JP7205410B2 - 電池監視装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電池監視装置に関するものである。
従来から、蓄電池の状態を監視するため、蓄電池の複素インピーダンスを測定することが行われていた（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の発明では、パワーコントローラにより、蓄電池に対して矩形波信号を印加して、その応答信号に基づいて複素インピーダンス特性を算出していた。そして、この複素インピーダンス特性を基に、蓄電池の劣化状態などを判別していた。
また、特許文献２では、発振器から正弦波電流を蓄電池に流し、その応答信号（電圧変動）をロックインアンプにより検出し、その検出結果に基づいて、複素インピーダンス特性を算出していた。そして、この複素インピーダンス特性を基に、蓄電池の劣化状態などを判別していた。
特許第６２２６２６１号公報 特開２０１８－１９０５０２号公報
ところで、応答信号は、極めて微弱な信号であるため、外部の影響を受けやすいという問題がある。例えば、蓄電池に対して矩形波信号などの交流信号を流す場合、当該交流信号による磁束変化によって、応答信号が入出力される電気経路において誘導起電力が生じる。応答信号は、極めて微弱な信号であるため、この誘導起電力に対しても影響を受けてしまい、測定誤差が生じるという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、応答信号の測定精度を向上させることができる電池監視装置を提供することにある。
上記課題を解決するための手段は、電解質と、複数の電極と、それらを収容する収容ケースと、を含む蓄電池の状態を監視する電池監視装置において、前記蓄電池の正極側電源端子と負極側電源端子との間に配置される平板状の回路基板と、前記正極側電源端子と前記負極側電源端子との間を結ぶ第１電気経路上に設けられ、所定の交流信号を出力させる信号制御部と、前記正極側電源端子と前記負極側電源端子との間を結ぶ第２電気経路上に設けられ、当該第２電気経路を介して、前記交流信号に対する前記蓄電池の応答信号を入力する応答信号入力部と、前記応答信号に基づいて前記蓄電池の複素インピーダンスを算出する演算部と、を備え、前記回路基板の平面上には、前記第１電気経路及び前記第２電気経路が設けられており、前記回路基板上には、前記第１電気経路、前記第２電気経路、前記正極側電源端子及び前記負極側電源端子により囲まれた第１領域が形成されており、前記第１電気経路上に流れる交流信号に基づいて前記第２電気経路に生じる誘導起電力がゼロを含む起電力許容値範囲内となるように、前記第１領域の大きさが設定されている。
上記構成により、蓄電池に対して交流信号を流す場合に、当該交流信号による磁束変化によって、第２電気経路において、応答信号と比較して影響を与える程度に大きな誘導起電力が生じることを抑制することができる。これにより、応答信号の測定誤差を抑制し、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。
電源システムの概略構成図。 電池監視装置の構成図。 インピーダンス算出処理のフローチャート。 回路基板を示す平面図。 （ａ）は、電池セルを示す模式図、（ｂ）は、電流が流れる経路を示す図。 誘導起電力と電気経路間の距離との関係を示す図。 接続態様を示す図。 （ａ）は、回路基板及び電池セルの側面図、（ｂ）は、筒状部の断面図。 シールド板を示す模式図。 第４実施形態の電池監視装置の構成図。 第４実施形態のインピーダンス算出処理のフローチャート。 第５実施形態の電池監視装置の構成図。 第５実施形態のインピーダンス算出処理のフローチャート。 第６実施形態のインピーダンス算出処理のフローチャート。 別例の電池監視装置の構成図。 別例の電池監視装置の構成図。 別例の電池監視装置の構成図。 別例の電池監視装置の構成図。 別例のインピーダンス算出処理のフローチャート。
（第１実施形態）
以下、「電池監視装置」を車両（例えば、ハイブリッド車や電気自動車）の電源システムに適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、電源システム１０は、回転電機としてのモータ２０と、モータ２０に対して３相電流を流す電力変換器としてのインバータ３０と、充放電可能な組電池４０と、組電池４０の状態を監視する電池監視装置５０と、モータ２０などを制御するＥＣＵ６０と、を備えている。
モータ２０は、車載主機であり、図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、モータ２０として、３相の永久磁石同期モータを用いている。
インバータ３０は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、各アームに設けられたスイッチ（半導体スイッチング素子）のオンオフにより、各相巻線において通電電流が調整される。
インバータ３０には、図示しないインバータ制御装置が設けられており、インバータ制御装置は、モータ２０における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、インバータ３０における各スイッチのオンオフにより通電制御を実施する。これにより、インバータ制御装置は、組電池４０からインバータ３０を介してモータ２０に電力を供給し、モータ２０を力行駆動させる。また、インバータ制御装置は、駆動輪からの動力に基づいてモータ２０を発電させ、インバータ３０を介して、発電電力を変換して組電池４０に供給し、組電池４０を充電させる。
組電池４０は、インバータ３０を介して、モータ２０に電気的に接続されている。組電池４０は、例えば百Ｖ以上となる端子間電圧を有し、複数の電池モジュール４１が直列接続されて構成されている。電池モジュール４１は、複数の電池セル４２が直列接続されて構成されている。電池セル４２として、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を用いることができる。各電池セル４２は、電解質と複数の電極とを有する蓄電池である。
組電池４０の正極側電源端子に接続される正極側電源経路Ｌ１には、インバータ３０等の電気負荷の正極側端子が接続されている。同様に、組電池４０の負極側電源端子に接続される負極側電源経路Ｌ２には、インバータ３０等の電気負荷の負極側端子が接続されている。なお、正極側電源経路Ｌ１及び負極側電源経路Ｌ２には、それぞれリレースイッチＳＭＲ（システムメインリレースイッチ）が設けられており、リレースイッチＳＭＲにより、通電及び通電遮断が切り替え可能に構成されている。
電池監視装置５０は、各電池セル４２の蓄電状態（ＳＯＣ）及び劣化状態（ＳＯＨ）などを監視する装置である。第１実施形態において電池監視装置５０は、電池セル４２毎に設けられている。電池監視装置５０は、ＥＣＵ６０に接続されており、各電池セル４２の状態などを出力する。電池監視装置５０の構成については、後述する。
ＥＣＵ６０は、各種情報に基づいて、インバータ制御装置に対して力行駆動及び発電の要求を行う。各種情報には、例えば、アクセル及びブレーキの操作情報、車速、組電池４０の状態などが含まれる。
次に、電池監視装置５０について詳しく説明する。図２に示すように、第１実施形態では、電池セル４２毎に電池監視装置５０が設けられている。
電池監視装置５０は、ＡＳＩＣ部５０ａと、フィルタ部５５と、電流モジュレーション回路５６と、を備えている。ＡＳＩＣ部５０ａは、安定化電源供給部５１と、入出力部５２と、演算部としてのマイコン部５３と、通信部５４と、を備えている。
安定化電源供給部５１は、電池セル４２の電源ラインに接続されており、電池セル４２から供給された電力を入出力部５２、マイコン部５３、及び通信部５４に対して供給している。入出力部５２、マイコン部５３、及び通信部５４は、この電力に基づいて駆動する。
入出力部５２は、監視対象とする電池セル４２に対して接続されている。具体的に説明すると、入出力部５２は、電池セル４２から直流電圧を入力（測定）可能な直流電圧入力端子５７を有する。電池セル４２と直流電圧入力端子５７との間には、フィルタ部５５が設けられている。すなわち、直流電圧入力端子５７の正極側端子５７ａと、負極側端子５７ｂとの間には、フィルタ回路としてのＲＣフィルタ５５ａ、及び保護素子としてのツェナーダイオード５５ｂなどが設けられている。つまり、電池セル４２に対して、ＲＣフィルタ５５ａやツェナーダイオード５５ｂなどが並列に接続されている。
また、入出力部５２は、電池セル４２の端子間において、電池セル４２の内部複素インピーダンス情報を反映した応答信号（電圧変動）を入力するための応答信号入力端子５８を有する。このため、入出力部５２は、応答信号入力部として機能する。
また、入出力部５２は、信号制御部としての電流モジュレーション回路５６に接続されており、電流モジュレーション回路５６に対して、電池セル４２から出力させる正弦波信号（交流信号）を指示する指示信号を出力する指示信号出力端子５９ａを有する。また、入出力部５２は、フィードバック信号入力端子５９ｂを有する。フィードバック信号入力端子５９ｂは、電流モジュレーション回路５６を介して、電池セル４２から実際に出力される（流れる）電流信号を、フィードバック信号として入力する。
また、入出力部５２は、マイコン部５３に接続されており、直流電圧入力端子５７が入力した直流電圧や、応答信号入力端子５８が入力した応答信号、フィードバック信号入力端子５９ｂが入力したフィードバック信号などをマイコン部５３に対して出力するように構成されている。なお、入出力部５２は、内部にＡＤ変換器を有しており、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換してマイコン部５３に出力するように構成されている。
また、入出力部５２は、マイコン部５３から指示信号を入力するように構成されており、指示信号出力端子５９ａから、電流モジュレーション回路５６に対して指示信号を出力するように構成されている。なお、入出力部５２は、内部にＤＡ変換器を有しており、マイコン部５３から入力したデジタル信号をアナログ信号に変換して、電流モジュレーション回路５６に対して指示信号を出力するように構成されている。また、電流モジュレーション回路５６に指示信号により指示される正弦波信号は、直流バイアスがかけられており、正弦波信号が負の電流（電池セル４２に対して逆流）とならないようになっている。
電流モジュレーション回路５６は、監視対象である電池セル４２を電源として、所定の交流信号（正弦波信号）を出力させる回路である。具体的に説明すると、電流モジュレーション回路５６は、スイッチ部としての半導体スイッチ素子５６ａ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）と、半導体スイッチ素子５６ａに直列に接続された抵抗５６ｂとを有する。半導体スイッチ素子５６ａのドレイン端子は、電池セル４２の正極側電源端子７１ａに接続され、半導体スイッチ素子５６ａのソース端子は、抵抗５６ｂの一端に直列に接続されている。また、抵抗５６ｂの他端は、電池セル４２の負極側電源端子７１ｂに接続されている。半導体スイッチ素子５６ａは、ドレイン端子とソース端子との間において通電量を調整可能に構成されている。また、半導体スイッチ素子５６ａの動作領域に応じて、半導体スイッチ素子５６ａにかかる電圧を調整するために、抵抗を電流モジュレーション回路内に直列に挿入する場合もある。
なお、電池セル４２の正極側電源端子７１ａ子及び負極側電源端子７１ｂは、それぞれ電極（正極又は負極）に繋がっている。そして、応答信号入力端子５８は、正極側電源端子７１ａ及び負極側電源端子７１ｂの接続可能な部分のうち、最も電極に近い箇所に接続されることが望ましい。また、直流電圧入力端子５７の接続箇所も同様に、最も電極に近い箇所、又は応答信号入力端子５８の接続箇所の次に近い箇所であることが望ましい。これにより、主電流又は均等化電流による電圧低下の影響を最低限にすることができる。
また、電流モジュレーション回路５６には、抵抗５６ｂの両端に接続された電流検出部としての電流検出アンプ５６ｃが設けられている。電流検出アンプ５６ｃは、抵抗５６ｂに流れる信号（電流信号）を検出し、検出信号をフィードバック信号として、入出力部５２のフィードバック信号入力端子５９ｂに出力するように構成されている。
また、電流モジュレーション回路５６には、フィードバック回路５６ｄが設けられている。フィードバック回路５６ｄは、入出力部５２の指示信号出力端子５９ａから、指示信号を入力するとともに、電流検出アンプ５６ｃからフィードバック信号を入力するように構成されている。そして、指示信号とフィードバック信号とを比較し、その結果を半導体スイッチ素子５６ａのゲート端子に出力するように構成されている。
半導体スイッチ素子５６ａは、フィードバック回路５６ｄからの信号に基づいて、指示信号により指示された正弦波信号（所定の交流信号）を電池セル４２から出力させるように、ゲート・ソース間に印加する電圧を調整して、ドレイン・ソース間の電流量を調整する。なお、指示信号により指示される波形と、実際に抵抗５６ｂに流れる波形との間に誤差が生じている場合、半導体スイッチ素子５６ａは、フィードバック回路５６ｄからの信号に基づいて、その誤差が補正されるように、電流量を調整する。これにより、抵抗５６ｂに流れる正弦波信号が安定化する。
次に、電池セル４２の複素インピーダンスの算出方法について説明する。電池監視装置５０は、所定周期ごとに、図３に示すインピーダンス算出処理を実行する。
インピーダンス算出処理において、マイコン部５３は、最初に複素インピーダンスの測定周波数を設定する（ステップＳ１０１）。測定周波数は、予め決められた測定範囲内の周波数の中から設定される。
次にマイコン部５３は、測定周波数に基づいて、正弦波信号（所定の交流信号）の周波数を決定し、入出力部５２に対して、当該正弦波信号の出力を指示する指示信号を出力する（ステップＳ１０２）。
入出力部５２は、指示信号を入力すると、ＤＡ変換器により、アナログ信号に変換し、電流モジュレーション回路５６に出力する。電流モジュレーション回路５６は、指示信号に基づいて、電池セル４２を電源として正弦波信号を出力させる。具体的には、半導体スイッチ素子５６ａは、フィードバック回路５６ｄを介して入力された信号に基づき、指示信号により指示された正弦波信号を電池セル４２から出力させるように、電流量を調整する。これにより、電池セル４２から正弦波信号が出力される。
電池セル４２から正弦波信号を出力させると、すなわち、電池セル４２に外乱を与えると、電池セル４２の端子間に電池セル４２の内部複素インピーダンス情報を反映した電圧変動が生じる。入出力部５２は、応答信号入力端子５８を介して、その電圧変動を入力し、応答信号としてマイコン部５３に出力する。その際、ＡＤ変換器により、デジタル信号に変換して出力する。
ステップＳ１０２の実行後、マイコン部５３は、入出力部５２から応答信号を入力する（ステップＳ１０３）。また、マイコン部５３は、電流モジュレーション回路５６の抵抗５６ｂに流れる信号（つまり、電池セル４２から出力される信号）を電流信号として取得する（ステップＳ１０４）。具体的には、マイコン部５３は、電流検出アンプ５６ｃから出力されたフィードバック信号（検出信号）を、入出力部５２を介して、電流信号として入力する。なお、フィードバック信号の代わりに、電流モジュレーション回路５６に指示した指示信号に比例した値を電流信号としてもよい。
次に、マイコン部５３は、応答信号及び電流信号に基づいて、複素インピーダンスを算出する（ステップＳ１０５）。つまり、マイコン部５３は、応答信号の振幅、電流信号との位相差等に基づいて複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、位相のすべて若しくはいずれかを算出する。マイコン部５３は、通信部５４を介して、算出結果をＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ１０６）。そして、算出処理を終了する。
この算出処理は、測定範囲内の複数の周波数についての複素インピーダンスが算出されるまで繰り返し実行される。ＥＣＵ６０は、算出結果に基づいて、例えば、複素インピーダンス平面プロット（コールコールプロット）を作成し、電極及び電解質などの特性を把握する。例えば、蓄電状態（ＳＯＣ）や劣化状態（ＳＯＨ）を把握する。
なお、コールコールプロット全体を必ずしも作成する必要はなく、その一部に着目してもよい。例えば、走行時、一定の時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＣ、ＳＯＨ及び電池温度等の走行時における変化を把握してもよい。または、１日毎、１周ごと、若しくは１年ごとといった時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＨ等の変化を把握してもよい。
次に、電池セル４２と電池監視装置５０の接続態様について説明する。図４は、電池セル４２と電池監視装置５０の接続態様を示す模式図である。図４は、複数の電池セル４２を上面（電源端子７１の設置面）から見た平面図を模している。
図４に示すように、電池セル４２、より詳しくはその収容ケース４２ａは、扁平の直方体状に形成されており、その上面において、長手方向両端に、電源端子７１が設けられている。電池セル４２の収容ケース４２ａは、側面が重なるように、短手方向に積層されている。その際、隣接する電池セル４２とは、正極側電源端子７１ａと負極側電源端子７１ｂとが互い違いとなるように配置されている。
そして、各電池セル４２が、直列に接続されるように、電池セル４２の正極側電源端子７１ａは、隣接する一方側の電池セル４２の負極側電源端子７１ｂにバスバー７３を介して接続されている。そして、電池セル４２の負極側電源端子７１ｂは、隣接する他方側の電池セル４２の正極側電源端子７１ａにバスバー７３を介して接続されている。
バスバー７３は、導電性の材料で構成されており、隣接する電源端子７１が届く程度、例えば、短手方向における電池セル４２の厚さ寸法の２倍弱程度の長さを有する薄板状に形成されている。このバスバー７３は、電池セル４２の長手方向において、電源端子７１の外側端部（外側半分）を覆うように各電源端子７１に対して接続（溶接等）されている。
そして、正極側電源端子７１ａと、負極側電源端子７１ｂとの間には、平板状の回路基板７２が設けられている。回路基板７２は、ＰＣＢ（プリント基板）や、ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）であり、回路基板７２上に配置された回路素子の周りを、導電性金属の電気経路が張り巡らされている。
この際、信号配線（電気経路）は、基本的に２線を対として張り巡らされている。例えば、図２における半導体スイッチ素子５６ａのゲート端子に信号を送るため、ゲート端子に接続される配線と、その信号のいわゆるリターン経路となる配線とが対となって張り巡らされている。
回路基板７２には、回路素子として、例えば、ＡＳＩＣ部５０ａと、フィルタ部５５と、電流モジュレーション回路５６等が配置（固定）されている。なお、図４では、図示の都合上、ＡＳＩＣ部５０ａと、電流モジュレーション回路５６の半導体スイッチ素子５６ａのみを図示する。
図４で示されるように、回路基板７２は、積層された複数の電池セル４２の全体に亘るように、積層方向（図４において左右方向）に延びるように形成されている。その際、各電池セル４２の電源端子７１の間に配置されるように構成されている。また、電源端子７１の設置面に対して対向するように配置されている。
半導体スイッチ素子５６ａは、各電池セル４２の電源端子７１の間に配置されている。その一方、ＡＳＩＣ部５０ａは、回路基板７２の長手方向（電池セル４２の積層方向）の一端（図４では右端）であって、電池セル４２とは重複しない位置に配置されている。
そして、図４において破線で示すように、正極側電源端子７１ａと、負極側電源端子７１ｂとの間を直線で結ぶように第１電気経路８１が設けられている。第１電気経路８１上に、半導体スイッチ素子５６ａが配置されている。半導体スイッチ素子５６ａは、つまり、電流モジュレーション回路５６は、第１電気経路８１を介して交流信号を電池セル４２から出力させるように構成されている。
また、図４において実線で示すように、各電池セル４２の電源端子７１と、ＡＳＩＣ部５０ａの応答信号入力端子５８とを繋ぐ第２電気経路８２が回路基板７２に設けられている。詳しく説明すると、第２電気経路８２のうち、正極側電源端子７１ａに接続される第２Ａ電気経路８２ａは、正極側電源端子７１ａから負極側電源端子７１ｂに向かって直線状に延び、途中で９０度直角に屈曲するように構成されている。その後、第２Ａ電気経路８２ａは、回路基板７２の長手方向に沿ってＡＳＩＣ部５０ａ側に向かって延び、回路基板７２の端部においてＡＳＩＣ部５０ａ側に向かって屈曲している。ただし、本実施形態における９０度屈曲は例示であり、配線が曲げＲを持たないという意味ではない。必要に応じて曲げＲを持つ。また、屈曲部の配線パターンは必ずしも９０度である必要はなく、必要に応じて円弧又は角をとった形としてもよい。
同様に、第２電気経路８２のうち、負極側電源端子７１ｂに接続される第２Ｂ電気経路８２ｂは、負極側電源端子７１ｂから正極側電源端子７１ａに向かって直線状に延び、途中で９０度直角に屈曲するように構成されている。その際、第２Ａ電気経路８２ａと接触しない位置で屈曲している。その後、第２Ｂ電気経路８２ｂは、第２Ａ電気経路８２ａと平行となるように、回路基板７２の長手方向に沿ってＡＳＩＣ部５０ａ側に向かって延びるように形成され、回路基板７２の端部においてＡＳＩＣ部５０ａ側に向かって屈曲している。なお、第２電気経路８２は、第１電気経路８１とは直接交わらないように、少なくとも交差箇所では異なる層に形成されている。
なお、同じ電池セル４２に接続されている第１電気経路８１と第２電気経路８２の場合、異なる層に設けると、層という誘電体を挟むことにより線間の浮遊容量が大きくなる虞がある。このため、できる限り同じ層に形成されていることが望ましい。そして、同じ電池セル４２に接続されている第１電気経路８１と第２電気経路８２とを交差させる場合、交差箇所でおいてのみ異なる層に配線されることが望ましい。また、第２電気経路８２は、第１電気経路８１と交差する場合には、交差領域が最小となるように、直交することが望ましい。
ちなみに、第２電気経路８２が、ＡＳＩＣ部５０ａに向かうために、他の電池セル４２に接続されている第１電気経路８１と交差する場合、別層を通って交差させている。その際、可能な限り別層になる面積を小さくしている。この場合、他の電池セル４２に接続された電気経路であるため、浮遊容量の影響は小さい。
そして、各電池セル４２においても第１電気経路８１及び第２電気経路８２が同様に形成されている。ただし、第２電気経路８２は、半導体スイッチ素子５６ａや、他の電池セル４２に接続されている第１電気経路８１や第２電気経路８２に極力重ならないように設けられている。具体的には、半導体スイッチ素子５６ａは、電池セル４２毎に、その位置を短手方向においてずらして配置されている。そして、第２電気経路８２は、長手方向に延びる際、他の電池セル４２に接続されている他の第２電気経路８２に重ならないように、他の第２電気経路８２に対して平行に設けられている。その際、短手方向に互いの第２電気経路８２の位置がずれるように設けられている。
ところで、電流モジュレーション回路５６が、第１電気経路８１を介して交流信号（正弦波信号等）を電池セル４２から出力させると、交流信号に基づく誘導起電力が第２電気経路８２に生じる。応答信号は、極めて微弱な信号であるため、第２電気経路８２に交流信号に基づく誘導起電力が生じると、測定誤差が生じることとなる。そこで、誘導起電力を低減させるべく、電池監視装置５０を構成している。
ここで、誘導起電力を低減するための構成を説明する前に、誘導起電力が発生する原理と、それを抑制するための原理について説明する。図５（ａ）は、電池セル４２のモデルを示した図であり、図５（ｂ）は、第１電気経路８１と、第２電気経路８２と、電池セル４２内の電気経路（電流経路）のモデルを示した図である。なお、図５（ａ）と図５（ｂ）の地点Ｐ１～Ｐ１２は、対応している。数式（１）にファラデーの法則を示す。なお、「Ｅ」は、電場を示し、「Ｌ」は線積分の経路長を示し、「Ｂ」は磁束密度ベクトルを示し、「Ｓ」は左辺の線積分の経路によって囲まれる部分によって閉じる領域の面積を示し、「ｎ」は「Ｓ」の法線ベクトルを示す。なお、電場「Ｅ」と磁束密度ベクトル「Ｂ」は、場所と時間に依存する値である。
Figure 0007205410000001
ファラデーの法則によれば、数式（１）の左辺において経路に電場が存在すればよいので、必ずしも導体部分、つまり、電気経路によって経路が閉じている必要はない。よって、数式（１）の左辺の経路として、地点Ｐ１～Ｐ１２を順番に結ぶ経路とする。なお、各地点Ｐ１～Ｐ１２の間は、直線で結ばれているものとする。ここで、地点Ｐ１０、Ｐ１１は、それぞれ応答信号入力端子５８の位置に相当する。また、地点Ｐ９，Ｐ１２は、それぞれ第２電気経路８２の屈曲点に相当する。地点Ｐ１，Ｐ８は、それぞれ第２電気経路８２と電源端子７１との接続点に相当する。地点Ｐ２，Ｐ７は、それぞれ第１電気経路８１と電源端子７１との接続点に相当する。なお、地点Ｐ２及び地点Ｐ７を直線状に結んだ線が、第１電気経路８１に相当する。
そして、地点Ｐ３は、地点Ｐ２を通り、地点Ｐ２，Ｐ７を結ぶ直線及び地点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線に対して直交する直線であって、正極側電源端子７１ａの露出部分のうち下端に相当する。また、地点Ｐ４は、地点Ｐ２，Ｐ３を通り、地点Ｐ２，Ｐ７を結ぶ直線及び地点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線に対して直交する直線と、電池セル４２の底面とが交わる点に相当する。なお、図５（ｂ）において、ドットで示された部分は、電池セル４２の内部（収容ケース４２ａの内部）に相当する。
同様に、地点Ｐ６は、地点Ｐ７を通り、地点Ｐ２，Ｐ７を結ぶ直線及び地点Ｐ７，Ｐ８を結ぶ直線に対して直交する直線であって、負極側電源端子７１ｂの露出部分のうち下端に相当する。また、地点Ｐ５は、地点Ｐ６，Ｐ７を通り、地点Ｐ２，Ｐ７を結ぶ直線及び地点Ｐ７，Ｐ８を結ぶ直線に対して直交する直線と、電池セル４２の底面とが交わる点に相当する。
ところで、電池セル４２の収容ケース４２ａ内における電流の流れは、電極構造等に依存して複雑である。しかしながら、電池セル４２の収容ケース４２ａ内を電流が流れる際に発生する磁束は、収容ケース４２ａの表面に発生する渦電流により打ち消されること（シールド効果の発生）が予想される。この前提とすれば、第１電気経路８１に沿って地点Ｐ２から地点Ｐ７に電流が流れることを前提とした場合、電流は収容ケース４２ａ内において地点Ｐ６→地点Ｐ５→地点Ｐ４→地点Ｐ３に流れるとして単純化することができる。なお、第１電気経路８１に流れる電流は交流信号であるため、電流が流れる向きは単一方向でなく、双方向に流れる。
そして、第１電気経路８１に沿って地点Ｐ２から地点Ｐ７に交流信号（電流）が流れる場合、図５に示すように、時計回りに磁束密度ベクトルＢが生じる。これにより、地点Ｐ７→地点Ｐ８→地点Ｐ９→地点Ｐ１０→地点Ｐ１１→地点Ｐ１２→地点Ｐ１→地点Ｐ２の経路上、すなわち、第２電気経路８２においては、地点Ｐ２の側に比較して地点Ｐ７の電位が高くなるような誘導起電力Ｖ１（破線で示す）が生じる。
また、地点Ｐ７→地点Ｐ６→地点Ｐ５→地点Ｐ４→地点Ｐ３→地点Ｐ２の経路上、すなわち、電池セル４２の内部においては、地点Ｐ２の側に比較して地点Ｐ７の電位が高くなるような誘導起電力Ｖ２（破線で示す）が生じる。つまり、誘導起電力Ｖ１と誘導起電力Ｖ２とは打ち消し合うように生じることとなる。
また、数式（１）の右辺が、磁束の時間変化を表すことを考慮して、磁束密度ベクトルＢと法線ベクトルｎとの積を考える。ここで、交流信号が流れる第１電気経路８１に対して、電池セル４２の内部から外部方向を法線ベクトルｎの正方向とする。
図５に示すように、第１電気経路８１を介して地点Ｐ２から地点Ｐ７へ交流信号が流れている場合、地点Ｐ１→Ｐ２→Ｐ７→Ｐ８→Ｐ９→Ｐ１０→Ｐ１１→Ｐ１２→Ｐ１によって形成される第１領域Ｓ１の法線ベクトルｎ１と磁束密度ベクトルＢとの積（φ１）は正となる。なお、第１領域Ｓ１は、第１電気経路８１と、第２電気経路８２と、正極側電源端子７１ａと負極側電源端子７１ｂとで囲まれた領域ともいえる。
一方、第１電気経路８１を介して地点Ｐ２から地点Ｐ７へ交流信号が流れている場合、地点Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５→Ｐ６→Ｐ７→Ｐ２によって形成される第２領域Ｓ２の法線ベクトルｎ２と磁束密度ベクトルＢとの積（φ２）は負となる。このことから、法線ベクトルｎ１と磁束密度ベクトルＢとの積（φ１）と、法線ベクトルｎ２と磁束密度ベクトルＢとの積（φ２）と正負反対の関係にあることがわかる。
そして、数式（１）は、本実施形態において、数式（２）のように表すことができる。なお、数式（１）（２）の左辺は、誘導起電力に等しい。また、数式（２）において、「Ｓ１」は、第１領域Ｓ１の面積を示し、「Ｓ２」は、第２領域Ｓ２の面積を示す。これによれば、磁束密度ベクトルＢを、第１領域Ｓ１の面積で面積分したもの（つまり、第１領域Ｓ１を通る磁束）と、磁束密度ベクトルＢを、第２領域Ｓ２の面積で面積分したもの（つまり、第２領域Ｓ２を通る磁束）とをそれぞれ時間ｔにより偏微分したものの合計が、誘導起電力に等しいことがわかる。
Figure 0007205410000002
ここで、電池セル４２の構成（収容ケース４２ａの形状、電極の配置及び形状、電源端子７１の位置及び形状等）は、ある程度規格が決まっているため、変更しにくい。そこで、本実施形態では、第１電気経路８１上に流れる交流信号に基づいて第２電気経路８２に生じる誘導起電力がゼロを含む起電力許容値範囲内となるように、第１領域Ｓ１の大きさを設定している。具体的には、図６に示すように、第１電気経路８１と、第２電気経路８２との間の距離により、誘導起電力が変化することがわかっている。図６では、横軸が第１電気経路８１と第２電気経路８２とされ、縦軸が誘導起電力の大きさとされている。
このため、第１電気経路８１と、第２電気経路８２との間の距離を調整することにより、誘導起電力がゼロを含む起電力許容値範囲内となるようにしている。起電力許容値範囲は、監視のために必要とされる算出精度、応答信号及びノイズ信号の大きさなどを考慮して、任意に設定してよい。本実施形態では、ゼロを中心として、±２００μＶの範囲が起電力許容値範囲とされている。
なお、第１電気経路８１及び収容ケース４２ａにより囲まれた第２領域Ｓ２を特定できるのであれば、第１領域Ｓ１を通過する交流信号に基づく第１磁束と、第２領域Ｓ２を通過する交流信号に基づく第２磁束との差がゼロを含む磁束許容値範囲内となるように、第２領域Ｓ２に応じて第１領域Ｓ１の大きさを設定してもよい。これにより、誘導起電力を抑制することができる。なお、磁束許容値範囲は、監視のために必要とされる算出精度、応答信号及びノイズ信号の大きさなどを考慮して、任意に設定してよい。
第１実施形態の電池監視装置５０は、以下の効果を有する。
第１電気経路８１上に流れる交流信号に基づいて第２電気経路８２に生じる誘導起電力がゼロを含む起電力許容値範囲内となるように、第１領域Ｓ１の大きさを設定した。具体的には、第１電気経路８１と、第２電気経路８２との間の距離を調整した。これにより、電池セル４２に対して交流信号を流す場合に、当該交流信号による磁束変化によって、第２電気経路８２において大きな誘導起電力が生じることを抑制することができる。これにより、応答信号の測定誤差を抑制し、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。
また、ＡＳＩＣ部５０ａと、第１電気経路８１と、第２電気経路８２とを、同一平面上に設けた。これにより、上述した原理により、第１電気経路８１と、第２電気経路８２とで囲まれた第１領域Ｓ１の大きさを調整することにより、誘導起電力を低減することが可能となっている。また、ＡＳＩＣ部５０ａは、回路基板７２の端部に設けられており、電源端子７１ａ，７１ｂとの間に設けられている場合に比較して、第１電気経路８１との距離が遠くなる。これにより、ＡＳＩＣ部５０ａが第１電気経路８１に流れる交流信号に基づく磁束密度ベクトルの影響を受けにくくなる。
電流モジュレーション回路５６は、監視対象とする電池セル４２を電源として、正弦波信号（所定の交流信号）を出力させる。このため、正弦波信号を電池セル４２に入力するための外部電源が必要なくなり、部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
ところで、車載の蓄電池には、一般的に保護素子やフィルタ回路などの周辺回路が接続されており、蓄電池に交流信号を入力しても、当該周辺回路に電流の一部が漏れてしまう。例えば、第１実施形態においても、電池セル４２には、ＲＣフィルタ５５ａやツェナーダイオード５５ｂが接続されており、電池セル４２に交流信号を入力しても、電流の一部がそれらの回路に漏れる。このため、電池セル４２に交流信号を入力し、その応答信号に基づいて複素インピーダンスを算出する場合、漏れ電流の影響により応答信号に誤差が生じ、複素インピーダンスの検出精度が低下するという問題があった。
しかしながら、上記第１実施形態の電池監視装置５０では、電池セル４２を電源として、正弦波信号を出力させるため、電流モジュレーション回路５６と電池セル４２とで閉回路を実現できる。よって、電池セル４２からの電流の漏れをなくすことができ、応答信号の誤差を抑制することができる。
抵抗５６ｂに実際に流れる信号と、電池セル４２から出力させるべき正弦波信号との間に誤差が生じる場合がある。この場合、応答信号の誤差要因となる。そこで、フィードバック回路５６ｄを備えて、半導体スイッチ素子５６ａに対して指示を行う際、フィードバック信号（検出信号）と指示信号との比較に基づいてフィードバックを行うこととした。これにより、指示した正弦波信号を電池セル４２から安定して、正確に出力させることができる。
また、指示信号により、電流モジュレーション回路５６に対して正弦波信号の波形を指示する場合、指示信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。この変換する際に、誤差が生じる。入出力部５２と電流モジュレーション回路５６との間に、フィルタ回路等を設けることにより、指示信号の波形を滑らかにして、この誤差を抑制することができるが、フィルタ回路を設けることは大型化やコスト増につながる。
また、車載の電池セル４２は、一般的に大容量であるため、複素インピーダンスを算出する場合、測定周波数の測定範囲は広くなる傾向にある。したがって、その分フィルタ回路も大型化する可能性がある。そこで、上記フィードバックを行うこととし、信号変換時における指示信号の波形の誤差を抑制した。これにより、入出力部５２と電流モジュレーション回路５６との間において、フィルタ回路を省略することができる。
電流モジュレーション回路５６は、抵抗５６ｂに流れる信号を検出し、検出信号をフィードバック信号として、入出力部５２を介して、マイコン部５３に出力するように構成されている。そして、マイコン部５３は、フィードバック信号を電流信号として利用して、複素インピーダンスを算出する。これにより、抵抗５６ｂに実際に流れる信号と、出力させるべき正弦波信号（マイコン部５３により指示された信号）との間に誤差（位相ずれなど）が生じた場合であっても、フィードバック信号、つまり、抵抗５６ｂに実際に流れる信号を利用するため、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。
また、上記のようにフィードバック信号により補正するため、入出力部５２と電流モジュレーション回路５６との間において、フィルタ回路を省略することができ、電池監視装置５０を小型化することができる。
応答信号入力端子５８は、電池セル４２の端子において、接続可能な部分のうち、電極に最も近い部分に接続されている。これにより、電池セル４２の端子が有するインピーダンス成分の影響を抑制して、複素インピーダンスの算出精度をより向上させることができる。より詳しく説明すると、図７に示すように、電池セル４２の電源端子７１は、インピーダンス成分を有する。このため、応答信号入力端子５８を接続する場合、図７（ａ）よりも図７（ｂ）に示すように、電極により近い部分に接続することが望ましい。これにより、複素インピーダンスの算出精度をより向上させることができる。なお、図７（ｂ）に示すように、応答信号入力端子５８の接続箇所は、電流モジュレーション回路５６の接続箇所よりも電極に近いことが望ましい。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電池監視装置５０について説明する。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
図８に示すように、第２実施形態の回路基板７２は、長手方向（電池セル４２の積層方向）において、その端部が屈曲形成されている。第２実施形態において、回路基板７２のうち、電池セル４２の上面と対向し、かつ、電池セル４２の電源端子７１の間に配置された部分を、第１基板７２ａとし、折り曲げられた端部を、第２基板７２ｂとする。
なお、本実施形態において、回路基板７２は、ＦＰＣにより構成して屈曲形成してもよいし、第１基板７２ａと、第２基板７２ｂをそれぞれ設け、コネクタやＦＰＣなどにより電気経路を接続するように構成してもよい。なお、ＦＰＣを屈曲形成した場合には、第１基板７２ａ、第２基板７２ｂは、物理的に分割された別基板でなく、同一基板であるが、説明の都合上、第１基板７２ａ、第２基板７２ｂとしている。
折り曲げられた第２基板７２ｂは、第１基板７２ａの平面に対して垂直となり、電池セル４２の側面に対して対向するように配置されている。このため、回路基板７２の端部に配置されている第２電気経路８２やＡＳＩＣ部５０ａは、第１電気経路８１や電流モジュレーション回路５６等と同一平面上とならなくなる。そして、このようにＡＳＩＣ部５０ａが、第１電気経路８１等と同一平面上とならなくなる場合、第２基板７２ｂにおける電気経路やＡＳＩＣ部５０ａが、第１電気経路８１と第２電気経路８２とが同一平面上にあった場合と異なる形で交流信号に基づく磁束密度ベクトルの影響を受けることとなる。
そこで、第２基板７２ｂの周辺を囲むように、シールド部材としての筒状部１０１が設けられている。具体的には、筒状部１０１は、金属製、又は樹脂製、又は炭素製などの導体により、四角筒状に設けられており、筒状部１０１の内部に第２基板７２ｂが収容されるようになっている。これにより、交流信号に基づく磁束密度ベクトルの影響を抑制し、ＡＳＩＣ部５０ａに対する外部磁場等の影響も低減することができ、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。
また、第２基板７２ｂを、第１基板７２ａの平面に対して垂直となるように折り曲げることにより、同一平面に設ける場合に比較して、長手方向の距離を短くすることができる。また、第２基板７２ｂを、電池セル４２の側面に対して対向するように配置することにより、小型化が可能となる。
なお、図８（ｂ）に示すように、筒状部１０１の上部（電源端子７１の側）は、開放端とされる一方、下部（電池セル４２の底面側）には、底部１０２が形成されている。この底部１０２には、上下方向に貫通する貫通孔１０２ａが設けられており、筒状部１０１は、上下方向に空気が流れるように構成されている。これにより、第２基板７２ｂの排熱を好適に行うことができる。
また、この実施形態では、筒状部１０１と、電池セル４２の収容ケース４２ａを別体で構成したが、その一部を共用するようにしてもよい。例えば、筒状部１０１の収容ケース４２ａの側面を、収容ケース４２ａの筒状部１０１の側面として共用してもよい。また、電池セル４２の収容ケース４２ａに限らず、組電池４０の収容ケース（電源ケース）の一部を筒状部１０１の一部と共用してもよい。これにより、小型化することができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態の電池監視装置５０について説明する。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
上記実施形態では、第１電気経路８１と第２電気経路８２との間の距離を調整することにより、第１領域Ｓ１の面積（大きさ）を調整し、誘導起電力が電力許容範囲内となるようにしていた。しかしながら、回路基板７２上には、種々の回路素子や電気経路などが配置されている都合上、第１領域Ｓ１の大きさを任意に調整することができるとは限らないという問題があった。
そこで、図９に示すように、第３実施形態では、回路基板７２上において、第１領域Ｓ１の内側に、導電部材を配置することとした。詳しく説明すると、第１領域Ｓ１の内側、具体的には、第１電気経路８１と第２電気経路８２との間に、四角板状の導電部材としてのシールド板１１０が配置されている。なお、図９において、シールド板１１０を斜線で示す。シールド板１１０は、導体により構成されている。このシールド板１１０は、第１電気経路８１と同電位となるように、第１電気経路８１と接続されている。シールド板１１０と第１電気経路８１との間は、シングルライン１１０ａで接続されており、シールド板１１０へ第１電気経路８１から電流が流れないように構成されている。
このシールド板１１０は、交流信号からの磁束密度ベクトルＢを通過させない。このため、交流信号からの磁束密度ベクトルＢが通過する第１領域Ｓ１の面積が、シールド板１１０の面積だけ実質的に減ることとなる。このため、誘導起電力が電力許容範囲内となるように、シールド板１１０の大きさ、及び第１電気経路８１と第２電気経路８２との間の距離、つまり、第１領域Ｓ１の大きさを調整するようにしている。
これにより、第１領域Ｓ１の大きさを任意に調整することが困難である場合であっても、シールド板１１０の大きさを調整することにより、誘導起電力が電力許容範囲内にすることが可能となる。なお、ここでシールド板１１０の電位が不定とならない程度にシングルライン１１０ａは抵抗体であってもよい。また、シールド板１１０は、第２電気経路８２にシングルラインにて接続されていてもよい。また、シールド板１１０は、四角以外の形状であってもよいし、ドーナツ型や網のように内部に穴が１又は複数空いた形であってもよい。また、回路基板７２上のパターンや、シール状の導体により、導電部材を構成してもよい。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態の電池監視装置５０について説明する。第４実施形態の電池監視装置５０は、いわゆる２位相ロックイン検出を実施する。以下、詳しく説明する。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
図１０に示すように、電池監視装置５０のＡＳＩＣ部５０ａには、電池セル４２の端子間における直流電圧を測定する差動アンプ１５１が設けられている。差動アンプ１５１は、直流電圧入力端子５７の正極側端子５７ａ及び負極側端子５７ｂに接続されており、直流電圧を測定し、出力するように構成されている。
また、電池監視装置５０のＡＳＩＣ部５０ａには、正弦波信号の出力時における電池セル４２の電圧変動を、応答信号入力端子５８を介して入力する増幅器としてのプリアンプ１５２が設けられている。プリアンプ１５２は、応答信号入力端子５８を介して入力した電圧変動を増幅し、応答信号として出力する。すなわち、応答信号の振幅は、電池セル４２の電圧に比較して微弱な信号であることから、応答信号の検出精度を向上させるため、プリアンプ１５２が設けられている。なお、第４実施形態では、プリアンプ１５２は、１段であったが、多段にしてもよい。
また、図１０に示すように、電池セル４２の正極側電源端子７１ａと正極側の応答信号入力端子５８（プリアンプ１５２の正極側端子側）との間には、直流成分をカットするためのコンデンサＣ１が設けられている。これにより、電池セル４２の電圧変動のうち、直流成分（内部複素インピーダンス情報に関係ない部分）を除くことができ、応答信号の検出精度を向上させることができる。
また、ＡＳＩＣ部５０ａには、差動アンプ１５１から出力される直流電圧と、プリアンプ１５２から出力される応答信号とを切り替える信号切替部１５３が設けられている。信号切替部１５３には、ＡＤ変換器１５４が接続されており、切り替えられた信号（アナログ信号）が、デジタル信号に変換されて出力されるように構成されている。
ＡＤ変換器１５４は、第４実施形態における演算部としてのシグナルプロセッシング部１５５に接続されており、直流電圧を入力するように構成されている。また、ＡＤ変換器１５４は、第１乗算器１５６及び第２乗算器１５７に接続されており、応答信号をそれぞれ入力するように構成されている。
第１乗算器１５６には、後述する発振回路１５８が接続されており、第１の参照信号が入力されるようになっている。第１乗算器１５６は、第１の参照信号と、応答信号を乗算して、応答信号の実部に比例した値を算出し、ローパスフィルタ１５９を介して、応答信号の実部に比例した値をシグナルプロセッシング部１５５に出力するようになっている。なお、図１０では、応答信号の実部をＲｅ｜Ｖｒ｜と示す。
第２乗算器１５７には、位相シフト回路１６０を介して、発振回路１５８に接続されており、第２の参照信号が入力される。第２の参照信号は、第１の参照信号の位相を９０度（π／２）進ませた信号である。位相シフト回路１６０は、発振回路１５８から入力した正弦波信号（第１の参照信号）の位相を進ませ、第２の参照信号として出力する。
第２乗算器１５７は、第２の参照信号と、応答信号を乗算して、応答信号の虚部に比例した値を算出し、ローパスフィルタ１６１を介して、応答信号の虚部に比例した値をシグナルプロセッシング部１５５に出力するようになっている。なお、図１０では、応答信号の虚部をＩｍ｜Ｖｒ｜と示す。
発振回路１５８は、設定された正弦波信号を出力する回路であり、波形指示部として機能する。発振回路１５８は、前述したように、第１乗算器１５６及び位相シフト回路１６０に対して、正弦波信号を第１の参照信号として出力する。また、発振回路１５８は、ＤＡ変換器１６２を介して、指示信号出力端子５９ａに接続されており、正弦波信号を指示信号として出力する。
フィードバック信号入力端子５９ｂは、ＡＤ変換器１６３を介して、シグナルプロセッシング部１５５に接続されている。シグナルプロセッシング部１５５は、ＡＤ変換器１６３を介して、フィードバック信号入力端子５９ｂからフィードバック信号（検出信号）を入力する。
シグナルプロセッシング部１５５は、応答信号の実部に比例した値及び応答信号の虚部に比例した値を入力し、それらの値に基づいて、複素インピーダンスの実部及び虚部を算出する。その際、シグナルプロセッシング部１５５は、入力したフィードバック信号を用いて、実際に流れる信号の振幅と、参照信号との位相ずれを加味して、複素インピーダンスの実部及び虚部を算出（補正）する。
また、シグナルプロセッシング部１５５は、複素インピーダンスの絶対値と位相を算出する。詳しく説明すると、２位相ロックイン検出により、応答信号の実部と虚部がわかるため、応答信号の位相をθｖとすると、複素平面の極座標表示では|Ｖｒ｜ｅ^ｊθｖのように示すことができる。同様に、電流は、｜Ｉ｜ｅ^ｊθｉに示すように表すことができる。これから複素インピーダンスの極座標表示を｜Ｚ｜ｅ^ｊθｚとすると、Ｖ＝ＺＩから数式（３）のように表すことができる。また、「ｊ」は、ｊ＾２＝－１を満たす虚数単位である。
Figure 0007205410000003
よって、複素インピーダンスの絶対値は｜Ｚ｜＝｜Ｖｒ｜／｜Ｉ｜、位相はθｖ－θｉから求めることができる。そして、シグナルプロセッシング部１５５は、通信部５４を介して、ＥＣＵ６０に算出結果を出力する。なお、図１０では、複素インピーダンスの絶対値を｜Ｚ｜と示し、その位相をａｒｇ（Ｚ）と示す。
次に、第４実施形態における複素インピーダンス算出処理について図１１に基づいて説明する。複素インピーダンス算出処理は、電池監視装置５０により所定周期ごとに実行される。
複素インピーダンス算出処理において、発振回路１５８は、最初に複素インピーダンスの測定周波数を設定する（ステップＳ２０１）。測定周波数は、予め決められた測定範囲内の周波数の中から設定される。第４実施形態において、測定周波数は、例えば、シグナルプロセッシング部１５５により決定される。
次に、信号切替部１５３は、プリアンプ１５２からの応答信号が出力されるように切替を行う（ステップＳ２０２）。切り替えの指示は、例えば、シグナルプロセッシング部１５５により行われる。
次に発振回路１５８は、測定周波数に基づいて、正弦波信号（所定の交流信号）の周波数を決定し、ＤＡ変換器１６２を介して、指示信号出力端子５９ａから電流モジュレーション回路５６に対して、当該正弦波信号の出力を指示する指示信号を出力する（ステップＳ２０３）。なお、指示信号の出力指示は、例えば、シグナルプロセッシング部１５５により行われる。ＤＡ変換器１６２によりアナログ信号に変換される際、電池セル４２の電圧を考慮して、適切なオフセット値（直流バイアス）が設定されて、変換される。オフセット値（直流バイアス）の設定は、例えば、シグナルプロセッシング部１５５により行われる。オフセット値（直流バイアス）の設定は、電池セル４２の直流電圧に基づき、行われることが望ましい。なお、電池セル４２の直流電圧は、差動アンプ１５１により測定すればよい。
電流モジュレーション回路５６は、指示信号に基づいて、電池セル４２を電源として正弦波信号を出力させる（ステップＳ２０４）。これにより、電池セル４２から正弦波信号が出力される。
電池セル４２から正弦波信号を出力させると、電池セル４２の端子間に電池セル４２の内部複素インピーダンス情報を反映した電圧変動が生じる。プリアンプ１５２は、応答信号入力端子５８を介して、その電圧変動を入力し、応答信号として出力する（ステップＳ２０５）。
なお、応答信号入力端子５８に入力される際、電圧変動の直流成分はコンデンサＣ１によりカットされ、電圧変動の特徴部分だけ取り出される。また、プリアンプ１５２は、直流成分がカットされた微弱な電圧変動を増幅させて、応答信号として出力する。その際、ＡＤ変換器１５４は、信号切替部１５３を介して入力された応答信号を、デジタル信号に変換し、出力する。コンデンサＣ１によりカットされる直流成分の大きさは、電池セル４２の直流電圧に基づき、調整されることが望ましい。同様に、電圧変動をどれだけ増幅させるかは、電池セル４２の直流電圧に基づき、調整されることが望ましい。
第１乗算器１５６は、発振回路１５８から入力した正弦波信号を第１の参照信号とし、ＡＤ変換器１５４から入力した応答信号を乗算して、応答信号の実部に比例した値を算出する（ステップＳ２０６）。同様に、第２乗算器１５７は、位相シフト回路１６０から入力した第２の参照信号と、応答信号を乗算して、応答信号の虚部に比例した値を算出する。
これらの値は、ローパスフィルタ１５９及びローパスフィルタ１６１を介して、シグナルプロセッシング部１５５に入力される。なお、ローパスフィルタ１５９及びローパスフィルタ１６１を通過する際、直流成分（ＤＣ成分）以外の信号は減衰し、除去される。
シグナルプロセッシング部１５５は、フィードバック信号入力端子５９ｂからフィードバック信号（検出信号）を入力する（ステップＳ２０７）。フィードバック信号は、シグナルプロセッシング部１５５に入力される際、ＡＤ変換器１６３により、デジタル信号に変換される。
シグナルプロセッシング部１５５は、フィードバック信号、及びローパスフィルタ１５９，１６１から入力された信号（実部及び虚部の比例値）に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、及び位相のうちすべて若しくはいずれかを算出する（ステップＳ２０８）。フィードバック信号は、実際に電池セル４２から流れる電流（つまり、フィードバック信号）と参照信号に比例する値との振幅又は位相のずれを補正するために利用される。
その後、シグナルプロセッシング部１５５は、通信部５４を介して、算出結果をＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ２０９）。そして、算出処理を終了する。
この算出処理は、測定範囲内の複数の周波数についての複素インピーダンスが算出されるまで繰り返し実行される。ＥＣＵ６０は、算出結果に基づいて、複素インピーダンス平面プロット（コールコールプロット）を作成し、電極及び電解質などの特性を把握する。例えば、蓄電状態（ＳＯＣ）や劣化状態（ＳＯＨ）を把握する。
なお、コールコールプロット全体を必ずしも作成する必要はなく、その一部に着目してもよい。例えば、走行時、一定の時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＣ、ＳＯＨ及び電池温度等の走行時における変化を把握してもよい。または、１日毎、１周ごと、若しくは１年ごとといった時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＨ等の変化を把握してもよい。
第４実施形態の電池監視装置５０では、以下の効果を有する。
シグナルプロセッシング部１５５は、応答信号入力端子５８から入力した応答信号と第１の参照信号とを掛け合わせた値に基づいて、応答信号の実部に比例した値を算出する。また、シグナルプロセッシング部１５５は、正弦波信号の位相をシフトさせた信号を第２の参照信号とし、応答信号と第２の参照信号とを掛け合わせた値に基づいて、応答信号の虚部に比例した値を算出する。そして、これらの値に基づいて、複素インピーダンスを算出する。このように、いわゆるロックイン検出を行うことにより、応答信号から、発振回路１５８が指示する正弦波信号の周波数と同一の周波成分のみを抽出することができる。このため、ホワイトノイズやピンクノイズに強くなり、高精度に複素インピーダンスを算出することができる。特に車両に採用する場合、ノイズが多くなるため、好適に複素インピーダンスを算出することができる。また、ノイズに強くなるため、電池セル４２から出力させる電流（正弦波信号）を小さくすることが可能となる。このため、消費電力や電池セル４２や半導体スイッチ素子５６ａの温度上昇を抑制することができる。
また、シグナルプロセッシング部１５５は、電流モジュレーション回路５６により電池セル４２から実際に流れる電流を検出したフィードバック信号（検出信号）を入力し、参照信号に比例する値との振幅及び位相のずれを補正している。これにより、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。
また、振幅及び位相のずれを補正しているため、指示信号をアナログ信号に変換する際、誤差が生じても、その誤差をフィードバック信号による補正により抑制することができる。このため、電流モジュレーション回路５６と、ＤＡ変換器１６２との間にフィルタ回路などを設ける必要がなくなり、小型化することができる。
（第５実施形態）
次に、第５実施形態の電池監視装置５０について説明する。第５実施形態の電池監視装置５０は、信号解析において、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施する。以下、詳しく説明する。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
図１２に示すように、電池監視装置５０のＡＳＩＣ部５０ａには、高速フーリエ変換を実施する演算部としてのシグナルプロセッシング部２０１を備える。シグナルプロセッシング部２０１は、ＡＤ変換器１５４を介して、電池セル４２の直流電圧の測定値を入力するように構成されている。また、シグナルプロセッシング部２０１は、ＡＤ変換器１５４を介して、応答信号を入力するように構成されている。また、シグナルプロセッシング部２０１は、ＡＤ変換器１６３を介して、フィードバック信号を入力するように構成されている。また、シグナルプロセッシング部２０１は、発振回路１５８に接続されており、正弦波信号の周波数を設定可能に構成されている。
シグナルプロセッシング部２０１は、入力した応答信号（電圧信号）、及びフィードバック信号（電流信号）を高速フーリエ変換によりそれぞれ変換するように構成されている。そして、シグナルプロセッシング部２０１は、変換後の値に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、位相を算出する。そして、シグナルプロセッシング部２０１は、通信部５４を介して、ＥＣＵ６０に算出結果を出力する。
次に、第５実施形態におけるインピーダンス算出処理について図１３に基づいて説明する。インピーダンス算出処理は、電池監視装置５０により所定周期ごとに実行される。第５実施形態のインピーダンス算出処理において、ステップＳ３０１～ステップＳ３０５は、第４実施形態のインピーダンス算出処理におけるステップＳ２０１～ステップＳ２０５と同様である。なお、測定周波数の設定、切り替えの指示、指示信号の出力指示、オフセット値の設定等は、例えば、シグナルプロセッシング部２０１により行われる。
シグナルプロセッシング部２０１は、入力したＡＤ変換器１５４から入力した応答信号に対して、高速フーリエ変換を実施する（ステップＳ３０６）。これにより、測定周波数に対する応答信号の振幅情報を得ることができる。
また、シグナルプロセッシング部２０１は、フィードバック信号入力端子５９ｂからフィードバック信号を入力する（ステップＳ３０７）。フィードバック信号は、シグナルプロセッシング部１５５に入力される際、ＡＤ変換器１６３により、デジタル信号に変換される。
シグナルプロセッシング部２０１は、フィードバック信号に対して、高速フーリエ変換を実施する（ステップＳ３０８）。これにより、測定周波数に対するフィードバック信号の振幅情報を得ることができる。
シグナルプロセッシング部２０１は、ステップＳ３０６で取得した測定周波数に対する応答信号の振幅情報と、ステップＳ３０８で取得した測定周波数に対するフィードバック信号の振幅情報とに基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、及び位相のうちすべて若しくはいずれかを算出する（ステップＳ３０９）。その後、シグナルプロセッシング部２０１は、通信部５４を介して、算出結果をＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ３１０）。そして、算出処理を終了する。
この算出処理は、測定範囲内の複数の周波数についての複素インピーダンスが算出されるまで繰り返し実行される。ＥＣＵ６０は、算出結果に基づいて、複素インピーダンス平面プロット（コールコールプロット）を作成し、電極及び電解質などの特性を把握する。例えば、蓄電状態（ＳＯＣ）や劣化状態（ＳＯＨ）を把握する。
なお、コールコールプロット全体を必ずしも作成する必要はなく、その一部に着目してもよい。例えば、走行時、一定の時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＣ、ＳＯＨ及び電池温度等の走行時における変化を把握してもよい。または、１日毎、１周ごと、若しくは１年ごとといった時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＨ等の変化を把握してもよい。
第５実施形態の電池監視装置５０では、以下の効果を有する。
応答信号及びフィードバック信号をそれぞれフーリエ変換して、測定周波数の振幅情報及び位相情報を得るとともに、測定周波数の高調波の振幅情報及び位相情報を得る。測定周波数とその高調波についてそれぞれ電圧と電流の振幅及び始動の情報を得ることができるため、複数の周波数に対する複素インピーダンスを一度に算出することが可能となる。
また、シグナルプロセッシング部２０１は、電流モジュレーション回路５６により電池セル４２から実際に流れる電流を検出したフィードバック信号（検出信号）を入力し、当該信号をフーリエ変換している。このため、振幅及び位相のずれを補正することができ、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。
（第６実施形態）
次に、第６実施形態の電池監視装置５０について説明する。第６実施形態の電池監視装置５０は、第４実施形態と同様に、２位相ロックイン検出を実施する。なお、以下では、第６実施形態では、電池監視装置５０の基本構成として、第４実施形態のものを例に説明し、第４実施形態とは異なる構成について詳しく説明する。そして、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
上記第４実施形態では、２位相ロックイン検出により、ホワイトノイズなどのノイズ信号を低減することができた。しかしながら、交流信号と同じ一定周波数のノイズ信号が存在し、当該ノイズ信号の位相が交流信号と位相が揃った場合、２位相ロックイン検出によっても当該ノイズ信号を検出してしまい、測定誤差が生じる可能性があった。一定周波数のノイズ信号としては、車両に搭載されるノイズ源（インバータ３０等）の駆動周波数を起因とするノイズ信号や、車両に一時的に接続されるノイズ源（充電器等）の駆動周波数を起因とするノイズ信号などが考えられる。
第６実施形態では、これらの問題を解決するため、以下のような方法で、複素インピーダンスを算出している。以下、詳しく説明する。
電池監視装置５０は、所定周期ごとに、図１４に示すインピーダンス算出処理を実行する。インピーダンス算出処理において、シグナルプロセッシング部１５５は、最初に複素インピーダンスの測定周波数を設定する（ステップＳ４０１）。測定周波数は、予め決められた測定範囲内の周波数の中から設定される。
次に、シグナルプロセッシング部１５５は、測定周波数が、所定の周波数範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。所定の周波数範囲とは、周波数が一定であるノイズ信号が発生している可能性が高い範囲（ノイズ範囲）のことである。例えば、インバータ３０がノイズ源となるノイズ信号は、インバータ３０の駆動周波数と一致する又は近傍の周波数、又は駆動周波数の高調波成分、又はインバータ３０の寄生インダクタンス、寄生容量を含むＬ成分やＣ成分による共振周波数とその高調波を有する。このため、周波数が一定であるノイズ信号が発生している可能性が高い範囲は、ある程度予測可能である。そこで、インバータ３０等のノイズ源の駆動周波数や実験結果に基づいて所定の周波数範囲が定められている。すなわち、ノイズ源から出力されるノイズ信号の周波数に基づいて周波数が一定であるノイズ信号が発生している可能性が高い範囲が所定の周波数範囲として定められて、記憶部としてのシグナルプロセッシング部１５５に記憶されている。
ステップＳ４０２の判定結果が否定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、応答信号のロックイン検出を実施する（ステップＳ４０３）。なお、応答信号のロックイン検出は、第４実施形態と同様（ステップＳ２０２～Ｓ２０７）であるため、詳細な説明は省略する。
シグナルプロセッシング部１５５は、入力した応答信号の周波数成分と電池セル４２から出力させた電流信号に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、位相のすべて若しくはいずれかを算出する（ステップＳ４０４）。ここで電流信号は、フィードバック信号に基づくものであってもよいし、指示信号により出力を指示した正弦波信号に基づくものであってもよい。また、電流信号は、フィードバック信号から測定周波数成分をロックイン検出したものであってもよい。
そして、シグナルプロセッシング部１５５は、通信部５４を介して、算出した複素インピーダンスをＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ４０５）。そして、インピーダンス算出処理を終了する。
次に、ステップＳ４０２の判定結果が肯定の場合における処理について説明する。つまり、測定周波数が、所定の周波数範囲内であり、一定周波数のノイズ信号が発生している可能性が高い場合における処理について説明する。ステップＳ４０２の判定結果が肯定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、ノイズ信号（バックグラウンドノイズ）の検出を実行させる（ステップＳ４０６）。
ステップＳ４０６において、シグナルプロセッシング部１５５は、電池セル４２に対して外乱を与えない場合に検出可能なノイズ信号（バックグラウンドノイズ）のロックイン検出を実行させる。つまり、電流モジュレーション回路５６により正弦波信号を電池セル４２から出力させない状態において、ノイズ信号（バックグラウンドノイズ）のうち、正弦波信号の周波数（測定周波数）における周波数成分（直流成分）を抽出するロックイン検出を行う。なお、正弦波信号を出力させないこと以外は、応答信号のロックイン検出と同じであるため、詳細な説明を省略する。
ステップＳ４０６の処理後、シグナルプロセッシング部１５５は、ノイズ信号の周波数成分を入力すると、ステップＳ４０７の処理に移行する。ステップＳ４０７において、シグナルプロセッシング部１５５は、入力したノイズ信号の周波数成分が所定の基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０７）。この処理により、ノイズ信号の有無を判定することとなる。このため、本実施形態のシグナルプロセッシング部１５５が、ノイズ判定部に相当する。
ステップＳ４０７の判定結果が否定の場合、すなわち、ノイズ信号が大きくない場合、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０３へ移行する。
一方、ステップＳ４０７の判定結果が肯定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、測定周波数における応答信号（ノイズ信号を含む）の周波数成分のロックイン検出を行う（ステップＳ４０８）。なお、ステップＳ４０８で入力される応答信号の周波数成分には、ノイズ信号による誤差が含まれることとなる。
次に、ステップＳ４０８の処理後、シグナルプロセッシング部１５５は、応答信号の周波数成分を入力すると、ステップＳ４０９の処理に移行する。ステップＳ４０９において、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０６と同様に、ノイズ信号のロックイン検出を再び行う（ステップＳ４０９）。
なお、ステップＳ４０６～ステップＳ４０９までの処理において、参照信号の位相は、同じとなるように調整する必要がある。参照信号の位相がずれた場合、ロックイン検出が正常に行うことができないためである。その方法としては、例えば、ステップＳ４０６において参照信号を出力させた後、他のステップの処理中に参照信号の出力を停止させることなく、出力させ続ければ、一貫してノイズ成分と同一の位相関係を保つことができる。
ステップＳ４０９の処理後、シグナルプロセッシング部１５５は、ノイズ信号の周波数成分を入力すると、ステップＳ４１０に移行する。ステップＳ４１０において、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０６の処理により入力したノイズ信号の周波数成分と、ステップＳ４０９の処理により入力したノイズ信号の周波数成分を比較する。そして、シグナルプロセッシング部１５５は、ノイズ信号の差（振幅差）が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４１０）。つまり、応答信号の周波数成分を取得する前後でノイズ信号に変化があるか否かについて判定する。
ステップＳ４１０の判定結果が肯定の場合（変化がない場合）、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０８の処理により入力した応答信号の周波数成分から、ノイズ信号を除去する（ステップＳ４１１）。より詳しく説明すると、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０８の処理により入力した応答信号の周波数成分と、ステップＳ４０６（又はステップＳ４０９）の処理により入力したノイズ信号の周波数成分とを比較して、ノイズ信号を除去する。具体的には、シグナルプロセッシング部１５５は、応答信号の周波数成分からノイズ信号の周波数成分を減算することにより、ノイズ信号を除去する。この処理により、シグナルプロセッシング部１５５が、ノイズ対応部に相当する。
そして、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０４の処理に移行する。すなわち、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４１１で算出された応答信号の周波数成分と電池セル４２から出力させた電流信号に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、位相のすべて若しくはいずれかを算出する（ステップＳ４０４）。
一方、ステップＳ４１１の判定結果が否定の場合（変化がある場合）、シグナルプロセッシング部１５５は、応答信号の測定回数が所定回数以下であるか否かを判定する（ステップＳ４１２）。この判定結果が肯定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０６の処理に再び移行する。なお、その際、応答信号の測定回数に１加算する。この測定回数は、インピーダンス算出処理の開始時又は終了時にリセットされる。
一方、ステップＳ４１２の判定結果が否定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、通信部５４を介して、応答信号を正確に入力することができない旨を知らせる異常信号をＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ４１３）。そして、インピーダンス算出処理を終了する。
このインピーダンス算出処理は、測定範囲内の複数の周波数についての複素インピーダンスが算出されるまで繰り返し実行される。ＥＣＵ６０は、算出結果に基づいて、例えば、複素インピーダンス平面プロット（コールコールプロット）を作成し、電極及び電解質などの特性を把握する。例えば、蓄電状態（ＳＯＣ）や劣化状態（ＳＯＨ）を把握する。
なお、コールコールプロット全体を必ずしも作成する必要はなく、その一部に着目してもよい。例えば、走行時、一定の時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＣ、ＳＯＨ及び電池温度等の走行時における変化を把握してもよい。または、１日毎、１周ごと、若しくは１年ごとといった時間間隔で特定周波数の複素インピーダンスを測定し、当該特定周波数の複素インピーダンスの時間変化に基づいて、ＳＯＨ等の変化を把握してもよい。
第６実施形態の電池監視装置５０は、以下の効果を有する。
電池セル４２から正弦波信号（交流信号）を出力させる前に、シグナルプロセッシング部１５５により指示される正弦波信号の周波数（測定周波数）に応じたノイズ信号の有無を判定し、ノイズ信号が存在する場合には、当該ノイズ信号を除去するようにした。
具体的には、シグナルプロセッシング部１５５は、応答信号の周波数成分からノイズ信号の周波数成分を減算し、減算後の応答信号の周波数成分と電池セル４２から出力させた電流信号に基づいて、複素インピーダンスを算出するようにしている。これにより、測定周波数と同じ周波数のノイズ信号が存在する場合であっても当該ノイズ信号の影響を抑制し、複素インピーダンスの検出精度を向上させることができる。
また、電池監視装置５０は、正弦波信号を出力させる前に、電池セル４２に流れるノイズ信号を入力する。そして、電池監視装置５０は、当該ノイズ信号と、指示信号により指示される正弦波信号に応じて決定された参照信号とを乗算した値に基づいて、前記ノイズ信号のうち、正弦波信号に応じたノイズ信号の周波数成分を検出する。
これにより、複素インピーダンスを算出する場合と同様に、測定周波数に応じたノイズ信号の周波数成分をロックイン検出するため、高精度にノイズ信号の除去を行うことができる。また、ロックイン検出を流用して、ノイズ信号を特定するため、構成を簡単にすることができる。
車両の場合、インバータ３０など所定の駆動周波数で駆動するため、当該駆動周波数に基づいて、特定の周波数帯域でノイズ信号が発生する可能性が高い。そこで、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０１で設定された測定周波数が所定の周波数範囲内である場合、ノイズ信号が存在する可能性が高いと判定することとした。これにより、簡易的に測定周波数に応じたノイズ信号の有無を判定することができる。
また、シグナルプロセッシング部１５５は、ノイズ信号が存在する可能性が高いと判定された場合、ロックイン検出されたノイズ信号の周波数成分が基準値以上であるか否かに基づいて、ノイズ信号の有無を判別している。これにより、高精度にノイズ信号を判定することができる。
（第７実施形態）
次に、第７実施形態の電池監視装置５０について説明する。第７実施形態では、第６実施形態とはインピーダンス算出処理が異なる。具体的には、第６実施形態のインピーダンス算出処理では、ステップＳ４０２の処理が省略されている。すなわち、測定周波数がいずれの値でも、ノイズ信号のうち、測定周波数に応じた周波数成分をロックイン検出し、当該周波数成分の大きさにより、ノイズ信号の有無を判定している。
（第８実施形態）
次に、第８実施形態の電池監視装置５０について説明する。第８実施形態では、第６実施形態とはインピーダンス算出処理が異なる。具体的には、第８実施形態のインピーダンス算出処理では、ノイズ信号の有無を判定していない。すなわち、ステップＳ４０２，Ｓ４０３，Ｓ４０７の処理が省略されている。
このため、シグナルプロセッシング部１５５は、ノイズ信号の有無にかかわらず、毎回、ノイズ信号のうち、測定周波数に応じた周波数成分をロックイン検出し、当該ノイズ信号の周波数成分を、応答信号の周波数成分から除去することとなる。
（第９実施形態）
次に、第９実施形態の電池監視装置５０について説明する。第９実施形態では、第６実施形態とはインピーダンス算出処理が異なる。第９実施形態のインピーダンス算出処理では、ノイズ信号の除去を行うことなく、回避するようにしている。
具体的には、ステップＳ４０２の判定結果が肯定の場合、つまり、測定周波数が、所定の周波数範囲内であり、一定周波数のノイズ信号が発生している可能性が高い場合、シグナルプロセッシング部１５５は、測定周波数を変更する。測定周波数の変更方法は、任意の方法でよく、測定周波数が周波数範囲外となるように、測定周波数を変更すればよい。この処理後、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ４０３の処理に移行する。これにより、シグナルプロセッシング部１５５は、簡単な方法で、ノイズ信号を回避することが可能となる。
（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態の電池監視装置５０について説明する。第１０実施形態では、第６実施形態とはインピーダンス算出処理が異なる。具体的には、第１０実施形態のインピーダンス算出処理では、ノイズ信号の除去を行うことなく、回避するようにしている。具体的には、シグナルプロセッシング部１５５は、ノイズ信号のロックイン検出を行い、ノイズ信号の周波数成分が基準値以上である場合には、測定周波数を変更する。これにより、シグナルプロセッシング部１５５は、簡単な方法で、ノイズ信号を回避することが可能となる。
（他の実施形態）
・上記実施形態では、電池セル４２毎に電池監視装置５０を設けたが、複数の電池セル４２ごと（例えば、電池モジュール４１ごと、組電池４０ごと）に、電池監視装置５０を設けてもよい。その際、電池監視装置５０の機能の一部を共通化してもよい。
例えば、図１５に示すように、安定化電源供給部３０１、通信部５４及びマイコン部５３を共通化してもよい。この場合、負電極の電位が電池セル４２ごとに異なる場合がある。このため、各電池セル４２の情報を伝達する際に利用される各電気信号の基準電位が異なる場合がある。そこで、基準電位の差を考慮してマイコン部５３へ各電気信号を入力する機能を設けて、演算する必要がある。異なる基準電位間の信号伝達手段としては、コンデンサやトランス、電波、光を用いる方法がある。
また、例えば、図１６に示すように、安定化電源供給部３０１、通信部５４、差動アンプ１５１、プリアンプ１５２、信号切替部１５３、ＡＤ変換器１５４，１６３、シグナルプロセッシング部１５５、第１乗算器１５６、第２乗算器１５７、ローパスフィルタ１５９，１６１、発振回路１５８、位相シフト回路１６０、ＤＡ変換器１６２、フィードバック回路５６ｄ、電流検出アンプ５６ｃを共通化してもよい。
この場合、直流電圧、応答信号、指示信号などの各種信号をマルチプレクサ３０２～３０４のような多重化装置により、信号の切替を可能に構成すればよい。
同様に、例えば、図１７に示すように、安定化電源供給部３０１、通信部５４、差動アンプ１５１、プリアンプ１５２、信号切替部１５３、ＡＤ変換器１５４，１６３、シグナルプロセッシング部２０１、発振回路１５８、ＤＡ変換器１６２、フィードバック回路５６ｄ、電流検出アンプ５６ｃを共通化してもよい。
この場合、直流電圧、応答信号、指示信号等の各種信号をマルチプレクサ３０２～３０４のような多重化装置により、信号の切替を可能に構成すればよい。
また、複数の電池セル４２を直列に接続した高電位側と低電位側をそれぞれ電源の正極、負極として用いる部分と、個々の電池セル４２の両極をそれぞれ電源の正極、負極として用いる部分とで分け、いずれか一方のみを共通化してもよい。例えば、図１８に示すように、通信部５４、ＡＤ変換器１５４，１６３、シグナルプロセッシング部１５５、２０１、発振回路１５８、位相シフト回路１６０、ＤＡ変換器１６２を共通化してもよい。なお、図１８では、第１乗算器１５６、第２乗算器１５７、ローパスフィルタ１５９，１６１の図示を省略しているが、ロックイン検出を行うシグナルプロセッシング部１５５を採用する場合、それらも共通化することとなる。
なお、共通化した部分には、第１電源４０１から電力が供給され、第１電源４０１には、複数の電池セル４２から電力供給される。一方、共通化していない部分には、第２電源４０２から電力が供給され、第２電源４０２には、各電池セル４２から電力供給される。ちなみに、第１電源４０１の出力電圧と、第２電源４０２の出力電圧は異なる。
この場合、直流電圧、応答信号、指示信号等の各種信号をマルチプレクサ３０２～３０４のような多重化装置により、信号の切替を可能に構成すればよい。
なお、図１５～図１７の電池監視装置５０においても図１８の電池監視装置５０と同様に、複数の電源を設けてもよい。
・上記実施形態において、各電池セル４２の蓄電状態や電圧を均等化する均等化処理を電池監視装置５０に実施させてもよい。均等化処理とは、各電池セル４２の蓄電状態を揃えるように、他の電池セル４２に比較して蓄電状態が高い一部の電池セル４２を放電させる処理である。これにより、各電池セル４２の蓄電状態を揃え、電池セル４２のうち一部が過充電となることを抑制することができる。そして、電池監視装置５０が、均等化処理を実施する場合、電流モジュレーション回路５６を利用して、電池セル４２を放電させてもよい。この場合、電池監視装置５０が放電制御部として機能する。
具体的に説明すると、第１実施形態において、マイコン部５３は、各電池セル４２の蓄電状態に基づいてＥＣＵ６０等から放電指示を受けた場合、若しくは、電池セル４２の蓄電状態又は電圧が所定値以上となった場合、電流モジュレーション回路５６に指示信号を出力し、電池セル４２から正弦波信号や矩形波といった周期関数若しくは直流信号を出力させる。そして、マイコン部５３は、放電指示が終了するまで、若しくは電池セル４２の蓄電状態又は電圧が所定値よりも小さくなるまで、信号の出力を継続させる。これにより、均等化処理を実施する。他の実施形態でも同様に、マイコン部５３若しくはシグナルプロセッシング部１５５，２０１が、均等化処理を実施してもよい。また、図１５～図１７に示す電池監視装置５０においても、同様に、均等化処理を実施してもよい。
そして、均等化処理のために、電池セル４２から放電させる際、正弦波信号を出力させて、複素インピーダンスを算出してもよい。これにより、消費電力を抑制することができる。なお、均等化処理のために出力させる電流は、電力消費を抑制するため、及び装置の小型化のため、一般的には微弱な電流とされている。このため、第６実施形態のように微弱な電流でもロックイン検出により、複素インピーダンスを精度よく算出することができる電池監視装置５０において均等化処理を実施させることが好ましい。
・上記実施形態において、フィルタ部５５は、素子のみにより構成されていなくてもよい。例えば、配線、コネクタ接触部、プリント基板のパターン配線やベタパターン間により、又はこれらの構成と素子とが混在する構成であってもよい。
・上記実施形態において、電流モジュレーション回路５６と、入出力部５２（又はＤＡ変換器１６２）との間に、フィルタ回路を設けてもよい。これにより、指示信号をアナログ信号に変換する際の誤差を抑制することができる。
・上記実施形態において、差動アンプ１５１、プリアンプ１５２、信号切替部１５３、ＡＤ変換器１５４，１６３、シグナルプロセッシング部１５５、第１乗算器１５６、第２乗算器１５７、ローパスフィルタ１５９，１６１、発振回路１５８、位相シフト回路１６０、ＤＡ変換器１６２、フィードバック回路５６ｄ、及び電流検出アンプ５６ｃの一部又は全部は、ソフトウェアにより実現してもよい。
・上記実施形態において、フィードバック回路５６ｄがなくてもよい。また、電流検出アンプ５６ｃにより抵抗５６ｂに流れる電流を検出しなくてもよい。また、マイコン部５３、シグナルプロセッシング部１５５，２０１は、フィードバック信号を入力しなくてもよい。
・上記実施形態において、直流電圧を検出したが、検出しなくてもよい。また、上記実施形態において、信号切替部１５３を設けなくてもよい。また、上記実施形態において、フィードバック信号も信号切替部１５３により切り替えの対象としてもよい。これにより、ＡＤ変換器１５４，１６３を共通化することができる。
・上記実施形態の電池監視装置５０を、車両として、ＨＥＶ，ＥＶ，ＰＨＶ，補機電池、電動飛行機、電動バイク、電動船舶に採用してもよい。また、上記実施形態において、電池セル４２は、並列に接続されていてもよい。
・上記第４実施形態～第１０実施形態において、ＡＤ変換時におけるエイリアシングを防止するため、フィルタ回路をプリアンプ１５２の前後、又はＡＤ変換器１５４の直前に設けてもよい。
・上記実施形態において、電池モジュール４１単位で、状態を監視してもよい。このとき、電池モジュール４１ごとに通信部５４を設ける場合、各通信部５４からＥＣＵ６０への通信は電位基準の異なる絶縁通信となることがある。例えば、絶縁トランスやコンデンサを用いて絶縁通信を行う場合がある。
・上記実施形態において、フィードバック信号をロックイン検出してもよい。図１９に基づいて、具体的に説明すると、インピーダンス算出処理は、電池監視装置５０により所定周期ごとに実行される。
インピーダンス算出処理において、発振回路１５８は、最初に複素インピーダンスの測定周波数を設定する（ステップＳ５０１）。測定周波数は、予め決められた測定範囲内の周波数の中から設定される。別例において、測定周波数は、例えば、シグナルプロセッシング部１５５により決定される。
次に発振回路１５８は、測定周波数に基づいて、正弦波信号（所定の交流信号）の周波数を決定し、ＤＡ変換器１６２を介して、指示信号出力端子５９ａから電流モジュレーション回路５６に対して、当該正弦波信号の出力を指示する指示信号を出力する（ステップＳ５０２）。電流モジュレーション回路５６は、指示信号に基づいて、電池セル４２を電源として正弦波信号を出力させる。これにより、電池セル４２から正弦波信号が出力される。
次に、シグナルプロセッシング部１５５は、フィードバック信号を２位相ロックイン検出により、測定する（ステップＳ５０３）。具体的には、シグナルプロセッシング部１５５は、発振回路１５８が指示した正弦波信号（参照信号）と、入力したフィードバック信号と乗算する。また、発振回路１５８が指示した正弦波信号の位相を９０度ずらした信号と、入力したフィードバック信号と乗算する。シグナルプロセッシング部１５５は、これらの乗算結果から、フィードバック信号の振幅と位相値を算出する。
シグナルプロセッシング部１５５は、次に、算出した振幅と振幅補正値との差が振幅基準値以内であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。振幅補正値は、出力されることが期待される正弦波信号の振幅を示すものである。
この判定結果が否定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ５０３による測定回数（フィードバック信号の測定回数）が所定回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０５）。この判定結果が否定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、測定回数を１加算して、ステップＳ５０３を再実行する。
一方、ステップＳ５０５の判定結果が肯定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、測定したフィードバック信号の振幅の平均を算出し、平均値を振幅補正値として書き換える（ステップＳ５０６）。また、測定回数をクリアする。
ステップＳ５０４の判定結果が肯定の場合、又はステップＳ５０６の実行後、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ５０３にて算出した位相値と位相補正値との差が位相基準値以内であるか否かを判定する（ステップＳ５０７）。位相補正値は、出力されることが期待される正弦波信号の位相を示すものである。
この判定結果が肯定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、ステップＳ５０３による測定回数（フィードバック信号の測定回数）が所定回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０８）。この判定結果が否定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、測定回数を１加算して、ステップＳ５０３を再実行する。
一方、ステップＳ５０８の判定結果が肯定の場合、シグナルプロセッシング部１５５は、測定したフィードバック信号の位相の平均を算出し、平均値を位相補正値として書き換える（ステップＳ５０９）。また、測定回数をクリアする。次に、シグナルプロセッシング部１５５は、応答信号を２位相ロックイン検出により測定する（ステップＳ４１０）。この処理は、第６実施形態と同様であるので説明を省略する。
シグナルプロセッシング部１５５は、フィードバック信号及びローパスフィルタ１５９，１６１から入力された信号（実部及び虚部の比例値）に基づいて、複素インピーダンスの実部、虚部、絶対値、及び位相のうちすべて若しくはいずれかを算出する（ステップＳ５１１）。フィードバック信号は、振幅補正値及び位相補正値により定められ、実際に電池セル４２から流れる電流（つまり、フィードバック信号）と参照信号に比例する値との振幅又は位相のずれを補正するために利用される。その後、シグナルプロセッシング部１５５は、通信部５４を介して、算出結果をＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ５１２）。そして、算出処理を終了する。
以上のより、フィードバック信号を２位相ロックイン検出により測定するため、ノイズが存在する環境下にあっても、電池セル４２から実際に出力される電流信号を精度よく測定することができる。そして、このフィードバック信号を複素インピーダンス算出時の補正に利用するため、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。
・上記実施形態において、電池セル４２から出力させる電流信号は、正弦波信号に限らない。例えば、交流信号であれば、矩形波や三角波等の信号であっても構わない。
・上記実施形態において、ＥＣＵ６０は、複数のＥＣＵにより構成されていてもよい。例えば、機能ごとに複数のＥＣＵを設けてもよく、また、制御対象ごとに複数のＥＣＵを設けてもよい。例えば、電池用ＥＣＵと、インバータ制御用ＥＣＵとに分けてもよい。
・上記実施形態において、ロックイン検出を行う場合、発振回路１５８が指示する正弦波信号を参照信号（第１の参照信号）としたが、検出信号（フィードバック信号）を参照信号としてもよい。また、２位相ロックイン検出を行う場合、検出信号（フィードバック信号）の位相をずらして第２の参照信号とすればよい。
・上記実施形態において、電池セル４２（電池モジュール４１、組電池４０）は、指示に基づいて正弦波信号を出力している際に（応答信号の出力時）、周辺回路の電源として用いられてもよい。逆に、電池セル４２（電池モジュール４１、組電池４０）は、指示に基づいて正弦波信号を出力している際に（応答信号の出力時）、周辺回路の電源として用いられないように構成してもよい。
・上記実施形態において、回路基板７２の長手方向に沿って、第２電気経路８２を延びるように配置する際、第２Ａ電気経路８２ａと第２Ｂ電気経路８２ｂとの間の距離を極力短くなるように構成することが望ましい。
・上記実施形態において、電気経路を回路基板７２の異なる層に配線する場合、ずらして配線することが望ましい。これにより、浮遊容量を低減することができる。
・上記実施形態において、電池セル４２の上面に防爆弁（安全弁）が配置されている場合、電池セル４２に対して予め決められた位置に回路基板７２が配置された状態において、回路基板７２のうち、防爆弁と対向する領域を避けて、回路素子及び電気経路８１，８２が設けられていることが望ましい。つまり、防爆弁と重複し、直上となる領域を避けて、回路素子や電気経路が設けられていることが望ましい。回路素子は、例えば、電流モジュレーション回路５６を構成する素子や、ＡＳＩＣ部５０ａなどのことである。
また、その際、当該防爆弁を避けるように、回路基板７２上に貫通孔が設けられていてもよい。なお、上記実施形態では、ＡＳＩＣ部５０ａが、回路基板７２の長手方向端部、すなわち、電池セル４２の上面を避けて配置されているため、防爆弁を避ける貫通孔を容易に回路基板７２に設けることが可能となる。また、回路基板７２に貫通孔を設けた場合には、電気経路を可能な限り短くなるように配線することが望ましい。なお、第２実施形態において説明した図８のように、回路基板７２を折り曲げて電池セル４２の側面に配置する場合、ＡＳＩＣ部５０ａなどが第１基板７２ａに配置されていないことから、防爆弁を避けるように貫通孔を容易に設けることができる。
４２…電池セル、４２ａ…収容ケース、５０…電池監視装置、５２…入出力部、５３…マイコン部、５６…電流モジュレーション回路、７１ａ…正極側電源端子、７１ｂ…負極側電源端子、８１…第１電気経路、８２…第２電気経路、Ｓ１…第１領域。

Claims (7)

  1. 電解質と、複数の電極と、それらを収容する収容ケース（４２ａ）と、を含む蓄電池（４２）の状態を監視する電池監視装置（５０）において、
    前記蓄電池の正極側電源端子（７１ａ）と負極側電源端子（７１ｂ）との間に配置される平板状の回路基板（７２）と、
    前記正極側電源端子と前記負極側電源端子との間を結ぶ第１電気経路（８１）上に設けられ、所定の交流信号を出力させる信号制御部（５６）と、
    前記正極側電源端子と前記負極側電源端子との間を結ぶ第２電気経路（８２）上に設けられ、当該第２電気経路を介して、前記交流信号に対する前記蓄電池の応答信号を入力する応答信号入力部（５２）と、
    前記応答信号に基づいて前記蓄電池の複素インピーダンスを算出する演算部（５３）と、を備え、
    前記回路基板の平面上には、前記第１電気経路及び前記第２電気経路が設けられており、
    前記回路基板上には、前記第１電気経路、前記第２電気経路、前記正極側電源端子及び前記負極側電源端子により囲まれた第１領域（Ｓ１）が形成されており、
    前記第１電気経路上に流れる交流信号に基づいて前記第２電気経路に生じる誘導起電力がゼロを含む起電力許容値範囲内となるように、前記第１領域の大きさが設定されており、
    前記蓄電池内には、前記第１電気経路及び前記収容ケースにより囲まれた第２領域（Ｓ２）が形成されており、
    前記第１領域を通過する前記交流信号に基づく第１磁束と、前記第２領域を通過する前記交流信号に基づく第２磁束との差がゼロを含む磁束許容値範囲内となるように、前記第２領域に応じて前記第１領域の大きさが設定されている電池監視装置。
  2. 前記第１領域内に、導電部材（１１０）が配置されており、前記第１電気経路上に流れる交流信号に基づく前記第２電気経路に生じる誘導起電力がゼロを含む起電力許容値範囲内となるように、前記第１領域及び前記導電部材の大きさが設定されている請求項１に記載の電池監視装置。
  3. 前記信号制御部と、前記応答信号入力部と、前記演算部と、前記第１電気経路と、前記第２電気経路とは、同一平面上に設けられている請求項１又は２に記載の電池監視装置。
  4. 前記回路基板には、前記信号制御部が設置される第１基板（７２ａ）と、前記応答信号入力部及び前記演算部とが設置される第２基板（７２ｂ）と、を有し、
    前記蓄電池は、扁平の直方体形状に形成され、前記正極側電源端子と前記負極側電源端子は、同一面上に設けられており、
    前記第１基板は、前記正極側電源端子と前記負極側電源端子との間において前記正極側電源端子と前記負極側電源端子の設置面に対向するように配置されており、
    前記第２基板は、導電性のシールド部材（１０１）により囲まれて、前記蓄電池の側面に対向し、かつ、前記第１基板に対して垂直となるように配置されている請求項１又は２に記載の電池監視装置。
  5. 前記シールド部材は、前記収容ケースの一部を共用して構成されている請求項４に記載の電池監視装置。
  6. 前記蓄電池には、防爆弁が設けられており、
    前記蓄電池に対して予め決められた位置に前記回路基板が配置された状態において、前記回路基板のうち、前記防爆弁と対向する領域を避けて、回路素子、前記第１電気経路、及び前記第２電気経路が設けられている請求項１～５のうちいずれか１項に記載の電池監視装置。
  7. 前記信号制御部は、監視対象である前記蓄電池を電源として、所定の交流信号を出力させる請求項１～６のうちいずれか１項に記載の電池監視装置。
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