CN115004446A - 装置、测定装置、方法以及测定方法 - Google Patents
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Abstract
测定装置(1)是检测蓄电设备(10)的电压变化的装置,其对蓄电设备(10)供给恒流,并测定与供给了恒压的蓄电设备(10)相关的电压。然后测定装置(1)基于成为蓄电设备(10)的基准的电特性来获取蓄电设备(10)的电压变化。
Description
技术领域
本发明涉及检测蓄电设备的电压变化的装置、测定装置、方法以及测定方法。
背景技术
在JP2015-072148A中公开了一种基于在老化时间内的二次电池的电压下降量来进行二次电池的良否判定的检查方法。在该检查方法中,在将二次电池的状态设为将正极和负极开路的状态下保存二次电池几天至几周,在由于自放电而导致电压降低后对电压进行测定,由此推定二次电池的内部状态。
发明内容
在JP2015-072148A的检查方法中,需要在作为老化时间的几天至几周期间保存二次电池,直至由于自放电而电压降低。因此,难以在短时间内获取蓄电设备的状态。
本发明鉴于上述的问题点而完成,其目的在于,在短时间内获取蓄电设备的状态。
根据本发明的一个方案,检测蓄电设备的电压变化的装置具备:恒流供给单元,对所述蓄电设备供给恒流;电压测定单元,测定与供给了所述恒流的所述蓄电设备相关的电压;以及检测单元,检测测定出的所述蓄电设备的电压变化。测定装置基于成为所述蓄电设备的基准的电特性来获取所述蓄电设备的电压变化。
根据该方案,通过对蓄电设备供给恒流,与蓄电设备的内部状态具有相关性的蓄电设备的电压变化变大。在该情况下,基于成为蓄电设备的基准的电特性来检测蓄电设备的电压变化,由此能高精度地获取蓄电设备的电压变化。由此,能在短时间内获取蓄电设备的状态。
附图说明
图1是表示第一实施方式的蓄电设备的测定装置的构成的图。
图2是表示使用第一实施方式的测定装置的蓄电设备的测定方法的流程图。
图3是表示测定方法所包括的状态运算处理的一个例子的流程图。
图4是表示相对于蓄电设备的充电时间的蓄电设备的电压与基准电压的电位差变化的一个例子的图。
图5是表示相对于蓄电设备的充电时间的蓄电设备的电压变化的比较例的图。
图6是表示第二实施方式的蓄电设备的测定装置的构成的图。
图7是表示第三实施方式的状态运算处理的流程图。
图8是表示第四实施方式的蓄电设备的测定装置的构成的图。
图9是表示使用第四实施方式的测定装置的蓄电设备的测定方法的流程图。
图10是表示测定方法所包括的测定用电压确定处理的一个例子的流程图。
图11是表示蓄电设备的充放电而引起的蓄电设备的电压变化的一个例子的图。
图12是举例示出蓄电设备的电压与蓄电设备的静电电容分量的关系的图。
图13是表示测定方法所包括的状态运算处理的一个例子的流程图。
图14是表示相对于恒流的供给时间的蓄电设备的电压变化的一个例子的图。
图15是表示作为图14的比较例在蓄电设备的静电电容分量成为最大的状态下的相对于恒流的供给时间的蓄电设备的电压变化的例子的图。
图16是表示第五实施方式的状态运算处理的流程图。
图17是表示第六实施方式的蓄电设备的测定装置的构成的图。
图18是表示第七实施方式的蓄电设备的测定装置的构成的图。
图19是表示测定装置所包括的控制器的功能构成的框图。
图20是表示使用第七实施方式的测定装置的蓄电设备的测定方法的流程图。
图21是表示在蓄电设备的通常放电后的蓄电设备的电压变动的一个例子的图。
图22是将图21示出的蓄电设备的开路电压的上升量放大了的图。
图23是表示测定方法所包括的状态运算处理的一个例子的流程图。
图24是举例示出恒流充电时的蓄电设备的测定电压的变化、恒流充电前的蓄电设备的开路电压的变动以及校正后的测定电压的变化的图。
图25是表示相对于蓄电设备的充电时间的校正后的电压变化的一个例子的图。
图26是表示第八实施方式的测定方法所包括的状态运算处理的流程图。
图27是表示第九实施方式的蓄电设备的测定装置的构成的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的各实施方式的测定装置进行说明。各实施方式的测定装置作为检测蓄电设备的电压变化的装置(控制装置)而发挥功能。该装置对蓄电设备供给恒流,并测定与供给了恒流的蓄电设备相关的电压,并检测测定出的蓄电设备的电压变化。而且上述装置基于成为蓄电设备的基准的电特性来获取蓄电设备的电压变化。作为此处所谓的成为蓄电设备的基准的电特性,其包括:相对于蓄电设备的电压成为基准的基准电压、蓄电设备的电压与蓄电设备的静电电容分量的关系以及蓄电设备的开路电压的变动等。
(第一实施方式)
以下,参照图1至图5,对第一实施方式的蓄电设备10的测定装置(以下,简称为“测定装置”。)1进行说明。
首先,参照图1对蓄电设备10的构成和测定装置1的构成进行说明。图1是表示测定装置1的构成的图。
蓄电设备10例如是锂离子二次电池的单个蓄电单元(cell)。蓄电设备10不限于二次电池(化学电池),例如也可以是双电层电容器。此外,蓄电设备10也可以是多个蓄电单元串联连接而成的蓄电模块。
蓄电设备10像图1那样通过等效电路模型来表示。根据等效电路模型,蓄电设备10具有:正极电极11、负极电极12、蓄电部13、内部电阻14以及并联电阻15。蓄电部13、内部电阻14以及并联电阻15是表示蓄电设备10的内部状态的等效电路。
蓄电部13是蓄电设备10的静电电容分量。就蓄电部13而言,当被施加了高于蓄电设备10的单元电压(cell voltage)的电压时,蓄积电荷而被充电。在蓄电部13中,在充电时流过的电流比较小的情况下主要发生双电层反应,在充电时流过的电流比较大的情况下主要发生化学反应。在此,将蓄电部13的静电电容设为Cst[F],将流过蓄电部13的电流设为Ist[A]。
内部电阻14是在正极电极11与负极电极12之间与蓄电部13串联连接的串联电阻。在此,将内部电阻14的电阻值设为Rir[mΩ],将流过内部电阻14的电流设为Iir[A]。
并联电阻15是与蓄电部13并联连接的电阻,也称为放电电阻。自放电电流、所谓的漏电流流过并联电阻15。在此,将并联电阻15的电阻值设为Rpr[kΩ],将流过并联电阻15的自放电电流设为Ipr[A]。
测定装置1是用于测定蓄电设备10的状态的装置。测定装置1具备:作为恒流供给单元的恒流源20、作为电压生成单元的基准电压源30、作为测定单元的电压计40、作为运算单元的控制器50以及显示部60。
恒流源20作为对蓄电设备10供给恒流的供给单元而发挥功能。恒流源20是通过对蓄电设备10供给用于检测蓄电设备10的内部状态的恒流来对蓄电设备10进行充电的直流电源。恒流源20将对蓄电设备10供给的电流维持在规定的大小。恒流源20供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流来对蓄电设备10进行充电。此时,从恒流源20供给的恒流例如为10[μA]。
在此,在对蓄电设备10施加恒压来对蓄电设备10进行充电的情况下,稳定施加在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒压是困难的。与此相对,使用恒流源20来供给比较小的电流是容易的。因此,在测定装置1中,能通过使用恒流源20,来稳定供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
基准电压源30生成相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压。本实施方式中的基准电压源30由电压生成电路构成。基准电压源30的基准电压以蓄电设备10的电压与基准电压的电位差小于蓄电设备10的电压的方式决定。例如,基准电压设定为针对多个蓄电设备10的电压的平均值、众数值或中位值等统计值。
本实施方式的基准电压以蓄电设备10的电压为基准而设定为规定的范围内的值。在蓄电设备10的电压为3V(伏特)左右的情况下,规定的范围可以设定为相对于蓄电设备10的电压从“-1V”至“+1V”的范围。
此外,从确保电压计40的分辨率的观点来看,在电压计40是7位半(7又1/2)的直流电压计的情况下,上述规定的范围优选设定为相对于蓄电设备10的电压从“-100mV”至“+100mV”的范围。在蓄电设备10的电压与基准电压的电位差小于100mV的情况下,即使将7位半(7又1/2)的直流电压计的分辨率提高至10[nV],也能高精度地检测测定出的电位差的变化。
取而代之地,在使用能将测定范围缩小至±10mV的直流电压计作为电压计40情况下,上述规定的范围优选设定为相对于蓄电设备10的电压从“-10mV”至“+10mV”的范围。
电压计40作为测定与供给了恒流的蓄电设备10相关的电压的测定单元而发挥功能。电压计40是测定蓄电设备10的电压与基准电压源30的基准电压的电位差的直流电压计。即,电压计40主要提取由于从恒流源20对蓄电设备10供给恒流而产生的蓄电设备10的电压变化中的变动分量。电压计40将按时序示出测定出的电位差的电信号输出至控制器50。在该电信号中,蓄电设备10的电压中的直流分量的一部分或全部被去除。
在本实施方式中,电压计40对蓄电设备10的电压与基准电压源30的基准电压的电位差进行至少两次以上测定,其中包括从恒流源20供给了恒流的状态。电压计40具备电阻元件41以及作为元件检测单元发挥功能的检测部42。
电阻元件41是连接于蓄电设备10的正极电极11与基准电压源30的正极电极之间的检测电阻元件。电阻元件41的电阻值例如为1[MΩ]以上10[MΩ]以下。流过电阻元件41的电流小于从恒流源20向蓄电设备10供给的恒流。
从确保测定蓄电设备10的内部状态时的测定精度的观点来看,流过电阻元件41的电流优选设为比恒流的几十分之一小。在本实施方式中,电阻元件41的电阻值设定为流过电阻元件41的电流为恒流的百分之一左右。因此,流过电阻元件41的电流为100[nA]左右。
检测部42检测在电阻元件41的两端产生的电压作为蓄电设备10的电压与基准电压的电位差。检测部42将与检测出的电压的值对应的电信号输出至控制器50。
控制器50作为检测测定出的蓄电设备10的电压变化的处理单元而发挥功能。控制器50由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。控制器50也可以使用多个微型计算机来构成。控制器50是通过由CPU读出存储于ROM的程序来控制测定装置1的各种动作的控制装置。
控制器50控制从恒流源20向蓄电设备10的电力供给,并使用电压计40来对蓄电设备10的内部状态进行运算。即,控制器50基于电压计40测定出的电位差来对蓄电设备10的内部状态进行运算。
在本实施方式中,控制器50在从恒流源20对蓄电设备10供给了恒流的状态下从电压计40获取电信号,并检测该电信号所示的蓄电设备10的电压与基准电压的电位差的时间变化。检测出的电位差的时间变化作为蓄电设备10的电压变化、即去除了直流分量的变动分量而使用。控制器50基于检测出的蓄电设备10的电压变化来推定蓄电设备10的自放电状态等内部状态。
例如,控制器50基于检测出的蓄电设备10的电压变化来对蓄电设备10的内部状态的良否进行判定。或者,控制器50也可以基于检测出的蓄电设备10的电压变化来计算流过并联电阻15的自放电电流、并联电阻15的电阻值或蓄电部13的静电电容。
在本实施方式中,在蓄电设备10的电压变化在正常范围内的情况下,控制器50判定为蓄电设备10正常,在蓄电设备10的电压变化不在正常范围内的情况下,控制器50判定为蓄电设备10异常。像这样,控制器50判定蓄电设备10的良否。
控制器50将表示判定出的结果的判定信息、或表示计算出的自放电电流等的结果的内部信息作为与蓄电设备10的自放电状态相关的信息而生成。像这样,控制器50基于蓄电设备10的电压与基准电压的电位差而生成与蓄电设备10的自放电状态相关的信息。
显示部60显示控制器50的判定结果或计算结果等信息来通知用户。显示部60例如是触摸屏,构成为用户能对信息进行视觉确认并且用户能操作。
接着,参照图2至图5,对使用测定装置1的测定蓄电设备10的内部状态的方法进行说明。图2和图3是表示使用本实施方式的测定装置1的测定方法的流程图。图4是表示相对于蓄电设备10的充电时间的蓄电设备10的电压与基准电压的电位差的变化的一个例子的图。图5是表示作为比较例的相对于蓄电设备10的充电时间的蓄电设备10的电压本身的变化的图。
在图2所示的例子中,例如在采用在能将环境温度维持为固定的恒温槽中容纳蓄电设备10等而抑制了蓄电设备10的温度变化的环境下,测定装置1执行测定蓄电设备10的状态的处理。
首先,在执行上述处理时,将测定装置1与蓄电设备10连接。在本实施方式中,准备蓄电设备10、恒流源20、基准电压源30以及电压计40,恒流源20与蓄电设备10并联连接,电压计40连接于蓄电设备10的正极电极11与恒流源20的正极电极之间。
在步骤S1中,基准电压源30生成相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压。例如,通过控制器50对基准电压源30供给电力。
在步骤S2中,控制器50使电压计40测定蓄电设备10的电压与基准电压源30的基准电压的电位差。由此,通过电压计40,与蓄电设备10的电压与基准电压的电位差对应的电信号被输入至控制器50。
在步骤S3中,控制器50从恒流源20对蓄电设备10供给恒流而开始充电。
在步骤S4中,控制器50基于通过电信号示出的蓄电设备10的电压与基准电压的电位差来执行对蓄电设备10的内部状态进行运算的状态运算处理。对于该状态运算处理,参照图3在后文描述。
当完成步骤S4的处理时,关于本实施方式中的测定方法的一系列的处理流程结束。
在图3中示出了在步骤S4执行的状态运算处理的一个例子。在该例子中,作为状态运算处理(S4),控制器50基于蓄电设备10的电压与基准电压的电位差来判定蓄电设备10的良否。
在步骤S41中,控制器50判定作为从开始充电起的经过时间的充电时间是否超过了规定的时间。规定的时间例如预先设定为,在将电压计40的分辨率提高至能测定电位差的分辨率的极限的状态下,蓄电设备10正常的情况下与异常的情况下电位差的时间变化出现差别的程度的长度。
在步骤S41中,在判定为充电时间未超过规定的时间的情况下,控制器50等待直至判定为充电时间超过规定的时间。另一方面,在判定为充电时间超过了规定的时间的情况下,控制器50移向步骤S42。
像这样,电压计40测定作为开始供给恒流时(充电开始时)的电位差的初始电位差以及作为从恒流源20供给了恒流的状态下的电位差的充电电位差。即,电压计40对蓄电设备10的电压与基准电压的电位差进行两次以上测定,其中包括从恒流源20供给了恒流的状态。
在步骤S42中,控制器50基于使用电压计40测定出的蓄电设备10的电压与基准电压的电位差来检测蓄电设备10的电压变化。具体而言,控制器50基于充电开始时的初始电位差以及从恒流源20供给了恒流的状态下的充电电位差来求出蓄电设备10的电压变化的近似直线。更详细而言,控制器50基于按每个控制周期测定出的电位差,通过最小二乘法来求出蓄电设备10的电压变化的近似直线。
取而代之地,控制器50也可以设为根据充电开始时的初始电位差与从恒流源20供给了恒流的状态下的充电电位差的差分来检测蓄电设备10的电压变化。在该情况下,只要通过电压计40对蓄电设备10的电压进行两次测定即可,因此也可以例如使用多路复用器进行切换来进行电位差测定。因此,能简化测定装置1。
在步骤S43中,控制器50判定近似直线的斜率是否在规定范围内。在判定为近似直线的斜率在上限值与下限值之间的规定范围内的情况下,蓄电设备10为正常的状态,因此控制器50移向步骤S44。另一方面,在步骤S43中,在判定为近似直线的斜率不在规定范围内、即大于规定范围的上限值或小于规定范围的下限值的情况下,蓄电设备10为异常的状态,因此控制器50移向步骤S45。
在此,参照图4和图5的具体例子,对步骤S42和步骤S43的处理进行说明。图4和图5的横轴都为充电时间[s],为从开始蓄电设备10的充电起的经过时间。
在图4所示的例子中,通过电压计40来测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,测定出的电位差的直流分量比较小,因此将电压计40的分辨率设定为10[nV]。图4的纵轴是电压计40测定出的充电电位差与初始电位差的差分[μV]。
图4所示的实线的数据是蓄电设备10为正常的状态时的电位差的变化,实线的直线是通过步骤S42的处理而求出的电位差的变化的近似直线Ln1。另一方面,图4所示的虚线的数据是蓄电设备10为异常的状态时的电位差的变化,虚线的直线是通过步骤S42的处理而求出的电位差的变化的近似直线La1。以下,将近似直线Ln1的斜率设为Rn,将近似直线La1的斜率设为Ra。
此外,图4所示的两条双点划线的直线分别表示近似直线的斜率的上限值Rmax和下限值Rmin,两条双点划线的直线之间为蓄电设备10为正常的状态下的斜率。需要说明的是,近似直线的斜率的上限值Rmax和下限值Rmin设定为使用正常的状态的蓄电设备10进行预先实测而求出的近似直线的例如±10%。
参照图4,用实线表示的近似直线Ln1(斜率Rn)在近似直线的斜率的上限值Rmax与下限值Rmin之间。因此,控制器50判定为蓄电设备10为正常的状态。另一方面,用虚线表示的近似直线La1(斜率Ra)不在近似直线的斜率的上限值Rmax与下限值Rmin之间。因此,控制器50判定为蓄电设备10为异常的状态。
像这样,控制器50基于近似直线的斜率是否在上限值Rmax与下限值Rmin之间,来判定蓄电设备10为正常的状态,或者为异常的状态。即,控制器50基于测定出的蓄电设备10的电压与基准电压的电位差来检测去除了大部分直流分量的蓄电设备10的电压变化,在该电压变化在正常范围内的情况下判定为蓄电设备10正常。
需要说明的是,在图4所示的例子中,对蓄电设备10的良否判定花费了60[s]的测定时间T1,但只要经过20[s]左右就能明确地确认用实线表示的近似直线Ln1与用虚线表示的近似直线La1的斜率的差。像这样,在测定装置1中,能在几十秒左右的短时间内执行蓄电设备10的良否判定。
另一方面,在图5中,测定了蓄电设备10的电压本身作为比较例,直流分量未被去除,因此电压计的分辨率设定为了10[μV]。图5的纵轴是作为从恒流源20供给了恒流的状态下的蓄电设备10的电压的充电电压与蓄电设备10的开路电压(OCV)的差分[μV]。
实线所示的数据是蓄电设备10为正常的状态时的电压变化,实线的直线是通过步骤S42的处理而求出的电压变化的近似直线Ln0。另一方面,图5所示的虚线的数据是蓄电设备10为异常的状态时的电压变化,虚线的直线是通过步骤S42的处理而求出的电压变化的近似直线La0。
在蓄电设备10的电压本身的测定中,与测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差的情况比较,蓄电设备10的电压变化的直流分量大,因此随着提高电压计的分辨率,电压计的内部噪声的影响变大。由此,在图5所示的例子中,电压计的分辨率设定为比图4所示的例子低。
其结果是,如图5所示,蓄电设备10的良否判定需要600[s]的测定时间T0。只要经过200[s]左右就能确认用实线表示的近似直线Ln0与用虚线表示的近似直线La0的斜率的差,因此也能用几分钟左右的短时间执行良否判定。然而,可知在测定蓄电设备10的电压本身的方法中,与图4所示的本实施方式的测定时间T1相比较,对蓄电设备10的良否判定需要十倍左右的时间。
像以上那样,在本实施方式中,通过来自恒流源20的恒流来对蓄电设备10进行充电,测定电压两次以上,其中包括供给了恒流的状态,从而检测蓄电设备10的电压变化。然后判断检测出的蓄电设备10的电压变化是否在正常范围内,在电压变化在正常范围内的情况下,判定为蓄电设备10为正常。因此,无需等待至蓄电设备10的电压由于自放电而降低,因此蓄电设备10的良否判定所花费的时间短。
除此以外,在本实施方式中,使用电压计40来测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,由此与测定蓄电设备10的电压本身的情况相比较,能在抑制电压计40的内部噪声的影响的同时提高电压计40的分辨率。由此,能缩短蓄电设备10的良否判定所需要的时间。
因此,能在短时间内进行蓄电设备10的良否判定。
此时,恒流源20供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流来对蓄电设备10进行充电。因此,恒流的大小小,因此流过蓄电部13的电流Ist[A]相对于流过内部电阻14的电流Iir[A]的比率大。因此,由并联电阻15的有无而引起的充电曲线的斜率的差变大,因此容易判定蓄电设备10是否正常。
返回图3,当步骤S43的处理结束时,控制器50前进至步骤S44。
在步骤S44中,假定蓄电设备10为正常的状态,控制器50将其主旨显示于显示部60从而通知用户。另一方面,在步骤S45中,假定蓄电设备10为异常的状态,控制器50将其主旨显示于显示部60从而通知用户。
通过执行以上的状态运算处理(S4),来完成蓄电设备10的良否判定。
在上述实施方式中,电压计40在开始蓄电设备10的充电后测定了蓄电设备10的电压与基准电压的电位差作为初始电位差。取而代之地,电压计40也可以在开始蓄电设备10的充电前将蓄电设备10的电压与基准电压的电位差作为初始电位差来进行测定。在该情况下也能对蓄电设备10的电压与基准电压的电位差进行两次以上测定,其中包括供给了恒流的状态,因此能求出蓄电设备10的电压变化的近似直线。
接着,对第一实施方式的作用效果进行说明。
本实施方式中的测定装置1、1A构成检测蓄电设备10的电压变化的装置。测定装置1具备:恒流源20(供给单元),对蓄电设备10供给恒流;电压计40(测定单元),测定与供给了恒流的蓄电设备10相关的电压;控制器50(处理单元),检测测定出的蓄电设备10的电压变化。然后测定装置1基于成为蓄电设备10的基准的电特性来获取蓄电设备10的电压变化。作为成为蓄电设备10的基准的电特性,可列举出相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压、蓄电设备10中的输出电压与静电电容的关系以及蓄电设备10的开路电压的变动等。
此外,就本实施方式中的检测蓄电设备10的电压变化的方法而言,对蓄电设备10供给恒流,并测定与供给了恒流的蓄电设备10相关的电压,并检测测定出的所述蓄电设备的电压变化。该方法基于成为蓄电设备10的基准的电特性,来获取根据蓄电设备10的自放电电流或放电电阻的大小而变化的蓄电设备10的电压变化。
根据这些构成,通过对蓄电设备10供给恒流,来使与蓄电设备10的内部状态具有相关性的蓄电设备10的电压变化、在本实施方式中为近似直线的斜率变大。在该情况下,基于成为蓄电设备10的基准的电特性来检测蓄电设备10的电压变化,由此能高精度地获取蓄电设备10的电压变化。因此,能在短时间内高精度地获取蓄电设备10的状态。
此外,本实施方式中的测定装置1、1A基于相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压来测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,由此检测供给了恒流的蓄电设备10的电压变化。具体而言如下所述。
本实施方式中的测定蓄电设备10的状态的测定装置1具备:恒流源20,对蓄电设备10供给恒流;以及基准电压源30,生成相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压。而且测定装置1具备:电压计40,测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差;以及控制器50,基于测定出的电位差的变化对蓄电设备10的内部状态进行运算。
此外,就测定蓄电设备10的状态的测定方法而言,生成相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压。而且就测定方法而言,对蓄电设备10供给恒流,测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,基于测定出的电位差的变化对蓄电设备10的内部状态进行运算。
蓄电设备10的电压变化根据蓄电设备10的内部状态的不同而改变。因此,根据上述构成,由于对蓄电设备10供给恒流,蓄电设备10的电压变化变大,因此能缩短测定蓄电设备10的内部状态所需要的时间。
除此以外,根据上述构成,代替直接测定蓄电设备10的电压,而测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,因此对于蓄电设备10的电压能主要提取变动分量。由此,能提高电压计40的分辨率,因此能迅速推定蓄电设备10的电压变化。
像这样,能使因内部状态的不同引起的蓄电设备10的电压变化变大并且提高电压计40的分辨率,因此能在短时间内测定蓄电设备10的状态。
而且,根据上述构成,与对蓄电设备10供给恒压的情况相比较,使用恒流源20来对蓄电设备10供给比较小的电流是容易的。因此,在测定装置1中,能通过使用恒流源20来稳定供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
此外,本实施方式中的电压计40具备:电阻元件41,连接于蓄电设备10和基准电压源30的各自的正极间;以及检测部42,将在电阻元件41产生的电压作为蓄电设备10的电压与基准电压的电位差来进行检测。
根据该构成,能通过设置电阻值比较大的电阻元件41,来抑制从恒流源20流向电压计40的漏电流和从基准电压源30流向蓄电设备10的多余的电流。由此,能抑制对于蓄电设备10的内部状态的推定精度的降低。
此外,本实施方式中的流过电阻元件41的电流小于从恒流源20供给的恒流。
根据该构成,小于恒流的电流流过电阻元件41,因此抑制了对蓄电设备10供给的恒流的过大或过小,因此能抑制蓄电设备10的测定精度的降低。
此外,本实施方式中的由基准电压源30生成的基准电压设定为在电阻元件41的两端产生的电压小于蓄电设备10的电压。
根据该构成,与直接测定蓄电设备10的电压的情况相比较,蓄电设备10的电压变化中的直流分量变小,因此能相应地提高电压计40的分辨率。因此,能抑制电压计40的内部噪声并且在短时间内检测蓄电设备10的电压变化。
此外,本实施方式中的恒流源20供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
根据该构成,恒流的大小比较小,因此流过蓄电部13的电流Ist[A]相对于流过内部电阻14的电流Iir[A]的比率变大。因此,由并联电阻15的有无而引起的充电曲线的斜率的差变大,因此容易判定蓄电设备10是否正常。
此外,本实施方式中的控制器50基于电压计40测定出的电位差的变化来生成与蓄电设备10的自放电状态相关的信息。例如,控制器50输出蓄电设备10的良否判定的结果作为与蓄电设备10的自放电状态相关的信息。
根据该构成,能通过测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差来提高电压计40的分辨率,因此能缩短检测蓄电设备10的电压变化的时间。由此,能在短时间内生成与蓄电设备10的自放电信息相关的内部信息。
此外,电压计40测定开始供给恒流时的初始电位差和在从恒流源20供给了恒流的状态下的充电电位差,控制器50基于初始电位差与充电电位差来检测蓄电设备10的电压变化。
根据该构成,控制器50能根据开始供给恒流时的初始电位差与从恒流源20供给了恒流的状态下的充电电位差的差分来检测电压变化。在该情况下,使用电压计40对蓄电设备10的电压与基准电压的电位差进行至少两次测定即可,因此也可以例如使用多路复用器进行切换来进行测定。因此,能简化测定装置1。
(第二实施方式)
接着,参照图6,对第二实施方式的测定装置1A的基准电压源30进行说明。图6是表示测定装置1A的构成的图。在本实施方式中,使用了其他的蓄电设备10A作为基准电压源30这一点与第一实施方式不同。
本实施方式的基准电压源30是与蓄电设备10为相同种类的其他的蓄电设备10A。蓄电设备10A生成相对于作为测定对象的蓄电设备10的电压成为基准的基准电压。
在蓄电设备10的良否判定中,假定多个蓄电设备10、10A被置于相同环境下。对于蓄电设备10、10A而言,由于其环境温度和环境湿度等变化,蓄电设备10、10A的内部状态相互相同地变化。
例如,随着环境温度的变化蓄电设备10的内部温度的变化量变大,伴随于此,蓄电设备10的电压变化的斜率也变化。作为对策,在本实施方式中,将与蓄电设备10置于同一环境下的其他的蓄电设备10A的电压作为蓄电设备10的基准电压来使用。
蓄电设备10的电压变化中的因环境温度和环境湿度的不同而引起的环境变动分量在蓄电设备10A的电压中也以相同的方式被叠加。由此,当检测蓄电设备10的电压变化时,通过测定蓄电设备10的电压与蓄电设备10A的电压的电位差,来主要去除蓄电设备10的电压中的环境变动分量,因此能提高电压变化的检测精度。
像以上那样,根据第二实施方式,当测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差时,使用蓄电设备10A的电压作为基准电压,因此能降低由测定环境的不同而引起的蓄电设备10的电压变化的变动。
此外,将其他的蓄电设备10A作为基准电压源30来使用,由此与使用电压生成电路的情况相比较,能简易地构成测定装置1A。因此,能简易地构成测定装置1A并且高精度地测定蓄电设备10的内部状态。
(第三实施方式)
接着,对第三实施方式的测定装置1的控制器50进行说明。以下,将并联电阻15的电阻值称为放电电阻Rpr,将流过并联电阻15的电流称为自放电电流Ipr。
就本实施方式的控制器50而言,对蓄电设备10的放电电阻Rpr或自放电电流Ipr进行运算这一点与第一实施方式和第二实施方式不同。
控制器50将从恒流源20对蓄电设备10供给的恒流在示出第一电流值的恒流与示出第二电流值的恒流之间切换。以下,将示出第一电流值的恒流也简称为“第一恒流”,将示出第二电流值的恒流也简称为“第二恒流”。
在本实施方式中,第一电流值与第一实施方式的恒流同样,设定为蓄电设备10的自放电电流Ipr的基准值的一倍或几倍。例如,第一电流值设定为自放电电流Ipr的基准值的一倍的10[μA]。此外,第二电流值设定为蓄电设备10的自放电电流Ipr的基准值的几十倍以上。例如,第二电流值设定为自放电电流Ipr的基准值的五十倍。
上述的自放电电流Ipr的基准值是已知的信息,例如,使用将多个蓄电设备10的自放电电流Ipr汇总的统计数据或电特性正常的特定的蓄电设备10的自放电电流Ipr的试验结果等来预先决定。
接下来,控制器50按每个从恒流源20对蓄电设备10供给的恒流,基于蓄电设备10的电压与基准电压的电位差来检测蓄电设备10的电压变化。
在本实施方式中,如图4所示,对于各个恒流,控制器50基于开始供给恒流时的初始电位差与从恒流源20供给了恒流的状态下的充电电位差来求出蓄电设备10的电压变化的斜率。取而代之地,控制器50也可以按每个对蓄电设备10供给的恒流,求出蓄电设备10的电压变化的近似直线Ln1,将其近似直线Ln1的斜率作为电压变化的斜率来使用。
控制器50使用按每个恒流而求出的蓄电设备10的电压变化的斜率和求出蓄电设备10的蓄电部13的静电电容Cst的算式,来对蓄电设备10的自放电电流Ipr进行运算。在此,以下对蓄电设备10的自放电电流Ipr的运算方法进行说明。
就求出蓄电部13的静电电容Cst的算式而言,可以使用以示出第一电流值I1的恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率A1和对蓄电部13充电的电流Ist[A]来表示。对蓄电部13充电的电流Ist[A]是蓄积于静电电容Cst的每单位时间的电荷量,相当于从作为流过图1所示的内部电阻14的电流的第一电流值I1减去流过并联电阻15的自放电电流Ipr而得到的值(I1-Ipr)。
因此,求出蓄电部13的静电电容Cst的算式可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr、第一电流值I1以及以第一恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率A1,如以下算式(1)那样表示。
[数式1]
而且,求出蓄电部13的静电电容Cst的算式可以使用第二电流值I2和以示出第二电流值I2的恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率A2,如以下算式(2)那样表示。
[数式2]
在以上算式(2)中,对蓄电部13充电的电流Ist[A]相当于从对蓄电设备10供给的第二恒流的电流值I2减去自放电电流Ipr而得到的值(I2-Ipr)。然而,图1所示的流过内部电阻14的第二恒流的电流值I2如上所述充分大于流过并联电阻15的自放电电流Ipr,因此能近似为像以下算式(3)那样。
[数式3]
I2≈(I2-Ipr)···(3)
因此,在以上算式(2)中,代替从第二恒流的电流值I2减去自放电电流Ipr而得到的电流值(I2-Ipr),而使用第二恒流的电流值I2。
接下来,若以算式(1)和算式(2)对自放电电流Ipr进行求解,则导出以下算式(4)。
[数式4]
像这样,可以通过将按每个恒流而求出的电压变化的斜率A1、A2和恒流的电流值I1、I2代入求出蓄电部13的静电电容Cst的算式来计算蓄电设备10的自放电电流Ipr。
接下来,控制器50基于计算出的自放电电流Ipr来对蓄电设备10的放电电阻Rpr进行运算。
在本实施方式中,控制器50将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以蓄电设备10的自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。蓄电设备10的开路电压(OCV)可以使用在开始供给恒流前由电压计40测定出的蓄电设备10的电压值,或者也可以使用使用蓄电设备10的试验结果等而预先决定的电压值。
取而代之地,控制器50也可以预先存储表示蓄电设备10的自放电电流Ipr与放电电阻Rpr的关系的对应表或函数,使用该对应表或函数来计算放电电阻Rpr。
此后,控制器50基于计算出的蓄电设备10的放电电阻Rpr来判定蓄电设备10是否正常。
在本实施方式中,控制器50判定蓄电设备10的放电电阻Rpr的计算值是否在规定的电阻范围内。就规定的电阻范围的上限值和下限值而言,使用将多个蓄电设备10的放电电阻Rpr汇总的统计数据或电特性正常的特定的蓄电设备10的试验结果等来预先决定。
在判定为放电电阻Rpr的计算值在规定的电阻范围内的情况下,控制器50判定为蓄电设备10为正常的状态,在判定为放电电阻Rpr的计算值不在规定的范围内的情况下,控制器50判定为蓄电设备10异常。
取而代之地,也可以将按每个放电电阻Rpr而表示蓄电设备10的正常或异常的诊断表预先存储于控制器50。在该情况下,当计算出蓄电设备10的放电电阻Rpr时,控制器50参照诊断表,对与计算出的放电电阻Rpr建立了对应的蓄电设备10的内部状态进行特定。
最后,控制器50将表示蓄电设备10的正常的状态或异常的状态的判定结果输出至显示部60。由此,在显示部60的画面显示蓄电设备10的判定结果。
需要说明的是,在本实施方式中控制器50基于放电电阻Rpr的计算值进行了蓄电设备10的良否判定,但取而代之地,也可以使用自放电电流Ipr的计算值来判定蓄电设备10是否为正常的状态。在该情况下,控制器50判定自放电电流Ipr的计算值例如是否在规定的电流范围内,当判定为其计算值在规定的电流范围内时,判定为蓄电设备10为正常的状态。
此外,在本实施方式中控制器50以对蓄电设备10依次供给电流值不同的恒流的方式控制恒流源20的动作,但若蓄电部13的静电电容Cst已知,则也可以仅供给示出第一电流值I1的恒流。在该情况下,在控制器50预先存储有蓄电部13的静电电容Cst,控制器50将所述静电电容Cst、第一电流值I1以及与第一电流值I1对应的电压变化的斜率A1代入以上算式(1)来计算自放电电流Ipr。
就存储于控制器50的蓄电部13的静电电容Cst而言,使用将多个蓄电设备10中的蓄电部13的静电电容Cst汇总的统计数据或特定的蓄电设备10的试验结果等来预先决定。取而代之地,控制器50也可以以示出第二电流值I2的恒流对蓄电设备10充电,将此时的电压变化的斜率A2和第二电流值I2代入以上算式(2)来求出蓄电部13的静电电容Cst。
接着,参照图7,对使用第三实施方式的测定装置1的状态运算处理(S4)进行说明。图7是表示使用测定装置1的测定方法的流程图。
本实施方式的状态运算处理(S4)具备步骤S51至S55的处理来代替图3所示的步骤S43的处理。因此,在此仅对步骤S51至S55的各处理进行说明。
在步骤S42中,控制器50求出以通过图2的步骤S3的处理而设定的示出第一电流值I1的恒流充电时的蓄电设备10的电压变化的近似直线Ln1,并获取近似直线Ln1的斜率A1,并向步骤S51前进。
在步骤S51中,控制器50将从恒流源20对蓄电设备10供给的恒流从第一恒流向表示大于第一电流值I1的第二电流值I2的恒流切换。
步骤S52和步骤S53的处理分别与步骤S41和步骤S42的处理相同。因此,在步骤S52和S53中,控制器50仅在规定的时间测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,求出以第二恒流充电时的电压变化的近似直线Ln2并获取近似直线Ln2的斜率A2。
在步骤S54中,控制器50基于按每个示出第一电流值I1和第二电流值I2的恒流而获取的近似直线的斜率A1、A2来对蓄电设备10的放电电阻Rpr进行运算。
在本实施方式中,控制器50将第一电流值I1、近似直线的斜率A1、第二电流值I2以及近似直线的斜率A2代入以上算式(4)来计算蓄电设备10的自放电电流Ipr。然后控制器50将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以蓄电设备10的自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。
在步骤S55中,控制器50基于计算出的蓄电设备10的放电电阻Rpr来判定蓄电设备10是否正常。
在本实施方式中,控制器50判定放电电阻Rpr的计算值是否在规定的电阻范围内。在判定为放电电阻Rpr的计算值在规定的电阻范围内的情况下,蓄电设备10为正常的状态,因此控制器50向步骤S44前进。另一方面,在判定为放电电阻Rpr的计算值不在规定的电阻范围内、即大于电阻范围的上限值或小于电阻范围的下限值的情况下,蓄电设备10为异常的状态,因此控制器50向步骤S45前进。
通过执行以上的状态运算处理(S4),来完成蓄电设备10的良否判定。
需要说明的是,在图7所示的例子中,控制器50仅对蓄电设备10供给的恒流的大小进行一次切换并求出蓄电设备10的电压变化的斜率两次,由此计算出蓄电设备10的自放电电流Ipr。取而代之地,也可以对恒流的大小进行多次切换并依次求出电压变化的近似直线的斜率,由此计算出多个自放电电流Ipr,将这些的平均值或中位值等统计值作为最终结果来使用。
此外,在本实施方式中控制器50对从恒流源20供给至蓄电设备10的正极电极11的恒流的大小进行切换并计算出蓄电设备10的放电电阻Rpr,但不限于此。例如,也可以将恒流源20与蓄电设备10的连接关系颠倒,将恒流从恒流源20供给至蓄电设备10的负极电极12而将蓄电设备10放电,在该状态下对恒流的大小进行切换。在该情况下,也能如上述实施方式那样计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。
而且,在本实施方式中对从恒流源20对蓄电设备10供给的恒流的大小进行了切换,但即使对恒流的方向进行切换也能计算自放电电流Ipr和放电电阻Rpr。以下,对在切换了对蓄电设备10供给的恒流的方向的情况下的对蓄电设备10的自放电电流Ipr进行运算的方法进行简单说明。
蓄电部13的静电电容Cst可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr和以示出第一电流值I1的恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率Ac如以下算式(5)那样表示。而且蓄电部13的静电电容Cst可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr和由于示出第二电流值I2的恒流而蓄电设备10放电时的电压变化的斜率Ad如以下算式(6)那样表示。
[数式5]
[数式6]
若以上述算式(5)和算式(6)对自放电电流Ipr进行求解,则导出以下算式(7)。
[数式7]
因此,将以示出第一电流值I1的恒流充电时的电压变化的斜率Ac,和由于示出第二电流值I2的恒流而放电时的电压变化的斜率Ad代入以上算式(7),由此能计算蓄电设备10的自放电电流Ipr。然后,将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以计算出的自放电电流Ipr,由此计算出放电电阻Rpr。
在该情况下,就第一电流值I1和第二电流值I2而言,至少一方的绝对值设定为自放电电流Ipr的基准值的一倍或几倍即可,双方的绝对值可以为相同的值也可以为不同的值。例如,第一电流值I1设为自放电电流Ipr的基准值的一倍的10[μA],第二电流值I2设定为将第一电流值I1乘以“-1”而得到的值,即设定为-10[μA]。此外,就电压变化的斜率Ac、Ad而言,通过与图4所述的方法同样的方法来获取。
此外,在本实施方式中控制器50对恒流的大小进行了切换,但也可以在对恒流的大小进行了切换后对恒流的方向进行切换,也可以在对恒流的方向进行了切换后对恒流的大小进行切换。在该情况下,能获得多个自放电电流Ipr,因此可以将这些的平均值等作为最终结果来使用。
此外,在本实施方式中控制器50对恒流的大小进行切换而计算出蓄电设备10的自放电电流Ipr,但也可以不对恒流的大小进行切换而计算自放电电流Ipr。例如,若算式(1)中的蓄电部13的静电电容Cst已知,则也可以求出蓄电设备10的电压变化的近似直线的斜率A1,将所述斜率A1、第一电流值I1以及已知的静电电容Cst代入以上算式(1)来计算自放电电流Ipr。
或者,将预先实测的测定值或预测值分别代入以上算式(1)中的蓄电部13的静电电容Cst和第一电流值I1来生成表示近似直线的斜率A1与自放电电流Ipr的关系的运算表。然后,可以将生成的运算表预先记录于控制器50。在该情况下,当求出了近似直线的斜率A1时,控制器50参照运算表,计算与求出的近似直线的斜率A1建立有关系的自放电电流Ipr。
此外,如上所述,将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。因此,若蓄电设备10的开路电压(OCV)已知,则也可以生成表示近似直线的斜率A1与放电电阻Rpr的关系的运算表并预先存储于控制器50。在该情况下,当求出了蓄电设备10的电压变化的近似直线的斜率A1时,控制器50参照运算表,计算与求出的近似直线的斜率A1建立有关系的放电电阻Rpr。
如以上所述,在本实施方式中,基于在短时间内检测出的蓄电设备10的一个或多个电压变化来计算出自放电电流Ipr或放电电阻Rpr,因此控制器50能在短时间内推定蓄电设备10的内部状态。
接着,对第三实施方式的作用效果进行说明。
本实施方式中的控制器50基于电压计40测定出的电位差的变化,生成表示蓄电设备10的自放电电流Ipr或放电电阻Rpr的内部信息作为与蓄电设备10的自放电状态相关的信息。
例如,控制器50使用恒流源20对蓄电设备10供给第一恒流,并在经过规定的时间后切换对蓄电设备10供给的恒流而供给第二恒流。并且控制器50按第一和第二恒流从电压计40获取蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,并基于获取的电位差来按每个恒流计算蓄电设备10的电压变化的斜率A1、A2。
然后,控制器50基于蓄电设备10的电压变化的斜率A1、A2,使用算式(4)或算式(7)来计算蓄电设备10的自放电电流Ipr,并基于计算出的自放电电流Ipr来计算放电电阻Rpr。控制器50将自放电电流Ipr和放电电阻Rpr的计算值作为蓄电设备10的内部信息输出至显示部60。
根据这样的构成,能通过测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差来提高电压计40的分辨率,因此与第一实施方式和第二实施方式同样,能在短时间内生成蓄电设备10的内部信息。
此外,本实施方式中的控制器50基于电压计40测定出的电位差的变化,生成表示蓄电设备10的良否的判定信息作为与蓄电设备10的自放电状态相关的信息。
例如,控制器50判定基于电压计40测定出的电位差的变化而计算出的自放电电流Ipr或放电电阻Rpr是否在规定的正常范围内,并将判定出的结果作为判定信息输出至显示部60。
根据这样的构成,与上述的蓄电设备10的内部信息同样,能在短时间内生成蓄电设备10的判定信息。
像这样,本实施方式中的控制器50基于蓄电设备10的电压与基准电压的电位差的变化来生成与蓄电设备10的自放电状态相关的信息。由此,能在短时间内显示或通知蓄电设备10的状态。
以上,对本实施方式进行了说明,但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例子的一部分,并非旨在将本发明的技术的范围限定于上述实施方式的具体的构成。
例如,蓄电设备10的电压变化的程度根据蓄电设备10的内部温度而改变。可以利用该性质而将表示蓄电设备10的电压变化与内部温度的关系的温度表预先存储于控制器50,控制器50基于检测出的蓄电设备10的电压变化来推定蓄电设备10的内部温度。
此外,在上述实施方式中使用蓄电设备10的电压与基准电压的电位差的变化来计算出自放电电流Ipr和放电电阻Rpr,但也可以计算蓄电部13的静电电容Cst。例如,将以示出第二电流值I2的恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率A2和第二电流值I2代入以上算式(2)来计算蓄电部13的静电电容Cst。
除此以外,控制器50也可以基于计算出的蓄电部13的静电电容Cst来判定蓄电设备10的内部状态。例如,控制器50通过判定静电电容Cst的计算值是否在规定的正常范围内来判定蓄电设备10的良否。
此外,在上述实施方式中测定了一个蓄电设备10,但也能测定串联连接有多个蓄电设备10的蓄电装置。此外,测定装置1包括显示部60,但也可以省略显示部60。
(第四实施方式)
以下的各实施方式的测定装置执行用于基于表示蓄电设备10的开路状态下的电特性的信息来检测蓄电设备10的电压变化的处理。首先,参照图8至图15来对第四实施方式的蓄电设备10的测定装置(以下,简称为“测定装置”。)1B进行说明。
首先,参照图8对蓄电设备10的构成和测定装置1B的构成进行说明。图8是表示测定装置1B的构成的图。
蓄电设备10例如是锂离子二次电池的单个蓄电单元。蓄电设备10不限于二次电池(化学电池),例如也可以是双电层电容器。此外,蓄电设备10也可以是多个蓄电单元串联连接而成的蓄电模块。
蓄电设备10像图8那样通过等效电路模型来表示。根据等效电路模型,蓄电设备10具有:正极电极11、负极电极12、蓄电部13、内部电阻14以及并联电阻15。蓄电部13、内部电阻14以及并联电阻15是分别表示蓄电设备10的内部状态的等效电路的元件。
蓄电部13是蓄电设备10的静电电容分量,该静电电容分量例如是几百[F]或几千[F]左右。就蓄电部13而言,当被施加了高于蓄电设备10的单元电压的电压时,蓄积电荷而被充电。在蓄电部13中,在充电时流过的电流比较小的情况下主要发生双电层反应,在充电时流过的电流比较大的情况下主要发生化学反应。在此,将蓄电部13的静电电容设为Cst[F],将流过蓄电部13的电流设为Ist[A]。
内部电阻14是在正极电极11与负极电极12之间与蓄电部13串联连接的串联电阻。在此,将内部电阻14的电阻值设为Rir[mΩ],将流过内部电阻14的电流设为Iir[A]。
并联电阻15是与蓄电部13并联连接的放电电阻。流过并联电阻15的电流是自放电电流、所谓的漏电流。在此,将并联电阻15的电阻值设为Rpr[kΩ],将流过并联电阻15的自放电电流设为Ipr[A]。
测定装置1B是用于测定蓄电设备10的状态的装置或系统,包括检测关于蓄电设备10的电压的时间变化、即电压变化的检测装置。测定装置1B具备:作为供给单元的恒流源20B、作为检测单元和测定单元的电压传感器40B、作为运算单元的控制器50B以及显示部60B。
恒流源20B是通过对蓄电设备10供给用于检测蓄电设备10的内部状态的恒流来对蓄电设备10进行充电的直流电源。恒流源20B将对蓄电设备10供给的电流维持在规定的大小。恒流源20B供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流来对蓄电设备10进行充电。
可以基于蓄电设备10的自放电电流的值来设定从恒流源20B对蓄电设备10供给的恒流,例如为10[μA]。以下,将像这样的恒流的也称为“微小的恒流”,将供给恒流而充电也称为“微小充电”。
在此,在对蓄电设备10施加恒压来对蓄电设备10进行充电的情况下,稳定施加在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒压是困难的。与此相对,使用恒流源20B来供给微安(μA)量级的比较小的电流是容易的。因此,在测定装置1B中,能通过使用恒流源20B,来稳定供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
电压传感器40B是测定蓄电设备10的电压的直流电压计。电压传感器40B将按时序示出测定出的电压的电信号输出至控制器50B。在本实施方式中,电压传感器40B对蓄电设备10的电压进行至少两次以上测定,其中包括从恒流源20B供给了恒流的状态。
控制器50B由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。控制器50B也可以由多个微型计算机构成。控制器50B是通过由CPU读出存储于ROM的程序来控制测定装置1B的各种动作的控制装置。
控制器50B控制从恒流源20B向蓄电设备10的电流供给,并使用电压传感器40B来对蓄电设备10的内部状态进行运算。即,控制器50B基于表示电压传感器40B测定出的电压的电信号来对蓄电设备10的内部状态进行运算。
在本实施方式中,控制器50B在从恒流源20B对蓄电设备10供给了恒流的状态下从电压传感器40B获取电信号,并检测关于该电信号所示的蓄电设备10的电压的时间变化。控制器50B基于检测出的蓄电设备10的电压变化来推定蓄电设备10的自放电状态等内部状态。
例如,控制器50B基于检测出的蓄电设备10的电压变化来对蓄电设备10的内部状态的良否进行判定。或者,控制器50B也可以基于检测出的蓄电设备10的电压变化来计算流过并联电阻15的自放电电流、并联电阻15的电阻值或蓄电部13的静电电容。
在本实施方式中,在蓄电设备10的电压变化在正常范围内的情况下,控制器50B判定为蓄电设备10正常。另一方面,在蓄电设备10的电压变化不在正常范围内的情况下,控制器50B判定为蓄电设备10异常。像这样,控制器50B判定蓄电设备10的良否。
显示部60B显示控制器50B的判定结果或计算结果等信息来通知用户。显示部60B例如是触摸屏,构成为用户能对信息进行视觉确认并且用户能操作。
接着,参照附图对本实施方式的测定装置1B的动作进行说明。
图9是表示使用测定装置1B来测定蓄电设备10的状态的测定方法的一个例子的流程图。在图9所示的例子中,例如在采用在能将环境温度维持为固定的恒温槽中容纳蓄电设备10等而抑制了蓄电设备10的温度变化的环境下,测定装置1B执行测定。
首先,当执行上述测定时,将测定装置1B与蓄电设备10连接,设为能通过电压传感器40B来测定蓄电设备10的电压的状态,并且设为能从恒流源20B对蓄电设备10供给恒流的状态。
在步骤SB1中,控制器50B执行蓄电设备10的测定用电压确定处理。在该测定用电压确定处理中,控制器50B基于蓄电设备10的电压与蓄电设备10的静电电容Cst的关系来确定蓄电设备10的测定用电压(指定电压)。
蓄电设备10的测定用电压是指对蓄电设备10供给恒流来测定蓄电设备10的状态时的蓄电设备10的电压。测定用电压是考虑了蓄电设备10的静电电容Cst的规定的值,表示电压值或电压范围。
上述的蓄电设备10的电压与蓄电设备10的静电电容Cst的关系例如基于蓄电设备10的实测数据、模拟结果等解析数据、理论数据或统计数据而求出。在本实施方式中,控制器50B使用用于特定相对于蓄电设备10的电压的静电电容Cst的特性的实测数据来确定蓄电设备10的测定用电压。对于该测定用电压确定处理,参照图10在后文描述。
在步骤SB2中,控制器50B使电压传感器40B测定蓄电设备10的电压。由此,与蓄电设备10的电压对应的电信号从电压传感器40B输入至控制器50B。
在步骤SB3中,控制器50B判定通过电信号示出的蓄电设备10的电压是否在规定范围内。即控制器50B构成判断蓄电设备10的电压是否为示出规定的值的测定用电压的判断单元。在步骤SB3中,在判定为蓄电设备10的电压在规定范围内的情况下,控制器50B向步骤SB4前进。在判定为蓄电设备10的电压不在规定范围内的情况下,控制器50B向步骤SB7前进。
在步骤SB7中,控制器50B执行用于将蓄电设备10的电压调整为测定用电压的电压控制。在该电压控制中控制器50B供给比较大的电流以使在蓄电设备10中引起化学反应,从而对蓄电设备10进行充电或放电。以下将像这样的充电或放电也称为“通常充电”或“通常放电”。
在本实施方式中,控制器50B从恒流源20B向蓄电设备10供给大于微小的恒流的充电电流或放电电流而对蓄电设备10进行充电或放电。此时,从恒流源20B向蓄电设备10的正极电极11供给的充电电流例如为+190[mA],从恒流源20B向蓄电设备10的负极电极12供给的放电电流例如为-190[mA]。
取而代之地,在蓄电设备10的性能试验中的充放电循环工序中,当蓄电设备10的电压达到测定用电压时,控制器50B中断该工序。也可以是,由此,将蓄电设备10的电压调整为测定用电压。
当在步骤SB7中电压控制完成时,控制器50B返回步骤SB2,在步骤SB3中判定为蓄电设备10的电压在规定范围内的情况下,向步骤SB4前进。
在步骤SB4中,控制器50B从恒流源20B对蓄电设备10供给微小的恒流而开始微小充电。
在步骤SB5中,电压传感器40B在微小充电状态下测定蓄电设备10的电压。由此,控制器50B能从电压传感器40B获取表示供给了恒流的蓄电设备10的电压的电信号作为测定数据。
在步骤SB6中,控制器50B执行蓄电设备10的状态运算处理。在该状态运算处理中控制器50B基于通过电信号示出的蓄电设备10的电压来对蓄电设备10的内部状态进行运算。对于该状态运算处理,参照图13在后文详述。
当步骤SB6的处理完成时,关于测定装置1B的测定方法的一系列的处理流程结束。
接着,参照图10,对在步骤SB1中执行的测定用电压确定处理进行说明。图10是表示测定装置1B的测定用电压确定处理(SB1)的一个例子的流程图。
在步骤SB11中,控制器50B使电压传感器40B测定蓄电设备10的电压。由此,与蓄电设备10的电压对应的电信号从电压传感器40B输入至控制器50B。
在步骤SB12中,控制器50B执行以在蓄电设备10引起化学反应的方式对蓄电设备10进行充电或放电的充放电控制。在本实施方式中,就对蓄电设备10供给充电电流来进行通常充电的充电控制和对蓄电设备10供给放电电流来进行通常放电的放电控制而言,控制器50B都进行一次以上。放电电流和充电电流的绝对值设定为恒流的几万倍的大小。
在步骤SB13中,在对蓄电设备10进行充放电控制时电压传感器40B测定蓄电设备10的电压。由此,控制器50B能从电压传感器40B获取表示进行充放电控制时的蓄电设备10的电压的电信号作为测定数据。该电信号作为用于特定蓄电设备10的静电电容Cst与蓄电设备10的电压的关系的测定数据而被使用。
在步骤SB14中,控制器50B基于从电压传感器40B获取的电信号来生成表示蓄电设备10的静电电容Cst与蓄电设备10的电压的关系的特性数据。
在本实施方式中,控制器50B按蓄电设备10的每个电压值,如以下算式(8)那样,将作为电流I的充电电流Ic或放电电流Id与每单位电压dV的时间变化量dt相乘,来计算蓄电设备10的静电电容Cst。像这样,控制器50B生成上述特性数据。该特性数据记录于控制器50B的存储器。
[数式8]
取而代之地,控制器50B按蓄电设备10的每个电压值而计算每单位时间的电压变化量、即蓄电设备10的电压变化的斜率。也可以是,由此,生成表示蓄电设备10的电压与电压变化的斜率的关系的特性数据。在该情况下,随着蓄电设备10的静电电容Cst变小蓄电设备10的电压变化的斜率变大。
在步骤SB15中,控制器50B基于生成的特性数据确定蓄电设备10的测定用电压。
在本实施方式中,控制器50B将蓄电设备10的静电电容Cst低于小于最大值的阈值的电压值确定为蓄电设备10的测定用电压。即,控制器50B以避开蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的电压值附近的方式确定测定用电压。
由此,蓄电设备10的静电电容Cst小于其最大值,因此能使对蓄电设备10供给了微小的恒流时的蓄电设备10的电压变化变大。例如,基于蓄电设备10的静电电容Cst的最大值或平均值来设定上述阈值。
当步骤SB15的处理完成时,关于本实施方式中的测定用电压确定处理的一系列的处理流程结束,控制器50B返回图9所示的测定方法的处理流程,向步骤SB2前进。
在此,参照图11和图12对步骤SB13至SB15的处理的具体例子进行说明。图11是举例示出相对于对蓄电设备10执行了充放电控制时的经过时间的蓄电设备10的电压的变化的图。图12是举例示出蓄电设备10的电压与静电电容Cst的关系的图。
在图11所示的例子中,在对蓄电设备10进行了供给+190[mA]的充电电流Ic的充电控制后,对蓄电设备10进行供给-190[mA]的放电电流Id的放电控制,示出此时的蓄电设备10的电压变化。在此,横轴表示从对蓄电设备10开始充放电控制起的经过时间,纵轴表示蓄电设备10的电压。
图11所示的实线是基于通过步骤SB13的处理而获取的测定数据而描绘的。蓄电设备10的充电容量为0%(百分比)时的蓄电设备10的完全放电电压Vl约为3.0[V],蓄电设备10的充电容量为100%时的蓄电设备10的满充电电压Vu约为4.2[V]。像这样,在进行了充放电控制时,蓄电设备10的电压在从完全放电电压Vl至满充电电压Vu的范围内变化。
如图11所示,在蓄电设备10的电压为从3.0[V]至3.5[V]的范围内,实线的斜率大,因此可以说蓄电设备10的静电电容Cst小。在电压为3.5[V]至3.7[V]的范围内,实线的斜率小,因此可以说蓄电设备10的静电电容Cst大。
像这样,通过获取表示进行了充放电控制时的蓄电设备10的电压变化的测定数据,能特定静电电容Cst比较大的蓄电设备10的电压值。因此,该测定数据可以作为用于特定相对于蓄电设备10的电压的静电电容Cst的特性的特性数据而使用。
接下来,对蓄电设备10的电压与蓄电设备10的静电电容Cst的关系进行更详细的说明。
图12的横轴表示蓄电设备10的电压,纵轴表示蓄电设备10的静电电容Cst。如以上算式(8)那样计算蓄电设备10的静电电容Cst。
图12所示的实线是表示蓄电设备10的电压-静电电容特性的线,基于通过步骤SB14的处理而生成的特性数据而描绘。用正直表示充电控制时的静电电容Cst,方便起见用负值表示放电控制时的静电电容Cst,两者的电压-静电电容特性具有同样的特性。以下,着眼于充电控制时的电压-静电电容特性来进行说明。
如图12所示,在蓄电设备10的电压为约3.4[V]和约3.7[V]时,蓄电设备10的静电电容Cst极大,在电压约为3.7[V]时静电电容Cst最大。
在本实施方式中,当测定蓄电设备10的内部状态时,需要求出对蓄电设备10供给了微小的恒流时的蓄电设备10的电压变化。就该蓄电设备10的电压变化而言,蓄电设备10的静电电容Cst越大电压变化的程度越小,因此测定电压变化需要时间。
作为对策,如下进行图10所示的步骤SB15的处理。即,控制器50B以避开与蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的最大点B对应的蓄电设备10的电压值和其附近的方式,确定蓄电设备10的测定用电压。
具体而言,蓄电设备10的测定用电压设定为蓄电设备10的静电电容Cst低于规定的阈值Th的电压值。例如,阈值Th基于静电电容Cst的最大值来决定,在本实施方式中设定为静电电容Cst的最大值的二分之一的值。取而代之地,阈值Th也可以基于静电电容Cst的平均值来决定。
此外,在蓄电设备10为锂离子二次电池的情况下,蓄电设备10的电压越接近满充电电压Vu,在蓄电设备10中越容易发生分解反应。因此,从抑制蓄电设备10的劣化的观点来看,蓄电设备10的测定用电压优选设定为低于蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的特定的电压值的电压值。由此,控制器50B可以使蓄电设备10的测定用电压低于蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的特定的电压值。
在本实施方式中,控制器50B将与蓄电设备10的静电电容Cst成为最小的最小点A对应的蓄电设备10的电压值、即完全放电电压Vl附近的电压值,确定为蓄电设备10的测定用电压。由此,能使蓄电设备10的微小充电时的电压变化最大。
取而代之地,控制器50B将测定用电压确定为与蓄电设备10的静电电容Cst成为极小的极小点C对应的蓄电设备10的电压值。由此,能在蓄电设备10稳定的状态下迅速检测蓄电设备10的电压变化。
此后,在步骤SB3中,控制器50B判断蓄电设备10的电压是否处于表示规定范围的测定用电压。即,控制器50B基于蓄电设备10的电压,来判断蓄电设备10的静电电容Cst是否超过阈值。
接着,参照图13至图15对在图9所示的步骤SB6执行的状态运算处理进行说明。
图13是表示测定装置1B的状态运算处理(SB6)的一个例子的流程图。图14是表示相对于本实施方式中的微小的恒流的供给时间的蓄电设备10的电压变化的例子的图。图15是表示作为比较例在蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的特定的电压值的相对于微小的恒流的供给时间的蓄电设备10的电压变化的例子的图。
在图13所示的例子中,作为状态运算处理(SB6),控制器50B基于蓄电设备10的电压变化来判定蓄电设备10的良否。
在步骤SB61中,控制器50B判定作为从开始对蓄电设备10供给微小的恒流起的经过时间的供给时间是否超过了规定的时间。规定的时间预先设定为,蓄电设备10正常的情况下与异常的情况下电压的变化出现差别的程度的长度。
在步骤SB61中,在判定为恒流的供给时间未超过规定的时间的情况下,控制器50B对蓄电设备10继续供给微小的恒流,直至判定为供给时间超过规定的时间。另一方面,在判定为供给时间超过了规定的时间的情况下,控制器50B移向步骤SB62。
像这样,电压传感器40B测定作为恒流的供给开始时的电压的初始电压以及从恒流源20B供给了恒流的状态下的微小充电电压。即,电压传感器40B对蓄电设备10的电压进行两次以上测定,其中包括从恒流源20B供给了恒流的状态。
在步骤SB62中,控制器50B基于通过电压传感器40B而测定出的蓄电设备10的电压来检测蓄电设备10的电压变化。具体而言,控制器50B基于供给开始时的初始电压以及从恒流源20B供给了恒流的状态下的微小充电电压,来求出蓄电设备10的电压变化的近似直线。更详细而言,控制器50B基于按每个控制周期测定出的微小充电电压,通过最小二乘法来求出蓄电设备10的电压变化的近似直线。
取而代之地,控制器50B也可以设为根据供给开始时的初始电压与从恒流源20B供给了恒流的状态下的供给电压的差分来检测蓄电设备10的电压变化。在该情况下,只要通过电压传感器40B对蓄电设备10的电压进行两次测定即可,因此也可以例如使用多路复用器进行切换来进行电压测定。由此,能简化测定装置1B。
在步骤SB63中,判定近似直线的斜率是否在规定范围内。在判定为近似直线的斜率在上限值与下限值之间的规定范围内的情况下,蓄电设备10为正常的状态,因此移向步骤SB64。另一方面,在步骤SB63中,在判定为近似直线的斜率不在规定范围内、即大于规定范围的上限值或小于规定范围的下限值的情况下,蓄电设备10为异常的状态,因此移向步骤SB65。
在步骤SB64中,假定蓄电设备10为正常的状态,控制器50B将其主旨显示于显示部60B从而通知用户。另一方面,在步骤SB65中,假定蓄电设备10为异常的状态,控制器50B将其主旨显示于显示部60B从而通知用户。
通过执行以上的状态运算处理(SB6),来完成蓄电设备10的良否判定。
接着,参照图14和图15对步骤SB62和步骤SB63的处理的具体例子进行说明。图14和图15的横轴表示作为从开始对蓄电设备10供给微小的恒流起的经过时间的供给时间[s],纵轴表示电压传感器40B测定出的微小充电电压与初始电压的差分[μV]。
在图14所示的例子中,供给开始时的初始电压为与图12所示的最小点A对应的电压值,示出蓄电设备10的静电电容Cst为最小的状态时的测定数据。
图14所示的实线的数据是蓄电设备10为正常的状态时的电压变化,实线的直线是通过步骤SB62的处理而求出的电压变化的近似直线Ln1B。另一方面,图14所示的虚线的数据是蓄电设备10为异常的状态时的电压变化,虚线的直线是通过步骤SB62的处理而求出的电压变化的近似直线La1B。此外,将近似直线Ln1B的斜率设为Rn,将近似直线La1B的斜率设为Ra。
此外,图14所示的两条双点划线的直线分别表示近似直线的斜率的上限值Rmax和下限值Rmin,两条双点划线的直线之间为蓄电设备10为正常的状态下的斜率。需要说明的是,近似直线的斜率的上限值Rmax和下限值Rmin设定为使用正常的状态的蓄电设备10进行预先实测而求出的近似直线的例如±10%。
参照图14,用实线表示的近似直线Ln1B(斜率Rn)在近似直线的斜率的上限值Rmax与下限值Rmin之间。因此,控制器50B判定为蓄电设备10为正常的状态。另一方面,用虚线表示的近似直线La1B(斜率Ra)不在近似直线的斜率的上限值Rmax与下限值Rmin之间。因此,控制器50B判定为蓄电设备10为异常的状态。
像这样,控制器50B基于近似直线的斜率是否在上限值Rmax与下限值Rmin之间,来判定蓄电设备10为正常的状态,或者为异常的状态。
需要说明的是,在图14所示的例子中,对蓄电设备10的良否判定花费了600[s]的测定时间TB1,但只要供给时间经过100[s]左右就能明确地确认用实线表示的近似直线Ln1B与用虚线表示的近似直线La1B的斜率的差。像这样,在测定装置1B中,能在几分钟左右的短时间内执行蓄电设备10的良否判定。
另一方面,在图15所示例子中,供给开始时的初始电压为与图12所示的最大点B对应的电压值,示出蓄电设备10的静电电容Cst为最大的状态时的测定数据。实线的数据是蓄电设备10为正常的状态时的电压变化,实线的直线是通过步骤SB62的处理而求出的电压变化的近似直线Ln0B。
如图15所示,在600[s]的测定时间TB1中用实线表示的近似直线Ln0B的斜率大致为零,因此进行良否判定是困难的。因此,在蓄电设备10的静电电容Cst比较大时,必须延长进行良否判定的时间。
像以上那样,本实施方式的测定装置1B通过来自恒流源20B的微小的恒流来对蓄电设备10进行充电,测定供给了恒流的状态下的微小充电电压,从而检测蓄电设备10的电压变化。然后判断检测出的蓄电设备10的电压变化是否在正常范围内,在电压变化在正常范围内的情况下,判定为蓄电设备10为正常。因此,无需等待至蓄电设备10的电压由于自放电而降低,因此蓄电设备10的良否判定所花费的时间短。
此时,恒流源20B供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流来对蓄电设备10进行充电。因此,恒流的大小比较小,因此流过蓄电部13的电流Ist[A]相对于流过内部电阻14的电流Iir[A]的比率大。因此,由并联电阻15的有无而引起的微小充电曲线的斜率的差变大,因此容易判定蓄电设备10是否正常。
除此以外,测定装置1B基于相对于蓄电设备10的电压的静电电容Cst的特性以避开蓄电设备10的静电电容Cst的最大值的方式确定测定用电压。然后,测定装置1B在蓄电设备10的电压成为测定用电压时进行微小充电。因此,抑制了因蓄电设备10的静电电容Cst引起的电压变化的缩小。
因此,能在短时间内进行蓄电设备10的良否判定。
需要说明的是,在上述实施方式中在开始供给微小的恒流后电压传感器40B测定了蓄电设备10的电压作为初始电压。然而,取而代之地,也可以在开始供给微小的恒流前,电压传感器40B测定蓄电设备10的电压作为初始电压。在该情况下也能对蓄电设备10的电压进行两次以上测定,其中包括供给了恒流的状态,因此能求出蓄电设备10的电压变化的近似直线。
接着,对第四实施方式的作用效果进行说明。
本实施方式中的测定装置1B构成检测蓄电设备10的电压变化的装置。测定装置1B具备:恒流源20B(供给单元),对蓄电设备10供给恒流;以及电压传感器40B(测定单元),测定与供给了恒流的蓄电设备10相关的电压。测定装置1B还具备,控制器50B(处理单元),检测测定出的蓄电设备10的电压变化。然后测定装置1B基于成为蓄电设备10的基准的电特性来获取蓄电设备10的电压变化。
此外,就本实施方式中的检测蓄电设备10的电压变化的方法而言,对蓄电设备10供给恒流,并测定与供给了恒流的蓄电设备10相关的电压,并检测测定出的所述蓄电设备的电压变化。该方法基于成为蓄电设备10的基准的电特性,来获取根据蓄电设备10的自放电电流或放电电阻的大小而变化的蓄电设备10的电压变化。
上述的成为蓄电设备10的基准的电特性是指蓄电设备10的开路状态下的电特性,包括蓄电设备10的开路状态下的输出电压与静电电容Cst的关系以及蓄电设备10的开路电压的变动等。
本实施方式中的测定装置1B执行用于基于表示蓄电设备10的开路状态下的电特性的信息来检测蓄电设备10的电压变化的处理。具体而言,控制器50B判断蓄电设备10的电压是否成为了基于蓄电设备10的开路状态下的输出电压与静电电容Cst的关系的测定用电压(指定电压)。然后,在蓄电设备10的电压成为了测定用电压的情况下控制器50B使恒流从恒流源20B对蓄电设备10供给,由此获取蓄电设备10的电压变化。更详细而言,如下所示。
本实施方式中的测定蓄电设备10的状态的测定方法具备确定步骤(SB1),基于蓄电设备10的电压与蓄电设备10的静电电容Cst的关系来确定表示测定蓄电设备10的状态时的电压值的测定用电压。而且,测定方法具备:供给步骤(SB4),在蓄电设备10的电压为上述测定用电压时,对蓄电设备10供给恒流;以及测定步骤(SB5),测定供给了恒流的蓄电设备10的电压。此外,测定方法具备运算步骤(SB6),基于测定出的蓄电设备10的电压变化来对蓄电设备10的内部状态进行运算。
然后,本实施方式中的包括检测蓄电设备10的电压变化的检测装置的测定装置1B具备恒流源20B,在蓄电设备10的电压为规定的值时对蓄电设备10供给恒流。此外,测定装置1B具备:电压传感器40B,测定供给了恒流的蓄电设备10的电压;以及控制器50B,基于测定出的蓄电设备10的电压来检测蓄电设备10的电压变化。上述规定的值基于用于特定蓄电设备10的电压与蓄电设备10的静电电容Cst的关系的数据来决定。需要说明的是,上述蓄电设备10中的电压与静电电容Cst的关系包含于成为蓄电设备10的基准的电特性。由此,规定的值是基于成为蓄电设备10的基准的电特性的电压值。
而且,本实施方式中的测定蓄电设备10的状态的测定装置1B具备上述恒流源20B、电压传感器40B以及控制器50B。此外,控制器50B基于测定出的蓄电设备10的电压变化来对蓄电设备10的内部状态进行运算。
首先,蓄电设备10的内部状态的不同表现于蓄电设备10的电压的时间变化的不同。因此,根据上述构成,能通过对蓄电设备10供给恒流来使蓄电设备10的电压变化变大。因此,能缩短求出蓄电设备10的电压变化和内部状态的时间。
除此以外,根据上述构成,考虑蓄电设备10的电压与蓄电设备10的静电电容Cst的关系而将测定用电压确定为规定的值。由此,能在蓄电设备10的静电电容Cst比较小时对蓄电设备10供给恒流,因此能使蓄电设备10的电压变化变大。
像这样,能考虑蓄电设备10的静电电容Cst来使蓄电设备10的电压变化变大,因此能在短时间内求出蓄电设备10的状态。
此外,根据上述构成,与对蓄电设备10供给恒压的情况相比较,使用恒流源20B供给比较小的电流是容易的。因此,在测定装置1B中,能通过使用恒流源20B,来稳定供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
此外,本实施方式中的测定装置1B的控制器50B以避开由通常的放电或充电而引起的蓄电设备10的电压变化的范围中的、蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的特定的电压值附近的方式确定测定用电压。例如,测定用电压设定为由放电或充电而引起的蓄电设备10的电压变化的范围中的、蓄电设备10的静电电容分量低于阈值的电压值。基于所述蓄电设备10的静电电容Cst的最大值或平均值来设定阈值。
根据该构成,在蓄电设备10的静电电容Cst小于最大值(上限值)时对蓄电设备10供给恒流。由此,与蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的状态下进行微小充电的情况相比,能使蓄电设备10的电压变化变大。
此外,本实施方式中的控制器50B使蓄电设备10的测定用电压低于蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的特定的电压值。由此,在蓄电设备10中产生的分解反应不易发生,因此能使蓄电设备10的电压变化变大并且抑制蓄电设备10的劣化。
此外,本实施方式中的控制器50B执行:控制步骤(SB12),进行对蓄电设备10充电或放电的控制;以及控制测定步骤(SB13),在进行所述控制时测定蓄电设备10的电压。而且,控制器50B执行生成步骤(SB14),基于测定出的蓄电设备10的电压来生成用于特定蓄电设备10的电压与蓄电设备10的静电电容Cst的关系的数据。
根据该构成,基于蓄电设备10的实测数据来确定蓄电设备10的测定用电压,因此能准确地避开蓄电设备10的静电电容Cst成为最大的特定的电压值。
此外,本实施方式中的恒流源20B供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
根据该构成,恒流的大小小,因此流过蓄电部13的电流Ist[A]相对于流过内部电阻14的电流Iir[A]的比率变大。因此,由并联电阻15的有无而引起的微小充电曲线的斜率的差变大,因此容易判定蓄电设备10是否正常。
<变形例>
接着,对第四实施方式的变形例的测定装置1B的控制器50B进行说明。就本变形例的控制器50B而言,基于蓄电设备10的测定条件来确定测定用电压这一点与上述实施方式不同。
本变形例的控制器50B基于用于测定蓄电设备10的电压的测定时间TB1或电压变化的检测所需要的电压变化量ΔV,来设定图12所示的与静电电容Cst相关的阈值Th。在此,电压变化量ΔV是指从初始电压经过了测定时间TB1时的变化量。
例如,不同的测定装置1B测定时间TB1或电压变化量ΔV不同的情况下,控制器50B基于预先决定的测定时间TB1和电压变化量ΔV,计算能检测电压变化的静电电容Cst的上限值。具体而言,控制器50B使用以上算式(8),将测定时间TB1的值代入dt,将电压变化量ΔV的值代入dt,由此计算静电电容Cst的上限值。
然后控制器50B将计算出的静电电容Cst的上限值设定为阈值Th。换言之,基于测定时间TB1或电压变化量ΔV来设定阈值Th。由此,控制器50B能将低于计算出的静电电容Cst的上限值的电压值确定为测定用电压。
像这样,控制器50B基于测定时间TB1或电压变化量ΔV来确定蓄电设备10的测定用电压。
此外,在测定时间TB1可变的情况下,控制器50B也可以基于蓄电设备10的电压的当前值来设定测定时间TB1。在该情况下,当从电压传感器40B获取到蓄电设备10的电压时,控制器50B参照图12所示的特性数据,计算与获取的电压建立对应的静电电容Cst。然后控制器50B将计算出的静电电容Cst和预先决定的电压变化量ΔV代入算式(8),来计算测定时间TB1的值。对于电压变化量ΔV可变的情况而言也同样。
根据第四实施方式的变形例,控制器50B基于用于检测供给了恒流的蓄电设备10的电压变化的测定时间TB1或检测所需要的电压变化量ΔV,来确定蓄电设备10的测定用电压。由此,在蓄电设备10的静电电容Cst不超过上限的状态下进行微小充电,因此能确保蓄电设备10的测定精度。
(第五实施方式)
接着,对第五实施方式的测定装置1B的控制器50B进行说明。以下,将并联电阻15的电阻值称为放电电阻Rpr,将流过并联电阻15的电流称为自放电电流Ipr。
就本实施方式的控制器50B而言,对蓄电设备10的放电电阻Rpr或自放电电流Ipr进行运算这一点与第四实施方式不同。
控制器50B将从恒流源20B对蓄电设备10供给的恒流在示出第一电流值的恒流与示出第二电流值的恒流之间切换。以下,将示出第一电流值的恒流也简称为“第一恒流”,将示出第二电流值的恒流也简称为“第二恒流”。
第一电流值与第四实施方式同样,设定为蓄电设备10的自放电电流Ipr的基准值的一倍或几倍,在本实施方式中,设定为自放电电流Ipr的基准值的一倍的10[μA]。此外,第二电流值设定为蓄电设备10的自放电电流Ipr的基准值的几十倍以上,在本实施方式中,设定为自放电电流Ipr的基准值的五十倍。
上述自放电电流Ipr的基准值是已知的信息。例如,使用将多个蓄电设备10的自放电电流Ipr汇总的统计数据或电特性正常的特定的蓄电设备10的自放电电流Ipr的试验结果等来预先决定自放电电流Ipr的基准值。
接下来,控制器50B按每个从恒流源20B供给了的恒流的大小,基于蓄电设备10的电压来检测蓄电设备10的电压变化。
在本实施方式中,如图14所示,对于各个恒流,控制器50B基于开始供给恒流时的初始电压以及从恒流源20B供给了恒流的状态下的微小充电电压来求出蓄电设备10的电压变化的斜率。取而代之地,控制器50B也可以按每个对蓄电设备10供给的恒流的大小,求出蓄电设备10的电压变化的近似直线Ln1B,将其近似直线Ln1B的斜率作为电压变化的斜率来使用。
控制器50B使用按每个恒流的大小而求出的蓄电设备10的电压变化的斜率和求出蓄电设备10的蓄电部13的静电电容Cst的算式,来对蓄电设备10的自放电电流Ipr进行运算。在此,对蓄电设备10的自放电电流Ipr的运算方法进行说明。
就求出蓄电部13的静电电容Cst的算式而言,可以使用以示出第一电流值I1的恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率A1和对蓄电部13充电的电流Ist[A]来表示。对蓄电部13充电的电流Ist[A]是蓄积于静电电容Cst的每单位时间的电荷量。对蓄电部13充电的电流Ist[A]相当于从作为流过图8所示的内部电阻14的电流的第一电流值I1减去流过并联电阻15的自放电电流Ipr而得到的值(I1-Ipr)。
因此,求出蓄电部13的静电电容Cst的算式可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr、第一电流值I1以及以第一恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率A1来表示。将求出蓄电部13的静电电容Cst的算式示于以下算式(9)。
[数式9]
而且,求出蓄电部13的静电电容Cst的算式可以使用第二电流值I2和以示出第二电流值I2的恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率A2,如以下算式(10)那样表示。
[数式10]
在以上算式(10)中,对静电电容Cst充电的电流Ist[A]相当于从第二恒流的电流值I2减去自放电电流Ipr而得到的值(I2-Ipr)。然而,作为流过图8所示的内部电阻14的电流的第二恒流的电流值I2如上所述充分大于流过并联电阻15的自放电电流Ipr,因此能近似为以下算式(11)那样。
[数式11]
I2≈(I2-Ipr)···(11)
因此,在以上算式(10)中,代替从第二恒流的电流值I2减去自放电电流Ipr而得到的电流值(I2-Ipr),而使用第二恒流的电流值I2。接下来,若以算式(9)和算式(10)对自放电电流Ipr进行求解,则导出以下算式(12)。
[数式12]
像这样,可以通过将按每个恒流的大小而求出的电压变化的斜率A1、A2和恒流的电流值I1、I2代入求出蓄电部13的静电电容Cst的算式来计算蓄电设备10的自放电电流Ipr。
接下来,控制器50B基于计算出的自放电电流Ipr来对蓄电设备10的放电电阻Rpr进行运算。
在本实施方式中,控制器50B将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以蓄电设备10的自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。蓄电设备10的开路电压(OCV)可以使用在开始供给恒流前由电压传感器40B测定出的蓄电设备10的电压值,或者也可以使用使用蓄电设备10的试验结果等而预先决定的电压值。
取而代之地,控制器50B也可以预先存储表示蓄电设备10的自放电电流Ipr与放电电阻Rpr的关系的对应表或函数,使用该对应表或函数来计算放电电阻Rpr。
最后,控制器50B基于计算出的放电电阻Rpr来判定蓄电设备10是否正常。
在本实施方式中,控制器50B判定蓄电设备10的放电电阻Rpr的计算值是否在规定的电阻范围内。就规定的电阻范围的上限值和下限值而言,使用将多个蓄电设备10的放电电阻Rpr汇总的统计数据或电特性正常的特定的蓄电设备10的试验结果等来预先决定。
然后,在判定为放电电阻Rpr的计算值在规定的电阻范围内的情况下,控制器50B判定蓄电设备10为正常的状态。此外,在判定为放电电阻Rpr的计算值不在规定的范围内的情况下,控制器50B判定为蓄电设备10异常。
取而代之地,也可以将按每个放电电阻Rpr而表示蓄电设备10的正常或异常的诊断表预先存储于控制器50B。在该情况下,当计算出蓄电设备10的放电电阻Rpr时,控制器50B参照诊断表,对与计算出的放电电阻Rpr建立了对应的蓄电设备10的内部状态进行特定。
需要说明的是,在本实施方式中控制器50B基于放电电阻Rpr的计算值进行了蓄电设备10的良否判定,但取而代之地,也可以使用自放电电流Ipr的计算值来判定蓄电设备10是否为正常的状态。在该情况下,控制器50B判定自放电电流Ipr的计算值例如是否在规定的电流范围内,当判定为其计算值在规定的电流范围内时,判定为蓄电设备10为正常的状态。
此外,在本实施方式中控制器50B以对蓄电设备10依次供给电流值不同的恒流的方式控制恒流源20B的动作。然而,若蓄电部13的静电电容Cst已知,则也可以仅供给示出第一电流值I1的恒流。在该情况下,蓄电部13的静电电容Cst预先存储于控制器50B。然后,控制器50B将蓄电部13的静电电容Cst、第一电流值I1以及与第一电流值I1对应的电压变化的斜率A1代入以上算式(9)来计算自放电电流Ipr。
就存储于控制器50B的静电电容Cst而言,使用将多个蓄电设备10中的蓄电部13的静电电容Cst汇总的统计数据或特定的蓄电设备10的试验结果等来预先决定。取而代之地,也可以以示出第二电流值I2的恒流对蓄电设备10充电,将此时的电压变化的斜率A2和第二电流值I2代入以上算式(10)来求出蓄电部13的静电电容Cst。
接着,参照图16,对使用第五实施方式的测定装置1B的测定方法进行说明。图16是表示测定装置1B的状态运算处理(SB6)的一个例子的流程图。
本实施方式的状态运算处理(SB6)具备步骤SB631至SB635的处理来代替图13所示的步骤SB63的处理。在此,仅对步骤SB631至SB635的各处理进行说明,对于其他的处理而言,由于与第四实施方式相同,因此省略说明。
在步骤SB62中,控制器50B求出以在图9的步骤SB4中设定的示出第一电流值I1的恒流充电时的蓄电设备10的电压变化的近似直线Ln1B,并获取近似直线Ln1B的斜率A1。然后,控制器50B向步骤SB631前进。
在步骤SB631中,控制器50B将从恒流源20B对蓄电设备10供给的恒流从第一恒流向表示大于第一电流值I1的第二电流值I2的恒流切换。
步骤SB632和步骤SB633的处理分别与步骤SB61和步骤SB62的处理相同。因此,在步骤SB632和SB633中,控制器50B仅在规定的时间测定蓄电设备10的电压,求出以第二恒流充电时的电压变化的近似直线Ln2并获取近似直线Ln2的斜率A2。
在步骤SB634中,控制器50B基于按每个示出第一电流值I1和第二电流值I2的恒流的大小而获取的近似直线的斜率A1、A2来对蓄电设备10的放电电阻Rpr进行运算。
在本实施方式中,控制器50B将第一电流值I1、近似直线的斜率A1、第二电流值I2以及近似直线的斜率A2代入以上算式(12)来计算蓄电设备10的自放电电流Ipr。然后控制器50B将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以蓄电设备10的自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。
在步骤SB635中,控制器50B基于计算出的蓄电设备10的放电电阻Rpr来判定蓄电设备10是否正常。
在本实施方式中,控制器50B判定放电电阻Rpr的计算值是否在规定的电阻范围内。在判定为放电电阻Rpr的计算值在规定的电阻范围内的情况下,蓄电设备10为正常的状态,因此控制器50B向步骤SB64前进。另一方面,在判定为放电电阻Rpr的计算值不在规定的电阻范围内、即大于电阻范围的上限值或小于电阻范围的下限值的情况下,蓄电设备10为异常的状态的、控制器50B向步骤SB65前进。
通过执行以上的状态运算处理(SB6),来完成蓄电设备10的良否判定。
需要说明的是,在图16所示的例子中,控制器50B仅对蓄电设备10供给的恒流的大小进行一次切换并求出蓄电设备10的电压变化的斜率两次,由此计算出自放电电流Ipr。取而代之地,也可以对恒流的大小进行多次切换并依次求出电压变化的近似直线的斜率,由此计算出多个自放电电流Ipr,将这些的平均值或中位值等统计值作为最终结果来使用。
此外,在本实施方式中控制器50B对从恒流源20B供给至蓄电设备10的正极电极11的恒流的大小进行切换并计算出自放电电流Ipr,但不限于此。例如,也可以将恒流源20B与蓄电设备10的连接关系颠倒,将恒流从恒流源20B供给至蓄电设备10的负极电极12而将蓄电设备10放电,在该状态下对恒流的大小进行切换。在该情况下,也能如上述实施方式那样计算自放电电流Ipr。
而且,在本实施方式中对从恒流源20B对蓄电设备10供给的恒流的大小进行了切换,但即使对恒流的方向进行切换也能计算自放电电流Ipr和放电电阻Rpr。以下,对在切换了对蓄电设备10供给的恒流的方向的情况下的对蓄电设备10的自放电电流Ipr进行运算的方法进行简单说明。
蓄电部13的静电电容Cst可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr和以示出第一电流值I1的恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率Ac如以下算式(13)那样表示。而且蓄电部13的静电电容Cst可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr和由于示出第二电流值I2的恒流而蓄电设备10放电时的电压变化的斜率Ad如以下算式(14)那样表示。
[数式13]
[数式14]
若以上述的算式(13)和算式(14)对自放电电流Ipr进行求解,则导出以下算式(15)。
[数式15]
因此,将以示出第一电流值I1的恒流充电时的电压变化的斜率Ac,和由于示出第二电流值I2的恒流而放电时的电压变化的斜率Ad代入以上算式(15),由此能计算蓄电设备10的自放电电流Ipr。将蓄电设备10的开路电压除以计算出的自放电电流Ipr来计算放电电阻Rpr。
在该情况下,就第一电流值I1和第二电流值I2而言,至少一方的绝对值设定为自放电电流Ipr的基准值的一倍或几倍即可,双方的绝对值可以为相同的值也可以为不同的值。例如,第一电流值I1设为自放电电流Ipr的基准值的一倍的10[μA],第二电流值I2设定为将第一电流值I1乘以“-1”而得到的值,即设定为-10[μA]。此外,就电压变化的斜率Ac、Ad而言,通过与图14所述的方法同样的方法来获取。
此外,在本实施方式中控制器50B对恒流的大小进行了切换,但也可以在对恒流的大小进行了切换后对恒流的方向进行切换,也可以在对恒流的方向进行了切换后对恒流的大小进行切换。在该情况下,能获得多个自放电电流Ipr,因此可以将这些的平均值等作为最终结果来使用。
此外,在本实施方式中控制器50B对恒流进行切换而计算出蓄电设备10的自放电电流Ipr,但也可以不对恒流进行切换而计算自放电电流Ipr。例如,若算式(9)中的蓄电部13的静电电容Cst已知,则也可以求出蓄电设备10的电压变化的近似直线的斜率A1,将所述斜率A1、第一电流值I1以及已知的静电电容Cst代入以上算式(9)来计算自放电电流Ipr。或者,将预先实测的测定值或预测值分别代入以上算式(9)中的蓄电部13的静电电容Cst和第一电流值I1来生成表示近似直线的斜率A1与自放电电流Ipr的关系的运算表。然后,可以将生成的运算表预先记录于控制器50B。在该情况下,当求出了近似直线的斜率A1时,控制器50B参照运算表,计算与求出的近似直线的斜率A1建立有关系的自放电电流Ipr。
此外,如上所述,将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。因此,若蓄电设备10的开路电压(OCV)已知,则也可以生成表示近似直线的斜率A1与放电电阻Rpr的关系的运算表并预先存储于控制器50B。在该情况下,当求出了蓄电设备10的电压变化的近似直线的斜率A1时,控制器50B参照运算表,计算与求出的近似直线的斜率A1建立有关系的放电电阻Rpr。
如以上所述,在本实施方式中,基于在短的时间内检测出的蓄电设备10的一个或多个电压变化来计算出自放电电流Ipr或放电电阻Rpr,因此控制器50B能迅速地推定蓄电设备10的内部状态。
接着,对第五实施方式的作用效果进行说明。
本实施方式中的测定装置1B的控制器50B基于测定出的蓄电设备10的电压变化来对蓄电设备10的自放电电流Ipr或供自放电电流Ipr所流过的蓄电设备10的放电电阻Rpr进行运算。
根据该构成,将在短时间内检测出的蓄电设备10的电压变化的结果例如代入上述的算式(9)、算式(12)或算式(15),由此能求出蓄电设备10的自放电电流Ipr或放电电阻Rpr。因此,能在短时间内测定自放电电流Ipr和放电电阻Rpr作为蓄电设备10的内部状态。
(第六实施方式)
接着,参照图17对第六实施方式的测定装置2B进行说明。图17是表示测定装置2B的构成的图。除了图8所示的构成以外测定装置2B还具备基准电压源30B。
基准电压源30B生成相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压。例如,在蓄电设备10的电压为3V左右的情况下,基准电压设定为相对于蓄电设备10的电压从“-1V”至“+1V”的范围内。基准电压源30B例如由电压生成电路构成。
电压传感器40B测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差。即,电压传感器40B间接地测定蓄电设备10的电压的变化。
根据第六实施方式,通过测定蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,去除蓄电设备10的电压的直流分量的一部分,因此能提高电压传感器40B的分辨率。由此,降低电压传感器40B的内部噪声的影响,因此能缩短测定时间。
需要说明的是,基准电压源30B也可以由与蓄电设备10为相同种类的其他的蓄电设备构成。通过测定在相同的环境下的蓄电设备10与其他的蓄电设备的电位差,去除伴随着蓄电设备10的温度变化的电压变动分量,因此能提高因蓄电设备10的内部状态的不同引起的电压变化的检测精度。
以上,对第四至第六实施方式进行了说明,但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例子的一部分,并非旨在将本发明的技术的范围限定于上述实施方式的具体的构成。
例如,蓄电设备10的电压变化的程度根据蓄电设备10的内部温度而改变。利用该性质将表示蓄电设备10的电压变化与内部温度的关系的温度表预先存储于控制器50B。然后,控制器50B也可以基于检测出的蓄电设备10的电压变化来推定蓄电设备10的内部温度。
此外,在上述实施方式中使用蓄电设备10的电压变化来计算出自放电电流Ipr和放电电阻Rpr,但也可以计算蓄电部13的静电电容Cst。例如,将以示出第二电流值I2的恒流对蓄电设备10充电时的电压变化的斜率A2和第二电流值I2代入以上算式(10)来计算蓄电部13的静电电容Cst。
除此以外,控制器50B也可以基于计算出的静电电容Cst来判定蓄电设备10的内部状态。例如,控制器50B通过判定静电电容Cst的计算值是否在规定的正常范围内来判定蓄电设备10的良否。
此外,在上述实施方式中测定了一个蓄电设备10,但也能测定串联连接有多个蓄电设备10的蓄电装置。此外,测定装置1B包括显示部60B,但也可以省略显示部60B。
(第七实施方式)
以下,参照图18至图25,对第七实施方式的蓄电设备10的测定装置(以下,简称为“测定装置”。)1C进行说明。
首先,参照图18对蓄电设备10的构成和测定装置1C的构成进行说明。图18是表示测定装置1C的构成的图。
蓄电设备10例如是锂离子二次电池的单个蓄电单元。蓄电设备10不限于二次电池(化学电池),例如也可以是双电层电容器。此外,蓄电设备10也可以是多个蓄电单元串联连接而成的蓄电模块。
蓄电设备10像图18那样通过等效电路模型来表示。根据等效电路模型,蓄电设备10具有:正极电极11、负极电极12、蓄电部13、内部电阻14以及并联电阻15。蓄电部13、内部电阻14以及并联电阻15是分别表示蓄电设备10的内部状态的等效电路的元件。
蓄电部13是蓄电设备10的静电电容分量。就蓄电部13而言,当被施加了高于蓄电设备10的单元电压的电压时,蓄积电荷而被充电。在蓄电部13中,在充电时流过的电流比较小的情况下主要发生双电层反应,在充电时流过的电流比较大的情况下主要发生化学反应。在此,将蓄电部13的静电电容设为Cst[F],将流过蓄电部13的电流设为Ist[A]。
内部电阻14是在正极电极11与负极电极12之间与蓄电部13串联连接的串联电阻。在此,将内部电阻14的电阻值设为Rir[mΩ],将流过内部电阻14的电流设为Iir[A]。
并联电阻15是与蓄电部13并联连接的放电电阻。流过并联电阻15的电流是自放电电流、所谓的漏电流。在此,将并联电阻15的电阻值设为Rpr[kΩ],将流过并联电阻15的自放电电流设为Ipr[A]。
测定装置1C是用于测定蓄电设备10的状态的装置或系统,包括检测蓄电设备10的电压的时间变化、即电压变化的检测装置。测定装置1C具备:作为供给单元的恒流源20C、作为测定单元的电压传感器40C、作为获取单元和运算单元的控制器50C以及显示部60C。
恒流源20C是通过对蓄电设备10的正极电极11供给用于检测蓄电设备10的内部状态的恒流来对蓄电设备10进行充电的直流电源。恒流源20C将对蓄电设备10供给的电流维持在规定的大小。恒流源20C供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流来对蓄电设备10进行充电。
在本实施方式中,从恒流源20C供给的恒流设定为成为蓄电设备10的自放电电流Ipr的基准的值的一倍或几倍。自放电电流Ipr的基准值是已知的信息,例如,使用将多个蓄电设备10的自放电电流Ipr汇总的统计数据或电特性正常的特定的蓄电设备10的试验结果等来预先决定。例如,从恒流源20C供给的恒流设定为10[μA]。像这样,恒流基于蓄电设备10的自放电电流Ipr的值来决定。
在此,在对蓄电设备10施加恒压来对蓄电设备10进行充电的情况下,稳定施加在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒压是困难的。与此相对,使用恒流源20C来供给微安(μA)量级的比较小的电流是容易的。因此,在测定装置1C中,能通过使用恒流源20C,来稳定供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
电压传感器40C是测定蓄电设备10的电压的直流电压计。电压传感器40C将按时序示出测定出的电压的电信号输出至控制器50C。在本实施方式中,电压传感器40C对蓄电设备10的电压进行至少两次以上测定,其中包括从恒流源20C供给了恒流的状态。
控控制器50C由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。控制器50C也可以由多个微型计算机构成。控制器50C是通过由CPU读出存储于ROM的程序来控制测定装置1C的各种动作的控制装置。
控制器50C执行状态测定处理,控制恒流源20C和电压传感器40C来测定蓄电设备10的内部状态。具体而言,控制器50C控制从恒流源20C向蓄电设备10的电流供给,并且基于表示电压传感器40C测定出的电压的电信号来对蓄电设备10的内部状态进行运算。
例如,控制器50C在从恒流源20C对蓄电设备10供给了恒流的状态下从电压传感器40C获取电信号,并检测关于该电信号所示的蓄电设备10的电压的时间变化。控制器50C基于检测出的蓄电设备10的电压变化来推定蓄电设备10的自放电状态。
显示部60C显示控制器50C的判定结果或计算结果等信息来通知用户。显示部60C例如是触摸屏,构成为用户能对信息进行视觉确认并且用户能操作。
操作部70C生成用于操作控制器50C的动作的操作信号。操作部70C例如是由键盘和鼠标等构成的输入装置。操作部70C通过用户的输入操作,例如将指示状态测定处理的执行的操作信号输出至控制器50C。
接着,参照图19,对本实施方式的测定装置1C的控制器50C的构成进行说明。图19是表示控制器50C的功能构成的框图。
控制器50C具备:操作接受部51、测定指令部52、电压获取部53、存储部54以及运算部55。
操作接受部51接受通过图18所示的操作部70C生成的操作信号。当操作接受部51接受到指示蓄电设备10的状态测定处理的执行的操作信号时,对测定指令部52指示状态测定处理的执行。
当从操作接受部51接受到上述指示时,测定指令部52将表示用于检测蓄电设备10的自放电电流Ipr的电流值的控制信号发送至恒流源20C。此外,测定指令部52将指示蓄电设备10的电压测定的控制信号发送至电压传感器40C。
电压获取部53从电压传感器40C接收表示蓄电设备10的电压的电信号。电压获取部53将接收到的电信号作为测定数据记录于存储部54。
存储部54由ROM和RAM构成,构成记录有用于执行蓄电设备10的状态测定处理的程序的计算机可读记录介质。存储部54存储蓄电设备10的状态测定处理的执行所需要的信息。
在本实施方式中,存储部54具备:恒流存储部541、变动信息存储部542以及测定电压存储部543。
恒流存储部541存储从恒流源20C对蓄电设备10供给的恒流的电流值。就存储于恒流存储部541的电流值而言,可以预先决定,也可以通过用户的输入操作而从操作接受部51记录。在本实施方式中,恒流的电流值设定为蓄电设备10的自放电电流Ipr的基准值,例如设定为10[μA]。
变动信息存储部542存储用于特定蓄电设备10的开路电压的变动的变动信息。此处所谓的蓄电设备10的开路电压是指将蓄电设备10的状态设为将正极电极11和负极电极12开路的状态下的蓄电设备10的电压。例如,即使是在蓄电设备10连接有恒流源20C的状态,停止了从恒流源20C向蓄电设备10的恒流的供给的状态也包含于将蓄电设备10的正极电极11和负极电极12开路的状态。
作为存储于变动信息存储部542的变动信息,例如使用表示蓄电设备10的开路电压的时间变化的实测数据、统计数据、从理论算式获得的理论数据或使用了等效电路的模拟结果等。此外,代替上述数据,也可以将对蓄电设备10的开路电压的时间变化进行了近似的近似式或近似直线的斜率等作为变动信息而使用。
在本实施方式中,在对蓄电设备10供给恒流紧前,将按时序示出通过电压传感器40C测定出的蓄电设备10的开路电压的电信号作为蓄电设备10的变动信息存储于变动信息存储部542。在该情况下,在从恒流源20C开始恒流的供给紧前,电压获取部53从电压传感器40C获取表示蓄电设备10的开路电压的电信号。此外,电压获取部53将获取的电信号作为蓄电设备10的变动信息记录于变动信息存储部542。
测定电压存储部543存储按时序示出蓄电设备10的测定电压的测定数据。此处所谓的蓄电设备10的测定电压是指在从恒流源20C对蓄电设备10供给了恒流的状态下电压传感器40C测定出的蓄电设备10的电压。在向蓄电设备10供给恒流时,电压获取部53将从电压传感器40C获取的电信号作为测定数据记录于测定电压存储部543。
运算部55基于供给了恒流的蓄电设备10的测定电压的变化来对蓄电设备10的内部状态进行运算。此时,运算部55基于预先存储于存储部54的变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。
在本实施方式中,运算部55具备:电压变化检测部551、电压变化校正部552以及内部状态运算部553。
电压变化检测部551构成检测单元,基于电压传感器40C测定出的蓄电设备10的测定电压来检测蓄电设备10的测定电压的变化。
在本实施方式中,电压变化检测部551从测定电压存储部543读出蓄电设备10的测定数据,并基于读出的测定数据来求出蓄电设备10的测定电压的时间变化的斜率、即测定电压的时间变化率。例如,电压变化检测部551参照测定电压存储部543。然后,电压变化检测部551基于开始供给恒流时的初始电压以及从恒流源20C供给了恒流的状态下的充电电压,来求出在供给了恒流的状态下的蓄电设备10的电压变化的斜率。
电压变化检测部551将求出的电压变化的斜率作为检测结果输出至电压变化校正部552。代替电压变化的斜率,电压变化检测部551也可以将从开始供给恒流时起至经过预先决定的测定时间为止的测定电压的变化量作为检测结果来计算。
电压变化校正部552构成校正单元,基于存储于变动信息存储部542的蓄电设备10的变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。
在本实施方式中,电压变化校正部552从变动信息存储部542读出蓄电设备10的变动信息,并基于读出的变动信息来特定蓄电设备10的开路电压的变动。电压变化校正部552将特定出的开路电压的变动从电压变化检测部551检测出的蓄电设备10的测定电压的变化上减去来校正蓄电设备10的测定电压的变化。
具体而言,电压变化校正部552基于按时序示出电压传感器40C测定出的蓄电设备10的开路电压的变动信息,来求出蓄电设备10的开路电压的电压变动的斜率。接下来,当从电压变化检测部551获取到蓄电设备10的测定电压的时间变化的斜率时,电压变化校正部552将获取的时间变化的斜率从求出的电压变动的斜率减去。然后电压变化校正部552将减去后得到的值作为校正后的测定电压的变化输出至内部状态运算部553。
取而代之地,电压变化校正部552也可以基于变动信息来求出蓄电设备10的单位测定时间的开路电压的变动量。然后,电压变化校正部552也可以将从蓄电设备10的单位测定时间的测定电压的变化量减去求出的变动量而得到的值作为校正后的测定电压的变化来使用。
像这样,电压变化校正部552构成减法校正单元,从电压变化检测部551检测出的测定电压的变化减去由蓄电设备10的变动信息所特定的开路电压的变动来校正蓄电设备10的测定电压的变化。
内部状态运算部553构成运算单元,基于电压变化校正部552校正过的测定电压的变化来对蓄电设备10的内部状态进行运算。
例如,内部状态运算部553基于校正过的蓄电设备10的测定电压的变化,来对蓄电设备10的内部状态的良否进行判定。取而代之地,内部状态运算部553也可以基于校正过的蓄电设备10的测定电压的变化,来计算流过图18所示的并联电阻15的自放电电流、并联电阻15的电阻值或蓄电部13的静电电容。
在本实施方式中,在校正后的测定电压的变化在正常范围内的情况下,内部状态运算部553判定为蓄电设备10正常,在校正后的测定电压的变化不在正常范围内的情况下,内部状态运算部553判定为蓄电设备10异常。像这样,内部状态运算部553判定蓄电设备10的良否。
具体而言,当从电压变化校正部552获取到校正后的测定电压的斜率时,内部状态运算部553基于获取的测定电压的斜率判定蓄电设备10的良否。内部状态运算部553将表示蓄电设备10的异常的状态或正常的状态的判定结果输出至显示部60C。
接着,参照图20对本实施方式的测定装置1C的动作进行说明。
图20是表示使用测定装置1C来测定蓄电设备10的状态的测定方法的一个例子的流程图。在该例子中,例如在采用在能将环境温度维持为固定的恒温槽中容纳蓄电设备10等而抑制了蓄电设备10的温度变化的环境下,测定装置1C执行测定。
首先,当执行上述测定时,将测定装置1C与蓄电设备10连接,设为能通过电压传感器40C来测定蓄电设备10的电压的状态,并且设为能从恒流源20C对蓄电设备10供给恒流的状态。
在步骤SC1中,控制器50C获取用于特定蓄电设备10的开路电压的变动的变动信息。
在该例子中,控制器50C在从恒流源20C对蓄电设备10供给恒流紧前使电压传感器40C测定蓄电设备10的电压。然后控制器50C从电压传感器40C获取表示蓄电设备10的开路电压的电信号作为变动信息,其后向步骤SC2前进。
在步骤SC2中,控制器50C从恒流源20C对蓄电设备10供给恒流而开始蓄电设备10的充电。
在步骤SC3中,控制器50C使电压传感器40C测定从恒流源20C供给了恒流的状态下的蓄电设备10的电压。由此,表示蓄电设备10的测定电压的电信号从电压传感器40C输入至控制器50C。
在步骤SC4中,控制器50C执行基于电信号所示的蓄电设备10的测定电压而对蓄电设备10的内部状态进行运算的状态运算处理。对于该状态运算处理,参照图23在后文描述。
当步骤SC4的处理完成时,关于使用测定装置1C的测定方法的一系列的处理流程结束。
在此,参照图21和图22对步骤SC1的处理的具体例子进行说明。图21是举例示出放电试验后的蓄电设备10的开路电压的变动的图。图22是表示从图21所示的P点起的蓄电设备10的开路电压的变动的图。
图21所示的放电试验是在蓄电设备10主要发生化学反应的通常放电的试验例。在该放电试验中,对蓄电设备10的负极电极12供给约120[s]的10[mA]的放电电流Id,以使蓄电设备10的充电容量减少。在此,将从蓄电设备10的正极电极11朝向负极电极12流动的电流设为正(+),将从蓄电设备10的负极电极12朝向正极电极11流动的电流设为负(-)。
放电电流Id与从本实施方式的恒流源20C供给的恒流相比约为1000倍大。因此,也可以将从恒流源20C对蓄电设备10供给恒流而充电称为“微小充电”。
如图21所示,在放电试验的紧后,蓄电设备10的开路电压急剧地上升,其后一边缓慢地上升一边到达圆形记号的P点。在到达P点后,蓄电设备10的开路电压继续变动几小时以上。充电试验后也同样。
例如,为了进行本实施方式的状态测定处理,在P点开始了从恒流源20C供给恒流的情况下,如图22所示,就蓄电设备10的开路电压的上升量而言,600秒约为150[μV]。
与此相对,就从恒流源20C对蓄电设备10供给了恒流的状态下的蓄电设备10的测定电压的变化量而言,例如600[s]为几十[μV]左右。由此,发明者发现充放电后的蓄电设备10的开路电压的变动会对测定装置1C的测定精度产生很大影响。
因此,在实施了蓄电设备10的充放电试验后进行本实施方式的状态测定处理的情况下,为了确保测定精度,必须等待几小时以上后进行状态测定处理,难以快速地进行测定。
作为对策,在本实施方式中,为了校正蓄电设备10的测定电压的变化,在图20所示的步骤SC1中控制器50C获取与蓄电设备10的开路电压的变动相关的变动信息。
图22所示的虚线M0的数据是通过步骤SC1的处理而获取的变动信息的一个例子。虚线M0的数据是表示在从恒流源20C对蓄电设备10供给恒流的紧前电压传感器40C测定出的蓄电设备10的开路电压的测定数据。
像这样,在步骤SC1的处理中控制器50C在对蓄电设备10开始供给恒流前获取从电压传感器40C输出的电信号作为变动信息。对于该变动信息而言,使用了来自电压传感器40C的电信号作为一个例子,但也可以使用模拟结果或理论算式等。
接着,参照图23至图25,对在图20所示的步骤SC4中执行的状态运算处理进行说明。
图23是表示测定装置1C的状态运算处理(SC4)的一个例子的流程图。图24是举例示出相对于本实施方式中的蓄电设备10的充电时间的测定电压的变化的图。图25是举例示出相对于本实施方式中的蓄电设备10的充电时间的校正后的测定电压的变化的图。
在图23所示的例子中,作为状态运算处理(SC4),控制器50C基于蓄电设备10的电压变化判定蓄电设备10的良否。
在步骤SC41中,控制器50C判定作为从开始蓄电设备10恒流的供给起的经过时间的充电时间是否超过了规定的时间。规定的时间预先设定为,蓄电设备10正常的情况下与异常的情况下电压的变化出现差别的程度的长度。
在步骤SC41中,在判断为充电时间未超过规定的时间的情况下,控制器50C对蓄电设备10继续供给恒流,直至判定为充电时间超过规定的时间。另一方面,在判定为充电时间超过了规定的时间的情况下,控制器50C移向步骤SC42。
在步骤SC42中,控制器50C基于通过电压传感器40C而测定出的蓄电设备10的测定电压,来检测蓄电设备10的测定电压的变化。
作为具体例子,控制器50C基于充电开始时的初始电压以及从恒流源20C供给了恒流的状态下的充电电压,来求出对蓄电设备10的测定电压的时间变化用直线进行了近似的近似直线。更详细而言,控制器50C基于按每个控制周期测定出的微小充电电压,通过最小二乘法来求出蓄电设备10的测定电压的近似直线。
取而代之地,控制器50C也可以设为根据充电开始时的初始电压与从恒流源20C供给了恒流的状态下的充电电压的差分来检测蓄电设备10的测定电压的变化。在该情况下,只要通过电压传感器40C对蓄电设备10的电压进行两次测定即可,因此也可以例如使用多路复用器进行切换来进行电压测定。由此,能简化测定装置1C。
在步骤SC43中,控制器50C基于在步骤SC1中获取的来校正近似直线。即,控制器50C基于变动信息来校正检测出的蓄电设备10的测定电压的变化。
作为具体例子,首先,控制器50C基于蓄电设备10的变动信息来求出对蓄电设备10的开路电压的变动用直线进行了近似的近似直线,并获取该近似直线的斜率。接下来,控制器50C计算将获取的开路电压的近似直线的斜率从在步骤SC3中求出的测定电压的近似直线的斜率减去而得到的值作为校正后的测定电压的近似直线的斜率。
在步骤SC44中,控制器50C判定校正后的近似直线的斜率是否在规定范围内。在判定为校正后的近似直线的斜率在上限值与下限值之间的规定范围内的情况下,蓄电设备10为正常的状态,因此移向步骤SC45。另一方面,在步骤SC44中,在判定为校正后的近似直线的斜率不在规定范围内、即大于规定范围的上限值或小于规定范围的下限值的情况下,蓄电设备10为异常的状态,因此移向步骤SC46。
在步骤SC45中,假定蓄电设备10为正常的状态,控制器50C将其主旨显示于显示部60C从而通知用户。另一方面,在步骤SC46中,假定蓄电设备10为异常的状态,控制器50C将其主旨显示于显示部60C从而通知用户。
通过执行以上的状态运算处理(SC4),来完成蓄电设备10的良否判定。
接着,参照图24和图25对步骤SC42至SC44的处理的具体例子进行说明。图24和图25的横轴表示作为从开始对蓄电设备10供给恒流起的经过时间的充电时间[s],纵轴表示电压传感器40C分别测定出的初始电压与充电电压的差[μV]。
图24所示的虚线M0的数据是表示图22所示的表示蓄电设备10的开路电压的上升的测定数据,即,表示蓄电设备10的开路电压的变动。实线的近似直线Lm0是通过步骤SC43的处理而求出的开路电压的近似直线。
另一方面,虚线M1的数据是表示在蓄电设备10为正常的状态时从恒流源20C以电流值I1为+10[μA]的恒流进行了充电时的蓄电设备10的测定电压的上升量的数据。实线的直线是通过步骤SC42的处理而求出的测定电压的近似直线Lm1。
图24所示的实线C1的数据是通过步骤SC43的处理而校正过的测定电压的变化,是取相互对应的虚线M1的数据与虚线M0的数据的差分而得到的差分数据。该实线C1的数据去除了蓄电设备10的开路电压的变动分量,即,为因向蓄电设备10的恒流的供给而引起的测定电压的电压变化分量。
然后实线的近似直线Ln1C是具有从近似直线Lm1的斜率减去近似直线Lm0的斜率而获得的校正后的斜率Rn的直线,是校正后的测定电压的变化的近似直线。
参照图24,近似直线Lm1中的伴随着蓄电设备10的充放电的电压变动分量大于因向蓄电设备10的恒流供给而引起的电压变化分量。因此,控制器50C将对恒流的供给开始前的开路电压进行近似而得到的近似直线Lm0的斜率从对恒流供给时的测定电压进行近似而得到的近似直线Lm1的斜率减去。由此,能提取因向蓄电设备10的恒流供给而引起的电压变化分量。像这样,控制器50C校正供给了恒流的蓄电设备10的测定电压的变化。
在图25中,放大了校正后的测定电压的变化,省略了图24所示的虚线M1、M0以及近似直线Lm1、Lm0。在此,仅纵轴的标尺比图24所示的纵轴的标尺放大。
图25所示的虚线的数据是蓄电设备10为异常的状态时的电压变化的例子,虚线的直线是通过步骤SC42的处理而求出的电压变化的近似直线La1C。此外,将近似直线Ln1C的斜率设为Rn,将近似直线La1C的斜率设为Ra。
此外,图25所示的两条双点划线的直线分别表示近似直线的斜率的上限值Rmax和下限值Rmin,两条双点划线的直线之间为蓄电设备10为正常的状态下的斜率。需要说明的是,近似直线的斜率的上限值Rmax和下限值Rmin设定为使用正常的状态的蓄电设备10进行预先实测而求出的近似直线的例如±10%。
参照图25,用实线表示的近似直线Ln1C(斜率Rn)在近似直线的斜率的上限值Rmax与下限值Rmin之间。因此,控制器50C判定为蓄电设备10为正常的状态。另一方面,用虚线表示的近似直线La1C(斜率Ra)不在近似直线的斜率的上限值Rmax与下限值Rmin之间。因此,控制器50C判定为蓄电设备10为异常的状态。
像这样,控制器50C基于近似直线的斜率是否在上限值Rmax与下限值Rmin之间,来判定蓄电设备10为正常的状态,或者为异常的状态。
需要说明的是,在图25所示的例子中,对蓄电设备10的良否判定花费了600[s]的测定时间TC1,但只要经过100[s]左右就能明确地确认用实线表示的近似直线Ln1C与用虚线表示的近似直线La1C的斜率的差。像这样,在测定装置1C中,能在几分钟左右的短时间内执行蓄电设备10的良否判定。
像以上那样,本实施方式的测定装置1C通过来自恒流源20C的微小的恒流来对蓄电设备10进行充电,测定供给了恒流的状态下的充电电压,从而检测蓄电设备10的测定电压的变化。然后测定装置1C判断检测出的蓄电设备10的测定电压的变化是否在正常范围内,在测定电压的变化在正常范围内的情况下,判定为蓄电设备10为正常。因此,无需等待至蓄电设备10的电压由于自放电而降低,因此蓄电设备10的良否判定所花费的时间短。
此时,恒流源20C供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流来对蓄电设备10进行充电。对蓄电设备10供给的恒流的大小比较小,因此流过蓄电部13的电流Ist[A]相对于流过内部电阻14的电流Iir[A]的比率大。因此,由并联电阻15的有无而引起的充电曲线的斜率的差变大,因此容易判定蓄电设备10是否正常。
除此以外,测定装置1C基于用于特定蓄电设备10的开路电压的变动的变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。因此,蓄电设备10的测定电压的电压变化中的除因恒流供给而引起的电压变化分量以外的变动分量降低。因此,即使在蓄电设备10的开路电压的变动大的状况下,也无需等待变动结束,因此能快速地进行蓄电设备10的良否判定。
因此,能在短时间内进行蓄电设备10的良否判定。
需要说明的是,在上述实施方式中电压传感器40C在开始供给恒流后测定了蓄电设备10的电压作为初始电压,但也可以取而代之地在开始供给恒流前,电压传感器40C测定蓄电设备10的电压作为初始电压。在该情况下也能对蓄电设备10的电压进行两次以上测定,其中包括供给了恒流的状态,因此能求出蓄电设备10的电压变化的近似直线。
接着,对第七实施方式的作用效果进行说明。
本实施方式中的测定装置1C构成检测蓄电设备10的电压变化的装置。测定装置1C具备:恒流源20C(供给单元),对蓄电设备10供给恒流;以及电压传感器40C(测定单元),测定与供给了恒流的蓄电设备10相关的电压。测定装置1C还具备,控制器50C(处理单元),检测测定出的蓄电设备10的电压变化。然后测定装置1C基于成为蓄电设备10的基准的电特性来获取蓄电设备10的电压变化。
此外,就本实施方式中的检测蓄电设备10的电压变化的方法而言,对蓄电设备10供给恒流,并测定与供给了恒流的蓄电设备10相关的电压,并检测测定出的所述蓄电设备的电压变化。该方法基于成为蓄电设备10的基准的电特性,来获取根据蓄电设备10的自放电电流或放电电阻的大小而变化的蓄电设备10的电压变化。
上述的成为蓄电设备10的基准的电特性是指在本实施方式中蓄电设备10的开路状态下的电特性,具体而言是蓄电设备10的开路电压的变动。本实施方式中的测定装置1C基于蓄电设备10的开路电压的变动来校正检测出的供给了恒流的蓄电设备10的电压变化的结果,由此获取蓄电设备10的校正后的电压变化。具体而言如下所述。
本实施方式中的包括检测蓄电设备10的电压变化的检测装置的测定装置1C具备控制器50C的电压获取部53,获取用于特定蓄电设备10的开路电压的变动的变动信息。此外,测定装置1C具备:恒流源20C,对蓄电设备10供给恒流;以及电压传感器40C,测定供给了恒流的蓄电设备10的电压。测定装置1C还具备控制器50C的运算部55,基于测定出的蓄电设备10的电压来检测蓄电设备10的电压变化。然后运算部55基于变动信息来校正检测出的蓄电设备10的电压变化。
然后,本实施方式中的测定蓄电设备10的状态的测定装置1C具备上述恒流源20C、电压传感器40C以及电压获取部53。除此以外,测定装置1C具备运算部55,基于作为测定出的蓄电设备10的电压的测定电压的变化来对蓄电设备10的内部状态进行运算。然后运算部55基于变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。
而且,本实施方式中的测定蓄电设备10的状态的测定方法具备获取步骤(SC1),获取用于特定蓄电设备10的开路电压的变动的变动信息。此外,该测定方法具备:供给步骤(SC2),对蓄电设备10供给恒流;以及测定步骤(SC3),测定供给了恒流的蓄电设备10的电压。而且,该测定方法具备运算步骤(SC4),基于测定出的蓄电设备10的测定电压的变化来对蓄电设备10的内部状态进行运算。然后运算步骤(SC4)基于变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。
首先,蓄电设备10的内部状态的不同容易表现于蓄电设备10的电压的时间变化的不同。因此,根据上述构成,对蓄电设备10供给恒流,因此能使蓄电设备10的电压变化变大。因此,能缩短求出蓄电设备10的电压变化和内部状态的时间。
除此以外,根据上述构成,基于蓄电设备10的变动信息来校正供给了恒流的蓄电设备10的测定电压的变化,因此能减少因恒流供给而引起的电压变化分量以外的变动分量。
例如,如图21所示,蓄电设备10的充放电后,蓄电设备10的开路电压稳定需要时间。如图24所示,对在充放电后经过了几百[s]的程度而言,伴随着通常的充放电的变动分量(Lm0)远大于因向蓄电设备10的恒流供给而引起的电压变化分量(Ln1C)。
在这样的状况下,像上述实施方式那样,基于蓄电设备10的变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化,由此大致去除了伴随着充放电的电压变动分量。因此,能高精度地测定蓄电设备10的状态。由此,可以不等待蓄电设备10的测定直至蓄电设备10的开路电压稳定为止,因此能快速开始蓄电设备10的测定。
而且,发明者发现即使容纳蓄电设备10的房间的环境温度仅变化约1.0[℃],也会影响测定装置1C的测定精度。在图25所示的例子中,因恒流的供给而引起的电压变化分量(Ln1C)是100[s]为5[μV]左右的变化量,这与环境温度100[s]变化了约0.5[℃]时的蓄电设备10的开路电压的变动量为相同程度。
因此,在蓄电设备10的环境温度逐渐上升或下降那样的环境下,预先获取其变动信息,基于该变动信息来校正测定电压的变化,由此能降低测定电压中的伴随着温度变动的电压变动分量。由此,即使不等待蓄电设备10的环境温度稳定也能高精度地求出蓄电设备10的状态。
像这样,通过使用蓄电设备10的变动信息,抑制了蓄电设备10的充放电后的开路电压的变动或伴随着环境温度的变化的开路电压的变动等因环境而引起的变动分量。因此,不需要等待测定直至因蓄电设备10的电压的环境而引起的变动分量收敛。
像以上那样,根据上述构成,能对蓄电设备10供给恒流而使蓄电设备10的测定电压的变化变大,并且降低该测定电压所含的因环境而引起的变动分量。因此,能在短时间内求出蓄电设备10的状态。
此外,本实施方式中的电压传感器40C测定蓄电设备10的开路电压,并将表示测定出的开路电压的信号作为蓄电设备10的变动信息输出至控制器50C。其后,电压传感器40C测定供给了恒流的蓄电设备10的电压。
根据该构成,出特定蓄电设备10的开路电压的实际的变动状况,因此能准确地提取因向蓄电设备10的恒流供给而引起的测定电压的变化分量。此外,向蓄电设备10的恒流的供给结束后的蓄电设备10的电压变动容易随着恒流的供给而变得不稳定。因此,通过将恒流的供给开始前的蓄电设备10的电压变动作为变动信息来使用,能排除伴随着向蓄电设备10的恒流供给的测定电压的变动分量。由此,能准确地校正在供给了恒流的状态下的蓄电设备10的测定电压的变化。
此外,本实施方式中的运算部55包括电压变化检测部551,基于蓄电设备10的测定电压来检测其测定电压的变化。此外,运算部55包括电压变化校正部552,从检测出的测定电压的变化减去由变动信息所特定的开路电压的变动来校正测定电压的变化。
根据该构成,使用蓄电设备10的变动信息通过简单的运算处理来校正测定电压的变化,因此能降低运算部55的处理负担。
此外,本实施方式中的恒流源20C供给在蓄电设备10小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
根据该构成,对蓄电设备10供给的恒流的大小小,因此流过蓄电部13的电流Ist[A]相对于流过内部电阻14的电流Iir[A]的比率变大。因此,由并联电阻15的有无而引起的充电曲线的斜率的差变大,因此容易求出蓄电设备10的状态。
(第八实施方式)
接着,对第八实施方式的测定装置1C的控制器50C进行说明。本实施方式的测定装置1C的基本构成与图18和图19所示的构成相同,对与第七实施方式重复的说明进行省略。以下,将图18所示的蓄电设备10的并联电阻15的电阻值称为放电电阻Rpr,将流过并联电阻15的电流称为自放电电流Ipr。而且,将自放电电流Ipr和放电电阻Rpr中的至少一方也称为“与自放电相关的参数”。
本实施方式中的控制器50C基于在对蓄电设备10供给了恒流的状态下电压传感器40C测定出的蓄电设备10的测定电压,来对与自放电相关的参数进行运算作为蓄电设备10的内部状态。该点与上述的第七实施方式不同。
具体而言,恒流源20C对蓄电设备10依次供给电流值不同的恒流,电压传感器40C按每个对蓄电设备10供给的恒流测定蓄电设备10的测定电压。然后控制器50C按每个恒流,基于电压传感器40C测定出的蓄电设备10的测定电压的变化来对放电电阻Rpr和自放电电流Ipr进行运算。
控制器50C的测定指令部52构成切换单元,切换对蓄电设备10供给的恒流。
在本实施方式中,测定指令部52将从恒流源20C对蓄电设备10供给的恒流在示出第一电流值的恒流与示出第二电流值的恒流之间切换。第一和第二电流值存储于恒流存储部541。以下,将示出第一电流值的恒流也简称为“第一恒流”,将示出第二电流值的恒流也简称为“第二恒流”。
第一电流值与第七实施方式同样,设定为蓄电设备10的自放电电流Ipr的基准值的一倍或几倍,在本实施方式中,设定为自放电电流Ipr的基准值的一倍的10[μA]。此外,第二电流值设定为蓄电设备10的自放电电流Ipr的基准值的几十倍以上,在本实施方式中,设定为自放电电流Ipr的基准值的五十倍。像这样,第一和第二电流值均基于自放电电流Ipr的值而被预先决定。
自放电电流Ipr的基准值是已知的信息,例如,使用将多个蓄电设备10的自放电电流Ipr汇总的统计数据或电特性正常的特定的蓄电设备10的自放电电流Ipr的试验结果等来预先决定。
控制器50C的电压变化检测部551构成检测单元,按每个从恒流源20C供给了的恒流的大小,基于蓄电设备10的测定电压来检测蓄电设备10的测定电压的变化。
在本实施方式中,电压变化检测部551按每个恒流的大小,基于开始供给恒流时的初始电压以及从恒流源20C供给了恒流的状态下的充电电压,来求出蓄电设备10的测定电压的时间变化的斜率。取而代之地,如图24所示,对于各个恒流,电压变化检测部551也可以求出将蓄电设备10的测定电压的时间变化进行了近似的近似直线Lm1,并将该近似直线Lm1的斜率作为测定电压的斜率来使用。
控制器50C的电压变化校正部552构成校正单元,按每个通过测定指令部52切换的恒流,基于蓄电设备10的变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。蓄电设备10的变动信息与第七实施方式同样,如图22所示,是用于特定蓄电设备10的开路电压的变动的信息,预先存储于变动信息存储部542。
在本实施方式中,电压变化校正部552与第七实施方式同样,从变动信息存储部542读出蓄电设备10的变动信息,并基于读出的变动信息来特定蓄电设备10的开路电压的变动。电压变化校正部552按每个恒流的大小,将特定出的开路电压的变动从电压变化检测部551检测出的蓄电设备10的测定电压的变化上减去来校正蓄电设备10的测定电压的变化。
例如,电压变化校正部552基于蓄电设备10的变动信息,求出恒流的供给开始前的蓄电设备10的开路电压的电压变动的斜率。然后电压变化校正部552按每个恒流的大小,从电压变化检测部551检测出的测定电压的变化减去求出的电压变动的斜率来计算校正后的测定电压的变化。
具体而言,如图24所示,电压变化校正部552基于存储于变动信息存储部542的变动信息,来求出将蓄电设备10的开路电压的电压变动进行了近似的近似直线Lm0的斜率。然后电压变化校正部552从表示以第一恒流充电的蓄电设备10的测定电压的变化的近似直线Lm1的斜率减去近似直线Lm0的斜率,来计算将校正后的测定电压的变化进行了近似的直线的斜率。
而且,电压变化校正部552从表示以第二恒流充电的蓄电设备10的测定电压的变化的近似直线Lm2的斜率减去近似直线Lm0的斜率,来计算将校正后的测定电压的变化进行了近似的直线的斜率。以下,将将校正后的测定电压的变化进行了近似的直线的斜率简称为“校正后的测定电压的斜率”。像这样,电压变化校正部552按每个恒流的大小而对校正过的测定电压的变化率进行计算。
取而代之地,电压变化校正部552基于变动信息来求出单位蓄电设备10的测定时间的开路电压的变动量。并且,也可以使用将求出的变动量从蓄电设备10的单位测定时间的测定电压的变化量减去而得到的值作为校正后的测定电压的变化。
控制器50C的内部状态运算部553构成自放电运算单元,基于按每个恒流而校正过的蓄电设备10的测定电压的变化来对蓄电设备10的自放电电流Ipr或放电电阻Rpr进行运算。
在本实施方式中,内部状态运算部553使用按每个恒流而求出的校正后的电压变化的斜率以及求出图18所示的蓄电部13的静电电容Cst的算式,来对蓄电设备10的自放电电流Ipr进行运算。在此,对蓄电设备10的自放电电流Ipr的运算方法进行说明。
就求出蓄电部13的静电电容Cst的算式而言,可以使用以第一恒流对蓄电设备10充电时的校正后的测定电压的斜率A1和对蓄电部13充电的电流Ist[A]来表示。对蓄电部13充电的电流Ist[A]是蓄积于静电电容Cst的每单位时间的电荷量。电流Ist[A]相当于从对蓄电设备10供给的第一恒流的电流值I1减去流过并联电阻15的自放电电流Ipr而得到的值(I1-Ipr)。
因此,求出蓄电部13的静电电容Cst的算式可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr、第一电流值I1以及以第一恒流对蓄电设备10充电时的校正后的测定电压的斜率A1来表示。将求出蓄电部13的静电电容Cst的算式示于以下算式(16)。
[数式16]
同样地,求出蓄电部13的静电电容Cst的算式可以使用自放电电流Ipr、第二电流值I2以及以第二恒流随蓄电设备10充电时的校正后的测定电压的斜率A2,像以下算式(17)那样表示。
[数式17]
在以上算式(17)中,对蓄电部13充电的电流Ist[A]相当于从第二恒流的电流值I2减去自放电电流Ipr而得到的值(I2-Ipr)。然而,示出作为流过图18所示的内部电阻14的电流的第二电流值I2的恒流如上所述充分大于流过并联电阻15的自放电电流Ipr,因此能近似为以下算式(18)那样。
[数式18]
I2≈(I2-Ipr)···(18)
因此,在以上算式(17)中,代替从第二恒流的电流值I2减去自放电电流Ipr而得到的电流值(I2-Ipr),而使用第二恒流的电流值I2。接下来,若以算式(17)和算式(18)对自放电电流Ipr进行求解,则导出以下算式(19)。
[数式19]
像这样,将按每个恒流而求出的校正后的测定电压的斜率A1、A2和恒流的电流值I1、I2,代入作为求出蓄电部13的静电电容Cst的算式的算式(16)、算式(17)。由此,能计算出蓄电设备10的自放电电流Ipr。
接下来,内部状态运算部553基于计算出的自放电电流Ipr来对蓄电设备10的放电电阻Rpr进行运算。
在本实施方式中,内部状态运算部553将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以蓄电设备10的自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。蓄电设备10的开路电压(OCV)可以使用在开始供给恒流前由电压传感器40C测定的蓄电设备10的电压值,或者也可以使用使用蓄电设备10的试验结果等而预先决定的电压值。
取而代之地,内部状态运算部553也可以预先存储表示蓄电设备10的自放电电流Ipr与放电电阻Rpr的关系的对应表或函数,使用该对应表或函数来计算放电电阻Rpr。
最后,内部状态运算部553基于计算出的放电电阻Rpr来判定蓄电设备10是否正常。
在本实施方式中,内部状态运算部553判定蓄电设备10的放电电阻Rpr的计算值是否在规定的电阻范围内。就规定的电阻范围的上限值和下限值而言,使用将多个蓄电设备10的放电电阻Rpr汇总的统计数据或电特性正常的特定的蓄电设备10的试验结果等来预先决定。
然后,在判定为放电电阻Rpr的计算值在规定的电阻范围内的情况下,内部状态运算部553判定蓄电设备10为正常的状态。此外,在判定为放电电阻Rpr的计算值不在规定的范围内的情况下,内部状态运算部553判定为蓄电设备10异常。
取而代之地,也可以将按每个放电电阻Rpr而表示蓄电设备10的正常或异常的诊断表预先存储于存储部54。在该情况下,当计算出蓄电设备10的放电电阻Rpr时,内部状态运算部553参照诊断表,对与计算出的放电电阻Rpr建立了对应的蓄电设备10的内部状态进行特定。
需要说明的是,在本实施方式中内部状态运算部553基于放电电阻Rpr的计算值进行了蓄电设备10的良否判定,但取而代之地,也可以使用自放电电流Ipr的计算值来判定蓄电设备10是否为正常的状态。在该情况下,控制器50C判定自放电电流Ipr的计算值例如是否在规定的电流范围内,当判定为其计算值在规定的电流范围内时,判定为蓄电设备10为正常的状态。
此外,在本实施方式中测定指令部52以对蓄电设备10依次供给电流值不同的恒流的方式控制恒流源20C的动作。然而,若蓄电部13的静电电容Cst已知,则也可以仅供给示出第一电流值I1的恒流。在该情况下,蓄电部13的静电电容Cst预先存储于存储部54。然后,内部状态运算部553将蓄电部13的静电电容Cst、第一电流值I1以及与第一电流值I1对应的校正后的测定电压的斜率A1代入以上算式(16)来计算自放电电流Ipr。
就存储于存储部54的静电电容Cst而言,使用将多个蓄电设备10中的蓄电部13的静电电容Cst汇总的统计数据或特定的蓄电设备10的试验结果等来预先决定。取而代之地,内部状态运算部553也可以以示出第二电流值I2的恒流对蓄电设备10充电,将此时的校正后的测定电压的斜率A2和第二电流值I2代入以上算式(17)来求出蓄电部13的静电电容Cst。
接着,参照图26,对使用第八实施方式的测定装置1C的测定方法进行说明。图26是表示通过测定装置1C的控制器50C执行的状态运算处理(SC4)的一个例子的流程图。
代替图23所示的步骤SC43和SC44的处理,本实施方式中的状态运算处理(SC4)具备步骤SC51至SC56的处理。在此,仅对步骤SC51至SC56的各处理进行说明,对于其他的处理而言,由于与第七实施方式相同,因此赋予同一附图标记而省略说明。
在步骤SC42中,控制器50C求出将以在图20的步骤SC2中设定的示出第一电流值I1的恒流充电时的蓄电设备10的测定电压的变化进行了近似的近似直线Lm1,并获取近似直线Lm1的斜率,并向步骤SC51前进。
在步骤SC51中,控制器50C对从恒流源20C对蓄电设备10供给的恒流进行切换。在本实施方式中,控制器50C从第一恒流向示出大于第一电流值I1的第二电流值I2的恒流切换。
步骤SC52和步骤SC53的处理分别与步骤SC41和步骤SC42的处理相同。因此,在步骤SC52和SC53中,控制器50C仅在规定的时间测定供给了第二恒流的状态下的蓄电设备10的电压,求出将以第二恒流充电时的测定电压的变化进行了近似的近似直线Lm2并获取近似直线Lm2的斜率。
在步骤SC54中,控制器50C按每个示出第一电流值I1和第二电流值I2的恒流的大小,基于蓄电设备10的变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。
在本实施方式中,如图24所示,控制器50C基于存储于变动信息存储部542的变动信息,来求出将恒流的供给开始前的蓄电设备10的开路电压的电压变动进行了近似的近似直线Lm0的斜率。控制器50C从将以示出第一电流值I1的恒流充电时的测定电压的变化进行了近似的近似直线Lm1的斜率,减去近似直线Lm0的斜率,来计算将校正后的测定电压的变化进行了近似的直线的斜率A1。
而且,控制器50C从将以示出第二电流值I2的恒流充电时的测定电压的变化进行了近似的近似直线Lm2的斜率减去近似直线Lm0的斜率,来计算将校正后的测定电压的变化进行了近似的近似直线的斜率A2。像这样,控制器50C按每个恒流的大小而校正测定电压的变化。
在步骤SC55中,控制器50C基于按每个恒流而校正过的近似直线的斜率A1、A2,来对蓄电设备10的放电电阻Rpr进行运算。
在本实施方式中,控制器50C将第一电流值I1、校正后的近似直线的斜率A1、第二电流值I2以及校正后的近似直线的斜率A2代入以上算式(19)来计算蓄电设备10的自放电电流Ipr。然后控制器50C将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以蓄电设备10的自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。
在步骤SC56中,控制器50C基于计算出的蓄电设备10的放电电阻Rpr来判定蓄电设备10是否正常。
在本实施方式中,控制器50C判定放电电阻Rpr的计算值是否在规定的电阻范围内。在判定为放电电阻Rpr的计算值在规定的电阻范围内的情况下,蓄电设备10为正常的状态,因此控制器50C向步骤SC45前进。另一方面,在判定为放电电阻Rpr的计算值不在规定的电阻范围内、即大于电阻范围的上限值或小于电阻范围的下限值的情况下,蓄电设备10为异常的状态,控制器50C向步骤SC46前进。
通过执行以上的状态运算处理(SC4),来完成蓄电设备10的良否判定。
需要说明的是,在图27所示的例子中,控制器50C仅对恒流的大小进行一次切换并求出蓄电设备10的电压变化的斜率两次,由此计算出自放电电流Ipr。取而代之地,控制器50C也可以对恒流的大小进行多次切换并依次求出将测定电压的变化进行了近似的近似直线的斜率,由此计算出多个自放电电流Ipr,将这些的平均值或中位值等统计值作为最终结果来使用。
此外,在本实施方式中控制器50C对从恒流源20C向蓄电设备10的正极电极11供给的恒流的大小进行切换并计算出自放电电流Ipr,但不限于此。例如,也可以将恒流源20C与蓄电设备10的连接关系颠倒,将恒流从恒流源20C向蓄电设备10的负极电极12供给而将蓄电设备10放电,在该状态下对恒流的大小进行切换。在该情况下,也能如上述实施方式那样计算自放电电流Ipr。
而且,在本实施方式中对从恒流源20C对蓄电设备10供给的恒流的大小进行了切换,但即使对恒流的方向进行了切换也能计算自放电电流Ipr和放电电阻Rpr。以下,对在切换了对蓄电设备10供给的恒流的方向的情况下的对蓄电设备10的自放电电流Ipr进行运算的方法进行简单说明。
蓄电部13的静电电容Cst可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr和以示出第一电流值I1的恒流对蓄电设备10充电时的校正后的测定电压的斜率Ac,如以下算式(20)那样表示。而且蓄电部13的静电电容Cst可以使用蓄电设备10的自放电电流Ipr和由于示出第二电流值I2的恒流而使蓄电设备10放电时的测定电压的斜率Ad,如以下算式(21)那样表示。
[数式20]
[数式21]
若以上述的算式(20)和算式(21)对自放电电流Ipr进行求解,则导出以下算式(22)。
[数式22]
因此,将以示出第一电流值I1的恒流充电时的校正后的测定电压的斜率Ac,和由于示出第二电流值I2的恒流而放电时的校正后的测定电压的斜率Ad代入以上算式(22),由此能计算自放电电流Ipr。将蓄电设备10的开路电压除以计算出的自放电电流Ipr来计算放电电阻Rpr。
在该情况下,就第一电流值I1和第二电流值I2而言,至少一方的绝对值设定为自放电电流Ipr的基准值的一倍或几倍即可,双方的绝对值可以为相同的值也可以为不同的值。例如,第一电流值I1设为自放电电流Ipr的基准值的一倍的10[μA],第二电流值I2设定为将第一电流值I1乘以“-1”而得到的值,即设定为-10[μA]。此外,就电压变化的斜率Ac、Ad而言,通过与图25所示的方法同样的方法来获取。
此外,在本实施方式中控制器50C对恒流的大小进行了切换,但也可以在对恒流的大小进行了切换后对恒流的方向进行切换,也可以在对恒流的方向进行了切换后对恒流的大小进行切换。在该情况下,能获得多个自放电电流Ipr,因此可以将这些的平均值等作为最终结果来使用。
此外,在本实施方式中控制器50C对恒流进行切换而计算出蓄电设备10的自放电电流Ipr,但也可以不对恒流进行切换而计算自放电电流Ipr。
例如,若算式(16)中的静电电容Cst已知,则也可以求出以第一恒流充电时的校正后的测定电压的斜率A1,将所述斜率A1、第一电流值I1以及已知的静电电容Cst代入以上算式(16)来计算自放电电流Ipr。或者,也可以将预先实测的值或预测值分别代入以上算式(16)中的静电电容Cst和第一电流值I1,生成表示近似直线的斜率A1与自放电电流Ipr的对应关系的对应表,将其预先存储于控制器50C。在该情况下,当求出了将校正后的测定电压进行了近似的近似直线的斜率A1时,控制器50C参照对应表,计算与求出的近似直线的斜率A1建立有关系的自放电电流Ipr。
此外,如上所述,将蓄电设备10的开路电压(OCV)除以自放电电流Ipr来计算蓄电设备10的放电电阻Rpr。因此,若蓄电设备10的开路电压(OCV)已知,则也可以生成表示近似直线的斜率A1与放电电阻Rpr的关系的对应表并预先存储于控制器50C。在该情况下,当求出了将校正后的测定电压进行了近似的近似直线的斜率A1时,控制器50C参照对应表,计算与求出的近似直线的斜率A1建立有关系的放电电阻Rpr。
像以上那样,控制器50C在短时间内检测蓄电设备10的一个或多个测定电压的变化,并基于校正过的检测出的测定电压的变化信息来计算自放电电流Ipr或放电电阻Rpr。由此,能确保推定蓄电设备10的内部状态的精度,并且快速开始蓄电设备10的测定。
接着,对第八实施方式的作用效果进行说明。
本实施方式中的测定装置1C的控制器50C具备电压变化校正部552,基于蓄电设备10的变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。此外,控制器50C具备内部状态运算部553,基于校正过的蓄电设备10的测定电压的变化来对蓄电设备10的自放电电流Ipr或放电电阻Rpr进行运算。
根据该构成,电压变化校正部552校正蓄电设备10的测定电压的变化,因此能快速开始蓄电设备10的测定。除此以外,内部状态运算部553例如能通过使用上述的算式(16)、算式(19)或算式(22),基于校正后的测定电压的变化来求出蓄电设备10的自放电电流Ipr或放电电阻Rpr。
因此,能快速开始蓄电设备10的测定,并且能在短时间内求出蓄电设备10的自放电状态。
此外,本实施方式中的控制器50C还具备测定指令部52,切换对蓄电设备10供给的恒流。然后电压变化校正部552对于测定指令部52按每个切换的恒流,基于上述的变动信息来校正蓄电设备10的测定电压的变化。内部状态运算部553基于按每个恒流而校正过的蓄电设备10的测定电压的变化,来对蓄电设备10的自放电电流Ipr或放电电阻Rpr进行运算。
根据该构成,测定指令部52切换恒流,由此按每个相互不同的恒流而获得校正后的测定电压的变化,因此例如能通过使用以上算式(19)或以上算式(22)来计算自放电电流Ipr。像这样,使用作为测定对象的蓄电设备10的实测值来获得与自放电相关的参数,因此与使用理论值或预测值的情况相比较,能抑制与自放电相关的参数的误差。
此外,本实施方式中的测定指令部52将对蓄电设备10供给的恒流在用于检测自放电电流Ipr的第一恒流和大于第一恒流的第二恒流之间切换。
根据该构成,从恒流源20C对蓄电设备10供给大于第一恒流的第二恒流,因此蓄电设备10的测定电压的变化变大,能在短时间内高精度地求出测定电压的变化的斜率A2。而且,表示通过电压传感器40C检测的电压的电信号的信噪(S/N)比变高,因此能提高计算测定电压的变化的斜率A2的精度。
例如,在蓄电设备10的开路电压如图22所示的那样变动的情况下,若不校正测定电压的变化,则放电电阻Rpr的计算值成为真值的十分之一左右的值。与此相对,通过像本实施方式那样校正测定电压的变化,即使在蓄电设备10本身产生电压变动的状态下,也能使放电电阻Rpr的计算值接近真值。
(第九实施方式)
接着,参照图27,对第九实施方式的测定装置2C进行说明。图27是表示测定装置2C的构成的图。除了图18所示的构成以外测定装置2C还具备基准电压源30C。对于其他的构成而言,由于与图18所示的构成相同,因此赋予同一附图标记而省略说明。
基准电压源30C构成电压生成单元,生成相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压。基准电压源30C例如由电压生成电路构成。例如,在蓄电设备10的电压为3[V]左右的情况下,基准电压源30C的基准电压相对于蓄电设备10的电压设定于从“-1V”至“+1V”的范围内。
电压传感器40C测定供给了恒流的状态下的蓄电设备10的测定电压与基准电压的电位差。即,电压传感器40C间接地测定蓄电设备10的测定电压的变化。电压传感器40C将表示测定出的电位差的电信号输出至控制器50C。
就控制器50C而言,基本上与图19所示的功能构成相同,执行图20和图23所示的第七实施方式的测定方法或图20和图25所示的第八实施方式的测定方法。
控制器50C基于蓄电设备10的变动信息以及供给了恒流的蓄电设备10的电压与基准电压的电位差,来校正测定出的电位差的变化。然后,构成运算单元,基于校正过的电位差的变化来对蓄电设备10的内部状态进行运算。
在本实施方式中,控制器50C基于从电压传感器40C输出的电信号来检测蓄电设备10的测定电压的时间变化,并基于蓄电设备10的变动信息来校正检测出的测定电压的时间变化。然后控制器50C基于校正过的测定电压的时间变化,来测定蓄电设备10的内部状态的良否或自放电状态。
此时,作为变动信息,例如使用表示蓄电设备10的测定开始前或测定结束后的蓄电设备10的开路电压与基准电压的电位差的时间变化的实测数据。取而代之地,也可以使用表示测定开始前或测定结束后的蓄电设备10的开路电压本身的时间变化的实测数据、统计数据、理论数据或模拟结果等。
根据第九实施方式,本实施方式中的测定装置2C还具备基准电压源30C,生成相对于蓄电设备10的电压成为基准的基准电压。电压传感器40C将蓄电设备10的测定电压与基准电压的电位差作为蓄电设备10的测定电压来测定。此外,控制器50C根据基于蓄电设备10的变动信息而校正的电位差的变化来对蓄电设备10的内部状态进行运算。
根据该构成,通过测定从恒流源20C供给了恒流的蓄电设备10的测定电压与基准电压源30C的基准电压的电位差,去除了蓄电设备10的电压的直流分量的一部分。由此,能提高电压传感器40C的分辨率。由此,降低了电压传感器40C的内部噪声的影响,因此能缩短测定时间。
除此以外,通过校正测定出的电压差的变化,能随着提高电压传感器40C的分辨率,而准确地去除容易表现于测定出的电位差的变化的因环境而引起的变动分量。由此,降低因蓄电设备10的环境引起的变动分量,并且提高电压传感器40C的分辨率,因此能高精度地检测蓄电设备10的测定电压的变化。
在第九实施方式中基准电压源30C由电压生成电路构成,但基准电压源30C也可以由与蓄电设备10为相同种类的其他的蓄电设备构成。通过测定在相同的环境下的蓄电设备10与其他的蓄电设备的电位差,去除了伴随着蓄电设备10的温度变化的电压变动分量,因此能提高因蓄电设备10的内部状态的不同引起的电压变化的检测精度。
以上,对第七至第九实施方式进行了说明,但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例子的一部分,并非旨在将本发明的技术的范围限定于上述实施方式的具体的构成。
例如,蓄电设备10的电压变化的程度根据蓄电设备10的内部温度而改变。利用该性质将表示蓄电设备10的电压变化与内部温度的关系的温度表预先存储于控制器50C。控制器50C也可以基于校正过的蓄电设备10的测定电压的变化来推定蓄电设备10的内部温度。
此外,在上述实施方式中使用蓄电设备10的校正后的电压变化而计算出自放电电流Ipr和放电电阻Rpr,但取而代之地或除此以外,也可以计算蓄电部13的静电电容Cst。例如,将以表示第二电流值I2的恒流对蓄电设备10充电时的校正后的电压变化的斜率A2和第二电流值I2代入以上算式(17)来计算蓄电部13的静电电容Cst。
除此以外,控制器50C也可以基于计算出的静电电容Cst来判定蓄电设备10的内部状态。例如,控制器50C通过判定静电电容Cst的计算值是否在规定的正常范围内,来判定蓄电设备10的良否。
此外,在上述实施方式中测定了一个蓄电设备10的内部状态,但也可以对串联连接有多个蓄电设备10的蓄电模块的内部状态进行测定。此外,在图18和图27所示的测定装置1C、2C中包括显示部60C和操作部70C,但也可以省略显示部60C和操作部70C中至少一个。
第一至第九实施方式的测定装置1、1A、1B、1C、2B、2C像以上那样作为检测蓄电设备10的电压变化的装置而发挥功能。该装置对蓄电设备10供给恒流,并测定与供给了恒流的蓄电设备10相关的电压,并检测测定出的蓄电设备10的电压变化。然后上述装置基于成为蓄电设备10的基准的电特性来获取蓄电设备10的电压变化。
本申请基于2020年1月17日向日本专利局申请的日本特愿2020-006174、日本特愿2020-006176以及日本特愿2020-006179主张优先权,该申请的全部内容通过参照并入本说明书。
附图标记说明:
1、1A、1B、1C、2B、2C:测定装置(装置);
10、10A:蓄电设备;
13:蓄电部;
14:内部电阻;
15:并联电阻;
20、20B、20C:恒流源(供给单元);
30、30A:基准电压源(电压生成单元);
40、40B、40C:电压计、电压传感器(测定单元);
50、50B、50C:控制器(处理单元、运算单元);
S2、S3、S4:(测定步骤、供给步骤、处理步骤);
SB1、SB4、SB5、SB6:(确定步骤、供给步骤、测定步骤、运算步骤)。
Claims (29)
1.一种检测蓄电设备的电压变化的装置,具备:
供给单元,对所述蓄电设备供给恒流;
测定单元,测定与供给了所述恒流的所述蓄电设备相关的电压;以及
处理单元,检测测定出的所述蓄电设备的电压变化,
基于成为所述蓄电设备的基准的电特性来获取所述蓄电设备的电压变化。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,
所述蓄电设备的电压变化根据所述蓄电设备的自放电电流或放电电阻的大小而变化。
3.一种蓄电设备的测定装置,其是如权利要求1或2所述的装置测定所述蓄电设备的状态的测定装置,其中,
所述处理单元具备:运算单元,基于检测出的所述电压变化来对所述蓄电设备的内部状态进行运算。
4.根据权利要求3所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述测定装置具备:电压生成单元,生成相对于所述蓄电设备的电压成为基准的基准电压作为所述电特性,
所述测定单元测定所述蓄电设备的电压与所述基准电压的电位差,
所述运算单元将测定出的所述电位差的变化作为所述电压变化来检测。
5.根据权利要求4所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述测定单元具备:
电阻元件,连接于所述蓄电设备和所述电压生成单元的正极间;以及
元件检测单元,将在所述电阻元件产生的电压作为所述电位差来检测。
6.根据权利要求5所述的蓄电设备的测定装置,其中,
流过所述电阻元件的电流小于所述恒流。
7.根据权利要求5或6所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述基准电压设定为在所述电阻元件产生的电压小于所述蓄电设备的电压。
8.根据权利要求7所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述电压生成单元包括其他的蓄电设备。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述运算单元基于测定出的所述电位差的变化来生成与所述蓄电设备的自放电状态相关的信息。
10.根据权利要求9所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述信息包括表示所述蓄电设备的自放电电流或放电电阻的内部信息以及表示所述蓄电设备的良否的判定信息中的至少一个。
11.根据权利要求3所述的蓄电设备的测定装置,其中,
在所述蓄电设备的电压为基于所述电特性的规定的值时,所述供给单元对所述蓄电设备供给恒流,
所述规定的值基于用于特定所述蓄电设备的电压与所述蓄电设备的静电电容分量的关系的数据来决定。
12.根据权利要求11所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述规定的值设定为所述蓄电设备的电压由于放电或充电而变化的范围中的、所述蓄电设备的静电电容分量低于阈值的电压值。
13.根据权利要求12所述的蓄电设备的测定装置,其中,
基于所述蓄电设备的静电电容分量的最大值或平均值来设定所述阈值。
14.根据权利要求3所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述测定装置具备:获取单元,获取用于特定所述蓄电设备的开路电压的变动的信息作为所述电特性,
所述运算单元具备:
检测单元,基于作为所述测定单元测定出的所述蓄电设备的电压的测定电压来检测该测定电压的变化;以及
校正单元,基于所述信息来校正检测出的所述测定电压的变化。
15.根据权利要求14所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述测定单元测定所述蓄电设备的开路电压并将表示该开路电压的大小的信号作为所述信息输出,并在其后测定供给了所述恒流的所述蓄电设备的测定电压。
16.根据权利要求14或15所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述校正单元从所述检测单元检测出的所述测定电压的变化减去由所述信息特定的所述开路电压的变动来校正该测定电压的变化。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述运算单元具备:
自放电运算单元,基于校正过的所述测定电压的变化来对所述蓄电设备的自放电电流或放电电阻进行运算。
18.根据权利要求17所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述测定装置还具备:切换单元,切换对所述蓄电设备供给的所述恒流,
所述校正单元按每个通过所述切换单元而切换的恒流基于所述信息来校正所述蓄电设备的测定电压的变化,
所述自放电运算单元基于按每个所述恒流校正过的测定电压的变化来对所述自放电电流或放电电阻进行运算。
19.根据权利要求18所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述切换单元将对所述蓄电设备供给的恒流在用于检测所述自放电电流的第一恒流与大于所述第一恒流的第二恒流之间切换。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述测定装置还具备:电压生成单元,生成相对于所述蓄电设备的电压成为基准的基准电压,
所述测定单元测定所述蓄电设备的电压与所述基准电压的电位差作为所述测定电压,
所述运算单元基于校正过的所述电位差的变化来对所述蓄电设备的内部状态进行运算。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的蓄电设备的测定装置,其中,
所述供给单元供给在所述蓄电设备小于过电压、主要发生双电层反应的大小的恒流。
22.一种检测蓄电设备的电压变化的方法,具备:
供给步骤,对所述蓄电设备供给恒流;
测定步骤,测定与供给了所述恒流的所述蓄电设备相关的电压;以及
处理步骤,检测测定出的所述蓄电设备的电压变化,
基于成为所述蓄电设备的基准的电特性来获取所述蓄电设备的电压变化。
23.一种蓄电设备的测定方法,其是如权利要求22所述的方法测定所述蓄电设备的状态的测定方法,其中,
所述测定方法具备:确定步骤,基于所述电特性中的所述蓄电设备的电压与所述蓄电设备的静电电容分量的关系来确定测定所述蓄电设备的状态时的电压值,
在所述供给步骤中,在所述蓄电设备的电压为所述电压值时,对所述蓄电设备供给恒流,
在所述处理步骤中,基于测定出的所述蓄电设备的电压变化来对所述蓄电设备的内部状态进行运算。
24.根据权利要求23所述的蓄电设备的测定方法,其中,
在所述确定步骤中,以避开所述蓄电设备的电压由于放电或充电而变化的范围中的所述蓄电设备的静电电容分量成为最大的特定的电压值附近的方式来确定所述电压值。
25.根据权利要求23或24所述的蓄电设备的测定方法,其中,
在所述确定步骤中,使所述电压值低于所述蓄电设备的静电电容分量成为最大的特定的电压值。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的蓄电设备的测定方法,其中,
所述测定方法具备:
控制步骤,进行对所述蓄电设备充电或放电的控制;
控制测定步骤,在进行所述控制时,测定所述蓄电设备的电压;以及
生成步骤,基于测定出的所述蓄电设备的电压来生成用于特定所述关系的数据。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的蓄电设备的测定方法,其中,
在所述确定步骤中,基于用于检测供给了所述恒流的所述蓄电设备的电压变化的时间或检测所需要的电压变化量来确定所述电压值。
28.一种蓄电设备的测定方法,其是如权利要求22所述的方法测定所述蓄电设备的状态的测定方法,其中,
所述测定方法具备:获取步骤,获取用于特定所述蓄电设备的开路电压的变动的信息作为所述电特性,
在所述处理步骤中,基于所述信息来校正测定出的所述蓄电设备的电压变化,并基于校正过的所述电压变化来对所述蓄电设备的内部状态进行运算。
29.一种蓄电设备的测定方法,其是如权利要求22所述的方法测定所述蓄电设备的状态的测定方法,其中,
所述测定方法具备:生成步骤,生成相对于所述蓄电设备的电压成为基准的基准电压,
在所述测定步骤中,测定所述蓄电设备的电压与所述基准电压的电位差,
在所述处理步骤中,检测测定出的所述电位差的变化作为所述电压变化,
基于检测出的所述电位差的变化来对所述蓄电设备的内部状态进行运算。
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