JP2020016520A - 電池インピーダンス評価装置及び電池インピーダンス評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10の構成を示すブロック図である。電池インピーダンス評価装置10は、被測定電池の電気化学インピーダンスを評価する装置であり、入力部11、周波数領域変換部12、記憶部13、電圧データ算出部15、時間領域変換部16、差分算出部17及び探索部18を備える。
次に、以上のように構成された本実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10の動作(つまり、電池インピーダンス評価方法)について、参照用のインピーダンスデータとして等価回路モデルを用いる場合と交流インピーダンスデータを用いる場合とについて、説明する。
まず、参照用データとして等価回路モデルを用いる場合における、被測定電池のインピーダンスデータの算出方法について、説明する。
中間層レイヤ数:1〜2
出力:10段階以下のランク
次に、参照用データとして交流インピーダンスデータを用いる場合における、被測定電池のインピーダンスデータの算出方法について、説明する。
次に、時系列データ(I(t)及びV(t))の解析範囲の詳細について説明する。
次に、本電池インピーダンス評価方法の解析範囲における電流制御波形とフィッティング範囲の例を示す。
図5Aは、本実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10による数秒程度の充電状態におけるフィッティング範囲の例を示す図である。
図5Bは、本実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10による充電状態から数十秒程度以上の休止状態におけるフィッティング範囲の例を示す図である。
図5Cは、本実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10による数十秒程度以上の充電状態におけるフィッティング範囲の例を示す図である。
図5Dは、本実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10による数秒程度の放電状態におけるフィッティング範囲の例を示す図である。
図5Eは、本実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10による放電状態から数十秒程度以上の休止状態におけるフィッティング範囲の例を示す図である。
図5Fは、本実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10による数十秒程度以上の放電状態におけるフィッティング範囲の例を示す図である。
図6は、本実施の形態に係る電池インピーダンス評価装置10によるフィッティングの詳細を説明するための等価回路モデルの例を示す図である。本図に示される等価回路モデルは、回路要素として、抵抗Rs、R1−CPE1並列回路、及び、ワールブルグインピーダンスWs1を含むR2−CPE2並列回路がこの順で直列に接続された回路である。
(1)I(t)の立ち上がり又は立ち下がりによる変化分をΔIとし、そのΔIに対応するV(t)の変化分をΔVとすると、Rs=ΔV/ΔIより、抵抗Rsを求める。
(2)上記(1)で求めた抵抗Rsを固定値とし、R1−CPE1並列回路の緩和時間τ1までの電圧変化量を用いて、Vm(t)のV(t)へのフィッティング処理を行うことで、R1及びCPE1を同定する。
(3)上記(1)及び(2)で求めたRs、R1、CPE1を固定値とし、R2−CPE2並列回路の緩和時間τ2までの電圧変化量を用いて、Vm(t)のV(t)へのフィッティング処理を行うことで、R2及びCPE2を同定する。
(4)上記(1)〜(3)で求めたRs、R1、CPE1、R2、CPE2を固定値とし、解析範囲全体の電圧変化量を用いて、Vm(t)のV(t)へのフィッティング処理を行うことで、ワールブルグインピーダンスWs1を同定する。
11 入力部
12 周波数領域変換部
13 記憶部
15 電圧データ算出部
16 時間領域変換部
17 差分算出部
18 探索部
20 電気化学測定システム
21 電気化学測定装置
22 データロガー
23 被測定電池
Claims (11)
- 被測定電池の電気化学インピーダンスを評価する電池インピーダンス評価装置であって、
少なくとも一つの電池について、周波数領域で表現された電気化学インピーダンスを示すインピーダンスデータを保持している記憶部と、
前記被測定電池に対する電流の印加によって得られた、電流及び電圧の時系列データである時間領域電流データ及び時間領域電圧データを取得する入力部と、
前記入力部で取得された前記時間領域電流データを、フーリエ変換により、周波数領域で表現された電流データである周波数領域電流データに変換する周波数領域変換部と、
前記周波数領域変換部で変換された前記周波数領域電流データと、前記記憶部に保持された前記インピーダンスデータとを演算することで、周波数領域で表現された電圧データである周波数領域電圧データを算出する電圧データ算出部と、
前記電圧データ算出部で算出された前記周波数領域電圧データを、逆フーリエ変換により、時間領域で表現された電圧データである時間領域電圧データに変換する時間領域変換部と、
前記時間領域変換部で変換された前記時間領域電圧データと、前記入力部で取得された前記時間領域電圧データとの差分を算出する差分算出部と、
前記差分算出部で算出される前記差分を小さくするインピーダンスデータを探索し、探索した前記インピーダンスデータを出力する探索部と
を備える電池インピーダンス評価装置。 - 前記記憶部に保持された前記インピーダンスデータは、回路要素で構成される等価回路モデルであり、
前記探索部は、前記差分を小さくするように前記等価回路モデルを構成する前記回路要素の定数を変更し、変更後の前記等価回路モデルを、探索した前記インピーダンスデータとして出力する
請求項1記載の電池インピーダンス評価装置。 - 前記等価回路モデルは、CPE(Constant Phase Element)を回路要素として含む
請求項2記載の電池インピーダンス評価装置。 - 前記等価回路モデルは、任意のパラメータPhiを含むワールブルグインピーダンスを回路要素として含む
請求項2又は3記載の電池インピーダンス評価装置。 - 前記記憶部には、複数の種類の電池について、前記インピーダンスデータが保持され、
前記探索部は、前記記憶部に保持された複数の前記インピーダンスデータの少なくとも二つのそれぞれについて、前記電圧データ算出部、前記時間領域変換部、及び、前記差分算出部での処理を行わせ、前記差分算出部で算出された前記差分が最も小さいインピーダンスデータを探索する
請求項1記載の電池インピーダンス評価装置。 - 前記記憶部に保持された複数の前記インピーダンスデータには、実測によって得られた、周波数領域で表現された電気化学インピーダンスである交流インピーダンスデータが含まれる
請求項5記載の電池インピーダンス評価装置。 - 前記探索部は、前記記憶部に保持された前記複数のインピーダンスデータのうち、充電状態、充放電サイクル数、電池温度、環境温度及び電池容量の少なくとも一つを含む電池稼働条件について、前記被測定電池と最も近い電池のインピーダンスデータを初期値として選択し、選択した前記インピーダンスデータについて、前記電圧データ算出部、前記時間領域変換部、及び、前記差分算出部での処理を行わせ、前記差分算出部で算出された前記差分が最も小さいインピーダンスデータを探索する
請求項6記載の電池インピーダンス評価装置。 - 前記入力部は、前記被測定電池に対して、電流印加を休止している状態、定電流を印加している状態、及び、電流印加を休止している状態に、この順で電流印加パターンを変化させた場合に得られる電流の時系列データを、前記時間領域電流データとして取得する
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電池インピーダンス評価装置。 - 前記差分算出部は、前記時間領域変換部で変換された前記時間領域電圧データの所定時間における変化量と、前記入力部で取得された前記時間領域電圧データの前記所定時間における変化量との比を、前記差分として、算出する
請求項1〜8のいずれか1項に記載の電池インピーダンス評価装置。 - 被測定電池の電気化学インピーダンスを評価する電池インピーダンス評価方法であって、
前記被測定電池に対する電流の印加によって得られた、電流及び電圧の時系列データである時間領域電流データ及び時間領域電圧データを取得する入力ステップと、
前記入力ステップで取得された前記時間領域電流データを、フーリエ変換により、周波数領域で表現された電流データである周波数領域電流データに変換する周波数領域変換ステップと、
前記周波数領域変換ステップで変換された前記周波数領域電流データと、記憶部に保持された、少なくとも一つの電池について周波数領域で表現された電気化学インピーダンスを示すインピーダンスデータとを演算することで、周波数領域で表現された電圧データである周波数領域電圧データを算出する電圧データ算出ステップと、
前記電圧データ算出ステップで算出された前記周波数領域電圧データを、逆フーリエ変換により、時間領域で表現された電圧データである時間領域電圧データに変換する時間領域変換ステップと、
前記時間領域変換ステップで変換された前記時間領域電圧データと、前記入力ステップで取得された前記時間領域電圧データとの差分を算出する差分算出ステップと、
前記差分算出ステップで算出された前記差分を最も小さくするインピーダンスデータを探索し、探索した前記インピーダンスデータを出力する探索ステップと
を含む電池インピーダンス評価方法。 - 請求項10記載の電池インピーダンス評価方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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