WO2021261239A1 - 電池診断システム - Google Patents

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WO2021261239A1
WO2021261239A1 PCT/JP2021/021694 JP2021021694W WO2021261239A1 WO 2021261239 A1 WO2021261239 A1 WO 2021261239A1 JP 2021021694 W JP2021021694 W JP 2021021694W WO 2021261239 A1 WO2021261239 A1 WO 2021261239A1
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battery
current
superimposed
diagnostic system
unit
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PCT/JP2021/021694
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雄史 山上
周平 吉田
久 梅本
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株式会社デンソー
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This disclosure relates to a battery diagnostic system.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a frequency characteristic of the impedance of a secondary battery is acquired to diagnose a deterioration state.
  • a switching element is provided between the drive circuit for driving the electric load and the secondary battery for applying electric power to the drive circuit. Then, by turning the switching element on / off at a desired frequency, the current value and the voltage value of the secondary battery detected when the DC voltage between the secondary battery and the drive circuit is converted at the desired switching frequency.
  • the frequency characteristic of the impedance of the secondary battery is obtained from, and the internal resistance of the secondary battery is calculated. This makes it possible to acquire the frequency characteristics of the impedance of the secondary battery without using an oscillator for giving an AC signal to the secondary battery.
  • the present disclosure is intended to provide a battery diagnostic system capable of increasing the diagnostic speed with a simple configuration.
  • One aspect of the present disclosure is a superposed current application unit that applies a superposed current formed by superimposing a plurality of frequency components to a battery.
  • a current value acquisition unit that acquires the current value of the superimposed current applied to the battery, and a current value acquisition unit.
  • a voltage value acquisition unit that acquires the battery voltage of the battery to which the superimposed current is applied, and
  • An impedance calculation unit that calculates the impedance for each of a plurality of frequency components using the discrete Fourier transform from the superimposed current and the battery voltage.
  • a diagnostic unit that diagnoses the battery based on the impedance, Is in the battery diagnostic system.
  • a superposed current formed by superimposing a plurality of frequency components is applied to the battery, and the impedance for each frequency is calculated from the detected battery voltage and the superposed current by Fourier transform to diagnose the battery state. do.
  • the battery voltage when currents of multiple frequencies are applied can be collectively acquired, so that the diagnostic speed is faster than when the currents of multiple frequencies are sequentially applied to acquire the battery voltage.
  • the configuration can be simplified.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the battery diagnostic system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of superimposed current in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the circuit configuration of the battery diagnostic system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the current of multiple sine waves in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a diagnostic process in the battery diagnostic system according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing (a) the superimposed current and (b) the FFT conversion result in the battery diagnostic system according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing the impedance calculation result in the battery diagnostic system according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing the measurement accuracy in the battery diagnostic system according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example of the superimposed current in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing the circuit configuration of the battery diagnostic system in the modified form 1.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing the circuit configuration of the battery diagnostic system according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing the circuit configuration of the battery diagnostic system according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing the circuit configuration of the battery diagnostic system in the modified form 2.
  • the battery diagnostic system 1 of the present embodiment includes a superimposed current application unit 10, a current value acquisition unit 20, a voltage value acquisition unit 30, an impedance calculation unit 40, and a diagnostic unit 50.
  • the superimposed current application unit 10 applies a superimposed current to which a plurality of frequency components are superimposed to the battery 2.
  • the current value acquisition unit 20 acquires the current value of the superimposed current applied to the battery 2.
  • the voltage value acquisition unit 30 acquires the battery voltage of the battery to which the superimposed current is applied.
  • the impedance calculation unit 40 calculates the impedance for each of a plurality of frequency components from the superimposed current and the battery voltage by using the discrete Fourier transform.
  • the diagnostic unit 50 diagnoses the battery 2 based on the impedance.
  • the superimposed current application unit 10 shown in FIG. 1 applies a superimposed current to the battery 2.
  • a plurality of frequency components are superimposed on the superimposed current.
  • the superimposed current may be, for example, a multiple sine wave formed by superimposing a plurality of limiting waves as shown in FIG. 2A, a rectangular wave as shown in FIG. 2B, or a rectangular wave shown in FIG. 2C. It can be a sawtooth wave as shown in FIG. 2D, or a triangular wave as shown in FIG. 2D. Above all, it is preferable to adopt a multiple sine wave as the superimposed current.
  • the superimposing frequency is not particularly limited and can be appropriately set.
  • the superimposed current application unit 10 can be configured by a BMU (battery management unit) connected to the battery or a vehicle EPU (engine control unit) when the battery is mounted on the vehicle. Further, the superimposed current application unit 10 can be configured as a predetermined diagnostic device provided in the service station, or can be realized by a program stored on the cloud using a data transmission / reception device (not shown).
  • the type of battery 2 shown in FIG. 1 is not particularly limited.
  • the battery 2 is a secondary battery and constitutes a power source mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle. Then, as shown in FIG. 3, as the battery 2, the first battery 2a and the second battery 2b are connected in series.
  • the batteries 2a and 2b each constitute a battery module having a plurality of cells, but the present invention is not limited to this, and a single battery having a single cell may be used.
  • the current value acquisition unit 20 shown in FIG. 1 detects the current value of the superimposed current applied to the battery 2.
  • the current value is detected by a current sensor provided in the power line connected to the battery 2.
  • the current value acquisition unit 20 can detect the superimposed current as shown in FIG.
  • the voltage value acquisition unit 30 shown in FIG. 1 detects the battery voltage when the superimposed current is applied to the battery 2.
  • the voltage value acquisition unit 30 is configured to detect the battery voltage by a voltage sensor capable of detecting the battery voltage of the batteries 2a and 2b, respectively.
  • Keyence's logger, model number NR600 is used as the current value acquisition unit 20 and the voltage value acquisition unit 30.
  • the impedance calculation unit 40 shown in FIG. 1 uses a discrete Fourier transform from the superimposed current detected by the current value acquisition unit 20 and the battery voltage detected by the voltage value acquisition unit 30 to obtain impedance for each of a plurality of frequency components. calculate.
  • a discrete Fourier transform As the discrete Fourier transform, a fast discrete Fourier transform (FFT) can be adopted.
  • the diagnostic unit 50 shown in FIG. 1 diagnoses the battery 2 based on the impedance of each frequency component acquired by the impedance calculation unit 40.
  • the impedance calculation unit 40 and the diagnosis unit 50 can be configured by the vehicle EPU when the BMU or the battery is mounted on the vehicle.
  • the impedance calculation unit 40 and the diagnostic unit 50 can be configured as a predetermined diagnostic device provided in the service station, or can be realized by a program stored on the cloud using a data transmission / reception device (not shown). ..
  • MATLAB registered trademark
  • the superimposed current is generated by the superimposed current generation unit 60 shown in FIG.
  • the configuration of the superimposed current generation unit is not limited, and for example, a configuration including a power conversion device or a boost converter, a switch, and a capacitor including a smoothing capacitor or a battery can be adopted. Thereby, for example, a superposed current of a large current of about 200 A at the maximum can be generated.
  • the superimposed current generation unit 60 includes a power conversion device 63, a switch 62, and a smoothing capacitor 64 that constitute an inverter in an electric vehicle. Then, the neutral point of MG as a load connected to the power conversion device 63 and the neutral point of the battery 2 are connected via the switch 62.
  • the power conversion device 63 and the load 61 can be operated as a buck-boost chopper, and ripple current (reactive power) can be exchanged between the battery 2a and the battery 2b without using a capacitor.
  • the superimposed current is generated by controlling the on / off of the switch 62 by the superimposed current applying unit 10, and is applied to the batteries 2a and 2b. That is, since the ripple current is exchanged between the battery 2a and the battery 2b, one of the two batteries 2a and 2b functions as a capacitor with respect to the other. According to this configuration, since the ripple current can be injected into the battery 2 as the superimposed current without going through the capacitor, the size of the capacitor can be reduced. In addition, the ripple frequency can be lowered, and noise during temperature rise can be reduced.
  • the superimposed current application unit 10 applies the superimposed current generated by the superimposed current generation unit 60 to the batteries 2a and 2b.
  • the batteries 2a and 2b each have four cells, and the total capacity is 25 Ah.
  • the applied current to the batteries 2a and 2b is a current of 10A command at intervals of 50Hz between 50 and 300Hz.
  • step S2 shown in FIG. 5 the current value acquisition unit 20 acquires the current value of the superimposed current applied to the batteries 2a and 2b shown in FIG. 6A.
  • the voltage value acquisition unit 30 acquires the battery voltage of the batteries 2a and 2b. The acquired current value and voltage value are averaged or AD-converted appropriately using a low-pass filter.
  • step S3 shown in FIG. 5 the impedance calculation unit 40 performs an FFT conversion of the current value.
  • the current value of the superimposed current is separated by the frequency component.
  • the voltage value is also separated by the frequency component.
  • each is acquired as a complex vector I ( ⁇ ) and V ( ⁇ ), and a complex impedance plane plot (Cole-Cole plot) is created based on the following equations 1 and 2 as shown in FIG. .. (Equation 1)
  • and cos ⁇ IV /
  • step S4 shown in FIG. 5 the impedance calculation unit 40 calculates the impedance from the Cole-Cole plot. Then, the diagnosis unit 50 diagnoses the batteries 2a and 2b based on the impedance calculation result, and ends this control flow.
  • the impedance calculation result of the battery diagnostic system 1 of the first embodiment As the measurement test 1, the impedance of the battery 2 was measured using a frequency response analyzer, and the measurement results were plotted in FIG. 7. According to this verification, as shown in FIG. 7, it was shown that the impedance calculation result according to the first embodiment has almost the same measurement accuracy as the measurement result of the measurement test 1.
  • the comparative mode is different from the power line through which a large current flows, which is connected to the power conversion device 63 in the battery diagnostic system 1 of the first embodiment shown in FIG. 2, and uses an FET (field effect transistor) to connect the battery. It has a circuit for applying a current, and has a conventional configuration having a configuration in which an impedance is calculated by converting a current value and a voltage value into a complex vector by Fourier conversion by an MCU (micro control unit). The applied current in the comparative form was 0.1 A.
  • the battery diagnostic system 1 in the first embodiment has a sufficiently high impedance calculation speed as compared with the comparative mode.
  • the ratio ⁇ A / ⁇ B with the variation ⁇ B was calculated as the measurement accuracy ratio, and the correspondence with the applied current is shown in FIG.
  • the measurement accuracy ratio was 1 or more, and when 0.2 or more, the measurement accuracy ratio was 4 or more. Therefore, from the verification result, when the capacity of the battery to be diagnosed is C, the superimposed current can secure the measurement accuracy equal to or higher than the conventional one if it contains a frequency component having a C rate of 0.1 C or higher. Furthermore, it was shown that if a frequency component having a C rate of 0.2 C or higher is included, a sufficiently higher measurement accuracy than before can be obtained.
  • the battery diagnostic system 1 of the first embodiment a superposed current formed by superimposing a plurality of frequency components is applied to the batteries 2a and 2b, and the detected battery voltage and the superposed current are obtained by Fourier transform to obtain impedance for each frequency. To diagnose the battery status. As a result, the battery voltage when currents of multiple frequencies are applied can be collectively acquired, so that the diagnostic speed is faster than when the currents of multiple frequencies are sequentially applied to acquire the battery voltage. Can be planned. Further, since it is not necessary to use an oscillator or the like when applying the superimposed current to the battery, the configuration can be simplified.
  • the waveform of the superimposed current is at least one of a triangular wave, a square wave, a sawtooth wave, and a multiple sine wave. This makes it possible to easily generate a superposed current in which currents having a plurality of frequencies are superposed. Then, in the first embodiment, it is a multiple sine wave. As a result, each superimposed component can also maintain the current value, and it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy.
  • the superimposed current includes a frequency component having a C rate of 0.1 C or more when the capacity of the batteries 2a and 2b to be diagnosed is C.
  • a large current is applied to the batteries 2a and 2b, and the measurement accuracy can be improved. Therefore, it is possible to improve both the diagnostic speed and the measurement accuracy.
  • the first embodiment includes a power conversion device 63, a switch 62, and batteries 2a and 2b as capacitors, and includes a superimposition current generation unit 60 configured to generate the superimposition current.
  • the superimposed current generation unit 60 is onboard using the power conversion device 63 for the electric vehicle or the like and the power line connected to the power conversion device 63.
  • the superimposed current application unit 10 may apply the superimposed current to the batteries 2a and 2b during charging or discharging of the batteries 2a and 2b.
  • the superimposed current applied during charging for example, the current having the waveform shown in FIG. 9A can be adopted.
  • the superimposed current shown in FIG. 9A may be applied to the battery 2 in order to calculate the impedance in the feeding during regeneration or traveling.
  • the superimposed current applied during discharging for example, the current having the waveform shown in FIG. 9B can be adopted.
  • the superimposed current shown in FIG. 9B may be applied to the battery 2 in order to calculate the impedance during running or when power is supplied as the battery system. According to this configuration, since the diagnosis speed is increased as described above, the diagnosis result can be obtained during charging or discharging, which contributes to the implementation of feedback control.
  • two superimposed current generation units 60 may be provided. Also in the second embodiment, the ripple current is exchanged between the batteries 2a and 2b, and the same effect as that of the first embodiment is obtained.
  • the battery diagnostic system 1 capable of increasing the diagnostic speed with a simple configuration.
  • the superimposed current generation unit 60 is configured to exchange ripple current between the battery 2 and the smoothing capacitor 64 as a capacitor.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned and the description thereof will be omitted. Further, also in the second embodiment, the same action and effect as in the case of the first embodiment can be obtained.
  • the battery diagnostic system 1 of the third embodiment is a battery diagnostic system used for diagnosing a battery 2 mounted on a hybrid vehicle, and is provided with a PCU (power control unit) as shown in FIG.
  • a power conversion device 63 and a boost converter 65 as the superimposed current generation unit 60 are provided.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned and the description thereof will be omitted. Further, also in the third embodiment, the same action and effect as in the case of the first embodiment are obtained.
  • an external charger 66 that also functions as a power conversion device 63 may be used as the superimposed current generation unit 60. Also in this case, the same effect as that of the third embodiment is obtained.

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Abstract

本実施形態の電池診断システム（１）は、重畳電流印加部（１０）、電流値取得部（２０）、電圧値取得部（３０）、インピーダンス算出部（４０）及び診断部（５０）を備える。重畳電流印加部（１０）は、複数の周波数成分が重畳されてなる重畳電流を電池（２）に印加する。電流値取得部（２０）は、電池（２）に印加された重畳電流の電流値を取得する。電圧値取得部（３０）は、重畳電流が印加された上記電池の電池電圧を取得する。インピーダンス算出部（４０）は、重畳電流と電池電圧とから離散フーリエ変換を用いて、複数の周波数成分ごとのインピーダンスを算出する。診断部（５０）は、インピーダンスに基づいて電池（２）を診断する。

Description

電池診断システム 関連出願の相互参照
　本出願は２０２０年６月２６日に出願された日本出願番号２０２０－１１０５３６号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、電池診断システムに関する。
　近年、電池が広く利用されるようになっているが、電池は使用に伴って状態が変化して劣化するため、電池の劣化状態を診断することが必要となる。電池の診断システムとして、例えば、特許文献１には、二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得して劣化状態を診断する構成が開示されている。かかる構成では、電気負荷を駆動するための駆動回路と駆動回路に電力を付与する二次電池との間にスイッチング素子を設けてある。そして、スイッチング素子を所望の周波数でオン／オフすることにより、二次電池と駆動回路との間の直流電圧を所望のスイッチング周波数で変換したときに検出される二次電池の電流値と電圧値から二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得し、二次電池の内部抵抗を算出する。これにより、二次電池に交流信号を与えるための発振器を用いることなく、二次電池のインピーダンスの周波数特性を取得することを可能としている。
特開２００８－１７５５５６号公報
　特許文献１に開示の構成では、周波数ごとに少なくとも一周期分の測定が必要となるとともに、複数周波数の測定は同時に行うことができない。そのため、測定する周波数が多くなるほど、その測定には各周波数の一周期分の時間を合算した時間を少なくとも要し、診断速度は低いものとなっている。そのため、電池の充放電中、例えば、車両に搭載された電池における車両走行中などの電池の使用中に診断結果に基づいたフィードバック制御を行いたい場合などには特許文献１の構成では診断速度が追い付かない場合がある。
　本開示は、簡易な構成で診断速度の高速化を図ることができる電池診断システムを提供しようとするものである。
　本開示の一態様は、複数の周波数成分が重畳されてなる重畳電流を電池に印加する重畳電流印加部と、
　上記電池に印加された上記重畳電流の電流値を取得する電流値取得部と、
　上記重畳電流が印加された上記電池の電池電圧を取得する電圧値取得部と、
　上記重畳電流と上記電池電圧とから離散フーリエ変換を用いて、複数の周波数成分ごとのインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、
　上記インピーダンスに基づいて、上記電池を診断する診断部と、
を備える、電池診断システムにある。
　上記電池診断システムにおいては、複数の周波数成分が重畳されてなる重畳電流を電池に印加して、検出された電池電圧と重畳電流とからフーリエ変換によって周波数ごとのインピーダンスを算出して電池状態を診断する。これにより、複数の周波数の電流を印加したときの電池電圧をまとめて取得することができるため、複数の周波数の電流を順次印加して電池電圧を取得する場合に比べて、診断速度の高速化を図ることができる。また、重畳電流を電池に印加するに際して発振器等を用いる必要がないため、構成の簡素化を図ることができる。
　以上のごとく、上記態様によれば、簡易な構成で診断速度の高速化を図ることができる電池診断システムを提供することができる。
　なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、実施形態１における、電池診断システムの構成を示すブロック図であり、 図２は、実施形態１における、重畳電流の例を示す概念図であり、 図３は、実施形態１における、電池診断システムの回路構成を示す概念図であり、 図４は、実施形態１における、多重正弦波の電流を示す概念図であり、 図５は、実施形態１における、電池診断システムにおける診断工程を表すフロー図であり、 図６は、実施形態１における、電池診断システムにおける（ａ）重畳電流と、（ｂ）ＦＦＴ変換結果とを示す概念図であり、 図７は、実施形態１における、電池診断システムにおけるインピーダンス算出結果を示す概念図であり、 図８は、実施形態１における、電池診断システムにおける測定精度を表す概念図であり、 図９は、実施形態１における、重畳電流の例を示す概念図であり、 図１０は、変形形態１における、電池診断システムの回路構成を示す概念図であり、 図１１は、実施形態２における、電池診断システムの回路構成を示す概念図であり、 図１２は、実施形態３における、電池診断システムの回路構成を示す概念図であり、 図１３は、変形形態２における、電池診断システムの回路構成を示す概念図である。
（実施形態１）
　上記電池診断システムの実施形態について、図１～図９を用いて説明する。
　図１に示すように、本実施形態の電池診断システム１は、重畳電流印加部１０、電流値取得部２０、電圧値取得部３０、インピーダンス算出部４０及び診断部５０を備える。
　重畳電流印加部１０は、複数の周波数成分が重畳されてなる重畳電流を電池２に印加する。
　電流値取得部２０は、電池２に印加された重畳電流の電流値を取得する。
　電圧値取得部３０は、重畳電流が印加された上記電池の電池電圧を取得する。
　インピーダンス算出部４０は、重畳電流と電池電圧とから離散フーリエ変換を用いて、複数の周波数成分ごとのインピーダンスを算出する。
　診断部５０は、インピーダンスに基づいて電池２を診断する。
　以下、本実施形態の電池診断システム１について、詳述する。
　図１に示す重畳電流印加部１０は、電池２に重畳電流を印加する。重畳電流には、複数の周波数成分が重畳されている。重畳電流としては、例えば、図２（ａ）に示すように複数の制限波を重畳してなる多重正弦波としたり、図２（ｂ）に示すように矩形波としたり、図２（ｃ）に示すように鋸波としたり、図２（ｄ）に示すように三角波としたりすることができる。中でも、重畳電流として多重正弦波を採用することが好ましい。矩形波、鋸波及び三角波では、重畳周波数としての基本周波数に対する高調波は、次数が高まるごとに電流値が大幅に低減するが、多重正弦波では重畳された周波数の各電流値はそれぞれ低減しないため、高い測定精度を維持できるからである。多重正弦波において、重畳する周波数は特に限定されず、適宜設定することができる。重畳電流印加部１０は、電池に接続されたＢＭＵ（バッテリマネージメントユニット）や、電池が車両に搭載される場合には、車両ＥＰＵ（エンジンコントロールユニット）により構成することができる。また、重畳電流印加部１０は、サービスステーションに設けられた所定の診断装置に構成したり、図示しないデータ送受信装置を用いてクラウド上に保存されたプログラムにより実現したりすることができる。
　図１に示す電池２の種類は特に限定されない。本実施形態１では、電池２は二次電池であって、電気自動車又はハイブリッド自動車に搭載された電源を構成している。そして、図３に示すように、電池２として、第１の電池２ａと第２の電池２ｂとが直列に接続されている。なお、電池２ａ、２ｂはいずれも、複数のセルを有する電池モジュールを構成しているが、これに限定されず、単一のセルを有する単電池であってもよい。
　図１に示す電流値取得部２０は、電池２に印加される重畳電流の電流値を検出する。本実施形態１では、図３に示すように、電池２に接続された電力線に設けられた電流センサにより電流値を検出するように構成されている。例えば、電流値取得部２０により、図４に示すように重畳電流を検出することができる。図１に示す電圧値取得部３０は、電池２に重畳電流が印加されたときの電池電圧を検出する。本実施形態１では、図３に示すように、電圧値取得部３０は、電池２ａ、２ｂの電池電圧をそれぞれ検出可能な電圧センサにより電池電圧を検出するように構成されている。本実施形態１では、電流値取得部２０及び電圧値取得部３０として、Ｋｅｙｅｎｃｅ社製ロガー、型番ＮＲ６００を用いた。
　図１に示すインピーダンス算出部４０は、電流値取得部２０により検出された重畳電流と電圧値取得部３０により検出された電池電圧とから離散フーリエ変換を用いて、複数の周波数成分ごとのインピーダンスを算出する。離散フーリエ変換としては、高速離散フーリエ変換（ＦＦＴ）を採用することができる。図１に示す診断部５０は、インピーダンス算出部４０により取得された周波数成分ごとのインピーダンスに基づいて電池２を診断する。インピーダンス算出部４０及び診断部５０は、ＢＭＵや電池が車両に搭載される場合には車両ＥＰＵにより構成することができる。また、インピーダンス算出部４０及び診断部５０は、サービスステーションに設けられた所定の診断装置に構成したり、図示しないデータ送受信装置を用いてクラウド上に保存されたプログラムにより実現したりすることができる。本実施形態１では、インピーダンス算出部４０としてＭＡＴＬＡＢ（登録商標）を用いた。
　図１に示す重畳電流生成部６０により、重畳電流が生成される。重畳電流生成部の構成は限定されず、例えば、電力変換装置又は昇圧コンバータと、スイッチと、平滑コンデンサ又は電池を含むキャパシタとを有する構成を採用できる。これにより、例えば、最大２００Ａ程度の大電流の重畳電流を生成することができる。本実施形態１では、図３に示すように、重畳電流生成部６０は、電気自動車におけるインバータを構成する電力変換装置６３、スイッチ６２、平滑コンデンサ６４とからなる。そして、電力変換装置６３に接続された負荷としてのＭＧの中性点と電池２の中性点とがスイッチ６２を介して結線されている。これにより、電力変換装置６３及び負荷６１を昇降圧チョッパとして動作させることができ、コンデンサを介さずに電池２ａと電池２ｂとの間でリプル電流（無効電力）をやり取りとりすることができる。そして、重畳電流印加部１０により、スイッチ６２のオンオフを制御することにより重畳電流が生成され、電池２ａ、２ｂに印加されることとなる。すなわち、電池２ａと電池２ｂとの間でリプル電流をやり取りとりするため、２つの電池２ａ、２ｂのうち、一方は他方に対して、キャパシタとして機能することとなる。当該構成によれば、コンデンサを介さずに電池２に重畳電流としてリプル電流を注入可能であるため、コンデンサの小型化を図ることができる。また、リプル周波数を低周波化することができ、昇温中の騒音が低減することができる。
　次に、本実施形態１の電池診断システム１の制御フローについて、図５を用いて説明する。
　まず、図５に示すステップＳ１において、重畳電流印加部１０により、重畳電流生成部６０において生成した重畳電流を電池２ａ、２ｂに印加する。本実施形態１では、電池２ａ、２ｂはそれぞれ４つのセルを有し、合計容量は２５Ａｈである。本実施形態１では、当該電池２ａ、２ｂへの重畳電流の印加は、５０～３００Ｈｚの間において５０Ｈｚ間隔で１０Ａ指令の電流とする。
　その後、図５に示すステップＳ２において、電流値取得部２０により図６（ａ）に示す電池２ａ、２ｂに印加された重畳電流の電流値を取得する。また、これとともに、電圧値取得部３０により電池２ａ、２ｂの電池電圧を取得する。なお、取得した電流値及び電圧値は、平均化したりやローパスフィルタを用いて適宜ＡＤ変換を行う。
　次いで、図５に示すステップＳ３において、インピーダンス算出部４０により、電流値をＦＦＴ変換する。本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、重畳電流の電流値を周波数成分で分離する。図示しないが、電圧値も同様に周波数成分で分離する。そして、それぞれを複素ベクトルＩ（ω）、Ｖ（ω）として取得し、下記の式１、式２に基づいて、図７に示すように、複素インピーダンス平面プロット（Cole‐Coleプロット）を作成する。
　（式１）Ｚ＝｜Ｉ（ω）｜／｜Ｖ（ω）｜、及びｃｏｓθ＝Ｉ・Ｖ／｜Ｉ｜｜Ｖ｜
　（式２）Ｒｅ＝Ｚｃｏｓθ、及びＩｍ＝Ｚｓｉｎθ
　その後、図５に示すステップＳ４おいて、インピーダンス算出部４０により、Cole‐Coleプロットからインピーダンスを算出する。そして、診断部５０により、インピーダンスの算出結果に基づいて、電池２ａ、２ｂを診断し、この制御フローを終了する。
　次に、本実施形態１の電池診断システム１のインピーダンス算出結果の検証について説明する。測定試験１として、周波数応答アナライザーを用いて、電池２のインピーダンスを測定し、その測定結果を図７にプロットした。この検証によれば、図７に示すように、本実施形態１によるインピーダンス算出結果は、測定試験１の測定結果とほぼ同等の測定精度であることが示された。
　次に、本実施形態１の電池診断システム１のインピーダンス算出結果の算出速度の比較試験について説明する。
　比較形態は、図２に示す本実施形態１の電池診断システム１における電力変換装置６３に接続された大電流が流れるパワーラインとは異なる経路で、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を用いて電池に電流を印加する回路を有し、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）によってフーリエ変換により電流値と電圧値を複素ベクトル変換してインピーダンスを演算する構成を備える従来構成とした。比較形態における印加電流は０．１Ａとした。一方、本実施形態１では、上述の制御フローの通り、５０～３００Ｈｚにおいて５０Ｈｚ間隔で１０Ａ指令の電流を重畳した。そして、電流の印加開始からインピーダンスの算出までに要した時間を比較した。試験結果は、比較形態における測定時間を１００としたとき、本実施形態１における測定時間は４１であった。これにより、本実施形態１における電池診断システム１が比較形態に対して、インピーダンスの算出速度が十分に高速であることが示された。
　次に、本実施形態１の電池診断システム１の測定精度の検証について説明する。
　上述の比較形態の構成に０．１Ａの電流を印加したときの測定バラツキσＡと、本実施形態１の電池診断システム１において、印加電流を０～０．５Ｃレートの範囲で変更したときの測定バラツキσＢとの比σＡ／σＢを測定精度比として算出し、印加電流との対応関係を図８に示した。
　図８に示すように、印加電流Ｃレートが０．１以上で測定精度比が１以上であり、０．２以上で測定精度比が４以上となっていた。したがって、検証結果から、重畳電流は、診断対象の電池の容量をＣとしたとき、０．１Ｃ以上のＣレートの周波数成分を含んでいれば、従来と同等以上の測定精度が確保できる。さらに、０．２Ｃ以上のＣレートの周波数成分を含んでいれば、従来よりも十分に高い測定精度が得られることが示された。
　次に、本実施形態１の電池診断システム１における作用効果について、詳述する。
　本実施形態１の電池診断システム１においては、複数の周波数成分が重畳されてなる重畳電流を電池２ａ、２ｂに印加して、検出された電池電圧と重畳電流とからフーリエ変換によって周波数ごとのインピーダンスを算出して電池状態を診断する。これにより、複数の周波数の電流を印加したときの電池電圧をまとめて取得することができるため、複数の周波数の電流を順次印加して電池電圧を取得する場合に比べて、診断速度の高速化を図ることができる。また、重畳電流を電池に印加するに際して発振器等を用いる必要がないため、構成の簡素化を図ることができる。
　上記重畳電流の波形は、三角波、矩形波、鋸波、及び多重正弦波の少なくとも一つである。これにより、複数の周波数を有する電流が重畳された重畳電流を容易に生成することができる。そして、本実施形態１では多重正弦波である。これにより、各重畳成分も電流値を維持することができ、測定精度の低下を防止することができる。
　また、本実施形態１では、上記重畳電流は、診断対象の電池２ａ、２ｂの容量をＣとしたとき、０．１Ｃ以上のＣレートを有する周波数成分を含む。これにより、電池２ａ、２ｂに大電流が印加されることとなり、測定精度を向上することができる。よって、診断速度の向上と測定精度の向上の両立を図ることができる。
　また、本実施形態１では、電力変換装置６３と、スイッチ６２と、キャパシタとしての電池２ａ、２ｂとを有して、上記重畳電流を生成するように構成された重畳電流生成部６０を備える。これにより、電池２ａ、２ｂが電気自動車等の電源として搭載されている場合に、電気自動車等の電力変換装置６３とこれに接続されたパワーラインとを利用してオンボードで重畳電流生成部６０を構成することができ、車載用の電池の診断に適した構成とすることができる。
　また、重畳電流印加部１０は、電池２ａ、２ｂの充電中又は放電中に、重畳電流を電池２ａ、２ｂに印加するようにしてもよい。充電中に印加する重畳電流としては、例えば、図９（ａ）に示す波形の電流を採用することができる。なお、車両に搭載された電池２においては、回生中や走行中給電におけるインピーダンス算出のために図９（ａ）に示す重畳電流を電池２に印加することとしてもよい。また、放電中に印加する重畳電流としては、例えば、図９（ｂ）に示す波形の電流を採用することができる。なお、車両に搭載された電池２においては、走行中やバッテリシステムとしての給電時にインピーダンス算出のために図９（ｂ）に示す重畳電流を電池２に印加することとしてもよい。当該構成によれば、上述のように診断速度の高速化が図られているため、充電中又は放電中に診断結果を取得することができ、フィードバック制御の実施に寄与する。
　なお、図１０に示す変形形態１のように重畳電流生成部６０が２つ備えられていてもよい。本実施形態２においても、電池２ａ、２ｂ間でリプル電流をやり取りする構成となり、実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。
　以上のごとく、上記態様によれば、簡易な構成で診断速度の高速化を図ることができる電池診断システム１を提供することができる。
（実施形態２）
　本実施形態２の電池診断システム１では、図１１に示すように、重畳電流生成部６０において、電池２とキャパシタとしての平滑コンデンサ６４との間でリプル電流をやり取りするように構成されている。その他の構成は実施形態１と同等であって、実施形態１の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。そして、本実施形態２においても、実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。
（実施形態３）
　本実施形態３の電池診断システム１は、ハイブリッド自動車に搭載された電池２の診断に用いられる電池診断システムであって、図１２に示すように、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）を備え、当該ＰＣＵにおいて重畳電流生成部６０としての電力変換装置６３、昇圧コンバータ６５を備える。その他の構成は実施形態１と同等であって、実施形態１の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。そして、本実施形態３においても、実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。
　なお、図１３に示す変形形態２のように、重畳電流生成部６０として、電力変換装置６３としても機能する外部充電器６６を用いてもよい。この場合も、本実施形態３と同等の作用効果を奏する。
　本開示は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形形態や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1. 　複数の周波数成分が重畳されてなる重畳電流を電池（２、２ａ、２ｂ）に印加する重畳電流印加部（１０）と、
    　上記電池に印加された上記重畳電流の電流値を取得する電流値取得部（２０）と、
    　上記重畳電流が印加された上記電池の電池電圧を取得する電圧値取得部（３０）と、
    　上記重畳電流と上記電池電圧とから離散フーリエ変換を用いて、複数の周波数成分ごとのインピーダンスを算出するインピーダンス算出部（４０）と、
    　上記インピーダンスに基づいて、上記電池を診断する診断部（５０）と、
    を備える、電池診断システム（１）。
  2. 　上記重畳電流の波形は、三角波、矩形波、鋸波、及び多重正弦波の少なくとも一つである、請求項１に記載の電池診断システム。
  3. 　上記重畳電流の波形は、多重正弦波である、請求項１に記載の電池診断システム。
  4. 　上記重畳電流は、診断対象の上記電池の容量をＣとしたとき、０．１Ｃ以上のＣレートを有する周波数成分を含む、請求項１又は２に記載の電池診断システム。
  5. 　電力変換装置（６３）又は昇圧コンバータ（６５）と、スイッチ（６２）と、平滑コンデンサ（６４）又は電池（２）を含むキャパシタとを有するとともに、上記重畳電流を生成するように構成された重畳電流生成部（６０）を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池診断システム。
  6. 　上記重畳電流印加部は、上記電池の充電中又は放電中に、上記重畳電流を上記電池に印加する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池診断システム。
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