JP6875866B2 - 電池状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池状態検出装置に関する。

例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車（ＥＶ）や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの各種車両には、電動モータの動力源として、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池などの二次電池が搭載されている。

このような二次電池は、充電及び放電を繰り返すことにより劣化が進み、蓄電可能容量（電流容量や電力容量など）が徐々に減少することが知られている。そして、二次電池を用いた電気自動車などにおいては、二次電池の劣化の度合を検出することにより蓄電可能容量を求めて、二次電池によって走行可能な距離や二次電池の寿命などを算出している。

二次電池の劣化の度合を示す指標の一つとして、初期蓄電可能容量に対する現在蓄電可能容量の割合であるＳＯＨ(State of Health)がある。このＳＯＨは二次電池の内部抵抗と相関があることが知られている。このため、二次電池の内部抵抗を検出することにより、この内部抵抗に基づいてＳＯＨを求めることができる。

一般的に、内部抵抗は非常に小さいため、十分な検出精度を得ることが困難であったが、特許文献１には、内部抵抗の検出精度を高めた電池状態検出装置が開示されている。

図７は、特許文献１に記載された電池状態検出装置５００の概略構成を示す図である。検出対象である二次電池Ｂは、電圧を生じる起電力部ｅと内部抵抗ｒとを有している。この内部抵抗ｒを検出することにより、二次電池ＢのＳＯＨを求めることができる。

二次電池Ｂは、両電極（正極Ｂｐおよび負極Ｂｎ）間に電圧Ｖを生じ、この電圧Ｖは、起電力部ｅによる起電力によって生じる電圧Ｖｅと内部抵抗ｒに電流が流れることにより生じる電圧Ｖｒとによって決定される（Ｖ＝Ｖｅ＋Ｖｒ）。二次電池Ｂの負極Ｂｎは、基準電位Ｇに接続されている。

電池状態検出装置５００は、差動増幅部５１１と、切替スイッチ５１２と、第１コンデンサ５１３と、第２コンデンサ５１４と、充電部５１５と、第１アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）５２１と、第２アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）５２２と、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）５４０と、を有している。

本図に示す構成において、μＣＯＭ５４０が出力ポートＰＯ２を通じ、充電部５１５に充電開始の制御信号を送信すると、充電部５１５は、二次電池Ｂに予め定められた一定の充電電流Ｉｃを流し始める。これにより、二次電池Ｂの充電が開始される。

充電が開始されると、μＣＯＭ５４０は、出力ポートＰＯ１を通じて切替スイッチ５１２を制御し、二次電池Ｂの正極Ｂｐと第１コンデンサ５１３とが接続されるようにする。これにより、第１コンデンサ５１３には充電中の二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖ１＝Ｖｅ＋ｒ・Ｉｃが保持（サンプルホールド）される。

次に、μＣＯＭ５４０は、入力ポートＰＩ１を通じて取得する二次電池Ｂの両電極間の電圧が所定の状態検出電圧になると、出力ポートＰＯ１を通じて切替スイッチ５１２を制御し、二次電池Ｂの正極Ｂｐと第２コンデンサ５１４とが接続されるようにするとともに、出力ポートＰＯ２を通じて充電部５１５に充電停止の制御信号を送信する。

これにより、二次電池Ｂへの充電電流Ｉｃが停止し、第２コンデンサ５１４の蓄電状態が安定すると、第２コンデンサ５１４には充電停止中の二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖ２＝Ｖｅがサンプルホールドされる。

この状態で、μＣＯＭ５４０は、入力ポートＰＩ２を通じて差動増幅部５１１が出力する差電圧Ｖｍを検出する。そして、検出した差電圧Ｖｍを、差動増幅部５１１の増幅率Ａｖで除し、さらに充電電流Ｉｃで除することにより、二次電池Ｂの内部抵抗ｒ（＝（Ｖｍ／Ａｖ）／Ｉｃ）を検出する。

最後に、μＣＯＭ５４０は、出力ポートＰＯ２を通じて充電部５１５に対し充電開始の制御信号を送信する。充電部５１５はこの制御信号に応じて、二次電池Ｂに予め定められた一定の充電電流Ｉｃを再度流し始める。これにより充電が開始されて、電池状態検出処理を終了する。

特開２０１４−２１９３１１号公報

引用文献１に記載された電池状態検出装置５００により、二次電池Ｂの内部抵抗ｒの検出精度を高めることができ、電池状態の検出精度の低下を抑制することができる。

ところで、実際に電池状態検出装置５００を車両に搭載する場合、二次電池Ｂの状態を検出するためだけに充電部５１５を制御して充電電流を変動させることは行わない。即ち、車両に搭載された二次電池Ｂは、電動モータへの電源供給開始やオルタネータからの充電開始などにより、電池電流が変動する。この電池電流が変動する時点前後に二次電池Ｂの両極間の電圧をサンプルホールドする必要がある。このため、電池電流が変動するタイミングを検出した後にサンプルホールドを実行しても、変動前後の２つの状態における二次電池Ｂの両極間電圧をサンプルホールドすることができない。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、車両に搭載された電池の状態検出に適した電池状態検出装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様である電池電圧検出装置は、電池の状態を検出する電池状態検出装置において、第１コンデンサと、第２コンデンサと、前記第１コンデンサが保持する電圧と前記第２コンデンサが保持する電圧との差電圧に応じた電圧を出力する差動増幅部と、前記第１コンデンサを用いて前記電池の電池電圧の第１サンプルホールドを行わせ、その後、所定の待機時間経過した後、前記第２コンデンサを用いて前記電池電圧の第２サンプルホールドを行わせるサンプルホールド処理を実行するサンプルホールド制御部と、前記第１サンプルホールド中及び前記第２サンプルホールド中の双方で前記電池に流れる電池電流が一定であり、かつ、前記待機時間中に前記電池電流の変動がある、という条件を満たしたとき、前記差動増幅部の出力に基づいて電池の状態を検出する電池状態検出部と、を備えたことを特徴とする。

第２の態様である電池電圧検出装置は、前記サンプルホールド制御部は、前記条件を満たすまで、前記サンプルホールド処理を繰り返し実行する。

第３の態様である電池電圧検出装置は、前記サンプルホールド制御部は、前記サンプルホールド処理中に、前記条件を満たさないと判断したときは、前記第１サンプルホールドからやり直す。

第４の態様である電池電圧検出装置は、車両に搭載され、前記サンプルホールド制御部は、前記車両の停車に応じて、前記サンプルホールド処理を実行する。

第５の態様である電池電圧検出装置は、前記サンプルホールド制御部は、前記サンプルホールド処理を実行する前に、前記第1コンデンサを用いて前記電池電圧の事前サンプルホールドを行う。

以上説明したように第１の態様によれば、サンプルホールド制御部が、サンプルホールド処理を実行し、電池状態検出部が、第１サンプルホールド中及び第２サンプルホールド中の双方で電池電流が一定であり、かつ、待機時間中に電池電流の変動がある、と言う条件を満たしたときに、電池の状態を検出する。これにより、車両に搭載された電池の状態検出に適した電池状態検出装置を得ることができる。

第２の態様によれば、上記条件を満たすまでサンプルホールド処理が繰り返し実行される。これにより、より一層、車両に搭載された電池の状態検出に適した電池状態検出装置を得ることができる。

第３の態様によれば、サンプルホールド処理中に、上記条件を満たさないと判断したときは、第１サンプルホールドからやり直す。これにより、より一層、車両に搭載された電池の状態検出に適した電池状態検出装置を得ることができる。

第４の態様によれば、車両停車中、電池電流は一定値（例えば０）でその後、電池の充電又は放電が行われ、電池電流が変動する。よって、サンプルホールド制御部が、車両が停車に応じてサンプルホールド処理を実行することにより、迅速に電池電圧の状態を検出することができる。

第５の態様によれば、第１コンデンサを用いて事前サンプルホールドする。これにより、セラミックコンデンサのＤＣバイアス特性の影響により第１コンデンサの両端電圧の低下を低減して、差電圧の測定精度の低下を抑制することができる。また、セラミックコンデンサを使用しているので、装置の低コスト化や小型化を図ることができる。

第１実施形態における本発明の電池状態検出装置を示す概略構成図である。 図１に示すμＣＯＭの電池状態検出処理手順を示すフローチャートである。 図１に示す電池状態検出装置の動作を説明するためのタイムチャートである。 セラミックコンデンサのＤＣバイアス特性の例を示すグラフである。 第２実施形態における本発明の電池状態検出装置を示す概略構成図である。 図５に示すセル電池間に接続される接触・配線抵抗を説明するための図である。 従来の電池状態検出装置の一例を示す概略構成図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、第１実施形態における本発明の電池状態検出装置を示す概略構成図である。

本実施形態の電池状態検出装置１００は、例えば、電気自動車に搭載され、電気自動車が備える二次電池の電極間に接続されて、この二次電池の状態として二次電池の内部抵抗を検出するものである。もちろん、電気自動車以外の二次電池を備えた装置、システムなどに適用してもよい。

検出対象である二次電池Ｂ（＝電池）には、図示しない電動モータなどの負荷や、オルタネータなどの充電器が接続され、二次電池Ｂは負荷によって放電され、充電器によって充電される。また、二次電池Ｂは、電圧を生じる起電力部ｅと内部抵抗ｒとを有している。この内部抵抗ｒを検出することにより、二次電池ＢのＳＯＨを求めることができる。

二次電池Ｂは、両電極（正極Ｂｐおよび負極Ｂｎ）間に電圧Ｖを生じ、この電圧Ｖは、起電力部ｅによる起電力によって生じる電圧Ｖｅと内部抵抗ｒに電流が流れることにより生じる電圧Ｖｒとによって決定される（Ｖ＝Ｖｅ＋Ｖｒ）。二次電池Ｂの負極Ｂｎは、基準電位Ｇに接続されている。

本図に示すように、電池状態検出装置１００は、差動増幅部１１１と、切換スイッチ１１２と、第１コンデンサ１１３と、第２コンデンサ１１４と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１２１と、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）１４０と、を有している。

差動増幅部１１１は、例えば、オペアンプなどで構成されており、２つの入力端子（第１入力端子Ｉｎ１および第２入力端子Ｉｎ２）と１つの出力端子（出力端子Ｏｕｔ）を備え、これら２つの入力端子に入力された電圧の差分値を所定の増幅率Ａｖで増幅した差電圧Ｖｍを出力端子から出力する。

切換スイッチ１１２は、例えば、アナログスイッチなどで構成された１回路２接点（ＳＰＤＴ（単極双投））のスイッチである。切換スイッチ１１２は、２つの切換端子ａ、ｂのうちの切換端子ａが、差動増幅部１１１の第１入力端子Ｉｎ１に接続され、切換端子ｂが、差動増幅部１１１の第２入力端子Ｉｎ２に接続されている。また、切換スイッチ１１２は、共通端子ｃが、二次電池Ｂの正極Ｂｐに接続されている。

第１コンデンサ１１３は、差動増幅部１１１の第１入力端子Ｉｎ１と基準電位Ｇとの間に接続されている。すなわち、第１コンデンサ１１３は、第１入力端子Ｉｎ１と二次電池Ｂの負極Ｂｎとの間に設けられている。これにより、第１コンデンサ１１３には、第１入力端子Ｉｎ１と二次電池Ｂの負極Ｂｎとの間の電圧が保持される。

第２コンデンサ１１４は、差動増幅部１１１の第２入力端子Ｉｎ２と基準電位Ｇとの間に接続されている。すなわち、第２コンデンサ１１４は、第２入力端子Ｉｎ２と二次電池Ｂの負極Ｂｎとの間に設けられている。これにより、第２コンデンサ１１４には、第２入力端子Ｉｎ２と二次電池Ｂの負極Ｂｎとの間の電圧が保持される。

ここで、本実施形態の電池状態検出装置１００では、第１コンデンサ１１３及び第２コンデンサ１１４はセラミックコンデンサから構成されている。また、本実施形態の電池状態検出装置１００では、第１コンデンサ１１３の容量と第２コンデンサ１１４の容量とに差を付けており、先に電荷を蓄積する第１コンデンサ１１３の容量が第２コンデンサ１１４の容量よりも大きくなるように設計されている。一般に、コンデンサでは、容量が大きいほどリーク電流による電圧低下の影響を小さくすることができ、容量が小さいほどサンプルホールドに必要な時間を短くすることができる。なお、第１コンデンサ１１３と第２コンデンサ114の容量は同じであってもよい。

ＡＤＣ１２１は、差動増幅部１１１から出力された差電圧Ｖｍに対応するデジタル値を示す信号を出力する。

μＣＯＭ１４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵して構成されており、サンプルホールド制御部、電池状態検出部として機能して電池状態検出装置１００全体の制御を司る。μＣＯＭ１４０は、切換スイッチ１１２に接続された第１出力ポートＰＯ１などを備えている。μＣＯＭ１４０は、第１出力ポートＰＯ１を通じて切換スイッチ１１２に制御信号を送信して、切換スイッチ１１２を制御する。また、μＣＯＭ１４０には、車速センサからの車両の速度情報、電流センサからの二次電池Ｂに流れる電池電流情報などが入力されている。

μＣＯＭ１４０は、ＡＤＣ１２１から出力された信号が入力される第１入力ポートＰＩ１を有している。μＣＯＭ１４０は、第１入力ポートＰＩ１から入力された差動増幅部１１１の差電圧Ｖｍに基づいて二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出する。

次に、上述した電池状態検出装置１００の動作について図２に示すフローチャートを参照して説明する。

μＣＯＭ１４０は、車両のイグニッションオンなどに応じて図２に示す動作を開始する。まず、μＣＯＭ１４０は、速度情報に基づいて車両の速度が０であり、停車しているか否かを判定する（ステップＳ１）。

停車中であれば（ステップＳ１でＹ）、μＣＯＭ１４０は、第１コンデンサ１１３を用いて電池電圧（＝二次電池Ｂの両電極間の電圧）の第１サンプルホールドを行う（ステップＳ２）。ステップＳ２において、μＣＯＭ１４０は、第１出力ポートＰＯ１を通じて切換スイッチ１１２に対して切換端子ａと共通端子ｃとを接続する制御信号を送信する。

切換スイッチ１１２は、この制御信号に応じて切換端子ａと共通端子ｃとを接続することにより、二次電池Ｂの正極Ｂｐと差動増幅部１１１の第１入力端子Ｉｎ１を接続する。

これにより、第１コンデンサ１１３が二次電池Ｂの正極Ｂｐおよび負極Ｂｎの間に接続されて、第１コンデンサ１１３に二次電池Ｂからの電荷が流れ込む。そして、ある程度時間が経過すると、第１コンデンサ１１３には電池電圧が第１電圧として保持される。

ステップＳ２において、μＣＯＭ１４０は、第１コンデンサ１１３に電池電圧が保持されると、第１コンデンサ１１３と二次電池Ｂとの接続を切り離して第１サンプルホールドを終了する。即ち、μＣＯＭ１４０は、第１出力ポートＰＯ１を通じて切換スイッチ１１２に対して切換端子ａ及び切換端子ｂの双方を共通端子ｃから切り離す制御信号を送信する。

なお、第１コンデンサ１１３に電池電圧が保持されたか否かの判定は、第１コンデンサ１１３に二次電池Ｂを接続してからの経過時間から判断するようにしてもよいし、電池電圧Ｂの電池電圧から判断するようにしてもよい。その後、μＣＯＭ１４０は、所定の待機時間だけ待機する（ステップＳ３）。

待機時間（例えば１ｓ）が経過すると、μＣＯＭ１４０は、第２コンデンサ１１４を用いて電池電圧の第２サンプルホールドを行う（ステップＳ４）。ステップＳ４において、μＣＯＭ１４０は、第１出力ポートＰＯ１を通じて切換スイッチ１１２に対して切換端子ｂと共通端子ｃとを接続する制御信号を送信する。

これにより、第２コンデンサ１１４が二次電池Ｂの正極Ｂｐおよび負極Ｂｎの間に接続されて、第２コンデンサ１１４に二次電池Ｂからの電荷が流れ込む。そして、ある程度時間が経過すると、第２コンデンサ１１４には電池電圧が第２電圧として保持される。

ステップＳ４において、μＣＯＭ１４０は、第２コンデンサ１１４に電池電圧が保持されると、第２コンデンサ１１４と二次電池Ｂとの接続を切り離して第２サンプルホールドを終了する。即ち、μＣＯＭ１４０は、第１出力ポートＰＯ１を通じて切換スイッチ１１２に対して切換端子ａ及び切換端子ｂの双方を共通端子ｃから切り離す制御信号を送信する。第２コンデンサ１１４に電池電圧が保持されたか否かの判定は、第２コンデンサ１１４に二次電池Ｂを接続してからの経過時間から判断するようにしてもよいし、電池電圧Ｂの電池電圧から判断するようにしてもよい。

その後、μＣＯＭ１４０は、上記ステップＳ２〜Ｓ４で行われたサンプルホールド処理が１回目のサンプルホールド処理であれば（ステップＳ５でＹ）、ステップＳ１に戻る。これにより、ステップＳ１〜Ｓ４のサンプルホールド処理が繰り返し実行される。

μＣＯＭ１４０は、上記ステップＳ２〜Ｓ４で行われたサンプルホールド処理が２回目以降の処理であれば（ステップＳ５でＮ）、第１サンプルホールド中及び第２サンプルホールド中の双方で電池電流が一定であったか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６においてμＣＯＭ１４０は、電流センサからの電池電流情報を用いて判定する。

否と判定した場合（ステップＳ６でＮ）、μＣＯＭ１４０は、ステップＳ１に戻る。第１サンプルホールド中及び第２サンプルホールド中の双方で電池電流が一定であれば（ステップＳ６でＹ）、μＣＯＭ１４０は、第１サンプルホールド中及び第２サンプルホールド中、二次電池Ｂに定電流Ｉ１、Ｉ２が流れていたと判定して、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７においてμＣＯＭ１４０は、待機時間中に電池電流の変動があったか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７においてμＣＯＭ１４０は、電流センサからの電池電流情報を用いて判定する。否と判定した場合（ステップＳ７でＮ）、μＣＯＭ１４０は、ステップＳ１に戻る。待機時間中に電池電流の変動があった場合（ステップＳ７でＹ）、μＣＯＭ１４０は、第１サンプルホールド中に二次電池Ｂに流れた定電流Ｉ１と、第２サンプルホールド中に二次電池Ｂに流れた定電流Ｉ２が互いに異なると判定して、次のステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、μＣＯＭ１４０は、差動増幅部１１１からの差電圧Ｖｍを取り込む。得られた差電圧Ｖｍが異常値でなければ（ステップ９でＮ）、μＣＯＭ１４０は、取り込んだ差電圧Ｖｍを有効として扱い、差電圧Ｖｍに基づいて二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出して（ステップＳ１０）、処理を終了する。ステップＳ１０における内部抵抗ｒは、差電圧Ｖｍだけでなく電流センサにより測定された第１サンプルホールド中の定電流Ｉ１、第２サンプルホールド中の定電流Ｉ２を下記の式（１）に代入して算出し求める。
ｒ＝（Ｖｍ／Ａｖ）／（Ｉ１−Ｉ２）…（１）

尚、上記式（１）中のＩ１、Ｉ２は、充電方向の電流を＋、放電方向の電流を−としている。また、本実施形態では、停車すると処理を開始しているので、定電流Ｉ１としては０が測定される。

一方、異常値であれば(ステップＳ９でＹ)、μＣＯＭ１４０は、取り込んだ差電圧Ｖｍを無効として扱い、内部抵抗ｒを求めることなく、ステップＳ１に戻る。

次に、図３を参照して上述した電池状態検出装置１００の動作を説明する。同図に示すように、車速が０になると、μＣＯＭ１４０は、１回目の第１コンデンサ１１３を用いた第１サンプルホールド、待機、１回目の第２コンデンサ１１４を用いた第２サンプルホールドを順次、実行する。μＣＯＭ１４０は、１回目の第１サンプルホールド及び第２サンプルホールドが行われた後の差電圧Ｖｍからは内部抵抗ｒを求めない。即ち、１回目の第１サンプルホールド及び第２サンプルホールドが事前サンプルホールドとなる。そして、μＣＯＭ１４０は、２回目以降の第１サンプルホールド及び第２サンプルホールドが実行された後の差電圧Ｖｍから内部抵抗ｒを求める。

その後、μＣＯＭ１４０は、車速が０で放電電流が一定値（例えば０）の間は、スラップＳ２〜Ｓ４から構成されるサンプルホールド処理（第１サンプルホールド、待機、第２サンプルホールド）を繰り返し実行する。その後、車両が動き出し、待機中に二次電池Ｂの放電電流が変動すると、μＣＯＭ１４０は、第２サンプルホールド終了後、差動増幅部１１１の出力から内部抵抗ｒを求める。

上述した実施形態によれば、μＣＯＭ１４０は、第１サンプルホールド中及び第２サンプルホールド中の双方で電池電流が一定であり、かつ、待機時間中に電池電流の変動がある、という条件を満たしたとき、内部抵抗ｒの状態を検出する。これにより、内部抵抗ｒを検出できるタイミングを逃さずに、簡単に内部抵抗ｒを検出することができる。

また、上述した実施形態によれば、μＣＯＭ１４０は、上記条件を満たすまで、ステップＳ２〜Ｓ４のサンプルホールド処理を繰り返し実行する。これにより、より一層、内部抵抗ｒを検出できるタイミングを逃さずに、簡単に内部抵抗ｒを検出することができる。

また、車両停車中、電池電流は一定値（例えば０）でその後、車両が走行すると二次電池Ｂの充電又は放電が行われ、電池電流が変動する。よって、μＣＯＭ１４０は、車両が停車に応じてステップＳ２〜Ｓ４のサンプルホールド処理を実行することにより、サンプルホールド処理をあまり繰り返すことなく、迅速に内部抵抗ｒの検出を行うことができる。

ところで、実際のコンデンサでは微小なリーク電流により、蓄積した電荷が抜け出す現象が発生する。このため、第１コンデンサ１１３でサンプルホールドした後、第２コンデンサ１１４でサンプルホールドが終了するまでの時間で、第１コンデンサ１１３が蓄積した電荷がリーク電流により僅かに抜け出すことになる。第１コンデンサ１１３から電荷が抜け出すと電池電圧が実際よりも低く測定され、測定精度の低下を招くこととなる。

また、この種の装置の低コスト化や小型化を図るためには、第１コンデンサ１１３や第２コンデンサ１１４にセラミックコンデンサを使用するのが好適である。しかし、セラミックコンデンサは、電圧が高くなると静電容量が減少するという特有なＤＣバイアス特性により、サンプルホールドした電荷がリーク電流により抜けると保持電圧が低下することにより静電容量が増大するため、保持電圧の低下がより一層進んでしまい測定精度がさらに低下するという問題があった。

上述した実施形態によれば、μＣＯＭ１４０は、サンプルホールド処理（２回目以降のサンプルホールド）を実行する前に、第１コンデンサ１１３を用いて電池電圧の事前サンプルホールド（１回目のサンプルホールド）を行う。これにより、セラミックコンデンサのＤＣバイアス特性の影響により、内部抵抗ｒの検出精度が低下してしまうことを少なくすることができる。

図４にセラミックコンデンサのＤＣバイアス特性の例を示す。図４は、縦軸が静電容量変化率、横軸が直流電圧となっている。図４の実線は、事前サンプルホールドを行わない場合の特性、点線は事前サンプルホールドを行った場合の特性をそれぞれ示している。

図４に示したように、セラミックコンデンサは、直流電圧を印加すると実効的な静電容量が減少してしまうことが知られている。また、セラミックコンデンサは、一度電圧印加をして充電後に放電をすると、点線のように減少した容量を基準とした特性に変化する現象があることも知られている。

したがって、一度セラミックコンデンサに直流電圧を印加して充電し、一旦停止後にリーク電流により放電させることで、特性を図４の実線から点線に変化させることができる。図４からも明らかなように、点線の特性の方が、実線の特性よりも、電圧変化による静電容量変化率の変化が緩やかである。つまり、事前サンプルホールド動作により特性を変化させて、実測定用のサンプルホールドを行うことで、リーク電流による電圧低下に伴う静電容量の増大が抑えられ、第１コンデンサ１１３、第２コンデンサ１１４の電圧低下の影響を少なくすることができる。

なお、上述した実施形態によれば、第１コンデンサ１１３を用いた事前サンプルホールドと第２コンデンサ１１４を用いた事前サンプルホールドとの間にも待機時間を設けていたが、これに限ったものではない。待機時間を設けずに第１コンデンサ１１３を用いた事前サンプルホールドに続けて第２コンデンサ１１４を用いた事前サンプルホールドを行うようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、第２コンデンサ１１４を用いた事前サンプルホールドを行っていたが、これに限ったものではない。差電圧Ｖｍを取り込むときに、リーク電流によるコンデンサの電圧低下が問題となるのは先にサンプルホールドが行われる第１コンデンサ１１３の方である。そこで、第１コンデンサ１１３を用いた事前サンプルホールドを行えばよく、第２コンデンサ１１４を用いた事前サンプルホールドは行わなくてもよい。

また、上述した実施形態によれば、事前サンプルホールドを行っていたが、これに限ったものではない。事前サンプルホールドは必須ではなく、行わなくてもよい。

また、上述した実施形態によれば、μＣＯＭ１４０は、車両の停車に応じてステップＳ２〜Ｓ４のサンプルホールド処理を実行していたが、これに限ったものではない。例えば、二次電池Ｂに流れる電流が一定になるタイミングで、ステップＳ２〜Ｓ４のサンプルホールド処理を実行するようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、μＣＯＭ１４０は、第１サンプルホールド中及び第２サンプルホールド中の双方で電池電流が一定であり、かつ、待機時間中に電池電流の変動がある、という条件を満たすまで、サンプルホールド処理を繰り返し行っていたが、これに限ったものではない。例えば、第１サンプルホールド中に電池電流が一定でなくなれば、μＣＯＭ１４０は、再びステップＳ２に戻り、第１サンプルホールドからやり直してもよい。また、待機時間中に電池電流が変化しなければ、μＣＯＭ１４０は、再びステップ２に戻り、第１サンプルホールドからやり直してもよい。また、第２サンプルホールド中に電池電流が一定でなくなれば、μＣＯＭ１４０は、再びステップＳ２に戻り、第１サンプルホールドからやり直してもよい。即ち、サンプルホールド処理中に上記条件が満たせないと判断したときは、サンプルホールド処理をそのまま続けずに、最初の第１サンプルホールドからやり直すようにしてもよい。この場合も、より一層、内部抵抗ｒを検出できるタイミングを逃さずに、簡単に内部抵抗ｒを検出することができる。

また、上述した実施形態によれば、μＣＯＭ１４０は、条件を満たさないときステップＳ２〜Ｓ４のサンプルホールド処理を繰り返し行っていたが、これに限ったものではない。サンプルホールド処理を繰り返さずに、また別のタイミングでサンプルホールド処理を行うようにしてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図５は、第２実施形態における本発明の電池状態検出装置を示す概略構成図である。第２の実施形態の電池状態検出装置２００は、電池状態検出装置１００の技術を応用したものであり、複数個のセル電池（Ｃｅ１〜Ｃｅ４；電池）が組み合わされた組電池ＢＳを測定対象の電圧源としている。

本図に示すように、電池状態検出装置２００は、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、μＣＯＭ２１０、切換スイッチ２３０、差動増幅部２４０、ＡＤＣ２５０、検出対象選択スイッチ２６１、基準電位設定スイッチ２６２、保護用スイッチ２７０を備えている。

第１コンデンサＣ１は、第１状態の組電池ＢＳにおける測定対象箇所の電圧を第１電圧として保持する。第２コンデンサＣ２は、第２状態の組電池ＢＳにおける測定対象箇所の電圧を第２電圧として保持する。ここで、第１コンデンサＣ１の容量が第２コンデンサＣ２の容量よりも大きくなるように設計されている。なお、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２の容量は同じでもよい。

切換スイッチ２３０は、第１状態の組電池ＢＳにおける測定対象箇所の電圧（第１電圧）を第１コンデンサＣ１に導くＳＷ３１と、第２状態の組電池ＢＳにおける測定対象箇所の電圧（第２電圧）を第２コンデンサＣ２に導くＳＷ３２とを備えている。

検出対象選択スイッチ２６１は、組電池ＢＳを構成する各セル電池（Ｃｅ１〜Ｃｅ４）の端部と切換スイッチ２３０との間に設けられている。具体的には、組電池ＢＳの正極側に相当するセル電池Ｃｅ１の端部と切換スイッチ２３０との間にＳＷ１１が設けられ、セル電池Ｃｅ１とセル電池Ｃｅ２との接続点と切換スイッチ２３０との間にＳＷ１２が設けられ、セル電池Ｃｅ２とセル電池Ｃｅ３との接続点と切換スイッチ２３０との間にＳＷ１３が設けられ、セル電池Ｃｅ３とセル電池Ｃｅ４との接続点と切換スイッチ２３０との間にＳＷ１４が設けられている。

基準電位設定スイッチ２６２は、第１コンデンサＣ１・第２コンデンサＣ２の基準電位を設定するためのスイッチである。具体的には、第１コンデンサＣ１・第２コンデンサＣ２の基準電位を基準電位Ｇに設定するためのＳＷ２４、第１コンデンサＣ１・第２コンデンサＣ２の基準電位をセル電池Ｃｅ４の電圧に設定するＳＷ２３、第１コンデンサＣ１・第２コンデンサＣ２の基準電位をセル電池Ｃｅ４＋セル電池Ｃｅ３の電圧に設定するＳＷ２２、第１コンデンサＣ１・第２コンデンサＣ２の基準電位をセル電池Ｃｅ４＋セル電池Ｃｅ３＋セル電池Ｃｅ２の電圧に設定するＳＷ２１が設けられている。

保護用スイッチ２７０は、差動増幅部２４０を保護し、且つ、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２に接続される差動増幅部２４０へのリーク電流を低減するためのスイッチである。保護用スイッチ２７０は、第１コンデンサＣ１・第２コンデンサＣ２でのサンプルホールドが完了した後で、差動増幅部２４０に第１電圧・第２電圧を導くためのスイッチであり、第１コンデンサＣ１と第１入力端子Ｉｎ１との間に設けられたＳＷ４１と、第２コンデンサＣ２と第２入力端子Ｉｎ２との間に設けられたＳＷ４２とを備えている。ＳＷ４１、ＳＷ４２ともサンプルホールド中はオフとし、サンプルホールドが終了するとオンにして第１電圧、第２電圧を差動増幅部２４０に導くようにする。

差動増幅部２４０は、２つの入力端子（第１入力端子Ｉｎ１および第２入力端子Ｉｎ２）と１つの出力端子（出力端子Ｏｕｔ）を備え、これら２つの入力端子に入力された電圧の差分値を所定の増幅率Ａｖで増幅した差電圧Ｖｍを出力端子から出力する。

ＡＤＣ２５０は、差動増幅部２４０から出力された差電圧Ｖｍに対応するデジタル値を示す信号を出力する。

μＣＯＭ２１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵して構成されており、制御部として機能して差電圧測定装置２００全体の制御を司る。μＣＯＭ２１０は、電流出力部２２０に接続された第１出力ポートＰＯ１、ＡＤＣ２５０から出力された信号が入力される第１入力ポートＰＩ１、各スイッチを制御するスイッチ制御部２１１を備えている。

電池状態検出装置２００は、例えば、各セル電池の内部抵抗を測定することで、セル電池毎のＳＯＨを求めることができる。セル電池Ｃｅ１の内部抵抗を測定する場合には、検出対象選択スイッチ２６１をＳＷ１１のみオンとし、基準電位設定スイッチ２６２をＳＷ２１のみをオンにする。これにより、セル電池Ｃｅ１の両端子間の電圧が第１コンデンサＣ１・第２コンデンサＣ２に導かれることになる。

保護用スイッチ２７０をオンにして、差動増幅部２４０に第１電圧と第２電圧とを導くと、μＣＯＭ２１０に電圧差が入力される。μＣＯＭ２１０は、第１実施形態と同様の原理により、セル電池Ｃｅ１の内部抵抗ｒ１をｒ１＝（Ｖｍ／Ａｖ）／（Ｉ１−Ｉ２）で求めることができる。他のセル電池の内部抵抗についても同様に求めることができる。

なお、第２実施形態では、スイッチ制御部２１１が、検出対象選択スイッチ２６１と、基準電位設定スイッチ２６２を操作することにより、種々の電位差を測定することができる。

例えば、基準電位設定スイッチ２６２をＳＷ２１のみをオンにした状態で、検出対象選択スイッチ２６１をＳＷ１１のみオンとして第１電圧を取得し、その後、検出対象選択スイッチ２６１をＳＷ１２のみオンとして第２電圧を取得して第１電圧と第２電圧との差電圧を測定すると、測定結果は、セル電池Ｃｅ１の両端の電位差、すなわちセル電池Ｃｅ１の電圧を示すことになる。他のセル電池の電圧についても同様に求めることができる。

第２実施形態においても、μＣＯＭ１４０は、第１サンプルホールド中及び第２サンプルホールド中の双方で電池電流が一定であり、かつ、待機時間中に電池電流の変動がある、という条件を満たしたとき、内部抵抗ｒの状態を検出する。

ところで、上述した第２実施形態によれば、セル電池Ｃｅ１〜Ｃｅ４にはそれぞれ隣り合うセル電池Ｃｅ１〜Ｃｅ４と接続するためのバスバとの接触抵抗、配線抵抗が生じている。即ち、図６に示すように、セル電池Ｃｅ１〜Ｃｅ４間に接触・配線抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３が発生している。そして、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２に保持される第１電圧、第２電圧は、セル電池Ｃｅ１〜Ｃｅ４の両端電圧だけではなく、この接触・配線抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３で生じる電圧降下分も含まれてしまう。このため、セル電池Ｃｅｎ（ｎは１〜３の任意の整数）の差動増幅部２４０出力後の差電圧Ｖｍは、セル電池Ｃｅｎの両端電圧の差電圧ΔＶだけではなく、下記の式（２）に示すように接触・配線抵抗Ｒ１ｎで生じる電圧降下の差分も含まれる。
Ｖｍ＝Ａｖ｛ΔＶ＋Ｒ１ｎ（Ｉ１−Ｉ２）｝ …（２）

そこで、出荷前にこの接触・配線抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３を計測して、図示しないメモリに格納し、μＣＯＭ２１０はこのメモリに格納した接触・配線抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３を下記の式（３）に代入して、内部抵抗ｒｎを求めるようにしてもよい。
ｒｎ＝｛（Ｖｍ／Ａｖ）−Ｒ１ｎ（Ｉ１−Ｉ２）｝／（Ｉ１−Ｉ２） …（３）

これにより、より一層、内部抵抗ｒｎの検出精度向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１００ 電池状態検出装置
１１１ 差動増幅部
１１３ 第１コンデンサ
１１４ 第２コンデンサ
１４０ μＣＯＭ（サンプルホールド制御部、電池状態検出部）
２００ 電池状態検出装置
２１０ μＣＯＭ（サンプルホールド制御部、電池状態検出部）
２４０ 差動増幅部
Ｂ 二次電池（電池）
Ｃ１ 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ
Ｃｅ１〜Ｃｅ４ セル電池（電池）

Claims (5)

1. 電池の状態を検出する電池状態検出装置において、
   第１コンデンサと、
   第２コンデンサと、
   前記第１コンデンサが保持する電圧と前記第２コンデンサが保持する電圧との差電圧に応じた電圧を出力する差動増幅部と、
   前記第１コンデンサを用いて前記電池の電池電圧の第１サンプルホールドを行わせ、その後、所定の待機時間経過した後、前記第２コンデンサを用いて前記電池電圧の第２サンプルホールドを行わせるサンプルホールド処理を実行するサンプルホールド制御部と、
   前記第１サンプルホールド中及び前記第２サンプルホールド中の双方で前記電池に流れる電池電流が一定であり、かつ、前記待機時間中に前記電池電流の変動がある、という条件を満たしたとき、前記差動増幅部の出力に基づいて電池の状態を検出する電池状態検出部と、を備え、
   前記待機時間において、前記電池は、前記第１コンデンサと第２コンデンサのいずれからも切り離されている、電池状態検出装置。
2. 前記サンプルホールド制御部は、前記条件を満たすまで、前記サンプルホールド処理を繰り返し実行することを特徴とする請求項１に記載の電池状態検出装置。
3. 前記サンプルホールド制御部は、前記サンプルホールド処理中に、前記条件を満たさないと判断したときは、前記第１サンプルホールドからやり直すことを特徴とする請求項１に記載の電池状態検出装置。
4. 車両に搭載され、
   前記サンプルホールド制御部は、前記車両の停車に応じて、前記サンプルホールド処理を実行することを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の電池状態検出装置。
5. 前記サンプルホールド制御部は、前記サンプルホールド処理を実行する前に、前記第1コンデンサを用いて前記電池電圧の事前サンプルホールドを行うことを特徴とする請求項１〜４何れか１項に記載の電池状態検出装置。

Images