(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の残存容量を繰り返し算出し、電池の温度を検出して残存容量を補正する電池の残容量計において、
電池の放電容量を算出する放電容量算出手段と、
電池の放電容量に対する電池温度の上昇率を算出する温度上昇率算出手段と、
電池の放電容量に対する温度上昇率に基づいて、電池の温度上昇が放電にともなう温度上昇か否かを判定する判定手段と、
電池の温度上昇が放電にともなう温度上昇であると判定されると、残存容量の前回の算出値と今回の算出値の内の少ない方を今回の残存容量算出値として表示する制御手段とを備えることを特徴とする電池の残容量計。
【請求項２】
電池の残存容量を繰り返し算出し、電池の温度を検出して残存容量を補正する電池の残容量計において、
電池の電圧と電流に基づいて電池の最大放電可能出力を繰り返し算出する放電可能出力算出手段と、
電池の最大放電可能出力の今回の算出値が前回の算出値より減少していない場合は、前回の残存容量算出値を今回の残存容量算出値として表示する制御手段とを備えることを特徴とする電池の残容量計。
【請求項３】
電池の残存容量を繰り返し算出し、電池の温度を検出して残存容量を補正する電池の残容量計において、
電池の電圧と電流に基づいて電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段と、
電池の内部抵抗の今回の算出値が前回の算出値より減少している場合は、前回の残存容量算出値を今回の残存容量算出値として表示する制御手段とを備えることを特徴とする電池の残容量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の残容量を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池の残容量を検出する装置が知られている（例えば、特開平０６−１７４８０８号公報参照）。電池の容量は電池の温度に依存するため、この装置では電池の温度を検出して残存容量を補正している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電池の残容量計では、電池の温度を検出して残存容量を補正しているので、放電により電池の温度が上昇すると残存容量が必要以上に補正されて増加し、正確な残存容量を検出できないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、電池の残存容量を正確に検出することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）  請求項１の発明は、電池の残存容量を繰り返し算出し、電池の温度を検出して残存容量を補正する電池の残容量計に適用され、電池の放電容量を算出する放電容量算出手段と、電池の放電容量に対する電池温度の上昇率を算出する温度上昇率算出手段と、電池の放電容量に対する温度上昇率に基づいて、電池の温度上昇が放電にともなう温度上昇か否かを判定する判定手段と、電池の温度上昇が放電にともなう温度上昇であると判定されると、残存容量の前回の算出値と今回の算出値の内の少ない方を今回の残存容量算出値として表示する制御手段とを備える。
（２）  請求項２の発明は、電池の残存容量を繰り返し算出し、電池の温度を検出して残存容量を補正する電池の残容量計に適用され、電池の電圧と電流に基づいて電池の最大放電可能出力を繰り返し算出する放電可能出力算出手段と、電池の最大放電可能出力の今回の算出値が前回の算出値より減少していない場合は、前回の残存容量算出値を今回の残存容量算出値として表示する制御手段とを備える。
（３）  請求項３の発明は、電池の残存容量を繰り返し算出し、電池の温度を検出して残存容量を補正する電池の残容量計に適用され、電池の電圧と電流に基づいて電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段と、電池の内部抵抗の今回の算出値が前回の算出値より減少している場合は、前回の残存容量算出値を今回の残存容量算出値として表示する制御手段とを備える。
【０００６】
【発明の効果】
（１）  請求項１の発明によれば、放電により電池の温度が上昇しても残存容量が不必要に補正されて増加するようなことがなく、残存容量を正確に検出することができる。
（２）  請求項２および請求項３の発明によれば、請求項１の上記効果に加え、温度検出器で電池外部の温度を検出するよりも電池内部の温度上昇をより早く検出することができ、残存容量が多い状態から残存容量を正確に検出することができる。さらに、低温時における残存容量の算出精度が従来の装置よりも向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
《発明の第１の実施の形態》
図１は第１の実施の形態の構成を示す。組電池１は例えばリチウムイオン電池の複数の単電池（セル）が直列に接続され、負荷２に直流電力を供給する。なお、組電池１を構成する単電池の種類はリチウムイオン電池に限定されない。また、例えば電気自動車の場合はモーターが負荷２に相当する。電圧検出回路３は組電池１の両端の電圧Ｖを検出し、電流検出回路４は組電池１から負荷２へ流れる電流Ａを検出する。温度検出回路５は組電池１の温度θを検出する。
【０００８】
演算回路６はマイクロコンピューターとメモリやＡＤコンバーターなどの周辺部品から構成され、組電池１の電圧Ｖ、電流Ａおよび温度θに基づいて残存容量を算出し、表示器７に表示する。
【０００９】
図２は残容量検出プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、第１の実施の形態の動作を説明する。演算回路６は所定時間ごとにこの残容量検出プログラムを実行する。
【００１０】
ステップ１において、電圧検出回路３、電流検出回路４および温度検出回路５により組電池１の両端電圧Ｖ、負荷２へ流れる電流Ａおよび組電池１の温度θを検出する。続くステップ２では、負荷電流Ａを積算することによってこれまで放電した放電容量を算出する。さらにステップ３で、予め測定した組電池１の温度θに対する放電可能容量のマップから組電池１の検出温度θに対する放電可能容量を表引き演算する。
【００１１】
図３は組電池１の温度θ[℃]に対する放電可能容量[％]の関係を示す。一般に、電池の温度が下がるほど電池の放電可能容量が低下する。図３に示す例では、電池温度が２５℃のときに放電可能容量は１００％に近い値を示すが、電池温度が−２５℃まで下がると放電可能容量は５０％まで低下する。
【００１２】
ステップ４において、と、ステップ３で算出した放電可能容量からステップ２で算出した放電容量を減じて組電池１の残存容量を算出する。例えば、組電池１の放電可能容量が６０Ａｈで、これまで放電した放電容量が３０Ａｈの場合は、残存容量は３０Ａｈすなわち５０％である。
【００１３】
ステップ５では、今回放電した放電容量に対する電池温度上昇率[℃／Ａｈ]を算出する。続くステップ６では、ステップ５で算出した電池温度上昇率が予め定めた判定基準値以上かどうかを判定する。ここで、判定基準値は電池により異なるが、例えば放電容量１％当たり約０．４℃の値である。ステップ７で、電池温度上昇率がこの判定基準値未満の場合には、ステップ４で算出した残存容量を今回の残存容量検出値とする。
【００１４】
一方、ステップ８では、電池温度上昇率が上記判定基準値以上の場合は、これまで表示器７に表示していた残存容量と上記ステップ４で算出した残存容量とを比較する。ステップ９において、比較した残存容量の内の少ない方を今回の残存容量検出値とする。そして、ステップ１０で、ステップ７またはステップ９で決定した今回の残存容量の値[％]を表示器７に表示する。
【００１５】
図４に、第１の実施の形態の残存容量の検出結果を従来の残存容量の検出結果と比較して示す。図の横軸は電池の放電容量[％]であり、０がまったく放電していない状態である。縦軸は電池の残存容量[％]であり、放電容量が０のときは残存容量は１００％である。電池の温度上昇がない場合は、放電容量が増加すると残存容量は直線的に減少する。放電容量が大きい場合は電池の温度上昇が大きいため、電池の放電可能容量が増加する。このため、図中の従来例に示すように、電池が放電しているにも拘わらず残存容量が増加するという現象が発生する。これに対し第１の実施の形態によれば、図中の本発明に示すように、従来の装置のような現象は発生しない。
【００１６】
この第１の実施の形態によれば、放電容量に対する電池の温度上昇率（℃／Ａｈ、℃／Ｗｈ、℃／％）に基づいて、電池の温度上昇が放電にともなう温度上昇か否かを判定し、放電にともなう温度上昇であると判定されると、残存容量の前回の算出値と今回の算出値の内の少ない方を今回の残存容量算出値として表示するようにしたので、放電により電池の温度が上昇しても残存容量が不必要に補正されて増加するようなことがなく、残存容量を正確に検出することができる。
【００１７】
電池が放電しているときに残存容量が増加するという現象を防止するためには、放電中に残存容量が増加するときは残存容量を一定にするという方法も考えられる。しかし、残存容量の算出は電池温度の算出に比べ精度が悪いため、本発明の方がより残存容量の多い状態から、放電による温度上昇にともなって不必要に残存容量が補正されるのを防止できる。
【００１８】
なお、上述した第１の実施の形態では残存容量の算出に電流積算を用いているが、電流積算に限らず、エネルギー（電力）を積算して残存容量を求める方法や、放電可能出力を算出して残存容量を求める方法など、すべての残存容量算出方法に適用可能である。
【００１９】
エネルギーを積算して残存容量を求める場合には、残存容量検出プログラムを実行するたびに電圧Ｖと電流Ａを検出し、電圧Ｖと電流Ａの積から出力（エネルギー）を求め、これまで放電した出力を積算して残存容量を求める。一方、放電可能出力を算出して残存容量を求める場合には、ある期間、電圧Ｖと電流Ａをサンプリングしてそれらを直線回帰し、回帰直線が電池の最低電圧と交わる点を最大放電可能出力とする。そして、最大放電可能出力からこれまで放電した出力を減じて電池の残存容量を求める。
【００２０】
《発明の第２の実施の形態》
電池の残存容量を算出する第２の実施の形態を説明する。なお、この第２の実施の形態の構成は図１に示す第１の実施の形態の構成と同様であり、図示と説明を省略する。
【００２１】
図５は残存容量検出プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、第２の実施の形態の動作を説明する。演算回路６は所定時間ごとにこの残容量検出プログラムを実行する。
【００２２】
ステップ１１において、電圧検出回路３、電流検出回路４および温度検出回路５により組電池１の両端電圧Ｖ、負荷２へ流れる電流Ａおよび組電池１の温度θを検出する。続くステップ１２では電圧Ｖと電流Ａに基づいて放電可能出力を算出する。電池の最大放電可能出力の算出方法は、ある期間、電流と電圧をサンプリングし、それらを直線回帰することにより求める。
【００２３】
図６は組電池１のある状態における電流と電圧の関係を示す。図中の回帰直線が組電池１の最低電圧と交わる点が組電池１の最大放電可能出力である。
【００２４】
ステップ１３では、ステップ１２で算出した最大放電可能出力と前回算出した放電可能出力との比較を行う。今回算出した最大放電可能出力が前回算出した最大放電可能出力より減少していない場合には、ステップ１４で前回算出した残存容量を用いる。
【００２５】
一方、今回算出した最大放電可能出力が前回算出した最大放電可能出力より減少している場合は、ステップ１５において、そのときの組電池１の温度θにおける放電容量と最大放電可能出力の関係により組電池１の残存容量を算出する。図７に、組電池１のある温度θにおける放電容量[％]と最大放電可能出力の関係を示す。そして、ステップ１６で、ステップ１４またはステップ１５で求めた残存容量の値[％]を表示器７に表示する。
【００２６】
図８に、第２の実施の形態の残存容量の算出結果を従来の残存容量の算出結果と比較して示す。図の横軸は電池の放電容量[％]であり、０がまったく放電していない状態である。縦軸は電池の残存容量[％]であり、放電容量が０のときは残存容量は１００％である。電池の温度上昇がない場合は、放電容量が増加すると残存容量は直線的に減少する。放電電流が大きい場合は電池の温度上昇が大きいため、電池の放電可能容量が増加する。このため、図中の従来例に示すように、電池が放電しているにも拘わらず、残存容量が増加するという現象が発生する。これに対し第２の実施の形態によれば、図中の本発明に示すように従来装置のような現象は発生しない。
【００２７】
第２の実施の形態によれば、電池の最大放電可能出力の今回の算出値が前回の算出値より減少していない場合は、前回の残存容量算出値を今回の残存容量算出値として表示するようにしたので、放電により電池の温度が上昇しても残存容量が不必要に補正されて増加するようなことがなく、残存容量を正確に検出することができる。
【００２８】
第１の実施の形態で説明した放電容量に対する温度上昇率により残存容量の値を一定にする方法に比べ、この第２の実施の形態では放電可能出力により判断する方法としたので、温度検出器で電池外部の温度を検出するよりも電池内部の温度上昇をより早く検出することができ、第１の実施の形態よりも残存容量が多い状態から、放電による電池の温度上昇により不必要に残存容量が補正されるのを防止でき、残存容量が多い状態から残存容量を正確に検出することができる。低温時における残存容量の算出精度が従来の装置よりも向上する。
【００２９】
《発明の第３の実施の形態》
電池の内部抵抗を用いて残存容量を算出する第３の実施の形態を説明する。なお、この第３の実施の形態の構成は図１に示す第１の実施の形態の構成と同様であり、図示と説明を省略する。
【００３０】
図９は残存容量検出プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、第３の実施の形態の動作を説明する。なお、図２に示す第１の実施の形態の処理と同様な処理を行うステップに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。演算回路６は所定時間ごとにこの残容量検出プログラムを実行する。
【００３１】
ステップ１〜４において、上述したように、電流積算によりこれまで放電した放電容量を算出し、電池温度と放電可能容量の関係より放電可能容量を算出する。そして、放電容量と放電可能容量の関係より電池の残存容量を算出する。
【００３２】
次に、ステップ２１において、組電池１の電圧Ｖと電流Ａの関係により組電池１の内部抵抗を算出する。続くステップ２２では今回算出した内部抵抗と前回算出した内部抵抗を比較する。今回算出した内部抵抗が前回算出した内部抵抗より減少していない場合は、ステップ２３で、上記ステップ４で算出した残存容量を用いる。一方、今回算出した内部抵抗が前回算出した内部抵抗より減少している場合は、ステップ２４で前回算出した残存容量を用いる。そしてステップ２５で、ステップ２３またはステップ２４で求めた残存容量の値[％]を表示器７に表示する。
【００３３】
第３の実施の形態によれば、電池の内部抵抗の今回の算出値が前回の算出値より減少している場合は、前回の残存容量算出値を今回の残存容量算出値として表示するようにしたので、放電により電池の温度が上昇しても残存容量が不必要に補正されて増加するようなことがなく、残存容量を正確に検出することができる。また、第２の実施の形態と同様に、温度検出器で電池外部の温度を検出するよりも電池内部の温度上昇をより早く検出することができ、残存容量が多い状態から残存容量を正確に検出することができる。さらに、低温時における残存容量の算出精度が従来の装置よりも向上する。
【００３４】
以上の実施の形態の構成において、演算回路６が放電容量算出手段、温度上昇率算出手段、判定手段、制御手段、放電可能出力算出手段および内部抵抗算出手段を構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】  第１の実施の形態の残存容量検出プログラムを示すフローチャートである。
【図３】  組電池温度に対する放電可能容量の特性を示す図である。
【図４】  第１の実施の形態と従来装置の残存容量の算出結果を示す図である。
【図５】  第２の実施の形態の残存容量検出プログラムを示すフローチートである。
【図６】  電池の電圧と電流により最大出力を求める方法を示す図である。
【図７】  組電池のある温度における放電容量と最大放電可能出力の関係を示す図である。
【図８】  第２の実施の形態と従来装置の残存容量の算出結果を示す図である。
【図９】  第３の実施の形態の残存容量検出プログラムを示すフローチャートである
【符号の説明】
１  組電池
２  負荷
３  電圧検出回路
４  電流検出回路
５  温度検出回路
６  演算回路
７  表示器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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