JP4569575B2 - 二次電池の内部抵抗検出装置および検出方法 - Google Patents

Description

この発明は、二次電池の内部抵抗値を検出する技術に関し、特に、電気負荷を駆動するための電源装置が有する二次電池の内部抵抗値を検出する技術に関する。

二次電池の劣化の状態は、その内部抵抗値と密接な関係を有することが知られている。したがって、二次電池の状態を的確に把握するためには、内部抵抗値を正確に、そして迅速に検出することが求められる。

たとえば特開２００４−２８６６３号公報（特許文献１）は、電池の内部抵抗値を交流法で測定する内部抵抗計測回路を有する電子制御回路を開示する。これによれば、電子制御回路は、電池内部抵抗を計測する交流の周波数を複数の周波数で計測を行なうように構成されるため、電池に含まれるコンデンサ分によって内部抵抗が周波数により異なる点を正確に計測することができる。
特開２００４−２８６６３号公報

上述の特開２００４−２８６６３号公報（特許文献１）において電池の内部抵抗値の測定に適用される交流法とは、交流インピーダンス法とも称され、周知のように、測定対象に交流信号を加え、その周波数を変化させたときの測定対象の交流抵抗（インピーダンス）を測定する方法である。交流法によれば、直流における測定対象の端子間電圧と電流とから測定対象の抵抗値を算出する、いわゆる直流法と比較して、より正確な測定が可能となる。

しかしながら、上述した特開２００４−２８６６３号公報（特許文献１）における内部抵抗計測回路において交流法を実現するためには、その回路内部には、複数の周波数の交流信号を発生するように構成された発振器が必然的に搭載されることになる。その結果、内部抵抗計測回路が大型かつ高価なものとなるという問題が生じる。

また、内部抵抗計測回路の内部に発振器を搭載することによって、発振器がノイズの発生源となり、電池を電源として作動するシステムを誤作動させる可能性が生じる。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な装置構成で、二次電池の内部抵抗値を正確に検出することができる検出装置およびその検出方法を提供することである。

この発明によれば、二次電池の内部抵抗検出装置は、電気負荷を駆動するための電源装置が有する二次電池の内部抵抗値を検出する検出装置である。電源装置は、二次電池と、二次電池からの電力を受けて電気負荷を駆動する駆動回路と、スイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチング動作により二次電池と駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換器と、スイッチング素子をオン／オフするスイッチング周波数を可変として電圧変換器を制御する制御装置とを含む。検出装置は、二次電池の電流値および電圧値を取得する電流電圧取得手段と、スイッチング周波数を取得するスイッチング周波数取得手段と、取得された電流値、電圧値およびスイッチング周波数に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出手段とを含む。

上記の二次電池の内部抵抗検出装置によれば、二次電池に交流信号を与えるための発振器を用いることなく、交流法によって二次電池の内部抵抗値を正確に算出することができる。その結果、簡易かつ低廉な装置構成で、電気負荷の駆動制御の安定性を保ちながら、二次電池の劣化状態を正確に把握することができる。

好ましくは、内部抵抗値算出手段は、取得された電流値、電圧値およびスイッチング周波数に基づいて、二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得し、その取得したインピーダンスの周波数特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出する。

上記の二次電池の内部抵抗検出装置によれば、二次電池に交流信号を与えるための発振器を用いることなく、二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得することができるため、二次電池の内部抵抗値を正確に算出することができる。

この発明によれば、二次電池の内部抵抗値の検出方法は、電気負荷を駆動するための電源装置が有する二次電池の内部抵抗値を検出する検出方法である。電源装置は、二次電池と、二次電池からの電力を受けて電気負荷を駆動する駆動回路と、スイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチング動作により二次電池と駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換器と、スイッチング素子をオン／オフするスイッチング周波数を可変として電圧変換器を制御する制御装置とを含む。検出方法は、二次電池の電流値および電圧値を取得する電流電圧取得ステップと、スイッチング周波数を取得するスイッチング周波数取得ステップと、取得された電流値、電圧値およびスイッチング周波数に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出ステップとを含む。

上記の二次電池の内部抵抗値の検出方法によれば、二次電池に交流信号を与えるための発振器を用いることなく、交流法によって二次電池の内部抵抗値を正確に算出することができる。その結果、簡易かつ低廉な装置構成で、電気負荷の駆動制御の安定性を保ちながら、二次電池の劣化状態を正確に把握することができる。

好ましくは、内部抵抗値算出ステップは、取得された電流値、電圧値およびスイッチング周波数に基づいて、二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得するステップと、取得されたインピーダンスの周波数特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出するステップとを含む。

上記の二次電池の内部抵抗値の検出方法によれば、二次電池に交流信号を与えるための発振器を用いることなく、二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得することができるため、二次電池の内部抵抗値を正確に算出することができる。

この発明によれば、簡易な装置構成で、二次電池の内部抵抗値を正確に検出することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態による二次電池の内部抵抗検出装置が適用されるモータ駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。

図１を参照して、モータ駆動装置は、バッテリ１０と、交流モータＭ１の制御を行なうパワー制御ユニット（Power Control Unit：ＰＣＵ）２０と、電圧センサ１２と、電流センサ１４と、温度センサ１６と、電池監視部３０と、ＨＶＥＣＵ（Electric Control Unit）４０と、ＭＧＥＣＵ５０とを備える。

交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータＭ１は、エンジン（図示せず）にて駆動される発電機としての機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジンを始動し得るようなモータである。

バッテリ１０は、充放電可能な二次電池であり、例えば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどからなる。バッテリ１０は、複数個の単電池を直列に接続してなる組電池であり、各々が、数個ずつの直列接続された単電池からなるｎ（ｎは自然数）個の電池ブロックＢ１〜Ｂｎに区分される。

パワー制御ユニット２０は、交流モータＭ１を駆動する駆動システムであり、交流モータＭ１を駆動するインバータと、昇圧コンバータとを含む（ともに図示せず）。インバータは、昇圧コンバータを介してバッテリ１０から直流電力が供給されると、その直流電力を交流電力に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、駆動輪を駆動するためのトルクを発生する。

電圧センサ１２は、バッテリ１０から出力される直流電圧ＶＢを検出し、その検出した直流電圧ＶＢをＭＧＥＣＵ５０へ出力する。また、電圧センサ１２は、電池ブロックＢ１〜Ｂｎのバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎをそれぞれ検出し、その検出したバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎを電池監視部３０へ出力する。なお、直流電圧ＶＢは、バッテリ１０全体での端子間電圧を示し、バッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎの総和に相当する。

電流センサ１４は、直列接続されるｎ個の電池ブロックＢ１〜Ｂｎを流れるバッテリ電流Ｉｂを検出し、その検出したバッテリ電流Ｉｂを電池監視部３０へ出力する。温度センサ１６は、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの電池温度Ｔｂを検出し、その検出した電池温度Ｔｂを電池監視部３０へ出力する。

電池監視部３０は、電圧センサ１２からバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎを受け、電流センサ１４からバッテリ電流Ｉｂを受け、温度センサ１６から電池温度Ｔｂを受けると、これらの入力信号に基づいてバッテリ１０のＳＯＣを推定する。一例として、バッテリ１０のＳＯＣは、バッテリ電流Ｉｂの積算値に基づいて推定される。なお、ＳＯＣの推定方法は、バッテリ電流Ｉｂの積算値に基づいた方法以外に、公知の種々の方法を採用することができる。電池監視部３０は、推定したバッテリ１０のＳＯＣを、バッテリ１０の状態を示す信号（バッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎ、バッテリ電流Ｉｂ、電池温度Ｔｂ）とともに、ＨＶＥＣＵ４０へ出力する。

さらに、電池監視部３０は、電圧センサ１２からバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎを受け、電流センサ１４からバッテリ電流Ｉｂを受け、ＭＧＥＣＵ５０からパワー制御ユニット２０におけるキャリア周波数ｆｃを受けると、これらの入力信号に基づいて、後述する方法によって電池ブロックＢ１〜Ｂｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを検出する。電池監視部３０は、その検出した内部抵抗値Ｒ１〜ＲｎをＨＶＥＣＵ４０へ出力する。

ＨＶＥＣＵ４０は、電池監視部３０からバッテリ１０の状態とともに、バッテリ１０のＳＯＣを受信すると、これらの入力情報と運転者からの要求出力とに基づいて車両の走行に必要な駆動力を算出し、その算出した駆動力が得られるように交流モータＭ１およびエンジン（図示せず）を駆動制御する。

具体的には、ＨＶＥＣＵ４０は、アクセル踏込み量およびシフトポジションなどに基づいて運転者の要求出力を算出する。また、バッテリ１０のＳＯＣに基づいてバッテリ１０の充電要求値を算出する。そして、ＨＶＥＣＵ４０は、運転者の要求出力とバッテリ１０の充電要求値とから車両の走行に必要な駆動力を算出し、その算出した駆動力が得られるように、エンジンおよび交流モータＭ１の回転数やトルクの配分等の制御量を決定する。

そして、ＨＶＥＣＵ４０は、その決定した制御量に基づいてＭＧＥＣＵ５０およびエンジンＥＣＵ（図示せず）に各種要求値を出力する。ＭＧＥＣＵ５０に対しては、交流モータＭ１の要求出力（回転数×トルク）から決定したトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮが出力される。ＭＧＥＣＵ５０は、トルク指令値ＴＲから変換したモータ駆動電流の電流指令に基づいて、実際のモータ駆動電流を電流指令に一致させるための電流制御を行なう。

さらに、ＨＶＥＣＵ４０は、電池監視部３０から電池ブロックＢ１〜Ｂｎごとの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを受信すると、内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎに基づいて電池ブロックＢ１〜Ｂｎごとの劣化状態を判断する。そして、内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎのいずれかが所定の閾値を超えた場合には、ＨＶＥＣＵ４０は、電池関係警告信号を生成して図示しない表示手段へ出力する。

［交流モータＭ１の駆動制御］
図２は、ＭＧＥＣＵ５０における交流モータＭ１の駆動制御、および電池監視部３０における内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎの検出動作を説明するための概略ブロック図である。

図２を参照して、パワー制御ユニット２０は、昇圧コンバータ２２と、コンデンサＣ２と、インバータ２４と、電圧センサ２３と、電流センサ２８とを含む。

昇圧コンバータ２２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の一方端はバッテリ１０の電源ラインに接続され、他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１とＩＧＢＴ素子Ｑ２との中間点、すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタとＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。

ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配されている。

インバータ２４は、Ｕ相アーム２５と、Ｖ相アーム２６と、Ｗ相アーム２７とからなる。Ｕ相アーム２５、Ｖ相アーム２６およびＷ相アーム２７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム２５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｖ相アーム２６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６からなる。Ｗ相アーム２７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８からなる。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

なお、昇圧コンバータ２２およびインバータ２４にそれぞれ含まれるスイッチング素子は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ８に限定されず、ＭＯＳＦＥＴ等の他のパワー素子で構成しても良い。

昇圧コンバータ２２は、バッテリ１０から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ２２は、ＭＧＥＣＵ５０から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。

また、昇圧コンバータ２２は、ＭＧＥＣＵ３０から信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ２４から供給された直流電圧を降圧してバッテリ１０を充電する。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ２２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２４へ供給する。電圧センサ２３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ２２の出力電圧Ｖｍ（インバータ２４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧ＶｍをＭＧＥＣＵ５０へ出力する。

インバータ２４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、ＭＧＥＣＵ５０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定された要求トルクを発生するように駆動される。

また、インバータ２４は、モータ駆動装置が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧をＭＧＥＣＵ５０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ２２へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。

電流センサ２８は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴをＭＧＥＣＵ５０へ出力する。

ＭＧＥＣＵ５０は、ＨＶＥＣＵ４０からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ２３から出力電圧Ｖｍを受け、電圧センサ１２から直流電圧ＶＢを受け、電流センサ２８からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。そして、ＭＧＥＣＵ５０は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ２４が交流モータＭ１を駆動するときにインバータ２４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ２４へ出力する。

また、ＭＧＥＣＵ５０は、インバータ２４が交流モータＭ１を駆動するとき、直流電圧ＶＢ、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、昇圧コンバータ２２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ２２へ出力する。

さらに、ＭＧＥＣＵ５０は、後述する方法によって昇圧コンバータ２２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのキャリア周波数ｆｃの調整を行なう。このとき、ＭＧＥＣＵ５０は、調整したキャリア周波数ｆｃを電池監視部３０へ出力する。

［二次電池の内部抵抗値の検出動作］
電池監視部３０は、電圧センサ１２からバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎを受け、電流センサ１４からバッテリ電流Ｉｂを受けると、これらの入力信号に基づいて電池ブロックＢ１〜Ｂｎごとの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを算出する。

詳細には、電池監視部３０は、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを、いわゆる交流法によって算出する。交流法とは、交流インピーダンス法とも称され、測定対象に交流信号を加え、その周波数を変化させたときの測定対象の端子間電圧および測定対象を流れる電流に基づいて測定対象のインピーダンスを測定する方法である。この方法によれば、直流における測定対象の端子間電圧と電流とから測定対象の抵抗値を算出する、いわゆる直流法と比較して、より正確な抵抗値の測定が可能となる。

図３は、交流法の測定原理を説明するための概略図である。
図３を参照して、測定対象ＤＵＴには、発振器にて生成された交流信号が与えられる。このときの測定対象ＤＵＴを流れる電流Ｉは、電流センサによって検出される。また、測定対象ＤＵＴの両端の電圧Ｖは、電圧センサによって検出される。そして、これらの検出値と測定対象ＤＵＴのインピーダンスＺとの間には、オームの法則に従って、Ｖ＝Ｉ・Ｚの関係が成立する。

ここで、測定対象ＤＵＴのインピーダンスＺは、実部（抵抗成分Ｒ）と虚部（リアクタンス成分ｊＸ）とからなる。交流法では、発振器において交流信号の周波数を変化させたときのインピーダンスＺの時間依存性を測定することにより、抵抗成分Ｒとリアクタンス成分ｊＸとを抽出することが可能となる。

したがって、交流法によって二次電池の内部抵抗値を算出するためには、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの各々を測定対象ＤＵＴとしてこれに交流信号を与え、その周波数を変化させたときの各電池ブロックを流れる電流と端子間電圧とを測定する構成とすることにより、内部抵抗値を抽出することが可能となる。

しかしながら、このような構成を実現するためには、図３に示されるように、交流信号を生成するための発振器を設ける必要が生じる。その結果、モータ駆動装置の体格が大型化する、および、装置コストが増加するといった問題が発生する。

さらには、発振器から出力される交流信号によって、昇圧コンバータ２２およびインバータ２４のスイッチング制御を行なうための信号ＰＷＭＣ，ＰＷＭＩにノイズが重畳してしまい、交流モータＭ１の駆動制御の安定性が損なわれる可能性も浮上する。

よって、交流モータＭ１の駆動制御の安定性を保つためには、二次電池の内部抵抗値を算出するタイミングを、交流モータＭ１の駆動が停止される車両システムの停止時などに限定せざるを得ず、二次電池の内部抵抗値を適宜算出して二次電池の劣化を速やかに判断することが困難となってしまう。

そこで、本発明の実施の形態による二次電池の内部抵抗検出装置は、以下に述べるように、昇圧コンバータ２２が電圧変換動作を行なっているときに電池ブロックＢ１〜Ｂｎを流れる電流（バッテリ電流Ｉｂに相当）と、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの端子間電圧（バッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎに相当）と、昇圧コンバータ２２に含まれるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのキャリア周波数ｆｃとに基づいて、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを算出することを特徴的な構成とする。

かかる構成は、昇圧コンバータ２２が電圧変換動作を行なっているときに、バッテリ１０を流れる電流が、昇圧コンバータ２２における制御周期に等しい周期で変化する交流成分を含んでいることに基づいている。

図４を参照して、図１のモータ駆動装置における昇圧コンバータ２２の動作とバッテリ電流Ｉｂとの関係を説明する。

図４は、昇圧コンバータ２２に送信される信号ＰＷＭＣの推移を表わす。図４に示すように、信号ＰＷＭＣは、オン状態（ＯＮ）とオフ状態（ＯＦＦ）との間で切換わる。このときのＯＮの時間とＯＦＦの時間との和は、信号ＰＷＭＣの１周期（制御周期Ｔｃ）に相当する。制御周期Ｔｃは、キャリア周波数ｆｃから求めることができる。

そして、このような信号ＰＷＭＣが出力されているとき、バッテリ電流Ｉｂは、周期的に増減する。バッテリ電流Ｉｂが増減する周期は、昇圧コンバータ２２の制御周期Ｔｃに一致している。

このようにバッテリ電流Ｉｂが制御周期Ｔｃに等しい周期で増減を繰り返すことにより、電池ブロックＢ１〜Ｂｎでは、バッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎも制御周期Ｔｃに等しい周期で増減する。このときの電圧変動分は、オームの法則に従って、バッテリ電流Ｉｂの変動分と電池ブロックＢ１〜Ｂｎのインピーダンスとを積算した値となる。

そして、制御周期Ｔｃを決定するキャリア周波数ｆｃは、昇圧コンバータ２２において、電力損失や制御安定性などを考慮して最適な周波数に適宜切換えられる。

一例として、キャリア周波数ｆｃは、バッテリ電流Ｉｂに応じて昇圧コンバータ２２における電力損失が最小となる周波数に設定される。

具体的には、昇圧コンバータ２２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２における損失は、バッテリ電流Ｉｂが大きいほど、またはキャリア周波数ｆｃが高いほど、増加する。一方、昇圧コンバータ２２のリアクトルＬ１における損失は、バッテリ電流Ｉｂが大きいほど、またはキャリア周波数ｆｃが低いほど、増加する。したがって、バッテリ電流Ｉｂごとに、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２の損失とリアクトルＬ１の損失との和が最小となる最適キャリア周波数を予め設定しておき、電流センサ１４から受けたバッテリ電流Ｉｂに対応する最適キャリア周波数を、キャリア周波数ｆｃに設定することにより、昇圧コンバータ２２を効率良く駆動することができる。

このように、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数ｆｃがバッテリ電流Ｉｂに応じて切換えられることにより、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎに含まれる交流成分の周期が変化する。したがって、バッテリ電圧Ｉｂと、バッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎと、キャリア周波数ｆｃとに基づいて、電池ブロックＢ１〜Ｂｎのインピーダンスの周波数特性を測定することにより、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを算出することができる。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎと、昇圧コンバータ２２のキャリア周波数ｆｃとに基づいて、交流法によって電池ブロックＢ１〜Ｂｎの内部抵抗値を算出することができる。これによれば、図３に示したような、電池ブロックＢ１〜Ｂｎに交流信号を与えるための発振器の設置が不要となるため、モータ駆動装置の体格および装置コストが増加するのを抑制することができる。また、発振器によるノイズの重畳といった不具合が生じないため、交流モータＭ１の駆動制御の安定性を保つことができる。その結果、二次電池の内部抵抗値を算出するタイミングが限定されることなく、二次電池の劣化を速やかに判断することができる。

以下、本発明の実施の形態による電池ブロックＢ１〜Ｂｎの内部抵抗値の検出を実現するための制御構造についてより詳細に説明する。

図５は、ＭＧＥＣＵ５０および電池監視部３０における制御構造を示すブロック図である。

図５を参照して、ＭＧＥＣＵ５０は、インバータ入力電圧指令演算部５２と、コンバータ用デューティー比演算部５４と、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５６とを含む。

インバータ入力電圧指令演算部５２は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍをコンバータ用デューティー比演算部５４へ出力する。

コンバータ用デューティー比演算部５４は、電圧センサ１２からの直流電圧ＶＢと、電圧センサ２３からの出力電圧Ｖｍと、インバータ入力電圧指令演算部５２からの電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍとに基づいて、出力電圧Ｖｍを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに設定するためのデューティー比ＤＲを演算し、その演算したデューティー比ＤＲをコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５６へ出力する。

コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５６は、電流センサ１４からのバッテリ電流Ｉｂに対応する最適キャリア周波数を、キャリア周波数ｆｃに設定する。具体的には、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５６は、バッテリ電流Ｉｂと昇圧コンバータ２２の電力損失を最小にする最適キャリア周波数との関係を示すマップを保持しており、電流センサ１４からのバッテリ電流Ｉｂに対応する最適キャリア周波数を、マップを参照して決定する。

そして、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５６は、コンバータ用デューティー比演算部５４からのデューティー比ＤＲと、設定したキャリア周波数ｆｃとに基づいて、昇圧コンバータ２２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ２２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。

さらに、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５６は、設定したキャリア周波数ｆｃを、電池監視部３０に含まれる内部抵抗値演算部３２へ出力する。

内部抵抗値演算部３２は、電圧センサ１２からのバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎと、電流センサ１４からのバッテリ電流Ｉｂと、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５６からのキャリア周波数ｆｃとに基づいて、交流法によって電池ブロックＢ１〜Ｂｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを演算する。そして、内部抵抗値演算部３２は、その演算した内部抵抗値Ｒ１〜ＲｎをＨＶＥＣＵ４０へ出力する。

ＨＶＥＣＵ４０は、内部抵抗値演算部３２からの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎに基づいて、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの劣化状態を判断する。このとき、内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎのいずれかが所定の閾値を超えている場合には、ＨＶＥＣＵ４０は、電池関係警告出力信号を生成して図示しない表示手段へ出力する。表示手段は、例えば、車両のインストルメントルパネルに、バッテリ１０に異常が発生したことを示す情報を表示する。

図６は、電池監視部３０における二次電池の内部抵抗値の検出動作を実現するためのフローチャートである。

図６を参照して、内部抵抗値演算部３２は、電流センサ１４からバッテリ電流Ｉｂを取得するとともに（ステップＳ０１）、電圧センサ１２から電池ブロックＢ１〜Ｂｎのバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎを取得する（ステップＳ０２）。さらに、内部抵抗値演算部３２は、ＭＧＥＣＵ５０から昇圧コンバータ２２のキャリア周波数ｆｃを取得する（ステップＳ０３）。

そして、内部抵抗値演算部３２は、これらの入力情報に基づいて、交流法によって電池ブロックＢ１〜Ｂｎの内部抵抗値Ｒ１〜Ｒｎを算出する（ステップＳ０４）。内部抵抗値演算部３２は、その算出した内部抵抗値Ｒ１〜ＲｎをＨＶＥＣＵ４０へ出力する（ステップＳ０５）。

以上のように、この発明の実施の形態によれば、二次電池に交流信号を与えるための発振器を用いることなく、交流法によって二次電池の内部抵抗値を算出することができる。その結果、二次電池を搭載したモータ駆動装置の体格および装置コストの増加を抑制することができるとともに、発振器によるノイズの影響を回避してモータ駆動制御の安定性を確保することができる。

また、モータ駆動装置が作動しているときに適宜二次電池の内部抵抗値を算出できるため、二次電池の劣化状態を速やかに判断することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態による二次電池の内部抵抗検出装置が適用されるモータ駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。 ＭＧＥＣＵにおける交流モータの駆動制御、および電池監視部における内部抵抗値の検出動作を説明するための概略ブロック図である。 交流法の測定原理を説明するための概略図である。 昇圧コンバータに送信される信号ＰＷＭＣの推移を表わす図である。 ＭＧＥＣＵおよび電池監視部における制御構造を示すブロック図である。 電池監視部における二次電池の内部抵抗値の検出動作を実現するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ バッテリ、１２，２３ 電圧センサ、１４，２８ 電流センサ、１６ 温度センサ、２０ パワー制御ユニット、２２ 昇圧コンバータ、２４ インバータ、２５ Ｕ相アーム、２６ Ｖ相アーム、２７ Ｗ相アーム、３０ 電池監視部、３２ 内部抵抗値演算部、５２ インバータ入力電圧指令演算部、５４ コンバータ用デューティー比演算部、５６ コンバータ用ＰＷＭ信号変換部、Ｂ１〜Ｂｎ 電池ブロック、Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流モータ。

Claims (4)

1. 電気負荷を駆動するための電源装置が有する二次電池の内部抵抗値を検出する検出装置であって、
   前記電源装置は、
   前記二次電池と、
   前記二次電池からの電力を受けて前記電気負荷を駆動する駆動回路と、
   スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記二次電池と前記駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換器と、
   前記スイッチング素子をオン／オフするスイッチング周波数を可変として前記電圧変換器を制御する制御装置とを含み、
   前記検出装置は、
   前記二次電池の電流値および電圧値を取得する電流電圧取得手段と、
   前記スイッチング周波数を取得するスイッチング周波数取得手段と、
   前記取得された電流値、電圧値および前記スイッチング周波数に基づいて、前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出手段とを含む、二次電池の内部抵抗検出装置。
2. 前記内部抵抗値算出手段は、前記取得された電流値、電圧値および前記スイッチング周波数に基づいて、前記二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得し、その取得したインピーダンスの周波数特性に基づいて、前記二次電池の内部抵抗値を算出する、請求項１に記載の二次電池の内部抵抗検出装置。
3. 電気負荷を駆動するための電源装置が有する二次電池の内部抵抗値を検出する検出方法であって、
   前記電源装置は、
   前記二次電池と、
   前記二次電池からの電力を受けて前記電気負荷を駆動する駆動回路と、
   スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記二次電池と前記駆動回路との間で直流電圧を変換する電圧変換器と、
   前記スイッチング素子をオン／オフするスイッチング周波数を可変として前記電圧変換器を制御する制御装置とを含み、
   前記検出方法は、
   前記二次電池の電流値および電圧値を取得する電流電圧取得ステップと、
   前記スイッチング周波数を取得するスイッチング周波数取得ステップと、
   前記取得された電流値、電圧値および前記スイッチング周波数に基づいて、前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出ステップとを含む、二次電池の内部抵抗検出方法。
4. 前記内部抵抗値算出ステップは、
   前記取得された電流値、電圧値および前記スイッチング周波数に基づいて、前記二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得するステップと、
   前記取得されたインピーダンスの周波数特性に基づいて、前記二次電池の内部抵抗値を算出するステップとを含む、請求項３に記載の二次電池の内部抵抗検出方法。

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