(57)【要約】【課題】充電中における電池の充電量の推定精度の低下を抑える。【解決手段】電池Ｂに流れる電流の電流値を取得する電流値取得部２と、電流値取得部２により第１の電流値Ｉ１が取得されてから第２の電流値Ｉ２が取得されるまでの電池Ｂの電流積算値ｄＩを算出する電流積算値算出部４２と、第１の電流値Ｉ１と第２の電流値Ｉ２と電流積算値ｄＩとを用いて電池Ｂが満充電になるために必要な残り充電量を算出し、その残り充電量を用いて電池Ｂの現在の充電量を算出する充電量算出部４３とを備えて充電量推定装置１を構成する。【選択図】図１
2017150837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流定電圧充電制御方式により充電される電池の現在の充電量を推定する充電量推定装置であって、
前記電池に流れる電流の電流値を取得する電流値取得部と、
前記電流値取得部により第１の電流値が取得されてから第２の電流値が取得されるまでの前記電池の電流積算値を算出する電流積算値算出部と、
前記第１の電流値と前記第２の電流値と前記電流積算値とを用いて前記電池が満充電になるために必要な残り充電量を算出し、その残り充電量を用いて前記現在の充電量を算出する充電量算出部と、
を備えることを特徴とする充電量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充電量推定装置であって、
前記充電量算出部は、
前記電流積算値を前記第１の電流値と前記第２の電流値との差で除算し、その除算結果と前記第２の電流値とを乗算し、その乗算結果を前記残り充電量とし、
前記電池の目標の充電量と前記残り充電量との差を前記現在の充電量とする
ことを特徴とする充電量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の現在の充電量を推定する充電量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の充電量推定装置として、電池の充放電中、電池に流れる電流の積算値及び電池の満充電容量を用いて、電池の現在の充電量を推定し、電池の充放電停止中、電池の開回路電圧を用いて、推定した充電量を補正するものがある。なお、電池に流れる電流の積算値と、充電前後の開回路電圧に対応する充電量の変化分とを用いて、電池の満充電容量を求めるものとする。例えば、特許文献１、２参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２２９５１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１０２０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、既存の充電量推定装置では、電池の充放電を停止する頻度が少ないと、充電量を補正する機会が少なくなるため、電池の現在の充電量の推定精度が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
また、既存の充電量推定装置では、電池の充放電後、分極による電池の開回路電圧の変動が落ち着く前に、電池が充放電されてしまうと、電池の満充電容量を正確に求めることができなくなるため、電池の現在の充電量の推定精度が低下してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明の一側面に係る目的は、電池の現在の充電量の推定精度の低下を抑えることが可能な充電量推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一つの形態である充電量推定装置は、定電流定電圧充電制御方式により充電される電池の現在の充電量を推定する充電量推定装置であって、電池に流れる電流の電流値を取得する電流値取得部と、電流値取得部により第１の電流値が取得されてから第２の電流値が取得されるまでの電池の電流積算値を算出する電流積算値算出部と、第１の電流値と第２の電流値と電流積算値とを用いて電池が満充電になるために必要な残り充電量を算出し、その残り充電量を用いて現在の充電量を算出する充電量算出部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、定電流定電圧充電制御方式により充電される電池の現在の充電量を推定する充電量推定装置において、電池の現在の充電量の推定精度の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の充電量推定装置の一例を示す図である。
【図２】定電流定電圧充電中の電池の電圧と電池に流れる電流の一例を示す図である。
【図３】定電圧充電中の制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】定電流定電圧充電中の電池に流れる電流の一例、及び、定電圧充電中の電池の充電量と電池に流れる電流との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の充電量推定装置の一例を示す図である。
図１に示す充電量推定装置１は、電流検出部２と、制御部３と、記憶部４とを備える。
【００１１】
図１に示す電池Ｂは、例えば、直列接続される複数の電池（リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または電気二重層コンデンサなど）により構成されるものとする。なお、電池Ｂは、１つの電池により構成されてもよい。
【００１２】
電流検出部２は、例えば、シャント抵抗やカレントトランスやホール素子であって、電池Ｂに流れる電流を検出する。
制御部３は、電流値取得部３１と、電圧値取得部３２と、電流積算値算出部３３と、充電量算出部３４とを備える。なお、制御部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やプログラマブルディバイスにより構成され、そのＣＰＵやプログラマブルディバイスが記憶部４に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、電流値取得部３１、電圧値取得部３２、電流積算値算出部３３、及び充電量算出部３４が実現されるものとする。また、記憶部４は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）により構成されるものとする。
【００１３】
電流値取得部３１は、電流検出部２により検出される電流（アナログ値）を、電流値（デジタル値）として取得する。
電圧値取得部３２は、電池Ｂの電圧（アナログ値）を、電圧値（デジタル値）として取得する。
【００１４】
制御部３は、定電流定電圧充電制御方式により電池Ｂを充電する。すなわち、制御部３は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、充電開始から電圧値取得部３２により取得される電圧値が所定電圧に上昇するまでの間、電流値取得部３１により取得される電流値が所定電流に保たれるように、電流指令値を外部の充電器へ送り（定電流充電）、電圧値取得部３２により取得される電圧値が所定電圧まで上昇してから電流値取得部３１により取得される電流値が電池Ｂの目標の充電量に対応する終了電流に減少するまでの間、電圧値取得部３２により取得される電圧値が所定電圧に保たれるように、電流指令値を外部の充電器へ送る（定電圧充電）。なお、定電圧充電中、電流指令値および電流値取得部３１により取得される電流値は徐々に減少する。
【００１５】
また、制御部３は、定電流充電中、電流値取得部３１により取得される電流値を積算していくことにより電流積算値［Ａｈ］を求め、その求めた電流積算値［Ａｈ］を電池Ｂの満充電容量［Ａｈ］で割った値に１００を乗算することにより求められる、電流積算開始から現在までの間に増加した分の充電量［％］と、電流積算開始時の充電量［％］とを加算した値を、電池Ｂの現在の充電量［％］とする。なお、電池Ｂの満充電容量［％］は、記憶部４に記憶されているものとする。
【００１６】
図３は、定電圧充電中の制御部３の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、電流値取得部３１は、時刻ｔ１になると（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、電流検出部２により検出される電流を、第１の電流値Ｉ１［Ａ］として取得する（Ｓ３２）。
【００１７】
次に、電流値取得部３１は、時刻ｔ２になると（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、電流検出部２により検出される電流を、第２の電流値Ｉ２［Ａ］として取得する（Ｓ３４）。
次に、電流積算値算出部３３は、電流値取得部３１により第１の電流値Ｉ１が取得されてから第２の電流値Ｉ２が取得されるまでの電池Ｂの電流積算値ｄＩ［Ａｈ］を算出する（Ｓ３５）。
【００１８】
そして、充電量算出部３４は、第１の電流値Ｉ１［Ａ］と第２の電流値Ｉ２［Ａ］と電流積算値ｄＩ［Ａｈ］とを用いて、電池Ｂが満充電になるために必要な残り充電量［％］を算出し（Ｓ３６）、その残り充電量［％］を用いて、電池Ｂの現在の充電量［％］を算出する（Ｓ３７）。
【００１９】
例えば、まず、電流値取得部３１は、図４（ａ）に示すように、定電流充電から定電圧充電に切り替わる時刻ｔ０から所定時間経過後の時刻ｔ１になると、電流検出部２により検出される電流を、第１の電流値Ｉ１［Ａ］として取得する。
【００２０】
次に、電流値取得部３１は、時刻ｔ１から単位時間ｄＴ経過後の時刻ｔ２になると、電流検出部２により検出される電流を、第２の電流値Ｉ２［Ａ］として取得する。
次に、電流積算値算出部３３は、時刻ｔ１からｔ２までの電流値取得部３１により取得される電流値を積算することにより、電流積算値ｄＩ［Ａｈ］を算出する。
【００２１】
次に、充電量算出部３４は、下記式１を計算することにより、単位充電量［％］を算出する。なお、単位充電量［％］とは、第１の電流値Ｉ１が取得されてから第２の電流値Ｉ２が取得されるまでの電池Ｂの充電量の変化分（ΔＳＯＣ）である。
【００２２】
単位充電量［％］＝（電流積算値ｄＩ［Ａｈ］／電池Ｂの満充電容量［Ａｈ］）×１００  ・・・式１
次に、充電量算出部３４は、単位充電量［％］を第１の電流値Ｉ１［Ａ］と第２の電流値Ｉ２［Ａ］との差で除算し、その除算結果と第２の電流値Ｉ２［Ａ］とを乗算し、その乗算結果を残り充電量とする。すなわち、充電量算出部３４は、下記式２を計算することにより、残り充電量を算出する。
【００２３】
残り充電量［％］＝第２の電流値Ｉ２［Ａ］×単位充電量［％］／（第１の電流値Ｉ１［Ａ］−第２の電流値Ｉ２［Ａ］）  ・・・式２
そして、充電量算出部３４は、電池Ｂの目標の充電量［％］と残り充電量［％］との差を現在の充電量［％］とする。すなわち、充電量算出部３４は、下記式３を計算することにより、現在の充電量［％］を算出する。電池Ｂの目標の充電量［％］は、１００［％］とすることができ、他の任意の値でもよい。
【００２４】
現在の充電量［％］＝目標の充電量［％］−残り充電量［％］  ・・・式３
なお、定電圧充電中において、電池Ｂの内部抵抗値が変化しないとすると、図４（ｂ）に示すように、定電圧充電中において、電池Ｂの充電量［％］と電池Ｂに流れる電流［Ａ］とが負の比例関係になり、三角形Ａの３つの角と、それら３つの角に対応する三角形Ｂの３つ角は互いに等しくなり、三角形Ａと三角形Ｂは互いに相似の関係になるため、下記式４が成り立つ。そして、下記式４を、残り充電量［％］について解くと、上記式２を得る。
【００２５】
（第１の電流値Ｉ１［Ａ］−第２の電流値Ｉ２［Ａ］）：第２の電流値Ｉ２［Ａ］＝単位充電量［％］：残り充電量［％］  ・・・式４
このように、実施形態の充電量推定装置１は、三角形の相似の関係を用いることにより、定電圧充電中の一部の時間（単位時間ｄＴ）において算出される電流積算値ｄＩで、電池Ｂの現在の充電量を算出することができる。これにより、実施形態の充電量推定装置１は、定電流定電圧充電中の長い時間にわたって算出される電流積算値で、電池Ｂの現在の充電量を算出する場合に比べて、電流積算値ｄＩに含まれる電流検出誤差の蓄積量を低減することができ、電池Ｂの現在の充電量の推定精度を向上させることができる。そのため、実施形態の充電量推定装置１は、充電量を補正する機会が少ない場合や、電池の充電後、分極による電池の開回路電圧の変動が落ち着く前に、電池が充放電される場合でも、電池Ｂの現在の充電量の推定精度の低下を抑えることができる。
【００２６】
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、充電量算出部３４により算出される電池Ｂの現在の充電量の単位を［％］としているが、充電量算出部３４により算出される電池Ｂの現在の充電量の単位を［Ａｈ］としてもよい。このように構成する場合、充電量算出部３４は、下記式５を計算することにより、残り充電量［Ａｈ］を算出し、充電量算出部３４は、下記式６を計算することにより、現在の充電量［Ａｈ］を算出する。なお、定電圧充電中において、電池Ｂの充電量［Ａｈ］と電池Ｂに流れる電流［Ａ］とが負の比例関係になるものとし、下記式６の求め方は上記式２の求め方と同様に三角形の相似を用いるものとする。
【００２７】
残り充電量［Ａｈ］＝第２の電流値Ｉ２［Ａ］×単位充電量［Ａｈ］／（第１の電流値Ｉ１［Ａ］−第２の電流値Ｉ２［Ａ］）  ・・・式５
現在の充電量［Ａｈ］＝目標の充電量［Ａｈ］−残り充電量［Ａｈ］  ・・・式６
また、例えば、上記実施形態では、定電圧充電中において、定電流充電から定電圧充電に切り替わる時刻ｔ０から所定時間経過後の時刻ｔ１になると、電流検出部２により検出される電流を、第１の電流値Ｉ１として取得し、時刻ｔ１から単位時間ｄＴ経過後の時刻ｔ２になると、電流検出部２により検出される電流を、第２の電流値Ｉ２として取得しているが、定電圧充電中において、電流値取得部３１により取得される電流値が第１の電流値Ｉ１になってから単位時間ｄＴ経過後の時刻になると、電流検出部２により検出される電流を、第２の電流値Ｉ２として取得してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  充電量推定装置
２  電流検出部
３  制御部
４  記憶部
３１  電流値取得部
３２  電圧値取得部
３３  電流積算値算出部
３４  充電量算出部
Ｂ  電池
【図１】
2017150837.tif 000003
【図２】
2017150837.tif 000004
【図３】
2017150837.tif 000005
【図４】
2017150837.tif 000006