WO2015008728A1 - 電池状態検出装置 - Google Patents

電池状態検出装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015008728A1
WO2015008728A1 PCT/JP2014/068697 JP2014068697W WO2015008728A1 WO 2015008728 A1 WO2015008728 A1 WO 2015008728A1 JP 2014068697 W JP2014068697 W JP 2014068697W WO 2015008728 A1 WO2015008728 A1 WO 2015008728A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
secondary battery
internal
battery
impedance
soh
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/068697
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
高橋　信之
Original Assignee
矢崎総業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 矢崎総業株式会社 filed Critical 矢崎総業株式会社
Priority to CN201480040474.7A priority Critical patent/CN105393129B/zh
Publication of WO2015008728A1 publication Critical patent/WO2015008728A1/ja
Priority to US14/982,964 priority patent/US20160131719A1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery state detection device that detects the state of a secondary battery.
  • a lithium ion rechargeable battery is used as a power source for the electric motor.
  • rechargeable batteries such as nickel metal hydride batteries.
  • the storageable capacity is obtained by detecting the degree of deterioration of the secondary battery, and the distance that can be traveled by the secondary battery and the life of the secondary battery are calculated. is doing.
  • SOH State of Health
  • the internal impedance of the secondary battery can be obtained, for example, based on a response obtained by applying an AC signal having a constant waveform to the secondary battery.
  • An example of a technique for detecting the internal impedance of such a secondary battery is disclosed in Patent Document 1 and the like.
  • the SOH of a secondary battery is determined by a combination of the deterioration states of the constituent parts such as the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte of the secondary battery.
  • a specific frequency such as 1000 Hz
  • the state of a specific part that is relatively easy to react to the frequency is mainly detected, so this detection result accurately represents the overall state of the secondary battery.
  • the detection accuracy was low.
  • an object of the present invention is to provide a battery state detection device that can detect the state of a secondary battery relatively easily and accurately.
  • the inventors of the present invention have intensively studied a graph in which the internal complex impedance of the secondary battery is measured over a predetermined frequency range and plotted on the complex plane, and shows the states of a plurality of components of the secondary battery in the graph. With regard to a plurality of subgraphs, the present inventors have found that the same components are in the same frequency before and after deterioration, and have reached the present invention.
  • the invention described in claim 1 is a battery state detection device for detecting a state of a secondary battery, and a plurality of internal components corresponding to a plurality of discrete frequencies in the secondary battery.
  • Impedance detection means for detecting impedance
  • battery state detection means for detecting the state of the secondary battery based on the plurality of internal impedances detected by the impedance detection means, wherein the plurality of frequencies are: A plurality of partial frequency ranges corresponding to each of a plurality of partial graphs showing states of a plurality of constituent parts of the secondary battery in a graph in which internal complex impedance over a predetermined frequency range of the secondary battery is plotted on a complex plane.
  • a battery state detection device characterized in that at least two of the partial frequency ranges are allocated. It is.
  • the invention described in claim 2 is the invention described in claim 1, wherein the battery state detection unit is configured to determine, for the plurality of internal impedances, a value of the internal impedance and a difference value of the plurality of internal impedances. It is comprised so that the state of the said secondary battery may be detected using at least any one of these.
  • the battery state detection unit is configured to detect the value of the internal impedance used for detecting the state of the secondary battery and the plurality of internal impedances. The difference value or both of them are weighted and used.
  • the invention described in claim 4 is the invention described in any one of claims 1 to 3, wherein the impedance detection means uses the plurality of discrete frequencies in the secondary battery as the plurality of internal impedances. Is configured to detect a plurality of internal complex impedances corresponding to.
  • the impedance detection means detects a plurality of internal impedances corresponding to a plurality of discrete frequencies in the secondary battery, and the battery state detection means is detected by the impedance detection means.
  • the state of the secondary battery is detected based on a plurality of internal impedances.
  • a plurality of frequencies corresponding to each of the plurality of partial graphs showing the states of the plurality of constituent parts of the secondary battery in the graph in which the internal complex impedance over the predetermined frequency range of the secondary battery is plotted on the complex plane. Are divided into at least two of the partial frequency ranges.
  • the plurality of internal impedances detected by the impedance detection means correspond to at least two or more partial frequency ranges, that is, indicate the states of at least two or more components of the secondary battery, Therefore, by using these multiple internal impedances, a plurality of configurations of the secondary battery using only a relatively small number of discrete internal impedances without detecting the internal complex impedance over a predetermined frequency range of the secondary battery.
  • the state of the part can be detected. Therefore, the state of the secondary battery can be detected with relative ease and accuracy.
  • the battery state detection means uses, for a plurality of internal impedances, at least one of the value of the internal impedance and the difference value of the plurality of internal impedances, It is configured to detect the state of the secondary battery. Since it did in this way, the value of internal impedance represents the distance from the origin (0) on a complex plane, and the difference value of a plurality of internal impedances represents each other's distance or a value according to it. By using, the state of the secondary battery can be detected more easily.
  • the battery state detecting means weights the value of the internal impedance used for detecting the state of the secondary battery, the difference value of the plurality of internal impedances, or both of them. Used.
  • the secondary battery state can be detected more accurately by increasing the weight for those having a large influence on the state of the secondary battery and decreasing the weight for those having a small influence.
  • the impedance detection means is configured to detect a plurality of internal complex impedances corresponding to a plurality of discrete frequencies in the secondary battery as a plurality of internal impedances.
  • the internal complex impedance is, for example, compared to the size of the internal impedance (that is, the distance from the origin (0) on the complex plane). Therefore, the state of the secondary battery can be detected more accurately than the configuration using the magnitude of the internal impedance.
  • FIG. 1 shows schematic structure of the battery state detection apparatus of one Embodiment of this invention. It is a figure which shows typically the graph which plotted the internal complex impedance over the predetermined frequency range of a secondary battery on the complex plane. It is a figure which shows typically an example of the waveform of the 2nd charging current output from the charging part of the battery state detection apparatus of FIG. It is a flowchart which shows an example of the charging process performed by the control part with which the battery state detection apparatus of FIG. 1 is provided. It is a flowchart which shows an example of the impedance detection process performed by the control part with which the battery state detection apparatus of FIG. 1 is provided. It is the graph which measured the internal complex impedance over the predetermined frequency range in a commercially available secondary battery, and plotted it on the complex plane.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a battery state detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a graph in which the internal complex impedance over a predetermined frequency range of the secondary battery is plotted on the complex plane.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a waveform of the second charging current output from the charging unit of the battery state detection device of FIG. 1.
  • the battery state detection device is mounted on an electric vehicle and connected between electrodes of a secondary battery included in the electric vehicle, for example, and is a ratio of a current chargeable capacity to an initial chargeable capacity as a state of the secondary battery.
  • SOH State of Health
  • it may be installed in a vehicle power supply facility or the like without being mounted on an electric vehicle, or may be applied to an apparatus, a system, or the like provided with a secondary battery other than an electric vehicle.
  • the battery state detection device (indicated by reference numeral 1 in the figure) of the present embodiment detects SOH of a secondary battery B mounted on an electric vehicle (not shown).
  • the secondary battery B has an electromotive force part e that generates a voltage and an internal impedance Z.
  • the internal impedance Z is correlated with the SOH of the secondary battery B, and the SOH can be detected based on the internal impedance Z by obtaining the internal impedance Z of the secondary battery B.
  • FIG. A graph K called a plot is obtained.
  • This graph K is composed of a partial graph K1 and a partial graph K2 that are arcs indicating the states of the respective components such as the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte of the secondary battery.
  • the partial graph K1 and the partial graph K2 show the state of the negative electrode and the state of the positive electrode, respectively.
  • the size of each of the subgraphs K1 and K2 changes while maintaining a substantially similar shape (that is, an arc shape) to become subgraphs K1 ′ and K2 ′.
  • the curvature of the arc changes or the distance from the origin (0) of the complex plane changes. As the deterioration progresses, the curvature tends to decrease and the distance from the origin (0) tends to increase.
  • the partial frequency range including a plurality of frequencies corresponding to each of the internal complex impedances constituting the subgraph K1 is a partial frequency range including a plurality of frequencies corresponding to each of the internal complex impedances constituting the subgraph K1 ′. Matches.
  • the partial graph K1 and the partial graph K1 ′ indicating the state of the negative electrode are configured by plots of internal complex impedances included in the same partial frequency range
  • the partial graph K2 and the partial graph K2 ′ indicating the state of the positive electrode are It consists of a plot of internal complex impedances that fall within the same partial frequency range.
  • the state of the negative electrode of the secondary battery B can be detected based on the internal complex impedance corresponding to the frequency included in the partial frequency range corresponding to the partial graph K1, and the partial frequency range corresponding to the partial graph K2
  • the state of the positive electrode of the secondary battery B can be detected based on the internal complex impedance corresponding to the frequency included in the battery, and by using these to detect the state of a plurality of components of the secondary battery B, The state of the secondary battery B can be easily detected with high accuracy.
  • the battery state detection apparatus of this embodiment detects SOH of the secondary battery B by applying the above-described method.
  • the battery state detection device (indicated by reference numeral 1 in the figure) of the present embodiment includes an amplifier 11, a reference voltage generator 12, a charging unit 15, an analog-digital converter 21, And a microcomputer 40 (hereinafter referred to as “ ⁇ COM 40”).
  • the amplifier 11 is composed of, for example, an operational amplifier, and includes two input terminals (first input terminal In1 and second input terminal In2) and one output terminal (output terminal Out).
  • An amplified voltage Vm obtained by amplifying the difference value of the input voltage with a predetermined amplification factor G is output from the output terminal.
  • the positive electrode Bp of the secondary battery B is connected to the first input terminal In1.
  • the output of a reference voltage generator 12 described later is connected to the second input terminal In2. That is, the amplifier 11 outputs a voltage obtained by multiplying the difference value between the voltage Vb between the electrodes of the secondary battery B and the reference voltage Vref of the reference voltage generator 12 by the amplification factor G as the amplified voltage Vm.
  • the amplification factor G is set in the range of, for example, several tens to several tens of thousands of times according to the configuration of the battery state detection device 1 and the type of the secondary battery B. Alternatively, if there is no need for amplification, the amplification factor G may be set to 1 (no amplification).
  • the reference voltage generation unit 12 is configured by, for example, a voltage dividing circuit including a plurality of resistors that divide the power supply voltage of the battery state detection device 1 or a Zener diode, and the constant reference voltage Vref is supplied to the amplifier 11. Output.
  • the charging unit 15 is connected between the positive electrode Bp of the secondary battery B and the reference potential G (that is, the negative electrode Bn of the secondary battery B), and when the secondary battery B is charged, It is provided so that an arbitrary charging current can flow.
  • the charging unit 15 is connected to a later-described ⁇ COM 40 and charges the secondary battery B by flowing a charging current in accordance with a control signal from the ⁇ COM 40.
  • the charging unit 15 corresponds to a charging unit.
  • the analog-digital converter 21 quantizes the amplified voltage Vm output from the amplifier 11 and outputs a signal indicating a digital value corresponding to the amplified voltage Vm.
  • the ADC 21 is mounted as an individual electronic component.
  • the present invention is not limited to this.
  • an analog-digital conversion unit built in the ⁇ COM 40 described later may be used.
  • the input allowable voltage range of the ADC 21 is 0V to 5V. Of course, you may use what becomes an input allowable voltage range other than this.
  • the temperature sensor unit 25 includes a temperature detection element such as a thermistor, for example, and is configured to output a digital signal corresponding to the temperature detected by the temperature detection element.
  • the temperature sensor unit 25 is arranged close to the secondary battery B so that the ambient temperature around the secondary battery B can be detected.
  • the temperature sensor unit 25 is connected to the ⁇ COM 40 described later, and outputs a signal indicating the ambient temperature around the secondary battery B to the ⁇ COM 40.
  • ⁇ COM 40 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and controls the entire battery state detection device 1.
  • the ROM stores in advance a control program for causing the CPU to function as various means such as impedance detection means and battery state detection means.
  • the CPU functions as the various means by executing the control program.
  • the ROM stores information indicating a first charging current I1, a second charging current I2, which will be described later, an amplification factor G of the amplifier 11, an SOH detection temperature range W, and a switching determination value H, respectively. Used for detection of SOH of secondary battery B.
  • the SOH detection temperature range W is set to 20 ° C.
  • the switching determination value H is set to the median value (2.5 V) of the input allowable voltage range of the ADC 21.
  • the voltage Vb between both electrodes of the secondary battery B is the median value of the voltage range of the secondary battery B (for example, the secondary battery B
  • the median value is 3.6V, which is 50% of the current chargeable capacity of the secondary battery B.
  • the reference voltage Vref and the amplification factor G are set so that the amplified voltage Vm output from the amplifier 11 is 2.5 V when the battery is in the charged state (charged state).
  • these values are examples, and are appropriately set according to the configuration of the battery state detection device and the secondary battery.
  • the ROM of the ⁇ COM 40 stores information indicating a plurality of discrete detection frequencies f1, f2, and f3 set as frequencies of an alternating current component ia included in a second charging current I2, which will be described later.
  • discrete means that the frequencies are not close enough to each other to be considered continuous within a predetermined frequency range used for detecting the internal complex impedance of the secondary battery B.
  • the plurality of detection frequencies f1, f2, and f3 are set as follows.
  • an internal complex impedance in the frequency range is obtained, and these internal complex impedances are plotted on a complex plane to display a graph (call for the secondary battery B). Call plot). Then, a plurality of partial graphs corresponding to a plurality of constituent parts of the secondary battery B are identified from this graph, and the detection frequencies f1, f2, and f3 are a plurality of partial frequency ranges corresponding to the plurality of partial graphs, respectively. Set to be sorted. In general, in the above-described graph, the boundaries of a plurality of graph portions appear as characteristic points (feature points) that can be visually distinguished.
  • This feature point is, for example, an intersection with the real axis of the imaginary plane, a point where the curvature increases (a pointed point), or the like.
  • the graph K shown in FIG. 2 for the secondary battery B is acquired in advance using, for example, preliminary measurement or simulation, and the real axis of the complex plane is set as the detection frequency f1 based on the graph K.
  • a frequency corresponding to the feature point A that is the intersection of the partial graph K1 and the partial graph K2 is set as the detection frequency f2
  • a frequency corresponding to the feature point B that is the boundary between the partial graph K1 and the partial graph K3 is set as the detection frequency f3.
  • the frequency corresponding to the feature point C which is the boundary on the opposite side of the subgraph K1 in K2, is set.
  • the detection frequencies f1, f2, and f3 are set as long as the detection frequency f3 is not contrary to the object of the present invention, such as setting a frequency corresponding to the intermediate point D in the subgraph K2.
  • these values are arbitrary. Even when the secondary battery B that is not in the initial state is used, the feature points A, B, and C appear at the same frequency on the graph. Therefore, the detection frequencies f1, f2, and f3 using the secondary battery B that is not in the initial state. May be set.
  • the shape of the graph K is considered to be the same.
  • the detection frequency is set for one of a plurality of secondary batteries included in one production lot. If required, the same detection frequency can be used for the other secondary batteries B of the production lot.
  • the ROM of the ⁇ COM 40 stores information on a calculation formula or an information table for obtaining the SOH of the secondary battery by applying a plurality of internal complex impedances for a plurality of detection frequencies.
  • the ⁇ COM 40 includes an output port PO connected to the charging unit 15.
  • the charging unit 15 is controlled.
  • the amplitude of the AC component ia is set to be equal to or smaller than the current value of the DC component id. Therefore, even when the AC component ia is swung to the minimum value, the first charging current I1 and the second charging current I2 are negative. The value (that is, the direction in which the secondary battery B is discharged) is never reached. That is, as schematically shown in FIG. 3, the second charging current I2 flows only in the charging direction and does not flow in the discharging direction.
  • the ⁇ COM 40 has an input port PI1 to which a signal output from the ADC 21 is input, and an input port PI2 to which a signal output from the temperature sensor unit 25 is input.
  • the signal input to the input port PI1 is converted into information in a format that can be recognized by the CPU of the ⁇ COM 40 and sent to the CPU.
  • the CPU of the ⁇ COM 40 detects the AC component va included in the amplified voltage Vm based on the information. Further, the CPU detects the internal complex impedance of the secondary battery B with respect to the detection frequencies f1, f2, and f3 based on the AC component va of the amplified voltage Vm and the AC component ia of the second charging current I2.
  • the SOH of the secondary battery B is detected based on the internal complex impedance.
  • the signal input to the input port PI2 is converted into information in a format that can be recognized by the CPU of the ⁇ COM 40 and sent to the CPU.
  • the ⁇ COM CPU Prior to detecting the SOH of the secondary battery B, the ⁇ COM CPU detects the ambient temperature around the secondary battery B based on this information and determines whether the temperature is suitable for the detection of the SOH. To do.
  • ⁇ COM 40 has a communication port (not shown). This communication port is connected to an in-vehicle network (for example, CAN (Controller Area Network)), and is connected to a display device such as a terminal device for vehicle maintenance through the in-vehicle network.
  • the CPU of the ⁇ COM 40 transmits a signal indicating the detected SOH to the display device through the communication port and the in-vehicle network, and displays the SOH of the secondary battery B on the display device based on the signal.
  • the CPU of the ⁇ COM 40 transmits a signal indicating the detected SOH to a display device such as a combination meter mounted on the vehicle through the communication port and the in-vehicle network, and the secondary battery B of the secondary battery B is based on the signal in the display device. SOH may be displayed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the charging process executed by the control unit provided in the battery state detection device of FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the impedance detection process executed by the control unit included in the battery state detection device of FIG.
  • CPU When the CPU of ⁇ COM 40 (hereinafter simply referred to as “CPU”) receives a charge start command for the secondary battery B from the electronic control device mounted on the vehicle through the communication port, for example, the process proceeds to the charging process shown in FIG.
  • the ambient temperature around the secondary battery B is a temperature suitable for detection of SOH (S110). Specifically, the CPU detects the ambient temperature around the secondary battery B based on the information obtained from the signal input to the input port PI2, and this ambient temperature is an SOH suitable for SOH detection. It is determined whether or not it is included in the detected temperature range W.
  • S110 a temperature suitable for detection of SOH
  • the first charging current I1 is supplied to the secondary battery B (S170).
  • the CPU transmits a control signal for charging with the first charging current I1 to the charging unit 15 through the output port PO.
  • the charging unit 15 supplies the first charging current I1 to the secondary battery B in response to the control signal. Thereby, the charging of the secondary battery B is started, and thereafter, when the charging of the secondary battery B is completed, the charging process is ended.
  • the first charging current I1 is supplied to the secondary battery B (S120). Specifically, the CPU transmits a control signal for charging with the first charging current I1 to the charging unit 15 through the output port PO. In response to the control signal, the charging unit 15 causes the secondary battery B to pass a first charging current I1 including only a predetermined DC component id. Thereby, charging of the secondary battery B is started.
  • the CPU periodically detects (for example, every second) the amplified voltage Vm output from the amplifier 11 based on the information obtained from the signal input to the input port PI1, and determines the switching. It is determined whether or not the value H (2.5 V) has been reached.
  • the impedance detection process shown in FIG. 5 is then executed a plurality of times to detect a plurality of internal complex impedances for the detection frequencies f1, f2, and f3 in the secondary battery B. (S140, S150, S160).
  • the second charging current I2 including the AC component ia having the designated detection frequency is passed through the secondary battery B (T110).
  • the CPU transmits a control signal for charging with the second charging current I2 to the charging unit 15 through the output port PO.
  • the charging unit 15 causes the second charging current I2 including the direct current component id and the alternating current component ia to flow through the secondary battery B in response to the control signal.
  • the frequency of the AC component ia is set to the designated detection frequency.
  • the voltage Vb between both electrodes of the secondary battery B is stabilized (T120). Specifically, when the charging current flowing through the secondary battery B is switched, the voltage Vb between both electrodes of the secondary battery B becomes a transient state, and its value fluctuates and converges to a constant waveform. , Wait for a preset voltage stabilization waiting time (for example, about 1 to 3 seconds) to elapse, and when this voltage stabilization waiting time elapses, the voltage Vb between both electrodes of the secondary battery B Converges to a constant waveform and stabilizes.
  • a preset voltage stabilization waiting time for example, about 1 to 3 seconds
  • the secondary battery B is not charged, and the charged state (that is, the voltage Ve of the secondary battery B) affects the detection of the internal complex impedance.
  • the energization time of the second charging time I2 is set to be sufficiently short or the value of the second charging time I2 is set to be sufficiently small so as not to change to the extent that gives
  • the AC component va of the amplified voltage Vm is detected (T130). Specifically, the CPU obtains information obtained from a signal input to the input port PI1 when the voltage Vb between both electrodes of the secondary battery B is stabilized (that is, when the voltage stabilization wait time has elapsed). Based on the above, for the amplified voltage Vm of the amplifier 11, an interval that is sufficiently shorter than the one cycle over a period of at least one cycle of the alternating current component ia of the second charging current I2 (the extent that the waveform of the alternating current component ia can be substantially reproduced) For example, it is periodically sampled and measured at about 1 / 20th to 1 / 100th of one cycle).
  • the CPU detects the internal complex impedance of the secondary battery B based on the AC component va of the amplified voltage Vm and the AC component ia of the second charging current I2 (T140).
  • Re [] shows a real part. From these formulas (1) and (2), the internal complex impedance z is obtained by formula (iii).
  • the impedance detection process is terminated and the process returns to the charging process of FIG.
  • the internal complex impedances corresponding to the detection frequencies f1, f2, and f3 are indicated as z1, z2, and z3, respectively.
  • the SOH of the secondary battery B is detected based on the plurality of internal complex impedances z1, z2, and z3 ( S170).
  • the CPU uses the points A, B, and C in which the internal complex impedances z1, z2, and z3 detected in steps S140 to S160 are plotted on the complex plane, and the distance from the origin (0) to the point A.
  • from the point B to the point C are calculated, and these are applied to the SOH calculation formula stored in the ROM.
  • the CPU transmits the detected SOH of the secondary battery B to another device or the like through the communication port.
  • the first charging current I1 is supplied to the secondary battery B (S180).
  • the CPU transmits a control signal for charging with the first charging current I1 to the charging unit 15 through the output port PO.
  • the charging unit 15 supplies the first charging current I1 to the secondary battery B in response to the control signal. Thereby, the charging of the secondary battery B is resumed, and when the charging of the secondary battery B is completed thereafter, the charging process is terminated.
  • Example 1 an example (Example 1) of the calculation formula used for calculating the SOH in step S170 of the above-described charging process will be described.
  • the inventor selects one secondary battery B from a plurality of secondary batteries (18650 type lithium ion battery, three-element positive electrode, graphite negative electrode) of the same production lot that are commercially available, and this secondary battery.
  • An internal complex impedance in the frequency range is obtained by giving an AC signal over a predetermined frequency range in the initial state of B, and these internal complex impedances are plotted on a complex plane, and the graph shown in FIG. Cole-Cole plot).
  • the charged state of the secondary battery B was 50%, and the ambient temperature was 20 ° C.
  • feature points A (intersections with the real axis), B, and C (points having a large curvature) are visually detected from this graph, and the frequencies corresponding to these feature points A, B, and C are detected frequencies f1. (500 Hz), f2 (30 Hz), and f3 (0.08 Hz).
  • the state of the plurality of secondary batteries can be changed by repeating charging / discharging (cycle deterioration), or leaving them in a fully charged state under high temperature (high temperature deterioration). Deteriorated.
  • equation (1) the coefficients of the distance
  • Table 2 shows SOH calculated by applying the distance
  • detecting SOH using an internal impedance corresponding to one frequency can be achieved by using any one of distance
  • distance
  • distance
  • the CPU that executes the processes of steps S140 to S160 functions as impedance detection means, and the CPU that executes the process of step S170 functions as battery state detection means. To do.
  • the impedance detection unit detects the plurality of internal complex impedances z1, z2, and z3 corresponding to the plurality of discrete detection frequencies f1, f2, and f3 in the secondary battery B, and the battery state The detection unit detects the SOH of the secondary battery B based on the plurality of internal complex impedances z1, z2, and z3 detected by the impedance detection unit. Then, a plurality of frequencies f1, f2, and f3 corresponding to the plurality of internal complex impedances z1, z2, and z3 detected by the impedance detection means are arranged on the complex plane with the internal complex impedance over the predetermined frequency range of the secondary battery B.
  • the plotted graph K is divided into two partial frequency ranges corresponding to each of the plurality of partial graphs K1 and K2 showing the states of the plurality of constituent parts of the secondary battery B.
  • the plurality of internal complex impedances z1 and z2 detected by the impedance detection means are included in the partial frequency range corresponding to the subgraph K1
  • the internal complex impedances z2 and z3 are portions corresponding to the subgraph K2. It is included in the frequency range, i.e.
  • the SOH of the secondary battery B can be detected with relative ease and accuracy.
  • the internal complex impedance is the shape of the subgraph of the graph (that is, the state of the constituent part of the secondary battery B) compared to the size of the internal impedance (that is, the distance from the origin (0) on the complex plane). Therefore, the SOH of the secondary battery B can be detected with higher accuracy than the configuration using the size of the internal impedance.
  • the battery state detection means uses the values of the internal complex impedances z1, z2, and z3 and the difference values of the plurality of internal complex impedances z1, z2, and z3 for the plurality of internal complex impedances z1, z2, and z3.
  • the SOH of the secondary battery B is detected.
  • the value of the internal complex impedance is the distance
  • the difference value of the plurality of internal complex impedances is that between the internal complex impedances.
  • the battery state detection means weights and uses both the internal complex impedance value used for detecting the state of the secondary battery and the difference values of the plurality of internal complex impedances.
  • the SOH of the secondary battery B can be detected more accurately by increasing the weight for those that have a large influence on the state of the secondary battery B and decreasing the weight for those having a small influence. .
  • the battery state detection device of the second embodiment detects the SOH of the secondary battery B using the value (size) of the internal impedance instead of the internal complex impedance of the secondary battery B. Specifically, the second embodiment detects the internal complex impedance of the secondary battery B (step T140 in FIG. 5) and the SOH of the secondary battery B in the first embodiment described above.
  • the process is the same as that of the first embodiment except that the process (step S170 in FIG. 4) is different. Therefore, below, only a different part from 1st Embodiment is demonstrated.
  • from the origin (0) on the complex plane for the plurality of internal complex impedances z1, z2, and z3 corresponding to the detection frequencies f1, f2, and f3, and the internal SOH was detected using the distance
  • SOH is detected using a plurality of internal impedances Z1, Z2, and Z3 corresponding to the detection frequencies f1, f2, and f3. That is, the internal complex impedance has a real part and an imaginary part, which are coordinates on the complex plane.
  • the size of the internal impedance is from the origin (0) to the internal complex impedance.
  • the distance to the indicated coordinate position is indicated.
  • the process of detecting the internal complex impedance of the secondary battery B (step T140 in FIG. 5) is performed as follows.
  • the internal impedances Z1, Z2, and Z3 of the secondary battery B corresponding to the detection frequencies f1, f2, and f3 are detected.
  • step S170 of FIG. 4 which detects SOH of the secondary battery B is performed as follows.
  • the internal impedances Z1, Z2, and Z3 described above indicate the distances from the origin (0) to the points A, B, and C on the complex plane. That is, the internal impedances Z1, Z2, and Z3 indicate the distance
  • the inventor uses one of two or more commercially available secondary batteries (18650 type lithium ion battery, three-element positive electrode, graphite negative electrode) in the same production lot.
  • secondary batteries 18650 type lithium ion battery, three-element positive electrode, graphite negative electrode
  • an internal complex impedance in the frequency range is obtained, and these internal complex impedances are plotted on a complex plane.
  • the graph shown in FIG. 6 (Cole-Cole plot for the secondary battery B) was obtained.
  • the charged state of the secondary battery B was 50%, and the ambient temperature was 20 ° C.
  • feature points A (intersections with the real axis), B, and C (points having a large curvature) are visually detected from this graph, and the frequencies corresponding to these feature points A, B, and C are detected frequencies f1. (500 Hz), f2 (30 Hz), and f3 (0.08 Hz).
  • the feature points A, B, and C are located side by side in the real axis direction in the vicinity of the real axis on the complex plane.
  • is the distance.
  • matches the distance
  • the feature points A, B, and C are arranged in the real axis direction in the vicinity of the real axis on the complex plane (that is, ⁇ AOB and ⁇ BOC are the obtuse angles of ⁇ OAB and ⁇ OBC).
  • ⁇ AOB and ⁇ BOC are the obtuse angles of ⁇ OAB and ⁇ OBC.
  • the distance
  • ) can be used.
  • the state of the plurality of secondary batteries can be changed by repeating charging / discharging (cycle deterioration), or leaving them in a fully charged state under high temperature (high temperature deterioration). Deteriorated.
  • the current chargeable capacity is measured by charging from the fully discharged state to the fully charged state, and the current chargeable capacity is The SOH based on the actual measurement is calculated by dividing by the chargeable capacity, and (2) the internal complex impedances z1, z2, and z3 for the detection frequencies f1, f2, and f3 are detected, and the distance
  • Equation (2) the coefficients of the distance
  • shown in Table 3 to this equation (2) is shown in Table 4. Show.
  • the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Since the internal impedance is easier to detect than the internal complex impedance, the SOH of the secondary battery B can be detected more easily.
  • the battery state detection device of the present invention is not limited to the configurations of these embodiments.
  • the battery state detection device is configured to detect the SOH of one secondary battery B, but is not limited thereto.
  • a configuration is provided in which a multiplexer is provided at the end of the battery state detection device described above, and the multiplexer is switched to connect to a plurality of secondary batteries B and detect each SOH of the plurality of secondary batteries B. Also good.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

　二次電池の状態を比較的容易に精度よく検出できる電池状態検出装置を提供する。　電池状態検出装置（１）は、μＣＯＭ（４０）が、二次電池（Ｂ）における離散した複数の検出周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）に対応する複数の内部複素インピーダンス（ｚ１、ｚ２、ｚ３）を検出して、これら検出された複数の内部複素インピーダンス（ｚ１、ｚ２、ｚ３）に基づいて、二次電池（Ｂ）のＳＯＨを検出する。そして、μＣＯＭ（４０）によって検出される複数の内部複素インピーダンス（ｚ１、ｚ２、ｚ３）に対応する複数の周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）が、二次電池（Ｂ）の所定の周波数範囲にわたる内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットしたグラフ（Ｋ）における二次電池（Ｂ）の複数の構成部分の状態を示す複数の部分グラフ（Ｋ１、Ｋ２）のそれぞれに対応する２つの部分周波数範囲に振り分けられている。

Description

電池状態検出装置
　本発明は、二次電池の状態を検出する電池状態検出装置に関するものである。
　例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車（ＥＶ）や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの各種車両には、電動モータの動力源として、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池などの二次電池が搭載されている。
　このような二次電池は、充電及び放電を繰り返すことにより劣化が進み、蓄電可能容量（電流容量や電力容量など）が徐々に減少することが知られている。そして、二次電池を用いた電気自動車などにおいては、二次電池の劣化の度合を検出することにより蓄電可能容量を求めて、二次電池によって走行可能な距離や二次電池の寿命などを算出している。
　二次電池の劣化の度合を示す指標の一つとして、初期蓄電可能容量に対する現在蓄電可能容量の割合であるＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）がある。このＳＯＨは二次電池の内部インピーダンスと相関があることが知られており、二次電池の内部インピーダンスを求めることにより当該内部インピーダンスに基づいてＳＯＨを検出することができる。
　二次電池の内部インピーダンスは、例えば、二次電池に対して、波形が一定となる交流信号を印加して、その応答に基づいて求めることができる。このような二次電池の内部インピーダンスを検出する技術の一例が、特許文献１等に開示されている。
特開２００４－２５１６２５号公報 特開２０１２－２２０１９９号公報
　しかしながら、二次電池のＳＯＨは、当該二次電池の正極や負極、電解質などの各構成部分の劣化の状態が組み合わさることにより定まるものであるところ、例えば、特定の周波数（１０００Ｈｚなど）のみについて二次電池の内部インピーダンスを検出する構成では、当該周波数に比較的反応しやすい特定の部位についての状態が主に検出されるので、この検出結果は二次電池の全体の状態を精度良く表すものではなく、そのため、検出精度が低いという問題があった。
　また、二次電池について所定の周波数範囲にわたり内部複素インピーダンスを計測して複素平面上にプロットすることにより、二次電池の各構成部分の状態を示す部分グラフが連なったグラフ（「コールコールプロット」とも呼ばれる）が得られることが知られており、このグラフに基づいて、二次電池の等価回路を求めることで検出精度を高めることができる（特許文献２参照）。しかしながら、このようなグラフを描けるだけの多くの周波数に対応する内部インピーダンスの計測が必要であり、また、このグラフから二次電池の等価回路を求めることが難しく、二次電池のＳＯＨ等を容易に精度よく検出することができないという問題があった。
　本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、二次電池の状態を比較的容易に精度よく検出できる電池状態検出装置を提供することを目的としている。
　本発明者らは、二次電池について所定の周波数範囲にわたり内部複素インピーダンスを計測して複素平面上にプロットしたグラフを鋭意検討したところ、当該グラフにおける二次電池の複数の構成部分の状態を示す複数の部分グラフについて、劣化の前後において同じ周波数であれば同じ構成部分の状態を示すことを見出し、本発明に至った。
　請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、二次電池の状態を検出する電池状態検出装置であって、前記二次電池における離散した複数の周波数に対応する複数の内部インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、前記インピーダンス検出手段によって検出された前記複数の内部インピーダンスに基づいて、前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、を備え、前記複数の周波数が、前記二次電池の所定の周波数範囲にわたる内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットしたグラフにおける前記二次電池の複数の構成部分の状態を示す複数の部分グラフのそれぞれに対応する複数の部分周波数範囲のうち少なくとも２つ以上の前記部分周波数範囲に振り分けられていることを特徴とする電池状態検出装置である。
　請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記電池状態検出手段が、前記複数の内部インピーダンスについて、当該内部インピーダンスの値、及び、前記複数の内部インピーダンスの差分値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記二次電池の状態を検出するように構成されていることを特徴とするものである。
　請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記電池状態検出手段が、前記二次電池の状態の検出に用いられる前記内部インピーダンスの値、前記複数の内部インピーダンスの差分値、又は、これらの両方に重み付けをして用いていることを特徴とするものである。
　請求項４に記載された発明は、請求項１～３のいずれか一項に記載された発明において、前記インピーダンス検出手段が、前記複数の内部インピーダンスとして、前記二次電池における離散した複数の周波数に対応する複数の内部複素インピーダンスを検出するように構成されていることを特徴とするものである。
　請求項１に記載された発明によれば、インピーダンス検出手段が、二次電池における離散した複数の周波数に対応する複数の内部インピーダンスを検出し、電池状態検出手段が、インピーダンス検出手段によって検出された複数の内部インピーダンスに基づいて、二次電池の状態を検出する。そして、複数の周波数が、二次電池の所定の周波数範囲にわたる内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットしたグラフにおける二次電池の複数の構成部分の状態を示す複数の部分グラフのそれぞれに対応する複数の部分周波数範囲のうち少なくとも２つ以上の前記部分周波数範囲に振り分けられている。このようにしたことから、インピーダンス検出手段によって検出される複数の内部インピーダンスは、少なくとも２つ以上の部分周波数範囲に対応し、即ち、二次電池の少なくとも２つ以上の構成部分の状態を示し、そのため、これら複数の内部インピーダンスを用いることにより、二次電池の所定の周波数範囲にわたって内部複素インピーダンスを検出することなく、比較的少ない離散した複数の内部インピーダンスのみを用いて二次電池の複数の構成部分の状態を検出することができる。したがって、二次電池の状態を比較的容易に精度よく検出できる。
　請求項２に記載された発明によれば、電池状態検出手段が、複数の内部インピーダンスについて、当該内部インピーダンスの値、及び、複数の内部インピーダンスの差分値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、二次電池の状態を検出するように構成されている。このようにしたことから、内部インピーダンスの値は、複素平面上での原点（０）からの距離を表し、複数の内部インピーダンスの差分値は互いの距離又はそれに準ずる値を表しているので、これらを用いることで二次電池の状態をより容易に検出できる。
　請求項３に記載された発明によれば、電池状態検出手段が、二次電池の状態の検出に用いられる内部インピーダンスの値、複数の内部インピーダンスの差分値、又は、これらの両方に重み付けをして用いている。このようにしたことから、二次電池の状態について影響の大きいものについては重みを大きくし、影響の小さいものについては重みを小さくすることで、二次電池の状態をより精度よく検出できる。
　請求項４に記載された発明によれば、インピーダンス検出手段が、複数の内部インピーダンスとして、二次電池における離散した複数の周波数に対応する複数の内部複素インピーダンスを検出するように構成されている。このようにしたことから、内部複素インピーダンスは、例えば、内部インピーダンスの大きさ（即ち、複素平面上における原点（０）からの距離）に比べて上記グラフの部分グラフの形状（即ち、二次電池の構成部分の状態）をより正確に示しているので、内部インピーダンスの大きさを用いた構成に比べて二次電池の状態を精度よく検出できる。
本発明の一実施形態の電池状態検出装置の概略構成を示す図である。 二次電池の所定の周波数範囲にわたる内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットしたグラフを模式的に示す図である。 図１の電池状態検出装置の充電部から出力される第２充電電流の波形の一例を模式的に示す図である。 図１の電池状態検出装置が備える制御部によって実行される充電処理の一例を示すフローチャートである。 図１の電池状態検出装置が備える制御部によって実行されるインピーダンス検出処理の一例を示すフローチャートである。 市販の二次電池における所定の周波数範囲にわたる内部複素インピーダンスを実測して複素平面上にプロットしたグラフである。
（第１の実施形態）
　以下、本発明の第１の実施形態の電池状態検出装置について、図１～図６を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態の電池状態検出装置の概略構成を示す図である。図２は、二次電池の所定の周波数範囲にわたる内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットしたグラフを模式的に示す図である。図３は、図１の電池状態検出装置の充電部から出力される第２充電電流の波形の一例を模式的に示す図である。
　電池状態検出装置は、例えば、電気自動車に搭載され、当該電気自動車が備える二次電池の電極間に接続されて、当該二次電池の状態として初期蓄電可能容量に対する現在蓄電可能容量の割合であるＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）を検出するものである。勿論、これ以外にも、電気自動車に搭載せずに車両給電施設等に設置してもよく、または、電気自動車以外の二次電池を備えた装置、システムなどに適用してもよい。
　図１に示すように、本実施形態の電池状態検出装置（図中、符号１で示す）は、図示しない電気自動車に搭載された二次電池ＢのＳＯＨの検出を行う。
　二次電池Ｂは、電圧を生じる起電力部ｅと内部インピーダンスＺとを有している。この内部インピーダンスＺは二次電池ＢのＳＯＨと相関があり、二次電池Ｂの内部インピーダンスＺを求めることにより当該内部インピーダンスＺに基づいてＳＯＨを検出することができる。
　二次電池Ｂに所定の周波数範囲にわたる交流信号を与えることにより当該周波数範囲における内部複素インピーダンスが得られ、この内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットすると、図２に一例を模式的に示すコールコールプロットと呼ばれるグラフＫが得られる。このグラフＫは、二次電池の正極や負極、電解質などの各構成部分の状態を示す円弧となる部分グラフＫ１及び部分グラフＫ２が連なって構成されており、図２に示す例では、グラフＫにおいて部分グラフＫ１及び部分グラフＫ２がそれぞれ負極の状態及び正極の状態を示している。
　そして、二次電池の劣化の度合いが変化すると、各部分グラフＫ１、Ｋ２が概ね相似形状（即ち、円弧形状）を保ったまま大きさが変化して部分グラフＫ１’、Ｋ２’となり、例えば、円弧の曲率が変化したり、複素平面の原点（０）からの距離が変化したりする。劣化が進むと、曲率が小さくなり、また、原点（０）からの距離が大きくなる傾向がある。このとき、部分グラフＫ１を構成する内部複素インピーダンスのそれぞれに対応する複数の周波数を含む部分周波数範囲は、部分グラフＫ１’を構成する内部複素インピーダンスのそれぞれに対応する複数の周波数を含む部分周波数範囲と一致する。部分グラフＫ２と部分グラフＫ２’についても同様である。即ち、負極の状態を示す部分グラフＫ１及び部分グラフＫ１’は、同じ部分周波数範囲に含まれる内部複素インピーダンスのプロットで構成されており、正極の状態を示す部分グラフＫ２及び部分グラフＫ２’も、同じ部分周波数範囲に含まれる内部複素インピーダンスのプロットで構成されている。
　このことから、部分グラフＫ１に対応する部分周波数範囲に含まれる周波数に対応する内部複素インピーダンスに基づいて二次電池Ｂの負極の状態を検出することができ、部分グラフＫ２に対応する部分周波数範囲に含まれる周波数に対応する内部複素インピーダンスに基づいて二次電池Ｂの正極の状態を検出することができ、これらを用いて二次電池Ｂの複数の構成部分についての状態を検出することで、二次電池Ｂの状態を容易に精度良く検出することができる。
　そして、本実施形態の電池状態検出装置は、上述した方法を応用して二次電池ＢのＳＯＨを検出する。
　図１に示すように、本実施形態の電池状態検出装置（図中、符号１で示す）は、増幅器１１と、基準電圧発生部１２と、充電部１５と、アナログ－デジタル変換器２１と、マイクロコンピュータ４０（以下、「μＣＯＭ４０」という）と、を有している。
　増幅器１１は、例えば、オペアンプなどで構成されており、２つの入力端子（第１入力端子Ｉｎ１及び第２入力端子Ｉｎ２）と１つの出力端子（出力端子Ｏｕｔ）を備え、これら２つの入力端子に入力された電圧の差分値を所定の増幅率Ｇで増幅した増幅電圧Ｖｍを出力端子から出力する。第１入力端子Ｉｎ１には、二次電池Ｂの正極Ｂｐが接続されている。第２入力端子Ｉｎ２には、後述する基準電圧発生部１２の出力が接続されている。即ち、増幅器１１は、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂと基準電圧発生部１２の基準電圧Ｖｒｅｆとの差分値に増幅率Ｇを乗じた電圧を増幅電圧Ｖｍとして出力する。この増幅率Ｇは、電池状態検出装置１の構成や二次電池Ｂの種類などに応じて、例えば、数十倍～数万倍程度の範囲で設定される。または、増幅の必要が無ければ、増幅率Ｇを１（増幅なし）に設定してもよい。
　基準電圧発生部１２は、例えば、電池状態検出装置１の電源電圧を分圧する複数の抵抗器からなる分圧回路、又は、ツェナーダイオードなどで構成されており、一定の基準電圧Ｖｒｅｆを増幅器１１に出力している。
　充電部１５は、二次電池Ｂの正極Ｂｐと基準電位Ｇ（即ち、二次電池Ｂの負極Ｂｎ）との間に接続されており、二次電池Ｂの充電に際して、当該二次電池Ｂに任意の充電電流を流すことができるように設けられている。充電部１５は、後述するμＣＯＭ４０に接続されており、μＣＯＭ４０からの制御信号に応じて、二次電池Ｂに充電電流を流して充電する。充電部１５は、充電手段に相当する。
　アナログ－デジタル変換器２１（以下、「ＡＤＣ２１」という）は、増幅器１１から出力された増幅電圧Ｖｍを量子化して、当該増幅電圧Ｖｍに対応するデジタル値を示す信号を出力する。本実施形態において、ＡＤＣ２１は、個別の電子部品として実装されているが、これに限定されるものではなく、例えば、後述するμＣＯＭ４０に内蔵されたアナログ－デジタル変換部などを用いてもよい。本実施形態において、ＡＤＣ２１の入力許容電圧範囲は、０Ｖ～５Ｖである。勿論、これ以外の入力許容電圧範囲となるものを用いてもよい。
　温度センサユニット２５は、例えば、サーミスタ等の温度検知素子を備えており、温度検知素子による検知温度に応じたデジタル信号を出力するように構成されている。温度センサユニット２５は、二次電池Ｂの周囲の雰囲気温度を検知可能なように、二次電池Ｂに近接して配置されている。温度センサユニット２５は、後述するμＣＯＭ４０に接続されており、二次電池Ｂの周囲の雰囲気温度を示す信号をμＣＯＭ４０に出力する。
　μＣＯＭ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵して構成されており、電池状態検出装置１全体の制御を司る。ＲＯＭには、ＣＰＵをインピーダンス検出手段、電池状態検出手段などの各種手段として機能させるための制御プログラムが予め記憶されており、ＣＰＵは、この制御プログラムを実行することにより上記各種手段として機能する。ＲＯＭには、後述する第１充電電流Ｉ１、第２充電電流Ｉ２、増幅器１１の増幅率Ｇ、ＳＯＨ検出温度範囲Ｗ、切替判定値Ｈをそれぞれ示す情報が記憶されており、これら情報は、二次電池ＢのＳＯＨの検出に用いられる。本実施形態において、ＳＯＨ検出温度範囲Ｗは、２０℃±１℃、切替判定値Ｈは、ＡＤＣ２１の入力許容電圧範囲の中央値（２．５Ｖ）に設定されている。また、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１が流れている状態において当該二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが、二次電池Ｂの電圧範囲の中央値（例えば、二次電池Ｂにリチウムイオン電池を用いた場合、その電圧範囲が３．０Ｖ～４．２Ｖとするとその中央値は３．６Ｖとなり、この電圧値は二次電池Ｂの現在の蓄電可能容量に対して５０％の蓄電状態（充電状態）に対応する）になったときに、増幅器１１から出力される増幅電圧Ｖｍが２．５Ｖとなるように、基準電圧Ｖｒｅｆ及び増幅率Ｇが設定されている。勿論、これら値は一例であって、電池状態検出装置や二次電池の構成などに応じて適宜設定される。
　また、μＣＯＭ４０のＲＯＭには、後述する第２充電電流Ｉ２に含まれる交流成分ｉａの周波数として設定される離散した複数の検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を示す情報が記憶されている。ここで、「離散した」とは、二次電池Ｂの内部複素インピーダンスの検出に用いる所定の周波数範囲内で連続しているとみなせる程度に互いに近い周波数でないことを意味する。これら複数の検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３は、次のように設定される。
　二次電池Ｂの初期状態において所定の周波数範囲にわたる交流信号を与えることにより当該周波数範囲における内部複素インピーダンスを得、これら内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットしてグラフ（二次電池Ｂについてのコールコールプロット）を得る。そして、このグラフから、二次電池Ｂの複数の構成部分に対応する複数の部分グラフを特定して、検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３が、複数の部分グラフのそれぞれに対応する複数の部分周波数範囲に振り分けられるように設定する。一般的に、上述したグラフにおいて、複数のグラフ部分の境界は目視により区別可能な特徴のある点（特徴点）として現れる。この特徴点は、例えば、虚数平面の実軸との交点や、曲率が大きくなる点（尖っている点）などである。本実施形態では、二次電池Ｂについての図２に示すグラフＫを、例えば予備計測やシミュレーションなどを用いて予め取得すると共に、このグラフＫに基づいて、検出周波数ｆ１として、複素平面の実軸との交点である特徴点Ａに対応する周波数を設定し、検出周波数ｆ２として、部分グラフＫ１と部分グラフＫ２の境界である特徴点Ｂに対応する周波数を設定し、検出周波数ｆ３として、部分グラフＫ２における部分グラフＫ１と反対側の境界である特徴点Ｃに対応する周波数を設定している。勿論、これに限定されるものではなく、例えば、検出周波数ｆ３として、部分グラフＫ２における中間点Ｄに対応する周波数を設定するなど、本発明の目的に反しない限り、検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３が少なくとも２つ以上の部分周波数範囲に振り分けられていれば、それら値は任意である。なお、初期状態でない二次電池Ｂを用いた場合でも、上記特徴点Ａ、Ｂ、Ｃはグラフ上の同一周波数に現れるので、初期状態でない二次電池Ｂを用いて検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を設定してもよい。また、二次電池の構成が同じであれば上記グラフＫの形状も同様になるものと考えられるので、例えば、１つの製造ロットに含まれる複数の二次電池のうちの１つについて検出周波数を求めれば、当該製造ロットの他の二次電池Ｂについても同一の検出周波数を用いることができる。
　また、μＣＯＭ４０のＲＯＭには、複数の検出周波数についての複数の内部複素インピーダンスを当てはめることにより二次電池のＳＯＨが得られる算出式又は情報テーブルの情報が記憶されている。
　μＣＯＭ４０は、充電部１５に接続された出力ポートＰＯを備えている。μＣＯＭ４０のＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に制御信号を送信して、充電部１５から二次電池Ｂに所定の直流成分ｉｄのみからなる第１充電電流Ｉ１（Ｉ１＝ｉｄ）及びこの直流成分ｉｄ及び当該直流成分ｉｄの電流値以下の振幅αとなる正弦波の交流成分ｉａを含む第２充電電流Ｉ２（Ｉ２＝ｉｄ＋ｉａ（ｉａ＝αｃｏｓ（２πｆｔ）、但し、α≦ｉｄ））が流れるように充電部１５を制御する。第２充電電流Ｉ２において、交流成分ｉａの振幅を直流成分ｉｄの電流値以下としているので、交流成分ｉａが最小値に振れたときでも、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２が負の値（即ち、二次電池Ｂから放電される方向）になることはない。即ち、第２充電電流Ｉ２は、図３に模式的に示すように、充電方向のみに流れ、放電方向には流れない。
　μＣＯＭ４０は、ＡＤＣ２１から出力された信号が入力される入力ポートＰＩ１、及び、温度センサユニット２５から出力された信号が入力される入力ポートＰＩ２を有している。入力ポートＰＩ１に入力された信号は、μＣＯＭ４０のＣＰＵが認識できる形式の情報に変換されて当該ＣＰＵに送られる。μＣＯＭ４０のＣＰＵは、当該情報に基づいて、増幅電圧Ｖｍに含まれる交流成分ｖａを検出する。また、ＣＰＵは、増幅電圧Ｖｍの交流成分ｖａ、及び、第２充電電流Ｉ２の交流成分ｉａに基づいて検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３についての二次電池Ｂの内部複素インピーダンスを検出し、これら複数の内部複素インピーダンスに基づいて、二次電池ＢのＳＯＨを検出する。また、入力ポートＰＩ２に入力された信号は、μＣＯＭ４０のＣＰＵが認識できる形式の情報に変換されて当該ＣＰＵに送られる。μＣＯＭのＣＰＵは、二次電池ＢのＳＯＨの検出に先立ち、当該情報に基づいて、二次電池Ｂの周囲の雰囲気温度を検出して、ＳＯＨの検出に適した温度であるか否かを判定する。
　μＣＯＭ４０は、図示しない通信ポートを有している。この通信ポートは、図示しない車両内ネットワーク（例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）など）に接続されており、当該車両内ネットワークを通じて車両メンテナンス用の端末装置などの表示装置に接続される。μＣＯＭ４０のＣＰＵは、通信ポート及び車両内ネットワークを通じて、検出したＳＯＨを示す信号を表示装置に送信し、この表示装置において当該信号に基づき二次電池ＢのＳＯＨを表示する。または、μＣＯＭ４０のＣＰＵは、通信ポート及び車両内ネットワークを通じて、検出したＳＯＨを示す信号を車両に搭載されたコンビネーションメータなどの表示装置に送信し、この表示装置において当該信号に基づき二次電池ＢのＳＯＨを表示するようにしてもよい。
　次に、上述した電池状態検出装置１が備えるμＣＯＭ４０における充電処理の一例について、図４、図５のフローチャートを参照して説明する。
　図４は、図１の電池状態検出装置が備える制御部によって実行される充電処理の一例を示すフローチャートである。図５は、図１の電池状態検出装置が備える制御部によって実行されるインピーダンス検出処理の一例を示すフローチャートである。
　μＣＯＭ４０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」という）は、例えば、車両に搭載された電子制御装置から通信ポートを通じて二次電池Ｂの充電開始命令を受信すると、図４に示す充電処理に進む。
　充電処理において、始めに、二次電池Ｂの周囲の雰囲気温度がＳＯＨの検出に適した温度か否かを判定する（Ｓ１１０）。具体的には、ＣＰＵは、入力ポートＰＩ２に入力された信号から得られた情報に基づいて、二次電池Ｂの周囲の雰囲気温度を検出し、この雰囲気温度が、ＳＯＨの検出に適したＳＯＨ検出温度範囲Ｗに含まれるか否かを判定する。
　そして、雰囲気温度がＳＯＨ検出温度範囲Ｗに含まれていないと判定したとき（Ｓ１１０でＮ）、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１を流す（Ｓ１７０）。具体的には、ＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に対し第１充電電流Ｉ１で充電を行うための制御信号を送信する。充電部１５はこの制御信号に応じて、二次電池Ｂに上記第１充電電流Ｉ１を流す。これにより、二次電池Ｂの充電が開始され、その後、二次電池Ｂの充電が完了すると、充電処理を終了する。
　または、雰囲気温度がＳＯＨ検出温度範囲Ｗに含まれていると判定したとき（Ｓ１１０でＹ）、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１を流す（Ｓ１２０）。具体的には、ＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に対し第１充電電流Ｉ１で充電を行うための制御信号を送信する。充電部１５はこの制御信号に応じて、二次電池Ｂに予め定められた直流成分ｉｄのみを含む第１充電電流Ｉ１を流す。これにより、二次電池Ｂの充電が開始される。
　次に、増幅器１１から出力される増幅電圧Ｖｍが切替判定値Ｈになるまで待つ（Ｓ１３０）。即ち、二次電池Ｂがその容量の半分（５０％）まで充電された状態となるまで待つ。具体的には、ＣＰＵは、入力ポートＰＩ１に入力された信号から得られた情報に基づいて増幅器１１から出力される増幅電圧Ｖｍを周期的（例えば、１秒毎）に検出して、切替判定値Ｈ（２．５Ｖ）になったか否かを判定する。
　増幅電圧Ｖｍが切替判定値Ｈになると、次に、図５に示すインピーダンス検出処理を複数回実行して、二次電池Ｂにおける検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３についての複数の内部複素インピーダンスを検出する（Ｓ１４０、Ｓ１５０、Ｓ１６０）。
　図５に示すインピーダンス検出処理では、まず、指定された検出周波数となる交流成分ｉａを含む第２充電電流Ｉ２を二次電池Ｂに流す（Ｔ１１０）。具体的には、ＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に対し第２充電電流Ｉ２で充電を行うための制御信号を送信する。充電部１５はこの制御信号に応じて、二次電池Ｂに直流成分ｉｄ及び交流成分ｉａを含む第２充電電流Ｉ２を流す。ここで交流成分ｉａの周波数は、指定された検出周波数に設定されている。
　次に、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが安定するまで待つ（Ｔ１２０）。具体的には、二次電池Ｂに流れる充電電流を切り替えると、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが過渡状態となってその値が変動しながら一定の波形に収束するところ、ＣＰＵは、この収束のための予め設定された電圧安定待ち時間（例えば、１～３秒程度）が経過するのを待ち、この電圧安定待ち時間を経過したとき二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが一定の波形に収束して安定する。本実施形態において、二次電池Ｂに第２充電電流Ｉ２が流れても、二次電池Ｂが充電されず、充電状態（即ち、二次電池Ｂの電圧Ｖｅ）が内部複素インピーダンスの検出に影響を与える程度の変化をしないように、当該第２充電時間Ｉ２の通電時間を十分に短く、又は、第２充電時間Ｉ２の値を十分に小さく設定してある。
　次に、増幅電圧Ｖｍの交流成分ｖａを検出する（Ｔ１３０）。具体的には、ＣＰＵは、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが安定したとき（即ち、上記電圧安定待ち時間を経過した時点）、入力ポートＰＩ１に入力された信号から得られた情報に基づいて、増幅器１１の増幅電圧Ｖｍについて、少なくとも第２充電電流Ｉ２の交流成分ｉａの１周期以上の期間にわたって当該１周期より十分に短い間隔（当該交流成分ｉａの波形が概ね再現可能な程度であり、例えば、１周期の２０分の１から１００分の１程度）で周期的にサンプリングして計測する。この増幅電圧Ｖｍには、第２充電電流Ｉ２の直流成分ｉｄ及び交流成分ｉａに応じて生じる直流成分ｖｄ及び交流成分ｖａが含まれる（Ｖｍ＝ｖｄ＋ｖａ（ｖａ＝βｃｏｓ（２πｆｔ－θ）、但し、θは第２充電電流Ｉ２の交流成分ｉａに対する位相差）。
　次に、ＣＰＵは、増幅電圧Ｖｍの交流成分ｖａ及び第２充電電流Ｉ２の交流成分ｉａに基づいて、二次電池Ｂの内部複素インピーダンスを検出する（Ｔ１４０）。これら交流成分ｖａ及び交流成分ｉａを複素数で表現すると、以下の式（ｉ）、式（ｉｉ）となり、
　ｖａ＝βｃｏｓ（２πｆｔ－θ）＝Ｒｅ［βｅj(2πft-θ)］　　・・・（ｉ）
　ｉａ＝αｃｏｓ（２πｆｔ）＝Ｒｅ［αｅj(2πft)］　　・・・（ｉｉ）
　　　　　　　　　　　但し、Ｒｅ［　］は実数部を示す。
これら、（１）式、（２）式より、内部複素インピーダンスｚは、式（ｉｉｉ）で求められる。
　ｚ＝（（β／Ｇ）×（ｅj(2πft-θ)））／（αｅj(2πft)）
　　　　　　　　＝（（β／Ｇ）／α）×ｅ-jθ　・・・（ｉｉｉ）
　　　　　　　　　　　但し、Ｇは増幅器１１の増幅率を示す。
そして、ＣＰＵは、上記（ｉｉｉ）式を用いて二次電池Ｂの内部複素インピーダンスｚを検出する。
　または、より簡易的には、第２充電電流Ｉ２の交流成分ｉａについては既知であるので、当該交流成分ｉａがα（即ち、ｉａの最大値であり、このとき２πｆｔ＝（π／２）×（２ｎ－１）、ｎは自然数）のときの増幅電圧Ｖｍの交流成分ｖａを増幅率Ｇで除した値を実数部とし、当該交流成分ｉａが０（即ち、図３における時間軸との交点であり、このとき２πｆｔ＝（π／２）×２ｎ）のときの増幅電圧Ｖｍの交流成分ｖａを増幅率Ｇで除した値を虚数部とする二次電池Ｂの内部複素インピーダンスとして検出してもよい。
　そして、インピーダンス検出処理を終了し、図４の充電処理に復帰する。以下、検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応する内部複素インピーダンスをそれぞれｚ１、ｚ２、ｚ３として示す。
　各検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３についての複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３を検出した後、これら複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３に基づいて、二次電池ＢのＳＯＨを検出する（Ｓ１７０）。具体的には、ＣＰＵは、ステップＳ１４０～Ｓ１６０において検出した内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３を複素平面上にプロットした点Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、原点（０）から点Ａまでの距離｜ＯＡ｜、点Ａから点Ｂまでの距離｜ＡＢ｜、及び、点Ｂから点Ｃまでの距離｜ＢＣ｜を算出し、これらをＲＯＭに記憶されたＳＯＨの算出式に当てはめることによりＳＯＨを検出する。この算出式は、距離｜ＯＡ｜、距離｜ＡＢ｜、及び、距離｜ＢＣ｜について所定の重み付けがされている。算出式の実施例については後述する。そして、ＣＰＵは、通信ポートを通じて、検出した二次電池ＢのＳＯＨを他の装置等に送信する。
　そして、再度、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１を流す（Ｓ１８０）。具体的には、ＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に対し第１充電電流Ｉ１で充電を行うための制御信号を送信する。充電部１５はこの制御信号に応じて、二次電池Ｂに上記第１充電電流Ｉ１を流す。これにより、二次電池Ｂの充電が再開され、その後、二次電池Ｂの充電が完了すると、充電処理を終了する。
　ここで、上述した充電処理のステップＳ１７０においてＳＯＨの算出に用いられる算出式の実施例（実施例１）について説明する。
　発明者は、市販されている同一の製造ロットの複数の二次電池（１８６５０形リチウムイオン電池、三元素係正極、グラファイト負極）の中から１つの二次電池Ｂを選択し、この二次電池Ｂの初期状態において所定の周波数範囲にわたる交流信号を与えることにより当該周波数範囲における内部複素インピーダンスを得、これら内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットして、図６に示すグラフ（二次電池Ｂについてのコールコールプロット）を得た。このとき、二次電池Ｂの充電状態は５０％とし、雰囲気温度は２０℃とした。そして、このグラフから、目視により特徴点Ａ（実軸との交点）、Ｂ、Ｃ（曲率の大きい点）を検出して、これら特徴点Ａ、Ｂ、Ｃに対応する周波数をそれぞれ検出周波数ｆ１（５００Ｈｚ）、ｆ２（３０Ｈｚ）、ｆ３（０．０８Ｈｚ）として設定した。
　次に、複数の二次電池のそれぞれについて、充放電を繰り返したり（サイクル劣化）、満充電状態で高温下に放置したり（高温放置劣化）するなどして、複数の二次電池の状態を劣化させた。そして、劣化後の複数の二次電池Ｂのそれぞれについて、（１）完全放電状態から満充電状態まで充電を行うことにより現在の蓄電可能容量を測定して、この現在の蓄電可能容量を初期の蓄電可能容量で除することにより実測に基づくＳＯＨを算出し、また、（２）上記検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３についての内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３を検出して、距離｜ＯＡ｜、距離｜ＡＢ｜、距離｜ＢＣ｜を算出した（それぞれ単位はｍΩ）。これら結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　そして、表１の各値について、重回帰分析を行い、ＳＯＨと距離｜ＯＡ｜、距離｜ＡＢ｜、距離｜ＢＣ｜との相関を表す、以下のＳＯＨの算出式である式（１）を得た。
　ＳＯＨ＝１１０．４７７３５－０．９８６６７９×｜ＯＡ｜
　　　　　　　　　　　　　　＋０×｜ＡＢ｜
　　　　　　　　　　　　　　－０．２４９１６５×｜ＢＣ｜　・・・　（１）
　式（１）において、距離｜ＯＡ｜、距離｜ＡＢ｜、距離｜ＢＣ｜の係数が、即ち、重み付けである。そして、この式（１）に、表１に示された距離｜ＯＡ｜、距離｜ＡＢ｜、距離｜ＢＣ｜を当てはめて算出したＳＯＨを、表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、式（１）を用いて算出することで、実測のＳＯＨと誤差±４％以下の精度となるＳＯＨを算出することができる。
　また、１つの周波数に対応する内部インピーダンスを用いてＳＯＨを検出することは、例えば、表１の距離｜ＯＡ｜、距離｜ＡＢ｜、距離｜ＢＣ｜のうちのいずれか１つを用いて内部インピーダンスを検出することに等しい。そして、例えば、距離｜ＯＡ｜に着目すると、表１において、高温放置劣化により実測したＳＯＨが９２％となった電池と、サイクル劣化により実測したＳＯＨが８５％となった電池とでは、それぞれＳＯＨが９２％と８５％とで大きく異なるにもかかわらず、距離｜ＯＡ｜が１１．５３６と１２．０７６と比較的近い値となり、距離｜ＯＡ｜のみを用いた場合、ＳＯＨの検出精度が低くなることが分かる。距離｜ＡＢ｜や距離｜ＢＣ｜についても同様のことがいえる。このことからも、本願発明は、比較的精度よくＳＯＨを検出できることが分かり、各値に重み付けをすることで、さらに精度よくＳＯＨを検出できることが分かる。
　図４のフローチャートにおけるステップＳ１４０～Ｓ１６０（即ち、図５のインピーダンス検出処理）の処理を実行するＣＰＵが、インピーダンス検出手段として機能し、ステップＳ１７０の処理を実行するＣＰＵが、電池状態検出手段として機能する。
　以上より、本実施形態によれば、インピーダンス検出手段が、二次電池Ｂにおける離散した複数の検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応する複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３を検出し、電池状態検出手段が、インピーダンス検出手段によって検出された複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３に基づいて、二次電池ＢのＳＯＨを検出する。そして、インピーダンス検出手段によって検出される複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３に対応する複数の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３が、二次電池Ｂの所定の周波数範囲にわたる内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットしたグラフＫにおける二次電池Ｂの複数の構成部分の状態を示す複数の部分グラフＫ１、Ｋ２のそれぞれに対応する２つの部分周波数範囲に振り分けられている。このようにしたことから、インピーダンス検出手段によって検出される複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２は部分グラフＫ１に対応する部分周波数範囲に含まれ、内部複素インピーダンスｚ２、ｚ３は部分グラフＫ２に対応する部分周波数範囲に含まれ、即ち、二次電池Ｂの２つの構成部分の状態を示し、そのため、これら複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３を用いることにより、二次電池Ｂの所定の周波数範囲にわたって内部複素インピーダンスを検出することなく、比較的少ない離散した複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３のみを用いて二次電池Ｂの複数の構成部分の状態を検出することができる。したがって、二次電池ＢのＳＯＨを比較的容易に精度よく検出できる。また、内部複素インピーダンスは、内部インピーダンスの大きさ（即ち、複素平面上における原点（０）からの距離）に比べて上記グラフの部分グラフの形状（即ち、二次電池Ｂの構成部分の状態）をより正確に示しているので、内部インピーダンスの大きさを用いた構成に比べて二次電池ＢのＳＯＨを精度よく検出できる。
　また、電池状態検出手段が、複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３について、当該内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３の値、及び、複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３の差分値を用いて、二次電池ＢのＳＯＨを検出するように構成されている。このようにしたことから、内部複素インピーダンスの値は、即ち、複素平面上での原点（０）からの距離｜ＯＡ｜であり、複数の内部複素インピーダンスの差分値は、即ち、内部複素インピーダンス間の距離｜ＡＢ｜及び距離｜ＢＣ｜であり、これら距離を用いることで、二次電池ＢのＳＯＨをより容易に検出できる。
　また、電池状態検出手段が、二次電池の状態の検出に用いられる内部複素インピーダンスの値及び複数の内部複素インピーダンスの差分値の両方に重み付けをして用いている。このようにしたことから、二次電池Ｂの状態について影響の大きいものについては重みを大きくし、影響の小さいものについては重みを小さくすることで、二次電池ＢのＳＯＨをより精度よく検出できる。
（第２の実施形態）
　以下、本発明の第２の実施形態の電池状態検出装置について説明する。
　第２の実施形態の電池状態検出装置は、二次電池Ｂの内部複素インピーダンスに代えて、内部インピーダンスの値（大きさ）を用いて、二次電池ＢのＳＯＨを検出するものである。具体的には、第２の実施形態は、上述した第１の実施形態において、二次電池Ｂの内部複素インピーダンスを検出する処理（図５のステップＴ１４０）及び二次電池ＢのＳＯＨを検出する処理（図４のステップＳ１７０）が異なる以外は、第１の実施形態と同一である。そのため、以下では、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　上述した第１の実施形態では、検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応する複数の内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３についての複素平面上での原点（０）からの距離｜ＯＡ｜、及び、内部複素インピーダンス間の距離｜ＡＢ｜及び距離｜ＢＣ｜を用いてＳＯＨを検出するものであった。
　そして、以下に説明する第２の実施形態では、検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応する複数の内部インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３を用いてＳＯＨを検出するものである。即ち、内部複素インピーダンスは、実数部及び虚数部を有し、これらが複素平面上の座標となるものであり、これに対して、内部インピーダンスの大きさは、原点（０）から内部複素インピーダンスに示される座標位置までの距離を示すものである。このことを第１の実施形態にあてはめて考えると、原点からの距離｜ＯＡ｜、距離｜ＯＢ｜、距離｜ＯＣ｜を用いてＳＯＨを検出することに等しい。そして、図２において、△ＡＯＢ及び△ＢＯＣが、∠ＯＡＢ及び∠ＯＢＣを鈍角とする鈍角三角形であれば、｜ＡＢ｜≒｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜、｜ＢＣ｜≒｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜で近似できる。第２の実施形態においては、内部複素インピーダンス間の距離｜ＡＢ｜及び距離｜ＢＣ｜に代えて、これらの近似値である差分値｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜、差分値｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜を用いてＳＯＨを検出する。
　第２の実施形態において、二次電池Ｂの内部複素インピーダンスを検出する処理（図５のステップＴ１４０）は次のように行う。
　ＣＰＵは、直前の処理（ステップＴ１３０）で時系列的に計測した増幅電圧Ｖｍの値の最大値から最小値を差し引いた値の半分値を増幅電圧Ｖｍの交流成分ｖａの振幅βとして検出する。そして、ＣＰＵは、増幅電圧Ｖｍの交流成分ｖａの振幅βを増幅器１１の増幅率Ｇで除し、さらに第２充電電流Ｉ２の交流成分ｉａの振幅αで除することにより、二次電池Ｂの内部インピーダンスＺとして検出する（ｚ＝（β／Ｇ）／α）。
　これにより、検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応する二次電池Ｂの内部インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３が検出される。
　そして、第２の実施形態において、二次電池ＢのＳＯＨを検出する処理（図４のステップＳ１７０）は次のように行う。
　上述した内部インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３は、即ち、複素平面上における原点（０）から上記点Ａ、Ｂ、Ｃまでの距離を示している。即ち、内部インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３は、それぞれ距離｜ＯＡ｜、距離｜ＯＢ｜、距離｜ＯＣ｜を示している。そして、第１の実施形態において算出式に当てはめた上記距離｜ＡＢ｜、距離｜ＢＣ｜に代えて、距離｜ＯＢ｜から距離｜ＯＡ｜を差し引いた値（｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜）、距離｜ＯＣ｜から距離｜ＯＢ｜を差し引いた値（｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜）を用いて二次電池ＢのＳＯＨを検出する。
　この構成におけるＳＯＨの算出に用いられる算出式の実施例（実施例２）について説明する。
　発明者は、上記で説明した実施例１と同様に、市販されている同一の製造ロットの複数の二次電池（１８６５０形リチウムイオン電池、三元素係正極、グラファイト負極）の中から１つの二次電池Ｂを選択し、この二次電池Ｂの初期状態において所定の周波数範囲にわたる交流信号を与えることにより当該周波数範囲における内部複素インピーダンスを得、これら内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットして、図６に示すグラフ（二次電池Ｂについてのコールコールプロット）を得た。このとき、二次電池Ｂの充電状態は５０％とし、雰囲気温度は２０℃とした。そして、このグラフから、目視により特徴点Ａ（実軸との交点）、Ｂ、Ｃ（曲率の大きい点）を検出して、これら特徴点Ａ、Ｂ、Ｃに対応する周波数をそれぞれ検出周波数ｆ１（５００Ｈｚ）、ｆ２（３０Ｈｚ）、ｆ３（０．０８Ｈｚ）として設定した。
　図６に示されるように、特徴点Ａ、Ｂ、Ｃは、複素平面上において実軸近傍で当該実軸方向に順に並んで位置している。ここで、仮に特徴点Ａ、Ｂ、Ｃが実軸上に位置していると考えた場合、距離｜ＯＢ｜から距離｜ＯＡ｜を差し引いた値（｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜）は、距離｜ＡＢ｜に一致し、距離｜ＯＣ｜から距離｜ＯＢ｜を差し引いた値（｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜）は、距離｜ＢＣ｜に一致する。そのため、図６に示すように、特徴点Ａ、Ｂ、Ｃが複素平面上において実軸近傍で当該実軸方向に並ぶ構成（即ち、△ＡＯＢ及び△ＢＯＣが、∠ＯＡＢ及び∠ＯＢＣを鈍角とする鈍角三角形）においては、距離｜ＡＢ｜及び距離｜ＢＣ｜の近似値として、距離｜ＯＢ｜から距離｜ＯＡ｜を差し引いた値（｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜）及び距離｜ＯＣ｜から距離｜ＯＢ｜を差し引いた値（｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜）を用いることができる。
　次に、複数の二次電池のそれぞれについて、充放電を繰り返したり（サイクル劣化）、満充電状態で高温下に放置したり（高温放置劣化）するなどして、複数の二次電池の状態を劣化させた。そして、劣化後の複数の二次電池Ｂのそれぞれについて、（１）完全放電状態から満充電状態まで充電を行うことにより現在の蓄電可能容量を測定して、この現在の蓄電可能容量を初期の蓄電可能容量で除することにより実測に基づくＳＯＨを算出し、また、（２）上記検出周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３についての内部複素インピーダンスｚ１、ｚ２、ｚ３を検出して、距離｜ＯＡ｜、距離｜ＯＢ｜、距離｜ＯＣ｜を算出し、さらに、これら距離の差分値である｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜、｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜を算出した（それぞれ単位はｍΩ）。これら結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　そして、表３の各値について、重回帰分析を行い、ＳＯＨと距離｜ＯＡ｜、差分値｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜、差分値｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜との相関を表す、以下のＳＯＨの算出式である式（２）を得た。
　ＳＯＨ＝１１０．４６－０．９９×｜ＯＡ｜
　　　　　　　　　　　＋０×（｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜）
　　　　　　　　　　　－０．２５×（｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜）　・・・　（２）
　式（２）において、距離｜ＯＡ｜、差分値｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜、差分値｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜の係数が、即ち、重み付けである。そして、この式（２）に、表３に示された距離｜ＯＡ｜、差分値｜ＯＢ｜－｜ＯＡ｜、差分値｜ＯＣ｜－｜ＯＢ｜を当てはめて算出したＳＯＨを、表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示すように、式（２）を用いて算出することで、実測のＳＯＨと誤差±４％以下の精度となるＳＯＨを算出することができる。このことからも、本願発明は、比較的精度よくＳＯＨを検出できることが分かり、各値に重み付けをすることで、さらに精度よくＳＯＨを検出できることが分かる。
　このように、二次電池Ｂの内部複素インピーダンスに代えて、単なる内部インピーダンスを用いた第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の作用効果が得られ、さらには、単なる内部インピーダンスは、内部複素インピーダンスに比べて検出が容易であるため、より容易に二次電池ＢのＳＯＨを検出することができる。
　以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の電池状態検出装置はこれらの実施形態の構成に限定されるものではない。
　例えば、上述した実施形態では、電池状態検出装置が１つの二次電池ＢのＳＯＨを検出する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、上述した電池状態検出装置の先にマルチプレクサを設けて、当該マルチプレクサを切り換えることにより、複数の二次電池Ｂと接続して、これら複数の二次電池ＢのそれぞれのＳＯＨを検出する構成としてもよい。
　なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の電池状態検出装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
　１　　　　電池状態検出装置
　１１　　　増幅器
　１２　　　基準電圧発生部
　１５　　　充電部
　２１　　　アナログ－デジタル変換器
　２５　　　温度センサユニット
　４０　　　マイクロコンピュータ（インピーダンス検出手段、電池状態検出手段）
　Ｂ　　　　二次電池
　Ｂｐ　　　二次電池の正極
　Ｂｎ　　　二次電池の負極
　Ｖｍ　　　増幅電圧
　Ｇ　　　　増幅率
　ｅ　　　　起電力部
　Ａ、Ｂ、Ｃ　　特徴点
　ｆ１、ｆ２、ｆ３　検出周波数（離散した複数の周波数）
　ｚ１、ｚ２、ｚ３　内部複素インピーダンス

Claims (4)

  1. 　二次電池の状態を検出する電池状態検出装置であって、
    　前記二次電池における離散した複数の周波数に対応する複数の内部インピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
    　前記インピーダンス検出手段によって検出された前記複数の内部インピーダンスに基づいて、前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、を備え、
    　前記複数の周波数が、前記二次電池の所定の周波数範囲にわたる内部複素インピーダンスを複素平面上にプロットしたグラフにおける前記二次電池の複数の構成部分の状態を示す複数の部分グラフのそれぞれに対応する複数の部分周波数範囲のうち少なくとも２つ以上の前記部分周波数範囲に振り分けられている
    ことを特徴とする電池状態検出装置。
  2. 　前記電池状態検出手段が、前記複数の内部インピーダンスについて、当該内部インピーダンスの値、及び、前記複数の内部インピーダンスの差分値のうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記二次電池の状態を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池状態検出装置。
  3. 　前記電池状態検出手段が、前記二次電池の状態の検出に用いられる前記内部インピーダンスの値、前記複数の内部インピーダンスの差分値、又は、これらの両方に重み付けをして用いていることを特徴とする請求項２に記載の電池状態検出装置。
  4. 　前記インピーダンス検出手段が、前記複数の内部インピーダンスとして、前記二次電池における離散した複数の周波数に対応する複数の内部複素インピーダンスを検出するように構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電池状態検出装置。
PCT/JP2014/068697 2013-07-17 2014-07-14 電池状態検出装置 WO2015008728A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201480040474.7A CN105393129B (zh) 2013-07-17 2014-07-14 电池状态检测装置
US14/982,964 US20160131719A1 (en) 2013-07-17 2015-12-29 Battery state detection device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-148278 2013-07-17
JP2013148278A JP6227309B2 (ja) 2013-07-17 2013-07-17 電池状態検出装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/982,964 Continuation US20160131719A1 (en) 2013-07-17 2015-12-29 Battery state detection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015008728A1 true WO2015008728A1 (ja) 2015-01-22

Family

ID=52346183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/068697 WO2015008728A1 (ja) 2013-07-17 2014-07-14 電池状態検出装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160131719A1 (ja)
JP (1) JP6227309B2 (ja)
CN (1) CN105393129B (ja)
WO (1) WO2015008728A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018128383A (ja) * 2017-02-09 2018-08-16 トヨタ自動車株式会社 電池状態推定装置
WO2023276547A1 (ja) * 2021-06-30 2023-01-05 株式会社デンソー 電池測定装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150054276A (ko) * 2013-11-11 2015-05-20 삼성에스디아이 주식회사 전기 자전거의 주행 제어 장치
WO2017179266A1 (ja) * 2016-04-12 2017-10-19 ソニー株式会社 解析装置、解析方法、製造方法、蓄電装置、蓄電システム、電子機器、電動車両および電力システム
KR102035679B1 (ko) * 2016-11-29 2019-10-23 주식회사 엘지화학 배터리 노화상태 산출 방법 및 시스템
JP6575548B2 (ja) 2017-03-22 2019-09-18 トヨタ自動車株式会社 電池状態推定装置
JP6806002B2 (ja) * 2017-08-24 2020-12-23 トヨタ自動車株式会社 温度推定装置
JP6881156B2 (ja) * 2017-08-24 2021-06-02 トヨタ自動車株式会社 インピーダンス推定装置
US11104242B2 (en) * 2019-10-01 2021-08-31 Ford Global Technologies, Llc Bus bar resistance identification via AC signal injection and battery control therefrom
US11936228B2 (en) * 2020-06-16 2024-03-19 Black & Decker Inc. Battery charger
JP7297339B2 (ja) * 2021-05-19 2023-06-26 東洋システム株式会社 電池状態判定方法および電池状態判定装置
JP7090949B1 (ja) * 2021-05-19 2022-06-27 東洋システム株式会社 電池状態判定方法および電池状態判定装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073997A1 (ja) * 2010-11-30 2012-06-07 本田技研工業株式会社 ２次電池の劣化推定装置
JP2013088148A (ja) * 2011-10-13 2013-05-13 Waseda Univ 電池システムおよび電池の評価方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2556475B1 (fr) * 1983-12-12 1986-09-05 Asulab Sa Procede de mesure de l'etat de decharge d'une pile et appareil mettant en oeuvre ce procede
JPH0821434B2 (ja) * 1989-12-11 1996-03-04 新神戸電機株式会社 密閉形鉛蓄電池の劣化状態検知方法
JP3598873B2 (ja) * 1998-08-10 2004-12-08 トヨタ自動車株式会社 二次電池の状態判定方法及び状態判定装置、並びに二次電池の再生方法
CN100554990C (zh) * 2003-06-27 2009-10-28 古河电气工业株式会社 蓄电池恶化的判断方法以及蓄电池恶化判断装置
US7675293B2 (en) * 2006-05-04 2010-03-09 Battelle Energy Alliance, Llc Method and apparatus for in-situ characterization of energy storage and energy conversion devices
ATE553394T1 (de) * 2006-08-22 2012-04-15 Delphi Tech Inc Batterieüberwachungssystem
JP4689756B1 (ja) * 2010-03-31 2011-05-25 古河電気工業株式会社 電池内部状態推定装置および電池内部状態推定方法
US8970178B2 (en) * 2010-06-24 2015-03-03 Qnovo Inc. Method and circuitry to calculate the state of charge of a battery/cell
US9177466B2 (en) * 2011-01-20 2015-11-03 Indiana University Research And Technology Corporation Advanced battery early warning and monitoring system
JP5403437B2 (ja) * 2011-07-29 2014-01-29 横河電機株式会社 電池監視装置
JP2014044149A (ja) * 2012-08-28 2014-03-13 Suzuki Motor Corp リチウムイオン電池の劣化推定方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073997A1 (ja) * 2010-11-30 2012-06-07 本田技研工業株式会社 ２次電池の劣化推定装置
JP2013088148A (ja) * 2011-10-13 2013-05-13 Waseda Univ 電池システムおよび電池の評価方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018128383A (ja) * 2017-02-09 2018-08-16 トヨタ自動車株式会社 電池状態推定装置
WO2023276547A1 (ja) * 2021-06-30 2023-01-05 株式会社デンソー 電池測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105393129B (zh) 2018-08-28
JP6227309B2 (ja) 2017-11-08
JP2015021774A (ja) 2015-02-02
CN105393129A (zh) 2016-03-09
US20160131719A1 (en) 2016-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6227309B2 (ja) 電池状態検出装置
JP5260695B2 (ja) 二次電池寿命予測装置、電池システム、及び二次電池寿命予測方法
US10637267B2 (en) Battery state detection device
US10281530B2 (en) Battery capacity measuring device and battery capacity measuring method
JPWO2016208745A1 (ja) 電池の充電状態又は放電深度を推定する方法及びシステム、及び、電池の健全性を評価する方法及びシステム
WO2012018028A1 (ja) 電池劣化検知装置および電池劣化検知方法ならびにそのプログラム
JP6277864B2 (ja) 電池内部状態推定装置
US9500715B2 (en) Secondary battery tester
JPWO2018051613A1 (ja) 電池の診断方法、電池の診断プログラム、電池管理装置、及び蓄電システム
US10444296B2 (en) Control device, control method, and recording medium
KR20140034717A (ko) 전기 차량, 하이브리드 전기 차량 및 다른 적용에서 배터리 모니터링
CN102565716A (zh) 用于计算二次电池的残余容量的设备
JP2015014563A (ja) 電池状態検出装置
JP2010019595A (ja) 蓄電デバイスの残存容量演算装置
JP2017106889A (ja) 診断用周波数決定方法、蓄電池劣化診断方法、診断用周波数決定システムおよび蓄電池劣化診断装置
JP6115915B2 (ja) 電池状態検出装置
EP3505946B1 (en) Battery state estimation device and battery state estimation method
JP6513528B2 (ja) 電池状態測定方法及び電池状態測定装置
JP2016077054A (ja) 故障検出システム
JP2015014565A (ja) 電池状態検出装置
JP6389677B2 (ja) 電池充電率推定装置
JP6074759B2 (ja) 鉛蓄電池の劣化判断方法及び劣化判断装置
JP2012189380A (ja) 二次電池システム及びその状態判定方法
WO2017094759A1 (ja) 診断用周波数決定方法、蓄電池劣化診断方法、診断用周波数決定システムおよび蓄電池劣化診断装置
JP2016075515A (ja) 最大出力電流推定装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480040474.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14826669

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14826669

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1