專利名稱：電池特性評(píng)價(jià)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及一種電池特性評(píng)價(jià)裝置，詳細(xì)地說，涉及一種電池的等效電路模型中 的電路常數(shù)同定值的高精度化。
背景技術(shù)：
圖6是表示用于評(píng)價(jià)電池特性的電流以及電壓測定中使用的現(xiàn)有的電路例子的 框圖。與作為測定對(duì)象的電池1串聯(lián)地連接負(fù)載2、電流計(jì)3，并且與電池1并聯(lián)地連接電 壓計(jì)4。電流計(jì)3對(duì)與負(fù)載2的接通/斷開對(duì)應(yīng)而變化的電池1的輸出電流的上升及下降 的實(shí)際測量值進(jìn)行測定，電壓計(jì)4對(duì)與負(fù)載2的接通/斷開對(duì)應(yīng)而變化的電池1的輸出電 壓的上升及下降的實(shí)際測量值進(jìn)行測定。此外，對(duì)于上述具體的測定流程，記載在專利文獻(xiàn) 1中。圖7是表示基于圖6的測定結(jié)果，進(jìn)行電池的特性評(píng)價(jià)的電池特性評(píng)價(jià)裝置的現(xiàn) 有例子的框圖。輸入部5輸入電流計(jì)3的電流實(shí)際測量值數(shù)據(jù)IM、電壓計(jì)4的電壓實(shí)際測 量值數(shù)據(jù)VM以及預(yù)先生成的電池1的標(biāo)準(zhǔn)等效電路模型數(shù)據(jù)EM。電路常數(shù)最優(yōu)化部6由電壓運(yùn)算部6a和判定部6b構(gòu)成，基于從輸入部5輸入的 電流計(jì)3的電流實(shí)際測量值數(shù)據(jù)IM、電壓計(jì)4的電壓實(shí)際測量值數(shù)據(jù)VM以及等效電路模型 數(shù)據(jù)EM，將電池1的等效電路模型的電路常數(shù)作為同定值FV而最優(yōu)化，將最優(yōu)化后的等效 電路模型的電路常數(shù)向輸出部7輸出。在電路常數(shù)最優(yōu)化部6中，向電壓運(yùn)算部6a輸入電流計(jì)3的電流實(shí)際測量值數(shù)據(jù) IM、等效電路模型數(shù)據(jù)EM，并且從判定部6b輸入電路常數(shù)CC的候選項(xiàng)，并計(jì)算電壓計(jì)算值 VC，向判定部6b輸出。向判定部6b輸入電壓計(jì)4的電壓實(shí)際測量值數(shù)據(jù)VM以及由電壓運(yùn)算部6a計(jì)算 出的電壓計(jì)算值VC，對(duì)上述電壓實(shí)際測量值數(shù)據(jù)VM和電壓計(jì)算值VC進(jìn)行比較，判定是否為 最佳值。如果不是最佳，則根據(jù)比較結(jié)果生成新的電路常數(shù)CC，并向電壓運(yùn)算部6a輸入，再 次計(jì)算電壓。反復(fù)執(zhí)行以上的處理，直至判定電路常數(shù)為最佳值。將如上述所示作為等效 電路模型的電路常數(shù)而最優(yōu)化后的同定值FV向輸出部7輸出。輸出部7基于由電路常數(shù)最優(yōu)化部6最優(yōu)化后的等效電路模型的電路常數(shù)的同定 值FV，生成電池1的特性曲線，并顯示在未圖示的顯示部上。圖8是表示電池1的特性的等效電路例子圖。圖8的等效電路串聯(lián)連接有直流 電源E ；電阻Rl ；電阻R2和電容器Cl的并聯(lián)電路；電阻R3和電容器C2的并聯(lián)電路。如果作為等效電路模型數(shù)據(jù)EM，輸入圖8所示的電路數(shù)據(jù)，則電路常數(shù)最優(yōu)化部6 分別計(jì)算電阻的電阻值Rl、R2、R3、電容器的容量值Cl、C2，以使得電壓的計(jì)算值和實(shí)際測
量值的差變小。在專利文獻(xiàn)1中記載了測定電池的內(nèi)部阻抗的方法及裝置的結(jié)構(gòu)。在專利文獻(xiàn)2中，說明了在電池的內(nèi)部阻抗測定時(shí)，去除由極化引起的響應(yīng)電壓影響的方法。

專利文獻(xiàn)1 日本特開2003-4780號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-100969號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
另夕卜，在電池1的阻抗的低頻區(qū)域中，因擴(kuò)散的影響，會(huì)發(fā)現(xiàn)沃伯格阻抗 (War-burg Impedance) 0對(duì)于該沃伯格阻抗，即使如圖9所示可以作為頻率區(qū)域中的阻抗 而求出，也難以將其向時(shí)間區(qū)域變換。因此，現(xiàn)有的等效電路中的沃伯格阻抗，也是由電阻、 電容器以及電感表現(xiàn)。但是，由沃伯格阻抗引起的電壓下降曲線，無法通過電阻和電容器的組合而再現(xiàn)。 如果不考慮該情況而利用直流電源、電阻和電容器進(jìn)行同定，則如圖10所示，電阻的電阻 值及電容器的容量值成為較大的值而不符合現(xiàn)實(shí)，無法實(shí)現(xiàn)電路常數(shù)同定的意義。本發(fā)明就是用于解決這種問題的，其目的在于，提供一種電池特性評(píng)價(jià)裝置，其可 以考慮沃伯格阻抗，提高電池的等效電路模型中的電路常數(shù)同定值的精度。根據(jù)本發(fā)明，提供一種電池特性評(píng)價(jià)裝置，其構(gòu)成為基于電池的電流_電壓特性， 使相對(duì)于等效電路模型的電路常數(shù)同定，其具有電流波形分割部，其將任意的電流波形分 割為多個(gè)微小時(shí)間區(qū)間中的階梯函數(shù)并輸出；以及電路常數(shù)最優(yōu)化部，其輸入這些階梯函 數(shù)、所述電壓實(shí)際測量值、等效電路模型數(shù)據(jù)，對(duì)最優(yōu)化的等效電路模型的電路常數(shù)進(jìn)行運(yùn) 算并輸出。根據(jù)本發(fā)明，提供一種電池特性評(píng)價(jià)裝置，其構(gòu)成為基于電池的電流_電壓特性， 使相對(duì)于等效電路模型的電路常數(shù)同定，其具有電壓波形分割部，其將任意的電壓波形分 割為多個(gè)微小時(shí)間區(qū)間中的階梯函數(shù)并輸出；以及電路常數(shù)最優(yōu)化部，其輸入這些階梯函 數(shù)、所述電流實(shí)際測量值、等效電路模型數(shù)據(jù)，對(duì)最優(yōu)化的等效電路模型的電路常數(shù)進(jìn)行運(yùn) 算并輸出。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的電池特性評(píng)價(jià)裝置，可以考慮沃伯格阻抗，利用任意的電流波形高 精度地使電池的等效電路模型中的電路常數(shù)同定，可以進(jìn)行高精度的電池特性評(píng)價(jià)。


圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖2是將任意波形電流分解為階梯函數(shù)的動(dòng)作說明圖。圖3是對(duì)去除了電源部的圖1的電路中的階梯響應(yīng)通過疊加而進(jìn)行再合成的說明 圖。圖4是表示電池的特性的包含沃伯格阻抗的等效電路例子圖。圖5是將沃伯格阻抗Wl單獨(dú)串聯(lián)連接的等效電路圖。圖6是表示用于評(píng)價(jià)電池特性的電流以及電壓測定中使用的現(xiàn)有的電路例子的 框圖。圖7是表示基于圖6的測定結(jié)果進(jìn)行電池的特性評(píng)價(jià)的電池特性評(píng)價(jià)裝置的現(xiàn)有 例子的框圖。
圖8是表示電池的特性的等效電路例子圖。圖9是沃伯格阻抗的說明圖。圖10是利用電阻和電容器模擬沃伯格阻抗的例子的說明圖。
具體實(shí)施例方式下面，使用附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的框圖，對(duì)于 與圖7共通的部分，標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)。在圖1中，電流波形分割部8將任意的電流波形的實(shí)際測量值IM，如圖2所示分別 分割為具有不同的時(shí)間軸的多個(gè)階梯函數(shù)。圖2示出將電流波形的上升區(qū)域分解為η個(gè)階 梯函數(shù)I1 In，將下降區(qū)域分解為m個(gè)階梯函數(shù)In+1 In+m的例子。將上述階梯函數(shù)I1 In+m向電路常數(shù)最優(yōu)化部6輸入。在電路常數(shù)最優(yōu)化部6中，取代圖7的電壓運(yùn)算部6a，而設(shè)置有階梯響應(yīng)運(yùn)算部 6c和電壓加法部6d，該電壓加法部6d將該階梯響應(yīng)運(yùn)算部6c的響應(yīng)運(yùn)算結(jié)果V1 Vn+m相 加。向階梯響應(yīng)運(yùn)算部6c中，輸入等效電路模型數(shù)據(jù)EM、來自判定部6b的電路常數(shù) CC的候選項(xiàng)、以及來自電流波形分割部8的與電流對(duì)應(yīng)的階梯函數(shù)I1 In+m。由此，階梯響 應(yīng)運(yùn)算部6c對(duì)與作為階梯函數(shù)I1 In+m而得到的電流相對(duì)應(yīng)的階梯響應(yīng)電壓V1 Vn+m進(jìn) 行運(yùn)算，并將其運(yùn)算結(jié)果即階梯響應(yīng)電壓V1 Vn+m向電壓加法部6d的輸入端子輸入。電壓加法部6d將階梯響應(yīng)運(yùn)算部6c的運(yùn)算結(jié)果即階梯響應(yīng)電壓V1 Vn+m相加， 求出電壓計(jì)算值VC。然后，將計(jì)算出的電壓計(jì)算值VC向判定部6b輸出。向判定部6b中輸入由電壓計(jì)4得到的電壓實(shí)際測量值數(shù)據(jù)VM、以及由電壓加法 部6d相加而得到的電壓計(jì)算值VC，將上述電壓實(shí)際測量值數(shù)據(jù)VM和電壓計(jì)算值VC進(jìn)行比 較，判定是否為最佳值。如果不是最佳，則根據(jù)比較結(jié)果生成新的電路常數(shù)CC，向階梯響應(yīng) 運(yùn)算部6c輸入，再次計(jì)算電壓。反復(fù)執(zhí)行以上的處理，直至判定電路常數(shù)為最佳值。將如 上述所示作為等效電路模型的電路常數(shù)而最優(yōu)化后的同定值FV向輸出部7輸出。輸出部7基于由電路常數(shù)最優(yōu)化部6最優(yōu)化后的等效電路模型的電路常數(shù)的同定 值FV，生成電池1的特性曲線，并顯示在未圖示的顯示部上。詳細(xì)說明圖2。(A)所示的任意波形的電流I (t)，如⑶ (H)所示，上升區(qū)域ρ 被分解為η個(gè)階梯函數(shù)，下降區(qū)域η被分解為m個(gè)階梯函數(shù)。如果將其利用式子表示，則如 下述所示。其中，u(t)為振幅1的單位階梯函數(shù)。I (t) = I1 · u (t-bi) +I2 · u (t-b2) +I3 · u (t_b3) +··· +In · u (t-bn) -In+1 · u (t-bn+1) _In+2 · u (t_bn+2)-----In+m · u (t_bn+m)= I1 · u U1) +I2 · u (t2) +I3 · u (t3) +... +In · u (tn)-In+1 · u (tn+1) -In+2 · u (tn+2)-----In+m · u (tn+m) (1)在這里，u(t)在時(shí)間、(i = 1 n+m)時(shí)，u (、) = 0 (、< 0)，1 Ui 彡 0)。在該式(1)中，IJti) (i = 1 η)可以分別通過拉普拉斯變換而如下述所示進(jìn)行表不。Ii(S) = Ldi · U(^bi)) = Ii · (1/s)(2)IJti) (i =n+l n+m)也相同地，可以通過拉普拉斯變換而如下述所示進(jìn)行表示。
Ii(S) = -Ldi · U(^bi)) = -Ii · (1/s) (3)由于通過使上述電流信號(hào)流過阻抗Z(S)而變換為電壓，所以各個(gè)電流引起的電 壓Vi (s) (i = 1 n+m)，如下述所示進(jìn)行表示。Vi(S) = Z(s) · Ii · 1/s(i=l η)Vi(S) = -Z(s) · Ii · 1/s (4)(i = n+1 n+m)下面，在阻抗Z中流過階梯電流時(shí)的電壓過渡響應(yīng)信號(hào)Vi Ui)，可以通過對(duì)上述式 (4)進(jìn)行拉普拉斯變換而得到。ViUi) = UVi(S)] = Ii · L[Z(S) · 1/s](i = 1 η)Vi (、)= UVi(S)] = -Ii · L [Ζ (s) · 1/s] (5)(i = n+1 n+m)由此，通過將分離為n+m個(gè)的階梯響應(yīng)進(jìn)行再合成，從而任意的電流波形流過阻 抗Z時(shí)的過渡響應(yīng)電壓波形V(t)，可以如下述所示進(jìn)行表示。V (t) = V1 U1) +V2 (t2) +V3 (t3) +-+Vn (tn) -vn+1 (tn+1) -νη+2 (tn+2)-…-vn+m (tn+m) (6)由此，即使輸入的是任意的電流波形，也可以計(jì)算電池的電壓響應(yīng)。圖3是對(duì)去除 了電源部的圖1的電路中的階梯響應(yīng)通過疊加而進(jìn)行再合成的說明圖。在圖3中，(A)表 示任意電流波形的階梯函數(shù)，(B)表示各個(gè)階梯響應(yīng)，(C)表示階梯響應(yīng)的重合。圖4是表示電池的特性的包含沃伯格阻抗的等效電路例子圖。在圖4中，串聯(lián)連 接有直流電源E ；電阻Rl ；電阻R2和電容器Cl的并聯(lián)電路；電阻R3和表示物質(zhì)擴(kuò)散的沃 伯格阻抗Wl的串聯(lián)電路與電容器C2的并聯(lián)電路。通過如上述所示構(gòu)成，可以將沃伯格阻抗包含在等效電路中，提高電池的同定精 度，可以使電流-電壓特性更接近現(xiàn)實(shí)。另外，對(duì)于除了沃伯格阻抗以外的電路常數(shù)，也可以得到現(xiàn)實(shí)的值。此外，在上述實(shí)施例中，說明了將沃伯格阻抗并聯(lián)連接的等效電路模型，但對(duì)于如 圖5所示將沃伯格阻抗Wl單獨(dú)串聯(lián)連接的等效電路，也可以通過容易的計(jì)算而實(shí)施。在圖5中，對(duì)于將RLC電路串聯(lián)連接的電路模塊中的電壓，使用現(xiàn)有的方法，對(duì)于 沃伯格阻抗模塊中的電壓，使用本發(fā)明的方法。在此情況下，沃伯格阻抗模塊Wl的時(shí)間區(qū)域的電壓Vw，可以通過下述式子求出， 即Vw= (5λΓ2 ) ΧΙρ/Γ (3/2)(7)計(jì)算簡單。在這里，δ是表示擴(kuò)散的常數(shù)，Γ是伽馬函數(shù)。圖5的等效電路整體的電壓，作為沃伯格阻抗Wl模塊中的電壓和RLC電路模塊中 的電壓的和而求出。并且，將利用各個(gè)方法運(yùn)算出的電壓，與電壓實(shí)際測量值相比較而進(jìn)行 評(píng)價(jià)。另外，即使輸入電流為矩形波，也可以利用本發(fā)明的方法計(jì)算。另外，在上述實(shí)施例中，使電流變化而對(duì)實(shí)際測量的響應(yīng)電壓進(jìn)行同定，但也可以 使電壓變化而對(duì)實(shí)際測量的電流值進(jìn)行同定。
如以上說明所示，根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)下述電池特性評(píng)價(jià)裝置，S卩，其考慮沃伯 格阻抗，高精度地使電池的等效電路模型中的電路常數(shù)同定，可以進(jìn)行高精度的電池特性 評(píng)價(jià)，適合電池的各種參數(shù)的高效解析。
權(quán)利要求
1.一種電池特性評(píng)價(jià)裝置，其構(gòu)成為基于電池的電流-電壓特性，使等效電路模型的 電路常數(shù)同定，其中，具有電流波形分割部，其構(gòu)成為將任意的電流波形分割為多個(gè)微小時(shí)間區(qū)間中的多個(gè)階梯 函數(shù)并輸出；以及電路常數(shù)最優(yōu)化部，其構(gòu)成為基于所述階梯函數(shù)、電壓實(shí)際測量值、等效電路模型數(shù) 據(jù)，對(duì)最優(yōu)化的等效電路模型的電路常數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 所述電路常數(shù)最優(yōu)化部具有階梯響應(yīng)運(yùn)算部，其構(gòu)成為基于所述多個(gè)階梯函數(shù)和所述等效電路模型數(shù)據(jù)，分別對(duì) 與所述多個(gè)階梯函數(shù)對(duì)應(yīng)的多個(gè)階梯響應(yīng)電壓進(jìn)行運(yùn)算；電壓加法部，其構(gòu)成為通過將所述各個(gè)階梯響應(yīng)電壓相加，而輸出電壓計(jì)算值；以及 判定部，其構(gòu)成為通過將所述電壓實(shí)際測量值和所述電壓計(jì)算值進(jìn)行比較，判定所述 電路常數(shù)是否為最佳值，所述判定部在判定為所述電路常數(shù)不是最佳值時(shí)，根據(jù)所述比較結(jié)果生成新的電路常 數(shù)，將所述電路常數(shù)向階梯響應(yīng)運(yùn)算部輸入。
3. —種電池特性評(píng)價(jià)裝置，其構(gòu)成為基于電池的電流-電壓特性，使等效電路模型的 電路常數(shù)同定，其中，具有電壓波形分割部，其構(gòu)成為將任意的電壓波形分割為多個(gè)微小時(shí)間區(qū)間中的多個(gè)階梯 函數(shù)并輸出；以及電路常數(shù)最優(yōu)化部，其構(gòu)成為基于所述階梯函數(shù)、電流實(shí)際測量值、等效電路模型數(shù) 據(jù)，對(duì)最優(yōu)化的等效電路模型的電路常數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 所述電路常數(shù)最優(yōu)化部具有階梯響應(yīng)運(yùn)算部，其構(gòu)成為基于所述多個(gè)階梯函數(shù)和所述等效電路模型數(shù)據(jù)，分別對(duì) 與所述多個(gè)階梯函數(shù)對(duì)應(yīng)的多個(gè)階梯響應(yīng)電流進(jìn)行運(yùn)算；電流加法部，其構(gòu)成為通過將所述各個(gè)階梯響應(yīng)電流相加，而輸出電流計(jì)算值；以及 判定部，其構(gòu)成為通過將所述電流實(shí)際測量值和所述電流計(jì)算值進(jìn)行比較，判定所述 電路常數(shù)是否為最佳值，所述判定部在判定為所述電路常數(shù)不是最佳值時(shí)，根據(jù)所述比較結(jié)果生成新的電路常 數(shù)，將所述電路常數(shù)向階梯響應(yīng)運(yùn)算部輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 所述等效電路模型包含沃伯格阻抗。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 所述等效電路模型包含沃伯格阻抗。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 所述等效電路模型包含沃伯格阻抗。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池特性評(píng)價(jià)裝置，其中，所述等效電路模型包含沃伯格阻抗。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池特性評(píng)價(jià)裝置，其構(gòu)成為基于電池的電流-電壓特性，使相對(duì)于等效電路模型的電路常數(shù)同定，其特征在于，具有電流波形分割部，其將任意的電流波形分割為多個(gè)微小時(shí)間區(qū)間中的階梯函數(shù)并輸出；以及電路常數(shù)最優(yōu)化部，其輸入這些階梯函數(shù)、所述電壓實(shí)際測量值、等效電路模型數(shù)據(jù)，對(duì)最優(yōu)化的等效電路模型的電路常數(shù)進(jìn)行運(yùn)算并輸出。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102129041SQ20111002069
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者中迂勝, 吉武哲, 數(shù)見昌弘, 浜野哲志 申請(qǐng)人:橫河電機(jī)株式會(huì)社