(57)【要約】【課題】使用頻度が少ない電池に対しても、電池の劣化を考慮した満充電容量を求め、残容量、残時間の推定精度を向上させることができる電池制御ＩＣを提供する。【解決手段】電池制御ＩＣにおいて、電池パック７００の放電開始時に、電池電圧の電圧値の変化と、電池パック７００を流れる電流の電流値の変化から、直流抵抗を求め、予め設定された直流抵抗と満充電容量の関係を示す情報に基づいて、電池パック７００の満充電容量を求める第１の推定方法と、電池電圧から予測する開放電圧と、電池パック７００を流れる電流の情報から得られる使用電荷量の関係から電池パック７００の前記満充電容量を推定する第２の推定方法とを電池パック７００の放電中に切り替える残量推定演算部７１８を備えた。【選択図】図１
2012032267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池から構成される電池パックのそれぞれの前記二次電池の電池電圧を計測する電圧計測手段と、前記電池パックを流れる電流を計測する電流計測手段と、前記電池パックの温度を計測する温度計測手段と、前記電圧計測手段、前記電流計測手段、および前記温度計測手段の計測結果に基づいて、前記電池パックの残容量の検出を行う演算手段とを備え、
前記演算手段は、前記電池パックの放電開始時に、前記電圧計測手段により計測される電圧値の変化と、前記電流計測手段により計測される電流値の変化から、直流抵抗を求め、予め設定された前記直流抵抗と満充電容量の関係を示す情報に基づいて、前記電池パックの前記満充電容量を求める第１の推定方法と、
前記電圧計測手段による電圧から予測する開放電圧と、前記電流計測手段から得られる使用電荷量の関係から前記電池パックの前記満充電容量を推定する第２の推定方法とを前記電池パックの放電中に切り替えることを特徴とする残容量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の残容量検出装置において、
前記第１の推定方法は、前記電池パックの放電終了前後に、前記第２の推定方法で得た前記満充電容量と、放電中に計測した前記直流抵抗の値に基づいて、前記直流抵抗と前記満充電容量の関係を示す情報を更新することを特徴とする残容量検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の残容量検出装置において、
前記第１の推定方法は、予め設定された経過時間と前記満充電容量の関係を示す情報に基づいて、前記電池パックの前記満充電容量を求めるものであることを特徴とする残容量検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の残容量検出装置において、
前記演算手段は、前記電池パックが、保存期間中に４０℃以上の温度環境に置かれた場合、前記第１の推定方法から前記第２の推定方法への切替タイミングを早くすることを特徴とする残容量検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の残容量検出装置において、
前記第２の推定方法は、前記電池パックの休止時に、前記電圧計測手段により実測する開放電圧と、前記電池パックの放電中に、前記電流計測手段から得られる使用電荷量との関係から、前記電池パックの放電終了後に、前記満充電容量を推定することを特徴とする残容量検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の残容量検出装置において、
前記演算手段は、前記温度計測手段で計測した温度が常温より低い場合、前記第１の推定方法から前記第２の推定方法への切替タイミングを早くすることを特徴とする残容量検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の残容量検出装置において、
前記演算手段は、前記第１の推定方法による前記満充電容量の推定値と、前記第２の推定方法による前記満充電容量の推定値を切り替える際、前記第１の推定方法による前記満充電容量の推定値と前記第２の推定方法による前記満充電容量の推定値との間をゆるやかに変化させることを特徴とする残容量検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の残容量検出装置において、
前記第１の推定方法は、前回終了時から今回起動時までの時間が、予め定められた時間に満たない場合は、前回値を使用することを特徴とする残容量検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の残容量検出装置において、
前記演算手段で推定された前記満充電容量および前記電流計測手段から得られる使用電荷量から算出された電池残容量を表示する表示手段を備えたことを特徴とする残容量検出装置。
【請求項１０】
複数の二次電池から構成される電池パックのそれぞれの前記二次電池の電池電圧の情報、前記電池パックを流れる電流の情報、および前記電池パックの温度の情報を入力する入力手段と、前記入力手段から入力される前記電池電圧の情報、前記電池パックを流れる電流の情報、および前記電池パックの温度の情報に基づいて、前記電池パックの残容量の検出を行う演算手段とを備え、
前記演算手段は、前記電池パックの放電開始時に、前記電池電圧の電圧値の変化と、前記電池パックを流れる電流の電流値の変化から、直流抵抗を求め、予め設定された前記直流抵抗と満充電容量の関係を示す情報に基づいて、前記電池パックの前記満充電容量を求める第１の推定方法と、
前記電池電圧から予測する開放電圧と、前記電池パックを流れる電流の情報から得られる使用電荷量の関係から前記電池パックの前記満充電容量を推定する第２の推定方法とを前記電池パックの放電中に切り替えることを特徴とする電池制御ＩＣ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電池制御ＩＣにおいて、
前記演算手段は、前記電池パックの放電終了前後に、前記第２の推定方法で得た前記満充電容量と、放電中に計測した前記直流抵抗の値に基づいて、前記直流抵抗と前記満充電容量の関係を示す情報を更新することを特徴とする電池制御ＩＣ。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の電池制御ＩＣにおいて、
前記第１の推定方法は、予め設定された経過時間と前記満充電容量の関係を示す情報に基づいて、前記電池パックの前記満充電容量を求めるものであることを特徴とする電池制御ＩＣ。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の電池制御ＩＣにおいて、
前記演算手段は、前記電池パックが、保存期間中に４０℃以上の温度環境に置かれた場合、前記第１の推定方法から前記第２の推定方法への切替タイミングを早くすることを特徴とする電池制御ＩＣ。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の電池制御ＩＣにおいて、
前記演算手段は、前記電池パックの休止時に、前記電池電圧の情報により実測する開放電圧と、前記電池パックの放電中に、前記電池パックを流れる電流の情報から得られる使用電荷量との関係から、前記電池パックの放電終了後に、前記満充電容量を推定することを特徴とする電池制御ＩＣ。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の電池制御ＩＣにおいて、
前記演算手段は、前記電池パックの温度の情報が常温より低い場合、前記第１の推定方法から前記第２の推定方法への切替タイミングを早くすることを特徴とする電池制御ＩＣ。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の電池制御ＩＣにおいて、
前記演算手段は、前記第１の推定方法による前記満充電容量の推定値と、前記第２の推定方法による前記満充電容量の推定値を切り替える際、前記第１の推定方法による前記満充電容量の推定値と前記第２の推定方法による前記満充電容量の推定値との間をゆるやかに変化させることを特徴とする電池制御ＩＣ。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の電池制御ＩＣにおいて、
前記第１の推定方法は、前回終了時から今回起動時までの時間が、予め定められた時間に満たない場合は、前回値を使用することを特徴とする電池制御ＩＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池の充放電を制御する電池制御ＩＣに関し、特に、満充電容量を二次電池の劣化後も正確に算出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコンなど、民生用途の二次電池では、電池の残容量、残時間をユーザに知らせることが重要である。民生用の小型電池の電池制御ＩＣでは、高精度な電流積算が可能なものが多く、満充電容量から使用電荷量を差し引くことで、残容量を求める方法が一般的である。
【０００３】
このように、電流積算を用いて残容量を算出するには、満充電容量を知ることが必要であるが、満充電容量は電池の劣化により減少することが知られている。よって、満充電容量を正確に推定することが、残容量、残時間の算出精度向上に必須である。
【０００４】
このような技術分野の背景技術として、米国特許６８９２１４８号明細書（特許文献１）に記載された技術がある。この特許文献１には、充放電前後の休止時の開放電圧と、その間の充放電電荷量から、満充電容量を推定する方法が記載されている。
【０００５】
また、特開２００７−０２４６３９号公報（特許文献２）には、用途は大型電池であるが、内部抵抗と満充電容量の相関関係を用いて満充電容量を推定する方法が記載されている。具体的には、「１つのパイロットセルを放電させてそのパイロットセルの容量を検出すると共に、内部インピーダンスおよび容量の相関を表す回帰式をこれまでのインピーダンス測定結果および容量検出結果に基づいて作成し、作成した回帰式を用いて残りのセルの容量を推定する」方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許６８９２１４８号明細書
【特許文献２】特開２００７−０２４６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
二次電池の残容量、残時間を電流積算を用いて算出するにあたって必須である満充電容量は、使用頻度、環境温度、負荷などの条件により、同一電池でもユーザによって劣化状態が異なり、満充電容量の正確な推定は困難である。
【０００８】
特に、特許文献１のように前回値から満充電容量を算出する方法では、ノートパソコンユーザの半数を占める、電池使用頻度が低いユーザに対しては、前回充放電時に算出した満充電容量と今回の放電時満充電容量では、かい離が生じ、残容量、残時間の計算誤差が増大する問題がある。
【０００９】
また、特許文献２のようにパイロットセルを放電させて、内部抵抗と満充電容量の関係から、直列されている他の電池の満充電容量を求める方法では、容量の小さい小型機器に適用する場合、パイロットセルの電力を無駄にすることになり、残時間が短くなるという問題がある。パイロットセルの電力を貯蔵するためのコンデンサや蓄電池を別途搭載することは、携帯用小型機器では、コストアップ、重量アップにつながり、実用的でない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、使用頻度が少ない電池に対しても、電池の劣化を考慮した満充電容量を求め、残容量、残時間の推定精度を向上させることができる電池制御ＩＣを提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面に示す。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を以下簡潔に説明する。
【００１３】
代表的なものの概要は、演算手段は、電池パックの放電開始時に、電圧計測手段により計測される電圧値の変化と、電流計測手段により計測される電流値の変化から、直流抵抗を求め、予め設定された直流抵抗と満充電容量の関係を示す情報に基づいて、電池パックの前記満充電容量を求める第１の推定方法と、電圧計測手段による電圧から予測する開放電圧と、電流計測手段から得られる使用電荷量の関係から電池パックの満充電容量を推定する第２の推定方法とを電池パックの放電中に切り替えるものである。
【００１４】
また、演算手段は、電池パックの放電開始時に、電池電圧の電圧値の変化と、電池パックを流れる電流の電流値の変化から、直流抵抗を求め、予め設定された直流抵抗と満充電容量の関係を示す情報に基づいて、電池パックの満充電容量を求める第１の推定方法と、電池電圧から予測する開放電圧と、電池パックを流れる電流の情報から得られる使用電荷量の関係から電池パックの満充電容量を推定する第２の推定方法とを電池パックの放電中に切り替えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果は、使用頻度が少ない電池に対しても、電池の劣化を考慮した満充電容量を求め、残容量、残時間の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣを含む電池パックの構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣによる表示例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣを含む電池パックの電池の配置の他の例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用する用語を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理の概要を示す概要図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理における電池の電流・電圧の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用する直流抵抗と満充電容量の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用するＳＯＣと直流抵抗の関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用するＳＯＣとＯＣＶの関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理のＳＯＣと使用電荷量から満充電容量を求める方法を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用する満充電容量の変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出方法を説明するための説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用する経過時間と電圧の関係を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１〜図３により、本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣを含む電池パックの構成および表示例について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣを含む電池パックの構成を示す構成図であり、ノートパソコンの電池パックの例を示している。図２は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣによる表示例を示す図、図３は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣを含む電池パックの電池の配置の他の例を示す図である。
【００１９】
図１において、電池パック７００は、３直列もしくは４直列の電池７０２、電池制御ＩＣ７０３、保護回路７０４、電圧検出手段７０５、電流検出手段７０６、温度検出手段７０７から構成されている。電池制御ＩＣ７０３、電圧検出手段７０５、電流検出手段７０６、および温度検出手段７０７で残容量検出装置を構成している。
【００２０】
電池制御ＩＣ７０３は、Ａ／Ｄ変換器７０９、Ａ／Ｄ変換器７１５、保護回路７０４に接続され、保護回路７０４を制御する保護回路制御部７１６、タイマ７１７、残量推定演算部７１８、メモリ７１９、ノートパソコン７０８との間で通信するためのＩ／Ｏ７２０から構成されている。
【００２１】
電池制御ＩＣ７０３は、電圧検出手段７０５、電流検出手段７０６が接続され、電圧は、個々の電池７０２の両端の電圧を検出し、電流は電池７０２に流れる電流を検出し、Ａ／Ｄ変換器７０９およびＡ／Ｄ変換器７１５を介し、バスへ送る。
【００２２】
また、温度はサーミスタや熱電対などの温度検出手段７０７を電池７０２の表面に設置し、電圧と同じＡ／Ｄ変換器７０９を介しバスへ送る。温度検出手段７０７は、電池温度が最も高くなると予測される場所、例えば、ノートパソコン７０８のＣＰＵ７２２の近くの電池や、熱がこもりやすい電池パック中心近くの電池に配置するのが望ましい。電流は、シャント抵抗などの電流検出手段７０６により検出し、別のＡ／Ｄ変換器７１５を介してバスへ接続する。
【００２３】
保護回路制御部７１６は、電流、電圧、温度の値より、過充電過放電保護など電池の安全を確保するための制御を行い、保護回路７０４へ指令を出す。残量推定演算部７１８は、電流、電圧、温度の情報と、メモリ７１９に格納された、ＯＣＶテーブル、直流抵抗テーブル、分極係数テーブル等の情報を用い、残容量、残時間など電池の状態検知を行う。
【００２４】
その結果をＩ／Ｏ７２０により、ノートパソコン７０８のＣＰＵ７２２へ通信し、ノートパソコン７０８のモニタに電池残容量や残時間を表示する。
【００２５】
例えば、図２の表示画面７５１に示すように、電池使用時は、モニタ下端に小さく残量や残時間を表示し、別に詳細表示画面７５０を立ち上げると、さらに詳細情報、例えば、電池の劣化度や、具体的な容量、交換目安を表示する。
【００２６】
なお、電池残容量などは、図示しないが、電池パック７００側に表示手段などを設け、電池パック側の表示装置に表示するようにしても良い。
【００２７】
また、ノートパソコン７０８の電力系統は、図１に示すように、ＡＣ電源からＡＣ／ＤＣコンバータ７１２を介して、ノートパソコン７０８に電力を供給するルート７１０と、コンセント非接続時にルート７１１を通り、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２１を介して、電池７０２から電力を供給するルートがある。
【００２８】
それぞれのルートから、ルート７２３によりノートパソコン７０８のＣＰＵ７２２や、ハードディスク（ＨＤ）やＤＶＤドライブなどの各ユニットへ電力が供給される。また、電池７０２の充電時には、ＡＣ電源からＡＣ／ＤＣコンバータ７１２、ルート７１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２１、ルート７１１を通り、電池７０２を充電する。
【００２９】
なお、図１に示す例は、電池７０２を直列につないだ例であるが、図３に示すように直列電池を並列に数個つなげた構成７３１でも同様である。図１では省略したが、各電池の電圧、および温度検出手段７０７による温度検出結果は、図３の７３０に示すスイッチで順次Ａ／Ｄ変換器へ送る。また、温度検出手段７０７は１個ではなく複数個所に設けても良い。
【００３０】
次に、図４〜図１１により、本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理について説明する。図４は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用する用語を説明するための説明図、図５は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理の概要を示す概要図、図６は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理における電池の電流・電圧の変化を示す図、図７は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用する直流抵抗と満充電容量の関係を示す図、図８は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用するＳＯＣと直流抵抗の関係を示す図、図９は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用するＳＯＣとＯＣＶの関係を示す図、図１０は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理のＳＯＣと積算電荷量から満充電容量を求める方法を説明するための説明図、図１１は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用する満充電容量の変化を示す図である。
【００３１】
本実施の形態では、電池７０２の内部抵抗を分極と直流抵抗に分けて表記する。図４の上に示す電流波形２０１は、一定放電状態から電流が遮断された状況を示す。図４の下に示す電圧は、電流遮断と共にＣＣＶ（Ｃｌｏｓｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）から、最初は迅速に、その後ゆるやかにＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）へ到達する。この時、内部抵抗２０２の内、速い成分２０４を直流抵抗ＤＣＲ×電流Ｉ、遅い成分２０３を分極電圧Ｖｐとして扱う。その関係を以下の式１に示す。
【００３２】
（式１）
ＯＣＶ＝ＣＣＶ＋（ＤＣＲ×Ｉ）＋Ｖｐ
図５に、本実施の形態の満充電容量算出の処理の概要を示す。
【００３３】
図５の７５１に示すノートパソコン７０８のバッテリー駆動の開始直後では、（１）電流電圧差から直流抵抗を算出、（２）予め用意した直流抵抗と満充電容量の関係から、満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｒを求める。ここでは、満充電容量の精度は高くないが、この値を元に、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）や残容量を算出する。
【００３４】
放電中は図５の７５２に示すように、（３）放電中の電圧より求めたＳＯＣと使用電荷量の関係から、Ｑｍａｘ＿Ｖを求める。Ｑｍａｘ＿Ｖは放電時間が長くなると推定精度が向上する。その後、一定条件を満たした場合、（４）満充電容量をＱｍａｘ＿ＲからＱｍａｘ＿Ｖへ更新する。
【００３５】
放電終了後は図５の７５３に示すように、（５）直流抵抗と満充電容量の関係を、（１）と（３）の結果を元に更新する。これにより、個々の電池の使用環境にあわせた特性が得られ、次回起動時に（２）で行う推定精度を向上できる。
【００３６】
以下、詳細を説明する。
【００３７】
図５の７５１に示す放電開始時に直流抵抗を算出する第１の満充電容量算出方法について説明する。図６に示すように、放電中は、電流２１０、電圧２１１が微小に変化する。この時の、電流差ｄＩ、電圧差ｄＶを求め、以下の式２より直流抵抗を算出する。また、電流差ｄＩを一定値以上に限定して、ＤＣＲの算出精度を向上することができる。
【００３８】
（式２）
ＤＣＲ＝ｄＶ／ｄＩ
図７に電池の内部抵抗と満充電容量の関係を示す。鉛電池やリチウムイオン電池などの二次電池では、内部抵抗と満充電容量の間に相関関係があり、内部抵抗値から満充電容量を予測できることが知られている。さらに、図７の既取得データ３０１に示すように、内部抵抗の内の速い成分である直流抵抗と満充電容量にも相関がある。第１の満充電容量算出方法の特徴は、前述の直流抵抗算出方法で説明したように、放電中に電流変化があると、放電開始後、比較的早いタイミングで直流抵抗を求めることができ、図７に示す関係より満充電容量を推定できることである。ここで、満充電量量算出値は、システム休止時間が短い場合には劣化が殆ど見られないため、前回終了時から今回起動時までの時間が予め定められた時間、例えば１カ月以下の場合、起動直後の満充電容量は前回値を使用しても良い。
【００３９】
図７に示す関係は、予めメモリに保存したルックアップテーブルでも、相関式を用いても良い。求めた直流抵抗より、図７に示す製品化前の既取得データ３０１、または、図５の（５）で更新した実データより予測したデータ３０２の関係を用いて満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｒを求める。
【００４０】
次に、図５の（３）に示す第２の満充電容量算出方法を説明する。まず、放電中のＳＯＣを算出するにあたって、一般的なＯＣＶの計算方法を次に示す。
【００４１】
ＯＣＶは、休止後一定時間（約２時間）放置後であれば、計測が可能であるが、本実施の形態の場合は放電中に算出する必要がある。まず、放電中の電圧ＣＣＶを計測し、前述した式１によりＯＣＶを算出する。
【００４２】
式１の直流抵抗ＤＣＲは、前述の式２を用いて、放電中リアルタイムで求めても良いが、事前に計測した図８の４４０に示すＳＯＣ−直流抵抗のテーブルデータに、劣化係数、温度係数を乗算することにより、電池状態を反映した直流抵抗を算出しても良い。
【００４３】
式１の分極の推定には、例えば、以下の式３に示す漸化式で近似する方法がある。式３の係数は、予め使用する電池に交流電流を与え、電気化学インピーダンス（ＥＩＳ）測定法（交流インピーダンス法）を用いて決定しても良い（板垣昌幸：電気化学インピーダンス法 原理・測定・解析，丸善）。
【００４４】
（式３）
Ｖ（ｎ）＝ａ１Ｖ（ｎ−１）＋ａ２Ｖ（ｎ−２）＋…＋ｂ１Ｉ（ｎ）＋ｂ２Ｉ（ｎ−１）＋…
メモリに格納された分極係数テーブルより、ＳＯＣ、Ｔ、劣化を反映した分極係数ａ１，ａ２，…、ｂ１，ｂ２，…を読み出し、式６により、分極電圧を予測する。ここで、Ｖ（ｎ）は、時間ｎにおける電圧であり、Ｉ（ｎ）は時間ｎにおける電流である。
【００４５】
上記のＣＣＶ、直流抵抗、分極電圧を、前述の式１に代入することで、放電中にＯＣＶを予測し、図９に示すＯＣＶ−ＳＯＣの関係より、ＳＯＣを求める。
【００４６】
図１０にＳＯＣと積算電荷量ｑの関係４０１を示す。積算電荷量ｑは、図１に示した残量推定演算部７１８により積算された値、またはソフトウェアで電流を逐次積算した値を使用する。
【００４７】
以下の式４に示すように、満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｖは、ΔＳＯＣと積算電荷量ｑから算出可能で、図１０に示すグラフの傾き４０２が満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｖに該当する。
【００４８】
（式４）
ΔＳＯＣ＝ｑ／Ｑｍａｘ＿Ｖ  
ＳＯＣと積算電荷量のデータを放電中に蓄積し、満充電容量を予測すると、図１１の４１１に示すように、初期は推定誤差が大きいが、放電によりＳＯＣが減少し、使用時間が長くなると共に、満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｖは真値４１０に近づき、推定精度が向上する。この方法により、放電中に満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｖを高精度化できる。
【００４９】
次に、図５の（４）で、満充電容量を、第１の満充電容量算出方法から第２の満充電容量算出方法の結果に更新する方法を説明する。
【００５０】
第１の満充電容量算出方法は、満充電容量の推定は速いが、精度に課題があり、第２の満充電容量算出方法は推定に時間がかかるが、精度が良いという特徴があり、本実施の形態では、それぞれの特性を生かして、放電開始時に第１の満充電容量算出方法により暫定満充電容量を推定し、放電途中に更新条件を満たした段階で第２の満充電容量算出方法の満充電容量で更新するという使い方をする。
【００５１】
満充電容量の更新条件は、第２の満充電容量算出方法の推定精度が確保されるような条件が好ましい。例えば、図１１に示すように、一定期間内のＱｍａｘ＿Ｖ推測値の変化量４１２が規定値以下となった場合、真値に近いと判断し、第２の満充電容量算出方法の満充電容量に切り替える。あるいは、図１１に示す放電開始からのＳＯＣ差４１３が規定値以上となった場合や、放電開始からの時間４１４が規定値以上となった場合などがある。
【００５２】
また、満充電容量の更新方法は図１１の４１５に示す第１の満充電容量算出方法より求めた満充電容量から図１１の４１６に示す第２の満充電容量算出方法より求めた満充電容量にステップ状に変化させても良いが、更新前後の値を補間して図１１の４１７に示すようにゆるやかに変化させることで、残量表示が大きく変わることによるユーザの不快感を低減することができる。
【００５３】
また、図１１の４１６に示す第２の満充電容量算出方法で求める満充電容量は放電中逐次更新しても良いが、満充電容量の変化量が一定以上の場合に更新することで、計算負荷を減らすことができる。
【００５４】
次に、図５の（５）に示す直流抵抗と満充電容量の関係の更新について説明する。
【００５５】
第１の満充電容量算出方法は、使用環境や使用状況がほぼ一定の装置であれば、図７に示す製品化前に取得した劣化電池の既取得データ３０１から予測できるが、ノートパソコン７０８のように、ユーザによって電池の使用頻度や使用温度環境が異なる装置では、電池劣化の履歴が異なり、既取得データからの予測では、電池の劣化が進行するとともにずれが生じる可能性がある。
【００５６】
また、同種異物でのずれだけでなく、本実施の形態の満充電容量算出方法を搭載する汎用ＩＣでは、各メーカの多様な電池に対応する必要がある。それらの電池を、製品化前に劣化させて、図７の３０１に示す既取得データを取得するには、多大な工数が必要である。そこで、図５の（３）に示す第２の満充電容量算出方法で算出した、高精度な満充電容量と、放電中に算出する直流抵抗の値により、図７に示すの関係を放電後に毎回更新して、対応する。これにより、異種電池や、同種異物の電池でも個々の使用方法の特徴にあわせた劣化を精度良く予測できる。
【００５７】
詳細には、過去数回の直流抵抗と放電終了時の満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｖを記憶し、例えば最小二乗法により近似式を求め、次の放電時の直流抵抗から、満充電容量を求める。ただし、この関係が１次式で表せるとは限らないため、新品からデータを積み上げるのではなく、過去数回、あるいは過去一定期間のデータから便宜的に１次式で予測して精度をあげる。
【００５８】
また、直流抵抗は図８に示すようにＳＯＣや温度により大きく変化するため、更新に用いる直流抵抗は、規定のＳＯＣ、規定の温度の値とする。第１の満充電容量算出方法では、放電中に求めるＳＯＣから、規定条件での直流抵抗を推測して、満容量推定を行う。これには、図８に示すＳＯＣと直流抵抗の関係を示すルックアップテーブル、または相関式を用い、さらに温度影響を考慮する必要がある。
【００５９】
次に、図１２により、本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理について説明する。図１２は本発明の実施の形態１に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、ステップ１０１では、休止時に一定の間隔でＯＣＶ（開放電圧）を計測し、図１１に示すＯＣＶとＳＯＣの関係から、放電開始時のＳＯＣを算出する。
【００６１】
ステップ１０２で放電の開始を判定し、放電開始すると、ステップ１０３で、負荷電流、各セルの電圧、電池パックの温度の情報を計測、取得し、ステップ１０４で一定電流以上の変化がある時に各セルの直流抵抗を求める。算出される直流抵抗はばらつきが大きいため、複数データの平均化することが好ましい。
【００６２】
ステップ１０５以降は、全てのセルに関して算出してもかまわないが、直流抵抗値が最大のセル、（以下、最劣化セルと呼称する）に着目して進めることで、計算負荷が軽減できる。
【００６３】
ステップ１０５では、ＳＯＣと温度と直流抵抗のテーブルの更新条件にあてはまるかの判定を行う。判定条件は、例えば、現在テーブル値との直流抵抗変化量、温度変化量、ＳＯＣ変化量が指標となる。直流抵抗更新条件を満たした場合はステップ１０６、満たさない場合はステップ１０７に移行する。
【００６４】
ステップ１０６では、ＳＯＣと温度、直流抵抗の関係テーブルを更新する。このテーブルは、以後、ＯＣＶを予測するステップ１１１、残容量推定のステップ１１７で使用する。また、テーブルの更新ではなく、直流抵抗の増加を初期値に劣化係数を乗算して算出しても良く、その場合は、劣化係数を更新する。
【００６５】
ステップ１０７とステップ１０８は第１の満充電容量算出方法の処理である。ステップ１０７では、直流抵抗演算の初回判定をする。前述のように直流抵抗の平均値をとる場合は、第１回目の平均化後の判定となる。初回はステップ１０８、２回目以降は、ステップ１０９に移行する。
【００６６】
ステップ１０８では、直流抵抗と満充電容量の関係式あるいは、ルックアップテーブルを元に、初期の満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｒを決定する。
【００６７】
ステップ１０９では、放電中の電流を積算し、放電電荷量を求める。ステップ１１０では、ステップ１０１で求めた初期ＳＯＣとステップ１０９の放電電荷量を用い、以下の式５によって、現在のＳＯＣ＿Ｉと残容量を算出する。
【００６８】
（式５）
ＳＯＣ＿Ｉ＝（（Ｑｍａｘ＿Ｒ×初期ＳＯＣ）−放電電荷量）／Ｑｍａｘ＿Ｒ
ステップ１１１からステップ１１４は、第２の満充電容量算出方法の処理である。ステップ１１１では、前述の式１でＯＣＶを算出するための、直流抵抗によるＩＲドロップと、ＳＯＣと温度から予測した分極を演算する。
【００６９】
ステップ１１２では、ステップ１１１で求めた、直流抵抗と分極の値より、式１を用いてＯＣＶを予測する。
【００７０】
ステップ１１３では、図１１に示すＯＣＶとＳＯＣの関係テーブルよりＳＯＣ＿Ｖを求める。
【００７１】
ステップ１１４では、ステップ１１３で求めたＳＯＣ＿Ｖとステップ１０９で求めた電流積算値の関係から、式４の関係を用いて、満充電容量Ｑｍａｘ＿Ｖを算出する。
【００７２】
ステップ１１５では、満充電容量を更新する条件に達したかを判定し、条件を満たした場合は、ステップ１１６で満充電容量を更新する。条件を満たさない場合は、ステップ１１７へ移行する。
【００７３】
また、低温時は直流抵抗算出精度が低下することから、第１の満充電容量算出方法の推定精度が低下する。よって、温度の低下と共に、更新時期を早めることが有効である。ステップ１１７では、残時間、残容量を算出し、ノートパソコン７０８へ出力する。
【００７４】
ステップ１１８では、放電の終了を判定し、未終了時はステップ１０３へ戻り、終了時は、ステップ１１９で第１の満充電容量算出方法で使用する直流抵抗と満充電容量の関係を更新する。
【００７５】
これは、前述のように、一定時間以上放電した場合、第２の満充電容量算出方法から算出する満充電容量の精度が高いと考え、値を更新するものである。関係式の更新に使うのは最劣化セルだけでなく、全セルにすると、データ数が増えて関係式あるいはテーブルの信頼性が向上する。
【００７６】
以上の処理を、図１に示す残量推定演算部７１８が、予めメモリ７１９に記憶されたソフトウェアにしたがって実行することで、満充電容量を推定できる電池制御ＩＣ７０３を構成できる。その結果から求めた残容量、残時間は、電池制御ＩＣ７０３からノートパソコン７０８に送られ、図２の７５０や７５１に示すような形で、電池の状況を使用者に表示する。また、電池パック本体にＬＥＤや液晶などで表示しても良い。
【００７７】
また、以上の処理を、図１で示す電池制御ＩＣ７０３だけではなく、ノートパソコン７０８本体で一部、または全部の演算をすることで、電池制御ＩＣ７０３の計算負荷が低減でき、ソフトウェアのアップデートが可能となる。
【００７８】
（実施の形態２）
実施の形態２は実施の形態１において、第１の満充電容量算出方法に経過時間と満充電容量の関係を用いるものである。
【００７９】
図１３により、本発明の実施の形態２に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出方法について説明する。図１３は本発明の実施の形態２に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出方法を説明するための説明図である。電池制御ＩＣ７０３の構成は実施の形態１と同様である。
【００８０】
温度や、使用方法が、ほぼ一定条件のバッテリパックに対しては、図１３の４２０に示すように、直流抵抗だけではなく、経過時間に対しても満充電容量との相関関係が認められる。経過時間を用いる場合は、経過時間を検出するタイマ７１７が必要となるが、煩雑な直流抵抗計算を省くことができ、計算負荷が低減できる。また、満充電容量を求めるための抵抗計算が必要ないために、放電開始後、瞬時に満充電容量を求めることができる。
【００８１】
ただし、通常と大きく異なる条件、例えば、炎天下のボンネットに置いた場合に、電池７０２が急激に劣化し、図１３の４２１に示すように、経過時間と満充電容量の相関が悪くなるため、満充電容量の推定精度が悪化することが考えられる。よって、このような場合では、放電中の可能な限り早い段階で、第２の満充電容量算出方法で求める満充電容量に更新する必要がある。
【００８２】
次に、図１４により、本発明の実施の形態２に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理について説明する。図１４は本発明の実施の形態２に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理を示すフローチャートであり、図１２に示す実施の形態１のフローチャートと異なる処理のみを示しており、他の処理については、実施の形態１と同様である。
【００８３】
図１４に示すフローチャートは、図１２に示すフローチャートのステップ１０７、ステップ１０８と入れ替わるものである。
【００８４】
本実施の形態では、ステップ５０７で放電後の初回の処理であるかを判定し、ステップ５０８でタイマから読み出した経過時間から、図１３の４２０に示す関係を用いて、初期満充電容量を求める。
【００８５】
本実施の形態では、経過時間より満充電容量を求めるため、瞬時に満充電容量を求めることができる。また、通常と大きく異なる条件の時には、早い段階で、第２の満充電容量算出方法で満充電容量を求めることにより、推定精度の悪化を防止することができる。
【００８６】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１において、第２の満充電容量算出方法を放電中ではなく、放電終了後に満充電容量を算出して、第１の満充電容量算出方法の式を更新するようにしたものである。
【００８７】
図１５および図１６により、本発明の実施の形態３に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理について説明する。図１５は本発明の実施の形態２に係る電池制御ＩＣの満充電容量算出の処理で使用する経過時間と電圧の関係を示す図、図１６は本発明の実施の形態３に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理を示すフローチャートである。電池制御ＩＣ７０３の構成は実施の形態１と同様である。
【００８８】
図１５は経過時間と電圧の関係を示したものであるが、実施の形態１では図１５の４３２に示すように放電中のＣＣＶ（実線）からＯＣＶ（点線）を予測し、上述の式４により満充電容量を算出していた。本実施の形態では、図１５の４３０に示す放電前休止中のＳＯＣａと図１５の４３４に示す放電後一定時間休止後のＳＯＣｂ、また、ａｂ間の放電電荷量ｄｑから、以下の式６により満充電容量を算出する。
【００８９】
（式６）
Ｑｍａｘ＿Ｖ＝ｄｑ／（ＳＯＣａ−ＳＯＣｂ）
この方法では、放電中にＯＣＶを予測する必要がなく、実測するため簡易な計算で満充電容量の予測が可能であり、計算負荷が軽くなる。放電中に満充電容量を更新することはできないが、実施の形態１のように、第１の満充電容量算出方法で使用する満充電容量と直流抵抗（あるいは時間）の関係を第２の満充電容量算出方法で更新することにより、放電開始時に満充電容量を推定できる。
【００９０】
次に、図１６により、本発明の実施の形態３に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理について説明する。図１６は本発明の実施の形態３に係る電池制御ＩＣの放電時の満充電容量推定の処理を示すフローチャートである。
【００９１】
まず、ステップ１１０までの処理は、実施の形態１と同じであるため、説明は省略する。本実施の形態では、放電中に満充電容量を更新しないため、ステップ１１０の後、ステップ１１７で、残時間、残容量を算出する。次に、ステップ１１８で放電終了の判定を行う。
【００９２】
放電終了判定後、ステップ６０１では、放電終了から一定時間放置してＯＣＶに達した後、ＯＣＶを計測する。または、放電終了後一定時間後の電圧よりＯＣＶを予測しても良い。ステップ６０２では、図１１に示す関係からＯＣＶよりＳＯＣを導出する。
【００９３】
ステップ６０３では、前述のように、放電前後のＳＯＣ差と放電中の放電電荷量より、満充電容量を算出する。
【００９４】
ステップ１１９では、ステップ６０３で算出された満充電容量とステップ１０４で算出した直流抵抗から、第１の満充電容量算出方法で使用する直流抵抗と満充電容量の関係を更新する。
【００９５】
以上、代表的な３つの実施の形態を記載したが、第１の満充電容量算出方法は、放電開始直後に満充電容量が求められる他の方法でも良く、また、第２の満充電容量算出方法は、放電中あるいは放電終了後に満充電容量を精度良く求められる他の方法でも良い。
【００９６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は二次電池の充放電を制御する電池制御ＩＣに関し、満充電容量を正確に算出する必要のあるＩＣに広く適用可能である。
【符号の説明】
【００９８】
２０１…電流波形、２０２…内部抵抗、２０４…速い成分、２０３…遅い成分、２１０…電流、２１１…電圧、３０１…既取得データ、３０２…実データより予測したデータ、４１０…真値、４１２…変化量、４１３…ＳＯＣ差、４１４…時間、７００…電池パック、７０２…電池、７０４…保護回路、７０５…電圧検出手段、７０６…電流検出手段、７０７…温度検出手段、７０８…ノートパソコン、７０９…Ａ／Ｄ変換器、７１０、７１１、７２３…ルート、７１２…ＡＣ／ＤＣコンバータ、７１５…Ａ／Ｄ変換器、７１６…保護回路制御部、７１７…タイマ、７１８…残量推定演算部、７１９…メモリ、７２１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、７２２…ＣＰＵ、７３０…スイッチ、７５０…詳細表示画面、７５１…表示画面。
【図１】
2012032267.tif 000003
【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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【図１０】
2012032267.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2012032267.tif 000014
【図１３】
2012032267.tif 000015
【図１４】
2012032267.tif 000016
【図１５】
2012032267.tif 000017
【図１６】
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