特開 2024-152766 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024152766

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/392 20190101AFI20241018BHJP

   G01R 31/389 20190101ALI20241018BHJP

   G01R 31/367 20190101ALI20241018BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

G01R31/392

G01R31/389

G01R31/367

H02J7/00 Q

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024130042

(22)【出願日】2024-08-06

(62)【分割の表示】P 2022011638の分割

【原出願日】2022-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

(72)【発明者】

【氏名】石川 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】間 広文

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】電池特性解析装置１４は、解析対象の電池Ｂｊ（ｊは１～ｎのいずれかの整数）に流れる電流を減衰振動させる減衰振動回路２４から、電池Ｂｊの減衰振動電流についての減衰振動データを取得する。電池特性解析装置１４は、減衰振動データに基づいて電池Ｂｊのインピーダンス実部を求め、または、電池Ｂｊ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１４は、電池Ｂｊのインピーダンス実部に基づいて、または、インピーダンス実部および出力電圧に基づいて、電池Ｂｊの劣化度を求める。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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ことを特徴とする電池特性解析装置。

【請求項2】

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。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電池特性解析装置であって、
複数の前記電池のそれぞれについて前記減衰振動データを取得し、
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に基づいて、
複数の前記電池のそれぞれについて、前記インピーダンス実部を求めて、または前記インピーダンス実部および前記出力電圧を求めて機械学習データを求め、
前記機械学習データに基づいて、複数の前記電池とは異なる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。

【請求項4】

請求項３に記載の電池特性解析装置であって、
複数の前記電池のそれぞれについて、前記出力電圧の緩和電圧を求めて前記機械学習データを生成することを特徴とする電池特性解析装置。

【請求項5】

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と、
前記電池の減衰振動電流についての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ことを特徴とする電池特性測定装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電池特性測定装置であって、
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ことを特徴とする電池特性測定装置。

【請求項7】

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と、
前記電池の減衰振動電流についての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ことを特徴とする電池特性測定装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電池特性測定装置であって、
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ことを特徴とする電池特性測定装置。

【請求項9】

請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の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ことを特徴とする電池解析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１１６４２８号公報

【特許文献2】特開２０１８－１７９６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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ことを特徴とする。

【0009】

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。

【0010】

望ましくは、複数の前記電池のそれぞれについて前記減衰振動データを取得し、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に基づいて、複数の前記電池のそれぞれについて、前記インピーダンス実部を求めて、または前記インピーダンス実部および前記出力電圧を求めて機械学習データを求め、前記機械学習データに基づいて、複数の前記電池とは異なる電池の劣化度を求める。

【0011】

望ましくは、複数の前記電池のそれぞれについて、前記出力電圧の緩和電圧を求めて前記機械学習データを生成する。

【0012】

また、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と、前記電池の減衰振動電流についての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ことを特徴とする。

【0013】

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。

【0014】

また、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と、前記電池の減衰振動電流についての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ことを特徴とする。

【0015】

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。

【0016】

また、本発明は、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ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

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。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】電池解析システムの構成を示す図である。

【図2】測定器の構成を制御部と共に示す図である。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】駆動信号の時間波形を示す図である。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】減衰振動電圧と共にトータル摘出信号を示す図である。

【図9】電池劣化解析器の構成を示す図である。

【図10】鉛電池についての緩和電圧の例を示す図である。

【図11】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。

【図12】電池劣化解析器の構成を示す図である。

【図13】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。

【図14】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。

【図15】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。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

（数１）Ｒｈｆ＝ｌｎ（Ｐｍ２／Ｐｍ３）・ａｒ－ｂｒ

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【符号の説明】

【0084】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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ことを特徴とする電池特性解析装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電池特性解析装置であって、
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ことを特徴とする電池特性解析装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電池特性解析装置であって、
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ことを特徴とする電池特性解析装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池特性解析装置であって、
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、緩和電圧であることを特徴とする電池特性解析装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池特性解析装置と共に動作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ことを特徴とする電池特性測定装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電池特性測定装置であって、
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ことを特徴とする電池特性測定装置。

【請求項7】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池特性解析装置と共に動作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ことを特徴とする電池特性測定装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電池特性測定装置であって、
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ことを特徴とする電池特性測定装置。

【請求項9】

請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の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ことを特徴とする電池解析システム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

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。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

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ことを特徴とする。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。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

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。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0012】

また、本発明は、前記電池特性解析装置と共に動作する電池特性測定装置であって、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と、前記電池の減衰振動電流についての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ことを特徴とする。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0014】

また、本発明は、前記電池特性解析装置と共に動作する電池特性測定装置であって、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と、前記電池の減衰振動電流についての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ことを特徴とする。