(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置であって、
一対のコンデンサと、
前記一対のコンデンサの何れか一方を選択して、当該一極板を前記二次電池に接続するための第１のスイッチと、
前記二次電池の両極に接続され、前記二次電池の両極の何れか一方を前記第１のスイッチに接続するための第２のスイッチと、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御して、前記二次電池が第１の状態のときに前記二次電池の一極を前記一対のコンデンサの少なくとも一方に接続した後、前記二次電池が第２の状態のときに前記二次電池の一極を前記一対のコンデンサの他方のみに接続する第１のスイッチ制御手段と、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御して、前記二次電池の一極を前記一対のコンデンサの少なくとも一方に接続した後、前記二次電池の他極を前記一対のコンデンサの他方のみに接続する第２のスイッチ制御手段と、
前記一対のコンデンサの一極電圧の差電圧を出力する差動増幅回路と、
前記第１のスイッチ制御手段による制御時に、前記差電圧に基づき前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
前記第２のスイッチ制御手段による制御時に、前記差電圧に基づき前記二次電池の両極電圧を検出する両極電圧検出手段と、
を備えたことを特徴とする二次電池状態検出装置。
【請求項２】
前記第２のスイッチ制御手段は、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御して、前記二次電池の一極を前記一対のコンデンサの両方に接続した後、前記二次電池の他極を前記一対のコンデンサの他方のみに接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項３】
前記二次電池は、複数が互いに直列に接続され、
前記第２のスイッチは、前記複数の二次電池の各々に設けられ、
前記複数の二次電池の両極と前記第２のスイッチとの間に設けられた抵抗と、
前記第２のスイッチを制御して、両極電圧の高い前記二次電池の両極に前記抵抗の両端を接続して、当該接続した二次電池を放電させる均等化手段と、をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の劣化の度合や内部抵抗などの当該電池の状態を検出する二次電池状態検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車（ＥＶ）や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの各種車両には、電動モータの動力源として、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池などの二次電池が搭載されている。
【０００３】
このような二次電池は、充電及び放電を繰り返すことにより劣化が進み、蓄電可能容量（電流容量や電力容量など）が徐々に減少することが知られている。そして、二次電池を用いた電気自動車などにおいては、二次電池の劣化の度合を検出することにより蓄電可能容量を求めて、二次電池によって走行可能な距離や二次電池の寿命などを算出している。
【０００４】
二次電池の劣化の度合を示す指標の一つとして、初期蓄電可能容量に対する現在蓄電可能容量の割合であるＳＯＨ（State of Health）がある。このＳＯＨは二次電池の内部抵抗と相関があることが知られており、二次電池の内部抵抗を求めることにより当該内部抵抗に基づいてＳＯＨを検出することができる。
【０００５】
上記二次電池の内部抵抗を検出する装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。特許文献１の二次電池状態検出装置は、２つのコンデンサを備え、二次電池の２つの状態、例えば放電状態と放電停止状態とのそれぞれの電池電圧をコンデンサにホールドし、増幅器によりコンデンサがホールドした電池電圧の差を増幅することにより、精度良く内部抵抗やＳＯＨを求めている。
【０００６】
上述した特許文献１に示す二次電池状態検出装置において、増幅器は、２つの状態のときの二次電池の両極電圧の差電圧しか出力することができない。このため、二次電池の両極電圧を検出する回路（第１ＡＤＣ）を、増幅器が出力する差電圧を検出する回路(第２ＡＤＣ)とは別に設ける必要があり、コスト的に問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２１９３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、安価に二次電池の状態と両極電圧とを検出できる二次電池状態検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置であって、一対のコンデンサと、前記一対のコンデンサの何れか一方を選択して、当該一極板を前記二次電池に接続するための第１のスイッチと、前記二次電池の両極に接続され、前記二次電池の両極の何れか一方を前記第１のスイッチに接続するための第２のスイッチと、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御して、前記二次電池が第１の状態のときに前記二次電池の一極を前記一対のコンデンサの少なくとも一方に接続した後、前記二次電池が第２の状態のときに前記二次電池の一極を前記一対のコンデンサの他方のみに接続する第１のスイッチ制御手段と、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御して、前記二次電池の一極を前記一対のコンデンサの少なくとも一方に接続した後、前記二次電池の他極を前記一対のコンデンサの他方のみに接続する第２のスイッチ制御手段と、前記一対のコンデンサの一極電圧の差電圧を出力する差動増幅回路と、前記第１のスイッチ制御手段による制御時に、前記差電圧に基づき前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、前記第２のスイッチ制御手段による制御時に、前記差電圧に基づき前記二次電池の両極電圧を検出する両極電圧検出手段と、を備えたことを特徴とする二次電池状態検出装置に存する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記第２のスイッチ制御手段は、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御して、前記二次電池の一極を前記一対のコンデンサの両方に接続した後、前記二次電池の他極を前記一対のコンデンサの他方のみに接続することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置に存する。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記二次電池は、複数が互いに直列に接続され、前記第２のスイッチは、前記複数の二次電池の各々に設けられ、前記複数の二次電池の両極と前記第２のスイッチとの間に設けられた抵抗と、前記第２のスイッチを制御して、両極電圧の高い前記二次電池の両極に前記抵抗の両端を接続して、当該接続した二次電池を放電させる均等化手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池状態検出装置に存する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、差動増幅回路を、二次電池状態検出手段と、両極電圧検出手段と、で共有することができ、コストダウンを図ることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、一対のコンデンサの他方を迅速に二次電池の他極と同じに電圧にできる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、第２のスイッチを流用して均等化を行うことができるため、よりコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の二次電池状態検出装置の一実施形態を示す回路図である。
【図２】図１に示すＭＣＵの電池状態検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すＭＣＵの両極電圧検出処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の二次電池状態検出装置について図１を参照して説明する。本実施形態の二次電池状態検出装置１は、例えば、電気自動車に搭載され、当該電気自動車が備える複数の二次電池Ｃｅの状態をそれぞれ検出するものである。複数の二次電池Ｃｅは、互いに直列に接続されている。
【００１７】
図１に示すように、二次電池状態検出装置１は、一対のコンデンサＣｏ１及びＣｏ２と、第１のスイッチユニット２と、第２のスイッチユニット３と、充電部４と、第１のスイッチ制御手段、第２のスイッチ制御手段、電池状態検出手段、両極電圧検出手段としてのＭＣＵ５と、差動増幅回路６と、差動増幅回路６の出力をＡＤ変換してＭＣＵ５に供給するＡＤコンバータ７（以下ＡＤＣ７と略記）と、抵抗Ｒと、を備えている。
【００１８】
コンデンサＣｏ１は、本実施形態では、複数の二次電池Ｃｅにそれぞれ対応して複数設けられている。コンデンサＣｏ１は、その一極板が差動増幅回路６の非反転入力に接続され、他極板がグランド（基準電位）に接続されている。コンデンサＣｏ２は、本実施形態では、複数の二次電池に対応して複数設けられている。コンデンサＣｏ２は、その一極板が差動増幅回路６の反転入力に接続され、他極板がグランドに接続されている。
【００１９】
第１のスイッチユニット２は、本実施形態では、複数の二次電池Ｃｅにそれぞれ対応して複数設けられている。第１のスイッチユニット２は、一対のコンデンサＣｏ１及びＣｏ２の何れか一方を選択して、その一極板を対応する二次電池Ｃｅに接続するための第１のスイッチＳＷ１１及びＳＷ１２から構成されている。
【００２０】
第１のスイッチＳＷ１１は、一端がコンデンサＣｏ１の一極板に接続されている。第１のスイッチＳＷ１２は、一端がコンデンサＣｏ２の一極板に接続されている。第１のスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２は、他端が互いに共通接続されている。
【００２１】
第２のスイッチユニット３は、本実施形態では、複数の二次電池Ｃｅにそれぞれ対応して複数設けられている。第２のスイッチユニット３は、対応する二次電池Ｃｅの両極に接続され、二次電池Ｃｅの両極の何れか一方を第１のスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２に接続するための第２のスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２から構成されている。第２のスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２は、一端が対応する二次電池Ｃｅの両極にそれぞれ接続され、他端が共通接続されて、第１のスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２の共通接続された他端に接続されている。
【００２２】
以上の構成によれば、第１のスイッチＳＷ１１をオンするとコンデンサＣｏ１が選択され、第２のスイッチＳＷ２１をオンすれば、二次電池Ｃｅの正極（一極）をコンデンサＣｏ１の一極板に接続することができる。また、第１のスイッチＳＷ１１のオン時に、第２のスイッチＳＷ２２をオンすれば、二次電池Ｃｅの負極（他極）をコンデンサＣｏ１の一極板に接続することができる。
【００２３】
また、第１のスイッチＳＷ１２をオンするとコンデンサＣｏ２が選択され、第２のスイッチＳＷ２１をオンすれば、二次電池Ｃｅの正極をコンデンサＣｏ２の一極に接続することができる。また、第１のスイッチＳＷ１２のオン時に、第２のスイッチＳＷ２２をオンすれば、二次電池Ｃｅの負極をコンデンサＣｏ２の一極に接続することができる。
【００２４】
充電部４は、複数の二次電池Ｃｅの充電に際して、予め定められた充電電流Ｉｃを流すことができるように設けられている。充電部４は、後述するＭＣＵ５に接続されており、ＭＣＵ５からの制御信号に応じて、複数の二次電池Ｃｅに充電電流Ｉｃを流して充電し、二次電池Ｃｅに充電電流Ｉｃを流すことを停止して充電を停止する。
【００２５】
ＭＣＵ５は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータから構成されている。ＭＣＵ５は、第１のスイッチユニット２、第２のスイッチユニット３のオンオフ制御や、充電部４を制御する。
【００２６】
ＭＣＵ５は、電子制御装置から状態検出命令を受けると、第１のスイッチユニット２及び第２のスイッチユニット３を制御して、複数の二次電池Ｃｅが第１の状態のときに複数の二次電池Ｃｅの正極をコンデンサＣｏ１の一極板に接続した後、二次電池Ｃｅが第２の状態のときに複数の二次電池Ｃｅの正極をコンデンサＣｏ２の一極板に接続する。ここで、第１の状態、第２の状態とは、二次電池Ｃｅに流れる電流が互いに異なる状態を示す。本実施形態では、二次電池Ｃｅに充電電流Ｉｃが流れる充電状態を第１の状態、二次電池Ｃｅに電流が流れない充電停止状態を第２の状態としている。
【００２７】
ＭＣＵ５は、電子制御装置から両極電圧検出命令を受けると、第１のスイッチユニット２及び第２のスイッチユニット３を制御して、複数の二次電池Ｃｅの正極をコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２双方の一極板に接続した後、二次電池Ｃｅの負極をコンデンサＣｏ２のみの一極板に接続する。
【００２８】
差動増幅回路６は、本実施形態では、複数の二次電池Ｃｅにそれぞれ対応して複数設けられている。差動増幅回路６は、非反転入力と、反転入力と、にそれぞれ入力されたコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２の一極板電圧の差分を増幅して差電圧として出力する。
【００２９】
また、ＭＣＵ５は、状態検出命令を受けて、第１、第２のスイッチユニット２、３を制御する際に、差動増幅回路６から出力される差電圧を取り込んで、複数の二次電池Ｃｅの各内部抵抗を検出して、複数の二次電池Ｃｅの各状態を検出する。
【００３０】
また、ＭＵＣ５は、両極検出命令を受けて、第１、第２のスイッチユニット２、３を制御する際に、差動増幅回路６から出力される差電圧を複数の二次電池Ｃｅの両極電圧として取り込む。
【００３１】
抵抗Ｒは、二次電池Ｃｅの両極と、第２のスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２２と、の間に設けられた電流制限用の抵抗である。
【００３２】
次に、上述した構成の二次電池状態検出装置１の動作について図２及び図３を参照して以下説明する。図２は、図１に示すＭＣＵ５の二次電池状態検出処理の手順を示すフローチャートである。図３は、図１に示すＭＣＵ５の両極電圧検出処理の手順を示すフローチャートである。
【００３３】
ＭＣＵ５は、車両に搭載された電子制御装置から状態検出命令を受信すると、図２に示す電池状態検出処理を開始する。まず、ＭＣＵ５は、第１のスイッチＳＷ１１及びＳＷ１２、第２のスイッチＳＷ２１をオンして、コンデンサＣｏ１、Ｃｏ２双方の一極板に二次電池Ｃｅの正極を接続する（ステップＳ１）。
【００３４】
次に、ＭＣＵ５は、充電部４に対して充電開始の制御信号を送信する（ステップＳ２）。充電部４は、この制御信号に応じて充電電流Ｉｃで二次電池Ｃｅ１〜Ｃｅ４の充電を開始する。
【００３５】
次に、ＭＣＵ５は、第１のスイッチＳＷ１２をオフして、コンデンサＣｏ２の一極板と二次電池Ｃｅの正極との接続を切り離すと共に、コンデンサＣｏ１の一極板のみに二次電池Ｃｅの正極を接続する（ステップＳ３）。これにより、コンデンサＣｏ１には、充電状態における二次電池Ｃｅの正極電位が保持される。
【００３６】
その後、ＭＵＣ５は、コンデンサＣｏ１の電圧が二次電池Ｃｅの正極電位に達するような十分な時間ｔ１が経過すると（ステップＳ４でＹ）、第１のスイッチＳＷ１１をオフして、コンデンサＣｏ１と二次電池Ｃｅとの接続を切り離す（ステップＳ５）。その後、充電部４に対して充電停止の制御信号を送信する（ステップＳ６）。充電部４は、この制御信号に応じて二次電池Ｃｅの充電を停止する。
【００３７】
次に、ＭＣＵ５は、第１のスイッチＳＷ１２をオンして、コンデンサＣｏ２の一極板に二次電池Ｃｅの正極を接続する（ステップＳ７）。これにより、コンデンサＣｏ２には、充電停止状態における二次電池Ｃｅの正極電位が保持される。
【００３８】
その後、ＭＵＣ５は、時間ｔ１が経過すると（ステップＳ８でＹ）、第１のスイッチＳＷ１２、第２のスイッチＳ２１をオフして、コンデンサＣｏ２と二次電池Ｃｅとの接続を切り離す（ステップＳ９）。
【００３９】
その後、ＭＣＵ５は、各差動増幅回路６から出力される差電圧を取り込んで、各二次電池Ｃｅの内部抵抗を求めて（ステップＳ１０）、電池状態検出処理を終了する。
【００４０】
一方、ＭＣＵ５は、車両に搭載された電子制御装置から両極電圧検出命令を受信すると、図３に示す両極電圧検出処理を開始する。まず、ＭＣＵ５は、第２のスイッチＳＷ２２、第１のスイッチＳＷ１１及びＳＷ１２をオンして、コンデンサＣｏ１、Ｃｏ２双方の一極板に二次電池Ｃｅの負極を接続する（ステップＳ１１）。これにより、コンデンサＣｏ１、Ｃｏ２には、二次電池Ｃｅの負極電位が保持される。
【００４１】
次に、ＭＣＵ５は、十分な時間ｔ１が経過すると（ステップＳ１２でＹ）、第２のスイッチＳ２２、第１のスイッチＳＷ１２をオフし、第２のスイッチＳ２１をオンして、コンデンサＣｏ１の一極板に二次電池Ｃｅの正極を接続する（ステップＳ１３）。これにより、コンデンサＣｏ１には二次電池Ｃｅの正極電位が保持される。
【００４２】
その後、ＭＣＵ５は、十分な時間ｔ１が経過すると（ステップＳ１４でＹ）、第２のスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２をオフして、二次電池ＣｅとコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２との接続を切り離す（ステップＳ１５）。
【００４３】
その後、ＭＣＵ５は、各差動増幅回路６から出力される差電圧を二次電池Ｃｅの両極電圧として取り込み（ステップＳ１６）、両極電圧検出処理を終了する。
【００４４】
上述した実施形態によれば、差動増幅回路６やＡＤＣ７を、二次電池Ｃｅの状態（内部抵抗）を検出する電池状態検出処理と、二次電池Ｃｅの両極電圧を検出する両極電圧検出処理と、で共有することができ、コストダウンを図ることができる。
【００４５】
上述した実施形態によれば、ＭＣＵ５は、両極電圧検出処理において、第１のスイッチユニット２及び第２のスイッチユニット３を制御して、二次電池Ｃｅの負極をコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２の両方に接続した後、二次電池Ｃｅの正極をコンデンサＣｏ１のみに接続する。これにより、二次電池Ｃｅの正極に接続する前にコンデンサＣｏ１は二次電池Ｃｅの負極と同電位であり、ある程度電荷が蓄積されているため、二次電池Ｃｅの正極に接続すると迅速に二次電池Ｃｅの正極電位と同じになる。
【００４６】
また、上述した実施形態によれば、二次電池Ｃｅの両極に第２のスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２が設けられ、二次電池Ｃｅと第２のスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２との間にそれぞれ抵抗Ｒが設けられている。これにより、第２のスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２をオンすれば、二次電池Ｃｅの両極に抵抗Ｒが接続され、二次電池Ｃｅを抵抗Ｒにより放電することができる。そこで、この第２のスイッチユニット３を制御して、ＭＣＵ５が、均等化手段として働き、二次電池Ｃｅの均等化を行うようにしてもよい。
【００４７】
具体的には、両極電圧検出処理により複数の二次電池Ｃｅの両極電圧を検出した後、ＭＣＵ５は、第２のスイッチユニット３を制御して、両極電圧が高い二次電池Ｃｅの両極に抵抗Ｒを接続して、放電させて均等化を図る。これにより、第２のスイッチユニット３を流用して均等化を行うことができるため、よりコストダウンを図ることができる。
【００４８】
なお、上述した実施形態では、充電状態（第１の状態）及び充電停止状態（第２の状態）の二次電池Ｃｅの正極電位をコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２に保持して、その差電圧を求めていたが、これに限ったものではない。２つの異なる状態の二次電池Ｃｅの正極電位をコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２に保持させればよく、例えば、充電状態及び放電状態の二次電池Ｃｅの正極電位をコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２に保持させるようにしてもよい。また、大きな充電電流が流れているときの充電状態及び小さな充電電流が流れているときの充電状態の二次電池Ｃｅの正極電位をコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２に保持させるようにしてもよいし、大きな放電電流が流れているときの放電状態及び小さな放電電流が流れているときの放電状態の二次電池Ｃｅの正極電位をコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２に保持させるようにしてもよい。
【００４９】
また、上述した実施形態によれば、第１のスイッチユニット２、コンデンサＣｏ１、Ｃｏ２、差動増幅回路６、ＡＤＣ７を複数の二次電池Ｃｅそれぞれに対応させて複数設けていたが、これに限ったものではない。複数の二次電池Ｃｅに対して、１つの第１のスイッチユニット２、コンデンサＣｏ１、Ｃｏ２、差動増幅回路６、ＡＤＣ７を設けて、複数の二次電池Ｃｅを順次コンデンサＣｏ１、Ｃｏ２に接続するようにしてもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態によれば、両極電圧検出処理において、二次電池Ｃｅの負極をコンデンサＣｏ１、Ｃｏ２の双方に接続した後、二次電池Ｃｅの正極をコンデンサＣｏ１のみに接続していたが、これに限ったものではない。二次電池Ｃｅの負極をコンデンサＣｏ２のみに接続した後、二次電池Ｃｅの正極をコンデンサＣｏ１に接続するようにしてもよい。
【００５１】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  二次電池状態検出装置
５  ＭＣＵ（第１のスイッチ制御手段、第２のスイッチ制御手段、電池状態検出手段、両極電圧検出手段、均等化手段）
６  差動増幅回路
Ｃｅ  二次電池
Ｃｏ１  コンデンサ
Ｃｏ２  コンデンサ
Ｒ  抵抗
ＳＷ１１、ＳＷ１２  第１のスイッチ
ＳＷ２１、ＳＷ２２  第２のスイッチ
【図１】
0006498558.tif 000002
【図２】
0006498558.tif 000003
【図３】
0006498558.tif 000004