(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルの温度測定手段と、
前記二次電池セルの端子間電圧を測定する電圧測定手段と、
前記複数の二次電池セルの電流経路に配置された電流測定手段と、
前記温度測定手段、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によって測定した測定値と、前記二次電池セルの標準容量の特性を記憶した記憶手段と、
外部に接続された充電器が第１電流により二次電池セルを充電し前記二次電池セルの端子間電圧が充電終止電圧に到達した後、前記第１電流よりも小さい第２電流による前記二次電池セルの充電により前記二次電池セルの端子間電圧が前記充電終止電圧に到達した場合に、前記第１電流による充電終了時の充電容量と、前記第２電流による充電終了時の充電容量との差、或いは前記第２電流での充電容量を演算し、前記記憶手段から前記二次電池セルの標準容量の前記第１電流値での特性を読み出し、前記充電容量の差或いは前記第２電流での充電容量と、前記第２電流と、前記第２電流による充電終了時の温度との値を用いて、前記二次電池セルの標準容量の前記第１電流値での特性から現在の標準容量を演算するように構成された演算手段と、を備えることを特徴とする二次電池装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記第２電流値と、前記第２電流による充電終了時の温度と、前記標準容量とから、第２電流による充電終了後の残容量を演算するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の二次電池装置。
【請求項３】
第１電流により二次電池セルの端子間電圧が充電終止電圧に到達するまで充電したときの充電容量と、第１電流による充電終了後に前記第１電流よりも小さい第２電流により二次電池セルの端子間電圧が前記充電終止電圧に到達するまで充電したときの充電容量との差を算出し、
前記第２電流と前記充電容量の差との関係を一次関数で近似し、
前記一次関数の切片と、前記第２電流による充電終了時の温度とを用いて、前記二次電池セルの標準容量を算出することを特徴とする、容量推定に用いるデータの作成方法。
【請求項４】
第１電流により二次電池セルの端子間電圧が充電終止電圧に到達するまで充電したときの充電容量と、第１電流による充電終了後に前記第１電流よりも小さい第２電流により二次電池セルの端子間電圧が前記充電終止電圧に到達するまで充電したときの充電容量との差を算出し、
前記第２電流と前記充電容量の差との関係を一次関数で近似し、
前記一次関数の傾きと、前記第２電流による充電終了時の温度とを用いて、前記二次電池セルの標準容量を算出することを特徴とする、容量推定に用いるデータの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二次電池装置および容量推定に用いるデータ作成方法。
【背景技術】
【０００２】
二次電池セルや、複数の二次電池セルを含む組電池が搭載された電子機器では、電池残量（ＳＯＣ：State of Charge）を正確に推定することが求められている。このＳＯＣを求める手段として、二次電池の充放電電流の積算を行い、その積算量によってＳＯＣ値を推定する方法が検討されている。
【０００３】
しかしながら、この方法による推定値は、二次電池セルの容量劣化は考慮されておらず、実際には経年劣化や充放電の繰返しによる容量劣化（放電特性の変化）が発生し、推定値の誤差は劣化に伴って大きくなることがあった。この誤差を小さくするために、適宜劣化した容量を学習する技術が提案されている。
【０００４】
その他、実際に充電終止から放電終止までの容量を測定し、その容量を新たに実容量として更新する方法が提案されている。この方法は、実際に現在の容量を測定する方法であり、更新直後は正確な容量が求めることが出来る。
【０００５】
しかし、実使用状態では、自己放電などの影響が無視できる短時間内に、且つ、基準となる充放電条件で充電終止から放電終止までの充放電を行う機会は殆ど得られない。特に、電動自動車や電動バイクなどでは、一般的には放電終止に至る前に充電を行うことが想定され、実使用状態では定期検査などの特別な機会以外では、劣化容量を更新（測定）する事は不可能である。
【０００６】
また、１サイクルの充放電による劣化容量を既知の値として、サイクル回数により所定の劣化容量分を減算した値を現在の容量として更新し、あるいは使用しないで保存している状態が続くと、その保存温度と残量とをパラメータとして、保存期間に応じた劣化容量分を減算した値を現在の容量として更新する方法が提案されている。この方法では、サイクル回数、温度、電池残量、時間のデータから、随時、現在の容量を推定する事が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３６１５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３６１５４号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、パラメータの一つとなっている電池残量は直接測定することが出来ず、容量を基準として推定される推定値である。つまり、これらのパラメータは相互パラメータであり、一方の推定精度が低下する（あるいは低い）と相互に影響し、推定精度の低下は増幅されることがあった。
【０００９】
本発明は、二次電池セルの実際の劣化状態を考慮した容量推定を精度良く行なう二次電池装置および推定に用いるデータ作成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態による二次電池装置は、複数の二次電池セルの温度測定手段と、前記二次電池セルの端子間電圧を測定する電圧測定手段と、前記複数の二次電池セルの電流経路に配置された電流測定手段と、前記温度測定手段、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によって測定した測定値と、前記二次電池セルの標準容量の特性を記憶した記憶手段と、外部に接続された充電器が第１電流により二次電池セルを充電し前記二次電池セルの端子間電圧が充電終止電圧に到達した後、前記第１電流よりも小さい第２電流による前記二次電池セルの充電により前記二次電池セルの端子間電圧が前記充電終止電圧に到達した場合に、前記第１電流による充電終了時の充電容量と、前記第２電流による充電終了時の充電容量との差、或いは前記第２電流での充電容量を演算し、前記記憶手段から前記二次電池セルの標準容量の前記第１電流値での特性を読み出し、前記充電容量の差或いは前記第２電流での充電容量と、前記第２電流と、前記第２電流による充電終了時の温度との値を用いて、前記二次電池セルの標準容量の前記第１電流値での特性から現在の標準容量を演算するように構成された演算手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る二次電池装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図２】実施形態に係る二次電池装置において、ステップダウン充電を行なった際の、電流積算値と、二次電池電圧との関係の一例を示す図である。
【図３】実施形態に係る二次電池装置において、二次電池セルの電池容量推定に用いるデータの作成方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図４】ステップダウン充電時の２段階電流の値と電流積算値との関係の一例を示す図である。
【図５】図４に示す１次式の切片と標準容量との関係の一例を示す図である。
【図６】図４に示す一時式の傾きと標準容量との関係の一例を示す図である。
【図７】実施形態に係る二次電池装置において二次電池セルの容量推定に用いるテーブルの一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る二次電池装置および容量推定に用いるデータ作成方法について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に、本実施形態に係る二次電池装置の一構成例を概略的に示す。図１に示す二次電池装置は、複数の二次電池セルＢＴを含む組電池１と、電圧測定部２と、電流測定部３と、温度測定部４と、演算制御部５と、記憶部６とを備えている。
【００１４】
電圧測定部２は、各二次電池セルＢＴの正極端子の電圧と負極端子の電圧とを取得して端子間電圧を測定する。電圧測定部２は、測定した端子間電圧の値を演算制御部５へ出力する。
【００１５】
電流測定部３は、組電池１の電流経路に直列に接続され、組電池１の充放電電流を測定する。電流測定部３は、測定した充放電電流の値を演算制御部５へ出力する。
【００１６】
温度測定部４は、複数の二次電池セルＢＴの近傍に配置され複数の二次電池セルＢＴの温度を検出する温度センサを備える。温度測定部４は、温度センサで検出された温度の値を演算制御部５へ出力する。
【００１７】
演算制御部５は、電圧測定部２、電流測定部３、および、温度測定部４の動作を制御する。演算制御部５には、電圧測定部２、電流測定部３、および、温度測定部４から、端子間電圧、充放電電流、および、温度の測定データを受信して記憶部６へ出力する。
【００１８】
記憶部６は、演算制御部５から測定データを受信して記憶するとともに、二次電池セルＢＴの容量推定に用いるデータのデータベースＤＢを備えている。データベースＤＢには、例えば、ステップダウン充電を行なった場合の、測定データおよびその演算結果より二次電池セルＢＴの標準容量の特性データがテーブルとして記録されている。
【００１９】
図２に、上記二次電池装置において、二次電池セルＢＴの容量推定を行なう方法の一例を説明するフローチャートを示す。本実施形態では、二次電池装置の外部に接続される充電器（図示せず）により組電池１をステップダウン充電する。
【００２０】
まず、二次電池装置に充電器が接続され、充電器により第１電流による組電池１の充電（第１段階充電）が開始されると（ステップＳＰ１）、演算制御部５は、電圧測定部２、電流測定部３、および、温度測定部４を制御して、各二次電池セルＢＴの端子間電圧、電流、および、温度を測定させて（ステップＳＰ２）、測定データを受信する。演算制御部５は、受信した測定データから電流積算値の算出を開始するとともに、受信した時刻とともに測定データおよび電流積算値を記憶部６に記録する。
【００２１】
図３に、二次電池セルＢＴをステップダウン充電したときの二次電池セルＢＴの端子間電圧[Ｖ]と充電容量（電流積算値）[Ａｈ]との関係の一例を示す。第１電流で二次電池セルＢＴの充電を継続すると、二次電池セルＢＴの端子間電圧が大きくなる。
【００２２】
演算制御部５は、二次電池セルＢＴの端子間電圧が充電終止電圧に到達するか否か判断し（ステップＳＰ３）、充電終止電圧に到達すると、充電器へ充電終止電圧に到達したことを通知する。充電器は、演算制御部５から充電終止電圧に到達したことの通知を受けると、充電電流を第１電流から第２電流（第１電流＞第２電流）に変更して充電を開始する（ステップＳＰ４）。
【００２３】
充電器が第２電流で充電を開始すると、二次電池セルＢＴの端子間電圧は一旦低下した後に再び上昇する。この特性は、電圧降下に起因する二次電池セルＢＴの端子間電圧の変動を表しており、内部の状態を示唆する特性である。また、定電圧充電終止で充電を行う場合は、電流値が小さい場合の方が充電可能容量は多い事を示している。
【００２４】
演算制御部５は、電圧測定部２、電流測定部３、および、温度測定部４を制御して、各二次電池セルＢＴの端子間電圧、電流、および、温度を測定させて（ステップＳＰ５）、測定データを受信する。続いて、演算制御部５は、二次電池セルＢＴの端子間線圧が充電終止電圧に到達するか否かを判断し（ステップＳＰ６）、充電終止電圧に到達すると、充電器へ充電終止電圧に到達したことを通知する。充電器は、演算制御部５から充電終止電圧に到達したことの通知を受けると、第２段階充電を終了する。
【００２５】
次に、演算制御部５は、第１段階充電の終了時の充電容量と、第２段階充電の終了時の充電容量との差（Δ容量）或いは第２電流での充電容量（Δ容量）を演算する（ステップＳＰ７）。続いて、演算制御部５は、記憶部６からデータベースＤＢを読み出して（ステップＳＰ８）、データベースＤＢを用いて２段階充電終了時の標準容量を推定する（ステップＳＰ９）。
【００２６】
図７に、記憶部６にデータベースＤＢとして記録されたテーブルの一例を示す。記憶部６のデータベースＤＢには、Δ容量と第２電流の値と第２段階充電終了時の温度とに対応する二次電池セルＢＴの標準容量の特性データがテーブルとして記録されている。さらに、必要に応じて、第１電流は複数水準とし、テーブルは第１電流の値毎に用意する。
【００２７】
更に、演算制御部５は、最終的な充電終止条件（電流、温度）と推定された標準容量、およびデータベースＤＢに記録された既知の特性から充電終了後の残容量（ＳＯＣ：state of charge）を算出し（ＳＰ１０）、ＳＯＣを上位制御手段（図示せず）へ送信する（ＳＰ１１）。
【００２８】
上記のように容量推定を行なうと、実使用状態において比較的頻繁に容量データの更新が可能であり、且つ、相互に影響するパラメータを持たないため、推定精度の低下が抑制される。
【００２９】
以下に、データベースＤＢに含まれるデータの作成方法について説明する。必要に応じて、第1電流を複数水準とし、以下を第1電流の値毎に行う。まず、二次電池装置に充電器を接続して複数の第２電流により第２段階充電を行い、第１段階充電の終了時の充電容量と、第２段階充電の終了時の充電容量との差（Δ容量）或いは第２電流での充電容量（Δ容量）と、第２電流の値との関係を一次関数で近似する。
【００３０】
図４に、Δ容量と第２電流との値の関係を一次関数で近似したときの関数の一例を示す。図４には、二次電池セルＢＴの劣化の程度が異なる３つの場合について、複数の一次関数を示している。一次関数は、二次電池セルＢＴの劣化が初期であるほどその傾きが小さく、劣化が後期になるほどその傾きが大きくなる。また一次関数の切片の値は、二次電池セルＢＴの劣化が初期であるほど大きく、劣化が後期になるほど小さくなる。このように、一次関数の傾きおよび切片の値は、二次電池セルＢＴの劣化の程度に応じて変化するものである。
【００３１】
図５に、Δ容量と第２電流との値の一次関数の切片と、第１電流での標準容量との関係の一例を示す。切片の値が大きくなるほど、標準容量は小さくなる。例えば、標準容量は、２５℃の環境において、１Ｃの電流により定電流（ＣＣ）充放電（１Ｃ＿ＣＣ充放電）をしたときの容量である。
【００３２】
従って、予め図５の一時関数の温度特性をデータベースＤＢとすると、第２段階充電で充電終止した時に、第２電流とΔ容量と温度とから現在の標準容量を算出することが可能となる。例えば、モデル式として、現在の標準容量は下記の式で表され、Δ容量と第２電流との値から算出される切片を代入することで、標準容量が算出できる。この時、Ａ、Ｂは温度Ｔの関数であり、充電終了時の電池温度とＤＢから求められる。
【００３３】
現在の標準容量＝Ａ（Ｔ）×切片＋Ｂ（Ｔ）・・・  （１）式
また、（１）式のようなモデル式ではなく、標準容量と切片と温度との関係をテーブルとして持っても同様に標準容量を求められる。このように標準容量を算出し、Δ容量と第２電流と、温度とに対応する標準容量をデータベースに記録する。この時の標準容量を、例えば２５℃での１Ｃ＿ＣＣ充放電容量とすることで、容量劣化の指標とすることが出来る。
【００３４】
本実施形態は、比較的頻繁に充電終止電圧まで充電を行う場合に効果が発揮される。例えば、カメラ、携帯電話、ノートＰＣや電動バイク、電気自動車に搭載される二次電池セルなどを充電する場合に効果的である。特に、電池容量が大きく、フル充電に長時間を要する電動バイクや電動自動車の場合には、大電流（第１電流）での急速充電後、小電流（第２電流）でフル充電するステップダウン充電で充電される頻度が多い事が想定され、現在の容量データを頻繁に更新することが可能である。その結果として、電池残量の推定を高精度に保つことが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態の二次電池装置では、既知のデータベースと現時点での測定データのみを使用しており、容量推定のパラメータに相互パラメータが含まれないため、一方の推定精度が低下する（あるいは低い）ことが相互に影響し、推定精度の低下が増幅されてゆくことが抑制される。
【００３６】
なお、上記データベースＤＢに含まれるデータの作成方法では、Δ容量と第２電流との値の一次関数の切片を用いて、標準容量を求めるデータを作成したが、Δ容量と第２電流との値の一次関数の傾きを用いて標準容量を求めてもよい。
【００３７】
図６に、Δ容量と第２電流との値の一次関数の傾きと、第１電流での標準容量との関係の一例を示す。一次関数の傾きの値が大きくなるほど、標準容量は大きくなる。
【００３８】
従って、予め図６の一時関数の温度特性をデータベースＤＢとすると、第２段階充電で充電終止した時に、充電電流とΔ容量と温度とから現在の標準容量を算出することが可能となる。例えば、モデル式として、現在の標準容量は下記の式で表され、Δ容量と第２電流との値から算出される傾きを代入することで、標準容量が算出できる。この時、Ａ´、Ｂ´は温度Ｔの関数であり、充電終了時の電池温度とＤＢから求められる。
【００３９】
現在の標準容量＝Ａ´（Ｔ）×傾き＋Ｂ´（Ｔ）・・・  （２）式
また、（２）式のようなモデル式ではなく、標準容量と傾きと温度との関係をテーブルとして持っても同様に標準容量を求められる。このように標準容量を算出し、Δ容量と第２電流と、温度とに対応する標準容量をデータベースＤＢとして記憶部６に記録する。
【００４０】
このようにΔ容量と第２電流との値の一次関数の傾きを用いて、データベースＤＢに記録するデータを作成しても、切片を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
さらに、Δ容量と第２電流との値の一次関数の傾きおよび切片との両方を用いて、データベースＤＢに記録するデータを作成してもよい。その場合にも、切片のみを用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
上記実施形態によれば、二次電池セルの実際の劣化状態を考慮した容量推定を精度良く行なう二次電池装置および推定に用いるデータ作成方法を提供することができる。
【００４３】
上記の実施形態では、２段階に充電電流を変更したステップダウン充電を例に説明したが、３段階以上のステップダウン充電を行なう場合にも本発明を適用することができる。その場合には、充電終止電圧に到達した後の電流値を第２電流値として標準容量およびＳＯＣを推定することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
ＢＴ…二次電池セル、ＤＢ…データベース、１…組電池、２…電圧測定部（電圧測定手段）、３…電流測定部（電流測定手段）、４…温度測定部（温度測定手段）、５…演算制御部（演算手段）、６…記憶部（記憶手段）。
【図１】
0005498311.tif 000002
【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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