JP2023519103A - 電池の試験システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
電池の試験システムおよび方法に関する。該システムは、1つまたは複数の試験プラットフォームと、処理システムと、を含む。各試験プラットフォームは、電池の超音波スキャンを実行する。スキャン中、各試験プラットフォームは、各電池に圧力を加えて温度および開回路電圧を測定し、各電池に超音波信号を送信し、その応答として、送信信号データを生成し、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出し、その応答として、受信信号データを生成することができる。処理システムは、信号データの特徴を定量化し、1つまたは複数の電池モデルに、その特徴を提示することができ、その応答として、充電状態(SOC)および劣化状態(SOH)を計算し、各電池に割り当てる。例えば、処理システムは、異なる顧客先施設の試験プラットフォームから送信された信号データを受信および解析するサービスプロバイダネットワークに配置することができる。【選択図】図1
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、合衆国法典第35編第119(e)条に基づき、2020年2月10日に出願された米国仮特許出願第62/972,225号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
本出願は、合衆国法典第35編第119(e)条に基づき、2020年2月10日に出願された米国仮特許出願第62/972,225号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
本発明は、一般に、充電式電池などのエネルギー貯蔵装置の非侵襲的な試験に関する。より詳細には、本発明は、自家用車および商用車で使用されるリチウムイオン電池などの電解質電池の試験に関する。
近年、リチウムイオン電池などの強力な電池を具備する自家用車および商用車が増加している。これらの車両は、電気のみ、またはガソリンと電気のハイブリッドパワートレインを有することができる。自家用車の例として、自動車、ゴルフカート、スノーモービル、水上スキー、および全地形対応車(ATV)が挙げられる。また、商用車の例として、トラック、タクシー、バス、およびフォークリフトが挙げられる。
電池会社および製造業者は、様々な顧客に電池を販売および/または電池に関する情報を提供する。その顧客の例として、車両製造業者、消費財製造業者、特殊機器製造業者、および電池の卸売業者が挙げられる。
従来の電池の問題点として、電池の使用が長くなるにつれて、充電エネルギーを蓄える能力(充電容量とも呼ばれる)が低下することが挙げられる。個々の電池に関連する充電容量の低下は、電池の充電および放電サイクルの総数に比例する場合がある。車両用の電池駆動パワートレインなどの一部の用途において、電池は、その充電容量が所定の充電容量閾値を下回ると使用不能とみなされる場合がある。
しかしながら、二次利用電池とも呼ばれる充電容量が低下した中古の電池は、その二次利用市場が存在する。このような二次利用電池は、エネルギー貯蔵などの充電容量が低下した用途に適している。これは、貯蔵されたエネルギーがほとんど使用されない場合、充電および放電サイクルが頻繁でない場合、および/または各電池が完全に放電されることがほとんどない場合に特に当てはまる。例として、二次利用電池は、太陽光、風力および水力などの再生可能エネルギー源から生成されたエネルギーを貯蔵するために使用することができる。
電池の劣化状態(SOH)は、通常、電池の元の充電容量または理想的な充電容量と比較して、現時点での電池の充電可能容量の比率で表される。多くの場合、この比率は、パーセンテージで表され、ここで、100%は理想的なSOHを表し、80%は理想的な充電容量における、現時点で最大の充電可能容量を有する電池のSOHを表す。
車両用電池において、電池のSOHが80%未満になると電池は使用不能と判断される場合がある。電池の放電容量は、ミリアンペアアワー(mAh)の単位で表されることが多い。ここで、放電電流はmAであり、放電時間は単位時間である。例えば、充電容量が200mAhの電池は、100mAの電流を2時間、または10mAの電流を20時間供給することができる。
電池の充電状態(SOC)は、通常、電池の理想的な充電容量と比較して、現時点での電池の充電レベルの比率で表される。多くの場合、この比率は、パーセンテージで表され、ここで、100%は完全に充電された電池を表し、約10%未満は完全に放電された電池を表す。しかしながら、一部の電池の用途において、電池のSOCが30%であることが低動作のSOC閾値とみなされる場合がある。
開回路電圧とも呼ばれる電池の出力電圧は、電池のSOCに依存する。完全に充電された電池は、同じ電池が完全に放電ときよりも高い出力電圧を有することができる。理想的には、電池の出力電圧は、使用中、実質的に一定である。しかしながら、SOCが100%のときの電池の出力電圧とSOCが10%のときの電池の出力電圧は、通常、異なる。また、電池の種類によっては、電池の出力電圧が完全充電(SOCが100%)と完全放電(SOCが10%以下)との間で、ある程度直線的に変化する傾向がある。
電池のSOHおよびSOCを測定するには課題がある。多くの場合、SOCは、現時点での電池の電圧に基づいて、またはクーロンの計算および電池の化学変化を監視することで決定される。しかしながら、これらの技術は不正確であり、通常、実際の充電容量の約10%の範囲内でしか電池のSOCを検証することができない。一方、SOHは、一般に、充電および放電サイクルを監視することに基づいて決定される。しかしながら、この方法は時間がかかり、不正確である。
本明細書において提案するシステムおよび方法は、既存の方法と比較して精度および再現性が改善された電池のSOHを測定するための解決策、および各電池の有用な寿命までのそれぞれのSOHの試験レコードを格納するための解決策を提供する。さらに、本明細書において提案するシステムおよび方法は、既存の方法と比較して精度および再現性が改善された電池のSOCを測定するための解決策、および各電池の有用な寿命までのそれぞれのSOCの試験レコードを格納するための解決策を提供する。
電気自動車のOEM、リサイクル業者およびその他のサードパーティを含む顧客は、電池サイクラーなどの既存の電池試験機器を使用して、例えば、電池を交換すべきかどうかを決定するために、電池のSOC、またあまり頻繁ではないがSOHの局所評価および検証を行うことができる。しかしながら、既存の試験機器、および既存の試験機器を使用して得られる電池のSOHおよびSOCの測定値には制限がある。制限の1つとして、既存の電池の試験機器が、通常、80%以下の最大精度でしかSOCおよびSOHを決定することができないことが挙げられる。別の制限として、顧客先施設の操作者が、通常、機器の使用と試験中の電池の適切な接続を行うための訓練を受ける必要があることが挙げられる。
さらに別の制限として、試験前に、操作者が通常、電池固有の情報を手動で入力し、試験中に使用する負荷条件を指定する必要があることが挙げられる。この場合はエラーが起こりやすく、時間がかかる。
さらに他の例では、既存の機器は高価で扱いにくく、カスタマイズされた電気設備が必要なため、全体的な投資額が増加する。また、この機器は高電圧であるため、技術者の特殊な安全訓練が必要となり、顧客先施設においてサービス担当者が電池の試験機器を定期的に更新する必要がある。また、ほとんどの場合、機器はカスタマイズされ、注文までのリードタイムがかなり長くなることがある(最速で3ヶ月、一般には6~9ヶ月)。また、新しい電池のモデルをサポートするためにサービス担当者が機器を更新するため、または現在サポートされている電池に関する情報を更新するため、コストが増加する。
さらに、現在の手法の別の重要な制限として、真のSOH(機能的残容量)を決定するために電池を周回するのに必要な長い時間とそのための費用が挙げられる。
その一方で、本明細書で提案するシステムおよび方法は、既存の電池の試験機器と比較して精度および再現性が改善された、電池のSOHおよびSOCを測定するための解決策を提供する。例えば、提案するシステムは、各試験用電池について実際のSOHおよびSOCの値の99%という高い精度で、そのライフサイクルにおける異なる時点での電池のSOCおよびSOHを決定することができる。
本明細書において、既存の電池の試験機器の制限を克服する電池の試験・解析システムを提供する。提案するシステムは、超音波信号を使用して、電池の内部を照会し、充電状態(SOC)および劣化状態(SOH)を含む電池の特性を決定する。
超音波信号は、超音波周波数帯域の波またはパルスを含む。これらの信号は、例えば、パルスのような時間制限のあるもの、連続した正弦波(CW)またはパルス列のような非時間制限のもの、およびホワイトノイズのような広帯域の信号を含むことができる。提案するシステムの超音波トランスデューサは、各電池に超音波信号を送信する。
提案するシステムは、既存の電池の試験機器よりも有利である。例えば、該システムは、電池の寿命までの期間、99%の精度で、各電池のSOCおよびSOHをいつでも決定することができる。別の実施例において、該システムは、電池の寿命までの期間、各電池のSOCおよびSOHを局所的(または全体的)に追跡することができる。
また、電池の試験・解析システムは、リモートネットワーク/クラウドから電池および/または試験群に関する更新情報を受信するように構成され得る。新規/更新情報は、リモートネットワーク/クラウドから出すことができ、またはシステムのコンポーネントがリモートネットワーク/クラウドから情報を定期的に引き出すことができる。
該システムは、SOCおよびSOHなどの、電池の様々な特性/側面を非破壊的にinsituでの測定およびその他の特性を提供する。例えば、電池がリチウムイオン電池である場合、該システムは、その電解質などの電池内の活性材料に関連する特性を計測または予測することができ、様々な実施例において、デンドライト成長およびアノードのリチウムめっき、アウトガス、カソードおよびアノード剥離、電解質枯渇、熱変化、およびアノードにおける二次相間固体電解質(SEI)の層の成長のレベルを測定することができる。
開示された主題の1つまたは複数の実施形態によれば、電池の試験システムを提供することができる。電池の試験システムは、試験プラットフォームと、信号駆動・取得システムと、処理システムと、を含む。試験プラットフォームは、ベースと、ベース内のコントローラと、ベースの上方または場合によってはベースの側方に配置された調整可能なアームと、アームおよびベースにわたって配置されたトランスデューサヘッドと、を含む。トランスデューサヘッドは、1つまたは複数のトランスデューサを含むことができる。
ベースは、各電池を受容し、コントローラは、各電池の超音波スキャンを指示する。トランスデューサヘッドは、各電池に超音波信号を送信し、超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出する。一実施例において、トランスデューサヘッドは、超音波信号を送信する少なくとも1つの超音波トランスデューサと、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出する少なくとも1つの別の超音波トランスデューサと、を含む。
信号駆動・取得システムは、送信された超音波信号に対する送信信号データを生成し、検出された超音波信号に対する受信信号データを生成し、各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、送信信号データおよび受信信号データを追加する。
処理システムは、試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信し、スキャンデータを解析して、信号データの特徴(aspect)を定量化し、1つまたは複数の電池モデルに、定量化された特徴を入力として提示する。次いで、電池モデルは、提示に応答して、SOCおよびSOHをリアルタイムで計算し、各電池に割り当てる。
一実装例において、処理システムは、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を次のように定量化する。処理システムは、送信信号データおよび受信信号データに時間領域解析法を適用して、送信信号データの時間領域解析結果および受信信号データの時間領域解析結果をそれぞれ作成し、次いで、送信信号データの時間領域解析結果と受信信号データの時間領域解析結果とを比較する。
別の実装例において、処理システムは、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を次のように定量化する。処理システムは、送信信号データおよび受信信号データに周波数領域解析法を適用して、送信信号データの周波数領域解析結果および受信信号データの周波数領域解析結果をそれぞれ作成し、次いで、送信信号データの周波数領域解析結果と受信信号データの周波数領域解析結果とを比較する。
一実施例において、1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、アウトガスのレベルおよびアウトガスの空間分布を計算し、位置の関数として各電池に割り当てる。別の実施例において、1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、デンドライト成長のレベルおよびリチウムめっきのレベルを計算し、割り当てる。
例えば、電池モデルは、電池の所定の特性と、複数の電池のスキャンからの信号データの定量化された特徴との間の導出された数学的関係を含む計算モデルである。また、電池モデルは、電池の所定の特性と、複数の電池のスキャンからの信号データの定量化された特徴との間の数学的関係を学習または予測する機械学習モデルであり得る。一実施形態において、スキャンは、電池を充電または放電することなく、場合によってはスキャン中に電池の端子間に負荷を与えることなく、実行される。
一実装例において、処理システムは、リモートネットワーク内の1つまたは複数の処理ノードに配設される。別の実装例において、コントローラは、処理システムとして動作する。
一実施例において、トランスデューサヘッドは、アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部を含む。トランスデューサヘッド上部は、各電池に超音波信号を送信し、各電池で反射された超音波信号を検出する少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを含む。
また、トランスデューサヘッドは、ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部を含むことができる。トランスデューサヘッド下部は、各電池を介して送信された超音波信号を検出する少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを含む。
さらに別の実施例において、トランスデューサヘッドは、各電池に超音波信号を送信する少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを含む、ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部と、各電池を介して送信された超音波信号を検出する少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを含む、アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部と、を含む。
例えば、アームは、水平部材と、1つまたは複数のアームばねと、を含む。水平部材は、前面と、前面の近傍に位置するアームばねチャネルと、を含む。水平部材は、ベースの後部からベースの前部に向けて延在する。1つまたは複数のアームばねは、アームばねチャネルに含まれ、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを各電池の上面に対して付勢して、スキャン中に各電池に一定の力を加える。このようにして、試験プラットフォームは、スキャン中に各電池に一定の力を加える。
また、電池の試験システムは、ベースに含まれる負荷セルを含む。負荷セルは、トランスデューサヘッド下部の下方に位置して、それに向けて上向きに付勢される。トランスデューサヘッド下部は、各スキャン中に各電池の下面に対して配置される。代替的または追加的に、負荷セルは、電池の側に配置されてもよい。負荷セルは、少なくとも1つの上部トランスデューサによって電池に加えられた一定の力を検出し、力が閾値負荷力を満たしたと決定することに応答して、アームの高さの調整を停止するようにコントローラに信号を送信する。
ベースは、各電池のラベルから各電池の電池IDを取得することができるバーコードリーダを含む。コントローラは、電池IDを使用して電池データベースに問い合わせを行い、各電池に対する電池レコードを取得する。電池レコードは、超音波スキャンを指示するためにコントローラが実行する試験パラメータを含む。
また、電池の試験システムは、アライメント治具を含む。アライメント治具は、実質的に平坦な本体と、治具がプラテン内に配置されてベースの上部に載置されることを可能にする本体内の穴と、を有する。ベースは、操作者が各電池をアライメント治具に搭載したことに応じて、各電池を受容する。
また、トランスデューサヘッドは、例えば、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の温度測定値を取得する少なくとも1つの温度センサと、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を取得する少なくとも1つの電圧センサと、を含む。コントローラは、処理システムに送信される各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、各電池の1つまたは複数の温度測定値および1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を含める。処理システムは、スキャンデータの信号データの解析中に、各電池の1つまたは複数の温度測定値および1つまたは複数の開回路電圧測定値を使用する。
また、電池の試験システムは、コントローラの制御下にあるアクチュエータを含む。アクチュエータは、ベースに取り付けられ、アームの垂直部材に接続される。トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部は、アームの水平部材に取り付けられる。コントローラは、各スキャンに先立って、アクチュエータを介してアームの高さを調整する。コントローラが各スキャンに先立ってアクチュエータを介してアームの高さを調整することで、各スキャン中に、トランスデューサヘッド上部に含まれる1つまたは複数の超音波トランスデューサを各電池の表面に対して配置することができる。
開示された主題の1つまたは複数の実施形態によれば、電池の試験方法が提供される。該方法において、ベースを有する試験プラットフォームが各電池を受容する。各電池は、ベースに対して配置された第1の側部を含む。また、該方法では、試験プラットフォームを準備して、各電池の超音波スキャンを実行する。ここで、試験プラットフォームは、試験プラットフォームのアームとベースにわたって配設されたトランスデューサヘッドを含む。
試験プラットフォームは、超音波スキャンを実行し、各スキャンに対する送信信号データおよび受信信号データを生成し、各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、送信信号データおよび受信信号データを含める。また、該方法は、試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信し、スキャンデータを解析して信号データの特徴を定量化し、1つまたは複数の電池モデルに、定量化された特徴を入力として提供する処理システムを含む。1つまたは複数の電池モデルは、その応答として、SOCおよびSOHを計算し、各電池に割り当てる。
一実装例において、該方法では、試験プラットフォームを準備して、試験プラットフォームのバーコードリーダが各電池のラベルをスキャンすることに応答して、各電池のラベルから各電池の電池IDを取得し、電池IDを使用して電池データベースに問い合わせを行い、各電池に対する電池レコードを取得することで、各電池の超音波スキャンを実行する。各電池レコードは、超音波スキャンを実行するための電池固有の試験パラメータを含む。
別の実装例において、該方法では、試験プラットフォームを準備して、トランスデューサヘッドの第1の部分に含まれる1つまたは複数のトランスデューサが各電池の上部または側部に対して配置されるように、およびトランスデューサヘッドの第2の部分に含まれる1つまたは複数のトランスデューサが各電池の第2の側部に対して配置されるように、試験プラットフォームのアクチュエータを介してアームの高さを調整することで、各電池の超音波スキャンを実行する。例えば、電池の第1の側部は、電池の上部または側部であり得、第2の側部は、電池の下部であり得る。
開示された主題の1つまたは複数の実施形態によれば、電池の試験・解析システムが提供される。電池の試験・解析システムは、試験プラットフォームと、処理システムと、を含むことができる。試験プラットフォームは、電池の超音波スキャンを実行し、場合によっては、電池の電圧および抵抗のスキャンを実行する。例えば、試験プラットフォームは、顧客先施設に設置される。
各スキャンに対して、試験プラットフォームは、電池に超音波信号を送信し、その応答として、送信信号データを生成する。次いで、試験プラットフォームは、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された、または側面散乱された超音波信号を検出し、その応答として、受信信号データを生成する。次いで、試験プラットフォームは、各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、送信信号データおよび受信信号データを含める。
次いで、処理システムは、試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信する。例えば、処理システムは、試験プラットフォームを含む顧客先施設から離れているサービスプロバイダのネットワーク(クラウドインフラストラクチャなど)に配置することができる。処理システムは、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化し、1つまたは複数の電池モデルに、定量化された特徴を入力として提示する。電池モデルは、提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各電池に割り当てる。
例えば、電池は、異なる種類のものであり、システムは、特定の電池の種類のために開発された1つまたは複数の電池モデルを使用して、電池のSOCおよびSOHを計算する。
また、電池の試験・解析システムは、各顧客先施設の試験プラットフォームと通信を行うラベルプリンタを含む。ここで、処理システムは、試験プラットフォームに、各電池に対するSOCおよびSOHを送信する。試験プラットフォームは、ラベルプリンタに電池ラベルの印刷を指示する。電池ラベルは、そのバーコードにSOCおよびSOHを含む。電池ラベルは、目視検査のために明確に印刷され、SOHおよびSOCは、タイムスタンプされる。
本開示の様々な工夫を、組み合わせてまたは別々に使用することができる。この要約は、以下の詳細な説明において説明する概念の選択を、簡略化した形態で紹介するために提供される。この要約は、特許請求の範囲に記載の主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求の範囲に記載の主題の範囲を限定するために使用することを意図していない。開示された技術の上述した目的およびその他の目的、特徴、ならびに利点は、以下の詳細な説明からより明らかとなるであろう。
以下、本開示の構造の様々な新規な詳細および部品の組み合わせを含む開示された技術の上述した特徴およびその他の特徴、ならびにその他の利点を、添付の図面および特許請求の範囲を参照してより詳細に説明する。本明細書で具体的に説明する任意の特定の方法および装置は、例示的なものであり、開示された技術を限定するものではないことに留意されたい。開示された技術の原理および特徴は、開示された主題の範囲から逸脱することなく、多数の様々な実施形態に採用されてもよい。
添付のすべての図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素を示している。図面は、必ずしも縮尺どおりに描かれているわけではなく、また、開示された技術の原理を説明するために強調されている場合がある。
本明細書で開示された技術に従って構築された例示的な電池の試験・解析システム(以下「システム」とも呼ぶ)の模式図である。ここで、顧客先施設において電池の超音波スキャンを実行するシステムの試験プラットフォームが示されている。
システムが各電池に対して保持する情報の例示的なレコード(電池レコード)を示す図である。
図2Aの電池レコード内の電池固有の試験パラメータの詳細を示す図である。試験プラットフォームは、試験パラメータを使用して各電池をスキャンする。
図2Aの電池レコード内のスキャンデータテーブルの詳細を示す図である。ここで、スキャンデータテーブルは、各電池の各スキャンに対して生成されたスキャンデータのインスタンスを含み、タイムスタンプ付きスキャンデータの例示的なインスタンスに関する詳細も示されている。
図2Aの電池レコード内の解析データテーブルの詳細を示す図である。ここで、解析データテーブルは、各電池の各スキャンに対するスキャンデータからシステムが作成および追加した解析データのインスタンスを含み、タイムスタンプ付き解析データの例示的なインスタンスに関する詳細も示されている。
システムの様々なコンポーネント間で交換される例示的な電池状態メッセージを示す図である。
試験プラットフォームの前部斜視図である。
試験プラットフォームの後部斜視図である。
図3の試験プラットフォームの前部断面図である。
図4の試験プラットフォームの側方断面図である。
試験プラットフォームのコントローラとシステムの他のコンポーネントとの間のデータおよびフロー制御を示すブロック図である。
システムの動作方法を説明するフローチャートである。
システムの動作方法を説明するフローチャートである。
試験プラットフォームの超音波トランスデューサの構成を示す模式図である。この構成は、スキャン中に採用され得る送信モードおよび受信モードを有する。
図9Aとは異なる、試験プラットフォームの超音波トランスデューサの構成を示す模式図である。この構成は、スキャン中に採用され得る送信モードおよび受信モードを有する。
図9Aおよび図9Bとは異なる、試験プラットフォームの超音波トランスデューサの構成を示す模式図である。この構成は、スキャン中に採用され得る送信モードおよび受信モードを有する。
図9A~図9Cとは異なる、試験プラットフォームの超音波トランスデューサの構成を示す模式図である。この構成は、スキャン中に採用され得る送信モードおよび受信モードを有する。
図9A~図9Dとは異なる、試験プラットフォームの超音波トランスデューサの構成を示す模式図である。この構成は、スキャン中に採用され得る送信モードおよび受信モードを有する。
一実施形態による、図8Aおよび図8Bの方法におけるスキャンデータの処理をより詳細に示すフローチャートである。
スキャンデータを解析する処理システムの計算ノードをより詳細に示す模式図である。ここで、処理システムは、試験プラットフォームから離れているネットワークに配置される。
一実施形態による、コントローラが処理システムとして動作したときの試験プラットフォームのローカルコントローラをより詳細に示す模式図である。
試験プラットフォームの信号駆動・取得システムを詳細に示すブロック図である。
試験プラットフォームのトランスデューサヘッドの例示的な実施形態を示す模式図である。
開示された技術の原理による、電池のSOCおよびSOHを決定するための方法を説明するフローチャートである。
[一般的注意事項]
本明細書において、本開示の実施形態の特定の態様、利点および新規な特徴を説明する。本開示の方法およびシステムは、いかなる方法においても限定的であると解釈されるべきではない。本開示は、単独で、ならびに互いと様々な組み合わせで、開示された様々な実施形態のすべての新規且つ非自明の特徴および態様に向けられている。該方法および該システムは、特定の態様または特徴またはその組み合わせに限定されるものではない。また、開示された実施形態は、1つまたは複数の特定の利点が存在すること、または問題が解決されることを要求するものではない。任意の実施形態または実施例での技術は、任意の1つまたは複数の他の実施形態または実施例で記載された技術と組み合わせることができる。開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を鑑みて、図に示す実施形態が例示的なものであり、開示された技術の範囲を限定するものではないことに留意されたい。
本明細書において、本開示の実施形態の特定の態様、利点および新規な特徴を説明する。本開示の方法およびシステムは、いかなる方法においても限定的であると解釈されるべきではない。本開示は、単独で、ならびに互いと様々な組み合わせで、開示された様々な実施形態のすべての新規且つ非自明の特徴および態様に向けられている。該方法および該システムは、特定の態様または特徴またはその組み合わせに限定されるものではない。また、開示された実施形態は、1つまたは複数の特定の利点が存在すること、または問題が解決されることを要求するものではない。任意の実施形態または実施例での技術は、任意の1つまたは複数の他の実施形態または実施例で記載された技術と組み合わせることができる。開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を鑑みて、図に示す実施形態が例示的なものであり、開示された技術の範囲を限定するものではないことに留意されたい。
開示された方法の一部の動作は、便宜上、特定の連続した順序で記載されているが、これらの順序は、後述する特定の用語によって特定の順序であることが明示されない限り、並べ替えることを包含することに留意されたい。例えば、特定の順序で記載されている動作は、並べ替えて行われてもよく、同時に行われてもよい。さらに、簡略化のために、添付の図面には、開示された方法を他の方法と組み合わせて使用することができる様々な方法が示されていない場合がある。また、本明細書では、開示された方法を説明するために、「提供する」または「達成する」などの用語を使用する場合がある。これらの用語は、実際に行われる操作を大きく抽象化したものである。これらの用語に対応する実際の動作は、特定の実施形態に応じて異なる場合があり、当業者であれば容易に識別することができる。
数値範囲の開示は、特に明示されない限り、端点を含む範囲内の各離散点を指すことに留意されたい。特に明示されない限り、本明細書または添付の特許請求の範囲で使用されるコンポーネントの量、分子量、割合、温度および時間などを表すすべての数値は、「約」(about)という用語によって修飾されることに留意されたい。したがって、特に暗黙的または明示的に示されない限り、または文脈が当業者によってより明確な構造を有すると適切に理解されない限り、本明細書に記載の数値パラメータは、当業者に知られているように、所望の特性および/または標準的な試験条件/方法における検出限界に依存する場合がある概算値である。本明細書に記載の先行技術から本発明の実施形態を直接且つ明示的に区別する場合、「約」という用語が記載されていない限り、実施形態の数値は概算値ではない。「実質的に」、「ほぼ」、「約」または同様の用語が特定の値と組み合わせて明示的に使用される場合は、特にそうでないことが明示されない限り、その値の10%前後の数値を含むことを意図している。
方向およびその他の相対的な参照は、添付の図面および本明細書に記載の原理の説明を容易にするために使用される場合があるが、限定を意図したものではない。例えば、「内側」、「外側」、「上」、「下」、「内部」、「外部」、「左」、「右」、「前」、「後ろ」、「背面」などの特定の用語が使用される場合がある。これらの用語は、特に図に示す実施形態に関して相対的な関係を扱うときに、ある程度の明確さを提供するために、適宜使用される。しかしながら、これらの用語は、絶対的な関係、位置および/または向きを意味することを意図していない。例えば、物体に関して、「上部」部分は、単に物体をひっくり返すことで「下部」部分になり得る。それにもかかわらず、同じ部分であることに変わりはなく、物体にも変化はない。
本明細書で使用される「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つまたは複数の組み合わせを含む。さらに、単数形および冠詞(「a」、「an」、「the」)は、特に明示されない限り、複数形も含むように意図されている。また、「含む」および/または「備える」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素および/またはコンポーネントの存在を定義するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および/または群の存在または追加を排除しないことに留意されたい。さらに、コンポーネントまたはサブシステムを含む要素が、別の要素に接続または結合されていると言及および/または示されている場合、これは、別の要素に直接接続または直接結合されることができ、または介在要素が存在してもよいことに留意されたい。
本明細書では様々な要素を説明するために「第1」および「第2」という用語が使用されているが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるものではないことに留意されたい。これらの用語は、1つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。したがって、後述する要素を第2の要素と呼ぶ場合があり、同様に、開示された主題の教示から逸脱することなく、第2の要素を第1の要素と呼ぶ場合もある。
特に明示されない限り、本明細書で使用されるすべての用語(技術用語および科学用語を含む)は、開示された技術分野に属する当業者に一般的に理解される用語と同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されるような用語は、関連する技術の文脈における意味と一致するものであると解釈されるべきであり、特に明示されない限り、理想化された意味または過度に形式的な意味で解釈するべきではないことに留意されたい。
[開示された技術の実施例]
図1は、開示された主題の原理に従って構築された例示的な電池の試験・解析システム(「システム」)10を示す。
図1は、開示された主題の原理に従って構築された例示的な電池の試験・解析システム(「システム」)10を示す。
システム10は、サービスプロバイダ部と、複数の顧客先施設部と、を含む。図には例示的な一顧客先施設が示されている。システム10の様々なコンポーネントが、サービスプロバイダおよび/または顧客先施設部に含まれるか、それらにわたって配設される。
図に示す実施例において、サービスプロバイダ部のコンポーネントは、電池データベース40と、データリポジトリ80と、ユーザアカウントデータベース62と、リモートネットワーク/クラウド48と、を含む。例えば、システム10の製造業者またはサードパーティの管理事業者がサービスプロバイダとして働く。サービスプロバイダは、システムの複数の認証済み顧客を有し、そのうちの1つだけが示されている。システム10のコンポーネントの一部は、顧客先施設に設置または配置される。システム10の他のコンポーネントは、サービスプロバイダによって所有/管理され、プライベートネットワーク内のリモートネットワーク/クラウド48にわたって配設される。
各顧客先施設のコンポーネントは、試験プラットフォーム100と、ゲートウェイ38と、施設用電池データベース/在庫管理システム24と、ユーザ装置107と、ラベルプリンタ36と、顧客会計システム20と、を含む。各顧客先施設のコンポーネントは、ローカルエリアネットワーク103を介して互いに接続され、互いに通信を行う。
システム10によって、別の顧客先施設にいる操作者は、劣化状態(SOH)および充電状態(SOC)を含む各電池の特性を決定または予測することができる。顧客先施設の例として、自動車販売店、電池の売買および/またはリサイクルを行う小売店および卸売業者などが挙げられる。
例えば、電池は、電気自動車(EV)とも呼ばれる電気のみのパワートレインを有する自動車などの車両に使用される。また、電池は、別の実施例において、ハイブリッド型のガソリンエンジン/電気パワートレイン車両で使用されてもよい。一実施例において、システム10によって、各顧客先施設にいる操作者は、液体電解質を含む電池の劣化状態(SOH)および充電状態(SOC)を決定することができる。
試験プラットフォーム100は、電池に超音波信号を送信して電池の超音波スキャンを実行し、スキャンから生成された超音波信号データを収集する。ここで、「スキャン」という用語は、電池に超音波信号を送信するおよび/または電池から超音波信号を受信する試験プラットフォームの1つまたは複数の超音波トランスデューサの処理を指す。ここでは、トランスデューサは、各電池の1つまたは複数の表面に対して異なる位置にトランスデューサが所定の位置で固定されており、電池は、試験プラットフォームのベースに対して所定の位置に固定されている。
信号データは、SOHおよびSOCを含む電池の様々な特性を決定または予測するために使用することができる。このために、試験プラットフォームは、超音波発信源/エミッタ、超音波受信機/センサ、または超音波発信源および受信機の両方(送受信機)として動作する超音波トランスデューサを含む。
以下、サービスプロバイダ部におけるコンポーネントをより詳細に説明する。電池データベース40は、すべての顧客先施設にわたってすべての電池に対してデータベースが格納する電池レコード50を含む。リモートネットワーク48は、1つまたは複数の処理ノード32を含む処理システム70と、アプリケーションサーバ60と、を含む。アプリケーションサーバ60は、安全なウェブサービス64のホストとなる。ユーザアカウントデータベース62は、システムの認証済みユーザに対する情報を格納し、ここで、ユーザとは、各顧客先施設の顧客/操作者を指す。
電池データベース40、データリポジトリ80およびユーザアカウントデータベース62は、リモートネットワーク48を介して互いに通信を行う。一実施例において、リモートネットワーク48およびデータベースは、例えばAmazon Web Services(AWS)、IBM Cloud ServicesおよびMicrosoft Cloud Serviceなどのクラウドベースのコンピューティングおよびストレージサービスの一部として含まれる。
顧客先施設において、試験プラットフォーム100は、ベース102と、アライメント治具150と、移動可能なアーム140と、を含む。試験用電池90(本明細書において試験中電池または単に電池とも呼ぶ)がアライメント治具150に搭載された様子が示されている。例えば、試験プラットフォーム100は、卓上18または機器ラックの棚に載置される。卓上18と実質的に平行なベース102の平面55も示されている。
ベース102は、上部114と、前部126と、後部116と、幅Wと、長さLと、を有する。長さLは、後部116から前部126までの長さであり、幅Wは、長さLに対して垂直な方向、且つベース102の平面55と平行な方向の幅である。また、ベース102は、バーコードリーダ122と、ボタンなどのユーザインタフェース132と、ベース102の前部126に配置されたタッチスクリーンなどのディスプレイ画面128/ユーザインタフェースを含む。
アーム140は、ベース102の上方に位置し、垂直部材146および水平部材144を有し、L字形状を有する。垂直部材146は、ベース102の後部116において上向きに延在する。水平部材144は、ベース102の後部116からベース102の前部126に向けて延在し、ベースの平面55と実質的に平行に延在する。アームは、ベース102の幅Wに沿った中心点を中心としている。水平部材144の前面142は、ベース102の前部126と実質的に同じ方向を向いている。ベース102の後部116に配置されたアクチュエータ(図示せず)は、垂直部材146に取り付けられる。アクチュエータによって、アーム140は、ベース102に対して相対的に移動することができる。
また、図にはトランスデューサヘッド120のトランスデューサヘッド上部106Tも示されている。図に示す実施例において、トランスデューサヘッド上部106Tは、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサ112Tを含み、水平部材144の前面142の近傍において、アーム140の水平部材144の下方に取り付けられる。
アライメント治具150は、ベース102の上部114に載置され、各電池90を受容する。アライメント治具150は、実質的に平坦な本体151と、本体151から垂直方向上向きに延在する背面壁と、を有する。図1において、背面壁の1つのタブ156が示されている。例えば、背面壁は、背面壁の両側端部に配置された2つのタブ156を含む。タブ156は、ベース102の前部126に向けて曲げられている。操作者がアライメント治具150に各電池を搭載する際に、電池90の垂直方向両側端部は、タブ156に対して配置され、搭載中に電池90を案内するようになっている。
図に示す実施例において、アーム140は、電池90のスキャンのための試験用位置にある。具体的には、アーム140は、ベース102の上部114に向けて下向きに移動されることで、トランスデューサヘッド上部106Tの1つまたは複数の上部トランスデューサ112Tは、電池90の上面に対して配置されるようになる。
アーム140が試験用位置にあるときに、電池90は、完全にアライメント治具150内に配置され、アーム140とベース102との間に位置する。電池90の後部は、治具150の背面壁に対して載置される。同じ種類の電池が同じアライメント治具150を使用し、アライメント治具がベース102に対して固定された位置にあるため、各スキャン中のベース102とアーム140に対する各電池90の位置は固定される。
アーム140は、複数の目的を果たす。一実施例において、アーム140は、各スキャン中に、電池90に再現可能且つ一貫した圧力を加える。また、アーム140は、同じ種類の電池90の上面に対する上部トランスデューサ112Tの位置決めを一貫して且つ再現可能に提供する。
図に示す実施例において、電池90は、実質的に長方形のフォームファクタを有する。これは、試験プラットフォーム100がスキャンするように設計された電池90としては一般的である。具体的には、電池90の上面および下面は、電池90の側面よりも長さが大きい。その結果、各スキャン中に試験する各電池90の面積を最大化するために、アライメント治具150は、一般に、より大きい下面がアライメント治具150の本体151に対して配置され、且つ電池90の上面がトランスデューサヘッド上部106Tに向けられた状態で、電池90を受容するように設計されている。
しかしながら、別の実装例において、アライメント治具150は、試験プラットフォーム100への電池90の搭載中に電池90のより短い長さの側部がアライメント治具150の上面に対して配置されるように、電池90を受容するように設計され得る。このようにして、電池90の「サイドスキャン」も可能になる。
ローカルエリアネットワーク103は、有線ネットワークであってもよく、無線ネットワークであってもよい。例えば、ローカルコンポーネントは、イーサネット、Wi-Fi、Bluetoothなどの標準的なLAN、またはWLANベースのネットワーク通信プロトコル/プロトコルスタックを使用して通信を行う。
ゲートウェイ38は、顧客先施設のローカルエリアネットワーク103とサービスプロバイダのリモートネットワーク48とを接続する。この接続方法は、有線でもよく、無線でもよい。このようにして、ゲートウェイ38は、顧客先施設のコンポーネントとリモートネットワーク48との間の通信を可能にする。ゲートウェイ38は、ローカルエリアネットワーク103の外部に向けられた通信パケットをリモートネットワーク48に適したフォーマットに変換する。例えば、通信は、TCP/IPなどのインターネットプロトコル(IP)ベースのものであり得る。代替的にまたは追加的に、独自の通信プロトコルが使用されてもよい。
ユーザ装置107は、ディスプレイ88を有するコンピューティング装置である。この装置は、ユーザ装置のプロセッサで実行される1つまたは複数のアプリケーション(「アプリ」)40を含む。ユーザ装置107の例として、ノート型パソコン、ワークステーション、コンピュータタブレット端末、またはAndroidまたはAppleのiOSオペレーティングシステムを実行する携帯電話などが挙げられる。
ラベルプリンタ36は、電池90に貼り付けられる顧客のためのラベルを印刷する装置である。各ラベルは、各電池に関する様々な情報を符号化したバーコードを含む。
一般に、施設用電池データベース/在庫管理システム24は、電池データベース40の顧客固有のものである。各顧客の施設用電池データベース24は、顧客先施設で実行される各電池の試験の完了時に、リモートネットワーク/クラウド48から、更新された電池レコード50を受信する。更新された電池レコード50は、各電池90の少なくともSOHおよびSOCの決定された特性に対する更新内容を含む。顧客は、その後、電池情報を顧客固有の情報で補強して、施設用電池データベース24にその結果を格納することができる。
顧客会計システム20は、ゲートウェイ38を介して、アプリケーションサーバ60から料金情報を受信する。一実施例において、アプリケーションサーバ60は、試験プラットフォーム100での電池90の各スキャンに先立って料金情報を送信する。
一般に、システム10は、次のように動作する。顧客先施設での各操作者は、ユーザ装置107の各アプリケーション42を使用して、アプリケーションサーバ60の安全なウェブサービス64との間で安全なログインセッションを確立する。このために、各顧客は、アプリケーション42(アプリケーションまたは「アプリ」は、携帯電話、タブレット端末、またはノート型パソコンを含むがこれらに限定されないコンピューティング装置で実行されるコンピュータプログラムまたはソフトウェアアプリケーション)で資格情報(例えばユーザ名およびパスワード)を入力し、ウェブサービス64は、入力された資格情報と、ユーザアカウントデータベース62で保持されている認証済みユーザの格納された資格情報とを比較する。
操作者が認証済みユーザである場合、ユーザ装置107は、例えばローカルエリアネットワーク103のコンポーネントとクラウドベースのリモートネットワーク48との間に仮想プライベートネットワーク(VPN)トンネルを確立することができる。トンネルによって、顧客先施設の様々なコンポーネントとサービスプロバイダとの間の暗号化通信が可能になる。
次いで、顧客先施設の操作者は、試験プラットフォーム100に電池を1つずつ設置し、プラットフォームを使用して各電池90の超音波スキャンを実行する。スキャン中に、発信源/エミッタとして動作する超音波トランスデューサは、電池90に超音波信号を送信する。超音波信号は、電池を通過してもよく、または電池に部分的に送信されてから発信源に向けて反射されてもよい。次いで、受信機として動作する超音波トランスデューサは、各電池を介して送信された、または電池で反射された超音波信号を検出する。
試験プラットフォーム100は、発信源/エミッタとして構成されたトランスデューサによって電池に送信された超音波信号に対応する一連の信号データストリーム(送信信号データ)を生成し、受信機として構成されたトランスデューサによって電池の表面で検出された受信超音波信号に対応する一連の信号ストリーム(受信信号データ)を生成する。
トランスデューサ112は、送信機のみ、受信機のみ、または送信機および受信機の両方(送受信機)として構成することができ、「透過」モードまたは「エコー」モードのいずれかで動作するように構成することができる。「透過」モードでは、発信源/エミッタとして構成された各トランスデューサ112は、電池の1つの側部または表面にその超音波信号を送信し、信号は、電池90の内部容積に移動してそれを通過する。また、送信された信号は、電池90内の構造、材料および空隙と相互作用する。電池90の反対側の側部または表面に位置する、受信機として構成されたトランスデューサは、透過した超音波信号の変化したバージョンを検出する。
その一方で、「エコー」モードでは、発信源/エミッタまたは送受信機として動作する各トランスデューサ112は、反射された超音波信号を使用する。具体的には、発信源/エミッタとして構成された超音波トランスデューサは、電池90の内部容積に超音波信号を送信する。信号は、電池内の構造および空隙と相互作用する際に、または電池90の反対側の側部または表面に到達する際に、反射される。発信源/エミッタと同じ側の電池90の側部または表面に位置する、受信機として構成されたトランスデューサは、反射された信号の変化したバージョンを検出する。
トランスデューサが「透過」モードまたは「エコー」モードで動作するように構成されているかどうかにかかわらず、試験プラットフォームは、送信された超音波信号に対応する送信信号データを生成し、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された検出超音波信号に対応する受信信号データを生成する。次いで、試験プラットフォームは、各スキャンに対して作成されたスキャンデータのタイムスタンプ付きインスタンスに、送信信号データおよび受信信号データを格納する。
また、試験プラットフォーム100は、各スキャン中に電池から様々な情報を取得し、そのスキャンデータにその情報を追加する。この追加の情報は、電池90に加えられる一定の圧力に関する圧力値、1つまたは複数の温度測定値、および1つまたは複数の開回路電圧測定値を含む。
次いで、試験プラットフォーム100は、スキャンデータを暗号化し、トンネル/ゲートウェイ38を介して、リモートネットワーク48に暗号化されたスキャンデータを送信する。リモートネットワーク48では、アプリケーションサーバ60は、スキャンデータを復号化し、解析のために処理システム70にスキャンデータを転送する。
処理システム70では、1つまたは複数の処理ノード32がスキャンデータを受信および解析する。処理ノード32は、解析に応答してSOHおよびSOCなどの電池90の特性を決定または予測し、試験プラットフォーム100(および場合によってはその他のコンポーネント)にSOH情報およびSOC情報を電池状態メッセージとして返す。また、処理システム70は、電池に対する電池レコード50にスキャンデータ、ならびにSOHおよびSOCを格納する。このようにして、システム10は、各電池に対して生成されたスキャンデータの履歴と、スキャンデータから決定/予測された各電池のSOCおよびSOHの履歴とを時系列で保持する。
処理システム70の他の実装例も可能である。一実施例において、試験プラットフォーム100のローカルコントローラは、処理システム70として動作する。このために、ローカルコントローラは、スキャンデータを解析し、SOHおよびSOCなどの電池特性をローカルに決定するのに十分なメモリおよびコンピューティングリソースを含んでもよい。別の実施例において、処理システム70は、顧客先施設およびリモートネットワーク48にわたって配設されてもよい。ここで、顧客先施設のローカルエリアネットワーク103上に位置するサーバなどのコンピューティングシステムは、スキャンデータの一部を解析し、リモートネットワーク48の1つまたは複数の処理ノード32にスキャンデータを転送して解析を完了させてもよい。代替的にまたは追加的に、試験プラットフォーム100のローカルコントローラは、スキャンデータの解析を実行し、リモートネットワーク48にスキャンデータを転送することができる。
また、システム10は、自動車販売店、自動車修理工場および電池リサイクル施設を含む1つまたは複数の顧客先施設に設置された、場合によっては数千の試験プラットフォーム100をサポートすることができる。
図2Aは、電池データベース40に格納された例示的な電池レコード50を示す。電池レコード50は、様々なフィールドを有する。これらのフィールドは、電池ID202、電池の種類203、顧客ID204、試験パラメータ206、スキャンデータテーブル220、および解析データテーブル222を含む。電池ID202は、各電池を識別し、電池の種類203は、各電池の種類を示している。顧客ID204は、各顧客を識別する。スキャンデータテーブル220および解析データテーブル222のさらなる詳細は、後述する図2Cおよび図2Dの説明に記載する。
各電池レコード50は、追加の情報を含んでもよい。この情報は、例えば、電池製造業者、製造日、所有者履歴、および電池が設置された車両の事故記録を含むことができる。
図2Bは、図2Aの試験パラメータ206のさらなる詳細を示している。試験パラメータ206は、各電池固有のスキャンに対して試験プラットフォーム100を構成するように試験プラットフォーム100が実行する制御信号、方向およびデータ値の集合体である。試験パラメータ206は、トランスデューサマップ268、パルス数270、パルス幅272、パルス周波数274、パルス振幅276および負荷力値278のフィールドを含む。
操作者は、トランスデューサマップ268を修正して、動作モードおよび各超音波トランスデューサの状態を指定する。動作モードは、透過モードと、エコーモードと、を含む。エコーモードは、反射(内部構造および電池端からのエコー)および表面波に関連する。状態は、オフ、送信機のみ、受信機のみ、および送受信機を含む。次いで、各発信源または送受信機として構成された各トランスデューサに対して、操作者は、送信パルス数270、各パルスのパルス幅272(ナノ秒)、パルス周波数(Hz)、およびパルス振幅276(ミリボルト)を指定する。また、試験パラメータ206は、パルス以外の超音波信号の生成を指定するためのフィールドを含む。
操作者は、負荷力値278に関連する一定の圧力が各スキャンにわたって電池90に加えられるように、負荷力値278を指定する。負荷力値278およびその応用に関するさらなる詳細は、以下の図5に関する説明に記載されている。
図2Cは、スキャンデータテーブル220のさらなる詳細を示している。テーブル220内の各行は、各電池90の寿命までの各スキャンに対してシステム10が作成および格納するスキャンデータ230-1~230-Nの個別のタイムスタンプ付きインスタンスを示している。
スキャンデータ230の各レコードまたはインスタンスは、特定の電池90の特定のスキャンに関連し、電池90の各スキャンに対して試験プラットフォーム100が生成または取得した「生」情報を含む。より詳細には、スキャンデータ230の各インスタンス内の情報は、スキャンデータID201と、電池ID202と、電池の種類203と、タイムスタンプ210と、圧力値211と、1つまたは複数の温度測定値212と、1つまたは複数の開回路電圧測定値213と、送信信号データ214Tと、受信信号データ214Rと、を含む。
ここで、テーブル220内のスキャンデータ230-1の最初の行/インスタンスを例に挙げる。この行は、電池90の初期スキャンに関する情報、例えば、電池が新しいもので製造業者から顧客先施設に初めて納入された際の電池に関する情報を含む。
図2Dは、解析データテーブル222のさらなる詳細を示している。テーブル222内の各行は、スキャンデータテーブル220内のスキャンデータ230の関連するインスタンスの解析に応答して、処理システム70が作成および格納するに解析データ240-1~240-Nの個別のタイムスタンプ付きインスタンスを示している。
解析データ240の各インスタンスは、スキャンデータID201、スキャンデータ230の関連するインスタンスを指す値、送信信号データ242Tの時間領域解析結果、受信信号データ242Rの時間領域解析結果、送信信号データ244Tの周波数領域解析結果、および受信信号データ244Rの周波数領域解析結果のフィールドを含む。別の実施例において、受信信号データ242のウェーブレット解析の結果も格納されてもよい。
また、解析データ240の各インスタンスは、各スキャンに対するスキャンデータ230の解析からシステム10が決定または予測した各電池90の特性を含む。SOC232およびSOH234が図に示されている。
解析データ240-1の例示的なインスタンスにおけるフィールドの一部に関するさらなる詳細は、次のとおりである。その名称が示すように、送信信号データ242T-1の時間領域解析結果フィールドには、スキャンデータ230-1のリンクするインスタンスにおける送信信号データ214T-1で処理システム70が実行する時間領域解析の結果が格納される。同様に、受信信号データ242R-1の時間領域解析のフィールドには、スキャンデータ230-1のリンクするインスタンスにおける受信信号データ214R-1で処理システム70が実行する時間領域解析の結果が格納される。同様に、送信信号データ244T-1の周波数領域解析結果のフィールドには、スキャンデータ230-1における送信信号データ214T-1で処理システム70が実行する周波数領域解析の結果が格納される。受信信号データ244Rの周波数領域解析結果のフィールドには、スキャンデータ230-1における受信信号データ214R-1で処理システム70が実行する周波数領域解析の結果が格納される。
図2Eは、電池状態メッセージ250の例示的な内容を示している。電池状態メッセージ250は、電池90の現在のスキャンに対する解析データ240のインスタンスから抽出されたフィールドを含む。これらのフィールドは、電池ID202と、タイムスタンプ210と、SOC232と、SOH234と、を含む。
図3は、試験プラットフォーム100の前部斜視図である。試験プラットフォーム100の追加のコンポーネントをより詳細に示すために、図では電池90が省略されている。これらの追加のコンポーネントは、トランスデューサヘッド120のトランスデューサヘッド下部106Bと、トランスデューサヘッド下部106Bに含まれる1つまたは複数の下部トランスデューサ112Bと、プラテン160と、を含む。
トランスデューサヘッド120は、次のように配置される。トランスデューサヘッド120は、アーム140およびベース102にわたって配設された部分を有する。具体的には、トランスデューサヘッド120は、図1に示すトランスデューサヘッド上部106Tおよび上部トランスデューサ112Tと、トランスデューサヘッド下部106Bおよびその下部トランスデューサ112Bと、を含む。
トランスデューサヘッド上部106Tは、アーム140の下側に取り付けられ、トランスデューサヘッド下部106Bは、ベース102に含まれ且つトランスデューサヘッド上部106Tと整列およびそれに対向している。1つまたは複数の上部トランスデューサ112Tの送信面は、ベース102およびトランスデューサヘッド下部106Bに向けて下向きになっている。同様に、1つまたは複数の下部トランスデューサ112Bの送信面は、アーム140およびトランスデューサヘッド上部106Tに向けて上向きになっている。
プラテン160は、次の特性を有する。プラテン160は、実質的に円形/環状の形状を有し、トランスデューサヘッド下部106Bを囲む水平面を有し、ベース102の上部114に向けて下方向に向けられたプラテンチャネルを有する。プラテン160は、ベース102から上向きに、アライメント治具150の穴を通って延在する。また、プラテン160は、初期搭載位置に電池90を支持するように構成される。
プラテン160の初期搭載位置は、アライメント治具150内への電池90の設置中および位置決め中に下部トランスデューサ112Bが破損することを防止する。このために、プラテン160は、ベース102に移動可能に取り付けられており、アライメント治具150に対して移動可能である。
アライメント治具150のさらなる詳細は、次のとおりである。背面壁154は、本体151から垂直方向上向きに延在する。例えば、アライメント治具150は、電池固有のものであり得、ベース102から取り外し可能になっている。例えば、アライメント治具150は、ステンレス鋼などの耐久性のある材料の平板から形成または型押しされ得る。代替的にまたは追加的に、アライメント治具150を発泡体またはプラスチックでコーテイングして、電池への傷または損傷を防止することができる。アライメント治具150の穴によって、治具150がベース102内に正しく配置されたときに、プラテン160がベース102の上部114から上向きに突出することができる。このために、穴は、プラテン160の直径よりもわずかに大きくなっている。これにより、治具150をプラテン160上に配置して、ベース102の上部114に設置することができる。また、穴によって、アライメント治具150に対してプラテン160が撓むおよび/または傾くことができる。
例えば、操作者は、試験対象電池固有のアライメント治具150を選択することができる。一実施例において、電池90は、オール電気自動車の日産リーフで使用されるリチウムイオン電池である。リーフは、日産自動車株式会社の登録商標である。別の実施例において、アライメント治具150は、背面壁154のほかに調整可能な側壁を有する。側壁は、様々な電池の種類の様々幅に対応するように調整可能である。
アーム140は、参照符号158で示す移動方向を有する。移動方向158は、ベース102の平面55に対して垂直であり、実質的に直交する。各スキャンに先立って、アーム140は、ベース102よりも高い最大高さであるスキャン前(デフォルト)位置にある。これにより、操作者は、プラテン160およびベース102の上部114に対して電池固有のアライメント治具150を嵌めて調整することができ、アライメント治具150に電池90を搭載することができる。操作者が電池のスキャンを開始させたときに、アーム140は、その試験用位置まで移動方向158に沿って、電池90に向けて下向きに移動する。
また、図には、アーム140のアクチュエータ取り付け地点148が示されている。取り付け地点148は、アーム140がアクチュエータに取り付けられる位置である(図示せず)。地点148は、アーム140の垂直部材146の上部の近傍にある。
線A-Aは、試験プラットフォーム100の断面を示している。断面は、アーム140の前面142の近傍にあり且つアーム140の前面142と実質的に平行に延在する垂直平面を画定する。また、断面は、ベース102の平面55に対して実質的に垂直に延在する。
図4は、試験プラットフォーム100の後部斜視図を示している。この図では、ベース102に対してアーム140を移動させるアクチュエータ166が示されている。
アクチュエータ166は、その後部116の近傍にあるベース102に取り付けられる。より詳細には、ベース102の後部116は、ベースの下部からその上部114まで垂直方向に延在する凹部を有し、ベース幅Wの中間点に位置する。アクチュエータ166は、幅Wの中間点におけるベース102の下部の近傍において、ベース102の凹部内に配置され、そこに固定的に取り付けられる。
アーム140の垂直部材146は、垂直部材146の長さに沿って延在する垂直チャネル149を有する。垂直チャネル149は、アクチュエータ166のリンケージに接続される。垂直部材146は、ベース102の凹部内に部分的に配置され、アクチュエータ166は、垂直チャネル149内に配置される。アクチュエータ166によってアクチュエータリンケージが移動されると、それに対応してアーム140の垂直部材146がベース102に対してアームの移動方向158に沿って移動する。
線B-Bは、試験プラットフォーム100の別の断面を示している。この断面は、ベース幅Wの中間点においてベース102の後部116から前部126まで延在するアーム140を通る垂直平面を画定する。また、垂直平面は、ベース102の平面55に対して実質的に垂直である。
図5は、図3Aの線A-Aによって画定された断面を通る試験プラットフォーム100の側方断面図である。この図は、上述した図では示されていないベース102のコンポーネントの詳細を示している。
図5において、アーム140は、その初期位置で示されている。この位置において、アーム140は、ベース102を超えた最大高さにあり、トランスデューサヘッド上部106Tとアライメント治具150との間に十分な「電池空間」を提供する。これにより、操作者は、下部トランスデューサ112Bの近傍に位置する環状形状のプラテン160に電池90を搭載し、アライメント治具150に設置した際に電池90の位置を調整することができる。設置処理中に、操作者は、電池の側壁がアライメント治具150の側壁タブ156に対して付勢されるように調整を行う。これにより、電池90またはトランスデューサヘッド120への損傷を防止することができる。
トランスデューサヘッド上部106Tは、少なくとも1つの温度センサ180と、電圧センサ186と、を含む。例えば、温度センサ180は、電池90に接触することなく電池の温度を測定する赤外線センサであり得る。温度センサ180は、電池の試験工程中/各スキャン中に、電池90の温度測定値212を検出および報告する。
電圧センサ186は、開回路電圧測定値(OCV)213と、電池90の内部インピーダンスとを決定する。このために、一実施例において、操作者は、スキャンの実行に先立って、電池90の端子と電圧センサ186のテストリード187とを接続する。OCV測定値213は、例えば、完全に充電された試験用電池と完全に放電された試験用電池との間の線形電圧曲線(など)を仮定して、電池のSOC232の1つの指標となる。別の実装例において、電圧センサ186は、ベース102に含まれ、電池の端子は、電圧センサ186の対応する接点と相互作用する電池の表面の所定の位置に配置される。電池90がアライメント治具150に搭載され、アーム140がその試験用位置に配置されたときに、接点は、電池90の端子と電気的に接触する。
超音波トランスデューサ112Tおよび112Bの各々は、能動面183と、下側面182と、を有する。能動面183は、トランスデューサが超音波発信源/エミッタとして構成されている場合に超音波を送信し、超音波受信機として構成されている場合に超音波を検出する。下側面182は、電力および信号配線と相互作用する。上部トランスデューサ112Tの能動面183は、ベース102に向けて下向きになっており、下部トランスデューサ112Bの能動面183は、アーム140に向けて上向きになっている。
アーム140の水平部材144は、アームばねチャネル176を有する。アームばねチャネル176は、水平部材144の前面142の後方に位置し、アームばね174Aを含む。
トランスデューサヘッド上部112Tは、アーム140の水平部材144の下側に固定的に取り付けられ、上部トランスデューサ112Tは、アーム140に対して独立して移動可能に支持されている。このために、1つまたは複数の上部トランスデューサ112Tの各々は、トランスデューサヘッド上部106Tを通ってアームばねチャネル176内へ部分的に上向きに延在する。各アームばね174Aは、アームばねチャネル176の上部内側面179と各上部トランスデューサ112Tの下側面182との間に配置される。同時に、上部トランスデューサ112Tの能動面183は、ベース102/電池90に対向し、トランスデューサヘッド上部106Tの高さよりもわずかに低い位置で延在する。このようにして、試験中に、上部トランスデューサ112Tの能動面183は、電池90と接触する。したがって、各上部トランスデューサ112Tは、アーム140に対して独立して移動可能であり、試験中に電池90の上面に対して付勢される。
プラテン160は、ベース102に移動可能に取り付けられ、プラテンばね174Pによってその初期搭載位置まで付勢される。例えば、互いに120度間隔をあけて配置された3つのプラテンばね174Pは、ベース102の上部114とプラテン160の環状プラテンチャネルとの間に配置される。プラテンばね174Pは、プラテンの水平面がベース102の上部114の上方に位置するように、およびトランスデューサヘッド下部106Bおよびその下部トランスデューサ112Bのレベルの上方に位置するように、プラテン160を付勢する。プラテン160の外側リップ175は、ベース102の下側177と係合して、プラテン160がベース102によって保持されることを確実にする。
操作者がアライメント治具150内に電池90を設置するときに、プラテンばね174Pによって、プラテン160が垂直方向に移動して、操作者が電池90を調整する際に「揺動」するように枢動する。プラテンばね174Pによって、アーム140が電池90の上面の試験用位置に配置されるまで、電池90の下側は、下部トランスデューサ112Bの能動面183と接触しない。
また、ベース102は、負荷セル172を含む。負荷セル172は、トランスデューサヘッド下部106Bの下方に配置され、トランスデューサヘッド下部106Bに向けてわずかに上向きに付勢される。
図には、ベース102の下部に取り付けられたスタンドオフ部168が示されている。一実装例において、スタンドオフ部は、粘弾性ポリマーまたはコルクを中心にもつゴムなど、振動減衰特性のために選択された材料から形成される。また、スタンドオフ部168によって、ベース102の下部と試験プラットフォーム100が載置される卓上/表面18との間に空間が形成される。この空間によって、試験プラットフォーム100の冷却を改善することができる。
図6は、図4の線B-Bによって画定された断面を通る試験プラットフォーム100の側方断面図である。この図は、アーム140の垂直部材146がアクチュエータ166にどのように取り付けられ、アクチュエータ166がベース102にどのように取り付けられるかに関するさらなる詳細を示している。
アクチュエータ166は、円筒状のピンを受容するように構成された下部取り付け地点188を含む。下部取り付け地点188は、試験プラットフォーム100のベース102に固定的に取り付けられる下部アクチュエータブラケット190と機械的に相互作用する。下部アクチュエータブラケット190は、円筒状のピンを受容および捕捉するように配置された1つまたは複数の貫通穴を有する。ピンによって、下部取り付け地点188がアクチュエータブラケット190に対して枢動することができる。
また、アクチュエータ166は、アームの上部取り付け地点148においてアーム140に形成された1つまたは複数の貫通穴を有する上部取り付け地点を含む。アクチュエータ166は、そこから延在するリンクまたはブラケットを有する。リンクは、ベース102のコントローラから受信したアクチュエータの駆動信号に応答して、線形軸に沿って移動可能である。リンクの上端部は、円筒状のピンを受容するように形成された貫通穴を有する。
リンクは、アクチュエータにおいてアーム140に形成された1つまたは複数の貫通穴に円筒状のピンを通し、上部取り付け地点において貫通穴にリンクを通すことで、アーム140のアーム取り付け地点148に取り付けられる。
したがって、開示された主題の特徴によれば、ローカルコントローラは、アクチュエータ駆動信号を送信して、ベース102の平面55に直交する軸に沿ってリンクを上下に移動させる。アクチュエータ166がベース102に固定的に取り付けられているため、アクチュエータ自体は移動しない。しかしながら、ローカルコントローラから供給された駆動信号に応答して、リンクおよびアーム140がベース102の平面55に直交する軸に沿ってそれぞれ上下に移動される。また、アーム140の移動により、トランスデューサヘッド上部106Bも上下に移動される。
電池90がアライメント治具150に搭載されて試験プラットフォーム100のアーム140が試験用位置に下げられたときに、負荷セル172は、電池90の下面によって負荷セル172に加えられた力を検出する。この力は、アーム140が電池90に向けて移動するにつれて、アーム140の下側における上部トランスデューサ112Tが、電池の上面に対して下向きの力を加える結果として生じる。この力は、それに対応して、電池90に一定の圧力をかける。これは、次式のように決定される。
圧力=負荷力値/(トランスデューサヘッド上部の面積+トランスデューサヘッド下部の面積)
負荷セル172で検出された力が試験パラメータ206の所定の負荷力値278を満たすと、負荷セル172は、ベース102内のコントローラに、「準備完了」信号を送信する。次いで、コントローラは、アクチュエータ166に、アーム140の移動を停止させる信号を送信する。このようにしてアーム140が試験用位置に置かれる。
負荷セル172で検出された力が試験パラメータ206の所定の負荷力値278を満たすと、負荷セル172は、ベース102内のコントローラに、「準備完了」信号を送信する。次いで、コントローラは、アクチュエータ166に、アーム140の移動を停止させる信号を送信する。このようにしてアーム140が試験用位置に置かれる。
図7は、システム10の非限定的且つ例示的な模式図を示している。この図は、システム10のコンポーネント間のデータフローおよび制御フローと、試験プラットフォーム100内のコンポーネント間の主要な制御フローおよびデータフローとを示している。制御信号は破線で示されており、名称が付されている。データ信号は、実線で示されており、データを識別する参照符号が付されている。図には、顧客先施設の試験プラットフォーム100および電池90が、リモートネットワーク/クラウド48のコンポーネントおよび顧客先施設の他のコンポーネントと通信を行う様子が示されている。
この図には、上述した図に示されたもの以外の試験プラットフォーム100の追加のコンポーネントも示されている。試験プラットフォーム100は、コントローラ704と、信号駆動・取得システム702と、を含む。コントローラ704は、信号駆動・取得システム702、アクチュエータ166、およびディスプレイ128の動作を制御するためのコマンドを送信する。また、コントローラ704は、バーコードリーダ122および負荷セル172からの上方を受信し、信号駆動・取得システム702および処理システム70と通信を行う。信号駆動・取得システム702は、電圧センサ186、温度センサ180およびトランスデューサ112と相互作用し、コントローラ704と通信を行う。
データリポジトリ84は、時間領域解析法85と、周波数領域解析法87と、電池モデル77と、を含む。
図7および図1の例示的なシステムを参照すると、一般に、試験プラットフォーム100は、次のように動作する。操作者は、ベース102の前部126から試験プラットフォーム100に接近する。試験プラットフォーム100のアーム140は、その初期「上」位置にある。
次いで、操作者は、バーコードリーダ122に、試験用電池90に貼り付けられたラベルを提示して、リーダ122は、ラベルに印刷されたバーコード710を読み取ることができる。例えば、バーコード710は、(電池ID202を介して)試験用電池を識別することができるQRコードであり、電池の種類203または製造業者などを特定するために使用することができる。少なくともバーコードリーダ122は、バーコード710から電池90の電池ID202を抽出し、コントローラ704に電池ID202を送信する。
コントローラ704は、試験用電池のバーコード710から抽出されたデータを特徴付け、そのデータを使用して、適切な電池試験プログラムを選択し、および/または適切なアライメント治具150などを選択するように操作者に指示してもよい。コントローラ704は、ゲートウェイを介して、バーコードデータの少なくとも電池ID202を処理システム70に転送する。処理システム70は、電池データベース40内の電池レコード50に対して電池ID202の検索(lookup)を実行する。一致する電池ID202を含む電池レコード50を見つけると、処理システムは、その応答として、コントローラ704に、一致する電池レコード50を送信する。
コントローラ704は、電池レコード50をローカルでバッファリングし、ディスプレイ/ユーザインタフェース128での提示のために、電池レコード50から少なくとも電池の種類203と試験パラメータ206を送信する。操作者は、ディスプレイ128/ユーザインタフェース128およびボタン132を介して、スキャンを開始する前に試験パラメータ206を表示させることができ、また、その内容を修正後試験パラメータ206’に変更することができる。また、コントローラ704は、負荷セル172に負荷力値278を送信する。
代替的にまたは追加的に、操作者は、電池90のバーコード710をスキャンすることなく、ディスプレイ128/ユーザインタフェースで電池ID202を手動で入力することができる。別の実装例において、各電池(および試験パラメータ206)に対する電池レコード50は、顧客先施設でローカルに格納され、コントローラ704によって直接アクセスされてもよい。
次いで、操作者は、ディスプレイ/ユーザインタフェース128において、対応するアライメント治具150に電池90を搭載し、電圧センサ186のテストリード187を電池90の端子に接続し、ディスプレイ画面128に表示された試験パラメータ206/修正後試験パラメータ206’を使用してスキャンを開始するように促される。これは、ディスプレイ/ユーザインタフェース128からコントローラ704に送信された「スキャン開始」制御信号によって示される。その応答として、コントローラ704は、制御信号「開始」を介して、アクチュエータ166に、アーム140をその試験用位置に置くためにアーム140を電池90に向けて下向きに移動させるよう指示を送信する。
アーム140が電池90に向けて移動すると、トランスデューサヘッド上部106Tの上部トランスデューサ112Tの能動面183は、電池90の上面に接触し始める。次いで、負荷セル172は、アームばね174Aによって上部トランスデューサ112Tに加えられた力を検出し始める。負荷セルが、負荷力値278によって示された力/圧力閾値に達した力を検出すると、負荷セルは、コントローラ704に、アーム140の移動を停止させるための「準備完了」制御信号を送信する。コントローラ704は、準備完了信号を受信し、その応答として、アクチュエータ166に、アーム140を停止させるための停止信号を送信する。このようにしてアーム140が試験用位置に置かれる。
また、「準備完了」信号の受信に応答して、コントローラ704は、スキャンデータ230のタイムスタンプ付きインスタンスを作成して初期化済みインスタンスとして初期化し、試験パラメータ206にスキャンデータ230を含める。次いで、コントローラ704は、信号駆動・取得システム702にスキャンデータ230および「設定」制御信号を送信する。信号駆動・取得システム702は、設定信号およびスキャンデータ230を受信し、その試験パラメータ206を実行して、スキャンを開始する。
信号駆動・取得システム702は、試験パラメータ206のトランスデューサマップ268に従ってトランスデューサ112を構成するための信号を送信する。次いで、信号駆動・取得システム702は、電圧センサ186および温度センサ180を作動させ、試験パラメータ206に従って超音波発信源として構成された各トランスデューサに、1つまたは複数の入力パルス生成信号を送信する。
超音波検出器/センサとして構成された各トランスデューサ112は、超音波センサに達した入力パルスに対応する応答信号を生成する。各超音波センサは、各入力パルスに対応する1つまたは複数の応答信号を生成してもよい。1つの応答信号が生成され、トランスデューサ112の動作モードが「透過」である場合、例えば、単一の応答信号を、試験用電池90の上面から下面(または下面から上面)を通る単一のパルス透過と関連付けることができる。
別の実施例において、各入力超音波信号に対して複数の応答信号が生成され、トランスデューサ112の動作モードが「エコーモード」である場合、複数の応答信号を、同じ入力パルスに対する複数の反射された信号と関連付けることができる。ここで、入力パルスの波面が電池90内の様々な構造および空隙に達し、それらから反射されることで、同じ入力パルスが複数回検出器に到達することができる。また、試験パラメータ206は、検出器として構成された超音波トランスデューサが各入力パルスを捕捉するための応答信号の数を指定してもよい。
各スキャンは、超音波発信源として構成された1つまたは複数のトランスデューサから超音波信号を送信することを含む。ここで、発信源は、トランスデューサヘッド上部106T、トランスデューサヘッド下部106B、またはその両方に位置し、1つまたは複数のトランスデューサは、送信された信号に応答して超音波信号を受信するセンサとして構成される。また、各スキャンは、電圧センサ186によって測定された電池90の開回路電圧およびインピーダンスを受信し、温度センサ180によって取得された電池の温度を受信することを含む。
一実施形態において、試験パラメータ206は、トランスデューサ112Tが多数のパルス270の形態で連続的に超音波信号を発信することを指定する。各パルスは、所定の超音波振幅276、持続時間、帯域、および場合によっては総エネルギー量を含む。非限定的な実施例において、トランスデューサの自然共振周波数が1MHzの場合、パルス超音波信号の中心周波数は約1メガヘルツ(MHz)であり、パルス幅272は約700ナノ秒(nsec)である。一部の実装例において、32個という少ない数のパルス、または64個という多くのパルスが送信される。また、温度センサ180は、各パルスで電池90の温度測定値212を得て、電圧センサ186は、各パルスで開回路電圧測定値213と場合によっては電子インピーダンスを取得する。
電圧センサ186は、直流(DC)を加えることを含む広範囲の周波数にわたる電流で電池90を調査することができ、また、電池90の電圧およびインピーダンスを測定することができる。代替的にまたは追加的に、電圧センサ186は、DC電圧を含む広範囲の周波数にわたる電圧で電池を刺激することができ、また、電池90の電圧を測定することができる。これらの測定値から、DCを含む様々な周波数における電池の開回路電圧(OCV)およびインピーダンスを決定することができる。電流刺激および電圧刺激の両方の大きさは、電池およびその用途に応じて変化させることができる。
電池を照会するための送信された超音波信号は、透過モードまたはエコー/反射モードのいずれかに対応するように送信され得る。透過モードでは、トランスデューサヘッド上部106Tの1つまたは複数のトランスデューサ112Tは、電池90を介して超音波信号を送信する。これらの信号は、トランスデューサヘッド下部106Bの1つまたは複数のトランスデューサ112Bによって受信される(またはその逆も同様である)。エコー/反射モードでは、1つまたは複数のトランスデューサ112は、電池90に信号を送信する。これらの信号は、電池90の同じ側にある送信トランスデューサまたはその他のトランスデューサに反射される。
各超音波信号が電池90に入ると、信号は、電池セル、パウチおよびそれらの境界、アノードおよびカソードなどのセルの構造、セル間の空隙/空間、および場合によっては電池内の液体電解質に近接する。各応答超音波信号の帯域は、異なる電池の内部特徴および材料に近接することに応じて、および入力超音波信号が試験用電池90を通過する往復回数に応じて、異なるように変化する。
各スキャンが完了すると、トランスデューサヘッド120は、信号駆動・取得システム702に、送信された超音波信号の超音波波形の電気信号表現(送信電気信号)と、検出/受信超音波信号の電気信号表現(受信電気信号)とを送信する。信号駆動・取得システム702は、送信電気信号から送信信号データ214Tを生成し、受信電気信号から受信信号データ214Rを生成する。温度センサ180は、各送信超音波信号で取得した電池90の温度測定値212を送信し、電圧センサ186は、信号駆動・取得システム702に、各送信超音波信号で取得した開回路電圧測定値213と、場合によってはインピーダンス測定値とを送信する。次いで、信号駆動・取得システム702は、スキャンに対するスキャンデータ230のインスタンスに、信号データ214、圧力値211、温度測定値212、OCV測定値213、および場合によってはインピーダンス測定値を含める。
信号駆動・取得システム702は、スキャンデータ230の信号データ214のフィルタリングなどの前処理を実行してもよく、スキャンデータ230を暗号化し、コントローラ704に暗号化されたスキャンデータ230’を送信してもよい。コントローラ704は、さらなる処理のために、ゲートウェイ38を介して処理システム70に暗号化されたスキャンデータ230’を転送する。別の実装例において、コントローラ704は、送信に先立って、暗号化されたスキャンデータ230’を圧縮してもよい。
処理システム70の処理ノード32は、暗号化されたスキャンデータ230’を復号化し、スキャンデータ230の解析に応答して、SOC232およびSOH234などの電池90の特性を決定または予測する。
SOC232およびSOH234の計測に関するさらなる詳細は次のとおりである。受信信号(個々のパルスまたはその適切な平均による)は、SOCおよびSOHに関連することが知られている時間および周波数における多数の信号特徴の定量的測定値を計算することで処理される。次いで、これらの特徴の値は、SOCおよびSOHの値を予測するために、以前に生成された電池モデルへの入力として使用される。代替的にまたは追加的に、信号全体を特徴とみなし、SOCおよびSOHに関する以前に生成された電池モデルへの入力として使用することができる。
充電すると電池のアノードが硬くなるため、電池を通過する音速が速くなり、全体の飛行時間(TOF)が短くなるため、SOC232の主要因は、飛行時間である。飛行時間の測定には様々な方法が使用される。信号のその他の電気的特徴は、定量化され、電池モデル77に入力され、SOCの推定値のモデルの精度に寄与している。
その一方で、SOH234は、元の(製造時の)容量に対する電池90の全体的な充電容量の割合または比率である。これは、二次利用される電池の実用的および経済的価値を決定する重要なパラメータである。リチウムイオン電池の場合、一実施例において、通常、SOHが70%を下回ると、車両の電池製造業者は、残容量がエネルギー貯蔵などの要求が低い用途に十分に適していても、電池を廃棄する。
また、SOH234は、SOHと相関することが知られている時間領域および周波数領域における多数の信号の特徴およびパターンを解析することでも決定される。例えば、SOHは、送信信号データ214Tとして表される、超音波発信源によって送信された各入力信号の波形(または多数の信号の適切な平均化)と、受信信号データ214Rとして表される、1つまたは複数の超音波センサにおける各検出信号の波形とを比較することで決定される。これは、各入力信号が電池内の構造、異なる材料および空隙に近接すると、波形が変化するためである。送信信号と比較した受信信号の変化は、例えば、総エネルギー量の低下、振幅の損失、信号の形状/パターンの変化、信号帯域の変化、周波数の広がり、経時的なパルスシフト、およびこれらの複数の組み合わせを含むことができる。これらの変化は、受信した超音波パルスに対して生成され且つこれに対応する受信信号データ214Rと、送信された超音波パルスに対して生成され且つこれに対応する送信信号データ214Tとを比較することで検出することができる。
SOCにおける変化の主要な効果は、電池をわたる超音波パルスの飛行時間の短縮である。これは、電池の充電量が増加すると、電池のアノードの剛性が高くなり、電池を通過する音速が減少するために生じる。その他の信号特性もSOCの影響を受ける。
SOHに関して、電池が古くなってSOHが低下すると、その構造にはいくつかの種類の変化が生じる。主な変化は、有機化合物からなるアノードの二次SEI(SSEI)層の成長であり、最低でも電解質層を犠牲にしてアノードの厚さを増加させるものである。波の速度、減衰、周波数スペクトルが変化すると、電池内の波の伝播が影響を受ける。
SOHを減少させる他の経時変化には、アノード表面のリチウムめっきの発生、アノードのリチウムデンドライトの成長、電解質層内のガスポケット(アウトガス)の収集などが含まれる。これらの変化は、システム10で測定された超音波特性の変化に反映され、捕捉された信号によって検出され、SOHを計算する電池モデル77に入力されることになる。また、これらの影響は、電池全体に均一に生じない可能性が高い。その結果、超音波特性およびその変化は位置によって異なり、そのため、異なる位置の複数のトランスデューサによって捕捉された信号の差もSOHの関数となる。これらの信号特性は、時間領域と周波数領域で実現される。例えば、信号の振幅および周波数成分の変化は、いずれもSOHに関係し、それらの測定値などがSOHモデルの入力となる。
各電池に対する送信信号データ214Tと比較した受信信号データ214Rの、時間領域、周波数領域、またはその両方のいずれかにおける上述した変化は、信号データ214の識別された特徴としても知られている。実験によれば、これらの特定された特徴から、各電池のSOCおよびSOHを決定することができることが示された。
スキャンデータ230の解析が完了すると、処理システム70は、コントローラ704およびウェブサービス64に、電池状態メッセージ250中のSOCおよびSOHを送信する。また、処理システム70は、顧客会計システム20に、スキャンに関連する料金情報を送信し、顧客会計システム20は、ローカルレコードと請求書を作成する。また、処理システム70は、スキャンデータ230のインスタンスと、スキャンデータ230にリンクされた解析データ240のインスタンスとを含むように、電池レコード50を更新する。
また、処理ノード32は、ラベルプリンタ36にラベルデータを送信する。ここで、ラベルデータは、少なくとも電池状態メッセージ250の内容を含む。電池状態メッセージ250の内容は、ラベルプリンタ36において印刷可能なバーコードに符号化するのに適したフォーマットにある。
電池状態スメッセージ250を受信すると、コントローラ704は、スキャンセッションを終了する。コントローラ704は、ディスプレイ/ユーザインタフェース128に電池状態メッセージ250を送信し、アクチュエータ166にリセット制御信号を送信して、アーム140をその初期の「上」(非テスト)位置に移動させる。また、ウェブサービス64は、ユーザ装置107上のアプリケーション42に電池状態メッセージ250を送信する。アーム140がその初期位置になると、操作者は、電池90を取り外し、ラベルプリンタ36によって印刷された(新しい)バーコードラベル710を電池90上に配置する。
別の実施形態において、処理システム70は、ウェブサービス64に、バーコードデータの検索に応答して取得した電池レコード50を送信する。このようにして、試験の完了時に、ウェブサービス64は、施設用電池データベース/在庫管理システム24に電池情報50を送信することができる。次いで、施設用電池データベース/在庫管理システム24は、将来の参照および追跡のために、試験のローカル電池レコードを作成する。
一実施形態において、トランスデューサヘッド上部112Tおよびトランスデューサヘッド下部112Bの各々は、2つの超音波トランスデューサ(2つの上部トランスデューサ112Tおよび2つの下部トランスデューサ112B)を含む。他の実施例は、開示された技術の1つまたは複数の企図された実施形態に従って、異なる数の超音波トランスデューサを含むことができる。また、各超音波トランスデューサは、超音波発信源および超音波センサの両方として構成され、動作させることができる。超音波発信源として構成された場合、トランスデューサは、入力として電気信号を受信し、応答として電池90に超音波またはパルスを送信する。超音波センサとして構成された場合、トランスデューサは、電池90を通過する、または電池90で反射される超音波波またはパルスを受信し、受信した超音波またはパルスを対応する電気信号へ変換する。
様々な実施形態または動作モードにおいて、超音波センサは、例えば、試験用電池を1回通過する、例えば、トランスデューサヘッド上部112Tからトランスデューサヘッド下部112Bへ1回通過する送信超音波またはパルスを受信するように配置され得る。このような信号は、内部構造からの反射を含むこともできる。それ以外の点において、超音波センサは、超音波波が電池の表面および/または内部構造および空隙から反射された後、超音波発信源によって生成された超音波波またはパルスの反射またはエコーを受信するように配置され得る。
図8Aおよび図8Bは、システム10の動作方法を説明するフローチャートである。該方法は、操作者によって試験プラットフォーム100が電池90をスキャンするためにどのように準備されるか、試験プラットフォームがどのようにスキャンを実行するか、およびシステム10が各スキャン中に生成されたスキャンデータ230に基づいてSOC232およびSOH234などの試験用電池の電池特性をどのように決定または予測するかを示している。
ステップ1002では、ベース102に取り付けられ、アーム140の垂直部材146に接続されたアクチュエータ166は、リセット制御信号を受信し、その応答として、アーム140の高さをスキャン前の(デフォルト)高さに調整する。ステップ1004によれば、ベース102のバーコードリーダ122は、操作者がバーコードリーダ122に試験用電池90のラベル710を提示するのに応答して、バーコードデータを受信する。次いで、バーコードリーダ122は、コントローラ704にバーコードデータを送信する。
ステップ1006では、コントローラ704は、バーコードデータから電池ID202を抽出し、電池ID202を使用して電池データベース40に問い合わせを行い、一致する電池ID202を含む電池レコード50を取得する。次いで、ステップ1008では、ベース102は、操作者が、ベース102の上面114上に配置されたアライメント治具150に電池を設置したことに応答して、電池90を受容する。ここで、電池の下面は、アライメント治具150の穴を通って上向きに突出するベース102のプラテン160に当接する。
ステップ1010によれば、コントローラ704は、操作者が電池レコード50から抽出された電池ID202、電池の種類203、および試験パラメータ206を確認するために、ディスプレイ/ユーザインタフェース128に、一致する電池レコード50を送信し、ディスプレイ128を介して操作者から送信される「スキャン開始」信号を待つ。代替的にまたは追加的に、コントローラ704は、試験パラメータ206を抽出し、電池レコード50全体ではなく、試験パラメータ206をディスプレイ/ユーザインタフェース128に送信することができる。ステップ1012では、コントローラ704は、任意選択で、操作者によって入力された試験パラメータ206の修正版をディスプレイ128で受信し、「スキャン開始」信号の受信に応答して、修正後試験パラメータを使用して、電池90のスキャンのためにトランスデューサヘッドを準備する。ステップ1014では、コントローラ704は、ベース102内の負荷セル172に、試験パラメータ206からの負荷力値278を送信し、ここで、負荷セル172は、トランスデューサヘッド120のトランスデューサヘッド下部106Bの下方に位置し、且つトランスデューサヘッド120のトランスデューサヘッド下部106Bに向けて上向きに付勢される。
ステップ1016では、コントローラ704は、トランスデューサヘッド120のトランスデューサヘッド上部106Tに含まれる1つまたは複数の上部トランスデューサ112Tが電池90の上側に対して配置されることを可能にするために、アクチュエータ166を介してアーム140の高さを調整する。このために、コントローラ704は、アクチュエータ166に「開始」制御信号を送信し、その応答として、ベース102に向けてアーム140を下向きに移動させる。
ステップ1018では、コントローラ704は、負荷セル172から「準備完了」制御信号を受信する。これは、上部トランスデューサ112Tによって電池90に加えられ、負荷セル172で検出された力が負荷力値278を満たしたことを示す。コントローラ704は、その応答として、アーム140の高さの調整を停止するようにアクチュエータ166に停止信号を送信し、その結果、アーム140は、その試験位置に配置される。アーム140によって電池90に加えられ、負荷セル172によって検出される一定の力は、これに対応して、電池90に一定の圧力および/または所定の圧力を加える。スキャン中の電池90のすべての超音波照会およびそこから得られた測定値は、この一定の圧力で実行される。
ステップ1020では、信号駆動・取得システム702は、1つまたは複数の温度センサ180から1つまたは複数の温度測定値212を受信し、電圧センサ186から電池90の開回路電圧およびインピーダンスを受信する。温度センサ180は、コントローラと通信を行う。コントローラは、超音波トランスデューサ112Tによって生成された各超音波信号と電池温度測定値とを結合するように構成されている。これは、受信信号データ214Rの収集および生成中に、電池温度に基づいて様々な特性化アルゴリズムによってなされるSOHおよびSOCの特性化を偏らせるために、実施される。
次いで、ステップ1022では、コントローラ704は、スキャンデータの新しいタイムスタンプ付きインスタンスを作成および初期化し、スキャンデータに試験パラメータ206を入れ、信号駆動・取得システム702に、スキャンデータ230と共に構成制御信号を送信し、一定の圧力での電池90のスキャンを開始させる。ステップ1024では、信号駆動・取得システム702は、受信したスキャンデータ230のインスタンスにおける試験パラメータ206のトランスデューサマップ268の内容に基づいて、各トランスデューサ112の動作モード(透過、エコー)および状態(オフ、送信機のみ、受信機のみ、送受信機)を構成するために、トランスデューサヘッドに電気信号を送信する。この方法は、図8Bのステップ1026に続く。
図8Bは、図8Aの方法に対する追加のステップを示している。ステップ1026では、信号駆動・取得システム702は、試験パラメータ206の内容に基づいて、1つまたは複数の超音波トランスデューサ112に電気信号を送信する。電気信号は、トランスデューサ112が生成するための超音波信号を指定する。一実施形態において、電気信号は、試験パラメータ206から振幅276、周波数274、パルス幅272およびパルス数270を有する、パルスの形態の超音波信号を指定する。一実施例において、パルス数270における各パルスは、同じ特性、すなわち同じパルス振幅276、パルス周波数274、パルス幅272および総超音波エネルギー量で生成される。このようにして、各パルスを正確に認識して再現可能にすることができる。
例えば、一実施形態において、トランスデューサヘッド120は、4つのトランスデューサ(トランスデューサヘッド上部106T内の2つの上部トランスデューサ112T、およびトランスデューサヘッド下部112B内の2つの下部トランスデューサ112B)を含む。第1の下部トランスデューサは、第1の上部トランスデューサに対向し、第2の下部トランスデューサは、第2の上部トランスデューサに対向する。すべてのトランスデューサ112は、動作モード「透過」で構成される。上部トランスデューサ112Tは、送信のみ状態に構成され、下部トランスデューサ112Bは、受信のみ状態に構成される。本実施形態において、発信源/エミッタとして構成されたトランスデューサ112Tは、パルスの形態で超音波信号を送信する。
より詳細には、第1の上部トランスデューサ112Tは、電池90内にそのパルス数270の最初のパルスを送信し、第1の下部トランスデューサ112Bは、その応答として、少なくとも1つのパルスを検出する。受信機/検出器として構成されたトランスデューサ112Bは、パルスが電池を出る前に、電池90内の送信パルスの反射により、複数のパルスを検出することができる。これは、例えば、送信パルスが、電池90内のアノード-カソード層および空隙などの電池内の構造体に反射する場合に発生し得る。
次いで、検出器/受信機のトランスデューサ112Bは、検出された各パルスに対する電気応答信号を生成する。応答信号は、本質的に、例えばパルスの持続時間などの期間にわたる応答信号の振幅によって表される超音波の総エネルギー量に対応する。パルスは、多数のピークを有し、1つの単一の振幅は存在しない。1つまたは複数の例示的な実施形態において、単一の超音波パルス持続時間は、パルスが電池90を通過するのにかかる時間よりもかなり短い。
例えば、第1の上部トランスデューサ112Tは、その後、そのパルス数270において次のパルスを送信する前に、閾値期間を待つことができる。これにより、センサ/検出器として構成された第1の下部トランスデューサ112Bは、各送信パルスに応答して、複数の検出された送信、反射、および場合によってはトランスデューサ間送信または反射を監視することができる。閾値期間に達すると、第1の上部トランスデューサ112Tは、その次のパルスを送信する。この工程は、第1の上部トランスデューサ112Tがパルス数270の最後のパルスを送信するまで繰り返され、第2の上部トランスデューサ112Tおよびその対向する第2の下部トランスデューサ112Bは、この工程を連続して繰り返す。
該方法のステップ1028では、超音波発信源/エミッタとして構成された1つまたは複数の超音波トランスデューサ112は、電池90に超音波信号を送信し、超音波センサ/受信機として構成された1つまたは複数の超音波トランスデューサは、電池90で反射された、または電池90を介して送信された超音波信号を検出する。ステップ1030では、1つまたは複数のトランスデューサ112は、送信された超音波信号に対する/対応する送信電気信号を作成し、検出された超音波信号に対する/対応する受信電気信号を作成する。次いで、1つまたは複数のトランスデューサ112は、信号駆動・取得システム702に送信電気信号および受信電気信号を送信する。
ステップ1032によれば、信号駆動・取得システム702は、送信電気信号に対する送信信号データ214Tを生成し、受信電気信号に対する受信信号データ214Rを生成する。また、信号駆動・取得システム702は、現在のスキャンに対するスキャンデータ230のインスタンスに、送信信号データ214Tおよび受信信号データ214R、圧力211、温度測定値212、開回路電圧213およびインピーダンス測定値を追加し、コントローラ704にスキャンデータ230のインスタンスを送信する。
ステップ1034によれば、コントローラ704は、信号駆動・取得システム702からスキャンデータ230のインスタンスを受信し、それを解析のために処理システム70に転送する。ステップ1040では、処理システム70は、現在のスキャンに対するスキャンデータ230を受信し、スキャンデータ230の送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rを解析して、信号データ214の特徴を定量化する。
これらの定量化された特徴は、SOHおよびSOCを決定するために考慮され得る様々な物理的および形態学的欠陥に関連する情報を含む。例えば、電池がリチウムイオン電池である場合、これらの欠陥は、電荷を受け入れるアノードの能力を制限するSSEI層の成長、リチウムめっき、アウトガス、デンドライト成長のレベル、SEI層の電解質枯渇の変化率、カソードおよび/またはアノードの層状リチウムイオンセルの温度測定、(SOC決定のための)特定の速度でのリチウムイオン摂取能力に関連するアノードの剛性変化、ならびに電池90の正確な物理的拡張を測定することを含むことができる。
次いで、ステップ1070では、処理システム70は、信号データ214Tおよび214Rの特徴を定量化し、予め開発された電池モデル77にこれらの特徴を入力として送信/提示する。次いで、電池モデル77は、電池90の種類ごとにSOC232およびSOH234を計算し、割り当てる。
例えば、電池モデル77は、電池90の各種類に固有であり得、多くの異なる既知の充電状態および放電状態で各種類の数十または場合によってはそれ以上の電池を試験して得られた一連の規則を含むことができる。電池モデル77は、異なる充電状態における各電池の物理的変化および特性を数学的関数として符号化または表現し、これを送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rにおける定量化された特徴に適用して、SOC232およびSOH234等の電池の特性を計算する。
実験の結果、電池の電圧および抵抗/インピーダンス測定値のみを使用することで、約90%の精度で電池のSOCの推定値を提供できることが示された。また、実験により、開回路電圧測定値213を、システム10の原理に従って電池90の超音波スキャンと組み合わせて使用することで、SOCを1パーセントポイントの誤差(例えば、99%の精度)以内で予測できることも示された。実験により、このような精度でSOCを計算することができる十分に正確な電池モデル77を構築するために、電池の各種類を多数(場合によっては数十以上)スキャンし、循環させ、調査する必要があることがさらに示された。
一実施例において、電池モデル77は、電池90の所定の特性と、複数の電池のスキャンからの信号データ214(スキャンデータ230の送信信号データ214Tおよび受信信号データ214R)の定量化された特徴との間で導出された数学的関係を含む計算モデルである。別の実施例において、電池モデル77は、複数の電池のスキャンからのスキャンデータ230の信号データ214の定量化された特徴との間の数学的関係を学習または予測する機械学習モデルである。
ステップ1090によれば、処理システム70は、コントローラ704に、SOC232およびSOH234を含む解析データ240のインスタンスを送信する。ここで、解析データ240は、スキャンデータ230のインスタンスにリンクする。ステップ1092では、処理システム70は、コントローラ704に、少なくともSOC232およびSOH234を含む電池状態メッセージ250を送信する。
ステップ1094では、コントローラ704は、電池データベース40の電池レコード50と、施設用電池データベース/在庫管理システム24の電池レコード50とに、現在のスキャンに対するスキャンデータ230のインスタンスおよびリンクする解析データ240のインスタンスを格納する。次いで、ステップ1096では、コントローラ704は、ラベルプリンタ36に、電池ラベルのバーコードにSOC232とSOH234を含むタイムスタンプ付きラベルを印刷するように指示する。また、コントローラ704は、アーム140をその直立位置(非試験位置)に配置するために、アクチュエータ166にリセット制御信号を送信する。
図9A~図9Eは、トランスデューサ112の別の例示的な超音波送信モードおよび受信モードを示している。各図において、試験プラットフォーム100に搭載された試験中の電池90の断面部分が示されている。また、各図において、超音波発信源として構成されるトランスデューサ112は、パルスの形態で超音波信号を送信する。
電池90の断面図から、様々な構造体402-1~402-3および空隙404が確認できる。該構造体402は、通常、形状/大きさが不均一であり、塊として現れることが多い。該構造体は、アノード層およびカソード層などの電池の内部コンポーネントを含むことができる。該構造体402、空隙404および電解質は、剛性、密度および多孔性が互いに異なり、電池90内での超音波の伝播の仕方に影響を与える。
また、各トランスデューサは、トランスデューサ112の能動面183の中心を垂直方向に貫通するアライメント軸199を有する。図9A~図9Dにおいて、能動面183は、電池90の上面または下面のいずれかに隣接するか、電池90の上面または下面のいずれかと実質的に平行であるように配置され、それらのアライメント軸199は、電池90の上面または下面に対して実質的に垂直になっている。その一方で、図9Eにおいて、能動面183およびそれらのアライメント軸199は、電池90の上面または下面に対して角度が付けられている。図9A~図9Eに関するさらなる詳細を以下に説明する。
図9Aは、トランスデューサ112の透過モードの構成を示している。2つの上部トランスデューサ112T-1および112T-2、ならびに2つの下部トランスデューサ112B-1および112B-2が示されている。上部トランスデューサ112T-1および112T-2の各々は、透過モードにおいて超音波パルスP1およびP2をそれぞれ送信する超音波発信源/エミッタとして構成される。2つの下部トランスデューサ112B-1および112B-2は、超音波受信機として構成される。ここで、上部トランスデューサ112Tのアライメント軸199は、電池90の上面に対して実質的に垂直であり、下部トランスデューサ112Bのアライメント軸199は、電池90の下面に対して実質的に垂直である。
上部トランスデューサ112T-1および112T-2の能動面183は、異なる位置において電池90の上面に隣接/接触している。同様に、上部トランスデューサ112T-1および112T-2の能動面183は、異なる位置において電池90の下面に隣接/接触している。
超音波の発信源/送信機として構成されたトランスデューサ112の動作中に、送信された超音波パルスP1およびP2の特性は、パルスが電池に入って電池を通過する際に変化する。信号P1およびP2は、近接するオブジェクトの種類に応じて、電池90内を異なる速度で移動する。一般に、より硬いオブジェクト/構造体402を最も速く移動し、動的に軟らかい構造体または層を最も遅く移動する。より詳細には、例えば、振幅、周波数帯域および総超音波エネルギー量を含む各信号の特性は、信号と電池の内部要素との相互作用によって変化する。これらの内部要素は、液体電解質、電池セルの固体構造、構造体402および空隙404、ならびに電池90の内側に生じた固体および/または気体を含む。信号P1およびP2の変化したバージョンは、参照符号P1’およびP2’でそれぞれ示されている。
また、2つの上部トランスデューサ112T-1および112T-2は、送信された超音波信号P1およびP2を電気信号に変換する。超音波トランスデューサ112Bによって生成された電気信号は、信号駆動・取得システム702によって受信信号データ214Rに送信され、それに対応した変換が行われる。
2つの下部トランスデューサ112B-1および112B-2は、変化した超音波信号P1’およびP2’をそれぞれ検出し、検出された超音波信号を電気データに変換する。超音波トランスデューサ112Bによって生成された電気信号は、信号駆動・取得システム702によって受信信号データ214Rに送信され、それに対応した変換が行われる。また、信号駆動・取得システム702において、超音波センサによって生成された電気信号と初期信号とを比較する際に、信号処理手段によって信号特性変化が決定される。
図9Bも、トランスデューサ112の透過モードの構成を示している。図9Aと同様に、2つの上部トランスデューサ112T-1および112T-2、ならびに2つの下部トランスデューサ112B-1および112B-2が示されている。ここで、下部トランスデューサ112B-1は、超音波発信源として構成され、上部トランスデューサ112T-1は、超音波受信機として構成される。上部トランスデューサ112T-2は、超音波発信源として構成され、下部トランスデューサ112B-2は、超音波受信機として構成される。
下部トランスデューサ112B-1は、電池90に信号P1を送信して通過させ、上部トランスデューサ112T-1は、変化した信号P1′を受信および検出する。同様に、上部トランスデューサ112T-2は、電池90に信号P2を送信して通過させ、下部トランスデューサ112B-2は、変化した信号P2′を受信および検出する。
図9Cは、トランスデューサ112のエコーモードの構成を示している。図9Aおよび図9Bと同様に、2つの上部トランスデューサ112T-1および112T-2、ならびに2つの下部トランスデューサ112B-1および112B-2が示されている。ここで、上部トランスデューサ112T-1および下部トランスデューサ112B-2は、超音波送受信機(すなわち、送信機と受信機の両方)として構成される。上部トランスデューサ112T-2および下部トランスデューサ112B-1は、この構成では動作しない。
上部トランスデューサ112T-1は、電池90に信号P1を送信し、電池90で反射された変化した信号P1’を受信および検出する。同様に、下部トランスデューサ112B-2は、電池90に信号P2を送信し、電池90で反射された信号P2’を受信および検出する。
図9Dは、トランスデューサ112のハイブリッド式透過/エコーモードの構成を示している。図9A~図9Cと同様に、2つの上部トランスデューサ112T-1および112T-2、ならびに2つの下部トランスデューサ112B-1および112B-2が示されている。ここで、上部トランスデューサ112T-1は、超音波受信機として構成され、下部トランスデューサ112B-1は、超音波送信機として構成され、下部トランスデューサ112B-2は、超音波送受信機として構成される。上部トランスデューサ112T-2は、この構成では動作しない。
下部トランスデューサ112B-1は、電池90に信号P1を送信して通過させ、上部トランスデューサ112T-1は、変化した信号P1’を受信および検出する。下部トランスデューサ112B-2は、電池90にパルスP2を送信し、電池90で反射された信号P2’を受信および検出する。
図9Eは、トランスデューサ112の「交差」している構成を示している。本構成において、少なくとも1つの上部トランスデューサ112T-1は、超音波発信源として構成され、上部トランスデューサ112T-1から送信される超音波信号が電池90の上面に対して角度が付けられるように配置されている。能動面183と電池90の上面との間に位置するカプラント197は、この角度が付けられた構成において上部トランスデューサ112Tを支持する。
同時に、少なくとも1つの下部トランスデューサ112B-2は、超音波受信機として構成され、上部トランスデューサ112Tから送信された信号を検出する。ただし、下部トランスデューサ112Bは、図9A~図9Dのように上部トランスデューサ112の直下に配置されていない。むしろ、下部トランスデューサ112Bは、上部トランスデューサ112Tから距離をおいて配置され、その能動面183は、電池90の下面に対して角度が付けられている。具体的には、実質的に直線が、上部トランスデューサ112T-1のアライメント軸、電池90、および下部トランスデューサ112B-2のアライメント軸199を通って描けるような角度で、下部トランスデューサ112Bの能動面183が配置される。
また、下部トランスデューサ112B-1は、超音波発信源として構成され、その能動面183は、電池90の下面に対して角度が付けられている。上部トランスデューサ112T-2は、超音波受信機として構成され、その能動面183は、電池90の上面に対して角度が付けられている。すなわち、実質的に直線が、下部トランスデューサ112B-1のアライメント軸199、電池90、および上部トランスデューサ112T-2のアライメント軸199を通って描けるような角度で、トランスデューサ112B-1および112T-2の能動面183が配置される。
この交差する構成は、利点を有する。一実施例において、各送信信号は、図9A~図9Dの構成における信号よりも、電池90のより多くの内部容積を横断し、電池90内をより長い距離移動することができる。これにより、信号当たりのより多くの試験データが提供される。別の実施例において、信号は、他の構成では近接しない(したがって検出されないかもしれない)電池90内の構造体402、空隙404および/または層に近接してもよい。
図10は、図8Bのステップ1040のさらなる詳細を説明するフローチャートである。該方法は、ステップ1042で開始する。
ステップ1042では、処理システム70は、試験中の電池90に対するスキャンデータ230のインスタンスを受信し、そのデータフィールドを抽出する。ステップ1044によれば、処理システム70は、解析データ240のインスタンスを作成および初期化し、それをスキャンデータ230のインスタンスにリンクさせる。ステップ1045では、処理システム70は、データリポジトリ84から時間領域解析法85および周波数領域解析法87にアクセスし、ロードする。
ステップ1046では、処理システム70は、時間領域解析法85を使用して、スキャンデータ230の送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rを解析し、信号データ214の特徴を定量化する。例えば、識別された特徴は、試験用電池90の種類と同じ電池の種類に対するものである。圧力211、温度測定値212、開回路電圧測定値213およびインピーダンス測定値は、解析中に解析法85への入力として提供される。
信号データ214の定量化された特徴の一部の例として、信号データ214のゼロクロス、信号データ214のピーク値および振幅、信号データ214内の特徴およびパターン、ならびに信号データ214の飛行時間(ToF)が挙げられる。ステップ1048では、処理システム70は、リンクする解析データ240のインスタンスに送信信号データ242Tの時間領域解析結果および受信信号データ242Rの時間領域解析結果を格納する。
別の実施例において、処理システム70は、送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rにウェーブレット解析法を適用して、信号データ214の特徴を定量化してもよい。
ステップ1050によれば、処理システム70は、周波数領域解析法87を使用してスキャンデータ230の送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rを解析して、信号データ214の特徴を定量化する。これらの特徴は、試験用電池90の種類と同じ電池の種類に対するものである。定量化された特徴の一部の例として、パワースペクトルおよびウェーブレット分解が挙げられる。圧力211、温度測定値212、開回路電圧測定値213およびインピーダンス測定値も、解析中に解析法87への入力として提供される。
ステップ1052では、処理システム70は、解析データ240のインスタンスに送信信号データ244Tの周波数領域解析結果および受信信号データ244Rの周波数領域解析結果を格納する。
ステップ1054によれば、処理システム70は、送信信号データ242Tの時間領域解析結果と、受信信号データ242Rの時間領域解析結果とを比較する。ステップ1056では、処理システム70は、解析データ240のインスタンスに比較結果の情報を格納する。同様に、ステップ1058では、処理システム70は、送信信号データ244Tの周波数領域解析結果と、受信信号データ244Rの周波数領域解析結果とを比較する。次いで、ステップ1060では、処理システム70は、解析データ240のインスタンスに比較結果の情報を格納する。
図11は、処理システム70内の処理ノード32のさらなる詳細を示している。図に示す実施例において、コントローラ704は、マイクロプロセッサとして構成される。
処理ノード32は、中央処理装置(CPU)908と、オペレーティングシステム910と、メモリ912と、ネットワークインタフェース906と、信号処理モジュール922と、フィルタモジュール924と、を含む。
フィルタモジュール924は、処理ノード32に送信される各スキャンデータ230のインスタンスにおいて、送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rを事前にフィルタリングすることができる。信号処理モジュール920は、スキャンデータ230を解析して、電池の所定の特性と関連する信号データ214Tおよび214Rの特徴を定量化し、電池の各種類に対して事前に構築された電池モデル77に、識別された特徴を入力として渡し、各電池90に対する特性を決定する。
図12は、一実施形態による、コントローラ704が処理システム70として動作した際の、試験プラットフォーム100のコントローラ704をより詳細に示している。図に示す実施例において、コントローラ704は、マイクロプロセッサとして構成される。
コントローラ704は、中央処理装置(CPU)908と、オペレーティングシステム910と、メモリ912と、ネットワークインタフェース906と、試験プラットフォームインタフェース904と、様々なモジュールと、を含む。これらのモジュールは、信号生成モジュール920と、暗号化モジュール923と、応答信号処理モジュール925と、を含んでもよい。図に示す実施例において、モジュールは、ソフトウェアモジュールとして構成される。ただし、各モジュールの実行可能な命令は、システム起動時にメモリ912にロードされ、したがって、ファームウェアモジュールとして構成されることも可能である。
信号生成モジュール920は、照会超音波信号を生成し、応答信号処理モジュール925は、スキャンデータ230の送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rに対して、アンチエイリアスおよびフィルタリングなどの処理を実行する。コントローラ704は、クラウドベースのリソースへの配信のために処理された応答データを暗号化する暗号化モジュール923を含んでもよい。一実施例において、暗号化モジュールは、AES256ビット暗号化を使用する。
また、コントローラ704は、処理システム70として動作することができる。このために、応答信号処理モジュール925は、スキャンデータ230を解析し、電池モデル77に定量化された特徴を提示することができる。
図13は、信号駆動・取得システム702のブロック図である。該システムは、コントローラ704、トランスデューサヘッド120、電圧センサ186および温度センサ180と相互作用する。
信号駆動・取得システム702は、様々なコンポーネントを含む。これらのコンポーネントは、コントローラインタフェース740と、コネクタC1、C2およびC3と、電圧源801と、超音波パルス部802と、アナログスイッチ804と、を含む。追加のコンポーネントは、一次および二次信号処理チャネルであるか、一次および二次信号処理チャネルにわたって配設される。ゲインレベル入力816およびアナログ・デジタル変換器(ADC)818は、両方のチャネル共通である。
一次チャネルは、送受信スイッチ806と、R12抵抗器810と、可変ゲイン増幅器(VGA)812-1と、アンチエイリアスフィルタ(AAF)814-1と、アナログ・デジタル変換器(ADC)818と、を含む。VGA812-1には、共通のゲインレベル入力816が適用される。
二次チャネルは、ACカップリング回路819と、可変ゲイン増幅器(VGA)812-2と、共通のゲインレベル入力816と、アンチエイリアスフィルタ(AAF)814-2と、共通のADC818と、を含む。ACカップリング回路819は、クリッピング回路820をさらに含む。
一実装例において、ADC818は、少なくとも5メガサンプル/秒(M/s)のサンプリングレートを有する。このようにして、信号は、アナログ信号から、デジタル信号処理および機械学習技術に適したデジタル信号へと変更される。
一次チャンネルAは、トランスデューサ112を構成するための電気信号を生成する処理パイプラインまたは経路であり、発信源として構成された超音波トランスデューサに超音波パルスを送信するように指示する信号を生成するための処理パイプラインまたは経路である。コントローラインタフェース740がコントローラ704から設定信号およびスキャンデータ230のインスタンスを受信すると、電圧源は電圧信号を準備する。例えば、電圧信号は、1V~800Vの範囲であり得、スキャンデータ230の試験パラメータ206のトランスデューサマップ268で指定された各トランスデューサ112の動作モードおよび状態に対応する。
パルス部802は、電圧信号を受信し、パルス部802の出力をコネクタC1およびC2に向けるようにアナログスイッチ804を構成する。
図に示す実施例において、トランスデューサマップ268は、トランスデューサの状態を、上部トランスデューサ112T-1については超音波発信源、上部トランスデューサ112T-2については無効、下部トランスデューサ112B-1については超音波検出器、および下部トランスデューサ112B-2については無効と指定する。トランスデューサマップ268は、上部トランスデューサ112T-1および下部トランスデューサ112B-1の動作状態を透過モードとして指定する。
試験パラメータ206のトランスデューサマップ268に従ってトランスデューサ112を構成するために、パルス部802は、電圧信号を受信し、アナログスイッチ804を構成して、パルス部802の出力をコネクタC1およびC2に向けるようにする。これらのコネクタは、上部トランスデューサ112Tおよび下部トランスデューサ112Bとそれぞれ相互作用する。電圧信号は、コネクタC1およびC2を介して送信され、トランスデューサ112が構成される。
次いで、パルス部802は、発信源として構成された超音波トランスデューサ(ここでは、上部トランスデューサ112-1のみ)に超音波信号を送信するように指示する信号を生成する目的で、コントローラインタフェース740から追加の命令を受信する。このために、パルス部802は、電圧信号を受信し、アナログスイッチ804を構成して、パルス部802の出力を一次チャネルに向けるようにする。送受信スイッチ806は、パルス部802から送信されたパルスを、超音波信号の送信と関連するものとして識別し、信号をクリッピング回路808に通し、クリッピングされたパルスをアナログスイッチからコネクタC1に戻すように向ける。パルス/電気信号は、C1を介して上部トランスデューサ112T-1に送信され、試験パラメータ206に従って超音波信号を生成するように上部トランスデューサを構成する。
送受信スイッチ806が電気信号を送信超音波に関連するものとして識別し、アナログスイッチおよびコネクタC1から信号を上部のトランスデューサ112Tに転送した後、送受信スイッチ806は、生成された信号の送信信号データ214Tの表現を生成するために、一次チャネルを介して信号を通過させる。このために、送受信スイッチ806は、そのクリッピング回路808に信号を通し、クリッピングされた信号をR12抵抗器810およびVGA812-1に転送する。ゲインレベル入力816は、AAF814-1に信号をさらに一次経路で渡す前に、VGA812-1での信号のゲインレベルが調整されてもよい。
AAF814-1は、信号サンプラー/ADC818の前に配置され、対象帯域にわたってナイキスト・シャノンのサンプリング定理を満たすように信号の帯域を制限し、帯域とエイリアスとの間の実用的なトレードオフを提供する。ADC818は、フィルタリングされた信号を受信し、バッファリングおよびコントローラインタフェース740でのさらなる使用のために、フィルタリングされた信号をデジタル化して送信信号データ214Tにする。
次いで、信号駆動・取得システム702は、超音波検出器として構成された下部トランスデューサ112B-1から送信された電気信号をコネクタC2で受信する。この電気信号は、トランスデューサ112T-1によって電池90に送信された各信号に対して、下部トランスデューサ112B-1で検出された1つまたは複数の超音波信号を代表するものである。アナログスイッチ804は、C2における信号を、検出された超音波に関連するものとして識別し、一次チャネルを介して信号を通過させて、生成された電気信号の受信信号データ214Rの表現が生成される。
送受信スイッチ806は、電気信号を検出された超音波に関連するものとして識別し、そのクリッピング回路808に信号を通し、クリッピングされた信号をR12抵抗器810およびVGA812-1に転送する。ゲインレベル入力816は、AAF814-1に信号をさらに一次経路で渡す前に、VGA812-1での信号のゲインレベルが調整されてもよい。ADC818は、フィルタリングされた信号を受信し、コントローラインタフェース740でのさらなる使用のために、フィルタリングされた信号をデジタル化して受信信号データ214Rにする。
二次チャネルは、電圧源801によって生成された電圧を監視し、送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rの飛行時間(TOF)の計測を可能にするフィードバックループである。
図14は、トランスデューサヘッド120内のトランスデューサ112の例示的な構成を示している。図に示す実施例において、トランスデューサヘッド上部106Tおよびそのトランスデューサ112Tは、トランスデューサヘッド下部106Bおよびそのトランスデューサ112Bと相対して示されている。上述した図の場合よりもトランスデューサ112についてより多くの詳細を示すために、トランスデューサヘッド120をこのように示している。
より詳細には、トランスデューサヘッド上部106Tおよびトランスデューサヘッド下部106Bは、互いに離れて配置された状態で示されている。トランスデューサ112の能動面183は、紙面の読者に面し、紙面の平面に対して平行である。トランスデューサヘッド上部106Tおよびトランスデューサヘッド下部106Bの各々は、少なくとも1つまたは複数のトランスデューサを含む。
図に示すように、一実施形態において、トランスデューサヘッド上部106Tおよびトランスデューサヘッド下部106Bの各々は、6つのトランスデューサを含む。トランスデューサヘッド上部106Tは、トランスデューサ112T-1~112T-6を含み、トランスデューサヘッド下部106Bは、トランスデューサ112B-1~112B-6を含む。トランスデューサ112Tおよび112Bの各々は、トランスデューサ112の能動面183が実質的に円形であるように、実質的に円筒状のフォームファクタを有する。各上部トランスデューサ112Tは直径d1を有し、各下部トランスデューサ112Bは直径d2を有する。
1つまたは複数の例示的な実施形態において、上部トランスデューサ112Tおよび下部トランスデューサ112Bは、同じ種類および同じ大きさであってもよく、同じ動作特性を有していてもよい。具体的には、上部トランスデューサ112Tおよび下部トランスデューサ112Bの直径d1およびd2は、それぞれ等しくてもよい。一実施例において、直径d1およびd2は、約1cmである。
別の実装例において、上部トランスデューサ112Tおよび下部トランスデューサ112Bは、同じ種類および同じ動作特性を有しながら、異なる大きさを有していてもよい。具体的には、上部トランスデューサ112Tの直径d1および下部トランスデューサ112Bの直径d2は、それぞれ異なる。一実施例において、上部トランスデューサ112Tは、「透過」モードで送信機として構成されてもよく、1.0cmの直径d1をそれぞれ有していてもよい。同時に、下部トランスデューサ112Bは、受信機として構成されてもよく、d1より大きい直径d2をそれぞれ有していてもよい(例えば、d2=1.5cm)。このような構成により、下部トランスデューサ112Bは、直径d2とd1とが同じである場合よりも広く発散する、試験用電池90を出る超音波光線を検出することができる。また、各下部トランスデューサ112Bは、場合によっては1つ以上の上部トランスデューサ112Tからの透過または反射を検出してもよい。
図15は、電池のSOC232およびSOH234を決定するためのシステム10の方法を説明するフローチャートである。該方法は、ステップ1502で始まる。
ステップ1502では、試験プラットフォーム100は、各電池90を受容する。各電池90は、試験プラットフォーム100のベース102に対して配置された第1の側部を含む。ステップ1504では、該方法は、試験プラットフォーム100を準備して、各電池90の超音波スキャンを実行する。試験プラットフォーム100は、試験プラットフォーム100のアーム140およびベース102にわたって配設されたトランスデューサヘッド120を含む。
ステップ1506によれば、試験プラットフォーム100は、超音波スキャンを実行し、各スキャンに対して送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rを生成し、各スキャンに対するスキャンデータ230のインスタンスに送信信号データ214Tおよび受信信号データ214Rを含める。次いで、ステップ1508では、処理システム70は、試験プラットフォーム100からスキャンデータ230を受信し、スキャンデータ230を解析し、信号データの特徴を定量化し、1つまたは複数の電池モデル77に、定量化された特徴を入力として提示する。1つまたは複数の電池モデル77は、提示に応答して、SOC232およびSOH234を計算し、電池90に割り当てる。
[開示された技術の追加の実施例]
開示された主題の上述した実装例を鑑みて、本願は、以下の付記において追加の実施例を記載する。なお、単独の付記の1つの特徴、または付記を組み合わせて2つ以上の特徴、および任意選択で、1つまたは複数のさらなる付記の1つまたは複数の特徴との組み合わせも、本願の開示に含まれる実施例であることに留意されたい。
開示された主題の上述した実装例を鑑みて、本願は、以下の付記において追加の実施例を記載する。なお、単独の付記の1つの特徴、または付記を組み合わせて2つ以上の特徴、および任意選択で、1つまたは複数のさらなる付記の1つまたは複数の特徴との組み合わせも、本願の開示に含まれる実施例であることに留意されたい。
[付記1]
電池の試験システムであって、
試験プラットフォームであって、
・ 1つまたは複数の電池を受容するように構築されたベースであって、各電池の超音波スキャンを指示するように構成されたコントローラを有するベースと、
・ ベースの上方に配置された調整可能なアームと、
・ アームおよびベースにわたって配設され、各電池に超音波信号を送信するように構築され、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出するように構築されたトランスデューサヘッドと、
を備える試験プラットフォームと、
信号駆動・取得システムであって、
・ 送信された超音波信号に対する送信信号データ、および検出された超音波信号に対する受信信号データを生成するように構成され、
・ 各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに送信信号データおよび受信信号データを追加するように構成された、
信号駆動・取得システムと、
処理システムであって、
・ 試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信するように構成され、
・ スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化するように構成され、
・ 1つまたは複数の電池モデルに、定量化された信号データを入力として提示するように構成された、
処理システムと、
を備え、
1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各電池に割り当てる。
電池の試験システムであって、
試験プラットフォームであって、
・ 1つまたは複数の電池を受容するように構築されたベースであって、各電池の超音波スキャンを指示するように構成されたコントローラを有するベースと、
・ ベースの上方に配置された調整可能なアームと、
・ アームおよびベースにわたって配設され、各電池に超音波信号を送信するように構築され、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出するように構築されたトランスデューサヘッドと、
を備える試験プラットフォームと、
信号駆動・取得システムであって、
・ 送信された超音波信号に対する送信信号データ、および検出された超音波信号に対する受信信号データを生成するように構成され、
・ 各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに送信信号データおよび受信信号データを追加するように構成された、
信号駆動・取得システムと、
処理システムであって、
・ 試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信するように構成され、
・ スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化するように構成され、
・ 1つまたは複数の電池モデルに、定量化された信号データを入力として提示するように構成された、
処理システムと、
を備え、
1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各電池に割り当てる。
[付記2]
付記1に記載の電池の試験システムにおいて、1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、アウトガスのレベルおよびアウトガスの空間分布を計算し、位置の関数として割り当てる。
付記1に記載の電池の試験システムにおいて、1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、アウトガスのレベルおよびアウトガスの空間分布を計算し、位置の関数として割り当てる。
[付記3]
付記1または2に記載の電池の試験システムにおいて、1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、デンドライト成長のレベルおよびリチウムめっきのレベルを計算し、割り当てる。
付記1または2に記載の電池の試験システムにおいて、1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、デンドライト成長のレベルおよびリチウムめっきのレベルを計算し、割り当てる。
[付記4]
付記1~3のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、各スキャンは、電池を充電または放電することなく、実行される。
付記1~3のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、各スキャンは、電池を充電または放電することなく、実行される。
[付記5]
付記1~4のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、コントローラは、処理システムとして動作する。
付記1~4のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、コントローラは、処理システムとして動作する。
[付記6]
付記1~5のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部を備え、トランスデューサヘッド上部は、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備え、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサは、各電池に超音波信号を送信し、各電池で反射された超音波信号を検出する。
付記1~5のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部を備え、トランスデューサヘッド上部は、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備え、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサは、各電池に超音波信号を送信し、各電池で反射された超音波信号を検出する。
[付記7]
付記1~5のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部と、ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部と、を備え、トランスデューサヘッド上部は、各電池に超音波信号を送信する少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備え、トランスデューサヘッド下部は、各電池を介して送信された超音波信号を検出する少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備える。
付記1~5のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部と、ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部と、を備え、トランスデューサヘッド上部は、各電池に超音波信号を送信する少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備え、トランスデューサヘッド下部は、各電池を介して送信された超音波信号を検出する少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備える。
[付記8]
付記1~5のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部を備え、トランスデューサヘッド下部は、少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備え、少なくとも1つの下部超音波トランスデューサは、各電池に超音波信号を送信し、各電池で反射された超音波信号を検出する。
付記1~5のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部を備え、トランスデューサヘッド下部は、少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備え、少なくとも1つの下部超音波トランスデューサは、各電池に超音波信号を送信し、各電池で反射された超音波信号を検出する。
[付記9]
付記1~5のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部と、アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部と、を備え、トランスデューサヘッド下部は、各電池に超音波信号を送信する少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備え、トランスデューサヘッド上部は、各電池を介して送信された超音波信号を検出する少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備える。
付記1~5のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部と、アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部と、を備え、トランスデューサヘッド下部は、各電池に超音波信号を送信する少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備え、トランスデューサヘッド上部は、各電池を介して送信された超音波信号を検出する少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備える。
[付記10]
付記1~9のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、試験プラットフォームは、スキャン中に各電池に一定の力を加える。
付記1~9のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、試験プラットフォームは、スキャン中に各電池に一定の力を加える。
[付記11]
付記1~10のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の温度測定値を取得する少なくとも1つの温度センサを含む。
付記1~10のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の温度測定値を取得する少なくとも1つの温度センサを含む。
[付記12]
付記1~11のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の開回路電圧測定値および/またはインピーダンス測定値を取得する少なくとも1つの電圧センサを含む。
付記1~11のいずれか1項に記載の電池の試験システムにおいて、トランスデューサヘッドは、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の開回路電圧測定値および/またはインピーダンス測定値を取得する少なくとも1つの電圧センサを含む。
[付記13]
電池の試験方法であって、
試験プラットフォームを準備して、1つまたは複数の電池の超音波スキャンを実行するステップであって、試験プラットフォームは、各電池の第1の側部が試験プラットフォームのベースに対して配置された状態で、1つまたは複数の電池を受容し、試験プラットフォームは、試験プラットフォームのアームとベースにわたって配設されたトランスデューサヘッドを備える、ステップと、
試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行し、各スキャンに対する送信信号データおよび受信信号データを生成し、各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、送信信号データおよび受信信号データを含める、ステップと、
処理システムを使用して、試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信し、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化し、1つまたは複数の電池モデルに、定量化された特徴を入力として提示し、ここで、1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各電池に割り当てる、ステップと、
を含む。
電池の試験方法であって、
試験プラットフォームを準備して、1つまたは複数の電池の超音波スキャンを実行するステップであって、試験プラットフォームは、各電池の第1の側部が試験プラットフォームのベースに対して配置された状態で、1つまたは複数の電池を受容し、試験プラットフォームは、試験プラットフォームのアームとベースにわたって配設されたトランスデューサヘッドを備える、ステップと、
試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行し、各スキャンに対する送信信号データおよび受信信号データを生成し、各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、送信信号データおよび受信信号データを含める、ステップと、
処理システムを使用して、試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信し、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化し、1つまたは複数の電池モデルに、定量化された特徴を入力として提示し、ここで、1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各電池に割り当てる、ステップと、
を含む。
[付記14]
付記13に記載の方法において、処理システムを使用して、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化するステップは、
スキャンデータの送信信号データおよび受信信号データに時間領域解析法を適用して、送信信号データの時間領域解析結果および受信信号データの時間領域解析結果をそれぞれ作成するステップと、
送信信号データの時間領域解析結果と受信信号データの時間領域解析結果とを比較するステップと、
を含む。
付記13に記載の方法において、処理システムを使用して、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化するステップは、
スキャンデータの送信信号データおよび受信信号データに時間領域解析法を適用して、送信信号データの時間領域解析結果および受信信号データの時間領域解析結果をそれぞれ作成するステップと、
送信信号データの時間領域解析結果と受信信号データの時間領域解析結果とを比較するステップと、
を含む。
[付記15]
付記13または14に記載の方法において、処理システムを使用して、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化するステップは、
スキャンデータの送信信号データおよび受信信号データに周波数領域解析法を適用して、送信信号データの周波数領域解析結果および受信信号データの周波数領域解析結果をそれぞれ作成するステップと、
送信信号データの周波数領域解析結果と受信信号データの周波数領域解析結果とを比較するステップと、
を含む。
付記13または14に記載の方法において、処理システムを使用して、スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化するステップは、
スキャンデータの送信信号データおよび受信信号データに周波数領域解析法を適用して、送信信号データの周波数領域解析結果および受信信号データの周波数領域解析結果をそれぞれ作成するステップと、
送信信号データの周波数領域解析結果と受信信号データの周波数領域解析結果とを比較するステップと、
を含む。
[付記16]
付記13~15のいずれか1つに記載の方法において、処理システムは、試験プラットフォームから離れているネットワークに配置される。
付記13~15のいずれか1つに記載の方法において、処理システムは、試験プラットフォームから離れているネットワークに配置される。
[付記17]
付記13~16のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行するステップは、
トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各電池に超音波信号を送信するステップを含み、
トランスデューサヘッド上部は、アームに取り付けられ、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサは、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された超音波パルスを検出する。
付記13~16のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行するステップは、
トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各電池に超音波信号を送信するステップを含み、
トランスデューサヘッド上部は、アームに取り付けられ、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサは、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された超音波パルスを検出する。
[付記18]
付記13~17のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行するステップは、
トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各電池に超音波信号を送信するステップであって、トランスデューサヘッド上部は、アームに取り付けられる、ステップと、
送信された超音波信号に応答して、トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各電池を介して送信された超音波パルスを検出するステップであって、トランスデューサヘッド下部は、ベースに含まれる、ステップと、
を含む。
付記13~17のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行するステップは、
トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各電池に超音波信号を送信するステップであって、トランスデューサヘッド上部は、アームに取り付けられる、ステップと、
送信された超音波信号に応答して、トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各電池を介して送信された超音波パルスを検出するステップであって、トランスデューサヘッド下部は、ベースに含まれる、ステップと、
を含む。
[付記19]
付記13~18のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行するステップは、
トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各電池に超音波信号を送信するステップを含み、
トランスデューサヘッド下部は、ベースに含まれ、少なくとも1つの下部トランスデューサは、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された超音波信号を検出する。
付記13~18のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行するステップは、
トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各電池に超音波信号を送信するステップを含み、
トランスデューサヘッド下部は、ベースに含まれ、少なくとも1つの下部トランスデューサは、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された超音波信号を検出する。
[付記20]
付記13~19のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行するステップは、
トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各電池に超音波信号を送信するステップであって、トランスデューサヘッド下部は、ベースに含まれる、ステップと、
送信された超音波信号に応答して、トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各電池を介して送信された超音波パルスを検出するステップであって、トランスデューサヘッド上部は、アームに取り付けられる、ステップと、
を含む。
付記13~19のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、超音波スキャンを実行するステップは、
トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各電池に超音波信号を送信するステップであって、トランスデューサヘッド下部は、ベースに含まれる、ステップと、
送信された超音波信号に応答して、トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各電池を介して送信された超音波パルスを検出するステップであって、トランスデューサヘッド上部は、アームに取り付けられる、ステップと、
を含む。
[付記21]
付記13~20のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを準備して、超音波スキャンを実行するステップは、トランスデューサヘッドの上部に含まれる1つまたは複数のトランスデューサが各電池の一方の側に対して配置されように、およびトランスデューサヘッドの下部に含まれる1つまたは複数のトランスデューサが各電池の他方の側に対して配置されるように、試験プラットフォームのアクチュエータを介してアームの高さを調整するステップを含む。
付記13~20のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを準備して、超音波スキャンを実行するステップは、トランスデューサヘッドの上部に含まれる1つまたは複数のトランスデューサが各電池の一方の側に対して配置されように、およびトランスデューサヘッドの下部に含まれる1つまたは複数のトランスデューサが各電池の他方の側に対して配置されるように、試験プラットフォームのアクチュエータを介してアームの高さを調整するステップを含む。
[付記22]
付記13~21のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の温度測定値を取得するステップをさらに含み、処理システムは、スキャンデータの解析中に、1つまたは複数の温度測定値を使用する。
付記13~21のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の温度測定値を取得するステップをさらに含み、処理システムは、スキャンデータの解析中に、1つまたは複数の温度測定値を使用する。
[付記23]
付記13~22のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を取得するステップをさらに含み、処理システムは、スキャンデータの解析中に、1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を使用する。
付記13~22のいずれか1つに記載の方法において、試験プラットフォームを使用して、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を取得するステップをさらに含み、処理システムは、スキャンデータの解析中に、1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を使用する。
[付記24]
電池の試験・解析システムであって、
電池の超音波スキャンを実行する試験プラットフォームであって、各スキャンに対して、
・ 電池に超音波信号を送信し、その応答として、送信信号データを生成するように構成され、
・ 送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出し、その応答として、受信信号データを生成するように構成され、
・ 各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、送信信号データおよび受信信号データを含めるように構成された、
試験プラットフォームと、
処理システムであって、
・ 試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信するように構成され、
・ スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化するように構成され、
・ 1つまたは複数の電池モデルに、定量化された信号データを入力として提示するように構成された、
処理システムと、
を備え、
1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各電池に割り当てる。
電池の試験・解析システムであって、
電池の超音波スキャンを実行する試験プラットフォームであって、各スキャンに対して、
・ 電池に超音波信号を送信し、その応答として、送信信号データを生成するように構成され、
・ 送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出し、その応答として、受信信号データを生成するように構成され、
・ 各スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、送信信号データおよび受信信号データを含めるように構成された、
試験プラットフォームと、
処理システムであって、
・ 試験プラットフォームから各スキャンに対するスキャンデータを受信するように構成され、
・ スキャンデータを解析して、信号データの特徴を定量化するように構成され、
・ 1つまたは複数の電池モデルに、定量化された信号データを入力として提示するように構成された、
処理システムと、
を備え、
1つまたは複数の電池モデルは、提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各電池に割り当てる。
[付記25]
付記1~12および付記24のいずれか1つに記載のシステムにおいて、電池は、異なる種類のものであり、処理システムは、同じ電池の種類のために作成された1つまたは複数の電池モデルに、各電池の信号データの特徴を入力として提示する。
付記1~12および付記24のいずれか1つに記載のシステムにおいて、電池は、異なる種類のものであり、処理システムは、同じ電池の種類のために作成された1つまたは複数の電池モデルに、各電池の信号データの特徴を入力として提示する。
[付記26]
付記1~12および付記24~25のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各顧客先施設の試験プラットフォームと通信を行うラベルプリンタをさらに備え、処理システムは、試験プラットフォームに各電池に対するSOCおよびSOHを送信するようにさらに構成され、試験プラットフォームは、ラベルプリンタに電池ラベルの印刷を指示するようにさらに構成され、電池ラベルのバーコードは、SOCおよびSOHを含む。
付記1~12および付記24~25のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各顧客先施設の試験プラットフォームと通信を行うラベルプリンタをさらに備え、処理システムは、試験プラットフォームに各電池に対するSOCおよびSOHを送信するようにさらに構成され、試験プラットフォームは、ラベルプリンタに電池ラベルの印刷を指示するようにさらに構成され、電池ラベルのバーコードは、SOCおよびSOHを含む。
[付記27]
付記1~12および付記24~26のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各試験プラットフォームは、
ベースと、ベースの上方またはベースの横に配置された少なくとも1つのアームと、
少なくとも1つのアームとベースにわたって配設されたトランスデューサヘッドと、
を含み、
トランスデューサヘッドは、各電池に超音波信号を送信するように構成され、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出するように構成される。
付記1~12および付記24~26のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各試験プラットフォームは、
ベースと、ベースの上方またはベースの横に配置された少なくとも1つのアームと、
少なくとも1つのアームとベースにわたって配設されたトランスデューサヘッドと、
を含み、
トランスデューサヘッドは、各電池に超音波信号を送信するように構成され、送信された超音波信号に応答して、各電池で反射された、または各電池を介して送信された超音波信号を検出するように構成される。
[付記28]
付記1~12および付記24~27のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各試験プラットフォームは、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の温度測定値を取得する少なくとも1つの温度センサを含む。
付記1~12および付記24~27のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各試験プラットフォームは、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の温度測定値を取得する少なくとも1つの温度センサを含む。
[付記29]
付記1~12および付記24~28のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各試験プラットフォームは、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を取得する少なくとも1つの電圧センサを含む。
付記1~12および付記24~28のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各試験プラットフォームは、各スキャン中に各電池の1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を取得する少なくとも1つの電圧センサを含む。
[付記30]
付記1~12および付記24~29のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各スキャンは、電池を充電または放電することなく、実行される。
付記1~12および付記24~29のいずれか1つに記載のシステムにおいて、各スキャンは、電池を充電または放電することなく、実行される。
[結論]
図1~15および付記1~30に関して図示または説明された特徴のいずれかを、図1~15および付記1~30の他のいずれかと組み合わせて、本明細書で他に図示または具体的に説明されていない方法、システムおよび実施形態を提供することが可能である。
図1~15および付記1~30に関して図示または説明された特徴のいずれかを、図1~15および付記1~30の他のいずれかと組み合わせて、本明細書で他に図示または具体的に説明されていない方法、システムおよび実施形態を提供することが可能である。
開示された方法のいくつかの動作は、有利な提示のために特定の順序で記載されているが、この記載の態様は、本明細書に規定されている特定の言語によって特定の順序が要求されない限り、順序の変更を包含することに留意されたい。例えば、順番に説明される動作は、場合によって、並べ替えられるか、または同時に実行されてもよい。さらに、簡略化のために、添付の図は、開示された方法を他の方法と組み合わせて使用することができる様々な方法を示さない場合がある。
開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態に鑑みて、図示された実施形態は好ましい実施例に過ぎず、開示された技術の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。したがって、本出願人は、これらの請求項の範囲に含まれるすべての事項が本発明によって包含されると主張する。
Claims (30)
- 電池の試験システムであって、
試験プラットフォームであって、
・ 1つまたは複数の電池を受容するように構築されたベースであって、各前記電池の超音波スキャンを指示するように構成されたコントローラを有するベースと、
・ 前記ベースの上方に配置された調整可能なアームと、
・ 前記アームおよび前記ベースにわたって配設され、各前記電池に超音波信号を送信するように構築され、送信された前記超音波信号に応答して、各前記電池で反射された、または各前記電池を介して送信された前記超音波信号を検出するように構築されたトランスデューサヘッドと、
を含む試験プラットフォームと、
信号駆動・取得システムであって、
・ 送信された前記超音波信号に対する送信信号データ、および検出された前記超音波信号に対する受信信号データを生成するように構成され、
・ 各前記スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに前記送信信号データおよび前記受信信号データを追加するように構成された、
信号駆動・取得システムと、
処理システムであって、
・ 前記試験プラットフォームから各前記スキャンに対する前記スキャンデータを受信するように構成され、
・ 前記スキャンデータを解析して、前記信号データの特徴を定量化するように構成され、
・ 1つまたは複数の電池モデルに、定量化された前記信号データを入力として提示するように構成された、
処理システムと、
を備え、
前記1つまたは複数の電池モデルは、前記提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各前記電池に割り当てる、
電池の試験システム。 - 前記1つまたは複数の電池モデルは、前記提示に応答して、アウトガスのレベルおよび前記アウトガスの空間分布を計算し、位置の関数として割り当てる、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記1つまたは複数の電池モデルは、前記提示に応答して、デンドライト成長のレベルおよびリチウムめっきのレベルを計算し、割り当てる、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 各前記スキャンは、前記電池を充電または放電することなく、実行される、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記コントローラは、前記処理システムとして動作する、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記トランスデューサヘッドは、前記アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部を備え、
前記トランスデューサヘッド上部は、少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備え、前記少なくとも1つの上部超音波トランスデューサは、各前記電池に前記超音波信号を送信し、各前記電池で反射された前記超音波信号を検出する、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記トランスデューサヘッドは、前記アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部と、前記ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部と、を備え、
前記トランスデューサヘッド上部は、各前記電池に前記超音波信号を送信する少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備え、
前記トランスデューサヘッド下部は、各前記電池を介して送信された前記超音波信号を検出する少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備える、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記トランスデューサヘッドは、前記ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部を備え、
前記トランスデューサヘッド下部は、少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備え、前記少なくとも1つの下部超音波トランスデューサは、各前記電池に前記超音波信号を送信し、各前記電池で反射された前記超音波信号を検出する、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記トランスデューサヘッドは、前記ベース内に位置するトランスデューサヘッド下部と、前記アームに取り付けられたトランスデューサヘッド上部と、を備え、
前記トランスデューサヘッド下部は、各前記電池に前記超音波信号を送信する少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを備え、
前記トランスデューサヘッド上部は、各前記電池を介して送信された前記超音波信号を検出する少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを備える、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記試験プラットフォームは、前記スキャン中に各前記電池に一定の力を加える、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記トランスデューサヘッドは、各前記スキャン中に各前記電池の1つまたは複数の温度測定値を取得する少なくとも1つの温度センサを含む、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 前記トランスデューサヘッドは、各前記スキャン中に各前記電池の1つまたは複数の開回路電圧測定値および/またはインピーダンス測定値を取得する少なくとも1つの電圧センサを含む、
請求項1に記載の電池の試験システム。 - 電池の試験方法であって、前記方法は、
試験プラットフォームを準備して、1つまたは複数の電池の超音波スキャンを実行するステップであって、前記試験プラットフォームは、各前記電池の第1の側部が前記試験プラットフォームのベースに対して配置された状態で、前記1つまたは複数の電池を受容し、前記試験プラットフォームは、前記試験プラットフォームのアームと前記ベースにわたって配設されたトランスデューサヘッドを備える、ステップと、
前記試験プラットフォームを使用して、
・ 前記超音波スキャンを実行し、
・ 各前記スキャンに対する送信信号データおよび受信信号データを生成し、
・ 各前記スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、前記送信信号データおよび前記受信信号データを含める、
ステップと、
処理システムを使用して、
・ 前記試験プラットフォームから各前記スキャンに対する前記スキャンデータを受信し、
・ 前記スキャンデータを解析して、前記信号データの特徴を定量化し、
・ 1つまたは複数の電池モデルに、定量化された前記特徴を入力として提示し、ここで、前記1つまたは複数の電池モデルは、前記提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各前記電池に割り当てる、
ステップと、
を含む、
方法。 - 処理システムを使用して、前記スキャンデータを解析して、前記信号データの特徴を定量化する前記ステップは、
前記スキャンデータの前記送信信号データおよび前記受信信号データに時間領域解析法を適用して、前記送信信号データの時間領域解析結果および前記受信信号データの時間領域解析結果をそれぞれ作成するステップと、
前記送信信号データの前記時間領域解析結果と前記受信信号データの前記時間領域解析結果とを比較するステップと、
を含む、
請求項13に記載の方法。 - 処理システムを使用して、前記スキャンデータを解析して、前記信号データの特徴を定量化する前記ステップは、
前記スキャンデータの前記送信信号データおよび前記受信信号データに周波数領域解析法を適用して、前記送信信号データの周波数領域解析結果および前記受信信号データの周波数領域解析結果をそれぞれ作成するステップと、
前記送信信号データの前記周波数領域解析結果と前記受信信号データの前記周波数領域解析結果とを比較するステップと、
を含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記処理システムは、前記試験プラットフォームから離れているネットワークに配置される、
請求項13に記載の方法。 - 前記試験プラットフォームを使用して、前記超音波スキャンを実行する前記ステップは、
前記トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各前記電池に超音波信号を送信するステップを含み、
前記トランスデューサヘッド上部は、前記アームに取り付けられ、前記少なくとも1つの上部超音波トランスデューサは、送信された前記超音波信号に応答して、各前記電池で反射された超音波パルスを検出する、
請求項13に記載の方法。 - 前記試験プラットフォームを使用して、前記超音波スキャンを実行する前記ステップは、
前記トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各前記電池に超音波信号を送信するステップであって、前記トランスデューサヘッド上部は、前記アームに取り付けられる、ステップと、
送信された前記超音波信号に応答して、前記トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各前記電池を介して送信された超音波パルスを検出するステップであって、前記トランスデューサヘッド下部は、前記ベースに含まれる、ステップと、
を含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記試験プラットフォームを使用して、前記超音波スキャンを実行する前記ステップは、
前記トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各前記電池に超音波信号を送信するステップを含み、
前記トランスデューサヘッド下部は、前記ベースに含まれ、前記少なくとも1つの下部トランスデューサは、送信された前記超音波信号に応答して、各前記電池で反射された前記超音波信号を検出する、
請求項13に記載の方法。 - 前記試験プラットフォームを使用して、前記超音波スキャンを実行する前記ステップは、
前記トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド下部に含まれる少なくとも1つの下部超音波トランスデューサを介して、各前記電池に超音波信号を送信するステップであって、前記トランスデューサヘッド下部は、前記ベースに含まれる、ステップと、
送信された前記超音波信号に応答して、前記トランスデューサヘッドのトランスデューサヘッド上部に含まれる少なくとも1つの上部超音波トランスデューサを介して、各前記電池を介して送信された超音波パルスを検出するステップであって、前記トランスデューサヘッド上部は、前記アームに取り付けられる、ステップと、
を含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記試験プラットフォームを準備して、前記超音波スキャンを実行する前記ステップは、
前記トランスデューサヘッドの上部に含まれる1つまたは複数のトランスデューサが各前記電池の一方の側に対して配置されように、および前記トランスデューサヘッドの下部に含まれる前記1つまたは複数のトランスデューサが各前記電池の他方の側に対して配置されるように、前記試験プラットフォームのアクチュエータを介して前記アームの高さを調整するステップを含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記試験プラットフォームを使用して、各前記スキャン中に各前記電池の1つまたは複数の温度測定値を取得するステップをさらに含み、
前記処理システムは、前記スキャンデータの解析中に、前記1つまたは複数の温度測定値を使用する、
請求項13に記載の方法。 - 前記試験プラットフォームを使用して、各前記スキャン中に各前記電池の1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を取得するステップをさらに含み、
前記処理システムは、前記スキャンデータの解析中に、前記1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を使用する、
請求項13に記載の方法。 - 電池の試験・解析システムであって、
前記電池の超音波スキャンを実行する試験プラットフォームであって、各前記スキャンに対して、
・ 前記電池に超音波信号を送信し、その応答として、送信信号データを生成するように構成され、
・ 送信された前記超音波信号に応答して、各前記電池で反射された、または各前記電池を介して送信された前記超音波信号を検出し、その応答として、受信信号データを生成するように構成され、
・ 各前記スキャンに対するスキャンデータのインスタンスに、前記送信信号データおよび前記受信信号データを含めるように構成された、
試験プラットフォームと、
処理システムであって、
・ 前記試験プラットフォームから各前記スキャンに対する前記スキャンデータを受信するように構成され、
・ 前記スキャンデータを解析して、前記信号データの特徴を定量化するように構成され、
・ 1つまたは複数の電池モデルに、定量化された前記信号データを入力として提示するように構成された、
処理システムと、
を備え、
前記1つまたは複数の電池モデルは、前記提示に応答して、SOCおよびSOHを計算し、各前記電池に割り当てる、
システム。 - 前記電池は、異なる種類のものであり、前記処理システムは、同じ前記電池の種類のために作成された前記1つまたは複数の電池モデルに、各前記電池の前記信号データの特徴を入力として提示する、
請求項24に記載のシステム。 - 各顧客先施設の前記試験プラットフォームと通信を行うラベルプリンタをさらに備え、
前記処理システムは、前記試験プラットフォームに各前記電池に対する前記SOCおよび前記SOHを送信するようにさらに構成され、前記試験プラットフォームは、前記ラベルプリンタに電池ラベルの印刷を指示するようにさらに構成され、前記電池ラベルのバーコードは、前記SOCおよび前記SOHを含む、
請求項24に記載のシステム。 - 各前記試験プラットフォームは、
ベースと、前記ベースの上方または前記ベースの横に配置された少なくとも1つのアームと、
前記少なくとも1つのアームと前記ベースにわたって配設されたトランスデューサヘッドと、
を含み、
前記トランスデューサヘッドは、各前記電池に前記超音波信号を送信するように構成され、送信された前記超音波信号に応答して、各前記電池で反射された、または各前記電池を介して送信された前記超音波信号を検出するように構成される、
請求項24に記載のシステム。 - 各前記試験プラットフォームは、各前記スキャン中に各前記電池の1つまたは複数の温度測定値を取得する少なくとも1つの温度センサを含む、
請求項24に記載のシステム。 - 各前記試験プラットフォームは、各前記スキャン中に各前記電池の1つまたは複数の開回路電圧および/またはインピーダンス測定値を取得する少なくとも1つの電圧センサを含む、
請求項24に記載のシステム。 - 各前記スキャンは、前記電池を充電または放電することなく、実行される、
請求項24に記載のシステム。
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