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データ抽出装置、データ抽出方法およびデータ抽出プログラム 新技術説明会

国内特許コード P170013903
整理番号 (S2015-1546-N0)
掲載日 2017年3月29日
出願番号 特願2015-216762
公開番号 特開2017-016991
登録番号 特許第6161133号
出願日 平成27年11月4日(2015.11.4)
公開日 平成29年1月19日(2017.1.19)
登録日 平成29年6月23日(2017.6.23)
優先権データ
  • 特願2015-133303 (2015.7.2) JP
発明者
  • 長光 左千男
  • 長岡 直人
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 データ抽出装置、データ抽出方法およびデータ抽出プログラム 新技術説明会
発明の概要 【課題】測定データから電池劣化の診断に適したデータを抽出することが可能なデータ抽出装置を提供する。
【解決手段】記憶部2と、記憶部2に格納された電流測定データから二次電池の過渡応答データを抽出する抽出部3と、を備えたデータ抽出装置1であって、抽出部3は、電流値の変化量が第1閾値以上となる第1区間を特定する第1処理と、第1区間の始点の電流値に対する変化量が第2閾値以下となる前区間を特定する第2処理と、第1区間の終点の電流値に対する変化量が第3閾値以下となる後区間を特定する第3処理と、前区間の始点から後区間の終点までの電流値データを過渡応答データとして抽出する第4処理と、を実行することを特徴とする。
【選択図】図5
従来技術、競合技術の概要


二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、電池劣化により異常動作を行うおそれがあることから、電池劣化を診断する必要がある。電池劣化を診断する方法としては、従来から、交流重畳法による専用機器を用いた電池劣化診断方法が知られている。しかしながら、この電池劣化診断方法は、専用機器が高価であり、しかもリチウムイオン二次電池を使用機器から取り外して専用機器に接続する必要があるため、産業用機器に用いられるリチウムイオン二次電池の電池劣化診断方法としては有用ではない。



電池劣化を診断する別の方法としては、リチウムイオン二次電池稼働中の電圧・電流波形から内部インピーダンスを導出し、内部インピーダンスに基づいて電池劣化を診断する電池劣化診断方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。しかしながら、この電池劣化診断方法は、充電率(SOC)の依存性が大で、精度等に問題があるため、実用化には至っていない。



そこで、本願発明者は、リチウムイオン二次電池の過渡応答特性に着目した、比較的安価で実用性のある電池劣化診断方法を開発した(例えば、特願2015-33944号参照)。この電池劣化診断方法を用いてリチウムイオン二次電池の電池劣化を診断するためには、稼働中のリチウムイオン二次電池の電流値および電圧値を連続的に測定した測定データから、リチウムイオン二次電池の過渡応答時のデータを抽出する必要がある。

産業上の利用分野


本発明は、過渡応答特性を有する二次電池の測定データから当該二次電池の電池劣化の診断に適したデータを抽出するデータ抽出装置、データ抽出方法およびデータ抽出プログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
過渡応答特性を有する二次電池の電流値を所定のサンプリング間隔で測定した電流測定データを格納する記憶部と、
前記記憶部に格納された前記電流測定データから前記二次電池の過渡応答時の過渡応答データを抽出する抽出部と、
を備えたデータ抽出装置であって、
前記抽出部は、
電流値の変化量が第1閾値以上となる第1区間を特定する第1処理と、
前記第1区間の始点と連続し、前記始点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第2閾値以下となる前区間を特定する第2処理と、
前記第1区間の終点と連続し、前記終点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下となる後区間を特定する第3処理と、
前記前区間の始点から前記後区間の終点までの電流値データを前記過渡応答データとして抽出する第4処理と、を実行する
ことを特徴とするデータ抽出装置。

【請求項2】
前記前区間および前記後区間は、前記第1区間よりも広い
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ抽出装置。

【請求項3】
前記二次電池の電池劣化を診断する電池劣化診断部をさらに備え、
前記記憶部には、前記二次電池の電圧値を前記サンプリング間隔で測定した電圧測定データが格納されており、
前記抽出部は、前記第4処理において、前記前区間の始点から前記後区間の終点までの電圧値データを前記過渡応答データに含めて抽出し、
前記電池劣化診断部は、前記過渡応答データに基づいて、前記二次電池の充電終了時または放電終了時における電気的等価回路の回路パラメータを算出し、前記回路パラメータに基づいて前記二次電池の電池劣化を診断する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のデータ抽出装置。

【請求項4】
前記電気的等価回路は、前記二次電池の内部抵抗に相当する直列抵抗と、1段または2段のRC並列回路と、充電終了時または放電終了時における前記二次電池の内部電圧に相当する電圧を出力する電圧源とを直列接続した回路である
ことを特徴とする請求項3に記載のデータ抽出装置。

【請求項5】
前記抽出部は、複数の前記過渡応答データを抽出し、
前記電池劣化診断部は、
複数の前記過渡応答データから第1過渡応答データおよび第2過渡応答データを選択する選択処理と、
前記第1過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第1電流値から前記第2過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第2電流値までの各電流値と、前記第1電流値の測定時における第1電圧値から前記第2電流値の測定時における第2電圧値までの各電圧値とを乗算して各乗算結果を加算するとともに、その加算結果に前記サンプリング間隔を乗算した電力積分値を算出する第1算出処理と、
前記第1電圧値と、前記第2電圧値と、前記回路パラメータである前記内部電圧とに基づいて、前記第1電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧と前記第2電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧との差分を算出する第2算出処理と、
前記電力積分値を前記差分で除算した値を劣化指標とし、前記劣化指標に基づいて前記二次電池の電池劣化を診断する診断処理と、を実行する
ことを特徴とする請求項4に記載のデータ抽出装置。

【請求項6】
ユーザからの入力を受け付ける入力受付部をさらに備え、
前記入力受付部は、前記第1閾値、前記第2閾値、前記第3閾値、前記前区間の範囲および前記後区間の範囲に関する入力を受け付ける
ことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載のデータ抽出装置。

【請求項7】
過渡応答特性を有する二次電池の電流値を所定のサンプリング間隔で測定した電流測定データと、前記二次電池の電圧値を前記サンプリング間隔で測定した電圧測定データとを格納する記憶部と、
前記電流測定データから前記二次電池の過渡応答時における複数の過渡応答データを抽出する抽出部と、
前記複数の過渡応答データのうちの第1過渡応答データと第2過渡応答データとに基づいて前記二次電池の電池劣化を診断する電池劣化診断部と、
を備えたデータ抽出装置であって、
前記抽出部は、
電流値の変化量が第1閾値以上となる第1区間を特定する第1処理と、
前記第1区間の始点と連続し、前記始点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第2閾値以下となる前区間を特定する第2処理と、
前記第1区間の終点と連続し、前記終点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下となる後区間を特定する第3処理と、
前記前区間の始点から前記後区間の終点までの電流値データを前記過渡応答データとして抽出する第4処理と、を実行し、
前記電池劣化診断部は、
前記第1過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第1電流値から前記第2過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第2電流値までの各電流値と、前記第1電流値の測定時における第1電圧値から前記第2電流値の測定時における第2電圧値までの各電圧値とを乗算して各乗算結果を加算するとともに、その加算結果に前記サンプリング間隔を乗算した電力積分値を算出する第1算出処理と、
前記第1電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧と前記第2電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧との差分を算出する第2算出処理と、
前記電力積分値を前記差分で除算した値を劣化指標とし、前記劣化指標に基づいて前記二次電池の電池劣化を診断する診断処理と、を実行する
ことを特徴とするデータ抽出装置。

【請求項8】
前記電池劣化診断部は、前記第2算出処理において、前記第1電圧値と、前記第2電圧値と、前記二次電池の充電終了時または放電終了時における電気的等価回路の回路パラメータとに基づいて前記差分を算出し、
前記電気的等価回路は、前記二次電池の内部抵抗に相当する直列抵抗と、1段または2段のRC並列回路と、充電終了時または放電終了時における前記二次電池の内部電圧に相当する電圧を出力する電圧源とを直列接続した回路であり、
前記回路パラメータは、前記内部電圧である
ことを特徴とする請求項7に記載のデータ抽出装置。

【請求項9】
過渡応答特性を有する二次電池の電流値を所定のサンプリング間隔で測定した電流測定データと、前記二次電池の電圧値を前記サンプリング間隔で測定した電圧測定データとを格納する記憶部と、
前記電流測定データから前記二次電池の過渡応答時における複数の過渡応答データを抽出する抽出部と、
前記複数の過渡応答データから選択した第1過渡応答データのみに基づいて前記二次電池の電池劣化を診断する電池劣化診断部と、
を備えたデータ抽出装置であって、
前記抽出部は、
電流値の変化量が第1閾値以上となる第1区間を特定する第1処理と、
前記第1区間の始点と連続し、前記始点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第2閾値以下となる前区間を特定する第2処理と、
前記第1区間の終点と連続し、前記終点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下となる後区間を特定する第3処理と、
前記前区間の始点から前記後区間の終点までの電流値データを前記過渡応答データとして抽出する第4処理と、を実行し、
前記電池劣化診断部は、
前記第1過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第1電流値から当該第1過渡応答データの前記後区間内の第2電流値までの各電流値と、前記第1電流値の測定時における第1電圧値から前記第2電流値の測定時における第2電圧値までの各電圧値とを乗算して各乗算結果を加算するとともに、その加算結果に前記サンプリング間隔を乗算した電力積分値を算出する第1算出処理と、
前記第1電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧と前記第2電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧との差分を算出する第2算出処理と、
前記電力積分値を前記差分で除算した値を劣化指標とし、前記劣化指標に基づいて前記二次電池の電池劣化を診断する診断処理と、を実行する
ことを特徴とするデータ抽出装置。

【請求項10】
過渡応答特性を有する二次電池の電流値を所定のサンプリング間隔で測定した電流測定データから、データ抽出装置が前記二次電池の過渡応答時の過渡応答データを抽出するデータ抽出方法であって、
電流値の変化量が第1閾値以上となる第1区間を特定する第1ステップと、
前記第1区間の始点と連続し、前記始点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第2閾値以下となる前区間を特定する第2ステップと、
前記第1区間の終点と連続し、前記終点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下となる後区間を特定する第3ステップと、
前記前区間の始点から前記後区間の終点までの電流値データを前記過渡応答データとして抽出する第4ステップと、を含む
ことを特徴とするデータ抽出方法。

【請求項11】
前記前区間および前記後区間は、前記第1区間よりも広い
ことを特徴とする請求項10に記載のデータ抽出方法。

【請求項12】
前記第4ステップにおいて、前記前区間の始点から前記後区間の終点までの電圧値データを前記過渡応答データに含めて抽出し、
前記過渡応答データに基づいて、前記二次電池の充電終了時または放電終了時における電気的等価回路の回路パラメータを算出し、前記回路パラメータに基づいて前記二次電池の電池劣化を診断する第5ステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項10または11に記載のデータ抽出方法。

【請求項13】
前記電気的等価回路は、前記二次電池の内部抵抗に相当する直列抵抗と、1段または2段のRC並列回路と、充電終了時または放電終了時における前記二次電池の内部電圧に相当する電圧を出力する電圧源とを直列接続した回路である
ことを特徴とする請求項12に記載のデータ抽出方法。

【請求項14】
複数の前記過渡応答データのうちの第1過渡応答データと第2過渡応答データとに基づいて前記二次電池の電池劣化を診断する第6ステップをさらに含み、
前記第6ステップは、
複数の前記過渡応答データから前記第1過渡応答データおよび前記第2過渡応答データを選択するステップと、
前記第1過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第1電流値から前記第2過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第2電流値までの各電流値と、前記第1電流値の測定時における第1電圧値から前記第2電流値の測定時における第2電圧値までの各電圧値とを乗算して各乗算結果を加算するとともに、その加算結果に前記サンプリング間隔を乗算した電力積分値を算出するステップと、
前記第1電圧値と、前記第2電圧値と、前記回路パラメータである前記内部電圧とに基づいて、前記第1電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧と前記第2電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧との差分を算出するステップと、
前記電力積分値を前記差分で除算した値を劣化指標とし、前記劣化指標に基づいて前記二次電池の電池劣化を診断するステップと、を含む
ことを特徴とする請求項13に記載のデータ抽出方法。

【請求項15】
過渡応答特性を有する二次電池の電流値を所定のサンプリング間隔で測定した電流測定データから、データ抽出装置が前記二次電池の過渡応答時における複数の過渡応答データを抽出する抽出ステップと、
前記二次電池の電圧値を前記サンプリング間隔で測定した電圧測定データと、前記複数の過渡応答データのうちの第1過渡応答データおよび第2過渡応答データとに基づいて、前記データ抽出装置が前記二次電池の電池劣化を診断する診断ステップと、
を含むデータ抽出方法であって、
前記抽出ステップは、
電流値の変化量が第1閾値以上となる第1区間を特定する第1ステップと、
前記第1区間の始点と連続し、前記始点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第2閾値以下となる前区間を特定する第2ステップと、
前記第1区間の終点と連続し、前記終点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下となる後区間を特定する第3ステップと、
前記前区間の始点から前記後区間の終点までの電流値データを前記過渡応答データとして抽出する第4ステップと、を含み、
前記診断ステップは、
前記第1過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第1電流値から前記第2過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第2電流値までの各電流値と、前記第1電流値の測定時における第1電圧値から前記第2電流値の測定時における第2電圧値までの各電圧値とを乗算して各乗算結果を加算するとともに、その加算結果に前記サンプリング間隔を乗算した電力積分値を算出するステップと、
前記第1電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧と前記第2電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧との差分を算出するステップと、
前記電力積分値を前記差分で除算した値を劣化指標とし、前記劣化指標に基づいて前記二次電池の電池劣化を診断するステップと、を含む
ことを特徴とするデータ抽出方法。

【請求項16】
前記診断ステップでは、前記第1電圧値と、前記第2電圧値と、前記二次電池の充電終了時または放電終了時における電気的等価回路の回路パラメータとに基づいて前記差分を算出し、
前記電気的等価回路は、前記二次電池の内部抵抗に相当する直列抵抗と、1段または2段のRC並列回路と、充電終了時または放電終了時における前記二次電池の内部電圧に相当する電圧を出力する電圧源とを直列接続した回路であり、
前記回路パラメータは、前記内部電圧である
ことを特徴とする請求項15に記載のデータ抽出方法。

【請求項17】
過渡応答特性を有する二次電池の電流値を所定のサンプリング間隔で測定した電流測定データから、データ抽出装置が前記二次電池の過渡応答時における複数の過渡応答データを抽出する抽出ステップと、
前記二次電池の電圧値を前記サンプリング間隔で測定した電圧測定データと、前記複数の過渡応答データから選択した第1過渡応答データのみに基づいて、前記データ抽出装置が前記二次電池の電池劣化を診断する診断ステップと、
を含むデータ抽出方法であって、
前記抽出ステップは、
電流値の変化量が第1閾値以上となる第1区間を特定する第1ステップと、
前記第1区間の始点と連続し、前記始点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第2閾値以下となる前区間を特定する第2ステップと、
前記第1区間の終点と連続し、前記終点の電流値に対する変化量が前記第1閾値よりも小さい第3閾値以下となる後区間を特定する第3ステップと、
前記前区間の始点から前記後区間の終点までの電流値データを前記過渡応答データとして抽出する第4ステップと、を含み、
前記診断ステップは、
前記第1過渡応答データにおいて電流値が前記第1閾値以上変化した後の第1電流値から当該第1過渡応答データの前記後区間内の第2電流値までの各電流値と、前記第1電流値の測定時における第1電圧値から前記第2電流値の測定時における第2電圧値までの各電圧値とを乗算して各乗算結果を加算するとともに、その加算結果に前記サンプリング間隔を乗算した電力積分値を算出するステップと、
前記第1電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧と前記第2電流値の測定時における前記二次電池のSOCに対応する電圧との差分を算出するステップと、
前記電力積分値を前記差分で除算した値を劣化指標とし、前記劣化指標に基づいて前記二次電池の電池劣化を診断するステップと、を含む
ことを特徴とするデータ抽出方法。

【請求項18】
請求項10~17のいずれか一項に記載のデータ抽出方法をコンピュータに実行させるためのデータ抽出プログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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