电池寿命推测方法及电池寿命推测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及对二次电池的剩余寿命进行推测的电池寿命推测方法及电池寿命推测装置。
【背景技术】
[0002]以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池具有高的能量密度，被利用为各种便携式电子设备的电源。而且，近年来，还在研讨在混合动力汽车、混合动力二轮车、电动汽车以及电动自行车中的实用化。在这些汽车等车辆中使用的二次电池被假定了与汽车主体同样的10?15年的运转期间。
[0003]在这样假定了长期的寿命的情况下，预想与以往的汽油车同样，电动汽车中也会进行转售、二手车购入这样的交易。在搭载有锂离子二次电池的电动车辆中，电池的价格占据了车辆价格的相当大的部分。因此，在决定电动车辆的转售价格、二手车价格时，电池的劣化程度和剩余的寿命期间是很重要的。在以往的汽油发动机车的情况下，通过年款及行驶距离能够在一定范围内假定出车辆的劣化程度，但搭载于电动车辆的二次电池的劣化即使年款及行驶距离相同也会因保管状态或运转条件、充电条件等而较大地不同。
[0004]因此，为了成立电动汽车等电动车辆用的灵活的转售市场，可以想到成为决定客观的转售价格的基准的、电池单体的劣化程度的诊断方法和剩余寿命的推测方法是不可欠缺的。在车辆用二次电池的劣化诊断中不花费时间、不需要特别的装备或设备这些点，从用户的便利性及费用的方面来看是优选的。作为满足这些点的方法，研究根据电池的充放电曲线(电压vs.时间.电流数据)通过计算来推测劣化程度。作为这样的方法之一公开了如下手法:根据实际的电池的一定条件下的充放电时的充放电曲线(电池电压一时间数据)，参照各活性物质的开路电位一充电量数据，来推算电池的容量、内部电阻及正负极的各活性物质的劣化程度(例如参照专利文献I)。
[0005]先行技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:特开2012 — 251806号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]通过上述专利文献I那样的手法，能够求出电池的容量及内部电阻的值。通过这样的电池性能诊断，能够诊断现状的电池特性降低的程度，但是需要有针对作为电池的价值决定基准而确定的使用条件进行二次电池的剩余寿命的推测的方法。
[0010]本实施方式的目的在于提供一种电池寿命推测方法及电池寿命推测装置，针对当前时刻下的电池特性，推测规定的使用条件下的剩余寿命。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]为了实现上述目的，本发明所涉及的电池寿命推测方法具有如下步骤:对二次电池，计算当前时刻的电池特性数据，该当前时刻的电池特性数据至少包含内部电阻值；保存使用条件数据和劣化特性图，该使用条件数据包含推测期间中的温度时间分布及电流值时间分布，该劣化特性图表示相对于电池电压和温度而言的劣化常量的分布；以及基于所述当前时刻的电池特性数据和使用条件数据，累计所述劣化特性图中的电池电压一温度平面的停留时间，由此推测劣化量。
【附图说明】
[0013]图1是表示电池寿命推测装置的功能构成的框图。
[0014]图2是表示运算部的处理顺序的图。
[0015]图3A是表示劣化特性图(内部电阻)的图。
[0016]图3B是表示劣化特性图(容量)的图。
[0017]图4A是表示25°C下5C周期的内部电阻及容量的劣化量的推测结果的图。
[0018]图4B是表示45°C下5C周期的内部电阻及容量的劣化量的推测结果的图。
[0019]图5是表示对使用期间进行了划分时的电池特性值的计算方法的图。
[0020]图6A是表示将约3个月经过时刻作为出发点来进行了推算的25°C下5C周期的内部电阻及容量的劣化量的推测结果的图。
[0021]图6B是表示将约3个月经过时刻作为出发点来进行了推算的45°C下5C周期的内部电阻及容量的劣化量的推测结果的图。
[0022]图7A是表不使用条件(电流值)的例子的图。
[0023]图7B是表示使用条件(温度)的例子的图。
[0024]图8是表示图7A及图7B的使用条件下的寿命推测结果的图。
[0025]图9A是表示在第7年变更的使用条件(电流值)的例子的图。
[0026]图9B是表示在第7年变更的使用条件(温度)的例子的图。
[0027]图10是表示变更成了图9A及图9B的使用条件的情况下的寿命推测结果的图。
【具体实施方式】
[0028]以下，参照附图对本实施方式的电池寿命推测方法及电池寿命推测装置详细地进行说明。
[0029][原理和方法]
[0030]在以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池中，由于充放电的反复及储藏，导致电池特性的降低进展。在一定的充电状态下的储藏试验中，电池特性的降低速度是遵循阿雷尼厄斯定律的，因此能够想到电池特性劣化的原因主要是在电池内进行的化学的副反应。作为副反应，可以想到如下3个:电极上的电解液的分解反应；活性物质的分解反应；电极或者电解液中含有的杂质的反应。
[0031 ](电极上的电解液的分解反应)
[0032]电池内部存在有正极及负极和电解液，正极和负极具有与充电状态对应的电极电位。被报告有如下情况:电解液与具有能级差的电极之间通过界面而接触，作为副反应之一，在正负极一电解液界面进行电解液分解反应，被膜形成等进展。该副反应是电解液与具有能级差的正极及负极相接触而引起的，因此，可以想到副反应的速度取决于正极及负极的作为能级的电极电位。该反应随着正极电位越高、负极电位越低即电池的充电越是进展而反应速度越是上升。
[0033](活性物质的分解反应)
[0034]此外，作为副反应还产生活性物质成分的洗脱、相对于Li的插入脱离反应而向非活性成分的转化等、活性物质本身的与电位相应的分解反应。这样的副反应与电解液的分解反应是不同的，未必是在电池充电侧反应速度变大。有可能是在某个特定的电位附近或过放电侧劣化被促进。因此，电位与活性物质劣化反应的速度之间的关系是依赖于活性物质的种类的函数。
[0035](电极或者电解液中含有的杂质的反应)
[0036]在电极内及电极表面进行因氧化锂或碳酸锂等碱性成分等活性物质内的残留杂质、水分及其衍生产物等的电解液中含有的杂质而引起的副反应。杂质的反应性越高则反应速度越快，但是由于浓度很小因此多数情况下对劣化的影响并不大。
[0037]在本实施方式中，基于与电位和温度相应的电池特性劣化反应速度的测定，制作电位一温度平面上的电池特性的劣化速度常量数据，通过根据电池的使用条件计算出的电位一温度平面上的停留时间(dwell time)的累计值，推算劣化量。
[0038][装置结构]
[0039]图1是表示本实施方式的电池寿命推测装置的功能构成的框图。
[0040]图1所示的电池寿命推测装置具有:测定包含有I个或者多个电池单体的二次电池I的电压.电流.温度等的测定部2、推算部3、数据保存部4、运算部5、以及剩余寿命计算部6。推算部3基于测定部2的测定数据，推算当前时刻的电池特性(劣化状态)。数据保存部4保存:劣化特性图41，表示相对于电池电压和温度而言的劣化常量的分布；以及使用条件数据42，包含电池在使用环境中的温度时间分布、电流值时间分布及充放电范围。运算部5基于数据保存部4中保存的使用条件数据42和劣化特性图41，推测电池特性的劣化量。剩余寿命计算部6针对所设定的使用条件数据，计算电池的达到寿命的结束条件为止的剩余寿命。
[0041][劣化特性图41的制作]
[0042]电极的劣化行为用上述3个副反应的效果之和来表示。此外，电池的劣化速度用正极和负极之和来表示。然而，电池特性的劣化速度未必为3个反应之和。在因电解液分解引起的劣化反应中，受到产物的被膜等的影响而导致电池的容量降低、内部电阻上升进展，由于活性物质劣化反应，因活性物质的减少或非活性化也导致电池的容量降低、内部电阻上升进展。此外，有的活性物质引起容量降低而内部电阻不上升，也有的活性物质反之。因此，容量降低、内部电阻增加等单独的电池特性的劣化速度式并不是各反应之和。同时，也很难通过对电池特性的变化的观察来单独测定独立的各个反应的反应速度。
[0043]因此，本实施方式的劣化特性图41能够通过测定相对于电池内的各活性物质的电位和温度而言的劣化速度、制作相对于电位一温度平面而言的劣化常量的分布状态而得至IJ。劣化速度的测定能够通过针对各活性物质制作实验电池单体、并改变温度来实施保持为一定电位的浮动试验或者在调成一定电位后进行储藏的储藏试验来进行。
[0044]实验电池单体对于成为测定对象的活性物质，优选使用将对极和参照极设为金属锂的三极电池单体、或者将过剩的正极材或负极材设为对极的二极电池单体。在二极电池单体中，优选为在对极中使用