JP2015094726A - Battery-state determination device and battery-state determination method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery-state determination device and a battery-state determination method capable of quantitatively, accurately measuring and diagnosing a capacity and a state-of-health amount of a battery by means of a simple scheme.SOLUTION: A battery-state diagnostic device 120 includes: a complex-impedance processing unit 121 that measures a temperature of a battery 10 and an SOC of the battery at a time of this temperature, to which battery impedance measuring data measured at a plurality of frequencies under this measuring condition is input, that plots the input battery impedance measuring data on a complex plane represented by real number component Z' and an imaginary number component Z" of impedance, and obtaining an SOC curve; and a fitting processing unit 123 that collates a shape of the measured SOC curve of the battery 10 with shapes of reference SOC curves created in advance for respective battery states of a standard battery while referring to an SOC database 122, that selects the reference SOC curve closest in shape to the measured SOC curve from among a plurality of the created reference SOC curves by means of a statistical scheme, and that identifies an SOC amount of the battery 10 on the basis of the selected SOC curve.

Description

本発明は、充放電可能な二次電池の充電状態や劣化状態を判定する電池状態判定装置及び電池状態判定方法に関する。   The present invention relates to a battery state determination device and a battery state determination method for determining a charge state and a deterioration state of a chargeable / dischargeable secondary battery.

陸海空の乗り物（船舶、鉄道、自動車、航空機等）における駆動システム、バックアップ用のＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置）、電力系統安定化のための大規模蓄電設備など、様々な分野においてニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池が用いられている。
蓄電池システム設計においては、システムのトータルコストを適正化するため、搭載する蓄電池の容量の見積もりが重要である。この場合、電池が、どれだけの能力が経年劣化によっても維持されるかを精度良く推定することが要求される。
また、自動車、鉄道などの車両や建設機械などのハイブリッド化、電動化が進み、蓄電池を利用するアプリケーションはますます増えている。特に、移動体の場合は、二次電池の残量とともに、劣化情報は、電池の交換時期や、保守にとって必要な情報である。 Nickel in various fields such as drive systems for land, sea and air vehicles (ships, railways, automobiles, aircraft, etc.), backup UPS (Uninterruptible Power Supply), large-scale power storage facilities for power system stabilization Secondary batteries such as hydrogen batteries and lithium ion batteries are used.
In storage battery system design, in order to optimize the total cost of the system, it is important to estimate the capacity of the storage battery to be installed. In this case, the battery is required to accurately estimate how much capacity is maintained by aging.
In addition, with the progress of hybridization and electrification of vehicles such as automobiles and railways and construction machinery, applications using storage batteries are increasing. In particular, in the case of a mobile object, the deterioration information is information necessary for battery replacement timing and maintenance, together with the remaining amount of the secondary battery.

ハイブリッドカーに使用される駆動用バッテリには、主に「ニッケル水素電池」と「リチウムイオン電池」があり、ニッケル水素電池が主流である。ニッケル水素電池は、長寿命化、大容量化、小型化、軽量化、低価格化と急速な進化を遂げ、ハイブリッドカーの実用化の推進力となっており、ハイブリッドカー以外にも、バッテリのみを搭載した電気自動車も市販されはじめている。
これらのバッテリでは、電池容量などを把握することがバッテリの充放電制御は云うに及ばず、保守上も重要な課題になっている。特に、メモリ効果のあるニッケル水素電池では見かけの容量が減ることから電池容量の正確な把握が大きい課題となっている。 There are mainly “nickel metal hydride batteries” and “lithium ion batteries” as driving batteries used in hybrid cars, and nickel metal hydride batteries are the mainstream. Nickel metal hydride batteries have made rapid progress with long life, large capacity, small size, light weight, low price, and have become a driving force for practical application of hybrid cars. Electric vehicles equipped with are also on the market.
In these batteries, grasping the battery capacity is an important issue in terms of maintenance as well as charge / discharge control of the battery. In particular, in nickel-metal hydride batteries having a memory effect, the apparent capacity is reduced, so accurate grasping of the battery capacity is a major issue.

バッテリ状態は、ＳＯＣ（State of Charge：残容量）やＳＯＨ（State of Health：劣化状態）で把握される。ハイブリッドカーでは、ＳＯＣやＳＯＨを、車両に搭載した状態で必要時にモニタできることが、最適な電池管理、電池寿命の延伸などに貢献する。車両に搭載した状態でＳＯＣやＳＯＨモニタする方法としては、エンジン始動時の電圧低下判断、通常走行時の電流積算や電圧低下判断が挙げられる。   The battery state is grasped by SOC (State of Charge: remaining capacity) or SOH (State of Health: deteriorated state). In a hybrid car, being able to monitor SOC and SOH when they are mounted on a vehicle when necessary contributes to optimal battery management and extension of battery life. As a method of monitoring SOC or SOH while mounted on a vehicle, there are voltage drop determination at the time of engine start, current integration and voltage drop determination during normal running.

特許文献１には、電池の交流インピーダンス測定データに基づいて電池劣化度を判定する電池状態判定装置が記載されている。特許文献１記載の電池状態判定装置は、交流インピーダンス（ＡＣインピーダンス）測定データを、抵抗ＲとＣＰＥ（Constant Phase Element）とが並列接続された回路ブロックを１つ以上有する等価回路モデルにフィッティングして等価回路モデルの回路定数を求めるフィッティング部を備える。   Patent Document 1 describes a battery state determination device that determines the degree of battery deterioration based on battery AC impedance measurement data. The battery state determination device described in Patent Document 1 fits AC impedance (AC impedance) measurement data into an equivalent circuit model having one or more circuit blocks in which a resistor R and a CPE (Constant Phase Element) are connected in parallel. A fitting unit for obtaining a circuit constant of the equivalent circuit model is provided.

特許文献２には、蓄電池の交流インピーダンスを測定する蓄電池の交流インピーダンス測定方法が記載されている。特許文献２記載の交流インピーダンス測定方法は、蓄電池からコンデンサに電流を流す工程と、前記コンデンサに電流を流しているときに、コンデンサの出力電圧の電圧変化を測定する工程と、前記電圧変化から、前記蓄電池の交流インピーダンスを演算する工程と、を備える。   Patent Document 2 describes a storage battery AC impedance measurement method for measuring the storage battery AC impedance. The AC impedance measuring method described in Patent Document 2 includes a step of passing a current from a storage battery to a capacitor, a step of measuring a voltage change of an output voltage of the capacitor when a current is passed through the capacitor, and the voltage change. Calculating the AC impedance of the storage battery.

特許文献３には、二次電池の内部温度である蓄電部の温度を推定する二次電池の温度推定方法が記載されている。特許文献３記載の二次電池の温度推定方法は、交流インピーダンス法を用いて取得した二次電池の内部抵抗と、二次電池の充放電が開始されてからの継続時間と、前記二次電池の満充電状態の電池容量に対する残電池容量の比であるＳＯＣと、蓄電部の温度との関係である内部抵抗マップを予め用意しておく。そして、この温度推定方法は、二次電池の充放電が開始されるとともに、予め前記継続時間を分割して定めた時間毎に、蓄電部の内部抵抗を内部抵抗マップに基づいて求める。さらに、この温度推定方法は、求められた内部抵抗を用いて蓄電部の発熱量を算出し、算出された発熱量を用いて二次電池の充放電が継続されている時刻における蓄電部の推定温度を算出している。   Patent Document 3 describes a temperature estimation method for a secondary battery that estimates the temperature of a power storage unit, which is the internal temperature of the secondary battery. The temperature estimation method of the secondary battery described in Patent Document 3 includes the internal resistance of the secondary battery obtained by using the AC impedance method, the duration after the secondary battery starts charging and discharging, and the secondary battery. An internal resistance map that is a relationship between the SOC, which is the ratio of the remaining battery capacity to the fully charged battery capacity, and the temperature of the power storage unit is prepared in advance. And this temperature estimation method calculates | requires the internal resistance of an electrical storage part based on an internal resistance map for every time predetermined by dividing | segmenting the said duration beforehand while charging / discharging of a secondary battery is started. Further, this temperature estimation method calculates the heat generation amount of the power storage unit using the obtained internal resistance, and estimates the power storage unit at the time when charging / discharging of the secondary battery is continued using the calculated heat generation amount. The temperature is calculated.

特許文献４には、ＲＣ回路を使用して電気化学インピーダンスをモデル化して計測診断する電気化学装置の内部状態を予測する方法が記載されている。
特許文献５には、電気化学システムの内部状態の特性を電気化学インピーダンス測定値から推定する電池診断方法が記載されている。特許文献５記載の電池診断方法は、電気化学システムと同じ種類の電気化学システム上で得られる代表的なインピーダンス線図の曲線形状を選択する段階と、曲線形状を再現できるようにする数式によって電気化学インピーダンスモデルを定義する段階と、を実行する。 Patent Document 4 describes a method for predicting the internal state of an electrochemical device that uses an RC circuit to model electrochemical impedance and perform measurement diagnosis.
Patent Document 5 describes a battery diagnostic method for estimating the characteristics of the internal state of an electrochemical system from measured electrochemical impedance values. The battery diagnosis method described in Patent Document 5 is a method of selecting a curve shape of a representative impedance diagram obtained on an electrochemical system of the same type as the electrochemical system, and an equation that allows the curve shape to be reproduced. Performing a step of defining a chemical impedance model.

また、簡易的な計測診断方法により電池の現在容量や劣化量を求める方法として、電池の内部抵抗を測定する方法がある。電池の内部抵抗を測定する方法には、電池の直流インピーダンスを測定する方法と、電池の交流インピーダンスを測定する方法とがある。電池の直流インピーダンスを測定する方法は、実負荷電流を流して測定するため装置が大掛かりとなる。また、電池の交流インピーダンスを測定する方法は、微小電流を流して測定するため大掛かりな装置が不要で簡易的に測定可能である。   As a method for obtaining the current capacity and the amount of deterioration of the battery by a simple measurement diagnosis method, there is a method of measuring the internal resistance of the battery. Methods for measuring the internal resistance of the battery include a method for measuring the direct current impedance of the battery and a method for measuring the alternating current impedance of the battery. The method for measuring the direct current impedance of the battery requires a large apparatus because it measures the actual load current. In addition, the method for measuring the AC impedance of the battery can be measured simply by passing a minute current without requiring a large-scale device.

ところで、交流インピーダンス測定方法により計測された計測値を複素平面上にプロットしたものは、一般的にコールコールプロット（Cole-Cole Plot）又はナイキストプロット（Nyquist Plot）と呼ばれている。
従来、電池の交流インピーダンス特性を測定し、コールコールプロット曲線により解析することは行われている。また、電池温度によりコールコールプロット曲線が異なる軌跡を描くことも知られている。さらに、電池温度特性を含む各種パラメータを基に予め作成したマップ等を用いて電池の劣化診断を行うことも行われている。但し、従来の電池の劣化診断とそれに用いるマップ（データベース）は、あくまでもモデル化した回路や数式に基づいている（特許文献４，特許文献５参照）。 By the way, what plotted the measured value measured by the alternating current impedance measuring method on a complex plane is generally called Cole-Cole Plot or Nyquist Plot.
Conventionally, an AC impedance characteristic of a battery is measured and analyzed by a Cole-Cole plot curve. It is also known that the Cole-Cole plot curve varies depending on the battery temperature. Furthermore, battery deterioration diagnosis is also performed using a map or the like created in advance based on various parameters including battery temperature characteristics. However, the conventional battery deterioration diagnosis and the map (database) used therefor are based solely on modeled circuits and mathematical expressions (see Patent Documents 4 and 5).

特開２０１３−２６１１４号公報JP 2013-26114 A 特開２０１３−５４００３号公報JP2013-54003A 特開２０１３−１０１８８４号公報JP 2013-101484 A 特表２０１３−５１９８９３号公報Special table 2013-519893 gazette 特開２０１２−７３２５６号公報JP 2012-73256 A

しかしながら、電池の容量診断や劣化診断には、極めて多岐に亘る要因や測定条件等を考慮しなければならず、ある一つのパラメータ（履歴も含む）の取捨（適否）により劣化診断結果が一変してしまう。このため、従来例では、ＲＣ回路を使用してモデル化して計測診断すること（特許文献４）、代表的なインピーダンス線図の曲線形状を選択して計測診断すること（特許文献５）にとどまっており、電池の現在容量や劣化量を定量的に計測診断する方法及び装置はなかった。   However, for battery capacity diagnosis and deterioration diagnosis, a wide variety of factors and measurement conditions must be taken into account, and the deterioration diagnosis result is completely changed by discarding (appropriateness) of one parameter (including history). End up. For this reason, in the conventional example, modeling and diagnosis is performed using an RC circuit (Patent Document 4), and measurement and diagnosis is performed by selecting a curve shape of a representative impedance diagram (Patent Document 5). However, there has been no method and apparatus for quantitatively measuring and diagnosing the current capacity and the amount of deterioration of the battery.

従来の電池の交流インピーダンスを測定する方法は、以下の問題点が存在した。
従来の方法においては、微小電流を流して測定することから、測定条件の違いによる僅かな電流値の変化が、測定対象物のインピーダンス値の大きな変化となってしまい、安定性を欠く。したがって、測定条件の違いによる精度を確保した電池の計測診断方法は、実現されていないのが現状である。
また、従来の方法において、電池の内部抵抗を測定する場合、電池の内部抵抗値は、現在の充電量を示すＳＯＣや電池温度により、大きく異なることなる値を示すことが判明しており、内部抵抗測定のみでは、精度を確保した計測診断は実現されていない。
このように、従来の電池の交流インピーダンスを測定する方法は、電池の残量量や劣化量を定量的に計測診断ことは実現できていない。 The conventional method for measuring the AC impedance of the battery has the following problems.
In the conventional method, since measurement is performed by passing a minute current, a slight change in the current value due to a difference in measurement conditions results in a large change in the impedance value of the measurement object, which lacks stability. Therefore, at present, a battery measurement diagnosis method that ensures accuracy due to differences in measurement conditions has not been realized.
Further, in the conventional method, when measuring the internal resistance of the battery, it has been found that the internal resistance value of the battery shows a value that varies greatly depending on the SOC indicating the current charge amount or the battery temperature. Only resistance measurement does not realize measurement diagnosis with high accuracy.
As described above, the conventional method for measuring the AC impedance of the battery cannot realize the quantitative measurement and diagnosis of the remaining amount and the deterioration amount of the battery.

本発明は、前記した問題に鑑みてなされたものであり、電池の容量や劣化量を簡易的な方法で、かつ定量的に精度良く計測診断可能な電池状態判定装置及び電池状態判定方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a battery state determination device and a battery state determination method capable of measuring and diagnosing the capacity and deterioration amount of a battery with a simple method and quantitatively with high accuracy. The task is to do.

前記課題を解決するため、電池の温度及びこの時の電池の容量を表すＳＯＣを測定し、この測定条件下で、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データを入力し、インピーダンスの実数成分Ｚ′と虚数成分Ｚ″とで表される複素平面上にプロットしてコールコールプロット曲線を求める複素インピーダンス処理部と、前記インピーダンス測定して得たコールコールプロット曲線の形状と、基準電池の温度及び電池の容量を表すＳＯＣの測定条件下で、前記基準電池の各電池状態毎に予め複数作成された基準コールコールプロット曲線の形状とを照合し、前記複数作成された基準コールコールプロット曲線の中から、前記測定したコールコールプロット曲線の形状が最も近い基準コールコールプロット曲線を統計的手法を用いて選び、当該選んだ基準コールコールプロット曲線を基に電池のＳＯＣ量を特定する照合部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the battery temperature and the SOC indicating the battery capacity at this time are measured, and the impedance measurement data of the battery measured at a plurality of frequencies under this measurement condition is input, and the real component of the impedance A complex impedance processing unit that obtains a Cole-Cole plot curve by plotting on a complex plane represented by Z ′ and an imaginary component Z ″ , the shape of the Cole-Cole plot curve obtained by the impedance measurement, and the temperature of the reference battery And a plurality of reference call call plot curves created in advance for each battery state of the reference battery under the SOC measurement conditions representing the battery capacity, and From among the above, use the statistical method to calculate the reference Cole Cole plot curve whose shape is the closest to the measured Cole Cole plot curve. Select, characterized in that it comprises a collating unit for identifying the SOC level at the battery based on the reference Cole-Cole plot curve selected.

本発明によれば、コールコールプロット曲線を、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データから求め、基準コールコールプロット曲線の形状と照合し、最も近い基準コールコールプロット曲線を統計的手法を用いて選んで電池のＳＯＣ量を特定するので、電池の容量や劣化量を簡易的な方法で、かつ定量的に精度良く計測診断を行うことができる。   According to the present invention, a Cole-Cole plot curve is obtained from battery impedance measurement data measured at a plurality of frequencies, and is compared with the shape of the reference Cole-Cole plot curve. Since the SOC amount of the battery is specified by using it, the capacity and deterioration amount of the battery can be measured and diagnosed with a simple method and quantitatively with high accuracy.

本発明の原理説明の電気化学インピーダンスＺの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the electrochemical impedance Z of the principle description of this invention. 本発明の原理説明のＡ、Ｂタイプの各代表電池のＳＯＣと交流インピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows SOC and alternating current impedance characteristic of each A, B type representative battery of the principle description of this invention. 本発明の原理説明のＳＯＣに対して図２の虚数成分がなく実数成分のみの点をプロット（Ｚ″＝０、溶液抵抗のみ）した図である。FIG. 3 is a diagram plotting points (Z ″ = 0, solution resistance only) without an imaginary number component and only a real number component of FIG. 2 against the SOC of the principle explanation of the present invention. 本発明の原理説明のＡ、Ｂタイプの電池の１００％ＳＯＣの交流インピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the alternating current impedance characteristic of 100% SOC of the A and B type battery of the principle description of this invention. 本発明の原理説明のＡ、Ｂタイプの電池のＳＯＣに対して実数成分の点をプロット（Ｚ″＝０）した図である。FIG. 4 is a diagram in which points of real number components are plotted (Z ″ = 0) with respect to SOCs of A and B type batteries according to the principle of the present invention. 本発明の実施形態に係る電池状態判定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the battery state determination apparatus which concerns on embodiment of this invention. 上記実施形態に係る電池状態判定装置のＳＯＣデータベースの作成処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the creation process of the SOC database of the battery state determination apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る電池状態判定装置の交流インピーダンス測定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the alternating current impedance measurement process of the battery state determination apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る電池状態判定装置の電池劣化判定／診断処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the battery deterioration determination / diagnosis process of the battery state determination apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る電池状態判定装置の電池劣化判定／診断処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the battery deterioration determination / diagnosis process of the battery state determination apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る電池状態判定装置のフィッティング処理部のマハラノビス距離を用いる統計的手法によるフィッティング処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the fitting process by the statistical method using the Mahalanobis distance of the fitting process part of the battery state determination apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る電池状態判定装置のフィッティング処理部の統計的手法によるフィッティング処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the fitting process by the statistical method of the fitting process part of the battery state determination apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る電池状態判定装置のユークリッド空間でマハラノビス距離を説明するイメージ図である。It is an image figure explaining Mahalanobis distance in the Euclidean space of the battery state determination apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る電池状態判定装置の電池の交流インピーダンスのマップフィッティング解析に適用したマハラノビス距離を示す図である。It is a figure which shows the Mahalanobis distance applied to the map fitting analysis of the alternating current impedance of the battery of the battery state determination apparatus which concerns on the said embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（原理説明）
まず、本発明の前提となる基本的な考え方について説明する。
ニッケル水素電池の電気化学インピーダンス解析について述べる。
本発明者は、二次電池の主流であるニッケル水素電池を採り上げ、代表的な劣化パラメータである電池温度と、電池の充電状態を表すＳＯＣに対して、電池の劣化状態を示す内部抵抗の関係を求めた。上記劣化パラメータは、使用環境を想定して変化させ、内部抵抗である交流インピーダンス（ＡＣインピーダンス）特性を実験的に求めた。そして交流インピーダンス特性を用いた電池劣化評価の有用性を検証した。 (Principle explanation)
First, the basic concept that is the premise of the present invention will be described.
The electrochemical impedance analysis of nickel metal hydride battery is described.
The present inventor has taken up nickel-metal hydride batteries, which are the mainstream of secondary batteries, and the relationship between the battery temperature, which is a typical deterioration parameter, and the SOC indicating the state of charge of the battery, the internal resistance indicating the battery deterioration state. Asked. The deterioration parameter was changed assuming the use environment, and an AC impedance (AC impedance) characteristic which is an internal resistance was experimentally obtained. The usefulness of battery deterioration evaluation using AC impedance characteristics was verified.

[実験方法]
<試料電池>
試料電池は、結晶格子構造が異なる市販のニッケル水素電池を２タイプ用いた。それぞれ、Ａタイプ（パナソニック製EVOLTA（登録商標）[HHR-3MWS]、１９００ｍＡｈ）、Ｂタイプ（パナソニック製eneloop（登録商標）[HR-3UTGB]、１９００ｍＡｈ）とした。試料電池は、新品状態から数回充放電の後、リフレッシュすなわち活性化させた状態で実験を行った。本実験では、結晶格子構造が異なる２タイプのニッケル水素電池を例に採ったが、二次電池であれば電気化学インピーダンスは前記複素平面上で同じように表わされるので燃料電池など種類の異なる二次電池でも同様に適用できる。 [experimental method]
<Sample battery>
As the sample battery, two types of commercially available nickel metal hydride batteries having different crystal lattice structures were used. A type (EVOLTA (registered trademark) [HHR-3MWS], 1900 mAh) manufactured by Panasonic, and B type (eneloop (registered trademark) [HR-3UTGB], 1900 mAh manufactured by Panasonic) were used. The sample battery was tested after being charged or discharged several times from a new state and then refreshed, that is, activated. In this experiment, two types of nickel metal hydride batteries having different crystal lattice structures were taken as an example. However, in the case of a secondary battery, the electrochemical impedance is expressed in the same manner on the complex plane. The same applies to secondary batteries.

<理論>
インピーダンススペクトルの表記として、複素平面上で、横軸に電気化学インピーダンスの実数成分Ｚ′、縦軸に虚数成分Ｚ″を示す方法があり、ナイキスト線図と呼ばれる。 <Theory>
As a notation of an impedance spectrum, there is a method in which a real component Z ′ of electrochemical impedance is shown on the horizontal axis and an imaginary component Z ″ is shown on the vertical axis on a complex plane, which is called a Nyquist diagram.

図１は、電気化学インピーダンスＺの等価回路を示す図である。
図１において、Ｒｓｏｌは容量抵抗、Ｒｃｔは電荷移動抵抗、Ｃｄｌは電気二重層容量である。
図１に示した等価回路の電気化学インピーダンスＺを式（１）に、Ｚ′，Ｚ″の関係を式（２）−（５）に示す。 FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of the electrochemical impedance Z.
In FIG. 1, R sol is a capacitance resistance, R ct is a charge transfer resistance, and C dl is an electric double layer capacitance.
The electrochemical impedance Z of the equivalent circuit shown in FIG. 1 is represented by equation (1), and the relationship between Z ′ and Z ″ is represented by equations (2)-(5).

<方法>
本実験では、電池ＳＯＣは、電池充放電装置（北斗電工製ＨＪ２０１０）を試料電池に接続して試験条件を設定した。電池温度は、恒温器（エスペック製ＬＵ−１１３）内に試料電池を入れて試験条件を設定した。電池の交流インピーダンスは、ケミカルインピーダンスメータ（日置電機製３５３２−８０）で周波数特性を求めた。実験と測定の手順は、充電／測定／放電／測定のサイクルを繰返して求めた。測定は、電池の状態が安定するのを待ってから交流インピーダンス特性を求めた。また、電池のインピーダンスは、数ｍΩ〜十数ｍΩという非常に小さく、導線などの通電抵抗の影響を極力除くため、電池に計測線をはんだ付けして直近で測定した。交流インピーダンスは、周波数を４Ｈｚ〜２０Ｈｚまで１Ｈｚ刻みで行い、その後１０Ｈｚ刻み、１００Ｈｚ刻みで変化させ、実数成分Ｚ′及び虚数成分Ｚ″を測定した。 <Method>
In this experiment, a test condition was set for the battery SOC by connecting a battery charging / discharging device (HJ2010 manufactured by Hokuto Denko) to the sample battery. The battery temperature was set as a test condition by putting a sample battery in a thermostat (LUPE manufactured by ESPEC). For the AC impedance of the battery, the frequency characteristic was obtained with a chemical impedance meter (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd. 3532-80). The procedure of experiment and measurement was determined by repeating the charge / measurement / discharge / measurement cycle. In the measurement, AC impedance characteristics were obtained after waiting for the battery to stabilize. Further, the impedance of the battery was very small, from several mΩ to a few dozen mΩ, and in order to eliminate the influence of current resistance such as a conducting wire as much as possible, the measurement line was soldered to the battery and measured immediately. The AC impedance was measured in 1 Hz increments from 4 Hz to 20 Hz, and then changed in 10 Hz increments and 100 Hz increments, and real component Z ′ and imaginary component Z ″ were measured.

<結果>
（１）ＳＯＣと交流インピーダンス特性
図２は、Ａ、Ｂタイプの各代表電池（基準電池）のＳＯＣと交流インピーダンス特性を示す図であり、図２（ａ）はＡタイプの電池のＳＯＣと交流インピーダンス特性を、図２（ｂ）はＢタイプの電池のＳＯＣと交流インピーダンス特性をそれぞれ示す。図２中、横軸はインピーダンス実数部Ｚ′ [ｍΩ]、縦軸はインピーダンス虚数部−Ｚ″ [ｍΩ]である。 <Result>
(1) SOC and AC Impedance Characteristics FIG. 2 is a diagram showing the SOC and AC impedance characteristics of each of the A and B type representative batteries (reference batteries), and FIG. 2A shows the SOC and AC of the A type battery. FIG. 2B shows the SOC and AC impedance characteristics of the B type battery. In FIG. 2, the horizontal axis represents the impedance real part Z ′ [mΩ], and the vertical axis represents the impedance imaginary part −Z ″ [mΩ].

図３は、ＳＯＣに対して図２の虚数成分がなく実数成分のみの点をプロット（Ｚ″＝０、溶液抵抗のみ）した図である。図３中、横軸はＳＯＣ[％]、縦軸はインピーダンス実数部Ｚ′ [ｍΩ]である。
図３において、Ａ、Ｂタイプとも、中間ＳＯＣ（電池ＳＯＣ位置が中間５０％）が最も低いインピーダンス値を示した。 3 is a graph plotting points (Z ″ = 0, only solution resistance) with no imaginary component and only real component of FIG. 2 with respect to the SOC. In FIG. The axis is the real impedance part Z ′ [mΩ].
In FIG. 3, both the A and B types showed the lowest impedance value at the intermediate SOC (battery SOC position at the intermediate 50%).

ここで、電池ＳＯＣ位置が中間（５０％）付近で運用されることについて説明する。電池ＳＯＣ位置が中間（５０％）付近の領域では、インピーダンスが最も低いため、電池損失は低くなる。このため、電池ＳＯＣを中間（５０％）付近で運用すると、電池効率及び電池寿命を向上させることができる。   Here, operation of the battery SOC position near the middle (50%) will be described. In the region where the battery SOC position is near the middle (50%), the impedance is the lowest, so the battery loss is low. For this reason, when the battery SOC is operated near the middle (50%), battery efficiency and battery life can be improved.

（２）温度と交流インピーダンス特性
交流インピーダンス特性は、電池の測定温度に依存する。測定温度が低いと、コールコールプロットで描かれる半円は大きく、すなわち電荷移動抵抗Ｒｃｔが大きくなる。このため、電池の容量と共に電池の温度を測定する必要がある。
Ａ、Ｂタイプの各代表電池について、電池温度と交流インピーダンス特性の関係を求めた。 (2) Temperature and AC impedance characteristics The AC impedance characteristics depend on the measured temperature of the battery. When the measurement temperature is low, the semicircle drawn in the Cole-Cole plot is large, that is, the charge transfer resistance Rct is large. For this reason, it is necessary to measure the temperature of the battery together with the capacity of the battery.
The relationship between battery temperature and AC impedance characteristics was determined for each of the A and B type representative batteries.

図４は、Ａ、Ｂタイプの電池の１００％ＳＯＣの交流インピーダンス特性を示す図であり、図４（ａ）はＡタイプの１００％ＳＯＣの交流インピーダンス特性を、図４（ｂ）はＢタイプの１００％ＳＯＣの交流インピーダンス特性をそれぞれ示す。図４中、横軸はインピーダンス実数部Ｚ′ [ｍΩ]、縦軸はインピーダンス虚数部−Ｚ″ [ｍΩ]である。 FIG. 4 is a diagram showing AC impedance characteristics of 100% SOC of A and B type batteries, FIG. 4A shows AC impedance characteristics of A type 100% SOC, and FIG. 4B shows B type. AC impedance characteristics of 100% SOC are shown. In FIG. 4, the horizontal axis represents the impedance real part Z ′ [mΩ], and the vertical axis represents the impedance imaginary part −Z ″ [mΩ].

図５は、Ａ、Ｂタイプの電池のＳＯＣに対して実数成分の点をプロット（Ｚ”＝０）した図であり、図５（ａ）はＡタイプの電池のＳＯＣに対して実数成分の点をプロットした図を、図５（ｂ）はＢタイプの電池のＳＯＣに対して実数成分の点をプロットした図をそれぞれ示す。図５中、横軸はＳＯＣ[％]、縦軸はインピーダンス実数部Ｚ′ [ｍΩ]である。
図５に示すように、Ａ、Ｂタイプとも、中間ＳＯＣ以下では、低温でのインピーダンス特性は大きく上昇した。中間ＳＯＣ以上は、交流インピーダンス値の上昇は抑制される特性を示した。 FIG. 5 is a diagram in which the points of the real component are plotted (Z ″ = 0) with respect to the SOC of the A and B type batteries, and FIG. 5A shows the real component with respect to the SOC of the A type battery. 5 (b) shows a plot of the points of the real component against the SOC of the B type battery, where the horizontal axis is SOC [%] and the vertical axis is impedance. The real part Z ′ [mΩ].
As shown in FIG. 5, both the A and B types have greatly increased impedance characteristics at low temperatures below the intermediate SOC. Above the intermediate SOC, the AC impedance value was suppressed from increasing.

結晶構造が異なる市販のニッケル水素電池２タイプの実験から次の知見を得た。
（１）超格子合金構造を持つ電池（Ｂタイプ）は、一般的なＡＢ５型結晶構造を持つ電池（Ａタイプ）より、全ＳＯＣで低い交流インピーダンス値を示した。
（２）中間ＳＯＣで最も低い交流インピーダンス値を示した。
（３）低温（−５℃）の中間ＳＯＣ以下の領域では、交流インピーダンス値が大きく上昇した。
（４）低温（−５℃）中間ＳＯＣ以上では、交流インピーダンス値の上昇が抑制される特性を示した。
（５）高温（５０℃）では、常温（２２℃）に対し交流インピーダンス値が低下するものの、ＳＯＣ変化に対する差異は常温（２２℃）に対する低温（−５℃）ほども乖離しないことがわかった。
以上、ニッケル水素電池の電気化学インピーダンス解析について説明した。 The following knowledge was obtained from experiments of two types of commercially available nickel-metal hydride batteries having different crystal structures.
(1) A battery having a superlattice alloy structure (B type) showed a lower AC impedance value in all SOCs than a battery having a general AB5 type crystal structure (A type).
(2) The lowest AC impedance value was shown in the intermediate SOC.
(3) The AC impedance value greatly increased in the region below the intermediate SOC at low temperature (−5 ° C.).
(4) At low temperature (−5 ° C.) intermediate SOC or higher, the increase in AC impedance value was suppressed.
(5) At high temperature (50 ° C.), although the AC impedance value decreased with respect to normal temperature (22 ° C.), it was found that the difference with respect to the SOC change is not as dissimilar as low temperature (−5 ° C.) with respect to normal temperature (22 ° C.). .
The electrochemical impedance analysis of the nickel metal hydride battery has been described above.

[技術的特徴]
本発明者は、同じ劣化状態にある電池でも充電容量位置により、電池の交流インピーダンス特性を示すコールコールプロット曲線が異なる軌跡を描くことを実験（図１乃至図５参照）により見出し、コールコールプロット曲線から電池の現在容量や劣化量を定量的に計測診断する着想を得た。また、電池温度によりコールコールプロット曲線が異なる軌跡を描くことが判明した。例えば、電池温度が低くなるほど、コールコールプロット曲線が描く半円が大きく、すなわち複素平面の虚軸成分ゼロ位置の実数成分の電荷移動抵抗Ｒｃｔが大きくなる。 [Technical features]
The present inventor found from experiments (see FIGS. 1 to 5) that the Cole-Cole plot curves showing the AC impedance characteristics of the batteries differ depending on the charge capacity position, even in a battery in the same deterioration state. The idea of quantitatively measuring and diagnosing the current capacity and amount of deterioration of the battery was obtained from the curve. It was also found that the Cole-Cole plot curve has a different locus depending on the battery temperature. For example, as the battery temperature decreases, the semicircle drawn by the Cole-Cole plot curve increases, that is, the charge transfer resistance Rct of the real component at the zero position of the imaginary axis component on the complex plane increases.

以下の説明において、電池の温度及び電池の容量を表すＳＯＣの測定条件下で、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データを基に、インピーダンスの実数成分Ｚ′と虚数成分Ｚ″とで表される複素平面上にプロットしてコールコールプロット曲線を、ＳＯＣカーブと呼ぶことにする。 In the following description, the real component Z ′ and the imaginary component Z ″ of the impedance are calculated based on the impedance measurement data of the battery measured at a plurality of frequencies under the SOC measurement conditions representing the battery temperature and the battery capacity. The Cole-Cole plot curve plotted on the represented complex plane is called an SOC curve.

図２を参照して具体的に説明する。
図２に示すように、電池温度などの設定条件を同一にした場合、Ａタイプの代表電池（基準電池）のＳＯＣカーブの形状は、ＳＯＣ量（ここでは電池ＳＯＣ１００％，７５％，５０％，２５％）に応じて特定の形状を有することが分かった。したがって、ＳＯＣカーブの形状を解析すれば電池のＳＯＣ量を特定することができる。
また、本発明者は、ＳＯＣカーブの形状の全体を解析するのではなく、そのＳＯＣカーブの形状の一部を解析するだけで、電池の現在容量や劣化量を定量的に計測診断することができることを見出した。 This will be specifically described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, when the setting conditions such as the battery temperature are the same, the SOC curve of the A type representative battery (reference battery) has an SOC amount (here, battery SOC 100%, 75%, 50%, 25%), it was found to have a specific shape. Therefore, if the shape of the SOC curve is analyzed, the SOC amount of the battery can be specified.
In addition, the present inventor can quantitatively measure and diagnose the current capacity and the amount of deterioration of the battery only by analyzing a part of the shape of the SOC curve instead of analyzing the entire shape of the SOC curve. I found out that I can do it.

ここで、ＳＯＣカーブの形状の一部とは、虚軸成分がゼロ位置（ＳＯＣカーブの立ち上がりポイント）から、測定周波数を下げて行くとカーブは、虚数部がマイナス方向となる、図２では上に凸となる曲線（例えば半円）を描きながら立ち上がるが、この立ち上がり部の範囲（円弧範囲）を言う。具体的には、立ち上がり部は、ＳＯＣカーブの形状のうち、拡散領域に至る手前のカーブ形状を言い、測定周波数で言うと、１０００Ｈｚ程度（電池の交流インピーダンスカーブの立ち上がりポイント）から４Ｈｚ程度（電池の交流インピーダンスカーブが立ち上がったポイント）までの周波数範囲で得られるカーブ形状である。図２（ａ）中に、測定周波数の範囲を仮想的に図示して説明する。電池ＳＯＣ１００％のＳＯＣカーブでは、点Ａが立ち上がりポイント（１０００Ｈｚ程度）、点Ｂが拡散領域に至る手前（４Ｈｚ程度）となる。また、電池ＳＯＣ２５％のＳＯＣカーブでは、点Ａが立ち上がりポイント（１０００Ｈｚ程度）、点Ｃが拡散領域に至る手前（４Ｈｚ程度）となる。   Here, a part of the shape of the SOC curve is that the imaginary part is in the negative direction when the measurement frequency is lowered from the zero position of the imaginary axis component (the rising point of the SOC curve). Stands up while drawing a convex curve (for example, a semicircle), and refers to the range of this rising part (arc range). Specifically, the rising portion refers to the curve shape before reaching the diffusion region among the SOC curve shapes, and in terms of measurement frequency, it is about 1000 Hz (battery AC impedance curve rising point) to about 4 Hz (battery). This is the curve shape obtained in the frequency range up to the point where the AC impedance curve rises. In FIG. 2 (a), the range of the measurement frequency is virtually illustrated and described. In the SOC curve of the battery SOC 100%, the point A is a rising point (about 1000 Hz) and the point B is just before reaching the diffusion region (about 4 Hz). In the SOC curve of the battery SOC 25%, the point A is a rising point (about 1000 Hz) and the point C is just before reaching the diffusion region (about 4 Hz).

図２は、Ａ、Ｂタイプの各代表電池（基準電池）のＳＯＣカーブの形状の立ち上がり部を示している。図２に示すＳＯＣカーブの立ち上がり部（電池ＳＯＣ１００％，７５％，５０％，２５％）と、同一の設定条件で測定した測定対象電池のＳＯＣカーブの立ち上がり部とを統計的手法を用いて照合する。統計的手法は、後記するようにマハラノビス距離を用いるものがある。統計的手法は、例えば車両用バッテリを搭載する車両などに搭載されているコンピュータへ、数値計算アルゴリズムを追加することで、比較的容易に実行が可能である。なお、実軸を横切る点の位置を揃えて相違を求めれば、視覚的に判別することができる。   FIG. 2 shows a rising portion of the SOC curve shape of each of the A and B type representative batteries (reference batteries). The statistical curve is used to collate the rising part of the SOC curve shown in FIG. 2 (battery SOC 100%, 75%, 50%, 25%) with the rising part of the SOC curve of the measurement target battery measured under the same setting conditions. To do. Some statistical methods use Mahalanobis distance as described later. The statistical method can be executed relatively easily by adding a numerical calculation algorithm to a computer mounted on, for example, a vehicle equipped with a vehicle battery. In addition, if the difference is calculated | required by aligning the position of the point which crosses a real axis | shaft, it can discriminate | determine visually.

上述したように、本発明は、虚軸成分ゼロ位置におけるＳＯＣカーブの立ち上がり部に着目しているので、実軸を横切る点（抵抗値）を安定して測定する必要はなく、従って従来技術のように、実軸を横切る点（抵抗値を示す）の測定条件を整えて正確に測定し、電池劣化を判断する必要性がなくなった。   As described above, since the present invention focuses on the rising portion of the SOC curve at the imaginary axis component zero position, there is no need to stably measure a point (resistance value) crossing the real axis. As described above, it is no longer necessary to accurately measure and measure the condition of the point (showing the resistance value) that crosses the real axis to judge battery deterioration.

このように、本発明は、電池の交流インピーダンス測定方法の解決課題であった、微弱な電流を流すことによる、接触抵抗の僅かな変化による測定誤差等を解消することができる。同様の理由で、電池の交流インピーダンス測定の装置の構成を簡素化することができ、作業性を飛躍的に向上させることができる。
以下、より具体的に本発明について説明する。 As described above, the present invention can solve the measurement error caused by a slight change in the contact resistance caused by passing a weak current, which is a problem to be solved by the battery AC impedance measuring method. For the same reason, the configuration of the apparatus for measuring the AC impedance of the battery can be simplified, and workability can be greatly improved.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.

（実施形態）
図６は、上記基本的な考え方に基づく本発明の一実施形態に係る電池状態判定装置の構成を示すブロック図である。本実施形態は、充放電可能な二次電池のＳＯＣ量診断及び劣化状態を判定する電池状態判定装置に適用した例である。
図６に示すように、電池状態判定装置１００は、測定対象の電池１０（対象電池）の交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定装置１１０と、電池１０のＳＯＣ量及び劣化状態を診断する電池状態診断装置１２０と、電池１０を充放電する充放電装置２０と、電池１０の温度を測定する温度計３０と、を備える。 (Embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a battery state determination device according to an embodiment of the present invention based on the above basic concept. The present embodiment is an example applied to a battery state determination device that determines the SOC amount diagnosis and the deterioration state of a chargeable / dischargeable secondary battery.
As shown in FIG. 6, the battery state determination device 100 includes an AC impedance measurement device 110 that measures the AC impedance of the measurement target battery 10 (target battery), and a battery state diagnosis that diagnoses the SOC amount and the deterioration state of the battery 10. A device 120, a charging / discharging device 20 that charges and discharges the battery 10, and a thermometer 30 that measures the temperature of the battery 10 are provided.

充放電装置２０は、接続された電池１０（対象電池）を充電又は放電させるものである。この充放電装置２０は、ダミー抵抗２１と、ダミー抵抗２１に電流を流して発熱により放電する放電部２２及び外部電源等を供給して電池１０を充電する充電部２３と、から構成される。上述した原理説明では、充放電装置２０は、電池充放電装置（北斗電工製ＨＪ２０１０）を試料電池に接続して試験条件を設定した。また、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶｓ）に使用される駆動用電池の場合、ダミー抵抗２１は、動力モータであり、充電部２２は車載の充電器になる。   The charging / discharging device 20 charges or discharges the connected battery 10 (target battery). The charging / discharging device 20 includes a dummy resistor 21, a discharging unit 22 that supplies current to the dummy resistor 21 and discharges by heat generation, and a charging unit 23 that supplies an external power source and the like to charge the battery 10. In the above description of the principle, the charging / discharging device 20 connected the battery charging / discharging device (Hokuto Denko HJ2010) to the sample battery to set the test conditions. In the case of a driving battery used for hybrid electric vehicles (HEVs), the dummy resistor 21 is a power motor, and the charging unit 22 is an in-vehicle charger.

[交流インピーダンス測定装置]
交流インピーダンス測定装置１１０は、電池１０に微小交流信号を印加して電池１０の交流インピーダンスを測定する。交流インピーダンス測定装置１１０は、電池１０（対象電池）の電圧を計測する電圧計１１１と、電池１０の電流を計測する電流計１１２と、正弦波交流信号を発生し、発生した正弦波交流信号を電池１０に印加する交流源１１３と、複素インピーダンス計測部１１４と、を備えて構成される。 [AC impedance measuring device]
The AC impedance measuring device 110 applies a minute AC signal to the battery 10 and measures the AC impedance of the battery 10. The AC impedance measurement device 110 generates a sine wave AC signal, a voltmeter 111 that measures the voltage of the battery 10 (target battery), an ammeter 112 that measures the current of the battery 10, and the generated sine wave AC signal. An AC source 113 to be applied to the battery 10 and a complex impedance measurement unit 114 are provided.

複素インピーダンス計測部１１４は、各測定周波数毎に、電圧計１１１により計測された電圧値Ｖと電流計１１２により計測された電流値Ｉとを入力し、電流値Ｉ及び電圧値Ｖから次式（６）に従って各測定周波数の複素インピーダンスを計算で求める。複素インピーダンス処理部１２１は、計算で求めた電池のインピーダンス測定データ（Ｚ′ （ω），Ｚ″ （ω））を電池状態診断装置１２０に出力する。複素インピーダンス計測部１１４は、例えばインピーダンスアナライザから構成される。 The complex impedance measurement unit 114 inputs, for each measurement frequency, the voltage value V measured by the voltmeter 111 and the current value I measured by the ammeter 112, and from the current value I and the voltage value V, the following equation ( According to 6), the complex impedance of each measurement frequency is calculated. The complex impedance processing unit 121 outputs battery impedance measurement data (Z ′ (ω), Z ″ (ω)) obtained by calculation to the battery state diagnosis device 120. The complex impedance measurement unit 114 is, for example, from an impedance analyzer. Composed.

Ｖ＝Ｉ（Ｚ′＋ｊＺ″） …（６）
ここでＶは電圧計１１１による測定電圧値、Ｉは電流計１１２による測定電流値である。 V = I (Z ′ + jZ ″ ) (6)
Here, V is a voltage value measured by the voltmeter 111, and I is a current value measured by the ammeter 112.

なお、交流インピーダンスの測定方法は、上述の例に限られず種々の手法を用いることができる。例えば、複数の周波数信号が重畳された電圧波形あるいは電流波形を印加して、電流波形あるいは電圧波形を測定し、電圧波形、電流波形をそれぞれ離散フーリエ変換（ＤＦＴ）して、周波数成分ごとの比を求めるようにしてもよい。   In addition, the measuring method of alternating current impedance is not restricted to the above-mentioned example, A various method can be used. For example, a voltage waveform or a current waveform on which a plurality of frequency signals are superimposed is applied, the current waveform or the voltage waveform is measured, and the voltage waveform and the current waveform are each subjected to discrete Fourier transform (DFT) to obtain a ratio for each frequency component. May be requested.

[電池状態診断装置]
電池状態診断装置１２０は、交流インピーダンス測定装置１１０により測定された交流インピーダンス測定結果に基づいて電池１０のＳＯＣ量や劣化状態を診断する。
電池状態診断装置１２０は、複素インピーダンス処理部１２１と、ＳＯＣデータベース１２２と、フィッティング処理部１２３（照合部）と、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４（劣化判定部）と、を備える。
電池状態診断装置１２０は、専用端末装置のほか、コンピュータプログラムに従って動作を行う。ＰＣ（personal computer）等の情報処理装置により構成することができる。電池状態診断装置１２０は、計測結果及び解析結果をＨＤＤ等の記録手段に記録し、またモニタ装置等の出力手段に出力することが可能である。 [Battery condition diagnosis device]
The battery state diagnosis device 120 diagnoses the SOC amount and the deterioration state of the battery 10 based on the AC impedance measurement result measured by the AC impedance measurement device 110.
The battery state diagnosis device 120 includes a complex impedance processing unit 121, an SOC database 122, a fitting processing unit 123 (collation unit), and an SOC / SOH processing unit 124 (degradation determination unit).
The battery state diagnosis device 120 operates in accordance with a computer program in addition to the dedicated terminal device. An information processing apparatus such as a PC (personal computer) can be used. The battery state diagnosis device 120 can record the measurement result and the analysis result in a recording unit such as an HDD, and can output the result to an output unit such as a monitor device.

<複素インピーダンス処理部>
複素インピーダンス処理部１２１は、複素インピーダンス計測部１１４から電池の温度及びこの時の電池の容量を表すＳＯＣを測定し、この測定条件下で、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データ（Ｚ′ （ω），Ｚ″ （ω））を入力し、インピーダンスの実数成分Ｚ′と虚数成分Ｚ″とで表される複素平面上にプロットしてＳＯＣカーブを求める。具体的には、複素インピーダンス処理部１２１は、離散フーリエ演算により特定の周波数におけるインピーダンス実数部Ｚ′、インピーダンス虚数部Ｚ″を算出し、周波数を変化させたときのインピーダンス実数部Ｚ′、インピーダンス虚数部Ｚ″の軌跡をグラフ化する。また、複素インピーダンス処理部１２１には、温度計３０から電池１０の測定温度が入力されている。これにより、電池の測定温度Ｔにおける電池ＳＯＣのＳＯＣカーブがグラフ化される。例えば、前記に図２、図４に示すような電池ＳＯＣ毎の交流インピーダンス特性を示すＳＯＣカーブが描かれる。 <Complex impedance processing section>
The complex impedance processing unit 121 measures the SOC indicating the battery temperature and the capacity of the battery at this time from the complex impedance measurement unit 114, and the impedance measurement data (Z of the battery) measured at a plurality of frequencies under this measurement condition. ′ (Ω), Z ″ (ω)) is input and plotted on the complex plane represented by the real component Z ′ and the imaginary component Z ″ of the impedance to obtain the SOC curve. Specifically, the complex impedance processing unit 121 calculates an impedance real part Z ′ and an impedance imaginary part Z ″ at a specific frequency by discrete Fourier calculation, and an impedance real part Z ′ and an impedance imaginary number when the frequency is changed. The locus of the part Z ″ is graphed. In addition, the measured temperature of the battery 10 is input from the thermometer 30 to the complex impedance processing unit 121. Thereby, the SOC curve of the battery SOC at the measured temperature T of the battery is graphed. For example, the SOC curve showing the AC impedance characteristic for each battery SOC as shown in FIGS. 2 and 4 is drawn.

なお、以下の説明において、コールコールプロット図中に示された正方形で囲んだ「Ｔ」は、ある測定温度（例えば２５℃）において測定した特性であることを示している。   In the following description, “T” surrounded by a square shown in the Cole-Cole plot diagram indicates a characteristic measured at a certain measurement temperature (for example, 25 ° C.).

<ＳＯＣデータベース>
ＳＯＣデータベース１２２は、標準電池（基準電池）の各電池状態毎に予め複数作成した複数の基準ＳＯＣカーブの形状を蓄積する。ＳＯＣデータベース１２２は、充電容量位置（電池ＳＯＣ位置）と、電池温度による電池の交流インピーダンス特性を示すコールコールプロット曲線とを予め求め、ＳＯＣカーブとしてデータベース化しておくものである。具体的には、ＳＯＣデータベース１２２は、０℃，１０℃，２０℃，２０℃，３０℃，４０℃，５０℃，７５℃など所定温度間隔となるように測定温度を変えて、標準電池（基準電池）の各電池状態毎に求めた複数のＳＯＣカーブの形状を蓄積する。また、ＳＯＣデータベース１２２は、測定温度を同一温度（例えば常温）条件とし、各ＳＯＣ量（２０％、３０％、４０％，５０％，６０％，７０％，８０％，９０％，１００％など所定刻み幅の複数のＳＯＣ）のＳＯＣカーブの形状を蓄積する。このように、ＳＯＣデータベース１２２は、電池温度や温度間隔、ＳＯＣ量とその刻み幅などの設定条件に対応した標準電池（基準電池）の計測値が複素平面上にプロットされ、当該プロットにより描かれたインピーダンスカーブの形状をＳＯＣカーブとしてマップ化して記憶する。 <SOC database>
The SOC database 122 stores a plurality of reference SOC curve shapes created in advance for each battery state of the standard battery (reference battery). The SOC database 122 is obtained by previously obtaining a charge capacity position (battery SOC position) and a Cole-Cole plot curve indicating the AC impedance characteristics of the battery according to the battery temperature, and preparing the database as an SOC curve. Specifically, the SOC database 122 changes the measurement temperature to a predetermined temperature interval such as 0 ° C., 10 ° C., 20 ° C., 20 ° C., 30 ° C., 40 ° C., 50 ° C., 75 ° C., etc. A plurality of SOC curve shapes obtained for each battery state of the reference battery are stored. Further, the SOC database 122 uses the same temperature (for example, normal temperature) as the measurement temperature, and each SOC amount (20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%, etc.) The shape of the SOC curve of a plurality of SOCs having a predetermined step width) is accumulated. Thus, in the SOC database 122, the measured values of the standard battery (reference battery) corresponding to the setting conditions such as the battery temperature, the temperature interval, the SOC amount, and the step size thereof are plotted on the complex plane and drawn by the plot. The impedance curve shape is mapped and stored as an SOC curve.

なお、上記電池温度や温度間隔、各ＳＯＣ量の刻み幅などの設定条件は、一例であって限定されない。但し、０℃や５０℃は常温範囲から外れるので、１０℃から４０℃まで一定温度間隔（例えば１０℃毎）で測定したものをデータベースとしてとして蓄積することが好ましい。   The setting conditions such as the battery temperature, the temperature interval, and the increment of each SOC amount are merely examples, and are not limited. However, since 0 ° C. and 50 ° C. are out of the normal temperature range, it is preferable to accumulate as a database data measured at a constant temperature interval (for example, every 10 ° C.) from 10 ° C. to 40 ° C.

<フィッティング処理部>
フィッティング処理部１２３は、電池１０（対象電池）の測定ＳＯＣカーブの形状と、標準電池（基準電池）の各電池状態毎に予め作成された基準ＳＯＣカーブの形状とをフィッティング（照合）し、複数作成された基準ＳＯＣカーブの中から、測定したＳＯＣカーブの形状が最も近い基準ＳＯＣカーブを統計的手法を用いて選び、選んだ基準ＳＯＣカーブを基に電池１０のＳＯＣ量を特定する。ここで最も近いＳＯＣカーブは、後記するように統計的手法を用いて照合される。 <Fitting processing section>
The fitting processing unit 123 fits (matches) the shape of the measured SOC curve of the battery 10 (target battery) with the shape of the reference SOC curve created in advance for each battery state of the standard battery (reference battery). A reference SOC curve having the closest measured SOC curve shape is selected from the created reference SOC curves using a statistical method, and the SOC amount of the battery 10 is specified based on the selected reference SOC curve. Here, the closest SOC curve is collated using a statistical method as will be described later.

フィッティング処理部１２３は、ＳＯＣカーブのカーブ形状同士を照合できればよいので、ＳＯＣデータベース１２２は必ずしも必須ではなく、例えば電池１０（対象電池）の測定に先立って、同一設定条件（同一電池温度等）で標準電池（基準電池）の交流インピーダンス測定を行い、その測定結果に基づくＳＯＣカーブの形状を保持し、測定ＳＯＣカーブのカーブ形状を照合するものでもよい。   Since the fitting processing unit 123 only needs to be able to collate the curve shapes of the SOC curves, the SOC database 122 is not necessarily required. For example, prior to measurement of the battery 10 (target battery), the same setting conditions (same battery temperature, etc.) are used. An AC impedance measurement of a standard battery (reference battery) may be performed, the shape of the SOC curve based on the measurement result may be retained, and the curve shape of the measured SOC curve may be verified.

本実施形態では、フィッティング処理部１２３は、ＳＯＣデータベース１２２を参照して、複素平面上にプロットした測定ＳＯＣカーブの形状と、基準電池の各電池状態毎に予め複数作成された基準ＳＯＣカーブの形状とを照合している。   In the present embodiment, the fitting processing unit 123 refers to the SOC database 122, the shape of the measured SOC curve plotted on the complex plane, and the shape of a plurality of reference SOC curves created in advance for each battery state of the reference battery. And matching.

特に、フィッティング部１２３は、複素平面上にプロットした測定ＳＯＣカーブの、複素平面の実軸からの立ち上がり部の形状と、基準電池の各電池状態毎に予め複数作成された基準ＳＯＣカーブの形状とを照合する。   In particular, the fitting unit 123 includes the shape of the rising portion of the measured SOC curve plotted on the complex plane from the real axis of the complex plane and the shape of the reference SOC curve created in advance for each battery state of the reference battery. Is matched.

例えば、図２（ａ）に示すように、フィッティング部１２３は、統計的手法（後記）を用いて、測定ＳＯＣカーブの立ち上がり部の形状が、電池ＳＯＣ７５％の立ち上がり部の形状に最も近いと判定した場合、電池ＳＯＣ７５％のＳＯＣカーブが測定対象の電池１０の測定ＳＯＣカーブに相当すると判断して、電池ＳＯＣ７５％のＳＯＣカーブのＳＯＣ量を、測定対象の電池１０のＳＯＣ量として出力する。   For example, as shown in FIG. 2A, the fitting unit 123 determines that the shape of the rising portion of the measured SOC curve is closest to the shape of the rising portion of the battery SOC 75% using a statistical method (described later). In this case, it is determined that the SOC curve of the battery SOC 75% corresponds to the measurement SOC curve of the battery 10 to be measured, and the SOC amount of the SOC curve of the battery SOC 75% is output as the SOC amount of the battery 10 to be measured.

因みに、従来技術（例えば特許文献１参照）で行うフィッティングは、ある回路ブロックの複素インピーダンス特性を等価回路モデルの回路定数に合わせることであって、本実施形態のフィッティング処理部１２２のように、交流インピーダンスのカーブ形状を照合するものとは目的、構成、作用効果が異なる。   Incidentally, the fitting performed in the conventional technique (see, for example, Patent Document 1) is to match the complex impedance characteristics of a certain circuit block with the circuit constants of the equivalent circuit model, and the AC is changed like the fitting processing unit 122 of the present embodiment. The purpose, configuration, and effect are different from those for checking the impedance curve shape.

<ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部>
ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、フィッティング部１２３により入力された電池１０のＳＯＣ量を、所定閾値と比較することにより電池１０の劣化度を判定し、判定結果をＳＯＣ出力又はＳＨＯ劣化診断結果として出力する。なお、劣化度は、容量劣化量、出力劣化量等種々の態様で表現することができる。 <SOC / SOH processing unit>
The SOC / SOH processing unit 124 determines the degree of deterioration of the battery 10 by comparing the SOC amount of the battery 10 input by the fitting unit 123 with a predetermined threshold, and outputs the determination result as the SOC output or the SHO deterioration diagnosis result. To do. The degree of deterioration can be expressed in various forms such as a capacity deterioration amount and an output deterioration amount.

ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、例えば第１設定値（第１閾値）との比較により、判定結果が良い（ＳＯＣ量が第１閾値より大きい）と判定した場合はＳＯＣ量を出力する。また、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、第１閾値との比較により、判定結果が悪い（ＳＯＣ量が第１閾値以下）と判定した場合は、リフレッシュ指令を電池の充放電装置に出力して、電池状態診断装置１２０で再度電池１０のＳＯＣ量を測定して、ＳＨＯ劣化診断結果を出力する。
ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、交流インピーダンス測定装置１１０にインピーダンス測定指令を出力し、交流インピーダンス測定装置１１０は、インピーダンス測定指令に従って交流インピーダンス測定を行う。 The SOC / SOH processing unit 124 outputs the SOC amount when it is determined that the determination result is good (the SOC amount is greater than the first threshold value), for example, by comparison with the first set value (first threshold value). Further, when the SOC / SOH processing unit 124 determines that the determination result is bad (the SOC amount is equal to or less than the first threshold value) by comparison with the first threshold value, the refresh command is output to the battery charge / discharge device, The battery state diagnosis device 120 again measures the SOC amount of the battery 10 and outputs the SHO deterioration diagnosis result.
The SOC / SOH processing unit 124 outputs an impedance measurement command to the AC impedance measurement device 110, and the AC impedance measurement device 110 performs AC impedance measurement according to the impedance measurement command.

また、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、電池ＳＯＣが第１閾値より小さいとき、リフレッシュ指令を電池１０の充放電装置２０に出力する。このリフレッシュ指令を受けて交流インピーダンス測定装置１１０は、交流インピーダンス測定を行い、電池劣化診断装置１２０の複素インピーダンス処理部１２１は、充放電装置２０によるリフレッシュ後の電池１０のインピーダンス測定データを取得する。なお、ＳＯＣ出力とＳＯＨ劣化診断の詳細については、後記する。   Further, the SOC / SOH processing unit 124 outputs a refresh command to the charging / discharging device 20 of the battery 10 when the battery SOC is smaller than the first threshold value. Upon receiving this refresh command, AC impedance measurement device 110 performs AC impedance measurement, and complex impedance processing unit 121 of battery deterioration diagnosis device 120 acquires impedance measurement data of battery 10 after being refreshed by charging / discharging device 20. Details of the SOC output and the SOH deterioration diagnosis will be described later.

以下、上述のように構成された電池状態判定装置の動作について説明する。
[ＳＯＣデータベース作成]
まず、ＳＯＣデータベース１２２の作成について述べる。
ＳＯＣデータベース１２２は、電池劣化判定に先立って予め作成される。ＳＯＣデータベース１２２は、０℃，１０℃，２０℃，２０℃，３０℃，４０℃，５０℃，７５℃など測定温度を変え、また、同一温度（例えば常温）条件下で各ＳＯＣ量（２０％、３０％、４０％，５０％，６０％，７０％，８０％，９０％，１００％など複数）のＳＯＣカーブの形状を蓄積する。 Hereinafter, the operation of the battery state determination device configured as described above will be described.
[SOC database creation]
First, creation of the SOC database 122 will be described.
The SOC database 122 is created in advance prior to battery deterioration determination. The SOC database 122 changes the measurement temperature such as 0 ° C., 10 ° C., 20 ° C., 20 ° C., 30 ° C., 40 ° C., 50 ° C., 75 ° C., etc. %, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%, etc.) are stored.

本実施形態では、電池状態診断装置１２０が、ＳＯＣデータベース１２２を構築する例を示したが、同様なデータベース作成処理を、電池状態診断装置１２０以外の装置が行う態様でもよい。あるいは、ＳＯＣデータベース１２２は、予め準備されたＳＯＣデータを外部から導入し、ＳＯＣデータベース１２２に格納する態様でもよい。   In the present embodiment, an example in which the battery state diagnosis device 120 constructs the SOC database 122 has been shown. However, a mode in which a device other than the battery state diagnosis device 120 performs similar database creation processing may be used. Alternatively, the SOC database 122 may be configured such that SOC data prepared in advance is introduced from the outside and stored in the SOC database 122.

図７は、ＳＯＣデータベース１２２の作成処理を示すフローチャートである。図中、Ｓはフローの各ステップを示す。
まず、ステップＳ１で、交流インピーダンス測定装置１１０（図６参照）は、標準電池（基準電池）による交流インピーダンスを測定する。標準電池は、電池特性が代表的状態（新品、リフレッシュ後など）となる基準電池である。 FIG. 7 is a flowchart showing the creation process of the SOC database 122. In the figure, S indicates each step of the flow.
First, in step S1, the AC impedance measuring device 110 (see FIG. 6) measures the AC impedance of a standard battery (reference battery). The standard battery is a reference battery whose battery characteristics are in a representative state (new, after refresh, etc.).

ステップＳ２では、複素インピーダンス処理部１２１（図６参照）は、電池の測定温度ごと又は電池ＳＯＣごとに計測された複素インピーダンス測定結果を基に、複素平面上にプロットしてＳＯＣカーブを求める。   In step S2, the complex impedance processing unit 121 (see FIG. 6) plots on the complex plane to obtain the SOC curve based on the complex impedance measurement result measured for each measured temperature of the battery or for each battery SOC.

ステップＳ３では、電池状態診断装置１２０は、基準電池の各電池状態毎に求めたＳＯＣカーブの形状とそのＳＯＣカーブの形状に対応するＳＯＣ量とを対応つけたＳＯＣデータベース１２２を作成して本フローを終了する。ＳＯＣデータベース１２２は、ＳＯＣカーブの形状をマップ化したＳＯＣマップを格納する。本ＳＯＣデータベース作成処理により、各条件設定（測定温度，ＳＯＣ等）における標準電池のＳＯＣカーブの形状を求め、ＳＯＣデータベース１２２にＳＯＣマップとしてデフォルトで格納される。なお、ＳＯＣデータベース１２２は、具体的にはＨＤＤ等の記録手段に記憶されるものである。   In step S3, the battery state diagnosis device 120 creates an SOC database 122 in which the SOC curve shape obtained for each battery state of the reference battery is associated with the SOC amount corresponding to the shape of the SOC curve. Exit. The SOC database 122 stores an SOC map obtained by mapping the shape of the SOC curve. By this SOC database creation processing, the shape of the SOC curve of the standard battery at each condition setting (measurement temperature, SOC, etc.) is obtained and stored as a SOC map in the SOC database 122 by default. The SOC database 122 is specifically stored in recording means such as an HDD.

ＳＯＣデータベース１２２に格納される標準ＳＯＣは、下記の通りである。
標準ＳＯＣは、新品状態での電池ＳＯＣ（１０％から１００％まで１０％刻み）で、かつ１０℃〜４０℃まで（０℃以下や５０℃以上は常温範囲から外れるので除外する）一定温度間隔（例えば１０℃毎）で測定した結果とそのＳＯＣカーブをＳＯＣデータベース１２２として作成する。したがって、ＳＯＣ量が、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％など複数のＳＯＣとそのＳＯＣカーブの形状が格納される。
また、標準ＳＯＣは、新品電池の他、運用開始後、一定時間（６ヶ月ごと等の定期点検）に入れ替えすることも可能である。 The standard SOC stored in the SOC database 122 is as follows.
The standard SOC is the battery SOC in a new state (in 10% increments from 10% to 100%), and a constant temperature interval from 10 ° C to 40 ° C (excludes 0 ° C or lower or 50 ° C or higher because it is out of the normal temperature range) The measurement result (for example, every 10 ° C.) and its SOC curve are created as the SOC database 122. Therefore, a plurality of SOCs such as 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, and 100% of the SOC amount and the shape of the SOC curve are stored.
In addition to a new battery, the standard SOC can be replaced after a certain period of time (periodic inspection every six months, etc.) after the start of operation.

図８は、交流インピーダンス測定を示すフローチャートであり、図７のステップＳ１又は後記図９のステップＳ２１のサブルーチンである。
まず、ステップＳ１１で、交流インピーダンス測定装置１１０（図６参照）は、電池状態診断装置１２０からのインピーダンス測定指令に従って測定用周波数を設定する。例えば、測定周波数は、４Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲内で各周波数を設定する。 FIG. 8 is a flowchart showing AC impedance measurement, and is a subroutine of step S1 in FIG. 7 or step S21 in FIG.
First, in step S <b> 11, AC impedance measuring device 110 (see FIG. 6) sets a measurement frequency according to an impedance measurement command from battery state diagnostic device 120. For example, each frequency is set within the range of 4 Hz to 1000 Hz as the measurement frequency.

ステップＳ１２では、交流インピーダンス測定装置１１０の複素インピーダンス計測部１１４は、測定用周波数を変化させて電池の交流インピーダンスを測定する。   In step S12, the complex impedance measurement unit 114 of the AC impedance measurement device 110 changes the measurement frequency and measures the AC impedance of the battery.

ステップＳ１３では、交流インピーダンス測定装置１１０は、測定用周波数が終了値に到達したか否かを判別し、測定用周波数が終了値に到達していない場合は（ステップＳ１３：Ｎｏ）、上記ステップＳ１１に戻って電池の交流インピーダンスを測定を継続し、測定用周波数が終了値に到達した場合は（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、本サブルーチンを終了して図７のステップＳ１又は後記図９のステップＳ２１に戻る。   In step S13, the AC impedance measuring apparatus 110 determines whether or not the measurement frequency has reached the end value. If the measurement frequency has not reached the end value (step S13: No), the step S11 is performed. When the measurement of the AC impedance of the battery is continued and the measurement frequency reaches the end value (step S13: Yes), this subroutine is terminated and the process proceeds to step S1 in FIG. 7 or step S21 in FIG. Return.

ここで、測定用周波数設定レンジについて説明する。
<測定用周波数設定レンジ>
複素平面上にＳＯＣカーブの半円を全部描き切るためには、測定用周波数を下げていく必要がある。例えば、測定用周波数を０．１Ｈｚまで下げると、測定には１０秒を要することとなり、オンボードで測定することを考慮すると現実的ではない。本発明者は、実験データから、測定周波数を４Ｈｚ程度までに止めても立ち上がりを描くＳＯＣカーブの形状で、ＳＯＣカーブ特性が判断可能であることを見出した。 Here, the measurement frequency setting range will be described.
<Frequency setting range for measurement>
In order to draw all the semicircles of the SOC curve on the complex plane, it is necessary to lower the measurement frequency. For example, if the measurement frequency is lowered to 0.1 Hz, the measurement takes 10 seconds, which is not practical considering on-board measurement. The inventor has found from the experimental data that the SOC curve characteristics can be determined by the shape of the SOC curve that draws the rise even when the measurement frequency is stopped to about 4 Hz.

一方、測定周波数の下限は、ナイキスト線図の実軸を横切る位置が適切であり、具体的には１０００Ｈｚから数千Ｈｚ程度となる。
以上のことから、測定周波数は、４Ｈｚ程度から１０００Ｈｚ程度までのレンジであれば、ＳＯＣカーブの形状を特定することが可能である。
また、この測定周波数の領域は、複素平面上の拡散領域（インピーダンスの容量的成分がＳＯＣカーブから離れて拡散する周波数領域）に至る前までの領域を含んでいる。本実施形態では、フィッティング部１２３（図６参照）が、複素平面の虚軸ゼロ位置から、複素平面上の拡散領域に至る前までの領域のＳＯＣカーブの形状を照合するようにしている。 On the other hand, the lower limit of the measurement frequency is appropriate at a position that crosses the real axis of the Nyquist diagram, and is specifically about 1000 Hz to several thousand Hz.
From the above, if the measurement frequency is in the range from about 4 Hz to about 1000 Hz, the shape of the SOC curve can be specified.
The measurement frequency region includes a region up to a diffusion region on the complex plane (a frequency region where the capacitive component of impedance diffuses away from the SOC curve). In the present embodiment, the fitting unit 123 (see FIG. 6) collates the shape of the SOC curve of the region from the imaginary axis zero position on the complex plane to the diffusion region on the complex plane.

[電池劣化判定／診断]
次に、電池劣化判定／診断について述べる。
図９は、電池劣化判定／診断処理を示すフローチャート、図１０は、電池劣化判定／診断処理（続き）を示すフローチャートである。 [Battery deterioration judgment / diagnosis]
Next, battery deterioration determination / diagnosis will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing battery deterioration determination / diagnosis processing, and FIG. 10 is a flowchart showing battery deterioration determination / diagnosis processing (continued).

図９に示すように、まず、ステップＳ２１で、交流インピーダンス測定装置１１０（図６参照）は、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４からのインピーダンス測定指令に従って、電池１０（対象電池）による交流インピーダンスを測定する。なお、電池１０（対象電池）の交流インピーダンス測定は、前記図８の交流インピーダンス測定処理と同様である。上述したように、交流インピーダンス測定装置１１０は、４Ｈｚ程度から１０００Ｈｚ程度までのレンジの測定周波数で交流インピーダンス測定を行う。   As shown in FIG. 9, first, in step S21, AC impedance measuring apparatus 110 (see FIG. 6) measures the AC impedance of battery 10 (target battery) in accordance with an impedance measurement command from SOC / SOH processing unit 124. . The AC impedance measurement of the battery 10 (target battery) is the same as the AC impedance measurement process of FIG. As described above, the AC impedance measurement device 110 performs AC impedance measurement at a measurement frequency in a range from about 4 Hz to about 1000 Hz.

ステップＳ２２では、複素インピーダンス処理部１２１（図６参照）は、複素インピーダンス計測部１１４から電池１０（対象電池）の温度及び電池の容量を表すＳＯＣの測定条件下で、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データ（Ｚ′ （ω），Ｚ″ （ω））を入力し、インピーダンスの実数成分Ｚ′と虚数成分Ｚ″とで表される複素平面上にプロットしてＳＯＣカーブを求める。 In step S22, the complex impedance processing unit 121 (see FIG. 6) was measured at a plurality of frequencies under the SOC measurement conditions representing the temperature of the battery 10 (target battery) and the capacity of the battery from the complex impedance measurement unit 114. The battery impedance measurement data (Z ′ (ω), Z ″ (ω)) is input and plotted on the complex plane represented by the real component Z ′ and the imaginary component Z ″ of the impedance to obtain the SOC curve.

ステップＳ２３では、フィッティング処理部１２３（図６参照）は、ＳＯＣデータベース１２２から該当電池温度に対応するＳＯＣマップを読み込む。このＳＯＣマップは、標準ＳＯＣ（新品電池のＳＯＣで、かつ１０℃〜４０℃まで一定温度間隔）で測定したＳＯＣカーブの形状をマップ化したものである。   In step S23, the fitting processing unit 123 (see FIG. 6) reads an SOC map corresponding to the corresponding battery temperature from the SOC database 122. This SOC map is a map of the shape of an SOC curve measured with a standard SOC (the SOC of a new battery and a constant temperature interval from 10 ° C. to 40 ° C.).

そして、フィッティング処理部１２３は、フィッティング処理部１２３は、電池１０（対象電池）の測定ＳＯＣカーブの形状と、ＳＯＣデータベース１２２に蓄積された標準電池（基準電池）の各電池状態毎に予め作成された基準ＳＯＣカーブの形状とをフィッティング（照合）し、複数作成された基準ＳＯＣカーブの中から、測定したＳＯＣカーブの形状が最も近い基準ＳＯＣカーブを統計的手法を用いて選ぶ。   Then, the fitting processing unit 123 is created in advance for each battery state of the standard SOC (reference battery) stored in the SOC database 122 and the shape of the measured SOC curve of the battery 10 (target battery). The reference SOC curve shape is fitted (matched), and a reference SOC curve having the closest measured SOC curve shape is selected from a plurality of generated reference SOC curves using a statistical method.

上記ＳＯＣカーブの照合とは、ＳＯＣデータベース１２２に蓄積された標準電池のＳＯＣカーブ（ＳＯＣマップ）と測定ＳＯＣカーブとのカーブ形状の比較である。本実施形態では、標準電池のＳＯＣカーブの形状（ＳＯＣマップ）と測定ＳＯＣカーブとの、立ち上がり部におけるカーブ形状を照合する。   The matching of the SOC curve is a comparison of the curve shape of the standard battery SOC curve (SOC map) stored in the SOC database 122 and the measured SOC curve. In this embodiment, the curve shape at the rising portion of the SOC curve shape (SOC map) of the standard battery and the measured SOC curve are collated.

また、上記カーブ形状のフィッティング（照合）は、統計的手法により、各種ＳＯＣ値との距離を求める方法を採る。統計的手法の詳細については、図１１及び図１２により後記する。   The curve shape fitting (collation) employs a method of obtaining distances from various SOC values by a statistical method. Details of the statistical method will be described later with reference to FIGS.

図１０に示すように、ステップＳ２４で、フィッティング処理部１２３は、統計的手法により選んだ基準ＳＯＣカーブを基に電池１０（対象電池）の至近ＳＯＣ値を算出する。   As shown in FIG. 10, in step S24, the fitting processing unit 123 calculates the closest SOC value of the battery 10 (target battery) based on the reference SOC curve selected by the statistical method.

ステップＳ２５では、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４（図６参照）は、算出した至近ＳＯＣ値が第１設定値（例えばＳＯＣの３０％）以下か否かを判別する。
至近ＳＯＣ値が第１設定値より大きい場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、ステップＳ２６でＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、電池１０（対象電池）がＳＯＣ出力可能な状態にある（運用レベルにある）と判断して算出したＳＯＣ値を出力して本フローを終了する。通常、ＳＯＣは、５０％前後以上で運用されるので、中間ＳＯＣ（５０％）に対して、一定値以上、例えば５０％−２０％以上（すなわち３０％以上）のＳＯＣであれば運用レベルにあるとし、ＳＯＣ値を出力する。なお、ＳＯＣ値出力は、例えば電池状態診断装置１２０が有する記録手段へのデータ格納、表示手段及び印刷手段によるデータ出力、又は通信手段によるデータの外部出力が挙げられる。 In step S25, the SOC / SOH processing unit 124 (see FIG. 6) determines whether or not the calculated nearest SOC value is equal to or less than a first set value (for example, 30% of the SOC).
When the closest SOC value is larger than the first set value (step S25: No), the SOC / SOH processing unit 124 in step S26 indicates that the battery 10 (target battery) is ready for SOC output (is at the operation level). The SOC value calculated by the determination is output, and this flow ends. Normally, the SOC is operated at about 50% or more, so if the SOC is a certain value or more, for example, 50% -20% or more (that is, 30% or more) with respect to the intermediate SOC (50%), the SOC is at the operation level. If there is, the SOC value is output. The SOC value output includes, for example, data storage in a recording unit included in the battery state diagnosis device 120, data output by a display unit and a printing unit, or external output of data by a communication unit.

至近ＳＯＣ値が第１設定値以下の場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、電池１０（対象電池）がＳＯＣ出力可能な状態にない（劣化の可能性がある；運用レベルにない）と判断してステップＳ２７以降の劣化診断処理に進む。   When the closest SOC value is equal to or less than the first set value (step S25: Yes), the SOC / SOH processing unit 124 is not in a state in which the battery 10 (target battery) can output the SOC (there is a possibility of deterioration; operation level) The process proceeds to the deterioration diagnosis process after step S27.

すなわち、ステップＳ２７で電池状態診断装置１２０は、電池１０（対象電池）をリフレッシュ（完全放電させ、再フル充電）させ、１００％ＳＯＣに戻す。具体的には、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、電池ＳＯＣが所定値（ここでは３０％）より小さいとき、リフレッシュ指令を電池１０の充放電装置２０に出力する。   That is, in step S27, the battery state diagnosis apparatus 120 refreshes (completely discharges and recharges) the battery 10 (target battery) and returns it to 100% SOC. Specifically, SOC / SOH processing unit 124 outputs a refresh command to charging / discharging device 20 of battery 10 when battery SOC is smaller than a predetermined value (here, 30%).

次いで、ステップＳ２８で、リフレッシュ指令を受けて交流インピーダンス測定装置１１０は、交流インピーダンス測定を行う。このリフレッシュ１００％ＳＯＣ測定は、前記ステップＳ２１の交流インピーダンス測定と同様の処理である。
ステップＳ２９では、複素インピーダンス処理部１２１（図６参照）は、複素インピーダンス計測部１１４から電池１０（対象電池）の温度及び電池の容量を表すＳＯＣの測定条件下で、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データ（Ｚ′ （ω），Ｚ″ （ω））を入力し、インピーダンスの実数成分Ｚ′と虚数成分Ｚ″とで表される複素平面上にプロットしてＳＯＣカーブを求める。このＳＯＣカーブ算出は、前記ステップＳ２２のＳＯＣカーブ算出と同様の処理である。 Next, in step S28, upon receiving the refresh command, the AC impedance measuring apparatus 110 performs AC impedance measurement. The refresh 100% SOC measurement is the same process as the AC impedance measurement in step S21.
In step S29, the complex impedance processing unit 121 (see FIG. 6) was measured at a plurality of frequencies under the SOC measurement conditions representing the temperature of the battery 10 (target battery) and the capacity of the battery from the complex impedance measurement unit 114. The battery impedance measurement data (Z ′ (ω), Z ″ (ω)) is input and plotted on the complex plane represented by the real component Z ′ and the imaginary component Z ″ of the impedance to obtain the SOC curve. This SOC curve calculation is the same process as the SOC curve calculation in step S22.

ステップＳ３０でフィッティング処理部１２３は、ＳＯＣデータベース１２２から標準電池のＳＯＣマップを読み込み、マップフィッティングを行う。具体的には、上記ステップＳ２３と同様に、フィッティング処理部１２３は、ＳＯＣデータベース１２２から該当電池温度に対応する標準電池のＳＯＣマップを読み込み、電池１０（対象電池）の測定ＳＯＣカーブの形状と、ＳＯＣデータベース１２２に蓄積された標準電池（基準電池）の各電池状態毎に予め作成された基準ＳＯＣカーブの形状とをフィッティング（照合）し、複数作成された基準ＳＯＣカーブの中から、測定したＳＯＣカーブの形状が最も近い基準ＳＯＣカーブを統計的手法を用いて選ぶ。   In step S30, the fitting processing unit 123 reads the SOC map of the standard battery from the SOC database 122 and performs map fitting. Specifically, as in step S23, the fitting processing unit 123 reads the SOC map of the standard battery corresponding to the corresponding battery temperature from the SOC database 122, and the shape of the measured SOC curve of the battery 10 (target battery); The SOC of the standard battery (reference battery) stored in the SOC database 122 is fitted (matched) with the shape of the reference SOC curve created in advance for each battery state, and the measured SOC is determined from a plurality of created reference SOC curves. A reference SOC curve having the closest curve shape is selected using a statistical method.

ステップＳ３１では、フィッティング処理部１２３は、統計的手法により選んだ基準ＳＯＣカーブを基にリフレッシュ１００％後の電池１０（対象電池）の至近ＳＯＣ値を算出する。   In step S31, the fitting processing unit 123 calculates the closest SOC value of the battery 10 (target battery) after 100% refresh based on the reference SOC curve selected by a statistical method.

ステップＳ３２では、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４（図６参照）は、算出した至近ＳＯＣ値が第２設定値（例えば４０％）以下か否かを判別する。   In step S32, the SOC / SOH processing unit 124 (see FIG. 6) determines whether or not the calculated nearest SOC value is equal to or less than a second set value (for example, 40%).

至近ＳＯＣ値が第２設定値より大きい場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、リフレッシュ１００％後の電池１０（対象電池）がリフレッシュにより運用レベルに戻ったと判断して算出したＳＯＣ値を出力して本フローを終了する。上述したように、通常、ＳＯＣは、５０％前後以上で運用されるので、リフレッシュ１００％後、一定値以上（３０％以上）のＳＯＣであれば運用レベルにあるとする。   When the closest SOC value is larger than the second set value (step S32: No), the SOC / SOH processing unit 124 determines that the battery 10 (target battery) after 100% refresh has returned to the operation level due to the refresh and is calculated. The SOC value is output and this flow ends. As described above, since the SOC is normally operated at about 50% or more, it is assumed that the SOC is at the operation level if the SOC is a certain value or more (30% or more) after 100% refresh.

至近ＳＯＣ値が第２設定値以下の場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４は、電池１０（対象電池）が劣化して運用レベルにないと判断してＳＯＨ劣化診断結果を出力して本フローを終了する。   When the closest SOC value is less than or equal to the second set value (step S32: Yes), the SOC / SOH processing unit 124 determines that the battery 10 (target battery) has deteriorated and is not at the operation level, and outputs an SOH deterioration diagnosis result. Then, this flow is finished.

次に、統計的手法による照合（フィッティング）について説明する。
図１１及び図１２は、フィッティング処理部１２３の統計的手法によるフィッティング処理を示すフローチャートであり、図１１は、そのマハラノビス距離を用いる例、図１２は、そのマハラノビス距離を用いない距離計算の例である。図１１及び図１２による統計的手法は、図９のステップＳ２３，ステップＳ３０の統計的手法によるフィッティング処理に適用することができる。 Next, collation (fitting) using a statistical method will be described.
11 and 12 are flowcharts showing the fitting process by the statistical method of the fitting processing unit 123. FIG. 11 shows an example using the Mahalanobis distance, and FIG. 12 shows an example of distance calculation without using the Mahalanobis distance. is there. The statistical method according to FIGS. 11 and 12 can be applied to the fitting process by the statistical method of steps S23 and S30 of FIG.

図１１に示すように、ステップＳ４１で、フィッティング処理部１２３は、マハラノビス距離解析を用いた統計的処理によりＳＯＣデータベース１２２の基準ＳＯＣカーブのマハラノビス距離と、測定ＳＯＣカーブのマハラノビス距離を算出する。
ステップＳ４２でフィッティング処理部１２３は、算出した基準ＳＯＣカーブのマハラノビス距離と測定ＳＯＣカーブのマハラノビス距離とを比較し、両者のマハラノビス距離が最も小さい基準ＳＯＣカーブを選ぶ。 As shown in FIG. 11, in step S41, the fitting processing unit 123 calculates the Mahalanobis distance of the reference SOC curve of the SOC database 122 and the Mahalanobis distance of the measured SOC curve by statistical processing using Mahalanobis distance analysis.
In step S42, the fitting processing unit 123 compares the calculated Mahalanobis distance of the reference SOC curve with the Mahalanobis distance of the measured SOC curve, and selects the reference SOC curve having the smallest Mahalanobis distance.

ステップＳ４３でフィッティング処理部１２３は、マハラノビス距離が最も小さい基準ＳＯＣカーブが測定対象の電池１０の測定ＳＯＣカーブに相当すると判断して、この基準ＳＯＣカーブのＳＯＣ量を、測定対象の電池１０のＳＯＣ量として出力フローを終了する。マハラノビス距離解析については、図１３及び図１４により後述する。   In step S43, the fitting processing unit 123 determines that the reference SOC curve having the shortest Mahalanobis distance corresponds to the measurement SOC curve of the battery 10 to be measured, and uses the SOC amount of the reference SOC curve as the SOC of the battery 10 to be measured. End the output flow as a quantity. The Mahalanobis distance analysis will be described later with reference to FIGS.

図１２はマハラノビス距離とは異なる手法であり、ステップＳ５１で、フィッティング処理部１２３は、統計的処理により測定ＳＯＣカーブの虚数部をパラメータに、実数部値の差異を統計的手法の平均値と標準偏差により算出する。
ステップＳ５２でフィッティング処理部１２３は、算出結果に基づいて、ＳＯＣデータベース１２２のＳＯＣカーブから実数部値の差異が最も小さいＳＯＣカーブを探す。
ステップＳ５３でフィッティング処理部１２３は、実数部値の差異が最も小さい基準ＳＯＣカーブが測定対象の電池１０の測定ＳＯＣカーブに相当すると判断して、この基準ＯＣカーブのＳＯＣ量を、測定対象の電池１０のＳＯＣ量として出力フローを終了する。
なお、より簡略な方法として、数字的な距離を用いずに測定ＳＯＣカーブに一番近いＳＯＣデータベース１２２のＳＯＣカーブを求める方法でもよい。 FIG. 12 shows a method different from the Mahalanobis distance. In step S51, the fitting processing unit 123 uses statistical processing to set the imaginary part of the measured SOC curve as a parameter and the difference between the real part values to the average value of the statistical technique and the standard. Calculate by deviation.
In step S52, the fitting processing unit 123 searches for an SOC curve having the smallest difference in real part value from the SOC curve in the SOC database 122 based on the calculation result.
In step S53, the fitting processing unit 123 determines that the reference SOC curve with the smallest difference in real part value corresponds to the measurement SOC curve of the battery 10 to be measured, and determines the SOC amount of this reference OC curve as the battery to be measured. The output flow ends with an SOC amount of 10.
As a simpler method, a method of obtaining the SOC curve of the SOC database 122 closest to the measured SOC curve without using a numerical distance may be used.

次に、マハラノビス距離解析について説明する。
[マハラノビス距離]
<解析方法>
コンピュータを用いた多変量解析手法を、電池の交流インピーダンスのマップフィッティング解析へ応用する。解析は、非線形判別分析手法のマハラノビス距離（Mahalanobis distance）を求め定量評価を行う。
マハラノビス距離解析は、品質管理の現場などで多用する信頼性の高い評価方法である。一般に、マハラノビス距離解析は、基準空間へ多変量である事象を変換し評価する。 Next, Mahalanobis distance analysis will be described.
[Mahalanobis distance]
<Analysis method>
A multivariate analysis method using a computer is applied to map fitting analysis of battery AC impedance. In the analysis, the Mahalanobis distance of the nonlinear discriminant analysis method is obtained and quantitative evaluation is performed.
Mahalanobis distance analysis is a highly reliable evaluation method that is frequently used in quality control sites. In general, Mahalanobis distance analysis transforms and evaluates multivariate events into a reference space.

図１３は、ユークリッド空間でマハラノビス距離を説明するイメージ図である。横軸に、変数α、縦軸に変数βをとる。図１３の黒丸（●参照）の点は各グループの平均値を示す。距離「ａ」（「ｂ」）は、図１３の矢印で示した白丸（○参照）の点からグループＡ（グループＢ）の平均値までの距離を示す。
ユークリッド距離で見ると「ａ」＞「ｂ」である。しかし、マハラノビス距離で見ると図１３の矢印で示した白丸の点は明らかにグループＡに属し、「ａ」＜「ｂ」と判別される。空間は、分散を考慮した各グループコンポーネントの平均値により定義される。マハラノビス距離が「１」とは、検査空間が基準空間と等価を表す。「１」を超える場合は基準空間に収まらないことを示し（＝別グループである）、超えない場合は基準空間内にある（＝同グループである）ことを示す。解析手順は次の通りとなる。 FIG. 13 is an image diagram for explaining the Mahalanobis distance in the Euclidean space. The horizontal axis represents the variable α, and the vertical axis represents the variable β. Black dots (see ●) in FIG. 13 indicate the average value of each group. The distance “a” (“b”) indicates the distance from the point of the white circle (see ◯) indicated by the arrow in FIG. 13 to the average value of the group A (group B).
When viewed from the Euclidean distance, “a”> “b”. However, when viewed from the Mahalanobis distance, the white circle point indicated by the arrow in FIG. 13 clearly belongs to the group A, and it is determined that “a” <“b”. The space is defined by the average value of each group component considering the variance. When the Mahalanobis distance is “1”, the examination space is equivalent to the reference space. If it exceeds “1”, it indicates that it does not fit in the reference space (= is another group), and if it does not exceed it, it indicates that it is in the reference space (= is the same group). The analysis procedure is as follows.

データｕｉ,ｊは、各事象であるｉ（ｉ＝１からｎ）と各コンポーネントであるｊ（ｊ＝１からｍ）の双方により表わされる。基準空間のコンポーネントにおいて、属する事象の平均値をμｊ、属する事象の分散値をσｊ ２とすると、平均値をμｊは、次式（７）で示される。 The data u i, j is represented by both each event i (i = 1 to n) and each component j (j = 1 to m). In the reference space component, if the average value of the belonging event is μ j , and the variance value of the belonging event is σ j 2 , the average value μ j is expressed by the following equation (7).

データｕｉｊは標準化すると、次式（８）で示される。 When data u ij is standardized, it is expressed by the following equation (8).

基準空間は、いくつかのコンポーネントにより構成される。コンポーネント同士の共分散は次式（９）のように書ける。   The reference space is composed of several components. The covariance between components can be written as the following equation (9).

マハラノビス距離ｄｉｊは、検査空間データｘｉｊをＸｉｊと標準化して次式（１０）に従って求められる。 The Mahalanobis distance d ij is obtained according to the following equation (10) by standardizing the examination space data x ij as X ij .

<電池の交流インピーダンスのマップフィッティング解析>
図１４は、電池の交流インピーダンスのマップフィッティング解析に適用したマハラノビス距離を示す図であり、図１４（ａ）はマハラノビス距離が小さい場合を、図１４（ｂ）はマハラノビス距離が大きい場合をそれぞれ示す。
図１４中、縦軸は基準空間（ここでは測定インピーダンス）からのマハラノビス距離、横軸は基準空間（ここでは基準マップも出るインピーダンス）からのマハラノビス距離である。図１４の×印は、測定値の値、図１４の○印は基準値の値である。 <Map fitting analysis of battery AC impedance>
14A and 14B are diagrams showing the Mahalanobis distance applied to the map fitting analysis of the AC impedance of the battery. FIG. 14A shows a case where the Mahalanobis distance is small, and FIG. 14B shows a case where the Mahalanobis distance is large. .
In FIG. 14, the vertical axis represents the Mahalanobis distance from the reference space (here, the measured impedance), and the horizontal axis represents the Mahalanobis distance from the reference space (here, the impedance where the reference map also appears). The x mark in FIG. 14 is the value of the measured value, and the ○ mark in FIG. 14 is the value of the reference value.

フィッティング処理部１２３（図６参照）は、マハラノビス距離解析を用いた統計的処理によりＳＯＣデータベース１２２の基準ＳＯＣカーブのマハラノビス距離と、測定ＳＯＣカーブのマハラノビス距離を算出する。ステップＳ４２でフィッティング処理部１２３は、算出した基準ＳＯＣカーブのマハラノビス距離と測定ＳＯＣカーブのマハラノビス距離とを比較し、両者のマハラノビス距離が最も小さい基準ＳＯＣカーブを選ぶ。例えば、図１４（ａ）に示すマハラノビス距離と、図１４（ｂ）に示すようなマハラノビス距離が複数算出された場合、これらのＳＯＣカーブのマハラノビス距離の中から、図１４（ａ）に示すマハラノビス距離が小さい基準ＳＯＣカーブ（ＳＯＣマップ）を選ぶ。   The fitting processing unit 123 (see FIG. 6) calculates the Mahalanobis distance of the reference SOC curve in the SOC database 122 and the Mahalanobis distance of the measured SOC curve by statistical processing using Mahalanobis distance analysis. In step S42, the fitting processing unit 123 compares the calculated Mahalanobis distance of the reference SOC curve with the Mahalanobis distance of the measured SOC curve, and selects the reference SOC curve having the smallest Mahalanobis distance. For example, when a plurality of Mahalanobis distances as shown in FIG. 14 (a) and Mahalanobis distances as shown in FIG. 14 (b) are calculated, the Mahalanobis shown in FIG. 14 (a) is selected from the Mahalanobis distances of these SOC curves. Select a reference SOC curve (SOC map) with a small distance.

また、マハラノビス距離解析を用いて、電池の劣化診断が可能になる。
図１４（ａ）に示すように、マハラノビス距離が小さい場合、基準インピーダンスカーブ（新品電池のインピーダンスカーブ）（ＳＯＣカーブ）に対して、測定インピーダンスカーブ（測定ＳＯＣカーブ）との間に、顕著な乖離が見られない。この場合、電池１０（対象電池）は、電池状態判定装置１００が運用レベルにあると認識している通りの劣化レベル（健康レベル）であり、問題はない。 Further, it is possible to diagnose battery deterioration using Mahalanobis distance analysis.
As shown in FIG. 14A, when the Mahalanobis distance is small, there is a significant divergence between the reference impedance curve (impedance curve of a new battery) (SOC curve) and the measured impedance curve (measured SOC curve). Is not seen. In this case, the battery 10 (target battery) has a degradation level (health level) as recognized by the battery state determination device 100 at the operation level, and there is no problem.

図１４（ｂ）に示すように、マハラノビス距離が大きい場合、基準インピーダンスカーブ（新品電池のインピーダンスカーブ）（ＳＯＣカーブ）に対して、測定インピーダンスカーブ（測定ＳＯＣカーブ）との間に、顕著な乖離が見られる。この場合、電池１０（対象電池）は、電池状態判定装置１００が運用レベルにあると認識している通りの劣化レベル（健康レベル）にない。このため、一度リフレッシュ操作を経た後（前記図１０のステップＳ２７〜ステップＳ３０参照）、もう一度インピーダンス測定を行い、基準インピーダンスカーブと、マハラノビス距離を比較する操作を、電池状態判定装置１００が行うことになる。   As shown in FIG. 14B, when the Mahalanobis distance is large, there is a significant divergence between the reference impedance curve (impedance curve of a new battery) (SOC curve) and the measured impedance curve (measured SOC curve). Is seen. In this case, the battery 10 (target battery) is not at the deterioration level (health level) as recognized by the battery state determination device 100 at the operation level. For this reason, after a refresh operation is performed once (see Step S27 to Step S30 in FIG. 10), the battery state determination device 100 performs an operation of measuring impedance again and comparing the reference impedance curve with the Mahalanobis distance. Become.

そして、一度リフレッシュ操作を経た後でもマハラノビス距離が規定値内に入らない場合は、電池１０が劣化していると判断し、基準インピーダンスカーブ（新品電池のインピーダンスカーブ）（ＳＯＣカーブ）が規定値内に入るように電池１０の交換（持ち替え操作）を行う。   If the Mahalanobis distance does not fall within the specified value even after a refresh operation, it is determined that the battery 10 has deteriorated, and the reference impedance curve (impedance curve of a new battery) (SOC curve) is within the specified value. The battery 10 is exchanged (change operation) so as to enter.

ここで、規定値内のマハラノビス距離とは、概ね「１０」内外を設定し、これが、電池１０（対象電池）の劣化の１０％程度に対応するように、電池の種類により設定値を調整する。   Here, the Mahalanobis distance within the specified value is generally set to “10” inside / outside, and the set value is adjusted according to the type of battery so that this corresponds to about 10% of the deterioration of the battery 10 (target battery). .

以上説明したように、本実施形態に係る電池状態診断装置１２０は、電池の温度及びこの時の電池の容量を表すＳＯＣを測定し、この測定条件下で、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データを入力し、インピーダンスの実数成分Ｚ′と虚数成分Ｚ″とで表される複素平面上にプロットしてＳＯＣカーブを求める複素インピーダンス処理部１２１と、標準電池の各電池状態毎に求めた複数のインピーダンスカーブの形状を蓄積するＳＯＣデータベース１２２と、ＳＯＣデータベース１２２を参照して、電池１０の測定ＳＯＣカーブの形状と、標準電池の各電池状態毎に予め作成された基準ＳＯＣカーブの形状とをフィッティング（照合）し、複数作成された基準ＳＯＣカーブの中から、測定したＳＯＣカーブの形状が最も近い基準ＳＯＣカーブを統計的手法を用いて選び、選んだ基準ＳＯＣカーブを基に電池１０のＳＯＣ量を特定するフィッティング処理部１２３と、得られた電池１０のＳＯＣ量を、所定閾値と比較することにより電池１０の劣化を判定するＳＯＣ／ＳＯＨ処理部１２４と、を備える。 As described above, the battery condition diagnosis apparatus 120 according to the present embodiment measures the SOC indicating the battery temperature and the battery capacity at this time, and the battery condition measured at a plurality of frequencies under this measurement condition. Impedance measurement data is input and plotted on a complex plane represented by real component Z ′ and imaginary component Z ″ of impedance to obtain an SOC curve, and obtained for each battery state of a standard battery. The SOC database 122 that stores the shapes of the plurality of impedance curves, the shape of the measured SOC curve of the battery 10 and the shape of the reference SOC curve created in advance for each battery state of the standard battery with reference to the SOC database 122 And the shape of the measured SOC curve is the best among the multiple reference SOC curves created. A standard SOC curve is selected using a statistical method, and the fitting processing unit 123 that specifies the SOC amount of the battery 10 based on the selected reference SOC curve is compared with the SOC amount of the obtained battery 10 with a predetermined threshold value. And an SOC / SOH processing unit 124 that determines the deterioration of the battery 10.

そして、本実施形態に係る電池状態判定方法は、ＳＯＣデータベース１２２を参照して、電池１０の測定ＳＯＣカーブの形状と、標準電池の各電池状態毎に予め作成された基準ＳＯＣカーブの形状とをフィッティング（照合）し、複数作成された基準ＳＯＣカーブの中から、測定したＳＯＣカーブの形状が最も近い基準ＳＯＣカーブを統計的手法を用いて選び、選んだ基準ＳＯＣカーブを基に電池１０のＳＯＣ量を特定するステップと、を有する。   Then, the battery state determination method according to the present embodiment refers to the SOC database 122 and calculates the shape of the measured SOC curve of the battery 10 and the shape of the reference SOC curve created in advance for each battery state of the standard battery. A reference SOC curve having the closest shape of the measured SOC curve is selected from a plurality of reference SOC curves that have been fitted (verified) using a statistical method, and the SOC of the battery 10 is selected based on the selected reference SOC curve. Identifying the quantity.

ここで、電池状態判定装置及び電池状態判定方法の計算、演算処理はコンピュータのプログラムで実行することができる。   Here, calculation and calculation processing of the battery state determination device and the battery state determination method can be executed by a computer program.

本実施の形態では、虚軸成分ゼロ位置におけるＳＯＣカーブの立ち上がり部に着目し、基準ＳＯＣカーブと照合しているので、実軸を横切る点（抵抗値）を安定して測定する必要はなく、従って従来技術のように、実軸を横切る点の測定条件を整えて正確に測定し、電池劣化を判断する必要性がない。すなわち、本実施形態では、電池の交流インピーダンス測定方法の解決課題であった、微弱な電流を流すことによる、接触抵抗の僅かな変化による測定誤差等を解消することができる。これにより、装置の構成を簡素化することができ、作業性を飛躍的に向上させることができる。   In the present embodiment, focusing on the rising portion of the SOC curve at the imaginary axis component zero position and collating with the reference SOC curve, there is no need to stably measure a point (resistance value) crossing the real axis, Therefore, unlike the prior art, there is no need to determine the battery deterioration by adjusting the measurement conditions at the points crossing the real axis and measuring accurately. That is, in this embodiment, it is possible to eliminate a measurement error caused by a slight change in contact resistance caused by passing a weak current, which is a problem to be solved by the battery AC impedance measurement method. Thereby, the structure of an apparatus can be simplified and workability | operativity can be improved greatly.

また、標準電池の各電池状態毎に求めた基準ＳＯＣカーブの形状を蓄積するＳＯＣデータベース１２２を参照して、基準ＳＯＣカーブに対して測定ＳＯＣカーブを照合しているので、電池の容量や劣化量を簡易的な方法で、かつ定量的に計測診断を行うことができる。電池劣化の状態を適切に推定することができるので、電池の余寿命を推定することができ、適切な電池システムを実現し、また保守することができる。   In addition, since the measured SOC curve is collated with the reference SOC curve with reference to the SOC database 122 that stores the shape of the reference SOC curve obtained for each battery state of the standard battery, the capacity and deterioration amount of the battery The measurement diagnosis can be performed quantitatively by a simple method. Since the state of battery deterioration can be estimated appropriately, the remaining battery life can be estimated, and an appropriate battery system can be realized and maintained.

本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、劣化判定対象の電池は、ニッケル水素電池を例示したが、リチウムイオン電池等の二次電池に幅広く適用できる。また、電池に限らず、電荷を蓄えるエネルギストレッジへの応用も可能である。さらに、燃料電池その他の電池の劣化判定に適用することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes other modifications and application examples without departing from the gist of the present invention described in the claims.
For example, although the nickel hydride battery has been exemplified as the battery to be deteriorated, it can be widely applied to secondary batteries such as lithium ion batteries. Moreover, the present invention can be applied not only to batteries but also to energy storage that stores electric charges. Furthermore, the present invention can be applied to deterioration determination of fuel cells and other cells.

また、電池状態判定方法、電池状態判定装置は、計算機能を独立したハードでもよいし、電池システムにおけるソフトウェアでもよい。また、電池状態判定方法、電池状態判定装置及びプログラムの計算、演算処理はコンピュータのプログラムでなくとも、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を用いてもよい。   The battery state determination method and the battery state determination device may be hardware with independent calculation functions or software in the battery system. Further, the battery state determination method, the battery state determination device, the calculation of the program, and the calculation process may use an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or the like instead of the computer program.

また、上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   Further, the above-described exemplary embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. . Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each exemplary embodiment.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、図６に示すように、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤ（Secure Digital）カード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Further, as shown in FIG. 6, each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software for interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. Information such as programs, tables, and files for realizing each function is stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), an IC (Integrated Circuit) card, an SD (Secure Digital) card, an optical disk, etc. It can be held on a recording medium. Further, in this specification, the processing steps describing time-series processing are not limited to processing performed in time series according to the described order, but are not necessarily performed in time series, either in parallel or individually. The processing (for example, parallel processing or object processing) is also included.
In addition, the control lines and information lines are those that are considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.

１０ 電池（対象電池）
２０ 充放電装置
３０ 温度計
１００ 電池状態判定装置
１１０ 交流インピーダンス測定装置
１１１ 電圧計
１１２ 電流計
１１３ 交流源
１１４ 複素インピーダンス計測部
１２０ 電池状態診断装置
１２１ 複素インピーダンス処理部
１２２ ＳＯＣデータベース
１２３ フィッティング処理部（照合部）
１２４ ＳＯＣ／ＳＯＨ処理部（劣化判定部）
10 Battery (target battery)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Charging / discharging apparatus 30 Thermometer 100 Battery state determination apparatus 110 AC impedance measurement apparatus 111 Voltmeter 112 Ammeter 113 AC source 114 Complex impedance measurement part 120 Battery state diagnostic apparatus 121 Complex impedance processing part 122 SOC database 123 Fitting process part (collation) Part)
124 SOC / SOH processing unit (deterioration determination unit)

Claims (9)

電池の温度及びこの時の電池の容量を表すＳＯＣを測定し、この測定条件下で、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データを入力し、インピーダンスの実数成分Ｚ′と虚数成分Ｚ″とで表される複素平面上にプロットしてコールコールプロット曲線を求める複素インピーダンス処理部と、
前記インピーダンス測定して得たコールコールプロット曲線の形状と、基準電池の温度及び電池の容量を表すＳＯＣの測定条件下で、前記基準電池の各電池状態毎に予め複数作成された基準コールコールプロット曲線の形状とを照合し、前記複数作成された基準コールコールプロット曲線の中から、前記測定したコールコールプロット曲線の形状が最も近い基準コールコールプロット曲線を統計的手法を用いて選び、当該選んだ基準コールコールプロット曲線を基に電池のＳＯＣ量を特定する照合部と、
を備えることを特徴とする電池状態判定装置。 The battery temperature and the SOC representing the battery capacity at this time are measured. Under this measurement condition, the battery impedance measurement data measured at a plurality of frequencies are input, and the real component Z ′ and the imaginary component Z ″ of the impedance are input. A complex impedance processing unit for plotting on a complex plane represented by
A plurality of reference Cole-Cole plots created in advance for each battery state of the reference battery under the SOC measurement conditions representing the shape of the Cole-Cole plot curve obtained by the impedance measurement and the temperature and capacity of the reference battery Compare the shape of the curve, select the reference Cole-Cole plot curve that is closest to the measured Cole-Cole plot curve shape from among the plurality of created Cole-Cole-Clot plot curves using a statistical method, and select A matching unit that identifies the SOC amount of the battery based on the reference Cole-Cole plot curve,
A battery state determination device comprising: 電池の温度及びこの時の電池の容量を表すＳＯＣを測定し、この測定条件下で、前記基準電池の各電池状態毎に予め複数作成した複数の基準コールコールプロット曲線の形状を蓄積するデータベースを備え、
前記照合部は、
前記データベースに蓄積された前記基準コールコールプロット曲線の中から、前記測定したコールコールプロット曲線の形状が最も近い基準コールコールプロット曲線を統計的手法を用いて選び、当該選んだ基準コールコールプロット曲線を基に電池のＳＯＣ量を特定する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池状態判定装置。 A database that accumulates the shapes of a plurality of reference Cole-Cole plot curves created in advance for each battery state of the reference battery under the measurement conditions is measured for the SOC indicating the battery temperature and the battery capacity at this time. Prepared,
The collation unit
From the reference Cole-Cole plot curves stored in the database, a reference Cole-Cole plot curve having the closest shape of the measured Cole-Cole plot curve is selected using a statistical method, and the selected reference Cole-Cole plot curve is selected. The battery state determination device according to claim 1, wherein the SOC amount of the battery is specified based on the battery. 前記照合部は、前記コールコールプロット曲線の形状の一部を照合する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池状態判定装置。 The battery state determination apparatus according to claim 1, wherein the collating unit collates a part of the shape of the Cole-Cole plot curve. 前記コールコールプロット曲線の形状の一部は、虚軸成分がゼロ位置の立ち上がりポイントから、測定周波数を下げることで上に凸となる曲線を描きながら立ち上がる立ち上がり部までの範囲である
ことを特徴とする請求項３に記載の電池状態判定装置。 Part of the shape of the Cole-Cole plot curve is a range from a rising point where the imaginary axis component is zero to a rising part that rises while drawing a curve that is convex upward by lowering the measurement frequency. The battery state determination device according to claim 3. 前記立ち上がり部は、前記立ち上がりポイントが測定周波数の１０００Ｈｚから立ち上がり、測定周波数の４Ｈｚまでの前記コールコールプロット曲線の形状である
ことを特徴とする請求項４に記載の電池状態判定装置。 5. The battery state determination device according to claim 4, wherein the rising portion has a shape of the Cole-Cole plot curve in which the rising point rises from a measurement frequency of 1000 Hz to a measurement frequency of 4 Hz. 前記フィッティング部は、
前記統計的手法として、マハラノビス距離を含む距離計算を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電池状態判定装置。 The fitting part is
The battery state determination apparatus according to claim 1, wherein a distance calculation including a Mahalanobis distance is used as the statistical method. 前記コールコールプロット曲線形状の照合により得られた前記電池ＳＯＣ量と所定閾値とを比較して、当該電池の劣化を判定する劣化判定部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電池状態判定装置。 7. A deterioration determination unit that compares the battery SOC amount obtained by collation of the Cole-Cole plot curve shape with a predetermined threshold and determines deterioration of the battery is provided. The battery state determination device according to one item. 前記劣化判定部は、
前記電池ＳＯＣ量が所定閾値より小さいとき、リフレッシュ指令を電池の充放電装置に出力し、
前記照合部は、
リフレッシュ後に再測定したコールコールプロット曲線の形状と、基準電池の各電池状態毎に予め複数作成された基準コールコールプロット曲線の形状とを照合し、前記複数作成された基準コールコールプロット曲線の中から、前記測定したコールコールプロット曲線の形状が最も近い基準コールコールプロット曲線を統計的手法を用いて選び、当該選んだ基準コールコールプロット曲線を基に電池のＳＯＣ量を特定する
ことを特徴とする請求項７に記載の電池状態判定装置。 The deterioration determination unit
When the battery SOC amount is smaller than a predetermined threshold, a refresh command is output to the battery charge / discharge device,
The collation unit
The shape of the Cole-Cole plot curve re-measured after refreshing is compared with the shape of a plurality of reference Cole-Cole plot curves created in advance for each battery state of the reference battery. A reference Cole-Cole plot curve having the closest shape to the measured Cole-Cole plot curve is selected using a statistical method, and the SOC amount of the battery is specified based on the selected reference Cole-Cole plot curve. The battery state determination device according to claim 7. 電池の温度及びこの時の電池の容量を表すＳＯＣを測定し、この測定条件下で、複数の周波数で測定された電池のインピーダンス測定データを入力し、インピーダンスの実数成分Ｚ′と虚数成分Ｚ″とで表される複素平面上にプロットしてコールコールプロット曲線を求めるステップと、
前記インピーダンス測定して得たコールコールプロット曲線の形状と、基準電池の温度及び電池の容量を表すＳＯＣの測定条件下で、前記基準電池の各電池状態毎に予め複数作成された基準コールコールプロット曲線の形状とを照合し、前記複数作成された基準コールコールプロット曲線の中から、前記測定したコールコールプロット曲線の形状が最も近い基準コールコールプロット曲線を統計的手法を用いて選び、当該選んだ基準コールコールプロット曲線を基に電池のＳＯＣ量を特定するステップと、
を有することを特徴とする電池状態判定方法。 The battery temperature and the SOC representing the battery capacity at this time are measured. Under this measurement condition, the battery impedance measurement data measured at a plurality of frequencies are input, and the real component Z ′ and the imaginary component Z ″ of the impedance are input. A step of obtaining a Cole-Cole plot curve by plotting on a complex plane represented by
A plurality of reference Cole-Cole plots created in advance for each battery state of the reference battery under the SOC measurement conditions representing the shape of the Cole-Cole plot curve obtained by the impedance measurement and the temperature and capacity of the reference battery Compare the shape of the curve, select the reference Cole-Cole plot curve that is closest to the measured Cole-Cole plot curve shape from among the plurality of created Cole-Cole-Clot plot curves using a statistical method, and select Determining the SOC of the battery based on the reference Cole-Cole plot curve;
The battery state determination method characterized by having.
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