CN110416635A - 电池信息处理系统、电池组、电池模块的特性评价方法以及电池组的制造方法 - Google Patents

电池信息处理系统、电池组、电池模块的特性评价方法以及电池组的制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种电池信息处理系统、电池组、电池模块的特性评价方法以及电池组的制造方法。电池信息处理系统具备对模块M的交流阻抗的测定结果进行解析的解析装置。解析装置在与交流阻抗的实数分量有关的伯德图(第1图)即第1频率特性图上、和与交流阻抗的虚数分量有关的伯德图(第2图)即第2频率特性图上标绘交流阻抗的测定结果，通过对于第1图上的标绘结果的拟合处理取得多项式曲线L1，并且，通过对于第2图上的标绘结果的拟合处理取得多项式曲线L2，将多项式曲线L1、L2变换为奈奎斯特图上的阻抗曲线Z。

Description

电池信息处理系统、电池组、电池模块的特性评价方法以及电 池组的制造方法
技术领域
本公开涉及电池信息处理系统、电池组、电池模块的特性评价方法以及电池组的制造方法，尤其涉及用于评价包括多个二次电池的电池模块的内部电阻或者满充电容量等特性的信息处理技术。
背景技术
近年来，搭载有二次电池(更详细而言，构成为包括多个二次电池的构成的电池组)的电动车辆正在不断普及。二次电池会随着反复进行充放电、或者随着时间的经过而劣化。因此，要求回收车载的二次电池来诊断劣化的发展程度、并根据该诊断结果来实施用于再利用的适当处理。
作为诊断二次电池的劣化的发展程度的方法，交流阻抗测定法是公知的。例如日本特开2003－317810号公报公开了如下方法：基于通过交流阻抗测定法取得的二次电池的反应电阻值，判定二次电池中有无微小短路。
发明内容
一般的车载用电池组构成为包括多个电池模块。各电池模块包括多个二次电池(电池单元)。例如在车载用电池组可否再利用的判定中，从回收来的电池组中取出电池模块。并且，对各电池模块实施交流阻抗测定，基于该测定结果，按电池模块判定可否再利用。
在交流阻抗测定法中，频率包含在预定范围内的交流信号被依次施加于电池模块，测定那时的电池模块的响应信号。根据所施加的交流信号(施加信号)和所测定的响应信号算出电池模块的阻抗的实数分量(实部)以及虚数分量(虚部)，该算出结果被离散地标绘在复数平面上。该复数平面也被称为奈奎斯特图。通过解析奈奎斯特图上的标绘结果，能够评价(检查、推定)电池模块的满充电容量、内部电阻等各种特性。简单说明该解析方法(详细将在后面描述)。
首先，构建与成为解析对象的电池模块的频率特性一致的等效电路模型，使用该等效电路模型所包含的多个电路常数(电池模块的电阻分量、电容分量、电感分量等模型参数)表现该电池模块的阻抗。并且，通过进行曲线拟合以使得对于该电池模块的阻抗测定结果(离散的测定数据)的误差变小，从而算出多个电路常数的值。对于多个电路常数与电池模块的特性之间的相关关系，通过事前实验来求出。因此，能根据与成为解析对象的电池模块对应的多个电路常数的值评价该电池模块的特性。
一般而言，在二次电池的交流阻抗的测定期间，当电池模块被充电或者放电而SOC(State Of Charge，充电状态)发生较大的变化时，有可能会导致二次电池的交流阻抗的测定精度降低。这是因为满充电容量等各种特性可能存在SOC依赖性。
鉴于这一点，作为施加于电池模块的交流信号(施加信号)的振幅，设定足够小的值。由此，能够抑制电池模块的SOC变化，抑制由特性的SOC依赖性引起的交流阻抗的测定精度降低。另一方面，由于施加信号的振幅变小，施加信号与噪声的信噪比(S/N比)变低。作为其结果，交流阻抗测定精度有可能降低。
本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够在根据电池模块的交流阻抗测定结果评价该电池模块的特性时使其评价精度提高的技术。
(1)本公开的某方式涉及的电池信息处理系统对与包括多个二次电池的电池模块的特性有关的信息进行处理。电池信息处理系统具备解析装置和存储装置。解析装置对向电池模块的施加电流值小于规定值的条件下的电池模块的交流阻抗的测定结果进行解析。在存储装置存储有表现电池模块的交流阻抗的等效电路模型所包含的多个电路常数与特性之间的相关关系。解析装置在与电池模块的交流阻抗的实数分量有关的伯德图即第1频率特性图上、和与电池模块的交流阻抗的虚数分量有关的伯德图即第2频率特性图上，标绘电池模块的交流阻抗的测定结果。解析装置通过对于第1频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第1多项式曲线，并且，通过对于第2频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第2多项式曲线。解析装置通过根据第1频率特性图上的第1多项式曲线和第2频率特性图上的第2多项式曲线消去例如作为参变量的频率，将第1以及第2多项式曲线变换为奈奎斯特图上的阻抗曲线。解析装置从阻抗曲线提取多个电路常数，通过参照相关关系，根据所提取的多个电路常数评价特性。
(2)优选，多个二次电池分别是镍氢电池。电池模块的特性是电池模块的满充电容量以及内部电阻中的至少一方。
也考虑在奈奎斯特图上进行交流阻抗的测定结果的解析。也即是，也考虑将交流阻抗的测定结果标绘在奈奎斯特图上，通过进行对于该标绘结果的曲线拟合，算出多个电路常数的值。然而，在该情况下，会成为在奈奎斯特图上对重叠了噪声的标绘结果进行曲线拟合，因此，有可能在多个电路常数的值上出现噪声的影响。
与此相对，在上述(1)、(2)的构成中，首先通过将交流阻抗的测定结果标绘在伯德图上，并进行对于该标绘结果的曲线拟合，从而在伯德图上取得第1多项式曲线以及第2多项式曲线。并且，通过从第1多项式曲线以及第2多项式曲线消去频率来求出奈奎斯特图上的阻抗曲线，从这样求出的阻抗曲线提取多个电路常数。由此，在通过伯德图上的曲线拟合降低了噪声的影响之后(理由将在后面描述)，算出奈奎斯特图上的阻抗曲线，因此，能降低噪声对多个电路常数的值的影响。因此，根据上述(1)、(2)的构成，能够根据电池模块的交流阻抗测定结果高精度地评价该电池模块的特性。
(3)本公开的其他方式涉及的电池组构成为包括多个通过上述电池信息处理系统评价了特性的电池模块。
根据上述(3)的构成，由通过上述(1)、(2)的构成高精度地评价了特性的电池模块构成电池组。由此，例如能够提供电池模块间的特性偏差(满充电容量的偏差等)小的电池组。
(4)本公开的又一其他方式涉及的电池模块的特性评价方法对包括多个二次电池的电池模块的特性进行评价。在表现电池模块的交流阻抗的等效电路模型所包含的多个电路常数与特性之间存在相关关系。电池模块的特性评价方法包括第1步骤～第4步骤。第1步骤是将对电池模块的施加电流值小于规定值的条件下的电池模块的交流阻抗的测定结果标绘在与电池模块的交流阻抗的实数分量有关的伯德图即第1频率特性图上、和与电池模块的交流阻抗的虚数分量有关的伯德图即第2频率特性图上的步骤。第2步骤是通过对于第1频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第1多项式曲线，并且，通过对于第2频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第2多项式曲线的步骤。第3步骤是将第1多项式曲线以及第2多项式曲线变换为奈奎斯特图上的阻抗曲线的步骤。第4步骤是从阻抗曲线提取多个电路常数，通过参照相关关系，根据所提取的多个电路常数评价特性的步骤。
根据上述(4)的方法，与上述(1)的构成同样地，能够解析电池模块的交流阻抗测定结果来高精度地评价该电池模块的特性。
(5)在表现包括多个二次电池的电池模块的交流阻抗的等效电路模型所包含的多个电路常数与电池模块的特性之间存在相关关系。本公开的又一其他方式涉及的电池组的制造方法包括第1步骤～第5步骤。第1步骤是将对电池模块的施加电流值小于规定值的条件下的电池模块的交流阻抗的测定结果标绘在与电池模块的交流阻抗的实数分量有关的伯德图即第1频率特性图上、和与电池模块的交流阻抗的虚数分量有关的伯德图即第2频率特性图上的步骤。第2步骤是通过对于第1频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第1多项式曲线，并且，通过对于第2频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第2多项式曲线的步骤。第3步骤是将第1多项式曲线以及第2多项式曲线变换为奈奎斯特图上的阻抗曲线的步骤。第4步骤是从阻抗曲线提取多个电路常数，通过参照相关关系，根据所提取的多个电路常数评价特性的步骤。第5步骤是使用多个通过评价步骤评价了特性的电池模块来制造电池组的步骤。
根据上述(5)的制造方法，与上述(3)的构成同样地，能够使用高精度地评价了特性的电池模块来制造电池组。
本发明的上述以及其他目的、特征、方式以及优点从与附图关联地理解的关于本发明的如下详细说明来明确。
附图说明
图1是表示本实施方式的电池组的从回收到制造、销售的物流的一种方式的图。
图2是表示图1所示的电池物流模型中的处理流程的流程图。
图3是表示图1所示的电池物流模型中应用的电池管理系统的构成例的图。
图4是用于说明电池信息处理系统的构成的图。
图5是表示模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的一例的图。
图6A以及图6B是表示模块的交流阻抗测定结果的伯德图的一例的图。
图7是表示奈奎斯特图上的阻抗曲线的一例的图。
图8是表示本实施方式的模块的等效电路模型的图。
图9是用于说明图8所示的等效电路模型包含的电路常数的图。
图10是表示本实施方式的模块M的再利用方式的判定处理的流程图。
图11A以及图11B是用于说明本实施方式的模块的满充电容量的算出精度的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细的说明。此外，对图中相同或者相当的部分标记相同的标号，不反复进行其说明。
在本公开中，电池组构成为包括多个电池模块(以下简称为“模块”)。多个模块既可以串联连接，也可以彼此并联连接。多个模块各自包括串联连接的多个二次电池(以下将二次电池记载为“电池单元”)。
在本公开中，电池组的“制造”意味着将电池组所包含的多个模块中的至少一部分更换为更换用模块来制造电池组。基本上，更换用模块是从回收来的电池组取出的可再利用的模块，但也可以是新品的模块。
一般而言，电池组的“再利用”大致分为再使用(reuse)、重构(rebuild)以及再循环(recycle)。在再使用的情况下，回收来的电池组经过必要的出货检查后直接作为再使用品来出货。在重构的情况下，回收来的电池组例如暂时分解为模块(也可以是电池单元)。并且，分解后的模块中的性能恢复后能够利用的模块(也可以是直接能够利用的模块)被组合起来，制造新的电池组。新制造出的电池组经过出货检查后作为重构品来出货。与此相对，在再循环(材料再循环)中，从各模块(各电池单元)取出能够再生的材料，回收来的电池组不会作为其他电池组来使用。
在以下说明的实施方式中，从车辆回收来的电池组在暂时分解为模块后，以模块为单位进行性能检查。由性能检查的结果是判定为可再利用的模块制造电池组。因此，在以下中，能够再利用的模块意味着能够重构的模块。然而，根据电池组的构成，也可能不将电池组分解为模块而直接以电池组进行性能检查。那样的情况下的“再利用”可以包括再使用以及重构这两方。
另外，在本实施方式中，各电池单元是镍氢电池。更具体而言，正极是对氢氧化镍(Ni(OH)2)加入了钴氧化物的添加剂的正极。负极是储氢合金(作为镍系合金的MnNi5系)。电解液是氢氧化钾(KOH)。但是，这不过是具体的电池单元构成的例示，电池单元构成并不是限定于此。
[实施方式]
图1是表示本实施方式中的电池组的从回收到制造、销售的物流的一种方式的图。以下，将图1所示的物流的方式称为“电池物流模型”。图2是表示图1所示的电池物流模型中的处理流程的流程图。
参照图1以及图2，在该电池物流模型中，从搭载有电池组的多个车辆回收已使用过的电池组，使用回收来的电池组所包含的可再利用的模块来制造电池组并销售。并且，可更换搭载于某用户的车辆90的电池组。
回收业者10从车辆91～93回收已使用过的电池组。车辆91～93分别搭载有电池组910～930。此外，在图1中，为了便于纸面表现，仅示出3台车辆，但实际上可从更多的车辆回收电池组。回收业者10将回收的电池组进一步分解，从电池组取出多个模块(步骤S1，以下将步骤简称为“S”)。
在该电池物流模型中，对每个模块赋予了用于确定该模块的识别信息(ID)，各模块的信息由管理服务器80管理着。因此，回收业者10使用终端71(参照图3)向管理服务器80发送从电池组取出的各模块的ID。
检查业者20进行由回收业者10回收来的各模块的性能检查(S2)。具体而言，检查业者20检测回收来的模块的电气特性。例如，检查业者20检测满充电容量、电阻值、OCV(Open Circuit Voltage，开路电压)、SOC(State Of Charge，充电状态)等的电气特性。并且，检查业者20基于检查结果辨别可再利用的模块和不可再利用的模块，对于可再利用的模块，交付给性能恢复业者30，对于不可再利用的模块，交付给再循环业者60。此外，对于各模块的检查结果，使用检查业者20的终端72(参照图3)被发送给管理服务器80。
性能恢复业者30进行用于使被检查业者20认为可再利用的模块的性能恢复的处理(S3)。作为一个例子，性能恢复业者30通过将模块充电到过充电状态，使模块的满充电容量恢复。但是，对于在检查业者20的检查中判断为性能降低小的模块，也可以省略性能恢复业者30的性能恢复处理。对于各模块的性能恢复结果，使用性能恢复业者30的终端73(参照图3)发送给管理服务器80。
制造业者40使用由性能恢复业者30恢复了性能的模块来制造电池组(S4)。在本实施方式中，在管理服务器80中生成用于制造电池组的信息(组装信息)，该信息被发送给制造业者40的终端74(参照图3)。制造业者40按照该组装信息，更新车辆90的电池组所包含的模块，制造(重构)车辆90的电池组。
销售店50将由制造业者40制造出的电池组作为车辆用电池来销售，或者作为能够在住宅等利用的固定放置用电池来销售(S5)。在本实施方式中，车辆90被送到销售店50，在销售店50中，车辆90的电池组被更换为由制造业者40制造出的再使用品或者重构品。
再循环业者60将被检查业者20认为不可再利用的模块解体，进行用于作为新的电池单元和/或其他制品的原料来利用的再资源化。
此外，在图1中，回收业者10、检查业者20、性能恢复业者30、制造业者40以及销售店50为彼此不同的业者，但业者的区分并不限定于此。例如，检查业者20和性能恢复业者30也可以是一个业者。或者，回收业者10也可以分为回收电池组的业者、和将回收来的电池组解体的业者。另外，各业者以及销售店的网点并不特别限定。各业者以及销售店的网点既可以是分开的，也可以多个业者或者销售店为同一网点。
图3是表示图1所示的电池物流模型中应用的电池管理系统的构成例的图。参照图3，电池管理系统100具备终端71～75、管理服务器80、通信网络81、基站82。
终端71是回收业者10的终端。终端72是检查业者20的终端。终端73是性能恢复业者30的终端。终端74是制造业者40的终端。终端75是销售店50的终端。
管理服务器80和各终端71～75构成为能够经由作为互联网或者电话线路等的通信网络81彼此进行通信。通信网络81的基站82构成为能够通过无线通信与车辆90进行信息的交换。
在检查业者20设置有用于测定各模块的交流阻抗、并基于该测定结果判定该模块的再利用方式(重构、再循环)的电池信息处理系统200。由电池信息处理系统200判定后的模块的再利用方式例如经由终端72被发送给管理服务器80。
以下，对由电池信息处理系统200判定从车辆91取出的电池组910所包含的多个模块中的某模块(记载为“模块M”)的再利用方式的状况进行说明。作为模块M的代表的特性，对评价模块M的满充电容量的例子进行说明，但也可以评价满充电容量以外的模块的特性(例如内部电阻)。另外，也能够评价满充电容量和内部电阻这两方。
＜电池信息处理系统的功能块＞
图4是用于说明电池信息处理系统200的构成的图。参照图4，电池信息处理系统200具备测定装置210、解析装置220、曲线存储装置230、相关关系存储装置240以及显示装置250。这些装置可以构成为彼此独立的装置，但也可以构成为1个装置。
测定装置210测定模块M的交流阻抗，向解析装置220输出其测定结果。更具体而言，测定装置210包括振荡器211、恒电位仪212、锁相放大器213。
振荡器211向恒电位仪212和锁相放大器213输出相同相位的正弦波。
恒电位仪212通过使预定的直流电压叠加于与来自振荡器211的正弦波相同相位的交流电压(例如振幅为10mV左右的电压)来生成施加信号，将所生成的施加信号施加于模块M。并且，恒电位仪212检测在模块M中流动的电流，将其检测结果作为来自模块M的响应信号而输出至锁相放大器213。另外，恒电位仪212向标绘部221输出施加信号和响应信号。
锁相放大器213对从振荡器211接受到的正弦波的相位和由恒电位仪212检测到的响应信号的相位进行比较，向解析装置220输出其比较结果(正弦波与响应信号的相位差)。
在测定装置210中，在预定的频率范围内对从振荡器211输出的正弦波的频率进行扫描，反复执行恒电位仪212以及锁相放大器213的上述处理。由此，关于正弦波的各频率，取得模块M的交流阻抗测定结果。
此外，测定装置210的构成并不限定于图4所示的构成。例如说明为对模块M施加交流电压、检测那时在模块M中流动的电流，但恒电位仪212也可以检测向模块M施加了交流电流时的电压响应。另外，测定装置210也可以代替锁相放大器213而包括频率响应解析器(未图示)。
另外，作为交流阻抗测定方法，也可以采用以下的方法。即，生成包含预定的频率范围内的各种频率分量的施加信号(电压信号以及电流信号中的一方)，检测施加该施加信号时的响应信号(电压信号以及电流信号中的另一方)。通过对施加信号以及响应信号分别实施高速傅里叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)并进行频率分解，按各频率算出交流阻抗。通过这样的方法，也可以测定模块M的交流阻抗。
＜奈奎斯特图＞
也考虑将测定装置210的模块M的交流阻抗测定结果标绘在奈奎斯特图上(进行奈奎斯特标绘)。在奈奎斯特图中，与施加信号的频率相应的模块M的交流阻抗测定结果作为离散的值被标绘在复数平面上。
图5是表示模块M的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的一例的图。在图5以及后述的图7中，横轴表示模块M的复数阻抗的实数分量(实部)ZRe，纵轴表示模块M的复数阻抗的虚数分量(虚部)－ZIm。
在图5中示出在100mHz～1kHz的频率区域内对施加信号的频率进行了扫描的情况下的模块M的交流阻抗测定结果的一个例子。也考虑对这样的奈奎斯特图上的交流阻抗的离散的测定值进行拟合处理，基于通过该拟合处理得到的曲线(阻抗列线)，算出模块M的满充电容量。
然而，一般而言，在二次电池的交流阻抗的测定期间，当电池模块被充电或者放电而SOC发生较大的变化时，有可能导致二次电池的交流阻抗的测定精度降低。这是因为满充电容量以及内部电阻等各种特性可能存在SOC依赖性。
鉴于这一点，在测定装置210中，作为施加于模块M的施加信号的振幅，设定足够小的值。由此，能够抑制电池模块的SOC变化，抑制由特性的SOC依赖性引起的交流阻抗的测定精度降低。另一方面，由于施加信号的振幅变小，施加信号与噪声的S/N比会变低，重叠于交流阻抗的测定值的噪声的影响可能相对地变大。作为其结果，在图中如由圆包围所示那样，有可能存在如下情况：奈奎斯特图上的标绘值不匀，交流阻抗测定精度降低。
另外，根据模块M的种类或者特性，在奈奎斯特图上，有时如图5所示会得到迂回形状的标绘结果。在该例子中，虽然在频率f为100mHz以上且100Hz以下的频率区域中，随着频率f变高而实数分量减少，但在比其高的频率区域(频率比100Hz高的频率区域)中，会随着频率f变高而实数分量增加。因此，在频率f比100Hz高的频率区域中，存在与一个虚数分量对应的两个实数分量。一般而言，在这样的情况下，拟合处理的精度有可能降低。
于是，在本实施方式中，首先采用将模块M的交流阻抗测定结果标绘于伯德图上(伯德图)、并在伯德图上进行拟合处理的构成。通过该拟合处理除去噪声，对除去噪声后的曲线(多项式曲线)实施预定的运算(后述)，由此变换为奈奎斯特图上的曲线(阻抗曲线)。以下，对该处理进行详细的说明。
＜本实施方式的解析处理＞
再次参照图4，虽均未图示，但解析装置220例如是构成为包括CPU(CentralProcessing Unit)、存储器以及输入输出端口的微型计算机，对测定装置210的交流阻抗测定结果进行解析。更具体而言，解析装置220包括标绘部221、拟合处理部222、变换部223、特征量提取部224、满充电容量算出部225以及再利用判定部226。
标绘部221基于来自恒电位仪212的信号(表示施加信号与响应信号的振幅比的信号)、来自锁相放大器213的信号(表示施加信号与响应信号的相位差的信号)，将模块M的交流阻抗测定结果标绘在伯德图上。模块M的伯德图被输出至拟合处理部222。
图6A以及图6B是表示模块M的交流阻抗测定结果的伯德图的一例的图。在图6A以及图6B中，横轴是施加于模块M的交流信号(施加信号)的频率f的对数x(x＝logf)。图6A的纵轴表示模块M的复数阻抗的实数分量ZRe，图6B的纵轴表示模块M的复数阻抗的虚数分量－ZIm。在图6A以及图6B中，用黑圆表示模块M的交流阻抗测定结果的标绘。此外，图6A相当于本公开涉及的“第1频率特性图”，图6B相当于本公开涉及的“第2频率特性图”。
返回图4，在曲线存储装置230存储有由拟合处理部222进行的拟合处理中使用的两个多项式曲线L1、L2。作为一个例子，多项式曲线L1可以表示为如下述式(1)那样。
L1：ZRe＝a1x3+b1x2+c1x+d1…(1)
对于多项式曲线L1的阶数，通过事前实验来确定。在上述式(1)中，多项式曲线L1的阶数为3，但这不过是一个例子，例如既可以使阶数为2，也可以使阶数为4以上。另外，也可以不对全部的频率区域(全部的横轴x的范围)应用相同的阶数，例如也可以使某频率区域中的多项式曲线L1的阶数为3、使其余的频率区域中的多项式曲线L1的阶数为2。
关于多项式曲线L2，同样也可以表示为如下述式(2)那样。多项式曲线L2的阶数(以及频率区域)也与多项式曲线L1的阶数(以及频率区域)同样地预先确定。此外，多项式曲线L1、L2分别相当于本公开涉及的“第1多项式曲线”以及“第2多项式曲线”。
L2：ZIm＝a2x3+b2x2+c2x+d2…(2)
在曲线存储装置230中，对多项式曲线L1所包含的系数a1、b1、c1、d1以及多项式曲线L2所包含的系数a2、b2、c2、d2设定了预先确定的初始值。曲线存储装置230根据来自解析装置220的要求，将对各系数设定了初始值的多项式曲线L1、L2输出至拟合处理部222。
拟合处理部222读取在曲线存储装置230中存储的多项式曲线L1、L2，进行多项式曲线L1、L2各自的曲线拟合(曲线回归)以使得最好地拟合于由标绘部221得到的伯德图(参照图6A以及图6B)。由此，算出多项式曲线L1、L2的系数(式(1)、式(2)的例子中为8个系数)的值，确定与模块M对应的多项式曲线L1(M)、L2(M)。多项式曲线L1(M)、L2(M)被输出至变换部223。
变换部223将模块M的伯德图上的多项式曲线L1(M)、L2(M)(参照图6A以及图6B)变换为奈奎斯特图上的阻抗曲线Z。更具体而言，使式(1)、(2)联立，消去作为参变量(中间变量)的x(频率f的对数)，由此能够算出模块M的奈奎斯特图上的阻抗曲线Z(M)。
图7是表示奈奎斯特图上的阻抗曲线Z的一例的图。在图7中示出表示模块M的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图、和通过变换部223的运算处理得到的模块M的阻抗曲线Z(M)。从图7可以了解到两者很好地一致了。
再次参照图4，特征量提取部224通过对阻抗曲线Z(M)实施预定的运算，从阻抗曲线Z(M)提取特征量F(M)。如以下说明的那样，该运算处理通过采用包括适当的电路常数的等效电路模型表现模块M的交流阻抗的频率特性来实现。
图8是表示本实施方式的模块的等效电路模型的图。图9是用于说明图8所示的等效电路模型所包含的电路常数的图。参照图8以及图9，在本实施方式中，表示模块的交流阻抗的频率特性的等效电路模型包括接合电感L、接合电阻R、溶液电阻Rsol、电荷移动电阻Rct、扩散电阻(由CPE1表示)、双电层电容(由CPE2表示)来作为电路常数。
接合电感L是指模块所包含的电池单元间的接合部(正极与负极的接合部)处的电感分量。接合电阻R是指上述接合部处的电阻分量。溶液电阻Rsol是指在正极与负极之间存在的电解液的电阻分量。电荷移动电阻Rct是指与电极/电解质界面(正极活性物质以及负极活性物质的表面)处的电荷移动(电荷的授受)关联的电阻分量。扩散电阻是指与电解液中的盐或者活性物质中的电荷输送物质的扩散关联的电阻分量。双电层电容是指在电极/电解液界面形成的双电层的电容分量。此外，这些电路常数分别是合成关于模块内的全部电池单元的对应成分而得到的。
接合电感L与接合电阻R彼此并联连接。溶液电阻Rsol与接合电感L和接合电阻R的并联电路串联连接。另外，电荷移动电阻Rct与扩散电阻串联连接。该电荷移动电阻Rct和扩散电阻的串联电路与双电层电容彼此并联连接。进一步，包括接合电感L、接合电阻R以及溶液电阻Rsol的合成电路与包括电荷移动电阻Rct、扩散电阻以及双电层电容的合成电路串联连接。
在本实施方式中，为了适当地表现模块M的电容性行为，模块的扩散电阻以及双电层电容分别由被称为CPE(Constant Phase Element，恒相位元件)的非线性元件表示。更具体而言，对于与扩散电阻对应的阻抗ZCPE1，使用CPE指数p1和CPE常数T1表示为如下述式(3)那样。此外，在式(3)中，用ω表示施加于模块M的交流信号(施加信号)的角频率(ω＝2πf)。
ZCPE1＝1/{(jω)p1×T1}…(3)
同样地，与双电层电容对应的阻抗ZCPE2也可以使用CPE指数p2和CPE常数T2而表示为如下述式(4)那样。
ZCPE2＝1/{(jω)p2×T2}…(4)
如此，在本实施方式中，采用包括图8以及图9所示的8个电路常数的等效电路模型。并且，根据通过变换部223的运算处理得到的模块M的阻抗曲线Z(M)，算出8个电路常数各自的值。进一步，例如通过重回归分析等统计性方法从所算出的8个电路常数提取特征量F。
通过实验预先确认了，提取什么样的特征量会在该特征量与模块的满充电容量Q之间存在相关关系。更详细而言，对于大量模块，实验性地求出特征量F与满充电容量Q(实际使模块充放电而测定出的满充电容量)之间的关系。作为一个例子，在特征量F与满充电容量Q之间存在由如下述式(5)的一次函数表示的相关关系(p为0以外的数)。
Q＝p×F+q…(5)
再次参照图4，在相关关系存储装置240中存储有模块的特征量F与满充电容量Q之间的相关关系。相关关系存储装置240被解析装置220所参照。
满充电容量算出部225通过参照在相关关系存储装置240中保存的特征量F与满充电容量之间的相关关系，算出与模块M的特征量F(M)对应的满充电容量。所算出的满充电容量Q(M)被输出至再利用判定部226。
再利用判定部226根据模块M的满充电容量Q(M)，判定模块M可否再利用或者再利用的方式(重构或者材料再循环)。具体而言，再利用判定部226在满充电容量Q(M)为预定值以上的情况下判定为模块M可再利用(能够使用于重构)，在满充电容量Q(M)小于预定值的情况下判定为模块M不可再利用(转到材料再循环)。再利用判定部226的判定结果被输出至显示装置250。
显示装置250例如由液晶显示器等实现，显示再利用判定部226的判定结果。由此，检查业者能够知道对模块M应实施何种处理。
＜再利用方式的判定流程＞
接着，对用于判定模块M的再利用方式的处理流程进行详细的说明。
图10是表示本实施方式的模块M的再利用方式的判定处理的流程图。对于该流程图，例如在检查业者将模块M设置于电池信息处理系统200、操作了未图示的操作部(开始按钮等)的情况下，由电池信息处理系统200执行该流程图。
此外，以下不特别区别作为各处理的执行主体的电池信息处理系统200的构成要素(解析装置220的标绘部221、解析装置220的拟合处理部222等)，总括性地记载为“处理装置200”。基本上，各步骤由处理装置200的软件处理来实现，但其一部分或者全部也可以由在处理装置200内制作的硬件(电子电路)来实现。
参照图10，在S11中，处理装置200测定模块M的交流阻抗，将其测定结果标绘(伯德标绘)在伯德图上(参照图6A以及图6B)。关于该处理，对图4所示的振荡器211、恒电位仪212、锁相放大器213以及标绘部221的功能块进行了详细的说明，因此，在此不反复进行说明。
在S12中，处理装置200在伯德图上进行模块M的多项式曲线L1(M)的拟合处理，以使得对于模块M的交流阻抗的测定值(S11中的测定值)的误差成为最小(参照图6A)。在该曲线拟合中，与一般的多项式的曲线拟合同样地，对多项式曲线L1所包含的作为拟合参数的4个系数(参照式(1))代入初始值，例如通过非线性最小二乘法调整4个系数的值直到预定的收敛条件成立。由此，决定4个系数a1、b1、c1、d1。
同样地，在S13中，处理装置200例如通过非线性最小二乘法，在伯德图上进行模块M的多项式曲线L2(M)的拟合处理(参照图6B)。由此，决定多项式曲线L2所包含的4个系数a2，b2，c2，d2(参照式(2))。
在S14中，处理装置200通过从在S12算出的多项式曲线L1(M)和在S13算出的多项式曲线L2(M)消去频率(x或者logf)，算出模块M的阻抗曲线Z(M)(参照图7)。
在本实施方式中，采用了包括图8以及图9所示的8个电路常数的等效电路模型。能够基于模块M的阻抗曲线Z(M)，算出与模块M对应的等效电路模型的8个电路常数。处理装置200从基于阻抗曲线Z(M)算出的8个电路常数提取特征量F(M)(S15)。例如，关于8个电路常数中的几个电路常数，通过与其余电路常数相比而将加重了权重的加权系数乘以各电路常数，从而提取特征量。
当如上所述那样提取阻抗曲线Z(M)中的特征量F(M)后，处理装置200基于所提取的特征量F(M)，算出模块M的满充电容量Q(M)(S16)。
然后，在S17中，处理装置200根据模块M的满充电容量Q(M)判定模块M的再利用方式。例如，处理装置200算出作为模块M的当前的满充电容量Q(M)与初始满充电容量Q0(根据模块M的规格而已知的值)之比(＝Q(M)/Q0)的容量维持率，将容量维持率与预定的基准值进行比较。处理装置200在模块M的容量维持率为基准值以上的情况下判定为能够将模块M用于电池组的重构，在模块M的容量维持率小于基准值的情况下判定为模块M不能用于重构而应进行再循环。
＜满充电容量的算出精度＞
最后，对本实施方式的模块的再利用方式的判定方法实现的满充电容量的算出精度进行说明。
图11A以及图11B是用于说明本实施方式的模块的满充电容量的算出精度的图。图11A以及图11B的横轴表示模块的实际的满充电容量。在图11A以及图11B中记载为“实测值”。
图11A的纵轴表示在比较例中算出的模块的满充电容量(记载为“预测值”)。在此的比较例为：通过奈奎斯特图上的拟合处理取得阻抗曲线(8个电路常数)，基于该8个电路常数算出模块的满充电容量。另一方面，图11B的纵轴表示由本实施方式中的方法(即用图4～图10说明的方法)算出的模块的满充电容量(同样地记载为“预测值”)。
在比较例中，满充电容量的实测值与预测值之间的相关系数R2为0.9056(参照图11A)。与此相对，在本实施方式中，通过伯德图上的拟合处理降低噪声的影响，由此如图11B所示那样相关系数R2上升到0.9349。也即是，满充电容量的实测值与预测值之间的相关关系增强。由此确认了：根据本实施方式，提高了模块的满充电容量的算出精度。
如此，在本实施方式中，模块M的交流阻抗的测定结果被标绘在伯德图上。在该伯德图上，分别进行模块M的交流阻抗的实数分量以及虚数分量的拟合处理(参照图6A以及图6B)。由此，取得表示交流阻抗的实数分量的频率特性的多项式曲线L1、和表示交流阻抗的虚数分量的频率特性的多项式曲线L2，根据那样取得的多项式曲线L1、L2算出奈奎斯特图上的阻抗曲线Z(M)(参照图7)。
在模块M的交流阻抗的测定时施加于模块M的信号(施加信号)的频率是已知的。因此，例如在施加信号与噪声的S/N比低、无法忽略噪声的影响的情况下，在奈奎斯特图上，受到噪声影响的标绘值会在纵轴方向以及横轴方向这两方引起波动(标绘值偏离正常值)，难以修正波动的影响。
与此相对，在伯德图上，在横轴方向(频率方向)不容易产生误差，误差主要产生在纵轴方向上。因此，若基于事前实验的结果而适当地设定了伯德图上的多项式曲线L1、L2的阶数，则能够通过多项式曲线L1、L2的拟合处理更充分地降低在纵轴方向上产生的误差。如此，通过在算出奈奎斯特图上的阻抗曲线Z(M)之前，在伯德图上执行运算处理(多项式曲线L1、L2的算出处理)，能够降低噪声的影响，抑制交流阻抗测定精度的降低。其结果，高精度地推定模块M的满充电容量Q(M)成为可能。
另外，由于从存在于电池信息处理系统200的外部的噪声源(其他装置、电源等)发出的特定频率的噪声重叠于施加信号，所以交流阻抗的测定精度也有可能降低。但是，即使是在这样的情况下，在伯德图上，特定频率前后的频率下的标绘值也呈现正常值，只有特定频率下的标绘值会受到噪声的影响而呈现异常值。因此，能够通过很多正常标绘值的影响来容易地修正特定频率下的异常的标绘值。
进一步，即使是在如图5所示那样在奈奎斯特图上得到迂回形状的标绘结果的情况下，在伯德图上也不会成为那样的形状。因此，在伯德图上，进行通常函数(与横轴方向的一个值对应的纵轴方向的值只存在一个的曲线)的拟合处理即可，因此，也能够使拟合处理的精度提高。
如上所述，根据本实施方式，能够抑制交流阻抗测定精度的降低，因此，能够高精度地评价模块M的满充电容量Q(M)。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但应该认为本次公开的实施方式在全部方面是例示的、而不是限制性的。本发明的范围由权利要求书表示，意在包含与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种电池信息处理系统，对与包括多个二次电池的电池模块的特性相关的信息进行处理，具备：
解析装置，其对所述电池模块的交流阻抗的测定结果进行解析；和
存储装置，其存储有表现所述交流阻抗的等效电路模型所包含的多个电路常数与所述特性之间的相关关系，
所述解析装置，
在与所述交流阻抗的实数分量有关的伯德图即第1频率特性图上、和与所述交流阻抗的虚数分量有关的伯德图即第2频率特性图上，标绘所述交流阻抗的测定结果，
通过对于所述第1频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第1多项式曲线，并且，通过对于所述第2频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第2多项式曲线，
将所述第1多项式曲线以及所述第2多项式曲线变换为与所述交流阻抗的实数分量和虚数分量有关的奈奎斯特图上的阻抗曲线，
从所述阻抗曲线提取所述多个电路常数，通过参照所述相关关系，根据所提取的所述多个电路常数评价所述特性。
2.根据权利要求1所述的电池信息处理系统，
所述多个二次电池各自是镍氢电池，
所述电池模块的特性是所述电池模块的满充电容量以及内部电阻中的至少一方。
3.一种电池组，构成为包括多个通过权利要求1或者2所述的电池信息处理系统评价了特性的所述电池模块。
4.一种电池模块的特性评价方法，评价包括多个二次电池的电池模块的特性，
在表现所述电池模块的交流阻抗的等效电路模型所包含的多个电路常数与所述特性之间存在相关关系，
所述电池模块的特性评价方法包括：
将所述交流阻抗的测定结果标绘在与所述交流阻抗的实数分量有关的伯德图即第1频率特性图上、和与所述交流阻抗的虚数分量有关的伯德图即第2频率特性图上的步骤；
通过对于所述第1频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第1多项式曲线，并且，通过对于所述第2频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第2多项式曲线的步骤；
将所述第1多项式曲线以及所述第2多项式曲线变换为与所述交流阻抗的实数分量和虚数分量有关的奈奎斯特图上的阻抗曲线的步骤；
从所述阻抗曲线提取所述多个电路常数，通过参照所述相关关系，根据所提取的所述多个电路常数评价所述特性的步骤。
5.一种电池组的制造方法，
在表现包括多个二次电池的电池模块的交流阻抗的等效电路模型所包含的多个电路常数与所述电池模块的特性之间存在相关关系，
所述电池组的制造方法包括：
将所述交流阻抗的测定结果标绘在与所述交流阻抗的实数分量有关的伯德图即第1频率特性图上、和与所述交流阻抗的虚数分量有关的伯德图即第2频率特性图上的步骤；
通过对于所述第1频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第1多项式曲线，并且，通过对于所述第2频率特性图上的标绘结果的拟合处理取得第2多项式曲线的步骤；
将所述第1多项式曲线以及所述第2多项式曲线变换为与所述交流阻抗的实数分量和虚数分量有关的奈奎斯特图上的阻抗曲线的步骤；
从所述阻抗曲线提取所述多个电路常数，通过参照所述相关关系，根据所提取的所述多个电路常数评价所述特性的步骤；
使用多个通过所述评价的步骤评价了特性的电池模块来制造所述电池组的步骤。
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