JP2019503480A - バッテリーセルの性能テスト装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[数2] Qt N=Qt F/(nf’−ni’)
(ここで、前記Qt Fは前記最大容量値、前記pf’は前記第2正極上限値、前記pi’は前記第2正極下限値、前記nf’は前記第2負極上限値、前記ni’は前記第2負極下限値、前記Qt Pは前記第1容量値、前記Qt Nは前記第2容量値である。)
[数3] Qloss=(Qt P×pi’)−(Qt N×ni’)
(ここで、前記Qlossは、前記不可逆容量である。)
[数4] RNP=Qt N/Qt P=(pf’−pi’)/(nf’−ni’)
(ここで、前記RNPは、前記テストセルの負極の最大容量と前記テストセルの正極の最大容量との比率である。)
また、前記制御部は、前記所定のSOC範囲において、前記テストセルの充電時における電圧プロファイルと放電時における電圧プロファイルとを平均して前記第4プロファイルデータを生成することができる。
数学式1において、Pfは第1正極上限値、Piは第1正極下限値、SOCは参照セルの充電状態である。この際、Pf及びPiは、予め決められた定数であるため、xは、SOCの変化に依存する。即ち、xとSOCのいずれか一つが分かれば、残りの一つが分かれる。図2とともに図3を参照すれば、制御部130は、正極開放電圧プロファイルUP(x)を参照セルの充電状態による正極電圧プロファイルUP(SOC)に変換することができる。
数式2において、Nfは第1負極上限値、Niは第1負極下限値、SOCは参照セルの充電状態である。この際、Nf及びNiは予め決められた定数であるため、yはSOCの変化に依存する。即ち、yとSOCのいずれか一つが分かれば、残りの一つが分かれる。図4とともに図5を参照すれば、制御部130は、負極開放電圧プロファイルUN(y)を参照セルの充電状態による負極電圧プロファイルUN(SOC)に変換することができる。
2)全域最適化(global optimization)のアルゴリズム:simulated annealing、genetic algorithm
3)マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC:Markov Chain Monte Carlo)アルゴリズム:Metropolis−Hastings、Gibbs Samplingなど
勿論、上記で挙げられたアルゴリズムの外に他の最適化アルゴリズムまたはベイズ推定法が、テストセルの使用領域を推正するのに活用できると理解されるべきである。
[数5] Qt P=Qt F/(pf’−pi’)
数式5において、Qt Fはテストセルの最大容量値、pf’は推定された第2正極上限値、pi’は推定された第2正極下限値、Qt Pは第1容量値である。テストセルの最大容量値は、センシング部120から提供されるデータに基づき、制御部130によって演算できる。
[数6] Qt N=Qt F/(nf’−ni’)
数式6において、nf’は推定された第2負極上限値、ni’は推定された第2負極下限値、Qt N は第2容量値である。
[数7] Qloss=(Qt P×pi’)−(Qt N×ni’)
数式7において、Qlossはテストセルの不可逆容量である。(Qt P×pi’)はテストセルの正極の不可逆容量、( Qt N×ni’)はテストセルの負極の不可逆容量を各々示す。もし、Qlossが正数であれば、負極の不可逆容量よりも正極の不可逆容量が相対的に大きいことを意味する。逆に、Qlossが負数であれば、負極の不可逆容量よりも正極の不可逆容量が相対的に小さいことを意味する。
[数8] RNP=Qt N/Qt P=(pf’−pi’)/(nf’−ni’)
数式8において、RNPは、テストセルの負極の最大容量とテストセルの正極の最大容量との比率である。
Claims (11)
- バッテリーセルの性能テスト装置であって、
複数の参照セル各々に対する事前実験によって予め決められた第1プロファイルデータ、第2プロファイルデータ、第1正極上限値、第1正極下限値、第1負極上限値及び第1負極下限値を保存するように構成されたメモリーと、
テストセルのSOCの変化による前記テストセルの開放電圧を測定するように構成されたセンシング部と、
前記メモリー及び前記センシング部に電気的に接続し、前記テストセルの性能を非破壊的にテストするように構成された制御部とを備え、
前記第1プロファイルデータが、前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの正極の開放電圧の変化を示し、
前記第2プロファイルデータが、前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの負極の開放電圧の変化を示し、
前記第1正極上限値が、所定のSOC範囲の上限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第1正極下限値が、前記所定のSOC範囲の下限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第1負極上限値が、前記所定のSOC範囲の上限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第1負極下限値が、前記所定のSOC範囲の下限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記制御部が、
前記第1プロファイルデータ、第2プロファイルデータ、第1正極上限値、第1正極下限値、第1負極上限値及び第1負極下限値に基づき、前記所定のSOC範囲における前記参照セルの開放電圧の変化を示す第3プロファイルデータを生成し、
前記センシング部によって測定された前記所定のSOC範囲における前記テストセルの両端の開放電圧の変化を示す第4プロファイルデータを生成し、
前記第3プロファイルデータ及び前記第4プロファイルデータに基づき、前記テストセルの第2正極上限値、第2正極下限値、第2負極上限値及び第2負極下限値を推正し、
前記第2正極上限値が、前記所定のSOC範囲の上限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第2正極下限値が、前記所定のSOC範囲の下限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第2負極上限値が、前記所定のSOC範囲の上限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第2負極下限値が、前記所定のSOC範囲の下限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応することを特徴とする、バッテリーセルの性能テスト装置。 - 前記制御部が、
前記所定のSOC範囲内の複数のサンプル値における前記第3プロファイルデータと前記第4プロファイルデータとの残差の二乗和を示す費用関数を宣言し、
前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第2正極上限値、第2正極下限値、第2負極上限値及び第2負極下限値を予め決められた確率モデルから推正することを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。 - 前記制御部が、
予め与えられた最適化アルゴリズムまたはベイズ推定法を用いて、前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第2正極上限値、第2正極下限値、第2負極上限値及び第2負極下限値を推正することを特徴とする、請求項2に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。 - 前記メモリーが、前記テストセルの最大容量値をさらに保存し、
前記制御部が、
下記の数式1を用いて、前記テストセルの正極の最大容量を示す第1容量値を演算し、
下記の数式2を用いて、前記テストセルの負極の最大容量を示す第2容量値を演算することを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
[数1] Qt P=Qt F/(pf’−pi’)
[数2] Qt N=Qt F/(nf’−ni’)
〔上記式中、
前記Qt Fは前記最大容量値、
前記pf’は前記第2正極上限値、
前記pi’は前記第2正極下限値、
前記nf’は前記第2負極上限値、
前記ni’は前記第2負極下限値、
前記Qt Pは前記第1容量値、
前記Qt Nは前記第2容量値である。〕 - 前記制御部が、下記の数式3を用いて、前記テストセルの不可逆容量を演算することを特徴とする、請求項4に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
[数3] Qloss=(Qt P X pi’)−(Qt N X ni’)
〔上記式中、前記Qlossは、前記不可逆容量である。〕 - 前記制御部が、下記の数式4を用いて、前記テストセルの負極の最大容量と前記テストセルの正極の最大容量との比率を演算することを特徴とする、請求項4に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
[数4] RNP=Qt N/Qt P=(pf’−pi’)/(nf’−ni’)
〔上記式中、前記RNPは、前記テストセルの負極の最大容量と前記テストセルの正極の最大容量との比率である。〕 - 前記制御部が、前記所定のSOC範囲において、前記テストセルの充電時における電圧プロファイルと放電時における電圧プロファイルとを平均して前記第4プロファイルデータを生成することを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
- 前記制御部が、前記所定のSOC範囲において電圧弛緩法によって測定される前記テストセルの両端の電圧に基づき、前記第4プロファイルデータを生成することを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーセルの性能テスト装置。
- バッテリーセルの性能テスト方法であって、
(a)複数の参照セル各々に対する事前実験によって予め決められた第1プロファイルデータ、第2プロファイルデータ、第1正極上限値、第1正極下限値、第1負極上限値及び第1負極下限値を保存する段階と、
(b)前記第1プロファイルデータ、第2プロファイルデータ、第1正極上限値、第1正極下限値、第1負極上限値及び第1負極下限値に基づき、所定のSOC範囲における前記参照セルの開放電圧の変化を示す第3プロファイルデータを生成する段階と、
(c)テストセルのSOCの変化による前記テストセルの開放電圧を測定する段階と、
(d)前記測定されたテストセルの開放電圧に基づき、前記所定のSOC範囲における前記テストセルの両端の開放電圧の変化を示す第4プロファイルデータを生成する段階と、
(e)前記第3プロファイルデータ及び前記第4プロファイルデータに基づき、前記テストセルの第2正極上限値、第2正極下限値、第2負極上限値及び第2負極下限値を推正する段階と、を含んでなり、
前記第1プロファイルデータが、前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの正極の開放電圧の変化を示し、
前記第2プロファイルデータが、前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量の変化による前記参照セルの負極の開放電圧の変化を示し、
前記第1正極上限値が、前記所定のSOC範囲の上限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第1正極下限値が、前記所定のSOC範囲の下限値において前記参照セルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第1負極上限値が、前記所定のSOC範囲の上限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第1負極下限値が、前記所定のSOC範囲の下限値において前記参照セルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第2正極上限値が、前記所定のSOC範囲の上限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第2正極下限値が、前記所定のSOC範囲の下限値において前記テストセルの正極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第2負極上限値が、前記所定のSOC範囲の上限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応し、
前記第2負極下限値が、前記所定のSOC範囲の下限値において前記テストセルの負極に保存されたリチウムイオンの量に対応することを特徴とする、バッテリーセルの性能テスト方法。 - 前記(e)段階が、
(e−1)前記所定のSOC範囲内の複数のサンプル値における前記第3プロファイルデータと前記第4プロファイルデータとの残差の二乗和を示す費用関数を宣言する段階と、
(e−2)前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第2正極上限値、第2正極下限値、第2負極上限値及び第2負極下限値を予め決められた確率モデルから推正する段階と、を含んでなることを特徴とする、請求項9に記載のバッテリーセルの性能テスト方法。 - 前記(e−2)段階が、予め与えられた最適化アルゴリズムまたはベイズ推定法を用いて、前記費用関数の値が最小となるようにする前記テストセルの第2正極上限値、第2正極下限値、第2負極上限値及び第2負極下限値を推正することを特徴とする、請求項10に記載のバッテリーセルの性能テスト方法。
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