JP4001708B2 - 二次電池の交換方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を電気的に直列もしくは並列に複数個接続して構成された組電池のうち、一部の二次電池が劣化、寿命もしくは故障した場合における二次電池の交換方法に関し、特に、電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド車両（ＨＥＶ）に搭載される二次電池の交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池には、鉛−酸バッテリやニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）バッテリ、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリ、リチウムイオンバッテリ等がある。これらのバッテリは、電力が消耗されると、外部電源に接続して所定の電流を流すことにより充電することができるという性質がある。かかる性質を利用して、これらのバッテリは、従来より各種の機器に使用されている。たとえば、バッテリは、エンジンの点火プラグへの電力供給を行うために、従来より車両にも搭載されていた。
【０００３】
最近では、電気自動車（ＰＥＶ）や、エンジンと電動機を備えたいわゆるハイブリッド車両（ＨＥＶ）において、電動機を駆動する際の主電源として、その高いエネルギー密度（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）と高い出力密度の点から、Ｎｉ−ＭＨバッテリが主に使用されている。かかるＰＥＶやＨＥＶでは、電動機に対して十分な出力を供給できるように、単電池を複数個直列または並列に組み合わせて１つの組電池を構成し、電池パックとして用いる。
【０００４】
このように複数の組電池が結合されて、ＰＥＶやＨＥＶに搭載されるＮｉ−ＭＨバッテリは、その使用環境が適切であればより長時間にわたり使用可能となるが、二次電池の個体差や二次電池を構成する部品の不具合により、組電池の中の１つずつが異常や寿命に到るのが一般的である。組電池の中の１つの二次電池が異常や寿命であっても組電池本来の機能が発揮できず、システムの不具合に到る可能性が高いため、従来から二次電池の異常、故障もしくは劣化の検出方法については多数提案されている。
【０００５】
たとえば、電池の出力電圧の低下に基づき劣化判定したり、鉛−酸バッテリの場合には電解液の比重に基づき劣化判定したり、電池の内部抵抗の上昇による電圧−電流特性の変化に基づき判定したり（特開平４−３４１７６９号公報）、電池の使用時間を記憶しておき所定時間に達した場合に劣化判定したり（特開平１１−８９１０１号公報）、また電池の温度上昇を用いて劣化判定を行う（特開平９−８２７４９５号公報）といったものが知られている。
【０００６】
一方、組電池全体を交換する場合の従来例としては、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラ等の電池がそれに当たり、組電池の一部を交換する場合の従来例としては、特開平８−２０３５６７号公報に記載されているように、組電池を構成する個々の鉛蓄電池における各々の端子電圧を監視し、予め設定してある電圧設定値以下となった場合に劣化と判定し、電圧低下表示ＬＥＤを点灯するものがある。
【０００７】
また、特開平２−１０１９３７号公報には、二次電池としてＮｉ−Ｃｄ蓄電池を用いた場合の例が記載されており、これは、電圧検出手段により、複数の電池セルの各々の出力電圧を順次検出し、表示手段により、検出した出力電圧が基準値以下となった電池セルを識別して表示し、交換を促すというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、組電池の一部を交換する上記従来例においては、交換して組電池に新しく入れられる二次電池と、今まで使用されていた組電池の中の電池との特性差については言及されていない。
【０００９】
鉛−酸バッテリの場合、交換後に定電圧充電を行えば、交換後の各電池における残存容量（ＳＯＣ）バラツキは解消され、組電池全てを満充電状態にすることができるが、Ｎｉ−ＭＨバッテリやＮｉ−Ｃｄバッテリの場合には、定電圧充電では過充電に到るおそれがあるため、交換された電池と元の組電池とのＳＯＣバラツキが解消できず、電池の能力を最大限に発揮できないといった問題があった。
【００１０】
また、交換された電池の容量が組電池の平均容量よりも小さかった場合には、組電池の容量を重視する用途では、交換前の組電池の性能が維持できなくなってしまう。
【００１１】
特に、ＨＥＶのように、二次電池が満充電されることなく残存容量が中間域で常時使用される用途では、
（１）電池の残存容量のバラツキにより、放電側は残存容量の小さい電池で制限を受け、充電側は残存容量の大きい電池で制限を受け、電池の容量が十分に使い切れなかったり、
（２）電池の自己放電特性のバラツキにより、放電側は自己放電の大きい電池で制限を受け、充電側は自己放電の小さい電池で制限を受けるため、残存容量のバラツキを招いたり、
（３）電池の内部抵抗のバラツキにより、たとえば内部抵抗が大きい交換用電池を組電池の中に組み入れると、容量判定の方式によっては実際の容量に対して誤差が生じ、電池の性能が満足に発揮できなかったりするおそれがある。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで電池交換ができるとともに、電池交換後に組電池全体としての性能を最大限に発揮できる二次電池の交換方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、電池特性を不良判定のさらなる判断基準とし、回復可能な二次電池を再使用することで、交換用電池の価格を低減するとともに、廃棄物を大幅に低減することができる二次電池の交換方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の交換方法は、二次電池を電気的に直列もしくは並列に複数個接続した組電池を構成する、不良が検出された一部の二次電池を交換用電池と交換する二次電池の交換方法において、組電池を構成する二次電池について、所定の電圧検出ブロック毎に電圧を検出することにより、前記電圧検出ブロック単位で二次電池の不良を判定し、不良と判定された交換対象電池を前記電圧検出ブロック単位で交換用電池と交換するとともに、前記交換対象電池の近傍に配置されて組電池を構成している二次電池も併せて交換用電池と交換することを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、組電池全体を交換することなく、また、組電池を構成するすべての二次電池のうちどれが不良電池かを特定する必要がなく、既存の構成で電池電圧を検出制御している電圧検出ブロック単位で交換を行うことで、不良電池を検出するためにハードウェアを追加することなくソフトウェアの変更だけで対処でき、交換用電池自体のコストおよび不良電池検出に付随するコストを低減することができる。
【００１６】
前記交換方法において、前記交換用電池として、前記組電池を構成する電池群の中で最大容量ランクの二次電池を用いることが好ましい。
【００１７】
これによれば、組電池の容量が交換用電池で制限されることがなく、交換前の組電池の性能を維持することができる。
【００１８】
ここで、前記交換対象電池の周囲温度を検出することにより、前記交換対象電池の近傍に配置されて組電池を構成している二次電池も交換するか否かを判断することが好ましい。
【００１９】
これによれば、不良電池付近で局所的に温度が上がっている場合や、不良電池自体の発熱のためにその周囲の電池が高温にさらされている場合に、組電池の中で故障が顕在化する前に、不良電池の近傍に配置された電池を交換することで、将来に発生が予測される故障を未然に防ぐことができる。
【００２０】
また、交換用電池として、活性化させた二次電池を用いることが好ましい。二次電池を活性化させる手法としては、サイクル充放電を行うこと、特に、充放電サイクル中の充放電電気量の総和が電池容量の４５０％以上になるまでサイクル充放電を行うことが好ましい。
【００２１】
図５は、車両の走行距離と車両に搭載された組電池の内部抵抗との関係を示した図である。図５から分かるように、走行の初期段階では組電池の内部抵抗が低下し、その後ほぼ一定レベルを維持する。そして、組電池の寿命末期では内部抵抗が増大するという変化を示している。
【００２２】
図６は、交換用電池についてサイクル充放電を行った時の電池内部抵抗の変化を初期値を１として示した図である。図６から分かるように、初期状態では電池内部抵抗の変化が大きく、概ね電池容量の４５０％以上の充放電を実施すれば、初期状態の内部抵抗に対して約７０％の内部抵抗とすることができる。従って、交換用電池に対して、充放電サイクル中の充放電電気量の総和が電池容量の４５０％以上になるまでサイクル充放電を実施すれば、組電池の中に組み込んだ場合に、既に使用履歴に応じて内部抵抗が変化している他の電池とのバラツキを補正することができ、組電池の性能を十分に発揮させることができる。
【００２３】
さらに、交換用二次電池を活性化させる別の手法としては、電池温度を５０℃以上に維持して５日以上放置することが好ましい。少なくとも５０℃以上で５日以上の放置により、電池内部の活物質表面の酸化物皮膜を効果的に取り除くことができる。これにより、サイクル充放電を行うことなく、比較的安価な設備で内部抵抗を低下させることができる。上記活性化手法による電池を組電池の中に組み込めば、他の電池とのバラツキを補正することができ、組電池の性能を十分に発揮させることができる。
【００２４】
また、前記の目的を達成するため、組電池に組み込む前に、交換用電池を冷蔵して保管することが好ましい。
【００２５】
図７は、交換用電池について保管経過日数に対する残存容量を温度をパラメータとして示した図である。図７から分かるように、高温状態で保管すれば、自己放電量が大きいために残存容量が減少し、交換用二次電池として組電池の中に直ちに組み込むことができない。そこで、交換用電池を冷蔵して保存すれば、電池内部の自己放電による残存容量の減少が抑制され、組電池の中に組み込んでも過放電による電池故障を防ぐことができる。
【００２６】
また、一部の二次電池を交換した後、組電池に対して、例えば０．３Ｃ以下のレートで電池容量の１００％以上の充電を行い、その後使用に供することが、組電池内の残存容量バラツキを解消しかつ電池温度の著しい上昇を抑制できる点で好ましい。
【００２７】
これによれば、交換した電池を含む組電池を低レートで過充電することで、交換した電池と組電池のアンバランスを解消して、組電池全体の残存容量を揃えることができる。さらに、交換した電池が交換前に長期間の放置履歴があり、内部抵抗が一時的に大きくなっている場合であっても、過充電により内部抵抗値を元のレベルに回復することができる。
【００２８】
本発明の他の形態に係る二次電池の交換方法は、二次電池を電気的に直列もしくは並列に複数個接続した組電池を構成する、不良が検出された一部の二次電池を交換用電池と交換する二次電池の交換方法において、組電池を構成する二次電池について、所定の電圧検出ブロック毎に電圧を検出することにより、前記電圧検出ブロック単位で二次電池の不良を判定して、不良と判定された交換対象電池を前記電圧検出ブロック単位で交換用電池と交換し、前記二次電池の不良の判定は、前記交換対象電池の充電量バラツキ幅および規定時間放置後の自己放電量バラツキ幅に基づいて行うことを特徴とする。
【００２９】
これによれば、交換対象電池の充電量バラツキ幅が、例えば２．０Ａｈ以内であり、その交換対象電池を規定時間、例えば数週間〜２ヶ月間放置した後その自己放電量バラツキ幅が、例えば０．５Ａｈ以内である場合、交換対象電池を廃棄するのではなく、所定の処置を施した後再使用に供することで、交換対象電池を新品電池に交換することなく、材料レベルのリサイクルが可能となり、交換用電池の価格を低減することができるだけでなく、廃棄物を大幅に低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態による二次電池の交換方法が適用される電池パックシステムの構成を示すブロック図である。
【００３２】
図１において、１は、ハイブリッド車両等に搭載される、二次電池、例えばニッケル−水素バッテリで構成された電池パックである。この電池パック１は、通常、モータ８に対する所定の出力を得るため、ニッケル−水素バッテリである複数の単電池が電気的に直列接続された第１電池モジュール１１、第２電池モジュール１２、第３電池モジュール１３、第４電池モジュール１４、第５電池モジュール１５をさらに複数個電気的に直列接続した構成をとる。各電池モジュール１１、１２、１３、１４、１５は、後述するが電池電圧を検出する単位で分けられている。
【００３３】
２は、電池パック１に対する電圧検出用スイッチであり、第１から第５電池モジュール１１、１２、１３、１４、１５のそれぞれの電池電圧を時系列で所定時間毎に電圧サンプルＶ１（ｎ）、Ｖ２（ｎ）、Ｖ３（ｎ）、Ｖ４（ｎ）、Ｖ５（ｎ）として検出するためのスイッチ２１、２２、２３、２４、２５からなる。
【００３４】
３は、電池パック１に対する温度検出用スイッチであり、第１から第５電池モジュール１１、１２、１３、１４、１５のそれぞれと温度結合して配設された温度センサ４１、４２、４３、４４、４５で測定されたそれぞれの電池温度を時系列で所定時間毎に温度サンプルＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）、Ｔ４（ｎ）、Ｔ５（ｎ）として検出するためのスイッチ３１、３２、３３、３４、３５からなる。
【００３５】
５は電流検出部であり、電池パック１のマイナス出力端子とモータ８のマイナス入力端子間に配置され、電流センサ（不図示）から出力される電池パック１の充放電電流を所定時間毎にサンプリングし、電流サンプルＩ（ｎ）を取得して電流の大きさを検出すると共に、その符号により充電であるのか放電であるのかの充放電方向Ｃ／Ｄも検出する。
【００３６】
６は電池コントローラであり、制御信号ＶＣにより電圧検出用スイッチ２１、２２、２３、２４、２５を時系列にオン状態にして取得した電圧サンプルＶ１（ｎ）、Ｖ２（ｎ）、Ｖ３（ｎ）、Ｖ４（ｎ）、Ｖ５（ｎ）と、制御信号ＴＣにより温度検出用スイッチ３１、３２、３３、３４、３５を時系列にオン状態にして取得した温度サンプルＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）、Ｔ４（ｎ）、Ｔ５（ｎ）と、電流検出部５からの電流サンプルＩ（ｎ）とから、電池パック１の残存容量を演算により求める。
【００３７】
また、電池コントローラ６は、取得した電圧サンプルＶ１（ｎ）、Ｖ２（ｎ）、Ｖ３（ｎ）、Ｖ４（ｎ）、Ｖ５（ｎ）と、同じく取得した温度サンプルＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）、Ｔ４（ｎ）、Ｔ５（ｎ）とに基づいて、各電池モジュール１１、１２、１３、１４、１５の劣化状態を判断する。これについては、以下で詳細に説明する。
【００３８】
７は電池入出力制御部であり、電池コントローラ６により演算された現時点の残存容量レベルに基づいて、電池の残存容量範囲が所定範囲内になるように残存容量制御を行うとともに、運転者の電池入出力要求、例えば加速および減速操作に応じて、エンジン９のパワーアシストおよび回生制動を行うべく、電池パック１に対する放電量および充電量の制御を行う。
【００３９】
次に、このように構成された電池パックシステムの劣化検出および交換処理プロセスについて、図２および図３を参照して説明する。
【００４０】
図２は、本発明の一実施形態による二次電池の劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。
【００４１】
図２において、まず、第１電池モジュール１１に劣化が発生しているか否かを判断するため、電池パック１中の第ｉ電池モジュールを表す変数ｉに「１」を設定する（Ｓ２０）。次に、第１電池モジュール１１から電圧検出用スイッチ２１を介して得られた電圧サンプルＶ１（ｎ）（Ｖｉ（ｎ），ｉ＝１）が、電池劣化を示す所定の電圧閾値ＶＴより低いか否かを判断する（Ｓ２１）。ステップＳ２１における判断の結果、Ｖ１（ｎ）がＶＴよりも低い場合（Ｙｅｓ）、第１電池モジュール１１において劣化が発生していると判断し、第１電池モジュール１１を交換対象に設定して（Ｓ２２）、次のステップＳ２３に進む。
【００４２】
一方、ステップＳ２１における判断の結果、Ｖ１（ｎ）がＶＴ以上である場合（Ｎｏ）、第１電池モジュール１１は正常であると判断し、次の第２電池モジュール１２に対する劣化判断をするため、ステップＳ２５へと進む。
【００４３】
ステップＳ２３では、第１電池モジュール１１と温度結合して配設された温度センサ４１から温度検出用スイッチ３１を介して得られた温度サンプルＴ１（ｎ）（Ｔｉ（ｎ），ｉ＝１）が、所定の温度閾値ＴＴより高いか否かを判断する。
ステップＳ２３における判断の結果、Ｔ１（ｎ）がＴＴよりも高い場合（Ｙｅｓ）、第１電池モジュール１１における局所的な昇温、またはそれ自体の発熱により、第１電池モジュール１１の近傍に配置されている第２電池モジュール１２（第（ｉ＋１）電池モジュール）において将来的に劣化が発生する可能性有りとして、第２電池モジュール１２も交換対象に設定する（Ｓ２４）。
【００４４】
一方、ステップＳ２３における判断の結果、Ｔ１（ｎ）がＴＴ以下である場合（Ｎｏ）、第２電池モジュール１２において将来的に劣化が発生する可能性無しと判断し、次の第２電池モジュール１２に対する劣化判断をするため、ステップＳ２５へと進む。
【００４５】
ステップＳ２５では、変数ｉが電池モジュール数Ｌ（図１に示す例では、Ｌ＝５）より小さいか否かを判断し、現在、変数ｉ＝１であり第１電池モジュール１１についての劣化判断が完了したので、変数ｉの設定値（すなわち、「１」）を１だけインクリメントして（Ｓ２６）、第２電池モジュール１２について、上記と同様に、ステップＳ２１〜Ｓ２５を繰り返す。
【００４６】
なお、第２電池モジュール１２について、ステップＳ２１で劣化有りと判断され、ステップＳ２３で温度が所定値よりも高いと判断された場合、第２電池モジュール１２の近傍にある第１電池モジュール１１と第３電池モジュール１３も交換対象に設定される。
【００４７】
このようにして、ステップＳ２５において、第５電池モジュール１５までの劣化判断が完了したと判断した場合（Ｎｏ）、電池劣化検出ルーチンを抜ける。
【００４８】
次に、図２に示したステップＳ２１およびＳ２３において、交換対象に設定された電池モジュールに対する交換処理プロセスについて、図３を参照して説明する。
【００４９】
図３は、本発明の一実施形態による二次電池の交換処理ルーチンを示すフローチャートである。
【００５０】
図３において、まず、交換用電池モジュールとして、冷蔵して輸送され保管されている電池モジュールの中から、交換対象ではない全ての電池モジュールよりも容量ランクの大きい、すなわち組み入れたときに最大容量ランクとなる品を選定する（Ｓ３０）。次に、選定した交換用電池モジュールに対して電池交換前処理を施す（Ｓ３１）。この電池交換前処理Ｓ３１では、出荷前に、交換用電池モジュールに対して、サイクル充放電、例えば充放電サイクル中の充放電電気量の総和を電池容量の４５０％以上に、および温度５０℃以上の環境で５日以上放置の少なくとも１つを実施して、交換用電池モジュールを活性化させる。この活性化処理により、未使用状態にある交換用電池モジュールに対して、自己放電特性や内部抵抗の初期における大きな変化を意図的に発生させることで、使用状態にある他の電池モジュールの自己放電特性や内部抵抗との整合性をとることができる。
【００５１】
次に、電池交換前処理Ｓ３１を施した交換用電池モジュールを出荷し、交換対象電池モジュールと交換して（Ｓ３２）、電池パック全体に対して電池交換後処理を施す（Ｓ３３）。この電池交換後処理Ｓ３３では、電池容量の１００％以上の過充電を行い、交換した電池モジュールと他の電池モジュールの残存容量を揃えるとともに、交換用電池モジュールが長期間放置されていた場合に増大している内部抵抗値を回復させ、電池パック全体としての性能が十分に発揮できるようにする。
【００５２】
なお、交換対象電池モジュールの中には、微小短絡等に起因して異常モジュールとして特定されているものと、電池特性を回復させることにより再使用可能なものとがあり、この再使用可能な交換対象電池モジュールを再び電池パックとして組み立て（リビルト）、新品相当品として出荷することにより、交換用電池パックの価格の低減と廃棄物の大幅な低減を図ることができる。これについて、以下で説明する。
【００５３】
図４は、本発明の一実施形態による交換対象電池のリビルトルーチンを示すフローチャートである。
【００５４】
図４において、まず、交換対象電池モジュールの充電量バラツキ幅（ＣＶ）が、例えば２．０Ａｈ（満充電量の約２０％）を超えているか否かを判断し（Ｓ４０）、充電量バラツキ幅ＣＶが２．０Ａｈ以内に入っていれば（Ｎｏ）、再使用品としての可能性が有るため、均等充電を行う（Ｓ４１）。一方、ステップＳ４０における判断の結果、充電量バラツキ幅ＣＶが２．０Ａｈを超えていれば（Ｙｅｓ）、その交換対象電池モジュールは再使用品としての可能性がないため、異常モジュールと判定し（Ｓ５１）、廃棄処理等の所定の処置をとる。
【００５５】
次に、ステップＳ４１に進んで均等充電を行った後、交換対象電池モジュールの満充電容量（ＦＣ）を測定し、測定した満充電容量ＦＣが、例えば新品電池の仕様に相当する６．５Ａｈに満たないか否かを判断し（Ｓ４２）、満充電容量ＦＣが６．５Ａｈ以上であれば（Ｎｏ）、再使用品としての可能性が有るため、６０％充電を行う（Ｓ４３）。一方、ステップＳ４２における判断の結果、満充電容量ＦＣが６．５Ａｈに満たない場合（Ｙｅｓ）、その交換対象電池モジュールは再使用品としての可能性がないため、異常モジュールと判定し（Ｓ５１）、廃棄処理等の所定の処置をとる。
【００５６】
次に、ステップＳ４３に進んで規定量充電（例えば、５０％）を行った後、規定時間（例えば、数週間〜２ヶ月間）放置して（Ｓ４４）、自己放電量バラツキ幅（ＳＤＶ）が、例えば新品電池の実力値に相当する０．５Ａｈを超えているか否かを判断し（Ｓ４５）、自己放電量バラツキ幅ＳＤＶが０．５Ａｈ以内に入っていれば（Ｎｏ）、異常モジュールと交換し（Ｓ４６）、電池パックとして構成して（Ｓ４７）、再び均等充電を行う（Ｓ４８）。一方、ステップＳ４５における判断の結果、自己放電量バラツキ幅ＳＤＶが０．５Ａｈを超えている場合（Ｙｅｓ）、その交換対象電池モジュールは再使用品としての可能性がないため、異常モジュールと判定し（Ｓ５１）、廃棄処理等の所定の処置をとる。
【００５７】
最後に、出荷検査として、電池パックのモジュール毎の内部抵抗値（ＩＲ）を測定し、モジュール単位の内部抵抗値ＩＲが、例えば２０ｍΩを超えているか否かを判断し（Ｓ４９）、超えていれば（Ｙｅｓ）、その電池パックは不良品であると判定し（Ｓ５２）、出荷は行われない。一方、ステップＳ４９における判断の結果、モジュール単位の内部抵抗値ＩＲが、２０ｍΩ以下である場合（Ｎｏ）、その電池パックは新品相当品であると判定して出荷する（Ｓ５０）。
【００５８】
このように、交換対象電池モジュールの充電量バラツキ幅および規定時間、例えば数週間〜２ヶ月間放置後の自己放電量バラツキ幅をチェックし、それらの特性値が所定の範囲内に入っていれば、交換対象電池モジュールを廃棄するのではなく、所定の処置を施した後再使用に供することで、交換対象電池モジュールを新品の交換用電池モジュールと交換することなく、新品相当の交換対象電池モジュールと交換する、または新品相当の交換対象電池モジュールを組み込んだ電池パックを交換用に出荷することで、少数の電池モジュールのコストと検査、組替の費用しかかからず、交換用電池パックの価格を低減できるだけでなく、大部分の電池モジュール、モジュールホルダ、パックケースを再使用するため、廃棄物を大幅に低減することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コストで電池交換ができるとともに、電池交換後に組電池全体としての性能を最大限に発揮させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による二次電池の交換方法が適用される電池パックシステムの構成を示すブロック図
【図２】 本発明の一実施形態による二次電池の劣化検出ルーチンを示すフローチャート
【図３】 本発明の一実施形態による二次電池の交換処理ルーチンを示すフローチャート
【図４】 本発明の一実施形態による交換対象電池モジュールのリビルトルーチンを示すフローチャート
【図５】 車両の走行距離と車両に搭載された組電池の内部抵抗との関係を示す図
【図６】 交換用電池についてサイクル充放電を実施した時の電池内部抵抗の変化を示す図
【図７】 交換用電池について保管経過日数に対する残存容量を温度をパラメータとして示す図
【符号の説明】
１ 電池パック
１１ 第１電池モジュール
１２ 第２電池モジュール
１３ 第３電池モジュール
１４ 第４電池モジュール
１５ 第５電池モジュール
２、２１、２２、２３、２４、２５ 電圧検出用スイッチ
３、３１、３２、３３、３４、３５ 温度検出用スイッチ
４１、４２、４３、４４、４５ 温度センサ
５ 電流検出部
６ 電池コントローラ
７ 電池入出力制御部
８ モータ
９ エンジン
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を電気的に直列もしくは並列に複数個接続して構成された組電池のうち、一部の二次電池が劣化、寿命もしくは故障した場合における二次電池の交換方法に関し、特に、電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド車両（ＨＥＶ）に搭載される二次電池の交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池には、鉛−酸バッテリやニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）バッテリ、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリ、リチウムイオンバッテリ等がある。これらのバッテリは、電力が消耗されると、外部電源に接続して所定の電流を流すことにより充電することができるという性質がある。かかる性質を利用して、これらのバッテリは、従来より各種の機器に使用されている。たとえば、バッテリは、エンジンの点火プラグへの電力供給を行うために、従来より車両にも搭載されていた。
【０００３】
最近では、電気自動車（ＰＥＶ）や、エンジンと電動機を備えたいわゆるハイブリッド車両（ＨＥＶ）において、電動機を駆動する際の主電源として、その高いエネルギー密度（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）と高い出力密度の点から、Ｎｉ−ＭＨバッテリが主に使用されている。かかるＰＥＶやＨＥＶでは、電動機に対して十分な出力を供給できるように、単電池を複数個直列または並列に組み合わせて１つの組電池を構成し、電池パックとして用いる。
【０００４】
このように複数の組電池が結合されて、ＰＥＶやＨＥＶに搭載されるＮｉ−ＭＨバッテリは、その使用環境が適切であればより長時間にわたり使用可能となるが、二次電池の個体差や二次電池を構成する部品の不具合により、組電池の中の１つずつが異常や寿命に到るのが一般的である。組電池の中の１つの二次電池が異常や寿命であっても組電池本来の機能が発揮できず、システムの不具合に到る可能性が高いため、従来から二次電池の異常、故障もしくは劣化の検出方法については多数提案されている。
【０００５】
たとえば、電池の出力電圧の低下に基づき劣化判定したり、鉛−酸バッテリの場合には電解液の比重に基づき劣化判定したり、電池の内部抵抗の上昇による電圧−電流特性の変化に基づき判定したり（特開平４−３４１７６９号公報）、電池の使用時間を記憶しておき所定時間に達した場合に劣化判定したり（特開平１１−８９１０１号公報）、また電池の温度上昇を用いて劣化判定を行う（特開平９−８２７４９５号公報）といったものが知られている。
【０００６】
一方、組電池全体を交換する場合の従来例としては、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラ等の電池がそれに当たり、組電池の一部を交換する場合の従来例としては、特開平８−２０３５６７号公報に記載されているように、組電池を構成する個々の鉛蓄電池における各々の端子電圧を監視し、予め設定してある電圧設定値以下となった場合に劣化と判定し、電圧低下表示ＬＥＤを点灯するものがある。
【０００７】
また、特開平２−１０１９３７号公報には、二次電池としてＮｉ−Ｃｄ蓄電池を用いた場合の例が記載されており、これは、電圧検出手段により、複数の電池セルの各々の出力電圧を順次検出し、表示手段により、検出した出力電圧が基準値以下となった電池セルを識別して表示し、交換を促すというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、組電池の一部を交換する上記従来例においては、交換して組電池に新しく入れられる二次電池と、今まで使用されていた組電池の中の電池との特性差については言及されていない。
【０００９】
鉛−酸バッテリの場合、交換後に定電圧充電を行えば、交換後の各電池における残存容量（ＳＯＣ）バラツキは解消され、組電池全てを満充電状態にすることができるが、Ｎｉ−ＭＨバッテリやＮｉ−Ｃｄバッテリの場合には、定電圧充電では過充電に到るおそれがあるため、交換された電池と元の組電池とのＳＯＣバラツキが解消できず、電池の能力を最大限に発揮できないといった問題があった。
【００１０】
また、交換された電池の容量が組電池の平均容量よりも小さかった場合には、組電池の容量を重視する用途では、交換前の組電池の性能が維持できなくなってしまう。
【００１１】
特に、ＨＥＶのように、二次電池が満充電されることなく残存容量が中間域で常時使用される用途では、
（１）電池の残存容量のバラツキにより、放電側は残存容量の小さい電池で制限を受け、充電側は残存容量の大きい電池で制限を受け、電池の容量が十分に使い切れなかったり、
（２）電池の自己放電特性のバラツキにより、放電側は自己放電の大きい電池で制限を受け、充電側は自己放電の小さい電池で制限を受けるため、残存容量のバラツキを招いたり、
（３）電池の内部抵抗のバラツキにより、たとえば内部抵抗が大きい交換用電池を組電池の中に組み入れると、容量判定の方式によっては実際の容量に対して誤差が生じ、電池の性能が満足に発揮できなかったりするおそれがある。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで電池交換ができるとともに、電池交換後に組電池全体としての性能を最大限に発揮できる二次電池の交換方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、電池特性を不良判定のさらなる判断基準とし、回復可能な二次電池を再使用することで、交換用電池の価格を低減するとともに、廃棄物を大幅に低減することができる二次電池の交換方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の交換方法は、二次電池を電気的に直列もしくは並列に複数個接続した組電池を構成する、不良が検出された一部の二次電池を交換用電池と交換する二次電池の交換方法において、組電池を構成する二次電池について、所定の電圧検出ブロック毎に電圧を検出することにより、前記電圧検出ブロック単位で二次電池の不良を判定し、不良と判定された交換対象電池を前記電圧検出ブロック単位で交換用電池と交換するとともに、前記交換対象電池の近傍に配置されて組電池を構成している二次電池も併せて交換用電池と交換することを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、組電池全体を交換することなく、また、組電池を構成するすべての二次電池のうちどれが不良電池かを特定する必要がなく、既存の構成で電池電圧を検出制御している電圧検出ブロック単位で交換を行うことで、不良電池を検出するためにハードウェアを追加することなくソフトウェアの変更だけで対処でき、交換用電池自体のコストおよび不良電池検出に付随するコストを低減することができる。
【００１６】
前記交換方法において、前記交換用電池として、前記組電池を構成する電池群の中で最大容量ランクの二次電池を用いることが好ましい。
【００１７】
これによれば、組電池の容量が交換用電池で制限されることがなく、交換前の組電池の性能を維持することができる。
【００１８】
ここで、前記交換対象電池の周囲温度を検出することにより、前記交換対象電池の近傍に配置されて組電池を構成している二次電池も交換するか否かを判断することが好ましい。
【００１９】
これによれば、不良電池付近で局所的に温度が上がっている場合や、不良電池自体の発熱のためにその周囲の電池が高温にさらされている場合に、組電池の中で故障が顕在化する前に、不良電池の近傍に配置された電池を交換することで、将来に発生が予測される故障を未然に防ぐことができる。
【００２０】
また、交換用電池として、活性化させた二次電池を用いることが好ましい。二次電池を活性化させる手法としては、サイクル充放電を行うこと、特に、充放電サイクル中の充放電電気量の総和が電池容量の４５０％以上になるまでサイクル充放電を行うことが好ましい。
【００２１】
図５は、車両の走行距離と車両に搭載された組電池の内部抵抗との関係を示した図である。図５から分かるように、走行の初期段階では組電池の内部抵抗が低下し、その後ほぼ一定レベルを維持する。そして、組電池の寿命末期では内部抵抗が増大するという変化を示している。
【００２２】
図６は、交換用電池についてサイクル充放電を行った時の電池内部抵抗の変化を初期値を１として示した図である。図６から分かるように、初期状態では電池内部抵抗の変化が大きく、概ね電池容量の４５０％以上の充放電を実施すれば、初期状態の内部抵抗に対して約７０％の内部抵抗とすることができる。従って、交換用電池に対して、充放電サイクル中の充放電電気量の総和が電池容量の４５０％以上になるまでサイクル充放電を実施すれば、組電池の中に組み込んだ場合に、既に使用履歴に応じて内部抵抗が変化している他の電池とのバラツキを補正することができ、組電池の性能を十分に発揮させることができる。
【００２３】
さらに、交換用二次電池を活性化させる別の手法としては、電池温度を５０℃以上に維持して５日以上放置することが好ましい。少なくとも５０℃以上で５日以上の放置により、電池内部の活物質表面の酸化物皮膜を効果的に取り除くことができる。これにより、サイクル充放電を行うことなく、比較的安価な設備で内部抵抗を低下させることができる。上記活性化手法による電池を組電池の中に組み込めば、他の電池とのバラツキを補正することができ、組電池の性能を十分に発揮させることができる。
【００２４】
また、前記の目的を達成するため、組電池に組み込む前に、交換用電池を冷蔵して保管することが好ましい。
【００２５】
図７は、交換用電池について保管経過日数に対する残存容量を温度をパラメータとして示した図である。図７から分かるように、高温状態で保管すれば、自己放電量が大きいために残存容量が減少し、交換用二次電池として組電池の中に直ちに組み込むことができない。そこで、交換用電池を冷蔵して保存すれば、電池内部の自己放電による残存容量の減少が抑制され、組電池の中に組み込んでも過放電による電池故障を防ぐことができる。
【００２６】
また、一部の二次電池を交換した後、組電池に対して、例えば０．３Ｃ以下のレートで電池容量の１００％以上の充電を行い、その後使用に供することが、組電池内の残存容量バラツキを解消しかつ電池温度の著しい上昇を抑制できる点で好ましい。
【００２７】
これによれば、交換した電池を含む組電池を低レートで過充電することで、交換した電池と組電池のアンバランスを解消して、組電池全体の残存容量を揃えることができる。さらに、交換した電池が交換前に長期間の放置履歴があり、内部抵抗が一時的に大きくなっている場合であっても、過充電により内部抵抗値を元のレベルに回復することができる。
【００２８】
本発明の他の形態に係る二次電池の交換方法は、二次電池を電気的に直列もしくは並列に複数個接続した組電池を構成する、不良が検出された一部の二次電池を交換用電池と交換する二次電池の交換方法において、組電池を構成する二次電池について、所定の電圧検出ブロック毎に電圧を検出することにより、前記電圧検出ブロック単位で二次電池の不良を判定して、不良と判定された交換対象電池を前記電圧検出ブロック単位で交換用電池と交換し、前記二次電池の不良の判定は、前記交換対象電池の充電量バラツキ幅および規定時間放置後の自己放電量バラツキ幅に基づいて行うことを特徴とする。
【００２９】
これによれば、交換対象電池の充電量バラツキ幅が、例えば２．０Ａｈ以内であり、その交換対象電池を規定時間、例えば数週間〜２ヶ月間放置した後その自己放電量バラツキ幅が、例えば０．５Ａｈ以内である場合、交換対象電池を廃棄するのではなく、所定の処置を施した後再使用に供することで、交換対象電池を新品電池に交換することなく、材料レベルのリサイクルが可能となり、交換用電池の価格を低減することができるだけでなく、廃棄物を大幅に低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態による二次電池の交換方法が適用される電池パックシステムの構成を示すブロック図である。
【００３２】
図１において、１は、ハイブリッド車両等に搭載される、二次電池、例えばニッケル−水素バッテリで構成された電池パックである。この電池パック１は、通常、モータ８に対する所定の出力を得るため、ニッケル−水素バッテリである複数の単電池が電気的に直列接続された第１電池モジュール１１、第２電池モジュール１２、第３電池モジュール１３、第４電池モジュール１４、第５電池モジュール１５をさらに複数個電気的に直列接続した構成をとる。各電池モジュール１１、１２、１３、１４、１５は、後述するが電池電圧を検出する単位で分けられている。
【００３３】
２は、電池パック１に対する電圧検出用スイッチであり、第１から第５電池モジュール１１、１２、１３、１４、１５のそれぞれの電池電圧を時系列で所定時間毎に電圧サンプルＶ１（ｎ）、Ｖ２（ｎ）、Ｖ３（ｎ）、Ｖ４（ｎ）、Ｖ５（ｎ）として検出するためのスイッチ２１、２２、２３、２４、２５からなる。
【００３４】
３は、電池パック１に対する温度検出用スイッチであり、第１から第５電池モジュール１１、１２、１３、１４、１５のそれぞれと温度結合して配設された温度センサ４１、４２、４３、４４、４５で測定されたそれぞれの電池温度を時系列で所定時間毎に温度サンプルＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）、Ｔ４（ｎ）、Ｔ５（ｎ）として検出するためのスイッチ３１、３２、３３、３４、３５からなる。
【００３５】
５は電流検出部であり、電池パック１のマイナス出力端子とモータ８のマイナス入力端子間に配置され、電流センサ（不図示）から出力される電池パック１の充放電電流を所定時間毎にサンプリングし、電流サンプルＩ（ｎ）を取得して電流の大きさを検出すると共に、その符号により充電であるのか放電であるのかの充放電方向Ｃ／Ｄも検出する。
【００３６】
６は電池コントローラであり、制御信号ＶＣにより電圧検出用スイッチ２１、２２、２３、２４、２５を時系列にオン状態にして取得した電圧サンプルＶ１（ｎ）、Ｖ２（ｎ）、Ｖ３（ｎ）、Ｖ４（ｎ）、Ｖ５（ｎ）と、制御信号ＴＣにより温度検出用スイッチ３１、３２、３３、３４、３５を時系列にオン状態にして取得した温度サンプルＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）、Ｔ４（ｎ）、Ｔ５（ｎ）と、電流検出部５からの電流サンプルＩ（ｎ）とから、電池パック１の残存容量を演算により求める。
【００３７】
また、電池コントローラ６は、取得した電圧サンプルＶ１（ｎ）、Ｖ２（ｎ）、Ｖ３（ｎ）、Ｖ４（ｎ）、Ｖ５（ｎ）と、同じく取得した温度サンプルＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）、Ｔ４（ｎ）、Ｔ５（ｎ）とに基づいて、各電池モジュール１１、１２、１３、１４、１５の劣化状態を判断する。これについては、以下で詳細に説明する。
【００３８】
７は電池入出力制御部であり、電池コントローラ６により演算された現時点の残存容量レベルに基づいて、電池の残存容量範囲が所定範囲内になるように残存容量制御を行うとともに、運転者の電池入出力要求、例えば加速および減速操作に応じて、エンジン９のパワーアシストおよび回生制動を行うべく、電池パック１に対する放電量および充電量の制御を行う。
【００３９】
次に、このように構成された電池パックシステムの劣化検出および交換処理プロセスについて、図２および図３を参照して説明する。
【００４０】
図２は、本発明の一実施形態による二次電池の劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。
【００４１】
図２において、まず、第１電池モジュール１１に劣化が発生しているか否かを判断するため、電池パック１中の第ｉ電池モジュールを表す変数ｉに「１」を設定する（Ｓ２０）。次に、第１電池モジュール１１から電圧検出用スイッチ２１を介して得られた電圧サンプルＶ１（ｎ）（Ｖｉ（ｎ），ｉ＝１）が、電池劣化を示す所定の電圧閾値ＶＴより低いか否かを判断する（Ｓ２１）。ステップＳ２１における判断の結果、Ｖ１（ｎ）がＶＴよりも低い場合（Ｙｅｓ）、第１電池モジュール１１において劣化が発生していると判断し、第１電池モジュール１１を交換対象に設定して（Ｓ２２）、次のステップＳ２３に進む。
【００４２】
一方、ステップＳ２１における判断の結果、Ｖ１（ｎ）がＶＴ以上である場合（Ｎｏ）、第１電池モジュール１１は正常であると判断し、次の第２電池モジュール１２に対する劣化判断をするため、ステップＳ２５へと進む。
【００４３】
ステップＳ２３では、第１電池モジュール１１と温度結合して配設された温度センサ４１から温度検出用スイッチ３１を介して得られた温度サンプルＴ１（ｎ）（Ｔｉ（ｎ），ｉ＝１）が、所定の温度閾値ＴＴより高いか否かを判断する。
ステップＳ２３における判断の結果、Ｔ１（ｎ）がＴＴよりも高い場合（Ｙｅｓ）、第１電池モジュール１１における局所的な昇温、またはそれ自体の発熱により、第１電池モジュール１１の近傍に配置されている第２電池モジュール１２（第（ｉ＋１）電池モジュール）において将来的に劣化が発生する可能性有りとして、第２電池モジュール１２も交換対象に設定する（Ｓ２４）。
【００４４】
一方、ステップＳ２３における判断の結果、Ｔ１（ｎ）がＴＴ以下である場合（Ｎｏ）、第２電池モジュール１２において将来的に劣化が発生する可能性無しと判断し、次の第２電池モジュール１２に対する劣化判断をするため、ステップＳ２５へと進む。
【００４５】
ステップＳ２５では、変数ｉが電池モジュール数Ｌ（図１に示す例では、Ｌ＝５）より小さいか否かを判断し、現在、変数ｉ＝１であり第１電池モジュール１１についての劣化判断が完了したので、変数ｉの設定値（すなわち、「１」）を１だけインクリメントして（Ｓ２６）、第２電池モジュール１２について、上記と同様に、ステップＳ２１〜Ｓ２５を繰り返す。
【００４６】
なお、第２電池モジュール１２について、ステップＳ２１で劣化有りと判断され、ステップＳ２３で温度が所定値よりも高いと判断された場合、第２電池モジュール１２の近傍にある第１電池モジュール１１と第３電池モジュール１３も交換対象に設定される。
【００４７】
このようにして、ステップＳ２５において、第５電池モジュール１５までの劣化判断が完了したと判断した場合（Ｎｏ）、電池劣化検出ルーチンを抜ける。
【００４８】
次に、図２に示したステップＳ２１およびＳ２３において、交換対象に設定された電池モジュールに対する交換処理プロセスについて、図３を参照して説明する。
【００４９】
図３は、本発明の一実施形態による二次電池の交換処理ルーチンを示すフローチャートである。
【００５０】
図３において、まず、交換用電池モジュールとして、冷蔵して輸送され保管されている電池モジュールの中から、交換対象ではない全ての電池モジュールよりも容量ランクの大きい、すなわち組み入れたときに最大容量ランクとなる品を選定する（Ｓ３０）。次に、選定した交換用電池モジュールに対して電池交換前処理を施す（Ｓ３１）。この電池交換前処理Ｓ３１では、出荷前に、交換用電池モジュールに対して、サイクル充放電、例えば充放電サイクル中の充放電電気量の総和を電池容量の４５０％以上に、および温度５０℃以上の環境で５日以上放置の少なくとも１つを実施して、交換用電池モジュールを活性化させる。この活性化処理により、未使用状態にある交換用電池モジュールに対して、自己放電特性や内部抵抗の初期における大きな変化を意図的に発生させることで、使用状態にある他の電池モジュールの自己放電特性や内部抵抗との整合性をとることができる。
【００５１】
次に、電池交換前処理Ｓ３１を施した交換用電池モジュールを出荷し、交換対象電池モジュールと交換して（Ｓ３２）、電池パック全体に対して電池交換後処理を施す（Ｓ３３）。この電池交換後処理Ｓ３３では、電池容量の１００％以上の過充電を行い、交換した電池モジュールと他の電池モジュールの残存容量を揃えるとともに、交換用電池モジュールが長期間放置されていた場合に増大している内部抵抗値を回復させ、電池パック全体としての性能が十分に発揮できるようにする。
【００５２】
なお、交換対象電池モジュールの中には、微小短絡等に起因して異常モジュールとして特定されているものと、電池特性を回復させることにより再使用可能なものとがあり、この再使用可能な交換対象電池モジュールを再び電池パックとして組み立て（リビルト）、新品相当品として出荷することにより、交換用電池パックの価格の低減と廃棄物の大幅な低減を図ることができる。これについて、以下で説明する。
【００５３】
図４は、本発明の一実施形態による交換対象電池のリビルトルーチンを示すフローチャートである。
【００５４】
図４において、まず、交換対象電池モジュールの充電量バラツキ幅（ＣＶ）が、例えば２．０Ａｈ（満充電量の約２０％）を超えているか否かを判断し（Ｓ４０）、充電量バラツキ幅ＣＶが２．０Ａｈ以内に入っていれば（Ｎｏ）、再使用品としての可能性が有るため、均等充電を行う（Ｓ４１）。一方、ステップＳ４０における判断の結果、充電量バラツキ幅ＣＶが２．０Ａｈを超えていれば（Ｙｅｓ）、その交換対象電池モジュールは再使用品としての可能性がないため、異常モジュールと判定し（Ｓ５１）、廃棄処理等の所定の処置をとる。
【００５５】
次に、ステップＳ４１に進んで均等充電を行った後、交換対象電池モジュールの満充電容量（ＦＣ）を測定し、測定した満充電容量ＦＣが、例えば新品電池の仕様に相当する６．５Ａｈに満たないか否かを判断し（Ｓ４２）、満充電容量ＦＣが６．５Ａｈ以上であれば（Ｎｏ）、再使用品としての可能性が有るため、６０％充電を行う（Ｓ４３）。一方、ステップＳ４２における判断の結果、満充電容量ＦＣが６．５Ａｈに満たない場合（Ｙｅｓ）、その交換対象電池モジュールは再使用品としての可能性がないため、異常モジュールと判定し（Ｓ５１）、廃棄処理等の所定の処置をとる。
【００５６】
次に、ステップＳ４３に進んで規定量充電（例えば、５０％）を行った後、規定時間（例えば、数週間〜２ヶ月間）放置して（Ｓ４４）、自己放電量バラツキ幅（ＳＤＶ）が、例えば新品電池の実力値に相当する０．５Ａｈを超えているか否かを判断し（Ｓ４５）、自己放電量バラツキ幅ＳＤＶが０．５Ａｈ以内に入っていれば（Ｎｏ）、異常モジュールと交換し（Ｓ４６）、電池パックとして構成して（Ｓ４７）、再び均等充電を行う（Ｓ４８）。一方、ステップＳ４５における判断の結果、自己放電量バラツキ幅ＳＤＶが０．５Ａｈを超えている場合（Ｙｅｓ）、その交換対象電池モジュールは再使用品としての可能性がないため、異常モジュールと判定し（Ｓ５１）、廃棄処理等の所定の処置をとる。
【００５７】
最後に、出荷検査として、電池パックのモジュール毎の内部抵抗値（ＩＲ）を測定し、モジュール単位の内部抵抗値ＩＲが、例えば２０ｍΩを超えているか否かを判断し（Ｓ４９）、超えていれば（Ｙｅｓ）、その電池パックは不良品であると判定し（Ｓ５２）、出荷は行われない。一方、ステップＳ４９における判断の結果、モジュール単位の内部抵抗値ＩＲが、２０ｍΩ以下である場合（Ｎｏ）、その電池パックは新品相当品であると判定して出荷する（Ｓ５０）。
【００５８】
このように、交換対象電池モジュールの充電量バラツキ幅および規定時間、例えば数週間〜２ヶ月間放置後の自己放電量バラツキ幅をチェックし、それらの特性値が所定の範囲内に入っていれば、交換対象電池モジュールを廃棄するのではなく、所定の処置を施した後再使用に供することで、交換対象電池モジュールを新品の交換用電池モジュールと交換することなく、新品相当の交換対象電池モジュールと交換する、または新品相当の交換対象電池モジュールを組み込んだ電池パックを交換用に出荷することで、少数の電池モジュールのコストと検査、組替の費用しかかからず、交換用電池パックの価格を低減できるだけでなく、大部分の電池モジュール、モジュールホルダ、パックケースを再使用するため、廃棄物を大幅に低減することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コストで電池交換ができるとともに、電池交換後に組電池全体としての性能を最大限に発揮させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による二次電池の交換方法が適用される電池パックシステムの構成を示すブロック図
【図２】 本発明の一実施形態による二次電池の劣化検出ルーチンを示すフローチャート
【図３】 本発明の一実施形態による二次電池の交換処理ルーチンを示すフローチャート
【図４】 本発明の一実施形態による交換対象電池モジュールのリビルトルーチンを示すフローチャート
【図５】 車両の走行距離と車両に搭載された組電池の内部抵抗との関係を示す図
【図６】 交換用電池についてサイクル充放電を実施した時の電池内部抵抗の変化を示す図
【図７】 交換用電池について保管経過日数に対する残存容量を温度をパラメータとして示す図
【符号の説明】
１ 電池パック
１１ 第１電池モジュール
１２ 第２電池モジュール
１３ 第３電池モジュール
１４ 第４電池モジュール
１５ 第５電池モジュール
２、２１、２２、２３、２４、２５ 電圧検出用スイッチ
３、３１、３２、３３、３４、３５ 温度検出用スイッチ
４１、４２、４３、４４、４５ 温度センサ
５ 電流検出部
６ 電池コントローラ
７ 電池入出力制御部
８ モータ
９ エンジン
Claims (11)
- 二次電池を電気的に直列もしくは並列に複数個接続した組電池を構成する、不良が検出された一部の二次電池を交換用電池と交換する二次電池の交換方法において、
組電池を構成する二次電池について、所定の電圧検出ブロック毎に電圧を検出することにより、前記電圧検出ブロック単位で二次電池の不良を判定し、
不良と判定された交換対象電池を前記電圧検出ブロック単位で交換用電池と交換するとともに、
前記交換対象電池の近傍に配置されて組電池を構成している二次電池も併せて交換用電池と交換することを特徴とする二次電池の交換方法。 - 前記交換用電池として、前記組電池を構成する電池群の中で最大容量ランクの二次電池を用いることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の交換方法。
- 組電池を構成する二次電池がニッケル水素電池である請求項１に記載の二次電池の交換方法。
- 前記交換対象電池の周囲温度を検出することにより、前記交換対象電池の近傍に配置されて組電池を構成している二次電池も交換するか否かを判断することを特徴とする請求項１記載の二次電池の交換方法。
- 交換用電池として、活性化させた二次電池を用いることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の交換方法。
- 二次電池を活性化させるために、サイクル充放電を行うことを特徴とする請求項５に記載の二次電池の交換方法。
- 二次電池を活性化させるために行う充放電サイクル中の充放電電気量の総和が電池容量の４５０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の二次電池の交換方法。
- 二次電池を活性化させるために、電池温度を５０℃以上に維持して５日以上放置することを特徴とする請求項５に記載の二次電池の交換方法。
- 組電池に組み込む前に、交換用電池を冷蔵して保管することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の交換方法。
- 一部の二次電池を交換した後、組電池に対して電池容量の１００％以上の充電を行い、その後使用に供することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の交換方法。
- 二次電池を電気的に直列もしくは並列に複数個接続した組電池を構成する、不良が検出された一部の二次電池を交換用電池と交換する二次電池の交換方法において、
組電池を構成する二次電池について、所定の電圧検出ブロック毎に電圧を検出することにより、前記電圧検出ブロック単位で二次電池の不良を判定して、不良と判定された交換対象電池を前記電圧検出ブロック単位で交換用電池と交換し、
前記交換対象電池の充電量バラツキ幅および規定時間放置後の自己放電量バラツキ幅に基づいて、前記交換対象電池を廃棄するのかあるいは再使用するのかを判定することを特徴とする二次電池の交換方法。
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