JP7435527B2 - battery measurement system - Google Patents

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    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • GPHYSICS
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389Measuring internal impedance, internal conductance or related variables

Description

本発明は、電池測定システムに関するものである。 The present invention relates to a battery measurement system.

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、パワー制御ユニットにより、蓄電池に対して矩形波信号を印加して、その応答信号に基づいて複素インピーダンス特性を算出していた。そして、この複素インピーダンス特性を基に、蓄電池の劣化状態などを判別していた。 Conventionally, in order to measure the state of a storage battery, the complex impedance of a storage battery has been measured (for example, Patent Document 1). In the invention described in Patent Document 1, a power control unit applies a rectangular wave signal to a storage battery, and a complex impedance characteristic is calculated based on the response signal. Based on this complex impedance characteristic, the state of deterioration of the storage battery was determined.

また、発振器から交流信号を被測定物に流し、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、その検出結果に基づいて、複素インピーダンス特性を算出する技術が知られている(特許文献2)。この技術によれば、検出した電圧振幅で測りたい周波数成分のみを高感度で抽出し、ノイズを除去することが可能となっている。 Furthermore, there is a known technique in which an AC signal is sent from an oscillator to an object under test, the response signal (voltage fluctuation) is detected by a lock-in amplifier, and complex impedance characteristics are calculated based on the detection result (Patent Document 2). According to this technology, it is possible to extract only the frequency component that is desired to be measured using the detected voltage amplitude with high sensitivity and remove noise.

特開2008-175556号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-175556 特開2012-217625号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-217625

ところで、インピーダンスは、蓄電池に入力した交流信号と、交流信号の入力時における蓄電池の電圧変動とに基づいて検出される。ここで、車載の蓄電池の場合、一般的に主機からの駆動電流や回生電流、及びDCDCコンバータを通して補機へ供給する電流がノイズとして混入し、交流信号を精度よく測定することは困難であることから、蓄電池に入力した交流信号に関する情報(振幅、周波数及び位相)は、交流信号の入力装置(特許文献1の例ではパワー制御ユニット)又は交流信号の入力を指示する指示装置などから取得する必要がある。 By the way, impedance is detected based on the AC signal input to the storage battery and the voltage fluctuation of the storage battery when the AC signal is input. In the case of in-vehicle storage batteries, the drive current and regenerative current from the main engine, as well as the current supplied to the auxiliary equipment through the DC/DC converter, generally mix in as noise, making it difficult to accurately measure AC signals. Therefore, information regarding the AC signal input to the storage battery (amplitude, frequency, and phase) needs to be obtained from an AC signal input device (power control unit in the example of Patent Document 1) or an instruction device that instructs input of the AC signal. There is.

しかしながら、交流信号に関する情報のうち、位相は、時間に関連する情報(タイミングに係る情報)であり、アナログ情報でしか送れない。このため、入力装置等から蓄電池のインピーダンスを検出する検出回路(特許文献1の例では電池監視部)までの配線が長い場合、入力装置等から検出回路に対して交流信号の位相に関する情報を送信しても、通信遅れから位相のずれが生じてしまう。そして、基準となる交流信号の位相にずれが生じることから、各電池セルのインピーダンスを精度よく検出することが困難となっていた。 However, among the information regarding AC signals, the phase is time-related information (timing-related information) and can only be sent as analog information. Therefore, if the wiring from the input device etc. to the detection circuit that detects the impedance of the storage battery (the battery monitoring unit in the example of Patent Document 1) is long, information regarding the phase of the AC signal is transmitted from the input device etc. to the detection circuit. However, a phase shift will occur due to communication delays. Furthermore, since a phase shift occurs in the reference AC signal, it has been difficult to accurately detect the impedance of each battery cell.

また、車載の組電池において、入力装置等を検出回路の近くに配置することは設計上困難であることも多かった。 Furthermore, in a vehicle-mounted battery pack, it is often difficult to arrange an input device or the like near a detection circuit due to design considerations.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、インピーダンスを精度よく検出することができる電池測定システムを提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to provide a battery measurement system that can accurately detect impedance.

上記課題を解決するための手段は、複数の電池セルが直列接続された組電池の各電池セルの状態を測定する電池測定システムにおいて、前記組電池を構成する前記電池セルは、直列に接続された1又は複数の電池セルからなるセルブロックに予め分けられており、所定の交流信号を指示する第1制御部と、前記第1制御部の指示に基づいて、前記組電池に前記交流信号を印加する信号印加部と、前記第1制御部からの情報及び電流センサの測定結果のうち少なくとも一方に基づいて決定される前記交流信号に相当する基準信号、及び前記交流信号が前記組電池に印加されているときに測定された前記組電池の電圧変動に基づいて前記組電池のインピーダンスを検出する第1検出部と、前記第1制御部からの情報に基づいて決定される前記交流信号に関連する仮信号、及び前記交流信号が前記組電池に印加されているときに測定された前記セルブロックの電圧変動に基づいて前記各セルブロックのインピーダンスを検出する第2検出部と、前記第2検出部により検出された前記各セルブロックのインピーダンスを合算したベクトル合算値と、前記第1検出部により検出された前記組電池のインピーダンスとしてのベクトル値と、を比較することにより、前記基準信号と前記仮信号の位相差を特定し、当該位相差に基づいて、前記各セルブロックのインピーダンスの位相を補正する補正部と、を備えた。 Means for solving the above problem is provided in a battery measurement system that measures the state of each battery cell of an assembled battery in which a plurality of battery cells are connected in series. The cells are divided in advance into cell blocks consisting of one or more battery cells, and include a first control section that instructs a predetermined alternating current signal, and a first control section that instructs the assembled battery to receive the alternating current signal based on the instructions of the first control section. a reference signal corresponding to the AC signal determined based on at least one of the information from the first control unit and the measurement result of the current sensor; and the AC signal is applied to the assembled battery. a first detection unit that detects the impedance of the assembled battery based on voltage fluctuations of the assembled battery measured when a second detection unit that detects impedance of each cell block based on a voltage fluctuation of the cell block measured when the alternating current signal is applied to the battery pack; By comparing a vector sum value obtained by summing up the impedances of the cell blocks detected by the unit and a vector value as the impedance of the assembled battery detected by the first detection unit, the reference signal and the A correction unit that specifies a phase difference between temporary signals and corrects a phase of impedance of each cell block based on the phase difference.

位相に関する情報は時間に関連する情報、つまり、タイミングに係る情報であり、アナログ情報でしか送れない。このため、交流信号を指示する第1制御部と、各セルブロックのインピーダンスを検出する第2検出部との間の配線が長い場合、第1制御部から第2検出部に対して交流信号の位相に関する情報を送信しても、通信遅れから位相のずれが生じてしまう。その一方で、第1制御部と第2検出部とを近くに配置することは設計上困難である。また、車載用の組電池の場合、一般的に補機が接続されていることから、主機や補機に基づくノイズが混入することが多い。このため、組電池を流れる交流信号を精度よく測定することは困難となっている。 Information related to phase is information related to time, that is, information related to timing, and can only be sent as analog information. Therefore, if the wiring between the first control section that instructs the AC signal and the second detection section that detects the impedance of each cell block is long, the AC signal is transmitted from the first control section to the second detection section. Even if information regarding the phase is transmitted, a phase shift will occur due to communication delay. On the other hand, it is difficult in terms of design to arrange the first control section and the second detection section close to each other. In addition, in the case of a vehicle-mounted battery pack, since auxiliary equipment is generally connected, noise from the main engine and auxiliary equipment is often mixed in. For this reason, it is difficult to accurately measure the AC signal flowing through the assembled battery.

そこで、上記手段では、第2検出部により検出された各セルブロックのインピーダンスを合算したベクトル合算値と、第1検出部により検出された組電池のインピーダンスとしてのベクトル値と、を比較することにより、基準信号と仮信号の位相差を特定した。そして、当該位相差に基づいて、前記各セルブロックのインピーダンスの位相を補正する補正部を備えた。これにより、各セルブロックのインピーダンスを精度よく検出することが可能となる。 Therefore, in the above means, by comparing the vector sum value obtained by summing up the impedance of each cell block detected by the second detection section and the vector value as the impedance of the assembled battery detected by the first detection section, , the phase difference between the reference signal and the temporary signal was identified. A correction unit is provided that corrects the impedance phase of each cell block based on the phase difference. This makes it possible to accurately detect the impedance of each cell block.

電池測定システムの概略を示す図。FIG. 1 is a diagram schematically showing a battery measurement system. インピーダンス演算装置の概略を示す図。FIG. 1 is a diagram schematically showing an impedance calculation device. インピーダンスの検出タイミングを示す図。FIG. 3 is a diagram showing impedance detection timing. 信号決定処理の流れを示すフローチャート。Flowchart showing the flow of signal determination processing. 個別インピーダンス検出処理の流れを示すフローチャート。5 is a flowchart showing the flow of individual impedance detection processing. 補正処理の流れを示すフローチャート。5 is a flowchart showing the flow of correction processing. 電池セルのインピーダンスのベクトル合算値と、組電池のインピーダンスとの関係性を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the vector summation value of impedance of battery cells and the impedance of an assembled battery. 第2実施形態における電池測定システムの概略を示す図。FIG. 2 is a diagram schematically showing a battery measurement system according to a second embodiment. 第2実施形態におけるインピーダンスの検出タイミングを示す図。FIG. 7 is a diagram showing impedance detection timing in the second embodiment. 第3実施形態における第2インピーダンス検出装置を示す図。The figure which shows the 2nd impedance detection apparatus in 3rd Embodiment. 第3実施形態における同期信号の入出力タイミングを示す図。FIG. 7 is a diagram showing the input/output timing of synchronization signals in the third embodiment. 変形例の電池測定システムの概略を示す図。FIG. 6 is a diagram schematically showing a battery measurement system according to a modified example. 変形例の電池測定システムの概略を示す図。FIG. 6 is a diagram schematically showing a battery measurement system according to a modified example. 変形例の電池測定システムの概略を示す図。FIG. 6 is a diagram schematically showing a battery measurement system according to a modified example. 変形例の電池測定システムの概略を示す図。FIG. 6 is a diagram schematically showing a battery measurement system according to a modified example. 変形例の電池測定システムの概略を示す図。FIG. 6 is a diagram schematically showing a battery measurement system according to a modified example. 変形例の電池測定システムの概略を示す図。FIG. 6 is a diagram schematically showing a battery measurement system according to a modified example.

(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)に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、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。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment in which a "battery measurement system" is applied to a vehicle (for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle) will be described with reference to the drawings. Note that in each of the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the explanations thereof will be referred to for the parts with the same reference numerals.

図1に示すように、電池測定システム100は、組電池10と、組電池10に接続され、組電池10に対して所定の交流信号(交流電流)を入力可能な電流制御装置20と、組電池10に接続され、組電池10を監視する電池監視装置30と、を備える。 As shown in FIG. 1, the battery measurement system 100 includes a battery pack 10, a current control device 20 connected to the battery pack 10 and capable of inputting a predetermined alternating current signal (alternating current) to the battery pack 10, A battery monitoring device 30 connected to the battery 10 and monitoring the assembled battery 10 is provided.

組電池10は、例えば百V以上となる端子間電圧を有し、複数(本実施形態では6つ)の電池セル11i(i=1,2,3,4,5,6、以下同じ)が直列接続されて構成されている。電池セル11iとして、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を用いることができる。 The assembled battery 10 has a terminal voltage of, for example, 100 V or more, and has a plurality of (six in this embodiment) battery cells 11i (i=1, 2, 3, 4, 5, 6, the same applies hereinafter). They are connected in series. For example, a lithium ion storage battery or a nickel hydride storage battery can be used as the battery cell 11i.

電流制御装置20は、組電池10に対してシステムリレースイッチSMRを介して接続され、所定の交流信号(交流電流)を印加可能に構成された信号印加部としての電流印加装置21と、交流信号の入力やインピーダンスの検出を指示する第1制御部としての第1制御装置22と、組電池10のインピーダンスを検出する第1検出部としての第1インピーダンス検出装置23と、を備える。 The current control device 20 is connected to the assembled battery 10 via the system relay switch SMR, and includes a current application device 21 as a signal application section configured to be able to apply a predetermined alternating current signal (alternating current); The battery pack includes a first control device 22 as a first control section that instructs input and impedance detection, and a first impedance detection device 23 as a first detection section that detects the impedance of the assembled battery 10.

電流印加装置21は、例えば、図示しないモータに接続され、モータを制御するインバータや、コンバータなどの電力変換器である。電流印加装置21は、第1制御装置22からの指示に従って、指示された振幅Is、周波数fs、及び位相θsを有する交流信号を組電池10に印加(入力)する。なお、本実施形態において、交流信号は、正弦波電流波形を有する交流電流である。 The current applying device 21 is, for example, a power converter such as an inverter or a converter that is connected to a motor (not shown) and controls the motor. The current application device 21 applies (inputs) an AC signal having the specified amplitude Is, frequency fs, and phase θs to the assembled battery 10 in accordance with instructions from the first control device 22 . Note that in this embodiment, the alternating current signal is an alternating current having a sinusoidal current waveform.

第1制御装置22は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成されており、CPUがROMに記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。なお、各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよく、あるいは、少なくとも一部をソフトウェア、すなわちコンピュータ上で実行される処理によって実現されてもよい。また、第1制御装置22は、インバータなどを介してモータを制御するMGECUによって実現してもよい。つまり、MGECUが、第1制御部としての各種機能を備えていてもよい。 The first control device 22 is mainly composed of a microcomputer equipped with a CPU, ROM, RAM, I/O, etc., and realizes various functions by the CPU executing programs stored in the ROM. . Note that the various functions may be realized by electronic circuits that are hardware, or may be realized at least in part by software, that is, processing executed on a computer. Further, the first control device 22 may be realized by an MGECU that controls the motor via an inverter or the like. In other words, the MGECU may have various functions as the first control section.

第1制御装置22は、電流印加装置21に交流信号の振幅Is、周波数fs、及び位相θsを指示し、交流信号を組電池10に印加させる機能を備える。他には、第1インピーダンス検出装置23に対して指示を行い、組電池10のインピーダンスを検出させる機能や、電池監視装置30との通信を行う機能や、インピーダンスの補正を行う機能などを備える。各種機能については後述する。 The first control device 22 has a function of instructing the current applying device 21 about the amplitude Is, frequency fs, and phase θs of the AC signal, and causing the AC signal to be applied to the assembled battery 10 . Other functions include a function of instructing the first impedance detection device 23 to detect the impedance of the assembled battery 10, a function of communicating with the battery monitoring device 30, and a function of correcting impedance. Various functions will be described later.

第1インピーダンス検出装置23は、第1信号生成部としての第1正弦波生成回路24と、第1演算部としての第1ロックインアンプ25と、を有する。第1正弦波生成回路24は、第1制御装置22から入力した交流信号の情報(振幅Is、周波数fs、及び位相θs)に基づいて、電流印加装置21が組電池10に印加する交流信号に対して振幅Is、周波数fs及び位相θsが同じ基準信号Ref1(電流信号)を生成する。そして、第1正弦波生成回路24は、生成した基準信号Ref1を参照信号として第1ロックインアンプ25に出力する。 The first impedance detection device 23 includes a first sine wave generation circuit 24 as a first signal generation section and a first lock-in amplifier 25 as a first calculation section. The first sine wave generation circuit 24 converts the AC signal applied by the current application device 21 to the assembled battery 10 based on the information (amplitude Is, frequency fs, and phase θs) of the AC signal input from the first control device 22. On the other hand, a reference signal Ref1 (current signal) having the same amplitude Is, frequency fs, and phase θs is generated. Then, the first sine wave generation circuit 24 outputs the generated reference signal Ref1 to the first lock-in amplifier 25 as a reference signal.

図2に示すように、第1ロックインアンプ25は、2位相ロックインアンプである。以下、概略を説明する。第1ロックインアンプ25は、位相シフト回路51、掛算器52,62、積分器53,63、ローパスフィルタ54,64、及びインピーダンス演算回路55などを備える。 As shown in FIG. 2, the first lock-in amplifier 25 is a two-phase lock-in amplifier. The outline will be explained below. The first lock-in amplifier 25 includes a phase shift circuit 51, multipliers 52 and 62, integrators 53 and 63, low-pass filters 54 and 64, an impedance calculation circuit 55, and the like.

位相シフト回路51は、基準信号Ref1を入力することにより、基準信号Ref1に対して、90度(90°)位相がシフトされた正弦波電流である第2の基準信号Ref2を生成する。この第2の基準信号Ref2は、掛算器62に出力される。以下では、基準信号Ref1を第1の基準信号Ref1と示す。また、第1ロックインアンプ25では、フィルタ(バンドパスフィルタなど)や、A/D変換器などを介して組電池10の電圧変動Va(電圧信号)が掛算器52,62に入力される。組電池10の電圧変動Vaは、交流信号が組電池10に印加されたこと(外乱)に基づき発生する応答信号としての電圧変動のことである。 By inputting the reference signal Ref1, the phase shift circuit 51 generates a second reference signal Ref2, which is a sine wave current whose phase is shifted by 90 degrees (90°) with respect to the reference signal Ref1. This second reference signal Ref2 is output to the multiplier 62. Below, the reference signal Ref1 will be referred to as a first reference signal Ref1. Further, in the first lock-in amplifier 25, the voltage fluctuation Va (voltage signal) of the assembled battery 10 is input to the multipliers 52 and 62 via a filter (such as a bandpass filter) and an A/D converter. The voltage fluctuation Va of the assembled battery 10 is a voltage fluctuation as a response signal generated based on the application of an AC signal to the assembled battery 10 (disturbance).

掛算器52は、組電池10の電圧変動Vaと、第1の基準信号Ref1とを掛け合わせた掛算値Xを算出し、積分器53に出力する。積分器53は、入力した掛算値Xを平均化して、ローパスフィルタ54を介してインピーダンス演算回路55に出力する。これにより、インピーダンス演算回路55は、組電池10の電圧変動Vaの実部Re_Vaを入力することとなる。 The multiplier 52 calculates a multiplication value X by multiplying the voltage fluctuation Va of the assembled battery 10 by the first reference signal Ref<b>1 and outputs it to the integrator 53 . The integrator 53 averages the input multiplication value X and outputs it to the impedance calculation circuit 55 via the low-pass filter 54. Thereby, the impedance calculation circuit 55 receives the real part Re_Va of the voltage fluctuation Va of the battery pack 10 as input.

また、掛算器62は、電圧変動Vaと、第2の基準信号Ref2とを掛け合わせた掛算値Yを算出し、積分器63に出力する。積分器63は、入力した掛算値Yを平均化して、ローパスフィルタ64を介してインピーダンス演算回路55に出力する。これにより、インピーダンス演算回路55は、組電池10の電圧変動Vaの虚部Im_Vaを入力することとなる。 Further, the multiplier 62 calculates a multiplication value Y by multiplying the voltage fluctuation Va by the second reference signal Ref2, and outputs the product to the integrator 63. The integrator 63 averages the input multiplication value Y and outputs it to the impedance calculation circuit 55 via the low-pass filter 64. As a result, the impedance calculation circuit 55 receives the imaginary part Im_Va of the voltage fluctuation Va of the assembled battery 10.

インピーダンス演算回路55は、数式(1)及び数式(2)に基づいて、組電池10のインピーダンスの絶対値Za(スカラー値)及び位相θaを演算し、第1制御装置22に出力する。本実施形態では、インピーダンス演算回路55が、組電池10のインピーダンスの絶対値Za及び位相θaを演算したが、第1制御装置22が、電圧変動Vaの実部Re_Va及び虚部Im_Vaを入力して、演算してもよい。

Figure 0007435527000001
The impedance calculation circuit 55 calculates the absolute value Za (scalar value) and phase θa of the impedance of the assembled battery 10 based on equations (1) and (2), and outputs them to the first control device 22. In the present embodiment, the impedance calculation circuit 55 calculates the absolute value Za and phase θa of the impedance of the assembled battery 10, but the first control device 22 inputs the real part Re_Va and the imaginary part Im_Va of the voltage fluctuation Va. , may be calculated.
Figure 0007435527000001

なお、第1ロックインアンプ25では、積分器53,63やローパスフィルタ54,64を利用しているため、演算(測定)を開始してから、インピーダンスの絶対値Za及び位相θaを演算するまでに時間を必要とする。この時間は、積分時間とフィルタ時定数にもよるが、例えば、図3に示すように、第1の基準信号Ref1の8周期分(8/fs)程度の時間をサンプリング時間Tsとすればよい。 In addition, since the first lock-in amplifier 25 uses integrators 53, 63 and low-pass filters 54, 64, from the start of calculation (measurement) to the calculation of the absolute value Za and phase θa of impedance. requires time. Although this time depends on the integration time and filter time constant, for example, as shown in FIG. 3, the sampling time Ts may be about 8 cycles (8/fs) of the first reference signal Ref1. .

この第1ロックインアンプ25により、電圧変動Vaのうち、第1の基準信号Ref1(=交流信号)に対応する周波数成分のみを高感度で抽出し、ノイズを除去することが可能となっている。以下、第1ロックインアンプ25により検出された組電池10のインピーダンスの絶対値Za及び位相θaを、インピーダンス(Za,θa)と示す場合がある。 This first lock-in amplifier 25 makes it possible to extract only the frequency component corresponding to the first reference signal Ref1 (=AC signal) out of the voltage fluctuation Va with high sensitivity and remove noise. . Hereinafter, the absolute value Za and phase θa of the impedance of the assembled battery 10 detected by the first lock-in amplifier 25 may be referred to as impedance (Za, θa).

次に、電池監視装置30について説明する。電池監視装置30は、図1に示すように、第2制御部としての第2制御装置31と、各電池セル11i(i=1,2,3,4,5,6、以下同じ)のインピーダンスを個別に検出する第2検出部としての第2インピーダンス検出装置32と、を備える。 Next, the battery monitoring device 30 will be explained. As shown in FIG. 1, the battery monitoring device 30 includes a second control device 31 as a second control section, and impedance control of each battery cell 11i (i=1, 2, 3, 4, 5, 6, the same applies hereinafter). and a second impedance detection device 32 as a second detection section that individually detects the impedance.

第2制御装置31は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成されており、CPUがROMに記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。なお、各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよく、あるいは、少なくとも一部をソフトウェア、すなわちコンピュータ上で実行される処理によって実現されてもよい。 The second control device 31 is mainly composed of a microcomputer equipped with a CPU, ROM, RAM, I/O, etc., and realizes various functions by the CPU executing programs stored in the ROM. . Note that the various functions may be realized by electronic circuits that are hardware, or may be realized at least in part by software, that is, processing executed on a computer.

第2制御装置31は、電流制御装置20との通信を行う機能や、交流信号に関連する仮信号Tem1を決定する機能や、各電池セル11iのインピーダンスを検出させる機能などを備える。各種機能については後述する。 The second control device 31 has a function of communicating with the current control device 20, a function of determining a temporary signal Tem1 related to the AC signal, a function of detecting the impedance of each battery cell 11i, and the like. Various functions will be described later.

第2インピーダンス検出装置32は、第2信号生成部としての第2正弦波生成回路33と、第2演算部としての複数(本実施形態では6つ)の第2ロックインアンプ34i(i=1,2,3,4,5,6、以下同じ)と、を有する。 The second impedance detection device 32 includes a second sine wave generation circuit 33 as a second signal generation section, and a plurality of (six in this embodiment) second lock-in amplifiers 34i (i=1 , 2, 3, 4, 5, 6, hereinafter the same).

第2正弦波生成回路33は、第2制御装置31からの指示に基づいて、交流信号に関連する仮信号Tem1を生成する。具体的には、第2正弦波生成回路33は、交流信号に対して振幅Is及び周波数fsが同じである仮信号Tem1を生成する。つまり、仮信号Tem1は、第1の基準信号Ref1に対して振幅Is及び周波数fsが同じとなっている。なお、仮信号Tem1の位相θtは、任意となっている。本実施形態では、第2制御装置31の指示に基づいて設定されるが、第2正弦波生成回路33が決定してもよい。 The second sine wave generation circuit 33 generates a temporary signal Tem1 related to the AC signal based on instructions from the second control device 31. Specifically, the second sine wave generation circuit 33 generates a temporary signal Tem1 having the same amplitude Is and frequency fs as the AC signal. That is, the temporary signal Tem1 has the same amplitude Is and frequency fs as the first reference signal Ref1. Note that the phase θt of the temporary signal Tem1 is arbitrary. In this embodiment, it is set based on an instruction from the second control device 31, but it may also be determined by the second sine wave generation circuit 33.

第2ロックインアンプ34iは、それぞれ監視対象とする電池セル11iごとに設けられており、仮信号Tem1に基づいて、監視対象とする電池セル11iのインピーダンスを個別に検出する。本実施形態では、各電池セル11iがそれぞれセルブロックに相当する。第2ロックインアンプ34iは、第1ロックインアンプ25と同様に、2位相ロックインアンプであり、構成が同じであるため、詳細な説明を省略する。 The second lock-in amplifier 34i is provided for each battery cell 11i to be monitored, and individually detects the impedance of the battery cell 11i to be monitored based on the temporary signal Tem1. In this embodiment, each battery cell 11i corresponds to a cell block. The second lock-in amplifier 34i is a two-phase lock-in amplifier similarly to the first lock-in amplifier 25, and has the same configuration, so a detailed description thereof will be omitted.

なお、各電池セル11iの電圧変動を電圧変動Vi(i=1,2,3,4,5,6、以下同じ)と示し、電圧変動Viが、第1ロックインアンプ25の説明における電圧変動Vaに相当する。また、各電池セル11iのインピーダンスの絶対値を絶対値Zi(i=1,2,3,4,5,6、以下同じ)と示し、絶対値Ziが、第1ロックインアンプ25の説明における絶対値Zaに相当する。同様に、各電池セル11iのインピーダンスの位相を位相θi(i=1,2,3,4,5,6、以下同じ)と示し、位相θiが、第1ロックインアンプ25の説明における位相θaに相当する。以上により、第2ロックインアンプ34iは、各電池セル11iのインピーダンスの絶対値Zi及び位相θiをそれぞれ検出することとなる。 Note that the voltage fluctuation of each battery cell 11i is expressed as voltage fluctuation Vi (i=1, 2, 3, 4, 5, 6, the same applies hereinafter), and the voltage fluctuation Vi is the voltage fluctuation in the description of the first lock-in amplifier 25. Corresponds to Va. Further, the absolute value of the impedance of each battery cell 11i is indicated as an absolute value Zi (i=1, 2, 3, 4, 5, 6, the same applies hereinafter), and the absolute value Zi is the same as in the description of the first lock-in amplifier 25. It corresponds to the absolute value Za. Similarly, the phase of the impedance of each battery cell 11i is expressed as phase θi (i=1, 2, 3, 4, 5, 6, the same applies hereinafter), and the phase θi is the phase θa in the description of the first lock-in amplifier 25. corresponds to As described above, the second lock-in amplifier 34i detects the absolute value Zi and phase θi of the impedance of each battery cell 11i.

このとき、第2ロックインアンプ34iは、仮信号Tem1を基準(参照信号)として、仮信号Tem1と電池セル11iの電圧変動Viに基づいて、各電池セル11iのインピーダンスの絶対値Zi及び位相θiを検出する。このため、交流信号(第1の基準信号Ref1)を基準として、検出される各電池セル11iのインピーダンス(真のインピーダンス)とは、位相がずれている可能性が高い。そこで、交流信号に基づいて検出される真のインピーダンスと区別するため、第2ロックインアンプ34iが検出する各電池セル11iのインピーダンスの絶対値Zi及び位相θiを、仮インピーダンス(Zi,位相θi)と示す場合がある。また、交流信号(第1の基準信号Ref1)を基準として、検出される各電池セル11iのインピーダンスを、真インピーダンス(Zsi,位相θsi)と示して区別する場合がある。 At this time, the second lock-in amplifier 34i uses the temporary signal Tem1 as a reference (reference signal) and calculates the absolute value Zi and phase θi of the impedance of each battery cell 11i based on the temporary signal Tem1 and the voltage fluctuation Vi of the battery cell 11i. Detect. Therefore, there is a high possibility that the detected impedance (true impedance) of each battery cell 11i is out of phase with respect to the AC signal (first reference signal Ref1). Therefore, in order to distinguish it from the true impedance detected based on the AC signal, the absolute value Zi and phase θi of the impedance of each battery cell 11i detected by the second lock-in amplifier 34i are converted into temporary impedance (Zi, phase θi). It may be indicated as Furthermore, the detected impedance of each battery cell 11i may be distinguished from the true impedance (Zsi, phase θsi) based on the AC signal (first reference signal Ref1).

なお、この実施形態では、第2インピーダンス検出装置32において1つの第2正弦波生成回路33が設けられており、第2正弦波生成回路33は、全ての第2ロックインアンプ34iに接続されている。そして、第2正弦波生成回路33は、第2制御装置31からの指示に基づいて、仮信号Tem1を生成し、各第2ロックインアンプ34iに出力する。したがって、各第2ロックインアンプ34iの相互間において、仮信号Tem1を同期させることができる。つまり、各第2ロックインアンプ34iは、振幅Is、周波数fs及び位相θtが同じ仮信号Tem1を入力することとなる。 Note that in this embodiment, one second sine wave generation circuit 33 is provided in the second impedance detection device 32, and the second sine wave generation circuit 33 is connected to all the second lock-in amplifiers 34i. There is. Then, the second sine wave generation circuit 33 generates a temporary signal Tem1 based on an instruction from the second control device 31, and outputs it to each second lock-in amplifier 34i. Therefore, the temporary signals Tem1 can be synchronized between the second lock-in amplifiers 34i. That is, each second lock-in amplifier 34i receives the temporary signal Tem1 having the same amplitude Is, frequency fs, and phase θt.

ところで、交流信号の位相θsは時間に関連する情報(タイミングに係る情報)であり、アナログ信号(アナログ情報)でしか送れない。つまり、第1制御装置22と、第2制御装置31との間の配線が長い場合、第1制御装置22から第2制御装置31に対して交流信号の位相θsに関する情報を送信しても、通信遅れやノイズの影響を受けて位相θsを正確に伝えることが困難となっている。つまり、通信中に、位相θsにずれが生じてしまう。なお、電流印加装置21としてインバータを採用した場合、車両において、インバータと組電池10は離れて配置されることが一般的であるため、第1制御装置22と、第2制御装置31との間の配線が長くなる可能性が高い。また、インバータなど車両に搭載されるはずの装置とは別の電流印加装置21を、組電池10の近傍に設けることも考えられるが、この場合、製造費が高くなり、大型化を招くこととなる。 By the way, the phase θs of the AC signal is time-related information (timing-related information) and can only be sent as an analog signal (analog information). In other words, if the wiring between the first control device 22 and the second control device 31 is long, even if the first control device 22 transmits information regarding the phase θs of the AC signal to the second control device 31, It is difficult to accurately convey the phase θs due to communication delays and noise. In other words, a shift occurs in the phase θs during communication. In addition, when an inverter is adopted as the current application device 21, since the inverter and the assembled battery 10 are generally placed apart from each other in a vehicle, the There is a high possibility that the wiring will be longer. It is also conceivable to provide a current application device 21, which is separate from devices such as an inverter that are supposed to be installed in the vehicle, near the assembled battery 10, but in this case, manufacturing costs will increase and the size will increase. Become.

また、車載用の組電池10の場合、一般的に補機が接続されていることから、補機に基づくノイズが組電池10に流れていることが多い。このため、組電池10を流れる電流を測定し、電流印加装置21から印加された交流信号(基準電流波形)を抽出することは困難となっている。 Further, in the case of the assembled battery 10 for use in a vehicle, since auxiliary equipment is generally connected, noise due to the auxiliary equipment often flows into the assembled battery 10. For this reason, it is difficult to measure the current flowing through the assembled battery 10 and extract the AC signal (reference current waveform) applied from the current application device 21.

このため、電池監視装置30の側で、組電池10に流れる交流信号の位相θsを特定し、第1の基準信号Ref1と同じ信号を第2インピーダンス検出装置32に生成させることは困難となっている。つまり、第2ロックインアンプ34iにより検出された仮インピーダンスには、真インピーダンスに対して位相にずれが生じている可能性が高いこととなる。 Therefore, it is difficult for the battery monitoring device 30 to specify the phase θs of the AC signal flowing through the assembled battery 10 and to cause the second impedance detection device 32 to generate the same signal as the first reference signal Ref1. There is. In other words, there is a high possibility that the temporary impedance detected by the second lock-in amplifier 34i has a phase shift with respect to the true impedance.

そこで、本実施形態では、次のように処理することにより、第2ロックインアンプ34iにより検出された仮インピーダンスの位相ずれを補正し、真インピーダンスを算出することとしている。以下、詳しく説明する。 Therefore, in this embodiment, the phase shift of the temporary impedance detected by the second lock-in amplifier 34i is corrected and the true impedance is calculated by performing the following processing. This will be explained in detail below.

電流制御装置20は、所定のタイミングで、図4に示す信号決定処理を実行する。信号決定処理では、まず、電流制御装置20の第1制御装置22が、組電池10に流す基準電流となる交流信号の周波数fsを決定する(ステップS101)。次に、第1制御装置22は、交流信号の振幅Isを決定する(ステップS102)。そして、第1制御装置22は、決定した交流信号の周波数fs及び振幅Isに関するデジタル信号(デジタル情報)を生成し、第2制御装置31に出力(送信)する(ステップS103)。また、第1制御装置22は、交流信号の位相θsを決定する(ステップS104)。そして、第1制御装置22は、組電池10に対して、信号決定処理で決定された振幅Is、周波数fs及び位相θsの交流信号を組電池10に印加(入力)させるように、電流印加装置21に対して指示する(ステップS105)。電流印加装置21がインバータである場合、第1制御装置22は、インバータを構成する各種スイッチのオンオフの指示(制御)を行うこととなる。 The current control device 20 executes the signal determination process shown in FIG. 4 at a predetermined timing. In the signal determination process, first, the first control device 22 of the current control device 20 determines the frequency fs of an AC signal that becomes a reference current to be passed through the assembled battery 10 (step S101). Next, the first control device 22 determines the amplitude Is of the AC signal (step S102). Then, the first control device 22 generates a digital signal (digital information) regarding the determined frequency fs and amplitude Is of the AC signal, and outputs (transmits) it to the second control device 31 (step S103). The first control device 22 also determines the phase θs of the AC signal (step S104). Then, the first control device 22 controls the current applying device to apply (input) to the assembled battery 10 an AC signal having an amplitude Is, a frequency fs, and a phase θs determined in the signal determination process. 21 (step S105). When the current application device 21 is an inverter, the first control device 22 instructs (controls) on/off of various switches that constitute the inverter.

そして、電流制御装置20は、信号決定処理を終了する。電流制御装置20は、信号決定処理の終了後、図6に示す補正処理を実行する。補正処理は、信号決定処理の終了後、すぐに実行されてもよいし、予め決められた時間経過後、実行されてもよい。また、補正処理は、所定のタイミングで実行されてもよい。 The current control device 20 then ends the signal determination process. After the signal determination process is completed, the current control device 20 executes the correction process shown in FIG. 6. The correction process may be executed immediately after the end of the signal determination process, or may be executed after a predetermined period of time has elapsed. Further, the correction process may be executed at a predetermined timing.

次に、電池監視装置30が実行する仮インピーダンス検出処理について図5に基づいて説明する。仮インピーダンス検出処理は、電流制御装置20の第1制御装置22からデジタル信号が入力されたタイミングで実行されてもよいし、デジタル信号が入力されてから所定時間経過してから実行されてもよい。また、所定周期ごと実行されてもよい。 Next, the temporary impedance detection process executed by the battery monitoring device 30 will be described based on FIG. 5. The temporary impedance detection process may be executed at the timing when the digital signal is input from the first control device 22 of the current control device 20, or may be executed after a predetermined period of time has passed after the digital signal is input. . Further, it may be executed at predetermined intervals.

電池監視装置30の第2制御装置31は、第1制御装置22から交流信号の周波数fs及び振幅Isに関するデジタル信号(デジタル情報)を入力(受信)すると、デジタル信号から交流信号の周波数fs及び振幅Isを取得する(ステップS201)。次に、第2制御装置31は、仮信号Tem1の振幅Is、周波数fs及び位相θtを設定する(ステップS202)。具体的には、ステップS201で取得した周波数fs及び振幅Isに基づいて、交流信号と仮信号Tem1の周波数及び振幅が同じとなるように、仮信号Tem1の周波数及び振幅を設定する。つまり、仮信号Tem1の周波数及び振幅を、それぞれステップS201で取得した周波数fs及び振幅Isとする。また、仮信号Tem1の位相θtを任意の位相に設定する。 When the second control device 31 of the battery monitoring device 30 inputs (receives) a digital signal (digital information) regarding the frequency fs and amplitude Is of the AC signal from the first control device 22, it receives the frequency fs and amplitude Is of the AC signal from the digital signal. Is is acquired (step S201). Next, the second control device 31 sets the amplitude Is, frequency fs, and phase θt of the temporary signal Tem1 (step S202). Specifically, based on the frequency fs and amplitude Is acquired in step S201, the frequency and amplitude of the temporary signal Tem1 are set so that the frequency and amplitude of the AC signal and the temporary signal Tem1 are the same. That is, the frequency and amplitude of the temporary signal Tem1 are set to the frequency fs and amplitude Is obtained in step S201, respectively. Further, the phase θt of the temporary signal Tem1 is set to an arbitrary phase.

次に、第2制御装置31は、仮信号Tem1の振幅Is、周波数fs及び位相θtを指示して、各電池セル11iの仮インピーダンス(Zi,θi)の検出を開始する(ステップS203)。つまり、第2制御装置31は、第2インピーダンス検出装置32に対して各電池セル11iの仮インピーダンスを検出させるように指示する。 Next, the second control device 31 instructs the amplitude Is, frequency fs, and phase θt of the temporary signal Tem1, and starts detecting the temporary impedance (Zi, θi) of each battery cell 11i (step S203). That is, the second control device 31 instructs the second impedance detection device 32 to detect the temporary impedance of each battery cell 11i.

第2インピーダンス検出装置32の第2正弦波生成回路33は、第2制御装置31からの指示を入力すると、指示に従って、仮信号Tem1を生成し、第2ロックインアンプ34iに対して出力する(ステップS204)。このとき、仮信号Tem1の振幅、周波数及び位相が、第2制御装置31から指示された振幅Is、周波数fs及び位相θtとなるように仮信号Tem1を生成する。 When the second sine wave generation circuit 33 of the second impedance detection device 32 receives an instruction from the second control device 31, it generates a temporary signal Tem1 according to the instruction and outputs it to the second lock-in amplifier 34i ( Step S204). At this time, the temporary signal Tem1 is generated so that the amplitude, frequency, and phase of the temporary signal Tem1 become the amplitude Is, frequency fs, and phase θt instructed by the second control device 31.

各第2ロックインアンプ34iは、所定のサンプリング時間Tsが経過するまで、監視対象とする各電池セル11iの電圧変動Viをそれぞれ取得する(ステップS205)。そして、前述したように、各第2ロックインアンプ34iは、各電池セル11iの電圧変動Viと、仮信号Tem1に基づいて、各電池セル11iの仮インピーダンス(Zi,θi)をそれぞれ検出する(ステップS206)。 Each second lock-in amplifier 34i obtains the voltage fluctuation Vi of each battery cell 11i to be monitored until a predetermined sampling time Ts has elapsed (step S205). As described above, each second lock-in amplifier 34i detects the temporary impedance (Zi, θi) of each battery cell 11i based on the voltage fluctuation Vi of each battery cell 11i and the temporary signal Tem1 ( Step S206).

第2制御装置31は、各第2ロックインアンプ34iから検出された仮インピーダンス(Zi,θi)を取得し、電流制御装置20の第1制御装置22に出力(送信)する(ステップS207)。そして、電池監視装置30は、個別インピーダンス検出処理を終了する。 The second control device 31 acquires the temporary impedance (Zi, θi) detected from each second lock-in amplifier 34i, and outputs (transmits) it to the first control device 22 of the current control device 20 (step S207). Then, the battery monitoring device 30 ends the individual impedance detection process.

次の補正処理について図6に基づいて説明する。電流制御装置20の第1制御装置22は、電流印加装置21によって交流信号を組電池10に印加させた後、第1の基準信号Ref1の振幅Is、周波数fs及び位相θsを指示し、組電池10のインピーダンス(Za,θa)の検出を開始する(ステップS301)。つまり、第1制御装置22は、第1インピーダンス検出装置23に対して組電池10のインピーダンスを検出するように指示する。このとき、第1の基準信号Ref1の振幅Is、周波数fs及び位相θsは、交流信号の振幅Is、周波数fs及び位相θsと同じである。 The next correction process will be explained based on FIG. 6. The first control device 22 of the current control device 20 causes the current application device 21 to apply an AC signal to the assembled battery 10, and then instructs the amplitude Is, frequency fs, and phase θs of the first reference signal Ref1, and then controls the assembled battery. Detection of the impedance (Za, θa) of 10 is started (step S301). That is, the first control device 22 instructs the first impedance detection device 23 to detect the impedance of the assembled battery 10. At this time, the amplitude Is, frequency fs, and phase θs of the first reference signal Ref1 are the same as the amplitude Is, frequency fs, and phase θs of the AC signal.

第1インピーダンス検出装置23の第1正弦波生成回路24は、第1制御装置22からの指示を入力すると、指示に従って、第1の基準信号Ref1を生成し、第1ロックインアンプ25に対して出力する(ステップS302)。 When the first sine wave generation circuit 24 of the first impedance detection device 23 receives an instruction from the first control device 22, it generates a first reference signal Ref1 according to the instruction, and outputs the first reference signal Ref1 to the first lock-in amplifier 25. Output (step S302).

第1ロックインアンプ25は、所定のサンプリング時間Tsが経過するまで、組電池10の電圧変動Vaを取得する(ステップS303)。そして、前述したように、第1ロックインアンプ25は、組電池10の電圧変動Vaと、第1の基準信号Ref1に基づいて、組電池10のインピーダンス(Za,θa)を検出する(ステップS304)。第1制御装置22は、第1ロックインアンプ25から検出された組電池10のインピーダンス(Za,θa)を取得する(ステップS305)。また、第1制御装置22は、第2制御装置31から出力された各電池セル11iの仮インピーダンス(Zi,θi)を入力(受信)する(ステップS306)。なお、ステップS306は、ステップS307の実行前において、任意のタイミングに実行されればよい。 The first lock-in amplifier 25 acquires the voltage fluctuation Va of the assembled battery 10 until the predetermined sampling time Ts has elapsed (step S303). Then, as described above, the first lock-in amplifier 25 detects the impedance (Za, θa) of the battery pack 10 based on the voltage fluctuation Va of the battery pack 10 and the first reference signal Ref1 (step S304). ). The first control device 22 acquires the impedance (Za, θa) of the assembled battery 10 detected from the first lock-in amplifier 25 (step S305). The first control device 22 also inputs (receives) the temporary impedance (Zi, θi) of each battery cell 11i output from the second control device 31 (step S306). Note that step S306 may be executed at any timing before step S307 is executed.

ここで、電流印加装置21、第1制御装置22、及び第1インピーダンス検出装置23は、電流制御装置20内において閉回路で構成されており、外部からのノイズの影響を受けにくい構成となっている。また、電流印加装置21、第1制御装置22、及び第1インピーダンス検出装置23は、近傍に配置されることとなり、相互を接続する配線が短くなり、位相θsを入出力する際に、ずれが生じにくい。このため、電流印加装置21と第1制御装置22との間、及び第1制御装置22と第1インピーダンス検出装置23との間において、振幅Is、周波数fs及び位相θsを正確に伝達することができる。 Here, the current application device 21, the first control device 22, and the first impedance detection device 23 are configured in a closed circuit within the current control device 20, and are configured to be less susceptible to external noise. There is. In addition, the current application device 21, the first control device 22, and the first impedance detection device 23 are arranged close to each other, so that the wiring connecting them is shortened, and when inputting and outputting the phase θs, there is no misalignment. Hard to occur. Therefore, it is possible to accurately transmit the amplitude Is, frequency fs, and phase θs between the current application device 21 and the first control device 22 and between the first control device 22 and the first impedance detection device 23. can.

したがって、組電池10のインピーダンス(Za,θa)をロックインアンプ方式にて検出する際、第1の基準信号Ref1は、組電池10に入力される交流信号に対して振幅Is、周波数fs及び位相θsが同じとなっている。 Therefore, when detecting the impedance (Za, θa) of the assembled battery 10 using the lock-in amplifier method, the first reference signal Ref1 has amplitude Is, frequency fs, and phase with respect to the AC signal input to the assembled battery 10. θs are the same.

また、第1制御装置22は、第2制御装置31に対して、交流信号の振幅Is及び周波数fsをデジタル情報にて送信しているため、第2制御装置31の設定する仮信号Tem1の振幅及び周波数は、交流信号(及び第1の基準信号Ref1)と同じとなる。一方、仮信号Tem1の位相θtは、第2制御装置31が任意に設定するため、仮信号Tem1の位相θtは、交流信号(及び第1の基準信号Ref1)と異なることとなる。 Furthermore, since the first control device 22 transmits the amplitude Is and frequency fs of the AC signal to the second control device 31 as digital information, the amplitude of the temporary signal Tem1 set by the second control device 31 is and the frequency are the same as the AC signal (and the first reference signal Ref1). On the other hand, the phase θt of the temporary signal Tem1 is arbitrarily set by the second control device 31, so the phase θt of the temporary signal Tem1 is different from the AC signal (and the first reference signal Ref1).

また、第2制御装置31及び第2インピーダンス検出装置32は、電池監視装置30内において閉回路で構成されており、外部からのノイズの影響を受けにくい構成となっている。また、第2制御装置31及び第2インピーダンス検出装置32は、近傍に配置されることとなり、相互を接続する配線が短くなり、位相θtを入出力する際に、ずれが生じにくい。このため、第2制御装置31と第2インピーダンス検出装置32との間において、振幅Is、周波数fs及び位相θtを正確に伝達することができる。 Further, the second control device 31 and the second impedance detection device 32 are configured in a closed circuit within the battery monitoring device 30, and are configured to be less susceptible to external noise. Further, the second control device 31 and the second impedance detection device 32 are arranged close to each other, so that the wiring connecting them to each other is shortened, and a shift is less likely to occur when inputting and outputting the phase θt. Therefore, the amplitude Is, the frequency fs, and the phase θt can be accurately transmitted between the second control device 31 and the second impedance detection device 32.

そして、組電池10は、電池セル11iが直列に接続されており、また、交流信号、基準信号Ref1、及び仮信号Tem1の振幅及び周波数は同じとされている。以上のことから、組電池10のインピーダンスの絶対値Zaは、仮インピーダンス(Zi,θi)のベクトル合算値の絶対値(大きさ)と同じになる。一方で、第1の基準信号Ref1と仮信号Tem1との位相差(θt-θs)に応じて、組電池10のインピーダンスの位相θaと、仮インピーダンス(Zi,θi)のベクトル合算値の位相とがずれることとなる。 In the assembled battery 10, the battery cells 11i are connected in series, and the amplitude and frequency of the AC signal, the reference signal Ref1, and the temporary signal Tem1 are the same. From the above, the absolute value Za of the impedance of the battery pack 10 is the same as the absolute value (magnitude) of the vector sum of the temporary impedances (Zi, θi). On the other hand, depending on the phase difference (θt−θs) between the first reference signal Ref1 and the temporary signal Tem1, the phase θa of the impedance of the assembled battery 10 and the phase of the vector sum of the temporary impedances (Zi, θi) are determined. will be shifted.

ここで、図7に基づいて、上記原理について詳しく説明する。なお、図7は、説明を簡単にするため、組電池10を構成する電池セル11iの数を3つにして説明するが、電池セル11iの数をいくつにしても理屈は同じである。以下では、電池セル111の仮インピーダンスを、仮インピーダンス(Z1,θ1)と示し、電池セル112の仮インピーダンスを、仮インピーダンス(Z2,θ2)と示し、電池セル113の仮インピーダンスを、仮インピーダンス(Z3,θ3)と示す。 Here, the above principle will be explained in detail based on FIG. 7. Note that, in order to simplify the explanation, FIG. 7 will be described with the number of battery cells 11i constituting the assembled battery 10 being three, but the theory is the same regardless of the number of battery cells 11i. In the following, the temporary impedance of the battery cell 111 is denoted as temporary impedance (Z1, θ1), the temporary impedance of the battery cell 112 is denoted as temporary impedance (Z2, θ2), and the temporary impedance of the battery cell 113 is denoted as temporary impedance ( Z3, θ3).

図7(a)に示すように、仮インピーダンス(Z1,θ1)と、仮インピーダンス(Z2,θ2)と、仮インピーダンス(Z3,θ3)と、を合算すると、ベクトル合算値(Zb,θb)となる。ベクトル合算値(Zb,θb)の位相θbは、仮信号Tem1を基準(ゼロ)とした場合の仮信号Tem1に対する位相差である。 As shown in FIG. 7(a), when the temporary impedance (Z1, θ1), the temporary impedance (Z2, θ2), and the temporary impedance (Z3, θ3) are added together, the vector sum value (Zb, θb) is obtained. Become. The phase θb of the vector sum value (Zb, θb) is the phase difference with respect to the temporary signal Tem1 when the temporary signal Tem1 is used as a reference (zero).

一方、図7(b)に示すように、組電池10のインピーダンス(Za,θa)は、第1の基準信号Ref1(=交流信号)を基準(ゼロ)としたものである。つまり、組電池10のインピーダンスの位相θaは、第1の基準信号Ref1を基準(ゼロ)とした場合の第1の基準信号Ref1に対する位相差である。 On the other hand, as shown in FIG. 7(b), the impedance (Za, θa) of the assembled battery 10 is based on the first reference signal Ref1 (=AC signal) (zero). That is, the phase θa of the impedance of the assembled battery 10 is a phase difference with respect to the first reference signal Ref1 when the first reference signal Ref1 is used as a reference (zero).

前述したように、第1の基準信号Ref1,仮信号Tem1、及び交流信号の振幅Is及び周波数fsは同じである。このため、組電池10のインピーダンスの絶対値Zaは、ベクトル合算値の絶対値Zbと同じである。したがって、組電池10のインピーダンス(Za,θa)、ベクトル合算値(Zb,θb)、第1の基準信号Ref1及び仮信号Tem1は、図7のように図示することが可能となる。 As described above, the amplitude Is and frequency fs of the first reference signal Ref1, temporary signal Tem1, and AC signal are the same. Therefore, the absolute value Za of the impedance of the assembled battery 10 is the same as the absolute value Zb of the vector sum value. Therefore, the impedance (Za, θa) of the assembled battery 10, the vector sum value (Zb, θb), the first reference signal Ref1, and the temporary signal Tem1 can be illustrated as shown in FIG.

この図7によれば、数式(3)に示すように、仮信号Tem1と第1の基準信号Ref1の位相差(θt-θs)は、ベクトル合算値の位相θbと組電池10のインピーダンスの位相θaとの位相差(θa-θb)に相当することがわかる。そして、ベクトル合算値の位相θbは、各電池セル11iの仮インピーダンス(Z1,θ1),(Z2,θ2),(Z3,θ3)及びベクトル合算値の絶対値Zbに基づいて算出可能である。そして、ベクトル合算値の絶対値Zbは、組電池10のインピーダンスの絶対値Zaと同じであることから、数式(4)に示すように算出することができる。 According to FIG. 7, as shown in equation (3), the phase difference (θt−θs) between the temporary signal Tem1 and the first reference signal Ref1 is equal to the phase θb of the vector sum and the phase of the impedance of the assembled battery 10. It can be seen that this corresponds to the phase difference (θa−θb) with respect to θa. The phase θb of the vector summation value can be calculated based on the temporary impedances (Z1, θ1), (Z2, θ2), (Z3, θ3) of each battery cell 11i and the absolute value Zb of the vector summation value. Since the absolute value Zb of the vector sum is the same as the absolute value Za of the impedance of the assembled battery 10, it can be calculated as shown in equation (4).

そして、数式(5)に示すように、ベクトル合算値と組電池10のインピーダンスとの位相差(θa-θb)に基づいて、各電池セル11iの仮インピーダンスの位相θiを補正して、第1の基準信号Ref1を基準とする各電池セル11iの真インピーダンス(Zsi,θsi)を算出することができる。なお、真インピーダンスの絶対値Zsiは、仮インピーダンスの絶対値Ziと同じ値であることから、仮インピーダンスの絶対値Ziに基づいて算出できる。

Figure 0007435527000002
Then, as shown in formula (5), the phase θi of the temporary impedance of each battery cell 11i is corrected based on the phase difference (θa−θb) between the vector sum value and the impedance of the assembled battery 10, and the first It is possible to calculate the true impedance (Zsi, θsi) of each battery cell 11i using the reference signal Ref1 as a reference. Note that since the absolute value Zsi of the true impedance is the same value as the absolute value Zi of the temporary impedance, it can be calculated based on the absolute value Zi of the temporary impedance.
Figure 0007435527000002

ここで、補正処理についての説明に戻る。第1制御装置22は、各電池セル11iの仮インピーダンス(Zi,θi)を取得すると(ステップS306)、次に、取得した仮インピーダンス(Zi,θi)のベクトル合算値の位相θbを、数式(4)と同様の方法で、算出する(ステップS307)。つまり、第1制御装置22は、各電池セル11iのインピーダンス(Zi,θi)及び組電池10のインピーダンスの絶対値Zaに基づいて、ベクトル合算値の位相θbを算出する。 Here, we return to the explanation of the correction process. After acquiring the temporary impedance (Zi, θi) of each battery cell 11i (step S306), the first control device 22 then calculates the phase θb of the vector sum of the acquired temporary impedances (Zi, θi) using the formula ( Calculate using the same method as 4) (step S307). That is, the first control device 22 calculates the phase θb of the vector sum value based on the impedance (Zi, θi) of each battery cell 11i and the absolute value Za of the impedance of the assembled battery 10.

次に、第1制御装置22は、数式(3)に基づいて、仮信号Tem1と第1の基準信号Ref1の位相差(θt-θs)、つまり、ベクトル合算値と組電池10のインピーダンスとの位相差(θa-θb)を算出する(ステップS308)。そして、第1制御装置22は、数式(5)に基づいて、各仮インピーダンスの位相ずれを補正し、第1の基準信号Ref1に対する各電池セル11iの真インピーダンス(Zsi,θsi)を算出する(ステップS308)。そして、補正処理を終了する。 Next, the first control device 22 calculates the phase difference (θt−θs) between the temporary signal Tem1 and the first reference signal Ref1, that is, the difference between the vector sum value and the impedance of the assembled battery 10, based on equation (3). A phase difference (θa−θb) is calculated (step S308). Then, the first control device 22 corrects the phase shift of each provisional impedance based on formula (5), and calculates the true impedance (Zsi, θsi) of each battery cell 11i with respect to the first reference signal Ref1 ( Step S308). Then, the correction process ends.

その後、算出された各電池セル11iの真インピーダンス(Zsi,θsi)に基づいて、各電池セル11iの状態が監視される。例えば、第1制御装置22は、真インピーダンス(Zsi,θsi)を外部装置に出力し、外部装置によって各電池セル11iの状態が監視される。なお、第1制御装置22や、第2制御装置31によって、各電池セル11iの状態が監視されてもよい。 Thereafter, the state of each battery cell 11i is monitored based on the calculated true impedance (Zsi, θsi) of each battery cell 11i. For example, the first control device 22 outputs the true impedance (Zsi, θsi) to an external device, and the state of each battery cell 11i is monitored by the external device. Note that the state of each battery cell 11i may be monitored by the first control device 22 or the second control device 31.

以上、本実施形態によれば、以下の効果を有する。 As described above, this embodiment has the following effects.

(1)交流信号の位相θsは、時間に関連する情報(タイミングに係る情報)であり、アナログ信号(アナログ情報)でしか送れない。このため、電流制御装置20と電池監視装置30との間の配線、つまり、第1制御装置22と、第2インピーダンス検出装置32との間の配線が長い場合、交流信号の位相θsに関する情報を送信しても、通信遅れから位相のずれが生じてしまう。また、車載用の組電池10の場合、補機が接続されていることから、補機に基づくノイズが混入することが多い。このため、組電池10を流れる電流を測定して、電流印加装置21から入力された交流信号を特定することも困難となっている。 (1) The phase θs of the AC signal is time-related information (timing-related information) and can only be sent as an analog signal (analog information). Therefore, when the wiring between the current control device 20 and the battery monitoring device 30, that is, the wiring between the first control device 22 and the second impedance detection device 32, is long, information regarding the phase θs of the AC signal is Even if it is transmitted, a phase shift will occur due to communication delay. Furthermore, in the case of the assembled battery 10 for use in a vehicle, since auxiliary equipment is connected, noise due to the auxiliary equipment is often mixed in. For this reason, it is also difficult to measure the current flowing through the assembled battery 10 and identify the AC signal input from the current application device 21.

そこで、上記電池測定システム100では、まず、組電池10のインピーダンス(Za,θa)を検出する第1インピーダンス検出装置23を備えた。また、交流信号の振幅Is及び周波数fsに関するデジタル信号(デジタル情報)を入力し、それらに基づいて仮信号Tem1を決定する第2制御装置31と、仮信号Tem1と各電池セル11iの電圧変動Viに基づいて、各電池セル11iの仮インピーダンス(Zi,θi)を検出する第2インピーダンス検出装置32を備えた。 Therefore, the battery measurement system 100 described above first includes a first impedance detection device 23 that detects the impedance (Za, θa) of the assembled battery 10. Also, a second control device 31 inputs a digital signal (digital information) regarding the amplitude Is and frequency fs of the AC signal and determines the temporary signal Tem1 based on them, and the temporary signal Tem1 and the voltage fluctuation Vi of each battery cell 11i. A second impedance detection device 32 was provided to detect the temporary impedance (Zi, θi) of each battery cell 11i based on the following.

そして、第1制御装置22に、各電池セル11iの仮インピーダンス(Zi,θi)を合算したベクトル合算値(Zb,θb)と、組電池10のインピーダンス(Za,θa)と、を比較することにより、交流信号(=第1の基準信号Ref1)と仮信号Tem1の位相差(θt-θs)を特定し、当該位相差に基づいて、仮インピーダンスの位相θiを補正して、真インピーダンスの位相θsiを算出する補正部としての機能を備えた。これにより、各電池セル11iの真インピーダンス(Zsi,θsi)を精度よく検出することが可能となる。 The first control device 22 then compares the vector summation value (Zb, θb) obtained by summing up the temporary impedances (Zi, θi) of each battery cell 11i with the impedance (Za, θa) of the assembled battery 10. The phase difference (θt−θs) between the AC signal (=first reference signal Ref1) and the temporary signal Tem1 is specified, and based on the phase difference, the phase θi of the temporary impedance is corrected to obtain the phase of the true impedance. It has a function as a correction section that calculates θsi. This makes it possible to accurately detect the true impedance (Zsi, θsi) of each battery cell 11i.

(2)電流制御装置20は、第1制御装置22と、電流印加装置21と、第1インピーダンス検出装置23と、を有する。これにより、第1制御装置22と、電流印加装置21と、第1インピーダンス検出装置23を、電流制御装置20内で閉経路とすることが可能となり、第1制御装置22と、電流印加装置21と、第1インピーダンス検出装置23との相互間でノイズが混入することを抑制することができる。 (2) The current control device 20 includes a first control device 22, a current application device 21, and a first impedance detection device 23. This allows the first control device 22, the current application device 21, and the first impedance detection device 23 to form a closed path within the current control device 20, and the first control device 22 and the current application device 21 It is possible to suppress noise from being mixed between the first impedance detection device 23 and the first impedance detection device 23.

一方、電池監視装置30は、第2制御装置31と、第2インピーダンス検出装置32とを備える。第2制御装置31と、第2インピーダンス検出装置32は、電池監視装置30内で閉経路とすることが可能となり、第2制御装置31と第2インピーダンス検出装置32の間でノイズが混入することを抑制することができる。なお、振幅Is及び周波数fsは、デジタル情報で入出力されるため、電流制御装置20と、電池監視装置30との間の配線が長くなっても情報伝達精度が低下することはない。 On the other hand, the battery monitoring device 30 includes a second control device 31 and a second impedance detection device 32. The second control device 31 and the second impedance detection device 32 can be connected in a closed path within the battery monitoring device 30, which prevents noise from entering between the second control device 31 and the second impedance detection device 32. can be suppressed. Note that since the amplitude Is and the frequency fs are input and output as digital information, the accuracy of information transmission does not deteriorate even if the wiring between the current control device 20 and the battery monitoring device 30 becomes long.

(3)第2正弦波生成回路33は、全ての第2ロックインアンプ34iに接続されており、各第2ロックインアンプ34iに対して仮信号Tem1を同期させて出力することができる。このため、各電池セル11iの仮インピーダンス(Zi,θi)を検出する際に、基準とすべき仮信号Tem1に対して仮インピーダンス(Zi,θi)の相互間で位相差が生じることを抑制することができる。これにより、真インピーダンス(Zsi,θsi)の検出精度を向上させることが可能となる。 (3) The second sine wave generation circuit 33 is connected to all the second lock-in amplifiers 34i, and can synchronize and output the temporary signal Tem1 to each second lock-in amplifier 34i. Therefore, when detecting the temporary impedance (Zi, θi) of each battery cell 11i, it is possible to suppress the occurrence of a phase difference between the temporary impedances (Zi, θi) with respect to the temporary signal Tem1 to be used as a reference. be able to. This makes it possible to improve the detection accuracy of true impedance (Zsi, θsi).

(第2実施形態)
第1実施形態の電池測定システム100は、その構成の一部を変更してもよい。ここで、第2実施形態の電池測定システム100について説明する。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。
(Second embodiment)
The battery measurement system 100 of the first embodiment may partially change its configuration. Here, a battery measurement system 100 according to a second embodiment will be described. In this second embodiment, the basic configuration will be explained using the first embodiment as an example.

第2実施形態の電池測定システム100では、図8に示すように、電池セル11iごとに、第2検出部としての第2インピーダンス検出装置32i(i=1,2,3,4,5,6)が設けられている。そして、各第2インピーダンス検出装置32iには、それぞれ第2正弦波生成回路33i(i=1,2,3,4,5,6)と、第2正弦波生成回路33iから信号が入力される第2ロックインアンプ34iが設けられている。 In the battery measurement system 100 of the second embodiment, as shown in FIG. 8, a second impedance detection device 32i (i=1, 2, 3, 4, 5, 6 ) is provided. Signals are input to each second impedance detection device 32i from a second sine wave generation circuit 33i (i=1, 2, 3, 4, 5, 6) and a second sine wave generation circuit 33i, respectively. A second lock-in amplifier 34i is provided.

各第2インピーダンス検出装置32iは、仮信号Tem1の振幅Is及び周波数fsの指示を入力可能とするため、第2制御装置31に接続されている。また、第2制御装置31は、仮信号Tem1の出力開始タイミングを揃えるために、仮信号Tem1の位相を制御する同期信号を出力するように構成されている。同期信号は、図9に示すように、仮信号Tem1の振幅Is及び周波数fsの指示が行われた後、所定のタイミングで出力される。 Each second impedance detection device 32i is connected to the second control device 31 so that instructions for the amplitude Is and frequency fs of the temporary signal Tem1 can be input. Further, the second control device 31 is configured to output a synchronization signal that controls the phase of the temporary signal Tem1 in order to align the output start timing of the temporary signal Tem1. As shown in FIG. 9, the synchronization signal is output at a predetermined timing after the amplitude Is and frequency fs of the temporary signal Tem1 are specified.

そして、この同期信号が伝送される電気経路上に、各第2インピーダンス検出装置32iが直列に接続されるように配置されている。より詳しくは、各第2インピーダンス検出装置32iは、1列に配置されており、隣り合う第2インピーダンス検出装置32i同士が接続されることにより直列に接続されている。 The second impedance detection devices 32i are arranged so as to be connected in series on the electrical path through which this synchronization signal is transmitted. More specifically, the second impedance detection devices 32i are arranged in one row, and are connected in series by connecting adjacent second impedance detection devices 32i to each other.

そして、第2制御装置31から出力された同期信号は、直列に接続された各第2インピーダンス検出装置32iのうち、第1端側の第2インピーダンス検出装置326に入力される。そして、第1端側の第2インピーダンス検出装置326は、同期信号を入力すると、隣接する第2インピーダンス検出装置325に出力(伝送)する。同様にして、第1端側の第2インピーダンス検出装置32iは、同期信号を入力すると、隣接する第2端側の第2インピーダンス検出装置32(i-1)に出力(伝送)する。これにより、第1端側の第2インピーダンス検出装置326から第2端側の第2インピーダンス検出装置321に至るまで、同期信号が順次伝送されることとなる。 The synchronization signal output from the second control device 31 is input to the second impedance detection device 326 on the first end side among the second impedance detection devices 32i connected in series. When the second impedance detection device 326 on the first end side receives the synchronization signal, it outputs (transmits) it to the adjacent second impedance detection device 325. Similarly, when the second impedance detection device 32i on the first end side receives a synchronization signal, it outputs (transmits) it to the adjacent second impedance detection device 32(i-1) on the second end side. As a result, the synchronization signal is sequentially transmitted from the second impedance detection device 326 on the first end side to the second impedance detection device 321 on the second end side.

各第2インピーダンス検出装置32iは、同期信号を入力すると、図9に示すように、第2正弦波生成回路33iにより、仮信号Tem1を生成し、第2ロックインアンプ34iに出力する。第2ロックインアンプ34iは、第1実施形態と同様に、仮信号Tem1、及び各電池セル11iの電圧変動Viに基づいて、仮インピーダンス(Zi,θi)を検出し、第2制御装置31に出力する。以上により、第2正弦波生成回路33iの構成を任意に変更することが可能となる。 When each second impedance detection device 32i receives the synchronization signal, the second sine wave generation circuit 33i generates a temporary signal Tem1 and outputs it to the second lock-in amplifier 34i, as shown in FIG. Similarly to the first embodiment, the second lock-in amplifier 34i detects the temporary impedance (Zi, θi) based on the temporary signal Tem1 and the voltage fluctuation Vi of each battery cell 11i, and transmits the detected impedance to the second control device 31. Output. As described above, it is possible to arbitrarily change the configuration of the second sine wave generation circuit 33i.

(第3実施形態)
上記実施形態の電池測定システム100は、その構成の一部を変更してもよい。ここで、第3実施形態の電池測定システム100について説明する。この第3実施形態では、基本構成として、第2実施形態のものを例に説明する。
(Third embodiment)
The battery measurement system 100 of the above embodiment may partially change its configuration. Here, a battery measurement system 100 according to a third embodiment will be described. In this third embodiment, the basic configuration will be explained using the second embodiment as an example.

図10は、電池監視装置30の第2インピーダンス検出装置32iを拡大して表示した図である。図10に示すように、第3実施形態の電池測定システム100の電池監視装置30では、第2実施形態と同様に、電池セル11iごとに、第2検出部としての第2インピーダンス検出装置32i(i=1,2,3,4,5,6)が設けられている。 FIG. 10 is an enlarged view of the second impedance detection device 32i of the battery monitoring device 30. As shown in FIG. 10, in the battery monitoring device 30 of the battery measurement system 100 of the third embodiment, as in the second embodiment, a second impedance detection device 32i (as a second detection section) is detected for each battery cell 11i. i=1, 2, 3, 4, 5, 6).

ここで、各第2インピーダンス検出装置32iが、隣接する第2インピーダンス検出装置32iに同期信号を伝送する際、伝送遅れなどにより同期信号の入出力タイミングにわずかなずれが生じる可能性がある。このずれを残したままにしておくと、結果として各第2インピーダンス検出装置32iの相互間において仮信号Tem1に位相ずれが生じる虞がある。 Here, when each second impedance detection device 32i transmits a synchronization signal to an adjacent second impedance detection device 32i, a slight shift may occur in the input/output timing of the synchronization signal due to a transmission delay or the like. If this shift is left as is, there is a possibility that a phase shift will occur in the temporary signal Tem1 between the respective second impedance detection devices 32i.

そこで、第3実施形態の電池測定システム100では、次のように処理することにより、仮信号Tem1の位相を揃えるようにしている。以下、詳しく説明する。なお、隣接する第2インピーダンス検出装置32iの間における伝送遅れ時間tdは、いずれも同じであることを前提とする。 Therefore, in the battery measurement system 100 of the third embodiment, the phases of the temporary signals Tem1 are aligned by processing as follows. This will be explained in detail below. Note that it is assumed that the transmission delay time td between adjacent second impedance detection devices 32i is the same.

図11に示すように、第2制御装置31から第1同期信号が出力されると、第2実施形態と同様に、第1端側の第2インピーダンス検出装置326から第2端側の第2インピーダンス検出装置321に至るまで、第1同期信号が順次伝送される。そして、第2端側の第2インピーダンス検出装置321は、第1同期信号を入力すると、所定の待機時間ta1が経過した後、隣接する第2インピーダンス検出装置322に第2同期信号を出力する。第2インピーダンス検出装置322は、第2同期信号を入力すると、隣接する第1端側の第2インピーダンス検出装置323に第2同期信号を出力する。以降、同様にして、第2端側の第2インピーダンス検出装置321から第1端側の第2インピーダンス検出装置326に至るまで、第2同期信号が順次伝送される。 As shown in FIG. 11, when the first synchronization signal is output from the second control device 31, the second impedance detection device 326 on the first end side outputs the second synchronization signal on the second end side, similarly to the second embodiment. The first synchronization signal is sequentially transmitted up to the impedance detection device 321. When the second impedance detection device 321 on the second end side receives the first synchronization signal, it outputs the second synchronization signal to the adjacent second impedance detection device 322 after a predetermined standby time ta1 has elapsed. When the second impedance detection device 322 receives the second synchronization signal, it outputs the second synchronization signal to the second impedance detection device 323 on the adjacent first end side. Thereafter, in the same manner, the second synchronization signal is sequentially transmitted from the second impedance detection device 321 on the second end side to the second impedance detection device 326 on the first end side.

そして、各第2インピーダンス検出装置32iは、第2同期信号の入出力タイミングから、第1同期信号の入出力タイミングを減算する。これにより、各第2インピーダンス検出装置32iは、第2端側に第1同期信号を出力してから、往復の起点となる第2端側より第2同期信号が戻ってくるまでの時間taiをそれぞれ算出する。 Then, each second impedance detection device 32i subtracts the input/output timing of the first synchronization signal from the input/output timing of the second synchronization signal. As a result, each second impedance detection device 32i calculates the time tai from outputting the first synchronization signal to the second end until the second synchronization signal returns from the second end, which is the starting point of the round trip. Calculate each.

次に、各第2インピーダンス検出装置32iは、数式(6)に従って待機時間tbiを決定する。なお、予め第2インピーダンス検出装置326において、第1同期信号を入力してから第2同期信号を出力(返信)するまでの時間ta6、及び第2同期信号を出力(返信)してから電流波形トリガを発生させるまでの待機時間tb6は予め定められており、かつ、各第2インピーダンス検出装置32iに記憶されているものとする。 Next, each second impedance detection device 32i determines the waiting time tbi according to equation (6). Note that in the second impedance detection device 326, the time ta6 from inputting the first synchronization signal to outputting (replying) the second synchronization signal, and the current waveform after outputting (replying) the second synchronization signal, are determined in advance. It is assumed that the waiting time tb6 until the trigger is generated is predetermined and stored in each second impedance detection device 32i.

そして、各第2インピーダンス検出装置32iは、第2同期信号を入力したときから待機時間tbiの経過後、電流波形トリガを発生させ、それを契機に、第2正弦波生成回路33iにより仮信号Tem1を生成させ、出力させる。これにより、仮インピーダンス(Zi,θi)の検出が開始する。

Figure 0007435527000003
Then, each second impedance detection device 32i generates a current waveform trigger after a waiting time tbi has elapsed since inputting the second synchronization signal, and using this as an opportunity, the second sine wave generation circuit 33i generates a temporary signal Tem1. Generate and output. As a result, detection of temporary impedance (Zi, θi) starts.
Figure 0007435527000003

これにより、各第2インピーダンス検出装置32iにおいて、伝送遅れ時間tdが補正され、同時に仮信号Tem1を出力させ、各第2インピーダンス検出装置32iの相互間において、仮信号Tem1に位相がずれないようにすることができる。よって、仮インピーダンス(Zi,θi)の検出精度を向上させることができる。 As a result, the transmission delay time td is corrected in each second impedance detection device 32i, and the temporary signal Tem1 is simultaneously outputted, so that the phase of the temporary signal Tem1 does not shift between the second impedance detection devices 32i. can do. Therefore, the detection accuracy of temporary impedance (Zi, θi) can be improved.

(上記実施形態の変形例)
・上記実施形態において、図12~図14に示すように電池測定システム100の構成の一部を変更してもよい。すなわち、図12の電池測定システム100では、複数(図12では3つ)の電池セル11iを監視対象として複数の第2インピーダンス検出装置32a,32bが設けられている。そして、各第2インピーダンス検出装置32a,32bには、それぞれ電池セル11iごとに第2ロックインアンプ34iが設けられている。なお、各第2インピーダンス検出装置32a,32bには、それぞれ1つの第2正弦波生成回路33a,33bが設けられている。各第2正弦波生成回路33a,33bは、複数の第2ロックインアンプ34iに対して仮信号Tem1を出力するように構成されている。なお、仮信号Tem1の位相を同期させるために、第2実施形態や第3実施形態と同様に、同期信号が入出力されるように構成されている。
(Modified example of the above embodiment)
- In the above embodiment, a part of the configuration of the battery measurement system 100 may be changed as shown in FIGS. 12 to 14. That is, in the battery measurement system 100 of FIG. 12, a plurality of second impedance detection devices 32a and 32b are provided to monitor a plurality of (three in FIG. 12) battery cells 11i. Each second impedance detection device 32a, 32b is provided with a second lock-in amplifier 34i for each battery cell 11i. Note that each second impedance detection device 32a, 32b is provided with one second sine wave generation circuit 33a, 33b, respectively. Each second sine wave generation circuit 33a, 33b is configured to output a temporary signal Tem1 to the plurality of second lock-in amplifiers 34i. Note that, in order to synchronize the phase of the temporary signal Tem1, a synchronization signal is input and output similarly to the second embodiment and the third embodiment.

また、図13の電池測定システム100では、直列に接続された複数(図13では3つ)の電池セル11iを監視対象として複数の第2インピーダンス検出装置32a,32bが設けられている。この図13の電池測定システム100では、第2インピーダンス検出装置32aは、直列に接続された複数の電池セル111~113から構成されるセルモジュールを1つの監視対象とし、当該セルモジュールの仮インピーダンス(Z10,θ10)を検出する。また、第2インピーダンス検出装置32bは、直列に接続された複数の電池セル114~116から構成されるセルモジュールを1つの監視対象とし、当該セルモジュールの仮インピーダンス(Z20,θ20)を検出する。このため、各第2インピーダンス検出装置32a,32bには、それぞれセルモジュールごとに第2ロックインアンプ34a,34bが設けられている。 Moreover, in the battery measurement system 100 of FIG. 13, a plurality of second impedance detection devices 32a and 32b are provided to monitor a plurality of (three in FIG. 13) battery cells 11i connected in series. In the battery measurement system 100 of FIG. 13, the second impedance detection device 32a monitors a cell module composed of a plurality of battery cells 111 to 113 connected in series, and the temporary impedance ( Z10, θ10) is detected. Further, the second impedance detection device 32b uses a cell module composed of a plurality of battery cells 114 to 116 connected in series as one monitoring target, and detects the temporary impedance (Z20, θ20) of the cell module. For this reason, each second impedance detection device 32a, 32b is provided with a second lock-in amplifier 34a, 34b for each cell module.

各第2インピーダンス検出装置32a,32bには、それぞれ1つの第2正弦波生成回路33a,33bが設けられている。各第2正弦波生成回路33a,33bは、第2ロックインアンプ34a,34bに対してそれぞれ仮信号Tem1を出力するように構成されている。なお、仮信号Tem1の位相を同期させるために、第2実施形態や第3実施形態と同様に、同期信号が入出力されるように構成されている。 Each second impedance detection device 32a, 32b is provided with one second sine wave generation circuit 33a, 33b, respectively. Each second sine wave generation circuit 33a, 33b is configured to output a temporary signal Tem1 to the second lock-in amplifier 34a, 34b, respectively. Note that, in order to synchronize the phase of the temporary signal Tem1, a synchronization signal is input and output similarly to the second embodiment and the third embodiment.

図13の電池測定システム100では、上記実施形態と同様に位相ずれを補正し、最終的にセルモジュールの真インピーダンスを算出することとなる。 In the battery measurement system 100 of FIG. 13, the phase shift is corrected similarly to the above embodiment, and the true impedance of the cell module is finally calculated.

図14の電池測定システム100では、1つの第2インピーダンス検出装置32が設けられている。この第2インピーダンス検出装置32では、複数の第2ロックインアンプ3412,343,344,3456が設けられている。各第2ロックインアンプ3412,343,344,3456は、1又は複数の電池セル11iを監視対象として構成されている。具体的には、第2ロックインアンプ3412,3456は、複数の電池セル111,112,115,116から構成されるセルモジュールを監視対象とし、それぞれセルモジュールの仮インピーダンス(Z12,θ12)(Z56,θ56)を検出する。一方、第2ロックインアンプ343,344は、1の電池セル113,114を監視対象とし、それぞれ電池セル113,114の仮インピーダンス(Z3,θ3)(Z4,θ4)を検出する。 In the battery measurement system 100 of FIG. 14, one second impedance detection device 32 is provided. This second impedance detection device 32 is provided with a plurality of second lock-in amplifiers 3412, 343, 344, and 3456. Each second lock-in amplifier 3412, 343, 344, 3456 is configured to monitor one or more battery cells 11i. Specifically, the second lock-in amplifiers 3412, 3456 monitor a cell module composed of a plurality of battery cells 111, 112, 115, 116, and calculate the temporary impedance (Z12, θ12) (Z56) of each cell module. , θ56). On the other hand, the second lock-in amplifiers 343 and 344 monitor one battery cell 113 and 114, and detect temporary impedances (Z3, θ3) (Z4, θ4) of the battery cells 113 and 114, respectively.

図14の電池測定システム100では、上記実施形態と同様に位相ずれを補正し、最終的に電池セル113,114の真インピーダンスと、電池セル111,112から構成されるセルモジュールの真インピーダンスと、電池セル115,116から構成されるセルモジュールの真インピーダンスを算出することとなる。 In the battery measurement system 100 of FIG. 14, the phase shift is corrected in the same manner as in the above embodiment, and finally the true impedance of the battery cells 113, 114, the true impedance of the cell module composed of the battery cells 111, 112, The true impedance of the cell module composed of the battery cells 115 and 116 will be calculated.

なお、電池セル11iの中で平均温度が高くなりやすい電池セル113,114に対しては、それぞれ1つの第2ロックインアンプ343,344が仮インピーダンスを検出するように構成されている。一方、他の第2ロックインアンプ3412,3456は、平均温度が低くなりやすい複数の電池セル11iを監視対象としている。 Note that one second lock-in amplifier 343, 344 is configured to detect the temporary impedance of each of the battery cells 113, 114 whose average temperature tends to be high among the battery cells 11i. On the other hand, the other second lock-in amplifiers 3412 and 3456 monitor the plurality of battery cells 11i whose average temperature tends to be low.

すなわち、図14の電池測定システム100では、電池セル11iの中で平均温度が高くなりやすい電池セル113,114に対しては、精度よく仮インピーダンスを検出するように構成されている。その一方で、平均温度が低くなりやすい他の電池セル11iに対しては、精度が悪くなるのを許容して、1つの第2ロックインアンプ3412,3456が、複数の電池セル11iを監視対象としている。これにより、製造コストを抑制することができる。 That is, the battery measurement system 100 of FIG. 14 is configured to accurately detect the temporary impedance of the battery cells 113 and 114, which tend to have high average temperatures among the battery cells 11i. On the other hand, one second lock-in amplifier 3412, 3456 monitors multiple battery cells 11i while allowing the accuracy to deteriorate for other battery cells 11i whose average temperature tends to be low. It is said that Thereby, manufacturing costs can be suppressed.

・上記実施形態において、図15~図16に示すように電池測定システム100の構成の一部を変更してもよい。すなわち、図15の電池測定システム100では、複数の第1インピーダンス検出装置23a,23bが設けられている。各第1インピーダンス検出装置23a,23bは、それぞれ直列に接続された複数の電池セル11iから構成されるセルモジュールのインピーダンスを検出するように構成されている。組電池10のインピーダンス(Za,θa)は、各第1インピーダンス検出装置23a,23bが検出したセルモジュールのインピーダンスを合算すればよい。 - In the above embodiment, a part of the configuration of the battery measurement system 100 may be changed as shown in FIGS. 15 and 16. That is, in the battery measurement system 100 of FIG. 15, a plurality of first impedance detection devices 23a and 23b are provided. Each of the first impedance detection devices 23a and 23b is configured to detect the impedance of a cell module composed of a plurality of battery cells 11i connected in series. The impedance (Za, θa) of the battery pack 10 can be determined by adding up the impedances of the cell modules detected by the first impedance detection devices 23a and 23b.

図16の電池測定システム100では、図15と同様に、複数の第1インピーダンス検出装置23a,23bが設けられている。なお、組電池10のインピーダンス(Za,θa)は、各第1インピーダンス検出装置23a,23bが検出したセルモジュールのインピーダンスを合算すればよい。 In the battery measurement system 100 of FIG. 16, a plurality of first impedance detection devices 23a and 23b are provided, as in FIG. 15. Note that the impedance (Za, θa) of the assembled battery 10 can be determined by summing the impedances of the cell modules detected by each of the first impedance detection devices 23a and 23b.

図16の第2インピーダンス検出装置32では、複数の第2ロックインアンプ3412,3434,3456が設けられている。各第2ロックインアンプ3412,3434,3456は、複数の電池セル11iから構成されるセルモジュールを監視対象として構成されている。そして、それぞれセルモジュールの仮インピーダンス(Z12,θ12)(Z34,θ34)(Z56,θ56)を検出する。 In the second impedance detection device 32 of FIG. 16, a plurality of second lock-in amplifiers 3412, 3434, and 3456 are provided. Each of the second lock-in amplifiers 3412, 3434, and 3456 is configured to monitor a cell module composed of a plurality of battery cells 11i. Then, the tentative impedances (Z12, θ12) (Z34, θ34) (Z56, θ56) of the cell modules are detected, respectively.

図15の電池測定システム100では、上記実施形態と同様に位相ずれを補正し、最終的に電池セル111,112から構成されるセルモジュールの真インピーダンスと、電池セル113,114から構成されるセルモジュールの真インピーダンスと、電池セル115,116から構成されるセルモジュールの真インピーダンスを算出することとなる。 In the battery measurement system 100 of FIG. 15, the phase shift is corrected as in the above embodiment, and the true impedance of the cell module composed of battery cells 111 and 112 and the cell module composed of battery cells 113 and 114 are finally measured. The true impedance of the module and the true impedance of the cell module composed of the battery cells 115 and 116 are calculated.

・上記実施形態及び変形例において、交流信号は、正弦波電流に限らず、任意の交流電流に変更してもよい。例えば、矩形波電流であってもよい。 - In the above embodiments and modifications, the alternating current signal is not limited to a sine wave current, but may be changed to any alternating current. For example, a square wave current may be used.

・上記実施形態及び変形例において、第1制御装置22が、位相差を補正する補正部としての機能を備えたが、第2制御装置31や、他の外部装置に補正部としての機能を備えてもよい。 - In the above embodiments and modified examples, the first control device 22 has a function as a correction section that corrects the phase difference, but the second control device 31 or other external device has a function as a correction section. It's okay.

・上記実施形態では、電池セル11iごとにインピーダンスを検出したが、インピーダンスを検出する電池セル11iの単位は任意に変更してもよい。例えば、組電池10を構成する電池セル11iを、直列に接続された複数の電池セル11iからなるセルブロックに予め分けて、セルブロックごとにインピーダンスを検出するようにしてもよい。 - In the above embodiment, impedance was detected for each battery cell 11i, but the unit of battery cell 11i in which impedance is detected may be changed arbitrarily. For example, the battery cells 11i constituting the assembled battery 10 may be divided in advance into cell blocks each consisting of a plurality of battery cells 11i connected in series, and the impedance may be detected for each cell block.

・上記実施形態及び変形例において、図17に示すように電流制御装置20に、組電池10を流れる交流信号を検出する電流センサ90を設けてもよい。そして、第1制御装置22は、電流センサ90により検出された交流信号の振幅Isを取得し、交流信号を指示する際にフィードバック情報として利用してもよい。また、第1インピーダンス検出装置23に出力してもよい。これにより、より精度を向上させることができる。 - In the above embodiment and modification, as shown in FIG. 17, the current control device 20 may be provided with a current sensor 90 that detects an AC signal flowing through the assembled battery 10. Then, the first control device 22 may acquire the amplitude Is of the AC signal detected by the current sensor 90 and use it as feedback information when instructing the AC signal. Alternatively, it may be output to the first impedance detection device 23. Thereby, accuracy can be further improved.

10…組電池、21…電流印加装置、22…第1制御装置、23,23a,23b…第1インピーダンス検出装置、30…電池監視装置、32,32a,32b,321~326…第2インピーダンス検出装置、90…電流センサ、100…電池測定システム、111~116…電池セル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Assembled battery, 21... Current application device, 22... First control device, 23, 23a, 23b... First impedance detection device, 30... Battery monitoring device, 32, 32a, 32b, 321-326... Second impedance detection Apparatus, 90...Current sensor, 100...Battery measurement system, 111-116...Battery cell.

Claims (7)

複数の電池セル(111~116)が直列接続された組電池(10)の各電池セルの状態を測定する電池測定システム(100)において、
前記組電池を構成する前記電池セルは、直列に接続された1又は複数の電池セルからなるセルブロックに予め分けられており、
所定の交流信号を指示する第1制御部(22)と、
前記第1制御部の指示に基づいて、前記組電池に前記交流信号を印加する信号印加部(21)と、
前記第1制御部からの情報及び電流センサ(90)の測定結果のうち少なくとも一方に基づいて決定される前記交流信号に相当する基準信号、及び前記交流信号が前記組電池に印加されているときに測定された前記組電池の電圧変動に基づいて前記組電池のインピーダンスを検出する第1検出部(23,23a,23b)と、
前記第1制御部からの情報に基づいて決定される前記交流信号に関連する仮信号、及び前記交流信号が前記組電池に印加されているときに測定された前記セルブロックの電圧変動に基づいて前記各セルブロックのインピーダンスを検出する第2検出部(32、321~326,32a,32b)と、
前記第2検出部により検出された前記各セルブロックのインピーダンスを合算したベクトル合算値と、前記第1検出部により検出された前記組電池のインピーダンスとしてのベクトル値と、を比較することにより、前記基準信号と前記仮信号の位相差を特定し、当該位相差に基づいて、前記各セルブロックのインピーダンスの位相を補正する補正部(22)と、を備えた電池測定システム。
In a battery measurement system (100) that measures the state of each battery cell of an assembled battery (10) in which a plurality of battery cells (111 to 116) are connected in series,
The battery cells constituting the assembled battery are divided in advance into cell blocks each consisting of one or more battery cells connected in series,
a first control unit (22) that instructs a predetermined AC signal;
a signal application unit (21) that applies the AC signal to the assembled battery based on instructions from the first control unit;
a reference signal corresponding to the AC signal determined based on at least one of information from the first control unit and a measurement result of the current sensor (90), and when the AC signal is applied to the assembled battery; a first detection unit (23, 23a, 23b) that detects the impedance of the assembled battery based on the voltage fluctuation of the assembled battery measured in
based on a temporary signal related to the AC signal determined based on information from the first control unit and a voltage fluctuation of the cell block measured while the AC signal is being applied to the assembled battery. a second detection unit (32, 321 to 326, 32a, 32b) that detects the impedance of each cell block;
By comparing a vector sum value obtained by summing up the impedances of the cell blocks detected by the second detection section and a vector value as the impedance of the assembled battery detected by the first detection section, A battery measurement system comprising: a correction unit (22) that specifies a phase difference between a reference signal and the temporary signal, and corrects a phase of impedance of each cell block based on the phase difference.
前記第1制御部と、前記信号印加部と、前記第1検出部と、を少なくとも有する電流制御装置(20)と、
前記電流制御装置の前記第1制御部から前記交流信号の振幅及び周波数に関するデジタル情報を入力し、前記デジタル情報に基づいて前記仮信号を決定する第2制御部と、前記第2検出部とを少なくとも有する電池監視装置(30)と、を備える請求項1に記載の電池測定システム。
a current control device (20) including at least the first control section, the signal application section, and the first detection section;
a second control unit that receives digital information regarding the amplitude and frequency of the AC signal from the first control unit of the current control device and determines the provisional signal based on the digital information; and the second detection unit. The battery measurement system according to claim 1, comprising at least a battery monitoring device (30).
前記第2検出部は、
前記交流信号に対して振幅及び周波数が同じである前記仮信号を生成する第2信号生成部(33)と、
前記第2信号生成部により生成された前記仮信号、及び前記各セルブロックの電圧変動を測定し、測定した前記各セルブロックの電圧変動に基づいて前記各セルブロックのインピーダンスの絶対値及び位相を演算し、前記各セルブロックのインピーダンスを検出する第2演算部(341~346)と、を有し、
前記第2演算部は、監視対象とする1又は複数の前記セルブロックごとに、複数設けられている一方、前記第2信号生成部は、全ての前記第2演算部に接続されており、前記各第2演算部に対して前記仮信号を出力する請求項1又は2に記載の電池測定システム。
The second detection unit includes:
a second signal generation unit (33) that generates the temporary signal having the same amplitude and frequency as the AC signal;
measuring the temporary signal generated by the second signal generation unit and the voltage fluctuation of each of the cell blocks, and determining the absolute value and phase of the impedance of each of the cell blocks based on the measured voltage fluctuation of each of the cell blocks; a second calculation unit (341 to 346) that calculates and detects the impedance of each cell block;
A plurality of the second calculation units are provided for each one or more of the cell blocks to be monitored, while the second signal generation unit is connected to all the second calculation units, and the second signal generation unit is connected to all the second calculation units, and The battery measurement system according to claim 1 or 2, wherein the temporary signal is output to each second calculation section.
前記第2検出部は、監視対象とする1又は複数の前記セルブロックごとに、複数設けられており、
前記各第2検出部は、
前記交流信号に対して振幅及び周波数が同じである前記仮信号を生成する第2信号生成部(331~336)と、
前記第2信号生成部により生成された前記仮信号、及び監視対象とする前記セルブロックの電圧変動を測定し、測定した前記セルブロックの電圧変動に基づいて前記セルブロックのインピーダンスの絶対値及び位相を演算し、前記セルブロックのインピーダンスを検出する第2演算部(341~346)と、を有し、
前記各第2信号生成部は、同期信号を入力したタイミングに基づいて同期をとって、前記仮信号を生成し、出力する請求項1又は2に記載の電池測定システム。
A plurality of the second detection units are provided for each one or more of the cell blocks to be monitored,
Each of the second detection units is
a second signal generation unit (331 to 336) that generates the temporary signal having the same amplitude and frequency as the AC signal;
The temporary signal generated by the second signal generation unit and the voltage fluctuation of the cell block to be monitored are measured, and the absolute value and phase of the impedance of the cell block are determined based on the measured voltage fluctuation of the cell block. and a second calculation unit (341 to 346) that calculates the impedance of the cell block,
The battery measurement system according to claim 1 or 2, wherein each of the second signal generation units generates and outputs the temporary signal in synchronization based on a timing at which a synchronization signal is input.
前記各第2検出部は、直列に接続されており、第1端の第2検出部から同期信号が入力するように構成され、入力した同期信号をリレー伝送の形式で第1端の第2検出部から第2端の第2検出部までの間を往復させるように構成されており、
前記各第2信号生成部は、第1端側から伝送された同期信号と、第2端側から伝送された同期信号の入出力タイミングに基づいて前記各第2検出部の間における同期信号の伝送遅れを補正して、前記各第2検出部の間で前記仮信号を同期させるように生成し、出力する請求項4に記載の電池測定システム。
The second detection units are connected in series and are configured such that a synchronization signal is input from the second detection unit at the first end, and the input synchronization signal is transmitted to the second detection unit at the first end in the form of relay transmission. It is configured to reciprocate between the detection section and the second detection section at the second end,
Each of the second signal generation units generates a synchronization signal between each of the second detection units based on the input/output timing of the synchronization signal transmitted from the first end side and the synchronization signal transmitted from the second end side. 5. The battery measurement system according to claim 4, wherein the temporary signal is generated and output in synchronization between the respective second detection units by correcting a transmission delay.
前記第2演算部は、前記第2信号生成部により出力された前記仮信号と、前記セルブロックの電圧変動とを掛け合わせた値に基づいて、前記電圧変動の実部を算出し、前記仮信号の位相をシフトさせた信号と、前記セルブロックの電圧変動とを掛け合わせた値に基づいて、前記電圧変動の虚部を算出し、それらに基づいてインピーダンスを算出する請求項3~5のうちいずれか1項に記載の電池測定システム。 The second calculation unit calculates the real part of the voltage fluctuation based on a value obtained by multiplying the temporary signal output by the second signal generation unit and the voltage fluctuation of the cell block, and calculates the real part of the voltage fluctuation, and An imaginary part of the voltage fluctuation is calculated based on a value obtained by multiplying a signal whose phase is shifted by the voltage fluctuation of the cell block, and an impedance is calculated based on the imaginary part of the voltage fluctuation. The battery measurement system according to any one of these items. 前記第1検出部は、
前記交流信号に対して振幅、周波数及び位相が同じである前記基準信号を生成する第1信号生成部と、
前記第1信号生成部により生成された前記基準信号、及び前記交流信号印加時における前記組電池の電圧変動に基づいて前記組電池のインピーダンスの絶対値及び位相を演算し、前記組電池のインピーダンスを検出する第1演算部と、を有し、
前記第1演算部は、前記第1信号生成部により出力された前記基準信号と、前記組電池の電圧変動とを掛け合わせた値に基づいて、前記電圧変動の実部を算出し、前記基準信号の位相をシフトさせた信号と、前記組電池の電圧変動とを掛け合わせた値に基づいて、前記電圧変動の虚部を算出し、それらに基づいてインピーダンスを算出する請求項1~6のうちいずれか1項に記載の電池測定システム。
The first detection unit includes:
a first signal generation unit that generates the reference signal having the same amplitude, frequency, and phase as the AC signal;
Calculating the absolute value and phase of the impedance of the assembled battery based on the reference signal generated by the first signal generation unit and the voltage fluctuation of the assembled battery when the alternating current signal is applied, and calculating the impedance of the assembled battery. a first calculation unit that detects;
The first calculation unit calculates the real part of the voltage fluctuation based on a value obtained by multiplying the reference signal output by the first signal generation unit and the voltage fluctuation of the assembled battery, and calculates the real part of the voltage fluctuation, An imaginary part of the voltage fluctuation is calculated based on a value obtained by multiplying the phase-shifted signal by the voltage fluctuation of the assembled battery, and an impedance is calculated based on the imaginary part of the voltage fluctuation. The battery measurement system according to any one of these items.
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