KR20240012511A - 전지 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
전지 측정 시스템(10)은, 축전지(40)와 전지 측정 장치(50)를 구비한다. 축전지는 전극체(44)를 수용하는 수용 케이스(45)와 단자부(47a, 47b)를 가진다. 전지 측정 장치는 단자부의 양극 외부 단자(46a)와 음극 외부 단자(46b)를 잇는 제 1 전기 경로(81) 상에 설치되어, 교류 신호를 입출력하는 신호 제어부(51a, 51c)와, 전극체에서의 양극(44e)과 음극(44f)을 잇는 제 2 전기 경로(82) 상에 설치되어, 교류 신호에 대한 응답 신호를 입력하는 응답 신호 입력부(52)와, 응답 신호에 기초하여 복소 임피던스 정보를 산출하는 연산부(53)를 가진다. 제 2 전기 경로는 전극체와 제 2 전기 경로에 의해 둘러싸인 자속 통과 영역(S10)의 크기가, 전극체와 단자부와 수용 케이스에 의해 둘러싸인 영역의 크기보다도 작아지도록 응답 신호 입력부로부터 수용 케이스의 내부를 향하여 배선되어 있다.
Description
본 출원은 2021년 6월 29일에 출원된 일본 출원 번호 2021―107928호에 기초하는 것으로, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.
본 개시는 축전지와, 축전지의 상태를 측정하는 전지 측정 장치를 구비하는 전지 측정 시스템에 관한 것이다.
종래부터, 축전지의 상태를 측정하기 위해, 축전지의 복소 임피던스를 측정하는 것이 실시되고 있었다(예를 들면, 특허문헌 1). 특허문헌 1에 기재된 개시에서는, 발진기로부터 정현파 전류 등의 교류 신호를 축전지로 흘리고, 그 응답 신호(전압 변동)를 록인 앰프(Lock-in amplifier)에 의해 검출하고, 교류 신호와 응답 신호에 기초하여, 복소 임피던스 특성을 산출하고 있었다. 그리고 이 복소 임피던스 특성을 토대로, 축전지의 열화 상태 등을 판별하고 있었다.
그런데 전기 자동차 등에 사용되는 축전지는 대용량화되어 가는 경향이 있었다. 대용량의 축전지의 경우, 임피던스가 작아져서, 외부의 영향을 받기 쉽다는 문제가 있다 예를 들면, 축전지에 대하여 교류 신호를 흘리는 경우, 해당 교류 신호에 의한 자속 변화에 의하여, 응답 신호가 입력되는 전기 경로에서 유도 기전력이 발생한다. 이에 따라, 측정되는 응답 신호에 오차가 발생하고, 그 응답 신호에 기초하여 산출되는 복소 임피던스에도 오차가 발생한다는 문제가 있다.
본 개시는 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 복소 임피던스의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 전지 측정 시스템을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 축전지와, 상기 축전지의 상태를 측정하는 전지 측정 장치를 구비하는 전지 측정 시스템에 있어서, 상기 축전지는, 전해질과, 한쌍의 전극을 가지는 전극체와, 상기 전해질 및 상기 전극체를 수용하는 수용 케이스와, 적어도 일부분이 상기 수용 케이스의 외표면에 노출되어 있고, 상기 한쌍의 전극의 각각에 접속되는 한쌍의 단자부를 가지고, 상기 전지 측정 장치는, 상기 단자부 중, 상기 수용 케이스의 외표면에 노출되는 양극 외부 단자와 음극 외부 단자의 사이를 잇는 제 1 전기 경로 상에 설치되어, 상기 축전지로부터 사전에 결정된 교류 신호를 출력시키거나, 또는 상기 축전지로 사전에 결정된 교류 신호를 입력하는 신호 제어부와, 상기 전극체에서의 양극과 음극의 사이를 잇는 제 2 전기 경로 상에 설치되어, 해당 제 2 전기 경로릍 통하여 상기 교류 신호에 대한 상기 축전지의 응답 신호를 입력하는 응답 신호 입력부와, 상기 응답 신호에 기초하여 상기 축전지의 복소 임피던스에 관한 정보를 산출하는 연산부를 가지고, 상기 제 2 전기 경로는 상기 축전지의 외부에 위치하는 상기 응답 신호 입력부로부터 상기 수용 케이스의 내부를 향하여 배선되고, 상기 수용 케이스의 내부에서 상기 전극체의 상기 양극 및 상기 음극에 접속되어 있고, 상기 전극체와 상기 제 2 전기 경로에 의해 둘러싸인 영역으로서, 상기 제 1 전기 경로로 흐르는 교류 신호에 기초하는 자속이 통과하는 자속 통과 영역이 형성되어 있고, 상기 수용 케이스 내에서의 상기 자속 통과 영역의 크기가, 상기 전극체와 상기 단자부와 상기 수용 케이스에 의해 둘러싸인 영역의 크기보다도 작아지도록 상기 수용 케이스의 내부에서 상기 제 2 전기 경로가 배선되어 있다.
제 1 전기 경로로 흐르는 교류 신호에 의해, 제 1 전기 경로와는 다른 제 2 전기 경로에서 응답 신호가 입력되는 경우, 제 1 전기 경로로 흐르는 교류 신호에 기초하여 제 2 전기 경로에 유도 기전력이 발생하고, 이에 따라, 응답 신호에 기초하여 산출되는 복소 임피던스의 오차가 발생한다.
여기에서, 전극체와 제 2 전기 경로에 의해 둘러싸이는 자속 통과 영역의 크기에 의해, 제 2 전기 경로에 발생하는 유도 기전력의 크기를 변경 가능한 것을 발견했다. 그래서 본 개시에서는 제 2 전기 경로를, 수용 케이스의 내부를 향하여 배선하고, 수용 케이스의 내부에서 전극체의 양극 및 음극에 접속하고, 또한 수용 케이스 내에서의 자속 통과 영역의 크기를, 전극체와 단자부와 수용 케이스에 의해 둘러싸인 영역의 크기보다 작아지도록 제 2 전기 경로를 배선하도록 했다. 이에 따라, 수용 케이스의 외부에서 양극 외부 단자와 음극 외부 단자의 사이를 잇도록 제 2 전기 경로를 설치하는 경우에 비하여, 수용 케이스 내에서의 자속 통과 영역의 크기를 작게 할 수 있어서, 복소 임피던스의 오차를 억제할 수 있다.
본 개시에 대해서의 상기 목적 및 그 밖의 목적, 특징이나 잇점은 첨부의 도면을 참조하면서 하기의 상세한 기술에 의해 보다 명확해진다. 그 도면은,
도 1은 전원 시스템의 회로도이고,
도 2는 제 1 실시형태에서의 전지 측정 장치와 축전지의 접속 양태를 도시한 구성도이고,
도 3은 전극체의 구성도이고,
도 4는 전지 측정 장치의 회로도이고,
도 5는 자속 통과 영역을 도시한 설명도, 제 2 전기 경로를 도시한 설명도이고,
도 6은 임피던스 측정 정밀도와 전지 용량의 관계를 도시한 설명도, 자속 통과 영역을 도시한 설명도이고,
도 7은 복소 임피던스의 허수부와 측정 주파수의 관계를 도시한 그래프이고,
도 8은 복소 임피던스 평면 플롯을 도시한 그래프이고,
도 9는 전지 측정 장치와 축전지의 접속 양태를 도시한 구성도이고,
도 10은 제 2 전기 경로를 도시한 설명도이고,
도 11은 제 2 실시형태에서의 전지 측정 장치와 축전지의 접속 양태를 도시한 구성도이고,
도 12는 제 3 실시형태에서의 전지 측정 장치와 축전지의 접속 양태를 도시한 구성도이고,
도 13은 제 4 실시형태에서의 전지 측정 장치와 축전지의 접속 양태를 도시한 구성도이다.
도 1은 전원 시스템의 회로도이고,
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도 13은 제 4 실시형태에서의 전지 측정 장치와 축전지의 접속 양태를 도시한 구성도이다.
(제 1 실시형태)
이하, “전지 측정 시스템”을 차량(예를 들면, 하이브리드차나 전기 자동차)의 전원 시스템에 적용한 제 1 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전원 시스템(10)은, 회전기(모터 제너레이터) 등의 전기 부하(20)와, 축전지(40)와, 축전지(40)의 상태를 측정하는 전지 측정 장치(50)를 구비하고 있다.
축전지(40)는 전기 부하(20)에 전기적으로 접속되어 있다. 축전지(40)의 양극과 전기 부하(20)를 접속하는 양극측 전원 경로(L1) 및 축전지(40)의 음극과 전기 부하(20)를 접속하는 음극측 전원 경로(L2)의 적어도 한쪽에는, 릴레이 스위치(SMR)(시스템 메인 릴레이 스위치)가 설치되어 있고, 릴레이 스위치(SMR)에 의해, 축전지(40)와 전기 부하(20)의 사이의 통전 및 통전 차단이 전환 가능하게 구성되어 있다. 또한, 축전지(40)로서, 예를 들면, 리튬 이온 축전지를 이용할 수 있다.
도 2에 기초하여 축전지(40)의 구성에 대해서 설명한다. 축전지(40)는 전해질(43)과, 편평하게 감긴 전극체(44)와, 전해질(43) 및 전극체(44)를 수용하는 직방체 형상의 수용 케이스(45)를 구비하고 있다. 전해질(43)은 비수 전해액이고, 유기 용제의 에틸렌카보네이트나 디에틸카보네이트 등에, 리튬염으로서의 육불화인산리튬(불화물) 등을 용해한 것이다. 수용 케이스(45)는 예를 들면, 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있고, 그 상면의 길이 방향 양단에 외부 단자(46)(양극 외부 단자(46a)와 음극 외부 단자(46b))가 설치되어 있다.
도 3(a)에 도시한 바와 같이, 전극체(44)는, 복수의 양극 도전판(44a)과, 복수의 음극 도전판(44b)과, 양극 도전판(44a)과 음극 도전판(44b)의 사이에 배치되는 복수의 세퍼레이터(44c)를 구비하는 적층체(44d)가 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 감김으로써 구성되어 있다.
상세하게 설명하면, 양극 도전판(44a)은 알루미늄 등의 금속박으로 구성되는 양극 금속박과, 이 양극 금속박의 표리면에 도포된 양극 활물질로 구성된다. 음극 도전판(44b)은 구리 등의 금속박으로 구성되는 음극 금속박과, 이 음극 금속박의 표리면에 도포된 음극 활물질로 구성된다. 세퍼레이터(44c)는 폴리에틸렌 수지에 의해 형성된 다공질의 절연막이다. 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 감기체(winding body)로서의 전극체(44)는 양극 도전판(44a)과 음극 도전판(44b)과 세퍼레이터(44c)의 적층체(44d)를 사전에 결정된 축방향(X)으로 편평하게 감음으로써 구성되어 있다.
적층체(44d)에서는, 축방향(X)의 일측으로 양극 도전판(44a)을 돌출시키고, 축방향(X)의 타측으로 음극 도전판(44b)을 돌출시킨다. 이에 따라, 전극체(44)에서는, 축방향(X)의 일측으로 돌출한 양극 도전판(44a)에 의해 양극(44e)이 형성되고, 축방향(X)의 타측으로 돌출한 음극 도전판(44b)에 의해 음극(44f)이 형성되어 있다. 한쌍의 전극으로서의 양극(44e)과 음극(44f)의 사이에서의 전극체(44)의 외표면은 세퍼레이터(44c)에 의해 절연되어 있다. 전극체(44)는 도시하지 않는 절연 커버에 의해 덮인 상태로 수용 케이스(45)의 내부에 수용된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전극체(44)의 양극(44e)은 코킹 등에 의해 양극 단자부로서의 양극 도전체(47a)의 일단에 접속되어 있다. 양극 도전체(47a)의 타단은 수용 케이스(45)의 외부로 돌출해 있다. 양극 도전체(47a)의 돌출 부분에 의해 양극 외부 단자(46a)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 전극체(44)의 음극(44f)은 음극 단자부로서의 음극 도전체(47b)의 일단에 접속되어 있다. 음극 도전체(47b)의 타단은 수용 케이스(45)의 외부로 돌출해 있다. 음극 도전체(47b)의 돌출 부분에 의해 음극 외부 단자(46b)가 형성되어 있다. 또한, 양극 도전체(47a)와 수용 케이스(45)의 사이의 간극은 양극 시일 부재(48a)에 의해 밀봉되고, 또한 절연되어 있다. 음극 도전체(47b)와 수용 케이스(45)의 사이의 간극도 마찬가지로, 음극 시일 부재(48b)에 의해 밀봉되고, 또한 절연되어 있다.
다음으로, 도 1에 기초하여, 전지 측정 장치(50)에 대하여 설명한다. 전지 측정 장치(50)는 축전지(40)의 축전 상태(SOC) 및 열화 상태(SOH) 등을 측정하는 장치이다. 전지 측정 장치(50)는 전류 모듈레이션 회로(51)와, 전압계(52)와, 제어 장치(53)를 구비하고 있다.
전류 모듈레이션 회로(51)는 측정 대상인 축전지(40)로 사전에 결정된 교류 신호를 입력하는 회로이다. 구체적으로 설명하면, 전류 모듈레이션 회로(51)는 발신기(51a)와, 발신기(51a)에 직렬로 접속된 전류계(51b)를 가진다. 전류 모듈레이션 회로(51)는 제 1 전기 경로(81)에 의해 축전지(40)에 접속되어 있다.
발신기(51a)는 제어 장치(53)로부터 지시 신호를 입력하도록 구성되어 있다. 신호 제어부로서의 발신기(51a)는 지시 신호에 의해 지시된 교류 신호를 생성하고, 축전지(40)로 입력한다. 교류 신호는 예를 들면, 정현파 신호나 직사각형파 신호이다. 전류계(51b)는 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 전류 신호를 측정하고, 측정한 전류 신호를 제어 장치(53)로 출력하도록 구성되어 있다.
전압계(52)는 제 1 전기 경로(81)와 다른(독립되어 있는) 제 2 전기 경로(82)에 의해 축전지(40)에 접속되어 있다. 응답 신호 입력부로서의 전압계(52)는 교류 신호의 입력 시, 축전지(40)의 단자 사이에서 축전지(40)의 복소 임피던스 정보를 반영한 응답 신호(전압 변동)를 입력한다. 전압계(52)는, 이 응답 신호를 측정하고, 측정한 응답 신호를 제어 장치(53)로 출력하도록 구성되어 있다.
도 1에서는, 축전지(40)의 복소 임피던스의 등가 회로 모델이 도시되어 있다. 이 등가 회로 모델에서는, 축전지(40)의 내부 복소 임피던스는 오믹 저항(41)과 반응 저항(42)의 직렬 접속체에 의해 구성되어 있다. 오믹 저항(41)은 축전지(40)를 구성하는 전극이나 전해액에서의 통전 저항이다. 또한, 반응 저항(42)은 전극에서의 전극 계면 반응에 의한 저항을 나타내는 것이고, 저항 성분(42a)과 용량 성분(42b)의 병렬 접속체로서 나타난다.
제어 장치(53)는 마이크로컴퓨터를 주체로 하여 구성되고, 자신이 구비하는 기억 장치에 기억된 프로그램을 실행함으로써 각종 제어 기능을 실현한다. 제어 장치(53)는 발신기(51a)에 대하여, 축전지(40)로 입력하는 교류 신호를 지시하는 지시 신호를 출력한다. 또한, 연산부로서의 제어 장치(53)는 응답 신호 및 전류 신호에 기초하여, 축전지(40)의 복소 임피던스(Zm)에 관한 정보를 산출한다. 즉, 제어 장치(53)는 응답 신호 및 전류 신호에 기초하여, 복소 임피던스의 실수부(ReZm), 복소 임피던스의 허수부(ImZm)를 산출한다. 제어 장치(53)는 산출 결과에 기초하여, 예를 들면, 복소 임피던스 평면 플롯(콜-콜 플롯(cole-cole plot))을 작성하고, 전극 및 전해질 등의 특성을 파악한다. 예를 들면, 제어 장치(53)는 축전 상태(SOC)나 열화 상태(SOH)를 파악한다.
또한, 콜-콜 플롯 전체를 반드시 작성할 필요는 없고, 그 일부에 착안해도 좋다. 예를 들면, 주행 시, 일정한 시간 간격으로 특정 주파수의 복소 임피던스를 측정하고, 해당 특정 주파수의 복소 임피던스의 시간 변화에 기초하여, SOC, SOH 및 전지 온도 등의 주행 시에서의 변화를 파악해도 좋다. 또는, 1일마다, 1주마다, 또는 1년마다 등의 시간 간격으로 특정 주파수의 복소 임피던스를 측정하고, 해당 특정 주파수의 복소 임피던스의 시간 변화에 기초하여 SOH 등의 변화를 파악해도 좋다.
그런데 전류 모듈레이션 회로(51)가 제 1 전기 경로(81)를 통하여 교류 신호를 축전지(40)로 입력하면, 교류 신호에 기초하는 유도 기전력이 제 2 전기 경로(82)에 발생한다. 전압계(52)는 제 2 전기 경로(82)를 통하여 축전지(40)의 응답 신호를 측정한다. 그 때문에, 제 2 전기 경로(82)에 교류 신호에 기초하는 유도 기전력이 발생하면, 측정되는 응답 신호(전압 변동)에 측정 오차가 발생하게 된다. 그래서 유도 기전력을 저감시키기 위해, 축전지(40) 및 전지 측정 장치(50)를 구성하고 있다.
여기에서, 유도 기전력을 저감하기 위한 구성을 설명하기 전에, 유도 기전력이 발생하는 원리와, 그것을 억제하기 위한 원리에 대하여 도 4에 기초해서 설명한다. 도 4는 제 1 전기 경로(81)와 제 2 전기 경로(82)의 일반적인 모델을 도시한 도면이다.
수식(1)에 패러데이의 법칙을 나타낸다. 또한, “E(x, t)”는 전기장 벡터를 나타내고, “L”은 선적분의 경로를 나타낸다. “B(x, t)”는 자속 밀도 벡터를 나타낸다. “S”는 좌변의 선적분의 경로에 의하여 둘러싸이는 부분에 의해서 닫히는 영역을 나타낸다. “n”은 “S” 상의 점의 법선 벡터를 나타낸다. “x”는 전류 소편으로부터의 위치를 나타내는 벡터이고, “t”는 시간을 나타낸다. 즉, 전기장 벡터(“E(x, t)”)와 자속 밀도 벡터(“B(x, t)”)는 장소와 시간에 의존하는 값이다. “Vi(t)”는 유도 기전력을 나타낸다.
본 실시형태에 있어서는, “E(x, t)”는 제 2 전기 경로(82)에서의 전기장 벡터를 나타내고, “L”은 제 2 전기 경로(82)의 경로를 나타낸다. “B(x, t)”는 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 교류 신호에 기초하는 자속이 자속 통과 영역(S10)을 통과하는 자속 밀도 벡터를 나타낸다. “S”는 자속 통과 영역(S10)의 면을 나타낸다. “x”는 제 1 전기 경로(81)에 설정된 전류 소편으로부터의 위치를 나타내는 벡터이다. “Vi(t)”는 제 2 전기 경로(82)에서 발생하는 유도 기전력을 나타낸다.
[수식 1]
패러데이의 법칙에 따르면, 제 2 전기 경로(82) 등으로 둘러싸인 자속 통과 영역(S10)을 작게 하면, 유도 기전력을 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 이를 바탕으로, 유도 기전력을 억제하기 위해, 제 1 전기 경로(81) 및 제 2 전기 경로(82)를 이하와 같이 구성하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제 1 전기 경로(81)는 수용 케이스(45)의 외부에서 배선되어 있고, 양극 외부 단자(46a)와 음극 외부 단자(46b)를 접속하도록 구성되어 있다. 즉, 제 1 전기 경로(81)는 수용 케이스(45)의 외부에서 양극 외부 단자(46a)와 음극 외부 단자(46b)를 잇는다.
한편, 제 2 전기 경로(82)는 수용 케이스(45)의 외부에서 내부에 걸쳐서 배선되어 있고, 전극체(44)의 양극(44e)과 음극(44f)을 접속하도록 구성되어 있다. 즉, 제 2 전기 경로(82)는 양극(44e)과 음극(44f)을 잇는다. 구체적으로, 제 2 전기 경로(82)는 수용 케이스(45)의 외부에 배치되어 있는 전압계(52)로부터 수용 케이스(45)의 내부를 향하여 배선되고, 수용 케이스(45)의 내부에서 전극체(44)의 양극(44e) 및 음극(44f)에 각각 접속되어 있다. 또한, 제 2 전기 경로(82)와 수용 케이스(45)의 사이의 간극은 도시되지 않는 시일 부재에 의해 밀봉되고, 또한 절연되어 있다.
본 실시형태에서는, 제 2 전기 경로(82)의 일부가 수용 케이스(45)의 내부에 배치되어 있기 때문에 제 2 전기 경로(82)가 전해질(43)에 포함되는 육불화인산리튬에 대하여 내부식성을 가지는 재질의 재료로 형성되어 있다. 구체적으로, 제 1 검출선(82a)은 알루미늄에 의해 형성되어 있고, 제 2 검출선(82b)은 스테인레스 스틸(SUS)에 의해 형성되어 있다. 또한, 제 1 검출선(82a) 및 제 2 검출선(82b)으로서는, 폴리이미드 수지 등으로 절연 피복된 것을 이용할 수 있고, 제 2 검출선(82b)으로서는, SUS(304) 등을 이용할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 전극체(44)와 제 2 전기 경로(82)에 의해 둘러싸인 영역으로서, 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 교류 신호에 기초하는 자속이 통과하는 자속 통과 영역(S10)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 수용 케이스(45) 내에서의 자속 통과 영역(S10)의 크기를 작게 설정함으로써 자속 통과 영역(S10)의 크기가 작아지도록 설정하고 있다.
구체적으로는, 제 2 전기 경로(82)에서 발생하는 유도 기전력 유래의 복소 임피던스의 오차가 ±1mΩ의 범위 내로 되도록 자속 통과 영역(S10)의 크기를 설정하도록 하고 있다.
보다 바람직한 범위에 대하여 설명한다. 도 6에, 축전지(40)의 전지 용량(Ah)과, 필요한 임피던스값 측정 정밀도의 관계를 도시하고 있다. 필요한 임피던스값 측정 정밀도란, 제로크로스점을 구하기 위해 필요한 정밀도를 가리킨다. 또한, 도 6(a) 내지 도 6(d)에 도시한 바와 같이, 축전지(40)의 전지 온도(℃)에 따라서, 필요한 임피던스값 측정 정밀도가 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 6에 따르면, 전지 용량이 25Ah∼800Ah로서, 전지 온도가 -10℃∼65℃인 경우, 자속 통과 영역(S10)의 크기는 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 교류 신호에 기초하여 제 2 전기 경로(82)에 발생하는 유도 기전력 유래의 복소 임피던스의 오차가 ±170μΩ의 범위 내로 되도록 설정되는 것이면, 상기 전지 용량의 범위 및 전지 온도의 범위에 있어서, 필요한 임피던스값 측정 정밀도를 만족할 수 있다.
여기에서, 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 교류 신호에 기초하여 제 2 전기 경로(82)에 발생하는 유도 기전력 유래의 복소 임피던스의 오차를 특정하는 방법을 설명한다.
수식(2)에, 제어 장치(53)에 의해 산출되는 복소 임피던스(Zm)의 계산식을 나타낸다. 또한, “Is”는 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 전류 신호를 나타낸다. “Vs”는 축전지(40)의 단자 사이 전압 중, 직류 전압 성분을 제외한 것, 즉, 모듈레이션에 의한 전압 변화 성분(전압 변동에 상당)을 나타낸다. “j”는 허수 단위를 나타낸다. “ωr”은 전류 신호(Is)가 측정될 때의 교류 신호의 주파수인 측정 주파수를 나타낸다. “ΣV”는 제 2 전기 경로(82)에 발생하는 유도 기전력 유래의 파라미터인 형상 파라미터를 나타낸다. 형상 파라미터(ΣV)는 제 2 전기 경로(82)의 크기에 비례한다. “Zb”는 “Is”에 대한 “Vs”의 비로 나타나는 복소 임피던스를 나타낸다.
[수식 2]
여기에서, 전압계(52)에는 전류가 거의 흐르지 않기 때문에 제 2 전기 경로(82)로 전기 신호는 거의 흐르지 않는다. 그 때문에, 제 2 전기 경로(82)에 발생하는 유도 기전력은 제 2 전기 경로(82)로 흐르는 교류 신호에 의한 자기 인덕턴스의 영향은 거의 없고, 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 교류 신호에 의한 상호 인덕턴스에 의한 것으로 간주할 수 있다. 제 1 전기 경로(81)와 제 2 전기 경로(82)의 사이의 상호 인덕턴스의 크기를 MV로 한 경우, 형상 파라미터(ΣV)는 ΣV=±MV로 나타난다. 그 때문에, 수식(2)는 수식(3)과 같이 나타난다.
[수식 3]
수식(3)을 이용하여, 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 교류 신호에 기초하여 제 2 전기 경로(82)에 발생하는 유도 기전력 유래의 복소 임피던스의 오차는 “Zb-Zm(=±jωrMV)”로 나타난다. 여기에서, 측정 주파수(ωr)는 전류 신호의 측정 시에 설정 가능하고, 상호 인덕턴스(MV)는 자속 통과 영역(S10)의 크기나 제 1 전기 경로(81)와 제 2 전기 경로(82)의 거리를 이용한 시뮬레이션 또는 실측에 의해 산출할 수 있다. 그 때문에, 수식(3)에 따르면, 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 교류 신호에 기초하여 제 2 전기 경로(82)에 발생하는 유도 기전력 유래의 복소 임피던스의 오차를 특정할 수 있다.
본 실시형태에서는, 사전에 결정된 측정 조건에 있어서, 수식(3)을 이용하여 나타나는 오차가 상기 범위 내(±1mΩ, ±170μΩ)로 되도록 자속 통과 영역(S10)의 크기, 즉, 형상 파라미터(ΣV(=±MV))를 설정하도록 했다. 여기에서, 측정 조건은 전지 용량이 25Ah∼800Ah의 범위이고, 전지 온도가 -10℃∼65℃의 범위이다.
또한, 본 실시형태에서는, 수용 케이스(45) 내에서의 자속 통과 영역(S10)의 크기가 전극체(44)와 도전체(47a, 47b)와 수용 케이스(45)에 의해 둘러싸인 영역(S13)(도 5(a) 참조)의 크기보다도 작아지도록, 구체적으로는, 이하와 같이 제 2 전기 경로(82)를 배선하고 있다.
상세하게는, 도 2에 도시한 바와 같이, 제 2 전기 경로(82)는 전압계(52)와 전극체(44)의 양극(44e)을 접속하는 제 1 검출선(82a)과, 전압계(52)와 전극체(44)의 음극(44f)을 접속하는 제 2 검출선(82b)을 가지고 있다.
제 1 검출선(82a)은 수용 케이스(45) 내에서 미리 결정된 분기점(Br)까지 제 2 검출선(82b)을 따라서 배선되어 있다. 즉, 가능한 한 간극이 없도록 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)이 평행하게 배선되어 있다. 그리고 분기점(Br)에서 제 1 검출선(82a) 및 제 2 검출선(82b)은 분리되고, 각각 양극(44e) 및 음극(44f)에 접속되어 있다.
또한, 도 2에 있어서, 전압계(52)로부터 분기점(Br)까지의 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)은 전극체(44)의 축방향(X)에 직교하여 배선되어 있지만, 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)을 따라서 배선되는 것이면, 어떻게 배선되어 있어도 좋다. 또한, 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)을 따라서 배선될 때, 직선 형상으로 배선할 필요는 없고, 마찬가지로, 구부러지는 것이면, 임의로 구부러져 있어도 좋다. 또한, 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)은 각각 절연 피막에 의해 덮여 있다. 또는, 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)의 사이에는, 서로의 절연을 확보할 수 있을 정도의 간극이 설치되어 있다.
또한, 분기점(Br)은 전극체(44)에서의 양극(44e)과 음극(44f)의 사이로서, 전극체(44)에 맞닿는 위치에 설치되어 있다. 제 1 검출선(82a)은, 이 분기점(Br)으로부터 양극(44e)을 향하여 전극체(44)의 외표면에 맞닿아서 배선되고, 제 2 검출선(82b)은, 이 분기점(Br)으로부터 음극(44f)을 향하여 전극체(44)의 외표면에 맞닿아서 배선되어 있다.
상기와 같이 제 2 전기 경로(82)를 설정하는 것에 의한 작용에 대하여 설명한다.
도 5(a)에, 비교예에서의 수용 케이스(45) 내의 자속 통과 영역(S10)인 영역(S13)을 도시한다. 비교예에서는, 제 2 전기 경로(82)가 수용 케이스(45)의 외부에서 양극 외부 단자(46a)와 음극 외부 단자(46b)에 접속되어 있다.
비교예에서는, 제 2 전기 경로(82)가 양극 도전체(47a) 및 음극 도전체(47b)를 통하여 전극체(44)에 접속되어 있다. 그 때문에, 영역(S13)은 전극체(44), 양극 도전체(47a), 음극 도전체(47b) 및 수용 케이스(45)에 의해 둘러싸인 영역으로 된다.
이에 대해, 본 실시형태에서는, 수용 케이스(45) 내에 있어서, 분기점(Br)까지 제 1 검출선(82a)이 제 2 검출선(82b)을 따라서 배선되어 있기 때문에 분기점(Br)까지에 있어서의 자속 통과 영역(S10)인 영역(S14)의 크기가 억제되어 있다. 또한, 분기점(Br)은 전극체(44)에서의 양극(44e)과 음극(44f)의 사이로서, 전극체(44)에 맞닿는 위치에 설치되어 있고, 제 1 검출선(82a) 및 제 2 검출선(82b)은 분기점(Br)으로부터 전극체(44)의 대응하는 전극(44e, 44f)를 향하여 전극체(44)의 외표면에 맞닿아서 배선되어 있다. 그 때문에, 분기점(Br)으로부터 각 전극(44e, 44f)까지에 있어서의 영역(S14)의 크기가 억제되어 있다. 그 결과, 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 영역(S14)이 분기점(Br), 제 1 검출선(82a), 제 2 검출선(82b) 및 전극체(44)에 의해 둘러싸인 작은 영역으로 되어, 비교예에 비하여 수용 케이스(45) 내에서의 자속 통과 영역(S10)의 크기가 작아진다.
도 7에, 복소 임피던스의 허수부(ImZm)와 측정 주파수(ωr)의 대응 관계를 도시한다. 본 실시형태에서는, 영역(S14)의 크기가 비교예에서의 영역(S13)의 크기에 비하여 작아진 결과, 자속 통과 영역(S10)의 크기가 비교예에 비하여 작아져 있다. 그 결과, 도 7에 사각으로 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 허수부는 고주파 영역에 있어서, 원으로 도시하는 비교예의 허수부에 비하여 허수부의 감소가 억제되어 있다.
도 8은 비교예와 본 실시형태에서의 복소 임피던스 평면 플롯을 도시한다. 도 8에 사각으로 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 평면 플롯에서는 원으로 도시하는 비교예의 플롯에 비하여 허수부의 감소가 억제된 결과, 오믹 저항(41)이 작아져 있고, 반응 저항(42)이 커져 있다. 즉, 유도 기전력에 기초하는 복소 임피던스의 오차가 억제되어 있다.
이상 상세히 서술한 본 실시형태에 따르면, 이하의 효과가 얻어진다.
ㆍ본 실시형태에서는, 제 2 전기 경로(82)를, 수용 케이스(45)의 내부에 배선하고, 수용 케이스(45)의 내부에서 전극체(44)의 양극(44e) 및 음극(44f)에 접속하고, 또한 영역(S14)의 크기를, 전극체(44)와 도전체(47a, 47b)와 수용 케이스(45)에 의해 둘러싸인 영역(S13)의 크기보다도 작아지도록 제 2 전기 경로(82)를 배선하도록 했다. 이에 따라, 수용 케이스(45)의 외부에서 양극 외부 단자(46a)와 음극 외부 단자(46b)의 사이를 잇도록 제 2 전기 경로(82)를 설치하는 경우에 비하여 수용 케이스(45) 내에서의 자속 통과 영역(S10)의 크기를 작게 할 수 있어서, 복소 임피던스의 오차를 억제할 수 있다.
ㆍ영역(S14)의 크기를 적정하게 설정하여, 제 1 전기 경로(81)로 흐르는 교류 신호에 기초하여 제 2 전기 경로(82)에 발생하는 유도 기전력 유래의 복소 임피던스의 오차를 ±1mΩ의 범위 내로 되도록 했다. 이에 따라, 유도 기전력에 기초하는 복소 임피던스의 오차를 적절히 억제할 수 있다.
ㆍ축전지(40)의 전지 용량이 25Ah∼800Ah이고, 또한 전지 온도가 -10℃∼65℃인 경우에는, 영역(S14)의 크기를 적정하게 설정함으로써 유도 기전력 유래의 복소 임피던스의 오차를 더욱 억제할 수 있다.
ㆍ본 실시형태에서는, 제 1 검출선(82a)이 수용 케이스(45) 내에서 미리 결정된 분기점(Br)까지 제 2 검출선(82b)을 따라서 배선되어 있기 때문에 분기점(Br)까지에 있어서의 영역(S14)의 크기를 억제할 수 있다. 또한, 분기점(Br)은 전극체(44)에서의 양극(44e)과 음극(44f)의 사이로서, 전극체(44)에 맞닿는 위치에 설치되어 있고, 제 1 검출선(82a) 및 제 2 검출선(82b)은 분기점(Br)으로부터 전극체(44)의 대응하는 전극(44e, 44f)을 향하여 전극체(44)의 외표면에 맞닿아서 배선되어 있다. 그 때문에, 분기점(Br)으로부터 각 전극(44e, 44f)까지에 있어서의 영역(S14)의 크기를 억제할 수 있다. 이에 따라, 영역(S14)의 크기를 억제할 수 있어서, 복소 임피던스의 오차를 억제할 수 있다.
ㆍ제 2 전기 경로(82)의 일부가 수용 케이스(45)의 내부에 배선되어 있는 경우, 전해질(43)에 의해 제 2 전기 경로(82)가 부식될 염려가 있다. 본 실시형태에서는, 제 2 전기 경로(82)를, 전해질(43)에 대하여 내부식성을 가지는 재료료 형성하도록 했다. 이에 따라, 제 2 전기 경로(82)의 부식을 억제하여 복소 임피던스를 산출할 수 있다.
구체적으로는, 전해질(43)에 포함되는 육불화인산리튬은 철 등의 특정한 금속을 부식(용해)시키는 특성을 가진다. 한편, 육불화인산리튬은 알루미늄에 대해서는, 표면에 불화알루미늄의 피막을 형성하고, 스테인레스 스틸에 대해서는, 표면에 삼불화크롬의 피막을 형성하는 특성을 가진다. 이들의 피막은 육불화인산리튬이 부동태화하는 부동태 피막이기 때문에 피막 형성 후에서의 반응이 억제된다. 본 실시형태에서는, 제 1 검출선(82a)을 알루미늄에 의해 형성하고, 제 2 검출선(82b)을 스테인레스 스틸에 의해 형성함으로써 부동태 피막의 형성에 의해 이들의 검출선(82a, 82b)의 부식(용해)을 억제하여 복소 임피던스를 산출할 수 있다.
또한, 스테인레스 스틸은 구리에 비하여 배선 저항이 큰 재료이고, 제 2 전기 경로(82)에서는 부동태 피막이 형성됨으로써 배선 저항이 상승한다. 그러나 상기한 바와 같이, 제 2 전기 경로(82)로는 전류 신호가 거의 흐르지 않기 때문에 제 2 전기 경로(82)의 배선 저항이 상승해도, 복소 임피던스의 산출 정밀도에 주는 영향은 작다.
(제 1 실시형태의 변형예)
이하, 제 1 실시형태의 변형예에 대하여 설명한다. 본 변형예에서는 도 9에 도시한 바와 같이, 제 1 검출선(82a)은 수용 케이스(45) 외 및 수용 케이스 내에서 제 2 검출선(82b)에 대하여 여러 차례 교차하도록 배선되어 있다.
도 10에 기초하여 상세히 설명하면, 제 1 검출선(82a)은 제 1∼제 3 교차점(Cr1∼Cr3)에서 제 2 검출선(82b)과 교차하고 있다. 이에 따라, 자속 통과 영역(S10)은 제 1 교차점(Cr1), 제 2 교차점(Cr2), 제 1 검출선(82a) 및 제 2 검출선(82b)에 의해 둘러싸인 제 1 자속 통과 영역(S11)과, 제 2 교차점(Cr2), 제 3 교차점(Cr3), 제 1 검출선(82a) 및 제 2 검출선(82b)에 의해 둘러싸인 제 2 자속 통과 영역(S12)을 포함하는 복수의 영역으로 나뉘게 된다.
예를 들면, 제 1 전기 경로(81)에서 교류 신호가 흐름으로써 각 자속 통과 영역(S11, S12)에 지면 안쪽으로부터 앞쪽으로의 방향의 자속이 발생하고 있다고 하자. 이 경우, 유도 기전력에 의해 각 자속 통과 영역(S11, S12)에 전류가 흐르는 방향은 도 10에 도시한 바와 같이 반시계 방향으로 된다. 그리고 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)의 위치 관계가 제 2 교차점(Cr2)을 경계로 반대로 되어 있기 때문에 제 2 교차점(Cr2)에서는 제 1 자속 통과 영역(S11)에 발생하는 유도 기전력과, 제 2 자속 통과 영역(S12)에 발생하는 유도 기전력은 위상이 180도 어긋난다. 즉, 유도 기전력이 서로 부정된다. 이에 따라, 제 2 전기 경로(82)에 교류 신호에 기초하는 유도 기전력이 발생하는 것을 억제할 수 있어서, 유도 기전력을 억제할 수 있다.
(제 2 실시형태)
이하, 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 각 실시형태에서 서로 동일 또는 균등한 부분에는 동일 부호를 붙이고 있고, 동일 부호의 부분에 대해서는, 그 설명을 원용한다. 또한, 이 제 2 실시형태에서는 기본 구성으로서, 제 1 실시형태의 것을 예로 설명한다.
제 2 실시형태에서는 도 11에 도시한 바와 같이, 제 2 전기 경로(82)가 양극 도전체(47a)의 양극 시일 부재(48a)를 통하여 수용 케이스(45)의 외부로 인출되어 있다. 즉, 양극 도전체(47a)와 수용 케이스(45)의 사이를 밀봉하는 양극 시일 부재(48a)가 제 2 전기 경로(82)와 수용 케이스(45)의 사이를 밀봉하는 시일 부재를 겸용한다. 이에 따라, 축전지(40)의 구성을 간략화할 수 있어서, 축전지(40)의 제조 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 제 2 전기 경로(82)는 양극 시일 부재(48a) 외에서는, 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)이 서로 교차하는 연선(strand wire) 구조로 되어 있지만, 양극 시일 부재(48a) 내에서는, 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)이 평행하게 배선되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 양극 시일 부재(48a) 내에 있어서, 양극 도전체(47a), 제 1 검출선(82a) 및 제 2 검출선(82b)의 사이의 거리가 과잉하게 짧아지는 것을 억제할 수 있다.
(제 3 실시형태)
이하, 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 각 실시형태에서 서로 동일 또는 균등한 부분에는 동일 부호를 붙이고 있고, 동일 부호의 부분에 대해서는, 그 설명을 원용한다. 또한, 이 제 3 실시형태에서는 기본 구성으로서, 제 1 실시형태의 것을 예로 설명한다.
제 3 실시형태에서는, 도 12(a)에 도시한 바와 같이, 제 2 전기 경로(82)가 플렉시블 기판(60) 상에 배선되어 있다. 도 12(b)에 도시한 바와 같이, 플렉시블 기판(60)은 예를 들면, 불소에 대하여 내부식성을 가지는 폴리이미드 기재에 의해 형성되어 있고, 이 플렉시블 기판(60) 상에 프린트 형성된 평면 형상의 금속박(61)에 의해 제 2 전기 경로(82)가 구성되어 있다. 상기한 바와 같이, 제 2 전기 경로(82)에는 전류 신호가 거의 흐르지 않기 때문에 단면적이 작고, 배선 저항이 비교적 높은 금속박(61)에 의해 제 2 전기 경로(82)를 형성해도, 복소 임피던스의 산출 정밀도에 주는 영향이 작다.
플렉시블 기판(60)과 금속박(61)의 사이는 플렉시블 기판(60)과 금속박(61)이 밀착되고, 또한 플렉시블 기판(60)과 금속박(61)의 사이에 전해질(43)이 들어가지 않도록 하기 위해 밀봉되어 있다. 금속박(61)은 플렉시블 기판(60)의 양면에 배치되어 있고, 플렉시블 기판(60)에 형성된 스루홀(62)을 이용하여, 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)에 대응하는 금속박(61)이 서로 교차하는 연선 구조가 형성되어 있다. 플렉시블 기판(60)에 의해 연선 구조를 형성함으로써 둥근 선이나 소선으로 연선 구조를 형성하는 경우에 비하여 제 2 전기 경로(82)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 플렉시블 기판(60)의 일부는 수용 케이스(45)의 외부로 인출되고, 전압계(52)에 접속되어 있다. 또한, 플렉시블 기판(60)과 수용 케이스(45)의 사이의 간극은 도시되지 않는 시일 부재에 의해 밀봉되고, 또한 절연되어 있다.
플렉시블 기판(60)에 형성된 금속박(61) 중, 전극체(44)의 양극(44e)에 접속하는 부분의 근처 부분(63)은 알루미늄박으로 형성되어 있고, 그 이외의 부분은 동박으로 형성되어 있다. 알루미늄박과 동박은 플렉시블 기판(60) 상에서 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 플렉시블 기판(60)에는, 전극체(44)의 양극(44e)에 접속하기 위한 양극측 접속부(64a)와, 전극체(44)의 음극(44f)에 접속하기 위한 음극측 접속부(64b)가 형성되어 있다. 도 12(a)에 도시한 바와 같이, 양극측 접속부(64a)는 알루미늄 리벳(65a)에 의해 전극체(44)의 양극(44e)에 접속되고, 음극측 접속부(64b)는 구리 리벳(65b)에 의해 전극체(44)의 음극(44f)에 접속된다.
본 실시형태에서는, 양극측 접속부(64a) 및 음극측 접속부(64b)가 제 2 전기 경로(82)와 마찬가지로 평면 형상의 금속박(61)에 의해 형성되어 있고, 전극체(44)의 양극(44e) 및 음극(44f)에 대하여 면으로 접속된다. 이에 따라, 제 2 전기 경로(82)가 둥근 선이나 소선 등으로 형성되어 있는 경우에 비하여 접촉 부분의 면적을 확대하여, 접촉 부분의 압력을 분산시킬 수 있고, 또한 접촉 부분에서의 전류 집중을 억제하여, 전기 단락에 의한 전극체(44)의 손상을 억제할 수 있다.
(제 4 실시형태)
이하, 제 4 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 각 실시형태에서 서로 동일 또는 균등한 부분에는 동일 부호를 붙이고 있고, 동일 부호의 부분에 대해서는, 그 설명을 원용한다. 또한, 이 제 4 실시형태에서는 기본 구성으로서, 제 1 실시형태의 것을 예로 설명한다.
제 4 실시형태에서는 도 13에 도시한 바와 같이, 전극체(44)가 절연 커버(70)에 의해 덮여 있고, 이 절연 커버(70) 상에 제 2 전기 경로(82)가 형성되어 있다. 본 실시형태에서 절연 커버(70)는 폴리이미드 필름에 의해 형성되어 있고, 제 2 전기 경로(82)는 제 3 실시형태와 마찬가지로, 이 절연 커버(70) 상에 프린트 형성된 평면 형상의 금속박(71)에 의해 구성되어 있다. 또한, 도 13에서는, 전해질(43), 수용 케이스(45), 양극 도전체(47a) 및 음극 도전체(47b)의 기재를 생략하고 있다. 도 13에서는, 전극체(44)와 절연 커버(70)의 사이에 간극이 있도록 기재되어 있지만, 이 간극은 가능한 한 없는 편이 바람직하고, 이에 따라, 수용 케이스(45) 내에서의 자속 통과 영역(S10)의 크기가 작아져 있는 것이 바람직하다.
절연 커버(70)의 일부는 수용 케이스(45)의 외부로 인출되고, 전압계(52)에 접속되어 있다. 또한, 절연 커버(70)와 수용 케이스(45)의 사이의 간극은 도시되지 않는 시일 부재에 의해 밀봉되고, 또한 절연되어 있다. 또한, 절연 커버(70)의 다른 일부는 수용 케이스(45) 내에서 전극체(44)의 양극(44e) 및 음극(44f)에 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 전극체(44)를 덮는 절연 커버(70)를 이용하여 제 2 전기 경로(82)를 형성한다. 이에 따라, 축전지(40)의 구성을 간략화할 수 있어서, 축전지(40)의 제조 비용을 삭감할 수 있다.
(다른 실시형태)
ㆍ상기 실시형태에 있어서, 교류 신호는 정현파 신호에 한정되지 않는다. 예를 들면, 직사각형파나 삼각파 등의 신호이어도 상관 없다. 또는, 교류 신호는 측정 주파수(ωr)를 포함하는 임의의 주파수의 합성파이어도 상관 없다.
ㆍ상기 제 1 실시형태의 변형예에 있어서, 자속 통과 영역(S10)을 3개 이상으로 나누었지만, 2개로 나누어도 좋다. 이 경우, 제 1 검출선(82a)과 제 2 검출선(82b)을 1회만 교차시키게 된다.
ㆍ상기 실시형태에 있어서, 제어 장치(53) 등의 연산부가 복소 임피던스를 산출할 필요는 없고, 복소 임피던스에 관한 정보를 산출해도 좋다. 또한, 복소 임피던스에 관한 정보는 예를 들면, 복소 임피던스를 산출하기 위해 필요한 도중 경과(예를 들면, 전류와 전압의 실수부와 허수부만)를 말한다. 그리고 외부 장치에 최종 결과, 즉, 복소 임피던스의 실수부 및 허수부 등을 산출시켜도 좋다.
ㆍ상기 실시형태에 있어서, 축전지(40)로 사전에 결정된 교류 신호를 입력하는 예를 나타냈지만, 축전지(40)로부터 사전에 결정된 교류 신호를 출력시켜서 축전지(40)에 외란을 주어도 좋다. 예를 들면, 전류 모듈레이션 회로(51)에 있어서, 발신기(51a)에 대신하여, 저항 소자와 스위치의 직렬 접속체가 제 1 전기 경로(81)에 접속되어 있어도 좋다. 이 경우, 스위치가 제어 장치(53)로부터의 지시 신호에 기초하여 개폐 제어됨으로써 지시 신호에 의해 지시된 교류 신호가 축전지(40)로부터 출력된다.
ㆍ축전지(40)에 방폭 밸브가 설치되어 있는 경우에는, 이 방폭 밸브를 통하여 제 2 전기 경로(82)가 배선되어도 좋다.
ㆍ상기 실시형태에서는, 전지 측정 장치(50)를 차량의 전원 시스템에 적용했지만, 전동 비행기나 전동 선박의 전원 시스템에 적용해도 좋다.
본 개시에 기재된 제어 장치 및 그 방법은, 컴퓨터 프로그램에 의해 구체화된 하나 내지는 복수의 기능을 실행하도록 프로그램된 프로세서 및 메모리를 구성함으로써 제공된 전용 컴퓨터에 의해 실현되어도 좋다. 또는, 본 개시에 기재된 제어 장치 및 그 방법은, 하나 이상의 전용 하드웨어 논리 회로에 의하여 프로세서를 구성함으로써 제공된 전용 컴퓨터에 의해 실현되어도 좋다. 또는, 본 개시에 기재된 제어 장치 및 그 방법은, 하나 내지는 복수의 기능을 실행하도록 프로그램된 프로세서 및 메모리와 하나 이상의 하드웨어 논리 회로에 의하여 구성된 프로세서의 조합에 의해 구성된 하나 이상의 전용 컴퓨터에 의해 실현되어도 좋다. 또한, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에 의해 실행되는 인스트럭션으로서, 컴퓨터 판독 가능한 비천이 유형 기록 매체에 기억되어 있어도 좋다.
본 개시는 실시예에 준거하여 기술되었지만, 본 개시는 해당 실시예나 구조에 한정되는 것은 아니라고 이해된다. 본 개시는 여러 가지 변형예나 균등 범위 내의 변형도 포함한다. 또한, 여러 가지 조합이나 형태, 나아가서는, 그들에 일 요소만, 그 이상 또는 그 이하를 포함하는 다른 조합이나 형태도 본 개시의 범주나 사상 범위에 들어가는 것이다.
Claims (12)
- 축전지(40)와, 상기 축전지의 상태를 측정하는 전지 측정 장치(50)를 구비하는 전지 측정 시스템(10)에 있어서,
상기 축전지는,
전해질(43)과,
한쌍의 전극을 가지는 전극체(44)와,
상기 전해질 및 상기 전극체를 수용하는 수용 케이스(45)와,
적어도 일부분이 상기 수용 케이스의 외표면에 노출되어 있고, 상기 한쌍의 전극의 각각에 접속되는 한쌍의 단자부(47a, 47b)를 가지고,
상기 전지 측정 장치는,
상기 단자부 중, 상기 수용 케이스의 외표면에 노출되는 양극 외부 단자(46a)와 음극 외부 단자(46b)의 사이를 잇는 제 1 전기 경로(81) 상에 설치되어, 상기 축전지로부터 사전에 결정된 교류 신호를 출력시키거나, 또는 상기 축전지로 사전에 결정된 교류 신호를 입력하는 신호 제어부(51a, 51c)와,
상기 전극체에서의 양극(44e)과 음극(44f)의 사이를 잇는 제 2 전기 경로(82) 상에 설치되어, 상기 제 2 전기 경로릍 통하여 상기 교류 신호에 대한 상기 축전지의 응답 신호를 입력하는 응답 신호 입력부(52)와,
상기 응답 신호에 기초하여 상기 축전지의 복소 임피던스에 관한 정보를 산출하는 연산부(53)를 가지고,
상기 제 2 전기 경로는 상기 축전지의 외부에 위치하는 상기 응답 신호 입력부로부터 상기 수용 케이스의 내부를 향하여 배선되고, 상기 수용 케이스의 내부에서 상기 전극체의 상기 양극 및 상기 음극에 접속되어 있고,
상기 전극체와 상기 제 2 전기 경로에 의해 둘러싸인 영역으로서, 상기 제 1 전기 경로로 흐르는 교류 신호에 기초하는 자속이 통과하는 자속 통과 영역(S10)이 형성되어 있고,
상기 수용 케이스 내에서의 상기 자속 통과 영역의 크기가, 상기 전극체와 상기 단자부와 상기 수용 케이스에 의해 둘러싸인 영역의 크기보다도 작아지도록 상기 수용 케이스의 내부에서 상기 제 2 전기 경로가 배선되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 전기 경로로 흐르는 교류 신호에 기초하여 상기 제 2 전기 경로에 발생하는 유도 기전력 유래의 상기 복소 임피던스의 오차가 ±1mΩ의 범위 내로 되도록 상기 자속 통과 영역의 크기가 설정되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 축전지의 전지 용량이 25Ah∼800Ah로서, 전지 온도가 -10℃∼65℃인 경우에 있어서, 상기 자속 통과 영역의 크기는 상기 제 1 전기 경로로 흐르는 교류 신호에 기초하여 상기 제 2 전기 경로에 발생하는 유도 기전력 유래의 상기 복소 임피던스의 오차가 ±170μΩ의 범위 내로 되도록 설정되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극체는 양극 도전판(44a)과, 음극 도전판(44b)과, 상기 양극 도전판 및 상기 음극 도전판의 사이에 배치된 세퍼레이터(44c)를 포함하고, 상기 양극 도전판과 상기 음극 도전판과 상기 세퍼레이터의 적층체(44d)가 감겨서 감기체가 형성되고, 상기 감기체의 양단에 상기 양극 및 상기 음극이 형성되어 있고,
상기 제 2 전기 경로는 상기 응답 신호 입력부 및 상기 양극을 접속하는 제 1 검출선(82a)과, 상기 응답 신호 입력부 및 상기 음극을 접속하는 제 2 검출선(82b)을 가지고,
상기 제 1 검출선은 상기 수용 케이스 내에서 미리 결정된 분기점(Br)까지 상기 제 2 검출선을 따라서 배선되어 있고,
상기 분기점은 상기 감기체에서의 상기 양극과 상기 음극의 사이로서, 상기 감기체에 맞닿는 위치에 설치되어 있고,
상기 제 1 검출선은 상기 분기점으로부터 상기 양극을 향하여 상기 감기체의 외표면에 맞닿아서 배선되고, 상기 제 2 검출선은 상기 분기점으로부터 상기 음극을 향하여 상기 감기체의 외표면에 맞닿아서 배선되는
전지 측정 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 제 1 검출선은 상기 수용 케이스 내에서 상기 제 2 검출선에 대하여 한 번 또는 여러 차례 교차하도록 배선되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전해질은 특정한 금속을 부식시키는 부식성을 가지고,
상기 제 2 전기 경로 중, 상기 수용 케이스 내에 배선되어 있는 부분은 상기 전해질에 대하여 내부식성을 가지는 재질의 재료로 형성되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 전해질은 불화물을 포함하고,
상기 제 2 전기 경로 중, 상기 수용 케이스 내에 배선되어 있는 부분은 불화물과의 반응에 의해 표면에 부동태 피막을 형성하는 재질의 재료로 형성되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 제 2 전기 경로 중, 상기 수용 케이스 내에 배선되어 있는 부분의 일부는 알루미늄에 의해 형성되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제 2 전기 경로 중, 상기 수용 케이스 내에 배선되어 있는 부분의 일부는 스테인레스 스틸에 의해 형성되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 한쌍의 단자부는 양극 단자부와 음극 단자부를 가지고,
상기 양극 단자부와 상기 수용 케이스의 사이를 밀봉하는 양극 시일 부재(48a) 및 상기 음극 단자부와 상기 수용 케이스의 사이를 밀봉하는 음극 시일 부재(48b)를 구비하고,
상기 제 2 전기 경로는 상기 양극 시일 부재 및 상기 음극 시일 부재의 한쪽을 통하여 상기 수용 케이스의 외부로 인출되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 전기 경로 중, 상기 수용 케이스 내에 배선되어 있는 부분은 플렉시블 기판(60) 상에 배선되어 있는
전지 측정 시스템.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축전지는 상기 전극체를 덮는 절연 커버(70)를 가지고,
상기 제 2 전기 경로 중, 상기 수용 케이스 내에 배선되어 있는 부분은 상기 절연 커버 상에 배선되어 있는
전지 측정 시스템.
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