとに設定された前記複数の劣化パラメータの劣化速度とに基づいて、前記二次電池の二次利用先を導出することと
    　を含む
    　診断方法。
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