CN115210591A - 模拟电池控制装置、电子设备、充电器和模拟电池控制方法 - Google Patents

模拟电池控制装置、电子设备、充电器和模拟电池控制方法 Download PDF

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CN115210591A CN202180010055.9A CN202180010055A CN115210591A CN 115210591 A CN115210591 A CN 115210591A CN 202180010055 A CN202180010055 A CN 202180010055A CN 115210591 A CN115210591 A CN 115210591A
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Toyo Systems Co ltd
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Abstract

本发明提供一种能够提高通过模拟电池在各种条件下再现二次电池的特性的便利性的装置等。基于电子设备(200)和/或连接该电子设备(200)的充电器(400)与电池性能评价装置(100)的相互通信，控制搭载于该电子设备(200)的模拟电池(230)的动作，对指定负载(250)施加与电流指令值Icmd(t)对应的电压V(t)。并且，由该电子设备(200)的输出接口(204)输出与相应于该施加电压V(t)的指定负载(250)的动作特性OC(t)对应的动作特性信息Info(OC(t))。因此，用户不需要将电子设备(200)拿到专业机构等处，便能够掌握在对该电子设备(200)的指定负载(250)施加与电流指令值Icmd(t)对应的电压V(t)时的、该指定负载(250)的动作特性OC(t)，因此对电子设备(200)的用户而言能够提高便利性。

Description

模拟电池控制装置、电子设备、充电器和模拟电池控制方法
技术领域
本发明涉及一种模拟锂离子电池等二次电池的性能的技术。
背景技术
对于二次电池的内部电阻，将电阻R和电容C的并联电路多级连接来构成其等效电路，并讨论了电流-电压的行为波形的变化。但是，为了说明电压的数秒以上的瞬态响应波形，作为时间常数要素的电容器电容值不得不使用几百F到几千F的值。这样的值是不能与电池的AC特性的评估方法即AC阻抗及其等效电路模型相对应的数值，很难说再现了电池的性状。
作为二次电池的特性项目，有内部电阻。例如，在锂离子二次电池(以下称为LIB二次电池)中，由于电池内部的电极反应、SEI反应、离子的扩散反应等复杂的化学反应混杂地发生，因此电池电压的行为也不是能够将内部电阻视为单纯的直流电阻而应用欧姆定律的类别。
作为强化电池的内部电阻的方法，以往已知基于频率响应分析法(FRA：FrequencyResponse Analysis)的AC阻抗分析法，确立了应用等效电路的模型而将各种内部反应分解为几个时间常数要素进行解释的方法。在电池的秒级行为中，作为瓦尔堡(Warburg)电阻的扩散现象占支配性的影响，如何将该瓦尔堡电阻作为动作模型编入，决定了作为模型的性能。为了测定AC阻抗，需要频率响应分析仪(FRA)这样的专用装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5924617号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在实际使用时，二次电池与负载连接，反复进行充电和放电，在该情况下，作为用于获知二次电池的状态的基础信息，仅测定电压、电流和温度。在这样的状况下，电池的输出电压受到内部电阻的影响，此外，内部电阻自身也因温度条件或电池的劣化度而变化，需要对实际动作状态的电池的特性进行高精度再现的手段。
因此，本发明的目的在于提供一种能够提高通过模拟电池在各种条件下再现二次电池的特性的便利性的装置等。
用于解决课题的方法
本发明的模拟电池控制装置，其特征在于，具备：第一控制单元，其基于与电子设备的通信，确定二次电池模型的参数的值，该二次电池模型的参数的值表示在所述电子设备上作为电源已搭载的或要搭载的二次电池的输出电压的电流相关性；第二控制单元，其基于与所述电子设备的通信，识别指令电流值的时间序列，并在对由所述第一控制单元识别出所述参数的值的所述二次电池模型输入该指令电流值的时间序列时，计算从该二次电池模型输出的作为电压的变化方式的模型输出电压；以及第三控制单元，其基于与所述电子设备或作为所述二次电池的充电用电源的电源装置的通信，使已搭载于所述电子设备或所述电源装置的模拟电池对所述电子设备的指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压。
本发明的模拟电池控制方法，其特征在于，具备：第一控制步骤，基于与电子设备的通信，确定二次电池模型的参数的值，该二次电池模型的参数的值表示在所述电子设备上作为电源已搭载的或要搭载的二次电池的输出电压的电流相关性；第二控制步骤，基于与所述电子设备的通信，识别指令电流值的时间序列，并在对在所述第一控制步骤中识别出所述参数的值的所述二次电池模型输入该指令电流值的时间序列时，计算从该二次电池模型输出的作为电压的变化方式的模型输出电压；以及第三控制步骤，基于与所述电子设备或作为所述二次电池的充电用电源的电源装置的通信，使已搭载于所述电子设备或所述电源装置的模拟电池对所述电子设备的指定负载施加在所述第二控制步骤中计算出的所述模型输出电压。
本发明的电子设备，其要搭载作为电源的二次电池，其特征在于，具备：模拟电池；指定负载；第一设备控制单元，其基于与模拟电池控制装置的通信，使构成所述模拟电池控制装置的第一控制单元确定二次电池模型的参数的值，该二次电池模型的参数的值表示所述二次电池的输出电压的电流相关性；第二设备控制单元，其基于与所述模拟电池控制装置的通信，使构成所述模拟电池控制装置的第二控制单元识别指令电流值的时间序列，并在对由所述第一构建处理单元识别出所述参数的值的所述二次电池模型输入该指令电流值的时间序列时，计算从该二次电池模型输出的作为电压的变化方式的模型输出电压；以及第三设备控制单元，其基于与所述模拟电池控制装置的通信，使从所述模拟电池对所述指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压。
在本发明的电子设备中，优选地，所述第一设备控制单元基于与所述模拟电池控制装置的通信，使所述第一控制单元识别所述二次电池的劣化度，且将与该劣化度的差异对应的值确定为所述二次电池模型的参数的值。
在本发明的电子设备中，优选地，所述第一设备控制单元使用温度传感器来测量所述电子设备或所述模拟电池的温度，基于与所述模拟电池控制装置的通信，使所述第一控制单元识别所述电子设备或所述模拟电池的温度的测量结果，且将与该温度的测量结果的差异对应的值确定为所述二次电池模型的参数的值。
在本发明的电子设备中，优选地，以通过所述电子设备的输入接口存在第一指定操作为必要条件，所述第一设备控制单元使所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二设备控制单元使所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
在本发明的电子设备中，优选地，以通过所述电子设备的所述输入接口存在电源OFF操作作为所述第一指定操作为必要条件，所述第一设备控制单元使所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二设备控制单元使所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
在本发明的电子设备中，优选地，以所述电子设备连接于所述充电器为必要条件，所述第一设备控制单元使所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二设备控制单元使所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
在本发明的电子设备中，优选地，所述第三设备控制单元使所述电子设备的输出接口输出在使所述模拟电池对所述电子设备的所述指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压时的、与所述指定负载的动作特性相关的信息。
在本发明的电子设备中，优选地，以通过所述电子设备的输入接口存在第二指定操作为必要条件，所述第三设备控制单元基于与所述模拟电池控制装置的通信，使所述输出接口输出与所述指定负载的动作特性相关的信息。
在本发明的电子设备中，优选地，以通过所述电子设备的输入接口存在所述输出接口的休眠状态的解除操作作为所述第二指定操作为必要条件，所述第三设备控制单元基于与所述模拟电池控制装置的通信，使所述输出接口输出与所述指定负载的动作特性相关的信息。
在本发明的电子设备中，优选地，构成为能够搭载所述模拟电池作为所述二次电池的代替电池。
本发明的充电器，其与要搭载作为电源的二次电池的电子设备连接，其特征在于，具备：模拟电池；第一充电器控制单元，其基于与模拟电池控制装置的通信，使构成所述模拟电池控制装置的第一控制单元确定二次电池模型的参数的值，该二次电池模型的参数的值表示所述二次电池的输出电压的电流相关性；第二充电器控制单元，其基于与所述模拟电池控制装置的通信，使构成所述模拟电池控制装置的第二控制单元识别指令电流值的时间序列，并在对由所述第一构建处理单元识别出所述参数的值的所述二次电池模型输入该指令电流值的时间序列时，计算从该二次电池模型输出的作为电压的变化方式的模型输出电压；以及第三充电器控制单元，其基于与所述模拟电池控制装置的通信，使从所述模拟电池对所述电子设备的指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压。
在本发明的充电器中，优选地，所述第一充电器控制单元基于与所述模拟电池控制装置的通信，使所述第一控制单元识别所述二次电池的劣化度，且将与该劣化度的差异对应的值确定为所述二次电池模型的参数的值。
在本发明的充电器中，优选地，所述第一充电器控制单元使用温度传感器来测量所述电子设备或所述模拟电池的温度，基于与所述模拟电池控制装置的通信，使所述第一控制单元识别所述电子设备或所述模拟电池的温度的测量结果，且将与该温度的测量结果的差异对应的值确定为所述二次电池模型的参数的值。
在本发明的充电器中，优选地，以通过所述电子设备的输入接口存在第一指定操作为必要条件，所述第一充电器控制单元使所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二充电器控制单元使所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
在本发明的充电器中，优选地，以通过所述电子设备的所述输入接口存在电源OFF操作作为所述第一指定操作为必要条件，所述第一充电器控制单元使所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二充电器控制单元使所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
在本发明的充电器中，优选地，以所述电子设备连接于所述充电器为必要条件，所述第一充电器控制单元使所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二充电器控制单元使所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
在本发明的充电器中，优选地，所述第三充电器控制单元使所述电子设备的输出接口输出在使所述模拟电池对所述电子设备的所述指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压时的、与所述指定负载的动作特性相关的信息。
在本发明的充电器中，优选地，以通过所述电子设备的输入接口存在第二指定操作为必要条件，所述第三充电器控制单元基于与所述模拟电池控制装置的通信，使所述输出接口输出与所述指定负载的动作特性相关的信息。
在本发明的充电器中，优选地，以通过所述电子设备的输入接口存在所述输出接口的休眠状态的解除操作作为所述第二指定操作为必要条件，所述第三充电器控制单元基于与所述模拟电池控制装置的通信，使所述输出接口输出与所述指定负载的动作特性相关的信息。
在本发明的充电器中，优选地，可拆卸地搭载所述模拟电池，且构成为能够作为所述二次电池的代替电池搭载于所述电子设备。
附图说明
图1是作为本发明的第一实施方式的模拟电池控制系统的结构说明图。
图2是关于模拟电池的结构的一个例子的说明图。
图3是示出模拟电池控制方法的第一顺序的流程图。
图4是示出模拟电池控制方法的第二顺序的流程图。
图5是关于根据电流指令值的电压指令值的计算结果的说明图。
图6是示出二次电池模型的建立顺序的流程图。
图7是关于二次电池的奈奎斯特图的说明图。
图8是关于交流阻抗法的说明图。
图9A是二次电池的内部电阻的等效电路的第一示例说明图。
图9B是二次电池的内部电阻的等效电路的第二示例说明图。
图10A是表示IIR系统的传递函数的示意图。
图10B是表示FIR系统的传递函数的示意图。
图11作为本发明的第二实施方式的模拟电池控制系统的结构说明图。
图12A是关于脉冲电流的说明图。
图12B是关于二次电池和二次电池模型的电压响应特性的说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
(模拟电池控制系统的结构)
图1所示的作为本发明的第一实施方式的模拟电池控制系统由能够经由网络相互通信的模拟电池控制装置100和电子设备200构成。模拟电池控制装置100由能够访问数据库10的一个或多个服务器构成。模拟电池控制装置100评估作为电源搭载于电子设备200的二次电池240的性能。
模拟电池控制装置100具备第一控制单元110、第二控制单元120和第三控制单元130。第一控制单元110、第二控制单元120和第三控制单元130分别由处理器(运算处理装置)、存储器(存储装置)和I/O电路等构成。
在存储器或与其不同的存储装置中，除了二次电池240对电流(例如脉冲电流)的电压响应特性的测定结果等各种数据以外，还存储保持有程序或软件。例如，用于标识二次电池240或者搭载其的电子设备200的种类(由规格和参数来确定)的多个标识符中的每一个与多个二次电池模型中的每一个相对应地存储保持在存储器中。处理器从存储器读取所需的程序和数据，并基于该数据执行按照该程序的运算处理，由此，执行分配给各单元110、120和130的每一个的后述的运算处理或任务。
电子设备200具备输入接口202、输出接口204、传感器组206、设备控制装置220、模拟电池230、二次电池240和指定负载250。个人计算机、便携式电话(智能手机)、家电产品或电动自行车等移动体等以二次电池240为电源的所有设备均属于电子设备200。电子设备200经由连接端子连接于充电器400，或者通过无线连接对二次电池240进行充电。
设备控制装置220具备第一设备控制单元221、第二设备控制单元222和第三设备控制单元223。第一设备控制单元221、第二设备控制单元222和第三设备控制单元223分别由处理器(运算处理装置)、存储器(存储装置)和I/O电路等构成。在该存储器或与其不同的存储装置中，存储保持有模拟电池标识符ID(m0)、模拟电池温度T(m1)和虚拟劣化度D(m2)(参照图3/STEP214、216、218和220)等各种数据。设备控制装置220根据来自二次电池240的供给电力而工作，在通电状态下控制电子设备200的动作。
各单元“识别”信息是指，执行接收信息、从数据库10等信息源检索或读取信息、基于其他信息计算、推算信息等准备所需的信息的所有运算处理等。
电子设备200的动作包括作为构成该电子设备200的指定负载250的致动器(电动致动器等)的动作。构成设备控制装置220的处理器从存储器读取所需的程序和数据，并基于该数据，执行按照该程序分配的运算处理。
如图2所示，模拟电池230具备D/A转换器231和放大器232。当输入从二次电池模型输出的电压指令值Vcmd(t)时，D/A转换器231对其进行D/A变换。放大器232将与来自D/A转换器231的输出对应的电压V(t)施加给电子设备200或构成其的负载。“(t)”是指时刻t处的值或时间序列。
相当于二次电池模型的计算器(第二控制单元120)具备计算器121、模型参数设定单元122、输出器123和加法器124。当输入电流指令值Icmd(t)时，计算器121计算来源于模拟电池230的虚拟的内部电阻的输出电压。定义计算器121的传递函数H的参数的值是通过模型参数设定单元122基于由模拟电池230模拟的虚拟二次电池的劣化度D(n2)进行设定或变更的。输出器123输出模拟电池230的虚拟的开路电压OCV(t)。加法器1224将计算器121和输出器123各自的输出相加。
模拟电池230也可以由连接电子设备200的商用电源等外部电源构成。模拟电池230也可以代替二次电池240而搭载于电子设备200。模拟电池230也可以具备第二计算单元122。在该情况下，也可以由构成电子设备200的控制装置210构成第二计算单元122。
二次电池240例如是锂离子电池，也可以是镍氢电池、镍镉电池等其他二次电池。传感器组206除了测定二次电池240的电压响应特性和温度以外，还测定电子设备200的控制所需的参数的值。传感器组206例如由输出与二次电池240的电压、电流和温度分别对应的信号的电压传感器、电流传感器和温度传感器构成。
模拟电池控制装置100也可以搭载于电子设备200。在该情况下，软件服务器(省略图示)也可以通过对构成电子设备200所具备的设备控制装置220的运算处理装置发送劣化判定用软件，赋予该运算处理装置作为模拟电池控制装置100的功能。
(模拟电池控制方法)
使用图3和图4所示的流程图，对由上述结构的第一实施方式的模拟电池控制系统执行的、模拟电池230的动作控制方法或构建方法进行说明。在该流程图中，框“C·”是为了简化记载而使用的，是指数据的发送和/或接收，是指以该数据的发送和/或接收为条件而执行分支方向的处理的条件分支。
在电子设备200中，通过第一设备控制单元221，判定该电子设备200是否连接于充电器400(图3/STEP210)。在该判定结果为否定的情况下(图3/STEP210...NO)，结束一系列的处理，再次判定电子设备200是否连接于充电器400。
另一方面，在该判定结果为肯定的情况下(图3/STEP210...YES)，通过第一设备控制单元221，进一步判定是否存在通过输入接口202的第一指定操作(图3/STEP212)。例如，用于将电子设备200的电源从ON状态切换为OFF状态的操作、用于将电子设备200的电源从OFF状态切换为ON状态的操作、用于使CPU使用率等运算处理负荷降低到阈值以下那样的停止规定的应用程序或指定负载250的动作的操作、或者用于启动规定的应用程序或指定负载250的操作均属于“第一指定操作”。
在该判定结果为否定的情况下(图3/STEP212...NO)，结束一系列的处理，执行电子设备200是否连接于充电器400的判定处理(图3/STEP210)以后的处理。
另一方面，在判定为存在第一指定操作的情况下(图3/STEP212...YES)，通过第一设备控制单元221，识别用于标识由模拟电池230模拟的虚拟二次电池(或二次电池240)的种类的电池标识符ID(m0)(图3/STEP214)。也可以通过第一设备控制单元221，根据通过电子设备200的输入接口202所设定的虚拟二次电池的种类来识别电池标识符ID(m0)。
通过第一设备控制单元221，识别由模拟电池230模拟的虚拟二次电池的温度T(m1)(图3/STEP216)。例如，也可以通过第一设备控制单元221，将由构成该电子设备200的传感器组206的温度传感器测定出的电子设备200的温度识别为虚拟二次电池的温度T(m1)。此外，也可以通过第一设备控制单元221，将通过电子设备200的输入接口202所设定的温度识别为虚拟二次电池的温度T(m1)。
通过第一设备控制单元221，识别由模拟电池230模拟的虚拟二次电池的劣化度D(m2)(图3/STEP218)。例如，也可以通过第一设备控制单元221，将通过电子设备200的输入接口202所设定的劣化度识别为虚拟二次电池的劣化度D(m2)。
通过第二设备控制单元222，识别电流指令值Icmd(t)(图3/STEP220)。例如，也可以通过第二识别单元112将根据由电子设备200的传感器组206测定出的该电子设备200的工作状况所设定的对指定负载250的电流目标值识别为电流指令值Icmd(t)。此外，也可以通过第二设备控制单元222，将通过电子设备200的输入接口202所设定的电流目标值识别为电流指令值Icmd(t)。由此，例如，识别如图5上段中的实线所示那样随时间变化的电流指令值Icmd(t)。
通过第一设备控制单元221，将用于标识虚拟二次电池的种类的标识符ID(m0)、温度T(m1)和劣化度D(m2)发送给模拟电池控制装置100，且通过第二设备控制单元222，将电流指令值Icmd(t)发送给模拟电池控制装置100(图3/STEP222)。
在模拟电池控制装置100中，在通过第一设备控制单元110识别出用于标识虚拟二次电池的种类的标识符ID(m0)、温度T(m1)和劣化度D(m2)的情况下(图3/C11)，基于该识别结果，从登记在数据库10中的多个二次电池模型中确定由参数P(m0，m1，m2)确定的一个二次电池模型(图3/STEP110)。这相当于通过模型参数设定单元122基于由模拟电池230模拟的虚拟二次电池的劣化度D(n2)对图2所示的定义计算器121的传递函数H的参数P(m0，m1，m2)的值进行设定或变更。二次电池模型是在输入电流值I(t)时，输出推算或预测为相应的二次电池输出的电压值V(t)的模型。作为二次电池模型，例如也可以应用日本特开2008-241246号公报、日本特开2010-203935号公报和日本特开2017-138128号公报中记载的模型等各种模型。
通过第二控制单元120，将电流指令值Icmd(t)输入到该选定的二次电池模型，并计算电压指令值Vcmd(t)作为二次电池模型的输出(图3/STEP120)。由此，例如，计算如图5下段中的细线所示那样变化的电压指令值Vcmd(t)作为二次电池模型的输出。
然后，通过第三控制单元130，将由第二控制单元120计算出的电压指令值Vcmd(t)发送至电子设备200(图4/STEP130)。相应于此，在电子设备200中，在通过第三设备控制单元223识别出电压指令值Vcmd(t)的情况下(图4/C21)，通过第三设备控制单元223，基于该电压指令值Vcmd(t)，将在模拟电池230中通过放大器232进行了增益倍增后的电压V(t)施加给指定负载250(图4/STEP224)。由此，例如，将如图5下段中的粗线所示那样变化的电压V(t)施加给指定负载250。
通过第三设备控制单元223，识别施加电压V(t)时的指定负载250的动作特性OC(t)(图4/STEP226)。例如，在指定负载250为致动器的情况下，将由构成传感器组206的位移传感器等测定出的该致动器的位移量或做功量的时间序列识别为动作特性OC(t)。例如，在指定负载250为CPU等运算处理资源的情况下，将由构成传感器组206的温度传感器等测定出的该运算处理资源的温度的时间序列识别为动作特性OC(t)。
接着，通过第三设备控制单元223，将指定负载250的动作特性OC(t)发送至模拟电池控制装置100(图4/STEP228)。相应于此，在模拟电池控制装置100中，在通过第三控制单元130识别出指定负载250的动作特性OC(t)的情况下(图4/C12)，通过第三控制单元130，生成表示该动作特性OC(t)的动作特性信息Info(OC(t))(图4/STEP132)。例如，也可以参考表示指定负载250的动作特性OC(t)的图表或线图、进一步地参考动作特性OC(t)来生成包括指定负载250的动作是否存在异常等的动作特性信息Info(OC(t))。动作特性信息Info(OC(t))也可以与用于标识电子设备200的设备标识符相关联地登记在数据库10中。
接着，在电子设备200中，通过第三设备控制单元223判定是否存在通过输入接口202的第二指定操作(图4/STEP230)。例如，用于将电子设备200的输出接口204从ON状态切换为OFF状态的操作、用于将电子设备200的输出接口204从OFF状态(或休眠状态)切换为ON状态(或休眠解除状态)的操作、用于使CPU使用率等运算处理负荷降低到阈值以下那样的停止规定的应用程序或负载的动作的操作、或者用于启动规定的应用程序或负载的操作均属于“第二指定操作”。
在该判定结果为否定的情况下(图4/STEP230...NO)，结束一系列的处理，执行电子设备200是否连接于充电器400的判定处理(图3/STEP210)以后的处理。
另一方面，在判定为存在第二指定操作的情况下(图4/STEP230...YES)，通过第三设备控制单元223，将动作特性信息请求发送至模拟电池控制装置100(图4/STEP232)。相应于此，在模拟电池控制装置100中，在通过第三控制单元130识别出动作特性信息请求的情况下(图4/C13)，通过第三控制单元130，将动作特性信息Info(OC(t))发送至电子设备200(图4/STEP134)。
相应于此，在电子设备200中，在通过第三设备控制单元223识别出动作特性信息Info(OC(t))的情况下(图4/C22)，通过第三控制单元130，将动作特性信息Info(OC(t))通过输出接口204输出(图4/STEP234)。
(二次电池模型的建立方法)
对二次电池模型的建立方法的一个实施方式进行说明。在本实施方式中，以通过标识符ID(n0)标识出种类的各种二次电池240为对象，在各个不同的劣化度D(n2)下，确定各个不同的温度T(n1)下的二次电池模型的参数P(n0，n1，n2)。
具体而言，首先，在模拟电池控制装置100中，将第一指数n1和第二指数n2分别设定为“0”(图6/STEP302)。第一指数n1是表示二次电池240的温度T的高低的指数。第二指数n2是表示二次电池240的劣化度D的评估次数或评估期间的顺序的指数。
将二次电池240的温度T控制为温度T(n1)(图6/STEP304)。在调节二次电池240的温度时，除了使用配置于二次电池240附近的加热器(电热加热器等)和冷却器(冷却风扇等)以外，还使用配置于二次电池240附近或安装于二次电池240的壳体的温度传感器。
通过第一控制单元110识别二次电池240的复阻抗Z(n0，n1，n2)的测定结果(图6/STEP306)。二次电池240的复阻抗Z(n0，n1，n2)通过交流阻抗法测定，该测定结果与用于标识二次电池240的种类的电池标识符ID(n0)相关联地登记在数据库10中。
根据交流阻抗法，如图7所示，使用频率响应分析装置(FRA)241和恒电位恒电流仪(PGS)242的组合。从构成FRA241的振荡器输出任意频率的正弦波信号，与该正弦波信号对应的二次电池240的电流信号I(t)和电压信号V(t)从PGS242输入到FRA241中。并且，在FRA241中，电流信号I(t)和电压信号V(t)通过离散傅立叶频率变换而变换为频率区域的数据，测定频率f＝(ω/2π)下的复阻抗Z(n0，n1，n2)(ω)。
例如，测定二次电池240出厂前等、未搭载于电子设备200的状态下的二次电池240的复阻抗Z(n0，n1，n2)。此外，也可以测定在搭载于电子设备200的状态下的二次电池240的复阻抗Z(n0，n1，n2)。在该情况下，也可以由控制装置210构成FRA241，由PGS构成传感器组206。例如，电子设备200为了对二次电池240进行充电而与商用电源等外部电源或充电器400连接，能够利用从该外部电源或充电器400供给的电力来输出正弦波信号。
在图8中，表示二次电池240的复阻抗Z(n0，n1，n2)的实测结果的奈奎斯特图的一个例子与该图的近似曲线一起示出。横轴是复阻抗Z的实部ReZ，纵轴是复阻抗Z的虚部-ImZ。在-ImZ＞0的区域中，ReZ越大，表示频率越低的复阻抗Z。-ImZ＝0时的ReZ的值相当于二次电池240的电解液中的移动电阻。-ImZ＞0的区域中的大致半圆形状的部分的曲率半径相当于二次电池240的电荷移动电阻。该曲率半径具有随着二次电池240的温度T升高而变小的倾向。在-ImZ＞0区域的低频区域中以大约45°上升的直线状的部分反映了二次电池240的瓦尔堡阻抗的影响。
在模拟电池控制装置100中，通过第一控制单元110，基于二次电池240的复阻抗Z的测定结果，确定二次电池模型的参数P(n0，n1，n2)的值(图6/STEP308)。参数P(n0，n1，n2)定义计算器121(参照图2)的传递函数H。
二次电池模型是表示在电流I(t)被输入二次电池240时从该二次电池240输出的电压V(t)的模型。使用二次电池240的开路电压OCV和内部电阻的传递函数H(t)，并由关系式(01)来定义。
V(t)＝OCV(t)+H(t)·I(t)...(01)。
式中，OCV(t)表示随着电流I(t)的充电和/或放电，开路电压增减。
二次电池的内部电阻的等效电路模型的传递函数H(z)由关系式(02)定义。传递函数也可以不是并联连结而是串联连结。
H(z)＝H0(z)+∑i＝1-mHi(z)+HW(z)+HL(z)...(02)。
“H0(z)”、“Hi(z)”、“HW(z)”和“HL(z)”由表示二次电池的内部电阻的特性的参数来定义。
图9A示出了二次电池240的内部电阻的等效电路的一个例子。在该例子中，内部电阻的等效电路通过相当于电解液中的移动电阻的电阻R0、由相当于电荷移动电阻的电阻Ri和电容Ci构成的第iRC并联电路(i＝1，2，...，X)、相当于瓦尔堡阻抗的电阻W0、以及线圈L的串联电路来定义。串联连接的RC并联电路的数量在图9A所示的实施例中为“3”，但也可以小于3，还可以大于3。电阻W0也可以在至少任意一个RC并联电路中与电阻R串联连接。电容C也可以被置换为CPE(Constant Phase Element：恒相位元件)。如图9B所示，瓦尔堡电阻W也可以与至少一个RC并联电路(在图5B的例子中，为第一RC并联电路)的电阻R串联连接。
电阻R0的传递函数H0(z)由关系式(03)定义。
H0(z)＝R0...(03)。
第iRC并联电路的传递函数Hi(z)由关系式(03)定义，作为IIR(Infinite ImpulseResponse)系统(无限脉冲响应系统)的传递函数。图10A示出了表示第iRC并联电路的传递函数Hi(z)的框图。
Hi(z)＝(b0+biz-1)/(1+aiz-1)...(03)。
相当于瓦尔堡阻抗的电阻W0的传递函数HW(z)由关系式(04)定义，作为FIR(FiniteImpulse Response)系统(有限脉冲响应系统)的传递函数。图10B示出了表示相当于瓦尔堡阻抗的电阻W0的传递函数HW(z)的框图的一个例子。
HW(z)＝∑k＝0-nhkz-1...(04)。
线圈L的传递函数HL(z)由关系式(05)定义。
HL(z)＝(2L0/T)(1-z-1)/(1+z-1)...(05)。
图8中由实线所示的奈奎斯特图表示的二次电池的复阻抗Z的近似曲线是在按照关系式(02)定义二次电池的内部电阻的等效电路模型的传递函数H(z)的假设下求得的。由此，求出参数P(n0，n1，n2)＝{R0，ai，b0，bi，hk，L0，T}的值(参照关系式(03)～(05))。根据开路电压OCV(n0，n1，n2)的测定值来确定从二次电池模型中的输出器123输出的开路电压OCV(t)的值(参照关系式(01))。并且，根据该参数的值，为各种二次电池240建立二次电池模型。
[01]判定第一指数n1是否在规定数N1以上(图6/STEP310)。在判定结果为否定的情况下(图6/STEP310...NO)，将第一指数n1的值增加“1”(图6/STEP312)，然后重复二次电池240的温度调节以后的处理(图6/STEP304→306→308→310)。
(第二实施方式)
(模拟电池控制系统的结构)
图11所示的作为本发明的第二实施方式的模拟电池控制系统由模拟电池控制装置100、电子设备200和充电器400构成。模拟电池控制装置100能够与充电器400相互通信。
充电器400具备充电器控制装置420和模拟电池230。充电器控制装置420具备第一充电器控制单元421、第二充电器控制单元422和第三充电器控制单元423。第一充电器控制单元421、第二充电器控制单元422和第三充电器控制单元423分别由处理器(运算处理装置)、存储器(存储装置)和I/O电路等构成。在该存储器或与其不同的存储装置中，存储保持有模拟电池标识符ID(m0)、模拟电池温度T(m1)、虚拟劣化度D(m2)和电流指令值Icmd(t)(参照图3/STEP214、216、218和220)等各种数据。第一充电器控制单元421、第二充电器控制单元422和第三充电器控制单元423分别发挥与电子设备200的第一设备控制单元221、第二设备控制单元222和第三设备控制单元223相同的功能。
充电器400具备模拟电池230，另一方面，在电子设备200中省略了模拟电池230(参照图1)。
除此以外的部分是与第一实施方式中的模拟电池控制系统(参照图1)大致相同的结构，因此标注相同的附图标记并省略说明。
(模拟电池控制方法)
对由上述结构的第二实施方式的模拟电池控制系统执行的、搭载于电子设备200的二次电池240的模拟电池控制方法进行说明。在第二实施方式中，充电器400代替电子设备200承担与模拟电池控制装置100的相互通信，并且以与第一实施方式相同的顺序控制模拟电池230的动作(参照图3至图4)。
具体而言，将基于第一设备控制单元221的是否存在第一指定操作的判定结果从电子设备200无线或有线地发送至充电器400，通过第一充电器控制单元421识别是否存在第一指定操作的判定结果(参照图3/STEP212)。
通过第一充电器控制单元421，使用模拟电池230，将电压V(t)以无线或有线方式输入到搭载于电子设备200的二次电池240中(参照图4/STEP224)。
通过第一设备控制单元221，将模拟电池标识符ID(m0)、模拟电池温度T(m1)和虚拟劣化度D(m2)无线或有线地发送至充电器400，通过第一充电器控制单元421识别该模拟电池标识符ID(m0)、模拟电池温度T(m1)和虚拟劣化度D(m2)(参照图3/STEP214、216和218)。接着，通过第一充电器控制单元421，将该模拟电池标识符ID(m0)、模拟电池温度T(m1)和虚拟劣化度D(m2)从充电器400发送至模拟电池控制装置100(参照图3/STEP222)。
通过第二设备控制单元222，将电流指令值Icmd(t)无线或有线地发送至充电器400，通过第二充电器控制单元422识别该电流指令值Icmd(t)(参照图3/STEP220)。接着，通过第二充电器控制单元422，将该电流指令值Icmd(t)从充电器400发送至模拟电池控制装置100(参照图3/STEP222)。
通过第三充电器控制单元423，基于该电压指令值Vcmd(t)，将在模拟电池230中通过放大器232进行了增益倍增后的电压V(t)施加给与充电器400连接的电子设备200的指定负载250(参照图4/STEP224)。通过第三充电器控制单元423，基于与电子设备200的通信，识别施加电压V(t)时的指定负载250的动作特性OC(t)(参照图4/STEP226)。
接着，通过第三充电器控制单元423，将指定负载250的动作特性OC(t)发送至模拟电池控制装置100(参照图4/STEP228)。
接着，通过第三设备控制单元223判定是否存在通过输入接口202的第二指定操作(参照图4/STEP230)。并且，在判定为存在第二指定操作的情况下(图4/STEP230...YES)，通过第三充电器控制单元423，将动作特性信息请求发送至模拟电池控制装置100(图4/STEP232)。
进一步地，通过第三充电器控制单元423，接收动作特性信息Info(OC(t))且有线或无线地发送至电子设备200，通过输出接口204输出动作特性信息Info(OC(t))(参照图4/C22→STEP234)。
(本发明的其他实施方式)
第一实施方式中的设备控制装置220的功能也可以由第二实施方式中的设备控制装置200和充电器控制装置400分担。
例如，在第二实施方式中，也可以通过第三设备控制单元223接收模拟电池控制信息Info(D)，根据存在第二指定操作这一判定结果，将模拟电池控制信息Info(D)输出和显示在构成输出接口204的显示器装置上(参照图3/STEP220→STEP222YES→STEP224)。在该情况下，也可以省略第三充电器控制单元423。
此外，在第二实施方式中，也可以通过第二设备控制单元222，将电池标识符ID发送至模拟电池控制装置100(参照图3/STEP220)。在该情况下，也可以省略第二充电器控制单元422。
在考虑了电压响应特性V(T)的测定时的二次电池240或电子设备200的温度T之后选定二次电池模型，对该二次电池240的性能进行了评估，但作为其他实施方式，也可以不考虑电压响应特性V(T)的测定时的二次电池240的温度T，而基于表示二次电池240的种类的电池标识符ID来选定二次电池模型，评估该二次电池240的性能。
(发明效果)
根据本发明的模拟电池控制装置100和由其执行的模拟电池控制方法，基于电子设备200和/或连接该电子设备200的充电器400与模拟电池控制装置100的相互通信，通过模拟电池控制装置100评估搭载于该电子设备200的二次电池240的性能。并且，由该电子设备200的输出接口204输出与该评估结果对应的电池性能信息Info(D)。因此，用户不需要将电子设备200或二次电池240拿到专业机构等处，便能够掌握该二次电池240的性能评估结果，因此对电子设备200的用户而言能够提高便利性。
(劣化度判定)
也可以将二次电池240的劣化度的推算结果识别为模拟电池230的虚拟劣化度D(m2)(参照图3/STEP218)。
例如，通过第一设备控制单元221，识别与二次电池240的脉冲电流I(t)对应的电压响应特性V(n0，n2)(t)(～V(n0，n2)(z))的测定结果。在进行该测定时，通过第一设备控制单元221，将脉冲电流I(t)(～I(z))输入到二次电池240。例如，将如图12A所示那样的脉冲电流I(t)输入到二次电池240。通过驱动脉冲电流发生器，将在该脉冲电流发生器中产生的脉冲电流I(t)输入到二次电池240。在二次电池240搭载于电子设备200的情况下，也可以将脉冲电流发生器搭载于该电子设备200，通过来自外部电源或搭载于电子设备200的辅助电源的供给电力，驱动搭载于该电子设备200的用于产生脉冲电流的指定设备。
并且，基于构成传感器组206的电压传感器的输出信号，通过第一设备控制单元221，测定二次电池240的电压响应特性V(n0，n2)(t)。由此，例如，测定如图12B中的虚线所示那样变化的二次电池240的电压响应特性V(n0，n2)(t)。在图12B中，用实线示出第二指数n2为0的情况下的二次电池240的电压响应特性V(n0，0)(t)的测定结果。
接着，通过第一设备控制单元221，基于二次电池240的电压响应特性V(n0，n2)(t)与V(n0，0)(t)的对比结果，评估通过电池标识符ID(n0)标识种类的该二次电池240的劣化度D(n0，n2)。例如，计算分别表示二次电池240的电压响应特性V(n0，n2)(t)和V(n0，0)(t)的曲线的相似度x。并且，根据以相似度x为主变量的减少函数f，计算二次电池240的劣化度D(n0，n2)＝f(x)。
判定第二指数n2是否在规定数N2以上。在判定结果为否定的情况下，将第一指数n1的值重置为“0”，且将第二指数n2的值增加“1”。然后重复二次电池240的温度调节以后的处理。
在上述实施方式中，根据通过电池标识符ID(n0)标识种类的二次电池240的劣化度D(n2)的差异，单独地确定了二次电池模型的参数P(n0，n1，n2)的值(参照图6/STEP308、STEP314、316)，但作为其他实施方式，也可以不考虑二次电池240的劣化度D(n2)的差异而确定二次电池模型的参数P(n0，n1)的值。
在上述实施方式中，根据通过电池标识符ID(n0)标识种类的二次电池240的温度T(n1)的差异，单独地确定了二次电池模型的参数P(n0，n1，n2)的值(参照图6/STEP304、STEP314、316)，但作为其他实施方式，也可以不考虑二次电池240的温度T(n1)的差异而确定二次电池模型的参数P(n0，n2)的值。
(发明效果)
根据本发明的模拟电池控制装置100和由其执行的模拟电池控制方法，基于电子设备200和/或连接该电子设备200的充电器400与电池性能评价装置100的相互通信，控制搭载于该电子设备200的模拟电池230的动作，并对指定负载250施加与电流指令值Icmd(t)对应的电压V(t)。并且，由该电子设备200的输出接口204输出与相应于该施加电压V(t)的指定负载250的动作特性OC(t)对应的动作特性信息Info(OC(t))。因此，用户不需要将电子设备200拿到专业机构等处，便能够掌握在对该电子设备200的指定负载250施加与电流指令值Icmd(t)对应的电压V(t)时的、该指定负载250的动作特性OC(t)，因此对电子设备200的用户而言能够提高便利性。
此外，以通过电池标识符ID(n0)标识种类的二次电池240为对象，在各个不同的劣化度D(n2)下，确定各个不同的温度T(n1)下的二次电池模型的参数P(n0，n1，n2)。基于二次电池240的复阻抗Z的测定结果，确定二次电池模型的参数P(n0，n1，n2)的值(参照图6/STEP304→306→308、图7至图9、图10A和图10B)。二次电池模型通过分别表示IIR系统和FIR系统的传递函数来表现二次电池240的内部电阻的阻抗(参照关系式(03)、(04)、图7至图9、图10A和图10B)。
[02]进一步地，基于由模拟电池230模拟的虚拟二次电池的标识符ID(m)、温度T(m1)和劣化度D(m2)，选定具有参数P(m，m1，m2)的二次电池模型(参照图2、图4/STEP214→216→218...110)。并且，计算将电流指令值Icmd(t)输入到该二次电池模型时的输出即电压指令值Vcmd(t)，将与其对应的电压V(t)通过模拟电池230施加给电子设备200的指定负载250(参照图3/STEP120、图4/STEP130→224、图5)。由此，能够提高通过模拟电池230在各种条件下再现二次电池240的特性的精度。
符号说明
10...数据库、100...模拟电池控制装置、110...第一控制单元、120...第二控制单元、130...第三控制单元、200...电子设备、202...输入接口、204...输出接口、206...传感器组、220...设备控制装置、221...第一设备控制单元、222...第二设备控制单元、223...第三设备控制单元、230...模拟电池、240...二次电池、250...指定负载、400...充电器、420...充电器控制装置、421...第一充电器控制单元、422...第二充电器控制单元、423第三充电器控制单元。

Claims (13)

1.一种模拟电池控制装置，其特征在于，具备：
第一控制单元，其基于与电子设备的通信，确定二次电池模型的参数的值，该二次电池模型的参数的值表示在所述电子设备上作为电源已搭载的或要搭载的二次电池的输出电压的电流相关性；
第二控制单元，其基于与所述电子设备的通信，识别指令电流值的时间序列，并在对由所述第一控制单元识别出所述参数的值的所述二次电池模型输入该指令电流值的时间序列时，计算从该二次电池模型输出的作为电压的变化方式的模型输出电压；以及
第三控制单元，其基于与所述电子设备或作为所述二次电池的充电用电源的电源装置的通信，使已搭载于所述电子设备或所述电源装置的模拟电池对所述电子设备的指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压。
2.根据权利要求1所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
所述第一控制单元基于与所述电子设备的通信，识别所述二次电池的劣化度，且将与该劣化度的差异对应的值确定为所述二次电池模型的参数的值。
3.根据权利要求1或2所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
所述第一控制单元基于与所述电子设备或所述电源装置的通信，识别所述电子设备或所述模拟电池的温度的测量结果，且将与该温度的测量结果的差异对应的值确定为所述二次电池模型的参数的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
以通过所述电子设备的输入接口存在第一指定操作为必要条件，所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
5.根据权利要求4所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
以通过所述电子设备的所述输入接口存在电源OFF操作作为所述第一指定操作为必要条件，所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
以所述电子设备连接于所述充电器为必要条件，所述第一控制单元确定所述二次电池模型的参数的值，且所述第二控制单元计算所述模型输出电压。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
所述第三控制单元使所述电子设备的输出接口输出在使所述模拟电池对所述电子设备的所述指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压时的、与所述指定负载的动作特性相关的信息。
8.根据权利要求7所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
以通过所述电子设备的输入接口存在第二指定操作为必要条件，所述第三控制单元基于与所述电子设备的通信，使所述输出接口输出与所述指定负载的动作特性相关的信息。
9.根据权利要求8所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
以通过所述电子设备的输入接口存在所述输出接口的休眠状态的解除操作作为所述第二指定操作为必要条件，所述第三控制单元基于与所述电子设备的通信，使所述输出接口输出与所述指定负载的动作特性相关的信息。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的模拟电池控制装置，其特征在于，
所述模拟电池可拆卸地搭载于所述电源装置，并构成为能够作为所述二次电池的代替电池搭载于所述电子设备。
11.一种电子设备，其要搭载作为电源的二次电池，其特征在于，具备：
模拟电池；
指定负载；
第一设备控制单元，其基于与模拟电池控制装置的通信，使构成所述模拟电池控制装置的第一控制单元确定二次电池模型的参数的值，该二次电池模型的参数的值表示所述二次电池的输出电压的电流相关性；
第二设备控制单元，其基于与所述模拟电池控制装置的通信，使构成所述模拟电池控制装置的第二控制单元识别指令电流值的时间序列，并在对由所述第一构建处理单元识别出所述参数的值的所述二次电池模型输入该指令电流值的时间序列时，计算从该二次电池模型输出的作为电压的变化方式的模型输出电压；以及
第三设备控制单元，其基于与所述模拟电池控制装置的通信，使从所述模拟电池对所述指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压。
12.一种充电器，其与要搭载作为电源的二次电池的电子设备连接，其特征在于，具备：
模拟电池；
第一充电器控制单元，其基于与模拟电池控制装置的通信，使构成所述模拟电池控制装置的第一控制单元确定二次电池模型的参数的值，该二次电池模型的参数的值表示所述二次电池的输出电压的电流相关性；
第二充电器控制单元，其基于与所述模拟电池控制装置的通信，使构成所述模拟电池控制装置的第二控制单元识别指令电流值的时间序列，并在对由所述第一构建处理单元识别出所述参数的值的所述二次电池模型输入该指令电流值的时间序列时，计算从该二次电池模型输出的作为电压的变化方式的模型输出电压；以及
第三充电器控制单元，其基于与所述模拟电池控制装置的通信，使从所述模拟电池对所述电子设备的指定负载施加由所述第二控制单元计算出的所述模型输出电压。
13.一种模拟电池控制方法，其特征在于，具备：
第一控制步骤，其基于与电子设备的通信，确定二次电池模型的参数的值，该二次电池模型的参数的值表示在所述电子设备上作为电源已搭载的或要搭载的二次电池的输出电压的电流相关性；
第二控制步骤，其基于与所述电子设备的通信，识别指令电流值的时间序列，并在对在所述第一控制步骤中识别出所述参数的值的所述二次电池模型输入该指令电流值的时间序列时，计算从该二次电池模型输出的作为电压的变化方式的模型输出电压；以及
第三控制步骤，其基于与所述电子设备或作为所述二次电池的充电用电源的电源装置的通信，使已搭载于所述电子设备或所述电源装置的模拟电池对所述电子设备的指定负载施加在所述第二控制步骤中计算出的所述模型输出电压。
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