DE112022002995T5

DE112022002995T5 - Batteriemessvorrichtung und batteriezustandsmessverfahren

Info

Publication number: DE112022002995T5
Application number: DE112022002995.1T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kitagawa; Isao Ishibe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2024-03-28
Also published as: WO2022259800A1; JP2022188935A; JP7517256B2; CN117460960A; US20240168100A1

Abstract

Ein Batteriemessgerät (50) weist auf: eine Signalsteuerungseinheit (56d), die auf einem ersten elektrischen Pfad (81) vorgesehen ist und bewirkt, dass die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, eine Wechselstromsignalmesseinheit (56c), die auf einem zweiten elektrischen Pfad (82) vorgesehen ist, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, und das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad misst, eine Antwortsignaleingangseinheit (52), die ein Antwortsignal der Speicherbatterie empfängt, das eine Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und eine Berechnungseinheit (53), die Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals berechnet. In dem Batteriemessgerät (50) ist eine Magnetflussdurchlassfläche (S10) als eine Fläche definiert, die durch den zweiten elektrischen Pfad umgeben ist, und durch die ein Magnetfluss, der auf dem durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignal basiert, gelangt, und ist eine Größe der Magnetflussdurchlassfläche derart eingestellt, dass ein Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, innerhalb eines Bereichs von ±1 mΩ ist.

Description

Querverweis zu verwandter Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beruht auf und beansprucht Priorität aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-097229 , die am 10. Juni 2021 eingereicht worden ist, wobei deren Beschreibung hiermit durch Bezugnahme einbezogen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Batteriemessgerät und ein Batteriezustandsmessverfahren.
Stand der Technik
Herkömmlich wurde eine Messung einer komplexen Impedanz einer Speicherbatterie durchgeführt, um einen Zustand der Speicherbatterie zu messen (wie in PTL 1). In der in PTL 1 beschriebenen Offenbarung legt eine Leistungssteuerungseinrichtung ein Wechselstromsignal wie ein Rechteckwellensignal an eine Speicherbatterie an, misst ein Antwortsignal davon und berechnet eine komplexe Impedanzcharakteristik auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals. Dann werden ein Verschlechterungszustand der Speicherbatterie und dergleichen auf der Grundlage der komplexen Impedanzcharakteristik bestimmt.
Weiterhin führt gemäß PTL 2 ein Oszillator ein Wechselstromsignal wie einen Sinuswellenstrom einer Speicherbatterie zu, und erfasst ein Lock-In-Verstärker ein Antwortsignal (Spannungsvariation) davon. Die komplexe Impedanzcharakteristik wird auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals berechnet. Dann werden der Verschlechterungszustand der Speicherbatterie und dergleichen auf der Grundlage der komplexen Impedanzcharakteristik bestimmt.
Zitierungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 6 226 261 B2
PTL 2: JP 2018 - 190 502 A

Zusammenfassung
Gegenwärtig besteht eine Tendenz dazu, dass Speicherbatterien, die in Elektrofahrzeugen und dergleichen verwendet werden, zunehmend größere Kapazitäten aufzuweisen. In dem Fall einer Speicherbatterie mit hoher Kapazität tritt ein Problem dahingehend auf, dass die komplexe Impedanz sich verringert und die Speicherbatterie gegenüber äußeren Einflüssen empfindlich wird. Beispielsweise kann, wenn das Wechselstromsignal der Speicherbatterie zugeführt wird, eine induzierte elektromotorische Kraft in einem elektrischen Pfad zum Messen des Wechselstromsignals aufgrund von Änderungen in einem Magnetfluss erzeugt werden, der durch das Wechselstromsignal verursacht wird. Folglich tritt ein Problem dahingehend auf, dass ein Messfehler in dem Wechselstromsignal, das gemessen wird, auftritt, und dass ein Messfehler ebenfalls in der komplexen Impedanz auftritt, die unter Verwendung des Wechselstromsignals berechnet wird.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme erzielt. Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Batteriemessgerät und ein Batteriezustandsmessverfahren anzugeben, die in der Lage sind, die Messgenauigkeit einer komplexen Impedanz zu verbessern.
Ein erstes Mittel zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme ist ein Batteriemessgerät, das einen Zustand einer Speicherbatterie misst, wobei das Batteriemessgerät aufweist: eine Signalsteuerungseinheit, die auf einem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Speicherbatterie verbindet, und bewirkt, dass die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, eine Wechselstromsignalmesseinheit, die auf einem zweiten elektrischen Pfad vorgesehen ist, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, und das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad misst, eine Antwortsignaleingangseinheit, die ein Antwortsignal der Speicherbatterie empfängt, das eine Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und eine Berechnungseinheit, die Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals berechnet. Eine Magnetflussdurchlassfläche ist als eine Fläche definiert, die durch den zweiten elektrischen Pfad umgeben ist, und durch die ein Magnetfluss, der auf dem durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignal basiert, gelangt. Eine Größe der Magnetflussdurchlassfläche ist derart eingestellt, dass ein Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, innerhalb eines Bereichs von ±1 mΩ ist.
Wenn das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad gemessen wird, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, wird eine induzierte elektromotorische Kraft in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des Wechselstromsignals erzeugt, das durch den ersten elektrischen Pfad fließt. Ein Messfehler tritt in dem Wechselstromsignal auf und folglich tritt ein Fehler in der berechneten komplexen Impedanz auf.
Dabei wurde gefunden, dass der Betrag der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad erzeugt wird, durch die Größe der Magnetflussdurchlassfläche geändert werden kann, die von dem zweiten elektrischen Pfad umgeben ist. Daher ist gemäß der vorliegenden Offenbarung die Größe der Magnetflussdurchlassfläche derart eingestellt, dass der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, innerhalb eines Bereichs von ±1 mΩ ist. Als Ergebnis kann der Fehler der komplexen Impedanz auf der Grundlage der induzierten elektromotorischen Kraft unterdrückt werden.
Ein zweites Mittel zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme ist ein Batteriemessgerät, das einen Zustand einer Speicherbatterie misst, wobei das Batteriemessgerät aufweist: eine Signalsteuerungseinheit, die auf einem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Speicherbatterie verbindet, und bewirkt, dass die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, eine Wechselstromsignalmesseinheit, die auf einem zweiten elektrischen Pfad vorgesehen ist, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, und das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad misst, eine Antwortsignaleingangseinheit, die ein Antwortsignal der Speicherbatterie empfängt, das eine Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und eine Berechnungseinheit, die Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals berechnet. Eine Magnetflussdurchlassfläche ist als eine Fläche definiert, die durch den zweiten elektrischen Pfad umgeben ist, und durch die ein Magnetfluss, der auf dem durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignal basiert, gelangt. Eine Größe der Magnetflussdurchlassfläche ist derart eingestellt, dass eine induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstroms erzeugt wird, innerhalb eines zulässigen Wertebereichs der elektromotorischen Kraft einschließlich null ist.
Wenn das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad gemessen wird, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, wird eine induzierte elektromotorische Kraft in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt. Ein Messfehler tritt in dem Wechselstromsignal auf, und folglich tritt ein Fehler in der berechneten komplexen Impedanz auf.
Dabei wurde gefunden, dass der Betrag der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad erzeugt wird, durch die Größe der Magnetflussdurchlassfläche, die durch den zweiten elektrischen Pfad umgeben ist, geändert werden kann. Daher ist gemäß der vorliegenden Offenbarung die Größe der Magnetflussdurchlassfläche derart eingestellt, dass die induzierte elektromotorische Kraft innerhalb eines zulässigen Wertebereichs der elektromotorischen Kraft ist, der null aufweist. Als Ergebnis kann der Fehler in der komplexen Impedanz, der auf der induzierten elektromotorischen Kraft beruht, unterdrückt werden.
Ein drittes Mittel zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme ist ein Batteriemessgerät, das einen Zustand einer Speicherbatterie misst, wobei das Batteriemessgerät aufweist: eine Signalsteuerungseinheit, die auf einem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Speicherbatterie verbindet, und bewirkt, dass die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, eine Wechselstromsignalmesseinheit, die auf einem zweiten elektrischen Pfad vorgesehen ist, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, und das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad misst, eine Antwortsignaleingangseinheit, die ein Antwortsignal der Speicherbatterie empfängt, das eine Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und eine Berechnungseinheit, die Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals berechnet. Die Wechselstromsignalmesseinheit misst das Wechselstromsignal unter Verwendung eines Widerstands, der auf dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist. Das Batteriemessgerät weist eine Korrektureinheit auf, die die durch die Berechnungseinheit berechnete komplexe Impedanz unter Verwendung von ωr × MI/Rs korrigiert, wobei ωr eine Frequenz des Wechselstromsignals ist, MI eine Gegeninduktivität zwischen dem ersten elektrischen Pfad und dem zweiten elektrischen Pfad ist, und Rs ein Widerstandswert des Widerstands ist.
Wenn das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad gemessen wird, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, wird eine induzierte elektromotorische Kraft in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt. Ein Messfehler tritt in dem Wechselstromsignal auf, und folglich tritt ein Fehler in der berechneten komplexen Impedanz auf.
Dabei wird, wenn die Frequenz des Wechselstromsignals ωr ist, die Gegeninduktivität zwischen dem ersten elektrischen Pfad und dem zweiten elektrischen Pfad MI ist, und der Widerstandswert des Widerstands Rs ist, der Fehler in der komplexen Impedanz, der auf der induzierten elektromotorischen Kraft beruht, die in dem elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstroms erzeugt wird, unter Verwendung von ωr × MI/Rs ausgedrückt, und kann der Fehler in der komplexen Impedanz durch ωr × MI/Rs korrigiert werden. Die Frequenz ωr des Wechselstromsignals kann während einer Messung des Wechselstromsignals gemessen werden. Der Widerstandswert des Widerstands ist ein vorgegebener Wert. Zusätzlich kann die Gegeninduktivität durch eine Simulation unter Verwendung der Größe der Magnetflussdurchlassfläche und dergleichen berechnet werden. Daher kann ωr × MI/Rs unter Verwendung dieser Werte berechnet werden. Als Ergebnis davon, dass die komplexe Impedanz unter Verwendung von cor × MI/Rs korrigiert wird, kann der Fehler in der komplexen Impedanz unterdrückt werden.
Ein viertes Mittel ist ein Batteriezustandsmessverfahren, das durch ein Batteriemessgerät durchgeführt wird, das einen Zustand einer Speicherbatterie misst, wobei das Batteriezustandsmessverfahren aufweist: einen Signalsteuerungsschritt des Bewirkens, dass die Speicherbatterie durch einen ersten elektrischen Pfad, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Speicherbatterie verbindet, ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, einen Wechselstromsignalmessschritt des Messens des Wechselstromsignals, das durch den ersten elektrischen Pfad fließt, über einen zweiten elektrischen Pfad, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, einen Antwortsignaleingangsschritt des Empfangens eines Antwortsignals der Speicherbatterie, das in Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und einen Berechnungsschritt des Berechnens von Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals. In dem Wechselstromsignalmessschritt wird das Wechselstromsignal unter Verwendung eines Widerstands gemessen, der auf dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist. Das Batteriezustandsmessverfahren weist weiterhin auf: einen Korrekturschritt des Korrigierens der komplexen Impedanz, die in dem Berechnungsschritt berechnet wird, unter Verwendung von ωr × MI/Rs, wobei ωr eine Frequenz des Wechselstromsignals ist, MI eine Gegeninduktivität zwischen dem ersten elektrischen Pfad und dem zweiten elektrischen Pfad ist, und Rs ein Widerstandswert des Widerstands ist.
Gemäß dem vierten Mittel können ähnliche Wirkungen wie diejenigen gemäß dem dritten Mittel erzielt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehend beschriebene Aufgabe, andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden unter Verwendung der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter verdeutlicht. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Gesamtkonfigurationsdarstellung, die ein Leistungsversorgungssystem veranschaulicht,
2 eine Konfigurationsdarstellung, die ein Batteriemessgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
3 eine Konfigurationsdarstellung, die einen Verbindungszustand eines ersten elektrischen Pfads und eines zweiten elektrischen Pfads gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
4 eine Konfigurationsdarstellung, die einen Verbindungsmodus zwischen dem Batteriemessgerät und einer Batteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
5 eine erläuternde Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Impedanzmessgenauigkeit und einer Batteriekapazität veranschaulicht,
6 eine Konfigurationsdarstellung, die einen Verbindungsmodus zwischen dem Batteriemessgerät und der Batteriezelle in einem Variationsbeispiel 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
7 eine erläuternde Darstellung, die einen ersten elektrischen Pfad in dem Variationsbeispiel 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
8 ein Flussdiagramm, das einen Impedanzkorrekturprozess veranschaulicht,
9 eine Konfigurationsdarstellung, die einen Verbindungszustand eines ersten elektrischen Pfads und eines zweiten elektrischen Pfads gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
10 eine Konfigurationsdarstellung, die einen Verbindungszustand eines ersten elektrischen Pfads und eines zweiten elektrischen Pfads gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
11 eine Konfigurationsdarstellung, die einen Verbindungszustand einer Steuerungseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und
12 eine Konfigurationsdarstellung, die einen Verbindungszustand eines ersten elektrischen Pfads und eines zweiten elektrischen Pfads gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und
13 eine Konfigurationsdarstellung, die einen Verbindungszustand einer Messeinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben, gemäß dem ein Batteriemessgerät bei einem Leistungsversorgungssystem eines Fahrzeugs (wie eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs) angewendet ist.
Wie es in 1 gezeigt ist, weist ein Leistungsversorgungssystem 10 einen Motor 20, der als eine rotierende elektrische Maschine dient, einen Wechselrichter 30, der als ein Leistungswandler dient, der dem Motor 20 einen Drei-Phasen-Strom zuführt, eine zusammengesetzte Batterie 40, die geladen und entladen werden kann, ein Batteriemessgerät 50, das einen Zustand der zusammengesetzten Batterie 40 misst, und eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 60 auf, die den Motor 20 und dergleichen steuert. Der Motor 20 ist eine fahrzeugeigene Hauptmaschine und ist in der Lage, Leistung auf und von einem (nicht gezeigten) Antriebsrad zu übertragen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Drei-Phasen-Permanentmagnet-Synchronmotor als Motor 20 verwendet.
Der Wechselrichter 30 ist durch eine Voll-Brücken-Schaltung mit der gleichen Anzahl von oberen und unteren Zweigen wie die Anzahl der Phasenwicklungen konfiguriert. Ein Speisungsstrom wird in jeder Phase durch Ein-Aus-Zustände eines Schalters (Halbleiterschaltelements) justiert, der (das) in jedem Zweig vorgesehen ist.
Der Wechselrichter 30 ist mit einem (nicht gezeigten) Wechselrichtersteuerungsgerät versehen. Das Wechselrichtersteuerungsgerät führt eine Speisungssteuerung durch Ein-Aus-Zustände der Schalter in dem Wechselrichter 30 auf der Grundlage verschiedener Arten von Erfassungsinformationen und Anforderungen für einen Leistungsfahrantrieb und eine Leistungserzeugung des Motors 20 durch. Als Ergebnis führt das Wechselrichtersteuerungsgerät dem Motor 20 elektrische Leistung aus der zusammengesetzten Batterie 40 durch den Wechselrichter 30 zu und treibt den Motor 20 durch einen Leistungsfahrantrieb an. Zusätzlich bewirkt das Wechselrichtersteuerungsgerät, dass der Motor 20 elektrische Leistung aufgrund von Leistung aus dem Antriebsrad erzeugt. Die erzeugte Leistung wird umgewandelt und der zusammengesetzten Batterie 40 durch den Wechselrichter 30 zugeführt, und die zusammengesetzte Batterie 40 wird dadurch geladen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder Schalter in dem Wechselrichter 30 ein Bipolartransistor mit isolierten Gate (IGBT).
Die zusammengesetzte Batterie 40 ist elektrisch mit dem Motor 20 mit dem Wechselrichter 30 dazwischen verbunden. Die zusammengesetzte Batterie 40 weist eine Zwischenanschlussspannung auf, die beispielsweise gleich wie oder größer als 100 V sein kann. Die zusammengesetzte Batterie 40 ist durch eine Vielzahl von Batteriemodulen 41 konfiguriert, die in Reihe geschaltet sind. Ein Batteriemodul 41 ist durch eine Vielzahl von Batteriezellen 42 konfiguriert, die in Reihe geschaltet sind. Beispielsweise kann eine Lithiumionenspeicherbatterie oder eine Nickelwasserstoffspeicherbatterie als die Batteriezelle 42 verwendet werden.
Ein positivelektrodenseitiger Anschluss einer elektrischen Last wie des Wechselrichters 30 ist mit einem positivelektrodenseitigen Leistungsversorgungspfad L1 verbunden, der mit einem positivelektrodenseitigen Leistungsversorgungsanschluss der zusammengesetzten Batterie 40 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist ein negativelektrodenseitiger Anschluss der elektrischen Last wie des Wechselrichters 30 mit einem negativelektrodenseitigen Leistungsversorgungspfad L2 verbunden, der mit einem negativelektrodenseitigen Leistungsversorgungsanschluss der zusammengesetzten Batterie 40 verbunden ist. Dabei sind der positivelektrodenseitige Leistungsversorgungspfad L1 und der negativelektrodenseitige Leistungsversorgungspfad L2 jeweils mit einem Relaisschalter SMR (Systemhauptrelaisschalter) versehen, und konfiguriert, in der Lage zu sein, durch den Relaisschalter SMR zwischen Speisung und Unterbrechung der Speisung umzuschalten.
Das Batteriemessgerät 50 ist ein Gerät, das einen Speicherzustand (Ladezustand (SOC (state of charge)), einen Verschlechterungszustand (Gesundheitszustand (SOH (state of health)) und dergleichen von jeder Batteriezelle 42 misst. Das Batteriemessgerät 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist für jedes Batteriemodul 41 vorgesehen. Das Batteriemessgerät 50 ist mit der ECU 60 verbunden und führt den Zustand jeder Batteriezelle 42 und dergleichen zu. Eine Konfiguration des Batteriemessgerätes 50 ist nachstehend beschrieben.
Die ECU 60 gibt Anforderungen zum Leistungsfahrantrieb und zur Leistungserzeugung zu dem Wechselrichtersteuerungsgerät auf der Grundlage verschiedener Arten von Informationen aus. Die verschiedenen Arten von Informationen können beispielsweise Bedieninformationen an einem Fahrpedal und einer Bremse, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Zustand der zusammengesetzten Batterie 40 und dergleichen aufweisen.
Nachstehend ist das Batteriemessgerät 50 ausführlich beschrieben. Wie es in 2 gezeigt ist, ist das Batteriemessgerät 50 für jede Batteriezelle 42 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen.
Das Batteriemessgerät 50 weist eine anwendungsspezifische integrierte Schaltungs-(ASIC-) Einheit 50a, eine Filtereinheit 55 und eine Strommodulationsschaltung 56 auf. Die ASIC-Einheit 50a weist eine stabilisierte Leistungsversorgungseinheit 51 eine Eingangs-/Ausgangseinheit 52, eine Mikrocomputereinheit 53, die als eine Berechnungseinheit dient, und eine Kommunikationseinheit 54 auf.
Die stabilisierte Leistungsversorgungseinheit 51 ist mit einer Leistungsversorgungsleitung der Batteriezelle 52 verbunden und führt elektrische Leistung, die aus der Batteriezelle 42 zugeführt wird, der Eingangs-/Ausgangseinheit 52, der Mikrocomputereinheit 53 und der Kommunikationseinheit 54 zu. Die Eingangs-/Ausgangseinheit 52, die Mikrocomputereinheit 53 und die Kommunikationseinheit 54 werden auf der Grundlage dieser elektrischen Leistung betrieben.
Die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 ist mit der zu messenden Batteriezelle 42 verbunden. Insbesondere weist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 einen Gleichspannungseingangsanschluss 57 auf, an dem eine Gleichspannung aus der Batteriezelle 42 empfangen (gemessen) werden kann. Die Filtereinheit 55 ist zwischen der Batteriezelle 42 und dem Gleichspannungseingangsanschluss 57 vorgesehen. Das heißt, dass ein Widerstands-Kondensator-(RC-) Filter 55a, das als eine Filterschaltung dient, eine Zehner-Diode 55b, die als ein Schutzelement dient, und dergleichen zwischen einem positivelektrodenseitigen Anschluss 57a und einem negativelektrodenseitigen Anschluss 57b des Gleichspannungseingangsanschlusses 57 vorgesehen sind. Anders ausgedrückt sind das RC-Filter 55a, die Zehner-Diode 55b und dergleichen parallel zu der Batteriezelle 42 geschaltet.
Zusätzlich weist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 einen Antwortsignaleingangsanschluss 58 zum Empfangen eines Antwortsignals (einer Spannungsvariation) zwischen den Anschlüssen der Batteriezelle 42 auf. Das Antwortsignal reflektiert komplexe Innen-Impedanzinformationen der Batteriezelle 42. Daher fungiert die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 als eine Antwortsignaleingangseinheit.
Weiterhin weist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 einen Anweisungssignalausgangsanschluss 59a auf, der mit der Strommodulationsschaltung 56 verbunden ist und der Strommodulationsschaltung 56 ein Anweisungssignal zuführt. Das Anweisungssignal legt ein Sinuswellensignal (Wechselstromsignal) fest, das aus der Batteriezelle 42 zuzuführen ist. Zusätzlich weist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 einen Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b auf. Der Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b empfängt durch die Strommodulationsschaltung 56 ein Stromsignal (Wechselstromsignal), das tatsächlich aus der Batteriezelle 42 fließt, als ein Rückkopplungssignal.
Weiterhin ist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 mit der Mikrocomputereinheit 53 verbunden und ist konfiguriert, der Mikrocomputereinheit 53 die aus dem Gleichspannungseingangsanschluss 57 empfangene Gleichspannung, das aus dem Antwortsignaleingangsanschluss 58 empfangene Antwortsignal, das aus dem Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b empfangene Rückkopplungssignal und dergleichen zuzuführen. Dabei ist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 mit einem Analog-Digital-Wandler darin versehen, und ist konfiguriert, empfangene analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln und die digitalen Signale der Mikrocomputereinheit 53 zuzuführen.
Zusätzlich ist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 konfiguriert, ein Anweisungssignal aus der Mikrocomputereinheit 53 zu empfangen und das Anweisungssignal der Strommodulationsschaltung 56 aus dem Anweisungssignalausgangsanschluss 59a zuzuführen. Dabei ist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 darin mit einem Digital-Analog-(DA-) Wandler versehen, und ist konfiguriert, digitale Signale, die aus der Mikrocomputereinheit 53 empfangen werden, in analoge Signale umzuwandeln und die Anweisungssignale der Strommodulationsschaltung 56 zuzuführen. Weiterhin wird eine Gleich-Vorspannung an dem Sinuswellensignal, das für die Strommodulationsschaltung 56 durch das Anweisungssignal festgelegt wird, angewendet, und wird verhindert, dass das Sinuswellensignal einen negativen Strom (ein umgekehrter Strom in Bezug auf die Batteriezelle 42) wird.
Die Strommodulationsschaltung 56 ist eine Schaltung, die ein vorbestimmtes Sinuswellensignal mit der zu messenden Batteriezelle 42 als Leistungsversorgung ausgibt. Insbesondere weist die Strommodulationsschaltung 56 ein Halbleiterschaltelement 56a (wie ein Metalloxid-Feldeffekttransistor (MOSFET)), das als eine Schalteinheit dient, und einen Widerstand 56b (einen Shunt-Widerstand) auf, der als ein Widerstand dient, der in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement 56a geschaltet ist. Ein Drain-Anschluss des Halbleiterschaltelements 56a ist mit einer positiven Elektrode der Batteriezelle 42 verbunden. Ein Source-Anschluss des Halbleiterschaltelements 56a ist in Reihe mit einem Ende des Widerstands 56b geschaltet. Zusätzlich ist ein anderes Ende des Widerstands 56b mit einer negativen Elektrode der Batteriezelle 42 verbunden. Das Halbleiterschaltelement 56a ist derart konfiguriert, dass es eine Größe der Speisung zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss justieren kann.
Zusätzlich ist die Strommodulationsschaltung 56 mit einem Stromerfassungsverstärker 56c versehen, der mit beiden Enden des Widerstands 56b verbunden ist. Der Stromerfassungsverstärker 56c, der als eine Wechselstromsignalmesseinheit dient, ist konfiguriert, ein Stromsignal zu messen, das zu dem Widerstand 56b fließt, und das Stromsignal als ein Rückkopplungssignal dem Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 zuzuführen.
Weiterhin ist die Strommodulationsschaltung 56 mit einer Rückkopplungsschaltung 56d versehen. Die Rückkopplungsschaltung 56d, die als eine Signalsteuerungseinheit dient, ist konfiguriert, das Anweisungssignal aus dem Anweisungssignalausgangsanschluss 59a der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 zu empfangen und das Rückkopplungssignal aus dem Stromerfassungsverstärker 56c zu empfangen. Zusätzlich ist die Rückkopplungsschaltung 56d konfiguriert, das Anweisungssignal und das Rückkopplungssignal zu vergleichen, und das Vergleichsergebnis einem Gate-Anschluss des Halbleiterschaltelements 56a zuzuführen. Nachstehend sind der Stromerfassungsverstärker 56c (Stromsensorverstärker) und die Rückkopplungsschaltung 56d der Strommodulationsschaltung 56 als eine Messsteuerungseinheit 56e bezeichnet.
Das Halbleiterschaltelement 56a justiert auf der Grundlage des Signals aus der Rückkopplungsschaltung 56d eine Stromgröße zwischen dem Drain und der Source durch Justieren einer Spannung, die zwischen dem Gate und der Source angelegt wird, so dass das durch das Anweisungssignal festgelegte Sinuswellensignal aus der Batteriezelle 42 zugeführt wird. Dann, wenn ein Fehler zwischen einer Wellenform, die durch das Anweisungssignal festgelegt ist, und einer Wellenform auftritt, die tatsächlich zu dem Widerstand 56b fließt, justiert das Halbleiterschaltelement 56a auf der Grundlage des Signals aus der Rückkopplungsschaltung 56d die Stromgröße derart, dass der Fehler korrigiert wird. Als Ergebnis wird das zu dem Widerstand 56b fließende Sinuswellensignal stabilisiert.
Die Mikrocomputereinheit 53 berechnet Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 auf der Grundlage des Antwortsignals und des Stromsignals. Das heißt, dass die Mikrocomputereinheit 53 einen Realteil der komplexen Impedanz und einen Imaginärteil der komplexen Impedanz auf der Grundlage des Antwortsignals und Stromsignals berechnet. Die Mikrocomputereinheit 53 führt die Berechnungsergebnisse der ECU 60 über die Kommunikationseinheit 54 zu.
Dieser Prozess zur Berechnung der komplexen Impedanz wird wiederholt durchgeführt, bis die komplexe Impedanz für eine Vielzahl von Frequenzen innerhalb eines Messbereichs berechnet ist. Beispielsweise kann die ECU 60 ein Komplexe-Impedanz-Planardiagramm (Cole-Cole-Diagramm) auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse erzeugen und Eigenschaften von Elektroden, eines Elektrolyts und dergleichen erfassen. Beispielsweise kann die ECU 60 den Ladezustand (SOC) und den Verschlechterungszustand (SOH) erfassen.
Dabei muss das Cole-Cole-Diagramm nicht notwendigerweise in dessen Gesamtheit erzeugt werden, und kann sich stattdessen auf einen Abschnitt davon konzentriert werden. Beispielsweise kann während des Fahrens die komplexe Impedanz bei einer gewissen Frequenz zu einem festen Zeitintervall gemessen werden, und können Änderungen in dem SOC, dem SOH, der Batterietemperatur und dergleichen während der Fahrt auf der Grundlage von Änderungen im Verlaufe der Zeit in der komplexen Impedanz bei der gewissen Frequenz erfasst werden. Alternativ dazu kann die komplexe Impedanz bei einer gewissen Frequenz zu einem Zeitintervall wie jeden Tag, jede Runde, oder jedes Jahr gemessen werden, und Änderungen in dem SOH und dergleichen können auf der Grundlage der Änderungen im Verlaufe der Zeit in der komplexen Impedanz bei dieser gewissen Frequenz erfasst werden.
Dabei wird, wenn die Strommodulationsschaltung 56 bewirkt, dass die Batteriezelle 42 das Wechselstromsignal (Sinuswellensignal) durch den elektrischen Pfad 81 zuführt, eine induzierte elektromotorische Kraft auf der Grundlage des Wechselstromsignals in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt. Dabei ist der erste elektrische Pfad 81 ein elektrischer Pfad, der einen Reihenschaltungskörper, der aus dem Halbleiterschaltelement 56a und dem Widerstand 56b der Strommodulationsschaltung 56 zusammengesetzt ist, und die Batteriezelle 42 verbindet. Der erste elektrische Pfad 81 verbindet die positive Elektrode und die negative Elektrode der Batteriezelle 42 mit dem Reihenschaltungskörper dazwischen. Zusätzlich ist der zweite elektrische Pfad 82 ein elektrischer Pfad, der den Widerstand 56b und den Stromerfassungsverstärker 56c verbindet, und sich von dem ersten elektrischen Pfad 81 unterscheidet (unabhängig davon ist). Der Stromerfassungsverstärker 56c misst ein Stromsignal, das durch den ersten elektrischen Pfad 81 über den zweiten elektrischen Pfad 82 fließt.
Wenn die induzierte elektromotorische Kraft auf der Grundlage des Wechselstromsignals in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird, tritt ein Messfehler in dem gemessenen Stromsignal (Rückkopplungssignal) auf. Daher ist das Batteriemessgerät 50 konfiguriert, die induzierte elektromotorische Kraft zu reduzieren.
Dabei ist vor der Beschreibung der Konfiguration zum Reduzieren der induzierten elektromotorischen Kraft ein Prinzip, durch das die induzierte elektromotorische Kraft erzeugt wird, und ein Prinzip beschrieben, durch das die induzierte elektromotorische Kraft unterdrückt wird. 3 zeigt eine Darstellung des ersten elektrischen Pfads 81, des zweiten elektrischen Pfads 82 und eines Ersatzschaltungsmodells der komplexen Innen-Impedanz der Batteriezelle 42. In dem Ersatzschaltungsmodell ist die komplexe Innen-Impedanz der Batteriezelle 42 aus einem Reihenschaltungskörper zusammengesetzt, der aus einem ohmschen Widerstand 42a und einem Blindwiderstand 42b zusammengesetzt ist.
Der ohmsche Widerstand 42a ist ein Speisungswiderstand in den Elektroden und dem Elektrolyten, die die Batteriezelle 42 konfigurieren. Zusätzlich drückt der Blindwiderstand 42b einen Widerstand aus, der durch eine Elektrodenschnittstellenreaktion in den Elektroden verursacht wird, und wird als ein Parallelverbindungskörper ausgedrückt, der aus einer Widerstandskomponente und einer Kapazitätskomponente zusammengesetzt ist.
Der Ausdruck (1) zeigt das Faraday'sche Gesetz. Dabei bezeichnet E(x, t) einen Feldvektor. L bezeichnet einen Pfad eines Linienintegrals. B(x, t) bezeichnet einen Magnetflussdichtevektor. S bezeichnet eine Fläche, die durch einen Abschnitt eingeschlossen ist, die durch einen Pfad eines Linienintegrals auf einer linken Seite umgeben ist. n bezeichnet einen Normalenvektor eines Punkts auf S. x ist ein Vektor, der eine Position in Bezug auf ein gegenwärtiges Element angibt und t bezeichnet die Zeit. Das heißt, dass der Feldvektor E(x, t) und der Magnetflussdichtevektor B(x, t) Werte sind, die von dem Ort und der Zeit abhängen. Vi(t) bezeichnet die induzierte elektromotorische Kraft.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet E(x, t) den Feldvektor des zweiten elektrischen Pfads 82 und bezeichnet L den Pfad des zweiten elektrischen Pfads 82. B(x, t) bezeichnet den Magnetflussdichtevektor, durch den ein Magnetfluss auf der Grundlage des Wechselstromsignals, das durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließt, durch eine Magnetflussdurchlassfläche S10 gelangt, die eine Fläche ist, die durch den zweiten elektrischen Pfad 82, den Widerstand 56b und die Messsteuerungseinheit 56e (Stromerfassungsverstärker 56c) umgeben ist. S bezeichnet eine Oberfläche der Magnetflussdurchlassfläche S10. x ist ein Vektor, der eine Position in Bezug auf ein gegenwärtiges Element angibt, das auf dem ersten elektrischen Pfad 81 eingestellt ist. Vi(t) bezeichnet die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird.
[Gleichung 1] $V i (t) \equiv \oint_{L} E \cdot (x, t) \cdot d L = - \int_{s} \frac{\partial}{\partial t} B (x, t) \cdot n d S$
Auf der Grundlage des Faraday'schen Gesetzes wird gefunden, dass, wenn die Magnetflussdurchlassfläche S10, die durch den zweiten elektrischen Pfad 82 und dergleichen umgeben ist, reduziert wird, die induzierte elektromotorische Kraft reduziert werden kann. Daher ist eine Konfiguration zum Minimieren der Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 wie nachfolgend beschrieben.
4 zeigt eine Konfigurationsdarstellung eines Verbindungsmodus zwischen dem Batteriemessgerät 50 und der Batteriezelle 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Wie es in 4 gezeigt ist, weist der zweite elektrische Pfad 82 eine erste Erfassungsleitung 82a, die das erste Ende von beiden Enden des Widerstand 56b und die Messsteuerungseinheit 56e verbindet, und eine zweite Erfassungsleitung 82b auf, die das zweite Ende und die Messsteuerungseinheit 56e verbindet.
Die erste Erfassungsleitung 82a ist entlang der zweiten Erfassungsleitung 82b bis zu einem Verzweigungspunkt Br verdrahtet, der vorab bestimmt ist. Das heißt, dass die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b derart parallel verdrahtet sind, dass ein so klein wie möglicher Spalte dazwischen vorhanden ist. Der Verzweigungspunkt Br ist nahe dem Widerstand 56b angeordnet. Zusätzlich ist der Verzweigungspunkt Br zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Widerstands 56b in einer Richtung dazu angeordnet, in der das erste Ende und das zweite Ende aufgereiht sind. Weiterhin ist die erste Erfassungsleitung 82a von der zweiten Erfassungsleitung 82b an dem Verzweigungspunkt Br getrennt.
Gemäß 4 sind die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b von der Messsteuerungseinheit 56e bis zu dem Verzweigungspunkt Br derart verdrahtet, dass sie orthogonal (rechtwinklig) zu der parallelen Richtung sind, in der das erste Ende und das zweite Ende des Widerstands 56b aufgereiht sind. Jedoch ist jede beliebige Art der Verdrahtung möglich, so lang wie die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b aneinander entlang verdrahtet sind. Zusätzlich muss, wenn die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b aneinander entlang verdrahtet sind, die Verdrahtung nicht eine gerade Linie sein und kann beliebig gekrümmt sein, solange wie die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b in einer ähnlichen Weise gekrümmt sind. Dabei sind die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b durch einen Isolierfilm jeweils abgedeckt. Alternativ dazu ist ein Spalt dazwischen vorgesehen, der ausreichend ist, um eine Isolierung zwischen der ersten Erfassungsleitung 82a und der zweiten Erfassungsleitung 82b zu gewährleisten.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das vorstehend ausführlich beschrieben worden ist, können die nachfolgenden Wirkungen erzielt werden.
Die Fläche, die von dem zweiten elektrischen Pfad 82, dem Widerstand 56b und der Messsteuerungseinheit 56e (dem Stromerfassungsverstärker 56c) umgeben ist, ist die Magnetflussdurchlassfläche S10, durch die der Magnetfluss gelangt, der auf dem auf dem ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignal beruht. Ein Betrag der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird, entspricht einem Betrag des Magnetflusses in der Magnetflussdurchlassfläche S10 (genauer einem Betrag einer Änderungsgröße des Magnetflusses im Verlaufe der Zeit).
Daher ist die Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 derart eingestellt, dass ein Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird, innerhalb eines Bereichs von ±1 mΩ ist. Als Ergebnis kann die Erzeugung der induzierten elektromotorischen Kraft, die auf dem Wechselstromsignal in dem zweitem elektrischen Pfad 82 beruht, unterdrückt werden. Der Fehler in der komplexen Impedanz auf der Grundlage der induzierten elektromotorischen Kraft kann unterdrückt werden.
Nachstehend ist ein bevorzugterer Bereich beschrieben. 5 zeigt eine Beziehung zwischen einer Batteriekapazität (Ah) der Batteriezelle 42 und einer erforderlichen Impedanzwertmessgenauigkeit. Die erforderliche Impedanzwertmessgenauigkeit gibt eine Genauigkeit an, die erforderlich ist, um einen Nulldurchgangspunkt zu bestimmen. Dabei wird, wie es in 5(a) bis 5(d) gezeigt ist, gefunden, dass die erforderliche Impedanzwertmessgenauigkeit sich auf der Grundlage der Batterietemperatur (°C) der Batteriezelle 42 ändert.
Daher kann gemäß 5, wenn die Batteriekapazität innerhalb eines Bereichs von 25 Ah bis 800 Ah ist und die Batterietemperatur innerhalb eines Bereichs von -10° bis 65 °C ist, die Impedanzwertmessgenauigkeit, die für den vorstehend beschriebenen Bereich der Batteriekapazität und den Bereich der Batterietemperatur erforderlich ist, erfüllt werden, falls die Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 derart eingestellt ist, dass der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, innerhalb eines Bereichs von ±170 µΩ ist.
Nachstehend ist ein Verfahren zum Identifizieren des Fehlers in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, beschrieben.
Ausdruck (2) zeigt eine Berechnungsformel zur Berechnung eines Stromsignals Is. Dabei bezeichnet Im ein Stromsignal, das tatsächlich durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließt. j bezeichnet eine imaginäre Einheit. Ωr bezeichnet eine Messfrequenz, die eine Frequenz des Wechselstromsignals ist, wenn das Stromsignal Is gemessen wird. ΣI bezeichnet einen Formparameter, der ein Parameter aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft ist, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird. Der Formparameter ΣI ist proportional zu der Größe des zweiten elektrischen Pfads 82.
In einem mittleren Ausdruck in dem Ausdruck (2) gibt der erste Term eines Zählers einen Spannungsabfall an, der durch das Stromsignal Im verursacht wird, das tatsächlich durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließt. Ein zweiter Term des Zählers gibt die induzierte elektromotorische Kraft an, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird. Zusätzlich gibt in einem Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (2) ein zweiter Term eines Ausdrucks innerhalb der Klammern einen Messfehler aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft an, wenn Im 1 ist. Der Ausdruck innerhalb der Klammern in dem Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks (2) wird wie in dem nachfolgenden Ausdruck (3) unter Verwendung einer Phase θ ausgedrückt. Die Phase θ wird wie in dem nachfolgenden Ausdruck (4) ausgedrückt.
[Gleichung 2] $I s = \frac{I m R s - j ω r Σ I \cdot I m}{R s} = I m (1 - \frac{j ω r Σ I}{R s})$

[Gleichung 3] $1 - \frac{j ω r Σ I}{R s} = \sqrt{1 + {(\frac{ω r Σ I}{R s})}^{2} \cdot e^{- j θ}}$

[Gleichung 4] $θ = {tan}^{- 1} \frac{ω r Σ I}{R s}$
Eine Berechnungsgleichung bzw. -formel für eine komplexe Impedanz Zm, die durch die Mikrocomputereinheit 53 berechnet wird, ist wie in dem Ausdruck (5) unter Verwendung des Ausdrucks (2) ausgedrückt. Dabei bezeichnet Vs die Zwischenanschlussspannung der Batteriezelle 42, aus der eine Gleichspannungskomponente entfernt ist, d. h., eine Spannungsänderungskomponente, die aus der Modulation resultiert. Zb bezeichnet eine komplexe Impedanz, die durch ein Verhältnis von Vs zu Im ausgedrückt ist.
[Gleichung 5] $Z m = \frac{- V s}{I m (1 - \frac{j ω r Σ I}{R s})} = \frac{- \frac{V s}{I m}}{1 - \frac{j ω r Σ I}{R s}} = \frac{- Z b}{\sqrt{1 + {(\frac{ω r Σ I}{R s})}^{2} \cdot e^{- j θ}}}$
Zusätzlich fließt in dem Batteriemessgerät 50 kaum ein Strom von dem ersten elektrischen Pfad 81 zu dem zweiten elektrischen Pfad 82 und fließt ein Stromsignal kaum durch den zweiten elektrischen Pfad 82, da der Stromerfassungsverstärker 56 ein Operationsverstärker ist.
Daher ist das durch den zweiten elektrischen Pfad 82 fließende Stromsignal ausreichend kleiner als das durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließende Stromsignal. In diesem Fall kann die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird, derart betrachtet werden, dass sie diejenige ist, die durch das durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließende Wechselstromsignal verursacht wird. Wenn die Gegeninduktivität zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem zweiten elektrischen Pfad 82 MI ist, wird der Formparameter Σi als ΣI =±MI ausgedrückt. Daher werden der Ausdruck (5) und der Ausdruck (4) wie in dem Ausdruck (6) und dem Ausdruck (7) ausgedrückt.
[Gleichung 6] $Z m = \frac{- Z b}{\sqrt{1 + {(\frac{ω r M I}{R s})}^{2}} \cdot e^{- j θ}}$

[Gleichung 7] $θ = {tan}^{- 1} \frac{\pm ω r M I}{R s}$
Der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, wird als (Zb - Zm) unter Verwendung des Ausdrucks (6) und des Ausdrucks (7) ausgedrückt. Dabei kann die Messfrequenz ωr während der Messung des Stromsignals eingestellt werden, und ist der Widerstandswert Rs des Widerstands 56b ein vorgegebener Wert. Zusätzlich kann die Gegeninduktivität MI durch Simulation oder tatsächliche Messung unter Verwendung der Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 und des Abstands zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem zweiten elektrischen Pfad 82 berechnet werden. Insbesondere kann eine Simulation durch ein Finite-Elemente-Verfahren unter Verwendung der rechten Seite des Ausdrucks (1) durchgeführt werden. Daher kann als Ergebnis des Ausdrucks (6) und des Ausdrucks (7) der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, identifiziert werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10, d. h. der Formparameter ΣI derart eingestellt, dass der Fehler, der unter Verwendung des Ausdrucks (6) und des Ausdrucks (7) ausgedrückt ist, innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs (±1 mΩ oder ±170 µΩ) unter vorbestimmten Messbedingungen ist. Dabei sind die Messbedingungen diejenigen, dass die Batteriekapazität von 25 Ah bis 800 Ah reicht und die Batterietemperatur von -10° bis 65°C reicht.
Variationsbeispiel 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
Ein Variationsbeispiel 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist nachstehend beschrieben, wobei sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel konzentriert wird.
Die Einstellung der Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 ist nicht darauf begrenzt, den Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft zu verwenden, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird. Die Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 kann derart eingestellt werden, dass die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird, innerhalb eines zulässigen Wertebereichs der elektromotorischen Kraft einschließlich null ist. Gemäß dem vorliegenden Variationsbeispiel ist ein Bereich von ±200 µV mit null in der Mitte als der zulässige Wertebereich der elektromotorischen Kraft eingestellt. Als Ergebnis kann die induzierte elektromotorische Kraft, die auf der Grundlage des Wechselstromsignals in dem zweiten elektrischen Pfad 82 erzeugt wird, unterdrückt werden. Der Fehler in der komplexen Impedanz auf der Grundlage der induzierten elektromotorischen Kraft kann unterdrückt werden.
Variationsbeispiel 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Variationsbeispiel 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel konzentriert wird. Wie es in 6 gezeigt ist, unterscheidet sich das vorliegende Variationsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass die erste Erfassungsleitung 82a derart verdrahtet ist, dass sie die zweite Erfassungsleitung 82b mehrfach schneidet. Die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b sind auf einer Leiterplatte 83 vorgesehen, die als ein Fixierelement dient. Die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b sind derart verdrahtet, dass sie einander schneiden, indem sie auf unterschiedlichen Schichten unter Verwendung einer Durchgangsöffnung 84 angeordnet sind, die in der Leiterplatte 83 gebildet ist.
Insbesondere trennt sich unter Bezugnahme auf 7 die erste Erfassungsleitung 82a von der zweiten Erfassungsleitung 82b an dem Verzweigungspunkt Br und schneidet dann die zweite Erfassungsleitung 82b an einem ersten Schnittpunkt Cr1. Zusätzlich trennt sich die erste Erfassungsleitung 82a von der zweiten Erfassungsleitung 82b nach Passieren des ersten Schnittpunkts Cr1 und schneidet dann die zweite Erfassungsleitung 82b erneut an einem zweiten Schnittpunkt Cr2.
Als Ergebnis wird die Magnetflussdurchlassfläche S10 in eine Vielzahl von Flächen unterteilt, die eine erste Magnetflussdurchlassfläche S11, die durch den Verzweigungspunkt Br, den ersten Schnittpunkt Cr1, die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b umgeben ist, und eine zweite Magnetflussdurchlassfläche S12 aufweisen, die von dem ersten Schnittpunkt Cr1, dem zweiten Schnittpunkt Cr2, der ersten Erfassungsleitung 82a und der zweiten Erfassungsleitung 82b umgeben ist.
Beispielsweise kann als Ergebnis davon, dass das Wechselstromsignal auf dem ersten elektrischen Pfad 81 fließt, ein Magnetfluss, der von der Rückseite der Papieroberfläche zu der Vorderseite hin orientiert ist, in den Magnetflussdurchlassflächen S11 und S12 erzeugt werden. In diesem Fall ist eine Richtung, in der der Strom in den Magnetflussdurchlassflächen S11 und S12 als Ergebnis der induzierten elektromotorischen Kraft fließt, gegen den Uhrzeigersinn, wie es in 7 gezeigt ist. Zusätzlich wird eine Positionsbeziehung zwischen der ersten Erfassungsleitung 82a und der zweiten Erfassungsleitung 82b an dem ersten Schnittpunkt Cr1 umgekehrt.
Daher werden an dem ersten Schnittpunkt Cr1 Phasen der induzierten elektromotorischen Kraft, die in der ersten Magnetflussdurchlassfläche S11 erzeugt wird, und der induzierten elektromotorischen Kraft, die in der zweiten Magnetflussdurchlassfläche S12 erzeugt wird, um 180 Grad verschoben. Somit heben sich die induzierten elektromotorischen Kräfte einander auf. Als Ergebnis kann die induzierte elektromotorische Kraft die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des Wechselstromsignals erzeugt wird, unterdrückt werden. Der Fehler in der komplexen Impedanz auf der Grundlage der induzierten elektromotorischen Kraft kann unterdrückt werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist das Batteriemessgerät 50 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel konzentriert wird. Nachstehend sind Sektionen unter den Ausführungsbeispielen, die identisch oder äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Beschreibungen von Sektionen, die dieselben Bezugszeichen aufweisen, sind untereinander anwendbar. Zusätzlich ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als eine Grundkonfiguration eine Grundkonfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als ein Beispiel beschrieben.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu der Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 der Widerstandswert Rs des Widerstands 56 derart eingestellt, dass der Fehler in der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, oder die komplexe Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (innerhalb ±1 mΩ, ±170 µΩ oder dem zulässigen Wertebereich der elektromotorischen Kraft) ist.
Auf der Grundlage des Ausdrucks (6) und des Ausdrucks (7) wird die komplexe Impedanz Zm, die durch die Mikrocomputereinheit 53 berechnet wird, unter Verwendung von ωr × MI/Rs ausgedrückt. Es wird gefunden, dass, wenn ωr × MI/Rs reduziert wird, der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, reduziert werden kann. Daher wird der Widerstandswert Rs des Widerstands 56b so groß wie möglich eingestellt, um cor × MI/Rs zu reduzieren.
Das heißt, dass zusätzlich zu der Einstellung der Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 der Widerstandswert Rs des Widerstands 56b derart eingestellt wird, dass die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, oder der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist. Als Ergebnis kann der Fehler in der komplexen Impedanz auf der Grundlage der induzierten elektromotorischen Kraft unterdrückt werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Batteriemessgerät 50 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel konzentriert wird. Nachstehend sind Sektionen unter den Ausführungsbeispielen, die identisch oder äquivalent sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet. Beschreibungen von Sektionen, die dieselben Bezugszeichen aufweisen, sind dazwischen anwendbar. Zusätzlich wird gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel als eine Grundkonfiguration eine Grundkonfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als ein Beispiel beschrieben.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Verhältnis des Widerstandswerts Rs und der Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 derart eingestellt, dass die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, oder der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (innerhalb ± 1 mΩ, ±170 µΩ oder dem zulässigen Wertebereich der elektromotorischen Kraft) ist.
Wie es in Ausdruck (6) und Ausdruck (7) gezeigt ist, kann, wenn cor × MI/Rs reduziert wird, der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, reduziert werden. In diesem Fall erhöht sich, wenn der Widerstandswert Rs derart eingestellt ist, dass er übermäßig groß ist, um ωr × MI/Rs zu reduzieren, ein Leistungsverlust in dem Widerstand 56b und erhöht sich eine Größe der Wärmeerzeugung in dem Widerstand 56b. Eine Thermodrift, die die Erhöhung der Temperatur in dem Widerstand 56b begleitet, tritt auf. Daher wird das Verhältnis des Widerstandswerts Rs und der Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10 in geeigneter Weise eingestellt, um zu unterdrücken, dass der Widerstandswert Rs übermäßig groß wird, während ωr × MI/Rs reduziert wird.
Insbesondere wird MI/Rs in geeigneter Weise eingestellt. Die Gegeninduktivität MI ist proportional zu der Größe des zweiten elektrischen Pfads 82. Daher entspricht MI/Rs einem Verhältnis des Widerstandswerts Rs des Widerstands 56b und der Größe der Magnetflussdurchlassfläche S10. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird MI/Rs so klein wie möglich eingestellt, um ωr × MI/Rs zu reduzieren.
Das heißt, dass ωr × MI/Rs derart eingestellt wird, dass die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, oder der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist. Durch Verwendung von ωr × MI/Rs kann der Fehler in der komplexen Impedanz unterdrückt werden, während eine Erhöhung in dem Widerstandswert Rs unterdrückt wird. Als Ergebnis können eine Thermodrift und ein Leistungsverlust, die durch die Erhöhung des Widerstandswerts Rs verursacht werden, unterdrückt werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Batteriemessgerät 50 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei sich hauptsächlich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel konzentriert wird. Nachstehend sind Sektionen unter den Ausführungsbeispielen, die identisch oder äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Beschreibungen von Sektionen, die dieselben Bezugszeichen aufweisen, sind dazwischen anwendbar. Zusätzlich ist gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel als eine Grundkonfiguration eine Grundkonfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als ein Beispiel beschrieben.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die komplexe Impedanz, die durch die Mikrocomputereinheit 53 berechnet wird, derart korrigiert, dass die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstroms erzeugt wird, oder der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (innerhalb ±1 mΩ, ±170 µΩ oder dem zulässigen Wertebereich der elektromotorischen Kraft) liegt.
Auf der Grundlage des Ausdrucks (6) und des Ausdrucks (7) wird die komplexe Impedanz Zm, die durch die Mikrocomputereinheit 53 berechnet wird, unter Verwendung von ωr × MI/Rs ausgedrückt. Die Mikrocomputereinheit 53, die als eine Korrektureinheit dient, kann die komplexe Impedanz Zm durch Berechnung von ωr × MI/Rs korrigieren.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste elektrische Pfad 81 und der zweite elektrische Pfad 82 auf derselben Leiterplatte 83 fixiert. Das heißt, dass die Positionsbeziehung und die Größen des ersten elektrischen Pfads 81 und des zweiten elektrischen Pfads 82 fixiert sind. Daher kann die Gegeninduktivität MI genau durch Simulation berechnet werden. Somit kann cor × MI/Rs unter Verwendung dieser Werte berechnet werden. Der Fehler in der komplexen Impedanz Zm kann dadurch unterdrückt werden, dass die komplexe Impedanz Zm unter Verwendung von ωr × MI/Rs korrigiert wird.
Nachstehend ist ein Batteriezustandsmessverfahren für die Batteriezelle 42 beschrieben. Das Batteriemessgerät 50 führt einen in 8 gezeigten Impedanzkorrekturprozess zu einem vorbestimmten Zyklus durch.
In dem Impedanzkorrekturprozess stellt die Mikrocomputereinheit 53 die Messfrequenz ωr der komplexen Impedanz Zm ein (Schritt S11). Die Messfrequenz ωr wird aus Frequenzen innerhalb eines Messbereichs eingestellt, der vorab bestimmt ist.
Danach bestimmt die Mikrocomputereinheit 53 eine Frequenz eines Sinuswellensignals auf der Grundlage der Messfrequenz und gibt ein Anweisungssignal aus, das die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 anweist, das Sinuswellensignal auszugeben (Schritt S12). Dabei entspricht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Prozess in Schritt S12 einem Signalsteuerungsschritt.
Wenn das Anweisungssignal empfangen ist, wandelt die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 das Anweisungssignal durch den DA-Wandler in ein analoges Signal um und führt das analoge Signal der Strommodulationsschaltung 56 zu. Die Strommodulationsschaltung 56 gibt ein Sinuswellensignal mit der Batteriezelle 42 als die Leistungsversorgung auf der Grundlage des Anweisungssignals aus. Insbesondere justiert das Halbleiterschaltelement 56a das Stromsignal auf der Grundlage des Signals, das durch die Rückkopplungsschaltung 56d empfangen wird, sodass das Sinuswellensignal, das durch das Anweisungssignal festgelegt ist, aus der Batteriezelle 42 ausgegeben wird. Als Ergebnis wird das Sinuswellensignal aus der Batteriezelle 42 ausgegeben.
Wenn das Sinuswellensignal aus der Batteriezelle 42 ausgegeben wird, d.h., wenn eine externe Störung an die Batteriezelle 42 angelegt wird, wird eine Spannungsvariation, die die komplexe Innen-Impedanz der Batteriezelle 42 reflektiert, zwischen Anschlüssen der Batteriezelle 42 erzeugt. Die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 empfängt die Spannungsvariation durch den Antwortsignaleingangsanschluss 58 und gibt die Spannungsvariation als ein Antwortsignal zu der Mikrocomputereinheit 53 aus. Dabei wird das Antwortsignal durch den AD-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt und ausgegeben.
Nach Ausführung von Schritt S102 misst die Mikrocomputereinheit 53 das Stromsignal unter Verwendung der Messsteuerungseinheit 56e, die als die Wechselstromsignalmessungseinheit dient (Schritt S13). Zusätzlich empfängt die Mikrocomputereinheit 53 das Antwortsignal aus der Eingangs-/Ausgangseinheit (Schritt S14). Dabei entspricht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Prozess in Schritt S13 einem Wechselstromsignalmessschritt. Der Prozess in Schritt S14 entspricht einem Antwortsignaleingangsschritt.
Danach berechnet die Mikrocomputereinheit 53 Informationen in Bezug auf die komplexe Impedanz Zm der Batteriezelle 42 auf der Grundlage des Stromsignals und des Antwortsignals (Schritt S15). Dabei entspricht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Prozess in Schritt S15 einem Berechnungsschritt.
Danach berechnet die Mikrocomputereinheit 53 ωr × MI/Rs unter Verwendung der Messfrequenz ωr (Schritt S16). Dabei werden die Gegeninduktivität MI und der Widerstandswert Rs des Widerstands 56b vorab beschafft und in der Mikrocomputereinheit 53 gespeichert.
Danach korrigiert die Mikrocomputereinheit 53 die komplexe Impedanz Zm unter Verwendung von ωr × MI/Rs (Schritt S17). Die komplexe Impedanz Zm wird auf der Grundlage des Ausdrucks (6) und des Ausdrucks (7) korrigiert. Der Mikrocomputer 53 gibt die Informationen in Bezug auf die komplexe Impedanz Zm nach Korrektur zu der ECU 60 durch die Kommunikationseinheit 54 aus. Dann wird der Impedanzkorrekturprozess beendet. Dabei entspricht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Prozess in Schritt S17 einem Korrekturschritt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das vorstehend ausführlich beschrieben worden ist, werden die nachfolgenden Wirkungen erzielt.
Wenn das durch den zweiten elektrischen Pfad 82 fließende Stromsignal ausreichend kleiner als das durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließende Stromsignal ist, wird die komplexe Impedanz Zm, die durch die Mikrocomputereinheit 53 berechnet wird, wie in dem Ausdruck (6) und dem Ausdruck (7) ausgedrückt. Dabei ist ωr × MI/Rs, das in dem Ausdruck (6) und dem Ausdruck (7) enthalten ist, ein Wert, der durch Simulation oder dergleichen berechnet werden kann.
Daher wird die komplexe Impedanz, die durch die Mikrocomputereinheit 53 berechnet wird, unter Verwendung von ωr × MI/Rs derart korrigiert, dass die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad 82 auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, oder der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist. Als Ergebnis kann ein Fehler in der komplexen Impedanz unterdrückt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste elektrische Pfad 81 und der zweite elektrischen Pfad 82 durch dieselbe Leiterplatte 83 fixiert. Als Ergebnis sind die Positionsbeziehungen und die Größen des ersten elektrischen Pfads 81 und des zweiten elektrischen Pfads 82 fixiert, und kann eine erste Gegeninduktivität korrekt berechnet werden. Folglich kann ωr × MI/Rs berechnet werden, und kann der Fehler in der komplexen Impedanz auf der Grundlage der induzierten elektromotorischen Kraft in vorteilhafter Weise unterdrückt werden.
Andere Ausführungsbeispiele
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Wechselstromsignal nicht auf das Sinuswellensignal begrenzt. Beispielsweise kann das Wechselstromsignal ein Rechteckwellen- oder Dreieckwellensignal sein. Alternativ dazu kann das Wechselstromsignal eine zusammengesetzte Welle beliebiger Frequenzen einschließlich der Messfrequenz ωr sein.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es nicht erforderlich, dass die Berechnungseinheit wie die Mikrocomputereinheit 53 einen absoluten Wert und eine Phasendifferenz der komplexen Impedanz berechnet, und sie kann Informationen bezüglich der komplexen Impedanz auf der Grundlage des Antwortsignals und des Stromsignals berechnen und die Informationen einem externen Gerät wie der ECU 60 zuführen. Dabei kann es sich um die Informationen bezüglich der komplexen Impedanz um einen andauernden Zustand (wie lediglich Realteile und Imaginärteile von Strömen und Spannungen), die zur Berechnung des absoluten Werts erforderlich sind, die Phasendifferenz und dergleichen der komplexen Impedanz handeln. Zusätzlich kann ein externes Gerät ein endgültiges Ergebnis, d. h. den absoluten Wert, die Phasendifferenz und dergleichen der komplexen Impedanz berechnen.
In dem vorstehend beschriebenen Variationsbeispiel 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Magnetflussdurchlassfläche S10 in drei oder mehr unterteilt, jedoch kann sie in zwei unterteilt sein. In diesem Fall schneiden sich die erste Erfassungsleitung 82a und die zweite Erfassungsleitung 82b lediglich ein Mal.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können die ersten und zweiten elektrischen Pfade 81 und 82 durch die Leiterplatte fixiert sein oder können durch einen Harzverguss fixiert sein, der als ein Fixierungselement bzw. Befestigungselement dient. Wenn ein Kabel enthalten ist, kann eine Konfiguration zum Fixieren des Kabels vorgesehen sein. Zusätzlich kann, wenn eine integrierte Halbleiterschaltung enthalten ist, ein Verdrahtungsmuster in Bezug auf die integrierte Halbleiterschaltung fixiert sein.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Batteriemessgerät 50 für jedes Batteriemodul 41 vorgesehen. Jedoch kann beispielsweise das Batteriemessgerät 50 für jede Batteriezelle 42 oder für jede zusammengesetzte Batterie 40 vorgesehen sein. Zusätzlich kann, wenn das Batteriemessgerät 50 für jede Vielzahl von Batteriezellen 42 vorgesehen ist, ein Abschnitt von Funktionen des Batteriemessgerätes 50 gemeinsam genutzt werden.
Während beispielsweise, wie es in 9 gezeigt ist, die ASIC-Einheit 50a für jede Batteriezelle 42 vorgesehen ist, kann die Messsteuerungseinheit 56e für jeweils sechs Batteriezellen 42 vorgesehen sein. Die Messsteuerungseinheit 56e, die diesen Batteriezellen 42 entspricht, kann gemeinsam genutzt werden. Zusätzlich können, wie es in 10 gezeigt ist, die ASIC-Einheit 50a und die Messsteuerungseinheit 56e für jeweils sechs Batteriezellen 42 vorgesehen sein. Eine Steuerungseinheit 90, in der die ASIC-Einheit 50a und die Messsteuerungseinheit 56e, die diesen Batteriezellen 42 entsprechen, gemeinsam genutzt werden, können vorgesehen sein. Weiterhin können, wie es in 11 gezeigt ist, die zusammengesetzte Batterie 40 und das Batteriemessgerät 50 durch eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Steuerungseinheiten 90 konfiguriert sein.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Wechselstromsignal aus der Batteriezelle 42 zugeführt. Jedoch kann das Wechselstromsignal zu der Batteriezelle 42 aus einer externen Leistungsversorgung empfangen werden, und kann eine externe Störung angelegt werden. Beispielsweise kann, wie es in 12 gezeigt ist, die Strommodulationsschaltung 56 eine Stromquelle 56f anstelle des Halbleiterschaltelements 56a aufweisen. Die Stromquelle 56f ist zwischen der positiven Elektrode der Batteriezelle 42 und dem Widerstand 56b auf dem ersten elektrischen Pfad 81 angeschlossen und ist in Reihe zu dem Widerstand 56b geschaltet.
Die Stromquelle 56f empfängt das Wechselstromsignal, das durch das Anweisungssignal zu der Batteriezelle 42 festgelegt ist, anstelle des Signals aus der Messsteuerungseinheit 56c (Rückkopplungsschaltung 56d). Dabei justiert, wenn ein Fehler zwischen einer Wellenform, die durch das Anweisungssignal festgelegt ist, und einer Wellenform auftritt, die zu dem Widerstand 56b fließt, die Stromquelle 56f das Wechselstromsignal auf der Grundlage des Signals aus der Messsteuerungseinheit 56b, sodass der Fehler korrigiert wird. Als Ergebnis wird das Wechselstromsignal, das zu dem Widerstand 56b fließt, stabilisiert.
In diesem Fall kann, wie es in 13 gezeigt ist, die ASIC-Einheit 50a für jeweils sechs Batteriezellen 42 vorgesehen sein, und kann eine Messungseinheit 91, in der die ASIC-Einheit 50a, die diesen Batteriezellen 42 entspricht, gemeinsam genutzt wird, vorgesehen sein. Weiterhin kann eine Vielzahl von Messungseinheiten 91 in Reihe geschaltet sein, und kann eine einzelne Messsteuerungseinheit 56e für diese Messungseinheiten 91 vorgesehen sein. Die Messsteuerungseinheit 56e, die diesen Messungseinheiten 91 entspricht, kann gemeinsam genutzt werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Batteriemessgerät 50 bei einem Leistungsversorgungssystem eines Fahrzeugs angewendet. Jedoch kann das Batteriemessgerät 50 bei einem Leistungsversorgungssystem eines elektrischen Luftfahrzeugs oder eines elektrischen Schiffs angewendet werden.
Die Steuerungseinheit und das zugehörige Verfahren, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, können durch einen speziellen Computer verwirklicht werden, der derart vorgesehen ist, dass er durch einen Prozessor und einen Speicher konfiguriert ist, wobei der Prozessor programmiert ist, eine oder eine Vielzahl von Funktionen bereitzustellen, die durch ein Computerprogramm verwirklicht sind. Alternativ dazu können die Steuerungseinheit und das zugehörige Verfahren, die in dieser Offenbarung beschrieben sind, durch einen speziellen Computer verwirklicht werden, der durch einen Prozessor bereitgestellt ist, der durch eine einzelne spezielle Hardwarelogikschaltung oder mehr konfiguriert ist. Weiterhin können die Steuerungseinheit und das zugehörige Verfahren, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, durch einen einzelnen speziellen Computer oder mehr verwirklicht sein. Der spezielle Computer kann durch eine Kombination eines Prozessors, der programmiert ist, eine oder eine Vielzahl von Funktionen bereitzustellen, eines Speichers und eines Prozessors, der durch eine einzelne Hardwarelogikschaltung oder mehr konfiguriert ist, konfiguriert sein. Zusätzlich kann das Computerprogramm auf einem nichtflüchtigen computerlesbaren (greifbaren) Aufzeichnungsträger gespeichert sein, der durch einen Computer als Anweisungen gelesen werden kann, die durch den Computer durchgeführt werden.
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele davon beschrieben worden ist, sei zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele und Konstruktionen begrenzt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedenen Modifikationsbeispiele und Modifikationen innerhalb des Äquivalenzbereichs abdecken. Zusätzlich sind verschiedene Kombinationen und Konfigurationen und weiterhin andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder lediglich einem einzelnen Element davon innerhalb der erfinderischen Idee und des Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021097229 [0001]
JP 6226261 B2 [0004]
JP 2018190502 A [0004]

Claims

Batteriemessgerät (50), das einen Zustand einer Speicherbatterie (42) misst, wobei das Batteriemessgerät aufweist: eine Signalsteuerungseinheit (56d), die auf einem ersten elektrischen Pfad (81) vorgesehen ist, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Speicherbatterie verbindet, und bewirkt, dass die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, eine Wechselstromsignalmesseinheit (56c), die auf einem zweiten elektrischen Pfad (82) vorgesehen ist, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, und das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad misst, eine Antwortsignaleingangseinheit (52), die ein Antwortsignal der Speicherbatterie empfängt, das eine Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und eine Berechnungseinheit (53), die Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals berechnet, wobei eine Magnetflussdurchlassfläche (S10) als eine Fläche definiert ist, die durch den zweiten elektrischen Pfad umgeben ist, und durch die ein Magnetfluss, der auf dem durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignal basiert, gelangt, und eine Größe der Magnetflussdurchlassfläche derart eingestellt ist, dass ein Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, innerhalb eines Bereichs von ±1 mΩ ist.
Batteriemessgerät nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Batteriekapazität der Speicherbatterie innerhalb eines Bereichs von 25 Ah bis 800 Ah ist und die Batterietemperatur innerhalb eines Bereichs von -10 °C bis 75 °C ist, die Größe der Magnetflussdurchlassfläche derart eingestellt ist, dass der Fehler in der komplexen Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, innerhalb eines Bereichs von ±170 µΩ ist.
Batteriemessgerät (50), das einen Zustand einer Speicherbatterie (42) misst, wobei das Batteriemessgerät aufweist: eine Signalsteuerungseinheit (56d), die auf einem ersten elektrischen Pfad (81) vorgesehen ist, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Speicherbatterie verbindet, und bewirkt, dass die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, eine Wechselstromsignalmesseinheit (56c), die auf einem zweiten elektrischen Pfad (82) vorgesehen ist, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, und das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad misst, eine Antwortsignaleingangseinheit (52), die ein Antwortsignal der Speicherbatterie empfängt, das eine Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und eine Berechnungseinheit (53), die Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals berechnet, wobei eine Magnetflussdurchlassfläche (S10) als eine Fläche definiert ist, die durch den zweiten elektrischen Pfad umgeben ist, und durch die ein Magnetfluss, der auf dem durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignal basiert, gelangt, und eine Größe der Magnetflussdurchlassfläche derart eingestellt ist, dass eine induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstroms erzeugt wird, innerhalb eines zulässigen Wertebereichs der elektromotorischen Kraft einschließlich null ist.
Batteriezustandsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wechselstromsignalmesseinheit das Wechselstromsignal unter Verwendung eines Widerstands (56b) misst, der auf dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, der zweite elektrische Pfad eine erste Erfassungsleitung (82a), die ein erstes Ende von beiden Enden des Widerstands und die Wechselstromsignalmesseinheit verbindet, und eine zweite Erfassungsleitung (82b) aufweist, die ein zweites Ende und die Wechselstromsignalmesseinheit verbindet, und die erste Erfassungsleitung verdrahtet ist, um die zweite Erfassungsleitung einmal oder mehrfach zu schneiden.
Batteriemessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wechselstromsignalmesseinheit das Wechselstromsignal unter Verwendung eines Widerstands (56b) misst, der auf dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, und der Widerstandswert des Widerstands und die Größe der Magnetflussdurchlassfläche derart eingestellt sind, dass die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des durch den ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, oder der Fehler in der Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft innerhalb des Bereichs ist.
Batteriemessgerät nach Anspruch 5, wobei ein Verhältnis des Widerstandswerts des Widerstands und der Größe der Magnetflussdurchlassfläche derart eingestellt ist, dass die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem zweiten elektrischen Pfad auf der Grundlage des in dem ersten elektrischen Pfad fließenden Wechselstromsignals erzeugt wird, oder der Fehler in der Impedanz aufgrund der induzierten elektromotorischen Kraft innerhalb des Bereichs ist.
Batteriemessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wechselstromsignalmesseinheit das Wechselstromsignal unter Verwendung eines Widerstands (56b) misst, der auf dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, und das Batteriemessgerät eine Korrektureinheit (53) aufweist, die die komplexe Impedanz, die durch die Berechnungseinheit berechnet wird, unter Verwendung von ωr × MI/Rs korrigiert, wobei eine Frequenz des Wechselstromsignals ωr ist, eine Gegeninduktivität zwischen dem ersten elektrischen Pfad und dem zweiten elektrischen Pfad MI ist, und ein Widerstandswert des Widerstands Rs ist.
Batteriemessgerät (50), das einen Zustand einer Speicherbatterie (42) misst, wobei das Batteriemessgerät aufweist: eine Signalsteuerungseinheit (56d), die auf einem ersten elektrischen Pfad (81) vorgesehen ist, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Speicherbatterie verbindet, und bewirkt, dass die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, eine Wechselstromsignalmesseinheit (56c), die auf einem zweiten elektrischen Pfad (82) vorgesehen ist, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, und das durch den ersten elektrischen Pfad fließende Wechselstromsignal über den zweiten elektrischen Pfad misst, eine Antwortsignaleingangseinheit (52), die ein Antwortsignal der Speicherbatterie empfängt, das eine Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und eine Berechnungseinheit (53), die Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals berechnet, wobei die Wechselstromsignalmesseinheit das Wechselstromsignal unter Verwendung eines Widerstands (56b) misst, der auf dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, und das Batteriemessgerät eine Korrektureinheit (53) aufweist, die die durch die Berechnungseinheit berechnete komplexe Impedanz unter Verwendung von ωr × MI/Rs korrigiert, wobei ωr eine Frequenz des Wechselstromsignals ist, MI eine Gegeninduktivität zwischen dem ersten elektrischen Pfad und dem zweiten elektrischen Pfad ist, und Rs ein Widerstandswert des Widerstands ist.
Batteriemessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Befestigungselement (83), das den ersten elektrischen Pfad und den zweiten elektrischen Pfad befestigt, vorgesehen ist.
Batteriezustandsmessverfahren, das durch ein Batteriemessgerät (50) durchgeführt wird, das einen Zustand einer Speicherbatterie (42) misst, wobei das Batteriezustandsmessverfahren aufweist: einen Signalsteuerungsschritt des Bewirkens, dass die Speicherbatterie durch einen ersten elektrischen Pfad, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Speicherbatterie verbindet, ein vorbestimmtes Wechselstromsignal ausgibt oder die Speicherbatterie ein vorbestimmtes Wechselstromsignal empfängt, einen Wechselstromsignalmessschritt des Messens des Wechselstromsignals, das durch den ersten elektrischen Pfad fließt, über einen zweiten elektrischen Pfad, der sich von dem ersten elektrischen Pfad unterscheidet, einen Antwortsignaleingangsschritt des Empfangens eines Antwortsignals der Speicherbatterie, das in Antwort auf das Wechselstromsignal ist, und einen Berechnungsschritt des Berechnens von Informationen in Bezug auf eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie auf der Grundlage des Wechselstromsignals und des Antwortsignals, wobei in dem Wechselstromsignalmessschritt das Wechselstromsignal unter Verwendung eines Widerstands gemessen wird, der auf dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, und das Batteriezustandsmessverfahren weiterhin aufweist: einen Korrekturschritt des Korrigierens der komplexen Impedanz, die in dem Berechnungsschritt berechnet wird, unter Verwendung von ωr × MI/Rs, wobei ωr eine Frequenz des Wechselstromsignals ist, MI eine Gegeninduktivität zwischen dem ersten elektrischen Pfad und dem zweiten elektrischen Pfad ist, und Rs ein Widerstandswert des Widerstands ist.