CN103403565B - 剩余寿命判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在即使接近寿命而电压值（V）和/或电阻值（R）也没有发生显著变化的电池中推定该电池的剩余寿命的技术。使电池组放电，直到由多个电池构成的电池组（10）的充电状态（SOC）变为在电池组的充放电控制中使用的预定的通常使用范围的下限值以下，在电池组放电时，测定将多个电池划分成多个电池块时的每个电池块的放电容量，算出多个电池块的放电容量的容量差，基于所算出的容量差判定电池块或电池组的剩余寿命。

Description

剩余寿命判定方法

技术领域

本发明涉及推测多个电池电连接而成的电池组的剩余寿命的技术。

背景技术

已知如下技术：当电池劣化或发生故障时，电压值（V）的变化特性发生变化或电阻值（R）发生变化。利用该特性，在实际发生了电池的劣化和/或故障的情况下，基于电压值和/或电阻值的变化，判定电池的劣化程度（例如，参照专利文献1～6。）

现有技术文献

专利文献1：日本特开2005－188965号公报

专利文献2：日本特开2003－151645号公报

专利文献3：日本特开2003－028940号公报

专利文献4：日本特开2001－231179号公报

专利文献5：日本特开2008－126788号公报

专利文献6：日本特开2000－092732号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，特别是在镍氢电池（Ni－MH电池）的情况下，由于实际上在劣化发展到一定程度或发生故障之前电压值（V）和/或电阻值（R）没有发生显著变化，因此在要推测电池的剩余寿命的情况下，无法利用上述以往的判定技术。

因此，本发明的目的在于，提供一种在即使接近寿命而电压值（V）和/或电阻值（R）也没有发生显著变化的电池中推测该电池的剩余寿命的技术。

用于解决问题的手段

作为本申请第1发明的剩余寿命判定方法，其特征在于，使由多个电池构成的电池组放电，直到电池组的充电状态（SOC）变为在电池组的充放电控制中使用的预定的通常使用范围的下限值以下，在电池组放电时，对将多个电池划分成多个电池块时的每个电池块的放电容量进行测定，算出多个电池块的放电容量的容量差，基于所算出的容量差来判定电池块或电池组的剩余寿命。

在此，各电池块可以与各电池对应或与多个电池对应。也就是说，如果将电池组按每个电池进行划分，则各电池成为各电池块。另外，也可以由多个电池构成1个电池块，在该情况下，由多个电池块构成电池组。在多个电池块的放电容量的最大值与最小值的容量差为预定值以上的情况下，能够判定为电池组或放电容量小的一侧的电池块的剩余寿命为预定期间以下。

另外，作为通常使用范围的下限值，可以设定为40%的充电状态（SOC）。由于SOC40%在进行电池组的充放电时被设定为SOC的下限值的情况多，所以通过电池组放电直到变为下限值以下，明显出现多个电池块的放电容量的不均（バラツキ），能够进行更高精度的剩余寿命判定。

进而，作为通常使用范围的下限值，可以设定为0%的充电状态（SOC）。由此，更明显地出现多个电池块的放电容量的不均，能够更正确地进行剩余寿命判定。

另外，可以使电池组放电，直到电池组的充电状态（SOC）从作为充放电控制的目标的基准值变为下限值以下。由于基准值（SOC）比相当于满充电状态的SOC低，所以与使电池组从满充电状态放电相比，能够在短时间内有效地把握多个电池块的放电容量的不均。

此外，也可以使用从车辆上取下后还没有实施充放电处理的电池组，使其放电直到充电状态（SOC）变为下限值以下。这是因为：若从被强制充电后的状态开始放电，则由于在车辆上被实际利用而产生的容量平衡（正极和负极间的容量的对应关系）的偏离会被缓和，变得不容易观测放电容量的不均。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种在即使接近寿命而电压值（V）和/或电阻值（R）也没有发生显著变化的电池中推定该电池的剩余寿命的技术。

附图说明

图1是表示判定电池组（电池）的剩余寿命的剩余寿命判定系统的概要的图。

图2是表示本实施例的电池劣化判定方法的处理的流程的流程图。

图3是表示在使具有充分剩余寿命的电池组放电至SOC0%的情况下多个电池的放电容量的不均ΔAh的程度的图。

图4是表示在使负极充电量减少而剩余寿命变短的电池组放电至SOC0%的情况下多个电池的放电容量的不均ΔAh的程度的图。

图5是表示在正极和负极的容量平衡没有偏离的电池中放电容量以及单极电位（正极电位及负极电位）的关系的图。

图6是表示在正极和负极的容量平衡已偏离的电池中放电容量以及单极电位（正极电位及负极电位）的关系的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施例进行说明。

本实施例是对从车辆等回收的电池组的剩余寿命进行判定的技术。所谓剩余寿命是指将电池组或后述的电池在满足预定的充放电特性的范围内将来能够继续使用的期间。

图1是表示判定电池组的剩余寿命的剩余寿命判定系统的概要的图。在本实施例中，成为剩余寿命的判定对象的电池组，举例从车辆回收的镍氢电池（Ni－MH电池）的情况。此外，除镍氢电池以外，还可以使用锂离子电池等二次电池。

电池组10是将多个电池10a电串联连接而构成的电池组（电池包）。在图1中，将电池10a（相当于电池块）作为单电池来表示，但并不限于此。

具体而言，在将多个（例如6个）单电池电串联连接而构成了电池模块时，能够将该电池模块设为图1所示的电池10a。在此，电池模块作为1个单元而构成。也就是说，通过在1个壳体内容纳多个单电池，能够构成电池模块。在该情况下，通过将多个电池模块电串联连接，能够构成电池组10。另一方面，也能够将电串联连接多个电池模块而成的构件设为图1所示的电池10a。

电池组10的正端子经由正极线PL与负载4s连接，电池组10的负端子经由负极线NL与负载4s连接。在电池组10与负载4s连接时，电流传感器5检测电池组10的电流值。另外，在各电池10a上电并联连接有作为放电电路的电阻4。电压传感器3设置于各电池10a，对使电池组10放电时的各电池10a的电压进行检测，将检测结果输出到放电容量算出部2。

电池组10的充电状态（SOC：State of Charge）是从使电池组10为满充电的状态减去已放电的电量的比例而得到的比例。换言之，SOC表示当前的充电容量相对于满充电容量的比例。在此，由于满充电容量随着电池组10的使用（劣化）而变化，所以SOC是以当前的满充电容量为基准而算出的。满充电容量包含电池组10处于初始状态时的满充电容量和电池组10使用后（劣化后）的满充电容量。所谓初始状态是指刚制造出电池组10后的状态、换言之是初次使用电池组10时的状态。电池组10使用后的满充电容量比电池组10处于初始状态时的满充电容量低。

电池组10的SOC例如能够根据由电流传感器5测量的放电电流的累计值来推定，或者根据使用由电压传感器3测量的电压而算出的电池组10的电动势来推定。当然，电池组10的SOC也能够通过公知的各种推定方法来推定。

基于使各电池10a放电时的电压传感器3的检测结果，能够求出各电池10a的放电曲线（电压相对于放电容量的变化）。

此外，在本实施例中，构成电池组10的多个电池10a电串联连接，但电池组10也可以包含电并联连接的多个电池10a。

在搭载有上述的电池组10的车辆中，能够使用电池组10的输出使车辆行驶，或者将车辆制动时产生的动能作为再生电力而蓄积于电池组10中。具体而言，能够将电池组10与电动发电机电连接。电动发电机将从电池组10输出的电能转换成用于车辆行驶的动能，或者将车辆制动时产生的动能转换成向电池组10供给的电能。

图2是表示本实施例的电池劣化判定方法的处理的流程的流程图。

首先，使具有电连接的多个电池10a的电池组10放电，直到SOC变为通常使用范围的下限值SOC_min以下（S101、S102）。具体而言，通过将电池组10与负载4s连接来使电池组10放电，使电池组10的SOC变为下限值SOC_min以下。

在进行电池组10（电池10a）的放电时，可以使放电率小于1It。另外，在使电池组10放电时，通过各电压传感器3检测对应的电池10a的电压值。电池10a的电压值因电池组10的放电而降低。

在此，所谓通常使用范围，意味着能够满足以下的（1）～（3）的条件的SOC的范围。

（1）对于车的要求能够充分确保输入输出（W）。

（2）满足所要求的寿命。

（3）能够充分确保充放电容量（能量（Wh））。

如此，所谓“通常使用范围”，意味着在电池组10搭载于车辆的情况下能够充分发挥作为电池组10所要求的输入输出性能并通过在该使用范围内使用而能够抑制电池组10的大幅劣化的使用范围。另外，通常使用范围可以通过电池组10（电池10a）的固有的输入输出特性来决定，另外，也可以根据车辆侧的要求来决定。

在此，在电池组10的SOC达到通常使用范围的下限值SOC_min时，通常进行限制电池组10放电的控制，使电池组10的SOC不低于下限值SOC_min。另一方面，在电池组10的SOC达到通常使用范围的上限值SOC_max时，通常进行限制电池组10充电的控制，使电池组10的SOC不高于上限值SOC_max。

另外，使上述放电处理完成的“终止电压（放电终止电压）”成为电池10a的终止电压。例如，在电池10a由单电池构成时，单电池的终止电压成为使放电处理完成的终止电压。另外，在电池10a构成为电池模块时，能够将作为电压传感器3的检测电压的6.0V～7.2V左右设为使放电处理完成的终止电压。

也就是说，在由6个镍氢电池（单电池）构成电池模块时，由于镍氢电池（单电池）的终止电压为1.0～1.2V，所以当电池模块的检测电压变为6.0～7.2V左右时，能够推定为电池模块已被放电到通常使用范围的下限值SOC_min附近。另一方面，在电池10a由多个电池模块构成时，在电池模块的终止电压上乘以电池模块的数量得到的值，成为使放电处理完成的终止电压。

接着，测定放电后的各电池10a的放电容量（S103）。基于使各电池10a放电至终止电压的时间和放电电流值来测定放电容量。放电容量的算出通过放电容量算出部2（参照图1）来进行。放电容量算出部2通过ASIC（Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路）的运算处理和/或通过由CPU或MPU等处理器执行存储在存储器中的程序而进行的处理来实现。

通过S103的处理，能够分别取得多个电池10a的放电容量。在多个电池10a中放电容量产生不均时，能够特定放电容量的最大值及最小值。在该情况中，算出放电容量（最大值）与放电容量（最小值）之差（容量差）ΔAh（S104）。

接着，判断容量差ΔAh是否为预定值ΔAh_th以上（S105）。预定值ΔAh_th能够考虑电池10a的剩余寿命而预先设定。在电池组10中，特定的电池10a的剩余寿命与其他的电池10a的剩余寿命相比越短，则容量差ΔAh就越大。因此，通过将容量差ΔAh与预定值ΔAh_th进行比较，能够特定剩余寿命短一侧的电池10a。

因此，在容量差ΔAh为预定值ΔAh_th以上的情况下，判定为电池组10（特别是放电容量Ah低一侧的电池10a）的剩余寿命为预定期间以下（S106）。在此，预定期间能够基于再利用电池10a的观点来适当设定。也就是说，对于判定为剩余寿命不为预定期间以下的电池10a，能够判断为能再利用。

具体而言，在上述的容量差ΔAh超过在电池组10的满充电容量中所占的预定比例（例如10%）的情况下，判定为电池组10（特别是放电容量Ah低一侧的电池10a）的剩余寿命为预定期间以下。由于电池组10是将多个电池10a单元化而成的，所以如果剩余寿命为预定期间以下的电池10a包含在电池组10中，则判定为电池组10的剩余寿命也为预定期间以下。在此，如果将构成电池组10的多个电池10a分解，则能够特定剩余寿命为预定期间以下的电池10a。

在此，上述的预定比例能够考虑电池组10的输入输出特性等来适当设定。作为一例，将判定基准设为“10%”是因为：放电容量的不均幅度处于10%左右以内是电池10a能正常使用的判定基准的一例（例如，参照日本特开2002－15781号公报）。

如上所述，放电容量的不均（容量差ΔAh）超过了10%的情况，并不限于构成电池组10的全部电池10a的剩余寿命都短。即，有时仅特定的电池10a的剩余寿命短。在此，算出全部电池10a的放电容量的平均值，对于示出比该平均值（放电容量）低预定值（例如，满充电容量的10%）以上的放电容量的电池10a，能够判定为剩余寿命短。

对于判定为剩余寿命短的电池10a以外的电池10a，能够在制造新的电池组10时再利用。此外，从使用后的电池组10中选择（提取）能再利用的电池10a的方法，并不限于将各电池10a的放电容量与放电容量的平均值进行比较的方法，也可以将各电池10a的放电容量与其他的基准进行比较。

此外，在S101中，希望使电池组10中的电池10a分别放电到电池组10的SOC变为40%以下。SOC40%有时被设定为通常使用范围的下限值SOC_min，这是因为当电池组10的SOC低于通常使用范围的下限值SOC_min时，开始明显出现放电容量的不均（容量差ΔAh）。

另外，在S101中，优选使电池组10中的电池10a分别放电到电池组10的SOC变为“0%”。由此，由于能够在多个电池10a中以最大的状态观测放电容量的不均（ΔAh），所以能够进行更正确的剩余寿命判定。也就是说，使电池组10的SOC越低，就能够使容量差ΔAh越大，越容易把握用于剩余寿命的判定的容量差ΔAh。

另外，S101中的电池组10中的电池10a各自的放电，希望从电池组10的SOC为“SOC中心”的状态开始。在此，所谓“SOC中心”是指使电池组10充放电时成为目标的基准值（SOC）。也就是说，控制电池组10的充放电，以使电池组10的SOC沿着SOC中心而变化。

具体而言，当电池组10的SOC低于“SOC中心”时，在能够输出驾驶员要求的动力的范围内，对电池组10进行充电。将其称为充放电驾驶模式。另外，当电池组10的SOC高于“SOC中心”时，充放电驾驶模式被解除，积极地进行电池组10的放电。

以SOC中心为基准的电池组10的充放电控制在搭载有电池组10的车辆（特别是混合动力车）中进行的情况多。所谓混合动力车是指作为使车辆行驶的动力源除了电池组10以外还具有发动机或燃料电池的车辆。如此，通过在搭载有电池组10的车辆中将特征性的“SOC中心”设为进行图2所示的放电处理时的基准，与从满充电状态（SOC比SOC中心高的状态）进行放电处理时相比，能够在短时间内有效地把握多个电池10a的放电容量的不均（容量差ΔAh）。

进而，S101所示的放电，能够对从车辆上取下的电池组10进行，但该电池组10优选在从车辆是取下之后还没有实施强制性的充放电处理（特别是充电处理）。这是因为：若从被强制充电后的状态开始放电，则因在车辆上被实际利用（充放电）而产生的容量平衡的偏离（制造时的质量的不均和/或因车辆搭载时承受的环境的温度等而产生的容量的不均）会被缓和，不容易观测容量差ΔAh。

图3是表示在使具有充分剩余寿命的电池组10放电至SOC0%的情况下多个电池10a的放电容量的不均ΔAh的程度的图。图4是表示在使包含负极充电量减少而剩余寿命变短的电池10a的电池组10放电至SOC0%的情况下多个电池10a的放电容量的不均ΔAh的程度的图。在图3及图4中，对于6个电池10a，取得放电曲线（放电容量Ah1～Ah6）。

如图3所示，在负极充电量充分且剩余寿命长的电池组10的情况下，放电至SOC0%时的多个电池10a的放电容量Ahl～Ah6的不均（最大容量差）成为ΔAh1。另一方面，如图4所示，在包含负极充电量减少而剩余寿命变短的电池10a的电池组10的情况下，放电至SOC0%时的多个电池10a的放电容量Ahl～Ah6的不均（最大容量差）成为ΔAh2，与图3所示的容量差ΔAh1相比大幅增加。

图5及图6是表示放电容量和单极电位（正极电位及负极电位）的关系的图。在图5及图6中，纵轴是单极电位，横轴是放电容量。

在此，正极电位及负极电位分别能够通过在正极和负极之间配置参照极来取得。正极电位成为正极与参照极之间的电位，负极电位成为负极与参照极之间的电位。图5表示正极和负极的容量平衡没有偏离的状态，图6表示正极和负极的容量平衡已偏离的状态。

在以往的剩余寿命判定方法中，基于电压值（V）和/或电阻值（R）的变化对电池的劣化进行预测。但是，如镍氢电池中的负极充电量的减少那样，在实际上电池10a的劣化没有发展的状态下，在即将达到寿命之前无法观测到电压值（V）或电阻值（R）的显著变化。也就是说，当负极充电量减少时，正极和负极的容量平衡偏离，仅从图5所示的状态变化到图6所示的状态，无法观测到电压值（V）和/或电阻值（R）的显著变化。因此，无法正确地进行剩余寿命的推测。

另一方面，如本实施例所示，使电池组10放电直到电池组10的SOC低于通常使用范围的下限值SOC_min，通过观测此时产生的放电容量的不均（ΔAh），能够把握构成电池组10的各电池10a的负极充电量的减少，能够推测电池组10（电池10a）的剩余寿命。

通过使用本实施例所记载的剩余寿命判定方法，能够判定从行驶后的车辆回收的电池组10中的电池10a的剩余寿命。通过根据剩余寿命的判定的结果而仅提取放电容量的不均比较少的电池10a（所谓的良好的电池10a），能够将这些良好的的电池10a组合而再次打包成电池组10。由此，能够有效地再利用仍有充分剩余寿命的电池10a。

放电容量的测定可以对每个由多个（例如6个）单电池电串联连接而成的电池模块（相当于电池10a）来进行，也可以将单电池按n个（n>1：自然数）进行块（block）化，对每个块来进行。在该情况下，能够对每个块判定剩余寿命。

附图标记说明

10：电池组，10a电池，PL：正极线，NL：负极线，2：放电容量算出部，4：电阻，3：电压传感器，5：电流传感器，Ah1～Ah6：各电池的放电容量。

Claims (5)

1.一种剩余寿命判定方法，其特征在于，

使由多个电池构成的电池组放电，直到所述电池组的充电状态(SOC)变为在所述电池组的充放电控制中使用的预定的通常使用范围的下限值以下，

在所述电池组放电时，对将所述多个电池划分成多个电池块时的每个所述电池块的放电容量进行测定，

算出所述多个电池块的所述放电容量的容量差，

基于所算出的所述容量差来判定所述电池块或所述电池组的剩余寿命，

在所述多个电池块的放电容量的最大值与最小值的容量差为预定值以上的情况下，判定为所述电池组的剩余寿命或放电容量小的一侧的所述电池块的剩余寿命为预定期间以下。

2.根据权利要求1所述的剩余寿命判定方法，其特征在于，

使所述电池组放电，直到所述电池组的充电状态(SOC)从作为充放电控制的目标的基准值变为所述下限值以下。

3.根据权利要求1所述的剩余寿命判定方法，其特征在于，

使用从车辆上取下后还没有实施充放电处理的所述电池组，使其放电直到充电状态(SOC)变为所述下限值以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的剩余寿命判定方法，其特征在于，

所述下限值为40％的充电状态(SOC)。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的剩余寿命判定方法，其特征在于，

所述下限值为0％的充电状态(SOC)。