(57)【要約】【課題】  電池の相対容量の飛びの発生が、低減できる二次電池の表示用の相対容量の算出方法を提供することを目的とする。【解決手段】  積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した電池の相対容量に代わって、相対容量を１００％とし、前記積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した電池の相対容量と、１００％との差を、満充電時容量差(Ｒ_ｒｅｍ)とし、放電時の電池の表示用の相対容量を、積算して求めた残容量に、満充電時相対容量差(Ｒ_ｒｅｍ)／満充電容量である係数を掛けて算出することを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを直列接続した電池に充放電される電流又は電力を積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した二次電池の表示用の相対容量の算出方法であって、
充電時において、最大電圧の電池セルの電圧が充電停止電圧以上となるとき、充電を停止して、積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した電池の相対容量に代わって、相対容量を１００％とし、
前記積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した電池の相対容量と、１００％との差を、満充電時容量差(Ｒ_ｒｅｍ)とし、
放電時の電池の表示用の相対容量を、積算して求めた残容量に、満充電時相対容量差(Ｒ_ｒｅｍ)／満充電容量である係数を掛けて算出することを特徴とする求める二次電池の表示用の相対容量の算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の表示用の相対容量の算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次電池の相対容量の算出方法については、以下の特許文献に開示される。この公報においては、特に、図３（二）に、開示されるように、所定の電池電圧にて、種々の相対容量[%]を補正するため、劣化した電池においては、相対容量の飛びが発生している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８７８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような電池の相対容量の飛びは、電池を内蔵する電子機器のユーザーにとっては、故障と考えたり、予想していた使用可能時間が急に少なくなったり、マイコンを内蔵する電子機器においてはマイコンのシャットダウンが発生することもある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、電池の相対容量の飛びの発生が、低減できる二次電池の表示用の相対容量の算出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】
【０００６】
本発明の二次電池の表示用の相対容量の算出方法は、複数の電池セルを直列接続した電池に充放電される電流又は電力を積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した二次電池の表示用の相対容量の算出方法であって、  充電時において、最大電圧の電池セルの電圧が充電停止電圧以上となるとき、充電を停止して、積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した電池の相対容量に代わって、相対容量を１００％とし、  前記積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した電池の相対容量と、１００％との差を、満充電時容量差(Ｒ_ｒｅｍ)とし、放電時の電池の表示用の相対容量を、積算して求めた残容量に、満充電時相対容量差(Ｒ_ｒｅｍ)／満充電容量である係数を掛けて算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の表示用の相対容量の算出方法では、放電時の電池の表示用の相対容量を、積算して求めた残容量に、満充電時容量差(Ｒ_ｒｅｍ)／満充電容量である係数を掛けて算出することよって、相対容量の飛びを低減することができる。よって、電池を内蔵する電子機器のユーザーにとっては、故障と考えたり、予想していた使用可能時間が急に少なくなったり、マイコンを内臓する電子機器においてはマイコンのシャットダウンが発生することを、低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例のパック電池、携帯機器の回路ブロック図である。
【図２】（Ａ）は充電時、（Ｂ）は放電時のグラフを示す。
【図３】本発明の一実施例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施例においては、パック電池Ａと、これを充電する電源を備える電子機器である携帯機器ＰＣとを備えている。携帯機器ＰＣは、ノート型のような携帯型パーソナルコンピュータである。パック電池Ａは、通常、携帯機器ＰＣに着脱自在に装着される構造である。携帯機器ＰＣには、コンセントからの交流商用電力を直流電力に変換するアダプター（図示せず）から出力される直流電力が供給され、この電力を制御し、供給するマイコンを内蔵する制御・電源手段Ｓを備えている。制御・電源手段Ｓからの電力出力は、パック電池Ａを充電するのに利用されたり、携帯機器ＰＣの負荷Ｌに電力供給される。また、商用電力より電力供給がない場合は、パック電池Ａより電力が供給され、制御・電源手段Ｓ及び負荷Ｌを駆動させる。
【００１０】
パック電池Ａにおいては、リチウムイオン電池等の二次電池１と、電池１の充放電時の電流を検出する抵抗等からなる電流検出部２と、電池１の充放電を監視、制御するマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと記す）とを備えている。また、パック電池Ａ内には、電池１に密接して配置されたサーミスタを含む温度検出部３が設けられている。電池１が、リチウムイオン２次電池の場合は、携帯機器ＰＣに電力供給するとき、約2000mAh/セル程度の電池セルを、２〜４セル直列にして利用される。また、セルを並列にも接続して、電池容量を増加させても良い。
【００１１】
本実施例においては、電池１は図示されるように、電池セル11,12,13、電池セル21,22,23、電池セル31,32,33を、３並列に電気接続して、ブロックＰ１、Ｐ２、Ｐ３とし、これらブロックＰ１、Ｐ２、Ｐ３を直列接続して、複数の電池セルを直列接続している。このような電気接続においては、電池セルの正極、負極に平板状金属片であるタブをスポット溶接等により接続して、電気接続している。電池セルには、リチウムイオン２次電池の場合は、約2000mAh/セル程度の容量のものを使用する。
【００１２】
ＭＰＵにおいては、電池電圧(測定箇所ｄ)、電流検出部２からの出力、温度検出部３からの出力のアナログ電圧が入力され、デジタル変換し、実電圧［mV］や実電流値［mA］等に換算するＡ／Ｄ変換部４が設けられている。そして、Ａ／Ｄ変換部４からの出力が、マイコンを備える制御手段としての充放電制御・演算部５に入力されて、演算、比較、判定等が行われて、この制御・演算部５からの信号で、スイッチングトランジスタ等からなる制御素子７をオンオフ制御する。
【００１３】
つまり、制御・演算部５においては、充放電電流を積算して残容量を演算処理したり、電池１の満充電を検出したり、異常電流、異常温度、異常電圧の検出時等に、充放電を制御する。そして、スイッチングトランジスタ等からなる制御素子７は、オンオフ制御され、異常電流、異常温度、異常電圧の検出時に、制御・演算部５からの制御信号で電流を遮断する。周知技術を利用して、制御・演算部５においては、A/D変換部４によって変換された充放電電流（又は充放電電力（充放電電流と電池電圧との掛け算））に測定単位時間（例えば、２５０ｍsec）を掛け算した値を積算し、放電時においては満充電容量から積算量を引き算し（換言するなら、マイナスの値の積算量を積算する）、或いは、充電時においては充電開始時の残容量より積算量を加算（積算）する。このような演算により、電池１の残容量(Ah)又は(Wｈ)を算出している。
【００１４】
また、制御・演算部５においては、各種データをメモリーに記録している。ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む制御・演算部５は、種々のメモリーを備えている。パッ
ク電池Ａの動作を制御するプログラムを保存するプログラムメモリを備え、プログラムメモリは、不揮発性の記憶媒体である。ＲＯＭ（Read Only Memory）には、プログラムの実行時に必要なデータなどがあらかじめ記憶される。ＲＡＭ（Random Access Memory）は、プログラムの一部や、各種データを一時的に記憶する。  この他に、不揮発性メモリとしてＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）又はFlashMemoryを備えており、ＥＥＰＲＯＭ又はFlashMemoryには、ＣＰＵに実行させるソフトウェアや設定データや、ＭＰＵのシャットダウンが発生しても保存が必要なデータ（例えば、学習容量、サイクル数、測定された温度の最大値、最小値、異常時のデータ（例えば、過充電時の温度、電圧、電流等）等）などをシャットダウンより前に記憶するとともに、これらを随時書き換えることが可能となっている。
【００１５】
ここで、制御・演算部５は、充電電流、放電電流を遮断するために、制御素子７であって、充電用制御素子としてｐチャネル型FETである充電用FET素子７１、放電用制御素子としてｐチャネル型FETである放電用FET素子７２に対して、オンオフ制御する信号を発する。なお、ｐチャネル型FETに代わって、チャージポンプを利用してｎチャネル型FETの充電用FET素子、放電用FET素子を利用することも可能であり、このときは、後述する予備充電用FET素子７４はｐチャネル型FETを利用する。なお、ｐチャネル型FETに代わって、チャージポンプを利用してｎチャネル型FETの充電用FET素子、放電用FET素子を利用することも可能である。
【００１６】
制御・演算部５においては、リチウムイオンのとき電池１の電圧が、過充電電圧以上（例えば、４．２Ｖ以上）になると、充電用FET素子７１をオフ制御するために、オフ信号（素子７１がｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当する）を、ポートＣＨより発する。また、電池１の電圧が、過放電電圧以下（例えば、２．７Ｖ／Cell以下）になると、放電用FET素子７２をオフ制御するために、オフ信号（素子７２がｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当する）を、ポートＤＳＣより発する。なお、上述のように、素子７１、７２のｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当し、オン信号の電圧は、Low電圧の信号に相当する。また、過充電状態においては、制御・演算部５よりポートＣＨにオフ信号が発せられることより、充電は停止される。このときは、携帯機器ＰＣが放電すると、ＤＳＣはオン信号であるので、放電用FET素子７２がオン状態で、オフ状態の充電用FET素子７１の寄生ダイオード７１Ｂを介して、放電できる。また、過放電状態においては、制御・演算部５よりポートＤＳＣにオフ信号が発せられることより、放電は停止される。このときは、携帯機器ＰＣが充電すると、ＣＨはオン信号であるので、充電用FET素子７１がオン状態で、オフ状態の放電用FET素子７２の寄生ダイオード７２Ｂを介して、充電できる。
【００１７】
また、MPUにおいては、電池電圧、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報、各種指令の情報を、携帯機器ＰＣの制御・電源手段Ｓに伝送する通信部９を備えている。パック電池Ａと携帯機器ＰＣとの通信処理は、以下のように、通信部９にて行われる。通信部９は、電池電圧、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報を携帯機器ＰＣが受信できる信号データに作成する通信データ作成部と、実際に通信を行うためのドライバ部と備え、残容量を算出するための各種パラメータの記憶や諸々のデータを記憶する為の制御・演算部５内メモリを利用する。また、電子機器からバッテリパックの各種情報の送信要求をドライバ部にて受け、通信データ作成部にて作成されたデータをドライバ部から電子機器に送信する。通信方式としては、周知技術であるＳＭＢｕｓ方式等が利用でき、２つの通信ラインであるデータラインＳＤＡ、クロックラインＳＣＬを介して、データ信号等を送信、受信する機能を備えている。
【００１８】
パック電池Ａは、携帯時等の商用電力を利用できないときに利用されるので、通常、電
池１は満充電に近い状態で保管される。また、停電の発生は、通常、非常に少ないので、電池１の残容量の低下は、電池の自己放電及びパック電池Ａ内の電力消費より発生する。充放電制御・演算部５で、電池１の残容量が、自己放電、回路の電力消費等により、再充電容量に到達したら再充電を開始する。そして、再充電容量は、満充電容量から所定時間あたりの電流値の積算を減算して求めても良く、また、再充電容量に対応した電池電圧より求めても良い。また、再充電容量は、再充電容量を９０％としている。
【００１９】
本実施例においては、制御・演算部５では、以下のように処理して、残容量を得る。制御・演算部５は、電池１を放電して、後述する電池１の総容量である総放電量（＝学習容量、満充電容量）から放電容量を減算して、電池１の残量を電流の積算量又は積算量（Ａｈ）として演算する。また、制御・演算部５においては、放電中、（総容量−積算量）／（総容量）＝残存容量率の関係式より、電池１の相対容量（残存容量率）（％）を演算する。充電容量は、電池１の充電電流の積算量で、あるいはこれに充電効率をかけて演算される。放電容量は、放電電流の積算量、あるいは放電効率を考慮して演算される。制御・演算部５は、電流の積算に代わって、電力の積算量（Ｗｈ）で残量を演算することもできる。電力の積算値は、充電電力から放電電力を減算して演算される。
【００２０】
ここでは、その時点での電池の総容量（＝学習容量、満充電容量）としては、満充電した状態から完全に放電されるまでの放電の積算容量（Ａｈ又はＷｈ）でも、電池１を完全に放電した状態から満充電されるまでの充電の積算容量（Ａｈ又はＷｈ）でもよい。また、所定残存容量（例えば、８％）に対応した電池電圧に到達したとき、満充電から放電した容量に、値（１−所定残存容量値、ここでは、０．９２）を割り算して、学習容量を求めることもできる。
【００２１】
さらに、放電が進んで、電池１の電圧（いずれかの電池セルの電圧）が所定の放電終止電圧に低下したことを示す信号が入力されると、制御・演算部５は演算した残容量を０、相対容量を０％に補正する。電池電圧が放電終止電圧まで低下すると、電池１の実際の容量は、下限容量として、０になるからである。そして、制御・演算部５は、放電開始から放電終止電圧までの放電電流積算量を、総放電量（＝総容量、満充電容量）として演算、保存する。
【００２２】
電池１がリチウムイオン電池の場合は、最大の電流、最大の電圧を規制した定電流(MAX電流0.5〜1C程度)・定電圧(MAX4.2V/セル程度)充電を利用し、最大電圧のセルにおいて電圧が所定値以上、電流が所定値以下の条件のとき、満充電とする。満充電を検出したとき、制御・演算部５は相対容量を100%とする情報を出力する。満充電の情報は、通信ラインを介して、電子機器に送信されることもできる。電子機器の画面に、相対容量等を表示することもできる。
【００２３】
また、直接接続した電池セルにおいて、使用による劣化等の理由により、各電池セルの容量、満充電容量がアンバランスが発生する。上述の最大電圧のセルにおいて電圧が所定値以上、電流が所定値以下の条件のとき満充電とするより前に、最大電圧の電池セルの電圧が最大所定電圧（＝充電停止電圧、例えば、４．２５V/セル程度）に到達したならば、それ以上、充電することは過充電となり安全上好ましくない等の理由で、電池１の充電を停止する。そして、このような充電の停止においては、仮の満充電として、相対容量を１００％とする。このときの電圧は、充電中の電圧（充電を止めた開放電圧ではない）が利用される。
【００２４】
このように、電流が所定値以下の条件のとき満充電となる前に、最大電圧の電池セルの電圧が充電停止電圧以上となり、充電を停止するグラフを、図２に示す。図及び以下の記載において、残容量、相対容量、満充電容量は、以下のように、示される。
残容量：  RC  Remaining Capacity  [Ah]又は[Wh]
相対容量：RSOC  Relative State Of Charge   [％]
満充電容量：FCC  Full Charge Capacity  [Ah]又は[Wh]
図２（Ａ）は、充電時を示し、横軸は経過時間、縦軸は、相対容量ＲＳＯＣ又は電圧を示す。図示するように、経過時間の進行に伴い、充電が進み、ＲＳＯＣが上昇し、最大電圧の電池セルの電圧が上昇し、充電停止電圧以上になると、制御・演算部５は、充電を停止する。そして、制御・演算部５は、積算して求めた残容量を満充電容量で割り算した電池の相対容量に代わって、相対容量を仮の満充電状態の検出として、１００％とする。つまり、相対容量が、１００％に飛ぶことになる。このとき、制御・演算部５は、電池の相対容量と、１００％との差を、満充電時容量差(Ｒ_ｒｅｍ)として、記憶する。
【００２５】
図２（Ｂ）は、以下の本実施例との比較として、その後の放電時を示している。横軸は経過時間、縦軸は、相対容量ＲＳＯＣを示す。図示するように、経過時間の進行に伴い、放電が進み、ＲＳＯＣが１００％から低下する。
残容量ＲＣは、パック電池Ａのマイコン内、制御・演算部５において、以下の残容量ＲＣの式にて、逐次、演算されることになる。また、相対容量ＲＳＯＣは、以下の式で求めることになる。
ＲＣ＝ＲＣ−∫Ｉｄｔ
ＲＳＯＣ＝ＲＣ／ＦＣＣ
上式で示されるように、残容量ＲＣは、電池に充放電される電流又は電力を積算して求められる。相対容量ＲＳＯＣは、残容量ＲＣを、満充電容量ＦＣＣで割り算して、求められる。
制御・演算部５は、いずれかの電池セルの電圧が所定の放電終止電圧に低下したことを検出し、放電を停止する。このとき、前回の充電時においては、仮の満充電を検出した時の相対容量の値（残容量の値）しか充電されていないことより、相対容量が満充電時容量差(Ｒ_ｒｅｍ)になると、いずれかの電池セルの電圧が所定の放電終止電圧に低下し、相対容量がなくなり、０％に飛びが発生することになる。
【００２６】
図３は、本実施例での上述の放電時の相対容量の飛びの発生を低減する二次電池の表示用の相対容量の算出方法を示す。横軸は経過時間、縦軸は、相対容量ＲＳＯＣを示す。図示するように、経過時間の進行に伴い、放電が進み、ＲＳＯＣが１００％から低下する。
【００２７】
図３においては、残容量ＲＣは、パック電池Ａのマイコン内、制御・演算部５において、上記の残容量ＲＣの式と同様にて、逐次、演算、算出されることになる。また、相対容量ＲＳＯＣは、以下の式で求めることになる。
ＲＳＯＣ＝(ＲＣ×Ｒ_ｒｅｍ／１００)／ＦＣＣ [％]
上式で示されるように、放電時の電池の表示用の相対容量を、積算して求めた残容量に、満充電時相対容量差(Ｒ_ｒｅｍ)／満充電容量である係数を掛けて算出する。
このような演算、算出により、図３における点線で示すように、ＲＳＯＣは、１００％から、直線的に、０％まで、低下する。これに対し、比較の式、ＲＳＯＣ＝ＲＣ／ＦＣＣで求めた場合は、直線で示されて、満充電時容量差(Ｒ_ｒｅｍ)の飛びが発生する。このように、本実施例の上式で示される表示用の相対容量においては、飛びを低減することができる。
そして、制御・演算部５は相対容量、表示用の相対容量等のデータ、通信ラインを介して、電子機器に送信されることもできる。そして、電子機器の画面にて、相対容量、表示用の相対容量等を表示することもできる。
【符号の説明】
【００２８】
Ａ  電池パック
ＰＣ  携帯機器（＝電子機器）
Ｓ  制御・電源手段
Ｌ  負荷
ＭＰＵ  マイクロプロセッサユニット
１  電池
２  電流検出部
３  温度検出部
４  Ａ／Ｄ変換部
５  制御・演算部
７  制御素子    ７１  充電用FET素子    ７２  放電用FET素子
９  通信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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