JP5445958B2 - Battery evaluation apparatus and battery evaluation method - Google Patents

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Description

本発明は、電気化学測定に基づいて電池の特性を評価する電池の評価装置等に関し、特に電池の周波数特性を評価する電池の評価装置等に関する。   The present invention relates to a battery evaluation apparatus for evaluating battery characteristics based on electrochemical measurements, and more particularly to a battery evaluation apparatus for evaluating battery frequency characteristics.

従来より、電池のインピーダンス特性を表示する方法として、与える信号の周波数変化による抵抗成分(Z’)とリアクタンス成分(Z’’)の変化を二次元で表すコール・コール・プロット又はナイキスト線図が使用されている。   Conventionally, as a method for displaying the impedance characteristics of a battery, there is a Cole-Cole plot or Nyquist diagram that represents changes in resistance component (Z ′) and reactance component (Z ″) due to changes in the frequency of a given signal in two dimensions. It is used.

例えば、図5は、条件が異なる2種類の電池A、Bについて、0.01 kHz 〜10 kHzの周波数変化に対する抵抗成分(Z’)とリアクタンス成分(Z’’)の変化を二次元で図示したものである。図5において、実線が電池Aのデータであり、破線が電池Bのデータである。高周波数でインピーダンスの絶対値は最小値を示し、低周波数になるにつれてインピーダンスの絶対値が大きくなり、図中右上へと伸びていく。このように、一般に、電池には、低周波数ほどインピーダンスの絶対値が大きくなるというインピーダンス特性がある。   For example, FIG. 5 shows two-dimensional changes in the resistance component (Z ′) and reactance component (Z ″) with respect to a frequency change of 0.01 kHz to 10 kHz for two types of batteries A and B having different conditions. It is. In FIG. 5, the solid line is the data for battery A, and the broken line is the data for battery B. The absolute value of impedance shows a minimum value at a high frequency, and the absolute value of impedance increases as the frequency becomes low, and extends to the upper right in the figure. As described above, the battery generally has an impedance characteristic that the absolute value of the impedance increases as the frequency decreases.

図5に示すような抵抗成分(Z’)とリアクタンス成分(Z’’)の二次元プロットによれば、半円状の応答の山の増減等によって、周波数変化に対する応答の違いが視覚的にわかりやすいという利点がある。このため、特徴的な周波数応答を見つけて、対応する電気回路モデルに基づいてパラメータフィッティングして化学的反応の解析をするのに役立つ。   According to the two-dimensional plot of the resistance component (Z ′) and the reactance component (Z ″) as shown in FIG. 5, the difference in the response to the frequency change is visually caused by the increase or decrease of the semicircular response peak. There is an advantage that it is easy to understand. For this reason, it is useful to find a characteristic frequency response and analyze the chemical reaction by parameter fitting based on the corresponding electric circuit model.

特開2007−265894号公報JP 2007-265894 A

「Investigation of solid electrolyte interfacial layer development during continuous cycling using ac impedance spectra and micro-structural analysis」P. L. Moss, G. Au, E. J. Plichta, J. P. ZhengJournal of Power Sources 189(2009)66-71`` Investigation of solid electrolyte interfacial layer development during continuous cycling using ac impedance spectra and micro-structural analysis '' P. L. Moss, G. Au, E. J. Plichta, J. P. Zheng Journal of Power Sources 189 (2009) 66-71

しかし、上述したような従来技術では、電池Aと電池Bのデータを比較する際に、グラフが接近した部分ではどちらの電池のデータかを見分けにくい。また、高周波では、一般にデータ点が混み合ってくるため、細部が表現しきれず読み取りづらい。また、入力周波数との対応付けが視覚的に困難になり同じ周波数に対応する点同士の特性比較が困難である。例えば、仮に両者のプロットが重なり合っていても、両者が同一の周波数特性を示していると判断することができない。重なり合ったプロットが互いに異なる周波数に対応している場合もあるからである。   However, in the conventional technology as described above, when comparing the data of the battery A and the battery B, it is difficult to distinguish which battery data is in the portion where the graphs are close to each other. In addition, at high frequencies, data points are generally crowded, so details cannot be expressed and are difficult to read. In addition, it is difficult to visually match the input frequency, and it is difficult to compare characteristics between points corresponding to the same frequency. For example, even if both plots overlap, it cannot be determined that both exhibit the same frequency characteristic. This is because the overlapping plots may correspond to different frequencies.

本発明の目的は、電池の周波数特性を比較する際、特性の違いを明確に表現し、かつ同じ周波数に対応する点同士の比較を容易に行なうことができる電池の評価装置及び電池の評価方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a battery evaluation apparatus and a battery evaluation method capable of clearly expressing a difference in characteristics when comparing frequency characteristics of batteries and easily comparing points corresponding to the same frequency. Is to provide.

本発明の電池の評価装置は、電池の周波数特性を実数成分および虚数成分に分離して評価する電池の評価装置において、第1の周波数特性および第2の周波数特性を、それぞれ、周波数の関数としての、実数成分および虚数成分の和として取得する取得手段と、前記第1の周波数特性および前記第2の周波数特性の各周波数についての比較成分を、当該周波数における関数値である前記実数成分および前記虚数成分に基づき、当該周波数の関数値としての、実数成分および虚数成分の和として算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記比較成分としての前記実数成分および前記虚数成分を周波数と対応付けて提示する提示手段と、を備えることを特徴とする。
この電池の評価装置によれば、比較する電池の周波数特性を、周波数の関数としての実数成分及び虚数成分として取得する。そして、実数成分及び虚数成分からなる比較成分を算出し、周波数と対応付けて提示する。このため、周波数特性の違いを明確に表現し、かつ同じ周波数に対応する点同士の比較を容易に行なうことができる。
The battery evaluation apparatus of the present invention is a battery evaluation apparatus that evaluates the frequency characteristics of the battery by separating the frequency characteristics into a real component and an imaginary component, and the first frequency characteristic and the second frequency characteristic are each expressed as a function of frequency. The acquisition means for acquiring the sum of the real number component and the imaginary number component, the comparison component for each frequency of the first frequency characteristic and the second frequency characteristic, the real number component that is a function value at the frequency, and the Based on the imaginary number component, the calculation means for calculating the sum of the real number component and the imaginary number component as a function value of the frequency, and the real number component and the imaginary number component as the comparison component calculated by the calculation means correspond to the frequency And presenting means for presenting the information.
According to this battery evaluation apparatus, the frequency characteristics of the batteries to be compared are acquired as a real number component and an imaginary number component as a function of frequency. Then, a comparison component composed of a real component and an imaginary component is calculated and presented in association with the frequency. For this reason, it is possible to clearly express the difference in frequency characteristics and easily compare points corresponding to the same frequency.

前記算出手段は、前記第1の周波数特性に対する前記第2の周波数特性の比を、前記比較成分として算出してもよい。   The calculation unit may calculate a ratio of the second frequency characteristic to the first frequency characteristic as the comparison component.

前記算出手段は、前記第2の周波数特性から前記第1の周波数特性を減算した値を、前記比較成分として算出してもよい。   The calculation means may calculate a value obtained by subtracting the first frequency characteristic from the second frequency characteristic as the comparison component.

前記提示手段は、前記実数成分、前記虚数成分、および前記周波数を互いに対応付けた表示により提示してもよい。   The presenting means may present the real number component, the imaginary number component, and the frequency by a display associated with each other.

前記提示手段は、前記実数成分、前記虚数成分、および前記周波数を軸とする3次元表示、または前記3次元表示を2次元平面に投影した表示により提示してもよい。   The presenting means may present a three-dimensional display with the real component, the imaginary component, and the frequency as axes, or a display obtained by projecting the three-dimensional display onto a two-dimensional plane.

本発明の電池の評価方法は、電池の周波数特性を実数成分および虚数成分に分離して評価する電池の評価方法において、第1の周波数特性および第2の周波数特性を、それぞれ、周波数の関数としての、実数成分および虚数成分の和として取得する取得ステップと、前記第1の周波数特性および前記第2の周波数特性の各周波数についての比較成分を、当該周波数における関数値である前記実数成分および前記虚数成分に基づき、当該周波数の関数値としての、実数成分および虚数成分の和として算出する算出ステップと、前記算出ステップにより算出された前記比較成分としての前記実数成分および前記虚数成分を周波数と対応付けて提示する提示ステップと、を備えることを特徴とする。
この電池の評価方法によれば、比較する電池の周波数特性を、周波数の関数としての実数成分及び虚数成分として取得する。そして、実数成分及び虚数成分からなる比較成分を算出し、周波数と対応付けて提示する。このため、周波数特性の違いを明確に表現し、かつ同じ周波数に対応する点同士の比較を容易に行なうことができる。
The battery evaluation method of the present invention is a battery evaluation method in which the frequency characteristics of the battery are evaluated by separating them into a real component and an imaginary component, and the first frequency characteristic and the second frequency characteristic are each expressed as a function of frequency. An acquisition step of acquiring as a sum of a real number component and an imaginary number component, and a comparison component for each frequency of the first frequency characteristic and the second frequency characteristic, the real number component that is a function value at the frequency and the Based on the imaginary component, a calculation step of calculating the sum of the real component and the imaginary component as a function value of the frequency, and the real component and the imaginary component as the comparison component calculated by the calculation step correspond to the frequency And a presentation step to be presented.
According to this battery evaluation method, the frequency characteristics of the batteries to be compared are acquired as a real number component and an imaginary number component as a function of frequency. Then, a comparison component composed of a real component and an imaginary component is calculated and presented in association with the frequency. For this reason, it is possible to clearly express the difference in frequency characteristics and easily compare points corresponding to the same frequency.

本発明の電池の評価装置によれば、比較する電池の周波数特性を、周波数の関数としての実数成分及び虚数成分として取得する。そして、実数成分及び虚数成分からなる比較成分を算出し、周波数と対応付けて提示する。このため、周波数特性の違いを明確に表現し、かつ同じ周波数に対応する点同士の比較を容易に行なうことができる。   According to the battery evaluation apparatus of the present invention, the frequency characteristics of the batteries to be compared are acquired as a real number component and an imaginary number component as a function of frequency. Then, a comparison component composed of a real component and an imaginary component is calculated and presented in association with the frequency. For this reason, it is possible to clearly express the difference in frequency characteristics and easily compare points corresponding to the same frequency.

本発明の電池の評価方法によれば、比較する電池の周波数特性を、周波数の関数としての実数成分及び虚数成分として取得する。そして、実数成分及び虚数成分からなる比較成分を算出し、周波数と対応付けて提示する。このため、周波数特性の違いを明確に表現し、かつ同じ周波数に対応する点同士の比較を容易に行なうことができる。   According to the battery evaluation method of the present invention, the frequency characteristics of the batteries to be compared are acquired as a real number component and an imaginary number component as a function of frequency. Then, a comparison component composed of a real component and an imaginary component is calculated and presented in association with the frequency. For this reason, it is possible to clearly express the difference in frequency characteristics and easily compare points corresponding to the same frequency.

一実施形態のインピーダンス計測評価装置を示す図であり、図1(a)は、インピーダンス計測時の燃料電池の断面および計測時の接続方法を示す図、図1(b)は評価装置の構成を機能的に示すブロック図。It is a figure which shows the impedance measurement evaluation apparatus of one Embodiment, FIG. 1 (a) is a figure which shows the cross section of the fuel cell at the time of impedance measurement, and the connection method at the time of measurement, FIG.1 (b) shows the structure of an evaluation apparatus. Functional block diagram. 周波数変化に対する比較成分K(f)の実数成分K(real)と虚数成分K(imag)を提示する図。The figure which shows the real component K (real) and the imaginary component K (imag) of the comparison component K (f) with respect to a frequency change. 周波数の値を表示した例を示す図。The figure which shows the example which displayed the value of the frequency. 周波数軸を第3軸にとり、電池の比較特性を三次元表示で提示する図。The figure which takes a frequency axis as a 3rd axis | shaft and presents the comparative characteristic of a battery by a three-dimensional display. 条件が異なる2種類の電池A、Bについて、0.01 kHz 〜10 kHzの周波数変化に対する抵抗成分(Z’)とリアクタンス成分(Z’’)の変化の二次元表示例を示す図。The figure which shows the two-dimensional display example of the change of the resistance component (Z ') and the reactance component (Z ") with respect to the frequency change of 0.01 kHz-10 kHz about two types of batteries A and B from which conditions differ.

以下、本発明による電池の評価装置の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、インピーダンス周波数特性を比較する例を示しており、以下、測定周波数を変えながら電池のインピーダンスを計測し、インピーダンスの特性を比較提示するインピーダンス計測評価装置に本発明を適用した例を説明する。   Hereinafter, an embodiment of a battery evaluation apparatus according to the present invention will be described. This embodiment shows an example of comparing impedance frequency characteristics, and hereinafter, the present invention is applied to an impedance measurement evaluation apparatus that measures the impedance of a battery while changing the measurement frequency, and compares and presents the impedance characteristics. An example will be described.

図1は、インピーダンス計測評価装置を示す図であり、図1(a)は、インピーダンス計測時の燃料電池の断面および計測時の接続方法を示す図、図1(b)は評価装置の構成を機能的に示すブロック図である。   FIG. 1 is a diagram showing an impedance measurement and evaluation apparatus, FIG. 1 (a) is a diagram showing a cross section of a fuel cell at the time of impedance measurement and a connection method at the time of measurement, and FIG. 1 (b) is a configuration of the evaluation apparatus. It is a block diagram functionally shown.

図1(a)に示すように、燃料電池10は、固体高分子膜1と、固体高分子膜1と電気的に絶縁されたカソード電極2と、カソード電極2と同様に固体高分子膜1と電気的に絶縁され、固体高分子膜1を挟んでカソード電極2と対向するアノード電極3とを備える。   As shown in FIG. 1A, the fuel cell 10 includes a solid polymer membrane 1, a cathode electrode 2 electrically insulated from the solid polymer membrane 1, and a solid polymer membrane 1 similar to the cathode electrode 2. And an anode electrode 3 opposed to the cathode electrode 2 with the solid polymer film 1 interposed therebetween.

カソード電極2は、固体高分子膜1の側から外側に向けて順次、触媒層、拡散層、およびセパレータ(不図示)を積層して構成される。同様に、アノード電極3は、固体高分子膜1の側から外側に向けて順次、触媒層、拡散層、およびセパレータ(不図示)を積層して構成される。カソード電極2およびアノード電極3を構成する上記セパレータには、それぞれ燃料ガスを供給するガス流路が形成されている。   The cathode electrode 2 is formed by sequentially stacking a catalyst layer, a diffusion layer, and a separator (not shown) from the solid polymer membrane 1 side to the outside. Similarly, the anode electrode 3 is configured by sequentially stacking a catalyst layer, a diffusion layer, and a separator (not shown) from the solid polymer membrane 1 side to the outside. In the separators constituting the cathode electrode 2 and the anode electrode 3, gas flow paths for supplying fuel gas are formed.

また、燃料電池10の負荷回路には、カソード電極2とアノード電極3の間の電圧(燃料電池電圧Vfc)を計測する電圧計測モジュール501と、電子負荷装置4に流れる電流(負荷電流I)を計測する電流計測モジュール502とが接続される。電圧計測モジュール501および電流計測モジュール502による計測結果は、インピーダンス計測評価装置5に与えられる。   The load circuit of the fuel cell 10 includes a voltage measurement module 501 that measures the voltage between the cathode electrode 2 and the anode electrode 3 (fuel cell voltage Vfc), and a current (load current I) that flows through the electronic load device 4. A current measurement module 502 to be measured is connected. The measurement results by the voltage measurement module 501 and the current measurement module 502 are given to the impedance measurement evaluation device 5.

図1(a)および図1(b)に示すように、インピーダンス計測評価装置5は、カソード電極2とアノード電極3の間に接続された電子負荷装置4の電流値を制御する負荷制御部51と、電子負荷装置4の電流に応じて変化する電圧値(燃料電池電圧Vfc)および電流値(負荷電流I)に基づいて、燃料電池のインピーダンスの周波数特性を、周波数の関数としての、実数成分および虚数成分の和として算出する取得手段としての計測部52と、計測部52により得られた周波数特性の実数成分及び虚数成分に基づいて比較成分を算出する算出手段53と、算出手段53の算出結果に基づいて電池のインピーダンス特性を比較、対応づけて提示するモニタ等の提示手段54と、により構成される。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the impedance measurement evaluation device 5 is a load control unit 51 that controls the current value of the electronic load device 4 connected between the cathode electrode 2 and the anode electrode 3. Based on the voltage value (fuel cell voltage Vfc) and the current value (load current I) that change according to the current of the electronic load device 4, the frequency characteristic of the impedance of the fuel cell as a function of frequency And a measurement unit 52 as an acquisition unit that calculates the sum of the imaginary number component, a calculation unit 53 that calculates a comparison component based on a real number component and an imaginary number component of the frequency characteristic obtained by the measurement unit 52, and a calculation by the calculation unit 53 And a display means 54 such as a monitor for comparing and presenting the impedance characteristics of the batteries based on the results.

次に、インピーダンス計測の手順について説明する。
評価装置5の負荷制御部51は、電子負荷装置4に対して、インピーダンス計測を行う周波数、直流電流値、重畳交流電流振幅を設定し、電池への電流負荷を制御する。交流成分が重畳された電流負荷に対して、燃料電池電圧Vfcの波形を電圧モジュール501で計測し、計測部52において、交流電流負荷に対する電圧(燃料電池電圧Vfc)の交流成分のゲインおよび位相(フェーズ)に基づきインピーダンスZを求める。ここで、インピーダンスZは、電池の内部インピーダンスに相当する。順次、重畳交流電流振幅の周波数を変えてインピーダンス計測を行い、電池のインピーダンスを得る。
Next, an impedance measurement procedure will be described.
The load control unit 51 of the evaluation device 5 sets a frequency for performing impedance measurement, a direct current value, and a superimposed alternating current amplitude for the electronic load device 4 to control the current load on the battery. The waveform of the fuel cell voltage Vfc is measured by the voltage module 501 with respect to the current load on which the AC component is superimposed, and the measurement unit 52 determines the gain and phase of the AC component of the voltage (fuel cell voltage Vfc) with respect to the AC current load ( Impedance Z is obtained based on (phase). Here, the impedance Z corresponds to the internal impedance of the battery. The impedance of the battery is obtained by sequentially measuring the impedance by changing the frequency of the superimposed alternating current amplitude.

評価装置5の計測部52は、比較する2つの電池A、電池Bないし測定条件A、測定条件Bについて、それぞれインピーダンス計測を行ない、電池Aないし測定条件AのインピーダンスZAと、電池Bないし測定条件BのインピーダンスZBとを、それぞれ実数成分および虚数成分の和として取得する。取得されたインピーダンスZA、ZBは、算出手段53に与えられ、算出手段53は、インピーダンスZA、ZBに基づいて、インピーダンスZA、ZBの比較成分を算出する。なお、比較成分は、周波数の関数値としての実数成分及び虚数成分からなる。算出結果は、モニタ等の提示手段54に与えられ、提示手段54は、比較成分としての実数成分及び虚数成分を周波数と対応付けて提示する。   The measuring unit 52 of the evaluation device 5 performs impedance measurement for each of the two batteries A, B, or measurement conditions A, and measurement conditions B to be compared. The impedance ZA of the battery A or the measurement condition A and the battery B or the measurement conditions are measured. The impedance ZB of B is acquired as the sum of the real component and the imaginary component, respectively. The acquired impedances ZA and ZB are given to the calculation unit 53, and the calculation unit 53 calculates a comparison component of the impedances ZA and ZB based on the impedances ZA and ZB. The comparison component is composed of a real component and an imaginary component as frequency function values. The calculation result is given to the presenting means 54 such as a monitor, and the presenting means 54 presents the real number component and the imaginary number component as the comparison component in association with the frequency.

電池AのインピーダンスZAを基準として電池BのインピーダンスZBの変動を表現する場合、重畳交流電流振幅の周波数fの関数として、比較成分K(f)(K(f)=ZB(f)/ZA(f))を定義する。インピーダンスZA及びZBは、複素数であるためその比である比較成分K(f)も一般に複素数である。算出手段53は、比較成分K(f)を、実数成分と虚数成分に分解して表現する。   When expressing the fluctuation of the impedance ZB of the battery B with the impedance ZA of the battery A as a reference, the comparison component K (f) (K (f) = ZB (f) / ZA ( f)) is defined. Since the impedances ZA and ZB are complex numbers, the comparison component K (f), which is the ratio thereof, is also generally complex. The calculation means 53 represents the comparison component K (f) by decomposing it into a real component and an imaginary component.

図2は、周波数変化(0.01 kHz ≦ f ≦ 10 kHz)に対する比較成分K(f)の実数成分K(real)と虚数成分K(imag)を提示手段54により提示した例を示している。各点の座標は、周波数fにおけるインピーダンスZA(f)とインピーダンスZB(f)により算出された比較成分K(f)の実数成分K(real)と虚数成分K(imag)とに対応している。   FIG. 2 shows an example in which the presentation means 54 presents the real component K (real) and the imaginary component K (imag) of the comparison component K (f) with respect to the frequency change (0.01 kHz ≦ f ≦ 10 kHz). The coordinates of each point correspond to the real component K (real) and the imaginary component K (imag) of the comparison component K (f) calculated by the impedance ZA (f) and the impedance ZB (f) at the frequency f. .

このように、本実施形態電池の評価装置では、同一周波数fにおけるインピーダンスZA(f)とインピーダンスZB(f)に基づいて、当該周波数fにおける比較成分K(f)を算出している。このため、比較成分K(f)の状態を確認することにより、同一周波数におけるインピーダンスの相違を直接的に把握することができる。   Thus, in the battery evaluation apparatus according to the present embodiment, the comparison component K (f) at the frequency f is calculated based on the impedance ZA (f) and the impedance ZB (f) at the same frequency f. For this reason, by confirming the state of the comparison component K (f), it is possible to directly grasp the difference in impedance at the same frequency.

さらに、図3は、周波数の値(f=1 Hz、100 Hz、1 kHz)を、図2のプロット上に追加表示する例を示している。この場合には、周波数とインピーダンスの相違との関係がより明確に認識できる。   Further, FIG. 3 shows an example in which frequency values (f = 1 Hz, 100 Hz, 1 kHz) are additionally displayed on the plot of FIG. In this case, the relationship between the frequency and the difference in impedance can be recognized more clearly.

図2及び図3の例では、周波数fが10 kHz付近から100 Hzにかけて比較成分K(f)の絶対値が緩やかに増加していき、その後低周波になるにつれ、再び絶対値が減少していく様子、また、その間に位相差が変化していくことが明瞭に確認できる。また、1Hz以下の低周波において近似的にほぼ一定となっていることから、この領域でインピーダンスZBはほぼ実数倍の変化を示していることがわかる。この表示方法は、このように解析に資する情報を視覚的に表現できる。   In the example of FIGS. 2 and 3, the absolute value of the comparison component K (f) gradually increases from about 10 kHz to 100 Hz, and then decreases again as the frequency becomes lower. It can be clearly seen that the phase difference and the phase difference change during that time. Further, since it is approximately constant at a low frequency of 1 Hz or less, it can be understood that the impedance ZB shows a change of almost real number in this region. This display method can visually express information that contributes to analysis in this way.

図4は、周波数軸を第3軸にとり、電池の比較評価特性を3次元表示により提示した例を示している。この例では、比較成分K(f)を、実数成分K(real)と虚数成分K(imag)と周波数により3次元的に表示している。実際にはモニタ画面上などで2次元表示に還元する必要があるため、3次元表示を2次元平面に投影した表示を行っている。実数成分K(real)と虚数成分K(imag)は、矢印の先が指す点で示される。この提示方法によれば、対応周波数を直感的に把握することができる。   FIG. 4 shows an example in which the frequency axis is taken as the third axis and the comparative evaluation characteristics of the battery are presented in a three-dimensional display. In this example, the comparison component K (f) is three-dimensionally displayed by the real component K (real), the imaginary component K (imag), and the frequency. Actually, since it is necessary to reduce to a two-dimensional display on a monitor screen or the like, the display is performed by projecting the three-dimensional display onto a two-dimensional plane. The real number component K (real) and the imaginary number component K (imag) are indicated by the points pointed by the arrows. According to this presentation method, the corresponding frequency can be intuitively grasped.

ところで、基準とするインピーダンスZAに対して、並列にインピーダンスZが加わる場合を考えると、その合成抵抗ZBは、(1)式に従って算出される。
ZB={Z/(ZA+Z)}・ZA ・・・(1)式
つまり、図2、図3、図4の表現は、インピーダンスが並列に加わる場合を表現するのに特に適切である。
By the way, considering the case where the impedance Z is applied in parallel to the reference impedance ZA, the combined resistance ZB is calculated according to the equation (1).
ZB = {Z / (ZA + Z)} · ZA (1) That is, the expressions of FIGS. 2, 3 and 4 are particularly suitable for expressing the case where the impedance is applied in parallel.

さらに、インピーダンスZAを、例えば(2)式のように表現すると、比較成分Kは、(3)式に従って定義できる。
ZA=|ZA|・exp(jθ_A) ・・・(2)式
K=|ZB|/|ZA|・exp{j(θ_B−θ_A)} ・・・(3)式
Furthermore, when the impedance ZA is expressed as, for example, the expression (2), the comparison component K can be defined according to the expression (3).
ZA = | ZA | · exp (jθ_A) (2) Equation K = | ZB | / | ZA | · exp {j (θ_B−θ_A)} (3) Equation

すなわち、比較成分Kの大きさは、インピーダンスZAとインピーダンスZBの大きさの比であり、比較成分Kの位相はインピーダンスZAとインピーダンスZBの位相差を表わしている。従って、例えば、インピーダンスZBが基準であるインピーダンスZAと一致している場合には、比較成分K=1となる。これは、比較成分Kが実数成分K(real)軸上の1.0近傍の場合、インピーダンスZAとインピーダンスZBは似通った値をとる状態にあることを示している。一方、比較成分Kが虚数成分を持つことは、インピーダンスZAとインピーダンスZBの位相差があることを示している。   That is, the magnitude of the comparison component K is the ratio of the magnitudes of the impedance ZA and the impedance ZB, and the phase of the comparison component K represents the phase difference between the impedance ZA and the impedance ZB. Therefore, for example, when the impedance ZB matches the reference impedance ZA, the comparison component K = 1. This indicates that when the comparison component K is in the vicinity of 1.0 on the real component K (real) axis, the impedance ZA and the impedance ZB are in a similar state. On the other hand, the fact that the comparison component K has an imaginary component indicates that there is a phase difference between the impedance ZA and the impedance ZB.

一方、インピーダンスZAを基準としてインピーダンスZBの変動を表現する場合の他の方法として、インピーダンスZBからインピーダンスZAを減算して、比較成分T(f)(T(f)=ZB(f)−ZA(f))を定義してもよい。算出手段53は、比較成分T(f)を実数成分と虚数成分の和として算出し、提示手段54により実数成分と虚数成分とが提示される。表現方法は、図2、図3、図4による場合と同様である。この方法は、インピーダンスが直列に追加されてZB=ZA+Tとなっている場合の変化を表現するのに適切である。   On the other hand, as another method for expressing the fluctuation of the impedance ZB with the impedance ZA as a reference, the impedance ZA is subtracted from the impedance ZB, and the comparison component T (f) (T (f) = ZB (f) −ZA ( f)) may be defined. The calculation means 53 calculates the comparison component T (f) as the sum of the real number component and the imaginary number component, and the real number component and the imaginary number component are presented by the presentation means 54. The expression method is the same as in the case of FIG. 2, FIG. 3, and FIG. This method is suitable for expressing the change when impedance is added in series and ZB = ZA + T.

なお、上記実施形態の電池の評価装置において、比較成分Kあるいは比較成分Tを表示するだけでなく、インピーダンスZAおよびインピーダンスZBを表示するようにしてもよい。例えば、比較成分Kあるいは比較成分Tと、インピーダンスZAおよびインピーダンスZBとを切り替え可能に、あるいはインピーダンスZAおよびインピーダンスZBを同一画面上で比較成分Kあるいは比較成分Tと並べて表示するようにしてもよい。この場合、インピーダンスZAおよびインピーダンスZBの表示形態としては、図2、図3、図4に示した表示形態を適用できる。   In the battery evaluation apparatus of the above embodiment, not only the comparison component K or the comparison component T but also the impedance ZA and the impedance ZB may be displayed. For example, the comparison component K or the comparison component T and the impedance ZA and the impedance ZB can be switched, or the impedance ZA and the impedance ZB may be displayed side by side with the comparison component K or the comparison component T on the same screen. In this case, the display forms shown in FIGS. 2, 3, and 4 can be applied as display forms of the impedance ZA and the impedance ZB.

以上説明したように、本実施形態の電池の評価装置によれば、比較する電池の周波数特性であるインピーダンスを、周波数の関数としての実数成分及び虚数成分として取得する。そして、実数成分及び虚数成分からなる比較成分を算出し、周波数と対応付けて提示する。このため、インピーダンス特性の違いを明確に表現し、かつ同じ周波数に対応する点同士の比較を容易に行なうことができる。   As described above, according to the battery evaluation apparatus of this embodiment, the impedance, which is the frequency characteristic of the battery to be compared, is acquired as a real component and an imaginary component as a function of frequency. Then, a comparison component composed of a real component and an imaginary component is calculated and presented in association with the frequency. For this reason, the difference in impedance characteristics can be clearly expressed, and the points corresponding to the same frequency can be easily compared.

また、本実施形態の電池の評価装置によれば、インピーダンスZAに対するインピーダンスZBの比を、比較成分Kとして算出したので、インピーダンスが並列に加わる場合に適切な表現ができる。   Further, according to the battery evaluation apparatus of the present embodiment, since the ratio of the impedance ZB to the impedance ZA is calculated as the comparison component K, an appropriate expression can be made when the impedance is added in parallel.

さらに、本実施形態の電池の評価装置によれば、インピーダンスZBからインピーダンスZAを減算した値を、比較成分Tとして算出したので、インピーダンスが直列に加わる場合に適切な表現ができる。   Furthermore, according to the battery evaluation apparatus of the present embodiment, since the value obtained by subtracting the impedance ZA from the impedance ZB is calculated as the comparison component T, an appropriate expression can be made when the impedance is added in series.

また、本発明によれば、電池の構成上の相違、電池の稼動条件の相違等の影響を比較成分として抽出することができる。電池の構成上の相違としては、例えば、高分子膜の構造や形状、電極の構造や形状の相違などがある。また、電池の稼動条件の相違としては、例えば、ガス組成、ガスの流量、ガス温度、ガス湿度、直流電流負荷の大きさ、電池の使用履歴の相違などがある。   Further, according to the present invention, influences such as differences in battery configuration and battery operating conditions can be extracted as comparative components. Differences in the configuration of the battery include, for example, differences in the structure and shape of the polymer film and the structure and shape of the electrode. Further, the difference in battery operating conditions includes, for example, gas composition, gas flow rate, gas temperature, gas humidity, magnitude of DC current load, battery usage history, and the like.

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、電気化学測定に基づいて電池の特性を比較評価する電池の評価装置等に対し、広く適用することができる。また、本発明は燃料電池への適用に限定されず、本発明における周波数特性はインピーダンス特性に限定されない。   The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be widely applied to battery evaluation devices that compare and evaluate battery characteristics based on electrochemical measurements. Further, the present invention is not limited to application to a fuel cell, and the frequency characteristics in the present invention are not limited to impedance characteristics.

10 燃料電池(電池)
52 計測部(取得手段)
53 算出手段
54 提示手段
10 Fuel cell (battery)
52 Measurement unit (acquisition means)
53 Calculation means 54 Presentation means

Claims (6)

電池の周波数特性を実数成分および虚数成分に分離して評価する電池の評価装置において、
第1の周波数特性および第2の周波数特性を、それぞれ、周波数の関数としての、実数成分および虚数成分の和として取得する取得手段と、
前記第1の周波数特性および前記第2の周波数特性の各周波数についての比較成分を、当該周波数における関数値である前記実数成分および前記虚数成分に基づき、当該周波数の関数値としての、実数成分および虚数成分の和として算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記比較成分としての前記実数成分および前記虚数成分を周波数と対応付けて提示する提示手段と、
を備えることを特徴とする電池の評価装置。
In a battery evaluation device that evaluates the frequency characteristics of a battery by separating it into a real component and an imaginary component,
Obtaining means for obtaining the first frequency characteristic and the second frequency characteristic as a sum of a real component and an imaginary component, respectively, as a function of frequency;
The comparison component for each frequency of the first frequency characteristic and the second frequency characteristic is based on the real component and the imaginary component that are function values at the frequency, and a real component as a function value of the frequency and Calculating means for calculating the sum of imaginary components;
Presenting means for presenting the real component and the imaginary component as the comparison components calculated by the calculating means in association with frequencies;
A battery evaluation apparatus comprising:
前記算出手段は、前記第1の周波数特性に対する前記第2の周波数特性の比を、前記比較成分として算出することを特徴とする請求項1に記載の電池の評価装置。 The battery evaluation apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a ratio of the second frequency characteristic to the first frequency characteristic as the comparison component. 前記算出手段は、前記第2の周波数特性から前記第1の周波数特性を減算した値を、前記比較成分として算出することを特徴とする請求項1に記載の電池の評価装置。 The battery evaluation apparatus according to claim 1, wherein the calculating unit calculates a value obtained by subtracting the first frequency characteristic from the second frequency characteristic as the comparison component. 前記提示手段は、前記実数成分、前記虚数成分、および前記周波数を互いに対応付けた表示により提示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池の評価装置。 4. The battery evaluation apparatus according to claim 1, wherein the presenting unit presents the real number component, the imaginary number component, and the frequency by display associated with each other. 5. 前記提示手段は、前記実数成分、前記虚数成分、および前記周波数を軸とする3次元表示、または前記3次元表示を2次元平面に投影した表示により提示することを特徴とする請求項4に記載の電池の評価装置。 The presenting means presents the three-dimensional display with the real number component, the imaginary number component, and the frequency as axes, or a display obtained by projecting the three-dimensional display onto a two-dimensional plane. Battery evaluation equipment. 電池の周波数特性を実数成分および虚数成分に分離して評価する電池の評価方法において、
第1の周波数特性および第2の周波数特性を、それぞれ、周波数の関数としての、実数成分および虚数成分の和として取得する取得ステップと、
前記第1の周波数特性および前記第2の周波数特性の各周波数についての比較成分を、当該周波数における関数値である前記実数成分および前記虚数成分に基づき、当該周波数の関数値としての、実数成分および虚数成分の和として算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出された前記比較成分としての前記実数成分および前記虚数成分を周波数と対応付けて提示する提示ステップと、
を備えることを特徴とする電池の評価方法。
In a battery evaluation method for evaluating the frequency characteristics of a battery by separating it into a real component and an imaginary component,
Obtaining a first frequency characteristic and a second frequency characteristic as a sum of a real component and an imaginary component, respectively, as a function of frequency;
The comparison component for each frequency of the first frequency characteristic and the second frequency characteristic is based on the real component and the imaginary component that are function values at the frequency, and a real component as a function value of the frequency and A calculation step for calculating the sum of imaginary components;
A presenting step of presenting the real component and the imaginary component as the comparison component calculated by the calculating step in association with a frequency;
A battery evaluation method comprising:
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