(57)【要約】【課題】二次電池の充電の状態を精度良くかつ短時間で計測することができる二次電池の充電状態計測装置、二次電池の充電状態計測方法及び二次電池の充電器を提供する。【解決手段】二次電池１００に充電電圧を供給する電源部２と、二次電池１００の充電を制御する充電制御手段５と、二次電池１００の充電電流検出手段６と、二次電池１００の端子間電圧を検出する電圧検出手段７と、を備えた二次電池１００の充電状態計測装置１において、前記充電制御手段５は、二次電池１００に通電される充電電流を変化させるＰＷＭ手段４３により、充電電流に変動を与えて、充電電流検出手段６を介して検出される該充電電流の変動値に応じた、二次電池１００の端子間電圧を電圧検出手段７を介して複数取得し、前記充電電流の変動値と前記二次電池１００の端子間電圧を用いて回帰分析を行うことで二次電池１００の電池起電力Ｖｅｍｆ及び動的内部抵抗Ｄｉｒを算出する。【選択図】図１
2015108596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に充電電圧を供給する電源部と、
前記二次電池の充電を制御する充電制御手段と、
前記二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する充電電流検出手段と、
前記二次電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、を備えた二次電池の充電状態計測装置において、
前記充電制御手段は、
前記二次電池に通電される充電電流を任意に変化させるＰＷＭ手段を有し、
前記ＰＷＭ手段により、前記充電電流に変動を与えて、前記充電電流検出手段を介して検出される該充電電流の変動値に応じた、前記二次電池の端子間電圧を前記電圧検出手段を介して複数取得し、前記充電電流の変動値と前記二次電池の端子間電圧を用いて回帰分析を行うことで前記二次電池の電池起電力及び動的内部抵抗を算出することを特徴とする二次電池の充電状態計測装置。
【請求項２】
前記充電制御手段は、前記二次電池の電池起電力及び前記動的内部抵抗を用いて前記二次電池の蓄電容量または蓄電残量を算出することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電状態計測装置。
【請求項３】
前記二次電池の充電状態計測装置を用いた充電状態計測方法であって、
前記ＰＷＭ手段により、前記充電電流に変動を与えて、前記充電電流検出手段を介して検出される該充電電流の変動値に応じた、前記二次電池の端子間電圧を前記電圧検出手段を介して複数取得する工程と、
前記充電電流の変動値と前記二次電池の端子間電圧を用いて回帰分析を行うことで前記二次電池の電池起電力及び動的内部抵抗を算出する工程と、を有することを特徴とする二次電池の充電状態計測方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の二次電池の充電状態計測装置を備えたことを特徴とする二次電池の充電器。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の二次電池の充電状態計測装置を備えたことを特徴とする二次電池のチェッカー。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の二次電池の充電状態計測装置を備えたことを特徴とする二次電池の充電器及びチェッカーからなる両用器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電状態計測装置、二次電池の充電状態計測方法及び二次電池の充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池を充電する際において、充電が適正かどうかを検知することは、電池の起電力の検知が唯一の手段となる。逆に電池の起電力が精度良く計測でき、満充電での電池の起電力で充電を終止すれば、過充電になることはない。従って、このように電池を充電することができれば、電池は劣化することなく、何度も繰り返し使えることになる。また、電池の起電力が正しく計測できれば、この起電力から電池の残量を計量することができる。これを車に例えれば、燃料タンクの水位が計測できれば、この水位から燃料の量を知ることができることに相当する。しかし、電池の起電力は、電池に電流の入出のない即ち電流がゼロ状態での電圧（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｔｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ）のことであり、電池の起電力を直接的に計量することは困難である。そのため、電池の起電力を直接的に計量する方法が、電池の有史以来、絶え間なく挑戦されているが、電池を使う立場での有益な方法は未だ見出されていない。
【０００３】
特に、電池の動作中に起電力を特定することは、極めて難しく不可能とされている。電池の起電力を推定する技術として実用上問題のない域に達している事例は、例えば、特許文献１に開示された技術内容といえる。これは二次電池の充電中に印加電圧を止め、充電電源と独立な基準の電源電圧と比較して起電力の充電率に伴う上昇傾向曲線を認知することで、過充電を決して起こさず、電池状態の最適値で充電を止めるという手法である。この手法とは異なり、一般的な電池の起電力の計測（推測）方法、例えば電池に電流を流し、それを遮断する方法では、正しい起電力を計測するために相当の時間を必要とし、起電力が安定するまでには数時間を要することになる。特に、充電中、充電の進度を判定しようとする場合は充電の必要充電時間に対し、充電を遮断するロス時間が充電時間において大きなウエイトを占めるという欠点があった。
【０００４】
特許文献２では、充電を遮断するロス時間を極小化するために、基準の電圧を設け、充電を停止したときに、補助電源を用い、低インピーダンス回路を等価的に接続し、電池起電力とこの補助電源電圧の平衡が少時間内に取れるよう工夫し、充電度合いを認知可能としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７５２２４９号公報
【特許文献２】特開２００９−２０７３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この特許文献２に記載の技術では、時間と充電時の印加電圧との関数を用いるが、この関数で用いる計測時間の定義は不確かなものであるため、計測のタイミングを規定し、計測データを時間的に比較対比して充電進度を認知して充電の制御を行うものである。そのため、さらに計測精度を上げる改善が求められる。すなわち、電池を充電する際において、従来のようにロス時間となる充電の遮断を行わずに、精度良くかつ短時間で電池の充電状態を計測することが望まれる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、二次電池の充電の状態を精度良くかつ短時間で計測することができる二次電池の充電状態計測装置、二次電池の充電状態計測方法及び二次電池の充電器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】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、二次電池に充電電圧を供給する電源部と、
前記二次電池の充電を制御する充電制御手段と、
前記二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する充電電流検出手段と、
前記二次電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、を備えた二次電池の充電状態計測装置において、
前記充電制御手段は、
前記二次電池に通電される充電電流を任意に変化させるＰＷＭ手段を有し、
前記ＰＷＭ手段により、前記充電電流に変動を与えて、前記充電電流検出手段を介して検出される該充電電流の変動値に応じた、前記二次電池の端子間電圧を前記電圧検出手段を介して複数取得し、前記充電電流の変動値と前記二次電池の端子間電圧を用いて回帰分析を行うことで前記二次電池の電池起電力及び動的内部抵抗を算出するものである。
【００１０】
請求項２においては、前記充電制御手段は、前記二次電池の電池起電力及び前記動的内部抵抗を用いて前記二次電池の蓄電容量または蓄電残量を算出するものである。
【００１１】
請求項３においては、前記二次電池の充電状態計測装置を用いた充電状態計測方法であって、
前記ＰＷＭ手段により、前記充電電流に変動を与えて、前記充電電流検出手段を介して検出される該充電電流の変動値に応じた、前記二次電池の端子間電圧を前記電圧検出手段を介して複数取得する工程と、
前記充電電流の変動値と前記二次電池の端子間電圧を用いて回帰分析を行うことで前記二次電池の電池起電力及び動的内部抵抗を算出する工程と、を有するものである。
【００１２】
請求項４においては、前記二次電池の充電状態計測装置を備えた二次電池の充電器である。
【００１３】
請求項５においては、前記二次電池の充電状態計測装置を備えた二次電池のチェッカーである。
【００１４】
請求項６においては、前記二次電池の充電状態計測装置を備えた二次電池の充電器及びチェッカーからなる両用器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、二次電池の充電の状態を精度良くかつ短時間で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の充電状態計測装置の制御構成を示すブロック図。
【図２】充電制御手段の構成を示すブロック図。
【図３】電池の等価回路を示す図。
【図４】二次電池の充電特性を示す図。
【図５】二次電池の充電状態計測方法のフローを示す図。
【図６】統計処理の式を示す図。
【図７】蓄電容量と動的内部抵抗の関係を説明するための電池素子の等価回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施形態である二次電池１００の充電状態計測装置１について図面を参照しながら説明する。ここで、二次電池１００とは、充放電を繰り返し行うことができる電池をいい、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄え、また逆に、蓄えた化学エネルギーを電気エネルギーに変換して使用することができる電池をいう。例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、リチウムイオン電池等がある。
【００１８】
［充電状態計測装置］
図１に示すように、二次電池１００の充電状態計測装置１は、二次電池１００に充電電圧を供給する電源部（Ｐｏｗｅｒ−Ｓｕｐｐｌｙ）２と、二次電池１０の充電を制御する充電制御手段３と、二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する充電電流検出手段６と、二次電池１００の陽極（＋）と陰極（−）の端子間電圧を検出する電圧検出手段（端子アッセンブリ）７と、二次電池１００の充電状態（例えば、劣化状態等）を表示する表示手段８と、充電中又は充電完了等を報知する報知手段である報知ランプ９と、ユーザがスタート操作等を行う操作手段としての操作スイッチ１０と、多数の入出力端子等を備える。充電制御手段３は、該入出力端子を介して電源部２、充電電流検出手段６、電圧検出手段７、表示手段８、報知ランプ９、操作スイッチ１０等に接続されている。
なお、本実施形態で説明する充電状態計測装置１の構成は、本実施形態で説明する機能を実現可能な構成であれば良く、適宜変更可能であるものとする。
【００１９】
電源部２は、商用交流電力を直流に変換する変圧、整流回路を有している。電源部２は、二次電池１００の定格電圧に対し、例えば１．４倍程度の出力電圧であって電池容量の０．１Ｃ程度以上の電流が得られる電源である。電源部２は、外部電圧制御端子（図示せず）を有し、該外部電圧制御端子を介して二次電池１０に接続される。
【００２０】
充電制御手段３は、図２に示すように、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４及び充電制御回路５を有する。
【００２１】
マイコン４は、充電制御回路５に接続されている。マイコン４は、中央演算装置であるマイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵ）４０と、記憶手段であるリードオンリーメモリ（以下、ＲＯＭ）４１と、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭ）４２と、ＰＷＭ制御（Ｐｕｌｅｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調制御）を行うＰＷＭ手段であるＰＷＭ４３と、時間計測手段であるタイマ４４と、勘定手段であるカウンタ４５と、二次電池１００に通電されている電流値を充電電流検出手段６を介して検出する電流検出部４６と、二次電池１００の端子間の電圧値を充電電圧検出手段７を介して検出する電圧検出部４７と、電流検出部４６及び電圧検出部４７により検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部４８等を備えている。ＲＯＭ４１には、充電状態計測装置１内で処理される各種処理プログラム（例えば、ＰＷＭ４３により所定のパルス幅変調制御を行うためのプログラム、複数の電圧・電流データを用いて回帰分析を行うプログラム）等が格納される。
【００２２】
マイコン４は多数の入出力端子を有し、この中の所定の１つの端子がＰＷＭ出力端子４９として設定されて、該ＰＷＭ出力端子４９から前記ＰＷＭ４３で所定のパルス幅に変調されたパルス波が出力されるように構成されている。ＰＷＭ４３は、所定のデューティ（デューティサイクルともいう）で二次電池１００に通電される充電電流を変動させるものである。マイコン４は、二次電池１００の端子間電圧と電流値を電圧検出部４７及び電流検出部４６を介してＲＡＭ４２に取り込むことができる。
【００２３】
ＰＷＭ４３は、二次電池１００に通電される充電電流を任意に変化させるＰＷＭ手段である。すなわち、ＰＷＭ４３は、二次電池１００に通電される充電電流に変動を与えることができる。
【００２４】
充電制御手段３が有するマイコン４は、ＰＷＭ手段であるＰＷＭ４３により、前記充電電流に所定の変動を与えて、前記充電電流検出手段６を介して検出される該充電電流の変動値に応じた、前記二次電池１００の端子間電圧を前記電圧検出手段７を介して複数取得することができる。また、マイコン４は、取得された前記充電電流の変動値と前記二次電池１００の端子間電圧を用いて回帰分析を行うことで二次電池１００の電池起電力Ｖｅｍｆ及び動的内部抵抗Ｄｉｒを算出することができる。さらに、マイコン４は、算出された電池起電力Ｖｅｍｆ及び動的内部抵抗Ｄｉｒを用いて、二次電池１００の蓄電容量または蓄電残量を算出することができる。
【００２５】
充電制御回路５は、二次電池１００を満充電平衡電圧値Ｅｅｑ又は該満充電平衡電圧値Ｅｅｑよりも高い所定の充電印加電圧値Ｅｓで充電する充電手段である。
【００２６】
充電制御回路５は、二次電池１００に供給される充電電圧を制御するものであり、電源部２からの電圧を所定の充電印加電圧値Ｅｓに下げて二次電池１００に供給する充電電圧供給手段としての充電電圧供給回路と、電源部２からの電圧を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに下げて二次電池１００に供給するチェック電圧供給手段としてのチェック電圧供給回路と、二次電池１００に印加する電圧値を前記充電電圧供給回路から供給される所定の充電印加電圧値Ｅｓ又は前記チェック電圧供給回路から供給される満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換える切換手段である切換スイッチと、を備え、そして、マイコン４の所定の１つの出力端子が電圧切換信号を出力する端子（電圧切換信号出力端子）に設定されて、前記切換スイッチで該電圧切換信号出力端子からの電圧切換信号を受信すると、二次電池１００に印加する電圧値が所定の充電印加電圧値Ｅｓ又は満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えられるように構成されている。
なお、マイコン４及び充電制御回路５は、本実施形態で説明する機能の他に、特開２００６−２５４６４０号公報、特開２００５−３３３７８０号公報に記載されたマイコン４及び充電制御回路５と同じ機能を有し、特開２００６−２５４６４０号公報、特開２００５−３３３７８０号公報に記載された従来技術により二次電池１００に充電することもできる。すなわち、本実施形態に係る二次電池１００の充電状態計測装置１は、二次電池１００の充電状態を計測する機能だけではなく、二次電池１００に充電可能な充電器の機能も併せて有している。
【００２７】
表示手段８は、ＬＣＤ等で構成される。表示手段８は、二次電池１００の充電状態を表示するものである。該二次電池１００の充電状態としては、例えば、電池起電力Ｖｅｍｆ、動的内部抵抗Ｄｉｒ、健全度ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）、充電率ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）及び残存蓄電量Ｑなどを表示するものである。
【００２８】
報知手段である報知ランプ９はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ランプ等で構成されている。
なお、本実施の形態では、報知手段の一例としてＬＥＤランプ等により視覚を通じてユーザに充電完了等を報知するように構成しているが、音声等により報知するように構成してもよく、報知手段の構成を特に限定するものではない。
【００２９】
［電池起電力と動的内部抵抗について］
次に、図３に示す電池（本実施形態では二次電池１００）の等価回路を用いて、電池起電力Ｖｅｍｆと動的内部抵抗Ｄｉｒについて説明する。
電池を等価回路で表すと単純な電気回路となる。すなわち、電気エネルギーであるチャージ量（蓄電容量）Ｑ（単位はクーロン）を持つ電池素子とこの電池に直結した純抵抗（コンダクタンス）の直列接続で表される。具体的には、以下に示すように、電池端子間（Ａ−Ｂ）の電圧をＶ、電池端子間（Ａ−Ｂ）に流れる電流をＩ、動的内部抵抗をＤｉｒ、電池起電力をＶｅｍｆとすると、図３に示すように、電池を等価回路で表すことができる。
Ｖ；電池端子間（Ａ−Ｂ）の電圧
Ｉ；電池端子間（Ａ−Ｂ）に流れる電流
Ｄｉｒ；動的内部抵抗（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）
Ｖｅｍｆ；電池起電力
【００３０】
電池起電力Ｖｅｍｆとは電池が外部の回路と接続しておらず、電流が流れていない状態での電池端子間（Ａ−Ｂ）の電圧を意味する。例えば二次電池の一例であるリチウムイオン電池の場合、前記電池起電力Ｖｅｍｆは、リチウムイオンＬｉ＋や電子ｅ−の流れではなく、陰極と陽極のイオンポテンシャル差となる。したがって、イオンポテンシャル差は陰極と陽極の間のリチウムイオンＬｉ＋のサイトの占有率の差によって表される。
【００３１】
蓄電容量Ｑとは、例えばリチウムイオン電池の場合、リチウムイオンＬｉ＋が陰極に蓄えられる空間の大きさを意味する。すなわち、蓄電容量Ｑが大きいとは、陰極及び陽極の体積が大きい（サイト数が大きい）ことであり、また、作用面が大きく、両極へのリチウムイオンＬｉ＋の浸透が早く、多いことを意味する。
蓄電容量Ｑは、二次電池１００の劣化に伴い減少する。前記二次電池１００の劣化とは、動的内部抵抗Ｄｉｒが増加して、リチウムイオンＬｉ＋が電池電極に接触せず機能しないことを意味する。動的内部抵抗Ｄｉｒが増加する原因としては、リチウムイオンＬｉ＋の電気泳動における抵抗の増加、反応速度の低下、拡散速度の低下、陽極及び陰極におけるリチウムイオンＬｉ＋のサイト数の低下などが考えられる。前記動的内部抵抗Ｄｉｒは充電及び放電を重ねることにより増加し、その結果二次電池１００の劣化が進行する。
【００３２】
動的内部抵抗Ｄｉｒは電池反応に起因するが、反応面積が大きいほど小さくなる。また、電池容量Ｑは、反応面積が大きいほど大きくなる。以下に蓄電容量Ｑと動的内部抵抗Ｄｉｒの関係について具体的に説明する。
【００３３】
＜蓄電容量と動的内部抵抗の関係＞
次に蓄電容量Ｑと動的内部抵抗Ｄｉｒの関係について説明する。
陰極２１と陽極２２の対となる微小作用面要素をｄＳとすると、図７に示すように、このｄＳによって電池素子を等価回路で表すことができる。
ここで単位作用面積あたりの回路における電流の流れやすさを意味するコンダクタンスρは、単位面積あたりの抵抗をｒとすると、
ρ＝１／ｒ
で表され、有効作用面積（反応面積）をＳとすると動的内部抵抗Ｄｉｒは、
Ｄｉｒ＝１／∫ρｄＳ＝１／ρＳ＝ｒ／Ｓ・・・（１）
で表される。また、全面積の蓄電容量Ｑは単位面積あたりの電気容量をｑとすると、
Ｑ＝∫ｑｄＳ＝ｑＳ・・・（２）
で表される。以上（１）（２）の式より、
Ｄｉｒ×Ｑ＝ｑｒ＝Ｋ・・・（３）
の関係が得られる。ここでＫは二次電池の種類によって決定される定数（一定値）である。
すなわち、蓄電容量Ｑの異なる同一種類の二次電池では、その蓄電容量Ｑと動的内部抵抗Ｄｉｒを掛け合わせた数値は上記（３）式の如く一定だから、蓄電容量Ｑが大きな電池は動的内部抵抗Ｄｉｒが反比例して小さく、また、動的内部抵抗Ｄｉｒが増すと蓄電容量Ｑはそれに反比例して減少することとなる。また、有効作用面積Ｓが小さくなると蓄電容量Ｑは減少し、一方動的内部抵抗Ｄｉｒは増大する。よって、動的内部抵抗Ｄｉｒを算出することにより、Ｋの値を用いて蓄電容量Ｑを算出することができる。
【００３４】
この動的内部抵抗Ｄｉｒを単独に計量することは、種々試みられているが、いまだ明確に確立されているとは言い難い。なぜなら、例えば、所謂「高周波法」は波高値１Ｖ程度、１０ｋＨｚの電圧を電池端子間Ａ−Ｂ間に印加し、インピーダンスを計測するものであるが、この実インピーダンスは単に電池内部の陽極−陰極間の作動媒体の抵抗値である。該実インピーダンスには、電池反応に伴う、反応面での接合電位差、有効反応面積などの抵抗要素成分は、電池反応がないため計測値として現れない。既に開示されている特許文献１および２に記載された技術に関しては、電池起電力Ｖｅｍｆの同定に電流を遮断して、ある時間をおいて（通常５秒程度）確定しているが、種々の電池状態（内部温度、チャージ量等）によりその計測結果の絶対値には真値からの乖離が原理的生じる。このため、相対的にこの計測値の傾向をみて満充電の検知を行い、決して過充電に陥らない充電終止制御を行っている。しかし、この特許文献１および２に記載された従来技術では、電池起電力Ｖｅｍｆの確定を前提に、動的内部抵抗Ｄｉｒを間接的に算出し求めているが、電池起電力Ｖｅｍｆは求められないことによる。したがって、この従来技術では、この算出された電池起電力Ｖｅｍｆの上昇特性（図４に示すグラフにおける縦軸よりも右側の曲線部分を参照）の傾向をみて、充電の進度を決定し、充電終止制御を行うに留めている。
上記従来技術に対して、本実施形態に係る充電状態計測装置１は、二次電池１００の充電電流に揺らぎを与え、それに伴って取得される二次電池１００の端子間電圧の電流・電圧データ群を統計処理することにより、電池起電力Ｖｅｍｆと動的内部抵抗Ｄｉｒを正確かつ同時に求めることができるものである。
【００３５】
［充電状態計測方法］
次に、充電状態計測装置１を用いて実施される二次電池１００の充電状態計測方法について、図５を用いて説明する。
【００３６】
本実施形態に係る二次電池１００の充電状態計測方法は、前記ＰＷＭ手段であるＰＷＭ４３により、二次電池１００の充電電流に変動を与えて、前記充電電流検出手段６を介して検出される該充電電流の変動値に応じた、前記二次電池１００の端子間電圧を前記電圧検出手段７を介して複数取得する工程と、前記充電電流の変動値と前記二次電池１００の端子間電圧を用いて回帰分析を行うことで前記二次電池１００の電池起電力Ｖｅｍｆ及び動的内部抵抗Ｄｉｒを算出する工程と、を有することを主な特徴としている。二次電池１００の充電状態計測方法の詳細について以下に説明する。
【００３７】
先ず、二次電池１００の充電や二次電池１００の充電状態を計測するために、図１に示すように、充電状態計測装置１が有する充電電圧検出手段（端子アッセンブリ）７に、供試用の二次電池１００がセットされる（ステップ１０）。
【００３８】
次のステップ２０では、ユーザが操作スイッチ１０を介して操作することにより、マイコン４が有するＰＷＭ４３がＯＮとなり、これによりデューティがｍｉｎｉｍｕｍ値となる。それから、デューティを規定幅ｕｐすると、二次電池１００に充電電流が流れる。
【００３９】
次のステップ３０では、マイコン４は、ステップ２０における充電電流の電流値と二次電池１００の端子間電圧を電圧検出部４７及び電流検出部４６を介して検知する。検知された電流値と二次電池の端子間電圧値は、ＡＤ変換部４８によりＡＤ変換されるとともに、後の統計処理（回帰分析等）で用いるためにマイコン４内のＲＡＭ４２に配列形式で格納される。
【００４０】
次のステップ４０では、デューティを更に増大し、二次電池１００の充電電流の電流値と二次電池１００の端子間電圧値を電圧検出部４７及び電流検出部４６を介して取り込む。
【００４１】
上記Ｓ１０からＳ３０を繰り返し、充電電流の電流値がマイコン４（ＲＯＭ４１）に予め格納されている処理プログラミングで予め設定されたｍａｘｍｕｍ値となると（ステップ５０）、デューティを規定幅ずつ落としていく（ステップ６０）。
【００４２】
次のステップ７０では、デューティがｍｉｎｉｍｕｍ値となった際に、ＲＡＭ４２に格納された複数の電圧・電流データから、回帰分析をマイコン４が自動的に実行し、回帰曲線（図４の左側参照）の勾配から動的内部抵抗Ｄｉｒが求まり、切片から電池起電力Ｖｅｍｆが自動算出される。
【００４３】
次のステップ８０では、これらの算出結果を、表示手段８であるＬＣＤに表示するとともに、ＲＳ２３２を介して、図示しないＰＣ（パーソナルコンピュータ）へ伝送される。
【００４４】
上述した充電状態計測方法では、ＰＷＭ手段であるＰＷＭ４３によりデューティを変動させ、二次電池１００の端子間電圧値と変動させた電流値をマイコン４に取り込む。つまり、デューティを変動させて二次電池１００の充電電流値を変動させると、これに対応して二次電池１００の端子間電圧値が変動することになる。また、充電電流に与える揺らぎ変動は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；充電率）が大きく変わらない範囲内で行うことが好ましい。例えば、蓄電容量をＱ０とし、その変動が１％内の範囲が好ましい。例えば、Ｑ０が４０Ａｈであれば、充電電流の変動操作中、凡そ１０Ａの電流が流れるとすると、４０Ａｈ／１００／１０Ａ＝０．０４時間＝２．４分内であれば、ＳＯＣの変動はＱ０の１／１００程度であり、ＳＯＣ対する電気起電力Ｖｅｍｆの精度誤差は１％程度となる。図４は起電力（Ｖｅｍｆ）と充電電流−充電時電池端子電圧（Ｖ）を充電過程（ＳＯＣ）の進度に対して示したものである。図４における横軸０上から延びる縦軸は、電圧値（Ｖ）を示す。図４における、該縦軸に対して右側横軸はＳＯＣ（％）を示すものであり、左側横軸は充電電流値（Ａ）を示したものである。図４中、例えば二次電池１００のＳＯＣ４０％付近で充電電流に対して電流変動（図４の楕円Ｒ１で囲む部分）を与えると、これに対応してＳＯＣ４０％付近で端子間電圧も変動する。こうして、充電状態計測装置１では、充電電流値の変動に応じた二次電池１００の端子間電圧値の一連のデータ群が取得される（図４の楕円Ｒ２で囲む部分で示す電流・電圧データ群）。この電流・電圧データ群を統計処理（回帰分析）することで、動的内部抵抗Ｄｉｒと電気起電力Ｖｅｍｆが図６に示す式によって簡単に算出される。また、算出された動的内部抵抗Ｄｉｒと電気起電力Ｖｅｍｆを用いて、上記数１で示す数式１により蓄電容量Ｑを算出することができる。動的内部抵抗Ｄｉｒ、電気起電力Ｖｅｍｆ及び蓄電容量Ｑは二次電池１００の充電状態の指標となる。
【００４５】
［ＳＯＨ（健全度）の算出］
次に二次電池１００の劣化の進行状況を示す指標であるＳＯＨ（健全度（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ））について説明する。
本実施形態の充電状態計測装置１は、マイコン４にて二次電池１００の充放電サイクルに対する劣化状態を示す健全度であるＳＯＨが算出される。前記ＳＯＨは、電池の劣化の進行状況を示す指標であり、現在の蓄電容量の初期蓄電容量に対する比で表され、初期蓄電容量をＱ0とすると、ＳＯＨ＝（Ｑ／Ｑ0）×１００で算出することができる。
【００４６】
ＳＯＣ（充電率（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ    Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ））については、上述した充電状態計測方法により電池起電力Ｖｅｍｆを正確に取得することができれば、該取得された電池起電力を二次電池１００の充電率が１００％となる電圧と定義すればよい。
充電状態計測装置１は、前記マイコン４において、二次電池１００の現在の蓄電容量Ｑ、ＳＯＨ及びＳＯＣを算出して、表示手段８に出力して表示することができる。
【００４７】
また、二次電池１００の充電状態計測装置１は、二次電池を充電するための機器である充電器、二次電池の充電状態等をチェックする機器であるチェッカー、該充電器及び該チェッカーからなる両用器等に搭載することもできる。
【００４８】
以上説明した本実施形態に係る二次電池１００の充電状態計測装置１では、二次電池１００の充電の状態を精度良くかつ短時間で計測することができる。具体的には、特許文献１および２に記載されているように、従来は起電力計測の際には電源遮断をするため充電にとって無駄な時間経過を要したのに対し、充電状態計測装置１では、起電力計測の際に必ずしも電源遮断を必要としないため、充電状態を短時間で計測することができる。
【００４９】
更に、充電状態計測装置１によれば、電池の動作条件、反応速度条件等の影響により何らかの出力データ（上記した電流・電圧データ群）にバラつきが生じたとしても、ある程度の数のデータ数があれば統計処理の原理によって、最も在りうる電池起電力Ｖｅｍｆ、動的内部抵抗Ｄｉｒが得ることができる。
【００５０】
本発明は、充電状態を計測するために従来のように充電の遮断を行うのでなく、充電時において充電電流を揺さぶることによりその充電電流に相応する二次電池の端子間電圧を取得し、取得された電圧−電流のデータを統計的処理（回帰分析）することにより、正しい電池起電力を推定できる原理を応用したものである。本発明は、単に二次電池の充電状態を計測するだけでなく、実際上、常に充放電が伴う電気自動車の充電／放電時の大きな電流変動に対しても直接応用でき、電気自動車において精度良いエネルギー残量計が実現可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１    充電状態計測装置
２    電源部
５    充電制御手段
６    充電電流検出手段
７    電圧検出手段
４３  ＰＷＭ（ＰＷＭ手段）
１００  二次電池
Ｖｅｍｆ  電池起電力
Ｄｉｒ  動的内部抵抗
【図１】
2015108596.tif 000003
【図２】
2015108596.tif 000004
【図３】
2015108596.tif 000005
【図４】
2015108596.tif 000006
【図５】
2015108596.tif 000007
【図６】
2015108596.tif 000008
【図７】
2015108596.tif 000009