JPWO2020026888A1 - 電池インピーダンス測定装置 - Google Patents

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Abstract

電池インピーダンス測定装置１は、二次電池Ｂ１を充電するための充電端子ＴＣｐに脱着可能な端子Ｔｐと、二次電池Ｂ１を充電するための充電端子ＴＣｍに脱着可能な端子Ｔｍと、端子Ｔｐに接続されたキャパシタＣ１と、端子Ｔｍに接続されたキャパシタＣ２とを含む接続回路部７と、キャパシタＣ１，Ｃ２を介して、二次電池Ｂ１に交流信号を供給するための交流信号供給部５１と、二次電池Ｂ１から端子ＴｐとキャパシタＣ１とを介して得られた信号、及び二次電池Ｂ１から端子Ｔｍと前記第二キャパシタとを介して得られた信号のうち少なくとも一方を検出し、当該検出された信号に基づいて二次電池Ｂ１のインピーダンスを測定する測定部５２とを含む本体部５とを備える。

Description

本発明は、電池のインピーダンスを測定する電池インピーダンス測定装置に関する。
従来より、診断用周波数による信号を蓄電池に印加してインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、インピーダンス測定部により測定されたインピーダンスを照合することにより、蓄電池についての劣化診断を行う劣化診断部とを備える蓄電池劣化診断装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１７−１０６８８９号公報
ところで、電動車両の動力用電池のインピーダンスを測定したいというニーズがある。しかしながら、電動車両の動力用電池は、出力電圧が例えば４００Ｖというように、非常に高電圧である。そのため、このような電池のインピーダンスを測定する測定装置には、より高い安全性が求められる。
本発明の目的は、安全性の向上が可能な電池インピーダンス測定装置を提供することである。
本発明の一例に係る電池インピーダンス測定装置は、二次電池を充電するための正極充電端子に脱着可能な正極端子と、前記二次電池を充電するための負極充電端子に脱着可能な負極端子と、前記正極端子に接続された第一キャパシタと、前記負極端子に接続された第二キャパシタとを含む接続回路部と、前記第一及び第二キャパシタを介して、前記二次電池に交流信号を供給するための交流信号供給部と、前記二次電池から前記正極端子と前記第一キャパシタとを介して得られた信号、及び前記二次電池から前記負極端子と前記第二キャパシタとを介して得られた信号のうち少なくとも一方を検出し、当該検出された信号に基づいて前記二次電池のインピーダンスを測定する測定部とを含む本体部とを備える。
本発明の一実施形態に係る電池インピーダンス測定装置の構成の一例を概念的に示した説明図である。 オフ姿勢になった操作レバーを示す説明図である。 図１に示す電池インピーダンス測定装置１の電気的構成の一例を示す回路図である。 図３に示す回路を簡略化して示した回路図である。 交流信号供給部を二次電池の正極側に接続した場合の回路を簡略化して示した回路図である。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池インピーダンス測定装置の構成の一例を概念的に示した説明図である。図１には、電池インピーダンス測定装置１と、電池インピーダンス測定装置１によるインピーダンス測定の対象となる電池を搭載した電動車両１００とが記載されている。
電動車両１００は、例えば電気自動車（EV：Electric Vehicle）、ハイブリッド車（HV：Hybrid Vehicle）、プラグインハイブリッド車（PHV：Plug-in Hybrid Vehicle）等である。電動車両１００は、電池インピーダンス測定装置１の外部に設けられ、後述する二次電池Ｂ１を搭載しており、二次電池Ｂ１を充電するための充電コネクタ１０１を備えている。充電コネクタ１０１には、通常は二次電池Ｂ１の充電器が接続される。充電コネクタ１０１は、例えばＩＥＣ６１８５１、より具体的にはＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）方式のコネクタ形状を有している。
電池インピーダンス測定装置１は、略円筒状の接続筐体２と、接続筐体２と連結され、ユーザが把持可能な把持部３と、本体部５と、把持部３の一端から延び、本体部５に接続されたケーブル４とを備えている。
接続筐体２の先端部には、充電コネクタ１０１と接続可能なコネクタ２１が設けられている。接続筐体２の外表面は、樹脂等の絶縁材料で覆われている。接続筐体２の外周面には、把持部３に向かって延びる操作レバー２２が取り付けられている。
操作レバー２２は、接続筐体２の外周面に取り付けられたヒンジ２３を支点に揺動可能にされ、把持部３に近づくオフ姿勢と、オフ姿勢よりも把持部３から遠ざかるオン姿勢との間で姿勢変更可能にされている。図１に示す操作レバー２２は、オン姿勢の一例を示している。
図２は、オフ姿勢になった操作レバー２２を示す説明図である。操作レバー２２は、把持部３を握ったユーザが、指を操作レバー２２に掛けて握ることでオフ姿勢となり、ユーザが操作レバー２２から指を離すことによってオン姿勢となる。操作レバー２２は、ユーザが操作レバー２２から手を離すと、図略のバネ機構によってオン姿勢となるように付勢されている。
本体部５は、略直方体形状の筐体５５を備え、筐体５５の壁面には、例えばタッチパネルディスプレイ５６が取り付けられている。
図３は、図１に示す電池インピーダンス測定装置１の電気的構成の一例を示す回路図である。図３では、電池インピーダンス測定装置１のコネクタ２１が、電動車両１００の充電コネクタ１０１と接続された状態を示している。
電動車両１００は、例えばＩＥＣ６１８５１で規定される充電規格、より具体的にはＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）方式の充電規格に準拠した二次電池Ｂ１の充電回路を備えている。
電動車両１００は、動力用の二次電池Ｂ１、充電コネクタ１０１、ダイオードＤ１、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２（切換部）、制御部１０２、及び抵抗Ｒ６を備えている。充電コネクタ１０１は、充電端子ＴＣｐ（正極充電端子）、充電端子ＴＣｍ（負極充電端子）、通信端子ＴＣＨ，ＴＣＬ、及び接地端子ＴＣＥを備えている。ＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）規格のコネクタでは、充電端子ＴＣｐが６番ピン、充電端子ＴＣｍが５番ピン、通信端子ＴＣＨ，ＴＣＬが８，９番ピン、接地端子ＴＣＥが１番ピンに対応する。
充電端子ＴＣｐはダイオードＤ１のアノードに接続され、ダイオードＤ１のカソードがスイッチＳＷ１１を介して二次電池Ｂ１の正極に接続され、二次電池Ｂ１の負極がスイッチＳＷ１２を介して充電端子ＴＣｍに接続されている。
接地端子ＴＣＥは、電動車両１００の車体に接続され、電動車両１００のタイヤを介して大地に接地される。図３では、大地への接地をアースグラウンドＥＧＮＤで示している。
通信端子ＴＣＨ，ＴＣＬは制御部１０２に接続され、通信端子ＴＣＨ，ＴＣＬを制御部１０２に繋ぐ通信ライン間には終端抵抗Ｒ６が接続されている。
スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、制御部１０２からの制御信号に応じてオンオフするリレー、コンタクタ等のスイッチング素子である。スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、二次電池Ｂ１の急速充電が行われるとき以外、通常オフしている。スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は、充電端子ＴＣｐ，ＴＣｍと二次電池Ｂ１とを、導通させるか否かを切り換える。
制御部１０２は、通信回路と演算回路とを備えた、いわゆるマイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（Field of Programmable Gate Array）、その他の集積回路等によって構成されている。制御部１０２は、ＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）（ＩＥＣ６１８５１）等の通信プロトコルを実行可能である。なお、ＩＥＣ６１８５１には、ＧＢ／Ｔ、ＣＯＭＢＯ１，ＣＯＭＢＯ２等の充電規格が含まれており、電動車両１００は、ＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）以外の充電規格に対応していてもよい。また、電動車両１００は、必ずしもＩＥＣ６１８５１の充電規格に対応していなくてもよい。
制御部１０２は、充電コネクタ１０１に接続された、充電器又は電池インピーダンス測定装置１から、急速充電モードへの切り換えコマンドを受信した場合、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２をオンさせる。これにより、二次電池Ｂ１を充電端子ＴＣｐ，ＴＣｍに電気的に接続させ、二次電池Ｂ１を、充電装置によって充電したり電池インピーダンス測定装置１によって測定又は検査したりすることが可能になる。
電池インピーダンス測定装置１は、接続回路部７と、本体部５と、接続回路部７と本体部５とを接続する配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とを備えている。配線Ｌ１は第一配線の一例に相当し、配線Ｌ２は第二配線の一例に相当している。
接続回路部７は接続筐体２に収容され、本体部５の回路部は筐体５５に収容され、配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は把持部３及びケーブル４の内部に収容されている。
なお、電池インピーダンス測定装置１はケーブル４を備えず、本体部５は筐体５５を備えず、本体部５が把持部３内に収容されていてもよい。そして、把持部３内で、配線Ｌ１，Ｌ２と本体部５とが接続されていてもよい。把持部３内に、配線Ｌ１，Ｌ２と本体部５とを収容すれば、電池インピーダンス測定装置１の携帯性が向上し、取り扱いが容易になる。
なお、接続回路部７は必ずしも接続筐体２に収容されてなくてもよく、本体部５は把持部３又は筐体５５に収容されていなくてもよい。
接続回路部７は、コネクタ２１、キャパシタＣ１（第一キャパシタ）、キャパシタＣ２（第二キャパシタ）、スイッチＳＷ１（第一スイッチ）、スイッチＳＷ２（第二スイッチ）、スイッチＳＷ３，ＳＷ４（第三スイッチ）、スイッチＳＷ５(開閉スイッチ)、地絡検出器７３（地絡検出部）、ＮＡＮＤゲート７２、通信部７１、蓄電素子Ｂ２、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、インダクタＬ、及び抵抗Ｒ７を備えている。
コネクタ２１は、端子Ｔｐ（正極端子）、端子Ｔｍ（負極端子）、通信端子ＴＨ，ＴＬ、及び接地端子ＴＥを備えている。ＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）規格では、端子Ｔｐが６番ピン、端子Ｔｍが５番ピン、通信端子ＴＨ，ＴＬが８，９番ピン、及び接地端子ＴＥが１番ピンに対応する。
そして、コネクタ２１を充電コネクタ１０１に接続すると、端子Ｔｐが充電端子ＴＣｐと、端子Ｔｍが充電端子ＴＣｍと、通信端子ＴＨ，ＴＬが通信端子ＴＣＨ，ＴＣＬと、接地端子ＴＥが接地端子ＴＣＥとそれぞれ接続される。端子Ｔｐ，Ｔｍ、通信端子ＴＨ，ＴＬ、及び接地端子ＴＥは、コネクタ端子であるから、充電端子ＴＣｐ，ＴＣｍ、通信端子ＴＣＨ，ＴＣＬ、及び接地端子ＴＣＥに対して脱着可能であることは言うまでもない。
本体部５は、交流信号供給部５１、測定部５２、診断部５３、電源Ｂ３、ＤＣＤＣコンバータ５４、及びタッチパネルディスプレイ５６を備えている。
交流信号供給部５１は、キャパシタＣ１，Ｃ２を介して、二次電池Ｂ１に交流信号を供給する。交流信号の周波数は、例えば１０Ｈｚ〜１ＭＨｚ程度とされている。交流信号供給部５１は、例えば発振回路、シグナルジェネレータ、スイッチング回路等を用いて構成されている。交流信号供給部５１は、予め設定された周波数の交流信号を出力してもよく、例えば測定部５２からの指示に応じた周波数の交流信号を出力してもよい。
測定部５２は、二次電池Ｂ１から端子Ｔｐ及びキャパシタＣ１を介して得られた信号を検出し、当該検出された信号に基づいて二次電池Ｂ１のインピーダンスを測定する。測定部５２は、例えば、信号を検出するためのアンプ、フィルタ、その他の回路と、所定の演算処理を実行するマイクロコンピュータ等を用いて構成されている。測定部５２は、二次電池Ｂ１のインピーダンスを測定する方法として、例えば特許文献１に記載のＦＲＡ（Frequency Response Analyzer）等、種々の公知の交流インピーダンス測定法を用いることができる。
診断部５３は、測定部５２により測定されたインピーダンスに基づいて二次電池Ｂ１の劣化を診断する。例えば、測定部５２により測定されたインピーダンスが予め設定された基準値より大きい場合、診断部５３は、二次電池Ｂ１の劣化が進んでいると診断してもよい。あるいは、インピーダンスと劣化の程度とを対応づけたＬＵＴ（look-up table）を、予め測定部５２の記憶部に記憶させておき、診断部５３は、ＬＵＴを参照することによって、測定部５２により測定されたインピーダンスに対応付けられた劣化の程度を、診断結果として取得するようにしてもよい。診断部５３は、このようにして得られた劣化の診断結果を、例えば、タッチパネルディスプレイ５６に表示させる。
電源Ｂ３は、ＤＣＤＣコンバータ５４、及びスイッチＳＷ３，ＳＷ４を介して蓄電素子Ｂ２へ、充電電流を供給する。電源Ｂ３は、例えば電池であってもよく，電源回路であってもよい。ＤＣＤＣコンバータ５４は、電源Ｂ３の出力電圧を、蓄電素子Ｂ２の充電に適した電圧に変換する。
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、ＮＡＮＤゲート７２の出力レベルに応じてオンオフするリレー等のスイッチング素子である。
端子Ｔｐは、キャパシタＣ１、スイッチＳＷ１、及び配線Ｌ１を介して測定部５２に接続されている。端子Ｔｍは、キャパシタＣ２、スイッチＳＷ２、及び配線Ｌ２を介して交流信号供給部５１及び測定部５２に接続されている。また、端子Ｔｍは、抵抗Ｒ７とインダクタＬとの直列回路ＲＬを介して電池インピーダンス測定装置１の回路グラウンドＳＧＮＤに接続されている。
端子Ｔｍは、二次電池Ｂ１の負極と接続される。二次電池Ｂ１は、高電圧であるため、電池インピーダンス測定装置１の回路グラウンドＳＧＮＤとは絶縁されていることが望ましい。しかしながら、二次電池Ｂ１が回路グラウンドＳＧＮＤと絶縁されて完全にフローティングしていると、二次電池Ｂ１と回路グラウンドＳＧＮＤとの電位差に大きな差が生じるおそれがある。
二次電池Ｂ１と回路グラウンドＳＧＮＤとの電位差に大きな差が生じると、二次電池Ｂ１から得られる検出信号が回路グラウンドＳＧＮＤで動作している測定部５２の測定レンジから外れてしまい、測定部５２がインピーダンス測定できなくなるおそれがある。
そこで、端子Ｔｍ、すなわち二次電池Ｂ１の負極を、高抵抗の抵抗Ｒ７と、インダクタＬとの直列回路で回路グラウンドＳＧＮＤに接続する。抵抗Ｒ７により、二次電池Ｂ１の負極は、回路グラウンドＳＧＮＤと略同電位とされる。一方、交流信号供給部５１から出力される交流信号に対しては、インダクタＬのインピーダンスが増大するため、交流信号が回路グラウンドＳＧＮＤへ逃げるおそれが低減される。
なお、接続回路部７は、必ずしもインダクタＬを備える必要は無く、端子Ｔｍを抵抗Ｒ７で回路グラウンドＳＧＮＤに接続してもよい。しかしながら、抵抗Ｒ７とインダクタＬとの直列回路を用いると、交流信号の減衰を低減できる点でより好ましい。また、接続回路部７は、抵抗Ｒ７と、インダクタＬとをいずれも備えていなくてもよい。
通信端子ＴＨ，ＴＬは、通信ラインを介して通信部７１と接続されている。通信ライン間には、終端抵抗Ｒ５が接続されている。コネクタ２１が充電コネクタ１０１に接続されると、通信端子ＴＨ，ＴＬと通信端子ＴＣＨ，ＴＣＬとが接続され、通信部７１と制御部１０２とが一対の通信ラインを介して接続される。
通信部７１は、所定の通信プロトコル、例えばＩＥＣ６１８５１に規定されたＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）等の通信プロトコルを実行可能な通信回路である。通信部７１は、例えばマイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、その他の集積回路等によって構成されている。通信部７１は、コネクタ２１が充電コネクタ１０１に接続されたとき、制御部１０２へ、急速充電モードへの切り換えコマンドを送信する。
コネクタの接続は、種々の方法によって検知することができる。例えば通信部７１が定期的に制御部１０２へ通信信号を送信し、制御部１０２から応答信号が得られた場合に、通信部７１は、コネクタ２１が充電コネクタ１０１に接続されたことを検知してもよい。あるいは、制御部１０２が定期的に通信信号を出力し、通信部７１がその通信信号を受信した場合に、通信部７１は、コネクタ２１が充電コネクタ１０１に接続されたことを検知してもよい。あるいは、図略の接続検知回路を設けてもよい。
なお、切り換えコマンドは、制御部１０２によってスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２をオンさせるコマンドであればよく、必ずしもＩＥＣ６１８５１に規定された急速充電モードへの切り換えコマンドでなくてもよい。
蓄電素子Ｂ２は、例えば二次電池、電気二重層キャパシタ等の充電可能な蓄電素子である。蓄電素子Ｂ２は、通信部７１を含む接続回路部７内の各部に、動作用電源電圧を供給する。
蓄電素子Ｂ２の正極は、ダイオードＤ２のカソードに接続され、ダイオードＤ２のアノードは、スイッチＳＷ３、配線Ｌ３、及びＤＣＤＣコンバータ５４を介して電源Ｂ３の正極に接続されている。蓄電素子Ｂ２の負極は、スイッチＳＷ４、配線Ｌ４、及びＤＣＤＣコンバータ５４を介して電源Ｂ３の負極に接続されている。
スイッチＳＷ５は、操作レバー２２と連動してオンオフする。スイッチＳＷ５は、操作レバー２２がオン姿勢のときオフ、操作レバー２２がオフ姿勢のときオンする。スイッチＳＷ５の一端はＮＡＮＤゲート７２に接続され、スイッチＳＷ５の他端は回路グラウンドＳＧＮＤに接続されている。スイッチＳＷ５の一端は抵抗Ｒ４によってプルアップされている。
ＮＡＮＤゲート７２は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオンオフを制御する。具体的には、ＮＡＮＤゲート７２の出力がハイレベルのときスイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフし、ＮＡＮＤゲート７２の出力がローレベルのときスイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオンする。
従って、ユーザが操作レバー２２を握って操作レバー２２がオフ姿勢になると、スイッチＳＷ５がオンし、ＮＡＮＤゲート７２の出力がハイレベルになって、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフする。
これにより、ユーザが操作レバー２２を握る、すなわち把持部３を握っているときは、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフし、把持部３の中を通っている配線Ｌ１〜Ｌ４が接続回路部７から電気的に切り離される。その結果、電池インピーダンス測定装置１の安全性が向上する。
接続回路部７の、コネクタ２１を除く部分は、例えば金属等の導電性のシールド２４で覆われている。シールド２４は、接地端子ＴＥに接続されている。コネクタ２１が充電コネクタ１０１に接続されると、シールド２４は、接地端子ＴＥ，ＴＣＥを介して保安接地される。
端子Ｔｐは、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して端子Ｔｍと接続されている。地絡検出器７３は、一端がシールド２４を介して接地され、他端が抵抗Ｒ３を介して抵抗Ｒ１，Ｒ２の中間点に接続されている。すなわち、地絡検出器７３は、電動車両１００の二次電池Ｂ１と接続される端子Ｔｐ，Ｔｍと、接地との間の地絡又は漏電を検知する。
地絡検出器７３は、予め設定された判定条件が満たされた場合、例えば検知電流が１０ｍＡ以上で８００ｍｓｅｃ以上継続した場合、ＮＡＮＤゲート７２へ検知信号（ローレベル）を出力する。そうすると、ＮＡＮＤゲート７２はハイレベルの出力信号をスイッチＳＷ１〜ＳＷ４へ出力し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフする。
すなわち、地絡検出器７３は、予め設定された判定条件が満たされた場合、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフさせ、把持部３の中を通っている配線Ｌ１〜Ｌ４が接続回路部７から電気的に切り離される。その結果、電池インピーダンス測定装置１の安全性が向上する。
ＮＡＮＤゲート７２は、スイッチＳＷ５がオフし、かつ地絡検出器７３の出力がハイレベルのときのみ、ローレベルを出力してスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオンさせる。すなわち、ＮＡＮＤゲート７２は、ユーザが操作レバー２２を握っておらず、かつ地絡も漏電も発生していないときにのみ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオンさせるので、安全性が向上する。
通常、電池インピーダンス測定装置１が電動車両１００に接続されていない、保管状態等のときは、ユーザが操作レバー２２を握ることはなく、かつ地絡検出器７３が地絡又は漏電を検知することもない。このとき、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４はオンする。従って、電源Ｂ３からＤＣＤＣコンバータ５４、スイッチＳＷ３，ＳＷ４、及びダイオードＤ２を介して充電電流が蓄電素子Ｂ２へ供給され、蓄電素子Ｂ２が充電される。
次に、二次電池Ｂ１のインピーダンス測定を行う際の、電池インピーダンス測定装置１の動作について説明する。
まず、電池インピーダンス測定装置１が保管されているときは、上述のように蓄電素子Ｂ２は充電されている。次に、ユーザが、電池インピーダンス測定装置１を電動車両１００に接続するべく操作レバー２２を握って電池インピーダンス測定装置１を持ち上げると、スイッチＳＷ５及びＮＡＮＤゲート７２によってスイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフされる。
ここで、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフされ、接続回路部７が本体部５から電気的に切り離されても、接続回路部７が蓄電素子Ｂ２を備えているので、地絡検出器７３、抵抗Ｒ４、スイッチＳＷ、ＮＡＮＤゲート７２等の安全回路、及び通信部７１が継続して動作可能とされている。また、接続回路部７の動作用電源として、ＡＣ電源ではなく、接地されない蓄電素子Ｂ２を用いることによって、二次電池Ｂ１からＡＣ電源を介した接地への回り込み経路がなくなる。その結果、安全性が向上する。
この状態でユーザがコネクタ２１を充電コネクタ１０１に接続しても、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフされ、ユーザが握っている把持部３内の配線Ｌ１〜Ｌ４が接続回路部７から電気的に切り離されているので、安全性が向上する。
コネクタ２１が充電コネクタ１０１に固定された状態で、ユーザが把持部３から手を離すと、操作レバー２２がオン姿勢に姿勢変更し、スイッチＳＷ５及びＮＡＮＤゲート７２によってスイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオンされる。これにより、本体部５の各部が接続回路部７に接続される。このとき、電動車両１００側では、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２がオフされている。
そして、例えば通信部７１が、コネクタ２１が充電コネクタ１０１に接続されたことを検知すると、通信部７１は、制御部１０２へ急速充電モードへの切り換えコマンドを送信し、制御部１０２は、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２をオンする。これにより、二次電池Ｂ１が接続回路部７を介して本体部５へ接続され、二次電池Ｂ１のインピーダンス測定が可能となる。
交流信号供給部５１は、スイッチＳＷ２、キャパシタＣ２、端子Ｔｍ、充電端子ＴＣｍ、スイッチＳＷ１２、二次電池Ｂ１、スイッチＳＷ１１、ダイオードＤ１、充電端子ＴＣｐ、端子Ｔｐ、キャパシタＣ１、及びスイッチＳＷ１を介して測定部５２へ到達し、測定部５２の回路グラウンドＳＧＮＤへ戻る信号経路へ交流信号を出力する。これにより、交流信号供給部５１は、キャパシタＣ１，Ｃ２を介して、二次電池Ｂ１に交流信号を供給する。
交流信号供給部５１から出力された交流信号は、ダイオードＤ１の静電容量を介して流れる。ダイオードＤ１には、二次電池Ｂ１の出力電圧に対して十分高い耐圧、例えば１０００Ｖ程度を持たせる必要がある。一般的に、耐圧の高いダイオードは、静電容量が増大する。従って、ダイオードＤ１は、逆方向に対しても、容易に交流信号を流すことができる。
キャパシタＣ１，Ｃ２は、二次電池Ｂ１の出力電圧に対して十分高い耐電圧、例えば１０００Ｖの電圧定格を有する。キャパシタＣ１，Ｃ２の静電容量は、交流信号供給部５１から出力された交流信号に対して充分に低インピーダンスとなる静電容量、例えば１μＦ程度の静電容量とされている。
測定部５２へ到達した信号は、二次電池Ｂ１のインピーダンス等の影響により、交流信号供給部５１から出力された交流信号とは、位相、波高値、波形等が変化する。測定部５２は、この信号に基づいて二次電池Ｂ１のインピーダンスを測定することができる。
ここで、キャパシタＣ１，Ｃ２は、交流信号に対しては低インピーダンスなので交流信号は流すが、直流電圧は流さない。従って、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンしている場合であっても、あるいはスイッチＳＷ１，ＳＷ２が溶着等の故障を生じた場合であっても、二次電池Ｂ１の直流電流出力は、ユーザが触れる把持部３内の配線Ｌ１，Ｌ２には流れず、さらに、本体部５に流れることもない。
従って、電池インピーダンス測定装置１は、二次電池Ｂ１のインピーダンスを測定しつつ、安全性を向上することができる。
なお、図３では、交流信号供給部５１を二次電池Ｂ１の負極側に接続し、端子Ｔｍから端子Ｔｐへ向かう方向に交流信号を流す例を示したが、交流信号供給部５１を二次電池Ｂ１の正極側に接続し、端子Ｔｐから端子Ｔｍへ向かう方向に交流信号を流す構成としてもよい。
しかしながら、交流信号供給部５１を二次電池Ｂ１の負極側に接続し、端子Ｔｍから端子Ｔｐへ向かう方向に交流信号を流す方が、抵抗Ｒ７，インダクタＬによる測定精度への影響を低減できる点で、より好ましい。
図４は、図３に示す回路を簡略化して示した回路図である。図５は、交流信号供給部５１を二次電池Ｂ１の正極側に接続し、端子Ｔｐから端子Ｔｍへ向かう方向に交流信号を流す構成とした場合の回路を簡略化して示した回路図である。
図４，図５に示すように、二次電池Ｂ１は、抵抗ＲａとキャパシタＣａとの並列回路と、抵抗Ｒｂとを直列接続した等価回路で表される。また、図４，図５では、測定部５２については、入力段のオペアンプＡＭＰのみを記載している。
まず、図３、図４に示すように、交流信号供給部５１を二次電池Ｂ１の負極側に接続した場合、測定対象である二次電池Ｂ１と、抵抗Ｒ７及びインダクタＬの直列回路ＲＬとは、交流信号供給部５１から見て並列接続の関係にある。この場合、抵抗Ｒ７の抵抗値を大きくするほど、直列回路ＲＬに流れる交流電流が減少し、直列回路ＲＬの測定精度への影響が低下する。二次電池Ｂ１の内部抵抗Ｒａ，Ｒｂに対して、抵抗Ｒ７を充分大きな値にすれば、直列回路ＲＬの影響は無視することができる。
内部抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値は、通常、数１０Ω〜数１００Ω程度である。そして、上述のように、抵抗Ｒ７は高抵抗であることが望ましく、数１０Ω〜数１００Ωに対して充分大きな抵抗値、例えば抵抗Ｒ７を１ＭΩ程度とすることは、容易である。抵抗Ｒ７は、二次電池Ｂ１をフローティングさせない程度の抵抗値を有していればよいから、交流信号供給部５１を二次電池Ｂ１の負極側に接続した場合、抵抗Ｒ７を、大きな抵抗値に設定してその影響を低減することが容易である。
一方、交流信号供給部５１を二次電池Ｂ１の正極側に接続した場合、図５に示すように、測定対象である二次電池Ｂ１と、直列回路ＲＬとは、交流信号供給部５１から見て直列接続の関係にある。測定部５２は、二次電池Ｂ１から端子Ｔｍ及びキャパシタＣ２を介して得られた信号を検出する。
この場合、測定部５２は、二次電池Ｂ１と直列回路ＲＬとで分圧された電圧を検出することとなり、抵抗Ｒ７が大きくなるほど直列回路ＲＬの分圧比率が高くなる。すなわち、直列回路ＲＬの影響を低減させるには、抵抗Ｒ７の抵抗値を小さくする必要がある。
しかしながら、抵抗Ｒ７の抵抗値を小さくすると、二次電池Ｂ１と回路グラウンドＳＧＮＤとが低抵抗で結合され、高電圧の二次電池Ｂ１と低電圧の電池インピーダンス測定装置１との間の絶縁を確保することが困難になる。そのため、交流信号供給部５１を二次電池Ｂ１の正極側に接続した場合、直列回路ＲＬの測定精度への影響を低減することが困難である。
従って、交流信号供給部５１は、二次電池Ｂ１の正極側に接続するよりも、負極側に接続することが、より好ましい。
なお、電池インピーダンス測定装置１内の各部の配線を、同軸ケーブルで構成し、そのシールドを回路グラウンドＳＧＮＤに接続することが好ましい。これにより、ノイズの影響を低減し、かつ同軸ケーブルの絶縁被覆によって各配線が絶縁されるので、安全性がより向上する。
また、操作レバー２２及びスイッチＳＷ５を備えない構成としてもよく、地絡検出器７３を備えない構成としてもよい。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５を備えない構成としてもよい。
また、電池インピーダンス測定装置１は、必ずしも診断部５３を備える必要は無く、測定部５２で測定されたインピーダンスを、タッチパネルディスプレイ５６に表示させる等により報知する構成であってもよい。また、二次電池Ｂ１は電動車両に搭載される動力用電池に限らない。二次電池Ｂ１は、例えば、再生エネルギーの電力安定化用蓄エネルギー装置等、種々の用途に用いられるものであってもよい。
すなわち、本発明の一例に係る電池インピーダンス測定装置は、二次電池を充電するための正極充電端子に脱着可能な正極端子と、前記二次電池を充電するための負極充電端子に脱着可能な負極端子と、前記正極端子に接続された第一キャパシタと、前記負極端子に接続された第二キャパシタとを含む接続回路部と、前記第一及び第二キャパシタの少なくとも一方を介して、前記二次電池に交流信号を供給するための交流信号供給部と、前記二次電池から前記正極端子と前記第一キャパシタとを介して得られた信号、及び前記二次電池から前記負極端子と前記第二キャパシタとを介して得られた信号のうち少なくとも一方を検出し、当該検出された信号に基づいて前記二次電池のインピーダンスを測定する測定部とを含む本体部とを備える。
この構成によれば、交流信号供給部から第一及び第二キャパシタを介して二次電池へ交流信号が供給される。そして、二次電池から正極端子及び第一キャパシタを介して得られた信号、及び二次電池から負極端子及び第二キャパシタを介して得られた信号のうち少なくとも一方に基づいて、測定部によって、二次電池のインピーダンスが測定される。ここで、第一及び第二キャパシタは、交流信号は通過させるが、直流電流は流さない。従って、第一及び第二キャパシタから、交流信号供給部及び測定部に至る経路には、二次電池からの直流電流が流れることが無いので、電池インピーダンス測定装置の安全性が向上する。
また、前記接続回路部を収容する接続筐体と、前記接続筐体と連結され、ユーザが把持可能な把持部と、前記第一キャパシタを前記本体部と接続する第一配線と、前記第二キャパシタを前記本体部と接続する第二配線とを備え、前記第一及び第二配線は、前記把持部の内部を通って前記本体部に接続されていることが好ましい。
この構成によれば、正極及び負極端子から第一及び第二キャパシタに至る接続回路部は接続筐体に収容され、ユーザが把持可能な把持部の内部には、第一及び第二キャパシタに接続された第一及び第二配線が通っている。ユーザが把持する把持部内部の第一及び第二配線には、第一及び第二キャパシタによって、二次電池からの直流電流が流れないようにされているので、電池インピーダンス測定装置の安全性が向上する。
また、前記把持部は、前記本体部をさらに収容することが好ましい。
この構成によれば、電池インピーダンス測定装置の安全性を向上させつつ、電池インピーダンス測定装置の携帯性が向上し、取り扱いが容易になる。
また、前記接続筐体には、前記把持部に向かって延び、前記把持部に近づくオフ姿勢と、前記オフ姿勢よりも前記把持部から遠ざかるオン姿勢との間で姿勢変更可能な操作レバーが取り付けられ、前記接続回路部は、前記第一キャパシタと前記第一配線との間の接続をオンオフする第一スイッチと、前記第二キャパシタと前記第二配線との間の接続をオンオフする第二スイッチと、前記操作レバーがオン姿勢のとき前記第一及び第二スイッチをオンさせ、前記操作レバーがオフ姿勢のとき前記第一及び第二スイッチをオフさせる開閉スイッチとをさらに含むことが好ましい。
この構成によれば、ユーザが把持部と共に操作レバーを握っているとき、操作レバーがオフ姿勢となって、第一及び第二キャパシタと第一及び第二配線とが電気的に遮断される。その結果、さらに電池インピーダンス測定装置の安全性が向上する。
また、前記接続回路部は、当該接続回路部を動作させるための電力を出力する蓄電素子と、前記蓄電素子を充電するための充電電流を開閉する第三スイッチとをさらに含み、前記本体部は、前記第三スイッチを介して前記蓄電素子の充電電流を供給する電源部をさらに含み、前記開閉スイッチは、さらに、前記操作レバーがオン姿勢のとき前記第三スイッチをオンさせ、前記操作レバーがオフ姿勢のとき前記第三スイッチをオフさせることが好ましい。
この構成によれば、ユーザが操作レバーを握っておらず、操作レバーがオン姿勢のとき第三スイッチがオンして蓄電素子が充電される。一方、ユーザが操作レバーを握って操作レバーがオフ姿勢になると、第三スイッチがオフして接続回路部と本体部とが絶縁され、安全性が向上する。このとき、充電された蓄電素子が接続回路部に設けられているので、第三スイッチがオフしても、蓄電素子の出力電力によって、接続回路部を動作させることができる。
また、前記接続回路部は、前記第一キャパシタと前記第一配線との間の接続をオンオフする第一スイッチと、前記第二キャパシタと前記第二配線との間の接続をオンオフする第二スイッチと、接地されるための接地端子と、前記接地端子と前記正極端子及び前記負極端子との間に流れる電流が、所定の判定条件を満たした場合、前記第一及び第二スイッチをオフさせる地絡検知部とをさらに含んでもよい。
この構成によれば、地絡検知部や漏電が発生した場合に、第一及び第二キャパシタと第一及び第二配線とが電気的に遮断される。その結果、さらに電池インピーダンス測定装置の安全性が向上する。
また、前記接続回路部は、前記外部には、前記正極充電端子及び前記負極充電端子と前記二次電池とを、導通させるか否かを切り換える切換部が設けられ、前記接続回路部は、前記切換部によって、前記正極充電端子及び前記負極充電端子と前記二次電池とを導通させるための切り換えコマンドを送信する通信部をさらに含むことが好ましい。
この構成によれば、二次電池が、切換部によって正極充電端子及び負極充電端子と切り離されている場合であっても、通信部から切り換えコマンドを送信することによって、正極充電端子及び負極充電端子と二次電池とを導通させることができる。その結果、電池インピーダンス測定装置によって二次電池のインピーダンスを測定することが可能となる。
また、前記切り換えコマンドは、ＩＥＣ６１８５１で規定される急速充電モードへの切り換えコマンドであることが好ましい。
ＩＥＣ６１８５１で規定される急速充電モードは、正極充電端子及び負極充電端子と二次電池とを導通させて、正極充電端子及び負極充電端子間に供給された電流を二次電池に充電するモードである。従って、ＩＥＣ６１８５１で規定される急速充電モードへの切り換えコマンドを、通信部が送信することによって、正極充電端子及び負極充電端子と二次電池とを導通させ、インピーダンス測定可能な状態にすることができる。
また、前記接続回路部は、前記負極端子を回路グラウンドに接続する抵抗をさらに備え、前記交流信号供給部は、前記負極端子から前記正極端子へ向かう方向に前記交流信号を流すことが好ましい。
この構成によれば、負極端子を回路グラウンドに接続する抵抗を備えることによって、測定部による検出信号を、測定部の測定レンジ内に入れることが容易になる。また、その抵抗を、大きな抵抗値に設定してその抵抗による測定への影響を低減することが容易である。
また、前記本体部は、前記測定部により測定されたインピーダンスに基づいて、前記二次電池の劣化を診断する診断部をさらに含むことが好ましい。
この構成によれば、二次電池の劣化を診断することができる。
このような構成の電池インピーダンス測定装置は、安全性を向上することが可能である。
この出願は、２０１８年７月３１日に出願された日本国特許出願特願２０１８−１４３１０４を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、本発明は、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではない。
１ 電池インピーダンス測定装置
２ 接続筐体
３ 把持部
４ ケーブル
５ 本体部
７ 接続回路部
２１ コネクタ
２２ 操作レバー
２３ ヒンジ
２４ シールド
５１ 交流信号供給部
５２ 測定部
５３ 診断部
５４ ＤＣＤＣコンバータ
５５ 筐体
５６ タッチパネルディスプレイ
７１ 通信部
７２ ＮＡＮＤゲート
７３ 地絡検出器（地絡検出部）
１００ 電動車両
１０１ 充電コネクタ
１０２ 制御部
ＡＭＰ オペアンプ
Ｂ１ 二次電池
Ｂ２ 蓄電素子
Ｂ３ 電源
Ｃ１ キャパシタ（第一キャパシタ）
Ｃ２ キャパシタ（第二キャパシタ）
Ｃａ キャパシタ
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
ＥＧＮＤ アースグラウンド
Ｌ インダクタ
Ｌ１ 配線（第一配線）
Ｌ２ 配線（第二配線）
Ｌ３，Ｌ４ 配線
Ｒ１〜Ｒ７，Ｒａ，Ｒｂ 抵抗
ＲＬ 直列回路
ＳＧＮＤ 回路グラウンド
ＳＷ１ スイッチ（第一スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第二スイッチ）
ＳＷ３，ＳＷ４ スイッチ（第三スイッチ）
ＳＷ５ スイッチ（開閉スイッチ）
ＳＷ１１，ＳＷ１２ スイッチ（切換部）
ＴＣＥ 接地端子
ＴＣＨ，ＴＣＬ 通信端子
ＴＣｍ 充電端子（負極充電端子）
ＴＣｐ 充電端子（正極充電端子）
ＴＥ，ＴＣＥ 接地端子
ＴＨ，ＴＬ 通信端子
Ｔｍ 端子（負極端子）
Ｔｐ 端子（正極端子）

Claims (10)

  1. 外部に設けられた二次電池を充電するための正極充電端子に脱着可能な正極端子と、
    前記二次電池を充電するための負極充電端子に脱着可能な負極端子と、
    前記正極端子に接続された第一キャパシタと、
    前記負極端子に接続された第二キャパシタとを含む接続回路部と、
    前記第一及び第二キャパシタの少なくとも一方を介して、前記二次電池に交流信号を供給するための交流信号供給部と、
    前記二次電池から前記正極端子と前記第一キャパシタとを介して得られた信号、及び前記二次電池から前記負極端子と前記第二キャパシタとを介して得られた信号のうち少なくとも一方を検出し、当該検出された信号に基づいて前記二次電池のインピーダンスを測定する測定部とを含む本体部とを備える電池インピーダンス測定装置。
  2. 前記接続回路部を収容する接続筐体と、
    前記接続筐体と連結され、ユーザが把持可能な把持部と、
    前記第一キャパシタを前記本体部と接続する第一配線と、
    前記第二キャパシタを前記本体部と接続する第二配線とを備え、
    前記第一及び第二配線は、前記把持部の内部を通って前記本体部に接続されている請求項１に記載の電池インピーダンス測定装置。
  3. 前記把持部は、前記本体部をさらに収容する請求項２に記載の電池インピーダンス測定装置。
  4. 前記接続筐体には、前記把持部に向かって延び、前記把持部に近づくオフ姿勢と、前記オフ姿勢よりも前記把持部から遠ざかるオン姿勢との間で姿勢変更可能な操作レバーが取り付けられ、
    前記接続回路部は、
    前記第一キャパシタと前記第一配線との間の接続をオンオフする第一スイッチと、
    前記第二キャパシタと前記第二配線との間の接続をオンオフする第二スイッチと、
    前記操作レバーがオン姿勢のとき前記第一及び第二スイッチをオンさせ、前記操作レバーがオフ姿勢のとき前記第一及び第二スイッチをオフさせる開閉スイッチとをさらに含む請求項２又は３に記載の電池インピーダンス測定装置。
  5. 前記接続回路部は、
    当該接続回路部を動作させるための電力を出力する蓄電素子と、
    前記蓄電素子を充電するための充電電流を開閉する第三スイッチとをさらに含み、
    前記本体部は、前記第三スイッチを介して前記蓄電素子の充電電流を供給する電源部をさらに含み、
    前記開閉スイッチは、さらに、前記操作レバーがオン姿勢のとき前記第三スイッチをオンさせ、前記操作レバーがオフ姿勢のとき前記第三スイッチをオフさせる請求項４に記載の電池インピーダンス測定装置。
  6. 前記接続回路部は、
    前記第一キャパシタと前記第一配線との間の接続をオンオフする第一スイッチと、
    前記第二キャパシタと前記第二配線との間の接続をオンオフする第二スイッチと、
    接地されるための接地端子と、
    前記接地端子と前記正極端子及び前記負極端子との間に流れる電流が、所定の判定条件を満たした場合、前記第一及び第二スイッチをオフさせる地絡検知部とをさらに含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池インピーダンス測定装置。
  7. 前記外部には、前記正極充電端子及び前記負極充電端子と前記二次電池とを、導通させるか否かを切り換える切換部が設けられ、
    前記接続回路部は、前記切換部によって、前記正極充電端子及び前記負極充電端子と前記二次電池とを導通させるための切り換えコマンドを送信する通信部をさらに含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池インピーダンス測定装置。
  8. 前記切り換えコマンドは、ＩＥＣ６１８５１で規定される急速充電モードへの切り換えコマンドである請求項７に記載の電池インピーダンス測定装置。
  9. 前記接続回路部は、前記負極端子を回路グラウンドに接続する抵抗をさらに備え、
    前記交流信号供給部は、前記負極端子から前記正極端子へ向かう方向に前記交流信号を流す請求項１〜８のいずれか１項に記載の電池インピーダンス測定装置。
  10. 前記本体部は、前記測定部により測定されたインピーダンスに基づいて、前記二次電池の劣化を診断する診断部をさらに含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の電池インピーダンス測定装置。
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