特許 7214253 電池性能評価装置および電池性能評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-20

(45)【発行日】2023-01-30

(54)【発明の名称】電池性能評価装置および電池性能評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/392 20190101AFI20230123BHJP

   G01R 31/389 20190101ALI20230123BHJP

   G01R 31/367 20190101ALI20230123BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230123BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230123BHJP

【ＦＩ】

G01R31/392

G01R31/389

G01R31/367

H01M10/48 P

H01M10/48 301

H02J7/00 Y

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021080843

(22)【出願日】2021-05-12

(65)【公開番号】P2022174849

(43)【公開日】2022-11-25

【審査請求日】2022-06-16

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】595098011

【氏名又は名称】東洋システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宗像 一郎

(72)【発明者】

【氏名】猪狩 俊太郎

(72)【発明者】

【氏名】丹野 諭

(72)【発明者】

【氏名】庄司 秀樹

【審査官】田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】特許第６８４２２１２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００８８１８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１５３８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００９９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１１９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１２４０５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０４８６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２３９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５２４０８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／３６－３１／４４、

１９／００－１９／３２、

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８、

Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２、

７／３４－７／３６、

Ｂ６０Ｌ １／００－３／１２、

７／００－１３／００、

１５／００－５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

参照二次電池のインピーダンスの測定結果を認識する第１認識処理要素と、
前記第１認識処理要素により認識された前記参照二次電池のインピーダンスの測定結果に基づき、指定条件が満たされていない場合には複数の第１モデルパラメータのそれぞれの値を同定することにより当該複数の第１モデルパラメータにより定義される第１電池モデルを確定し、前記指定条件が満たされている場合には前記複数の第１モデルパラメータよりも少数であって、複数の第２モデルパラメータのそれぞれの値を同定することにより当該複数の第２モデルパラメータにより定義される第２電池モデルを確定する第１演算処理要素と、
前記参照二次電池と同一諸元を有する対象二次電池に対して指定電流が入力された際に当該対象二次電池から出力される電圧の変化態様の計測結果としての実測出力電圧を認識する第２認識処理要素と、
前記第１演算処理要素により確定された前記第１電池モデルまたは前記第２電池モデルに対して、前記指定電流が入力された際に当該第１電池モデルまたは当該第２電池モデルから出力される電圧の変化態様としてのモデル出力電圧を特定する第２演算処理要素と、
前記第２認識処理要素により認識された前記実測出力電圧と前記第２演算処理要素により特定された前記モデル出力電圧との対比結果に基づき、前記対象二次電池の性能を評価する電池性能評価要素と、を備え、
前記第１演算処理要素が、前記指定電流が基準周波数より低い低周波電流成分により構成されていること、前記第１演算処理要素の演算処理負荷が基準値以上であることおよび今回性能評価の対象となる前記対象二次電池の前回性能評価時点からの経過期間が指定期間未満であることのうち少なくとも１つを前記指定条件として前記第１電池モデルまたは前記第２電池モデルを確立する
電池性能評価装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電池性能評価装置において、
前記第１認識処理要素が、前記参照二次電池の異なる温度のそれぞれにおけるインピーダンスの測定結果を認識し、
前記第１演算処理要素が、前記第１認識処理要素により認識された前記参照二次電池の前記異なる温度のそれぞれにおけるインピーダンスの測定結果に基づき、前記指定条件が満たされていない場合には前記複数の第１モデルパラメータのそれぞれの値の温度依存性を特定することにより前記第１電池モデルを確定し、前記指定条件が満たされている場合には前記複数の第２モデルパラメータのそれぞれの値の温度依存性を特定することにより前記第２電池モデルを確定し、
前記第２認識処理要素が、前記対象二次電池の前記実測出力電圧に加えて当該対象二次電池の温度の計測結果を認識し、
前記第２演算処理要素が、前記第１演算処理要素により確定された前記第１電池モデルまたは前記第２電池モデルに対して、前記指定電流に加えて前記第２認識処理要素により認識された前記対象二次電池の温度の計測結果が入力された際の前記モデル出力電圧を特定する
電池性能評価装置。

【請求項3】

参照二次電池のインピーダンスの測定結果を認識する第１認識処理過程と、
前記第１認識処理過程において認識された前記参照二次電池のインピーダンスの測定結果に基づき、指定条件が満たされていない場合には複数の第１モデルパラメータのそれぞれの値を同定することにより当該複数の第１モデルパラメータにより定義される第１電池モデルを確定し、前記指定条件が満たされている場合には前記複数の第１モデルパラメータよりも少数の複数の第２モデルパラメータのそれぞれの値を同定することにより当該複数の第２モデルパラメータにより定義される第２電池モデルを確定する第１演算処理過程と、
前記参照二次電池と同一諸元を有する対象二次電池に対して指定電流が入力された際に当該対象二次電池から出力される電圧の変化態様の計測結果としての実測出力電圧を認識する第２認識処理過程と、
前記第１演算処理過程において確定された前記第１電池モデルまたは前記第２電池モデルに対して、前記指定電流が入力された際に当該第１電池モデルまたは当該第２電池モデルから出力される電圧の変化態様としてのモデル出力電圧を特定する第２演算処理過程と、
前記第２認識処理過程において認識された前記実測出力電圧と前記第２演算処理過程において特定された前記モデル出力電圧との対比結果に基づき、前記対象二次電池の性能を評価する電池性能評価過程と、を含み、
前記第１演算処理過程が、前記指定電流が基準周波数より低い低周波電流成分により構成されていること、前記第１演算処理過程の演算処理負荷が基準値以上であることおよび今回性能評価の対象となる前記対象二次電池の前回性能評価時点からの経過期間が指定期間未満であることのうち少なくとも１つを前記指定条件として前記第１電池モデルまたは前記第２電池モデルを確立する電池性能評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウムイオンバッテリ等の二次電池の劣化状態を判定するシステム等に関する。

【背景技術】

【0002】

本出願人により、対象となる二次電池それ自体の特性パラメータの初期測定結果が存在しない場合でも、当該二次電池の劣化状態を判定しうる技術的手法が提案されている（特許文献１参照）。具体的には二次電池の電圧今回測定値Ｖ（ｋ）および電流今回測定値Ｉ（ｋ）に基づき、初期特性モデルを表わす多変数関数Ｇにしたがって、電圧Ｖの過去値が初期特性推定値Ｖ（０←ｋ）として特定されている。「初期特性モデル」は、劣化状態判定対象となる二次電池と同一規格の参照二次電池の初期特性を表わすモデルである。

【0003】

本出願人により、ＩＩＲシステムおよびＦＩＲシステムのそれぞれを表わすインパルス応答により二次電池の内部抵抗のインピーダンスが表現されている二次電池モデルを用いて、二次電池の電池性能を評価する技術的手法が提案されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６７４５５５４号公報

【文献】特許第６８４２２１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、モデルを定義するモデルパラメータの数が多いと、当該モデルパラメータの値の同定に要する演算処理負荷が過大になる場合がある。このため、機器に搭載されている二次電池の電池性能評価処理が当該機器においてオンボードで実行困難になるなど、その適用範囲が限定されてしまう可能性があった。

【0006】

そこで、本発明は、二次電池の性能を評価するために用いられるモデルを定義するモデルパラメータの値の同定に要する演算処理負荷を低減しながら、当該二次電池の性能を評価しうる装置等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電池性能評価装置は、
参照二次電池のインピーダンスの測定結果を認識する第１認識処理要素と、
前記第１認識処理要素により認識された前記参照二次電池のインピーダンスの測定結果に基づき、指定条件が満たされていない場合には複数の第１モデルパラメータのそれぞれの値を同定することにより当該複数の第１モデルパラメータにより定義される第１電池モデルを確定し、前記指定条件が満たされている場合には前記複数の第１モデルパラメータよりも少数であって、複数の第２モデルパラメータのそれぞれの値を同定することにより当該複数の第２モデルパラメータにより定義される第２電池モデルを確定する第１演算処理要素と、
前記参照二次電池と同一諸元を有する対象二次電池に対して指定電流が入力された際に当該対象二次電池から出力される電圧の変化態様の計測結果としての実測出力電圧を認識する第２認識処理要素と、
前記第１演算処理要素により確定された前記第１電池モデルまたは前記第２電池モデルに対して、前記指定電流が入力された際に当該第１電池モデルまたは当該第２電池モデルから出力される電圧の変化態様としてのモデル出力電圧を特定する第２演算処理要素と、
前記第２認識処理要素により認識された前記実測出力電圧と前記第２演算処理要素により特定された前記モデル出力電圧との対比結果に基づき、前記対象二次電池の性能を評価する電池性能評価要素と、を備え、
前記第１演算処理要素が、前記指定電流が基準周波数より低い低周波電流成分により構成されていること、前記第１演算処理要素の演算処理負荷が基準値以上であることおよび今回性能評価の対象となる前記対象二次電池の前回性能評価時点からの経過期間が指定期間未満であることのうち少なくとも１つを前記指定条件として前記第１電池モデルまたは前記第２電池モデルを確立する。

【0008】

本発明に係る電池性能評価装置によれば、指定条件の充足および不充足の別に応じて、対象二次電池の性能評価のために用いられる電池モデルとして異なる電池モデルが確定される。具体的には、指定条件が満たされている場合、複数の第１モデルパラメータよりも少数の複数の第２モデルパラメータにより定義されている分だけ、当該複数の第１モデルパラメータにより定義される第１電池モデル（指定条件が満たされていない場合に確定される電池モデル）よりも簡素な電池モデルである第２電池モデルが確定される。このため、指定条件の充足性とは無関係に第１電池モデルが確立される場合と比較して、対象二次電池の性能評価のために用いられる電池モデルのモデルパラメータの同定処理に要する演算処理負荷の低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態としての電池性能評価装置の構成に関する説明図。

【図2】対象二次電池の電池性能評価方法の手順を示すフローチャート。

【図3A】第１電池モデル（フルモデル）に関する説明図。

【図3B】第２電池モデル（簡素化モデル）に関する説明図。

【図4A】二次電池のフルモデルによるナイキストプロットに関する説明図。

【図4B】二次電池の簡素化モデルによるナイキストプロットに関する説明図。

【図5A】指定電流に関する説明図。

【図5B】二次電池および電池モデルの電圧応答特性に関する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（電池性能評価装置の構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての電池性能評価装置１００は、データベース１０および対象機器２００のそれぞれとネットワークを介して通信可能な一または複数のサーバにより構成されている。電池性能評価装置１００は、対象機器２００に電源として搭載されている二次電池２２０の性能を評価する。

【0011】

電池性能評価装置１００は、第１認識処理要素１１１と、第２認識処理要素１１２と、第１演算処理要素１２１と、第２演算処理要素１２２と、電池性能評価要素１３０と、情報提供要素１３２と、を備えている。第１認識処理要素１１１、第２認識処理要素１１２、第１演算処理要素１２１、第２演算処理要素１２２、電池性能評価要素１３０および情報提供要素１３２のそれぞれは、プロセッサ（演算処理装置）、メモリ（記憶装置）およびＩ／Ｏ回路等により構成されている。メモリまたはこれとは別個の記憶装置には、指定電流に対する二次電池２２０の電圧応答特性の測定結果などの様々なデータのほか、プログラム（ソフトウェア）が記憶保持されている。例えば、二次電池２２０またはこれが搭載されている対象機器２００の種類（規格および諸元により特定される。）を識別するための複数の識別子のそれぞれと、複数の二次電池モデルのそれぞれとが対応付けられてメモリに記憶保持されている。

【0012】

プロセッサがメモリから必要なプログラムおよびデータを読み取り、当該データに基づき、当該プログラムにしたがった演算処理を実行することにより、各要素１１１、１１２、１２１、１２２、１３０および１３２に割り当てられた後述する演算処理またはタスクが実行される。各要素が情報を「認識する」とは、情報を受信すること、データベース１０等の情報源から情報を検索することもしくは読み取ること、基礎情報に対して演算処理を実行することにより情報を算定、推定、特定、同定、予測することなど、後続する演算処理において必要な情報またはデータを準備するあらゆる演算処理を実行することを意味する。

【0013】

対象機器２００は、入力インターフェース２０２と、出力インターフェース２０４と、制御装置２１０と、二次電池２２０と、センサ群２３０と、を備えている。対象機器２００は、パソコン、携帯電話（スマートフォン）、家電製品または電動自転車等の移動体など、二次電池２２０を電源とするあらゆる機器を含んでいる。

【0014】

制御装置２１０は、プロセッサ（演算処理装置）、メモリ（記憶装置）およびＩ／Ｏ回路等により構成されている。当該メモリまたはこれとは別個の記憶装置には、二次電池２２０の電圧応答特性の計測結果などの様々なデータが記憶保持される。制御装置２１０は、二次電池２２０から供給電力に応じて作動し、通電状態において対象機器２００の動作を制御する。対象機器２００の動作には、当該対象機器２００を構成するアクチュエータ（電動式アクチュエータなど）の動作が含まれる。制御装置２１０を構成するプロセッサがメモリから必要なプログラムおよびデータを読み取り、当該データに基づき、当該プログラムにしたがって割り当てられた演算処理を実行する。

【0015】

二次電池２２０は、例えばリチウムイオンバッテリであり、ニッケル・カドミウム電池等のその他の二次電池であってもよい。センサ群２３０は、二次電池２２０の電圧応答特性および温度のほか、対象機器２００の制御に必要なパラメータの値を測定する。センサ群２３０は、例えば二次電池２２０の電圧、電流および温度のそれぞれに応じた信号を出力する電圧センサ、電流センサおよび温度センサにより構成されている。

【0016】

電池性能評価装置１００は対象機器２００に搭載されていてもよい。この場合、ソフトウェアサーバ（図示略）が、対象機器２００が備えている制御装置２１０を構成する演算処理装置に対して劣化判定用ソフトウェアを送信することにより、当該演算処理装置に対して電池性能評価装置１００としての機能を付与してもよい。

【0017】

（電池性能評価方法）
前記構成の電池性能評価装置１００により実行される二次電池２２０（対象二次電池）の電池性能評価方法について説明する。

【0018】

（インピーダンスの測定結果の認識）
電池性能評価装置１００において、第１認識処理要素１１１により、さまざまな種類の参照二次電池としての二次電池２２０の複素インピーダンスＺなどのインピーダンスの測定結果が認識される（図２／ＳＴＥＰ１１２）。参照二次電池の複素インピーダンスＺは、交流インピーダンス法により測定され、当該測定結果は参照二次電池の種類を識別するための識別子と関連付けられてデータベース１０に登録される。

【0019】

対象機器２００に搭載されていない状態における参照二次電池としての二次電池２２０の複素インピーダンスＺが測定される。そのほか、対象機器２００に搭載されている状態における参照二次電池としての二次電池２２０の複素インピーダンスＺが測定されてもよい。例えば、対象機器２００が二次電池２２０の充電のために商用電源等の電源に接続され、当該電源から供給される電力によって正弦波信号が出力されうる。

【0020】

図３には、二次電池２２０の複素インピーダンスＺの実測結果を表わすナイキストプロットの一例が、当該プロットの近似曲線とともに示されている。横軸は複素インピーダンスＺの実部ＲｅＺであり、縦軸は複素インピーダンスＺの虚部－ＩｍＺである。－ＩｍＺ＞０の領域においてＲｅＺが大きくなるほど低周波数の複素インピーダンスＺを表わしている。－ＩｍＺ＝０におけるＲｅＺの値は二次電池２２０の電解液中の移動抵抗に相当する。－ＩｍＺ＞０の領域における略半円形状の部分の曲率半径は、二次電池２２０の電荷移動抵抗に相当する。当該曲率半径は、二次電池２２０の温度Ｔが高温になるほど小さくなる傾向がある。－ＩｍＺ＞０の領域の低周波数領域において約４５°で立ち上がる直線状の部分には、二次電池２２０のワールブルグインピーダンスの影響が反映されている。

【0021】

（二次電池モデルの確立）
電池性能評価装置１００において、第１演算処理要素１２１により、指定条件が満たされているか否かが判定される（図２／ＳＴＥＰ１１４）。指定条件は、例えば、対象二次電池としての二次電池２２０に対して印加される指定電流がサンプリング周波数より低い低周波電流成分により構成されているという条件である。例えば、図３に示されているナイキストプロットにおいて、－ＩｍＺ＞０の領域の低周波数領域における約４５°の直線状の立ち上がり箇所に相当する周波数（～１Ｈｚ）がサンプリング周波数として採用されていてもよい。例えば、二次電池２２０の充放電電流に相当する低周波電流成分により構成されている電流が指定電流に該当する。

【0022】

この条件に加えてまたは代えて、第１演算処理要素１２１の演算処理負荷（ＣＰＵ使用率など）が基準値以上であるという条件、対象機器２００が二次電池２２０の性能評価の要請精度または緊急度が閾値以下である機器（例えば、スマートホン、パーソナルコンピュータなど、二次電池２２０の性能低下による機能低下の程度が低い機器）であるという条件、および／または、今回性能評価の対象となる二次電池２２０の前回性能評価時点からの経過期間が指定期間未満であるという条件が指定条件として定義されていてもよい。

【0023】

指定条件が満たされていないと判定された場合（図２／ＳＴＥＰ１１４‥ＮＯ）、第１認識処理要素１１１により認識された参照二次電池としての二次電池２２０の複素インピーダンスＺの測定結果に基づき、第１電池モデルを定義する複数の第１モデルパラメータのそれぞれの値が異なる温度ごとに同定される（図２／ＳＴＥＰ１１６）。

【0024】

第１電池モデルは、電流Ｉ（ｚ）が二次電池２２０に入力された際に当該二次電池２２０から出力される電圧Ｖ（ｚ）を表わすモデルである。第１電池モデル（フルモデル）は、例えば、図４Ａに示されているように、電解液中の移動抵抗に相当する抵抗ｒ₀、ワールブルグインピーダンスＷ、電荷移動抵抗に相当する抵抗ｒ_iおよびキャパシタＣ_iからなる第ｉのＲＣ並列回路（ｉ＝１，２，‥，ｍ）、ならびに、コイルＬおよび抵抗ｒ_LからなるＬＲ並列回路が直列接続された等価回路により定義されている。

【0025】

直列接続されるＲＣ並列回路の数は３より少なくてもよく、３より多くてもよい。ワールブルグインピーダンスＷは、少なくともいずれか１つのＲＣ並列回路において抵抗Ｒと直列接続されていてもよい。キャパシタＣがＣＰＥ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｈａｓｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）に置換されていてもよい。

【0026】

第１電池モデルは、二次電池２２０の開放電圧ＯＣＶ（ｚ）および内部抵抗の伝達関数Ｈ₁（ｚ）を用いて関係式（１１）により定義される。

【0027】

Ｖ（ｚ）＝ＯＣＶ（ｚ）＋Ｈ₁（ｚ）・Ｉ（ｚ） ‥（１１）。

【0028】

ここでＯＣＶ（ｚ）は、電流Ｉ（ｚ）の充電および／または放電に伴い開放電圧が増減することを表わしている。

【0029】

第１電池モデルにおける内部抵抗の伝達関数Ｈ₁（ｚ）は、関係式（１２）により定義されている抵抗ｒ₀の伝達関数Ｈ₀（ｚ）、関係式（１３）により定義されている第ｉのＲＣ並列回路の伝達関数Ｈ_i（ｚ）、関係式（１４）により定義されているワールブルグインピーダンスＷの伝達関数Ｈ_W（ｚ）、および、関係式（１５）により定義されているＬＲ並列回路の伝達関数Ｈ_L（ｚ）を用いて、関係式（１６）により定義される。

【0030】

Ｈ₀（ｚ）＝ｒ₀ ‥（１２）。

【0031】

Ｈ_i（ｚ）＝（ｂ_i0＋ｂ_i1ｚ^-1）／（１＋ａ_i1ｚ^-1） ‥（１３）。

【0032】

ここでサンプリング周期Ｔを用いて、係数関係式（１３１）および（１３２）で表わされる。

【0033】

ａ_i＝－（Ｔ－２ｒ_iＣ_i）／（Ｔ＋ｒ_iＣ_i） ‥（１３１）。

【0034】

ｂ_i0＝ｂ_i1＝ｒ_iＴ／（Ｔ＋ｒ_iＣ_i） ‥（１３２）。

【0035】

実験データにフィットするワールブルグインピーダンスＷの伝達関数ｈ_W（ｓ）は、周波数領域では関係式（１４１）または（１４２）で表わされる。

【0036】

ｈ_W（ｓ）＝ｗ₁・ｔａｎｈ｛（ｓｗ₂）^w3｝／（ｓｗ₂）^w3 ‥（１４１）。

【0037】

ｈ_W（ｓ）＝ｗ₁・ｃｏｔｈ｛（ｓｗ₂）^w3｝／（ｓｗ₂）^w3 ‥（１４２）。

【0038】

当該伝達関数は、インパルス応答に対応させるためにはＦＩＲに展開して関係式（１４）～（１６）により表わされる。

【0039】

Ｈ_W（ｚ）＝Σ_k=0-nｈ_kｚ^-k ‥（１４）。

【0040】

Ｈ_L（ｚ）＝（２Ｌ₀／Ｔ）（１－ｚ^-1）／（１＋ｚ^-1） ‥（１５）。

【0041】

Ｈ₁（ｚ）＝Ｈ_L（ｚ）＋Σ_i=1-mＨ_i（ｚ）＋Ｈ_W（ｚ）＋Ｈ₀（ｚ） ‥（１６）。

【0042】

図４Ａに実線で示されているナイキストプロットにより表わされる二次電池の複素インピーダンスＺの近似曲線を求める際、関係式（１６）にしたがって二次電池の内部抵抗の等価回路モデルの伝達関数Ｈ（ｚ）が定義されるという仮定下で求められる。これにより、第１モデルパラメータｒ₀、ｒ_i、Ｃ_i、ｗ₁、ｗ₂、ｗ₃、ｒ_LおよびＬの値が求められる（関係式（１２）～（１５）参照）。表１には、第１モデルパラメータの値の同定結果および時定数の一例が示されている。

【0043】

【表1】

【0044】

開放電圧ＯＣＶの測定値により二次電池モデルにおける開放電圧ＯＣＶの値が同定される（関係式（１１）参照）。そして、当該パラメータの値により第１電池モデルが様々な諸元または仕様の参照二次電池としての二次電池２２０について確立される。

【0045】

その一方、指定条件が満たされていると判定された場合（図２／ＳＴＥＰ１１４‥ＹＥＳ）、第１認識処理要素１１１により認識された参照二次電池としての二次電池２２０の複素インピーダンスＺの測定結果に基づき、第２電池モデルを定義する複数の第２モデルパラメータのそれぞれの値が異なる温度ごとに同定される（図２／ＳＴＥＰ１１８）。

【0046】

第２電池モデルは、第１電池モデルと同様に電流Ｉ（ｚ）が二次電池２２０に入力された際に当該二次電池２２０から出力される電圧Ｖ（ｚ）を表わすモデルである。第２電池モデルは、関係式（１３）により定義されている第ｉのＲＣ並列回路の伝達関数Ｈ_i（ｚ）の時定数が、サンプリング周期Ｔより十分に小さい場合において第１電池モデルと比較して簡素化されたモデルであり、例えば、図４Ｂに示されているように、単一の抵抗Ｒ₀およびワールブルグインピーダンスＷが直列接続された等価回路により定義されている。

【0047】

第２電池モデルは、二次電池２２０の開放電圧ＯＣＶ（ｚ）および内部抵抗の伝達関数Ｈ₂（ｚ）を用いて関係式（２１）により定義される。

【0048】

Ｖ（ｚ）＝ＯＣＶ（ｚ）＋Ｈ₂（ｚ）・Ｉ（ｚ） ‥（２１）。

【0049】

第２電池モデルにおける内部抵抗の伝達関数Ｈ₁（ｚ）は、関係式（２２）により定義されている抵抗Ｒ₀の伝達関数Ｈ₀（ｚ）および関係式（１４）により定義されているワールブルグインピーダンスＷの伝達関数Ｈ_W（ｚ）を用いて、関係式（２６）により定義される。抵抗Ｒ₀は、電解液中の移動抵抗に相当する抵抗ｒ₀および電荷移動抵抗に相当する抵抗ｒ_i（ｉ＝１，２，‥，ｍ）が集約された結果としての単一の抵抗とみなされる。

【0050】

Ｈ₀（ｚ）＝Ｒ₀＝ｒ₀＋Σ_i=1-mｒ_i ‥（２２）。

【0051】

Ｈ₂（ｚ）＝Ｈ_W（ｚ）＋Ｈ₀（ｚ） ‥（２６）。

【0052】

図４Ｂに実線で示されているナイキストプロットにより表わされる二次電池の複素インピーダンスＺの近似曲線（特に－ＩｍＺ＞０の領域での直線状部分）を求める際、関係式（２６）にしたがって二次電池の内部抵抗の等価回路モデルの伝達関数Ｈ（ｚ）が定義されるという仮定下で求められる。これにより、第２モデルパラメータｒ₀、ｒ_i、ｗ₁、ｗ₂およびｗ₃の値が求められる（関係式（２２）および（１４）参照）。開放電圧ＯＣＶの測定値により二次電池モデルにおける開放電圧ＯＣＶの値が同定される（関係式（２１）参照）。そして、当該パラメータの値により第２電池モデルが様々な諸元または仕様の参照二次電池としての二次電池２２０について確立される。

【0053】

第２モデルパラメータ（Ｒ₀、ｗ₁、ｗ₂、ｗ₃）の数は「４」であり、第１モデルパラメータ（ｒ₀、ｒ_i（ｉ＝１～３）、Ｃ_i（ｉ＝１～３）ｗ₁、ｗ₂、ｗ₃、ｒ_L、Ｌ）の数「１２」よりも少ない。また、第２モデルパラメータの一部であってワールブルグインピーダンスＷを定義するパラメータ（ｗ₁、ｗ₂、ｗ₃）は、第１モデルパラメータの一部であって同じくワールブルグインピーダンスＷを定義するパラメータ（ｗ₁、ｗ₂、ｗ₃）と共通している。

【0054】

（二次電池性能評価）
対象機器２００において、通電状態の制御装置２１０により第１条件が満たされているか否かが判定される（図２／ＳＴＥＰ２１２）。「第１条件」としては、対象機器２００において入力インターフェース２０２を通じて二次電池２２０の電池性能評価の要請があったこと、対象機器２００が二次電池２２０の充電のために外部電源に接続されたことなどの条件が採用される。電池性能評価装置１００により、対象機器２００との適当なタイミングでの通信に基づき、対象二次電池としての二次電池２２０の諸元および／または仕様等を識別するための識別子ＩＤが認識される。

【0055】

第１条件が満たされていないと判定された場合（図２／ＳＴＥＰ２１２‥ＮＯ）、第１条件の充足性判定処理が再び実行される（図２／ＳＴＥＰ２１２）。第１条件の充足性判定処理（図２／ＳＴＥＰ２１２）は省略されてもよい。

【0056】

第１条件が満たされていると判定された場合（図２／ＳＴＥＰ２１２‥ＹＥＳ）、図５Ａに示されている態様で時間変化する指定電流Ｉ（ｔ）が対象二次電池としての二次電池２２０に対して入力される（図２／ＳＴＥＰ２１４）。指定電流Ｉ（ｔ）の波形信号は、電池性能評価装置１００および対象機器２００の相互通信によって、第２認識処理要素１１２により指定されたものであってもよい。例えば、対象機器２００が接続された外部電源からの供給電力により、対象機器２００に搭載されているパルス電流発生器が駆動されることにより、当該パルス電流発生器において発生された指定電流Ｉ（ｔ）が二次電池２２０に対して入力される。指定電流発生のための補助電源が対象機器２００に搭載されていてもよい。

【0057】

センサ群２３０の出力信号に基づき、制御装置２１０により二次電池２２０の電圧応答特性Ｖ（ｔ）および温度Ｔが測定される（図２／ＳＴＥＰ２１６）。これにより、例えば、図５Ｂに実線で示されているように変化する二次電池２２０の電圧応答特性Ｖ（ｔ）が測定される。

【0058】

続いて、制御装置２１０により第２条件が満たされているか否かが判定される（図２／ＳＴＥＰ２１８）。「第２条件」としては、電圧応答特性Ｖ（ｔ）を特定するために十分な波形信号が取得されたこと、最後に第１条件が満たされたと判定された第１時点から所定時間が経過した第２時点に至ったこと、対象機器２００において入力インターフェース２０２を通じて二次電池２２０の電池性能評価の要請があったことなどの条件が採用される。

【0059】

第２条件が満たされていないと判定された場合（図２／ＳＴＥＰ２１８‥ＮＯ）、第１条件の充足性判定処理が再び実行される（図２／ＳＴＥＰ２１２）。第２条件の充足性判定処理（図２／ＳＴＥＰ２１８）は省略されてもよい。

【0060】

第２条件が満たされていると判定された場合（図２／ＳＴＥＰ２１８‥ＹＥＳ）、二次電池２２０の電圧応答特性Ｖ（ｔ）および温度Ｔの測定結果が、出力インターフェース２０４を構成する送信装置により対象機器２００から電池性能評価装置１００に対して送信される（図２／ＳＴＥＰ２２０）。また、電圧応答特性Ｖ（ｔ）が測定された際に二次電池２２０に入力された指定電流Ｉ（ｔ）を特定するための測定条件情報が対象機器２００から電池性能評価装置１００に対して送信されてもよい。

【0061】

電池性能評価装置１００において、第２認識処理要素１１２により、二次電池２２０の電圧応答特性Ｖ（ｔ）および温度Ｔの測定結果が第２測定結果として認識される（図２／ＳＴＥＰ１２２）。

【0062】

第２演算処理要素１２２により、データベース１０に登録されている多数の二次電池モデルの中から、第２測定結果に付随する識別子ＩＤおよび第２測定結果に含まれている温度Ｔの測定結果のそれぞれに関連付けられている第１電池モデルまたは第２電池モデルが選定される（図２／ＳＴＥＰ１２４）。対象二次電池としての二次電池２２０の性能を評価するための第１電池モデルが存在しない場合、または、第２電池モデルが存在する場合、第２電池モデルが選定されてもよい。第１電池モデルおよび第２電池モデルの両方が存在する場合、いずれか一方の電池モデル（例えば、性能評価精度に若干優れている第１電池モデル）が優先的に選定されてもよい。

【0063】

さらに、第２演算処理要素１２２により、当該選定された第１電池モデルまたは第２電池モデルに対して、指定電流Ｉ（ｔ）が入力される（図２／ＳＴＥＰ１２６）。指定電流Ｉ（ｔ）は、第２認識処理要素１１２により指定された波形信号に基づいて認識されてもよく、対象機器２００から電池性能評価装置１００に対して送信された測定条件情報に基づいて認識されてもよい。

【0064】

第２演算処理要素１２２により、第１電池モデルまたは第２電池モデルから出力される電圧応答特性Ｖ_model（ｔ）が当該第１電池モデルまたは当該第２電池モデルの出力信号として特定される（図２／ＳＴＥＰ１２８）。これにより、例えば、図５Ｂに破線で示されているように変化する第２電池モデルの電圧応答特性Ｖ_model（ｔ）が二次電池モデルの出力信号として特定される。

【0065】

続いて、電池性能評価要素１３０により、対象二次電池としての二次電池２２０の電圧応答特性Ｖ（ｔ）と第１電池モデルまたは第２電池モデルの電圧応答特性Ｖ_model（ｔ）との対比結果に基づき、当該二次電池２２０の性能が評価される（図２／ＳＴＥＰ１３０）。例えば、対象二次電池としての二次電池２２０の電圧応答特性Ｖ（ｔ）および二次電池モデルの電圧応答特性Ｖ_model（ｔ）のそれぞれを表わす曲線の類似度ｘが特定される。そして、類似度ｘを主変数とする減少関数ｆにしたがって、二次電池２２０の劣化度Ｄ（ｉ）＝ｆ（ｘ）が特定される（「ｉ」は二次電池２２０の種類の別を意味する指数である）。すなわち、当該類似度ｘが高いほど劣化度Ｄが低く評価され、これとは反対に当該類似度ｘが低いほど劣化度Ｄが高く評価される。

【0066】

電池性能評価要素１３０により、二次電池２２０の劣化度Ｄ（ｉ）に応じた劣化診断情報Ｉｎｆｏ（Ｄ（ｉ））が生成される（図２／ＳＴＥＰ１３２）。電池性能評価要素１３０により、診断情報Ｉｎｆｏ（Ｄ（ｉ））が電池性能評価装置１００から対象機器２００に対して送信される（図２／ＳＴＥＰ１３４）。

【0067】

対象機器２００において、入力インターフェース２０２を構成する受信装置が劣化診断情報Ｉｎｆｏ（Ｄ（ｉ））が受信される（図２／ＳＴＥＰ２２２）。出力インターフェース２０４を構成するディスプレイ装置に、劣化診断情報Ｉｎｆｏ（Ｄ（ｉ））が出力表示される（図２／ＳＴＥＰ２２４）。これにより、二次電池２２０の劣化度Ｄ（ｉ）を示すグラフ表示のほか、「バッテリーの劣化度は３０％です。あと１５０日で交換することをおススメします。」といった劣化度Ｄ（ｉ）に応じた対処方法などに関するメッセージがディスプレイ装置に表示される。

【0068】

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、参照二次電池および対象二次電池のそれぞれの電圧応答特性Ｖ（ｔ）の測定時の温度Ｔが勘案されたうえで第１電池モデルおよび／または第２電池モデルが選定され、当該対象二次電池としての二次電池２２０の性能が評価されたが、他の実施形態として、参照二次電池および対象二次電池のそれぞれの電圧応答特性Ｖ（ｔ）の測定時の温度Ｔが勘案されずに、対象二次電池の諸元等を表わす識別子に基づいて第１電池モデルおよび／または第２電池モデルが選定され、当該対象二次電池としての二次電池２２０の性能が評価されてもよい。

【0069】

（発明の効果）
本発明に係る電池性能評価装置１００およびこれにより実行される電池性能評価方法によれば、指定条件の充足および不充足の別に応じて、対象二次電池の性能評価のために用いられる電池モデルとして異なる電池モデルが確定される。具体的には、指定条件が満たされている場合、複数の第１モデルパラメータよりも少数の複数の第２モデルパラメータにより定義されている分だけ、当該複数の第１モデルパラメータにより定義される第１電池モデル（指定条件が満たされていない場合に確定される電池モデル）よりも簡素な電池モデルである第２電池モデルが確定される（図２／ＳＴＥＰ１１４‥ＹＥＳ→ＳＴＥＰ１１８参照）。このため、指定条件の充足性とは無関係に第１電池モデルが確立される場合と比較して、対象二次電池としての二次電池２２０の性能評価のために用いられる電池モデルのモデルパラメータの同定処理に要する演算処理負荷の低減が図られる。

【符号の説明】

【0070】

１０‥データベース、１００‥電池性能評価装置、１１１‥第１認識処理要素、１１２‥第２認識処理要素、１２１‥第１演算処理要素、１２２‥第２演算処理要素、１３０‥電池性能評価要素、２００‥対象機器、２０２‥入力インターフェース、２０４‥出力インターフェース、２１０‥制御装置、２２０‥二次電池、２２１‥参照二次電池、２２２‥対象二次電池、２３０‥センサ群。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】