(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】電池監視装置
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20221213BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20221213BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 Q
H02J7/00 P
H01M10/48 P
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019136970
(22)【出願日】2019-07-25
(65)【公開番号】P2021022980
(43)【公開日】2021-02-18
【審査請求日】2021-09-29
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100121821
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 強
(74)【代理人】
【識別番号】100139480
【弁理士】
【氏名又は名称】日野 京子
(74)【代理人】
【識別番号】100125575
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100175134
【弁理士】
【氏名又は名称】北 裕介
(72)【発明者】
【氏名】宮内 駿
(72)【発明者】
【氏名】北川 昌明
【審査官】辻丸 詔
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－２９４３２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０６０８３６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｈ０１Ｍ １０／４８
Ｇ０１Ｒ ３１／３６
Ｇ０１Ｒ ２７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１蓄電池（４４ａ）を含む第１電力系統（４１）と、第２蓄電池（４４ｂ）を含む第２電力系統（４２）とを備える電源システム（１０）に適用され、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とのうち、監視対象となる前記第１蓄電池の状態を監視する電池監視装置（５０）において、前記第１蓄電池の電極間を接続する第１電気経路（Ｒ１）に流れる第１電流により、前記第２蓄電池の電極間を接続する第２電気経路（Ｒ２）に、前記第２蓄電池に電力を蓄える向きの第２電流を出力させる電力伝達部（５０ｂ）と、
前記第１蓄電池に、当該第１蓄電池を電源として、所定の交流信号としての前記第１電流を出力させる交流出力部（５６）と、
前記交流信号に対する前記第１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第１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、
前記電力伝達部、前記交流出力部、前記応答信号入力部、及び前記演算部は、前記第１電力系統を電力出力側の出力側電力系統とし、前記第２電力系統を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部（７０ａ）を構成しており、
前記第２電力系統は、複数の蓄電池の直列接続体であり、
前記第２電力系統における前記各蓄電池を前記電池監視部に接続し、前記第２電力系統における前記各蓄電池と前記電池監視部との間を開閉する入力側スイッチ部（６５）と、
前記第２電力系統における前記各蓄電池のうち、前記電池監視部に接続する前記蓄電池である前記第２蓄電池を選択する選択部（５３）と、を備える電池監視装置。
【請求項2】
前記第１電力系統と前記第２電力系統とは並列接続されており、前記第１電力系統の高圧側と前記第２電力系統の高圧側とを接続する高圧側接続線と前記第２電力系統の高圧側との間に設けられる高圧側スイッチ（ＳＭＨ）と、
前記第１電力系統の低圧側と前記第２電力系統の低圧側とを接続する低圧側接続線と前記第２電力系統の低圧側との間に設けられる低圧側スイッチ（ＳＭＬ）と、
前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとの状態を制御する状態制御部（５３）と、
前記低圧側スイッチに並列接続される低圧側抵抗器（ＲＬ）と、を備え、
前記電力伝達部は、非絶縁型の電力伝達部であり、
前記状態制御部は、前記各蓄電池を前記電力伝達部に接続する場合に、前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとをオフ状態に制御する請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項3】
前記第２電力系統における前記各蓄電池の電荷量又はその相関値のいずれかである電荷量パラメータを取得する電荷量取得部（５３）を備え、前記選択部は、前記第２電力系統における前記各蓄電池のうち、前記電荷量が最も少ない前記蓄電池を前記第２蓄電池として選択する請求項１又は２に記載の電池監視装置。
【請求項4】
第１蓄電池（４４ａ）を含む第１電力系統（４１）と、第２蓄電池（４４ｂ）を含む第２電力系統（４２）とを備える電源システム（１０）に適用され、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とのうち、監視対象となる前記第２蓄電池の状態を監視する電池監視装置（５０）において、前記第１蓄電池の電極間を接続する第１電気経路（Ｒ１）に流れる第１電流により、前記第２蓄電池の電極間を接続する第２電気経路（Ｒ２）に、前記第２蓄電池に電力を蓄える向きの第２電流を出力させる電力伝達部（５０ｂ）と、
前記第２蓄電池に、監視対象とは異なる前記第１蓄電池を電源として、所定の交流信号としての前記第２電流を出力させる交流出力部（５６）と、
前記交流信号に対する前記第２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第２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、
前記電力伝達部、前記交流出力部、前記応答信号入力部、及び前記演算部は、前記第１電力系統を電力出力側の出力側電力系統とし、前記第２電力系統を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部（７０ａ）を構成しており、
前記第１電力系統は、複数の蓄電池の直列接続体であり、
前記第１電力系統における前記各蓄電池を前記電池監視部に接続し、前記第１電力系統における前記各蓄電池と前記電池監視部との間を開閉する出力側スイッチ部（６４）と、
前記第１電力系統における前記各蓄電池のうち、前記電池監視部に接続する前記蓄電池である前記第１蓄電池を選択する選択部（５３）と、を備える電池監視装置。
【請求項5】
前記第１電力系統と前記第２電力系統とは並列接続されており、前記第１電力系統の高圧側と前記第２電力系統の高圧側とを接続する高圧側接続線と前記第１電力系統の高圧側との間に設けられる高圧側スイッチ（ＳＭＨ）と、
前記第１電力系統の低圧側と前記第２電力系統の低圧側とを接続する低圧側接続線と前記第１電力系統の低圧側との間に設けられる低圧側スイッチ（ＳＭＬ）と、
前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとの状態を制御する状態制御部（５３）と、
前記低圧側スイッチに並列接続される低圧側抵抗器（ＲＬ）と、を備え、
前記電力伝達部は、非絶縁型の電力伝達部であり、
前記状態制御部は、前記各蓄電池を前記電力伝達部に接続する場合に、前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとをオフ状態に制御する請求項４に記載の電池監視装置。
【請求項6】
前記第１電力系統における前記各蓄電池の電荷量又はその相関値のいずれかである電荷量パラメータを取得する電荷量取得部（５３）を備え、前記選択部は、前記第１電力系統における前記各蓄電池のうち、前記電荷量が最も多い前記蓄電池を前記第１蓄電池として選択する請求項４又は５に記載の電池監視装置。
【請求項7】
前記電力伝達部、前記交流出力部、前記応答信号入力部、及び前記演算部は、前記第１電力系統を電力出力側の出力側電力系統とし、前記第２電力系統を電力入力側の入力側電力系統とする第１電池監視部（７０ａ）を構成しており、さらに、前記第２電力系統を電力出力側の出力側電力系統とし、前記第１電力系統を電力入力側の入力側電力系統とする第２電池監視部（７０ｂ）を備える請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の電池監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池監視装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、蓄電池の状態を監視するため、蓄電池の交流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、ポテンショスタットにより、蓄電池に対して正弦波を印加して、この正弦波に基づいて蓄電池から流れる電流の交流成分を検出し、この交流成分に基づいて交流インピーダンス特性を算出していた。そして、この交流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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００８－１９０５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この測定法では、監視対象である蓄電池から流れる電流に基づいて交流インピーダンス特性を算出していたため、監視時に電流として蓄電池から電力が引き出されるとともに、その引き出された電力は熱として無駄に消費されるという問題が生じる。
【0005】
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、監視時に蓄電池から引き出された電力を有効活用することができる電池監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決する手段は、第１蓄電池を含む第１電力系統と、第２蓄電池を含む第２電力系統とを備える電源システムに適用され、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とのうち、監視対象となる対象蓄電池の状態を監視する電池監視装置において、前記第１蓄電池の電極間を接続する第１電気経路に流れる第１電流により、前記第２蓄電池の電極間を接続する第２電気経路に、前記第２蓄電池に電力を蓄える向きの第２電流を出力させる電力伝達部と、前記対象蓄電池に所定の交流信号としての前記第１電流又は前記第２電流を出力させる交流出力部と、前記交流信号に対する前記対象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対象蓄電池の複素インピーダンスを算出する演算部と、を備える。
【0007】
電源システムでは、電力供給の冗長性を確保するため、複数の電力系統を備えることがある。この手段では、複数の電力系統を備える電源システムにおいて、監視時に蓄電池から引き出された電力を有効活用する。つまり、第１電力系統に含まれる第１蓄電池と、第２電力系統に含まれる第２蓄電池とにおいて、第１蓄電池の電極間を接続する第１電気経路に流れる第１電流により、第２蓄電池の電極間を接続する第２電気経路に第２電流を出力させる電力伝達部が設けられている。これにより、対象蓄電池が、第１蓄電池と第２蓄電池とのいずれであっても、第１電気経路に第１電流を流すことで、対象蓄電池に電流を流すことができる。そのため、この電流により対象蓄電池に交流信号を出力させることができ、この交流信号に対する対象蓄電池の応答信号を用いて、対象蓄電池の状態を監視することができる。
【0008】
この際、電力伝達部は、第２蓄電池に電力を蓄える向きの第２電流を出力させる。つまり、応答信号のために第１電気経路に流れる第１電流を用いて第２蓄電池に電力を蓄えることができる。これにより、監視時に第１蓄電池から引き出された電力を有効活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】電源システムの概略構成図。
【図2】第１実施形態の電池監視装置の構成図。
【図3】第１実施形態の複素インピーダンス算出処理のフローチャート。
【図4】第２実施形態の電池監視装置の構成図。
【図5】第３実施形態の電池監視装置の構成図。
【図6】第３実施形態の複素インピーダンス算出処理のフローチャート。
【図7】第３実施形態の複素インピーダンス算出処理のフローチャート。
【図8】第４実施形態の電池監視装置の構成図。
【図9】第５実施形態の電池監視装置の構成図。
【図10】別例の電池監視装置の構成図。
【図11】別例の電池監視装置の構成図。
【図12】別例の電池監視装置の構成図。
【図13】別例の複素インピーダンス算出処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0010】
（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。
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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、直列接続体としての第１電力系統４１と第２電力系統４２とが並列接続されて構成されている。各電力系統４１，４２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４３が直列接続されて構成されている。各電池モジュール４３は、複数の電池セル４４が直列接続されて構成されている。電池セル４４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４４は、電解質と複数の電極とを有する蓄電池である。
【0016】
各電力系統４１，４２の正極側電源端子に接続される高圧側接続線としての正極側電源経路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、各電力系統４１，４２の負極側電源端子に接続される低圧側接続線としての負極側電源経路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。
【0017】
正極側電源経路Ｌ１と各電力系統４１，４２の正極側電源端子の間、及び負極側電源経路Ｌ２と各電力系統４１，４２の負極側電源端子の間には、それぞれリレースイッチ（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。以下、正極側電源経路Ｌ１と各電力系統４１，４２の正極側電源端子の間に設けられたリレースイッチを、高圧側スイッチＳＭＨと呼び、負極側電源経路Ｌ２と各電力系統４１，４２の負極側電源端子の間に設けられたリレースイッチを、低圧側スイッチＳＭＬと呼ぶ。なお、本実施形態では、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬは、必須の構成ではない。
【0018】
電池監視装置５０は、各電池セル４４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、各電力系統４１，４２の電池セル４４毎に設けられている。なお、図１では、第２電力系統４２の各電池セル４４を監視する電池監視装置５０の記載が省略されている。電池監視装置５０は、ＥＣＵ６０に接続されており、各電池セル４４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。
【0019】
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。
【0020】
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４４毎に電池監視装置５０が設けられている。図２には、第１電力系統４１に含まれる第１蓄電池としての第１電池セル４４ａ、第１電池セル４４ａを監視する電池監視装置５０、及び第２電力系統４２に含まれる第２蓄電池としての第２電池セル４４ｂが示されている。
【0021】
電池監視装置５０は、制御部５０ａを備えている。制御部５０ａは、ＡＳＩＣ部５１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５１は、第１電池セル４４ａから供給された電力に基づいて駆動しており、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。
【0022】
入出力部５２は、監視対象（対象蓄電池）とする第１電池セル４４ａ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、第１電池セル４４ａ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。第１電池セル４４ａ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ＬＣフィルタ５５ａ、ローパスフィルタ５５ｃ、及び保護素子としてのツェナーダイオード５５ｂが設けられている。つまり、電池セル４４に対して、ＬＣフィルタ５５ａ、ツェナーダイオード５５ｂ及びローパスフィルタ５５ｃが並列に接続されている。
【0023】
また、入出力部５２は、第１電池セル４４ａの端子間において、第１電池セル４４ａ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。
【0024】
また、入出力部５２は、交流出力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、第１電池セル４４ａから出力させる交流信号（正弦波信号）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、第１電池セル４４ａ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。
【0025】
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。
【0026】
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交流信号（正弦波信号）は、直流バイアスがかけられており、交流信号が負の電流（第１電池セル４４ａに対して逆流）とならないようになっている。
【0027】
電流モジュレーション回路５６は、監視対象である第１電池セル４４ａ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、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、第１電池セル４４ａの正極端子に接続され、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、第１電池セル４４ａの負極端子に接続されている。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。
【0028】
なお、第１電池セル４４ａの正極端子及び負極端子は、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、正極端子及び負極端子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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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交流信号（正弦波信号）を第１電池セル４４ａ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に流れる交流信号が安定化する。
【0032】
ところで、電池監視装置５０は、監視対象である第１電池セル４４ａを電源として、所定の交流信号（正弦波信号）を出力させるため、監視時に電流として第１電池セル４４ａから引き出された電力は熱として無駄に消費される。そのため、この電力を有効活用できる技術が望まれる。
【0033】
本実施形態の電源システム１０では、電力供給の冗長性を確保するため、組電池４０では、第１電力系統４１と第２電力系統４２とを備えている。電池監視装置５０では、この第１電力系統４１と第２電力系統４２とを利用して、監視時に第１電池セル４４ａから引き出された電力を有効活用する。
【0034】
具体的には、電池監視装置５０は、電力伝達部としてのコンバータ５０ｂを備える。本実施形態では、コンバータ５０ｂは、絶縁型トランス（以下、単にトランス）５０ｂである。トランス５０ｂは、１次側コイル６１と２次側コイル６２とを含む。１次側コイル６１は、第１電池セル４４ａの電極間を接続する第１電気経路Ｒ１に設けられている。電流モジュレーション回路５６のうち、半導体スイッチ素子５６ａと抵抗５６ｂとは、第１電気経路Ｒ１に設けられている。そのため、第１電気経路Ｒ１には、交流信号（正弦波信号）としての第１電流Ｉ１が流れる。
【0035】
２次側コイル６２は、第２電池セル４４ｂの電極間を接続する第２電気経路Ｒ２に設けられている。トランス５０ｂでは、第１電気経路Ｒ１に流れる第１電流Ｉ１が１次側コイル６１に流れることで、１次側コイル６１に出力する電気エネルギにより２次側コイル６２に起電力が生じ、この起電力により第２電気経路Ｒ２に第２電流Ｉ２を流す。この際、トランス５０ｂは、第２電池セル４４ｂに電力を蓄える向きに第２電流Ｉ２を流す。
【0036】
つまり、電池監視装置５０では、監視対象である第１電池セル４４ａから交流信号（正弦波信号）としての第１電流Ｉ１を第１電気経路Ｒ１に出力させると、トランス５０ｂによる電力伝達により、第２電気経路Ｒ２に第２電流Ｉ２が流れる。トランス５０ｂは、この第２電流Ｉ２が、第２電池セル４４ｂに電力を蓄える向きに流れるように接続されているため、この第２電流Ｉ２を用いて第２電池セル４４ｂに電力を蓄えることができる。そのため、監視時に第１電池セル４４ａから引き出された電力を有効活用することができる。
【0037】
次に、電池セル４４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に示す複素インピーダンス算出処理を実行する。
【0038】
複素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。
【0039】
次にマイコン部５３は、測定周波数に基づいて、交流信号（正弦波信号）の周波数を決定し、入出力部５２に対して、当該交流信号の出力を指示する指示信号を出力する（ステップＳ１０２）。
【0040】
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４４を電源として交流信号（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交流信号を電池セル４４から出力させるように、交流信号としての第１電流Ｉ１を調整する。これにより、電池セル４４から交流信号が出力される。
【0041】
電池セル４４から交流信号（正弦波信号）を出力させると、すなわち、電池セル４４に外乱を与えると、電池セル４４の端子間に電池セル４４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。
【0042】
また、電池セル４４から交流信号（正弦波信号）を出力させると、すなわち、第１電気経路Ｒ１に第１電流Ｉ１を流すと、第２電気経路Ｒ２に第２電流Ｉ２が流れる。つまり、応答信号のために第１電気経路Ｒ１に流れる第１電流Ｉ１により第２電気経路Ｒ２に第２電流Ｉ２が流れ、これにより、第２電池セル４４ｂに電力を蓄えることができる。
【0043】
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４４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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
第１実施形態の電池監視装置５０は、以下の効果を有する。
【0048】
本実施形態では、第１電気経路Ｒ１に流れる第１電流Ｉ１により、第２電気経路Ｒ２に第２電流Ｉ２を出力させるトランス５０ｂが設けられている。これにより、監視対象である第１電池セル４４ａから交流信号（正弦波信号）としての第１電流Ｉ１を第１電気経路Ｒ１に出力させると、第２電気経路Ｒ２に第２電流Ｉ２が出力する。
【0049】
この際、トランス５０ｂは、第２電池セル４４ｂに電力を蓄える向きの第２電流Ｉ２を出力させる。つまり、応答信号のために第２電気経路Ｒ２に流れる第２電流Ｉ２を用いて、第２電池セル４４ｂに電力を蓄えることができる。これにより、監視時に第１電池セル４４ａから引き出された電力を有効活用することができる。
【0050】
電池監視装置５０では、一般に、応答信号の振幅は、第１電池セル４４ａの電圧に比較して微弱な信号であり、応答信号を入力するために電流モジュレーション回路５６に印加する必要がある電圧は、第１電池セル４４ａの電圧よりも低い。本実施形態では、この点に注目し、トランス５０ｂを設けることで、電流モジュレーション回路５６に印加される電圧を下げつつ、余った電圧を用いて第２電池セル４４ｂに電力を蓄える。これにより、電流モジュレーション回路５６による通電量の調整において、無駄に消費されていた電力を有効活用することができる。
【0051】
本実施形態では、電流モジュレーション回路５６は、監視対象とする第１電池セル４４ａを電源として、交流信号（正弦波信号）を出力させる。このため、交流信号を第１電池セル４４ａに入力するための外部電源が必要なくなり、電池監視装置５０の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
【0052】
（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、第１実施形態の電池監視装置５０との相違点を中心に図４を参照しつつ説明する。本実施形態では、監視対象とする電池セル４４が第２電池セル４４ｂであり、監視対象とする第２電池セル４４ｂと異なる第１電池セル４４ａを電源として、交流信号（正弦波信号）を出力させる点で、第１実施形態の電池監視装置５０と異なる。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。
次に、第２実施形態の電池監視装置５０について、第１実施形態の電池監視装置５０との相違点を中心に図４を参照しつつ説明する。本実施形態では、監視対象とする電池セル４４が第２電池セル４４ｂであり、監視対象とする第２電池セル４４ｂと異なる第１電池セル４４ａを電源として、交流信号（正弦波信号）を出力させる点で、第１実施形態の電池監視装置５０と異なる。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。
【0053】
図４には、第２電池セル４４ｂを監視する電池監視装置５０が示されている。本実施形態の電池監視装置５０では、入出力部５２は、監視対象とする第２電池セル４４ｂに対して接続されている。また、入出力部５２は、第１電気経路Ｒ１に設けられた半導体スイッチ素子６３に対して、第１電流Ｉ１を流すか否かを切り替える切替信号を出力する切替信号出力端子５９ｃを有する。本実施形態では、マイコン部５３は、複素インピーダンス算出処理において、交流信号（正弦波信号）の出力を指示する指示信号を出力する場合に、第１電流Ｉ１を流すように切り替える切替信号を出力する（図３ ステップＳ１０２）。
【0054】
電流モジュレーション回路５６は、第１電気経路Ｒ１に第１電流Ｉ１が流れると、トランス５０ｂによる電力伝達により、交流信号（正弦波信号）としての第２電流Ｉ２を第２電気経路Ｒ２に出力させる。つまり、電流モジュレーション回路５６は、監視対象とは異なる第１電池セル４４ａを電源として、交流信号を出力させる。
【0055】
第２実施形態の電池監視装置５０は、以下の効果を有する。
【0056】
本実施形態では、第１電気経路Ｒ１に流れる第１電流Ｉ１により、第２電気経路Ｒ２に第２電流Ｉ２を出力させるトランス５０ｂが設けられている。そのため、第１電気経路Ｒ１に第１電流Ｉ１を流すことで、第２電気経路Ｒ２に交流信号（正弦波信号）としての第２電流Ｉ２が出力する。
【0057】
この際、第２電池セル４４ｂでは、交流信号により複素インピーダンスが算出されるとともに、この交流信号により第２電池セル４４ｂが充電される。一般に、組電池４０では、電荷量が少ない電池セル４４ほど劣化しているため、複素インピーダンスの算出をする必要がある。しかし、複素インピーダンスの算出にこの電池セル４４の電力が用いられると、この電池セル４４の電荷量がさらに減少し、電池セル４４の劣化がさらに進んでしまう。本実施形態では、複素インピーダンスの算出と充電とを同時に実行するため、第２電池セル４４ｂの電荷量が少ない場合でも、その劣化を抑制しつつ、複素インピーダンスを算出することができる。
【0058】
（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、第１実施形態及び第２実施形態の電池監視装置５０との相違点を中心に図５～７を参照しつつ説明する。本実施形態では、各電力系統４１，４２に含まれる複数の電池セル４４ごとに、電池監視装置５０が設けられている点で、第１実施形態及び第２実施形態の電池監視装置５０と異なる。本実施形態において、制御部５０ａとコンバータ５０ｂとは電池監視部７０ａを構成している。電池監視部７０ａは、第１実施形態及び第２実施形態に記載の電池監視装置５０に相当する。そのため、電池監視部７０ａは、第１電力系統４１を電力出力側の出力側電力系統とし、第２電力系統４２を電力入力側の入力側電力系統とする。
次に、第３実施形態の電池監視装置５０について、第１実施形態及び第２実施形態の電池監視装置５０との相違点を中心に図５～７を参照しつつ説明する。本実施形態では、各電力系統４１，４２に含まれる複数の電池セル４４ごとに、電池監視装置５０が設けられている点で、第１実施形態及び第２実施形態の電池監視装置５０と異なる。本実施形態において、制御部５０ａとコンバータ５０ｂとは電池監視部７０ａを構成している。電池監視部７０ａは、第１実施形態及び第２実施形態に記載の電池監視装置５０に相当する。そのため、電池監視部７０ａは、第１電力系統４１を電力出力側の出力側電力系統とし、第２電力系統４２を電力入力側の入力側電力系統とする。
【0059】
また、コンバータ５０ｂが、非絶縁型のコンバータである点で、第１実施形態の電池監視装置５０と異なる。さらに、電池監視装置５０は、電池監視部７０ａの他に、高圧側スイッチＳＭＨや低圧側スイッチＳＭＬを必須の構成として備える点で、第１実施形態の電池監視装置５０と異なる。
【0060】
具体的には、図５に示すように、電池監視装置５０は、電池監視部７０ａの他に、出力側スイッチ部６４と、入力側スイッチ部６５と、高圧側スイッチＳＭＨと、低圧側スイッチＳＭＬと、低圧側抵抗器ＲＬと、を備えている。
【0061】
出力側スイッチ部６４は、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４の正極端子及び負極端子に接続される出力ラインＬｎ上に個別に設けられた複数の出力側スイッチＳＡｎを備える。出力側スイッチＳＡｎは、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４と電池監視部７０ａとの接続状態を切り替える。つまり、出力側スイッチＳＡｎは、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４を電池監視部７０ａに接続し、各電池セル４４と電池監視部７０ａとの間を開閉する。なお、出力側スイッチＳＡｎとしては、例えば、フォトモスリレー等の高耐圧のスイッチング素子を用いることができる。
【0062】
上記のように接続されることにより、第１電力系統４１のうち、電池監視部７０ａに接続される電池セル４４が切り替わる。そのため、監視対象とする電池セル４４が第１電池セル４４ａ、つまり第１電力系統４１に含まれる電池セル４４である場合には、この出力側スイッチ部６４を用いて、監視する電池セル４４を切り替える。また、監視対象とする電池セル４４が第２電池セル４４ｂ、つまり第２電力系統４２に含まれる電池セル４４である場合には、この出力側スイッチ部６４を用いて、電力を出力する電池セル４４を切り替える。
【0063】
入力側スイッチ部６５は、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４の正極端子及び負極端子に接続される入力ラインＭｎ上に個別に設けられた複数の入力側スイッチＳＢｎを備える。入力側スイッチＳＢｎは、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４と電池監視部７０ａとの接続状態を切り替える。つまり、入力側スイッチＳＢｎは、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４を電池監視部７０ａに接続し、各電池セル４４と電池監視部７０ａとの間を開閉する。なお、入力側スイッチＳＢｎとしては、例えば、フォトモスリレー等の高耐圧のスイッチング素子を用いることができる。
【0064】
上記のように接続されることにより、第２電力系統４２のうち、電池監視部７０ａに接続される電池セル４４が切り替わる。そのため、監視対象とする電池セル４４が第１電池セル４４ａ、つまり第１電力系統４１に含まれる電池セル４４である場合には、この入力側スイッチ部６５を用いて、電力を入力する電池セル４４を切り替える。また、監視対象とする電池セル４４が第２電池セル４４ｂ、つまり第２電力系統４２に含まれる電池セル４４である場合には、この入力側スイッチ部６５を用いて、監視する電池セル４４を切り替える。
【0065】
高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬは、制御部５０ａのマイコン部５３によりオン／オフ状態が制御される。このため、マイコン部５３は、状態制御部として機能する。
【0066】
低圧側抵抗器ＲＬは、負極側電源経路Ｌ２と各電力系統４１，４２の負極側電源端子の間に設けられており、各低圧側スイッチＳＭＬに並列接続されている。低圧側抵抗器ＲＬは、ＭΩオーダの抵抗値を有しており、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬがオフ状態に切り替えられた場合に、各電力系統４１，４２の負極側電源端子における電圧の過度な変動を抑制する。
【0067】
次に、第３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６，７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。
【0068】
図６は、監視対象とする電池セル４４が第１電池セル４４ａである場合の複素インピーダンス算出処理である。図６に示す複素インピーダンス算出処理において、マイコン部５３は、最初に測定対象とする電池セル４４である第１電池セル４４ａを選択する（ステップＳ２０１）。第１電池セル４４ａは、例えば予め定められた順番で選択される。
【0069】
次にマイコン部５３は、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４の電荷量を取得する（ステップＳ２０２）。マイコン部５３は、各電池セル４４の電荷量を、例えば電荷量の相関値としての各電池セル４４の直流電圧から取得する。このため、マイコン部５３は、電荷量取得部として機能し、直流電圧は、電荷量パラメータとして機能する。
【0070】
ステップＳ２０２の実行後、マイコン部５３は、各電池セル４４の電荷量に基づいて、電力を入力する電池セル４４である第２電池セル４４ｂを選択する（ステップＳ２０３）。具体的には、マイコン部５３は、電荷量が最も少ない電池セル４４を、第２電池セル４４ｂとして選択する。このため、マイコン部５３は、選択部として機能する。
【0071】
次に、マイコン部５３は、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬをオフ状態に制御する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０２の実行後、マイコン部５３は、出力側スイッチ部６４及び入力側スイッチ部６５を用いて、選択された第１電池セル４４ａ及び第２電池セル４４ｂを電池監視部７０ａに接続する（ステップＳ２０５）。
【0072】
次に、マイコン部５３は、ステップＳ２０６～Ｓ２１１の処理を実行する。なお、ステップＳ２０６～Ｓ２１１の処理は、図３におけるステップＳ１０１～Ｓ１０６の処理と同一であるため、重複した説明を省略する。
【0073】
次に、マイコン部５３は、出力側スイッチ部６４及び入力側スイッチ部６５を用いて、選択された第１電池セル４４ａ及び第２電池セル４４ｂと電池監視部７０ａとの間の接続を解除する（ステップＳ２１２）。ステップＳ２１２の実行後、マイコン部５３は、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬをオン状態に制御する（ステップＳ２１３）。そして、算出処理を終了する。
【0074】
一方、図７は、監視対象とする電池セル４４が第２電池セル４４ｂである場合の複素インピーダンス算出処理である。図７に示す複素インピーダンス算出処理において、マイコン部５３は、最初に測定対象とする電池セル４４である第２電池セル４４ｂを選択する（ステップＳ３０１）。第２電池セル４４ｂは、例えば予め定められた順番で選択される。
【0075】
次にマイコン部５３は、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４の電荷量を取得する（ステップＳ３０２）。マイコン部５３は、各電池セル４４の電荷量を、例えば各電池セル４４の直流電圧から取得する。
【0076】
ステップＳ３０２の実行後、マイコン部５３は、各電池セル４４の電荷量に基づいて、電力を出力する電池セル４４である第１電池セル４４ａを選択する（ステップＳ３０３）。具体的には、マイコン部５３は、電荷量が最も多い電池セル４４を、第２電池セル４４ｂとして選択する。
【0077】
次に、マイコン部５３は、ステップＳ３０４～Ｓ３１３の処理を実行する。なお、ステップＳＳ３０４～Ｓ３１３の処理は、図３におけるステップＳＳ２０４～Ｓ２１３の処理と同一であるため、重複した説明を省略する。
【0078】
これらの算出処理は、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。
【0079】
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。
【0080】
第３実施形態の電池監視装置５０は、以下の効果を有する。
【0081】
本実施形態では、出力側スイッチ部６４により、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４を電池監視部７０ａに接続する。これにより、監視対象とする電池セル４４が第１電池セル４４ａの場合には、共通の電池監視部７０ａを用いて第１電池セル４４ａを監視することができ、電池監視装置５０の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
【0082】
また、監視対象とする電池セル４４が第２電池セル４４ｂの場合には、第２電池セル４４ｂに対して、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４から電力を出力することができる。この際に、電荷量が最も多い電池セル４４から電力を出力するように、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４を電池監視部７０ａに接続することで、各電池セル４４の電荷量を放電により均等化することができる。
【0083】
本実施形態では、入力側スイッチ部６５により、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４を電池監視部７０ａに接続する。これにより、監視対象とする電池セル４４が第２電池セル４４ｂの場合には、共通の電池監視部７０ａを用いて第２電池セル４４ｂを監視することができ、電池監視装置５０の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
【0084】
また、監視対象とする電池セル４４が第１電池セル４４ａの場合には、第１電池セル４４ａから、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４に対して電力を入力することができる。この際に、電荷量が最も少ない電池セル４４に電力を入力するように、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４を電池監視部７０ａに接続することで、各電池セル４４の電荷量を充電により均等化することができる。
【0085】
出力側スイッチ部６４及び入力側スイッチ部６５により、第１，第２電力系統４１，４２に含まれる各電池セル４４を切り替えて電池監視部７０ａに接続する場合に、電池監視部７０ａに接続された電池セル４４の正極端子（負極端子）の電圧に大きな電圧差が生じていることがある。この場合に、電池監視部７０ａを構成するコンバータ５０ｂが非絶縁型であると、この大きな電圧差により電池セル４４間に過大な電流が流れ、電池セル４４が損傷することがある。
【0086】
本実施形態では、この損傷を抑制するために、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬが設けられており、各電池セル４４を切り替えて電池監視部７０ａに接続する際に、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬをオフ状態に切り替える。高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬをオフ状態に切り替えることで、電池監視部７０ａに接続された電池セル４４の正極端子（負極端子）の電圧に電圧差が生じることを抑制することができる。
【0087】
さらに、本実施形態では、低圧側スイッチＳＭＬに並列接続された低圧側抵抗器ＲＬが設けられている。そのため、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬがオフ状態に切り替えられた場合に、各電力系統４１，４２における負極側電源端子の電圧の過度な変動が抑制される。そのため、この電圧の過度な変動により、電池セル４４間に過大な電流が流れることを抑制することができる。
【0088】
（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、第３実施形態の電池監視装置５０との相違点を中心に図８を参照しつつ説明する。本実施形態では、第１電力系統４１を電力出力側の出力側電力系統とし、第２電力系統４２を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部７０ａとともに、第２電力系統４２を電力出力側の出力側電力系統とし、第１電力系統４１を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部７０ｂを備える点で、第３実施形態の電池監視装置５０と異なる。以下では、区別のために、電池監視部７０ａを第１電池監視部７０ａと呼び、電池監視部７０ｂを第２電池監視部７０ｂと呼ぶ。
次に、第４実施形態の電池監視装置５０について、第３実施形態の電池監視装置５０との相違点を中心に図８を参照しつつ説明する。本実施形態では、第１電力系統４１を電力出力側の出力側電力系統とし、第２電力系統４２を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部７０ａとともに、第２電力系統４２を電力出力側の出力側電力系統とし、第１電力系統４１を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部７０ｂを備える点で、第３実施形態の電池監視装置５０と異なる。以下では、区別のために、電池監視部７０ａを第１電池監視部７０ａと呼び、電池監視部７０ｂを第２電池監視部７０ｂと呼ぶ。
【0089】
具体的には、図８に示すように、電池監視装置５０は、第２電池監視部７０ｂの他に、出力側スイッチ部６６と、入力側スイッチ部６７と、を備えている。以下では、区別のために、出力側スイッチ部６４を第１出力側スイッチ部６４と呼び、出力側スイッチ部６６を第２出力側スイッチ部６６と呼ぶ。また、入力側スイッチ部６５を第１入力側スイッチ部６５と呼び、入力側スイッチ部６７を第２入力側スイッチ部６７と呼ぶ。
【0090】
第２出力側スイッチ部６６は、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４の正極端子及び負極端子に接続される出力ラインＰｎ上に個別に設けられた複数の出力側スイッチＳＣｎを備える。出力側スイッチＳＣｎは、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４と第２電池監視部７０ｂとの接続状態を切り替える。つまり、出力側スイッチＳＣｎは、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４を第２電池監視部７０ｂに接続し、各電池セル４４と第２電池監視部７０ｂとの間を開閉する。なお、出力側スイッチＳＣｎとしては、例えば、フォトモスリレー等の高耐圧のスイッチング素子を用いることができる。
【0091】
上記のように接続されることにより、第２電力系統４２のうち、第２電池監視部７０ｂに接続される電池セル４４が切り替わる。そのため、監視対象とする電池セル４４が第２電池監視部７０ｂ、つまり第２電力系統４２に含まれる電池セル４４である場合には、この第２出力側スイッチ部６６を用いて、監視する電池セル４４を切り替える。また、監視対象とする電池セル４４が第１電池セル４４ａ、つまり第１電力系統４１に含まれる電池セル４４である場合には、この第２出力側スイッチ部６６を用いて、電力を出力する電池セル４４を切り替える。
【0092】
第２入力側スイッチ部６７は、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４の正極端子及び負極端子に接続される入力ラインＱｎ上に個別に設けられた複数の入力側スイッチＳＤｎを備える。入力側スイッチＳＤｎは、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４と第２電池監視部７０ｂとの接続状態を切り替える。つまり、入力側スイッチＳＤｎは、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４を第２電池監視部７０ｂに接続し、各電池セル４４と第２電池監視部７０ｂとの間を開閉する。なお、入力側スイッチＳＤｎとしては、例えば、フォトモスリレー等の高耐圧のスイッチング素子を用いることができる。
【0093】
上記のように接続されることにより、第１電力系統４１のうち、第２電池監視部７０ｂに接続される電池セル４４が切り替わる。そのため、監視対象とする電池セル４４が第２電池セル４４ｂ、つまり第２電力系統４２に含まれる電池セル４４である場合には、この第２入力側スイッチ部６７を用いて、電力を入力する電池セル４４を切り替える。また、監視対象とする電池セル４４が第１電池セル４４ａ、つまり第１電力系統４１に含まれる電池セル４４である場合には、この第２入力側スイッチ部６７を用いて、監視する電池セル４４を切り替える。
【0094】
第４実施形態の電池監視装置５０は、以下の効果を有する。
【0095】
本実施形態では、第１電池監視部７０ａとともに第２電池監視部７０ｂを備える。そのため、第１電池監視部７０ａにより第２電池セル４４ｂを充電することができるとともに、第２電池監視部７０ｂにより第１電池セル４４ａを充電することができる。そのため、第１電池セル４４ａと第２電池セル４４ｂとのいずれの電荷量が少ない場合でも、その劣化を抑制しつつ、複素インピーダンスを算出することができる。
【0096】
（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、第３実施形態の電池監視装置５０との相違点を中心に図９を参照しつつ説明する。本実施形態では、コンバータ５０ｂが、絶縁型のトランス５０ｂである点で、第３実施形態の電池監視装置５０と異なる。
次に、第５実施形態の電池監視装置５０について、第３実施形態の電池監視装置５０との相違点を中心に図９を参照しつつ説明する。本実施形態では、コンバータ５０ｂが、絶縁型のトランス５０ｂである点で、第３実施形態の電池監視装置５０と異なる。
【0097】
コンバータ５０ｂがトランス５０ｂである場合、出力側スイッチ部６４及び入力側スイッチ部６５により、第１，第２電力系統４１，４２に含まれる各電池セル４４を切り替えて電池監視部７０ａに接続する場合に、電池監視部７０ａに接続された電池セル４４の正極端子（負極端子）の電圧差により電池セル４４間に過大な電流が流れることがない。そのため、本実施形態では、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬは必須の構成ではない。また、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬをオフ状態に切り替える必要もないため、低圧側抵抗器ＲＬが設けられていない。
【0098】
本実施形態では、マイコン部５３は、複素インピーダンス算出処理において、選択された第１電池セル４４ａ及び第２電池セル４４ｂを電池監視部７０ａに接続する前に（図６ ステップＳ２０５，図７ ステップＳ３０５）、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬをオフ状態に制御する必要がない（図６ ステップＳ２０４，図７ ステップＳ３０４）。また、マイコン部５３は、選択された第１電池セル４４ａ及び第２電池セル４４ｂと電池監視部７０ａとの間の接続を解除した後に（図６ ステップＳ２１２，図７ ステップＳ３１２）、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬをオン状態に制御する必要がない（図６ ステップＳ２１３，図７ ステップＳ３１３）。
【0099】
第５実施形態の電池監視装置５０は、以下の効果を有する。
【0100】
本実施形態では、出力側スイッチ部６４により、第１電力系統４１に含まれる各電池セル４４を電池監視部７０ａに接続し、入力側スイッチ部６５により、第２電力系統４２に含まれる各電池セル４４を電池監視部７０ａに接続する。これにより、共通の電池監視部７０ａを用いて各電池セル４４を監視することができ、電池監視装置５０の部品点数削減、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
【0101】
さらに、本実施形態では、コンバータ５０ｂが、絶縁型のトランス５０ｂであるため、高圧側スイッチＳＭＨ及び低圧側スイッチＳＭＬが必須の構成ではなく、低圧側抵抗器ＲＬが不要となる。そのため、電池監視装置５０の部品点数削減、小型化、低コスト化を好適に実現することが可能となる。
【0102】
（他の実施形態）
・上記実施形態では、電力伝達部としてコンバータ５０ｂを設けたが、コンバータ５０ｂの代わりにフィルタ部５０ｃを設けてもよい。その際、フィルタ部５０ｃの一部を第１電気経路Ｒ１及び第２電気経路Ｒ２に設けてもよい。
・上記実施形態では、電力伝達部としてコンバータ５０ｂを設けたが、コンバータ５０ｂの代わりにフィルタ部５０ｃを設けてもよい。その際、フィルタ部５０ｃの一部を第１電気経路Ｒ１及び第２電気経路Ｒ２に設けてもよい。
【0103】
例えば、図１０に示すように、フィルタ部５０ｃは、フィルタ回路としてのＬＣフィルタ７１及び半導体スイッチ素子７２を有する。ＬＣフィルタ７１は、コイル７１ａとコンデンサ７１ｂとを有している。コイル７１ａは、第１電気経路Ｒ１に設けられており、コンデンサ７１ｂは、第２電気経路Ｒ２に設けられている。ＬＣフィルタ７１は、第１電池セル４４ａの電圧が第２電池セル４４ｂよりも大きい場合に、第１電池セル４４ａから第２電池セル４４ｂに電力を伝達する。
【0104】
半導体スイッチ素子７２は、第１電気経路Ｒ１と第２電気経路Ｒ２とを接続する中間電気経路Ｒ３に設けられている。半導体スイッチ素子７２は、例えばＩＧＢＴである。制御部５０ａのＡＳＩＣ部５１における入出力部５２は、半導体スイッチ素子７２のゲート端子に接続されており、半導体スイッチ素子７２に対して、指示信号を出力する指示信号出力端子５９ｄを有する。つまり、入出力部５２は、電流モジュレーション回路５６と半導体スイッチ素子７２とに対して同一の指示信号を出力する。
【0105】
そのため、第１電気経路Ｒ１に交流信号（正弦波信号）としての第１電流Ｉ１が流れる場合に、半導体スイッチ素子７２を介して、第１電気経路Ｒ１から第２電気経路Ｒ２に電流が流れ、第２電気経路Ｒ２に第２電流Ｉ２が流れる。この際、第２電気経路Ｒ２には、第２電池セル４４ｂに電力を蓄える向きの第２電流Ｉ２が流れる。つまり、応答信号のために第１電気経路Ｒ１に流れる第１電流Ｉ１により、第２電気経路Ｒ２に、第２電池セル４４ｂに電力を蓄える向きの第２電流Ｉ２が流れる。
【0106】
また、例えば、図１１に示すように、半導体スイッチ素子７２が、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよい。これにより、ＩＧＢＴである場合に比べて、電池監視装置５０の低コスト化を実現することが可能となる。一方、ＭＯＳＦＥＴには、ボディダイオード７３が並列に接続されている。そのため、このボディダイオード７３を介して、第２電池セル４４ｂから第１電池セル４４ａに意図せずに電力が漏れ出るおそれがある。
【0107】
そのため、本実施形態では、中間電気経路Ｒ３における半導体スイッチ素子７２の第１電気経路Ｒ１側にダイオード７４が設けられている。ダイオード７４は、半導体スイッチ素子７２のボディダイオード７３に対して、電流を流す向きが逆となるように設けられている。そのため、第２電池セル４４ｂから第１電池セル４４ａに意図せずに電力が漏れ出ることを抑制することができる。
【0108】
・上記実施形態において、各電池セル４４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４４の蓄電状態を揃えるように、他の電池セル４４に比較して蓄電状態が高い一部の電池セル４４を放電させる処理である。これにより、各電池セル４４の蓄電状態を揃え、電池セル４４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、第１電池セル４４ａを放電させて、第２電池セル４４ｂを充電させてもよい。
【0109】
具体的に説明すると、第３実施形態において、マイコン部５３は、第１電力系統４１の各電池セル４４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４４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４４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４４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、第１電力系統４１の均等化処理が実施される。
【0110】
そして、第１電力系統４１の均等化処理のために、第１電池セル４４ａを放電させる際、第２電池セル４４ｂを充電させて、同時に第２電力系統４２の均等化処理を実施してもよい。これにより、消費電力を抑制することができる。
【0111】
・上記実施形態において、組電池４０が２つの電力系統により構成される例を示したが、３つ以上の電力系統により構成されてもよい。例えば、組電池４０が、第１電力系統、第２電力系統、及び第３電力系統により構成されている場合を想定する。この場合、第１電力系統を電力出力側の出力側電力系統とし、第２電力系統を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部と、第２電力系統を電力出力側の出力側電力系統とし、第３電力系統を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部と、第３電力系統を電力出力側の出力側電力系統とし、第１電力系統を電力入力側の入力側電力系統とする電池監視部とが設けられてもよい。これにより、何れの電力系統に含まれる電池セル４４の電荷量が少ない場合でも、その劣化を抑制しつつ、複素インピーダンスを算出することができる。
【0112】
また、これに代えて、またはこれに加えて、第１電力系統を電力入力側の入力側電力系統とし、第２電力系統を電力出力側の出力側電力系統とする電池監視部と、第２電力系統を電力入力側の入力側電力系統とし、第３電力系統を電力出力側の出力側電力系統とする電池監視部と、第３電力系統を電力入力側の入力側電力系統とし、第１電力系統を電力出力側の出力側電力系統とする電池監視部と、が設けられてもよい。
【0113】
・上記実施形態において、電池セル４４の電荷量の相関値として、各電池セル４４の直流電圧を例示したが、これに限られず、各電池セル４４のＳＯＣ、ＳＯＨ及び電池温度等であってもよい。
【0114】
・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。
【0115】
・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。
【0116】
・上記実施形態において、フィードバック回路５６ｄ及び電流検出アンプ５６ｃの一方又は両方は、ソフトウェアにより実現してもよい。
【0117】
・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。
【0118】
・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。
【0119】
・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。
【0120】
・上記実施形態において、電池セル４４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。
【0121】
・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。
【0122】
・上記実施形態において、複素インピーダンスを、いわゆる２位相ロックイン検出を実施してもよい。以下、監視対象とする電池セル４４が第１電池セル４４ａである場合について、詳しく説明する。
【0123】
図１２に示すように、制御部５０ａのＡＳＩＣ部５１には、第１電池セル４４ａ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。
【0124】
また、制御部５０ａのＡＳＩＣ部５１には、正弦波信号の出力時における第１電池セル４４ａ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、第１電池セル４４ａ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、本実施形態では、プリアンプ１５２は、１段であったが、多段にしてもよい。
【0125】
また、図１２に示すように、第１電池セル４４ａの正極端子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、第１電池セル４４ａ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。
【0126】
また、ＡＳＩＣ部５１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。
【0127】
ＡＤ変換器１５４は、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。
【0128】
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１２では、応答信号の実部をＲｅ｜Ｖｒ｜と示す。
【0129】
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。
【0130】
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１２では、応答信号の虚部をＩｍ｜Ｖｒ｜と示す。
【0131】
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。
【0132】
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。
【0133】
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。
【0134】
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（１）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。
【0135】
【数1】
【0136】
次に、２位相ロックイン検出における複素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。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。
【0137】
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。本実施形態において、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。
【0138】
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Ｓ４０２）。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。
【0139】
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Ｓ４０３）。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、第１電池セル４４ａ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、第１電池セル４４ａの直流電圧に基づき、行われることが望ましい。なお、第１電池セル４４ａの直流電圧は、差動アンプ１５１により測定すればよい。
【0140】
電流モジュレーション回路５６は、指示信号に基づいて、第１電池セル４４ａを電源として正弦波信号を出力させる（ステップＳ４０４）。これにより、第１電池セル４４ａから正弦波信号が出力されるとともに、第２電池セル４４ｂに電力が蓄えられる。
【0141】
第１電池セル４４ａから正弦波信号を出力させると、第１電池セル４４ａの端子間に第１電池セル４４ａ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Ｓ４０５）。
【0142】
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、第１電池セル４４ａ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、第１電池セル４４ａの直流電圧に基づき、調整されることが望ましい。
【0143】
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Ｓ４０６）。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。
【0144】
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。
【0145】
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Ｓ４０７）。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。
【0146】
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Ｓ４０８）。フィードバック信号は、実際に第１電池セル４４ａ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。
【0147】
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Ｓ４０９）。そして、算出処理を終了する。
【0148】
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。
【0149】
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。
【符号の説明】
【0150】
１０…電源システム、４１…第１電力系統、４２…第２電力系統、４４ａ…第１電池セル、４４ｂ…第２電池セル、５０…電池監視装置、５０ｂ…トランス、５２…入出力部、５３…マイコン部、５６…電流モジュレーション回路、Ｒ１…第１電気経路、Ｒ２…第２電気経路。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】