(57)【要約】【課題】特別な充放電などを行うことなく、使用とともに変化していく充電量と開回路電圧との関係を正確に把握すること。【解決手段】本実施形態に係る電池状態算出装置は、二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、活物質の充電量と電圧との関係を表す関数を記憶するデータベースと、前記データベースを参照して、前記二次電池の充電時または放電時に前記電圧検出部で検出された電圧および前記電流検出部で検出された電流を用いて、前記二次電池の活物質量を算出する活物質量算出部と、前記データベースを参照して、前記活物質量算出部で算出された活物質量を用いて、前記二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示す関数を算出する開回路電圧算出部とを備える。【選択図】      図１
2015111086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
活物質の充電量と電圧との関係を表す関数を記憶するデータベースと、
前記データベースを参照して、前記二次電池の充電時または放電時に前記電圧検出部で検出された電圧および前記電流検出部で検出された電流を用いて、前記二次電池の活物質量を算出する活物質量算出部と、
前記データベースを参照して、前記活物質量算出部で算出された活物質量を用いて、前記二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示す関数を算出する開回路電圧算出部と
を備える電池状態算出装置。
【請求項２】
前記開回路電圧算出部で算出された関数に基づいて前記二次電池の容量を算出する容量算出部をさらに備える請求項１に記載の電池状態算出装置。
【請求項３】
前記開回路電圧算出部で算出された関数と、前記容量算出部で算出された容量とを用いて、前記二次電池の充電状態を算出する充電状態算出部をさらに備える請求項２に記載の電池状態算出装置。
【請求項４】
前記二次電池は、複数のセルを有する組電池であって、
前記電圧検出部は、前記セル毎の端子電圧を検出し、
前記活物質量算出部は、前記セル毎の活物質量を推定し、
前記開回路電圧算出部は、前記活物質量算出部で算出されたセル毎の活物質量と、当該活物質の充電量と電圧との関係に基づいて、前記セル毎の充電量と開回路電圧との関係を示す関数を算出する請求項１に記載の電池状態算出装置。
【請求項５】
前記開回路電圧算出部でセル毎に算出された関数に基づいて、前記セル毎の容量を算出する容量算出部をさらに備える請求項４に記載の電池状態算出装置。
【請求項６】
前記開回路電圧算出部でセル毎に算出された関数と、前記容量算出部でセル毎に算出された容量とを用いて、前セル毎の充電状態を算出する充電状態算出部をさらに備える請求項４に記載の電池状態算出装置。
【請求項７】
前記開回路電圧算出部で算出された関数と、前記容量算出部で算出された容量とを記憶する記憶部をさらに備え、
前記充電状態算出部は、前記記憶部に記憶された関数と容量とを用いて、前記二次電池の充電状態を算出する請求項３または６に記載の電池状態算出装置。
【請求項８】
前記活物質量算出部は、前記データベースを参照して、活物質量を変数として回帰計算を実施することにより前記二次電池の活物質量を算出する請求項１または４に記載の電池状態算出装置。
【請求項９】
前記容量算出部は、前記開回路電圧算出部で算出された関数が示す開回路電圧と、予め定められた電池の電圧範囲とを比較することにより、前記容量を算出する請求項２または５に記載の電池状態算出装置。
【請求項１０】
前記セル毎の容量または充電状態を表示する表示部をさらに備える請求項７に記載の電池状態算出装置。
【請求項１１】
二次電池の活物質量を記憶するデータベースと、
前記データベースに記憶された活物質量を用いて、予め定められた電池の電圧範囲における前記二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示す関数を算出する開回路電圧算出部と
を備える電池状態算出装置。
【請求項１２】
二次電池の端子電圧を検出する電圧検出ステップと、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出ステップと、
活物質の充電量と電圧との関係を表す関数をデータベースに記憶する記憶ステップと、
前記データベースを参照して、前記二次電池の充電時または放電時に前記電圧検出ステップで検出された電圧および前記電流検出ステップで検出された電流を用いて、前記二次電池の活物質量を算出する活物質量算出ステップと、
前記データベースを参照して、前記活物質量算出ステップで算出された活物質量を用いて、前記二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示す関数を算出する開回路電圧算出ステップと
を有する電池状態算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、電池状態算出装置および電池状態算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、過充電および過放電になると、性能が劣化したり、発火したりすることがある。そのため、二次電池を安全かつ劣化の少ない状態で使用するためには充電量と開回路電圧の関係を正確に把握することが重要である。しかし、充電量と開回路電圧の関係は使用とともに変化していくことが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
開回路電圧を長期的に精度よく推定する方法として、特許文献１では、第一時点で測定した電池セルを構成する正極の充電量と電位の関係、負極の充電量と電位の関係と、第一時点から第二時点までの間における交流インピーダンスの増加量を用いて、第二時点での充電量と開回路電圧を求める方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４１２０２号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５１８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の技術では、ある時点での充電量と開回路電圧の関係を把握するためには、電池に交流電流を印加し、インピーダンス測定を行う必要がある。しかし、このような充放電は通常の電池の使用時には行われないため、充電量と開回路電圧との関係を把握するために特別な充放電を実施する必要がある。
【０００６】
本実施形態の目的は、特別な充放電などを行うことなく、使用とともに変化していく充電量と開回路電圧との関係を正確に把握することができる電池状態算出装置および電池状態算出方法を提供することにある。
【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実施形態に係る電池状態算出装置は、二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、活物質の充電量と電圧との関係を表す関数を記憶するデータベースと、前記データベースを参照して、前記二次電池の充電時または放電時に前記電圧検出部で検出された電圧および前記電流検出部で検出された電流を用いて、前記二次電池の活物質量を算出する活物質量算出部と、前記データベースを参照して、前記活物質量算出部で算出された活物質量を用いて、前記二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示す関数を算出する開回路電圧算出部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示すブロック図。
【図２】正極活物質の充電量と電位の関係を示す関数を示す図。
【図３】負極活物質の充電量と電位の関係を示す関数を示す図。
【図４】充電履歴記録部の処理を示すフローチャート。
【図５】充電時の電流・電圧の履歴の一例を示す図。
【図６】活物質量算出部の処理を示すフローチャート。
【図７】開回路電圧算出部の処理を示すフローチャート。
【図８Ａ】開回路電圧算出部により算出された充電量と開回路電圧との関係を表す関数の一例を示す図。
【図８Ｂ】図８Ａに示す関数の縦軸を拡大した図。
【図８Ｃ】図８Ｂに示す関数に初期状態の電池の開回路電圧の曲線を重ねて表示した図。
【図９】第２の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示すブロック図。
【図１０】第２の実施形態に係る開回路電圧算出部および容量算出部の処理を示すフローチャート。
【図１１】第２の実施形態に係る充電状態算出部の処理を示すフローチャート。
【図１２】第３の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示すブロック図。
【図１３】第３の実施形態に係る充電履歴記録部の処理を示すフローチャート。
【図１４】第４の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示すブロック図。
【図１５】第５の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示すブロック図。
【図１６】第５の実施形態に係る開回路電圧算出部および容量算出部の処理を示すフローチャート。
【図１７】第５の実施形態に係る開充電状態算出部の処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る電池状態算出装置および電池状態算出方法について詳細に説明する。  
（第１の実施形態）  
第１の実施形態では、充電時または放電時の電流および電圧の履歴から正極および負極の活物質量を推定し、各電極の活物質量から二次電池の開回路電圧の推定を行う。
【００１０】
図１は、第１の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示す図である。図１に示す電池状態算出装置１００は、二次電池１０１、負荷もしくは電源１０２、電流検出部１０３、電圧検出部１０４、関数情報データベース１０５、充電履歴記録部１０６、活物質量算出部１０７、および開回路電圧算出部１０８を含む。
【００１１】
二次電池１０１は、たとえばリチウムイオン電池などの二次電池である。
【００１２】
負荷もしくは電源１０２は、二次電池１０１に接続され、二次電池１０１の電力を消費する負荷もしくは、二次電池１０１に電力を供給する電源である。
【００１３】
電流検出部１０３は、二次電池１０１に流れる電流を検出する。
【００１４】
電圧検出部１０４は、二次電池１０１の正極端子と負極端子との間の電圧を検出する。
【００１５】
関数情報データベース１０５には、二次電池１０１を構成する各電極を構成する活物質の充電量と電位の関係を示す関数が記録されている。図２および図３に、正極活物質および負極活物質の充電量と電位との関係を示す関数の一例を示す。
【００１６】
充電履歴記録部１０６、活物質量算出部１０７および開回路電圧算出部１０８は専用の集積回路もしくはＣＰＵ、ＭＣＵなどの演算装置とＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置の組み合わせで構成される。
【００１７】
充電履歴記録部１０６では、二次電池１０１の充電時または放電時に電流検出部１０３で検出された電流および電圧検出部１０４で検出された電圧を記録する。
【００１８】
図４に、充電履歴記録部１０６の処理の流れを示す。充電履歴記録部１０６は、二次電池１０１の充電が開始されたときにステップ１００１から処理を開始し、ある時間間隔毎に図４に示すステップ１００２の処理を繰り返し実行する。この時間間隔は任意に設定することが可能であるがたとえば０．１秒から１秒間隔程度に設定されることが好ましい。
【００１９】
充電履歴記録部１０６は、ステップ１００１から処理を開始し、ステップ１００２において電流、電圧、時刻を記録する。ここで、時刻は絶対時刻、充電が開始されてからの相対時刻のいずれであっても構わない。また、充電履歴記録部１０６の処理が一定時間間隔で繰り返されている場合は、時刻の記録は省略することが可能である。ステップ１００３で二次電池１０１の充電が終了すると、ステップ１００４において処理を終了する。
【００２０】
図５に、充電時の電流・電圧の履歴の一例を示す。図５中の破線で示されるのが電流履歴、実線で示されるのが電圧履歴である。図５に示す充電履歴は、二次電池の充電方法として一般的に用いられるＣＣＣＶ充電（定電流定電圧充電）の例である。
【００２１】
本実施形態で示す活物質量算出部１０７の処理においてはたとえばＣＣＣＶ充電全体の充電履歴や、ＣＣ（定電流）充電区間（図５のｔ０からｔ１の間）の充電履歴のみを用いることが可能である。
【００２２】
活物質量算出部１０７は、特許文献２に示す方法などにより、充電履歴記録部１０６で記録した充電履歴から、二次電池１０１の正極、負極を構成する活物質の量、初期充電量、二次電池１０１の内部抵抗をそれぞれ算出する。具体的には、活物質量および内部抵抗から電池電圧を算出する関数を利用し、電池充電時または放電時の電流・電圧データと関数を利用して算出した電池電圧の差が少なくなるような活物質量と内部抵抗を回帰計算により求める。なお、特許文献２には正極が複数の活物質から構成される場合の例が示されているが、本実施形態では正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を例にとって説明する。
【００２３】
正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を充電する場合、時刻ｔにおける端子電圧Ｖｔは、数式１で表すことができる。
【数１】
2015111086.tif 000003
【００２４】
ここで、時刻ｔにおける電流値は、充電履歴記録部１０６に記録された電流検出部１０３の検出値であり、時刻ｔにおける電池の充電量は、電流値を時間積分することにより算出することができる。正極の充電量と電位の関係を表す関数（図２）および負極の充電量と電位の関係を表す関数（図３）は、関数情報データベース１０５に記録されている。活物質量算出部１０７は、以下に示すように、正極の初期充電量、正極の質量、負極の初期充電量、負極の質量、および内部抵抗を含む５つの値（パラメータセット）を回帰計算によって推定する。
【００２５】
図６は、活物質量算出部１０７の処理の流れを示すフローチャートである。活物質量算出部１０７は、二次電池１０１の充電が終了したのち、ステップ１１０１から実行を開始する。
【００２６】
ステップ１１０２において、活物質量算出部１０７は、パラメータセットに初期値を設定し、回帰計算の繰り返し回数を０にリセットする。なお、パラメータセットとは、回帰計算によって推定する５つの値である。初期値は、たとえば直近の活物質量算出処理が行われた際に算出された値などを用いる。
【００２７】
ステップ１１０３において、活物質量算出部１０７は、数式２で表される残差を計算する。
【数２】
2015111086.tif 000004
【００２８】
ステップ１１０４において、活物質量算出部１０７は、パラメータセットの更新ステップ幅を計算する。パラメータセットの更新ステップ幅は、例えばＧａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法やＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−ｍａｒｑｕａｒｄｔ法を用いて計算することができる。
【００２９】
ステップ１１０５において、活物質量算出部１０７は、更新ステップ幅の大きさが予め定められた大きさ未満であるかどうかを判定する。
【００３０】
ステップ１１０５の判定で、更新ステップ幅の大きさが予め定められた値以上であった場合、ステップ１１０６において回帰計算の繰り返し回数が予め定められた値を超えているかを確認する。回帰計算の繰り返し回数が予め定められた値を超えている場合、現在のパラメータセットを出力としステップ１１０８において計算を終了する。
【００３１】
ステップ１１０６の判定で、回帰計算の繰り返し回数が予め定められた回数以下であった場合、ステップ１１０７に進む。ステップ１１０７においてはパラメータセットにステップ１１０４で計算された更新ステップ幅を加算し、回帰計算の繰り返し回数を１加算し、再度ステップ１１０３に進む。
【００３２】
ステップ１１０５において、更新ステップ幅の大きさが予め定められた大きさ未満であった場合、活物質量算出部１０７は、計算が収束したと判定し、現在のパラメータセットを出力とし、ステップ１１０８において計算を終了する。
【００３３】
本実施形態においては活物質量算出部の入力として充電履歴を用いたが、放電履歴を用いても同様に活物質量を算出することが可能である。なお、放電履歴を用いる場合にも活物質量算出部１０７の処理の流れおよび関数情報データベース１０５の内容は充電履歴を用いて活物質量を算出する場合と同一のものを用いることが可能である。
【００３４】
開回路電圧算出部１０８は、活物質量算出部１０７により算出された、正極の質量、負極の質量、正極の初期充電量、負極の初期充電量を利用し、電池の充電量と開回路電圧との関係を算出する。
【００３５】
図7に、開回路電圧算出部１０８の処理の流れを示す。開回路電圧算出部１０８は、活物質量算出部１０７の処理が終了したのち、ステップ１２０１から処理を開始する。
【００３６】
ステップ１２０２では、開回路電圧算出部１０８は、充電量ｑｎの初期値を設定する。ｑｎの初期値は任意の値に設定することが可能であるが、０もしくは０よりも二次電池１０１の公称容量の数％程度小さい値にすることが望ましい。具体的には、二次電池１０１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば−５０ｍＡｈから０ｍＡｈ程度の範囲に設定することが望ましい。
【００３７】
ステップ１２０３において、開回路電圧算出部１０８は、開回路電圧を算出する。開回路電圧の算出には、数式３を用いることができる。
【数３】
2015111086.tif 000005
【００３８】
次に、ステップ１２０４において、開回路電圧算出部１０８は、ステップ１２０３で算出された開回路電圧を予め定められた電池の下限電圧と比較する。電池の下限電圧は、二次電池１０１に用いられる正極活物質と負極活物質との組み合わせによって定まる値である。具体的には、正極活物質、負極活物質それぞれについて安全性、寿命、抵抗などの観点から適切な使用範囲の電圧を定め、その組み合わせによって電池としての使用範囲の下限、上限電圧を決定する。開回路電圧が予め定められた下限電圧未満であった場合ステップ１２０６に、下限電圧以上であった場合ステップ１２０５に進む。
【００３９】
ステップ１２０５においては、充電量ｑｎからΔｑｎを減算する。ここでΔｑｎは任意の値に設定可能であるが、二次電池１０１の公称容量の１／１０００から１／１００程度にすることが望ましい。具体的には二次電池１０１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば１ｍＡｈから１０ｍＡｈ程度の範囲に設定することが望ましい。
【００４０】
ステップ１２０６では、開回路電圧算出部１０８は、充電量ｑｎにΔｑｎを加算し、ステップ１２０７に進み、上記数式３を用いて開回路電圧を算出する。そして、ステップ１２０８においては、開回路電圧算出部１０８は、ステップ１２０７で算出された開回路電圧を予め定められた電池の下限電圧と比較する。開回路電圧が予め定められた下限電圧未満であった場合はステップ１２０６に、下限電圧以上であった場合は、ステップ１２０９に進む。
【００４１】
ステップ１２０９に進む時点において、開回路電圧が予め定められた下限電圧をちょうど超えるｑｎが求まることになる。ステップ１２０９においては、開回路電圧算出部１０８は、充電量を０と記録し、ステップ１２０７で算出された開回路電圧Ｅｔと合わせて記録する。また、このときの充電量ｑｎをｑｎ０とする。
【００４２】
ステップ１２１０では、開回路電圧算出部１０８は、充電量ｑｎにΔｑｎを加算し、スステップ１２１１において、上記数式３を用いて開回路電圧を算出し、ステップ１２１２に進む。
【００４３】
ステップ１２１２では、開回路電圧算出部１０８は、充電量ｑｎからｑｎ０を引いた値と、ステップ１２１１で算出された開回路電圧Ｅｔとを記録し、ステップ１２１３に進む。
【００４４】
ステップ１２１３においては、開回路電圧算出部１０８は、ステップ１２１１で算出された開回路電圧を予め定められた電池の上限電圧と比較する。電池の上限電圧は、二次電池１０１に用いられる正極活物質と負極活物質の組み合わせによって定まる値である。開回路電圧が予め定められた上限電圧未満であった場合はステップ１２１０に進み、ステップ１２１３において開回路電圧が予め定められた上限電圧以上となった場合に、ステップ１２１４において処理を終了する。
【００４５】
図８Ａに、開回路電圧算出部１０８によって算出された充電量と開回路電圧との関係を表す関数の一例を示す。図８Ｂには、図８Ａに示す関数の縦軸を拡大した図を示す。図８Ｃは、図８Ｂに示す関数に初期状態の電池の開回路電圧の曲線を重ねて表示したものである。図８Ｃ中の破線は初期状態の電池の開回路電圧の曲線、実線は電池の劣化などによる変化後の電池の開回路電圧の曲線を表している。ここで、図８Ｃの横軸は、充電量に換えて、満充電容量に対して充電されている電荷量の割合を示す充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を０〜１で示す。なお、充電状態には、ＳＯＣや充電量などを含まれるものとする。
【００４６】
変化後の曲線は、容量の減少に伴って曲線の長さが短くなるが、図８Ｃによれば曲線の長さだけでなく形状自体が変化していることがわかる。例えば、開回路電圧に基づいて充電状態（ＳＯＣ）を電圧から推定する際に、計測された電圧がＡである場合、正しい充電状態はＢとなるが、開回路電圧の曲線が変形しないとみなした場合、電圧Ａから求めた充電状態がＢ´となってしまい、充電状態の推定精度が低くなる。一般的に充電状態測定では、開回路電圧を参照して充電状態の初期値を求めるため、この第１の実施形態にように算出された開回路電圧を利用することにより充電状態を高精度に測定することが可能となる。
【００４７】
したがって、第１実施形態によれば、特別な充放電などを行うことなく、使用とともに変化していく充電量と開回路電圧との関係を正確に把握でき、充電状態を高精度に推定することが可能となる。
【００４８】
この第１の実施形態においては、二次電池の正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる場合について説明したが、二次電池の正極、負極のいずれかが複数の活物質からなる二次電池に対しても同様に適用可能である。また、二次電池１０１の活物質量を記憶するデータベースが予め用意されている場合には、開回路電圧算出部１０８は、このデータベースに記憶された活物質量を用いて、予め定められた電池の電圧範囲における二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示す関数を算出することができる。
【００４９】
（第２の実施形態）  
充電状態（ＳＯＣ）は、電池の満充電容量に対して現在充電されている電荷量の割合を表す指標である。したがって、充電状態を正確に求めるためには、満充電容量を正確に把握する必要がある。そこで、第２の実施形態では、上記第１の実施形態で算出された充電量と開回路電圧との関係を用いて、電池の容量および充電状態を算出する。
【００５０】
図９は、第２の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示す図である。図９に示す電池状態算出装置２００は、二次電池１０１、負荷もしくは電源１０２、電流検出部１０３、電圧検出部１０４、関数情報データベース１０５、充電履歴記録部１０６、活物質量算出部１０７、開回路電圧算出部１０８、容量算出部１０９、および充電状態算出部１１０を含む。なお、電池状態算出装置２００のうち、上記第１の実施形態に示した図１と同じ符号を用いている部分については第１の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５１】
以下、上記第１の実施形態との差異である、容量算出部１０９および充電状態算出部１１０を中心に説明する。
【００５２】
容量算出部１０９は、開回路電圧算出部１０８で算出される充電量と開回路電圧との関係を示す関数に基づいて、この関数が示す開回路電圧と、予め定められた電池の電圧範囲（下限電圧および上限電圧）とを比較することにより二次電池１０１の容量を算出する。
【００５３】
図１０は、開回路電圧算出部１０８および容量算出部１０９の処理の流れを示すフローチャートであり、上記第１の実施形態に示した開回路電圧算出部１０８の処理に、容量算出部１０９の処理ステップ１２１５を付加したものである。ステップ１２１５では、容量算出部１０９は、開回路電圧が予め定められた電池の上限電圧を越える点の充電量ｑｎと開回路電圧が予め定められた電池の下限電圧を越える点の充電量ｑｎ０との差ｑｎ−ｑｎ０を計算することにより、電池の容量（満充電容量）を算出する。
【００５４】
充電状態算出部１１０は、開回路電圧算出部１０８で算出される充電量と開回路電圧との関係と、容量算出部１０９で算出される電池の容量とを用い、二次電池１０１の充電状態を算出する。
【００５５】
図１１に、充電状態算出部１１０の処理の流れを示す。充電状態算出部１１０は、ステップ１３０１から処理を開始し、ステップ１３０２において容量算出部１０９から容量を取得し、ステップ１３０３において開回路電圧算出部１０８から充電量と開回路電圧との関係を表す関数を取得する。
【００５６】
次にステップ１３０４において、充電状態算出部１１０は、電圧検出部１０４で検出した端子電圧と、上記ステップ１３０３において取得した充電量と開回路電圧との関係を表す関数から数式４および数式５を用いて充電状態の初期値ＳＯＣ（０）を算出する。
【数４】
2015111086.tif 000006
【００５７】
【数５】
2015111086.tif 000007
【００５８】
充放電が終了するまでループ１３０５においてステップ１３０６の処理を繰り返すことにより、充電状態を更新し続ける。
【００５９】
ステップ１３０６においては、充電状態算出部１１０は、時刻tにおける充電状態ＳＯＣ（ｔ）を数式６を用いて算出する。
【数６】
2015111086.tif 000008
【００６０】
以上述べたように、第２の実施形態によれば、時間とともに変化する二次電池の充電量と開回路電圧との関係および容量を用い、正確に二次電池の充電状態を算出することが可能となる。
【００６１】
（第３の実施形態）  
一般的に電池は複数のセルを接続した組電池の形で利用されるが、組電池を構成する各セルは製造時のばらつきや使用時の温度ムラによる劣化状態のばらつきなどにより、容量にばらつきがある。そこで、第３の実施形態では、組電池を構成する各セルの開回路電圧の推定を行う。
【００６２】
図１２は、第３の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示す図である。図１２に示す電池状態算出装置３００は、直列に接続されたＮ個の二次電池１０１−１から１０１−Ｎ、負荷もしくは電源１０２、電流検出部１０３、電圧検出部１０４ｂ、関数情報データベース１０５、充電履歴記録部１０６ｂ、活物質量算出部１０７ｂ、および開回路電圧算出部１０８ｂを含む。なお、電池状態算出装置３００のうち、上記第１の実施形態に示した図１と同じ符号を用いている部分については第１の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００６３】
図１２に示す電池状態算出装置３００は、Ｎ個の二次電池１０１−１から１０１−Ｎが直列に接続された構成となっている点が電池状態算出装置１００と異なる。電流検出部１０３では直列に接続された電池に流れる電流を１ヶ所で計測するため、電流検出部１０３の構成は電池状態算出装置１００における電流検出部１０３と同様である。一方、電圧検出部１０４ｂでは二次電池１０１−１から二次電池１０１−ＮまでのＮ個の二次電池（以下、セルと称す）それぞれの正極端子と負極端子の間の電圧を計測する。
【００６４】
充電履歴記録部１０６ｂは、充電時または放電時の電流および各セルの電圧を記録する。充電履歴記録部１０６ｂの処理の流れを図１３に示す。上記第１の実施形態で示した充電履歴記録部１０６との処理の違いはステップ１００２ｂにおいて、各セルの電圧をそれぞれ記録する点にある。
【００６５】
活物質量算出部１０７ｂは、上記第１の実施形態で示した活物質量算出部１０７の処理を二次電池１０１−１から１０１−Ｎそれぞれの充電履歴に対して実施し、Ｎ組の正極初期充電量、正極の質量、負極初期充電量、負極質量、内部抵抗の組であるパラメータセットを算出する。
【００６６】
開回路電圧算出部１０８ｂは、上記第１の実施形態で示した開回路電圧算出部１０８の処理を二次電池１０１−１から１０１−Ｎそれぞれに対して実施し、充電量と開回路電圧との関係を表す関数をＮ組算出する。
【００６７】
したがって、第３の実施形態によれば、使用とともに変化する組電池を構成する各電池セルの充電量と開回路電圧との関係および容量を正確に把握することが可能となる。
【００６８】
（第４の実施形態）  
第４の実施形態では、上記第３の実施形態で算出された組電池内のセル毎の充電量と開回路電圧との関係を用いて、組電池を構成する各セルの容量と充電状態とを算出する。
【００６９】
図１４は、第４の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を表す図である。図１４に示す電池状態算出装置４００は直列に接続されたＮ個の二次電池１０１−１から１０１−Ｎ、負荷もしくは電源１０２、電流検出部１０３、電圧検出部１０４ｂ、関数情報データベース１０５、充電履歴記録部１０６ｂ、活物質量算出部１０７ｂ、開回路電圧算出部１０８ｂ、容量算出部１０９ｂ、充電状態算出部１１０ｂ、および表示部１１１を含む。なお、電池状態算出装置４００のうち、上記第２の実施形態に示す電池状態算出装置２００または上記第３の実施形態に示す電池状態算出装置３００と同じ符号を用いている部分については第２の実施形態または第３の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００７０】
容量算出部１０９ｂは、上記第３の実施形態の開回路電圧算出部１０８ｂで二次電池１０１−１から１０１−Ｎのそれぞれに対して算出される充電量と開回路電圧との関係に基づいて、Ｎ個の容量を算出する。
【００７１】
充電状態算出部１１０ｂは、上記第２の実施形態に示した充電状態算出部１１０の処理を二次電池１０１−１から１０１−Ｎのそれぞれに対して実施し、Ｎ個の充電状態を算出し、表示部１１１に出力する。
【００７２】
表示部１１１は、ＣＲＴやＬＣＤなどの表示装置であり、充電状態算出部１１０ｂで算出されたセル毎の充電状態を数値や色別で画面上に表示する。なお、必要に応じてセル毎の容量を表示してもよい。
【００７３】
この第４実施形態により、組電池を構成する各セルの充電状態を正確に把握することが可能となる。
【００７４】
（第５の実施形態）  
上記第４の実施形態は、二次電池の充電を行った後に開回路電圧および容量を算出し、算出した情報を用いて充電状態を推定するものである。第５の実施形態では、前回充電時に算出した開回路電圧および容量の情報を記憶しておき、次の充電が行われるまではこの情報を用いて充電状態の推定を行う。
【００７５】
図１５は、第５の実施形態に係る電池状態算出装置の構成を示す図である。図１５に示す電池状態算出装置５００は、上記第４の実施形態で示した電池状態算出装置４００に開回路電圧・容量記憶部１１２を加えたものである。
【００７６】
開回路電圧算出部１０８ｃは、上記第１の実施形態で示した開回路電圧算出部１０８の処理を二次電池１０１−１から１０１−Ｎそれぞれに対して実施し、充電量と開回路電圧との関係を表す関数をＮ組算出し、算出結果を開回路電圧・容量記憶部１１２に記憶する。
【００７７】
容量算出部１０９ｃは、上記第３の実施形態の開回路電圧算出部１０８ｂで二次電池１０１−１から１０１−Ｎのそれぞれに対して算出される充電量と開回路電圧との関係に基づいて、Ｎ個の容量を算出し、算出結果を開回路電圧・容量記憶部１１２に記憶する。
【００７８】
図１６に、開回路電圧算出部１０８ｃおよび容量算出部１０９ｃの処理の流れを示す。上記第２の実施形態に示す容量算出部１０９および上記第４の実施形態に示す容量算出部１０９ｂとの相違点は、ステップ１２１６が追加されている点にある。ステップ１２１６においては、開回路電圧算出部１０８ｃおよび容量算出部１０９ｃは、算出した充電量と開回路電圧との関係を表す関数および算出した容量をセル番号(１からＮ)と関連付けて開回路電圧・容量記憶部１１２に記憶する。
【００７９】
充電状態算出部１１０ｃは、開回路電圧算出部１０８ｃおよび容量算出部１０９ｃで算出され、開回路電圧・容量記憶部１１２に記憶されている充電量と開回路電圧との関係および電池の容量を用い、二次電池１０１−１から１０１−Ｎのそれぞれの充電状態を算出する。
【００８０】
図１７に、充電状態算出部１１０ｃの処理の流れを示す。充電状態算出部１１０ｃは容量算出部１０９ｃの処理が終了したときおよび／または電池状態算出装置５００の実行が開始されたときに、ステップ１３０１から処理を開始する。具体的には、充電終了時以外に、充電状態で保存されていた電池の使用を開始するときに実行される。上記第２の実施形態例に示す充電状態算出部１１０および上記第４の実施形態に示す充電状態算出部１１０ｂとの違いは、ステップ１３０２ｃおよびステップ１３０３ｃにおいて、容量および開回路電圧の情報を開回路電圧・容量記億部１１２から取得する点にある。つまり、この充電状態算出部１１０ｃは、次に充電が行われるまでは開回路電圧・容量記億部１１２に記記憶された容量および開回路電圧の情報を用いて、迅速に充電状態を算出することができる。
【００８１】
したがって、上記第５の実施形態によれば、充電後連続して二次電池を使用しない場合においても、組電池を構成する各セルの充電状態を正確に把握することが可能となる。なお、上記第２の実施形態で示した電池状態算出装置２００に開回路電圧・容量記憶部１１２を加えて、同様の処理を行うようにしてもよい。
【００８２】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１００…電池状態算出装置、１０１…二次電池、１０２…負荷／電源、１０３…電流検出部、１０４…電圧検出部、１０５…関数情報データベース、１０６…充電履歴記録部、１０７…活物質量算出部、１０８…開回路電圧算出部。
【図１】
2015111086.tif 000009
【図２】
2015111086.tif 000010
【図３】
2015111086.tif 000011
【図４】
2015111086.tif 000012
【図５】
2015111086.tif 000013
【図６】
2015111086.tif 000014
【図７】
2015111086.tif 000015
【図８Ａ】
2015111086.tif 000016
【図８Ｂ】
2015111086.tif 000017
【図８Ｃ】
2015111086.tif 000018
【図９】
2015111086.tif 000019
【図１０】
2015111086.tif 000020
【図１１】
2015111086.tif 000021
【図１２】
2015111086.tif 000022
【図１３】
2015111086.tif 000023
【図１４】
2015111086.tif 000024
【図１５】
2015111086.tif 000025
【図１６】
2015111086.tif 000026
【図１７】
2015111086.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月28日(2014.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015111086.tif 000028