(57)【要約】【課題】ハイブリッド自動車などに搭載されるリチウムイオン二次電池などの二次電池の残存容量を任意の時間間隔で正確に求められるようにする。【解決手段】二次電池の充放電電流を監視し、充放電電流に基づく積算演算を実行して第１の残存容量値を継続的に算出する。これと並行して二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出し、そのタイミングにおいて、二次電池の端子電圧を開回路電圧とみなしてその開回路電圧に基づいて第２の残存容量値を求める。同時に、そのタイミングの直前の一定期間における充放電電流を積算して積算値を算出し、この積算値から補正値を求め、第２の残存容量値を補正値を用いて補正した結果でもって第１の残存容量値を更新する。第１の残存容量値を二次電池１１の残存容量として外部に出力する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の残存容量を推定する残存容量推定方法であって、
前記二次電池の充放電電流を監視し、該充放電電流に基づく積算演算を実行して第１の残存容量値を継続的に算出し、
前記二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出し、該タイミングにおいて、該タイミングでの前記二次電池の端子電圧に基づいて第２の残存容量値を求め、
前記タイミングの直前の一定期間における充放電電流を積算した積算値を算出し、該積算値から補正値を求め、
前記第２の残存容量値を前記補正値を用いて補正した結果でもって前記第１の残存容量値を置き換え、
置き換え後の前記第１の残存容量値に基づいて前記積算演算を続行して前記第１の残存容量値を前記二次電池の残存容量とする、残存容量推定方法。
【請求項２】
前記二次電池における開回路電圧と残存容量との関係を記述する第１のルックアップテーブルを参照して前記第２の残存容量値を求め、前記積算値と前記補正値との関係を記述する第２のルックアップテーブルを参照して前記補正値を求める、請求項１に記載の残存容量推定方法。
【請求項３】
それぞれ異なる温度に対応する複数の前記第２のルックアップテーブルが用意され、温度測定の結果により前記複数の前記第２のルックアップテーブルの一つを選択して前記補正値を求める、請求項２に記載の残存容量推定方法。
【請求項４】
前記二次電池がリチウムイオン二次電池である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の残存容量推定方法。
【請求項５】
二次電池の残存容量を推定する残存容量推定装置であって、
前記二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、
前記残存容量の値を保持する記憶手段と、
検出された前記充放電電流に基づき、前記記憶手段に格納された値に対して積算演算を継続的に実行する演算手段と、
前記電流検出手段の出力に基づき、前記二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、
検出された前記タイミングにおける前記端子電圧に基づいて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、
検出された前記タイミングの直前の一定期間における充放電電流を積算した積算値を算出し、該積算値から補正値を求める補正値取得手段と、
前記残存容量値取得手段が求めた残存容量値を前記補正値を用いて補正して補正済みの残存容量値を出力する補正手段と、
を有し、
前記検出されたタイミングにおいて、前記補正済みの残存容量値によって、前記記憶手段内の前記値が置き換えられる、残存容量推定装置。
【請求項６】
前記補正値取得手段は、前記充放電電流をサンプリングして得られるサンプル値を順次格納するリングバッファを有する、請求項５に記載の残存容量推定装置。
【請求項７】
前記残存容量値取得手段は、前記二次電池の開回路電圧と残存容量値の関係を記述する第１のルックアップテーブルを有し、前記端子電圧に基づいて前記第１のルックアップテーブルを参照して前記残存容量値を求め、
前記補正値取得手段は、前記積算値と前記補正値との関係を記述する第２のルックアップテーブルを有し、入力した積算値に基づいて前記第２のルックアップテーブルを参照して前記補正値を求める、請求項５または６に記載の残存容量推定装置。
【請求項８】
前記二次電池の温度を計測する温度測定手段をさらに有し、
前記補正値取得手段は、それぞれ異なる温度に対応する複数の前記第２のルックアップテーブルを備え、前記温度測定手段で計測された温度に応じていずれか１つの第２のルックアップテーブルを選択して前記補正値を求める、
請求項７に記載の残存容量推定装置。
【請求項９】
二次電池と、
前記二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、
前記残存容量の値を保持する記憶手段と、
検出された前記充放電電流に基づき、前記記憶手段に格納された値に対して積算演算を継続的に実行する演算手段と、
前記電流検出手段の出力に基づき、前記二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、
検出された前記タイミングにおける前記端子電圧に基づいて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、
検出された前記タイミングの直前の一定期間における充放電電流を積算した積算値を算出し、該積算値から補正値を求める補正値取得手段と、
前記残存容量値取得手段が求めた残存容量値を前記補正値を用いて補正して補正済みの残存容量値を出力する補正手段と、
を有し、
前記検出されたタイミングにおいて、前記補正済みの残存容量値によって、前記記憶手段内の前記値が置き換えられる、バッテリパック。
【請求項１０】
前記補正値取得手段は、前記充放電電流をサンプリングして得られるサンプル値を順次格納するリングバッファを有する、請求項９に記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される各種の二次電池の残存容量（ＳＯＣ；state of charge）の推定する方法および装置、ならびにそのような残存容量推定装置を内蔵したバッテリパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池を電力用途として電動機駆動の電源などとして用いるようになってきた。
【０００３】
リチウムイオン二次電池などの二次電池のこのような電動機駆動の用途として、例えば、ハイブリッド電気自動車（以下、単にハイブリッド自動車と呼ぶ）における用途がある。ハイブリッド自動車は、一般に、内燃機関であるエンジンと、エンジンによって駆動される発電機と、二次電池と、電動機とを備えている。ハイブリッド自動車における駆動方式には何種類かのものがあるが、例えば、発電機で得られた電力によって二次電池を充電し、車両の加速時あるいは登坂時には、発電機からの電力のほかに二次電池の放電によって得られる電力を電動機に供給するようにしている。このほか、エンジンによって駆動輪を直接駆動するとともに、加速時や登坂時には電動機出力によって駆動輪の駆動を補助するようなものもある。これらのハイブリッド自動車では、さらにエネルギー効率を向上させるため、車両の制動時などには、電動機を発電機として動作させて回生ブレーキとして機能させ、得られたエネルギーによっても二次電池を充電するようにしている。
【０００４】
ハイブリッド自動車の場合、実際には、二次電池の残存容量が常に所定の範囲内にあるような制御が行われている。具体的には、例えば残存容量が２０％以下となった場合には、エンジンを始動して発電機によって発電し、その電力によって二次電池を充電するようにする。そして、例えば残存容量が８０％以上となった場合には、二次電池がそれ以上充電されないようにする。このように、二次電池の残存容量に応じて充放電の制御を行う必要があるため、二次電池の残存容量を常時監視していなくてはならない。具体的には数十ミリ秒から数秒の時間間隔で、残存容量を求めるようにしている。
【０００５】
二次電池の残存容量は、原理的には、充電した電荷量と放電した電荷量との差によって求めることができるから、従来は、一定時間間隔で二次電池の充放電電流の値を測定し、その測定値を積算することによって、二次電池の残存容量を求めていた。また、二次電池がリチウムイオン二次電池などである場合、二次電池の開回路電圧と残存容量との間には一定の関係があることが知られており、二次電池の開回路電圧を測定して残存容量を推定することも行われている。しかしながら、二次電池をハイブリッド自動車に適用するような場合、電動機の突入電流などで短時間で大電流が流れることがあり、また、安価で直線性がよく精度が高い電流センサを入手することが難しい、などの理由により、充放電電流値を積算して残存容量を求めることとした場合には、無視できない累積誤差が生じるおそれがある。
【０００６】
一方、二次電池の開回路電圧に基づいて残存容量を推定する場合には、誤差の累積という問題は生じない。もっとも、二次電池の通常の使用時には充放電電流が存在するから、開回路電圧を連続して測定することはできない。そこで、本発明者らは、ハイブリッド自動車などの用途では、二次電池において放電と充電とが頻繁に切り替わって二次電池に流れる電流の向きが切り替わり、その切り替わりに際しては瞬間的には充放電電流がゼロとなるときがあることに着目し、既に特願２００３−３４９６７において、二次電池の充放電電流を積算することにより残存容量を継続して算出するとともに、充放電電流がゼロになるタイミング（充電と放電とが切り替わるタイミングなど）で二次電池の端子電圧を測定し、それを開回路電圧とみなしてそのときの残存容量を推定し、その推定値でもって、電流積算によって算出された残存容量値を更新することにより、精度よく残存容量を推定する方法を提案している。
【０００７】
しかしながら、開回路電圧は、厳密には、二次電池における充放電が停止してから充分な時間が経過し電池が熱力学的に平衡状態に達したときの正極と負極との間の電圧であり、充電と放電とが切り替わるタイミングでは一般には電池内は平衡状態とはなっていない。例えば、充電あるいは放電の後、充放電電流をゼロにしたまま二次電池を放置すると、端子電圧が多少変動する。このように、充放電電流がゼロになるタイミングの端子電圧は、開回路電圧からは多少ずれることがあり、充放電電流がゼロになるタイミングでの端子電圧を開回路電圧をみなして残存容量を推定した場合には、本来の開回路電圧からのずれが、正確な推定値を必要とする場合に問題となることがある。
【０００８】
特許文献１（特開２００３−７５５１８）には、正確に残存容量を推定するために、連続時間系の電池モデルを使用して充放電電流と端子電圧から開回路電圧を推定し、推定した開回路電圧に基づいて残存容量を推定することが開示されている。特許文献２（特開２００２−５０４０８）には、充電終了電圧に応じた総放電電荷量についての補正値を記憶しておき、残存容量を算出する際には、充電終了時の電圧とその後の総放電容量値を補正値で補正することが開示されている。特許文献３（特開２００２−２３８１０６）には、基準電圧値を予め設定し、開放電圧の基準電圧値からのずれを、残存容量を電流積算によって求めるたびに補正することを開示している。特許文献４（特開２００２−１７０６００）は、数分から数時間にわたって充放電電流が流れなかったとき、例えばハイブリッド電気自動車においてイグニッションキーがオンにされる直前の二次電池の開放電圧を検出し、検出された開放電圧から補正残存容量を求めることを開示している。
【０００９】
なお、リチウムイオン二次電池などの二次電池を用いる場合、これらの二次電池のセルを単独で用いることは少なく、所望の放電電圧、放電電流が得られるように複数の単体セルを直列および／または並列に接続したバッテリパックとして構成することが一般的である。このバッテリパックには、二次電池セルのほかに、例えば過充電防止回路などの安全回路や、残存容量を測定してその測定値を出力する回路などが備えられることが多い。
【特許文献１】特開２００３−７５５１８号公報
【特許文献２】特開２００２−５０４０８号公報
【特許文献３】特開２００２−２３８１０６号公報
【特許文献４】特開２００２−１７０６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、二次電池の残存容量を求める従来の方法では、誤差が大きい、必要な時間間隔で最新の残存容量値を得ることができない、あるいは、演算量などが多くなる、という解決すべき課題が残っている。
【００１１】
本発明の目的は、少ない演算量で精度よく、しかも所望の時間間隔で二次電池の最新の残存容量を推定できる残存容量推定方法および残存容量推定装置を提供することにある。また本発明の別の目的は、そのような推定装置を組み込んだバッテリパックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の残存容量推定方法は、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定方法であって、二次電池の充放電電流を監視し、該充放電電流に基づく積算演算を実行して第１の残存容量値を継続的に算出し、二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出し、該タイミングにおいて、該タイミングでの二次電池の端子電圧に基づいて第２の残存容量値を求め、タイミングの直前の一定期間における充放電電流を積算した積算値を算出し、積算値から補正値を求め、補正値を用いて第２の残存容量値を補正した結果でもって第１の残存容量値を置き換え、置き換え後の第１の残存容量値に基づいて積算演算を続行して第１の残存容量値を二次電池の残存容量とする。
【００１３】
本発明の残存容量推定装置は、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定装置であって、二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、残存容量の値を保持する記憶手段と、検出された充放電電流に基づき、記憶手段に格納された値に対して積算演算を継続的に実行する演算手段と、電流検出手段の出力に基づき、二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、検出されたタイミングにおける端子電圧に基づいて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、検出されたタイミングの直前の一定期間における充放電電流を積算した積算値を算出し、積算値から補正値を求める補正値取得手段と、残存容量値取得手段が求めた残存容量値を補正値を用いて補正して補正済みの残存容量値を出力する補正手段と、を有し、検出されたタイミングにおいて、補正済みの残存容量値によって、記憶手段内の値が置き換えられる。
【００１４】
本発明のバッテリパックは、二次電池と上述した残存容量推定装置とを備える。
【００１５】
すなわち本発明者らは、二次電池において充電と放電とが切り替わるタイミングにおける端子電圧を開回路電圧とみなして残存容量値を推定する場合に、その充電と放電とが切り替わるタイミングの直前の一定期間における充放電電流の積算値に基づいて、みなし開回路電圧に基づく残存容量値に対して補正を加えることで、より正確に残存容量値を推定できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１６】
本発明において積算値を積算するための積算時間は、例えば１秒程度に設定する。そしてこの積算時間内において所定のサンプリングレートで二次電池に対する充放電電流を積算し、積算値と補正値との関係を示す予め用意されたルックアップテーブルを用いて補正値を求め、求められた補正値を、二次電池において充電と放電とが切り替わるタイミングにおける端子電圧を開回路電圧とみなして得られる残存容量値に加算すればよい。積算値と補正値との関係は、温度によって変化し得るものであるので、温度ごとに上述したルックアップテーブルを用意し、温度センサなどを用いて二次電池の温度を測定し、測定された温度に基づいてそれらのルックアップテーブルの中から最適なものを選択し、補正値を求めればよい。
【００１７】
このように本発明では、充電と放電とが切り替わるタイミングを検出した場合に、そのタイミングから過去の上述した一定の期間における電流の積算値を求める必要がある。この積算値を求めるためには、サンプリングごとの電流値をリングバッファに格納しておき、充電と放電とが切り替わるタイミングを検出したときに、リングバッファから、その時点から過去に向かって一定の期間における各電流値を読み出し、それらの電流値を加算するようにすればよい。
【発明の効果】
【００１８】
このように構成することにより本発明では、二次電池における充電と放電との切り替わりが発生するたびに充放電電流の積算による第１の残存容量値が、より正確な第２の残存容量値によって更新されるので、充放電電流の積算での累積誤差がそのたびにリセットされることになる。したがって、本発明では、累積誤差の影響を受けることが少なくて精度よく、しかも任意のタイミングでの残存容量を取得することができる。ハイブリッド自動車への応用を考えた場合、長くても数十分たてば充電と放電との切り替わりが発生して残存容量値が正確な値に更新されるので、この間の充放電電流の積算の際の累積誤差は、残存容量による充放電の制御を行う際に悪影響を及ぼすほど大きなものとはならない。また、本発明によれば、充放電電流の検出のために用いられる電流センサとして、直線性の良好な高価なセンサを使用する必要がなくなり、残存容量推定のための構成の全体としてのコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態の残存容量推定装置の構成を示すブロック図である。残存容量推定装置１０は、二次電池１１の残存容量を推定するものであって、ここでは、バッテリパック１２内に残存容量推定装置１０が組み込まれたものとして描かれている。バッテリパック１２を構成する二次電池１１として、例えばリチウムイオン二次電池が使用されている。
【００２０】
残存容量推定装置１０は、二次電池１１に対する充電電流及び放電電流を検出する電流検出器２１と、二次電池１１の端子電圧を測定して出力する電圧測定部２２と、電流検出器２１の出力を一定のサンプリングレートでサンプリングしてアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器２３と、電流検出器２１の出力波形を整形し充放電電流の極性（充電であるか放電であるかの別）を検出する極性検出部２４と、極性検出部２４の出力におけるエッジを検出してトリガ信号を出力するエッジ検出部２５と、二次電池１１（ここではリチウムイオン二次電池）の開回路電圧に基づいて残存容量値を取得する残存容量値取得部２６と、残存容量の現在値を保持する残存容量記憶部２７と、Ａ／Ｄ変換器２３からの出力される電流サンプル値に基づいて残存容量記憶部２７に保持された残存容量値に対して積算演算を行う積算演算部２８と、Ａ／Ｄ変換器２３からの電流サンプル値を格納するリングバッファ２９と、エッジ検出部２５からのトリガ信号に基づいてリングバッファ２３内の一定期間分の電流値を積算する電流積算部３０と、電流積算部３０で得られた積算値に基づいて補正値を取得する補正値取得部３１と、残存容量値取得部２６から残存容量値に補正値取得部３１からの補正値を加算する加算器３２と、を備えている。ここで二次電池１１は、複数の単位セルを直列に接続した組電池であってもよい。電圧測定部２２は、二次電池の正極端子と負極端子との間の電圧を端子電圧として計測するものであるが、二次電池１１として組電池が使用される場合であれば、組電池の正側端子と負側端子との間の電圧を端子電圧として計測する。
【００２１】
電流検出器２１としては、ホールセンサを用いたオープンループのものや、シャント抵抗を有しその両端の電圧を計測するものを用いることができる。電流検出器２１は、充放電電流の大きさに比例するとともに、例えば充電であれば負であり放電であれば正である電圧を発生する。充電電流と放電電流との違いは二次電池１１に対する電流の向きで区別されるものである。極性検出部２４は、例えば、電流検出器２１の出力が正か負かによって放電か充電かを識別し、放電である期間中には論理レベルで“１”を出力し、充電である期間中には“０”を出力するように構成されている。このような極性検出部２４としては、（＋）端子に電流検出器２１からの波形が入力し、（−）端子には基準電位として０Ｖが供給されてコンパレータを用いることができる。エッジ検出部２５は、極性検出部２４の出力の立ち上がりエッジ（“０”から“１”に遷移するエッジ）および立ち下がりエッジ（“１”から“０”に遷移するエッジ）においてトリガ信号を出力する。
【００２２】
残存容量値取得部２６は、二次電池１１の開回路電圧が入力したときに、その開回路電圧に対応する残存容量値を求めて出力するものであるが、ここでは、電圧測定部２２で測定した電圧値（デジタル値とする）と、エッジ検出部２５で発生したトリガ信号とが入力している。そして、トリガ信号が入力したタイミングで二次電池１１の端子電圧値を取り込み、その取り込んだ端子電圧を開回路電圧とみなして、その開回路電圧に対応する残存容量値を出力する。実際には、リチウムイオン二次電池の開回路電圧値と残存容量との関係を示したルックアップテーブルを備え、取り込んだ電圧値を開回路電圧値としてこのルックアップテーブルを参照し、残存容量値を出力する。残存容量推定の対象である二次電池がリチウムイオン二次電池以外の二次電池である場合には、その二次電池の特性に対応したルックアップテーブルを備えるようにする。
【００２３】
トリガ信号が入力するタイミングで端子電圧値を取り込んで開回路電圧値としているが、［背景技術］の項目でも述べたように、トリガ信号が入力するタイミングは二次電池１１において充電と放電とが切り替わるタイミングであり、このときの二次電池１１の端子電圧は、本来の開回路電圧から、ずれている可能性がある。そこで本実施形態では、リングバッファ２９、電流積算部３０、補正値取得部３１及び加算器３２を設け、残存容量値取得部２６から出力される、端子電圧に基づく残存容量値が、本来の開回路電圧に近づくように補正を行っている。
【００２４】
リングバッファ２９は、Ａ／Ｄ変換器２４からの電流サンプル値を順次格納するものであって、格納すべき電流サンプル値の個数がリングバッファ２９のメモリ容量を超えた場合には、最も古いサンプル値が最も新しいサンプル値に書き換えられるようになっており、これによって、リングバッファ２９内には、リングバッファ２９の容量分だけ、最新の時点から過去に遡る各電流サンプル値が格納されることになる。
【００２５】
電流積算部３０は、エッジ検出部２５からトリガ信号が入力したとき、すなわち、二次電池１１における充電と放電とが切り替わるタイミングにおいて、リングバッファ２９内を検索し、その時点から過去に向かって一定の長さの期間における電流サンプル値を読み出し、読出した電流サンプル値を積算して、その期間における電流の積算値（電荷量）を算出する。
【００２６】
補正値取得部３１は、電流積算部３０で得られた電流積算値に応じ、端子電圧に基づく残存容量値に対する補正値を出力するものである。実際には、補正値取得部３１は、電流積算値と補正値との関係を示したルックアップテーブルを備え、電流積算部３０で得られた電流値によってこのルックアップテーブルを参照し、補正値を出力する。ルックアップテーブルの内容が残存容量推定の対象である二次電池の種類などに応じて異なることは、言うまでもない。この補正値は、上述したように、加算器３２によって、残存容量値取得部２６からの残存容量値に加算され、補正後の残存容量値として残存容量値記憶部２７に供給される。
【００２７】
二次電池１１の現在の残存容量を保持する残存容量記憶部２７は、積算演算部２８による充放電電流の積算による残存容量演算に際しての演算用メモリとしても機能し、この残存容量記憶部２７からは現在の残存容量（ＳＯＣ）がリアルタイムで外部に出力される。トリガ信号が出力されて残存容量値取得部２６から残存容量値が出力された場合に、上述したようにして電流積算部３０がリングバッファ２９内の上記の一定の長さの期間に対応する電流サンプル値を積算し、その積算結果に応じて補正値取得部３１によって補正値が求められ、残存容量値取得部２６からの残存容量値が加算器３２によって補正値を加算されることによって補正され、残存容量記憶部２７に格納されている残存容量値は、加算器３２から出力された補正後の残存容量値に置き換わるようになっている。積算演算部２８は、Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリングごとに、Ａ／Ｄ変換器２３の出力に応じて残存容量記憶部２７に格納されている残存容量値に対して積算演算を行う。ここで、残存容量記憶部２７に記憶されている残存容量の値を［ＳＯＣ］とおくと、放電時には、
［ＳＯＣ］←［ＳＯＣ］−（放電電流の大きさ）      …(1)
によって［ＳＯＣ］を更新し、充電時には、
［ＳＯＣ］←［ＳＯＣ］＋（充電電流の大きさ）×充電効率      …(2)
によって［ＳＯＣ］を更新するようになっている。Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリングが一定の時間周期で行われているので、電流量の加算及び減算は、電荷量の加算及び減算と等価である。ここで充電時において充電効率を乗じているのは、充電電流に対応する電荷量の全てが二次電池１１内に蓄えられるわけではないことによる。充電効率は一般に温度の関数である。したがって温度に応じて充電効率の値を変化させて積算演算を行うようにしてもよい。
【００２８】
図２は、この残存容量推定装置１０の動作を模式的に示したものである。
【００２９】
電流検出器２１は、二次電池１１に対する充放電電流を常時監視しており、検出された電流に対応する電圧信号をＡ／Ｄ変換器２３に供給する。Ａ／Ｄ変換器２３および積算演算部２８は、Ａ／Ｄ変換器２３でのサンプリングごとに、残存容量記憶部２７内に格納されている残存容量値［ＳＯＣ］に対して上記の式(1), (2)にしたがって充放電電流の加算または減算を行うことによる積算演算を実行する。その結果、残存容量記憶部２７には、Ａ／Ｄ変換器２３でのサンプリングごとに最新の残存容量値が格納されることになる。
【００３０】
電流検出器２１からの電圧信号は極性検出部２４にも入力してここで波形整形され、放電期間には論理レベルが“１”、充電期間には論理レベルが“０”である信号とされ、エッジ検出部２５により立ち上がりと立ち下がりの両方のエッジが検出され、エッジの検出に対応してトリガ信号が出力される。
【００３１】
残存容量値取得部２６は、エッジ検出器２５からトリガ信号が入力したタイミングで、すなわちエッジトリガがかかったタイミングで、ルックアップテーブルを参照することにより、そのときの二次電池１１の端子電圧に対応した残存容量値を取得する。これと同時に電流積算部３０もトリガ信号が入力したタイミングでリングバッファ２９内を検索してそのタイミングの直前の一定の長さの期間（図示斜線部）における電流値を積算する。電流積算部３０で算出された電流積算値に基づき、補正値取得部３１はルックアップテーブルを参照して補正値を求める。これらの残存容量値と補正値を加算器３２で加算して得られる補正後の残存容量値によって、残存容量記憶部２７内に格納されている残存容量値［ＳＯＣ］を置き換える。
【００３２】
エッジトリガがかかるタイミングは、二次電池１１が充電から放電にあるいは放電から充電に切り替わるタイミングであって、このときは二次電池１１の充放電電流が実質的に０となっているから、二次電池１１の端子電圧はその二次電池１１のその時点での開回路電圧に近い値とみなすことができ、残存容量値取得部２６は、充電から放電にあるいは放電から充電に切り替わるタイミングで、みなし開回路電圧に基づく残存容量値を出力することとなる。この残存容量値は補正値によって補正されてより正確な残存容量値となるので、この残存容量推定装置１０によれば、充放電電流の積算演算によって継続的に二次電池１１の残存容量を算出し続けるとともに、充電と放電とが切り替わるタイミングにおいて、積算演算で使用される残存容量値を正確な残存容量値で更新することとなる。これにより、積算演算における誤差の蓄積が排除されて、任意の時点においてその時点での正確な残存容量を知ることができるようになる。
【００３３】
上述した本実施形態の残存容量推定装置１０は、マイクロコンピュータを用いて実装されるのが一般的である。その場合、エッジ検出部２５、残存容量値取得部２６、残存容量記憶部２７、積算演算部２８、リングバッファ２９、電流積算部３０、補正値取得部３１及び加算器３２の各機能が、マイクロコンピュータによって実現される。具体的には、マイクロコンピュータが充放電電流による積算演算を継続して実行するようにするとともに、波形整形部（コンパレータなど）の出力信号がマイクロコンピュータのインプットキャプチャ端子に入力して立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジが検出されるようにし、エッジを検出した場合には割り込みタスクを生成して、残存容量値のルックアップテーブルを参照しさらに補正値を求めるようにすればよい。
【００３４】
図３は、このようなマイクロコンピュータの動作の一例を示すフローチャートである。まず、初期設定として、残存容量記憶部２７における残存容量値［ＳＯＣ］に初期値を代入し（ステップ１０１）、充放電の切り替わりのタイミングであるかどうか、すなわちエッジを検出したかどうかを判別する（ステップ１０２）。切り替わりのタイミングでない場合には、Ａ／Ｄ変換器２３から電流値Ｉを読み込み（ステップ１０３）、充放電電流の積算演算によって［ＳＯＣ］を更新し（ステップ１０４）、ステップ１０２に戻る。また、ステップ１０２において切り替わりのタイミングであるときには、上述したように割り込みタスクが生成することとなるので、端子電圧を取り込むとともに、充放電の切り替わりタイミング直前の一定期間における電流積算値を算出し（ステップ１０５）、端子電圧を開回路電圧とみなしてルックアップテーブルから残存容量値を取得し（ステップ１０６）、前述した一定期間における電流積算値から補正値を算出し（ステップ１０７）、ステップ１０６で取得した残存容量値に補正値を加算して補正済みの残存容量値とし（ステップ１０８）、補正済みの残存容量値を［ＳＯＣ］に代入して（ステップ１０９）、ステップ１０２に戻る。
【００３５】
図１に示した残存容量推定装置では、二次電池１１における充電と放電との切り替わりタイミングを検出するために極性検出部２４とエッジ検出部２５とを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリングレートが十分に速い場合などには、Ａ／Ｄ変換器２３の出力から、充電と放電との切り替わりタイミングを検出することができる。その場合には、図１に示した残存容量推定装置１０において、極性検出部２４とエッジ検出部２５とを設ける代わりに、Ａ／Ｄ変換器２３の出力を監視し、Ａ／Ｄ変換器２３の出力値が正から負あるいは負から正に切り替わったタイミングでトリガ信号を出力するゼロクロス検出器を設ければよい。通常の場合、Ａ／Ｄ変換器２３が出力するデジタル値のうちの最上位ビット（ＭＳＢ）は符号ビットであるから、この符号ビットにおける“０”と“１”との切り替わりを検出することによって、Ａ／Ｄ変換器２３の出力における正と負との切り替わりを検出することができる。
【００３６】
図４は、本発明の別の実施形態の残存容量推定装置を示している。
【００３７】
本発明では、充放電電流がゼロであるときの端子電圧を開回路電圧とみなして残存容量値を求め、その残存容量値に対し、充放電電流がゼロとなるタイミングの直前の一定期間における電流量に応じて求めた補正値を加算することによって補正を行っているが、最適な補正値は、二次電池１１の温度に応じて変化する。そこで、図４に示す残存容量推定装置１０では、補正値取得部３１において、電流積算値と補正値との関係を表すルックアップテーブルを電池温度ごとに設定することにより複数のルックアップテーブルを格納し、さらに、二次電池１１の温度を計測する温度センサ３３を設け、温度センサ３３で計測された温度に基づいて補正値取得部３１においてルックアップテーブルが選択され、選択されたルックアップテーブルに基づいて補正値が求められるようになっている。本実施形態では、電池温度も考慮して補正値が求められるので、より正確に残存容量値を推定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の一形態の残存容量推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】残存容量推定の動作を模式的に示す図である。
【図３】残存容量推定の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の別の実施形態の残存容量推定装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    残存容量推定装置
１１    二次電池
１２    バッテリパック
２１    電流検出器
２２    電圧測定部
２３    Ａ／Ｄ変換器
２４    極性検出部
２５    エッジ検出部
２６    残存容量値取得部
２７    残存容量記憶部
２８    積算演算部
２９    リングバッファ
３０    電流積算部
３１    補正値取得部
３２    加算器
３３    温度センサ
【図１】
2006267014.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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