JP2019158708A

JP2019158708A - 電池状態検出装置

Info

Publication number: JP2019158708A
Application number: JP2018047611A
Authority: JP
Inventors: 真吾槌矢; Shingo Tsuchiya; 鎌田　誠二; Seiji Kamata; 誠二鎌田
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】簡易な装置構成で二次電池の内部抵抗値を検出することができる。【解決手段】ＤＣＤＣコンバータの一次側コイル又は前記二次側コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記ＤＣＤＣコンバータのスイッチング素子のスイッチング周波数を可変させ、前記スイッチング素子がオン状態における電流と電圧とに基づいて、二次電池の内部抵抗値を推定する内部抵抗算出部と、を備えることを特徴とする電池状態検出装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、電池状態検出装置に関する。

下記特許文献１には、二次電池の内部抵抗値を交流法で測定する内部抵抗計測回路（電池状態検出装置）が開示されている。この交流法とは、測定対象である二次電池に交流信号を加え、その周波数を変化させたときの測定対象の交流抵抗を測定する方法である。

特開２００４−２８６６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の交流法を実現するためには、複数の周波数の交流信号を発生させる発振器を搭載する必要がある。その結果、電池状態検出装置が大型かつ高価なものとなるという問題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な装置構成で二次電池の内部抵抗値を検出することである。

本発明の一態様は、一次側コイル及び二次側コイルを有するトランスと、二次電池と前記一次側コイルとの間に接続され、所定のスイッチング周波数でスイッチングを行うことにより前記二次電池から前記一次側コイルに供給される入力電圧を制御するスイッチング素子と、前記二次側コイルに接続され、前記二次側コイルの電圧を整流する整流素子と、を備えるＤＣＤＣコンバータに適用され、前記二次電池の内部抵抗値を検出する電池状態検出装置であって、前記一次側コイル又は前記二次側コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を可変させ、前記スイッチング素子がオン状態における電流と電圧とに基づいて前記内部抵抗値を推定する内部抵抗算出部と、を備えることを特徴とする電池状態検出装置である。

以上説明したように、本発明によれば、簡易な装置構成で二次電池の内部抵抗値を検出することができる。

本発明の一実施形態に係る電池状態検出システムＡを説明する図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電池状態検出装置を、図面を用いて説明する。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電池状態検出システムＡの概略構成の一例を示す図である。電池状態検出システムＡは、二次電池（直流電源）Ｂの内部抵抗値Ｒを検出するシステムである。

図１（ａ）に示すように、電池状態検出システムＡは、ＤＣＤＣコンバータ１、制御部２、及び電池状態検出装置３を備える。なお、制御部２を電池状態検出装置３の構成要素としてもよい。

ＤＣＤＣコンバータ１は、トランス１０、スイッチング素子１１、整流素子１２、及びコンデンサ１３を備える。

トランス１０は、一次側コイル１０ａ及び二次側コイル１０ｂを備える。
一次側コイル１０ａは、一端が二次電池Ｂの正極端子に接続され、他端がスイッチング素子１１に接続されている。
二次側コイル１０ｂは、一端が整流素子１２に接続され、他端がコンデンサ１３の他端に接続されている。

スイッチング素子１１は、二次電池Ｂと一次側コイル１０ａとの間に接続されている。例えば、スイッチング素子１１は、ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔｉｖｅＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）であって、ドレインが一次側コイル１０ａの他端に接続され、ソースが二次電池Ｂの負極端子に電気的に接続されている。このスイッチング素子１１は、所定のスイッチング周波数でスイッチングを行うことにより、二次電池Ｂから一次側コイル１０ａに供給される入力電圧を制御する。この入力電圧とは、二次電池Ｂの電圧（端子間電圧）ＶＢである。

整流素子１２は、二次側コイル１０ｂに誘起される交流電圧を整流して直流電圧に変換する。具体的には、整流素子１２は、ダイオードであって、アノードが二次側コイル１０ｂの一端に接続され、カソードがコンデンサ１３の一端に接続されている。

コンデンサ１３は、整流素子１２の出力側に並列接続される平滑コンデンサである。コンデンサ１３は、整流素子１２により変換された直流電圧を平滑し、その平滑した直流電圧を負荷Ｆに出力する。

制御部２は、スイッチング素子１１のオン状態とオフ状態とを交互に切り替える、いわゆるスイッチング制御を行うスイッチングコントローラである。トランス１０は、スイッチング素子１１のスイッチングに伴い、二次側コイル１０ｂに交流電圧を誘起させる。

次に、本発明の一実施形態に係る電池状態検出装置３について説明する。
電池状態検出装置３は、電流検出部４、電圧検出部５、及びＣＰＵ６を備える。なお、ＣＰＵ６は、本発明の「内部抵抗算出部」の一例である。

電流検出部４は、一次側コイル１０ａ又は二次側コイル１０ｂに流れる電流を検出する。本実施形態では、電流検出部４は、一次側コイル１０ａに流れる電流Ｉｄを検出する。具体的には、電流検出部４は、シャント抵抗Ｒ１及び差動増幅器ＡＭＰを備える。

シャント抵抗Ｒ１は、一次側コイル１０ａの他端と、二次電池Ｂの負極端子との間に接続される。
差動増幅器ＡＭＰは、電流Ｉｄがシャント抵抗に流れることで発生するシャント抵抗Ｒ１の端子間の電圧を検出し、その電圧に応じた出力電圧をＣＰＵ６に出力する。この出力電圧は、電流Ｉｄに比例した電圧となる。
なお、電流検出部４は、ホール素子やカンレントトランス等により構成されてもよい。

電圧検出部５は、二次電池Ｂの電圧ＶＢを検出し、その検出した電圧ＶＢをＣＰＵ６に出力する。なお、電圧検出部５は、抵抗分圧により電圧ＶＢを分圧して、その分圧した電圧（分圧電圧）をＣＰＵ６に出力してもよい。

ＣＰＵ６は、制御部２と無線又は有線で通信して、スイッチング素子１１のスイッチング周波数を可変させる。
ＣＰＵ６は、電流検出部４から出力された出力電圧をＡ／Ｄ変換によりデジタル値に変換する。そして、ＣＰＵ６は、そのデジタル値から電流Ｉｄを演算することで、当該電流Ｉｄの電流値を取得する。さらに、ＣＰＵ６は、電圧検出部５から出力された電圧ＶＢをＡ／Ｄ変換によりデジタル値に変換することで、電圧ＶＢの電圧値を取得する。

そして、ＣＰＵ６は、スイッチング素子１１がオン状態のときの電流Ｉｄの電流値と電圧ＶＢの電圧値とに基づいて、二次電池Ｂの内部抵抗値Ｒを推定する。

以下に、電池状態検出装置３が二次電池Ｂの内部抵抗値Ｒを検出する動作について、図１（ｂ）を参照して説明する。図１（ｂ）は、内部抵抗値Ｒの検出動作のタイミングチャートである。

制御部２は、ＣＰＵ６からの制御信号に応じたスイッチング周波数で、スイッチング素子１１をスイッチング制御する。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１は、二次電池の電圧ＶＢを昇圧又は降圧した電圧を負荷Ｆに供給する。ここで、このスイッチング素子１１のスイッチングにおいて、スイッチング素子１１がオフ状態からオン状態に切り替わると、スイッチング素子１１にコレクタ電圧Ｖｄが立ち下がるとともに、一次側コイル１０ａに電流Ｉｄが流れる。そして、電流Ｉｄが上昇し、電流Ｉｄの電圧値がΔＩに飽和する。また、スイッチング素子１１がオン状態のときの電圧ＶＢの電圧値がΔＶとなる。したがって、ＣＰＵ６は、スイッチング素子１１がオン状態のときの電流Ｉｄの電流値ΔＩと電圧ＶＢの電圧値ΔＶとを取得し、当該電圧値ΔＶを当該電流値ΔＩで除算することで内部抵抗値Ｒ（＝（ΔＶ／ΔＩ））を算出する。

上述したように、本発明の一実施形態に係る電池状態検出装置３は、ＤＣＤＣコンバータ１に適用されるものであって、スイッチング素子１１のスイッチング周波数を可変させ、そのスイッチング素子１１がオン状態における電流Ｉｄと電圧ＶＢとに基づいて二次電池Ｂの内部抵抗値Ｒを推定する。

このような構成により、既存の回路を用いて、二次電池Ｂの内部抵抗値Ｒを推定することができる。したがって、簡易な装置構成で二次電池Ｂの内部抵抗値Ｒを正確に検出することができる。

また、電池状態検出装置３は、従来の交流法を用いずに二次電池Ｂの内部抵抗値Ｒを検出するため、発振器を搭載する必要がない。そのため、発振器がノイズの発生源となって、二次電池Ｂを電源として作動するシステムを誤作動させる可能性がない。

さらに、電池状態検出装置３は、スイッチング素子１１のスイッチング周波数を可変させて内部抵抗値Ｒを検出することで、二次電池Ｂにおけるさまざまな周波数のインピーダンスを測定することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ＤＣＤＣコンバータ
２制御部
３電池状態検出装置
４電流検出部
５電圧検出部
６ＣＰＵ（内部抵抗算出部）
１０トランス
１０ａ一次側コイル
１０ｂ二次側コイル
１１スイッチング素子
１２整流素子
Ｂ二次電池

Claims

一次側コイル及び二次側コイルを有するトランスと、二次電池と前記一次側コイルとの間に接続され、所定のスイッチング周波数でスイッチングを行うことにより前記二次電池から前記一次側コイルに供給される入力電圧を制御するスイッチング素子と、前記二次側コイルに接続され、前記二次側コイルの電圧を整流する整流素子と、を備えるＤＣＤＣコンバータに適用され、前記二次電池の内部抵抗値を検出する電池状態検出装置であって、
前記一次側コイル又は前記二次側コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチング素子のスイッチング周波数を可変させ、前記スイッチング素子がオン状態における電流と電圧とに基づいて前記内部抵抗値を推定する内部抵抗算出部と、
を備えることを特徴とする電池状態検出装置。