JP6589792B2 - 電池交換システム - Google Patents

Description

本発明は、車載の二次電池を中古二次電池に交換する際に用いられる電池交換システムに関する。

近年、モータを駆動源とする電気自動車、モータとエンジンとを駆動源とするハイブリッド車両などの電動車両が多く用いられている。これらの電動車両では、モータに電力を供給すると共に、モータを発電機として動作させた際の発電電力を充電する充放電可能な二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池である。電動車両に搭載される二次電池は、組電池の形で搭載されることが多い。組電池とは、例えば、複数の電池セルからなる電池モジュールを複数組み合わせて構成した電池である。以下、この組電池を、二次電池という。

二次電池は、充放電を繰り返すことにより劣化し、劣化の度合いが大きくなると、電池交換が必要となる場合がある。また、二次電池が故障した際には、電池交換が必要である。二次電池（組電池）を新たな電池（組電池）に交換する際には、新品の二次電池に交換する選択肢の他、中古の二次電池（以下、中古二次電池と言う）に交換する選択肢がある。

中古二次電池には、大きく分けて、リユース電池とリビルト電池とがある。リユース電池は、以前に別の電動車両において使用されていた二次電池である。リビルト電池は、例えば、複数の組電池から再利用可能な電池セルや電池モジュールを峻別し、これらを集めて新たな組電池としたものである。

中古二次電池は、すでに使用され劣化が進んだ電池であるため、劣化の度合いが調べられ、交換後の電池として使用可能なものか否かが判断される。そして、使用可能と判断された中古二次電池だけが交換用の電池として販売される。

特許文献１には、二次電池（組電池）を構成する複数の電池モジュールの各々の開放電圧値と、内部抵抗値と、満充電容量値とを用いて、二次電池（組電池）の劣化の度合い（劣化状態）を判別する方法が開示されている。

特開２０１４−２０８１８号公報

ところで、従来から、二次電池を早期に劣化させてしまうユーザにおいてもある程度の使用期間が得られるように、劣化が進んでいない（劣化度合いが低い）中古二次電池だけが、交換用の電池として販売されている。二次電池を早期に劣化させてしまうユーザとは、例えば、二次電池を高温で使う頻度が多いユーザである。これは、二次電池は、高温で使う頻度が多いほど、劣化がより進むからである。

よって、交換用の電池として販売できる中古二次電池が少ない、すなわち、歩留まりが悪く、中古二次電池の価格上昇につながっている。リビルト電池の場合には、劣化度合いが低い電池セルや電池モジュールのみがリビルト電池に再利用されており、再利用されていない電池セルや電池モジュールが多くある。

そこで、本発明は、劣化が進んだ（劣化度合いが高い）中古二次電池であっても、交換用の電池として提供できるようにすることを目的とする。

本発明の電池交換システムは、車両に搭載された二次電池を中古二次電池に交換する際に、交換後の前記中古二次電池の入出力制限値を前記車両に設定するための電池交換システムであって、交換後の前記中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクと、前記車両において取得された交換前の前記二次電池の電池温度の分布とに基づいて、前記入出力制限値のうち入出力制限を開始すべき温度である入出力制限開始温度を決定すると共に、前記電池ランクと、前記車両において取得された交換前の前記二次電池のＳＯＣの分布とに基づいて、前記入出力制限値のうち入出力制限を開始すべきＳＯＣである入出力制限開始ＳＯＣを決定する決定部と、前記入出力制限開始温度と、前記入出力制限開始ＳＯＣとを前記車両に設定する設定部と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、交換後の中古二次電池と、車両のユーザとに最適な中古二次電池の入出力制限値が設定されるので、劣化が進んだ中古二次電池であっても、車両で使用することが可能となる。すなわち、劣化が進んだ中古二次電池であっても、交換用の電池として提供が可能となる。

本発明の実施形態における電池交換システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態における電池温度Ｔｂに応じた二次電池の入出力制限の一例を示す図である。 本発明の実施形態におけるＳＯＣに応じた二次電池の入出力制限を示す図である。 本発明の実施形態におけるＴｂ頻度データの一例を示す図である。 本発明の実施形態におけるＳＯＣ頻度データの一例を示す図である。 本発明の実施形態における設定装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における電池温度Ｔｂに応じた中古二次電池の入出力制限の一例を示す図である。 本発明の実施形態におけるＳＯＣに応じた中古二次電池の入出力制限の一例を示す図である。 本発明の実施形態における各中古二次電池の基準Ｗｉｎｏｕｔ制限値の一例を示す図である。 本発明の実施形態における各中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限値の一例を示す図である。 本発明の実施形態におけるユーザに提示する各中古二次電池の情報の一例を示す図である。

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。

図１には、本実施形態の電池交換システム１０の構成の一例が示されている。図１に示すように、電池交換システム１０は、車両１２と設定装置１４とにより構成されている。本実施形態の電池交換システム１０は、ハイブリッド車両や電気自動車などの電動車両（以下、単に車両１２という）に搭載された二次電池１６が故障等し、二次電池１６を中古の二次電池（中古二次電池）に交換する際に、設定装置１４から車両１２に、交換後の中古二次電池の入出力制限値を設定するシステムである。設定装置１４は、電池交換の際に車両１２に接続される装置であり、例えば、車両状態の診断や車両１２の各種設定を行う診断装置である。

まず、車両１２について説明する。図１に示すように、車両１２には、二次電池１６と、インバータ２８と、モータジェネレータ３０と、制御部２０とが搭載されている。二次電池１６は、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池である。本実施形態の二次電池１６は、組電池であり、複数の電池モジュール１８が電気的に直列に接続された状態で構成されている。また、図示されていないが、各電池モジュール１８は、複数の電池セルから構成されている。

二次電池１６は、正極ライン３２と負極ライン３４とを介してインバータ２８に接続されている。インバータ２８は、二次電池１６の直流電力を交流電力に変換して車両駆動用のモータジェネレータ３０を駆動する。また、モータジェネレータ３０が発電した交流電力はインバータ２８によって直流電力に変換されて二次電池１６に充電される。本実施形態では、二次電池１６からインバータ２８に出力する電力（出力電力）をＷｏｕｔと、インバータ２８から二次電池１６へ入力される電力（入力電力）をＷｉｎと、入力電力と出力電力とを合わせた入出力電力をＷｉｎｏｕｔと示す。

制御部２０は、マイクロプロセッサを含み、記憶部３６に格納されている制御プログラム４０を実行することによって、インバータ２８を制御する。そのインバータ２８の制御によって、二次電池１６からインバータ２８へのＷｏｕｔと、インバータ２８から二次電池１６へのＷｉｎとが制御される。

図１に示すように、車両１２には、二次電池１６の電池温度Ｔｂを検出する為の温度センサ２６と、二次電池１６の端子間電圧Ｖｂを検出する為の電圧センサ２４と、二次電池１６に流れる電流Ｉｂを検出する為の電流センサ２２とが設けられており、各々の検出値は、制御部２０に出力されている。

二次電池１６は、電池温度Ｔｂが高温となる程、劣化が進行する。その劣化を低減するため、制御部２０は、温度センサ２６で検出された電池温度Ｔｂが高温になった際には、インバータ２８を制御して、二次電池１６のＷｉｎｏｕｔを制限する。図２は、電池温度Ｔｂに応じた二次電池１６の入出力電力（Ｗｉｎ及びＷｏｕｔ）を示すグラフである。図２では、一点鎖線でＷｉｎが、実線でＷｏｕｔが示されており、以降で説明する図においても、それは同じである。図２に示すように、電池温度ＴｂがＴＲｉｏ以上の温度になった場合には、Ｗｉｎ及びＷｏｕｔを低下（制限）し、二次電池１６の劣化の進行を防ぐ。本実施形態では、このＴＲｉｏを入出力制限開始温度、又は、Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度と言う。Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度は、二次電池１６の入出力制限値（以下、Ｗｉｎｏｕｔ制限値とも言う）の１つであり、予め記憶部３６にある制御プログラム４０において設定されている。本実施形態では、交換後の中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度を、交換後の中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクと、車両１２のユーザとに応じて調整する。この詳細については、後述する。

制御部２０は、電圧センサ２４で検出された二次電池１６の端子間電圧Ｖｂと、電流センサ２２で検出された二次電池１６に流れる電流Ｉｂと、温度センサ２６で検出された電池温度Ｔｂとを用いて、二次電池１６のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出する。ＳＯＣは、二次電池１６の満充電容量に対して現在の充電容量の割合（充電状態）を示すものである。

ここで、ＳＯＣの算出方法の一例を説明する。電圧センサ２４で検出される端子間電圧Ｖｂは、閉回路電圧ＣＣＶ（Ｃｌｏｓｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）である。まず、この閉回路電圧ＣＣＶ（端子間電圧Ｖｂ）から、二次電池１６の内部抵抗値Ｒへの電圧降下分を引くことで、開放電圧ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を算出する。内部抵抗値Ｒへの電圧降下分は、電流センサ２２で検出された電流Ｉｂと、内部抵抗値Ｒとの積（Ｉｂ×Ｒ）で求めることができる。しかし、内部抵抗値Ｒは電池温度Ｔｂに依存するので、内部抵抗値Ｒへの電圧降下分を求める際には、内部抵抗値Ｒを電池温度Ｔｂで補正する。開放電圧ＯＣＶを求めた後は、開放電圧ＯＣＶからＳＯＣを取得する。具体的には、開放電圧ＯＣＶとＳＯＣとの対応関係をＯＣＶ−ＳＯＣマップとして予め記憶部３６に記憶しておき、そのマップを用いて、開放電圧ＯＣＶに対応するＳＯＣを取得する。

二次電池１６は、ＳＯＣが高い状態となると、劣化が進行する。その劣化を低減するため、制御部２０は、ＳＯＣが高い状態になった際には、インバータ２８を制御して、二次電池１６のＷｉｎを制限する。また、二次電池１６は、ＳＯＣが低い状態となると、劣化が進行する。その劣化を低減するため、制御部２０は、ＳＯＣが低い状態になった際には、インバータ２８を制御して、二次電池１６のＷｏｕｔを制限する。図３は、ＳＯＣに応じた二次電池１６の入出力電力（Ｗｉｎ及びＷｏｕｔ）を示すグラフである。図３に示すように、ＳＯＣがＳＲｉ以上になった場合には、Ｗｉｎを低下（制限）し、二次電池１６の劣化の進行を防ぐ。また、ＳＯＣがＳＲｏ以下になった場合には、Ｗｏｕｔを低下（制限）し、二次電池１６の劣化の進行を防ぐ。本実施形態では、このＳＲｉを入力制限開始ＳＯＣ、又は、Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣと言い、このＳＲｏを出力制限開始ＳＯＣ、又は、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣと言う。Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣは、二次電池１６のＷｉｎｏｕｔ制限値の１つである。また、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣも、二次電池１６のＷｉｎｏｕｔ制限値の１つである。これらは、予め記憶部３６にある制御プログラム４０において設定されている。本実施形態では、交換後の中古二次電池のＷｉｎ制限開始ＳＯＣとＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣとを、交換後の中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクと、車両１２のユーザとに応じて調整する。この詳細については、後述する。なお、本実施形態では、入力制限開始ＳＯＣ（Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ）と、出力制限開始ＳＯＣ（Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ）とを合わせて、入出力制限開始ＳＯＣ（Ｗｉｎｏｕｔ制限開始ＳＯＣ）と言う。

図１に示す車両１２の制御部２０は、一定の時間間隔ｔ１で電池温度Ｔｂを取得し、Ｔｂ頻度データ４２を生成する。このＴｂ頻度データ４２は、後述する、中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度を決定する為に用いるデータである。Ｔｂ頻度データ４２は、各電池温度Ｔｂ（例えば、２０℃、２１℃、２２℃．．等）、または、所定幅の電池温度Ｔｂの各々（例えば、２０℃〜２２℃、２３℃〜２５℃．．等）に属する電池温度Ｔｂが、何回出現したか（頻度）を示すデータである。すなわち、Ｔｂ頻度データ４２は、各電池温度Ｔｂ、または、所定幅の電池温度Ｔｂの各々をＴｊ（ｊ＝１〜ｎ）とした時、その各Ｔｊと、頻度とを対応付けたデータである。また、Ｔｂ頻度データ４２は、換言すれば、交換前の二次電池１６の電池温度Ｔｂの分布である。図４には、所定期間内に取得された電池温度Ｔｂに基づいて生成されたＴｂ頻度データ４２の一例がヒストグラムで示されている。制御部２０は、記憶部３６にＴｂ頻度データ４２を記憶し、電池温度Ｔｂを取得する度に、記憶部３６にあるＴｂ頻度データ４２を更新する。

詳細は後述するが、本実施形態では、Ｔｂ頻度データ４２を用いて、車両１２のユーザが、電池温度Ｔｂが高温となる頻度が多い（二次電池１６の劣化進行度が速い）ユーザである程、交換後の中古二次電池の劣化がより進行しないように、中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度を低く（制限を厳しく）決定する。

また、制御部２０は、一定の時間間隔ｔ２でＳＯＣを取得し、ＳＯＣ頻度データ４４を生成する。このＳＯＣ頻度データ４４は、後述する、中古二次電池のＷｉｎ制限開始ＳＯＣと、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣとを決定する為に用いるデータである。ＳＯＣ頻度データ４４は、各ＳＯＣ（例えば、５０％、５１％、５２％．．等）、または、所定幅のＳＯＣの各々（例えば、５０％〜５２％、５３％〜５５％．．等）に属するＳＯＣが、何回出現したか（頻度）を示すデータである。すなわち、ＳＯＣ頻度データ４４は、各ＳＯＣ、または、所定幅のＳＯＣの各々をＳｊ（ｊ＝１〜ｎ）とした時、その各Ｓｊと、頻度とを対応付けたデータである。また、ＳＯＣ頻度データ４４は、換言すれば、交換前の二次電池１６のＳＯＣの分布である。図５には、所定期間内に取得されたＳＯＣに基づいて生成されたＳＯＣ頻度データ４４の一例がヒストグラムで示されている。制御部２０は、記憶部３６にＳＯＣ頻度データ４４を記憶し、ＳＯＣを取得する度に、記憶部３６にあるＳＯＣ頻度データ４４を更新する。

詳細は後述するが、本実施形態では、ＳＯＣ頻度データ４４を用いて、車両１２のユーザが、ＳＯＣが高い状態の頻度が多い（二次電池１６の劣化進行度が速い）ユーザである程、交換後の中古二次電池の劣化がより進行しないように、中古二次電池のＷｉｎ制限開始ＳＯＣを低く（制限を厳しく）決定する。また、ＳＯＣ頻度データ４４を用いて、車両１２のユーザが、ＳＯＣが低い状態の頻度が多い（二次電池１６の劣化進行度が速い）ユーザである程、交換後の中古二次電池の劣化がより進行しないように、中古二次電池のＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣを高く（制限を厳しく）決定する。なお、電池温度Ｔｂ、及び、ＳＯＣの取得は、通常、車両１２のメインスイッチがオンの状態で行う。

次に、図１に示す設定装置１４について説明する。前述したように、設定装置１４は、車両１２の二次電池１６を中古二次電池に交換する際に、車両１２に接続される装置である。図１に示すように、設定装置１４は、制御部５０と、記憶部５２と、表示部５４と、操作部５６とを備えている。

制御部５０は、マイクロプロセッサを含み、記憶部５２に格納されているプログラムを実行することによって、後述する、Ｗｉｎｏｕｔ制限値決定部６０及びＷｉｎｏｕｔ制限値設定部６２として機能する。記憶部５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ等であり、制御部５０が実行するプログラムや、後述する、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限値を記憶する。表示部５４はディスプレイであり、各種画面を表示する。操作部５６は、設定装置１４を操作するための操作ボタン等である。

設定装置１４には車両１２と通信を行う為の入出力Ｉ／Ｆ５８が設けられており、同様に、車両１２には設定装置１４と通信を行う為の入出力Ｉ／Ｆ３８が設けられている。これらを用いて、車両１２と設定装置１４とを有線または無線で接続することにより、車両１２と設定装置１４との間で通信が行われる。

次に、車両１２の二次電池１６を中古二次電池に交換する際に、設定装置１４が行う処理について説明する。図６は、車両１２の二次電池１６を中古二次電池に交換する際に、本実施形態における設定装置１４が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、以下で説明する処理は、設定装置１４を車両１２に接続した状態で行われる。

図６に示すように、まず、Ｓ１００で、設定装置１４の制御部５０は、車両１２の記憶部３６にあるＴｂ頻度データ４２を読み出す。そして、Ｓ１０２で、制御部５０は、車両１２の記憶部３６にあるＳＯＣ頻度データ４４を読み出す。

次に、Ｓ１０４で、制御部５０のＷｉｎｏｕｔ制限値決定部６０は、Ｔｂ頻度データ４２に基づいて、中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度を決定する。本実施形態では、新たに車両１２に搭載する電池（交換後の電池）の候補である３つの中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の各々のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度を決定する。

なお、本実施形態における中古二次電池は、リユース電池、又は、リビルト電池である。リユース電池は、以前に別の電動車両において使用されていた二次電池である。リビルト電池は、例えば、複数の組電池から再利用可能な電池セルや電池モジュールを峻別し、これらを集めて新たな組電池としたものである。

ここで、各中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度の決定方法について説明する。設定装置１４の記憶部５２には、予め、各中古二次電池の基準のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度（以下、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度と言う）が記憶されている。本実施形態では、この基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度を、基準入出力制限開始温度とも言う。なお、本実施形態では、この基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度と、後述する、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣと基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣとを合わせて、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限値（基準入出力制限値）と言う。

この基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度は、各中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクに基づいて決定されており、基本的に、劣化度合いが高い中古二次電池ほど、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度が低く（制限が厳しく）決定されている。図９には、各中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度の一例が示されている。図９に示すような各中古二次電池の劣化度合いの関係（電池ランクの関係）がある場合は、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度は「Ｔｂｉｏ１＞Ｔｂｉｏ２＞Ｔｂｉｏ３」となるように決定されている。

図７には、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度（Ｔｂｉｏ）を、Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度とした場合の、電池温度Ｔｂに応じた中古二次電池の入出力電力（Ｗｉｎ及びＷｏｕｔ）の一例が示されている。本実施形態では、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度（Ｔｂｉｏ）を基準として、Ｔｂ頻度データ４２を用いて、車両１２のユーザが、電池温度Ｔｂが高温となる頻度が多い（二次電池１６の劣化進行度が速い）ユーザである程、交換後の中古二次電池の劣化がより進行しないように、中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度を低く（制限を厳しく）する。具体的には、図７に示すように、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度（Ｔｂｉｏ）からＷｉｎｏｕｔ制限開始温度を低くする量Ｋ１を、Ｔｂ頻度データ４２に基づいて求め、車両１２のユーザに応じたＷｉｎｏｕｔ制限開始温度（Ｔｉｏ）を決定する。

Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度を低くする量Ｋ１は、例えば、次のようにして求めることができる。Ｔｂ頻度データ４２（図４を参照）の各電池温度Ｔｂ、または、所定幅の電池温度Ｔｂの各々であるＴｊ（ｊ＝１〜ｎ）に対応づけた二次電池１６の劣化係数Ｄｊ（ｊ＝１〜ｎ）を、予め、記憶部５２に記憶しておく。劣化係数Ｄｊは、高い電池温度ＴｂのＴｊに対応付けらている係数ほど、大きな値を有している。そして、Ｔｂ頻度データ４２であるＴｊ（ｊ＝１〜ｎ）に対応付けられた頻度Ｆｔｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、劣化係数Ｄｊ（ｊ＝１〜ｎ）とを用いて、以下の（数１）式により、劣化総量ＤＴを求める。

そして、劣化総量ＤＴが大きくなる程、Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度を低くする量Ｋ１が大きくなるように、Ｋ１を決定する。これにより、電池温度Ｔｂが高温となる頻度が多く、二次電池１６の劣化進行度が速いユーザである程、Ｋ１が大きくなり、Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度（Ｔｉｏ）が低くなる。

図１０には、各中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度の一例が示されている。図１０に示すように、各中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度Ｔｉｏ１〜Ｔｉｏ３は、各中古二次電池の基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度Ｔｂｉｏ１〜Ｔｂｉｏ３からＫ１を引いたものとなる。

図６に戻って、設定装置１４の処理の説明を続ける。図６のＳ１０４で、各中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限開始温度を決定した後は、Ｓ１０６に進む。Ｓ１０６で、制御部５０のＷｉｎｏｕｔ制限値決定部６０は、ＳＯＣ頻度データ４４に基づいて、各中古二次電池のＷｉｎ制限開始ＳＯＣを決定する。

ここで、各中古二次電池のＷｉｎ制限開始ＳＯＣの決定方法について説明する。設定装置１４の記憶部５２には、予め、各中古二次電池の基準のＷｉｎ制限開始ＳＯＣ（以下、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣと言う）が記憶されている。本実施形態では、この基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣを、基準入力制限開始ＳＯＣとも言う。なお、本実施形態では、この基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣと、後述する、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣとを合わせて、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（基準入出力制限開始ＳＯＣ）と言う。

この基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣは、各中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクに基づいて決定されており、基本的に、劣化度合いが高い中古二次電池ほど、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣが低く（制限が厳しく）決定されている。図９には、各中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣの一例が示されている。図９に示すような各中古二次電池の劣化度合いの関係（電池ランクの関係）がある場合は、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣは「Ｓｂｉ１＞Ｓｂｉ２＞Ｓｂｉ３」となるように決定されている。

図８には、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ（Ｓｂｉ）を、Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣとした場合の、ＳＯＣに応じた中古二次電池の入力電力（Ｗｉｎ）の一例が示されている。本実施形態では、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ（Ｓｂｉ）を基準として、ＳＯＣ頻度データ４４を用いて、車両１２のユーザが、ＳＯＣが高い状態の頻度が多い（二次電池１６の劣化進行度が速い）ユーザである程、交換後の中古二次電池の劣化がより進行しないように、中古二次電池のＷｉｎ制限開始ＳＯＣを低く（制限を厳しく）する。具体的には、図８に示すように、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ（Ｓｂｉ）からＷｉｎ制限開始ＳＯＣを低くする量Ｋ２を、ＳＯＣ頻度データ４４に基づいて求め、車両１２のユーザに応じたＷｉｎ制限開始ＳＯＣ（Ｓｉ）を決定する。

Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣを低くする量Ｋ２は、例えば、次のようにして求めることができる。まず、ＳＯＣ頻度データ４４（図５を参照）の各ＳＯＣ、または、所定幅のＳＯＣの各々であるＳｊ（ｊ＝１〜ｎ）に対応付けられた頻度Ｆｓｊ（ｊ＝１〜ｎ）の合計（以下、ＦＴと言う）を求める。そして、図５に示すように、ＳＨ（所定のＳＯＣ）以上のＳＯＣの頻度の合計（以下、ＦＨＴと言う）を求める。そして、ＦＨＴをＦＴで割る（除算する）ことにより、ＳＯＣが高い状態で使用されている割合を示すＳＯＣ高状態使用率（ＳＨＲ）を求める。そして、ＳＯＣ高状態使用率（ＳＨＲ）が大きくなる程、Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣを低くする量Ｋ２が大きくなるように、Ｋ２を決定する。これにより、ＳＯＣが高い状態の頻度が多く、二次電池１６の劣化進行度が速いユーザである程、Ｋ２が大きくなり、Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ（Ｓｉ）が低くなる。

図１０には、中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のＷｉｎ制限開始ＳＯＣの一例が示されている。図１０に示すように、各中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のＷｉｎ制限開始ＳＯＣ（Ｓｉ１〜Ｓｉ３）は、各中古二次電池の基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ（Ｓｂｉ１〜Ｓｂｉ３）からＫ２を引いたものとなる。

再び、図６に戻って、設定装置１４の処理の説明を続ける。図６のＳ１０６で、各中古二次電池のＷｉｎ制限開始ＳＯＣを決定した後は、Ｓ１０８に進む。Ｓ１０８で、制御部５０のＷｉｎｏｕｔ制限値決定部６０は、ＳＯＣ頻度データ４４に基づいて、各中古二次電池のＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣを決定する。

各中古二次電池のＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣの決定方法は、上記したＷｉｎ制限開始ＳＯＣの決定方法と同様である。設定装置１４の記憶部５２には、予め、各中古二次電池の基準のＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（以下、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣと言う）が記憶されている。本実施形態では、この基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣを、基準出力制限開始ＳＯＣとも言う。

この基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣは、各中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクに基づいて決定されており、基本的に、劣化度合いが高い中古二次電池ほど、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣが高く（制限が厳しく）決定されている。図９には、各中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣの一例が示されている。図９に示すような各中古二次電池の劣化度合いの関係（電池ランクの関係）がある場合は、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣは「Ｓｂｏ１＜Ｓｂｏ２＜Ｓｂｏ３」となるように決定されている。

図８には、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（Ｓｂｏ）を、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣとした場合の、ＳＯＣに応じた中古二次電池の出力電力（Ｗｏｕｔ）の一例が示されている。本実施形態では、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（Ｓｂｏ）を基準として、ＳＯＣ頻度データ４４を用いて、車両１２のユーザが、ＳＯＣが低い状態の頻度が多い（二次電池１６の劣化進行度が速い）ユーザである程、交換後の中古二次電池の劣化がより進行しないように、中古二次電池のＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣを高く（制限を厳しく）する。具体的には、図８に示すように、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（Ｓｂｏ）からＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣを高くする量Ｋ３を、ＳＯＣ頻度データ４４に基づいて求め、車両１２のユーザに応じたＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（Ｓｏ）を決定する。

Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣを高くする量Ｋ３は、上記したＷｉｎ制限開始ＳＯＣを低くする量Ｋ２の場合と同様に、例えば、次のようにして求めることができる。まず、ＳＯＣ頻度データ４４（図５を参照）の各ＳＯＣ、または、所定幅のＳＯＣの各々であるＳｊ（ｊ＝１〜ｎ）に対応付けられた頻度Ｆｓｊ（ｊ＝１〜ｎ）の合計（ＦＴ）を求める。そして、図５に示すように、ＳＬ（所定のＳＯＣ）以下のＳＯＣの頻度の合計（以下、ＦＬＴと言う）を求める。そして、ＦＬＴをＦＴで割る（除算する）ことにより、ＳＯＣが低い状態で使用されている割合を示すＳＯＣ低状態使用率（ＳＬＲ）を求める。そして、ＳＯＣ低状態使用率（ＳＬＲ）が大きくなる程、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣを高くする量Ｋ３が大きくなるように、Ｋ３を決定する。これにより、ＳＯＣが低い状態の頻度が多く、二次電池１６の劣化進行度が速いユーザである程、Ｋ３が大きくなり、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（Ｓｏ）が高くなる。

図１０には、中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣの一例が示されている。図１０に示すように、各中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（Ｓｏ１〜Ｓｏ３）は、各中古二次電池の基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（Ｓｂｏ１〜Ｓｂｏ３）にＫ３を足したものとなる。

再び、図６に戻って、設定装置１４の処理の説明を続ける。図６のＳ１０８で、各中古二次電池のＷｏｕｔ制限開始ＳＯＣを決定した後は、Ｓ１１０に進む。Ｓ１１０で、制御部５０は、中古二次電池の選択画面を表示部５４に表示する。本実施形態では、３つの中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の中から、新たに車両１２に搭載する中古二次電池（１つ）を選択する画面を表示する。そして、Ｓ１１２で、制御部５０は、操作部５６を介して中古二次電池の選択を受け付ける。

この際、どの中古二次電池を選択するかは、車両１２のユーザが決定する。図１１は、ユーザが中古二次電池を選択する際に、ユーザに提示される各中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の情報の一例を示す図である。車両１２のユーザは、図１１に示すような、各中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクと、交換費用と、コメント（交換した場合に想定される走行性能等のコメント）等の情報を頼りに、どの中古二次電池にするかを決定する。図１１に示す「コメント」は、各中古二次電池について決定されたＷｉｎｏｕｔ制限値（Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度、Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ）に基づいて、内容を変えることができる。Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度とＷｉｎ制限開始ＳＯＣとが低い程、また、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣが高い程、中古二次電池の入出力が制限されるので、車両１２の加速性能や燃費が悪化する。そこで、図１１に示す「コメント」には、例えば、Ｗｉｎｏｕｔ制限値の程度に応じて、想定される加速性能や燃費の状態を示すことができる。また、図１１に示す「コメント」には、Ｗｉｎｏｕｔ制限値に基づいて、交換後の中古二次電池で想定される走行可能距離や、走行可能時間が示されても良い。このような情報により、ユーザは、自らのニーズに合った中古二次電池を決定することができる。

なお、ユーザへ提示される情報は、例えば、設定装置１４からタブレットやノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等（以下、タブレット等という）に、Ｗｉｎｏｕｔ制限値を転送することで、そのタブレット等において生成することができる。そして、そのタブレット等の画面で、情報をユーザに提示することができる。あるいは、タブレット等において生成した情報を、紙媒体に印刷してユーザに提示しても良い。あるいは、タブレット等にＷｉｎｏｕｔ制限値を転送せず、設定装置１４においてユーザに提示する情報を生成し、設定装置１４の表示部５４を用いてユーザに提示しても良い。また、上記した「コメント」は、Ｗｉｎｏｕｔ制限値に基づいて、設定装置１４やタブレット等において自動的に生成されても良いし、作業員等が手動で作成しても良い。

図６のＳ１１２で中古二次電池の選択を受け付けた後は、Ｓ１１４に進む。Ｓ１１４で、制御部５０のＷｉｎｏｕｔ制限値設定部６２は、選択された中古二次電池のＷｉｎｏｕｔ制限値（Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度、Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ）を、車両１２に設定する。具体的には、車両１２の記憶部３６にある制御プログラム４０に、Ｗｉｎｏｕｔ制限値を設定する。

以上が設定装置１４が行う処理である。なお、本実施形態では、以上説明した処理の後、車両１２の二次電池１６が、選択された中古二次電池に交換される。

以上説明した本実施形態の電池交換システム１０は、交換後の中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクに従った基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度と、車両１２において取得された交換前の二次電池１６の電池温度Ｔｂの分布（Ｔｂ頻度データ４２）とに基づいて、入出力制限を開始すべき温度である入出力制限開始温度（Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度）を決定した。また、交換後の中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクに従った基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始ＳＯＣ（基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ、及び、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ）と、車両１２において取得された交換前の二次電池１６のＳＯＣの分布（ＳＯＣ頻度データ４４）とに基づいて、入出力制限を開始すべきＳＯＣである入出力制限開始ＳＯＣ（Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ、及び、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ）を決定した。そして、決定された、入出力制限開始温度（Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度）と、入出力制限開始ＳＯＣ（Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ、及び、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣ）とを車両１２に設定した。

したがって、本実施形態の電池交換システム１０によれば、交換後の中古二次電池の電池ランクと、車両１２のユーザとに最適な中古二次電池の入出力制限値（Ｗｉｎｏｕｔ制限値）が設定される。よって、劣化が進んだ（劣化度合いが高い）中古二次電池であっても、車両１２で使用することが可能となる。それにより、交換用の電池として販売できる中古二次電池の幅が広がり、再利用できる中古二次電池が増え、中古二次電池の歩留まりが改善する。

従来、中古二次電池の１つであるリビルト電池では、劣化度合いが比較的高い電池セルや電池モジュールは利用されていなかった。しかし、本実施形態の電池交換システム１０を用いれば、劣化が進んだリビルト電池であっても、車両１２で使用することが可能である為、そのような電池セルや電池モジュールの多くをリビルト電池に利用できるようになる。

また、以上説明した本実施形態の電池交換システム１０によれば、同じ中古二次電池であっても、例えば、電池温度Ｔｂが高温となる頻度が多い（二次電池１６の劣化進行度が速い）ユーザと、電池温度Ｔｂが高温となる頻度が低い（二次電池１６の劣化進行度が遅い）ユーザとで、Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度が変わる。Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣ、及び、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣも、同様に、ユーザによって変わる。これにより、二次電池１６の劣化進行度が遅いユーザは、劣化度合いが高い中古二次電池を選択した場合であっても、Ｗｉｎｏｕｔ制限値の制限が緩い状態で使用することが可能となる。すなわち、劣化度合いが高い中古二次電池を選択した場合であっても、車両１２の加速性能や燃費の悪化を抑制することができる。

以上説明した実施形態の電池交換システム１０では、新たに車両１２に搭載する電池（交換後の電池）の候補である３つの中古二次電池Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の各々のＷｉｎｏｕｔ制限値を決定した。しかし、新たに車両１２に搭載する電池（交換後の電池）を予め選択しておき、その選択しておいた１つの中古二次電池のみについて、Ｗｉｎｏｕｔ制限値を決定する実施形態であっても良い。

また、以上説明した実施形態の電池交換システム１０では、Ｗｉｎｏｕｔ制限値として、Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度と、Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣと、Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣとの３つを決定し、車両１２に設定した。しかし、これらのうちの１つ又は２つを決定し、車両１２に設定する実施形態であっても良い。その場合には、必要に応じて、Ｔｂ頻度データ４２のみ、又は、ＳＯＣ頻度データ４４のみ、又は、Ｔｂ頻度データ４２とＳＯＣ頻度データ４４との両方を用いて、Ｗｉｎｏｕｔ制限値を決定する。

また、以上説明した実施形態の電池交換システム１０では、予め記憶部５２に記憶しておく基準Ｗｉｎｏｕｔ制限値を、劣化度合いが高い中古二次電池ほど、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度を低く、基準Ｗｉｎ制限ＳＯＣを低く、基準Ｗｏｕｔ制限ＳＯＣを高くしていた。例えば、図９に示すような各中古二次電池の劣化度合いの関係（電池ランクの関係）がある場合は、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度は「Ｔｂｉｏ１＞Ｔｂｉｏ２＞Ｔｂｉｏ３」とし、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣは「Ｓｂｉ１＞Ｓｂｉ２＞Ｓｂｉ３」とし、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣは「Ｓｂｏ１＜Ｓｂｏ２＜Ｓｂｏ３」としていた。しかし、３つの基準Ｗｉｎｏｕｔ制限値のうち、１つ又は２つの基準Ｗｉｎｏｕｔ制限値のみが上記の高低関係を有し、その他の基準Ｗｉｎｏｕｔ制限値は、劣化度合いが異なる（電池ランクが異なる）各中古二次電池において、同じ値に設定されていても良い。例えば、基準Ｗｉｎｏｕｔ制限開始温度は「Ｔｂｉｏ１＞Ｔｂｉｏ２＞Ｔｂｉｏ３」とし、基準Ｗｉｎ制限開始ＳＯＣは「Ｓｂｉ１＝Ｓｂｉ２＝Ｓｂｉ３」とし、基準Ｗｏｕｔ制限開始ＳＯＣは「Ｓｂｏ１＝Ｓｂｏ２＝Ｓｂｏ３」と設定されていても良い。

なお、以上説明した実施形態の電池交換システム１０では、車両１２内の記憶部３６に記憶されたＴｂ頻度データ４２とＳＯＣ頻度データ４４とを、別の設定装置１４に読み出し、設定装置１４において入出力制限値（Ｗｉｎｏｕｔ制限値）を決定して、車両１２における交換後の中古二次電池の入出力制限値を設定した。しかし、設定装置１４の機能を車両１２側の制御部２０に設け、中古二次電池の選択、又は、中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクを受け付けるだけで、中古二次電池の入出力制限値を設定できるようにしても良い。

１０ 電池交換システム、１２ 車両、１４ 設定装置、１６ 二次電池、１８ 電池モジュール、２０ 制御部、２２ 電流センサ、２４ 電圧センサ、２６ 温度センサ、２８ インバータ、３０ モータジェネレータ、３２ 正極ライン、３４ 負極ライン、３６ 記憶部、３８ 入出力Ｉ／Ｆ、４０ 制御プログラム、４２ Ｔｂ頻度データ、４４ ＳＯＣ頻度データ、５０ 制御部、５２ 記憶部、５４ 表示部、５６ 操作部、６０ Ｗｉｎｏｕｔ制限値決定部、６２ Ｗｉｎｏｕｔ制限値設定部、６４ 基準Ｗｉｎｏｕｔ制限値。

Claims (1)

1. 車両に搭載された二次電池を中古二次電池に交換する際に、交換後の前記中古二次電池の入出力制限値を前記車両に設定するための電池交換システムであって、
   交換後の前記中古二次電池の劣化度合いを示す電池ランクと、前記車両において取得された交換前の前記二次電池の電池温度の分布とに基づいて、前記入出力制限値のうち入出力制限を開始すべき温度である入出力制限開始温度を決定すると共に、前記電池ランクと、前記車両において取得された交換前の前記二次電池のＳＯＣの分布とに基づいて、前記入出力制限値のうち入出力制限を開始すべきＳＯＣである入出力制限開始ＳＯＣを決定する決定部と、
   前記入出力制限開始温度と、前記入出力制限開始ＳＯＣとを前記車両に設定する設定部と、を備える、
   ことを特徴とする電池交換システム。

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