JP2021018069A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複素インピーダンスの検出精度を向上させることができる電池監視装置を提供すること。【解決手段】電池監視装置５０は、正弦波信号の波形を指示するマイコン部５３と、監視対象である電池セル４２を電源として、指示された正弦波信号を出力させる電流モジュレーション回路５６と、正弦波信号に対する電池セル４２の応答信号を入力するロックインアンプ５２を備える。ロックインアンプ５２は、正弦波信号に応じて決定された参照信号と、応答信号とを掛け合わせた値に基づいて、応答信号のうち、正弦波信号の周波数に応じた周波数成分を検出する。マイコン部５３は、検出された応答信号の周波数成分に基づいて複素インピーダンスを算出する。また、マイコン部５３は、正弦波信号を出力させる前に、正弦波信号の周波数に応じたノイズ信号の有無を判定するとともに、ノイズ信号があると判定された場合、当該ノイズ信号を除去する。【選択図】 図３

Description

本発明は、電池監視装置に関するものである。

従来から、蓄電池の状態を監視するため、蓄電池の複素インピーダンスを測定することが行われていた（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の発明では、パワーコントローラにより、蓄電池に対して矩形波信号を印加して、その応答信号に基づいて複素インピーダンス特性を算出していた。そして、この複素インピーダンス特性を基に、蓄電池の劣化状態などを判別していた。

特許第６２２６２６１号公報

ところで、この複素インピーダンス測定法を、車載の蓄電池の複素インピーダンス測定法として採用する場合、次のような問題が生じる。車両では、インバータなどのノイズ源が数多く存在し、複素インピーダンスの検出精度が悪いという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複素インピーダンスの検出精度を向上させることができる電池監視装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、電解質と複数の電極とを含む蓄電池の状態を監視する電池監視装置において、所定の交流信号の波形を指示する波形指示部と、監視対象である前記蓄電池を電源として、前記波形指示部により指示された交流信号を出力させる信号制御部と、前記交流信号に対する前記蓄電池の応答信号を入力する応答信号入力部と、前記波形指示部が指示する前記交流信号に応じて決定された参照信号と、前記応答信号入力部から入力した応答信号とを掛け合わせた値に基づいて、前記応答信号のうち、前記交流信号の周波数に応じた周波数成分を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記応答信号の周波数成分に基づいて前記蓄電池の複素インピーダンスを算出する演算部と、前記信号制御部が前記交流信号を出力させる前に、前記波形指示部が指示する前記交流信号の周波数に応じたノイズ信号の有無を判定するノイズ判定部と、前記ノイズ判定部によりノイズ信号があると判定された場合、当該ノイズ信号を回避若しくは除去するノイズ対応部と、を備える。

信号制御部は、監視対象とする蓄電池を電源として、所定の交流信号を出力させる。このため、交流信号を蓄電池に入力するための電源が必要なくなり、部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。

また、車載の蓄電池には、一般的に保護素子やフィルタ回路などの周辺回路が接続されており、蓄電池に交流信号を入力しても、当該周辺回路に電流の一部が漏れてしまう。このため、蓄電池に交流信号を入力し、その応答信号に基づいて複素インピーダンスを算出する場合、応答信号に誤差が生じ、複素インピーダンスの検出精度が低下するという問題があった。

しかしながら、上記構成では、蓄電池を電源として、所定の交流信号を出力させるため、信号制御部と蓄電池とで閉回路を実現できる。よって、蓄電池からの電流の漏れをなくすことができ、誤差を抑制することができる。

また、上記構成では、検出部は、応答信号のうち、交流信号の周波数に応じた周波数成分を検出し、演算部は検出された応答信号の周波数成分に基づいて複素インピーダンスを算出する。このため、ホワイトノイズ等、ノイズ信号に強くなり、高精度に複素インピーダンスを算出することができる。特に車載の蓄電池の場合、ノイズ信号が多くなる傾向にあるため、好適に複素インピーダンスを算出することができる。

ところで、上述したように交流信号の周波数に応じた応答信号の周波数成分を検出する場合であっても、交流信号と同じ周波数のノイズ信号、特に同じ周波数でかつ位相が揃ったノイズ信号が存在する場合、当該ノイズ信号も検出してしまい、誤差が生じるという可能性がある。特に車両では、インバータ装置など所定の駆動周波数で駆動する装置が種々あり、所定周波数のノイズ信号が出力される可能性が高い。

そこで、交流信号を出力させる前に、波形指示部が指示する交流信号の周波数に応じたノイズ信号の有無を判定するノイズ判定部と、当該ノイズ信号を回避若しくは解消するノイズ対応部と、を備えた。これにより、交流信号と同じ周波数のノイズ信号が存在する場合であっても当該ノイズ信号の影響を抑制し、複素インピーダンスの検出精度を向上させることができる。

電源システムの概略構成図。 電池監視装置の構成図。 インピーダンス算出処理を示すフローチャート。 応答信号検出処理を示すフローチャート。 ノイズ信号検出処理を示すフローチャート。 接続位置を示す図。 第２実施形態のインピーダンス算出処理を示すフローチャート。 第３実施形態のインピーダンス算出処理を示すフローチャート。 第４実施形態のインピーダンス算出処理を示すフローチャート。 第５実施形態のインピーダンス算出処理を示すフローチャート。 第６実施形態の電池監視装置の構成図。 第６実施形態の応答信号検出処理を示すフローチャート。 別例の電池監視装置の構成図。

（第１実施形態）
以下、「電池監視装置」を車両（例えば、ハイブリッド車や電気自動車）の電源システムに適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、電源システム１０は、回転電機としてのモータ２０と、モータ２０に対して３相電流を流す電力変換器としてのインバータ３０と、充放電可能な組電池４０と、組電池４０の状態を監視する電池監視装置５０と、モータ２０などを制御するＥＣＵ６０と、を備えている。

モータ２０は、車載主機であり、図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、モータ２０として、３相の永久磁石同期モータを用いている。

インバータ３０は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、各アームに設けられたスイッチ（ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子）のオンオフにより、各相巻線において通電電流が調整される。

インバータ３０には、図示しないインバータ制御装置が設けられており、インバータ制御装置は、モータ２０における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、インバータ３０における各スイッチのオンオフにより通電制御を実施する。これにより、インバータ制御装置は、組電池４０からインバータ３０を介してモータ２０に電力を供給し、モータ２０を力行駆動させる。また、インバータ制御装置は、駆動輪からの動力に基づいてモータ２０を発電させ、インバータ３０を介して、発電電力を変換して組電池４０に供給し、組電池４０を充電させる。

組電池４０は、インバータ３０を介して、モータ２０に電気的に接続されている。組電池４０は、例えば百Ｖ以上となる端子間電圧を有し、複数の電池モジュール４１が直列接続されて構成されている。電池モジュール４１は、複数の電池セル４２が直列接続されて構成されている。電池セル４２として、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を用いることができる。各電池セル４２は、電解質と複数の電極とを有する蓄電池である。

組電池４０の正極側電源端子に接続される正極側電源経路Ｌ１には、インバータ３０等の電気負荷の正極側端子が接続されている。同様に、組電池４０の負極側電源端子に接続される負極側電源経路Ｌ２には、インバータ３０等の電気負荷の負極側端子が接続されている。なお、正極側電源経路Ｌ１及び負極側電源経路Ｌ２には、それぞれリレースイッチＳＭＲ（システムメインリレースイッチ）が設けられており、リレースイッチＳＭＲにより、通電及び通電遮断が切り替え可能に構成されている。

電池監視装置５０は、各電池セル４２の蓄電状態（ＳＯＣ）及び劣化状態（ＳＯＨ）などを監視する装置である。第１実施形態において電池監視装置５０は、電池セル４２毎に設けられている。電池監視装置５０は、ＥＣＵ６０に接続されており、各電池セル４２の状態などを出力する。電池監視装置５０の構成については、後述する。

ＥＣＵ６０は、各種情報に基づいて、インバータ制御装置に対して力行駆動及び発電の要求を行う。各種情報には、例えば、アクセル及びブレーキの操作情報、車速、組電池４０の状態などが含まれる。

次に、電池監視装置５０について詳しく説明する。図２に示すように、第１実施形態では、電池セル４２毎に電池監視装置５０が設けられている。

電池監視装置５０は、ＡＳＩＣ部５０ａと、フィルタ部５５と、電流モジュレーション回路５６と、を備えている。ＡＳＩＣ部５０ａは、安定化電源供給部５１と、ロックインアンプ５２と、演算部としてのマイコン部５３と、通信部５４と、電圧測定部５７と、を備えている。

安定化電源供給部５１は、電池セル４２の電源ラインに接続されており、電池セル４２から供給された電力をロックインアンプ５２、マイコン部５３、通信部５４、及び電圧測定部５７に対して供給している（破線で示す）。ロックインアンプ５２、マイコン部５３、通信部５４、及び電圧測定部５７は、この電力に基づいて駆動する。

電圧測定部５７は、例えば、差動アンプであり、監視対象とする電池セル４２に対して接続されている。具体的に説明すると、電圧測定部５７は、電池セル４２から直流電圧を入力（測定）可能な直流電圧入力端子５７ａ，５７ｂを有する。電池セル４２と直流電圧入力端子５７ａ，５７ｂとの間には、フィルタ部５５が設けられている。すなわち、正極側の直流電圧入力端子５７ａと、負極側の直流電圧入力端子５７ｂとの間には、フィルタ回路としてのＲＣフィルタ５５ａ、及び保護素子としてのツェナーダイオード５５ｂなどが設けられている。つまり、電池セル４２に対して、ＲＣフィルタ５５ａやツェナーダイオード５５ｂなどが並列に接続されている。

また、電圧測定部５７は、マイコン部５３に接続されており、入力した直流電圧をマイコン部５３に対して出力するように構成されている。なお、電圧測定部５７は、図示しないＡＤ変換器に接続されており、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換してマイコン部５３に出力するように構成されている。

同様に、ロックインアンプ５２は、監視対象とする電池セル４２に対して接続されている。ロックインアンプ５２は、電池セル４２の端子間において、電池セル４２の内部複素インピーダンス情報を反映した応答信号（電圧変動）を入力するための応答信号入力端子５８を有する。このため、ロックインアンプ５２は、応答信号入力部として機能する。

また、ロックインアンプ５２は、信号制御部としての電流モジュレーション回路５６に接続されており、電流モジュレーション回路５６に対して、電池セル４２から出力させる正弦波信号（交流信号）を指示する指示信号を出力する指示信号出力端子５９ａを有する。また、ロックインアンプ５２は、フィードバック信号入力端子５９ｂを有する。フィードバック信号入力端子５９ｂは、電流モジュレーション回路５６を介して、電池セル４２から実際に出力される（流れる）電流信号を、フィードバック信号として入力する。

また、ロックインアンプ５２は、マイコン部５３に接続されており、応答信号入力端子５８が入力した応答信号や、フィードバック信号入力端子５９ｂが入力したフィードバック信号などをマイコン部５３に対して出力するように構成されている。なお、ロックインアンプ５２は、内部にＡＤ変換器を有しており、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換してマイコン部５３に出力するように構成されている。

また、ロックインアンプ５２は、マイコン部５３から信号を入力可能に構成されており、マイコン部５３からの指示に基づいて、指示信号出力端子５９ａから、電流モジュレーション回路５６に対して指示信号を出力するように構成されている。なお、ロックインアンプ５２は、内部にＤＡ変換器を有しており、デジタル信号をアナログ信号に変換して、電流モジュレーション回路５６に対して指示信号を出力するように構成されている。また、電流モジュレーション回路５６に指示信号により指示される正弦波信号は、直流バイアスがかけられており、正弦波信号が負の電流（電池セル４２に対して逆流）とならないようになっている。

電流モジュレーション回路５６は、監視対象である電池セル４２を電源として、所定の交流信号（正弦波信号）を出力させる回路である。具体的に説明すると、電流モジュレーション回路５６は、スイッチ部としての半導体スイッチ素子５６ａ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）と、半導体スイッチ素子５６ａに直列に接続された抵抗５６ｂとを有する。半導体スイッチ素子５６ａのドレイン端子は、電池セル４２の正極端子に接続され、半導体スイッチ素子５６ａのソース端子は、抵抗５６ｂの一端に直列に接続されている。また、抵抗５６ｂの他端は、電池セル４２の負極端子に接続されている。半導体スイッチ素子５６ａは、ドレイン端子とソース端子との間において通電量を調整可能に構成されている。また、半導体スイッチ素子５６ａの動作領域に応じて、半導体スイッチ素子５６ａにかかる電圧を調整するために、抵抗を電流モジュレーション回路内に直列に挿入する場合もある。

なお、電池セル４２の正極端子及び負極端子は、それぞれ電極（正極又は負極）に繋がっている。そして、応答信号入力端子５８は、正極端子及び負極端子の接続可能な部分のうち、最も電極に近い箇所に接続されることが望ましい。また、直流電圧入力端子５７ａ，５７ｂの接続箇所も同様に、最も電極に近い箇所、又は応答信号入力端子５８の接続箇所の次に近い箇所であることが望ましい。これにより、主電流又は均等化電流による電圧低下の影響を最低限にすることができる。

また、電流モジュレーション回路５６には、抵抗５６ｂの両端に接続された電流検出部としての電流検出アンプ５６ｃが設けられている。電流検出アンプ５６ｃは、抵抗５６ｂに流れる信号（電流信号）を検出し、検出信号をフィードバック信号として、ロックインアンプ５２のフィードバック信号入力端子５９ｂに出力するように構成されている。

また、電流モジュレーション回路５６には、フィードバック回路５６ｄが設けられている。フィードバック回路５６ｄは、ロックインアンプ５２の指示信号出力端子５９ａから、指示信号を入力するとともに、電流検出アンプ５６ｃからフィードバック信号を入力するように構成されている。そして、指示信号とフィードバック信号とを比較し、その結果を半導体スイッチ素子５６ａのゲート端子に出力するように構成されている。

半導体スイッチ素子５６ａは、フィードバック回路５６ｄからの信号に基づいて、指示信号により指示された正弦波信号（所定の交流信号）を電池セル４２から出力させるように、ゲート・ソース間に印加する電圧を調整して、ドレイン・ソース間の電流量を調整する。なお、指示信号により指示される波形と、実際に抵抗５６ｂに流れる波形との間に誤差が生じている場合、半導体スイッチ素子５６ａは、フィードバック回路５６ｄからの信号に基づいて、その誤差が補正されるように、電流量を調整する。これにより、抵抗５６ｂに流れる正弦波信号が安定化する。

次に、電池セル４２の複素インピーダンスを算出方法について説明する。一般的に、蓄電池の複素インピーダンスを算出する場合、蓄電池に交流信号（電流信号）を流し、その時における蓄電池の電圧変動を入力し、交流信号と電圧変動に基づいて複素インピーダンスを算出している。しかしながら、本実施形態のような車載の電池セル４２の場合、通常、保護素子（ツェナーダイオード５５ｂ）やフィルタ回路（ＲＣフィルタ５５ａ）などの周辺回路が接続されており、電池セル４２に交流信号を入力しても、当該周辺回路に電流の一部が漏れてしまう。このため、正確な電圧変動を入力することができないという問題がある。また、車載の電池セル４２の場合、ノイズ信号が多いという問題がある。なお、ノイズ信号としては、ホワイトノイズや、インバータ３０の駆動周波数を起因とする所定周波数のノイズ信号が存在する。

本実施形態では、これらの問題を解決するため、以下のような方法で、複素インピーダンスを算出している。以下、詳しく説明する。

電池監視装置５０のマイコン部５３は、所定周期ごとに、図３に示すインピーダンス算出処理を実行する。インピーダンス算出処理において、マイコン部５３は、最初に複素インピーダンスの測定周波数を設定する（ステップＳ１０１）。測定周波数は、予め決められた測定範囲内の周波数の中から設定される。この処理により、マイコン部５３が、波形指示部に相当する。

次に、マイコン部５３は、測定周波数が、所定の周波数範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。所定の周波数範囲とは、周波数が一定であるノイズ信号が発生している可能性が高い範囲（ノイズ範囲）のことである。例えば、インバータ３０がノイズ源となるノイズ信号は、インバータ３０の駆動周波数と一致する又は近傍の周波数、又は駆動周波数の高調波成分、又はインバータ３０の寄生インダクタンス、寄生容量を含むＬ成分やＣ成分による共振周波数とその高調波を有する。このため、周波数が一定であるノイズ信号が発生している可能性が高い範囲は、ある程度予測可能である。そこで、インバータ３０等のノイズ源の駆動周波数や実験結果に基づいて所定の周波数範囲が定められている。すなわち、ノイズ源から出力されるノイズ信号の周波数に基づいて周波数が一定であるノイズ信号が発生している可能性が高い範囲が所定の周波数範囲として定められて、記憶部としてのマイコン部５３に記憶されている。

ステップＳ１０２の判定結果が否定の場合、マイコン部５３は、ロックインアンプ５２に対して、測定周波数を通知し、当該測定周波数における応答信号の周波数成分の検出を指示する（ステップＳ１０３）。

具体的には、ステップＳ１０３において、マイコン部５３は、測定周波数に基づいて、正弦波信号（所定の交流信号）の周波数を決定する。そして、マイコン部５３は、当該正弦波信号の出力を指示する指示信号を出力することにより、ロックインアンプ５２に、いわゆる応答信号のロックイン検出を実行させる。ここで、ロックインアンプ５２が実施する応答信号検出処理について図４に基づき、詳しく説明する。

ロックインアンプ５２は、マイコン部５３から指示信号を入力すると、指示信号に基づいて、電池セル４２を電源として正弦波信号を出力させる（ステップＳ２０１）。具体的には、ロックインアンプ５２は、ＤＡ変換器により、入力した指示信号により指示された前記正弦波信号をアナログ信号に変換し、電流モジュレーション回路５６に出力する。これにより、電流モジュレーション回路５６は、指示信号に基づいて、電池セル４２を電源として正弦波信号を出力させる。より詳しくは、半導体スイッチ素子５６ａは、フィードバック回路５６ｄを介して入力された信号に基づき、指示信号により指示された正弦波信号を電池セル４２から出力させるように、電流量を調整する。これにより、電池セル４２から正弦波信号が出力される。

電池セル４２から正弦波信号を出力させると、すなわち、電池セル４２に外乱を与えると、電池セル４２の端子間に電池セル４２の内部複素インピーダンス情報を反映した電圧変動が生じる。ロックインアンプ５２は、応答信号入力端子５８を介して、その電圧変動を応答信号として入力する（ステップＳ２０２）。その際、ＡＤ変換器により、デジタル信号に変換する。

次に、ロックインアンプ５２は、出力させる正弦波信号に応じて決定された参照信号と、入力した応答信号とを乗算する。そして、ロックインアンプ５２は、乗算して得られた値に基づいて、応答信号のうち、正弦波信号の周波数（測定周波数）における周波数成分（目的とする直流成分）を検出（抽出）するロックイン検出を行う（ステップＳ２０３）。具体的には、ローパスフィルタなどを利用して、検出する。なお、参照信号は、指示信号により出力が指示された正弦波信号としたが、実際に抵抗５６ｂに流れた信号（フィードバック信号）であってもよい。

そして、ロックインアンプ５２は、抽出した応答信号の周波数成分をマイコン部５３に出力する（ステップＳ２０４）。これにより、応答信号のロックイン検出が終了する。

ここで、図３のインピーダンス算出処理の説明に戻る。

ステップＳ１０３の処理後、マイコン部５３は、ロックインアンプ５２から応答信号の周波数成分を入力すると、ステップＳ１０４の処理に移行する。ステップＳ１０４において、マイコン部５３は、入力した応答信号の周波数成分と電池セル４２から出力させた電流信号に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、位相のすべて若しくはいずれかを算出する（ステップＳ１０４）。ここで電流信号は、フィードバック信号に基づくものであってもよいし、指示信号により出力を指示した正弦波信号に基づくものであってもよい。また、電流信号は、フィードバック信号から測定周波数成分をロックイン検出したものであってもよい。

そして、マイコン部５３は、通信部５４を介して、算出した複素インピーダンスをＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ１０５）。そして、インピーダンス算出処理を終了する。

次に、ステップＳ１０２の判定結果が肯定の場合における処理について説明する。つまり、測定周波数が、所定の周波数範囲内であり、一定周波数のノイズ信号が発生している可能性が高い場合における処理について説明する。ステップＳ１０２の判定結果が肯定の場合、マイコン部５３は、ノイズ信号（バックグラウンドノイズ）の検出をロックインアンプ５２に対して指示する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６において、マイコン部５３は、ロックインアンプ５２に、電池セル４２に対して外乱を与えない場合に検出可能なノイズ信号（バックグラウンドノイズ）のロックイン検出を実行させる。ここで、ロックインアンプ５２が実施するノイズ信号検出処理について図５に基づき、詳しく説明する。

ロックインアンプ５２は、ノイズ信号（バックグラウンドノイズ）の検出が指示されると、そのまま、ロックインアンプ５２は、応答信号入力端子５８を介して、電池セル４２の電圧変動をノイズ信号として入力する（ステップＳ３０１）。つまり、電池セル４２に外乱を与えていない通常状態における電池セル４２の電圧変動を入力する。その際、ＡＤ変換器により、デジタル信号に変換して入力する。

そして、ロックインアンプ５２は、出力させる正弦波信号に応じて決定された参照信号と、入力したノイズ信号とを乗算する。そして、ロックインアンプ５２は、乗算により得られた値に基づいて、ノイズ信号のうち、当該正弦波信号の周波数（測定周波数）における周波数成分（直流成分）を抽出するロックイン検出を行う（ステップＳ３０２）。

なお、ステップＳ３０２では、必要に応じてロックイン検出を複数回繰り返し、その平均値を取得してもよい。若しくは、ＡＤ変換時に信号を複数回加算及び平準化する処理を入れてもよい。これにより、位相の揃っているノイズ成分のみをバックグラウンドノイズとして検出し、位相の揃っていないノイズ成分はバックグラウンドノイズとして検出しないようにすることができる。

そして、ロックインアンプ５２は、抽出したノイズ信号の周波数成分をマイコン部５３に出力する（ステップＳ３０３）。これにより、ノイズ信号のロックイン検出が終了する。

ここで、図３のインピーダンス算出処理の説明に戻る。

ステップＳ１０６の処理後、マイコン部５３は、ロックインアンプ５２からノイズ信号の周波数成分を入力すると、ステップＳ１０７の処理に移行する。ステップＳ１０７において、マイコン部５３は、入力したノイズ信号の周波数成分が所定の基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。この処理により、ノイズ信号の有無を判定することとなる。このため、本実施形態のマイコン部５３が、ノイズ判定部に相当する。

ステップＳ１０７の判定結果が否定の場合、すなわち、ノイズ信号が大きくない場合、マイコン部５３は、ステップＳ１０３へ移行する。

一方、ステップＳ１０７の判定結果が肯定の場合、マイコン部５３は、ロックインアンプ５２に対して、測定周波数を通知し、当該測定周波数における応答信号（ノイズ信号を含む）の周波数成分の検出を指示する（ステップＳ１０８）。これにより、図４で説明した処理と同様にして、ロックインアンプ５２に、当該正弦波信号が電池セル４２に流れた場合における電池セル４２の電圧変動を、応答信号（ノイズ信号を含む）として入力（取得）させる。その際、応答信号（ノイズ信号を含む）のうち、正弦波信号の周波数（測定周波数）における周波数成分を検出させる。いわゆるロックイン検出を実行させる。なお、ステップＳ１０８で入力される応答信号の周波数成分には、ノイズ信号による誤差が含まれることとなる。

次に、ステップＳ１０８の処理後、マイコン部５３は、ロックインアンプ５２から応答信号の周波数成分を入力すると、ステップＳ１０９の処理に移行する。ステップＳ１０９において、マイコン部５３は、ステップＳ１０６と同様に、ノイズ信号の検出をロックインアンプ５２に対して再び指示する（ステップＳ１０９）。ノイズ信号のロックイン検出は、ステップＳ１０６と同様であるため、詳細な説明は省略する。

なお、ステップＳ１０６〜ステップＳ１０９までの処理において、参照信号の位相は、同じとなるように調整する必要がある。参照信号の位相がずれた場合、ロックイン検出が正常に行うことができないためである。その方法としては、例えば、ステップＳ１０６において参照信号を出力させた後、他のステップの処理中に参照信号の出力を停止させることなく、出力させ続ければ、一貫してノイズ成分と同一の位相関係を保つことができる。

ステップＳ１０９の処理後、マイコン部５３は、ロックインアンプ５２からノイズ信号の周波数成分を入力すると、ステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０において、マイコン部５３は、ステップＳ１０６の処理により入力したノイズ信号の周波数成分と、ステップＳ１０９の処理により入力したノイズ信号の周波数成分を比較する。そして、マイコン部５３は、ノイズ信号の差（振幅差）が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。つまり、応答信号の周波数成分を取得する前後でノイズ信号に変化があるか否かについて判定する。

ステップＳ１１０の判定結果が肯定の場合（変化がない場合）、マイコン部５３は、ステップＳ１０８の処理により入力した応答信号の周波数成分から、ノイズ信号を除去する（ステップＳ１１１）。より詳しく説明すると、マイコン部５３は、ステップＳ１０８の処理により入力した応答信号の周波数成分と、ステップＳ１０６（又はステップＳ１０９）の処理により入力したノイズ信号の周波数成分とを比較して、ノイズ信号を除去する。具体的には、マイコン部５３は、応答信号の周波数成分からノイズ信号の周波数成分を減算することにより、ノイズ信号を除去する。この処理により、マイコン部５３が、ノイズ対応部に相当する。

そして、マイコン部５３は、ステップＳ１０４の処理に移行する。すなわち、マイコン部５３は、ステップＳ１１１で算出された応答信号の周波数成分と電池セル４２から出力させた電流信号に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、位相のすべて若しくはいずれかを算出する（ステップＳ１０４）。

一方、ステップＳ１１１の判定結果が否定の場合（変化がある場合）、マイコン部５３は、応答信号の測定回数が所定回数以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。この判定結果が肯定の場合、マイコン部５３は、ステップＳ１０６の処理に再び移行する。なお、その際、応答信号の測定回数に１加算する。この測定回数は、インピーダンス算出処理の開始時又は終了時にリセットされる。

一方、ステップＳ１１２の判定結果が否定の場合、マイコン部５３は、通信部５４を介して、応答信号を正確に入力することができない旨を知らせる異常信号をＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ１１３）。そして、インピーダンス算出処理を終了する。

このインピーダンス算出処理は、測定範囲内の複数の周波数についての複素インピーダンスが算出されるまで繰り返し実行される。ＥＣＵ６０は、算出結果に基づいて、例えば、複素インピーダンス平面プロット（コールコールプロット）を作成し、電極及び電解質などの特性を把握する。例えば、蓄電状態（ＳＯＣ）や劣化状態（ＳＯＨ）を把握する。

なお、コールコールプロット全体を必ずしも作成する必要はなく、その一部に着目してもよい。例えば、走行時、一定の時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＣ、ＳＯＨ及び電池温度等の走行時における変化を把握してもよい。または、１日毎、１周ごと、若しくは１年ごとといった時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＨ等の変化を把握してもよい。

第１実施形態の電池監視装置５０は、以下の効果を有する。

ロックインアンプ５２は、応答信号と参照信号とを乗算した値に基づいて、応答信号のうち、測定周波数に応じた周波数成分を検出する。そして、マイコン部５３は、応答信号の周波数成分と、正弦波信号（電流信号）に基づいて、複素インピーダンスを算出する。このように、いわゆるロックイン検出を行うことにより、応答信号から、正弦波信号の測定周波数と同一の周波数成分のみを抽出することができる。このため、ホワイトノイズやピンクノイズに強くなり、高精度に複素インピーダンスを算出することができる。特に車両に採用する場合、ノイズが多くなるため、好適に複素インピーダンスを算出することができる。また、ノイズに強くなるため、電池セル４２から出力させる電流（正弦波信号）を小さくすることが可能となる。このため、消費電力や電池セル４２や半導体スイッチ素子５６ａの温度上昇を抑制することができる。

ところで、上述したように測定周波数に応じた応答信号の周波数成分を検出する場合であっても、測定周波数と同じ周波数のノイズ信号が存在する場合、当該ノイズ信号も検出してしまい、誤差が生じる可能性がある。特に車両では、インバータ装置など所定の駆動周波数で駆動する装置が種々あり、所定周波数のノイズ信号が出力される可能性が高い。第１実施形態でもインバータ３０が所定の駆動周波数で駆動している場合がある。

そこで、電池セル４２から正弦波信号を出力させる前に、マイコン部５３により指示される正弦波信号の周波数（測定周波数）に応じたノイズ信号の有無を判定し、ノイズ信号が存在する場合には、当該ノイズ信号を除去するようにした。

具体的には、マイコン部５３は、応答信号の周波数成分からノイズ信号の周波数成分を減算し、減算後の応答信号の周波数成分と電池セル４２から出力させた電流信号に基づいて、複素インピーダンスを算出するようにしている。これにより、測定周波数と同じ周波数のノイズ信号が存在する場合であっても当該ノイズ信号の影響を抑制し、複素インピーダンスの検出精度を向上させることができる。

また、ロックインアンプ５２は、正弦波信号を出力させる前に、電池セル４２に流れるノイズ信号を入力する。そして、ロックインアンプ５２は、当該ノイズ信号と、指示信号により指示される正弦波信号に応じて決定された参照信号とを乗算した値に基づいて、前記ノイズ信号のうち、正弦波信号に応じたノイズ信号の周波数成分を検出する。

これにより、複素インピーダンスを算出する場合と同様に、測定周波数に応じたノイズ信号の周波数成分をロックイン検出するため、高精度にノイズ信号の除去を行うことができる。また、ロックインアンプ５２を流用して、ノイズ信号を特定するため、構成を簡単にすることができる。

車両の場合、インバータ３０など所定の駆動周波数で駆動するため、当該駆動周波数に基づいて、特定の周波数帯域でノイズ信号が発生する可能性が高い。そこで、マイコン部５３は、ステップＳ１０１で設定された測定周波数が所定の周波数範囲内である場合、ノイズ信号が存在する可能性が高いと判定することとした。これにより、簡易的に測定周波数に応じたノイズ信号の有無を判定することができる。

また、マイコン部５３は、ノイズ信号が存在する可能性が高いと判定された場合、ロックインアンプ５２によりロックイン検出されたノイズ信号の周波数成分が基準値以上であるか否かに基づいて、ノイズ信号の有無を判別している。これにより、高精度にノイズ信号を判定することができる。

また、電流モジュレーション回路５６は、監視対象とする電池セル４２を電源として、正弦波信号（所定の交流信号）を出力させている。このため、正弦波信号を電池セル４２に入力するための外部電源が必要なくなり、部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。

ところで、車載の蓄電池には、一般的に保護素子やフィルタ回路などの周辺回路が接続されており、蓄電池に交流信号を入力しても、当該周辺回路に電流の一部が漏れてしまう。例えば、第１実施形態においても、電池セル４２には、ＲＣフィルタ５５ａやツェナーダイオード５５ｂが接続されており、電池セル４２に交流信号を入力しても、電流の一部がそれらの回路に漏れる。このため、電池セル４２に交流信号を入力し、その応答信号に基づいて複素インピーダンスを算出する場合、漏れ電流の影響により応答信号に誤差が生じ、複素インピーダンスの検出精度が低下するという問題があった。

しかしながら、上記第１実施形態の電池監視装置５０では、電池セル４２を電源として、正弦波信号を出力させるため、電流モジュレーション回路５６と電池セル４２とで閉回路を実現できる。よって、電池セル４２からの電流の漏れをなくすことができ、応答信号の誤差を抑制することができる。

抵抗５６ｂに実際に流れる信号と、電池セル４２から出力させるべき正弦波信号との間に誤差が生じる場合がある。この場合、応答信号の誤差要因となる。そこで、フィードバック回路５６ｄを備えて、半導体スイッチ素子５６ａに対して指示を行う際、フィードバック信号（検出信号）と指示信号との比較に基づいてフィードバックを行うこととした。これにより、指示した正弦波信号を電池セル４２から安定して、正確に出力させることができる。

また、指示信号により、電流モジュレーション回路５６に対して正弦波信号の波形を指示する場合、指示信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。この変換する際に、誤差が生じる。ロックインアンプ５２と電流モジュレーション回路５６との間に、フィルタ回路等を設けることにより、指示信号の波形を滑らかにして、この誤差を抑制することができるが、フィルタ回路を設けることは大型化やコスト増につながる。

また、車載の電池セル４２は、一般的に大容量であるため、複素インピーダンスを算出する場合、測定周波数の測定範囲は広くなる傾向にある。したがって、その分フィルタ回路も大型化する可能性がある。そこで、上記フィードバックを行うこととし、信号変換時における指示信号の波形の誤差を抑制した。これにより、ロックインアンプ５２と電流モジュレーション回路５６との間において、フィルタ回路を省略することができる。ただし、ＡＤ変換用のアンチエイリアシングフィルタは必要に応じて用いる。

電流モジュレーション回路５６は、抵抗５６ｂに流れる信号を検出し、検出信号をフィードバック信号として、ロックインアンプ５２に出力するように構成されている。そして、ロックインアンプ５２は、フィードバック信号を電流信号として利用可能に構成されている。これにより、抵抗５６ｂに実際に流れる信号と、出力させるべき正弦波信号（マイコン部５３により指示された信号）との間に誤差（位相ずれなど）が生じた場合であっても、フィードバック信号、つまり、抵抗５６ｂに実際に流れる信号を利用すれば、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。

また、上記のようにフィードバック信号により補正する場合、ロックインアンプ５２と電流モジュレーション回路５６との間において、フィルタ回路を省略することができ、電池監視装置５０を小型化することができる。ただし、ＡＤ変換用のアンチエイリアシングフィルタは必要に応じて用いる。この場合もカットオフ周波数を比較的高く設定することができるので、定数の小さい素子を用いることができ、小型化することができる。

応答信号入力端子５８は、電池セル４２の端子において、接続可能な部分のうち、電極に最も近い部分に接続されている。これにより、電池セル４２の端子が有するインピーダンス成分の影響を抑制して、複素インピーダンスの算出精度をより向上させることができる。より詳しく説明すると、図６に示すように、電池セル４２の端子４２ａは、インピーダンス成分を有する。このため、応答信号入力端子５８を接続する場合、図６（ａ）よりも図６（ｂ）に示すように、電極により近い部分に接続することが望ましい。これにより、複素インピーダンスの算出精度をより向上させることができる。なお、図６（ｂ）に示すように、応答信号入力端子５８の接続箇所は、電流モジュレーション回路５６の接続箇所よりも電極に近いことが望ましい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電池監視装置５０について説明する。第２実施形態では、第１実施形態とはインピーダンス算出処理が異なる。具体的には、図７に示すように、第２実施形態のインピーダンス算出処理では、ステップＳ１０２の処理が省略されている。すなわち、測定周波数がいずれの値でも、ノイズ信号のうち、測定周波数に応じた周波数成分をロックイン検出し、当該周波数成分の大きさにより、ノイズ信号の有無を判定している。なお、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の電池監視装置５０について説明する。第３実施形態では、第１実施形態とはインピーダンス算出処理が異なる。具体的には、図８に示すように、第３実施形態のインピーダンス算出処理では、ノイズ信号の有無を判定していない。すなわち、ステップＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０７の処理が省略されている。

このため、マイコン部５３は、ノイズ信号の有無にかかわらず、毎回、ノイズ信号のうち、測定周波数に応じた周波数成分をロックイン検出し、当該ノイズ信号の周波数成分を、応答信号の周波数成分から除去することとなる。なお、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の電池監視装置５０について説明する。第４実施形態では、第１実施形態とはインピーダンス算出処理が異なる。図９に示すように、第４実施形態のインピーダンス算出処理では、ノイズ信号の除去を行うことなく、回避するようにしている。以下、詳しく説明する。なお、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

電池監視装置５０のマイコン部５３は、所定周期ごとに、図９に示すインピーダンス算出処理を実行する。図９のインピーダンス算出処理において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５までの処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

第４実施形態において、ステップＳ１０２の判定結果が肯定の場合における処理について説明する。つまり、測定周波数が、所定の周波数範囲内であり、一定周波数のノイズ信号が発生している可能性が高い場合における処理について説明する。

ステップＳ１０２の判定結果が肯定の場合、マイコン部５３は、測定周波数を変更する（ステップＳ４０１）。測定周波数の変更方法は、任意の方法でよく、測定周波数が周波数範囲外となるように、測定周波数を変更すればよい。ステップＳ４０１の処理後、マイコン部５３は、ステップＳ１０２の処理に移行する。これにより、マイコン部５３は、簡単な方法で、ノイズ信号を回避することが可能となる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態の電池監視装置５０について説明する。第５実施形態では、第１実施形態とはインピーダンス算出処理が異なる。具体的には、図１０に示すように、第５実施形態のインピーダンス算出処理では、ノイズ信号の除去を行うことなく、回避するようにしている。以下、詳しく説明する。なお、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

電池監視装置５０のマイコン部５３は、所定周期ごとに、図１０に示すインピーダンス算出処理を実行する。インピーダンス算出処理において、マイコン部５３は、ステップＳ１０１と同様に、複素インピーダンスの測定周波数を設定する（ステップＳ５０１）。測定周波数は、予め決められた測定範囲内の周波数の中から設定される。

次に、マイコン部５３は、ステップＳ１０６と同様にして、ノイズ信号（バックグラウンドノイズ）の検出をロックインアンプ５２に対して指示する（ステップＳ５０２）。ステップＳ５０２において、マイコン部５３は、ロックインアンプ５２に、電池セル４２に対して外乱を与えない場合に検出可能なノイズ信号（バックグラウンドノイズ）のロックイン検出を実行させる。なお、ロックインアンプ５２が実施するノイズ信号のロックイン検出については図５に基づいて前述しているため、詳細な説明は省略する。

ステップＳ５０２の処理後、ノイズ信号の周波数成分を入力すると、マイコン部５３は、入力したノイズ信号の周波数成分が基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。この判定結果が否定の場合、すなわち、ノイズ信号が大きくない場合、マイコン部５３は、ステップＳ１０３と同様に、ロックインアンプ５２に対して、測定周波数を通知し、当該測定周波数における応答信号の周波数成分の検出を指示する（ステップＳ５０４）。なお、ロックインアンプ５２が実施する応答信号のロックイン検出について図４に基づいて前述しているため、詳細な説明は省略する。

その後、マイコン部５３は、応答信号の周波数成分を入力すると、入力した応答信号の周波数成分と電池セル４２から出力させた電流信号に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、位相のすべて若しくはいずれかを算出する（ステップＳ５０５）。ここで電流信号は、フィードバック信号に基づくものであってもよいし、指示信号により出力を指示した正弦波信号に基づくものであってもよい。

そして、マイコン部５３は、通信部５４を介して、算出した複素インピーダンスをＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ５０６）。そして、インピーダンス算出処理を終了する。

一方、ステップＳ５０３の判定結果が肯定の場合、マイコン部５３は、ノイズ信号のロックイン検出の回数が所定回数以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０７）。この判定結果が肯定の場合、マイコン部５３は、測定周波数を変更する（ステップＳ５０８）。第４実施形態のステップＳ４０１と同様、測定周波数の変更方法は、任意の方法でよい。ステップＳ５０８の処理後、マイコン部５３は、ステップＳ５０２の処理に移行する。

一方、ステップＳ５０７の判定結果が否定の場合、マイコン部５３は、通信部５４を介して、応答信号を正確に入力することができない旨を知らせる異常信号をＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ５０９）。そして、インピーダンス算出処理を終了する。

第５実施形態に示すようなインピーダンス算出処理を実行により、マイコン部５３は、簡単な方法で、ノイズ信号を回避することが可能となる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態の電池監視装置５０について説明する。第６実施形態の電池監視装置５０は、いわゆる２位相ロックイン検出を実施する。以下、詳しく説明する。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

図１１に示すように、ロックインアンプ５２には、正弦波信号の出力時における電池セル４２の電圧変動を、応答信号入力端子５８を介して入力する増幅器としてのプリアンプ１５２が設けられている。プリアンプ１５２は、応答信号入力端子５８を介して入力した電圧変動を増幅し、応答信号として出力する。すなわち、応答信号の振幅は、電池セル４２の電圧に比較して微弱な信号であることから、応答信号の検出精度を向上させるため、プリアンプ１５２が設けられている。なお、第６実施形態では、プリアンプ１５２は、１段であったが、多段にしてもよい。

また、図１１に示すように、電池セル４２の正極端子と正極側の応答信号入力端子５８（プリアンプ１５２の正極側端子側）との間には、直流成分をカットするためのコンデンサＣ１が設けられている。これにより、電池セル４２の電圧変動のうち、直流成分（内部複素インピーダンス情報に関係ない部分）を除くことができ、応答信号の検出精度を向上させることができる。

また、ロックインアンプ５２には、ＡＤ変換器１５４が接続されており、プリアンプ１５２から出力される応答信号（アナログ信号）が、デジタル信号に変換されて出力されるように構成されている。

ＡＤ変換器１５４は、第１乗算器１５６及び第２乗算器１５７に接続されており、応答信号をそれぞれ入力するように構成されている。

第１乗算器１５６には、後述する発振回路１５８が接続されており、第１の参照信号が入力されるようになっている。第１乗算器１５６は、第１の参照信号と、応答信号を乗算して、測定周波数における応答信号の実部に比例した値を算出し、ローパスフィルタ１５９を介して、応答信号の実部に比例した値をマイコン部５３に出力するようになっている。なお、図１１では、応答信号の実部をＲｅ｜Ｖｒ｜と示す。

第２乗算器１５７には、位相シフト回路１６０を介して、発振回路１５８に接続されており、第２の参照信号が入力される。第２の参照信号は、第１の参照信号の位相を９０度（π／２）進ませた信号である。位相シフト回路１６０は、発振回路１５８から入力した正弦波信号（第１の参照信号）の位相を進ませ、第２の参照信号として出力する。

第２乗算器１５７は、第２の参照信号と、応答信号を乗算して、応答信号の虚部に比例した値を算出し、ローパスフィルタ１６１を介して、応答信号の虚部に比例した値をマイコン部５３に出力するようになっている。なお、図１１では、応答信号の虚部をＩｍ｜Ｖｒ｜と示す。応答信号の実部及び虚部が、測定周波数における応答信号の周波数成分に相当する。

発振回路１５８は、測定周波数に応じて設定された正弦波信号を出力する回路である。発振回路１５８は、前述したように、第１乗算器１５６及び位相シフト回路１６０に対して、正弦波信号を第１の参照信号として出力する。また、発振回路１５８は、ＤＡ変換器１６２を介して、指示信号出力端子５９ａに接続されており、正弦波信号を指示信号として出力する。

フィードバック信号入力端子５９ｂは、ＡＤ変換器１６３を介して、マイコン部５３に接続されている。マイコン部５３は、ＡＤ変換器１６３を介して、フィードバック信号入力端子５９ｂからフィードバック信号（検出信号）を入力する。

マイコン部５３は、応答信号の実部に比例した値及び応答信号の虚部に比例した値を入力し、それらの値に基づいて、複素インピーダンスの実部及び虚部を算出する。その際、マイコン部５３は、入力したフィードバック信号を用いて、実際に流れる信号の振幅と、参照信号との位相ずれを加味して、複素インピーダンスの実部及び虚部を算出（補正）する。

また、マイコン部５３は、複素インピーダンスの絶対値と位相を算出する。詳しく説明すると、２位相ロックイン検出により、応答信号の実部と虚部がわかるため、応答信号の位相をθｖとすると、複素平面の極座標表示では|Ｖｒ｜ｅ^ｊθｖのように示すことができる。同様に、電流は、｜Ｉ｜ｅ^ｊθｉに示すように表すことができる。これから複素インピーダンスの極座標表示を｜Ｚ｜ｅ^ｊθｚとすると、Ｖ＝ＺＩから数式（１）のように表すことができる。また、「ｊ」は、ｊ＾２＝−１を満たす虚数単位である。

よって、複素インピーダンスの絶対値は｜Ｚ｜＝｜Ｖｒ｜／｜Ｉ｜、位相はθｖ−θｉから求めることができる。そして、マイコン部５３は、通信部５４を介して、ＥＣＵ６０に算出結果を出力する。なお、図１１では、複素インピーダンスの絶対値を｜Ｚ｜と示し、その位相をａｒｇ（Ｚ）と示す。

次に、第６実施形態におけるロックイン検出について説明する。まず、ステップＳ１０３等の処理により、マイコン部５３からロックインアンプ５２に対して、測定周波数が通知し、当該測定周波数における応答信号の周波数成分の取得が指示された場合における処理について図１２に基づいて説明する。

ロックインアンプ５２の発振回路１５８は、マイコン部５３から指示された測定周波数に基づいて、正弦波信号（所定の交流信号）の周波数を決定する。そして、発振回路１５８は、ＤＡ変換器１６２を介して、指示信号出力端子５９ａから電流モジュレーション回路５６に対して、当該正弦波信号の出力を指示する指示信号を出力する（ステップＳ６０１）。ＤＡ変換器１６２によりアナログ信号に変換される際、電池セル４２の電圧を考慮して、適切なオフセット値（直流バイアス）が設定されて、変換される。オフセット値（直流バイアス）の設定は、例えば、マイコン部５３により行われる。オフセット値（直流バイアス）の設定は、電池セル４２の直流電圧に基づき、行われることが望ましい。なお、電池セル４２の直流電圧は、電圧測定部５７により測定すればよい。

これにより、電流モジュレーション回路５６は、指示信号に基づいて、電池セル４２を電源として正弦波信号を出力させる。つまり、電池セル４２から正弦波信号が出力される。

電池セル４２から正弦波信号を出力させると、電池セル４２の端子間に電池セル４２の内部複素インピーダンス情報を反映した電圧変動が生じる。ロックインアンプ５２のプリアンプ１５２は、応答信号入力端子５８を介して、その電圧変動を入力し、応答信号として出力する（ステップＳ６０２）。

なお、応答信号入力端子５８に入力される際、電圧変動の直流成分はコンデンサＣ１によりカットされ、電圧変動の特徴部分だけ取り出される。また、プリアンプ１５２は、直流成分がカットされた微弱な電圧変動を増幅させて、応答信号として出力する。その際、ＡＤ変換器１５４は、信号切替部１５３を介して入力された応答信号を、デジタル信号に変換し、出力する。コンデンサＣ１によりカットされる直流成分の大きさは、電池セル４２の直流電圧に基づき、調整されることが望ましい。同様に、電圧変動をどれだけ増幅させるかは、電池セル４２の直流電圧に基づき、調整されることが望ましい。

第１乗算器１５６は、発振回路１５８から入力した正弦波信号を第１の参照信号とし、ＡＤ変換器１５４から入力した応答信号を乗算して、応答信号の実部に比例した値を算出する（ステップＳ６０３）。同様に、第２乗算器１５７は、位相シフト回路１６０から入力した第２の参照信号と、応答信号を乗算して、応答信号の虚部に比例した値を算出する。

ロックインアンプ５２は、これらの値を、ローパスフィルタ１５９及びローパスフィルタ１６１を介して、マイコン部５３に出力する（ステップＳ６０４）。ローパスフィルタ１５９及びローパスフィルタ１６１を通過する際、直流成分（ＤＣ成分）以外の信号は減衰し、除去される。

なお、ノイズ信号をロックイン検出する場合は、ステップＳ６０１の処理が省略されることとなる。つまり、電流モジュレーション回路５６に対して、正弦波信号の出力を指示する指示信号を出力しないで、ノイズ信号のロックイン検出が行われることとなる。

第６実施形態の電池監視装置５０では、以下の効果を有する。

ロックインアンプ５２は、入力した応答信号と第１の参照信号とを乗算した値に基づいて、応答信号の実部に比例した値を検出する。また、ロックインアンプ５２は、正弦波信号の位相をシフトさせた信号を第２の参照信号とし、応答信号と第２の参照信号とを乗算した値に基づいて、応答信号の虚部に比例した値を検出する。そして、マイコン部５３は、これらの値に基づいて、複素インピーダンスを算出する。このように、いわゆる２位相ロックイン検出を行うことにより、応答信号から、測定周波数と同一の周波成分のみを抽出することができる。このため、ホワイトノイズやピンクノイズに強くなり、高精度に複素インピーダンスを算出することができる。また、２位相ロックイン検出を行うことにより、参照信号と応答信号との位相調整が不要となる。

（他の実施形態）
・上記実施形態では、電池セル４２毎に電池監視装置５０を設けたが、複数の電池セル４２ごと（例えば、電池モジュール４１ごと、組電池４０ごと）に、電池監視装置５０を設けてもよい。その際、電池監視装置５０の機能の一部を共通化してもよい。

例えば、図１３に示すように、安定化電源供給部３０１、通信部５４及びマイコン部５３を共通化してもよい。この場合、負電極の電位が電池セル４２ごとに異なる場合がある。このため、各電池セル４２の情報を伝達する際に利用される各電気信号の基準電位が異なる場合がある。そこで、基準電位の差を考慮してマイコン部５３へ各電気信号を入力する機能を設けて、演算する必要がある。異なる基準電位間の信号伝達手段としては、コンデンサやトランス、電波、光を用いる方法がある。

・上記実施形態において、各電池セル４２の蓄電状態や電圧を均等化する均等化処理を電池監視装置５０に実施させてもよい。均等化処理とは、各電池セル４２の蓄電状態を揃えるように、他の電池セル４２に比較して蓄電状態が高い一部の電池セル４２を放電させる処理である。これにより、各電池セル４２の蓄電状態を揃え、電池セル４２のうち一部が過充電となることを抑制することができる。そして、電池監視装置５０が、均等化処理を実施する場合、電流モジュレーション回路５６を利用して、電池セル４２を放電させてもよい。この場合、電池監視装置５０が放電制御部として機能する。

具体的に説明すると、上記実施形態において、マイコン部５３は、各電池セル４２の蓄電状態に基づいてＥＣＵ６０等から放電指示を受けた場合、若しくは、電池セル４２の蓄電状態又は電圧が所定値以上となった場合、電流モジュレーション回路５６に指示信号を出力し、電池セル４２から正弦波信号や矩形波といった周期関数若しくは直流信号を出力させる。そして、マイコン部５３は、放電指示が終了するまで、若しくは電池セル４２の蓄電状態又は電圧が所定値よりも小さくなるまで、信号の出力を継続させる。これにより、均等化処理を実施する。

そして、均等化処理のために、電池セル４２から放電させる際、正弦波信号を出力させて、複素インピーダンスを算出してもよい。これにより、消費電力を抑制することができる。なお、均等化処理のために出力させる電流は、電力消費を抑制するため、及び装置の小型化のため、一般的には微弱な電流とされている。このため、上記実施形態のように微弱な電流でもロックイン検出により、複素インピーダンスを精度よく算出することができる電池監視装置５０において均等化処理を実施させることが好ましい。

・上記実施形態において、フィルタ部５５は、素子のみにより構成されていなくてもよい。例えば、配線、コネクタ接触部、プリント基板のパターン配線やベタパターン間により、又はこれらの構成と素子とが混在する構成であってもよい。

・上記実施形態において、電流モジュレーション回路５６と、ロックインアンプ５２との間に、フィルタ回路を設けてもよい。これにより、指示信号をアナログ信号に変換する際の誤差を抑制することができる。

・上記実施形態において、フィードバック回路５６ｄがなくてもよい。また、電流検出アンプ５６ｃにより抵抗５６ｂに流れる電流を検出しなくてもよい。また、マイコン部５３は、フィードバック信号を入力しなくてもよい。

・上記実施形態において、電圧測定部５７を設けて、直流電圧を検出したが、検出しなくてもよい。

・上記実施形態の電池監視装置５０を、車両として、ＨＥＶ，ＥＶ，ＰＨＶ，補機電池、電動飛行機、電動バイク、電動船舶に採用してもよい。

・上記実施形態において、電池セル４２は、並列に接続されていてもよい。

・上記実施形態において、電池モジュール４１単位で、状態を監視してもよい。このとき、電池モジュール４１ごとに通信部５４を設ける場合、各通信部５４からＥＣＵ６０への通信は電位基準の異なる絶縁通信となることがある。例えば、絶縁トランスやコンデンサを用いて絶縁通信を行う場合がある。

・上記実施形態において、フィードバック信号をロックイン検出してもよい。フィードバック信号をロックイン検出（又は２位相ロックイン検出）により測定することにより、ノイズが存在する環境下にあっても、電池セル４２から実際に出力される電流信号の振幅と位相を精度よく測定することができる。フィードバック信号を複素インピーダンス算出時の補正に利用すれば、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。

なお、フィードバック信号などの電流信号に対してもロックイン検出を行うことによって、電流信号の測定周波数成分を求めて複素インピーダンスの算出時に用いる場合には、図３と同様の処理を電流信号の検出時においても行い、ノイズ成分を除去する必要がある。電流信号の検出に関する処理を行うタイミングとしては、例えば、応答信号の測定前又は測定後、若しくは応答信号の測定前後が考えられる。なお、応答信号の測定前後に行った場合に、応答信号の測定前後でノイズ成分の差が、予め決められた基準値よりも大きい場合、再度測定プロセスを行う。なお、規定回数繰り返したにもかかわらず、測定前後のノイズ成分の差が基準値以下とならない場合には、異常信号をＥＣＵ６０に出力して、インピーダンス算出処理を終了する。

・上記実施形態において、電池セル４２から出力させる電流信号は、正弦波信号に限らない。例えば、交流信号であれば、矩形波や三角波等の信号であっても構わない。

・上記実施形態において、ＥＣＵ６０は、複数のＥＣＵにより構成されていてもよい。例えば、機能ごとに複数のＥＣＵを設けてもよく、また、制御対象ごとに複数のＥＣＵを設けてもよい。例えば、電池用ＥＣＵと、インバータ制御用ＥＣＵとに分けてもよい。

・上記実施形態において、電池セル４２（電池モジュール４１、組電池４０）は、指示に基づいて正弦波信号を出力している際に（応答信号の出力時）、周辺回路の電源として用いられてもよい。逆に、電池セル４２（電池モジュール４１、組電池４０）は、指示に基づいて正弦波信号を出力している際に（応答信号の出力時）、周辺回路の電源として用いられないように構成してもよい。

・上記第４実施形態のステップＳ４０１、及び上記第５実施形態のステップＳ５０８において、測定周波数の変更方法は、次のようにしてもよい。すなわち、前回取得した複素インピーダンス平面プロット（コールコールプロット）に基づいて、複素インピーダンスの変化量が所定値よりも少ないと予測される周波数のうち、現在の測定周波数から最も近い周波数を特定し、当該周波数を測定周波数に変更してもよい。変化量が少ないか否かは、微分量により特定可能である。また、その際、前回取得したときにおける電池状態（電池セル４２の温度、ＳＯＣ等）と、現在における電池状態とを比較し、今回の複素インピーダンス平面プロットを予測し、当該予測した複素インピーダンス平面プロットに基づいて周波数を予測してもよい。

・上記実施形態において、ノイズ源としては、インバータ３０等の車両に搭載されたノイズ源のみならず、急速充電器等、車両に一時的に接続されるノイズ源も含まれていてもよい。

・上記実施形態において、複素インピーダンスの測定周波数を設定するために用いられる測定範囲（ステップＳ１０１等参照）は、車両に搭載されたノイズ源（インバータ３０等）、又は車両に一時的に接続されるノイズ源（例えば、急速充電器等）から出力されるノイズ信号の周波数に基づいて、当該ノイズ信号の周波数を避けて設定されていてもよい。測定範囲の設定方法としては、例えば、ノイズ発生が予測される周波数のマップを事前に取得し、その周波数を避けるように設定すればよい。このようにすれば、ノイズ判定やノイズ除去を行う必要がなくなる。

また、この別例として、１又は複数の固定周波数を予め定めておき、予め決められた固定周波数の中から測定周波数を選択して設定してもよい。固定周波数の決定方法は、例えば、上記測定範囲内の周波数から決定すればよい。また、例えば、ノイズ発生が予測される周波数のマップを事前に取得し、その周波数を避けるように固定周波数を決定すればよい。さらに、固定周波数の選択と、測定範囲内から周波数を設定する手法の両方を備えてもよい。

４２…電池セル、５０…電池監視装置、５２…ロックインアンプ、５３…マイコン部、５６…電流モジュレーション回路。

Claims (6)

1. 電解質と複数の電極とを含む蓄電池（４２）の状態を監視する電池監視装置（５０）において、
   所定の交流信号の波形を指示する波形指示部（５３）と、
   監視対象である前記蓄電池を電源として、前記波形指示部により指示された交流信号を出力させる信号制御部（５６）と、
   前記交流信号に対する前記蓄電池の応答信号を入力する応答信号入力部（５２）と、
   前記波形指示部が指示する前記交流信号に応じて決定された参照信号と、前記応答信号入力部から入力した応答信号とを掛け合わせた値に基づいて、前記応答信号のうち、前記交流信号の周波数に応じた周波数成分を検出する検出部（５２）と、
   前記検出部によって検出された前記応答信号の周波数成分に基づいて前記蓄電池の複素インピーダンスを算出する演算部（５３）と、
   前記信号制御部が前記交流信号を出力させる前に、前記波形指示部が指示する前記交流信号の周波数に応じたノイズ信号の有無を判定するノイズ判定部（５３）と、
   前記ノイズ判定部によりノイズ信号があると判定された場合、当該ノイズ信号を回避、若しくは除去するノイズ対応部（５３）と、を備える電池監視装置。
2. 前記検出部は、前記信号制御部が前記交流信号を出力させる前に、前記蓄電池に流れるノイズ信号を入力し、当該ノイズ信号と、前記波形指示部が指示する前記交流信号に応じて決定された参照信号とを掛け合わせた値に基づいて、前記ノイズ信号のうち、前記交流信号の周波数に応じた周波数成分を検出するように構成されており、
   前記ノイズ判定部は、前記検出部により検出されたノイズ信号の周波数成分に基づいて、前記波形指示部が指示する前記交流信号の周波数に応じたノイズ信号の有無を判定する請求項１に記載の電池監視装置。
3. 前記ノイズ判定部は、前記波形指示部が指示する前記交流信号の周波数が所定のノイズ範囲内である場合、ノイズ信号があると判定する請求項１又は２に記載の電池監視装置。
4. 前記検出部は、前記信号制御部が前記交流信号を出力させる前に、前記蓄電池に流れるノイズ信号を入力し、当該ノイズ信号と、前記波形指示部が指示する前記交流信号に応じて決定された参照信号とを掛け合わせた値に基づいて、前記ノイズ信号のうち、前記交流信号の周波数に応じた周波数成分を検出するように構成されており、
   前記ノイズ対応部は、前記応答信号の周波数成分と、前記ノイズ信号の周波数成分とを比較することにより、前記応答信号の周波数成分から前記ノイズ信号の周波数成分を除去し、前記演算部は、その結果に基づいて複素インピーダンスを算出する請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の電池監視装置。
5. 前記ノイズ対応部は、前記信号制御部に対して、前記交流信号の周波数を変更させるように指示する請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の電池監視装置。
6. 電解質と複数の電極とを含む蓄電池（４２）の状態を監視する電池監視装置（５０）において、
   予め決められた測定範囲内の周波数、又は予め決められた１又は複数の固定周波数で、所定の交流信号の波形を指示する波形指示部（５３）と、
   前記測定範囲又は前記固定周波数を記憶する記憶部（５３）と、
   監視対象である前記蓄電池を電源として、前記波形指示部により指示された交流信号を出力させる信号制御部（５６）と、
   前記交流信号に対する前記蓄電池の応答信号を入力する応答信号入力部（５２）と、
   前記波形指示部が指示する前記交流信号に応じて決定された参照信号と、前記応答信号入力部から入力した応答信号とを掛け合わせた値に基づいて、前記応答信号のうち、前記交流信号の周波数に応じた周波数成分を検出する検出部（５２）と、
   前記検出部によって検出された前記応答信号の周波数成分に基づいて前記蓄電池の複素インピーダンスを算出する演算部（５３）と、を備え、
   前記測定範囲又は前記固定周波数は、車両に搭載されたノイズ源又は車両に接続されるノイズ源から出力されるノイズ信号の周波数に基づいて、当該ノイズ信号の周波数を避けて設定されている電池監視装置。

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