JP2020041917A - Battery state measuring method and battery state measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池状態を測定する電池状態測定方法及び電池状態測定装置に関する。 The present invention relates to a battery state measuring method and a battery state measuring device for measuring a battery state.
電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用電源としては、エネルギー密度の高さからニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池が用いられている。
こうした二次電池の電池状態を測定するため、二次電池に対しインピーダンス解析を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
2. Description of the Related Art Nickel-metal hydride secondary batteries and lithium-ion secondary batteries are used as on-board power sources for electric vehicles and hybrid vehicles because of their high energy density.
In order to measure the battery state of such a secondary battery, a technique of performing impedance analysis on the secondary battery has been proposed (for example, see Patent Document 1).
特許文献１に記載のインピーダンスの測定装置は、インピーダンスの測定結果を結果解析しやすい形式で表示する。インピーダンスの測定装置は、被測定対象に交流負荷を接続し、このとき被測定対象の両端にかかる電圧と被測定対象から流れる電流とをもとにして被測定対象のインピーダンスを求める。インピーダンスの測定装置は、実数軸と虚数軸とで形成される複素平面と、この複素平面に交わるオプション軸とにより３次元空間を構成し、この３次元空間に複数の被測定対象のインピーダンスをそれぞれ３次元表示する。
The impedance measuring device described in
ところで、通常、電池のインピーダンスは、電池の通常の使用環境下において測定されて、通常の使用環境下における電池状態の判定に利用される。例えば、特許文献１に記載の測定装置等によれば、通常の使用環境下におけるインピーダンスが見やすく表示されることで電池状態を測定することができる。
By the way, usually, the impedance of a battery is measured under a normal use environment of the battery, and is used for determining a battery state under a normal use environment. For example, according to the measuring device described in
近年、電池状態をより詳細に把握するために、電池のインピーダンスの測定が、電池が通常の使用環境下にある場合に限られないなど、電池のインピーダンスに基づく電池状態の測定に改善の余地がある。 In recent years, in order to grasp the battery state in more detail, there is room for improvement in the measurement of the battery state based on the battery impedance, for example, the measurement of the battery impedance is not limited to the case where the battery is in a normal use environment. is there.
なお、こうした課題は、二次電池の電池状態の測定に限られるものではなく、一次電池の電池状態の測定においても同様である。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池状態をインピーダンス測定に基づいてより詳細に測定することのできる電池状態測定方法及び電池状態測定装置を提供することにある。
Note that such a problem is not limited to the measurement of the battery state of the secondary battery, and the same applies to the measurement of the battery state of the primary battery.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a battery state measuring method and a battery state measuring device capable of measuring a battery state in more detail based on impedance measurement. It is in.
上記課題を解決する電池状態測定方法は、電池の状態を測定する電池状態測定方法であって、前記電池の充電電気量を直流電流の充電又は放電により変化させながら、上限値と下限値とで区画される所定の周波数範囲を変化する測定周波数を有する交流電流を前記電池に印加することで変化する前記測定周波数に対応する過渡状態のインピーダンスを取得する過渡状態インピーダンス取得工程と、前記電池の充電電気量を維持しながら、前記測定周波数を有する前記交流電流を前記電池に印加することで前記測定周波数に対応する平衡状態のインピーダンスを取得する平衡状態インピーダンス取得工程と、前記過渡状態のインピーダンスに基づいて算出される電池状態と、前記平衡状態のインピーダンスに基づいて算出される電池状態とに基づいて過渡状態特有成分を算出する特有成分算出工程とを備える。 A battery state measurement method for solving the above-mentioned problem is a battery state measurement method for measuring a state of a battery, wherein an upper limit value and a lower limit value are changed while changing the amount of charge of the battery by charging or discharging a direct current. A transient state impedance obtaining step of obtaining an impedance in a transient state corresponding to the measurement frequency that changes by applying an alternating current having a measurement frequency that changes a predetermined frequency range to be divided to the battery; and charging the battery. A balanced state impedance acquiring step of acquiring the balanced state impedance corresponding to the measured frequency by applying the alternating current having the measured frequency to the battery while maintaining the amount of electricity, based on the impedance in the transient state And the battery state calculated based on the impedance in the equilibrium state. There and a specific component calculation step of calculating a transient specific component.
上記課題を解決する電池状態測定装置は、電池の状態を測定する電池状態測定装置であって、前記電池の充電電気量を直流電流の充電又は放電により変化させながら、上限値と下限値とで区画される所定の周波数範囲を変化する測定周波数を有する交流電流を前記電池に印加することで変化する前記測定周波数に対応する過渡状態のインピーダンスを取得する過渡状態インピーダンス取得部と、前記電池の充電電気量を維持しながら、前記測定周波数を有する前記交流電流を前記電池に印加することで前記測定周波数に対応する平衡状態のインピーダンスを取得する平衡状態インピーダンス取得部と、前記過渡状態のインピーダンスに基づいて算出される電池状態と、前記平衡状態のインピーダンスに基づいて算出される電池状態とに基づいて過渡状態特有成分を算出する特有成分算出部とを備える。 A battery state measurement device that solves the above-described problem is a battery state measurement device that measures the state of a battery, and changes an amount of charge of the battery by charging or discharging a DC current, with an upper limit value and a lower limit value. A transient state impedance acquisition unit that acquires a transient state impedance corresponding to the measurement frequency that changes by applying an alternating current having a measurement frequency that changes a predetermined frequency range to be divided to the battery, and charging the battery. While maintaining the amount of electricity, a balanced state impedance acquisition unit that acquires the balanced state impedance corresponding to the measured frequency by applying the alternating current having the measured frequency to the battery, based on the impedance in the transient state. And the battery state calculated based on the impedance in the equilibrium state. And a specific component calculating unit for calculating a transient specific component.
このような方法、又は構成によれば、電池が過渡状態であることに起因する電池状態を示す過渡状態特有成分が、過渡状態のインピーダンスと平衡状態のインピーダンスとに基づいて算出することができるようになる。これにより、インピーダンス測定に基づいて過渡状態における電池状態を測定することができる。 According to such a method or configuration, the transient state specific component indicating the battery state caused by the battery being in the transient state can be calculated based on the impedance in the transient state and the impedance in the equilibrium state. become. Thereby, the battery state in the transient state can be measured based on the impedance measurement.
好ましい方法として、前記過渡状態インピーダンス取得工程では、前記直流電流を矩形波とする。
このような方法によれば、電池の充電電気量の変化を算出するのが容易である。
As a preferred method, in the transient state impedance obtaining step, the DC current is a rectangular wave.
According to such a method, it is easy to calculate a change in the amount of charge of the battery.
好ましい方法として、前記過渡状態特有成分と前記電池の劣化を判定することのできる値である判定閾値とを比較して前記電池の電池状態を判定する判定工程を備える。
このような方法によれば、電池状態を、過渡状態特有成分と電池の劣化を測定することができる判定閾値とを比較することで判定することができる。
As a preferred method, the method includes a determination step of comparing the characteristic component of the transient state with a determination threshold value that can determine the deterioration of the battery to determine a battery state of the battery.
According to such a method, the battery state can be determined by comparing the component specific to the transient state with the determination threshold value at which deterioration of the battery can be measured.
好ましい方法として、前記過渡状態インピーダンス取得工程では、前記所定の周波数範囲を区画する下限値と上限値とのいずれか一方の値を始点、他方の値を終点としたとき、前記測定周波数を前記始点から前記終点の方向に変化させるとともに、前記終点の値に到達したことに応じて前記始点の値に戻すものであり、前記始点から前記終点までを１０秒以下の時間で変化させるとともに、前記終点から前記始点までを１０秒以下の時間で戻す。 As a preferred method, in the transient state impedance acquiring step, when one of the lower limit value and the upper limit value defining the predetermined frequency range is set as a start point, and the other value is set as an end point, the measured frequency is set as the start point. And in the direction of the end point, and returns to the value of the start point in response to reaching the value of the end point, while changing from the start point to the end point in a time of 10 seconds or less, the end point To the start point in less than 10 seconds.
このような方法によれば、測定周波数が始点から終点の方向に変化するので連続的な周波数特性を把握しやすい。また、測定周波数としても生成しやすく、測定しやすい。また、測定周波数を電池が過渡状態にある応答期間よりも短くなる間隔、例えば１０秒で繰り返して過渡状態のインピーダンスを測定することができる。 According to such a method, since the measurement frequency changes in the direction from the start point to the end point, continuous frequency characteristics can be easily grasped. It is also easy to generate as a measurement frequency and easy to measure. Also, the impedance in the transient state can be measured by repeating the measurement frequency at intervals shorter than the response period in which the battery is in the transient state, for example, 10 seconds.
好ましい方法として、前記過渡状態インピーダンス取得工程では、前記上限値が１０ｋＨｚ以下、及び前記下限値が１Ｈｚ以上であり、前記測定周波数を前記上限値から前記下限値への方向に変化させる。 As a preferable method, in the transient state impedance acquiring step, the upper limit value is 10 kHz or less and the lower limit value is 1 Hz or more, and the measurement frequency is changed from the upper limit value to the lower limit value.
このような方法によれば、電池が過渡状態であるうちに、同じ周波数のインピーダンスを複数回測定することができるようになる。これにより、電池が過渡状態であるときの過渡状態のインピーダンスを電池の充電電気量の変化毎に測定することができるようになる。 According to such a method, the impedance at the same frequency can be measured a plurality of times while the battery is in the transient state. This makes it possible to measure the impedance in the transient state when the battery is in the transient state for each change in the amount of charge of the battery.
好ましい方法として、前記直流電流の大きさは、前記交流電流の振幅の大きさの２５倍以上である。
このような方法によれば、直流電流で電池を過渡状態とさせることができるとともに、電池の過渡状態に影響の無い交流電流で過渡状態のインピーダンスを測定することができる。
As a preferred method, the magnitude of the direct current is at least 25 times the magnitude of the amplitude of the alternating current.
According to such a method, the battery can be brought into a transient state with a DC current, and the impedance in the transient state can be measured with an AC current that does not affect the transient state of the battery.
好ましい方法として、前記特有成分算出工程では、前記過渡状態のインピーダンスを等価回路にフィッティングさせて、前記過渡状態の前記電池に対応する前記過渡状態の前記等価回路を得るとともに、前記平衡状態のインピーダンスを等価回路にフィッティングさせて、前記平衡状態の前記電池に対応する前記平衡状態の前記等価回路を得るとともに、前記過渡状態の前記等価回路の抵抗成分と前記平衡状態の前記等価回路の抵抗成分とのうちの相互に対応する抵抗成分同士の差を前記過渡状態特有成分として算出する。 As a preferred method, in the specific component calculation step, the impedance in the transient state is fitted to an equivalent circuit to obtain the equivalent circuit in the transient state corresponding to the battery in the transient state, and the impedance in the equilibrium state is obtained. Fitting to the equivalent circuit to obtain the equilibrium equivalent circuit corresponding to the battery in the equilibrium state, and the resistance component of the equivalent circuit in the transient state and the resistance component of the equivalent circuit in the equilibrium state. The difference between the mutually corresponding resistance components is calculated as the transient state specific component.
このような方法によれば、過渡状態特有成分が過渡状態の等価回路の抵抗成分と平衡状態の等価回路の抵抗成分とのうちの相互に対応する抵抗成分同士の差から算出される。これにより、平衡状態に起因する要因を低減し、過渡状態における電池状態を抽出して測定することができるようになる。 According to such a method, the transient-state-specific component is calculated from the difference between mutually corresponding resistance components of the resistance component of the transient-state equivalent circuit and the resistance component of the equilibrium-state equivalent circuit. As a result, it is possible to reduce the factors caused by the equilibrium state and extract and measure the battery state in the transient state.
好ましい方法として、前記平衡状態の等価回路を、前記直流電流の充電又は放電により前記電池の充電電気量が変化する範囲内で選択した特定の充電電気量における等価回路とし、前記過渡状態の等価回路を、前記電池の充電電気量が前記特定の充電電気量であるときの等価回路とする。 As a preferred method, the equivalent circuit in the equilibrium state is an equivalent circuit in a specific charge amount selected within a range in which the charge amount of the battery changes due to the charging or discharging of the DC current, and the equivalent circuit in the transient state. Is an equivalent circuit when the charge amount of the battery is the specific charge amount.
このような方法によれば、電池の充電電気量が特定の充電電気量であるときの過渡状態の等価回路の抵抗成分と平衡状態の等価回路の抵抗成分とを対象とするので対応する抵抗成分同士の差を好適に算出することができる。 According to such a method, the resistance component of the equivalent circuit in the transient state and the resistance component of the equivalent circuit in the equilibrium state when the amount of charge of the battery is the specific amount of charge are targeted. It is possible to preferably calculate the difference between them.
好ましい方法として、前記特有成分算出工程では、前記測定周波数に含まれる各周波数と、前記各周波数にそれぞれ対応付けられた前記電池の充電電気量とに基づいて、前記電池の充電電気量が前記特定の充電電気量であるときの前記所定の周波数範囲に対する前記過渡状態のインピーダンスを推定し、前記推定した過渡状態のインピーダンスを前記等価回路にフィッティングさせて前記過渡状態の等価回路を得る。 As a preferred method, in the specific component calculation step, the amount of charge of the battery is determined based on each frequency included in the measurement frequency and the amount of charge of the battery associated with each of the frequencies. And estimating the impedance of the transient state with respect to the predetermined frequency range when the amount of charged electricity is, and fitting the estimated impedance of the transient state to the equivalent circuit to obtain an equivalent circuit of the transient state.
このような方法によれば、充電又は放電によって電池の充電電気量が変化するなかで測定される過渡状態のインピーダンスから、特定の充電電気量では測定できていない周波数における過渡状態のインピーダンスを推定することができる。よって、フィッティングにより得られる等価回路の抵抗成分の精度を高めることができる。 According to such a method, the impedance of the transient state at a frequency that cannot be measured with the specific amount of charge electricity is estimated from the impedance of the transient state measured while the charge amount of the battery changes due to charging or discharging. be able to. Therefore, the accuracy of the resistance component of the equivalent circuit obtained by the fitting can be improved.
本発明によれば、電池状態をインピーダンス測定に基づいてより詳細に測定することができる。 According to the present invention, the battery state can be measured in more detail based on the impedance measurement.
図１〜図１５に従って、電池状態測定方法及び電池状態測定装置を具体化した一実施形態について説明する。この電池状態測定方法及び電池状態測定装置は、車両に搭載される二次電池等の電池１０の電池状態の１つとして、電池１０の抵抗成分から得られる過渡状態特有成分を測定する。
One embodiment of a battery state measuring method and a battery state measuring device will be described with reference to FIGS. The battery state measuring method and the battery state measuring device measure a transient state specific component obtained from a resistance component of the
図１を参照して、電池１０の電池状態を測定する電池状態測定装置としての測定装置３０について説明する。測定装置３０は、電池１０の平衡状態のインピーダンス、過渡状態のインピーダンス、及び過渡状態特有成分を測定する。ここで、過渡状態特有成分とは、電池１０が充放電されている過渡状態にある場合にインピーダンス測定に基づいて得られる成分である。電池１０が一定の電圧に維持されている平衡状態にあるとき、電池１０の活物質は電気的に均一な状態にある。一方、電池１０が過渡状態にあるとき、電池１０の活物質は一時的に電気的に不均一な状態にある。すなわち、個々の活物質において、活物質の表面と内部とで電位等にむらがあったりする。一般的に、活物質における、こうした電位等のむらが素早く解消される場合、電池性能が良好である一方、電位等のむらの解消に時間を要する場合、電池性能が劣化していると判定することができる。そこで、本実施形態では、電池１０の過渡状態であるときに測定されるインピーダンスに基づいて得られる過渡状態特有成分に基づいて電池性能の劣化を判定する。
With reference to FIG. 1, a measuring
図１に示すように、測定装置３０には、電池１０の端子間に直流電流及び交流電流を供給する測定用充放電装置２０が接続されている。また測定装置３０には、電池１０の端子間の電圧を測定する電圧測定器２１と、測定用充放電装置２０と電池１０との間に流れる直流電流及び交流電流を測定する電流測定器２２とが接続されている。
As shown in FIG. 1, a measurement charge /
測定用充放電装置２０は、充電や放電によって電池１０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を調整する直流電流部２０Ａと、電池１０のインピーダンス測定用の交流電流を出力する交流電流部２０Ｂとを備える。ＳＯＣは、電池の総容量に対する充電電気量の割合［％］であることから「充電電気量＝電池の総容量×ＳＯＣ」の関係を有する。以下では、説明の便宜上、充電電気量とＳＯＣとの両方を用いて説明する。
The measurement charge /
測定用充放電装置２０は、直流電流部２０Ａの充放電電流に、交流電流部２０Ｂの交流電流を重畳させることができる。よって、測定用充放電装置２０は、測定装置３０に、充電又は放電が継続されている過渡状態の電池１０についての過渡的なインピーダンスである過渡状態インピーダンスを測定させることができる。
The charging / discharging
直流電流部２０Ａは、所定の電流量の直流電流で電池１０を充電する充電機能と、所定の電流量の直流電流を電池１０から放電させる放電機能とを有する。直流電流部２０Ａは、電池１０を充放電させる所定の電流量を、電池１０の定格の電流量（１Ｃ）よりも少ない電流量（例えば、０．１Ｃ）から、１Ｃよりも大きい電流量（例えば、１０Ｃや２０Ｃ）までの間で選択することができる。直流電流部２０Ａは、選択された所定の電流量を、図８（ａ）のグラフＬ３１に示される矩形波として、充放電の開始から終了まで継続して流すことができる。測定用充放電装置２０は、直流電流部２０Ａで１Ｃよりも大きな電流を電池１０に流すことによって、平衡状態のインピーダンスに対する差が大きい過渡状態のインピーダンスを測定することができるようになる。また、測定用充放電装置２０は、直流電流部２０Ａで１Ｃよりも大きな電流を電池１０に流すことによって電池１０が過渡状態である期間を長く維持することができる。なお、平衡状態のインピーダンスと過渡状態のインピーダンスとの差を大きくするためには、電池１０を１０Ｃ以上、好ましくは、２０Ｃ以上で充電するとよい。
The DC current unit 20A has a charging function of charging the
交流電流部２０Ｂは、交流インピーダンス測定用の交流電流を電池１０に供給する機能を有している。交流電流部２０Ｂは、設定された振幅、かつ、設定された周波数に対応する交流電流を生成して、この生成した交流電流を電池１０の端子間に印加することができる。また、交流電流部２０Ｂは、交流電流の周波数をスイープさせることができ、測定周波数を上限値と下限値とで区画される所定の周波数範囲内で上限値又は下限値に到達するまで一方向に変化させる。上限値と下限値とは、相違する値であって、相対的に上限値に高周波数が、下限値に低周波数が設定される。例えば、交流電流部２０Ｂは、所定の大きさの振幅を有する交流電流を、上限値である１０ｋＨｚから下限値である１Ｈｚまで、１０秒で変化する交流電流として出力する。
The AC
なお、交流電流は、１周期中には、周波数が変化しないことが好ましい。また、所定の周波数範囲は、過渡状態の電池１０のインピーダンスを測定することができるのであれば、上限値が１０ｋＨｚよりも高くてもよいし、下限値が１Ｈｚよりも低くてもよい。但し、下限値は、１周期中に、直流電流による過渡状態の程度を変化させない周波数以上であることが好ましい。また、下限値を低くすると測定に要する時間の増加が大きくなるため、電池１０を過渡状態に維持することのできる期間にもよるが、例えば、１Ｈｚ以上であることが好ましい。例えば、図５を参照して、測定周波数には、周波数が０．１Ｈｚ以下である「拡散領域ｄ」、及び、「反応抵抗領域ｃ」の周波数１Ｈｚ未満の部分が含まれず、一方、「反応抵抗領域ｃ」の周波数１Ｈｚ以上の部分、「回路抵抗領域ａ」、及び「溶液抵抗領域ｂ」が含まれる。
It is preferable that the frequency of the alternating current does not change during one cycle. In the predetermined frequency range, the upper limit value may be higher than 10 kHz or the lower limit value may be lower than 1 Hz as long as the impedance of the
測定用充放電装置２０は、過渡状態インピーダンスを測定することができるように、直流電流の電流量と、交流電流の振幅の大きさとが定められている。電池１０の種類や特性によって、充放電が過渡状態にある時間の長さが相違するが、例えば、測定用充放電装置２０では、直流電流の電流量は、交流電流の振幅の大きさの２倍以上であることよく、１０倍以上であると好ましく、２５倍以上であることより好ましい。
In the measurement charge /
測定用充放電装置２０は、測定装置３０によって直流電流の電流量や電圧、交流電流の振幅、電圧、周波数の上限値や下限値、スイープの期間等が設定される。また、測定用充放電装置２０は、測定装置３０から入力される直流電流の出力開始信号及び出力停止信号、交流電流の出力開始信号及び出力停止信号に応じて直流電流や交流電流の出力や停止を行う。
In the charging / discharging
逆に、測定用充放電装置２０は、出力する直流電流の設定値や現在値、出力する交流電流の設定値や現在値を測定装置３０に出力する。
電圧測定器２１は、電池１０の電極間に対して測定した交流電圧及び直流電圧に対応する電圧信号を測定装置３０に出力する。
Conversely, the charging / discharging device for
The
電流測定器２２は、測定用充放電装置２０と電池１０との間において測定した交流電流及び直流電流に対応する電流信号を測定装置３０に出力する。
測定装置３０は、電池１０の過渡状態特有成分を測定するとともに、測定結果に基づいて電池状態を判定する。測定装置３０は、電池１０の電池状態を表示したり、外部に出力したりしてもよい。例えば、外部の電池制御装置（図示略）は、測定装置３０から出力された電池１０の電池状態に応じた充放電制御を電池１０に対して行うようにしてもよい。
The
The measuring
測定装置３０は、電圧測定器２１から入力した電圧信号に基づいて電池１０の端子間電圧を取得し、電流測定器２２から入力した電流信号に基づいて測定用充放電装置２０と電池１０との間に流れる電流を取得する。測定装置３０は、測定用充放電装置２０から入力する信号から直流電流及び交流電流の設定情報等を取得する。
The measuring
測定装置３０は、電池１０の過渡状態特有成分を測定するための算出処理を行う処理部４０と、電池１０の過渡状態特有成分の測定に用いられるデータを保持する記憶部５０とを備える。
The measuring
記憶部５０は、ハードディスクやフラッシュメモリなどの不揮発性の記憶装置であり、各種データを保持する。本実施形態では、記憶部５０は、過渡状態特有成分を測定するために必要とされるパラメータ５１と電池状態の判定を行うための判定用データ５２とを保持している。判定用データ５２としては、予め実験や経験、理論的に定められた電池１０の劣化状態を過渡状態特有成分に基づいて判定する判定閾値（例えば図１５参照）等が設定されている。
The
処理部４０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されたマイクロコンピュータを含んで構成される。処理部４０は、測定装置３０が取得した電圧、電流、測定周波数等の情報を利用することができる。また、処理部４０は、記憶部５０と接続されており、記憶部５０との間でデータの授受が可能である。処理部４０は、例えばＲＯＭやＲＡＭに保持された各種プログラムをＣＰＵで実行することにより処理部４０における各種処理を実行する。
The
処理部４０は、電池１０のＳＯＣを調節するＳＯＣ調節部４１と、平衡状態である電池１０のインピーダンスを平衡状態インピーダンスとして測定する平衡状態インピーダンス測定部４２と、過渡状態である電池１０のインピーダンスを過渡状態インピーダンスとして測定する過渡状態インピーダンス測定部４３とを備える。なお、平衡状態インピーダンス測定部４２は、平衡状態インピーダンス取得部を構成し、過渡状態インピーダンス測定部４３は、過渡状態インピーダンス取得部を構成する。また、処理部４０は、ナイキスト線図を作成するナイキスト線図作成部４４と、インピーダンスの測定結果を等価回路にフィッティングして等価回路の抵抗成分を算出する特有成分算出部としてのパラメータ算出部４５と、電池状態を判定する判定部４８とを備える。
The
ＳＯＣ調節部４１は、電池１０のＳＯＣを、平衡状態インピーダンスの測定や過渡状態のインピーダンスの測定等に適切なＳＯＣ等に調整する。ＳＯＣ調節部４１は、測定用充放電装置２０に対して電流の充放電の指示を行うことで、電池１０を所定のＳＯＣに調整する。ＳＯＣ調節部４１は、電池１０を周知の方法で測定することでＳＯＣを算出したり、充放電している電気量の積算に基づいてＳＯＣを算出したりする。
The
平衡状態インピーダンス測定部４２は、電池１０が平衡状態である間に測定周波数で測定されたインピーダンスである平衡状態インピーダンスを測定する処理（平衡状態インピーダンス測定工程）を行う。平衡状態インピーダンス測定部４２は、電池１０が平衡状態となるように測定用充放電装置２０に直流電流の充放電を指示するとともに、測定用の交流電流の供給や停止を指示する。平衡状態インピーダンス測定部４２は、測定の開始から終了までの間に取得した電圧及び電流に基づいて電池１０のインピーダンスＺを測定する。インピーダンスＺの単位は［Ω］（オーム）である。インピーダンスＺは、そのベクトル成分である実数成分Ｚｒ［Ω］及び虚数成分Ｚｉ［Ω］によって式（１）のように示される。なお、「ｊ」は虚数単位である。以下、単位［Ω］は省略する。
The equilibrium
Ｚ＝Ｚｒ−ｊＺｉ…（１）
過渡状態インピーダンス測定部４３は、電池１０が過渡状態である間に測定周波数で繰り返し測定されたインピーダンスである過渡状態インピーダンスを測定する処理（過渡状態インピーダンス測定工程）を行う。過渡状態インピーダンス測定部４３は、電池１０が過渡状態となるように測定用充放電装置２０に直流電流の充放電を指示するとともに、測定用の交流電流の供給や停止を指示する。過渡状態インピーダンス測定部４３は、測定の開始から終了までの間に取得した電圧及び電流に基づいて電池１０のインピーダンスＺを測定する。
Z = Zr-jZi (1)
The transient state impedance measuring unit 43 performs a process of measuring a transient state impedance that is an impedance repeatedly measured at a measurement frequency while the
ナイキスト線図作成部４４は、測定周波数に含まれる複数の周波数のそれぞれのインピーダンスＺに基づいて、それらのベクトル成分である実数成分Ｚｒと虚数成分Ｚｉとからナイキスト線図を作成する。
The
図５に示すように、ナイキスト線図作成部４４は、横軸が実数軸、縦軸が虚数軸である複素平面にインピーダンス曲線Ｌ２１を作成する。なお、インピーダンス曲線Ｌ２１は、所定のＳＯＣに維持されている平衡状態の電池１０に対応するナイキスト線図の一例である。インピーダンス曲線Ｌ２１は、インピーダンスＺの実数成分Ｚｒ及び虚数成分Ｚｉの大きさが複素平面にプロットされたものである。このインピーダンス曲線Ｌ２１は、測定用充放電装置２０から電池１０に供給される交流電流の測定周波数を変化させて、周波数毎に測定されたインピーダンスＺによるものである。
As shown in FIG. 5, the
インピーダンス曲線Ｌ２１中の各点は測定周波数のうちの１つの周波数を示している。測定周波数は、図５において下側が高周波数側であり、上側が低周波数側である。インピーダンス曲線Ｌ２１は、電池１０のＳＯＣや電池温度によって変化する。また、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池といった電池種別によって変化する。さらに同じ電池種別でもセル数や容量等が異なる場合には変化する。
Each point in the impedance curve L21 indicates one of the measured frequencies. In FIG. 5, the lower side of the measurement frequency is the high frequency side, and the upper side is the low frequency side. The impedance curve L21 changes depending on the SOC of the
電池１０のインピーダンス曲線Ｌ２１は、電池１０の特性に対応する複数の領域に区分される。複数の領域は、測定周波数の高周波数側から低周波数側に向けて、「回路抵抗領域ａ」、「溶液抵抗領域ｂ」、「反応抵抗領域ｃ」、及び「拡散領域ｄ」に分けられる。
The impedance curve L21 of the
例えば、図５に示すインピーダンス曲線Ｌ２１によれば、「拡散領域ｄ」に対応する周波数範囲は「０．１Ｈｚ」以下であり、「反応抵抗領域ｃ」に対応する周波数範囲は「０．１Ｈｚ」より大きく「１００Ｈｚ」以下である。また、「溶液抵抗領域ｂ」に対応する周波数範囲は「１００Ｈｚ」及びその近傍、「回路抵抗領域ａ」に対応する周波数範囲は「１００Ｈｚ」よりも高い。 For example, according to the impedance curve L21 shown in FIG. 5, the frequency range corresponding to the “diffusion region d” is “0.1 Hz” or less, and the frequency range corresponding to the “reaction resistance region c” is “0.1 Hz”. It is larger than “100 Hz” or less. The frequency range corresponding to the “solution resistance region b” is “100 Hz” and its vicinity, and the frequency range corresponding to the “circuit resistance region a” is higher than “100 Hz”.
また、図１を参照して、ナイキスト線図作成部４４は、複素平面に作成した過渡応答インピーダンスのインピーダンス曲線Ｌ４１，Ｌ４２等（図９参照）を３次元で表す処理を行う。ナイキスト線図作成部４４は、複素平面に時間軸を追加する時間軸追加処理（図１０参照）、追加した時間軸をＳＯＣに変換する軸変換処理（図１１参照）、及び、特定のＳＯＣ（充電電気量）におけるナイキスト線図を推定する推定処理（図１２参照）を行う。
Referring to FIG. 1,
図１０に示すように、ナイキスト線図作成部４４は、時間軸追加処理では、測定時間を示す時間軸を追加することで複素平面を三次元化する。二次元の複数のインピーダンス曲線Ｌ４１，Ｌ４２（図９参照）を構成する測定点は、測定時間が過渡応答インピーダンスを測定するとき、併せて取得されている。例えば、測定周波数で過渡応答インピーダンスが９回測定されたとき、グラフには、時間ｔ０〜ｔ８から測定が開始されたナイキスト線図Ｌ５１〜Ｌ５９が表される。なお、ナイキスト線図Ｌ５０は、測定タイミングが測定結果に影響を及ぼさないため、複素平面で表現すれば充分であるときのインピーダンス曲線の例を示している。
As shown in FIG. 10, in the time axis addition processing, the
図１１に示すように、ナイキスト線図作成部４４は、軸変換処理では、時間軸の時間ｔ０〜ｔ８に、電池１０のＳＯＣの値ｃ０〜ｃ８を対応付ける。過渡状態のインピーダンス測定では、充放電される電流量が定まっているため、充放電の開始からの経過時間に対応する電池１０のＳＯＣを算出することができる。
As shown in FIG. 11, in the axis conversion process, the
図１１及び図１２に示すように、ナイキスト線図作成部４４は、推定処理では、ある特定のＳＯＣであるとき、測定周波数（上限値から下限値までの範囲）で測定される過渡応答インピーダンスを推定する。例えば、図１１において、ナイキスト線図Ｌ５１〜Ｌ５９は、相互に同一の周波数の測定点を線ＬＣで結ぶことで、２つの測定点の間にあるＳＯＣに対するインピーダンスを線ＬＣ上に推定させることができる。例えば、測定点を結んだ線ＬＣと各ＳＯＣに対応する複素平面に平行な平面との交点が、各ＳＯＣに対して推定された過渡応答のインピーダンス曲線Ｌ６として推定される。このようにして、特定のＳＯＣの値ｃｘに対応して推定された過渡応答のインピーダンス曲線Ｌ７１（図１２参照）が得られる。すなわち、過渡状態の電池１０に対して、測定周波数が繰り返されることで測定された過渡状態インピーダンスから、特定のＳＯＣにおけるインピーダンス曲線Ｌ７１（ナイキスト線図）が取得される。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the estimation process, the
パラメータ算出部４５は、等価回路ＧＣ（図６参照）を電池１０に対応する等価回路として設定する。パラメータ算出部４５は、等価回路ＧＣに、インピーダンスの測定結果をフィッティングさせることで、等価回路に設定された各種パラメータを算出する。また、パラメータ算出部４５は、平衡状態インピーダンスにフィッティングされた等価回路のパラメータと、過渡状態インピーダンスにフィッティングされた等価回路のパラメータとに基づいて過渡状態特有成分を取得する（特有成分算出工程）。等価回路のパラメータは、電池状態を示す一態様である。
The
図６に示すように、電池１０の特性を示す等価回路ＧＣの一例は、インダクタンスＬ１と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２及び容量Ｃ２の並列回路と、直列接続された抵抗Ｒ３及び拡散抵抗Ｗｏ１に並列接続された容量Ｃ１からなる並列回路とが直列接続された直列回路から構成されている。等価回路ＧＣの各受動素子の値がそれぞれ等価回路ＧＣのパラメータを構成している。
As shown in FIG. 6, an example of an equivalent circuit GC indicating the characteristics of the
フィッティング解析では、設定された等価回路ＧＣを、インピーダンス曲線（例えば、インピーダンス曲線Ｌ２１）にフィッティングさせる。このフィッティング解析によって、等価回路ＧＣの周波数応答をインピーダンス曲線に等価にさせるパラメータが等価回路ＧＣの各受動素子に設定される。 In the fitting analysis, the set equivalent circuit GC is fitted to an impedance curve (for example, an impedance curve L21). By this fitting analysis, parameters for making the frequency response of the equivalent circuit GC equivalent to the impedance curve are set for each passive element of the equivalent circuit GC.
また、図１４に示すように、パラメータ算出部４５は、過渡状態特有成分を取得する。パラメータ算出部４５は、特定のＳＯＣを定め、その定めた特定のＳＯＣにおける平衡状態インピーダンスにフィッティングされた等価回路ＧＣのパラメータを算出する。また、パラメータ算出部４５は、特定のＳＯＣに対して推定された過渡状態インピーダンスにフィッティングされた等価回路ＧＣのパラメータを算出する。そして、パラメータ算出部４５は、平衡状態インピーダンスに対応する等価回路ＧＣのパラメータと、過渡状態インピーダンスに対応する等価回路ＧＣのパラメータとの差に基づいて過渡状態特有成分を取得する。
Further, as shown in FIG. 14, the
例えば、パラメータ算出部４５は、図１４のグラフＬ８３に示すように、平衡状態インピーダンスに対応する等価回路ＧＣの抵抗Ｒ３の値と、過渡状態インピーダンスに対応する等価回路ＧＣの抵抗Ｒ３の値との差を過渡状態特有成分ΔＲ３として算出する。なお、同様に、パラメータ算出部４５は、図１４のグラフＬ８１に示すように、平衡状態インピーダンスに対応する等価回路ＧＣの抵抗Ｒ１の値と、過渡状態インピーダンスに対応する等価回路ＧＣの抵抗Ｒ１の値との差を過渡状態特有成分ΔＲ１として算出してもよい。また、パラメータ算出部４５は、図１４のグラフＬ８２に示すように、平衡状態インピーダンスに対応する等価回路ＧＣの抵抗Ｒ２の値と、過渡状態インピーダンスに対応する等価回路ＧＣの抵抗Ｒ２の値との差を過渡状態特有成分ΔＲ２として算出してもよい。
For example, as shown in a graph L83 of FIG. 14, the
図１に示すように、判定部４８は、過渡状態特有成分ΔＲ３と電池１０の劣化状態を判定する判定閾値とを比較して、過渡状態特有成分ΔＲ３が判定閾値以上であれば電池１０が劣化していると判定し、過渡状態特有成分ΔＲ３が判定閾値未満であれば電池１０が劣化していないと判定する。図１５のグラフＬ９１に示すように、電池１０は、使用期間が長くなったり、使用回数が増えたりすることで劣化が進行すると、過渡状態特有成分ΔＲ３（抵抗値）が高くなる傾向にある。つまり、電池１０は、過渡状態特有成分ΔＲ３の大きさが判定閾値未満であれば、使用が適切である使用ＯＫ範囲にあり、逆に、過渡状態特有成分ΔＲ３の大きさが判定閾値以上であれば、使用が不適切である使用ＮＧ範囲にあることとなる。このような判定閾値は、経験や実験より定められる。
As illustrated in FIG. 1, the
なお、判定部４８は、過渡状態特有成分ΔＲ２又は過渡状態特有成分ΔＲ１と、電池１０の劣化状態を判定する判定閾値とを比較して、電池１０の劣化を判定するようにしてもよい。このとき、図１４に示すように、等価回路ＧＣの各抵抗Ｒ３，Ｒ２，Ｒ１に対応する各過渡状態特有成分ΔＲ３，ΔＲ２，ΔＲ１は「ΔＲ３＞ΔＲ２＞ΔＲ１」の関係にある。よって、過渡状態特有成分ΔＲ３，ΔＲ２，ΔＲ１と比較する電池１０の劣化状態を判定する判定閾値も、各抵抗Ｒ３，Ｒ２，Ｒ１のそれぞれに対応する相互に異なる値として設定される。
The
また、測定装置３０は、電池状態の判定結果を電池１０の劣化に関する測定結果として外部に出力することができる。
次に、測定装置３０において、過渡状態特有成分の測定に基づいて行われる電池状態判定処理の手順を説明する。
In addition, the
Next, a procedure of a battery state determination process performed by the measuring
電池状態判定処理は、電池状態の判定が必要とされることに応じて、自動的に、又は外部からの指示に応じて開始される。また、電池状態は、電池１０が充電されるときであっても、放電されるときであっても同様に測定することができる。以下では、電池１０が放電されるときに電池状態を判定する場合について説明し、説明の便宜上、電池１０が充電されるときに電池状態を判定する場合についての説明は割愛する。
The battery state determination process is started automatically or in response to an external instruction when the determination of the battery state is required. Further, the battery state can be similarly measured whether the
図２に示すように、測定装置３０は、電池状態判定処理が開始されると、平衡状態インピーダンス取得工程（図２のステップＳ１０）と、過渡状態インピーダンス取得工程（図２のステップＳ１１）と、状態判定工程（図２のステップＳ１２）とを行う。
As shown in FIG. 2, when the battery state determination process is started, the measuring
図３に示すように、測定装置３０は、図２のステップＳ１０に示す平衡状態インピーダンス取得工程が開始されると、ＳＯＣ調節部４１で、電池１０のＳＯＣを取得し、電池１０のＳＯＣを、測定用のＳＯＣに調整するＳＯＣ調整工程（図３のステップＳ２０）を行う。測定装置３０は、電池１０のＳＯＣが測定用のＳＯＣに調整されると、平衡状態インピーダンス測定工程（図３のステップＳ２１）で平衡状態インピーダンスの測定を行う。測定装置３０は、平衡状態インピーダンスの測定では、特定のＳＯＣに調節された電池１０に平衡状態インピーダンス測定用の交流電流を印加させて、応答電圧を取得する。このとき印加される交流電流は、図４（ａ）のグラフＬ１１に示す交流電流であり、応答電圧は、図４（ｂ）のグラフＬ１２に示す電圧として得られる。なお、交流電流を印加するとき、充放電用の直流電流は印加しない。
As shown in FIG. 3, when the equilibrium state impedance acquisition step shown in step S10 of FIG. 2 is started, the measuring
図３に示すように、測定装置３０は、応答電圧を取得すると、電池１０のＳＯＣを再調整するか否かを判定する（図３のステップＳ２２）。測定用ＳＯＣは、例えば、４０％から６０％まで５％毎と設定されており、全ての測定用ＳＯＣについて平衡状態インピーダンスが測定されるまでＳＯＣの再調整が必要とされ、全ての測定用ＳＯＣについて平衡状態インピーダンスが測定されるとＳＯＣの再調整は不要である。
As shown in FIG. 3, upon acquiring the response voltage, the measuring
測定装置３０は、ＳＯＣ再調整が必要であると判定すると（図３のステップＳ２２でＹＥＳ）、処理をＳＯＣ調整工程に戻して、次の測定用ＳＯＣに調整された電池１０の平衡状態インピーダンスの測定を行う。
When measuring
測定装置３０は、ＳＯＣ再調整が不要であると判定すると（図３のステップＳ２２でＮＯ）、測定用ＳＯＣ毎のナイキスト線図の作成をナイキスト線図作成工程（図３のステップＳ２３）で行う。平衡状態インピーダンスから、図５のインピーダンス曲線Ｌ２１に示すようなナイキスト線図が作成される。また、測定装置３０は、作成されたナイキスト線図を解析して、図６に示す等価回路ＧＣにフィッティングさせることで等価回路ＧＣのパラメータを算出するパラメータ算出工程（フィッティング）を行う（図３のステップＳ２４）。そして、測定装置３０は、パラメータ算出工程が終了すると、平衡状態インピーダンス取得工程を終了する。
When determining that SOC readjustment is unnecessary (NO in step S22 in FIG. 3), measuring
次に、測定装置３０は、図２のステップＳ１１に示す過渡状態インピーダンス取得工程が開始する。
まず、図７に示すように、測定装置３０は、ＳＯＣ調節部４１で、電池１０のＳＯＣを取得し、電池１０のＳＯＣを必要に応じて調整するＳＯＣ調整工程（図７のステップＳ３０）を行う。測定装置３０は、ＳＯＣ調整工程で電池１０のＳＯＣが調整されると、過渡状態インピーダンス測定工程（図７のステップＳ３１）で過渡状態インピーダンスの測定を１サイクル分実行する。ここで、１サイクルは、交流電流の測定周波数が測定周波数の範囲を、始点としての上限値から終点としての下限値まで、始点から終点に向かう一方向に変化することである。過渡状態インピーダンスの測定では、電池１０に過渡状態インピーダンス測定用の交流電流を印加して、その応答電圧を取得する。このとき印加される交流電流は、図８（ａ）のグラフＬ３１に示す交流電流であり、直流電流を所定の電流量で放電しつつ、直流電流よりも小さい大きさの交流電流を重畳させた電流であり、応答電圧は、図８（ｂ）のグラフＬ３２に示す電圧として得られる。詳述すると、グラフＬ３２は、電池１０が所定の電流量の直流電流で放電されて電圧降下しつつ、測定用の交流電流に対する応答電圧が重畳した電圧として得られる。
Next, the measuring
First, as shown in FIG. 7, in the measuring
図７に示すように、過渡状態インピーダンス測定工程（図７のステップＳ３１）において、測定周波数の１サイクルが終了すると、次のサイクルを実行するか否かを判定する（図７のステップＳ３２）。サイクルは、電池１０が目標のＳＯＣに近づくまで繰り返し実行することができる。
As shown in FIG. 7, when one cycle of the measurement frequency is completed in the transient state impedance measurement step (Step S31 in FIG. 7), it is determined whether or not to execute the next cycle (Step S32 in FIG. 7). The cycle can be repeatedly executed until the
測定装置３０は、次のサイクルを実行すると判定したとき（図７のステップＳ３２でＹＥＳ）、図７のステップＳ３１に処理を移し、過渡状態インピーダンス測定工程（１サイクル）を実行する。
When determining that the next cycle is to be executed (YES in step S32 in FIG. 7), the measuring
一方、測定装置３０は、次のサイクルを実行しないと判定したとき（図７のステップＳ３２でＮＯ）、ナイキスト線図作成部４４で、ナイキスト線図の作成処理を行う（図７のステップＳ３３〜Ｓ３６）。
On the other hand, when measuring
詳述すると、測定装置３０は、ナイキスト線図の作成処理では、ナイキスト線図作成工程（二次元）（図７のステップＳ３３）と、時間軸を追加するナイキスト線図作成工程（時間軸追加）（図７のステップＳ３４）と、時間軸をＳＯＣ軸に変換するナイキスト線図作成工程（ＳＯＣ軸変換）（図７のステップＳ３５）とを実行する。また、測定装置３０は、平衡状態インピーダンスを測定したＳＯＣのうちから特定のＳＯＣを選択し、選択した特定のＳＯＣに対応するインピーダンス曲線を推定するナイキスト線図作成工程（同一ＳＯＣ推定）（図７のステップＳ３６）を実行する。
More specifically, in the Nyquist diagram creation process, the
図９に示すように、測定装置３０は、ナイキスト線図作成工程（二次元）（図７のステップＳ３３）では、サイクル毎に１つのナイキスト線図を作成する。例えば、図９のインピーダンス曲線Ｌ４１は、時間ｔ０（図１０参照）から開始したサイクルのナイキスト線図であり、インピーダンス曲線Ｌ４２は、時間ｔ８（図１０参照）から開始したサイクルのナイキスト線図である。そして、インピーダンス曲線Ｌ４１とインピーダンス曲線Ｌ４２とに挟まれる範囲には、時間ｔ１〜ｔ７のそれぞれから開始されたサイクルのナイキスト線図がそれぞれ配置される。
As shown in FIG. 9, in the Nyquist diagram creation process (two-dimensional) (step S33 in FIG. 7), the
図１０に示すように、測定装置３０は、ナイキスト線図作成工程（時間軸追加）（図７のステップＳ３４）では、図９で示したナイキスト線図に実数軸及び虚数軸に直交する時間軸を追加してナイキスト線図を三次元で表す。１サイクルにおいては、測定周波数が上限値から下限値まで移動するまで時間を要するため、ナイキスト線図Ｌ５１〜Ｌ５９は、周波数が低くなるにつれて時間が経過する方向に移動するグラフとなる。図１０において上方に曲がる曲線となる。なお、ナイキスト線図Ｌ５０は、時間経過を考慮しない場合の例である。
As shown in FIG. 10, in the Nyquist diagram creation step (time axis addition) (step S34 in FIG. 7), the measuring
図１１に示すように、測定装置３０は、ナイキスト線図作成工程（ＳＯＣ軸変換）（図７のステップＳ３５）では、時間軸をＳＯＣ軸に換算する。電池１０のＳＯＣは、測定開始時である時間ｔ０における電池１０のＳＯＣが値ｃ０であり、直流電流の放電量と時間ｔ０からの経過で算出される電気量を減算することで算出される。よって、図１１のナイキスト線図の時間軸には、放電電気量で変化するＳＯＣの値（例えば、値ｃ０〜ｃ８）を対応付けることができる。このとき、各ナイキスト線図Ｌ５１〜Ｌ５９の間を補完することで、測定されていないＳＯＣに対応するインピーダンスを推定する。
As shown in FIG. 11, the measuring
図１２に示すように、測定装置３０は、ナイキスト線図作成工程（同一ＳＯＣ推定）（図７のステップＳ３６）では、ＳＯＣを一定としたときの過渡応答インピーダンスに対応するナイキスト線図Ｌ６を作成し、これら作成したナイキスト線図Ｌ６から、測定対象とする特定のＳＯＣに対応するナイキスト線図Ｌ７１を選択する。これにより、ＳＯＣが変化する過渡状態の電池１０から測定された過渡状態インピーダンスから、特定のＳＯＣのナイキスト線図Ｌ７１が得られるようになる。
As shown in FIG. 12, the measuring
そして、図７に示すように、測定装置３０は、特定のＳＯＣに対して推定されたナイキスト線図を解析して、等価回路ＧＣ（図６参照）にフィッティングさせることで等価回路ＧＣの各パラメータを算出するパラメータ算出工程を行う（図７のステップＳ３７）。測定装置３０は、パラメータ算出工程が終了すると、過渡状態インピーダンス取得工程を終了する。
Then, as shown in FIG. 7, the measuring
次に、図２に示すように、電池１０の電池状態を判定する状態判定工程（図２のステップＳ１２）が開始される。
図１３に示すように、測定装置３０は、状態判定工程（図２のステップＳ１２）が開始されると、特定のＳＯＣに対応する、平衡状態インピーダンスに基づく等価回路ＧＣのパラメータ選択（図１３のステップＳ４０）と、過渡状態インピーダンスに基づく等価回路ＧＣのパラメータ選択（図１３のステップＳ４１）とを行う。
Next, as shown in FIG. 2, a state determination step (step S12 in FIG. 2) for determining the battery state of the
As shown in FIG. 13, when the state determination step (Step S12 in FIG. 2) is started, the measuring
次に、測定装置３０は、パラメータ算出部４５で、過渡状態特有の抵抗成分の算出を行う（図１３のステップＳ４２）。つまり、測定装置３０は、平衡状態の等価回路ＧＣの抵抗Ｒ３の値と、過渡状態の等価回路ＧＣの抵抗Ｒ３の値との差である過渡状態特有成分ΔＲ３を算出する（図１４参照）。
Next, in the
続いて、測定装置３０は、判定部４８で、電池状態の劣化を判定する状態判定処理を行う（図１３のステップＳ４３）。状態判定処理では、算出された過渡状態特有成分ΔＲ３が、電池の劣化指標として設定された判定閾値以上であれば電池が劣化していると判定し、判定閾値未満であれば電池は劣化していないと判定をする。
Subsequently, the measuring
そして、電池状態判定処理の手順が終了する。
次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）電池１０が過渡状態であることに起因する電池状態を示す過渡状態特有成分を、過渡状態のインピーダンスと平衡状態のインピーダンスとに基づいて算出することができる。これにより、インピーダンス測定に基づいて過渡状態における電池状態を測定することができる。
Then, the procedure of the battery state determination processing ends.
Next, effects of the present embodiment will be described.
(1) A transient state specific component indicating a battery state caused by the
（２）直流電流を矩形波とすることで電池の充電電気量の変化を算出するのが容易である。
（３）電池状態を、過渡状態特有成分と電池１０の劣化を測定することができる判定閾値とを比較することで判定することができる。
(2) It is easy to calculate the change in the amount of charge of the battery by making the DC current a rectangular wave.
(3) The battery state can be determined by comparing the transient state specific component with a determination threshold value at which deterioration of the
（４）測定周波数が始点（上限値）から終点（下限値）の方向に変化するので連続的な周波数特性を把握しやすい。また、測定周波数としても生成しやすく、測定しやすい。また、測定周波数を電池１０が過渡状態にある応答期間よりも短くなる間隔、例えば１０秒で繰り返して過渡状態のインピーダンスを測定することができる。
(4) Since the measurement frequency changes from the start point (upper limit) to the end point (lower limit), it is easy to grasp continuous frequency characteristics. It is also easy to generate as a measurement frequency and easy to measure. The impedance in the transient state can be measured by repeating the measurement frequency at intervals shorter than the response period in which the
（５）上限値を１０ｋＨｚ以下、下限値を１Ｈｚ以上とすることで、電池１０が過渡状態であるうちに、同じ周波数のインピーダンスを複数回測定することができるようになる。これにより、電池１０が過渡状態であるときの過渡状態のインピーダンスを電池１０の充電電気量の変化毎に測定することができるようになる。
(5) By setting the upper limit to 10 kHz or less and the lower limit to 1 Hz or more, impedance of the same frequency can be measured a plurality of times while the
（６）交流電流の振幅の大きさを、例えば２倍や１０倍、又は２５倍以上とすれば、直流電流で電池を過渡状態とさせることができるとともに、電池の過渡状態に影響の無い交流電流で過渡状態のインピーダンスを測定することができる。 (6) If the magnitude of the amplitude of the alternating current is set to, for example, twice, ten times, or 25 times or more, the battery can be brought into a transient state by the direct current, and the alternating current having no influence on the transient state of the battery can be obtained. The transient impedance can be measured by the current.
（７）過渡状態特有成分が過渡状態の等価回路ＧＣの抵抗成分と平衡状態の等価回路ＧＣの抵抗成分とのうちの相互に対応する抵抗成分同士（例えば、抵抗Ｒ３の値）の差（過渡状態特有成分ΔＲ３）として算出される。これにより、平衡状態に起因する要因を低減し、過渡状態における電池状態を抽出して測定することができるようになる。 (7) The difference (transient of the resistance component of the equivalent circuit GC in the transient state and the resistance component of the equivalent circuit GC in the equilibrium state) between the mutually corresponding resistance components (for example, the value of the resistor R3). It is calculated as a state-specific component ΔR3). As a result, it is possible to reduce the factors caused by the equilibrium state and extract and measure the battery state in the transient state.
（８）電池１０のＳＯＣが特定のＳＯＣであるときの過渡状態の等価回路ＧＣの抵抗成分と平衡状態の等価回路ＧＣの抵抗成分とを対象とするので対応する抵抗成分同士の差を好適に算出することができる。
(8) Since the resistance component of the equivalent circuit GC in the transient state and the resistance component of the equivalent circuit GC in the equilibrium state when the SOC of the
（９）充電又は放電によって電池１０のＳＯＣが変化するなかで測定される過渡状態のインピーダンスから、特定のＳＯＣでは測定できていない周波数における過渡状態のインピーダンスを推定することができる。よって、フィッティングにより得られる等価回路ＧＣの抵抗成分の精度を高めることができる。
(9) The transient impedance at a frequency that cannot be measured with a specific SOC can be estimated from the transient impedance measured while the SOC of the
（その他の実施形態）
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
(Other embodiments)
The present embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・電池の入出力性能の良否を、過渡状態特有の抵抗成分に基づいて判定してもよい。一般に、図１６のグラフＬ１０１に示すように、製品電池の入出力性能は、過渡状態特有の抵抗成分が低くなると「高く」なり、過渡状態特有の抵抗成分が高くなると「低く」なる。また、電池の入出力性能は、良好であるときの「ＯＫ領域」と、不良であるときの「ＮＧ領域」との間に閾値を設定することができる。このとき、電池の入出力性能は、過渡状態特有の抵抗成分が電池の入出力性能が良好となる低い値である場合、適切であると判定され、過渡状態特有の抵抗成分が電池の入出力性能が不良となる高い値である場合、不適切であると判定される。これにより、過渡状態特有成分に基づいて、製品電池の入出力性能を判定することができるようになる。 The quality of the input / output performance of the battery may be determined based on a resistance component unique to the transient state. In general, as shown in a graph L101 of FIG. 16, the input / output performance of the product battery becomes “high” when the resistance component specific to the transient state decreases, and “low” when the resistance component specific to the transient state increases. The threshold value of the input / output performance of the battery can be set between an “OK area” when the battery is good and an “NG area” when the battery is bad. At this time, the input / output performance of the battery is determined to be appropriate if the resistance component specific to the transient state is a low value at which the input / output performance of the battery is good, and the resistance component specific to the transient state is input / output of the battery. If the performance has a high value at which the performance is poor, it is determined to be inappropriate. As a result, the input / output performance of the product battery can be determined based on the transient state specific component.
・上記実施形態では、平衡状態インピーダンスを測定してから、過渡状態インピーダンスを測定する場合について例示したが、これに限らず、過渡状態インピーダンスを測定してから平衡状態インピーダンスを測定してもよいし、過渡状態インピーダンスと平衡状態インピーダンスとを交互に測定してもよい。 In the above embodiment, the case where the transient state impedance is measured after measuring the equilibrium state impedance is exemplified. However, the present invention is not limited to this, and the transient state impedance may be measured before measuring the equilibrium state impedance. Alternatively, the transient state impedance and the equilibrium state impedance may be measured alternately.
・上記実施形態において、電池１０は組電池であっても、単電池であってもよい。
・上記実施形態では、電池１０がリチウムイオン二次電池である場合について例示したが、これに限らず、電池は、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等のアルカリ二次電池であってもよい。また、電池は、一次電池であってもよい。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the case where the
・上記実施形態では、測定用充放電装置２０は、測定装置３０から入力される電流値や周波数範囲に応じた交流電流を出力する場合について例示した。しかしこれに限らず、測定装置からの指示によらず、測定用充放電装置は、所定の交流電流を所定の周波数範囲で変化させて出力してもよい。
In the above embodiment, the case where the measurement charge /
・上記実施形態では、測定用充放電装置２０は、交流電流部２０Ｂと、直流電流部２０Ａとを含んで構成されている場合について例示したが、これらの装置は別々に設けられていてもよい。
-In above-mentioned embodiment, although the case where the charging / discharging
・上記実施形態では、図６に示される構成を有する等価回路ＧＣが設定される場合について例示した。しかしこれに限らず、等価回路は、インピーダンスに基づいて電池を模式化することができる構成を有するものであればよい。 -In the said embodiment, the case where the equivalent circuit GC which has the structure shown in FIG. 6 was set was illustrated. However, the present invention is not limited to this, and the equivalent circuit may have any configuration that allows a battery to be modeled based on impedance.
・上記実施形態では、電池１０が車両に搭載される場合について例示した。この車両としては、電気自動車やハイブリッド自動車の他、バッテリーを搭載するガソリン自動車やディーゼル自動車なども含まれる。また、電池は、電源として必要とされるのであれば、自動車以外の移動体や、固定設置される電源として用いられてもよいし、モータ以外の電源として用いられてもよい。
-In above-mentioned embodiment, the case where the
１０…電池、２０…測定用充放電装置、２０Ａ…直流電流部、２０Ｂ…交流電流部、２１…電圧測定器、２２…電流測定器、３０…測定装置、４０…処理部、４１…ＳＯＣ調節部、４２…平衡状態インピーダンス測定部、４３…過渡状態インピーダンス測定部、４４…ナイキスト線図作成部、４５…パラメータ算出部、４８…判定部、５０…記憶部、５１…パラメータ、５２…判定用データ、Ｃ１，Ｃ２…容量、ＧＣ…等価回路、Ｌ１…インダクタンス、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗、Ｗｏ１…拡散抵抗。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記電池の充電電気量を直流電流の充電又は放電により変化させながら、上限値と下限値とで区画される所定の周波数範囲を変化する測定周波数を有する交流電流を前記電池に印加することで変化する前記測定周波数に対応する過渡状態のインピーダンスを取得する過渡状態インピーダンス取得工程と、
前記電池の充電電気量を維持しながら、前記測定周波数を有する前記交流電流を前記電池に印加することで前記測定周波数に対応する平衡状態のインピーダンスを取得する平衡状態インピーダンス取得工程と、
前記過渡状態のインピーダンスに基づいて算出される電池状態と、前記平衡状態のインピーダンスに基づいて算出される電池状態とに基づいて過渡状態特有成分を算出する特有成分算出工程とを備える
電池状態測定方法。 A battery state measurement method for measuring a state of a battery,
The charge amount of the battery is changed by charging or discharging a DC current, and the AC current having a measurement frequency that changes a predetermined frequency range defined by an upper limit and a lower limit is applied to the battery. A transient state impedance acquiring step of acquiring a transient state impedance corresponding to the measured frequency,
A balanced state impedance obtaining step of obtaining the balanced state impedance corresponding to the measured frequency by applying the alternating current having the measured frequency to the battery while maintaining the charge amount of the battery,
A battery state measuring method comprising: a battery state calculated based on the impedance in the transient state; and a characteristic component calculating step of calculating a transient state specific component based on the battery state calculated based on the impedance in the equilibrium state. .
請求項１に記載の電池状態測定方法。 The battery state measuring method according to claim 1, wherein, in the transient state impedance acquiring step, the DC current is a rectangular wave.
請求項１又２に記載の電池状態測定方法。 The battery state measurement method according to claim 1, further comprising: a determination step of comparing the characteristic component of the transient state with a determination threshold that is a value capable of determining deterioration of the battery to determine a battery state of the battery. .
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池状態測定方法。 In the transient state impedance acquiring step, when one of the lower limit value and the upper limit value that divide the predetermined frequency range is set as a start point, and the other value is set as an end point, the measured frequency is set at the end point from the start point. While changing in the direction, returning to the value of the start point in response to reaching the value of the end point, while changing from the start point to the end point in a time of 10 seconds or less, from the end point to the start point Is returned in a time of 10 seconds or less.
請求項４に記載の電池状態測定方法。 The battery state according to claim 4, wherein in the transient state impedance acquiring step, the upper limit value is equal to or less than 10 kHz, and the lower limit value is equal to or greater than 1 Hz, and the measurement frequency is changed from the upper limit value to the lower limit value. Measuring method.
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池状態測定方法。 The battery state measuring method according to any one of claims 1 to 5, wherein the magnitude of the DC current is 25 times or more the magnitude of the amplitude of the AC current.
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池状態測定方法。 In the specific component calculation step, the transient state impedance is fitted to an equivalent circuit to obtain the transient state equivalent circuit corresponding to the transient state battery, and the equilibrium state impedance is fitted to the equivalent circuit. Then, the equivalent circuit in the equilibrium state corresponding to the battery in the equilibrium state is obtained, and the resistance component of the equivalent circuit in the transient state and the resistance component of the equivalent circuit in the equilibrium state are mutually determined. The battery state measurement method according to claim 1, wherein a difference between corresponding resistance components is calculated as the transient state specific component.
前記過渡状態の等価回路を、前記電池の充電電気量が前記特定の充電電気量であるときの等価回路とする
請求項７に記載の電池状態測定方法。 The equilibrium circuit in the equilibrium state is an equivalent circuit in a specific charge amount selected within a range in which the charge amount of the battery changes by charging or discharging the DC current,
The battery state measuring method according to claim 7, wherein the equivalent circuit in the transient state is an equivalent circuit when the amount of charge of the battery is the specific amount of charge.
請求項８に記載の電池状態測定方法。 In the specific component calculation step, based on each frequency included in the measurement frequency and the amount of charge of the battery corresponding to each of the frequencies, the amount of charge of the battery is changed to the specific amount of charge of the battery. The battery state according to claim 8, wherein the impedance of the transient state with respect to the predetermined frequency range is estimated, and the estimated impedance of the transient state is fitted to the equivalent circuit to obtain the equivalent circuit of the transient state. Measuring method.
前記電池の充電電気量を直流電流の充電又は放電により変化させながら、上限値と下限値とで区画される所定の周波数範囲を変化する測定周波数を有する交流電流を前記電池に印加することで変化する前記測定周波数に対応する過渡状態のインピーダンスを取得する過渡状態インピーダンス取得部と、
前記電池の充電電気量を維持しながら、前記測定周波数を有する前記交流電流を前記電池に印加することで前記測定周波数に対応する平衡状態のインピーダンスを取得する平衡状態インピーダンス取得部と、
前記過渡状態のインピーダンスに基づいて算出される電池状態と、前記平衡状態のインピーダンスに基づいて算出される電池状態とに基づいて過渡状態特有成分を算出する特有成分算出部とを備える
電池状態測定装置。
A battery state measuring device for measuring a state of a battery,
The charge amount of the battery is changed by charging or discharging a DC current, and the AC current having a measurement frequency that changes a predetermined frequency range defined by an upper limit and a lower limit is applied to the battery. A transient state impedance acquisition unit that acquires a transient state impedance corresponding to the measurement frequency to be performed,
While maintaining the charge amount of the battery, a balanced-state impedance obtaining unit that obtains a balanced-state impedance corresponding to the measured frequency by applying the alternating current having the measured frequency to the battery,
A battery state measurement device comprising: a battery state calculated based on the impedance in the transient state; and a specific component calculation unit that calculates a transient state specific component based on the battery state calculated based on the impedance in the equilibrium state. .
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