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CN110412479B - 电池信息处理系统、电池组、电池模块的容量算出方法以及电池组的制造方法 - Google Patents

电池信息处理系统、电池组、电池模块的容量算出方法以及电池组的制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种电池信息处理系统、电池组、电池模块的容量算出方法以及电池组的制造方法。电池信息处理系统具备构成为执行容量算出处理的控制装置。容量算出处理是如下处理：基于通过对于标绘了模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的拟合处理算出的拟合曲线Z(M)，算出模块的满充电容量Q(M)。在模块的OCV－SOC曲线上存在变化比例低于基准值的平坦区域、和变化比例超过基准值的陡峭区域。控制装置根据电压传感器的检测结果推定模块的OCV，在所推定出的OCV处于平坦区域内的情况下执行容量算出处理。

Description

电池信息处理系统、电池组、电池模块的容量算出方法以及电 池组的制造方法
技术领域
本公开涉及电池信息处理系统、电池组、电池模块的容量算出方法以及电池组的制造方法，尤其涉及用于算出包括多个镍氢电池的电池模块的满充电容量的技术。
背景技术
近年来，搭载有电池组的电动车辆(混合动力车、电动汽车)正在不断普及。伴随着这些电动车辆的重新购买等，车载的电池组被回收。所回收的电池组的数量在今后预想会急速地增加。
一般而言，电池组可能随着时间的经过、或者随着反复充放电而发生劣化，但劣化的发展程度会按所回收来的每个电池组而不同。因此，要求对所回收来的电池组的特性进行评价(对劣化的发展程度进行诊断)、并根据该评价结果实施用于再利用电池组的适当处理。
作为评价二次电池的特性的方法，交流阻抗测定法是公知的。例如日本特开2003－317810号公报公开了如下方法：基于通过交流阻抗测定法取得的二次电池的反应电阻值，判定二次电池中有无微小短路。
发明内容
一般而言，车载用的电池组构成为包括多个电池模块，多个电池模块各自构成为包括多个二次电池(电池单元)。在这样的电池组的特性评价中，考虑采取如以下那样的步骤。即，从所回收来的电池组中取出多个电池模块，对各电池模块测定交流阻抗。并且，基于交流阻抗测定结果，按每个电池模块判定再利用的方式(也可以是可否再利用)。
在交流阻抗测定法中，频率包含在预定范围内的交流信号被依次施加于电池模块，测定那时的电池模块的响应信号。根据所施加了的交流信号(施加信号)和所测定出的响应信号算出电池模块的阻抗的实数分量(实部)以及虚数分量(虚部)，该算出结果被离散地标绘在复数平面上。该复数阻抗图也被称为奈奎斯特图。通过解析奈奎斯特图，能够评价电池模块的特性。
作为能够通过该解析方法评价、且与再利用相关联的电池模块的代表特性，可举出电池模块的满充电容量。例如若电池模块的满充电容量为判定值以上，则能够判定为该电池模块可再利用(重构)，若电池模块的满充电容量低于判定值，则能够判定为该电池模块不可再利用(应该转到材料再循环)。
电池模块的满充电容量例如也能够通过使满充电状态(SOC(State Of Charge，充电状态)＝100％的状态)的电池模块放电到完全放电状态(SOC＝0％的状态)来算出。或者相反地，也可以将电池模块从完全放电状态充电到满充电状态。在该方法中，虽然能够高精度地算出满充电容量，但电池模块的充放电可能需要长时间。因此，在要求算出大量电池模块的满充电容量的情形下，在所需时间的长度方面存在改善的余地。
与此相对，当使用前述的解析方法时，不需要二次电池的充放电(大幅度的充放电)，因此，能够缩短所需时间。另一方面，在使用该解析方法的情况下，要求使电池模块的满充电容量的算出精度提高。若能够高精度地算出满充电容量，则也能够高精度地判定该电池模块的再利用方式(可否再利用)。
本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够根据电池模块的交流阻抗测定结果高精度地算出该电池模块的满充电容量的技术。
(1)本公开的某方式涉及的电池信息处理系统是对用于算出包括多个镍氢电池的电池模块的满充电容量的信息进行处理的系统。电池信息处理系统具备：电压传感器，其检测电池模块的电压；和控制装置，其构成为执行算出电池模块的满充电容量的容量算出处理。容量算出处理是如下处理：基于通过拟合处理算出的拟合曲线算出电池模块的满充电容量，拟合处理是对于标绘了电池模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的拟合处理。在电池模块的OCV－SOC曲线上存在平坦区域和陡峭区域，平坦区域是变化比例低于基准值的区域，变化比例是电池模块的相对于SOC的增加量的开电路电压(OCV：Open CircuitVoltage)的增加量，陡峭区域是变化比例超过基准值的区域。控制装置根据电压传感器的检测结果推定电池模块的OCV，在所推定出的OCV处于平坦区域内的情况下执行容量算出处理。
(2)优选，电池信息处理系统还具备存储有能够从拟合曲线提取的特征量与满充电容量之间的相关关系的存储装置。控制装置构成为从拟合曲线提取特征量，通过参照相关关系，进行根据所提取出的特征量算出满充电容量的处理。
根据上述(1)、(2)的构成，在电池模块的OCV处于平坦区域内的情况下执行容量算出处理。详细将在后面描述，但在电池模块的OCV处于平坦区域内的情况下，电池模块的交流阻抗与OCV无关地几乎不变化。因此，即使成为交流阻抗测定的对象的电池模块的OCV是各种各样的值，也能够取得不依赖于OCV的交流阻抗测定结果。换言之，能够降低因电池模块的OCV的差异引起的交流阻抗测定结果的偏差。由此，能够高精度地推定电池模块的满充电容量。
(3)优选，电池信息处理系统还具备构成为能够进行电池模块的充放电的充放电装置。控制装置在根据电压传感器的检测结果推定出的OCV处于陡峭区域内的情况下，通过控制充放电装置以使得电池模块的OCV成为平坦区域内，从而执行容量算出处理。
根据上述(3)的构成，即使是OCV处于陡峭区域内的情况下，也能够通过使OCV处于平坦区域内，执行能够高精度地算出满充电容量的容量算出处理。
(4)本公开的其他方式涉及的电池组构成为包括多个通过上述电池信息处理系统算出了满充电容量的电池模块。
根据上述(4)的构成，由通过上述(1)～(3)的构成高精度地算出了满充电容量的电池模块构成电池组。由此，例如能够提供电池模块间的满充电容量的偏差小的电池组。
(5)本公开的又一其他方式涉及的电池模块的容量算出方法算出包括多个镍氢电池的电池模块的满充电容量。在电池模块的OCV－SOC曲线上存在平坦区域和陡峭区域，平坦区域是变化比例低于基准值的平坦区域，变化比例是电池模块的相对于SOC的增加量的OCV的增加量，陡峭区域是变化比例超过基准值的区域。电池模块的容量算出方法包括：根据电压传感器的检测结果推定电池模块的OCV的步骤；取得标绘了电池模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的步骤；在推定步骤中推定出的电池模块的OCV处于平坦区域内的情况下，基于通过对于奈奎斯特图的拟合处理算出的拟合曲线，算出电池模块的满充电容量的步骤。
根据上述(5)的方法，能够与上述(1)的构成同样地适当解析电池模块的交流阻抗测定结果而高精度地算出电池模块的满充电容量。
(6)本公开的又一其他方式涉及的电池组的制造方法包括第1步骤～第4步骤。在包括多个镍氢电池的电池模块的OCV－SOC曲线上存在平坦区域和陡峭区域，平坦区域是变化比例低于基准值的区域，变化比例是电池模块的相对于SOC的增加量的OCV的增加量，陡峭区域是变化比例超过基准值的区域。第1步骤是根据电压传感器的检测结果推定电池模块的OCV的步骤。第2步骤是取得标绘了电池模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的步骤。第3步骤是在推定步骤(第1步骤)中推定出的电池模块的OCV处于平坦区域内的情况下，基于通过对于奈奎斯特图的拟合处理算出的拟合曲线，算出电池模块的满充电容量的步骤。第4步骤是使用通过算出步骤(第3步骤)算出了满充电容量的电池模块制造电池组的步骤。
根据上述(6)的制造方法，能够与上述(4)的构成同样地使用高精度地算出了满充电容量的电池模块来制造电池组。
本发明的上述以及其他目的、特征、方式以及优点从与附图关联地理解的关于本发明的如下详细说明来明确。
附图说明
图1是表示本实施方式中的电池组的从回收到制造、销售的物流的一种方式的图。
图2是表示图1所示的电池物流模型中的处理流程的流程图。
图3是表示应用于图1所示的电池物流模型的电池管理系统的构成例的图。
图4是表示电池信息处理系统的构成的图。
图5是表示本实施方式中的模块的再利用方式的判定处理的流程图。
图6是用于说明模块的平坦区域的图。
图7是用于说明模块的SOC对交流阻抗产生的影响的图。
图8是表示模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的一例的图。
图9是表示本实施方式中的模块的等效电路模型的图。
图10是用于说明图9所示的等效电路模型包含的电路常数的图。
图11是用于说明通过图8所示的模块的交流阻抗测定结果的拟合处理得到的阻抗曲线的图。
图12是用于说明本实施方式中的模块的满充电容量的算出精度的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细的说明。此外，对图中相同或者相当的部分标记相同的标号，不反复进行其说明。
在本公开中，电池组构成为包括多个电池模块(以下简称为“模块”)。多个模块既可以串联连接，也可以彼此并联连接。多个模块各自包括串联连接的多个二次电池(以下将二次电池记载为“电池单元”)。
在本公开中，电池组的“制造”意味着将构成电池组的多个模块中的至少一部分更换为其他模块(更换用模块)来制造电池组。基本上，更换用模块是从回收来的电池组取出的可再利用的模块，但也可以是新品的模块。
一般而言，电池组的“再利用”大致分为再使用(reuse)、重构(rebuild)以及再循环(recycle)。在再使用的情况下，回收来的电池组经过必要的出货检查后直接作为再使用品来出货。在重构的情况下，回收来的电池组例如暂时分解为模块(也可以是电池单元)。并且，分解后的模块中的性能恢复后能够利用的模块(也可以是直接能够利用的模块)被组合起来，制造新的电池组。新制造出的电池组经过出货检查后作为重构品来出货。与此相对，在再循环(材料再循环)中，从各模块(各电池单元)取出能够再生的材料，回收来的电池组不会作为其他电池组来使用。
在以下说明的实施方式中，从车辆回收来的电池组在暂时分解为模块后，以模块为单位进行性能检查。由性能检查的结果是判定为可再利用的模块制造电池组。因此，在以下中，能够再利用的模块意味着能够重构的模块。然而，根据电池组的构成，也可能不将电池组分解为模块而直接以电池组进行性能检查。那样的情况下的“再利用”可以包括再使用以及重构这两方。
另外，在本实施方式中，各电池单元是镍氢电池。更具体而言，正极是对氢氧化镍(Ni(OH)2)加入了钴氧化物的添加剂的正极。负极是储氢合金(作为镍系合金的MnNi5系)。电解液是氢氧化钾(KOH)。但是，这不过是具体的电池单元构成的例示，本公开能够应用的电池单元构成并不是限定于此。
[实施方式]
＜电池物流模型＞
图1是表示本实施方式中的电池组的从回收到制造、销售的物流的一种方式的图。以下，将图1所示的物流的方式称为“电池物流模型”。图2是表示图1所示的电池物流模型中的处理流程的流程图。
参照图1以及图2，在该电池物流模型中，从搭载有电池组的多个车辆回收已使用过的电池组，使用回收来的电池组所包含的可再利用的模块来制造电池组并销售。并且，可更换搭载于某用户的车辆90的电池组。
回收业者10从车辆91～93回收已使用过的电池组。车辆91、92、93分别搭载有电池组910、920、930。此外，在图1中，为了便于纸面表现，仅示出3台车辆，但实际上可从更多的车辆回收电池组。回收业者10将回收来的电池组分解，从电池组取出多个模块(步骤S1，以下将步骤简称为“S”)。
在该电池物流模型中，对每个模块赋予了用于确定该模块的识别信息(ID)，各模块的信息由管理服务器80管理着。因此，回收业者10使用终端71(参照图3)向管理服务器80发送从电池组取出的各模块的ID。
检查业者20进行由回收业者10回收来的各模块的性能检查(S2)。具体而言，检查业者20检测回收来的模块的特性。例如，检查业者20检测满充电容量、电阻值、OCV、SOC等的电气特性。并且，检查业者20基于检查结果辨别可再利用的模块和不可再利用的模块，对于可再利用的模块，交付给性能恢复业者30，对于不可再利用的模块，交付给再循环业者60。此外，对于各模块的检查结果，使用检查业者20的终端72(参照图3)发送给管理服务器80。
性能恢复业者30进行用于使被检查业者20认为可再利用的模块的性能恢复的处理(S3)。作为一个例子，性能恢复业者30通过将模块充电到过充电状态来使该模块的满充电容量恢复。但是，对于在检查业者20的检查中判断为性能降低小的模块，也可以省略性能恢复业者30的性能恢复处理。对于各模块的性能恢复结果，使用性能恢复业者30的终端73(参照图3)发送给管理服务器80。
制造业者40使用由性能恢复业者30恢复了性能的模块来制造电池组(S4)。在本实施方式中，在管理服务器80中生成用于制造电池组的信息(组装信息)，该信息被发送给制造业者40的终端74(参照图3)。制造业者40按照该组装信息，更新车辆90的电池组所包含的模块，制造(重构)车辆90的电池组。
销售店50将由制造业者40制造出的电池组作为车辆用电池来销售，或者作为能够在住宅等利用的固定放置用电池来销售(S5)。在本实施方式中，车辆90被送到销售店50，在销售店50中，车辆90的电池组被更换为由制造业者40制造出的再使用品或者重构品。
再循环业者60将被检查业者20认为不可再利用的模块解体，进行用于作为新的电池单元和/或其他制品的原料来利用的再资源化。
此外，在图1中，回收业者10、检查业者20、性能恢复业者30、制造业者40以及销售店50为彼此不同的业者，但业者的区分并不限定于此。例如，检查业者20和性能恢复业者30也可以是一个业者。或者，回收业者10也可以分为回收电池组的业者、和将回收来的电池组解体的业者。另外，各业者以及销售店的网点并不特别限定。各业者以及销售店的网点既可以是分开的，也可以多个业者或者销售店为同一网点。
图3是表示图1所示的电池物流模型中应用的电池管理系统的构成例的图。参照图3，电池管理系统100具备终端71～75、管理服务器80、通信网络81、基站82。
终端71是回收业者10的终端。终端72是检查业者20的终端。终端73是性能恢复业者30的终端。终端74是制造业者40的终端。终端75是销售店50的终端。
管理服务器80和各终端71～75构成为能够经由作为互联网或者电话线路等的通信网络81彼此进行通信。通信网络81的基站82构成为能够通过无线通信与车辆90进行信息的交换。
在检查业者20设置有用于测定各模块的交流阻抗、并基于该测定结果判定该模块的再利用方式(重构、再循环)的电池信息处理系统200。由电池信息处理系统200判定后的模块的再利用方式例如经由终端72被发送给管理服务器80。
以下，对由电池信息处理系统200判定从车辆91取出的电池组910所包含的多个模块中的某模块(记载为“模块M”)的再利用方式的状况进行说明。作为模块M的代表特性，对评价模块M的满充电容量的例子进行说明，但也可以评价满充电容量以外的模块的特性(例如内部电阻)。
＜电池信息处理系统的构成＞
图4是表示电池信息处理系统200的构成的图。电池信息处理系统200具备电压传感器210、电力变换装置220、测定装置230、曲线存储装置240、相关关系存储装置250、控制装置260以及显示装置270。这些装置既可以构成为彼此独立的装置，也可以将多个装置一并构成为1个装置。
电压传感器210检测模块M的闭路电压(CCV：Closed Circuit Voltage)，将其检测结果输出至控制装置260。
电力变换装置220例如是DC/DC转换器或者AC/DC转换器，按照来自控制装置260的控制指令进行模块M的电力变换。更具体而言，在电力变换装置220电连接有未图示的电源或者负载。电力变换装置220构成为能够利用从电源供给的电力对模块M进行充电和/或使积蓄于模块M的电力向负载放电。电力变换装置220相当于本公开涉及的“充放电装置”。
测定装置230测定模块M的交流阻抗，将表示其测定结果的奈奎斯特图输出至控制装置260。更具体而言，测定装置230包括振荡器231、恒电位仪232、锁相放大器233以及标绘(plot)部234。
振荡器231向恒电位仪232和锁相放大器233输出相同相位的正弦波。
恒电位仪232通过使预定的直流电压叠加于与来自振荡器231的正弦波相同相位的交流电压(例如振幅为10mV左右的电压)来生成施加信号，向模块M施加所生成的施加信号。并且，恒电位仪232检测在模块M中流动的电流，将其检测结果作为来自模块M的响应信号输出至锁相放大器233。另外，恒电位仪232向标绘部234输出施加信号和响应信号。
锁相放大器233对从振荡器231接收到的正弦波的相位和由恒电位仪232检测到的响应信号的相位进行比较，将其比较结果(正弦波与响应信号的相位差)输出至标绘部234。
标绘部234基于来自恒电位仪232的信号(表示施加信号与响应信号的振幅比的信号)、和来自锁相放大器233的信号(表示施加信号与响应信号的相位差的信号)，将模块M的交流阻抗测定结果标绘在复数平面上。更具体而言，在预定的频率范围内对从振荡器231输出的正弦波的频率进行扫描，反复执行由恒电位仪232以及锁相放大器233进行的前述处理。由此，关于正弦波的各频率，在复数平面上标绘模块M的交流阻抗测定结果。该标绘也被称为奈奎斯特图(有时也称为Cole-Cole图)。模块M的奈奎斯特图被输出至控制装置260。
此外，测定装置230的构成并不限定于图4所示的构成。例如说明为将交流电压施加于模块M、检测那时在模块M中流动的电流，但恒电位仪232也可以检测对模块M施加了交流电流时的电压响应。另外，测定装置230也可以代替锁相放大器233而包括频率响应解析器(未图示)。
进一步，作为交流阻抗测定方法，也可以采用以下的方法。即，生成包含预定的频率范围内的各种频率成分的施加信号(电压信号以及电流信号中的一方)，检测施加该施加信号时的响应信号(电压信号以及电流信号中的另一方)。通过对施加信号以及响应信号分别实施高速傅里叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)并进行频率分解，按各频率算出交流阻抗。通过这样的方法，也能够制作奈奎斯特图。
关于详细内容，以下参照图5～图11来进行说明，但在本实施方式中，通过构建表示模块M的交流阻抗的频率特性的等效电路模型，算出模块M的满充电容量Q(M)。更具体而言，首先通过使用了等效电路模型所包含的多个电路常数(模型参数)的预定式子(表示为以下说明的阻抗曲线Z(M)的式子)，表现模块M的合成阻抗。并且，进行阻抗曲线Z(M)的拟合处理，以使得对于在奈奎斯特图上所示的离散的实测数据的误差充分变小。由此，算出决定模块M的合成阻抗的各电路常数的值。
进一步，按照预先确定的运算式，从用于模块M的阻抗曲线Z(M)提取特征量F(M)。根据本发明人的事前实验，求出了在特征量F与模块的满充电容量Q之间存在的相关关系。由此，通过从模块M的阻抗曲线Z(M)提取特征量F(M)，并参照特征量F与满充电容量Q之间的相关关系，能够从模块M的特征量F(M)算出模块M的满充电容量Q(M)。
在曲线存储装置240存储有阻抗曲线Z。作为阻抗曲线Z所包含的电路常数(参照图9)的值，设定了预先确定的初始值。曲线存储装置240根据来自控制装置260的要求，向控制装置260输出对电路常数设定了初始值的阻抗曲线Z。
在相关关系存储装置250中，例如作为函数、关系式、映射或者表而存储有模块的特征量F与满充电容量Q之间的相关关系。相关关系存储装置250被控制装置260所参照。此外，相关关系存储装置250相当于本公开涉及的“存储装置”。
虽然均未图示，但控制装置260例如是构成为包括CPU(Central ProcessingUnit)、存储器以及输入输出端口的微型计算机，对由测定装置230取得的模块M的奈奎斯特图进行解析。更具体而言，控制装置260包括条件判定部261、控制部262、拟合处理部263、特征量提取部264、满充电容量算出部265以及再利用判定部266。
条件判定部261在接受到电压传感器210的检测结果时，判定预定条件是否成立。关于该条件，用图5～图7进行详细的说明。条件判定部261的判定结果被输出至控制部262以及拟合处理部263。
控制部262通过向电力变换装置220输出与条件判定部261的判定结果相应的控制指令，控制模块M的充放电。对于该控制，也在后面进行描述。
拟合处理部263读出存储于曲线存储装置240的阻抗曲线Z，进行阻抗曲线Z的拟合处理(曲线回归)，以使得最好地拟合于由标绘部234得到的奈奎斯特图。由此，算出阻抗曲线Z所包含的多个电路常数(后述)的值，确定模块M的阻抗曲线Z(M)。所确定了的阻抗曲线Z(M)被输出至特征量提取部264。
特征量提取部264通过对阻抗曲线Z(M)实施预定的运算，从模块M的阻抗曲线Z(M)提取特征量F(M)。所提取出的特征量F(M)被输出至满充电容量算出部265。
满充电容量算出部265通过参照在相关关系存储装置250中保存的特征量F与满充电容量之间的相关关系，算出与模块M的特征量F(M)对应的满充电容量。所算出的满充电容量Q(M)被输出至再利用判定部266。
再利用判定部266根据模块M的满充电容量Q(M)，判定模块M的再利用方式(重构或者材料再循环)。再利用判定部266也可以判定模块M可否再利用。再利用判定部266的判定结果被输出至显示装置270。
显示装置270例如由液晶显示器等实现，显示再利用判定部266的判定结果。由此，检查业者能够知道应该对模块M实施何种处理。
＜再利用方式的判定流程＞
接着，对用于判定模块M的再利用方式的处理流程进行详细的说明。
图5是表示本实施方式中的模块M的再利用方式的判定处理的流程图。对于该流程图，例如在检查业者将模块M设置于电池信息处理系统200之后，在操作了未图示的操作部(开始按钮等)的情况下由电池信息处理系统200执行该流程图。
此外，以下，不特别区分作为各处理的执行主体的电池信息处理系统200的构成要素(测定装置230的标绘部234、控制装置260的拟合处理部263等)，总括地记载为“处理装置200”。各步骤基本上可由处理装置200的软件处理来实现，但其一部分或者全部也可以由在处理装置200内制作的硬件(电子电路)来实现。
在S11中，处理装置200取得模块M的OCV。更详细而言，处理装置200从电压传感器210取得不被充放电而放置预定期间(例如数十分钟期间以上)、由此消除了极化的模块M的电压(CCV)。处理装置200能够将这样取得的值作为模块M的OCV。
在S12中，处理装置200判定在S11中取得的模块M的OCV是否处于“平坦区域”内，所述“平坦区域”是预先确定的OCV区域。
图6是用于说明模块的平坦区域的图。在图6中，横轴表示模块的SOC，纵轴表示模块的OCV。
如图6所示，在模块的OCV－SOC曲线存在平坦区域以及陡峭区域。平坦区域是指模块的相对于SOC的增加量的OCV的增加量即变化比例(在曲线引出的切线的倾斜度)为基准值以下的OCV区域。另一方面，陡峭区域是指上述变化比例比基准值高的OCV区域。在图6所示的例子中，由V1≦OCV≦V2表示的OCV区域是平坦区域，除此以外的OCV区域(由OCV＜V1或者V2＜OCV表示的区域)是陡峭区域。
此外，模块的OCV－SOC曲线单调地增加，并且，在模块的OCV与SOC之间存在1对1的对应关系。因此，也可以代替OCV而使用SOC，将由S1≦SOC≦S2表示的SOC区域作为平坦区域，将除此以外(0≦SOC＜S1、S2＜SOC≦100)的SOC区域作为陡峭区域。
图7是用于说明模块的SOC对交流阻抗产生的影响的图。在图7中，横轴表示某频率下的模块的交流阻抗。纵轴表示模块的SOC。此外，鉴于SOC与OCV的对应关系，也可以将纵轴替换称为模块的OCV。
在图7中示出SOC＝0％时的交流阻抗、SOC＝30％时的交流阻抗以及SOC＝60％时的交流阻抗。此外，在图中示出的各交流阻抗所标记的横杠表示交流阻抗的最大值和最小值。白圈表示交流阻抗的平均值。
在图7所示的例子中，SOC＝0％处于陡峭区域内，SOC＝30％、60％各自处于平坦区域内。与平坦区域内的SOC＝30％对应的阻抗Z30和与平坦区域内的SOC＝60％对应的阻抗Z60之差(由ΔZ1表示)比较小。与此相对，与作为陡峭区域内的SOC＝0％对应的阻抗Z0和阻抗Z30之差(由ΔZ2表示)比ΔZ1大。这表示了：若SOC(也可以替换称为OCV)处于平坦区域内，则交流阻抗大致一定，但当SOC成为陡峭区域内时，伴随着SOC变化的交流阻抗的变化相对地变大。
起因于这样的交流阻抗的OCV依赖性(SOC依赖性)，本发明人得到了如下见解：在模块M的OCV(也可以是SOC)处于平坦区域内这一条件成立的情况下，模块M的满充电容量的算出精度提高。基于该见解，处理装置200判定模块M的OCV是否处于平坦区域(在图6中，V1≦OCV≦V2的区域)内。
返回图5，在模块M的OCV不处于平坦区域内的情况下、即模块M的OCV处于陡峭区域内的情况下(S12：否)，处理装置200通过控制电力变换装置220，使模块M充放电到模块M的OCV成为平坦区域内(S13)。此外，在模块M的OCV处于平坦区域内的情况下(S12：是)，跳过S13的处理。
然后，在S14中，处理装置200测定模块M的交流阻抗，根据该测定结果取得奈奎斯特图。关于交流阻抗的测定方法，在用图4说明测定装置230的构成时进行了详细的说明，因此，在此不反复进行说明。
图8是表示模块M的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的一例的图。在图8以及后述的图11中，横轴表示模块M的复数阻抗的实数分量ZRe，纵轴表示模块M的复数阻抗的虚数分量－ZIm。
在图8中示出在100mHz～1kHz的范围内扫描了施加信号的频率的情况下的交流阻抗测定结果的一个例子。如图8所示，奈奎斯特图是与施加信号的频率相应的模块M的交流阻抗测定结果作为离散的值标绘在复数平面上而得到的。
再次参照图5，在S15中，处理装置200例如通过非线性最小二乘法进行模块M的阻抗曲线Z(M)的拟合处理，以使得对于模块M的交流阻抗(S14中的测定值)的误差成为最小。具体而言，处理装置200按施加信号的各频率，算出在该频率下标绘(测定)的坐标、和与该频率对应的阻抗曲线Z(M)上的坐标。处理装置200针对施加信号的全部频率，算出这些坐标间的距离(误差)的平方，对所算出的值进行合计。也即是，处理装置200算出误差的平方和，调整等效电路模型所包含的电路常数的值，以使得该误差的平方和成为最小。在调整这样的电路常数的结果是电路常数满足预定的条件而收敛时，阻抗曲线Z(M)得以确定。
图9是表示本实施方式中的模块的等效电路模型的图。图10是用于说明图9所示的等效电路模型包含的电路常数的图。参照图9以及图10，在本实施方式中，表示模块的交流阻抗的频率特性的等效电路模型包括接合电感L、接合电阻R、溶液电阻Rsol、电荷移动电阻Rct、扩散电阻(由CPE1表示)、双电层电容(由CPE2表示)作为电路常数。
接合电感L是指模块所包含的电池单元间的接合部(正极与负极的接合部)处的电感成分。接合电阻R是指上述接合部处的电阻成分。溶液电阻Rsol是指在正极与负极之间存在的电解液的电阻成分。电荷移动电阻Rct是指与电极/电解质界面(正极活性物质以及负极活性物质的表面)处的电荷移动(电荷的授受)关联的电阻成分。扩散电阻是指与电解液中的盐或者活性物质中的电荷输送物质的扩散关联的电阻成分。双电层电容是指在电极/电解液界面形成的双电层的电容成分。此外，这些电路常数各自是合成关于模块内的全部电池单元的对应成分而得到的常数。
接合电感L与接合电阻R彼此并联连接。溶液电阻Rsol与接合电感L和接合电阻R的并联电路串联连接。另外，电荷移动电阻Rct与扩散电阻串联连接。该电荷移动电阻Rct与扩散电阻的串联电路和双电层电容彼此并联连接。进一步，包括接合电感L、接合电阻R以及溶液电阻Rsol的合成电路与包括电荷移动电阻Rct、扩散电阻以及双电层电容的合成电路串联连接。
在本实施方式中，为了适当地表现模块M的电容性行为，模块的扩散电阻以及双电层电容分别由被称为CPE(Constant Phase Element，恒相位元件)的非线性元件来表示。更具体而言，对于与扩散电阻对应的阻抗ZCPE1，使用CPE指数p1和CPE常数T1来如下述式(1)那样表示。此外，在式(1)中，用ω表示施加于模块的交流信号(施加信号)的角频率(ω＝2πf)。
ZCPE1＝1/{(jω)p1×T1} …(1)
同样地，对于与双电层电容对应的阻抗ZCPE2，也可以使用CPE指数p2和CPE常数T2来如下述式(2)那样表示。
ZCPE2＝1/{(jω)p2×T2} …(2)
在本实施方式中，采用包括上述8个电路常数的等效电路模型。并且，通过将这些8个电路常数作为拟合参数的拟合处理，确定与模块M对应的阻抗曲线Z(M)(参照图5的S15)。但是，图9和图10所示的等效电路模型不过是一个例子，也可以采用其他的模型。
图11是表示通过图8所示的模块M的交流阻抗测定结果的拟合处理得到的阻抗曲线Z(M)的图。在图11中，表示由拟合处理确定的阻抗曲线Z(M)的曲线由粗线表示。
处理装置200将图10所示的8个电路常数各自的初始值(预先确定的值)代入阻抗曲线Z，例如反复进行基于非线性最小二乘法的拟合处理，直到预定的收敛条件成立(直到卡方值等表示拟合处理的适合度的值低于判定值)。当拟合处理的收敛条件成立时，处理装置200根据收敛了的8个电路常数确定阻抗曲线Z(M)。此外，拟合算法并不限定于最小二乘法，也可以采用其他算法(例如最大似然度估计法)。
接着，处理装置200使处理进入图5所示的S16，从模块M的交流阻抗曲线Z(M)提取特征量F(M)。
通过发明人的实验预先确认了，提取什么样的特征量会在该特征量与模块的满充电容量Q之间存在相关关系。更详细而言，对于大量的模块，实验性地求出了特征量F与满充电容量Q(通过实际使模块充放电而测定出的满充电容量)之间的关系。作为一个例子，在特征量F与满充电容量Q之间存在由如下述式(3)那样的一次函数表示的相关关系(a为0以外的数)。
Q＝a×F+b …(3)
在S16中，从阻抗曲线Z(M)提取确认了与满充电容量Q(M)之间存在相关关系的特定的特征量F(M)。这样的特征量F(M)例如能够通过重回归分析等统计性方法从阻抗曲线Z(M)提取。在该重回归分析中，可以使用考虑了阻抗曲线Z(M)上的实数值及虚数值以及各频率下的切线的倾斜度等的各成分的峰度、偏度、多重共线性的变量。
当从阻抗曲线Z(M)提取到特征量F(M)后，处理装置200基于所提取出的特征量F(M)，算出模块M的满充电容量Q(M)(S17)。
然后，处理装置200根据模块M的满充电容量Q(M)判定模块M的再利用方式(S18)。例如，处理装置200算出作为模块M的当前的满充电容量Q(M)与初始满充电容量Q0(根据模块M的规格而已知的值)之比(＝Q(M)/Q0)的容量维持率，将容量维持率与预定的基准值进行比较。处理装置200在模块M的容量维持率为基准值以上的情况下判定为能够将模块M用于电池组的重构，在模块M的容量维持率小于基准值的情况下判定为模块M不能用于重构而应进行再循环。
＜满充电容量的算出精度＞
最后，对本实施方式中的模块的再利用方式的判定方法得到的满充电容量的算出精度进行说明。
图12是用于说明本实施方式中的模块的满充电容量的算出精度的图。在图12中，横轴表示模块的实际的满充电容量(通过实际使模块充放电而测定出的满充电容量，记载为“实测值”)。纵轴表示在本实施方式中算出的模块的满充电容量(记载为“预测值”)。
如图12所示，根据本实施方式，满充电容量的实测值与预测值之间的相关系数R2为0.8285。由此，确认了在满充电容量的实测值与预测值之间存在十分强的相关关系。由于记载为实测值的满充电容量是花费时间而高精度地测定出的，因此，可以说通过本实施方式也能够高精度地算出模块的满充电容量。
如上所述，在本实施方式中，判定模块M的OCV是否处于平坦区域内。在OCV处于平坦区域内的情况下，与OCV处于陡峭区域内的情况相比，模块M的交流阻抗的OCV依赖性的程度低。因此，即使不进行用于严密地调整模块M的OCV的模块M的充放电而使处理进入模块M的交流阻抗测定(参照图5的S14)，也能够取得不依赖于模块M的OCV的交流阻抗测定结果。如此，根据本实施方式，能够降低由模块M的OCV的差异引起的交流阻抗测定结果的偏差，因此，能够高精度地推定模块M的满充电容量。另外，根据在本实施方式中说明的见解，不进行用于严密地调整模块M的OCV的充放电即可完成，因此，也能够缩短满充电容量的算出所需要的时间(执行图5所示的一系列处理所需要的时间)。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但应该认为本次公开的实施方式在全部方面是例示的、而不是限制性的。本发明的范围由权利要求书表示，意在包含与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。

Claims (6)

1.一种电池信息处理系统，对用于算出包括多个镍氢电池的电池模块的满充电容量的信息进行处理，具备：
电压传感器，其检测所述电池模块的电压；和
控制装置，其构成为执行算出所述电池模块的满充电容量的容量算出处理，
所述容量算出处理是如下处理：基于通过拟合处理算出的拟合曲线，算出所述电池模块的满充电容量，所述拟合处理是对于标绘了所述电池模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图的拟合处理，
在所述电池模块的OCV－SOC曲线上存在平坦区域和陡峭区域，所述平坦区域是变化比例低于基准值的区域，所述变化比例是所述电池模块的相对于SOC的增加量的OCV的增加量，所述陡峭区域是所述变化比例超过所述基准值的区域，
所述控制装置根据所述电压传感器的检测结果推定所述电池模块的OCV，在所推定出的OCV处于所述平坦区域内的情况下执行所述容量算出处理。
2.根据权利要求1所述的电池信息处理系统，
还具备存储装置，所述存储装置存储有能够从所述拟合曲线提取的特征量与所述满充电容量之间的相关关系，
所述控制装置构成为：从所述拟合曲线提取所述特征量，通过参照所述相关关系，进行根据所提取出的特征量算出所述满充电容量的处理。
3.根据权利要求1或者2所述的电池信息处理系统，
还具备构成为能够进行所述电池模块的充放电的充放电装置，
所述控制装置在根据所述电压传感器的检测结果推定出的OCV处于所述陡峭区域内的情况下，通过控制所述充放电装置以使得所述电池模块的OCV成为所述平坦区域内，从而执行所述容量算出处理。
4.一种电池组，构成为包括多个通过权利要求1～3中任一项所述的电池信息处理系统算出了满充电容量的所述电池模块。
5.一种电池模块的容量算出方法，算出包括多个镍氢电池的电池模块的满充电容量，
在所述电池模块的OCV－SOC曲线上存在平坦区域和陡峭区域，所述平坦区域是变化比例低于基准值的区域，所述变化比例是所述电池模块的相对于SOC的增加量的OCV的增加量，所述陡峭区域是所述变化比例超过所述基准值的区域，
所述电池模块的容量算出方法包括：
推定步骤，根据电压传感器的检测结果推定所述电池模块的OCV；
取得步骤，取得标绘了所述电池模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图；
算出步骤，在所述推定步骤中推定出的所述电池模块的OCV处于所述平坦区域内的情况下，基于通过对于所述奈奎斯特图的拟合处理算出的拟合曲线，算出所述电池模块的满充电容量。
6.一种电池组的制造方法，
在包括多个镍氢电池的电池模块的OCV－SOC曲线上存在平坦区域和陡峭区域，所述平坦区域是变化比例低于基准值的区域，所述变化比例是所述电池模块的相对于SOC的增加量的OCV的增加量，所述陡峭区域是所述变化比例超过所述基准值的区域，
所述电池组的制造方法包括：
推定步骤，根据电压传感器的检测结果推定所述电池模块的OCV；
取得步骤，取得标绘了所述电池模块的交流阻抗测定结果的奈奎斯特图；
算出步骤，在所述推定步骤中推定出的所述电池模块的OCV处于所述平坦区域内的情况下，基于通过对于所述奈奎斯特图的拟合处理算出的拟合曲线，算出所述电池模块的满充电容量；
判定步骤，在所述电池模块的容量维持率为基准值以上的情况下判定为该电池模块可用于电池组的重构，所述容量维持率是通过所述算出步骤算出的所述电池模块的所述满充电容量与初始满充电容量之比，所述初始满充电容量是根据所述电池模块的规格而已知的值；
制造步骤，使用多个通过所述判定步骤判定出的可用于电池组的重构的所述电池模块来制造电池组。
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