技术领域
[0001] 本发明涉及一种诊断方法，特别是涉及对设置于车辆的电池(battery)的劣化进行诊断的技术。
相关背景技术
[0002] 提出了一种将成为车辆中的行驶用马达的电源的电池与虚拟电池串联地连接，并通过测定虚拟电池的劣化程度，从而判定电池的劣化程度的技术(例如，参照专利文献1)。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本特表2019‑509593号公报
具体实施方式
[0029] <1.诊断系统的构成概要>
[0030] 图1是说明诊断系统1的构成的图。如图1所示，诊断系统1具备车辆10和诊断装置20。
[0031] 车辆10是利用发动机和行驶用马达驱动的混合动力汽车、或者仅利用行驶用马达驱动的电动汽车。应予说明，以下，以车辆10是仅利用行驶用马达驱动的电动汽车的情况为例进行说明。
[0032] 就诊断装置20而言，详细情况如后所述，其通过诊断虚拟电池14来对设置于车辆10的电池11(参照图2)的劣化间接地进行诊断。
[0033] <2.车辆的构成>
[0034] 图2是说明车辆10的构成的图。应予说明，在图2中，利用实线示出电气线路，利用虚线示出信号线路或数据通信线路。
[0035] 如图2所示，车辆10具备电池11、行驶用马达12、BCU(Battery Control Unit：电池控制单元)13、虚拟电池14、电流计15、温度计16、通信部17。
[0036] 电池11为例如锂离子二次电池，并被用作行驶用马达12的电源。电池11具有多个单元(cell)(数十个单元)，额定输出电压被设为数百V左右。应予说明，电池11能够从外部的电源装置进行充电。
[0037] 行驶用马达12是作为车辆10所具备的车轮的驱动源而设置的马达，经由未图示的逆变器接受来自电池11的电力供给而驱动。此外，行驶用马达12还能够在车辆10的减速时作为发电机而发挥功能。由行驶用马达12产生的电力通过逆变器而在电池11再生。
[0038] BCU 13被构成为具备微型计算机，该微型计算机具有例如CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)以及RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)。BCU 13通过CPU将存储于ROM的程序在RAM中展开并执行，从而进行车辆10中的电源相关的控制即与电池11和虚拟电池14相关的控制。
[0039] 此外，BCU 13具备由非易失性存储器等构成的存储部，并能够将各种数据存储于存储部。此外，BCU 13被构成为能够对电池11和虚拟电池14分别计算SOC(State Of Charge：充电率)。应予说明，SOC的计算方法能够使用使用了表示OCV(Open Circuit Voltage：开路电压)与SOC之间的关系的OCV‑SOC曲线的方法、或者使用了充放电时的电流的累计值的方法等公知的各种方法，因此在此省略详细的说明。
[0040] 虚拟电池14是与电池11不同的锂离子二次电池，作为诊断用的电池而被设置。虚拟电池14是使电池11按比例缩小而成的电池，具有一个或多个单元(数十个单元)，额定输出电压被设为5V左右。
[0041] 此外，虚拟电池14被构成为与电池11为不同壳体的电池。例如，电池11在车辆10的车厢的地板下通过多个螺栓等被比较牢固地安装。与此相对，虚拟电池14介由例如钩等装卸机构以比较容易拆卸的方式安装于车辆10内的预定的位置。
[0042] 电流计15测量对电池11充放电的电流的电流值，并将测量出的电流值输出到BCU 13。
[0043] 温度计16测量电池11的温度或电池11的周边温度，并将测量出的温度输出到BCU 13。应予说明，周边温度是指设置有电池11的空间的温度即电池11的环境温度。
[0044] 通信部17连接于BCU 13，并且能够通过有线与未图示的车辆诊断终端连接。通信部17在BCU 13与车辆诊断终端之间收发数据。
[0045] BCU 13随时存储表示电池11的使用状态的使用状态数据。应予说明，电池11的使用状态是指放置电池11的环境、电池11被如何使用等使用电池11时的情形。具体而言，BCU 13每隔预定间隔就将由电流计15测量的电流值、由温度计16测量的温度以及SOC作为使用状态数据存储于存储部。
[0046] 此外，BCU 13生成基于在电池11流通的电流的镜像电流。具体地，BCU 13基于由电流计15测量出的、在电池11流通的电流的电流值生成镜像电流。在此所说的“镜像电流”是指为了在虚拟电池14中模拟电池11的使用状态而与在电池11流通的电流联动地变化的电流。
[0047] 作为一例，镜像电流可考虑是针对电池11的因焦耳热所引起的温度，以电池11的温度与虚拟电池14的温度相等的方式生成。
[0048] 具体而言，BCU 13以满足“(电池11的电流)2×(电池11的热容)＝(虚拟电池14的2
电流) ×(虚拟电池14的热容)”
[0049] 的条件的方式生成镜像电流。
[0050] 此外，作为另一例，镜像电流可考虑是以电池11的SOC与虚拟电池14的SOC相等的方式生成。
[0051] 具体而言，BCU 13以满足“(电池11的电流)/(电池11的初始容量)”＝(虚拟电池14的电流)/(虚拟电池14的初始容量)”
[0052] 的条件的方式生成镜像电流。
[0053] 此外，作为镜像电流，也可考虑是作为赋予了与电池11和虚拟电池14的容量等之差对应的系数的电流而生成。具体地，例如在虚拟电池14的单元的大小和/或容量设为电池11的单元的大小和/或容量的1/10的情况下，BCU 13生成基于在电池11流通的电流的电流值的1/10的电流值得到的电流作为镜像电流。
[0054] 如此，作为镜像电流，只要是以在虚拟电池14中模拟电池11的使用状态的方式生成的电流即可。
[0055] BCU 13使生成的镜像电流在虚拟电池14流通。通过使在电池11流通的电流的镜像电流在虚拟电池14流通，从而利用虚拟电池14再现电池11的使用状态。即，BCU 13在虚拟电池14中模拟电池11的劣化状态。
[0056] <3.诊断装置的构成>
[0057] 图3是说明诊断装置20的构成的图。应予说明，在图3中，利用实线示出电气线路，利用虚线示出信号线路或数据通信线路。
[0058] 如图3所示，诊断装置20具备控制部21、充放电机22、加热器23、电压计24、电流计25、温度计26以及通信部27。
[0059] 控制部21被构成为具备具有例如CPU、ROM以及RAM的微型计算机，通过CPU将存储于ROM的程序在RAM中展开并执行，从而控制诊断装置20的各部。
[0060] 充放电机22基于控制部21的控制，对从车辆10卸下的虚拟电池14进行充电和放电。
[0061] 加热器23基于控制部21的控制对虚拟电池14进行加热。
[0062] 电压计24测量虚拟电池14的电压值，并将测量出的电压值输出到控制部21。
[0063] 电流计25测量对虚拟电池14充放电的电流的电流值，并将测量出的电流值输出到控制部21。
[0064] 温度计26测量虚拟电池14的温度或虚拟电池14的周边温度，并将测量出的温度输出到控制部21。
[0065] 通信部27连接于控制部21，并且通过有线与未图示的车辆诊断终端连接。通信部27在控制部21与车辆诊断终端之间收发数据。
[0066] 如果将虚拟电池14设置于诊断装置20，则首先，控制部21进行虚拟电池14的劣化诊断。
[0067] 为了便于确认而预先进行描述，这里的劣化诊断是指，针对电池的劣化状态相关的评价指标，至少进行成为基准的评价指标值与实测的评价指标值之间的比较。
[0068] 关于电池的劣化诊断的方法，只要使用公知的方法即可，但是在此作为一例而列举进行基于电池的容量维持率的诊断的例子。
[0069] 控制部21在基于容量维持率的劣化诊断中，针对虚拟电池14，计算下述[式1]所示的容量维持率Rc(％)。
[0070] “容量维持率Rc＝当前的满充电容量(Ah)/作为基准的满充电容量×100”[0071] …[式1]
[0072] 应予说明，作为基准的满充电容量是指，例如在出厂时测定的满充电容量(虚拟电池14的初始的满充电容量)等预先确定为作为基准使用的满充电容量。
[0073] 此外，[式1]中的满充电容量通过下述[式2]求出。
[0074] “满充电容量(Ah)＝
[0075] 充电电流的累计量(Ah)/(充电后的SOC‑充电前的SOC)×100”
[0076] …[式2]
[0077] 应予说明，虚拟电池14的SOC能够基于由电压计24测量出的电压值来计算。
[0078] 在此，通过充放电机22进行对虚拟电池14的充电。控制部21响应于虚拟电池14变为满充电即虚拟电池14的充电完成，而进行上述的容量维持率Rc的计算，并进行基于容量维持率Rc的虚拟电池14的劣化诊断。
[0079] 然后，作为劣化诊断，控制部21判定例如容量维持率Rc是否为预定的容量阈值Th以上。应予说明，容量阈值Th例如被设定为电池11能够再利用的容量维持率。
[0080] 在此，如果容量维持率Rc为容量阈值Th以上，则判定为虚拟电池14未劣化，即电池11未劣化而能够再利用。另一方面，如果容量维持率Rc小于容量阈值Th，则判定为虚拟电池
14发生劣化，即电池11发生劣化而不可再利用。
[0081] 图4是说明电池11的可逆劣化的图。另外，如果例如在高山结冰路上进行高频率的滑移/抓地等在低温时频繁地流通高负载电流，则电池11产生可逆劣化。
[0082] 可逆劣化是指，由于充电主要仅集中于负极的表面，变得难以在电池11的内部蓄积电，所以电池11产生暂时的容量降低或电阻上升的现象。这样的可逆劣化随着时间的经过而逐渐地消除。
[0083] 例如，如图4所示，假设在时刻T1在电池11发生了作为可逆劣化之一的容量降低。然后，假设随着时间的经过，电池11的容量降低被消除，并在时刻T2容量降低被完全地消除。
[0084] 在这样的情况下，假设在时刻T1与时刻T2之间将虚拟电池14从车辆10卸下而进行了劣化诊断。于是，虚拟电池14由于处于与电池11同样的使用状态，因此与电池11同样地发生可逆劣化。
[0085] 因此，如果在时刻T1与时刻T2之间进行虚拟电池14的劣化诊断，则虚拟电池14的容量维持率被判定为小于例如被设为不可再利用的容量阈值Th。即，电池11由于可逆劣化而被误判定为不可再利用。
[0086] 因此，控制部21在虚拟电池14在劣化诊断中被判定为发生劣化的情况下，基于电池11的使用状态，进行判定虚拟电池14是否有可能发生可逆劣化的可逆劣化诊断。
[0087] 具体而言，控制部21介由车辆诊断终端从车辆10获取使用状态数据。然后，控制部21针对获取的使用状态数据，参照预先设定的频率映射(map)，判定虚拟电池14是否有可能发生可逆劣化。
[0088] 在此，在频率映射中，针对电流值、温度以及SOC这三个参数规定了可能发生可逆劣化的范围。控制部21对存储在使用状态数据的电流值、温度以及SOC的组合处于频率映射中规定的范围内的次数进行计数。然后，控制部21在计数得到的值为预先设定的计数阈值以上的情况下，判定为虚拟电池14有可能发生可逆劣化。
[0089] 在判定为虚拟电池14有可能发生可逆劣化的情况下，控制部21进行判定在虚拟电池14中发生劣化的电极的劣化电极诊断。
[0090] 具体而言，控制部21控制充放电机22，对虚拟电池14进行充电和放电，并基于在此期间由电压计24测量出的电压值、以及由电流计25测量出的电流值，计算出充放电曲线(容量和电压)。此外，控制部21通过求充放电曲线的微分来计算出dQ/dV曲线。
[0091] 已知在电池中，基于dQ/dV曲线即充放电曲线的斜率能够推定是正极劣化或负极劣化中的哪一个。具体而言，由于在充电中或放电中充放电曲线急剧地变化的位置(容量)在正极劣化和负极劣化中不同，因此，能够基于充放电曲线急剧地变化的位置(容量)，推定是正极劣化或负极劣化中的哪一个。
[0092] 因此，控制部21基于计算出的dQ/dV曲线来判定是正极劣化或负极劣化中的哪一个。
[0093] 在虚拟电池14发生负极劣化的情况下，锂离子以不均匀的状态积存在虚拟电池14的负极，因此，控制部21控制充放电机22，对虚拟电池14进行刷新放电。应予说明，刷新放电是指强制地将积存在虚拟电池14的电进行放电。
[0094] 此外，控制部21在对虚拟电池14进行刷新放电的期间，通过加热器23将虚拟电池14加热至例如约60℃左右。由此，能够加快虚拟电池14的反应。
[0095] 另一方面，在虚拟电池14发生正极劣化的情况下，锂离子以不均匀的状态从虚拟电池14的正极脱离，因此，控制部21控制充放电机22，对虚拟电池14进行刷新充电。应予说明，刷新充电是指强制地对虚拟电池14进行充电。
[0096] 此外，控制部21在对虚拟电池14进行刷新充电的期间，通过加热器23将虚拟电池14加热至例如约60℃左右。由此，能够加快虚拟电池14的反应。
[0097] 如此，控制部21通过根据虚拟电池14的劣化电极，进行刷新放电或刷新充电，从而使虚拟电池14从可逆劣化恢复。
[0098] 此后，控制部21再次进行虚拟电池14的劣化诊断。在此，在虚拟电池14发生了可逆劣化的情况下，判定为虚拟电池14的容量恢复而未发生劣化。即，判定为电池11能够再利用。
[0099] 另一方面，在虚拟电池14未发生可逆劣化的情况下，由于虚拟电池14的容量没有恢复，因此再次判定为发生劣化。即，判定为电池11不可再利用。
[0100] <4.诊断处理的流程>
[0101] 图5是示出诊断处理的流程的流程图。应予说明，图5所示的处理由控制部21基于存储于ROM等的程序来执行。
[0102] 如图5所示，在步骤S1中，控制部21进行虚拟电池14的劣化诊断。具体而言，控制部21使用[式1]计算出容量维持率。在接下来的步骤S2中，控制部21判定容量维持率是否为容量阈值Th以上。
[0103] 在容量维持率为容量阈值Th以上的情况下(在步骤S2中为是)，在步骤S3中，控制部21判定为电池11能够再利用，并结束处理。
[0104] 另一方面，在容量维持率不是容量阈值Th以上的情况下(在步骤S2中为否)，在步骤S4中，控制部21判定是否是进行了下述的步骤S9中的虚拟电池14的刷新放电或下述的步骤S10中的虚拟电池14的刷新充电后。应予说明，以下，将刷新放电和刷新充电统一表述为刷新。
[0105] 在虚拟电池14不是刷新后的情况下(在步骤S4中为否)，在步骤S5中，控制部21介由车辆诊断终端从车辆10获取使用状态数据，并参照频率映射，进行虚拟电池14的可逆劣化诊断。
[0106] 在接下来的步骤S6中，作为步骤S5的可逆劣化诊断的结果，控制部21判定虚拟电池14是否有可能发生可逆劣化。其结果，在虚拟电池14有可能发生可逆劣化的情况下(在步骤S6中为是)，在步骤S7中，控制部21进行虚拟电池14的劣化电极诊断。具体而言，控制部21控制充放电机22，对虚拟电池14进行充电和放电，并计算出在此期间的充放电曲线和dQ/dV曲线，基于计算出的dQ/dV曲线来判定是正极劣化或负极劣化中的哪一个。
[0107] 在步骤S8中，作为步骤S7的劣化电极诊断的结果，控制部21判定虚拟电池14是否发生负极劣化。其结果，在虚拟电池14发生负极劣化的情况下(在步骤S8中为是)，在步骤S9中，控制部21对虚拟电池14进行刷新放电，并且通过加热器23对虚拟电池14进行加热。
[0108] 另一方面，在虚拟电池14未发生负极劣化的情况下(在步骤S8中为否)，即在虚拟电池14发生正极劣化的情况下，在步骤S10中，控制部21对虚拟电池14进行刷新充电，并且通过加热器23对虚拟电池14进行加热。
[0109] 然后，在步骤S9或步骤S10中对虚拟电池14进行了刷新的情况下，将处理返回到步骤S1。
[0110] 在虚拟电池14是刷新后的情况下(在步骤S4中为是)、以及虚拟电池14不可能发生可逆劣化的情况下(在步骤S6中为否)，在步骤S11中，控制部21判定为电池11不可再利用，并结束处理。
[0111] <5.变形例>
[0112] 在此，作为实施方式并不限于上述说明的具体例，能够采用作为各种变形例的构成。
[0113] 例如，在上述中，通过BCU 13利用软件处理进行在虚拟电池14中流通的镜像电流的生成。然而，镜像电流也能够使用例如电流镜电路等模拟电路来生成。
[0114] 在上述的实施方式中，对诊断装置20与车辆10分体设置的情况进行了说明。然而，诊断装置20也可以设置于车辆10，并在不拆卸虚拟电池14的情况下进行诊断处理。
[0115] 在上述的实施方式中，在判定为虚拟电池14有可能发生可逆劣化的情况下，进行刷新放电或刷新充电。但是，控制部21也可以不进行刷新放电或刷新充电，而仅进行基于加热器23的加热。此外，控制部21也可以不进行刷新放电或刷新充电，并且不进行基于加热器23的加热。但是，在这样的情况下，为了使虚拟电池14的可逆劣化恢复，需要在经过比进行了刷新放电或刷新充电的情况更多的时间后，再次进行劣化诊断。
[0116] 在上述的实施方式中，利用温度计16测量电池11的温度，但也可以测量虚拟电池14的温度。
[0117] 在上述的实施方式中，对从车辆10介由车辆诊断终端连接于诊断装置20的情况进行了说明。然而，也可以通过有线或者无线将车辆10和诊断装置20连接，还可以将使用状态数据从车辆10上传到云端并由诊断装置20进行下载。
[0118] 在上述的实施方式中，控制部21基于虚拟电池14的容量维持率进行劣化诊断。但是，控制部21也可以进行基于电阻增加率的劣化诊断。
[0119] 在基于电阻增加率的劣化诊断中，针对虚拟电池14，计算下述[式3]所示的电阻增加率Rr(％)。
[0120] “电阻增加率Rr＝最近的电池电阻值(Ω)/作为基准的电池电阻值(Ω)×100”[0121] …[式3]
[0122] [式3]中的电池电阻值通过下述[式4]来计算。
[0123] “电池电阻值＝电池的电流的变化平均值/电池的两端子间电压的变化平均值”[0124] …[式4]
[0125] 在该情况下，控制部21通过[式4]计算关于虚拟电池14的电池电阻值。即，控制部21在车辆10处于起动中的状态下，获取遍及预定的期间在虚拟电池14流通的电流以及两端子间电压的检测信息，并按照[式4]计算关于虚拟电池14的电池电阻值。
[0126] 应予说明，作为基准的电池电阻值与上述的作为基准的满充电容量同样地，使用例如在出厂时测定的电池电阻值(虚拟电池14的初始的电池电阻值)等预先确定为作为基准使用的电池电阻值。
[0127] 在此基础上，作为劣化诊断，控制部21进行电阻增加率Rr是否为预定的阈值以上的判定。
[0128] <6.实施方式的总结>
[0129] 如上所述，作为实施方式的诊断方法中，计算机(控制部21)进行虚拟电池14的劣化诊断，该虚拟电池14流通有基于在作为行驶用马达12的电源使用的电池11流通的电流的镜像电流，在劣化诊断中判定为虚拟电池14发生劣化的情况下，基于电池11的使用情况进行虚拟电池14的可逆劣化诊断。
[0130] 由此，在诊断装置20中，即使在虚拟电池14的劣化诊断中判定为发生劣化，也能够通过判定虚拟电池14是否发生可逆劣化，从而判定虚拟电池14的容量是否有可能恢复。
[0131] 因此，诊断装置20能够提高电池11的劣化判定的精度。
[0132] 此外，计算机在可逆劣化诊断中判定为虚拟电池14发生可逆劣化的情况下，进行虚拟电池14的劣化电极诊断。
[0133] 由此，诊断装置20能够判定虚拟电池14的可逆劣化的原因是正极劣化还是负极劣化。
[0134] 因此，诊断装置20能够根据虚拟电池14的发生劣化的电极而尽早地谋求从可逆劣化的恢复。
[0135] 此外，计算机在劣化电极诊断中判定为发生负极劣化的情况下，对虚拟电池14进行刷新放电，并在劣化电极诊断中判定为发生正极劣化的情况下，对虚拟电池14进行刷新充电。
[0136] 由此，诊断装置20能够根据虚拟电池14的发生劣化的电极而尽早地谋求从可逆劣化的恢复。
[0137] 此外，计算机在进行刷新放电或刷新充电的期间，对虚拟电池14进行加热。
[0138] 由此，诊断装置20能够提升虚拟电池14的刷新放电或刷新充电中的反应速度。
[0139] 因此，诊断装置20能够使虚拟电池14尽早地从可逆劣化恢复。
[0140] 此外，计算机基于电池11或虚拟电池14的电流值、温度以及SOC，进行虚拟电池14的可逆劣化诊断。
[0141] 由此，诊断装置20能够对在低温且高负载电流下使用等发生可逆劣化的可能性高的使用状态进行判定。
