JP2023005760A - 電池測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】複素インピーダンスの測定精度を向上させることができる電池測定システムを提供すること。【解決手段】電池測定装置は、蓄電池の正極外部端子４６ａと負極外部端子４６ｂとの間を結ぶ第１電気経路８１上に設けられる信号制御部５１ａと、電極体４４における正極４４ｅと負極４４ｆとの間を結ぶ第２電気経路８２上に設けられる応答信号入力部５２と、蓄電池４０の複素インピーダンスに関する情報を算出する演算部と、を有する。第２電気経路８２は、収容ケース４５の内部に向かって配線され、収容ケース４５の内部において電極体４４の正極４４ｅ及び負極４４ｆに接続されている。第２電気経路８２により囲まれる磁束通過領域Ｓ１０が形成されており、収容ケース４５内における磁束通過領域Ｓ１０の大きさが、電極体４４と端子部４７ａ，４７ｂと収容ケース４５により囲まれた領域の大きさよりも小さくなるようにされている。【選択図】 図２

Description

本発明は、蓄電池と、蓄電池の状態を測定する電池測定装置とを備える電池測定システムに関するものである。

従来から、蓄電池の状態を測定するため、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、発振器から正弦波電流などの交流信号を蓄電池に流し、その応答信号（電圧変動）をロックインアンプにより検出し、交流信号と応答信号とに基づいて、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。

特開２０１８－１９０５０２号公報

ところで、電気自動車等に使用される蓄電池は、大容量化していく傾向があった。大容量の蓄電池の場合、インピーダンスが小さくなり、外部の影響を受けやすいという問題がある。例えば、蓄電池に対して交流信号を流す場合、当該交流信号による磁束変化によって、応答信号が入力される電気経路において誘導起電力が生じる。これにより、測定される応答信号に誤差が生じ、その応答信号に基づいて算出される複素インピーダンスにも誤差が生じるという問題がある。

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測定精度を向上させることができる電池測定システムを提供することにある。

上記課題を解決するための手段は、蓄電池と、前記蓄電池の状態を測定する電池測定装置とを備える電池測定システムにおいて、前記蓄電池は、電解質と、一対の電極を有する電極体と、前記電解質及び前記電極体を収容する収容ケースと、少なくとも一部分が前記収容ケースの外表面に露出しており、前記一対の電極のそれぞれに接続される一対の端子部と、を有し、前記電池測定装置は、前記端子部のうち、前記収容ケースの外表面に露出する正極外部端子と負極外部端子との間を結ぶ第１電気経路上に設けられ、前記蓄電池から所定の交流信号を出力させる、又は前記蓄電池に所定の交流信号を入力する信号制御部と、前記電極体における正極と負極との間を結ぶ第２電気経路上に設けられ、当該第２電気経路を介して、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、前記応答信号に基づいて前記蓄電池の複素インピーダンスに関する情報を算出する演算部と、を有し、前記第２電気経路は、前記蓄電池の外部に位置する前記応答信号入力部から前記収容ケースの内部に向かって配線され、前記収容ケースの内部において前記電極体の前記正極及び前記負極に接続されており、前記電極体と前記第２電気経路により囲まれた領域であって、前記第１電気経路に流れる交流信号に基づく磁束が通過する磁束通過領域が形成されており、前記収容ケース内における前記磁束通過領域の大きさが、前記電極体と前記端子部と前記収容ケースにより囲まれた領域の大きさよりも小さくなるように、前記収容ケースの内部において前記第２電気経路が配線されている。

第１電気経路に流れる交流信号により、第１電気経路とは異なる第２電気経路で応答信号が入力される場合、第１電気経路に流れる交流信号に基づいて第２電気経路に誘導起電力が生じ、これにより、応答信号に基づいて算出される複素インピーダンスの誤差が生じる。

ここで、電極体と第２電気経路により囲まれる磁束通過領域の大きさにより、第２電気経路に生じる誘導起電力の大きさを変更可能であることを発見した。そこで、本発明では、第２電気経路を、収容ケースの内部に向かって配線し、収容ケースの内部において電極体の正極及び負極に接続するとともに、収容ケース内における磁束通過領域の大きさを、電極体と端子部と収容ケースにより囲まれた領域の大きさよりも小さくなるように第２電気経路を配線するようにした。これにより、収容ケースの外部において正極外部端子と負極外部端子との間を結ぶように第２電気経路を設ける場合に比べて、収容ケース内における磁束通過領域の大きさを小さくすることができ、複素インピーダンスの誤差を抑制することができる。

電源システムの回路図。 第１実施形態における電池測定装置と蓄電池との接続態様を示す構成図。 電極体の構成図。 電池測定装置の回路図。 磁束通過領域を示す説明図。第２電気経路を示す説明図。 インピーダンス測定精度と電池容量の関係を示す説明図。磁束通過領域を示す説明図。 複素インピーダンスの虚部と測定周波数との関係を示すグラフ。 複素インピーダンス平面プロットを示すグラフ。 電池測定装置と蓄電池との接続態様を示す構成図。 第２電気経路を示す説明図。 第２実施形態における電池測定装置と蓄電池との接続態様を示す構成図。 第３実施形態における電池測定装置と蓄電池との接続態様を示す構成図。 第４実施形態における電池測定装置と蓄電池との接続態様を示す構成図。

（第１実施形態）
以下、「電池測定システム」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、回転機（モータジェネレータ）などの電気負荷２０と、蓄電池４０と、蓄電池４０の状態を測定する電池測定装置５０と、を備えている。

蓄電池４０は、電気負荷２０に電気的に接続されている。蓄電池４０の正極と電気負荷２０とを接続する正極側電源経路Ｌ１及び蓄電池４０の負極と電気負荷２０とを接続する負極側電源経路Ｌ２の少なくとも一方には、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、蓄電池４０と電気負荷２０との間の通電及び通電遮断が切り替え可能に構成されている。なお、蓄電池４０として、例えば、リチウムイオン蓄電池を用いることができる。

図２に基づいて蓄電池４０の構成について説明する。蓄電池４０は、電解質４３と、扁平に巻回された電極体４４と、電解質４３及び電極体４４を収容する直方体形状の収容ケース４５と、を備えている。電解質４３は、非水電解液であり、有機溶剤のエチレンカーボネートやジエチルカーボネート等に、リチウム塩としての六フッ化リン酸リチウム（フッ化物）等を溶解したものである。収容ケース４５は、例えばアルミニウム合金により形成されており、その上面の長手方向両端に、外部端子４６（正極外部端子４６ａと負極外部端子４６ｂ）が設けられている。

図３（ａ）に示すように、電極体４４は、複数の正極導電板４４ａと、複数の負極導電板４４ｂと、正極導電板４４ａと負極導電板４４ｂとの間に配置される複数のセパレータ４４ｃとを備える積層体４４ｄが、図３（ｂ）に示すように、巻回されることにより構成されている。

詳しく説明すると、正極導電板４４ａは、アルミニウム等の金属箔から構成される正極金属箔と、この正極金属箔の表裏面に塗布された正極活物質とから構成される。負極導電板４４ｂは、銅等の金属薄から構成される負極金属箔と、この負極金属箔の表裏面に塗布された負極活物質とから構成される。セパレータ４４ｃは、ポリエチレン樹脂により形成された多孔質の絶縁膜である。図３（ｂ）に示すように、巻回体としての電極体４４は、正極導電板４４ａと負極導電板４４ｂとセパレータ４４ｃとの積層体４４ｄを、所定の軸方向Ｘに偏平に巻回することによって構成されている。

積層体４４ｄでは、軸方向Ｘの一方側に正極導電板４４ａを突出させ、軸方向Ｘの他方側に負極導電板４４ｂを突出させる。これにより、電極体４４では、軸方向Ｘの一方側に突出した正極導電板４４ａにより正極４４ｅが形成され、軸方向Ｘの他方側に突出した負極導電板４４ｂにより負極４４ｆが形成されている。一対の電極としての正極４４ｅと負極４４ｆとの間における電極体４４の外表面は、セパレータ４４ｃにより絶縁されている。電極体４４は、図示しない絶縁カバーにより覆われた状態で、収容ケース４５の内部に収容される。

図２に示すように、電極体４４の正極４４ｅは、かしめ等により、正極端子部としての正極導電体４７ａの一端に接続されている。正極導電体４７ａの他端は、収容ケース４５の外部に突出している。正極導電体４７ａの突出部分により、正極外部端子４６ａが形成されている。同様に、電極体４４の負極４４ｆは、負極端子部としての負極導電体４７ｂの一端に接続されている。負極導電体４７ｂの他端は、収容ケース４５の外部に突出している。負極導電体４７ｂの突出部分により、負極外部端子４６ｂが形成されている。また、正極導電体４７ａと収容ケース４５との間の隙間は、正極シール部材４８ａによりシールされるとともに、絶縁されている。負極導電体４７ｂと収容ケース４５との間の隙間も、同様に、負極シール部材４８ｂによりシールされるとともに、絶縁されている。

次に、図１に基づいて、電池測定装置５０について説明する。電池測定装置５０は、蓄電池４０の蓄電状態（ＳＯＣ）及び劣化状態（ＳＯＨ）などを測定する装置である。電池測定装置５０は、電流モジュレーション回路５１と、電圧計５２と、制御装置５３と、を備えている。

電流モジュレーション回路５１は、測定対象である蓄電池４０に所定の交流信号を入力する回路である。具体的に説明すると、電流モジュレーション回路５１は、発信器５１ａと、発信器５１ａに直列に接続された電流計５１ｂとを有する。電流モジュレーション回路５１は、第１電気経路８１により蓄電池４０に接続されている。

発信器５１ａは、制御装置５３から指示信号を入力するように構成されている。信号制御部としての発信器５１ａは、指示信号により指示された交流信号を生成し、蓄電池４０に入力する。交流信号は、例えば正弦波信号や矩形波信号である。電流計５１ｂは、第１電気経路８１に流れる電流信号を測定し、測定した電流信号を制御装置５３に出力するように構成されている。

電圧計５２は、第１電気経路８１と異なる（独立している）第２電気経路８２により蓄電池４０に接続されている。応答信号入力部としての電圧計５２は、交流信号の入力時、蓄電池４０の端子間において、蓄電池４０の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。電圧計５２は、この応答信号を測定し、測定した応答信号を制御装置５３に出力するように構成されている。

図１では、蓄電池４０の複素インピーダンスの等価回路モデルが示されている。この等価回路モデルでは、蓄電池４０の内部複素インピーダンスは、オーミック抵抗４１と反応抵抗４２との直列接続体により構成されている。オーミック抵抗４１は、蓄電池４０を構成する電極や電解液での通電抵抗である。また、反応抵抗４２は、電極における電極界面反応による抵抗を表すものであり、抵抗成分４２ａと容量成分４２ｂとの並列接続体として表される。

制御装置５３は、マイコンを主体として構成され、自身が備える記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種制御機能を実現する。制御装置５３は、発信器５１ａに対して、蓄電池４０に入力する交流信号を指示する指示信号を出力する。また、演算部としての制御装置５３は、応答信号及び電流信号に基づいて、蓄電池４０の複素インピーダンス（Ｚｍ）に関する情報を算出する。つまり、制御装置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の実部（ＲｅＺｍ）、複素インピーダンスの虚部（ＩｍＺｍ）を算出する。制御装置５３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、制御装置５３は、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。

ところで、電流モジュレーション回路５１が、第１電気経路８１を介して交流信号を蓄電池４０に入力すると、交流信号に基づく誘導起電力が第２電気経路８２に生じる。電圧計５２は、第２電気経路８２を介して、蓄電池４０の応答信号を測定する。そのため、第２電気経路８２に交流信号に基づく誘導起電力が生じると、測定される応答信号（電圧変動）に測定誤差が生じることとなる。そこで、誘導起電力を低減させるべく、蓄電池４０及び電池測定装置５０を構成している。

ここで、誘導起電力を低減するための構成を説明する前に、誘導起電力が発生する原理と、それを抑制するための原理について図４に基づいて説明する。図４は、第１電気経路８１と第２電気経路８２との一般的なモデルを示した図である。

数式（１）にファラデーの法則を示す。なお、「Ｅ（ｘ，ｔ）」は、電場ベクトルを示し、「Ｌ」は線積分の経路を示す。「Ｂ（ｘ，ｔ）」は磁束密度ベクトルを示す。「Ｓ」は左辺の線積分の経路によって囲まれる部分によって閉じる領域を示す。「ｎ」は「Ｓ」上の点の法線ベクトルを示す。「ｘ」は、電流素片からの位置を示すベクトルであり、「ｔ」は時間を示す。つまり、電場ベクトル「Ｅ（ｘ，ｔ）」と磁束密度ベクトル「Ｂ（ｘ，ｔ）」は、場所と時間に依存する値である。「Ｖｉ（ｔ）」は、誘導起電力を示す。

本実施形態においては、「Ｅ（ｘ，ｔ）」は、第２電気経路８２における電場ベクトルを示し、「Ｌ」は第２電気経路８２の経路を示す。「Ｂ（ｘ，ｔ）」は、第１電気経路８１に流れる交流信号に基づく磁束が、磁束通過領域Ｓ１０を通過する磁束密度ベクトルを示す。「Ｓ」は磁束通過領域Ｓ１０の面を表す。「ｘ」は、第１電気経路８１に設定された電流素片からの位置を示すベクトルである。「Ｖｉ（ｔ）」は、第２電気経路８２において生じる誘導起電力を示す。

ファラデーの法則によれば、第２電気経路８２等で囲まれた磁束通過領域Ｓ１０を小さくすれば、誘導起電力を小さくすることができることがわかる。これを踏まえて、誘導起電力を抑制するために、第１電気経路８１及び第２電気経路８２を以下のように構成している。

図２に示すように、第１電気経路８１は、収容ケース４５の外部において配線されており、正極外部端子４６ａと負極外部端子４６ｂとを接続するように構成されている。つまり、第１電気経路８１は、収容ケース４５の外部において、正極外部端子４６ａと負極外部端子４６ｂとを結ぶ。

一方、第２電気経路８２は、収容ケース４５の外部から内部に亘って配線されており、電極体４４の正極４４ｅと負極４４ｆとを接続するように構成されている。つまり、第２電気経路８２は、正極４４ｅと負極４４ｆとを結ぶ。具体的には、第２電気経路８２は、収容ケース４５の外部に配置されている電圧計５２から収容ケース４５の内部に向かって配線され、収容ケース４５の内部において電極体４４の正極４４ｅ及び負極４４ｆにそれぞれ接続されている。なお、第２電気経路８２と収容ケース４５との間の隙間は、図示されないシール部材によりシールされるとともに、絶縁されている。

本実施形態では、第２電気経路８２の一部が収容ケース４５の内部に配置されているため、第２電気経路８２が、電解質４３に含まれる六フッ化リン酸リチウムに対して耐腐食性を有する材質の材料で形成されている。具体的には、第１検出線８２ａはアルミニウムにより形成されており、第２検出線８２ｂはステンレススチール（ＳＵＳ）により形成されている。なお、第１検出線８２ａ及び第２検出線８２ｂとしては、ポリイミド樹脂などで絶縁被覆されたものを用いることができ、第２検出線８２ｂとしては、ＳＵＳ３０４等を用いることができる。

本実施形態において、電極体４４と第２電気経路８２により囲まれた領域であって、第１電気経路８１に流れる交流信号に基づく磁束が通過する磁束通過領域Ｓ１０が形成されている。本実施形態では、収容ケース４５内における磁束通過領域Ｓ１０の大きさを小さく設定することで、磁束通過領域Ｓ１０の大きさが小さくなるように設定している。

具体的には、第２電気経路８２において発生する誘導起電力由来の複素インピーダンスの誤差が、±１ｍΩの範囲内となるように磁束通過領域Ｓ１０の大きさを設定するようにしている。

より望ましい範囲について説明する。図６に、蓄電池４０の電池容量（Ａｈ）と、必要とされるインピーダンス値測定精度との関係を図示している。必要とされるインピーダンス値測定精度とは、ゼロクロス点を求めるために必要な精度のことを指す。なお、図６（ａ）～図６（ｄ）に示すように、蓄電池４０の電池温度（℃）によって、必要とされるインピーダンス値測定精度が変化することがわかる。したがって、図６によれば、電池容量が２５Ａｈ～８００Ａｈであって、電池温度が－１０℃～６５℃である場合、磁束通過領域Ｓ１０の大きさは、第１電気経路８１に流れる交流信号に基づいて第２電気経路８２に生じる誘導起電力由来の複素インピーダンスの誤差が、±１７０μΩの範囲内となるように設定されるのであれば、上記の電池容量の範囲及び電池温度の範囲において、必要とされるインピーダンス値測定精度を満たすことができる。

ここで、第１電気経路８１に流れる交流信号に基づいて第２電気経路８２に生じる誘導起電力由来の複素インピーダンスの誤差を特定する方法を説明する。

数式（２）に、制御装置５３により算出される複素インピーダンス（Ｚｍ）の計算式を示す。なお、「Ｉｓ」は、第１電気経路８１に流れる電流信号を示す。「Ｖｓ」は、蓄電池４０の端子間電圧のうち直流電圧成分を除いたもの、つまり、モジュレーションによる電圧変化成分（電圧変動に相当）を示す。「ｊ」は、虚数単位を示す。「ωｒ」は、電流信号Ｉｓが測定される際の交流信号の周波数である測定周波数を示す。「ΣＶ」は、第２電気経路８２に生じる誘導起電力由来のパラメータである形状パラメータを示す。形状パラメータΣＶは、第２電気経路８２の大きさに比例する。「Ｚｂ」は、「Ｉｓ」に対する「Ｖｓ」の比で表される複素インピーダンスを示す。

ここで、電圧計５２には電流がほとんど流れないため、第２電気経路８２に電流信号はほぼ流れない。そのため、第２電気経路８２に生じる誘導起電力は、第２電気経路８２に流れる交流信号による自己インダクタンスの影響はほとんどなく、第１電気経路８１に流れる交流信号による相互インダクタンスによるものとみなすことができる。第１電気経路８１と第２電気経路８２との間の相互インダクタンスの大きさをＭＶとした場合、形状パラメータΣＶは、ΣＶ＝±ＭＶと表される。そのため、数式（２）は、数式（３）のように表される。

数式（３）を用いて、第１電気経路８１に流れる交流信号に基づいて第２電気経路８２に生じる誘導起電力由来の複素インピーダンスの誤差は、「Ｚｂ－Ｚｍ（＝±ｊωｒＭＶ）」と表される。ここで、測定周波数ωｒは、電流信号の測定時に設定可能であり、相互インダクタンスＭＶは、磁束通過領域Ｓ１０の大きさや第１電気経路８１と第２電気経路８２との距離を用いたシミュレーション又は実測により算出することができる。そのため、数式（３）によれば、第１電気経路８１に流れる交流信号に基づいて第２電気経路８２に生じる誘導起電力由来の複素インピーダンスの誤差を特定することができる。

本実施形態では、所定の測定条件において、数式（３）を用いて表される誤差が、上記範囲内（±１ｍΩ，±１７０μΩ）となるように、磁束通過領域Ｓ１０の大きさ、つまり形状パラメータΣＶ（＝±ＭＶ）を設定するようにした。ここで、測定条件は、電池容量が２５Ａｈ～８００Ａｈの範囲であり、電池温度が－１０℃～６５℃の範囲である。

また、本実施形態では、収容ケース４５内における磁束通過領域Ｓ１０の大きさが、電極体４４と導電体４７ａ，４７ｂと収容ケース４５により囲まれた領域Ｓ１３（図５（ａ）参照）の大きさよりも小さくなるように、具体的には以下のように第２電気経路８２を配線している。

詳細には、図２に示すように、第２電気経路８２は、電圧計５２と電極体４４の正極４４ｅとを接続する第１検出線８２ａと、電圧計５２と電極体４４の負極４４ｆとを接続する第２検出線８２ｂとを有している。

第１検出線８２ａは、収容ケース４５内において、予め決められた分岐点Ｂｒまで第２検出線８２ｂに沿って配線されている。すなわち、極力隙間がないように第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとが平行に配線されている。そして、分岐点Ｂｒにおいて第１検出線８２ａ及び第２検出線８２ｂは分離し、それぞれ正極４４ｅ及び負極４４ｆに接続されている。

なお、図２において、電圧計５２から分岐点Ｂｒまでの第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとは、電極体４４の軸方向Ｘに直交して配線されているが、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとが沿って配線されるのであれば、どのように配線されていてもよい。また、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとが沿って配線される際、直線状に配線する必要はなく、同じように曲がるのであれば、任意に曲がっていてもよい。なお、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとはそれぞれ絶縁被膜により覆われている。もしくは、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとの間には、互いの絶縁を確保することができる程度の隙間が設けられている。

また、分岐点Ｂｒは、電極体４４における正極４４ｅと負極４４ｆとの間であって、電極体４４に当接する位置に設けられている。第１検出線８２ａは、この分岐点Ｂｒから正極４４ｅに向かって電極体４４の外表面に当接して配線され、第２検出線８２ｂは、この分岐点Ｂｒから負極４４ｆに向かって電極体４４の外表面に当接して配線されている。

上記のように第２電気経路８２を設定することによる作用について説明する。

図５（ａ）に、比較例における収容ケース４５内の磁束通過領域Ｓ１０である領域Ｓ１３を示す。比較例では、第２電気経路８２が、収容ケース４５の外部において、正極外部端子４６ａと負極外部端子４６ｂに接続されている。

比較例では、第２電気経路８２が、正極導電体４７ａ及び負極導電体４７ｂを介して電極体４４に接続されている。そのため、領域Ｓ１３は、電極体４４、正極導電体４７ａ、負極導電体４７ｂ、及び収容ケース４５により囲まれた領域となる。

これに対し、本実施形態では、収容ケース４５内において、分岐点Ｂｒまで第１検出線８２ａが第２検出線８２ｂに沿って配線されてため、分岐点Ｂｒまでにおける磁束通過領域Ｓ１０である領域Ｓ１４の大きさが抑制されている。また、分岐点Ｂｒは、電極体４４における正極４４ｅと負極４４ｆとの間であって、電極体４４に当接する位置に設けられており、第１検出線８２ａ及び第２検出線８２ｂは、分岐点Ｂｒから電極体４４の対応する電極４４ｅ，４４ｆに向かって電極体４４の外表面に当接して配線されている。そのため、分岐点Ｂｒから各電極４４ｅ，４４ｆまでにおける領域Ｓ１４の大きさが抑制されている。その結果、図５（ｂ）に示すように、領域Ｓ１４が、分岐点Ｂｒ、第１検出線８２ａ、第２検出線８２ｂ、及び電極体４４により囲まれた僅かな領域となり、比較例に比べて、収容ケース４５内における磁束通過領域Ｓ１０の大きさが小さくなる。

図７に、複素インピーダンスの虚部（ＩｍＺｍ）と測定周波数ωｒとの対応関係を示す。本実施形態では、領域Ｓ１４の大きさが比較例における領域Ｓ１３の大きさに比べて小さくされた結果、磁束通過領域Ｓ１０の大きさが比較例に比べて小さくされている。その結果、図７に四角で示すように、本実施形態の虚部は、高周波領域において、丸で示す比較例の虚部に比べて、虚部の減少が抑制されている。

図８は、比較例と本実施形態とにおける複素インピーダンス平面プロットを示す。図８に四角で示すように、本実施形態の平面プロットでは、丸で示す比較例のプロットに比べて、虚部の減少が抑制された結果、オーミック抵抗４１が小さくなっており、反応抵抗４２が大きくなっている。つまり、誘導起電力に基づく複素インピーダンスの誤差が抑制されている。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

・本実施形態では、第２電気経路８２を、収容ケース４５の内部に配線し、収容ケース４５の内部において電極体４４の正極４４ｅ及び負極４４ｆに接続するとともに、領域Ｓ１４の大きさを、電極体４４と導電体４７ａ，４７ｂと収容ケース４５により囲まれた領域Ｓ１３の大きさよりも小さくなるように第２電気経路８２を配線するようにした。これにより、収容ケース４５の外部において正極外部端子４６ａと負極外部端子４６ｂとの間を結ぶように第２電気経路８２を設ける場合に比べて、収容ケース４５内における磁束通過領域Ｓ１０の大きさを小さくすることができ、複素インピーダンスの誤差を抑制することができる。

・領域Ｓ１４の大きさを適正に設定して、第１電気経路８１に流れる交流信号に基づいて第２電気経路８２に生じる誘導起電力由来の複素インピーダンスの誤差を、±１ｍΩの範囲内となるようにした。これにより、誘導起電力に基づく複素インピーダンスの誤差を好適に抑制することができる。

・蓄電池４０の電池容量が２５Ａｈ～８００Ａｈであり、且つ電池温度が－１０℃～６５℃である場合には、領域Ｓ１４の大きさを適正に設定することにより、誘導起電力由来の複素インピーダンスの誤差を更に抑制することができる。

・本実施形態では、第１検出線８２ａが、収容ケース４５内において、予め決められた分岐点Ｂｒまで第２検出線８２ｂに沿って配線されてため、分岐点Ｂｒまでにおける領域Ｓ１４の大きさを抑制することができる。また、分岐点Ｂｒは、電極体４４における正極４４ｅと負極４４ｆとの間であって、電極体４４に当接する位置に設けられており、第１検出線８２ａ及び第２検出線８２ｂは、分岐点Ｂｒから電極体４４の対応する電極４４ｅ，４４ｆに向かって電極体４４の外表面に当接して配線されている。そのため、分岐点Ｂｒから各電極４４ｅ，４４ｆまでにおける領域Ｓ１４の大きさを抑制することができる。これにより、領域Ｓ１４の大きさを抑制することができ、複素インピーダンスの誤差を抑制することができる。

・第２電気経路８２の一部が収容ケース４５の内部に配線されている場合、電解質４３により第２電気経路８２が腐食するおそれがある。本実施形態では、第２電気経路８２を、電解質４３に対して耐腐食性を有する材料で形成するようにした。これにより、第２電気経路８２の腐食を抑制して複素インピーダンスを算出することができる。

具体的には、電解質４３に含まれる六フッ化リン酸リチウムは、鉄などの特定の金属を腐食（溶解）させる特性を有する。一方、六フッ化リン酸リチウムは、アルミニウムに対しては、表面にフッ化アルミニウムの皮膜を形成し、ステンレススチールに対しては、表面に三フッ化クロムの皮膜を形成する特性を有する。これらの皮膜は、六フッ化リン酸リチウムが不動態化する不動態皮膜であるため、皮膜形成後における反応が抑制される。本実施形態では、第１検出線８２ａをアルミニウムにより形成し、第２検出線８２ｂをステンレススチールにより形成することで、不動態皮膜の形成によりこれらの検出線８２ａ，８２ｂの腐食（溶解）を抑制して、複素インピーダンスを算出することができる。

なお、ステンレススチールは、銅に比べて配線抵抗が大きい材料であり、第２電気経路８２では、不動態皮膜が形成されることで、配線抵抗が上昇する。しかし、上述したように、第２電気経路８２には電流信号がほぼ流れないため、第２電気経路８２の配線抵抗が上昇しても、複素インピーダンスの算出精度に与える影響は小さい。

（第１実施形態の変形例）
以下、第１実施形態の変形例について説明する。本変形例では、図９に示すように、第１検出線８２ａは、収容ケース４５外及び収容ケース内において、第２検出線８２ｂに対して複数回交差するように配線されている。

図１０に基づいて詳しく説明すると、第１検出線８２ａは、第１～第３交差点Ｃｒ１～Ｃｒ３において第２検出線８２ｂと交差している。これにより、磁束通過領域Ｓ１０は、第１交差点Ｃｒ１、第２交差点Ｃｒ２、第１検出線８２ａ、及び第２検出線８２ｂにより囲まれた第１磁束通過領域Ｓ１１と、第２交差点Ｃｒ２、第３交差点Ｃｒ３、第１検出線８２ａ、及び第２検出線８２ｂにより囲まれた第２磁束通過領域Ｓ１２とを含む複数の領域に分けられることとなる。

例えば、第１電気経路８１において交流信号が流れることにより、各磁束通過領域Ｓ１１，Ｓ１２に紙面奥側から手前側への向きの磁束が発生しているとする。この場合、誘導起電力により各磁束通過領域Ｓ１１，Ｓ１２に電流が流れる方向は、図１０に示すように反時計回りとなる。そして、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとの位置関係が第２交差点Ｃｒ２を境に反対となっているため、第２交差点Ｃｒ２では、第１磁束通過領域Ｓ１１に発生する誘導起電力と、第２磁束通過領域Ｓ１２に発生する誘導起電力とは、位相が１８０度ずれる。すなわち、誘導起電力が互いに打ち消しあう。これにより、第２電気経路８２に交流信号に基づく誘導起電力が生じることを抑制することができ、誘導起電力を抑制することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。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。また、この第２実施形態では、基本構成として、第１実施形態のものを例に説明する。

第２実施形態では、図１１に示すように、第２電気経路８２が、正極導電体４７ａの正極シール部材４８ａを介して収容ケース４５の外部に引き出されている。つまり、正極導電体４７ａと収容ケース４５との間をシールする正極シール部材４８ａが、第２電気経路８２と収容ケース４５との間をシールするシール部材を兼用する。これにより、蓄電池４０の構成を簡略化することができ、蓄電池４０の製造コストを削減することができる。

なお、図１１に示すように、第２電気経路８２は、正極シール部材４８ａ外では、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとが互いに交差するヨリ線構造となっているが、正極シール部材４８ａ内においては、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとが平行に配線されていることが好ましい。これにより、正極シール部材４８ａ内において、正極導電体４７ａ、第１検出線８２ａ、及び第２検出線８２ｂの間の距離が過剰に短くなることを抑制することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。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。また、この第３実施形態では、基本構成として、第１実施形態のものを例に説明する。

第３実施形態では、図１２（ａ）に示すように、第２電気経路８２が、フレキシブル基板６０上に配線されている。図１２（ｂ）に示すように、フレキシブル基板６０は、例えばフッ素に対して耐腐食性を有するポリイミド基材により形成されており、このフレキシブル基板６０上にプリント形成された平面状の金属箔６１により第２電気経路８２が構成されている。上述したように、第２電気経路８２には電流信号がほぼ流れないため、断面積が小さく、配線抵抗が比較的高い金属箔６１により第２電気経路８２を形成しても、複素インピーダンスの算出精度に与える影響は小さい。

フレキシブル基板６０と金属箔６１との間は、フレキシブル基板６０と金属箔６１とが密着されるとともに、フレキシブル基板６０と金属箔６１との間に電解質４３が入り込まないようにするために、シールされている。金属箔６１は、フレキシブル基板６０の両面に配置されており、フレキシブル基板６０に形成されたスルーホール６２を用いて、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとに対応する金属箔６１が互いに交差するヨリ線構造が形成されている。フレキシブル基板６０によりヨリ線構造を形成することで、丸線や素線でヨリ線構造を形成する場合に比べて、第２電気経路８２の生産性を向上させることができる。フレキシブル基板６０の一部は、収容ケース４５の外部に引き出され、電圧計５２に接続されている。なお、フレキシブル基板６０と収容ケース４５との間の隙間は、図示されないシール部材によりシールされるとともに、絶縁されている。

フレキシブル基板６０に形成された金属箔６１のうち、電極体４４の正極４４ｅに接続する部分の近傍部分６３は、アルミ箔で形成されており、それ以外の部分は、銅箔で形成されている。アルミ箔と銅箔とは、フレキシブル基板６０上で電気的に接続されている。また、フレキシブル基板６０には、電極体４４の正極４４ｅに接続するための正極側接続部６４ａと、電極体４４の負極４４ｆに接続するための負極側接続部６４ｂとが形成されている。図１２（ａ）に示すように、正極側接続部６４ａは、アルミリベット６５ａにより電極体４４の正極４４ｅに接続され、負極側接続部６４ｂは、銅リベット６５ｂにより電極体４４の負極４４ｆに接続される。

本実施形態では、正極側接続部６４ａ及び負極側接続部６４ｂが、第２電気経路８２と同様に平面状の金属箔６１により形成されており、電極体４４の正極４４ｅ及び負極４４ｆに対して面で接続される。これにより、第２電気経路８２が丸線や素線などで形成されている場合に比べて、接触部分の面積を拡大して、接触部分の圧力を分散させることができるとともに、接触部分における電流集中を抑制して、電気短絡による電極体４４の損傷を抑制することができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について説明する。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。また、この第４実施形態では、基本構成として、第１実施形態のものを例に説明する。

第４実施形態では、図１３に示すように、電極体４４が絶縁カバー７０により覆われており、この絶縁カバー７０上に第２電気経路８２が形成されている。本実施形態では、絶縁カバー７０は、ポリイミドフィルムにより形成されており、第２電気経路８２は、第３実施形態と同様に、この絶縁カバー７０上にプリント形成された平面状の金属箔７１により構成されている。なお、図１３では、電解質４３、収容ケース４５、正極導電体４７ａ、及び負極導電体４７ｂの記載を省略している。図１３では、電極体４４と絶縁カバー７０との間に隙間があるように記載されているが、この隙間はできるかぎり無いほうが好ましく、これにより、収容ケース４５内における磁束通過領域Ｓ１０の大きさが小さくされていることが好ましい。

絶縁カバー７０の一部は、収容ケース４５の外部に引き出され、電圧計５２に接続されている。なお、絶縁カバー７０と収容ケース４５との間の隙間は、図示されないシール部材によりシールされるとともに、絶縁されている。また、絶縁カバー７０の他の一部は、収容ケース４５内において電極体４４の正極４４ｅ及び負極４４ｆに接続されている。本実施形態では、電極体４４を覆う絶縁カバー７０を用いて、第２電気経路８２を形成する。これにより、蓄電池４０の構成を簡略化することができ、蓄電池４０の製造コストを削減することができる。

（他の実施形態）
・上記実施形態において、交流信号は、正弦波信号に限らない。例えば、矩形波や三角波等の信号であっても構わない。もしくは、交流信号は、測定周波数ωｒを含む任意の周波数の合成波であっても構わない。

・上記第１実施形態の変形例において、磁束通過領域Ｓ１０を、３以上に分けたが、２つにわけてもよい。この場合、第１検出線８２ａと第２検出線８２ｂとが１回のみ交差させることとなる。

・上記実施形態において、制御装置５３等の演算部が複素インピーダンスを算出する必要はなく、複素インピーダンスに関する情報を算出してもよい。なお、複素インピーダンスに関する情報は、例えば、複素インピーダンスを算出するために必要な途中経過（例えば、電流と電圧の実部と虚部のみ）のことである。そして、外部装置に最終結果、つまり、複素インピーダンスの実部及び虚部等を算出させてもよい。

・上記実施形態において、蓄電池４０に所定の交流信号を入力する例を示したが、蓄電池４０から所定の交流信号を出力させて蓄電池４０に外乱を与えてもよい。例えば、電流モジュレーション回路５１において、発信器５１ａに代えて抵抗素子とスイッチとの直列接続体が第１電気経路８１に接続されていてもよい。この場合、スイッチが、制御装置５３からの指示信号に基づいて開閉制御されることにより、指示信号により指示された交流信号が蓄電池４０から出力される。

・蓄電池４０に防爆弁が設けられている場合には、この防爆弁を介して第２電気経路８２が配線されてもよい。

・上記実施形態では、電池測定装置５０を車両の電源システムに適用したが、電動飛行機や電動船舶の電源システムに適用してもよい。

本開示に記載の制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０…電源システム、４０…蓄電池、４３…電解質、４４…電極体、４４ｅ…正極、４４ｆ…負極、４５…収容ケース、４６ａ…正極外部端子、４６ｂ…負極外部端子、４７ａ…正極導電体、４７ｂ…負極導電体、５０…電池測定装置、５１ａ…発信器、５１ｃ…電流源、５２…電圧計、５３…制御装置、８１…第１電気経路、８２…第２電気経路、Ｓ１０…磁束通過領域。

Claims (12)

1. 蓄電池（４０）と、前記蓄電池の状態を測定する電池測定装置（５０）とを備える電池測定システム（１０）において、
   前記蓄電池は、
   電解質（４３）と、
   一対の電極を有する電極体（４４）と、
   前記電解質及び前記電極体を収容する収容ケース（４５）と、
   少なくとも一部分が前記収容ケースの外表面に露出しており、前記一対の電極のそれぞれに接続される一対の端子部（４７ａ，４７ｂ）と、を有し、
   前記電池測定装置は、
   前記端子部のうち、前記収容ケースの外表面に露出する正極外部端子（４６ａ）と負極外部端子（４６ｂ）との間を結ぶ第１電気経路（８１）上に設けられ、前記蓄電池から所定の交流信号を出力させる、又は前記蓄電池に所定の交流信号を入力する信号制御部（５１ａ，５１ｃ）と、
   前記電極体における正極（４４ｅ）と負極（４４ｆ）との間を結ぶ第２電気経路（８２）上に設けられ、当該第２電気経路を介して、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、
   前記応答信号に基づいて前記蓄電池の複素インピーダンスに関する情報を算出する演算部（５３）と、を有し、
   前記第２電気経路は、前記蓄電池の外部に位置する前記応答信号入力部から前記収容ケースの内部に向かって配線され、前記収容ケースの内部において前記電極体の前記正極及び前記負極に接続されており、
   前記電極体と前記第２電気経路により囲まれた領域であって、前記第１電気経路に流れる交流信号に基づく磁束が通過する磁束通過領域（Ｓ１０）が形成されており、
   前記収容ケース内における前記磁束通過領域の大きさが、前記電極体と前記端子部と前記収容ケースにより囲まれた領域の大きさよりも小さくなるように、前記収容ケースの内部において前記第２電気経路が配線されている電池測定システム。
2. 前記第１電気経路に流れる交流信号に基づいて前記第２電気経路に生じる誘導起電力由来の前記複素インピーダンスの誤差が、±１ｍΩの範囲内となるように前記磁束通過領域の大きさが設定されている請求項１に記載の電池測定システム。
3. 前記蓄電池の電池容量が２５Ａｈ～８００Ａｈであって、電池温度が－１０℃～６５℃である場合において、前記磁束通過領域の大きさは、前記第１電気経路に流れる交流信号に基づいて前記第２電気経路に生じる誘導起電力由来の前記複素インピーダンスの誤差が、±１７０μΩの範囲内となるように設定されている請求項２に記載の電池測定システム。
4. 前記電極体は、正極導電板（４４ａ）と、負極導電板（４４ｂ）と、前記正極導電板及び前記負極導電板の間に配置されたセパレータ（４４ｃ）とを含み、前記正極導電板と前記負極導電板と前記セパレータとの積層体（４４ｄ）が巻回されて巻回体が形成され、前記巻回体の両端に前記正極及び前記負極が形成されており、
   前記第２電気経路は、前記応答信号入力部及び前記正極を接続する第１検出線（８２ａ）と、前記応答信号入力部及び前記負極を接続する第２検出線（８２ｂ）と、を有し、
   前記第１検出線は、前記収容ケース内において、予め決められた分岐点（Ｂｒ）まで前記第２検出線に沿って配線されており、
   前記分岐点は、前記巻回体における前記正極と前記負極との間であって、前記巻回体に当接する位置に設けられており、
   前記第１検出線は、前記分岐点から前記正極に向かって前記巻回体の外表面に当接して配線され、前記第２検出線は、前記分岐点から前記負極に向かって前記巻回体の外表面に当接して配線される請求項１～３のうちいずれか１項に記載の電池測定システム。
5. 前記第１検出線は、前記収容ケース内において、前記第２検出線に対して１又は複数回交差するように配線されている請求項４に記載の電池測定システム。
6. 前記電解質は、特定の金属を腐食させる腐食性を有し、
   前記第２電気経路のうち、前記収容ケース内に配線されている部分は、前記電解質に対して耐腐食性を有する材質の材料で形成されている請求項１～５のうちいずれか１項に記載の電池測定システム。
7. 前記電解質は、フッ化物を含み、
   前記第２電気経路のうち、前記収容ケース内に配線されている部分は、フッ化物との反応により表面に不動態皮膜を形成する材質の材料で形成されている請求項６に記載の電池測定システム。
8. 前記第２電気経路のうち、前記収容ケース内に配線されている部分の一部は、アルミニウムにより形成されている請求項７に記載の電池測定システム。
9. 前記第２電気経路のうち、前記収容ケース内に配線されている部分の一部は、ステンレススチールにより形成されている請求項７又は８に記載の電池測定システム。
10. 前記一対の端子部は、正極端子部と負極端子部とを有し、
    前記正極端子部と前記収容ケースとの間をシールする正極シール部材（４８ａ）及び前記負極端子部と前記収容ケースとの間をシールする負極シール部材（４８ｂ）を備え、
    前記第２電気経路は、前記正極シール部材及び前記負極シール部材の一方を介して前記収容ケースの外部に引き出されている請求項１～９のうちいずれか１項に記載の電池測定システム。
11. 前記第２電気経路のうち、前記収容ケース内に配線されている部分は、フレキシブル基板（６０）上に配線されている請求項１～１０のうちいずれか１項に記載の電池測定システム。
12. 前記蓄電池は、前記電極体を覆う絶縁カバー（７０）を有し、
    前記第２電気経路のうち、前記収容ケース内に配線されている部分は、前記絶縁カバー上に配線されている請求項１～１１のうちいずれか１項に記載の電池測定システム。

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