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JP2017166874A - 蓄電池評価装置、蓄電池、蓄電池評価方法、およびプログラム - Google Patents

蓄電池評価装置、蓄電池、蓄電池評価方法、およびプログラム Download PDF

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JP2017166874A JP2016050189A JP2016050189A JP2017166874A JP 2017166874 A JP2017166874 A JP 2017166874A JP 2016050189 A JP2016050189 A JP 2016050189A JP 2016050189 A JP2016050189 A JP 2016050189A JP 2017166874 A JP2017166874 A JP 2017166874A
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Abstract

【課題】蓄電池の劣化進行度を算出し、当該蓄電池のレンタルなどに係る料金を劣化進行度に応じて決定する。【解決手段】本発明の実施形態に係る蓄電池評価装置は、二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の電圧および電流のデータに基づいて、前記二次電池の電池容量、内部抵抗、および開回路電圧のうち少なくともいずれかが含まれる電池特性を算出する電池特性推定部と、前記電池特性に基づいて算出される、前記二次電池の性能指標に関する値に基づき、前記二次電池の劣化の進行具合を示す劣化進行度を算出する劣化進行度算出部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、蓄電池評価装置、蓄電池、蓄電池評価方法、およびプログラムに関する。
近年、経済・企業活動のグローバル化に伴い、発展途上国においても、エネルギーを大量に消費する生活様式となりつつある。ゆえに、今後の世界のエネルギー需要は非常に膨大となると考えられる。世界的な経済成長を維持するためにも、エネルギーを安定的に供給することは極めて重要であり、国家単位でエネルギー消費を最適化させる仕組みの導入が求められる。
エネルギー消費を最適化させる仕組みとして、スマートグリッドが注目されている。スマートグリッドは、電力の供給量と消費量をＩＴ等のテクノロジーを駆使して最適化する技術である。スマートグリッドを本格的に運用するためには、特に、電力需要の小さい時点・場所において発電された余剰電力を、電力需要の大きい時点・場所に使用できるようにし、時間・場所を超えて需要・供給の平滑化を図ることが重要である。ゆえに、余剰電力を貯蔵することができる蓄電池が、スマートグリッドにおいて極めて重要な役割を果たす。
国家戦略としてスマートグリッドを本格的に推進するには、電力を使用する建物単位で蓄電池を設置することが必要になると考えられる。しかし、建物単位で蓄電池を設置するとなると、設置者となる一般消費者に過大の負担を強いることになる。ゆえに、新しい蓄電池だけでなく、中古の蓄電池も使用されるケースが増えると考えられる。しかし、中古の蓄電池は、劣化が進んでいるため、設置後すぐに交換が必要となる場合もあり得る。そのため、中古の蓄電池の価値を正しく評価する必要がある。
特開２０１４−１９７３９２号公報 特開２００３−２８８５３９号公報 特開２０１２−２５１８０６号公報
本発明の実施形態は、蓄電池の価値を評価する指標として、蓄電池の劣化進行度を算出する。
本発明の実施形態に係る蓄電池評価装置は、二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の電圧および電流のデータに基づいて、前記二次電池の電池容量、内部抵抗、および開回路電圧のうち少なくともいずれかが含まれる電池特性を算出する電池特性推定部と、前記電池特性に基づいて算出される、前記二次電池の性能指標に関する値に基づき、前記二次電池の劣化の進行具合を示す劣化進行度を算出する劣化進行度算出部と、を備える。
第１の実施形態に係る蓄電池評価装置の概略構成の一例を示すブロック図。 蓄電池評価装置の概略処理のフローチャート。 充電時の電流・電圧の履歴の一例を示す図。 活物質量算出部の処理の流れを示すフローチャート。 開回路電圧算出部の処理の流れを示すフローチャート。 充電量と開回路電圧との関係を表すグラフ（充電量‐ＯＣＶ曲線）の一例を示す図。 ＳＯＣと開回路電圧との関係を表すグラフ（ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線）の一例を示す図。 各温度におけるＳＯＣと反応抵抗Ｒｃｔとの関係を示す図。 各抵抗成分について説明する図。 各性能指標の劣化進行度を説明する図。 入出力可能な電力量（Ｗｈ）の算出を説明する図。 第２の実施形態に係る蓄電池評価装置の概略構成の一例を示すブロック図。 劣化進行度算出グラフ処理部の処理の流れを示すフローチャート。 本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る蓄電池評価装置を備えた蓄電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。この蓄電池システムは、蓄電池１と、蓄電池評価装置２と、表示装置３を備える。蓄電池評価装置２は、充放電制御部２１と、計測部２２と、ＳＯＣ（充電状態：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）推定部２３と、記憶部２４と、電池特性推定部２５と、内部抵抗補正部２６と、劣化進行度算出部２７とを備える。電池特性推定部２５は、充放電履歴記録部２５１、活物質量（パラメータ）算出部２５２、開回路電圧算出部２５３を備える。
なお、蓄電池評価装置２をＣＰＵ回路等にて実現し、蓄電池１に備え付けることにより、蓄電池評価装置２を１つの蓄電池１として実現してもよい。
蓄電池１は、１以上の電池パックを備える。各電池パックは、１以上の電池モジュールを備える。各電池モジュールは、複数の単位電池（セル）を備える。各電池パックが備える電池モジュールの数は、同数でも異なってもよい。また、各電池モジュールが備える単位電池の数は、同数でも異なってもよい。
単位電池は、充放電が可能な二次電池であればよい。ここでは、リチウムイオン二次電池を想定して説明する。
なお、以降の説明において、特に断りがなければ、蓄電池には、電池パック、電池モジュール、単位電池を含むものとする。
蓄電池１は、例えば、個人住宅、ビルディング、工場などの建物単位の定置用蓄電池でもよいし、発電システムと連携した蓄電池、または系統連系した蓄電池でもよい。また、例えば、電気自転車、ドローン、携帯電話といった蓄電池搭載機器などの蓄電池でもよい。
蓄電池１は、使用された結果、性能が劣化することを想定する。そして、蓄電池評価装置２は、蓄電池１の価値を評価する指標として、蓄電池１の劣化の進行具合を算出する。ここでは、蓄電池１の劣化の進行具合を劣化進行度と称する。
例えば、リースもしくはレンタルされた蓄電池１が契約期間の終了に伴い返却された場合、または、販売した蓄電池１を中古品として買い戻した場合などにおいて、蓄電池１が劣化していることを想定する。
劣化が進行した蓄電池１は、蓄積可能な電気容量、出力電力などが低下するため、設置予定の設備が求める仕様を満たさない場合もあり得る。ゆえに、蓄電池１の劣化進行度は、当該蓄電池１を再度リース・レンタルするか廃棄するかといった判断の指標となり得る。また、劣化進行度をリース・レンタルの料金を算出する指標として用いることも考えられる。劣化が少なければ再度のリース・レンタルが可能であるため、適切に使用されたとしてリース・レンタルの料金を割り引くといったことが考えられる。また、蓄電池１を中古品として販売する場合に、販売額を決定する合理的な指標にもなり得る。このように、劣化進行度は、蓄電池１の価値を評価する指標となり得る。
また、蓄電池１の劣化は、使用頻度または回数のみならず、使用環境または負荷などにより異なる。ゆえに、高精度に劣化進行度を予測するために、蓄電池評価装置２は、蓄電池１の使用頻度または回数から劣化進行度を予測するのではなく、蓄電池１の性能に基づいて劣化進行度を予測する。
なお、蓄電池評価装置２は、少なくとも蓄電池１が使用される前（リース・レンタル前）と、使用された後（リース・レンタル後）において、蓄電池１の劣化進行度を推定するものとする。そして、両推定結果に基づき、蓄電池１の劣化進行度が算出される。
蓄電池評価装置２は、蓄電池１と接続され、蓄電池１の状態の計測を行う。図２は、蓄電池評価装置２の概略処理のフローチャートである。図２（Ａ）は蓄電池１の状態を把握するための処理である。図２（Ｂ）は、劣化進行度を算出するための処理である。これらの処理は、蓄電池１のリース・レンタルの前後で行われることを想定する。なお、蓄電池１のリース・レンタル期間中に使用者が劣化進行度を把握するために行ってもよい。
蓄電池１の状態を把握するための処理について説明する。蓄電池評価装置２は、蓄電池１に対して、所定条件における充電（または放電）の指示を行う（Ｓ１０１）。蓄電池評価装置２は、蓄電池１からの充電（放電）結果を取得し（Ｓ１０２）、充電結果の解析を行う（Ｓ１０３）。充電結果の解析とは、充電結果に基づき、各単位電池の電池特性（セル特性）および内部状態パラメータを算出することである。具体的には、充電時または放電時に計測された電流および電圧のデータに基づき、単位電池の正極および負極の活物質量、内部抵抗などを推定する。また、内部状態パラメータに基づき、電池容量、二次電池の開回路電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）曲線の推定を行う。
内部状態パラメータは、単位電池の正極容量（正極の質量）、負極容量（負極の質量）、ＳＯＣずれ、および内部抵抗を想定する。ＳＯＣずれは、正極の初期充電量と負極の初期充電量との差を意味する。電池特性は、上記内部状態パラメータから算出する電池容量、開回路電圧、ＯＣＶ曲線などがある。また、内部抵抗は電池特性に含めてもよい。
劣化進行度を算出するための処理について説明する。蓄電池評価装置２は、蓄電池１から電圧、温度など現在の単位電池の状態に関する情報（現状情報）を取得する（Ｓ２０１）。そして、先に推定した各電池の電池特性（セル特性）および内部状態パラメータ、および現状情報に基づき、劣化進行度を算出する（Ｓ２０２）。蓄電池評価装置２は、算出した劣化進行度を、表示装置３に通知する（Ｓ２０３）。
蓄電池評価装置２が備える各部および動作の詳細については、後述する。
表示装置３は、蓄電池評価装置２が算出した劣化進行度を表示する。なお、ここで説明したシステム構成は、一例であり、この構成に限られるものではない。例えば、さらにストレージなどの外部装置を備え、外部装置が劣化進行度を記録したデータをファイルとして保存してもよい。また、他のシステムなどと接続され、他のシステムに劣化進行度を出力してもよい。
次に、蓄電池評価装置２が備える各部について説明する。
充放電制御部２１は、蓄電池１に対し、所定条件での充放電の指示を行う。充放電は、少なくとも蓄電池１のリース・レンタルの前後に行う必要がある。また、図示しない入力部を介して、使用者、他のシステムなどからの指示を受け付けた場合に、充放電の指示を行ってもよい。
計測部２２は、蓄電池１に関する情報を計測する。計測される情報は、単位電池の正極端子と負極端子との間の電圧と、単位電池に流れる電流と、単位電池の温度などがある。
ＳＯＣ推定部２３は、計測部２２が計測した、電圧、電流、および温度の計測データから、蓄電池１の現時点でのＳＯＣ（充電状態）を推定する。
記憶部２４は、単位電池が有する各電極を構成する正極または負極の充電量と電位との関係を示す関数などが格納される。その他のデータが記憶されてもよい。
電池特性推定部２５は、現時点における電池特性を算出する。電池特性は、電池容量、内部抵抗、開回路電圧（ＯＣＶ）、ＯＣＶ曲線が含まれる。ＯＣＶ曲線は、電池に関する何らかの指標と開回路電圧（ＯＣＶ）との関係を示すグラフ（関数）を意味する。例えば、当該関数は、二次電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数でもよい。ＳＯＣとＯＣＶとの関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶグラフでもよいし、充電量とＯＣＶとの関係を示す充電量−ＯＣＶグラフでもよい。算出するＯＣＶ曲線の種類は、予め定めておけばよい。
電池特性の算出には、公知の電池特性測定方法を用いることができる。具体的には、実際に電流を流して電池容量の測定を行う充放電試験、主に内部抵抗値の測定を行う電流休止法、交流インピーダンス測定などの電気化学的測定などがある。また、これらを組み合わせて測定してもよい。また、充放電曲線を解析して、簡易的に電池特性を推定する方法を用いてもよい。
電池特性推定部２５の内部構成について説明する。
充放電履歴記録部２５１は、蓄電池１の充電時または放電時に、計測部２２で計測された、電圧、電流、および温度などのデータ（履歴）を記録する。当該記録は、蓄電池１の充電の開始から、蓄電池１の充電の終了まで、一定時間間隔ごとに繰り返し行われる。この時間間隔は、当該記録を用いる処理に応じて、任意に設定すればよい。例えば、０．１秒から１秒間隔程度に設定することが考えられる。記録される時刻は、絶対時刻でも、充電が開始されてからの相対時刻でもよい。また、充放電履歴記録部２５１の処理が一定時間間隔で繰り返されている場合は、時刻の記録は省略してもよい。
図３は、充電時の電流および電圧のデータの一例を示す図である。図３に示すデータは、二次電池の充電方法として一般的に用いられる定電流定電圧充電の一例である。図３の破線は、電流履歴を表し、実線は電圧履歴を表す。
後述する活物質量算出部２５２の処理においては、例えば、定電流定電圧充電全体の充電履歴、または定電流充電区間（図３のｔ０からｔ１の間）の充電履歴のみを用いてもよい。
活物質量算出部２５２は、充放電履歴記録部２５１が記録した履歴に基づき、単位電池の正極または負極を構成する活物質の量、初期充電量、単位電池の内部抵抗をそれぞれ算出する。
活物質量算出部２５２は、活物質量および内部抵抗に基づき電池電圧を算出する関数を利用する。電池充電時または放電時の電流データおよび電圧データ、並びに当該関数に基づき算出した電池電圧の差が少なくなるような活物質量と内部抵抗を回帰計算により求める。なお、特許文献３には正極が複数の活物質から構成される場合の例が示されているが、本実施形態では正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を例にとって説明する。
正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を充電する場合、時刻ｔにおける端子電圧Ｖｔは、次式で表すことができる。
Figure 2017166874
 Ｉｔは時刻ｔにおける電流値、ｑｔは時刻ｔにおける電池の充電量を表す。ｆｃは正極の充電量と電位との関係を示す関数、ｆａは負極の充電量と電位との関係を示す関数を表す。ｑｏ ｃは正極の初期充電量、Ｍｃは正極の質量を表す。ｑｏ ａは負極の初期充電量、Ｍａは負極の質量を表す。Ｒは内部抵抗である。
電流値Ｉｔには、充放電履歴記録部２５１により記録された電流データが用いられる。充電量ｑｔは、電流値Ｉｔを時間積分することにより算出される。関数ｆｃおよび関数ｆａは、関数情報として、記憶部２４に記録されているものとする。
その他の正極の初期充電量ｑｏ ｃ、正極の質量Ｍｃ、負極の初期充電量ｑｏ ａ、負極の質量Ｍａ、および内部抵抗Ｒの５つの値（パラメータセット）は、回帰計算によって推定される。
図４は、活物質量算出部２５２の処理の流れを示すフローチャートである。活物質量算出部２５２の処理は、蓄電池１の充電が終了したのち開始される。
活物質量算出部２５２は、初期化を行い、前述のパラメータセットに初期値を設定し、回帰計算の繰り返し回数を０に設定する（Ｓ３０１）。初期値は、例えば、前回の活物質量算出処理が行われた際に算出された値でもよいし、想定され得る値などを用いてもよい。
活物質量算出部２５２は、次式で表される残差Ｅを計算する（Ｓ３０２）。
Figure 2017166874
 Ｖｂａｔ＿ｔは時刻ｔにおける端子電圧、ｔｅｎｄは充電終了時刻を表す。
活物質量算出部２５２は、パラメータセットの更新ステップ幅を計算する（Ｓ３０３）。パラメータセットの更新ステップ幅は、例えば、Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−ｍａｒｑｕａｒｄｔ法などを用いて算出することができる。
活物質量算出部２５２は、更新ステップ幅の大きさが、予め定められた大きさ未満であるかどうかを判定する（Ｓ３０４）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた大きさ未満であった場合（Ｓ３０４のＮＯ）は、活物質量算出部２５２は、計算が収束したと判定し、現在のパラメータセットを出力する（Ｓ３０７）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた閾値以上であった場合（Ｓ３０４のＹＥＳ）は、回帰計算の繰り返し回数が、予め定められた値を超えているかを確認する（Ｓ３０５）。
回帰計算の繰り返し回数が予め定められた値を超えている場合（Ｓ３０５のＹＥＳ）は、現在のパラメータセットを出力する（Ｓ３０７）。回帰計算の繰り返し回数が予め定められた回数以下であった場合（Ｓ３０５のＮＯ）は、パラメータセットにＳ３０３で算出した更新ステップ幅を加算し、回帰計算の繰り返し回数を１つ加算する（Ｓ３０６）。そして、再度、残差の計算に戻る（Ｓ３０２）。以上が、活物質量算出部２５２の処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態においては、活物質量算出部２５２の入力として充電履歴を用いたが、放電履歴を用いても、同様に活物質量を算出することは可能である。なお、放電履歴を用いる場合にも、活物質量算出部２５２の処理の流れおよび用いられるパラメータは、充電履歴を用いて活物質量を算出する場合と同一のものを用いることが可能である。
開回路電圧算出部２５３は、開回路電圧算を算出する。また、開回路電圧算出部２５３は、活物質量算出部２５２により算出された、正極の初期充電量ｑｏ ｃ、正極の質量Ｍｃ、負極の初期充電量ｑｏ ａ、負極の質量Ｍａを利用し、電池の充電量と開回路電圧との関係を算出する。
図５は、開回路電圧算出部２５３の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、活物質量算出部２５２の処理が終了した後に開始される。このフローチャートでは、充電量ｑｎを一定の値△ｑｎにて増減し、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になる充電量ｑｎ０を発見した上で、ｑｎ０を初期値として、開回路電圧が上限値を超えるまで、△ｑｎごとにｑｎを増加させていき、増加の度に、そのときの充電量と開回路電圧を記録する。これにより、開回路電圧が下限値から上限値までの範囲における充電量と開回路電圧との関係を算出することができる。
開回路電圧算出部２５３は、充電量ｑｎの初期値を設定する（Ｓ４０１）。ｑｎの初期値は、０または０よりも蓄電池１の公称容量の数％程度小さい値にすればよい。具体的には、蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば−５０ｍＡｈから０ｍＡｈ程度の範囲に設定すればよい。
開回路電圧算出部２５３は、開回路電圧を算出する（Ｓ４０２）。開回路電圧の算出には、次式を用いることができる。
Figure 2017166874
次に、開回路電圧算出部２５３は、算出された開回路電圧を、予め定められた電池の下限電圧と比較する（Ｓ４０３）。電池の下限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質との組み合わせにより定まる値である。具体的には、正極活物質、負極活物質それぞれについて、安全性、寿命、抵抗などの観点から各観点それぞれの適切な使用範囲の電圧を定め、それらの組み合わせにより、電池としての使用範囲の下限および上限電圧を決定する。
開回路電圧が予め定められた下限電圧未満でない場合（Ｓ４０３のＮＯ）は、充電量ｑｎからΔｑｎを減算し（Ｓ４０４）、再度、開回路電圧を算出する（Ｓ４０２）。開回路電圧が予め定められた下限電圧未満である場合（Ｓ４０３のＹＥＳ）は、開回路電圧算出部２５３は、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する（Ｓ４０５）。これらにより、充電量ｑｎは下限値に近づく。Δｑｎは任意の値に設定可能である。例えば、蓄電池１の公称容量の１／１０００から１／１００程度にすることが考えられる。具体的には蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば１ｍＡｈから１０ｍＡｈ程度の範囲に設定することが考えられる。
開回路電圧算出部２５３は、加算された充電量ｑｎ＋Δｑｎを用いて、開回路電圧を算出する（Ｓ４０６）。そして、開回路電圧算出部２５３は、算出された開回路電圧を、前述の下限電圧と比較する（Ｓ４０７）。開回路電圧が下限電圧未満であった場合（Ｓ４０７のＮＯ）は、Ｓ４０５に戻り、再度、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する（Ｓ４０５）。開回路電圧が下限電圧以上であった場合（Ｓ４０７のＹＥＳ）は、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になったため、このときの充電量ｑｎをｑｎ０とし、充電量ｑｎ０と開回路電圧Ｅｎを合わせて記録する（Ｓ４０８）。なお、この充電量ｑｎ０の値を基準値として０と表してもよい。その場合は、以降の記録の際に、充電量ｑｎの値からｑｎ０の値を引いた値を記録する。
開回路電圧算出部２５３は、充電量ｑｎにΔｑｎを加算し（Ｓ４０９）、開回路電圧を算出し（Ｓ４１０）、充電量ｑｎからｑｎ０を引いた値と、算出された開回路電圧Ｅｎを記録する（Ｓ４１１）。
開回路電圧算出部２５３は、算出された開回路電圧と予め定められた電池の上限電圧とを比較する（Ｓ４１２）。電池の上限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質の組み合わせによって定まる値である。開回路電圧が予め定められた上限電圧未満であった場合（Ｓ４１２のＮＯ）は、再度、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する処理に戻る（Ｓ４０９）。開回路電圧が予め定められた上限電圧以上となった場合（Ｓ４１２のＹＥＳ）は、処理を終了する。以上が、開回路電圧算出部２５３の処理の流れを示すフローチャートである。
図６は、充電量と開回路電圧との関係を表すグラフ（充電量―ＯＣＶ曲線）の一例を示す図である。図６（Ａ）は開回路電圧算出部２５３により求められた現在の状態における充電量―ＯＣＶ曲線である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すグラフの縦軸を、下限電圧から上限電圧までにした図である。図７は、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆＣｈａｒｇｅ）と開回路電圧との関係を表すグラフ（ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線）の一例を示す図である。横軸が、充電量ではなく、ＳＯＣである点が図６と異なる。図７は、図６（Ｂ）に示すグラフをＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に変換したグラフ（実線）と、初期状態の電池のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線（破線）とを、重ねて表示したものである。図７の破線が初期状態の電池の開回路電圧を、実線が電池の劣化などによる変化後（現在）の電池の開回路電圧を表す。ＳＯＣは、満充電容量に対して現在充電されている電荷量の割合を示し、０から１または０から１００％の間の値で表される。
なお、ここでの説明において、単に充電状態と称しているものには、ＳＯＣだけでなく、充電量なども含まれるものとする。
変化後の曲線は、容量の減少に伴い、曲線の長さが短くなるが、図７によれば、曲線の長さだけでなく形状自体が変化していることがわかる。例えば、開回路電圧に基づいて充電状態（ＳＯＣ）を推定する場合に、計測された開回路電圧がＡであるとき、正しい充電状態（現在の充電状態）はＢ１となる。しかし、開回路電圧の曲線が変形しないとみなした場合、つまり、初期状態のおけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線で開回路電圧を求めようとすると、電圧Ａにおける充電状態はＢ２と求められ、充電状態の推定精度が低くなる。ゆえに、この第１の実施形態にように、現在の状態におけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を利用することにより、充電状態を高精度に測定することが可能となる。
したがって、第１実施形態によれば、特別な充放電などを行うことなく、使用に伴い変化する充電量と開回路電圧との関係（充電量―ＯＣＶ曲線またはＳＯＣ−ＯＣＶ曲線）を正確に把握することができ、充電状態を高精度に推定することが可能となる。
なお、ここでは、二次電池の正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる場合について説明したが、二次電池の正極、負極のいずれかが複数の活物質からなる二次電池に対しても同様に適用することが可能である。また、蓄電池１の活物質量を記憶する記憶部が予め用意されている場合には、開回路電圧算出部２５３は、この記憶部に記憶された活物質量を用いて、予め定められた電池の電圧範囲における二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示すグラフを算出することができる。
内部抵抗補正部２６は、電池特性推定部２５より算出された内部抵抗Ｒと、計測部２２で計測された温度Ｔに基づき、現在の蓄電池１の温度Ｔにおける内部抵抗へ補正する。補正後の内部抵抗Ｒｃｒとする。
内部抵抗補正部２６が行う内部抵抗の温度補正について説明する。内部抵抗の温度補正とは、例えば、充放電曲線から、各活物質の充電量−ＯＣＶデータを参照し、電池容量、内部抵抗、および正負極の各活物質の劣化の程度を推算する電池性能診断方法に対し、温度の影響を補正する手段を提供し、電池性能診断を良好に適用することができる温度範囲を拡大するものである。
その原理と方法について、説明する。リチウムイオン二次電池は、対向する正極と負極と、正負極間のＬｉ塩を含む電解質とを有する。また、正極および負極には、活物質が集電箔上に塗布されている。集電箔は、電池外装の正極および負極端子にそれぞれ接続されている。電池の充放電時には、電解質を通じてＬｉイオンが正極活物質と負極活物質間を移動し、電子が活物質から外部端子へ流れる。
活物質は、物質ごとに、可逆に挿入または脱離可能なＬｉ量と電位を有している。一定の充放電電圧の範囲にて、電池が貯蔵できるエネルギー量は、電池内の正極活物質と負極活物質の量およびその組み合わせにより決定される。
また、充放電時にはＬｉイオン伝導、電解質中のＬｉイオンが活物質内部へ侵入する際の電荷移動抵抗、電解質と活物質の界面に形成される被膜による抵抗、活物質や集電箔を電子が流れる電気抵抗が生じる。電池の内部抵抗は、これらＬｉイオンの移動、電子の移動、電荷移動抵抗、被膜の抵抗、並びに正極および負極内での拡散抵抗などの総和となる。
一般的に、リチウムイオン二次電池内部の電池制御システムでは、安全性の観点から、各単位電池の電圧、電池パック内の温度などを計測している。これらの計測データに基づき、電池性能を算出することができれば、費用や時間をかけずに、劣化診断を行うことが可能となる。
しかしながら、充電放電条件が細かくランダムに変動する実使用時の電池挙動を解析することは非常に難しい。時間に依存する抵抗、拡散抵抗、および緩和過程などが複雑に複合された現象となり、計算モデル化が容易ではないからである。一方で、例えば、一定条件下で行われた電気自動車の充電のような単純な挙動のみを対象とすれば、簡略化モデルにより、解析が可能となる。
そこで、本実施形態に係る電池性能推定方法では、一定条件下での充電または放電のデータ（充放電カーブ）により求められた、各活物質のＬｉ挿入脱離反応に対する「電位−充電量」のカーブ（曲線）に基づき、各活物質の量、充電電流の印加に伴う内部抵抗による電池電圧の上昇（過電圧）を変数として、フィッティング計算により変数の値を定める。これにより容量減少（各活物質の減少）および内部抵抗の増加を推定することができる。
しかし、実際の電池の使用状況下では、外部環境、充電時の電池の状態などにより温度条件が変動する。電池の温度が変化すると電池性能も変化する。特に内部抵抗は、温度の低下に大きくより増加する。図８は、各温度におけるＳＯＣと反応抵抗Ｒｃｔとの関係を示す図である。反応抵抗Ｒｃｔは内部抵抗の成分の１つである。図８に示す通り、温度の違いにより、反応抵抗が大きく異なることが分かる。このため、温度が異なる測定データの解析結果を比較しても、温度による解析結果の変動が大きく影響し、劣化による内部抵抗の増加の評価は難しい。
したがって、実使用下の電池の測定データに基づき、電池特性を推定し、劣化の進行を評価するためには、内部抵抗の温度補正が必要となる。
電池の内部抵抗は、複数の種類の抵抗成分が複合されている。各抵抗成分は、温度依存性および劣化による増加速度が異なる。そのため、劣化の進行により、抵抗の占める割合が変化し、それに伴い内部抵抗全体としての温度依存性も変化する。このことに着目して、本実施形態の電池性能推定方法における内部抵抗の温度補正は、内部抵抗を、反応抵抗Ｒｃｔ、拡散抵抗Ｒｄ、およびオーミック抵抗Ｒｏｈｍの３つの成分に分け、それぞれ固有の温度依存性に従い、基準温度Ｔ０へ補正した後で、合算する。
具体的には、以下の数式により、測定時の電池温度から基準温度への補正を行う。なお、下記の式中のＲｇａｓは気体定数を表す。Ｔ０は基準温度、Ｔは測定時の電池温度を表す。Ｒ１は定数を表す。Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃは、それぞれの抵抗成分の温度依存性を決定する定数である。
（反応抵抗）
Ｒｃｔ（Ｔ０）＝Ｒｃｔ（Ｔ）×Ｅｘｐ（−Ｅａ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅａ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））
（拡散抵抗）
Ｒｄ（Ｔ０）＝Ｒｄ（Ｔ）×Ｅｘｐ（−Ｅｂ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅｂ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））
（オーミック抵抗）
Ｒｏｈｍ（Ｔ０）＝（Ｒｏｈｍ（Ｔ）−Ｒ１）×Ｅｘｐ（−Ｅｃ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅｃ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））＋Ｒ１
図９は、各抵抗成分について説明する図である。オーミック抵抗は、電解液のイオン伝導抵抗と電池内の電子伝導抵抗とを含む。温度依存性が相対的に小さい電子伝導抵抗は、定数とする。反応抵抗は、電荷移動抵抗と表面被膜の抵抗とを含む。拡散抵抗は、活物質内部、電極内のリチウムイオン拡散に伴う抵抗を含む。
オーミック抵抗のＥｃは、Ｌｉイオンの電解液中での移動に伴う活性化エネルギーを表す。反応抵抗のＥａは、電解液中で溶媒和されたＬｉイオンが活物質表面で脱溶媒和する際のエネルギーを表す。拡散抵抗のＥｂは、活物質内部におけるＬｉイオンサイト間移動に伴う活性化エネルギーと考察される。従って、劣化過程ではこれらの値は一定で変化しないと考えることが出来る。
これらＥａ、Ｅｂ、Ｅｃの値は、単電池の交流インピーダンス測定、電流パルス測定等により算出することができる。解析対象とする電池に関するＥａ、Ｅｂ、Ｅｃの値は、予め測定値から算出しておき、記憶部２４に記憶する。そして、内部抵抗の温度補正演算時に参照すればよい。
次に、充放電カーブからの電池特性の推算において、内部抵抗を３つの成分に分けて算出する方法について説明する。
電池の劣化過程において、内部抵抗の３つの成分はいずれも上昇するが、劣化による増加の速度は、各成分により異なる。そのため、評価する電池寿命の範囲を限定することにより、劣化しないという仮定が成立する場合もあり得る。例えば、電気自動車用の電池であって、評価の下限を残容量９０〜７０％程度までと想定した場合は、使用条件、電池の構成などにも影響されるが、電池寿命を通じて、一部の抵抗成分を一定値と近似できることもあり得る。
（第一の方法）
算出された電池の内部抵抗値からの３成分の算出を行う第一の方法は、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を一定とみなして、残差を反応抵抗とみなす方法である。この方法では、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分については、劣化による増加が生じないと想定し、セル温度に依存する温度変化のみを考慮する。充放電曲線の解析においては、ある温度Ｔに対して推定された内部抵抗値から、温度Ｔにおけるオーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を引き、その残りを反応抵抗成分とする。そして、それぞれの成分を基準温度Ｔ０へ温度補正した上で合計し、基準温度Ｔ０における内部抵抗値を算出する。第一の方法は、正負極の活物質が安定しているＳＯＣの範囲内であって、温度は室温付近以下、電池の電流は比較的小さいといった緩やかな使い方がされる場合に適する。
（第二の方法）
第二の方法は、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を、これら２つの抵抗成分それぞれと、累積時間または累積電力量との関係に関する関数により推算し、残差を反応抵抗とする方法である。この方法では、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分についての劣化が、時間または充放電サイクル量に相関すると想定して、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を算出する。充放電曲線の解析においては、ある温度Ｔに対して推定された内部抵抗値から、算出されたオーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を引き、残りを反応抵抗成分とする。そして、それぞれの成分を基準温度Ｔ０へ温度補正した上で合計し、基準温度Ｔ０における内部抵抗値を算出する。第二の方法は、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分の劣化が、比較的小さいけれども、確実に進行する場合に適している。
また、累積時間または累積電力量のいずれかを用いるかは、使用環境などに応じて、決定すればよい。例えば、貯蔵時にガスが発生するなどして、電池の劣化が進む場合には、累積時間による劣化量推定が適している。一方、活物質の体積変化など、充放電などの処理のサイクルの繰り返しによる電池の劣化が顕著な場合には、累積電力量による劣化量推定が適している。
なお、累積時間または累積電力量のデータは、予め保持しておくものとする。累積電力量は、機器の稼動量、例えば、車両であれば走行距離で代替してもよい。
（第三の方法）
第三の方法は、反応抵抗成分および拡散抵抗成分が、予め保持する各活物資の拡散抵抗と充電量とのデータ、または反応抵抗と充電量とのデータにより推算され、残差をオーミック抵抗成分とする方法である。第三の方法においては、第一および第二の方法とは異なり、充放電曲線の解析において、活物質の反応抵抗−充電量カーブ、拡散抵抗−充電量カーブ、または電池の内部抵抗−充電量カーブを参照して回帰計算することにより、反応抵抗および拡散抵抗の値を推定する方法である。活物質の抵抗成分が充電量、すなわちＳＯＣに対して依存性を有しており、劣化してもその依存性の傾向は変化しないことを利用して、電池の内部抵抗−充電量の傾向から、内部抵抗の組成の推定を行う。
活物質の反応抵抗−充電量カーブおよび拡散抵抗−充電量カーブは、予め測定する必要がある。また、劣化による変化の様態も電池の構成によるため、予め測定しておく必要がある。例えば、抵抗性の表面被膜が形成される場合では、一様に一定値ずつ増加し、活物質が減少する場合には、一様にｎ倍となるような挙動をとると考えられる。
第三の方法は、反応抵抗−充電量に顕著な変化があり、その結果として電池としての反応抵抗に充電量の依存性が明確に現れている場合に適している。
（第四の方法）
第四の方法は、予め保持する各活物資の拡散抵抗−充電量、反応抵抗−充電量、およびオーミック抵抗−充電量データを用いて回帰計算することにより、反応抵抗成分、オーミック抵抗成分、および拡散抵抗成分を推定する方法である。第三の方法では、拡散抵抗−充電量、反応抵抗−充電量のみを用いたが、第四の方法では、オーミック抵抗−充電量データも用いることが特徴である。活物質のオーミック抵抗−充電量の依存性に特徴がある場合、例えば、充放電により活物質の電子導電性が大きく変化する場合に有効である。
劣化進行度算出部２７は、所定の性能（性能指標）ごとに、蓄電池１の劣化進行度を算出する。蓄電池１の劣化進行度は性能ごとに異なる。例えば、所定期間内に出力することができる電力が大きく劣化していたとしても、電池容量の劣化は小さいということもあり得る。ゆえに、劣化進行度を求める際には、いずれの性能指標に基づく劣化進行度を求めるかを定めておく必要がある。
いずれの性能指標に基づき劣化進行度を算出するかは、蓄電池１の用途により決定してもよい。例えば、瞬時に電流を流したい場合には、抵抗が劣化により増加してないほうが望ましいため、抵抗を性能指標とすることが想定される。劣化進行度算出部２７は、蓄電池１の用途に関する情報を取得し、蓄電池１の用途に応じた性能指標に関する劣化進行度を算出してもよい。例えば、劣化進行度算出部２７が蓄電池１の用途と性能指標を対応付けたテーブルを保持しておけば、蓄電池１の用途に応じた性能指標に関する劣化進行度を算出することができる。蓄電池１の用途は、蓄電池１、ユーザまたは他のシステムから、図示されていない取得部を介して取得してもよい。
また、回収した蓄電池１の次の用途が不明な場合もあり得る。そのような場合に対応するため、劣化進行度算出部２７は、複数の性能指標それぞれの劣化進行度を求めてもよい。また、劣化進行度算出部２７は、算出されたそれぞれの劣化進行度のうち、条件を満たす劣化進行度を選択して、蓄電池１の劣化進行度としてもよい。例えば、各性能指標の劣化進行度のうち、最も劣化が進んでいるとされる劣化進行度を、蓄電池１の劣化進行度としてもよい。
なお、性能指標が指定されていない場合に、劣化進行度算出部２７が蓄電池１または他のシステムなどから蓄電池１の用途などの情報を取得し、算出する劣化進行度の性能指標を決定してもよい。
図１０は、各性能指標の劣化進行度を説明する図である。図１０のグラフは、一般的な蓄電池１における各性能指標の劣化進行度を算出するためのグラフ（算出関数）である。ここでは、劣化進行度を算出するためのグラフを劣化進行度算出グラフと称する。図１０では、性能指標を電池容量維持率、内部抵抗増加率、電力、電力量とした各例が示されている。図１０の縦軸は各性能指標の値を示す。各性能指標の値は、各性能指標の初期値に基づく相対値にて示されている。図１０の横軸は電池の劣化進行度を示す。劣化進行度は、各性能指標における一般的な電池の使用限界値（寿命）を基準とした相対値にて示されている。なお、蓄電池１の用途、仕様などにより、電池の使用限界値は任意に定めてよい。
劣化進行度算出部２７は、図１０のような劣化進行度算出グラフを参照し、各性能指標の値に基づき、各性能指標における劣化進行度を算出する。例えば、現時点での電池容量維持率は７０％、内部抵抗増加率は１２０％、電力は７０％、電力量は６０％と算出されたとする。これらの値を取得した劣化進行度算出部２７は、図１０に示した劣化進行度算出グラフを参照し、図１０に示す点線矢印のように、縦軸の値がその性能指標の値であるときのグラフの横軸の値を取得する。そして、現時点での各性能指標の劣化進行度は、電池容量では６０％、内部抵抗では１６％、電力では２３％、電力量では２５％と算出する。なお、最も劣化が進んだ指標の劣化進行度を蓄電池１の劣化進行度とする場合は、劣化進行度算出部２７は、最も値の大きい電池容量の劣化進行度を選択し、蓄電池１の劣化進行度を６０％とする。
劣化進行度算出グラフまたは劣化進行度算出関数は、劣化進行度算出部２７が保持していてもよいし、記憶部２４に格納されていてもよい。
劣化進行度算出部２７は、劣化進行度を算出するために必要な所定の性能指標の値を取得または算出する。例えば、性能指標を電池容量維持率とする場合は、活物質量算出部２２が算出した、リース・レンタル後の電池容量の推定値を、リース・レンタル前の電池容量の推定値にて除算して算出する。例えば、性能指標を内部抵抗増加率とする場合は、活物質量算出部２５２または内部抵抗補正部２６が算出した、リース・レンタル後の内部抵抗の推定値を、リース・レンタル前の内部抵抗の推定値にて除算して算出する。
また、性能指標を電力または電力量とする場合は、下記に示す算出式などにより求めることができる。ｃは所定の定数を示す。
（電力）
電力＝電流×開回路電圧−ｃ×内部抵抗×（電流）２
（電力量）
電力量＝電池容量維持率×｛開回路電圧−ｃ×内部抵抗×（電流）２｝
電力と電力量を求めるのに必要な開回路電圧は、開回路電圧算出部２５３が算出した推定値を用いればよい。内部抵抗は、活物質量算出部２５２または内部抵抗補正部２６が算出した推定値を用いればよい。但し、内部抵抗補正部２６が算出した推定値のほうが正確性を向上させることができる。電流は計測部２２の計測データから取得すればよい。なお、劣化進行度算出部２７は、各性能指標の値または算出に必要なパラメータの値などを、記憶部２４など他の部を介して受け取ってもよい。
また、上記の電力量は、実際に出力可能な電力量としてもよい。実際に出力可能な電力量は、充電量−ＯＣＶ曲線と放電可能な電気量と内部抵抗に基づき算出することができる。
出力可能な電力量（Ｗｈ）の求め方を説明する。図１１は、入出力可能な電力量（Ｗｈ）の算出を説明する図である。現在の蓄電池１の温度における補正後の内部抵抗をＲｃｒとする。ＳＯＣ推定部２３が推定した蓄電池１の現時点のＳＯＣを６０％と仮定する。また、電池特性推定部２５より算出された現時点の電池容量を１０Ａｈと仮定する。
まず、劣化進行度算出部２７は、現時点での充放電可能な電気量（Ａｈ）を算出する。現時点における電池容量が１０Ａｈであり、ＳＯＣは６０％であることから、現時点において単位電池は、６Ａｈ分の電力量を蓄えている。したがって、現時点での充放電可能な電気量（Ａｈ）は、充電（入力）が４Ａｈ、放電（出力）が６Ａｈとなる。但し、実際に使用することのできる蓄電池１のＳＯＣの範囲は、安全上または運用上の設計により、１０〜９０％程度にすることが多い。ここでも、ＳＯＣの範囲を１０〜９０％とする。これは、充電、放電ともに、最後の１０％分の１Ａｈは使用できないことを意味する。したがって、実質的な充放電可能な電気量（Ａｈ）は、充電（入力）が４Ａｈから１Ａｈを引いた３Ａｈ、放電（出力）は、６Ａｈから１Ａｈを引いた５Ａｈとなる。
次に、算出された充放電可能な電気量（Ａｈ）に対して、ある一定期間ｔの間に充放電可能な電気量を最大限、無駄なく使用するための電流値Ｉｂｅｓｔを決定する。なお、蓄電池１の設計電流値Ｉｍａｘと比較して、設計電流値のほうが小さい場合は、ＩｂｅｓｔをＩｍａｘとする。図１１の場合において、蓄電池１から３０分間出力する場合を考える。実質的に放電可能な電気量５Ａｈを、３０分間で放電（出力）するための電流値Ｉは、Ｉｂｅｓｔ×０．５ｈ＝５Ａｈより、Ｉｂｅｓｔ＝１０Ａとなる。
そして、劣化進行度算出部２７は、補正後の内部抵抗Ｒｃｒおよび電流値Ｉｂｅｓｔにより、放電（出力）時における電圧降下ΔＶを算出する。放電時における電圧降下ΔＶは、ΔＶ＝Ｒｃｒ×Ｉｂｅｓｔにて求められる。
そして、電圧降下ΔＶとＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に基づき、ある一定期間ｔにおいて、単位電池の実際に入出力可能な電力量（Ｗｈ）を算出する。入出力可能な電力量（Ｗｈ）は、図１１の斜線部分にて表される。なお、電気量５Ａｈを放出すると、電気量の残りは１Ａｈであるので、ＳＯＣは１０％になる。このようにして、劣化進行度算出部２７は、入出力可能な電力量（Ｗｈ）を算出してもよい。
劣化進行度算出部２７に算出された劣化進行度は、表示装置３に通知される。また、通知内容には、単位電池の劣化進行度だけに限らず、各電池モジュール、各電池パックの劣化進行度、蓄電池１の内部状態などに関する情報が含まれていてもよい。
以上のように、第１の実施形態によれば、蓄電池１のリース・レンタル前後の推定値などから、現在の劣化進行度を推定することができる。これにより、蓄電池１の現在の価値を評価することができる。なお、蓄電池１の現在の価値に基づき、リース・レンタル料を算出してもよい。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、劣化進行度算出部２７は、一般的な劣化進行に基づく劣化進行度算出グラフを用いて劣化進行度を算出した。しかし、蓄電池１の劣化進行度は、使用頻度、使用環境、負荷の違いなどにより増減する。ゆえに、第２の実施形態では、蓄電池１の状態などにより、用いる劣化進行度算出グラフを更新する。これにより、劣化進行度の正確性を第１の実施形態よりも高めることができる。
図１２は、第２の実施形態に係る蓄電池評価装置２を備えた蓄電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。第２の実施形態では、蓄電池評価装置２が劣化進行度算出グラフ処理部２８をさらに備える点が第１の実施形態とは異なる。また、蓄電池システムが劣化進行度算出グラフ処理部２８と接続される外部データベース４をさらに備える点も第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と同様の点は省略する。
蓄電池評価装置２と外部データベース４とは、有線もしくは無線通信または電気信号にて接続され、データの授受が可能とする。また、外部データベース４は、外部の通信ネットワーク５を介して接続されていてもよい。例えば、外部データベース４がクラウドサービス６などとして、必要な情報を蓄電池評価装置２に送信（ダウンロード）してもよい。蓄電池評価装置２が外部データベース４に、算出した劣化進行度などの情報を送信（アップロード）してもよい。
劣化進行度算出グラフ処理部２８は、外部データベース４から、新たな劣化進行度算出グラフまたは劣化進行度算出グラフを更新するためのパラメータの値などを取得する。パラメータの種類、数は特に限られるものではない。また、グラフの形状を変化させてもよい。例えば、１次則のグラフをルート則のグラフに変更してもよいし、その逆に変更してもよい。変更するグラフの形状も特に限られるものではない。
劣化進行度算出グラフ処理部２８は、新たな劣化進行度算出グラフなどの取得を定期的に行ってもよい。また、劣化進行度算出グラフ処理部２８は、計測データ、電池特性、内部状態パラメータ、性能指標の値などに基づいて、新たな劣化進行度算出グラフなどを取得するか否かを決定してもよい。また、外部データベース４が新たな劣化進行度算出グラフなどを定期的に送信してもよい。
例えば、図１０（Ａ）にて示された電池容量維持率に関する劣化進行度算出グラフは、一般的な蓄電池１における劣化進行度算出グラフである。しかし、蓄電池１の設置環境、使用条件などにより、図１０（Ａ）にて示された劣化進行度算出グラフとは異なる別の劣化進行度算出グラフを用いたほうが適切な場合もあり得る。ゆえに、劣化進行度算出グラフ処理部２８は、所定の条件に基づいて、劣化進行度算出グラフの取得を行ってもよい。例えば、活物質量算出部２５２が算出した正極端子または負極端子の活物質の量の推定値などが閾値以下の場合は、一般的な蓄電池１における劣化進行度算出グラフは適さないとして、別の劣化進行度算出グラフを取得してもよい。所定の条件および閾値は特に限られるものではない。
外部データベース４には、様々な蓄電池１の劣化進行度に関する情報が格納されているとする。例えば、蓄電池１の種類、使用条件、使用期間、使用履歴などといった蓄電池１の情報に対応付けられた劣化進行度算出グラフが格納されている。外部データベース４は、劣化進行度算出グラフ処理部２８から、現在の蓄電池１の各電池特性、内部状態パラメータ、使用期間、放電容量維持率、現在の電圧もしくは温度などの電池状態を取得し、取得した情報に基づき、蓄電池１の状態などに応じた劣化進行度算出グラフを送信してもよい。
外部データベース４は、劣化進行度算出グラフ以外の情報を蓄電池評価装置２に送信してもよい。例えば、蓄電池１の計測データに基づき蓄電池１の用途を決定し、決定した蓄電池１の用途を蓄電池評価装置２に送信してもよい。この蓄電池１の用途に基づき、劣化進行度算出部２７が性能指標を決定してもよい。
劣化進行度算出グラフ処理部２８は、新たな劣化進行度算出グラフまたはパラメータに基づき、蓄電池１の各性能指標の劣化進行度算出グラフを更新する。例えば、図１０に示した劣化進行度算出グラフにおいて、電池容量維持率の劣化進行度算出グラフが更新されたものとする。そうすると、電池容量維持率に依存する、その他の性能指標の劣化進行度算出グラフも更新する必要がある。例えば、電力の劣化進行度算出グラフは上記電力の算出式と、電力量の劣化進行度算出グラフは上記電力量の算出式と同じとする。この場合、電池容量維持率の劣化進行度算出グラフが更新されたときは電力の劣化進行度算出グラフを、内部抵抗増加率が更新された場合は、電力と電力量の両方の劣化進行度算出グラフを更新する必要がある。
劣化進行度算出グラフの取得および更新処理は、劣化進行度を算出する前に行われればよく、処理が行われる時期は特に限られるものではない。
劣化進行度算出部２７は、劣化進行度算出グラフ処理部２８が更新した劣化進行度算出グラフに基づき、劣化進行度を算出する。劣化進行度の算出は、劣化進行度算出グラフが更新されたこと以外は、第１の実施形態と同様である。なお、劣化進行度算出部２７は、外部データベース４に劣化進行度を出力してもよい。
図１３は、劣化進行度算出グラフ処理部２８の処理の流れを示すフローチャートを示す図である。このフローチャートは、所定の時刻に行われてもよい。劣化進行度算出グラフ処理部２８が計測データ、推定値などを受け取ったときに行われてもよい。
劣化進行度算出グラフ処理部２８が、指定された電池特性などの値を確認する（Ｓ５０１）。電池特性などの値が所定の条件を満たす場合（Ｓ５０２のＹＥＳ）は、フローは終了する。電池特性などの値が所定の条件を満たさない場合（Ｓ５０２のＮＯ）は、劣化進行度算出グラフ処理部２８が外部データベース４へ問い合わせを行う（Ｓ５０３）。なお、劣化進行度算出グラフ処理部２８は無条件に外部データベース４へ問い合わせを行うとしてもよい。その場合は、Ｓ５０１と５０２の処理は省略される。
外部データベース４は、劣化進行度算出グラフ処理部２８から蓄電池１の情報を取得し、当該情報に基づいて、劣化進行度算出グラフの更新に関する情報を劣化進行度算出グラフ処理部２８に送信する（Ｓ５０４）。劣化進行度算出グラフ処理部２８は、当該情報に基づき、当該情報に係る劣化進行度算出グラフを更新する（Ｓ５０５）。また、更新された劣化進行度算出グラフに対応する他の劣化進行度算出グラフも更新する。以上が、劣化進行度算出グラフ処理部２８の概略処理のフローである。
以上のように、第２の実施形態によれば、劣化進行度の一般的な算出グラフがそのまま用いられずに更新される。このとき、蓄電池１の情報に基づき、蓄電池１の状態などに応じた劣化進行度の算出グラフに更新されることにより、劣化進行度を精度よく推定することができる。これにより、劣化進行度および蓄電池１の価値を、第１の実施形態よりも高精度に算出することができる。
また、上記に説明した実施形態における各処理は、ソフトウェア（プログラム）によって実現することが可能である。よって、上記に説明した実施形態における蓄電池評価装置２は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することが可能である。
図１４は、本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図である。蓄電池評価装置２は、プロセッサ７１、主記憶装置７２、補助記憶装置７３、ネットワークインタフェース７４、デバイスインタフェース７５を備え、これらがバス７６を介して接続されたコンピュータ装置７として実現できる。
プロセッサ７１が、補助記憶装置７３からプログラムを読み出して、主記憶装置７２に展開して、実行することで、充放電制御部２１、計測部２２、ＳＯＣ推定部２３、電池特性推定部２５、内部抵抗補正部２６、劣化進行度算出部２７、劣化進行度算出グラフ処理部２８の機能を実現することができる。
プロセッサ７１は、コンピュータの制御装置及び演算装置を含む電子回路である。プロセッサ７１は、例えば、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシン、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、及びこれらの組合せを用いることができる。
本実施形態における蓄電池評価装置２は、各装置で実行されるプログラムをコンピュータ装置７に予めインストールすることで実現してもよいし、プログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して配布して、コンピュータ装置７に適宜インストールすることで実現してもよい。
主記憶装置７２は、プロセッサ７１が実行する命令、および各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置７３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等がある。
ネットワークインタフェース７４は、無線または有線により、通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース７４を介して、出力結果などを他の通信装置に送信してもよい。ここではネットワークインタフェース７４を１つのみ示しているが、複数のネットワークインタフェース７４が搭載されていてもよい。ネットワークインタフェース７４を介して、表示装置３、外部データベース４など接続されていてもよい。
デバイスインタフェース７５は、出力結果などを記録する外部記憶媒体８と接続するＵＳＢなどのインタフェースである。外部記憶媒体８は、ＨＤＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等の任意の記録媒体でよい。デバイスインタフェース７５を介して、蓄電池１、表示装置３、外部データベース４などと接続されていてもよい。
コンピュータ装置７は、プロセッサ７１などを実装している半導体集積回路などの専用のハードウェアにて構成されてもよい。専用のハードウェアは、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置との組み合わせで構成されてもよい。コンピュータ装置７は蓄電池１の内部に組み込まれていてもよい。
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 蓄電池
２ 蓄電池評価装置
２１ 充放電制御部
２２ 計測部
２３ ＳＯＣ推定部
２４ 記憶部
２５ 電池特性推定部
２５１ 充放電履歴記録部
２５２ 活物質量算出部
２５３ 開回路電圧算出部
２６ 内部抵抗補正部
２７ 劣化進行度算出部
２８ 劣化進行度算出グラフ処理部
３ 表示装置
４ 外部データベース
５ 通信ネットワーク
６ クラウドサービス
７ コンピュータ装置
７１ プロセッサ
７２ 主記憶装置
７３ 補助記憶装置
７４ ネットワークインタフェース
７５ デバイスインタフェース
７６ バス
８ 外部記憶媒体

Claims (10)

  1. 二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の電圧および電流のデータに基づいて、前記二次電池の電池容量、内部抵抗、および開回路電圧のうち少なくともいずれかが含まれる電池特性を算出する電池特性推定部と、
    前記電池特性に基づいて算出される、前記二次電池の性能指標に関する値に基づき、前記二次電池の劣化の進行具合を示す劣化進行度を算出する劣化進行度算出部と、
    を備える蓄電池評価装置。
  2. 前記電池特性推定部は、
    前記二次電池の電圧および電流のデータに基づき、前記二次電池の正極および負極それぞれの初期充電量および質量を算出し、算出したそれらに基づき、前記開回路電圧を算出し、
    前記劣化進行度算出部は、少なくとも前記電池特性推定部により算出された前記開回路電圧に基づいて算出される、前記二次電池の電力または電力量に基づき、前記劣化進行度を算出する
    請求項１に記載の蓄電池評価装置。
  3. 前記劣化進行度算出部は、
    少なくとも１つが前記二次電池の電力または電力量である複数の性能指標それぞれに関する劣化進行度を算出し、条件を満たす劣化進行度を、前記二次電池の劣化進行度として出力する
    請求項１または２に記載の蓄電池評価装置。
  4. 前記劣化進行度算出部は、前記二次電池の用途に関する情報を取得し、前記二次電池の用途に応じた性能指標に関する劣化進行度を算出する
    請求項１または２に記載の蓄電池評価装置。
  5. 前記二次電池の温度のデータと、前記電池特性推定部が算出した前記内部抵抗に基づき、予め定められた基準温度における内部抵抗を算出する内部抵抗補正部
    をさらに備え、
    前記劣化進行度算出部は、前記基準温度における内部抵抗に基づき、前記基準温度における前記二次電池の電力または電力量を算出する
    請求項１ないし４のいずれか一項に記載の蓄電池評価装置。
  6. 劣化進行度を算出するための算出関数を、取得した新たな算出関数または新たなパラメータに基づき更新する劣化進行度算出グラフ処理部
    をさらに備え、
    劣化進行度算出部は、前記劣化進行度算出グラフ処理部に更新された前記算出関数に基づき、前記劣化進行度を算出する
    請求項１ないし５のいずれか一項に記載の蓄電池評価装置。
  7. 前記電池特性推定部は、
    前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づき、前記二次電池の正極および負極それぞれの初期充電量および質量を算出し、算出したそれらに基づき、前記二次電池の開回路電圧と前記二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数を算出し、
    前記劣化進行度算出部は、前記電池特性推定部により算出された前記内部抵抗および前記関数に基づいて、前記二次電池の入出力可能な電力量を算出し、前記二次電池の入出力可能な電力量に関する劣化進行度を算出する
    請求項１ないし６のいずれか一項に記載の蓄電池評価装置。
  8. 二次電池であって、
    請求項１ないし７のいずれか一項に記載の蓄電池評価装置
    を備えた蓄電池。
  9. 二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の電圧および電流のデータに基づいて、前記二次電池の電池容量、内部抵抗、および開回路電圧のうち少なくともいずれかが含まれる電池特性を算出する電池特性推定ステップと、
    前記電池特性に基づいて算出される、前記二次電池の性能指標に関する値に基づき、前記二次電池の劣化の進行具合を示す劣化進行度を算出する劣化進行度算出ステップと、
    をコンピュータが実行する蓄電池評価方法。
  10. 二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の電圧および電流のデータに基づいて、前記二次電池の電池容量、内部抵抗、および開回路電圧のうち少なくともいずれかが含まれる電池特性を算出する電池特性推定ステップと、
    前記電池特性に基づいて算出される、前記二次電池の性能指標に関する値に基づき、前記二次電池の劣化の進行具合を示す劣化進行度を算出する劣化進行度算出ステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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