電池壽命推測方法及電池壽命推測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及對二次電池的剩余壽命進(jìn)行推測的電池壽命推測方法及電池壽命推測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以鋰離子二次電池為代表的非水電解質(zhì)二次電池具有高的能量密度，被利用為各種便攜式電子設(shè)備的電源。而且，近年來，還在研討在混合動力汽車、混合動力二輪車、電動汽車以及電動自行車中的實(shí)用化。在這些汽車等車輛中使用的二次電池被假定了與汽車主體同樣的10?15年的運(yùn)轉(zhuǎn)期間。
[0003]在這樣假定了長期的壽命的情況下，預(yù)想與以往的汽油車同樣，電動汽車中也會進(jìn)行轉(zhuǎn)售、二手車購入這樣的交易。在搭載有鋰離子二次電池的電動車輛中，電池的價(jià)格占據(jù)了車輛價(jià)格的相當(dāng)大的部分。因此，在決定電動車輛的轉(zhuǎn)售價(jià)格、二手車價(jià)格時(shí)，電池的劣化程度和剩余的壽命期間是很重要的。在以往的汽油發(fā)動機(jī)車的情況下，通過年款及行駛距離能夠在一定范圍內(nèi)假定出車輛的劣化程度，但搭載于電動車輛的二次電池的劣化即使年款及行駛距離相同也會因保管狀態(tài)或運(yùn)轉(zhuǎn)條件、充電條件等而較大地不同。
[0004]因此，為了成立電動汽車等電動車輛用的靈活的轉(zhuǎn)售市場，可以想到成為決定客觀的轉(zhuǎn)售價(jià)格的基準(zhǔn)的、電池單體的劣化程度的診斷方法和剩余壽命的推測方法是不可欠缺的。在車輛用二次電池的劣化診斷中不花費(fèi)時(shí)間、不需要特別的裝備或設(shè)備這些點(diǎn)，從用戶的便利性及費(fèi)用的方面來看是優(yōu)選的。作為滿足這些點(diǎn)的方法，研究根據(jù)電池的充放電曲線(電壓vs.時(shí)間.電流數(shù)據(jù))通過計(jì)算來推測劣化程度。作為這樣的方法之一公開了如下手法:根據(jù)實(shí)際的電池的一定條件下的充放電時(shí)的充放電曲線(電池電壓一時(shí)間數(shù)據(jù))，參照各活性物質(zhì)的開路電位一充電量數(shù)據(jù)，來推算電池的容量、內(nèi)部電阻及正負(fù)極的各活性物質(zhì)的劣化程度(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0005]先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:特開2012 — 251806號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]通過上述專利文獻(xiàn)I那樣的手法，能夠求出電池的容量及內(nèi)部電阻的值。通過這樣的電池性能診斷，能夠診斷現(xiàn)狀的電池特性降低的程度，但是需要有針對作為電池的價(jià)值決定基準(zhǔn)而確定的使用條件進(jìn)行二次電池的剩余壽命的推測的方法。
[0010]本實(shí)施方式的目的在于提供一種電池壽命推測方法及電池壽命推測裝置，針對當(dāng)前時(shí)刻下的電池特性，推測規(guī)定的使用條件下的剩余壽命。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的電池壽命推測方法具有如下步驟:對二次電池，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的電池特性數(shù)據(jù)，該當(dāng)前時(shí)刻的電池特性數(shù)據(jù)至少包含內(nèi)部電阻值；保存使用條件數(shù)據(jù)和劣化特性圖，該使用條件數(shù)據(jù)包含推測期間中的溫度時(shí)間分布及電流值時(shí)間分布，該劣化特性圖表示相對于電池電壓和溫度而言的劣化常量的分布；以及基于所述當(dāng)前時(shí)刻的電池特性數(shù)據(jù)和使用條件數(shù)據(jù)，累計(jì)所述劣化特性圖中的電池電壓一溫度平面的停留時(shí)間，由此推測劣化量。
【附圖說明】
[0013]圖1是表示電池壽命推測裝置的功能構(gòu)成的框圖。
[0014]圖2是表示運(yùn)算部的處理順序的圖。
[0015]圖3A是表示劣化特性圖(內(nèi)部電阻)的圖。
[0016]圖3B是表示劣化特性圖(容量)的圖。
[0017]圖4A是表示25°C下5C周期的內(nèi)部電阻及容量的劣化量的推測結(jié)果的圖。
[0018]圖4B是表示45°C下5C周期的內(nèi)部電阻及容量的劣化量的推測結(jié)果的圖。
[0019]圖5是表示對使用期間進(jìn)行了劃分時(shí)的電池特性值的計(jì)算方法的圖。
[0020]圖6A是表示將約3個(gè)月經(jīng)過時(shí)刻作為出發(fā)點(diǎn)來進(jìn)行了推算的25°C下5C周期的內(nèi)部電阻及容量的劣化量的推測結(jié)果的圖。
[0021]圖6B是表示將約3個(gè)月經(jīng)過時(shí)刻作為出發(fā)點(diǎn)來進(jìn)行了推算的45°C下5C周期的內(nèi)部電阻及容量的劣化量的推測結(jié)果的圖。
[0022]圖7A是表不使用條件(電流值)的例子的圖。
[0023]圖7B是表示使用條件(溫度)的例子的圖。
[0024]圖8是表示圖7A及圖7B的使用條件下的壽命推測結(jié)果的圖。
[0025]圖9A是表示在第7年變更的使用條件(電流值)的例子的圖。
[0026]圖9B是表示在第7年變更的使用條件(溫度)的例子的圖。
[0027]圖10是表示變更成了圖9A及圖9B的使用條件的情況下的壽命推測結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下，參照附圖對本實(shí)施方式的電池壽命推測方法及電池壽命推測裝置詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0029][原理和方法]
[0030]在以鋰離子二次電池為代表的非水電解質(zhì)二次電池中，由于充放電的反復(fù)及儲藏，導(dǎo)致電池特性的降低進(jìn)展。在一定的充電狀態(tài)下的儲藏試驗(yàn)中，電池特性的降低速度是遵循阿雷尼厄斯定律的，因此能夠想到電池特性劣化的原因主要是在電池內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)的副反應(yīng)。作為副反應(yīng)，可以想到如下3個(gè):電極上的電解液的分解反應(yīng)；活性物質(zhì)的分解反應(yīng)；電極或者電解液中含有的雜質(zhì)的反應(yīng)。
[0031 ](電極上的電解液的分解反應(yīng))
[0032]電池內(nèi)部存在有正極及負(fù)極和電解液，正極和負(fù)極具有與充電狀態(tài)對應(yīng)的電極電位。被報(bào)告有如下情況:電解液與具有能級差的電極之間通過界面而接觸，作為副反應(yīng)之一，在正負(fù)極一電解液界面進(jìn)行電解液分解反應(yīng)，被膜形成等進(jìn)展。該副反應(yīng)是電解液與具有能級差的正極及負(fù)極相接觸而引起的，因此，可以想到副反應(yīng)的速度取決于正極及負(fù)極的作為能級的電極電位。該反應(yīng)隨著正極電位越高、負(fù)極電位越低即電池的充電越是進(jìn)展而反應(yīng)速度越是上升。
[0033](活性物質(zhì)的分解反應(yīng))
[0034]此外，作為副反應(yīng)還產(chǎn)生活性物質(zhì)成分的洗脫、相對于Li的插入脫離反應(yīng)而向非活性成分的轉(zhuǎn)化等、活性物質(zhì)本身的與電位相應(yīng)的分解反應(yīng)。這樣的副反應(yīng)與電解液的分解反應(yīng)是不同的，未必是在電池充電側(cè)反應(yīng)速度變大。有可能是在某個(gè)特定的電位附近或過放電側(cè)劣化被促進(jìn)。因此，電位與活性物質(zhì)劣化反應(yīng)的速度之間的關(guān)系是依賴于活性物質(zhì)的種類的函數(shù)。
[0035](電極或者電解液中含有的雜質(zhì)的反應(yīng))
[0036]在電極內(nèi)及電極表面進(jìn)行因氧化鋰或碳酸鋰等堿性成分等活性物質(zhì)內(nèi)的殘留雜質(zhì)、水分及其衍生產(chǎn)物等的電解液中含有的雜質(zhì)而引起的副反應(yīng)。雜質(zhì)的反應(yīng)性越高則反應(yīng)速度越快，但是由于濃度很小因此多數(shù)情況下對劣化的影響并不大。
[0037]在本實(shí)施方式中，基于與電位和溫度相應(yīng)的電池特性劣化反應(yīng)速度的測定，制作電位一溫度平面上的電池特性的劣化速度常量數(shù)據(jù)，通過根據(jù)電池的使用條件計(jì)算出的電位一溫度平面上的停留時(shí)間(dwell time)的累計(jì)值，推算劣化量。
[0038][裝置結(jié)構(gòu)]
[0039]圖1是表示本實(shí)施方式的電池壽命推測裝置的功能構(gòu)成的框圖。
[0040]圖1所示的電池壽命推測裝置具有:測定包含有I個(gè)或者多個(gè)電池單體的二次電池I的電壓.電流.溫度等的測定部2、推算部3、數(shù)據(jù)保存部4、運(yùn)算部5、以及剩余壽命計(jì)算部6。推算部3基于測定部2的測定數(shù)據(jù)，推算當(dāng)前時(shí)刻的電池特性(劣化狀態(tài))。數(shù)據(jù)保存部4保存:劣化特性圖41，表示相對于電池電壓和溫度而言的劣化常量的分布；以及使用條件數(shù)據(jù)42，包含電池在使用環(huán)境中的溫度時(shí)間分布、電流值時(shí)間分布及充放電范圍。運(yùn)算部5基于數(shù)據(jù)保存部4中保存的使用條件數(shù)據(jù)42和劣化特性圖41，推測電池特性的劣化量。剩余壽命計(jì)算部6針對所設(shè)定的使用條件數(shù)據(jù)，計(jì)算電池的達(dá)到壽命的結(jié)束條件為止的剩余壽命。
[0041][劣化特性圖41的制作]
[0042]電極的劣化行為用上述3個(gè)副反應(yīng)的效果之和來表示。此外，電池的劣化速度用正極和負(fù)極之和來表示。然而，電池特性的劣化速度未必為3個(gè)反應(yīng)之和。在因電解液分解引起的劣化反應(yīng)中，受到產(chǎn)物的被膜等的影響而導(dǎo)致電池的容量降低、內(nèi)部電阻上升進(jìn)展，由于活性物質(zhì)劣化反應(yīng)，因活性物質(zhì)的減少或非活性化也導(dǎo)致電池的容量降低、內(nèi)部電阻上升進(jìn)展。此外，有的活性物質(zhì)引起容量降低而內(nèi)部電阻不上升，也有的活性物質(zhì)反之。因此，容量降低、內(nèi)部電阻增加等單獨(dú)的電池特性的劣化速度式并不是各反應(yīng)之和。同時(shí)，也很難通過對電池特性的變化的觀察來單獨(dú)測定獨(dú)立的各個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速度。
[0043]因此，本實(shí)施方式的劣化特性圖41能夠通過測定相對于電池內(nèi)的各活性物質(zhì)的電位和溫度而言的劣化速度、制作相對于電位一溫度平面而言的劣化常量的分布狀態(tài)而得至IJ。劣化速度的測定能夠通過針對各活性物質(zhì)制作實(shí)驗(yàn)電池單體、并改變溫度來實(shí)施保持為一定電位的浮動試驗(yàn)或者在調(diào)成一定電位后進(jìn)行儲藏的儲藏試驗(yàn)來進(jìn)行。
[0044]實(shí)驗(yàn)電池單體對于成為測定對象的活性物質(zhì)，優(yōu)選使用將對極和參照極設(shè)為金屬鋰的三極電池單體、或者將過剩的正極材或負(fù)極材設(shè)為對極的二極電池單體。在二極電池單體中，優(yōu)選為在對極中使用