JP2009193919A - 残寿命推定回路、及び残寿命推定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる残寿命推定回路、及び残寿命推定方法を提供する。
【解決手段】非水系二次電池が使用状態ではない場合、不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、非水系二次電池の温度と端子電圧とに基づいて算出するステップS203と、非水系二次電池が使用状態である場合、使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、非水系二次電池の温度と充放電電流とに基づいて算出するステップS206と、標準条件における非水系二次電池の標準寿命から、不使用劣化換算時間と使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定するステップS205とを備えた。
【選択図】図3
【解決手段】非水系二次電池が使用状態ではない場合、不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、非水系二次電池の温度と端子電圧とに基づいて算出するステップS203と、非水系二次電池が使用状態である場合、使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、非水系二次電池の温度と充放電電流とに基づいて算出するステップS206と、標準条件における非水系二次電池の標準寿命から、不使用劣化換算時間と使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定するステップS205とを備えた。
【選択図】図3
Description
本発明は携帯電話、パソコンなどのモバイル分野、電動工具、掃除機などのパワーツール分野、電動自動車、電動産業用車両、電動バイク、電動アシスト自転車、電動車椅子、電動ロボットなど動力分野、ロードレベリング、ピークシフト、バックアップなどのシステム電源分野の電源として用いられる非水系二次電池に関し、より詳しくはその残寿命推定回路およびその残寿命推定方法に関する。
二次電池の寿命時期の判断や寿命に至るまでの期間を推定する方法として、一定時間毎に測定された電池の表面温度と寿命加速係数とに基づく寿命減算値により電池の寿命を推定する方法(例えば、特許文献1参照。)や、電池温度又は放電容量等の実測値を考慮して残寿命の予測を修正する寿命推定方法(例えば、特許文献2参照。)などが提案されている。
このような二次電池としては、従来から鉛蓄電池や、ニカド、ニッケル水素などの水溶液系二次電池が採用されてきた。特許文献1に記載の寿命推定方法は、主に鉛蓄電池の寿命を精度良く推定する方法である。また、特許文献2に記載の寿命推定方法は、水溶液系二次電池の寿命を精度よく推定する方法である。
鉛蓄電池や、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池などの水溶液系二次電池の電池劣化は、温度に起因する劣化と、充放電量に起因する劣化とが支配的である。そのため、電池温度、もしくは、電池温度と充放電量から寿命を精度良く算出することが可能である。
特開平9−211091号公報
特開2004−191152号公報
ところで、電源に対するさらなる高エネルギー密度化の要望に対応するためには、エネルギー密度の高い非水系二次電池(非水電解質二次電池)、例えばリチウムイオン二次電池を採用することが望ましい。しかしながら、リチウムイオン二次電池は、上述のような温度に起因する劣化や充放電量に起因する劣化に加えて、セルの端子電圧に起因する劣化や、充放電電流に起因する劣化が存在する。そのため、使用条件により劣化の支配的因子が変動し、上述のような電池の温度、もしくは、電池の温度と充放電量による残寿命の推定法では精度の高い残寿命推定を行うことが出来ない。
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる残寿命推定回路、及び残寿命推定方法を提供することを目的とする。
本発明に係る残寿命推定回路は、非水系二次電池が使用状態であるか否かを検知する使用状態検知部と、前記非水系二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記非水系二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記非水系二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が使用状態ではないと検知された場合、当該使用状態ではないと検知されている期間である不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度と前記電圧検出部により検出された非水系二次電池の端子電圧とに基づいて算出する不使用劣化算出部と、前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が使用状態であると検知された場合、当該使用状態であると検知されている期間である使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度と前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流とに基づいて算出する使用劣化算出部と、前記標準条件における前記非水系二次電池の寿命時間として予め設定された標準寿命から、前記不使用劣化算出部によって算出された不使用劣化換算時間と前記使用劣化算出部によって算出された使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定する残寿命算出部とを備える。
この構成によれば、非水系二次電池が使用状態ではない場合、不使用状態における非水系二次電池の劣化原因として支配的な非水系二次電池の温度と端子電圧とに基づいて、不使用劣化算出部によって、不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間が、算出される。また、非水系二次電池が使用状態である場合、使用状態における非水系二次電池の劣化原因として支配的な非水系二次電池の温度と充放電電流とに基づいて、使用劣化算出部によって、使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間が、算出される。そして、残寿命算出部によって、標準寿命から、不使用劣化換算時間と使用劣化換算時間とが差し引かれて、残寿命が推定される。
この場合、非水系二次電池が使用されているときと使用されていないときが判別され、それぞれの経過時間における劣化を、各使用条件において支配的な劣化要因に基づいて標準条件における劣化に換算することができるため、その劣化要因が多様である非水系二次電池において、その使用状態に応じて、端子電圧に起因する劣化や充放電電流に起因する劣化が生じた場合においても、残寿命の推定精度を向上できる。
また、前記不使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記非水系二次電池の端子電圧をVtとした場合に、下記の式(a)に基づいて、前記不使用期間において換算値Xを積算することにより、前記不使用劣化換算時間を算出することが好ましい。
換算値X=c・(Vt−d)・expe・T ・・・(a)
但し、c、d、eは予め設定された定数。
但し、c、d、eは予め設定された定数。
この構成によれば、非水系二次電池は、充放電電流が略ゼロの不使用状態では、温度上昇に対して指数関数的に劣化が進むので、温度に起因する劣化が支配的になる。従って、定数c、d、eを、例えば予め実験的に求めて設定しておくことにより、式(a)を用いて不使用状態における非水系二次電池の劣化を標準条件における劣化に換算することが可能となる。そして、非水系二次電池の標準寿命は、標準条件において設定されているので、式(a)を用いて実際の非水系二次電池の劣化を標準条件における劣化に換算することで、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
また、前記使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をIとした場合に、下記の式(b)に基づいて、前記使用期間において換算値Wを積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出することが好ましい。
換算値W=f・expg・T・exph・I ・・・(b)
但し、f、g、hは予め設定された定数。
但し、f、g、hは予め設定された定数。
この構成によれば、非水系二次電池は、充放電電流が流れる使用状態では、温度上昇と電流値とに対して指数関数的に劣化が進むので、式(b)を用いて使用状態における非水系二次電池の劣化を標準条件における劣化に換算することが可能となる。そして、非水系二次電池の標準寿命は、標準条件において設定されているので、式(b)を用いて実際の非水系二次電池の劣化を標準条件における劣化に換算することで、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
また、前記使用劣化算出部は、前記使用劣化換算時間を算出する際に、さらに前記非水系二次電池の端子電圧を用いることが好ましい。
非水系二次電池は、充放電電流が流れる使用状態では、非水系二次電池の劣化原因として温度と充放電電流とが支配的になるものの、端子電圧に起因する劣化もゼロではない。そこで、非水系二次電池の温度と充放電電流とに加えて、さらに非水系二次電池の端子電圧を用いて使用劣化換算時間を算出することで、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる。
また、前記非水系二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部をさらに備え、前記使用劣化算出部は、前記使用劣化換算時間を算出する際に、前記開放電圧推定部により推定された開放電圧を、前記非水系二次電池の端子電圧として用いることが好ましい。
非水系二次電池の端子電圧に起因する劣化は、非水系二次電池の開放電圧との相関が大きい。一方、非水系二次電池の充放電中に、電圧検出部で検出される端子電圧には、非水系二次電池の内部抵抗で生じる電圧降下が含まれている。そこで、開放電圧推定部により推定された開放電圧を用いて使用劣化換算時間を算出することで、電圧検出部で検出された端子電圧を用いた場合よりも使用劣化換算時間の算出精度を向上することができ、充放電電流が大きく充放電時の電圧が開放電圧と著しく異なる使用条件においても残寿命の算出精度を向上できる。
前記温度検出部によって検出された非水系二次電池の温度に基づいて、当該非水系二次電池の内部抵抗値を推定する内部抵抗推定部をさらに備え、前記開放電圧推定部は、前記内部抵抗推定部により推定された内部抵抗値と、前記電流検出部により検出された充放電電流値とから、前記非水系二次電池の内部抵抗における電圧降下を推定し、当該電圧降下を用いて前記電圧検出部によって検出された端子電圧値を補正することにより、前記開放電圧を推定することが好ましい。
非水系二次電池の内部抵抗は、温度と相関関係がある。そこで、内部抵抗推定部は、この相関関係を用いて、非水系二次電池の温度から内部抵抗値を推定することが可能である。そして、開放電圧推定部は、内部抵抗推定部により推定された内部抵抗値と、電流検出部により検出された充放電電流値とから、非水系二次電池の内部抵抗における電圧降下を推定し、当該電圧降下を用いて電圧検出部で検出された端子電圧値を補正することにより、開放電圧を推定することができる。
この場合、非水系二次電池の温度に基づいて、内部抵抗値を推定することができるので、非水系二次電池の充放電を停止させることなく内部抵抗値を推定することができる。従って、内部抵抗値の推定動作のために、非水系二次電池の充放電動作が阻害されることがない。
また、前記内部抵抗推定部は、前記温度検出部によって検出された非水系二次電池の温度をTとした場合に、下記の式(c)に基づいて、前記非水系二次電池の内部抵抗値Riを算出することが好ましい。
内部抵抗値Ri=p・expq・T ・・・(c)
但し、p、qは予め設定された定数。
但し、p、qは予め設定された定数。
この構成によれば、定数p、qを、予め例えば実験的に求めて設定しておくことにより、内部抵抗推定部によって、式(c)に基づいて、非水系二次電池の内部抵抗値Riが算出される。
また、前記使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記非水系二次電池の端子電圧をVt、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をIとした場合に、下記の式(d)に基づいて換算値W1を算出し、前記使用期間において当該換算値W1を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出するようにしてもよい。
換算値W1={c・(Vt−d)・expe・T}+(f・expg・T・exph・I) ・・・(d)
但し、c、d、e、f、g、hは予め設定された定数。
但し、c、d、e、f、g、hは予め設定された定数。
この構成によれば、上記換算値Wに、さらに端子電圧Vtが加味されて使用劣化換算時間が算出されるので、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる。
また、前記使用状態検知部は、さらに、前記非水系二次電池の使用状態として、充電での使用か放電での使用かを検知し、前記使用劣化算出部は、前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が充電での使用状態であると検知された場合、第1演算処理を用いて前記使用劣化換算時間を算出し、前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が放電での使用状態であると検知された場合、前記第1演算処理とは異なる第2演算処理を用いて前記使用劣化換算時間を算出することが好ましい。
非水系二次電池の劣化は、充電状態と放電状態とで異なる。そこで、充電状態では第1演算処理を用いて使用劣化換算時間を算出し、放電状態では第1演算処理とは異なる第2演算処理を用いて使用劣化換算時間を算出することで、使用状態にあわせてより使用劣化換算時間の算出精度を向上させることができ、充電電流による劣化と放電電流による劣化が著しく異なる種類の非水系二次電池においても残寿命をさらに精度良く算出できる。
また、前記使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記非水系二次電池の端子電圧をVt、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をIとした場合に、前記第1演算処理として、下記の式(e1)に基づいて換算値W2を算出し、前記使用期間において当該換算値W2を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出し、前記第2演算処理として、下記の式(e2)に基づいて換算値W3を算出し、前記使用期間において当該換算値W3を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出することが好ましい。
換算値W2=(j・expk・T・expL・I) ・・・(e1)
但し、j、k、Lは予め設定された定数。
但し、j、k、Lは予め設定された定数。
換算値W3=(m・expn・T・expo・I) ・・・(e2)
但し、m、n、oは予め設定された定数。
但し、m、n、oは予め設定された定数。
この構成によれば、充電状態では式(e1)に基づいて算出された換算値W2が積算されて使用劣化換算時間が算出される。放電状態では式(e2)に基づいて算出された換算値W3が積算されて使用劣化換算時間が算出される。このとき、充電状態に適した定数j、k、Lを、予め例えば実験的に求めて設定し、放電状態に適した定数m、n、oを、例えば予め実験的に求めて設定しておくことにより、使用状態に応じた使用劣化換算時間の算出精度を向上させることができる。
また、前記使用劣化算出部は、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記非水系二次電池の端子電圧をVt、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をIとした場合に、前記第1演算処理として、下記の式(f1)に基づいて換算値W2を算出し、前記使用期間において当該換算値W2を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出し、前記第2演算処理として、下記の式(f2)に基づいて換算値W3を算出し、前記使用期間において当該換算値W3を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出するようにしてもよい。
換算値W2={c・(Vt−d)・expe・T}+(j・expk・T・expL・I) ・・・(f1)
但し、c、d、e、j、k、Lは予め設定された定数。
但し、c、d、e、j、k、Lは予め設定された定数。
換算値W3={c・(Vt−d)・expe・T}+(m・expn・T・expo・I) ・・・(f2)
但し、c、d、e、m、n、oは予め設定された定数。
但し、c、d、e、m、n、oは予め設定された定数。
この構成によれば、充電状態では式(f1)に基づいて算出された換算値W2が積算されて使用劣化換算時間が算出される。放電状態では式(f2)に基づいて算出された換算値W3が積算されて使用劣化換算時間が算出される。このとき、充電状態に適した定数j、k、Lを、予め例えば実験的に求めて設定し、放電状態に適した定数m、n、oを、例えば予め実験的に求めて設定しておくことにより、式(e1)(e2)に、さらに端子電圧Vtが加味されて使用劣化換算時間が算出されるので、非水系二次電池の残寿命の算出精度を向上することができる。
また、本発明に係る残寿命推定方法は、非水系二次電池が使用状態ではない場合、当該使用状態ではない期間である不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、前記非水系二次電池の温度と前記非水系二次電池の端子電圧とに基づいて算出するステップと、前記非水系二次電池が使用状態である場合、当該使用状態にある期間である使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、前記非水系二次電池の温度と前記非水系二次電池の充放電電流とに基づいて算出するステップと、前記標準条件における前記非水系二次電池の寿命時間として予め設定された標準寿命から、前記不使用劣化換算時間と前記使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定するステップとを含む。
この場合、非水系二次電池が使用されているときと使用されていないときが判別され、それぞれの経過時間における劣化を、各使用条件において支配的な劣化要因に基づいて標準条件における劣化に換算することができるため、その劣化要因が多様である非水系二次電池において、その使用状態に応じて、端子電圧に起因する劣化や充放電電流に起因する劣化が生じた場合においても、残寿命の推定精度を向上できる。
本発明に係る残寿命推定回路、及び残寿命推定方法によれば、劣化要因が多様な非水系二次電池においても、残寿命の算出精度を向上することができる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明に係る残寿命推定回路、残寿命推定方法は、その要点を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。また、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施形態に係る残寿命推定方法を用いた残寿命推定回路の一例を示すブロック図である。図1に示す残寿命推定回路1には、リチウムイオン二次電池12(非水系二次電池)と、上位装置10と、充放電部11とが接続されている。上位装置10は、例えば携帯型パ−ソナルコンピュータや携帯電話機等、リチウムイオン二次電池12から供給される電力により動作する電池搭載機器の本体部である。充放電部11は、リチウムイオン二次電池12に電流を入出力して充放電を行う充放電回路である。
図1は、本発明の一実施形態に係る残寿命推定方法を用いた残寿命推定回路の一例を示すブロック図である。図1に示す残寿命推定回路1には、リチウムイオン二次電池12(非水系二次電池)と、上位装置10と、充放電部11とが接続されている。上位装置10は、例えば携帯型パ−ソナルコンピュータや携帯電話機等、リチウムイオン二次電池12から供給される電力により動作する電池搭載機器の本体部である。充放電部11は、リチウムイオン二次電池12に電流を入出力して充放電を行う充放電回路である。
そして、例えば、残寿命推定回路1と、リチウムイオン二次電池12と、上位装置10と、充放電部11とが一体に構成されて、電池搭載機器が構成されている。残寿命推定回路1は、上位装置10の一部として構成されていてもよく、例えばリチウムイオン二次電池12を含む電池パックの一部として構成されていてもよい。
残寿命推定回路1は、充放電部11によって、リチウムイオン二次電池12に入出力される充放電電流Iを検出する電流検出部2、リチウムイオン二次電池12の端子電圧Vtを検出する電圧検出部3、リチウムイオン二次電池12の温度Tを検出する温度検出部4、タイムカウントを行うタイマ部5、残寿命情報を記憶するメモリ部6、本発明に係る残寿命推定方法を用いてリチウムイオン二次電池12の残寿命を算出する残寿命推定部7、残寿命情報を表示する表示部8、及び残寿命情報を上位装置10に送信する通信部9を備える。
電流検出部2は、例えばシャント抵抗やホール素子等の電流センサを用いて構成されている。電流検出部2は、リチウムイオン二次電池12を充電する方向の電流値をプラス、リチウムイオン二次電池12が放電する方向の電流値をマイナスで示すようになっている。
電圧検出部3は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されている。温度検出部4は、例えば熱電対やサーミスタ等の温度センサを用いて構成されている。タイマ部5は、タイマ回路を用いて構成されていてもよく、ソフトウェアシーケンスによって実現されていてもよい。
電流検出部2、電圧検出部3、温度検出部4、タイマ部5、メモリ部6は、それぞれ、残寿命推定部7へ接続されており、各部で得られる情報が残寿命推定部7へ送信される。そして、各部から送信された情報をもとに、残寿命推定部7によって、リチウムイオン二次電池12の残寿命を示す残寿命情報が生成され、メモリ部6に記憶される。なお、この残寿命情報が、表示部8に送信され表示される、あるいは、通信部9を介して上位装置10へ送信されることも好ましい。
残寿命情報が表示部8で表示されることにより、リチウムイオン二次電池12の寿命が尽きる前に、ユーザが電池の残寿命を認識できるので、ユーザは、電池交換等の対策を事前に準備することができる。また、通信部9により、上位装置10へ残寿命情報を送ることができるので、電池の寿命が終わる前に電池の残寿命を上位装置10へ通知できる結果、ユーザは、上位装置10を用いて電池の残寿命を知ることができ、ユーザが電池交換等の対策を事前に準備することが可能となる。
図2は、図1に示す残寿命推定部7の構成の一例を示すブロック図である。残寿命推定部7は、例えば所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)やデータを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)等の記憶部と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、残寿命推定部7は、ROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、使用状態検知部71、不使用劣化算出部72、使用劣化算出部73、及び残寿命算出部74として機能する。
また、上述のROMには、例えば予め設定された標準条件におけるリチウムイオン二次電池12の寿命時間である標準寿命が、例えば日数の単位で予め記憶されている。標準条件としては、例えばリチウムイオン二次電池12の標準的な使用環境の温度や、充放電電流値、端子電圧等、通常想定されるリチウムイオン二次電池12の使用条件が、設定されている。
残寿命推定部7は、リチウムイオン二次電池の不使用時は温度と検出電圧をパラメータとする保存使用算出関数に基づき、リチウムイオン二次電池の使用時は例えば不使用時と同じ温度と検出電圧とをパラメータとする保存使用算出関数と温度と電流とをパラメータとする充放電使用算出関数とに基づいて残寿命を推定することを特徴とするリチウムイオン二次電池の残寿命推定方法を実行する。
具体的には、使用状態検知部71は、リチウムイオン二次電池12が使用状態であるか否かを検知する。
不使用劣化算出部72は、使用状態検知部71によってリチウムイオン二次電池12が使用状態ではないと検知された場合、当該使用状態ではないと検知されている期間である不使用期間におけるリチウムイオン二次電池12の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、温度検出部4により検出されたリチウムイオン二次電池12の温度と電圧検出部3により検出されたリチウムイオン二次電池12の端子電圧とに基づいて算出する。
使用劣化算出部73は、使用状態検知部71によってリチウムイオン二次電池12が使用状態であると検知された場合、当該使用状態であると検知されている期間である使用期間におけるリチウムイオン二次電池12の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、温度検出部4により検出されたリチウムイオン二次電池12の温度と電流検出部2により検出されたリチウムイオン二次電池12の充放電電流とに基づいて算出する。
残寿命算出部74は、上述のROMに記憶されている標準寿命から、不使用劣化算出部72によって算出された不使用劣化換算時間と使用劣化算出部73によって算出された使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定する。
以下、残寿命推定回路1内の、残寿命推定部7で実施される残寿命推定演算に用いる残寿命推定法について説明する。
図3は、図2に示す残寿命推定部7の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下のフローチャートにおいて、同様の動作には同様のステップ番号を付して、その説明を省略する。
まず、ステップ201で残寿命推定開始後、ステップ202では、使用状態検知部71によって、電流検出部2にて検出された電流値Iの絶対値と、使用判定閾値Aの絶対値とが比較される。使用判定閾値Aは、例えば電流検出部2の電流測定誤差や、リチウムイオン二次電池12が不使用であるにもかかわらず流れる漏れ電流程度の微小な電流値が予め設定されている。
そして、電流値Iの絶対値が使用判定閾値Aの絶対値より小さければ(ステップS202でYES)、使用状態検知部71によって、電池は不使用状態であると判定されて、ステップS203へ移行する。一方、電流値Iの絶対値が使用判定閾値Aの絶対値以上であれば(ステップS202でNO)、使用状態検知部71によって、電池は使用状態であると判定されて、ステップS206へ移行する。
なお、使用状態検知部71は、例えば上位装置10や充放電部11等から、リチウムイオン二次電池12の使用状態を示す信号を受信することにより、リチウムイオン二次電池12の使用状態を検知する構成としてもよい。
次に、ステップ203では、不使用劣化算出部72によって、例えば、電圧検出部3にて検出された端子電圧Vt、温度検出部4にて検出された電池の温度T、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔b(sec)、および下記の式(1)に示す保存使用算出関数を用いて、不使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔bの期間内で生じるリチウムイオン二次電池12の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値Xが算出される。この場合、換算値Xは、繰り返し間隔bの期間についての不使用劣化換算時間に相当する。
換算値X=c・(Vt−d)・expe・T ・・・(1)
但し、c、d、eは予め設定された定数である。
但し、c、d、eは予め設定された定数である。
不使用時における劣化の程度は電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池12を用いて、実験的に定数c、d、eを求めることで、式(1)における換算値Xの算出精度が向上する。
式(1)に示す保存使用算出関数は、温度Tと端子電圧Vtをパラメータとする関数である。すなわち、非水系二次電池、例えばリチウムイオン二次電池12は、充放電電流が略ゼロの不使用状態では、温度上昇に対して指数関数的に劣化が進むので、温度に起因する劣化が支配的になる。従って、式(1)を用いて不使用状態におけるリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することが可能となる。
そして、リチウムイオン二次電池12の寿命は、標準条件において設定されているので、式(1)を用いて実際のリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
なお、ROMに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップS203においては、換算値Xを日数に換算するべくb/86400が乗算されている。
一方、ステップ202で電池が使用状態と判定された場合(ステップS202でNO)、ステップ206において、使用劣化算出部73によって、例えば、電流検出部2で検出された充放電電流I、温度検出部4にて検出された電池の温度T、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔b(sec)、および下記の式(2)に示す充放電使用算出関数を用いて、使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔bの期間内で生じるリチウムイオン二次電池12の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値Wが算出される。
換算値W=f・expg・T・exph・I ・・・(2)
但し、f、g、hは予め設定された定数である。
但し、f、g、hは予め設定された定数である。
使用時における劣化の程度は電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池12を用いて、実験的に定数f、g、hを求めることで、式(2)における換算値Wの算出精度が向上する。
ここで、式(2)に示す充放電使用算出関数Wは、温度Tと電流Iとをパラメータとする関数である。すなわち、非水系二次電池、例えばリチウムイオン二次電池12は、充放電電流が流れる使用状態では、温度と電流値とに対して指数関数的に劣化が進む。従って、式(2)を用いて使用状態におけるリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することが可能となる。この場合、換算値Wは、繰り返し間隔bの期間についての使用劣化換算時間に相当する。
ところで、リチウムイオン二次電池12の劣化は、使用状態においても、不使用時と同様の保存モードの劣化が進行する。従って、電圧検出部3にて検出された端子電圧Vtをさらに用いて、換算値Wの代わりに下記の式(3)に示す換算値W1を用いることで、さらに使用劣化換算時間の算出精度が向上する。
換算値W1=X+W ・・・(3)
そして、リチウムイオン二次電池12の寿命は、標準条件において設定されているので、式(3)を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
そして、リチウムイオン二次電池12の寿命は、標準条件において設定されているので、式(3)を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
なお、ROMに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップS206においては、換算値W1を日数に換算するべくb/86400が乗算されている。
次に、ステップ204では、不使用劣化算出部72及び使用劣化算出部73によって、換算値X及び換算値W1が、メモリ部6に記憶されている前回の積算値SUMに加算されることで、積算される。そうすると、後述するように、ステップS202〜S206が繰り返されることにより、不使用期間における不使用劣化換算時間と、使用期間における使用劣化換算時間との合計が、積算値SUMとして算出され、メモリ部6に記憶される。
次に、ステップ205では、残寿命算出部74によって、ROMに記憶されている標準寿命から、メモリ部6に記憶されている積算値SUMが減算されて、残寿命が算出される。算出された残寿命値は、メモリ部6に記憶されるとともに、表示部8にて表示されるか、あるいは、通信部9を介して上位装置10へ送信される。
また、残寿命推定部7は、タイマ部5からの時間情報により、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔bが経過したことを検知すると、ステップ202から順次残寿命推定値演算を繰り返し行う。ここで、残寿命推定の繰り返し間隔bは、リチウムイオン二次電池の使用条件により、標準寿命、保存使用算出関数、充放電使用算出関数は、リチウムイオン二次電池の種類により、適宜変更可能である。
このような残寿命推定法によれば、電池の不使用状態と使用状態とを判別し、それぞれの状態での経過時間における劣化を標準条件における劣化に換算することができるため、その劣化要因が多様であるリチウムイオン二次電池において、温度による劣化、充放電量による劣化以外の、例えば、電位による劣化、充放電電流による劣化が生じた場合においても残寿命の推定精度を向上できる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る残寿命推定回路1aについて説明する。残寿命推定回路1aは、残寿命推定回路1と同様、図1に示される。本発明の実施の形態2に係るリチウムイオン二次電池の残寿命推定方法は、使用時における温度と電流とをパラメータとする充放電使用算出関数を充電時と放電時とで異なる関数にすることを特徴とするものである。
次に、本発明の実施の形態2に係る残寿命推定回路1aについて説明する。残寿命推定回路1aは、残寿命推定回路1と同様、図1に示される。本発明の実施の形態2に係るリチウムイオン二次電池の残寿命推定方法は、使用時における温度と電流とをパラメータとする充放電使用算出関数を充電時と放電時とで異なる関数にすることを特徴とするものである。
そして、残寿命推定回路1aと、残寿命推定回路1とでは、残寿命推定部7aの構成が異なる。また、図2に示す残寿命推定部7aは、残寿命推定部7とは、使用状態検知部71aと使用劣化算出部73aとの構成が異なる。
この残寿命推定法の実施の形態を、フローチャートを用いて説明する。図4は、図2に示す残寿命推定部7aの動作の一例を示すフローチャートである。図3に示した実施の形態1に係る残寿命推定方法では、ステップ202で電池が使用状態にあると判定された場合に、ステップ206で換算値W1が算出されるが、本実施の形態2に係る残寿命推定法では、ステップ202で電池が使用状態にあると判定された場合、ステップ306において、使用状態検知部71aによって、充放電電流Iの正負に基づき、充電状態であるか放電状態であるかの判定が行われる。
そして、充放電電流Iが正の値であって、使用状態検知部71aによって、充電での使用であると判定されると(ステップS306でYES)、使用劣化算出部73aによって、例えば、電流検出部2で検出された充放電電流I、温度検出部4にて検出された電池の温度T、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔b(sec)に基づいて、下記の式(4)に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔bの期間内で生じるリチウムイオン二次電池12の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値W2が算出される(ステップS307)。
換算値W2=(j・expk・T・expL・I) ・・・(4)
但し、j、k、Lは予め設定された定数である。
但し、j、k、Lは予め設定された定数である。
充電使用時における劣化の程度は電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池12を用いて、実験的に充電使用時における定数j、k、Lを求めることで、式(4)における換算値W2の算出精度が向上する。この場合、換算値W2は、繰り返し間隔bの期間についての使用劣化換算時間に相当する。
ところで、リチウムイオン二次電池12の劣化は、充電使用状態においても、不使用時と同様の保存モードの劣化が進行する。従って、ステップS307において、電圧検出部3にて検出された端子電圧Vtをさらに用いて、式(4)の代わりに下記の式(5)に示す換算値W2を用いることで、さらに使用劣化換算時間の算出精度が向上する。
換算値W2=X+(j・expk・T・expL・I) ・・・(5)
そして、リチウムイオン二次電池12の寿命は、標準条件において設定されているので、式(5)を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
そして、リチウムイオン二次電池12の寿命は、標準条件において設定されているので、式(5)を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
一方、充放電電流Iが負の値であって、使用状態検知部71aによって、放電での使用であると判定されると(ステップS306でNO)、使用劣化算出部73aによって、例えば、電流検出部2で検出された充放電電流I、温度検出部4にて検出された電池の温度T、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔b(sec)、および下記の式(6)に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔bの期間内で生じるリチウムイオン二次電池12の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値W3が算出される(ステップS308)。
換算値W3=(m・expn・T・expo・I) ・・・(6)
但し、m、n、oは予め設定された定数である。
但し、m、n、oは予め設定された定数である。
放電使用時における劣化の程度は電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池12を用いて、実験的に放電使用時における定数m、n、oを求めることで、式(6)における換算値W3の算出精度が向上する。この場合、換算値W3は、繰り返し間隔bの期間についての使用劣化換算時間に相当する。
ところで、リチウムイオン二次電池12の劣化は、充電使用状態においても、不使用時と同様の保存モードの劣化が進行する。従って、ステップS308において、電圧検出部3にて検出された端子電圧Vtをさらに用いて、式(6)の代わりに下記の式(7)に示す換算値W3を用いることで、さらに使用劣化換算時間の算出精度が向上する。
換算値W3=X+(m・expn・T・expo・I) ・・・(7)
そして、リチウムイオン二次電池12の寿命は、標準条件において設定されているので、式(7)を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
そして、リチウムイオン二次電池12の寿命は、標準条件において設定されているので、式(7)を用いて実際の使用状態におけるリチウムイオン二次電池12の劣化を標準条件における劣化に換算することで、後述するように、残寿命の算出精度を向上することが可能となる。
なお、ROMに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップS307,S308においては、換算値W2、W3を日数に換算するべくb/86400が乗算されている。
次に、ステップ204aでは、不使用劣化算出部72及び使用劣化算出部73aによって、換算値X、及び換算値W2,W3が、メモリ部6に記憶されている前回の積算値SUMに加算されることで、積算される。そうすると、後述するように、ステップS202〜S308が繰り返されることにより、不使用期間における不使用劣化換算時間と、使用期間における使用劣化換算時間との合計が、積算値SUMとして算出され、メモリ部6に記憶される。
次に、ステップ205では、残寿命算出部74によって、ROMに記憶されている標準寿命から、メモリ部6に記憶されている積算値SUMが減算されて、残寿命が算出される。そして、残寿命推定部7は、タイマ部5からの時間情報により、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔bが経過したことを検知すると、ステップ202から順次残寿命推定値演算を繰り返し行う。
このような残寿命推定法によれば、電池の不使用状態と使用状態とを判別し、使用状態においてはさらに充電使用と放電使用とを判別し、それぞれの状態での経過時間における劣化を標準条件における劣化に換算することができるため、充電電流による劣化と放電電流による劣化が著しく異なる種類のリチウムイオン二次電池においても残寿命の推定精度をさらに向上することができる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3に係る残寿命推定回路1bについて説明する。残寿命推定回路1bは、残寿命推定回路1aと同様、図1に示される。本発明の実施の形態3に係るリチウムイオン二次電池の残寿命推定方法は、電圧検出部3により直接リチウムイオン二次電池12から検出された端子電圧Vtの代わりに、温度による内部抵抗をベースに算出した開放電圧Vocをパラメータとすることを特徴とするものである。
次に、本発明の実施の形態3に係る残寿命推定回路1bについて説明する。残寿命推定回路1bは、残寿命推定回路1aと同様、図1に示される。本発明の実施の形態3に係るリチウムイオン二次電池の残寿命推定方法は、電圧検出部3により直接リチウムイオン二次電池12から検出された端子電圧Vtの代わりに、温度による内部抵抗をベースに算出した開放電圧Vocをパラメータとすることを特徴とするものである。
そして、残寿命推定回路1bと、残寿命推定回路1aとでは、残寿命推定部7bの構成が異なる。図5は、残寿命推定部7bの構成の一例を示すブロック図である。図5に示す残寿命推定部7bは、残寿命推定部7aとは、使用劣化算出部73bの構成が異なる。また、残寿命推定部7bは、内部抵抗推定部75と開放電圧推定部76とをさらに備える。
内部抵抗推定部75は、温度検出部4によって検出されたリチウムイオン二次電池12の温度Tに基づいて、下記の式(8)を用いてリチウムイオン二次電池12の内部抵抗値Riを推定する。
内部抵抗値Ri=p・expq・T ・・・(8)
但し、p、qは予め設定された定数である。
但し、p、qは予め設定された定数である。
非水系二次電池の内部抵抗の温度特性は、電池の型式毎に異なる。従って、実際に使用するリチウムイオン二次電池12を用いて、実験的に定数p、qを求めることで、式(8)における内部抵抗値Riの算出精度が向上する。
式(8)によれば、リチウムイオン二次電池12の温度Tに基づいて、内部抵抗値Riを推定することができるので、リチウムイオン二次電池12の充放電を停止させることなく内部抵抗値Riを推定することができる。従って、内部抵抗値Riの推定動作のために、リチウムイオン二次電池12の充放電動作が阻害されることがない。
なお、例えばリチウムイオン二次電池12の温度Tと内部抵抗Riとの相関関係を示したデータテーブルを予めROM等の記憶部に記憶しておき、内部抵抗推定部75は、このデータテーブルを参照して、温度Tから内部抵抗Riを推定するようにしてもよい。
開放電圧推定部76は、内部抵抗推定部75により推定された内部抵抗値Riと、電流検出部2により検出された充放電電流値Iの絶対値とを乗じることにより、リチウムイオン二次電池12の内部抵抗における電圧降下を推定する。そして、開放電圧推定部76は、充電時には、電圧検出部3によって検出された端子電圧Vtから当該電圧降下を減算することにより、リチウムイオン二次電池12の開放電圧Vocを推定し、放電時には、電圧検出部3によって検出された端子電圧Vtに当該電圧降下を加算することにより、リチウムイオン二次電池12の開放電圧Vocを推定する。
この残寿命推定法の実施の形態を、フローチャートを用いて説明する。図6は、図5に示す残寿命推定部7bの動作の一例を示すフローチャートである。まず、ステップS306において、充放電電流Iが正の値であって、使用状態検知部71aによって、充電での使用であると判定されると(ステップS306でYES)、開放電圧推定部76によって、内部抵抗推定部75で推定された内部抵抗値Riと、電流検出部2により検出された充放電電流値Iとから、下記の式(9)を用いて開放電圧Vocが推定される(ステップS407)。
Voc=Vt−|I|×Ri ・・・(9)
そして、使用劣化算出部73bによって、例えば、電流検出部2で検出された充放電電流I、開放電圧推定部76にて推定された開放電圧Voc、温度検出部4にて検出された電池の温度T、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔b(sec)、および下記の式(10)に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔bの期間内で生じるリチウムイオン二次電池12の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値W4が算出される(ステップS408)。
そして、使用劣化算出部73bによって、例えば、電流検出部2で検出された充放電電流I、開放電圧推定部76にて推定された開放電圧Voc、温度検出部4にて検出された電池の温度T、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔b(sec)、および下記の式(10)に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔bの期間内で生じるリチウムイオン二次電池12の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値W4が算出される(ステップS408)。
換算値W4={c・(Voc−d)・expe・T+j・expk・T・expL・I} ・・・(10)
一方、充放電電流Iが負の値であって、使用状態検知部71aによって、放電での使用であると判定されると(ステップS306でNO)、開放電圧推定部76によって、内部抵抗推定部75で推定された内部抵抗値Riと、電流検出部2により検出された充放電電流値Iとから、下記の式(11)を用いて開放電圧Vocが推定される(ステップS409)。
一方、充放電電流Iが負の値であって、使用状態検知部71aによって、放電での使用であると判定されると(ステップS306でNO)、開放電圧推定部76によって、内部抵抗推定部75で推定された内部抵抗値Riと、電流検出部2により検出された充放電電流値Iとから、下記の式(11)を用いて開放電圧Vocが推定される(ステップS409)。
Voc=Vt+|I|×Ri ・・・(11)
そして、使用劣化算出部73bによって、例えば、電流検出部2で検出された充放電電流I、開放電圧推定部76にて推定された開放電圧Voc、温度検出部4にて検出された電池の温度T、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔b(sec)、および下記の式(12)に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔bの期間内で生じるリチウムイオン二次電池12の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値W5が算出される(ステップS410)。
そして、使用劣化算出部73bによって、例えば、電流検出部2で検出された充放電電流I、開放電圧推定部76にて推定された開放電圧Voc、温度検出部4にて検出された電池の温度T、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔b(sec)、および下記の式(12)に示す充放電使用算出関数を用いて、充電使用状態での、現在の劣化条件における繰り返し間隔bの期間内で生じるリチウムイオン二次電池12の劣化が標準条件において生じる時間を示す換算値W5が算出される(ステップS410)。
換算値W5={c・(Voc−d)・expe・T+m・expn・T・expo・I} ・・・(12)
この場合、換算値W4,W5は、繰り返し間隔bの期間についての使用劣化換算時間に相当する。なお、ROMに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップS408,S410においては、換算値W4、W5を日数に換算するべくb/86400が乗算されている。
この場合、換算値W4,W5は、繰り返し間隔bの期間についての使用劣化換算時間に相当する。なお、ROMに記憶されている寿命は、日数単位であるため、ステップS408,S410においては、換算値W4、W5を日数に換算するべくb/86400が乗算されている。
なお、使用状態検知部71aは、例えば上位装置10や充放電部11等から、リチウムイオン二次電池12が充電状態であるか放電状態であるかを示す信号を受信することにより、リチウムイオン二次電池12が放電中であるか充電中であるかを検知する構成としてもよい。
次に、ステップ204bでは、不使用劣化算出部72及び使用劣化算出部73bによって、換算値X、及び換算値W4,W5が、メモリ部6に記憶されている前回の積算値SUMに加算されることで、積算される。そうすると、後述するように、ステップS202〜S410が繰り返されることにより、不使用期間における不使用劣化換算時間と、使用期間における使用劣化換算時間との合計が、積算値SUMとして算出され、メモリ部6に記憶される。
次に、ステップ205では、残寿命算出部74によって、ROMに記憶されている標準寿命から、メモリ部6に記憶されている積算値SUMが減算されて、残寿命が算出される。そして、残寿命推定部7は、タイマ部5からの時間情報により、あらかじめ設定された残寿命推定の繰り返し間隔bが経過したことを検知すると、ステップ202から順次残寿命推定値演算を繰り返し行う。
非水系二次電池の端子電圧に起因する劣化は、非水系二次電池の開放電圧との相関が大きい。一方、リチウムイオン二次電池12の充放電中に、電圧検出部3で検出される端子電圧Vtには、リチウムイオン二次電池12の内部抵抗で生じる電圧降下が含まれている。そこで、残寿命推定部7bによれば、電圧検出部3で検出される端子電圧Vtから、リチウムイオン二次電池12の内部抵抗で生じる電圧降下を排除することにより推定された開放電圧Vocを用いて、リチウムイオン二次電池12の劣化を推定し、標準条件における劣化に換算することができるため、充放電電流が大きく充放電時の電圧が開放電圧と著しく異なる使用条件においても残寿命の推定精度を向上することができる。
本発明に係る残寿命推定回路、及び残寿命推定方法によれば、劣化要因が多様なリチウムイオン二次電池の残寿命を精度よく推定できるため、携帯電話、パソコンなどのモバイル分野、電動工具、掃除機などのパワーツール分野、電動自動車、電動産業用車両、電動バイク、電動アシスト自転車など動力分野、ピークシフト、バックアップなどのシステム電源分野といった幅広くの分野の電源の残寿命推定回路、及び残寿命推定方法として利用可能性は高く、その価値は大きい。
1,1a,1b 残寿命推定回路
2 電流検出部
3 電圧検出部
4 温度検出部
5 タイマ部
6 メモリ部
7,7a,7b 残寿命推定部
8 表示部
9 通信部
10 上位装置
11 充放電部
12 リチウムイオン二次電池
71,71a 使用状態検知部
72 不使用劣化算出部
73,73a,73b 使用劣化算出部
74 残寿命算出部
75 内部抵抗推定部
76 開放電圧推定部
2 電流検出部
3 電圧検出部
4 温度検出部
5 タイマ部
6 メモリ部
7,7a,7b 残寿命推定部
8 表示部
9 通信部
10 上位装置
11 充放電部
12 リチウムイオン二次電池
71,71a 使用状態検知部
72 不使用劣化算出部
73,73a,73b 使用劣化算出部
74 残寿命算出部
75 内部抵抗推定部
76 開放電圧推定部
Claims (12)
- 非水系二次電池が使用状態であるか否かを検知する使用状態検知部と、
前記非水系二次電池の温度を検出する温度検出部と、
前記非水系二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記非水系二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、
前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が使用状態ではないと検知された場合、当該使用状態ではないと検知されている期間である不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度と前記電圧検出部により検出された非水系二次電池の端子電圧とに基づいて算出する不使用劣化算出部と、
前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が使用状態であると検知された場合、当該使用状態であると検知されている期間である使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度と前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流とに基づいて算出する使用劣化算出部と、
前記標準条件における前記非水系二次電池の寿命時間として予め設定された標準寿命から、前記不使用劣化算出部によって算出された不使用劣化換算時間と前記使用劣化算出部によって算出された使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定する残寿命算出部と
を備えることを特徴とする残寿命推定回路。 - 前記不使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記非水系二次電池の端子電圧をVtとした場合に、下記の式(a)に基づいて、前記不使用期間において換算値Xを積算することにより、前記不使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項1記載の残寿命推定回路。
換算値X=c・(Vt−d)・expe・T ・・・(a)
但し、c、d、eは予め設定された定数。 - 前記使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をIとした場合に、下記の式(b)に基づいて、前記使用期間において換算値Wを積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項1又は2に記載の残寿命推定回路。
換算値W=f・expg・T・exph・I ・・・(b)
但し、f、g、hは予め設定された定数。 - 前記使用劣化算出部は、
前記使用劣化換算時間を算出する際に、さらに前記非水系二次電池の端子電圧を用いること
を特徴とする請求項1又は2に記載の残寿命推定回路。 - 前記非水系二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部をさらに備え、
前記使用劣化算出部は、
前記使用劣化換算時間を算出する際に、前記開放電圧推定部により推定された開放電圧を、前記非水系二次電池の端子電圧として用いること
を特徴とする請求項4記載の残寿命推定回路。 - 前記温度検出部によって検出された非水系二次電池の温度に基づいて、当該非水系二次電池の内部抵抗値を推定する内部抵抗推定部をさらに備え、
前記開放電圧推定部は、
前記内部抵抗推定部により推定された内部抵抗値と、前記電流検出部により検出された充放電電流値とから、前記非水系二次電池の内部抵抗における電圧降下を推定し、当該電圧降下を用いて前記電圧検出部によって検出された端子電圧値を補正することにより、前記開放電圧を推定すること
を特徴とする請求項5記載の残寿命推定回路。 - 前記内部抵抗推定部は、
前記温度検出部によって検出された非水系二次電池の温度をTとした場合に、下記の式(c)に基づいて、前記非水系二次電池の内部抵抗値Riを算出すること
を特徴とする請求項6記載の残寿命推定回路。
内部抵抗値Ri=p・expq・T ・・・(c)
但し、p、qは予め設定された定数。 - 前記使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記非水系二次電池の端子電圧をVt、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をIとした場合に、下記の式(d)に基づいて換算値W1を算出し、前記使用期間において当該換算値W1を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載の残寿命推定回路。
換算値W1={c・(Vt−d)・expe・T}+(f・expg・T・exph・I) ・・・(d)
但し、c、d、e、f、g、hは予め設定された定数。 - 前記使用状態検知部は、さらに、
前記非水系二次電池の使用状態として、充電での使用か放電での使用かを検知し、
前記使用劣化算出部は、
前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が充電での使用状態であると検知された場合、第1演算処理を用いて前記使用劣化換算時間を算出し、
前記使用状態検知部によって前記非水系二次電池が放電での使用状態であると検知された場合、前記第1演算処理とは異なる第2演算処理を用いて前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項1、2、及び4〜7のいずれか1項に記載の残寿命推定回路。 - 前記使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記非水系二次電池の端子電圧をVt、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をIとした場合に、
前記第1演算処理として、下記の式(e1)に基づいて換算値W2を算出し、前記使用期間において当該換算値W2を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出し、
前記第2演算処理として、下記の式(e2)に基づいて換算値W3を算出し、前記使用期間において当該換算値W3を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項9記載の残寿命推定回路。
換算値W2=(j・expk・T・expL・I) ・・・(e1)
但し、j、k、Lは予め設定された定数。
換算値W3=(m・expn・T・expo・I) ・・・(e2)
但し、m、n、oは予め設定された定数。 - 前記使用劣化算出部は、
前記温度検出部により検出された非水系二次電池の温度をT、前記非水系二次電池の端子電圧をVt、前記電流検出部により検出された非水系二次電池の充放電電流をIとした場合に、
前記第1演算処理として、下記の式(f1)に基づいて換算値W2を算出し、前記使用期間において当該換算値W2を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出し、
前記第2演算処理として、下記の式(f2)に基づいて換算値W3を算出し、前記使用期間において当該換算値W3を積算することにより、前記使用劣化換算時間を算出すること
を特徴とする請求項9記載の残寿命推定回路。
換算値W2={c・(Vt−d)・expe・T}+(j・expk・T・expL・I) ・・・(f1)
但し、c、d、e、j、k、Lは予め設定された定数。
換算値W3={c・(Vt−d)・expe・T}+(m・expn・T・expo・I) ・・・(f2)
但し、c、d、e、m、n、oは予め設定された定数。 - 非水系二次電池が使用状態ではない場合、当該使用状態ではない期間である不使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、予め設定された標準条件において生じるのにかかる時間である不使用劣化換算時間を、前記非水系二次電池の温度と前記非水系二次電池の端子電圧とに基づいて算出するステップと、
前記非水系二次電池が使用状態である場合、当該使用状態にある期間である使用期間における当該非水系二次電池の劣化に相当する劣化が、前記標準条件において生じるのにかかる時間である使用劣化換算時間を、前記非水系二次電池の温度と前記非水系二次電池の充放電電流とに基づいて算出するステップと、
前記標準条件における前記非水系二次電池の寿命時間として予め設定された標準寿命から、前記不使用劣化換算時間と前記使用劣化換算時間とを差し引くことにより、残寿命を推定するステップと
を含むことを特徴とする残寿命推定方法。
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