(57)【要約】【課題】電池の使用可能な電力量を電池の状態に応じて適正に設定可能な二次電池の電力制御方法等を提供する。【解決手段】二次電池の電力制御方法は、二次電池の充放電を行う際に電力使用量の制限を加える二次電池の電力制御方法であって、二次電池を流れる充放電電流、充放電電圧に基づいて二次電池の電流−電圧特性の関数を決定し、二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、及び／又は過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘと、関数との交点から、放電制限電流Ｉｍａｘ及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎ以下の電流を二次電池に通電しないよう制御する。これにより、メモリ効果などを考慮した上で使用可能な電力量を制限でき、二次電池を安全な範囲で最大限使用することができる。【選択図】図４
2006129588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充放電を行う際に電力使用量の制限を加える二次電池の電力制御方法であって、
二次電池を流れる充放電電流、充放電電圧に基づいて二次電池の電流−電圧特性の関数を決定し、
二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、及び／又は過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘと、前記関数との交点から、放電制限電流Ｉｍａｘ及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、
該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎ以下の電流を二次電池に通電しないよう制御することを特徴とする二次電池の電力制御方法。
【請求項２】
二次電池の充放電を行う際に電力使用量の制限を加える二次電池の電力制御方法であって、
二次電池を流れる充放電電流ＩＬ及び充放電電圧ＶＬを測定し、
これらに基づいて二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０を計算し、次式
［数１］
ＶＬ＝ＶＯＣＶ−Ｒ０ＩＬ
で表される直線と、二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、及び／又は過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘとの交点から、放電制限電流Ｉｍａｘ及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、
該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎ以下の電流を二次電池に通電しないよう制御することを特徴とする二次電池の電力制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池の電力制御方法であって、
二次電池の放電中の放電電圧Ｖ１、放電電流I１を定期的に測定し、上記数１より得られる次式
［数２］
ＶＯＣＶ＝ＶＬ+Ｒ０ＩＬ
からＶＯＣＶを更新し、そのＶＯＣＶを反映した数１と、二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、との交点から、放電制限電流Ｉｍａｘを求め、
該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流を二次電池に通電しないよう制御することを特徴とする二次電池の電力制御方法。
【請求項４】
請求項２に記載の二次電池の電力制御方法であって、
二次電池の充電中の充電電圧Ｖ２、放電電流I１を定期的に測定し、
数２からＶＯＣＶを更新し、そのＶＯＣＶを反映した数１と、二次電池の過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘ、との交点から、充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、
該充電制限電流Ｉｍｉｎ以上の電流を二次電池に通電しないよう制御することを特徴とする二次電池の電力制御方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかに記載の二次電池の電力制御方法であって、
放電中のある時点において演算した二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０から、その時点において放電可能な最大放電電力量Ｐｌｉｍｄを次式
［数３］
Ｐｌｉｍｄ＝Ｖｍｉｎ＊（ＶＯＣＶ−Ｖｍｉｎ）／Ｒ０
より演算することを特徴とする二次電池の電力制御方法。
【請求項６】
請求項２から４のいずれかに記載の二次電池の電力制御方法であって、
充電中のある時点において演算した二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０から、その時点において充電可能な最大充電電力量Ｐｌｉｍｃを次式
［数４］
Ｐｌｉｍｃ＝Ｖｍａｘ＊（Ｖｍａｘ−ＶＯＣＶ）／Ｒ０
より演算することを特徴とする二次電池の電力制御方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の二次電池の電力制御方法であって、
二次電池に接続された接続機器の駆動を行っていないときにパルス放電を複数回繰り返し、放電電流及び放電電圧を検出して、放電電流ＩＬ及び放電電圧ＶＬに基づいて二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０を更新することを特徴とする二次電池の電力制御方法。
【請求項８】
複数の二次電池を備える電池ユニット２０と、
前記電池ユニット２０に含まれる二次電池の電圧を検出するための電圧検出部１２と、
前記電池ユニット２０に含まれる二次電池の温度を検出するための温度検出部１４と、
前記電池ユニット２０に含まれる二次電池に流れる電流を検出するための電流検出部１６と、
前記電圧検出部１２と温度検出部１４と電流検出部１６から入力される信号を演算して二次電池の最大制限電流値を検出する制御演算部１８と、
前記制御演算部１８で演算された残容量や最大制限電流値を接続機器に伝送する通信処理部１９とを備えており、
前記制御演算部１８が、二次電池を流れる充放電電流、充放電電圧の少なくともいずれかに基づいて二次電池の電流−電圧特性の関数を決定し、
二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、及び／又は過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘと、前記関数との交点から、放電制限電流Ｉｍａｘ及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、
該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎ以下の電流を二次電池に通電しないよう制御することを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の電力量を制御する方法及び電源装置に関し、例えば車両走行用モータを駆動する電源装置に含まれる二次電池の電力量の制限を行う方法及び電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置は、電池又は素電池を直列又は並列に接続した電源モジュールの個数を多くして出力電流を大きくでき、また、直列に接続する直列の個数で出力電圧を高くできる。特に、大出力が要求される用途、例えば自動車等の車両、自転車、工具等に使用される電源装置においては、複数の電池を直列に接続して出力を大きくする構造がとることができる。例えば、ハイブリッドカーや燃料電池車等のようにモータで走行される車両用の電源装置に使用される大電流、大出力用の電源は、複数の電池を直列に連結した電源モジュールをさらに直列に接続して出力電圧を高くしている。駆動モータの出力を大きくするためである。
【０００３】
このような電源装置においては、電池を安全な状態で使用するよう出力を制限することが、電池を信頼性高く使用し続けるために重要である。例えば過放電や過充電が生じると、電池の寿命が低下される。したがって、電池の放電時や充電時において使用可能な電力量を制限する必要がある。しかしながら、電池の使用可能な電力は残容量によって変動する。電池の残容量（state-of-charge(SOC)）は、一般に満充電した状態から放電容量を減算して検出される。放電容量は放電電流を積算して演算される。電池の残容量は、電流と時間の積、すなわちＡｈで表示され、又は満充電した容量（Ａｈ）を１００％とし、満充電容量に対する比率（％）で表すことができる。いずれの状態で残容量を表示するにしても、満充電された状態から放電した容量を減算して検出される。ただ、放電電流の積算値で検出される残容量は、常に電池の正しい残容量と一致するとは限らない。放電電流の大きさや温度が残容量検出の誤差の原因となるからである。このように電池の残容量を正確に検出することは困難であり、同じ電流、電圧値であっても残容量や電池温度などによって使用可能な電力量は異なる。特にいわゆるメモリ効果が発生すると、実質的に電池の容量が低下するため、その残容量検出はさらに困難となる。メモリ効果とは、ニッケル−カドミウム電池やニッケル水素電池等を浅い放電深度でサイクル充放電した場合に、深い放電時に一時的に放電電圧が低下する現象である。メモリ効果によって電池の残容量が変化するため、正確な電池の残容量を推定することができない。残容量の検出を誤ると、電池の充放電の際に過大な負荷がかかる動作を行ってしまうことがあり、電池の寿命を著しく低下させる原因となる。また一方で、電池が自己放電することによっても残容量が変化する。これらの要因によって電池の残容量の推測は困難となり、正確な残容量を把握することは極めて困難であった。
【０００４】
メモリ効果などの発生を考慮して、安全のため予め使用可能な電力量を低く設定しておくことも考えられるが、本来使用可能な電力を犠牲にして電池の出力を低下させる使用となり、電池本来の性能を十分に発揮することができなくなる。逆に電池の使用可能な電力量を高く設定しておくと、実際に適正に使用可能な電力量を超えて充放電が行われるおそれがあり、電池寿命を低下させる原因となる。
【特許文献１】特開昭５６−１２６７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、電池の使用可能な電力量を電池の状態に応じて適正に設定可能な二次電池の電力制御方法及び電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る二次電池の電力制御方法は、二次電池の充放電を行う際に電力使用量の制限を加える二次電池の電力制御方法であって、二次電池を流れる充放電電流、充放電電圧に基づいて二次電池の電流−電圧特性の関数を決定し、二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、及び／又は過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘと、関数との交点から、放電制限電流Ｉｍａｘ及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎ以下の電流を二次電池に通電しないよう制御する。これにより、メモリ効果などを考慮した上で使用可能な電力量を制限でき、二次電池を安全な範囲で最大限使用することができる。
【０００７】
また、本発明の第２の側面に係る二次電池の電力制御方法は、二次電池の充放電を行う際に電力使用量の制限を加える二次電池の電力制御方法であって、二次電池を流れる充放電電流ＩＬ及び充放電電圧ＶＬを測定し、これらに基づいて二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０を計算し、次式
【０００８】
［数５］
ＶＬ＝ＶＯＣＶ−Ｒ０ＩＬ
で表される直線と、二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、及び／又は過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘとの交点から、放電制限電流Ｉｍａｘ及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎ以下の電流を二次電池に通電しないよう制御する。これにより、メモリ効果などを考慮した上で使用可能な電力量を制限でき、二次電池を安全な範囲で最大限使用することができる。
【０００９】
さらに、本発明の第３の側面に係る二次電池の電力制御方法は、二次電池の放電中の放電電圧Ｖ１、放電電流I１を定期的に測定し、上記数１より得られる次式
【００１０】
［数６］
ＶＯＣＶ＝ＶＬ+Ｒ０ＩＬ
からＶＯＣＶを更新し、そのＶＯＣＶを反映した数５と、二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、との交点から、放電制限電流Ｉｍａｘを求め、該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流を二次電池に通電しないよう制御する。これにより、二次電池の放電中の各時点において、さらに増加可能な放電電流の上限を知ることができるので、この範囲に放電電流値を制限して二次電池を安全に、かつ可能な範囲で最大限使用することができる。特に、放電の状態によって上記の直線上から外れた場合でも、安全に二次電池を使用できる。
【００１１】
さらにまた、本発明の第４の側面に係る二次電池の電力制御方法は、二次電池の充電中の充電電圧Ｖ２、放電電流I１を定期的に測定し、数６からＶＯＣＶを更新し、そのＶＯＣＶを反映した数５と、二次電池の過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘ、との交点から、充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、該充電制限電流Ｉｍｉｎ以上の電流を二次電池に通電しないよう制御する。これにより、二次電池の充電中の各時点において、さらに増加可能な充電電流の上限を知ることができるので、この範囲に充電電流値を制限して二次電池を安全に、かつ可能な範囲で最大限充電することができる。特に、充電の状態によって上記の直線上から外れた場合でも、安全に二次電池を使用できる。
【００１２】
さらにまた、本発明の第５の側面に係る二次電池の電力制御方法は、放電中のある時点において演算した二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０から、その時点において放電可能な最大放電電力量Ｐｌｉｍｄを次式
【００１３】
［数７］
Ｐｌｉｍｄ＝Ｖｍｉｎ＊（ＶＯＣＶ−Ｖｍｉｎ）／Ｒ０
より演算する。これにより、二次電池の放電中の各時点において出力可能な電力量を知ることができるので、この範囲に放電電力値を制限して二次電池を安全に、かつ可能な範囲で最大限放電することができる。
【００１４】
さらにまた、本発明の第６の側面に係る二次電池の電力制御方法は、充電中のある時点において演算した二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０から、その時点において充電可能な最大充電電力量Ｐｌｉｍｃを次式
【００１５】
［数８］
Ｐｌｉｍｃ＝Ｖｍａｘ＊（Ｖｍａｘ−ＶＯＣＶ）／Ｒ０
より演算する。これにより、二次電池の充電中の各時点において充電可能な電力量を知ることができるので、この範囲に充電電力値を制限して二次電池を安全に、かつ可能な範囲で最大限充電することができる。
【００１６】
さらにまた、本発明の第７の側面に係る二次電池の電力制御方法は、二次電池に接続された接続機器の駆動を行っていないときにパルス放電を複数回繰り返し、放電電流及び放電電圧を検出して、放電電流ＩＬ及び放電電圧ＶＬに基づいて二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０を更新する。
【００１７】
また、本発明の第８の側面に係る電源装置は、複数の二次電池を備える電池ユニット２０と、電池ユニット２０に含まれる二次電池の電圧を検出するための電圧検出部１２と、電池ユニット２０に含まれる二次電池の温度を検出するための温度検出部１４と、電池ユニット２０に含まれる二次電池に流れる電流を検出するための電流検出部１６と、電圧検出部１２と温度検出部１４と電流検出部１６から入力される信号を演算して二次電池の最大制限電流値を検出する制御演算部１８と、制御演算部１８で演算された残容量や最大制限電流値を接続機器に伝送する通信処理部１９とを備えており、制御演算部１８が、二次電池を流れる充放電電流、充放電電圧の少なくともいずれかに基づいて二次電池の電流−電圧特性の関数を決定し、二次電池の過放電防止のための所定の下限電圧Ｖｍｉｎ、及び／又は過充電防止のための所定の上限電圧Ｖｍａｘと、関数との交点から、放電制限電流Ｉｍａｘ及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎを求め、該放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎ以下の電流を二次電池に通電しないよう制御する。これにより、メモリ効果などを考慮した上で使用可能な電力量を制限でき、二次電池を安全な範囲で最大限使用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の二次電池の電力制御方法及び電源装置は、二次電池の残容量によらず使用可能な最大電力量を演算することができる。特に残容量に依存した電力制御では、残容量推定を誤ると正確さを損なうおそれがあったが、本発明では残容量の推定が正しいかどうかに関わらず、電力制御を安定して行うことができ、電源装置を信頼性高く有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための二次電池の電力制御方法及び電源装置を例示するものであって、本発明は二次電池の電力制御方法及び電源装置を以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（電源装置１００）
【００２０】
図１に、本発明の一実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図を示す。この図に示す電源装置１００は、二次電池２２を含む電池ユニット２０と、残容量検出装置１０とを備える。残容量検出装置１０は、電池の電圧を検出する電圧検出部１２と、電池の温度を検出する温度検出部１４と、電池に流れる電流を検出する電流検出部１６と、電圧検出部１２と温度検出部１４と電流検出部１６から入力される信号を演算して電池の残容量を検出すると共に、残容量や電池温度から電池ユニット２０の最大制限電流値を検出する制御演算部１８と、演算された残容量や最大制限電流値を接続機器に伝送する通信処理部１９とを備えている。通信処理部１９は接続機器通信端子３０に接続している。通信処理部１９は、接続機器通信端子３０を介して接続機器に接続されて、残容量や最大制限電流値を示す信号を接続機器に伝送する。この例では、接続機器として自動車等の車両を用い、電源装置１００を車両に搭載して車両を走行させるモータＭを駆動する。通信処理部１９は車両に設けられた車両側制御部と接続されて通信を行う。以下、車両用の電源装置について説明する。
【００２１】
電池ユニット２０に内蔵される二次電池２２は、ニッケル水素電池である。ただし、電池はニッケルカドミウム電池やリチウムイオン二次電池とすることもできる。また、電池は一つ又は複数を直列、または並列あるいは直列と並列を組み合わせて接続している。
【００２２】
電圧検出部１２は、電池ユニット２０に内蔵される二次電池２２の電圧を検出する。図の電池ユニット２０は、複数の二次電池２２を直列に接続しているので、電圧検出部１２は直列に接続している電池のトータル電圧を検出している。電圧検出部１２は、検出した電圧をアナログ信号として制御演算部１８に出力し、あるいはＡ／Ｄコンバータでアナログ信号をデジタル信号に変換して制御演算部１８に出力する。電圧検出部１２は、一定のサンプリング周期で、あるいは連続的に電池電圧を検出して、検出した電圧を制御演算部１８に出力する。
【００２３】
温度検出部１４は、電池ユニット２０に内蔵される電池の温度を検出する温度センサ１７を備える。温度センサ１７は、電池の表面に接触し、あるいは熱伝導材を介して電池に接触し、あるいはまた電池の表面に接近して電池に熱結合されて電池温度を検出する。温度センサ１７はサーミスタである。ただし、温度センサ１７には、ＰＴＣやバリスタ等、温度を電気抵抗に変換できる全ての素子を使用できる。また、温度センサ１７には、電池から放射される赤外線を検出して電池に非接触な状態で温度を検出できる素子も使用できる。温度検出部１４も、検出した電池温度をアナログ信号で制御演算部１８に出力し、あるいはＡ／Ｄコンバータでアナログ信号をデジタル信号に変換して制御演算部１８に出力する。温度検出部１４は一定のサンプリング周期で、あるいは連続的に電池温度を検出して、検出した電池温度を制御演算部１８に出力する。
【００２４】
電流検出部１６は、電池と直列に抵抗素子を接続し、この抵抗素子の両端に誘導される電圧を検出して、電池に流れる放電電流を、所定周期にて検出する。抵抗素子は低抵抗な抵抗器である。ただ抵抗素子には、トランジスタやＦＥＴ等の半導体も使用できる。電池の充電電流と放電電流は電流が流れる方向が逆であるから、抵抗素子に誘導される正負の極性が反転する。したがって、抵抗素子の極性で放電電流と判定して、抵抗素子に誘導される電圧で電流を検出できる。電流が抵抗素子に誘導される電圧に比例するからである。この電流検出部１６は電池の放電電流を正確に検出できる。ただし、電流検出部１６には、リード線に流れる電流で外部に漏れる磁束を検出して電流を検出する構造とすることもできる。電流検出部１６も、検出した放電電流をアナログ信号で制御演算部１８に出力し、あるいはＡ／Ｄコンバータでアナログ信号をデジタル信号に変換して制御演算部１８に出力する。電流検出部１６は、一定のサンプリング周期で、あるいは連続的に放電電流を検出して、検出した放電電流を制御演算部１８に出力する。
【００２５】
電圧検出部１２と温度検出部１４と電流検出部１６から、一定のサンプリング周期でデジタル値の信号を制御演算部１８に出力する装置は、各々の検出部から制御演算部１８にデジタル信号を出力するタイミングをずらせて、順番にデジタル信号を制御演算部１８に出力する。
【００２６】
制御演算部１８は、電池の放電電流を積算して放電容量を検出し、検出した放電容量を減算して電池の残容量を演算する。例えば、満充電容量を１０００ｍＡｈとする電池が５００ｍＡｈ放電されると、残容量は５０％となる。したがって、満充電された電池が放電されるに従って、残容量は次第に低下する。さらに、制御演算部１８は、後述するように使用可能な電流量や電圧量を制限する電力制限を行う。電力制限に関する必要な値やデータ、設定等は、制御演算部１８に接続しているメモリ１１に記憶される。メモリ１１はＥ２ＰＲＯＭ等の不揮発性メモリやＲＡＭなどの揮発性メモリが利用できる。
（非充放電時における二次電池の電力制御方法）
【００２７】
電源装置で車両を駆動するには、電池の残容量を正確に検出することが必要となる。電池の残容量は、一般には充電電流と放電電流を検出し、検出した電流を積算して演算される。この方法は、充電電流から放電電流を減算して残容量を演算する。充電容量は充電電流を積算して演算される。放電容量は放電電流を積算して演算される。充電容量と放電容量から残容量を演算する方式は、二次電池２２をリチウムイオン電池とし、あるいはニッケル水素電池又はニッケルカドミウム電池とする場合も残容量を演算できる。ただ、残容量は放電電流や電池温度によって誤差が生じる。電源装置は、二次電池の状態を監視しながら、その時点において使用可能な電力量を最大電流値や最大電圧値として規定している。これら最大電流値等は残容量に基づいて決定される。しかしながら残容量の検出を誤ると、これら最大電流値等の演算も不正確となるため、二次電池の状態によってはこれら最大電流値等を超えて充放電が行われるおそれがあり、電池温度や内圧の上昇、電池寿命の低下等、安定性や信頼性を損ねるおそれがある。そこで、本実施の形態では二次電池の残容量に基づいて電力制限を行うのでなく、電池電圧および電流の実測値から二次電池の開放電圧と内部抵抗を演算し、これに基づいて最大電流値を規定する方法を採用している。以下の説明では、電池の充放電に対する制限を電圧にて行う方法について説明する。
【００２８】
電池ユニット２０に含まれる二次電池を近似的に図２に示すような回路で表現すると、電池電流ＩＬ及び電池電圧ＶＬは、二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０から次式のように表現できる。
【００２９】
［数９］
ＶＬ＝ＶＯＣＶ−Ｒ０ＩＬ
上式から、電池ユニットの電流−電圧特性を図示すると、図３に示すようなグラフで表現できる。このグラフは、電池電圧および電流が充電時、放電時に変化する状態を示しており、グラフの右側が放電時、左側が充電時をそれぞれ示している。電池電流ＩＬ及び電池電圧ＶＬは測定できるので、図１の回路において充放電時に電圧検出部１２および電流検出部１６でこれらの値を複数検出すれば、連立方程式から二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０を求めることができる。開放電圧ＶＯＣＶは、電池の開放電圧に相当する。このような図３の直線は種々の方法で求めることができる。例えば多数の電池電流ＩＬ及び電池電圧ＶＬを測定すると、このような測定値はバラツキが生じるため直線状とはならず、最小２乗法等を利用して近似する直線を求めることもできる。内部抵抗Ｒ０は、測定時点におけるΔＩ（電流変化量）、ΔＶ（電圧変化量）により、内部抵抗Ｒ０を、ΔＶ／ΔＩとして演算して求めることもできる。
【００３０】
また、二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０を求める方法の一つとして、開放電圧ＶＯＣＶおよび内部抵抗Ｒ０の演算は、車両の駆動を行っていないときにパルス放電を複数回繰り返し、放電電流及び放電電圧を検出して、放電電流ＩＬ及び放電電圧ＶＬに基づいて二次電池の開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０を計算する。車両の駆動時は駆動状態に依存して放電、充電されるので、開放電圧ＶＯＣＶおよび内部抵抗Ｒ０を演算するのに、望ましい状態（電流値の変化がある放電時に演算して内部抵抗Ｒ０を、複数回得る）を得るのに困難であるが、この方法では、車両の駆動を行っていないときに、パルス放電を複数回繰り返しているので、安定した開放電圧ＶＯＣＶおよび内部抵抗Ｒ０を得ることができる。一つの利用できる開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０を求める方法としては、内部抵抗Ｒ０は、あらかじめ温度に依存するテーブルを所有し、それを初期値として利用する。そして、開放電圧ＶＯＣＶと内部抵抗Ｒ０は定期的に演算、更新され、例えば開放電圧ＶＯＣＶは０．１秒毎、内部抵抗Ｒ０は放電毎といった所定のタイミングで各値を更新する。
【００３１】
ここで、二次電池の過放電防止のための下限電圧Ｖｍｉｎ、および過充電防止のための上限電圧Ｖｍａｘを設定する。下限電圧Ｖｍｉｎおよび上限電圧Ｖｍａｘは、使用する二次電池の種別や特性などに応じて最適値に決定される。そして、図３の直線と、これら下限電圧Ｖｍｉｎおよび上限電圧Ｖｍａｘとの交点から、放電制限電流Ｉｍａｘ及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎを求める。この値に基づいて、制御演算部１８は、放電制限電流Ｉｍａｘ以上の電流及び／又は充電制限電流Ｉｍｉｎ以下の電流（即ち、絶対値でＩｍｉｎ以上）を二次電池に通電しないように充放電を制限する。このように、図３で得た放電制限電流Ｉｍａｘ、充電制限電流Ｉｍｉｎは、計算式であれば、Ｉｍａｘ＝（Ｖｏｃｖ−Ｖｍｉｎ）／Ｒ、Ｉｍｉｎ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｏｃｖ）／Ｒ、として演算することができる。上記のように、図３及び上記の計算式にて、放電制限電流Ｉｍａｘ、充電制限電流Ｉｍｉｎを求めることができるのは、以下の理由からである。非充放電時のＶｏｃｖにおいて、次の所定周期或いは、その時点からの所定期間後に、測定される電流（即ち、放電又は充電できる電流）の許容範囲を考慮するにあたり、許容される電圧については、下限電圧Ｖｍｉｎ、上限電圧Ｖｍａｘを超えないことである。即ち、Ｖｏｃｖ−Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘ−Ｖｏｃｖの電圧差分だけ最大許容される。最大限に流れる電流は、電圧差分の電圧を短絡した状態に相当し、このときの抵抗は短絡状態に相当しているので内部抵抗Ｒ０のみとなり、電流値は上記のように、Ｉｍａｘ＝（Ｖｏｃｖ−Ｖｍｉｎ）／Ｒ，Ｉｍｉｎ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｏｃｖ）／Ｒにて、最大限の放電制限電流Ｉｍａｘ、充電制限電流Ｉｍｉｎを得ることができる。
（充放電時における二次電池の電力制御方法）
【００３２】
以上は、充放電していないときに最大通電可能な充放電電流値を演算する方法について説明した。すなわち、放電電流０Ａの時点における最大放電電流値、および充電電流０Ａの時点における最大充電電流値を求めるには、上記の方法を適用できる。一方、充放電を行っている最中に充放電可能な最大電流値については、上記の方法では正確に演算できないおそれがある。特に充放電時においては、内部抵抗ＲｏおよびＶＯＣＶの値が変化しているおそれがあり、電池電流および電圧が図３の電流−電圧特性を示す直線上から外れていることがある。このような充放電中においても充放電電流の最大値を演算する方法について、以下、順に説明する。
（放電時における二次電池の電力制御方法）
【００３３】
図４は、放電中における放電制限電流の演算方法を示しており、図４（ａ）は図３と同様に未放電すなわち放電電流０Ａの時点での最大放電制限電流Ｉｍａｘの決定方法、図４（ｂ）は放電中における最大放電制限電流Ｉｍａｘ１の決定方法をそれぞれ示している。図４（ａ）から、上述の通り電流−電圧特性を示す直線を決定すると共に、この直線と下限電圧Ｖｍｉｎとの交点より最大放電制限電流Ｉｍａｘが得られる。図４の例では、電流Ｉ１で放電中の電池電圧Ｖ１を電圧検出部１２により検出する。図４（ｂ）に示すように、（Ｉ１，Ｖ１）の点は数８で表される直線上となりＶ１での直線における電流値Ｉ１を求めることができる。この時点において、次の所定周期或いは、その時点からの所定期間後に、測定される放電電流の許容範囲は以下のように決めることができる。この時点において、許容される電圧については、下限電圧Ｖｍｉｎを超えないことであるので、即ち、図４（ｂ）より、Ｖ１−Ｖｍｉｎの電圧差分だけ最大許容されることになり、最大放電制限電流Ｉｍａｘ１は、（Ｉｍａｘ−Ｉ１）である。計算式を利用するなら、Ｖ１−Ｖｍｉｎの電圧差分だけ最大許容される電流は、内部抵抗Ｒ０にて割り算した値、Ｉｍａｘ１＝（Ｖ１−Ｖｍｉｎ）／Ｒ０となる。よってこの時点における最大放電制限電流Ｉｍａｘ１は、（Ｉｍａｘ−Ｉ１）として演算できる。図４（ｂ）の例では、（Ｉｍａｘ−Ｉ１）よりも小さい値となり、この値を上限として放電電流を制御することにより二次電池を保護できる。
【００３４】
次に、放電中において、内部抵抗、開放電圧が更新される場合を説明する。図５においては、電流検出部１６にて電流Ｉ１を検出し、放電中の電池電圧Ｖ１を電圧検出部１２により検出する。図５に示すように、（Ｉ１，Ｖ１）の点は数８で表される直線から外れているが、この時点での内部抵抗をＲｏ１とすると、新たなＶＯＣＶ1は数８より以下のように計算できる。
【００３５】
［数１０］
ＶＯＣＶ１＝Ｖ１+Ｒ０１Ｉ１
【００３６】
図５で説明すれば、点（Ｉ１，Ｖ１）から傾きＲ０１の傾斜で直線を引いたときのＶ軸との交点Ａである。こうして得られたＶＯＣＶ１をＩｍａｘ  ｃａｌ＝（ＶＯＣＶ１−Ｖｍｉｎ）／Ｒ０１に代入することにより更新された放電制限電流Ｉｍａｘ  ｃａｌを得ることができる。図５では、（Ｉ１，Ｖ１）から引いた直線と直線Ｖ＝Ｖｍｉｎとの交点Ｂにおける電流値である。このように数８で表すことができる直線が更新されて、上述と同様にして、放電中における最大放電制限電流Ｉｍａｘ１、非充放電時の最大限の放電制限電流Ｉｍａｘを更新して得ることができる。
（充電時における二次電池の電力制御方法）
【００３７】
同様に図６に基づき、充電中における充電制限電流の演算方法を説明する。図６（ａ）は図３と同様に未充電すなわち充電電流０Ａの時点での最大充電制限電流Ｉｍｉｎの決定方法、図６（ｂ）は充電中における最大充電制限電流Ｉｍｉｎ１の決定方法をそれぞれ示している。上述の通り図６（ａ）から電流−電圧特性直線およびこの直線と上限電圧Ｖｍａｘとの交点より最大充電制限電流Ｉｍｉｎが得られる。一方、電流Ｉ２で充電中の電池電圧Ｖ２を電圧検出部１２により検出する。図６の例では、電流Ｉ2で放電中の電池電圧Ｖ２を電圧検出部１２により検出する。図６（ｂ）に示すように、（Ｉ２，Ｖ２）の点は数８で表される直線上となり、Ｖ２での直線における電流値Ｉ２を求めることができる。
【００３８】
この時点において、次の所定周期或いは、その時点からの所定期間後に、測定される放電電流の許容範囲は以下のように決めることができる。この時点において、許容される電圧については、上限電圧Ｖｍａｘを超えないことであるので、即ち、図６（ｂ）より、Ｖｍａｘ  −Ｖ２の電圧差分だけ最大許容されることになり、最大充電制限電流Ｉｍｉｎ２は、（Ｉｍｉｎ−Ｉ２）である。
【００３９】
計算式を利用するなら、Ｖｍａｘ−Ｖ２の電圧差分だけ最大許容される電流は、内部抵抗Ｒ０にて割り算した値、Ｉｍｉｎ２＝（Ｖｍａｘ−Ｖ２）／Ｒ０となる。よってこの値を上限として充電電流を制御することにより二次電池を保護できる。
【００４０】
次に、充電中において、内部抵抗、開放電圧が更新される場合を説明する。図７において、電流検出部１６にて電流Ｉ２を検出し、電池電圧Ｖ２を電圧検出部１２により検出する。図７に示すように、（Ｉ２，Ｖ２）の点は数８で表される直線から外れているが、この時点での内部抵抗をＲｏ２とすると、新たなＶＯＣＶ２は数８より以下のように計算できる。
【００４１】
［数１１］
ＶＯＣＶ２＝Ｖ１＋Ｒ０２Ｉ２
【００４２】
図７では、点（Ｉ２，Ｖ２）から傾きＲ０２の傾斜で直線を引いたときのＶ軸との交点Ｃである。こうして得られたＶＯＣＶ２をＩｍｉｎ＝（Ｖｍａｘ−ＶＯＣＶ２）／Ｒ０２に代入することにより（Ｉ２，Ｖ２）の時点における最大限の充電制限電流Ｉｍｉｎ  ｃａｌを得ることができる。図７では、（Ｉ２，Ｖ２）から引いた直線と直線Ｖ＝Ｖｍａｘとの交点Ｄにおける電流値である。このように数８で表すことができる直線が更新されて、上述と同様にして、充電中における最大充電制限電流Ｉｍｉｎ２、非充放電時の最大限の充電制限電流Ｉｍｉｎを更新して得ることができる。
【００４３】
以上の実施例の方法であれば、二次電池の残容量を演算することなく電力量の制限値として、電流値の制限値を算出しているので、残容量推定の誤差による影響を受けず、信頼性の高い安定した電力制限を行うことができる。さらに残容量のみで電力制限を行う場合に、残容量の推定が誤っている場合の修正として、上記方法と比較して小さい方を採用することもできる。
【００４４】
なお、上記の例では電池特性を直線で近似しているが、二次曲線、三次曲線等の高次曲線で近似することも可能であることはいうまでもない。
【００４５】
以上のようにして演算された最大充放電電流に基づき、制御演算部１８は制限電力を演算し、この値を超える電力を使用しないように充放電を制御する。例えば、ある時点において最大充放電電流値を算出すると、この値以上の電流を増加させないように充放電電流を制御する。これにより、制御演算部１８は使用可能な電流の上限を把握でき、この範囲内に電流を制限して安全に二次電池を利用できる。
【００４６】
利用可能な最大電力量は、以下のようにして求めることができる。上述のように、二次電池の過放電防止のための下限電圧Ｖｍｉｎ、および過充電防止のための上限電圧Ｖｍａｘを設定し、図３を基に、放電制限電流Ｉｍａｘ、充電制限電流Ｉｍｉｎを求める。電流ゼロ、或いは、放電中のある時点における、次の所定周期、或いは、その時点からの所定期間後に、放電可能な最大放電電力量Ｐｌｉｍｄは、電池電流ＩＬ、電池電圧ＶＬ、二次電池の開放電圧ＶＯＣＶ、内部抵抗Ｒ０とすると、次式で算出できる。
【００４７】
［数１２］
Ｐｌｉｍｄ＝Ｖｍｉｎ＊（ＶＬ−Ｖｍｉｎ）／Ｒ０
【００４８】
また、電流ゼロ、或いは、充電中のある時点における充電可能な最大充電電力量Ｐｌｉｍｃは、次式で算出できる。
【００４９】
［数１３］
Ｐｌｉｍｃ＝Ｖｍａｘ＊（Ｖｍａｘ−ＶＬ）／Ｒ０
【００５０】
上式から、現在の状態から、次の所定周期、或いは、その時点からの所定期間後である次の瞬間に上下限電圧に到達するであろう電力を計算することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の二次電池の電力制御方法及び電源装置は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両用電源装置など、高出力、大電流の電源装置として好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】電池の内部抵抗Ｒ０及び開放電圧ＶＯＣＶと、電池電圧ＶＬ及び電池電流ＩＬとの関係を示す回路図である。
【図３】電池の充放電時における電流−電圧特性を示すグラフである。
【図４】放電中における放電制限電流の演算方法を示し、（ａ）は未放電時の最大放電制限電流Ｉｍａｘの決定方法、（ｂ）は放電中における最大放電制限電流Ｉｍａｘ１の決定方法をそれぞれ示す。
【図５】放電中において、内部抵抗、開放電圧が更新される場合を示すグラフである。
【図６】充電中における充電制限電流の演算方法を示し、（ａ）は未充電時の最大充電制限電流Ｉｍｉｎの決定方法、（ｂ）は充電中における最大充電制限電流Ｉｍｉｎ１の決定方法をそれぞれ示す。
【図７】充電中において、内部抵抗、開放電圧が更新される場合を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１００…電源装置
１０…残容量検出装置
１１…メモリ
１２…電圧検出部
１４…温度検出部
１６…電流検出部
１７…温度センサ
１８…制御演算部
１９…通信処理部
２０…電池ユニット
２２…二次電池
３０…接続機器通信端子
【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】
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