JP5924516B2 - Battery impedance measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、電池監視装置に用いられる電池インピーダンス測定装置に関し、詳しくは、電池を実際に使用している自動車や発電プラント、家庭用蓄電システムなどのオンサイト(現場)において、電池のインピーダンスをリアルタイムで測定できる電池インピーダンス測定装置に関する。   The present invention relates to a battery impedance measuring device used for a battery monitoring device, and more specifically, in real time, the impedance of a battery is measured on-site (site) such as an automobile, a power plant, or a household power storage system that actually uses the battery. It is related with the battery impedance measuring device which can be measured by.

繰り返し充電が行える二次電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの走行モータ駆動電源として用いられるとともに、化石燃料に頼らない太陽発電や風力発電などの環境負荷が比較的少ないエネルギーを蓄えることができるという視点からも、産業界や公共機関や一般家庭などでも広く用いられつつある。   Rechargeable secondary batteries can be used as driving motor drive power sources for hybrid and electric vehicles, and can store energy with relatively little environmental impact, such as solar and wind power generation that does not rely on fossil fuels. From the point of view, it is also being widely used in industry, public institutions and general households.

一般に、これらの二次電池は、所定数の電池セルを直列に接続することで所望の出力電圧が得られる電池モジュールとして構成され、所望の出力電圧が得られる所定数の電池モジュールを並列に接続することで所望の電流容量(AH)が得られる電池パックとして構成されている。   Generally, these secondary batteries are configured as battery modules that can obtain a desired output voltage by connecting a predetermined number of battery cells in series, and a predetermined number of battery modules that can obtain a desired output voltage are connected in parallel. Thus, the battery pack is configured to obtain a desired current capacity (AH).

ところで、自動車に走行モータ駆動電源として搭載される二次電池は、充電時間、航続距離などの利便性から、当面はリチウムイオン電池が主流になると考えられている。   By the way, secondary batteries mounted on automobiles as driving motor drive power sources are considered to be mainly lithium ion batteries for the time being because of convenience such as charging time and cruising distance.

図15は、従来の二次電池を用いた電池システムの一例を示すブロック図である。図15において、電池モジュール10は、複数の電池セル111〜11nと電流センサ12が直列接続されたものであり、負荷Lと直列に接続されている。 FIG. 15 is a block diagram showing an example of a battery system using a conventional secondary battery. In FIG. 15, the battery module 10 includes a plurality of battery cells 11 1 to 11 n and a current sensor 12 connected in series, and is connected in series with a load L.

電池インピーダンス測定装置20は、電池モジュール10を構成する複数の電池セル111〜11nと電流センサ12に個別に対応するように設けられている複数のA/D変換器211〜21n+1と、これらA/D変換器211〜21n+1の出力データが内部バス22を介して入力される処理装置23とで構成されている。 The battery impedance measuring device 20 includes a plurality of A / D converters 21 1 to 21 n + provided to individually correspond to the plurality of battery cells 11 1 to 11 n and the current sensor 12 constituting the battery module 10. 1 and a processing device 23 to which the output data of these A / D converters 21 1 to 21 n + 1 are input via the internal bus 22.

電池モジュール10の各電池セル111〜11nの出力電圧と電流センサ12の検出信号は、それぞれ対応するA/D変換器211〜21n+1に入力されてデジタル信号に変換され、これらA/D変換器211〜21n+1の出力データは内部バス22を介して処理装置23に入力される。 The output voltage of each battery cell 11 1 to 11 n of battery module 10 and the detection signal of current sensor 12 are respectively input to corresponding A / D converters 21 1 to 21 n + 1 and converted into digital signals. Output data of the A / D converters 21 1 to 21 n + 1 is input to the processing device 23 via the internal bus 22.

処理装置23は、A/D変換器211〜21n+1の出力データに基づいてたとえば各電池セル111〜11nの内部抵抗値を求めるとともにそれらの内部抵抗値から所望の電流を取り出す場合の電圧降下分を推定し、これらのデータを外部バス30を介して上位の電池システム制御部40に伝送する。 The processing device 23 obtains, for example, internal resistance values of the battery cells 11 1 to 11 n based on output data of the A / D converters 21 1 to 21 n + 1 and extracts a desired current from the internal resistance values. In this case, the voltage drop is estimated, and these data are transmitted to the upper battery system control unit 40 via the external bus 30.

電池システム制御部40は、電池インピーダンス測定装置20から入力されるデータに基づき、現在の電池モジュール10の出力電圧で安定に負荷装置Lを駆動できるように、電池モジュール10および負荷装置Lを制御する。   The battery system control unit 40 controls the battery module 10 and the load device L so that the load device L can be stably driven with the current output voltage of the battery module 10 based on the data input from the battery impedance measuring device 20. .

このような電池モジュール10を構成する二次電池の性能を評価する指標の一つに、図16および図17に示すような内部インピーダンス特性がある。図16は満充電された電池を高温状態に放置した場合のインピーダンス特性例図であり、図17は高温状態で充放電を繰り返した場合におけるインピーダンス特性例図である。なお、図16および図17において、左図は交流インピーダンス測定結果に基づく複素インピーダンスを複素座標にプロットしたコールコールプロットを示し、右図はそのインピーダンス周波数特性を表すボード線図を示している。   One index for evaluating the performance of the secondary battery constituting such a battery module 10 is an internal impedance characteristic as shown in FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is an example of impedance characteristics when a fully charged battery is left in a high temperature state, and FIG. 17 is an example of impedance characteristics when charging and discharging are repeated in a high temperature state. 16 and 17, the left diagram shows a Cole-Cole plot in which complex impedance based on the AC impedance measurement result is plotted in complex coordinates, and the right diagram shows a Bode diagram representing the impedance frequency characteristic.

図16の左図は、放置期間がたとえば1年、2年、・・と長くなるのにしたがって交流インピーダンスが大きくなっていく過程を示している。図17の左図は、充放電がたとえば50回、100回、・・と繰り返されるのにしたがって交流インピーダンスが大きくなっていく過程を示している。   The left diagram of FIG. 16 shows a process in which the AC impedance increases as the leaving period becomes longer, for example, 1 year, 2 years,. The left diagram of FIG. 17 shows a process in which the AC impedance increases as charge / discharge is repeated, for example, 50 times, 100 times,.

インピーダンスが大きくなると、電流を取り出すときの電池電圧降下が大きくなり、十分な出力電圧が得られなくなる。各右図の周波数が低い部分は、自動車のアクセルを長い時間踏み続けることに相当する。これらのデータから、周波数が低い部分ではインピーダンスが大きくなるため、どんどん電圧降下が大きくなることが推測できる。すなわち、電池の劣化に伴って出力特性が変化し、十分な出力を取り出せなくなってしまう。   When the impedance increases, the battery voltage drop when taking out the current increases, and a sufficient output voltage cannot be obtained. The part with the low frequency in each figure on the right corresponds to continuing to step on the accelerator of the automobile for a long time. From these data, it can be inferred that the voltage drop increases steadily because the impedance increases at the low frequency part. That is, the output characteristics change as the battery deteriorates, and a sufficient output cannot be taken out.

図18は二次電池の交流インピーダンスを測定する従来の測定回路の一例を示すブロック図であって、図15と共通する部分には同一の符号を付けている。図18において、電池10と電流センサ12の直列回路の両端には、掃引信号発生器50が接続されている。この掃引信号発生器50は、図16および図17の右図に示す周波数特性領域を含む範囲で出力周波数が掃引変化する交流信号を、電池10と電流センサ12の直列回路に出力する。   FIG. 18 is a block diagram showing an example of a conventional measurement circuit for measuring the AC impedance of the secondary battery, and the same reference numerals are given to portions common to FIG. In FIG. 18, a sweep signal generator 50 is connected to both ends of a series circuit of a battery 10 and a current sensor 12. The sweep signal generator 50 outputs an AC signal whose output frequency sweeps and changes in a range including the frequency characteristic region shown in the right diagrams of FIGS. 16 and 17 to the series circuit of the battery 10 and the current sensor 12.

交流電圧モニタ60は、電池10の両端の交流電圧を測定してインピーダンス演算装置80に入力する。交流電流モニタ70は、電流センサ12に流れる交流電流を測定してインピーダンス演算装置80に入力する。   The AC voltage monitor 60 measures the AC voltage across the battery 10 and inputs it to the impedance calculation device 80. The alternating current monitor 70 measures the alternating current flowing through the current sensor 12 and inputs it to the impedance calculation device 80.

インピーダンス演算装置80は、掃引信号発生器50の出力信号の各周波数における交流電圧モニタ60の測定電圧と交流電流モニタ70の測定電流との比である電池10の複素インピーダンスを算出する。これら算出された複素インピーダンスを複素平面にプロットすることにより、図16や図17に示すようなコールコールプロットを得ることができる。   The impedance calculation device 80 calculates the complex impedance of the battery 10 that is the ratio of the measured voltage of the AC voltage monitor 60 and the measured current of the AC current monitor 70 at each frequency of the output signal of the sweep signal generator 50. By plotting these calculated complex impedances on the complex plane, a Cole-Cole plot as shown in FIGS. 16 and 17 can be obtained.

このようにして作成されるコールコールプロットから、たとえば図19に示すような電池10の等価回路の各パラメータを推定できる。なお、図19の等価回路は、直流電源Eと、抵抗R1と、抵抗R2とコンデンサC2の並列回路と、抵抗R3とコンデンサC3の並列回路と、抵抗R4とインダクタンスL4の並列回路とが直列接続されている。このような交流法によるインピーダンスの測定については、自動測定方法も含めて特許文献1に詳しく記載されている。   From the Cole-Cole plot created in this way, for example, each parameter of the equivalent circuit of the battery 10 as shown in FIG. 19 can be estimated. In the equivalent circuit of FIG. 19, the DC power supply E, the resistor R1, the parallel circuit of the resistor R2 and the capacitor C2, the parallel circuit of the resistor R3 and the capacitor C3, and the parallel circuit of the resistor R4 and the inductance L4 are connected in series. Has been. Such impedance measurement by the AC method is described in detail in Patent Document 1 including an automatic measurement method.

特開2003−4780号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-4780

前述のように、電池の内部インピーダンス特性を測定することにより、電池の様々な情報を得ることができるので、電池を実際に使用している自動車や発電プラント、家庭用蓄電システムなどのオンサイト(現場)において電池の内部インピーダンス特性を測定できれば、それらの情報に基づいて電池の現状を把握するとともに、電池の現状に応じて常に最大限有効に活用するように制御することができる。   As described above, various information on the battery can be obtained by measuring the internal impedance characteristics of the battery. Therefore, on-site (such as automobiles, power plants, and household power storage systems that actually use the battery) If the internal impedance characteristics of the battery can be measured in the field), it is possible to grasp the current state of the battery based on the information and to control the battery so that it can be effectively utilized at all times according to the current state of the battery.

しかし、図15に示す従来のシステム構成では、各電池セル111〜11nの内部抵抗値を求めることはできるものの、処理装置23と電池システム制御部40との間のデータ通信が間欠的になることから、各電池セル111〜11nの電圧データは周期がたとえば100ms以上の離散的データとなってしまう。 However, in the conventional system configuration shown in FIG. 15, although the internal resistance values of the battery cells 11 1 to 11 n can be obtained, data communication between the processing device 23 and the battery system control unit 40 is intermittent. Therefore, the voltage data of each of the battery cells 11 1 to 11 n becomes discrete data having a period of, for example, 100 ms or more.

この結果、電圧、電流、温度などで構成されるテーブルを参照して各電池セル111〜11nの状態を検知できるようにするのに留まり、情報が多く詰まっている各電池セル111〜11nの内部インピーダンス特性を測定することはできない。 As a result, voltage, current, remains to be able to detect a reference to the state of each battery cell 11 1 to 11 n a table composed like temperature, information often jammed the battery cells 11 1 to The internal impedance characteristics of 11 n cannot be measured.

また、図18に示す従来の測定回路によれば、掃引信号発生器50が必要であり、オンサイトの各セルについて図18のような測定回路を実装することはコスト的、スペース的にも実現は困難である。   Further, according to the conventional measurement circuit shown in FIG. 18, the sweep signal generator 50 is necessary, and the implementation of the measurement circuit as shown in FIG. 18 for each on-site cell is realized in terms of cost and space. It is difficult.

本発明は、これらの課題を解決するものであって、その目的は、電池を実際に使用している自動車や発電プラント、家庭用蓄電システムなどのオンサイトにおいて電池監視装置に用いられる電池の内部インピーダンス特性をリアルタイムで測定できる電池インピーダンス測定装置を実現することにある。   The present invention solves these problems, and an object of the present invention is to provide an interior of a battery used in a battery monitoring device on-site such as an automobile, a power plant, or a household power storage system that actually uses the battery. The object is to realize a battery impedance measuring apparatus capable of measuring impedance characteristics in real time.

このような目的を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
複数個の電池セルが直列に接続され、実負荷を高周波域を含む負荷変動を生じる状態で駆動する電池モジュールをリアルタイムで測定監視する電池監視装置に用いられるインピーダンス測定装置であって、
前記各セルの電圧波形データおよび電流波形データを離散フーリエ変換し、電圧波形データの離散フーリエ変換結果を電流波形データの離散フーリエ変換結果で除算することによりインピーダンスを演算するDFT演算部と、
このDFT演算部で演算されたインピーダンスと重み付け関数および周波数範囲を含む解析条件に基づき実測インピーダンスと回路定数から得られる同周波数におけるインピーダンスとの差に対して重み付け演算を行い、前記各セルの電圧波形または電流波形の振幅が小さい周波数域では重み付けを小さくし、前記各セルの電圧波形または電流波形の振幅が大きい周波数域では重み付けを大きくする回路定数推定演算部、
とで構成されていることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 of the present invention is:
A plurality of battery cells connected in series, an impedance measuring device used in a battery monitoring device that measures and monitors a battery module that drives an actual load in a state that causes a load fluctuation including a high frequency range in real time,
A discrete Fourier transform of the voltage waveform data and current waveform data of each cell, and a DFT operation unit that calculates impedance by dividing the discrete Fourier transform result of the voltage waveform data by the discrete Fourier transform result of the current waveform data;
Based on the analysis conditions including the impedance calculated by the DFT calculation unit, the weighting function, and the frequency range , weighting is performed on the difference between the measured impedance and the impedance at the same frequency obtained from the circuit constant, and the voltage waveform of each cell Alternatively, a circuit constant estimation calculation unit that reduces weighting in a frequency region where the amplitude of the current waveform is small and increases weighting in a frequency region where the amplitude of the voltage waveform or current waveform of each cell is large ,
It is comprised by these.

請求項2の発明は、
複数個の電池セルが直列に接続され、実負荷を高周波域を含む負荷変動を生じる状態で駆動する電池モジュールをリアルタイムで測定監視する電池監視装置に用いられるインピーダンス測定装置であって、
前記各セルの電圧波形データおよび電流波形データに対してスパイク補正を行うスパイクデータ補正部と、
スパイク補正された前記各セルの電圧波形データおよび電流波形データを離散フーリエ変換し、電圧波形データの離散フーリエ変換結果を電流波形データの離散フーリエ変換結果で除算することによりインピーダンスを演算するDFT演算部と、
このDFT演算部で演算されたインピーダンスと重み付け関数および周波数範囲を含む解析条件に基づき実測インピーダンスと回路定数から得られる同周波数におけるインピーダンスとの差に対して重み付け演算を行い、前記各セルの電圧波形または電流波形の振幅が小さい周波数域では重み付けを小さくし、前記各セルの電圧波形または電流波形の振幅が大きい周波数域では重み付けを大きくする回路定数推定演算部、
とで構成されていることを特徴とする。
The invention of claim 2
A plurality of battery cells connected in series, an impedance measuring device used in a battery monitoring device that measures and monitors a battery module that drives an actual load in a state that causes a load fluctuation including a high frequency range in real time,
A spike data correction unit that performs spike correction on the voltage waveform data and current waveform data of each cell;
A DFT operation unit that calculates the impedance by subjecting the voltage waveform data and current waveform data of each cell subjected to spike correction to discrete Fourier transform, and dividing the discrete Fourier transform result of the voltage waveform data by the discrete Fourier transform result of the current waveform data When,
Based on the analysis conditions including the impedance calculated by the DFT calculation unit, the weighting function, and the frequency range , weighting is performed on the difference between the measured impedance and the impedance at the same frequency obtained from the circuit constant, and the voltage waveform of each cell Alternatively, a circuit constant estimation calculation unit that reduces weighting in a frequency region where the amplitude of the current waveform is small and increases weighting in a frequency region where the amplitude of the voltage waveform or current waveform of each cell is large ,
It is comprised by these.

これらにより、電池を実際に使用する自動車や発電プラント、家庭用蓄電システムなどのオンサイトにおいて、電池の内部インピーダンス特性を測定でき、電池状態をリアルタイムで監視できる。   As a result, the internal impedance characteristics of the battery can be measured and the battery state can be monitored in real time at an on-site site such as an automobile, a power plant or a household power storage system that actually uses the battery.

本発明に基づく電池インピーダンス測定装置が用いられる電池監視装置の具体例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific example of the battery monitoring apparatus with which the battery impedance measuring apparatus based on this invention is used. 電力/インピーダンス演算部24の具体例を示すブロック図である。4 is a block diagram illustrating a specific example of a power / impedance calculation unit 24. FIG. サンプルインピーダンス特性例図である。It is a sample impedance characteristic example figure. 矩形波パルスf(t)の特性例図である。It is a characteristic example figure of the rectangular wave pulse f (t). 重み付けの具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of weighting. 重み付けで定数推定した結果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a result estimated constant by weighting. 本発明の一実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Example of this invention. 定電流パルスの応答測定例図である。It is a response measurement example figure of a constant current pulse. ナイキストプロット例図である。It is a Nyquist plot example figure. 図19の等価回路における各回路定数の測定結果とその測定結果に基づき算出したフィッテング用のインピーダンス特性曲線の説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram of a measurement result of each circuit constant in the equivalent circuit of FIG. 19 and an impedance characteristic curve for fitting calculated based on the measurement result. スパイク検出の有無によるサンプルインピーダンス特性の比較例図である。It is a comparative example figure of the sample impedance characteristic by the presence or absence of spike detection. 本発明の他の実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other Example of this invention. インダクタンスL成分を補正するための処理の流れを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the flow of the process for correct | amending an inductance L component. 図13のフローチャートの手順で補正したスパイクありの波形データを等価回路フィッティングした結果例を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating an example of a result of equivalent circuit fitting of waveform data with spikes corrected by the procedure of the flowchart of FIG. 13. 従来の二次電池を用いた電池システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the battery system using the conventional secondary battery. 満充電された電池を高温状態に放置した場合のインピーダンス特性例図である。It is an impedance characteristic example figure at the time of leaving the fully charged battery in a high temperature state. 高温状態で充放電を繰り返した場合におけるインピーダンス特性例図である。It is an impedance characteristic example figure when charging / discharging is repeated in a high temperature state. 二次電池の交流インピーダンスを測定する従来の測定回路の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional measurement circuit which measures the alternating current impedance of a secondary battery. 電池の等価回路例図である。It is an equivalent circuit example figure of a battery.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に基づく電池インピーダンス測定装置が用いられる電池監視装置の具体例を示すブロック図であり、図15と共通する部分には同一の符号を付けている。図1において、電池インピーダンス測定装置20は、電池モジュール10を構成する複数n個の各電池セル111〜11nに対応して設けられている複数n個の電力/インピーダンス演算部241〜24nと、これら電力/インピーダンス演算部241〜24nの出力データが内部バス25を介して入力される電池モジュール状態管理部26と、負荷装置Lとしての自動車の駆動系を構成しているアクセルL1の動きを監視するアクセルワーク監視部27とで構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a specific example of a battery monitoring apparatus in which a battery impedance measuring apparatus according to the present invention is used, and parts common to FIG. In FIG. 1, a battery impedance measuring device 20 includes a plurality of n power / impedance calculation units 24 1 to 24 provided corresponding to a plurality of n battery cells 11 1 to 11 n constituting the battery module 10. n , the battery module state management unit 26 to which the output data of the power / impedance calculation units 24 1 to 24 n are input via the internal bus 25, and the accelerator constituting the driving system of the automobile as the load device L And an accelerator work monitoring unit 27 that monitors the movement of L1.

負荷装置Lとしての自動車の駆動系は、アクセルL1とインバータL2とモータL3が実質的に直列接続されている。インバータL2は、電池モジュール10と直列に接続されていて、電池モジュール10からモータL3を回転駆動するのに必要な駆動電力が供給される。モータL3は、運転者がたとえばペダル操作するアクセルL1の動きに応じてインバータL2に供給される駆動電力量を制御することにより、運転者の意図する回転速度で回転するように緩急制御される。   In the drive system of the automobile as the load device L, an accelerator L1, an inverter L2, and a motor L3 are substantially connected in series. The inverter L2 is connected in series with the battery module 10 and is supplied with driving power necessary for rotationally driving the motor L3 from the battery module 10. The motor L3 is controlled so as to rotate at a rotational speed intended by the driver by controlling the amount of driving power supplied to the inverter L2 in accordance with the movement of the accelerator L1 operated by the driver, for example.

運転者のペダル操作に伴うアクセルL1の動きは、アクセルワーク監視部27で連続的に監視検出されていて、その検出信号は電池モジュール状態管理部26および内部バス25を介して各電力/インピーダンス演算部241〜24nに入力される。 The movement of the accelerator L1 accompanying the driver's pedal operation is continuously monitored and detected by the accelerator work monitoring unit 27, and the detection signal is calculated by each power / impedance calculation via the battery module state management unit 26 and the internal bus 25. Are input to the units 24 1 to 24 n .

電力/インピーダンス演算部241〜24nには、それぞれに対応する各電池セル111〜11nから電圧信号が入力されるとともに、電流センサ12から電流信号が入力されている。 The power / impedance calculators 24 1 to 24 n receive voltage signals from the corresponding battery cells 11 1 to 11 n and current signals from the current sensor 12.

ここで、運転者のペダル操作に伴うアクセルL1の動きは、各電池セル111〜11nの出力電圧波形および電流センサ12の出力電流波形に、広帯域の周波数成分を含む階段波的な立上がりや立下りの変化を与えることになる。 Here, the movement of the accelerator L1 due to the driver's pedal operation is such that the output voltage waveform of each of the battery cells 11 1 to 11 n and the output current waveform of the current sensor 12 rise in a staircase wave including a broadband frequency component. It will give a fall change.

電力/インピーダンス演算部241〜24nは、これら広帯域の周波数成分を含む波形データに対して離散フーリエ変換(DFT)または高速フーリエ変換(FFT)を行い、その結果から所望の周波数領域における等価回路定数を推定する。これにより、電池を実際に使用している自動車やプラントなどのオンサイトにおいて、電池の内部インピーダンス特性を測定でき、電池状態をリアルタイムで監視できる。 The power / impedance calculation units 24 1 to 24 n perform discrete Fourier transform (DFT) or fast Fourier transform (FFT) on the waveform data including these broadband frequency components, and based on the result, an equivalent circuit in a desired frequency domain. Estimate a constant. As a result, the internal impedance characteristics of the battery can be measured on-site such as in an automobile or a plant that actually uses the battery, and the battery state can be monitored in real time.

電池モジュール状態管理部26は、各電力/インピーダンス演算部241〜24nで測定される電池モジュール10を構成する各電池セル111〜11nの瞬時電力情報および内部インピーダンス情報を取り込むとともに、これらのデータを外部バス30を介して上位の電池システム制御部40に伝送する。 The battery module state management unit 26 captures instantaneous power information and internal impedance information of each of the battery cells 11 1 to 11 n constituting the battery module 10 measured by the power / impedance calculation units 24 1 to 24 n , and Is transmitted to the host battery system control unit 40 via the external bus 30.

電池システム制御部40は、電池インピーダンス測定装置20から入力されるデータに基づき、現在の電池モジュール10の出力電圧で安定に負荷装置Lを駆動できるように電池モジュール10および負荷装置Lを制御するとともに、各電池セル111〜11nの瞬時電力量の変化動向や内部インピーダンス情報の変化動向などに基づいて各電池セル111〜11nの性能の推移状況を把握し、充電を促すアラームを発信したり、性能劣化の傾向を解析して電池モジュール10の交換時期予測データなども出力する。 The battery system control unit 40 controls the battery module 10 and the load device L so that the load device L can be stably driven with the current output voltage of the battery module 10 based on the data input from the battery impedance measuring device 20. Based on the trend of changes in the instantaneous energy consumption of each battery cell 11 1 to 11 n and the change trend of internal impedance information, the performance status of each battery cell 11 1 to 11 n is grasped, and an alarm for encouraging charging is transmitted. Or by analyzing the tendency of performance deterioration and outputting the replacement time prediction data of the battery module 10.

図2は、電力/インピーダンス演算部24の具体例を示すブロック図である。図2において、各電池セル111〜11nの電圧信号Vは、アンチエイリアスフィルタ24aを介してA/D変換器24bに入力され、A/D変換器24bの出力データは等価回路パラメータ測定部24cに入力される。 FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific example of the power / impedance calculation unit 24. In FIG. 2, the voltage signal V of each battery cell 11 1 to 11 n is input to the A / D converter 24b via the anti-aliasing filter 24a, and the output data of the A / D converter 24b is equivalent circuit parameter measuring unit 24c. Is input.

電流センサ12からの電流信号Iは、アンチエイリアスフィルタ24dを介してA/D変換器24eに入力され、A/D変換器24eの出力データは等価回路パラメータ測定部24cに入力される。   The current signal I from the current sensor 12 is input to the A / D converter 24e via the antialiasing filter 24d, and the output data of the A / D converter 24e is input to the equivalent circuit parameter measurement unit 24c.

A/D変換器24b、24eは、電池モジュール状態管理部26→アクセル変化量検出部24f→クロック制御部24g→可変クロック発生部24hで構成され、アクセルワーク監視部27から検出出力されるアクセル変化信号に基づき生成される可変クロック系統により駆動される。これにより、発進、加速、高速走行、低速走行、減速、停止、後退、それらの緩急など、運転者のアクセルワークに基づいたクロックが生成されて、それぞれの状態における電圧信号Vおよび電流信号Iがデジタルデータに変換される。   The A / D converters 24b and 24e are configured by a battery module state management unit 26 → accelerator change amount detection unit 24f → clock control unit 24g → variable clock generation unit 24h, and an accelerator change detected and output from the accelerator work monitoring unit 27. It is driven by a variable clock system generated based on the signal. As a result, clocks based on the driver's accelerator work such as start, acceleration, high speed driving, low speed driving, deceleration, stop, reverse, and their speed are generated, and the voltage signal V and current signal I in each state are generated. Converted to digital data.

なお、A/D変換器24b、24eのサンプリングクロック周波数は、各電池セル111〜11nの内部インピーダンスを測定したい周波数帯域に応じて変更することもできる。たとえば1kHzまでの内部インピーダンスを測定する場合は、サンプリングクロック周波数を2Ksample/sとし、アンチエイリアスフィルタ24a、24dの低域通過帯域を1kHz以下とする。 Note that the sampling clock frequency of the A / D converters 24b and 24e can be changed according to the frequency band in which the internal impedance of each of the battery cells 11 1 to 11 n is to be measured. For example, when measuring the internal impedance up to 1 kHz, the sampling clock frequency is set to 2 Ksample / s, and the low-pass bands of the antialias filters 24 a and 24 d are set to 1 kHz or less.

等価回路パラメータ測定部24cには、測定しようとしている各電池セル111〜11nの等価回路パターンなどの等価回路の情報が格納されている等価回路情報格納部24iが接続されている。等価回路パラメータ測定部24cで測定された等価回路の各パラメータは、内部バス25を介して電池モジュール状態管理部26に取り込まれる。 The equivalent circuit parameter measurement unit 24c is connected to an equivalent circuit information storage unit 24i that stores information on equivalent circuits such as equivalent circuit patterns of the battery cells 11 1 to 11 n to be measured. Each parameter of the equivalent circuit measured by the equivalent circuit parameter measurement unit 24 c is taken into the battery module state management unit 26 via the internal bus 25.

A/D変換器24b、24eの出力データは、電力測定部24jにも入力される。これにより、電力測定部24jは各電池セル111〜11nの瞬時電力を測定し、測定結果を電力情報格納部24kに格納する。電力情報格納部24kに格納された電力情報は、内部バス25を介して電池モジュール状態管理部26に取り込まれる。 The output data of the A / D converters 24b and 24e is also input to the power measuring unit 24j. Thereby, the power measurement unit 24j measures the instantaneous power of each of the battery cells 11 1 to 11 n and stores the measurement result in the power information storage unit 24k. The power information stored in the power information storage unit 24k is taken into the battery module state management unit 26 via the internal bus 25.

近年、電池に対して定電圧や定電流で正弦波を印加してインピーダンス特性を求め、充放電の温度特性や充電残量や性能劣化の度合などを推定して電池の状態を把握する研究が盛んに行われている。   In recent years, research has been conducted to determine the impedance characteristics by applying a sine wave at a constant voltage or constant current to a battery, and estimating the battery characteristics by estimating the temperature characteristics of charge / discharge, the remaining charge level, and the degree of performance deterioration. It is actively done.

インピーダンス特性を単一正弦波の掃引測定から得る場合は、各周波数単位で、A/D変換器のA/D分解能を考慮した振幅が設定できる。これに対し、パルスのような複数の周波数成分を含む波形の場合には、各周波数成分の振幅を制御することはできない。この場合、ある周波数成分においては、A/D分解能が足りず、正しいインピーダンスを得ることができない。さらに、このデータを用いて等価回路モデルの定数推定を行うと、誤差の大きい推定結果となる可能性がある。   When the impedance characteristic is obtained from a sweep measurement of a single sine wave, the amplitude considering the A / D resolution of the A / D converter can be set for each frequency unit. On the other hand, in the case of a waveform including a plurality of frequency components such as a pulse, the amplitude of each frequency component cannot be controlled. In this case, at a certain frequency component, the A / D resolution is insufficient and correct impedance cannot be obtained. Furthermore, if the constant estimation of the equivalent circuit model is performed using this data, an estimation result with a large error may be obtained.

図3のサンプルデータにおいて、(A)は図19の等価回路に対応した正弦波形入力応答から得られたインピーダンス特性と定数フィッティングより得られたインピーダンス特性曲線である。正弦波を周波数範囲1Hz〜2.5kHzで掃引するとともに、各測定周波数点で十分なサンプルレートを確保しながら測定した結果であり、これらの回路定数を真値とする。   In the sample data of FIG. 3, (A) is an impedance characteristic curve obtained from an impedance characteristic obtained from a sinusoidal waveform input response corresponding to the equivalent circuit of FIG. 19 and a constant fitting. The sine wave is swept in a frequency range of 1 Hz to 2.5 kHz and measured while securing a sufficient sample rate at each measurement frequency point. These circuit constants are assumed to be true values.

(B)は、パルス入力応答から得られた結果である。ただし、R4,L4は正弦波形入力応答で得られた定数を用いている。サンプルレート1kHzで測定しており、1〜450Hzの周波数域で離散フーリエ変換を行っている。サンプルレートが低いため、高い周波数側でみえるはずのインダクタンス成分がキャプチャされていない。また、周波数が高いほど結果がばらついている。これらのばらつきは、パルスに含まれる各周波数成分の振幅とA/D変換器のA/D分解能が関係していると考えられる。   (B) is the result obtained from the pulse input response. However, R4 and L4 are constants obtained by a sinusoidal waveform input response. Measurement is performed at a sample rate of 1 kHz, and discrete Fourier transform is performed in a frequency range of 1 to 450 Hz. Since the sample rate is low, the inductance component that should be seen on the high frequency side is not captured. Moreover, the results vary as the frequency increases. These variations are considered to be related to the amplitude of each frequency component included in the pulse and the A / D resolution of the A / D converter.

ここで、矩形波パルスf(t)をフーリエ級数展開し、波形に含まれる周波数成分を考える。矩形波パルスf(t)は図4のように表せる。   Here, a square wave pulse f (t) is expanded in a Fourier series, and frequency components included in the waveform are considered. The rectangular wave pulse f (t) can be expressed as shown in FIG.

ただし、Wはパルス幅、Tは周期、mは0以上の整数である。
上式で示されるように、周波数によっては振幅amがA/D分解能に対して極めて小さくなってしまうため、この周波数近辺で結果が大きくばらつく可能性がある。
However, W is a pulse width, T is a period, and m is an integer of 0 or more.
As shown in the above equation, depending on the frequency, the amplitude am becomes extremely small with respect to the A / D resolution, and the result may vary greatly in the vicinity of this frequency.

このばらつきにより等価回路定数の推定精度が損なわれるおそれがあるが、ばらつきの影響を抑制するためには、何らかの重み付け計算が有効であると考えられる。   This variation may impair the estimation accuracy of the equivalent circuit constant, but some weighting calculation is considered effective in order to suppress the influence of the variation.

具体例として、回路定数の推定にGauss-Newton法を用いる場合を考える。回路定数の真値からのずれを、ΔR2,ΔC2,ΔR3,ΔC3とすると、以下のように表せる。   As a specific example, consider the case where the Gauss-Newton method is used to estimate circuit constants. If the deviation from the true value of the circuit constant is ΔR2, ΔC2, ΔR3, ΔC3, it can be expressed as follows.

ΔZnはn番目の実測インピーダンスと現在の回路定数から計算して得られた同周波数におけるインピーダンスとの差である。Jはヤコビアン、Tは行列の転置をあらわす。上記計算を、回路定数が収束するまで繰り返し行う。ここで、重み付けp(j)を導入し、以下の式で回路定数の推定演算を行う。   ΔZn is the difference between the nth actually measured impedance and the impedance at the same frequency obtained by calculation from the current circuit constant. J represents the Jacobian, and T represents the transpose of the matrix. The above calculation is repeated until the circuit constants converge. Here, the weighting p (j) is introduced, and the circuit constant estimation calculation is performed by the following equation.

振幅が小さい周波数域では重み付けを小さくし、逆に振幅が大きい周波数域では重み付けを大きくすることにより、ばらつきの影響を抑える効果が期待できる。   By reducing the weighting in the frequency range where the amplitude is small and conversely increasing the weighting in the frequency region where the amplitude is large, an effect of suppressing the influence of variation can be expected.

入力応答がパルスに近い形状の場合、フーリエ級数の性質から、たとえば図5のような重み付けが有効と考えられる。ただし、kは0以上の整数、f0はDFT演算区間を一周期とした場合の周波数、fjはf0のj次周波数を表す。 When the input response has a shape close to a pulse, for example, weighting as shown in FIG. 5 is considered effective from the nature of the Fourier series. Here, k is an integer greater than or equal to 0 , f 0 is a frequency when the DFT calculation section is one cycle, and f j is a j-th order frequency of f 0 .

図6は、上記の重み付けで定数推定した結果例を示す説明図である。(A)はサンプルインピーダンス特性例図を示し、(B)は重み付けあり・なしで推定した場合における定数の真値からのずれを示している。全ての定数において、真値に近い定数推定結果になっている。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the result of constant estimation by the above weighting. (A) shows an example diagram of sample impedance characteristics, and (B) shows the deviation of the constant from the true value when estimated with and without weighting. All constants are constant estimation results close to true values.

図7は重み付け演算機能を有する本発明の一実施例を示すブロック図であり、図2の電力/インピーダンス演算部24を構成する等価回路パラメータ測定部24cの具体例を示している。A/D変換器24b、24eの出力データは、波形データ記憶部c1に逐次格納される。   FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of the present invention having a weighting calculation function, and shows a specific example of an equivalent circuit parameter measurement unit 24c constituting the power / impedance calculation unit 24 of FIG. The output data of the A / D converters 24b and 24e are sequentially stored in the waveform data storage unit c1.

DFT演算部c2は、波形データ記憶部c1に逐次格納される電圧信号および電流信号の波形データを離散フーリエ変換し、電圧信号の離散フーリエ変換結果を電流信号の離散フーリエ変換結果で除算することによりインピーダンスを演算し、演算されたインピーダンスデータをインピーダンスデータ記憶部c3に格納する。なお、波形データの形態によっては、DFT演算部c2に代えてFFT演算部を用いることにより、演算処理の高速化が図れる。   The DFT operation unit c2 performs discrete Fourier transform on the waveform data of the voltage signal and current signal sequentially stored in the waveform data storage unit c1, and divides the result of discrete Fourier transform of the voltage signal by the result of discrete Fourier transform of the current signal. The impedance is calculated, and the calculated impedance data is stored in the impedance data storage unit c3. Depending on the form of the waveform data, the FFT processing unit can be used in place of the DFT calculation unit c2 to speed up the calculation process.

回路定数推定演算部c4は、インピーダンスデータ記憶部c3に格納されているインピーダンスデータおよび解析条件記憶部c5から設定される重み付け関数や周波数範囲などに基づき、各データの重み付け演算などを行う。   The circuit constant estimation calculation unit c4 performs weighting calculation of each data based on the impedance data stored in the impedance data storage unit c3 and the weighting function and frequency range set from the analysis condition storage unit c5.

このように、回路定数推定演算部c4で推定演算を行う過程において、周波数領域や測定精度などの条件に応じて各データの重み付けを行うことにより、定数推定精度の向上を図ることができる。   As described above, in the process of performing the estimation calculation by the circuit constant estimation calculation unit c4, it is possible to improve the constant estimation accuracy by weighting each data according to the conditions such as the frequency domain and the measurement accuracy.

インダクタンス成分が大きい電池に対してパルス状の立ち上がりが速い電流(電圧)を印加すると、スパイク状の電圧(電流)が発生する。このとき、A/D変換器のサンプルレートが十分に高くないと、サンプルタイミングによっては、図8に示すように、このスパイク部分がサンプルされたり、サンプルされなかったりする。   When a current (voltage) with a fast pulse rise is applied to a battery having a large inductance component, a spike-like voltage (current) is generated. At this time, if the sample rate of the A / D converter is not sufficiently high, the spike portion may be sampled or not sampled as shown in FIG. 8 depending on the sample timing.

図8は定電流パルスの応答測定例図であり、(A)は電圧スパイク部分がサンプルされた場合を示し、(B)は電圧スパイク部分がサンプルされない場合を示している。   FIGS. 8A and 8B are diagrams of measurement examples of constant current pulse responses. FIG. 8A shows a case where the voltage spike portion is sampled, and FIG. 8B shows a case where the voltage spike portion is not sampled.

電池のインピーダンスを算出する場合、スパイク部分がサンプルされた場合とサンプルされなかった場合では、インピーダンスの算定結果が著しく異なり、再現性のない結果が得られてしまう。   When calculating the impedance of the battery, the calculation result of the impedance is significantly different between the case where the spike portion is sampled and the case where the spike portion is not sampled, and a non-reproducible result is obtained.

図9は、各々のデータから求めたナイキストプロット例図である。「-△-」は、正弦波形入力から得られた結果である。前述のように各々十分なサンプルレートを確保して各周波数を一波ずつ掃引測定した結果である。なお、正弦波形は十分に滑らかであるため、パルス入力でみられるようなスパイク応答は発生してない。以降、この「-△-」の結果を真値とする。   FIG. 9 is an example diagram of a Nyquist plot obtained from each data. “−Δ−” is a result obtained from a sine waveform input. As described above, this is a result of measuring each frequency one by one while securing a sufficient sample rate. Note that since the sine waveform is sufficiently smooth, a spike response as seen with a pulse input does not occur. Hereinafter, the result of “−Δ−” is regarded as a true value.

「-□-」は、スパイクが検出されたデータに対して離散フーリエ変換を行った結果である。スパイク部分をキャプチャするために十分なサンプレートが確保されていないため、全体的に「-△-」の真値から大きく外れてしまっている。   “-□-” is a result of performing a discrete Fourier transform on data in which spikes are detected. Since there is not enough sunplate to capture the spike part, it is far from the true value of “-△-” as a whole.

「-×-」は、スパイクが検出されなかったデータに対して離散フーリエ変換を行った結果である。スパイク部分がキャプチャされなかったため、虚軸方向に対して下に伸びることはなく、インダクタンス成分が欠落している。これらにより、スパイクが検出された場合とされなかった場合とで、特性の現れ方が著しく異なることが明らかである。   “− × −” is the result of performing a discrete Fourier transform on data for which no spike was detected. Since the spike portion was not captured, it does not extend downward with respect to the imaginary axis direction, and the inductance component is missing. From these, it is clear that the appearance of the characteristics is remarkably different between the case where the spike is detected and the case where the spike is not detected.

電池のインダクタンスは構造的に決まるものであり、電極や溶液劣化で経時変化しないとする考えがある。前述のように、スパイクは電池のインダクタンスに起因するものであるが、電池の劣化診断においては、R,C成分のみ必要とし、L成分は測定できなくてもよい場合がある。そのような場合、グラフ虚軸のマイナス側(グラフ上部)の情報が正確かつ十分にあれば、電池のR(抵抗)およびC(コンダクタンス)を推定でき、電池の劣化診断が行える。   The inductance of a battery is structurally determined, and there is an idea that it does not change with time due to electrode or solution deterioration. As described above, the spike is caused by the inductance of the battery. However, in the deterioration diagnosis of the battery, only the R and C components are required, and the L component may not be measured. In such a case, if the information on the negative side (upper part of the graph) of the imaginary axis of the graph is accurate and sufficient, the R (resistance) and C (conductance) of the battery can be estimated and the deterioration of the battery can be diagnosed.

図10は、正弦波を所定の周波数範囲1Hz〜2.5kHzで掃引するとともに各測定周波数点で十分なサンプルレートを確保して測定したインピーダンス特性、および、これを図19の等価回路モデルで定数フィッティングして得た定数R1,R2,R3,C2,C3,L4,R4から導き出したインピーダンス特性曲線である。以降、これらの測定結果を真値とする。   FIG. 10 shows impedance characteristics measured by sweeping a sine wave in a predetermined frequency range of 1 Hz to 2.5 kHz and securing a sufficient sample rate at each measurement frequency point, and this is expressed as a constant in the equivalent circuit model of FIG. It is an impedance characteristic curve derived from constants R1, R2, R3, C2, C3, L4, R4 obtained by fitting. Hereinafter, these measurement results are assumed to be true values.

図11はスパイク検出の有無によるサンプルインピーダンス特性の比較例図である。(A)はパルス応答でスパイクが検出されたデータを示し、(B)はパルス応答でスパイクが検出されなかったデータを示している。ただし、インダクタンスL成分が検出されなかったデータに対しては、R4,L4を等価回路モデルから外している。   FIG. 11 is a comparative example of sample impedance characteristics depending on the presence or absence of spike detection. (A) shows data in which spikes were detected in the pulse response, and (B) shows data in which spikes were not detected in the pulse response. However, R4 and L4 are excluded from the equivalent circuit model for data in which the inductance L component is not detected.

(C)はスパイク検出の有無による各定数の真値からのずれを示している。R,Cにおいては、スパイクが検出されなかったデータに基づいてフィッティングを行うことにより、真値に近い結果が得られる。すなわち、サンプルレートが不十分でも、スパイクなしの波形であれば、R,Cの回路定数を推定することが十分可能であることを示しているが、再現性よくスパイクのない波形を取得することは困難である。   (C) shows the deviation of each constant from the true value due to the presence or absence of spike detection. In R and C, a result close to the true value can be obtained by performing fitting based on data in which no spike is detected. In other words, even if the sample rate is insufficient, it is shown that it is possible to estimate the circuit constants of R and C sufficiently if the waveform has no spikes, but a waveform without spikes is obtained with good reproducibility. It is difficult.

そこで、低サンプルレートで測定されたパルス応答データからL成分がみえるデータを補正し、等価回路のR,Cを再現性よく高精度に推定することを検討する。   Therefore, it is considered to correct the data showing the L component from the pulse response data measured at the low sample rate and estimate the R and C of the equivalent circuit with high reproducibility and high accuracy.

図12はスパイク補正機能を有する本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図7と共通する部分には同一の符号を付けている。図12のスパイクデータ補正部c7は、波形データ記憶部c1に格納されている波形データに対してスパイク補正を行う。回路定数推定演算部c4は、インピーダンスデータ記憶部c3に格納されているスパイク補正されたインピーダンスデータおよび解析条件記憶部c5から設定される解析条件などに基づいて定数フィッティングで回路定数を推定するとともに、得られた定数から導き出されるインピーダンス特性曲線の算出を行う。回路定数推定演算部c4の演算結果は、回路定数記憶部c6に格納される。   FIG. 12 is a block diagram showing another embodiment of the present invention having a spike correction function, and parts common to FIG. The spike data correction unit c7 in FIG. 12 performs spike correction on the waveform data stored in the waveform data storage unit c1. The circuit constant estimation calculation unit c4 estimates circuit constants by constant fitting based on spike-corrected impedance data stored in the impedance data storage unit c3 and analysis conditions set from the analysis condition storage unit c5. The impedance characteristic curve derived from the obtained constant is calculated. The calculation result of the circuit constant estimation calculation unit c4 is stored in the circuit constant storage unit c6.

図13は、スパイクデータ補正部c7によるスパイクありの波形データのインダクタンスL成分を補正するための処理の流れを説明するフローチャートである。図13において、i(t)はt番目の電流サンプリングデータ、v(t)はt番目の電圧サンプリングデータである。srは、スパイクを検出するための係数である。トリガは、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりを検出するためのトリガレベルである。   FIG. 13 is a flowchart for explaining the flow of processing for correcting the inductance L component of the waveform data with spikes by the spike data correction unit c7. In FIG. 13, i (t) is t-th current sampling data, and v (t) is t-th voltage sampling data. sr is a coefficient for detecting spikes. The trigger is a trigger level for detecting the rise and fall of the pulse.

ステップS1でt=1のデータ長の波形データを選択し、ステップS2でパルスの立ち上がりか否かを判断するためにT=tとしてi(t)>トリガの条件が成立するか否かを判断する。この条件が成立すればパルスの立ち上がりであると判断し、T=tとしてフラグ=FALSEとするステップS3の処理に移行する。   In step S1, waveform data having a data length of t = 1 is selected, and in step S2, it is determined whether or not i (t)> trigger condition is satisfied with T = t in order to determine whether or not the pulse rises. To do. If this condition is satisfied, it is determined that the pulse is rising, and the process proceeds to step S3 where T = t and flag = FALSE.

そして、ステップS4でスパイクが検出されたか否かを判断するためにv(t)>sr*v(t+1)の条件が成立するか否かを判断する。この条件が成立すればスパイクが検出されたと判断し、フラグ=TRUE、v(t)=v(t−1)、i(t)=i(t−1)とするステップS5の処理に移行する。続いて、t=Tのデータ長の波形データを選択するステップS6の処理に移行する。ステップS4の条件が成立しなければスパイクなしと判断して直接ステップS6の処理に移行する。   In step S4, it is determined whether or not a condition of v (t)> sr * v (t + 1) is satisfied in order to determine whether or not a spike is detected. If this condition is satisfied, it is determined that a spike has been detected, and the process proceeds to step S5 where flag = TRUE, v (t) = v (t-1), and i (t) = i (t-1). . Subsequently, the process proceeds to step S6 for selecting waveform data having a data length of t = T. If the condition in step S4 is not satisfied, it is determined that there is no spike, and the process directly proceeds to step S6.

ステップS7でパルスの立ち下がりか否かを判断するためにi(t)<トリガの条件が成立するか否かを判断する。この条件が成立すればパルスの立ち下がりであると判断し、さらにステップS8でスパイク補正の有無を判断するためにフラグ=TRUEか否かを判断する。この条件が成立すればスパイク補正ありと判断し、v(t)=v(t−1)、i(t)=i(t−1)とするステップS9の処理に移行して、一連の処理を終了する。なお、ステップS8の条件が成立しなければ、スパイク補正なしとして一連の処理を終了する。   In step S7, it is determined whether i (t) <trigger condition is satisfied or not in order to determine whether or not the pulse falls. If this condition is satisfied, it is determined that the pulse falls, and it is further determined in step S8 whether or not flag = TRUE to determine whether spike correction is performed. If this condition is satisfied, it is determined that spike correction is present, and the process proceeds to step S9 where v (t) = v (t-1) and i (t) = i (t-1), and a series of processes is performed. Exit. If the condition of step S8 is not satisfied, the series of processing is terminated with no spike correction.

図14は、図13のフローチャートの手順で補正したスパイクありの波形データを等価回路フィッティングした結果例を示す説明図である。(A)はサンプルインピーダンス特性例図を示し、(B)は補正の前後における定数の真値からのずれを示している。補正後の定数は、全ての定数で真値に近い結果になっている。   FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of the result of equivalent circuit fitting of waveform data with spikes corrected by the procedure of the flowchart of FIG. (A) shows an example diagram of sample impedance characteristics, and (B) shows a deviation from the true value of the constant before and after correction. The corrected constants are close to true values for all constants.

なお、本発明で用いる電力/インピーダンス演算部24は、半導体集積回路化技術を用いることにより超小型にパッケージ化でき、たとえば自動車に搭載される電池モジュールの各電池セルに取り付ける場合にもきわめて微小のスペースが確保できればよい。   The power / impedance calculation unit 24 used in the present invention can be packaged in an extremely small size by using a semiconductor integrated circuit technology. It is sufficient if space can be secured.

また、上記各実施例では、自動車に搭載される電池モジュールの各電池セルの内部インピーダンスを測定する例について説明したが、自動車以外の発電プラント、家庭用蓄電システムなどに設けられる蓄電池の監視にも有効である。   Further, in each of the above embodiments, the example of measuring the internal impedance of each battery cell of the battery module mounted on the automobile has been described, but also for monitoring the storage battery provided in a power plant other than the automobile, a household power storage system, etc. It is valid.

以上説明したように、本発明の電池インピーダンス測定装置によれば、電池を実際に使用している自動車や発電プラント、家庭用蓄電システムなどのオンサイトにおいて、電池の内部インピーダンス特性を測定し、電池状態をリアルタイムで監視できる電池監視装置が実現できる。   As described above, according to the battery impedance measuring apparatus of the present invention, the internal impedance characteristics of the battery are measured on-site such as an automobile, a power plant, or a household power storage system that actually uses the battery. A battery monitoring device that can monitor the state in real time can be realized.

24c 等価回路パラメータ測定部
c1 波形データ記憶部
c2 DFT演算部
c3 インピーダンスデータ記憶部
c4 回路定数推定演算部
c5 解析条件記憶部
c6 回路定数記憶部
c7 スパイクデータ補正部
24c Equivalent circuit parameter measurement unit c1 Waveform data storage unit c2 DFT calculation unit c3 Impedance data storage unit c4 Circuit constant estimation calculation unit c5 Analysis condition storage unit c6 Circuit constant storage unit c7 Spike data correction unit

Claims (2)

複数個の電池セルが直列に接続され、実負荷を高周波域を含む負荷変動を生じる状態で駆動する電池モジュールをリアルタイムで測定監視する電池監視装置に用いられるインピーダンス測定装置であって、
前記各セルの電圧波形データおよび電流波形データを離散フーリエ変換し、電圧波形データの離散フーリエ変換結果を電流波形データの離散フーリエ変換結果で除算することによりインピーダンスを演算するDFT演算部と、
このDFT演算部で演算されたインピーダンスと重み付け関数および周波数範囲を含む解析条件に基づき実測インピーダンスと回路定数から得られる同周波数におけるインピーダンスとの差に対して重み付け演算を行い、前記各セルの電圧波形または電流波形の振幅が小さい周波数域では重み付けを小さくし、前記各セルの電圧波形または電流波形の振幅が大きい周波数域では重み付けを大きくする回路定数推定演算部、
とで構成されていることを特徴とする電池インピーダンス測定装置。
A plurality of battery cells connected in series, an impedance measuring device used in a battery monitoring device that measures and monitors a battery module that drives an actual load in a state that causes a load fluctuation including a high frequency range in real time,
A discrete Fourier transform of the voltage waveform data and current waveform data of each cell, and a DFT operation unit that calculates impedance by dividing the discrete Fourier transform result of the voltage waveform data by the discrete Fourier transform result of the current waveform data;
Based on the analysis conditions including the impedance calculated by the DFT calculation unit, the weighting function, and the frequency range , weighting is performed on the difference between the measured impedance and the impedance at the same frequency obtained from the circuit constant, and the voltage waveform of each cell Alternatively, a circuit constant estimation calculation unit that reduces weighting in a frequency region where the amplitude of the current waveform is small and increases weighting in a frequency region where the amplitude of the voltage waveform or current waveform of each cell is large ,
And a battery impedance measuring device.
複数個の電池セルが直列に接続され、実負荷を高周波域を含む負荷変動を生じる状態で駆動する電池モジュールをリアルタイムで測定監視する電池監視装置に用いられるインピーダンス測定装置であって、
前記各セルの電圧波形データおよび電流波形データに対してスパイク補正を行うスパイクデータ補正部と、
スパイク補正された前記各セルの電圧波形データおよび電流波形データを離散フーリエ変換し、電圧波形データの離散フーリエ変換結果を電流波形データの離散フーリエ変換結果で除算することによりインピーダンスを演算するDFT演算部と、
このDFT演算部で演算されたインピーダンスと重み付け関数および周波数範囲を含む解析条件に基づき実測インピーダンスと回路定数から得られる同周波数におけるインピーダンスとの差に対して重み付け演算を行い、前記各セルの電圧波形または電流波形の振幅が小さい周波数域では重み付けを小さくし、前記各セルの電圧波形または電流波形の振幅が大きい周波数域では重み付けを大きくする回路定数推定演算部、
とで構成されていることを特徴とする電池インピーダンス測定装置。
A plurality of battery cells connected in series, an impedance measuring device used in a battery monitoring device that measures and monitors a battery module that drives an actual load in a state that causes a load fluctuation including a high frequency range in real time,
A spike data correction unit that performs spike correction on the voltage waveform data and current waveform data of each cell;
A DFT operation unit that calculates the impedance by subjecting the voltage waveform data and current waveform data of each cell subjected to spike correction to discrete Fourier transform, and dividing the discrete Fourier transform result of the voltage waveform data by the discrete Fourier transform result of the current waveform data When,
Based on the analysis conditions including the impedance calculated by the DFT calculation unit, the weighting function, and the frequency range , weighting is performed on the difference between the measured impedance and the impedance at the same frequency obtained from the circuit constant, and the voltage waveform of each cell Alternatively, a circuit constant estimation calculation unit that reduces weighting in a frequency region where the amplitude of the current waveform is small and increases weighting in a frequency region where the amplitude of the voltage waveform or current waveform of each cell is large ,
And a battery impedance measuring device.
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