專利名稱：二次電池的劣化判斷裝置以及劣化判斷方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及二次電池的劣化判斷裝置以及劣化判斷方法，尤其涉及在車載狀態(tài)(on board)下判斷是否更換二次電池的劣化診斷。
背景技術(shù)：
已知二次電池在使用時隨著反復進行充放電而會劣化。因此，與二次電池的使用并行地在車載狀態(tài)下進行劣化診斷是尤為重要的。例如，在日本特開平6-89745號公報(專利文獻I)中，記載了對二次電池剩余的充放電循環(huán)數(shù)進行推算的二次電池系統(tǒng)。在專利文獻I中，在串聯(lián)連接多個二次電池而構(gòu)成的電池組中，通過外插各循環(huán)的每個循環(huán)的放電容量或者放電結(jié)束電壓的變化率，根據(jù)到設定值的循環(huán)數(shù)，對剩余的循環(huán)壽命進行推定。
另外，在日本特開2006-197765號公報(專利文獻2)中，記載了以二次電池為代表的搭載電系統(tǒng)驅(qū)動設備的移動體的價格設定。在專利文獻2中，根據(jù)主電池的使用履歷(歷史記錄)數(shù)據(jù)，EOJ (Electronic ControlUnit :電子控制單元)在車載狀態(tài)下算出并積累劣化推定參數(shù)。并且，劣化參數(shù)通過連接器和發(fā)送裝置從ECU被輸出給車輛外部的劣化推定裝置。劣化推定裝置根據(jù)讀出的劣化推定參數(shù)對電池的劣化狀態(tài)和剩余壽命進行推定，根據(jù)其推定結(jié)果來估算二次電池的評價額。在日本特開2007-195312號公報(專利文獻3)中，記載了進行適于搭載在車輛上的二次電池的剩余壽命推定的二次電池的壽命推定裝置。根據(jù)專利文獻3，相關(guān)函數(shù)被確定為具有與積累的二次電池的滿充電容量或者內(nèi)部電阻高的相關(guān)值。相關(guān)函數(shù)由將車輛的總行使距離的平方根作為變量的一次函數(shù)構(gòu)成，使用最小二乘法等來決定。然后，將所決定的相關(guān)函數(shù)與壽命判斷線交叉的點判斷為壽命，將到該壽命為止的行使距離推定為剩余壽命O進一步，在日本特開2008-241246號公報(專利文獻4)中，記載了在線進行二次電池的劣化診斷的技術(shù)。根據(jù)專利文獻4，針對電池模型式中的參數(shù)，存儲關(guān)于與電池狀態(tài)的變化相對應的新品時的參數(shù)值的變化的特性映射(map)。在二次電池的使用中，根據(jù)電池模型式執(zhí)行參數(shù)識別(等同)。然后，根據(jù)所識別的參數(shù)值以及與當前電池狀態(tài)對應的新品時的參數(shù)值的比率(變化率)，診斷二次電池的劣化程度。在先技術(shù)文獻專利文獻I :日本特開平6-89745號公報專利文獻2 日本特開2006-197765號公報專利文獻3 :日本特開2007-195312號公報專利文獻4 :日本特開2008-241246號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
為了確保所需輸出電壓、蓄積電力量，存在作為多個單元的集合體而使用二次電池的情況。例如，作為電動汽車、混合動力汽車等電動車輛的馬達驅(qū)動用電源，使用作為包括多個電池單元的電池組的集合體而構(gòu)成的電池組。在這樣的情況下，電池組整體價格變高，因此通過設為僅更換電池組的一部分的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)抑制成本的電池更換。例如，考慮由多個電池模塊構(gòu)成電池組，并且進行以模塊為單位的電池更換。根據(jù)專利文獻I 4，能夠在二次電池的使用(車載)中執(zhí)行劣化診斷。因而，針對使用中的二次電池，能夠根據(jù)車載狀態(tài)下的診斷結(jié)果來判斷是否要更換。然而，在專利文獻I 4中，在由多個模塊構(gòu)成的二次電池中，關(guān)于用于有效地執(zhí)行以模塊為單位的電池更換的劣化判斷沒有任何記載。本發(fā)明是用于解決這樣的問題而完成的發(fā)明，本發(fā)明的目的在于，對作為多個電池模塊的集合體而構(gòu)成的二次電池進行能夠使以電池模塊為單位的電池更換高效化(有效化)的劣化判斷。用于解決問題的手段 本發(fā)明的某方式是二次電池的劣化判斷裝置，上述二次電池是作為多個電池模塊的集合體而構(gòu)成的二次電池，上述劣化判斷裝置具備劣化診斷部、檢測部以及抽出部。劣化診斷部構(gòu)成為對每個電池模塊算出定量表示該電池模塊的劣化程度的劣化指標。檢測部構(gòu)成為根據(jù)由劣化診斷部算出的劣化指標與預定的更換等級的比較，從多個電池模塊檢測需要更換的第一電池模塊。抽出部構(gòu)成為在由檢測部檢測出第一電池模塊的情況下，從多個電池模塊中的劣化指標沒有達到更換等級的第二電池模塊，抽出應與第一電池模塊同時更換的第三電池模塊。優(yōu)選二次電池的劣化判斷裝置還具備剩余壽命推定部。剩余壽命推定部構(gòu)成為對每個電池模塊根據(jù)由劣化診斷部算出的劣化指標來推定到劣化指標達到更換等級為止的剩余壽命。并且，抽出部針對多個電池模塊中的第二電池模塊，在所推定出的剩余壽命比預定的判斷值短時，抽出該電池模塊作為第三電池模塊。進一步優(yōu)選劣化診斷部針對各電池模塊算出多個劣化指標。并且，剩余壽命推定部針對第二電池模塊，與多個劣化指標各自對應地推定多個剩余壽命，并且在所推定出的多個剩余壽命中的最小值比判斷值短時，抽出該電池模塊作為第三電池模塊。例如，劣化指標包括各電池模塊的內(nèi)部電阻?；蛘撸踊笜税ǜ麟姵啬K的滿充電容量?；蛘?，劣化指標包括各電池模塊的內(nèi)部電阻和滿充電容量?；蛘邇?yōu)選二次電池是鋰離子二次電池，劣化診斷部包括劣化參數(shù)獲取部和鋰析出量推定部。劣化參數(shù)獲取部構(gòu)成為通過基于開路電壓特性的劣化診斷獲取鋰離子二次電池的正極容量維持率、負極容量維持率以及電池容量變動量，上述開路電壓特性是表示鋰離子二次電池的開路電壓相對于容量變化的變化的特性。鋰析出量推定部構(gòu)成為按照正極容量維持率及負極容量維持率與第一變動量之間的預先求出的對應關(guān)系，根據(jù)所獲取的正極容量維持率及負極容量維持率，將所獲取的電池容量變動量分離為第一變動量和與由鋰析出引起的劣化對應的第二變動量，上述第一變動量是電池容量變動量中的與歷時劣化對應的變動量。并且，劣化指標包括各電池模塊的上述第二變動量?；蛘?，劣化指標包括各電池模塊的內(nèi)部電阻和滿充電容量中的至少一方以及第二變動量。優(yōu)選二次電池的劣化判斷裝置還具備引導信息生成部。引導信息生成部構(gòu)成為根據(jù)所檢測出的第一電池模塊和所抽出的第三電池模塊的合計個數(shù)，評價集合體整體的更換和部分的更換中的哪種更換在成本上更有利，上述部分的更換是指僅更換第一電池模塊和第三電池模塊。根據(jù)本發(fā)明的其他方式，是二次電池的劣化判斷方法，上述二次電池是作為多個電池模塊的集合體而構(gòu)成的二次電池，上述劣化判斷方法包括算出步驟，對每個電池模塊算出定量表示該電池模塊的劣化程度的劣化指標；檢測步驟，根據(jù)所算出的劣化指標與預定的更換等級的比較，從多個電池模塊檢測需要更換的第一電池模塊；以及抽出步驟，在檢測出第一電池模塊的情況下，從多個電池模塊中的劣化指標沒有達到更換等級的第二電池模塊，抽出應與第一電池模塊同時更換的第三電池模塊。優(yōu)選抽出步驟包括推定步驟，對每個電池模塊，根據(jù)通過算出步驟算出的劣化指標，推定到劣化指標達到更換等級為止的剩余壽命；和第三電池模塊抽出步驟，針對多個電池模塊中的第二電池模塊，在所推定出的剩余壽命比預定的判斷值短時，抽出該電池模塊 作為第三電池模塊。進一步優(yōu)選算出步驟中，針對各電池模塊算出多個劣化指標。推定步驟中，針對第二電池模塊，與多個劣化指標各自對應地推定多個剩余壽命。并且，第三電池模塊抽出步驟中，在所推定出的多個剩余壽命中的最小值比判斷值短時，抽出該電池模塊作為第三電池模塊。例如，劣化指標包括各電池模塊的內(nèi)部電阻?；蛘?，劣化指標包括各電池模塊的滿充電容量?；蛘?，劣化指標包括各電池模塊的內(nèi)部電阻和滿充電容量。另外，優(yōu)選二次電池是鋰離子二次電池，算出步驟包括獲取步驟，通過基于開路電壓特性的劣化診斷獲取鋰離子二次電池的正極容量維持率、負極容量維持率以及電池容量變動量，上述開路電壓特性是表示鋰離子二次電池的開路電壓相對于容量變化的變化的特性；和分離步驟，按照正極容量維持率及負極容量維持率與第一變動量(AQs (W))之間的預先求出的對應關(guān)系，根據(jù)所獲取的正極容量維持率及負極容量維持率，將所獲取的電池容量變動量分離為第一變動量和與由鋰析出引起的劣化對應的第二變動量，上述第一變動量是電池容量變動量中的與歷時劣化對應的變動量。并且，劣化指標包括各電池模塊的第二變動量?；蛘?，多個劣化指標包括各電池模塊的內(nèi)部電阻和滿充電容量中的至少一方以及第二變動量。優(yōu)選二次電池的劣化判斷方法還包括評價步驟，該評價步驟中，根據(jù)所檢測出的第一電池模塊和所抽出的第三電池模塊的合計個數(shù)，評價集合體整體的更換和部分的更換中的哪種更換在成本上更有利，所述部分的更換是指僅更換第一電池模塊和第三電池模塊。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)ψ鳛槎鄠€電池模塊的集合體而構(gòu)成的二次電池進行能夠使以電池模塊為單位的電池更換高效化(有效化)的劣化判斷。


圖I是表示本發(fā)明實施方式的二次電池的劣化判斷所應用的、將二次電池作為電源的電源系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是用于說明本實施方式的二次電池的劣化判斷的功能框圖。圖3是說明二次電池的滿充電容量的劣化的示意圖。圖4是說明二次電池的內(nèi)部電阻的劣化的示意圖。圖5是說明圖2示出的檢測部的功能的概況圖。圖6是說明圖2示出的抽出部的功能的概況圖。圖7是說明本發(fā)明實施方式的二次電池的劣化判斷的處理過程的流程圖。圖8是說明按照剩余壽命推定抽出追加更換模塊的處理過程的流程圖。圖9是說明劣化指標為滿充電容量時的剩余壽命推定的第一示意圖。
圖10是說明劣化指標為滿充電容量時的剩余壽命推定的第二示意圖。圖11是說明劣化指標為內(nèi)部電阻時的剩余壽命推定的第一示意圖。圖12是說明劣化指標為內(nèi)部電阻時的剩余壽命推定的第二示意圖。圖13是表示鋰離子二次電池相對于局部SOC的變化的開路電壓的變化特性的示意圖。圖14是示意表示鋰離子二次電池的單極容量的減少引起的單極開路電位的變化的曲線圖。圖15是示意表示鋰離子二次電池的正極與負極之間的組成對應的偏差與開路電位之間的關(guān)系的示意圖。圖16是說明由鋰離子二次電池的劣化引起的組成對應的偏差的示意圖。圖17是說明在使用新的鋰離子二次電池的情況下使開路電壓曲線(實測值)與開路電壓曲線(推定值)一致時的劣化參數(shù)的圖。圖18是說明在僅產(chǎn)生由鋰析出引起的劣化的情況下使開路電壓曲線(實測值)與開路電壓曲線(推定值)一致時的劣化參數(shù)的圖。圖19是說明在僅產(chǎn)生歷時劣化的情況下使開路電壓曲線(實測值)與開路電壓曲線(推定值)一致時的劣化參數(shù)的圖。圖20是表示僅產(chǎn)生歷時劣化的情況下的、正極容量維持率和負極容量維持率與組成對應的偏差容量之間的關(guān)系的圖。圖21是表示本發(fā)明實施方式2的二次電池的劣化判斷的處理過程的流程圖。圖22是用于說明使開路電壓曲線(推定值)和開路電壓曲線(實測值)一致的處理的示意圖。圖23是表示用于在車載狀態(tài)下獲取作為車載電池的鋰離子二次電池的劣化參數(shù)的控制處理過程的流程圖。圖24是表示開路電壓曲線(推定值)和開路電壓曲線(實測值)之間的誤差電壓的圖。圖25是表示開路電壓曲線(推定值)和開路電壓之間的誤差電壓的圖。圖26是表示本發(fā)明實施方式3的二次電池的劣化判斷的處理過程的流程圖。圖27是說明本發(fā)明實施方式3的二次電池的劣化判斷中的剩余壽命推定值的計算的圖表。標號說明10 :二次電池；15 :電池模塊；20 :電流傳感器；30 :電壓傳感器；40 :溫度傳感器；50 :負載；60 :負載控制裝置；70 :充電器；75 :充電連接器；80 :外部電源；85 :充電插頭；100 ECU ；102 =CPU ；104 :存儲器；110 :劣化診斷部；120 :檢測部(要更換模塊)；130 :剩余壽命推定部；140 :抽出部(追加更換模塊)；150 :引導信息生成部；CH1 :更換等級；CH2 :預備更換等級DI、DI (I) DI (η):劣化指標；Ib :電池電流；RL (I) RL (n)、RLla、RLlb、RLlc、RLla RLlc :剩余壽命推定值；Tb :電池溫度；Vb :電池電壓；Win :輸入電力上限值；Wout :輸出電力上限值；kl :正極容量維持率；k2 :負極容量維持率；Λ Qs :電池容量變動量(偏差容量);AQs (Li):偏差容量(由鋰析出引起);Λ Qs (W):偏差容量(由歷時劣化引起)。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。對以下圖中的相同或者相當?shù)牟糠謽擞浵嗤臉颂?，原則上不重復其說明。[實施方式I]在實施方式I中，說明本發(fā)明實施方式的二次電池的劣化判斷的基本概念。 圖I是表示本發(fā)明實施方式的二次電池的劣化判斷所應用的、將二次電池作為電源的電源系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的框圖。參照圖I，二次電池10提供負載50的驅(qū)動電力。負載50例如包括搭載于電動汽車、混合動力汽車等電動車輛的行使用電動機。進一步，負載50使用電動機的再生電力對二次電池10進行充電。二次電池10例如由鎳氫二次電池、鋰離子二次電池構(gòu)成。二次電池10構(gòu)成為多個電池模塊15連接而成的集合體。在各電池模塊15設置有電壓傳感器30和溫度傳感器40。在圖I的示例中，各電池模塊15串聯(lián)連接，因此在各電池模塊配置有共用的電流傳感器20。下面，將電流傳感器20的測量值標記為電池電流Ib，將電壓傳感器30的測量值標記為電池電壓Vb，將溫度傳感器40的測量值標記為電池溫度Tb。另外，還將電池電流lb、電池電壓Vb和電池溫度Tb等由傳感器獲取的數(shù)據(jù)一并稱為“電池數(shù)據(jù)”。根據(jù)圖I可知，按照每個電池模塊15來檢測電池電流lb、電池電壓Vb和電池溫度Tb。即，在本實施方式中，能夠?qū)γ總€電池模塊15根據(jù)電池數(shù)據(jù)來分別執(zhí)行劣化診斷。在本實施方式中，對于電池模塊15，示出了能夠根據(jù)電池數(shù)據(jù)來獨立地算出表示電池劣化程度的劣化指標的單位。電池模塊15可以由單一的電池單元構(gòu)成，也可以由多個電池單元連接而構(gòu)成。電源系統(tǒng)也可以為以下構(gòu)造通過還設置充電器70和充電連接器75，能夠由外部電源80對二次電池10進行充電。對與外部電源80連接的充電插頭85和與充電器70連接的充電連接器75進行連接，由此來自外部電源80的電力被提供給充電器70。充電器70構(gòu)成為將來自外部電源80的供給電力轉(zhuǎn)換為二次電池10的充電電力。E⑶100與本實施方式的二次電池的劣化判斷裝置對應。E⑶100包括CPU 102、存儲器104、未圖示的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器等。E⑶100通過執(zhí)行預先存儲到存儲器104的預定程序，能夠執(zhí)行使用來自傳感器等的輸入信號、數(shù)據(jù)的預定的運算處理。E⑶100在二次電池10的使用中根據(jù)電池數(shù)據(jù)在車載狀態(tài)下生成與二次電池10有關(guān)的電池信息。電池信息包括SOC (State of charge :充電狀態(tài))，該SOC用百分率表示相對于滿充電容量的當前剩余容量。進而，E⑶100將二次電池10的輸入電力上限值Win和輸出電力上限值Wout設定為電池信息。例如根據(jù)推定出的SOC和/或電池溫度Tb等來設定輸入電力上限值Win和輸出電力上限值Wout。負載控制裝置60根據(jù)電池信息產(chǎn)生用于控制負載50的驅(qū)動狀態(tài)的控制指令。例如，在二次電池的SOC下降的情況下，生成使得限制負載50的使用電力的控制指令。相反，在二次電池10的SOC上升的情況下，產(chǎn)生抑制負載50的再生電力的產(chǎn)生的控制指令。E⑶在二次電池10的使用中根據(jù)電池數(shù)據(jù)對每個電池模塊15在車載狀態(tài)下執(zhí)行劣化診斷。下面，詳細說明通過E⑶100進行的本發(fā)明實施方式的二次電池的劣化判斷。圖2是用于說明本實施方式的二次電池的劣化判斷的功能框圖。例如E⑶100將預先存儲的程序作為子例程來執(zhí)行，由此能夠?qū)崿F(xiàn)圖2示出的各功能塊。參照圖2，劣化診斷部110根據(jù)基于電池數(shù)據(jù)的每個電池模塊15的劣化診斷結(jié)果， 按每個電池模塊15算出劣化指標DI。在此，設為對η個(η 2以上的整數(shù))的電池模塊15各自算出劣化指標DI (I) DI (η)。例如，劣化指標DI包括以下說明的滿充電容量(圖3)或者內(nèi)部電阻(圖4)。參照圖3，在ECU 100中存儲預先實驗性測得的基準充放電特性(實線)。該基準充放電特性表示二次電池(各電池模塊15)的基準狀態(tài)下的電荷量與電壓值(開路電壓)之間的關(guān)系。在基準充放電特性中，與最大電壓值Vmax對應的電荷量Qmax相當于基準狀態(tài)下的“滿充電容量”。當二次電池(電池模塊15)的劣化發(fā)展時，圖3示出的基準充放電特性成為如在橫軸方向上“縮小”的形狀。在圖3中，示出劣化發(fā)展到一定程度的二次電池的當前充放電特性(單點劃線)的一例。在當前充放電特性中，隨著劣化的發(fā)展，成為最大電壓值Vmax的充電電荷量、即滿充電容量下降至Q’max。電荷量的變化能夠通過電池電流Ib的累計來求出。因而，能夠使用當前時刻的滿充電容量為Q’max的檢測值來作為劣化指標DI。即使不一定使二次電池為滿充電狀態(tài)，也能夠求出滿充電容量的變化。如圖3所示，在基準充放電特性中，電池模塊15的電壓值從Vl增加到V2的情況下的充電電荷量為Λ Q (=Q2_Q1)，另一方面，在當前充放電特性中為Λ Q’(=Q2’-Q1’)。在此，當前充放電特性能夠被視作將基準充放電特性的整體在橫軸方向(電荷量軸方向)上以預定的比率縮小而得到的特性。S卩，Λ Q :Λ Q’ = Λ Qmax :Λ Q’max的關(guān)系式成立。其結(jié)果，E⑶100通過電池電流Ib的累計來求出Λ Q’，由此能夠按照上述關(guān)系式來將滿充電容量導出為 Q’ max= Δ QmaxX Λ Q’ / Λ Q。參照圖4，能夠根據(jù)二次電池中流動電流的期間中檢測出的電壓值和電流值來導出二次電池(各電池模塊15 )的內(nèi)部電阻值。內(nèi)部電阻值由陽極材料、陰極材料等引起，隨著二次電池的劣化而增加。具體地說，能夠根據(jù)二次電池(各電池模塊15)中流動電流(充電電流或者負載電流)而產(chǎn)生的電壓下降與對應于該電壓下降的電流值之比來導出內(nèi)部電阻值。E⑶100在二次電池(各電池模塊15)中流動電流的期間中，獲取來自電壓傳感器30的電池電壓Vb (電壓值)以及來自電流傳感器20的電池電流Ib (電流值)。然后，E⑶100在多次獲取電池電壓Vb和電池電流Ib之后，導出關(guān)于電流值的一次函數(shù)以使得其相關(guān)值成為最高。該導出的一次函數(shù)的“斜率”相當于內(nèi)部電阻值。隨著電池劣化，內(nèi)部電阻值增加，因此如圖4所示，一次函數(shù)的斜率變大。再次參照圖2，檢測部120根據(jù)電池模塊15各自的劣化指標DI (I) DI (η)與預定的更換等級的比較來對需要更換的電池模塊(以下也稱為“要更換模塊”)進行檢測。參照圖5，檢測部120在某個電池模塊15中的劣化指標DI達到更換等級CHl時將該電池模塊檢測為要更換模塊。在圖5的示例中，電池模塊15 (I) (10)中的電池模塊15 (5)劣化到更換等級。其結(jié)果，檢測電池模塊15 (5)被檢測為要更換模塊。這樣，要更換模塊是多個電池模塊15中的劣化指標DI劣化到需要更換的等級的電池模塊，與“第一電池模塊”對應。再次參照圖2，剩余壽命推定部130根據(jù)通過劣化診斷部110算出的劣化指標DI(I) DI (η)，算出多個電池模塊15各自的剩余壽命推定值RL (I) RL (η)。剩余壽命推定值RL (I) RL (η)分別是針對各電池模塊15定量表示到劣化指標DI達到更換等級為止的長度的參數(shù)。 抽出部140在通過檢測部120檢測出要更換模塊時，從除此以外的電池模塊中，抽出應與要更換模塊同時更換的電池模塊(以下也稱為“追加更換模塊”)。即，抽出部140從多個電池模塊15中的劣化指標Dl沒有達到更換等級的電池模塊(與“第二電池模塊”對應)中，抽出預測出最近會劣化到更換等級的電池模塊來作為追加更換模塊。即，追加更換模塊與“第三電池模塊”對應。能夠根據(jù)劣化指標DI (I) DI (η)或者剩余壽命推定值RL (I) RL (η)來抽出追加更換模塊。參照圖6，抽出部140在檢測出電池模塊15 (5)作為要更換模塊時，從其它電池模塊15 (I) (4)、15 (6) (10)中抽出應與要更換模塊15 (5)同時更換的追加更換模塊。例如如圖6所示，抽出雖然劣化指標DI沒有達到更換等級CH1、但是達到預備更換等級CH2的電池模塊15 (2)、(4)、(7)來作為追加更換模塊。再次參照圖2，引導信息生成部150根據(jù)檢測部120和抽出部140的輸出，輸出與電池更換有關(guān)的引導信息。引導信息包括對由檢測部120檢測出的要更換模塊以及由抽出部140抽出的追加更換模塊進行確定的信息。進而，引導信息也可以包括基于要更換模塊和追加更換模塊的合計個數(shù)的、電池更換的成本評價結(jié)果。例如，在引導信息中包括對要更換模塊和追加更換模塊的僅一部分電池模塊15的更換與二次電池10整體的更換的成本進行比較的信息。圖7是說明本發(fā)明實施方式的二次電池的劣化判斷的處理過程的流程圖。通過E⑶100以一定周期啟動預先存儲的預定程序，由此實現(xiàn)圖7示出的一系列控制處理。參照圖7，E⑶100通過步驟SlOO算出二次電池的滿充電容量或者內(nèi)部電阻作為劣化指標DI。如上所述，按照每個電池模塊15算出劣化指標DI。步驟SlOO的處理與圖2的劣化診斷部110的功能對應。進而，E⑶100通過步驟S150根據(jù)在步驟SlOO中算出的劣化指標DI與更換等級CHl的比較，從多個電池模塊15中檢測更換要模塊。在全部電池模塊15的劣化指標DI沒有達到更換等級(CHl)時(S150的“否”判斷時)，E⑶100跳過以下各步驟，結(jié)束處理。另一方面，在多個電池模塊15的某一個的劣化指標DI超過更換等級CHl時(S150的“是”判斷時)，E⑶100使處理進入到步驟S160，確定要更換模塊。S卩，步驟S150、S160的處理與圖2的檢測部120的功能對應。進而，E⑶100通過步驟S200出處追加更換模塊。例如，在步驟S200中，如圖6所示，對劣化程度低于更換等級CHl的預備更換等級CH2與劣化指標DI進行比較。然后，抽出劣化指標DI沒有達到更換等級CHl、但達到預備更換等級CH2的電池模塊15作為追加更換模塊。步驟S200的處理與圖2的抽出部140的功能對應?；蛘?，也可以按照基于每個電池模塊15的劣化指標DI的剩余壽命推定來進行步驟S200中的追加更換模塊的抽出。在圖8中，詳細表示根據(jù)剩余壽命推定來抽出追加更換模塊時的步驟S200的處理過程。參照圖8，E⑶100在步驟S210中獲取沒有達到更換等級的電池模塊15的剩余壽命推定值RL。例如能夠通過專利文獻3所述的方法獲取剩余壽命推定值。步驟S210的處理與圖2的剩余壽命推定部130的功能對應。 圖9和圖10是說明劣化指標為滿充電容量時的剩余壽命推定的示意圖。參照圖9，E⑶100確定將二次電池(各電池模塊15)的試用期間作為變量的由一次函數(shù)構(gòu)成的相關(guān)函數(shù)，以使得具有與作為目前獲取的劣化指標的滿充電容量的變化(的相關(guān)性)高的相關(guān)值。能夠通過年月來表示試用期間?；蛘撸诖钶d于電動車輛的二次電池(各電池模塊15)中，也能夠?qū)④囕v行使距離的平方根定義為使用期間。例如，ECU 100使用最小二乘法，確定與獲取的滿充電容量各自的偏差成為最小的相關(guān)函數(shù)。然后，ECU 100將所確定的相關(guān)函數(shù)與更換等級(CHl)交叉的點判斷為壽命，獲取與其壽命相當?shù)亩坞姵氐脑囉闷陂g。進而，根據(jù)當前時刻，算出到與獲取的壽命相當?shù)氖褂闷陂g為止的殘留期間作為剩余壽命推定值。參照圖10，二次電池(各電池模塊15)的使用環(huán)境發(fā)生變化，由此有可能其劣化速度發(fā)生變化。這是由于，二次電池的劣化速度會與使用者、使用頻率、使用溫度等的使用環(huán)境相應地變化。因此，當不區(qū)分使用環(huán)境變化前后的滿充電容量而求出相關(guān)函數(shù)時，擔心剩余壽命推定的誤差變大。因而，如圖10所示，在二次電池(各電池模塊15)的使用環(huán)境發(fā)生了變化的情況下，也可以手動或者自動地產(chǎn)生復位指令。然后，ECU 100根據(jù)接收到復位指令的時刻以后積累的滿充電容量，求出原來的相關(guān)函數(shù)，并且推定剩余壽命。由此，使用環(huán)境變化的情況下的剩余壽命推定的誤差減小。圖11和圖12是說明劣化指標為內(nèi)部電阻時的剩余壽命推定的示意圖。在圖11和圖12中，劣化指標為內(nèi)部電阻，因此與滿充電容量(圖9、圖10)相反地，隨著電池劣化的發(fā)展而劣化指標的值會上升。除了這一點以外，使用內(nèi)部電阻的剩余壽命推定與使用滿充電容量的剩余壽命推定是同樣的。即，如圖11所示，ECU 100根據(jù)作為到目前為止獲取的劣化指標的內(nèi)部電阻來確定正的相關(guān)函數(shù)。進而，ECU 100將所確定的相關(guān)函數(shù)與更換等級(CHl)交叉的點判斷為壽命，獲取與其壽命相當?shù)亩坞姵氐脑囉闷陂g。進而，根據(jù)當前時刻，算出到與獲取的壽命相當?shù)氖褂闷陂g為止的殘留期間作為剩余壽命推定值。另外，如圖12所示，在二次電池(各電池模塊15)的使用環(huán)境發(fā)生了變化的情況下，也可以手動或者自動地產(chǎn)生復位指令。ECU 100根據(jù)接收到復位指令的時刻以后積累的內(nèi)部電阻，求出原來的相關(guān)函數(shù)，并且推定剩余壽命。由此，使用環(huán)境變化了的情況下的剩余壽命推定的誤差減小。再次參照圖8，E⑶100在步驟S220中將在步驟S210中獲取的一個電池模塊15的剩余壽命推定值RL與預定的判斷值進行比較。該判斷值表示使用期間(例如，行使距離的平方根或者年月)。然后，在剩余壽命推定值RL低于判斷值時(S220的“是”判斷時)，E⑶100通過步驟S230存儲該電池模塊15作為追加更換模塊。另一方面，在剩余壽命推定值RL大于判斷值時(S220的“否”判斷時)，跳過步驟S230。因而，該電池模塊15不被存儲為追加更換模塊。E⑶100通過步驟S240判斷全部電池模塊15的剩余壽命判斷是否結(jié)束。在全部電池模塊15的剩余壽命判斷沒有結(jié)束時(S240的“否”判斷時)，E⑶100通過步驟S245切 換判斷對象的電池模塊之后，執(zhí)行步驟S220、S230的處理。直到全部電池模塊15的剩余壽命判斷結(jié)束為止，反復進行步驟S220 S245的處理。由此，根據(jù)剩余壽命推定值來針對多個電池模塊15中的未達到更換等級的各個電池模塊判斷是否應抽出為追加更換模塊。當全部電池模塊15的剩余壽命判斷結(jié)束時(S240的“是”判斷時)，E⑶100通過步驟S250按照在步驟S230存儲的電池模塊15來確定追加更換模塊。再次參照圖7，當步驟S200結(jié)束時，E⑶100通過步驟S300評價電池更換的成本。例如，根據(jù)要更換模塊(S160)和追加更換模塊(S200)的合計個數(shù)，對它們的僅一部分模塊的更換和二次電池10整體的更換的成本進行比較。例如，在要更換的電池模塊數(shù)大于考慮更換成本而預先設定的預定值時，判斷為二次電池10整體的電池更換優(yōu)選。進而，E⑶100在步驟S400中生成電池更換的引導信息。如上所述，引導信息包含對要更換模塊和追加更換模塊進行確定的信息。進而，上述那樣評價電池更換成本的結(jié)果也可以包含在引導信息中。這樣，根據(jù)本實施方式的二次電池的劣化判斷，能夠根據(jù)以電池模塊為單位的劣化診斷結(jié)果，檢測達到需要更換的等級的要更換模塊，并且能夠從沒有達到更換等級的電池模塊中，抽出期望同時更換的追加更換模塊。其結(jié)果，能夠有效地進行將能夠以電池模塊為單位進行更換的二次電池為對象的電池更換。另外，能夠根據(jù)劣化指標來判斷是否需要直接更換，另一方面，能夠根據(jù)到劣化指標達到更換等級為止的剩余壽命推定，針對劣化指標沒有達到更換等級的電池模塊抽出追加更換模塊。由此，能夠高精度地抽出追加更換模塊。[實施方式2]根據(jù)輸出電壓、輸出密度高的優(yōu)點，鋰離子二次電池的使用擴大。另一方面，在鋰離子二次電池中，已知金屬鋰的析出對電池劣化帶來較大的影響。因此，在鋰離子二次電池為劣化判斷的對象的情況下，優(yōu)選使用基于定量評價的鋰析出的劣化指標。在實施方式2中，說明定量推定鋰離子二次電池的鋰析出量的方法以及基于推定出的鋰析出量的二次電池的劣化判斷。S卩，在實施方式2中，構(gòu)成二次電池10 (電池模塊15)的各單元是鋰離子二次電池。(關(guān)于鋰析出量的提取)
在實施方式2中，通過每個電池模塊15的劣化診斷，算出正極容量維持率kl、負極容量維持率k2以及電池容量變動量(偏差容量)Λ Qs。通過劣化狀態(tài)的正極容量相對于初始狀態(tài)的正極容量的比例來定義正極容量維持率kl。通過劣化狀態(tài)的負極容量相對于初始狀態(tài)的負極容量的比例來定義負極容量維持率k2。偏差(差異)容量是正極和負極間的組成對應的偏差(差異)容量，與“電池容量變動量”對應。下面，詳細說明這些劣化參數(shù)。如公知那樣，鋰離子二次電池包括負極、包含電解液的隔離物以及正極(均未圖示)。負極和正極分別由球狀活性物質(zhì)的集合體構(gòu)成。在鋰離子二次電池放電時，在負極活性物質(zhì)的界面上，進行放出鋰離子Li+和電子e-的化學反應。另一方面，在正極活性物質(zhì)的界面上，進行吸收鋰離子Li+和電子e-的化學反應。在對鋰離子二次電池進行充電時，進行與上述反應相反的反應。在負極設置吸收電子的集電板，在正極設置放出電子的集電板。負極的集電板例如由銅形成，與負極端子連接。正極的集電板例如由鋁形成，與正極端子連接。經(jīng)由隔離物在正極與負極之間進行鋰離子的授受，由此進行鋰離子二次電池的充放電。
在此，鋰離子二次電池內(nèi)部的充電狀態(tài)根據(jù)正極和負極各自的活性物質(zhì)的鋰濃度分布不同而不同。該鋰對鋰離子二次電池的反應是有用的。根據(jù)以下式(I)來表示鋰離子二次電池的輸出電壓V。V=OCV ( Θ K Θ 2) -RXI …(I)在此，OCV是鋰離子二次電池的開路電壓，R是鋰離子二次電池的整體的電阻，I是在鋰離子二次電池中流動的電池電流。電阻R包含負極和正極對于電子的移動的純電的電阻以及在活性物質(zhì)界面產(chǎn)生反應電流時作為等效的電阻而起作用的電荷移動電阻。Θ I是正極活性物質(zhì)的表面的局部SOC (State Of Charge), θ 2是負極活性物質(zhì)的表面的局部S0C。電阻R具有根據(jù)Θ I、Θ 2以及電池溫度的變化而變化的特性。換言之，電阻R能夠表示為Θ I、Θ 2以及電池溫度的函數(shù)。根據(jù)以下式(2)來表示局部SOC Θ1、Θ2。Θ i=Cse、i/Cs、i、max (i=l、2)··· (2)在此，Cse、i是活性物質(zhì)(正極或者負極)的界面的鋰濃度(平均值)，Cs、i、max是活性物質(zhì)(正極或者負極)的極限鋰濃度。極限鋰濃度是指正極、負極的鋰濃度的上限值。圖13是表示相對于局部SOC的變化的開路電壓的變化特性的示意圖。參照圖13，鋰離子二次電池的開路電壓OCV被表示為正極開路電位Ul和負極開路電位U2的電位差。正極開路電位Ul具有與正極活性物質(zhì)的表面的局部SOC Θ I相應地變化的特性，負極開路電位U2具有與負極活性物質(zhì)的表面的局部SOC Θ 2相應地變化的特性。在鋰離子二次電池處于初始狀態(tài)時，如果測量出局部SOC Θ I與正極開路電位Ul之間的關(guān)系，則能夠得到表示局部SOC Θ I與正極開路電位Ul之間的關(guān)系的特性(圖13示出的Ul的曲線)。初始狀態(tài)是指鋰離子二次電池沒有產(chǎn)生劣化的狀態(tài)，例如，是指剛制造出鋰離子二次電池的狀態(tài)。在鋰離子二次電池處于初始狀態(tài)時，如果測量出局部SOC Θ 2與負極開路電位U2之間的關(guān)系，則能夠得到表示局部SOC Θ 2與負極開路電位U2之間的關(guān)系的特性(圖13示出的U2的曲線)。表示這些特性(U1、U2)的數(shù)據(jù)能夠作為映射而預先被存儲在存儲器中。
鋰離子二次電池的開路電壓OCV具有隨著放電的進行而降低的特性。另外，在劣化后的鋰離子二次電池中，與初始狀態(tài)的鋰離子二次電池相比，相對于同一放電時間的電壓下降量變大。這表示根據(jù)鋰離子二次電池的劣化而產(chǎn)生了滿充電容量的降低和開路電壓特性的變化。在本實施方式中，將開路電壓特性隨著鋰離子二次電池的劣化而發(fā)生的變化作為認為是在劣化狀態(tài)的鋰離子二次電池內(nèi)部產(chǎn)生的兩個現(xiàn)象來加以模型化。這兩個現(xiàn)象是正極與負極的單極容量的減少以及正極與負極之間的組成的對應偏差。單極容量的減少是表示正極與負極各自的鋰的接受能力的減少。鋰的接受能力減少意味著對充放電有效發(fā)揮功能的活性物質(zhì)等減少。圖14是示意表示由單極容量的減少引起的單極開路電位的變化的曲線圖。在圖14中，正極容量的軸的Q_L1是在鋰離子二次電池的初始狀態(tài)下與圖13的局部SOC= Θ LI對應的容量。Q_H11是在鋰離子二次電池的初始狀態(tài)下與圖13的局部 SOC= Θ Hl對應的容量。另外，負極容量的軸的Q_L2是在鋰離子二次電池的初始狀態(tài)下與圖13的局部SOC= Θ L2對應的容量，Q_H21是在鋰離子二次電池的初始狀態(tài)下與圖13的局部SOC= θ H2對應的容量。在正極，當鋰的接受能力下降時，與正極的局部SOC Θ I對應的容量從Q_H11變化為Q_H12。另外，在負極，當鋰的接受能力下降時，與負極的局部SOC Θ 2對應的容量從Q_H21變化為Q_H22。在此，即使鋰離子二次電池劣化，局部SOC Θ I與正極開路電位Ul之間的關(guān)系(圖13)也不變化。因此，當將局部SOC Θ I與正極開路電位Ul之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換為正極容量與正極開路電位之間的關(guān)系時，則如圖14所示，表示正極容量與正極開路電位之間的關(guān)系的曲線成為相對于初始狀態(tài)的曲線收縮了與鋰離子二次電池劣化相當?shù)牧康臓顟B(tài)。另外，當將局部SOC Θ 2與正極開路電位U2之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換為負極容量與負極開路電位之間的關(guān)系時，則如圖14所示，表示負極容量與負極開路電位之間的關(guān)系的曲線成為相對于初始狀態(tài)的曲線收縮了與鋰離子二次電池劣化相當?shù)牧康臓顟B(tài)。圖15是示意表示正極與負極之間的組成對應的偏差與開路電位之間的關(guān)系的示意圖。組成對應的偏差是指在使用正極和負極的組進行充放電時正極的組成(Θ I)與負極的組成(Θ 2)的組合相對于鋰離子二次電池的初始狀態(tài)產(chǎn)生偏差。表示單極的組成Θ I、Θ 2與開路電位U1、U2之間的關(guān)系的曲線與圖13示出的曲線是同樣的。在此，當鋰離子二次電池劣化時，負極組成Θ 2的軸在正極組成Θ I變小的方向上位移與Λ Θ2相當?shù)牧俊Ｓ纱?，表示負極組成Θ 2與負極開路電位U2的關(guān)系的曲線相對于初始狀態(tài)的曲線在正極組成ΘI變小的方向上位移與Λ Θ2相當?shù)牧俊Ｅc正極的組成Θ Ifix對應的負極的組成在鋰離子二次電池處于初始狀態(tài)時為“ Θ 2fix_ini”，但在鋰離子二次電池劣化之后成為“ Θ 2fix”。在圖15中，將圖13示出的負極組成0L2設為0，這表示負極的鋰全部脫離的狀態(tài)。在本實施方式中，通過導入上述正極容量維持率kl、負極容量維持率k2以及正負極組成對應偏差量Λ Qs這三個劣化參數(shù)，使上述的兩個劣化現(xiàn)象模型化。如上所述,通過劣化狀態(tài)的正極容量相對于初始狀態(tài)的正極容量的比例來定義正極容量維持率kl。在此，設為正極容量在鋰離子二次電池變?yōu)榱踊癄顟B(tài)之后從初始狀態(tài)的容量減少任意的量。此時，使用以下式(3)表示正極容量維持率kl。kl= (Ql_ini- Δ Ql) /Ql_ini …(3)(0〈kl〈l)在此，Ql_ini表示鋰離子二次電池處于初始狀態(tài)時的正極容量(圖14示出的Q_Hll),AQl表示鋰離子二次電池劣化時的正極容量的減少量。能夠通過實驗預先求出正極容量 Ql_ini。如上所述，通過劣化狀態(tài)的負極容量相對于初始狀態(tài)的負極容量的比例來定義負極容量維持率k2。在此，設為負極容量在鋰離子二次電池變?yōu)榱踊癄顟B(tài)之后從初始狀態(tài)的容量減少任意的量。此時，使用以下式(4)表示負極容量維持率k2。k2= (Q2_ini-Δ Q2)/Q2_ini …(4)
(0〈k2〈l)在此，Q2_ini表示鋰離子二次電池處于初始狀態(tài)時的負極容量(圖14的Q_H21)，Δ Q2表示鋰離子二次電池劣化時的負極容量的減少量。能夠通過實驗預先求出負極容量Q2_ini。圖16是說明由劣化產(chǎn)生的組成對應的偏差的示意圖。在鋰離子二次電池成為了劣化狀態(tài)時，負極組合Θ 2為I時的容量變?yōu)?Q2_ini- Λ Q2)。另外，正極與負極之間的組成對應偏差容量Λ Qs是與負極組成軸相對于正極組成軸的偏差量(錯開量)Λ Θ 2對應的容量。由此，以下式(5)的關(guān)系成立。I: Δ Θ 2= (Q2_ini- Δ Q2) : Δ Qs …(5)由式(4)和式(5)求出以下式(6)。Δ Qs= (Q2_ini- Δ Q2) X Δ Θ 2=k2XQ2_iniX Λ Θ 2... (6)在鋰離子二次電池處于初始狀態(tài)時，正極組成Θ lfix_ini與負極組成Θ 2fix_ini對應。在鋰離子二次電池處于劣化狀態(tài)時,正極組成Qlfix與負極組成Q2fix對應。另外，組成對應的偏差以初始狀態(tài)下的正極組成Θ Ifix為基準。S卩，正極組成Θ Ifix與正極組成0 lfix_ini為相同值。在由于鋰離子二次電池的劣化而產(chǎn)生了正極與負極之間的組成對應的偏差的情況下，鋰離子二次電池的劣化后的正極組成Θ IfiX和負極組成0 2fiX具有以下式(7)、(8)的關(guān)系。Θ Ifix= Θ lfix_ini ... (7)Θ 2fix=[ (I- Θ lfix) XklXQl_ini- Δ Qs]/ (k2XQ2_ini)…(8)對式(8)的含義進行說明。在由于鋰離子二次電池的劣化而正極組成Θ I從I變化(減少)到Θ Ifix時，使用以下式(9)表示從正極放出的鋰的量。從正極放出的鋰的量=(1-Θlfix) XklXQl_ini ... (9)在此，(I- Θ lfix)的值表示由于鋰離子二次電池劣化引起的正極組成的變化量，(klXQl_ini)的值表示鋰離子二次電池劣化后的正極容量。當設為從正極放出的鋰全部被取入到負極時，負極組成0 2fix成為以下式(10)。Θ 2fix= (I- Θ lfix) XklXQl_ini/ (k2XQ2_ini) ... (10)在此，(k2XQ2_ini)的值表示鋰離子二次電池劣化后的負極容量。
另一方面，在存在正極與負極之間的組成對應的偏差(Λ Θ2)時，通過以下式
(11)表示負極組成θ 2fix。Θ 2fix= (I- Θ lfix) XklXQl_ini/ (k2XQ2_ini) - Δ Θ 2... (11)可以根據(jù)式(6)使用組成對應的偏差容量Λ Qs來表示組成對應的偏差量Λ Θ 2。由此，使用上述式(8)表示負極組成Θ 2fix。如圖16所示，鋰離子二次電池處于劣化狀態(tài)時的開路電壓OCV表示為劣化狀態(tài)下的正極開路電位Ull與負極開路電位U22的電位差。即，當推定三個劣化參數(shù)kl、k2、AQs時，則能夠確定鋰離子二次電池處于劣化狀態(tài)時的負極開路電位U22，作為負極開路電位U22與正極開路電位Ull的電位差，能夠算出開路電壓0CV。在本實施方式中，還使用劣化參數(shù)kl、k2、A Qs，推定鋰離子二次電池的內(nèi)部狀態(tài)、具體而言為鋰離子二次電池的劣化是否取決于由鋰的析出引起的劣化。通常，在鋰離子 二次電池的劣化中，包含由鋰的析出引起的劣化以及歷時劣化，因此，通過在區(qū)分了這些劣化的狀態(tài)下加以把握(推定)，能夠詳細地判斷劣化狀態(tài)。歷時劣化是指由于通電和/或放置而正極和負極的性能(鋰的接受能力)下降的情況，例如可舉出正極和/或負極的活性物質(zhì)損耗的情況。另外，作為歷時劣化的一例也能列舉出由對活性物質(zhì)表面形成覆膜等而產(chǎn)生的正極與負極之間的組成劣化。另一方面，由鋰的析出引起的劣化是指使用于電池反應的鋰離子變化為金屬鋰而成為電池反應無用的劣化。鋰離子二次電池沒有劣化時的開路電壓OCV與初始狀態(tài)的鋰離子二次電池的開路電壓OCV —致。即，正極容量維持率kl和負極容量維持率k2為1，在組成對應的偏差容量Λ Qs為O時，通過上述的說明而算出(推定)的開路電壓OCV與對初始狀態(tài)(新)的鋰離子二次電池的開路電壓OCV進行測量時的值(實測值)一致。在圖17中示出鋰離子二次電池的容量(SOC)與開路電壓OCV之間的關(guān)系(即開路電壓特性)。下面，也將表示開路電壓特性的、圖17等示出的曲線稱為“開路電壓曲線”。圖17的虛線是開路電壓曲線(實測值)，實線是開路電壓曲線(推定值)。開路電壓曲線(推定值)與開路電壓曲線(實測值)重疊。在圖17中，縱軸表示開路電壓0CV，橫軸表示鋰離子二次電池的容量。另一方面，當鋰離子二次電池劣化時，開路電壓(實測值)OCV會變化。在此，在圖18 (與圖17對應的圖)的虛線，示出使用僅產(chǎn)生由鋰的析出引起的劣化的鋰離子二次電池、換言之不產(chǎn)生歷時劣化的鋰離子二次電池來測量開路電壓曲線(實測值)而得到的結(jié)果。在此，當將鋰離子二次電池維持為低溫狀態(tài)時，則能夠抑制歷時劣化，能夠在抑制了歷時劣化的狀態(tài)下僅進行鋰的析出。在多個溫度條件下進行是否產(chǎn)生歷時劣化的測試，由此能夠決定將鋰離子二次電池設為低溫狀態(tài)時的設定溫度。由此，能夠使鋰離子二次電池僅產(chǎn)生由鋰的析出引起的劣化。當準確推定三個劣化參數(shù)(kl、k2、A Qs)時，能夠使開路電壓曲線(推定值)與圖18示出的開路電壓曲線(實測值)大致一致。換言之，能夠搜索三個劣化參數(shù)以使得開路電壓曲線(推定值)與開路電壓曲線(實測值)大致一致。在圖18中示出開路電壓(實測值)OCV與開路電壓(推定值)OCV大致一致的狀態(tài)。作為確定此時的開路電壓曲線(推定值)的劣化參數(shù)，正極容量維持率kl為“1”，負極容量維持率k2為“1”，組成對應的偏差容量Λ Qs為“O. 62”。通過搜索三個劣化參數(shù)(kl、k2、Λ Qs)，能夠獲取上述劣化參數(shù)值，以使開路電壓曲線(推定值)與圖18示出的開路電壓曲線(實測值)大致一致。在圖19的虛線示出使用僅產(chǎn)生歷時劣化的鋰離子二次電池、換言之鋰不析出的鋰離子二次電池來測量開路電壓曲線(實測值)而得到的結(jié)果。在圖19中，縱軸表示開路電壓0CV,橫軸表不鋰尚子二次電池的容量。在此，當將鋰離子二次電池維持為高溫狀態(tài)時，則能夠抑制鋰的析出，能夠在抑制了鋰的析出的狀態(tài)下僅產(chǎn)生歷時劣化。在多個溫度條件下進行鋰是否析出的實驗，由此能夠確定將鋰離子二次電池設為高溫狀態(tài)時的設定溫度。例如能夠?qū)⒃O定溫度設為50度。由此，能夠使鋰離子二次電池僅產(chǎn)生歷時劣化。在圖19中示出開路電壓(實測值)OCV與開路電壓(推定值)OCV大致一致的狀態(tài)。作為確定此時的開路電壓曲線(推定值)的劣化參數(shù)，正極容量維持率kl為“O. 85”，負極容 量維持率k2為“O. 97”，組成對應的偏差容量Λ Qs為“O. 05”。搜索三個劣化參數(shù)(kl、k2、Δ Qs),由此能夠獲取上述劣化參數(shù)值，以使開路電壓曲線(推定值)與圖19示出的開路電壓曲線(實測值)大致一致。如圖18和圖19所示，可知對于僅產(chǎn)生由鋰的析出引起的劣化的鋰離子二次電池，三個劣化參數(shù)(kl、k2、A Qs)中，僅組成對應的偏差容量Λ Qs相對于新(初始狀態(tài))的鋰離子二次電池的情況下的組成對應的偏差容量Λ Qs (=0)產(chǎn)生偏差。另外，可知在僅產(chǎn)生歷時劣化的鋰離子二次電池中，對于全部三個劣化參數(shù)(kl、k2、A Qs)，相對于新(初始狀態(tài))的鋰離子二次電池都產(chǎn)生偏差。歷時劣化的情況下的組成對應的偏差容量Λ Qs小于由鋰析出引起的劣化的情況下的組成對應的偏差容量Δ Qs0對于鋰的析出這種情況，例如認為是在充電時從正極放出的鋰離子不被取入到負極的情況。在該情況下，正極與負極之間的組成對應產(chǎn)生偏差，偏差容量ΛQs發(fā)生變化。另夕卜，在僅產(chǎn)生鋰的析出的狀態(tài)下，正極和負極的鋰的接受能力下降，因此正極容量維持率kl與負極容量維持率k2各自被維持為“I”。這樣，在偏差容量Λ Qs中包含由鋰析出的劣化引起的偏差容量Λ Qs (Li)以及由歷時劣化引起的偏差容量Λ Qs (W)，因此能夠通過分離兩者來定量地推定鋰析出量。首先，對用于確定由歷時引起的劣化成分的映射進行說明。該映射在鋰離子二次電池中僅產(chǎn)生歷時劣化的情況下，表示正極容量維持率kl和負極容量維持率k2與組成對應的偏差容量Λ Qs的對應關(guān)系。能夠根據(jù)實驗結(jié)果來預先制作該映射。如上所述，當將鋰離子二次電池維持為高溫狀態(tài)時，則能夠防止鋰的析出，能夠進行僅產(chǎn)生歷時劣化的實驗。通過階段性地進行歷時劣化，使鋰離子二次電池的容量(滿充電容量)階段性地減少預定量。并且，每當使鋰離子二次電池的容量減少時，測量鋰離子二次電池的開路電壓0CV。由此，能夠在鋰離子二次電池為預定的容量劣化時，得到表示相對于容量的變化的開路電壓OCV的變化的數(shù)據(jù)(開路電壓曲線(實測值))。例如，到鋰離子二次電池的容量從100%到達50%為止，使容量每次下降(劣化)5%，每當使容量下降時，測量鋰離子二次電池的開路電壓OCV。并且，能夠?qū)υ诟魅萘苛踊臓顟B(tài)下得到的開路電壓(實測值)OCV搜索用于使開路電壓(推定值)OCV 一致的劣化參數(shù)(正極容量維持率kl、負極容量維持率k2以及偏差容量Λ Qs) ο這樣，能夠得到圖20所示的映射(以下稱為歷時劣化映射)。在圖20示出的歷時劣化映射中，示出正極容量維持率kl和負極容量維持率k2與偏差容量Λ Qs (W)的對應關(guān)系，例如，當選擇正極容量維持率kl和負極容量維持率k2時，則能夠確定由歷時劣化引起的偏差容量Λ Qs (W)。歷時劣化映射可以預先儲存到存儲器。在本實施方式中，對于各電池模塊15,通過獲取如圖17 圖19所不的表不相對于容量的變化的開路電壓(實測值)OCV的變化的數(shù)據(jù)(開路電壓曲線)，由此能夠搜索劣化參數(shù)(kl、k2、A Qs)以使得開路電壓(推定值)OCV與開路電壓(實測值)OCV 一致。可以通過最低限度對使用結(jié)束的狀態(tài)下的二次電池10 (鋰離子二次電池)進行車外充放電來求出開路電壓曲線。但是，也可以在二次電池10的使用中在車載狀態(tài)下測量開路電壓特性。
例如也可以通過E⑶100在使用鋰離子二次電池(電池模塊15)時在車載狀態(tài)下測量開路電壓曲線。例如，可以根據(jù)鋰離子二次電池緩和時(電池電流=0的狀態(tài)持續(xù)時)的電池電壓的檢測值來測量開路電壓的變化，并且根據(jù)電池電流Ib的累計值來測量容量的變化?；蛘撸趫DI的電源系統(tǒng)中，可以與由外部電源80對二次電池10進行充電時的容量的變化對應地測量電池電壓Vb的變化，由此測量開路電壓特性。(將鋰析出量作為劣化指標的劣化判斷)圖21是表示本發(fā)明實施方式2的二次電池的劣化判斷的處理過程的流程圖。
參照圖21，ECU 100執(zhí)行SllO S140來作為圖7示出的步驟S100，由此獲取定量地表示鋰析出量的參數(shù)Λ Qs (Li)來作為劣化指標DI。E⑶100通過步驟SllO對作為劣化判斷對象的鋰離子二次電池(電池模塊15)的開路電壓(實測值)OCV進行測量。如上所述，通過對鋰離子二次電池(各電池模塊15)與充放電并行地測量開路電壓(實測值)0CV，能夠得到開路電壓曲線(實測值)。E⑶100在步驟S120中，一邊適當?shù)刈兏齻€劣化參數(shù)(正極容量維持率kl、負極容量維持率k2以及偏差容量Λ Qs)，一邊判斷由三個劣化參數(shù)確定的開路電壓(推定值)OCV是否與通過步驟SllO得到的開路電壓(實測值)OCV 一致。如圖22所示，具體地說，設定三個劣化參數(shù)的任意組合，根據(jù)所設定的劣化參數(shù)，算出開路電壓(推定值)0CV。在圖22中示出用虛線表示的開路電壓(推定值)0CV與用實線表不的開路電壓(實測值)OCV的關(guān)系的一例。在圖22中，在得到了推定值I的開路電壓曲線時，開路電壓(推定值)OCV高于開路電壓(實測值)OCV,因此重新設定劣化參數(shù)以使得接近實測值的開路電壓曲線。同樣地，在得到了推定值2的開路電壓曲線時，開路電壓(推定值)OCV低于開路電壓(實測值)0CV,因此重新設定劣化參數(shù)以使得接近實測值的開路電壓曲線。這樣，通過反復執(zhí)行劣化參數(shù)的設定，能夠使開路電壓(推定值)OCV與開路電壓(實測值)OCV 一致。再次參照圖21，在步驟S120中，確定開路電壓(推定值)OCV與開路電壓(實測值)OCV—致時的劣化參數(shù)。由此，確定正極容量維持率kl、負極容量維持率k2以及偏差容量Δ Qs0通過步驟S120確定的偏差容量Λ Qs是包含由鋰析出的劣化引起的偏差容量和歷時劣化偏差容量這兩者的偏差容量。在此，即使開路電壓(推定值)OCV與開路電壓(實測值)OCV不完全一致，也能夠通過預先設定被視作一致的范圍(允許誤差)來判斷開路電壓(推定值)OCV與開路電壓(實測值)OCV是否一致。E⑶100在步驟S130中，根據(jù)通過步驟S120獲取的正極容量維持率kl和負極容量維持率k2，按照在圖20中說明的歷時劣化映射，推定由歷時劣化引起的偏差容量Λ Qs(W)。進而，E⑶100通過步驟S140，將通過步驟S120設定的偏差容量Λ Qs分離為通過步驟3120算出的厶08 (W)以及由鋰析出引起的偏差容量Λ Qs (Li)。即執(zhí)行Λ Qs (Li)= AQs-AQs (W)的運算。由此，按照每個電池模塊15算出Λ Qs (Li)。然后，E⑶100執(zhí)行將通過步驟S140分離的由鋰析出引起的偏差容量Λ Qs (Li)作為劣化指標DI的是否要更換判斷。該是否要更換判斷在圖21示出的步驟S150 S300中為 DI= Λ Qs (Li)。
進而，E⑶100通過與圖7同樣的步驟S400，生成電池更換的引導信息。引導信息與實施方式I是同樣的。這樣，根據(jù)本實施方式2，能夠在鋰離子二次電池為劣化判斷的對象的情況下，使用表示鋰析出量的劣化指標，執(zhí)行以電池模塊為單位的劣化診斷。因而，能夠在定量地評價對鋰離子二次電池的劣化帶來較大影響的鋰析出量之后，有效地執(zhí)行以電池模塊為單位的電池更換。[實施方式2的變形例]在實施方式2的變形例中，將搭載于電動車輛的鋰離子二次電池(電池模塊15)作為劣化判斷的對象。具體地說，說明ECU 100通過在車載狀態(tài)下對車載電池進行的劣化診斷來獲取劣化參數(shù)(kl、k2、A Qs)的方法。電動車輛中，插電式混合動力汽車(PHV)、電動汽車(EV)具備如圖I的電源系統(tǒng)那樣用于通過外部電源對車載電池進行充電的構(gòu)造。圖23是表示用于在車載狀態(tài)下獲取作為車載電池的鋰離子二次電池的劣化參數(shù)的控制處理過程的流程圖。圖23相當于在車載狀態(tài)下獲取車載電池(鋰離子二次電池)的劣化參數(shù)時的、使圖21的步驟S110、S120具體化的部分。E⑶100在步驟SI 13中，根據(jù)電壓傳感器30和電流傳感器20的輸出，對鋰離子二次電池(各電池模塊15)的開路電壓(實測值)0CV和電流累計量進行測量。具體地說，通過在對搭載于車輛的鋰離子二次電池(各電池模塊15)進行充電時，適當?shù)販y量開路電壓(實測值)OCV和電流累計量，獲取表示相對于電池容量的變化的開路電壓(實測值)OCV的變化的曲線(作為實測值的開路電壓曲線)。由于按各電池模塊15配置電壓傳感器30，因此也可以按每個電池模塊15獲取開路電壓曲線。E⑶100在步驟S114中，對用于確定開路電壓(推定值)0CV的劣化參數(shù)(正極容量維持率kl、負極容量維持率k2以及偏差容量Λ Qs)的候選進行設定(選擇)。能夠通過各種方法來設定劣化參數(shù)的設定，但是優(yōu)選采用有效地進行用于設定劣化參數(shù)的運算處理的方法。例如，作為劣化參數(shù)的選擇范圍，能夠通過實驗等預先確定歷時劣化和/或由鋰析出引起的劣化實際發(fā)生時的范圍。在此，正極容量維持率kl和負極容量維持率k2僅依賴于歷時劣化，因此能夠在發(fā)生實際的歷時劣化時的范圍內(nèi)使正極容量維持率kl和負極容量維持率k2變化。并且，當能夠確定正極容量維持率kl和負極容量維持率k2時，則能夠使用歷時劣化映射(圖20)，確定由歷時劣化引起的偏差容量Λ Qs (W)。當能夠確定偏差容量Λ Qs (W)時，則僅使偏差容量Λ Qs (Li)變化即可。然后，E⑶100在步驟S115中，根據(jù)通過步驟S114設定的劣化參數(shù)，算出表示相對于容量變化的開路電壓(推定值)OCV的變化的特性(作為推定值的開路電壓曲線)。E⑶100在步驟S116中算出通過步驟S115算出的開路電壓曲線(推定值)與通過步驟S113得到的開路電壓曲線(實測值)的誤差。在該誤差中包含電壓誤差和容量誤差。具體地說，能夠通過對開路電壓曲線(推定值)與開路電壓曲線(實測值)進行比較，算出電壓誤差Λ V (參照圖24)。電壓誤差AV可以是特定的電池容量的電壓誤差，也可以為兩個開路電壓曲線之間的電壓誤差的平均值。另外，例如能夠通過以下說明的方法求出容量誤差Λ Q。首先，使用開路電壓曲線(推定值)，算出充電前的開路電壓和充電后的開路電壓之間的容量Ql。另外，在開始充電后 Q2。通過求出上述的容量Ql與容量Q2的差，能夠得到容量誤差Λ Q的絕對值(I Q1-Q2 |)。在此，在不具備外部電源的充電器的混合動力汽車中，難以得到開路電壓曲線(實測值)。但是，在鋰離子二次電池處于緩和狀態(tài)時，能夠測量幾個位于開路電壓曲線(實測值)上的開路電壓。在此，在鋰離子二次電池中流動電流時、剛切斷了電流之后，在活性物質(zhì)內(nèi)存在鋰的濃度差，因此無法測量準確的開路電壓。另一方面，當切斷鋰離子二次電池的通電之后經(jīng)過了時間時，則鋰離子二次電池成為緩和狀態(tài)，能夠在不存在鋰的濃度差的狀態(tài)下測量準確的開路電壓。作為鋰離子二次電池處于緩和狀態(tài)的情況，例如能夠舉出車輛停止預定時間以上的情況。由此，能夠得到鋰離子二次電池處于特定的容量時的開路電壓(實測值)ocv。如圖25所示，當能夠測量特定的容量的特定的開路電壓時，則通過對開路電壓(實測值)與開路電壓曲線(推定值)進行比較，能夠求出電壓誤差Λ V。另外，當測量了多個開路電壓(實測值)時，則如上所述那樣能夠求出容量誤差Λ Q0具體地說，使用開路電壓曲線(推定值)，算出兩點的開路電壓(實測值)之間的容量Q1。另外，當測量了得到兩點的開路電壓(實測值)時的電流累計值時，則能夠根據(jù)該電流累計值算出容量Q2。并且，當求出容量Ql與容量Q2的差(IQ1-Q2 | )時，則能夠得到容量誤差Λ Q的絕對值。E⑶100在步驟S117中，算出對于通過步驟S116得到的電壓誤差Λ V和容量誤差Λ Q的評價函數(shù)f (AV，AQ)。作為評價函數(shù)f (Λ V，Λ Q)，例如可以使用對電壓誤差ΔV和容量誤差Λ Q進行加權(quán)加法運算而得到的值。另外，E⑶100判斷根據(jù)本次設定的劣化參數(shù)算出的評價函數(shù)f(AV，AQ)是否小于根據(jù)上一次設定的劣化參數(shù)算出的評價函數(shù)f (av，aq)。在此，當本次的評價函數(shù)f (Λ V，AQ)小于上一次的評價函數(shù)f (Λ V，Λ Q)，則將本次的評價函數(shù)f (AV、AQ)存儲到存儲器。當本次的評價函數(shù)f (Λ V，Λ Q)大于上一次的評價函數(shù)f (Λ V，Λ Q)時，則保持上一次的評價函數(shù)f (Λ V、A Q)被存儲到存儲器的狀態(tài)。ECU 100在步驟S118中，判斷是否使劣化參數(shù)在全部探索范圍內(nèi)進行了變化，當在全部探索范圍內(nèi)使劣化參數(shù)進行了變化時，則使處理進入到步驟S119。另一方面，當沒有在全部探索范圍內(nèi)使劣化參數(shù)進行了變化時，則ECU 100使處理返回到步驟S114。
這樣，反復進行步驟SI 14 SI 18的處理，直到使劣化參數(shù)在整個探索范圍內(nèi)進行變化。并且，確定成為最小值的評價函數(shù)f (Λ V，Λ Q)，能夠確定得到了該評價函數(shù)(最小值)的開路電壓曲線。進而，能夠確定規(guī)定開路電壓曲線(推定值)的劣化參數(shù)(kl、k2、Δ Qs)。通過確定評價函數(shù)表示最小值的劣化參數(shù)，能夠提高劣化狀態(tài)(歷時劣化和由鋰析出引起的劣化)的判斷精度。在此，在所確定的偏差容量Λ Qs中，包含由歷時劣化引起的偏差容量Λ Qs (W)和由鋰析出的劣化引起的偏差容量Λ Qs (Li)。因而，E⑶100在步驟S119中，使用通過步驟S114 步驟S118的處理確定的劣化參數(shù)(正極容量維持率kl和負極容量維持率k2)以及歷時劣化映射(圖20)，確定由歷時劣化引起的偏差容量Λ Qs (W)。然后，E⑶100在步驟S119中，算出通過步驟S113 S117的處理來確定的偏差容量Λ Qs和通過步驟SI 19得到的偏差容量Λ Qs (W)的差量，由此算出由鋰析出引起的偏差容量Λ Qs (Li)。
這樣，根據(jù)實施方式2的變形例，能夠按照每個電池模塊15，獲取搭載于電動車輛的鋰離子二次電池(電池模塊15)的表示鋰析出量的劣化指標Λ Qs (Li)。特別是，能夠根據(jù)車載狀態(tài)下的開路電壓特性，獲取具有由車輛外部的電源實現(xiàn)的車載電池的外部充電功能的PHV、EV以及不具備該外部充電功能的混合動力汽車這兩者的劣化指標Λ Qs (Li)。并且，能夠在定量地評價了對鋰離子二次電池的劣化帶來較大影響的鋰析出量之后，有效地執(zhí)行車載電池的電池更換。[實施方式3]如在實施方式I和2中說明的那樣，作為劣化指標DI，存在表示內(nèi)部電阻、滿充電容量以及鋰析出量的Λ Qs (Li)這些多個候選。在實施方式3中，說明通過多個劣化指標的組合來進行二次電池的劣化判斷的技術(shù)。圖26是表示本發(fā)明實施方式3的二次電池的劣化判斷的處理過程的流程圖。參照圖26，E⑶100通過步驟S105，對每個電池模塊15分別獲取多個劣化指標。代替圖7的步驟SlOO而執(zhí)行步驟S105。S卩，步驟S105的處理與圖2的劣化診斷部110的功能對應。例如，劣化指標DI包含由上述的內(nèi)部電阻、滿充電容量以及由鋰析出引起的偏差容量Λ Qs (Li)中的至少兩個。E⑶100在步驟S155中，判斷是否存在某個劣化指標達到了更換等級的電池模塊15。代替圖7的步驟S150而執(zhí)行步驟S155的處理。E⑶100在存在某個劣化指標達到了更換等級的電池模塊15的情況下(S155的“是”判斷時)，通過步驟S160將該電池模塊15檢測為要更換模塊。即，步驟S155和S160的處理相當于圖2的檢測部120的功能。另一方面，在全部電池模塊15中，在任何劣化指標都沒有達到更換等級時(S155的“否”判斷時)，ECU 100不執(zhí)行以下各步驟而結(jié)束處理。E⑶100接在步驟S160，通過步驟S215，針對要更換模塊以外的各電池模塊15推定剩余壽命。在此，對每個電池模塊15算出多個劣化指標，因此如圖27所示那樣實施各電池模塊15的剩余壽命推定。參照圖27，與多個劣化指標各自對應地求出電池模塊15 (I) 15 (η)各自的剩余壽命推定值。例如，在電池模塊15 (I)中，算出到滿充電容量達到更換等級為止的剩余壽命推定值RLla、到內(nèi)部電阻達到更換等級為止的剩余壽命推定值RLlb以及到鋰析出量達到更換等級為止的剩余壽命推定值RLlc。然后，這些剩余壽命推定值RLla RLlc中的最小值被作為電池模塊15(1)的剩余壽命推定值RL (I)0在步驟S215中，對以后的電池模塊15 (2) (η)也執(zhí)行同樣的運算。由此，按照每個電池模塊15求出剩余壽命推定值RL (I) RL (n)。S卩，步驟S215的處理相當于圖2的剩余壽命推定部130的功能。再次參照圖2，Ε⑶100執(zhí)行與圖8同樣的步驟S220 S250。由此，針對當前時刻劣化指標沒有達到更換等級的各個電池模塊15，根據(jù)求出的剩余壽命推定值RL (I) RL(η)來執(zhí)行剩余壽命判斷。代替圖7的步驟S200而執(zhí)行步驟S215 S250的處理。由此，能夠從要更換模塊以外的電池模塊15中抽出到某個劣化指標達到更換等級為止的剩余壽命比預定值短的電池模塊來作為追加更換模塊。即，步驟S220 S250的處理相當于圖2的抽出部140的功能。
進而，E⑶100通過步驟S300、S400，與圖7同樣地執(zhí)行更換成本的評價和引導信息的生成。這樣，根據(jù)實施方式3的二次電池的劣化判斷，即使在按照每個電池模塊15算出了多個劣化指標的情況下，也能夠檢測某個劣化指標達到了更換等級的電池模塊來作為要更換模塊。進而，通過將多個劣化指標換算為剩余壽命推定，能夠在綜合評價了多個劣化指標之后抽出追加更換模塊。其結(jié)果，能夠通過使用多個劣化指標來從多方面高精度地判斷是否需要上述的以電池模塊為單位的更換。在實施方式2及其變形例中，假設成為劣化判斷對象的二次電池(鋰離子二次電池)為搭載于電動車輛的二次電池，但是能夠明確的是本發(fā)明的應用并不限定于這樣的情況。即，對于能夠進行以電池模塊為單位的電池更換的二次電池，能夠應用本發(fā)明的劣化判斷。另外，在本實施方式中，作為劣化指標例示了滿充電容量、內(nèi)部電阻以及鋰析出量，但也可以采用除此以外的電池參數(shù)來執(zhí)行本發(fā)明的二次電池的劣化判斷。例如，作為公知的參數(shù)，還可以將日本特開2008-241246號公報(專利文獻4)所記載的反應參與物質(zhì)(例如，鋰離子二次電池的鋰)的擴散系數(shù)Ds作為劣化指標。或者，還能夠?qū)⒃趯嵤┓绞?中說明的正極容量維持率kl、負極容量維持率k2、偏差容量Λ Qs以及由歷時劣化引起的偏差容量Λ Qs (W)作為劣化指標。應當認為，本次公開的實施方式在所有方面都是例示而不是限制性的內(nèi)容。本發(fā)明的范圍是根據(jù)權(quán)利要求來表示的而不是上述說明，本發(fā)明的范圍包含與權(quán)利要求等同的含義和范圍內(nèi)的全部變更。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明適用于對作為多個電池模塊的集合體而構(gòu)成的二次電池的是否要更換進行判斷的劣化判斷。
權(quán)利要求
1.ー種二次電池的劣化判斷裝置，上述二次電池(10)是作為多個電池模塊(15)的集合體而構(gòu)成的二次電池，上述劣化判斷裝置具備 劣化診斷部(110)，其用于對每個上述電池模塊算出定量表示該電池模塊的劣化程度的劣化指標(DI)； 檢測部(120)，其用于根據(jù)由上述劣化診斷部算出的上述劣化指標與預定的更換等級(CHl)的比較，從上述多個電池模塊檢測需要更換的第一電池模塊；以及 抽出部(140 )，其用于在由上述檢測部檢測出上述第一電池模塊的情況下，從上述多個電池模塊中的上述劣化指標沒有達到上述更換等級的第二電池模塊，抽出應與上述第一電池模塊同時更換的第三電池模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二次電池的劣化判斷裝置，其中， 還具備剰余壽命推定部(130)，其用于對每個上述電池模塊(15)根據(jù)由上述劣化診斷部算出的上述劣化指標(DI)來推定到上述劣化指標達到上述更換等級(CHl)為止的剰余壽命(RL)， 上述抽出部(140)針對上述多個電池模塊中的上述第二電池模塊，在所推定出的上述剰余壽命比預定的判斷值短時，抽出該電池模塊作為上述第三電池模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池的劣化判斷裝置，其中， 上述劣化診斷部(110)針對各上述電池模塊(15)算出多個上述劣化指標(DI)， 上述剩余壽命推定部(130)針對上述第二電池模塊，與上述多個劣化指標各自對應地推定多個上述剰余壽命(RL)，并且在所推定出的上述多個剩余壽命中的最小值比上述判斷值短時，抽出該電池模塊作為上述第三電池模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中的任一項所述的二次電池的劣化判斷裝置，其中， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的內(nèi)部電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 3中的任一項所述的二次電池的劣化判斷裝置，其中， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的滿充電容量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 3中的任一項所述的二次電池的劣化判斷裝置，其中， 上述二次電池(10)是鋰離子二次電池， 上述劣化診斷部(I 10)包括 劣化參數(shù)獲取部(S110)，其用于通過基于開路電壓特性的劣化診斷獲取上述鋰離子ニ次電池的正極容量維持率(kl)、負極容量維持率(k2)以及電池容量變動量(Λ Qs),上述開路電壓特性是表示上述鋰離子二次電池的開路電壓相對于容量變化的變化的特性；和鋰析出量推定部(S120、S130)，其用于按照上述正極容量維持率及上述負極容量維持率與第一變動量(Λ Qs (W))之間的預先求出的對應關(guān)系，根據(jù)所獲取的上述正極容量維持率及上述負極容量維持率，將所獲取的上述電池容量變動量分離為上述第一變動量和與由鋰析出引起的劣化對應的第二變動量(Λ Qs(Li))，上述第一變動量是上述電池容量變動量中的與歷時劣化對應的變動量， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的上述第二變動量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池的劣化判斷裝置，其中， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的內(nèi)部電阻和滿充電容量。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池的劣化判斷裝置，其中，上述二次電池(10)是鋰離子二次電池， 上述劣化診斷部(I 10)包括 劣化參數(shù)獲取部(S120)，其用于通過基于開路電壓特性的劣化診斷獲取上述鋰離子ニ次電池的正極容量維持率(kl)、負極容量維持率(k2)以及電池容量變動量(Λ Qs),上述開路電壓特性是表示上述鋰離子二次電池的開路電壓相對于容量變化的變化的特性；和鋰析出量推定部(S130、S140)，其用于按照上述正極容量維持率及上述負極容量維持率與第一變動量(Λ Qs (W))之間的預先求出的對應關(guān)系，根據(jù)所獲取的上述正極容量維持率及上述負極容量維持率，將所獲取的上述電池容量變動量分離為上述第一變動量和與由鋰析出引起的劣化對應的第二變動量(Λ Qs(Li))，上述第一變動量是上述電池容量變動量中的與歷時劣化對應的變動量， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊的內(nèi)部電阻和滿充電容量中的至少一方以及上述第二變動量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 3中的任一項所述的二次電池的劣化判斷裝置，其中， 還具備引導信息生成部(150)，其用于根據(jù)所檢測出的上述第一電池模塊和所抽出的上述第三電池模塊的合計個數(shù)，評價上述集合體整體的更換和部分的更換中的哪種更換在成本上更有利，所述部分的更換是指僅更換上述第一電池模塊和上述第三電池模塊。
10.ー種二次電池的劣化判斷方法，上述二次電池(10)是作為多個電池模塊(15)的集合體而構(gòu)成的二次電池，上述劣化判斷方法包括 算出步驟(SlOO、S105)，對每個上述電池模塊算出定量表示該電池模塊的劣化程度的劣化指標(DI); 檢測步驟(S150、S155)，根據(jù)所算出的上述劣化指標與預定的更換等級(CHl)的比較，從上述多個電池模塊檢測需要更換的第一電池模塊；以及 抽出步驟(S200)，在檢測出上述第一電池模塊的情況下，從上述多個電池模塊中的上述劣化指標沒有達到上述更換等級的第二電池模塊，抽出應與上述第一電池模塊同時更換的第三電池模塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的二次電池的劣化判斷方法，其中， 上述抽出步驟(S200)包括 推定步驟(S210)，對每個上述電池模塊(15)，根據(jù)通過上述算出步驟算出的上述劣化指標(DI)，推定到上述劣化指標達到上述更換等級(CHl)為止的剰余壽命(RL);和 第三電池模塊抽出步驟(S230)，針對上述多個電池模塊中的上述第二電池模塊，在所推定出的上述剰余壽命比預定的判斷值短時，抽出該電池模塊作為上述第三電池模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的二次電池的劣化判斷方法，其中， 上述算出步驟(S105)中，針對各上述電池模塊(15)算出多個上述劣化指標(DI)， 上述推定步驟(S215)中，針對上述第二電池模塊，與上述多個劣化指標各自對應地推定多個上述剩余壽命(RL)， 上述第三電池模塊抽出步驟(S230)中，在所推定出的上述多個剩余壽命中的最小值比上述判斷值短時，抽出該電池模塊作為上述第三電池模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求10 12中的任一項所述的二次電池的劣化判斷方法，其中， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的內(nèi)部電阻。
14.根據(jù)權(quán)利要求10 12中的任一項所述的二次電池的劣化判斷方法，其中， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的滿充電容量。
15.根據(jù)權(quán)利要求10 12中的任一項所述的二次電池的劣化判斷方法，其中， 上述二次電池(10)是鋰離子二次電池， 上述算出步驟(S100、S105)包括 獲取步驟(S120)，通過基于開路電壓特性的劣化診斷獲取上述鋰離子二次電池的正極容量維持率(kl)、負極容量維持率(k2)以及電池容量變動量(Λ Qs),上述開路電壓特性是表示上述鋰離子二次電池的開路電壓相對于容量變化的變化的特性；和 分離步驟(S130、S140)，按照上述正極容量維持率及上述負極容量維持率與第一變動量(Λ Qs (W))之間的預先求出的對應關(guān)系，根據(jù)所獲取的上述正極容量維持率及上述負極容量維持率，將所獲取的上述電池容量變動量分離為上述第一變動量和與由鋰析出引起的劣化對應的第二變動量(AQs(Li)),上述第一變動量是上述電池容量變動量中的與歷時劣化對應的變動量， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的上述第二變動量。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的二次電池的劣化判斷方法，其中， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的內(nèi)部電阻和滿充電容量。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的二次電池的劣化判斷方法，其中， 上述二次電池(10)是鋰離子二次電池， 上述算出步驟(S100、S105)包括 獲取步驟(S120)，通過基于開路電壓特性的劣化診斷獲取上述鋰離子二次電池的正極容量維持率(kl)、負極容量維持率(k2)以及電池容量變動量(Λ Qs),上述開路電壓特性是表示上述鋰離子二次電池的開路電壓相對于容量變化的變化的特性；和 分離步驟(S130、S140)，按照上述正極容量維持率及上述負極容量維持率與第一變動量(Λ Qs (W))之間的預先求出的對應關(guān)系，根據(jù)所獲取的上述正極容量維持率及上述負極容量維持率，將所獲取的上述電池容量變動量分離為上述第一變動量和與由鋰析出引起的劣化對應的第二變動量(Λ Qs(Li))，上述第一變動量是上述電池容量變動量中的與歷時劣化對應的變動量， 上述劣化指標(DI)包括各上述電池模塊(15)的內(nèi)部電阻和滿充電容量中的至少一方以及上述第二變動量。
18.根據(jù)權(quán)利要求10 12中的任一項所述的二次電池的劣化判斷方法，其中， 還包括評價步驟(S300)，該評價步驟中，根據(jù)所檢測出的上述第一電池模塊和所抽出的上述第三電池模塊的合計個數(shù)，評價上述集合體整體的更換和部分的更換中的哪種更換在成本上更有利，所述部分的更換是指僅更換上述第一電池模塊和上述第三電池模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種二次電池的劣化判斷裝置以及劣化判斷方法，二次電池(10)作為多個電池模塊(15)的集合體而構(gòu)成。ECU(100)對多個電池模塊的各個電池模塊算出定量地表示該電池模塊的劣化程度的劣化指標，并且將劣化指標達到了預定的更換等級的電池模塊檢測為需要更換的要更換模塊。ECU(100)還從多個電池模塊(15)中的劣化指標沒有達到更換等級的電池模塊中抽出應與上述更換模塊同時更換的追加更換模塊。
文檔編號G01R31/36GK102834727SQ20108006608
公開日2012年12月19日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者高橋賢司, 芳賀伸烈, 戶村修二 申請人:豐田自動車株式會社