诊断设备、诊断方法以及存储诊断指令的非暂时性计算机可读记录介质与流程

诊断设备、诊断方法以及存储诊断指令的非暂时性计算机可读记录介质
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2021年9月30日提交的日本专利申请第2021-161867号的优先 权，其全部内容通过援引加入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种诊断设备、一种诊断方法以及一种存储诊断指令的非暂时 性计算机可读记录介质。


背景技术：

4.已经提出了用于诊断电池单元的容量的各种方法(例如，参见jp 2016-145795a)。
5.指示电池单元特性的方式包括指示电压和积分电流量之间的关系的q-v曲 线。考虑根据q-v曲线诊断电池单元的容量的方法，现在仍留有空间。


技术实现要素：

6.本发明的一个或多个实施例能够根据q-v曲线来诊断电池单元的容量。
7.根据本发明实施例的一个或多个实施例，一种诊断设备包括计算器，该计 算器基于测量q-v曲线与参考q-v曲线之间的比较结果来计算与电池单元的容 量相关的值，所述测量q-v曲线指示从所述电池单元的测量数据获得的电压和 积分电流量之间的关系，其中，所述计算器包括以下中的至少一个：第一计算 器，该第一计算器通过将所述测量q-v曲线的斜率乘以所述测量q-v曲线与所 述参考q-v曲线之间的电压差，计算由该电压差引起的容量衰退量；以及第二 计算器，该第二计算器通过将所述测量q-v曲线的斜率与所述参考q-v曲线的 斜率之间的比率乘以参考最大容量，计算由所述测量q-v曲线的斜率相对于所 述参考q-v曲线的斜率的变化而引起的容量衰退后的临时最大容量。
8.根据本发明实施例的一个或多个实施例，一种诊断设备包括计算器，该计 算器通过使用近似指示电池单元的电压和积分电流量之间关系的q-v曲线的函 数模型，计算与所述电池单元的容量相关的值，其中，所述计算器包括：函数 模型生成器，该函数模型生成器生成拟合至参考q-v曲线的函数模型；拟合单 元，该拟合单元将由所述函数模型生成器生成的函数模型对所述电池单元的测 量数据进行拟合；最大容量计算器，该最大容量计算器通过使用由所述拟合单 元进行拟合后的函数模型，计算所述电池单元的最大容量。
9.根据本发明实施例的一个或多个实施例，一种诊断方法包括基于测量q-v 曲线与参考q-v曲线之间的比较结果来计算与电池单元的容量相关的值，所述 测量q-v曲线指示从所述电池单元的测量数据获得的电压和积分电流量之间的 关系，其中，所述计算包括以下中的至少一个：通过将所述测量q-v曲线的斜 率乘以所述测量q-v曲线与所述参考q-v曲线之间的电压差，计算由该电压差 引起的容量衰退量；以及通过将所述测量q-v曲线的斜率与所述参考q-v曲线 的斜率之间的比率乘以参考最大容量，计算由所述测量q-v曲线的
斜率相对于 所述参考q-v曲线的斜率的变化而引起的容量衰退后的临时最大容量。
10.根据本发明实施例的一个或多个实施例，一种诊断方法包括通过使用近似 指示电池单元的电压和积分电流量之间关系的q-v曲线的函数模型来计算与该 电池单元的容量相关的值，其中，所述计算包括：生成拟合至参考q-v曲线的 函数模型；将已经生成的所述函数模型对所述电池单元的测量数据进行拟合； 并且通过使用拟合后的函数模型，计算所述电池单元的最大容量。
11.根据本发明实施例的一个或多个实施例，一种非暂时性计算机可读记录介 质在其中存储有诊断指令，该诊断指令使计算机执行基于测量q-v曲线与参考 q-v曲线之间的比较结果来计算与电池单元的容量相关的值的处理，所述测量q-v曲线指示从所述电池单元的测量数据获得的电压和积分电流量之间的关系， 其中，所述计算的处理包括以下处理中的至少一个：通过将所述测量q-v曲线 的斜率乘以所述测量q-v曲线与所述参考q-v曲线之间的电压差，计算由该电 压差引起的容量衰退量；以及通过将所述测量q-v曲线的斜率与所述参考q-v 曲线的斜率之间的比率乘以参考最大容量，计算由所述测量q-v曲线的斜率相 对于所述参考q-v曲线的斜率的变化而引起的容量衰退后的临时最大容量。
12.根据本发明实施例的一个或多个实施例，一种非暂时性计算机可读记录介 质在其中存储有诊断指令，该诊断指令使计算机执行通过使用近似指示电池单 元的电压和积分电流量之间的关系的q-v曲线的函数模型来计算与该电池单元 的容量相关的值的处理，其中，所述计算的处理包括以下处理：生成拟合至参 考q-v曲线的函数模型；将已经生成的所述函数模型对所述电池单元的测量数 据进行拟合；并且通过使用拟合后的函数模型，计算所述电池单元的最大容量。
附图说明
13.图1示意性地示出了电池单元的电压和电流；
14.图2示出了q-v曲线的示例；
15.图3示出了容量衰退与q-v曲线之间的关系的示例；
16.图4示出了微分曲线的示例；
17.图5示出了根据一个或多个实施例的诊断设备的示意性配置的示例；
18.图6示出了根据一个或多个实施例的计算器的示意性配置的示例；
19.图7示出了参考q-v曲线和测量q-v曲线的示例；
20.图8示出了微分曲线的示例；
21.图9示出了另一种类型的电池单元的参考q-v曲线和测量q-v曲线的示例；
22.图10示出了微分曲线的示例；
23.图11示出了微分曲线的另一示例；
24.图12示出了根据一个或多个实施例的计算器的示意性配置的另一示例；
25.图13示出了另一种计算方法；以及
26.图14示出了根据一个或多个实施例的诊断设备的示意性配置的示例。
具体实施方式
27.以下将参照附图描述实施例。相同的元件由相同的附图标记表示，并且将 适当地
省略冗余的描述。
28.简介
29.所公开的技术涉及对蓄电池(例如锂离子电池)的容量衰退的诊断，更具 体而言，涉及对电池单元和蓄电池系统的容量衰退的诊断。电池单元表示可处 理的蓄电池最小单位。电池单元也可以简称为蓄电池，并且只要不存在矛盾， 就可以被适当地理解为蓄电池。蓄电池系统具有多个电池单元并联或串联连接 的配置。
30.图1示意性地示出了电池单元的电压和电流。电池单元的电压被称为电池 电压v，并且被示出。电池单元的电流被称为电池电流i，并且被示出。电池单 元的特性例如由q-v曲线(q-v特性)表示。q-v曲线表示电池电压v与积分 电流量之间的关系。积分电流量对应于根据库仑计量的容量(q)，其单位是ah。
31.图2示出了q-v曲线的示例。图中的横轴表示积分电流量(ah)，纵轴表 示电压(v)。如图中实线所示，电池电压v根据充放电(即，积分电流量)而 变化。电池单元在预定范围内的电池电压v下使用。该范围内的最小电压被称 为下限电压v
ll
，并且被示出。最大电压被称为上限电压v
ul
，并且被示出。
32.当电池电压v为下限电压v
ll
时，电池单元的充电状态(soc)为0％(完 全放电状态)。当电池电压v为上限电压v
ul
时，soc是100％(满充电状态)。 电池单元dut的最大容量对应于当电池单元从上限电压v
ul
放电至下限电压 v
ll
时或者当电池单元从下限电压v
ll
充电至上限电压v
ul
时的积分电流量。在 任何时间点的电池电压v被称为电池电压vc，并且被示出。电池电压vc的剩 余容量对应于当电池单元从下限电压v
ll
充电至电池电压vc时或者当电池单元 从电池电压vc放电至下限电压v
ll
时的积分电流量。
33.图3示出了容量衰退与q-v曲线之间的关系的示例。具有不同的容量衰退 进展状态的七条q-v曲线被示为曲线c1至曲线c7。电池单元的容量衰退以曲 线c1至曲线c7的顺序进展。如所理解的，电池单元的容量衰退是由特别是在 电池电压v达到上限电压v
ul
时的积分电流量的减少引起的。在曲线c1与曲线 c7之间的比较中，曲线c1中的最大容量对应于衰退之前的最大容量，曲线c7 中的最大容量对应于衰退之后的最大容量。
34.q-v曲线的微分曲线也指示电池单元的特性。微分曲线指示通过将积分电 流量相对于电池电压v进行微分而获得的曲线(dq/dv)或者通过将电池电压v 相对于积分电流量进行微分而获得的曲线(dv/dq)。
35.图4示出了微分曲线的示例。在该示例中，图中的横轴表示电压(v)，纵 轴表示(dq/dv)。曲线c1至曲线c7对应于上文所描述的图3中的曲线c1至 曲线c7的微分曲线。微分曲线具有一些特征点。特征点的示例包括极值(局部 最大值和局部最小值)。在下文中，除非另外指定，否则特征点是在电池单元的 使用范围内在微分曲线中首次出现的局部最大值。
36.当长时间使用电池单元时，容量衰退，最大容量的减小变得明显，因此需 要对电池单元的容量进行诊断。这同样适用于包括多个电池单元的蓄电池系统。 例如，具有串联连接的多个电池单元的蓄电池系统在电池单元的剩余容量和最 大容量彼此一致(平衡状态)的情况下没有问题。然而，如果失去平衡状态， 则可用作蓄电池系统的有用容量(即，整个蓄电池系统的容量)减少。例如， 将考虑一种蓄电池系统，其中由图2中的实线表示的电池电压v的电池单元与 由点划线表示的电池电压v
x
的电池单元串联连接。两个电池单元的
剩余容量不 同，失去平衡。使用蓄电池系统，使得两个电池单元中的每一个的电压落入下 限电压v
ll
到上限电压v
ul
的范围内。在这种情况下，电池电压v的电池单元 不能使用直至下限电压v
ll
，电池电压v
x
的电池单元不能使用直至上限电压v
ul
。 电池单元的使用范围变窄，并且整个蓄电池系统的容量减少。
37.取决于组成材料，蓄电池在初始充放电特性以及容量衰退时的特性变化方 面存在差异。例如，使用ni-mn-co的氧化物(其被称为三元体系)作为正极材 料的锂离子电池取决于三种元素的混合比以及要添加的物质而具有不同的充放 电特性。此外，由于电池电压v作为负电极特性和正电极特性之间的电势差输 出，所以负电极特性也改变上述特性。
38.对于如上文所描述的具有取决于构成材料的各种特性的电池单元，开发用 于掌握与每个制造商的每个构成材料相对应的电池单元特性的算法需要大量时 间。根据所公开的技术，能够以较低的材料依赖性诊断电池单元的容量。以锂 离子电池为例，电池单元的容量衰退从两个因素来把握。这两个因素包括：(1) 由于充放电操作以及被留在充电状态导致li在负极中的固定化等造成的衰退而 引起的正极电势和负极电势与初始设计值的偏差；(2)由于活性材料的固定化 等引起的失活因素的容量减少。还可以进行不需要完全充放电的诊断，这导致 诊断时间减少。例如，可以缩短诊断时间。基于诊断时间，在将电池单元或蓄 电池系统用于电动车辆、混合动力车辆等之后，评估该电池单元或蓄电池系统 的性能，并且确定是否将再利用或回收该电池单元或蓄电池系统以回收材料。
39.示例
40.图5示出了根据一个或多个实施例的诊断设备的示意性配置的示例。要由 诊断设备1进行诊断的电池单元被称为电池单元dut，并且被示出。在该示例 中，电池单元dut与充放电设备8连接。充放电设备8例如以期望的充放电速 率对电池单元dut进行充放电。根据稍后描述的原理，仅进行部分电压范围(积 分电流量的范围和soc的范围)的充放电就已足够。
41.诊断设备1包括电压检测器2、电流检测器3、存储器4、计算器5以及输 出单元6。电压检测器2检测电池单元dut的电池电压v。例如，电压检测器 2获取电压计(未示出)的测量结果。电压检测器2可以包括电压计。存储器4 存储电压检测器2的检测结果。电流检测器3检测电池单元dut的电池电流i。 例如，电流检测器3获取电流计(未示出)的测量结果。电流检测器3可以包 括电流计。存储器4存储电流检测器3的检测结果。
42.存储器4存储诊断设备1中执行的处理所需的各种信息。所存储的信息的 示例包括参考数据41、测量数据42以及诊断程序(诊断指令)43。
43.参考数据41用作电池单元dut容量衰退的标准(待比较)，并且例如包括 与q-v曲线对应的数据。参考数据41可以基于电池单元dut在容量衰退进展 之前的实际测量值，或者可以基于电池单元dut的设计值和模拟值。参考数据 41可以是在预定的温度或充放电速率下的测量数据。
44.测量数据42对应于电池单元dut的q-v曲线的至少一部分。测量数据42 基于上文所描述的电压检测器2和电流检测器3的检测结果。测量数据42可以 是在与上述参考数据41基本相同的温度或充放电速率下的测量数据。注意，例 如，温度传感器(未示出)检测并掌握温度。电池单元dut的q-v曲线中的积 分电流量通过对由电流检测器3检测到的电池电流i进行积分而获得。
45.诊断程序43使计算机执行诊断设备1的处理，例如，由稍后描述的计算器 5以及输出单元6执行的处理(例如，计算处理和输出处理)。例如，诊断设备 1的功能的至少一部分通过根据诊断程序43运行通用计算机来实现。计算机包 括例如通过总线等彼此连接的通信设备、显示设备、存储设备、内存和处理器。 处理器从存储设备等读取诊断程序43，并在内存中展开诊断程序43，从而使计 算机用作诊断设备1。注意，诊断程序43可以经由网络(例如因特网)来分发。 诊断程序43可以被记录在诸如硬盘、软盘(fd)、cd-rom、磁光(mo)盘和 数字多功能盘(dvd)之类的计算机可读记录介质中。注意，当然可以使用根 据诊断程序43运行的专用硬件来代替通用计算机。
46.计算器5计算与电池单元dut的容量相关的值。在一个或多个实施例中， 计算器5基于从测量数据42获得的q-v曲线与从参考数据41获得的q-v曲线 之间的比较结果来计算与电池单元dut的容量相关的值。从测量数据42获得 的q-v曲线也被称为“测量q-v曲线”。测量q-v曲线也可被称为容量衰退后 的q-v曲线。从参考数据41获得的q-v曲线也被称为“参考q-v曲线”。参考q-v曲线也可被称为容量衰退前的q-v曲线。
47.图6示出了计算器的示意性配置的示例。计算器5包括第一计算器51、第 二计算器52以及最大容量计算器53作为功能块。将参照图7和图8描述具体 的计算方法。
48.图7示出了参考q-v曲线和测量q-v曲线的示例。曲线c
ref
表示参考q-v 曲线。曲线c
dut
表示测量q-v曲线。下限电压v
ll
例如约为2.8v，上限电压 v
ul
例如约为4.2v。当将曲线c
ref
与曲线c
dut
进行比较时，电池单元dut的 容量衰退的因素可以通过将该因素分成两个因素来描述。
49.第一个因素是电池电压v的幅度变化(在纵轴方向上的电池电压v偏移)。 较大的电池电压v会加速到达上限电压v
ul
，并且减小最大容量。例如，在锂 离子电池的情况下，正电极电势和负电极电势与初始设计值的偏差表现为电池 电压v的偏移。该偏差由li在负电极中的固定化等引起的衰退产生。固定化是 由于电池单元的充放电操作以及电池单元被保持在充电状态而发生。
50.第二个因素是电池电压v的斜率变化。较大的斜率会加速到达上限电压v
ul
， 并减小最大容量。由于活性材料的固定化等引起的失活因素的容量减少表现为 电池电压v的斜率变化。同样如图7所示，在组合使用具有多个容量保持电势 的材料(例如三元体系)的电池单元的情况下，电池电压v随着积分电流量的 增加而相对单调地增加。当具有这种特性的电池单元由于电极结构的部分破坏 而失活或容量衰退时，电池电压v相对于积分电流量的增加程度(即，斜率) 增加。即使随着较小的积分电流量，电池电压v也会发生很大变化。
51.第一计算器51计算由上文所描述的第一因素(正负电极之间的电势偏差) (即，测量q-v曲线(曲线c
dut
)与参考q-v曲线(曲线c
ref
)之间的电压差) 引起的容量衰退量。容量衰退量被称为“容量衰退量δq”。电压差被称为“电压 差δv”。例如，第一计算器51计算测量q-v曲线和参考q-v曲线的微分曲线的 特征点处的电压之间的差作为电压差δv。
52.图8示出了微分曲线的示例。曲线c
ref
和曲线c
dut
分别对应于图7中的曲 线c
ref
和曲线c
dut
的微分曲线。在该示例中，在两个微分曲线中首次出现局部 最大值的电压之间的差被计算为电压差δv。注意，可以将局部最大值解释为包 括最大值。
53.第一计算器51通过将q-v曲线的斜率(更具体而言，积分电流量相对于电 池电压v的斜率(dq/dv))乘以电压差δv来计算由该电压差δv引起的容量衰 退量δq。例如，使用
以下式(1)。这里用于相乘的斜率(dq/dv)可以是在电 池电压v等于或大于特征点处的电压的情况下的斜率。可以使用接近上限电压 v
ul
的区域中的斜率。例如，当上限电压v
ul
是4.2v并且电压差δv是0.05v 时，可以使用从4.15v到4.2v的平均斜率。
[0054][0055]
第二计算器52计算由上文所描述的第二因素(失活)(即，测量q-v曲线 的斜率相对于参考q-v曲线的斜率的变化)引起的容量衰退后的最大容量。这 里的最大容量是仅考虑第二因素的临时最大容量，因此被称为“临时最大容量 q
dut”。
[0056]
具体而言，再次参照图7，第二计算器52针对参考q-v曲线(曲线c
ref
) 和测量q-v曲线(曲线c
dut
)中的每一个计算电池电压v相对于积分电流量的 斜率(dv/dq)。这里计算出的斜率可以是在电池电压v等于或大于特征点处的 电压的情况下的斜率。可以计算出具有相对高soc(例如，约3.8v至4.0v) 的电压范围内的斜率(dv/dq)。这是因为，例如，当负极由石墨制成时，负极 具有优异容量保持能力的区域(也被称为阶段1、阶段2等的区域)有助于形成 高soc侧，并且认为在高soc侧的衰退中正极活性材料的失活更明显。
[0057]
在图7中，具有计算出的参考q-v曲线(曲线c
ref
)斜率的直线由虚线表示 为(dv/dq)
ref
。具有计算出的测量q-v曲线(曲线c
dut
)斜率的直线由虚线表示 为(dv/dq)
dut
。
[0058]
第二计算器52通过将计算出的测量q-v曲线的斜率与计算出的参考q-v 曲线的斜率之间的比率乘以参考最大容量q
ref
来计算临时最大容量q
dut
。例如， 使用下面的式(2)。参考最大容量q
ref
是从参考q-v曲线获得的最大容量，并 且对应于电池单元dut在衰退之前的最大容量。
[0059][0060]
最大容量计算器53通过从由第二计算器52计算出的临时最大容量q
dut
中 减去由第一计算器51计算出的容量衰退量δq来计算电池单元dut的最大容量 q
dutmax
。例如，使用下面的式(3)。以这种方式计算的最大容量q
dutmax
是考 虑了上文所描述的第一因素(正负电极之间的电势偏差)和第二因素(失活) 两者的最大容量。
[0061]qdutmax
＝q
dut-δq
ꢀꢀꢀ
(3)
[0062]
电池单元dut的q-v曲线的一部分数据足以满足第一计算器51、第二计 算器52以及最大容量计算器53进行计算所需的测量数据42。在上文所描述的 示例中，特征点附近的电压范围(例如，3.4v至3.6v)以及上限电压v
ul
附近 的电压范围(例如，4.15v至4.2v)内的测量数据使得能够计算容量衰退量δq、 临时最大容量q
dut
以及最大容量q
dutmax
。通过不在这些范围之外的范围内进 行测量，可以减少诊断时间。
[0063]
回到图5，输出单元6输出计算器5的计算结果，作为电池单元dut的容 量的诊断结果。输出的示例包括向用户的呈现(例如，显示)以及向外部服务 器设备(未示出)的数据传输。例如，输出单元6输出由最大容量计算器53计 算出的电池单元dut的最大容量q
dutmax
。可以输出从参考最大容量q
ref
的减 少量(q
ref-q
dutmax
)。可以输出在诊断结束时根据电池单元dut的电池电压v 计算出的剩余容量。
[0064]
此外，输出单元6可以输出由第一计算器51a计算出的容量衰退量δq以及 由第二
计算器52计算出的临时最大容量q
dut
。例如，可以将容量衰退量δq与 容量衰退量δq是由第一因素(正负电极之间的电势偏差)引起的通知一起显示。 临时最大容量q
dut
可以与临时最大容量q
dut
是仅考虑由第二因素(失活)引起 的容量衰退的临时容量衰退量的通知一起显示。这有助于理解衰退因素。
[0065]
例如，如上文所描述的，可以对电池单元dut的容量进行诊断。注意，在 一些电池单元中，电池电压v在充电结束时大幅增加。上文所描述的计算方法 甚至可以应用于这种类型的电池单元。这将参照图9和图10进行描述。
[0066]
图9示出了另一种类型的电池单元的参考q-v曲线和测量q-v曲线的示例。 图10示出了微分曲线的示例。电池电压v在上限电压v
ul
(即充电结束时)附 近大幅增加。同样在这种情况下，与到目前为止所描述的方法类似，通过将积 分电流量相对于电池电压v的斜率(dq/dv)乘以电压差δv，能够计算出容量 衰退量δq。临时最大容量q
dut
可以通过将测量q-v曲线的斜率(dv/dq)
dut
与 参考q-v曲线的斜率(dv/dq)
ref
之间的比率乘以参考最大容量q
ref
来计算。还可 以计算出最大容量q
dutmax
。
[0067]
注意，在上面的描述中，描述了其中微分曲线是通过将积分电流量相对于 电池电压v进行微分而获得的曲线(dq/dv)的示例。然而，注意，如上文所 描述的，微分曲线可以是通过将电池电压v相对于积分电流量进行微分而获得 的曲线(dv/dq)。
[0068]
图11示出了微分曲线的另一示例。所示出的微分曲线是通过将电池电压v 相对于积分电流量进行微分而获得的曲线(dv/dq)。具有不同的容量衰退进展 状态的五条微分曲线被示为曲线c11至曲线c15。电池单元的容量衰退以曲线 c11至曲线c15的顺序进展。这样的微分曲线也具有特征点(例如，首次出现 的局部最大值)。因此，可以计算出电压差δv。
[0069]
将参照图12和图13描述由计算器5采用的与上文所描述的计算方法不同 的计算方法。图12示出了计算器的示意性配置的另一示例。所示出的计算器5a 通过使用近似电池单元dut的q-v曲线的函数模型来计算与电池单元dut的 容量相关的值。计算器5a包括函数模型生成器54、拟合单元55以及最大容量 计算器56作为其功能块。
[0070]
图13示出了另一种计算方法。如图13的(a)所示，函数模型生成器54 生成拟合至参考q-v曲线的函数模型v
ref
。函数模型v
ref
可以近似参考q-v曲 线的一部分。在该示例中，函数模型v
ref
近似与参考q-v曲线中的由箭头ar1 指示的线性区域以及由箭头ar2指示的非线性区域相对应的部分。注意，近似 范围之外的区域的曲线由点划线指示。在线性区域内，电池电压v可以相对于 积分电流量基本线性地变化。线性区域可以具有等于或大于特征点处的电压的 电压。在非线性区域内，电池电压v相对于积分电流量非线性地变化。与线性 区域相比，非线性区域位于高电压侧(高soc侧)。在线性区域和非线性区域 之间的边界处的电池电压v被称为阈值电压v
ref_th
，并且被示出。函数模型v
ref
也可以说是在等于或大于特征点处的电压(阈值电压v
ref_th
)的电压处的函数模 型。
[0071]
确定所示出的函数模型v
ref
，使得在线性区域内满足v
ref
＝f
ref
(i
ref
)，在非线 性区域内满足v
ref
＝f
ref
(i
ref
)+g
ref
(i
ref
)。i
ref
是图13的(a)图中的积分电流量。 函数f
ref
(i
ref
)例如是以积分电流量i
ref
为变量的线性函数。函数g
ref
(i
ref
)例如是以积 分电流量i
ref
为变量的指数函数或多阶函数。调整函数f
ref
(i
ref
)和函数g
ref
(i
ref
)的参 数(例如，系数)，以便近似参考q-v曲线(曲线c
ref
)的对应部分。对于近似 调整，可以采用诸如最小二乘法的普通方法。
[0072]
拟合单元55将由函数模型生成器54生成的函数模型v
ref
对测量数据42进 行拟合。调整函数模型v
ref
的参数，以便近似测量数据42。图13的(b)和(c) 示出了在拟合为函数模型v
dut
之后的函数模型v
ref
。函数模型v
dut
近似电池单 元dut的q-v曲线。注意，近似范围之外的区域的曲线由点划线指示。将图 13的(b)图绘制在容易理解与图13的(a)图的横轴之间的关系的位置。将 图13的(c)图绘制在容易理解与图13的(a)图的纵轴之间的关系的位置。 在函数模型v
dut
中的线性区域和非线性区域之间的边界处的电池电压v被称为 阈值电压v
dut_th
，并且被示出。函数模型v
dut
也可以说是在等于或大于阈值电 压v
dut_th
的电压处的函数模型。
[0073]
在该示例中，通过使用函数f
dut
(i
dut
)和函数g
dut
(i
dut
)表示函数模型v
dut
。i
dut
是图13的(b)图和(c)图中的积分电流量。函数f
dut
(i
dut
)通过调整上文 所描述的函数f
dut
(i
dut
)的参数来获得。函数g
dut
(i
dut
)通过调整上文所描述的函 数g
ref
(i
ref
)的参数来获得。
[0074]
电池单元dut的q-v曲线的一部分数据足以满足用于拟合单元55进行拟 合所需的测量数据42。图13的(b)示出了范围r1和范围r2作为必要的测量 数据42的范围。范围r1包括特征点及其周围。范围r2包括线性区域和非线性 区域之间的边界及其周围。这些范围r1和r2中的测量数据使得可以拟合对应 于线性区域和非线性区域的函数f
dut
(ic)和函数g
dut
(ic)。
[0075]
最大容量计算器56通过使用拟合单元55进行拟合后的函数模型v
ref
(即函 数模型v
dut
)计算电池单元dut的最大容量q
dutmax
。在由函数模型v
dut
指 示的电池电压v为上限电压v
ul
的情况下的积分电流量ic可以是要获得的最大 容量。然而，注意，如从图13的(a)和(c)所理解的，函数模型v
ref
的横轴 与函数模型v
dut
的横轴不一致。最大容量q
dutmax
可以通过校正横轴之间的偏 差(通过对准横轴)来计算。
[0076]
这里，由于在低soc区域中的特征点处的剩余容量(ah)是充电时伴随电 池能量吸收的第一反应，因此近似认为(假设)容量衰退进展之前的电池单元 和进展之后的电池单元具有相同的该量。在这种情况下，需要将函数模型v
dut
的微分曲线中的该特征点的位置与函数模型v
ref
的微分曲线中的该特征点的位 置对准。
[0077]
函数模型v
ref
的特征点处的积分电流量被称为积分电流量i1，并且被示出。 例如，将积分电流量i1计算为与根据参考数据41的范围r1中的测量数据计算 出的微分曲线(dq/dv)的特征点处的电压相对应的积分电流量。函数模型v
dut
的特征点处的积分电流量被称为积分电流量i2，并且被示出。例如，将积分电流 量i2计算为与根据测量数据42的范围r1中的测量数据计算出的微分曲线 (dq/dv)中的特征点处的电压相对应的积分电流量。当函数模型v
ref
的横轴和 函数模型v
dut
的横轴之间的差被定义为δi时，建立δi＝i
2-i1。在函数模型v
dut
中，可以通过从积分电流量i
dut
中减去δi来校正横轴。
[0078]
最大容量计算器56执行的计算包括校正，以将函数模型v
ref
和函数模型 v
dut
的微分曲线中的特征点的位置进行对准。具体而言，最大容量计算器56计 算非线性区域中的函数模型v
dut
(即f
dut
(i
dut
)+g
dut
(i
dut
))等于上限电压v
ul
的积分电流量i
dut
，并且进一步计算由δi校正的值(i
dut-δi)作为最大容量 q
dutmax
。结果，计算出考虑到横轴之间的偏差的适当的最大容量。
[0079]
通过不仅使用最大容量q
dutmax
，还使用函数模型v
dut
及其微分曲线，最 大容量计算器56可以计算与容量相关的各种值。例如，由于可以如图13的(c) 所示计算出电压差δv，
所以可以计算出由第一因素(正负电极之间的电势偏差) 引起的容量衰退量δq。还可以计算出由第二因素(失活)引起的容量衰退之后 的临时最大容量q
dut
。与上文所描述的计算器5的计算结果类似，输出单元6 可以输出计算器5a的计算结果。
[0080]
上文已经描述了对连接至充放电设备8的电池单元dut的容量进行诊断的 示例。在这种情况下，需要暂停要诊断的电池单元dut的使用。从更实际的观 点来看，期望能够对并入并且用于蓄电池系统中的电池单元dut(在操作期间) 的容量进行诊断。
[0081]
由于各种原因，难以实际测量普通蓄电池系统中的最大容量。例如，为了 留有余量或延长寿命，不在0至100％的soc范围内使用实际的蓄电池系统。 通常用于系统稳定等的蓄电池系统难以具有完全充放电的时段。为了进行完全 充放电，在1c的充放电速率下需要2小时，在0.2c的充放电速率下需要10 小时。在具有串联连接的多个电池单元的蓄电池系统中，如果失去电池平衡， 则每个电池单元不能完全充放电，因此无法实际测量每个电池单元的最大容量。
[0082]
由上所述，在实际蓄电池系统中，通过以下方法显示最大容量。例如，存 在一种根据条件(例如运行时间和充放电循环次数)来以统计学方式减小最大 容量的方法。不幸的是，在该方法中，当使用非预期的电池单元时，显示的最 大容量与实际最大容量不一致。存在一种预先设置具有余量的最大容量的方法。 不幸的是，在该方法中，电池单元未被有效地使用。虽然可以使用一种周期性 地执行完全充放电并且实际测量和反映最大容量的方法，但是该方法可能无法 对蓄电池系统进行使用。无法考虑到由于单个电池单元的变化而导致的有效容 量减少的因素。
[0083]
图14示出了诊断设备的示意性配置的示例。所示出的诊断设备1a通过诊 断蓄电池系统9中的多个电池单元dut的容量来诊断蓄电池系统9的容量。在 该示例中，蓄电池系统9包括串联连接的多个电池单元dut。蓄电池系统9也 被称为组装电池、储能系统(ess)等。蓄电池系统9还可以包括电压检测器 2a和电流检测器3。
[0084]
诊断设备1a包括电压检测器2a、电流检测器3、存储器4a、计算器5、 输出单元6a以及补充单元7。在电压检测器2a和电流检测器3是蓄电池系统 9的部件并且诊断设备1a使用电压检测器2a和电流检测器3的情况下，诊断 设备1a本身不需要包括电压检测器2a和电流检测器3。注意，计算器5也可 以是计算器5a。
[0085]
电压检测器2a检测多个电池单元dut中的每一个的电池电压v。电流检 测器3检测电池电流i。由于电池单元dut串联连接，所以电池电流i对于电 池单元dut是公共的。由电压检测器2a和电流检测器3检测到的电池电压v 和电池电流i是操作期间的电池电压v和电池电流i。
[0086]
存储器4a存储诊断设备1a中执行的处理所需的各种信息。所存储的信息 的示例包括参考数据41、测量数据42a以及诊断程序43a。由于参考数据41 如上文所描述，因此将不重复其描述。测量数据42a与多个电池单元dut中的 每一个的q-v特性相关，例如，对应于q-v曲线的至少一部分。诊断程序43a 使计算机执行诊断设备1a的处理。
[0087]
首先，将描述补充单元7。补充单元7根据需要补充测量数据42a。由于测 量数据42a限于电池电压v和电池电流i在操作期间的检测结果，因此计算器 5进行的计算所需的测量数据可能不足。在这种情况下，补充单元7进行补充。 尽管对补充方法没有特别限制，但是例如可以采用线性插值、使用多阶表达式 的补充。注意，由数据补充单元7补充的测量
数据42a也继续被称为测量数据 42a。
[0088]
计算器5通过使用存储器4a中存储的参考数据41和测量数据42a计算与 多个电池单元dut中的每一个的容量相关的值。这同样适用于计算器5a。由 于上面已经描述了细节，因此将不再重复描述。
[0089]
输出单元6a输出(例如，显示)计算器5(或计算器5a)的计算结果， 作为蓄电池系统9的容量的诊断结果。例如，输出单元6a输出全部多个电池单 元dut的最大容量(即，蓄电池系统9的容量)，或者输出蓄电池系统9中的 每个电池单元dut的平衡状态。类似于上文所描述的输出单元6(图5)，输出 单元6a可以输出每个电池单元dut的最大容量q
dutmax
、容量减少量(q
ref
‑ꢀqdutmax
)、剩余容量、容量衰退量等。
[0090]
上文已经描述了所公开技术的一些实施例。所公开的技术不限于上文所描 述的实施例。例如，在上文所描述的实施例中，已经描述了计算器5(图5和图 6)包括第一计算器51、第二计算器52以及最大容量计算器53这三个功能块的 示例。然而，注意，计算器5不需要包括所有这些功能块。例如，计算器5只 要包括第一计算器51和第二计算器52中的至少一个即可。仅利用第一计算器 51来计算容量衰退量δq，就能够对电池单元的容量进行诊断。仅利用第二计算 器52来计算临时最大容量q
dut
，就能够对电池单元的容量进行诊断。
[0091]
在上述说明中，主要从设备(例如诊断设备1)的形式和程序(指令，例如 诊断程序43)的方面对实施例进行了描述。然而，注意，各种处理(即，由设 备和程序(指令)实现的诊断方法)也是一个或多个实施例。
[0092]
例如，上文所描述的技术详述如下。一种公开的技术是诊断设备。如参照 图5至图11等所描述的，诊断设备1基于测量q-v曲线与参考q-v曲线之间 的比较结果来计算与电池单元dut的容量相关的值。测量q-v曲线指示从电池 单元dut的测量数据42获取的电压(电池电压v)与积分电流量之间的关系。 计算器5包括第一计算器51和第二计算器52中的至少一个。第一计算器51通 过将测量q-v曲线的斜率(dq/dv)乘以测量q-v曲线与参考q-v曲线之间的 电压差δv来计算由电压差δv引起的容量衰退量δq。第二计算器52通过将测 量q-v曲线的斜率(dv/dq)
dut
与参考q-v曲线的斜率(dv/dq)
ref
之间的比率乘以 参考最大容量q
ref
，计算在由测量q-v曲线的斜率相对于参考q-v曲线的斜率 的变化引起的容量衰退之后的临时最大容量q
dut
。
[0093]
根据上文所描述的诊断设备1，可以根据q-v曲线诊断电池单元dut的容 量。例如，通过计算容量衰退量δq，能够诊断由正负电极间的电势偏差(第一 因素)引起的容量衰退。通过计算临时最大容量q
dut
，能够诊断由失活(第二 因素)引起的容量衰退。这样的计算方法不是每种类型的材料专用的算法，而 是可以在根据构成材料而具有不同的初始充放电特性以及在容量衰退时具有不 同的特性变化的电池单元中普遍应用的算法。能够在短时间内开发一种用于掌 握与每个电池制造商的每种构成材料相对应的电池单元特性的算法，并且还能 够减少用于该算法的开发预算。
[0094]
此外，如上文参照图7和图8所描述的，电池单元dut的q-v曲线的一部 分数据足以用于计算所需的测量数据42，使得能够减少诊断时间。例如，可以 缩短诊断时间。基于诊断时间，在将电池单元或蓄电池系统用于电动车辆、混 合动力车辆等之后，评估该电池单元或蓄电池系统的性能，并且确定是否将再 利用或回收该电池单元或蓄电池系统以回收材料。
[0095]
计算器5可以包括最大容量计算器53，该最大容量计算器53通过从由第二 计算器52计算的临时最大容量q
dut
中减去由第一计算器51计算的容量衰退量 δq来计算电池单元dut的最大容量q
dutmax
。以这种方式，可以考虑正负电 极之间的电势偏差和失活这两个因素来适当地计算最大容量q
dutmax
。也就是说， 可以对电池单元dut的最大容量进行适当地诊断。
[0096]
电压差δv可以是测量q-v曲线与参考q-v曲线的微分曲线中的特征点之 间的电压差。例如，以这种方式，可以计算出电压差δv。
[0097]
特征点是在微分曲线中首次出现的局部最大值。上文所描述的斜率可以是 在等于或大于特征点的电压的电压下的斜率。例如，可以基于这样的特征点和 斜率来计算容量衰退量δq、临时最大容量q
dut
以及最大容量q
dutmax
。
[0098]
如参照图12和图13等所描述的，在另一种计算方法中，计算器5a通过使 用近似q-v曲线的函数模型v
dut
计算与电池单元dut的容量相关的值。计算 器5a包括函数模型生成器54、拟合单元55以及最大容量计算器56。函数模型 生成器54生成拟合至参考q-v曲线的函数模型v
ref
。拟合单元55将由函数模 型生成器54生成的函数模型v
ref
对电池单元dut的测量数据42进行拟合。最 大容量计算器56通过使用拟合单元55进行拟合后的函数模型v
dut
计算电池单 元dut的最大容量q
dutmax
。计算器5a还实现与上文所描述的计算器5的效 果类似的效果。
[0099]
最大容量计算器56进行的计算可以包括将拟合单元55执行拟合前后的函 数模型v
ref
和函数模型v
dut
的微分曲线中的特征点的位置进行对准。在函数模 型v
ref
和函数模型v
dut
的轴彼此一致之后，可以计算适当的最大容量q
dutmax
。
[0100]
特征点是在微分曲线中首次出现的局部最大值。函数模型v
ref
和函数模型 v
dut
可以是在等于或大于特征点的电压的电压下的函数模型。例如，可以基于 这样的特征点和函数模型来计算最大容量q
dutmax
。
[0101]
利用诊断设备1来诊断电池单元和蓄电池系统的方法也是本文公开的技术 之一。诊断方法包括基于测量q-v曲线与参考q-v曲线之间的比较结果来计算 与电池单元dut的容量相关的值。测量q-v曲线指示从电池单元dut的测量 数据42获取的电压(电池电压v)和积分电流量之间的关系。所述计算包括以 下中的至少一个：通过将测量q-v曲线的斜率(dq/dv)乘以测量q-v曲线与 参考q-v曲线之间的电压差δv来计算由电压差δv引起的容量衰退量δq；以及 通过将测量q-v曲线斜率(dv/dq)
dut
与参考q-v曲线斜率(dv/dq)
ref
之间的比率 乘以参考最大容量q
ref
来计算由测量q-v曲线斜率相对于参考q-v曲线斜率的 变化而引起容量衰退后的临时最大容量q
dut
。获得与上文所描述的诊断设备1 的效果类似的效果。
[0102]
利用诊断设备1a来诊断电池单元和蓄电池系统的方法也是本文公开的技 术之一。诊断方法包括通过使用函数模型v
dut
来计算与电池单元dut的容量 相关的值，该函数模型v
dut
近似指示电池单元dut的电压(电池电压v)与 积分电流量之间的关系的q-v曲线。计算包括：生成拟合至参考q-v曲线的函 数模型v
ref
；将生成的函数模型v
ref
对电池单元dut的测量数据42进行拟合； 使用拟合后的函数模型v
dut
计算电池单元dut的最大容量q
dutmax
。获得与上 文所描述的诊断设备1a的效果类似的效果。
[0103]
参照图5等描述的诊断程序43也是本文公开的技术之一。诊断程序43使 计算机执
行基于测量q-v曲线与参考q-v曲线之间的比较结果来计算与电池单 元dut的容量相关的值的处理。测量q-v曲线指示从电池单元dut的测量数 据42获取的电压(电池电压v)和积分电流量之间的关系。计算处理包括以下 处理中的至少一个：通过将测量q-v曲线的斜率(dq/dv)乘以测量q-v曲线 与参考q-v曲线之间的电压差δv来计算由电压差δv引起的容量衰退量δq；并 且通过将测量q-v曲线斜率(dv/dq)
dut
与参考q-v曲线斜率(dv/dq)
ref
之间的比 率乘以参考最大容量q
ref
来计算由测量q-v曲线的斜率相对于参考q-v曲线的 斜率的变化而引起容量衰退后的临时最大容量q
dut
。或者，诊断程序43使计算 机执行通过使用函数模型v
dut
来计算与电池单元dut的容量相关的值的处理， 该函数模型v
dut
近似指示电池单元dut的电压(电池电压v)与积分电流量 之间的关系的q-v曲线。计算处理包括以下处理：生成拟合至参考q-v曲线的 函数模型v
ref
；将生成的函数模型v
ref
对电池单元dut的测量数据42进行拟合； 使用拟合后的函数模型v
dut
计算电池单元dut的最大容量q
dutmax
。获得与上 文所描述的诊断设备1或诊断设备1a的效果类似的效果。
[0104]
尽管仅针对有限数量的实施例描述了本公开，但本领域技术人员在受益于 本公开的情况下将理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以设计各种其他实 施例。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求限定。