電池劣化判定装置および方法
【課題】電池の劣化判定に用いる等価回路モデルの未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくする。
【解決手段】交流インピーダンス測定データを、抵抗ＲとＣＰＥ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、等価回路モデルの回路定数を求めるフィッティング部と、基準となる電池の交流インピーダンス測定データを、等価回路モデルにフィッティングして得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管部と、電池の劣化度と等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを、等価回路モデルにＰ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定部と、を備えた電池劣化判定装置。
【解決手段】交流インピーダンス測定データを、抵抗ＲとＣＰＥ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、等価回路モデルの回路定数を求めるフィッティング部と、基準となる電池の交流インピーダンス測定データを、等価回路モデルにフィッティングして得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管部と、電池の劣化度と等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを、等価回路モデルにＰ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定部と、を備えた電池劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池、燃料電池等の電池は、充電回数や使用環境、保存状態等によって劣化していき、やがて寿命を迎えて使用不能となる。このため、従来から電池の劣化度を判定する方法が種々提案されており、例えば、電池の交流インピーダンス測定データを電池の等価回路モデルにフィッティングして得られた回路定数に基づいて劣化度を判定する方法が知られている。
【０００３】
等価回路モデルは、図９に示すような抵抗Ｒ１にＲＣ並列回路ブロックを２段接続したＲＣ２段モデルが広く用いられている。ＲＣ並列回路ブロックにおいて未知の回路定数は１段につきＲとＣの２つであり、ＲＣ２段モデルであれば未知の回路定数が多くならず、フィッティングを容易に行なうことができる。
【０００４】
交流インピーダンス特性は、一般に、ナイキスト線図で複素インピーダンス特性として表わされるが、図１０に示すように、等価回路モデルとしてＲＣ２段モデルを用いた場合、つぶれた円弧状の複素インピーダンス特性を持つ電池に対して、フィッティング誤差が大きくなる傾向がある。ここで、本図において、破線は実際に測定された複素インピーダンス特性を示し、実線はＲＣ２段モデルにフィッティングして得られた回路定数による複素インピーダンス特性を示している。
【０００５】
現実の電池では、複素インピーダンス特性がきれいな半円状となることはまれであり、図１０の破線のようにつぶれた円弧状の複素インピーダンス特性となることも多い。このため、ＲＣ２段モデルにフィッティングして得られた回路定数に基づく劣化度の判定結果は、必ずしも十分な妥当性を有しているとは言い切れない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４１３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、ＲＣ並列回路ブロックを３段以上接続した等価回路を用いることで、つぶれた円弧状の複素インピーダンス特性に対してフィッティング誤差を小さくできる。しかし、その分フィッティングすべき未知の回路定数が増加することになる。
【０００８】
また、ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを１つ以上用いることで、つぶれた円弧状の交流インピーダンス特性に対してフィッティング誤差を小さくできることが知られている。ここで、ＣＰＥは、［数１］に示すようなインピーダンスＺCPEで表わされる非線形要素であり、回路定数としてＣＰＥ指数のＰとＣＰＥ定数のＴとが用いられる。
【数１】
【０００９】
例えば、図１１に示すようなＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを２段接続した等価回路モデルを用いることで、図１２に示すように、つぶれた円弧状の複素インピーダンス特性に対してフィッティング誤差を小さくできる。なお、図１２において、破線は実際に測定された複素インピーダンス特性を示し、実線はＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを２段接続した等価回路モデルにフィッティングして得られた回路定数による複素インピーダンス特性を示している。
【００１０】
しかし、ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックは１段についてフィッティングすべき未知の回路定数はＲとＰとＴの３つになり、２段モデルであっても、ＲＣ２段モデルと比較してフィッティングすべき未知の回路定数が増加する。
【００１１】
フィッティングすべき未知の回路定数が多くなると、フィッティング処理が煩雑化し、得られる解が複数存在して劣化判定が不能となったり困難となる場合がある。このため、等価回路モデルの未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくする技術が望まれている。
【００１２】
そこで、本発明は、電池の劣化判定に用いる等価回路モデルの未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である電池劣化判定装置は、交流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、前記等価回路モデルの回路定数を求めるフィッティング部と、基準となる電池の交流インピーダンス測定データを、前記等価回路モデルにフィッティングして得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管部と、電池の劣化度と前記等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを、前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、前記判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記劣化判定部は、前記得られた回路定数によるフィッティング誤差があらかじめ設定した基準値以上の場合は、前記判定対象電池が使用不適当である旨の判定を行なうことができる。
【００１５】
また、前記フィッティング部によるフィッティングに先立ち、回路定数の初期値を設定するフィッティング初期値設定部をさらに備え、前記フィッティング初期値設定部は、交流インピーダンス測定データをナイキスト線図に表わした場合に、Ｚｉｍ＝０となるゼロクロスポイントと、ｄＺｉｍ／ｄＺｒｅの周波数特性線図の変曲点およびゼロを用いた楕円近似を利用して回路定数の初期値を設定するようにしてもよい。
【００１６】
上記課題を解決するため本発明の第２の態様である電池劣化判定方法は、基準となる電池の交流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得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管ステップと、電池の劣化度と前記等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、前記判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、既知の劣化度の電池の交流インピーダンス測定データを前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数と前記既知の劣化度との相関を複数の劣化度について記録することで、前記データベースを作成するステップをさらに含めるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池の劣化判定に用いる等価回路モデルの未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電池劣化判定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】電池劣化判定装置の電池劣化判定動作の概要を示すフローチャートである。
【図３】電池劣化判定用等価回路モデルのＰ値を設定する処理の詳細な手順を説明するフローチャートである。
【図４】基準電池の交流インピーダンスを測定して得られたナイキスト線図の例を示す図である。
【図５】Ｐ２初期値、Ｐ３初期値の設定について説明する図である。
【図６】等価回路モデルの回路定数と劣化程度の相関データを作成する処理の詳細な手順を説明するフローチャートである。
【図７】回路定数と劣化度との相関例を示す図である。
【図８】判定対象電池の劣化判定処理の詳細な手順を説明するフローチャートである。
【図９】ＲＣ２段モデルの例を示す図である。
【図１０】測定値と、ＲＣ２段モデルのフィッティング結果とを説明する図である。
【図１１】ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを２段接続した等価回路モデルを示す図である。
【図１２】測定値と、ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを２段接続した等価回路モデルのフィッティング結果とを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電池劣化判定システムの構成を示すブロック図である。本図に示すように電池劣化判定システム１０は、電池劣化判定装置１００と、回路定数−劣化度相関データベース２００と、交流インピーダンス測定装置３００を備えて構成される。電池劣化判定システム１０は、これらを１台の装置として構成してもよいし、それぞれ独立した装置として構成してもよい。劣化判定対象の電池は、リチウムイオン電池等の二次電池が好適であるが、本発明は、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。さらには、電池のＳＯＣ（State Of Charge）判定に適用することも可能である。
【００２１】
本実施形態においては、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をフィッティングに用いるものとする。これにより、つぶれた円弧状の複素インピーダンス特性に対してフィッティング誤差を小さくする。
【００２２】
具体的には、図１１に示したように、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とＣＰＥ２とが並列になった回路ブロックと、抵抗Ｒ３とＣＰＥ３とが並列になった回路ブロックと、ＣＰＥ４と、抵抗Ｒ５とコイルＬ５とが並列になった回路ブロックとが接続された等価回路モデルを用いるものとする。ただし、本発明は、この等価回路モデルに限られず、抵抗ＲとＣＰＥとが並列になった回路ブロックを１つ以上含んだ等価回路モデルであればよい。
【００２３】
交流インピーダンス測定装置３００は、測定対象の電池４００の交流インピーダンスを測定し、測定結果を記録する装置であり、交流インピーダンス測定部３１０、交流インピーダンス測定条件設定部３２０、測定データ格納部３３０を備えている。交流インピーダンス測定部は、交流インピーダンス測定条件設定部３２０がユーザから受け付けた測定条件にしたがって、電池４００に交流電圧あるいは交流電流を印加し、電流あるいは電圧を測定することで交流インピーダンスを算出する。測定は複数の周波数について行ない、記憶領域である測定データ格納部３３０に、例えば、ナイキスト線図データとして格納する。
【００２４】
ただし、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。また、交流インピーダンスを測定せずに別途取得したナイキスト線図データを測定データ格納部３３０に格納するようにしてもよい。
【００２５】
回路定数−劣化度相関データベース２００は、等価回路パラメータの回路定数と電池の劣化度（容量劣化、出力劣化等）との相関関係を記録するデータベースである。劣化判定対象の電池の交流インピーダンスを測定し、得られた複素インピーダンス特性を等価回路モデルにフィッティングすることにより回路定数を取得し、回路定数−劣化度相関データベース２００を参照することで、電池の劣化判定を行なうことができる。
【００２６】
電池劣化判定装置１００は、コンピュータプログラムにしたがって動作を行なうＰＣ等の情報処理装置を用いて構成することができ、制御部１１０、入出力部１２０、フィッティング初期値設定部１３０、フィッティング部１４０、Ｐ値保管部１５０、劣化判定部１６０を備えている。
【００２７】
制御部１１０は、電池劣化判定装置１００の各機能部を後述するような手順で動作させることにより、電池劣化判定処理を制御する。入出力部１２０は、回路定数−劣化度相関データベース２００に対するデータ入出力、交流インピーダンス測定装置３００の測定データ格納部３３０からのデータ読込を制御するとともに、ユーザから操作・設定を受け付けたり、図示しない表示装置等に電池劣化判定結果等を出力する。
【００２８】
フィッティング初期値設定部１３０は、測定データ格納部３３０から取得したナイキスト線図データから、所定のアルゴリズムに基づいて等価回路モデルの回路定数のフィッティング初期値を設定する。
【００２９】
フィッティング部１４０は、フィッティング初期値設定部１３０が設定した初期値を用いて、等価回路モデルの回路定数のフィッティングを行なう。フィッティングアルゴリズムは既存の種々のアルゴリズムを採用することができる。
【００３０】
Ｐ値保管部１５０は、判定対象の電池の劣化判定処理に先立ち、あらかじめ所定の条件で取得したＰ値を保管する記憶領域である。
【００３１】
劣化判定部１６０は、回路定数−劣化度相関データベース２００を参照して、劣化度測定対象の電池の複素インピーダンス特性を等価回路モデルにフィッティングして得られた回路定数から電池の劣化度を判定する。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。
【００３２】
次に、本実施形態の電池劣化判定装置１００の電池劣化判定動作について説明する。図２は、電池劣化判定動作の概要を示すフローチャートである。
【００３３】
本実施形態では、まず、電池劣化判定用等価回路モデルのＰ値を設定する（Ｓ１０）。すなわち、実際の電池劣化判定に先立ち、等価回路モデルのＰ値を設定しておき、設定されたＰ値を固定値として等価回路モデルのフィッティングを行なう。これにより、ＣＰＥの未知の回路定数はＣＰＥ定数Ｔのみとなるため、ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを含んだ等価回路モデルであっても、未知の回路定数の数をＣＲ並列回路ブロックと同数にすることができる。したがって、未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくすることができる。
【００３４】
ここで、あらかじめ設定されたＰ値を用いて、劣化判定対象電池のフィッティングを行なうようにしているのは、Ｐ値は、同種の電池であれば、電池としての特性が大きく損なわれない程度の劣化度、ＳＯＣ、温度等にかかわらず、一定の値とみなせることが、実験的に確かめられたためである。
【００３５】
次に、劣化度が既知の電池の回路定数を、設定されたＰ値を固定値としたフィッティングにより求めて、等価回路モデルの回路定数と劣化程度との相関データを作成する（Ｓ２０）。相関データは、異なる劣化度について作成し、回路定数−劣化度相関データベース２００に記録する。
【００３６】
以降は、設定されたＰ値と、回路定数−劣化度相関データベース２００に記録された相関データに基づいて、判定対象電池の劣化判定を繰り返すことができる（Ｓ３０）。
【００３７】
これらの処理の詳細な手順について説明する。まず、電池劣化判定用等価回路モデルのＰ値を設定する処理（Ｓ１０）の詳細な手順について図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３８】
本処理では、Ｐ値を設定するための基準となる電池を用意し、解が複数になったり発散せずにＰ値を特定できる複素インピーダンスが得られる電池状態にコンディションニングする（Ｓ１０１）。解が複数になったり発散せずにＰ値を特定できる複素インピーダンス特性は、例えば、低周波領域方向で線が広がるような形状であり、一般に、所定の劣化状態や、温度が低い場合、ＳＯＣ（State Of Charge）が低い場合等に広がるような特性になる。上述のように、これらの条件が変化した場合であっても、Ｐ値は一定とみなせるため、フィッティングを容易に行なえる電池状態を任意に設定することができる。逆に、円弧が近接した複素インピーダンス特性は、フィッティングが発散する場合があるため、このような複素インピーダンス特性となる電池状態は避けるようにする。
【００３９】
そして、交流インピーダンス測定装置３００を用いて基準電池の交流インピーダンスを測定する（Ｓ１０２）。得られた測定データは、測定データ格納部３３０にナイキスト線図として格納する。
【００４０】
次に、得られた基準電池のナイキスト線図について、フィッティング初期値設定部１３０を用いて、フィッティング初期値を設定する（Ｓ１０３）。フィッティング初期値は、例えば、以下のようなアルゴリズムで設定することができる。なお、基準電池の交流インピーダンスの測定の結果、図４に示すようなナイキスト線図が得られたものとする。
【００４１】
Ｒ１初期値については、ナイキスト線図のゼロクロスポイントにおけるＺｒｅであるＺｒｅ０を求め、Ｚｒｅ０をＲ１初期値とする。
【００４２】
Ｐ２初期値、Ｐ３初期値については、図５に示すようなｄＺｉｍ（ｆ）／ＤＺｒｅ（ｆ）の周波数特性を求め、周波数の高い方からｄＺｉｍ（ｆ）／ＤＺｒｅ（ｆ）のゼロ、あるいは変曲点を探し、第１の周波数をｆ１、第２の周波数をｆ２とする。ただし、先に変曲点が現れた場合は、変曲点の周波数を使用し、ゼロは１回無視する。
【００４３】
そして、［数２］に示すように、ｄＺｉｍ（ｆ１）とＤＺｒｅ（ｆ１）−Ｚｒｅ０との比から、Ｐ２初期値を求める。
【数２】
【００４４】
次いで、Ｚｒｅが、Ｚｒｅ（ｆ２）−Ｚｉｍ（ｆ２）×３／４、Ｚｒｅ（ｆ２）−Ｚｉｍ（ｆ２）／４、Ｚｒｅ（ｆ２）＋Ｚｉｍ（ｆ２）／４、Ｚｒｅ（ｆ２）＋Ｚｉｍ（ｆ２）×３／４となる点のＺｉｍを求める。データ点がない場合は直線補間すればよい。
【００４５】
求められた４つのデータ点から、長軸がＺｒｅ方向と平行となる楕円を既存の方法で近似する。そして、求められた楕円の長軸長さをｂ、短軸長さをａとし、［数３］からＰ３初期値を求める。
【数３】
【００４６】
また、Ｒ２初期値は、Ｒ２＝（Ｚｒｅ（ｆ１）−Ｚｒｅ０）×２で求め、Ｔ２初期値は、Ｔ２＝１／［（２πｆ１）＾Ｐ２×Ｒ２］で求め、Ｒ３初期値は、Ｒ３＝ｂで求め、Ｔ３初期値は、Ｔ３＝１／［（２πｆ２）＾Ｐ３×Ｒ３］で求める。もちろん、他のアルゴリズムで各回路定数のフィッティング初期値を設定するようにしてもよい。
【００４７】
図３の説明に戻って、フィッティング用初期値が設定されると、フィッティング部１４０が、設定された初期値を用いて等価回路モデルのフィッティングを行なう（Ｓ１０４）。低周波領域方向で広がるような形状のナイキスト線図が得られるように基準電池をコンディショニングしているため、既存のアルゴリズムを用いてフィッティングすることにより、各回路定数を容易に求めることができる。
【００４８】
そして、フィッティングにより得られた回路定数のうち、Ｐ値（Ｐ２、Ｐ３）を、Ｐ値保管部１５０に格納し（Ｓ１０５）、電池劣化判定用等価回路モデルのＰ値を設定する処理（Ｓ１０）を終了する。
【００４９】
次に、等価回路モデルの回路定数と劣化程度の相関データを作成する処理（Ｓ２０）の詳細な手順について図６のフローチャートを参照して説明する。
【００５０】
まず、容量劣化や出力劣化等の劣化度が既知の電池を採択する（Ｓ２０１）。そして、採択された電池を劣化判定用のインピーダンス測定条件にコンディションニングし（Ｓ２０２）、交流インピーダンス測定装置３００を用いて交流インピーダンスを測定する（Ｓ２０３）。劣化判定用のインピーダンス測定条件は、所定の温度、所定のＳＯＣ等とすることができる。得られた測定データは、測定データ格納部３３０にナイキスト線図として格納する。
【００５１】
次に、得られた既知劣化度の電池のナイキスト線図について、フィッティング初期値設定部１３０を用いて、フィッティング初期値を設定する（Ｓ２０４）。フィッティング初期値は、上述の処理（Ｓ１０３）と同様のアルゴリズムで設定することができる。ただし、Ｐ値については固定値とするため初期値を算出する必要がない。
【００５２】
そして、フィッティング部１４０が、Ｐ値保管部１５０に保管されているＰ値を固定の回路定数とし、設定された初期値を用いて等価回路モデルのフィッティングを行なう（Ｓ２０５）。Ｐ値を固定の回路定数としているため、未知の回路定数がＲＣ２段モデルと同数である。したがって、既存のアルゴリズムを用いてフィッティングすることにより、各回路定数を容易に求めることができる。
【００５３】
求められた回路定数は、電池の既知の劣化度と関連付けて回路定数−劣化度相関データベース２００に相関データとして登録する（Ｓ２０６）。
【００５４】
以上の処理を、異なる劣化度の電池に対して繰り返し行ない（Ｓ２０７：Ｎｏ）、登録された相関データの個数が充足すると（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、等価回路モデルの回路定数と劣化程度の相関データを作成する処理（Ｓ２０）を終了する。図７は、回路定数Ｒ３と出力劣化量との相関例を示す図である。本図に示すように、等価回路モデルのＲは、充放電サイクルを繰り返すことによって大きくなることが知られている。
【００５５】
次に、判定対象電池の劣化判定処理（Ｓ３０）の詳細な手順について図８のフローチャートを参照して説明する。
【００５６】
まず、劣化判定対象電池を劣化判定用のインピーダンス測定条件にコンディションニングする（Ｓ３０１）。具体的には、温度、ＳＯＣ等を、等価回路モデルの回路定数と劣化程度の相関データを作成する処理（Ｓ２０）時と同等にコンディショニングする。
【００５７】
そして、交流インピーダンス測定装置３００を用いて判定対象電池の交流インピーダンスを測定する（Ｓ３０２）。得られた測定データは、測定データ格納部３３０にナイキスト線図として格納する。
【００５８】
次に、得られた判定対象電池のナイキスト線図について、フィッティング初期値設定部１３０を用いて、フィッティング初期値を設定する（Ｓ３０３）。フィッティング初期値は、上述の処理（Ｓ１０３）と同様のアルゴリズムで設定することができる。ただし、Ｐ値については固定値とするため初期値を算出する必要がない。
【００５９】
そして、フィッティング部１４０が、Ｐ値保管部１５０に保管されているＰ値を固定の回路定数とし、設定された初期値を用いて等価回路モデルのフィッティングを行なう（Ｓ３０４）。Ｐ値を固定の回路定数としているため、未知の回路定数がＲＣ２段モデルと同数である。したがって、既存のアルゴリズムを用いてフィッティングすることにより、各回路定数を容易に求めることができる。
【００６０】
そして、劣化判定部１６０が、回路定数−劣化度相関データベース２００を参照して、求められた回路定数から判定対象電池の劣化度を判定する（Ｓ３０５）。判定結果は、図示しない表示装置や印刷装置等に出力し（Ｓ３０６）、判定対象電池の劣化判定処理（Ｓ３０）を終了する。
【００６１】
なお、本実施形態ではフィッティング誤差を小さくすることができるが、電池の劣化が進んで使用不能状態となると、Ｐ値を含んだ特性が変動し、フィッティング誤差が大きくなる。
【００６２】
このため、劣化判定部１６０は、フィッティングの結果得られた回路定数を用いて算出された複素インピーダンス特性と、測定の結果得られた複素インピーダンス特性との２乗誤差を求め、２乗誤差があらかじめ設定した基準値以上となった場合には、その電池が使用不適当である旨の判定結果を、入出力部１２０を介して出力するようにしてもよい。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の劣化度判定は、抵抗ＲとＣＰＥとが並列になった回路ブロックを含んだ等価回路モデルを用いてフィッティングを行なっているため、フィッティング誤差を小さくすることができる。したがって、判定結果の妥当性を高めることができる。また、ＣＰＥの回路定数のうち、Ｐ値を固定値としているため、フィッティングすべき未知の回路定数をＲＣモデルと同等となり、容易にフィッティングを行なうことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…電池劣化判定システム
１００…電池劣化判定装置
１１０…制御部
１２０…入出力部
１３０…フィッティング初期値設定部
１４０…フィッティング部
１５０…Ｐ値保管部
１６０…劣化判定部
２００…回路定数−劣化度相関データベース
３００…交流インピーダンス測定装置
３１０…交流インピーダンス測定部
３２０…交流インピーダンス測定条件設定部
３３０…測定データ格納部
４００…電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池、燃料電池等の電池は、充電回数や使用環境、保存状態等によって劣化していき、やがて寿命を迎えて使用不能となる。このため、従来から電池の劣化度を判定する方法が種々提案されており、例えば、電池の交流インピーダンス測定データを電池の等価回路モデルにフィッティングして得られた回路定数に基づいて劣化度を判定する方法が知られている。
【０００３】
等価回路モデルは、図９に示すような抵抗Ｒ１にＲＣ並列回路ブロックを２段接続したＲＣ２段モデルが広く用いられている。ＲＣ並列回路ブロックにおいて未知の回路定数は１段につきＲとＣの２つであり、ＲＣ２段モデルであれば未知の回路定数が多くならず、フィッティングを容易に行なうことができる。
【０００４】
交流インピーダンス特性は、一般に、ナイキスト線図で複素インピーダンス特性として表わされるが、図１０に示すように、等価回路モデルとしてＲＣ２段モデルを用いた場合、つぶれた円弧状の複素インピーダンス特性を持つ電池に対して、フィッティング誤差が大きくなる傾向がある。ここで、本図において、破線は実際に測定された複素インピーダンス特性を示し、実線はＲＣ２段モデルにフィッティングして得られた回路定数による複素インピーダンス特性を示している。
【０００５】
現実の電池では、複素インピーダンス特性がきれいな半円状となることはまれであり、図１０の破線のようにつぶれた円弧状の複素インピーダンス特性となることも多い。このため、ＲＣ２段モデルにフィッティングして得られた回路定数に基づく劣化度の判定結果は、必ずしも十分な妥当性を有しているとは言い切れない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４１３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、ＲＣ並列回路ブロックを３段以上接続した等価回路を用いることで、つぶれた円弧状の複素インピーダンス特性に対してフィッティング誤差を小さくできる。しかし、その分フィッティングすべき未知の回路定数が増加することになる。
【０００８】
また、ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを１つ以上用いることで、つぶれた円弧状の交流インピーダンス特性に対してフィッティング誤差を小さくできることが知られている。ここで、ＣＰＥは、［数１］に示すようなインピーダンスＺCPEで表わされる非線形要素であり、回路定数としてＣＰＥ指数のＰとＣＰＥ定数のＴとが用いられる。
【数１】
【０００９】
例えば、図１１に示すようなＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを２段接続した等価回路モデルを用いることで、図１２に示すように、つぶれた円弧状の複素インピーダンス特性に対してフィッティング誤差を小さくできる。なお、図１２において、破線は実際に測定された複素インピーダンス特性を示し、実線はＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを２段接続した等価回路モデルにフィッティングして得られた回路定数による複素インピーダンス特性を示している。
【００１０】
しかし、ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックは１段についてフィッティングすべき未知の回路定数はＲとＰとＴの３つになり、２段モデルであっても、ＲＣ２段モデルと比較してフィッティングすべき未知の回路定数が増加する。
【００１１】
フィッティングすべき未知の回路定数が多くなると、フィッティング処理が煩雑化し、得られる解が複数存在して劣化判定が不能となったり困難となる場合がある。このため、等価回路モデルの未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくする技術が望まれている。
【００１２】
そこで、本発明は、電池の劣化判定に用いる等価回路モデルの未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である電池劣化判定装置は、交流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、前記等価回路モデルの回路定数を求めるフィッティング部と、基準となる電池の交流インピーダンス測定データを、前記等価回路モデルにフィッティングして得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管部と、電池の劣化度と前記等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを、前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、前記判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記劣化判定部は、前記得られた回路定数によるフィッティング誤差があらかじめ設定した基準値以上の場合は、前記判定対象電池が使用不適当である旨の判定を行なうことができる。
【００１５】
また、前記フィッティング部によるフィッティングに先立ち、回路定数の初期値を設定するフィッティング初期値設定部をさらに備え、前記フィッティング初期値設定部は、交流インピーダンス測定データをナイキスト線図に表わした場合に、Ｚｉｍ＝０となるゼロクロスポイントと、ｄＺｉｍ／ｄＺｒｅの周波数特性線図の変曲点およびゼロを用いた楕円近似を利用して回路定数の初期値を設定するようにしてもよい。
【００１６】
上記課題を解決するため本発明の第２の態様である電池劣化判定方法は、基準となる電池の交流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得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管ステップと、電池の劣化度と前記等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、前記判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、既知の劣化度の電池の交流インピーダンス測定データを前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数と前記既知の劣化度との相関を複数の劣化度について記録することで、前記データベースを作成するステップをさらに含めるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池の劣化判定に用いる等価回路モデルの未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電池劣化判定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】電池劣化判定装置の電池劣化判定動作の概要を示すフローチャートである。
【図３】電池劣化判定用等価回路モデルのＰ値を設定する処理の詳細な手順を説明するフローチャートである。
【図４】基準電池の交流インピーダンスを測定して得られたナイキスト線図の例を示す図である。
【図５】Ｐ２初期値、Ｐ３初期値の設定について説明する図である。
【図６】等価回路モデルの回路定数と劣化程度の相関データを作成する処理の詳細な手順を説明するフローチャートである。
【図７】回路定数と劣化度との相関例を示す図である。
【図８】判定対象電池の劣化判定処理の詳細な手順を説明するフローチャートである。
【図９】ＲＣ２段モデルの例を示す図である。
【図１０】測定値と、ＲＣ２段モデルのフィッティング結果とを説明する図である。
【図１１】ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを２段接続した等価回路モデルを示す図である。
【図１２】測定値と、ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを２段接続した等価回路モデルのフィッティング結果とを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電池劣化判定システムの構成を示すブロック図である。本図に示すように電池劣化判定システム１０は、電池劣化判定装置１００と、回路定数−劣化度相関データベース２００と、交流インピーダンス測定装置３００を備えて構成される。電池劣化判定システム１０は、これらを１台の装置として構成してもよいし、それぞれ独立した装置として構成してもよい。劣化判定対象の電池は、リチウムイオン電池等の二次電池が好適であるが、本発明は、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。さらには、電池のＳＯＣ（State Of Charge）判定に適用することも可能である。
【００２１】
本実施形態においては、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をフィッティングに用いるものとする。これにより、つぶれた円弧状の複素インピーダンス特性に対してフィッティング誤差を小さくする。
【００２２】
具体的には、図１１に示したように、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とＣＰＥ２とが並列になった回路ブロックと、抵抗Ｒ３とＣＰＥ３とが並列になった回路ブロックと、ＣＰＥ４と、抵抗Ｒ５とコイルＬ５とが並列になった回路ブロックとが接続された等価回路モデルを用いるものとする。ただし、本発明は、この等価回路モデルに限られず、抵抗ＲとＣＰＥとが並列になった回路ブロックを１つ以上含んだ等価回路モデルであればよい。
【００２３】
交流インピーダンス測定装置３００は、測定対象の電池４００の交流インピーダンスを測定し、測定結果を記録する装置であり、交流インピーダンス測定部３１０、交流インピーダンス測定条件設定部３２０、測定データ格納部３３０を備えている。交流インピーダンス測定部は、交流インピーダンス測定条件設定部３２０がユーザから受け付けた測定条件にしたがって、電池４００に交流電圧あるいは交流電流を印加し、電流あるいは電圧を測定することで交流インピーダンスを算出する。測定は複数の周波数について行ない、記憶領域である測定データ格納部３３０に、例えば、ナイキスト線図データとして格納する。
【００２４】
ただし、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。また、交流インピーダンスを測定せずに別途取得したナイキスト線図データを測定データ格納部３３０に格納するようにしてもよい。
【００２５】
回路定数−劣化度相関データベース２００は、等価回路パラメータの回路定数と電池の劣化度（容量劣化、出力劣化等）との相関関係を記録するデータベースである。劣化判定対象の電池の交流インピーダンスを測定し、得られた複素インピーダンス特性を等価回路モデルにフィッティングすることにより回路定数を取得し、回路定数−劣化度相関データベース２００を参照することで、電池の劣化判定を行なうことができる。
【００２６】
電池劣化判定装置１００は、コンピュータプログラムにしたがって動作を行なうＰＣ等の情報処理装置を用いて構成することができ、制御部１１０、入出力部１２０、フィッティング初期値設定部１３０、フィッティング部１４０、Ｐ値保管部１５０、劣化判定部１６０を備えている。
【００２７】
制御部１１０は、電池劣化判定装置１００の各機能部を後述するような手順で動作させることにより、電池劣化判定処理を制御する。入出力部１２０は、回路定数−劣化度相関データベース２００に対するデータ入出力、交流インピーダンス測定装置３００の測定データ格納部３３０からのデータ読込を制御するとともに、ユーザから操作・設定を受け付けたり、図示しない表示装置等に電池劣化判定結果等を出力する。
【００２８】
フィッティング初期値設定部１３０は、測定データ格納部３３０から取得したナイキスト線図データから、所定のアルゴリズムに基づいて等価回路モデルの回路定数のフィッティング初期値を設定する。
【００２９】
フィッティング部１４０は、フィッティング初期値設定部１３０が設定した初期値を用いて、等価回路モデルの回路定数のフィッティングを行なう。フィッティングアルゴリズムは既存の種々のアルゴリズムを採用することができる。
【００３０】
Ｐ値保管部１５０は、判定対象の電池の劣化判定処理に先立ち、あらかじめ所定の条件で取得したＰ値を保管する記憶領域である。
【００３１】
劣化判定部１６０は、回路定数−劣化度相関データベース２００を参照して、劣化度測定対象の電池の複素インピーダンス特性を等価回路モデルにフィッティングして得られた回路定数から電池の劣化度を判定する。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。
【００３２】
次に、本実施形態の電池劣化判定装置１００の電池劣化判定動作について説明する。図２は、電池劣化判定動作の概要を示すフローチャートである。
【００３３】
本実施形態では、まず、電池劣化判定用等価回路モデルのＰ値を設定する（Ｓ１０）。すなわち、実際の電池劣化判定に先立ち、等価回路モデルのＰ値を設定しておき、設定されたＰ値を固定値として等価回路モデルのフィッティングを行なう。これにより、ＣＰＥの未知の回路定数はＣＰＥ定数Ｔのみとなるため、ＲとＣＰＥとの並列回路ブロックを含んだ等価回路モデルであっても、未知の回路定数の数をＣＲ並列回路ブロックと同数にすることができる。したがって、未知の回路定数を増やすことなくフィッティング誤差を小さくすることができる。
【００３４】
ここで、あらかじめ設定されたＰ値を用いて、劣化判定対象電池のフィッティングを行なうようにしているのは、Ｐ値は、同種の電池であれば、電池としての特性が大きく損なわれない程度の劣化度、ＳＯＣ、温度等にかかわらず、一定の値とみなせることが、実験的に確かめられたためである。
【００３５】
次に、劣化度が既知の電池の回路定数を、設定されたＰ値を固定値としたフィッティングにより求めて、等価回路モデルの回路定数と劣化程度との相関データを作成する（Ｓ２０）。相関データは、異なる劣化度について作成し、回路定数−劣化度相関データベース２００に記録する。
【００３６】
以降は、設定されたＰ値と、回路定数−劣化度相関データベース２００に記録された相関データに基づいて、判定対象電池の劣化判定を繰り返すことができる（Ｓ３０）。
【００３７】
これらの処理の詳細な手順について説明する。まず、電池劣化判定用等価回路モデルのＰ値を設定する処理（Ｓ１０）の詳細な手順について図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３８】
本処理では、Ｐ値を設定するための基準となる電池を用意し、解が複数になったり発散せずにＰ値を特定できる複素インピーダンスが得られる電池状態にコンディションニングする（Ｓ１０１）。解が複数になったり発散せずにＰ値を特定できる複素インピーダンス特性は、例えば、低周波領域方向で線が広がるような形状であり、一般に、所定の劣化状態や、温度が低い場合、ＳＯＣ（State Of Charge）が低い場合等に広がるような特性になる。上述のように、これらの条件が変化した場合であっても、Ｐ値は一定とみなせるため、フィッティングを容易に行なえる電池状態を任意に設定することができる。逆に、円弧が近接した複素インピーダンス特性は、フィッティングが発散する場合があるため、このような複素インピーダンス特性となる電池状態は避けるようにする。
【００３９】
そして、交流インピーダンス測定装置３００を用いて基準電池の交流インピーダンスを測定する（Ｓ１０２）。得られた測定データは、測定データ格納部３３０にナイキスト線図として格納する。
【００４０】
次に、得られた基準電池のナイキスト線図について、フィッティング初期値設定部１３０を用いて、フィッティング初期値を設定する（Ｓ１０３）。フィッティング初期値は、例えば、以下のようなアルゴリズムで設定することができる。なお、基準電池の交流インピーダンスの測定の結果、図４に示すようなナイキスト線図が得られたものとする。
【００４１】
Ｒ１初期値については、ナイキスト線図のゼロクロスポイントにおけるＺｒｅであるＺｒｅ０を求め、Ｚｒｅ０をＲ１初期値とする。
【００４２】
Ｐ２初期値、Ｐ３初期値については、図５に示すようなｄＺｉｍ（ｆ）／ＤＺｒｅ（ｆ）の周波数特性を求め、周波数の高い方からｄＺｉｍ（ｆ）／ＤＺｒｅ（ｆ）のゼロ、あるいは変曲点を探し、第１の周波数をｆ１、第２の周波数をｆ２とする。ただし、先に変曲点が現れた場合は、変曲点の周波数を使用し、ゼロは１回無視する。
【００４３】
そして、［数２］に示すように、ｄＺｉｍ（ｆ１）とＤＺｒｅ（ｆ１）−Ｚｒｅ０との比から、Ｐ２初期値を求める。
【数２】
【００４４】
次いで、Ｚｒｅが、Ｚｒｅ（ｆ２）−Ｚｉｍ（ｆ２）×３／４、Ｚｒｅ（ｆ２）−Ｚｉｍ（ｆ２）／４、Ｚｒｅ（ｆ２）＋Ｚｉｍ（ｆ２）／４、Ｚｒｅ（ｆ２）＋Ｚｉｍ（ｆ２）×３／４となる点のＺｉｍを求める。データ点がない場合は直線補間すればよい。
【００４５】
求められた４つのデータ点から、長軸がＺｒｅ方向と平行となる楕円を既存の方法で近似する。そして、求められた楕円の長軸長さをｂ、短軸長さをａとし、［数３］からＰ３初期値を求める。
【数３】
【００４６】
また、Ｒ２初期値は、Ｒ２＝（Ｚｒｅ（ｆ１）−Ｚｒｅ０）×２で求め、Ｔ２初期値は、Ｔ２＝１／［（２πｆ１）＾Ｐ２×Ｒ２］で求め、Ｒ３初期値は、Ｒ３＝ｂで求め、Ｔ３初期値は、Ｔ３＝１／［（２πｆ２）＾Ｐ３×Ｒ３］で求める。もちろん、他のアルゴリズムで各回路定数のフィッティング初期値を設定するようにしてもよい。
【００４７】
図３の説明に戻って、フィッティング用初期値が設定されると、フィッティング部１４０が、設定された初期値を用いて等価回路モデルのフィッティングを行なう（Ｓ１０４）。低周波領域方向で広がるような形状のナイキスト線図が得られるように基準電池をコンディショニングしているため、既存のアルゴリズムを用いてフィッティングすることにより、各回路定数を容易に求めることができる。
【００４８】
そして、フィッティングにより得られた回路定数のうち、Ｐ値（Ｐ２、Ｐ３）を、Ｐ値保管部１５０に格納し（Ｓ１０５）、電池劣化判定用等価回路モデルのＰ値を設定する処理（Ｓ１０）を終了する。
【００４９】
次に、等価回路モデルの回路定数と劣化程度の相関データを作成する処理（Ｓ２０）の詳細な手順について図６のフローチャートを参照して説明する。
【００５０】
まず、容量劣化や出力劣化等の劣化度が既知の電池を採択する（Ｓ２０１）。そして、採択された電池を劣化判定用のインピーダンス測定条件にコンディションニングし（Ｓ２０２）、交流インピーダンス測定装置３００を用いて交流インピーダンスを測定する（Ｓ２０３）。劣化判定用のインピーダンス測定条件は、所定の温度、所定のＳＯＣ等とすることができる。得られた測定データは、測定データ格納部３３０にナイキスト線図として格納する。
【００５１】
次に、得られた既知劣化度の電池のナイキスト線図について、フィッティング初期値設定部１３０を用いて、フィッティング初期値を設定する（Ｓ２０４）。フィッティング初期値は、上述の処理（Ｓ１０３）と同様のアルゴリズムで設定することができる。ただし、Ｐ値については固定値とするため初期値を算出する必要がない。
【００５２】
そして、フィッティング部１４０が、Ｐ値保管部１５０に保管されているＰ値を固定の回路定数とし、設定された初期値を用いて等価回路モデルのフィッティングを行なう（Ｓ２０５）。Ｐ値を固定の回路定数としているため、未知の回路定数がＲＣ２段モデルと同数である。したがって、既存のアルゴリズムを用いてフィッティングすることにより、各回路定数を容易に求めることができる。
【００５３】
求められた回路定数は、電池の既知の劣化度と関連付けて回路定数−劣化度相関データベース２００に相関データとして登録する（Ｓ２０６）。
【００５４】
以上の処理を、異なる劣化度の電池に対して繰り返し行ない（Ｓ２０７：Ｎｏ）、登録された相関データの個数が充足すると（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、等価回路モデルの回路定数と劣化程度の相関データを作成する処理（Ｓ２０）を終了する。図７は、回路定数Ｒ３と出力劣化量との相関例を示す図である。本図に示すように、等価回路モデルのＲは、充放電サイクルを繰り返すことによって大きくなることが知られている。
【００５５】
次に、判定対象電池の劣化判定処理（Ｓ３０）の詳細な手順について図８のフローチャートを参照して説明する。
【００５６】
まず、劣化判定対象電池を劣化判定用のインピーダンス測定条件にコンディションニングする（Ｓ３０１）。具体的には、温度、ＳＯＣ等を、等価回路モデルの回路定数と劣化程度の相関データを作成する処理（Ｓ２０）時と同等にコンディショニングする。
【００５７】
そして、交流インピーダンス測定装置３００を用いて判定対象電池の交流インピーダンスを測定する（Ｓ３０２）。得られた測定データは、測定データ格納部３３０にナイキスト線図として格納する。
【００５８】
次に、得られた判定対象電池のナイキスト線図について、フィッティング初期値設定部１３０を用いて、フィッティング初期値を設定する（Ｓ３０３）。フィッティング初期値は、上述の処理（Ｓ１０３）と同様のアルゴリズムで設定することができる。ただし、Ｐ値については固定値とするため初期値を算出する必要がない。
【００５９】
そして、フィッティング部１４０が、Ｐ値保管部１５０に保管されているＰ値を固定の回路定数とし、設定された初期値を用いて等価回路モデルのフィッティングを行なう（Ｓ３０４）。Ｐ値を固定の回路定数としているため、未知の回路定数がＲＣ２段モデルと同数である。したがって、既存のアルゴリズムを用いてフィッティングすることにより、各回路定数を容易に求めることができる。
【００６０】
そして、劣化判定部１６０が、回路定数−劣化度相関データベース２００を参照して、求められた回路定数から判定対象電池の劣化度を判定する（Ｓ３０５）。判定結果は、図示しない表示装置や印刷装置等に出力し（Ｓ３０６）、判定対象電池の劣化判定処理（Ｓ３０）を終了する。
【００６１】
なお、本実施形態ではフィッティング誤差を小さくすることができるが、電池の劣化が進んで使用不能状態となると、Ｐ値を含んだ特性が変動し、フィッティング誤差が大きくなる。
【００６２】
このため、劣化判定部１６０は、フィッティングの結果得られた回路定数を用いて算出された複素インピーダンス特性と、測定の結果得られた複素インピーダンス特性との２乗誤差を求め、２乗誤差があらかじめ設定した基準値以上となった場合には、その電池が使用不適当である旨の判定結果を、入出力部１２０を介して出力するようにしてもよい。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の劣化度判定は、抵抗ＲとＣＰＥとが並列になった回路ブロックを含んだ等価回路モデルを用いてフィッティングを行なっているため、フィッティング誤差を小さくすることができる。したがって、判定結果の妥当性を高めることができる。また、ＣＰＥの回路定数のうち、Ｐ値を固定値としているため、フィッティングすべき未知の回路定数をＲＣモデルと同等となり、容易にフィッティングを行なうことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…電池劣化判定システム
１００…電池劣化判定装置
１１０…制御部
１２０…入出力部
１３０…フィッティング初期値設定部
１４０…フィッティング部
１５０…Ｐ値保管部
１６０…劣化判定部
２００…回路定数−劣化度相関データベース
３００…交流インピーダンス測定装置
３１０…交流インピーダンス測定部
３２０…交流インピーダンス測定条件設定部
３３０…測定データ格納部
４００…電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流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、前記等価回路モデルの回路定数を求めるフィッティング部と、
基準となる電池の交流インピーダンス測定データを、前記等価回路モデルにフィッティングして得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管部と、
電池の劣化度と前記等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを、前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、前記判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定部と、
を備えたことを特徴とする電池劣化判定装置。
【請求項２】
前記劣化判定部は、前記得られた回路定数によるフィッティング誤差があらかじめ設定した基準値以上の場合は、前記判定対象電池が使用不適当である旨の判定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の電池劣化判定装置。
【請求項３】
前記フィッティング部によるフィッティングに先立ち、回路定数の初期値を設定するフィッティング初期値設定部をさらに備え、
前記フィッティング初期値設定部は、交流インピーダンス測定データをナイキスト線図に表わした場合に、Ｚｉｍ＝０となるゼロクロスポイントと、ｄＺｉｍ／ｄＺｒｅの周波数特性線図の変曲点およびゼロを用いた楕円近似を利用して回路定数の初期値を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電池劣化判定装置。
【請求項４】
基準となる電池の交流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得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管ステップと、
電池の劣化度と前記等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、前記判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定ステップと、
を含むことを特徴とする電池劣化判定方法。
【請求項５】
既知の劣化度の電池の交流インピーダンス測定データを前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数と前記既知の劣化度との相関を複数の劣化度について記録することで、前記データベースを作成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の電池劣化判定方法。
【請求項１】
交流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、前記等価回路モデルの回路定数を求めるフィッティング部と、
基準となる電池の交流インピーダンス測定データを、前記等価回路モデルにフィッティングして得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管部と、
電池の劣化度と前記等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを、前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、前記判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定部と、
を備えたことを特徴とする電池劣化判定装置。
【請求項２】
前記劣化判定部は、前記得られた回路定数によるフィッティング誤差があらかじめ設定した基準値以上の場合は、前記判定対象電池が使用不適当である旨の判定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の電池劣化判定装置。
【請求項３】
前記フィッティング部によるフィッティングに先立ち、回路定数の初期値を設定するフィッティング初期値設定部をさらに備え、
前記フィッティング初期値設定部は、交流インピーダンス測定データをナイキスト線図に表わした場合に、Ｚｉｍ＝０となるゼロクロスポイントと、ｄＺｉｍ／ｄＺｒｅの周波数特性線図の変曲点およびゼロを用いた楕円近似を利用して回路定数の初期値を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電池劣化判定装置。
【請求項４】
基準となる電池の交流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得られたＣＰＥ指数Ｐ値を保管するＰ値保管ステップと、
電池の劣化度と前記等価回路モデルの回路定数との相関を記録したデータベースを参照し、判定対象電池の交流インピーダンス測定データを前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数に基づいて、前記判定対象電池の劣化判定を行なう劣化判定ステップと、
を含むことを特徴とする電池劣化判定方法。
【請求項５】
既知の劣化度の電池の交流インピーダンス測定データを前記等価回路モデルに前記Ｐ値を固定値としてフィッティングを行なって得られた回路定数と前記既知の劣化度との相関を複数の劣化度について記録することで、前記データベースを作成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の電池劣化判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２６１１４（Ｐ２０１３−２６１１４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１７６２（Ｐ２０１１−１６１７６２）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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