JP2021078295A - 充電装置、電池診断システム、及び、充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池パックの状態の診断に用いられる情報を、電池パックの充電時において容易に取得可能にする充電装置を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、充電装置は、１つ以上の電池を備える電池パックを充電し、コントローラを備える。コントローラは、直流である基準電流に所定の周波数の電流波形を重畳させた重畳電流を、重畳電流が流れる方向が経時的に継続して基準電流が流れる方向と一致する状態に、設定する。コントローラは、設定した重畳電流が出力される状態に電池パックへの出力電流を制御し、出力電流によって電池パックを充電する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、充電装置、電池診断システム、及び、充電方法に関する。

近年、車両等の機器に、１つ以上の電池（二次電池）を備える電池パックが搭載されている。このような機器では、電池パックが比較的短い時間で迅速に充電されることが、求められている。また、電池パックを搭載した機器では、電池パックのインピーダンス特性等を取得し、インピーダンス特性等に基づいて、電池パックの状態（劣化状態）を適切に診断することが求められている。

電池パックのインピーダンス特性の算出等を含む電池パックの状態の診断には、電池パックに電流を供給すること等よって計測した情報が、用いられる。そして、電池パックの状態の診断に用いられる情報は、電池パックの充電時において容易に取得されることが、求められている。

特開２０１４−１２６５３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、電池パックの状態の診断に用いられる情報を、電池パックの充電時において容易に取得可能にする充電装置及び充電方法を提供することにある。また、その充電装置を備える電池診断システムを提供することにある。

実施形態によれば、充電装置は、１つ以上の電池を備える電池パックを充電し、コントローラを備える。コントローラは、直流である基準電流に所定の周波数の電流波形を重畳させた重畳電流を、重畳電流が流れる方向が経時的に継続して基準電流が流れる方向と一致する状態に、設定する。コントローラは、設定した重畳電流が出力される状態に電池パックへの出力電流を制御し、出力電流によって電池パックを充電する。

実施形態によれば、充電方法によって、１つ以上の電池を備える電池パックを充電する。充電方法では、直流である基準電流に所定の周波数の電流波形を重畳させた重畳電流を、重畳電流が流れる方向が経時的に継続して基準電流が流れる方向と一致する状態に、設定する。充電方法では、設定した重畳電流が出力される状態に電池パックへの出力電流を制御し、出力電流によって電池パックを充電する。

図１は、第１の実施形態に係る電池診断システムを示す概略図である。 図２は、図１の電池診断システムの制御系及び通信系を概略的に示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係る充電装置のコントローラによって設定される基準電流の一例を示す概略図である。 図４は、第１の実施形態に係る充電装置のコントローラによって設定される電流波形の一例を示す概略図である。 図５Ａは、図３の基準電流に図４の電流波形を重畳させた重畳電流を示す概略図である。 図５Ｂは、図５Ａの領域Ｂ１を拡大して示す概略図である。 図６Ａは、第１の実施形態に係る充電装置において、図５Ａ及び図５Ｂの重畳電流が電池パックへの出力電流として出力された場合の、出力電圧の経時的な変化の理論モデルを示す概略図である。 図６Ｂは、図６Ａの領域Ｂ２を拡大して示す概略図である。 図７は、第１の実施形態に係る充電装置のコントローラによって行われる、電池パックの充電に関する処理を示すフローチャートである。 図８は、第１の実施形態に係る診断サーバのフーリエ変換器及び演算器のそれぞれで行われる処理を示す概略図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電池診断システム１を示す。図１に示すように、電池診断システム１は、機器である車両２、充電装置３及び診断サーバ５を備える。車両２には、電池パック６が搭載される。充電装置３から電池パック６に電力が供給されることにより、電池パック６が充電される。また、充電装置３及び診断サーバ５は、有線又は無線で、互いに対して情報交換可能である。

図２は、電池診断システム１の制御系及び通信系を示す。図２に示すように、車両２に搭載される電池パック６は、電池７を１つ以上備える。図２の一例では、電池パック６において、複数の電池７が電気的に直列に接続される。１つ以上の電池７のそれぞれは、例えばリチウムイオン電池等の二次電池である。なお、ある一例では、電池パック６に、電池７が１つのみ設けられてもよい。また、別のある一例では、電池パック６において、複数の電池７が電気的に並列に接続される。さらに、別のある一例では、電池パック６において、複数の電池７が電気的に直列に接続される直列接続構造、及び、複数の電池７が電気的に接続される並列接続構造の両方が、形成される。

また、車両２には、電気接点Ａ１が形成され、充電装置３には、電気接点Ａ２が形成される。ある一例では、充電装置３の給電プラグ（図示しない）を車両２の給電口（図示しない）に接続することにより、電気接点Ａ１，Ａ２が互いに対して電気的に接続される。これにより、充電装置３から車両２の電池パック６（１つ以上の電池７）へ電力を供給可能になり、電池パック６を充電可能になる。

充電装置３は、電源回路１１、駆動回路１２、電流検出回路１３、電圧検出回路１５、コントローラ２０及び通信回路３０を備える。駆動回路１２は、電流生成回路１７及び出力回路１８を備える。電流生成回路１７は、変換回路を備え、変換回路は、電池パック６の充電時において、電源回路１１から供給された電力を電池パック６へ出力する電力へ変換する。電流生成回路１７は、電池パック６へ出力する電力への電力変換によって、電池パック６への出力電流、すなわち、電池パック６の充電電流を生成する。

出力回路１８は、電池パック６の充電時において、電流生成回路１７の変換回路によって変換された電力を、電池パック６に出力する。これにより、電流生成回路１７で生成された出力電流（充電電流）が、電池パック６へ供給される。また、電池パック６には、出力回路１８からの出力電流が供給されることに同期して、出力回路１８からの出力電圧、すなわち、電池パック６の充電電圧が印加される。電流検出回路１３は、出力回路１８からの出力電流（電池パック６の充電電流）を検出する。また、電圧検出回路１５は、出力回路１８からの出力電圧（電池パック６の充電電圧）を検出する。

コントローラ２０は、例えば、コンピュータを構成する。コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ又は集積回路（制御回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。コントローラ２０に設けられるプロセッサ又は集積回路は、１つであってもよく、複数であってもよい。コントローラ２０は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。

コントローラ２０は、基準電流設定部２１、電流波形設定部２２、電流波形重畳部２３、出力電流設定部２５、電流監視部２７及び電圧監視部２８を備える。基準電流設定部２１、電流波形設定部２２、電流波形重畳部２３、出力電流設定部２５、電流監視部２７及び電圧監視部２８のそれぞれは、コントローラ２０のプロセッサ等によって行われる処理の一部を実施する。

基準電流設定部２１は、出力回路１８からの出力電流に関して、基準となる基準電流を設定する。基準電流設定部２１は、基準電流設定部２１によって設定される基準電流は、直流である。基準電流が流れる方向は、電池パック６の充電において電流が流れる方向と同一であり、電池パック６からの放電において電流が流れる方向とは反対方向である。基準電流設定部２１は、指令電流値を取得し、基準電流の電流値が指令電流値と一致する状態に、基準電流（基準電流軌跡）を設定する。

ここで、ある一例では、車両２又は充電装置３のユーザインタフェース（図示しない）において、充電に関する操作指令が作業者等によって入力される。そして、基準電流設定部２１は、充電に関する操作指令に基づいて、指令電流値を取得する。別のある一例では、コントローラ２０は、充電される電池パック６が搭載された車両２の種類を取得する。そして、コントローラ２０は、記憶媒体等に記憶されたデータから、充電開始から経過時間に対する出力電流（充電電流）の関係について、車両の種類に対応したモデルを選択する。そして、コントローラは２０、選択したモデルに基づいて指令電流値を設定し、基準電流設定部２１は、設定された指令電流値を取得する。

電流波形設定部２２は、波形設定指令か取得可能である。電流波形設定部２２は、波形設定指令を取得したことに基づいて、周波数（所定の周波数）ｆａの電流波形を設定する。電流波形は、半周期（１／２ｆａ）ごとに電流が流れる方向が変化する交流である。ある一例では、周波数ｆａの矩形波電流が、電流波形として設定される。電流波形重畳部２３は、電流波形が設定されたことに基づいて、基準電流設定部２１が設定した基準電流に、電流波形設定部２２が設定した電流波形を重畳させる。これにより、基準電流に周波数ｆａの電流波形が重畳された重畳電流が、設定される。そして、電流波形重畳部２３は、設定した重畳電流（重畳電流軌跡）を、出力電流設定部２５へ伝達する。

ここで、ある一例では、コントローラ２０は、前述のユーザインタフェースで入力された充電に関する操作指令に基づいて、電流波形を基準電流に重畳させるタイミングを取得する。そして、コントローラ２０は、電流波形を重畳させるタイミングにおいて波形設定指令を生成し、電流波形設定部２２は、生成された波形設定指令を取得する。別のある一例では、コントローラ２０は、記憶媒体等に記憶されたデータから、電流波形を基準電流に重畳させるタイミングについて、車両の種類に対応したモデルを選択する。そして、コントローラ２０は、選択したモデルに基づいて、電流波形を重畳させるタイミングにおいて波形設定指令を生成し、電流波形設定部２２は、生成された波形設定指令を取得する。また、波形設定指令が電流波形設定部２２によって取得されない場合、すなわち、電流波形を基準電流に重畳させるタイミングでない場合は、電流波形設定部２２は、電流波形を設定せず、電流波形重畳部２３は、基準電流に電流波形を重畳させない。このため、基準電流設定部２１によって設定された基準電流が、出力電流設定部２５に伝達される。

図３は、基準電流設定部２１によって設定される基準電流（基準電流軌跡）の一例を示し、図４は、電流波形設定部２２によって設定される電流波形の一例を示す。図５Ａは、図３の基準電流に図４の電流波形を重畳させ重畳電流（重畳電流軌跡）を示し、図５Ｂは、図５Ａの領域Ｂ１を拡大して示す。図３乃至図５Ｂでは、横軸に充電開始時を基準とする時間ｔを示し、縦軸に電流Ｉを示す。図３乃至図５Ｂでは、基準電流が流れる方向を正方向として示す。図３の一例では、基準電流設定部２１は、時間ｔａと時間ｔｂとの間において電流値（指令電流値）が値Ｉａで経時的に一定になる状態に、基準電流を設定する。また、図４の一例では、電流波形設定部２２は、時間ｔａと時間ｔｂの間において、周波数ｆａの矩形波電流を、電流波形として設定する。

ここで、設定された電流波形の振幅Ｉｂは、時間ｔａと時間ｔｂとの間における基準電流の電流値（Ｉａ）に比べて、小さい。ある一例では、電流波形設定部２２は、電流波形（矩形波電流）の振幅Ｉｂを、基準電流の電流値Ｉａの５％以下に設定する。すなわち、電流波形のピーク−ピーク値（２Ｉｂ）が、基準電流の電流値Ｉａの１０％以下に設定される。波形設定指令には、電流波形の振幅に関する情報が含まれる。電流波形設定部２２は、取得した電流波形の振幅に関する情報に基づいて、電流波形の振幅を設定する。

前述のように電流波形が設定されるため、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、重畳電流は、重畳電流が流れる方向が経時的に継続して基準電流が流れる方向と一致する状態に、設定される。すなわち、基準電流が流れる方向への電流の電流値を正とし、かつ、基準電流が流れる方向とは反対方向への電流の電流値を負とした場合、重畳電流の電流値は、経時的に継続してゼロより大きく（正の値で）維持される。このため、図５Ａ及び図５Ｂの一例では、時間ｔａと時間ｔｂとの間のいずれの時点においても、重畳電流が流れる方向は、基準電流が流れる方向と一致する。なお、図５Ａ及び図５Ｂの重畳電流では、時間ｔａと時間ｔｂとの間において、値Ｉａを中心として、すなわち、上限値（Ｉａ＋Ｉｂ）と下限値（Ｉａ−Ｉｂ）との間で周期的に変化する電流波形（矩形波電流）が、設定される。そして、設定される電流波形は、１／ｆａを一周期として、周期的に変化する。

なお、図３乃至図５Ｂの一例では、基準電流において電流値が経時的に一定になる領域に電流波形が重畳されるが、これに限るものではない。ある一例では、基準電流において電流値が経時的に減少している領域に電流波形が重畳される。この場合も、重畳電流は、重畳電流が流れる方向が経時的に継続して基準電流が流れる方向と一致する状態に、設定される。そして、電流波形（矩形波電流）の振幅は、基準電流の電流値の５％以下に設定される。

出力電流設定部２５は、出力回路１８から電池パック６への出力電流の目標電流値（目標軌跡）を設定する。そして、出力電流設定部２５は、設定した目標電流値で出力電流が出力される状態に、電流生成回路１７の駆動を制御し、電池パック６への出力を制御する。ここで、波形設定指令によって電流波形設定部２２が電流波形を設定した場合は、出力電流設定部２５は、電流波形重畳部２３によって設定された重畳電流が出力回路１８から出力される状態に、電池パック６への出力電流を制御する。この場合、重畳電流の経時的な変化の軌跡が、出力電流の経時的な変化の目標軌跡となる。一方、電流波形設定部２２によって電流波形が設定されていない場合は、出力電流設定部２５は、基準電流設定部２１によって設定された基準電流が出力回路１８から出力される状態に、電池パック６への出力電流を制御する。この場合、基準電流の経時的な変化の軌跡が、出力電流の経時的な変化の目標軌跡となる。

電流監視部２７は、出力回路１８からの出力電流（電池パック６の充電電流）について、電流検出回路１３での検出結果を取得する。すなわち、電流監視部２７は、出力電流の検出電流値を取得する。電圧監視部２８は、出力回路１８からの出力電流（電池パック６の充電電流）に同期する出力電圧（充電電圧）のについて、電圧検出回路１５での検出結果を取得する。すなわち、電圧監視部２８は、出力電圧の検出電圧値を取得する。

また、出力電流設定部２５は、電流監視部２７から出力電流の検出電流値を取得する。そして、出力電流設定部２５は、出力電流について、設定した目標電流値と検出電流値とを比較し、目標電流値と検出電流値との偏差を取得する。そして、出力電流設定部２５は、偏差がゼロに近づく状態に、電流生成回路１７の駆動を制御し、出力回路１８からの出力電流を制御する。すなわち、出力電流設定部２５は、出力電流（充電電流）の出力に関して、フィードバック制御を行う。例えば、図５Ａ及び図５Ｂ等の重畳電流が設定された場合は、出力電流設定部２５は、出力電流が設定した重畳電流に近づく状態に、出力電流のフィードバック制御を行う。また、基準電流の電流値に対して電流波形の振幅が５％以下になる重畳電流が設定された場合は、出力電流設定部２５は、出力電流の電流値と基準電流の電流値（指令電流値）との差が５％以下に収まる状態に、フィードバック制御を行う。

電流監視部２７は、取得した出力電流の検出電流値に基づいて、出力電流の経時的な変化を検出する。これにより、出力電流の経時的な変化が、取得及び計測される。ここで、設定した重畳電流が出力される状態に出力電流の制御が行われても、実際に出力される出力電流には、基準電流に重畳される周波数ｆａの電流波形の成分に加えて、電流波形の高調波の成分、及び、ノイズ等が含まれ得る。このため、出力電流の経時的な変化は、設定された重畳電流の経時的な変化とは、異なり得る。ある状況では、基準電流に周波数ｆａの矩形波を重畳させた重畳電流が設定されても、基準電流に三角波又は鋸波に近い電流波形が重畳された計測データが、出力電流の経時的な変化として取得され得る。ここで、電流波形の高調波の成分には、周波数ｆａの奇数倍の周波数（３ｆａ，５ｆａ等）の成分等が挙げられる。

図６Ａは、図５Ａ及び図５Ｂの重畳電流が出力電流として出力された場合の、出力電圧の経時的な変化の理論モデルを示し、図６Ｂは、図６Ａの領域Ｂ２を拡大して示す。図６Ａ及び図６Ｂでは、横軸に充電開始時を基準とする時間ｔを示し、縦軸に電圧Ｖを示す。図６Ａ及び図６Ｂの出力電圧の理論モデルでは、時間ｔａと時間ｔｂとの間において、電流波形（矩形波電流）に対応する周波数ｆａの成分が、現れる。ここで、電流波形が重畳されない図３の基準電流が出力電流として出力された場合の理論モデルでは、出力電圧は、時間ｔａと時間ｔｂとの間において、関数Ｖａ（ｔ）のように経時的に変化する。図６Ａ及び図６Ｂの出力電圧の理論モデルでは、周波数ｆａの成分が現れるため、時間ｔａと時間ｔｂとの間に、関数Ｖａ（ｔ）を中心として周期的に変化する電圧波形が、形成される。そして、時間ｔａと時間ｔｂとの間の電圧波形は、１／ｆａを一周期として、周期的に変化する。

電圧監視部２８は、取得した出力電圧の検出電圧値に基づいて、出力電流に同期する出力電圧の経時的な変化を検出する。これにより、出力電圧の経時的な変化が、取得及び計測される。ここで、設定した重畳電流が出力される状態に出力電流の制御が行われても、実際に計測される出力電圧には、出力電流と同様に、電流波形に対応する周波数ｆａの成分に加えて、周波数ｆａの成分の高調波の成分、及び、ノイズ等が含まれ得る。このため、出力電圧の経時的な変化は、設定された重畳電流に対応する理論モデルでの経時的な変化とは、異なり得る。ある状況では、図５Ａ及び図５Ｂの重畳電流が出力される状態に制御が行われても、図６Ａ及び図６Ｂの理論モデルとは異なる計測データが、出力電圧の経時的な変化として取得され得る。ここで、周波数ｆａの高調波の成分には、周波数ｆａの奇数倍の周波数（３ｆａ，５ｆａ等）の成分等が挙げられる。

電流監視部２７は、取得した出力電流の経時的な変化の計測データ等の出力電流の経時的な変化に関する情報を、通信回路３０を介して、充電装置３の外部へ出力する。また、電圧監視部２８は、取得した出力電圧の経時的な変化の計測データ等の出力電圧の経時的な変化に関する情報を、通信回路３０を介して、充電装置３の外部へ出力する。これにより、出力電流及び出力電圧のそれぞれの経時的な変化に関する情報等が、充電装置３の外部のコンピュータ等に送信される。

また、コントローラ２０は、出力電流及び出力電圧のそれぞれの経時的な変化に関する情報を、充電装置３の外部へ出力する代わりに、又は、充電装置３の外部に出力することに加えて、記憶媒体等に記憶してもよい。この際、前述の情報は、記憶媒体等に一時的に記憶されてもよい。

図７は、コントローラ２０によって行われる電池パック６の充電に関する処理を示す。図７に示す処理では、コントローラ２０は、電池パック６への充電指令が生成されているか否か、すなわち、充電指令がＯＮであるか否かを判断する（Ｓ１０１）。ある一例では、前述のユーザインタフェースで入力された操作指令に基づいて、充電指令が生成される。別のある一例では、給電プラグが車両２の給電口（図示しない）に接続され、電気接点Ａ１，Ａ２が互いに対して電気的に接続さていることに基づいて、充電指令が生成される。

充電指令が生成されている場合は（Ｓ１０１−Ｙｅｓ）、基準電流設定部２１は、電池パック６への出力電流（充電電流）に関して、指令電流値を取得する（Ｓ１０２）。そして、基準電流設定部２１は、取得した指令電流値を基準電流の電流値として設定し、基準電流を設定する（Ｓ１０３）。そして、電流波形設定部２２は、波形設定指令が生成されているか否か、すなわち、波形設定指令がＯＮであるか否かを判断する（Ｓ１０４）。波形設定指令は、前述した例のいずれかと同様にして、生成される。

波形設定指令が生成されている場合は（Ｓ１０４−Ｙｅｓ）、電流波形設定部２２は、波形設定指令を取得し、波形設定指令に基づいて、周波数（所定の周波数）ｆａの電流波形を設定する（Ｓ１０５）。電流波形の振幅等は、前述した例のいずれかと同様にして、設定される。そして、電流波形重畳部２３は、Ｓ１０３で設定された基準電流にＳ１０５で設定された電流波形を重畳する（Ｓ１０６）。これにより、基準電流に周波数ｆａの電流波形が重畳された重畳電流が、設定される。重畳電流は、重畳電流が流れる方向が経時的に継続して基準電流が流れる方向と一致する状態に、設定される。そして、出力電流設定部２５は、設定した重畳電流が出力される状態に、電流生成回路１７の駆動を制御し、出力回路１８から電池パック６への出力を制御する（Ｓ１０７）。すなわち、設定した重畳電流が出力される状態に、出力電流が制御される。

一方、波形設定指令が生成されていない場合は（Ｓ１０４−Ｎｏ）、出力電流設定部２５は、Ｓ１０３で設定された基準電流が出力される状態に、電流生成回路１７の駆動を制御し、出力回路１８から電池パック６への出力を制御する（Ｓ１０８）。すなわち、設定した基準電流が出力される状態に、出力電流が制御される。

そして、Ｓ１０７又はＳ１０８の出力制御が行われている状態において、電流監視部２７は、出力電流の検出電流値を取得し、電圧監視部２８は、出力電圧の検出電圧値を取得する（Ｓ１０９）。そして、処理は、Ｓ１０１へ進む。そして、充電指令が生成されている場合は（Ｓ１０１−Ｙｅｓ）、Ｓ１０２以降の処理が再び行われる。そして、Ｓ１０７又はＳ１０８の出力制御が行われている状態では、目標電流値と検出電流値との偏差等に基づく前述のフィードバック制御が行われる。この際、出力電流設定部２５は、出力電流の電流値（検出電流値）と基準電流の電流値（指令電流値）との差が５％以下に収まる状態に、フィードバック制御を行ってもよい。

Ｓ１０１において充電指令が生成されていない場合は（Ｓ１０１−Ｎｏ）、コントローラ２０（出力電流設定部２５）は、出力回路１８から電池パック６への出力を停止させる（Ｓ１１０）。これにより、電池パック６の充電が停止される。

図２に示すように、診断サーバ５は、フーリエ変換器３１及び演算器３２を備える。フーリエ変換器３１及び演算器３２のそれぞれは、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等を含むプロセッサ又は集積回路（演算回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備え、後述する演算処理を行う。フーリエ変換器３１及び演算器３２のそれぞれは、診断サーバ５によって行われる処理、すなわち、電池パック６（１つ以上の電池７）の状態（劣化状態）の診断に関する処理の一部を実施する。

図８は、フーリエ変換器３１及び演算器３２のそれぞれで行われる処理を示す。図８に示すように、診断サーバ５のフーリエ変換器３１は、充電装置３の通信回路３０から、出力電流の経時的な変化に関する情報Ｉα（ｔ）を取得する。ある一例では、情報Ｉα（ｔ）は、電流監視部２７によって計測された出力電流の経時的な変化の計測データである。ここで、出力電流の経時的な変化の計測データでは、周波数ｆａの電流波形の部分等は、ゼロを中心とする電流波形に対して、基準電流の電流値と同一又は略同一の大きさだけずれる。このため、別のある一例では、周波数ｆａの電流波形の部分等の前述のずれに対応させて、前述の計測データが補正される。そして、計測データから前述の補正を行ったデータが、フーリエ変換器３１において、情報Ｉα（ｔ）として取得される。

そして、フーリエ変換器３１は、情報Ｉα（ｔ）をフーリエ変換する（Ｓ１２１）。これにより、出力電流についての周波数スペクトルＩβ（ｆ）が生成され、出力電流の周波数特性が算出される。ここで、ｆは、周波数を示す変数である。周波数スペクトルＩβ（ｆ）は、周波数（所定の周波数）ｆａの成分、及び、周波数ｆａの整数倍の１つ以上の周波数の成分を含む。ある一例では、出力電流の周波数スペクトルＩβ（ｆ）は、周波数ｆａの成分、及び、周波数ｆａの奇数倍の周波数（３ｆａ，５ｆａ等）の成分を含む。

また、フーリエ変換器３１は、充電装置３の通信回路３０から、出力電圧の経時的な変化に関する情報Ｖα（ｔ）を取得する。ある一例では、情報Ｖα（ｔ）は、電圧監視部２８によって計測された出力電圧の経時的な変化の計測データである。また、別のある一例では、出力電流の計測データが前述のように情報Ｉα（ｔ）へ補正され、情報Ｉα（ｔ）への補正に対応させて、前述の出力電圧の計測データが補正される。そして、計測データから前述の補正を行ったデータが、フーリエ変換器３１において、情報Ｖα（ｔ）として取得される。

そして、フーリエ変換器３１は、情報Ｖα（ｔ）をフーリエ変換する（Ｓ１２２）。これにより、出力電圧についての周波数スペクトルＶβ（ｆ）が生成され、出力電圧の周波数特性が算出される。周波数スペクトルＶβ（ｆ）は、周波数（所定の周波数）ｆａの成分、及び、周波数ｆａの整数倍の１つ以上の周波数の成分を含む。ある一例では、出力電圧の周波数スペクトルＶβ（ｆ）は、周波数ｆａの成分、及び、周波数ｆａの奇数倍の周波数（３ｆａ，５ｆａ等）の成分を含む。

そして、演算器３２は、出力電流の周波数スペクトルＩβ（ｆ）及び出力電圧の周波数スペクトルＶβ（ｆ）を取得し、周波数スペクトルＩβ（ｆ），Ｖβ（ｆ）を用いて演算を行う（Ｓ１２３）。Ｓ１２３での演算では、周波数スペクトルＩβ（ｆ）から、出力電流の経時的な変化に関する情報Ｉα（ｔ）の自己相関関数Ｃｏｒｒ（Ｉ，Ｉ）が、算出される。そして、周波数スペクトルＩβ（ｆ），Ｖβ（ｆ）から、出力電流の経時的な変化に関する情報Ｉα（ｔ）と出力電圧の経時的な変化に関する情報Ｖα（ｔ）との相互相関関数Ｃｏｒｒ（Ｉ，Ｖ）が、算出される。

そして、演算器３２は、算出した自己相関関数Ｃｏｒｒ（Ｉ，Ｉ）及び相互相関関数Ｃｏｒｒ（Ｉ，Ｖ）を用いて演算を行う（Ｓ１２４）。Ｓ１２４の演算によって、電池パック６（１つ以上の電池７）のインピーダンス特性が算出される。ある一例では、相互相関関数Ｃｏｒｒ（Ｉ，Ｖ）を自己相関関数Ｃｏｒｒ（Ｉ，Ｉ）で除算することにより、周波数スペクトルＩβ（ｆ），Ｖβ（ｆ）に成分（スペクトル成分）が含まれる周波数のそれぞれについて、インピーダンスが算出される。診断サーバ５は、算出したインピーダンス特性に基づいて、電池パック６の状態（劣化状態）を診断する。

なお、出力電流の計測データを情報Ｉα（ｔ）として用いた場合は、周波数ｆａの電流波形の部分等がゼロを中心とする電流波形に対してずれた情報Ｉα（ｔ）が、フーリエ変換される。この場合、フーリエ変換によって取得された周波数スペクトルＩβ（ｆ）のデータを、周波数ｆａの電流波形の部分等の前述のずれに対応させて、補正する。そして、周波数スペクトルＩβ（ｆ）のデータから前述の補正を行ったデータを用いて、インピーダンス特性を算出する。また、出力電圧の計測データを情報Ｖα（ｔ）として用い、フーリエ変換によって周波数スペクトルＶβ（ｆ）を取得した場合も、出力電流の計測データを情報Ｉα（ｔ）として用いた場合と同様に、周波数スペクトルＶβ（ｆ）のデータを適宜補正する。そして、周波数スペクトルＶβ（ｆ）のデータから前述の補正を行ったデータを用いて、インピーダンス特性を算出する。

前述のように、本実施形態では、いわゆる矩形波インピーダンス法と同様にして、情報Ｉα（ｔ），Ｖα（ｔ）から電池パック６のインピーダンス特性が算出される。ここで、矩形波インピーダンス法、及び、インピーダンス特性に基づく電池（電池パック）の状態の診断については、特開２０１４−１２６５３２号公報（特許文献１）及び参照文献１（Electrochimica Acta vol.246 (2017) p.800‐p.811）に示される。本実施形態では、電池パック６への出力電流が制御される。このため、インピーダンス特性の算出では、出力電流の経時的な変化に関する情報Ｉα（ｔ）の自己相関関数Ｃｏｒｒ（Ｉ，Ｉ）が、用いられる。

前述のように、本実施形態では、直流である基準電流に周波数ｆａの電流波形（矩形波電流）が重畳された重畳電流が、電流波形重畳部２３によって設定される。そして、出力電流設定部２５は、設定した重畳電流が出力される状態に電池パック６への出力電流を制御し、出力電流によって電池パック６を充電する。前述のようにして出力電流を制御することにより、出力電流の経時的な変化の計測データ、及び、出力電流に同期する出力電圧の経時的な変化の計測データを、電池パック６のインピーダンス特性の算出等の電池パック６の状態の診断に用いることが可能になる。このため、電池パック６の状態の診断に用いられる情報を、電池パック６の充電時において容易に取得可能になる。

また、本実施形態では、電流波形重畳部２３は、重畳電流が流れる方向が経時的に継続して基準電流が流れる方向と一致する状態に、重畳電流を設定する。このため、重畳電流が出力される状態に出力電流が制御されても、電池パック６に経時的に継続して出力電流が供給され、電池パック６が経時的に継続して充電される。これにより、電池パック６が、適切に充電される。

また、本実施形態では、電流波形設定部２２は、電流波形の振幅を、基準電流の電流値に対して５％以下に設定する。このため、重畳電流が出力される状態に出力電流を制御することにより、出力電流の電流値と基準電流の電流値（充電における指令電流値）との偏差が小さくなる。したがって、電池パック６が、より適切に充電される。

また、本実施形態では、出力電流設定部２５は、目標電流値と検出電流値との偏差がゼロに近づく状態に、出力電流についてフィードバック制御を行う。例えば、基準電流の電流値に対して電流波形の振幅が５％以下になる重畳電流が設定された場合は、出力電流設定部２５は、出力電流の電流値（検出電流値）と基準電流の電流値（充電における指令電流値）との差が５％以下に収まる状態に、フィードバック制御を行う。これにより、出力電流の電流値と基準電流の電流値（充電における指令電流値）との偏差がさらに小さくなり、電池パック６が、より適切に充電される。

また、本実施形態では、波形設定指令が生成されない場合等は、電流波形が設定されず、出力電流設定部２５は、設定した基準電流が出力される状態に、電池パック６への出力電流を制御する。このため、電池パック６の診断に用いられる情報を取得する必要があるか否か等の状況に応じて、電池パック６への出力電流に関する制御モードを、選択可能である。

また、本実施形態では、診断サーバ５は、出力電流の経時的な変化の計測データ、及び、出力電圧の経時的な変化の計測データから、前述のようにして電池パック６のインピーダンス特性を算出する。このため、計測データを用いてインピーダンス特性が適切に算出され、電池パック６の状態が適切に診断される。

（変形例）
なお、ある変形例では、電流波形設定部２２は、周波数（所定の周波数）ｆａの電流波形に加えて、周波数ｆａの整数倍の１つ以上の周波数の電流波形を、設定する。そして、電流波形重畳部２３は、周波数ｆａの電流波形に加えて、周波数ｆａの整数倍の１つ以上の周波数の電流波形を基準電流に重畳させて、重畳電流を設定する。本変形例でも、出力電流設定部２５は、設定した重畳電流が出力される状態に、電池パック６への出力電流を制御する。

本変形例では、周波数ｆａの電流波形に加えて、周波数ｆａの整数倍の１つ以上の周波数の電流波形も重畳された重畳電流を出力させる制御が、行われる。このため、前述の実施形態等のように出力電流の周波数スペクトルＩβ（ｆ）及び出力電圧の周波数スペクトルＶβ（ｆ）を算出することにより、周波数スペクトルＩβ（ｆ），Ｖβ（ｆ）のそれぞれにおいて、周波数ｆａの整数倍の周波数の中のより多くの周波数で、成分（スペクトル成分）を取得可能になる。これにより、周波数ｆａの整数倍の周波数の中のより多くの周波数でインピーダンスが算出され、電池パック６の状態（劣化状態）がより適切に診断される。

ある一例では、周波数（第１の周波数）ｆａの電流波形に加えて、周波数ｆａの整数倍の２つの周波数ｆｂ，ｆｃ（ｆｃ＞ｆｂ）の電流波形が基準電流に重畳された重畳電流が、設定される。そして、設定した重畳電流が出力される状態に、電池パック６への出力電流が制御される。この場合、周波数（第２の周波数）ｆｂは、周波数ｆａの偶数倍であることが好ましく、例えば、周波数２ｆａである。そして、周波数（第３の周波数）ｆｃは、周波数ｆａの偶数倍で、かつ、周波数ｆｂの偶数倍であることが好ましく、例えば、周波数４ｆａ（＝２ｆｂ）である。

前述のように周波数ｆａ〜ｆｃを設定することにより、周波数ｆａの奇数倍の周波数のそれぞれは、周波数ｆｂ、周波数ｆｂの奇数倍の周波数、周波数ｆｃ、及び、周波数ｆｃの奇数倍の周波数のいずれとも異なる。これにより、前述の実施形態等のようにして算出した周波数スペクトルＩβ（ｆ），Ｖβ（ｆ）のそれぞれにおいて、周波数ｆａの整数倍の周波数の中のより多くの周波数で、成分を取得可能になる。これにより、周波数ｆａの整数倍の周波数の中のより多くの周波数でインピーダンスが算出され、電池パック６の状態（劣化状態）がより適切に診断される。

また、ある変形例では、フーリエ変換器３１及び演算器３２が充電装置３に搭載されてもよい。本変形例では、充電装置３で、出力電流の周波数特性、及び、出力電圧の周波数特性が算出され、電池パック６のインピーダンス特性が算出される。また、別のある変形例では、フーリエ変換器３１及び演算器３２の一方が充電装置３に搭載されてもよい。

また、前述した電池パック６への出力電流（充電電流）の制御は、車両２の電池パック６の充電のみではなく、車両２以外の機器に搭載される電池パックの充電にも、適用可能である。

これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例によれば、充電装置及び充電方法は、直流である基準電流に所定の周波数の電流波形を重畳させた重畳電流が、重畳電流が流れる方向が経時的に継続して基準電流が流れる方向と一致する状態 に、設定される。そして、設定した重畳電流が出力される状態に電池パックへの出力電流が制御され、出力電流によって電池パックが充電される。これにより、電池パックの状態の診断に用いられる情報を、電池パックの充電時において容易に取得可能にする充電装置及び充電方法を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電池診断システム、２…車両、３…充電装置、５…診断サーバ、６…電池パック、７…電池、１２…駆動回路、２０…コントローラ、２１…基準電流設定部、２２…電流波形設定部、２３…電流波形重畳部、２５…出力電流設定部、２７…電流監視部、２８…電圧監視部、３１…フーリエ変換器、３２…演算器。

Claims (9)

1. １つ以上の電池を備える電池パックを充電する充電装置であって、
   直流である基準電流に所定の周波数の電流波形を重畳させた重畳電流を、前記重畳電流が流れる方向が経時的に継続して前記基準電流が流れる方向と一致する状態に、設定し、
   設定した前記重畳電流が出力される状態に前記電池パックへの出力電流を制御し、前記出力電流によって前記電池パックを充電する、
   コントローラを具備する、充電装置。
2. 前記コントローラは、前記所定の周波数の矩形波電流を、前記基準電流に重畳させる前記電流波形として設定する、請求項１の充電装置。
3. 前記コントローラは、前記基準電流に重畳させる前記電流波形の振幅を、前記基準電流の電流値に対して５％以下に設定する、請求項１又は２の充電装置。
4. 前記コントローラは、前記所定の周波数の電流波形に加えて、前記所定の周波数の整数倍の１つ以上の周波数の電流波形を前記基準電流に重畳させて、前記重畳電流を設定する、請求項１乃至３のいずれか１項の充電装置。
5. 前記コントローラは、前記出力電流の経時的な変化、及び、前記出力電流の供給に同期して前記電池パックに印加される出力電圧の経時的な変化を、計測及び取得する、請求項１乃至４のいずれか１項の充電装置。
6. 前記コントローラは、前記出力電流の経時的な変化に関する情報、及び、前記出力電圧の経時的な変化に関する情報について、記憶及び外部への出力の少なくとも一方を行う、請求項５の充電装置。
7. 前記請求項５又は６の充電装置と、
   前記出力電流の経時的な変化に関する情報をフーリエ変換することにより、前記出力電流について、前記所定の周波数の成分及び前記所定の周波数の整数倍の１つ以上の周波数の成分を含む周波数特性を算出するとともに、前記出力電流に同期する前記出力電圧の経時的な変化に関する情報をフーリエ変換することにより、前記出力電圧について、前記所定の周波数の成分及び前記所定の周波数の整数倍の１つ以上の周波数の成分を含む周波数特性を算出するフーリエ変換器と、
   前記出力電流の前記周波数特性、及び、前記出力電流に同期する前記出力電圧の前記周波数特性に基づいて、前記電池パックのインピーダンス特性を算出する演算器と、
   を具備する、電池診断システム。
8. 前記フーリエ変換器及び前記演算器の少なくとも一方は、前記充電装置に搭載される、請求項７の電池診断システム。
9. １つ以上の電池を備える電池パックを充電する充電方法であって、
   直流である基準電流に所定の周波数の電流波形を重畳させた重畳電流を、前記重畳電流が流れる方向が経時的に継続して前記基準電流が流れる方向と一致する状態に、設定することと、
   設定した前記重畳電流が出力される状態に前記電池パックへの出力電流を制御し、前記出力電流によって前記電池パックを充電することと、
   を具備する、充電方法。

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