JP6567582B2 - 充放電制御装置、使用条件作成装置、プログラム、及び蓄電システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、充放電制御装置、使用条件作成装置、プログラム、及び蓄電システムに関する。

リチウムイオン二次電池などの二次電池（蓄電池）は、急速な劣化を防ぐために、使用条件が設けられている。例えば、充電及び放電時の電流の範囲、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の範囲、ＳＯＣ範囲に基づく電圧幅などが使用条件に含まれる。このような使用条件が定められていることにより、二次電池の充電及び放電が制限される。例えば、電気自動車は下り坂では回生により二次電池を充電することができるが、ＳＯＣ範囲の上限値を超えたときは、充電が行われない。

しかし、蓄電システムにおける一般的な電池制御では、二次電池の状態によらずに使用条件が定められることが多い。つまり、二次電池の寿命初期でも寿命終期でも、使用条件が同じである場合が多い。そのため、例えば電圧幅が狭く設定されると、二次電池は、寿命初期においてその電池能力を十分に発揮することができず、一方、電圧幅が広く設定されると、寿命終期においてはその劣化が加速されてしまう。また、ユーザの使い方次第で、二次電池の寿命に大きな差が生じてしまう。

ゆえに、二次電池の状態に応じて使用条件を変更する方法が考えられているが、二次電池の劣化は、正極、負極、電解液など様々な要因に基づくため、二次電池の現時点の劣化を簡易に把握することは難しい。また、以前の測定データから二次電池の現時点の劣化を推定しようとしても、二次電池の劣化は一定に進むとは限らないため、推定の精度は低い。これらのことから、現時点の劣化に応じた適切な使用条件を算出することは困難である。

特開２０１６−１６７３６８号公報 特開２０１２−２５１８０６号公報 特許第３３４９３２１号公報

本発明の一実施形態は、二次電池の劣化を抑制するために、使用中の内部状態に応じた使用条件を算出する。

本発明の一態様としての充放電制御装置は、二次電池の劣化モデル又は劣化マップと、充電又は放電の対象の二次電池の内部状態パラメータとにより算出される使用条件に基づいて前記充電又は放電の対象の二次電池の充電又は放電を制御する充放電制御装置であって、前記使用条件を前記内部状態パラメータの変更に基づいて更新する。

第１の実施形態に係る充放電制御装置を備えた蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図。 充放電制御装置の概略処理のフローチャートの一例を示す図。 充電時の電流及び電圧に関するデータの一例を示す図。 内部状態パラメータ算出部の処理のフローチャートの一例を示す図。 電池特性算出部の処理の流れを示すフローチャートの一例を示す図。 充電量と開回路電圧との関係を表すグラフ（充電量―ＯＣＶ曲線）の一例を示す図。 ＳＯＣと開回路電圧との関係を表すグラフ（ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線）の一例を示す図。 各温度におけるＳＯＣと反応抵抗Ｒｃｔとの関係の一例を示す図。 各抵抗成分について説明する図。 劣化モデルについて説明する図。 新たな使用条件の算出について説明する図。 劣化マップについて説明する図。 使用条件の算出処理のフローチャートの一例を示す図。 使用条件更新処理のフローチャートの一例を示す図。 第２の実施形態に係る蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図。 劣化情報取得処理のフローチャートの一例を示す図。 組電池の一例を示す図。 検知用単位電池及び高性能単位電池のＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線の一例を示す図。 本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。

（第１の実施形態）

図１は、第１の実施形態に係る充放電制御装置を備えた蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。本蓄電システムは、蓄電池１（第１電池）と、充放電制御装置２とを備える。充放電制御装置２は、充放電制御部２１と、計測部２２と、ＳＯＣ（充電状態：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）推定部２３と、記憶部２４と、電池特性推定部２５と、内部抵抗補正部２６と、使用条件作成部２７とを備える。電池特性推定部２５は、充放電履歴記録部２５１、内部状態パラメータ算出部２５２、電池特性算出部２５３を備える。使用条件作成部２７は、劣化情報記憶部２７１と、劣化情報取得部（参照データ取得部）２７２と、使用条件算出部２７３と、を備える。

なお、充放電制御装置２をＣＰＵ回路等にて実現し、蓄電池１に備え付けることにより、充放電制御装置２を一つの蓄電池１として実現してもよい。

蓄電池１は、充放電制御装置２により充放電が行われる対象の電池である。なお、充放電は、充電及び放電のいずれか一方を意味してもよいし、両方を意味してもよい。蓄電池１は単位電池（セル）でもよいし、一つ以上の電池パック（組電池）を備えてもよい。各電池パックは、一つ以上の電池モジュールを備えてもよい。各電池モジュールは、複数の単位電池を備えてもよい。各電池パックが備える電池モジュールの数は、同じでも異なっていてもよい。また、各電池モジュールが備える単位電池の数は、同じでも異なっていてもよい。

単位電池は、充放電が可能な二次電池であればよい。ここでは、リチウムイオン二次電池を想定して説明する。

なお、以降の説明において、特に断りがなければ、蓄電池という用語には、電池パック、電池モジュール、単位電池が含まれるものとする。

蓄電池１は、例えば、携帯電話、ノートパソコン、電気自転車、電気自動車、電気とガソリンの両方を使用するハイブリット自動車、ドローンといった蓄電池を搭載した機器などの蓄電池でもよい。また、例えば、個人住宅、ビルディング、工場などの建物ごとに設置される定置用蓄電池でもよい。発電システムと連携した蓄電池、又は系統連系した蓄電池でもよい。

充放電制御装置２は、蓄電池１に対して行われる充放電の制御を行う。また、接続された蓄電池１の状態の推定も行う。そして、充放電制御装置２は、推定された蓄電池１の状態に基づき、蓄電池１の使用条件を算出する。そして、充放電制御装置２は、算出される使用条件に基づいて蓄電池１の充放電を制御する。蓄電池１の状態の推定とは、蓄電池１の充放電時に計測された蓄電池１の電圧及び電流のデータに基づき、蓄電池１の状態に関する情報である内部状態パラメータ及び電池特性を推定することである。内部状態パラメータ及び電池特性については後述する。

なお、使用頻度又は使用回数に基づき蓄電池１の状態を推定する方法もあるが、使用頻度又は使用回数が同じであっても、使用環境又は負荷などにより蓄電池の状態は異なる。ゆえに、高精度に蓄電池１の状態を推定するために、充放電制御装置２は、充放電等の検査による計測値から蓄電池１の状態又は性能を推定する。

蓄電池１の使用条件は、蓄電池１の使用の際に、つまり蓄電池１を充放電する際に用いられる制約条件である。使用条件には、例えば、使用時における、電圧幅、ＳＯＣ範囲、電流幅（充放電電流値又は充放電レートの幅）、電力幅、温度幅などを含めてもよい。なお、幅及び範囲は、上限値及び下限値の間を意味するが、上限値及び下限値が同じであってもよい。つまり、使用条件が一つの値であってもよい。また、上限値及び下限値のいずれかが定められ、もう一方はなくてもよい。例えば、充電時の電流が１０Ａ以下という使用条件でもよい。

使用条件は、予め定められてしまっても構わないが、蓄電池１は使用に伴い劣化するため、使用条件は更新される必要がある。蓄電池１が劣化する前の使用条件にて、劣化した後の蓄電池１を充放電すると、蓄電池１の容量が低下する。さらに、蓄電池１の劣化も加速される可能性がある。ゆえに、使用の対象の蓄電池１の状態に応じて、使用の対象の蓄電池１に適した使用条件を算出及び更新する必要がある。そこで、本実施形態の充放電制御装置２は、内部状態パラメータ及び電池特性の変更に基づいて、使用条件を更新する。使用条件が、蓄電池１の状態に応じて、劣化進行を抑えつつも使用可能な範囲が広い条件に更新されることにより、蓄電池１の寿命の低下を防ぎつつ、充放電可能な容量を確保することができる。また、使用条件が設けられることにより、例えば、大電流による充放電、高温下での充放電など、発火などの安全性のリスクが高まるような充放電は行われない。ゆえに、充放電時の安全性を確保することができる。

なお、充放電制御装置２は、使用条件の算出処理を行うために、劣化情報（参照データ）を用いるとする。劣化情報については、後述する。また、充放電制御装置２の動作の詳細については、後述する。

なお、上記で説明したシステム構成は一例であり、上記の構成に限られるものではない。例えば、図１では、充放電制御装置２は、記憶部２４と、劣化情報記憶部２７１とを備えているが、記憶部２４と劣化情報記憶部２７１とをまとめた一つの記憶部としてもよい。また、充放電制御装置２が他の装置などと接続され、充放電制御装置２から他の装置に使用条件が出力されてもよい。出力方法は、特に限られるものではない。ファイルでも、メールでも、画像でもよい。内部抵抗補正部２６は、電池特性推定部２５に含めてもよい。

また、通信又は電気信号により、充放電制御装置２から処理に必要な情報を受取り、処理結果を充放電制御装置２に渡すことができれば、充放電制御装置２の各構成要素は、充放電制御装置２の外部に存在してもよい。例えば、通信又は電気信号により、充放電制御装置２から電池特性等の推定値を受取り、使用条件を充放電制御装置２に渡すことができれば、使用条件作成部２７は、充放電制御装置２の外部に存在する装置（使用条件作成装置）であってもよい。

また、充放電制御装置２と、他の装置が接続されていてもよい。例えば、電気自動車の制御を行うＥＶ−ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から、充放電制御装置２に対し、電力が供給されてもよい。或いは、充放電制御装置２がＥＶ−ＥＣＵを構成する構成要素であってもよい。

図２は、充放電制御装置の概略処理のフローチャートの一例を示す図である。図２（Ａ）は蓄電池１の状態を把握するための処理である。当該処理は、劣化などにより変化した蓄電池１の状態を把握するために行われるものであり、一定期間経過ごとに行われることを想定する。図２（Ｂ）は、使用条件に基づき充放電を行うための処理である。当該処理は、蓄電池１の使用条件を初めて作成する場合、又は蓄電池１の状態に変化があったと判断されて使用条件を再作成する場合に、図２（Ａ）の処理の後に行われることを想定する。なお、上記のタイミング以外にも行われてよい。充放電中、つまり、図２（Ｂ）の処理中に、蓄電池１または蓄電池１を構成する単位電池のいずれかにおいて、電圧の上昇又は下降を検知した場合に、図２（Ａ）の処理が行われてもよい。

蓄電池１の状態を把握するための処理について説明する。充放電制御装置２は、蓄電池１に対して、所定条件における充電（又は放電）の指示を行う（Ｓ１０１）。充放電制御装置２は、蓄電池１からの充電（放電）結果を取得し（Ｓ１０２）、充電結果の解析を行う（Ｓ１０３）。充電結果の解析とは、充電結果に基づき、各単位電池の内部状態パラメータ及び電池特性（セル特性）を算出することである。具体的には、充電時又は放電時に計測された電流及び電圧のデータに基づき、内部状態パラメータを推定する。また、内部状態パラメータに基づき、電池特性の推定を行う。

内部状態パラメータは、単位電池の状態を示すものである。内部状態パラメータには、正極容量（正極の質量）、負極容量（負極の質量）、ＳＯＣずれ、及び内部抵抗が含まれることを想定する。ＳＯＣずれは、正極の初期充電量と、負極の初期充電量との差を意味する。

電池特性は、内部状態パラメータから算出することができるものであり、蓄電池１の電圧等の特性を示す。電池特性には、電池容量、開回路電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）、ＯＣＶ曲線などが含まれることを想定する。また、内部抵抗は電池特性にも含めてよい。ＯＣＶ曲線は、蓄電池に関する何らかの指標と開回路電圧との関係を示すグラフ（関数）を意味する。電池容量は、正極容量の範囲と負極容量の範囲とが重なる範囲である。ＳＯＣが１００％のときは正極と負極の電位差が電池の充電終止電圧となり、ＳＯＣが０％のときは正極と負極の電位差が電池の放電終止電圧となる。このように、電池容量は充電量に基づき算出することができる。

使用条件に基づき充放電を行うための処理について説明する。充放電制御装置２は、劣化情報記憶部２７１から、劣化情報を取得する（Ｓ２０１）。そして、算出された内部状態パラメータ又は電池特性（セル特性）に関する劣化情報と、劣化速度の指定値と、に基づき、使用条件を算出する（Ｓ２０２）。なお、劣化速度の指定値と記載したが、範囲を指定してもよい。指定値には、指定範囲が含まれるものとする。詳細は後述する。充放電制御装置２は、算出された使用条件を満たすように、蓄電池１を充放電する（Ｓ２０３）。これにより、蓄電池１に適した使用条件にて充放電が行われる。例えば、ＳＯＣ範囲が使用条件で定められている場合に、充放電制御装置２がＳＯＣ範囲の上限まで充電を行ったときは、充放電制御装置２は充電を停止する。或いは、電流の値の範囲が使用条件で定められている場合に、上限値を超える電流がＥＶ−ＥＵＣなどから供給された場合は、充放電制御装置２が不要な電流を逃がしてもよい。

次に、充放電制御装置２が備える構成要素について説明する。

充放電制御部２１は、蓄電池１に対し、蓄電池１の内部状態パラメータを計測するために、計測用の充放電の指示を行う。計測用の充放電は、単位電池の劣化の進行により、蓄電池１の状態の変化が無視できなくなる前に行われる必要がある。ゆえに、計測用の充放電は、電池特性の変化を考慮して適切に定められた一定期間又は時刻ごとに行われる。なお、充放電制御部２１は、図示しない入力部を介して、使用者、他のシステムなどからの指示を受け付けた場合も、計測用の充放電の指示を行ってもよい。

また、充放電制御部２１は、使用条件作成部２７が作成した使用条件に基づき、蓄電池１に対し、使用のための充放電を行う。なお、充放電制御装置２は使用条件の作成までを行い、使用条件に基づく充放電は、充放電制御装置２以外の装置が行ってもよい。つまり、電池特性を推定するために蓄電池１に対し充放電を行う充放電制御装置と、使用条件を用いて蓄電池１に対し充放電を行う充放電制御装置と、が異なっていてもよい。

計測部２２は、蓄電池１に関する情報を計測する。計測される情報は、単位電池の正極端子と負極端子との間の電圧と、単位電池に流れる電流と、単位電池の温度などがある。計測部２２の計測データには、蓄電池１の充電又は放電時に計測された蓄電池１の、電圧、電流、温度などのデータが含まれる。

ＳＯＣ推定部２３は、計測部２２の計測データに基づき、蓄電池１の現時点でのＳＯＣ（充電状態）を推定する。なお、電池特性推定部２５が蓄電池１の現在の状態に基づき算出したＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いて、ＳＯＣが推定されてもよい。

記憶部２４は、電池特性推定部２５に係る処理を行うために用いるデータが記憶される。例えば、単位電池の正極又は負極の充電量と、電位との関係を示す関数などが格納される。その他のデータが記憶されてもよい。

電池特性推定部２５は、計測部２２の計測データに基づき、蓄電池１の現時点における内部状態パラメータと電池特性を算出する。電池特性が不要な場合は、電池特性は算出されなくともよい。電池特性には、前述のとおり、電池容量、内部抵抗、開回路電圧（ＯＣＶ）、ＯＣＶ曲線が含まれる。ＯＣＶ曲線（関数）は、例えば、二次電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と、二次電池の充電状態又は充電された電荷量との関係を示す関数でもよい。ＳＯＣとＯＣＶとの関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶグラフでもよい。充電量とＯＣＶとの関係を示す充電量−ＯＣＶグラフでもよい。算出するＯＣＶ曲線の種類は、予め定めておけばよい。

電池特性の算出には、様々な電池特性測定方法を用いることができる。具体的には、実際に電流を流して電池容量の測定を行う充放電試験、主に内部抵抗値の測定を行う電流休止法、交流インピーダンス測定などの電気化学的測定などがある。また、これらを組み合わせて測定してもよい。また、充放電曲線を解析して、簡易的に電池特性を推定する方法を用いてもよい。

電池特性推定部２５の内部構成について説明する。

充放電履歴記録部２５１は、蓄電池１の充電時又は放電時に、計測部２２で計測された、電圧、電流、及び温度などのデータ（履歴）を記録する。当該記録は、蓄電池１の充放電の開始から終了までの間に、一定時間間隔ごとに繰り返し行われる。この時間間隔は、当該記録を用いる処理に応じて、任意に設定すればよい。例えば、０．１秒から１秒間隔程度に設定することが考えられる。記録される時刻は、絶対時刻でも、充放電が開始されてからの相対時刻でもよい。また、充放電履歴記録部２５１の処理が一定時間間隔で繰り返されている場合は、時刻の記録は省略してもよい。

図３は、充電時の電流及び電圧に関するデータの一例を示す図である。図３に示すデータは、二次電池の充電方法として一般的に用いられる定電流定電圧充電の一例である。図３の破線は、電流履歴を表し、実線は電圧履歴を表す。

後述する内部状態パラメータ算出部２５２の処理においては、例えば、定電流定電圧充電全体の充電履歴、又は定電流充電区間（図３のｔ０からｔ１の間）の充電履歴のみを用いてもよい。なお、充電は必ずしもＳＯＣが０％のときから開始されるわけではなく、ＳＯＣが２０％などのときから開始されてもよい。

内部状態パラメータ算出部２５２は、充放電履歴記録部２５１が記録した履歴に基づき、内部状態パラメータである、単位電池の正極又は負極を構成する活物質の量、初期充電量、単位電池の内部抵抗をそれぞれ算出する。

内部状態パラメータ算出部２５２は、活物質量及び内部抵抗に基づき蓄電池電圧を算出する関数を利用する。蓄電池充放電時の電流データ及び電圧データと、当該関数と、に基づき、蓄電池電圧が算出される。そして、算出された蓄電池電圧と、測定された電圧との差を少なくする活物質量及び内部抵抗が回帰計算により求められる。なお、正極が複数の活物質から構成されてもよいが、本実施形態では正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を例にとって説明する。

正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を充電する場合、時刻ｔにおける電圧（端子電圧）Ｖｔは、次式で表すことができる。
Ｉ_ｔは時刻ｔにおける電流値、ｑ_ｔは時刻ｔにおける蓄電池の充電量を表す。ｆ_ｃは正極の充電量と電位との関係を示す関数、ｆ_ａは負極の充電量と電位との関係を示す関数を表す。ｑ_ｏ ^ｃは正極の初期充電量、Ｍ_ｃは正極の質量を表す。ｑ_ｏ ^ａは負極の初期充電量、Ｍ_ａは負極の質量を表す。Ｒは内部抵抗である。

電流値Ｉ_ｔには、充放電履歴記録部２５１により記録された電流データが用いられる。充電量ｑ_ｔは、電流値Ｉ_ｔを時間積分することにより算出される。関数ｆ_ｃ及び関数ｆ_ａは、関数情報として、記憶部２４に記録されているものとする。

その他の正極の初期充電量ｑ_ｏ ^ｃ、正極の質量Ｍ_ｃ、負極の初期充電量ｑ_ｏ ^ａ、負極の質量Ｍ_ａ、及び内部抵抗Ｒの５つの値（パラメータセット）は、回帰計算によって推定される。なお、各極の活物質量は、各極の質量の所定の割合とみなして、算出されてもよい。

図４は、内部状態パラメータ算出部２５２の処理のフローチャートの一例を示す図である。内部状態パラメータ算出部２５２の処理は、蓄電池１の充電が終了したのち開始される。

内部状態パラメータ算出部２５２は、初期化を行い、前述のパラメータセットに初期値を設定し、回帰計算の繰り返し回数を０に設定する（Ｓ３０１）。初期値は、例えば、前回の活物質量算出処理が行われた際に算出された値でもよいし、想定され得る値などを用いてもよい。

内部状態パラメータ算出部２５２は、次式で表される残差Ｅを計算する（Ｓ３０２）。
Ｖ_{ｂａｔ＿ｔ}は時刻ｔにおける端子電圧、ｔ_ｅｎｄは充電終了時刻を表す。

内部状態パラメータ算出部２５２は、パラメータセットの更新ステップ幅を計算する（Ｓ３０３）。パラメータセットの更新ステップ幅は、例えば、Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−ｍａｒｑｕａｒｄｔ法などを用いて算出することができる。

内部状態パラメータ算出部２５２は、更新ステップ幅の大きさが、予め定められた大きさ未満であるかどうかを判定する（Ｓ３０４）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた大きさ未満であった場合（Ｓ３０４のＮＯ）は、内部状態パラメータ算出部２５２は、計算が収束したと判定し、現在のパラメータセットを出力する（Ｓ３０７）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた閾値以上であった場合（Ｓ３０４のＹＥＳ）は、回帰計算の繰り返し回数が、予め定められた値を超えているかを確認する（Ｓ３０５）。

回帰計算の繰り返し回数が予め定められた値を超えている場合（Ｓ３０５のＹＥＳ）は、現在のパラメータセットを出力する（Ｓ３０７）。回帰計算の繰り返し回数が予め定められた回数以下であった場合（Ｓ３０５のＮＯ）は、パラメータセットにＳ３０３で算出した更新ステップ幅を加算し、回帰計算の繰り返し回数を一つ加算する（Ｓ３０６）。そして、再度、残差の計算に戻る（Ｓ３０２）。以上が、内部状態パラメータ算出部２５２の処理の流れを示すフローチャートである。

本実施形態においては、内部状態パラメータ算出部２５２の入力として充電履歴を用いたが、放電履歴を用いても、同様に活物質量を算出することは可能である。なお、放電履歴を用いる場合にも、内部状態パラメータ算出部２５２の処理の流れ及び用いられるパラメータは、充電履歴を用いて活物質量を算出する場合と同一のものを用いることが可能である。

電池特性算出部２５３は、蓄電池１の電池特性である開回路電圧を算出する。また、電池特性算出部２５３は、内部状態パラメータ算出部２５２により算出された、正極の初期充電量ｑ_ｏ ^ｃ、正極の質量Ｍ_ｃ、負極の初期充電量ｑ_ｏ ^ａ、負極の質量Ｍ_ａを利用し、蓄電池の充電量と開回路電圧との関係を算出する。

図５は、電池特性算出部２５３の処理の流れを示すフローチャートの一例を示す図である。このフローチャートは、内部状態パラメータ算出部２５２の処理が終了した後に開始される。このフローチャートでは、充電量ｑ_ｎを一定の値△ｑ_ｎにて増減し、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になる充電量ｑ_ｎ0を発見した上で、ｑ_ｎ0を初期値として、開回路電圧が上限値を超えるまで、△ｑ_ｎごとにｑ_ｎを増加させていき、増加の度に、そのときの充電量と開回路電圧を記録する。これにより、開回路電圧が下限値から上限値までの範囲における充電量と開回路電圧との関係を算出することができる。充電量ｑ_ｎ0と開回路電圧が上限値のときの充電量ｑ_ｎとの差が電池容量となる。

電池特性算出部２５３は、充電量ｑ_ｎの初期値を設定する（Ｓ４０１）。ｑ_ｎの初期値は、０又は０よりも蓄電池１の公称容量の数％程度小さい値にすればよい。具体的には、蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば−５０ｍＡｈから０ｍＡｈ程度の範囲に設定すればよい。

電池特性算出部２５３は、開回路電圧を算出する（Ｓ４０２）。開回路電圧の算出には、次式を用いることができる。

次に、電池特性算出部２５３は、算出された開回路電圧を、予め定められた蓄電池下限電圧と比較する（Ｓ４０３）。蓄電池下限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質との組み合わせにより定まる値である。具体的には、正極活物質、負極活物質それぞれについて、安全性、寿命、抵抗などの観点から各観点それぞれの適切な使用範囲の電圧を定め、それらの組み合わせにより、蓄電池としての使用範囲の下限及び上限電圧を決定する。

開回路電圧が予め定められた下限電圧未満でない場合（Ｓ４０３のＮＯ）は、充電量ｑ_ｎからΔｑ_ｎを減算し（Ｓ４０４）、再度、開回路電圧を算出する（Ｓ４０２）。開回路電圧が予め定められた下限電圧未満である場合（Ｓ４０３のＹＥＳ）は、電池特性算出部２５３は、充電量ｑ_ｎにΔｑ_ｎを加算する（Ｓ４０５）。これらにより、充電量ｑ_ｎは下限値に近づく。Δｑ_ｎは任意の値に設定可能である。例えば、蓄電池１の公称容量の１／１０００から１／１００程度にすることが考えられる。具体的には蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば１ｍＡｈから１０ｍＡｈ程度の範囲に設定することが考えられる。

電池特性算出部２５３は、加算された充電量ｑ_ｎ＋Δｑ_ｎを用いて、開回路電圧を算出する（Ｓ４０６）。そして、電池特性算出部２５３は、算出された開回路電圧を、前述の下限電圧と比較する（Ｓ４０７）。開回路電圧が下限電圧未満であった場合（Ｓ４０７のＮＯ）は、Ｓ４０５に戻り、再度、充電量ｑ_ｎにΔｑ_ｎを加算する（Ｓ４０５）。開回路電圧が下限電圧以上であった場合（Ｓ４０７のＹＥＳ）は、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になったため、このときの充電量ｑ_ｎをｑ_ｎ0とし、充電量ｑ_ｎ0と開回路電圧Ｅｎを合わせて記録する（Ｓ４０８）。なお、この充電量ｑ_ｎ0の値を基準値として０と表してもよい。その場合は、以降の記録の際に、充電量ｑ_ｎの値からｑ_ｎ0の値を引いた値を記録する。

電池特性算出部２５３は、充電量ｑ_ｎにΔｑ_ｎを加算し（Ｓ４０９）、開回路電圧を算出し（Ｓ４１０）、充電量ｑ_ｎからｑ_ｎ0を引いた値と、算出された開回路電圧Ｅｎを記録する（Ｓ４１１）。

電池特性算出部２５３は、算出された開回路電圧と予め定められた蓄電池の上限電圧とを比較する（Ｓ４１２）。蓄電池の上限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質の組み合わせによって定まる値である。開回路電圧が予め定められた上限電圧未満であった場合（Ｓ４１２のＮＯ）は、再度、充電量ｑ_ｎにΔｑ_ｎを加算する処理に戻る（Ｓ４０９）。開回路電圧が予め定められた上限電圧以上となった場合（Ｓ４１２のＹＥＳ）は、処理を終了する。以上が、電池特性算出部２５３の処理の流れを示すフローチャートである。

図６は、充電量と開回路電圧との関係を表すグラフ（充電量―ＯＣＶ曲線）の一例を示す図である。図６（Ａ）は電池特性算出部２５３により求められた現在の状態における充電量―ＯＣＶ曲線である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すグラフの縦軸を、下限電圧から上限電圧までにした図である。

図７は、ＳＯＣと開回路電圧との関係を表すグラフ（ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線）の一例を示す図である。横軸が、充電量ではなく、ＳＯＣである点が図６と異なる。図７は、図６（Ｂ）に示すグラフをＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に変換したグラフ（実線）と、初期状態の蓄電池のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線（破線）とを、重ねて表示したものである。図７の破線が初期状態の蓄電池の開回路電圧を、実線が蓄電池の劣化などによる変化後（現在）の蓄電池の開回路電圧を表す。ＳＯＣは、満充電容量に対して現在充電されている電荷量の割合を示し、０から１又は０から１００％の間の値で表される。

充電量からＳＯＣへの変換は、充電量―ＯＣＶ曲線により算出される電池容量と充電量を用いて、行われればよい。なお、ここでの説明において、単に充電状態と称しているものには、ＳＯＣだけでなく、充電量なども含まれるものとする。

変化後の曲線は、容量の減少に伴い、曲線の長さが短くなるが、図７によれば、曲線の長さだけでなく形状自体が変化していることがわかる。例えば、開回路電圧に基づいて充電状態（ＳＯＣ）を推定する場合に、計測された開回路電圧がＡであるとき、正しい充電状態（現在の充電状態）はＢ１となる。しかし、開回路電圧の曲線が変形しないとみなした場合、つまり、初期状態のおけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線で開回路電圧を求めようとすると、電圧Ａにおける充電状態はＢ２と求められ、充電状態の推定精度が低くなる。ゆえに、この第１の実施形態にように、現在の状態におけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を利用することにより、充電状態を高精度に測定することが可能となる。

電池特性推定部２５により算出されたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線は、ＳＯＣ推定部２３に取得され、ＳＯＣ推定部２３が、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に基づき、蓄電池１のＳＯＣを推定してもよい。

したがって、第１実施形態によれば、特別な充放電などを行うことなく、使用に伴い変化する充電量と開回路電圧との関係（充電量―ＯＣＶ曲線又はＳＯＣ−ＯＣＶ曲線）を正確に把握することができ、充電状態を高精度に推定することが可能となる。

なお、ここでは、二次電池の正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる場合について説明したが、二次電池の正極、負極のいずれかが複数の活物質からなる二次電池に対しても同様に適用することが可能である。また、蓄電池１の活物質量を記憶する他の記憶部が予め用意されている場合には、電池特性算出部２５３は、この他の記憶部に記憶された活物質量を用いて、予め定められた蓄電池の電圧範囲における二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示すグラフを算出することができる。

電池特性算出部２５３は、その他の電池特性も算出してよい。例えば、算出した開回路電圧等を用いて、蓄電池１の電圧、電力又は電力量を算出してもよい。算出方法は、下記に示す算出式などを用いればよい。下記の算出式のｃは所定の定数を示す。
（電圧）
電圧＝開回路電圧−ｃ×内部抵抗×電流
（電力）
電力＝電流×開回路電圧−ｃ×内部抵抗×（電流）^２
（電力量）
電力量＝電池容量×平均電圧

なお、内部抵抗は、内部状態パラメータ算出部２５２が算出した推定値を用いてもよいし、後述する内部抵抗補正部２６が補正した推定値を用いてもよい。また、電池特性算出部２５３は、一度算出した電池特性を、内部抵抗補正部２６が補正した推定値を用いて、算出し直してもよい。内部抵抗補正部２６が算出した推定値のほうが精度を向上させることができる。電流は計測部２２の計測データから取得すればよい。なお、電池特性算出部２５３は、算出に必要な式、定数の値などを、記憶部２４などを介して受け取ってもよい。

内部抵抗補正部２６は、電池特性推定部２５より算出された内部抵抗Ｒと、計測部２２で計測された温度Ｔと、に基づき、現在の蓄電池１の温度Ｔにおける内部抵抗へ補正する。補正後の内部抵抗Ｒｃｒとする。なお、内部抵抗を補正しないときは、内部抵抗補正部２６はなくともよい。

内部抵抗補正部２６が行う内部抵抗の温度補正について説明する。内部抵抗の温度補正とは、例えば、蓄電池性能診断方法に対し、温度の影響を補正する手段を提供し、蓄電池性能診断を良好に適用することができる温度範囲を拡大するものである。蓄電池性能診断方法では、電池特性推定部２５の処理にて説明したように、充放電曲線から、各活物質の充電量−ＯＣＶデータが参照され、電池容量、内部抵抗、及び正負極の各活物質の劣化の程度が推算される。

その原理と方法について、説明する。リチウムイオン二次電池は、対向する正極と負極と、正負極間のＬｉ塩を含む電解質とを有する。また、正極及び負極には、活物質が集電箔上に塗布されている。集電箔は、蓄電池外装の正極及び負極端子にそれぞれ接続されている。蓄電池の充放電時には、電解質を通じてＬｉイオンが正極活物質と負極活物質間を移動し、電子が活物質から外部端子へ流れる。

各活物質は、可逆に挿入又は脱離可能なＬｉ量と電位を有している。一定の充放電電圧の範囲にて、蓄電池が貯蔵できるエネルギー量は、蓄電池内の正極活物質と負極活物質の量及びその組み合わせにより決定される。

また、充放電時にはＬｉイオン伝導、電解質中のＬｉイオンが活物質内部へ侵入する際の電荷移動抵抗、電解質と活物質の界面に形成される被膜による抵抗、活物質や集電箔を電子が流れる電気抵抗が生じる。蓄電池の内部抵抗は、これらＬｉイオンの移動、電子の移動、電荷移動抵抗、被膜の抵抗、並びに正極及び負極内での拡散抵抗などの総和となる。

一般的に、リチウムイオン二次電池内部の蓄電池制御システムでは、安全性の観点から、各単位電池の電圧、電池パック内の温度などを計測している。これらの計測データに基づき、電池特性を算出することができれば、算出に係る費用及び時間を抑えることができる。

しかしながら、充電放電条件が細かくランダムに変動する実使用時の蓄電池挙動を解析することは非常に難しい。時間に依存する抵抗、拡散抵抗、及び緩和過程などが複雑に複合された現象となり、計算モデル化が容易ではないからである。一方で、例えば、一定条件下で行われた電気自動車の充電のような単純な挙動のみを対象とすれば、簡略化モデルにより、解析が可能となる。

そこで、本実施形態に係る蓄電池性能推定方法では、一定条件下での充電又は放電のデータ（充放電カーブ）により求められた、各活物質のＬｉ挿入脱離反応に対する「電位−充電量」のカーブ（曲線）に基づき、各活物質の量、充電電流の印加に伴う内部抵抗による蓄電池電圧の上昇（過電圧）を変数として、フィッティング計算により変数の値を定める。これにより容量減少（各活物質の減少）及び内部抵抗の増加を推定することができる。

しかし、実際の蓄電池の使用状況下では、外部環境、充電時の蓄電池の状態などにより温度条件が変動する。蓄電池の温度が変化すると蓄電池性能も変化する。特に内部抵抗は、温度の低下に大きくより増加する。図８は、各温度におけるＳＯＣと反応抵抗Ｒｃｔとの関係の一例を示す図である。反応抵抗Ｒｃｔは内部抵抗の成分の一つである。図８に示す通り、温度の違いにより、反応抵抗が大きく異なることが分かる。このため、温度が異なる測定データの解析結果を比較しても、温度による解析結果の変動が大きく影響し、劣化による内部抵抗の増加の評価は難しい。

したがって、実使用下の蓄電池の測定データに基づき、電池特性を推定する場合、内部抵抗の温度補正を行うことにより、電池特性の精度が向上する。

蓄電池の内部抵抗は、複数の種類の抵抗成分が複合されている。各抵抗成分は、温度依存性及び劣化による増加速度が異なる。そのため、劣化の進行により、抵抗の占める割合が変化し、それに伴い内部抵抗全体としての温度依存性も変化する。このことに着目して、本実施形態の蓄電池性能推定方法における内部抵抗の温度補正は、内部抵抗を、反応抵抗Ｒｃｔ、拡散抵抗Ｒｄ、及びオーミック抵抗Ｒｏｈｍの三つの成分に分け、それぞれ固有の温度依存性に従い、基準温度Ｔ０に応じた値へ補正した後で、合算する。

具体的には、以下の数式により、測定時の蓄電池温度から基準温度への補正を行う。なお、下記の式中のＲｇａｓは気体定数を表す。Ｔ０は基準温度、Ｔは測定時の蓄電池温度を表す。Ｒ１は定数を表す。Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃは、それぞれの抵抗成分の温度依存性を決定する定数である。
（反応抵抗）
Ｒｃｔ（Ｔ０）＝Ｒｃｔ（Ｔ）×Ｅｘｐ（−Ｅａ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅａ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））
（拡散抵抗）
Ｒｄ（Ｔ０）＝Ｒｄ（Ｔ）×Ｅｘｐ（−Ｅｂ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅｂ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））
（オーミック抵抗）
Ｒｏｈｍ（Ｔ０）＝（Ｒｏｈｍ（Ｔ）−Ｒ１）×Ｅｘｐ（−Ｅｃ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅｃ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））＋Ｒ１

図９は、各抵抗成分について説明する図である。オーミック抵抗は、電解液のイオン伝導抵抗と蓄電池内の電子伝導抵抗とを含む。温度依存性が相対的に小さい電子伝導抵抗は、定数とする。反応抵抗は、電荷移動抵抗と表面被膜の抵抗とを含む。拡散抵抗は、活物質内部、電極内のリチウムイオン拡散に伴う抵抗を含む。

オーミック抵抗のＥｃは、Ｌｉイオンの電解液中での移動に伴う活性化エネルギーを表す。反応抵抗のＥａは、電解液中で溶媒和されたＬｉイオンが活物質表面で脱溶媒和する際のエネルギーを表す。拡散抵抗のＥｂは、活物質内部におけるＬｉイオンサイト間移動に伴う活性化エネルギーと考察される。従って、劣化過程ではこれらの値は一定で変化しないと考えることが出来る。

これらＥａ、Ｅｂ、Ｅｃの値は、単位電池の交流インピーダンス測定、電流パルス測定等により算出することができる。解析対象とする蓄電池に関するＥａ、Ｅｂ、Ｅｃの値は、予め測定値から算出しておき、記憶部２４に記憶する。そして、内部抵抗の温度補正演算時に参照すればよい。

次に、充放電カーブからの電池特性の推算において、内部抵抗を三つの成分に分けて算出する方法について説明する。

蓄電池の劣化過程において、内部抵抗の三つの成分はいずれも上昇するが、劣化による増加の速度は、各成分により異なる。そのため、評価する蓄電池寿命の範囲を限定することにより、劣化しないという仮定が成立する場合もあり得る。例えば、電気自動車用の蓄電池であって、評価の下限を残容量９０〜７０％程度までと想定した場合は、使用条件、蓄電池の構成などにも影響されるが、蓄電池寿命を通じて、一部の抵抗成分を一定値と近似できることもあり得る。

（第一の方法）
算出された蓄電池の内部抵抗値からの３成分の算出を行う第一の方法は、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を一定とみなして、残差を反応抵抗とみなす方法である。この方法では、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分については、劣化による増加が生じないと想定し、セル温度に依存する温度変化のみを考慮する。充放電曲線の解析においては、ある温度Ｔに対して推定された内部抵抗値から、温度Ｔにおけるオーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を引き、その残りを反応抵抗成分とする。そして、それぞれの成分を基準温度Ｔ０へ温度補正した上で合計し、基準温度Ｔ０における内部抵抗値を算出する。第一の方法は、正負極の活物質が安定しているＳＯＣの範囲内であって、温度は室温付近以下、蓄電池の電流は比較的小さいといった緩やかな使い方がされる場合に適する。

（第二の方法）
第二の方法は、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を、これら二つの抵抗成分それぞれと、累積時間又は累積電力量との関係に関する関数により推算し、残差を反応抵抗とする方法である。この方法では、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分についての劣化が、時間又は充放電サイクル量に相関すると想定して、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を算出する。充放電曲線の解析においては、ある温度Ｔに対して推定された内部抵抗値から、算出されたオーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を引き、残りを反応抵抗成分とする。そして、それぞれの成分を基準温度Ｔ０へ温度補正した上で合計し、基準温度Ｔ０における内部抵抗値を算出する。第二の方法は、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分の劣化が、比較的小さいけれども、確実に進行する場合に適している。

また、累積時間と累積電力量のいずれかを用いるかは、使用環境などに応じて、決定すればよい。例えば、貯蔵時にガスが発生するなどして、蓄電池の劣化が進む場合には、累積時間による劣化量推定が適している。一方、活物質の体積変化など、充放電などの処理のサイクルの繰り返しによる蓄電池の劣化が顕著な場合には、累積電力量による劣化量推定が適している。

なお、累積時間又は累積電力量のデータは、予め保持しておくものとする。累積電力量は、機器の稼動量、例えば、車両であれば走行距離で代替してもよい。

（第三の方法）
第三の方法は、反応抵抗成分及び拡散抵抗成分が、予め保持する各活物資の拡散抵抗と充電量とのデータ、又は反応抵抗と充電量とのデータにより推算され、残差をオーミック抵抗成分とする方法である。第三の方法においては、第一及び第二の方法とは異なり、充放電曲線の解析において、活物質の反応抵抗−充電量カーブ、拡散抵抗−充電量カーブ、又は蓄電池の内部抵抗−充電量カーブを参照して回帰計算することにより、反応抵抗及び拡散抵抗の値を推定する方法である。活物質の抵抗成分が充電量、すなわちＳＯＣに対して依存性を有しており、劣化してもその依存性の傾向は変化しないことを利用して、蓄電池の内部抵抗−充電量の傾向から、内部抵抗の組成の推定を行う。

活物質の反応抵抗−充電量カーブ及び拡散抵抗−充電量カーブは、予め測定する必要がある。また、劣化による変化の様態も蓄電池の構成によるため、予め測定しておく必要がある。例えば、抵抗性の表面被膜が形成される場合では、内部抵抗が一様に一定値ずつ増加し、活物質が減少する場合には、一様にｎ倍となるような挙動をとると考えられる。

第三の方法は、反応抵抗−充電量に顕著な変化があり、その結果として蓄電池としての反応抵抗に充電量の依存性が明確に現れている場合に適している。

（第四の方法）
第四の方法は、予め保持する各活物資の拡散抵抗−充電量、反応抵抗−充電量、及びオーミック抵抗−充電量データを用いて回帰計算することにより、反応抵抗成分、オーミック抵抗成分、及び拡散抵抗成分を推定する方法である。第三の方法では、拡散抵抗−充電量、反応抵抗−充電量のみを用いたが、第四の方法では、オーミック抵抗−充電量データも用いることが特徴である。活物質のオーミック抵抗−充電量の依存性に特徴がある場合、例えば、充放電により活物質の電子導電性が大きく変化する場合に有効である。

電池特性算出部２５３は、補正された内部抵抗を用いて、実際に出力可能な電力量等を電池特性として算出してもよい。実際に出力可能な電力量は、充電量−ＯＣＶ曲線と、放電可能な電気量と、補正された内部抵抗と、に基づき算出することができる。

使用条件作成部２７は、劣化情報と、蓄電池１の内部状態パラメータ又は電池特性の推定値と、に基づき、使用条件を算出する。ここでは、蓄電池１の劣化速度が指定された値（目標値）以下になるように、使用条件が算出されることを想定する。

劣化速度は、二次電池の劣化が進行する速度を示す。劣化速度の指定値は、予め劣化情報記憶部２７１に記憶されていてもよいし、図示されていない入力部を介して、ユーザ等から受け付けてもよい。

劣化情報記憶部２７１は、充放電制御装置２が蓄電池１の使用条件を算出する際に必要となる、二次電池の劣化に関する情報（データ）を格納する。以降、当該情報を劣化情報と記載する。劣化情報は、使用条件を算出する際に参照されるグラフ又は関数などの参照データと言える。劣化情報は、例えば、二次電池の劣化速度と、二次電池に関する一つ以上の参照パラメータと、の関係を少なくとも示す参照データであってもよい。なお、劣化情報には、少なくとも劣化モデル又は劣化マップが含まれる。劣化モデル又は劣化マップについては、後述する。

劣化情報記憶部２７１は、劣化情報以外の情報を記憶してもよい。例えば、使用条件作成部２７の処理に用いられる制約条件などを記憶してもよい。作成された使用条件が記憶されてもよい。なお、劣化情報記憶部２７１は記憶部２４と同一でもよい。

劣化情報取得部２７２は、電池特性推定部２５から、内部状態パラメータ及び電池特性の少なくともいずれかに係る推定値を取得する。そして、劣化情報取得部２７２は、取得した推定値に基づき、劣化情報記憶部２７１から、蓄電池１に対応する劣化情報（第１参照データ）を取得する。つまり、劣化情報取得部２７２は、二次電池の劣化情報のうち、蓄電池１に対応する劣化情報を抽出する。

なお、正極に係る推定値に基づき正極に対応する劣化情報（第２参照データ）を取得してもよい。例えば、正極に対応する劣化情報は、正極の劣化速度と、一つ以上の参照パラメータと、の関係を少なくとも示す情報であってもよい。また、負極に係る推定値に基づき負極に対応する劣化情報（第３参照データ）を取得してもよい。例えば、負極に対応する劣化情報は、負極の劣化速度と、一つ以上の参照パラメータと、の関係を少なくとも示す情報であってもよい。例えば、内部状態パラメータとして算出された正極又は負極の初期充電量に基づいて劣化情報が取得されてもよい。例えば、内部状態パラメータとして算出された正極又は負極の質量に基づいて劣化情報が取得されてもよい。例えば、電池特性として算出された開回路電圧に基づいて劣化情報が取得されてもよい。

予め劣化情報を作成しておくにあたっての二次電池の前提条件を、蓄電池１の推定値が満たす場合、当該劣化情報は蓄電池１に対応すると言える。例えば、正極の活物質量が所定の範囲内であるという前提条件を満たしている複数の二次電池に基づき劣化情報が作成されていた場合に、蓄電池１の正極の活物質量の推定値が当該所定の範囲内であるときは、当該劣化情報は蓄電池１に対応すると言える。また、蓄電池１に対応する劣化情報とは、蓄電池１の使用条件を作成するのに適した劣化情報と言える。

なお、劣化情報取得部２７２は、複数の推定値に基づいて、劣化情報を取得してもよい。複数の推定値に合致する劣化情報は、一つの推定値に合致する劣化情報よりも、蓄電池１に合致した劣化情報である可能性が高い。よって、複数の推定値に合致する劣化情報を用いた場合、一つの推定値に合致する劣化情報を用いた場合よりも、算出される使用条件の精度は向上すると考えられる。

使用条件算出部２７３は、劣化情報取得部２７２により取得された、蓄電池１に対応するとされた劣化情報（第１参照データ）と、指定された劣化速度の値と、に基づき、蓄電池１の使用条件を算出する。なお、算出される使用条件は、参照パラメータのうちの少なくとも一つに関する条件となる。ここでは、劣化モデル又は劣化マップを用いて、劣化速度が指定値以下となるための使用条件を算出する方法を説明する。

まず、劣化モデルについて説明する。図１０は、劣化モデルについて説明する図である。図１０には、劣化速度を算出するためのグラフである劣化速度算出グラフの例が示されている。劣化速度算出グラフは、二次電池に関するパラメータと劣化速度との関係を示すグラフである。以降、この二次電池に関するパラメータを、参照パラメータと記載する。

劣化モデルとは、二次電池の劣化がどのように進行するかを表したものであり、例えばこれら劣化速度算出グラフ全体を指す。劣化速度算出グラフは、複数の二次電池に対して行われた検査の結果に基づき算出されたグラフである。故に、劣化速度算出グラフは、同種の二次電池に対し、汎用的に用いることができる。つまり、蓄電池１の推定に用いられる劣化速度算出グラフは、蓄電池１と同種の二次電池に基づき作成されたものである。本実施形態では、劣化速度算出グラフは予め算出され、劣化情報記憶部２７１に記憶されていることを想定する。

劣化速度算出グラフは、ある前提条件を満たす複数の二次電池の検査結果から導出される。前提条件は特に限られるものではなく、様々な前提条件があるとする。例えば、単位電池の正極の活物質量が所定の範囲内であることを前提条件とする。そして、当該前提条件を満たす複数の二次電池に対し検査を行い、検査結果に基づき劣化速度算出グラフを算出する。この際、検査結果に対して内部状態パラメータの推定を行い、正極活物質量の変化及び負極活物質量の変化より、正極劣化モデルと負極劣化モデルを得ることができる。蓄電池１の正極の活物質量が当該所定の範囲に含まれる場合、つまり蓄電池１が当該前提条件を満たす場合、当該前提条件により算出された劣化速度算出グラフにより、蓄電池１の劣化速度が推定できる。また、劣化速度算出グラフの作成方法は、特に限られるものではなく、任意に定めてよい。

その他にも、例えば、二次電池の保管又は使用時の環境に関する事項を前提条件としてもよい。環境に関する前提条件として、温度、湿度といった事項が考えられる。また、例えば、二次電池の使用履歴に関する事項を前提条件としてもよい。使用履歴に関する前提条件として、充電又は放電の回数、使用された総時間などが考えられる。

二次電池の劣化の原因としては、電解液との反応性、活物質の膨張収縮による破損などが想定されるが、二次電池の劣化の原因を特定することは容易ではない。また、二次電池の保管状況、使用履歴等により劣化の状況も異なる。ゆえに、予め様々な前提条件及び参照パラメータにおける劣化速度算出グラフを算出しておき、蓄電池１の状態に合致する劣化速度算出グラフを用いる。つまり、蓄電池１の状態と同程度の状態である二次電池の検査結果に基づき算出された劣化速度算出グラフが用いられる。これにより、蓄電池１の劣化速度を精度良く推定することができる。

様々な種類の検査が行われることにより、参照パラメータも多数の種類があるとする。例えば、正極又は負極の活物質のＳＯＣ、Ｃ−ｒａｔｅ（充放電時の電流）、電位といった二次電池の状態を示す参照パラメータが考えられる。また、温度、湿度など環境に関する事項又は二次電池の使用履歴に関する事項を参照パラメータとして用いてもよい。なお、前提条件は、定数である参照パラメータとも言える。

図１０（Ａ）は、ある前提条件を満たす二次電池におけるＳＯＣと正極の劣化速度との関係を示す（ＳＯＣ−劣化速度）グラフである。横軸がＳＯＣを示し、縦軸が正極の相対的な劣化速度を示す。相対的な劣化速度は、劣化速度が最も低いときの値を１としたときの相対値を示す。以降、特に断りがないときは、劣化速度は相対値を表すものとする。図１０（Ａ）は、ある前提条件を満たす二次電池のＳＯＣが２０％から６０％のときは正極の劣化速度が低く、ＳＯＣが２０％未満までと、ＳＯＣが６０％を超えたときは正極の劣化速度が高いことを示す。

例えば、図１０（Ａ）の劣化情報が蓄電池１に対応するとした場合に、許容可能な劣化速度が１．５以下と指定されたとする。このとき、図１０（Ａ）の劣化速度算出グラフにより、ＳＯＣの下限値は約１０％、ＳＯＣの上限値は約８０％と判明する。したがって、ＳＯＣの範囲が約１０％から約８０％までであることが、蓄電池１の正極の使用条件となる。

図１０（Ｂ）は、ある前提条件を満たす二次電池におけるＳＯＣと負極の劣化速度との関係を示すグラフである。図１０（Ａ）のグラフと異なり、ＳＯＣが２０％未満までの範囲においても、負極の劣化速度が低い。このように、同じ参照パラメータであっても、正極と負極とで劣化速度が同じとは限らない。

例えば、図１０（Ｂ）の劣化情報が蓄電池１に対応するとした場合に、許容可能な劣化速度が１．５以下と指定されたとする。このとき、図１０（Ｂ）の劣化速度算出グラフにより、ＳＯＣの下限値は０％、ＳＯＣの上限値は約７５％と判明する。したがって、ＳＯＣの範囲が約０％から約７５％までであることが蓄電池１の負極の使用条件となる。

図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）とを比較して分かるように、劣化進行を考慮した場合において各極の劣化速度は、正極と負極とで異なる場合もある。ゆえに、蓄電池１の正極の使用条件（第２使用条件）及び蓄電池１の負極の使用条件（第３使用条件）のいずれか一方を、蓄電池１の使用条件（第１使用条件）としてもよい。或いは、蓄電池１の正極及び負極の両方の使用条件を考慮して、蓄電池１の使用条件を作成してもよい。例えば、正極の劣化速度が指定値以下となるための使用条件と、負極の劣化速度が指定値以下となるための使用条件と、に基づき、蓄電池１の使用条件を算出してもよい。一方の電極における使用条件が広くとも、他方の電極における使用条件が狭い場合において、使用条件を広い方にすると、他方の電極の劣化速度が上昇してしまう。したがって、使用条件は、正極における使用条件と、負極における使用条件とのうち、狭い方に依存することが好ましい。これにより、正極及び負極それぞれの劣化を考慮した使用条件を算出することができる。

例えば、上記のように、正極の使用条件はＳＯＣの範囲が約１０％から約８０％までであり、負極の使用条件はＳＯＣの範囲が約０％から約７５％までである場合、蓄電池１の使用条件は、ＳＯＣの範囲が約１０％から約７５％までとしてよい。なお、蓄電池１の使用条件に関する範囲が、正極の使用条件に関する範囲内であり、かつ負極の使用条件に関する範囲内としてもよい。例えば、蓄電池１の使用条件は、約１０％から約７５％までよりも狭い、約２０％から約７０％までとしてもよい。

また、上記では、正極の使用条件と負極の使用条件を算出してから蓄電池１の使用条件が算出されたが、正極に関する劣化モデルと、負極に関する劣化モデルと、を合成することにより蓄電池１の劣化モデルを算出してから蓄電池１の使用条件が算出されてもよい。言い換えると、正極に関する劣化速度算出グラフと、負極正極に関する劣化速度算出グラフとの合成グラフにより、蓄電池１の使用条件が算出されてもよい。

このように、使用条件算出部２７３は、許容されるＳＯＣの値の範囲を示す使用条件を作成する。また、正極だけでなく負極の劣化も考慮した使用条件を作成することができる。

また、使用条件の算出に用いられた参照パラメータとして、電池特性推定部２５が推定した内部状態パラメータ又は電池特性の推定値が用いられる。ゆえに、算出された使用条件は、現時点の蓄電池１の劣化に応じた適切な使用条件となる。

また、前述のように、電池特性推定部２５は、内部状態パラメータ及び電池特性の推定値を高精度に算出することが可能である。さらに、電解液、温度などが考慮されて補正された内部抵抗に基づき、内部状態パラメータ又は電池特性の推定値が再度算出されることにより、推定値の精度がより高まる。このようにして、精度が高い推定値が用いられるため、算出される使用条件の精度も高まる。

使用条件算出部２７３は、ＳＯＣ以外の参照パラメータに関する使用条件を算出してもよい。図１０（Ｃ）は、二次電池の温度と劣化速度との関係を示すグラフである。使用時、保管時などにおける温度に対する劣化速度の依存性が示される。例えば、図１０（Ｃ）の劣化情報が蓄電池１に対応するとした場合に、許容可能な劣化速度が５以下と指定されたとする。このとき、図１０（Ｃ）の劣化速度算出グラフにより、温度の下限値は０℃、温度の上限値は約４０℃と判明する。したがって、温度の範囲が約０℃から約４０℃までであることが蓄電池１の使用条件となる。

図１０（Ｄ）は、二次電池のＣ−ｒａｔｅと劣化速度との関係を示すグラフである。劣化速度のＣ−ｒａｔｅに対する依存性が示されている。例えば、図１０（Ｄ）の劣化情報が蓄電池１に対応するとした場合に、許容可能な劣化速度が５以下と指定されたとする。このとき、図１０（Ｄ）の劣化速度算出グラフにより、Ｃ−ｒａｔｅの下限値は０、Ｃ−ｒａｔｅの上限値は約２Ｃと判明する。したがって、Ｃ−ｒａｔｅの範囲が０から約２Ｃまでであることが蓄電池１の使用条件となる。このように、充電又は放電に係る電流の値の範囲を示す使用条件が作成されてもよい。また、ＳＯＣ、電流、その他に関する使用条件を組み合わせた使用条件が作成されてもよい。

なお、正極、負極、蓄電池１の劣化速度の目標値を同じ値にしたが、必ずしも同じである必要はない。正極、負極それぞれの劣化状態、今後の用途、使用目的を考慮し、正極及び負極それぞれの劣化速度の目標値を定めてもよい。

また、上記では、参照パラメータと劣化速度との関係を示すグラフから、使用条件が算出された。さらに、算出された使用条件と、参照パラメータ同士の関係を示す劣化モデルと、に基づき、異なる使用条件が算出されてもよい。

図１１は、新たな使用条件の算出について説明する図である。図１１には、参照パラメータ同士の関係を示すグラフが示されている。図１１（Ａ）は、ＳＯＣとＣ−ｒａｔｅの最大値（蓄電池最大電流値）との関係を示すグラフである。使用条件算出部２７３は、上記のようにしてＳＯＣ範囲を求めた後で、図１１（Ａ）のグラフに基づき、Ｃ−ｒａｔｅの範囲を算出してもよい。ＳＯＣ範囲が約１０％から約７５％までであり、定電流で充放電を行う場合、図１１（Ａ）のグラフから、Ｃ−ｒａｔｅの最大値の範囲が約３．２Ｃから約５．０Ｃまでと判明する。この場合では、電流はＣ−ｒａｔｅの最大値の範囲の下限値以下、つまり約３．２Ｃ以下となる。このようにして、電流に関する使用条件が求まる。

図１１（Ｂ）は、Ｃ−ｒａｔｅと電圧との関係を示すグラフである。ＳＯＣ範囲が約１０％から約７５％までであり、定電流で充放電を行う場合、ＳＯＣ約１０％のＣ−ｒａｔｅの値が約３．２Ｃ、ＳＯＣ約７５％のＣ−ｒａｔｅの値が約４．０Ｃと図１１（Ａ）のグラフから判明したため、図１１（Ｂ）のグラフから、電圧の範囲が約３．３Ｖから約３．９Ｖまでと判明する。このようにして、電圧に関する使用条件が求まる。

なお、使用条件算出部２７３は、取得した劣化モデルを変換し、新たな劣化モデルを作成してもよい。例えば、使用条件算出部２７３は、図１１（Ｂ）に示したＣ−ｒａｔｅと電圧との関係を示すグラフを劣化情報取得部２７２から取得するのではなく、図１１（Ａ）に示したＣ−ｒａｔｅとＳＯＣとの関係を示すグラフから作成してもよい。ＳＯＣからの電圧への変換は、電池特性推定部２５が算出したＳＯＣ−ＯＣＶ曲線と、上述の電圧の算出式を用いればよい。

図１１（Ｂ）のように、充電時に容易に測定することが可能な電圧などを参照パラメータとして用いた使用条件を算出すれば、計測部２２による電圧の計測結果と連動して、蓄電池１が使用可能になる。

このように、電圧等に基づいて使用条件を算出することができれば、内部状態パラメータは直接測定できないが、蓄電池１の電圧は測定することができる簡易な電子機器でも、充放電制御装置２として使用条件を満たす充放電を行うことができる。これにより、内部状態パラメータを直接測定する機能が不要となり、電子機器の製造に係るコストの抑制を図ることができる。

なお、劣化速度算出グラフの代わりに、劣化速度を算出するための関数を用いてもよい。例えば、劣化速度算出グラフの近似関数を用いてもよい。

次に劣化マップについて説明する。図１２は劣化マップについて説明する図である。劣化マップは、複数の要素から成る多次元のグラフであり、劣化モデルの劣化速度算出グラフの集合体である。例えば、劣化マップは、温度と、ＳＯＣと、Ｃ−ｒａｔｅと、に対して劣化速度を定量的にマップ化したものでもよい。なお、劣化マップも、劣化モデル同様、正極及び負極ごとに存在してよい。正極劣化マップと負極劣化マップから二次電池の劣化マップが作成されてもよい。

図１２（Ａ）は、Ｃ−ｒａｔｅがある値のときの、温度と、ＳＯＣと、劣化速度の三つの参照パラメータの関係を示す３次元グラフである。図１２（Ａ）の劣化マップは、Ｃ−ｒａｔｅの値ごとに存在する。温度の軸に垂直な平面における図１２（Ａ）の断面グラフ（２次元グラフ）は、前提条件がＣ−ｒａｔｅと温度であって、参照パラメータがＳＯＣである劣化速度算出グラフになる。ＳＯＣの軸に垂直な平面における図１２（Ａ）の断面グラフは、前提条件がＣ−ｒａｔｅとＳＯＣ、参照パラメータが温度である劣化速度算出グラフになる。このように、前提条件は参照パラメータの１種である。

図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の断面グラフの一例である。図１２（Ｂ）は、Ｃ−ｒａｔｅと、温度とが指定された場合の、ＳＯＣと、劣化速度の二つの参照パラメータの関係を示す２次元グラフである。このように、３次元の劣化マップの断面グラフは、劣化モデルになる。ゆえに、劣化マップは、複数の参照パラメータの値が指定された場合に劣化モデルと同様になるため、劣化マップを用いても、蓄電池１の使用条件を算出することができる。

このように劣化モデル及び劣化マップは、ＳＯＣ、Ｃ−ｒａｔｅなどの一つ以上の参照パラメータと、劣化速度との関係を示すデータを含む。

なお、使用条件算出部２７３は、劣化モデルに基づき劣化マップを生成してもよいし、劣化マップに基づき劣化モデルを生成してもよい。

なお、使用条件算出部２７３が算出した使用条件は蓄電池１の劣化を防ぐためのものであるが、蓄電池１の劣化とは関係ない他の使用条件が蓄電池１に課せられていることも考えられる。ゆえに、使用条件算出部２７３は、他の使用条件を考慮して、算出した使用条件を変更してもよい。例えば、一度算出された使用条件に従って蓄電池１を使用した場合に、所定の充放電容量が得られないという場合もあり得る。そのような場合、劣化進行と充放電容量のいずれを優先させるかにより、使用条件を変化させてもよい。充放電容量を優先させる場合は、例えば、一度算出された使用条件の上下数％程度の範囲を、使用条件として指定してもよい。これにより、充電中に計測部２２により測定された蓄電池１の状態等を考慮して、充放電制御部２１が当該範囲内において使用条件を調整することができる。

このようにして、使用条件算出部２７３は、劣化速度が指定された値以下となるための使用条件を算出する。

図１３は、使用条件算出処理のフローチャートの一例を示す図である。使用条件算出処理は、電池特性推定部２５又は内部抵抗補正部２６による蓄電池１の電池特性等の推定値が算出されてから行われる。

劣化情報取得部２７２は、電池特性推定部２５又は内部抵抗補正部２６から取得した内部状態パラメータ又は電池特性の推定値に基づき、劣化情報記憶部２７１から蓄電池１に対応する劣化情報を取得する（Ｓ５０１）。

なお、劣化情報記憶部２７１がデータベースなどで実現されている場合は、電池特性等が属性として劣化情報と対応して記録しておけば、ＲＤＢＭＳなどの管理機能を用いることにより、電池特性等の推定値に基づき劣化情報を抽出することができる。なお、推定値と、劣化情報に対応する電池特性等の値は、完全に一致しなくとも所定の許容範囲内であれば抽出してもよい。

使用条件算出部２７３は、劣化情報取得部２７２により取得された劣化情報に基づき、正極及び負極に対し、使用条件を算出する（Ｓ５０２）。使用条件算出部２７３は、正極の使用条件及び負極の使用条件を統合して、蓄電池１の使用条件を算出する（Ｓ５０３）。以上が、使用条件算出処理のフローチャートである。なお、算出された使用条件は、劣化情報記憶部２７１に送られてもよいし、記憶部２４に送られてもよいし、充放電制御部２１に送られてもよい。

なお、一度算出された使用条件は、蓄電池１の状態に変化があったと判断された場合に再作成されてもよい。蓄電池１の状態に変化があったと判断するのは、電池特性推定部２５でもよいし、使用条件作成部２７でもよい。或いは、図示されていない出力部を介して、蓄電池１の状態、当該状態に対応する劣化情報などを出力し、当該出力を見た蓄電池１のユーザ、充放電制御装置２の管理者等が、図示されていない入力部を介して、劣化速度の指定値の変更、使用条件の更新などを指示してもよい。

蓄電池１の状態に変化があったか否かは、予め更新のための基準値を定めておき、基準値に基づき判断すればよい。例えば、電池容量、電圧、内部抵抗、又は内部状態パラメータの変化量が基準値よりも低下または上昇した場合に、蓄電池１の状態が変化したと判断してもよい。当該基準値は任意に定めてよい。

図１４は、使用条件更新処理のフローチャートの一例を示す図である。ここでは、使用条件作成部２７が更新を判断することを想定する。劣化情報取得部２７２が、電池特性推定部２５又は内部抵抗補正部２６から内部状態パラメータ又は電池特性の推定値を取得し、取得した電池特性等に対応する更新条件を劣化情報記憶部２７１から取得する（Ｓ６０１）。更新条件は、予め劣化情報記憶部２７１に記憶されていることを想定する。そして、劣化情報取得部２７２は、取得した電池特性等が更新条件を満たすかを確認する（Ｓ６０２）。

電池特性等が更新条件を満たさない場合（Ｓ６０３のＮＯ）は、更新処理が終了する。電池特性等が更新条件を満たす場合（Ｓ６０３のＹＥＳ）は、使用条件作成処理を開始する（Ｓ６０４）。

なお、推定値が複数ある場合、劣化情報取得部２７２は、少なくとも一つの電池特性等が更新条件を満たす場合に更新を行うと判断してもよい。或いは、所定数以上又は全ての電池特性等が更新条件を満たす場合に更新を行うと判断してもよい。また、推定値が更新条件を満たすか否かを確認するのは、劣化情報取得部２７２に限られるわけではない。

なお、上記では、使用条件の更新は、電池特性推定部２５等による電池特性等の推定値が更新条件を満たす場合に行われることを想定した。しかし、充放電制御装置２の負荷等の問題により、電池特性等の推定処理を頻繁に行えない場合もあり得る。このような場合は、使用条件算出部２７３は、劣化進行が一定に進むなどの仮定条件に基づいて、電池特性等の仮の推定値を算出し、仮の推定値に基づいて、更新条件を満たすか否かを判断してもよい。これにより、蓄電池１の検査の間隔を長くしても、使用条件の更新が行われない事態を防ぐことができる。

以上のように、第１の実施形態によれば、蓄電池１の電圧及び電流に基づき、蓄電池１の内部状態パラメータ及び電池特性を推定することができる。そして、内部状態パラメータ又は電池特性の推移値に基づき、使用による劣化速度が指定値以下となるような使用条件を作成することができる。このように、第１の実施形態により算出される使用条件は、蓄電池１の劣化状態に応じたものとなる。また、蓄電池１の正極及び負極は劣化状態が異なるが、第１の実施形態は、正極及び負極の両方の劣化を考慮して、蓄電池１の使用条件を算出することができる。また、当該使用条件が蓄電池１の劣化状態に応じて更新されることにより、蓄電池１の性能を発揮しつつ、過度な劣化を抑えることができる。また、劣化状態の推定も、内部状態パラメータを直接測定する必要はなく、簡易にかつ高精度に行うことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、劣化情報取得部２７２は、劣化情報記憶部２７１に記憶された劣化情報から、蓄電池１に対応する劣化情報を取得した。しかし、蓄電池１の状態は多岐に渡るため、劣化情報を劣化情報記憶部２７１に全て蓄えるとなると、劣化情報記憶部２７１の容量が肥大化する。また、当該蓄電池１に対応する劣化情報が劣化情報記憶部２７１に無い場合もあり得る。ゆえに、第２の実施形態では、外部からの劣化情報の取得及び更新を行う。これにより、劣化情報記憶部２７１に記憶される劣化情報の量を減らすことができ、使用条件作成部２７の小型化、及び使用条件作成部２７の製造に係るコストの削減が実現できる。また、対応する蓄電池１の種類を増やすことができる。

図１５は、第２の実施形態に係る蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。第２の実施形態では、劣化情報取得部２７２が外部と接続されている点が第１の実施形態とは異なる。第１の実施形態と同様の点は、説明を省略する。

劣化情報取得部２７２は、劣化情報を提供する装置等と、有線若しくは無線通信、又は電気信号にて接続され、データの授受が可能とする。劣化情報を提供する装置等は、特に限られるものではなく、劣化情報が蓄えられている外部データベース３でもよいし、劣化情報を生成し提供する劣化情報提供サーバ４でもよい。以降、劣化情報を提供する装置等を、劣化情報提供装置と記載する。劣化情報取得部２７２は、通信ネットワーク５を介して、劣化情報提供装置と接続されてもよい。或いは、デバイスインタフェースにより、外部データベース３と直接又は間接的に接続されていてもよい。

劣化情報取得部２７２による劣化情報の取得が行われるタイミングは、蓄電池１に対応する劣化情報がない場合に行われることを想定するが、特に限られるものではない。例えば、劣化情報提供装置が新たな劣化情報を生成した場合に行われてもよいし、定期的に行われてもよい。必要な劣化情報が劣化情報記憶部２７１にない場合は、蓄電池１の規格、電池特性、内部状態パラメータなどに基づき、これらに対応する劣化情報が取得される。なお、条件等を指定せずに、劣化情報提供装置から劣化情報を取得してもよい。また、取得した劣化情報のうち、不要とされる劣化情報は、劣化情報記憶部２７１に記憶されなくともよい。

なお、劣化情報記憶部２７１は、内部に記憶されている劣化情報を削除してもよい。例えば、容量節約のために、使用回数の少ない劣化情報、使用期限が切れた劣化情報など所定の削除条件を満たす劣化情報は、劣化情報記憶部２７１に記憶されていなくともよい。

なお、劣化情報取得部２７２は、劣化情報以外の情報を取得してもよい。また、劣化情報提供装置以外の装置等とも接続されていてもよい。例えば、蓄電池１を管理するサーバ等から、蓄電池１の今後の使用に関する情報を取得してもよい。例えば、蓄電池１の今後の使用環境、出力予定規格、制限条件等の情報を取得してもよい。そして、今後の使用環境下における蓄電池１の電池特性、内部状態パラメータ、寿命等を電池特性推定部２５が予想した上で、当該予想値に基づき、使用条件の算出処理が行われてもよい。

また、劣化情報取得部２７２は、外部の装置等に対し、情報を出力してもよい。つまり、劣化情報取得部２７２は、出力部とも言える。劣化情報取得部２７２は、例えば、使用条件算出部２７３が算出した使用条件、使用条件の算出に使用された劣化情報又は推定値等を、データベース、ファイルサーバ、画像表示装置などの外部の装置等に出力してもよい。このようにして、出力先の外部の装置等によりユーザ等が使用条件等を認識することができる。

図１６は、劣化情報取得処理のフローチャートの一例を示す図である。このフローチャートは、使用条件を作成する前に劣化情報の取得が行われる場合のフローを示す。

劣化情報取得部２７２が、電池特性推定部２５又は内部抵抗補正部２６から蓄電池１の電池特性等の推定値を取得する（Ｓ７０１）。使用条件算出部２７３は、取得された推定値に基づき、蓄電池１に対応する劣化情報が劣化情報記憶部２７１に記憶されているかを確認する（Ｓ７０２）。

蓄電池１に対応する劣化情報が劣化情報記憶部２７１に記憶されている場合は（Ｓ７０３のＹＥＳ）は、フローは終了する。蓄電池１に対応する劣化情報が劣化情報記憶部２７１に記憶されていない場合（Ｓ７０３のＮＯ）は、劣化情報取得部２７２が劣化情報提供装置へ問い合わせを行う（Ｓ７０４）。当該問い合わせには、取得された推定値が含まれているとする。

劣化情報提供装置は、受信した電池特性等の推定値に基づき、使用条件の算出に必要とされる劣化情報を送信する（Ｓ７０５）。そして、劣化情報取得部２７２が、送られてきた劣化情報を取得し、使用条件作成処理に移る（Ｓ７０６）。使用条件作成処理は、上述の通りである。以上が、劣化情報取得処理のフローである。

以上のように、第２の実施形態によれば、使用条件を算出するために必要な劣化情報が劣化情報記憶部２７１に記憶されていなくとも、蓄電池１の電池特性等に基づき、必要な劣化情報を取得することができる。これにより、劣化情報記憶部２７１に記憶しておく劣化情報の量を減らすことができ、使用条件作成部２７の小型化、又は使用条件作成部２７の製造に係るコストの削減が実現できる。また、対応する蓄電池１の種類を増やすことができる。

また、上記に説明した実施形態において、充放電制御部２１は、作成された使用条件に基づき、蓄電池１に対し充放電を行う。この際、充放電制御部２１は、使用条件を満たしているかを判断する必要がある。例えば、使用条件としてＳＯＣ範囲が定められている場合、直接ＳＯＣの値を取得することはできないため、充放電制御装置２は、図７に示したような電圧とＳＯＣとの関係を示すデータ、又は内部抵抗とＳＯＣとの関係を示すデータなどを用いて、ＳＯＣの値を求める。

しかし、電圧又は内部抵抗からＳＯＣを高精度に推定することが困難な単位電池もある。例えば、大型電源システムの用途に用いられる組電池は、使用されるＳＯＣ範囲が広範囲であることは勿論のこと、安定な動力を得るために、使用されるＳＯＣ範囲において出力可能電力の変動が少ないことが好ましい。ゆえに、組電池内の複数の単位電池それぞれは、使用されるＳＯＣ範囲において、ＳＯＣに対する電圧の変化率、及びＳＯＣに対する内部抵抗の変化率が小さいほうが好ましい。しかし、使用されるＳＯＣ範囲において、当該変化率が小さい単位電池を用いると、逆に、電圧又は内部抵抗からＳＯＣを高精度に推定することが困難になる。

ゆえに、充放電制御装置２の充放電の対象として組電池を用いる場合は、少なくとも二つの単位電池が直列に接続された組電池であって、検知用単位電池を少なくとも一つ含む組電池であることが好ましい。検知用単位電池は、使用条件のＳＯＣ範囲において、ＳＯＣに対する電圧の変化率の絶対値が残りの単位電池よりも大きい単位電池である。このような組電池であれば、検知用単位電池により、組電池がＳＯＣに関する使用条件を満たしているかを判断することができる。

図１７は、組電池の一例を示す図である。検知用単位電池１１１と、検知用単位電池１１１とは異なる他の単位電池（高性能電池）１２１、１２２、１２３が示されている。また、回路線２８０から２８５が示されている。回路線２８０は組電池全体に対し充放電を行うためのものである。回路線２８１から２８４は対応する単位電池に対して個別に充放電を行うためのものである。回路線２８５は高性能電池全体に対して充放電を行うためのものである。また、回路線２８５は、高性能電池のみの内部状態を推定するために必要な充電曲線を取得するために用いられる。回路線２８０では、検知用電池が含まれているため、高性能電池全体の充電曲線を取得することが困難である。なぜなら、高性能電池を満充電するために電流を流し続けると、高性能電池よりも電池容量の小さい検知用電池は過充電状態となり、劣化が進行するだけでなく、発火などの事態が生じる恐れがあるためである。故に、回路線２８５が用いられる。組電池全体に対し充放電を行う場合、回路線２８０により各単位電池が直列に接続されているため、各単位電池に流れる電流は同じである。ゆえに、各単位電池は同程度に充電されていく。そして、回路線２８１の電圧に基づき、検知用単位電池１１１のＳＯＣの値を算出することができる。ゆえに、検知用単位電池１１１の電圧に基づき、組電池全体又は高性能単位電池がＳＯＣ範囲であるかを判定することができる。

図１８は、検知用単位電池及び高性能単位電池のＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線の一例を示す図である。上のグラフが検知用単位電池のＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線を示す。下のグラフが高性能単位電池のＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線を示す。下のグラフでは、ＳＯＣ範囲に対する電圧範囲が狭いため、電圧の値に応じてＳＯＣの値を高精度に算出することは困難である。一方、上のグラフは、ＳＯＣに対する電圧の変化率が下のグラフよりも大きいため、下のグラフを用いるよりも、電圧の値に応じてＳＯＣの値を高精度に算出することができる。つまり、電圧からＳＯＣを算出するには、検知用単位電池を用いたほうが、精度が高い。

ゆえに、充放電制御部２１は、検知用単位電池が使用条件を満たしているときに、組電池の充放電を行えばよい。充放電制御装置２は、予め検知用単位電池又は検知用単位電池に係る回路線を認識していてもよい。或いは、充放電制御装置２は、ＳＯＣに対する電圧の変化率の絶対値が他の単位電池よりも大きい単位電池を検知用単位電池とみなしてもよい。つまり、充放電制御部は、ＳＯＣに対する電圧の変化率の絶対値が大きいほうの電池が使用条件を満たしているときに、組電池を充放電してもよい。ＳＯＣに対する電圧の変化率の絶対値は、ＳＯＣ推定部により算出されたＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線などに基づいて、判断してもよい。このようにすると、検知用単位電池をユーザ等が予め指定する必要がなくなる。

また、組電池が上記のような構成であれば、検知用単位電池以外は、使用されるＳＯＣ範囲において、当該変化率が小さい高性能な単位電池とすることができ、組電池の性能が向上する。また、電圧の低下が少ない組電池は、定電力を要求する電気機器のために、電圧の低下に伴い電流を増加させる必要がなくなる。そのため、単位電池を接続する電流線を細くすることができる。また、組電池と接続される電気機器、例えばＰＣＳ（ＰＯＷＥＲ ＣＯＮＤＩＴＯＮＥＲ ＳＹＳＴＥＭ）も、対応する電圧及び電流の範囲を小さくすることできる。

また、使用条件算出部２７３は、組電池を構成する単位電池のうち、ＳＯＣに対する電圧の変化率の絶対値が小さいほうの電池（つまり、高性能電池）に基づいて作成したＳＯＣに関する使用条件を、組電池に対する使用条件としてもよい。高性能電池の劣化を防ぐことができれば、検知用単位電池は劣化してもよい場合もある。ゆえに、使用条件算出部２７３は、検知用単位電池の使用条件は考慮せず、高性能電池の使用条件を組電池の使用条件としてもよい。

また、充放電制御装置２は、組電池を構成する単位電池ごとの使用可能なＳＯＣ範囲の相違（単位電池バランスのずれ）を調整してもよい。図１７に示す高性能電池１２１、１２２、及び１２３それぞれに対応する回路線を用いて充電することにより、高性能電池間のＳＯＣのずれをなくすことができる。これにより、蓄電池１の劣化の促進を防ぎ、蓄電池１の寿命の低下を防ぐことができる。電池バランスのずれの調整は、既存のバランサーの機能を用いればよい。

検知用単位電池１１１の両極の活物質は特に限られるものではないが、図１８に示したＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線における電圧の変化率の絶対値を大きくするような物質が好ましい。検知用単位電池１１１の正極活物質としては、例えば、ＮＣＭ、ＬＣＯ、ＬＭＯ、ＮＣＡ、又はこれらが２種類以上混合されたものが適している。ＮＣＭは三元系正極材（Ｌｉ（Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ）Ｏ_２）を意味する。ＬＣＯはコバルト酸リチウムを意味する。ＬＭＯはマンガン酸リチウムを意味する。ＮＣＡはコバルト・アルミ添加ニッケル酸リチウムを意味する。検知用単位電池１１１の負極活物質としては、例えば、ＬＴＯ、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボンが適している。黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボンのうち２種類以上が混合されたものも適している。ＬＴＯはチタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_１２Ｏ_１２）を意味する。検知用単位電池１１１としては、上述の正極活物質を用いた正極と、負極活物質を用いた負極と、を組み合わせた単位電池が適している。特に、負極がＬＴＯの二次電池を蓄電池１として用い、充電の終期において負極を使用しないとする使用条件を用いて、充放電制御装置２が充電を制御することが望ましい。

高性能電池としては、両極の組み合わせが、ＬＦＰと黒鉛、又はＬＦＰとＬＴＯである二次電池が適している。ＬＦＰはリン酸鉄リチウムを意味する。

このように、検知用単位電池と、複数の高性能電池と、が直列に接続されることにより構成された組電池であって、使用条件として算出されたＳＯＣ範囲において、検知用単位電池は高性能電池よりもＳＯＣに対する電圧の変化率が大きいという特徴を有する組電池を充放電の対象として用いることが望ましい。これにより、充放電制御装置２は、使用条件を満たしつつ充放電を行うことができる。

また、上記に説明した実施形態における各処理は、専用の回路により実現してもよいし、ソフトウェア（プログラム）を用いて実現してもよい。ソフトウェア（プログラム）を用いる場合は、上記に説明した実施形態は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載された中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサにプログラムを実行させることにより、実現することが可能である。

図１９は、本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図である。充放電制御装置２は、プロセッサ６１、主記憶装置６２、補助記憶装置６３、ネットワークインタフェース６４、デバイスインタフェース６５を備え、これらがバス６６を介して接続されたコンピュータ装置６として実現できる。

プロセッサ６１が、補助記憶装置６３からプログラムを読み出して、主記憶装置６２に展開して、実行することで、充放電制御部２１、計測部２２、ＳＯＣ推定部２３、電池特性推定部２５、内部抵抗補正部２６、使用条件作成部２７の機能を実現することができる。

プロセッサ６１は、コンピュータの制御装置及び演算装置を含む電子回路である。プロセッサ６１は、例えば、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシン、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、及びこれらの組合せを用いることができる。

本実施形態における充放電制御装置２は、各装置で実行されるプログラムをコンピュータ装置６に予めインストールすることで実現してもよいし、プログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して配布して、コンピュータ装置６に適宜インストールすることで実現してもよい。

主記憶装置６２は、プロセッサ６１が実行する命令、及び各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置６３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等がある。

ネットワークインタフェース６４は、無線又は有線により、通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。劣化情報取得部２７２が劣化情報提供装置と通信を行う場合は、劣化情報取得部２７２の通信処理の機能は、ネットワークインタフェース６４により実現することができる。ここではネットワークインタフェース６４を一つのみ示しているが、複数のネットワークインタフェース６４が搭載されていてもよい。

デバイスインタフェース６５は、出力結果などを記録する外部記憶媒体７と接続するＵＳＢなどのインタフェースである。劣化情報提供装置が外部記憶媒体７の場合は、劣化情報取得部２７２と外部記憶媒体７とのデータ授受の機能は、デバイスインタフェース６５により実現することができる。外部記憶媒体７は、ＨＤＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等の任意の記録媒体でよい。また、デバイスインタフェース６５を介して、蓄電池１と接続されていてもよい。

コンピュータ装置６は、プロセッサ６１などを実装している半導体集積回路などの専用のハードウェアにて構成されてもよい。専用のハードウェアは、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置との組み合わせで構成されてもよい。コンピュータ装置６は蓄電池１の内部に組み込まれていてもよい。

また、上記に説明した実施形態における各処理は、使用条件作成方法として用いられてもよい。例えば、使用条件作成方法は、充電又は放電の対象の二次電池である第１電池の充電又は放電時に計測された第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、第１電池の内部状態パラメータの推定値を推定する電池特性推定ステップと、二次電池の劣化速度と、二次電池に関する一つ以上の参照パラメータと、の関係を少なくとも示す参照データであって推定値に基づき第１電池に対応するとされた第１参照データと、劣化速度の指定値とに基づき、参照パラメータのうちの一つである第１参照パラメータに関する第１使用条件を算出する使用条件算出ステップと、を備えてもよい。

上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 蓄電池
１１１ 検知用単位電池
１２１、１２２、１２３ 他の単位電池（高性能電池）
２ 充放電制御装置
２１ 充放電制御部
２２ 計測部
２３ ＳＯＣ推定部
２４ 記憶部
２５ 電池特性推定部
２５１ 充放電履歴記録部
２５２ 内部状態パラメータ算出部
２５３ 電池特性算出部
２６ 内部抵抗補正部
２７ 使用条件作成部
２７１ 劣化情報記憶部
２７２ 劣化情報取得部（参照データ取得部）
２７３ 使用条件算出部
２８０、２８１、２８２、２８３、２８４、２８５ 回路線
３ 外部データベース
４ 劣化情報提供サーバ
５ 通信ネットワーク
６ コンピュータ装置
６１ プロセッサ
６２ 主記憶装置
６３ 補助記憶装置
６４ ネットワークインタフェース
６５ デバイスインタフェース
６６ バス
７ 外部記憶媒体

Claims (19)

1. 二次電池の劣化モデル又は劣化マップと、充電又は放電の対象の二次電池の内部状態パラメータとにより算出される使用条件に基づいて前記充電又は放電の対象の二次電池の充電又は放電を制御する充放電制御装置であって、
   前記使用条件を前記内部状態パラメータの変更に基づいて更新し、
   前記内部状態パラメータは、正極容量又は正極の質量、負極容量又は負極の質量、ＳＯＣずれ、及び内部抵抗を含む、
   充放電制御装置。
2. 前記使用条件が、前記充電又は放電の対象の二次電池に許容されるＳＯＣの値の範囲を含む
   請求項１に記載の充放電制御装置。
3. 前記使用条件が、前記充電又は放電の対象の二次電池の充電又は放電に係る電流の値の範囲を含む
   請求項１に記載の充放電制御装置。
4. 前記使用条件が、前記充電又は放電の対象の二次電池の充電又は放電に係る電流の値の範囲と、前記充電又は放電の対象の二次電池の充電又は放電に係る電流の値の範囲と、の両方を含む
   請求項１に記載の充放電制御装置。
5. 充電又は放電の対象の二次電池である第１電池の充電又は放電時に計測された前記第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の内部状態パラメータの推定値を推定する電池特性推定部と、
   二次電池の劣化速度と、二次電池に関する一つ以上の参照パラメータと、の関係を少なくとも示す参照データであって前記推定値に基づき前記第１電池に対応するとされた第１参照データと、前記劣化速度の指定値とに基づき、前記参照パラメータのうちの一つである第１参照パラメータに関する第１使用条件を算出する使用条件算出部と、
   を備え、
   前記第１参照データが、
   二次電池の正極の劣化速度と、一つ以上の前記参照パラメータと、の関係を少なくとも示す第２参照データと、
   二次電池の負極の劣化速度と、一つ以上の前記参照パラメータと、の関係を少なくとも示す第３参照データと、
   を含み、
   前記使用条件算出部が、
   前記正極の劣化速度が前記指定値以下となるための第２使用条件と、前記負極の劣化速度が前記指定値以下となるための第３使用条件と、を算出し、
   前記第２使用条件と、前記第３使用条件と、に基づき、前記第１使用条件を算出する
   使用条件作成装置。
6. 前記第１使用条件、前記第２使用条件、及び前記第３使用条件が範囲を示すものであり、
   前記第１使用条件に関する範囲が、前記第２使用条件に関する範囲内であり、かつ前記第３使用条件に関する範囲内である
   請求項５に記載の使用条件作成装置。
7. 前記第１参照パラメータがＳＯＣであり、
   前記第１使用条件が、前記第１電池に許容されるＳＯＣの値の範囲を含む
   請求項５または６に記載の使用条件作成装置。
8. 前記第１参照パラメータが電流であり、
   前記第１使用条件が、前記第１電池の充電又は放電に係る電流の値の範囲を含む
   請求項５ないし７のいずれか一項に記載の使用条件作成装置。
9. 前記第１参照パラメータがＳＯＣ又は電流であり、
   前記第１使用条件が、前記第１電池に許容されるＳＯＣの値の範囲と、前記充電又は放電の対象の二次電池の充電又は放電に係る電流の値の範囲と、の両方を含む
   請求項５ないし７のいずれか一項に記載の使用条件作成装置。
10. 前記電池特性推定部が、前記内部状態パラメータに基づき、電池特性の推定値を推定し、
    前記使用条件算出部が、前記電池特性の推定値に基づき、前記第１使用条件を算出する
    請求項５ないし９のいずれか一項に記載の使用条件作成装置。
11. 前記電池特性推定部が、
    前記第１電池の正極及び負極それぞれの初期充電量及び質量を前記内部状態パラメータとして算出し、電池容量又は開回路電圧を前記電池特性として算出して前記推定値とする
    請求項１０に記載の使用条件作成装置。
12. 前記推定値に基づき、前記第１参照データを取得する参照データ取得部
    をさらに備える請求項５ないし１０のいずれか一項に記載の使用条件作成装置。
13. 前記第１電池が、少なくとも二つの二次電池が直列に接続された組電池である場合において、
    前記使用条件算出部が、前記二つの二次電池のうち、ＳＯＣに対する電圧の変化率の絶対値が小さいほうの電池に基づいて作成したＳＯＣに関する使用条件を、前記組電池に対する前記第１使用条件とする
    請求項５ないし１２のいずれか一項に記載の使用条件作成装置。
14. 前記第１使用条件を出力する出力部
    をさらに備える請求項５ないし１３のいずれか一項に記載の使用条件作成装置。
15. 前記第１電池に対する充電又は放電を制御する充放電制御部と、
    前記第１電池の充電又は放電時に前記第１電池の電圧及び電流を計測する計測部と、
    請求項５ないし１４のいずれか一項に記載の使用条件作成装置と、
    を備える充放電制御装置。
16. 前記充放電制御部は、前記使用条件作成装置により算出された前記第１使用条件に基づき、前記第１電池を充電又は放電する
    請求項１５に記載の充放電制御装置。
17. 前記第１電池が、少なくとも二つの二次電池が直列に接続された組電池である場合において、
    前記充放電制御部が、ＳＯＣに対する電圧の変化率の絶対値が大きいほうの電池が前記第１使用条件を満たしているときに、前記組電池を充電又は放電する
    請求項１６に記載の充放電制御装置。
18. 充電又は放電の対象の二次電池である第１電池の充電又は放電時に計測された前記第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の内部状態パラメータの推定値を推定する電池特性推定ステップと、
    前記推定値に基づき、二次電池の劣化速度と、二次電池に関する一つ以上の参照パラメータと、の関係を少なくとも示す参照データであって前記推定値に基づき前記第１電池に対応するとされた第１参照データと、前記劣化速度の指定値とに基づき、前記参照パラメータのうちの一つである第１参照パラメータに関する第１使用条件を算出する使用条件算出ステップと、
    を備え、
    前記第１参照データが、
    二次電池の正極の劣化速度と、一つ以上の前記参照パラメータと、の関係を少なくとも示す第２参照データと、
    二次電池の負極の劣化速度と、一つ以上の前記参照パラメータと、の関係を少なくとも示す第３参照データと、
    を含み、
    前記使用条件算出ステップにおいて、
    前記正極の劣化速度が前記指定値以下となるための第２使用条件と、前記負極の劣化速度が前記指定値以下となるための第３使用条件と、が算出され、
    前記第２使用条件と、前記第３使用条件と、に基づき、前記第１使用条件が算出される、
    コンピュータに実行させるためのプログラム。
19. 充電又は放電の対象の二次電池である第１電池と、
    前記第１電池を充電又は放電する充放電制御装置と、
    を備えた蓄電システムであって、
    前記充放電制御装置が
    前記第１電池の充電又は放電時に計測された前記第１電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第１電池の内部状態パラメータの推定値を推定する電池特性推定部と、
    二次電池の劣化速度と、二次電池に関する一つ以上の参照パラメータと、の関係を少なくとも示す参照データであって前記推定値に基づき前記第１電池に対応するとされた第１参照データと、前記劣化速度の指定値とに基づき、前記参照パラメータのうちの一つである第１参照パラメータに関する第１使用条件を算出する使用条件算出部と、
    を備え、
    前記第１参照データが、
    二次電池の正極の劣化速度と、一つ以上の前記参照パラメータと、の関係を少なくとも示す第２参照データと、
    二次電池の負極の劣化速度と、一つ以上の前記参照パラメータと、の関係を少なくとも示す第３参照データと、
    を含み、
    前記使用条件算出部が、
    前記正極の劣化速度が前記指定値以下となるための第２使用条件と、前記負極の劣化速度が前記指定値以下となるための第３使用条件と、を算出し、
    前記第２使用条件と、前記第３使用条件と、に基づき、前記第１使用条件を算出する
    蓄電システム。