JP6494431B2 - 蓄電デバイスの劣化診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電デバイスの劣化診断装置及び劣化診断方法に関する。

リチウムイオン電池をはじめとする二次電池、キャパシタまたはコンデンサなどの蓄電デバイスは、小型電子機器をはじめとして、電気自動車等の移動体用電源、家庭用蓄電池、およびスマートグリッド用蓄電池等の定置用電源としての用途が大きく広がっている。移動体用や定置用に蓄電デバイスを使用する場合、小型電子機器に比べて製品寿命が長く、長寿命が求められるため、寿命予測技術の重要性が高まっている。

繰り返し充放電可能な蓄電デバイスは、蓄積可能な電気量若しくはエネルギー量（以下蓄電容量と称する）が経時的に変化し、初期の蓄電容量より減少する所謂劣化現象が起きる。蓄電デバイスが劣化すると、蓄積可能な容量が減少してしまうと共に、過充電や過放電の可能性も発生するため、蓄電デバイスを安全に使用するためにも蓄電デバイスの劣化状態における蓄電可能容量（以下蓄電容量と称する）を正確に判断することは重要である。

機器の運転中に正確な蓄電容量を判断できれば、蓄電池の劣化状態を推定でき、その後どの程度使用できるか（余寿命）の予測も可能となるため、劣化状態を正確に推定することは重要である。

運転中に余寿命を予測できれば蓄電デバイスを安全に使いこなすことができ、その後の運転条件変更などにより、蓄電池をより長い期間使用できるようにすることが可能になる。

蓄電池の劣化状態を診断する一般的な方法の一つに内部抵抗から推定する方法があげられる。例えば特許文献１の方法は、電池を休止状態から矩形波のパルス電流を流して、充電若しくは放電させた時の電池電圧及び開回路電圧の差を電流値で除した値を内部抵抗として、内部抵抗の変化から劣化状態を診断している。

特許文献２においては、満充電の状態から予め定められた放電容量を検出した時までの期間の電力量を求め、電力量から電池の劣化の度合いを算出し、補正をして満充電容量を算出している。

特許第５２０２６９８号公報 特開２０１２−２３９３５７号公報

しかしながら、特許文献１では、休止状態から電流を印加する必要があるので、運転を停止し、電流を印加する操作が必要となる。また、休止状態でなく、充電中の場合は、満充電容量や充電所要時間を算出することにより、電池の内部状態を判断することが記載されているが、必ずしも放電状態から充電が開始するとは限らず、正確な満充電容量を得ることが困難な場合がある。

特許文献２では、実際のシステムにおいて満充電状態に必ずしもなるとは限らない。特に、劣化が進行すると満充電状態に到達するまでに時間がかかるので、満充電になる前に放電などの動作が入る場合には、劣化の度合を算出できないという問題が生じる。

それゆえに、本発明の目的は、満充電状態への到達を要せず、かつ放電動作を要せずに蓄電デバイスの蓄電容量を求めることができる蓄電デバイスの劣化診断装置を提供することである。

本発明のある局面の劣化診断装置は、蓄電デバイスの電圧および電流のうちの少なくとも１つと、温度とを測定する計測部と、充電時の２つの時点における測定された電圧または電流の差および測定された温度に基づいて、蓄電デバイスの蓄電容量を求める蓄電容量判定部とを備える。

本発明の別の局面の劣化診断装置は、蓄電デバイスの温度、充放電時間、停止時間、充放電量およびＳＯＣを含む運転履歴を作成する運転履歴作成部と、運転履歴に基づいて、蓄電デバイスの蓄電容量を求める蓄電容量判定部とを備える。

本発明のある局面によれば、充電時の２つの時点における電流データまたは電圧データの差に基づいて、蓄電デバイスの蓄電容量を求め、本発明の別の局面によれば、蓄電デバイスの温度、充放電時間、停止時間、充放電量およびＳＯＣを含む運転履歴に基づいて、蓄電デバイスの蓄電容量を求めるので、満充電状態への設定を要せず、かつ放電動作を要せずに蓄電デバイスの蓄電容量を求めることができる。

第１の実施形態における蓄電デバイスの劣化診断装置の構成図である。 第１の実施形態における蓄電デバイスの劣化診断手順を表わすフローチャートである。 図２のステップＳ１０５の処理の詳細な手順を表わすフローチャートである。 ｔ１＝１００秒、ｔ２＝２００秒としたときに、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３で取得される温度Ｔ、電圧Ｖ１、Ｖ２の例を表わす図である。 図２のステップＳ１０８の処理の詳細な手順を表わすフローチャートである。 ｔ１＝１００秒、ｔ２＝２００秒としたときに、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３で取得される温度Ｔ、電流Ｉ１、Ｉ２の例を表わす図である。 ２５℃における定電圧充電後データマップの例を表わす図である。 定電圧後補正マップの例を表わす図である。 第２の実施形態の劣化診断装置の構成を表わす図である。 運転履歴作成部で作成される運転履歴の一例を示す図である。 充放電に基づく容量変化データマップの例を表わす図である。 保存に基づく容量変化データマップの例を表わす図である。 第２の実施形態における蓄電デバイスの劣化診断手順を表わすフローチャートである。 第３の実施形態の劣化診断装置の構成を表わす図である。 第３の実施形態における蓄電デバイスの劣化診断手順を表わすフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態における蓄電デバイスの劣化診断装置８０の構成図である。図１に示す蓄電デバイス５０の劣化診断装置８０は、計測部５５０、計測データ蓄積部４、蓄電容量判定部５、制御部６、およびデータマップ記憶部７を備える。

蓄電デバイス５０は、劣化診断対象となるもので、単一、または複数の蓄電デバイスを接続した集合体である。蓄電デバイス５０としては、たとえば鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池等の蓄電池、または電気二重層キャパシタ等の蓄電デバイスを用いることができる。あるいは、蓄電デバイス５０は、直列または並列に接続された、複数の二次電池／キャパシタで構成されたものであってもよい。

計測部５５０は、温度計測部１、電圧計測部２、および電流計測部３を含む。
温度計測部１、電圧計測部２、および電流計測部３は、ＣＭＵ（Cell Monitoring Unit）またはＢＭＵ（Battery Management Unit）に内蔵されるものであってもよい。すなわち、温度計測部１、電圧計測部２、および電流計測部３は、ある運転条件で運転制御中の蓄電デバイス５０の温度、電流、および電圧のデータ（以下測定データと称す）を、予め定められた時間間隔で測定して、計測データ蓄積部４に出力する。

計測データ蓄積部４は、温度計測部１、電圧計測部２、および電流計測部３から入力されたデータを蓄積する。

データマップ記憶部７は、定電圧前データマップ７１と、定電圧後データマップ７２と、定電圧前補正マップ７３と、定電圧後補正マップ７４とを記憶する。

定電圧前データマップ７１は、定電圧充電前における、予め定められた温度Ｔ１での蓄電デバイス５０の特定の２つの時点における電圧変化と蓄電デバイス５０の蓄電容量を表わす値である容量維持率との関係を表わすマップである。

定電圧後データマップ７２は、定電圧充電後における、予め定められた温度Ｔ１での蓄電デバイス５０の特定の２つの時点における電流変化と蓄電デバイス５０の蓄電容量を表わす値である容量維持率との関係を表わすマップである。

容量維持率とは、初期状態（未劣化状態）の蓄電容量に対する蓄電容量の比である。
定電圧前補正マップ７３は、温度が予め定められた温度Ｔ１に近くない場合に、温度に対応して、特定の２つの時点の電圧値を補正するための比率を定める。定電圧後補正マップ７４は、温度が予め定められた温度Ｔ１に近くない場合に、温度に対応して、特定の２つの時点の電流値を補正するための比率を定める。

温度計測部１は、一定時間ごとに蓄電デバイス５０の温度を計測する。電圧計測部２は、一定時間ごとに蓄電デバイス５０の電圧を計測する。電流計測部３は、一定時間ごとに蓄電デバイス５０の電流を計測する。

計測データ蓄積部４は、計測部５５０によって測定された温度、電圧、および電流のデータを蓄積し、記憶する。

蓄電容量判定部５は、定電圧前データマップ７１および定電圧後データマップ７２を参照して、充電時の２つの時点における測定データの差に基づいて、蓄電デバイス５０の蓄電容量を求める。

定電圧前データマップ７１を用いて蓄電容量を求めるのは、電池内部の電気化学反応はいくつかの時定数の異なる電気化学反応の和であり、２つの時点における電圧値の差ΔＶは、２つの時点を適切に選ぶことにより特定の電気化学反応の劣化を反映しているからである。同様に、定電圧後データマップ７２を用いて蓄電容量を求めるのは、２つの時点における電流値の差ΔＩは、２つの時点を適切に選ぶことにより特定の電気化学反応の劣化を反映しているからである。

表示部４１は、蓄電容量判定部５で判定された蓄電デバイス５０の蓄電容量を表示する。

制御部６は、劣化診断装置８０の構成要素および蓄電デバイス５０を制御する。
図２は、第１の実施形態における蓄電デバイス５０の劣化診断手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ１０１において、制御部６が、蓄電デバイス５０への充電を開始させる。
ステップＳ１０２において、温度計測部１、および電圧計測部２によって、蓄電デバイス５０の温度および電圧が一定間隔毎に計測され、計測データ蓄積部４に格納される。充電していない場合の測定間隔は、３０分〜数時間程度であるが、充電開始を検知した場合の測定間隔は、１秒程度の間隔である。

ステップＳ１０３において、制御部６が、充電電圧Ｖが、充電上限電圧ＶＯに到達したかどうかを判定する。充電上限電圧Ｖ０に到達したと判定された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において、制御部６が、蓄電デバイス５０に定電圧充電を開始させる。

ステップＳ１０５において、蓄電容量判定部５が、計測データ蓄積部４に蓄積された２つの時点の温度および電圧の測定データと、定電圧前データマップ７１とを用いて、蓄電デバイス５０の蓄電容量Ａを求める。詳細は後述する。

ステップＳ１０６において、温度計測部１および電流計測部３によって、蓄電デバイス５０の温度および電流が一定間隔毎に計測され、計測データ蓄積部４に格納される。

ステップＳ１０７において、定電圧充電開始後所定時間が経過した場合に、処理がステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、蓄電容量判定部５が、計測データ蓄積部４に蓄積された２つの時点の温度および電流の測定データと、定電圧後データマップ７２とを用いて、蓄電デバイス５０の蓄電容量Ｂを求める。詳細は後述する。

ステップＳ１０９において、蓄電容量Ａが蓄電容量Ｂよりも大きい場合に、処理がステップＳ１１０に進み、蓄電容量Ａが蓄電容量Ｂ以下の場合に、処理がステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１０において、蓄電容量判定部５が、蓄電容量Ｂを、蓄電容量を判定した現在の蓄電容量Ｃとして表示部４１に表示する。

ステップＳ１１１において、蓄電容量判定部５が、蓄電容量Ａを、判定した現在の蓄電容量Ｃとして表示部４１に表示する。

図３は、図２のステップＳ１０５の処理の詳細な手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ２０１において、蓄電容量判定部５は、定電圧充電開始時点からｔ１秒前の電圧Ｖ１を計測データ蓄積部４から取得する。

ステップＳ２０２において、蓄電容量判定部５は、定電圧充電開始時点からｔ２秒前の電圧Ｖ２を計測データ蓄積部４から取得する。ここで、ｔ１＞ｔ２とする。

ステップＳ２０３において、蓄電容量判定部５は、計測データ蓄積部４から定電圧充電前の温度Ｔを取得する。たとえば、蓄電容量判定部５は、ｔ１秒前からｔ２秒前までの温度データを計測データ蓄積部４から読み出して、読み出した温度データの平均値を定電圧充電前の温度Ｔとすることができる。

図４は、ｔ１＝１００秒、ｔ２＝２００秒としたときに、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３で取得される温度Ｔ、電圧Ｖ１、Ｖ２の例を表わす図である。

ステップＳ２０４において、温度Ｔが、Ｔ１±αの温度範囲に入っていた場合には、処理がステップＳ２０５に進む。温度ＴがＴ１±αの温度範囲に入っていない場合には、処理がステップＳ２０６に進む。ただし、Ｔ１は、前述したように、定電圧前データマップ７１で規定される電圧変化と蓄電容量の関係が成立するときの温度である。αは、予め定められた値である。

ステップＳ２０５において、蓄電容量判定部５は、Ｖ１−Ｖ２＝ΔＶの値を算出する。
ステップＳ２０６において、蓄電容量判定部５は、温度係数を用いて、ｔ１秒前、ｔ２秒前の電圧データを補正した値Ｖ１’、Ｖ２’を算出する。

ステップＳ２０７において、蓄電容量判定部５は、Ｖ１’−Ｖ２’＝ΔＶ’の値を算出する。

ステップＳ２０８において、蓄電容量判定部５は、定電圧前データマップ７１を参照して、ΔＶまたはΔＶ’に対応する容量維持率を求める。前述のように、容量維持率とは初期状態（未劣化状態）の蓄電容量に対する蓄電容量の比であるので、容量維持率と初期容量から蓄電容量Ａは算出できる。

図５は、図２のステップＳ１０８の処理の詳細な手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ３０１において、蓄電容量判定部５は、定電圧充電開始時点からｔ１秒後の電流Ｉ１を計測データ蓄積部４から取得する。

ステップＳ３０２において、蓄電容量判定部５は、定電圧充電開始時点からｔ２秒後の電流Ｉ２を計測データ蓄積部４から取得する。ここで、ｔ１＜ｔ２とする。

ステップＳ３０３において、蓄電容量判定部５は、計測データ蓄積部４から定電圧充電後の温度Ｔを取得する。たとえば、蓄電容量判定部５は、ｔ１秒後からｔ２秒後までの温度データを計測データ蓄積部４から読み出して、読み出した温度データの平均値を定電圧充電後の温度Ｔとすることができる。

図６は、ｔ１＝１００秒、ｔ２＝２００秒としたときに、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３で取得される温度Ｔ、電流Ｉ１、Ｉ２の例を表わす図である。

ステップＳ３０４において、温度Ｔが、Ｔ１±αの温度範囲に入っていた場合には、処理がステップＳ３０５に進む。温度ＴがＴ１±αの温度範囲に入っていない場合には、処理がステップＳ３０６に進む。ただし、Ｔ１は、前述したように、定電圧後データマップ７２で規定される電流変化と蓄電容量の関係が成立するときの温度である。

ステップＳ３０５において、蓄電容量判定部５は、Ｉ１−Ｉ２＝ΔＩの値を算出する。
ステップＳ３０６において、蓄電容量判定部５は、温度係数を用いて、ｔ１秒後、ｔ２秒後の電流を補正した値Ｉ１’、Ｉ２’を算出する。

ステップＳ３０７において、蓄電容量判定部５は、Ｉ１’−Ｉ２’＝ΔＩ’の値を算出する。

ステップＳ３０８において、蓄電容量判定部５は、定電圧後データマップ７２を参照することによって、ΔＩまたはΔＩ’に対応する容量維持率を求める。蓄電容量判定部５は、初期の蓄電容量と容量維持率とを乗算することによって、蓄電容量Ｂを算出する。

次に、ステップＳ３０５の補正について説明する。
図７は、２５℃における定電圧後データマップ７２の例を表わす図である。

図７に示すように、定電圧後データマップ７２は、定電圧充開始後からの特定の２つの時間における電流値の差分ΔＩと、蓄電デバイス５０の容量維持率との関係を定める。電流値の差分ΔＩは、ｔ１＝１００秒、ｔ２＝２００秒としたときの電流Ｉ１とで電流Ｉ２との差分である。

容量維持率は、初期の蓄電容量を１００％としてこれに対する比率で表記している。
定電圧充電後マップにおいて、通常、容量維持率は、電流差ΔＩの一次式で表すことができるが、蓄電デバイス５０、または運転条件によっては、図７に示すように、電流差ΔＩが所定値以下となると、直線の傾きが変化する場合がある。このような傾きが急になる場合は、劣化が急激に進行している可能性が考えられる。

図７は、２５℃における定電圧後充電マップであるが、ステップＳ３０３で取得した温度Ｔが、２５℃±αの範囲内にない場合、ステップＳ３０６において、電流Ｉ１およびＩ２が補正される。

図８は、定電圧後補正マップ７４の例を表わす図である、
定電圧後補正マップ７４には、複数の温度における定電圧充電開始後１００秒の電流値、及び２００秒の電流値の比率が定められている。

図８では、複数の温度における定電圧充電開始後１００秒の電流値、及び２００秒の電流値が、２５℃の値を１とした比率で表されている。

蓄電容量判定部５は、定電圧後補正マップ７４を参照して、ステップＳ３０３で取得した温度Ｔの１００秒後電流値に対する比率を特定して係数Ｋ１とし、２００秒後電流値に対する比率を特定して係数Ｋ２とする。蓄電容量判定部５は、ステップＳ３０１で得られた電流Ｉ１に係数Ｋ１を乗算することによって補正値Ｉ１′を求め、ステップＳ３０２で得られた電流Ｉ２に係数Ｋ２を乗算することによって補正値Ｉ２′を求める。

同様に、蓄電容量判定部５は、定電圧前補正マップ７３を参照して、ステップＳ２０３で取得した温度Ｔの１００秒後電圧値に対する比率を特定して係数Ｋ１とし、２００秒後電圧値に対する比率を特定して係数Ｋ２とする。蓄電容量判定部５は、ステップＳ２０１で得られた電圧Ｖ１に係数Ｋ１を乗算することによって補正値Ｖ１′を求め、ステップＳ２０２で得られた電圧Ｖ２に係数Ｋ２を乗算することによって補正値Ｖ２′を求める。

以上のように、第１の実施形態では、定電圧開始前の充電中および定電圧開始後の充電中に、２つの時点の電流の差および２つの時点の電圧の差に基づいて、蓄電デバイスの蓄電容量を求めることができる。これによって、満充電状態を要せず、かつ放電動作を要せずに蓄電デバイスの蓄電容量を求めることができる。

第１の実施形態における劣化診断装置は、多数の蓄電デバイスを直並列に接続しているシステムにおいてその効果をより発揮する。例えば複数の蓄電デバイスを直列に接続したユニットを並列接続しているシステムにおいては、蓄電容量判定部５によってユニット毎の劣化状態を判定し、その結果に従って各ユニットへの入出力を制御する。これによって、並列接続されたユニット間の劣化を均等化し、システム全体としての劣化を抑制することができる。即ち、蓄電容量が小さいユニットに対しては入出力を抑制し、蓄電容量が大きいユニットの入出力を増加させることにより、蓄電容量が小さいユニットの劣化は抑制され、蓄電容量が大きいユニットの劣化が増えるため、各ユニットの蓄電容量を均等化でき、全体のシステムとして蓄電容量の劣化を抑制することができる。

［第１の実施形態の変形例］
第１の実施形態では、定電圧充電前の測定データを用いて算出された蓄電容量と、定電圧充電中の測定データを用いて算出された蓄電容量のうち、小さい方を出力したが、これに限定するものではない。両方を出力してもよいし、どちらか一方のみの蓄電容量を算出して出力するものとしてもよい。

図４では定電圧充電開始前の電圧の取得を１００秒及び２００秒の値を用いたが、これに限るものではない。蓄電デバイス５０の種類や運転条件によって選定する時間は可変である。

図６では定電圧充電開始後の電流の取得を１００秒及び２００秒の値を用いたが、これに限るものではない。蓄電デバイスの種類や運転条件によって選定する時間や選定する値の数は可変である。

なお、図４及び図６の電圧、電流の取得はいずれも１００秒及び２００秒としたが、これに限らず、定電圧開始前と定電圧開始後で異なっていても構わない。

図７を参照して説明したように、電流差ΔＩが所定値以下となると、直線の傾きが変化し、劣化が急激に進行している可能性が考えられる。

したがって、定電圧充電開始後の電流値の差分が前回測定時に比べて予め定められた値を下回った場合に、容量低下や電池交換のメッセージを発信するものとしてもよい。これによって、ユーザーは蓄電デバイス５０の容量を認識し、蓄電デバイス５０の急激な劣化を未然に防ぐことが可能となる。

第１の実施形態では、予め定められた温度における定電圧前データマップ７１および定電圧後データマップ７２と、温度を補正するための定電圧充電前補正テーブルおよび定電圧充電後補正テーブルを用いたが、これに限定するものではない。複数の温度における定電圧前データマップ７１および定電圧後データマップ７２を備え、測定された温度に近いデータマップを用いることとしてもよい。

［第２の実施形態］
図９は、第２の実施形態の劣化診断装置８１の構成を表わす図である。

この劣化診断装置８１は、第１の実施形態の劣化診断装置のデータマップ記憶部７に代えて、運転履歴作成部８５と、バックデータ記憶部８２とを備える。バックデータ記憶部８２は、充放電に基づく容量変化データマップ８３と、保存に基づく容量変化データマップ８４とを記憶する。

運転履歴作成部８５は、一日単位の運転履歴を作成する。
図１０は、運転履歴作成部８５で作成される運転履歴の一例を示す図である。

図１０を参照して、運転履歴は、蓄電デバイス５０の温度域毎に、積算充放電量、充放電時間（積算値）、停止時間（積算値）によって表される。停止とは、蓄電デバイス５０が充電も放電も行っていない状態を表わす。充放電量とは、充電のみの場合には充電量、放電のみの場合には放電量、充電および放電の場合には充電量と放電量の和を表わす。

停止時間とともに、温度域毎に停止中のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）が記録される。充放電時間とともに、充放電中の平均のＳＯＣが記録される。例えば、一日のうちの停止時間１１時間のうち、１０℃〜３０℃の温度域において、停止時のＳＯＣが、１００％が８時間、２０％が３時間というように、停止ＳＯＣが１０〜３０％、３０〜５０％、５０〜７０％、７０〜９０％とＳＯＣ範囲毎における停止時間が履歴として記録される。

図１０の運転履歴の例では、測定されたＳＯＣおよびＳＯＣの平均値がそのまま記録されるのではなく、測定されたＳＯＣおよび平均のＳＯＣを０％、５０％、７５％、１００％のうち最も近い値に変換して記録される。図１０の運転履歴の例では、たとえば、一日のうちの停止時間１１時間のうち、１０℃〜３０℃の温度域でＳＯＣ１００％で８時間停止し、１０℃〜３０℃の温度域で５０％で３時間停止したことが表されている。図１０における運転履歴の温度範囲、ＳＯＣの範囲は、蓄電デバイス５０の種類および劣化しやすさ、想定される運転条件などに合わせて選定される。

このような一日の運転の履歴が運転開始から毎日蓄積され、更新される。蓄電容量判定部５は、充放電に基づく容量変化データマップ８３と、保存に基づく容量変化データマップ８４を参照して、一日の運転履歴に基づいて、一日の蓄電デバイス５０の劣化容量ＴＲを求める。蓄電容量判定部５は、一日前の蓄電容量Ｄから劣化容量ＴＲを減算することによって、蓄電容量Ｄを更新する。

充放電に基づく容量変化データマップ８３は、充放電動作によって、蓄電デバイス５０が劣化することによる容量変化を表わす。

図１１は、充放電に基づく容量変化データマップ８３の例を表わす図で、ＳＯＣ０％からＳＯＣ１００％までの充放電を繰り返した場合の積算充放電量に対する容量維持率を示している。

図１１のように、充放電に基づく容量変化データマップ８３は、充放電時の温度ごとに、充放電量に対応する蓄電デバイス５０の容量維持率を定める。容量維持率は、初期の蓄電容量Ｃ０に対する現在の蓄電容量を表わす。このデータマップは、蓄電デバイス５０の充放電サイクル試験によって得ることができる。

保存に基づく容量変化データマップ８４は、蓄電によって、蓄電デバイス５０が劣化することによる容量変化を表わす。

図１２（ａ）〜（ｄ）は、保存に基づく容量変化データマップ８４の例を表わす図である。

図１２のように、保存に基づく容量変化データマップ８４は、保存時の温度、ＳＯＣ、および経過時間に対応する蓄電デバイス５０の容量維持率を定める。

図１３は、第２の実施形態における蓄電デバイス５０の劣化診断手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ４０１において、蓄電容量判定部５は、劣化容量ＴＲを０に設定する。
ステップＳ４０２において、蓄電容量判定部５は、選択した温度域において、充放電が行われたかどうかを判定する。充放電が行われた場合、処理がステップＳ４０３に進み、充放電が行われなかった場合は、処理がステップＳ４０８に進む。

ステップＳ４０３〜Ｓ４０７において、充放電による劣化容量ＴＲ１が求められる。
ステップＳ４０３において、蓄電容量判定部５は、選択した温度域の積算充放電量Ｘを求める。

ステップＳ４０４において、蓄電容量判定部５は、充放電に基づく容量変化データマップ８３を参照して、選択した温度域および積算充放電量Ｘに対応する容量維持率Ａを求める。蓄電容量判定部５は、Ｒ１＝Ｃ０×（１−Ａ）を計算することによって、劣化容量Ｒ１を求める。

ステップＳ４０５において、蓄電容量判定部５は、選択した温度域の充放電時のＳＯＣの平均値Ｙを求める。

ステップＳ４０６において、蓄電容量判定部５は、Ｙに基づいてＲ１に乗ずる係数Ｋ１を求める。Ｋ１は、例えば２５℃でＹが５０％の場合はＫ１＝１、Ｙが３０％の場合はＫ１＝０．９１となる。このように、温度、ＳＯＣの平均値に対して異なるＫ１が得られる。

ステップＳ４０７において、蓄電容量判定部５は、現在の充放電による劣化容量ＴＲ１にステップＳ４０４で算出された劣化容量Ｒ１とステップＳ４０６で算出された係数Ｋ１との積を加えることによって、充放電による劣化容量ＴＲ１を更新する。

ステップＳ４０８〜Ｓ４１０において、停止による劣化容量ＴＲ１が求められる。
ステップＳ４０８において、蓄電容量判定部５は、選択した温度域の停止時のＳＯＣの値Ｙを求める。

ステップＳ４０９において、蓄電容量判定部５は、保存に基づく容量変化データマップ８４を参照して、ＳＯＣの値Ｙ、選択した温度域、および経過時間（停止時間を使用する）に対応する容量維持率Ｂを求める。蓄電容量判定部５は、Ｒ２＝Ｃ０×（１−Ｂ）を計算することによって、劣化容量Ｒ２を求める。

ステップＳ４１０において、蓄電容量判定部５は、現在の停止による劣化容量ＴＲ２にステップＳ４０９で算出された劣化容量Ｒ２を加えることによって、停止による劣化容量ＴＲ２を更新する。

ステップＳ４１１において、蓄電容量判定部５は、充放電による劣化容量ＴＲ１と停止による劣化容量ＴＲ２の和を求めることにより、劣化容量ＴＲを算出する。

ステップＳ４１２において、運転履歴中の全ての温度域の選択および選択による蓄電容量の算出が終了した場合に、処理がステップＳ４１３に進む。

ステップＳ４１３において、蓄電容量判定部５は、１日前の蓄電容量Ｄから劣化容量ＴＲを減算することによって、蓄電デバイス５０の蓄電容量Ｄを更新する。

以上のように、第２の実施形態によれば、運転履歴に基づいて、蓄電デバイスの蓄電容量を求めることができるので、満充電状態への設定を要せず、かつ放電動作を要せずに蓄電デバイスの蓄電容量を求めることができる。

［第２の実施形態の変形例］
第２の実施形態では、運転履歴作成部８５は、温度域ごとに積算充放電量、充放電時間、停止時間を表わす運転履歴が作成されたが、これに限定するものではない。

運転履歴作成部８５は、予め定められた時間帯ごとに、充放電か停止かの区別および経過時間と、充放電の場合には充放電量およびＳＯＣの平均値と、停止の場合にはＳＯＣとを表わす運転履歴を作成する。蓄電容量判定部５は、このような運転履歴に基づいて、蓄電容量を求めることしてもよい。

（具体例）
ここで、図１１及び図１２のバックデータを用いて図１０の履歴から蓄電デバイスの蓄電容量を求める方法を述べる。充放電劣化容量は図１１のデータを用いて算出し、停止時の劣化容量は図１２のデータを用いて算出する。

（１）最初の１０時間（時間帯Ａ）において、３５℃で蓄電デバイス５０の充電が行われる。

（２）次の８時間（時間帯Ｂ）において、停止によって、２５℃、ＳＯＣ１００％で蓄電デバイス５０の保存が行われる。

（３）次の３時間（時間帯Ｃ）において、１５℃で蓄電デバイス５０が放電される。
（４）次の３時間（時間帯Ｄ）において、停止によって、２０℃、ＳＯＣ５０％で蓄電デバイス５０が保存される。

上記の制御が行われた場合に、蓄電容量判定部５は、以下の手順によって蓄電デバイス５０の蓄電容量を求める。

（１−１）蓄電容量判定部５は、時間帯Ａにおける積算充放電量Ｘを求める。蓄電容量判定部５は、充放電に基づく容量変化データマップ８３を参照して、３５℃および積算充放電量Ｘに対応する容量維持率Ａを求める。蓄電容量判定部５は、Ｒ１＝Ｃ０×（１−Ａ）を計算することによって、劣化容量Ｒ１を求める。

（１−２）蓄電容量判定部５は、時間帯Ａにおける蓄電デバイスのＳＯＣの平均値を求める。蓄電容量判定部５は、保存に基づく容量変化データマップ８４を参照して、ＳＯＣの平均値、３５℃、および経過時間（＝１０時間）に対応する容量維持率Ｂを求める。蓄電容量判定部５は、Ｒ２＝Ｃ０×（１−Ｂ）を計算することによって、劣化容量Ｒ２を求める。

（２）蓄電容量判定部５は、時間帯ＢにおけるＳＯＣ（＝１００％）を求める。蓄電容量判定部５は、保存に基づく容量変化データマップ８４を参照して、ＳＯＣ（＝１００％）、２５℃、および経過時間（＝８時間）に対応する容量維持率Ｂを求める。蓄電容量判定部５は、Ｒ２＝Ｃ０×（１−Ｂ）を計算することによって、劣化容量Ｒ２を求める。

（３−１）蓄電容量判定部５は、時間帯Ｃにおける積算充放電量Ｘを求める。蓄電容量判定部５は、充放電に基づく容量変化データマップ８３を参照して、１５℃および積算充放電量Ｘに対応する容量維持率Ａを求める。蓄電容量判定部５は、Ｒ１＝Ｃ０×（１−Ａ）を計算することによって、劣化容量Ｒ１を求める。

（３−２）蓄電容量判定部５は、時間帯Ｃにおける蓄電デバイスのＳＯＣの平均値を求める。蓄電容量判定部５は、保存に基づく容量変化データマップ８４を参照して、ＳＯＣの平均値、３５℃、および経過時間（３時間）に対応する容量維持率Ｂを求める。蓄電容量判定部５は、Ｒ２＝Ｃ０×（１−Ｂ）を計算することによって、劣化容量Ｒ２を求める。

（４）蓄電容量判定部５は、時間帯Ｄにおける蓄電デバイスのＳＯＣ（＝５０％）を求める。蓄電容量判定部５は、保存に基づく容量変化データマップ８４を参照して、ＳＯＣ（＝２０％）、２０℃、および経過時間（＝３時間）に対応する容量維持率Ｂを求める。蓄電容量判定部５は、Ｒ２＝Ｃ０×（１−Ｂ）を計算することによって、劣化容量Ｒ２を求める。

（５）蓄電容量判定部５は、上述で得られた、劣化容量Ｒ１と劣化容量Ｒ２をすべて合計して、ＡＡ月ＢＢ日の運転日における劣化容量ＴＲを求める。

（６）蓄電容量判定部５は、１日前の蓄電容量Ｄから劣化容量ＴＲを減算することによって、ＡＡ月ＢＢ日の運転日の終了後の蓄電デバイス５０の蓄電容量Ｄを求める。

なお、第２の実施形態および上記変形例において、測定されたＳＯＣおよびＳＯＣの平均値がそのまま記録されるのではなく、測定されたＳＯＣおよび平均のＳＯＣを０％、５０％、７５％、１００％のうち最も近い値に変換して記録されるものとしたが、これに限定するものではない。たとえば、測定されたＳＯＣおよびＳＯＣの平均値がそのまま記録し、保存に基づく容量変化データマップ８４が、記録された温度に対応していない場合には、異なるＳＯＣの容量変化を内挿することによって、記録されたＳＯＣおよびＳＯＣの平均値に対応する容量変化を求めるものとしてもよい。

［第３の実施形態］
図１４は、第３の実施形態の劣化診断装置９２の構成を表わす図である。

この劣化診断装置９２は、第１の実施形態の劣化診断装置の構成要素に加えて、第２の実施形態で説明した運転履歴作成部８５と、バックデータ記憶部８２とを備える。

図１５は、第３の実施形態における蓄電デバイス５０の劣化診断手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ５０１において、蓄電容量判定部５は、ｔ１の値をｔｘ、ｔ２の値をｔｙに設定する。ｔｘ、ｔｙは予め定められた値である。

ステップＳ５０２において、蓄電容量判定部５は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０８を実行することによって、蓄電容量Ｂを求める。

ステップＳ５０３において、蓄電容量判定部５は、ステップＳ４０１〜Ｓ４１３を実行することによって、蓄電容量Ｄを求める。

ステップＳ５０４において、蓄電容量Ｄと蓄電容量Ｂとの差の絶対値を初期の蓄電容量で除算した値が０．０５以下の場合に、処理がステップＳ５０６に進み、０．０５を超える場合に、処理がステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０５において、蓄電容量判定部５は、ｔ１の値にΔｘ、ｔ２の値Δｙを加算することによって、ｔ１、ｔ２の値を更新する。その後、処理がステップＳ５０２に戻って、蓄電容量判定部５は、蓄電容量Ｂを再度求める。ｔ１、ｔ２の値を増加させるのは、一般的には劣化により電極反応の時定数が大きくなるためである。

ステップＳ５０６において、蓄電容量判定部５は、蓄電容量Ｂの値を表示部４１に表示する。

蓄電容量Ｂを表示するのは、蓄電容量Ｄは、断片的なデータに基づいて求めたものであるのに対して、蓄電容量Ｂは実測値に基づいて求めたものであるので、蓄電容量Ｂの方が信頼性が高いからである。

以上のように、第３の実施形態によれば、温度、充放電量、充放電時間、停止時間、およびＳＯＣを含む運転履歴から求めた蓄電容量と、電流値の実測データから求めた蓄電容量の両方を用いることによって、蓄電デバイスの蓄電容量をより高精度に判定することができる。

なお、上記の実施形態では、蓄電容量Ｄと蓄電容量Ｂとの差の絶対値を初期の蓄電容量で除算した値が予め定められた値以下か否かを調べたが、これに限定するものではない。たとえば、蓄電容量Ｄと蓄電容量Ｂとの差の絶対値が予め定められた値以下であるか否かを調べることとしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の蓄電デバイスの劣化診断方法および劣化診断装置は、例えば、風力／太陽光発電システム等の系統連携蓄電システム、スマートハウス等に用いられる家庭用蓄電システム、バックアップ電源、電気自動車等の移動用車両、及び、携帯機器、家庭用電気製品などに適用可能である。

１ 温度計測部、２ 電圧計測部、３ 電流計測部、４ 計測データ蓄積部、５ 劣化量判定部、６ 制御部、７ データマップ記憶部、７１ 定電圧前データマップ、７２ 定電圧後データマップ、７３ 定電圧前補正マップ、７４ 定電圧後補正マップ、４１ 表示部、８０，８１，９２ 劣化診断装置、８５ 運転履歴作成部、８２ バックデータ記憶部、８３ 充放電に基づく容量変化データマップ、８４ 保存に基づく容量変化データマップ、５５０ 計測部。

Claims (2)

1. 蓄電デバイスの電圧と、前記蓄電デバイスの温度とを測定する計測部と、
   予め定められた温度における、定電圧充電開始前の特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電圧の値の差と、前記蓄電デバイスの蓄電容量を表わす値との対応を定めた第１の情報と、温度に対応して、前記特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電圧の値を補正するための第２の情報とを記憶する記憶部と、
   前記測定された温度と前記予め定められた温度との差が予め定められた値以下の場合には、前記第１の情報を参照して、前記測定された特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電圧の値の差に対応する蓄電容量を求め、
   前記測定された温度と前記予め定められた温度との差が前記予め定められた値を超える場合には、前記第２の情報を参照して、前記測定された前記特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電圧の値を補正し、その後、前記第１の情報を参照して、前記補正された特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電圧の値の差に対応する蓄電容量を求める蓄電容量判定部とを備えた、蓄電デバイスの劣化診断装置。
2. 蓄電デバイスの電流と、前記蓄電デバイスの温度とを測定する計測部と、
   予め定められた温度における、定電圧充電開始後の特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電流の値の差と、前記蓄電デバイスの蓄電容量を表わす値との対応を定めた第１の情報と、温度に対応して、前記特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電流の値を補正するための第２の情報とを記憶する記憶部と、
   前記測定された温度と前記予め定められた温度との差が予め定められた値以下の場合には、前記第１の情報を参照して、前記測定された特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電流の値の差に対応する蓄電容量を求め、
   前記測定された温度と前記予め定められた温度との差が前記予め定められた値を超える場合には、前記第２の情報を参照して、前記測定された前記特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電流の値を補正し、その後、前記第１の情報を参照して、前記補正された特定の２つの時点における前記蓄電デバイスの電流の値の差に対応する蓄電容量を求める蓄電容量判定部とを備えた、蓄電デバイスの劣化診断装置。

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