CN102129041B - 电池特性评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池特性评价装置，其构成为基于电池的电流一电压特性，使相对于等效电路模型的电路常数同定，其特征在于，具有：电流波形分割部，其将电流波形分割为多个微小时间区间中的阶梯函数并输出；以及电路常数优化部，其输入这些阶梯函数、所述电压实际测量值、等效电路模型数据，对优化的等效电路模型的电路常数进行运算并输出，电路常数优化部具有：阶梯响应运算部；电压加法部；以及判定部，其构成为通过将电压实际测量值和电压计算值进行比较，判定电路常数是否为最佳值，判定部在判定为电路常数不是最佳值时，根据比较结果生成新的电路常数，将电路常数向阶梯响应运算部输入。

Description

电池特性评价装置

技术领域

本发明涉及一种电池特性评价装置，详细地说，涉及一种电池的等效电路模型中的电路常数同定值的高精度化。

背景技术

图6是表示用于评价电池特性的电流以及电压测定中使用的现有的电路例子的框图。与作为测定对象的电池1串联地连接负载2、电流计3，并且与电池1并联地连接电压计4。

电流计3对与负载2的接通／断开对应而变化的电池1的输出电流的上升及下降的实际测量值进行测定，电压计4对与负载2的接通／断开对应而变化的电池1的输出电压的上升及下降的实际测量值进行测定。此外，对于上述具体的测定流程，记载在专利文献1中。

图7是表示基于图6的测定结果，进行电池的特性评价的电池特性评价装置的现有例子的框图。输入部5输入电流计3的电流实际测量值数据IM、电压计4的电压实际测量值数据VM以及预先生成的电池1的标准等效电路模型数据EM。

电路常数最优化部6由电压运算部6a和判定部6b构成，基于从输入部5输入的电流计3的电流实际测量值数据IM、电压计4的电压实际测量值数据VM以及等效电路模型数据EM，将电池1的等效电路模型的电路常数作为同定值FV而最优化，将最优化后的等效电路模型的电路常数向输出部7输出。

在电路常数最优化部6中，向电压运算部6a输入电流计3的电流实际测量值数据IM、等效电路模型数据EM，并且从判定部6b输入电路常数CC的候选项，并计算电压计算值VC，向判定部6b输出。

向判定部6b输入电压计4的电压实际测量值数据VM以及由电压运算部6a计算出的电压计算值VC，对上述电压实际测量值数据VM和电压计算值VC进行比较，判定是否为最佳值。如果不是最佳，则根据比较结果生成新的电路常数CC，并向电压运算部6a输入，再次计算电压。反复执行以上的处理，直至判定电路常数为最佳值。将如上述所示作为等效电路模型的电路常数而最优化后的同定值FV向输出部7输出。

输出部7基于由电路常数最优化部6最优化后的等效电路模型的电路常数的同定值FV，生成电池1的特性曲线，并显示在未图示的显示部上。

图8是表示电池1的特性的等效电路例子图。图8的等效电路串联连接有：直流电源E；电阻R1；电阻R2和电容器C1的并联电路；电阻R3和电容器C2的并联电路。

如果作为等效电路模型数据EM，输入图8所示的电路数据，则电路常数最优化部6分别计算电阻的电阻值R1、R2、R3、电容器的容量值C1、C2，以使得电压的计算值和实际测量值的差变小。

在专利文献1中记载了测定电池的内部阻抗的方法及装置的结构。

在专利文献2中，说明了在电池的内部阻抗测定时，去除由极化引起的响应电压影响的方法。

专利文献1：日本特开2003-4780号公报

专利文献2：日本特开2005-100969号公报

发明内容

另外，在电池1的阻抗的低频区域中，因扩散的影响，会发现沃伯格阻抗(War-burg Impedance)。对于该沃伯格阻抗，即使如图9所示可以作为频率区域中的阻抗而求出，也难以将其向时间区域变换。因此，现有的等效电路中的沃伯格阻抗，也是由电阻、电容器以及电感表现。

但是，由沃伯格阻抗引起的电压下降曲线，无法通过电阻和电容器的组合而再现。如果不考虑该情况而利用直流电源、电阻和电容器进行同定，则如图10所示，电阻的电阻值及电容器的容量值成为较大的值而不符合现实，无法实现电路常数同定的意义。

本发明就是用于解决这种问题的，其目的在于，提供一种电池特性评价装置，其可以考虑沃伯格阻抗，提高电池的等效电路模型中的电路常数同定值的精度。

根据本发明，提供一种电池特性评价装置，其构成为基于电池的电流一电压特性，使相对于等效电路模型的电路常数同定，其具有：电流波形分割部，其将电流波形分割为多个微小时间区间中的阶梯函数并输出；以及电路常数优化部，其输入这些阶梯函数、所述电压实际测量值、等效电路模型数据，对优化的等效电路模型的电路常数进行运算并输出，所述电路常数优化部具有：阶梯响应运算部，其构成为基于所述多个阶梯函数和所述等效电路模型数据，分别对与所述多个阶梯函数对应的多个阶梯响应电压进行运算；电压加法部，其构成为通过将所述各个阶梯响应电压相加，而输出电压计算值；以及判定部，其构成为通过将所述电压实际测量值和所述电压计算值进行比较，判定所述电路常数是否为最佳值，所述判定部在判定为所述电路常数不是最佳值时，根据所述比较结果生成新的电路常数，将所述电路常数向阶梯响应运算部输入。

根据本发明，提供一种电池特性评价装置，其构成为基于电池的电流一电压特性，使相对于等效电路模型的电路常数同定，其具有：电压波形分割部，其将电压波形分割为多个微小时间区间中的阶梯函数并输出；以及电路常数优化部，其输入这些阶梯函数、所述电流实际测量值、等效电路模型数据，对优化的等效电路模型的电路常数进行运算并输出，所述电路常数优化部具有：阶梯响应运算部，其构成为基于所述多个阶梯函数和所述等效电路模型数据，分别对与所述多个阶梯函数对应的多个阶梯响应电流进行运算；电流加法部，其构成为通过将所述各个阶梯响应电流相加，而输出电流计算值；以及判定部，其构成为通过将所述电流实际测量值和所述电流计算值进行比较，判定所述电路常数是否为最佳值，所述判定部在判定为所述电路常数不是最佳值时，根据所述比较结果生成新的电路常数，将所述电路常数向阶梯响应运算部输入。

发明的效果

根据本发明的电池特性评价装置，可以考虑沃伯格阻抗，利用任意的电流波形高精度地使电池的等效电路模型中的电路常数同定，可以进行高精度的电池特性评价。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例的框图。

图2是将任意波形电流分解为阶梯函数的动作说明图。

图3是对去除了电源部的图1的电路中的阶梯响应通过叠加而进行再合成的说明图。

图4是表示电池的特性的包含沃伯格阻抗的等效电路例子图。

图5是将沃伯格阻抗W1单独串联连接的等效电路图。

图6是表示用于评价电池特性的电流以及电压测定中使用的现有的电路例子的框图。

图7是表示基于图6的测定结果进行电池的特性评价的电池特性评价装置的现有例子的框图。

图8是表示电池的特性的等效电路例子图。

图9是沃伯格阻抗的说明图。

图10是利用电阻和电容器模拟沃伯格阻抗的例子的说明图。

具体实施方式

下面，使用附图，详细说明本发明。图1是表示本发明的一个实施例的框图，对于与图7共通的部分，标注相同的标号。

在图1中，电流波形分割部8将任意的电流波形的实际测量值IM，如图2所示分别分割为具有不同的时间轴的多个阶梯函数。图2示出将电流波形的上升区域分解为n个阶梯函数I₁～I_n，将下降区域分解为m个阶梯函数I_n+1～I_n+m的例子。将上述阶梯函数I₁～I_n+m向电路常数优化部6输入。

在电路常数优化部6中，取代图7的电压运算部6a，而设置有阶梯响应运算部6c和电压加法部6d，该电压加法部6d将该阶梯响应运算部6c的响应运算结果V₁～V_n+m相加。

向阶梯响应运算部6c中，输入等效电路模型数据EM、来自判定部6b的电路常数CC的候选项、以及来自电流波形分割部8的与电流对应的阶梯函数I₁～I_n+m。由此，阶梯响应运算部6c对与作为阶梯函数I₁～I_n+m而得到的电流相对应的阶梯响应电压V₁～V_n+m进行运算，并将其运算结果即阶梯响应电压V₁～V_n+m向电压加法部6d的输入端子输入。

电压加法部6d将阶梯响应运算部6c的运算结果即阶梯响应电压V₁～V_n+m相加，求出电压计算值VC。然后，将计算出的电压计算值VC向判定部6b输出。

向判定部6b中输入由电压计4得到的电压实际测量值数据VM、以及由电压加法部6d相加而得到的电压计算值VC，将上述电压实际测量值数据VM和电压计算值VC进行比较，判定是否为最佳值。如果不是最佳，则根据比较结果生成新的电路常数CC，向阶梯响应运算部6c输入，再次计算电压。反复执行以上的处理，直至判定电路常数为最佳值。将如上述所示作为等效电路模型的电路常数而优化后的同定值FV向输出部7输出。

输出部7基于由电路常数优化部6优化后的等效电路模型的电路常数的同定值FV，生成电池1的特性曲线，并显示在未图示的显示部上。

详细说明图2。(A)所示的任意波形的电流I(t)，如(B)～(H)所示，上升区域p被分解为n个阶梯函数，下降区域n被分解为m个阶梯函数。如果将其利用式子表示，则如下述所示。其中，u(t)为振幅1的单位阶梯函数。

I(t)=I₁·u(t-b₁)+I₂·u(t-b₂)+I₃·u(t-b₃)+…

+I_n·u(t-b_n)-I_n+1·u(t-b_n+1)-I_n+2·u(t-b_n+2)-…-I_n+m·u(t-b_n+m)

=I₁·u(t₁)+I₂·u(t₂)+I₃·u(t₃)+…+I_n·u(t_n)-

I_n+1·u(t_n+1)-I_n+2·u(t_n+2)-…-I_n+m·u(t_n+m)    (1)

在这里，u(t)在时间t_i(i=1～n+m)时，u(t_i)=0(t_i<0)，1(t_i≥0)。

在该式(1)中，I_i(t_i)(i=1～n)可以分别通过拉普拉斯变换而如下述所示进行表示。

I_i(s)=L(I_i·u(t-b_i))=I_i·(1／s)    (2)

I_i(t_i)(i=n+1～n+m)也相同地，可以通过拉普拉斯变换而如下述所示进行表示。

I_i(s)=-L(I_i·u(t-b_i))=-I_i·(1／s)    (3)

由于通过使上述电流信号流过阻抗Z(s)而变换为电压，所以各个电流引起的电压V_i(s)(i=1～n+m)，如下述所示进行表示。

V_i(s)=Z(s)·I_i·1／s

(i=1～n)

V_i(s)=-Z(s)·I_i·1／s    (4)

(i=n+1～n+m)

下面，在阻抗Z中流过阶梯电流时的电压过渡响应信号V_i(t_i)，可以通过对上述式(4)进行拉普拉斯变换而得到。

V_i(t_i)=L[V_i(s)]=I_i·L[Z(s)·1／s]

(i=1～n)

V_i(t_i)=L[V_i(s)]=-I_i·L[Z(s)·1／s]    (5)

(i=n+1～n+m)

由此，通过将分离为n+m个的阶梯响应进行再合成，从而任意的电流波形流过阻抗Z时的过渡响应电压波形V(t)，可以如下述所示进行表示。

V(t)=V₁(t₁)+V₂(t₂)+V₃(t₃)+…+V_n(t_n)-V_n+1(t_n+1)-V_n+2(t_n+2)-…-V_n+m(t_n+m)    (6)

由此，即使输入的是任意的电流波形，也可以计算电池的电压响应。图3是对去除了电源部的图1的电路中的阶梯响应通过叠加而进行再合成的说明图。在图3中，(A)表示任意电流波形的阶梯函数，(B)表示各个阶梯响应，(C)表示阶梯响应的重合。

图4是表示电池的特性的包含沃伯格阻抗的等效电路例子图。在图4中，串联连接有：直流电源E；电阻R1；电阻R2和电容器C1的并联电路；电阻R3和表示物质扩散的沃伯格阻抗W1的串联电路与电容器C2的并联电路。

通过如上述所示构成，可以将沃伯格阻抗包含在等效电路中，提高电池的同定精度，可以使电流-电压特性更接近现实。

另外，对于除了沃伯格阻抗以外的电路常数，也可以得到现实的值。

此外，在上述实施例中，说明了将沃伯格阻抗并联连接的等效电路模型，但对于如图5所示将沃伯格阻抗W1单独串联连接的等效电路，也可以通过容易的计算而实施。

在图5中，对于将RLC电路串联连接的电路模块中的电压，使用现有的方法，对于沃伯格阻抗模块中的电压，使用本发明的方法。

在此情况下，沃伯格阻抗模块W1的时间区域的电压Vw，可以通过下述式子求出，即：

$\mathrm{Vw}=\left(\mathrm{\&delta;}\sqrt{}2t\right)\&times;\mathrm{Ip}/\mathrm{\&Gamma;}(3/2)---\left(7\right)$

计算简单。在这里，δ是表示扩散的常数，Γ是伽马函数。

图5的等效电路整体的电压，作为沃伯格阻抗W1模块中的电压和RLC电路模块中的电压的和而求出。并且，将利用各个方法运算出的电压，与电压实际测量值相比较而进行评价。

另外，即使输入电流为矩形波，也可以利用本发明的方法计算。

另外，在上述实施例中，使电流变化而对实际测量的响应电压进行同定，但也可以使电压变化而对实际测量的电流值进行同定。

如以上说明所示，根据本发明，可以实现下述电池特性评价装置，即，其考虑沃伯格阻抗，高精度地使电池的等效电路模型中的电路常数同定，可以进行高精度的电池特性评价，适合电池的各种参数的高效解析。

Claims (4)

1.一种电池特性评价装置，其构成为基于电池的电流一电压特性，使等效电路模型的电路常数同定，

其中，具有：

电流波形分割部，其构成为将电流波形分割为多个微小时间区间中的多个阶梯函数并输出；以及

电路常数优化部，其构成为基于所述阶梯函数、电压实际测量值、等效电路模型数据，对优化的等效电路模型的电路常数进行运算，

所述电路常数优化部具有：

阶梯响应运算部，其构成为基于所述多个阶梯函数和所述等效电路模型数据，分别对与所述多个阶梯函数对应的多个阶梯响应电压进行运算；

电压加法部，其构成为通过将所述各个阶梯响应电压相加，而输出电压计算值；以及

判定部，其构成为通过将所述电压实际测量值和所述电压计算值进行比较，判定所述电路常数是否为最佳值，

所述判定部在判定为所述电路常数不是最佳值时，根据所述比较结果生成新的电路常数，将所述电路常数向阶梯响应运算部输入。

2.根据权利要求1所述的电池特性评价装置，其中，

所述等效电路模型包含沃伯格阻抗。

3.一种电池特性评价装置，其构成为基于电池的电流一电压特性，使等效电路模型的电路常数同定，

其中，具有：

电压波形分割部，其构成为将电压波形分割为多个微小时间区间中的多个阶梯函数并输出；以及

电路常数优化部，其构成为基于所述阶梯函数、电流实际测量值、等效电路模型数据，对优化的等效电路模型的电路常数进行运算，

所述电路常数优化部具有：

阶梯响应运算部，其构成为基于所述多个阶梯函数和所述等效电路模型数据，分别对与所述多个阶梯函数对应的多个阶梯响应电流进行运算；

电流加法部，其构成为通过将所述各个阶梯响应电流相加，而输出电流计算值；以及

判定部，其构成为通过将所述电流实际测量值和所述电流计算值进行比较，判定所述电路常数是否为最佳值，

所述判定部在判定为所述电路常数不是最佳值时，根据所述比较结果生成新的电路常数，将所述电路常数向阶梯响应运算部输入。

4.根据权利要求3所述的电池特性评价装置，其中，

所述等效电路模型包含沃伯格阻抗。

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