(57)【要約】  【課題】一定電流での充放電時のように電流値が変化しない状況においても、二次電池の内部抵抗を検出する。  【解決手段】絶縁抵抗低下検知回路１１を用いて、二次電池１の内部抵抗値を検出する。すなわち、絶縁抵抗５０の抵抗値を検出する際にオンにするスイッチ３７をオフにするとともに、スイッチ３８をオンにする。また、内部抵抗を検出するセルに対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンする。この状態において、検知用信号発生回路３１から出力され、検知用信号入力回路３６に入力される検知用信号IRSENの電圧に基づいて、二次電池１の内部抵抗を検出する。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁抵抗検出信号を出力する信号出力回路、および、前記絶縁抵抗検出信号を受信する信号入力回路を備え、前記信号入力回路で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、二次電池と被絶縁部との間の絶縁抵抗の抵抗値を検出する絶縁抵抗検出回路を利用して前記二次電池の内部抵抗値を検出する方法であって、
前記絶縁抵抗検出回路による前記絶縁抵抗の抵抗値の検出方法原理に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を検出することを特徴とする二次電池の内部抵抗検出方法。
【請求項２】
絶縁抵抗検出信号を出力する信号出力回路、および、前記絶縁抵抗検出信号を受信する信号入力回路を備え、前記信号入力回路で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、二次電池と被絶縁部との間の絶縁抵抗の抵抗値を検出する絶縁抵抗検出回路と、
前記絶縁抵抗を検出するための第１の検出線、および、前記二次電池の内部抵抗を検出するための第２の検出線のうちのいずれか一方の検出線と前記絶縁抵抗検出回路との間を接続する制御手段とを備え、
前記制御手段によって、前記絶縁抵抗検出回路と前記第２の検出線とが接続された状態において、前記絶縁抵抗検出回路における前記信号入力回路で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を検出することを特徴とする二次電池の内部抵抗検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池の内部抵抗検出装置において、
前記二次電池は、複数のセルから構成されており、
前記制御手段は、前記第２の検出線と前記絶縁抵抗検出回路との間を接続する場合には、前記複数のセルの内部抵抗をそれぞれ検出するための複数の検出線のうちのいずれかの検出線と前記第２の検出線との間を接続し、
前記制御手段によって、前記絶縁抵抗検出回路と前記第２の検出線との間が接続され、かつ、前記複数の検出線のうちのいずれかの検出線と前記第２の検出線との間が接続された状態において、前記絶縁抵抗検出回路における前記信号入力回路で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、前記二次電池を構成する複数のセルの内部抵抗を検出することを特徴とする二次電池の内部抵抗検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の内部抵抗を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセルから構成される二次電池の総電圧および充放電電流を検出し、検出した電圧値および電流値を複数点サンプリングして回帰直線を求め、求めた回帰直線の傾きから、内部抵抗を算出する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１８５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法では、一定電流での充放電時や、二次電池を使用していない場合のように、電流値が変化しない状況下では、電流−電圧特性を示す回帰直線に基づいて内部抵抗を算出することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による二次電池の内部抵抗検出装置および二次電池の内部抵抗検出方法は、絶縁抵抗検出信号を出力する信号出力回路、および、絶縁抵抗検出信号を受信する信号入力回路を備え、信号入力回路で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、二次電池と被絶縁部との間の絶縁抵抗の抵抗値を検出する絶縁抵抗検出回路を用いて、二次電池の内部抵抗値を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による二次電池の内部抵抗検出装置および二次電池の内部抵抗検出方法によれば、電流値が変化しない状況においても、二次電池の内部抵抗を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明による二次電池の内部抵抗検出装置を電気自動車の電池制御システムに適用した一実施の形態の構成を示す図である。二次電池１は、直列に接続された複数のセルｓ１〜ｓｎから構成され、図示しない車両駆動用モータに電力を供給する。図１中の抵抗Ｒint(1)，Ｒint(2)，…，Ｒint(n)は、セルｓ１，ｓ２，…，ｓｎの内部抵抗を示したものであり、抵抗器として設けられている抵抗ではない。
【０００８】
電池制御装置１０は、セルｓ１〜ｓｎごとに設けられるスイッチＳＷ１〜ＳＷｎおよび抵抗Ｒ１〜Ｒｎ、絶縁抵抗低下検知回路１１、ＣＰＵ１２、メモリ１３を備える。また、電池制御装置１０は、各セルｓ１〜ｓｎの＋（プラス）側端子と接続されている検出線Ｌ１〜Ｌｎを介して二次電池１と接続されており、後述する方法により、各セルｓ１〜ｓｎの内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)を検出する。
【０００９】
検出線Ｌ１は、スイッチＳＷ１および抵抗Ｒ１を介して、絶縁抵抗低下検知回路１１の内部抵抗検知用端子Ｔ２と接続されている。同様に、検出線Ｌ２〜Ｌｎは、対応するスイッチＳＷ２〜ＳＷｎおよび抵抗Ｒ２〜Ｒｎを介して、絶縁抵抗低下検知回路１１の内部抵抗検知用端子Ｔ２と接続されている。また、検出線Ｌｎは、絶縁抵抗低下検知回路１１の内部抵抗検知用端子Ｔ１とも直接接続されている。
【００１０】
ＣＰＵ１２は、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのオン／オフを制御するとともに、絶縁抵抗低下検知回路１１により、後述する絶縁抵抗の異常低下が検知されると、車両制御装置２０に対して、警告信号を送信する。
【００１１】
図２は、絶縁抵抗低下検知回路１１の詳細な構成を示す図である。絶縁抵抗低下検知回路１１は、後述する絶縁抵抗が低下していないかを判定する回路であり、従来から存在する回路を用いることができる。絶縁抵抗低下検知回路１１は、検知用信号発生回路３１と、バッファアンプ３２，３５と、抵抗３３，３４と、検知用信号入力回路３６と、スイッチ３７，３８と、カップリングコンデンサ３９，４０とを備える。
【００１２】
検知用信号発生回路３１は、後述するように、周波数ｆ１の矩形波の検知用信号IROSCを出力する。検知用信号入力回路３６は、バッファアンプ３２，３５、抵抗３３，３４を介して入力される検知用信号IRSENの電圧振幅VIRSENを検出する。図３は、検知用信号発生回路３１から出力される検知用信号IROSCと、検知用信号入力回路３６に入力される信号IRSENとの関係を示す図である。検知用信号入力回路３６は、入力される信号IRSENのうち、電圧値が最も高くなるＨi側電圧VIRODDと、電圧値が最も低くなるＬo側電圧VIREVENとの間の電圧を電圧振幅VIRSENとして検出する。
【００１３】
図２において、端子Ｔ１と接続されている抵抗５０は、絶縁抵抗である。この絶縁抵抗５０は、抵抗器として実際に設けられている抵抗ではない。電気自動車に搭載される二次電池１と、車両制御装置２０や車体等との間は、絶縁されている必要がある。例えば、車体との関係においては、電池ケース（不図示）が絶縁材となって絶縁が行われており、このような絶縁状態における抵抗を絶縁抵抗５０として図示している。また、図２に示す抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)については、後述する。
【００１４】
スイッチ３７およびスイッチ３８は、ＣＰＵ１２により、オン／オフの制御が行われる。ＣＰＵ１２は、絶縁抵抗低下診断処理を行う場合には、スイッチ３７をオン、かつ、スイッチ３８をオフにし、二次電池１の内部抵抗を検出する場合には、スイッチ３７をオフ、かつ、スイッチ３８をオンにする。
【００１５】
ＣＰＵ１２により、スイッチ３７がオン、かつ、スイッチ３８がオフされた状態で、絶縁抵抗５０が低下すると、絶縁抵抗５０およびカップリングコンデンサ３９を含む微分回路の時定数ＣＲが変化するため、検知用信号入力回路３６で検出される検知用信号IRSENの電圧振幅VIRSENが低下する。すなわち、検知用信号入力回路３６で検出される検知用信号IRSENの電圧振幅VIRSENに基づいて、絶縁抵抗５０の抵抗値を検出することができる。
【００１６】
一実施の形態における二次電池の内部抵抗検出装置では、上述した絶縁抵抗５０の抵抗値の検出原理に基づいて、各セルｓ１〜ｓｎの内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)を検出する。例えば、スイッチ３７をオフ、スイッチ３８をオンした状態において、図２に示すスイッチＳＷ１をオンすれば、絶縁抵抗５０の抵抗値を検出する場合と同様に、スイッチＳＷ１に対応するセルｓ１の内部抵抗Ｒint(1)と抵抗Ｒ１との直列抵抗ＲＴ(1)の抵抗値を検出することができる。すなわち、図２に示す抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)は、内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)と抵抗Ｒ１〜Ｒｎとの直列抵抗を示している。
【００１７】
図４は、抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)と、検知用信号入力回路６６で検出される検知用信号IRSENの電圧振幅VIRSENとの関係を示す図である。絶縁抵抗５０の抵抗値と電圧振幅VIRSENとの関係と同様に、抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)の抵抗値が小さくなるほど、電圧振幅VIRSENは小さくなる。図４に示す抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)と、電圧振幅VIRSENとの関係を予め実験等により求めて、図５に示すように、テーブル化しておけば、検知用信号入力回路３６で検出される検知用信号IRSENの電圧振幅VIRSENと図５に示すテーブルとに基づいて、抵抗抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)の抵抗値を算出することができる。抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒｎは、セルごとに予め定められた抵抗であるので、抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)の抵抗値を算出することにより、各セルｓ１〜ｓｎの内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)を検出することができる。
【００１８】
なお、図５に示す電圧振幅VIRSENと抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)との関係を示すテーブルは、メモリ１３に格納しておく。
【００１９】
図６は、各セルｓ１〜ｓｎの内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)を検出する処理手順を示す一実施の形態のフローチャートである。ステップＳ１０から始まる処理は、図示しない車両のメインスイッチがオンされて、車両が起動し、電池制御装置１０の電源がオンされると開始される。ステップＳ１０では、検知用信号発生回路３１から検知用信号IROSCを出力して、ステップＳ２０に進む。
【００２０】
ステップＳ２０では、絶縁抵抗５０が低下していないかを確認するための絶縁抵抗低下診断処理を行う。この絶縁抵抗低下診断処理の詳細な内容を図７に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２００では、スイッチ３７をオン、かつ、スイッチ３８をオフにして、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、検知用信号入力回路３６で検出される検知用信号IRSENのＨi側電圧VIRODDおよびＬo側電圧VIRSENをそれぞれｐ個サンプリングする。
【００２１】
ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で検出したｐ個のＨi側電圧VIRODDおよびＬo側電圧VIRSENに基づいて、次式（１）により、電圧振幅VIRSENを算出する。
【００２２】
【数１】
2005156302.tif 000003
【００２３】
電圧振幅VIRSENを算出するとステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、ステップＳ２２０で算出した電圧振幅VIRSENが所定のしきい値VIRWRN以下であるか否かを判定する。VIRSEN≦VIRWRNが成り立つと判定すると、ステップＳ２４０に進み、VIRSEN≦VIRWRNが成り立たないと判定すると、ステップＳ２７０に進む。
【００２４】
ステップＳ２４０では、電圧振幅VIRSENが所定のしきい値VIRWRN以下となる状態が所定時間Ｔ１以上継続したか否かを判定する。所定時間Ｔ１以上継続したと判定すると、ステップＳ２５０に進み、所定時間Ｔ１以上継続していないと判定すると、ステップＳ２７０に進む。ステップＳ２５０では、絶縁抵抗５０の抵抗値が異常低下していると判断して、絶縁抵抗低下フラグFIRWRNを１にセットして、ステップＳ２６０に進む。この絶縁抵抗低下フラグFIRWRNは、メモリ１３に格納される。ステップＳ２６０では、絶縁抵抗５０の抵抗値が異常低下していることを示す警告信号を車両制御装置２０に送信して、絶縁抵抗低下診断処理を終了する。
【００２５】
一方、ステップＳ２７０では、絶縁抵抗５０の抵抗値は正常であると判断して、メモリ１３に格納されている絶縁抵抗低下フラグFIRWRNを０にセットする。絶縁抵抗低下フラグFIRWRNを０にセットすると、絶縁抵抗低下診断処理を終了し、図６に示すフローチャートのステップＳ３０に進む。
【００２６】
ステップＳ３０では、メモリ１３に格納されている絶縁抵抗低下フラグFIRWRNが０にセットされているか否かを判定する。FIRWRN＝０であると判定すると、ステップＳ４０に進み、FIRWRN＝１であると判定すると、ステップＳ１４０に進む。
【００２７】
ステップＳ４０からステップＳ１３０までの処理は、各セルｓ１〜ｓｎの内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)を検出するための処理である。ステップＳ４０では、スイッチ３７をオフ、スイッチ３８をオンにして、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、全てのセルｓ１〜ｓｎの内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)を検出するためのカウント値ａに１を加える。なお、カウント値ａの初期値は０である。
【００２８】
ステップＳ５０に続くステップＳ６０では、スイッチＳＷａをオンにする。例えば、ａ＝１の場合には、スイッチＳＷ１をオンにする。スイッチＳＷａをオンにすると、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、検知用信号入力回路３６で検出される検知用信号IRSENのＨi側電圧VIRODDおよびＬo側電圧VIRSENをそれぞれｍ個サンプリングする。
【００２９】
ステップＳ８０では、ステップＳ７０で検出したｍ個のＨi側電圧VIRODDおよびＬo側電圧VIRSENに基づいて、次式（２）により、電圧振幅VIRSENを算出する。電圧振幅VIRSENを算出すると、ステップＳ９０に進む。
【００３０】
【数２】
2005156302.tif 000004
【００３１】
ステップＳ９０では、ステップＳ８０で算出した電圧振幅VIRSENと、メモリ１３に記憶されているテーブル（図５参照）とに基づいて、抵抗ＲＴ(a)を算出する。抵抗ＲＴ(a)を算出すると、ステップＳ１００に進む。ステップＳ１００では、次式（３）に基づいて、セルｓaの内部抵抗Ｒint(a)を算出する。
【００３２】
【数３】
2005156302.tif 000005
例えば、ａ＝１の場合には、セルｓ１の内部抵抗Ｒint(1)＝ＲＴ(1)−Ｒ１となる。
【００３３】
ステップＳ１００に続くステップＳ１１０では、全てのセルｓ１〜ｓｎの内部抵抗を検出したか否か、すなわち、カウント値ａ＝ｎ（セル数）であるか否かを判定する。ａ＝ｎでないと判定するとステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、ステップＳ６０でオンにしたスイッチＳＷａをオフにして、ステップＳ５０に戻る。以後、全てのセルｓ１〜ｓｎの内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)を検出するまで、すなわち、ａ＝ｎ（セル数）となるまで、上述したステップＳ５０からステップＳ１２０までの処理が繰り返し行われる。
【００３４】
ステップＳ１１０において、ａ＝ｎであると判定すると、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、スイッチ３８をオフにして、各セルｓ１〜ｓｎの内部抵抗Ｒint(1)〜Ｒint(n)を検出する処理を終了する。ステップＳ１３０に続くステップＳ１４０では、電池制御装置１０をオフにするシャットダウン指令が車両制御装置２０から送られてきたか否かを判定する。シャットダウン指令を受信したと判定すると、電池制御装置１０をオフにして、全ての処理を終了する。一方、シャットダウン指令を受信していないと判定すると、ステップＳ２０に戻る。以後、ステップＳ２０以降の処理が繰り返し行われる。
【００３５】
一実施の形態における二次電池の内部抵抗検出装置によれば、絶縁抵抗検出信号を出力する検知用信号発生回路３１、および、絶縁抵抗検出信号を受信する検知用信号入力回路３６を備え、検知用信号入力回路３６で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、二次電池１と被絶縁部との間の絶縁抵抗の抵抗値を検出する絶縁抵抗検出回路１１を用いて、二次電池の内部抵抗を検出する。すなわち、絶縁抵抗検出回路１１と絶縁抵抗を検出するための検出線との間を遮断するとともに、絶縁抵抗検出回路１１と二次電池１の内部抵抗を検出するための検出線との間を接続し、その状態において、検知用信号入力回路３６で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、二次電池１の内部抵抗を検出する。これにより、二次電池１を一定電流にて充放電している時や、二次電池１を使用していない場合のように、電流値が変化しない状況下においても、二次電池の内部抵抗値を精度良く検出することができる。
【００３６】
また、一実施の形態における二次電池の内部抵抗検出装置によれば、電流センサや電圧センサを用いずに、二次電池の内部抵抗値を検出することができるので、内部抵抗値を検出するための回路のコストを抑制することができる。
【００３７】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した説明では、二次電池の内部抵抗検出装置を電気自動車の電池制御システムに適用した例について説明したが、他のシステムに適用することもできる。また、二次電池１は、電気自動車に搭載される二次電池として説明したが、本発明が二次電池の種類により限定されることはない。
【００３８】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、絶縁抵抗低下検知回路１１が絶縁抵抗検出回路を、スイッチ３７，３８，ＳＷ１〜ＳＷnおよびＣＰＵ１２が制御手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による二次電池の内部抵抗検出装置を電気自動車の電池制御システムに適用した一実施の形態の構成を示す図
【図２】絶縁抵抗低下検知回路の詳細な構成を示す図
【図３】検知用信号発生回路から出力される検知用信号IROSCと、検知用信号入力回路に入力される信号IRSENとの関係を示す図
【図４】抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)と、検知用信号IRSENの電圧振幅VIRSENとの関係を示す図
【図５】抵抗ＲＴ(1)〜ＲＴ(n)と、電圧振幅VIRSENとの関係を示すテーブル
【図６】内部抵抗検出処理の手順を示す一実施の形態のフローチャート
【図７】絶縁抵抗低下診断処理の詳細な内容を示す一実施の形態のフローチャート
【符号の説明】
【００４０】
１…二次電池
１０…電池制御装置
１１…絶縁抵抗低下検知回路
１２…ＣＰＵ
１３…メモリ
２０…車両制御装置
３１…検知用信号発生回路
３２，３５…バッファアンプ
３３，３４，Ｒ１〜Ｒｎ…抵抗
３６…検知用信号入力回路
３７，３８，ＳＷ１〜ＳＷｎ…スイッチ
３９，４０…カップリングコンデンサ
５０…絶縁抵抗
ｓ１〜ｓｎ…セル
Ｒint(1)〜Ｒint(n)…内部抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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