(57)【要約】  複数の電圧監視回路１０４は、それぞれが複数のセル１０３のうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する。電流監視回路２００は、複数のセル１０３に流れる電流を検出する。電流監視回路２００は、複数のセルに流れる電流が実質的にゼロである期間の長さが所定の判定時間を超えると検出信号をアサートする。各電圧監視回路１０４は、検出信号のアサートを契機として、対応する少なくともひとつのセルの電圧を測定する。
2017110578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを含むバッテリパックと、
複数の電圧監視回路であって、それぞれが前記複数のセルのうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する複数の電圧監視回路と、
前記複数のセルに流れる電流を検出する電流監視回路と、
を備えることを特徴とするバッテリ管理システム。
【請求項２】
前記電流監視回路は、前記複数のセルに流れる電流が実質的にゼロである期間の長さが所定の判定時間を超えると検出信号をアサートし、
各電圧監視回路は、前記検出信号のアサートを契機として、対応する前記少なくともひとつのセルの電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。
【請求項３】
前記電流監視回路は、
前記複数のセルに流れる電流を測定する電流検出回路と、
前記電流検出回路が測定した電流が所定のしきい値より低い状態である期間の長さを測定するタイマー回路と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ管理システム。
【請求項４】
前記電流監視回路は、前記検出信号のアサートを前記複数の電圧監視回路に通知することを特徴とする請求項２または３に記載のバッテリ管理システム。
【請求項５】
プロセッサをさらに備え、
前記電流監視回路は、前記検出信号のアサートを前記プロセッサに通知し、
前記プロセッサは、前記電流監視回路からの通知を受けると、前記複数の電圧監視回路に、電圧測定を指示することを特徴とする請求項２または３に記載のバッテリ管理システム。
【請求項６】
前記判定時間は、前記バッテリパックの劣化状態に応じて可変であることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のバッテリ管理システム。
【請求項７】
前記判定時間は、前記バッテリパックの温度に応じて可変であることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のバッテリ管理システム。
【請求項８】
前記判定時間は、前記バッテリパックの充電状態に応じて可変であることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載のバッテリ管理システム。
【請求項９】
前記電流監視回路は、前記複数のセルに流れる電流を積算するカウント回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のバッテリ管理システム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のバッテリ管理システムを備える自動車。
【請求項１１】
バッテリ管理システムに使用される電流監視回路であって、
前記バッテリ管理システムは、
複数のセルを含むバッテリパックと、
複数の電圧監視回路であって、それぞれが前記複数のセルのうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する電圧監視回路と、
前記複数のセルに流れる電流を検出する前記電流監視回路と、
を備え、
前記電流監視回路は、
前記複数のセルに流れる電流を測定する電流検出回路と、
前記電流検出回路が測定した電流が実質的にゼロである期間の長さを測定するタイマー回路と、
を備え、前記タイマー回路が測定した時間が所定の判定時間を超えると、前記複数のセルが緩和状態であることを示す検出信号をアサートすることを特徴とする電流監視回路。
【請求項１２】
前記バッテリ管理システムはプロセッサをさらに備え、
前記電流監視回路は、前記プロセッサとの間でデータを送受信するインタフェース回路をさらに備え、前記インタフェース回路から前記プロセッサに、前記検出信号を送信することを特徴とする請求項１１に記載の電流監視回路。
【請求項１３】
前記電流監視回路は、前記複数の電圧監視回路との間でデータを送受信するインタフェース回路をさらに備え、前記インタフェース回路から前記複数の電圧監視回路に、前記検出信号を送信することを特徴とする請求項１１に記載の電流監視回路。
【請求項１４】
前記判定時間は、前記バッテリパックの劣化状態に応じて可変であることを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の電流監視回路。
【請求項１５】
前記判定時間は、前記バッテリパックの温度に応じて可変であることを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の電流監視回路。
【請求項１６】
前記判定時間は、前記バッテリパックの充電状態に応じて可変であることを特徴とする請求項１１から１５のいずれかに記載の電流監視回路。
【請求項１７】
前記電流監視回路は、前記複数のセルに流れる電流を積算するカウント回路をさらに備えることを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載の電流監視回路。
【請求項１８】
請求項１１から１７のいずれかに記載の電流監視回路を備えることを特徴とするバッテリ管理システム。
【請求項１９】
複数のセルを含むバッテリパックと、
複数の電圧監視回路であって、それぞれが前記複数のセルのうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する複数の電圧監視回路と、
前記複数のセルに流れる電流を検出し、前記複数のセルに流れる充放電電流を積算し、累積クーロンカウント値を生成するクーロンカウンタ回路と、
を備えることを特徴とするバッテリ管理システム。
【請求項２０】
前記クーロンカウンタ回路はさらに、前記複数のセルに流れる充電電流の積算値である充電クーロンカウント値および前記複数のセルに流れる放電電流の積算値である放電クーロンカウント値の一方を生成することを特徴とする請求項１９に記載のバッテリ管理システム。
【請求項２１】
前記クーロンカウンタ回路は、前記充電クーロンカウント値および前記放電クーロンカウント値の両方を生成することを特徴とする請求項２０に記載のバッテリ管理システム。
【請求項２２】
プロセッサをさらに備え、
前記プロセッサは、（i）前記クーロンカウンタ回路が生成した前記累積クーロンカウント値と、（ii）前記クーロンカウンタ回路が生成した前記充電クーロンカウント値と前記放電クーロンカウント値の前記一方と、の差分にもとづいて、前記充電クーロンカウント値と前記放電クーロンカウント値の他方を生成することを特徴とする請求項２０に記載のバッテリ管理システム。
【請求項２３】
プロセッサをさらに備え、
前記プロセッサは、前記充電クーロンカウント値にもとづいて充電サイクル数を演算し、前記放電クーロンカウント値にもとづいて放電サイクル数を演算することを特徴とする請求項２０から２２のいずれかに記載のバッテリ管理システム。
【請求項２４】
前記クーロンカウンタ回路は、前記バッテリパックの累積使用時間を測定することを特徴とする請求項１９から２３のいずれかに記載のバッテリ管理システム。
【請求項２５】
前記クーロンカウンタ回路は、前記累積使用時間を、前記バッテリパックの充電状態に応じた係数で重み付けしてカウントすることを特徴とする請求項２４に記載のバッテリ管理システム。
【請求項２６】
前記重み付けの係数は、前記充電状態に関して下に凸であることを特徴とする請求項２５に記載のバッテリ管理システム。
【請求項２７】
前記クーロンカウンタ回路は、前記複数のセルに流れる電流が実質的にゼロである期間の長さが所定の判定時間を超えると検出信号をアサートし、
各電圧監視回路は、前記検出信号のアサートを契機として、対応する前記少なくともひとつのセルの電圧を測定することを特徴とする請求項１９から２６のいずれかに記載のバッテリ管理システム。
【請求項２８】
請求項１９から２７のいずれかに記載のバッテリ管理システムを備える自動車。
【請求項２９】
バッテリ管理システムに使用されるクーロンカウンタ回路であって、
前記バッテリ管理システムは、
前記クーロンカウンタ回路に加えて、
複数のセルを含むバッテリパックと、
複数の電圧監視回路であって、それぞれが前記複数のセルのうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する電圧監視回路と、
を備え、
前記クーロンカウンタ回路は、
前記複数のセルに流れる電流を測定する電流検出回路と、
前記電流検出回路が検出した充電電流および放電電流を逆極性にて積算し、累積クーロンカウント値を生成する第１カウント回路と、
を備えることを特徴とするクーロンカウンタ回路。
【請求項３０】
前記電流検出回路が検出した充電電流の積算値である充電クーロンカウント値および前記電流検出回路が検出した放電電流の積算値である放電クーロンカウント値の一方を生成する第２カウント回路をさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載のクーロンカウンタ回路。
【請求項３１】
前記充電クーロンカウント値および前記放電クーロンカウント値の他方を生成する第３カウント回路をさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載のクーロンカウンタ回路。
【請求項３２】
前記バッテリ管理システムは、プロセッサをさらに備え、
前記プロセッサは、（i）前記累積クーロンカウント値と、（ii）前記クーロンカウンタ回路が生成した前記充電クーロンカウント値と前記放電クーロンカウント値の前記一方と、の差分にもとづいて、前記充電クーロンカウント値と前記放電クーロンカウント値の他方を生成することを特徴とする請求項３０に記載のクーロンカウンタ回路。
【請求項３３】
前記バッテリパックの累積使用時間を測定する使用時間測定回路をさらに備えることを特徴とする請求項２９から３２のいずれかに記載のクーロンカウンタ回路。
【請求項３４】
前記使用時間測定回路は、前記累積使用時間を、前記バッテリパックの充電状態に応じた係数で重み付けしてカウントすることを特徴とする請求項３３に記載のクーロンカウンタ回路。
【請求項３５】
前記重み付けの係数は、前記充電状態に関して下に凸であることを特徴とする請求項３４に記載のクーロンカウンタ回路。
【請求項３６】
前記電流検出回路が測定した電流が実質的にゼロである期間の長さを測定するタイマー回路をさらに備え、
前記タイマー回路が測定した時間が所定の判定時間を超えると、前記複数のセルが緩和状態であることを示す検出信号をアサートすることを特徴とする請求項２９から３５のいずれかに記載のクーロンカウンタ回路。
【請求項３７】
請求項２９から３６のいずれかに記載のクーロンカウンタ回路を備えることを特徴とするバッテリ管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ管理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話端末、デジタルカメラ、タブレット端末、携帯音楽プレイヤ、携帯ゲーム機器をはじめとするさまざまな電池駆動型の電子機器は、充電可能な２次電池を内蔵しており、システム制御や信号処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、液晶パネル、無線通信モジュール、その他のアナログ、デジタル回路などの電子回路は、二次電池からの電力供給を受けて動作する。【０００３】
図１は、電子機器のブロック図である。電子機器５００は、バッテリパック５０２と、バッテリパック５０２を充電する充電回路５０４と、を備える。充電回路５０４は、外部の電源アダプタやＵＳＢ（Universal Serial Bus）からの電源電圧ＶＡＤＰを受け、バッテリパック５０２を充電する。【０００４】
電池駆動型の電子機器では、電池残存容量の検出が欠かせない機能となっている。そこで電子機器５００には、残量検出回路５０６が設けられる。残量検出回路５０６は、ヒューエルゲージＩＣ（Integrated Circuit）とも称される。残量検出回路５０６による電池の残存容量の検出方法としては、（１）電圧法と、（２）クーロンカウント法（電荷積算法）の２つが主流となっている。残量検出回路５０６は、充電回路５０４に内蔵される場合もある。【０００５】
電圧法では、開放状態（無負荷状態）において電池の開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）を測定し、ＯＣＶと充電状態（SOC：State Of Charge）の対応関係から残存容量を推定する。クーロンカウント法では、電池に流れ込む充電電流および電池から流れ出る放電電流（以下、充放電電流あるいは負荷電流と総称する)を積算し、電池への充電電荷量、放電電荷量を計算することで残存容量を推定する。クーロンカウント法では、誤差が蓄積されることにより時間と共に残量の予測精度が低下するため、誤差の蓄積をリセットするために、電圧法と併用されるのが一般的である。【０００６】
図１に示すように、多くの民生機器がそうであるように、小型の電子機器においては、電池電圧ＶＢＡＴは４Ｖ程度と低く、バッテリパック５０２は、単一のセル５０８を含む。残量検出回路５０６は、単一のセル５０８のＯＣＶを測定し、またセル５０８への充放電電流を測定することにより、セル５０８の残量を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１２−５３３７５９号公報
【特許文献２】特開２０１１−０６４４７１号公報
【特許文献３】特開２０１０−０１９７５８号公報
【特許文献４】特開平５−３２３００１号公報
【特許文献５】特開２０１１−１２３０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、民生機器は、セル５０８の個数が１個あるはせいぜい数個である場合が多い。ところが、車載用の電池や、産業機器、産業機械に使用される電池のように、数十Ｖ〜数百Ｖの電池電圧が必要とされるシステムでは、バッテリパック５０２内のセルの個数が数十個となる。システム全体としては、複数のセルそれぞれについてＳＯＣを検出し、それらの合計として、バッテリパック５０２全体としての残量を検出する必要がある。ところが単一の残量検出回路５０６を用いて、複数のセルのＳＯＣを検出することは現実的とは言えない。なぜなら、そのような残量検出回路５０６のチップサイズは非常に大きくなるからである。加えて、直列に接続される複数のセルの中で、高電位側のひとつのセルの電極と、低電位側の別のひとつのセルの電極との電位差は、数十Ｖ〜数百Ｖとなるが、残量検出回路５０６にそのような高耐圧を要求することは現実的でない。【０００９】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、バッテリパックの残量を検出可能なシステムの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１．  本発明のある態様は、バッテリ管理システムに関する。バッテリ管理システムは、複数のセルを含むバッテリパックと、複数の電圧監視回路であって、それぞれが複数のセルのうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する複数の電圧監視回路と、複数のセルに流れる電流を検出する電流監視回路と、を備える。【００１１】
この態様では、複数のセルに対応付けて、複数の電圧監視回路を設けるアプローチを取っている。比較として、従来の残量検出回路（ヒューエルゲージＩＣ）を複数備えるシステムを構成すると、個々の残量検出回路が、対応するセルのＯＣＶを検出する回路ブロックと、充放電電流を検出する回路ブロックとを備えることとなるが、充放電電流はすべてのセルに対して共通であるため、充放電電流を検出するブロック回路が冗長となる。これに対してある態様におけるバッテリ管理システムでは、電圧監視回路がセルの電圧を監視することとし、充放電電流の検出のためには共通の電流監視回路を設けることにより、回路の冗長性を解消することができる。また充放電電流を正確に検出するためには、高精度なトリミング（微調整）が必要であり、あるいは温度状態や経年変化によるキャリブレーション（補正）が必要となるところ、このようなトリミングやキャリブレーションは１個の電流監視回路に対して行えば済むため、システム全体としての製造コストを下げることができる。【００１２】
電流監視回路は、複数のセルに流れる電流が実質的にゼロである期間の長さが所定の判定時間を超えると検出信号をアサートしてもよい。各電圧監視回路は、検出信号のアサートを契機として、対応する少なくともひとつのセルの電圧を測定してもよい。【００１３】
電圧法において、ＯＣＶにもとづいてＳＯＣを正確に検出するためには、電池が緩和状態（Relax state）であるときのセル電圧を測定しなければならず、そのためには充放電電流がゼロとなった後に、十分に長い緩和時間が経過している必要がある。一般に、緩和時間は数十分〜数時間という長い時間スケールであるところ、緩和時間の経過判定の機能をマイコン等のプロセッサに委ねると、プロセッサをスリープさせることができなくなり、消費電力が増大する。ある態様では、緩和時間の経過判定の機能を電流監視回路に実装することにより、プロセッサの負荷を減らし、あるいはプロセッサをスリープさせることが可能となり、消費電力を低減できる。なお電流監視回路は、電流を監視するために常時動作しているため、その消費電力の増加はプロセッサに比べて小さいことに留意されたい。【００１４】
電流監視回路は、複数のセルに流れる電流を測定する電流検出回路と、電流検出回路が測定した電流が所定のしきい値より小さい期間の長さを測定するタイマー回路と、を備えてもよい。【００１５】
ある態様において、電流監視回路は、タイマー回路が測定した時間が判定時間を超えると、そのことを複数の電圧監視回路に通知してもよい。【００１６】
ある態様のバッテリ管理システムは、プロセッサをさらに備えてもよい。電流監視回路は、タイマー回路が測定した時間が判定時間を超えると、そのことをプロセッサに通知し、プロセッサは、電流監視回路からの通知を受けると、複数の電圧監視回路に、電圧測定を指示してもよい。【００１７】
判定時間は、バッテリパックの劣化状態に応じて可変であってもよい。判定時間は、バッテリパックの温度に応じて可変であってもよい。あるいは判定時間は、バッテリパックの充電状態（ＳＯＣ）に応じて可変であってもよい。
緩和時間は、バッテリパックの劣化状態や温度、充電状態に依存するため、それらに依存して緩和時間を変化させることで、ＯＣＶを正確に測定できる。【００１８】
本発明の別の態様は、自動車である。自動車は上述のいずれかの態様のバッテリ管理システムを備えてもよい。【００１９】
本発明の別の態様は、電流監視回路である。この電流監視回路は、バッテリ管理システムに使用される。バッテリ管理システムは、複数のセルを含むバッテリパックと、複数の電圧監視回路であって、それぞれが複数のセルのうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する複数の電圧監視回路と、複数のセルに流れる電流を検出する電流監視回路と、を備える。電流監視回路は、複数のセルに流れる電流を測定する電流検出回路と、電流検出回路が測定した電流が実質的にゼロである期間の長さを測定するタイマー回路と、を備え、タイマー回路が測定した時間が所定の判定時間を超えると、複数のセルが緩和状態であることを示す検出信号をアサートする。【００２０】
バッテリ管理システムはプロセッサをさらに備えてもよい。電流監視回路は、プロセッサとの間でデータを送受信するインタフェース回路をさらに備え、インタフェース回路からプロセッサに、検出信号を送信してもよい。【００２１】
電流監視回路は、複数の電圧監視回路との間でデータを送受信するインタフェース回路をさらに備え、インタフェース回路から複数の電圧監視回路に、検出信号を送信してもよい。【００２２】
判定時間は、バッテリパックの劣化状態、バッテリパックの温度、バッテリパックの充電状態（ＳＯＣ）の少なくともひとつに応じて可変であってもよい。【００２３】
本発明の別の態様は自動車である。自動車は上述のいずれかの電流監視回路を備えてもよい。【００２４】
本発明のある態様は、バッテリ管理システムに関する。バッテリ管理システムは、複数のセルを含むバッテリパックと、複数の電圧監視回路であって、それぞれが複数のセルのうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する複数の電圧監視回路と、複数のセルに流れる電流を検出し、複数のセルに流れる充放電電流を積算し、累積クーロンカウント値を生成するクーロンカウンタ回路と、を備える。【００２５】
この態様では、複数のセルに対応付けて、複数の電圧監視回路を設けるアプローチを取っている。比較として、従来の残量検出回路（ヒューエルゲージＩＣ）を複数備えるシステムを構成すると、個々の残量検出回路が、対応するセルのＯＣＶを検出する回路ブロックと、充放電電流を検出する回路ブロックとを備えることとなるが、充放電電流はすべてのセルに対して共通であるため、充放電電流を検出するブロック回路が冗長となる。これに対してある態様におけるバッテリ管理システムでは、電圧監視回路がセルの電圧を監視することとし、充放電電流の検出のためには共通のクーロンカウンタ回路を設けることにより、回路の冗長性を解消することができる。また充放電電流を正確に検出するためには、高精度なトリミング（微調整）が必要であり、あるいは温度状態や経年変化によるキャリブレーション（補正）が必要となるところ、このようなトリミングやキャリブレーションは１個の電流監視回路に対して行えば済むため、システム全体としての製造コストを下げることができる。
クーロンカウント法における電流の積算演算をプロセッサがソフトウェア処理する場合、常時、プロセッサを動作させなければならない。これに対してクーロンカウンタの積算演算をクーロンカウンタ回路によってハードウェア処理することにより、プロセッサをより長い間スリープさせることが可能となり、システム全体の消費電力を減らすことができる。【００２６】
クーロンカウンタ回路はさらに、複数のセルに流れる充電電流の積算値である充電クーロンカウント値および複数のセルに流れる放電電流の積算値である放電クーロンカウント値の一方を生成してもよい。
これにより、充電サイクルあるいは放電サイクルを計算できる。【００２７】
クーロンカウンタ回路は、充電クーロンカウント値および放電クーロンカウント値の両方を生成してもよい。
これにより、充電サイクルと放電サイクルの両方を計算できる。【００２８】
ある態様のバッテリ管理システムは、プロセッサをさらに備えてもよい。プロセッサは、（i）クーロンカウンタ回路が生成した累積クーロンカウント値と、（ii）クーロンカウンタ回路が生成した充電クーロンカウント値と放電クーロンカウント値の一方と、の差分にもとづいて、充電クーロンカウント値と放電クーロンカウント値の他方を生成してもよい。
充電クーロンカウント値と放電クーロンカウント値の他方を、ソフトウェア処理で演算することにより、クーロンカウンタ回路の面積を小さくできる。【００２９】
ある態様のバッテリ管理システムは、プロセッサをさらに備えてもよい。プロセッサは、充電クーロンカウント値にもとづいて充電サイクル数を演算し、放電クーロンカウント値にもとづいて放電サイクル数を演算してもよい。【００３０】
クーロンカウンタ回路は、バッテリパックの累積使用時間を測定してもよい。
累積使用時間の測定をプロセッサがソフトウェア処理する場合、常時、プロセッサを動作させなければならない。これに対して時間測定の機能をクーロンカウンタ回路によってハードウェア処理することにより、プロセッサをより長い間スリープさせることが可能となり、消費電力を減らすことができる。【００３１】
クーロンカウンタ回路は、累積使用時間を、バッテリパックの充電状態に応じた係数で重み付けしてカウントしてもよい。これにより、使用によるバッテリパックの劣化を、より正確に推定できる。重み付けの係数は、充電状態に関して下に凸であってもよい。【００３２】
クーロンカウンタ回路は、複数のセルに流れる電流が実質的にゼロである期間の長さが所定の判定時間を超えると検出信号をアサートし、各電圧監視回路は、検出信号のアサートを契機として、対応する少なくともひとつのセルの電圧を測定してもよい。【００３３】
電圧法において、ＯＣＶにもとづいてＳＯＣを正確に検出するためには、電池が緩和状態（Relax state）であるときのセル電圧を測定しなければならず、そのためには充放電電流がゼロとなった後に、十分に長い緩和時間が経過している必要がある。一般に、緩和時間は数十分〜数時間という長い時間スケールであるところ、緩和時間の経過判定の機能をマイコン等のプロセッサに委ねると、プロセッサをスリープさせることができなくなり、消費電力が増大する。この態様では、緩和時間の経過判定の機能をクーロンカウンタ回路に実装することにより、プロセッサの負荷を減らし、あるいはプロセッサをスリープさせることが可能となり、消費電力を低減できる。なおクーロンカウンタ回路は、電流の監視、積算のために常時動作しているため、その消費電力の増加はプロセッサに比べて小さいことに留意されたい。【００３４】
本発明の別の態様は自動車である。自動車は上述のいずれかのバッテリ管理システムを備えてもよい。【００３５】
本発明の別の態様は、クーロンカウンタ回路である。このクーロンカウンタ回路は、バッテリ管理システムに使用されるクーロンカウンタ回路であって、バッテリ管理システムは、クーロンカウンタ回路に加えて、複数のセルを含むバッテリパックと、複数の電圧監視回路であって、それぞれが複数のセルのうち対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出する電圧監視回路と、を備える。クーロンカウンタ回路は、複数のセルに流れる電流を測定する電流検出回路と、電流検出回路が検出した充電電流および放電電流を逆極性にて積算し、累積クーロンカウント値を生成する第１カウント回路と、を備える。【００３６】
ある態様のクーロンカウンタ回路は、電流検出回路が検出した充電電流の積算値である充電クーロンカウント値および電流検出回路が検出した放電電流の積算値である放電クーロンカウント値の一方を生成する第２カウント回路をさらに備えてもよい。【００３７】
ある態様のクーロンカウンタ回路は、充電クーロンカウント値および放電クーロンカウント値の他方を生成する第３カウント回路をさらに備えてもよい。【００３８】
バッテリ管理システムは、プロセッサをさらに備えてもよい。プロセッサは、（i）累積クーロンカウント値と、（ii）クーロンカウンタ回路が生成した充電クーロンカウント値と放電クーロンカウント値の一方と、の差分にもとづいて、充電クーロンカウント値と放電クーロンカウント値の他方を生成してもよい。【００３９】
ある態様のクーロンカウンタ回路は、バッテリパックの累積使用時間を測定する使用時間測定回路をさらに備えてもよい。使用時間測定回路は、累積使用時間を、バッテリパックの充電状態に応じた係数で重み付けしてカウントしてもよい。重み付けの係数は、充電状態に関して下に凸であってもよい。【００４０】
ある態様のクーロンカウンタ回路は、電流検出回路が測定した電流が実質的にゼロである期間の長さを測定するタイマー回路をさらに備えてもよい。タイマー回路が測定した時間が所定の判定時間を超えると、複数のセルが緩和状態であることを示す検出信号をアサートしてもよい。【００４１】
本発明の別の態様は、バッテリ管理システムである。バッテリ管理システムは上述のいずれかのクーロンカウンタ回路を備えてもよい。【００４２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、多セルのバッテリパックの残量を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】電子機器のブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係るバッテリ管理システムのブロック図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、ＯＣＶおよびＳＯＣを説明する図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、比較技術に係るバッテリ管理システムを示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態に係る電流監視回路のブロック図である。
【図６】タイマー回路の構成例を示すブロック図である。
【図７】第１変形例に係るバッテリ管理システムのブロック図である。
【図８】第２の実施の形態に係るバッテリ管理システムのブロック図である。
【図９】第２の実施の形態に係るクーロンカウンタ回路のブロック図である。
【図１０】ＡＣＣ値、ＣＣＣ値およびＤＣＣ値の履歴を示す図である。
【図１１】ＳＯＣと係数Ｋの関係を示す図である。
【図１２】バッテリ管理システムを備える自動車を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００４６】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００４７】
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００４８】
また本明細書において、電圧信号、電流信号、あるいは抵抗に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値を表すものとする。
【００４９】
（第１の実施の形態）
図２は、第１の実施の形態に係るバッテリ管理システム１００のブロック図である。バッテリ管理システム１００は、主として、バッテリパック１０２、複数の電圧監視回路１０４、電流監視回路２００、プロセッサ１０６を備える。
【００５０】
バッテリパック１０２は、複数（Ｍ個、Ｍは２以上の整数）のセル１０３を含む。セルの種類は特に限定されず、リチウムイオンセル、リチウム空気セル、リチウム金属ベースのセル、ニッケル水素セル、ニッケルカドミウムセル、ニッケル亜鉛セルなどが例示される。セルの個数Ｍは、バッテリ管理システム１００の用途に依存するが、車載バッテリや産業機器、産業機械の用途では数十〜数百セルのオーダーとなる。たとえばバッテリ電圧ＶＢＡＴ＝２００Ｖ、リチウムイオンセルのセル電圧４Ｖの場合、Ｍ＝２００／４＝５０個となる。なお図２では、バッテリパック１０２内において、複数のセル１０３が直列接続されているが、本発明はそれに限定されず、いくつかのセル、もしくはセルのグループが並列に接続されてもよい。
【００５１】
複数（Ｎ個）の電圧監視回路１０４は、それぞれが、複数のセルのうち対応する少なくともひとつに割り当てられる。各電圧監視回路１０４は、対応する少なくともひとつのセルの電圧を検出するよう構成される。電圧監視回路１０４と１個のセルを１対１で対応付けてもよく、この場合、Ｍ＝Ｎとなる。あるいは１個の電圧監視回路１０４によって、２個あるいは３個程度の隣接するセルの電圧を測定するようにしてもよい。電圧監視回路１０４は、測定したセル電圧を、プロセッサ１０６に送信する。たとえば図２のバッテリ管理システム１００では、複数の電圧監視回路１０４＿１〜１０４＿Ｎは、カスケード接続され、先頭の電圧監視回路１０４＿１がプロセッサ１０６と接続される。電圧監視回路１０４＿１〜１０４＿Ｎは、それぞれが測定したセル電圧を示すデータを、カスケードチェイン１３４を経由してプロセッサ１０６に送信する。あるいは、複数の電圧監視回路１０４＿１〜１０４＿Ｎは、それぞれがプロセッサ１０６と接続されてもよい。
【００５２】
なお電圧監視回路１０４の間、あるいは電圧監視回路１０４とプロセッサ１０６の間を接続するインタフェースの種類は特に限定されないが、たとえばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）や、車載用途や産業機器の用途ではＣＡＮ（Controller Area Network）などのインタフェースを用いることができる。
【００５３】
電流監視回路２００は、複数のセル１０３に流れる電流、すなわちバッテリパック１０２の充放電電流ＩＢＡＴを検出する。たとえばバッテリパック１０２と直列にセンス抵抗１０８を挿入し、電流監視回路２００は、センス抵抗１０８の電圧降下ＶＣＳにもとづいて、充放電電流ＩＢＡＴを検出してもよい。センス抵抗１０８は、バッテリパック１０２に内蔵されてもよい。図２においてセンス抵抗１０８は、バッテリパック１０２の負極と負極ライン（グランドライン）１３０の間に設けられるが、その限りではなく、バッテリパック１０２の正極と正極ライン（バッテリライン）１３２の間に設けられてもよい。
【００５４】
電流監視回路２００が測定した充放電電流ＩＢＡＴは、クーロンカウント法にもとづくＳＯＣの計算に利用される。電流監視回路２００は、測定した充放電電流ＩＢＡＴを示すデータ、あるいはそれに対して演算処理を施したデータを、プロセッサ１０６に送信する。
【００５５】
図３（ａ）、（ｂ）は、ＯＣＶおよびＳＯＣを説明する図である。図３（ａ）には、充放電電流ＩＢＡＴと電池電圧ＶＢＡＴの関係が示される。正の充放電電流（すなわち放電電流）ＩＢＡＴが流れると、電池電圧ＶＢＡＴは降下する。電池電圧ＶＢＡＴの電圧降下は、放電電流ＩＢＡＴの瞬時値に起因する成分ＶＡに加えて、過去の放電電流ＩＢＡＴの履歴に応じた成分ＶＢを含む。したがって放電電流ＩＢＡＴがゼロすなわち無負荷状態となった後も、電池電圧ＶＢＡＴは成分ＶＢの影響によって直ちにもとの電圧レベルに復帰するわけではなく、十分な緩和時間τＲＥＬＡＸを経て、元の電圧レベル、すなわちＯＣＶに復帰する。緩和時間τＲＥＬＡＸは数十分〜数時間のオーダーである。図３（ｂ）は、ＯＣＶとＳＯＣの関係を示す図である。
【００５６】
電流監視回路２００は、複数のセル１０３に流れる充放電電流ＩＢＡＴが実質的にゼロである期間の長さが所定の判定時間τＴＨを超えると、検出信号をアサートする。「充放電電流ＩＢＡＴが実質的にゼロ」とは、充放電電流ＩＢＡＴが、複数のセル１０３が無負荷であると見なせる程度に小さいことを意味する。電流監視回路２００によって、バッテリパック１０２が緩和状態であるか否かが判定される。したがって判定時間τＴＨは、バッテリセルが緩和状態であると判定するためのしきい値時間であり、緩和時間τＲＥＬＡＸより長く定められる。
【００５７】
複数の電圧監視回路１０４＿１〜１０４＿Ｎはそれぞれ、検出信号のアサートを契機として、対応する少なくともひとつのセルの電圧を測定する。たとえば電流監視回路２００は、検出信号がアサートされると、言い換えればセルが緩和状態であると判定すると、それをプロセッサ１０６に通知する。通知を受けたプロセッサ１０６は、複数の電圧監視回路１０４＿１〜１０４＿Ｎに対して、セルの電圧の測定を指示する。こうして測定されたセルの電圧はＯＣＶとなる。
【００５８】
プロセッサ１０６は、バッテリ管理システム１００全体を統合的に制御する。たとえばプロセッサ１０６は、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マイクロコントローラ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などである。プロセッサ１０６は、複数の電圧監視回路１０４が測定したセル電圧を受け、電圧法にもとづいてバッテリパック１０２のＳＯＣを検出する。また電流監視回路２００により測定された充放電電流ＩＢＡＴに関連するデータを受け、クーロンカウント法にもとづいてＳＯＣを演算する。なお、ＳＯＣの演算処理の全部をプロセッサ１０６において実行されてもよいし、その一部（たとえば積算処理）を電流監視回路２００が実行してもよい。
【００５９】
そのほか、バッテリ管理システム１００には、保護ＩＣ１２０、ヒューズ１２２、ロードスイッチ１２４等が設けられてもよい。保護ＩＣ１２０は、バッテリパック１０２のセルショート、温度異常などを検出する。保護ＩＣ１２０の一部あるいは全部は、バッテリパック１０２に内蔵されてもよいし、電圧監視回路１０４に内蔵されてもよい。ヒューズ１２２は、正極ライン１３２の経路上に設けられる。保護ＩＣ１２０は、異常を検出するとヒューズ１２２を切断してもよいし、プロセッサ１０６に通知してもよい。
【００６０】
ロードスイッチ１２４もまた、ヒューズ１２２と同様に正極ライン１３２の経路上に設けられる。ロードスイッチ１２４のオン、オフは、電圧監視回路１０４あるいはプロセッサ１０６によって制御される。
【００６１】
以上がバッテリ管理システム１００の構成である。続いてその利点を説明する。
バッテリ管理システム１００では、複数のセルに対応付けて、複数の電圧監視回路１０４を設けるアプローチを採用した。バッテリ管理システム１００の利点は、図４（ａ）、（ｂ）の比較技術との対比によって明確となる。なおこれらの比較技術を公知技術と認定してはならない。
【００６２】
図４（ａ）の比較技術１００Ｒを説明する。比較技術１００Ｒは、従来の残量検出回路（ヒューエルゲージＩＣ）５０６を複数備えるシステムである。個々の残量検出回路５０６は、対応するセルのＯＣＶを検出する回路５１０と、充放電電流を検出する回路５１２とを備える。ここで複数のセル１０３が直列に接続される場合、充放電電流はすべてのセルに対して共通であるため、残量検出回路５０６ごとに充放電電流を検出する回路５１２を設けることは冗長となる。
【００６３】
これに対して第１の実施の形態に係る図２のバッテリ管理システム１００では、電圧監視回路１０４は、対応するセルの電圧を監視することとし、それとは別に、充放電電流ＩＢＡＴの検出のためには共通の電流監視回路２００を設けることにより、回路の冗長性を解消を解消できる。
【００６４】
また充放電電流ＩＢＡＴを正確に検出するためには、高精度なトリミング（微調整）が必要となる。図４（ａ）のバッテリ管理システム１００Ｒでは、残量検出回路５０６ごとにトリミングが必要となるが、図２のバッテリ管理システム１００では、１個の電流監視回路２００に対して行えば済むため、システム全体としての製造コストを下げることができる。
【００６５】
図４（ｂ）の比較技術１００Ｓは、図２のバッテリ管理システム１００から電流監視回路２００を省略した構成を有する。充放電電流ＩＢＡＴを示す電圧降下（電流検出信号）ＶＣＳがプロセッサ１０６に入力される。多くの汎用的なＭＣＵやマイコンは、Ａ／Ｄコンバータを内蔵する。そこでＡ／Ｄコンバータに電流検出信号ＶＣＳを入力することにより、プロセッサ１０６が、充放電電流ＩＢＡＴを検出する。図４（ｂ）の比較技術に係るバッテリ管理システム１００Ｓにおいては、緩和時間τＲＥＬＡＸが経過したか否かの判定が、プロセッサ１０６に委ねられることとなる。上述のように緩和時間τＲＥＬＡＸは、数十分〜数時間の時間スケールであるため、緩和状態の判定をプロセッサ１０６に受け持たせると、プロセッサ１０６を常時動作させておく必要がある。プロセッサ１０６の消費電力は相対的に大きいため、その処理が不要な状態では可能な限りプロセッサ１０６をスタンバイ（スリープ）状態とすることが望まれるが、図４（ｂ）のシステム１００Ｓではそれができなくなり、システム全体の消費電力が大きくなってしまう。
【００６６】
これに対して、図２のバッテリ管理システム１００によれば、緩和状態の判定のための時間測定の処理をバッテリ管理システム１００に割り当てることで、プロセッサ１０６の負荷を減らして消費電力を低減し、あるいはスリープ状態とすることが可能となる。なお電流監視回路２００は、充放電電流ＩＢＡＴを監視するために常時動作しているため、電流監視回路２００における消費電力の増加は小さいといえる。
【００６７】
本発明は、図２のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。
【００６８】
図５は、第１の実施の形態に係る電流監視回路２００のブロック図である。電流監視回路２００は、電流検出回路２０２、タイマー回路２０４、インタフェース回路２０６を備える。電流検出回路２０２は、バッテリパック１０２の複数のセルに流れる充放電電流ＩＢＡＴを検出する。たとえば電流検出回路２０２は、ＣＳ端子に入力される電流検出信号ＶＣＳをデジタル値ＤＣＳに変換するＡ／Ｄコンバータを含んでもよい。また電流検出回路２０２は、Ａ／Ｄコンバータの前段に設けられ、電流検出信号ＶＣＳを増幅するセンスアンプを含んでもよい。センスアンプを挿入することにより、挿入しない場合に比べてセンス抵抗１０８の抵抗値を小さくできるため、損失を低減できる。
【００６９】
タイマー回路２０４は、電流検出回路２０２が測定した充放電電流ＩＢＡＴが所定のしきい値より低い状態である期間の長さを測定し、測定した時間が判定時間τＴＨを超えると、検出信号Ｓ１をアサートする。インタフェース回路２０６は、検出信号Ｓ１のアサートをプロセッサ１０６に通知する。
【００７０】
なお第２の実施の形態で説明するように電流監視回路２００は、クーロンカウントのための積算処理を行ってもよい。
【００７１】
図６は、タイマー回路２０４の構成例を示すブロック図である。タイマー回路２０４は、デジタルコンパレータ２１０およびデジタルカウンタ２１２を含む。デジタルコンパレータ２１０は、充放電電流ＩＢＡＴを示すデジタル値ＤＣＳを所定のしきい値ＤＴＨと比較する。デジタルカウンタ２１２は、デジタルコンパレータ２１０の出力Ｓ２がＤＣＳ＜ＤＴＨであること（つまり無負荷状態）を示すとき、クロック信号ＣＬＫに応じてカウントアップ（あるいはカウントダウン）する。タイマー回路２０４は、デジタルカウンタ２１２のカウント値が判定時間τＴＨに応じた設定値に達すると、緩和状態であることを示す検出信号Ｓ１をアサートする。たとえばデジタルカウンタ２１２のビット数を、判定時間τＴＨに応じて規定し、デジタルカウンタ２１２の所定の桁のキャリーを、検出信号Ｓ１に対応付けてもよい。
【００７２】
緩和時間τＲＥＬＡＸは、バッテリパックの劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）や温度、充電状態（ＳＯＣ）に依存して変化する場合がある。そこで電流監視回路２００は、判定時間τＴＨを、劣化状態、温度および充電状態の少なくとも一方に応じて変化させてもよい。これにより、さらに正確なＯＣＶの測定が可能となる。
【００７３】
たとえば劣化状態は、プロセッサ１０６によって計算される。劣化状態を推定するアルゴリズムや手法は特に限定されず、公知技術あるいは将来利用可能な技術を採用すればよい。プロセッサ１０６は、劣化状態を示すデータを電流監視回路２００に送信し、電流監視回路２００は、受信したデータにもとづいて判定時間τＴＨを設定してもよい。あるいはプロセッサ１０６は、判定時間τＴＨを設定するためのデータを電流監視回路２００に送信してもよい。
【００７４】
続いて第１の実施の形態の変形例を説明する。
（第１変形例）
電圧監視回路１０４、プロセッサ１０６、電流監視回路２００の間の接続形式は図２のそれには限定されない。図７は、第１変形例に係るバッテリ管理システム１００ａのブロック図である。実施の形態（図２）では、電流監視回路２００によって緩和状態が検出されると、一旦、プロセッサ１０６に通知され、プロセッサ１０６が複数の電圧監視回路１０４に電圧測定を指示した。これに対して図７のバッテリ管理システム１００ａでは、電流監視回路２００からプロセッサ１０６を経由せずに複数の電圧監視回路１０４に、電圧測定の指示（もしくは検出信号Ｓ１）が送信される。たとえば電流監視回路２００は、電圧監視回路１０４同士を接続するカスケードチェイン１３４の延長に接続され、このカスケードチェイン１３４を経由して、複数の電圧監視回路１０４に、電圧測定指示を与えてもよい。あるいは、電流監視回路２００と複数の電圧監視回路１０４は、図示しないバスを介して接続されてもよい。
【００７５】
（第２変形例）
また図７の変形例において、プロセッサ１０６と電流監視回路２００とを接続するインタフェース（配線）を省略し、プロセッサ１０６と電流監視回路２００の間の通信を、カスケードチェイン１３４を介して行うようにしてもよい。
【００７６】
（第３変形例）
あるいは別の変形例において、複数の電圧監視回路１０４、プロセッサ１０６、電流監視回路２００を、単一のバスを介して接続してもよい。
【００７７】
（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態に係るバッテリ管理システム１００ｂのブロック図である。バッテリ管理システム１００ｂは、図２のバッテリ管理システム１００の電流監視回路２００に代えて、クーロンカウンタ回路４００を備える。
【００７８】
クーロンカウンタ回路４００は、電流監視回路２００と同様に、複数のセル１０３の充放電電流ＩＢＡＴを検出する機能を備える。さらにクーロンカウンタ回路４００は、クーロンカウントの演算処理の一部として、充電電流を正、放電電流を負（もしくはその逆）として、充放電電流ＩＢＡＴを積算し、累積クーロンカウント値（ＡＣＣ値：Accumulation Coulomb Count）を生成する。ＡＣＣ値は、プロセッサ１０６によって読み出され、ＳＯＣの演算に使用される。
【００７９】
電流の積算演算処理をプロセッサ１０６が実行する場合、クーロンカウント法によってＳＯＣを検出する間、プロセッサ１０６を動作させなければならない。これは、プロセッサ１０６がソフトウェアベースで動作する場合に、プロセッサ１０６の制御シーケンスの設計に大きな制約となる。これに対して第２の実施の形態では、クーロンカウンタの機能をクーロンカウンタ回路４００（電流監視回路２００）に実装することにより、プロセッサ１０６をより長い間スリープさせることが可能となり、消費電力をさらに減らすことができる。
【００８０】
またクーロンカウンタ回路４００は、複数のセル１０３に流れる充電電流ＩＣＨＧの積算値である充電クーロンカウント値（ＣＣＣ値：Charge Coulomb Count）および複数のセル１０３に流れる放電電流ＩＤＩＳの積算値である放電クーロンカウント値（ＤＣＣ値：Discharge Coulomb Count）をさらに生成する。たとえば充電電流ＩＣＨＧは、正の電圧降下ＶＣＳとして測定され、放電電流ＩＣＨＧは、負の電圧降下ＶＣＳとして測定される。
【００８１】
クーロンカウンタ回路４００が測定したＣＣＣ値およびＤＣＣ値は、ＡＣＣ値とともにプロセッサ１０６に送信される。プロセッサ１０６は、ＣＣＣ値にもとづいて充電サイクル数（＝ＣＣＣ／ＱＭＡＸ）を計算し、ＤＣＣ値にもとづいて放電サイクル数（＝ＤＣＣ／ＱＭＡＸ）を計算する。ＱＭＡＸは、バッテリパック１０２の定格容量に相当する電荷量である。
【００８２】
またＣＣＣ値およびＤＣＣ値を測定することにより充放電サイクル数を求めることができる。充放電サイクル数は、放電サイクル数および充電サイクル数が両方１増えると、１増加する。
【００８３】
ＣＣＣ値およびＤＣＣ値の計算にも、電流の積算処理が必要であるところ、それをプロセッサ１０６に実行させると、常時、プロセッサ１０６を動作させなければならない。これは、プロセッサ１０６がソフトウェアベースで動作する場合に、プロセッサ１０６の制御シーケンスの設計に大きな制約となる。ＣＣＣ値およびＤＣＣ値の演算機能も、クーロンカウンタ回路４００（電流監視回路２００）に実装したことにより、プロセッサ１０６をより長い間スリープさせることが可能となり、消費電力をさらに減らすことができる。
【００８４】
図９は、第２の実施の形態に係るクーロンカウンタ回路４００のブロック図である。電流検出回路４０２、タイマー回路４０４、インタフェース回路４０６は、それぞれ図５の電流検出回路２０２、タイマー回路２０４、インタフェース回路２０６に対応する。なおタイマー回路２０４は省略してもよい。
【００８５】
電流検出回路４０２の出力ＤＣＳのうち、充電電流ＩＣＨＧを示す正の値をＤＣＨＧ、放電電流ＩＤＩＳを示す負の値をＤＤＩＳと表記する。
【００８６】
第１カウント回路４１０は、電流検出回路４０２が検出した充電電流ＩＣＨＧおよび放電電流ＩＤＩＳを逆極性にて積算し、ＡＣＣ値を生成する。たとえば第１カウント回路４１０は、充電電流ＩＣＨＧが正、放電電流ＩＤＩＳが負である電流検出値ＤＣＳを積算する積算器（積分器）であってもよい。第１カウント回路４１０は、加算器４１２、ＡＣＣレジスタ４１４を含む。ＡＣＣレジスタ４１４は、ＡＣＣ値を格納する。加算器４１２は、新しい電流検出値ＤＣＳを、ＡＣＣレジスタ４１４の値に加算し、新たなＡＣＣ値を生成し、ＡＣＣレジスタ４１４に格納する。
【００８７】
第２カウント回路４２０は、電流検出回路４０２が検出した充電電流ＩＣＨＧを積算し、ＣＣＣ値を生成する。たとえば第２カウント回路４２０、充電電流ＩＣＨＧに対応する充電電流検出値ＤＣＨＧを積算する積算器（積分器）であってもよい。第２カウント回路４２０は、加算器４２２、ＣＣＣレジスタ４２４を含む。ＣＣＣレジスタ４２４は、ＣＣＣ値を格納する。加算器４２２は、新しい充電電流検出値ＤＣＨＧを、ＣＣＣレジスタ４２４の値に加算し、新たなＣＣＣ値を生成し、ＣＣＣレジスタ４２４に格納する。
【００８８】
図１０は、ＡＣＣ値、ＣＣＣ値およびＤＣＣ値の履歴を示す図である。図１０から分かるように、ＤＣＣ値については、ＡＣＣ値と直前のＣＣＣ値が既知であれば、演算から求めることができる。そこで図９の第３カウント回路４３０は、ＡＣＣ値とＣＣＣ値の差分にもとづいて、ＤＣＣ値を生成する。第３カウント回路４３０は、減算器４３２およびＤＣＣレジスタ４３４を含む。第３カウント回路４３０は、非ゼロの放電電流検出値ＤＤＩＳが発生したときに動作する。そして減算器４３２は、ＡＣＣ値からＣＣＣ値を減算することによりＤＣＣ値を求め、ＤＣＣレジスタ４３４に格納する。
【００８９】
なお第３カウント回路４３０は、第２カウント回路４２０と同様に、放電電流ＩＤＩＳに相当する放電電流検出値ＤＤＩＳを積算する構成としてもよい。
【００９０】
なおクーロンカウンタ回路４００に、第３カウント回路４３０をハードウェアとして構成するための資源が不足する場合、第３カウント回路４３０を省略してもよい。この場合、ＤＣＣ値の演算を、プロセッサ１０６によってソフトウェア制御により実行してもよい。これによりクーロンカウンタ回路４００のサイズを小さくできる。
【００９１】
反対に、ＤＣＣ値をクーロンカウンタ回路４００においてハードウェアで演算することとし、ＣＣＣ値をプロセッサ１０６においてソフトウェアで演算してもよい。この場合、ＡＣＣ値からＤＣＣ値を減算することにより、ＣＣＣ値を求めてもよい。
【００９２】
なおＡＣＣ値は、０とバッテリの定格容量に対応する最大値の間で変化するため、ＡＣＣレジスタ４１４のビット数は、定格容量に応じて規定すればよい。これに対してＣＣＣ値、ＤＣＣ値については上限なく増加するため、ＣＣＣレジスタ４２４、ＤＣＣレジスタ４３４についてはオーバーフローしないように十分に長いビット数で設計してもよい。ビット数を大きくすればするほど、プロセッサ１０６を長時間スリープさせることが可能となるが、第２カウント回路４２０あるいは第３カウント回路４３０の回路規模が増加する。回路面積の制約から、十分なビット数がとれない場合、オーバーフローが発生する前に、プロセッサ１０６がＣＣＣレジスタ４２４、ＤＣＣレジスタ４３４の値を読み出すようにソフトウェア制御し、読み出しごとにＣＣＣレジスタ４２４、ＤＣＣレジスタ４３４をリセットするようにしてもよい。あるいはクーロンカウンタ回路４００は、レジスタがオーバーフローしそうな状態で、プロセッサ１０６に割り込み信号を発行し、レジスタのＣＣＣ値、ＤＣＣ値の読み出しを促してもよい。
【００９３】
図９のクーロンカウンタ回路４００はさらに使用時間測定回路４４０をさらに備える。使用時間測定回路４４０は、バッテリパック１０２の累積使用時間を測定する。累積使用時間は、（１）充放電電流ＩＢＡＴが非ゼロである時間の長さの合計、（２）充放電電流ＩＢＡＴがゼロである時間の長さの合計、（３）充放電電流ＩＢＡＴがゼロである時間と非ゼロである時間の長さの合計、のいずれかとすることができる。（１）の場合、累積使用時間（以下、サイクル劣化時間という）は、サイクル劣化と相関を有し、あるいはサイクル劣化を表す。（２）の場合、累積使用時間（以下、保存劣化時間という）は、保存劣化と相関を有し、あるいは保存劣化を表す。（３）の場合、累積使用時間（以下、トータル劣化時間という）は、サイクル劣化時間と保存劣化時間の合計であり、サイクル劣化と保存劣化の両方と相関を有することとなる。使用時間測定回路４４０は、（１）〜（３）の累積使用時間のうち、複数を個別に測定してもよい。
【００９４】
このようにして測定された累積使用時間は、バッテリパック１０２の劣化状態（ＳＯＨ）の推定に利用され、ＳＯＨにもとづいてバッテリパック１０２の定格容量を補正することができる。使用時間測定回路４４０の時間を測定するためのハードウェアと、タイマー回路４０４の時間を測定するためのハードウェアは共有することができる。累積使用時間の測定をプロセッサ１０６でソフトウェア的に行うと、プロセッサ１０６をスリープさせることができなくなるが、クーロンカウンタ回路４００において使用時間を測定することで、プロセッサ１０６をスリープさせることができる。
【００９５】
使用時間測定回路４４０は、累積使用時間を、バッテリパック１０２の充電状態（ＳＯＣ）に応じた係数で重み付けしてカウントすることが望ましい。
ｔｉ＝ｉ×Δｔ
ｉ＝０，１，２…
Δｔはカウントの単位時間
とし、各時刻ｔｉにおけるＳＯＣをＳＯＣ（ｔｉ）とする。ある時刻における係数Ｋｉは、ｆ（ＳＯＣｉ）で表される。ｆ（）は、ＳＯＣと係数Ｋの関係を示す関数である。累積使用時間Ｔは、式（１）で与えられる。
Ｔ＝Σｉ＝１〜Ｎ（Δｔ×Ｋｉ）＝Σｉ＝１〜Ｎ（Δｔ×ｆ（ＳＯＣｉ））    …（１）
【００９６】
たとえば、
９０％＜ＳＯＣのとき、Ｋ＝２
８０＜ＳＯＣ≦９０％のとき、Ｋ＝１．５
４０＜ＳＯＣ≦８０％のとき、Ｋ＝１．０
０＜ＳＯＣ≦４０％のとき、Ｋ＝１．２
のように定めることができる。図１１は、ＳＯＣと係数Ｋの関係を示す図である。係数Ｋは、ＳＯＣに関して下に凸である。ＳＯＣを考慮することにより、バッテリの劣化（ＳＯＨ）を正確に推定することが可能となる。ＳＯＨの推定精度の向上は、ＳＯＣの推定精度の向上につながる。
【００９７】
サイクル劣化時間Ｔ１と保存劣化時間Ｔ２の両方を測定する場合、それぞれに対して、異なる係数を用いても良い。
Ｔ１＝Σｉ＝１〜Ｎ（Δｔ×ｆ１（ＳＯＣｉ））
Ｔ２＝Σｉ＝１〜Ｎ（Δｔ×ｆ２（ＳＯＣｉ））
ｆ１は、サイクル劣化時間Ｔ１に関するＳＯＣと係数Ｋの関係を示す関数であり、ｆ２は、保存劣化時間Ｔ２に関するＳＯＣと係数Ｋの関係を示す関数である。
【００９８】
なお、係数Ｋを、ＳＯＣに加えて、温度に応じた関数Ｔとしてもよい。
Ｋ＝ｆ（ＳＯＣ，Ｔ）
係数Ｋを、温度に応じた関数Ｔとしてもよい。
Ｋ＝ｆ（Ｔ）
温度Ｔを考慮することにより、バッテリの劣化を正確に推定することが可能となる。
【００９９】
続いて第２の実施の形態の変形例を説明する。第１の実施の形態の変形例で説明したように、クーロンカウンタ回路４００と、プロセッサ１０６、電圧監視回路１０４の接続形態は特に限定されない。また、第１の実施の形態で説明した任意の特徴を、第２の実施の形態に取り込むことができ、また逆も可能である。
【０１００】
最後に、バッテリ管理システム１００の用途を説明する。図１２は、バッテリ管理システム１００を備える自動車３００を示す図である。自動車３００は、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、などである。インバータ３０２は、バッテリ管理システム１００からの電圧ＶＢＡＴを受け、交流に変換してモータ３０４に供給し、モータ３０４を回転させる。またブレーキが踏まれた場合などの減速時には、インバータ３０２は回生動作を行い、モータ３０４が発生する電流をバッテリ管理システム１００のバッテリパック１０２に回収する。ＰＨＶやＥＶでは、そのほかにバッテリ管理システム１００のバッテリパック１０２を充電する充電回路を備える。
【０１０１】
自動車３００においては、ブレーキにともなう回生は、秒以下の短い時間スケールで発生しうるため、充電電流も１秒以下の非常に短い時間期間で流れることになる。あるいは急加速にともなう大きな放電電流も、１秒以下の非常に短い時間期間で流れる場合がある。図４（ａ）、（ｂ）に示すバッテリ管理システム１００Ｓのように、プロセッサ１０６によって、緩和状態の監視を行う場合、ソフトウェアの観点、消費電力の観点から、充放電電流のサンプリングレートは、高くても１Ｈｚ程度である。そうすると、短い時間で発生する回生電流（充電電流）や放電電流を検出できず、本来、無負荷でないのにもかかわらず、無負荷と誤判定し、緩和状態の判定精度が低くなる。これに対して実施の形態に係るバッテリ管理システム１００によれば、充放電電流を、数十Ｈｚ〜数ｋＨｚの高い周波数でサンプリングすることが可能となり、したがって緩和状態の判定精度を高めることができる。
【０１０２】
同様に、クーロンカウントの処理をプロセッサ１０６のソフトウェア制御で行う場合には、やはり充放電電流のサンプリングレートは、高くても１Ｈｚ程度であり、短い時間で発生する回生電流（充電電流）や非常に大きな放電電流を正確に検出できず、ＡＣＣ値、ＣＣＣ値、ＤＣＣ値の誤差が大きくなる。これに対して実施の形態に係るバッテリ管理システム１００ａによれば、クーロンカウンタ回路４００によって、充放電電流を数十Ｈｚ〜数ｋＨｚの高い周波数でサンプリングすることが可能となり、したがってクーロンカウントの精度を高めることができる。
【０１０３】
そのほか、バッテリ管理システム１００は、産業機器、産業機械、家庭用／工場用の蓄電システム、エレベータシステムの電源などに用いることができる。
【０１０４】
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【０１０５】
５００…電子機器、５０２…バッテリパック、５０４…充電回路、５０６…残量検出回路、５０８…セル、１００…バッテリ管理システム、１０２…バッテリパック、１０３…セル、１０４…電圧監視回路、１０６…プロセッサ、１０８…センス抵抗、１２０…保護ＩＣ、１２２…ヒューズ、１２４…ロードスイッチ、１３０…負極ライン、１３２…正極ライン、１３４…カスケードチェイン、２００…電流監視回路、２０２…電流検出回路、２０４…タイマー回路、２０６…インタフェース回路、２１０…デジタルコンパレータ、２１２…デジタルカウンタ、３００…自動車、３０２…インバータ、３０４…モータ。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、バッテリの残量検出に利用できる。
【図１】
2017110578.tif 000003
【図２】
2017110578.tif 000004
【図３】
2017110578.tif 000005
【図４】
2017110578.tif 000006
【図５】
2017110578.tif 000007
【図６】
2017110578.tif 000008
【図７】
2017110578.tif 000009
【図８】
2017110578.tif 000010
【図９】
2017110578.tif 000011
【図１０】
2017110578.tif 000012
【図１１】
2017110578.tif 000013
【図１２】
2017110578.tif 000014
【国際調査報告】
2017110578.tif 000015
2017110578.tif 000016