(57)【要約】【課題】電池の残容量を簡単に測定することを可能とする。【解決手段】電池の電圧を測定する電圧測定部と、推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、推定開回路電圧から電池の残容量を検出する残容量検出部とを備える。開回路電圧算出部は、電池の無負荷時の無負荷電圧と電池に負荷がかかった際の閉回路電圧から電圧変化量である第１の電圧変化量を算出し、電池の閉回路電圧および第１の電圧変化量を基に推定開回路電圧を算出する。【選択図】図２
2014115088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
前記推定開回路電圧から前記電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
前記開回路電圧算出部は、
前記電池の無負荷時の無負荷電圧と前記電池に負荷がかかった際の閉回路電圧から電圧変化量である第１の電圧変化量を算出し、
前記電池の閉回路電圧および前記第１の電圧変化量を基に前記推定開回路電圧を算出する電池残容量検出装置。
【請求項２】
前記推定開回路電圧算出部は、
前記負荷と異なる負荷が前記電池にかかった際の前記電池の閉回路電圧の変動量である第２の電圧変化量を算出し、
前記電池の閉回路電圧、前記第２の電圧変化量および前記第１の電圧変化量を基に前記推定開回路電圧を算出する請求項１に記載の電池残容量検出装置。
【請求項３】
前記推定開回路電圧算出部は
前記第２の電圧変化量が閾値より小の場合には、前記電池の閉回路電圧に対して前記第１の電圧変化量を加算した値を前記推定開回路電圧とし、
前記第２の電圧変化量が閾値以上の場合には、前記電池電圧に対して前記第１の電圧変化量と前記第２の電圧変化量を加算した値を前記推定開回路電圧とする請求項２に記載の電池残容量検出装置。
【請求項４】
前記電池の温度を測定する温度測定部を更に備え
前記残量容量検出部は前記推定開回路電圧と前記測定温度から前記残容量を検出する
請求項１に記載の電池残容量検出装置。
【請求項５】
前記残容量検出部は、開回路電圧と残容量との関係を示すテーブルを温度別に有し、前記開回路電圧算出部によって算出される推定開回路電圧と、前記温度測定部によって測定される温度とを前記テーブルに対して適用して、前記残容量を検出する請求項４に記載の電池容量検出装置。
【請求項６】
前記テーブルは、予め出荷時に測定されるデータである請求項５に記載の電池残容量検出装置。
【請求項７】
前記残容量検出部が検出する残容量の情報を提示するようにした請求項１に記載の電池残容量検出装置。
【請求項８】
前記電池は、複数の電池を並列接続した電池ブロックであり、前記複数の電池の中で、最小の残容量を検出する請求項１に記載の電池残容量検出装置。
【請求項９】
前記閉回路電圧の変動は、負荷の変動によって生じ、前記負荷がモータである請求項１に記載の電池残容量検出装置。
【請求項１０】
車両の駆動力を発生するための電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
前記推定開回路電圧とから前記電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
前記開回路電圧算出部は、
前記電池の無負荷時の無負荷電圧と前記電池に負荷がかかった際の閉回路電圧から電圧変化量である第１の電圧変化量を算出し、
前記電池の閉回路電圧および前記第１の電圧変化量を基に前記推定開回路電圧を算出する電動車両。
【請求項１１】
交流電力を発生するために使用される電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
前記推定開回路電圧から前記電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
前記開回路電圧算出部は、
前記電池の無負荷時の無負荷電圧と前記電池に負荷がかかった際の閉回路電圧から電圧変化量である第１の電圧変化量を算出し、
前記電池の閉回路電圧および前記第１の電圧変化量を基に前記推定開回路電圧を算出する電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池残容量検出装置、電動車両および電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両、ハイブリッド車両、電動バイク、電動アシスト自転車など動力分野、ロードレベリング、ピークシフト、バックアップなどの蓄電分野の電源として、繰り返し充電／放電することが可能な２次電池例えばリチウムイオン２次電池が広く用いられている。
【０００３】
電池は使用されると、電池内部の電荷が放電され電池残容量が減少するので、あるタイミングで充電が必要となる。電池残容量（以下、適宜、残容量と称する）が減少した状態で使用を続けると、電池の故障や損傷につながり事故の原因となる。さらに、電気自動車の動力として電池を使用している場合、残容量を正確に把握しないと、突然、容量がなくなり、走行不能となるような事態が生じる。したがって、残容量を正確に把握することは、非常に重要である。
【０００４】
残容量を把握する方法として、クーロンメータ等の電流測定器を使用し、電池が充電／放電する際の電流を積算する方法が知られている。
【０００５】
他の方法として、特許文献１に示すように、電池の開放電圧から残容量を算出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５２３９７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている方法は、直前段階で推定された電池の開放電圧に対して、推定された開放電圧の変化量を反映して現在の電池開放電圧を推定している。このような特許文献１に記載の開放電圧の推定方法は、複雑な処理を必要とする。
【０００８】
したがって、本開示は、かかる問題点を解消し、処理を簡略化することができる電池残容量検出装置、電動車両および電力供給装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために本開示は、電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
推定開回路電圧から電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
開回路電圧算出部は、
電圧測定部により測定された電池の無負荷時の無負荷電圧と電池に負荷がかかった際の電圧から電圧変化量を算出し、
電圧測定部により測定される電池の電圧および電圧変化量を基に推定開回路電圧を算出する電池残容量検出装置である。
【００１０】
本開示は、車両の駆動力を発生するための電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
推定開回路電圧とから電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
開回路電圧算出部は、
電圧測定部により測定された電池の無負荷時の無負荷電圧と電池に負荷がかかった際の電圧から電圧変化量を算出し、
電圧測定部により測定される電池の電圧および電圧変化量を基に推定開回路電圧を算出する電動車両である。
本開示は、交流電力を発生するために使用される電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
推定開回路電圧から電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
開回路電圧算出部は、
電圧測定部により測定された電池の無負荷時の無負荷電圧と電池に負荷がかかった際の電圧から電圧変化量を算出し、
電圧測定部により測定される電池の電圧および電圧変化量を基に推定開回路電圧を算出する電力供給装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、電流測定器および電流積算器を必要としないので、ローストで残容量測定装置を実現することができる。さらに、電流積算方式に比して誤差の少ない残容量検出が可能となる。よりさらに、電池の開放電圧を推定するための処理が簡略な利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示による残容量検出装置の一実施の形態のブロック図である。
【図２】本開示による残容量検出方法の一実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図３】負荷が大きくなる場合の残容量検出方法を説明するためのグラフである。
【図４】負荷が小さくなる場合の残容量検出方法を説明するためのグラフである。
【図５】負荷が一定の場合の、推測開回路電圧と閉回路電圧と残容量の測定結果の一例のグラフである。
【図６】負荷が変動する場合の、推測開回路電圧と閉回路電圧と残容量の測定結果の一例のグラフである。
【図７】本開示の応用例を説明するためのブロック図である。
【図８】本開示の他の応用例を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１４】
「リチウムイオン二次電池の例」
本開示において、使用される電池の一例は、正極活物質と、黒鉛を負極活物質として含むリチウムイオン２次電池である。正極材料として特に限定はないが、好ましくは  オリビン構造を有する正極活物質を含有するものである。オリビン構造を有する正極活物質としてさらに好ましくは、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ4 ）、または、異種原子を含有するリチウム鉄複合リン酸化合物（ＬｉＦｅxＭ1-xＯ4 ：Ｍは１種類以上の金属、ｘは０＜ｘ＜１である。）が好ましい。ここで、「主体」とは、正極活物質層の正極活物質総質量の５０％以上を意味する。また、Ｍが２種以上の場合は、各々の下付数字の総和が１−ｘとなるように選定される。Ｍとしては、遷移元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、ＩＩＩＢ族元素、ＩＶＢ族元素等が挙げられる。特にコバルト（Ｃｏ），ニッケル，マンガン（Ｍｎ），鉄，アルミニウム，バナジウム（Ｖ），およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも１種を含むものが好ましい。
【００１５】
正極活物質は、リチウム鉄リン酸化合物またはリチウム鉄複合リン酸化合物の表面に、該酸化物とは異なる組成の金属酸化物（例えば、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｌｉなどから選択されるもの）やリン酸化合物（例えば、リン酸リチウム等）等を含む被覆層が施されていてもよい。
【００１６】
本開示における黒鉛としては、特に限定はなく、業界において用いられる黒鉛材料を広く用いることができる。
【００１７】
本開示にかかる電池の電極の製造法としては、特に限定はなく、業界において用いられている方法を広く用いることができる。
【００１８】
本開示における電池構成としては、特に限定はなく、公知の構成を広く用いることができる。
【００１９】
本開示に用いられる電解液としては、特に限定はなく、液状、ゲル状を含み、業界において用いられる電解液を広く用いることができる。
【００２０】
電解液溶媒として好ましくは、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ）、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン（ＶＣ）、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、エチレンスルフィド、およびビストリフルオロメチルスルホニルイミドトリメチルヘキシルアンモニウム
更に好ましくは４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ）、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン（ＶＣ）、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンである。
【００２１】
電解液支持塩として好ましくは  、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、ビス（ペ
ンタフルオロエタンスルホニル）イミドリチウム（Ｌｉ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＳＯ3ＣＦ3）、ビス
（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ）、トリス
（トリフルオロメタンスルホニル）メチルリチウム（ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3である。
【００２２】
「残容量測定装置の構成」
残容量測定装置の一例の構成について図１を参照して説明する。本開示による蓄電装置は、例えば電気自動車に搭載されている。本開示は、電気自動車以外に家庭用の蓄電装置、携帯型電子機器等の電源に対しても適用できる。図１は、一つの電池モジュールの構成を示しており、複数の電池モジュールによって蓄電装置が構成される。電池部１は、ｎ個の電池ブロックＢ１〜Ｂｎを直列接続した構成を有する。
【００２３】
一つの電池ブロックは、複数の蓄電素子例えば１６個の単位電池（単電池、セルとも呼ばれる。以下の説明では、電池セルと適宜称する。）を並列接続したものである。電池セルは、例えば上述したような構成を有する。本開示は、リチウムイオン２次電池以外のニッケル水素電池等に対しても適用できる。電池部１および制御回路が外装ケースに収納されて電池モジュール（組電池とも呼ばれる。）が構成される。さらに、複数の電池モジュールに対して共通の制御装置（全体制御部と適宜称する）１０が設けられる。
【００２４】
電池部１の正極側が抵抗４、充電スイッチ５および放電スイッチ６を介して出力端子７ａとして導出され、電池部１の負極側が出力端子７ｂとして導出される。出力端子７ａおよび７ｂに対して負荷が接続される。例えば電気自動車の場合では、インバータを介してＡＣモータが接続されている。ＡＣモータの出力が減速機を介して車輪を回転させるようになされている。
【００２５】
電池部１の電池ブロックＢ１〜Ｂｎのそれぞれに対して、サーミスタ等の温度検出素子２1 〜２n とセル管理ユニット３1 〜３n（図１中ではＣＭＵ（Cell Management Unit）
と表記）が接続される。温度検出素子２1 〜２nのそれぞれの検出温度の情報がセル管理
ユニット３1 〜３nにそれぞれ供給される。
【００２６】
セル管理ユニット３1 〜３nは、それぞれマイクロコントローラユニットを有し、電池
ブロックＢ１〜Ｂｎのそれぞれの開回路電圧および閉回路電圧を常時測定し、測定値をＡ／Ｄコンバータによってデジタルデータに変換する。温度検出素子２1 〜２nのそれぞれ
によって電池ブロックＢ１〜Ｂｎのそれぞれの温度が常時検出され、検出された温度の情報がセル管理ユニット３1 〜３nによってデジタルデータに変換される。
【００２７】
セル管理ユニット３1 〜３n により検出された電圧データおよび温度データは、通信部８を介して電池管理ユニット９（図１中ではＢＭＵ（Buttery-Management-Unit））に送
信される。電池管理ユニット９が全体の制御装置である全体制御部１０と通信部１１を介して接続され、全体制御部１０が充電管理、放電管理、残容量検出等の管理を行う。電池管理ユニット９および全体制御部１０のそれぞれがマイクロコントローラユニットを有する。
【００２８】
さらに、マイクロコントローラユニットを有する電流測定部１２（図１中ではＣＣＵ（coulomb-counter-unit））が設けられている。電流測定部１２によって電流値がデジタルデータに変換され、通信部８を介して電池管理ユニット９に送信される。電流測定部１２は、充電管理または放電管理のために、電池管理ユニット９からの制御信号に応じて充電スイッチ５または放電スイッチ６を制御する。
【００２９】
通信部８および１１として例えばバスが使用される。バスとしては、シリアルインターフェースが使用される。シリアルインターフェースとしては、具体的にＳＭバス(System
Management Bus)、ＣＡＮ(Controller Area Network)、ＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)等が使用される。
【００３０】
各電池モジュールの電池管理ユニット９と、全体制御部１０とが通信を行う。各蓄電モジュールの内部状態の情報、すなわち、各電池ブロックの電圧、モジュール全体の電圧の情報、電流の情報、温度の情報等の電池情報が電池管理ユニット９から全体制御部１０に伝送され、各電池モジュールの充電処理および放電処理が管理される。さらに、全体制御部１０は、電池管理ユニット９において算出される残容量の情報を通信部１１を介して受け取り、表示装置に残容量を示す表示を行うようになされる。
【００３１】
電池管理ユニット９は、電池モジュール（電池部１）毎に残容量を算出し、算出した残容量のデータを全体制御部１０に対して送信する。電池部１の電池ブロックＢ１〜Ｂｎの間で、残容量が等しいとは限らないが、最も残容量が少ない電池ブロックに関して残容量の算出がなされる。複数の電池モジュールの間でも残容量が等しいとは限らないが、最も残容量が少ない電池モジュールに関して残容量の算出がなされる。
【００３２】
セル管理ユニット３1 〜３n は、対応する電池ブロックＢ１〜Ｂｎの開回路電圧および閉回路電圧を測定する。開回路電圧は、電流が流れていない場合の電池（電池ブロック）の電圧であり、閉回路電圧は、電流が流れる場合の電池（電池ブロック）の電圧である。セル管理ユニット３1 〜３ｎがこれらの２種類の電圧を測定する方法の一つは、充電スイッチ５および放電スイッチ６のＯＮ／ＯＦＦを制御する方法である。
【００３３】
本開示の一実施の形態では、負荷を車両の動力としてのモータを想定しているので、モータが停止して電流が流れていない場合の電圧を開回路電圧として測定し、モータが回転して電流が流れている場合の電圧を開回路電圧として測定している。例えば全体制御部１０からモータの回転／停止の状態を表す状態信号が電池管理ユニット９に対して供給され、電池管理ユニット９が開回路電圧と閉回路電圧とを区別することが可能とされている。なお、電気自動車には、電池部１とは別に、１２Ｖの電池が搭載されており、セル管理ユニット３1 〜３n 、電池管理ユニット９、全体制御部１０、電流測定部１２の少なくとも一部の電源は、１２Ｖの電池から供給されるようになされている。
【００３４】
電池管理ユニット９は、電池部１の残容量を算出する。電池管理ユニット９が有する不揮発性メモリには、予め電池部１の電池セルに関して、開回路電圧と残容量との関係を温度別に示すルックアップテーブルが格納されている。電池管理ユニット９は、推定開回路電圧を算出し、推定開回路電圧と温度とからルックアップテーブルを参照して残容量を求める。求められた残容量を全体制御部１０に通知する。ルックアップテーブルは、出荷時に測定により求めることができる。実測に限らず、開回路電圧に対する残容量の相関関係を表す数式を使用しても良い。さらに、実測と数式とを組み合わせて使用してルックアップテーブルを作成しても良い。一例として、ルックアップテーブルは、推測開回路電圧の値の１％のステップで、温度の１℃ステップで作成されたものである。
【００３５】
全体制御部１０は、電池モジュールが１個の場合には、受け取った残容量の情報を表示部に表示したり、音声でユーザに対して通知する。複数の電池モジュールのそれぞれの残容量を受け取った場合には、最小の残容量の情報を提示する。なお、残容量としては、ＳＯＣ(State Of Charge：充電深度)、ＤＯＤ(Depth Of Discharge：放電深度)等を使用で
きる。
【００３６】
「残容量測定方法の一例」
図２のフローチャートを参照して本開示の残容量測定方法の一実施の形態について声明する。図２に示す処理は、電池管理ユニット９内のマイクロコントローラユニットの制御によって所定の周期でもってなされる。さらに、処理に必要な情報は、特に説明しないが、メモリに適宜保持される。
【００３７】
図２における表記の意味は、以下の通りである。
ＯＣＶ  ：Open-Circuit-Voltage（開回路電圧）
ＣＣＶ  ：Closed-Circuit-Voltage（閉回路電圧）
ＯＣＶ１：無負荷の場合の開回路電圧
ＯＣＶcal：現在の推測開回路電圧
ＣＣＶ１：現在測定される閉回路電圧
ＣＣＶ２：前回測定される閉回路電圧
ΔＶ：ＣＣＶ２とＣＣＶ１との間の電圧変化量
ΔＶbas：無負荷から負荷がかかった時の電圧変化量
【００３８】
ステップＳ２：ステップＳ１で処理が開始されると、セル管理ユニット３が電圧を測定し、測定電圧が電池管理ユニット９に対して送信される。放電開始前の測定の場合には、開回路電圧が測定電圧として得られる。
ステップＳ３：負荷の有無が判定される。負荷として例えばインバータが接続され、インバータの出力に対して電気自動車の動力源のモータが接続される。
【００３９】
ステップＳ４：負荷がない（無負荷）とステップＳ３で判定されると、実測した測定電圧が開回路電圧ＯＣＶ１とされる。
ステップＳ５：無負荷であるので、無負荷から負荷がかかった時の電圧変化量ΔＶbas
が０である。
ステップＳ６：（ΔＶbas＝０）であるので、現在の推測開回路電圧ＯＣＶcalは、ＯＣＶ１とされる。
【００４０】
ステップＳ１４：現在の推測開回路電圧ＯＣＶcalが求められたので、ルックアップテ
ーブルを参照して、推測開回路電圧ＯＣＶcalから残容量が検出される。
ステップＳ１５：検出された残容量の情報が全体制御部１０に対して出力され、ユーザに対して現在の残容量情報が提示される。提示方法としては、表示、音声による通知等を使用できる。
【００４１】
ステップＳ７：ステップＳ３において、負荷有りと判定されると、測定された電圧が現在の閉回路電圧ＣＣＶ１とされる。
ステップＳ８：ΔＶbasが０でないか否かが判定される。
ステップＳ９：（ΔＶbas＝０）と判定されると、無負荷から負荷がかかった時の電圧
変化量がないので、（ΔＶbas＝現在の開回路電圧ＯＣＶ１−現在の閉回路電圧ＣＣＶ１
）の関係がある。
ステップＳ１０：（ＯＣＶcal＝ＣＣＶ１＋ΔＶbas）によって、推測開回路電圧ＯＣＶcalが求められる。このようにして推測開回路電圧ＯＣＶcalが更新される。
【００４２】
求められた推測開回路電圧ＯＣＶcalからステップＳ１４において残容量が検出される
。そして、ステップＳ１５において、検出された残容量の情報が全体制御部１０に対して出力され、ユーザに対して現在の残容量情報が提示される。
【００４３】
ステップＳ１１：ステップＳ８において、ΔＶbasが０でないと判定されると、（ΔＶ
＝ＣＣＶ２−ＣＣＶ１）の演算がなされる。ＣＣＶ２は、前回測定された閉回路電圧である。
ステップＳ１２：ステップＳ１２で求められた閉回路電圧の変動ΔＶが閾値と比較される。ある程度の大きさの電圧変動ΔＶが負荷の変化により生じたものと扱われる。閾値は、例えば閉回路電圧の１％程度に設定される。１％の数値は、上述したルックアップテーブルの推測開回路電圧のステップと対応している。
【００４４】
ステップＳ１３：ステップＳ１２において、電圧変動ΔＶが閾値以上と判定されると、（ΔＶbas＝ΔＶbas＋ΔＶ）によって、電圧変化量ΔＶbasが更新される。若し、電圧変
動ΔＶが閾値より小と判定されると、電圧変化量ΔＶbasが更新されない。
【００４５】
そして、上述したステップＳ１０に処理が移り、（ＯＣＶcal＝ＣＣＶ１＋ΔＶbas）によって、推測開回路電圧ＯＣＶcalが更新される。更新後の推測開回路電圧ＯＣＶcalからステップＳ１４において残容量が検出され、ステップＳ１５において、検出された残容量の情報が全体制御部１０に対して送信される。そして、処理がステップＳ２に戻り、処理が繰り返される。
【００４６】
「開回路電圧の推測の例」
図３を参照して開回路電圧の推測の一例について説明する。一例として、一つの電池ブロックに関する開回路電圧の推測を行うものとする。図３は、放電の途中で負荷が大きくなる（重くなる）場合を示しており、破線３３で示す閉回路電圧の変化と、実線３４で示す開回路電圧の変化とが示されている。開回路電圧のＤＯＤ（残容量）に対する変化（実線３４）は、予め求められて記憶されているルックアップテーブルに対応している。開回路電圧の変化が測定された温度に対応するものである。開回路電圧を推測し、推測開回路電圧によって、ＤＯＤを求めることができる。
【００４７】
最初に、負荷の接続前（放電開始前）の開回路電圧ＯＣＶ１が測定される。例えばＯＣＶ１＝３３００ｍＶである。負荷が接続され、放電が開始されると、測定される電圧がΔＶ３１低下する。電圧ΔＶ３１が無負荷から負荷がかった時の電圧変化量ΔＶbas である。例えばΔＶ３１（＝３３００ｍＶ−３１４０ｍＶ＝１６０ｍＶ）である。
【００４８】
負荷の接続後の点Ｐ３５における閉回路電圧ＣＣＶ１が測定される。例えばＣＣＶ１＝３１００ｍＶである。電圧測定の周期は、例えばセル管理ユニット３1 〜３nにおける電
圧値をＡ／Ｄ変換する場合のサンプリング周期のように極めて短いものであり、図３では、代表的な測定点のみ示している。負荷の変動がない状態で、点Ｐ３５の前の測定時点の閉回路電圧をＣＣＶ２と表すと、電圧変化量は、（ΔＶ＝ＣＣＶ２−ＣＣＶ１）によって求められる。この電圧変化量が閾値より小であるので、点Ｐ３５における推測開回路電圧ＯＣＶcalは、（ＣＣＶ１＋ΔＶbas＝３１００ｍＶ＋１６０ｍＶ＝３２６０ｍＶ）と求められる。ルックアップテーブルを参照して、推測開回路電圧ＯＣＶcalから（ＤＯＤ＝３
５％）と検出される。
【００４９】
放電の途中で負荷が変動すると、例えば負荷が大きくなると、閉回路電圧が低下する。低下量がΔＶ３２で示されている。この電圧変化量ΔＶ３２が閾値より大であるので、（ΔＶbas＝ΔＶbas＋ΔＶ）によって、電圧変化量が更新される。例えばΔＶ３２＝２００ｍＶとすると、新たなΔＶbas＝１６０ｍＶ＋２００ｍＶ＝３６０ｍＶとなる。
【００５０】
負荷が大きくなった後の点Ｐ３６の推測開回路電圧ＯＣＶcalは、現在の閉回路電圧Ｃ
ＣＶ１に、更新後のΔＶbas（＝３６０ｍＶ）を加えた値となる。例えば推測開回路電圧
ＯＣＶcal＝閉回路電圧ＣＣＶ１＋ΔＶbas ＝２８７０ｍＶ＋３６０ｍＶ＝３２３０ｍＶ
）と求められ、推測開回路電圧ＯＣＶcalから（ＤＯＤ＝６５％）と検出される。
【００５１】
図４を参照して開回路電圧の推測の他の例について説明する。一例として、一つの電池ブロックに関する開回路電圧の推測を行うものとする。図４は、放電の途中で負荷が小さくなる（軽くなる）場合を示しており、破線４３で示す閉回路電圧の変化と、実線４４で示す開回路電圧の変化とが示されている。開回路電圧のＤＯＤ（残容量）に対する変化（実線４４）は、予め求められて記憶されているルックアップテーブルに対応している。開回路電圧の変化が測定された温度に対応するものである。開回路電圧を推測し、推測開回路電圧によって、ＤＯＤを求めることができる。
【００５２】
最初に、負荷の接続前（放電開始前）の開回路電圧ＯＣＶ１が測定される。例えばＯＣＶ１＝３３００ｍＶである。負荷が接続され、放電が開始されると、測定される電圧がΔＶ４１低下する。電圧ΔＶ４１が無負荷から負荷がかった時の電圧変化量ΔＶbas である。例えばΔＶ４１（＝３３００ｍＶ−３１００ｍＶ＝２００ｍＶ）である。
【００５３】
負荷の接続後の点Ｐ４５における閉回路電圧ＣＣＶ１が測定される。例えばＣＣＶ１＝３０６０ｍＶである。電圧測定の周期は、上述したように極めて短いものであり、図４では、代表的な測定点のみ示している。負荷の変動がない状態で、点Ｐ４５の前の測定時点の閉回路電圧をＣＣＶ２と表すと、電圧変化量は、（ΔＶ＝ＣＣＶ２−ＣＣＶ１）によって求められる。この電圧変化量が閾値より小であるので、点Ｐ４５における推測開回路電圧ＯＣＶcalは、（ＣＣＶ１＋ΔＶbas＝３０６０ｍＶ＋２００ｍＶ＝３２６０ｍＶ）と求められる。ルックアップテーブルを参照して、推測開回路電圧ＯＣＶcalから（ＤＯＤ＝
３５％）と検出される。
【００５４】
放電の途中で負荷が変動例えば負荷が小さくなると、閉回路電圧が上昇する。上昇量がΔＶ４２で示されている。この電圧変化量ΔＶ４２が閾値より大であるので、（ΔＶbas
＝ΔＶbas＋ΔＶ）によって、電圧変化量が更新される。例えばΔＶ４２＝１００ｍＶと
すると、新たなΔＶbas＝２００ｍＶ−１００ｍＶ＝１００ｍＶとなる。
【００５５】
負荷が小さくなった後の点Ｐ４６の推測開回路電圧ＯＣＶcalは、現在の閉回路電圧Ｃ
ＣＶ１に、更新後のΔＶbas（＝１００ｍＶ）を加えた値となる。例えば推測開回路電圧
ＯＣＶcal＝閉回路電圧ＣＣＶ１＋ΔＶbas ＝３１３０ｍＶ＋１００ｍＶ＝３２３０ｍＶ
）と求められ、推測開回路電圧ＯＣＶcalから（ＤＯＤ＝６５％）と検出される。
【００５６】
上述したように、本開示の一実施の形態によれば、電流値を使用しないので、電流測定の誤差に影響されずに、残容量を検出することができる。さらに、負荷が変動しても残容量を正確に検出できる。さらに、現状の開回路電圧と電圧の変化量から現状の開回路電圧を算出する本開示では、負荷変動の回数を問わず前述の方法で開回路電圧を求めることが可能である。
【００５７】
「残容量の測定例」
残容量の測定結果の例について説明する。図５は、温度が一定で、負荷が一定の場合の測定結果を示す。縦軸は、閉回路電圧の値或いは推測開回路電圧の値、またはＳＯＣである。ＳＯＣは、ＤＯＤとは逆に、残容量がない場合に０％であり、残容量が満容量の場合に１００％となる。横軸は、時間である。
【００５８】
所定の電池を所定の放電電流０．２Ｃ（例えば２．５Ａ）で放電すると、残容量の理想的変化は、実線で示すように、一定の傾斜で低下するものとなる。本開示の方法により検出される残容量の値は、ステップ状に低下するものである。破線で示す線は、許容誤差の範囲を示す。許容誤差は、例えば±５％程度の範囲である。図５の例から分かるように、本開示の方法によって検出される残容量は、理想的変化に対して許容誤差の範囲内に殆ど収まるものとなる。
【００５９】
図６は、負荷が変動する場合の測定結果を示す。負荷の変動の例は、放電電流が（１２．５Ａ−８．７５Ａ−６．２５Ａ−０Ａ）と変化し、放電電流の変化が周期的に発生する例である。本開示の方法によって測定された残容量は、許容範囲より多少逸脱するが、残容量を測定することができる。
【００６０】
「応用例としての住宅における電力貯蔵装置」
本開示を住宅用の電力貯蔵装置に適用した例について、図７を参照して説明する。例えば住宅１０１用の電力貯蔵装置１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の電力貯蔵装置を使用できる。
【００６１】
住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。
【００６２】
蓄電装置１０３に対して、上述した本開示の電池装置が適用され、電池装置の残容量を検出することが可能とされている。蓄電装置１０３は、二次電池、またはキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
【００６３】
各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
【００６４】
パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェー
スを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
【００６５】
制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表
示されても良い。
【００６６】
各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
【００６７】
以上のように、電力が火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
【００６８】
なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、電力貯蔵装置１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
【００６９】
「応用例としての車両における電力貯蔵装置」
本開示を車両用の電力貯蔵装置に適用した例について、図８を参照して説明する。図８に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
【００７０】
このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、電池２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。電池２０８に対して、上述した本開示の電池装置が適用され、電池装置の残容量が検出可能とされている。
【００７１】
ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。電池２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
【００７２】
エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力を電池２０８に蓄積することが可能である。
【００７３】
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力が電池２０８に蓄積される。
【００７４】
電池２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
【００７５】
図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置などがある。
【００７６】
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力が何れも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。
【００７７】
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
前記推定開回路電圧から前記電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
前記開回路電圧算出部は、
前記電池の無負荷時の無負荷電圧と前記電池に負荷がかかった際の閉回路電圧から電圧変化量である第１の電圧変化量を算出し、
前記電池の閉回路電圧および前記第１の電圧変化量を基に前記推定開回路電圧を算出する電池残容量検出装置。
（２）
前記推定開回路電圧算出部は、
前記負荷と異なる負荷が前記電池にかかった際の前記電池の閉回路電圧の変動量である第２の電圧変化量を算出し、
前記電池の閉回路電圧、前記第２の電圧変化量および前記第１の電圧変化量を基に前記推定開回路電圧を算出する（１）に記載の電池残容量検出装置。
（３）
前記推定開回路電圧算出部は
前記第２の電圧変化量が閾値より小の場合には、前記電池の閉回路電圧に対して前記第１の電圧変化量を加算した値を前記推定開回路電圧とし、
前記第２の電圧変化量が閾値以上の場合には、前記電池電圧に対して前記第１の電圧変化量と前記第２の電圧変化量を加算した値を前記推定開回路電圧とする（１）（２）の何れかに記載の電池残容量検出装置。
（４）
前記電池の温度を測定する温度測定部を更に備え
前記残量容量検出部は前記推定開回路電圧と前記測定温度から前記残容量を検出する
（１）乃至（３）の何れかに記載の電池残容量検出装置。
（５）
前記残容量検出部は、開回路電圧と残容量との関係を示すテーブルを温度別に有し、前記開回路電圧算出部によって算出される推定開回路電圧と、前記温度測定部によって測定される温度とを前記テーブルに対して適用して、前記残容量を検出する（１）乃至（４）の何れかに記載の電池容量検出装置。
（６）
前記テーブルは、予め出荷時に測定されるデータである（１）乃至（５）の何れかに記載の電池残容量検出装置。
（７）
前記残容量検出部が検出する残容量の情報を提示するようにした（１）乃至（６）の何れかに記載の電池残容量検出装置。
（８）
前記電池は、複数の電池を並列接続した電池ブロックであり、前記複数の電池の中で、最小の残容量を検出する（１）乃至（７）の何れかに記載の電池残容量検出装置。
（９）
前記閉回路電圧の変動は、負荷の変動によって生じ、前記負荷がモータである（１）乃至（８）の何れかに記載の電池残容量検出装置。
（１０）
車両の駆動力を発生するための電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
前記推定開回路電圧とから前記電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
前記開回路電圧算出部は、
前記電池の無負荷時の無負荷電圧と前記電池に負荷がかかった際の閉回路電圧から電圧変化量である第１の電圧変化量を算出し、
前記電池の閉回路電圧および前記第１の電圧変化量を基に前記推定開回路電圧を算出する電動車両。
（１１）
交流電力を発生するために使用される電池の電圧を測定する電圧測定部と、
推定開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
前記推定開回路電圧から前記電池の残容量を検出する残容量検出部とを備え、
前記開回路電圧算出部は、
前記電池の無負荷時の無負荷電圧と前記電池に負荷がかかった際の閉回路電圧から電圧変化量である第１の電圧変化量を算出し、
前記電池の閉回路電圧および前記第１の電圧変化量を基に前記推定開回路電圧を算出する電力供給装置。
【００７８】
「変形例」
以上、本開示の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
【００７９】
また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【００８０】
一例として、本開示を電動車両に対して適用した場合、電池は通常走行時等のモータの回転により放電される。ここで、モータの回転を止める際に、回生ブレーキ等を使用した場合に回生ブレーキが回生電力を発生し、回生電力によって電池を充電することが可能である。回生電力により充電される電池の残容量検出に対して本開示を適用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・電池部
Ｂ1 〜Ｂn・・・電池ブロック
２1 〜２n・・・温度検出素子
３1 〜３n・・・セル管理ユニット
７ａ、７ｂ・・・出力端子
９・・・電池管理ユニット
１０・・・全体制御部
【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】
2014115088.tif 000009
【図８】
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