JP7235628B2 - バッテリ管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次利用されるバッテリを管理するバッテリ管理装置に関する。

この種の装置として、従来、移動体に搭載されて一次利用されている蓄電池の情報を、管理サーバで取得するとともに、蓄電池が利用者によって二次利用される際に、その蓄電池情報を管理サーバが利用者に報知するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、蓄電池の過去の使用状況や履歴等の情報が、蓄電池情報として利用者に送信される。

特開２０１２－１５５９８１号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように、過去の使用状況や履歴等の情報を利用者に報知するだけでは、利用者はバッテリを適切な態様で二次利用に供することができないおそれがある。

本発明の一態様は、二次利用されるバッテリを管理するバッテリ管理装置であって、バッテリが二次利用される前のバッテリの故障および修理履歴の情報を含むバッテリ情報を取得するバッテリ情報取得部と、バッテリ情報取得部により取得されたバッテリ情報を記憶する記憶部と、記憶部に記憶されたバッテリ情報に基づいて、バッテリが二次利用されるときに課されるバッテリに対する制約を決定する制約決定部と、制約決定部により決定された制約を保存する制約保存部と、を備える。記憶部は、バッテリが二次利用される前に、バッテリの修理箇所と修理内容とに応じて定まる修理態様を記憶し、制約決定部は、記憶部に記憶された修理態様に応じて、バッテリが二次利用されるときに課されるバッテリに対する制約を決定する。

本発明によれば、バッテリの故障および修理履歴の情報を含むバッテリ情報に基づいてバッテリが二次利用されるときに課される制約を決定するので、適切な態様でバッテリを二次利用に供することができる。

本発明の実施形態に係るバッテリ管理装置の対象であるバッテリの概略構成を示す図。 本発明の実施形態に係るバッテリ管理装置を有するバッテリ管理システムの全体構成を概略的に示すブロック図。 図２のサーバ装置の機能的構成を示すブロック図。 図３のサーバ装置のＣＰＵで実行される処理の一例を示すフローチャート。

以下、図１～図４を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係るバッテリ管理装置は、一次利用後に二次利用（リユース）される中古のバッテリ（二次電池）を管理するように構成される装置である。なお、以下では、特に電気自動車やハイブリッド自動車などの走行モータを有する電動車両に一次利用として用いられたバッテリを対象として、バッテリ管理装置を構成する例を説明する。

図１は、本実施形態に係るバッテリ管理装置の対象であるバッテリ１の概略構成を示す図である。バッテリ１は、電動車両に搭載され、主に走行モータに駆動電力を供給するために用いられる。図１に示すように、バッテリ（バッテリ装置）１は、バッテリ本体１０と、バッテリＥＣＵ２と、ジャンクションボード（ＪＢ）３と、温調装置４とを有する。なお、温調装置４は、厳密にはバッテリ１の付属物である。

バッテリ本体１０は、単一のバッテリパック（ＢＰ）１１によりユニット化して構成される。なお、複数のバッテリパック１１によりバッテリ本体１０を構成することもできる。バッテリパック１１は、バスバーなどを介して互いに直列または並列に接続された複数のバッテリモジュール（ＢＭ）１２を有する。これらバッテリモジュール１２は、それぞれ複数のセルを有する。それぞれのセルは、例えばラミネートフィルムでシールされた平坦形状のリチウムイオンセルであり、電極板を有する。これらセルは、密閉されたバッテリモジュール１２の筐体内に、電極板同士を互いに直列または並列に接続した状態で収容され、リチウムイオンバッテリを形成する。

バッテリ１には固有の識別ＩＤ（バッテリＩＤ）が付与される。バッテリ本体１０とバッテリパック１１とバッテリモジュール１２とセルにも、それぞれバッテリＩＤに対応付けて固有の識別ＩＤが付与される。識別ＩＤを付与することで、バッテリ１に含まれる電池要素を特定できる。

バッテリＥＣＵ２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよびその他の周辺回路を含んで構成され、バッテリ本体１０の状態を監視する機能を有する。より詳しくは、バッテリＥＣＵ２は、複数のバッテリモジュール１２それぞれの状態を検出する検出回路と、バッテリパック１１の状態を検出する検出回路とを有する。これら検出回路は、例えば各バッテリモジュール１２の電流、電圧、温度などの各種物理量を検出するセンサを含む。バッテリＥＣＵ２は、検出回路で検出された物理量に基づいて、各バッテリモジュール１２の充電率ＳＯＣ（State of Charge）と健全性ＳＯＨ（State of Health）、およびバッテリパック１１のＳＯＣとＳＯＨとを演算する。バッテリＥＣＵ２は、バッテリ本体１０の充放電を制御する制御装置としても機能する。

ジャンクションボード３は、バッテリ本体１０と図示しない負荷（走行モータなど）や充電器との接続および遮断を切り換える機能を有する。ジャンクションボード３は、コンタクタなどのスイッチを有し、スイッチユニットを構成する。ジャンクションボード３のスイッチの開閉は、バッテリＥＣＵ２により制御され、これによりバッテリ本体１０の充放電が制御される。

温調装置４は、バッテリ本体１０を加熱または冷却して温度調整する装置であり、図示は省略するが、例えば温調ＥＣＵと、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータと、冷却ファンとを有する。温調ＥＣＵは、バッテリＥＣＵ２により検出されたバッテリ本体１０の温度に応じて、バッテリ本体１０の温度が所定範囲内に収まるようにＰＴＣヒータと冷却ファンとを駆動する。すなわち、ＰＴＣヒータの駆動によりバッテリ本体１０の温度を上昇させ、冷却ファンの駆動によりバッテリ本体１０の温度を低下させる。

図２は、本実施形態に係るバッテリ管理装置を有するバッテリ管理システム１００の全体構成を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、バッテリ管理システム１００は、バッテリ１を一次利用する車両１０１に搭載された車載端末２０と、バッテリ１を二次利用する対象物１０２に搭載された対象物端末３０と、車両１０１から対象物１０２へのバッテリ１の移転の仲介やバッテリ１の着脱作業などの事業を行う事業所１０３が有するサーバ装置５０とを有する。

なお、サーバ装置５０は事業所１０３以外が有してもよい。事業所１０３を介さずに車両１０１から対象物１０２へのバッテリ１の移転が行われてもよい。バッテリ１を二次利用する対象物１０２には、航空機１０２Ａ、住宅１０２Ｂ、車両１０２Ｃ等、種々のものが含まれる。

図２に示すように、車載端末２０、対象物端末３０およびサーバ装置５０は、インターネット網や携帯電話網等に代表される公衆無線通信網を含むネットワーク４０に接続され、ネットワーク４０を介して通信可能である。なお、ネットワーク４０には、所定の管理地域ごとに設けられた閉鎖的な通信網、例えば無線ＬＡＮ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等も含まれる。

車載端末２０は、機能的構成として、ネットワーク４０を介して通信を行う通信部を有し、各車両１０１の車両情報とバッテリ情報とを、車両１０１を識別する車両ＩＤおよびバッテリ１を識別するバッテリＩＤとともに、通信部を介して所定のタイミングでサーバ装置５０に送信する。車両情報には、車両１０１の車種、年式、走行距離、登録住所などの情報の他、バッテリ１の一次利用の終了時期の情報が含まれる。例えば車両１０１を廃車する場合、廃車時期が一次利用の終了時期となる。

バッテリ情報には、バッテリ１の故障履歴の情報と修理履歴の情報（故障修理情報）とが含まれる。車載端末２０は、バッテリＥＣＵ２等からの信号に基づいてバッテリ１の故障の有無と故障の内容および修理の有無と修理の内容とを把握し、故障が発生する度、および故障に対処した部品の修理や交換が行われる度に、故障修理情報をバッテリＩＤとともにサーバ装置５０に送信する。故障修理情報には、バッテリ本体１０、バッテリＥＣＵ２，ジャンクションボード３および温調装置４それぞれの故障修理情報が含まれる。

バッテリ本体１０の故障修理情報とは、例えばバッテリパック１１やバッテリモジュール１２の故障の発生の情報、および故障に対処した修理および交換の情報である。バッテリモジュール１２の交換には、複数のバッテリモジュール１２の全部を交換する場合と、一部のみを交換する場合とが含まれる。バッテリパック１１やバッテリモジュール１２が交換された場合には、交換の時期と交換した部品のＩＤとが、故障修理情報としてサーバ装置５０に送信される。

バッテリＥＣＵ２の故障修理情報とは、バッテリＥＣＵ２の故障の発生の情報、および故障に対処したバッテリＥＣＵ２の修理および交換、さらにはバッテリＥＣＵ２に保存された各種データ（プログラムなど）の書き換えの情報である。バッテリＥＣＵ２の保存データの書き換えが行われる場合には、書き換え前に、バッテリＥＣＵ２に保存された情報（例えば過去の故障修理情報など）がサーバ装置５０に送信され、サーバ装置５０で保存される。

ジャンクションボード３の故障修理情報とは、ジャンクションボード３の故障の情報、および故障に対処したジャンクションボード３全体の交換あるいはジャンクションボード内のコンタクト等の部品の修理および交換の情報である。温調装置４の故障修理情報とは、温調ＥＣＵ，ＰＴＣヒータ、冷却ファンのいずれかの故障の発生の情報、および故障に対処したこれら部品の修理および交換の情報である。

さらにバッテリ情報には、バッテリ１の性能に影響を及ぼす情報、例えばバッテリ１の充電時間、放電時間、充電量、放電量、充放電の頻度、およびバッテリ１が置かれる使用環境（温度等）の情報や、バッテリ１の劣化の程度を表すＳＯＨの情報も含まれる。

対象物端末３０は、機能的構成として、ネットワーク４０を介して通信を行う通信部を有する。対象物端末３０は、各対象物１０２に搭載されるバッテリ１が満たすべき要件、すなわち対象物端末３０によって要求されるバッテリ１の情報である要求情報を、対象物１０２を識別する対象物ＩＤとともに送信する。要求情報には、二次利用されるバッテリ１の形状、電圧、容量、およびバッテリ１に対する信頼度の要求値（要求信頼度）等の情報が含まれる。さらに、二次利用されるバッテリ１の使用温度や使用頻度等、使用態様の情報も、要求情報に含まれる。

バッテリ１の信頼度は、故障履歴や修理履歴がないほど、およびバッテリパック１１内の複数のバッテリモジュール１２同士のＳＯＨのばらつきが小さいほど、高い値となる。バッテリ１に対する要求信頼度は、対象物１０２の種別や利用の態様に応じて定まる。例えば、航空機１０２Ａの要求信頼度は、住宅１０２Ｂや車両１０２Ｃの要求信頼度よりも高くなる。

本実施形態に係るバッテリ管理装置は、主にサーバ装置５０により構成される。サーバ装置５０は、例えば単一のサーバとして、あるいは機能ごとに別々のサーバから構成される分散サーバとして構成される。クラウドサーバと呼ばれるクラウド環境に作られた分散型の仮想サーバとしてサーバ装置５０を構成することもできる。サーバ装置５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、およびその他の周辺回路を有する演算処理装置を含んで構成される。

図３は、サーバ装置５０の機能的構成を示すブロック図である。図３に示すように、サーバ装置５０は、機能的構成として、通信部５１と、情報取得部５２と、制約決定部５３と、制約保存部５４と、記憶部５５とを有する。

通信部５１は、ネットワーク４０を介し、車載端末２０および対象物端末３０と無線通信可能に構成される。通信部５１は、所定周期であるいは所定のタイミングで車載端末２０および対象物端末３０と通信し、各種情報の取得や情報の送信を行う。

情報取得部５２は、車載端末２０から送信されたバッテリ情報と車両情報とを、バッテリＩＤおよび車両ＩＤとともに取得する。取得するバッテリ情報には、各バッテリ１の故障修理情報が含まれる。さらに情報取得部５２は、対象物端末３０から送信された要求情報を対象物ＩＤとともに取得する。取得する要求情報には、二次利用されるバッテリ１に対し要求される信頼度情報が含まれる。情報取得部５２により取得された各種情報は、記憶部５５に記憶される。

制約決定部５３は、記憶部５５に記憶されたバッテリ情報（故障修理情報）に基づいて、各バッテリ１が二次利用されるときに課される制約を決定する。すなわち、バッテリ１に故障が生じると、その修理後であっても、故障が生じていないバッテリ１よりもバッテリ性能が劣るおそれがあり、したがって、バッテリ１に対する信頼性が低下する。この点を考慮し、そのようなバッテリ１に対し課する所定の制約を決定する。所定の制約は、故障の箇所や内容および修理の箇所や内容に応じて、予め記憶部５５に記憶された対応関係に従い決定される。

例えば、バッテリ１の一次利用時に、複数のバッテリモジュール１２のＳＯＣやＳＯＨにばらつきが生じたことによりバッテリパック１１やバッテリモジュール１２が修理されたとき、そのバッテリ１に対する制約として、ばらつきの影響が大きい態様での二次利用を禁止する。具体的には、複数のバッテリモジュール１２の並列接続での利用を禁止するという制約を課す。

また、バッテリ１の一次利用時に温調装置４が修理されたとき、温度調整の機能に対する信頼性が低いので、温度調整が頻繁に必要な寒暖差のある地域での二次利用を禁止するという制約を課す。さらに、バッテリ１の一次利用時にジャンクションボード３内のスイッチ類が修理されたとき、スイッチ類が振動によって誤動作しやすいため、振動が激しく生じるおそれがある対象物１０２に対する二次利用を禁止するという制約を課す。

さらに制約決定部５３は、記憶部５５に記憶された各バッテリ１の故障修理情報に基づいて、各バッテリ１の信頼度を算出する。信頼度は、例えばバッテリ１の故障履歴や修理履歴の回数が多いほど、およびバッテリパック１１内の複数のバッテリモジュール１２同士のＳＯＨのばらつきが大きいほど、低い値となる。そして、制約決定部５３は、算出された信頼度が要求情報に含まれる要求信頼度以上であることを、制約として課す。

制約保存部５４は、制約決定部５３で決定された制約を、例えば記憶部５５に記憶して保持する。制約保存部５４で保持された制約は、バッテリ１の二次利用を開始する対象物１０２の対象物端末３０に送信される。これにより、対象物１０２の利用者は、バッテリ１を二次利用することが可能か否かを的確に判断することができる。

なお、バッテリ１が二次利用される前に、制約決定部５３により決定された所定制約の下で、当該バッテリ１が対象物端末３０から送信された要求情報に含まれる各種要件（形状、信頼度等）を満足するか否かを、サーバ装置５０の判定部（不図示）が判定するとともに、その判定結果をサーバ装置５０から対象物端末３０に送信するようにしてもよい。これにより、バッテリ１を対象物１０２に二次利用することが可能か否かの判断が容易になる。

図４は、予め定められたプログラムに従い、サーバ装置５０のＣＰＵで実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばバッテリ１の一次利用が開始されると開始され、バッテリ１の二次利用が開始されるまで所定周期で繰り返される。

まず、ステップＳ１で、情報取得部５２での処理により、車載端末２０から各バッテリ１の故障修理情報を含むバッテリ情報と車両情報とを取得する。次いで、ステップＳ２で、ステップＳ１で取得したバッテリ情報および車両情報をバッテリＩＤおよび車両ＩＤとともにそれぞれ記憶部５５に記憶する。次いで、ステップＳ３で、ステップＳ１で取得した車両情報に基づいて、バッテリ１の一次利用が終了されたか否かを判定する。例えば廃車の処理が開始されるときに、一次利用が終了したと判定する。ステップＳ３で肯定されるとステップＳ４に進み、否定されると処理を終了する。

ステップＳ４では、制約決定部５３での処理により、ステップＳ２で記憶された故障修理情報に基づいて、バッテリ１が二次利用されるときに課される制約を決定する。次いで、ステップＳ５で、ステップＳ４で決定された制約を記憶部５５に記憶（保存）して処理を終了する。ステップＳ５で保存された制約は、対象物端末３０から要求があった場合などに、対象物端末３０に送信される。

本実施形態に係るバッテリ管理装置の動作をまとめると以下のようになる。車両１０１に搭載されて一次利用されているバッテリ１に、ＳＯＨのばらつき等の故障が生じ、その故障に対し修理や部品の交換がなされると、その故障修理情報は車載端末２０からサーバ装置５０に送信されて記憶部５５に記憶される（ステップＳ１、ステップＳ２）。その後、車両１０１が廃車されること等によりバッテリ１の一次利用が終了すると、バッテリ１は、車両１０１から取り外されて二次利用に供される。

このとき、バッテリ１には、一次利用時に得られた故障修理情報に基づいて制約が課される（ステップＳ４、ステップＳ５）。例えば、バッテリ１の信頼度が算出され、対象物１０２（例えば航空機１０２Ａ）の要求信頼度より低いバッテリ１は、その対象物１０２に用いられることが禁止される。故障修理情報によっては、バッテリモジュール１２が並列接続して二次利用されることや、バッテリ１が所定の環境（例えば高温環境、振動が激しい環境等）で二次利用されることが禁止される。これにより、バッテリ１を最適な態様で二次利用に供することができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態に係るバッテリ管理装置（サーバ装置５０）は、二次利用されるバッテリ１を管理するものであり、バッテリ１が二次利用される前のバッテリ１の故障および修理履歴の情報を含むバッテリ情報を取得する情報取得部（バッテリ情報取得部）５２と、情報取得部５２により取得されたバッテリ情報を記憶する記憶部５５と、記憶部５５に記憶されたバッテリ情報に基づいて、バッテリ１が二次利用されるときに課されるバッテリ１に対する制約を決定する制約決定部５３と、制約決定部５３により決定された制約を保存する制約保存部５４と、を備える（図３）。

これにより、バッテリを適切な態様で二次利用に供することができる。すなわち、バッテリ１に故障や修理の履歴があると、バッテリ１に対する信頼性が低下するため、バッテリ１の二次利用に制約を課す必要があるが、本実施形態によれば、故障や修理内容に応じた適切な制約をバッテリ１に課すことができ、バッテリ１を安心して二次利用に供することができる。

（２）バッテリ１は、バッテリモジュール１２やセル等の複数の電池要素を直列または並列に接続してなるバッテリ本体１０と、バッテリ本体１０の状態を監視するバッテリＥＣＵ２と、バッテリ本体１０に接続されるジャンクションボード３（スイッチユニット）と、を有する（図１）。バッテリ情報は、バッテリ本体１０の修理または交換、ジャンクションボード３の修理または交換、バッテリＥＣＵ２の修理または交換、バッテリＥＣＵ２に保存されたデータの書き換え、およびバッテリ本体１０を昇温または冷却する温調装置４の修理または交換のいずれかの情報を含む。これにより、バッテリ１の各種の修理や故障に対応した適切な制約を、バッテリ１の二次利用に際して課すことができる。

（３）記憶部５５は、バッテリＥＣＵ２に保存されたデータが書き換えられるとき、書き換え前にバッテリＥＣＵ２のデータを記憶する。これにより、故障修理情報などをバッテリＥＣＵ２に一時的に記憶していた場合に、バッテリＥＣＵ２のデータ（例えばプログラム）の書き換えがあったとしても、故障修理情報は消失することなく、サーバ装置５０で確実に保存することができる。

（４）記憶部５５は、バッテリ１が二次利用される前に、バッテリ１の修理箇所と修理内容とに応じて定まる修理態様を、故障修理情報として記憶する。制約決定部５３は、記憶部５５に記憶された修理態様に応じて、バッテリ１が二次利用されるときに課されるバッテリ１に対する制約を決定する。これにより二次利用時のバッテリ１に対する制約（利用制限）を、修理態様に応じて適切に決定することができる。

上記実施形態は、種々の形態に変更することができる。以下、いくつかの変形例について説明する。上記実施形態では、バッテリ１がバッテリ本体１０とバッテリＥＣＵ２とジャンクションボード３とを有し、さらにバッテリ１の付属物として温調装置４を設けるようにしたが、バッテリ１とバッテリ１の付属物の構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、二次利用されるバッテリ１としてリチウムイオンバッテリを用いたが、他のバッテリ（二次電池）が用いられる場合にも本発明は同様に適用することができる。

上記実施形態では、バッテリ情報取得部としての情報取得部５２がバッテリ情報に含まれる修理履歴情報を取得するようにしたが、修理履歴情報は上述したものに限らない。すなわち、修理履歴情報には、バッテリ１の性能（信頼性等）に影響を与える種々の製品や部品の修理履歴の情報が含まれ、具体的にはバッテリ１自体の修理履歴だけでなくバッテリ１の付属物の修理履歴の情報が含まれるが、この場合のバッテリ１の付属物は温調装置４以外であってもよい。バッテリ１を収容するケースやバッテリ１の周囲の部品の修理履歴がある場合、バッテリ１に衝撃が作用してバッテリ１の信頼性が低下しているおそれがある。したがって、このような情報も、バッテリの性能に影響を与える修理履歴情報に含めてもよい。

上記実施形態では、サーバ装置５０でバッテリ１（バッテリ情報等）を管理するようにしたが、車載端末２０で管理してもよい。この場合、対象物端末３０が車載端末２０からの情報を受信して、バッテリ１の二次利用としての適否を判断してもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ バッテリ、２ バッテリＥＣＵ、３ ジャンクションボード、４ 温調装置、１０ バッテリ本体、１１ バッテリパック、１２ バッテリモジュール、２０ 車載端末、３０ 対象物端末、５０ サーバ装置、５２ 情報取得部、５３ 制約決定部、５５ 記憶部、１０１ 車両、１０２ 対象物

Claims (3)

1. 二次利用されるバッテリを管理するバッテリ管理装置であって、
   前記バッテリが二次利用される前の前記バッテリの故障および修理履歴の情報を含むバッテリ情報を取得するバッテリ情報取得部と、
   前記バッテリ情報取得部により取得されたバッテリ情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されたバッテリ情報に基づいて、前記バッテリが二次利用されるときに課される前記バッテリに対する制約を決定する制約決定部と、
   前記制約決定部により決定された制約を保存する制約保存部と、を備え、
   前記記憶部は、前記バッテリが二次利用される前に、前記バッテリの修理箇所と修理内容とに応じて定まる修理態様を記憶し、
   前記制約決定部は、前記記憶部に記憶された修理態様に応じて、前記バッテリが二次利用されるときに課される前記バッテリに対する制約を決定することを特徴とするバッテリ管理装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ管理装置において、
   前記バッテリは、複数の電池要素を直列または並列に接続してなるバッテリ本体と、前記バッテリ本体の状態を監視するバッテリＥＣＵと、前記バッテリ本体に接続されるスイッチユニットと、を有し、
   前記バッテリ情報は、前記バッテリ本体の修理または交換、前記スイッチユニットの修理または交換、前記バッテリＥＣＵの修理または交換、前記バッテリＥＣＵに保存されたデータの書き換え、および前記バッテリ本体を昇温または冷却する温調装置の修理または交換のいずれかの情報を含むことを特徴とするバッテリ管理装置。
3. 請求項２に記載のバッテリ管理装置において、
   前記記憶部は、前記バッテリＥＣＵに保存されたデータが書き換えられるとき、書き換え前に前記バッテリＥＣＵのデータを記憶することを特徴とするバッテリ管理装置。

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