JP2014044106A - Equivalent circuit analysis device, and equivalent circuit analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池などの等価回路の各パラメータを解析して算出する等価回路解析装置および等価回路解析方法に関するものである。 The present invention relates to an equivalent circuit analysis apparatus and an equivalent circuit analysis method for analyzing and calculating each parameter of an equivalent circuit such as a battery.
この種の等価回路解析方法として、下記特許文献１には、交流インピーダンス法により電池の内部インピーダンスについての周波数特性を測定し、その後に、測定したこの周波数特性に基づいて電池の等価回路（コンデンサや抵抗等のパラメータから構成される単位回路が複数個直列に接続された回路モデル）の各パラメータを測定し、次いで、測定した各パラメータを適用した等価回路を使用してインピーダンスの周波数特性を算出し、かつこの算出した等価回路についてのインピーダンスの周波数特性が測定した周波数特性に近づくように等価回路の各パラメータを調整するという一連の処理を繰り返すことにより、等価回路の各パラメータについての最適値を決定するという等価回路解析方法（電池の測定方法）が開示されている。 As an equivalent circuit analysis method of this type, Patent Document 1 below measures the frequency characteristics of the internal impedance of the battery by the AC impedance method, and then, based on the measured frequency characteristics, the equivalent circuit of the battery (capacitor and Measure each parameter of a circuit model in which multiple unit circuits composed of parameters such as resistance are connected in series), and then calculate the frequency characteristics of impedance using an equivalent circuit to which each measured parameter is applied. In addition, the optimum value for each parameter of the equivalent circuit is determined by repeating a series of processes of adjusting each parameter of the equivalent circuit so that the frequency characteristic of the impedance for the calculated equivalent circuit approaches the measured frequency characteristic. An equivalent circuit analysis method (battery measurement method) is disclosed.
また、この特許文献１には、測定した内部インピーダンスについての周波数特性にインダクタンス成分が現れている場合、つまり、内部インピーダンスについての周波数特性を複素平面に表したコールコールプロット図に正のリアクタンスを示す領域（虚数成分値が正の値となる領域）が存在している場合には、このインダクタンス成分を無視してキャパシタンス成分だけで解析しても正しい結果を得ることができないため、等価回路モデルにインダクタを加えて解析するという技術的事項が開示されている。 Also, in this Patent Document 1, when an inductance component appears in the frequency characteristic for the measured internal impedance, that is, a Cole-Cole plot diagram showing the frequency characteristic for the internal impedance in a complex plane shows a positive reactance. If there is a region (region where the imaginary component value is a positive value), even if this inductance component is ignored and analysis is performed using only the capacitance component, a correct result cannot be obtained. The technical matter of analyzing by adding an inductor is disclosed.
ところが、上記の等価回路解析方法には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、この等価回路解析方法には、測定した内部インピーダンスについての周波数特性にインダクタンス成分が現れている場合に、等価回路モデルにインダクタを加えて解析するという技術的事項が開示されているが、インダクタを加えた等価回路モデルにおいて各パラメータを調整する際の具体的な調整方法が開示されていないため、インダクタンス成分を含む各パラメータの値を算出するのが困難であるという解決すべき課題が存在している。 However, the above-described equivalent circuit analysis method has the following problems to be solved. In other words, this equivalent circuit analysis method discloses the technical matter of performing analysis by adding an inductor to an equivalent circuit model when an inductance component appears in the frequency characteristic of the measured internal impedance. However, there is a problem to be solved that it is difficult to calculate the value of each parameter including an inductance component because there is no disclosure of a specific adjustment method for adjusting each parameter in an equivalent circuit model to which ing.
本発明は、かかる課題を改善するためになされたものであり、インダクタを含む等価回路の各パラメータ値を確実に算出し得る等価回路解析装置および等価回路解析方法を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to improve such a problem, and it is a main object of the present invention to provide an equivalent circuit analysis device and an equivalent circuit analysis method capable of reliably calculating each parameter value of an equivalent circuit including an inductor. .
上記目的を達成すべく請求項１記載の等価回路解析装置は、容量および電荷移動抵抗の並列回路に溶液抵抗およびインダクタが直列接続された等価回路で表される測定対象のインピーダンスについての実測された周波数特性に基づいて、各周波数での前記インピーダンスの実数成分実測値および虚数成分実測値を測定する実測値測定処理と、前記虚数成分実測値のうちの高周波側の特定周波数での虚数成分実測値に基づいて前記インダクタのインダクタンス値を算出する第１インダクタンス算出処理と、前記算出したインダクタンス値を使用して前記各周波数でのリアクタンスを算出すると共に対応する周波数での前記虚数成分実測値に当該算出したリアクタンスを適用して当該各周波数での虚数成分実測値を補正する補正処理と、実数成分を横軸とし、かつ虚数成分を縦軸とする直交平面内に、前記実数成分実測値を前記横軸の座標とし、かつ前記補正された虚数成分実測値を前記縦軸の座標としてプロットされたドットで構成されるナイキストプロット曲線における円弧状領域に含まれる前記ドットの前記実数成分実測値および前記補正された虚数成分実測値に基づいて前記円弧状領域に対応する半円をカーブフィッティング法によって算出するフィッティング処理と、前記算出した半円の前記横軸との２つの交点での前記各実数成分実測値、および前記補正された虚数成分実測値のうちの極小の虚数成分実測値での前記周波数に基づいて前記等価回路を構成する前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗の各パラメータ値を算出するパラメータ値算出処理と、前記等価回路のうちの前記算出した各パラメータ値の前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗で構成される部分等価回路の前記特定周波数でのインピーダンスの虚数成分理論値を算出すると共に、当該虚数成分理論値、および前記特定周波数での虚数成分実測値に基づいて前記インダクタの新たなインダクタンス値を算出する第２インダクタンス算出処理とを実行する処理部を備えている等価回路解析装置であって、前記処理部は、前記第２インダクタンス算出処理で算出した前記新たなインダクタンス値を使用して、前記補正処理、前記フィッティング処理、および前記パラメータ値算出処理を再度実行することにより、当該パラメータ値算出処理で算出される前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗の各パラメータ値を収束させる。 In order to achieve the above object, the equivalent circuit analysis apparatus according to claim 1 is an actual measurement of the impedance of a measurement object represented by an equivalent circuit in which a solution resistance and an inductor are connected in series to a parallel circuit of a capacitance and a charge transfer resistance. Based on the frequency characteristics, an actual value measurement process for measuring the actual component actual value and the imaginary component actual value of the impedance at each frequency, and an imaginary component actual value at a specific frequency on the high frequency side of the imaginary component actual value A first inductance calculation process for calculating an inductance value of the inductor based on the calculation value, a reactance at each frequency is calculated using the calculated inductance value, and the imaginary component actual measurement value at the corresponding frequency is calculated. Correction process that corrects the imaginary component actual measurement value at each frequency by applying the reactance and the real component Dots plotted in the orthogonal plane with the horizontal axis and the imaginary number component as the vertical axis, with the actual component measured value as the coordinate of the horizontal axis and the corrected imaginary component measured value as the coordinate of the vertical axis A semicircle corresponding to the arcuate region is calculated by a curve fitting method based on the measured actual number component value and the corrected imaginary component actual value of the dot included in the arcuate region in the Nyquist plot curve composed of The frequency at the actual measurement value of the imaginary component of the minimum of the actual measurement value of each real component at the two intersections of the fitting process and the horizontal axis of the calculated semicircle, and the corrected imaginary component measurement value A parameter value calculation process for calculating each parameter value of the capacitance, the charge transfer resistance and the solution resistance constituting the equivalent circuit based on the equivalent circuit; Calculating the imaginary component theoretical value of the impedance at the specific frequency of the partial equivalent circuit composed of the capacitance, the charge transfer resistance and the solution resistance of each calculated parameter value of the path, and the imaginary component theory And a second inductance calculation process for calculating a new inductance value of the inductor based on the measured value and the imaginary component actual measurement value at the specific frequency. The unit calculates the parameter value calculation process by executing the correction process, the fitting process, and the parameter value calculation process again by using the new inductance value calculated by the second inductance calculation process. Each parameter value of the capacitance, charge transfer resistance and solution resistance to be converged .
請求項２記載の等価回路解析装置は、請求項１記載の等価回路解析装置において、前記処理部は、前記第２インダクタンス算出処理で算出した前記新たなインダクタンス値を使用しつつ、前記補正処理、前記フィッティング処理、前記パラメータ値算出処理および前記第２インダクタンス算出処理を予め規定された回数だけ繰り返す。 The equivalent circuit analysis device according to claim 2 is the equivalent circuit analysis device according to claim 1, wherein the processing unit uses the new inductance value calculated in the second inductance calculation processing, and performs the correction processing, The fitting process, the parameter value calculation process, and the second inductance calculation process are repeated a predetermined number of times.
請求項３記載の等価回路解析方法は、容量および電荷移動抵抗の並列回路に溶液抵抗およびインダクタが直列接続された等価回路で表される測定対象のインピーダンスについての実測された周波数特性に基づいて、各周波数での前記インピーダンスの実数成分実測値および虚数成分実測値を測定する実測値測定処理と、前記虚数成分実測値のうちの高周波側の特定周波数での虚数成分実測値に基づいて前記インダクタのインダクタンス値を算出する第１インダクタンス算出処理と、前記算出したインダクタンス値を使用して前記各周波数でのリアクタンスを算出すると共に対応する周波数での前記虚数成分実測値に当該算出したリアクタンスを適用して当該各周波数での虚数成分実測値を補正する補正処理と、実数成分を横軸とし、かつ虚数成分を縦軸とする直交平面内に、前記実数成分実測値を前記横軸の座標とし、かつ前記補正された虚数成分実測値を前記縦軸の座標としてプロットされたドットで構成されるナイキストプロット曲線における円弧状領域に含まれる前記ドットの前記実数成分実測値および前記補正された虚数成分実測値に基づいて前記円弧状領域に対応する半円をカーブフィッティング法によって算出するフィッティング処理と、前記算出した半円の前記横軸との２つの交点での各実数成分値、および前記補正された虚数成分実測値のうちの極小の虚数成分実測値での前記周波数に基づいて前記等価回路を構成する前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗の各パラメータ値を算出するパラメータ値算出処理と、前記等価回路のうちの前記算出した各パラメータ値の前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗で構成される部分等価回路の前記特定周波数でのインピーダンスの虚数成分理論値を算出すると共に当該虚数成分理論値、および前記特定周波数での虚数成分実測値に基づいて前記インダクタの新たなインダクタンス値を算出する第２インダクタンス算出処理とを実行する等価回路解析方法であって、前記第２インダクタンス算出処理で算出した前記新たなインダクタンス値を使用して、前記補正処理、前記フィッティング処理、および前記パラメータ値算出処理を再度実行することにより、当該パラメータ値算出処理で算出される前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗の各パラメータ値を収束させる。 The equivalent circuit analysis method according to claim 3 is based on an actually measured frequency characteristic of an impedance to be measured represented by an equivalent circuit in which a solution resistor and an inductor are connected in series to a parallel circuit of a capacitor and a charge transfer resistor. Based on the actual value measurement processing for measuring the real component actual value and the imaginary component actual value of the impedance at each frequency, and the imaginary component actual value at a specific frequency on the high frequency side of the imaginary component actual value, A first inductance calculation process for calculating an inductance value, and a reactance at each frequency is calculated using the calculated inductance value, and the calculated reactance is applied to the actual measurement value of the imaginary component at the corresponding frequency. Correction processing for correcting the imaginary component actual measurement value at each frequency and the horizontal component of the real component, and the imaginary number Nyquist plot composed of dots plotted in the orthogonal plane with the minute as the vertical axis, the actual component actual measurement value as the horizontal axis coordinate, and the corrected imaginary component actual measurement value as the vertical axis coordinate A fitting process for calculating a semicircle corresponding to the arcuate region by a curve fitting method based on the real component actual measurement value and the corrected imaginary component actual measurement value of the dot included in the arcuate region in a curve; and the calculation The equivalent circuit is configured based on each real component value at two intersections with the horizontal axis of the half circle and the frequency at the minimum measured imaginary component value of the corrected imaginary component measured value. A parameter value calculation process for calculating each parameter value of the capacitance, the charge transfer resistance, and the solution resistance; and the calculated parameters of the equivalent circuit. Calculates the imaginary component theoretical value of the impedance at the specific frequency of the partial equivalent circuit composed of the capacitance of the meter value, the charge transfer resistance and the solution resistance, and the imaginary component theoretical value of the partial frequency and the imaginary number at the specific frequency. An equivalent circuit analysis method for executing a second inductance calculation process for calculating a new inductance value of the inductor based on a component actual measurement value, wherein the new inductance value calculated in the second inductance calculation process is used. Then, by executing the correction process, the fitting process, and the parameter value calculation process again, the parameter values of the capacitance, the charge transfer resistance, and the solution resistance calculated in the parameter value calculation process are converged. .
請求項４記載の等価回路解析方法は、請求項３記載の等価回路解析方法において、前記第２インダクタンス算出処理で算出した前記新たなインダクタンス値を使用しつつ、前記補正処理、前記フィッティング処理、前記パラメータ値算出処理および前記第２インダクタンス算出処理を予め規定された回数だけ繰り返す。 The equivalent circuit analysis method according to claim 4 is the equivalent circuit analysis method according to claim 3, wherein the correction process, the fitting process, and the like are performed using the new inductance value calculated in the second inductance calculation process. The parameter value calculation process and the second inductance calculation process are repeated a predetermined number of times.
請求項１記載の等価回路解析装置および請求項３記載の等価回路解析方法では、第２インダクタンス算出処理を実行して、真のインダクタンス値により近い値の新たなインダクタンス値を算出し、さらに、この新たなインダクタンス値を使用して、補正処理、フィッティング処理、およびパラメータ値算出処理を再度実行して、部分等価回路を構成する溶液抵抗、電荷移動抵抗および容量の各パラメータ値を再度算出する。 In the equivalent circuit analysis device according to claim 1 and the equivalent circuit analysis method according to claim 3, the second inductance calculation process is executed to calculate a new inductance value closer to the true inductance value. Using the new inductance value, the correction process, the fitting process, and the parameter value calculation process are executed again, and the solution resistance, charge transfer resistance, and capacitance parameter values that constitute the partial equivalent circuit are calculated again.
したがって、この等価回路解析装置および等価回路解析方法によれば、測定対象の等価回路を構成する溶液抵抗、電荷移動抵抗、容量およびインダクタの各パラメータ値を、より真値に近い値に収束させることができるため、各パラメータ値をより高い精度で測定することができる。 Therefore, according to the equivalent circuit analysis device and the equivalent circuit analysis method, the parameter values of the solution resistance, charge transfer resistance, capacitance, and inductor constituting the equivalent circuit to be measured are converged to a value closer to the true value. Therefore, each parameter value can be measured with higher accuracy.
請求項２記載の等価回路解析装置および請求項４記載の等価回路解析方法によれば、第２インダクタンス算出処理で算出した新たなインダクタンス値を使用して、補正処理、フィッティング処理、パラメータ値算出処理、および第２インダクタンス算出処理を予め決められた回数（例えば３回以上の複数回）実行することにより、測定対象の等価回路を構成する溶液抵抗、電荷移動抵抗、容量およびインダクタの各パラメータ値を、より一層真値に近い値に収束させることができるため、各パラメータ値をより一層高い精度で測定することができる。 According to the equivalent circuit analysis device according to claim 2 and the equivalent circuit analysis method according to claim 4, the correction process, the fitting process, and the parameter value calculation process are performed using the new inductance value calculated in the second inductance calculation process. , And the second inductance calculation process is performed a predetermined number of times (for example, a plurality of times of 3 times or more), so that the parameter values of the solution resistance, charge transfer resistance, capacitance, and inductor constituting the equivalent circuit to be measured can be obtained. Since it is possible to converge to a value closer to the true value, each parameter value can be measured with higher accuracy.
以下、等価回路解析装置１および等価回路解析方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of an equivalent circuit analysis device 1 and an equivalent circuit analysis method will be described with reference to the accompanying drawings.
最初に、等価回路解析装置１の構成について、図面を参照して説明する。なお、一例として、電池を測定対象として、その等価回路の各パラメータを算出して解析する等価回路解析装置１を例に挙げて説明する。 First, the configuration of the equivalent circuit analysis apparatus 1 will be described with reference to the drawings. As an example, an equivalent circuit analysis apparatus 1 that calculates and analyzes each parameter of the equivalent circuit using a battery as a measurement target will be described as an example.
等価回路解析装置１は、図１に示すように、交流電流供給部２、電流検出部３、電圧検出部４、処理部５、記憶部６、表示部７および操作部８を備え、電池（リチウムイオン電池や鉛蓄電池などの二次電池）１１についての等価回路の各パラメータを算出して解析する。なお、電池の等価回路は、電池の種類などに応じて異なるため、測定対象の電池１１についての等価回路が予め選択される。本例では一例として、測定対象の電池１１の等価回路として、図２に示す等価回路、すなわち、溶液抵抗としての抵抗成分２１（抵抗値Ｒｓ）と、電荷移動抵抗としての抵抗成分２２（抵抗値Ｒ１）および容量としての容量成分２３（本例では一例としてＣＰＥ（Constant Phase Element）であるが、キャパシタでもよい）の並列回路と、インダクタ２４（インダクタンス値Ｌ１）とが直列接続されて構成された等価回路が選択されている。 As shown in FIG. 1, the equivalent circuit analysis apparatus 1 includes an alternating current supply unit 2, a current detection unit 3, a voltage detection unit 4, a processing unit 5, a storage unit 6, a display unit 7, and an operation unit 8. Each parameter of an equivalent circuit for a secondary battery (secondary battery such as a lithium ion battery or a lead storage battery) 11 is calculated and analyzed. In addition, since the equivalent circuit of a battery changes according to the kind etc. of a battery, the equivalent circuit about the battery 11 to be measured is selected in advance. In this example, as an example, as an equivalent circuit of the battery 11 to be measured, an equivalent circuit shown in FIG. 2, that is, a resistance component 21 (resistance value Rs) as a solution resistance and a resistance component 22 (resistance value) as a charge transfer resistance. R1) and a capacitance component 23 as a capacitor (in this example, it is a CPE (Constant Phase Element) as an example, but it may be a capacitor) and an inductor 24 (inductance value L1) are connected in series. An equivalent circuit is selected.
交流電流供給部２は、一例として、交流定電流源を備えている。交流電流供給部２では、交流定電流源が、一定の振幅の交流電流（交流定電流）Ｉ１を、処理部５によって指定された周波数ｆで生成して、電池１１に供給する。なお、交流電流供給部２は、処理部５によって指定された振幅の交流電流Ｉ１を生成する構成や、さらに処理部５によって指定された直流成分を重畳させて交流電流Ｉ１を生成する構成を採用することもできる。電流検出部３は、不図示のＡ／Ｄ変換回路を備え、交流電流供給部２から電池１１に供給されている交流電流Ｉ１を検出すると共に、Ａ／Ｄ変換回路において、検出した交流電流Ｉ１の波形を予め規定されたサンプリング周期でサンプリングすることにより、電流波形データＤｉに変換して処理部５に出力する。 As an example, the alternating current supply unit 2 includes an alternating current source. In the AC current supply unit 2, the AC constant current source generates an AC current (AC constant current) I 1 having a constant amplitude at a frequency f designated by the processing unit 5 and supplies the generated current to the battery 11. The AC current supply unit 2 adopts a configuration that generates an AC current I1 having an amplitude specified by the processing unit 5 and a configuration that generates an AC current I1 by superimposing a DC component specified by the processing unit 5. You can also The current detection unit 3 includes an A / D conversion circuit (not shown), detects the AC current I1 supplied from the AC current supply unit 2 to the battery 11, and detects the AC current I1 detected in the A / D conversion circuit. Is converted into current waveform data Di and output to the processing unit 5 by sampling at a predetermined sampling cycle.
電圧検出部４は、交流電流Ｉ１の供給に起因して電池１１の両端間に発生する交流電圧Ｖ１を検出すると共に、その波形を予め規定されたサンプリング周期（電流検出部３のサンプリング周期と同一で、かつ同期した周期）でサンプリングすることにより、電圧波形データＤｖに変換して処理部５に出力する。 The voltage detection unit 4 detects the AC voltage V1 generated between both ends of the battery 11 due to the supply of the AC current I1, and the waveform thereof is set to a predetermined sampling period (same as the sampling period of the current detection unit 3). And in a synchronized cycle), the voltage waveform data Dv is converted and output to the processing unit 5.
処理部５は、ＣＰＵを備えて構成されて、一例として、実測値測定処理、第１インダクタンス算出処理、補正処理、フィッティング処理、パラメータ値算出処理、および第２インダクタンス算出処理を含む等価回路解析処理（図４参照）を実行して、等価回路の各構成要素についてのパラメータ値（抵抗値Ｒｓ、抵抗値Ｒ１、ＣＰＥの後述するパラメータ値ｐ，Ｔ、およびインダクタンス値Ｌ１）を算出する。また、処理部５は、算出した各パラメータ値を表示部７に表示させる表示処理を実行する。 The processing unit 5 includes a CPU, and as an example, an equivalent circuit analysis process including a measured value measurement process, a first inductance calculation process, a correction process, a fitting process, a parameter value calculation process, and a second inductance calculation process. (Refer to FIG. 4) is executed to calculate parameter values (resistance value Rs, resistance value R1, parameter values p and T described later of CPE, and inductance value L1) for each component of the equivalent circuit. In addition, the processing unit 5 executes display processing for displaying the calculated parameter values on the display unit 7.
記憶部６は、一例として、ＲＡＭおよびＲＯＭなどの半導体メモリや、ＨＤＤ（Hard Disk Drive ）で構成されて、処理部５用の動作プログラムが予め記憶されている。また、記憶部６は、処理部５のワークメモリとしても機能する。 As an example, the storage unit 6 includes a semiconductor memory such as a RAM and a ROM, and an HDD (Hard Disk Drive), and stores an operation program for the processing unit 5 in advance. The storage unit 6 also functions as a work memory for the processing unit 5.
表示部７は、一例として、液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、処理部５において算出された数値やグラフを画面上に表示する。 The display unit 7 is configured by a display device such as a liquid crystal display as an example, and displays numerical values and graphs calculated by the processing unit 5 on the screen.
操作部８は、一例として、数値キーおよび複数のコマンドキー（いずれも図示せず）を備えて構成されて、コマンドキーが操作されたときには各コマンドキーに予め割り当てられている指示内容を示す命令データＤｃｍを処理部５に対して出力する。また、操作部８は、数値キーが操作されたときにはこの数値キーの操作によって特定された数値データＤｎｕを処理部５に対して出力する。本例では、この数値データＤｎｕとして、実測値測定処理においてスイープさせる周波数ｆの下限値ｆｍｉｎおよび上限値ｆｍａｘ、並びに補正処理、フィッティング処理、パラメータ値算出処理、および第２インダクタンス算出処理を繰り返す繰り返し回数ｎ（２以上の整数）を示す数値が出力される。 The operation unit 8 includes, for example, a numeric key and a plurality of command keys (none of which are shown), and commands that indicate instruction contents assigned in advance to each command key when the command key is operated. Data Dcm is output to the processing unit 5. In addition, when the numerical key is operated, the operation unit 8 outputs the numerical data Dnu specified by the operation of the numerical key to the processing unit 5. In this example, as the numerical data Dnu, the lower limit value fmin and the upper limit value fmax of the frequency f to be swept in the measured value measurement process, and the number of repetitions of repeating the correction process, the fitting process, the parameter value calculation process, and the second inductance calculation process A numerical value indicating n (an integer of 2 or more) is output.
次に、等価回路解析装置１の解析動作および等価回路解析方法について図面を参照して説明する。 Next, the analysis operation and equivalent circuit analysis method of the equivalent circuit analysis apparatus 1 will be described with reference to the drawings.
等価回路解析装置１では、処理部５は、まず、操作部８からの命令データＤｃｍの出力の有無を繰り返し検出して、検出した命令データＤｃｍで示される指示内容が、上記した下限値ｆｍｉｎ、上限値ｆｍａｘおよび繰り返し回数ｎの取り込み指示のときには、その後に操作部８から出力される数値データＤｎｕ（下限値ｆｍｉｎ、上限値ｆｍａｘおよび繰り返し回数ｎを示す数値データ）を入力すると共に、この数値データＤｎｕを記憶部６に記憶させる。 In the equivalent circuit analysis apparatus 1, the processing unit 5 first repeatedly detects whether or not the command data Dcm is output from the operation unit 8, and the instruction content indicated by the detected command data Dcm is the lower limit value fmin, When an instruction to fetch the upper limit value fmax and the number of repetitions n is given, numerical data Dnu (numerical data indicating the lower limit value fmin, the upper limit value fmax and the number of repetitions n) output from the operation unit 8 is input and the numerical data Dnu is stored in the storage unit 6.
また、処理部５は、検出した命令データＤｃｍで示される指示内容が、解析の開始指示のときには、図４に示す等価回路解析処理５０を実行する。この等価回路解析処理５０では、処理部５は、まず、実測値測定処理を実行する（ステップ５１）。この実測値測定処理では、処理部５は、記憶部６から周波数ｆの下限値ｆｍｉｎおよび上限値ｆｍａｘを読み出すと共に、交流電流供給部２に対して周波数ｆ（ｆｍｉｎ≦ｆ≦ｆｍａｘ）を指定して、この指定した周波数ｆの交流電流Ｉ１を測定対象の電池１１に供給させる。この交流電流Ｉ１が電池１１に供給されている状態において、電流検出部３は、交流電流Ｉ１の波形を示す電流波形データＤｉを処理部５に出力し、電圧検出部４は、交流電流Ｉ１の供給に起因して電池１１の両端間に発生する交流電圧Ｖ１を検出すると共に電圧波形データＤｖに変換して処理部５に出力する。 Further, when the instruction content indicated by the detected instruction data Dcm is an instruction to start analysis, the processing unit 5 executes an equivalent circuit analysis process 50 shown in FIG. In the equivalent circuit analysis process 50, the processing unit 5 first executes an actual value measurement process (step 51). In this actual value measurement process, the processing unit 5 reads the lower limit value fmin and the upper limit value fmax of the frequency f from the storage unit 6 and designates the frequency f (fmin ≦ f ≦ fmax) for the alternating current supply unit 2. Thus, the alternating current I1 having the designated frequency f is supplied to the battery 11 to be measured. In a state where the alternating current I1 is supplied to the battery 11, the current detection unit 3 outputs current waveform data Di indicating the waveform of the alternating current I1 to the processing unit 5, and the voltage detection unit 4 detects the alternating current I1. The AC voltage V1 generated between both ends of the battery 11 due to the supply is detected, converted into voltage waveform data Dv, and output to the processing unit 5.
処理部５は、電流波形データＤｉおよび電圧波形データＤｖを例えば１周期分ずつ取得して、記憶部６に記憶させる。続いて、処理部５は、記憶部６に記憶されている電流波形データＤｉおよび電圧波形データＤｖに基づいて、指定した周波数ｆでの電池１１についてのインピーダンスＺ（インピーダンスＺの実数成分（Ｒ）と虚数成分（Ｘ））を算出して、指定した周波数ｆに対応させて、実数成分（Ｒ）を実数成分実測値として、かつ虚数成分（Ｘ）を虚数成分実測値として記憶部６に記憶させる。 The processing unit 5 acquires the current waveform data Di and the voltage waveform data Dv, for example, for one period, and stores them in the storage unit 6. Subsequently, based on the current waveform data Di and the voltage waveform data Dv stored in the storage unit 6, the processing unit 5 determines the impedance Z (the real component (R) of the impedance Z) for the battery 11 at the specified frequency f. And the imaginary component (X)) are calculated and stored in the storage unit 6 as the real component actual measurement value and the imaginary component (X) as the imaginary component actual measurement value corresponding to the designated frequency f. Let
処理部５は、交流電流供給部２に対して指定する周波数ｆを順次変化させつつ（下限値ｆｍｉｎから上限値ｆｍａｘまで（例えば、０．１Ｈｚから１０ｋＨｚまで）順次変化（例えば、単位周波数ずつ増加。スイープ）させつつ）、指定した周波数ｆでのインピーダンスＺの実数成分（Ｒ）および虚数成分（Ｘ）を算出すると共に、この周波数ｆに対応させて記憶部６に実数成分実測値および虚数成分実測値として記憶させる。これにより、実測値測定処理が完了する。 The processing unit 5 sequentially changes (for example, increments by unit frequency) from the lower limit value fmin to the upper limit value fmax (for example, from 0.1 Hz to 10 kHz) while sequentially changing the frequency f specified for the alternating current supply unit 2. The real number component (R) and the imaginary number component (X) of the impedance Z at the designated frequency f are calculated, and the measured real number component and the imaginary number component are stored in the storage unit 6 in correspondence with the frequency f. It memorizes as an actual measurement value. Thereby, the actual measurement process is completed.
次いで、処理部５は、第１インダクタンス算出処理を実行する（ステップ５２）。この第１インダクタンス算出処理では、処理部５は、記憶部６に記憶されている各周波数ｆでの虚数成分実測値のうちの高周波側の特定周波数（本例では一例として、上限値ｆｍａｘ）での虚数成分実測値に基づいて、インダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１を算出して、記憶部６に記憶させる。 Next, the processing unit 5 executes a first inductance calculation process (step 52). In the first inductance calculation process, the processing unit 5 uses a specific frequency on the high frequency side of the imaginary component measurement values at each frequency f stored in the storage unit 6 (in this example, the upper limit value fmax as an example). The inductance value L1 of the inductor 24 is calculated based on the actual imaginary component measured value and stored in the storage unit 6.
一般的に、図２に示す電池１１の等価回路のように、抵抗成分２２と並列接続された状態で、容量成分２３としてのＣＰＥを含む等価回路でのＣＰＥのインピーダンスＺＣＰＥは、下記式（１）で表される。
ＺＣＰＥ＝１／［（ｊω）ｐ×Ｔ］
ここで、ｐ＝１−（２／π）×ｃｏｓ−１（Ｃｘ／ｒ）、Ｔ＝１／（ωｐ×Ｒ１）、ω＝２π×ｆｐ ・・・ （１）
なお、Ｃｘは、フィッティング処理において算出される円（後述の円Ａ）の実数成分（Ｒ）を横軸とし、虚数成分（Ｘ）を縦軸とする直交座標平面（複素平面）での中心座標（Ｃｘ，Ｃｙ）の実数成分値であり、ｒは、この円の半径を表している。また、周波数ｆｐは、フィッティング処理を適用したナイキストプロット曲線における極小点（後述する図３のナイキストプロット曲線ＣＵ２における虚数成分実測値が極小となるドットＰ３）での周波数である。
In general, as in the equivalent circuit of the battery 11 shown in FIG. 2, the impedance Z CPE of the CPE in the equivalent circuit including the CPE as the capacitance component 23 in the state of being connected in parallel with the resistance component 22 is represented by the following formula ( 1).
Z CPE = 1 / [(jω) p × T]
Here, p = 1− (2 / π) × cos −1 (Cx / r), T = 1 / (ω p × R1), ω = 2π × fp (1)
Cx is a central coordinate on an orthogonal coordinate plane (complex plane) in which a horizontal axis is a real component (R) of a circle (a circle A described later) calculated in the fitting process and an ordinate is an imaginary component (X). This is the real component value of (Cx, Cy), and r represents the radius of this circle. Further, the frequency fp is a frequency at a minimum point in the Nyquist plot curve to which the fitting process is applied (dot P3 at which an imaginary number component actual measurement value in the Nyquist plot curve CU2 in FIG. 3 to be described later is minimum).
また、上記の式（１）は、実数成分と虚数成分とに分けることにより、下記の式（２）のようにも表される。
ＺＣＰＥ＝１／（ωｐ×Ｔ）×ｃｏｓ（π×ｐ／２）
−ｊ×１／（ωｐ×Ｔ）×ｓｉｎ（π×ｐ／２） ・・・ （２）
Moreover, said Formula (1) is also represented like the following formula (2) by dividing into a real number component and an imaginary number component.
Z CPE = 1 / (ω p × T) × cos (π × p / 2)
−j × 1 / (ω p × T) × sin (π × p / 2) (2)
したがって、このＣＰＥで構成される容量成分２３を含む図２の等価回路全体のインピーダンスＺＴＯＴＡＬは、下記の式（３）のように表される。
ＺＴＯＴＡＬ＝ｊωＬ１＋Ｒｓ＋１／（１／Ｒ１＋１／ＺＣＰＥ）
＝Ｚ'ＴＯＴＡＬ−ｊＺ"ＴＯＴＡＬ ・・・ （３）
ここで、Ｚ'ＴＯＴＡＬ＝Ｒｓ＋｛Ｒ１×［１／ω２ｐ＋１／ωｐ×Ｔ×Ｒ１×ｃｏｓ（π×ｐ／２）］｝／［１／ω２ｐ＋２／ωｐ×Ｔ×Ｒ１×ｃｏｓ（π×ｐ／２）＋（Ｔ×Ｒ１）２］ ・・・ （４）
Ｚ"ＴＯＴＡＬ＝Ｒ１×［１／ωｐ×Ｔ×Ｒ１×ｓｉｎ（π×ｐ／２）］／［１／ω２ｐ＋２／ωｐ×Ｔ×Ｒ１×ｃｏｓ（π×ｐ／２）＋（Ｔ×Ｒ１）２］−ωＬ１ ・・・ （５）
Therefore, the impedance Z TOTAL of the entire equivalent circuit of FIG.
Z TOTAL = jωL1 + Rs + 1 / (1 / R1 + 1 / Z CPE )
= Z ' TOTAL -jZ " TOTAL (3)
Here, Z ′ TOTAL = Rs + {R1 × [1 / ω 2p + 1 / ω p × T × R1 × cos (π × p / 2)]} / [1 / ω 2p + 2 / ω p × T × R1 × cos (π × p / 2) + (T × R1) 2 ] (4)
Z " TOTAL = R1 * [1 / [omega] p * T * R1 * sin ([pi] * p / 2)] / [1 / [omega] 2p + 2 / [omega] p * T * R1 * cos ([pi] * p / 2) + ( T × R1) 2 ] −ωL1 (5)
このため、周波数ｆが十分に高いときには、ω（＝２πｆ）も十分に大きな値になることから、上記式（４）における第２項の分子がほぼゼロであるとみなすことができ、この式（４）は下記式（６）のように近似することができる。また、同様にして、上記式（５）における第１項の分子もほぼゼロであるとみなすことができ、この式（５）は下記式（７）のように近似することができる。
Ｚ'ＴＯＴＡＬ≒Ｒｓ ・・・ （６）
Ｚ"ＴＯＴＡＬ≒−ωＬ１ ・・・ （７）
For this reason, when the frequency f is sufficiently high, ω (= 2πf) also has a sufficiently large value, so that the numerator of the second term in the above equation (4) can be regarded as almost zero. (4) can be approximated by the following equation (6). Similarly, the numerator of the first term in the above formula (5) can be regarded as almost zero, and this formula (5) can be approximated as the following formula (7).
Z ' TOTAL ≒ Rs (6)
Z " TOTAL ≒ -ωL1 (7)
したがって、処理部５は、この第１インダクタンス算出処理において、上記したように、周波数ｆの上限値ｆｍａｘを最も好ましい高周波側の特定周波数として、この上限値ｆｍａｘでの虚数成分実測値（Ｚ"ＴＯＴＡＬ）と、ω（＝２π×ｆｍａｘ）とに基づいて、上記式（７）からインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１（＝−Ｚ"ＴＯＴＡＬ／ω）を算出する。なお、最も好ましい高周波側の特定周波数として、周波数ｆの上限値ｆｍａｘを使用する構成を採用しているが、ω（＝２πｆ）が十分に大きな値になるのであれば、上限値ｆｍａｘ以外の高周波側の周波数を特定周波数として使用する構成を採用することもできる。 Therefore, in the first inductance calculation process, the processing unit 5 sets the upper limit value fmax of the frequency f as the most preferable specific frequency on the high frequency side as described above, and the imaginary component measurement value (Z " TOTAL at the upper limit value fmax). ) And ω (= 2π × fmax), the inductance value L1 (= −Z ″ TOTAL / ω) of the inductor 24 is calculated from the above equation (7). Note that the configuration using the upper limit value fmax of the frequency f is adopted as the most preferable specific frequency on the high frequency side. However, if ω (= 2πf) is a sufficiently large value, the high frequency other than the upper limit value fmax is used. A configuration in which the frequency on the side is used as the specific frequency can also be employed.
続いて、処理部５は、補正処理を実行する（ステップ５３）。この補正処理では、処理部５は、第１インダクタンス算出処理で算出したインダクタンス値Ｌ１を使用して、記憶部６に記憶されている各周波数でのリアクタンス（ωＬ１）を算出すると共に、対応する周波数での虚数成分実測値にこのリアクタンスを適用する（具体的には加算する）ことにより、各周波数での虚数成分実測値を補正し、補正した各周波数での虚数成分実測値を記憶部６に記憶させる。例えば、処理部５は、周波数ｆ１，ｆ２での虚数成分実測値を補正する場合、周波数ｆ１での虚数成分実測値の補正に際しては、この周波数ｆ１でのリアクタンス（２π×ｆ１×Ｌ１）を算出して、この虚数成分実測値に適用（加算）することで補正を行い、周波数ｆ２での虚数成分実測値の補正に際しては、この周波数ｆ２でのリアクタンス（２π×ｆ２×Ｌ１）を算出して、この虚数成分実測値に適用（加算）することで補正を行う。 Subsequently, the processing unit 5 executes a correction process (step 53). In this correction process, the processing unit 5 calculates the reactance (ωL1) at each frequency stored in the storage unit 6 by using the inductance value L1 calculated in the first inductance calculation process, and the corresponding frequency. By applying this reactance to the actual imaginary component measured value (specifically, adding), the actual imaginary component measured value at each frequency is corrected, and the actual measured imaginary component value at each frequency is stored in the storage unit 6. Remember. For example, when correcting the actual value of the imaginary component at the frequencies f1 and f2, the processing unit 5 calculates the reactance (2π × f1 × L1) at the frequency f1 when correcting the actual value of the imaginary component at the frequency f1. Then, correction is performed by applying (adding) to the actual value of the imaginary component, and when correcting the actual value of the imaginary component at the frequency f2, the reactance (2π × f2 × L1) at the frequency f2 is calculated. Then, correction is performed by applying (adding) to the actually measured value of the imaginary component.
図２に示す電池１１の等価回路では、インダクタ２４の影響（ωＬ１）は、上記の式（４）に示すように等価回路全体のインピーダンスＺＴＯＴＡＬの実数成分Ｚ'ＴＯＴＡＬには現れず、上記の式（５）に示すように虚数成分Ｚ"ＴＯＴＡＬにのみ負の項として現れる。このため、この補正処理において、処理部５が各周波数でのリアクタンス（ωＬ１）を算出すると共に、対応する周波数での虚数成分実測値にこのリアクタンス（ωＬ１）を加算することにより、虚数成分Ｚ"ＴＯＴＡＬにおけるインダクタ２４の影響をキャンセルすることが可能となる。ただし、補正に使用されたリアクタンス（ωＬ１）におけるＬ１は、上記の式（７）で表される近似式から算出されたものであるため、式（５）に示される虚数成分Ｚ"ＴＯＴＡＬからリアクタンス（ωＬ１）が完全にキャンセルされてはいないが、虚数成分Ｚ"ＴＯＴＡＬにおけるインダクタ２４の影響が大幅に低減されたものになっている。このため、記憶部６に記憶されている各周波数での実数成分実測値と、補正された虚数成分実測値とは、図２に示す電池１１の等価回路からインダクタ２４を省いた等価回路（以下、「部分等価回路」ともいう）についてのインピーダンスの各周波数での実数成分実測値と虚数成分実測値とをほぼ表すものになっていると考えられる。 In the equivalent circuit of the battery 11 shown in FIG. 2, the influence (ωL1) of the inductor 24 does not appear in the real component Z ′ TOTAL of the impedance Z TOTAL of the entire equivalent circuit as shown in the above equation (4). As shown in the equation (5), it appears as a negative term only in the imaginary component Z ″ TOTAL . For this reason, in this correction process, the processing unit 5 calculates reactance (ωL1) at each frequency, and at the corresponding frequency. By adding this reactance (ωL1) to the actual value of the imaginary number component, it is possible to cancel the influence of the inductor 24 on the imaginary number component Z ″ TOTAL . However, since L1 in the reactance (ωL1) used for the correction is calculated from the approximate expression represented by the above formula (7), the reactance is calculated from the imaginary component Z ″ TOTAL represented by the formula (5). Although (ωL1) is not completely canceled, the influence of the inductor 24 on the imaginary component Z ″ TOTAL is greatly reduced. For this reason, the actual component measured value at each frequency stored in the storage unit 6 and the corrected imaginary component measured value are equivalent circuits (hereinafter referred to as an equivalent circuit) in which the inductor 24 is omitted from the equivalent circuit of the battery 11 shown in FIG. It is considered that the actual component actual measurement value and the imaginary component actual measurement value at each frequency of the impedance for the “sub-equivalent partial circuit” are substantially represented.
続いて、処理部５は、フィッティング処理を実行する（ステップ５４）。このフィッティング処理では、処理部５は、図３に示すように、実数成分（Ｒ）を横軸とし、かつ虚数成分（Ｘ）を縦軸とする直交平面内に、実数成分実測値をこの横軸の座標とし、かつ補正された虚数成分実測値をこの縦軸の座標としてプロットされたドットで構成されるナイキストプロット曲線ＣＵ２（実線で示される曲線）における円弧状領域Ｗに含まれるドットの実数成分実測値および補正された虚数成分実測値に基づいて、この円弧状領域Ｗに対応する半円（本例では、この円弧状領域Ｗを含む円Ａ）をカーブフィッティング法（例えば、最小二乗法を利用したカーブフィッティング法）によって算出する。この場合、算出した円Ａの中心Ｏの座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）であり、半径はｒであるものとする。なお、図３中の破線で示される曲線ＣＵ１は、実数成分実測値を横軸の座標とし、かつ補正されていない虚数成分実測値を縦軸の座標とするプロットで構成されるナイキストプロット曲線を表している。 Subsequently, the processing unit 5 executes a fitting process (step 54). In this fitting process, as shown in FIG. 3, the processing unit 5 displays the actual measurement value of the real component in an orthogonal plane with the real component (R) on the horizontal axis and the imaginary component (X) on the vertical axis. The real number of dots included in the arcuate region W in the Nyquist plot curve CU2 (curve indicated by the solid line) composed of dots plotted with the imaginary component actual value corrected with the coordinate of the axis and the coordinate of the vertical axis Based on the component actual measurement value and the corrected imaginary component actual measurement value, a semicircle corresponding to the arcuate region W (in this example, a circle A including the arcuate region W) is converted into a curve fitting method (for example, the least square method). Curve fitting method using In this case, the calculated coordinates of the center O of the circle A are (Cx, Cy) and the radius is r. Note that a curve CU1 indicated by a broken line in FIG. 3 is a Nyquist plot curve composed of plots in which the actual component actual measurement value is the horizontal axis coordinate and the uncorrected imaginary component actual measurement value is the vertical axis coordinate. Represents.
次いで、処理部５は、パラメータ値算出処理を実行する（ステップ５５）。このパラメータ値算出処理では、処理部５は、算出した円Ａの横軸（図３における虚数成分（Ｘ）がゼロの線分）との２つの交点Ｐ１，Ｐ２での各実数成分値、および補正された虚数成分実測値のうちの極小の虚数成分実測値（ドットＰ３での虚数成分実測値）での周波数ｆｐに基づいて、部分等価回路を構成する抵抗成分２１、抵抗成分２２および容量成分２３の各パラメータ値（抵抗値Ｒｓ，抵抗値Ｒ１，ｐ，Ｔ）を算出する。 Next, the processing unit 5 executes a parameter value calculation process (step 55). In this parameter value calculation process, the processing unit 5 calculates the real component values at the two intersections P1 and P2 with the calculated horizontal axis of the circle A (the line segment where the imaginary component (X) in FIG. 3 is zero), and Based on the frequency fp of the minimum imaginary component actual measurement value (imaginary component actual measurement value at the dot P3) among the corrected imaginary component actual measurement values, the resistance component 21, the resistance component 22 and the capacitance component constituting the partial equivalent circuit 23, each parameter value (resistance value Rs, resistance value R1, p, T) is calculated.
具体的には、処理部５は、交点Ｐ１の実数成分値を抵抗値Ｒｓとして算出し、交点Ｐ２の実数成分値から交点Ｐ１の実数成分値を減算した値を抵抗値Ｒ１として算出する。また、処理部５は、上記の式（１）に、円Ａの中心Ｏの実数成分値Ｃｘ、円Ａの半径ｒ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、周波数ｆｐを代入して、各パラメータ値ｐ，Ｔを算出すると共に、ＺＣＰＥを算出する。 Specifically, the processing unit 5 calculates the real component value at the intersection P1 as the resistance value Rs, and calculates a value obtained by subtracting the real component value at the intersection P1 from the real component value at the intersection P2 as the resistance value R1. Further, the processing unit 5 substitutes the real component value Cx of the center O of the circle A, the radius r of the circle A, the resistance value R1 of the resistance component 22, and the frequency fp into the above equation (1), and sets each parameter value. In addition to calculating p and T, Z CPE is calculated.
続いて、処理部５は、第２インダクタンス算出処理を実行する（ステップ５６）。この第２インダクタンス算出処理では、処理部５は、上記式（５）を使用して、部分等価回路の特定周波数（本例では上記のように、上限値ｆｍａｘ）でのインピーダンスの虚数成分理論値を算出すると共に、算出した虚数成分理論値、および特定周波数での虚数成分実測値に基づいてインダクタ２４の新たなインダクタンス値Ｌ１を算出して、記憶部６に更新記憶させる。 Subsequently, the processing unit 5 executes a second inductance calculation process (step 56). In the second inductance calculation process, the processing unit 5 uses the above formula (5) to calculate the theoretical value of the imaginary component of the impedance at the specific frequency of the partial equivalent circuit (in this example, the upper limit value fmax as described above). And a new inductance value L1 of the inductor 24 is calculated based on the calculated theoretical value of the imaginary number component and the actually measured value of the imaginary number component at the specific frequency, and is updated and stored in the storage unit 6.
この場合、上記式（５）における第１項は、部分等価回路についてのインピーダンスの虚数成分値を表している。このため、処理部５は、まず、この式（５）における第１項に、パラメータ値算出処理で算出した各パラメータ値（抵抗値Ｒ１、周波数ｆｍａｘ、パラメータ値ｐ，Ｔ）を適用して、部分等価回路についてのインピーダンスの虚数成分値（以下、「虚数成分理論値」ともいう）を算出する。次いで、処理部５は、この算出した虚数成分理論値を特定周波数での虚数成分実測値Ｚ"ＴＯＴＡＬから減算し、この減算によって得られた値を（−ω）で除算することにより、インダクタ２４の新たなインダクタンス値Ｌ１（＝−（Ｚ"ＴＯＴＡＬ−虚数成分理論値）／ω）を算出する。 In this case, the first term in the above equation (5) represents the imaginary component value of the impedance for the partial equivalent circuit. Therefore, the processing unit 5 first applies each parameter value (resistance value R1, frequency fmax, parameter value p, T) calculated in the parameter value calculation process to the first term in the equation (5), An imaginary component value of impedance (hereinafter, also referred to as “imaginary component theoretical value”) for the partial equivalent circuit is calculated. Next, the processing unit 5 subtracts the calculated imaginary component theoretical value from the imaginary component actual measurement value Z ″ TOTAL at a specific frequency, and divides the value obtained by this subtraction by (−ω) to thereby generate the inductor 24. A new inductance value L1 (= − (Z ″ TOTAL −imaginary component theoretical value) / ω) is calculated.
この第２インダクタンス算出処理では、上記のようにして上記式（５）における第１項の値を考慮して、虚数成分実測値Ｚ"ＴＯＴＡＬからインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１を算出している。このため、式（５）における第１項の値をゼロとみなした上記式（７）を使用してインダクタンス値Ｌ１を算出したときよりも、真のインダクタンス値Ｌ１に一層近いインダクタンス値Ｌ１を算出することが可能となっている。 In the second inductance calculation process, the inductance value L1 of the inductor 24 is calculated from the imaginary component actual measurement value Z ″ TOTAL in consideration of the value of the first term in the equation (5) as described above. Therefore, the inductance value L1 closer to the true inductance value L1 is calculated than when the inductance value L1 is calculated using the above equation (7) in which the value of the first term in the equation (5) is regarded as zero. It is possible.
次いで、処理部５は、第２インダクタンス算出処理の実行回数が記憶部６に記憶されている繰り返し回数（予め規定された回数）ｎに達したか否かを判別し（ステップ５７）、達していないときには、ステップ５３の補正処理に戻り、第２インダクタンス算出処理で算出した新たなインダクタンス値Ｌ１を使用して、補正処理、フィッティング処理、パラメータ値算出処理および第２インダクタンス算出処理を再度実行する。このように、真のインダクタンス値Ｌ１に一層近いインダクタンス値Ｌ１を使用して、処理部５が補正処理、フィッティング処理、パラメータ値算出処理および第２インダクタンス算出処理を再度実行することにより、インダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１は、真のインダクタンス値Ｌ１により一層近い値に収束させられると共に、部分等価回路を構成する抵抗成分２１、抵抗成分２２および容量成分２３の各パラメータ値（Ｒｓ，Ｒ１，ｐ，Ｔ）についても、真のインダクタンス値Ｌ１により一層近い値のインダクタンス値Ｌ１を使用して再度算出することにより、真の値により近い値に収束させられる（より高い精度で算出される）。 Next, the processing unit 5 determines whether or not the number of execution times of the second inductance calculation process has reached the number of repetitions (a predetermined number) n stored in the storage unit 6 (step 57). If not, the process returns to the correction process in step 53, and the correction process, the fitting process, the parameter value calculation process, and the second inductance calculation process are executed again using the new inductance value L1 calculated in the second inductance calculation process. As described above, the processing unit 5 performs the correction process, the fitting process, the parameter value calculation process, and the second inductance calculation process again by using the inductance value L1 that is closer to the true inductance value L1, and thereby the inductor 24 The inductance value L1 is converged to a value closer to the true inductance value L1, and the parameter values (Rs, R1, p, T) of the resistance component 21, the resistance component 22, and the capacitance component 23 constituting the partial equivalent circuit. Also, by calculating again using an inductance value L1 closer to the true inductance value L1, it is converged to a value closer to the true value (calculated with higher accuracy).
一方、処理部５は、ステップ５７において、第２インダクタンス算出処理の実行回数が繰り返し回数ｎに達したと判別したときには、表示処理を実行する（ステップ５８）。この表示処理では、処理部５は、算出した各パラメータ値（抵抗値Ｒｓ、抵抗値Ｒ１、ＣＰＥについてのパラメータ値ｐ，Ｔ，ＺＣＰＥ、およびインダクタンス値Ｌ１（最後の第２インダクタンス算出処理で算出した最新のインダクタンス値Ｌ１））を表示部７に表示させる。これにより、等価回路解析処理５０が完了する。 On the other hand, when it is determined in step 57 that the number of executions of the second inductance calculation process has reached the number of repetitions n, the processing unit 5 executes a display process (step 58). In this display process, the processing unit 5 calculates the calculated parameter values (resistance value Rs, resistance value R1, parameter values p, T, Z CPE for CPE , and inductance value L1 (calculated in the last second inductance calculation process). The latest inductance value L1)) is displayed on the display unit 7. Thereby, the equivalent circuit analysis processing 50 is completed.
このように、この等価回路解析装置１および等価回路解析方法では、上記の第２インダクタンス算出処理（ステップ５６）を実行して、真のインダクタンス値Ｌ１により近い値の新たなインダクタンス値Ｌ１を算出し、さらに、この新たなインダクタンス値Ｌ１を使用して、補正処理（ステップ５３）、フィッティング処理（ステップ５４）、およびパラメータ値算出処理（ステップ５５）を再度実行して、部分等価回路を構成する抵抗成分２１、抵抗成分２２および容量成分２３の各パラメータ値（Ｒｓ，Ｒ１，ｐ，Ｔ）を再度算出する。 As described above, in the equivalent circuit analysis device 1 and the equivalent circuit analysis method, the second inductance calculation process (step 56) is executed to calculate a new inductance value L1 closer to the true inductance value L1. Further, using this new inductance value L1, the correction process (step 53), the fitting process (step 54), and the parameter value calculation process (step 55) are executed again, and the resistance constituting the partial equivalent circuit The parameter values (Rs, R1, p, T) of the component 21, the resistance component 22, and the capacitance component 23 are calculated again.
したがって、この等価回路解析装置１および等価回路解析方法によれば、電池１１の等価回路を構成する抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、容量成分２３の各パラメータ値ｐ，Ｔ（およびＺＣＰＥ）、およびインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１を、より真値に近い値に収束させることができるため、各パラメータ値をより高い精度で測定（算出）することができる。 Therefore, according to the equivalent circuit analysis device 1 and the equivalent circuit analysis method, the resistance value Rs of the resistance component 21, the resistance value R1 of the resistance component 22, and the parameter values p of the capacitance component 23 that constitute the equivalent circuit of the battery 11, Since T (and Z CPE ) and the inductance value L1 of the inductor 24 can be converged to a value closer to the true value, each parameter value can be measured (calculated) with higher accuracy.
また、この等価回路解析装置１および等価回路解析方法によれば、第２インダクタンス算出処理で算出した新たなインダクタンス値Ｌ１を使用して、補正処理、フィッティング処理、パラメータ値算出処理、および第２インダクタンス算出処理を予め決められた複数回（この例ではｎ回：例えば３回以上）実行することにより、電池１１の等価回路を構成する抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、容量成分２３の各パラメータ値ｐ，Ｔ（およびＺＣＰＥ）、およびインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１を、より一層真値に近い値に収束させることができるため、各パラメータ値をより一層高い精度で測定（算出）することができる。 Further, according to the equivalent circuit analysis device 1 and the equivalent circuit analysis method, the correction process, the fitting process, the parameter value calculation process, and the second inductance are performed using the new inductance value L1 calculated in the second inductance calculation process. By executing the calculation process a predetermined number of times (in this example, n times: for example, 3 times or more), the resistance value Rs of the resistance component 21 and the resistance value R1 of the resistance component 22 constituting the equivalent circuit of the battery 11, Since each parameter value p, T (and Z CPE ) of the capacitance component 23 and the inductance value L1 of the inductor 24 can be converged to a value closer to the true value, each parameter value is measured with higher accuracy. (Calculation).
具体的に、図５，６を参照して説明する。図５において実線で示す曲線は、第１インダクタンス算出処理において算出されたインダクタンス値Ｌ１を使用して、補正処理、フィッティング処理、およびパラメータ値算出処理を１回実行して得られる抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、および容量成分２３の各パラメータ値ｐ，Ｔ（およびＺＣＰＥ）に基づいて算出した図２に示す電池１１の等価回路についてのナイキストプロット曲線ＣＵ３（理論曲線）である。また、図５中において破線で示す曲線は、実測値測定処理（ステップ５１）で測定された各周波数ｆでの実数成分実測値および虚数成分実測値をプロットして得られたナイキストプロット曲線ＣＵ１（実測曲線）である。同図によれば、理論曲線が実測曲線から大きくずれているため、このことから、抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、容量成分２３の各パラメータ値ｐ，Ｔ（およびＺＣＰＥ）、およびインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１が真値から大きく外れた値として算出されていることが確認できる。 Specifically, description will be made with reference to FIGS. A curve indicated by a solid line in FIG. 5 indicates the resistance of the resistance component 21 obtained by executing the correction process, the fitting process, and the parameter value calculation process once using the inductance value L1 calculated in the first inductance calculation process. The Nyquist plot curve CU3 (theoretical curve) for the equivalent circuit of the battery 11 shown in FIG. 2 calculated based on the value Rs, the resistance value R1 of the resistance component 22, and the parameter values p, T (and Z CPE ) of the capacity component 23. ). In addition, a curve indicated by a broken line in FIG. 5 is a Nyquist plot curve CU1 (plotted by plotting the actual component actual value and the imaginary component actual value at each frequency f measured in the actual measurement process (step 51)). Measured curve). According to the figure, since the theoretical curve is greatly deviated from the actual measurement curve, the resistance value Rs of the resistance component 21, the resistance value R1 of the resistance component 22, and the parameter values p, T (and Z CPE ) and the inductance value L1 of the inductor 24 can be confirmed to be calculated as values greatly deviating from the true value.
一方、図６において実線で示す曲線は、新たなインダクタンス値Ｌ１を使用して、補正処理、フィッティング処理、パラメータ値算出処理、および第２インダクタンス算出処理を２回実行して得られた抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、容量成分２３の各パラメータ値ｐ，Ｔ（およびＺＣＰＥ）、およびインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１に基づいて算出した図２に示す電池１１の等価回路についてのナイキストプロット曲線ＣＵ４（理論曲線）である。また、図６中において破線で示す曲線は、実測値測定処理（ステップ５１）で測定された各周波数ｆでの実数成分実測値および虚数成分実測値をプロットして得られたナイキストプロット曲線ＣＵ１（実測曲線）である。同図によれば、理論曲線が実測曲線に極めて近いため、このことから、抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、容量成分２３の各パラメータ値ｐ，Ｔ（およびＺＣＰＥ）、およびインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１が真値に近い値として算出されていることが確認できる。すなわち、この等価回路解析装置１および等価回路解析方法によれば、電池１１の等価回路を構成する抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、容量成分２３の各パラメータ値ｐ，Ｔ（およびＺＣＰＥ）、およびインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１を、より高い精度で測定（算出）することができる。 On the other hand, the curve indicated by the solid line in FIG. 6 indicates the resistance component 21 obtained by executing the correction process, the fitting process, the parameter value calculation process, and the second inductance calculation process twice using the new inductance value L1. 2 is calculated based on the resistance value Rs, the resistance value R1 of the resistance component 22, the parameter values p and T (and Z CPE ) of the capacitance component 23, and the inductance value L1 of the inductor 24. Is a Nyquist plot curve CU4 (theoretical curve). In addition, a curve indicated by a broken line in FIG. 6 is a Nyquist plot curve CU1 (plotted by plotting the actual component measured value and the imaginary component measured value at each frequency f measured in the measured value measurement process (step 51)). Measured curve). According to the figure, since the theoretical curve is very close to the actual measurement curve, from this, the resistance value Rs of the resistance component 21, the resistance value R1 of the resistance component 22, and the parameter values p, T (and Z CPE of the capacitance component 23). ) And that the inductance value L1 of the inductor 24 is calculated as a value close to the true value. That is, according to the equivalent circuit analysis device 1 and the equivalent circuit analysis method, the resistance value Rs of the resistance component 21, the resistance value R1 of the resistance component 22, and the parameter values p of the capacitance component 23 constituting the equivalent circuit of the battery 11 T (and Z CPE ) and the inductance value L1 of the inductor 24 can be measured (calculated) with higher accuracy.
なお、上記の等価回路解析装置１および等価回路解析方法では、上記したように、繰り返し回数ｎを増やす程、電池１１の等価回路を構成する抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ、抵抗成分２２の抵抗値Ｒ１、容量成分２３の各パラメータ値ｐ，Ｔ（およびＺＣＰＥ）、およびインダクタ２４のインダクタンス値Ｌ１を、より一層真値に近い値に収束させることが可能になるが、繰り返し回数ｎを増やす程、解析に要する時間が長くなる。このため、この等価回路解析装置１では、繰り返し回数ｎを操作者が操作部８を介して処理部５に設定できる構成として、電池１１の等価回路を構成する抵抗成分２１の抵抗値Ｒｓ等の精度と、解析に要する時間とのバランスを取ることが可能になっている。 In the equivalent circuit analysis device 1 and the equivalent circuit analysis method, as described above, the resistance value Rs of the resistance component 21 and the resistance value of the resistance component 22 constituting the equivalent circuit of the battery 11 are increased as the number of repetitions n is increased. R1, the parameter values p and T (and Z CPE ) of the capacitance component 23, and the inductance value L1 of the inductor 24 can be converged to values closer to the true value, but the number of repetitions n increases. The time required for analysis becomes longer. For this reason, in this equivalent circuit analysis device 1, the number n of repetitions can be set in the processing unit 5 by the operator via the operation unit 8, and the resistance value Rs of the resistance component 21 that constitutes the equivalent circuit of the battery 11 is set. It is possible to balance accuracy and time required for analysis.
また、図２に示す電池１１の等価回路では、抵抗成分２２と容量成分２３の並列回路が１組だけであるが、図示はしないが、この種の並列回路を２以上備えた等価回路で構成される電池も存在しており、このような等価回路の各パラメータ値の算出に際しても、上記した等価回路解析処理５０を適用することが可能である。 Further, in the equivalent circuit of the battery 11 shown in FIG. 2, there is only one set of parallel circuit of the resistance component 22 and the capacity component 23, but although not shown, it is configured by an equivalent circuit having two or more of this kind of parallel circuit. There is also a battery to be used, and the equivalent circuit analysis processing 50 described above can be applied when calculating each parameter value of such an equivalent circuit.
また、測定対象として電池を例に挙げて説明したが、等価回路が図２に示されるような回路である限り、電池以外の素子についても測定対象として、その等価回路の各パラメータ値を算出することができる。 In addition, the battery has been described as an example of the measurement target. However, as long as the equivalent circuit is a circuit as illustrated in FIG. 2, each parameter value of the equivalent circuit is calculated as the measurement target for elements other than the battery. be able to.
１ 等価回路解析装置
５ 処理部
１１ 電池
Ｒ 実数成分
Ｘ 虚数成分
Ｚ インピーダンス
1 Equivalent circuit analyzer
5 treatment part 11 battery
R Real component
X Imaginary component
Z impedance
Claims (4)
前記虚数成分実測値のうちの高周波側の特定周波数での虚数成分実測値に基づいて前記インダクタのインダクタンス値を算出する第１インダクタンス算出処理と、
前記算出したインダクタンス値を使用して前記各周波数でのリアクタンスを算出すると共に対応する周波数での前記虚数成分実測値に当該算出したリアクタンスを適用して当該各周波数での虚数成分実測値を補正する補正処理と、
実数成分を横軸とし、かつ虚数成分を縦軸とする直交平面内に、前記実数成分実測値を前記横軸の座標とし、かつ前記補正された虚数成分実測値を前記縦軸の座標としてプロットされたドットで構成されるナイキストプロット曲線における円弧状領域に含まれる前記ドットの前記実数成分実測値および前記補正された虚数成分実測値に基づいて前記円弧状領域に対応する半円をカーブフィッティング法によって算出するフィッティング処理と、
前記算出した半円の前記横軸との２つの交点での前記各実数成分実測値、および前記補正された虚数成分実測値のうちの極小の虚数成分実測値での前記周波数に基づいて前記等価回路を構成する前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗の各パラメータ値を算出するパラメータ値算出処理と、
前記等価回路のうちの前記算出した各パラメータ値の前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗で構成される部分等価回路の前記特定周波数でのインピーダンスの虚数成分理論値を算出すると共に、当該虚数成分理論値、および前記特定周波数での虚数成分実測値に基づいて前記インダクタの新たなインダクタンス値を算出する第２インダクタンス算出処理とを実行する処理部を備えている等価回路解析装置であって、
前記処理部は、前記第２インダクタンス算出処理で算出した前記新たなインダクタンス値を使用して、前記補正処理、前記フィッティング処理、および前記パラメータ値算出処理を再度実行することにより、当該パラメータ値算出処理で算出される前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗の各パラメータ値を収束させる等価回路解析装置。 Based on the measured frequency characteristics of the impedance to be measured represented by an equivalent circuit in which a solution resistor and an inductor are connected in series to a parallel circuit of a capacitance and a charge transfer resistance, the actual component actual measurement value of the impedance at each frequency And an actual value measurement process for measuring the actual value of the imaginary component,
A first inductance calculation process for calculating an inductance value of the inductor based on an imaginary component measurement value at a specific frequency on a high frequency side of the imaginary component measurement value;
The reactance at each frequency is calculated using the calculated inductance value and the calculated reactance is applied to the actual value of the imaginary component at the corresponding frequency to correct the actual value of the imaginary component at each frequency. Correction processing,
Plotting the real component actual measurement value as the horizontal axis coordinate and the corrected imaginary component actual measurement value as the vertical axis coordinate in an orthogonal plane with the real component as the horizontal axis and the imaginary component as the vertical axis Curve fitting method for semicircle corresponding to the arc-shaped region based on the measured actual value of the dot and the corrected actual measured value of the imaginary component of the dot included in the arc-shaped region in the Nyquist plot curve composed of the formed dots Fitting process calculated by
The equivalent value based on the frequency at the actual measurement value of each of the real component at two intersections with the horizontal axis of the calculated semicircle and the actual measurement value of the minimum imaginary component of the corrected actual value of the imaginary component A parameter value calculation process for calculating each parameter value of the capacitor, the charge transfer resistance and the solution resistance constituting the circuit;
While calculating the imaginary component theoretical value of the impedance at the specific frequency of the partial equivalent circuit composed of the capacitance, the charge transfer resistance, and the solution resistance of the calculated parameter values of the equivalent circuit, and the imaginary number An equivalent circuit analysis device including a processing unit that executes a second inductance calculation process for calculating a new inductance value of the inductor based on a component theoretical value and an imaginary component actual measurement value at the specific frequency,
The processing unit uses the new inductance value calculated in the second inductance calculation process to execute the correction process, the fitting process, and the parameter value calculation process again, thereby performing the parameter value calculation process. An equivalent circuit analysis device that converges the parameter values of the capacitance, the charge transfer resistance, and the solution resistance calculated in step (1).
前記虚数成分実測値のうちの高周波側の特定周波数での虚数成分実測値に基づいて前記インダクタのインダクタンス値を算出する第１インダクタンス算出処理と、
前記算出したインダクタンス値を使用して前記各周波数でのリアクタンスを算出すると共に対応する周波数での前記虚数成分実測値に当該算出したリアクタンスを適用して当該各周波数での虚数成分実測値を補正する補正処理と、
実数成分を横軸とし、かつ虚数成分を縦軸とする直交平面内に、前記実数成分実測値を前記横軸の座標とし、かつ前記補正された虚数成分実測値を前記縦軸の座標としてプロットされたドットで構成されるナイキストプロット曲線における円弧状領域に含まれる前記ドットの前記実数成分実測値および前記補正された虚数成分実測値に基づいて前記円弧状領域に対応する半円をカーブフィッティング法によって算出するフィッティング処理と、
前記算出した半円の前記横軸との２つの交点での各実数成分値、および前記補正された虚数成分実測値のうちの極小の虚数成分実測値での前記周波数に基づいて前記等価回路を構成する前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗の各パラメータ値を算出するパラメータ値算出処理と、
前記等価回路のうちの前記算出した各パラメータ値の前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗で構成される部分等価回路の前記特定周波数でのインピーダンスの虚数成分理論値を算出すると共に当該虚数成分理論値、および前記特定周波数での虚数成分実測値に基づいて前記インダクタの新たなインダクタンス値を算出する第２インダクタンス算出処理とを実行する等価回路解析方法であって、
前記第２インダクタンス算出処理で算出した前記新たなインダクタンス値を使用して、前記補正処理、前記フィッティング処理、および前記パラメータ値算出処理を再度実行することにより、当該パラメータ値算出処理で算出される前記容量、前記電荷移動抵抗および前記溶液抵抗の各パラメータ値を収束させる等価回路解析方法。 Based on the measured frequency characteristics of the impedance to be measured represented by an equivalent circuit in which a solution resistor and an inductor are connected in series to a parallel circuit of a capacitance and a charge transfer resistance, the actual component actual measurement value of the impedance at each frequency And an actual value measurement process for measuring the actual value of the imaginary component,
A first inductance calculation process for calculating an inductance value of the inductor based on an imaginary component measurement value at a specific frequency on a high frequency side of the imaginary component measurement value;
The reactance at each frequency is calculated using the calculated inductance value and the calculated reactance is applied to the actual value of the imaginary component at the corresponding frequency to correct the actual value of the imaginary component at each frequency. Correction processing,
Plotting the real component actual measurement value as the horizontal axis coordinate and the corrected imaginary component actual measurement value as the vertical axis coordinate in an orthogonal plane with the real component as the horizontal axis and the imaginary component as the vertical axis Curve fitting method for semicircle corresponding to the arc-shaped region based on the measured actual value of the dot and the corrected actual measured value of the imaginary component of the dot included in the arc-shaped region in the Nyquist plot curve composed of the formed dots Fitting process calculated by
Based on each frequency component value at two intersections with the horizontal axis of the calculated semicircle and the frequency at the minimum imaginary component actual measurement value of the corrected imaginary component actual measurement value, the equivalent circuit is A parameter value calculation process for calculating each parameter value of the capacitor, the charge transfer resistance and the solution resistance;
Calculates an imaginary component theoretical value of the impedance at the specific frequency of the partial equivalent circuit composed of the capacitance, the charge transfer resistance, and the solution resistance of the calculated parameter values of the equivalent circuit, and the imaginary component An equivalent circuit analysis method for executing a second inductance calculation process for calculating a new inductance value of the inductor based on a theoretical value and an imaginary component actual measurement value at the specific frequency,
Using the new inductance value calculated in the second inductance calculation process, the correction process, the fitting process, and the parameter value calculation process are executed again, thereby calculating the parameter value calculation process. An equivalent circuit analysis method for converging each parameter value of capacitance, charge transfer resistance, and solution resistance.
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