JPWO2014108971A1 - 蓄電装置温度測定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定すること。【解決手段】蓄電装置（１０１）の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて蓄電装置（１０１）の内部インピーダンス又はその実部が変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置（１０１）の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置（１０１）の内部温度を算出することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置の温度を測定する方法に関し、特に、蓄電装置の内部温度を正確に測定するための蓄電装置温度測定方法に関する。
リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置は様々な用途に利用され、例えば、携帯電話の電池パックやＰＣのバッテリ、或いは自動車のバッテリ等に広く適用されている。その際に、蓄電装置の状態、例えば劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈという）や残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅという）を検知するのは大変重要な事項となっている。特に、自動車において、アイドリングストップを行う省エネ自動車やハイブリッド自動車、電気自動車等における蓄電装置の状態を検知することは、自動車の走行に深く関連しており、極めて重要なこととして注目されている。
この蓄電装置の状態を検知するために、一般的に良く知られているのが、蓄電装置の電圧、電流及び温度を測定し、その測定結果に基づいて蓄電装置における劣化状態（ＳＯＨ）や残容量（ＳＯＣ）等を算出する方法である。この中でも蓄電装置の温度は、蓄電装置の劣化に大きな影響を与えるため、重要な測定パラメータを構成する。
蓄電装置の温度の測定方法の従来技術として、温度検出素子を蓄電装置に当て、或いは、繋いで直接測定する方法が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の方法では、温度検出素子にツェナーダイオ−ドを用い、ツェナーダイオ−ドを蓄電装置のプラス端子に接続し、蓄電装置のプラス端子から伝わる温度を正確に測定できるとしている。しかしながら、特許文献１の測定方法では、蓄電装置の内部抵抗の自己発熱等により、温度検出素子の温度検出点（従来例１では蓄電装置のプラス端子）の温度と蓄電装置の内部の温度とに大きな差が生じる場合があり、蓄電装置の正確な温度を把握できないという問題があった。
一方、蓄電装置における内部抵抗（内部インピーダンス）と残容量（ＳＯＣ）と温度との関係を示す特性マップを予め求めておき、温度検出時に測定される蓄電装置の残容量（ＳＯＣ）及び内部抵抗（内部インピーダンス）をこの特性マップに適用して蓄電装置における温度を導出する温度検出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−２６０２１５号公報 特開２００１−８５０７１号公報
しかしながら、特許文献２に記載の温度検出方法においては、蓄電装置内を流れる電流を積算することにより蓄電装置における残容量（ＳＯＣ）を独立して演算する。その上で演算した残容量（ＳＯＣ）と、上述した特性マップに定められた内部抵抗とに基づいて蓄電装置の温度を導出することから、蓄電装置の温度を導出するまで処理が煩雑化するという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定することができる蓄電装置温度測定方法を提供することを目的とする。
本発明の蓄電装置温度測定方法は、蓄電装置の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて前記蓄電装置の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて前記蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする。
この方法によれば、蓄電装置の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部が測定されることから、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定でき、蓄電装置の内部温度を正確に測定できる。一方、蓄電装置の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部が測定されることから、独立して蓄電装置の残容量を演算する必要がない。この結果、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
上記蓄電装置温度測定方法においては、１００ＫＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することが好ましい。このように１００ＫＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスの実部を効果的に測定することが可能となる。
特に、上記蓄電装置温度測定方法においては、３００ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することが好ましい。このように３００ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存する蓄電装置の内部インピーダンスの実部を的確に測定することが可能となる。
本発明の蓄電装置温度測定方法は、蓄電装置の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて前記蓄電装置の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて前記蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする。
この方法によれば、蓄電装置の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスが測定されることから、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスを測定でき、蓄電装置の内部温度を正確に測定できる。一方、蓄電装置の内部インピーダンスが変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスが測定されることから、独立して蓄電装置の残容量を演算する必要がない。この結果、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
上記蓄電装置温度測定方法においては、１０ＫＨｚ以上１００ＫＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することが好ましい。このように１０ＫＨｚ以上１００ＫＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスを効果的に測定することが可能となる。
特に、上記蓄電装置温度測定方法においては、３０ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することが好ましい。このように３０ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存する蓄電装置の内部インピーダンスを的確に測定することが可能となる。
また、上記蓄電装置温度測定方法においては、前記蓄電装置の充電又は放電に用いられる直流電流に前記交流信号を重畳させることが好ましい。この場合には、蓄電装置の内部温度の測定に利用される交流信号が、蓄電装置の充電又は放電に用いられる直流電流に重畳されることから、蓄電装置を充電又は放電しながら、上記交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンス又はその実部を測定することが可能となる。
さらに、上記蓄電装置温度測定方法において、前記蓄電装置には、前記交流信号を検出するための電流検出部及び電圧検出部が備えられ、前記電流検出部及び前記電圧検出部の少なくとも一方を、前記蓄電装置の残容量の演算に用いることが好ましい。この場合には、蓄電装置の内部温度の測定に利用される交流信号を検出するための電流検出部及び電圧検出部の少なくとも一方が蓄電装置の残容量の演算に用いられることから、蓄電装置の残容量の演算に用いる構成（電流検出部又は電圧検出部）を蓄電装置の内部温度の測定に兼用できるので、蓄電装置の内部温度を測定するための構成要素数を削減しつつ、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
さらに、上記蓄電装置温度測定方法においては、複数の前記蓄電装置が直列に接続され、単一の前記電流検出部が前記複数の蓄電装置と直列に設けられる一方、前記電圧検出部が前記蓄電装置毎に設けられることが好ましい。この場合には、直列接続された複数の蓄電装置に単一の電流検出部が直列に接続されることから、複数の蓄電装置に対応する電流検出部を共用できるので、蓄電装置の内部温度を測定するための構成要素数を削減しつつ、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
本発明によれば、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
本発明の一実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システムの構成例を示す模式図である。 上記実施の形態に係る測定システムの蓄電装置を構成するリチウムイオン二次電池の構造模式図である。 上記実施の形態に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスの実部における温度依存性を表すグラフの一例である。 上記実施の形態に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスの実部における残容量（ＳＯＣ）依存性を表すグラフの一例である。 上記実施の形態に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスの実部に対する温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を表すグラフの一例である。 上記実施の形態の変形例に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスにおける温度依存性を表すグラフの一例である。 上記実施の形態の変形例に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスにおける残容量（ＳＯＣ）依存性を表すグラフの一例である。 上記実施の形態の変形例に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスに対する温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を表すグラフの一例である。 上記実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システムの好適な構成例を示す模式図である。
図１は、本発明の一実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システムの構成例を示す模式図である。図２は、上記実施の形態に係る測定システムの蓄電装置を構成するリチウムイオン二次電池の構造模式図である。なお、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法は、例えば、図１に示す蓄電装置１０１の内部温度を測定するための測定システム１００を用いて行われる方法である。
図１に示すように、測定システム１００は、蓄電装置１０１に所定の周波数帯域の交流信号を供給するための交流信号源部１０２と、その所定の周波数帯域の交流信号に対して応答する電流及び電圧を検出する電流検出部１０３及び電圧検出部１０４と、入力された所定の周波数帯域の交流信号と、検出された電流及び電圧とを使用して蓄電装置１０１における内部温度を算出する内部温度算出部１０５とを含んで構成される。
蓄電装置１０１は、例えば、リチウムイオン二次電池等の充電可能な化学電池で構成されるが、電気二重層キャパシタのようにイオンを利用して電気エネルギーを蓄積できる装置も含まれる。一般的に、蓄電装置１０１は、主に正極集電体Ａ１、負極集電体Ｃ１、電解質Ｅ１及びセパレータＳ１とから構成される。例えば、リチウムイオン二次電池Ｌ１の場合、蓄電装置１０１は、図２に示すように、上述した構成要素の他に、正極集電体Ａ１側の電気を貯める物質である正極活物質Ａ５１、負極集電体Ｃ１側の電気を溜める物質である負極活物質Ｃ５１、電気の流れを良くするために加える導電助材Ｄ５１、バインダーである結着材等を有している。
リチウムイオン二次電池Ｌ１の場合、正極集電体Ａ１としてアルミニウム（Ａｌ）、負極集電体Ｃ１として銅（Ｃｕ）、電解質Ｅ１として有機系の溶媒（Ｃ４Ｈ６Ｏ３等）とリチウム塩（ＬｉＰＦ６等）の溶質とから構成される溶液、正極活物質Ａ５１としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、負極活物質Ｃ５１として炭素（Ｃ）が最も使用されている。正極活物質Ａ５１としては、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）などで構成することもできる。負極活物質Ｃ５１の炭素（Ｃ）には、層状に形成された黒鉛の結晶を用いており、層と層の間にリチウムがイオンの状態で蓄えられているのが特徴である。負極活物質Ｃ５１としては、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、一酸化珪素（ＳｉＯ）、Ｓｎ合金やＳｉ合金などで構成することもできる。
交流信号源部１０２は、蓄電装置１０１の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を発生させるためのものである。例えば、交流信号源部１０２は、１００ＫＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を発生させることが好ましい。より好ましくは、交流信号源部１０２は、３００ＫＨｚの周波数の交流信号を発生させる。なお、交流信号源部１０２が発生させる交流信号の周波数帯域については後述する。
電流検出部１０３は、蓄電装置１０１が接続され、負荷１０６がかかっている回路の間に接続されている。電流検出部１０３は、電流を検出するための電流センサと、この電流センサの制御回路とから主に構成され、回路を流れる電流を検出する。電流センサとして、例えば、磁気抵抗素子を用いた小型電流センサを利用できる。電圧検出部１０４は、電圧を検出するための電圧センサと、この電圧センサの制御回路から主に構成され、蓄電装置１０１の電圧を検出する。
内部温度算出部１０５は、交流信号源部１０２から入力された所定の周波数帯域の交流信号と、電流検出部１０３及び電圧検出部１０４で検出された電流及び電圧とを使用して、蓄電装置１０１における内部インピーダンスの実部（内部抵抗）を測定する。そして、内部温度算出部１０５は、この内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１における内部温度を算出する。負荷１０６は、例えば、蓄電装置１０１の直流電力を交流電力に変換するインバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどの電力変換器で構成される。
このような蓄電装置１０１における内部インピーダンスには、蓄電装置１０１における内部温度及び残容量（ＳＯＣ）が影響することが知られている。以下、蓄電装置１０１における内部インピーダンスにおける温度依存性及びＳＯＣ依存性について説明する。なお、以下においては、適宜、蓄電装置１０１における内部インピーダンスの実部を、蓄電装置１０１における内部抵抗と呼ぶものとする。
図３は、本実施の形態に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部における温度依存性を表すグラフの一例である。図４は、本実施の形態に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部におけるＳＯＣ依存性を表すグラフの一例である。図３及び図４においては、横軸に蓄電装置１０１に供給される交流信号の周波数を示し、縦軸に蓄電装置１０１における内部抵抗を示している。
図３においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対する内部温度の影響を示す係数（温度係数）を示している。図３に示すように、温度係数は、１０ＫＨｚ以上３ＭＨｚ以下の周波数帯域（図３に示す帯域ａ）の交流信号において、高温になるほど内部抵抗が大きくなり、それ以外の周波数帯域（１０ＫＨｚより低い周波数帯域（図３に示す帯域ｂ）と、３ＭＨｚより高い周波数帯域（図３に示す帯域ｃ））の交流信号において、高温になるほど内部抵抗が小さくなる。すなわち、前者の周波数帯域においては、温度依存性が正となる一方、後者の周波数帯域においては、温度依存性が負となる。
一方、図４においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対するＳＯＣの影響を示す係数（ＳＯＣ係数）を示している。図４に示すように、ＳＯＣ係数は、３００ＫＨｚより低い周波数帯域（図４に示す帯域ａ）の交流信号において、ＳＯＣが大きいほど内部抵抗が大きくなり、３００ＫＨｚより高い周波数帯域（図４に示す帯域ｂ）の交流信号において、ＳＯＣが大きいほど内部抵抗が小さくなる。すなわち、前者の周波数帯域においては、ＳＯＣ依存性が正となる一方、後者の周波数帯域においては、ＳＯＣ依存性が負となる。この場合、ＳＯＣ係数は、３００ＫＨｚ付近の周波数の交流信号において、ＳＯＣ依存性が正から負に切り替わる。言い換えると、３００ＫＨｚ付近の周波数の交流信号においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対するＳＯＣの影響がない状態に近づく。
図５は、本実施の形態に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部に対する蓄電装置１０１における内部温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を表すグラフの一例である。図５においては、横軸に蓄電装置１０１に供給される交流信号の周波数を示し、縦軸に蓄電装置１０１における内部温度の影響をＳＯＣの影響で除した値（内部温度／ＳＯＣ）を示している。
図５においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対する内部温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を示す係数（温度／ＳＯＣ係数）を示している。図５に示すように、温度／ＳＯＣ係数は、１００ＫＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域（図５に示す帯域ａ）の交流信号において、他の周波数帯域と比べて高い値を示し、特に、３００ＫＨｚの周波数の交流信号において、最も高い値を示す。これは、図４に示したように、３００ＫＨｚ付近の周波数の交流信号において、蓄電装置１０１における内部抵抗に対するＳＯＣの影響がない状態に近づくことに起因する。このことは、１００ＫＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号（特に、３００ＫＨｚ付近の周波数の交流信号）においては、ＳＯＣの影響を大きく受けることなく蓄電装置１０１の内部温度を測定できることを意味する。
本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、このように蓄電装置１０１における内部抵抗に対するＳＯＣの影響がない状態に近づく周波数帯域の交流信号を、蓄電装置１０１のＳＯＣに応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号と定義する。そして、このような周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。
このように本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が測定される。これにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存し易い蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定できるので、蓄電装置１０１の内部温度を正確に測定できる。一方、蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が測定されることから、独立して蓄電装置１０１の残容量を演算する必要がない。この結果、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置１０１の内部温度を正確に測定することが可能となる。
より具体的には、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、１００ＫＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。このように１００ＫＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスの実部を効果的に測定することが可能となる。
特に、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、３００ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。このように３００ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存する蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を的確に測定することが可能となる。
なお、上記実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、蓄電装置１０１のＳＯＣに応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する場合について説明している。しかしながら、本発明に係る蓄電装置温度測定方法においては、内部インピーダンスの実部の代わりに、内部インピーダンス自体を測定対象とすることも可能である。
以下、内部インピーダンス自体を測定対象とする場合の変形例について説明する。本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、蓄電装置１０１のＳＯＣに応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。なお、この変形例に係る蓄電装置温度測定方法では、図１に示す測定システム１００が適用できる。
図６は、本実施の形態の変形例に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスにおける温度依存性を表すグラフの一例である。図７は、本実施の形態の変形例に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスにおけるＳＯＣ依存性を表すグラフの一例である。図６及び図７においては、横軸に蓄電装置１０１に供給される交流信号の周波数を示し、縦軸に蓄電装置１０１における内部インピーダンスを示している。
図６においては、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対する内部温度の影響を示す係数（温度係数）を示している。図６に示すように温度係数は、３ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下の周波数帯域（図６に示す帯域ａ）の交流信号において、高温になるほど内部インピーダンスが大きくなり、それ以外の周波数帯域（３ＫＨｚより低い周波数帯域（図６に示す帯域ｂ）と、５００ＫＨｚより高い周波数帯域（図６に示す帯域ｃ））の交流信号において、高温になるほど内部インピーダンスが小さくなる。すなわち、前者の周波数帯域においては、温度依存性が正となる一方、後者の周波数帯域においては、温度依存性が負となる。
一方、図７においては、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対するＳＯＣの影響を示す係数（ＳＯＣ係数）を示している。図７に示すように、ＳＯＣ係数は、３０ＫＨｚより低い周波数帯域（図７に示す帯域ａ）の交流信号において、ＳＯＣが大きいほど内部インピーダンスが大きくなり、３０ＫＨｚより高い周波数帯域（図７に示す帯域ｂ）の交流信号において、ＳＯＣが大きいほど内部インピーダンスが小さくなる。すなわち、前者の周波数帯域においては、ＳＯＣ依存性が正となる一方、後者の周波数帯域においては、ＳＯＣ依存性が負となる。この場合、ＳＯＣ係数は、３０ＫＨｚ付近の周波数の交流信号において、ＳＯＣ依存性が正から負に切り替わる。言い換えると、３０ＫＨｚ付近の周波数の交流信号において、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対するＳＯＣの影響がない状態に近づく。
図８は、本実施の形態に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスに対する蓄電装置１０１における内部温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を表すグラフの一例である。図８においては、横軸に蓄電装置１０１に供給される交流信号の周波数を示し、縦軸に蓄電装置１０１における内部温度の影響をＳＯＣの影響で除した値（内部温度／ＳＯＣ）を示している。
図８においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対する内部温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を示す係数（温度／ＳＯＣ係数）を示している。図８に示すように、温度／ＳＯＣ係数は、１０ＫＨｚ以上１００ＫＨｚの周波数帯域（図８に示す帯域ａ）の交流信号において、他の周波数帯域と比べて高い値を示し、特に、３０ＫＨｚの周波数の交流信号において、最も高い値を示す。これは、図７に示したように、３０ＫＨｚ付近の周波数の交流信号において、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対するＳＯＣの影響がない状態に近づくことに起因する。このことは、１０ＫＨｚ以上１００ＫＨｚ以下の周波数帯域の交流信号（特に、３０ＫＨｚ付近の周波数の交流信号）においては、ＳＯＣの影響を大きく受けることなく蓄電装置１０１の内部温度を測定できることを意味する。
本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、このように蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対するＳＯＣの影響がない状態に近づく周波数帯域の交流信号を、蓄電装置１０１のＳＯＣに応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号と定義する。そして、このような周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。
このように本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、上記実施の形態と同様に、蓄電装置１０１の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスが測定される。これにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存し易い蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定できるので、蓄電装置１０１の内部温度を正確に測定できる。一方、蓄電装置１０１の内部インピーダンスが変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスが測定されることから、独立して蓄電装置１０１の残容量を演算する必要がない。この結果、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置１０１の内部温度を正確に測定することが可能となる。
より具体的には、本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、１０ＫＨｚ以上１００ＫＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。このように１０ＫＨｚ以上１００ＫＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存し易い蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を効果的に測定することが可能となる。
特に、本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、３０ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。このように３０ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定することにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存する蓄電装置１０１の内部インピーダンスを的確に測定することが可能となる。
以下、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システムの好適な構成例について説明する。図９は、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システム２００の好適な構成例を示す模式図である。なお、図９において、図１と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。また、図９においては、図１に示す電流検出部１０３を「Ａ」と示し、電圧検出部１０４を「Ｖ」と示している。さらに、図９においては、図１に示す内部温度算出部１０５を省略している。
図９に示すように、測定システム２００においては、複数（図９に示す例では４つ）の蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄが直列に接続されている。そして、これらの蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄに電流検出部（電流センサ）Ａが直列に接続されている。それぞれの蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄには、電圧検出部（電圧センサ）Ｖ１〜Ｖ４が接続されている。また、測定システム２００においては、交流信号発信源部１０２がキャパシタを介して負荷１０６に並列に接続されている。
電流検出部Ａは、回路に流れる電流を検出する。電圧検出部Ｖ１〜Ｖ４は、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄ毎の電圧を検出する。この場合において、これらの電流検出部Ａ及び電圧検出部Ｖ１〜Ｖ４は、交流信号発信源部１０２から発生する交流信号の検出に用いられる。また、電流検出部Ａ及び電圧検出部Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）の少なくとも一方は、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの残容量の演算に用いられる。
図９に示す測定システム２００を適用した蓄電装置温度測定方法において、交流信号源部１０２から発生する交流信号は、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの充電又は放電に用いられる直流電流に重畳される。これにより、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度の測定に利用される交流信号が、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの充電又は放電に用いられる直流電流に重畳されることから、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄを充電又は放電しながら、上記交流信号を用いて蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部インピーダンスを測定することが可能となる。
また、測定システム２００を適用した蓄電装置温度測定方法においては、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度の測定に利用される交流信号を検出するための電流検出部Ａ及び電圧検出部Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）の少なくとも一方が蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの残容量（ＳＯＣ）の演算に用いられる。これにより、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの残容量の演算に用いる構成（電流検出部Ａ又は電圧検出部Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４））を蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度の測定に兼用できるので、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄ内の部品点数を削減しつつ、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度を正確に測定することが可能となる。
さらに、測定システム２００を適用した蓄電装置温度測定方法においては、直列接続された複数の蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄに単一の電流検出部Ａが直列に接続されている。これにより、複数の蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄに対応する電流検出部Ａを共用できるので、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄ内の部品点数を削減しつつ、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度を正確に測定することが可能となる。
図９に示す測定システム２００においては、上記実施の形態に示すように、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄにおける内部インピーダンスを測定する態様に適用する場合について説明している。しかしながら、図９に示す測定システム２００が適用される態様については、これに限定されるものではなく、上記実施の形態のように、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄにおける内部インピーダンスの実部を測定する態様に適用することもできる。たとえば、図示しないがロックイン検波回路やロックインアンプなどを追加することにより、位相を正確に捉えたり、微弱な信号を正確に測定することができ、さらに高精度な内部温度測定が可能となる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは、発明の趣旨を変更しない限りにおいて適宜変更することが可能である。また、上記実施の形態に示す構成、方法などは、適宜組み合わせて実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。
本発明の蓄電装置温度測定方法は、蓄電装置の劣化状態（ＳＯＨ）や残容量（ＳＯＣ）を求める際に有用である。
１００、２００ 測定システム
１０１、１０１ａ〜１０１ｄ 蓄電装置
１０２ 交流信号源部
１０３、Ａ 電流検出部
１０４、Ｖ１〜Ｖ４ 電圧検出部
１０５ 内部温度算出部
１０６ 負荷
本発明は、蓄電装置の温度を測定する方法に関し、特に、蓄電装置の内部温度を正確に測定するための蓄電装置温度測定方法に関する。
リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置は様々な用途に利用され、例えば、携帯電話の電池パックやＰＣのバッテリ、或いは自動車のバッテリ等に広く適用されている。その際に、蓄電装置の状態、例えば劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈという）や残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅという）を検知するのは大変重要な事項となっている。特に、自動車において、アイドリングストップを行う省エネ自動車やハイブリッド自動車、電気自動車等における蓄電装置の状態を検知することは、自動車の走行に深く関連しており、極めて重要なこととして注目されている。
この蓄電装置の状態を検知するために、一般的に良く知られているのが、蓄電装置の電圧、電流及び温度を測定し、その測定結果に基づいて蓄電装置における劣化状態（ＳＯＨ）や残容量（ＳＯＣ）等を算出する方法である。この中でも蓄電装置の温度は、蓄電装置の劣化に大きな影響を与えるため、重要な測定パラメータを構成する。
蓄電装置の温度の測定方法の従来技術として、温度検出素子を蓄電装置に当て、或いは、繋いで直接測定する方法が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の方法では、温度検出素子にツェナーダイオ−ドを用い、ツェナーダイオ−ドを蓄電装置のプラス端子に接続し、蓄電装置のプラス端子から伝わる温度を正確に測定できるとしている。しかしながら、特許文献１の測定方法では、蓄電装置の内部抵抗の自己発熱等により、温度検出素子の温度検出点（特許文献１では蓄電装置のプラス端子）の温度と蓄電装置の内部の温度とに大きな差が生じる場合があり、蓄電装置の正確な温度を把握できないという問題があった。
一方、蓄電装置における内部抵抗（内部インピーダンス）と残容量（ＳＯＣ）と温度との関係を示す特性マップを予め求めておき、温度検出時に測定される蓄電装置の残容量（ＳＯＣ）及び内部抵抗（内部インピーダンス）をこの特性マップに適用して蓄電装置における温度を導出する温度検出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−２６０２１５号公報 特開２００１−８５０７１号公報
しかしながら、特許文献２に記載の温度検出方法においては、蓄電装置内を流れる電流を積算することにより蓄電装置における残容量（ＳＯＣ）を独立して演算する。その上で演算した残容量（ＳＯＣ）と、上述した特性マップに定められた内部抵抗とに基づいて蓄電装置の温度を導出することから、蓄電装置の温度を導出するまで処理が煩雑化するという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定することができる蓄電装置温度測定方法を提供することを目的とする。
本発明の蓄電装置温度測定方法は、蓄電装置の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて前記蓄電装置の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて前記蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする。
この方法によれば、蓄電装置の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部が測定されることから、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定でき、蓄電装置の内部温度を正確に測定できる。一方、蓄電装置の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部が測定されることから、独立して蓄電装置の残容量を演算する必要がない。この結果、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
上記蓄電装置温度測定方法においては、１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することが好ましい。このように１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスの実部を効果的に測定することが可能となる。
特に、上記蓄電装置温度測定方法においては、３００ｋＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することが好ましい。このように３００ｋＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存する蓄電装置の内部インピーダンスの実部を的確に測定することが可能となる。
本発明の蓄電装置温度測定方法は、蓄電装置の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて前記蓄電装置の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて前記蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする。
この方法によれば、蓄電装置の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスが測定されることから、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスを測定でき、蓄電装置の内部温度を正確に測定できる。一方、蓄電装置の内部インピーダンスが変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスが測定されることから、独立して蓄電装置の残容量を演算する必要がない。この結果、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
上記蓄電装置温度測定方法においては、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することが好ましい。このように１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存し易い蓄電装置の内部インピーダンスを効果的に測定することが可能となる。
特に、上記蓄電装置温度測定方法においては、３０ｋＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することが好ましい。このように３０ｋＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定することにより、蓄電装置の内部温度のみに依存する蓄電装置の内部インピーダンスを的確に測定することが可能となる。
また、上記蓄電装置温度測定方法においては、前記蓄電装置の充電又は放電に用いられる直流電流に前記交流信号を重畳させることが好ましい。この場合には、蓄電装置の内部温度の測定に利用される交流信号が、蓄電装置の充電又は放電に用いられる直流電流に重畳されることから、蓄電装置を充電又は放電しながら、上記交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンス又はその実部を測定することが可能となる。
さらに、上記蓄電装置温度測定方法において、前記蓄電装置には、前記交流信号を検出するための電流検出部及び電圧検出部が備えられ、前記電流検出部及び前記電圧検出部の少なくとも一方を、前記蓄電装置の残容量の演算に用いることが好ましい。この場合には、蓄電装置の内部温度の測定に利用される交流信号を検出するための電流検出部及び電圧検出部の少なくとも一方が蓄電装置の残容量の演算に用いられることから、蓄電装置の残容量の演算に用いる構成（電流検出部又は電圧検出部）を蓄電装置の内部温度の測定に兼用できるので、蓄電装置の内部温度を測定するための構成要素数を削減しつつ、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
さらに、上記蓄電装置温度測定方法においては、複数の前記蓄電装置が直列に接続され、単一の前記電流検出部が前記複数の蓄電装置と直列に設けられる一方、前記電圧検出部が前記蓄電装置毎に設けられることが好ましい。この場合には、直列接続された複数の蓄電装置に単一の電流検出部が直列に接続されることから、複数の蓄電装置に対応する電流検出部を共用できるので、蓄電装置の内部温度を測定するための構成要素数を削減しつつ、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
本発明によれば、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置の内部温度を正確に測定することが可能となる。
本発明の一実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システムの構成例を示す模式図である。 上記実施の形態に係る測定システムの蓄電装置を構成するリチウムイオン二次電池の構造模式図である。 上記実施の形態に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスの実部における温度依存性を表すグラフの一例である。 上記実施の形態に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスの実部における残容量（ＳＯＣ）依存性を表すグラフの一例である。 上記実施の形態に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスの実部に対する温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を表すグラフの一例である。 上記実施の形態の変形例に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスにおける温度依存性を表すグラフの一例である。 上記実施の形態の変形例に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスにおける残容量（ＳＯＣ）依存性を表すグラフの一例である。 上記実施の形態の変形例に係る測定システム内の蓄電装置の内部インピーダンスに対する温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を表すグラフの一例である。 上記実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システムの好適な構成例を示す模式図である。
図１は、本発明の一実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システムの構成例を示す模式図である。図２は、上記実施の形態に係る測定システムの蓄電装置を構成するリチウムイオン二次電池の構造模式図である。なお、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法は、例えば、図１に示す蓄電装置１０１の内部温度を測定するための測定システム１００を用いて行われる方法である。
図１に示すように、測定システム１００は、蓄電装置１０１に所定の周波数帯域の交流信号を供給するための交流信号源部１０２と、その所定の周波数帯域の交流信号に対して応答する電流及び電圧を検出する電流検出部１０３及び電圧検出部１０４と、入力された所定の周波数帯域の交流信号と、検出された電流及び電圧とを使用して蓄電装置１０１における内部温度を算出する内部温度算出部１０５とを含んで構成される。
蓄電装置１０１は、例えば、リチウムイオン二次電池等の充電可能な化学電池で構成されるが、電気二重層キャパシタのようにイオンを利用して電気エネルギーを蓄積できる装置も含まれる。一般的に、蓄電装置１０１は、主に正極集電体Ａ１、負極集電体Ｃ１、電解質Ｅ１及びセパレータＳ１とから構成される。例えば、リチウムイオン二次電池Ｌ１の場合、蓄電装置１０１は、図２に示すように、上述した構成要素の他に、正極集電体Ａ１側の電気を貯める物質である正極活物質Ａ５１、負極集電体Ｃ１側の電気を溜める物質である負極活物質Ｃ５１、電気の流れを良くするために加える導電助材Ｄ５１、バインダーである結着材等を有している。
リチウムイオン二次電池Ｌ１の場合、正極集電体Ａ１としてアルミニウム（Ａｌ）、負極集電体Ｃ１として銅（Ｃｕ）、電解質Ｅ１として有機系の溶媒（Ｃ４Ｈ６Ｏ３等）とリチウム塩（ＬｉＰＦ６等）の溶質とから構成される溶液、正極活物質Ａ５１としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、負極活物質Ｃ５１として炭素（Ｃ）が最も使用されている。正極活物質Ａ５１としては、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）などで構成することもできる。負極活物質Ｃ５１の炭素（Ｃ）には、層状に形成された黒鉛の結晶を用いており、層と層の間にリチウムがイオンの状態で蓄えられているのが特徴である。負極活物質Ｃ５１としては、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、一酸化珪素（ＳｉＯ）、Ｓｎ合金やＳｉ合金などで構成することもできる。
交流信号源部１０２は、蓄電装置１０１の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を発生させるためのものである。例えば、交流信号源部１０２は、１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を発生させることが好ましい。より好ましくは、交流信号源部１０２は、３００ｋＨｚの周波数の交流信号を発生させる。なお、交流信号源部１０２が発生させる交流信号の周波数帯域については後述する。
電流検出部１０３は、蓄電装置１０１が接続され、負荷１０６がかかっている回路の間に接続されている。電流検出部１０３は、電流を検出するための電流センサと、この電流センサの制御回路とから主に構成され、回路を流れる電流を検出する。電流センサとして、例えば、磁気抵抗素子を用いた小型電流センサを利用できる。電圧検出部１０４は、電圧を検出するための電圧センサと、この電圧センサの制御回路から主に構成され、蓄電装置１０１の電圧を検出する。
内部温度算出部１０５は、交流信号源部１０２から入力された所定の周波数帯域の交流信号と、電流検出部１０３及び電圧検出部１０４で検出された電流及び電圧とを使用して、蓄電装置１０１における内部インピーダンスの実部（内部抵抗）を測定する。そして、内部温度算出部１０５は、この内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１における内部温度を算出する。負荷１０６は、例えば、蓄電装置１０１の直流電力を交流電力に変換するインバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどの電力変換器で構成される。
このような蓄電装置１０１における内部インピーダンスには、蓄電装置１０１における内部温度及び残容量（ＳＯＣ）が影響することが知られている。以下、蓄電装置１０１における内部インピーダンスにおける温度依存性及びＳＯＣ依存性について説明する。なお、以下においては、適宜、蓄電装置１０１における内部インピーダンスの実部を、蓄電装置１０１における内部抵抗と呼ぶものとする。
図３は、本実施の形態に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部における温度依存性を表すグラフの一例である。図４は、本実施の形態に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部におけるＳＯＣ依存性を表すグラフの一例である。図３及び図４においては、横軸に蓄電装置１０１に供給される交流信号の周波数を示し、縦軸に蓄電装置１０１における内部抵抗を示している。
図３においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対する内部温度の影響を示す係数（温度係数）を示している。図３に示すように、温度係数は、１０ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の周波数帯域（図３に示す帯域ａ）の交流信号において、高温になるほど内部抵抗が大きくなり、それ以外の周波数帯域（１０ｋＨｚより低い周波数帯域（図３に示す帯域ｂ）と、３ＭＨｚより高い周波数帯域（図３に示す帯域ｃ））の交流信号において、高温になるほど内部抵抗が小さくなる。すなわち、前者の周波数帯域においては、温度依存性が正となる一方、後者の周波数帯域においては、温度依存性が負となる。
一方、図４においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対するＳＯＣの影響を示す係数（ＳＯＣ係数）を示している。図４に示すように、ＳＯＣ係数は、３００ｋＨｚより低い周波数帯域（図４に示す帯域ａ）の交流信号において、ＳＯＣが大きいほど内部抵抗が大きくなり、３００ｋＨｚより高い周波数帯域（図４に示す帯域ｂ）の交流信号において、ＳＯＣが大きいほど内部抵抗が小さくなる。すなわち、前者の周波数帯域においては、ＳＯＣ依存性が正となる一方、後者の周波数帯域においては、ＳＯＣ依存性が負となる。この場合、ＳＯＣ係数は、３００ｋＨｚ付近の周波数の交流信号において、ＳＯＣ依存性が正から負に切り替わる。言い換えると、３００ｋＨｚ付近の周波数の交流信号においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対するＳＯＣの影響がない状態に近づく。
図５は、本実施の形態に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部に対する蓄電装置１０１における内部温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を表すグラフの一例である。図５においては、横軸に蓄電装置１０１に供給される交流信号の周波数を示し、縦軸に蓄電装置１０１における内部温度の影響をＳＯＣの影響で除した値（内部温度／ＳＯＣ）を示している。
図５においては、蓄電装置１０１における内部抵抗に対する内部温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を示す係数（温度／ＳＯＣ係数）を示している。図５に示すように、温度／ＳＯＣ係数は、１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域（図５に示す帯域ａ）の交流信号において、他の周波数帯域と比べて高い値を示し、特に、３００ｋＨｚの周波数の交流信号において、最も高い値を示す。これは、図４に示したように、３００ｋＨｚ付近の周波数の交流信号において、蓄電装置１０１における内部抵抗に対するＳＯＣの影響がない状態に近づくことに起因する。このことは、１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号（特に、３００ｋＨｚ付近の周波数の交流信号）においては、ＳＯＣの影響を大きく受けることなく蓄電装置１０１の内部温度を測定できることを意味する。
本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、このように蓄電装置１０１における内部抵抗に対するＳＯＣの影響がない状態に近づく周波数帯域の交流信号を、蓄電装置１０１のＳＯＣに応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号と定義する。そして、このような周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。
このように本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が測定される。これにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存し易い蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定できるので、蓄電装置１０１の内部温度を正確に測定できる。一方、蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が測定されることから、独立して蓄電装置１０１の残容量を演算する必要がない。この結果、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置１０１の内部温度を正確に測定することが可能となる。
より具体的には、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。このように１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存し易い蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を効果的に測定することが可能となる。
特に、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、３００ｋＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。このように３００ｋＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定することにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存する蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を的確に測定することが可能となる。
なお、上記実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法においては、蓄電装置１０１のＳＯＣに応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する場合について説明している。しかしながら、本発明に係る蓄電装置温度測定方法においては、内部インピーダンスの実部の代わりに、内部インピーダンス自体を測定対象とすることも可能である。
以下、内部インピーダンス自体を測定対象とする場合の変形例について説明する。本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、蓄電装置１０１のＳＯＣに応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。なお、この変形例に係る蓄電装置温度測定方法では、図１に示す測定システム１００が適用できる。
図６は、本実施の形態の変形例に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスにおける温度依存性を表すグラフの一例である。図７は、本実施の形態の変形例に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスにおけるＳＯＣ依存性を表すグラフの一例である。図６及び図７においては、横軸に蓄電装置１０１に供給される交流信号の周波数を示し、縦軸に蓄電装置１０１における内部インピーダンスを示している。
図６においては、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対する内部温度の影響を示す係数（温度係数）を示している。図６に示すように温度係数は、３ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下の周波数帯域（図６に示す帯域ａ）の交流信号において、高温になるほど内部インピーダンスが大きくなり、それ以外の周波数帯域（３ｋＨｚより低い周波数帯域（図６に示す帯域ｂ）と、５００ｋＨｚより高い周波数帯域（図６に示す帯域ｃ））の交流信号において、高温になるほど内部インピーダンスが小さくなる。すなわち、前者の周波数帯域においては、温度依存性が正となる一方、後者の周波数帯域においては、温度依存性が負となる。
一方、図７においては、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対するＳＯＣの影響を示す係数（ＳＯＣ係数）を示している。図７に示すように、ＳＯＣ係数は、３０ｋＨｚより低い周波数帯域（図７に示す帯域ａ）の交流信号において、ＳＯＣが大きいほど内部インピーダンスが大きくなり、３０ｋＨｚより高い周波数帯域（図７に示す帯域ｂ）の交流信号において、ＳＯＣが大きいほど内部インピーダンスが小さくなる。すなわち、前者の周波数帯域においては、ＳＯＣ依存性が正となる一方、後者の周波数帯域においては、ＳＯＣ依存性が負となる。この場合、ＳＯＣ係数は、３０ｋＨｚ付近の周波数の交流信号において、ＳＯＣ依存性が正から負に切り替わる。言い換えると、３０ｋＨｚ付近の周波数の交流信号において、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対するＳＯＣの影響がない状態に近づく。
図８は、本実施の形態の変形例に係る測定システム１００内の蓄電装置１０１の内部インピーダンスに対する蓄電装置１０１における内部温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を表すグラフの一例である。図８においては、横軸に蓄電装置１０１に供給される交流信号の周波数を示し、縦軸に蓄電装置１０１における内部温度の影響をＳＯＣの影響で除した値（内部温度／ＳＯＣ）を示している。
図８においては、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対する内部温度及び残容量（ＳＯＣ）の影響を示す係数（温度／ＳＯＣ係数）を示している。図８に示すように、温度／ＳＯＣ係数は、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚの周波数帯域（図８に示す帯域ａ）の交流信号において、他の周波数帯域と比べて高い値を示し、特に、３０ｋＨｚの周波数の交流信号において、最も高い値を示す。これは、図７に示したように、３０ｋＨｚ付近の周波数の交流信号において、蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対するＳＯＣの影響がない状態に近づくことに起因する。このことは、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数帯域の交流信号（特に、３０ｋＨｚ付近の周波数の交流信号）においては、ＳＯＣの影響を大きく受けることなく蓄電装置１０１の内部温度を測定できることを意味する。
本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、このように蓄電装置１０１における内部インピーダンスに対するＳＯＣの影響がない状態に近づく周波数帯域の交流信号を、蓄電装置１０１のＳＯＣに応じて蓄電装置１０１の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号と定義する。そして、このような周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。
このように本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、上記実施の形態と同様に、蓄電装置１０１の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスが測定される。これにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存し易い蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定できるので、蓄電装置１０１の内部温度を正確に測定できる。一方、蓄電装置１０１の内部インピーダンスが変化しない周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスが測定されることから、独立して蓄電装置１０１の残容量を演算する必要がない。この結果、煩雑な演算処理を必要とすることなく、蓄電装置１０１の内部温度を正確に測定することが可能となる。
より具体的には、本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。このように１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定することにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存し易い蓄電装置１０１の内部インピーダンスを効果的に測定することが可能となる。
特に、本実施の形態の変形例に係る蓄電装置温度測定方法においては、３０ｋＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から蓄電装置１０１の内部温度を算出する。このように３０ｋＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置１０１の内部インピーダンスを測定することにより、蓄電装置１０１の内部温度のみに依存する蓄電装置１０１の内部インピーダンスを的確に測定することが可能となる。
以下、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システムの好適な構成例について説明する。図９は、本実施の形態に係る蓄電装置温度測定方法が適用される測定システム２００の好適な構成例を示す模式図である。なお、図９において、図１と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。また、図９においては、図１に示す電流検出部１０３を「Ａ」と示し、電圧検出部１０４を「Ｖ」と示している。さらに、図９においては、図１に示す内部温度算出部１０５を省略している。
図９に示すように、測定システム２００においては、複数（図９に示す例では４つ）の蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄが直列に接続されている。そして、これらの蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄに電流検出部（電流センサ）Ａが直列に接続されている。それぞれの蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄには、電圧検出部（電圧センサ）Ｖ１〜Ｖ４が接続されている。また、測定システム２００においては、交流信号源部１０２がキャパシタを介して負荷１０６に並列に接続されている。
電流検出部Ａは、回路に流れる電流を検出する。電圧検出部Ｖ１〜Ｖ４は、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄ毎の電圧を検出する。この場合において、これらの電流検出部Ａ及び電圧検出部Ｖ１〜Ｖ４は、交流信号源部１０２から発生する交流信号の検出に用いられる。また、電流検出部Ａ及び電圧検出部Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）の少なくとも一方は、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの残容量の演算に用いられる。
図９に示す測定システム２００を適用した蓄電装置温度測定方法において、交流信号源部１０２から発生する交流信号は、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの充電又は放電に用いられる直流電流に重畳される。これにより、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度の測定に利用される交流信号が、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの充電又は放電に用いられる直流電流に重畳されることから、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄを充電又は放電しながら、上記交流信号を用いて蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部インピーダンスを測定することが可能となる。
また、測定システム２００を適用した蓄電装置温度測定方法においては、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度の測定に利用される交流信号を検出するための電流検出部Ａ及び電圧検出部Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）の少なくとも一方が蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの残容量（ＳＯＣ）の演算に用いられる。これにより、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの残容量の演算に用いる構成（電流検出部Ａ又は電圧検出部Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４））を蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度の測定に兼用できるので、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄ内の部品点数を削減しつつ、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度を正確に測定することが可能となる。
さらに、測定システム２００を適用した蓄電装置温度測定方法においては、直列接続された複数の蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄに単一の電流検出部Ａが直列に接続されている。これにより、複数の蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄに対応する電流検出部Ａを共用できるので、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄ内の部品点数を削減しつつ、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄの内部温度を正確に測定することが可能となる。
図９に示す測定システム２００においては、上記実施の形態の変形例に示すように、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄにおける内部インピーダンスを測定する態様に適用する場合について説明している。しかしながら、図９に示す測定システム２００が適用される態様については、これに限定されるものではなく、上記実施の形態のように、蓄電装置１０１ａ〜１０１ｄにおける内部インピーダンスの実部を測定する態様に適用することもできる。たとえば、図示しないがロックイン検波回路やロックインアンプなどを追加することにより、位相を正確に捉えたり、微弱な信号を正確に測定することができ、さらに高精度な内部温度測定が可能となる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは、発明の趣旨を変更しない限りにおいて適宜変更することが可能である。また、上記実施の形態に示す構成、方法などは、適宜組み合わせて実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。
本発明の蓄電装置温度測定方法は、蓄電装置の劣化状態（ＳＯＨ）や残容量（ＳＯＣ）を求める際に有用である。
１００、２００ 測定システム
１０１、１０１ａ〜１０１ｄ 蓄電装置
１０２ 交流信号源部
１０３、Ａ 電流検出部
１０４、Ｖ１〜Ｖ４ 電圧検出部
１０５ 内部温度算出部
１０６ 負荷

Claims (9)

  1. 蓄電装置の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて前記蓄電装置の内部インピーダンスの実部が変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて前記蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする蓄電装置温度測定方法。
  2. １００ＫＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部の測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置温度測定方法。
  3. ３００ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスの実部を測定し、当該内部インピーダンスの実部に測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置温度測定方法。
  4. 蓄電装置の残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて前記蓄電装置の内部インピーダンスが変化しない周波数帯域を含む交流信号を用いて前記蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする蓄電装置温度測定方法。
  5. １０ＫＨｚ以上１００ＫＨｚ以下の周波数帯域の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする請求項４記載の蓄電装置温度測定方法。
  6. ３０ＫＨｚの周波数の交流信号を用いて蓄電装置の内部インピーダンスを測定し、当該内部インピーダンスの測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置温度測定方法。
  7. 前記蓄電装置の充電又は放電に用いられる直流電流に前記交流信号を重畳させたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の蓄電装置温度測定方法。
  8. 前記蓄電装置には、前記交流信号を検出するための電流検出部及び電圧検出部が備えられ、
    前記電流検出部及び前記電圧検出部の少なくとも一方を、前記蓄電装置の残容量の演算に用いることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の蓄電装置温度測定方法。
  9. 複数の前記蓄電装置が直列に接続され、
    単一の前記電流検出部が前記複数の蓄電装置と直列に設けられる一方、前記電圧検出部が前記蓄電装置毎に設けられることを特徴とする請求項８記載の蓄電装置温度測定方法。
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