(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の設置要件に基づいて建設され、量子ビームを用いて対象物を観測する大型観測施設と、
前記大型観測施設内に設置され、前記対象物を前記大型観測施設で観測可能な状態で、前記対象物への入力を再現する再現装置と、
前記大型観測施設とは異なる施設に設置され、複数の要素の組み合わせにより機能する機能性対象物の動的状態を観測する動的状態観測装置と、
前記機能性対象物を機能分解して前記対象物に相当する要素を選択し、前記動的状態観測装置で前記機能性対象物の動的状態を観測しているときの前記対象物に相当する要素への入力情報である第1情報を取得する第1情報取得手段と、
前記第1情報を前記再現装置に伝達する伝達手段と、
を備え、
前記再現装置は、前記第１情報に基づいて前記対象物への入力を再現する
ことを特徴とする動的状態観測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の動的状態観測システムにおいて、
前記大型観測施設と前記動的状態観測装置が設置された施設とは、高速通信手段により接続されていることを特徴とする動的状態観測システム。
【請求項３】
請求項１に記載の動的状態観測システムにおいて、
前記伝達手段は、前記第１情報取得手段で取得されたデータを記憶媒体に記憶する記憶部と、前記記憶媒体から前記再現装置に前記データを読み込む読み込み部と、を有することを特徴とする動的状態観測システム。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか一つに記載の動的状態観測システムにおいて、
前記対象物に相当する要素の外部環境情報である第２情報を取得する第２情報取得手段を有し、
前記再現装置は、前記第２情報に基づいて前記対象物の外部環境を再現することを特徴とする動的状態観測システム。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか一つに記載の動的状態観測システムにおいて、
前記対象物を前記大型観測装置で観測した第１の観測データと、前記機能性対象物の動的状態を前記動的状態観測装置で観測した第２の観測データとを紐づけて蓄積するデータベースを有することを特徴とする動的状態観測システム。
【請求項６】
請求項５に記載の動的状態観測システムにおいて、
前記データベースの情報に基づいて、前記第１の観測データと前記第２の観測データとの因果関係を抽出することを特徴とする動的状態観測システム。
【請求項７】
請求項１ないし６何れか一つに記載の動的状態観測システムにおいて、
前記対象物を前記大型観測装置で観測した第１の観測データに基づいて、前記機能性対象物の動的状態を変更することを特徴とする動的状態観測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線ないし放射光を用いて対象物を観測する大型観測装置を用いた動的状態観測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、元素分析等を実施する技術として特許文献１が知られている。この公報には、複数のパルスレーザ装置から集約されたレーザー光を照射してプラズマを発生させ、プラズマからの放射光を用いて対象物を観測する装置が開示されている。以下、このような大型の観測装置を設置するサイトを大型観測サイトと記載する。大型観測サイトでは、対象物の観測結果をオンラインで分析することで、測定対象の試料を扱う場所と、分析室とを完全に隔離し、測定に伴う危険性を排除している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１０５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放射線や放射光などの量子ビームを使用する大型観測サイトは、安全性を含む多数の要件を満たす必要があり、量子ビームを使用しない一般的な研究施設内に併設することはできない。また、大型観測サイトは、従来では観測が困難とされた対象物の動的状態（例えば、原子や分子の動き等）を非破壊で観測することが期待されているものの、大型観測サイト内に持ち込むことが可能な対象物の大きさには制限があり、対象物を観測した際に得られる動的状態の観測情報と、対象物が実際に適用される環境や、対象物と組み合わせて機能する他の構成要素との相関関係を把握することが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、大型観測サイト内で観測する対象物に種々の制限があったとしても、対象物が実際に適用される環境や組み合わされる他の構成要素との相関関係を把握することが可能な動的状態観測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の動的状態観測システムでは、所定の設置要件に基づいて建設され、量子ビームを用いて対象物を観測する大型観測施設と、
前記大型観測施設内に設置され、前記対象物を前記大型観測施設で観測可能な状態で、前記対象物への入力を再現する再現装置と、
前記大型観測施設とは異なる施設に設置され、複数の要素の組み合わせにより機能する機能性対象物の動的状態を観測する動的状態観測装置と、
前記機能性対象物を機能分解して前記対象物に相当する要素を選択し、前記動的状態観測装置で前記機能性対象物の動的状態を観測しているときの前記対象物に相当する要素への入力情報である第1情報を取得する第1情報取得手段と、
前記第1情報を前記再現装置に伝達する伝達手段と、
を備え、
前記再現装置は、前記第１情報に基づいて前記対象物への入力を再現することとした。
【発明の効果】
【０００７】
よって、大型観測装置内で観測する対象物に種々の制限があったとしても、対象物が実際に適用される環境や組み合わされる他の構成要素との相関関係を維持した状態で第１情報を取得し、第１情報に基づいて再現装置で再現しつつ動的状態を観測することが可能となり、対象物と他の構成要素との相関関係を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１の動的状態観測システムを表すシステム図である。
【図２】実施形態１のデータベース内に蓄積される時系列データと紐付いたデータを表す概略図である。
【図３】実施形態２の動的状態観測システムを表すシステム図である。
【図４】実施形態３の動的状態観測システムを表すシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施形態１］
図１は、実施形態１の動的状態観測システムを表すシステム図である。実施形態１では、具体的な事例として、ハイブリッド車両１に搭載されたバッテリ内部の状態を大型観測装置で観測する例を示す。実施形態１では、シャシーダイナモ２上でハイブリッド車両１を走行させる施設をサイトＡと定義し、ハイブリッド車両１に搭載されているバッテリモジュール１４内のバッテリセル１４ａと同じ規格のバッテリセル１４ｂを、Ｘ線を用いて非破壊で観測する大型観測サイトをサイトＢと定義する。
【００１０】
（サイトＡについて）
サイトＡは、例えば企業内に建設された研究施設であり、実施形態１では、車両の走行試験を模擬可能な設備が設けられている。また、情報取得部１０５と、サイトＡ側データ通信モジュール１０６と、データベース３００とを有する。以下、各構成について詳述する。
【００１１】
ハイブリッド車両１は、内燃機関であるエンジン１０と、回生・力行により電力をバッテリモジュール１４との間で充放電するモータジェネレータ１１と、自動変速機１２と、電力を貯留するバッテリモジュール１４と、モータジェネレータ１１とバッテリモジュール１４との間で電力の供給や回収を行うインバータ１３と、を有する。バッテリモジュール１４は、アルミニウム製の筐体内に、複数のバッテリセル１４ａが直列ないし並列に接続された状態で内包され、所定の電力を貯留する。バッテリモジュール１４には、バッテリモジュール１４内に内包された複数のバッテリセル１４ａの一つに作用する圧力を検出する圧力センサ２０ａと、バッテリモジュール１４内の雰囲気温度（特にバッテリセル１４ａ付近）を検出する温度センサ２１ａと、バッテリモジュール１４内の振動状態を検出する振動センサ２２aと、を有する。サイトＡに設けられた３つのセンサ２０ａ，２１ａ，２２ａを総称して環境状態を取得するサイトＡ側環境センサSGaとも記載する。エンジン１０及び／又はモータジェネレータ１１から出力された駆動力は、自動変速機１２を介して駆動輪１５ｒに伝達される。実施形態１では、後輪駆動型のハイブリッド車両１を例示するが、前輪駆動型でも四輪駆動型でもよく、また、電気自動車やエンジンのみで走行する車両であってもよく特に限定しない。
【００１２】
ハイブリッド車両１は、サイトＡ内に設置されたシャシーダイナモ２上に設置される。シャシーダイナモ２は、従動輪１５ｆが載置されるフロント側ローラ２ｆと、駆動輪１５ｒが載置されるリア側ローラ２ｒとを有する。シャシーダイナモ２は、シャシーダイナモ２のフロント側ローラ２ｆとリア側ローラ２ｒの駆動状態を制御するシャシーダイナモコントロールユニット２００（以下、ＣＤＣＵ２００）を有する。例えば、ＣＤＣＵ２００に対し、所定の走行負荷抵抗が設定されると、リア側ローラ２ｒに走行負荷抵抗が発生する。その状態で駆動輪１５ｒを駆動させると、所定の走行負荷抵抗に応じた走行状態が再現される。このときのリア側ローラ２ｒの回転状態に応じてフロント側ローラ２ｆが回転駆動され、従動輪１５ｆが路面走行時と同様に回転する。
【００１３】
ハイブリッド車両１は、車両の走行状態を統合的に制御するビークルコントロールユニット１００（以下、ＶＣＵ１００）と、ＶＣＵ１００からの指令に基づいてエンジン１０の駆動状態を制御するエンジンコントロールユニット１０１（以下、ＥＣＵ１０１）と、ＶＣＵ１００からの指令に基づいてモータジェネレータ１１の駆動状態を制御するモータコントロールユニット１０２（以下、ＭＣＵ１０２）と、ＶＣＵ１００からの指令に基づいてバッテリモジュール１４内の電力状態を制御するバッテリコントロールユニット１０３（以下、ＢＣＵ１０３）と、ＶＣＵ１００からの指令に基づいて自動変速機１２の変速比を制御する自動変速機コントロールユニット１０４（以下、ＡＴＣＵ１０４）と、を有する。
【００１４】
また、ハイブリッド車両１は、運転者の操作情報（アクセルペダル開度、ブレーキペダル踏力、ステアリング操作量、シフトレバー操作情報等：以下、infoDR）をＶＣＵ１００に入力可能な入力部inputを有する。これらは、実際にハイブリッド車両１に運転者が乗り込んで操作した際のinfoDRを送信してもよいし、外部入力端末や、他の自動運転コントロールユニット等よりinfoDRを送信してもよく、特に限定しない。
【００１５】
情報取得部１０５は、エンジン１０に関連する情報（エンジントルクTe、エンジン回転数Ne、排気触媒のガス組成、ガス流量、排気温度、空燃比などの収集可能な各種情報）であるinfoEと、モータジェネレータ１１に関連する情報（モータトルクTm、モータ出力、モータ回転数Nm等の収集可能な各種情報）であるinfoMと、自動変速機１２に関連する情報（タービン回転数Nt、変速比Gr、油温、出力軸回転数等）であるinfoATと、バッテリモジュール１４に関連する情報（電流A、電圧V、SOC（充電状態）、SOH（劣化状態）、OCV（開回路電圧）、SOP（出力可能パワー）等）であるinfoBatAと、バッテリモジュール１４の環境に関連する情報（環境センサSGaで検出された雰囲気温度℃、圧力Pa、振動Hz等）であるinfoCirAと、運転者の操作情報であるinfoDRと、ＣＤＣＵ２００に関連する情報（走行負荷、ローラ回転数N、車速vsp等）であるinfoCDとを取得する。
【００１６】
データベース３００は、サイトＡ内に設置され、情報取得部１０５で取得されたデータを時系列に沿って蓄積する。データベース３００には、種々の解析プログラムが準備されており、最終的に得られた情報に基づいて、各種情報の因果関係を把握可能に構成されている。尚、データベース３００は、ネットワーク上の他のサイトに設置されていてもよく、設置場所については特に限定しない。
【００１７】
サイトＡ側データ通信モジュール１０６（以下、DTMa１０６）は、情報取得部１０５で取得された情報のうち、infoBatAとinfoCirAを取得し、インターネットや高速無線通信等の高速通信回線を介してサイトＢに送信する。尚、infoBatAとinfoCirAを選択した理由については後述する。また、後述するサイトＢ側データ通信モジュール２０６から受信したinfoP，infoBatB，infoSycをデータベース３００に蓄積する。
【００１８】
図２は、実施形態１のデータベース内に蓄積される時系列データと紐付いたデータを表す概略図である。実施形態１では、制御周期No．と紐付いた各種情報が記憶され、サイトＡの情報とサイトＢの情報とを一つのデータベースとして取扱可能に構成されている。
【００１９】
（サイトＢについて）
サイトＢは、放射光などの量子ビームを用いて種々の測定が可能な大型放射光施設５と、再現装置６と、サイトＢ側データ通信モジュール２０６（以下、DTMb２０６）と、を有する。大型放射光施設５は、リング型の加速器によって電子を光と略等しい速度まで加速し、磁力によって電子の進行方向を曲げた時に発生する強力な電磁波（Ｘ線）を利用して、ナノレベルにおける非破壊観察を可能とする。大型放射光施設５は、非常に大型であり、危険性の高い電磁波を利用するため、厳格な設置要件のもとに建設される。言い換えると、サイトＢは、極めて限られた地域等にのみ建設可能な施設である。
【００２０】
再現装置６は、バッテリモジュール１４に内包されたバッテリセル１４ａと同じ規格のバッテリセル１４ｂに対し、サイトＡでバッテリセル１４ａが置かれた環境と同じ環境、かつ、同じ充放電状態を再現する装置である。環境チャンバ６０は、内部にバッテリセル１４ｂを配置した状態で所望の環境（温度、湿度、気圧等）に設定可能な容器である。充放電装置６１は、環境チャンバ６０内に設置されるバッテリセル１４ｂに対して所望の充放電を行う。セル加圧装置６２は、バッテリセル１４ｂを所望の押圧力で加圧する。加振装置６３は、バッテリセル１４ｂに対し所望の振動を付与する。尚、加振装置６３によって再現可能な振動数上限値は、X線の吸収、回折、散乱などのスペクトルを取得する周期（以下、スペクトル取得周期）に応じて設定する。振動数上限値は、スペクトル取得周期が短いほど、高い振動数に設定される。環境チャンバ内調整装置６４は、環境チャンバ６０内の雰囲気温度、湿度、気圧等を所望の値に調整する。
【００２１】
再現装置６内には、バッテリセル１４ｂに作用する圧力を検出する圧力センサ２０ｂと、環境チャンバ６０内の雰囲気温度を検出する温度センサ２１ｂと、バッテリセル１４ｂの振動状態を検出する振動センサ２２ｂと、を有する。サイトＢに設けられた３つのセンサ２０ｂ，２１ｂ，２２ｂを総称して環境状態を取得するサイトＢ側環境センサSGbとも記載する。
【００２２】
ビーム照射器５１は、大型放射光施設５から出力されたX線（放射光）を、環境チャンバ６０内に設置されたバッテリセル１４ｂの対象領域に向けて出力する。
検出装置７は、照射されたX線がバッテリセル１４ｂを透過・回折もしくは散乱したときのＸ線を検出し、ナノレベルでの原子や分子の動的状態を観測する。バッテリセル１４ｂ内での観察例として、例えば負極表面に形成されたSEI（Solid Electrolyte Interphase）の状態変化（SEI成膜プロセスや、膜厚変化プロセス等）などを観測する。これらの観測に基づく画像データ（動画を含む）やSEI膜厚などの情報であるinfoPをDTMb２０６に送信する。
【００２３】
DTMb２０６では、DTMa１０６から送信されたinfoBatAとinfoCirAとを各コントロールユニットに送信すると共に、同期性確認部２０５に送信する。
充放電装置６１は、DTMb２０６から充放電コントロールユニット２０１に送信されたinfoBatAに基づいて、バッテリセル１４ｂに対し、サイトＡでの充放電状態を再現するように制御される。セル加圧装置６２は、TMb２０６からセル加圧装置コントロールユニット２０２に送信されたinfoCirAに基づいて、バッテリセル１４ｂに対し、サイトＡでの圧力状態を再現するように制御される。加振装置６３は、TMb２０６から加振装置コントロールユニット２０３に送信されたinfoCirAに基づいて、バッテリセル１４ｂに対し、サイトＡでの振動状態を再現するように制御される。環境チャンバ内調整装置６４は、TMb２０６から環境チャンバコントロールユニット２０４に送信されたinfoCirAに基づいて、サイトＡでの雰囲気温度等を再現するように制御される。
【００２４】
同期性確認部２０５では、infoCirAと、サイトＢ側環境センサSGbによって検出された情報であるinfoCirBとが同期し、かつ、infoBatAと、サイトＢ側の充放電状態であるinfoBatBとが同期しているか否かを確認し、同期している場合はinfoSycを１として出力し、同期が保たれていない場合はinfoSycを０として出力する。各コントロールユニットは、受信したinfoSycが１の場合は制御を継続し、０の場合は制御を一旦終了し、リセット後に改めて同期させる。尚、同期とは、DTMa１０６から送られるサイトＡで取得されたinfoBatAと、サイトＢで取得されるinfoBatBとが時系列に沿って一致し、かつ、サイトＡで取得されたinfoCirAとサイトＢで取得されるinfoCirBとが一致することを表す。尚、時系列に沿って順番が同じであれば、必ずしも同じ時間間隔で同期する必要はなく、検出装置７の検出分解能に応じた異なる時間間隔で時系列の順番のみを同期させてもよい。
DTMb２０６は、検出装置７で検出したinfoP，infoBatB，infoSycを取得し、DTMa１０６に送信する。
【００２５】
（infoBatAとinfoCirAとを選択した理由）
上述したように、実施形態１における動的状態観測システムのサイトＢは、放射線や放射光といった量子ビームを使用するため、遠隔地に建設されることが多く、また、測定環境も比較的狭い研究室内である。よって、車両自体を含む大型のシャシーダイナモ等をそのまま持ち込むことはできない。従来は、サイトＢ内に持ち込み可能な対象物を単体で観測していた。しかしながら、その対象物（以下、測定対象物と記載する。）が、複数の要素の組み合わせによって機能する機能性対象物の一構成要素の場合、実際に適用される機能性対象物と測定対象物との相関関係を把握することが困難であった。特に、機能性対象物は、動的状態における作用に基づいて機能を発揮する事が多く、静的状態における観測では、作用に基づく相関関係を把握することが困難であった。また、各種走行テストのような動的状態の再現実験を行い、その結果として得られる測定対象物をサイトＢに持ち込んだとしても、それがどのようなプロセスを経たのかを理解することが困難であり、加えて、測定対象物が他の構成要素との間で、どのような相互作用が生じていたのかを把握できず、動的状態における現象を理解することが極めて困難であった。
【００２６】
そこで、実施形態１では、サイトＢに設置可能な再現装置６の性能を決定し、その後、再現装置の仕様に基づいて測定対象物の仕様を決定した。そして、サイトＡで機能性対象物を観測する際、機能性対象物を測定対象物まで機能分解し、サイトＡにおいて、測定対象物への入力情報や環境情報を取得し、この入力情報を、サイトＢの再現装置６に送信することとした。すなわち、サイトＡとサイトＢとを通信回線を通じて擬似的に一つのシステムとして作動させることとした。これにより、サイトＡにおいて、機能性対象物の動的状態を再現し、同時にサイトＢの再現装置６内において、動的状態で生じる測定対象物の入力情報に基づいて測定対象物の動的状態を再現し、観測する。これにより、機能性対象物が機能を発揮する動的状態での、機能性対象物と測定対象物との相関関係を把握することができる。
【００２７】
実施形態１では、機能性対象物としてハイブリッド車両１を採用した。ハイブリッド車両１は、複数の構成要素（エンジン１０やモータジェネレータ１１は、それぞれが一つの機能を有し、それぞれの機能が組み合わさって、一つのシステムとして機能することを意味する。）し、サイトＢの再現装置６では、バッテリセル１４ｂへの充放電状態、加圧状態、振動状態、雰囲気温度などの環境状態を再現可能な仕様とした。そして、ハイブリッド車両１をバッテリモジュール１４まで機能分解し、更に、このバッテリモジュール１４をバッテリセル１４ａまで機能分解することで、バッテリセル１４ｂを測定対象物として選択した。
【００２８】
例えば、ハイブリッド車両１において、ある走行条件でモータジェネレータ１１からの出力トルクが過大となると、バッテリモジュール１４に負担がかかり、バッテリセル内の負極表面の構造崩壊や過度の被膜形成が懸念される。そこで、ハイブリッド車両１側で、モータジェネレータ１１の出力トルクに制限値を設定している場合がある。このような走行状態をサイトＡで再現し、サイトＡで取得した情報を、高速通信回線を介してサイトＢに伝達する。サイトＢでは、受信した情報に基づいて、バッテリセル１４ｂ内を観測する。これにより、懸念される走行状態で、実際に負極表面の構造崩壊や過度の被膜形成が生じるか否かを確認できる。また、実際の観測において負極表面の構造崩壊や過度の被膜形成等が生じなければ、サイトＡにおいて、制限値を更に大きな値に変更し、実際に負極表面の構造崩壊や過度の被膜形成等が生じる出力トルクを確認することも可能である。これにより、ハイブリッド車両１の動力性能を改善するといった使用方法が挙げられる。
【００２９】
また、サイトＡとサイトＢとは、高速通信回線を介して接続されており、ほとんどタイムラグを生じることなく、リアルタイムでの解析が可能である。サイトＢの大型放射光施設５の性能によっては、X線の吸収、回折、散乱などのスペクトルを高速で取得できるため、サイトＡでは、サイトＢで得られたinfoPに基づいて、フィードバック制御によりモータジェネレータ出力トルクや、エンジン出力トルクを制御することも可能となる。これにより、バッテリセル内のミクロな動的状態に基づいて、マクロな車両制御における制御ゲインの最適化等を図ることも可能である。
【００３０】
ここで、データベース３００には、サイトＡにおいて収集される走行中の各種データと、サイトＢにおいて収集される再現時のバッテリセルのデータとを一つのデータとして把握できる。よって、例えば、上述の走行状態を再現したときの他の情報との関連から、当初は想定していないパラメータとの因果関係が把握できることが予測され、新たなパラメータによる制限等を見出すことができる。
【００３１】
以上説明したように、実施形態1にあっては、下記に列挙する作用効果を奏する。
（１）対象物であるバッテリセル１４ｂを観測する大型放射光施設５を有するサイトＢ（量子ビームを用いて対象物を観測する大型観測装置）と、
サイトＢ内に設置され、バッテリセル１４ｂを大型放射光装置５で観測可能な状態で、バッテリセル１４ｂへの入力を再現する再現装置６と、
ハイブリッド車両１（複数の要素の組み合わせにより機能する機能性対象物）の動的状態を観測するシャシーダイナモ２（動的状態観測装置）と、
ハイブリッド車両１をバッテリセル１４ｂに相当する要素まで機能分解し、バッテリセル１４ａ（対象物相当要素）への入力情報であるinfoBatA（第1情報）を取得する情報取得部１０５（第1情報取得手段）と、
infoBatAを再現装置６に伝達するDTMa１０６（伝達手段）と、
を備え、
再現装置６は、infoBatAに基づいてバッテリセル１４ｂへの入力を再現する。
よって、サイトＢ内で観測する対象物に種々の制限があったとしても、対象物が実際に適用される環境や組み合わされる他の構成要素との相関関係を維持した状態でinfoBatAを取得し、再現装置６で再現しつつ動的状態を観測することが可能となり、対象物と他の構成要素との相関関係を把握することができる。
【００３２】
（２）サイトＡとサイトＢとは、インターネット回線や高速無線通信などの高速通信手段で接続されている。よって、リアルタイムで解析することが可能となり、サイトＡとマクロな状態と、サイトＢのミクロの状態とのフィードバック制御を実現できる。
【００３３】
（３）バッテリセル１４ａの外部環境情報であるinfoCirA（第２情報）を取得するサイトＡ側環境センサSGa（第２情報取得手段）を有し、
再現装置６は、infoCirAに基づいてバッテリセル１４ｂの外部環境を再現する。
よって、単にバッテリセル１４ｂの電力状態だけでなく、バッテリセル１４ａが置かれた環境との因果関係を把握することが可能となり、例えば、振動状態や温度と電極の状態といった今まで知られていない因果関係の解析に貢献できる。
【００３４】
（４）バッテリセル１４ａをサイトＢで観測したinfoP（第１の観測データ）と、ハイブリッド車両１の動的状態をサイトＡで観測したinfoE，infoM，infoAT，infoBatA，infoCirA，infoDR，infoCD（第２の観測データ）とを紐づけて蓄積するデータベース３００を有する。よって、動的状態におけるミクロの情報とマクロの情報とを紐づけて一括管理することで、種々の解析を実現できる。
【００３５】
（５）データベース３００の情報に基づいて、infoPとinfoE，infoM，infoAT，infoBatA，infoCirA，infoDR，infoCDとの因果関係を抽出する。これにより、マクロの状態を表す情報と、ミクロの状態を表す情報との因果関係を把握することで、ミクロ側の状態に基づいてマクロ側の状態をより深く理解することができる。
【００３６】
（６）バッテリセル１４ｂをサイトＢで観測したinfoPに基づいて、ハイブリッド車両１の動的状態を変更する。例えば、車両の加速度とバッテリ電極の活物質の変化との関係等を把握した際、ハイブリッド車両１の駆動力制御における出力トルク制限値等を、ミクロの視点から適切に設定できる。
【００３７】
［実施形態２］
次に、実施形態２について説明する。基本的な構成は実施形態１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図３は、実施形態２の動的状態観測システムを表すシステム図である。実施形態１では、サイトＡとサイトＢとを高速通信回線で接続し、リアルタイムでデータの送受信を行った。これに対し、実施形態２では、サイトＡ側データ通信モジュール１０６及びサイトＢ側データ通信モジュール２０６に代えて、サイトＡ側データバッファ装置１０６０及びサイトＢ側データバッファ装置２０６０を備えた点が異なる。
【００３８】
サイトＡ側データバッファ装置１０６０は、時系列データに紐付けられたinfoBatAとinfoCirAを記憶しており、持ち運び可能な記憶媒体であるUSBメモリ９に対し、時系列データに紐付いたinfoBatAとinfoCirAを出力可能に構成されている。尚、USBメモリ９に限らず、CD-ROMや、SDカード等でもよく、特に限定しない。
同様に、サイトＢ側データバッファ装置２０６０は、サイトＢに持ち込まれたUSBメモリ９から時系列データに紐付いたinfoBatAとinfoCirAを読み込み可能に構成されている。そして、読み込まれた上記データに基づいて、再現装置６を稼働すると共に、観測されたinfoPを、再度USBメモリ９内の時系列データに紐づけて出力可能に構成されている。
【００３９】
まず、サイトＡにて、所定の走行条件での各種データを取得後、サイトＡ側データバッファ装置１０６０からUSBメモリ９に時系列データに紐付いたinfoBatAとinfoCirAとを出力する。次に、USBメモリ９をサイトＢに持参し、サイトＢ側データバッファ装置２０６０にUSBメモリ９内のデータを読み込ませる。そして、サイトＢにおいて、読み込んだデータに基づいて再現装置６を稼働し、infoPを取得する。次に、USBメモリ９内に時系列データに紐付いたinfoPを含むデータを出力し、USBメモリ９に記憶させる。次に、USBメモリ９をサイトＡに持ち帰り、サイトＡ側データバッファ装置１０６０にサイトＢで取得した情報を取り込むと共に、データベース３００に、infoPを時系列データに対応させて蓄積する。
【００４０】
このように、データをバッファさせることで、サイトＡでのデータ取得タイミングと、サイトＢでのデータ取得タイミングとを、異なる任意のタイミングで実施できる。よって、例えば、サイトＢの利用者が混雑し、サイトＡでのデータ取得タイミングでサイトＢを利用できない場合であっても、事前にサイトＡでデータを取得しておくことで、効率的にサイトＢを利用することができる。
【００４１】
［実施形態３］
次に、実施形態３について説明する。基本的な構成は実施形態１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図４は、実施形態３の動的状態観測システムを表すシステム図である。実施形態１では、ハイブリッド車両の動的状態を観測するシステムとした。これに対し、実施形態３では、ハイブリッド航空機の動的状態を観測するシステムとした点が異なる。
近年、二酸化炭素の排出量を削減する観点から、航空機の推進力として、ジェットエンジンに加え、電動モータを併用する研究がなされている。航空機にバッテリを搭載する場合、飛行中の温度や気圧の条件が地上より厳しいため、飛行中ないし飛行を繰り返した後のバッテリの性能及び安全性確保が急務である。しかしながら、ハイブリッド航空機は、ハイブリッド車両に比べて非常に大きく、また飛行状態を屋内で再現することは不可能であり、ハイブリッド車両のようにサイトＡ内に持ち込んで試験することができない。
そこで、サイトＡ内に持ち込み可能であって、ハイブリッド航空機から、飛行状態で機能する要素の動的状態を再現可能な構成要素まで機能分解（以下、一次機能分解と記載する。）する。そして、サイトＡ内に、飛行状態における一次機能分解された構成要素（以下、一次構成要素と記載する。）の動的状態を再現可能な設備を設けた。次に、サイトＢ内に持ち込み可能であって、一次構成要素で機能する要素の動的状態を再現可能な構成要素まで機能分解（以下、二次機能分解と記載する。）する。そして、サイトＢ内に、飛行状態における二次機能分解された構成要素（以下、二次構成要素と記載する。）の動的状態を再現可能な装置を設けることとした。実施形態３での二次構成要素はバッテリセル（１４Ａａ，１４Ａｂを含む）のため、このバッテリセルを基準に一次構成要素を決定する。
【００４２】
（サイトＡについて）
サイトＢの観測対象はバッテリセル１４Ａａであり、複数のバッテリセル１４Ａａから構成されるのは、バッテリ１４Ａである。よって、バッテリ１４Ａと電気的及び機械的に接続される一次構成要素として、主翼部に設けられるメインエンジン５００と、胴部後方に設けられるサブエンジン５０１と、インバータ１３Ａと、バッテリ１４Ａとを選択した。
メインエンジン５００は、ジェットエンジンにより推進力を発生するエンジンであり、燃焼室１０Ａと、コンプレッサ５１と、タービン５２と、これら回転要素に接続され航空機の推進力を発生する推進ファン５３と、燃焼室１０Ａにジェット燃料を供給する燃料タンク５４と、タービン５２に接続されたジェネレータ１１Ｂと、を有する。ジェネエレーた１１Ｂは、バッテリ１４Ａと電気的に接続される。
サブエンジン５０１は、電気力により推進力を発生するエンジンであり、電動モータ１１Ａと、電動モータ１１Ａに接続された第２推進ファン５５とを有する。電動モータ１１Ａは、バッテリ１４Ａと電気的に接続される。
インバータ１３Ａは、バッテリモジュール１４Ａと接続され、ジェネレータ１１Ｂによって発電された電力によって充電可能であり、かつ、電動モータ１１Ａに必要な電力を供給可能に構成されている。
【００４３】
バッテリモジュール１４Ａは、アルミニウム製の筐体内に、複数のバッテリセル１４Ａａが直列ないし並列に接続された状態で内包され、所定の電力を貯留する。バッテリモジュール１４Ａは、飛行状態の環境を再現する一次再現装置６Ａ内に設置されている。一次再現装置６Ａは、内部の温度、湿度及び気圧を任意に再現可能に構成されている。
一次再現装置６Ａ内には、バッテリモジュール１４Ａ内に内包された複数のバッテリセル１４Ａａの一つに作用する圧力を検出する圧力センサ２０ａと、バッテリモジュール１４内の雰囲気温度（特にバッテリセル１４Ａａ付近）を検出する温度センサ２１ａと、バッテリモジュール１４Ａ内の気圧を検出する気圧センサ２３aと、を有する。サイトＡに設けられた３つのセンサ２０ａ，２１ａ，２３ａを総称して環境状態を取得するサイトＡ側環境センサSGaとも記載する。ハイブリッド航空機は、メインエンジン５００及び／又はサブエンジン５０１から出力された推進力によって飛行する。実施形態３では、バッテリを備えた航空機として、シリーズ・パラレル・パーシャルハイブリッド型の航空機を例示するが、パラレルハイブリッド型やシリーズ・ハイブリッド型でもよい。また、バッテリを備えた航空機として、電力のみで飛行するシステムや、推進力としてはジェットエンジンのみ使用し、ランディングギ等の補機類や客室内の電力をバッテリから供給するシステムであってもよく特に限定しない。
【００４４】
一次構成要素は、シミュレータコントロールユニット２００Ａ（以下、SimＣＵ２００Ａ）を有する。例えば、SimＣＵ２００Ａに対し、所定の飛行状態が設定されると、一次再現装置６Ａ内が、飛行状態に応じた温度や気圧に設定される。
【００４５】
一次要素は、飛行状態を統合的に制御するビークルコントロールユニット１００Ａ（以下、ＶＣＵ１００Ａ）と、ＶＣＵ１００Ａからの指令に基づいてメインエンジン５００の駆動状態を制御するエンジンコントロールユニット１０１Ａ（以下、ＥＣＵ１０１Ａ）と、ＶＣＵ１００Ａからの指令に基づいて電動モータ１１Ａの駆動状態を制御するモータコントロールユニット１０２Ａ（以下、ＭＣＵ１０２Ａ）と、ＶＣＵ１００Ａからの指令に基づいてバッテリモジュール１４内の電力状態を制御するバッテリコントロールユニット１０３Ａ（以下、ＢＣＵ１０３Ａ）と、ＶＣＵ１００Ａからの指令に基づいてインバータ１３Ａを制御（ジェネレータ１１Ｂの発電状態を含む）するインバータコントロールユニット１０４Ａ（以下、ＩＶＣＵ１０４Ａ）と、を有する。
【００４６】
また、一次構成要素は、パイロットの操作情報（以下、infoPL）をＶＣＵ１００Ａに入力可能な入力部inputを有する。これらは、実際にハイブリッド航空機で飛行した際のフライト情報infoPLを送信してもよいし、外部入力端末や、他のコントロールユニット等よりinfoPLを送信してもよく、特に限定しない。
【００４７】
情報取得部１０５は、メインエンジン５００に関連する情報であるinfoEと、サブエンジン５０１に関連する情報（モータトルクTm、モータ出力、モータ回転数Nm等の収集可能な各種情報）であるinfoMと、インバータ１３Ａに関連する情報であるinfoIVと、バッテリモジュール１４Ａに関連する情報（電流A、電圧V、SOC（充電状態）、SOH（劣化状態）、OCV（開回路電圧）、SOP（出力可能パワー）等）であるinfoBatAと、バッテリモジュール１４Ａの環境に関連する情報（環境センサSGaで検出された雰囲気温度℃、圧力Pa、気圧hPa等）であるinfoCirAと、パイロットの操作情報であるinfoPLと、SimＣＵ２００Ａに関連する情報であるinfoSimとを取得する。
【００４８】
データベース３００は、サイトＡ内に設置され、情報取得部１０５で取得されたデータを時系列に沿って蓄積する。データベース３００には、種々の解析プログラムが準備されており、最終的に得られた情報に基づいて、各種情報の因果関係を把握可能に構成されている。
【００４９】
サイトＡ側データ通信モジュール１０６（以下、DTMa１０６）は、情報取得部１０５で取得された情報のうち、infoBatAとinfoCirAを取得し、インターネットや高速無線通信等の高速通信回線を介してサイトＢに送信する。また、後述するサイトＢ側データ通信モジュール２０６から受信したinfoP，infoBatB，infoSycをデータベース３００に蓄積する。
【００５０】
（サイトＢについて）
サイトＢは、量子ビームを用いて種々の測定が可能な大型放射光施設５と、再現装置６と、サイトＢ側データ通信モジュール２０６（以下、DTMb２０６）と、を有する。
【００５１】
再現装置６は、バッテリモジュール１４Ａに内包されたバッテリセル１４Ａａと同じ規格のバッテリセル１４Ａｂ（二次構成要素）に対し、サイトＡでバッテリセル１４Ａａが置かれた環境と同じ環境、かつ、同じ充放電状態を再現する装置である。環境チャンバ６０は、内部にバッテリセル１４ｂを配置した状態で所望の環境（温度、湿度、気圧等）に設定可能な容器である。充放電装置６１は、環境チャンバ６０内に設置されるバッテリセル１４Ａｂに対して所望の充放電を行う。セル加圧装置６２は、バッテリセル１４Ａｂを所望の押圧力で加圧する。環境チャンバ内調整装置６４は、環境チャンバ６０内の雰囲気温度、湿度、気圧等を所望の値に調整する。
【００５２】
再現装置６内には、バッテリセル１４ｂに作用する圧力を検出する圧力センサ２０ｂと、環境チャンバ６０内の雰囲気温度を検出する温度センサ２１ｂと、バッテリセル１４ｂの気圧状態を検出する気圧センサ２３ｂと、を有する。サイトＢに設けられた３つのセンサ２０ｂ，２１ｂ，２３ｂを総称して環境状態を取得するサイトＢ側環境センサSGbとも記載する。
【００５３】
ビーム照射器５１は、大型放射光施設５から出力されたX線（放射光）を、環境チャンバ６０内に設置されたバッテリセル１４ｂの対象領域に向けて出力する。
検出装置７は、照射されたX線がバッテリセル１４ｂを透過・回折もしくは散乱したときのＸ線を検出し、ナノレベルでの原子や分子の動的状態を観測する。これらの観測に基づく画像データ（動画を含む）や負極表面の構造崩壊や過度の被膜形成、電解液中のガス発生状態に関する情報であるinfoPをDTMb２０６に送信する。
【００５４】
DTMb２０６では、DTMa１０６から送信されたinfoBatAとinfoCirAとを各コントロールユニットに送信すると共に、同期性確認部２０５に送信する。
充放電装置６１は、DTMb２０６から充放電コントロールユニット２０１に送信されたinfoBatAに基づいて、バッテリセル１４Ａｂに対し、サイトＡでの充放電状態を再現するように制御される。セル加圧装置６２は、TMb２０６からセル加圧装置コントロールユニット２０２に送信されたinfoCirAに基づいて、バッテリセル１４Ａｂに対し、サイトＡでの圧力状態を再現するように制御される。環境チャンバ内調整装置６４は、TMb２０６から環境チャンバコントロールユニット２０４に送信されたinfoCirAに基づいて、サイトＡでの雰囲気温度等を再現するように制御される。
【００５５】
同期性確認部２０５では、infoCirAと、サイトＢ側環境センサSGbによって検出された情報であるinfoCirBとが同期し、かつ、infoBatAと、サイトＢ側の充放電状態であるinfoBatBとが同期しているか否かを確認し、同期している場合はinfoSycを１として出力し、同期が保たれていない場合はinfoSycを０として出力する。各コントロールユニットは、受信したinfoSycが１の場合は制御を継続し、０の場合は制御を一旦終了し、リセット後に改めて同期させる。尚、同期とは、DTMa１０６から送られるサイトＡで取得されたinfoBatAと、サイトＢで取得されるinfoBatBとが時系列に沿って一致し、かつ、サイトＡで取得されたinfoCirAとサイトＢで取得されるinfoCirBとが一致することを表す。尚、時系列に沿って順番が同じであれば、必ずしも同じ時間間隔で同期する必要はなく、検出装置７の検出分解能に応じた異なる時間間隔で時系列の順番のみを同期させてもよい。
DTMb２０６は、検出装置７で検出したinfoP，infoBatB，infoSycを取得し、DTMa１０６に送信する。
【００５６】
実施形態３におけるバッテリセル１４Ａｂ内での観察例について説明する。航空機は、車両のように地上を走行することを前提とする乗り物に比べて、より低温、低気圧下の環境での飛行が想定される。特にバッテリセル１４Ａｂ内の電解液中に、例えば炭酸ガス等が溶け込んでいた場合、低気圧下では、これらガス成分が気泡化する場合がある。この気泡が、例えば負極表面に形成されたSEI（Solid Electrolyte Interphase）の状態変化（SEI成膜プロセスや、膜厚変化プロセス等）などに及ぼす影響等を観測可能とする。これにより、バッテリの性能向上や安全性向上に寄与する試験を種々実施できる。
【００５７】
（他の実施形態）
以上、実施形態１〜３に基づいて本発明を説明したが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で他の実施形態にも適用できる。
実施形態１，２では、サイトＡにおいて、機能性対象物としてハイブリッド車両１を選び、シャシーダイナモを用いた例を示したが、シャシーダイナモに限らず、例えばテストコースで実際に車両を走行させ、その際に得られる各種データを無線通信によってサイトＢに送信してもよいし、テストコースに限らず、一般道での走行実験によって得られた各種データを無線通信もしくは記憶媒体を用いてサイトＢに送信してもよい。
【００５８】
実施形態１，２では、車両に搭載されたバッテリセル１４ｂに着目した例を示したが、バッテリに限らず、エンジンの排気触媒に着目し、サイトＢにおいて、排気触媒の表面に形成された薄膜の状態を観測してもよい。または、燃料電池車両において、フューエルセルに着目し、サイトＢにおいて、フューエルセルの触媒の状態を観測してもよい。または、タイヤに着目し、走行時におけるタイヤ内のワイヤフレームとゴム分子との界面状態や、分子構造の動的状態を観測してもよい。基本的に、サイトＢの再現装置において再現可能な測定対象物であれば、あらゆる箇所に対してシステムを構築可能である。
【００５９】
また、四輪自動車に限らず、二輪車、鉄道車両、航空機といった乗り物全般を選択可能である。実施形態１〜３では、バッテリ内部での化学反応に基づく動的状態を観測したが、化学反応における動的状態に限らず、機械的相互作用に基づく動的状態を観測してもよい。例えば、航空機を選択した場合、翼の最も負荷がかかる部分まで機能分解し、テスト飛行させ、サイトＢにおいて、翼のリベットに隠れた部分を非破壊で確認し、疲労度合いに関する情報を取得することで、航空機の安全性の向上に貢献できる。尚、化学反応に基づく動的状態の場合、観測中に化学反応を一時停止することが難しいが、機械的相互作用に基づく動的状態の場合は、観測中に一時停止することも可能なため、更に多様な観測方法を実現できる。
また、上述のような機械構造要素からなる機能性対象物に限らず、建設構造要素からなる機能性対象物に本発明を適用してもよい。例えば、家屋やビルといった建築物の耐震試験を行う際、建築物内で使用される接着剤の界面状態を観測してもよいし、ボルトやフレームの疲労状態を観測してもよい。
また、重電設備に使用される電気製品要素からなる機能性対象物に適用してもよい。例えば、トランスに高電圧を付与した際の電気的性能破壊に至る状態や、物理的破壊に至る状態を観測してもよい。
【００６０】
実施形態１，２では、放射光を利用した観測装置の例を示したが、Ｘ線自由電子レーザーや、中性子シンクロトロンといった量子ビームを用いた観測装置であってもよい。検出装置によって観測する具体例としては、二次元透過イメージング手法であるＸ線透過イメージング、物質による屈折率の違いを利用する位相コントラストイメージング、格子定数からバッテリ内の正極や負極の充放電状態を推定するＸ線回折マッピング、ブラッグエッジ（回折と透過）を利用する中性子ブラッグエッジイメージング、遷移金属のXAFSマッピングであるイメージングXAFS、遷移金属のXAFSマッピングを３次元で取得するCT-XAFS、コンプトン散乱イメージング、タイコグラフィーXAFS、コンフォーカルXRDマッピング等が挙げられる。これらは、測定対象物の結晶構造、電子状態、粒径分布、局所構造、界面構造といったミクロな視点での特徴を利用し、非破壊で観測できるものであれば、特に限定しない。また、イメージングによる画像データに限らず、スペクトルデータを取得し、これらスペクトルデータから分子構造等を観測してもよい。
【００６１】
また、実施形態では、データベース３００をサイトＡに設置した例を示したが、ネットワーク内であれば、サイトＡ以外の場所、例えば、クラウド上や、サイトＢに設置されていてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１    ハイブリッド車両
２    シャシーダイナモ
５    大型放射光施設
６    再現装置
９    USBメモリ
１４    バッテリモジュール
１４ａ    バッテリセル（サイトＡ側）
１４ｂ    バッテリセル（サイトＢ側）
５１    ビーム照射器
１０５    情報取得部
１０６    サイトＡ側データ通信モジュール（DTMa）
２０６    サイトＢ側データ通信モジュール（DTMb）
３００    データベース
１０６０    サイトＡ側データバッファ装置
２０６０    サイトＢ側データバッファ装置
SGa    サイトＡ側環境センサ
SGb    サイトＢ側環境センサ
【要約】
【課題】大型観測サイト内で観測する対象物に種々の制限があったとしても、対象物が実際に適用される環境や組み合わされる他の構成要素との相関関係を把握することが可能な動的状態観測システムを提供すること。
【解決手段】本発明の動的状態観測システムでは、量子ビームを用いて対象物を観測する大型観測装置と、前記大型観測装置内に設置され、前記対象物を前記大型観測装置で観測可能な状態で、前記対象物への入力を再現する再現装置と、複数の要素の組み合わせにより機能する機能性対象物の動的状態を観測する動的状態観測装置と、前記機能性対象物を前記対象物に相当する要素まで機能分解し、前記対象物相当要素への入力情報である第1情報を取得する第1情報取得手段と、前記第1情報を前記再現装置に伝達する伝達手段と、を備え、前記再現装置は、前記第１情報に基づいて前記対象物への入力を再現することとした。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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