JP6500824B2 - Battery inspection device - Google Patents
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Description
本明細書は、走行用モータに電力を供給する電池の検査装置(電池検査装置)に関する。特に、電池の交換時期までの目安となる残走行距離を出力する電池検査装置に関する。以下、本明細書では、「走行用モータに電力を供給する電池」を単に「電池」と称する場合がある。 The present specification relates to a battery inspection device (battery inspection device) for supplying power to a traveling motor. In particular, the present invention relates to a battery inspection device that outputs a remaining travel distance that is a standard for the time to replace a battery. Hereinafter, in the present specification, the “battery that supplies power to the traveling motor” may be simply referred to as “battery”.
走行用モータに電力を供給する電池は頻繁に充放電を繰り返す。電池は充放電を繰り返しているうちに劣化する。劣化が相当程度に進んだら電池は交換することが望ましい。電池の使用状況によって劣化の度合いも変化するため、電池の交換時期は、電池の使用状況を考慮して定められるとよい。電池の交換時期について、あとどのくらいの距離を走行したら電池の交換時期に達するのか、交換時期までの走行距離の目安が得られると便利である。例えば特許文献1と特許文献2に、電池の交換時期に達するまでの目安となる走行距離を算出する技術が開示されている。以下、現在から電池の交換時期に達するまでの目安となる走行距離を以下では残走行距離と称する。
Batteries that supply power to the drive motor frequently repeat charging and discharging. The battery degrades while charging and discharging repeatedly. It is desirable to replace the battery if the deterioration is considerable. Since the degree of deterioration also changes depending on the use condition of the battery, the replacement time of the battery may be determined in consideration of the use condition of the battery. With regard to the battery replacement time, it is useful to know how long it takes to drive the battery replacement time after traveling a certain distance, and to provide an indication of the distance traveled until the replacement time. For example,
特許文献1の技術では、走行中の電池の温度を定期的に計測し、温度の経時的データから劣化度合と残走行距離を算出する。また、特許文献2の技術では、電池の内部抵抗を計測し、内部抵抗の初期値から現在の値までの増加率に基づいて残走行距離を算出する。電池の温度は電池の劣化だけなく他の要因にも左右されるため、特許文献1の技術では、残走行距離と電池の劣化度合との相関の精度は高くない。一方、電池の内部抵抗は電池の劣化度合に直接に関わるので、特許文献2の技術による残走行距離は、特許文献1の技術と比較して、電池の交換時期の目安として優れている。しかし、より適切な残走行距離が得られる技術が望まれている。
In the technique of
本明細書は、電池の内部インピーダンスの値を用いて、電池交換時期の目安となる残走行距離としてより適切な値を得る技術を提供する。内部インピーダンスには容量成分と抵抗成分があり、いずれもが電池の劣化とともに変化する。また、電池の劣化に応じた抵抗成分の変化量と容量成分の変化量は、常に同じではなく、電池の使用状況(即ち走行状況)に依存して相違する場合がある。そこで、本明細書が開示する技術では、容量成分と抵抗成分の夫々について余寿命(電池交換時期までの猶予)を推定し、余寿命の小さい方の成分の値に基づいて残走行距離を算出する。 The present specification provides a technique for obtaining a more appropriate value as the remaining travel distance as a measure of battery replacement time, using the value of the internal impedance of the battery. The internal impedance has a capacitive component and a resistive component, both of which change with the deterioration of the battery. Further, the change amount of the resistance component and the change amount of the capacity component according to the deterioration of the battery may not always be the same, and may differ depending on the use condition (i.e., the running condition) of the battery. Therefore, in the technology disclosed in the present specification, the remaining life (the delay until the battery replacement time) is estimated for each of the capacity component and the resistance component, and the remaining travel distance is calculated based on the value of the smaller remaining life. Do.
本明細書が開示する電池検査装置、計測手段と記憶手段とプロセッサを備える。計測手段は、現在の電池の内部インピーダンスの所定の第1周波数における抵抗成分Rc1及び容量成分Xc1と、所定の第2周波数における抵抗成分Rc2及び容量成分Xc2を計測する。記憶手段は、次のデータを記憶している。即ち、記憶手段は、初期抵抗変化量dRs、初期容量変化量dXs、終期抵抗変化量dRe、終期容量変化量dXeを記憶している。ここで、初期抵抗変化量dRsは、使用前の電池の内部インピーダンスの第1周波数における抵抗成分Rs1から第2周波数における抵抗成分Rs2までの変化量である。初期容量変化量dXsは、使用前の電池の内部インピーダンスの第1周波数における容量成分Xs1から第2周波数における容量成分Xs2までの変化量である。終期抵抗変化量dReは、交換時期の電池の内部インピーダンスの第1周波数における抵抗成分Re1から第2周波数における抵抗成分Re2までの変化量である。終期容量変化量dXeは、交換時期の電池の内部インピーダンスの第1周波数における容量成分Xe1から第2周波数における容量成分Xe2までの変化量である。これらの値は、実験やシミュレーションにより予め求められており、記憶手段に記憶されている。プロセッサは、次の処理を実行可能である。プロセッサは、計測された抵抗成分Rc1から抵抗成分Rc2までの変化量(現在抵抗変化量dRc)を算出するとともに、計測された容量成分Xc1から容量成分Xc2までの変化量(現在容量変化量dXc)を算出する。プロセッサは、終期抵抗変化量dReと初期抵抗変化量dRsの差に対する終期抵抗変化量dReと現在抵抗変化量dRcの差の割合(抵抗割合Rratio)を算出する。プロセッサは、終期容量変化量dXeと初期容量変化量dXsの差に対する終期容量変化量dXeと現在容量変化量dXcの差の割合(容量割合Xratio)を算出する。そして、プロセッサは、抵抗割合Rratioと容量割合Xratioのうち、小さい方の割合を余寿命Yjとし、電池の使用開始から現在までの走行距離SKに対して、SK×Yj/(1.0−Yj)を算出して残走行距離として出力する。 The battery inspection apparatus disclosed herein, the measuring means, the storage means, and the processor are provided. The measuring means measures the resistance component Rc1 and the capacitance component Xc1 at a predetermined first frequency of the internal impedance of the current battery, and the resistance component Rc2 and the capacitance component Xc2 at a predetermined second frequency. The storage means stores the following data. That is, the storage means stores the initial resistance change amount dRs, the initial capacity change amount dXs, the final resistance change amount dRe, and the final capacity change amount dXe. Here, the initial resistance change amount dRs is a change amount from the resistance component Rs1 at the first frequency to the resistance component Rs2 at the second frequency of the internal impedance of the battery before use. The initial capacity change amount dXs is a change amount from the capacity component Xs1 at the first frequency to the capacity component Xs2 at the second frequency of the internal impedance of the battery before use. The final resistance change amount dRe is a change amount from the resistance component Re1 at the first frequency to the resistance component Re2 at the second frequency of the internal impedance of the battery at the replacement time. The final capacity change amount dXe is a change amount from the capacity component Xe1 at the first frequency to the capacity component Xe2 at the second frequency of the internal impedance of the battery at the replacement time. These values are obtained in advance by experiments and simulations, and are stored in the storage means. The processor can perform the following processing. The processor calculates the amount of change from the measured resistance component Rc1 to the resistance component Rc2 (current resistance change amount dRc), and the change amount from the measured capacitance component Xc1 to the capacity component Xc2 (current capacity change amount dXc) Calculate The processor calculates a ratio (resistance ratio Rratio) of the difference between the final resistance change amount dRe and the current resistance change amount dRc with respect to the difference between the final resistance change amount dRe and the initial resistance change amount dRs. The processor calculates a ratio (capacity ratio Xratio) of the difference between the final capacity change amount dXe and the current capacity change amount dXc with respect to the difference between the final capacity change amount dXe and the initial capacity change amount dXs. Then, the processor sets the smaller one of the resistance ratio Rratio and the capacity ratio Xratio as the remaining life Yj, and for the travel distance SK from the start of use of the battery to the present, SK × Yj / (1.0−Yj ) Is calculated and output as the remaining travel distance.
電池の交換時期とは、交換した方がよいほどに電池の劣化が進んだときを意味する。劣化と電池の内部インピーダンスには相関がある。別言すれば、交換時期に相当する内部インピーダンス(終期内部インピーダンス)の大きさは予め定めることができる。また、電池使用前の内部インピーダンス(初期内部インピーダンス)も既知である。それゆえ、電池の現在の内部インピーダンスの大きさが、初期内部インピーダンスと終期内部インピーダンスの間のどこに位置するかによって、劣化度合(別言すれば、交換時期までの余寿命)を推定することができる。 The replacement time of the battery means that the battery deterioration has progressed to the extent that it is better to replace it. There is a correlation between the degradation and the internal impedance of the battery. In other words, the magnitude of the internal impedance (final internal impedance) corresponding to the replacement time can be predetermined. Also known is the internal impedance (initial internal impedance) prior to battery use. Therefore, it is possible to estimate the degree of deterioration (in other words, the remaining life until replacement time) depending on where the size of the current internal impedance of the battery is located between the initial internal impedance and the final internal impedance. it can.
一方、内部インピーダンスには抵抗成分と容量成分があり、走行状況に応じて変化の程度が異なる。そこで、本明細書が開示する電池検査装置では、抵抗成分と容量成分のそれぞれについて、現在の内部インピーダンス(現在内部インピーダンス)と初期/終期内部インピーダンスを比較し、劣化度合に相当する余寿命を算出する。上記した抵抗割合Rratioが抵抗成分に基づく余寿命に対応し、容量割合Xratioが容量成分に基づく余寿命に対応する。そして、抵抗割合Rratioと容量割合Xratioのうち、小さい方の割合を電池の余寿命として採用する。最後に、現在までの走行距離と余寿命から、残走行距離(現時点から交換時期に達するまでの走行距離)を求める。以上の手順により、本明細書が開示する電池検査装置は、交換時期の目安となる残走行距離としてより適切な値を出力することができる。 On the other hand, the internal impedance includes a resistance component and a capacitance component, and the degree of change differs according to the traveling situation. Therefore, in the battery inspection device disclosed in the present specification, the current internal impedance (current internal impedance) is compared with the initial / final internal impedance for each of the resistance component and the capacitance component, and the remaining life corresponding to the degree of deterioration is calculated. Do. The resistance ratio Rratio described above corresponds to the remaining life based on the resistance component, and the capacity ratio Xratio corresponds to the remaining life based on the capacitance component. Then, the smaller one of the resistance ratio Rratio and the capacity ratio Xratio is adopted as the remaining life of the battery. Finally, the remaining travel distance (the travel distance from the current time until the replacement time is reached) is determined from the travel distance and the remaining life up to the present time. According to the above-described procedure, the battery inspection device disclosed in the present specification can output a more appropriate value as the remaining travel distance serving as an indication of replacement time.
内部インピーダンスの各成分の大きさは温度に依存する。それゆえ、本明細書が開示する技術は、内部インピーダンスの各成分について、第1周波数における値と第2周波数における値の変化量を採用する。2つの周波数における成分の変化量を採用することで、温度の影響を低減することができる。なお、第1周波数と第2周波数も予め定められている。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The magnitude of each component of the internal impedance depends on the temperature. Therefore, the technology disclosed herein employs, for each component of the internal impedance, a value change at the first frequency and a value change at the second frequency. By adopting the amount of change in the component at two frequencies, the influence of temperature can be reduced. The first frequency and the second frequency are also predetermined. The details and further improvement of the technology disclosed in the present specification will be described in the following "Forms for Carrying Out the Invention".
図面を参照して実施例の電池検査装置10を説明する。図1に、電池検査装置10のブロック図を示す。図1には、電池検査装置10の検査対象である電池20も示してある。電池20は、電気自動車やハイブリッド車に搭載されるリチウムイオン電池であり、走行用のモータに電力を供給するための電池である。電池20は、搭載している自動車から外され、電池検査装置10に接続される。電気自動車やハイブリッド車の電池は頻繁に充放電を繰り返す。電池は充放電を繰り返すうちに劣化する。劣化が進むと性能が低下する。電池の製造者は、劣化が相当程度に進んだ場合にその電池を交換することを推奨している。電池検査装置10は、電池20の劣化を評価する装置であり、電池20の交換時期に関する状況を提示する。電池検査装置10は、電池20の内部インピーダンスに基づいて劣化の度合を判定する。また、電池検査装置10は、劣化の進行度合を残走行距離と残走行時間で提示する。残走行距離と残走行時間は、電池20が搭載されている自動車であとどのくらい走行したら推奨する交換時期(交換すべきほどに劣化が進んだ時期)に達するか、の目安となる数値である。内部インピーダンスの変化の大きさは、それまでの走行状況に依存する。電池検査装置10が内部インピーダンスに基づいて算出する残走行距離と残走行時間にはそれまでの走行状況が考慮されることになり、電池交換時期についての適切な目安となる。
A
なお、電池の提供者が推奨する交換時期(交換すべきほどに劣化が進んだ時期)は、「電池の寿命」と呼ばれることがある。また、電池の提供者が推奨する交換時期に至るまでの猶予は「余寿命」と呼ばれることがある。上記した残走行距離や残走行時間は、余寿命に相当する。 In addition, the replacement time (the time when deterioration has advanced so as to be replaced) recommended by the battery provider may be called "battery life". In addition, the delay until the replacement time recommended by the battery provider may be called "remaining life". The remaining travel distance and the remaining travel time described above correspond to the remaining life.
図1のブロック図を参照しながら電池検査装置10を説明する。電池検査装置10は、AC−IR装置14、入力装置15、出力装置16、プロセッサ12、不揮発性メモリ13を備えている。入力装置15は具体的にはキーボードやカードリーダである。出力装置16は具体的にはディスプレイやプリンタである。AC−IR装置14は、電池20の正極20aと負極20bの間に微弱な交流電力を与え、電池20の内部インピーダンスを計測する。AC−IR装置14は周波数を変えながら交流電力を与え、電池20の内部インピーダンスの周波数特性を計測する。良く知られているように、インピーダンスには容量成分と抵抗成分があり、AC−IR装置14は、電池20の内部インピーダンスの各周波数における容量成分と抵抗成分を計測することができる。AC−IR装置14と電池20の正極20a、負極20bは、ケーブル14aで電気的に接続される。
The
AC−IR装置14、入力装置15、出力装置16、プロセッサ12、不揮発性メモリ13は、データバス17で接続されており、相互にデータの授受を行う。
The AC-
不揮発性メモリ13には、プロセッサ12が実行するプログラムと電池評価に用いる各種のデータが格納されている。不揮発性メモリ13が格納しているプログラムには、残走行距離/残走行時間算出・出力プログラム13aが含まれる。電池検査に用いる各種のデータは、データ領域13bに記憶されている。プロセッサ12は、不揮発性メモリ13から残走行距離/残走行時間算出・出力プログラム13aを読み込み、そのプログラムを実行することで電池20の劣化度合を検査する。プロセッサ12は、検査に際してデータ領域13bから各種のデータを読み込んで用いる。データ領域13bに格納されている各種データについては後述する。
The
電池20を検査するのに先立って、電池検査装置10の利用者は、電池20が搭載されていた自動車(ハイブリッド車や電気自動車)のそれまでの走行距離と走行時間を、入力装置15を使って入力する。電池20が搭載されていた自動車のそれまでの走行距離と走行時間は、その自動車のメモリに記憶されている。電池検査装置10の使用者は、自動車のメモリから走行距離と走行時間を読み出し、入力装置15を使って入力する。あるいは、自動車のメモリが脱着可能なメモリカードの場合は、電池検査装置10の使用者は、そのメモリカードを電池検査装置10の入力装置15の一種であるカードスロットに差し込み、メモリカードのデータ(走行距離と走行時間)を、電池検査装置10に入力してもよい。入力された走行距離と走行時間も、不揮発性メモリ13のデータ領域13bに記憶される。
Prior to inspecting the
図2に、電池検査装置10が行う処理のフローチャートを示す。電池検査装置10は、まず、電池20の内部インピーダンスを計測する。先に述べたように、AC−IR装置14が内部インピーダンスを計測する。AC−IR装置14の計測データは、データバス17を介して不揮発性メモリ13のデータ領域13bに格納される。
The flowchart of the process which the battery test |
電池検査装置10は、AC−IR装置14を使って、現在の電池20の内部インピーダンスの抵抗成分と容量成分を計測する(S2)。先に述べたように、AC−IR装置14は、供給する電力の周波数を変えながら内部インピーダンスを計測する。ここで、内部インピーダンスの抵抗成分と容量成分の周波数依存性と、電池の劣化の関係について説明する。
The
図3に、電池20の内部インピーダンスのナイキストプロットを示す。ナイキストプロットとは、横軸に内部インピーダンスの抵抗成分Rをとり、縦軸に内部インピーダンスの容量成分Xをとった座標軸上に、抵抗成分Rと容量成分Xの組(R、X)で示される内部インピーダンスの軌跡(周波数を変化させたときの軌跡)を描いたグラフである。図3の実線のグラフは、使用前の電池20のナイキストプロットGsを示している。図3の矢印Aは、周波数を高周波から徐々に下げたときのナイキストプロットの軌跡の移動方向を示す。電池20のナイキストプロットは、高周波帯では曲線を描き、低周波域では直線となる。図3の点Ps1(Rs1、Xs1)は、使用前の電池20の第1周波数F1のときの内部インピーダンスを示し、点Ps2(Rs2、Xs2)は、使用前の電池20の第2周波数F2のときの内部インピーダンスを示している。なお、第1周波数F1は第2周波数F2よりも高い。ナイキストプロットは、コールコールプロットと呼ばれることもある。
A Nyquist plot of the internal impedance of the
電池20は劣化が進むと、低周波数域における内部インピーダンスが変化する。図4の点線は、電池製造者が推奨する電池20の交換時期(すなわち、交換した方がよいほどに劣化が進んだ時期)の内部インピーダンスのナイキストプロットGeを示している。別言すれば、グラフGeは、交換時期における電池20のナイキストプロットを示している。
As the
なお、図4の実線部分もナイキストプロットGeの一部である。すなわち、交換時期のナイキストプロットGeは、電池使用前のナイキストプロットGsの終点Ps2を延長した形状(プロファイル)を有する。別言すれば、第1周波数F1よりも高周波域では、劣化の程度に関わらずに、内部インピーダンスのナイキストプロットのプロファイルは一定である。逆に、低周波域では、電池の内部インピーダンスのナイキストプロットのプロファイルは劣化の程度に応じて変化する。第1周波数F1は、劣化の程度に関わらずにナイキストプロットのプロファイルが変化しない周波数帯で選ばれ、第2周波数F2は、劣化の程度に応じてナイキストプロットのプロファイルが変化する周波数帯で選ばれる。 The solid line portion in FIG. 4 is also part of the Nyquist plot Ge. That is, the Nyquist plot Ge at the replacement time has a shape (profile) in which the end point Ps2 of the Nyquist plot Gs before use of the battery is extended. In other words, the profile of the Nyquist plot of the internal impedance is constant regardless of the degree of deterioration at frequencies higher than the first frequency F1. Conversely, at low frequencies, the Nyquist plot profile of the battery's internal impedance changes with the degree of degradation. The first frequency F1 is selected in a frequency band in which the Nyquist plot profile does not change regardless of the degree of deterioration, and the second frequency F2 is selected in a frequency band in which the Nyquist plot profile changes in accordance with the degree of deterioration .
図3における抵抗成分Rs1と容量成分Xs1は、それぞれ、使用前の電池20の内部インピーダンスの第1周波数F1における抵抗成分と容量成分を示している。抵抗成分Rs2と容量成分Xs2は、それぞれ、使用前の電池20の内部インピーダンスの第2周波数F2における抵抗成分と容量成分を示している。
The resistance component Rs1 and the capacitance component Xs1 in FIG. 3 respectively indicate the resistance component and the capacitance component at the first frequency F1 of the internal impedance of the
図3における抵抗成分Re1と容量成分Xe1は、それぞれ、交換時期の電池20の内部インピーダンスの第1周波数F1における抵抗成分と容量成分を示している。抵抗成分Re2と容量成分Xe2は、それぞれ、交換時期の電池20の内部インピーダンスの第2周波数F2における抵抗成分と容量成分を示している。抵抗成分Rs1、Rs2、Re1、Re2、容量成分Xs1、Xs2、Xe1、Xe2は、実験やシミュレーションで予め求められている。
The resistance component Re1 and the capacitance component Xe1 in FIG. 3 indicate the resistance component and the capacitance component at the first frequency F1 of the internal impedance of the
使用中の電池20の第2周波数F2における抵抗成分Rc2がRe2に達するか、あるいは、容量成分Xc2がXe2に達したら、電池20は交換時期ということになる。一方、電池20の低周波域における内部インピーダンスは、電池の使用状況により、走行距離(または走行時間)の経過とともに、抵抗成分Rcが容量成分Xcよりも早く大きく変化したり、その逆に、容量成分Xcが抵抗成分Rcよりも早く大きく変化したりする。即ち、低周波域におけるナイキストプロットは走行状況に応じて変化する。そこで、電池検査装置10では、第2周波数F2における抵抗成分Rc2と容量成分Xc2で変化が大きい方(即ち劣化の進行が早い方)を使って電池の劣化を評価する。
When the resistance component Rc2 at the second frequency F2 of the
図4に、現在の電池20の内部インピーダンスについて、一例のナイキストプロットGcを示す。図4は、図3のグラフ(ナイキストプロットGs、Ge)に、電池20の現在の内部インピーダンスのナイキストプロットGcを加えた図である。図4のナイキストプロットGcでは、使用前の電池20の第2周波数F2における内部インピーダンスPs2(Rs2、Xs2)に対して、現在の電池20の内部インピーダンスの第2周波数F2における抵抗成分Rc2が容量成分Xc2よりも大きく変化している。現在の電池20の内部インピーダンスが図4のナイキストプロットGcで表される例では、抵抗成分Rcに基づいて電池20の劣化を評価する方が適切である。電池検査装置10は、AC−IR装置14を使って、図4のナイキストプロットGcに相当するデータを取得し、データ領域13bに記憶する。
FIG. 4 shows an example Nyquist plot Gc of the internal impedance of the
なお、先に述べたように、第1周波数F1よりも高周波域では、ナイキストプロットのプロファイルは電池の劣化に依存しない。それゆえ、第1周波数F1における内部インピーダンスは、使用前と交換時期と現在で同じとなる(点Ps1と点Pe1と点Pc1が重なる)。 As described above, the profile of the Nyquist plot does not depend on the deterioration of the battery in a frequency range higher than the first frequency F1. Therefore, the internal impedance at the first frequency F1 is the same before use and at the current replacement time (the point Ps1, the point Pe1, and the point Pc1 overlap).
不揮発性メモリ13のデータ領域13bには、図3のdRs、dXs、dRe、dXeが記憶されている。ここで、dRs(初期抵抗変化量dRs)は、使用前の電池20の内部インピーダンスの第1周波数F1における抵抗成分Rs1から第2周波数F2における抵抗成分Rs2までの変化量である。dXs(初期容量変化量dXs)は、使用前の電池20の内部インピーダンスの第1周波数F1における容量成分Xs1から第2周波数F2における容量成分Xs2までの変化量である。dRe(終期抵抗変化量dRe)は、交換時期の電池20の内部インピーダンスの第1周波数F1における抵抗成分Re1から第2周波数F2における抵抗成分Re2までの変化量である。dXe(終期容量変化量dXe)は、交換時期の電池20の内部インピーダンスの第1周波数F1における容量成分Xe1から第2周波数F2における容量成分Xe2までの変化量である。電池検査装置10は、それらのデータを現在の電池20の変化量(現在抵抗変化量dRc、現在容量変化量dXc)と比較して電池20の劣化の進行度(即ち残走行距離と残走行時間)を算出する。
In the
電池検査装置10は、内部インピーダンスの絶対的な大きさではなく、第1周波数F1における値から第2周波数F2における値までの変化量を利用する。これは、内部インピーダンスが温度に依存して変化するので、劣化の評価に与える温度の影響を低減するためである。なお、電池の内部インピーダンスのナイキストプロットのプロファイル(グラフ形状)は温度に依存しない。ナイキストプロットのグラフの形状は温度に関わらずに一定であるが、抵抗成分と容量成分を軸とする座標系における位置が温度に依存して変化する。例えば、図5に、電池温度が10℃のときの内部インピーダンスのナイキストプロットG1、25℃のときのナイキストプロットG2、及び、35℃のときのナイキストプロットG3を示す。図5に示すように、電池20のナイキストプロットのプロファイルは温度に依存しないが、抵抗成分と容量成分を軸とする座標系上の位置が温度に応じて変化する。
The
なお、図3−図5では、理解を助けるためにナイキストプロットの形状を単純化して描いてある。 In FIGS. 3 to 5, the shape of the Nyquist plot is drawn in a simplified manner to facilitate understanding.
図2に戻り、電池検査装置10の処理の説明を続ける。電池検査装置10のプロセッサ12は、不揮発性メモリ13に格納された残走行距離/残走行時間算出・出力プログラム13aをロードし、実行する。残走行距離/残走行時間算出・出力プログラム13aにより、プロセッサ12は、図2のステップS2以降の処理を行う。
Returning to FIG. 2, the description of the processing of the
プロセッサ12は、AC−IR装置14が電池20の現在の内部インピーダンスを計測した後、不揮発性メモリ13のデータ領域13bにアクセスし、内部インピーダンスの第1周波数F1における抵抗成分Rc1と容量成分Xc1、及び、第2周波数F2における抵抗成分Rc2と容量成分Xc2を特定する(S3)。次にプロセッサ12は、特定された計測データRc1、Rc2、Xc1、Xc2を使って、現在抵抗変化量dRcと現在容量変化量dXcを算出する(S4)。なお、現在抵抗変化量dRcは、第1周波数F1における抵抗成分Rc1から第2周波数F2における抵抗成分Rc2までの変化量である。現在容量変化量dXcは、第1周波数F1における容量成分Xc1から第2周波数F2における容量成分Xc2までの変化量である。次にプロセッサ12は、データ領域13bにアクセスし、初期抵抗変化量dRs、初期容量変化量dXs、終期抵抗変化量dRe、終期容量変化量dXeを読み込む(S5)。
The
次にプロセッサ12は、抵抗割合Rratioと容量割合Xratioを算出する(S6)。ここで、抵抗割合Rratioは、終期抵抗変化量dReと初期抵抗変化量dRsの差に対する終期抵抗変化量dReと現在抵抗変化量dRcの差である。抵抗割合Rratioは、(dRe−dRc)/(dRe−dRs)の式で求められる。容量割合Xratioは、終期容量変化量dXeと初期容量変化量dXsの差に対する終期容量変化量dXeと現在容量変化量dXcの差である。容量割合Xratioは、(dXe−dXc)/(dXe−dXs)の式で求められる。
Next, the
抵抗割合Rratioは、図4において、終期抵抗成分Re2と現在の電池20の第2周波数F2における抵抗成分Rc2との間の距離に対応する。終期抵抗成分Re2と初期抵抗成分Rs2の間の距離が電池20の寿命(使用開始から交換時期までの長さ)に対応し、抵抗割合Rratioは、余寿命に相当する。容量割合Xratioについても同様である。なお、抵抗割合Rratioと容量割合Xratioを求める式において、単純に終期抵抗成分Re2と初期抵抗成分Rs2の差を使わずに第1周波数F1と第2周波数F2における抵抗成分(容量成分)の変化量(初期抵抗変化量dRsなど)を用いるのは、電池20の温度によってナイキストプロットの座標系における位置が変化するのでその影響を除去するためである。
The resistance ratio Rratio corresponds to the distance between the final resistance component Re2 and the resistance component Rc2 at the second frequency F2 of the
先に述べたように、内部インピーダンスの抵抗成分の変化の早さと容量成分の変化の早さは、走行状況に依存する。抵抗割合Rratioと容量割合Xratioはいずれも余寿命に相当する。別言すれば、抵抗割合Rratioは抵抗成分に基づいて算出される余寿命であり、容量成分割合Xratioは容量成分に基づいて算出される余寿命である。電池検査装置10は、抵抗成分に基づく余寿命(抵抗割合Rratio)と容量成分に基づく余寿命(容量割合Xratio)のうち、小さい方の余寿命を電池20の余寿命として採用する。即ち、プロセッサ12は、抵抗割合Rratioと容量割合Xratioのうち、小さい方を余寿命Yjに代入する(S7)。
As mentioned above, the speed of change of the resistance component of the internal impedance and the speed of change of the capacitance component depend on the traveling situation. Both the resistance ratio Rratio and the capacity ratio Xratio correspond to the remaining life. In other words, the resistance ratio Rratio is the remaining life calculated based on the resistance component, and the capacity component ratio Xratio is the remaining life calculated based on the capacity component. Among the remaining life (resistance ratio Rratio) based on the resistance component and the remaining life (capacity ratio Xratio) based on the capacity component, the
次にプロセッサ12は、電池20の使用開始から現在までの走行距離SKと走行時間STをデータ領域13bから読み込み(S8)、以下の(数1)、(数2)によって残走行距離ZSKと残走行時間ZSTを算出する(S9)。使用開始から現在までの走行距離SKと使用開始から現在までの走行時間STは、先に述べたように、電池検査装置10の利用者により予め入力されている。
Next, the
ZSK=SK×Yj/(1.0−YJ) (数1)
ZST=ST×YJ/(1.0−YJ) (数2)
ZSK = SK × Yj / (1.0−YJ) (Equation 1)
ZST = ST × YJ / (1.0−YJ) (Equation 2)
算出された残走行距離ZSKと残走行時間ZSTは、ディスプレイなどの出力装置16を通じて利用者に提示される(S9)。
The calculated remaining travel distance ZSK and the remaining travel time ZST are presented to the user through the
数値を例示して上記(数1)、(数2)の意味を説明する。余寿命Yjが0.2の場合を考える。余寿命Yj=0.2とは、交換時期までの寿命の80%が既に経過しており、残りが20%であるという意味である。例えば現在までの走行距離SKが80000km、現在までの走行時間が8年の場合、(数1)にそれらの数値を代入すると、残走行距離ZSKは20000kmとなり、残走行時間ZSTは2年となる。すなわち、この場合、電池20は、100000km/10年の寿命があり、残走行距離ZSKが20000km、残走行時間ZSTが2年ということになる。
The meanings of the above (Equation 1) and (Equation 2) will be described by exemplifying numerical values. Consider the case where the remaining life Yj is 0.2. The remaining life Yj = 0.2 means that 80% of the life up to the replacement time has already passed and the remaining 20%. For example, if the travel distance SK up to the present is 80000 km and the travel time up to the present is 8 years, substituting those values into (Equation 1), the remaining travel distance ZSK becomes 20000 km and the remaining travel time ZST becomes 2 years . That is, in this case, the
同じ電池で同じ余寿命Yjであっても、現在までの走行距離SKや走行時間STが異なる場合がある。例えば、高速道路を使った長距離運転が多く、また、運転も穏やかで電池への負荷が小さい場合には、走行距離/走行時間に比べて劣化の進行が遅くなる。例えば、同じ電池で同じ余寿命Yj=0.2であっても、現在までの走行距離SKが120000km、走行時間STが12年の場合を想定する。この場合、電池20の残走行距離ZSK/残走行時間ZSTは、(数1)、(数2)より、残走行距離ZSK=30000kmとなり、残走行時間ZSTは3年となる。
Even if the same battery and the same remaining life Yj, the traveling distance SK and the traveling time ST up to the present may be different. For example, if there are many long-distance operations using expressways, and if the operation is gentle and the load on the battery is small, then the progress of deterioration will be slower than the traveling distance / traveling time. For example, even if the same battery and the same remaining life Yj = 0.2, it is assumed that the current travel distance SK is 120000 km and the travel time ST is 12 years. In this case, the remaining running distance ZSK / the remaining running time ZST of the
上記した電池検査装置10は、電池の内部インピーダンスの抵抗成分と容量成分の夫々について余寿命を算出し、小さい方の余寿命を電池20の余寿命として採用する。抵抗成分の経時変化と容量成分の経時変化は、電池の使われ方、すなわち、走行状況に依存する。抵抗成分に基づく余寿命と容量成分に基づく余寿命の小さい方を採用することで、電池検査装置10は、電池交換までの目安として適切な残走行距離/残走行時間を出力することができる。
The
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の電池検査装置10は、電池の内部インピーダンスに基づいて残走行距離と残走行時間を算出・出力する。電池検査装置10は、残走行距離だけを算出・出力するものであってもよい。
Points to note regarding the technology described in the embodiment will be described. The
本明細書が開示する電池検査装置は、リチウムイオン電池のほか、ニッケル水素電池など、充放電を繰り返すうちに劣化する他の化学電池の余寿命算定に適用することができる。本明細書が開示する電池検査装置は、複数の電池パックを含む組電池に適用してもよい。 The battery inspection device disclosed in the present specification can be applied to the remaining life calculation of lithium ion batteries, nickel metal hydride batteries, and other chemical batteries that deteriorate during repeated charging and discharging. The battery inspection device disclosed in the present specification may be applied to a battery pack including a plurality of battery packs.
実施例の電池検査装置10は、自動車から取り外した電池に接続される。本明細書が開示する技術は、走行用のモータと電池を搭載した自動車に組み込まれてもよい。その場合、電池検査装置は、走行中に、定期的に、あるいはドライバの要求に応じて、残走行距離と残走行時間を提示してもよい。走行中は電池の温度が変化する。第1周波数F1と第2周波数F2における抵抗成分の変化量と容量成分の変化量を利用する電池検査装置は、温度の影響を低減できるので、自動車に組み込むことが好適である。
The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 As mentioned above, although the specific example of this invention was described in detail, these are only an illustration and do not limit a claim. The art set forth in the claims includes various variations and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of application. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of the purposes itself has technical utility.
10:電池検査装置
12:プロセッサ
13:不揮発性メモリ
13a:出力プログラム
13b:データ領域
14:AC−IR装置
14a:ケーブル
15:入力装置
16:出力装置
17:データバス
20:電池
10: battery inspection device 12: processor 13:
Claims (1)
現在の前記電池の内部インピーダンスの所定の第1周波数における抵抗成分Rc1及び容量成分Xc1と、所定の第2周波数における抵抗成分Rc2及び容量成分Xc2を計測する計測手段と、
使用前の前記電池の内部インピーダンスの前記第1周波数における抵抗成分Rs1から前記第2周波数における抵抗成分Rs2までの変化量(初期抵抗変化量dRs)と、使用前の前記電池の内部インピーダンスの前記第1周波数における容量成分Xs1から前記第2周波数における容量成分Xs2までの変化量(初期容量変化量dXs)と、交換時期の前記電池の内部インピーダンスの前記第1周波数における抵抗成分Re1から前記第2周波数における抵抗成分Re2までの変化量(終期抵抗変化量dRe)と、交換時期の前記電池の内部インピーダンスの前記第1周波数における容量成分Xe1から前記第2周波数における容量成分Xe2までの変化量(終期容量変化量dXe)を記憶している記憶手段と、
プロセッサと、
を備えており、当該プロセッサは、
計測された前記抵抗成分Rc1から前記抵抗成分Rc2までの変化量(現在抵抗変化量dRc)を算出するとともに、計測された前記容量成分Xc1から前記容量成分Xc2までの変化量(現在容量変化量dXc)を算出し、
前記終期抵抗変化量dReと前記初期抵抗変化量dRsの差に対する前記終期抵抗変化量dReと前記現在抵抗変化量dRcの差の割合(抵抗割合Rratio)を算出し、
前記終期容量変化量dXeと前記初期容量変化量dXsの差に対する前記終期容量変化量dXeと前記現在容量変化量dXcの差の割合(容量割合Xratio)を算出し、
前記抵抗割合Rratioと前記容量割合Xratioのうち、小さい方の割合を余寿命Yjとし、前記電池の使用開始から現在までの走行距離SKに対して、SK×Yj/(1.0−Yj)を算出して残走行距離として出力する、
電池検査装置。 A battery inspection device that calculates the remaining travel distance up to the replacement time of the battery that supplies power to the drive motor,
Measuring means for measuring a resistance component Rc1 and a capacitance component Xc1 at a predetermined first frequency of the internal impedance of the current battery and a resistance component Rc2 and a capacitance component Xc2 at a predetermined second frequency;
The amount of change from the resistance component Rs1 at the first frequency to the resistance component Rs2 at the second frequency (initial resistance change amount dRs) of the internal impedance of the battery before use, and the internal impedance of the battery before use Amount of change from the capacity component Xs1 at one frequency to the capacity component Xs2 at the second frequency (initial capacity change amount dXs) and the resistance component Re1 at the first frequency of the internal impedance of the battery at the replacement time to the second frequency Amount of change to the resistance component Re2 (final amount of change in resistance dRe) and the amount of change from the capacitive component Xe1 at the first frequency to the capacitive component Xe2 at the second frequency (final capacity) Storage means for storing the change amount dXe);
A processor,
And the processor is
The amount of change (current resistance change amount dRc) from the measured resistance component Rc1 to the resistance component Rc2 is calculated, and the amount of change (current capacity change amount dXc) from the measured capacitance component Xc1 to the capacitance component Xc2 )),
Calculating a ratio (resistance ratio Rratio) of the difference between the final resistance change amount dRe and the current resistance change amount dRc with respect to the difference between the final resistance change amount dRe and the initial resistance change amount dRs;
Calculating a ratio (capacity ratio Xratio) of the difference between the final capacity change amount dXe and the current capacity change amount dXc with respect to the difference between the final capacity change amount dXe and the initial capacity change amount dXs;
The smaller one of the resistance ratio Rratio and the capacity ratio Xratio is defined as the remaining life Yj, and SK × Yj / (1.0−Yj) with respect to the travel distance SK from the start of use of the battery to the present. Calculate and output as remaining travel distance,
Battery inspection device.
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