(57)【要約】【課題】二次電池の残存容量を正確に推定する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。【解決手段】本発明の二次電池の残存容量演算装置は、温度を測定する温度測定部と、自己放電時の温度と自己放電開始から現在までの経過時間とをパラメータとする表又は関数に基づいて導出した自己放電電気量と、充電と自己放電の繰り返しによって生じたメモリ効果によって実効的に減少する容量と、に基づいて二次電池の残存容量を推定する残存容量推定部と、前記残存容量の情報を出力する出力部と、を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度を測定する温度測定部と、
自己放電時の温度と自己放電開始から現在までの経過時間とをパラメータとする表又は関数に基づいて導出した自己放電電気量と、充電と自己放電の繰り返しによって生じたメモリ効果によって実効的に減少する容量と、に基づいて二次電池の残存容量を推定する残存容量推定部と、
前記残存容量の情報を出力する出力部と、
を有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】
前記温度測定部は、更に充電完了時点から次の充電開始時点までの自己放電期間毎の前記温度の平均値を算出し、完全放電後における各自己放電期間の前記平均値の中で最大の値である最大自己放電期間平均温度を抽出し、
前記残存容量推定部は、更に前記最大自己放電期間平均温度をパラメータとする非線形変換の表又は関数に基づいて前記メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の残存容量演算装置。
【請求項３】
前記二次電池が完全放電した後に、前記二次電池が自己放電状態から充電状態に変化した回数又は充電状態から自己放電状態に変化した回数をカウントするカウント部を更に有し、
前記残存容量推定部は、更に前記回数をパラメータとする非線形変換の表又は関数に基づいて前記メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池の残存容量演算装置。
【請求項４】
前記二次電池が、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックであり、
前記温度測定部は、少なくとも２以上の前記直列接続電池群の温度を測定し、
２以上の前記直列接続電池群の温度の平均値を算出する温度平均化部を更に有し、
前記残存容量推定部は、前記温度平均化部が出力する平均値を温度の値として、前記自己放電電気量及び前記メモリ効果によって実効的に減少する容量の少なくともいずれか１つを導出する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算装置。
【請求項５】
前記二次電池が、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックであり、
前記温度測定部は、少なくとも２以上の前記直列接続電池群の温度を測定し、
前記残存容量推定部は、それぞれの前記直列接続電池群毎の残存容量を推定し、それぞれの前記直列接続電池群毎の残存容量に基づいて二次電池全体の前記残存容量を推定する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算装置。
【請求項６】
前記二次電池がニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算装置。
【請求項７】
温度を測定する温度測定ステップと、
自己放電時の温度と自己放電開始から現在までの経過時間とをパラメータとする表又は関数に基づいて導出した自己放電電気量と、充電と自己放電の繰り返しによって生じたメモリ効果によって実効的に減少する容量と、に基づいて二次電池の残存容量を推定する残存容量推定ステップと、
前記残存容量の情報を出力する出力ステップと、
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。
【請求項８】
前記温度測定ステップは、更に充電完了時点から次の充電開始時点までの自己放電期間毎の前記温度の平均値を算出するステップと、完全放電後における各自己放電期間の前記平均値の中で最大の値である最大自己放電期間平均温度を抽出するステップとを更に有し、
前記残存容量推定ステップは、前記最大自己放電期間平均温度をパラメータとする非線形変換の表又は関数に基づいて前記メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出するステップを有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の二次電池の残存容量演算方法。
【請求項９】
前記二次電池が完全放電した後に、前記二次電池が自己放電状態から充電状態に変化した回数又は充電状態から自己放電状態に変化した回数をカウントするカウントステップと、
前記回数をパラメータとする非線形変換の表又は関数に基づいて前記メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出するステップと、
を更に有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の二次電池の残存容量演算方法。
【請求項１０】
前記二次電池が、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックであり、
前記温度測定ステップは、少なくとも２以上の前記直列接続電池群の温度を測定し、
２以上の前記直列接続電池群の温度の平均値を算出する温度平均化ステップを更に有し、
前記残存容量推定ステップは、前記温度平均化部が出力する平均値を温度の値として、前記自己放電電気量及び前記メモリ効果によって実効的に減少する容量の少なくともいずれか１つを導出するステップを、
更に有することを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算方法。
【請求項１１】
前記二次電池が、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックであり、
前記温度測定ステップは、少なくとも２以上の前記直列接続電池群の温度を測定し、
前記残存容量推定ステップは、それぞれの前記直列接続電池群毎の残存容量を推定し、それぞれの前記直列接続電池群毎の残存容量に基づいて二次電池全体の前記残存容量を推定する、
ことを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算方法。
【請求項１２】
前記二次電池がニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする請求項７〜請求項１１のいずれかの請求項に記載の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】
従来、電子・電気機器のバックアップ用電源には鉛蓄電池が多く用いられていたが、最近はニッケル−金属水素化物電池の需要が高まっている。ニッケル−金属水素化物電池は鉛蓄電池に比べて高エネルギー密度で、軽量・小型化が可能であることがその要因である。
【０００３】
ニッケル−金属水素化物電池は常時微少電流で充電（トリクル充電）すると耐久特性が低下するため、充電方法としては、間欠充電が採用されている。間欠充電は、強制放電あるいは放置による自己放電によって電池から取り出せる容量（以下、「残存容量」と言う。）が閾値を下回った時に補充電を行う方法である。例えば、特開２０００−１５００００号公報に従来例１のバックアップ電源の管理方法が開示されている。従来例１は、ニッケル−水素蓄電池の充電休止中の温度に基づいて、その充電休止中の自己放電電気量を算出し、自己放電電気量相当分を間欠充電するバックアップ電源の管理方法である。
【０００４】
ニッケル−金属水素化物電池には、充電・不完全放電を繰り返すとメモリ効果により容量が実効的に減少する性質がある。従って、ニッケル−金属水素化物電池を充放電を繰り返す装置に使用する場合には、その充放電制御において、メモリ効果をどのように考慮するかが問題となる。
【０００５】
特開平９−１２９２６７号公報に従来例２の蓄電池の状態管理装置が開示されている。従来例２は、電気自動車等の移動体の駆動用電源として用いられるニッケル・水素蓄電池（ニッケル−金属水素化物電池）の残存容量を計算する、蓄電池の状態管理装置である。蓄電池が充放電された回数に応じて、蓄電池の放電電圧、電池温度、放電電流より計算された残存容量を補正する。
【０００６】
特開２００１−１２６７７６号公報に従来例３の二次電池の容量表示方法が開示されている。従来例３は、メモリ効果の生じた二次電池をリフレッシュ放電した後、充電回数または放電回数をカウントし、カウント値が多くなると残存容量を少なく補正して表示する二次電池の容量表示方法である。補正量は、カウント値に比例した量である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１５００００号公報
【特許文献２】
特開平９−１２９２６７号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２６７７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
バックアップ電池は通常使用されず、停電等の緊急時に使用される。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。
【０００９】
本発明の発明者は、不完全放電と充電の繰り返し時のみならず、放置による自己放電と充電の繰り返しによっても、二次電池にメモリ効果が生じ、容量が実効的に減少することを見いだした。「放電」時には、二次電池から外部負荷に電流が供給されるが、「自己放電」時には供給されない。従来例２及び従来例３に記載されている方法は、放電と充電の繰り返しによって生じるメモリ効果を、二次電池の残存容量の計算時に考慮している。しかし、自己放電と充電の繰り返しによって生じるメモリ効果を、二次電池の残存容量の計算時に考慮していなかった。
【００１０】
従来例１に記載されているバックアップ電源の間欠充電は、放置による自己放電と補充電の繰り返しである。従来例１のバックアップ電源の管理方法は、充電休止中の自己放電電気量に対して温度補正のみを行い、メモリ効果による減少分を補正していなかった。従って、推定した残存容量と実際に使用できる容量とにズレがあった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、充電と自己放電の繰り返しによって生じるメモリ効果を考慮し、二次電池の残存容量を正確に推定する高精度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。
【００１２】
【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、温度を測定する温度測定部と、自己放電時の温度と自己放電開始から現在までの経過時間とをパラメータとする表又は関数に基づいて導出した自己放電電気量と、充電と自己放電の繰り返しによって生じたメモリ効果によって実効的に減少する容量と、に基づいて二次電池の残存容量を推定する残存容量推定部と、前記残存容量の情報を出力する出力部と、を有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。
出力部が出力する残存容量の情報は任意である。残存容量の情報は、例えば残存容量を表す８ビットのデジタル値、残存容量に比例したアナログ電圧、又は残存容量が所定の閾値以下になった場合にロウレベルになり所定の閾値より大きければハイレベルになる１ビットのデジタル値であっても良い。残存容量の情報の出力は、例えば残存容量の情報を有する伝送信号を有線又は無線の通信回線を通じて伝送すること、その画像表示、その音声表示又は発光素子（例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）によるその表示であっても良い。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記温度測定部は、更に充電完了時点から次の充電開始時点までの自己放電期間毎の前記温度の平均値を算出し、完全放電後における各自己放電期間の前記平均値の中で最大の値である最大自己放電期間平均温度を抽出し、前記残存容量推定部は、更に前記最大自己放電期間平均温度をパラメータとする非線形変換の表又は関数に基づいて前記メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の残存容量演算装置である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記二次電池が完全放電した後に、前記二次電池が自己放電状態から充電状態に変化した回数又は充電状態から自己放電状態に変化した回数をカウントするカウント部を更に有し、前記残存容量推定部は、更に前記回数をパラメータとする非線形変換の表又は関数に基づいて前記メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池の残存容量演算装置である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記二次電池が、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックであり、前記温度測定部は、少なくとも２以上の前記直列接続電池群の温度を測定し、２以上の前記直列接続電池群の温度の平均値を算出する温度平均化部を更に有し、前記残存容量推定部は、前記温度平均化部が出力する平均値を温度の値として、前記自己放電電気量及び前記メモリ効果によって実効的に減少する容量の少なくともいずれか１つを導出する、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算装置である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記二次電池が、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックであり、前記温度測定部は、少なくとも２以上の前記直列接続電池群の温度を測定し、前記残存容量推定部は、それぞれの前記直列接続電池群毎の残存容量を推定し、それぞれの前記直列接続電池群毎の残存容量に基づいて二次電池全体の前記残存容量を推定する、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算装置である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記二次電池がニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算装置である。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、温度を測定する温度測定ステップと、自己放電時の温度と自己放電開始から現在までの経過時間とをパラメータとする表又は関数に基づいて導出した自己放電電気量と、充電と自己放電の繰り返しによって生じたメモリ効果によって実効的に減少する容量と、に基づいて二次電池の残存容量を推定する残存容量推定ステップと、前記残存容量の情報を出力する出力ステップと、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。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記温度測定ステップは、更に充電完了時点から次の充電開始時点までの自己放電期間毎の前記温度の平均値を算出するステップと、完全放電後における各自己放電期間の前記平均値の中で最大の値である最大自己放電期間平均温度を抽出するステップとを更に有し、前記残存容量推定ステップは、前記最大自己放電期間平均温度をパラメータとする非線形変換の表又は関数に基づいて前記メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出するステップを有する、ことを特徴とする請求項７に記載の二次電池の残存容量演算方法である。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、前記二次電池が完全放電した後に、前記二次電池が自己放電状態から充電状態に変化した回数又は充電状態から自己放電状態に変化した回数をカウントするカウントステップと、前記回数をパラメータとする非線形変換の表又は関数に基づいて前記メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出するステップと、を更に有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の二次電池の残存容量演算方法である。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、前記二次電池が、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックであり、前記温度測定ステップは、少なくとも２以上の前記直列接続電池群の温度を測定し、２以上の前記直列接続電池群の温度の平均値を算出する温度平均化ステップを更に有し、前記残存容量推定ステップは、前記温度平均化部が出力する平均値を温度の値として、前記自己放電電気量及び前記メモリ効果によって実効的に減少する容量の少なくともいずれか１つを導出するステップを、更に有することを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算方法である。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、前記二次電池が、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックであり、前記温度測定ステップは、少なくとも２以上の前記直列接続電池群の温度を測定し、前記残存容量推定ステップは、それぞれの前記直列接続電池群毎の残存容量を推定し、それぞれの前記直列接続電池群毎の残存容量に基づいて二次電池全体の前記残存容量を推定する、ことを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算方法である。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、前記二次電池がニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする請求項７〜請求項１１のいずれかの請求項に記載の二次電池の残存容量演算方法である。
本発明は、高い精度で二次電池の残存容量を推定する残存容量演算装置及び残存容量演算方法を実現する。本発明は、充電と自己放電の繰り返しによって生じるメモリ効果を有する電池である、ニッケル−金属水素化物電池において、特に有効である。
【００２４】
【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例について、図面とともに記載する。
【００２５】
《実施例１》
図１、図２、図３、図４、図６及び図７を用いて、本発明の実施例１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。
【００２６】
図１は、本発明の実施例１の残存容量演算装置１００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、１００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１００は、電池監視部１０３及び温度測定部１０４を有する。電池監視部１０３は、入出力部１１１、残存容量推定部１１２、タイマ部１１３、カウント部１１４を有する。
【００２７】
本発明の発明者は、不完全放電と充電の繰り返し時のみならず、放置による自己放電と充電の繰り返しによっても、二次電池にメモリ効果が生じ、容量が実効的に減少することを見いだした。図６は充電と自己放電の繰り返しによって生じる二次電池のメモリ効果を説明する概念図である。二次電池が満充電された時刻Ｔ１以後、残存容量は自己放電によって減少する。残存容量がある閾値を下回った時点から補充電を開始する。以後、完全放電を含まない自己放電と充電とを繰り返す。このような場合、時刻Ｔ３に電池を完全放電させると、前回の完全放電時よりもΔＳＯＣだけ放電電気量（電池の実効的な容量）が減少する。ΔＳＯＣがメモリ効果によって実効的に減少した電池の容量である。自己放電の期間（例えば２ヶ月）は補充電に要する時間（例えば８時間）と較べてはるかに長い。１枚の図に全てを表示する都合上、図６において、自己放電の期間を補充電に要する時間とほぼ同じ幅で表示している。
【００２８】
二次電池１０１は、互いに直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。それぞれの二次電池セルは、完全放電を含まない充放電を繰り返した場合や、充電と自己放電（放置）を繰り返した場合に放電容量が低下する現象であるメモリ効果を有する。実施例１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。
【００２９】
残存容量推定部１１２は、二次電池１０１の残存容量を推定する。入出力部１１１は残存容量の情報を電源監視制御部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。
【００３０】
温度測定部１０４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測定し、電池監視部１０３の入出力部１１１に送信する。実施例において温度測定部１０４は二次電池１０１の表面温度Ｔｂを測定する。
【００３１】
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。商用電源１０８が供給されている期間、二次電池１０１は間欠充電されている。この期間二次電池１０１は使用されないが、放置中の自己放電によりその残存容量は少しずつ減少する。二次電池１０１の残存容量が所定の閾値まで減ると、二次電池は充電される。停電時は、二次電池１０１がバックアップ用電源として働く。
【００３２】
図２は、本発明の実施例１の残存容量演算装置１００を含むバックアップ電源用電池管理装置の、二次電池１０１の充電状態でのフローチャートである。残存容量演算装置１００は、使用されず自己放電をしている二次電池１０１の残存容量を推定している。残存容量が閾値以下になると、ステップ２０１で電池監視部１０３は入出力部１１１から電源監視制御部１０２に充電指令を送信する。ステップ２０２で電池監視部１０３は、前回の放電が完全放電だったか否か判断する。完全放電だった場合はステップ２０３に進み、カウント部１１４は自己放電回数のカウンタｎに初期値０を代入する。完全放電によってメモリ効果による容量減少は回復するため、ｎを完全放電の後にリセットする。前回の放電が完全放電ではなかった場合、つまり、放置（無負荷状態）による自己放電だった場合はステップ２２１に進み、カウント部１１４はカウンタｎに１を加算する。ステップ２０４で電源監視制御部１０２は充電指令を受信し、充電器１０６をＯＮにする。これにより、二次電池１０１の充電が開始する。温度測定部１０４が測定した温度Ｔｂが入出力部１１１に送信される（ステップ２０５）。残存容量推定部１１２は、充電期間中の残存容量（増加する。）を推定し（ステップ２０６）、入出力部１１１から電源監視制御部１０２に送信する。電源監視制御部１０２は、残存容量推定値を表示部１０７に送信する（ステップ２０７）。
【００３３】
二次電池１０１の温度Ｔｂは充電が進むにつれて上昇し、その上昇率は充電完了直前に急激に大きくなる。従って、電池温度Ｔｂの上昇率から満充電を検出できる。電池監視部１０３はステップ２０８で温度測定部１０４が測定した温度Ｔｂの時間変化率ｄＴｂ／ｄｔを計算し（ｔは時間である。）、閾値以上か否か判断する。閾値未満の場合はステップ２０５に戻り、充電を継続する。閾値以上の場合はステップ２０９に進む。ステップ２０９で電池監視部１０３は充電停止指令を入出力部１１１から電源監視制御部１０２に送信する。電源監視制御部１０２は、充電停止指令を受信し、充電器１０６をＯＦＦにする。これにより、二次電池１０１の充電が終了する。ステップ２１０に進み自己放電状態のフローチャート（図３）に進む。
【００３４】
図３は、本発明の実施例１の残存容量演算装置１００を含むバックアップ電源用電池管理装置の、二次電池１０１の放置による自己放電状態でのフローチャートである。ステップ３０１で、温度測定部１０４が測定した温度Ｔｂが入出力部１１１に送信される。ステップ３０２で、タイマ部１１３が自己放電開始から現在までの経過時間を測定する。前回の残存容量の推定時からの経過時間が所定の単位時間（例えば１日）を超えたときに、ステップ３０３に進む。
【００３５】
ステップ３０３で、残存容量推定部１１２は、前回、残存容量を推定した時からの自己放電電気量を算出する。残存容量推定部１１２は、自己放電開始からの経過時間、自己放電時の温度及び二次電池１０１の種類をパラメータとする、自己放電率の表又は関数を記憶しており、自己放電電気量の算出に使用する。自己放電電気量の算出には、温度測定部１０４が自己放電期間中に測定した温度Ｔｂの、ステップ３０３実行時での過去１日分の平均値を、自己放電時の温度として使用する。
【００３６】
図７は、自己放電中の温度が一定の場合の、ニッケル−金属水素化物電池の自己放電による容量維持率の変化特性図（自己放電特性曲線）である。図７において、縦軸が容量維持率（単位％）＝（１−自己放電率）×１００＝｛（満充電容量−自己放電容量）／満充電容量｝×１００、横軸が経過時間である。各曲線は自己放電時の温度をパラメータとする。一定の経過時間を経た時点における単位時間当たりの自己放電電気量は、温度が高いほど大きい。
【００３７】
ステップ３０４で残存容量推定部１１２は、前回計算した残存容量から自己放電電気量を差し引き、残存容量の値を更新し、入出力部１１１から電源監視制御部１０２に送信する。電源監視制御部１０２は、残存容量推定値を表示部１０７に送信する（ステップ３０５）。表示部１０７は、残存容量の情報を表示する。電池監視部１０３はステップ３０６で、残存容量が閾値以下かどうか判断する。閾値より大きい場合はステップ３０１に戻る。つまり、二次電池１０１の自己放電が継続する。閾値以下の場合はステップ３０７に進む。残存容量推定部１１２は、充電と自己放電の繰り返しによって生じたメモリ効果による容量減少量（自己放電回数がｎ回から（ｎ＋１）回に増加することによって更に減少した容量Ｑ・ΔＧｍである。Ｑはメモリ効果がない状態での満充電時の電池容量、Ｇｍはメモリ効果による容量減少量のＱに対する率（容量減少率）、ΔＧｍは自己放電回数が１回増加する毎に発生するＧｍの変化値である。）を推定し、残存容量（ｎ回の自己放電のメモリ効果による容量減少量を考慮した値）から差し引く。推定方法は後で述べる。放置を中止し、充電状態のフローチャート（図２）へ進む。
【００３８】
上記メモリ効果は放電時電池温度が高温であるほど促進される。本発明の実施例１では、図３のステップ３０７で残存容量推定部１１２が、メモリ効果による容量減少量を、自己放電時の電池温度に基づいて推定する。図４は、本発明の実施例１の残存容量に対するメモリ効果による容量減少分の補正方法を示すフローチャートである。ステップ４０１で、自己放電期間中（補充電完了後、自己放電を行い次の補充電を開始するまでの期間）の日平均電池温度を１日ごとに計算し、平均化する。つまり、ｎ回目の自己放電期間中の平均電池温度を算出する。ステップ４０２で、ｎ回の自己放電期間中のそれぞれの平均電池温度の最大値Ｔｍ（℃）を求める。表１は、Ｔｍに対する、メモリ効果による容量減少率Ｇｍの表の一例である。実施例１において、自己放電回数ｎが１以上であれば、メモリ効果による容量減少率Ｇｍはｎに依存せず一定である（表１に示すように、Ｔｍには依存する。ｎ＝０では容量減少率Ｇｍ＝０である。）と近似する（表２に示すように、この近似の精度はかなり高い。）。残存容量推定部１１２は、予めこの表を記憶している。ステップ４０３で残存容量推定部１１２は、表１から自己放電期間中平均電池温度の最大値Ｔｍに対する、メモリ効果による容量減少率Ｇｍを読み取る。対応するＴｍが表中にない場合は、補間して求める。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
読み取った容量減少率Ｇｍ（ｎｅｗ）が現在設定している容量減少率Ｇｍ（ｎｏｗ）よりも大きい場合（Ｇｍ（ｎｅｗ）＞Ｇｍ（ｎｏｗ））、容量減少率Ｇｍの設定値を読み取った新たな値に置き換える。新たな値と前の値との差分がΔＧｍである（ΔＧｍ＝Ｇｍ（ｎｅｗ）−Ｇｍ（ｎｏｗ））。読み取った容量減少率Ｇｍ（ｎｅｗ）が現在設定している容量減少率Ｇｍ（ｎｏｗ）以下の場合（Ｇｍ（ｎｅｗ）≦Ｇｍ（ｎｏｗ））、容量減少率Ｇｍの設定値を変えない。ステップ４０４で、満充電時の電池容量ＱとΔＧｍの積から容量減少量を計算する。ステップ４０５で残存容量から容量減少量を差し引いて新しい残存容量とする（残存容量＝残存容量−Ｑ・ΔＧｍ）。このようにして計算された残存容量は（メモリ効果のない状態での残存容量）・（１−Ｇｍ）になる。処理を終了する。
【００４１】
図４の処理により、補充電開始時以降の残存容量は、メモリ効果による目減りを差し引いた値になる。従って、補充電終了時（満充電時）の残存容量はＱ・（１−Ｇｍ）に補正される。上記の様に、実施例１においては、自己放電期間中の平均電池温度の最大値と自己放電開始から現在までの経過時間とをパラメータとする表（関数であっても良い。）に基づいて導出した自己放電時の自己放電電気量と、メモリ効果によって実効的に減少する容量と、に基づいて二次電池の残存容量を正確に推定する。従来の残存容量演算方法と比較して、実際に使用できる容量と推定した残存容量とのズレを少なくできる。
【００４２】
メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出するためのパラメータとして、任意の方法で求めた電池温度を使用してもよい。好ましくは、実施例１に示すように、自己放電期間中の平均電池温度の最大値Ｔｍを使用し、残存容量の補正を行う。メモリ効果による影響の大きさは、最も高かった電池温度に依存する。実施例の方法により、メモリ効果によって実効的に減少する容量を高い精度で導出できる。また、表１の値を補間して計算できる非線形の関数を使用しても良い。
【００４３】
《実施例２》
図１〜３及び図５を用いて、本発明の実施例２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、本発明の実施例２の残存容量演算装置１００を含むバックアップ電源用電池管理装置の構成図であり、実施例１と同じであるので説明を省略する。図２は、本発明の実施例２の残存容量演算装置の充電状態でのフローチャートである。図３は、本発明の実施例２の残存容量演算装置の放置による自己放電状態でのフローチャートである。これらのフローチャートも実施例１と同じであるため、説明を省略する。
【００４４】
本発明の実施例２では、図３のステップ３０７で残存容量推定部１１２が、メモリ効果による容量減少量を、自己放電の回数及び自己放電期間中の電池温度を使用して推定する。図５は、本発明の実施例２における残存容量に対するメモリ効果による容量減少分の補正方法を示すフローチャートである。表２は、実施例２で使用する自己放電期間中の平均電池温度の最大値Ｔｍと自己放電の回数ｎに対するメモリ効果による容量減少率Ｇｍの表である。残存容量推定部１１２は、予め表２を記憶している。図５のフローチャートは実施例１のステップ４０３がステップ５０１に置き換わったものである。他のステップは実施例１と同じであるので説明を省略する。ステップ５０１で残存容量推定部１１２は、表２から自己放電の回数ｎに対する、メモリ効果による容量減少率Ｇｍを読み取る。対応するｎ及びＴｍが表中にない場合は、補間して求める。
【００４５】
【表２】
2004191150.tif 000004
【００４６】
読み取った容量減少率Ｇｍ（ｎｅｗ）が現在設定している容量減少率Ｇｍ（ｎｏｗ）よりも大きい場合（Ｇｍ（ｎｅｗ）＞Ｇｍ（ｎｏｗ））、容量減少率Ｇｍの設定値を読み取った新たな値に置き換える。新たな値と前の値との差分がΔＧｍである（ΔＧｍ＝Ｇｍ（ｎｅｗ）−Ｇｍ（ｎｏｗ））。読み取った容量減少率Ｇｍ（ｎｅｗ）が現在設定している容量減少率Ｇｍ（ｎｏｗ）以下の場合（Ｇｍ（ｎｅｗ）≦Ｇｍ（ｎｏｗ））、容量減少率Ｇｍの設定値を変えない。
【００４７】
図５の処理により、補充電開始時以降の残存容量は、メモリ効果による目減りを差し引いた値になる。従って、補充電終了時（満充電時）の残存容量はＱ・（１−Ｇｍ）に補正される。上記の様に、実施例１においては、自己放電時の温度と自己放電開始から現在までの経過時間とをパラメータとする表（関数であっても良い。）に基づいて導出した自己放電時の放電電気量と、メモリ効果によって実効的に減少する容量と、に基づいて二次電池の残存容量を正確に推定する。従来の残存容量演算方法と比較して、実際に使用できる容量と推定した残存容量とのズレを少なくできる。実施例２では、自己放電期間中の電池温度のみならず、自己放電の回数をも残存容量の推定に考慮しているため、実施例１に比べ、より高い精度で残存容量を推定できる。
【００４８】
メモリ効果によって実効的に減少する容量を導出するためのパラメータとして、任意の方法で求めた電池温度を使用してもよい。好ましくは、実施例２に示すように、自己放電期間中の平均電池温度の最大値Ｔｍを使用し、残存容量の補正を行う。メモリ効果による影響の大きさは、最も高かった電池温度に依存する。実施例の方法により、メモリ効果によって実効的に減少する容量を高い精度で導出できる。また、表２の値を補間して計算できる非線形の関数を使用しても良い。自己放電の回数の替わりに補充電の回数を使用しても良い。
【００４９】
《実施例３》
図８を用いて、本発明の実施例３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。
実施例１及び実施例２の二次電池１０１は、互いに直列に接続されている複数の二次電池セル、あるいは一つの二次電池セルから構成されている。実施例３の二次電池８０１は、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックである。
【００５０】
図８は、本発明の実施例３の残存容量演算装置８００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。実施例３の残存容量演算装置８００を含むバックアップ電源用電池管理装置は、実施例１及び実施例２の残存容量演算装置１００を含むバックアップ電源用電池管理装置（図１）の二次電池１０１を二次電池パック８０１に置き換え、残存容量演算装置８００に温度平均化部８０４を付け加えたものである。その他の構成は実施例１及び実施例２と同じであるので説明を省略する。二次電池パック８０１は、ｋ個の二次電池セルをそれぞれ直列接続したｎ個の直列接続電池群１〜ｎ（８０１１〜８０１ｎ）を並列接続したものである。直列接続電池群１〜ｎ（８０１１〜８０１ｎ）はそれぞれ、互いに直列に接続されている複数の二次電池セル、あるいは一つの二次電池セルから構成されている。
【００５１】
温度測定部１０４はｎ個の温度センサを有し、各温度センサは直列接続電池群１〜ｎ（８０１１〜８０１ｎ）の表面温度Ｔｂ１〜Ｔｂｎをそれぞれ測定する。温度平均化部８０４は、表面温度Ｔｂ１〜Ｔｂｎを入力し、平均値Ｔｐを計算し、残存容量演算装置８００に温度Ｔｐを送信する。残存容量演算装置８００の残存容量推定部１１２は、受信した温度Ｔｐを、二次電池パック８０１の温度として記憶する。
【００５２】
残存容量推定部１１２は、温度Ｔｐを使用して二次電池パック８０１の残存容量を算出する。算出方法は、実施例２又は実施例３に記載した残存容量演算方法（自己放電電気量の算出方法（図３）及びメモリ効果によって実効的に減少する容量の算出方法（図４又は５）を含む。）において、「温度Ｔｂ」を「温度Ｔｐ」に、「二次電池１０１」を「二次電池パック８０１」に、「温度Ｔｂに基づいて自己放電期間中の平均電池温度の最大値Ｔｍを導出すること」を「温度Ｔｐに基づいて自己放電期間中の平均電池温度の最大値Ｔｍを導出すること」若しくは「温度Ｔｂ１〜Ｔｂｎに基づいて各直列接続電池群の自己放電期間中の平均電池温度の最大値Ｔｍ１〜Ｔｍｎを導出し、それぞれの自己放電期間中の平均電池温度の最大値Ｔｍ１〜Ｔｍｎを平均して自己放電期間中の平均電池温度の最大値Ｔｍを導出すること」に、置き換えた方法と同じであるので、説明を省略する。
【００５３】
二次電池セルを並列接続した電池パックにおいては、直列接続電池群間に温度差が生じる場合がある。残存容量演算においてどの二次電池の温度を測定して測定値を使用するかによって、二次電池パック８０１の残存容量の値が異なる。実施例３によれば、全ての二次電池の温度を平均化した値Ｔｐを二次電池パック８０１の残存容量演算に使用するので、より正確に残存容量を推定できる。
実施例３においては、全ての直列接続電池群の表面温度を測定した。これに代えて、温度測定部１０４は、電池パックのｎ個の直列接続電池群の一部であるｍ個（２≦ｍ＜ｎ）の直列接続電池群の各表面温度を測定しても良い。好ましくは温度測定部１０４は、電池パックの中で物理的にある程度均一に分布した複数（ｍ個）の直列接続電池群の表面温度を測定する。温度平均化部８０４は、ｍ個の表面温度を入力し、その平均値Ｔｐを計算する。
【００５４】
《実施例４》
図９を用いて、本発明の実施例４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９は、本発明の実施例４の残存容量演算装置９００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。実施例４の残存容量演算装置９００は、実施例３と同様に、１又は複数の二次電池セルを直列に接続した直列接続電池群を複数個並列接続した二次電池パックである二次電池８０１の残存容量を推定し、出力する。実施例４の残存容量演算装置９００は、実施例３の温度平均化部８０４を有しておらず、実施例３の残存容量推定部１１２に代えて残存容量推定部９１２を有する。その他の構成は実施例３と同じであるので説明を省略する。
【００５５】
温度測定部１０４はｎ個の温度センサを有し、各温度センサは直列接続電池群１〜ｎ（８０１１〜８０１ｎ）の表面温度Ｔｂ１〜Ｔｂｎをそれぞれ測定し、測定値を残存容量演算装置９００に送信する。
【００５６】
残存容量演算装置９００の残存容量推定部９１２は、温度測定部１０４から送信された温度Ｔｂ１〜Ｔｂｎを、二次電池パック８０１の各直列接続電池群１〜ｎ（８０１１〜８０１ｎ）の温度として記憶する。
【００５７】
残存容量推定部９１２は、温度Ｔｂ１〜Ｔｂｎを使用して二次電池パック８０１の各直列接続電池群１〜ｎ（８０１１〜８０１ｎ）の残存容量を算出する。算出方法は、実施例２又は実施例３に記載した残存容量演算方法と同じであるので、説明を省略する。残存容量推定部９１２は、各直列接続電池群１〜ｎ（８０１１〜８０１ｎ）の残存容量（残存容量は、パーセント表示した値であるとする。）の平均値を算出し、その平均値を二次電池パック８０１全体の残存容量と推定する。
【００５８】
実施例４においては、全ての直列接続電池群の表面温度を測定した。これに代えて、温度測定部１０４は、電池パックのｎ個の直列接続電池群の一部であるｍ個（２≦ｍ＜ｎ）の直列接続電池群の各表面温度を測定しても良い。好ましくは温度測定部１０４は、電池パックの中で物理的にある程度均一に分布した複数（ｍ個）の直列接続電池群の表面温度を測定する。残存容量推定部９１２は、ｍ個の直列接続電池群の残存容量を算出し、残存容量（残存容量は、パーセント表示した値であるとする。）の平均値を算出し、その平均値を二次電池パック８０１全体の残存容量と推定する。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、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を正確に推定する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有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１及び実施例２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】本発明の実施例１及び実施例２の残存容量演算装置の充電状態でのフローチャート
【図３】本発明の実施例１及び実施例２の残存容量演算装置の放置による自己放電状態でのフローチャート
【図４】本発明の実施例１の残存容量に対するメモリ効果による容量減少分の補正方法を示すフローチャート
【図５】本発明の実施例２の残存容量に対するメモリ効果による容量減少分の補正方法を示すフローチャート
【図６】充電と自己放電の繰り返しによって生じる二次電池のメモリ効果を説明する概念図
【図７】ニッケル−金属水素化物電池の自己放電による容量維持率の変化特性図
【図８】本発明の実施例３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９】本発明の実施例４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
【符号の説明】
１００、８００、９００    残存容量演算装置
１０１                    二次電池
１０２                    電源監視制御部
１０３                    電池監視部
１０４                    温度測定部
１０５                    放電器
１０６                    充電器
１０７                    表示部
１０８                    商用電源
１０９                    整流器
１１０                    負荷
１１１                    入出力部
１１２、９１２            残存容量推定部
１１３                    タイマ部
１１４                    カウント部
８０１                    二次電池パック
８０１１                  直列接続電池群１
８０１ｎ                  直列接続電池群ｎ
８０４                    温度平均化部
【図１】
2004191150.tif 000005
【図２】
2004191150.tif 000006
【図３】
2004191150.tif 000007
【図４】
2004191150.tif 000008
【図５】
2004191150.tif 000009
【図６】
2004191150.tif 000010
【図７】
2004191150.tif 000011
【図８】
2004191150.tif 000012
【図９】
2004191150.tif 000013