[发明专利]用于计算电池单元阻抗的装置及电池阻抗测量系统

说明书

技术领域

本发明公开的实施例涉及用于针对各频域计算电池单元阻抗的装置及电池阻抗测量系统。

背景技术

重复充电的二次电池已经被广泛用作混合动力车辆、电动车辆等的驱动电机的驱动电源。此外，出自二次电池可以存储从具有相对较小环境负荷且不依赖矿物燃料的太阳能发电站、风力发电站等获得的能量的观点，二次电池还已被广泛用在工业领域、事业单位、一般家庭等中。

通常，这些二次电池被构造为其中串联连接了预定数量的电池单元（从该电池单元中获得了期望的输出电压）的电池模块，或被构造为其中并联连接了预定数量的电池模块（从该电池模块获得了期望的输出电压）以获得期望电流容量（AH）的电池组。

然而，从当前的充电时间、行驶距离等便利性方面来看，相信对于安装在车辆中作为驱动电机的驱动电源的二次电池来说，锂离子电池将成为主流。

图10示出了例示利用现有技术的二次电池的电池系统示例的框图。图10中，电池模块10以串联连接多个电池单元11₁至11_n和电流传感器12的方式来构造，并且电池模块10串联连接至负载L。

电池监控装置20包括多个A/D转换器21₁至21_n+1和处理装置23，其中所述多个A/D转换器21₁至21_n+1被提供为各自对应于构成电池模块10的多个电池单元11₁至11_n和电流传感器12，以及A/D转换器21₁至21_n+1的输出数据被经由内部总线22输入至处理装置23。

电池模块10的电池单元11₁至11_n中的每一个的输出电压和电池模块10的电流传感器12的检测信号被输入至相应的A/D转换器21₁至21_n+1并被转换成数字信号，然后A/D转换器21₁至21_n+1的输出数据被经由内部总线22输入至处理装置23。

处理装置23例如基于A/D转换器21₁至21_n+1的输出数据获得电池单元11₁至11_n中每一个的内部电阻值、根据该内部电阻值估计出与在取得期望电流之时的电压降对应的值、并经由外部总线30将该数据发送至主电池系统控制器40。

电池系统控制器40基于从电池监控装置20输入的数据来控制电池模块10和负载装置L以利用电池模块10的当前输出电压稳定地驱动负载装置L。

作为评价构成电池模块10的二次电池性能的指标，例示了图11和图12中所示的内部阻抗特性。图11示出了例示其中完全充电电池处于高温状态情况下的阻抗特性示例的曲线图，而图12示出了例示在高温状态下反复充电放电情况下的阻抗特性示例的曲线图。此外，在图11和图12中，左侧示图示出了其中以复坐标绘制了基于AC阻抗测量结果的复阻抗的Cole-Cole曲线，而右侧示图示出了显示阻抗频率特性的Bode曲线图。

图11的左侧示图示出了其中放置时段增加到例如一年，两年，…，AC阻抗增加的过程。图12的左侧示图示出了其中随着重复充放电例如达50次、100次、…，AC阻抗增加的过程。

随着阻抗增加，电池的电压降在产生电流时增加，从而无法得到足够的输出电压。右侧示图的低频部分对应于其中长时间持续压下车辆的加速器的情形。根据该数据，由于阻抗在低频部分增加，因此可以认为电压降逐渐增加。即，输出特性根据电池的劣化而变化，从而不会产生足够的输出。

图13示出了例示相关技术中测量二次电池的AC阻抗的测量电路的示例的框图，并且在图13中，在电池10与电流传感器12的串联电路的两端连接了扫频信号发生器50。该扫频信号发生器50向电池10与电流传感器12的串联电路输出这样的AC信号，该AC信号的输出频率以扫频的方式在包含图11和图12的右侧示图所示的频率特性区域的范围内变化。

AC电压监控器60测量电池10两端的AC电压，并将该AC电压输入至阻抗计算器80。AC电流监控器70测量流向电流传感器12的AC电流并将该AC电流输入至阻抗计算器80。