特許 7397693 測定装置及び蓄電デバイスの測定方法

(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】2023-12-05

(45)【発行日】2023-12-13

(54)【発明の名称】測定装置及び蓄電デバイスの測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/165 20060101AFI20231206BHJP

   G01R 31/388 20190101ALI20231206BHJP

   G01R 31/367 20190101ALI20231206BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231206BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

G01R19/165 M

G01R31/388

G01R31/367

H01M10/48 P

H02J7/00 Q

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020012007

(22)【出願日】2020-01-28

(65)【公開番号】P2021117163

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-12-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000227180

【氏名又は名称】日置電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 匠

【審査官】越川 康弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１８５８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０１１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４５１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１５７９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７２１４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １９／１６５

Ｇ０１Ｒ ３１／３８８

Ｇ０１Ｒ ３１／３６７

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電デバイスの状態を測定する測定装置であって、
複数の前記蓄電デバイスの負極同士又は正極同士を互いに接続する接続手段と、
前記接続手段によって接続された複数の対の前記蓄電デバイス間の電位差を測定する測定手段と、
前記複数の対の前記電位差に基づいて前記蓄電デバイスの状態を識別する演算手段と、
を備え、
前記演算手段は、前記蓄電デバイスの各々の電池電圧と前記複数の対の前記蓄電デバイス間の前記電位差との対応関係を表す行列の一般化逆行列を用いて、前記蓄電デバイス同士の前記電池電圧の差分を最小にする基準電圧に対する相対電圧を算出し、前記相対電圧に基づいて前記蓄電デバイスの状態を識別する、
測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の測定装置であって、
前記一般化逆行列は、ムーア・ペンローズの疑似逆行列である、
測定装置。

【請求項3】

請求項２に記載の測定装置であって、
前記演算手段は、前記相対電圧が所定の閾値を超える場合には、当該相対電圧に対応する前記蓄電デバイスが異常であると識別する、
測定装置。

【請求項4】

請求項２に記載の測定装置であって、
前記演算手段は、前記相対電圧の絶対値が所定の閾値を超える一対の蓄電デバイスのうち電池電圧が低い蓄電デバイスを異常であると識別する、
測定装置。

【請求項5】

蓄電デバイスの状態を測定する測定方法であって、
負極同士又は正極同士が互いに接続された複数の前記蓄電デバイス間の電位差を測定する測定ステップと、
測定された電位差に基づいて前記蓄電デバイスの状態を識別する演算ステップと、
を有し、
前記演算ステップでは、前記蓄電デバイスの各々の電池電圧と前記複数の対の前記蓄電デバイス間の前記電位差との対応関係を表す行列の一般化逆行列を用いて、前記蓄電デバイス同士の前記電池電圧の差分を最小にする基準電圧に対する相対電圧を算出し、前記相対電圧に基づいて前記蓄電デバイスの状態を識別する、
測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電デバイスの状態を測定する測定装置及びその測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、エージング時間における二次電池の電圧降下量に基づいて二次電池の良否判定を行う検査方法が開示されている。このような検査方法では、二次電池の状態を正極及び負極を開放した状態で二次電池を数日から数週間保存し、自己放電により電圧が低下した後に電圧を測定することで、二次電池の状態が推定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－０７２１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の検査方法では、自己放電により電圧が低下するまでエージング時間として数日から数週間の間、二次電池を保存する必要がある。

【0005】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、短い時間で蓄電デバイスの状態を取得することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様としての測定装置は、蓄電デバイスの状態を測定する測定装置であって、複数の前記蓄電デバイスの負極同士又は正極同士を互いに接続する接続手段と、前記接続手段によって接続された複数の対の前記蓄電デバイス間の電位差を測定する測定手段と、前記複数の対の前記電位差に基づいて前記蓄電デバイスの状態を識別する演算手段と、を備え、前記演算手段は、前記蓄電デバイスの各々の電池電圧と前記複数の対の前記蓄電デバイス間の前記電位差との対応関係を表す行列の一般化逆行列を用いて、前記蓄電デバイス同士の前記電池電圧の差分を最小にする基準電圧に対する相対電圧を算出し、前記相対電圧に基づいて前記蓄電デバイスの状態を識別する。

【発明の効果】

【0007】

この態様によれば、負極同士又は正極同士が接続された複数の蓄電デバイス間の電位差を測定し、測定された電位差に基づいて、演算によって蓄電デバイスの状態を識別する。それゆえ、蓄電デバイスの電圧変化を測定する時間を短縮できるので、短い時間で蓄電デバイスの状態を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第一実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、第一実施形態に係る測定装置の処理部の機能構成を示す図である。

【図3】図３は、測定方法に含まれる蓄電デバイスの状態識別処理の一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、測定開始から所定期間経過するまで、図３に説明した処理を行った際における、時間経過と相対電圧との相関関係を示す図である。

【図5】図５は、本発明の第二実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。

【図6】図６は、第二実施形態に係る測定装置の処理部の機能構成を示す図である。

【図7】図７は、第二実施形態に係る測定装置を用いて蓄電デバイスの状態を識別する方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第一実施形態］
以下、図１を参照して、本発明の第一実施形態に係る蓄電デバイス１０の測定装置（以下、単に「測定装置」と称する。）１について説明する。

【0010】

まず、図１を参照して、測定装置１の構成について説明する。図１は、測定装置１の構成を示す図である。測定装置１は、複数の蓄電デバイス１０の内部状態を測定するための装置又はシステムである。

【0011】

蓄電デバイス１０は、例えば、リチウムイオン二次電池の単一の蓄電セルである。蓄電デバイス１０は、二次電池（化学電池）に限らず、例えば、電気二重層キャパシタであってもよい。また、蓄電デバイス１０は、複数の蓄電セルが直列に接続されてなる蓄電モジュールであってもよい。

【0012】

本実施形態において、蓄電デバイス１０は、リチウムイオン二次電池の構成単位としての単電池（蓄電セル）に相当する。測定装置１には、複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nが接続されている。

【0013】

なお、以下では、複数の蓄電デバイスを個別に説明する必要がある場合には、番号「１０₁～１０_n」を適宜使用し、複数の蓄電デバイスに共通する内容を説明する場合には、番号「１０」を使用する。また、本実施形態において、図１に示す蓄電デバイス１０₁の電池電圧をＶ₁、蓄電デバイス１０₂の電池電圧をＶ₂、・・・、蓄電デバイス１０_nの電池電圧をＶ_nとする。

【0014】

本実施形態に係る測定装置１は、蓄電デバイス１０の品質に殆どばらつきがない、すなわち、電池電圧の値がほぼ同一値である複数の蓄電デバイス１０の中から、状態の異なる蓄電デバイス１０を検出する場合に有用である。本実施形態においては、複数の蓄電デバイス１０の平均的な電池電圧の値から、個々の蓄電デバイス１０の電池電圧の値がどの程度乖離しているかを演算によって求めることができる。また、その乖離の度合いに応じて蓄電デバイス１０の状態を識別することができる。

【0015】

測定装置１は、一又は複数の蓄電デバイス１０間の電池電圧の差分値（以下、電位差と称する）を測定する差分測定部２と、測定装置本体３とを備える。

【0016】

まず、差分測定部２について説明する。差分測定部２は、接続手段としての接続部２１と、デバイス選択モジュール２２と、差分検出モジュール２３とを有する。また、測定装置本体３は、操作部３１、表示部３２及び、演算手段としての処理部３３を有する。

【0017】

接続部２１は、複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nを接続する。本実施形態においては、接続部２１は、複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nの負極同士を互いに接続する接続ケーブルである。接続部２１は、蓄電デバイス１０₁～１０_nの負極同士を互いに接続するものであればよく、マトリックススイッチによって構成されてもよい。

【0018】

デバイス選択モジュール２２は、処理部３３からの制御信号に従い、蓄電デバイス１０₁～１０_nの中から、電位差の測定対象として一対の蓄電デバイス１０を複数選択する。すなわち、デバイス選択モジュール２２は、予め定められた複数の対の蓄電デバイス１０を選択する。

【0019】

一例として、蓄電デバイス１０₁と蓄電デバイス１０_nとの電位差を測定する場合には、デバイス選択モジュール２２は、蓄電デバイス１０₁の正極を差分検出モジュール２３の正極（＋）と接続するとともに、蓄電デバイス１０_nの正極を差分検出モジュール２３の負極（－）と接続する。

【0020】

差分検出モジュール２３は、一対の蓄電デバイス１０間の電池電圧の電位差を測定する直流電圧計である。差分検出モジュール２３は、デバイス選択モジュール２２によって順次選択された一対の蓄電デバイス１０間の電位差を測定する。また、差分検出モジュール２３は、特定の異なる対の蓄電デバイス１０間における電位差の大きさに対応する電気信号、すなわち電位差の測定値を処理部３３に出力する。

【0021】

このように電位差を用いることにより、差分検出モジュール２３の分解能を確保することができる。例えば、差分検出モジュール２３が７桁半（7 1/2）の直流電圧計である場合は、蓄電デバイス１０の電位差の検出のために「－１００ｍＶ」から「＋１００ｍＶ」までの範囲に設定することが好ましい。

【0022】

また、蓄電デバイス１０の電位差が１００ｍＶ未満である場合は、７桁半（7 1/2）の直流電圧計の分解能を１０［ｎＶ］まで上げることができる。これにより、蓄電デバイス１０の微小な電位差の変化を精度良く検出することができる。また、差分検出モジュール２３として、測定レンジを±１０ｍＶまで縮小可能な直流電圧計を用いる場合は、検出レンジを蓄電デバイス１０の電圧に対して「－１０ｍＶ」から「＋１０ｍＶ」までの範囲に設定することがより好ましい。

【0023】

本実施形態においては、デバイス選択モジュール２２は、処理部３３からの制御信号に基づいて、複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nを順次切り換えて、蓄電デバイス１０₁～１０_n間の差分電圧値を測定するように構成されている。

【0024】

例えば、デバイス選択モジュール２２は、各蓄電デバイス１０に付された識別番号が連続する一対の蓄電デバイス１０ごとに蓄電デバイス１０間の差分電圧値を順次測定し、最初と最後の識別番号の一対の蓄電デバイス１０間の差分電圧値を測定する。あるいは、デバイス選択モジュール２２は、物理的に隣接する一対の蓄電デバイス１０ごとに蓄電デバイス間１０の差分電圧値を順次測定し、物理的に距離が最も離れた一対の蓄電デバイス１０間の差分電圧値を測定してもよい。これにより、差分検出モジュール２３は、一つの蓄電デバイス１０ごとに、当該蓄電デバイス１０に対して少なくとも二つの蓄電デバイス１０との差分電圧値を測定することができる。

【0025】

続いて、測定装置本体３について説明する。操作部３１は、測定条件の設定操作及び蓄電デバイス１０の状態を識別する処理の開始等を指示する各種の操作スイッチ、マウス及びキーボード等からなる。操作部３１は、これらからの操作に応じた操作信号を処理部３３に出力する。操作部３１は、機械的に構成される操作スイッチの代わりに、表示部３２に備えられるタッチパネルであってもよい。

【0026】

表示部３２は、処理部３３からの制御信号に従って、各種設定画面や蓄電デバイス１０の状態識別結果等を表示する。本実施形態においては、表示部３２は、液晶パネル等によって構成される。

【0027】

処理部３３は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）等を備えたマイクロコンピュータで構成される。

【0028】

処理部３３は、複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。処理部３３は、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵに読み出して実行することによって測定装置１の各種動作を制御する。そして、処理部３３は、異なる対の蓄電デバイス１０間の電位差に基づいて蓄電デバイス１０の状態を識別する演算を実行する。

【0029】

ＲＯＭには、蓄電デバイス１０₁～１０_n間の電位差に基づいて蓄電デバイス１０の状態を識別するための処理を実行するプログラムが記憶されている。ＲＯＭは、コントローラの動作プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。なお、ＲＯＭは、測定装置１に対して着脱可能に構成されていてもよい。

【0030】

続いて、本実施形態において、蓄電デバイス１０の状態を演算によって識別可能とする概念について説明する。

【0031】

例えば、起電圧が４［Ｖ］のリチウムイオン二次電池を構成する蓄電セルの電池電圧を測定するには、直流電圧計の測定レンジを１０Ｖレンジに設定する必要があり、このときの測定確度は、±４８［μＶ］程度である。一方、電池セルの自己放電に起因する電池電圧の電圧降下は「μＶオーダ」である。このため、起電圧４［Ｖ］に重畳された「μＶオーダ」の電圧降下を正確に検出することは困難である。

【0032】

しかし、品質に殆どばらつきがない蓄電デバイス１０であれば、電池電圧の値は、いずれもほぼ同一値であるため、蓄電デバイス１０の電池電圧の差分は、「ｍＶオーダ」となる。この場合には、１００ｍＶレンジでの測定が可能になるため、検出精度の向上が見込まれる。

【0033】

そこで、本実施形態においては、蓄電デバイス１０の電池電圧の変化（電圧降下）の程度を各蓄電デバイス１０間の電位差を用いて検出する。まず、蓄電デバイス１０₁～１０_n間の電位差を測定する。ここでは、一例として、Ｖ₁－Ｖ₂，Ｖ₂－Ｖ₃，・・・，Ｖ_n-1－Ｖ_n, Ｖ_n－Ｖ₁により得られる電位差をｘ₁，ｘ₂，・・・，ｘ_n-1，ｘ_nと表す。

【0034】

このとき、蓄電デバイス１０₁～１０_nにおける任意の一対の蓄電デバイス間の電位差の測定結果は、以下の式（１）に示す行列式で表すことができる。

【0035】

【数1】

【0036】

ここで、蓄電デバイス１０₁～１０_nにおける任意の蓄電デバイス１０の組み合わせを規定する左側の係数行列を計測行列Ａと表す。すなわち、計測行列Ａは、蓄電デバイス１０ごとに当該蓄電デバイス１０を含む一対の蓄電デバイス１０間の電位差ｘ_nと当該蓄電デバイス１０の電池電圧Ｖ_nとの対応関係を表す行列である。

【0037】

式（１）によれば、計測行列Ａの逆行列が計算できれば、各蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧Ｖ₁，Ｖ₂，・・・,Ｖ_n（これらを電池電圧Ｖ_iと称する）を算出することができる。しかし、計測行列Ａは、フルランク行列ではないため、計測行列Ａの逆行列を計算して電池電圧Ｖ_iを求めることはできない。

【0038】

ここで、計測行列Ａの一般化逆行列Ａ⁺を考える。一般化逆行列Ａ⁺を用いることによって、各蓄電デバイス１０₁～１０_nそれぞれについて、ある電圧値（以下、基準電圧Ｖ₀と称する）との差分を算出することができる。この基準電圧Ｖ₀は、各電池電圧の差を最小にするような尤度の高い電圧値であり、例えば、各電池電圧の差の二乗和が最小になるような電圧値として算出することができる。

【0039】

このような考え方に基づいて、本実施形態においては、測定装置１における処理部３３は、計測行列Ａの一般化逆行列Ａ⁺を生成又は保持する機能構成を備える。

【0040】

続いて、図２を用いて、処理部３３の機能について説明する。

【0041】

図２は、処理部３３の機能構成を示す図である。処理部３３は、上述した考え方に基づいて蓄電デバイス１０の状態を識別する処理を実行するために、逆行列生成モジュール３３１と、相対電圧算出モジュール３３２と、識別モジュール３３３とを有する。

【0042】

逆行列生成モジュール３３１は、各蓄電デバイス１０の電池電圧と電位差との関係を表わす計測行列Ａの一般化逆行列Ａ⁺を生成する。本実施形態では、逆行列生成モジュール３３１は、下式（２）に示すムーア・ペンローズの疑似逆行列Ａ⁺を生成する。

【0043】

【数2】

【0044】

相対電圧算出モジュール３３２は、上式（２）に示した疑似逆行列Ａ⁺を用いて、下記式（３）の行列式から、全ての蓄電デバイス１０₁～１０_nの基準電圧Ｖ₀に対する個別の蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧の差分（Ｖ＾）を算出する。以下では、基準電圧Ｖ₀からの個別の蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧の差分を相対電圧と称する。すなわち、下式（３）によれば、蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々について、相対電圧を直接算出することができる。

【0045】

【数3】

【0046】

識別モジュール３３３は、式（３）から算出された蓄電デバイス１０の相対電圧が予め設定された正常範囲内であるか否かを判断する。そして識別モジュール３３３は、蓄電デバイス１０の相対電圧が正常範囲内にある場合には、蓄電デバイス１０が正常である、すなわち蓄電デバイス１０の自己放電に伴う電圧低下量が正常であると識別する。

【0047】

一方、識別モジュール３３３は、蓄電デバイス１０の相対電圧が正常範囲内でない場合には、蓄電デバイス１０が異常である、すなわち蓄電デバイス１０の自己放電に伴う電圧低下量が過大であると識別する。正常範囲の上限値及び下限値は、所定の閾値に相当し、正常な蓄電デバイス１０の実験データ又はシミュレーション結果などに基づいて定められる。

【0048】

次に、本実施形態に係る測定装置１の動作について図３を参照して説明する。

【0049】

図３は、第一実施形態に係る測定装置１を用いて蓄電デバイス１０の状態を識別する方法の一例を示すフローチャートである。

【0050】

図３に示す例では、測定装置１は、例えば、雰囲気温度を一定に維持可能な恒温槽の中に複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nを収容する等して、蓄電デバイス１０₁～１０_nの温度変化を抑制した環境にて測定を実行する。

【0051】

ステップＳ１では、処理部３３は、デバイス選択モジュール２２に制御信号を送り、複数の蓄電デバイス１０のうち、予め定められた複数の対の蓄電デバイス１０間の電位差を順次測定する。

【0052】

ステップＳ２では、処理部３３は、互いに接続された複数の対の蓄電デバイス１０₁～１０_n間の電位差の測定が終了したか否か判別し、蓄電デバイス１０₁～１０_n間の全ての蓄電デバイス１０間における電位差の測定が終了した場合には、ステップＳ３へ移行する。

【0053】

ステップＳ３では、処理部３３の相対電圧算出モジュール３３２は、逆行列生成モジュール３３１から取得したムーア・ペンローズの疑似逆行列Ａ⁺を用いて、式（３）により、蓄電デバイス１０₁～１０_nの基準電圧Ｖ₀に対する相対電圧を算出する。

【0054】

ステップＳ４では、処理部３３の識別モジュール３３３は、蓄電デバイス１０₁～１０_nの基準電圧Ｖ₀に対する相対電圧に基づいて蓄電デバイス１０の状態を識別する。すなわち、式（３）から算出された蓄電デバイス１０の相対電圧が予め設定された正常範囲内である場合には、蓄電デバイス１０が正常であると識別し（Ｓ４：ｙｅｓ）、ステップＳ５へ移行する。

【0055】

また、ステップＳ４では、識別モジュール３３３は、蓄電デバイス１０の相対電圧が正常範囲内でない場合には、蓄電デバイス１０が異常であると識別し（Ｓ４：ｎｏ）、ステップＳ６へ移行する。

【0056】

ステップＳ５では、処理部３３は、蓄電デバイス１０が正常な状態であるとして、表示部３２にその旨を表示して使用者に通知する。一方、ステップＳ６では、処理部３３は、蓄電デバイス１０が異常な状態であるとして、表示部３２にその旨を表示して使用者に通知する。

【0057】

図４は、測定開始から所定期間経過するまで、図３に説明した処理を行った際における、時間経過と相対電圧との関係を示す図である。図４に示す例では、六つの蓄電デバイス（ＣＨ１～ＣＨ６）のうち一つの蓄電デバイス（ＣＨ６）が自己放電の大きい蓄電デバイスである。

【0058】

自己放電が進みやすい蓄電デバイス（ＣＨ６）の電池電圧は、所定期間経過後には、蓄電デバイス１０の基準電圧Ｖ₀からの乖離が大きくなる。所定期間が経過するにつれて電池電圧の低下が顕著に現れることが想定される。

【0059】

本実施形態においては、試験開始から所定期間が経過した時点で、図３に説明した処理を行って、ある時点（例えば、４０００秒後）における相対電圧を算出し、この時点における相対電圧に基づいて、蓄電デバイス１０を識別してもよい。

【0060】

以上の状態識別処理を実行することにより、蓄電デバイス１０の状態識別処理が完了する。

【0061】

＜第一実施形態の作用効果＞
本実施形態に係る測定装置１によれば、複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nの負極同士を互いに接続する接続部２１と、接続部２１によって接続された複数の対（異なる対）の蓄電デバイス１０間の電池電圧の差分値（電位差）をそれぞれ測定する差分検出モジュール２３と、複数の対の電位差に基づいて蓄電デバイス１０₁～１０_nの状態をそれぞれ識別する処理部３３とを備える。

【0062】

測定装置１によれば、並列に接続された複数の対の蓄電デバイス１０_１～１０ｎ間の電位差を測定することにより、差分検出モジュール２３の分解能を上げられるので、蓄電デバイス１０同士の電池電圧の僅かな差分を的確に検出することができる。それゆえ、蓄電デバイス１０の自己放電に伴う電圧降下量の僅かな違いを精度よく検出することができるので、蓄電デバイス１０の電圧降下量が十分に大きくなるまで待たなくともよい。言い換えれば、短い時間で蓄電デバイス１０の電圧降下量の違いを検出することができる。

【0063】

これに加え、測定された各対の電位差を用いることにより、電位差の平均的な値に対する差分を求めることが可能になるので、各対の電位差のうち、相対的に大きな電位差に対応する一対の蓄電デバイス１０を抽出することができる。それゆえ、異常な状態であるため相対的に差分が大きくなっている蓄電デバイス１０と、正常な状態であるため相対的に差分が小さくなっている蓄電デバイス１０とを大まかに識別することができる。このように、測定された各対の電位差を用いて統計的な演算を行うことによって複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nの状態を識別することができる。

【0064】

このため、数週間放置して蓄電デバイス１０の電圧降下量を求めて蓄電デバイス１０の状態を判別する手法に比べて、短い時間で複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nの状態を求めることができる。

【0065】

また、蓄電デバイス１０がリチウムイオン二次電池などによって構成される場合、蓄電デバイス１０の電圧は、雰囲気温度及び雰囲気湿度などの周囲環境の僅かな変化によって変動する。その結果、周囲環境の変化に起因する蓄電デバイス１０の電圧変動が蓄電デバイス１０の自己放電に伴う電圧降下量に重畳されてしまい、蓄電デバイス１０の自己放電に伴う電圧降下量を抽出するのが困難になる。

【0066】

これに対し、測定装置１によれば、同じ種類の蓄電デバイス１０同士の電位差が測定されるので、周囲環境の変化に伴って蓄電デバイス１０の電圧が変動したとしても、全ての蓄電デバイス１０の電圧が同じように変動するので、電位差にはその影響が現れにくい。それゆえ、蓄電デバイス１０の自己放電に伴う電圧変化を検出するにあたり、周囲環境の変化に伴う蓄電デバイス１０の電圧変動の影響を軽減することができる。

【0067】

また、測定装置１によれば、処理部３３は、蓄電デバイス１０の基準電圧Ｖ₀に対する蓄電デバイス１０の各々の相対電圧を算出し、算出した相対電圧に基づいてその相対電圧に対応する蓄電デバイス１０の状態を識別する。基準電圧は、複数の対の蓄電デバイス１０の各電池電圧の差分を最小にするような尤度の高い電圧値を示す。

【0068】

この構成によれば、蓄電デバイス１０ごとに基準電圧に対する相対電圧が算出されるので、蓄電デバイス１０の各々について平均的な値からの差分を把握することができる。したがって、蓄電デバイス１０の状態が正常か否かを識別することができる。

【0069】

また、測定装置１によれば、処理部３３は、蓄電デバイス１０の各々の電池電圧と電位差との対応関係を表わす計測行列Ａの一般化逆行列Ａ⁺を用いて相対電圧を蓄電デバイス１０ごとに算出する。一般化逆行列Ａ⁺として、ムーア・ペンローズの疑似逆行列が用いられる。この構成によれば、一般化逆行列Ａ⁺を用いることにより、簡易な演算により、蓄電デバイス１０の各々の相対電圧を算出することができる。

【0070】

また、測定装置１によれば、処理部３３は、蓄電デバイス１０の各々の相対電圧が所定の閾値を超える場合には、その相対電圧に対応する蓄電デバイス１０が異常であると判別する。あらかじめ定められた所定の閾値を用いることにより、蓄電デバイス１０が異常か否かを正確に判別することが可能となる。

【0071】

また、測定装置１によれば、処理部３３は、相対電圧の絶対値が所定の閾値を超える一対の蓄電デバイス１０のうち電池電圧が低い蓄電デバイス１０を異常であると識別する。

【0072】

この構成によれば、処理部３３は、蓄電デバイス１０の各々の相対電圧に基づいて異常な状態である蓄電デバイス１０を含む一対の蓄電デバイス１０を抽出し、抽出した一対の蓄電デバイス１０の各電池電圧を測定して双方の蓄電デバイス１０の測定値を比較する。これにより、電池電圧の測定値が低い方の蓄電デバイス１０については自己放電に伴う電圧降下量が相対的に大きいとみなすことができるので、処理部３３は、この蓄電デバイス１０は異常な状態であると識別することができる。

【0073】

このように、上述した所定の閾値、電池電圧の測定値又は電池電圧の推定値などの蓄電デバイス１０の良否を判定するための絶対値を用いることにより、相対電圧の絶対値が大きな蓄電デバイス１０の状態を正しく識別することができる。

【0074】

なお、上記実施形態では一般化逆行列Ａ⁺を用いて各蓄電デバイス１０の相対電圧を算出したが、これに限られるものではない。例えば、処理部３３は、複数の対の蓄電デバイス間の電位差についての平均値、中央値、又は最頻値などの統計値を基準電圧Ｖ₀として算出し、この基準電圧Ｖ₀と蓄電デバイス１０の電池電圧との差分を相対電圧として用いてもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0075】

［第二実施形態］
以下、図５を参照して、本発明の第二実施形態に係る蓄電デバイス１０の測定装置１００について説明する。第一実施形態に係る測定装置１と同様の構成については、同一の番号を付して、詳細な説明を省略する。

【0076】

第二実施形態に係る測定装置１００は、図５に示すように、蓄電デバイス１０₁～１０_nの負極同士を接続する接続部２１と接続されて、デバイス選択モジュール２２まで延長する接続部２４を、さらに備えることを特徴とする。

【0077】

第二実施形態においては、デバイス選択モジュール２２は、処理部３３からの指示に従い、蓄電デバイス１０₁～１０_nの中から電位差の測定対象としての複数の蓄電デバイス１０を選択する動作のほかに、蓄電デバイス１０の正極を差分検出モジュール２３の正極と接続するとともに、蓄電デバイス１０_nの負極が接続された接続部２４を差分検出モジュール２３の負極と接続する。

【0078】

これにより、差分検出モジュール２３は、蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の電池電圧を測定することができる。

【0079】

図６は、第二実施形態に係る処理部３３の機能構成を示す図である。処理部３３は、逆行列生成モジュール３３１と、相対電圧算出モジュール３３２と、電池電圧平均値算出モジュール３３４と、電圧演算モジュール３３５とを有する。

【0080】

電池電圧平均値算出モジュール３３４は、差分検出モジュール２３から供給された蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の電池電圧から、以下の式（４）に基づいて、電池電圧の平均値を算出する。

【0081】

【数4】

【0082】

電圧演算モジュール３３５は、式（４）で表される電池電圧の実測の平均値と、相対電圧算出モジュール３３２において算出された相対電圧とを用いて、以下の式（５）により、蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の電池電圧を算出する。

【0083】

【数5】

【0084】

図７は、第二実施形態に係る測定装置１００を用いて蓄電デバイス１０の状態を識別する方法の一例を示すフローチャートである。

【0085】

図７に示す例では、第一実施形態と同様、測定装置１００は、例えば、雰囲気温度を一定に維持可能な恒温槽の中に複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nを収容する等して、蓄電デバイス１０₁～１０_nの温度変化を抑制した環境にて測定を実行する。

【0086】

ステップＳ１１では、処理部３３は、デバイス選択モジュール２２において、蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の電池電圧を測定する。

【0087】

ステップＳ１２では、処理部３３は、蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧の測定が終わったか否か判別し、全ての蓄電デバイス１０の電池電圧の測定が終了した場合には、ステップＳ１３へ移行する。

【0088】

ステップＳ１３では、処理部３３は、電池電圧平均値算出モジュール３３４において、測定された蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の電池電圧の平均値を算出する。

【0089】

ステップＳ１４～ステップＳ１６は、図３に示したステップＳ１～ステップＳ３と同じ処理である。

【0090】

ステップＳ１７では、処理部３３は、電圧演算モジュール３３５において、ステップＳ１１～Ｓ１３において算出された蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧の平均値と、ステップＳ１４～Ｓ１６において算出された相対電圧とを用いて、蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧の値を算出する。

【0091】

具体的には、実測の平均値に、蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の相対電圧を加算することにより蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧を算出することができる。

【0092】

ステップＳ１８では、算出された蓄電デバイス１０の電池電圧が正常範囲内でない場合には、蓄電デバイス１０が異常であると識別し（Ｓ１８：ｎｏ）、ステップＳ２０へ移行する。

【0093】

ステップＳ１９では、処理部３３は、蓄電デバイス１０が正常な状態であるとして、表示部３２にその旨を表示して使用者に通知する。一方、ステップ２０では、処理部３３は、蓄電デバイス１０が異常な状態であるとして、表示部３２にその旨を表示して使用者に通知する。

【0094】

以上のように、実測の電池電圧には、環境温度等によるノイズ成分が含まれたものであるが、実測の電池電圧の値から算出された平均値は、各電池電圧の平均化処理が行われているので、ノイズ成分が抑制されている。したがって、基準電圧Ｖ₀に代えて、実測の電池電圧の値から算出された平均値を用いることにより、蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧を正確に算出することができる。

【0095】

＜第二実施形態の作用効果＞
本実施形態に係る測定装置１００によれば、複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nの負極同士を互いに接続する接続部２１と、接続部２１によって接続された複数の対（異なる対）の蓄電デバイス１０間の電池電圧の差分値（電位差）をそれぞれ測定する差分検出モジュール２３と、測定した各対の電位差に基づいて各対の蓄電デバイス１０の基準電圧Ｖ₀に対する蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の相対電圧を演算する相対電圧算出モジュール３３２と、蓄電デバイス１０₁～１０_nごとに、演算した相対電圧と蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の電圧値とに基づいて蓄電デバイス１０₁～１０_nの電圧を算出する電圧演算モジュール３３５とを含む。

【0096】

第一実施形態に係る測定装置１では、仮に、蓄電デバイス１０₁～１０_nのなかに設計品質よりも劣る蓄電デバイスが想定以上に多く含まれていた場合に、基準電圧Ｖ₀そのものが適切な値と異なる可能性がある。そのため、蓄電デバイス１０₁～１０_nの各々の相対電圧にもずれが生じ、蓄電デバイス１０の状態の識別が正しく行えない可能性が生じ得る。

【0097】

これに対して、第二実施形態に係る測定装置１００では、蓄電デバイス１０の実測の電池電圧の統計値としての平均値を、尤度の高い電圧値（基準電圧Ｖ₀）として算出する。すなわち、測定装置１００は、蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧を算出する際に、基準電圧Ｖ₀に替えて、蓄電デバイス１０の実測の電池電圧の平均値を使用する。

【0098】

測定装置１００において算出される相対電圧は、「μＶオーダ」の精度で測定された各対の電位差を用いて得られるものであるので、確度が高い。一方、蓄電デバイス１０の電池電圧の平均値は、各電池電圧の平均化処理が行われているので、ノイズ成分が抑制されている。

【0099】

このため、測定装置１００によれば、確度の高い相対電圧と、ノイズ成分が抑制された電池電圧の平均値とを用いることにより、尤度の高い電圧値として算出された基準電圧Ｖ₀が不確かである可能性を排除できる。したがって、測定装置１００によれば、平均値に相対電圧を加算することで、確度の高い蓄電デバイス１０の電池電圧を算出することができる。これにより、蓄電デバイス１０の状態の識別の確度を向上させることができる。

【0100】

なお、測定装置１００では、蓄電デバイス１０₁～１０_nの電池電圧を算出する際に、統計値として蓄電デバイス１０₁～１０_nの実測の電池電圧の平均値を使用し、この平均値に相対電圧を加算しているが、統計値は、蓄電デバイス１０₁～１０_nの実測の電池電圧の中央値、最頻値又は二乗和平均であってもよい。

【0101】

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0102】

本実施形態において、接続部２１は、複数の蓄電デバイス１０₁～１０_nの負極同士を互いに接続しているが、正極同士であってもよい。

【0103】

蓄電デバイス１０は、二次電池に限らず、例えば、電気二重層キャパシタであってもよい。また、蓄電デバイス１０は、複数の蓄電セルが直列に接続されてなる蓄電モジュールであってもよい。

【0104】

また、測定装置１は、コントローラに内蔵されるＲＡＭ及びＲＯＭ以外に、ハードディスク或いは半導体メモリ等により構成された記憶部が備えられていてもよい。この場合には、上述したプログラムの全部又は一部が記憶部に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0105】

１ 測定装置
１０（１０₁～１０_n） 蓄電デバイス
２１ 接続部（接続手段）
２２ デバイス選択モジュール
２３ 差分検出モジュール（測定手段）
２４ 接続部
３１ 操作部
３２ 表示部
３３ 処理部（演算手段）
１００ 測定装置
３３１ 逆行列生成モジュール
３３２ 相対電圧算出モジュール
３３３ 識別モジュール
３３４ 電池電圧平均値算出モジュール
３３５ 電圧演算モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】