JP2021018946A - Battery monitoring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池監視装置に関するものである。 The present invention relates to a battery monitoring device.
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。
Conventionally, in order to monitor the state of a storage battery, the complex impedance of the storage battery has been measured (for example, Patent Document 1). In the invention described in
この複素インピーダンス測定法では、複素インピーダンスの算出精度向上のために、応答信号に重畳するノイズを除去するバンドパスフィルタを設けることが好ましい。しかし、バンドパスフィルタを設けると、バンドパスフィルタを構成するコンデンサや抵抗器により、電池監視装置の大型化やコスト増という問題が生じる。 In this complex impedance measurement method, in order to improve the calculation accuracy of the complex impedance, it is preferable to provide a bandpass filter that removes noise superimposed on the response signal. However, when the bandpass filter is provided, there arises a problem that the battery monitoring device becomes large and the cost increases due to the capacitors and resistors constituting the bandpass filter.
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、小型化することができ、かつ複素インピーダンスの算出精度を向上することができる電池監視装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery monitoring device that can be miniaturized and can improve the calculation accuracy of complex impedance.
上記課題を解決する手段は、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、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記蓄電池と前記電圧測定部との間に設けられ、第1カットオフ周波数を有するローパスフィルタと、所定の交流信号を出力させる信号制御部と、前記蓄電池に接続され、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、前記蓄電池と前記応答信号入力部との間に設けられ、前記第1カットオフ周波数よりも低い第2カットオフ周波数を有するハイパスフィルタと、前記応答信号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、を備え、前記ハイパスフィルタは、前記ローパスフィルタと前記電圧測定部との間に接続されており、前記ローパスフィルタを介して前記蓄電池に接続されている。 A means for solving the above problem is in a battery monitoring device that monitors the state of a storage battery including an electrolyte and a plurality of electrodes, between a voltage measuring unit that measures the voltage of the storage battery and the storage battery and the voltage measuring unit. A low-pass filter having a first cutoff frequency, a signal control unit that outputs a predetermined AC signal, a response signal input unit that is connected to the storage battery and inputs a response signal of the storage battery to the AC signal, and a response signal input unit. A high-pass filter provided between the storage battery and the response signal input unit and having a second cutoff frequency lower than the first cutoff frequency, and a calculation for calculating the complex impedance of the storage battery based on the response signal. The high-pass filter is connected between the low-pass filter and the voltage measuring unit, and is connected to the storage battery via the low-pass filter.
電池監視装置では、一般に、監視対象である蓄電池の電圧が測定されており、蓄電池の電圧に重畳するノイズを除去するローパスフィルタが設けられている。この手段では、上記ローパスフィルタを利用して応答信号のためのバンドパスフィルタが設けられる。つまり、応答信号のためのバンドパスフィルタを構成するローパスフィルタと、ハイパスフィルタのうちローパスフィルタを蓄電池の電圧のためのローパスフィルタと共通の構成とする。そのため、蓄電池の電圧のためのローパスフィルタと別の構成とする場合に比べて、電池監視装置の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することができる。 In the battery monitoring device, the voltage of the storage battery to be monitored is generally measured, and a low-pass filter for removing noise superimposed on the voltage of the storage battery is provided. In this means, a bandpass filter for a response signal is provided by using the lowpass filter. That is, the low-pass filter constituting the bandpass filter for the response signal and the low-pass filter among the high-pass filters have the same configuration as the low-pass filter for the voltage of the storage battery. Therefore, the number of parts of the battery monitoring device can be reduced, the size can be reduced, and the cost can be reduced as compared with the case where the configuration is different from that of the low-pass filter for the voltage of the storage battery.
また、ローパスフィルタを共通の構成とすることで、蓄電池に接続されるローパスフィルタの数が減少し、蓄電池とローパスフィルタとを接続するための配線や端子の数を削減することができる。 Further, by making the low-pass filter a common configuration, the number of low-pass filters connected to the storage battery can be reduced, and the number of wirings and terminals for connecting the storage battery and the low-pass filter can be reduced.
さらに、この手段では、上記ローパスフィルタを利用して構成されたバンドパスフィルタを介して、応答信号を入力する。そのため、バンドパスフィルタがない場合に比べて、複素インピーダンスの算出精度の向上を実現することができる。 Further, in this means, a response signal is input via a bandpass filter configured by using the lowpass filter. Therefore, it is possible to improve the calculation accuracy of the complex impedance as compared with the case where there is no bandpass filter.
(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。
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the “battery monitoring device” is applied to a power supply system of a vehicle (for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle) will be described with reference to the drawings.
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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(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。
The
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。
The
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。
The assembled battery 40 is electrically connected to the
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。
The positive electrode side terminal of the electric load such as the
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。
The
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。 The ECU 60 requests the inverter control device for power running drive and power generation based on various information. The various information includes, for example, accelerator and brake operation information, vehicle speed, and the state of the assembled battery 40.
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。
Next, the
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、集積回路として形成されるものであり、安定化電源供給部51と、入出力部52と、演算部としてのマイコン部53と、通信部54と、を備えている。
The
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入出力部52、マイコン部53、及び通信部54に対して供給している。入出力部52、マイコン部53、及び通信部54は、この電力に基づいて駆動する。
The stabilized
入出力部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。具体的に説明すると、入出力部52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57を有する。このため、入出力部52は、電圧測定部として機能する。
The input /
電池セル42と直流電圧入力端子57との間には、フィルタ部55が設けられている。すなわち、直流電圧入力端子57の正極側端子57aと負極側端子57bとの間には、フィルタ回路としてのLCフィルタ55a、保護素子としてのツェナーダイオード55b、及び第1ローパスフィルタとしてのローパスフィルタ55cが設けられている。つまり、電池セル42に対して、LCフィルタ55a、ツェナーダイオード55b及びローパスフィルタ55cが並列に接続されている。
A
また、入出力部52は、電池セル42に接続され、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、入出力部52は、応答信号入力部として機能する。
Further, the input /
また、入出力部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、入出力部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。ここで、直流電圧入力端子57、応答信号入力端子58、指示信号出力端子59a、及びフィードバック信号入力端子59bが外部接続端子として機能する。
Further, the input /
また、入出力部52は、マイコン部53に接続されており、直流電圧入力端子57が入力した直流電圧(測定電圧)や、応答信号入力端子58が入力した応答信号、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。マイコン部53は、入出力部52から出力されたこれらの信号に基づいて、電池セル42の複素インピーダンスを算出する。算出された複素インピーダンス特性を基に、電池セル42の劣化状態などを判別することができる。なお、入出力部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。
Further, the input /
また、入出力部52は、マイコン部53から指示信号を入力するように構成されており、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、入出力部52は、内部にDA変換器を有しており、マイコン部53から入力した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。
Further, the input /
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、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。
The
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57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。
The positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the
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、入出力部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。
Further, the
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、入出力部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。
Further, the
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。
The
ところで、電池監視装置50において、電池セル42における複素インピーダンスの算出精度向上のために、応答信号に重畳するノイズを除去するバンドパスフィルタを設けることが好ましい。例えば、応答信号を入力するための応答信号入力端子58が電池セル42に直接接続されており、応答信号入力端子58と電池セル42とを接続する電気配線上にバンドパスフィルタを設けることが考えられる。しかし、バンドパスフィルタを設けることは電池監視装置50の大型化やコスト増につながる。
By the way, in the
本実施形態の電源システム10では、バンドパスフィルタを構成するローパスフィルタとハイパスフィルタのうちローパスフィルタを、フィルタ部55のローパスフィルタ55cにより構成する。つまり、バンドパスフィルタを構成するローパスフィルタを、フィルタ部55のローパスフィルタ55cと共通の構成とする。そのため、フィルタ部55のローパスフィルタ55cと別の構成とする場合に比べて、電池監視装置50の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
In the
具体的には、電池監視装置50は、電池セル42と応答信号入力端子58との間に設けられたハイパスフィルタ70を備えている。ハイパスフィルタ70は、ローパスフィルタ55cと直流電圧入力端子57との間に接続されており、ローパスフィルタ55cを介して電池セル42に接続されている。
Specifically, the
図3に、ローパスフィルタ55cとハイパスフィルタ70との周波数特性を示す。本実施形態では、ローパスフィルタ55cの第1カットオフ周波数FLは、ハイパスフィルタ70の第2カットオフ周波数FHよりも高く設定されており、ローパスフィルタ55cとハイパスフィルタ70とによりバンドパスフィルタが構成される。ここで、カットオフ周波数は、これらのフィルタに入力された信号の利得Pが基準利得Pkとなる周波数Fを示す。本実施形態では、このバンドパスフィルタを介して応答信号を入力する。そのため、バンドパスフィルタがない場合に比べて、複素インピーダンスの算出精度の向上を実現することが可能となる。
FIG. 3 shows the frequency characteristics of the low-
次に、電池セル42の複素インピーダンスの算出方法について説明する。マイコン部53は、所定周期ごとに、図4に示す複素インピーダンス算出処理を実行する。
Next, a method of calculating the complex impedance of the
複素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。
In the complex impedance calculation process, the
次にマイコン部53は、測定周波数に基づいて、正弦波信号(所定の交流信号)の周波数を決定し、入出力部52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S102)。
Next, the
入出力部52は、指示信号を入力すると、DA変換器により、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。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。具体的には、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。
When the input /
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。入出力部52は、応答信号入力端子58を介して、その電圧変動を入力し、応答信号としてマイコン部53に出力する。その際、AD変換器により、デジタル信号に変換して出力する。
When a sine wave signal is output from the
ステップS102の実行後、マイコン部53は、入出力部52から応答信号を入力する(ステップS103)。また、マイコン部53は、電流モジュレーション回路56の抵抗56bに流れる信号(つまり、電池セル42から出力される信号)を電流信号として取得する(ステップS104)。具体的には、マイコン部53は、電流検出アンプ56cから出力されたフィードバック信号(検出信号)を、入出力部52を介して、電流信号として入力する。なお、フィードバック信号の代わりに、電流モジュレーション回路56に指示した指示信号に比例した値を電流信号としてもよい。
After executing step S102, the
次に、マイコン部53は、応答信号及び電流信号に基づいて、複素インピーダンスを算出する(ステップS105)。つまり、マイコン部53は、応答信号の振幅、電流信号との位相差等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。マイコン部53は、通信部54を介して、算出結果をECU60に出力する(ステップS106)。そして、算出処理を終了する。
Next, the
この算出処理は、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。
This calculation process is repeated until complex impedances for a plurality of frequencies within the measurement range are calculated. The
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。 It is not always necessary to create the entire call call plot, and attention may be paid to a part thereof. For example, the complex impedance of a specific frequency may be measured at regular time intervals during running, and changes in SOC, SOH, battery temperature, etc. during running may be grasped based on the time change of the complex impedance of the specific frequency. .. Alternatively, the complex impedance of a specific frequency may be measured at time intervals such as every day, every lap, or every year, and the change in SOH or the like may be grasped based on the time change of the complex impedance of the specific frequency.
第1実施形態の電池監視装置50は、以下の効果を有する。
The
本実施形態では、応答信号のためのバンドパスフィルタを構成するローパスフィルタとハイパスフィルタのうち、ローパスフィルタを直流電圧の測定のために設けられたフィルタ部55のローパスフィルタ55cと共通の構成とする。そのため、フィルタ部55のローパスフィルタ55cと別の構成とする場合に比べて、電池監視装置50の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することができる。
In the present embodiment, among the low-pass filter and the high-pass filter constituting the band-pass filter for the response signal, the low-pass filter has the same configuration as the low-
また、ローパスフィルタ55cを共通の構成とすることで、電池セル42に接続されるローパスフィルタの数が減少し、電池セル42とローパスフィルタ55cとを接続するための配線や端子の数を削減することができる。
Further, by making the low-
その上で、本実施形態では、上記ローパスフィルタ55cとハイパスフィルタ70とにより構成されたバンドパスフィルタを介して応答信号を入力する。そのため、バンドパスフィルタがない場合に比べて、複素インピーダンスの算出精度の向上を実現することができる。
Then, in the present embodiment, the response signal is input via the bandpass filter composed of the
本実施形態では、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、電池監視装置50の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
In the present embodiment, the
(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、第1実施形態の電池監視装置50との相違点を中心に図5を参照しつつ説明する。本実施形態では、ハイパスフィルタ70の一部がASIC部50a内に設けられている点で、第1実施形態の電池監視装置50と異なる。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。
(Second Embodiment)
Next, the
図5に示すように、電池監視装置50のASIC部50aには、電池セル42の端子間における直流電圧を測定する差動アンプ151が設けられている。差動アンプ151は、直流電圧入力端子57に接続されており、直流電圧を測定し、出力するように構成されている。具体的には、差動アンプ151の高圧側測定端子151aは、ASIC部50a内の内部配線を介して直流電圧入力端子57の正極側端子57aに接続されており、差動アンプ151の低圧側測定端子151bは、内部配線を介して直流電圧入力端子57の負極側端子57bに接続されている。
As shown in FIG. 5, the ASIC unit 50a of the
また、電池監視装置50のASIC部50a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2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。
Further, the ASIC unit 50a of the
具体的には、プリアンプ152の高圧側入力端子152aは、内部配線を介して応答信号入力端子58に接続されている。一方、プリアンプ152の低圧側入力端子152bは、内部配線を介して直流電圧入力端子57の負極側端子57bと差動アンプ151の低圧側測定端子151bとの間の接続点M1に接続されており、負極側端子57bを介してローパスフィルタ55cに接続されている。なお、接続点M1が負極側端子57bと同一であってもよい。そのため、プリアンプ152は、直流電圧入力端子57の負極側端子57b及び応答信号入力端子58を介して応答信号を入力する。
Specifically, the high-voltage
本実施形態では、上記構成において、ハイパスフィルタ70の一部がASIC部50a内に設けられている。具体的には、ハイパスフィルタ70は、コンデンサ71と、抵抗器72と、を有しており、コンデンサ71は、応答信号入力端子58とローパスフィルタ55cとを接続する電気配線上に設けられている。一方、抵抗器72は、ASIC部50a内において、プリアンプ152の高圧側入力端子152aと低圧側入力端子152bとの間に接続されている。つまり、ハイパスフィルタ70のうち、コンデンサ71はASIC部50a外に設けられており、抵抗器72はASIC部50a内に設けられている。
In the present embodiment, in the above configuration, a part of the high-
第2実施形態の電池監視装置50では、以下の効果を有する。
The
本実施形態では、プリアンプ152の低圧側入力端子152bは、差動アンプ151の低圧側測定端子151bに接続されており、プリアンプ152は、直流電圧入力端子57の負極側端子57b及び応答信号入力端子58を介して応答信号を入力する。そのため、応答信号を入力するための応答信号入力端子58は1つあればよく、ASIC部50aに必要な応答信号入力端子58の数を減らすことが可能となる。
In the present embodiment, the low-voltage
本実施形態では、ハイパスフィルタ70のうち、コンデンサ71をASIC部50a外に設け、抵抗器72をASIC部50a内に設ける。抵抗器72をASIC部50a内に設けることで、電池監視装置50の部品点数削減を実現することができる。一方、コンデンサ71をASIC部50a内に設けると、コンデンサ71の容量によっては、ASIC部50aの面積が増大することがある。コンデンサ71をASIC部50a外に設けることで、電池監視装置50の大型化を抑制することができる。
In the present embodiment, of the high-
(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、第2実施形態の電池監視装置50との相違点を中心に図6,7を参照しつつ説明する。本実施形態では、ハイパスフィルタ70の全部がASIC部50a内に設けられている点で、第2実施形態の電池監視装置50と異なる。
(Third Embodiment)
Next, the
図6に示すように、本実施形態では、プリアンプ152の高圧側入力端子152aは、内部配線を介して直流電圧入力端子57の正極側端子57aと差動アンプ151の高圧側測定端子151aとの間の接続点M2に接続されており、正極側端子57aを介してローパスフィルタ55cに接続されている。なお、接続点M2が正極側端子57aと同一であってもよい。そのため、プリアンプ152は、直流電圧入力端子57の正極側端子57a及び負極側端子57bを介して応答信号を入力する。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the high-voltage
本実施形態では、上記構成において、ハイパスフィルタ70の全部がASIC部50a内に設けられている。具体的には、コンデンサ71は、接続点M2と高圧側入力端子152aとを接続する内部配線上に設けられている。抵抗器72は、コンデンサ71よりも高圧側入力端子152a側において、プリアンプ152の高圧側入力端子152aと低圧側入力端子152bとの間に接続されている。
In the present embodiment, in the above configuration, the entire high-
また、抵抗器72が、抵抗値を可変とする可変抵抗として設けられている。本実施形態では、マイコン部53は、複素インピーダンス算出処理において、抵抗器72の抵抗値を、正弦波信号の周波数に応じた抵抗値に設定(制御)する。具体的には、図7に示すように、ステップS101において複素インピーダンスの測定周波数を設定後、設定された測定周波数に基づいて抵抗器72の抵抗値を設定する(ステップS110)。
Further, the
第3実施形態の電池監視装置50は、以下の効果を有する。
The
本実施形態では、プリアンプ152の高圧側入力端子152aは、差動アンプ151の高圧側測定端子151aに接続され、プリアンプ152の低圧側入力端子152bは、差動アンプ151の低圧側測定端子151bに接続されている。そして、プリアンプ152は、直流電圧入力端子57の正極側端子57a及び負極側端子57bを介して応答信号を入力する。そのため、応答信号を入力するための応答信号入力端子58を必要とせず、ASIC部50aに必要な応答信号入力端子58の数を減らすことが可能となる。
In the present embodiment, the high-voltage
本実施形態では、ハイパスフィルタ70を構成するコンデンサ71及び抵抗器72をASIC部50a内に設ける。コンデンサ71及び抵抗器72をASIC部50a内に設けることで、電池監視装置50の部品点数削減を実現することができる。
In the present embodiment, the
その上で、本実施形態では、抵抗器72が可変抵抗として設けられ、抵抗器72の抵抗値が、正弦波信号の周波数に応じた抵抗値に設定される。このため、ハイパスフィルタ70の第2カットオフ周波数FHを、正弦波信号の周波数に応じた周波数に制御することができ、複素インピーダンスの算出精度の向上を実現することができる。
Then, in the present embodiment, the
(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、第2実施形態の電池監視装置50との相違点を中心に図8〜10を参照しつつ説明する。本実施形態では、いわゆる2位相ロックイン検出を実施する点で、第2実施形態の電池監視装置50と異なる。
(Fourth Embodiment)
Next, the
図5に示すように、電池監視装置50のASIC部50aには、差動アンプ151から出力される直流電圧と、プリアンプ152から出力される応答信号とを切り替える信号切替部153が設けられている。信号切替部153には、AD変換器154が接続されており、切り替えられた信号(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。
As shown in FIG. 5, the ASIC unit 50a of the
AD変換器154は、デルタシグマ方式のAD変換器であり、1ビット等の低ビットのAD変換器として機能するデルタシグマ変調器154aと、第2ローパスフィルタとしてのデジタルフィルタ154bを有する。デジタルフィルタ154bは、デジタル方式のローパスフィルタであり、デルタシグマ変調器154aで発生した量子化ノイズを取り除く。
The
AD変換器154は、入力されるアナログ信号に対して、繰り返し変換処理を実行することでデジタル信号に変換しており、その処理回数である変換回数を切り替え可能に構成されている。AD変換器154では、変換回数が大きいほど、デジタルフィルタ154bの第3カットオフ周波数FD(図9参照)が低くなる。
The
具体的には、AD変換器154は、第4実施形態における演算部としてのシグナルプロセッシング部155に直流電圧を入力するように構成されている。この場合、図9に示すように、AD変換器154は変換回数を増加させ、デジタルフィルタ154bの第3カットオフ周波数FDをハイパスフィルタ70の第2カットオフ周波数FHよりも低くなるように設定する。また、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。この場合、AD変換器154は変換回数を減少させる。
Specifically, the
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、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シグナルプロセッシング部155に出力するようになっている。なお、図8では、応答信号の実部をRe|Vr|と示す。
An
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。
The
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シグナルプロセッシング部155に出力するようになっている。なお、図8では、応答信号の虚部をIm|Vr|と示す。
The
発振回路158は、設定された正弦波信号を出力する回路であり、波形指示部として機能する。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。
The
フィードバック信号入力端子59bは、AD変換器163を介して、シグナルプロセッシング部155に接続されている。シグナルプロセッシング部155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。
The feedback
シグナルプロセッシング部155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、シグナルプロセッシング部155は、入力した直流電圧及び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。そのため、シグナルプロセッシング部155は、応答信号及び直流電圧に基づいて複素インピーダンスを算出する、ということができる。
The
また、シグナルプロセッシング部155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。
Further, the
次に、第4実施形態における複素インピーダンス算出処理について図10に基づいて説明する。複素インピーダンス算出処理は、電池監視装置50により所定周期ごとに実行される。
Next, the complex impedance calculation process according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. The complex impedance calculation process is executed by the
複素インピーダンス算出処理において、発振回路158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S201)。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。第4実施形態において、測定周波数は、例えば、シグナルプロセッシング部155により決定される。
In the complex impedance calculation process, the
次に、AD変換器154の変換回数が設定される(ステップS202)。第4実施形態において、変換回数は、例えば、シグナルプロセッシング部155により決定される。シグナルプロセッシング部155は、プリアンプ152から出力される応答信号を平滑化する場合の変換回数を、差動アンプ151から出力される直流電圧を平滑化する場合の変換回数よりも小さく設定する。なお、AD変換器154では、変換回数によりデジタルフィルタ154bの第3カットオフ周波数FDが変動するため、ステップS202の処理は、第3カットオフ周波数FDを設定する処理ということができる。
Next, the number of conversions of the
次に、抵抗器72の抵抗値が設定される(ステップS203)。抵抗値は、例えば、シグナルプロセッシング部155により決定される。
Next, the resistance value of the
次に、信号切替部153は、プリアンプ152からの応答信号が出力されるように切替を行う(ステップS204)。切り替えの指示は、例えば、シグナルプロセッシング部155により行われる。
Next, the
次に発振回路158は、測定周波数に基づいて、正弦波信号(所定の交流信号)の周波数を決定し、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S205)。なお、指示信号の出力指示は、例えば、シグナルプロセッシング部155により行われる。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、シグナルプロセッシング部155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、差動アンプ151により測定すればよい。
Next, the
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(ステップS206)。これにより、電池セル42から正弦波信号が出力される。
The
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。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S207)。
When a sine wave signal is output from the
なお、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。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。
The
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S208)。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。
The
これらの値は、ローパスフィルタ159及びローパスフィルタ161を介して、シグナルプロセッシング部155に入力される。なお、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。
These values are input to the
シグナルプロセッシング部155は、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(ステップS209)。フィードバック信号は、シグナルプロセッシング部155に入力される際、AD変換器163により、デジタル信号に変換される。
The
シグナルプロセッシング部155は、フィードバック信号、及びローパスフィルタ159,161から入力された信号(実部及び虚部の比例値)に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、及び位相のうちすべて若しくはいずれかを算出する(ステップS210)。フィードバック信号は、実際に電池セル42から流れる電流(つまり、フィードバック信号)と参照信号に比例する値との振幅又は位相のずれを補正するために利用される。
The
その後、シグナルプロセッシング部155は、通信部54を介して、算出結果をECU60に出力する(ステップS211)。そして、算出処理を終了する。
After that, the
この算出処理は、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、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。
This calculation process is repeated until complex impedances for a plurality of frequencies within the measurement range are calculated. The
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。 It is not always necessary to create the entire call call plot, and attention may be paid to a part thereof. For example, the complex impedance of a specific frequency may be measured at regular time intervals during running, and changes in SOC, SOH, battery temperature, etc. during running may be grasped based on the time change of the complex impedance of the specific frequency. .. Alternatively, the complex impedance of a specific frequency may be measured at time intervals such as every day, every lap, or every year, and the change in SOH or the like may be grasped based on the time change of the complex impedance of the specific frequency.
第4実施形態の電池監視装置50では、以下の効果を有する。
The
本実施形態では、シグナルプロセッシング部155は、応答信号入力端子58から入力した応答信号と第1の参照信号とを掛け合わせた値に基づいて、応答信号の実部に比例した値を算出する。また、シグナルプロセッシング部155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の参照信号とを掛け合わせた値に基づいて、応答信号の虚部に比例した値を算出する。そして、これらの値に基づいて、複素インピーダンスを算出する。
In the present embodiment, the
このように、本実施形態では、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、発振回路158が指示する正弦波信号の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。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。
As described above, in the present embodiment, by performing so-called lock-in detection, only the frequency component having the same frequency as the frequency of the sinusoidal signal indicated by the
また、シグナルプロセッシング部155は、電流モジュレーション回路56により電池セル42から実際に流れる電流を検出したフィードバック信号(検出信号)を入力し、参照信号に比例する値との振幅及び位相のずれを補正している。これにより、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。
Further, the
また、振幅及び位相のずれを電池セル42の直流電圧及びフィードバック信号により補正しているため、指示信号をアナログ信号に変換する際、誤差が生じても、その誤差を抑制することができる。このため、電流モジュレーション回路56と、DA変換器162との間にフィルタ回路などを設ける必要がなくなり、小型化することができる。
Further, since the amplitude and phase shift are corrected by the DC voltage and the feedback signal of the
本実施形態では、AD変換器154が、差動アンプ151とシグナルプロセッシング部155との間であり、かつプリアンプ152とシグナルプロセッシング部155との間に設けられている。そして、AD変換器154は、変換回数を切り替え可能に構成されている。このように、AD変換器154では、変換回数を切り替え可能に構成されていることで、差動アンプ151から入力される直流電圧を平滑化するAD変換器と、プリアンプ152から入力される応答信号を平滑化するAD変換器とを共通の構成とすることができる。そのため、これらのAD変換器を別の構成とする場合に比べて、電池監視装置50の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することができる。
In the present embodiment, the
具体的には、AD変換器154は、直流電圧を平滑化する場合に、変換回数を増加させ、第3カットオフ周波数FDをハイパスフィルタ70の第2カットオフ周波数FHよりも低くなるように設定する。これにより、ローパスフィルタ55cをアンチエリアシングフィルタとして用いつつ、デジタルフィルタ154bにより直流電圧の交流成分を好適に除去することができる。そして、ローパスフィルタ55cをアンチエリアシングフィルタとして用いることで、ローパスフィルタ55cの第1カットオフ周波数FLを第2カットオフ周波数FHよりも高く設定することが可能となる。つまり、ローパスフィルタ55cにより直流電圧のためのアンチエリアシングフィルタを構成するとともに、応答信号のためのバンドパスフィルタを構成することができ、電池監視装置50の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することができる。
Specifically, the
また、AD変換器154は、応答信号を平滑化する場合に、変換回数を減少させる。これにより、応答信号に含まれる内部複素インピーダンス情報がAD変換器154により除去されることを抑制することができる。
Further, the
(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。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the
また、例えば、図11に示すように、安定化電源供給部301、通信部54、差動アンプ151、プリアンプ152、信号切替部153、AD変換器154,163、シグナルプロセッシング部155、第1乗算器156、第2乗算器157、ローパスフィルタ159,161、発振回路158、位相シフト回路160、DA変換器162、フィードバック回路56d、電流検出アンプ56cを共通化してもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 11, a stabilized
この場合、直流電圧、応答信号、指示信号などの各種信号をマルチプレクサ302〜304のような多重化装置により、信号の切替を可能に構成すればよい。
In this case, various signals such as DC voltage, response signal, and instruction signal may be configured so that the signals can be switched by a multiplexing device such as
・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。
-In the above embodiment, the
具体的に説明すると、第1〜第3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。第4実施形態でも同様に、シグナルプロセッシング部155が、均等化処理を実施してもよい。
More specifically, in the first to third embodiments, the
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、第4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。
Then, for the equalization process, when discharging from the
・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。
-In the above embodiment, the
・上記実施形態において、電流モジュレーション回路56と、入出力部52(又はDA変換器162)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。
-In the above embodiment, a filter circuit may be provided between the
・上記実施形態において、差動アンプ151、プリアンプ152、信号切替部153、AD変換器154,163、シグナルプロセッシング部155、第1乗算器156、第2乗算器157、ローパスフィルタ159,161、発振回路158、位相シフト回路160、DA変換器162、フィードバック回路56d、及び電流検出アンプ56cの一部又は全部は、ソフトウェアにより実現してもよい。
In the above embodiment, the
・上記第3実施形態及び第4実施形態において、抵抗器72における抵抗値の決定が抵抗器72により実行されてもよい。具体的には、抵抗器72には、測定周波数と抵抗値とを対応つけた対応情報が記憶されており、設定された測定周波数が抵抗器72に入力されることで、抵抗器72自体がその抵抗値を設定してもよい。
-In the third embodiment and the fourth embodiment, the determination of the resistance value in the
・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、シグナルプロセッシング部155は、フィードバック信号を入力しなくてもよい。
-In the above embodiment, the
・上記第4実施形態において、信号切替部153を設けなくてもよい。
-In the fourth embodiment, the
・上記第4実施形態において、フィードバック信号も信号切替部153により切り替えの対象としてもよい。これにより、AD変換器154,163を共通化することができる。
-In the fourth embodiment, the feedback signal may also be switched by the
・上記第4実施形態において、AD変換器の変換方式は、デルタシグマ方式に限られず、逐次比較方式、パイプライン方式及びフラッシュ方式であってもよい。 -In the fourth embodiment, the conversion method of the AD converter is not limited to the delta-sigma method, and may be a sequential comparison method, a pipeline method, or a flash method.
・上記第4実施形態において、AD変換器154の変換回数を切り替えることでデジタルフィルタのカットオフ周波数を切り替えたが、これに限られない。例えば、図12に示すように、カットオフ周波数が互いに異なるデジタルフィルタを備える第1,第2AD変換器154c,154dを備えてもよい。シグナルプロセッシング部155は、使用する第1,第2AD変換器154c,154dを切り替えることで、デジタルフィルタのカットオフ周波数を切り替えることができる。
-In the fourth embodiment, the cutoff frequency of the digital filter is switched by switching the number of conversions of the
・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。
-The
・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。
-In the above embodiment, the
・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。
-In the above embodiment, the state may be monitored for each
・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。
-In the above embodiment, the current signal output from the
・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。
-In the above embodiment, the
・上記実施形態において、ロックイン検出を行う場合、発振回路158が指示する正弦波信号を参照信号(第1の参照信号)としたが、検出信号(フィードバック信号)を参照信号としてもよい。また、2位相ロックイン検出を行う場合、検出信号(フィードバック信号)の位相をずらして第2の参照信号とすればよい。
-In the above embodiment, when the lock-in detection is performed, the sine wave signal instructed by the
・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。
In the above embodiment, the battery cell 42 (
42…電池セル、50…電池監視装置、52…入出力部、53…マイコン部、55c…ローパスフィルタ、56…電流モジュレーション回路、70…ハイパスフィルタ。 42 ... Battery cell, 50 ... Battery monitoring device, 52 ... Input / output unit, 53 ... Microcomputer unit, 55c ... Low-pass filter, 56 ... Current modulation circuit, 70 ... High-pass filter.
Claims (9)
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部(52)と、
前記蓄電池と前記電圧測定部との間に設けられ、第1カットオフ周波数を有するローパスフィルタ(55c)と、
所定の交流信号を出力させる信号制御部(56)と、
前記蓄電池に接続され、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、
前記蓄電池と前記応答信号入力部との間に設けられ、前記第1カットオフ周波数よりも低い第2カットオフ周波数を有するハイパスフィルタ(70)と、
前記応答信号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、
前記ハイパスフィルタは、前記ローパスフィルタと前記電圧測定部との間に接続されており、前記ローパスフィルタを介して前記蓄電池に接続されている電池監視装置。 In the battery monitoring device (50) that monitors the state of the storage battery (42) including the electrolyte and a plurality of electrodes.
A voltage measuring unit (52) for measuring the voltage of the storage battery and
A low-pass filter (55c) provided between the storage battery and the voltage measuring unit and having a first cutoff frequency,
A signal control unit (56) that outputs a predetermined AC signal, and
A response signal input unit (52) connected to the storage battery and inputting a response signal of the storage battery to the AC signal,
A high-pass filter (70) provided between the storage battery and the response signal input unit and having a second cutoff frequency lower than the first cutoff frequency.
A calculation unit (53) for calculating the complex impedance of the storage battery based on the response signal is provided.
A battery monitoring device in which the high-pass filter is connected between the low-pass filter and the voltage measuring unit, and is connected to the storage battery via the low-pass filter.
前記電圧測定部は、前記集積回路内の内部配線を介して前記外部接続端子に接続される高圧側測定端子(151a)及び低圧側測定端子(151b)を有し、
前記応答信号入力部は、前記内部配線を介して前記外部接続端子に接続される高圧側入力端子(152a)及び低圧側入力端子(152b)を有し、
前記低圧側測定端子と前記低圧側入力端子とは、互いに接続されており、共通の前記外部接続端子を介して前記ローパスフィルタに接続されている請求項1に記載の電池監視装置。 The voltage measuring unit and the response signal input unit are provided in an integrated circuit (50a) having a plurality of external connection terminals (57, 58, 59a, 59b), and electricity extending from the low-pass filter. Wiring is connected to the plurality of external connection terminals,
The voltage measuring unit has a high-voltage side measuring terminal (151a) and a low-voltage side measuring terminal (151b) connected to the external connection terminal via internal wiring in the integrated circuit.
The response signal input unit has a high voltage side input terminal (152a) and a low voltage side input terminal (152b) connected to the external connection terminal via the internal wiring.
The battery monitoring device according to claim 1, wherein the low-voltage side measurement terminal and the low-voltage side input terminal are connected to each other and are connected to the low-pass filter via a common external connection terminal.
前記ハイパスフィルタはコンデンサ(71)と抵抗器(72)とを含み、前記コンデンサは、前記高圧側入力端子が接続される前記外部接続端子と前記ローパスフィルタとを接続する前記電気配線上に設けられており、前記抵抗器は、前記集積回路内において、前記高圧側入力端子と前記低圧側入力端子との間に接続されている請求項2に記載の電池監視装置。 The high-voltage side measurement terminal and the high-voltage side input terminal are connected to the low-pass filter via the external connection terminals that are different from each other.
The high-pass filter includes a capacitor (71) and a resistor (72), and the capacitor is provided on the electrical wiring connecting the external connection terminal to which the high-voltage side input terminal is connected and the low-pass filter. The battery monitoring device according to claim 2, wherein the resistor is connected between the high-voltage side input terminal and the low-voltage side input terminal in the integrated circuit.
前記ハイパスフィルタはコンデンサ(71)と抵抗器(72)とを含み、前記コンデンサは、前記接続点と前記高圧側入力端子とを接続する前記内部配線上に設けられており、前記抵抗器は、前記コンデンサよりも前記高圧側入力端子側において前記高圧側入力端子と前記低圧側入力端子との間に接続されている請求項2に記載の電池監視装置。 The high-voltage side input terminal is connected to a connection point (M2) between the external connection terminal to which the high-voltage side measurement terminal is connected and the high-voltage side measurement terminal, and is connected via the common external connection terminal. It is connected to the low-pass filter and
The high-pass filter includes a capacitor (71) and a resistor (72), and the capacitor is provided on the internal wiring connecting the connection point and the high voltage side input terminal, and the resistor is provided. The battery monitoring device according to claim 2, which is connected between the high voltage side input terminal and the low voltage side input terminal on the high voltage side input terminal side of the capacitor.
前記演算部は、前記抵抗器の抵抗値を、前記交流信号の周波数に応じた抵抗値に制御する請求項3又は4に記載の電池監視装置。 The resistor is a variable resistor having a variable resistance value.
The battery monitoring device according to claim 3 or 4, wherein the calculation unit controls the resistance value of the resistor to a resistance value corresponding to the frequency of the AC signal.
前記電圧測定部と前記演算部との間に設けられ、前記第1カットオフ周波数よりも低い第3カットオフ周波数を有する第2ローパスフィルタ(154b)を備える請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の電池監視装置。 The low-pass filter is a first low-pass filter (55c).
Any one of claims 1 to 5 including a second low-pass filter (154b) provided between the voltage measuring unit and the arithmetic unit and having a third cutoff frequency lower than the first cutoff frequency. The battery monitoring device described in the section.
前記第2ローパスフィルタは、前記電圧測定部と前記演算部との間に設けられるとともに、前記応答信号入力部と前記演算部との間に設けられており、
前記第2ローパスフィルタは、前記第3カットオフ周波数を設定可能であり、
前記演算部は、前記測定電圧を平滑化する場合に、前記応答信号を平滑化する場合よりも前記第3カットオフ周波数を低く設定する請求項6に記載の電池監視装置。 The calculation unit calculates the complex impedance based on the response signal and the measurement voltage measured by the voltage measurement unit.
The second low-pass filter is provided between the voltage measuring unit and the calculation unit, and is provided between the response signal input unit and the calculation unit.
The second low-pass filter can set the third cutoff frequency.
The battery monitoring device according to claim 6, wherein the calculation unit sets the third cutoff frequency lower when smoothing the measured voltage than when smoothing the response signal.
前記演算部は、前記波形指示部が指示する前記交流信号を第1の参照信号とし、前記応答信号入力部から入力した応答信号と前記第1の参照信号とを掛け合わせた値に基づいて、前記応答信号の実部を算出し、
前記波形指示部が指示する前記交流信号の位相をシフトさせた信号を第2の参照信号とし、前記応答信号入力部から入力した応答信号と前記第2の参照信号とを掛け合わせた値に基づいて、前記応答信号の虚部を算出する請求項1〜8のうちいずれか1項に記載の電池監視装置。 It has a waveform indicating unit (158) for instructing the waveform of the AC signal to the signal control unit.
The calculation unit uses the AC signal instructed by the waveform indicating unit as the first reference signal, and based on a value obtained by multiplying the response signal input from the response signal input unit and the first reference signal. The real part of the response signal is calculated
The phase-shifted signal of the AC signal indicated by the waveform indicator is used as the second reference signal, and is based on the value obtained by multiplying the response signal input from the response signal input unit and the second reference signal. The battery monitoring device according to any one of claims 1 to 8, wherein the imaginary part of the response signal is calculated.
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