(57)【要約】【課題】電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットを備える電源装置において、演算結果を見る者に与える違和感を低減させる。【解決手段】電池ブロックの満充電時からの放電容量をｘ軸にとり、電池ブロックの相対容量をｙ軸にとったｘ−ｙ直交座標系において、最も満充電容量の大きい第１電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第１線、最も満充電容量の小さい第２電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第２線とし、第１線とｙ軸との交点および第２線とｘ軸との交点とを結ぶとともに、傾きをもってｘ軸と接し、かつ、ｙ軸、第１線、第２線、および第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線ｙ’で囲まれた領域を通る線である演算線ｙｏｐに基づき、電池ユニットの相対容量を演算する。【選択図】図２
2014093824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットと、
前記電池ユニットの相対容量を演算する相対容量演算部と、を備え、
前記電池ユニットは満充電容量の異なる前記電池ブロックを含み、最も満充電容量の大きい電池ブロックを第１電池ブロック、最も満充電容量の小さい電池ブロックを第２電池ブロックとし、
電池ブロックの満充電時からの放電容量をｘ軸にとり、電池ブロックの相対容量をｙ軸にとったｘ−ｙ直交座標系において、
前記第１電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第１線、前記第２電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第２線とし、
前記相対容量演算部は、
前記第１線とｙ軸との交点および前記第２線とｘ軸との交点とを結ぶとともに、傾きをもってｘ軸と接し、かつ、ｙ軸、前記第１線、前記第２線、および前記第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線で囲まれた領域を通る線である演算線に基づき、前記電池ユニットの相対容量を演算する
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記演算線は、前記第１線に対し、重み係数を乗じた前記第２線を足し合わせることにより得られ、
前記重み係数は、ｘ軸における正の方向へ向かうほど大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１線がｘを用いた関数ｙｍａｘで表され、前記第２線がｘを用いた関数ｙｍｉｎで表される場合に、
前記演算線は、（ｙｍａｘ×ｙｍａｘ＋ｙｍｉｎ（１００−ｙｍａｘ））÷１００で表される関数である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記演算線は、前記第１線とｙ軸との交点および前記第２線とｘ軸との交点を結ぶ線分である
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第１線がｘを用いた関数ｙｍａｘで表され、前記第２線がｘを用いた関数ｙｍｉｎで表される場合に、
前記演算線は、１００−（１００（１００−ｙｍａｘ）÷（１００−（ｙｍａｘ−ｙｍｉｎ）））で表される関数である
ことを特徴とする請求項１または４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記演算線は、ｙ軸に平行な線分を含まない
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記演算線は、ｘ軸に平行な線分を含まない
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】
前記各電池ブロックは、充放電を複数回繰り返すことが可能であり、
前記相対容量演算部は、
前記各電池ブロックのうち、充電時において最初に満充電電圧に到達した電池ブロックを前記第１電池ブロックと認定する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
前記各電池ブロックは、充放電を複数回繰り返すことが可能であり、
前記相対容量演算部は、
前記各電池ブロックのうち、放電時において最初に放電終止電圧に到達した電池ブロックを前記第２電池ブロックと認定する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記相対容量演算部は、さらに、
定電流充電後の定電圧充電時において、前記電池ユニットに流れる充電電流値が所定電流以下となった場合に、前記電池ユニットが満充電になったと判断するとともに、
前記各電池ブロックのうち、前記第２電池ブロック以外の電池ブロックを前記第１電池ブロックと認定する
ことを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
【請求項１１】
電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットの相対容量演算方法であって、
前記電池ユニットは満充電容量の異なる前記電池ブロックを含み、最も満充電容量の大きい電池ブロックを第１電池ブロック、最も満充電容量の小さい電池ブロックを第２電池ブロックとし、
電池ブロックの満充電時からの放電容量をｘ軸にとり、電池ブロックの相対容量をｙ軸にとったｘ−ｙ直交座標系において、
前記第１電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第１線、前記第２電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第２線とし、
前記第１線とｙ軸との交点および前記第２線とｘ軸との交点とを結ぶとともに、傾きをもってｘ軸と接し、かつ、ｙ軸、前記第１線、前記第２線、および前記第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線で囲まれた領域を通る線である演算線に基づき、前記電池ユニットの相対容量を演算する
ことを特徴とする電池ユニットの相対容量演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置等に関し、特に、電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットを備える電源装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数個の素電池が並列接続されてなる電池ブロックの相対容量演算方法として、電池ブロックの充放電電流を積算することで相対容量を演算する電流積算法が良く知られている。
また近年、電力需要のピークを低く抑えるピークカットや電力需要のピークにおける使用電力を電力需要の低い時間帯に移行させるピークシフト等の節電対策や非常用電源として、２００〜１０００［Ｖ］程度の出力電圧の電池が求められている。これを実現するため、電池ブロックを複数個直列に接続した電池ユニットが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このような電池ユニットにおいても、電池ユニットとしての相対容量を演算するとともに、この演算結果を表示部に表示するなどして電池ユニットの相対容量をユーザーに告知することが求められる。電池ユニットとしての相対容量を演算する方法としては、例えば、個々の電池ブロックの相対容量を電流積算法に基づき演算し、これらの平均を電池ユニットとしての相対容量とする方法が考えられる。一方、過放電を防止することで電池ブロックを保護する観点より、最初に相対容量が０［％］となった電池ブロックが現れた時点で、電池ユニットからの放電を終止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８２６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、各電池ブロックの相対容量の平均を電池ユニットの相対容量とし、かつ、最初に相対容量が０［％］となった電池ブロックが現れた時点で電池ユニットの放電を終止する場合、電池ユニットとしての容量は残存しているにも関わらず、電池ユニットの放電が終止されることになる。すなわち、表示部等に所定の相対容量（例えば８［％］）が示されている状態から、相対容量が０［％］の電池ブロックが現れた時点で、相対容量の表示が突如０［％］になる、いわゆる「飛び」が発生してしまう。このような飛びは、演算結果を見る者に違和感を与える。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットを備える電源装置において、演算結果を見る者に与える違和感を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットと、前記電池ユニットの相対容量を演算する相対容量演算部と、を備え、前記電池ユニットは満充電容量の異なる前記電池ブロックを含み、最も満充電容量の大きい電池ブロックを第１電池ブロック、最も満充電容量の小さい電池ブロックを第２電池ブロックとし、電池ブロックの満充電時からの放電容量をｘ軸にとり、電池ブロックの相対容量をｙ軸にとったｘ−ｙ直交座標系において、前記第１電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第１線、前記第２電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第２線とし、前記相対容量演算部は、前記第１線とｙ軸との交点および前記第２線とｘ軸との交点とを結ぶとともに、傾きをもってｘ軸と接し、かつ、ｙ軸、前記第１線、前記第２線、および前記第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線で囲まれた領域を通る線である演算線に基づき、前記電池ユニットの相対容量を演算する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電源装置の相対容量演算部は、以下のような演算線に基づいて電池ユニットの相対容量を演算する。具体的には、演算線は、第２電池ブロック（最小容量電池ブロック）における放電容量と相対容量との関係を示す第１線とｙ軸との交点、および第１電池ブロック（最大容量電池ブロック）における放電容量と相対容量との関係を示す第２線とｘ軸との交点とを結ぶとともに、傾きをもってｘ軸と接する。ここで、第２電池ブロックは、複数の電池ブロックの中で最初に相対容量が０［％］となる電池ブロックである。このような演算線とすることで、第２電池ブロックの相対容量が０［％］となった時点で放電を終止させた場合に、相対容量表示の飛びが発生しないようにすることができる。
【０００９】
また、演算線は、ｙ軸、第１線、第２線、および第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線で囲まれた領域を通る。これにより、演算値がとり得る範囲の上限は第１電池ブロックの相対容量に基づき、下限は第２電池ブロックの相対容量に基づくものとなる。そのため、演算値が、電池ユニットの実際の相対容量値から大きく外れることがない。
したがって、本発明によれば、電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットを備える電源装置において、演算結果を見た者に与える違和感を低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る電源装置１０００の全体構成を示す回路図である。
【図２】実施の形態１に係る電池ユニット１０の相対容量演算方法を説明するための図である。
【図３】第１線と第２線の傾きが異なる場合の演算線ｙｏｐを示す図である。
【図４】実施の形態２に係る電池ユニット１０の相対容量演算方法を説明するための図である。
【図５】変形例に係る演算線を説明するための図である。
【図６】本発明に係る電池ユニットの相対容量演算方法で用いることが可能な演算線の例を示す図である。
【図７】本発明に係る電池ユニットの相対容量演算方法で用いることが可能な演算線の例を示す図である。
【図８】比較例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
≪実施の形態１≫
［電源装置１０００の構成］
図１は、実施の形態１に係る電源装置１０００の全体構成を示す回路図である。
電源装置１０００は、電池パック１００、電源制御部２００、放電用スイッチ３００、充電用スイッチ４００を含む。電源装置１０００は、出力側に接続された負荷２０００に電池パック１００からの電力を供給するものである。
【００１２】
＜電池パック１００＞
電池パック１００は、電池ユニット１０、制御演算部２０、電流検出抵抗３０、通信処理部４０を含む。
（電池ユニット１０）
電池ユニット１０は、複数個の電池ブロック１１，１２，１３が直列接続されてなる。また、電池ブロック１１，１２，１３はそれぞれ、互いに並列接続された素電池１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅを含む。素電池１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅには、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の充電可能な二次電池が用いられている。したがって、電池ブロック１１，１２，１３は、充放電を複数回繰り返すことが可能である。素電池１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅをリチウムイオン電池とする場合は定電流定電圧充電が行われ、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池とする場合は定電流充電が行われる。
【００１３】
電池ブロック１１，１２，１３を構成する素電池については、同一特性のものを製造することは現実的に困難である。そのため、電池ブロック１１，１２，１３の特性を同一とすることはできない。また、充放電を繰り返すと、劣化等により電池ブロック１１，１２，１３間に、満充電容量や電池電圧が異なるアンバランスが発生することがある。したがって、電池ユニット１０には満充電容量の異なる電池ブロックが含まれることになる。以下、最も満充電容量の大きい電池ブロックを第１電池ブロック、最も満充電容量の小さい電池ブロックを第２電池ブロックとする。この第１および第２電池ブロックの認定方法については後述する。
（制御演算部２０）
制御演算部２０は、電圧検出部２１、Ａ／Ｄコンバータ２２、電流検出部２３、相対容量演算部２４を含む。
【００１４】
・電圧検出部２１
電圧検出部２１は、電池ユニット１０の電池電圧と、電池ブロック１１，１２，１３各々の電池電圧を検出し、電池電圧に応じたアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ２２に出力する。
・Ａ／Ｄコンバータ２２
Ａ／Ｄコンバータ２２は、電圧検出部２１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ２２に入力されるアナログ信号には、電池ブロック１１，１２，１３の電池電圧値を示す信号と、電池ユニット１０の充電電流値および放電電流値を示す信号が含まれる。前者は電圧検出部２１から出力され、後者は電流検出部２３から出力される。そして、Ａ／Ｄコンバータ２２は、変換したデジタル信号を相対容量演算部２４に出力する。
【００１５】
・電流検出部２３
電流検出部２３は、電池ユニット１０と直列に接続された電流検出抵抗３０に流れる電流に基づき、電池ユニット１０の充電電流値および放電電流値を検出する。電流検出部２３には、電流検出抵抗３０の両端の電圧を増幅するアンプが設けられている。ここで、アンプの出力電圧は、電池ユニット１０に流れる電流値に比例する。したがって、アンプの出力電圧の大きさに基づいて、電池ユニット１０の充電電流値および放電電流値を検出できる。また、電池ユニット１０の充電電流と放電電流は流れる方向が互いに逆であるため、充電電流と放電電流とではアンプの出力電圧の極性（出力電圧の正負）が逆になる。そのため、アンプから出力される信号の正負により、充電電流と放電電流とを識別可能である。さらに、電流検出部２３は、検出した充電電流値および放電電流値に応じたアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ２２に出力する。
【００１６】
・相対容量演算部２４
（ａ）電池ユニット１０の相対容量
相対容量演算部２４は、電池ユニット１０の相対容量（ＲＳＯＣ、Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ、満充電容量に対する残容量）［％］を演算する。本実施の形態に係る電池ユニット１０の相対容量の演算方法においては、第１および第２電池ブロックの相対容量を用いて演算を行う。この第１および第２電池ブロックの相対容量の算出方法について、項目（ｂ）以下の中で説明していく。
【００１７】
（ｂ）電池ユニット１０の満充電容量
電池ユニット１０の満充電容量（学習容量とも呼ばれる。）は、電池ユニット１０が満充電である状態から完全に放電されるまでの間に流れた放電電流を積算することで、または、電池ユニット１０が完全に放電した状態から満充電になるまでの間に流れた充電電流を積算することで算出できる。もしくは、満充電時から所定の相対容量（例えば、８［％］とする。）になるまでの放電容量に、１００からその所定の相対容量を減算したものを１００で除算した値（１００−所定の相対容量／１００、所定の相対容量を８［％］とする場合は０．９２）で除算することでも、電池ユニット１０の満充電容量を算出することが可能である。相対容量演算部２４は電池ユニット１０の満充電容量を算出し、内部メモリに記憶する。また、新たに満充電容量を算出したら、相対容量演算部２４は内部メモリの情報を新しいものに書き換える。
【００１８】
（ｃ）放電終止
放電が進み、電池ユニット１０の電池電圧が放電終止電圧に到達したことを示す信号がＡ／Ｄコンバータ２２から入力されると、電池ユニット１０の放電を終止させる。ここでの電池ユニット１０の電池電圧が放電終止電圧に到達した時点とは、電池ユニット１０を構成する電池ブロック１１，１２，１３のうち、最初に電池電圧が放電終止電圧に対応する電圧に到達したものが現れた時点をいう。相対容量演算部２４は、最初に電池電圧が放電終止電圧に対応する電圧に到達した電池ブロックの相対容量を０［％］とする。それとともに、相対容量演算部２４は、この最初に相対容量が０［％］になった電池ブロックを、第２電池ブロックに認定する。なお、飛びを防止するため、放電終止になったとしても、電池ユニット１０全体としての相対容量は０［％］にしない。
【００１９】
また、相対容量演算部２４は、放電開始から放電終止までに流れた電池ユニット１０の放電電流を積算することにより、満充電容量を算出する。
電池ユニット１０の放電終止から充電を開始すると、第２電池ブロックの相対容量の値は０［％］から開始する。充電開始から所定時間後の第２電池ブロックの相対容量は、充電開始から所定時間までの（充電容量／満充電容量）×１００［％］で算出される。ここでの充電容量は、充電開始から所定時間までの間に電池ユニット１０に流れた充電電流の積算値である。
【００２０】
一方、電池ブロック１１，１２，１３のうち、第２電池ブロックを除く各電池ブロックの相対容量の値は、放電終止時点における相対容量の値から開始する。充電開始から所定時間後の第２電池ブロックを除く各電池ブロックの相対容量は、（（充電容量／満充電容量）×１００＋放電終止時点における相対容量）［％］で算出される。
このことより、放電終止からの充電容量をｘ軸にとり、電池ブロックの相対容量をｙ軸にとったｘ−ｙ直交座標系において、第１電池ブロックの相対容量を示す関係式の傾きと、第２電池ブロックの相対容量を示す関係式の傾きは同じとなる。満充電になるまで電池ユニット１０の充電を行い、各電池ブロックの相対容量をモニタリングすることで、放電終止から満充電における各電池ブロックの、放電終止からの充電容量と相対容量との関係を得ることができる。
【００２１】
なお、電池ユニット１０の放電終止から充電を開始するとき、後述するように、本実施の形態に係る相対容量の演算方法によれば、電池ユニット１０としての相対容量の値は０［％］から開始する。
（ｄ）電池ユニット１０の満充電検出（充電終止の検出）
素電池１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅがリチウムイオン電池の場合、上述したように定電流定電圧充電が行われるが、充電時の最大電流は例えば０．５〜１［Ｃ］程度であり、最大電圧は、例えば各電池ブロックとしては４．２［Ｖ］程度、電池ユニット１０全体としては（４．２×電池ブロック数）［Ｖ］程度である。
【００２２】
素電池からなる電圧ユニット間の容量や電池電圧に大きなアンバランスが発生している場合、本実施の態様においては、電池ユニット１を構成する電池ブロック１１，１２，１３のうち、電池電圧が最大電圧を越える過充電電圧、例えば（４．２５）［Ｖ］に到達した電池ブロックが最初に現れた時点で、電池ユニット１０が満充電に到達したと判断し、充電を終止する。これは、電池電圧が最大電圧４．２［Ｖ］を超えている場合、過充電状態となっており、これ以上充電することは望ましくないためである。このようにすることで、電池ユニット１を構成するこの電池ブロックにおいて、過充電を防止することが可能である。電池ユニット１０の満充電を検出した相対容量演算部２４は、電池ユニット１０の相対容量と、最大電圧付近に到達した電池ブロックの相対容量を１００［％］にする。電池ユニット１０が満充電になった旨の情報は、通信制御部４０を介して、電源制御部２００に送信される。
【００２３】
さらに、相対容量演算部２４は、最初に電池電圧が過充電電圧になった電池ブロックを、第１電池ブロックとして認定する。すなわち、満充電時における第１電池ブロックの相対容量は１００［％］となる。一方、第１電池ブロックが満充電になり相対容量が１００［％］になった時点においては、第２電池ブロックの相対容量は１００［％］以下である。第１電池ブロックが満充電になった時点での第２電池ブロックの相対容量は、当該満充電時点での充電電流の積算容量／満充電容量で表される。
【００２４】
通常、素電池からなる電圧ユニット間の容量や電池電圧には、大きなアンバランスは発生しない。その場合は、定電流充電の後であって、定電圧充電時における充電電流が所定値以下の条件となれば、満充電として充電を終了する。電圧ユニット間の容量や電池電圧に大きなアンバランスがない場合、第２電池ブロックを除く全ての電池ブロックが第１電池ブロックとなる。
【００２５】
電池ユニット１０の充電終止（電池ユニット１０の満充電時）から放電を開始すると、第１電池ブロックの相対容量の値は１００［％］から開始する。放電開始から所定時間後の第１電池ブロックの相対容量は、（満充電容量−放電容量）／満充電容量×１００［％］で算出される。ここでの放電容量は、放電開始から所定時間までの間に電池ユニット１０に流れた放電電流の積算値である。
【００２６】
一方、第２電池ブロックの相対容量の値は、充電終止時点における相対容量の値から開始する。放電開始から所定時間後の第２電池ブロックの相対容量は、（充電終止時点における相対容量−（放電容量／満充電容量）×１００）［％］で算出される。
すなわち、満充電時からの放電容量をｘ軸にとり、電池ブロックの相対容量をｙ軸にとったｘ−ｙ直交座標系において、第１電池ブロックの相対容量を示す関係式の傾きと、第２電池ブロックの相対容量を示す関係式の傾きは同じとなる。放電終止まで電池ユニット１０の放電を行い、各電池ブロックの相対容量をモニタリングすることで、満充電時から放電終止における各電池ブロックの、満充電時からの放電容量と相対容量との関係を得ることができる。相対容量演算部２４は、所定回数の充放電が行われる毎に、各電池ブロックの満充電時からの放電容量と相対容量との関係の情報を内部メモリに記憶する。また、新たな放電容量と相対容量との関係が得られたら、相対容量演算部２４は内部メモリの情報を新しいものに書き換える。
【００２７】
本実施の形態では、この放電時に得られた第１および第２電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係に基づき、電池ユニット１０としての相対容量の演算を行う。この演算結果は、電源装置１０００に設けられた表示部等を介してユーザーに告知される。この相対容量演算部２４でなされる演算方法の詳細については後ほど説明する。なお、本演算方法によれば、電池ユニット１０の充電終止から放電を開始するとき、電池ユニット１０としての相対容量の値は１００［％］から開始する。
【００２８】
（通信処理部４０）
通信処理部４０は、電池ユニット１０の相対容量、電池ブロック１１，１２，１３の電池電圧、電池ユニット１０の充放電電流値等の情報等を電源制御部２００に伝送する。
＜電源制御部２００、放電用スイッチ３００、充電用スイッチ４００＞
電源制御部２００は、通信処理部４０からの各種情報に基づき、放電用スイッチ３００、充電用スイッチ４００の開閉動作を制御する。
【００２９】
放電用スイッチ３００は、電池ユニット１０の正極側と負荷２０００とを結ぶ電路に介挿されており、当該電路の開状態および閉状態を切り替えるものである。充電用スイッチ４００は、充電用電源３０００の出力側と電源装置１０００とを結ぶ電路に介挿されており、当該電路の開状態および閉状態を切り替えるものである。放電用スイッチ３００および充電用スイッチ４００としては、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチング素子を用いることができる。
【００３０】
電池ユニット１０の充電時は、電源制御部２００は放電用スイッチ３００をオフ、充電用スイッチ４００をオンとするように制御し、充電用電源３０００から電池ユニット１０への充電を許可する。電池ユニット１０が満充電になった場合、または電池ユニット１０に所定値以上の容量が充電された場合は、負荷２０００からの要求に応じて、電源制御部２００は放電用スイッチ３００をオン、充電用スイッチ４００をオフとするように制御する。これにより、電池ユニット１０から負荷２０００への放電が許可される。
【００３１】
＜充電用電源３０００＞
充電用電源３０００は、電池ユニット１０の充電時において、電池ユニット１０に電力を供給する。充電用電源３０００としては、例えば、太陽電池パネル，風力発電機，潮力発電機，地熱発電器等の自然エネルギーを利用した自然エネルギー発電器、燃料電池、ガス発電器、商用電源等が利用できる。
【００３２】
［電池ユニット１０の相対容量演算方法］
＜概要＞
本実施形態における演算方法では、第１電池ブロックおよび第２電池ブロックにおける、満充電時からの放電容量と相対容量との関係に基づき、電池ユニット１０全体としての相対容量を演算する。第１および第２電池ブロックにおける当該関係に関する情報は相対容量演算部２４の内部メモリに記憶されているが、これらのうち、最新の情報に基づいて、電池ユニット１０の相対容量を算出する。
【００３３】
図２は、実施の形態１に係る電池ユニット１０の相対容量演算方法を説明するための図である。図２（ａ）は、第１電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係、第２電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係、および演算線ｙｏｐをｘ−ｙ直交座標系に表したものである。演算線ｙｏｐとは、電池ユニット１０の相対容量を演算するために用いられる関係式である。ｘ軸は電池ブロックの満充電時からの放電容量を示しており、ｙ軸は電池ブロックの相対容量を示している。また、ｙ軸の値は、第１電池ブロックの満充電容量を１００とした場合の相対値で示している。
【００３４】
以下、第１電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第１線、第２電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を表した線を第２線と記載する。さらに、第１線はｘを用いた関数ｙｍａｘで表され、第２線はｘを用いた関数ｙｍｉｎで表されることとする。なお、図を分かり易くするため、図２（ａ）では第１線と第２線の差を誇張して示している。
【００３５】
なお、説明を簡略化するため、図２においては、放電開始から放電終止に亘って一定電流で放電した場合の、第１および第２電池ブロックにおける満充電時からの放電容量と相対容量との関係を示している。そのため、第１線および第２線は一次関数的に表されている。一定電流で放電しない場合であっても、電池ブロック１１，１２，１３は直列接続されているため、第１線と第２線は両者の間で一定の関係が維持される。
【００３６】
本実施の形態に係る演算線ｙｏｐは、第１線とｙ軸との交点（図２（ａ）におけるＡ）および第２線とｘ軸との交点（図２（ａ）におけるＢ）とを結ぶとともに、傾きをもってｘ軸と接する線である。さらに、演算線ｙｏｐは、ｙ軸、第１線、第２線、および第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線ｙ’で囲まれた領域（図２（ａ）におけるハッチングを付した領域）を通るものである。ここで、「演算線ｙｏｐが傾きをもってｘ軸と接する」とは、ｘ−ｙ直交座標系に演算線ｙｏｐを表した場合において、演算線ｙｏｐがｘ軸と直交しないことをいう。
【００３７】
このような条件を満たす演算線ｙｏｐのうち、第１線に対し、重み係数を乗じた第２線を足し合わせることにより得られるものを、本実施の形態に係る演算線ｙｏｐとしている。そして、第２線と掛け合わされる重み係数は、ｘ軸における正の方向へ向かうほど大きくなっている。すなわち、図２（ａ）に示すように、演算線ｙｏｐは、第１線と第２線の相加平均に相当する線（図２（ａ）における二点鎖線）におけるｙ切片側を第１線の方へ寄せ、ｘ切片側を第２線の方へ寄せたような線である。
【００３８】
演算線ｙｏｐに基づいた電池ユニット１０の相対容量演算では、まず演算線ｙｏｐにおける所定のｘ軸の値（所定の放電容量）に対応するｙ軸の値を読み取る。読み取ったｙ軸の値に［％］を付したものが、電池ユニット１０の相対容量（ＲＳＯＣ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）［％］を示すものになる。このように、演算線ｙｏｐは、満充電時からの放電容量と電池ユニット１０の相対容量との関係を表した線となっている。
【００３９】
＜演算線ｙｏｐの導出方法＞
図２（ｂ）は、実施の形態１に係る演算線ｙｏｐの導出方法を説明するための図である。実施の形態１に係る演算線ｙｏｐは、第１線，第２線をそれぞれデータｘ１，ｘ２とする加重平均により求められる。また、ｘ軸における正の方向へ向かうほど、すなわち電池ブロックの相対容量が減少する方向へ向かうほど、第２線と掛け合わされる重み係数ｗ２が大きくなるように、第１線の重み係数ｗ１と第２線の重み係数ｗ２を設定する。演算線ｙｏｐが交点Ａおよび交点Ｂを通るようにするため、第１線の重み係数ｗ１をｙｍａｘ／１００、第２線の重み係数ｗ２を１００−ｙｍａｘ／１００としている。
【００４０】
図２（ｂ）に示すように、加重平均を求める式（ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２／ｗ１＋ｗ２）におけるｘ１にｙｍａｘ、ｗ１にｙｍａｘ／１００、ｘ２にｙｍｉｎ、ｗ２に１００−ｙｍａｘ／１００を代入することで、演算線ｙｏｐを示す関数が求まる。分母ｗ１＋ｗ２は１となるため、演算線ｙｏｐを示す関数は、図２（ｂ）に示すように、（ｙｍａｘ×ｙｍａｘ＋ｙｍｉｎ（１００−ｙｍａｘ））÷１００と求まる。
【００４１】
図２においては第１線と第２線の傾きが同じである場合を例に挙げて、演算線ｙｏｐの導出方法について説明した。この演算線ｙｏｐの導出方法は、第１線と第２線の傾きが異なる場合であっても同様に適用できるものである。
図３は、第１線と第２線の傾きが異なる場合の演算線ｙｏｐを示す図である。図３（ａ）は、図２と同様に第１線と第２線の傾きが同じ場合を示しており、演算線ｙｏｐは交点Ａ，Ｂを通る線分である。図３（ｂ）は、第１線の傾きの絶対値よりも第２線の傾きの絶対値が大きい場合を示しており、演算線ｙｏｐは交点Ａ，Ｂを通る、上に凸の曲線分となる。図３（ｃ）は、第２線の傾きの絶対値よりも第１線の傾きの絶対値が大きい場合を示しており、演算線ｙｏｐは交点Ａ，Ｂを通る、下に凸の曲線分となる。
【００４２】
＜効果＞
上述したように、電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットにおいては、過放電防止の観点から、最初に放電終止電圧に対応する電圧に到達した電池ブロックが現れた時点で、電池ユニットの放電を終止する。すなわち、第２電池ブロックの相対容量が０［％］になったとみなされる時点に相当する交点Ｂ（図２（ａ））において、電池ユニット１０の放電を終止することになる。このようにすることで、電池ユニット１０に満充電容量の異なる電池ブロックが含まれている場合であっても、全ての電池ブロックにおいて過放電を防止することができる。
【００４３】
本実施の形態に係る演算線ｙｏｐは、交点Ａから交点Ｂへ向かって徐々に第２線が支配的になるような線であり、放電終止付近においては第２線のみが支配するようになる。このような演算線ｙｏｐに基づいて電池ユニット１０の相対容量を演算することで、電池ユニット１０の放電終止付近における演算値の飛びは発生しない。また、電池ユニット１０の放電開始時点から放電終止時点にかけて徐々に第２線が支配的になるような演算線ｙｏｐとすることで、放電終止付近における飛びを防止するだけでなく、放電開始から放電終止までの全体に亘って、演算値の飛びを防止することができる。この結果、演算結果を見た者に与える違和感を低減することが可能である。
【００４４】
上記説明においては、主に電池ユニット１０の放電時に重きを置いて説明したが、相対容量表示の飛びも防止することが可能なのは、放電時における相対容量演算時に限られるものではない。すなわち、本実施の形態に係る演算線ｙｏｐは、交点Ｂから交点Ａへ向かって徐々に第１線が支配的になり、充電終止付近においては第１線のみが支配するような線であるとも言える。したがって、本演算線ｙｏｐを用いた相対容量演算方法によれば、充電終止における相対容量表示の飛びも防止することが可能である。
【００４５】
さらに、演算線ｙｏｐは、第１線に対し、重み係数を乗じた第２線を足し合わせることにより得られる線であるため、演算値の飛びを防止するようにしたために、演算値が電池ユニットの実際の相対容量値から大きく外れるといった問題も生じない。
≪実施の形態２≫
実施の形態２に係る電源装置の構成は、実施の形態１に係る電源装置１０００と同じ構成であり、相対容量演算部２４における電池ユニット１０の相対容量演算方法が異なる。本実施の形態では、第１線がｘを用いた関数ｙｍａｘで表され、第２線がｘを用いた関数ｙｍｉｎで表される場合に、１００−（１００（１００−ｙｍａｘ）÷（１００−（ｙｍａｘ−ｙｍｉｎ）））で表される演算線ｙｏｐに基づいて、電池ユニット１０の相対容量の演算がなされる。
【００４６】
図４は、実施の形態２に係る電池ユニット１０の相対容量演算方法を説明するための図である。図４（ａ）は、第１線、第２線、および演算線ｙｏｐをｘ−ｙ直交座標系に表したものである。説明を簡略化するため、第１線と第２線は実施の形態１と同様に１次関数的に表されるものとし、第１線と第２線の傾きは同じであることとする。本実施の形態に係る演算線ｙｏｐは、第１線とｙ軸との交点Ａおよび第２線とｘ軸との交点Ｂを結ぶ線分である。
【００４７】
図４（ｂ）は、実施の形態２に係る演算線ｙｏｐの導出方法を説明するための図である。第１電池ブロックが過充電電圧に到達することで第１電池ブロックの相対容量が１００［％］になるため、第１線のｙ切片は１００である。したがって、第１線の傾きを−ａとすると、第１線を示す関数ｙｍａｘは（１）式のように表される。また、第２線のｙ切片をβとすると、第２線を示す関数ｙｍｉｎは（２）式のように表される。ここで、第２線のｘ切片がαであるとすると、ｙｍｉｎの傾きａはβ／αで表されるため、αはβ／ａと表される（（３）式）。
【００４８】
演算線ｙｏｐは交点Ａ，Ｂを通る線分であるため、演算線ｙｏｐは−（１００／α）ｘ＋１００で表される。この式に対し（１）式および（３）式を代入すると（４）式が得られる。一方、（１）式−（２）式より、あるいは（２）式−（１）式より、（５）式に示すように、βがｙｍａｘおよびｙｍｉｎを用いて表現できる。この（５）式を（４）式に代入することで、本実施の形態に係る演算線ｙｏｐを示す関数が得られる。このように、第１線を示す関数ｙｍａｘおよび第２線を示す関数ｙｍｉｎがともに１次関数的に変化し、かつ両線の傾きが同じである場合には、演算線ｙｏｐは、１００−（１００（１００−ｙｍａｘ）÷（１００−（ｙｍａｘ−ｙｍｉｎ）））で表されることになる。
【００４９】
本実施の形態に係る演算線ｙｏｐを用いた電池ユニット１０の相対容量演算によっても、実施の形態１で説明した効果を同様に得ることが可能である。
［変形例・その他］
以上、実施の形態１，２について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下のような変形例等が考えられる。
【００５０】
（１）実施の形態１では、充放電サイクルにおける放電時に得られた第１線および第２線を用いて電池ユニット１０の相対容量の演算を行うこととしたが、本発明はこれに限定されない。充放電サイクルにおける充電時に得られた第１線および第２線を用いて演算を行うこととしてもよい。
（２）実施の形態１においては、充電電流または放電電流を積算した積算値を基に相対容量の演算を行うこととしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電力を積算した積算値を基に相対容量の演算を行うこととしてもよい。
【００５１】
（３）実施の形態１では、説明を簡略化するため、第１線および第２線が一次関数的に表されると擬制して説明した。しかしながら、実施の形態１に係る演算線は、第１線および第２線が一次関数的に表されない場合であっても適用できるものである。
（４）実施の形態２においては、第１線と第２線の傾きが同じである場合において、交点Ａ，Ｂを結ぶ線分を演算線とする例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
【００５２】
図５は、変形例に係る演算線を説明するための図である。図５に示すように、本例では第１線の傾きと第２線の傾きが異なる。図５（ａ）は、第１線の傾きの絶対値よりも第２線の傾きの絶対値が大きい場合を、図５（ｂ）は、第２線の傾きの絶対値よりも第１線の傾きの絶対値が大きい場合をそれぞれ示している。第１線および第２線の傾きが異なる場合であっても、交点Ａ，Ｂを結ぶ線分を演算線とすることで、電池ユニットの放電終止付近における演算値の飛びを防止することが可能である。
【００５３】
（５）本発明に係る相対容量演算方法で用いる演算線は次の２つの要件を満たしていればよく、本発明に係る演算線は実施の形態１，２で説明したものに限定されない。すなわち、（ｉ）第１線とｙ軸との交点および第２線とｘ軸との交点とを結ぶとともに、傾きをもってｘ軸と接し、（ｉｉ）ｙ軸、第１線、第２線、および第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線で囲まれた領域を通るものであればよい。
【００５４】
（ｉ）の条件を満たしていることで、最小容量電池ブロックの相対容量が０［％］となった時点で放電を終止させる場合に、この放電終止付近における演算値の飛びが発生しないようにすることができる。また、（ｉｉ）の条件を満たすことで、演算値がとり得る範囲の上限は第１電池ブロックの相対容量に基づき、下限は第２電池ブロックの相対容量に基づくものとなる。したがって、演算値が実際の電池ユニットの相対容量から大きく外れないようにすることが可能である。以下、これらの条件の全てを満たす演算線を数例示す。
【００５５】
図６、図７は、本発明に係る電池ユニットの相対容量演算方法で用いることが可能な演算線の例を示す図である。図６（ａ），（ｂ）に示すように、演算線ｙｏｐは線分である必要はなく、曲線分であってもよい。また、図６（ｃ），（ｄ）に示すように、演算線ｙｏｐは２以上の変曲点を有する曲線分であってもよい。
さらに、図７（ａ），（ｂ）に示すように、傾きが異なる複数の線分からなる演算線ｙｏｐであってもよい。ここで、上記（ｉｉ）の「ｙ軸、第１線、第２線、および第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線で囲まれた領域」には、ｙ軸上、第１線上、第２線上、および第２線とｘ軸との交点を通るｙ軸に平行な直線上が含まれる。したがって、図７（ａ）に示すように、放電開始から放電終止までの間の一部において、演算線ｙｏｐが第１線上または第２線上を通ることとしてもよい。
【００５６】
（６）ここでは、本発明における電池ユニットの相対容量演算方法に用いる演算線として望ましくないものを例示する。図８は、比較例を説明するための図である。図８（ａ）〜（ｃ）に示す比較例に係る演算線は、ｙ軸の値で３０〜４０［％］程度の長さに亘って、ｙ軸に平行な線分を含んでいる。そのため、演算値に飛びが発生してしまい望ましくない。
【００５７】
ただし、相対容量の演算結果を何［％］きざみで表示するかによっては、ｙ軸に平行な線分を含んでいることとすることもできる。例えば、相対容量の演算結果を５［％］きざみで表示する場合、ｙ軸に平行な線分の長さがｙ軸の値で５［％］未満であれば、演算結果の表示に飛びは発生しないため、許容される。すなわち、存在が許容されるｙ軸に平行な線分の長さは、何［％］きざみで相対容量の演算結果を表示するかによって異なることになる。
【００５８】
また、図８（ｄ）は、ｘ軸に平行な線分を含んでいる。演算線にこのようなｘ軸に平行な線分が含まれる場合、電池ユニットとしての相対容量が実際には変化しているにも関わらず相対容量の演算値が変化しない、いわゆる「待ち」が発生する。この待ちも、飛びと同様、演算結果を見た者に違和感を与えるおそれがある。したがって、演算線ｙｏｐがｘ軸に平行な線分を含まないようにすることで、演算値の待ちを防止し、演算結果を見た者に与える違和感をさらに低減することが可能である。
【００５９】
（７）実施の形態１で述べたように、相対容量演算部の内部メモリに記憶されている各情報は、所定回数の充放電が行われる毎に最新の情報に書き換えられる。本発明においてはこの「所定回数」は特に限定されるものではない。例えば、１回の充放電が行われる毎に最新の情報に書き換えることとしてもよいし、複数回の充放電が行われる毎に書き換えることとしてもよい。
【００６０】
（８）電源装置の構成は図１に示したものに限定されず、各電池ブロックの温度を検出する温度検出部等の他の構成をさらに含むこととしてもよい。ここで、電池ユニットの電池電圧は温度に依存する。そのため、例えば、温度検出部を備える場合、この検出結果を電池ユニットの相対容量演算の際の補正に用いることとしてもよい。このようにすることで、より実際の電池ユニットの相対容量に近い演算値をユーザーに告知することが可能である。また、放電終止電圧の検出の際にも、この温度検出部の検出結果を用いることとしてもよい。
【００６１】
（９）放電用スイッチおよび充電用スイッチを構成するスイッチング素子として用いることが可能な電界効果トランジスタの例としては、例えば、金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタ、金属−半導体電界効果トランジスタ、接合型電界効果トランジスタ等がある。なお、金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタのうち、ゲート絶縁膜として酸化物を採用したものは、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタとも呼ばれる。
【００６２】
電界効果トランジスタ以外のスイッチング素子としては、例えば、静電誘導型トランジスタ、ゲート注入トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、Ｓｉ系のバイポーラトランジスタ等が挙げられる。
また、放電用スイッチおよび充電用スイッチを、機械式のスイッチで構成することとしてもよい。
【００６３】
（１０）１つの電池ブロックに含まれる素電池の数は特に限定されるものではなく、単数でもよいし、複数でもよい。
（１１）上記の実施の形態は、本発明の構成およびその構成から奏される作用・効果を分かりやすく説明するために用いた一例である。したがって、本発明は、発明の本質とする構成部分以外について、上記の実施の形態に何ら限定を受けるものではない。各図は、本発明が理解できる程度に配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、本発明は図示例に限定されるものではない。また、図を分かり易くするために、一部省略した部分がある。さらに、数値範囲を示す際に用いる符号「〜」は、その両端の数値を含む。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、例えば、電池ブロックが複数個直列接続されてなる電池ユニットの相対容量をユーザーに表示する機能を有する電源装置において、当該表示に用いる相対容量値の演算に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  電池ユニット
１１、１２、１３  電池ブロック
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ  素電池
２０  制御演算部
２１  電圧検出部
２２  Ａ／Ｄコンバータ
２３  電流検出部
２４  相対容量演算部
３０  電流検出抵抗
４０  通信処理部
１００  電池パック
２００  電源制御部
３００  放電用スイッチ
４００  充電用スイッチ
１０００  電源装置
２０００  負荷
３０００  充電用電源
【図１】
2014093824.tif 000003
【図２】
2014093824.tif 000004
【図３】
2014093824.tif 000005
【図４】
2014093824.tif 000006
【図５】
2014093824.tif 000007
【図６】
2014093824.tif 000008
【図７】
2014093824.tif 000009
【図８】
2014093824.tif 000010