JP6655801B2

JP6655801B2 - リチウムイオン二次電池の寿命推定装置

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Publication number: JP6655801B2
Application number: JP2018508478A
Authority: JP
Inventors: 雄太黒田; 正信竹内
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2020-02-26
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Description

本開示は、リチウムイオン二次電池の寿命推定装置に関する。

従来、リチウムイオン二次電池の使用可能な残存寿命を推定する方法がいくつか提案されている。例えば、非特許文献１では、電池の累積使用期間に比例して電池容量が直線的に低下していく所謂直線則（直線劣化）を用いて、電池の容量劣化を推定する方法が開示されている。また、非特許文献２では、電池の使用期間の経過と共に電池容量が緩やかに低下していく所謂ルート則（ルート劣化）を用いて、電池の容量劣化を推定する方法が開示されている。なお、直線劣化は正極の劣化に起因し、ルート劣化は負極の劣化に起因すると考えられている。

電池の残存寿命をより正確に推定すべく、特許文献１では、直線則とルート則の両方を組み合わせた１つの式を用いる寿命推定装置が開示されている。特許文献１には、電池の累積使用期間に正の第１定数を乗じた値を変数とする指数関数を用いた第１項と、累積使用期間についての平方根関数を用いた第２項とを含む関数で示される関係式を用いて電池の残存寿命を推定することが記載されている。

特開２０１３−２５４７１０号公報

Ｊ．Ｂｅｌｔｅｔａｌ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ１９６（２０１１），１０２１３−１０２２１Ｈ．Ｙｏｓｈｉｄａｅｔａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ７１（２００３），１０１８−１０２４

特許文献１の方法によれば、直線側又はルート側のいずれかを単純に用いる場合と比較して推定精度の向上が期待される。しかし、特許文献１の方法によっても、推定値と実測値の乖離は未だ大きく、さらなる推定精度の向上が求められている。

本開示の一態様であるリチウムイオン二次電池の寿命推定装置は、リチウムイオン二次電池の使用開始時からの積算サイクル数、又は積算容量を取得する第１取得部と、リチウムイオン二次電池の所定の放電深度における、開放電圧、又は放電休止後の電圧上昇幅、又は放電休止後の所定時間当りの電圧上昇率を取得する第２取得部と、所定期間における、開放電圧の変化量、又は電圧上昇幅の変化量、又は電圧上昇率の変化量を算出する第１算出部と、指数ｎ１が０．９〜１．１である式１、及び指数ｎ２が０．４〜０．６である式２に基づいて、リチウムイオン二次電池の充放電可能な容量である残存容量を算出する第２算出部とを備える。第２算出部は、開放電圧の変化量、又は電圧上昇幅の変化量、又は電圧上昇率の変化量が正のときは式１を用いて残存容量を算出し、開放電圧の変化量、又は電圧上昇幅の変化量、又は電圧上昇率の変化量が負のときは式２を用いて残存容量を算出することを特徴とする。式１及び式２は、下記の通りである。

式１：残存容量＝容量１−α×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ１
式２：残存容量＝容量２−β×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２
ここで、α、βは互いに異なる定数であり、容量１はリチウムイオン二次電池の初期容量又は式２により算出された残存容量であり、容量２は初期容量又は式１により算出された残存容量である。

本開示に係るリチウムイオン二次電池の寿命推定装置によれば、従来の方法と比較して、より正確な寿命推定が可能である。

図１は、実施形態の一例であるリチウムイオン二次電池の寿命推定装置、及び当該推定装置が搭載されるシステムの構成を示すブロック図である。図２は、リチウムイオン二次電池の開放電圧（ＯＣＶ）とサイクル数の関係を示す図である。図３は、実施形態の一例であるリチウムイオン二次電池の寿命推定装置による推定処理の手順を示すフローチャートである。図４は、リチウムイオン二次電池の放電カーブを示す図である。図５は、リチウムイオン二次電池の開放電圧（ＯＣＶ）と放電後休止時間の関係を示す図である。図６は、実施形態の他の一例であるリチウムイオン二次電池の寿命推定装置によるによる推定処理の手順を示すフローチャートである。

本発明者らは、リチウムイオン二次電池の寿命推定精度を向上させるべく鋭意検討を行った。そして、電池の開放電圧の推移に基づいて推定式（上記の式１、式２）を切り替えるという新たな手法を見出したのである。特に、層状構造のリチウム遷移金属酸化物を正極活物質とするリチウムイオン二次電池では、単一数式での容量推移計算が難しく、従来の方法では正確に残存寿命を推定することができなかった。本開示の寿命推定装置によれば、層状構造のリチウム遷移金属酸化物を用いた電池についても、実測値との乖離が殆どなく、より高精度な寿命推定が可能である。また、推定式を切り替えるトリガーとして、開放電圧の推移の代わりに、放電休止後の電圧上昇幅の推移、又は放電休止後の所定時間当りの電圧上昇率の推移を使用することもできる。

以下、図面を参照しながら、本開示に係るリチウムイオン二次電池の寿命推定装置の実施形態の一例について詳細に説明する。

図１は、実施形態の一例であるリチウムイオン二次電池の寿命推定装置１０（以下、「寿命推定装置１０」とする）、及び寿命推定装置１０が搭載されるシステム３０の構成を示すブロック図である。図１に例示するように、寿命推定装置１０は、指数ｎ１が０．９〜１．１である下記式１、及び指数ｎ２が０．４〜０．６である下記式２が記憶された記憶部１１を備え、式１及び式２を用いてリチウムイオン二次電池２０の寿命を推定する装置である。

式１：残存容量＝容量１−α×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ１
式２：残存容量＝容量２−β×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２
ここで、α、βは互いに異なる定数であり、容量１はリチウムイオン二次電池２０の初期容量又は式２により算出された残存容量であり、容量２は初期容量又は式１により算出された残存容量である。

寿命推定装置１０により算出される残存容量とは、リチウムイオン二次電池２０の充放電可能な容量である。即ち、リチウムイオン二次電池２０の寿命とは、電池の使用開始から残存容量が０になるまでの期間を意味する。残存容量は、リチウムイオン二次電池２０の用途等に応じて任意に設定可能であり、例えば初期容量の５０％に設定される。なお、リチウムイオン二次電池２０の残存容量及び初期容量とは、満充電状態から完全放電状態（放電深度１００％）まで放電したときの開放電圧曲線から求められる放電容量を意味する。

寿命推定装置１０は、例えばリチウムイオン二次電池２０と共にシステム３０の一部として組み込まれ、システム３０に内蔵されている。システム３０は、負荷３１と、負荷３１に電力を供給するリチウムイオン二次電池２０と、リチウムイオン二次電池２０の寿命を推定する寿命推定装置１０とで構成される。但し、寿命推定装置１０及びリチウムイオン二次電池２０の少なくとも一方が、システム３０に内蔵されていなくてもよい。

システム３０としては、ノートパソコン、タブレット、スマートフォン、携帯電話、モバイルルーター、自動車、各種電源装置などが例示できる。システム３０がノートパソコンである場合、負荷３１としては、モニター、ＣＰＵ、メモリなどが挙げられる。なお、寿命推定装置１０が搭載されるシステム３０は特に限定されない。システム３０では、リチウムイオン二次電池２０の残存容量が０になった場合に、例えばリチウムイオン二次電池２０から負荷３１への電力供給を禁止する。また、リチウムイオン二次電池２０の残存容量、又は残存容量が０になったこと（電池が寿命に達したこと）をモニター等に表示してもよい。

システム３０は、リチウムイオン二次電池２０の電圧を測定する電圧計２１、電池から出力される電流及び電池に入力される電流を測定する電流計２２、及び充放電回路２３を内蔵している。充放電回路２３は、図示しないスイッチング素子を含み、リチウムイオン二次電池２０から負荷３１に供給する電力を制御する回路である。また、充放電回路２３は、外部電源によるリチウムイオン二次電池２０の充電を制御する。システム３０は、外部電源に繋がるケーブルが取り付けられるコネクタ２４を備える。

リチウムイオン二次電池２０は、正極、負極、セパレータを含む電極体と、非水電解質と、電極体及び非水電解質を収容する電池ケースとを備える。電極体は、例えば正極と負極がセパレータを介して巻回された巻回構造、又は複数の正極と複数の負極がセパレータを介して交互に積層された積層構造を有する。リチウムイオン二次電池２０は、円筒形電池、角形電池、コイン形電池、ラミネート電池など、いずれの形態であってもよい。

リチウムイオン二次電池２０の数は、特に限定されず、１つであってもよく、複数であってもよい。複数の電池は、互いに直列又は並列に接続されてモジュールを構成していてもよい。システム３０に複数のリチウムイオン二次電池２０が搭載される場合、寿命推定装置１０は、例えば各モジュール単位、又は並列ブロック単位で残存寿命を推定する。

正極は、正極集電体と、当該集電体上に形成された正極活物質層とを有する。正極活物質には、例えば層状構造のリチウム遷移金属酸化物が用いられる。リチウム遷移金属酸化物は、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ等の金属元素を含有する複合酸化物である。リチウム含有遷移金属酸化物は、特に限定されないが、一般式Ｌｉ_１＋ｘＭＯ_２（式中、−０．２＜ｘ≦０．２、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの少なくとも１種を含む）で表される複合酸化物であることが好ましい。

負極は、負極集電体と、当該集電体上に形成された負極活物質層とを有する。負極活物質は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出できるものであれば特に限定されず、例えば天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと合金化する金属、又はこれらを含む合金、複合酸化物などを用いることができる。

寿命推定装置１０は、上述の通り、式１及び式２が記憶された記憶部１１を備える。記憶部１１には、式１、式２（α、βを含む）の他に、リチウムイオン二次電池２０の初期容量等の電池寿命の推定処理に必要なデータ、当該処理を実行するためのプログラムなどが記憶されている。また、記憶部１１には後述の各取得部によって取得されるデータなどが逐次記憶される。寿命推定装置１０は、例えばＣＰＵ、メモリ、及び入出力ポートを含むマイコンによって構成される。

寿命推定装置１０は、さらに、第１取得部１２、第２取得部１３、第１算出部１４、及び第２算出部１５を備える。第１取得部１２及び第２取得部１３は、電圧計２１、電流計２２、充放電回路２３等から寿命推定処理に必要なデータを取得する。第１算出部１４は、各取得部によって取得されたデータに基づいて、第２算出部１５によるリチウムイオン二次電池２０の残存容量の算出に必要なパラメータを算出する。そして、第２算出部１５は、各取得部によって取得されたデータ、記憶部１１に予め記憶されたデータ、及び第１算出部１４によって算出されたパラメータ等に基づき、記憶部１１から式１又は式２を読み出して残存容量を算出する。

第１取得部１２は、リチウムイオン二次電池２０の使用開始時からの積算サイクル数、又は積算容量を取得する。使用開始時からの積算サイクル数は、例えば充放電回路２３による充放電の切り替え（スイッチング）の回数をカウントする、或いは電流計２２により計測される電流の向きが変化した回数をカウントすることにより取得される。第１取得部１２は、充放電回路２３のスイッチング回数等をカウントして記憶部１１に記憶させ、逐次データを更新して積算サイクル数を取得する。使用開始時からの積算容量は、例えば各放電時における放電時間と放電電流を乗算して求められる放電容量を積算することにより取得される。第１取得部１２は、各放電時の放電容量を算出して記憶部１１に記憶させ、逐次データを更新して積算容量を取得する。

積算サイクル数には、上記積算容量をリチウムイオン二次電池２０の初期容量で除した値（積算容量／初期容量）を使用することが好適である。積算容量／初期容量は、満充電状態から完全放電状態まで放電する放電深度１００％の積算サイクル数に相当する値である。リチウムイオン二次電池２０の寿命（残存容量）は、後述するように放電深度１００％における開放電圧を用いて算出されるため、当該算出に使用される積算サイクル数についても放電深度１００％のサイクル数を積算して求めることが好ましい。積算サイクル数として、積算容量／初期容量の値を用いることにより、放電深度が１００％未満の充放電が行われる場合でも正確な電池寿命の推定が可能である。

第２取得部１３は、リチウムイオン二次電池２０の所定の放電深度における開放電圧（以下、「ＯＣＶ」という）を取得する。リチウムイオン二次電池２０のＯＣＶは、例えば負荷３１及び外部電源との接続が遮断された状態で電圧計２１によって計測される。第２取得部１３は、電圧計２１の計測値を取得し、記憶部１１に記憶させる。各取得部は、積算サイクル数とＯＣＶを関連付けて記憶部１１に記憶させる。

ＯＣＶは、例えば放電深度１００％の条件で測定される。好ましくは、放電深度１００％において、放電後１０分以上経過した時点（放電休止時間１０分）で、ＯＣＶが測定される。より好ましくは放電後２０分以上、特に好ましくは放電後３０分以上経過した時点で、ＯＣＶが測定される。

第２取得部１３は、例えば放電深度１００％の充放電が行われたタイミングでＯＣＶを取得する。放電深度１００％の充放電が毎回行われる用途では、サイクル毎でＯＣＶを取得して電池寿命の推定処理を行ってもよい。一般的には、放電深度１００％の充放電は毎回行われないため、例えば数回の充放電につき１回の割合でＯＣＶが取得される。システム３０がノートパソコンである場合、寿命推定装置１０は定期的に放電深度１００％の使用を促す表示をモニターに出力させて、所定期間毎にＯＣＶを取得してもよい。

第１算出部１４は、所定期間におけるＯＣＶの変化量を算出する。当該ＯＣＶの変化量が、２種類の推定式を切り替えるトリガーとなる。所定期間は、任意に設定できる。例えば、ＯＣＶが取得されたタイミングで、前回取得されたＯＣＶを記憶部１１から読み出してＯＣＶ変化量を算出する。この場合、ＯＣＶが取得される間隔が所定期間となる。

第１算出部１４は、例えば現時点Ｔ２のＯＣＶ（以下、「ＯＣＶ（Ｔ２）」とする）を、前回ＯＣＶが取得された時点Ｔ１のＯＣＶ（以下、「ＯＣＶ（Ｔ１）」とする）から差し引いて、ＯＣＶの変化量（ＯＣＶ（Ｔ２）−ＯＣＶ（Ｔ１））を算出する。ＯＣＶの変化量は、正の値又は負の値として算出され、記憶部１１に記憶される。

第２算出部１５は、指数ｎ１が０．９〜１．１である式１、及び指数ｎ２が０．４〜０．６である式２に基づいて、リチウムイオン二次電池２０の充放電可能な容量である残存容量を算出する。第２算出部１５は、第１算出部１４により算出されたＯＣＶの変化量に基づいて、２種類の推定式のいずれかを選択し、選択した式を用いて残存容量を算出する。

式１は、直線則に基づく式である。

式１：残存容量＝容量１−α×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ１
ここで、αは定数であり、容量１はリチウムイオン二次電池２０の初期容量又は式２により算出された残存容量である。指数ｎ１は、上述の通り０．９〜１．１であり、例えば１．０である。式１の第２項である「α×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ１」は、劣化容量を求めるものであり、これを容量１から差し引くことで残存容量が得られる。α及びｎ１は、実際のリチウムイオン二次電池２０を用いた充放電試験（放電深度１００％の充放電試験）により求められ、記憶部１１に予め記憶されている。α及びｎ１は、電池の種類（正極、負極、非水電解質等）、想定される使用環境等によって変化する。

式２は、ルート則に基づく式である。

式２：残存容量＝容量２−β×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２
ここで、βは定数であり、容量２はリチウムイオン二次電池２０の初期容量又は式１により算出された残存容量である。指数ｎ２は、上述の通り０．４〜０．６であり、例えば０．５である。式２の第２項である「β×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２」は、劣化容量を求めるものであり、これを容量２から差し引くことで残存容量が得られる。β及びｎ２は、実際のリチウムイオン二次電池２０を用いた充放電試験により求められ、記憶部１１に予め記憶されている。β及びｎ２は、電池の種類、想定される使用環境等によって変化する。

第２算出部１５は、上述の通り、式１と式２を選択するためのトリガーとしてＯＣＶの変化量を用いる。具体的には、ＯＣＶの変化量が正のときは式１を用いて残存容量を算出し、ＯＣＶの変化量が負のときは式２を用いて残存容量を算出する。つまり、第２算出部１５は、ＯＣＶの変化量に基づいて記憶部１１から適切な式を読み出し、２種類の式を使い分けて残存容量を算出する。

図２は、リチウムイオン二次電池２０のＯＣＶとサイクル数の関係を示す図である。図２に示す例では、サイクル数の増加に伴って、電池の使用開始初期ではＯＣＶが次第に低下し、続いてＯＣＶが次第に上昇し、その後ＯＣＶが再び低下している。本実施形態のリチウムイオン二次電池２０は、ＯＣＶの変化量が、負から正に変化した後、正から負に変化する特性を有する。なお、ＯＣＶの推移は電池の種類によって異なり、使用開始初期からＯＣＶが次第に上昇し、その後ＯＣＶが低下する場合もある。

図２に例示するようなＯＣＶの推移を示すリチウムイオン二次電池２０の場合、第２算出部１５は、式２として式２−１及び式２−２を用い、式２−１、式１、式２−２の順に切り替えて残存容量を算出する。

式２−１及び式２−２は、下記の通りである。

式２−１：残存容量＝初期容量−β１×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２
式２−２：残存容量＝容量２−β２×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２
ここで、β１、β２は互いに異なる定数、容量２は式１により算出された残存容量である。指数ｎ２は、０．４〜０．６であり、好ましくは０．５である。β１、β２、及びｎ２は、実際のリチウムイオン二次電池２０を用いた充放電試験により求められ、記憶部１１に予め記憶されている。ここで、αは、例えば0.005〜1、βは、例えば-10〜30、β1は、例えば-10〜30、β2は、例えば0〜30を、利用することができる。

図２に示す例では、ＯＣＶの変化量が、リチウムイオン二次電池２０の使用開始時からサイクル数Ｎａまで（期間Ｐ１）は負であり、サイクル数ＮａからＮｂまで（期間Ｐ２）は正であり、サイクル数Ｎｂを超える（期間Ｐ３）と負になる。このため、期間Ｐ１で式２−１が、期間Ｐ２で式１が、期間Ｐ３で式２−２がそれぞれ使用される。この場合、式１の第１項である「容量１」には式２−１で算出された残存容量が使用される。

図３は、寿命推定装置１０によるリチウムイオン二次電池２０の寿命推定処理の手順の一例を示すフローチャートである。図３では、現時点Ｔ２における寿命推定処理の手順を示している。リチウムイオン二次電池２０は、図２に示すＯＣＶ推移を示すものとする。

図３に例示するように、まず初めに、現時点Ｔ２におけるリチウムイオン二次電池２０の積算サイクル数（Ｔ２）を取得する（Ｓ１０）。この手順は、第１取得部１２の機能により実行される。積算サイクル数（Ｔ２）には、上述のように、積算容量（Ｔ２）を初期容量で除した値を用いることが好適である。第１取得部１２は、例えば記憶部１１から積算容量（Ｔ２）及び初期容量を読み出し、積算容量（Ｔ２）／初期容量を算出する。なお、本推定処理において積算容量（Ｔ２）をそのまま用いることも可能である。

次に、リチウムイオン二次電池２０のＯＣＶ（Ｔ２）を取得する（Ｓ１１）。この手順は、第２取得部１３の機能により実行される。ＯＣＶ（Ｔ２）には、上述のように、放電深度１００％において、放電後１０分以上経過した時点で測定される値を用いることが好適である。第２取得部１３は、例えば電圧計２１から計測値（ＯＣＶ（Ｔ２））を取得し、記憶部１１に記憶させる。

次に、ＯＣＶ（Ｔ２）とＯＣＶ（Ｔ１）からＯＣＶ変化量を算出する（Ｓ１２）。この手順は、第１算出部１４の機能により実行される。ＯＣＶ（Ｔ１）は、前回Ｔ１に取得された値である。第１算出部１４は、例えば記憶部１１からＯＣＶ（Ｔ２）とＯＣＶ（Ｔ１）を読み出し、ＯＣＶの変化量（ＯＣＶ（Ｔ２）−ＯＣＶ（Ｔ１））を算出し、記憶部１１に記憶させる。本推定処理に使用されるＯＣＶ変化量は、前回ＯＣＶが取得された時点Ｔ１から現時点Ｔ２（次にＯＣＶが取得された時点）までの期間における変化量である。

そして、Ｓ１２で算出されたＯＣＶ変化量が正又は負のいずれであるかを判定する（Ｓ１３）。この手順及び続くＳ１４、Ｓ１５の手順は、第２算出部１５の機能により実行される。第２算出部１５は、ＯＣＶ変化量が正である場合、記憶部１１から式１を読み出し、式１を用いて残存容量を算出する（Ｓ１４）。一方、ＯＣＶ変化量が負である場合は、記憶部１１から式２を読み出し、式２を用いて残存容量を算出する（Ｓ１５）。

本実施形態では、式２として式２−１と式２−２が使用されるため、例えばサイクル初期にＯＣＶ変化量が負である場合は、式２−１を用いて残存容量を算出する。他方、ＯＣＶ変化量が正となり、その後再び負となった場合は、式２−２を用いて残存容量を算出する。

以上のように、上述の推定処理によれば、従来の方法と比較して、より正確な電池寿命の推定が可能である。寿命推定装置１０によれば、ＯＣＶの推移に基づいて推定式を切り替えるという新たな手法を採用したことにより、実測値との乖離が殆どない高精度な寿命推定を行うことができる。

以下、図４〜図６を参照しながら、実施形態の他の一例について説明する。

図４〜図６を用いて説明する実施形態の他の一例では、推定式を切り替えるトリガーとして、ＯＣＶ変化量の代わりに、放電休止後の電圧上昇幅（ΔＶ）の変化量を使用する。さらに、当該トリガーとして放電休止後の所定時間当りの電圧上昇率（ｄｖ／ｄｔ）の変化量を使用する。いずれの場合も、残存容量の算出には、上述の式１、式２（式２−１、式２−２）が使用される。また、推定措置の構成は図１に例示する寿命推定装置１０と同じである。以下では、上述の実施形態と重複する説明は省略し、相違点について主に説明する。

ΔＶを寿命推定に用いる場合、第２取得部１３がΔＶを取得し、第１算出部１４がΔＶの変化量を算出し、第２算出部１５がΔＶの変化量に基づいて式１又は式２を選択する。同様に、ｄｖ／ｄｔを寿命推定に用いる場合、第２取得部１３がｄｖ／ｄｔを取得し、第１算出部１４がｄｖ／ｄｔの変化量を算出し、第２算出部１５がｄｖ／ｄｔの変化量に基づいて式１又は式２を選択する。いずれの場合も、第１取得部１２は、リチウムイオン二次電池２０の使用開始時からの積算サイクル数、又は積算容量を取得する。なお、式１、式２のα、β、ｎ１、及びｎ２は、ＯＣＶ、ΔＶ、ｄｖ／ｄｔを用いる場合でそれぞれ異なる。

図４は、リチウムイオン二次電池２０の放電カーブを示す図である。図４では、放電終止電圧Ｖｄまで放電したときの放電カーブを示している（電池の使用期間Ｔ１、Ｔ２で放電条件は同じ）。図４に例示するように、リチウムイオン二次電池２０の放電カーブは、電池の使用期間（サイクル数）により、特に放電末端における形状が異なる。図４に示す例では、放電終止電圧Ｖｄに達するまでの放電時間が、使用期間Ｔ２の方が使用期間Ｔ１の場合よりも短くなっている。

図５は、リチウムイオン二次電池２０のＯＣＶと放電後休止時間の関係を示す図である。図５に例示するように、リチウムイオン二次電池２０は、放電後、負荷３１及び外部電源から電池を切り離すと、休止時間と共にＯＣＶが上昇し、例えば１０分以上経過した時点でＯＣＶが略一定となる。放電完了の直後におけるＯＣＶと、例えば放電後１０分経過した時点におけるＯＣＶとの差が、図４及び図５に例示するΔＶである。また、所定の休止時間におけるＯＣＶの上昇率が、図５に例示するｄｖ／ｄｔである。

ΔＶ、ｄｖ／ｄｔとしては、リチウムイオン二次電池２０の放電深度が９０％〜１００％で測定された値を用いることが好適である。ΔＶ、ｄｖ／ｄｔは、例えば放電深度９０％〜１００％において、放電休止後１０秒間で測定される。放電深度が９０％以上で測定された値を用いることで、第１算出部１４によって算出されるΔＶ、ｄｖ／ｄｔの変化量の差が大きくなり、寿命推定の精度が向上する。サイクル数の増加に伴う、ΔＶ、ｄｖ／ｄｔの推移は、ＯＣＶの場合と同様であり、例えば図２に示すような推移となる。このため、ＯＣＶの代わりにΔＶ、ｄｖ／ｄｔを用いた場合においても、ＯＣＶを用いた場合と同様の方法で電池寿命を推定することができる。

図６は、ΔＶを用いた寿命推定処理の手順の一例を示すフローチャートである。図６では、現時点Ｔ２における寿命推定処理の手順を示している。リチウムイオン二次電池２０は、図２に示すＯＣＶ推移と同様のΔＶ推移を示すものとする。

図６に例示するように、まず初めに、現時点Ｔ２におけるリチウムイオン二次電池２０の積算サイクル数（Ｔ２）を取得する（Ｓ１０）点は、ＯＣＶを用いる推定処理の場合と同じである。次に、本推定処理では、リチウムイオン二次電池２０のΔＶ（Ｔ２）を取得する（Ｓ２１）。この手順は、第２取得部１３の機能により実行される。ΔＶ（Ｔ２）は、例えば放電深度９０％において、放電休止後１０秒間で測定される。続いて、ΔＶ（Ｔ２）とΔＶ（Ｔ１）からΔＶ変化量を算出する（Ｓ２２）。この手順は、第１算出部１４の機能により実行される。ΔＶ（Ｔ１）は、前回Ｔ１に取得された値である。

そして、Ｓ２２で算出されたΔＶ変化量が正又は負のいずれであるかを判定する（Ｓ２３）。この手順及び続くＳ１４、Ｓ１５の手順は、第２算出部１５の機能により実行される。第２算出部１５は、ΔＶ変化量が正である場合、記憶部１１から式１を読み出し、式１を用いて残存容量を算出する（Ｓ１４）。一方、ΔＶ変化量が負である場合は、記憶部１１から式２を読み出し、式２を用いて残存容量を算出する（Ｓ１５）。なお、ｄｖ／ｄｔを用いた推定処理についても、これと同様の手順で実行できる。

本発明は、リチウムイオン二次電池の寿命推定装置に利用できる。

１０リチウムイオン二次電池の寿命推定装置
１１記憶部
１２第１取得部
１３第２取得部
１４第１算出部
１５第２算出部
２０リチウムイオン二次電池
２１電圧計
２２電流計
２３充放電回路
２４コネクタ
３０システム
３１負荷

Claims

リチウムイオン二次電池の残存寿命を推定する装置であって、
前記リチウムイオン二次電池の使用開始時からの積算サイクル数、又は積算容量を取得する第１取得部と、
前記リチウムイオン二次電池の所定放電深度における、開放電圧、又は放電休止後の電圧上昇幅、又は放電休止後の所定時間当りの電圧上昇率を取得する第２取得部と、
所定期間における、前記開放電圧の変化量、又は前記電圧上昇幅の変化量、又は前記電圧上昇率の変化量を算出する第１算出部と、
指数ｎ１が０．９〜１．１である式１、及び指数ｎ２が０．４〜０．６である式２に基づいて、前記リチウムイオン二次電池の充放電可能な容量である残存容量を算出する第２算出部と、
を備え、
前記第２算出部は、前記開放電圧の変化量、又は前記電圧上昇幅の変化量、又は前記電圧上昇率の変化量が正のときは式１を用いて前記残存容量を算出し、前記開放電圧の変化量、又は前記電圧上昇幅の変化量、又は前記電圧上昇率の変化量が負のときは式２を用いて前記残存容量を算出する、リチウムイオン二次電池の寿命推定装置。
式１：残存容量＝容量１−α×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ１
式２：残存容量＝容量２−β×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２
ここで、α、βは互いに異なる定数、容量１は前記リチウムイオン二次電池の初期容量又は式２により算出された前記残存容量、容量２は前記初期容量又は式１により算出された前記残存容量である。
前記リチウムイオン二次電池は、前記開放電圧の変化量、又は前記電圧上昇幅の変化量、又は前記電圧上昇率の変化量が、負から正に変化した後、正から負に変化する特性を有し、
前記第２算出部は、式２として式２−１及び式２−２を用い、式２−１、式１、式２−２の順に切り替えて前記残存容量を算出する、請求項１に記載の寿命推定装置。
式２−１：残存容量＝初期容量−β１×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２
式２−２：残存容量＝容量２−β２×(積算サイクル数又は積算容量)^ｎ２
ここで、β１、β２は互いに異なる定数、容量２は式１により算出された前記残存容量である。
前記積算サイクル数には、前記積算容量を前記初期容量で除した値が用いられる、請求項１又は２に記載の寿命推定装置。
前記開放電圧には、放電深度１００％において、放電後１０分以上経過した時点で測定された値が用いられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の寿命推定装置。
前記電圧上昇幅及び前記電圧上昇率には、放電深度９０％〜１００％で測定された値が用いられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の寿命推定装置。