JP5548784B2

JP5548784B2 - ２次電池の劣化推定装置

Info

Publication number: JP5548784B2
Application number: JP2012546909A
Authority: JP
Inventors: 由騎冨永; 幸一郎武政; 彰博姉川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: WO2012073997A1; JPWO2012073997A1

Description

本発明は、２次電池の劣化推定装置に関する。
本願は、２０１０年１１月３０日に、日本に出願された特願２０１０−２６６８９９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、例えば、リチウムイオン電池の内部抵抗を、溶液抵抗に係る成分と、正極の反応抵抗の成分と、負極の反応抵抗の成分とから構成されると定義して、予め、電池温度、電池電圧、リチウムイオン電池の劣化状態などと、各成分との対応関係を示すデータを記憶しておき、このデータを参照してリチウムイオン電池の内部抵抗および最大出力を推定する出力計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出力計は、各時点での電池温度や電池電圧の検出結果に基づいて予め記憶しているデータを検索して、リチウムイオン電池の内部抵抗および最大出力を推定している。

特開平９−１１７００１号公報

ところで、上記従来技術に係る出力計によれば、リチウムイオン電池の劣化状態に依存する成分を負極の反応抵抗の成分のみとして内部抵抗および最大出力を推定するだけであるから、リチウムイオン電池の残価値に関連する内部状態を詳細に把握することはできないという問題が生じる。

つまり、上記従来技術において推定される各状態量（電池の劣化状態や内部抵抗および最大出力）は、推定時点においてリチウムイオン電池が有する性能のみを示す指標であって、これらの状態量には、推定時以降におけるリチウムイオン電池の劣化速度や寿命期間などの将来における状態の変化は考慮されていない。

上記従来技術においては、リチウムイオン電池の容量（あるいは容量維持率）の劣化を推定することはできず、リチウムイオン電池の残価値に関連する将来的な容量（あるいは容量維持率）の変化を把握することはできない。

したがって、推定時点においてリチウムイオン電池が有する内部抵抗および最大出力などの状態量が同一であっても、この推定時以降におけるリチウムイオン電池の劣化速度や寿命期間が内部状態に応じて変化することを考慮して、リチウムイオン電池の残価値に関連する内部状態を詳細に推定することが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされた。本発明は、２次電池の残価値に関連する内部状態を詳細に推定することが可能な２次電池の劣化推定装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の一実施態様に係る２次電池の劣化推定装置は、少なくとも、２次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記２次電池の電流を検出する電流検出部と、前記２次電池の温度を検出する温度検出部と、前記２次電池の使用時間を検出する時間検出部とを有し、前記２次電池の状態を検出する状態検出部と、前記２次電池の正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動と、前記状態検出部により検出される前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴との対応関係を示すデータからなる変移挙動データを記憶する第１記憶部と、前記状態検出部により検出された前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴に応じて前記変移挙動データを参照して、前記２次電池の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を推定する相関抵抗値推定部と、前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値と、前記２次電池の正極および負極毎の劣化度との対応関係を示すデータからなる劣化度データを記憶する第２記憶部と、前記相関抵抗値推定部により推定された前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値に応じて前記劣化度データを参照して、前記２次電池の正極および負極毎の劣化度を推定する劣化度推定部と、を備える。

また、上記２次電池の劣化推定装置は以下のように構成されてもよい。前記変移挙動データは、前記２次電池の正極および負極毎の経時劣化成分のデータからなる第１データと、前記２次電池の正極および負極毎の通電劣化成分のデータからなる第２データとを有し、前記相関抵抗値推定部は、前記２次電池の正極および負極毎に、前記状態検出部により検出された前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴に応じて前記第１データおよび前記第２データを参照して、前記第１データおよび前記第２データ毎に推定した相関抵抗値を用いた加算モデルによる演算により、前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値を推定する。

また、上記２次電池の劣化推定装置は以下のように構成されてもよい。前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値は、前記２次電池の交流インピーダンスの実数部と虚数部とによる２次元座標上での円弧状の曲線を示す正極成分および負極成分毎の極大値に対応する周波数での前記交流インピーダンス値である。

また、上記２次電池の劣化推定装置は以下のように構成されてもよい。前記劣化度推定部は、前記２次電池の正極および負極毎の劣化度に基づき、前記正極および前記負極の劣化アンバランス度を推定する。

本発明の一実施形態に係る２次電池の劣化推定装置によれば、２次電池の状態（電圧、電流、温度、使用時間など）に基づく使用履歴から、変移挙動データと劣化度データとにより、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として各正極および負極毎の劣化度を推定することができる。これらの推定結果に基づいて、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値を適切かつ精度良く推定することができる。

さらに、各正極および負極毎の劣化度の推定には、交流インピーダンス分析を応用して得られる変移挙動データを用いることで、例えば車両に搭載された２次電池を構成する複数のセルのそれぞれ（つまり、単セル毎）に対して実際に交流インピーダンス測定機によって測定を行なう場合に比べて、装置構成に要する費用がかさむことを防止することができる。

しかも、実際に交流インピーダンス測定機によって測定を行なうだけでは把握することが困難である各劣化度と容量維持率と交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動との関連性を２次電池の使用履歴から取得することができ、各正極および負極毎の劣化度を容易に推定することができる。

さらに、本発明の別の一実施形態に係る２次電池の劣化推定装置によれば、各正極および負極毎の経時劣化成分と通電劣化成分とを独立に把握することができ、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として各正極および負極毎の劣化度を、より詳細に推定することができる。

また、本発明のさらに別の一実施形態に係る２次電池の劣化推定装置によれば、２次電池の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を容易に推定することができる。

そして、本発明のさらに別の一実施形態に係る２次電池の劣化推定装置によれば、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として正極および負極の劣化アンバランス度を推定することができる。この推定結果に基づいて、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値を適切かつ精度良く推定することができる。

本発明の一実施形態に係る２次電池の劣化推定装置の構成図である。同実施形態に係る交流インピーダンス分析にて作成されるＣｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図の一例である。同実施形態に係る２次電池の各正極および負極の電位と充電量との対応関係の例を示す図である。同実施形態に係る２次電池の相関抵抗値増加率と経過時間ｔのルート値（＝√ｔ）との対応関係の例を示す図である。同実施形態に係る２次電池の劣化推定装置の動作を示すフローチャートである。特に、図５は、蓄電装置の使用履歴の演算結果に応じて、変移挙動マップと劣化度マップとを参照して、各正極および負極および電解液毎の劣化度を推定する動作のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る２次電池の劣化推定装置について添付図面を参照しながら説明する。

同実施形態に係る２次電池の劣化推定装置１０は、例えば図１に示すように、リチウムイオン２次電池などの蓄電装置１１と、状態検出部１２と、内部状態推定部１３と、記憶部１４と、抵抗推定部１５と、開路電圧推定部１６と、残容量推定部１７とを備える。

状態検出部１２は、例えば、蓄電装置１１から負荷（図示略）へと供給される放電電流及び外部から蓄電装置１１に供給される充電電流からなる電流ＩＢを検出する電流センサ２１と、蓄電装置１１の端子電圧ＶＢを検出する電圧センサ２２と、蓄電装置１１の温度ＴＢを検出する温度センサ２３と、計時を行なうタイマー２４とを備える。

内部状態推定部１３は、例えば、相関抵抗値推定部３１と、劣化度推定部３２とを備えている。

また、記憶部１４は、例えば、変移挙動マップを記憶する第１記憶部４１と、劣化度マップを記憶する第２記憶部４２とを備えている。

相関抵抗値推定部３１は、状態検出部１２の各センサ２１，２２，２３から出力される検出結果およびタイマー２４から出力される計時結果（蓄電装置１１の通電期間である使用時間と、蓄電装置１１の非通電期間である経過時間となど）と、残容量推定部１７から出力される残容量ＳＯＣの推定結果となどからなる蓄電装置１１の状態に基づいて、蓄電装置１１の使用履歴を演算する。

そして、相関抵抗値推定部３１は、蓄電装置１１の使用履歴の演算結果に応じて、第１記憶部４１に記憶されている変移挙動マップを参照して、蓄電装置１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値を推定する。

なお、記憶部１４の第１記憶部４１に記憶されている変移挙動マップは、蓄電装置１１の各正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動と、蓄電装置１１の状態に基づく蓄電装置１１の使用履歴との対応関係を示すデータである。

正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値は、蓄電装置１１の交流インピーダンスの実数部と虚数部とによる２次元座標（所謂交流インピーダンス分析によって得られるＣｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図）上での各成分に関連する抵抗値である。

なお、各成分に関連する抵抗値の具体例は、例えば蓄電装置１１の種別や構成などに応じて適宜に設定される。

例えば、正極側相関抵抗値は、図２に示すＣｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図において、蓄電装置１１の正極に起因する正極成分Ｐに関連する抵抗値であって、例えば円弧状の曲線を示す正極成分Ｐの極大値に対応する周波数での交流インピーダンス値（虚数部）ＰＲとされている。

この周波数は、例えば蓄電装置１１の正極の劣化度と容量維持率とに対して強い関係性を有する周波数である。

例えば、負極側相関抵抗値は、図２に示すＣｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図において、蓄電装置１１の負極に起因する負極成分Ｎに関連する抵抗値であって、例えば円弧状の曲線を示す負極成分Ｎの極大値に対応する周波数での交流インピーダンス値（虚数部）ＮＲとされている。

この周波数は、例えば蓄電装置１１の負極の劣化度と容量維持率とに対して強い関係性を有する。

例えば、電解液相関抵抗値は、図２に示すＣｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図において、蓄電装置１１の電解液に起因する電解液成分Ｆに関連する抵抗値であって、例えば最も高い周波数での交流インピーダンス値（実数部）ＦＲとされている。この周波数は、例えば蓄電装置１１の電解液の劣化度と容量維持率とに対して強い関係性を有する。

なお、交流インピーダンス分析では、蓄電装置１１の負荷電流（蓄電装置１１から負荷へと供給される放電電流）に重畳する交流電流周波数を変化させつつ、蓄電装置１１の等価回路となる内部インピーダンスが実数部と虚数部とに分けて測定され、この測定結果から実数部と虚数部とによる２次元座標のＣｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図が作成される。

本発明に係る相関抵抗値推定部３１は、交流インピーダンス分析を実行せずに、蓄電装置１１の各正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値による各相間抵抗値を、蓄電装置１１の使用履歴の演算結果に応じて変移挙動マップを参照して推定する。

なお、蓄電装置１１の容量維持率は、例えば図３に示すように、劣化の無い初期時などにおける蓄電装置１１の容量を基準（例えば、１．０）として、各時点（例えば、劣化時など）での蓄電装置１１の容量の基準に対する割合（≦１．０）を示す値である。

また、蓄電装置１１の容量は、各時点（初期時や劣化時など）において、蓄電装置１１の満充電状態での所定の電位差（満充電側電位差）に対応する充電量（例えば、図３に示す各充電量Ａ４または充電量Ａ３など）と、満放電状態での所定の電位差（満放電側電位差）に対応する充電量（例えば、図３に示す各充電量Ａ１または充電量Ａ２など）との差である。

記憶部１４の第１記憶部４１に記憶されている変移挙動マップは、蓄電装置１１の各正極および負極および電解液毎の経時劣化成分のデータからなる第１データと、蓄電装置１１の各正極および負極および電解液毎の通電劣化成分のデータからなる第２データとを有している。

相関抵抗値推定部３１は、蓄電装置１１の各正極および負極および電解液毎に蓄電装置１１の使用履歴の演算結果に応じて第１データおよび第２データを参照して、各第１データおよび第２データ毎に抽出した各相関抵抗値を用いた加算モデルによる演算により、蓄電装置１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値を推定する。

例えば、下記表１は、蓄電装置１１の正極の経時劣化成分のデータからなる第１データを示す。

この第１データは、例えば、正極側相関抵抗値の単位時間当たりの変移挙動に関連する係数ｋと、蓄電装置１１の温度ＴＢと、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣとの対応関係を示す。

上記表１での係数ｋは、例えば、正極の経時劣化時における正極側相関抵抗値の増加率（相関抵抗値増加率）が経過時間ｔのルート値（＝√ｔ）に比例するとして設定された比例係数である。この係数ｋは、蓄電装置１１の温度ＴＢの増大に伴い、あるいは、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣの増大に伴い、増大傾向に変化するように設定されている。

また、例えば蓄電装置１１の正極の通電時劣化成分のデータからなる第２データは、下記表２に示すように記述されている。

この第２データは、例えば、正極側相関抵抗値の単位時間当たりの変移挙動に関連する係数ｋと、蓄電装置１１の温度ＴＢと、蓄電装置１１の電流ＩＢとの対応関係を示す。

上記表２での係数ｋは、例えば、正極の通電劣化時における正極側相関抵抗値の増加率（相関抵抗値増加率）が経過時間（使用時間）ｔのルート値（＝√ｔ）に比例するとして設定された比例係数である。この係数ｋは、蓄電装置１１の温度ＴＢの増大に伴い、あるいは、蓄電装置１１の電流ＩＢの増大に伴い、増大傾向に変化するように設定されている。

相関抵抗値推定部３１は、逐次繰り返す推定の処理において、例えば、前回の推定時における各相関抵抗値の推定結果を基点として、今回の推定時において状態検出部１２から出力された蓄電装置１１の状態の検出結果に応じて変移挙動マップから検索して得た係数ｋによって、今回の推定時における各相関抵抗値を推定する。そして、相関抵抗値推定部３１は、この推定の処理を繰り返すことによって、蓄電装置１１の使用履歴を今回の推定時の各相関抵抗値に反映させる。

例えば図４に示すように、正極の経時劣化時における正極側相関抵抗値の増加率（相関抵抗値増加率）が経過時間ｔのルート値（＝√ｔ）に比例するとして係数ｋが設定された場合において、先ず、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ１となる期間の蓄電装置１１の温度ＴＢが１０℃かつ蓄電装置１１の残容量ＳＯＣが４０％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が初期値（例えば、１）から第１推定値Ｙ１まで増加することが推定される。

次に、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ２となる期間の蓄電装置１１の温度ＴＢが０℃かつ蓄電装置１１の残容量ＳＯＣが４０％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が前回の推定値（つまり第１推定値Ｙ１）から第２推定値Ｙ２まで増加することが推定される。

次に、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ３となる期間の蓄電装置１１の温度ＴＢが２５℃かつ蓄電装置１１の残容量ＳＯＣが８０％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が前回の推定値（つまり第２推定値Ｙ２）から第３推定値Ｙ３まで増加することが推定される。

次に、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ４となる期間の蓄電装置１１の温度ＴＢが１０℃かつ蓄電装置１１の残容量ＳＯＣが４０％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が前回の推定値（つまり第３推定値Ｙ３）から第４推定値Ｙ４まで増加することが推定される。

次に、ルート値（＝√ｔ）が所定値Ｔ５となる期間の蓄電装置１１の温度ＴＢが２５℃かつ蓄電装置１１の残容量ＳＯＣが１００％であれば、この状態に応じて検索された係数ｋによって正極側相関抵抗値が前回の推定値（つまり第４推定値Ｙ４）から第５推定値Ｙ５まで増加することが推定される。

また、相関抵抗値推定部３１は、例えば蓄電装置１１の通電期間と非通電期間とが混在する期間にわたって各相関抵抗値を推定する場合などにおいては、非通電期間において経時劣化成分の第１データを用いて推定した各相関抵抗値と、通電期間において通電劣化成分の第２データを用いて推定した各相関抵抗値とを用いた加算モデルによる演算を行なう。

この加算モデルによる演算では、例えば、逐次繰り返す推定の処理において、変移挙動マップとして第１データまたは第２データの何れを参照したかにかかわらずに、前回の推定時における変移挙動マップに基づく各相関抵抗値の推定結果を基点として、今回の推定時において状態検出部１２から出力された蓄電装置１１の状態の検出結果に応じて変移挙動マップから検索して得た係数ｋによって今回の推定時における各相関抵抗値を推定する。

劣化度推定部３２は、相関抵抗値推定部３１から出力された蓄電装置１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値の推定結果に応じて、第２記憶部４２に記憶されている劣化度マップを参照して、蓄電装置１１の各正極および負極および電解液毎の劣化度を推定する。

なお、記憶部１４の第２記憶部４２に記憶されている劣化度マップは、蓄電装置１１の各正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値と、各正極および負極および電解液毎の劣化度との対応関係を示すデータである。

例えば、下記表３は、相関抵抗値推定部３１により推定された各相間抵抗値（例えば、初期値である１を基点とした各相関抵抗値増加量）と、各正極および負極の劣化度（正極劣化度および負極劣化度）との対応関係を示す劣化度マップである。

上記表３において、正極劣化度および負極劣化度は、各相間抵抗値の増大に伴い、増大傾向に変化するように設定されている。

さらに、劣化度推定部３２は、劣化度マップを参照して得られる蓄電装置１１の各正極および負極毎の劣化度（正極劣化度ＰＢおよび負極劣化度ＮＢ）に基づき、正極および負極の劣化アンバランス度Ｂ（例えば、劣化アンバランス度Ｂ＝負極劣化度ＮＢ／正極劣化度ＰＢなど）を推定する。

上記数式（劣化アンバランス度Ｂ＝負極劣化度ＮＢ／正極劣化度ＰＢ）に示す劣化アンバランス度Ｂは、Ｂ＝１の状態から乖離することに伴い、つまり正極劣化度ＰＢ＝負極劣化度ＮＢの状態から乖離することに伴い、劣化度が促進されることを示している。

例えば図３に示すように、蓄電装置１１の劣化が増大することに伴い、各正極および負極の電位が所定の電位に到達する満充電状態での充電量が低下傾向に変化している。この充電量の低下度合いが蓄電装置１１の劣化度となる。

そして、例えば、蓄電装置１１の正極のみが劣化した場合に、劣化の無い初期時などにおける満充電側電位差（満充電状態での正極と負極との電位差）と同一の電位差を確保するためには、満充電状態での正極の電位を所定の電位Ｖａ（初期時）から電位Ｖｂ（劣化時；Ｖｂ＞Ｖａ）へと過剰に増大させる必要が生じる。このため、正極の劣化が、より一層、促進されることになる。

抵抗推定部１５は、電流センサ２１から出力される蓄電装置１１の電流ＩＢの検出結果と、電圧センサ２２から出力される蓄電装置１１の端子電圧ＶＢの検出結果とに基づき、蓄電装置１１の内部抵抗を推定し、この推定結果を出力する。

開路電圧推定部１６は、抵抗推定部１５から出力される蓄電装置１１の内部抵抗の推定結果に基づき、蓄電装置１１の開路電圧（蓄電装置１１の無負荷状態での端子電圧）を推定し、この推定結果を出力する。

残容量推定部１７は、予め設定された蓄電装置１１の開路電圧と残容量ＳＯＣとの対応関係を示す所定のマップまたは数式などのデータを用いて、開路電圧推定部１６から出力される蓄電装置１１の開路電圧の推定結果に対応する残容量ＳＯＣを推定する。そして残容量推定部１７はこの推定結果を出力する。

同実施形態に係る２次電池の劣化推定装置１０は上記のように構成されている。次に、この２次電池の劣化推定装置１０の動作について説明する。特に、蓄電装置１１の使用履歴の演算結果に応じて、変移挙動マップと劣化度マップとを参照して、各正極および負極および電解液毎の劣化度を推定する動作について説明する。

先ず、例えば図５に示すステップＳ０１においては、蓄電装置１１の各種の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間、残容量ＳＯＣなど）の検出結果および推定結果を取得する。

次に、ステップＳ０２においては、蓄電装置１１の状態に基づいて蓄電装置１１の使用履歴を演算する。そして、蓄電装置１１の使用履歴の演算結果に応じて変移挙動マップを参照して、必要に応じて非通電期間における経時劣化成分による各相関抵抗値と通電期間における通電劣化成分による各相関抵抗値とを区別しつつ、蓄電装置１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値の変移挙動を推定する。

次に、ステップＳ０３においては、必要に応じて非通電期間における経時劣化成分による各相関抵抗値と通電期間における通電劣化成分による各相関抵抗値とを用いた加算モデルによる演算を行ないつつ、蓄電装置１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値を推定する。

次に、ステップＳ０４においては、蓄電装置１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値および電解液相関抵抗値の推定結果に応じて、劣化度マップを参照して、蓄電装置１１の各正極および負極および電解液毎の劣化度を推定し、リターンに進む。

上述したように、同実施形態に係る２次電池の劣化推定装置１０によれば、蓄電装置１１の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間、残容量ＳＯＣなど）に基づく使用履歴から、変移挙動データと劣化度データとにより、蓄電装置１１の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として各正極および負極および電解液毎の劣化度を推定することができる。これらの推定結果に基づいて、蓄電装置１１の劣化速度や寿命期間などの残価値を適切かつ精度良く推定することができる。

さらに、各正極および負極および電解液毎の劣化度の推定には、交流インピーダンス分析を応用して得られる変移挙動マップを用いることで、例えば車両に搭載された蓄電装置１１を構成する複数のセルのそれぞれ（つまり、単セル毎）に対して実際に交流インピーダンス測定機によって測定を行なう場合に比べて、装置構成に要する費用がかさむことを防止することができる。

しかも、実際に交流インピーダンス測定機によって測定を行なうだけでは把握することが困難である各劣化度と容量維持率と交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動との関連性を蓄電装置１１の使用履歴から取得することができる。このようにして、各正極および負極および電解液毎の劣化度を容易に推定することができる。

つまり、劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態を把握するために実際に交流インピーダンス測定機によって測定を行なう交流インピーダンス分析は、単セルに対しては有効であるが、複数のセルによって構成される蓄電装置１１に対しては、適用が困難であるという問題がある。しかも、車両などに搭載された蓄電装置１１に対して適宜のタイミングで交流インピーダンス分析を実行するために、車両に交流インピーダンス測定機を搭載すると、費用がかさむという問題が生じる。さらに、単に、交流インピーダンス分析を実行してＣｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図を作成するだけでは、各劣化度と容量維持率と交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動との関連性を蓄電装置１１の使用履歴から取得することはできないという問題が生じる。同実施形態に係る２次電池の劣化推定装置１０は、これらの問題を解決して、蓄電装置１１の劣化速度や寿命期間などの残価値を適切かつ精度良く推定することができる。

さらに、各正極および負極および電解液毎の経時劣化成分と通電劣化成分とを独立に把握することができ、蓄電装置１１の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として各正極および負極および電解液毎の劣化度を、より詳細に推定することができる。

さらに、正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を、Ｃｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図上で円弧状の曲線を示す各正極成分Ｐおよび負極成分Ｎの極大値に対応する周波数での交流インピーダンス値としたことで、蓄電装置１１の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を容易に推定することができる。

さらに、蓄電装置１１の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として正極および負極の劣化アンバランス度を推定することができる。この推定結果に基づいて、蓄電装置１１の劣化速度や寿命期間などの残価値を適切かつ精度良く推定することができる。

なお、同実施形態において、正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値では、蓄電装置１１の正極の劣化度と容量維持率とに対して強い関係性を有する周波数を、円弧状の曲線を示す各正極成分Ｐおよび負極成分Ｎの極大値に対応する周波数とした。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、上記周波数を、各正極成分Ｐおよび負極成分Ｎの形状の各種の形状値などに基づいて設定される他の特定の周波数としてもよい。

また、同実施形態において、各相間抵抗値を蓄電装置１１の各劣化度と容量維持率とに関係性を有する特定の１点の周波数での交流インピーダンス値とした。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、各相間抵抗値を、蓄電装置１１の各劣化度と容量維持率とに関係性を有する特定の複数の周波数に関連した交流インピーダンス値としてもよい。

また、同実施形態において、正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を交流インピーダンス値の虚数成分とした。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、これら正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値は、実数成分や、虚数成分と実数成分との複合的な値であってもよい。

同様に、同実施形態において、電解液相関抵抗値を交流インピーダンス値の実数成分とした。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、上記電解液相関抵抗値は、虚数成分や、実数成分と虚数成分との複合的な値としてもよい。

また、同実施形態において、各相間抵抗値をＣｏｌｅ‐ＣｏｌｅＰｌｏｔ図上での各成分に関連する抵抗値とした。しかし、本発明はこれに限定されない。各相間抵抗値を他の成分に関連する抵抗値としてもよい。

なお、同実施形態において、各相関抵抗値の単位時間当たりの変移挙動に関連する係数ｋを、各相関抵抗値の増加率が経過時間ｔのルート値（＝√ｔ）に比例するとして設定された比例係数であるとした。しかし、本発明はこれに限定されない。上記係数ｋは、各相関抵抗値の増加率が経過時間ｔに対して他の関係性（例えば、経過時間ｔの４乗根に比例するなど）を有しているとして設定される適宜の係数であってもよい。

また、同実施形態において、第１データは、係数ｋと、蓄電装置１１の温度ＴＢと、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣとの対応関係を示すデータであるとした。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、第１データは、係数ｋと、蓄電装置１１の各種の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間など）の適宜の組み合わせとの対応関係を示すデータであってもよい。

同様に、同実施形態において、第２データは、係数ｋと、蓄電装置１１の温度ＴＢと、蓄電装置１１の電流ＩＢとの対応関係を示すデータであるとした。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、第２データは、係数ｋと、蓄電装置１１の各種の状態（例えば、温度ＴＢ、電流ＩＢ、電圧ＶＢ、使用時間など）の適宜の組み合わせとの対応関係を示すデータであってもよい。

なお、同実施形態において、加算モデルによる演算を、前回の推定時における第１データまたは第２データに基づく各相関抵抗値の推定結果を基点として、今回の推定時における蓄電装置１１の状態の検出結果に応じて第１データまたは第２データから検索して得た係数ｋによって各相関抵抗値を推定する演算とした。しかし、本発明はこれに限定されない。上記加算モデルによる演算は、他の演算であってもよい。

なお、同実施形態において、劣化アンバランス度Ｂを負極劣化度ＮＢと正極劣化度ＰＢとの比により算出した。しかし、本発明はこれに限定されない。上記劣化アンバランス度Ｂを、他の数式（例えば、負極劣化度ＮＢと正極劣化度ＰＢと差など）によって算出してもよい。
本発明は、上述した実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

本発明によれば、２次電池の状態（電圧、電流、温度、使用時間など）に基づく使用履歴から、変移挙動データと劣化度データとにより、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値に関連する内部状態として各正極および負極毎の劣化度を推定することができる。これらの推定結果に基づいて、２次電池の劣化速度や寿命期間などの残価値を適切かつ精度良く推定することができる。

１０２次電池の劣化推定装置
１１蓄電装置（２次電池）
１２状態検出部（状態検出部）
２１電流センサ（電流検出部）
２２電圧センサ（電圧検出部）
２３温度センサ（温度検出部）
２４タイマー（時間検出部）
３１相関抵抗値推定部（相関抵抗値推定部）
３２劣化度推定部（劣化度推定部）
４１第１記憶部（第１記憶部）
４２第２記憶部（第２記憶部）

Claims

少なくとも、２次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記２次電池の電流を検出する電流検出部と、前記２次電池の温度を検出する温度検出部と、前記２次電池の使用時間を検出する時間検出部とを有し、前記２次電池の状態を検出する状態検出部と、
前記２次電池の正極および負極および電解液毎の劣化度と容量維持率とに関係性を有する周波数に応じた交流インピーダンス値の単位時間当たりの変移挙動と、前記状態検出部により検出される前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴との対応関係を示すデータからなる変移挙動データを記憶する第１記憶部と、
前記状態検出部により検出された前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴に応じて前記変移挙動データを参照して、前記２次電池の正極側相関抵抗値および負極側相関抵抗値を推定する相関抵抗値推定部と、
前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値と、前記２次電池の正極および負極毎の劣化度との対応関係を示すデータからなる劣化度データを記憶する第２記憶部と、
前記相関抵抗値推定部により推定された前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値に応じて前記劣化度データを参照して、前記２次電池の正極および負極毎の劣化度を推定する劣化度推定部と、
を備えることを特徴とする２次電池の劣化推定装置。
前記変移挙動データは、前記２次電池の正極および負極毎の経時劣化成分のデータからなる第１データと、前記２次電池の正極および負極毎の通電劣化成分のデータからなる第２データとを有し、
前記相関抵抗値推定部は、前記２次電池の正極および負極毎に、前記状態検出部により検出された前記２次電池の状態に基づく前記２次電池の使用履歴に応じて前記第１データおよび前記第２データを参照して、前記第１データおよび前記第２データ毎に推定した相関抵抗値を用いた加算モデルによる演算により、前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値を推定することを特徴とする請求項１に記載の２次電池の劣化推定装置。
前記正極側相関抵抗値および前記負極側相関抵抗値は、前記２次電池の交流インピーダンスの実数部と虚数部とによる２次元座標上での円弧状の曲線を示す正極成分および負極成分毎の極大値に対応する周波数での前記交流インピーダンス値であることを特徴とする請求項１に記載の２次電池の劣化推定装置。
前記劣化度推定部は、前記２次電池の正極および負極毎の劣化度に基づき、前記正極および前記負極の劣化アンバランス度を推定することを特徴とする請求項１に記載の２次電池の劣化推定装置。