(57)【要約】【課題】二次電池の実際に使用できる容量と推定した残存容量とのズレが小さい、二次電池の残存容量演算装置及びその残存容量推定方法を提供する。【解決手段】本発明の二次電池の残存容量演算装置は、二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記二次電池の残存容量を演算する残存容量演算部とを有し、前記残存容量演算部は、前記二次電池の充電終了時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正し、前記二次電池の放電開始時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正する、ことを特徴とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の温度を検出する温度検出部と、
前記二次電池の残存容量を演算する残存容量演算部とを有し、
前記残存容量演算部は、前記二次電池の充電終了時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正し、前記二次電池の放電開始時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正する、
ことを特徴とする二次電池の残存容量演算装置。
【請求項２】
二次電池の温度を検出する温度検出ステップと、
前記二次電池の残存容量を演算する残存容量演算ステップとを有し、
前記残存容量演算ステップは、前記二次電池の充電終了時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正するステップと、前記二次電池の放電開始時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正するステップとを有する、
ことを特徴とする二次電池の残存容量演算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の残存容量演算装置及びその残存容量演算方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話基地局などの設備で使用される電子・電気機器のバックアップ用電源には、鉛蓄電池又はニッケル−金属水素化物電池などの二次電池が使用される。二次電池の充電特性及び放電特性は電池温度によって大きく変化するため、二次電池の残存容量を推定する際に電池温度を考慮する方法が提案されている。以下、「残存容量」は、「その時点から放電可能な電気量」を表す。
特許文献１（特開平１０−１７４２９９号公報）に、蓄電池の充電容量算出方法及びその装置が開示されている。特許文献１の充電容量算出装置は、蓄電池の充電中の電池温度を指標とした充電効率と経過時間とにより、電池充電容量（残存容量）を算出する。充電終了時の電池充電容量を、次回の放電での放電可能容量とする。
【０００３】
図５は、従来の残存容量演算装置において使用した二次電池の充電終了時電池温度（Ｔｂ１）と充電効率係数（Ｋ）との関係を示すグラフの一例を示す（図５は、従来例と本発明との差異を説明するために発明者が提示する、実施の形態において使用する二次電池の充電効率係数のグラフである。）。二次電池を様々な電池温度のもとで０．１Ｃで充電した後、その電池温度において放電終止電圧まで０．２Ｃで放電し、放電電気量を実測し、充電効率を算出した。
従来の残存容量演算装置は、充電終了時に、例えば図５のグラフを用いて二次電池の残存容量を演算した。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１７４２９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
バックアップ用電源として使用される二次電池は、満充電された後、通常は負荷に電力を供給せず（放電せず）、間欠充電されている。停電等の緊急時に、負荷に電力を供給する（放電する）。二次電池の放電は、満充電完了直後に行われるとは限らない。従って、一般に二次電池の充電終了時とその次の放電開始時の電池温度とは異なる。特許文献１の充電容量算出装置は、充電終了時の残存容量をそのまま放電可能な残存容量としていたため、放電開始時の電池温度が充電終了時の電池温度と異なる場合、推定した残存容量が実際に二次電池が放電可能な電気量と異なった。
【０００６】
充電時にある残存容量を有すると推定していたバックアップ電池を停電時に使用したところ、その実際の残存容量が空であれば、バックアップ電池から電力供給を受けるべき装置を動かすことができず、大きなトラブルが発生する。そのため、電池の残存容量を常に正確に把握しなければならない。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、特に放電開始時に二次電池の実際に使用できる容量と推定した残存容量とのズレが小さい、二次電池の残存容量演算装置及びその残存容量演算方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記二次電池の残存容量を演算する残存容量演算部とを有し、前記残存容量演算部は、前記二次電池の充電終了時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正し、前記二次電池の放電開始時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正する、ことを特徴とする二次電池の残存容量演算装置である。
【０００８】
「残存容量」は、「その時点から、電池電圧が放電終止電圧に達するまでに放電可能な電気量」を表す。温度検出部は、二次電池の内部温度、表面温度又は雰囲気温度のいずれかを検出し、残存容量演算部に送信する。温度検出部は、好ましくは二次電池の表面温度を検出する。
一般に、放電開始時の電池温度は充電終了時の電池温度とは異なるため、充電終了時の残存容量は放電開始時の残存容量とは異なる。残存容量推定部は、充電終了時及び放電開始時に電池温度に基づいて残存容量を補正する。充電時の二次電池の残存容量が温度依存性を有することが、従来から知られていた。しかし、従来の残存容量演算装置は、残存容量が充電時の温度のみに依存するとして、残存容量を演算していた。本発明は、温度に依存する二次電池の残存容量の変化量を、充電時の温度に依存する変化量と、放電時の温度に依存する変化量とに分けて取り扱うと言う従来にない新規な着想に基づく二次電池の残存容量演算装置（及びその残存容量演算方法）である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、二次電池の温度を検出する温度検出ステップと、前記二次電池の残存容量を演算する残存容量演算ステップとを有し、前記残存容量演算ステップは、前記二次電池の充電終了時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正するステップと、前記二次電池の放電開始時に少なくとも前記温度に基づいて前記残存容量を補正するステップとを有する、ことを特徴とする二次電池の残存容量演算方法である。
【００１０】
本発明は、放電開始時に二次電池の実際に使用できる容量と推定した残存容量とのズレが小さい、二次電池の残存容量演算装置及びその残存容量演算方法を
実現できるという作用を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
【００１２】
《実施の形態》
図１〜図４を用いて、本発明の実施の形態の二次電池の残存容量演算装置及びその残存容量演算方法を説明する。
図１は、本発明の実施の形態の残存容量演算装置を含むバックアップ電源用電池管理装置の構成図である。図１において、１５０は残存容量演算装置、１０１は二次電池、１０２は電源監視制御部、１０５は放電器、１０６は充電器、１０７は表示部、１０８は商用電源、１０９は整流器、１１０は負荷である。残存容量演算装置１５０は、残存容量演算部１５１、温度検出部１５２、電流検出部１５３及び電圧検出部１５４を有する。
【００１３】
通常、負荷１１０には商用電源１０８が供給されている。商用電源１０８からの交流電流は整流器１０９で直流電流に変換され、負荷１１０に供給される。二次電池１０１は、商用電源１０８が供給されている期間、充電器１０６によって間欠充電され、満充電状態が保持されている。充電器１０６は電源監視制御部１０２によって動作開始及び停止される。二次電池の残存容量がメモリ効果により減少することを防止するため、所定の期間毎に、電源監視制御部１０２は放電器１０５を動作させ、二次電池を完全放電させる。停電時に、電源監視制御部１０２は回路を切り替えて、二次電池１０１に放電させる。二次電池１０１は、負荷１１０へ電力を供給し（放電し）、バックアップ電源として機能する。商用電源１０８が復旧した後、電源監視制御部１０２は二次電池１０１から負荷１１０への電力供給を中止し（放電を中止し）、商用電源１０８からの供給に切り替える。充電器１０６を動作させ、二次電池１０１を満充電する。
【００１４】
二次電池１０１は、互いに直列及び／又は並列に接続されている複数の二次電池セル（図示しない。）、あるいは一つの二次電池セル（図示しない。）から構成されている。実施の形態において二次電池１０１はニッケル−金属水素化物電池である。
【００１５】
温度検出部１５２は、二次電池１０１の内部温度、二次電池１０１の表面温度又は雰囲気温度のいずれかを検出し、残存容量演算部１５１に送信する。実施の形態において温度検出部１５２は二次電池１０１の表面温度（以下、「電池温度」と言う。）を検出する。電流検出部１５３は、二次電池１０１の充放電電流を検出し、残存容量演算部１５１に送信する。電圧検出部１５４は二次電池１０１の電池電圧を検出し、残存容量演算部１５１に送信する。
【００１６】
残存容量演算部１５１は、二次電池１０１の残存容量を推定し、電源監視制御部１０２に送信する。二次電池１０１の残存容量の情報は、表示部１０７に表示される。表示方法は、定量的な表示（例えばＡｈを単位とする値の表示）であっても良く、定性的な表示（例えば赤色発光ダイオードを点滅させて残存容量が少ないことを示す表示）でも良い。残存容量の情報の出力は、例えば直接ユーザが視覚的又は聴覚的に認識可能なように表示しても良く、ホスト装置等に残存容量の情報を送信しても良い。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態の二次電池の残存容量演算方法を示すフローチャートである。ステップ２０１で、電源監視制御部１０２は充電器１０６を動作させ、二次電池１０１の充電を開始する。充電中、残存容量演算部１５１は、二次電池１０１の残存容量Ｃを推定している。具体的には、電流検出部１５３が検出した充電電流を積算し、積算量を所定の演算式（二次電池のＳＯＣと充電効率との関係を表す式）に代入して演算値を算出し、その演算値を二次電池１０１の残存容量とする。充電停止条件による充電停止、又は充電中断により充電が停止されるまで、ステップ２０２で充電を継続する。充電終了後、ステップ２０３に進む。ステップ２０３で残存容量演算部１５１は、充電終了時に推定した残存容量Ｃを記憶する。ステップ２０４で温度検出部１５２は、充電終了時電池温度Ｔｂ１を測定し、残存容量演算部１５１に送信する。
【００１８】
図３は、二次電池１０１の充電終了時電池温度（Ｔｂ１）と充電効率係数（Ｋ１）との関係を示すグラフの一例である。二次電池１０１を様々な電池温度のもとで０．１Ｃで充電した後、電池温度が２５℃の条件で放電終止電圧まで０．２Ｃで放電し、放電電気量を実測し、充電効率を算出した。この充放電条件は、バックアップ電源用二次電池の代表的な条件である。充電効率係数（Ｋ１）は、２５℃での充電効率が１となるように正規化されている。二次電池１０１の充電効率は電池温度によって異なり、低温時及び高温時に小さい。残存容量演算部１５１は、各充電終了時電池温度に対する充電効率係数（Ｋ１）の値を予め、マップ又は関数として記憶している。
【００１９】
図２に戻り、ステップ２０５で残存容量演算部１５１は、充電終了時電池温度がＴｂ１の時の充電効率係数Ｋ１（Ｔｂ１）を読み込む。ステップ２０６で、ステップ２０３で記憶した残存容量ＣにＫ１（Ｔｂ１）を乗じ、充電終了時残存容量Ｃ１とする。充電終了後、二次電池１０１は間欠充電され、満充電状態を維持されている。電源監視制御部１０２は、商用電源１０８が停電したことを検出すると、二次電池１０１は放電を開始する（ステップ２０７）。ステップ２０８で電流検出部１５３は、放電開始時電池温度Ｔｂ２を測定し、残存容量演算部１５１に送信する。
【００２０】
図４は、二次電池１０１の放電開始時電池温度（Ｔｂ２）と放電効率係数（Ｋ２）との関係を示すグラフの一例である。二次電池１０１を電池温度が２５℃の条件で０．１Ｃで充電した後、様々な電池温度のもとで放電終止電圧まで０．２Ｃで放電し、放電電気量を実測した。この充放電条件は、バックアップ電源用二次電池の代表的な条件である。放電効率係数（Ｋ２）は、２５℃での放電電気量が１となるように放電電気量を正規化した値である。二次電池１０１の放電効率は電池温度によって異なり、低温時及び高温時に小さい。残存容量演算部１５１は、各放電開始時電池温度に対する放電効率係数（Ｋ２）の値を予め、マップ又は関数として記憶している。
従来例の説明において提示した図５の各温度における充電効率係数Ｋは、図３及び図４の各温度における充電効率係数Ｋ１と放電効率係数Ｋ２とを掛け合わせた値である。
【００２１】
図２に戻り、ステップ２０９で残存容量演算部１５１は、放電開始時電池温度がＴｂ２の時の放電効率係数Ｋ２（Ｔｂ２）を読み込む。ステップ２１０で、ステップ２０６で算出した充電終了時残存容量Ｃ１にＫ２（Ｔｂ２）を乗じ、放電開始時残存容量Ｃ２とする。放電中、ステップ２１１で残存容量演算部１５１は二次電池１０１の残存容量Ｃを推定している。残存容量Ｃは、電流検出部１５３で検出した放電電流の積算値を放電開始時残存容量Ｃ２から減ずることによって算出する。放電が停止されるまで、ステップ２１１とステップ２１２を繰り返す。放電終了後、ステップ２０１に戻る。
【００２２】
放電開始時に、二次電池１０１の残存容量を放電開始時の電池温度（Ｔｂ２）を用いて補正するので、放電中の残存容量を正確に算出することができる。
なお、実施の形態の二次電池の残存容量演算方法を示すフローチャートは、図２に示したものに限らない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、放電開始時に二次電池の実際に使用できる容量と推定した残存容量とのズレが小さい、二次電池の残存容量演算装置及びその残存容量演算方法を提供できるという有利な効果が得られる。
特に、二次電池の充電終了時と放電開始時の電池温度が異なる、携帯電話基地局などの設備で使用される電子・電気機器のバックアップ用電源としての二次電池に、本発明の残存容量演算装置及びその残存容量演算方法を適用した場合に顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の残存容量演算装置を含むバックアップ電源用電池管理装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態の二次電池の残存容量演算方法を示すフローチャート
【図３】二次電池の充電終了時電池温度（Ｔｂ１）と充電効率係数（Ｋ１）との関係を示すグラフの一例
【図４】二次電池の放電開始時電池温度（Ｔｂ２）と放電効率係数（Ｋ２）との関係を示すグラフの一例
【図５】従来の残存容量演算装置において使用した二次電池の充電終了時電池温度（Ｔｂ１）と充電効率係数（Ｋ）との関係を示すグラフの一例
【符号の説明】
１０１  二次電池
１０２  電源監視制御部
１０５  放電器
１０６  充電器
１０７  表示部
１０８  商用電源
１０９  整流器
１１０  負荷
１５０  残存容量演算装置
１５１  残存容量演算部
１５２  温度検出部
１５３  電流検出部
１５４  電圧検出部
【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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