JP5737232B2 - 定置用蓄電池の余寿命判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に用いられた電池を再利用した定置用蓄電池の余寿命を推定する余寿命判定装置に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車には、車両走行用のモータに電力を供給する蓄電装置が搭載されている。この蓄電装置は、充放電を繰り返すことにより劣化する。蓄電装置の余寿命を診断する診断方法として、特許文献１は、（ａ）情報を記憶する情報記憶手段に、寿命に到達したバッテリである寿命バッテリの使用状態と予め定められた所定の充電シーケンスにより前記寿命バッテリが充電されたときの該寿命バッテリの充電特性である寿命充電特性とを関連付けて記憶させて準備し、（ｂ）前記診断用バッテリの使用状態と、前記所定の充電シーケンスにより前記診断用バッテリが充電されたときの該診断用バッテリの充電特性である診断充電特性と、を取得し、（ｃ）前記取得された診断充電特性と、前記情報記憶手段に記憶されている情報のうち前記取得された診断用バッテリの使用状態に対応する前記寿命バッテリの使用状態に関連付けられた前記寿命充電特性である対応寿命充電特性と、の関係から前記診断用バッテリの余寿命を診断する、余寿命診断方法を開示する。

図６は、車両用電池の経時変化を推定する推定情報のデータベース構造を模式的に示している。例えば、ハイブリッド自動車では、走行条件等の変化により車両用電池の電流値が時々刻々と変化し、多数の充放電パターンが存在する。そのため、車両用電池の余寿命を判定するための余寿命マップを、充放電パターンの数に応じて多数準備しなければならならない。

特開２０１２−０３１４３号公報

しかしながら、定置用蓄電池は、図７に図示するように、充放電パターンが車両用電池程煩雑ではない。すなわち、定置用蓄電池は、定電流充放電するため、余寿命マップが車両用電池よりも少なくてよい。そのため、定置用蓄電池の余寿命を判定する際に、車両用電池の場合と同じ判定方法を用いる必要がなく、同じ判定方法を用いると判定処理が煩雑化して、無駄に時間がかかる。そこで、本願発明は、定置用蓄電池の余寿命を簡易な方法で推定可能な余寿命判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る余寿命判定装置は、（１）定電流充放電する定置用蓄電池の余寿命判定装置であって、前記定置用蓄電池の劣化状態を評価する評価値を検出する検出部と、前記定置用蓄電池のそれまでの使用履歴を記憶する第１の記憶部と、前記定置用蓄電池の使用情報に対応付けられた余寿命情報を記憶する第２の記憶部と、前記定置用蓄電池の余寿命基本情報を記憶した第３の記憶部と、前記第１の記憶部に記憶された使用履歴に対応する余寿命情報が前記第２の記憶部に記憶されている場合には、前記第１の記憶部に記憶されたそれまでの使用履歴、前記評価値及び前記対応する余寿命情報から、前記定置用蓄電池の余寿命を推定し、前記第１の記憶部に記憶された使用履歴に対応する余寿命情報が前記第２の記憶部に記憶されていない場合には、前記第１の記憶部に記憶されたそれまでの使用履歴、前記評価値及び前記第３の記憶部に記憶された余寿命基本情報から、前記定置用蓄電池の余寿命を推定するコントローラと、を有することを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記定置用蓄電池は、家電製品に電力を供給することができる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、さらに、表示部を有し、前記コントローラは、余寿命を予測した際に、定置用蓄電池のリビルト情報を前記表示部に表示することを特徴とする。（３）の構成によれば、余寿命の予測とともに定置用蓄電池のリビルト情報が表示されるため、別途定置用蓄電池のリビルトを判定するための処理を行う必要がなくなる。

（４）上記（１）〜（３）の構成において、前記定置用蓄電池は、車両走行用のモータに電力を供給する車両用電池を再利用した電池であり、前記コントローラは、前記第１の記憶部に記憶される前記定置用蓄電池のそれまでの使用履歴を車両から通信により取得することができる。（４）の構成によれば、車両から使用履歴を取得できるため、車両から定置用蓄電池を取り外した後に電池の状態を調べる必要がないため、短時間で余寿命判定を行うことができる。

（５）上記（１）〜（４）の構成において、前記評価値は、前記定置用蓄電池の実放電容量及び内部抵抗のうち少なくとも一つであってもよい。

（６）上記（１）〜（５）の構成において、前記余寿命基本情報は、未使用の前記定置用蓄電池を対象とした余寿命情報であってもよい。

本願発明によれば、定置用蓄電池の余寿命を簡易な方法で推定可能な余寿命判定装置を提供することができる。

寿命判定装置の機能ブロック図である。 ハイブリッド車両に搭載される車両用電池と家庭用電源に用いられる定置用蓄電池との違いを示した特性図である。 余寿命マップの一例を示した模式図である。 寿命判定装置の概略構成図である。 余寿命判定処理の方法を示したフローチャートである。 車両用電池の余寿命マップの個数等を示したデータベース構造である。 定置用蓄電池の余寿命マップの個数等を示したデータベース構造である。

図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、余寿命判定装置の機能ブロック図である。余寿命判定装置１は、検出部１０と、第１の記憶部２０と、第２の記憶部３０と、第３の記憶部４０と、コントローラ５０とを有する。

検出部１０は、定置用蓄電池２の劣化状態を評価する評価値を取得する。ここで、評価値は、実放電容量、内部抵抗であってもよい。実放電容量は、定置用蓄電池２を満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）に対応する電圧値から放電終止電圧値まで放電させたときの電流積算量から算出することができる。内部抵抗は、定置用蓄電池２を放電させたときの電流値及び電圧値から算出することができる。ここで、定置用蓄電池２の内部抵抗は、ＳＯＣや温度に応じて変動するため、現在の定置用蓄電池２におけるＳＯＣや温度に応じて、電圧値および電流値から算出された内部抵抗を補正してもよい。

検出部１０は、電流センサ、電圧センサ、温度センサを含んでいる。電流センサは、定置用蓄電池２の電流を検出する。電圧センサは、定置用蓄電池２の総電圧を検出する。電圧センサは、定置用蓄電池２をブロック単位に分割した各ブロック電圧を検出してもよい。この場合、各ブロック電圧の総和が、定置用蓄電池２の総電圧として検出される。温度センサは、定置用蓄電池２に対して一個或いは複数個設けられていてもよい。温度センサには、サーミスタを用いることができる。なお、検出部１０は、取得した電流値、電圧値から後述する評価値（実放電容量、内部抵抗）を算出する処理を行う算出部としての機能も有している。

定置用蓄電池２は、家電製品（例えば、エアコン、炊飯器等）に対して電力を供給する。定置用蓄電池２には、使用済の車両用電池が用いられる。ここで、車両用電池は、車両走行用モータに供給される電力を蓄電しており、車両に搭載されている。この車両用電池は、複数の電池モジュールを有している。従来、これらの電池モジュールのうち少なくとも一つのモジュールが劣化等により使用不能となった場合には、車両用電池全体を交換しなければならなかった。また、この交換された車両用電池は有効な電池モジュールが残っているにも拘わらず廃棄されていた。本実施形態によれば、従来廃棄されていた車両用電池を定置用蓄電池として再利用することができる。

図２に示す特性図は、ハイブリッド車両に搭載される車両用電池と家庭用電源に用いられる定置用蓄電池２の違いを示している。ハイブリッド車両とは、車両用電池と内燃機関とを動力源として兼用する車両のことである。車両用電池は、例えば、ＳＯＣが３０〜７０％の範囲で使用される。これに対して定置用蓄電池２は、通常、ＳＯＣが０〜１００％の範囲で使用される。車両用電池は、充放電時に電流値が時々刻々と変化し、電流値の変動が非常に大きい。これに対して、定置用蓄電池２は、定電流充放電するため、車両用電池よりも電流値の変動が小さい。ここで、定電流充放電とは、同一負荷に放電される電流値がある期間内において一定であることを意味し、電流リップルなどによって電流値が変動する場合も含まれる。また、車両用電池は、ＳＯＣが３０〜７０％の範囲で使用されるため、電圧変動が相対的に小さく、劣化しても電池特性が把握しにくい。これに対して、定置用蓄電池２は、ＳＯＣが０〜１００％の範囲で使用されるため、電圧変動が相対的に大きく、劣化した際の電池特性が把握しやすい。

再び図１を参照して、第１の記憶部２０は、定置用蓄電池２のそれまでの使用履歴を記憶する。ここで、使用履歴は、余寿命マップ（余寿命情報）を特定するための情報と、特定された余寿命マップから余寿命を推定する際に用いられる必要情報とを含んでいる。余寿命マップを特定するための情報は、「使用環境（温度、設置場所）」を含んでいる。余寿命マップから余寿命を推定する際に用いられる必要情報については、後述する。

第２の記憶部３０は、定置用蓄電池２の使用情報に対応付けられた余寿命マップを記憶する。定置用蓄電池２の使用情報は、第１の記憶部２０に記憶された使用履歴に対応している。すなわち、第２の記憶部３０には、定置用蓄電池２の使用環境に対応づけられた複数の余寿命マップが記憶されている。定置用蓄電池２の劣化状態は、使用環境としての温度、設置場所によって左右されるため、温度及び設置場所毎に余寿命マップが設けられる。ここで、温度は、１℃間隔であってもよいし、特定の温度範囲毎であってもよい。設置場所は、例えば、屋外、屋内などの定置用蓄電池２の設置場所を意味しており、設置場所毎に余寿命マップが設けられる。この余寿命マップは、予め実験或いはシミュレーションにより求めることができ、定置用蓄電池２の使用中に電流、電圧、温度などを計測して、随時更新することができる。ただし、定置用蓄電池２は定電流充放電などをする点で車両用電池と異なり、車両用電池のように膨大な余寿命マップがなくても、精度よく余寿命を推定することができる。

図３は、余寿命マップの模式図であり、横軸が実放電容量、縦軸が内部抵抗を示している。実放電容量は、原点に近づくほど高くなる。内部抵抗は、原点に近づくほど低くなる。ここで、定置用蓄電池２の余寿命は、余寿命時間Ｔ、或いは使用可能な総積算電気量Ｑから推定することができる。余寿命時間Ｔは、実放電容量、或いは内部抵抗から求めることができる。実放電容量を用いた場合に、余寿命時間Ｔは、下記（１）式から算出することができる。
Ｔ＝Ｚ０ＴＡｈ（＝Ｚ１ＴＡｈ×Ｘ０／Ｘ１）−Ｚ１ＴＡｈ・・・・・・・・（１）
ここで、「Ｚ１ＴＡｈ」は、第１の記憶部２０に記憶された定置用蓄電池２のそれまでの使用時間を示している。なお、この「Ｚ１ＴＡｈ」が上述した「寿命マップから余寿命を推定する際に用いられる必要情報」に相当する。「Ｘ０」は寿命時の実放電容量を示している。「Ｘ１」は検出部１０において検出された定置用蓄電池２の実放電容量を示している。

また、内部抵抗を用いた場合に、余寿命時間Ｔは、下記（２）式から算出することができる。
Ｔ＝Ｚ０ＴΩ（＝Ｚ１ＴΩ×Ｙ０／Ｙ１）−Ｚ１ＴΩ・・・・・・・・（２）
ここで、「Ｚ１ＴΩ」は、第１の記憶部２０に記憶されたそれまでの使用時間を示している。なお、この「Ｚ１ＴΩ」が上述した「寿命マップから余寿命を推定する際に用いられる必要情報」に相当する。「Ｙ０」は寿命時の内部抵抗を示している。「Ｙ１」は検出部１０において検出された定置用蓄電池２の内部抵抗を示している。

使用可能な総積算電気量Ｑは、実放電容量、或いは内部抵抗をから求めることができる。実放電容量を用いた場合に、使用可能な総積算電気量Ｑは、下記の（３）式から算出することができる。
Ｑ＝Ｚ０ＳＡｈ（＝Ｚ１ＳＡｈ×Ｘ０／Ｘ１）−Ｚ１ＳＡｈ・・・・・・・・・（３）
ここで、「Ｚ１ＳＡｈ」は、第１の記憶部２０に記憶されたそれまでの総積算電気量を示している。なお、この「Ｚ１ＳＡｈ」が上述した「寿命マップから余寿命を推定する際に用いられる必要情報」に相当する。「Ｘ０」及び「Ｘ１」については、説明を繰り返さない。

内部抵抗を用いた場合に、使用可能な総積算電気量Ｑは、下記の（４）式から算出することができる。
Ｑ＝Ｚ０ＳΩ（＝Ｚ１ＳΩ×Ｙ０／Ｙ１）−Ｚ１ＳΩ・・・・・・・・・・・・（４）
ここで、「Ｚ１ＳΩ」は、第１の記憶部２０に記憶されたそれまでの総積算電気量を示している。なお、この「Ｚ１ＳΩ」が上述した「寿命マップから余寿命を推定する際に用いられる必要情報」に相当する。「Ｙ０」及び「Ｙ１」については、説明を繰り返さない。

コントローラ５０は、これらの（１）〜（４）のなかで最短なものを余寿命として定義することができる。ただし、コントローラ５０は、（１）〜（４）の少なくとも一つを余寿命として定義してもよい。例えば、コントローラ５０は、内部抵抗に基づき、（２）及び（４）のうち短い側を定置用蓄電池２の余寿命として定義することができる。この場合、検出部１０において取得される評価値は、内部抵抗だけであってもよい。コントローラ５０は、実放電容量に基づき、（１）及び（３）のうち短い側を定置用蓄電池２の余寿命として定義することができる。この場合、検出部１０において取得される評価値は、実放電容量だけであってもよい。

コントローラ５０は、余寿命時間Ｔを示す（１）及び（２）のうち短い側を定置用蓄電池２の余寿命として定義することができる。この場合、第１の記憶部２０に記憶される使用履歴から総積算電気量を省略することができる。コントローラ５０は、総積算電気量Ｑを示す（３）及び（４）のうち短い側を定置用蓄電池２の余寿命として定義することができる。この場合、第１の記憶部２０に記憶される使用履歴から現在までの使用時間を省略することができる。このように、第１の記憶部２０に記憶される「使用履歴」は、余寿命の算出方法に応じて変えることができる。コントローラ５０は、ＣＰＵ，ＭＰＵ、或いはこれらのＣＰＵなどが行う処理の少なくとも一部を回路的に実行するＡＳＩＣ回路を含んでいてもよい。

第３の記憶部４０は、定置用蓄電池２の余寿命基本マップを記憶する。余寿命基本マップは、定置用蓄電池２の初期状態での余寿命マップであってもよい。定置用蓄電池２の初期状態とは、定置用蓄電池２の製造直後、つまり、車両に搭載される前の状態を意味する。余寿命基本マップは、設計情報として定められている。また、別の観点として、余寿命基本マップは、試験結果データから取得することもできる。

ここで、第１の記憶部２０、第２の記憶部３０及び第３の記憶部４０は一つの記憶装置で実現してもよいし、複数の記憶装置が協働することにより実現してもよい。すなわち、余寿命を判定する際に必要な情報を読み出すことができれば、記憶装置のハードウェア構成は問わない。

図４は、余寿命判定装置１のハードウェ構成を示した概略図である。余寿命判定装置１は、ケーブル１ａを介して定置用蓄電池２に接続されており、このケーブル１ａを介して、定置用蓄電池２の余寿命を判定するための種々の情報を取得する。余寿命判定装置１は、表示部１ｂを有する。表示部１ｂには、算出された定置用蓄電池２の余寿命、劣化した定置用蓄電池２の寿命改善方法（リビルト方法）を選択させる選択情報が表示される。

余寿命判定装置１は、充放電装置１ｃを有する。充放電装置１ｃは、定置用蓄電池２を満充電状態にする処理と、満充電になった定置用蓄電池２を放電終止電圧まで放電させる放電処理とを行う。これにより、上述した定置用蓄電池２の現在の実放電容量、内部抵抗が算出される。余寿命判定装置１は、電池メーカデータベース５からネットワークを介して種々の情報を取得する。

次に、図５のフローチャートを参照しながら、コントローラ５０が行う処理について説明する。ステップＳ１０１において、コントローラ５０は、検出部１０が検出した定置用蓄電池２の電池特性（電流、電圧、温度）を取得する。ステップＳ１０２において、コントローラ５０は、第１の記憶部２０から使用履歴を読み出す。ステップＳ１０３において、コントローラ５０は、ステップＳ１０２において読みだした使用履歴に対応する余寿命マップが第２の記憶部３０に記憶されているか否かを判別する。

使用履歴に対応した余寿命マップが第２の記憶部３０に記憶されている場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０４に進む。使用履歴に対応した余寿命マップが第２の記憶部３０に記憶されていない場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、処理はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０４において、コントローラ５０は、第２の記憶部３０から使用履歴に対応した余寿命マップを読み出す。ステップＳ１０５において、コントローラ５０は、第１の記憶部２０に記憶されたそれまでの使用時間、電池特性から得られる実放電容量及び内部抵抗に基づき、余寿命を算出し、表示部１ｂに表示する。

ここで、余寿命を算出した後に、ステップＳ１０６〜Ｓ１０９に示す処理を実行することにより、定置用蓄電池２の余寿命を回復させるリビルト処理を行ってもよい。ステップＳ１０６において、コントローラ５０は、定置用蓄電池２の使用を継続するか否かを選択させるための選択画面を表示部１ｂに表示させる。現在の余寿命で定置用蓄電池２の使用を継続する場合（ステップＳ１０６、Ｙｅｓ）には、このフローを終了する。現在の余寿命で定置用蓄電池２の使用を継続しない場合（ステップＳ１０６、Ｎｏ）、つまり、余寿命の改善を望む場合には、処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７において、コントローラ５０は、余寿命を改善するための複数のプラン（リビルト情報に相当する）を表示部１ｂに表示する。これら複数のプランは、例えば、寿命を新製品の８０％以上に延命させるＡプラン、寿命を新製品の５０〜８０％に延命するＢプランなどであってもよい。ステップＳ１０８において、作業員は、選択されたプランにしたがって定置用蓄電池２の一部のモジュールを交換するとともに、交換費用を算出する。このように、余寿命を予測するステップに続いて電池のリビルトが必要か否かを判別するため、別途電池のリビルトの要否を判断する必要がなくなる。ステップＳ１０９において、コントローラ５０は、新しい定置用蓄電池２の余寿命を認定する。

ステップＳ１１０において、コントローラ５０は、第１の記憶部２０に記憶されたそれまでの使用時間、電池特性から得られる実放電容量及び内部抵抗に基づき、第３の記憶部４０に記憶された製造時の余寿命マップから余寿命を算出する。ステップＳ１１１において、コントローラ５０は、算出された余寿命を実際の余寿命として認定する。

本実施形態の余寿命算出方法によれば、余寿命マップのデータ情報が少なくてもよいため、車載用電池の余寿命を推定する場合よりも、シンプルな方法で、かつ、短時間で余寿命を算出することができる。

（変形例）
上述の実施形態では、定置用蓄電池２の使用後に余寿命を判定する方法について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、他の方法であってもよい。当該他の方法は、車載用電池を車両から取り外した直後（つまり、定置用蓄電池２として使用される前の状態）に、定置用蓄電池２の余寿命を判定してもよい。この場合、定置用蓄電池２の使用履歴は、車両から取得することができる。すなわち、車両に搭載された定置用蓄電池２の特性を計測し、これを使用履歴として車両のデータベースに蓄積しておくとともに、この蓄積された使用履歴を寿命判定時に第１の記憶部２０に記憶させてもよい。また、第１の記憶部２０に記憶される使用履歴に「使用目的」を含ませることができる。使用目的とは、車両の使用目的のことである。例えば、高速走行の頻度が高い車両と、低速走行の頻度が高い車両とでは、電池の劣化状態に差があるため、使用目的と余寿命マップとを対応付けて第２の記憶部３０に記憶させておくことができる。

本変形例によれば、車両から電池の使用履歴を取得できるため、車両から電池を取り外した際に、電池の状態を調べる必要がなくなる。これにより、定置用蓄電池２の余寿命判定をする際の処理時間が短くなる。

１：余寿命判定装置 ２：定置用蓄電池
２０：第１の記憶部 ３０：第２の記憶部
４０：第３の記憶部 ５０：コントローラ

Claims (6)

1. 定電流充放電する定置用蓄電池の余寿命判定装置であって、
   前記定置用蓄電池の劣化状態を評価する評価値を検出する検出部と、
   前記定置用蓄電池のそれまでの使用履歴を記憶する第１の記憶部と、
   前記定置用蓄電池の使用情報に対応付けられた余寿命情報を記憶する第２の記憶部と、
   前記定置用蓄電池の余寿命基本情報を記憶した第３の記憶部と、
   前記第１の記憶部に記憶された使用履歴に対応する余寿命情報が前記第２の記憶部に記憶されている場合には、前記第１の記憶部に記憶されたそれまでの使用履歴、前記評価値及び前記対応する余寿命情報から、前記定置用蓄電池の余寿命を推定し、前記第１の記憶部に記憶された使用履歴に対応する余寿命情報が前記第２の記憶部に記憶されていない場合には、前記第１の記憶部に記憶されたそれまでの使用履歴、前記評価値及び前記第３の記憶部に記憶された余寿命基本情報から、前記定置用蓄電池の余寿命を推定するコントローラと、
   を有することを特徴とする定置用蓄電池の余寿命判定装置。
2. 前記定置用蓄電池は、家電製品に電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の余寿命判定装置。
3. さらに、表示部を有し、
   前記コントローラは、余寿命を予測した際に、定置用蓄電池のリビルト情報を前記表示部に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の余寿命判定装置。
4. 前記定置用蓄電池は、車両走行用のモータに電力を供給する車両用電池を再利用した電池であり、
   前記コントローラは、前記第１の記憶部に記憶される前記定置用蓄電池のそれまでの使用履歴を車両から通信により取得することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の余寿命判定装置。
5. 前記評価値は、前記定置用蓄電池の実放電容量及び内部抵抗のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の余寿命判定装置。
6. 前記余寿命基本情報は、未使用の前記定置用蓄電池を対象とした余寿命情報であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の余寿命判定装置。

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