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JP7802553B2 - Battery characteristic analysis device, battery characteristic measurement device, and battery analysis system - Google Patents
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JP7802553B2 - Battery characteristic analysis device, battery characteristic measurement device, and battery analysis system - Google Patents

Battery characteristic analysis device, battery characteristic measurement device, and battery analysis system

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JP7802553B2 JP2022011638A JP2022011638A JP7802553B2 JP 7802553 B2 JP7802553 B2 JP 7802553B2 JP 2022011638 A JP2022011638 A JP 2022011638A JP 2022011638 A JP2022011638 A JP 2022011638A JP 7802553 B2 JP7802553 B2 JP 7802553B2
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Description

本発明は、電池特性解析装置、電池特性測定装置および電池解析システムに関し、特に、電池に流れる減衰振動電流に基づいて、電池の特性を解析する装置に関する。 The present invention relates to a battery characteristic analysis device, a battery characteristic measurement device, and a battery analysis system, and in particular to a device that analyzes battery characteristics based on the damped oscillatory current flowing through the battery.

電池の電力を用いて走行するハイブリッド自動車や電気自動車等の電動自動車が広く用いられている。電動自動車に対しては、電力供給事業者等が提供する電力供給網に接続された充電装置が、サービスステーションや駐車場等に設けられている。電動自動車の電池は充電装置によって充電される。 Electric vehicles, such as hybrid vehicles and electric vehicles, which run on battery power, are widely used. For electric vehicles, charging devices connected to the power supply network provided by power supply companies are installed at service stations, parking lots, etc. The batteries in electric vehicles are charged by the charging devices.

また、工場、オフィス、イベント会場等では、フォークリフト、運搬車等、電池を利用した電動装置が用いられている。複数の電動装置を工場やオフィス等の敷地内のあらゆる場所で用いるため、局所的に構築された電力供給網の要所に充電装置が接続された充電システムが開発されている。 Factories, offices, event venues, and other locations use battery-powered electric devices such as forklifts and transport vehicles. To enable multiple electric devices to be used in various locations within a factory, office, or other facility, charging systems have been developed in which charging devices are connected to key points in a locally constructed power supply network.

電動自動車や充電システムに関しては、電力供給網に接続された複数の充電装置を制御する技術が知られている。この技術では、制御装置が各充電装置から電池の充電状態を表す情報を取得し、各充電装置における電池の充電状態に応じて、制御装置が各充電装置を制御する。特許文献1には、このような技術を用いた分散型電源システムが記載されている。この分散型電源システムは、複数の電力変換部(充電装置)と、各電力変換部を制御する制御部(制御装置)とを備えている。各電力変換部には電池が接続されている。制御部は、複数の電力変換部のそれぞれから、電池のSOC(State Of Charge)を取得し、SOCに応じて各電力変換部の充放電制御を行う。 Technology for controlling multiple charging devices connected to a power supply network is known for electric vehicles and charging systems. With this technology, a control device acquires information indicating the battery's state of charge from each charging device, and controls each charging device according to the battery's state of charge in each charging device. Patent Document 1 describes a distributed power supply system that uses this technology. This distributed power supply system includes multiple power conversion units (charging devices) and a control unit (control unit) that controls each power conversion unit. A battery is connected to each power conversion unit. The control unit acquires the battery's SOC (State of Charge) from each of the multiple power conversion units, and controls the charging and discharging of each power conversion unit according to the SOC.

特開2016-116428号公報JP 2016-116428 A 特開2018-179652号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-179652

一般に、電池の性能は使用と共に劣化する。そこで、充電装置が電池の劣化度合いを測定し、制御装置が各充電装置で測定された電池の劣化度合いの情報を収集するシステムが考えられる。電池の劣化度合いの測定としては、例えば、特許文献2に記載されているように、周波数の変化に対するインピーダンスの変化を測定するものがある。しかし、電池に印加する信号電圧の周波数を広い範囲で掃引する必要があり、測定が困難となる場合がある。 Generally, battery performance deteriorates with use. Therefore, one possible system is one in which a charging device measures the degree of battery deterioration, and a control device collects information on the degree of battery deterioration measured by each charging device. One way to measure the degree of battery deterioration is to measure the change in impedance in response to a change in frequency, as described in Patent Document 2, for example. However, this requires sweeping the frequency of the signal voltage applied to the battery over a wide range, which can make measurement difficult.

本発明は、電池の性能を簡単な方法で測定することを目的とする。 The purpose of this invention is to measure battery performance in a simple manner.

本発明は、解析対象の電池に流れる電流を減衰振動させる減衰振動回路から、前記電池の減衰振動電流についての減衰振動データを取得し、前記減衰振動データが示す減衰振動電流の時間波形の大きさについて2つ以上のピーク値を取得し、前記2つ以上のピーク値のうちの2つのピーク値の一方に対する他方の比率と、前記減衰振動回路の特性から予め定められた複数の第1の定数と、に基づいて前記電池のインピーダンス実部を求めると共に、前記電池のインピーダンス実部と、前記2つ以上のピーク値のうちの1つと、前記減衰振動回路の特性から予め定められた複数の第2の定数と、に基づいて前記電池の出力電圧を求めることを特徴とする。 The present invention is characterized in that damped oscillation data on the damped oscillatory current of a battery to be analyzed is obtained from a damped oscillation circuit that damps oscillation in the current flowing through the battery, two or more peak values are obtained for the magnitude of the time waveform of the damped oscillatory current indicated by the damped oscillation data, and a real part of the impedance of the battery is calculated based on a ratio of one of the two or more peak values to the other and a plurality of first constants determined in advance from the characteristics of the damped oscillation circuit, and an output voltage of the battery is calculated based on the real part of the impedance of the battery, one of the two or more peak values, and a plurality of second constants determined in advance from the characteristics of the damped oscillation circuit.

望ましくは、前記インピーダンス実部に基づいて、または、前記インピーダンス実部および前記出力電圧に基づいて、前記電池の劣化度を求める。 Desirably, the degree of battery deterioration is determined based on the impedance real part, or based on the impedance real part and the output voltage.

また、本発明の関連技術は、解析対象の電池に流れる電流を減衰振動させる減衰振動回路から、前記電池の減衰振動電流についての減衰振動データを取得する処理を、複数の前記電池のそれぞれについて実行し、複数の前記電池のそれぞれについて取得された前記減衰振動データが示す減衰振動電流の時間波形に基づいて、複数の前記電池のそれぞれについて出力電圧を求めて、機械学習データを求め、複数の前記電池とは異なる電池の出力電圧を求め、前記機械学習データによって構築された機械学習モデルに複数の前記電池とは異なる電池の出力電圧を当て嵌めて、複数の前記電池とは異なる電池の劣化度を求める。望ましくは、複数の前記電池のそれぞれについて取得された前記減衰振動データが示す減衰振動電流に基づいて、複数の前記電池のそれぞれについて出力電圧に加えてインピーダンス実部を求めて、前記機械学習データを求め、複数の前記電池とは異なる電池の出力電圧に加えてインピーダンス実部を求め、前記機械学習データによって構築された機械学習モデルに複数の前記電池とは異なる電池のインピーダンス実部および出力電圧を当て嵌めて、複数の前記電池とは異なる電池の劣化度を求める。望ましくは、複数の前記電池のそれぞれの出力電圧は、複数の前記電池のそれぞれの負荷電流を変化させたことに基づく変化を伴う電圧であり、複数の前記電池とは異なる電池の出力電圧は、複数の前記電池とは異なる電池の負荷電流を変化させたことに基づく変化を伴う電圧である。 Furthermore, a related technology of the present invention includes, for each of a plurality of batteries, a process of acquiring damped oscillation data about a damped oscillatory current of the battery from a damped oscillation circuit that damps oscillation in a current flowing through the battery to be analyzed, calculating an output voltage for each of the plurality of batteries based on a time waveform of the damped oscillation current indicated by the damped oscillation data acquired for each of the plurality of batteries to obtain machine learning data, calculating an output voltage of a battery different from the plurality of batteries, and fitting the output voltage of the battery different from the plurality of batteries to a machine learning model constructed using the machine learning data to obtain a deterioration level of the battery different from the plurality of batteries. Preferably, based on the damped oscillation current indicated by the damped oscillation data acquired for each of the plurality of batteries, calculating an impedance real part in addition to the output voltage of each of the plurality of batteries to obtain the machine learning data, calculating the impedance real part in addition to the output voltage of the battery different from the plurality of batteries, and fitting the impedance real part and the output voltage of the battery different from the plurality of batteries to a machine learning model constructed using the machine learning data to obtain a deterioration level of the battery different from the plurality of batteries. Preferably, the output voltage of each of the plurality of batteries is a voltage that changes based on changing the load current of each of the plurality of batteries, and the output voltage of a battery different from the plurality of batteries is a voltage that changes based on changing the load current of a battery different from the plurality of batteries.

望ましくは、複数の前記電池のそれぞれの出力電圧、および複数の前記電池とは異なる電池の出力電圧は、緩和電圧である。 Preferably, the output voltage of each of the plurality of batteries and the output voltage of a battery different from the plurality of batteries is a relaxation voltage.

また、本発明の関連技術は、電池特性解析装置であって、解析対象の電池に流れる電流を減衰振動させる減衰振動回路から、前記電池の減衰振動電流についての減衰振動データを取得し、前記減衰振動データに基づいて前記電池のインピーダンス実部を求め、または、前記電池のインピーダンス実部および出力電圧を求める電池特性解析装置と共に、電池特性解析システムを構成する電池特性測定装置であって、前記減衰振動回路と、前記減衰振動データを生成する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電池に流れる減衰振動電流に応じた値を複数の異なるタイミングで摘出し、複数の異なるタイミングで摘出された前記減衰振動電流に応じた値に基づいて、前記減衰振動データを生成する。 Furthermore, a related technology of the present invention is a battery characteristic analysis device that acquires damped oscillation data about a damped oscillatory current of a battery to be analyzed from a damped oscillation circuit that damps oscillation in the current flowing through the battery, and determines a real part of the impedance of the battery based on the damped oscillation data, or determines the real part of the impedance and output voltage of the battery. The battery characteristic measurement device, together with the battery characteristic analysis device, constitutes a battery characteristic analysis system, and includes the damped oscillation circuit and a control unit that generates the damped oscillation data, and the control unit extracts values corresponding to the damped oscillation current flowing through the battery at a plurality of different times, and generates the damped oscillation data based on the values corresponding to the damped oscillation current extracted at the plurality of different times .

望ましくは、前記減衰振動回路は、1次インダクタ、容量性素子およびスイッチング素子を備え、前記電池の正極と負極との間を結ぶ経路に、前記1次インダクタ、前記容量性素子および前記スイッチング素子が設けられ、前記スイッチング素子がパルス的に導通することで、前記電池に流れる電流が減衰振動し、前記制御部は、前記1次インダクタに結合する2次インダクタに現れる電圧に基づいて、前記減衰振動データを生成する。 Preferably, the damped oscillation circuit includes a primary inductor, a capacitive element, and a switching element, and the primary inductor, capacitive element, and switching element are provided in a path connecting the positive and negative electrodes of the battery. When the switching element conducts in a pulsed manner, the current flowing through the battery undergoes damped oscillation, and the control unit generates the damped oscillation data based on the voltage appearing in a secondary inductor coupled to the primary inductor.

また、本発明の関連技術は、電池特性解析装置であって、解析対象の電池に流れる電流を減衰振動させる減衰振動回路から、前記電池の減衰振動電流についての減衰振動データを取得し、前記減衰振動データに基づいて前記電池のインピーダンス実部を求め、または、前記電池のインピーダンス実部および出力電圧を求める電池特性解析装置と共に、電池特性解析システムを構成する電池特性測定装置であって、前記減衰振動回路と、前記減衰振動データを生成する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電池に前記減衰振動電流を複数回に亘って流し、複数回に亘って流れる前記減衰振動電流のそれぞれの時間波形を測定し、各測定回ごとに異なるタイミングで前記減衰振動電流に応じた値を摘出し、各測定回ごとに摘出された値に基づいて、前記減衰振動回路の特性を解析するための回路解析情報を生成する。 Furthermore, a related technology of the present invention is a battery characteristic analysis device that acquires damped oscillation data about a damped oscillatory current of a battery to be analyzed from a damped oscillation circuit that damps oscillation in the current flowing through the battery, and determines the real part of the impedance of the battery based on the damped oscillation data, or determines the real part of the impedance and output voltage of the battery. This battery characteristic measurement device, together with the battery characteristic analysis device, constitutes a battery characteristic analysis system, and includes the damped oscillation circuit and a control unit that generates the damped oscillation data. The control unit causes the damped oscillatory current to flow through the battery a plurality of times, measures the time waveforms of the damped oscillatory current that flow a plurality of times, extracts values corresponding to the damped oscillatory current at different timings for each measurement, and generates circuit analysis information for analyzing the characteristics of the damped oscillation circuit based on the values extracted for each measurement .

望ましくは、前記減衰振動回路は、1次インダクタ、容量性素子およびスイッチング素子を備え、前記電池の正極と負極との間を結ぶ経路に、前記1次インダクタ、前記容量性素子および前記スイッチング素子が設けられ、前記スイッチング素子がパルス的に導通することで、前記電池に流れる電流が減衰振動し、前記制御部は、前記1次インダクタに結合する2次インダクタに現れる電圧から、前記減衰振動電流に応じた値を摘出する。 Preferably, the damped oscillation circuit includes a primary inductor, a capacitive element, and a switching element, and the primary inductor, capacitive element, and switching element are provided in a path connecting the positive and negative electrodes of the battery. When the switching element conducts in a pulsed manner, the current flowing through the battery undergoes damped oscillation, and the control unit extracts a value corresponding to the damped oscillation current from the voltage appearing in a secondary inductor coupled to the primary inductor.

また、本発明の関連技術は、前記電池特性測定装置を複数備える電池解析システムであって、前記減衰振動回路が、直列接続された複数の前記電池のそれぞれに接続されており、各前記減衰振動回路は、前記容量性素子に並列接続された抵抗素子を備え、前記電池解析システムは、前記容量性素子に対する前記電池の放電状態を制御して、複数の前記電池の充電状態を均等化させる。 A related technology of the present invention is a battery analysis system including a plurality of the battery characteristic measuring devices, wherein the damped oscillation circuit is connected to each of the plurality of batteries connected in series, and each of the damped oscillation circuits includes a resistive element connected in parallel to the capacitive element, and the battery analysis system controls the discharge state of the battery relative to the capacitive element to equalize the charge states of the plurality of batteries .

本発明によれば、電池の性能を簡単な方法で測定することができる。 The present invention allows battery performance to be measured in a simple manner.

電池解析システムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a battery analysis system. 測定器の構成を制御部と共に示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the measuring device together with a control unit. 各信号、減衰振動電流および減衰振動電圧の時間波形を示す図である。3A and 3B are diagrams showing the time waveforms of each signal, a damped oscillation current, and a damped oscillation voltage. 各電池に対応して設けられた各測定器を制御部と共に示す図である。FIG. 2 is a diagram showing each measuring device provided corresponding to each battery together with a control unit. 駆動信号の時間波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a time waveform of a drive signal. 応用実施形態に係る電池特性測定装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a battery characteristics measuring device according to an application embodiment. 減衰振動回路の共振周波数を測定する場合の電池特性測定装置の状態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a state of the battery characteristic measuring device when measuring the resonance frequency of a damped oscillation circuit. 減衰振動電圧と共にトータル摘出信号を示す図である。FIG. 10 shows the total extraction signal together with the damped oscillatory voltage. 電池劣化解析器の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a battery degradation analyzer. 鉛電池についての緩和電圧の例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of relaxation voltage for a lead battery. 基準測定装置によって測定された劣化パラメータと、電池解析システムによって測定された鉛電池のインピーダンス実部の測定値とを対応付けたグラフである。1 is a graph showing the relationship between degradation parameters measured by a reference measuring device and the measured values of the real part of the impedance of a lead-acid battery measured by a battery analysis system. 電池劣化解析器の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a battery degradation analyzer. リチウムイオン電池の機械学習データと、リチウムイオン電池の機械学習モデルを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing machine learning data of a lithium-ion battery and a machine learning model of a lithium-ion battery. 電池容量の劣化度に対して、インピーダンス実部の変化を対応付けたグラフである。10 is a graph showing the change in the real part of the impedance in relation to the degree of deterioration of the battery capacity. 電池解析システムの動作タイミングの例を概念的に示す図である。FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating an example of operation timing of the battery analysis system.

各図を参照して本発明の各実施形態について説明する。複数の図面に示されている同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。本明細書における上下左右等の方向を示す用語は、図面における方向を示す。これらの用語は、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。 Each embodiment of the present invention will be described with reference to the figures. Identical components shown in multiple figures will be assigned the same reference numerals to simplify their description. Terms indicating directions such as up, down, left, and right in this specification refer to directions in the figures. These terms do not limit the orientation of each component when it is placed.

図1には、本発明の実施形態に係る電池解析システム100の構成が示されている。電池解析システム100は、電池特性測定装置10、ストレージコンピュータ12および電池特性解析装置14を備えている。電池特性測定装置10、ストレージコンピュータ12および電池特性解析装置14のそれぞれは、通信回線で接続された別々のコンピュータによって構成されてよい。また、電池解析システム100は、1つのハードウエアで一体的に構成されてもよい。さらに、電池特性測定装置10、ストレージコンピュータ12および電池特性解析装置14の中から選択された2つが、1つのハードウエアで一体的に構成されてもよい。 Figure 1 shows the configuration of a battery analysis system 100 according to an embodiment of the present invention. The battery analysis system 100 includes a battery characteristic measurement device 10, a storage computer 12, and a battery characteristic analysis device 14. The battery characteristic measurement device 10, the storage computer 12, and the battery characteristic analysis device 14 may each be configured as separate computers connected by a communication line. The battery analysis system 100 may also be configured as an integrated unit of hardware. Furthermore, two selected from the battery characteristic measurement device 10, the storage computer 12, and the battery characteristic analysis device 14 may also be configured as an integrated unit of hardware.

電池特性測定装置10には、解析対象の複数n個の電池B1~Bnが接続されている。本実施形態では、電池B1~Bnは直列に接続されており、各電池の両端が電池特性測定装置10に接続されている。電池解析システム100では、各電池の特性の解析に必要な特性データを電池特性測定装置10が各電池について測定し、ストレージコンピュータ12に送信する。ストレージコンピュータ12は特性データを記憶する。電池特性解析装置14は、ストレージコンピュータ12から各電池の特性データを読み込み、各電池の特性の解析を行う。 A number n of batteries B1 to Bn to be analyzed are connected to the battery characteristic measuring device 10. In this embodiment, the batteries B1 to Bn are connected in series, with both ends of each battery connected to the battery characteristic measuring device 10. In the battery analysis system 100, the battery characteristic measuring device 10 measures the characteristic data required to analyze the characteristics of each battery for each battery and transmits it to the storage computer 12. The storage computer 12 stores the characteristic data. The battery characteristic analysis device 14 reads the characteristic data for each battery from the storage computer 12 and analyzes the characteristics of each battery.

図2には、電池特性測定装置10の構成のうち、1つの電池Bj(jは1~nのうちいずれかの整数)の特性データを取得する部分である測定器20の構成が制御部22と共に示されている。測定器20は、減衰振動回路24およびドライブユニット26を備えている。減衰振動回路24は、1次インダクタ28、容量性素子30、抵抗素子32およびスイッチング素子34を備えている。 Figure 2 shows the configuration of the measuring device 20, which is the part of the battery characteristic measuring device 10 that acquires characteristic data for one battery Bj (j is an integer between 1 and n), along with the control unit 22. The measuring device 20 includes a damped oscillation circuit 24 and a drive unit 26. The damped oscillation circuit 24 includes a primary inductor 28, a capacitive element 30, a resistive element 32, and a switching element 34.

1次インダクタ28は巻線で構成されてよい。また、1次インダクタ28はドライブユニット26における2次インダクタ38に結合し、2次インダクタ38と共にトランスを構成する。2次インダクタ38もまた、巻線で構成されてよい。容量性素子30は、受動素子であるコンデンサであってよい。また、容量性素子30は、バリキャップ等、容量性の能動素子であってもよい。 The primary inductor 28 may be composed of a winding. The primary inductor 28 is coupled to a secondary inductor 38 in the drive unit 26, and together with the secondary inductor 38 forms a transformer. The secondary inductor 38 may also be composed of a winding. The capacitive element 30 may be a capacitor, which is a passive element. The capacitive element 30 may also be an active capacitive element such as a varicap.

1次インダクタ28の一端は電池Bjの正極に接続され、他端は容量性素子30の一端に接続されている。容量性素子30の他端は、スイッチング素子34の一端に接続され、スイッチング素子34の他端は、電池Bjの負極に接続されている。容量性素子30には抵抗素子32が並列接続されている。電池Bjの正極と負極との間の経路には、1次インダクタ28、容量性素子30、抵抗素子32およびスイッチング素子34によって減衰振動回路24が構成されている。減衰振動回路24は、抵抗成分を含む共振回路を含む。解析対象の電池Bjが鉛電池である場合には、減衰振動回路24の共振周波数は2kHz~30kHzであってよい。解析対象の電池Bjがリチウムイオン電池である場合には、減衰振動回路24の共振周波数は200kHz~30MHzであってよい。 One end of the primary inductor 28 is connected to the positive electrode of the battery Bj, and the other end is connected to one end of the capacitive element 30. The other end of the capacitive element 30 is connected to one end of the switching element 34, and the other end of the switching element 34 is connected to the negative electrode of the battery Bj. A resistive element 32 is connected in parallel to the capacitive element 30. A damped oscillatory circuit 24 is formed in the path between the positive and negative electrodes of the battery Bj by the primary inductor 28, capacitive element 30, resistive element 32, and switching element 34. The damped oscillatory circuit 24 includes a resonant circuit containing a resistive component. If the battery Bj being analyzed is a lead battery, the resonant frequency of the damped oscillatory circuit 24 may be 2 kHz to 30 kHz. If the battery Bj being analyzed is a lithium-ion battery, the resonant frequency of the damped oscillatory circuit 24 may be 200 kHz to 30 MHz.

ドライブユニット26は、駆動アンプ36、2次インダクタ38、検出アンプ40およびピークホールド回路42-1~42-3を備えている。2次インダクタ38は、1次インダクタ28に結合している。2次インダクタ38の一端は接地されている。2次インダクタ38の他端は、検出アンプ40の入力端子に接続されている。検出アンプ40の出力端子は、ピークホールド回路42-1~42-3のそれぞれの入力端子に接続されている。 The drive unit 26 includes a drive amplifier 36, a secondary inductor 38, a detection amplifier 40, and peak hold circuits 42-1 to 42-3. The secondary inductor 38 is coupled to the primary inductor 28. One end of the secondary inductor 38 is grounded. The other end of the secondary inductor 38 is connected to the input terminal of the detection amplifier 40. The output terminal of the detection amplifier 40 is connected to the input terminals of the peak hold circuits 42-1 to 42-3, respectively.

制御部22は駆動アンプ36に駆動信号P0を出力し、駆動アンプ36は駆動信号P0をスイッチング素子34に出力する。駆動信号P0は、ローからハイに立ち上がり、予め定められた時間だけハイを維持した後に、ハイからローになる。駆動信号P0がハイのときにスイッチング素子34はオンになる。スイッチング素子34は、駆動信号P0に従ってパルス的に導通する。ここで、パルス的に導通するとは、スイッチング素子34がオフからオンになり、予め定められた時間だけオンの状態を維持した後に、オンからオフになる動作をいう。 The control unit 22 outputs a drive signal P0 to the drive amplifier 36, which then outputs the drive signal P0 to the switching element 34. The drive signal P0 rises from low to high, remains high for a predetermined time, and then changes from high to low. When the drive signal P0 is high, the switching element 34 turns on. The switching element 34 conducts in a pulsed manner in accordance with the drive signal P0. Here, "conducting in a pulsed manner" refers to the switching element 34 changing from off to on, maintaining the on state for a predetermined time, and then changing from on to off.

スイッチング素子34がパルス的に導通することで、電池Bjの正極から1次インダクタ28、容量性素子30、抵抗素子32およびスイッチング素子34によって構成される減衰振動回路24に、電池Bjの出力電圧に基づくパルス電圧が印加される。これによって、減衰振動回路24には、共振周波数で振動しながら減衰する減衰振動電流が流れる。減衰振動電流の減衰は、抵抗素子32による損失や、1次インダクタ28に含まれる抵抗成分等に基づくものである。 When the switching element 34 conducts in a pulsed manner, a pulse voltage based on the output voltage of the battery Bj is applied from the positive electrode of the battery Bj to the damped oscillation circuit 24, which is composed of the primary inductor 28, capacitive element 30, resistive element 32, and switching element 34. As a result, a damped oscillatory current flows through the damped oscillation circuit 24, oscillating at the resonant frequency and damping. The damping of the damped oscillatory current is due to losses in the resistive element 32, the resistance component contained in the primary inductor 28, and other factors.

1次インダクタ28に流れる減衰振動電流に応じて、2次インダクタ38には減衰振動波形を有する誘導起電力が発生する。制御部22からピークホールド回路42-1~42-3には、それぞれ、ピークホールド信号PH1~PH3が出力される。駆動信号P0が立ち上がり、スイッチング素子34が導通した時、またはその後、ピークホールド信号PH1~PH3は、ピークホールド信号PH1、PH2、PH3の順にステップ状に立ち上がり、所定時間だけ経過した後に立ち下がる。ピークホールド回路42-1~42-3は、ピークホールド信号PH1~PH3に応じて順に、2次インダクタ38に発生した誘導起電力の値を摘出し、それぞれ、制御部22に摘出信号S1~S3を出力する。 An induced electromotive force having a damped oscillatory waveform is generated in the secondary inductor 38 in response to the damped oscillatory current flowing through the primary inductor 28. Peak hold signals PH1 to PH3 are output from the control unit 22 to the peak hold circuits 42-1 to 42-3, respectively. When, or after, the drive signal P0 rises and the switching element 34 becomes conductive, the peak hold signals PH1 to PH3 rise in steps in the order PH1, PH2, and PH3, and then fall after a predetermined time has elapsed. The peak hold circuits 42-1 to 42-3 extract the value of the induced electromotive force generated in the secondary inductor 38 in response to the peak hold signals PH1 to PH3 in order, and output extraction signals S1 to S3 to the control unit 22, respectively.

制御部22は、電池Bjに取り付けられた温度センサ50から電池温度Tmpを取得する。制御部22は、摘出信号S1~S3のそれぞれの時間波形を示す情報、電池温度Tmp、電池ID(IDentification)および、これらの情報が取得された時刻(タイムスタンプ)を含む特性データ(減衰振動データ)を生成し、ストレージコンピュータ12(図1)に送信する。特性データは、減衰振動電流についての情報を含む減衰振動データである。ストレージコンピュータ12は、制御部22から送信された特性データを記憶する。なお、特性データは、摘出信号S1~S3のそれぞれの時間波形を示す情報に代えて、または、摘出信号S1~S3のそれぞれの時間波形を示す情報と共に、摘出信号S1~S3のそれぞれの絶対値の最大値Pm1~Pm3を含んでもよい。 The control unit 22 acquires the battery temperature Tmp from the temperature sensor 50 attached to the battery Bj. The control unit 22 generates characteristic data (damped oscillation data) including information indicating the time waveforms of each of the extraction signals S1 to S3, the battery temperature Tmp, a battery ID (IDentification), and the time (timestamp) at which this information was acquired, and transmits this data to the storage computer 12 (Figure 1). The characteristic data is damped oscillation data including information about the damped oscillation current. The storage computer 12 stores the characteristic data transmitted from the control unit 22. Note that the characteristic data may include maximum absolute values Pm1 to Pm3 of each of the extraction signals S1 to S3, instead of or in addition to the information indicating the time waveforms of each of the extraction signals S1 to S3.

図3(a)~(h)には、減衰振動電流Iaの時間波形と、電池解析システム100で用いられる各信号の時間波形が示されている。図3(a)には駆動信号P0が示されている。図3(b)には減衰振動電流Iaが示されている。駆動信号P0は、時刻t0にローからハイに立ち上がり、時刻t0から時間Tonだけハイを維持した後、時刻t0+Tonにハイからローに立ち下がる。減衰振動電流Iaは、時刻t0以降、減衰しながら正弦波状に振動する。 Figures 3(a) to (h) show the time waveform of the damped oscillatory current Ia and the time waveforms of each signal used in the battery analysis system 100. Figure 3(a) shows the drive signal P0. Figure 3(b) shows the damped oscillatory current Ia. The drive signal P0 rises from low to high at time t0, remains high for a time Ton from time t0, and then falls from high to low at time t0 + Ton. After time t0, the damped oscillatory current Ia oscillates sinusoidally while attenuating.

図3(c)には、ピークホールド信号PH1が減衰振動電圧Eaと共に示され、図3(d)には、摘出信号S1が減衰振動電圧Eaと共に示されている。ここで、減衰振動電圧Eaは、減衰振動電流Iaに応じて2次インダクタ38に現れる誘導起電力である。減衰振動電圧Eaは、減衰振動電流Iaに応じた値を有し、減衰振動電流Iaと同様の時間波形を有する。ピークホールド信号PH1は、時刻t0に立ち上がり、時刻t0+Tonに駆動信号P0と共に立ち下がる。ピークホールド回路42-1は、ピークホールド信号PH1がハイを維持している間、現時点からピークホールド信号PH1がハイとなった時刻t0に遡るまでの間の減衰振動電圧Eaの最大値を示す摘出信号S1を制御部22に出力する。 Figure 3(c) shows the peak hold signal PH1 together with the damped oscillation voltage Ea, and Figure 3(d) shows the extraction signal S1 together with the damped oscillation voltage Ea. Here, the damped oscillation voltage Ea is the induced electromotive force that appears in the secondary inductor 38 in response to the damped oscillation current Ia. The damped oscillation voltage Ea has a value that corresponds to the damped oscillation current Ia and has the same time waveform as the damped oscillation current Ia. The peak hold signal PH1 rises at time t0 and falls together with the drive signal P0 at time t0 + Ton. While the peak hold signal PH1 remains high, the peak hold circuit 42-1 outputs to the control unit 22 an extraction signal S1 that indicates the maximum value of the damped oscillation voltage Ea from the present time back to time t0, when the peak hold signal PH1 became high.

図3(e)および(g)には、それぞれ、ピークホールド信号PH2およびPH3が減衰振動電圧Eaと共に示され、図3(f)および(h)には、それぞれ摘出信号S2およびS3が減衰振動電圧Eaと共に示されている。ピークホールド信号PH2、PH3は、それぞれ、駆動信号P0が立ち上がった時から時間τ2、時間τ3が経過した時刻t2、時刻t3に立ち上がり、時刻t1+Tonに駆動信号P0と共に立ち下がる。 Figures 3(e) and (g) show peak hold signals PH2 and PH3, respectively, along with the damped oscillation voltage Ea, while Figures 3(f) and (h) show extraction signals S2 and S3, respectively, along with the damped oscillation voltage Ea. Peak hold signals PH2 and PH3 rise at times t2 and t3, respectively, which are times τ2 and τ3 after the rise of drive signal P0, and fall together with drive signal P0 at time t1 + Ton.

ピークホールド回路42-2は、ピークホールド信号PH2がハイを維持している間、現時点からピークホールド信号PH2がハイとなった時刻t2に遡るまでの間の減衰振動電圧Eaの最大値を示す摘出信号S2を制御部22に出力する。ピークホールド回路42-3は、ピークホールド信号PH3がハイを維持している間、現時点からピークホールド信号PH3がハイとなった時刻t3に遡るまでの間の減衰振動電圧Eaの最大値を示す摘出信号S3を制御部22に出力する。 While the peak hold signal PH2 remains high, the peak hold circuit 42-2 outputs to the control unit 22 an extraction signal S2 indicating the maximum value of the damped oscillation voltage Ea from the present time back to time t2 when the peak hold signal PH2 became high. While the peak hold signal PH3 remains high, the peak hold circuit 42-3 outputs to the control unit 22 an extraction signal S3 indicating the maximum value of the damped oscillation voltage Ea from the present time back to time t3 when the peak hold signal PH3 became high.

このように、制御部22Aは、電池Bjに流れる減衰振動電流Iaに応じた値(減衰振動電圧Eaの値)を3つ(複数)の異なるタイミングで摘出して摘出信号S1~S3を取得し、摘出信号S1~S3に基づいて、特性データ(減衰振動データ)を生成する。摘出信号S1~S3は、3つの(複数の)異なるタイミングで摘出された減衰振動電流Iaに応じた値である。 In this way, the control unit 22A extracts a value corresponding to the damped oscillation current Ia (value of the damped oscillation voltage Ea) flowing through the battery Bj at three (multiple) different times to obtain extraction signals S1 to S3, and generates characteristic data (damped oscillation data) based on the extraction signals S1 to S3. The extraction signals S1 to S3 are values corresponding to the damped oscillation current Ia extracted at three (multiple) different times.

図1に示されている電池特性解析装置14は、ストレージコンピュータ12から、上記の特性データを読み込む。電池特性解析装置14は、次のような処理に基づいて、特性データに基づいて、電池Bjの出力電圧Vbおよびインピーダンス実部Rhfを求める。ここで、インピーダンス実部とは、ある周波数について電池の内部インピーダンスを複素数で表したときの実数部をいう。 The battery characteristic analyzer 14 shown in Figure 1 reads the above characteristic data from the storage computer 12. The battery characteristic analyzer 14 calculates the output voltage Vb and impedance real part Rhf of the battery Bj based on the characteristic data using the following process. Here, the impedance real part refers to the real part when the internal impedance of the battery at a certain frequency is expressed as a complex number.

電池特性解析装置14は、摘出信号S3の絶対値の最大値Pm3と、摘出信号S2の絶対値の最大値Pm2に基づいて、(数1)に従って、インピーダンス実部Rhfを求める。 The battery characteristic analyzer 14 calculates the real part of the impedance Rhf according to Equation 1 based on the maximum absolute value Pm3 of the extraction signal S3 and the maximum absolute value Pm2 of the extraction signal S2.

(数1)Rhf=ln(Pm2/Pm3)・ar-br (Math. 1) Rhf=ln(Pm2/Pm3)・ar-br

ここで、lnは自然対数を示す。定数arおよびbrは、減衰振動回路24の特性に基づいて予め定められる。(数1)は、減衰振動電流Iaおよび減衰振動電圧Eaのピークが時間経過と共に減衰する際の時定数が、電池Bjのインピーダンス実部に応じて定まることから導かれる。 Here, ln represents the natural logarithm. The constants ar and br are predetermined based on the characteristics of the damped oscillation circuit 24. (Equation 1) is derived from the fact that the time constants by which the peaks of the damped oscillation current Ia and damped oscillation voltage Ea decay over time are determined according to the real part of the impedance of the battery Bj.

電池特性解析装置14は、(数2)に従って電池Bjの出力電圧Vbを求める。 The battery characteristic analyzer 14 calculates the output voltage Vb of battery Bj according to Equation 2.

(数2)Vb=(1/√δ)・k・N・Pm1,δ=exp(-Rhf・tr/(2Lr)) (Math. 2) Vb=(1/√δ)・k・N・Pm1, δ=exp(−Rhf・tr/(2Lr))

ここで、Pm1は、摘出信号S1の絶対値の最大値である。kは、検出アンプ40のゲイン、Nは、2次インダクタ38を構成する巻線の、1次インダクタ28を構成する巻線に対する巻線比、trは、時刻t0から摘出信号S1の絶対値が最大になるまでの時間、Lrは1次インダクタの自己インダクタンスである。 Here, Pm1 is the maximum absolute value of the extraction signal S1. k is the gain of the detection amplifier 40. N is the turns ratio of the windings constituting the secondary inductor 38 to the windings constituting the primary inductor 28. tr is the time from time t0 until the absolute value of the extraction signal S1 reaches its maximum. Lr is the self-inductance of the primary inductor.

電池特性測定装置10は、時間経過と共に順次、特性データを取得し、時間経過と共に、順次、特性データをストレージコンピュータ12に送信する。電池特性解析装置14は、時間経過と共に順次、ストレージコンピュータ12に記憶された特性データに基づいて、時間経過と共に順次、電池Bjのインピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbを求める。電池特性解析装置14は、電池Bjのインピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbを時刻と対応付けて記憶してもよいし、電池Bjのインピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbをストレージコンピュータ12に時刻と対応付けて記憶させてもよい。 The battery characteristic measuring device 10 sequentially acquires characteristic data over time and sequentially transmits the characteristic data to the storage computer 12 over time. The battery characteristic analyzing device 14 sequentially determines the real part of impedance Rhf and the output voltage Vb of the battery Bj over time based on the characteristic data stored in the storage computer 12 over time. The battery characteristic analyzing device 14 may store the real part of impedance Rhf and the output voltage Vb of the battery Bj in association with time, or may store the real part of impedance Rhf and the output voltage Vb of the battery Bj in association with time in the storage computer 12.

電池特性解析装置14は、後述する処理に基づいて、インピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbに基づいて、電池Bjの劣化度を求めてもよい。 The battery characteristic analyzer 14 may determine the degree of deterioration of the battery Bj based on the impedance real part Rhf and the output voltage Vb, using the processing described below.

本実施形態に係る電池解析システム100では、ストレージコンピュータ12に各電池の出力電圧Vbが記憶されている場合には、電池特性測定装置10の制御部22が、電池B1~Bnの出力電圧Vbを均等化する処理を実行してもよい。この処理は、電池B1~Bnのうち出力電圧Vbが最も大きいBjについて、電池Bjから容量性素子30への放電状態を制御して、電池B1~Bnの充電状態を均等化させるものである。図4には、電池B1~Bnに対応して設けられた測定器20-1~20-nが制御部22と共に示されている。測定器20-1~20-nのそれぞれは、図2に示された測定器20と同様の構成を有している。 In the battery analysis system 100 according to this embodiment, if the output voltage Vb of each battery is stored in the storage computer 12, the control unit 22 of the battery characteristic measuring device 10 may execute a process to equalize the output voltages Vb of batteries B1 to Bn. This process controls the discharge state from battery Bj to the capacitive element 30 for battery Bj, which has the largest output voltage Vb among batteries B1 to Bn, thereby equalizing the charge states of batteries B1 to Bn. Figure 4 shows measuring devices 20-1 to 20-n provided corresponding to batteries B1 to Bn, along with the control unit 22. Each of measuring devices 20-1 to 20-n has a configuration similar to that of measuring device 20 shown in Figure 2.

図5には、電池B1~Bnのそれぞれの特性データを取得する第1モードの動作と、電池B1~Bnのそれぞれの出力電圧Vbを均等化する第2モードの動作において、制御部22から測定器20-1~20-nのそれぞれの駆動アンプ36に出力される駆動信号P0の時間波形が示されている。 Figure 5 shows the time waveform of the drive signal P0 output from the control unit 22 to the drive amplifier 36 of each of the measuring devices 20-1 to 20-n during operation in the first mode, which acquires characteristic data for each of the batteries B1 to Bn, and operation in the second mode, which equalizes the output voltage Vb of each of the batteries B1 to Bn.

第1モードの動作では、制御部22から測定器20-1~20-nに、駆動信号P0の3つのパルス、すなわち、摘出信号S1~S3を取得するための3つのパルスが順に出力される。上記の動作によって、測定器20-1~20-nのそれぞれは特性データを取得する。電池特性解析装置14は特性データに基づいて、電池B1~Bnのそれぞれの出力電圧Vbを求める。 In the first mode of operation, the control unit 22 sequentially outputs three pulses of the drive signal P0 to the measuring devices 20-1 to 20-n, i.e., three pulses for acquiring the extraction signals S1 to S3. Through the above operation, each of the measuring devices 20-1 to 20-n acquires characteristic data. The battery characteristic analyzer 14 calculates the output voltage Vb of each of the batteries B1 to Bn based on the characteristic data.

図5には、測定器20-jに接続された電池Bjの出力電圧Vbが他の電池と比べて大きい例が示されている。第2モードの動作において、制御部22は、電池B1~Bnのうち、出力電圧Vbが最も大きい電池Bjが接続された測定器20-jに出力される駆動信号P0をハイにする。また、制御部22は、測定器20-jを除く測定器に出力される駆動信号P0をローにする。これによって、電池Bjおよび測定器20-jの減衰振動回路24に減衰振動電流が流れた後、電池Bjによって容量性素子30が充電され、電池Bjの出力電圧Vbが低下する。 Figure 5 shows an example in which the output voltage Vb of battery Bj connected to measuring device 20-j is higher than that of the other batteries. In second mode operation, the control unit 22 sets the drive signal P0 output to measuring device 20-j, which is connected to battery Bj with the highest output voltage Vb among batteries B1 to Bn, to high. The control unit 22 also sets the drive signal P0 output to measuring devices other than measuring device 20-j to low. As a result, a damped oscillation current flows through the damped oscillation circuit 24 of battery Bj and measuring device 20-j, after which battery Bj charges capacitive element 30, causing the output voltage Vb of battery Bj to decrease.

電池解析システム100では、第1モードの動作と第2モードの動作が繰り返される。これによって、電池B1~Bnの出力電圧Vbが同一値に収束し、特定の電池における電気的な負担が大きくなることが回避される。 The battery analysis system 100 repeatedly operates in the first mode and the second mode. This causes the output voltages Vb of batteries B1 to Bn to converge to the same value, preventing a large electrical load from being placed on any particular battery.

図6には、本発明の応用実施形態に係る電池特性測定装置10Aの構成が示されている。電池特性測定装置10Aは、1つの電池に対応する摘出信号S1~S3を取得する処理を、制御部22Aが、電池B1~B3のそれぞれについて時分割で実行するものである。 Figure 6 shows the configuration of a battery characteristic measuring device 10A according to an application embodiment of the present invention. In the battery characteristic measuring device 10A, the control unit 22A executes a process for acquiring extraction signals S1 to S3 corresponding to one battery for each of the batteries B1 to B3 in a time-sharing manner.

電池特性測定装置10Aは、3つの電池B1~B3がそれぞれ接続された測定器20A-1~20A-3を備えている。測定器20A-1は、図2に示された測定器20-1から、ピークホールド回路42-2および43-3を取り除き、2次インダクタ38の下端を接地する代わりに、測定器20A-2の2次インダクタ38の一端に接続したものである。 The battery characteristic measuring device 10A includes measuring devices 20A-1 to 20A-3, each connected to three batteries B1 to B3. Measuring device 20A-1 is similar to measuring device 20-1 shown in Figure 2, except that the peak hold circuits 42-2 and 43-3 have been removed, and instead of grounding the lower end of the secondary inductor 38, it is connected to one end of the secondary inductor 38 of measuring device 20A-2.

測定器20A-2は、図2に示された測定器20から、検出アンプ40およびピークホールド回路42-1~42-3を取り除き、2次インダクタ38の上端を測定器20A-1の2次インダクタ38の下端に接続し、下端を接地する代わりに、測定器20A-3の2次インダクタ38の上端に接続したものである。測定器20A-3は、図2に示された測定器20から、検出アンプ40およびピークホールド回路42-1~42-3を取り除き、2次インダクタ38の上端を測定器20A-2の2次インダクタ38の下端に接続したものである。このように、測定器20A-1~20A-3の2次インダクタ38は直列接続され、測定器20A-1の2次インダクタ38の上端が、検出アンプ40に接続され、測定器20A-3の2次インダクタ38の下端が接地されている。 Measurement device 20A-2 is configured by removing the detection amplifier 40 and peak hold circuits 42-1 to 42-3 from measurement device 20 shown in FIG. 2, and instead of connecting the upper end of secondary inductor 38 to the lower end of secondary inductor 38 of measurement device 20A-1 and grounding the lower end, it is connected to the upper end of secondary inductor 38 of measurement device 20A-3. Measuring device 20A-3 is configured by removing the detection amplifier 40 and peak hold circuits 42-1 to 42-3 from measurement device 20 shown in FIG. 2, and connecting the upper end of secondary inductor 38 to the lower end of secondary inductor 38 of measurement device 20A-2. In this way, the secondary inductors 38 of measurement devices 20A-1 to 20A-3 are connected in series, the upper end of secondary inductor 38 of measurement device 20A-1 is connected to the detection amplifier 40, and the lower end of secondary inductor 38 of measurement device 20A-3 is grounded.

測定器20A-3の駆動アンプ36と制御部22Aとの間には、縦続接続された遅延回路52-1および52-2が挿入され、測定器20A-2の駆動アンプ36と制御部22Aとの間には、遅延回路52-1が挿入されている。 Cascade-connected delay circuits 52-1 and 52-2 are inserted between the driver amplifier 36 and control unit 22A of measuring device 20A-3, and delay circuit 52-1 is inserted between the driver amplifier 36 and control unit 22A of measuring device 20A-2.

制御部22Aは、駆動信号P0を時間帯を異ならせて3回に亘って立ち上げ、立ち下げる。遅延回路52-1は、駆動信号P0を遅延時間D1だけ遅延させて、遅延回路52-2および測定器20A-2の駆動アンプ36に出力する。遅延回路52-2は、遅延回路52-1から出力された駆動信号P0を遅延回路D2だけ遅延させて、測定器20A-3の駆動アンプ36に出力する。遅延時間D1およびD2は、測定器20A-1~20A-3のそれぞれの駆動アンプ36に入力される駆動信号P0がハイになっている時間帯が重ならないように決定されている。 The control unit 22A raises and lowers the drive signal P0 three times at different time periods. The delay circuit 52-1 delays the drive signal P0 by delay time D1 and outputs it to the delay circuit 52-2 and the drive amplifier 36 of the measuring device 20A-2. The delay circuit 52-2 delays the drive signal P0 output from the delay circuit 52-1 by delay time D2 and outputs it to the drive amplifier 36 of the measuring device 20A-3. The delay times D1 and D2 are determined so that the time periods during which the drive signal P0 input to the drive amplifier 36 of each of the measuring devices 20A-1 to 20A-3 is high do not overlap.

制御部22Aは、測定器20A-1の駆動アンプ36に入力される駆動信号P0が1回目に立ち上がり、立ち下がると共に、摘出信号S1を取得するためのピークホールド信号PH1のパルスをピークホールド回路42-1に出力する。これによって、ピークホールド回路42-1は、電池B1に対する摘出信号S1を制御部22Aに出力する。制御部22Aは、測定器20A-1の駆動アンプ36に入力される駆動信号P0が2回目に立ち上がり、立ち下がると共に、摘出信号S2を取得するためのピークホールド信号PH2のパルスをピークホールド回路42-1に出力する。これによって、ピークホールド回路42-1は、電池B1に対する摘出信号S2を制御部22Aに出力する。制御部22Aは、駆動信号P0が3回目に立ち上がり、立ち下がると共に、摘出信号S3を取得するためのピークホールド信号PH3のパルスをピークホールド回路42-1に出力する。これによって、ピークホールド回路42-1は、電池B1に対する摘出信号S3を制御部22Aに出力する。 When the drive signal P0 input to the drive amplifier 36 of the measuring device 20A-1 rises and falls for the first time, the control unit 22A outputs a pulse of the peak hold signal PH1 to the peak hold circuit 42-1 to acquire the extraction signal S1. As a result, the peak hold circuit 42-1 outputs the extraction signal S1 for battery B1 to the control unit 22A. When the drive signal P0 input to the drive amplifier 36 of the measuring device 20A-1 rises and falls for the second time, the control unit 22A outputs a pulse of the peak hold signal PH2 to the peak hold circuit 42-1 to acquire the extraction signal S2. As a result, the peak hold circuit 42-1 outputs the extraction signal S2 for battery B1 to the control unit 22A. When the drive signal P0 rises and falls for the third time, the control unit 22A outputs a pulse of the peak hold signal PH3 to the peak hold circuit 42-1 to acquire the extraction signal S3. This causes the peak hold circuit 42-1 to output an extraction signal S3 for battery B1 to the control unit 22A.

測定器20A-2については、制御部22Aは測定器20A-1に対して遅延時間D1だけ遅れて、測定器20A-1に対する動作と同様の動作をピークホールド回路42-1に実行させる。これによって、ピークホールド回路42-1は、電池B2に対する摘出信号S1~S3を制御部22Aに出力する。測定器20A-3については、制御部22Aは測定器20A-1に対して遅延時間D1+D2だけ遅れて、測定器20A-1に対する動作と同様の動作を実行する。これによって、ピークホールド回路42-1は、電池B3に対する摘出信号S1~S3を制御部22Aに出力する。 For measuring device 20A-2, control unit 22A causes peak hold circuit 42-1 to perform the same operation as for measuring device 20A-1, with a delay of delay D1 relative to measuring device 20A-1. As a result, peak hold circuit 42-1 outputs extraction signals S1 to S3 for battery B2 to control unit 22A. For measuring device 20A-3, control unit 22A performs the same operation as for measuring device 20A-1, with a delay of delay D1 + D2 relative to measuring device 20A-1. As a result, peak hold circuit 42-1 outputs extraction signals S1 to S3 for battery B3 to control unit 22A.

制御部22Aは、電池B1~B3のそれぞれについて特性データを生成し、電池B1~B3のそれぞれに対して取得された特性データを、ストレージコンピュータ12に送信する。電池特性解析装置14は、電池B1~B3のそれぞれに対して取得された特性データに基づいて、電池B1~B3のそれぞれについてインピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbを求める。 The control unit 22A generates characteristic data for each of the batteries B1 to B3 and transmits the characteristic data acquired for each of the batteries B1 to B3 to the storage computer 12. The battery characteristic analyzer 14 calculates the impedance real part Rhf and the output voltage Vb for each of the batteries B1 to B3 based on the characteristic data acquired for each of the batteries B1 to B3.

ここでは、3つの電池B1~B3について特性データを取得する構成について説明した。電池特性測定装置10Aは、2つの、あるいは4つ以上の電池について特性データを取得する構成に変形可能である。この場合、各電池に対応して測定器20A-2と同様の測定器を設け、前段の測定器と次段の測定器との間に、駆動信号P0を遅延させる遅延回路が設けられる。 Here, a configuration for acquiring characteristic data for three batteries B1 to B3 has been described. The battery characteristic measuring device 10A can be modified to acquire characteristic data for two or four or more batteries. In this case, a measuring device similar to measuring device 20A-2 is provided for each battery, and a delay circuit that delays the drive signal P0 is provided between the preceding measuring device and the following measuring device.

図7には、測定器20Bの減衰振動回路24の共振周波数を測定する場合の電池特性測定装置10Bの状態が示されている。測定器20Bは、図6に示された測定器20A-1と同様の構成を有している。電池特性測定装置10Bには、電池Bjの代わりに基準電池BSが接続されている。図7に例示されている基準電池BSは、電池B0、基準コンデンサC0、基準インダクタL0および基準抵抗素子R0を備えている。電池B0の正極には、基準インダクタL0の一端が接続されている。基準コンデンサC0および基準抵抗素子R0は直列接続されている。基準コンデンサC0の基準抵抗素子R0とは反対側の一端は基準インダクタL0の他端に接続され、基準抵抗素子R0の基準コンデンサC0とは反対側の端子は、電池B0の負極に接続されている。基準コンデンサC0、基準インダクタL0および基準抵抗素子R0の素子定数は既知である。基準コンデンサC0、基準インダクタL0および基準抵抗素子R0の素子定数は、ストレージコンピュータ12に記憶され、制御部22Bまたは電池特性解析装置14が、これらの素子定数を読み込んでもよい。 Figure 7 shows the state of the battery characteristic measuring device 10B when measuring the resonant frequency of the damped oscillation circuit 24 of the measuring device 20B. The measuring device 20B has a configuration similar to that of the measuring device 20A-1 shown in Figure 6. A reference battery BS is connected to the battery characteristic measuring device 10B instead of the battery Bj. The reference battery BS illustrated in Figure 7 includes a battery B0, a reference capacitor C0, a reference inductor L0, and a reference resistor R0. One end of the reference inductor L0 is connected to the positive terminal of the battery B0. The reference capacitor C0 and the reference resistor R0 are connected in series. One end of the reference capacitor C0 opposite the reference resistor R0 is connected to the other end of the reference inductor L0, and the terminal of the reference resistor R0 opposite the reference capacitor C0 is connected to the negative terminal of the battery B0. The element constants of the reference capacitor C0, the reference inductor L0, and the reference resistor R0 are known. The element constants of the reference capacitor C0, reference inductor L0, and reference resistor R0 may be stored in the storage computer 12, and the control unit 22B or the battery characteristic analyzer 14 may read these element constants.

制御部22Bは、駆動アンプ36に所定の時間間隔で駆動信号P0のパルスを繰り返し出力する。制御部22Bは、駆動信号P0に同期させて、ピークホールド回路42-1にピークホールド信号PHのパルスを繰り返し出力する。 The control unit 22B repeatedly outputs pulses of the drive signal P0 to the drive amplifier 36 at predetermined time intervals. The control unit 22B repeatedly outputs pulses of the peak hold signal PH to the peak hold circuit 42-1 in synchronization with the drive signal P0.

制御部22Bは、ピークホールド信号PHのパルスを出力するのが何回目であるかに応じて、ピークホールド回路42-1に出力するピークホールド信号PHのパルスの立ち上がりを遅延させる。すなわち、制御部22Bは、第p回目のピークホールド信号PHのパルスをピークホールド回路42-1に出力する場合には、駆動信号P0の立ち上がりに対してp・ΔTだけ立ち上がりを遅延させたピークホールド信号PHのパルスをピークホールド回路42-1に出力する。ピークホールド信号PHのパルスの立ち下がりは、それに同期する駆動信号P0のパルスの立ち下がりと同時であってよい。ピークホールド回路42-1は、制御部22Bから繰り返し出力されるピークホールド信号PHのパルスに応じて、順次、摘出信号Sを制御部22Bに出力する。 The control unit 22B delays the rising edge of the pulse of the peak hold signal PH output to the peak hold circuit 42-1 depending on the number of times the pulse of the peak hold signal PH is output. That is, when the control unit 22B outputs the pth pulse of the peak hold signal PH to the peak hold circuit 42-1, the control unit 22B outputs a pulse of the peak hold signal PH whose rising edge is delayed by p·ΔT relative to the rising edge of the drive signal P0 to the peak hold circuit 42-1. The falling edge of the pulse of the peak hold signal PH may be simultaneous with the falling edge of the pulse of the drive signal P0 that is synchronized with it. The peak hold circuit 42-1 sequentially outputs the extraction signal S to the control unit 22B in accordance with the pulse of the peak hold signal PH repeatedly output from the control unit 22B.

このような処理によれば、制御部22Bから駆動信号P0のパルスが繰り返し出力されるのに伴って、スイッチング素子34が繰り返しパルス的に導通し、減衰振動回路24に減衰振動電流Iaが繰り返し流れる。摘出信号Sが取得されるタイミングが、減衰振動電流が減衰振動回路24に流れる度に時間ΔTずつ遅れるように、摘出信号Sが取得される。 According to this processing, as pulses of the drive signal P0 are repeatedly output from the control unit 22B, the switching element 34 conducts in a repeated pulsed manner, and the damped oscillation current Ia repeatedly flows through the damped oscillation circuit 24. The extraction signal S is acquired so that the timing at which the extraction signal S is acquired is delayed by a time ΔT each time the damped oscillation current flows through the damped oscillation circuit 24.

図8には、減衰振動電圧Eaと共にトータル摘出信号ΣSが示されている。トータル摘出信号ΣSは、ピークホールド信号PHのパルスの立ち上がりを時間ΔTずつ遅延させながら繰り返し取得された一連の摘出信号Sを、時間軸上で連ねたものである。トータル摘出信号ΣSは、減衰振動電圧Eaのピーク値を保持する時間波形を示している。制御部22Bは、トータル摘出信号ΣSに基づいて、減衰振動電圧Eaの周波数を求める。基準電池BSの各素子定数および測定器20Bに含まれる容量性素子30の容量が既知である場合、制御部22Bは、トータル摘出信号ΣSに基づいて、1次インダクタ28のインダクタンス値を求めてもよい。また、ストレージコンピュータ12を介してトータル摘出信号ΣSを電池特性解析装置14が取得し、電池特性解析装置14が減衰振動電圧Eaの周波数、または、1次インダクタ28のインダクタンス値を求めてもよい。測定器20Bによって求められた各値は、基準電池BSに代えて解析対象の電池Bjが接続されたときに、電池Bjの劣化度の解析のためのデータとして用いられてもよい。また、測定器20Bによって求められた1次インダクタ28のインダクタンス値は、(数2)のLrとして用いられてよい。 Figure 8 shows the total extraction signal ΣS along with the damped oscillation voltage Ea. The total extraction signal ΣS is a series of extraction signals S repeatedly acquired while delaying the rising edge of the pulse of the peak hold signal PH by a time ΔT, and these signals are arranged on the time axis. The total extraction signal ΣS represents a time waveform that maintains the peak value of the damped oscillation voltage Ea. The control unit 22B determines the frequency of the damped oscillation voltage Ea based on the total extraction signal ΣS. If the element constants of the reference battery BS and the capacitance of the capacitive element 30 included in the measuring device 20B are known, the control unit 22B may determine the inductance value of the primary inductor 28 based on the total extraction signal ΣS. Alternatively, the battery characteristic analysis device 14 may acquire the total extraction signal ΣS via the storage computer 12 and determine the frequency of the damped oscillation voltage Ea or the inductance value of the primary inductor 28. The values determined by measuring device 20B may be used as data for analyzing the degree of deterioration of battery Bj when the battery Bj to be analyzed is connected instead of reference battery BS. In addition, the inductance value of primary inductor 28 determined by measuring device 20B may be used as Lr in Equation 2.

このように、図7に示される電池特性測定装置10Bでは、制御部22Bがスイッチング素子34を複数回に亘って導通させ、スイッチング素子34が導通する毎に、減衰振動回路24に流れる減衰振動電流につき、時間軸上の異なる位置で摘出信号Sが取得される。すなわち、制御部22Bは、スイッチング素子34を複数回に亘って導通させ、基準電池BS(電池)に減衰振動電流を複数回に亘って流す。制御部22Bは、複数回に亘って流れる減衰振動電流の時間波形のそれぞれを測定し、各測定回ごとに異なるタイミングで減衰振動電流に応じた値を摘出信号Sとして摘出する。制御部22Bは、各測定回ごとに摘出された摘出信号Sに基づいて、トータル摘出信号ΣSを生成する。トータル摘出信号ΣSは、減衰振動回路24の特性を解析するための回路解析情報としての意味を持つ。 As such, in the battery characteristic measuring device 10B shown in FIG. 7, the control unit 22B conducts the switching element 34 multiple times, and each time the switching element 34 conducts, an extraction signal S is acquired at a different position on the time axis for the damped oscillation current flowing through the damped oscillation circuit 24. That is, the control unit 22B conducts the switching element 34 multiple times, causing a damped oscillation current to flow through the reference battery BS (battery) multiple times. The control unit 22B measures each time waveform of the damped oscillation current flowing multiple times and extracts a value corresponding to the damped oscillation current at a different timing for each measurement as the extraction signal S. The control unit 22B generates a total extraction signal ΣS based on the extraction signal S extracted for each measurement. The total extraction signal ΣS serves as circuit analysis information for analyzing the characteristics of the damped oscillation circuit 24.

トータル摘出信号ΣSを取得して、減衰振動電流Iaの周波数、あるいは、1次インダクタ28のインダクタンス値を求める処理は、図6に示されている電池特性測定装置10Aで実行されてもよい。制御部22Aは、測定器20A-1の駆動アンプ36に所定の時間間隔で駆動信号P0のパルスを繰り返し出力する。 The process of acquiring the total extraction signal ΣS and determining the frequency of the damped oscillatory current Ia or the inductance value of the primary inductor 28 may be performed by the battery characteristic measuring device 10A shown in Figure 6. The control unit 22A repeatedly outputs pulses of the drive signal P0 at predetermined time intervals to the drive amplifier 36 of the measuring device 20A-1.

制御部22Aから測定器20A-1、20A-2、20A-3の順に、駆動信号P0のパルスが時分割で出力されるように、遅延回路52-1および52-2は駆動信号P0のパルスを遅延させる。制御部22Aは、測定器20A-1の駆動アンプ36に入力される駆動信号P0のパルスに同期させて、測定器22A-1に対応するピークホールド信号PHのパルスをピークホールド回路42-1に出力する。また、制御部22Aは、測定器20A-2の駆動アンプ36に入力される駆動信号P0のパルスに同期させて、測定器22A-2に対応するピークホールド信号PHのパルスをピークホールド回路42-1に出力する。さらに、制御部22Aは、測定器20A-3の駆動アンプ36に入力される駆動信号P0のパルスに同期させて、測定器22A-3に対応するピークホールド信号PHのパルスをピークホールド回路42-1に出力する。 Delay circuits 52-1 and 52-2 delay the pulse of drive signal P0 so that the pulse of drive signal P0 is output in time division from control unit 22A to measuring devices 20A-1, 20A-2, and 20A-3 in that order. Control unit 22A outputs a pulse of peak hold signal PH corresponding to measuring device 22A-1 to peak hold circuit 42-1 in synchronization with the pulse of drive signal P0 input to driving amplifier 36 of measuring device 20A-1. Control unit 22A also outputs a pulse of peak hold signal PH corresponding to measuring device 22A-2 to peak hold circuit 42-1 in synchronization with the pulse of drive signal P0 input to driving amplifier 36 of measuring device 20A-2. Control unit 22A also outputs a pulse of peak hold signal PH corresponding to measuring device 22A-3 to peak hold circuit 42-1 in synchronization with the pulse of drive signal P0 input to driving amplifier 36 of measuring device 20A-3.

制御部22Aは、測定器20A-1~20A-3のそれぞれについて、ピークホールド信号PHのパルスを出力するのが何回目であるかに応じて、ピークホールド回路42-1に出力するピークホールド信号PHのパルスの立ち上がりを遅延させる。このような処理によって、測定器22A-1~22A-3のそれぞれについて次のような動作が実行される。すなわち、制御部22Bから駆動信号P0のパルスが繰り返し出力されるのに伴って、スイッチング素子34が繰り返しパルス的に導通し、減衰振動回路24に減衰振動電流が繰り返し流れる。摘出信号Sが取得されるタイミングが、減衰振動回路24に減衰振動電流が流れる度に時間ΔTずつ遅れるように、摘出信号Sが取得される。 For each of measuring devices 20A-1 to 20A-3, control unit 22A delays the rising edge of the pulse of peak hold signal PH output to peak hold circuit 42-1 depending on the number of times the pulse of peak hold signal PH has been output. Through this processing, the following operation is performed for each of measuring devices 22A-1 to 22A-3. That is, as pulses of drive signal P0 are repeatedly output from control unit 22B, switching element 34 repeatedly conducts in a pulsed manner, causing a damped oscillation current to repeatedly flow through damped oscillation circuit 24. The extraction signal S is acquired so that the timing at which the extraction signal S is acquired is delayed by a time ΔT each time a damped oscillation current flows through damped oscillation circuit 24.

ここでは、3つの測定器20A-1~20A-3のそれぞれについてトータル摘出信号ΣSを取得して、減衰振動電流の周波数、あるいは、1次インダクタ28のインダクタンス値を求める処理について説明した。処理対象の測定器の数は、2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。電池特性測定装置の構成は、前段の測定器と次段の測定器との間に、駆動信号P0を遅延させる遅延回路が設けられた構成とすればよい。 Here, we have described the process of acquiring the total extraction signal ΣS for each of the three measuring devices 20A-1 to 20A-3 and determining the frequency of the damped oscillatory current or the inductance value of the primary inductor 28. The number of measuring devices to be processed may be two, or four or more. The battery characteristic measuring device may be configured such that a delay circuit that delays the drive signal P0 is provided between the preceding measuring device and the following measuring device.

図9には、電池特性解析装置14に構成される電池劣化解析器60の構成が示されている。電池劣化解析器60は、鉛電池の劣化度を求めるために用いられる。電池劣化解析器60には、時間経過と共に順次取得されるインピーダンス実部Rhf、電池の出力電圧Vbおよび電池温度Tmpが入力される。ここで、出力電圧Vbとしては、電池に負荷電流が流れている状態(オン状態)から、負荷電流が遮断された状態(オフ状態)になったときに、時間経過と共に増加する緩和電圧が電池劣化解析器60に入力される。あるいは、オフ状態からオン状態になったときに、時間経過と共に減少する緩和電圧が電池劣化解析器60に入力される。 Figure 9 shows the configuration of the battery degradation analyzer 60 configured in the battery characteristic analysis device 14. The battery degradation analyzer 60 is used to determine the degree of degradation of a lead-acid battery. The battery degradation analyzer 60 receives the impedance real part Rhf, the battery output voltage Vb, and the battery temperature Tmp, which are acquired sequentially over time. Here, the output voltage Vb is the relaxation voltage that increases over time when the battery changes from a state in which a load current is flowing through it (on state) to a state in which the load current is interrupted (off state). Alternatively, the output voltage Vb is the relaxation voltage that decreases over time when the battery changes from an off state to an on state.

電池劣化解析器60は、インピーダンス実部Rhf、電池の出力電圧Vbの緩和電圧および電池温度Tmpのうち少なくともいずれかを、予め構築された機械学習モデルに当て嵌めて、劣化度としてSOH_RおよびSOH_Cを求める。SOH_Rは、例えば、新品の電池に対して、インピーダンス実部Rhfが増加した割合(何%増加したか)を示す値として定義される。この場合、SOH_Rが大きい程、電池の劣化度が大きい。SOH_Cは、例えば、新品の電池に対して、放電容量(mAh)が減少した割合(何%減少したか)を示す値として定義される。SOH_Cが大きい程、電池の劣化度が大きい。 The battery degradation analyzer 60 fits at least one of the impedance real part Rhf, the relaxation voltage of the battery output voltage Vb, and the battery temperature Tmp into a pre-constructed machine learning model to determine the degradation levels SOH_R and SOH_C. SOH_R is defined, for example, as a value indicating the rate (percentage increase) of increase in the impedance real part Rhf compared to a new battery. In this case, the larger the SOH_R, the greater the degradation level of the battery. SOH_C is defined, for example, as a value indicating the rate (percentage decrease) of decrease in discharge capacity (mAh) compared to a new battery. The larger the SOH_C, the greater the degradation level of the battery.

機械学習モデルは、例えば、使用開始からの充電電荷量および放電電荷量の積算値(使用量)が異なる複数の電池について機械学習データを求めることで構築されてよい。例えば、使用量が異なる複数の電池のそれぞれについて、電池特性解析装置14が特性データを取得する。さらに、使用量が異なる複数の電池のそれぞれについてSOH_RおよびSOH_Cが、電池解析システム100とは別の装置等によって実測される。そして、特性データと実測されたSOH_RおよびSOH_Cとを、電池特性解析装置14が機械学習アルゴリズムによって対応付けて、機械学習データを求める。機械学習データは、ストレージコンピュータ12に記憶され、ストレージコンピュータ12から電池劣化解析器60に読み込まれる。 The machine learning model may be constructed, for example, by obtaining machine learning data for multiple batteries with different cumulative values (usage amounts) of charge and discharge charges since the start of use. For example, the battery characteristic analysis device 14 acquires characteristic data for each of the multiple batteries with different usage amounts. Furthermore, the SOH_R and SOH_C for each of the multiple batteries with different usage amounts are measured using a device separate from the battery analysis system 100. The battery characteristic analysis device 14 then matches the characteristic data with the measured SOH_R and SOH_C using a machine learning algorithm to obtain machine learning data. The machine learning data is stored in the storage computer 12 and loaded from the storage computer 12 into the battery degradation analyzer 60.

図10の上段には、鉛電池についての緩和電圧の例が示されている。横軸は時間を示し縦軸は電池の出力電圧を示す。出力電圧62-1は新品の電池の緩和電圧を示し、出力電圧62-2は、使用量が0でない劣化電池の緩和電圧を示す。電池は時間40secでオフ状態からオン状態となって、その出力電圧が減少している。また、電池は、時間240secでオン状態からオフ状態となって、その出力電圧が増加している。 The upper part of Figure 10 shows an example of the relaxation voltage for a lead-acid battery. The horizontal axis shows time, and the vertical axis shows the battery output voltage. Output voltage 62-1 shows the relaxation voltage for a new battery, and output voltage 62-2 shows the relaxation voltage for a degraded battery with a non-zero usage amount. The battery changes from the off state to the on state at time 40 seconds, and its output voltage decreases. Furthermore, the battery changes from the on state to the off state at time 240 seconds, and its output voltage increases.

図10の下段には、本発明の実施形態に係る電池解析システム100によって測定された鉛電池のインピーダンス実部の測定結果が示されている。横軸は時間を示し縦軸はインピーダンス実部を示している。インピーダンス実部64-1は、新品の電池の値を示し、インピーダンス実部64-2は、使用量が0でない劣化電池の値を示す。図10の下段には、図10の上段に示されるように出力電圧が変動した場合であっても、インピーダンス実部の変動が小さいことが示されている。 The lower part of Figure 10 shows the measurement results of the impedance real part of a lead-acid battery measured by the battery analysis system 100 according to an embodiment of the present invention. The horizontal axis shows time, and the vertical axis shows the impedance real part. The impedance real part 64-1 shows the value of a new battery, and the impedance real part 64-2 shows the value of a deteriorated battery with a non-zero usage amount. The lower part of Figure 10 shows that the fluctuations in the impedance real part are small even when the output voltage fluctuates, as shown in the upper part of Figure 10.

図11には、基準となる一般的な測定装置(基準測定装置)によって測定された劣化パラメータと、本実施形態に係る電池解析システム100によって測定された鉛電池のインピーダンス実部の測定値とを対応付けたグラフが示されている。横軸は基準測定装置による劣化パラメータを示す。図11における劣化パラメータは値が小さい程、劣化度が大きい。縦軸は、電池解析システム100によって測定されたインピーダンス実部を示す。基準測定装置によって測定された劣化パラメータが小さい程、すなわち、劣化度が大きい程、インピーダンス実部が大きい傾向が示されている。鉛電池の機械学習モデルは、このような傾向を利用するものであってよい。 Figure 11 shows a graph correlating degradation parameters measured by a general reference measurement device (reference measurement device) with the measured values of the real part of the impedance of a lead-acid battery measured by the battery analysis system 100 according to this embodiment. The horizontal axis represents the degradation parameters measured by the reference measurement device. The smaller the value of the degradation parameter in Figure 11, the greater the degree of degradation. The vertical axis represents the real part of the impedance measured by the battery analysis system 100. There is a tendency for the real part of the impedance to be larger as the degradation parameter measured by the reference measurement device becomes smaller, i.e., the greater the degree of degradation. A machine learning model for lead-acid batteries may utilize this tendency.

図12には、電池特性解析装置14に構成される電池劣化解析器70の構成が示されている。電池劣化解析器70は、リチウムイオン電池の劣化度を求めるために用いられる。電池劣化解析器70には、時間経過と共に順次取得されるインピーダンス実部Rhf、電池の出力電圧Vbおよび電池温度Tmpが入力される。出力電圧Vbとしては緩和電圧が電池劣化解析器70に入力される。 Figure 12 shows the configuration of the battery degradation analyzer 70 configured in the battery characteristic analysis device 14. The battery degradation analyzer 70 is used to determine the degree of degradation of a lithium-ion battery. The real part of the impedance Rhf, the battery output voltage Vb, and the battery temperature Tmp, which are acquired sequentially over time, are input to the battery degradation analyzer 70. The output voltage Vb, which is the relaxation voltage, is input to the battery degradation analyzer 70.

電池劣化解析器70は、インピーダンス実部Rhf、電池の出力電圧Vbの緩和電圧および電池温度Tmpのうち少なくともいずれかを、予め構築された機械学習モデルに当て嵌めて、劣化度としてSOH_R、SOH_CおよびSOH_Sを求める。SOH_Sは、例えば、電池の活物質における金属析出量を示す。金属析出量が大きい程、電池の劣化度が大きい。SOH_Rは、例えば、新品の電池に対して、インピーダンス実部が減少した割合(何%減少したか)を示す値として定義される。この場合、SOH_Rが大きい程、電池の劣化度が大きい。SOH_Cは、例えば、新品の電池に対して、放電容量(mAh)が減少した割合(何%減少したか)を示す値として定義される。SOH_Cが大きい程、電池の劣化度が大きい。 The battery degradation analyzer 70 fits at least one of the impedance real part Rhf, the relaxation voltage of the battery output voltage Vb, and the battery temperature Tmp into a pre-constructed machine learning model to determine the degradation levels SOH_R, SOH_C, and SOH_S. SOH_S indicates, for example, the amount of metal deposition in the active material of the battery. The greater the amount of metal deposition, the greater the degradation level of the battery. SOH_R is defined, for example, as a value indicating the percentage decrease in the impedance real part compared to a new battery. In this case, the greater the SOH_R, the greater the degradation level of the battery. SOH_C is defined, for example, as a value indicating the percentage decrease in discharge capacity (mAh) compared to a new battery. The greater the SOH_C, the greater the degradation level of the battery.

機械学習モデルは、例えば、使用量が異なる複数の電池について機械学習データを求めることで構築されてよい。例えば、使用量が異なる複数の電池のそれぞれについて、電池特性解析装置14が特性データを取得する。さらに、使用量が異なる複数の電池のそれぞれについてSOH_R、SOH_CおよびSOH_Sが、電池解析システム100とは別の装置等によって実測される。そして、特性データと実測されたSOH_R、SOH_CおよびSOH_Sとを、電池特性解析装置14が機械学習アルゴリズムによって対応付けて、機械学習データを求める。機械学習データは、ストレージコンピュータ12に記憶され、ストレージコンピュータ12から電池劣化解析器60に読み込まれる。 The machine learning model may be constructed, for example, by obtaining machine learning data for multiple batteries with different usage amounts. For example, the battery characteristic analysis device 14 acquires characteristic data for each of the multiple batteries with different usage amounts. Furthermore, the SOH_R, SOH_C, and SOH_S for each of the multiple batteries with different usage amounts are actually measured by a device separate from the battery analysis system 100. The battery characteristic analysis device 14 then associates the characteristic data with the actually measured SOH_R, SOH_C, and SOH_S using a machine learning algorithm to obtain machine learning data. The machine learning data is stored in the storage computer 12 and is read from the storage computer 12 into the battery degradation analyzer 60.

図13には、リチウムイオン電池の機械学習データと、リチウムイオン電池の機械学習モデルによって得られる結果の例が示されている。図13の上段には、機械学習データを示すグラフが示されている。上段の左側のグラフには、新品の電池と、使用量が異なる3つの劣化電池A~Cについて、出力電圧と放電容量とを対応付けた機械学習データが示されている。横軸は放電容量を示し縦軸は出力電圧を示す。上段の右側のグラフには、新品の電池と、使用量が異なる3つの劣化電池A~Cについて、機械学習データとして緩和電圧が示されている。横軸は時間を示し、縦軸は出力電圧を示す。 Figure 13 shows example machine learning data for lithium-ion batteries and results obtained from a machine learning model for lithium-ion batteries. The top section of Figure 13 shows a graph illustrating the machine learning data. The graph on the left side of the top section shows machine learning data that correlates output voltage with discharge capacity for a new battery and three degraded batteries A to C with different amounts of usage. The horizontal axis shows discharge capacity, and the vertical axis shows output voltage. The graph on the right side of the top section shows relaxation voltage as machine learning data for a new battery and three degraded batteries A to C with different amounts of usage. The horizontal axis shows time, and the vertical axis shows output voltage.

図13の下段には、リチウムイオン電池の機械学習モデルによって得られる結果の例が示されている。図13の下段の左側には、放電容量の実測値を与えることで、その予測値が得られるグラフ(機械学習モデルに基づくグラフ)が示されている。横軸は放電容量の実測値を示し、縦軸は予測値を示す。実測値と予測値とがグラフ上の直線によって対応付けられている。図13の下段の右側には、劣化電池A~Cとは使用量が異なる電池ついて、インピーダンス実部の実測値を与えることで、その予測値が得られるグラフ(機械学習モデルに基づくグラフ)が示されている。横軸はインピーダンス実部の実測値を示し、縦軸は予測値を示す。実測値と予測値とがグラフ上の直線によって対応付けられている。電池劣化解析器70は、図13に示されている機械学習モデルに基づいて、SOC_RおよびSOH_Cを求めてよい。 The lower part of Figure 13 shows an example of results obtained using a machine learning model for a lithium-ion battery. The left side of the lower part of Figure 13 shows a graph (based on a machine learning model) in which a predicted value is obtained by providing an actual measured value of discharge capacity. The horizontal axis shows the actual measured value of discharge capacity, and the vertical axis shows the predicted value. The actual measured value and the predicted value are matched by a straight line on the graph. The right side of the lower part of Figure 13 shows a graph (based on a machine learning model) in which a predicted value is obtained by providing an actual measured value of the real part of impedance for a battery with a different usage amount from degraded batteries A to C. The horizontal axis shows the actual measured value of the real part of impedance, and the vertical axis shows the predicted value. The actual measured value and the predicted value are matched by a straight line on the graph. The battery degradation analyzer 70 may calculate SOC_R and SOH_C based on the machine learning model shown in Figure 13.

図14には、電池容量の劣化度に対して、インピーダンス実部の変化を対応付けたグラフが示されている。インピーダンス実部は、本発明の実施形態に係る電池解析システム100によって測定されたものである。白丸で示されるインピーダンス実部が測定された電池は、黒丸で示されるインピーダンス実部が測定された電池に比べて金属析出量が大きい。図14に示されているように、金属析出量が多い電池では、電池容量の減少に対するインピーダンス実部の減少が大きい。すなわち、リチウムイオン電池では、電池の劣化度が大きい程、インピーダンス実部が減少するという傾向が強くなる。リチウムイオン電池の機械学習モデルは、このような傾向を利用するものであってよい。 Figure 14 shows a graph that correlates changes in the impedance real part with the degree of battery capacity degradation. The impedance real part was measured using a battery analysis system 100 according to an embodiment of the present invention. Batteries for which the impedance real part indicated by the open circles was measured have a larger amount of metal deposition than batteries for which the impedance real part indicated by the filled circles was measured. As shown in Figure 14, batteries with a larger amount of metal deposition have a larger decrease in the impedance real part relative to a decrease in battery capacity. In other words, in lithium-ion batteries, the greater the degree of battery degradation, the stronger the tendency for the impedance real part to decrease. A machine learning model for lithium-ion batteries may utilize this tendency.

図15には、電池解析システム100の動作タイミングの例が概念的に示されている。図15の上段には、直列接続された複数の電池B1~Bnの負荷電流が示されている。横軸は時間を示し、縦軸は負荷電流を示す。負荷電流が正であることは、電池B1~Bnから電力が出力されていることを示し、負荷電流が負であることは、電池B1~Bnに電力が供給されていることを示す。図15の下段には、電池B1~Bnのうちの2つの出力電圧Vbが示されている。横軸は時間を示し、縦軸は出力電圧を示す。 Figure 15 conceptually shows an example of the operation timing of the battery analysis system 100. The upper part of Figure 15 shows the load current of multiple series-connected batteries B1 to Bn. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the load current. A positive load current indicates that power is being output from batteries B1 to Bn, and a negative load current indicates that power is being supplied to batteries B1 to Bn. The lower part of Figure 15 shows the output voltages Vb of two of batteries B1 to Bn. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the output voltage.

電池解析システム100は、随時、各電池のインピーダンス実部および出力電圧を求める。また、電池解析システム100は、随時、複数の電池の出力電圧を均等化する処理を実行する。図15の下段に示されているように、2つの電池の出力電圧は時間経過と共に同一値に収束している。 The battery analysis system 100 constantly calculates the real part of the impedance and the output voltage of each battery. The battery analysis system 100 also constantly executes a process to equalize the output voltages of multiple batteries. As shown in the bottom part of Figure 15, the output voltages of the two batteries converge to the same value over time.

図15の上段に示されている例では、時刻T1に負荷電流が0から正の値になり、時刻T2に負荷電流が正の値から0になっている。すなわち、各電池は、時刻T1にオフ状態からオン状態となり、時刻T2にオン状態からオフ状態になる。したがって、時刻T1および時刻T2において、各電池について緩和電圧が測定され、機械学習データがストレージコンピュータ12に記憶されてよい。 In the example shown in the upper part of Figure 15, the load current changes from 0 to a positive value at time T1, and from a positive value to 0 at time T2. That is, each battery changes from an off state to an on state at time T1, and from an on state to an off state at time T2. Therefore, at times T1 and T2, the relaxation voltage of each battery may be measured, and machine learning data may be stored in the storage computer 12.

電池解析システム100によれば、電池特性測定装置のスイッチング素子のオンオフによって、各電池に減衰振動電流が流れ、減衰振動電流に基づいて電池の性能が測定される。したがって、測定用の信号の周波数を掃引させる必要がなく、各電池の性能を簡単な方法で測定することができる。 With the battery analysis system 100, a damped oscillatory current flows through each battery by turning the switching element of the battery characteristic measurement device on and off, and the battery performance is measured based on the damped oscillatory current. Therefore, there is no need to sweep the frequency of the measurement signal, and the performance of each battery can be measured in a simple manner.

10 電池特性測定装置、12 ストレージコンピュータ、14 電池特性解析装置、20,20-1~20-n,20A-1~20A-3,20B 測定器、22,22A,22B 制御部、24 減衰振動回路、26 ドライブユニット、28 1次インダクタ、30 容量性素子、32 抵抗素子、34 スイッチング素子、36 駆動アンプ、38 2次インダクタ、40 検出アンプ、42-1~42-3 ピークホールド回路、50 温度センサ、52-1,52-2 遅延回路、60,70 電池劣化解析器、62-1,62-2 出力電圧、64-1,64-2 インピーダンス実部、B1~Bn 電池、B0 基準電池、L0 基準インダクタ、C0 基準コンデンサ、R0 基準抵抗素子。 10 Battery characteristic measuring device, 12 Storage computer, 14 Battery characteristic analyzing device, 20, 20-1 to 20-n, 20A-1 to 20A-3, 20B Measuring device, 22, 22A, 22B Control unit, 24 Damped oscillation circuit, 26 Drive unit, 28 Primary inductor, 30 Capacitive element, 32 Resistive element, 34 Switching element, 36 Drive amplifier, 38 Secondary inductor, 40 Detection amplifier, 42-1 to 42-3 Peak hold circuit, 50 Temperature sensor, 52-1, 52-2 Delay circuit, 60, 70 Battery degradation analyzer, 62-1, 62-2 Output voltage, 64-1, 64-2 Impedance real part, B1 to Bn Battery, B0 Reference battery, L0 Reference inductor, C0 Reference capacitor, R0 Reference resistive element.

Claims (2)

解析対象の電池に流れる電流を減衰振動させる減衰振動回路から、前記電池の減衰振動電流についての減衰振動データを取得し、
前記減衰振動データが示す減衰振動電流の時間波形の大きさについて2つ以上のピーク値を取得し、前記2つ以上のピーク値のうちの2つのピーク値の一方に対する他方の比率と、前記減衰振動回路の特性から予め定められた複数の第1の定数と、に基づいて前記電池のインピーダンス実部を求めると共に、前記電池のインピーダンス実部と、前記2つ以上のピーク値のうちの1つと、前記減衰振動回路の特性から予め定められた複数の第2の定数と、に基づいて前記電池の出力電圧を求めることを特徴とする電池特性解析装置。
obtaining damped oscillation data on the damped oscillation current of the battery from a damped oscillation circuit that damps oscillation of the current flowing through the battery to be analyzed;
a battery characteristic analysis device that acquires two or more peak values for the magnitude of a time waveform of a damped oscillation current indicated by the damped oscillation data, calculates a real part of an impedance of the battery based on a ratio of one of the two or more peak values to the other and a plurality of first constants that are predetermined based on characteristics of the damped oscillation circuit, and calculates an output voltage of the battery based on the real part of the impedance of the battery, one of the two or more peak values, and a plurality of second constants that are predetermined based on characteristics of the damped oscillation circuit.
請求項1に記載の電池特性解析装置であって、
前記インピーダンス実部に基づいて、または、前記インピーダンス実部および前記出力電圧に基づいて、前記電池の劣化度を求めることを特徴とする電池特性解析装置。
The battery characteristic analyzer according to claim 1,
A battery characteristic analysis device, characterized in that a degree of deterioration of the battery is determined based on the impedance real part, or based on the impedance real part and the output voltage.
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