JP7549305B1 - Battery deterioration determination support method and device - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型で消費電力が低く、計測時間を大幅に短縮できる電池劣化判定支援装置を提供する。
【解決手段】 電気エネルギー供給媒体の内部特性を電子回路によって取得することによりその劣化判定を支援する方法であって、電池の内部特性を予め取得して、電池の良否判定に必要な周波数を2点以上選択し、選択された周波数を保存し、選択された周波数に基づいた放電制御を行い、電圧計測手段と電流計測手段を用いて電圧データ及び電流データを取得し、電圧データに対し補正処理を行って補正電圧データを算出し、補正電圧データと電流データとから抵抗データを算出し、抵抗データから少なくとも一部のコールコールプロットデータを算出し、必要に応じて少なくとも一部のコールコールプロットデータを利用してフィッティング処理を行う。
【選択図】 図1
A battery deterioration determination support device is provided that is small, has low power consumption, and can significantly reduce measurement time.
[Solution] A method for assisting in determining deterioration of an electric energy supply medium by acquiring the internal characteristics of the medium using an electronic circuit, comprising: acquiring the internal characteristics of a battery in advance; selecting two or more frequencies required for determining whether the battery is good or bad; storing the selected frequencies; performing discharge control based on the selected frequencies; acquiring voltage data and current data using a voltage measurement means and a current measurement means; performing a correction process on the voltage data to calculate corrected voltage data; calculating resistance data from the corrected voltage data and current data; calculating at least a portion of the Cole-Cole plot data from the resistance data; and performing a fitting process using at least a portion of the Cole-Cole plot data as necessary.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、電池の劣化判定を支援する方法等に関し、より具体的には、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池、太陽電池、燃料電池等の電池の内部特性を取得することにより、電池の劣化判定を支援する方法等に関する。 The present invention relates to a method for assisting in determining battery deterioration, and more specifically, to a method for assisting in determining battery deterioration by acquiring internal characteristics of batteries such as lithium ion secondary batteries, nickel-hydrogen secondary batteries, solar cells, and fuel cells.
近年、二次電池等の電気エネルギー供給媒体の劣化状態を診断する種々の方法が提案されている。その診断方法の一手段として、横軸に二次電池等の交流インピーダンスの実部をとり、縦軸に二次電池等の交流インピーダンスの虚部をとったコールコールプロット(Cole-Cole plot)あるいはナイキストプロットが採用されている。 In recent years, various methods have been proposed for diagnosing the deterioration state of electric energy supply media such as secondary batteries. One of the diagnostic methods is the Cole-Cole plot or Nyquist plot, in which the horizontal axis represents the real part of the AC impedance of the secondary battery, etc., and the vertical axis represents the imaginary part of the AC impedance of the secondary battery, etc.
(コールコールプロットの原理説明)
コールコールプロットは、電池の内部抵抗を交流によって測定するAC-IR測定法による計測値をプロットしたものである。具体的には、計測対象の電池に様々な周波数の正弦波を印加した際の電流値及び電圧値を計測し、これらの値から位相差を含めた抵抗値を算出し、抵抗値の実部と虚部をプロットすることで得られる散布図である。
なお、交流においては、電圧値V=Vr+Vi×j(但し、j=(-1)0.5)、電流値I=Ir+Ii×jとして表され、抵抗値Rは、V/Iという複素数として算出される。一例ではあるが、V=-229.585443703293-4195.93748617154i、I=-1.47516371438595-5.46385648982277iのとき、R=0.0012072190153994-0.000304333685571092iと算出される。
(Explanation of the Cole-Cole plot principle)
A Cole-Cole plot is a plot of values measured by an AC-IR measurement method that measures the internal resistance of a battery using an alternating current. Specifically, the current and voltage values are measured when sine waves of various frequencies are applied to the battery under test, and the resistance values including the phase difference are calculated from these values, and the real and imaginary parts of the resistance values are plotted to create a scatter diagram.
In addition, in the case of AC, the voltage value V is expressed as Vr + Vi×j (where j = (-1) 0.5 ), the current value I is expressed as Ir + I×j, and the resistance value R is calculated as a complex number called V/I. As an example, when V = -229.585443703293 - 4195.93748617154i and I = -1.47516371438595 - 5.46385648982277i, the calculation is R = 0.0012072190153994 - 0.000304333685571092i.
また、正弦波を印加するということは、計測対象の電池に対する充電と放電を行うことを意味する。測定する際に設定される周波数は、0.1Hzから1kHzまで数十から百点ほどの計測が必要とされる。高周波での計測時間は問題にならないが、例えば周波数が0.1Hzのときの計測には10秒を要することとなるため、予定される全ての周波数で計測するには、数分~10分程度の時間を要する。
さらにノイズ低減のため平準化を行う場合、更なる測定時間が必要となる。例えば、4回平均を取りたいという場合、上の例の4倍である20分~30分程度が一回の計測に必要な時間となってしまう。
Also, applying a sine wave means charging and discharging the battery to be measured. The frequency set for measurement is from 0.1Hz to 1kHz, and several tens to hundreds of measurements are required. Measurement time at high frequencies is not an issue, but for example, a measurement at a frequency of 0.1Hz takes 10 seconds, so it takes several minutes to 10 minutes to measure at all planned frequencies.
Furthermore, if you perform smoothing to reduce noise, more measurement time will be required. For example, if you want to take the average of four measurements, the time required for one measurement will be four times longer than in the above example, about 20 to 30 minutes.
図8A及び図8Bを参照して、AC-IR計測器による計測結果からコールコールプロットを生成する例を説明する。図8Aは、AC-IR計測器による計測結果を例示的に示している。すなわち、同図には、AC-IR計測器によって計測対象の電池に様々な周波数の正弦波を印加した際の電流値及び電圧値が計測され、これらの計測値から算出された位相差を含めた抵抗値(実部抵抗及び虚部抵抗)が周波数ごとに記載されている。
図8Bには、図8Aに示された周波数ごとの抵抗値の実部と虚部がプロットされた様子が表されている。また、図8Bに示されたコールコールプロットにおいて、ゼロクロス点(同図中のA)と変化点(同図中の窪み部分B)は、同じ条件(温度、電池電圧等、以下同じ)、同じ特性の電池であれば、同じ位置に出るという傾向がある。したがって、同じ条件、同じ特性の電池においてこれがずれるということは、異常あるいは劣化していると判定できる。このような判定手法は、一例として、電池製品の製造時のチェックなどで採用することが可能となる。
An example of generating a Cole-Cole plot from the measurement results by an AC-IR measuring instrument will be described with reference to Figures 8A and 8B. Figure 8A exemplifies the measurement results by an AC-IR measuring instrument. That is, in the figure, the current and voltage values are measured when sine waves of various frequencies are applied to the battery to be measured by the AC-IR measuring instrument, and the resistance values (real resistance and imaginary resistance) including the phase difference calculated from these measurement values are shown for each frequency.
Fig. 8B shows a plot of the real and imaginary parts of the resistance value for each frequency shown in Fig. 8A. In addition, in the Cole-Cole plot shown in Fig. 8B, the zero crossing point (A in the figure) and the change point (depression B in the figure) tend to appear at the same positions for batteries with the same conditions (temperature, battery voltage, etc., the same below) and characteristics. Therefore, if there is a deviation between these points for batteries with the same conditions and characteristics, it can be determined that there is an abnormality or deterioration. This type of determination method can be used, for example, in checks during the manufacture of battery products.
(AC-IR測定法)
AC-IR測定法は、電池の交流特性を取得することで電池内部の各パラメータ値を推定する手法である。従来の手法においては、これら各パラメータ値が正常値からどれくらい乖離しているかを見て、その電池の劣化を推定してきた。なお、従来、DC-IR測定法も利用されているが、これは電池の内部抵抗を直流によって測定した抵抗値に基づく判断手法である。AC-IR測定法は、小電流負荷のため、電池に与えるダメージが少なく、一部の特性しか分からないDC-IR測定法に比べて信頼性の高い測定が可能であると言われている。AC-IR測定法で得られた交流特性は、蓄電池だけでなく、太陽電池、燃料電池、化学反応など様々な反応状態を把握するのに利用できる。
(AC-IR measurement method)
The AC-IR measurement method estimates the internal parameters of a battery by acquiring the AC characteristics of the battery. Conventional methods estimate the deviation of each parameter from its normal value by observing how much it deviates from the normal value. The deterioration of the battery has been estimated by using the DC-IR measurement method. The DC-IR measurement method has also been used in the past, but this is a judgment method based on the resistance value measured by a direct current of the battery's internal resistance. This measurement method, which uses a small current load, causes less damage to the battery and is said to provide more reliable measurements than the DC-IR measurement method, which only reveals some of the characteristics. The AC characteristics obtained by this measurement method can be used to understand the state of various reactions, not only in storage batteries, but also in solar cells, fuel cells, chemical reactions, and more.
図9Aに、リチウムイオン二次電池の物理的構造を概念的に示す。図9Aにおいて、電池900は、正極910と負極920と電解液930とを含み、一実施形態として、正極910には、厚さ15~30μm程度のアルミニウム合金箔が正極集電体911として用いられ、負極920には、圧延銅箔や電解銅箔などの純銅が負極集電体921として用いられる。940は、リチウムイオン二次電池の初期充電過程において電解液や添加物の分解によって負極上に形成されるLi化合物であり、SEI(Solid Electrolyte Interphase)と呼ばれる。その他、同図中において符号番号を付していない粒子は、各種添加物を表している。なお、951a及び951b等に例示される六角形状の粒子は、Li+(イオン)を示す。
Figure 9A conceptually illustrates the physical structure of a lithium-ion secondary battery. In Figure 9A, the
図9Aに示されたような二次電池の物理的構造は、図9Bに示される等価回路950として考えることができる。図9Bに示された回路は、少なくとも、SEIの等価回路とされるRC並列回路961と、アノード(正極部)の等価回路とされるRC並列回路962と、カソード(負極部)の等価回路とされるRC並列回路963とを含む。また、各RC並列回路において、CPEF、CPEA、CPECは温度による影響を受けやすいため、同図中のキャパシタの記号としては特殊な記号を用いて表している。
以上、図9A及び図9Bを参照した説明に基づいて、コールコールプロットによる二次電池の劣化状態診断は成立している。
The physical structure of a secondary battery as shown in Fig. 9A can be considered as an
Based on the above explanation with reference to FIGS. 9A and 9B, the deterioration state diagnosis of a secondary battery using a Cole-Cole plot is established.
また、コールコールプロットから読み取れる情報としては、図9Cに示されるように、一番応答が速い溶液抵抗の反応周波数は1k~300Hz帯に表れ、電極表面の電気二重層抵抗の反応周波数は300Hz~0.1Hz帯に表れ、電極内部活物質の拡散抵抗の反応周波数は0.1Hz以下の帯域に表れるという特徴がある。このため、等価回路の別モデル(簡易等価回路モデル)として、図9Dが採用されることもある。このような簡易等価回路モデルによっても、電池内部の特性パラメータ値を読み取れるようになり、電池の劣化具合を判断できるようになる。
なお、図8Bに示されたコールコールプロットにおいて、ゼロクロス点(同図中のA)と変化点(同図中の窪み部分B)は、同じ条件(温度、電池電圧等、以下同じ)、同じ特性の電池であれば、同じ位置に出るという傾向があるということを述べたが、このことは、AC-IRが、温度及びSoC(State of Charge:充電率)の影響を受けやすいという性質を有するということも意味する。
In addition, as shown in Figure 9C, the information that can be read from the Cole-Cole plot is that the solution resistance, which has the fastest response, has a frequency band of 1k to 300 Hz, the electric double layer resistance on the electrode surface has a frequency band of 300 Hz to 0.1 Hz, and the diffusion resistance of the active material inside the electrode has a frequency band of 0.1 Hz or less. For this reason, Figure 9D is sometimes used as another model of the equivalent circuit (simple equivalent circuit model). This simple equivalent circuit model also makes it possible to read the characteristic parameter values inside the battery and determine the degree of battery deterioration.
As mentioned above, in the Cole-Cole plot shown in Figure 8B, the zero-crossing point (A in the figure) and the change point (depression B in the figure) tend to appear in the same positions for batteries with the same characteristics under the same conditions (temperature, battery voltage, etc., the same below). This also means that AC-IR has the property of being easily affected by temperature and SoC (State of Charge).
このような従来手法を前提として、測定装置の演算負荷を軽減しつつ速やかに二次電池の劣化状態を診断する電池劣化診断システム等が提案されている(特許文献1)。 Based on these conventional methods, a battery degradation diagnosis system has been proposed that quickly diagnoses the degradation state of a secondary battery while reducing the computational load on the measuring device (Patent Document 1).
具体的には、二次電池の電気特性の状態に関する電池状態データを測定する測定装置と、前記二次電池の劣化状態を診断する診断処理装置と、を含み、前記診断処理装置は、前記二次電池の劣化特性を特定するための電池劣化情報をあらかじめ記憶する記憶手段と、前記測定装置から前記電池状態データを受信する受信手段と、前記受信手段が前記電池状態データを受信した場合には、前記記憶手段に記憶された前記電池劣化情報を参照して当該電池状態データに対応する前記二次電池の劣化状態を演算する演算手段と、前記演算手段により演算される前記二次電池の劣化状態を示す診断結果を前記測定装置へ送信する送信手段と、を備える、電池劣化診断システムが開示されている。 Specifically, a battery degradation diagnostic system is disclosed that includes a measuring device that measures battery state data related to the state of electrical characteristics of a secondary battery, and a diagnostic processing device that diagnoses the degradation state of the secondary battery, the diagnostic processing device being equipped with a storage means that stores in advance battery degradation information for identifying the degradation characteristics of the secondary battery, a receiving means that receives the battery state data from the measuring device, a calculation means that, when the receiving means receives the battery state data, refers to the battery degradation information stored in the storage means to calculate the degradation state of the secondary battery corresponding to the battery state data, and a transmission means that transmits to the measuring device a diagnostic result indicating the degradation state of the secondary battery calculated by the calculation means.
また、二次電池の状態をより正確に判定することのできる二次電池状態判定方法及び二次電池状態判定装置が提案されている(特許文献2、特許文献3)。
In addition, a method and device for determining the state of a secondary battery that can more accurately determine the state of a secondary battery have been proposed (
すなわち、特許文献2には、判定対象である二次電池に交流電圧又は交流電流を印加することによって測定された複素インピーダンスを取得し、この取得した複素インピーダンスに基づいて二次電池の状態を判定する二次電池状態判定方法であって、前記複素インピーダンスの所定の周波数における値と、負極容量ずれの判定に用いられる第1の判定値との比較に基づいて第1の容量ずれの有無を判定する第1の容量ずれ判定工程と、前記第1の容量ずれ判定工程で前記第1の容量ずれが生じていないと判定されたとき、前記複素インピーダンスの拡散抵抗領域における実軸に対する傾きと、正極容量ずれの判定に用いられる第2の判定値との比較に基づいて第2の容量ずれの有無を判定する第2の容量ずれ判定工程と、を備える二次電池状態判定方法が開示されている。
That is,
また、特許文献3には、二次電池に対し微小短絡が生じる可能性が高い状態である微小短絡傾向状態を判定する二次電池の状態判定方法であって、所定の周波数以上の電圧又は電流を前記二次電池の電極系に印加することにより、前記二次電池の電子移動抵抗Rsを測定する電子移動抵抗測定のステップと、当該電子移動抵抗測定のステップで取得した電子移動抵抗Rsを、予め設定した下限閾値Rs minと比較する極間距離良否判断のステップと、前記極間距離良否判断のステップにおいて、電子移動抵抗Rsが下限閾値Rs min以上である場合に、極間距離が良好とし前記二次電池を良品と判定する二次電池状態判定のステップとを備えたことを特徴とする二次電池の状態判定方法が開示されている。
しかしながら、上記従来のAR-IR測定法は、高価、大電力消費、長時間の計測時間という課題があり、止む無くDC-IR測定法や簡易充放電を行った場合の電池特性に基づき電池の良否を判定するということも行われていた。例えば、大電力消費については、従来のAC-IR測定法では、二次電池に対して正弦波を印加することで行われており、放電だけでなく、充電が必要となっていた。電池に充電するためには、それなりの電力が必要となるだけでなく、精度を上げるため充放電電流量を増やそうとすれば、更なる電力が必要となり、結果としてAC電力供給が求められ、これにより装置が大型化してしまっていた。同時に、これは製造コストを上昇させてしまうという課題を生じさせていた。 However, the conventional AR-IR measurement method has problems such as high cost, high power consumption, and long measurement time, so it has been necessary to judge the quality of a battery based on the battery characteristics measured using the DC-IR measurement method or simple charging and discharging. For example, in the conventional AC-IR measurement method, high power consumption is achieved by applying a sine wave to the secondary battery, which requires charging as well as discharging. Not only does a certain amount of power need to be consumed to charge a battery, but if the amount of charge and discharge current is increased to improve accuracy, further power is required, which results in an AC power supply being required, which makes the device larger. At the same time, this creates the problem of increased manufacturing costs.
また、計測時間の長大化については、全周波数を計測するため、低周波帯域での計測時間の累積が特に課題となっていた。 In addition, when it comes to extending the measurement time, a particular issue was the accumulation of measurement time in the low-frequency band, as all frequencies must be measured.
そこで、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援方法は、電池の内部特性を電子回路によって取得することにより前記電池の劣化判定を支援する方法であって、前記電子回路は、前記電池の放電をON/OFF制御する制御手段と、前記ON/OFF制御された前記電池の電圧を計測して電圧計測データを取得する電圧計測手段と、前記電池が放電する電流量を計測する電流計測手段と、を備え、前記電子回路により、前記ON/OFF制御に伴う周期に対する測定開始時と測定終了時とにおける電圧差を取得し、前記取得した電圧差を前記周期における放電期間で按分することによる補正データによって補正処理を行い、前記補正処理を行った結果に対し、時間領域から周波数領域への変換処理(フーリエ変換処理)または、時間領域から複素数領域への変換処理(ラプラス変換処理)を行う第一の変換処理を行い、前記補正データに対して、時間領域から周波数領域への変換処理(フーリエ変換処理)または、時間領域から複素数領域への変換処理(ラプラス変換処理)を行う第二の変換処理を行い、前記第一の変換処理の結果に対し、前記第二の変換処理の結果を適用することによって、前記補正処理の影響分を差し戻すための処理を行うことを備えることを特徴とする。 Therefore, a method for supporting battery deterioration determination according to one embodiment of the present invention is a method for supporting deterioration determination of a battery by acquiring internal characteristics of the battery using an electronic circuit, the electronic circuit comprising: a control means for controlling ON/OFF discharge of the battery ; a voltage measurement means for measuring the voltage of the ON/OFF controlled battery to acquire voltage measurement data; and a current measurement means for measuring the amount of current discharged by the battery , the electronic circuit acquiring a voltage difference between the start and end of measurement for a period associated with the ON/OFF control, and dividing the acquired voltage difference by a discharge period in the period. The present invention is characterized in that it comprises a step of performing a correction process using correction data, a first conversion process on a result of the correction process, which performs a conversion process from the time domain to the frequency domain (Fourier transform process) or a conversion process from the time domain to the complex domain (Laplace transform process), a second conversion process on the correction data, which performs a conversion process from the time domain to the frequency domain (Fourier transform process) or a conversion process from the time domain to the complex domain (Laplace transform process), and a process for subtracting back the influence of the correction process by applying a result of the second conversion process to the result of the first conversion process.
また、前記第一の変換処理は、フーリエ変換処理であり、前記第二の変換処理は、補正処理によって生成された補正データに対して窓関数を適用してフーリエ変換処理を行って生成された第一の補正変換データに対し、窓関数の影響によるゲイン係数を勘案した第二の補正変換データを生成するものであることを特徴とする The first transformation process is a Fourier transform process, and the second transformation process is characterized in that it generates second correction transformation data that takes into account a gain coefficient due to the influence of the window function for the first correction transformation data generated by performing a Fourier transform process by applying a window function to the correction data generated by the correction process.
また、前記放電のON/OFF制御の周波数を複数選択して制御を行い、相対的に高い周波数の制御時には前記補正を行わないことを特徴とする。 The device is also characterized in that it selects and controls multiple frequencies for the ON/OFF control of the discharge, and does not perform the correction when controlling a relatively high frequency.
また、前記相対的に高い周波数は、少なくとも1Hzあるいは数Hz以上であることを特徴とする。 Furthermore, the relatively high frequency is at least 1 Hz or several Hz or more.
本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等によれば、小型で消費電力が低く、計測時間を大幅に短縮できる電池劣化判定支援装置を提供できる等の有利な効果を奏する。 The battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention has advantageous effects such as being able to provide a battery deterioration determination support device that is small, has low power consumption, and can significantly reduce measurement time.
以下、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本発明の理解の容易のために「電池」という用語を使用するが、本発明は「電池」を含み、電気や電力を供給する電気エネルギー供給媒体に広く適用できる。 The battery deterioration determination support device and the like according to one embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Note that the term "battery" is used to facilitate understanding of the present invention, but the present invention includes "batteries" and can be broadly applied to electric energy supply media that supply electricity or power.
図1に、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置を含むシステムの全体構成例を示す。 Figure 1 shows an example of the overall configuration of a system including a battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention.
図1に示されるように、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置100を含むシステムは、スイッチ回路等をON/OFF制御するための制御信号を送信するための信号制御I/F(111)と、電流計測I/F(112)と、電圧計測I/F(113)と、CPU等の演算処理部114とを有する制御部110を含む。同システムはその他にスイッチ回路120と、シャント抵抗130と、抵抗器(放電抵抗器)140と、シャント抵抗130の抵抗値(または、シャント抵抗130を流れる電流値)をデジタル変換するためのA/D変換器150と、蓄電池190の電圧値をデジタル変換するためのA/D変換器160とを備える。
As shown in FIG. 1, a system including a battery deterioration
本発明の一実施形態においては、図1中の蓄電池190を除くすべての素子・回路・装置を本発明にかかる電池劣化判定支援装置あるいはシステムとすることもできる。また、制御部110を本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置とすることもできる。
In one embodiment of the present invention, all elements, circuits, and devices except for the
(電池劣化判定支援装置の作動要領)
本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置の作動上の特徴は、これらに制限されるものではないが、次のとおりである。
(1)反応特性は矩形波で取得されること
矩形波には、基本周波数とその高次の周波数特性が含まれる。例えば、100Hzの矩形波を印加しその特性を取ることで、300Hz、500Hzと高次奇数項の特性が同時取得可能となる。高次項は、フーリエ変換処理によって取得することで計測時間の短縮を図ることができる。この計測時間の短縮の効果は、高次項のフーリエ変換処理にかかる演算量の増大を上回るものである。
(2)反応は放電特性のみを取得すること
従来のAC-IR測定法では、充電特性と放電特性の両方を取得していたが、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置においては、放電特性のみを取得する。この特徴により、電力的な負担や装置の大型化に伴う煩雑さを軽減することができる。
(Operational procedure of the battery deterioration determination support device)
The operational features of the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention are as follows, but are not limited to these.
(1) The response characteristics are acquired using a square wave. A square wave includes the fundamental frequency and its higher-order frequency characteristics. For example, by applying a 100 Hz square wave and acquiring its characteristics, it is possible to simultaneously acquire the characteristics of higher-order odd terms such as 300 Hz and 500 Hz. The measurement time can be shortened by acquiring the higher-order terms using Fourier transform processing. The effect of this reduction in measurement time outweighs the increase in the amount of calculation required for the Fourier transform processing of the higher-order terms.
(2) Only the discharge characteristics are acquired for the reaction. In the conventional AC-IR measurement method, both the charge characteristics and the discharge characteristics are acquired, but in the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention, only the discharge characteristics are acquired. This feature makes it possible to reduce the burden on power consumption and the complexity associated with the large size of the device.
本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置は、こうした特徴を備える結果、次のような利点を発揮する。
(A)小型であること
本願の出願時点において、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置は、概ね75.0mm×103.0mm×50mmの小型化を実現できており、さらなる小型化の可能性も見えている。
(B)低消費電力であること
本願の出願時点において、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置は、325mWの低消費電力を実現できている。
(C)計測時間の短縮化
本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置の周波数帯域上の計測点は4点である(これらに制限されるものではないが、一実施形態として、0.2Hz(F1)、1.5Hz(F2)、12Hz(F3)、100Hz(F4)の4点)。この結果、本願の出願時点において、計測時間約10秒、通信時間約20秒という実績を出している(一実施形態において、通信速度は約100Kbps、データ形式はASCIIであり、通信速度を例えば1Mbpsに引き上げ、データ形式をバイナリーに変更することで、更なる通信時間の短縮が図ることができる)。さらに、この計測点は自由に選択できるようにも改善されており、究極的には2点の計測点(一実施形態として、0.3Hzと10Hz。高次項は11~13次程度が限界と考えられる。それ以上の高次の周波数ではノイズに埋もれてプロットが広がって行ってしまう)でも作動可能である。
As a result of being provided with these features, the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention exhibits the following advantages.
(A) Compactness At the time of filing this application, a battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention has been miniaturized to approximately 75.0 mm × 103.0 mm × 50 mm, and further miniaturization is possible.
(B) Low power consumption At the time of filing the present application, a battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention was able to achieve a low power consumption of 325 mW.
(C) Shortening of measurement time There are four measurement points on the frequency band of the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention (although not limited to these, in one embodiment, four points are 0.2 Hz (F1), 1.5 Hz (F2), 12 Hz (F3), and 100 Hz (F4)). As a result, at the time of filing the present application, a measurement time of about 10 seconds and a communication time of about 20 seconds have been achieved (in one embodiment, the communication speed is about 100 Kbps and the data format is ASCII. By increasing the communication speed to, for example, 1 Mbps and changing the data format to binary, the communication time can be further shortened). Furthermore, the measurement points have been improved so that they can be freely selected, and ultimately operation is possible with two measurement points (0.3 Hz and 10 Hz in one embodiment. The upper limit of higher-order terms is thought to be about 11th to 13th orders. At higher-order frequencies than this, the plot will be buried in noise and will spread out).
(電池劣化判定支援装置のシステム構成例)
本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置のシステム構成例として、次のようなものがある。
(System configuration example of a battery deterioration determination support device)
An example of a system configuration of a battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention is as follows.
(1)構成例1
単セル計測の場合において、1セルの蓄電池に対し1台の電池劣化判定支援装置で対応する。そして、複数の電池劣化判定支援装置を制御する制御装置(不図示。既存技術で実現可能である)を用意し、複数の電池劣化判定支援装置と制御装置とをRS-485等で相互に接続して通信処理する。処理した結果データは、図示しないクラウドで解析させるようにしてもよい。
(1) Configuration example 1
In the case of single cell measurement, one battery deterioration determination support device is used for one storage cell. A control device (not shown, can be realized by existing technology) is prepared to control the multiple battery deterioration determination support devices, and the multiple battery deterioration determination support devices and the control device are connected to each other via RS-485 or the like for communication processing. The processed result data may be analyzed in a cloud (not shown).
このような構成にすると、電池劣化判定支援装置のコストを低減でき、解析PC等が不要になるという利点がある。 This configuration has the advantage of reducing the cost of the battery deterioration determination support device and eliminating the need for an analysis PC, etc.
(2)構成例2
測定は必要な2点のみとし、測定から得られたデータからフィッティング処理を行う。また、測定点を2点に絞ったことによる非測定域のデータは、上述のフィッティング結果から推定処理する。ここでのフィッティング処理は、コールコールプロットにおいて採用される処理であり、抵抗と複数の並列回路(RCやRL)の直接接続によって表現される等価回路と所定数の周波数の組とを用いてシミュレーションされる。このフィッティング処理については、既知のものを採用することができる。
(2) Configuration Example 2
Measurements are performed at only the two necessary points, and fitting processing is performed from the data obtained from the measurements. In addition, data in the non-measurement range due to the fact that the number of measurement points is limited to two is estimated from the fitting results described above. The fitting processing here is a processing employed in Cole-Cole plots, and a simulation is performed using an equivalent circuit expressed by a resistor and a plurality of parallel circuits (RC or RL) directly connected, and a set of a predetermined number of frequencies. Any known fitting processing can be employed for this fitting processing.
このような構成は、電池製造ラインでAC-IR測定及びコールコールプロット算出したいというニーズに応えることができる。これまでは、このようなニーズに応じるためには、装置に対する大きなコストと測定器を設置する空間及びAC電源確保などの煩雑性があったが、本構成では、数万円程度の装置コストとたばこサイズの空間とUSB電源で対応できる。 This configuration can meet the needs for AC-IR measurements and Cole-Cole plot calculations on battery production lines. Until now, meeting such needs required large equipment costs and the hassle of finding space to install the measuring device and securing an AC power source, but with this configuration, the solution can be achieved with equipment costs of just a few tens of thousands of yen, a space the size of a cigarette, and a USB power source.
なお、本発明の一実施形態においては、以下のような回路を想定したフィッティング処理を行うことができる。 In one embodiment of the present invention, fitting processing can be performed assuming a circuit such as the one below.
circuit=R0-p(R1,C1)-p(R2,C2)-p(R3,C3)-p(R4,L4) circuit=R0-p(R1,C1)-p(R2,C2)-p(R3,C3)-p(R4,L4)
但し、R0等は抵抗、C1等はコンデンサ、L4はインダクタを表し、「p(R1,C1)」等はかっこ内の素子の並列接続、「-」は直列接続を表す。また、周波数は、あくまでも本発明の理解のための一例として、[0.2, 1, 4.5, 7.5, 12.5, 36.5, 61, 97.5, 290, 879, 1465]といった周波数の組が採用される。 where R0 etc. are resistors, C1 etc. are capacitors, L4 is an inductor, "p(R1, C1)" etc. are parallel connections of the elements in parentheses, and "-" is a series connection. Frequency sets such as [0.2, 1, 4.5, 7.5, 12.5, 36.5, 61, 97.5, 290, 879, 1465] are used as an example only for understanding the present invention.
図2Aに、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等における電流値の計測例を示す。同図において、横軸の値ゼロ近辺から2000近辺までは、放電停止中の区間の電流値を示している。同じく、横軸の値2000近辺から4000近辺までは、放電中の区間の電流値を示している。同図に示される波形は、矩形波を示している。 Figure 2A shows an example of current value measurement in a battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention. In the figure, the horizontal axis values from near zero to near 2000 show current values in the section where discharging is stopped. Similarly, the horizontal axis values from near 2000 to near 4000 show current values in the section where discharging is in progress. The waveform shown in the figure shows a square wave.
なお、正確には、放電期間で約20点計測しているため、サンプリング点は、20から2068、そして、2068から4116となる。2048+20、4096+20ということである。最初の20という値は、適宜決めることができる。本発明の一実施形態においては、この値は、2~3程度から多くても20程度が望ましいと考えられる。 To be precise, since approximately 20 points are measured during the discharge period, the sampling points are 20 to 2068, and 2068 to 4116. That is, 2048 + 20 and 4096 + 20. The initial value of 20 can be determined as appropriate. In one embodiment of the present invention, it is considered desirable for this value to be around 2-3, or at most around 20.
図2Bに、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等における電圧値の計測例を示す。同図の電圧値の横軸は、図2Aの電流値の横軸に対応する。図2Bにおいて、横軸の値ゼロ近辺から2000近辺までは、放電停止中の区間の電圧値を示している。同じく、横軸の値2000近辺から4000近辺までは、放電中の区間の電圧値を示している。同図に示される波形は、放電停止・放電中という状態に応じた電圧値を示している。 Figure 2B shows an example of voltage measurement in a battery degradation determination support device according to one embodiment of the present invention. The horizontal axis of voltage in the figure corresponds to the horizontal axis of current in Figure 2A. In Figure 2B, the horizontal axis values from near zero to near 2000 indicate voltage values in the section during which discharging is stopped. Similarly, the horizontal axis values from near 2000 to near 4000 indicate voltage values in the section during discharging. The waveforms shown in the figure indicate voltage values corresponding to the states of discharging stopped and discharging.
図3A及び図3Bに本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等における計測手順を示す。本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等における計測は、大局的には、図3Aに示されるフローと図3Bに示されるフローとが並列に処理される。より具体的には、一実施形態において、図3AにおけるステップS304~ステップS308まで、および、図3BにおけるステップS351~ステップS353までが並列処理される。 Figures 3A and 3B show the measurement procedure in a battery degradation determination support device or the like according to one embodiment of the present invention. In the measurement in a battery degradation determination support device or the like according to one embodiment of the present invention, the flow shown in Figure 3A and the flow shown in Figure 3B are generally processed in parallel. More specifically, in one embodiment, steps S304 to S308 in Figure 3A and steps S351 to S353 in Figure 3B are processed in parallel.
(計測処理の概要)
まず計測回路や素子を含めた計測処理全体の概要を説明する。図3A及び図3Bの処理フローにおいて、SW(スイッチング回路)には、FET(Field Effect Transistor)が採用されている。また、一実施形態において、FETのON/OFF制御は、半導体を使った電力制御を行うPWM(Pulse Width Modulation)制御が採用される。規定回数分のON/OFFが繰り返すように制御することができる。
(Overview of measurement process)
First, an overview of the entire measurement process including the measurement circuit and elements will be described. In the process flow of Figures 3A and 3B, a FET (Field Effect Transistor) is used for the SW (switching circuit). In one embodiment, the ON/OFF control of the FET is performed by PWM (Pulse Width Modulation) control, which performs power control using a semiconductor. It is possible to control the FET so that it is turned ON/OFF a specified number of times.
本発明はこれに限定されるものではないが、一実施形態において、最初にSWをONにしたあと(最初に)OFFになる直前から電圧値/電流値のサンプリングを開始し、ここを始点とする。その後、所定回数のON/OFF制御が繰り返された後の最後のONの終了直前でサンプリングを修了し、ここを終点とする。例えば、所定回数を4回として4回のON/OFF制御の繰り返し波形を計測する場合、実際には4.5波形分をとることになる。このとき、FETは、ON1/OFF1/ON2/OFF2/ON3/OFF3/ON4/OFF4/ON5と繰り返し処理され、計測は最初のON(ON1)から(最初に)OFF(OFF1)になる直前で計測を開始し、最後のONからOFFになる直前(ON5の終了間際)で終了するため、実際に計測に使われるデータは4波分のデータとなる。 Although the present invention is not limited to this, in one embodiment, sampling of the voltage value/current value starts immediately before the SW turns OFF (first) after it is turned ON for the first time, and this is the starting point. After that, sampling ends immediately before the end of the final ON after a predetermined number of ON/OFF controls are repeated, and this is the end point. For example, if the predetermined number is four and the repeated waveform of four ON/OFF controls is measured, 4.5 waveforms will actually be taken. At this time, the FET is repeatedly processed as ON1/OFF1/ON2/OFF2/ON3/OFF3/ON4/OFF4/ON5, and the measurement starts immediately before the first ON (ON1) turns OFF (OFF1) (first) and ends immediately before the final ON turns OFF (just before the end of ON5), so the data actually used for the measurement is four waves of data.
次に、計測対象データは、規定周期でI2C(Inter-Integrated Circuit)規格で読み出される(一実施形態において、10μ秒毎である。)。また、読み出されたデータは、必要に応じて平均化処理されることができる。本発明の一実施形態において、電流・電圧共に4096点のサンプリングを行って処理される。一実施形態において、PC当において計測データがある程度溜まったらデータの読み出しを行うような処理にしてもよい。また、他の実施形態においては、制御部110内の演算処理部114で処理することもできる。
また、電圧と電流はA/D値となっているため、これを電圧値・電流値に変換する処理が行われる。
Next, the measurement target data is read out at a specified cycle according to the I2C (Inter-Integrated Circuit) standard (every 10 μs in one embodiment). The read out data can be averaged as necessary. In one embodiment of the present invention, both the current and voltage are sampled at 4096 points and processed. In one embodiment, the data can be read out when a certain amount of measurement data has been accumulated in the PC. In another embodiment, the data can be processed by the
Furthermore, since the voltage and current are A/D values, a process of converting these into voltage and current values is carried out.
また、電圧値は放電により徐々に低下するため、始点と終点の電圧値は異なることになる。 In addition, the voltage value gradually decreases as the discharge occurs, so the voltage values at the start and end points will be different.
そこで、電圧値については、始点と終点の値を一致させるよう次のように処理される。まず、始点電圧と終点電圧の差を求める。次に、この差を放電期間で均等に加算する。上述した例でいえば、4波形分のON区間だけに均等に加算するなどである(補正電圧データの加算)。この処理により、始点における電圧と終点における電圧は合致することになる。
そして、電圧値については、上記補正電圧データに対して4096点の高速フーリエ変換(以下、FFT。)処理を実施(この結果を補正電圧FFT処理結果とする)し、電流値については、そのまま4096点のFFT処理を実施する。
Therefore, the voltage value is processed as follows to make the values at the start and end points match. First, the difference between the start and end voltages is found. Next, this difference is added evenly over the discharge period. In the above example, this would mean adding it evenly only to the ON section of four waveforms (adding correction voltage data). This process makes the voltage at the start and end points match.
Then, for the voltage value, a 4096-point fast Fourier transform (hereinafter, FFT) process is performed on the above-mentioned correction voltage data (this result is referred to as the correction voltage FFT process result), and for the current value, a 4096-point FFT process is performed as is.
次に、始点と終点を合わせるために電圧加算した信号(等分補正データ)に窓関数を適応し、FFT処理を実施する。次に、FFT処理した結果に対し、ゲイン補正を行う。例えば、ハニング窓(hamming window)を使うとゲインが2分の1になるので、ハニング窓を使って出力された結果を2倍してゲイン補正を行うなどである。最後に、この補正結果を補正電圧FFT処理結果に加算し、得られた結果を補正済みの電圧FFT処理結果とする。 Next, a window function is applied to the voltage-added signal (equally divided correction data) to align the start and end points, and FFT processing is performed. Next, gain correction is performed on the result of the FFT processing. For example, if a Hanming window is used, the gain is halved, so the result output using the Hanning window is doubled to perform gain correction. Finally, this correction result is added to the correction voltage FFT processing result, and the obtained result is used as the corrected voltage FFT processing result.
そして、補正済みの電圧FFT処理結果と電流FFT処理結果を使用して抵抗値を算出する。 Then, the resistance value is calculated using the corrected voltage FFT processing results and current FFT processing results.
なお、本発明の他の実施形態においては、上述のFFT処理に替えて、一般のフーリエ変換を採用してもよいし、4096点ではなく1024点等で行ってもよい。また、代替可能な公知のラプラス変換処理を採用することもできる(以下、FFT処理について同じ。)。 In addition, in other embodiments of the present invention, a general Fourier transform may be used instead of the above-mentioned FFT processing, and may be performed with 1024 points instead of 4096 points. Also, a publicly known alternative Laplace transform process may be used (the same applies to FFT processing below).
(計測処理フロー)
図3Aにおいて、ステップS301にて1つの周波数に対する処理を開始すると、ステップS302へ進み、SW制御が開始される。次にステップS303へ進み、計測する波形の繰り返し回数が設定される。一実施形態として、4波形分を取る場合には繰り返し回数として4回が設定される。
(Measurement process flow)
3A, when processing for one frequency is started in step S301, the process proceeds to step S302, where SW control is started. Next, the process proceeds to step S303, where the number of repetitions of the waveform to be measured is set. In one embodiment, when four waveforms are to be measured, the number of repetitions is set to four.
次にステップS304へ進み、SWがONに制御される。次にステップS305へ進み、規定時間が経過したかが判断される。これは周波数によって決まる時間であり、0.1Hzの周波数に対する処理であればON区間の5秒がここでの規定時間となる。ステップS305でNoであれば同ステップにおいて規定時間が経過するまで待機となるが、同ステップでYesとなれば、次ステップへ進む。 Next, the process proceeds to step S304, where the SW is controlled to be ON. Next, the process proceeds to step S305, where it is determined whether a specified time has elapsed. This time is determined by the frequency, and in the case of processing a frequency of 0.1 Hz, the specified time here is the 5 second ON section. If the answer is No in step S305, the process waits in that step until the specified time has elapsed, but if the answer is Yes in that step, the process proceeds to the next step.
ステップS306では、SWがOFFに制御される。次にステップS307へ進み、規定時間が経過したかが判断される。これは周波数によって決まる時間であり、0.1Hzの周波数に対する処理であればOFF区間の5秒がここでの規定時間となる。ステップS307でNoであれば同ステップにおいて規定時間が経過するまで待機となるが、同ステップでYesとなれば、次ステップへ進む。 In step S306, the SW is controlled to be OFF. Next, the process proceeds to step S307, where it is determined whether a specified time has elapsed. This time is determined by the frequency, and in the case of processing a frequency of 0.1 Hz, the specified time here is the OFF section of 5 seconds. If the answer is No in step S307, the process waits in that step until the specified time has elapsed, but if the answer is Yes in that step, the process proceeds to the next step.
ステップS308では、計測する波形の繰り返し回数がステップS303で設定された回数に達したかどうかが判断され、NoであればステップS304へ復帰するが、YesであればステップS309へ進み、1つの周波数に対する計測としては終了する。 In step S308, it is determined whether the number of repetitions of the waveform being measured has reached the number set in step S303. If the answer is No, the process returns to step S304, but if the answer is Yes, the process proceeds to step S309, where the measurement for one frequency is terminated.
一方、ステップS304~ステップS308までの処理と並列して実施される処理として、図3BにおけるステップS351で処理が開始されると、ステップS352では計測データが取得され、ステップS353では電圧値/電流値がデータとして取得され、ステップS354では取得されたデータが保存される。 On the other hand, as a process performed in parallel with the processes from step S304 to step S308, when the process is started in step S351 in FIG. 3B, measurement data is acquired in step S352, voltage values/current values are acquired as data in step S353, and the acquired data is saved in step S354.
なお、図3Aの処理をPWM処理としてマイコンで自動制御してもよい。この場合、ON/OFFは、PWM制御部が自動的に行う。マイコンで設定するのは、繰返し周期、開始及び停止の指示のみである。繰返し周期を設定し、PWMを開始すると所定時間経過したら終了という流れになる。この終了判断時間がS308に相当する。
また、計測側について、S305~S308でON/OFF制御されている間、S351~S354が繰り返し実行されるところは、本例では4096×N回行っている。Nは、平均回数である。
The process of Fig. 3A may be automatically controlled by a microcomputer as PWM process. In this case, ON/OFF is automatically performed by the PWM control unit. The only settings made by the microcomputer are the repeat period and start and stop instructions. Once the repeat period is set and PWM is started, it will end after a predetermined time has elapsed. This end determination time corresponds to S308.
On the measurement side, while the ON/OFF control is performed in steps S305 to S308, steps S351 to S354 are repeatedly executed 4096×N times in this example, where N is the number of times of averaging.
上述の作動要領をまとめると下表のようになる。
上表の下から2番目(F2)を例に説明すると、1.531Hz周期でFETがON/OFFされる(実際にはON/OFF/ONまでの制御。)。時間軸でみると、327.68msの間ONとなり、次の327.68msの間はOFFとなり、最後に327.68msの間ONとなる。計測は、最初のONの終わり(例えば)7.68msくらいから開始され、最後のONの320ms後で計測終了となる。この間、10usごとに計測されるので、655.36ms間では65,536回計測されることとなるが、16個平均を取ることで、4096個になる。この16という数字が上でいうNに相当する。すなわち、S351~S354は、所定回数繰り返され、必要に応じて平均化され、所望の4096点(この数も自由に選択できる)が得られる、という作動の流れとなる。 Taking the second from the bottom (F2) in the table above as an example, the FET is turned ON/OFF at a cycle of 1.531 Hz (actually, it is controlled to be ON/OFF/ON). Looking at it on the time axis, it is ON for 327.68 ms, OFF for the next 327.68 ms, and then ON for a final 327.68 ms. Measurement starts (for example) about 7.68 ms after the first ON, and ends 320 ms after the last ON. During this time, measurements are taken every 10 us, so 65,536 measurements are taken over 655.36 ms, but by taking the average of 16, the total becomes 4096. This number 16 corresponds to N mentioned above. In other words, S351 to S354 are repeated a specified number of times, averaged as necessary, and the desired 4096 points (this number can also be freely selected) are obtained.
図4Aに、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等が対処すべき事象を説明する。図4Aには、放電中(SW制御のON区間)と放電停止中(SW制御のOFF区間)の繰り返しを2回弱繰り返している様子を表している。なお、同図中では、繰り返し回数は1回に設定されており、その繰り返し区間(SWのON/OFF制御1回分)において4096点のサンプリングが行われる。 Figure 4A explains the events that should be handled by a battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention. Figure 4A shows a state in which discharging (ON section of SW control) and discharging stop (OFF section of SW control) are repeated just under two times. Note that in the figure, the number of repetitions is set to one, and 4096 sampling points are performed during that repetition section (one ON/OFF control of the SW).
図4Aにおいて注目すべきは、まず、1周期目の放電開始時の電圧よりも2周期目の放電開始時の電圧のほうが若干下がることである(同図のp部分)。次に、2周期目の放電区間が終了した時点での電圧は、1周期目の放電区間の終了時点の電圧よりもDだけ下がるということである。 What is noteworthy about Figure 4A is that, first, the voltage at the start of the discharge in the second cycle is slightly lower than the voltage at the start of the discharge in the first cycle (part p in the figure). Secondly, the voltage at the end of the discharge section of the second cycle is lower by D than the voltage at the end of the discharge section of the first cycle.
このように、電圧が周期ごとに低下する理由は、放電と放電停止を繰り返すことにより生じるSoCの低下による。具体的な症状は、次のとおりである。
図4Aにおいて、時刻t0の時点での計測対象電池のSoCがx%とすると、時刻t0から時刻t1までの放電停止期間中のSoCはx%に維持される。ところが、時刻t1から放電が開始されると放電が停止される時刻t2までの期間中はSoCが徐々に低下する。そして、時刻t2には、SoCの低下による電圧降下(D)が生じる。
The reason why the voltage drops every cycle is due to the SoC drop caused by the repeated discharge and cessation of discharge. Specific symptoms are as follows:
In Fig. 4A, if the SoC of the battery being measured at time t0 is x%, the SoC is maintained at x% during the period when discharge is stopped from time t0 to time t1. However, when discharge starts at time t1, the SoC gradually decreases during the period until time t2 when discharge is stopped. Then, at time t2, a voltage drop (D) occurs due to the decrease in SoC.
このような電圧降下(D)は、(計測処理の概要)でも述べたように始点の電圧値と終点の電圧値との差であるので、FFT処理を行ううえでは、適切な補正を行う必要がある。その理由は、FFTを有限期間で処理する場合、FFT変換開始時と終了時の値にずれがあると、余計な周波数成分が発生するからである(高次項の周波数特性が算出されるという課題)。したがって、両者の値は一致している必要がある。 As mentioned in (Overview of measurement processing), this voltage drop (D) is the difference between the voltage value at the start point and the voltage value at the end point, so appropriate correction is required when performing FFT processing. The reason for this is that when FFT is processed over a finite period, if there is a discrepancy between the values at the start and end of the FFT transformation, unnecessary frequency components are generated (the problem is that the frequency characteristics of higher-order terms are calculated). Therefore, both values must be the same.
一般的には、このような始点と終点における信号値にずれがある場合の対応としては、窓関数を適用し、始点及び終点をゼロにして合致させる手法が挙げられる。すなわち、窓関数は中央部のみを大きくし、周辺をゼロに近づけるような形状となる関数を掛け、両端のずれを「みなしゼロ」として飛びをなくす手法である。なお、このような手法がうまくいく場合は、信号の特性が中央に含まれている関数の場合に限られる。例えば、重要な信号が、始点及び終点部分に多く含まれるような場合には重要な情報が消えてしまうため、うまくいかない。過渡応答の場合には、窓関数を適用すると始点及び終点近辺で得られる応答信号の多くを消滅させてしまうことになるので、窓関数を使わない信号処理方法を導入する必要がある。 In general, when there is a discrepancy between the signal values at the start and end points, a method is used to apply a window function and make the start and end points zero to make them match. In other words, the window function is a function that makes only the center larger and brings the periphery closer to zero, and the discrepancy at both ends is treated as "deemed zero" to eliminate jumps. Note that this method only works when the signal characteristics are contained in the center. For example, it does not work well when important signals are contained in large amounts at the start and end points, as important information is lost. In the case of transient responses, applying a window function will eliminate much of the response signal obtained near the start and end points, so it is necessary to introduce a signal processing method that does not use window functions.
以上の考察から、本発明の一実施形態においては、始点の電圧値と終点の電圧値を一致させるような次の補正処理が行われる。 Based on the above considerations, in one embodiment of the present invention, the following correction process is performed to match the voltage value at the start point and the voltage value at the end point.
(補正処理)
(1)始点電圧と終点電圧の差を求める(D)。
(Correction process)
(1) Calculate the difference between the start point voltage and the end point voltage (D).
(2)上記(1)で求めた電圧差Dを放電期間において均等になるように加算する。具体的には、繰り返し回数(図4では1回)分の波形(図4では1波形)のON区間にだけ均等に補正電圧データを加算する。 (2) The voltage difference D calculated in (1) above is added evenly during the discharge period. Specifically, the correction voltage data is added evenly only to the ON section of the waveform (one waveform in FIG. 4) for the number of repetitions (one in FIG. 4).
(3)電圧値については、上記補正電圧データに対して4096点のFFT処理を実施し、補正電圧FFT処理結果とする。 (3) For the voltage value, a 4096-point FFT process is performed on the above correction voltage data to obtain the correction voltage FFT process result.
(4)電流値については、補正は行わずに取得されたデータに対して4096点のFFT処理を実施し、補正結果とする。 (4) For the current value, no correction is performed, and 4096-point FFT processing is performed on the acquired data to obtain the correction result.
(5)始点と終点を合わせるために電圧加算した信号(等分補正データ)に窓関数を適応し、FFT処理を実施する。 (5) To align the start and end points, a window function is applied to the voltage-added signal (equal division correction data) and FFT processing is performed.
(6)FFT処理した結果に対し、ゲイン補正を行う。例えば、ハニング窓(hamming window)を使うとゲインが2分の1になるので、ハニング窓を使って出力された結果を2倍してゲイン補正を行うなどである。 (6) Gain correction is performed on the results of FFT processing. For example, if a Hanming window is used, the gain is halved, so the result output using the Hanning window is doubled to perform gain correction.
(7)上記(6)で実施された補正結果を補正電圧FFT処理結果から減算し、得られた結果を補正済みの電圧FFT処理結果とする。 (7) The correction result performed in (6) above is subtracted from the correction voltage FFT processing result, and the obtained result is regarded as the corrected voltage FFT processing result.
(8)補正済みの電圧FFT処理結果と電流FFT処理結果を使用して抵抗値を算出する。この抵抗値は、周波数ごとに実部抵抗(R)及び虚部抵抗(X)で構成される複素インピーダンスとなる。 (8) The resistance value is calculated using the corrected voltage FFT processing results and current FFT processing results. This resistance value is a complex impedance consisting of a real resistance part (R) and an imaginary resistance part (X) for each frequency.
上記(1)~(8)の処理は、他の観点からは(電池過渡応答処理フェーズ)と(後処理フェーズ)とに分けることができ、その場合には、次のように説明することもできる。 From another perspective, the above processes (1) to (8) can be divided into a (battery transient response processing phase) and a (post-processing phase), in which case they can also be explained as follows:
(電池過渡応答処理フェーズ)
(A1)1回目にFETをOFFにする直前(時刻t0)のセル電圧をV0(FFT開始時電圧)とする。このとき、FFT開始時から1回目の放電停止までの時間は短いため、ここでのSoCの変化はないものとみなすことができる(この近辺のセル電圧はV0で一定ということになる)。
(Battery transient response processing phase)
(A1) The cell voltage immediately before the FET is turned off for the first time (time t0) is set to V0 (the voltage at the start of FFT). At this time, since the time from the start of FFT to the first discharge stop is short, it can be considered that there is no change in the SoC at this time (the cell voltage in this vicinity is constant at V0).
(A2)FETをOFFしている時間が終了し(時刻t1より少し後)、再びFETをONにする(放電開始)。すると、セル電圧は急激に減少しはじめる。そして、FFT終了時点(時刻t2)のセル電圧をV1とすると、仮に放電によりSoCが変動しない場合には、V1はもっと高いはずである。その電圧値はV0より高いか低いかは定かではないが、ここでは、仮にV0と仮定する。 (A2) The time that the FET was turned OFF ends (slightly after time t1), and the FET is turned ON again (discharge begins). Then, the cell voltage begins to decrease rapidly. If the cell voltage at the end of the FFT (time t2) is V1, then if the SoC does not fluctuate due to discharge, V1 should be higher. It is not clear whether this voltage value is higher or lower than V0, but here we will assume it is V0.
(A3)そして、V1-V0となる差分について、FETをONにした直後(図では時刻t1より少しあとの電圧が下がり始める時刻)から按分減算して行き、FFT終了時点(時刻t2)でセル電圧がV0になるような補正を掛ける。これでFFTを掛ける時には、始点と終点の値を合致させることができる。 (A3) Then, the difference (V1-V0) is proportionally subtracted from immediately after the FET is turned ON (in the diagram, the time when the voltage starts to drop a little after time t1), and a correction is applied so that the cell voltage becomes V0 at the end of the FFT (time t2). In this way, when applying the FFT, the start and end values can be made to match.
このように、時刻t0では電圧はV0で、放電停止までこの値は変動しないと仮定している(この間の時間は短いため。)。このとき、D=V0-V1となっている。本発明の一実施形態においては、このDを按分減算していくことになる。そして、理論上は2048点となるところ、実際の計測では、t0と放電停止までの時間が1msなら100点(1点測定に10usかかるため)を要するため、1948点が実質的に按分されることになる。 In this way, it is assumed that at time t0 the voltage is V0 and this value does not change until the discharge stops (because the time between these two is short). At this time, D = V0 - V1. In one embodiment of the present invention, this D is subtracted proportionately. Theoretically, there should be 2048 points, but in actual measurement, if the time between t0 and the end of discharge is 1 ms, 100 points are required (because it takes 10 us to measure one point), so 1948 points are effectively apportioned.
(後処理フェーズ)
(B1)FFT処理した結果について、FETをONにした直後からFFT終了時点までの一定電圧降下分に対してFFT処理を施す。このとき、始点と終点が一致しない点については、窓関数が適用される。
(Post-processing phase)
(B1) For the result of FFT processing, FFT processing is performed on a certain voltage drop from immediately after the FET is turned on to the end point of FFT. At this time, a window function is applied to points where the start point and end point do not coincide.
(B2)これに限定されるわけではないが、本発明の一実施形態において、適用される関数は、単純な電圧降下関数(時間と共にリニアに電圧が下がる関数)である。 (B2) Although not limited to this, in one embodiment of the present invention, the function applied is a simple voltage drop function (a function in which the voltage decreases linearly over time).
以上のように計測や補正の実施形態において多角的に説明したが、以下ではその理解をさらに深めるための補足説明を加える。 The above is a comprehensive explanation of the measurement and correction embodiments, but below we will provide additional explanations to further deepen your understanding.
[補足1]始点と終点の電圧を合わせることの意義
上述のとおり、補正処理においては、始点と終点の電圧を合わせる処理を行うが、これは放電期間における差分値を等分して「合わせる」ことになる。さらに例を挙げてこの処理を補記すると、次の(1-1)~(1-4)のとおりとなる。
[Supplementary Note 1] The significance of matching the voltages at the start and end points As mentioned above, the correction process matches the voltages at the start and end points by equally dividing the difference value in the discharge period. If we further explain this process using an example, it will be as follows (1-1) to (1-4).
(1-1)
まず、始点電圧をV0とし、終点電圧をV1、中間電圧をVxとする。また、それぞれの電圧時の時刻をt0、t1、txとする。また、それぞれのサンプル番号を0、4095、Cxとする。
(1-1)
First, the starting voltage is V0, the ending voltage is V1, and the intermediate voltage is Vx. The times at which the voltages are respectively set are t0, t1, and tx. The respective sample numbers are 0, 4095, and Cx.
(1-2)
中間電圧Vxは、放電停止によりV0からVxに向けて上昇していく。また、時刻txで放電が開始されると、中間電圧Vxは、V1に向けて下降していく。
(1-2)
When the discharge is stopped, the intermediate voltage Vx increases from V0 to Vx. When the discharge is started at time tx, the intermediate voltage Vx decreases to V1.
(1-3)
ここで、Vd=V0-V1とする(放電によりSoCが低下するため、V0>V1とすることができる)。本発明の一実施形態においては、4096点取得しているが、t0から放電停止までの20~30サンプルも取得しており、これらのデータも4096点に含まれる。よって、終点時刻は2回目の放電停止より20~30サンプル前となる。
(1-3)
Here, Vd = V0 - V1 (since the SoC decreases due to discharging, V0 > V1 can be set). In one embodiment of the present invention, 4096 points are acquired, but 20 to 30 samples from t0 to the end of discharging are also acquired, and these data are also included in the 4096 points. Therefore, the end point time is 20 to 30 samples before the second discharge stop.
(1-4)
VxからV1へ向かう区間でサンプル数がS(=4095-Cx)とすると、ti時刻の電圧は、V=Vi+Vd/S*(Ci-Cx)と補正される。
また、ti=txであるならば、Vi=Vx+Vd/S*(Cx-Cx)=Vxと補正され、ti=t1であるならば、Vi=V1+Vd/S*(C1(=4095)-Cx)=V1+Vd=V1+V0-V1=V0となり、始点と終点の電圧は合わさる。
(1-4)
If the number of samples in the section from Vx to V1 is S (=4095-Cx), the voltage at time ti is corrected as V=Vi+Vd/S*(Ci-Cx).
Furthermore, if ti = tx, then it is corrected as Vi = Vx + Vd/S * (Cx - Cx) = Vx, and if ti = t1, then Vi = V1 + Vd/S * (C1 (= 4095) - Cx) = V1 + Vd = V1 + V0 - V1 = V0, and the voltages at the start and end points are combined.
[補足2]差分の影響分を差し戻す処理の必要性
補記1で説明したように始点と終点の電圧を合わせる処理を行うと、差分影響分を差し戻す処理が必要となる。例を挙げてこのことを(2-1)~(2-3)に説明する。
[Supplement 2] Necessity of processing to offset the influence of the difference When processing to match the voltages of the start point and end point is performed as explained in
(2-1)
補記1での処理は、2回目の放電期間での差分を按分加算する手法である。しかし、このように按分加算した電圧値は、本来の電圧ではない。あくまでも、FFT処理を行った際の高次項のエラーの発生を回避するための措置である。
(2-1)
The processing in
(2-2)
従って、最終的にFFT処理を行った後、この補正した分を元に戻す必要がある。加算処理したものは、t0~txの期間まではゼロ、tx~t1の期間は直線的にVd下がるような直線である。しかし、これをFFT処理しても直線なので、求めたい結果が得られない。
(2-2)
Therefore, after the final FFT processing, it is necessary to restore this corrected amount. The result of the addition process is a straight line where Vd is zero from t0 to tx, and decreases linearly from tx to t1. However, even if this is processed by FFT, it is still a straight line, so the desired result cannot be obtained.
(2-3)
そこで、図4Bに示すような電圧グラフのデータに対して窓関数を適用してFFT処理を行い、さらにゲインを掛けてその影響分を算出し、上記電圧FFTから差し引くことにより影響がなかった状態に戻す。
(2-3)
Therefore, a window function is applied to the voltage graph data as shown in FIG. 4B to perform FFT processing, and then a gain is applied to calculate the amount of influence, which is then subtracted from the voltage FFT to return to an uninfluenced state.
[補足3]高周波においては補正処理を行わないことの意義
計測対象となる電池や放電体によって求めたい特性の周波数は異なるが、通常は0.1Hz~1kHz程度を100分割して計測する。これに対し、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置の周波数帯域上の計測点は4点である(これらに制限されるものではないが、一実施形態として、0.2Hz(F1)、1.5Hz(F2)、12Hz(F3)、100Hz(F4)の4点とした。)。そして、10Hzを越える周波数については補正処理を行うことはないが、その技術的正当性は次のとおりである。
[Supplementary Note 3] The significance of not performing correction processing at high frequencies Although the frequency of the characteristic to be obtained varies depending on the battery or discharge body to be measured, measurements are usually made by dividing the frequency range from 0.1 Hz to 1 kHz into 100 parts. In contrast, the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention has four measurement points on the frequency band (although not limited to these, in one embodiment, four points are used: 0.2 Hz (F1), 1.5 Hz (F2), 12 Hz (F3), and 100 Hz (F4)). No correction processing is performed for frequencies above 10 Hz, and the technical justification for this is as follows.
すなわち、100Hzで1波長分の矩形波を入れた場合、実時間に換算すると0.005秒間だけONされている計算となる(正確には、ON/OFF/ON→終了なので、0.01秒間ONすることにはなる。)。この間に、SoCがどの程度低下するのかといえば、ほとんど下がることはない(図4Aのp部分における若干の電圧降下分を参照。)。 In other words, if you input a square wave of one wavelength at 100Hz, it will be ON for only 0.005 seconds when converted to real time (to be precise, since it goes ON/OFF/ON → end, it will be ON for 0.01 seconds). How much does the SoC decrease during this time? There is almost no decrease (see the slight voltage drop at part p in Figure 4A).
実際、100Hzで計測した際の始点電圧が3.26431Vであったのに対し、終点電圧は3.26400Vであった。この間約0.00031Vの電圧降下があったが、この降下分がFFT処理に与えた影響は無視できる程度のものであった。 In fact, when measured at 100Hz, the starting voltage was 3.26431V, while the ending voltage was 3.26400V. During this time, there was a voltage drop of approximately 0.00031V, but the effect of this drop on the FFT processing was negligible.
さらに、一実施形態において、100Hzよりも小さい周波数での実際の計測値は次にとおりであった。すなわち、12Hzで計測した際の始点電は3.26393Vであったのに対し、終点電圧は3.26393Vであり、1.5Hzで計測した際の始点電圧は3.26294Vであったのに対し、終点電圧は3.26256Vであり、0.2Hzで計測した際の始点電圧3.26050Vであったのに対し、終点電圧は3.25943Vであった。 Furthermore, in one embodiment, the actual measured values at frequencies less than 100 Hz were as follows: when measured at 12 Hz, the starting voltage was 3.26393 V and the end voltage was 3.26393 V; when measured at 1.5 Hz, the starting voltage was 3.26294 V and the end voltage was 3.26256 V; when measured at 0.2 Hz, the starting voltage was 3.26050 V and the end voltage was 3.25943 V.
いずれもFFT処理に与える影響は少ないものと判断できるが、本発明の一実施形態においては、少なくとも1Hzあるいは数Hz以上の周波数については補正処理を行わないことでも差し支えない。例えば、1Hz時のON時間は0.5秒であるが、これくらいの時間であれば、SoC低下による影響は少ないとみられる。 While it can be determined that either of these has little effect on FFT processing, in one embodiment of the present invention, it is acceptable not to perform correction processing for frequencies of at least 1 Hz or a few Hz or higher. For example, the ON time at 1 Hz is 0.5 seconds, and for this length of time, the impact of a decrease in SoC is considered to be small.
[補足4]フィッティングによるパラメータ算出を行うことの意義
本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置の周波数帯域上の計測点は4点である。一実施形態として、0.2Hz(F1)、1.5Hz(F2)、12Hz(F3)、100Hz(F4)の4点であり、これらの計測値に基づいて、高次項(1次、3次、5次、・・・)を算出していく。一方で、遅いほうの周波数については、0.2Hz、0.6Hz、1.0Hz、1.4Hz・・・が出るが、上記の条件では、0.2Hzより低いところは出ないこととなる。速いほうは、約100Hzを基準にして、300Hz、500Hz、700Hzと出すことができるが、例えば、2kHzや3kHz辺りまで行くとゲインが小さくなり過ぎ、ノイズの影響を受けて振れ幅が出てきてしまう。
[Supplementary Note 4] Significance of Calculating Parameters by Fitting There are four measurement points on the frequency band of the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention. In one embodiment, there are four measurement points: 0.2 Hz (F1), 1.5 Hz (F2), 12 Hz (F3), and 100 Hz (F4). Based on these measurement values, higher-order terms (first, third, fifth, ...) are calculated. On the other hand, for the slower frequency, 0.2 Hz, 0.6 Hz, 1.0 Hz, 1.4 Hz ... are obtained, but under the above conditions, no frequencies lower than 0.2 Hz are obtained. For the faster frequency, 300 Hz, 500 Hz, and 700 Hz can be obtained based on about 100 Hz as a reference, but for example, when it goes up to around 2 kHz or 3 kHz, the gain becomes too small and the width of the oscillation appears due to the influence of noise.
そこで、上述したフィッティング処理を行うが、このときに採用される回路が、
circuit=R0-p(R1,C1)-p(R2,C2)-p(R3,C3)-p(R4,L4)
である。
Therefore, the above-mentioned fitting process is performed, and the circuit used for this is as follows:
circuit=R0-p(R1,C1)-p(R2,C2)-p(R3,C3)-p(R4,L4)
It is.
上記の回路にフィッティング結果の値を代入し、数値的に周波数を測定域外に振って計算によって高次項の値を求めることができる。これに制限されるものではないが、本発明の一実施形態においては、0.5Hzと20Hzの2点のみを測定し、高次項によって間をある程度埋めたうえでフィッティングによるパラメータ計算を行い、計測対象電池の劣化判定に十分なコールコールプロットを作成することができる。 The values of the fitting results can be substituted into the above circuit, and the frequency can be numerically shifted outside the measurement range to obtain the values of the higher-order terms by calculation. Although not limited to this, in one embodiment of the present invention, only two points, 0.5 Hz and 20 Hz, are measured, and the gap is filled to some extent with higher-order terms before parameter calculations are performed by fitting, making it possible to create a Cole-Cole plot sufficient for determining the deterioration of the battery being measured.
なお、上述した0.2Hzをどこまで高速にできるについては、電池の特性に依存すると考えられる。0.2Hzの意味するところは、FETのON/OFF周期が0.2Hzということで、1周期に5秒を要することになる。電池の劣化判定に有利な正確なコールコールプロットを作成するには0.1Hzか計測することが望ましい場合もあるが、その場合には10秒時間がかかることになる。フィッティングの結果に大差ない場合には、0.5Hzから処理する方が処理時間を2秒へと大幅に短縮でき、総合的にみた利便性が高まることも多い。その場合には、0.5Hzの周波数にて実施したあと、高次項の1.5Hz、7.5Hz等々を埋めていき、さらにフィッティングを行ってパラメータを算出し、そこから(0.1Hz等の)低速域を含めたコールコールプロットを生成することでも差し支えない。 It is thought that the extent to which the above-mentioned 0.2Hz can be made faster depends on the characteristics of the battery. 0.2Hz means that the FET ON/OFF cycle is 0.2Hz, which means that one cycle takes 5 seconds. In some cases, it may be desirable to measure at 0.1Hz to create an accurate Cole-Cole plot that is useful for determining battery deterioration, but in that case it will take 10 seconds. If there is not much difference in the fitting results, processing from 0.5Hz can significantly reduce the processing time to 2 seconds, and in many cases it is more convenient overall. In that case, after performing the measurement at a frequency of 0.5Hz, it is acceptable to fill in the higher-order terms such as 1.5Hz, 7.5Hz, etc., and then perform further fitting to calculate the parameters, from which a Cole-Cole plot including the low-speed range (such as 0.1Hz) can be generated.
図5A及び図5Bに、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による処理の前後の様子を示す。図5Aには、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による処理前の電圧値の計測例が示されており、図5Bには、図5Aに示された電圧値の計測例に対して本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による補正処理を施した結果例が示されている。図5Bに示されたように、図5Aに示された電圧値の計測例に認められた始点電圧と終点電圧の差Dは、上述した電圧補正処理により放電中期間の電圧全体に対して底上げされてゼロになっていることを確認できる。
また、上述したFFT処理は、図5Bに示された補正後の電圧値に対して施される。すなわち、始点と終点が合致し、この波形が繰り返されるという前提で演算すれば、高周波の異常データが算出されるという不都合は生じない。
5A and 5B show the state before and after processing by the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention. Fig. 5A shows an example of the measurement of the voltage value before processing by the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention, and Fig. 5B shows an example of the result of performing correction processing by the battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention on the measurement example of the voltage value shown in Fig. 5A. As shown in Fig. 5B, it can be confirmed that the difference D between the start point voltage and the end point voltage recognized in the measurement example of the voltage value shown in Fig. 5A is raised to zero with respect to the entire voltage during the discharging period by the above-mentioned voltage correction processing.
The above-mentioned FFT process is performed on the corrected voltage value shown in Fig. 5B. In other words, if the calculation is performed on the premise that the start point and the end point coincide with each other and this waveform is repeated, the inconvenience of calculating high-frequency abnormal data does not occur.
(コールコールプロットの例)
図6に、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による計測結果に基づくコールコールプロット例を示す。図6において、プロットa1~a4は、1次項の計測点である。また、r1領域のプロットの散らばりに表れているように、次数が大きくなるとプロットがばらつく傾向がある。r1領域のプロットは、高次項として算術演算によって導き出すことができる。r2領域のプロットはa4の高次項として算術演算によって導き出すことができ、ここでは3次、5次、7次、9次まで表記している。これより高次の項も出せるが、高周波の1次項a3と重なっているため、ここで表記を止めている。
(Example of a Cole-Cole plot)
FIG. 6 shows an example of a Cole-Cole plot based on the measurement results obtained by a battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention. In FIG. 6, plots a1 to a4 are measurement points of the first-order term. As shown in the scattering of the plots in the r1 region, the plots tend to scatter as the order increases. The plots in the r1 region can be derived by arithmetic operations as higher-order terms. The plots in the r2 region can be derived by arithmetic operations as higher-order terms of a4, and here, the third, fifth, seventh, and ninth orders are shown. Higher-order terms can also be obtained, but they overlap with the high-frequency first-order term a3, so the notation stops here.
図7に、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による計測に基づくコールコールプロット例と従来のAC-IR計測器による計測に基づくコールコールプロット例との比較を示す。同図において、A側に集中しているプロットは、Battery1(良好なバッテリー)について、従来のAC-IR計測器による計測に基づいて行ったコールコールプロット(○プロット)と、同じくBattery1について、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による計測に基づいて行ったコールコールプロット(△プロット)である。また、B側に集中しているプロットは、Battery2(劣化したバッテリー)について、従来のAC-IR計測器による計測に基づいて行ったコールコールプロット(○プロット)と、同じくBattery2について、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による計測に基づいて行ったコールコールプロット(△プロット)である。
Figure 7 shows a comparison between an example Cole-Cole plot based on measurements using a battery degradation determination support device according to one embodiment of the present invention and an example Cole-Cole plot based on measurements using a conventional AC-IR measuring device. In the figure, the plots concentrated on side A are the Cole-Cole plot (○ plot) for Battery 1 (a good battery) based on measurements using a conventional AC-IR measuring device, and the Cole-Cole plot (△ plot) for
従来のAC-IR計測器による計測及び本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による計測のいずれについても、良好なバッテリー及び劣化したバッテリーのそれぞれの特性を同じように表しており、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による計測は、従来のAC-IR計測器による計測に比して全く遜色がないことを表している。 Both measurements using a conventional AC-IR measuring device and measurements using a battery degradation determination support device according to one embodiment of the present invention show the characteristics of a good battery and a degraded battery in the same way, indicating that measurements using a battery degradation determination support device according to one embodiment of the present invention are in no way inferior to measurements using a conventional AC-IR measuring device.
すなわち、当業者であれば、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等による計測に基づいて行ったコールコールプロットを観察して従来と同様に正確な電池劣化判定を行うことができる。 In other words, a person skilled in the art can observe a Cole-Cole plot based on measurements made using a battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention and make an accurate battery deterioration determination in the same manner as in the past.
以上、具体例に基づき、本発明の一実施形態にかかる電池劣化判定支援装置等を説明したが、本発明の実施形態としては、システム又は装置を実施するための方法又はプログラムの他、プログラムが記録された記憶媒体(一例として、光ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁気テープ、ハードディスク、メモリカード)等としての実施態様をとることも可能である。 The battery deterioration determination support device according to one embodiment of the present invention has been described above based on a specific example, but the present invention can also be embodied as a method or program for implementing the system or device, or as a storage medium on which a program is recorded (for example, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a CD-RW, a magnetic tape, a hard disk, or a memory card).
また、プログラムの実装形態としては、コンパイラによってコンパイルされるオブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード等のアプリケーションプログラムに限定されることはなく、オペレーティングシステムに組み込まれるプログラムモジュール等の形態であっても良い。 In addition, the implementation form of the program is not limited to application programs such as object code compiled by a compiler or program code executed by an interpreter, but may be in the form of a program module incorporated into an operating system.
さらに、プログラムは、必ずしも制御基板上のCPUにおいてのみ、全ての処理が実施される必要はなく、必要に応じて基板に付加された拡張ボードや拡張ユニットに実装された別の処理ユニット(DSP等)によってその一部又は全部が実施される構成とすることもできる。 Furthermore, the program does not necessarily have to be executed entirely by the CPU on the control board, but can also be configured so that some or all of the program is executed by another processing unit (such as a DSP) implemented on an expansion board or expansion unit added to the board as necessary.
本明細書(特許請求の範囲、要約、及び図面を含む)に記載された構成要件の全て及び/又は開示された全ての方法又は処理の全てのステップについては、これらの特徴が相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせることができる。 All of the features described in this specification (including the claims, abstract, and drawings) and/or all steps of any method or process disclosed herein may be combined in any combination, except combinations in which the features are mutually exclusive.
また、本明細書(特許請求の範囲、要約、及び図面を含む)に記載された特徴の各々は、明示的に否定されない限り、同一の目的、同等の目的、または類似する目的のために働く代替の特徴に置換することができる。したがって、明示的に否定されない限り、開示された特徴の各々は、包括的な一連の同一又は均等となる特徴の一例にすぎない。 Furthermore, each feature described in this specification (including the claims, abstract, and drawings) may be replaced with alternative features serving the same, equivalent, or similar purpose, unless expressly denied. Thus, unless expressly denied, each disclosed feature is merely one example of a generic series of identical or equivalent features.
さらに、本発明は、上述した実施形態のいずれの具体的構成にも制限されるものではない。本発明は、本明細書(特許請求の範囲、要約、及び図面を含む)に記載された全ての新規な特徴又はそれらの組合せ、あるいは記載された全ての新規な方法又は処理のステップ、又はそれらの組合せに拡張することができる。 Furthermore, the invention is not limited to the specific configuration of any of the embodiments described above. The invention extends to any novel feature or combination of features described herein (including the claims, abstract, and drawings), or any novel method or process step or combination of features described herein.
10 電池劣化判定支援装置
110 制御部
111 信号制御I/F
112 電流計測I/F
113 電圧計測I/F
120 スイッチ回路、スイッチング回路
10 Battery deterioration
112 Current measurement I/F
113 Voltage measurement I/F
120 Switch circuit, switching circuit
Claims (5)
前記電子回路は、
前記電池の放電をON/OFF制御する制御手段と、
前記ON/OFF制御された前記電池の電圧を計測して電圧計測データを取得する電圧計測手段と、
前記電池が放電する電流量を計測する電流計測手段と、
を備え、前記電子回路により、
前記ON/OFF制御に伴う周期に対する測定開始時と測定終了時とにおける電圧差を取得し、前記取得した電圧差を前記周期における放電期間で按分することによる補正データによって補正処理を行い、
前記補正処理を行った結果に対し、時間領域から周波数領域への変換処理(フーリエ変換処理)または、時間領域から複素数領域への変換処理(ラプラス変換処理)を行う第一の変換処理を行い、
前記補正データに対して、時間領域から周波数領域への変換処理(フーリエ変換処理)または、時間領域から複素数領域への変換処理(ラプラス変換処理)を行う第二の変換処理を行い、
前記第一の変換処理の結果に対し、前記第二の変換処理の結果を適用することによって、前記補正処理の影響分を差し戻すための処理を行う、
ことを特徴とする方法。 A method for assisting in determining deterioration of a battery by acquiring internal characteristics of the battery using an electronic circuit, comprising:
The electronic circuit includes:
A control means for controlling ON/OFF discharging of the battery ;
a voltage measuring means for measuring a voltage of the battery under the ON/OFF control to obtain voltage measurement data;
a current measuring means for measuring the amount of current discharged from the battery ;
The electronic circuit
a voltage difference between a start time and an end time of measurement for a period associated with the ON/OFF control is obtained, and a correction process is performed using correction data obtained by dividing the obtained voltage difference by a discharge period in the period;
A first transformation process is performed on the result of the correction process, which is a transformation process from the time domain to the frequency domain (Fourier transform process) or a transformation process from the time domain to the complex domain (Laplace transform process);
A second transformation process is performed on the correction data, the second transformation process being a transformation process from a time domain to a frequency domain (Fourier transform process) or a transformation process from a time domain to a complex domain (Laplace transform process);
performing a process for canceling the influence of the correction process by applying a result of the second conversion process to a result of the first conversion process;
A method comprising:
前記第二の変換処理は、補正処理によって生成された補正データに対して窓関数を適用してフーリエ変換処理を行って生成された第一の補正変換データに対し、窓関数の影響によるゲイン係数を勘案した第二の補正変換データを生成するものであることを特徴とする請求項1に記載の方法。 the first transformation process is a Fourier transformation process,
The method according to claim 1, characterized in that the second transformation process generates second corrected transformation data taking into account a gain coefficient due to the influence of a window function, for first corrected transformation data generated by applying a window function to the correction data generated by the correction process and performing a Fourier transform process.
相対的に高い周波数の制御時には前記補正を行わないことを特徴とする請求項1に記載の方法。 Selecting and controlling a plurality of frequencies for ON/OFF control of the discharge,
2. The method according to claim 1, wherein said correction is not performed during control of relatively high frequencies.
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