JP2017090124A

JP2017090124A - 内部抵抗算出装置、コンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法

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Publication number: JP2017090124A
Application number: JP2015217772A
Authority: JP
Inventors: 裕章武智; Hiroaki Takechi; 智美片岡; Tomomi Kataoka
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-05
Also published as: JP6631172B2

Abstract

【課題】二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる内部抵抗算出装置、コンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法を提供する。
【解決手段】内部抵抗算出装置は、所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、取得した電流に基づいて二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、充放電の切り替え有りと判定した場合、取得部が電圧及び電流を取得する際の第１サンプリング周期を第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更する変更部と、二次電池の充放電の切り替え時点前に取得部が第１サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に取得部が第２サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置、該内部抵抗算出装置を実現するためのコンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法に関する。

近年、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle：ハイブリッド自動車）及びＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）等の車両が普及しつつある。ＨＥＶ及びＥＶは二次電池を搭載している。このような車両の走行に伴って、二次電池の充電と放電の切り替えが繰り返される。過放電又は過充電を行うと二次電池を劣化させることになるため、二次電池の充電量を把握しながら充放電を制御する必要がある。また、二次電池の劣化を判定するためには、二次電池の内部抵抗を正確に把握する必要がある。

充放電切替後の二次電池の状態は不安定であるため、充放電の切替時点より所定時間経過後に検出された電圧及び電流に基づいて二次電池の内部抵抗を演算する演算装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−２５７２１９号公報

しかし、特許文献１のような装置にあっては、二次電池の電圧及び電流を検出する際のサンプリング周期は、例えば、１００ｍｓを採用している。しかし、充放電切替後の実際の電圧及び電流は、サンプリング周期よりも短い周期で変動するため、サンプリングして得られる電圧値及び電流値が、二次電池の電圧及び電流の変動幅のどの位置になるのかが不明であり、内部抵抗値を精度よく算出することができない場合がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる内部抵抗算出装置、該内部抵抗算出装置を実現するためのコンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置であって、所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、該取得部で取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、該切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第１サンプリング周期を該第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更する変更部と、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第１サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第２サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部とを備える。

本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、二次電池の内部抵抗を算出させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第１サンプリング周期を該第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更する変更部と、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第１サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第２サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部として機能させる。

本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出方法は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出方法であって、所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得部が取得し、取得された電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を切替判定部が判定し、充放電の切り替え有りと判定された場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第１サンプリング周期を該第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更部が変更し、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第１サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第２サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を抵抗算出部が算出する。

本発明によれば、二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる。

本実施の形態の内部抵抗算出装置としての電池監視装置を搭載した車両の要部の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態の二次電池算出装置としての電池監視装置の構成の一例を示すブロック図である。二次電池ユニットの電流波形の一例を示す説明図である。図３の電流波形の時間軸を拡大した場合の放電側の電流波形の一例を示す説明図である。本実施の形態の電池監視装置による電流のサンプリング値の一例を示す説明図である。本実施の形態の電池監視装置の処理手順の第１例を示すフローチャートである。本実施の形態の電池監視装置の処理手順の第１例を示すフローチャートである。本実施の形態の電池監視装置の処理手順の第２例を示すフローチャートである。本実施の形態の電池監視装置の処理手順の第２例を示すフローチャートである。

［本願発明の実施形態の説明］
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置であって、所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、該取得部で取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、該切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第１サンプリング周期を該第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更する変更部と、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第１サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第２サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部とを備える。

取得部は、所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する。第１サンプリング周期は、例えば、１０ｍｓとすることができるが、これに限定されるものではない。切替判定部は、取得部で取得した電流に基づいて二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する。例えば、充電又は放電の一方を正と定めておき、電流が正から負又は０になった場合、電流が０から正又は負になった場合、あるいは電流が負から正又は０になった場合、充放電の切り替えが有ったと判定することができる。

変更部は、切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、取得部が電圧及び電流を取得する際の第１サンプリング周期を第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更する。例えば、第１サンプリング周期が１０ｍｓの場合、第２サンプリング周期は１ｍｓとすることができるが、これに限定されるものではない。

抵抗算出部は、二次電池の充放電の切り替え時点前に取得部が第１サンプリング周期で取得した電圧Ｖｂ及び電流Ｉｂ、並びに二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間Ｔ経過後に取得部が第２サンプリング周期で取得した電圧Ｖｃ及び電流Ｉｃに基づいて、二次電池の内部抵抗を算出する。

二次電池は、電解液バルクの抵抗Ｒｓ、界面電荷移動抵抗Ｒｃ、電気二重層キャパシタンスＣ、拡散インピーダンスＺｗで構成される等価回路で表すことができる。そして、二次電池の内部抵抗は、電解液バルクの抵抗Ｒｓ及び界面電荷移動抵抗Ｒｃが主要部分を占める。一方、交流インピーダンス法を用いて二次電池のインピーダンスを複数の周波数で測定した値をプロットしたインピーダンススペクトルにおいて、周波数を高周波数から低周波数へ変化させた場合、ある境界周波数域で、拡散インピーダンスＺｗが増加し、二次電池のインピーダンスが増加する。そして、待機時間Ｔは、拡散インピーダンスＺｗが増加する境界周波数域に基づいて求めることができる。待機時間Ｔは、例えば、１００ｍｓとすることができるが、これに限定されるものではない。

充放電の切替前後の２点間の電圧、電流から求められる直線の傾きの絶対値が、二次電池の内部抵抗を示す。そこで、内部抵抗Ｒは、例えば、Ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｂ）／（Ｉｃ−Ｉｂ）で算出する。充放電切替後に電圧、電流が短い周期で変動する場合でも、充放電切替後のサンプリング周期を短くして電圧、電流のサンプリングを行うので、電圧変動、電流変動を捉えることができる。これにより、充放電切替後の電圧Ｖｃ、電流Ｉｃを正確に取得することができ、二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる。

本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、前記変更部は、前記切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記二次電池の充放電の切り替え時点及び前記待機時間経過時点の間で前記第２サンプリング周期に変更する。

変更部は、切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、二次電池の充放電の切り替え時点及び待機時間Ｔ経過時点の間で第２サンプリング周期に変更する。例えば、充放電切替時点を０ｍｓとし、待機時間Ｔを１００ｍｓとすると、充放電の切り替え時点及び待機時間Ｔ経過時点の間の時点（所定時点）は、充放電切替時点から９０ｍｓ経過した時点とすることができるが、これに限定されるものではない。所定時点を９０ｍｓ、待機時間Ｔを１００ｍｓとした場合、所定時点は、待機時間Ｔに対して１０ｍｓ前の時点となる。

二次電池の内部抵抗を精度よく算出するためには、待機時間Ｔ経過後の電圧、電流をより正確に検出する必要がある。充放電の切替時点以降、サンプリング周期を短くすれば、待機時間Ｔ経過時には、確実に短いサンプリング周期で電圧、電流を取得することができる。一方で、サンプリング周期を短くすることは、処理労力を増大させる。そこで、待機時間Ｔに対して時間的に十分前の所定時点（１００ｍｓの待機時間Ｔに対して、１０ｍｓ前の時点）まで、サンプリング周期を短くするタイミングを遅らせることにより、二次電池の内部抵抗の算出精度を高めつつ処理労力の増加を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、前記取得部が前記第２サンプリング周期で複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の変動幅が所定の変動閾値以上である場合、該複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の統計値を算出する統計値算出部を備え、前記抵抗算出部は、前記待機時間経過後に前記統計値算出部で算出した統計値に基づいて前記二次電池の内部抵抗を算出する。

統計値算出部は、取得部が第２サンプリング周期で複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の変動幅が所定の変動閾値以上である場合、複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の統計値を算出する。変動幅は、例えば、複数回取得した電圧又は電流のサンプリング値の最大値と最小値との差分とすることができるが、これに限定されるものではない。複数回は、例えば、５回とすることができるが、これらに限定されない。統計値は、例えば、過去５回のサンプリング値の移動平均とすることができるが、これに限定されない。

抵抗算出部は、待機時間Ｔ経過後に統計値算出部で算出した統計値に基づいて二次電池の内部抵抗を算出する。例えば、電圧の統計値をＶａ、電流の統計値をＩａとすると、内部抵抗Ｒは、Ｒ＝（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｉａ−Ｉｂ）で算出することができる。

待機時間Ｔ経過後に過去５回に亘ってサンプリングした値の変動幅が変動閾値以上である場合、過去５回のサンプリング値の移動平均を用いるので、待機時間Ｔ経過の前後で電圧又は電流が変動する場合でも、サンプリング値の変動を相殺して電圧、電流を取得することができ、二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる。

本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、前記抵抗算出部は、前記待機時間経過後に前記取得部で取得した電流が所定の電流閾値より大きい場合、前記二次電池の内部抵抗を算出する。

抵抗算出部は、待機時間Ｔ経過後に取得部で取得した電流が所定の電流閾値より大きい場合、二次電池の内部抵抗を算出する。内部抵抗を算出するために待機時間Ｔが経過した後に取得した電流が小さい場合には、内部抵抗を精度よく算出することができないので、電流が所定の電流閾値より大きい場合という条件を加えることで、内部抵抗の算出精度を上げることができる。

本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、前記抵抗算出部は、前記統計値算出部で電流の統計値を算出し、算出した統計値が所定の電流閾値より大きい場合、前記二次電池の内部抵抗を算出する。

抵抗算出部は、統計値算出部で電流の統計値を算出し、算出した統計値が所定の電流閾値より大きい場合、二次電池の内部抵抗を算出する。内部抵抗を算出するために待機時間Ｔが経過した後に算出した電流の統計値が小さい場合には、内部抵抗を精度よく算出することができないので、電流の統計値が所定の電流閾値より大きい場合という条件を加えることで、内部抵抗の算出精度を上げることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る内部抵抗算出装置の実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の内部抵抗算出装置としての電池監視装置１００を搭載した車両の要部の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、車両は、電池監視装置１００の他に、二次電池ユニット５０、リレー６１、６２、６３、発電機（ＡＬＴ）７１、スタータモータ（ＳＴ）７２、電池７３、電気負荷７４、７５などを備える。

二次電池ユニット５０は、例えば、リチウムイオン電池であり、複数のセル５１が直列又は直並列に接続されている。二次電池ユニット５０には、電圧センサ５２、電流センサ５３、温度センサ５４を備える。電圧センサ５２は、二次電池ユニット５０の両端電圧及び各セル５１の電圧を検出し、電圧検出線５０ａを介して検出した電圧を電池監視装置１００へ出力する。電流センサ５３は、例えば、シャント抵抗又はホールセンサ等で構成され、二次電池ユニット５０の充電電流及び放電電流を検出する。電流センサ５３は、電流検出線５０ｂを介して検出した電流を電池監視装置１００へ出力する。温度センサ５４は、例えば、サーミスタで構成され、セル５１の温度を検出する。温度センサ５４は、温度検出線５０ｃを介して検出した温度を電池監視装置１００へ出力する。

電池７３は、例えば、鉛電池であり、車両の電気負荷７４（例えば、ライト、各種モータ、各種コントローラ等）への電力供給を行うとともに、リレー６３がオンした場合には、スタータモータ７２を駆動するための電力供給を行う。発電機７１は、車両のエンジンの回転により発電し、内部に設けられた整流回路により直流を出力して電池７３を充電する。また、発電機７１は、リレー６１、６２がオンしている場合、電池７３及び二次電池ユニット５０を充電する。二次電池ユニット５０は、リレー６１がオンした場合には、電気負荷７５（例えば、エンジン系電装、オーディオ等）へ電力を供給する。なお、リレー６１、６２、６３のオン・オフは、電池７３及び二次電池ユニット５０の充放電バランスや負荷の程度に応じて、供給する電力を分配すべく不図示のリレー制御部が行う。

図２は本実施の形態の二次電池算出装置としての電池監視装置１００の構成の一例を示すブロック図である。電池監視装置１００は、装置全体を制御する制御部１０、電圧取得部１１、電流取得部１２、温度取得部１３、切替判定部１４、サンプリング周期変更部１５、抵抗算出部１６、統計値算出部１７、所定の情報を記憶する記憶部１８、計時のためのタイマ１９などを備える。

制御部１０は、ＣＰＵ等で構成される。

電圧取得部１１は、取得部としての機能を有し、二次電池ユニット５０の電圧（二次電池ユニット５０の両端電圧及び各セル５１の電圧）を取得する。また、電流取得部１２は、取得部としての機能を有し、二次電池ユニット５０の電流（充電電流及び放電電流）を取得する。

より具体的には、電流取得部１２は、ＡＤ変換器を備え、取得した電流を、サンプリング周期変更部１５で変更したサンプリング周期でデジタル値に変換し、変換したデジタル値を制御部１０へ出力する。サンプリング周期は、例えば、第１サンプリング周期（例えば、１０ｍｓ）及び第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期（例えば、１ｍｓ）とすることができる。なお、サンプリング周期１０ｍｓ、１ｍｓは一例であって、かかる数値に限定されるものではない。これにより、制御部１０は、第１サンプリング周期及び第２サンプリング周期で二次電池ユニット５０の電流値を読み取ることができる。

また、電圧取得部１１は、ＡＤ変換器を備え、取得した電圧を、サンプリング周期変更部１５で変更したサンプリング周期でデジタル値に変換し、変換したデジタル値を制御部１０へ出力する。サンプリング周期は、例えば、第１サンプリング周期（例えば、１０ｍｓ）及び第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期（例えば、１ｍｓ）とすることができる。なお、サンプリング周期１０ｍｓ、１ｍｓは一例であって、かかる数値に限定されるものではない。これにより、制御部１０は、第１サンプリング周期及び第２サンプリング周期で二次電池ユニット５０の電圧値を読み取ることができる。

温度取得部１３は、二次電池ユニット５０の温度を取得する。

切替判定部１４は、電流取得部１２が取得した電流に基づいて二次電池ユニット５０の充放電の切り替えの有無を判定する。例えば、充電の場合の電流取得部１２で取得した電流を正と定めると、充電と放電とでは、電流の方向が反対であるので、電流取得部１２で取得した電流が負の場合には、放電であると判定することができる。すなわち、充電又は放電の一方を正と定めておき、電流が正から負又は０になった場合、電流が０から正又は負になった場合、あるいは電流が負から正又は０になった場合、充放電の切り替えが有ったと判定することができる。

サンプリング周期変更部１５は、変更部としての機能を有し、切替判定部１４が充放電の切り替え有りと判定した場合、電圧取得部１１が電圧を取得する際の第１サンプリング周期及び電流取得部１２が電流を取得する際の第１サンプリング周期を第２サンプリング周期に変更する。例えば、第１サンプリング周期が１０ｍｓの場合、第２サンプリング周期は１ｍｓとすることができるが、これに限定されるものではない。

抵抗算出部１６は、二次電池ユニット５０の充放電の切り替え時点前に電圧取得部１１が第１サンプリング周期で取得した電圧Ｖｂ及び電流取得部１２が第１サンプリング周期で取得した電流Ｉｂ、並びに二次電池ユニット５０の充放電の切り替え時点から所定の待機時間Ｔ経過後に電圧取得部１１が第２サンプリング周期で取得した電圧Ｖｃ及び電流取得部１２が第２サンプリング周期で取得した電流Ｉｃに基づいて、二次電池ユニット５０の内部抵抗を算出する。

二次電池ユニット５０は、電解液バルクの抵抗Ｒｓ、界面電荷移動抵抗Ｒｃ、電気二重層キャパシタンスＣ、拡散インピーダンスＺｗで構成される等価回路で表すことができる。そして、二次電池ユニット５０の内部抵抗は、電解液バルクの抵抗Ｒｓ及び界面電荷移動抵抗Ｒｃが主要部分を占める。

一方、交流インピーダンス法を用いて二次電池ユニット５０のインピーダンスを複数の周波数で測定した値をプロットしたインピーダンススペクトルにおいて、周波数を高周波数から低周波数へ変化させた場合、ある境界周波数域で、拡散インピーダンスＺｗが増加し、二次電池ユニット５０のインピーダンスが増加する。そして、待機時間Ｔは、拡散インピーダンスＺｗが増加する境界周波数域に基づいて求めることができる。待機時間Ｔは、例えば、１００ｍｓとすることができるが、これに限定されるものではない。

充放電の切替前後の２点間の電圧、電流から求められる直線の傾きの絶対値が、二次電池ユニット５０の内部抵抗を示す。そこで、内部抵抗Ｒは、例えば、Ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｂ）／（Ｉｃ−Ｉｂ）で算出する。充放電切替後に電圧、電流が短い周期で変動する場合でも、充放電切替後のサンプリング周期を短くして電圧、電流のサンプリングを行うので、電圧変動、電流変動を捉えることができる。これにより、充放電切替後の電圧Ｖｃ、電流Ｉｃを正確に取得することができ、二次電池ユニット５０の内部抵抗を精度よく算出することができる。

図３は二次電池ユニット５０の電流波形の一例を示す説明図である。図４は図３の電流波形の時間軸を拡大した場合の放電側の電流波形の一例を示す説明図である。図３、図４において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。電流が正の場合は充電電流を示し、電流が負の場合は放電電流を示す。図３、図４において、放電側の電流波形において、略３０ｍｓの間隔で波高値が比較的大きい放電電流パルスが表れている。当該放電電流パルスは、例えば、エンジンの点火系負荷に流れるパルス電流であり、例えば、イグニッションコイルに流れる電流、燃料噴射ポンプの負荷電流などを含む。

次に、図３、図４に例示した二次電池ユニット５０の電流のサンプリング方法について説明する。図５は本実施の形態の電池監視装置１００による電流のサンプリング値の一例を示す説明図である。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。電流が正の場合は充電電流を示し、電流が負の場合は放電電流を示す。符号Ａで示す破線は図４に示す電流を第１サンプリング周期としての１０ｍｓでサンプリングした電流値を示す。符号Ｂで示す細線は図４に示す電流を第２サンプリング周期としての１ｍｓでサンプリングした電流値を示す。また、符号Ｃで示す太線は符号Ｂで示す１ｍｓのサンプリンング周期でサンプリングした電流値の統計値としての５移動平均を示す。

図５において、充放電切替時点（図５の例では、充電から放電に切り替わる時点）を２１０ｍｓ時点とする。また、待機時間Ｔを１００ｍｓとする。１０ｍｓ毎のサンプリング周期で電流及び電圧をサンプリングすると、充放電の切り替わりを検出する時点は、２１０ｍｓの時点であり、充放電切替前の電流Ｉｂ、電圧Ｖｂは、充放電の切り替わりを検出する時点２１０ｍｓの１０ｍｓ前である２００ｍｓ時点のデータとなる。また、待機時間Ｔ経過後の電流Ｉｃ、電圧Ｖｃは、充放電の切り替わりを検出する時点２１０ｍｓから１００ｍｓ経過後の３１０ｍｓ時点のデータとなる。本実施の形態では、充放電の切り替わりを検出する時点２１０ｍｓからサンプリング周期を１ｍｓに変更し、待機時間Ｔである１００ｍｓ経過後の３１０ｍｓ時点まで、１ｍｓの周期でサンプリングし、その後は元の１０ｍｓのサンプリング周期に戻る。

すなわち、二次電池ユニット５０の内部抵抗Ｒは、２００ｍｓ時点の電流Ｉｂ、電圧Ｖｂ、及び３１０ｍｓ時点の電流Ｉｃ、電圧Ｖｃに基づき、Ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｂ）／（Ｉｃ−Ｉｂ）で算出することができる。

そして、図４、図５に示すように、二次電池ユニット５０の電流の変動の周期は、第１サンプリング周期である１０ｍｓよりも短い。このため、仮に１０ｍｓのサンプリング周期で待機時間Ｔ経過後の電流Ｉｃ、電圧Ｖｃをサンプリングした場合には、サンプリングして得られる電圧値及び電流値が、二次電池ユニット５０の電圧及び電流の変動幅のどの位置になるのかが不明であり、内部抵抗値を精度よく算出することができない。しかし、本実施の形態によれば、充放電の切り替わりを検出する時点２１０ｍｓからサンプリング周期を１ｍｓに変更するので、待機時間Ｔ経過後の電流Ｉｃ、電圧Ｖｃを１ｍｓのサンプリング周期で検出することができ、電圧変動、電流変動を捉えることができる。これにより、充放電切替後の電圧Ｖｃ、電流Ｉｃを正確に取得することができ、二次電池ユニット５０の内部抵抗を精度よく算出することができる。

統計値算出部１７は、電圧取得部１１又は電流取得部１２が第２サンプリング周期で複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の変動幅が所定の変動閾値以上である場合、複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の統計値を算出する。

変動幅は、例えば、複数回取得した電圧又は電流のサンプリング値の最大値と最小値との差分とすることができるが、これに限定されるものではない。複数回は、例えば、５回とすることができるが、これらに限定されない。統計値は、例えば、図５の符号Ｃで示す太線の如く、過去５回のサンプリング値の５移動平均とすることができるが、これに限定されない。

抵抗算出部１６は、待機時間Ｔ経過後に統計値算出部１７で算出した統計値に基づいて二次電池ユニット５０の内部抵抗Ｒを算出する。例えば、電圧の統計値をＶａ、電流の統計値をＩａとすると、内部抵抗Ｒは、Ｒ＝（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｉａ−Ｉｂ）で算出することができる。

待機時間Ｔ経過後に過去５回に亘ってサンプリングした値の変動幅が変動閾値以上である場合、過去５回のサンプリング値の移動平均を用いるので、待機時間Ｔ経過の前後で電圧又は電流が変動する場合でも、サンプリング値の変動を相殺して電圧、電流を取得することができ、二次電池ユニット５０の内部抵抗を精度よく算出することができる。

なお、過去５回のサンプリング値に基づいて５移動平均を算出する場合、最後にサンプリングする５回目の電流、電圧のサンプリング時点が待機時間Ｔ経過後であればよい。別言すれば、過去５回のサンプリング時点のすべてが待機時間Ｔ経過後であってもよい。また、過去５回のサンプリング時点のうち最初の１回又は数回が待機時間Ｔ経過前であってもよい。

上述の例では、サンプリング周期変更部１５は、二次電池ユニット５０の充放電の切替時点からサンプリング周期を短い周期に変更するものであったが、これに限定されるものではない。

例えば、サンプリング周期変更部１５は、切替判定部１４で充放電の切り替え有りと判定した場合、二次電池ユニット５０の充放電の切り替え時点及び待機時間Ｔ経過時点の間で第２サンプリング周期に変更することができる。

例えば、充放電切替時点を０ｍｓとし、待機時間Ｔを１００ｍｓとすると、充放電の切り替え時点及び待機時間Ｔ経過時点の間の時点（所定時点）は、例えば、充放電切替時点から９０ｍｓ経過した時点とすることができるが、これに限定されるものではない。所定時点を９０ｍｓ、待機時間Ｔを１００ｍｓとした場合、所定時点は、待機時間Ｔに対して１０ｍｓ前の時点となる。

二次電池ユニット５０の内部抵抗を精度よく算出するためには、待機時間Ｔ経過後の電圧、電流をより正確に検出する必要がある。充放電の切替時点以降、サンプリング周期を短くすれば、待機時間Ｔ経過時には、確実に短いサンプリング周期で電圧、電流を取得することができる。一方で、サンプリング周期を短くすることは、処理労力を増大させる。そこで、待機時間Ｔに対して時間的に十分前の所定時点（１００ｍｓの待機時間Ｔに対して、１０ｍｓ前の時点）まで、サンプリング周期を短くするタイミングを遅らせることにより、二次電池ユニット５０の内部抵抗の算出精度を高めつつ処理労力の増加を抑制することができる。

また、抵抗算出部１６は、待機時間Ｔ経過後に電流取得部１２で取得した電流が所定の電流閾値より大きい場合、二次電池ユニット５０の内部抵抗を算出する。内部抵抗を算出するために待機時間Ｔが経過した後に取得した電流が小さい場合には、内部抵抗を精度よく算出することができないので、電流が所定の電流閾値より大きい場合という条件を加えることで、内部抵抗の算出精度を上げることができる。

また、抵抗算出部１６は、統計値算出部１７で電流の統計値を算出し、算出した統計値が所定の電流閾値より大きい場合、二次電池ユニット５０の内部抵抗を算出する。内部抵抗を算出するために待機時間Ｔが経過した後に算出した電流の統計値が小さい場合には、内部抵抗を精度よく算出することができないので、電流の統計値が所定の電流閾値より大きい場合という条件を加えることで、内部抵抗の算出精度を上げることができる。

次に、本実施の形態の電池監視装置１００の動作について説明する。図６及び図７は本実施の形態の電池監視装置１００の処理手順の第１例を示すフローチャートである。以下では便宜上、処理の主体を制御部１０として説明する。制御部１０は、第１サンプリング周期（例えば、１０ｍｓ）で二次電池ユニット５０の電圧、電流を取得し（Ｓ１１）、充放電の切替の有無を判定する（Ｓ１２）。

充放電の切替がない場合（Ｓ１２でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ１１の処理を行う。充放電の切替があった場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御部１０は、タイマ１９で計時し（Ｓ１３）、充放電切替直前の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂを記憶部１８に記憶し（Ｓ１４）、低優先度処理を停止する（Ｓ１５）。低優先度処理を停止することにより、制御部１０などの処理負荷を軽減し、サンプリング周期を短くする場合の全体としての処理労力を軽減することができる。

制御部１０は、サンプリング周期を第２サンプリング周期（例えば、１ｍｓ）に変更し（Ｓ１６）、第２サンプリング周期で二次電池ユニット５０の電圧、電流を取得し（Ｓ１７）、充放電の切替時点から待機時間Ｔ（例えば、１００ｍｓ）が経過したか否か判定する（Ｓ１８）。待機時間Ｔが経過していない場合（Ｓ１８でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ１８の処理を続ける。

待機時間Ｔが経過した場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、制御部１０は、待機時間Ｔが経過後に取得した電流が所定の電流閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１９）。取得した電流が電流閾値以上である場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、制御部１０は、複数回取得した電圧、電流の変動幅が所定の変動閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ２０）。なお、電圧及び電流の両方の変動幅を判定してもよく、いずれか一方の変動幅を判定してもよい。

変動幅が所定の変動閾値以上でない場合（Ｓ２０でＮＯ）、制御部１０は、待機時間Ｔ経過後の電圧Ｖｃ、電流Ｉｃを取得し（Ｓ２１）、後述のステップＳ２３の処理を行う。変動幅が所定の変動閾値以上である場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、制御部１０は、電圧の統計値Ｖａ、電流の統計値Ｉａを算出し（Ｓ２２）、後述のステップＳ２３の処理を行う。

制御部１０は、二次電池ユニット５０の内部抵抗値Ｒを算出する（Ｓ２３）。内部抵抗値Ｒは、Ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｂ）／（Ｉｃ−Ｉｂ）という式、又はＲ＝（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｉａ−Ｉｂ）という式で算出することができる。

制御部１０は、低優先度処理を再開し（Ｓ２４）、サンプリング周期を第１サンプリング周期に変更する（Ｓ２５）。また、取得した電流が電流閾値以上でない場合（Ｓ１９でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ２０の処理を行うことなく、ステップＳ２４の処理を行う。

制御部１０は、処理を終了するか否かを判定し（Ｓ２６）、処理を終了しない場合（Ｓ２６でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を続け、処理を終了する場合（Ｓ２６でＹＥＳ）、処理を終了する。

図８及び図９は本実施の形態の電池監視装置１００の処理手順の第２例を示すフローチャートである。制御部１０は、第１サンプリング周期（例えば、１０ｍｓ）で二次電池ユニット５０の電圧、電流を取得し（Ｓ４１）、充放電の切替の有無を判定する（Ｓ４２）。充放電の切替がない場合（Ｓ４２でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ４１の処理を行う。

充放電の切替があった場合（Ｓ４２でＹＥＳ）、制御部１０は、タイマ１９で計時し（Ｓ４３）、充放電切替直前の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂを記憶部１８に記憶し（Ｓ４４）、所定時点（例えば、充放電の切替時点から９０ｍｓ経過した時点）であるか否かを判定する（Ｓ４５）。所定時点でない場合（Ｓ４５でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ４５の処理を続ける。

所定時点である場合（Ｓ４５でＹＥＳ）、制御部１０は、低優先度処理を停止する（Ｓ４６）。低優先度処理を停止することにより、制御部１０などの処理負荷を軽減し、サンプリング周期を短くする場合の全体としての処理労力を軽減することができる。

制御部１０は、サンプリング周期を第２サンプリング周期（例えば、１ｍｓ）に変更し（Ｓ４７）、第２サンプリング周期で二次電池ユニット５０の電圧、電流を取得し（Ｓ４８）、充放電の切替時点から待機時間Ｔ（例えば、１００ｍｓ）が経過したか否か判定する（Ｓ４９）。待機時間Ｔが経過していない場合（Ｓ４９でＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ４９の処理を続ける。

待機時間Ｔが経過した場合（Ｓ４９でＹＥＳ）、制御部１０は、複数回取得した電圧、電流の変動幅が所定の変動閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ５０）。なお、電圧及び電流の両方の変動幅を判定してもよく、いずれか一方の変動幅を判定してもよい。

変動幅が所定の変動閾値以上でない場合（Ｓ５０でＮＯ）、制御部１０は、待機時間Ｔ経過後の電圧Ｖｃ、電流Ｉｃを取得し（Ｓ５１）、後述のステップＳ５３の処理を行う。変動幅が所定の変動閾値以上である場合（Ｓ５０でＹＥＳ）、制御部１０は、電圧の統計値Ｖａ、電流の統計値Ｉａを算出し（Ｓ５２）、後述のステップＳ５３の処理を行う。

制御部１０は、電流が所定の電流閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ５３）。ここで、ステップＳ５１の処理を行った場合、電流は待機時間Ｔが経過した後の電流Ｉｃであり、ステップＳ５２の処理を行った場合、電流は統計値Ｉａとすることができる。制御部１０は、取得した電流が電流閾値以上である場合（Ｓ５３でＹＥＳ）、二次電池ユニット５０の内部抵抗値Ｒを算出し（Ｓ５４）、後述のステップＳ５５の処理を行う。内部抵抗値Ｒは、Ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｂ）／（Ｉｃ−Ｉｂ）という式、又はＲ＝（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｉａ−Ｉｂ）という式で算出することができる。

制御部１０は、取得した電流が電流閾値以上でない場合（Ｓ５３でＮＯ）、ステップＳ５４の処理を行うことなく、後述のステップＳ５５の処理を行う。制御部１０は、低優先度処理を再開し（Ｓ５５）、サンプリング周期を第１サンプリング周期に変更する（Ｓ５６）。

制御部１０は、処理を終了するか否かを判定し（Ｓ５７）、処理を終了しない場合（Ｓ５７でＮＯ）、ステップＳ４１以降の処理を続け、処理を終了する場合（Ｓ５７でＹＥＳ）、処理を終了する。

本実施の形態の内部抵抗算出装置（電池監視装置１００）は、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＡＭ（メモリ）などを備えた汎用コンピュータを用いて実現することもできる。すなわち、図６〜図９に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをコンピュータに備えられたＲＡＭ（メモリ）にロードし、コンピュータプログラムをＣＰＵ（プロセッサ）で実行することにより、コンピュータ上で内部抵抗算出装置（電池監視装置１００）を実現することができる。

上述の実施の形態では、二次電池ユニット５０をリチウムイオン電池として説明したが、二次電池ユニット５０はリチウムイオン電池に限定されるものではなく、例えば、ニッケル水素電池、ニッカド電池などにも提供することができる。

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０制御部
１１電圧取得部
１２電流取得部
１３温度取得部
１４切替判定部
１５サンプリング周期変更部
１６抵抗算出部
１７統計値算出部
１８記憶部
１９タイマ
５０二次電池ユニット
５１セル
５２電圧センサ
５３電流センサ
５４温度センサ
１００電池監視装置

Claims

二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置であって、
所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、
該取得部で取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、
該切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第１サンプリング周期を該第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更する変更部と、
前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第１サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第２サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と
を備える内部抵抗算出装置。
前記変更部は、
前記切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記二次電池の充放電の切り替え時点及び前記待機時間経過時点の間で前記第２サンプリング周期に変更する請求項１に記載の内部抵抗算出装置。
前記取得部が前記第２サンプリング周期で複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の変動幅が所定の変動閾値以上である場合、該複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の統計値を算出する統計値算出部を備え、
前記抵抗算出部は、
前記待機時間経過後に前記統計値算出部で算出した統計値に基づいて前記二次電池の内部抵抗を算出する請求項１又は請求項２に記載の内部抵抗算出装置。
前記抵抗算出部は、
前記待機時間経過後に前記取得部で取得した電流が所定の電流閾値より大きい場合、前記二次電池の内部抵抗を算出する請求項１又は請求項２に記載の内部抵抗算出装置。
前記抵抗算出部は、
前記統計値算出部で電流の統計値を算出し、算出した統計値が所定の電流閾値より大きい場合、前記二次電池の内部抵抗を算出する請求項３に記載の内部抵抗算出装置。
コンピュータに、二次電池の内部抵抗を算出させるためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータを、
所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、
取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、
充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第１サンプリング周期を該第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更する変更部と、
前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第１サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第２サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と
して機能させるコンピュータプログラム。
二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出方法であって、
所定の第１サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得部が取得し、
取得された電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を切替判定部が判定し、
充放電の切り替え有りと判定された場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第１サンプリング周期を該第１サンプリング周期より短い第２サンプリング周期に変更部が変更し、
前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第１サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第２サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を抵抗算出部が算出する内部抵抗算出方法。