WO2021045172A1 - 蓄電システム、蓄電装置および充電方法 - Google Patents

蓄電システム、蓄電装置および充電方法 Download PDF

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WO2021045172A1
WO2021045172A1 PCT/JP2020/033506 JP2020033506W WO2021045172A1 WO 2021045172 A1 WO2021045172 A1 WO 2021045172A1 JP 2020033506 W JP2020033506 W JP 2020033506W WO 2021045172 A1 WO2021045172 A1 WO 2021045172A1
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charging
current
complex impedance
circuit
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小林　仁
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ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a power storage system, a power storage device, and a charging method.
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • EV Electric Vehicle
  • BMS Battery Management System
  • Patent Document 1 discloses a battery state determination device capable of measuring the complex impedance of a battery and diagnosing the capacity and the amount of deterioration of the battery.
  • Patent Document 2 discloses a capacity retention rate determination device capable of determining the capacity retention rate without completely charging and discharging the battery.
  • Patent Document 3 discloses a vehicle controller that programs charging and discharging of a battery using parameters of an RC circuit model corresponding to the impedance of the battery.
  • JP-A-2015-94726 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-38857 U.S. Pat. No. 10023064
  • the present disclosure provides a power storage system, a power storage device, and a charging method that facilitates optimization of charging time.
  • the power storage system includes an assembled battery including a plurality of stored cells connected in series, a charging circuit that supplies a charging current to the assembled battery, and an alternating current superimposing circuit that superimposes an alternating current on the charging current.
  • a complex impedance measuring unit that measures the superimposed current value of the alternating current and the voltage value of each storage cell, and measures the complex impedance of the individual storage cell from the measured current value and the measured voltage value.
  • a charge control unit that controls the charge current based on the complex impedance.
  • the power storage device includes an assembled battery in which a plurality of storage cells are connected in series, an alternating current superimposing circuit that superimposes an alternating current on the charging current supplied to the assembled battery, and the superimposed alternating current.
  • the complex impedance measuring unit that measures the current value of the current and the voltage values of the plurality of storage cells, and measures the complex impedance of the storage cells from the measured current values and the measured voltage values, and the complex impedance are described. It includes a communication circuit that notifies a charging device that supplies a charging current.
  • the charging method is a charging method for charging a power storage device including an assembled battery in which a plurality of storage cells are connected in series, and an alternating current is applied to the charging current supplied to the assembled battery.
  • an alternating current is applied to the charging current supplied to the assembled battery.
  • the current value of the superimposed AC current and the voltage value of the plurality of storage cells are measured, and the complex impedance of the storage cell is measured from the measured current value and the measured voltage value, and the complex impedance is measured.
  • the charging current is controlled based on the above.
  • optimization of the charging time can be facilitated.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a power storage system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the measurement circuit in the power storage system of FIG. 1 and peripheral circuits.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a structural example of the power storage cell according to the first embodiment and an example of an equivalent circuit model.
  • FIG. 4 is a call-call plot diagram showing an example of the complex impedance of the storage cell according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of specific positions of the surface temperature and the internal temperature of the battery pack as the assembled battery according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the difference between the surface temperature and the internal temperature of the battery pack as the assembled battery according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of temperature characteristics of the complex impedance of the storage cell according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing another configuration example of the power storage system according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the power storage system according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the measurement circuit in the power storage system of FIG. 9 and peripheral circuits.
  • FIG. 11 is a diagram showing a detailed configuration example of the phase-locked loop portion of FIG. 10 and a circuit example around the same.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of an output waveform of the hysteresis circuit in FIG. FIG.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of the power storage system according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the measurement circuit in the power storage system of FIG. 13 and peripheral circuits.
  • FIG. 15 is a block diagram showing in more detail the configuration related to AC frequency information in the power storage system of FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing transmission data in FIG. 15 and an example of a BPSK-modulated waveform.
  • FIG. 17A is a schematic view showing a first application example of the power storage system according to the first to third embodiments.
  • FIG. 17B is a block diagram showing a first application example of FIG. 17A.
  • FIG. 18 is a schematic view showing a second application example of the power storage system according to the first to third embodiments.
  • FIG. 19A is a schematic view showing a third application example of the power storage system according to the first to third embodiments.
  • FIG. 19B is a block diagram showing a third application example of FIG. 19
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily exactly illustrated. Further, in each figure, substantially the same configuration may be designated by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted or simplified.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the power storage system 1 according to the first embodiment.
  • the external database 301 is also illustrated.
  • the power storage system 1 of FIG. 1 includes a power storage device 100 and a charging device 200.
  • the power storage device 100 includes an assembled battery 101, a thermistor 102, a current detection resistor 103, a measurement circuit 104, a first control unit 105, a communication circuit 106, and a communication circuit 107.
  • the charging device 200 includes a charging circuit 201, a second control unit 202, and a communication circuit 203.
  • the portion corresponding to S11 to S14 of the measurement circuit 104 and the first control unit 105 is referred to as a complex impedance measurement unit 110.
  • the portion of the first control unit 105 corresponding to S5 and the second control unit 202 are referred to as a charge control unit.
  • the power storage device 100 includes a rechargeable secondary battery, is mounted on a vehicle, for example, and supplies electric power to a motor as a power source.
  • the assembled battery 101 is a secondary battery and includes a plurality of storage cells B0 to B5 connected in series.
  • Each storage cell is, for example, a lithium ion battery, but may be another battery such as a nickel hydrogen battery. Further, it may be a storage cell connected in series such as a lithium ion capacitor.
  • the assembled battery 101 is connected to a load and charging circuit.
  • the load is, for example, an HEV or an EV motor, but is not limited to this.
  • the assembled battery 101 in FIG. 1 shows an example having six storage cells, the number of storage cells in the assembled battery 101 is not limited to six.
  • the thermistor 102 is a temperature sensor whose resistance value changes depending on the temperature, is attached to the surface of the assembled battery 101, and is used for measuring the external temperature of the assembled battery 101.
  • the thermistor 102 is attached near the center of the side surface of the assembled battery 101.
  • the current detection resistor 103 is a resistance element for detecting the AC current value superimposed on the charging current flowing through the assembled battery 101 as a voltage drop.
  • the complex impedance measuring unit 110 measures the current value of the alternating current superimposed on the charging current flowing through the assembled battery 101 and the voltage values of the individual storage cells B0 to B5, and from the measured current value and the measured voltage value. , The complex impedance of each storage cell B0 to B5 is measured. Therefore, the complex impedance measuring unit 110 includes a measuring circuit 104 and parts corresponding to S11 to S14 of the first control unit 105.
  • the measuring circuit 104 measures the current value of the alternating current superimposed on the charging current flowing through the assembled battery 101 and the voltage value of each storage cell (B0 to B5).
  • the measured current and voltage values are complex currents and complex voltages that include phase information relative to the superimposed alternating current. Further, the measuring circuit 104 measures the external temperature of the assembled battery 101 using the thermistor 102.
  • the first control unit 105 is an MCU (Micro Controller Unit or Micro Computer Unit) including a CPU (Central Processing Unit), a memory, and an I / O (Input / Output) circuit, and by executing a program in the memory. Perform the following processing.
  • the memory of the first control unit 105 stores, for example, a program that repeatedly executes the processes shown in S11 to S15 of the figure. That is, the first control unit 105 acquires the complex voltage for each of the storage cells B0 to B5 from the measurement circuit 104 (S11). Further, the first control unit 105 acquires a complex current (S12) as the current value of the alternating current superimposed on the charging current. Further, the first control unit 105 acquires the external temperature of the assembled battery 101 (S13).
  • the first control unit 105 calculates the complex impedance of the individual storage cells B0 to B5 by dividing the acquired complex voltage by the complex current (S14). In this way, the first control unit 105 receives the measurement result of the measurement circuit 104 and plays a part in the complex impedance measurement.
  • the first control unit 105 estimates the internal temperature of the assembled battery 101 as a part of the process for charge control (S15). That is, the first control unit 105 estimates the internal temperature of the assembled battery 101 based on the acquired external temperature and the complex impedance of the individual storage cells B0 to B5. For example, the first control unit 105 uses the temperature characteristic data showing the correspondence between the internal temperature of the assembled battery 101 and the complex impedance and the temperature distribution data showing the distribution of the external temperature and the internal temperature of the assembled battery. The temperature may be estimated.
  • the temperature characteristic data and the temperature distribution data may be stored in the memory of the first control unit 105 in advance, or may be acquired from the database 301 via the communication circuit 107 and temporarily stored in the memory.
  • the first control unit 105 repeatedly executes the above steps S11 to S15 while the charging device 200 is charging the assembled battery 101. It is assumed that this repetition is a cycle that can be detected by sufficiently following the rate of change in which the internal temperature of the assembled battery 101 rises due to heat generated by the charging current.
  • the communication circuit 106 communicates with the communication circuit 203 in the charging device 200 under the control of the first control unit 105. For example, the communication circuit 106 transmits the complex impedance of each storage cell B0 to B5, the external temperature of the assembled battery 101, and the estimated internal temperature to the charging device 200.
  • the communication circuit 107 communicates with the external database 301.
  • the database 301 is a database for collecting and providing the battery status data of the storage cells B0 to B5 of the assembled battery 101 and the battery status data related to the storage cells in other power storage devices.
  • the battery status data includes, for example, deterioration information called SOH (State of Health).
  • the charging device 200 is a device for charging the assembled battery 101, and controls the charging current to the assembled battery 101 based on the complex impedance transmitted from the power storage device 100, the external temperature of the assembled battery 101, and the internal temperature. ..
  • the communication circuit 203 communicates with the communication circuit 106 in the power storage device 100 under the control of the second control unit 202.
  • the communication circuit 203 receives the complex impedance of each storage cell B0 to B5, the external temperature of the assembled battery 101, and the estimated internal temperature from the power storage device 100.
  • the charging circuit 201 has a variable current source 210.
  • the variable current source 210 supplies a charging current to the assembled battery 101 under the control of the second control unit 202.
  • the second control unit 202 is an MCU including a CPU, a memory, and an I / O circuit, and executes a program in the memory.
  • the memory of the second control unit 202 stores, for example, a program that repeatedly executes the processes shown in S21 to S24 of the figure.
  • the second control unit 202 repeatedly executes the processes shown in S21 to S24 while charging the assembled battery 101.
  • the second control unit 202 acquires the complex impedance of each storage cell B0 to B5 from the power storage device 100 via the communication circuit 203 (S21), and further, from the database 301 via the power storage device 100 and the communication circuit 203. Deterioration information (that is, SOH) is acquired (S22). At this time, the second control unit 202 may acquire the remaining battery levels of the storage cells B0 to B5 from the first control unit 105 via the communication circuit 106 and the communication circuit 203. The remaining battery level is sometimes called SOC: State of Charge. Further, the second control unit 202 acquires the estimated internal temperature of each storage cell B0 to B5 and the measured external temperature from the power storage device 100 via the communication circuit 203 (S23).
  • SOH Deterioration information
  • SOC State of Charge
  • the communication circuit 203 determines the optimum charging current based on the complex impedance, deterioration information, internal temperature, and external temperature (S24), and sets the variable current source 210 so as to supply the determined optimum charging current to the assembled battery 101. Control.
  • the second control unit 202 may set the charging time until the charging level of the assembled battery 101 reaches a predetermined level within the range where the internal temperature does not exceed the threshold value. Determine the value of the charging current to shorten it.
  • the predetermined level is, for example, 80% charge, 90% charge, full charge, or the like, and may be any value.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the measurement circuit 104 in the power storage system 1 of FIG. 1 and peripheral circuits.
  • the measurement circuit 104 in the figure is a clock generation unit 140, a frequency holding unit 141, a reference signal generation unit 142, a voltage measurement unit 145, a current measurement unit 146, a temperature measurement unit 147, an AC superimposition unit 148, a conversion unit 149, and an integration unit. It includes 150, a holding unit 151, a temperature holding unit 152, and an IO unit 153.
  • the clock generation unit 140 generates a sampling clock signal.
  • the sampling clock signal is supplied to the ADC (Analog Digital Converter) in the voltage measuring unit 145, the ADC in the current measuring unit 146, and the ADC in the temperature measuring unit 147.
  • ADC Analog Digital Converter
  • the frequency holding unit 141 holds the frequency instructed from the outside of the power storage device 100. This frequency refers to the frequency of the reference frequency signal by the reference signal generation unit 142.
  • a reference frequency signal having a frequency held by the reference signal generation unit 142 and the frequency holding unit 141 and an orthogonal reference frequency signal are generated. Therefore, the reference signal generation unit 142 has a DDS 143 and a phase shifter 144.
  • DDS143 is an abbreviation for Direct Digital Synthesizer, which includes a ROM that holds waveform data obtained by sampling a sine wave, inputs an address pointing to a sampling point, and outputs data (that is, a sample value) of the sampling point of the sine wave. Since the address changes continuously, the output sample value is a nearly continuous sine wave.
  • the phase shifter 144 generates an orthogonal reference frequency signal by shifting the phase of the reference frequency signal by 90 degrees.
  • the reference signal generation unit 142 may be configured such that one DDS 143 generates two signals, a reference frequency signal and an orthogonal frequency signal, and does not include the phase shifter 144.
  • the voltage measuring unit 145 measures the voltage of the assembled battery 101 by sampling the voltage of the assembled battery 101 using the sampling clock signal from the clock generation unit 140. More specifically, the voltage measuring unit 145 includes the same number of analog-to-digital converters (ADC0 to ADC5) corresponding to the storage cells B0 to B5 in the assembled battery 101. Each analog-to-digital converter samples the voltage of the corresponding storage cell among the plurality of storage cells B0 to B5 by using the sampling clock signal from the clock generation unit 140, and converts the sampled voltage into a digital signal.
  • ADC0 to ADC5 analog-to-digital converters
  • the current measuring unit 146 measures the alternating current superimposed on the charging current flowing through the assembled battery 101 by sampling the current of the assembled battery 101 using the sampling clock signal from the clock generating unit 140.
  • the superposed alternating current is measured as a voltage drop of the current detection resistor 103 inserted in the current loop path through which the alternating current applied by the alternating current superimposing unit 148 flows. This voltage drop is proportional to the superimposed AC current, and thus means an AC current value.
  • the current measuring unit 146 includes an analog-to-digital converter (ADC) for measuring the current of the assembled battery 101, which is a secondary battery.
  • ADC analog-to-digital converter
  • This analog-to-digital converter samples the voltage drop of the current detection resistor 103 using the sampling clock signal from the clock generation unit 140, and converts the sampled voltage drop into a digital signal. Since the current measuring unit 146 and the voltage measuring unit 145 use the same sampling clock, the measurement can be made highly accurate.
  • the temperature measuring unit 147 measures the external temperature of the assembled battery 101 using the thermistor 102 provided in the assembled battery 101.
  • the thermistor 102 may be, for example, a temperature sensor using a thermocouple or other element.
  • the temperature measuring unit 147 includes an analog-to-digital converter (ADC).
  • ADC analog-to-digital converter
  • the analog-to-digital converter (ADC) samples the voltage of the thermistor 102 and converts the sampled voltage into a digital value.
  • the AC superimposition unit 148 superimposes an AC current having a frequency component of the reference frequency signal generated by the reference signal generation unit 142 on the charging current flowing through the assembled battery 101.
  • the AC superimposition unit 148 has a differential buffer that applies a reference frequency signal as a differential signal to the positive electrode and the negative electrode of the assembled battery 101.
  • the conversion unit 149 multiplies the measurement results of the voltage measurement unit 145 and the current measurement unit 146 by the reference frequency signal and the orthogonal reference frequency signal. As a result, the conversion unit 149 converts the measurement results of the voltage measurement unit 145 and the current measurement unit 146 into the real part component and the imaginary part component of each of the complex voltage and the complex current. Therefore, the conversion unit 149 includes the same number of multiplier pairs corresponding to the analog-digital converters (ADC0 to ADC5) of the voltage measurement unit 145 and the multiplier pair corresponding to the analog-digital converter of the current measurement unit 146.
  • Each multiplier pair corresponding to the voltage measuring unit 145 is a multiplier that multiplies the conversion result (that is, the sampled digital voltage value) of the corresponding analog-digital converter by a reference frequency signal, and a multiplier that multiplies the conversion result by an orthogonal reference frequency. It consists of a multiplier that multiplies the signal.
  • the former multiplication result shows the real part component when the sampled voltage is expressed as a complex voltage.
  • the latter multiplication result shows the imaginary component when the sampled voltage is expressed as a complex voltage.
  • the multiplier pair corresponding to the current measuring unit 146 includes a multiplier that multiplies the conversion result (that is, the sampled digital current value) of the corresponding analog-to-digital converter by the reference frequency signal, and the orthogonal reference frequency signal to the conversion result. Consists of a multiplier that multiplies.
  • the former multiplication result shows the real part component when the sampled current is expressed as a complex current.
  • the latter multiplication result shows the imaginary part component when the sampled current is expressed as a complex current.
  • Each of the analog-to-digital converters may be, for example, a delta-sigma type AD converter.
  • the plurality of analog-to-digital converters (ADC0 to ADC5) have the same AD conversion characteristics.
  • the AD conversion characteristics are various parameters such as resolution (number of bits).
  • the same AD converter is used for the plurality of analog-digital converters (ADC0 to ADC5). As a result, it is possible to reduce the measurement error caused by the AD conversion that occurs between the storage cells B0 and B5.
  • the integrating unit 150 averages the real and imaginary components of the complex voltage and the complex current, which are repeatedly measured by the voltage measuring unit 145 and converted by the converting unit 149. This averaging can also improve the accuracy of measurement. More specifically, the integrating unit 150 includes the same number of averaging circuit pairs corresponding to the multiplier pair of the converting unit 149. Each averaging circuit pair consists of an averaging circuit that averages the real part component of the complex voltage or complex current and an averaging circuit that averages the imaginary part component of the complex voltage or complex current.
  • the internal complex impedance is, for example, several m ⁇ . Assuming that the superimposed AC current is 1A, the change in output voltage is only a few mV.
  • the DC output voltage of the lithium ion battery is about 3.4V
  • a dynamic range of about 4 to 5V is required to measure the voltage with an analog-digital converter connected to the storage cell.
  • the complex impedance measurement accuracy requires about 8 bits
  • an analog-to-digital converter having about 18 to 20 bits of effective bits is required, but the high-resolution AD converter consumes a large amount of power and has a large area.
  • the internal complex impedance which is measured by electrochemical impedance analysis of a lithium-ion battery, is measured in the low frequency range of 0.01 Hz to several tens of KHz near DC, so the complex voltage is measured by AC connection. You can't do it.
  • the resolution can be improved by integration by repeatedly applying an alternating current to separate the complex voltage and the complex current into a real part component and an imaginary part component and average them. Therefore, even with an analog-to-digital converter having a small number of bits (for example, about 16 bits), it is possible to obtain a complex impedance measurement result with an accuracy of 20 to 24 bits. As a result, if the measurement accuracy of the complex voltage can be improved, the magnitude of the applied AC current can be reduced, and the measurement of the secondary battery having a large capacity and a small internal complex impedance can be facilitated.
  • the holding unit 151 holds the real part component and the imaginary part component of the complex voltage and the complex current after the averaging process. Therefore, the holding unit 151 includes the same number of register pairs as the plurality of storage cells of the assembled battery 101 in order to hold the complex voltage, and a register pair for holding the complex current.
  • Each register pair for holding the complex voltage includes a register (Re (Vi)) that holds the real part component of the complex voltage of the corresponding storage cell Bi and a register that holds the imaginary part component (Im (Vi)). Consists of.
  • i is an integer of 0 to 5.
  • the register pair for holding the complex current is a register (Re (I0)) that holds the real part component of the complex current of the corresponding assembled battery 101 and a register that holds the imaginary part component (Im (I0)). It consists of.
  • the temperature holding unit 152 holds the digital value from the temperature measuring unit 147 as temperature data.
  • the IO unit 153 is an input / output circuit that outputs the complex impedance held by the holding unit 151 to the first control unit 105 and inputs data indicating the frequency of the reference frequency signal from the first control unit 105.
  • the measurement circuit 104 configured as described above can measure with high accuracy because the phase error between the voltage measurement and the current measurement is almost zero.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a structural example of the power storage cell according to the embodiment and an example of an equivalent circuit model.
  • FIG. 3A shows a circuit symbol of the storage cell B0.
  • FIG. 3B schematically shows a structural example when the power storage cell B0 is a lithium ion battery.
  • the storage cell B0 has a negative electrode, a negative electrode material, an electrolytic solution, a separator, a positive electrode material, and a positive electrode as a premise of an equivalent circuit model.
  • FIG. 3C shows an example of an equivalent circuit model of the storage cell B0.
  • This equivalent circuit model has an induction component L0, resistance components R0 to R2, capacitive components C1 and C2, and a lithium ion diffusion resistance component Zw.
  • the induction component L0 indicates the impedance component of the electrode wire.
  • the resistance component R0 indicates the impedance component of the electrolytic solution.
  • the parallel circuit of the resistance component R1 and the capacitance component C1 shows the impedance component of the negative electrode.
  • the circuit portion composed of the resistance component R2, the lithium ion diffusion resistance component Zw, and the capacitance component C2 indicates the impedance component of the positive electrode.
  • the lithium ion diffusion resistance component Zw is known as Warburg impedance.
  • the state of the storage cell B0 can be estimated.
  • the deterioration state of the storage cell B0 can be estimated from the change in the element constant over time.
  • FIG. 4 is a call-call plot diagram showing an example of the complex impedance of the storage cell according to the first embodiment.
  • Cole-call plots are also called complex planes, Nyquist plots.
  • the figure corresponds to the equivalent circuit model of FIG. 3 (c).
  • In the method of calculating the complex impedance of a storage cell by superimposing an alternating current it is generally known that in the case of charge transfer rate-determining, it is represented by an equivalent circuit in which a resistor and a capacitor are arranged in parallel, and it is a complex number plane. Becomes semi-circular.
  • this Warburg impedance it is generally known that a straight line rises at an angle of 45 degrees from the middle of the semicircle (near the upper right) as an inclination derived from the Warburg impedance.
  • the phase error of the measurement system factor generally has frequency characteristics, which is a problem when measuring complex impedance at different frequencies.
  • the phase error of each frequency is the real axis (horizontal axis) and the imaginary axis (vertical axis) on the complex plane of the call call plot. It appears as an orthogonal error of the axis). Therefore, it becomes difficult to draw an accurate call-call plot.
  • the phase error of the voltage and current measurement system is extremely small, and an accurate call-call plot is drawn. It makes it possible.
  • the internal temperature is an important parameter when the assembled battery 101 is quickly charged.
  • the charging current can be set within a range that does not exceed the upper limit of the internal temperature.
  • the internal temperature rises significantly as the charging current increases. Therefore, when the assembled battery 101 is quickly charged, the upper limit of the charging current amount differs depending on the internal temperature.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of specific positions of the surface temperature and the internal temperature of the battery pack as the assembled battery 101 according to the first embodiment.
  • the battery pack may correspond to one storage cell instead of the assembled battery 101.
  • the internal temperature is, for example, the temperature at the position of the three-dimensional center of gravity or the center of the battery pack. The internal temperature itself cannot be measured directly with the thermistor 102.
  • the surface temperature (also referred to as an external temperature) is the temperature of the position X near the center of the side surface of the battery pack. The surface temperature can be directly measured by attaching the thermistor 102.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the difference between the surface temperature and the internal temperature of the battery pack as the assembled battery according to the first embodiment.
  • the horizontal axis indicates an axial direction that vertically passes through the side surface of FIG. X indicates the intersection of the axis and the front side surface of FIG. Y indicates the intersection of the axis and the hidden side surface on the back side.
  • the vertical axis shows the temperature.
  • the thermal equilibrium state means a state in which the internal temperature is uniform when the state in which no current is flowing through the assembled battery 101 continues, that is, when the state in which the battery is not charged and no current is supplied continues for a while. At this time, the internal temperature is the same as the surface temperature.
  • (B) in the figure shows the temperature distribution of the battery pack at the time of thermal non-equilibrium.
  • the time of thermal non-equilibrium means the time of charging or discharging the assembled battery 101.
  • heat is generated by the current flowing inside the assembled battery 101, so that the internal temperature becomes higher than the surface temperature.
  • the temperature distribution data as shown in (b) of the figure is useful for estimating the internal temperature from the surface temperature.
  • it is difficult to quantify the temperature distribution data it is possible to estimate the internal temperature using the surface temperature and the complex impedance.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of temperature characteristics of the complex impedance of the storage cell according to the first embodiment.
  • the figure shows a call-call plot when the temperature of the storage cell is 20 ° C, 25 ° C, and 30 ° C.
  • the second control unit 202 can estimate the internal temperature by using the temperature characteristic data showing the correspondence between the internal temperature of the assembled battery 101 and the complex impedance.
  • the charging current supplied to the power storage device 100 can be optimized. Since the complex impedance measured by the power storage device 100 corresponds to the internal temperature and the deteriorated state of the power storage cells B0 to B5, the second control unit 202 can determine the charging current suitable for the assembled battery 101. For example, when the power storage device 100 is quickly charged, the charging time can be shortened by optimizing the charging current.
  • the power storage system 1 of FIG. 1 shows a configuration example roughly divided into a power storage device 100 and a charging device 200, but the present invention is not limited to this.
  • the power storage device 100 and the charging device 200 may be integrated as shown in FIG.
  • the first control unit 105 and the second control unit 202 may be integrated as a charge control unit (that is, one MCU), or the communication circuit 106 and the communication circuit 203 may be omitted.
  • the power storage system 1 includes an assembled battery 101 including a plurality of stored cells B0 to B5 connected in series, a charging circuit 201 that supplies a charging current to the assembled battery 101, and charging.
  • the AC superimposition unit 148/204 that superimposes the AC current on the current, the current value of the superposed AC current, and the voltage values of the individual storage cells B0 to B5 are measured, and the measured current value and the measured voltage value are used.
  • It includes a complex impedance measuring unit 110 that measures the complex impedance of each storage cell, and a charging control unit (S15 + 202) that controls the charging current based on the complex impedance.
  • the charge control unit corresponds to S15 of the first control unit 105 and the second control unit 202.
  • the charge control unit can determine the charging current suitable for each storage cell. For example, when the power storage device is quickly charged, the charging time can be shortened by optimizing the charging current.
  • the charge control unit may estimate the internal temperature of each storage cell B0 to B5 based on the external temperature of the assembled battery 101 and the complex impedance, and optimize the charging current according to the estimated internal temperature.
  • the internal temperature can be estimated from the complex impedance, and the optimum charging current can be determined under the estimated internal temperature.
  • the charge control unit follows at least one of the temperature characteristic data showing the correspondence between the internal temperature of the assembled battery and the complex impedance and the temperature distribution data showing the distribution of the external temperature and the internal temperature of the assembled battery.
  • the internal temperature of each storage cell may be estimated.
  • the accuracy of the estimation can be improved.
  • the charge control unit may control the charge current according to the deterioration state of each storage cell estimated from the complex impedance.
  • the charging current can be optimized according to the deterioration state.
  • the charge control unit may optimize the charge current according to the deterioration information indicating the degree of deterioration of the individual storage cells B0 to B5 acquired from the external server device 302 based on the complex impedance.
  • the charge control unit may determine the value of the charging current so as to shorten the charging time until the charging level of the assembled battery 101 reaches a predetermined level.
  • the charge control unit may stop charging when the internal temperature reaches the threshold value.
  • charging can be stopped when the internal temperature exceeds the threshold value.
  • the power storage system includes a power storage device 100 and a charging device 200, and the power storage device 100 provides information on the complex impedance to the assembled battery 101, the AC superimposition unit 148, the complex impedance measuring unit 110, and the charging device 200.
  • the charging device 200 has a first communication circuit 106 for transmission, and the charging device 200 has a charging circuit 201, a charging control unit, and a second communication circuit 203 for receiving information on complex impedance from the power storage device 100. May be good.
  • the power storage device 100 includes a reference signal generation unit 180 that generates a reference frequency signal, the AC superimposition unit 148 generates an AC current synchronized with the reference frequency signal, and the complex impedance measurement unit 110 generates a reference frequency signal. May be used to measure the complex impedance.
  • the measurement can be made highly accurate. Further, since the reference frequency signal is commonly used for the superimposed AC current, voltage measurement, and current measurement, the measurement can be made highly accurate.
  • the power storage device 100 is superposed by an assembled battery 101 in which a plurality of storage cells B0 to B5 are connected in series, and an alternating current superimposing unit 148 that superimposes an alternating current on the charging current supplied to the assembled battery.
  • the complex impedance measuring unit 110 that measures the current value of the alternating current and the voltage values of the plurality of storage cells B0 to B5 and measures the complex impedance of the storage cells from the measured current values and the measured voltage values. It includes a communication circuit 106 that notifies a charging device that supplies a charging current of complex impedance.
  • the charge control unit can determine the charging current suitable for each storage cell. For example, when the power storage device is quickly charged, the charging time can be shortened by optimizing the charging current.
  • the charging method according to the first embodiment is a charging method for charging the power storage device 100 including the assembled battery 101 in which a plurality of storage cells B0 to B5 are connected in series, and the charging current supplied to the assembled battery 101.
  • the alternating current is superimposed on the current, the current value of the superimposed alternating current, and the voltage values of the plurality of storage cells B0 to B5 are measured, and the complex impedance of the storage cell is measured from the measured current value and the measured voltage value. Then, the charging current is controlled based on the complex impedance.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the power storage system according to the second embodiment.
  • a measurement circuit 104a is provided instead of the measurement circuit 104, an AC superimposition portion 204 is added to the charging device 200, and a clock circuit 205 is added.
  • the point is different.
  • the differences will be mainly described.
  • the measurement circuit 104a Compared with the measurement circuit 104 of FIG. 1, the measurement circuit 104a generates a reference frequency signal synchronized with the alternating current superimposed on the charging current, and measures the complex voltage and the complex current using the reference frequency signal. Mainly different. As a result, the measurement accuracy of the complex voltage and the complex current can be performed with high accuracy as shown in FIG.
  • the clock circuit 205 generates an alternating current to be superimposed and a reference frequency signal that serves as a reference for communication by the communication circuit 203.
  • the communication circuit 203 has a modulation unit 231 and a demodulation unit 232 that perform modulation and demodulation using the reference frequency signal generated by the clock circuit 205. Further, the communication circuit 106 has a modulation unit 175 and a demodulation unit 176 for communicating with the communication circuit 203.
  • the AC superimposition unit 204 superimposes the AC current synchronized with the reference frequency signal generated by the clock circuit 205 on the charging current flowing through the assembled battery 101. Therefore, the AC superimposition unit 204 has a DDS 241, a driver 242, and a transformer 243.
  • DDS241 is an abbreviation for Direct Digital Synthesizer, which includes a ROM that holds waveform data obtained by sampling a sine wave of an alternating current to be superimposed, inputs an address pointing to a sampling point, and data of a sine wave sampling point (that is, a sample). Value) is output. Since the address changes continuously, the output sample value shows a nearly continuous sine wave.
  • the waveform of the alternating current to be superimposed does not have to be a sine wave, and may be a pulsed waveform.
  • the driver 242 is a differential buffer that outputs a sine wave output from the DDS 241 as a differential signal to the transformer 243.
  • the transformer 243 superimposes a differential signal indicating an alternating current from the driver 242 on the charging current flowing through the assembled battery 101.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the measurement circuit 104a in the power storage system 1 of FIG. 9 and peripheral circuits. 10 is different from FIG. 2 in that the frequency holding unit 141, the reference signal generating unit 142, and the AC superimposing unit 148 are deleted, and the phase synchronization unit 161 and the reference signal generating unit 162 are added. .. The differences will be mainly described below.
  • the phase synchronization unit 161 generates an AD conversion result of the current measurement unit 146, that is, a clock signal synchronized with the alternating current superimposed on the charging current.
  • This clock signal has a frequency indicated by the frequency data held in the frequency holding unit 141.
  • the reference signal generation unit 162 generates a reference frequency signal and an orthogonal reference frequency signal synchronized with the clock signal from the phase synchronization unit 161. Therefore, the reference signal generation unit 162 has a DDS 163 and a phase shifter 164.
  • the DDS 163 and the phase shifter 164 may have the same configuration as the DDS 143 and the phase shifter 144 of FIG.
  • phase synchronization unit 161 [2.3 Configuration of Phase-Locked Loop Unit 161] Next, a more detailed configuration example of the phase synchronization unit 161 will be described.
  • FIG. 11 is a diagram showing a detailed configuration example of the phase synchronization unit 161 of FIG. 10 and a circuit example around it.
  • the phase synchronization unit 161 of FIG. 11 does not synchronously detect the AD conversion result of the current measurement unit 146, but instead detects the input signal to the current measurement unit 146, that is, the AC current value as the voltage drop of the current detection resistor 103. Is shown as a configuration example for synchronous detection.
  • the phase-locked loop 161 of FIG. 11 includes a hysteresis circuit 165, a comparator 166, a charge pump 167, an LPF168, a VCO 169, and a frequency divider 170.
  • the hysteresis circuit 165 binarizes the AC current value detected by the current detection resistor 103.
  • FIG. 12 is a diagram showing an output waveform (A1) of the hysteresis circuit 165 in FIG.
  • the horizontal axis shows time, and the vertical axis shows the output voltage corresponding to the current value.
  • ITH + and ITH- show examples of the upper and lower thresholds of the hysteresis characteristic.
  • the output waveform (A1) of the hysteresis circuit 165 becomes a pulse-shaped square wave as shown in the figure having the same frequency 1 / T as the superimposed AC signal.
  • the comparator 166 compares the output signal from the hysteresis circuit 165 with the frequency dividing signal from the frequency divider 170, and detects the phase difference.
  • the charge pump 167 raises the detected signal indicating the phase difference to the required voltage level.
  • the LPF168 is called a low-pass filter or a loop filter, and smoothes a signal indicating a phase difference from the charge pump 167.
  • the VCO169 is a voltage controlled oscillator and outputs a signal having a frequency corresponding to the voltage of the smoothed signal.
  • the frequency divider 170 divides the signal from the VCO 169 and feeds it back to the comparator 166.
  • the phase synchronization unit 161 generates a frequency signal synchronized with the alternating current detected by the current detection resistor 103.
  • the reference signal generation unit 162 generates a reference frequency signal and an orthogonal frequency signal synchronized with the frequency signal from the phase synchronization unit 161.
  • the reference frequency signal and the orthogonal frequency signal used by the measurement circuit 104a are synchronized with the superposed alternating current, and thus are high. Complex impedance can be measured with accuracy.
  • the power storage system 1 has a power storage device 100 and a charging device 200, and the power storage device 100 is superimposed on the assembled battery 101, the complex impedance measuring unit 110, and the charging current. It has a phase-locked loop 161 that generates a reference frequency signal synchronized with the alternating current, and the charging device 200 has an alternating current superimposing unit 148, a charging circuit 201, and a charging control unit, and has a complex impedance.
  • the measuring unit 110 measures the complex impedance using the reference frequency signal.
  • the complex impedance can be measured with high accuracy.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of the power storage system 1 according to the third embodiment.
  • the communication clock generation unit 233 is added to the communication circuit 203
  • the communication clock reproduction unit 177 is added to the communication circuit 106.
  • the main difference is that the measurement circuit 104b is provided instead of the measurement circuit 104a. The differences will be mainly described below.
  • the communication circuit 203 is the same as the second embodiment in that it receives information on the complex impedance from the communication circuit 106 of the power storage device 100. Further, the communication circuit 203 transmits the AC frequency information regarding the frequency of the AC current superimposed on the charging current to the communication circuit 106. It is assumed that the communication line between the communication circuit 203 and the communication circuit 106 has a communication signal line and does not have a communication clock signal line.
  • the communication clock generation unit 233 generates a communication clock signal synchronized with the reference frequency signal generated by the clock circuit 205.
  • the modulation unit 231 generates a communication signal in which communication data is modulated using the communication clock signal, and transmits the communication signal to the communication circuit 106.
  • the communication circuit 106 is the same as the second embodiment in that it transmits information about the complex impedance to the charging device 200. Further, the communication circuit 106 receives AC frequency information as a communication signal from the communication circuit 203.
  • the communication clock reproduction unit 177 reproduces the communication clock signal from the communication signal received by the communication circuit 106 and supplies it to the demodulation unit 176.
  • the reproduced communication clock signal is referred to as CCLK.
  • the demodulation unit 176 demodulates the communication signal using the reproduced communication clock signal. Further, the communication clock signal CCLK is supplied to the measurement circuit 104b.
  • the measurement circuit 104b uses a reference frequency signal synchronized with the communication clock signal CCLK.
  • the AC frequency information corresponds to the data timing of the communication signal and the edge timing of the communication clock signal.
  • the AC frequency information is transmitted constantly, at any time, or repeatedly during the charging period, for example, as a normal communication signal or a specific communication signal.
  • the measurement circuit 104b measures the complex voltage and the complex current using the reference frequency signal synchronized with the communication clock signal CCLK reproduced by the communication clock reproduction unit 177.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the measurement circuit 104b in the power storage system 1 of FIG. 13 and peripheral circuits.
  • FIG. 14 shows a point where the phase synchronization unit 161 is deleted and a point where the reference signal generation unit 180 is provided instead of the reference signal generation unit 162 as compared with the measurement circuit 104a shown in FIG. 10 of the second embodiment. Mainly different. Hereinafter, the differences will be mainly described.
  • the reference signal generation unit 180 generates a reference frequency signal synchronized with the reproduced communication clock signal CCLK. Therefore, the reference signal generation unit 180 includes a DDS181 and a phase shifter 182.
  • the DDS181 and the phase shifter 182 may have the same configuration as the DDS163 and the phase shifter 164.
  • FIG. 15 is a block diagram showing in more detail the configuration related to AC frequency information in the power storage system 1 of FIG.
  • the modulation unit 231 of FIG. 15 shows a configuration example in which BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation is performed. Therefore, the modulation unit 231 includes a transmission data buffer 245, a bipolar converter 246, a DDS247, and a BPSK modulator 248.
  • BPSK Binary Phase Shift Keying
  • the transmission data buffer 245 is a buffer register that temporarily holds transmission data.
  • 100111 is illustrated as the transmission data S1.
  • Bipolar converter 246 converts 1,0 of transmission data to +1, -1.
  • the DDS247 generates a sine wave signal and a chord wave signal synchronized with the communication clock signal generated by the communication clock generation unit 233.
  • the BPSK modulator 248 includes two multipliers and one adder.
  • the BPSK modulator 248 shifts (that is, inverts) the phases of the sine wave signal and the cosine wave signal generated by the DDS247 by 180 degrees when the bipolar converted transmission data is -1, and the bipolar converted transmission data is +1. At this time, the phases of the sine wave signal and the cosine wave signal generated by the DDS247 are not inverted.
  • the BPSK modulator 248 sums the non-inverting sine wave signal and the non-inverting cosine wave signal, or inverts the inverted sine wave signal for each symbol of the transmitted data (1 symbol is 1 bit in this example).
  • a communication signal is generated as the sum of the cosine wave signal.
  • FIG. 16 is a diagram showing transmission data S1 in FIG. 15 and BPSK-modulated waveform example D1. Note that Waveform Example D1 shows only non-inverted or inverted sinusoidal signal components for convenience of understanding.
  • the demodulation unit 176 of FIG. 15 includes a BPSK demodulator 185 and a reception data buffer 186.
  • the BPSK demodulator 185 demodulates communication data from the communication signal.
  • the reception data buffer 186 temporarily holds the demodulated communication data.
  • the communication clock reproduction unit 177 has a PLL 187 and reproduces a communication clock signal from the communication signal.
  • the reference signal generation unit 180 generates a reference frequency signal and an orthogonal reference frequency signal synchronized with the reproduced communication clock signal.
  • the power storage device 100 With such a circuit, the power storage device 100 generates a reference frequency signal synchronized with the AC current from the AC frequency information transmitted from the charging device 200. Since the measurement circuit 104b uses a reference frequency signal synchronized with the alternating current, the measurement of the complex voltage and the complex current can be made highly accurate.
  • the power storage system 1 includes a power storage device 100 and a charging device 200, and the power storage device 100 includes an assembled battery 101, a complex impedance measuring unit 110, and a charging device.
  • the charging device 200 includes a first communication circuit 106 that transmits information about impedance and receives AC frequency information about the frequency of alternating current, and a reference signal generation circuit that generates a reference frequency signal from the AC frequency information.
  • the AC superimposition unit 148, the charging circuit 201, the charging control unit, and the second communication circuit 203 that receives information on the complex impedance from the power storage device and transmits the AC frequency information, and the complex impedance measuring unit 110 has. , Measure the complex impedance using the reference frequency signal.
  • the measurement circuit 104b measures using the reference frequency signal generated from the AC frequency information, the measurement of the complex voltage and the complex current can be made highly accurate.
  • the second communication circuit 203 includes a communication clock generation unit 233 that generates a communication clock signal, and a modulation unit 231 that generates a communication signal obtained by modulating communication data using the communication clock signal.
  • the communication circuit 106 includes a communication clock reproduction unit 177 that reproduces a communication clock signal from the communication signal, and a demodulation unit 176 that demolishes the communication signal using the reproduced communication clock signal.
  • the AC current synchronized with the clock signal is generated, the reference signal generation unit 180 generates the reference frequency signal synchronized with the reproduced communication clock signal, and the complex impedance measuring unit 110 uses the reference frequency signal to generate the complex impedance.
  • the measured AC frequency information may correspond to the data timing of the communication signal and the edge timing of the communication clock signal.
  • the data timing of the communication signal can be easily transmitted as AC frequency information. Further, the AC frequency information is reproduced and corresponds to the edge timing of the communication clock signal.
  • the communication line connecting the communication circuit 203 and the communication circuit 106 of the third embodiment has a communication signal line and does not have a communication clock signal line
  • the communication line may be configured to include both a communication signal line and a communication clock signal line. In this case, the communication clock reproduction unit 177 is omitted.
  • the communication circuit 203 includes a communication clock generation unit 233, and the communication circuit 106 includes a communication clock reproduction unit 177.
  • a configuration example has been described, but the present invention is not limited to this.
  • Each of the communication circuit 203 and the communication circuit 106 may include a communication clock generation unit and a communication clock reproduction unit for bidirectional communication.
  • the communication circuit 203 and the communication circuit 106 may be connected wirelessly, not limited to the wired connection.
  • FIG. 17A is a schematic view showing a first application example of the power storage system according to the first to third embodiments.
  • FIG. 17B is a block diagram showing a first application example of FIG. 17A.
  • the power storage device 100 is mounted on the motorcycle and supplies electric power to the motor that drives the motorcycle.
  • the power storage device 100 is connected to the charging device 200 via the charging cable P1.
  • the communication circuit 106 of the power storage device 100 and the communication circuit 203 of the charging device 200 are wirelessly connected.
  • the communication circuit 206 of the charging device 200 is connected to the database 301 and the server device 302 via the Internet.
  • the power storage device 100 wirelessly transmits the complex impedance and the external temperature of each power storage cell to the charging device 200.
  • the charging device 200 estimates the internal temperature of the assembled battery 101 in the power storage device 100 from the complex impedance and the external temperature, and determines the optimum charging current for quick charging according to the internal temperature.
  • the charging device 200 accesses the server device 302 to determine the internal temperature and transmits complex impedance and charging information (eg SOC).
  • the server device 302 diagnoses the deteriorated state of the assembled battery 101.
  • the charging device 200 acquires deterioration information (for example, SOH) according to the complex impedance and charging information, and determines the optimum charging current based on the acquired deterioration information.
  • deterioration information for example, SOH
  • the Internet connection by the charging device 200 may be wired or wireless.
  • FIG. 18 is a schematic view showing a second application example of the power storage system 1 according to the first to third embodiments. The figure differs from FIG. 17A in that the power storage device 100 accesses the database 301 and the server device 302 via the Internet instead of the charging device 200.
  • the Internet connection by the power storage device 100 may be wired or wireless.
  • FIG. 19A is a schematic view showing a third application example of the power storage system according to the first to third embodiments.
  • FIG. 19B is a block diagram showing a third application example of FIG. 19A.
  • the power storage device 100 and the charging device 200 are mounted on an electric vehicle.
  • the electric vehicle includes a control device 400 as a so-called ECU (Electronic Control Unit).
  • the control device 400 can communicate with the database 301 and the server device 302, and is connected to the power storage device 100 and the charging device 200 via the communication line com.
  • the power storage device 100 is connected to the charging device 200 via the charging cable P1 and the communication line com.
  • the charging device 200 receives power for charging from the charging station 500 via the charging cable P2.
  • the communication line com may be a part of a so-called wire harness.
  • the power storage device 100 transmits the complex impedance and the external temperature of each power storage cell to the control device 400 via the communication line com.
  • the control device 400 estimates the internal temperature of the assembled battery 101 in the power storage device 100 from the complex impedance and the external temperature, and determines the optimum charging current for quick charging according to the internal temperature.
  • the control device 400 transmits complex impedance and charging information (eg SOC) to the server device 302 to determine the internal temperature.
  • the server device 302 diagnoses the deteriorated state of the assembled battery 101.
  • the control device 400 acquires deterioration information (for example, SOH) according to the complex impedance and charging information from the server device 302, determines the optimum charging current based on the acquired deterioration information, and determines the charging device 200. Notify the optimum charging current.
  • deterioration information for example, SOH
  • the control device 400 estimates the internal temperature in FIG. 19B
  • the power storage device 100 or the charging device 200 may estimate the internal temperature.
  • the power storage device 100 or the charging device 200 may be connected to the database 301 and the server device 302 using the control device 400 as a relay device.
  • the power storage device 100 may be applied to a drone, an uninterruptible power supply, a portable power supply, and the like.
  • each component may be configured by dedicated hardware or may be realized by executing a software program suitable for each component.
  • Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.
  • the power storage system 1 has been described based on the embodiment, but the present disclosure is not limited to this embodiment. As long as the gist of the present disclosure is not deviated, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment, and a form constructed by combining components in different embodiments is also within the scope of one or more embodiments. May be included within.
  • the present disclosure can be used for a power storage system having a secondary battery, for example, for an electric vehicle or the like.
  • Power storage system 100 Power storage device 101 Assembly battery 102 Thermistor 103 Current detection resistance 104, 104a, 104b Measurement circuit 105 First control unit 106, 107, 203, 206 Communication circuit 110 Complex impedance measurement unit 140 Clock generation unit 141 Frequency holding unit 142 Reference signal generator 143, 163, 181, 188, 241, 247 DDS 144, 164, 182 Phase shifter 145 Voltage measuring unit 146 Current measuring unit 147 Temperature measuring unit 148, 204 AC superimposing unit 149 Conversion unit 150 Integration unit 151 Holding unit 152 Temperature holding unit 153 IO unit 161 Phase synchronization unit 162 Reference signal generation Part 165 Hysteresis circuit 166 Comparator 167 Charge pump 168 LPF 169 VCO 170 divider 171 ROM 175 Modulation unit 176 Demodulation unit 177 Communication clock reproduction unit 180 Reference signal generator 185 BPSK demodulator 186 Received data buffer 187 PLL 200 Charging device 201 Charging circuit 202 Second control unit 205

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Abstract

蓄電システム（１）は、直列接続された複数の蓄電セルを含む組電池（１０１）を備えた蓄電装置（１００）と、蓄電装置（１００）に充電電流を供給する充電装置（２００）とを備える蓄電システム（１）であって、蓄電装置（１００）および充電装置（２００）の一方に備えられ、充電電流に交流電流を重畳する交流重畳回路（１４８）と、蓄電装置（１００）に備えられ、重畳された交流電流の電流値、および、個々の蓄電セル（Ｂ０～Ｂ５）の電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から、個々の蓄電セルの複素インピーダンスを測定する複素インピーダンス測定部（１１０）と、蓄電装置（１００）および充電装置（２００）の一方に備えられ、複素インピーダンスに基づいて、充電電流を制御する充電制御部とを備える。

Description

蓄電システム、蓄電装置および充電方法
　本開示は、蓄電システム、蓄電装置および充電方法に関する。
　ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）、または、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）など、二次電池を電源として走行する自動車の開発が行われている。また、二次電池を安全に使用するためにバッテリマネージメントシステム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）によって電池残量推定、及び、異常検知などを行う技術が知られている。
　たとえば、特許文献１は、電池の複素インピーダンスを計測し、電池の容量や劣化量を診断可能な電池状態判定装置を開示している。
　特許文献２は、バッテリの完全な充放電を行うことなく容量維持率の判定を行うことが可能な容量維持率判定装置を開示している。
　特許文献３は、バッテリのインピーダンスに対応するＲＣ回路モデルのパラメータを用いてバッテリの充放電をプログラムする車両コントローラを開示している。
特開２０１５－９４７２６号公報 特開２０１１－３８８５７号公報 米国特許第１００２３０６４号明細書
　しかしながら、従来技術によれば、蓄電装置の充電時間を最適化することが困難であるという問題がある。例えば、蓄電装置を急速充電する場合に、充電電流の最適化により充電時間を短縮することが望まれる。
　本開示は、充電時間の最適化を容易にする蓄電システム、蓄電装置および充電方法を提供する。
　本開示の一態様に係る蓄電システムは、直列接続された複数の蓄電セルを含む組電池と、前記組電池に充電電流を供給する充電回路と、前記充電電流に交流電流を重畳する交流重畳回路と、重畳された前記交流電流の電流値、および、個々の蓄電セルの電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から前記個々の蓄電セルの複素インピーダンスを測定する複素インピーダンス測定部と、前記複素インピーダンスに基づいて、前記充電電流を制御する充電制御部と、を備える。
　また、本開示の一態様に係る蓄電装置は、複数の蓄電セルを直列接続した組電池と、前記組電池に供給される充電電流に交流電流を重畳する交流重畳回路と、前記重畳された交流電流の電流値、および、前記複数の蓄電セルの電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から、蓄電セルの複素インピーダンスを測定する複素インピーダンス測定部と、前記複素インピーダンスを、前記充電電流を供給する充電装置に通知する通信回路と、を備える。
　また、本開示の一態様に係る充電方法は、複数の蓄電セルを直列接続した組電池を備えた蓄電装置を充電する充電方法であって、前記組電池に供給される充電電流に交流電流を重畳し、前記重畳された交流電流の電流値、および、前記複数の蓄電セルの電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から、蓄電セルの複素インピーダンスを測定し、前記複素インピーダンスに基づいて、前記充電電流を制御する。
　本開示の一態様における蓄電システム、蓄電装置および充電方法によれば、充電時間の最適化を容易にすることができる。
図１は、実施の形態１に係る蓄電システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、図１の蓄電システム中の測定回路の詳細な構成例と周辺の回路とを示す回路図である。 図３は、実施の形態１に係る蓄電セルの構造例と、等価回路モデルの例とを示す説明図である。 図４は、実施の形態１に係る蓄電セルの複素インピーダンスの一例を示すコール・コール・プロット図である。 図５は、実施の形態１に係る組電池としての電池パックの表面温度および内部温度の具体的な位置の例を示す説明図である。 図６は、実施の形態１に係る組電池としての電池パックの表面温度および内部温度の差異を示す説明図である。 図７は、実施の形態１に係る蓄電セルの複素インピーダンスの温度特性例を示す図である。 図８は、実施の形態１に係る蓄電システムの他の構成例を示すブロック図である。 図９は、実施の形態２に係る蓄電システムの構成例を示すブロック図である。 図１０は、図９の蓄電システム中の測定回路の詳細な構成例と周辺の回路とを示す回路図である。 図１１は、図１０の位相同期部の詳細な構成例およびその周辺の回路例を示す図である。 図１２は、図１１中のヒステリシス回路の出力波形例を示す図である。 図１３は、実施の形態３に係る蓄電システムの構成例を示すブロック図である。 図１４は、図１３の蓄電システム中の測定回路の詳細な構成例と周辺の回路を示す回路図である。 図１５は、図１３の蓄電システムうち、交流周波数情報に関わる構成をより詳細に示すブロック図である。 図１６は、図１５中の送信データとＢＰＳＫ変調された波形例とを示す図である。 図１７Ａは、実施の形態１～３に係る蓄電システムの第１の適用例を示す模式図である。 図１７Ｂは、図１７Ａの第１の適用例を示すブロック図である。 図１８は、実施の形態１～３に係る蓄電システムの第２の適用例を示す模式図である。 図１９Ａは、実施の形態１～３に係る蓄電システムの第３の適用例を示す模式図である。 図１９Ｂは、図１９Ａの第３の適用例を示すブロック図である。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、本開示の実現形態は、現行の独立請求項に限定されるものではなく、他の独立請求項によっても表現され得る。
　なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
　（実施の形態１）
　［１．１　蓄電システム１の構成］
　まず、実施の形態１に係る蓄電システム１の構成について説明する。
　図１は、実施の形態１に係る蓄電システム１の構成例を示すブロック図である。図１では外部のデータベース３０１も図示してある。
　図１の蓄電システム１は、蓄電装置１００と充電装置２００とを備える。蓄電装置１００は、組電池１０１、サーミスタ１０２、電流検出抵抗１０３、測定回路１０４、第１制御部１０５、通信回路１０６、および通信回路１０７を備える。また、充電装置２００は、充電回路２０１、第２制御部２０２、および通信回路２０３を備える。
　なお、測定回路１０４、および、第１制御部１０５のＳ１１～Ｓ１４に相当する部分を複素インピーダンス測定部１１０と呼ぶ。第１制御部１０５のＳ５に相当する部分、および、第２制御部２０２を充電制御部と呼ぶ。
　蓄電装置１００は、充電可能な二次電池を含み、例えば車両に搭載され、動力源としてのモータに電力を供給する。
　組電池１０１は、二次電池であり、直列接続された複数の蓄電セルＢ０～Ｂ５を含む。各蓄電セルは、例えばリチウムイオン電池であるが、ニッケル水素電池などその他の電池であってもよい。また、リチウムイオンキャパシターのような直列接続された蓄電セルであってもよい。組電池１０１は、負荷および充電回路に接続される。負荷は、例えば、ＨＥＶまたはＥＶのモータであるが、これに限定されない。なお、図１の組電池１０１は６つの蓄電セルを有する例を示しているが、組電池１０１内の蓄電セルの個数は６つに限らない。
　サーミスタ１０２は、温度に依存して抵抗値が変化する温度センサであり、組電池１０１の表面に張り付けられ、組電池１０１の外部温度の測定に用いられる。例えば、サーミスタ１０２は、組電池１０１の側面の中央付近に貼付される。
　電流検出抵抗１０３は、組電池１０１を流れる充電電流に重畳される交流電流値を電圧降下として検出するための抵抗素子である。
　複素インピーダンス測定部１１０は、組電池１０１を流れる充電電流に重畳された交流電流の電流値、および、個々の蓄電セルＢ０～Ｂ５の電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から、個々の蓄電セルＢ０～Ｂ５の複素インピーダンスを測定する。そのため、複素インピーダンス測定部１１０は、測定回路１０４、および、第１制御部１０５のＳ１１～Ｓ１４に相当する部分を含む。
　測定回路１０４は、組電池１０１を流れる充電電流に重畳された交流電流の電流値、および、個々の蓄電セル（Ｂ０～Ｂ５）の電圧値を測定する。測定される電流値および電圧値は、重畳された交流電流を基準とする位相情報を含む複素電流および複素電圧である。さらに、測定回路１０４は、サーミスタ１０２を用いて組電池１０１の外部温度を測定する。
　第１制御部１０５は、ＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ)、メモリ、およびＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）回路を含むＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｕｎｉｔ　またはＭｉｃｒｏ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｕｎｉｔ）であり、メモリ中のプログラムを実行することにより次の処理を行う。第１制御部１０５のメモリは、例えば、同図のＳ１１～Ｓ１５に示す処理を繰り返し実行するプログラムを記憶する。すなわち、第１制御部１０５は、測定回路１０４から蓄電セルＢ０～Ｂ５毎の複素電圧を取得する（Ｓ１１）。さらに、第１制御部１０５は、充電電流に重畳された交流電流の電流値として複素電流を取得（Ｓ１２）する。また第１制御部１０５は、組電池１０１の外部温度を取得する（Ｓ１３）。さらに、第１制御部１０５は、取得した複素電圧を複素電流で除算することにより、個々の蓄電セルＢ０～Ｂ５の複素インピーダンスを計算する（Ｓ１４）。このように、第１制御部１０５は測定回路１０４の測定結果を受けて複素インピーダンス測定の一部分を担う。
　さらに、第１制御部１０５は、充電制御用の処理の一部分として、組電池１０１の内部温度を推定する（Ｓ１５）。すなわち、第１制御部１０５は、取得した外部温度と個々の蓄電セルＢ０～Ｂ５の複素インピーダンスとに基づいて組電池１０１の内部温度を推定する。例えば、第１制御部１０５は、組電池１０１の内部温度と複素インピーダンスとを対応関係を示す温度特性データと、組電池の外部温度と内部温度との分布を示す温度分布データとを用いて内部温度を推定してもよい。温度特性データおよび温度分布データは、予め第１制御部１０５のメモリに保持していてもよいし、データベース３０１から通信回路１０７を介して取得してメモリに一時的に保持してもよい。第１制御部１０５は、充電装置２００による組電池１０１の充電中に、上記のＳ１１～Ｓ１５を繰り返し実行する。この繰り返しは、充電電流による発熱で組電池１０１の内部温度が上昇する変化速度に十分に追随して検出できる周期であるものとする。
　通信回路１０６は、第１制御部１０５の制御の下で、充電装置２００内の通信回路２０３と通信する。例えば、通信回路１０６は、各蓄電セルＢ０～Ｂ５の複素インピーダンス、組電池１０１の外部温度、および推定された内部温度を充電装置２００に送信する。
　通信回路１０７は、外部のデータベース３０１と通信する。データベース３０１は、組電池１０１の蓄電セルＢ０～Ｂ５の電池状態データ、および、他の蓄電装置内の蓄電セルに関する電池状態データを収集および提供するためのデータベースである。電池状態データは、例えば、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）と呼ばれる劣化情報を含む。
　一方、充電装置２００は、組電池１０１を充電する装置であり、蓄電装置１００から送信される複素インピーダンス、組電池１０１の外部温度、および内部温度に基づいて組電池１０１への充電電流を制御する。
　通信回路２０３は、第２制御部２０２の制御の下で、蓄電装置１００内の通信回路１０６と通信する。例えば、通信回路２０３は、各蓄電セルＢ０～Ｂ５の複素インピーダンス、組電池１０１の外部温度、および推定された内部温度を蓄電装置１００から受信する。
　充電回路２０１は、可変電流源２１０を有する。可変電流源２１０は、第２制御部２０２の制御によって組電池１０１に充電電流を供給する。
　第２制御部２０２は、ＣＰＵ、メモリ、およびＩ／Ｏ回路を含むＭＣＵであり、メモリ中のプログラムを実行する。第２制御部２０２のメモリは、例えば、同図のＳ２１～Ｓ２４に示す処理を繰り返し実行するプログラムを記憶する。第２制御部２０２は、組電池１０１の充電中にＳ２１～Ｓ２４に示す処理を繰り返し実行する。
　まず、第２制御部２０２は、蓄電装置１００から通信回路２０３を介して各蓄電セルＢ０～Ｂ５の複素インピーダンスを取得し（Ｓ２１）、さらに、データベース３０１から蓄電装置１００および通信回路２０３を介して劣化情報（つまりＳＯＨ）を取得する（Ｓ２２）。このとき、第２制御部２０２は、第１制御部１０５から通信回路１０６および通信回路２０３を介して各蓄電セルＢ０～Ｂ５の電池残量を取得してよい。電池残量はＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅと呼ばれることがある。さらに、第２制御部２０２は、蓄電装置１００から通信回路２０３を介して各蓄電セルＢ０～Ｂ５の推定された内部温度と測定された外部温度とを取得する（Ｓ２３）。さらに、通信回路２０３は、複素インピーダンス、劣化情報、内部温度および外部温度に基づいて最適充電電流を決定し（Ｓ２４）、決定した最適充電電流を組電池１０１に供給するように可変電流源２１０を制御する。
　急速充電のための最適充電電流については、例えば、第２制御部２０２は、内部温度がしきい値を超えない範囲内で、組電池１０１の充電レベルが所定レベルに達するまでの充電時間をできるだけ短縮するよう充電電流の値を決定する。所定レベルは、例えば、８０％充電、９０％充電、満充電などであり任意の値でよい。
　［１．２ 測定回路１０４の構成］
　次に、複素インピーダンス測定部１１０内の測定回路１０４の詳細な構成例について説明する。
　図２は、図１の蓄電システム１中の測定回路１０４の詳細な構成例と周辺の回路とを示す回路図である。
　同図の測定回路１０４は、クロック生成部１４０、周波数保持部１４１、基準信号発生部１４２、電圧測定部１４５、電流測定部１４６、温度測定部１４７、交流重畳部１４８、変換部１４９、積分部１５０、保持部１５１、温度保持部１５２、およびＩＯ部１５３を備える。
　クロック生成部１４０は、サンプリングクロック信号を生成する。サンプリングクロック信号は、電圧測定部１４５内のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、電流測定部１４６内のＡＤＣ、および温度測定部１４７内のＡＤＣに供給される。
　周波数保持部１４１は、蓄電装置１００外部から指示された周波数を保持する。この周波数は、基準信号発生部１４２による基準周波数信号の周波数を指す。
　基準信号発生部１４２、周波数保持部１４１に保持された周波数の基準周波数信号と直交基準周波数信号とを発生する。そのため、基準信号発生部１４２は、ＤＤＳ１４３と移相器１４４とを有する。
　ＤＤＳ１４３は、Ｄｉｒｅｃｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒの略であり、正弦波をサンプリングした波形データを保持するＲＯＭを含み、サンプリングポイントを指すアドレスを入力し、正弦波のサンプリングポイントのデータ（つまりサンプル値）を出力する。アドレスは連続的に変化するので、出力されるサンプル値はほぼ連続的な正弦波となる。
　移相器１４４は、基準周波数信号の位相を９０度ずらすことにより直交基準周波数信号を発生する。なお、基準信号発生部１４２は、１つのＤＤＳ１４３で、基準周波数信号と直交周波数信号の２つを発生し、移相器１４４を備えない構成としてもよい。
　電圧測定部１４５は、クロック生成部１４０からのサンプリングクロック信号を用いて組電池１０１の電圧をサンプリングすることにより、組電池１０１の電圧を計測する。より具体的には、電圧測定部１４５は、組電池１０１内の蓄電セルＢ０～Ｂ５に対応する同数のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ０～ＡＤＣ５）を備える。各アナログデジタル変換器は、クロック生成部１４０からのサンプリングクロック信号を用いて、複数の蓄電セルＢ０～Ｂ５のうち対応する蓄電セルの電圧をサンプリングし、サンプリングした電圧をデジタル信号に変換する。
　電流測定部１４６は、クロック生成部１４０からのサンプリングクロック信号を用いて組電池１０１の電流をサンプリングすることにより、組電池１０１を流れる充電電流に重畳された交流電流を測定する。重畳された交流電流は、交流重畳部１４８により印加される交流電流が流れる電流ループ経路に挿入された電流検出抵抗１０３の電圧降下として測定される。この電圧降下は、重畳された交流電流に比例するので交流電流値を意味する。より具体的には、電流測定部１４６は、二次電池である組電池１０１の電流を計測するためのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を備える。このアナログデジタル変換器は、クロック生成部１４０からのサンプリングクロック信号を用いて電流検出抵抗１０３の電圧降下をサンプリングし、サンプリングした電圧降下をデジタル信号に変換する。電流測定部１４６および電圧測定部１４５は、同じサンプリングクロックを用いるので、測定を高精度にすることができる。
　温度測定部１４７は、組電池１０１に設けられたサーミスタ１０２を用いて組電池１０１の外部温度を計測する。サーミスタ１０２は、例えば、熱電対、その他の素子を用いた温度センサであってもよい。温度測定部１４７は、具体的には、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を備える。このアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）は、サーミスタ１０２の電圧をサンプリングし、サンプリングした電圧をデジタル値に変換する。
　交流重畳部１４８は、基準信号発生部１４２に生成される基準周波数信号の周波数成分を持つ交流電流を、組電池１０１を流れる充電電流に重畳する。交流重畳部１４８は、基準周波数信号を差動信号として組電池１０１の正極と負極とに印加する差動バッファを有する。
　変換部１４９は、電圧測定部１４５および電流測定部１４６の測定結果に、基準周波数信号および直交基準周波数信号を乗算する。これにより、変換部１４９は、電圧測定部１４５および電流測定部１４６の計測結果を、複素電圧および複素電流それぞれの実数部成分および虚数部成分に変換する。そのため、変換部１４９は、電圧測定部１４５のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ０～ＡＤＣ５）に対応する同数の乗算器ペアと、電流測定部１４６のアナログデジタル変換器に対応する乗算器ペアとを備える。電圧測定部１４５に対応する各乗算器ペアは、対応するアナログデジタル変換器の変換結果（つまりサンプリングされたデジタルの電圧値）に基準周波数信号を乗算する乗算器と、当該変換結果に直交基準周波数信号を乗算する乗算器とからなる。前者の乗算結果は、サンプリングされた電圧を複素電圧として表現したときの実数部成分を示す。後者の乗算結果は、サンプリングされた電圧を複素電圧として表現したときの虚数成分を示す。電流測定部１４６に対応する乗算器ペアは、対応するアナログデジタル変換器の変換結果（つまりサンプリングされたデジタルの電流値）に基準周波数信号を乗算する乗算器と、当該変換結果に直交基準周波数信号を乗算する乗算器とからなる。前者の乗算結果は、サンプリングされた電流を複素電流として表現したときの実数部成分を示す。後者の乗算結果は、サンプリングされた電流を複素電流として表現したときの虚数部成分を示す。
　なお、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ０～ＡＤＣ５）のそれぞれは、例えば、デルタシグマ型のＡＤ変換器でよい。また、複数のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ０～ＡＤＣ５）は、同一のＡＤ変換特性を有する。ＡＤ変換特性とは、分解能（ビット数）などの各種パラメータである。複数のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ０～ＡＤＣ５）には、具体的には、同一のＡＤ変換器が用いられる。これにより、蓄電セルＢ０～Ｂ５の間で生じる、ＡＤ変換に起因する計測誤差を低減することができる。
　積分部１５０は、電圧測定部１４５によって繰り返し計測され変換部１４９によって変換された複素電圧および複素電流それぞれの実数部成分および虚数部成分を平均化する。この平均化によっても計測を高精度化することができる。より具体的には、積分部１５０は、変換部１４９の乗算器ペアに対応し同数の平均化回路ペアを備える。各平均化回路ペアは、複素電圧または複素電流の実数部成分を平均化する平均化回路と、複素電圧または複素電流の虚数部成分を平均化する平均化回路とからなる。蓄電セルがリチウムイオン電池である場合、内部複素インピーダンスは例えば数ｍΩである。重畳する交流電流を１Ａと仮定すると出力電圧の変化は数ｍＶでしかない。一方、リチウムイオン電池のＤＣ出力電圧はおおよそ３．４Ｖ程度であるため、蓄電セルに接続したアナログデジタル変換器で電圧を測定するには、ダイナミックレンジが４から５Ｖ程度必要になる。この場合に、複素インピーダンス測定精度が８ビット程度必要とする場合、１８～２０ビット程度の有効ビットをもつアナログデジタル変換器が必要になるが、高分解能のＡＤコンバータは消費電力や面積が大きくなる。一方、リチウムイオン電池を電気化学インピーダンス分析するたに測定する内部複素インピーダンスは、ほぼＤＣ付近の０．０１Ｈｚから数１０ＫＨｚの低周波の範囲で測定を行うため、複素電圧の測定をＡＣ接続して行うことはできない。図１の構成では、交流電流を繰り返し印加して複素電圧や複素電流を実数部成分と虚数部成分に分離して平均化することで、分解能を積分により高めることが可能になる。そのため、少ないビット数（例えば１６ビット程度）のアナログデジタル変換器であっても、２０～２４ビット精度の複素インピーダンス測定結果を得ることを可能にする。これにより、複素電圧の測定精度が向上できれば、印加する交流電流の大きさを下げることが可能であり、容量の大きい、内部複素インピーダンスの小さい、二次電池の測定を容易にする。
　保持部１５１は、平均化処理後の複素電圧および複素電流の実数部成分および虚数部成分を保持する。そのため、保持部１５１は、複素電圧を保持するために組電池１０１の複数の蓄電セルと同数のレジスタペアと、複素電流を保持するためのレジスタペアとを備える。複素電圧を保持するための各レジスタペアは、対応する蓄電セルＢｉの複素電圧の実数部成分を保持するレジスタ（Ｒｅ（Ｖｉ））と、虚数部成分（Ｉｍ（Ｖｉ））を保持するレジスタとからなる。ここで、ｉは０～５の整数である。また、複素電流を保持するためのレジスタペアは、対応する組電池１０１の複素電流の実数部成分を保持するレジスタ（Ｒｅ（Ｉ０））と、虚数部成分（Ｉｍ（Ｉ０））を保持するレジスタとからなる。
　温度保持部１５２は、温度測定部１４７からのデジタル値を温度データとして保持する。
　ＩＯ部１５３は、保持部１５１に保持された複素インピーダンスを第１制御部１０５に出力し、第１制御部１０５から基準周波数信号の周波数を示すデータを入力する入出力回路である。
　以上のように構成された測定回路１０４は、電圧測定と電流測定における位相誤差がほぼ０なので、精度良く測定することができる。
　［１．３　蓄電セルの等価回路モデルと複素インピーダンス］
　次に、蓄電セルの等価回路モデルおよびその素子定数の例について説明する。
　図３は、実施の形態に係る蓄電セルの構造例と、等価回路モデルの例とを示す説明図である。図３の（ａ）は蓄電セルＢ０の回路シンボルを示す。図３の（ｂ）は、蓄電セルＢ０がリチウムイオン電池である場合の構造例を模式的に示している。蓄電セルＢ０は、等価回路モデルの前提として、負極電極、負極材料、電解液、セパレータ、正極材料、正極電極を有している。図３の（ｃ）は、蓄電セルＢ０の等価回路モデルの一例を示す。この等価回路モデルは、誘導成分Ｌ０、抵抗成分Ｒ０～Ｒ２、容量成分Ｃ１、Ｃ２およびリチウムイオン拡散抵抗成分Ｚｗを有している。誘導成分Ｌ０は、電極ワイヤーのインピーダンス成分を示す。抵抗成分Ｒ０は電解液のインピーダンス成分を示す。抵抗成分Ｒ１と容量成分Ｃ１の並列回路は、負極のインピーダンス成分を示す。抵抗成分Ｒ２、リチウムイオン拡散抵抗成分Ｚｗおよび容量成分Ｃ２からなる回路部分は、正極のインピーダンス成分を示す。リチウムイオン拡散抵抗成分Ｚｗは、ワールブルグインピーダンスとして知られている。
　このような等価回路モデルを構成する各回路素子の素子定数を算出すれば、蓄電セルＢ０の状態を推定することができる。例えば、経時的な素子定数の変化により蓄電セルＢ０の劣化状態を推定することができる。
　次に電池セルの複素インピーダンスの特性例について説明する。
　図４は、実施の形態１に係る蓄電セルの複素インピーダンスの一例を示すコール・コール・プロット図である。コール・コール・プロット図は、複素平面図、ナイキストプロットとも呼ばれる。同図は、図３の（ｃ）の等価回路モデルに対応する。交流電流を重畳して蓄電セルの複素インピーダンスを算出する方法において、電荷移動律速の場合は抵抗とコンデンサーが並列に配置された等価回路で表されることが一般的に知られており、複素数平面においてが半円状になる。加えて、このワールブルグインピーダンスを含む場合には、半円の途中（右上付近）から、ワールブルグインピーダンス由来の傾きとして斜め４５度に立ち上がる直線となることが一般的に知られている。
　複素インピーダンスの算出において、一般に測定系要因の位相誤差は周波数特性を持つ場合が多く、異なる周波数での複素インピーダンスを測定する場合に課題となる。特に、周波数を可変しながらそれぞれの周波数の複素インピーダンスをコール・コール・プロットに描画する場合、各周波数位相誤差はコール・コール・プロットの複素平面上では実軸（横軸）と虚軸（縦軸）の直交誤差になって表れる。そのため、正確なコール・コール・プロット描画することが難しくなる。しかしながら、図２の構成では、複素電圧と複素電流を測定してから複素インピーダンスを計算することで、電圧と電流の測定系の位相誤差を極めて小さくして、正確なコール・コール・プロットを描くことを可能にしている。
　［１．４　外部温度と内部温度］
　次に、組電池１０１の外部温度と内部温度の差異について説明する。内部温度は、組電池１０１を急速充電する場合に、重要なパラメータである。充電電流は、内部温度の上限を超えない範囲で設定することができる。一方、内部温度は、充電電流を大きくするほど大きく上昇する。そのため、組電池１０１を急速充電する場合に、内部温度に応じて充電電流量の上限は異なることになる。
　図５は、実施の形態１に係る組電池１０１としての電池パックの表面温度および内部温度の具体的な位置の例を示す説明図である。なお、電池パックは、組電池１０１ではなく蓄電セル１個に対応してもよい。
　同図における電池パックは、電池ケースに収められた組電池１０１を模式的に示している。内部温度は、例えば、電池パックの三次元の重心または中心の位置における温度とする。内部温度そのものは、サーミスタ１０２で直接測定することができない。また、表面温度（外部温度とも呼ぶ）は、電池パックの側面の中央付近の位置Ｘの温度とする。表面温度は、サーミスタ１０２を貼付することにより直接測定することができる。
　図６は、実施の形態１に係る組電池としての電池パックの表面温度および内部温度の差異を示す説明図である。図６の（ａ）および（ｂ）において、横軸は、図５の側面を垂直に通過する軸方向を示す。Ｘは、軸と図５の手前側の側面との交点を示す。Ｙは、軸と隠れて見えない奥側の側面との交点を示す。縦軸は温度を示す。
　同図の（ａ）は、電池パックの熱平衡時の温度分布を示す。熱平衡時は、組電池１０１に電流が流れていない状態が続いた時、つまり非充電状態でかつ電流を供給していない状態がしばらく続いた時の内部の温度が一様な状態をいう。このとき、内部温度は表面温度と同じである。
　同図の（ｂ）は、電池パックの熱非平衡時の温度分布を示す。熱非平衡時は、組電池１０１の充電時または放電時をいう。熱非平衡時は、組電池１０１内部を流れる電流によって発熱するので、内部温度は表面温度よりも高くなる。同図の（ｂ）のような温度分布データは、表面温度から内部温度を推定するのに役立つ。ただし、温度分布データは、定量化が困難であるが、表面温度と複素インピーダンスとを用い内部温度を推定することは可能である。
　次に、複素インピーダンスの温度依存性について説明する。
　図７は、実施の形態１に係る蓄電セルの複素インピーダンスの温度特性例を示す図である。同図は、蓄電セルの温度が２０℃、２５℃、３０℃の場合のコール・コール・プロットを示している。このように、蓄電セルの複素インピーダンスから、内部温度を推定するには温度依存性を有する。第２制御部２０２は、このような、組電池１０１の内部温度と複素インピーダンスとを対応関係を示す温度特性データを利用して、内部温度を推定することができる。
　本実施の形態における蓄電システム１によれば、蓄電装置１００に供給される充電電流を最適化することができる。蓄電装置１００で測定された複素インピーダンスは蓄電セルＢ０～Ｂ５の内部温度や劣化状態に対応するので、第２制御部２０２は、組電池１０１に適した充電電流を決定することができる。例えば、蓄電装置１００を急速充電する場合に、充電電流の最適化により充電時間を短縮することができる。
　［１．５　変形例］
　なお、図１の蓄電システム１は、蓄電装置１００と充電装置２００とに大きく分けられた構成例を示したが、これに限らない。例えば、蓄電システム１は、図８に示すように蓄電装置１００と充電装置２００とが一体であってもよい。この場合、第１制御部１０５および第２制御部２０２は充電制御部として一体（つまり１つのＭＣＵ）であってもよいし、通信回路１０６および通信回路２０３を省略してもよい。
　以上説明してきたように実施の形態１に係る蓄電システム１は、直列接続された複数の蓄電セルＢ０～Ｂ５を含む組電池１０１と、組電池１０１に充電電流を供給する充電回路２０１と、充電電流に交流電流を重畳する交流重畳部１４８／２０４と、重畳された交流電流の電流値、および、個々の蓄電セルＢ０～Ｂ５の電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から個々の蓄電セルの複素インピーダンスを測定する複素インピーダンス測定部１１０と、複素インピーダンスに基づいて、充電電流を制御する充電制御部（Ｓ１５＋２０２）と、を備える。ここで、充電制御部は、第１制御部１０５のＳ１５および第２制御部２０２に相当する。
　これによれば、蓄電装置の充電電流の最適化を容易にすることができる。複素インピーダンスは蓄電セルの内部温度や劣化状態に対応するので、充電制御部は、個々の蓄電セルに適した充電電流を決定することができる。例えば、蓄電装置を急速充電する場合に、充電電流の最適化により充電時間を短縮することができる。
　ここで、充電制御部は、組電池１０１の外部温度および複素インピーダンスに基づいて個々の蓄電セルＢ０～Ｂ５の内部温度を推定し、推定した内部温度に応じて充電電流を最適化してもよい。
　これによれば、複素インピーダンスから内部温度を推定し、推定した内部温度の下で最適な充電電流を決定することができる。
　ここで、充電制御部は、組電池の内部温度と複素インピーダンスとを対応関係を示す温度特性データ、および、組電池の外部温度及び内部温度との分布を示す温度分布データの少なくとも１つに従って、個々の蓄電セルの内部温度を推定してもよい。
　これによれば、内部温度の推定に、温度毒性データおよび温度分布データの少なくとも１つを用いるので、推定の精度を向上させることができる。
　ここで、充電制御部は、複素インピーダンスから推定される個々の蓄電セルの劣化状態に応じて充電電流を制御してもよい。
　これによれば、劣化状態に応じて充電電流を最適化することができる。
　ここで、充電制御部は、複素インピーダンスに基づいて外部のサーバー装置３０２から取得される個々の蓄電セルＢ０～Ｂ５の劣化の程度を示す劣化情報に応じて充電電流を最適化してもよい。
　これによれば、外部のサイバー装置を利用して劣化状態に推定し、推定した劣化状態に応じて充電電流を最適化することができる。
　ここで、充電制御部は、組電池１０１の充電レベルが所定レベルに達するまでの充電時間を短縮するように充電電流の値を決定してもよい。
　これによれば、急速充電を可能にする。
　ここで、充電制御部は、内部温度が閾値に達したとき、充電を停止してもよい。
　これによれば、内部温度が閾値を超える状態での充電を停止することができる。
　ここで、蓄電システムは、蓄電装置１００と充電装置２００とを備え、蓄電装置１００は、組電池１０１と、交流重畳部１４８と、複素インピーダンス測定部１１０と、充電装置２００に複素インピーダンスに関する情報を送信する第１通信回路１０６と、を有し、充電装置２００は、充電回路２０１と、充電制御部と、蓄電装置１００から複素インピーダンスに関する情報を受信する第２通信回路２０３と、を有してもよい。
　ここで、蓄電装置１００は、基準周波数信号を発生する基準信号発生部１８０を備え、交流重畳部１４８は、基準周波数信号に同期した交流電流を生成し、複素インピーダンス測定部１１０は、基準周波数信号を用いて複素インピーダンスを測定してもよい。
　これによれば、電圧測定と電流測定とで同じ基準周波数信号を用いるので、測定を高精度にすることができる。また、基準周波数信号は、重畳される交流電流と電圧測定と電流測定とに共通で用いられるので測定を高精度にすることができる。
　また、実施の形態１に係る蓄電装置１００は、複数の蓄電セルＢ０～Ｂ５を直列接続した組電池１０１と、組電池に供給される充電電流に交流電流を重畳する交流重畳部１４８と、重畳された交流電流の電流値、および、複数の蓄電セルＢ０～Ｂ５の電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から、蓄電セルの複素インピーダンスを測定する複素インピーダンス測定部１１０と、複素インピーダンスを、充電電流を供給する充電装置に通知する通信回路１０６と、を備える。
　これによれば、蓄電装置の充電電流の最適化を容易にすることができる。複素インピーダンスは蓄電セルの内部温度や劣化状態に対応するので、充電制御部は、個々の蓄電セルに適した充電電流を決定することができる。例えば、蓄電装置を急速充電する場合に、充電電流の最適化により充電時間を短縮することができる。
　また、実施の形態１に係る充電方法は、複数の蓄電セルＢ０～Ｂ５を直列接続した組電池１０１を備えた蓄電装置１００を充電する充電方法であって、組電池１０１に供給される充電電流に交流電流を重畳し、重畳された交流電流の電流値、および、複数の蓄電セルＢ０～Ｂ５の電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から、蓄電セルの複素インピーダンスを測定し、複素インピーダンスに基づいて、充電電流を制御する。
　これによれば、蓄電装置の充電電流の最適化を容易にすることができる。
　（実施の形態２）
　実施の形態１では、複素インピーダンス測定のための交流電流の重畳を蓄電装置１００が行う例を示した。これに対して、実施の形態２では、交流電流の重畳を充電装置２００が行う例を説明する。
　［２．１　蓄電システム１の構成］
　図９は、実施の形態２に係る蓄電システムの構成例を示すブロック図である。同図は、図１と比較して、主に、測定回路１０４の代わりに測定回路１０４ａを備える点と、充電装置２００に交流重畳部２０４が追加された点と、クロック回路２０５が追加された点とが異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
　測定回路１０４ａは、図１の測定回路１０４と比べて、充電電流に重畳された交流電流に同期した基準周波数信号を発生し、この基準周波数信号を用いて複素電圧および複素電流を測定する点が主に異なっている。これにより、複素電圧および複素電流の測定精度を、図１のように高精度に行うことができる。
　クロック回路２０５は、重畳すべき交流電流および通信回路２０３による通信の基準となる基準周波数信号を発生する。
　通信回路２０３は、クロック回路２０５が発生する基準周波数信号も用いて変調および復調を行う変調部２３１および復調部２３２を有する。また、通信回路２０３と通信するために通信回路１０６は、変調部１７５および復調部１７６を有する。
　交流重畳部２０４は、クロック回路２０５が発生する基準周波数信号に同期した交流電流を、組電池１０１に流れる充電電流に重畳する。そのため、交流重畳部２０４は、ＤＤＳ２４１、ドライバ２４２、およびトランス２４３を有する。
　ＤＤＳ２４１は、Ｄｉｒｅｃｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒの略であり、重畳すべき交流電流の正弦波をサンプリングした波形データを保持するＲＯＭを含み、サンプリングポイントを指すアドレスを入力し、正弦波のサンプリングポイントのデータ（つまりサンプル値）を出力する。アドレスは連続的に変化するので、出力されるサンプル値はほぼ連続的な正弦波を示す。なお、重畳すべき交流電流の波形は、正弦波でなくてもよく、パルス状の波形でもよい。
　ドライバ２４２は、ＤＤＳ２４１から出力される正弦波を差動信号としてトランス２４３に出力する差動バッファである。
　トランス２４３は、ドライバ２４２からの交流電流を示す差動信号を組電池１０１に流れる充電電流に重畳する。
　［２．２　測定回路１０４ａの構成］
　次に、測定回路１０４ａの詳細な構成について説明する。
　図１０は、図９の蓄電システム１中の測定回路１０４ａの詳細な構成例と周辺の回路とを示す回路図である。図１０は、図２と比べて、周波数保持部１４１、基準信号発生部１４２および交流重畳部１４８が削除された点と、位相同期部１６１および基準信号発生部１６２が追加された点とが異なる。以下異なる点を中心に説明する。
　位相同期部１６１は、電流測定部１４６のＡＤ変換結果、つまり、充電電流に重畳された交流電流に同期したクロック信号を発生する。このクロック信号は、周波数保持部１４１に保持された周波数データが示す周波数を持つ。
　基準信号発生部１６２は、位相同期部１６１からのクロック信号に同期した基準周波数信号および直交基準周波数信号を発生する。そのため、基準信号発生部１６２は、ＤＤＳ１６３および移相器１６４を有する。ＤＤＳ１６３および移相器１６４は、図２のＤＤＳ１４３および移相器１４４と同様の構成でよい。
　［２．３　位相同期部１６１の構成］
　次に、位相同期部１６１のより詳細な構成例について説明する。
　図１１は、図１０の位相同期部１６１の詳細な構成例およびその周辺の回路例を示す図である。なお、図１１の位相同期部１６１は、電流測定部１４６のＡＤ変換結果を同期検波するのではなく、電流測定部１４６への入力信号、つまり、電流検出抵抗１０３の電圧降下としての交流電流値を同期検波する構成例を示している。
　図１１の位相同期部１６１は、ヒステリシス回路１６５、比較器１６６、チャージポンプ１６７、ＬＰＦ１６８、ＶＣＯ１６９、および分周器１７０を備える。
　ヒステリシス回路１６５は、電流検出抵抗１０３で検出される交流電流値を二値化する。図１２は、図１１中のヒステリシス回路１６５の出力波形（Ａ１）を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流値に対応する出力電圧を示す。ＩＴＨ＋およびＩＴＨ－はヒステリシス特性の上側のしきい値および下側のしきい値の例を示す。ヒステリシス回路１６５の出力波形（Ａ１）は、重畳された交流信号と同じ周波数１／Ｔをもつ同図のようなパルス状の矩形波になる。
　比較器１６６は、ヒステリシス回路１６５からの出力信号と分周器１７０からの分周信号とを比較し、位相差を検出する。
　チャージポンプ１６７は、検出された位相差を示す信号を必要な電圧レベルに上昇させる。
　ＬＰＦ１６８は、ローパスフィルタまたはループフィルタと呼ばれ、チャージポンプ１６７からの位相差を示す信号を平滑化する。
　ＶＣＯ１６９は、電圧制御発振器であり、平滑化された信号の電圧に応じた周波数の信号を出力する。
　分周器１７０は、ＶＣＯ１６９からの信号を分周し、比較器１６６にフィードバックする。
　このような構成により、位相同期部１６１は、電流検出抵抗１０３で検出される交流電流に同期した周波数信号を発生する。
　基準信号発生部１６２は、位相同期部１６１からの周波数信号に同期した基準周波数信号および直交周波数信号を発生する。
　以上の構成によれば、交流電流の重畳を充電装置２００が行う場合であっても、測定回路１０４ａが用いる基準周波数信号および直交周波数信号は、重畳された交流電流に同期しているので、高い精度で複素インピーダンスを測定することができる。
　以上説明してきたように実施の形態２に係る蓄電システム１は、蓄電装置１００と充電装置２００とを有し、蓄電装置１００は、組電池１０１と、複素インピーダンス測定部１１０と、充電電流に重畳された交流電流に同期した基準周波数信号を発生する位相同期回路１６１と、を有し、充電装置２００は、交流重畳部１４８と、充電回路２０１と、充電制御部と、を有し、複素インピーダンス測定部１１０は、基準周波数信号を用いて複素インピーダンスを測定する。
　これによれば、高い精度で複素インピーダンスを測定することができる。
　（実施の形態３）
　本実施の形態では、実施の形態２と同様に、複素インピーダンス測定のための交流電流の重畳を充電装置２００が行う他の例を説明する。実施の形態２では、蓄電装置１００において、充電電流に重畳された交流電流を同期検波する位相同期部１６１を用いて、交流電流に同期した基準周波数信号を生成する例を示した。これに対して、実施の形態３では、充電装置２００から蓄電装置１００に送信される交流電流の周波数に関する交流周波数情から基準周波数信号を発生する構成例について説明する。
　［３．１　蓄電システム１の構成］
　図１３は、実施の形態３に係る蓄電システム１の構成例を示すブロック図である。同図は、実施の形態２に示した図９と比較して、通信回路２０３内に通信クロック生成部２３３が追加された点と、通信回路１０６内に通信クロック再生部１７７が追加された点と、測定回路１０４ａの代わりに測定回路１０４ｂを備える点とが主に異なっている。以下異なる点を中心に説明する。
　通信回路２０３は、蓄電装置１００の通信回路１０６から複素インピーダンスに関する情報を受信する点は実施の形態２と同様である。さらに、通信回路２０３は、充電電流に重畳される交流電流の周波数に関する交流周波数情報を通信回路１０６に送信する。なお、通信回路２０３と通信回路１０６との間の通信線は、通信信号線を有し、通信クロック信号線を有しないものとする。
　通信クロック生成部２３３は、クロック回路２０５が発生する基準周波数信号に同期した通信クロック信号を生成する。変調部２３１は、通信クロック信号を用いて通信データを変調した通信信号を生成し、通信回路１０６に送信する。
　通信回路１０６は、充電装置２００に複素インピーダンスに関する情報を送信する点は実施の形態２と同様である。さらに、通信回路１０６は、通信信号として交流周波数情報を通信回路２０３から受信する。
　通信クロック再生部１７７は、通信回路１０６が受信する通信信号から通信クロック信号を再生し、復調部１７６に供給する。再生された通信クロック信号をＣＣＬＫと記す。復調部１７６は、再生された通信クロック信号を用いて通信信号を復調する。さらに、通信クロック信号ＣＣＬＫは、測定回路１０４ｂに供給される。測定回路１０４ｂは、通信クロック信号ＣＣＬＫに同期した基準周波数信号を用いる。
　ここで、交流周波数情報は、通信信号のデータタイミングおよび通信クロック信号のエッジタイミングに相当する。交流周波数情報は、例えば、通常の通信信号あるいは特定の通信信号として、充電期間中に常時、または随時、あるいは繰り返し送信される。
　測定回路１０４ｂは、通信クロック再生部１７７によって再生された通信クロック信号ＣＣＬＫに同期した基準周波数信号を用いて、複素電圧および複素電流を測定する。
　［３．２　測定回路１０４ｂの構成］
　次に、測定回路１０４ｂの詳細な構成について説明する。
　図１４は、図１３の蓄電システム１中の測定回路１０４ｂの詳細な構成例と周辺の回路を示す回路図である。図１４は、実施の形態２の図１０に示した測定回路１０４ａと比較して、位相同期部１６１が削除された点と、基準信号発生部１６２の代わりに基準信号発生部１８０を備える点と主に異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
　基準信号発生部１８０は、再生された通信クロック信号ＣＣＬＫに同期した基準周波数信号を発生する。そのため、基準信号発生部１８０は、ＤＤＳ１８１と移相器１８２とを備える。ＤＤＳ１８１および移相器１８２は、ＤＤＳ１６３および移相器１６４と同様の構成でよい。
　［３．３　通信回路の構成］
　次に、本実施の形態に係る蓄電システム１の構成のうち、通信信号のデータタイミングおよび通信クロック信号のエッジタイミングに相当する交流周波数情報に関わる主な構成についてより詳細に説明する。
　図１５は、図１３の蓄電システム１うち、交流周波数情報に関わる構成をより詳細に示すブロック図である。
　図１５の変調部２３１は、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調を行う構成例を示している。そのため、変調部２３１は、送信データバッファ２４５、バイポーラ変換器２４６、ＤＤＳ２４７、およびＢＰＳＫ変調器２４８を備える。
　送信データバッファ２４５は、送信データを一時的に保持するバッファレジスタである。同図では送信データＳ１として１００１１１を例示している。
　バイポーラ変換器２４６は、送信データの１、０を＋１、－１に変換する。
　ＤＤＳ２４７は、通信クロック生成部２３３に生成される通信クロック信号に同期した正弦波信号および余弦波信号を生成する。
　ＢＰＳＫ変調器２４８は、２つの乗算器と１つの加算器とを備える。ＢＰＳＫ変調器２４８は、バイポーラ変換された送信データがー１のとき、ＤＤＳ２４７により生成された正弦波信号および余弦波信号の位相を１８０度シフト（つまり反転）し、バイポーラ変換された送信データが＋１のとき、ＤＤＳ２４７により生成された正弦波信号および余弦波信号の位相を反転しない。ＢＰＳＫ変調器２４８は、送信データのシンボル（この例では１シンボルは１ビット）毎に、非反転の正弦波信号と非反転の余弦波信号との和、または、反転した正弦波信号と反転した余弦波信号との和として通信信号を生成する。図１６は、図１５中の送信データＳ１とＢＰＳＫ変調された波形例Ｄ１とを示す図である。なお、波形例Ｄ１は、理解の便宜上、非反転または反転した正弦波信号成分のみを示している。
　図１５の復調部１７６は、ＢＰＳＫ復調器１８５および受信データバッファ１８６を備える。
　ＢＰＳＫ復調器１８５は、通信信号から通信データを復調する。
　受信データバッファ１８６は、復調された通信データを一時的に保持する。
　通信クロック再生部１７７は、ＰＬＬ１８７を有し通信信号から通信クロック信号を再生する。
　基準信号発生部１８０は、再生された通信クロック信号に同期した基準周波数信号および直交基準周波数信号を発生する。
　このような回路により、蓄電装置１００は、充電装置２００から送信される交流周波数情報から、交流電流に同期した基準周波数信号を発生する。測定回路１０４ｂは、交流電流に同期した基準周波数信号を用いるので、複素電圧および複素電流の測定を高精度にすることができる。
　以上説明してきたように実施の形態３に係る蓄電システム１は、蓄電装置１００と充電装置２００とを有し、蓄電装置１００は、組電池１０１と、複素インピーダンス測定部１１０と、充電装置に複素インピーダンスに関する情報を送信し、交流電流の周波数に関する交流周波数情報を受信する第１通信回路１０６と、交流周波数情報から基準周波数信号を発生する基準信号発生回路と、を有し、充電装置２００は、交流重畳部１４８と、充電回路２０１と、充電制御部と、蓄電装置から複素インピーダンスに関する情報を受信し、交流周波数情報を送信する第２通信回路２０３と、を有し、複素インピーダンス測定部１１０は、基準周波数信号を用いて複素インピーダンスを測定する。
　これによれば、交流周波数情報から生成した基準周波数信号を用いて測定回路１０４ｂが測定するので、複素電圧および複素電流の測定を高精度にすることができる。
　ここで、第２通信回路２０３は、通信クロック信号を生成する通信クロック生成部２３３と、通信クロック信号を用いて通信データを変調した通信信号をとして生成する変調部２３１と、を備え、第１通信回路１０６は、通信信号から通信クロック信号を再生する通信クロック再生部１７７と、再生された通信クロック信号を用いて通信信号を復調する復調部１７６と、を備え、交流重畳回路２０４は、通信クロック信号に同期した交流電流を生成し、基準信号発生部１８０は、再生された通信クロック信号に同期した基準周波数信号を発生し、複素インピーダンス測定部１１０は、基準周波数信号を用いて複素インピーダンスを測定し、交流周波数情報は、通信信号のデータタイミングおよび通信クロック信号のエッジタイミングに相当してもよい。
　これによれば、通信信号のデータタイミングを交流周波数情報として容易に送信することができる。また、交流周波数情報は、再生されて通信クロック信号のエッジタイミングにも相当する。
　なお、実施の形態３の通信回路２０３と通信回路１０６とを接続する通信線は、通信信号線を有し、通信クロック信号線を有しない例を説明したが、これに限らない。通信線が通信信号線および通信クロック信号線の両方を含む構成であってもよい。この場合は、通信クロック再生部１７７は省略される。
　また、通信回路２０３から通信回路１０６に交流周波数情報としての通信信号を送信するケースを説明するために、通信回路２０３が通信クロック生成部２３３を備え、通信回路１０６が通信クロック再生部１７７を備える構成例を説明したがこれに限らない。双方向の通信を行うために、通信回路２０３および通信回路１０６のそれぞれが通信クロック生成部および通信クロック再生部を備えてもよい。
　さらに、通信回路２０３と通信回路１０６とは、有線接続に限らず無線で接続されてもよい。
　（適用例）
　続いて、実施の形態１～３の蓄電システム１の具体的な適用例について説明する。
　まず、蓄電システム１の第１の適用例について説明する。
　図１７Ａは、実施の形態１～３に係る蓄電システムの第１の適用例を示す模式図である。図１７Ｂは、図１７Ａの第１の適用例を示すブロック図である。
　図１７Ａにおいて、蓄電装置１００は二輪車に搭載され、二輪車を駆動するモータに電力を供給する。蓄電装置１００の充電時は、蓄電装置１００は充電ケーブルＰ１を介して充電装置２００と接続される。また、蓄電装置１００の通信回路１０６と充電装置２００の通信回路２０３とは無線で接続される。充電装置２００の通信回路２０６は、インターネットを介してデータベース３０１およびサーバー装置３０２に接続される。
　図１７Ｂに示すように、例えば、蓄電装置１００は、無線を介して個々の蓄電セルの複素インピーダンスおよび外部温度を、充電装置２００に送信する。充電装置２００は、複素インピーダンスおよび外部温度から蓄電装置１００内の組電池１０１の内部温度を推定し、急速充電に最適な充電電流を内部温度に応じて決定する。充電装置２００は、内部温度を決定するために、サーバー装置３０２にアクセスし、複素インピーダンスと充電情報（例えばＳＯＣ）を送信する。サーバー装置３０２は、組電池１０１の劣化状態を診断する。充電装置２００は、複素インピーダンスと充電情報に応じた劣化情報（例えばＳＯＨ）を取得し、取得した劣化情報に基づいて最適な充電電流を決定する。
　なお、充電装置２００によるインターネット接続は有線でも無線でもよい。
　次に、蓄電システム１の第２の適用例について説明する。
　図１８は、実施の形態１～３に係る蓄電システム１の第２の適用例を示す模式図である。同図は、図１７Ａと比べて、充電装置２００の代わりに蓄電装置１００がインターネットを介してデータベース３０１およびサーバー装置３０２にアクセスする点が異なる。
　なお、蓄電装置１００によるインターネット接続は有線でも無線でもよい。
　次に、蓄電システム１の第３の適用例について説明する。
　図１９Ａは、実施の形態１～３に係る蓄電システムの第３の適用例を示す模式図である。図１９Ｂは、図１９Ａの第３の適用例を示すブロック図である。
　図１９Ａにおいて蓄電装置１００および充電装置２００は、電気自動車に搭載される。電気自動車は、いわゆるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）としての制御装置４００を備える。制御装置４００は、データベース３０１およびサーバー装置３０２と通信可能であり、かつ、蓄電装置１００および充電装置２００と通信線ｃｏｍを介して接続される。蓄電装置１００は充電ケーブルＰ１および通信線ｃｏｍを介して充電装置２００と接続される。充電装置２００は、充電ステーション５００から充電ケーブルＰ２を介して充電用の電力供給を受ける。通信線ｃｏｍは、いわゆるワイヤーハーネスの一部であってもよい。
　図１９Ｂに示すように、蓄電装置１００は、通信線ｃｏｍを介して個々の蓄電セルの複素インピーダンスおよび外部温度を、制御装置４００に送信する。制御装置４００は、複素インピーダンスおよび外部温度から蓄電装置１００内の組電池１０１の内部温度を推定し、急速充電に最適な充電電流を内部温度に応じて決定する。制御装置４００は、内部温度の決定するために、サーバー装置３０２に、複素インピーダンスと充電情報（例えばＳＯＣ）を送信する。サーバー装置３０２は、組電池１０１の劣化状態を診断する。制御装置４００は、サーバー装置３０２から、複素インピーダンスと充電情報に応じた劣化情報（例えばＳＯＨ）を取得し、取得した劣化情報に基づいて最適な充電電流を決定し、充電装置２００に、決定した最適な充電電流を通知する。
　なお、図１９Ｂでは、制御装置４００が内部温度を推定するが、蓄電装置１００または充電装置２００が内部温度を推定してもよい。この場合、蓄電装置１００または充電装置２００は、制御装置４００を中継装置として、データベース３０１およびサーバー装置３０２に接続すればよい。
　なお、第１～第３適用例では蓄電装置１００を車両に搭載する例を示したが、これに限らない。例えば、蓄電装置１００はドローン、無停電電源装置、ポータブル電源装置などに適用してもよい。
　なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
　また、一つまたは複数の態様に係る蓄電システム１について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
　本開示は、二次電池を有する蓄電システムに利用可能であり、例えば、電動車両等に利用可能である。
１　蓄電システム
１００　蓄電装置
１０１　組電池
１０２　サーミスタ
１０３　電流検出抵抗
１０４、１０４ａ、１０４ｂ　測定回路
１０５　第１制御部
１０６、１０７、２０３、２０６　通信回路
１１０　複素インピーダンス測定部
１４０　クロック生成部
１４１　周波数保持部
１４２　基準信号発生部
１４３、１６３、１８１、１８８、２４１、２４７　ＤＤＳ
１４４、１６４、１８２　移相器
１４５　電圧測定部
１４６　電流測定部
１４７　温度測定部
１４８、２０４　交流重畳部
１４９　変換部
１５０　積分部
１５１　保持部
１５２　温度保持部
１５３　ＩＯ部
１６１　位相同期部
１６２　基準信号発生部
１６５　ヒステリシス回路
１６６　比較器
１６７　チャージポンプ
１６８　ＬＰＦ
１６９　ＶＣＯ
１７０　分周器
１７１　ＲＯＭ
１７５　変調部
１７６　復調部
１７７　通信クロック再生部
１８０　基準信号発生部
１８５　ＢＰＳＫ復調器
１８６　受信データバッファ
１８７　ＰＬＬ
２００　充電装置
２０１　充電回路
２０２　第２制御部
２０５　クロック回路
２１０　可変電流源
２３１　変調部
２３２　復調部
２３３　通信クロック生成部
２４２　ドライバ
２４３　トランス
２４５　送信データバッファ
２４６　バイポーラ変換器
２４８　ＢＰＳＫ変調器
３０１　データベース
３０２　サーバー装置
４００　制御装置
５００　充電ステーション
Ｂ０～Ｂ５　蓄電セル
ｃｏｍ　通信線
Ｐ１、Ｐ２　充電ケーブル

Claims (14)

  1. 　直列接続された複数の蓄電セルを含む組電池と、
    　前記組電池に充電電流を供給する充電回路と、
    　前記充電電流に交流電流を重畳する交流重畳回路と、
    　重畳された前記交流電流の電流値、および、個々の蓄電セルの電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から前記個々の蓄電セルの複素インピーダンスを測定する複素インピーダンス測定部と、
    　前記複素インピーダンスに基づいて、前記充電電流を制御する充電制御部と、を備える
    蓄電システム。
  2. 　請求項１に記載の蓄電システムにおいて、
    　前記充電制御部は、前記組電池の外部温度および前記複素インピーダンスに基づいて前記個々の蓄電セルの内部温度を推定し、推定した内部温度に応じて前記充電電流を最適化する
    蓄電システム。
  3. 　請求項２に記載の蓄電システムにおいて、
    　前記充電制御部は、前記組電池の内部温度と複素インピーダンスとを対応関係を示す温度特性データ、および、前記組電池の外部温度及び内部温度との分布を示す温度分布データの少なくとも１つに従って、前記個々の蓄電セルの内部温度を推定する
    蓄電システム。
  4. 　請求項１から３の何れか１項に記載の蓄電システムにおいて、
    　前記充電制御部は、前記複素インピーダンスから推定される前記個々の蓄電セルの劣化状態に応じて前記充電電流を制御する
    蓄電システム。
  5. 　請求項１から３の何れか１項に記載の蓄電システムにおいて、
    　前記充電制御部は、前記複素インピーダンスに基づいて外部のサーバー装置から取得される前記個々の蓄電セルの劣化の程度を示す劣化情報に応じて前記充電電流を最適化する
    蓄電システム。
  6. 　請求項１から５の何れか１項に記載の蓄電システムにおいて、
    　前記充電制御部は、前記組電池の充電レベルが所定レベルに達するまでの充電時間を短縮するように前記充電電流の値を決定する
    蓄電システム。
  7. 　請求項２または３に記載の蓄電システムにおいて、
    　前記充電制御部は、前記内部温度が閾値に達したとき、充電を停止する
    蓄電システム。
  8. 　請求項１から７の何れか１項に記載の蓄電システムにおいて、
    　蓄電装置と充電装置とを備え、
    　前記蓄電装置は、
    前記組電池と、
    前記交流重畳回路と、
    前記複素インピーダンス測定部と、
    前記充電装置に前記複素インピーダンスに関する情報を送信する第１通信回路と、を有し、
    　前記充電装置は、
    前記充電回路と、
    前記充電制御部と、
    前記蓄電装置から前記複素インピーダンスに関する情報を受信する第２通信回路と、を有する
    蓄電システム。
  9. 　請求項８に記載の蓄電システムにおいて、
    　前記蓄電装置は、基準周波数信号を発生する基準信号発生回路を備え、
    　前記交流重畳回路は、前記基準周波数信号に同期した前記交流電流を生成し、
    　前記複素インピーダンス測定部は、前記基準周波数信号を用いて前記複素インピーダンスを測定する
    蓄電システム。
  10. 　請求項１から７の何れか１項に記載の蓄電システムであって、蓄電装置と充電装置とを有し、
    　前記蓄電装置は、
    前記組電池と、
    前記複素インピーダンス測定部と、
    前記充電電流に重畳された前記交流電流に同期した基準周波数信号を発生する位相同期回路と、を有し、
    　前記充電装置は、
    前記交流重畳回路と、
    前記充電回路と、
    前記充電制御部と、を有し、
    　前記複素インピーダンス測定部は、前記基準周波数信号を用いて前記複素インピーダンスを測定する
    蓄電システム。
  11. 　請求項１から７の何れか１項に記載の蓄電システムであって、蓄電装置と充電装置とを有し、
    　前記蓄電装置は、
    前記組電池と、
    前記複素インピーダンス測定部と、
    前記充電装置に前記複素インピーダンスに関する情報を送信し、前記交流電流の周波数に関する交流周波数情報を受信する第１通信回路と、
    前記交流周波数情報から基準周波数信号を発生する基準信号発生回路と、を有し、
    　前記充電装置は、
    前記交流重畳回路と、
    前記充電回路と、
    前記充電制御部と、
    前記蓄電装置から前記複素インピーダンスに関する情報を受信し、前記交流周波数情報を送信する第２通信回路と、を有し
    　前記複素インピーダンス測定部は、前記基準周波数信号を用いて前記複素インピーダンスを測定する
    蓄電システム。
  12. 　請求項１１に記載の蓄電システムにおいて、
    　前記第２通信回路は、
    　　通信クロック信号を生成する通信クロック生成部と、
    　　前記通信クロック信号を用いて通信データを変調した通信信号をとして生成する変調部と、を備え、
    　前記第１通信回路は、
    　　前記通信信号から前記通信クロック信号を再生する通信クロック再生部と、
    　　再生された前記通信クロック信号を用いて前記通信信号を復調する復調部と、を備え、
    　前記交流重畳回路は、前記通信クロック信号に同期した前記交流電流を生成し、
    　前記基準信号発生回路は、再生された通信クロック信号に同期した前記基準周波数信号を発生し、
    　前記複素インピーダンス測定部は、前記基準周波数信号を用いて前記複素インピーダンスを測定し、
    　前記交流周波数情報は、前記通信信号のデータタイミングおよび前記通信クロック信号のエッジタイミングに相当する
    蓄電システム。
  13. 　複数の蓄電セルを直列接続した組電池と、
    　前記組電池に供給される充電電流に交流電流を重畳する交流重畳回路と、
    　前記重畳された交流電流の電流値、および、前記複数の蓄電セルの電圧値を測定し、測定した電流値および測定した電圧値から、蓄電セルの複素インピーダンスを測定する複素インピーダンス測定部と、
    　前記複素インピーダンスを、前記充電電流を供給する充電装置に通知する通信回路と、を備える
    蓄電装置。
  14. 　複数の蓄電セルを直列接続した組電池を備えた蓄電装置を充電する充電方法であって、
    　前記組電池に供給される充電電流に交流電流を重畳し、
    　前記重畳された交流電流の電流値、および、前記複数の蓄電セルの電圧値を測定し、
    　測定した電流値および測定した電圧値から、蓄電セルの複素インピーダンスを測定し、
    　前記複素インピーダンスに基づいて、前記充電電流を制御する
    充電方法。
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