(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の充電容量から放電容量を減算して電池の残量を演算し、演算した残量と学習容量との比率で残存率を演算する電池の残容量演算方法において、
電池が放電されて電圧が放電警報電圧まで低下することを検出し、その後、電池を満充電されるまで充電する制御を行い、電池電圧が放電警報電圧に低下した状態から満充電されるまでの充電容量を補充電容量（ＣＣadd）として演算し、放電警報電圧まで放電された状態における電池の残量である放電警報容量（ＲＣlow）に補充電容量（ＣＣadd）を加算した値を、電池の新学習容量（ＦＣＣnew）として演算する工程を備えることを特徴とする電池の残容量演算方法。
【請求項２】
満充電された状態から電池の電圧が放電警報電圧に低下するまでの放電容量（ＤＣmax）を演算し、演算した放電容量（ＤＣmax）を旧学習容量（ＦＣＣold）から減算して放電警報容量（ＲＣlow）を演算する工程を備える請求項１に記載される電池の残容量演算方法。
【請求項３】
放電警報電圧を、温度と放電電流をパラメーターとして変更して検出する工程を備える請求項１に記載される電池の残容量演算方法。
【請求項４】
温度と放電電流をパラメーターとする放電警報電圧をテーブルとして記憶し、記憶するテーブルから放電警報電圧を決定する工程を備える請求項３に記載される電池の残容量演算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の残容量を演算する方法に関し、とくに、充電容量で学習容量を補正しながら残容量を正確に演算する方法に関する。本明細書において、学習容量とは、電池の修正された満充電容量を意味するものとする。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ラップトップマイコン等に装着される電池は、充放電される使用状態において、電池の残容量を正確に演算してマイコンに電池の情報として提供する必要がある。マイコンは、使用途中で電源をオフにはできず、決まった操作をしてソフトウェアを終了した後に電源をオフにする必要があるからである。この状態で使用するためには、電池の残容量が少なくなって、残りの使用時間が終了操作をする時間に近くなると、マイコンに警報アラームを出力する必要がある。警報アラームがマイコンに入力された後は、ソフトウェアを終了する操作をし、その後に電源をオフにすることができる。
【０００３】
電気機器の電源に使用される電池は、放電末期における残容量をいかに正確にで演算できるかが大切である。放電末期に正常に残容量が表示されず、警報アラームから極めて短時間で過放電になると、マイコン等の電気機器を正常に終了できなくなり、あるいは、ひげそり機などにあっては、残りの使用時間が不正確であると、完全にひげそりが終了しない状態で使用できなくなるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
放電末期の残容量を正確に演算するために、従来の方法は、温度や充放電のレートで細かく放電特性を評価すると共に、電池の特性をパラメーターとして記憶させ、これらに基づいて残容量を演算している。しかしながら、従来の方法では、電池が新しい状態では正確に残容量を演算できるが、電池が劣化するにしたがって、残容量を正確に演算できなくなり、とくに放電末期の残容量を正確に演算できなくなる欠点があった。
【０００５】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、劣化した電池においても残容量を正確に演算でき、とくに放電末期の残容量をより正確に演算できる残容量演算方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池の残容量演算方法は、電池の充電容量から放電容量を減算して電池の残量を演算し、演算した残量と学習容量との比率で残存率を演算する。電池が放電されて電圧が放電警報電圧まで低下することを検出し、その後、電池を満充電されるまで充電する制御を行い、電池電圧が放電警報電圧に低下した状態から満充電されるまでの充電容量を補充電容量（ＣＣadd）として演算し、放電警報電圧まで放電された状態における電池の残量である放電警報容量（ＲＣlow）に補充電容量（ＣＣadd）を加算した値を、電池の新学習容量（ＦＣＣnew）として演算する工程を備える。
【０００７】
電池の残容量演算方法は、満充電された状態から電池の電圧が放電警報電圧に低下するまでの放電容量（ＤＣmax）を演算し、演算した放電容量（ＤＣmax）を旧学習容量（ＦＣＣold）から減算して放電警報容量（ＲＣlow）を演算する工程を備える。
【０００８】
さらに、残容量演算方法は、温度と放電電流をパラメーターとして、放電警報電圧を変更して検出する工程を備える。温度と放電電流をパラメーターとして変更される放電警報電圧は、テーブルとして記憶し、記憶するテーブルから決定する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための残容量演算方法を例示するものであって、本発明は残容量演算方法を以下の方法に特定しない。
【００１０】
図１は、本発明の残容量演算方法に使用される組電池の回路図である。この組電池は、電池１と、充放電の電流を電圧に変換する電流／電圧変換部２と、電池１の電圧を検出する電圧検出部３と、電池１の雰囲気温度を検出する温度検出部４と、電流／電圧変換部２の出力信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１１と、電圧検出部３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１２と、温度検出部４のアナログ信号である出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１３と、Ａ／Ｄコンバータ１１の出力信号を演算して充放電電流または電力を積算する積算部５と、この積算部５の出力から電池１の残容量を演算する残容量算出部６と、Ａ／Ｄコンバータ１２の出力電圧を記憶している設定電圧に比較するLowBattery検出部７と、Ａ／Ｄコンバータ１１〜１３のサンプリング周期を決定するタイマー８と、電池１の放置劣化サイクル劣化判定部９と、電池１を電源として使用する電気機器に、ＳＭＢｕｓで電池情報を伝送する通信処理部１０とを備える。
【００１１】
電池１は、リチウムイオン二次電池またはニッケル−水素電池である。ただ、電池１は、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池とすることができる。電池１は、ひとつまたは複数の二次電池を直列または並列に接続している。
【００１２】
電池１の充放電の電流を電圧に変換する電流／電圧変換部２は、図示しないが、電池と直列に接続している電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端に発生する電圧を増幅するアンプとを備える。電流検出抵抗は、電池１に流れる電流に比例した電圧が発生するので、電圧で電流を検出することができる。アンプは、＋−の信号を増幅できるオペアンプで、出力電圧の＋−で充電電流と放電電流を識別する。電流／電圧変換部２の出力信号であるアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１１でデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、積算部５と、通信処理部１０と、LowBattery検出部７とに出力される。
【００１３】
電圧検出部３は、電池１の電圧を検出する。検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２でデジタル信号の電圧信号に変換されてLowBattery検出部７に出力される。LowBattery検出部７は、電池電圧が放電警報電圧まで低下すると、放電警報アラーム信号を、さらに放電が進行して電池電圧が放電終止電圧（Ｅ．Ｖ）まで低下すると、放電終止電圧信号を残容量算出部６に出力し、さらに、電池１の電圧が過放電電圧（ＯverＤischarge）まで低下すると、過放電電圧信号を出力する。
温度検出部４は、電池１の雰囲気温度を検出する。検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１３でデジタル信号に変換され、変換された温度のデジタル信号は、LowBattery検出部７と、積算部５と、放置劣化サイクル劣化判定部９と、通信処理部１０とに出力される。
【００１４】
積算部５は、Ａ／Ｄコンバータ１１から入力される電流信号を演算して電池１の残量を演算する。残量は、電池１の充電容量から放電容量を減算して、電流の積算値（Ａｈ）として演算される。充電容量は、電池１の充電電流の積算値で、あるいはこれに充電効率をかけて演算される。放電容量は、放電電流の積算値、あるいは放電効率を考慮して演算される。積算部５は、電流の積算に代わって、電力の積算値（Ｗｈ）で残量を演算することもできる。電力の積算値は、充電電力から放電電力を減算して演算される。電力は、Ａ／Ｄコンバータ１１から入力される電流信号に、Ａ／Ｄコンバータ１２から入力される電圧をかけて演算される。
【００１５】
さらに積算部５は、演算した残存率（％）を補正する。Ａ／Ｄコンバータ１２から、電池１の電圧が放電警報電圧まで低下したことを知らせる信号が入力されると、積算部５は、電池１の残存率（％）を放電警報電圧に相当する残存率に補正し、さらに放電が進行して電池電圧が放電終止電圧に低下したことを示す信号が入力されると、積算部５は演算した残存率を０に補正する。電池電圧が放電終止電圧まで低下すると、電池１の実際の容量は０になるからである。
【００１６】
残容量算出部６は、学習容量（ＦＣＣ）を演算し、演算した学習容量（ＦＣＣ）と残量で電池１の残存率（％）を演算する。残量は、積算部５で演算される。電池１の残存率（％）は、残量／学習容量（ＦＣＣ）の比率で演算される。
【００１７】
電池１の学習容量（ＦＣＣ）は一定ではなく、電池１が劣化するにしたがって減少する。したがって、残容量算出部６は、学習容量（ＦＣＣ）を補正して、実際の電池１の学習容量（ＦＣＣ）に演算値を一致させる。電池１の学習容量（ＦＣＣ）は、電池１を充電するときの積算値で補正する。電池１を放電させるときの積算値では学習容量（ＦＣＣ）を補正しない。充電電流がほぼ一定しているのに対し、放電電流は大幅に変動するので、充電電流の積算値がより高い精度で学習容量（ＦＣＣ）を演算できるからである。
【００１８】
このことを実現するために、残容量算出部６は、電池１の充放電を制御して学習容量（ＦＣＣ）を演算する。残容量算出部６は、電池１の充放電を制御するために、組電池からＳＭＢｕｓを介して制御信号を充電器や電気機器に出力する。制御信号は、電池１と直列に接続している充電スイッチ（図示せず）をオンオフに制御して、電池１の充電状態を制御する。
【００１９】
残容量算出部６は、電池１が放電されて電圧が放電警報電圧まで低下すると、電池１を満充電されるまで継続して充電するように制御する。電池１が動作状態にある電気機器に接続される状態で充電される場合、電池１の放電電流よりも充電電流が大きくなるようにする。電池電圧が放電警報電圧に低下した状態から満充電されるまでの充電容量は、積算部５で積算されて、補充電容量（ＣＣadd）として算出される。
【００２０】
さらに、積算部５は、電池１が充放電される状態において、充電容量から放電容量を減算して、放電警報電圧まで放電されたときの電池１の残量を放電警報容量（ＲＣlow）として算出する。放電警報容量（ＲＣlow）は、満充電された状態から電池１の電圧が放電警報電圧に低下するまでの放電容量（ＤＣmax）を演算し、演算した放電容量（ＤＣmax）を旧学習容量（ＦＣＣold）から減算して算出される。すなわち、電池１の放電警報容量（ＲＣlow）は以下の式で算出される。
放電警報容量（ＲＣlow）＝旧学習容量（ＦＣＣold）−放電容量（ＤＣmax）
【００２１】
このようにして、放電警報容量（ＲＣlow）が算出されると、これに放電警報電圧から満充電されるまでの容量である補充電容量（ＣＣadd）を加算して、新学習容量（ＦＣＣnew）が算出される。すなわち、新学習容量（ＦＣＣnew）は以下の式で演算される。
新学習容量（ＦＣＣnew）＝補充電容量（ＣＣadd）＋放電警報容量（ＲＣlow）
【００２２】
新学習容量（ＦＣＣnew）が算出されると、学習容量（ＦＣＣ）は、旧学習容量（ＦＣＣold）から新学習容量（ＦＣＣnew）に補正される。その後、新学習容量（ＦＣＣnew）を基準にして残存率（％）を演算する。
【００２３】
ところで、満充電された状態から電池１の電圧が放電警報電圧に低下するまでの放電容量（ＤＣmax）の演算において、より高い精度で放電容量（ＤＣmax）を算出するために放電効率が考慮される。放電効率は、電池１の雰囲気温度と放電電流をパラメーターとして特定される。雰囲気温度と放電電流は、電池電圧が放電警報電圧に低下する直前における温度と放電電流とする。電池１の雰囲気温度と放電電流をパラメーターとする放電効率は、図２に示すテーブルとしてメモリに記憶される。図のテーブルは、３点の温度と、４点の放電電流から放電効率を特定しているが、ここに示す温度の間、さらに放電電流の間の放電効率は、補間して算出することができる。簡単には直線補間して、温度と電流の間の放電効率を算出できる。この図の放電効率は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは１００〜７０％の範囲で順番に小さくしている。Ａ〜Ｄの放電効率は、電池１のタイプを考慮して最適値に決定される。
【００２４】
放電警報電圧は、好ましくは、電池１の残存率（％）が０〜８％となる電圧に特定される。放電警報電圧を残存率（％）が０％となる電圧に設定すると、放電終止電圧に等しくなる。この電圧に設定すると、放電警報アラーム信号と放電終止電圧信号が一緒に出力される。好ましくは、放電警報電圧を放電終止電圧よりも高く設定して、放電警報電圧になったときの残存率（％）を０％よりも大きくする。
【００２５】
放電警報電圧は、温度と放電電流で変化するので、温度と放電電流をパラメーターとして変更する。温度と放電電流をパラメーターとする放電警報電圧は、放電効率と同じように、図３に示すテーブルとしてメモリに記憶される。図のテーブルは、３点の温度と、４点の放電電流から放電効率を特定しているが、ここに示す温度の間、さらに放電電流の間の放電警報電圧は、補間して算出することができる。簡単には直線補間して、温度と電流の間の放電警報電圧を算出できる。この図は、リチウムイオン二次電池１の放電警報電圧を示すもので、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを３．７〜３．０Ｖの範囲で順番で小さくしている。Ａ〜Ｄの放電警報電圧は、電池１に最適な値に決定する。
【００２６】
電池１が放電されて電池１の電圧が放電警報電圧になると、LowBattery検出部７から残容量算出部６に放電警報アラーム信号が出力され、さらに、放電が進行して放電終止電圧に低下すると、放電終止電圧になったことを示す放電終止電圧信号が出力される。電池１が満充電されると、電池１の電圧が満充電電圧まで上昇するので、この信号がＡ／Ｄコンバータ１２から残容量算出部６に出力される。
【００２７】
放置劣化サイクル劣化判定部９は、電池１を使用しないで放置して劣化するときに、学習容量（ＦＣＣ）が減少するのを補正する。補正した学習容量（ＦＣＣ）は残容量算出部６に出力される。
【００２８】
通信処理部１０は、残容量算出部６で演算された残容量と、電圧検出部３で検出した電池電圧と、温度検出部４で検出した温度を、装着している機器にＳＭＢｕｓで伝送する。
【００２９】
以上の組電池は、マイクロコンピューター等の電気機器に装着される状態で、以下の動作をして、残容量を電気機器に伝送する。
(1)  電池１が放電されて、電池１の電圧が放電警報電圧まで低下すると、放電警報アラーム信号が出力される。放電警報電圧は、図３のテーブルで示すように、電池１の雰囲気温度と放電電流で特定される電圧に変更して検出される。
電池１が放電されるとき、積算部５は、満充電からの放電容量（ＤＣmax）を積算している。放電容量（ＤＣmax）は、電池１の雰囲気温度と放電電流から特定される放電効率を考慮して演算される。演算された放電容量（ＤＣmax）が、旧学習容量（ＦＣＣold）から減算されて、放電警報容量（ＲＣlow）が演算される。
【００３０】
(2)  電池１の電圧が放電警報電圧まで低下すると、電池１の充電が開始され、満充電されるまで継続して充電される。放電警報電圧から満充電されまでの充電容量が、補充電容量（ＣＣadd）として演算される。補充電容量（ＣＣadd）は、(1)の工程で演算された放電警報容量（ＲＣlow）に加算され、新学習容量（ＦＣＣnew）が演算される。新学習容量（ＦＣＣnew）が演算されると、その後はこの新学習容量（ＦＣＣnew）を基準にして残存率（％）が演算される。残存率（％）は、電池１の残量／新学習容量（ＦＣＣnew）の割合で演算される。残量は、充電容量から放電容量を減算して演算される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の電池の残容量演算方法は、劣化した電池においても残容量を正確に演算できる特長がある。それは、本発明の残容量演算方法が、放電警報電圧まで放電された電池を満充電して、放電警報電圧から満充電されるまでの充電容量を演算して補充電容量（ＣＣadd）とし、放電警報電圧まで放電された電池の残量である放電警報容量（ＲＣlow）に補充電容量（ＣＣadd）を加算した値を、電池の新学習容量（ＦＣＣnew）としているからである。この残容量演算方法は、放電末期の電池の残量である放電警報容量（ＲＣlow）に補充電容量（ＣＣadd）を加算して電池の新学習容量（ＦＣＣnew）を演算するので、劣化した電池においても、残容量を、とくに放電末期の残容量をより正確に演算できる特長が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の残容量演算方法に使用される組電池の回路図
【図２】温度と放電電流をパラメーターとする放電効率のテーブルの一例を示す図
【図３】温度と放電電流をパラメーターとする放電警報電圧のテーブルの一例を示す図
【符号の説明】
１…電池
２…電流／電圧変換部
３…電圧検出部
４…温度検出部
５…積算部
６…残容量算出部
７…LowBattery検出部
８…タイマー
９…放置劣化サイクル劣化判定部
１０…通信処理部
１１…Ａ／Ｄコンバータ
１２…Ａ／Ｄコンバータ
１３…Ａ／Ｄコンバータ
【図１】
0004259768.tif 000002
【図２】
0004259768.tif 000003
【図３】
0004259768.tif 000004