(57)【要約】【課題】充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができるＳＯＣ算出回路、充電システム、及びＳＯＣ算出方法を提供する。【解決手段】放電電流を積算することにより積算電流値を算出する電流積算部２１３と、端子電圧Ｖｂから二次電池のＳＯＣを推定することにより換算値ＳＯＣＫを取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定部２１４と、換算値ＳＯＣＫに基づき二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出部２１６と、積算電流値に基づいて、ＳＯＣ算出部２１６により算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための変動制限値ＳＯＣＬを設定する制限値設定部２１５とを備え、ＳＯＣ算出部２１６は、前回のＳＯＣと今回のＳＯＣとの差が、変動制限値ＳＯＣＬの範囲内になるように、新たに二次電池のＳＯＣを算出するようにした。【選択図】図１
2009300362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出される電流を積算することにより、積算電流値を算出する電流積算部と、
前記電圧検出部によって検出される端子電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定することによりＳＯＣ推定値を取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定部と、
前記ＳＯＣ推定部によって推定されたＳＯＣ推定値に基づき、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出部と、
前記電流積算部によって算出された積算電流値に基づいて、前記ＳＯＣ算出部により算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値を設定する制限値設定部とを備え、
前記ＳＯＣ算出部は、
前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに前記二次電池のＳＯＣを算出すること
を特徴とするＳＯＣ算出回路。
【請求項２】
前記制限値設定部は、
前記電流積算部によって算出された積算電流値が大きくなるほど前記制限値が小さくなるように、当該制限値を設定すること
を特徴とする請求項１記載のＳＯＣ算出回路。
【請求項３】
前記制限値設定部は、
前記ＳＯＣ推定部によって前回ＳＯＣが推定された際に前記電圧検出部によって検出された端子電圧と、今回、前記電圧検出部によって新たに検出される端子電圧との差を電圧変化量として算出し、当該電圧変化量をさらに用いて前記制限値を設定すること
を特徴とする請求項１又は２記載のＳＯＣ算出回路。
【請求項４】
二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部によって検出される端子電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定することによりＳＯＣ推定値を取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定部と、
前記ＳＯＣ推定部によって推定されたＳＯＣ推定値に基づき、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出部と、
前記ＳＯＣ推定部によって前回ＳＯＣが推定された際に前記電圧検出部によって検出された端子電圧と、今回、前記電圧検出部によって新たに検出される端子電圧との差を電圧変化量として算出し、当該電圧変化量に基づいて、前記ＳＯＣ算出部により算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値を設定する制限値設定部とを備え、
前記ＳＯＣ算出部は、
前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに前記二次電池のＳＯＣを算出すること
を特徴とするＳＯＣ算出回路。
【請求項５】
前記制限値設定部は、
前記電圧変化量が大きくなるほど前記制限値が小さくなるように、当該制限値を設定すること
を特徴とする請求項３又は４記載のＳＯＣ算出回路。
【請求項６】
前記二次電池の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
前記制限値設定部は、
前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度を、さらに用いて前記制限値を設定すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＳＯＣ算出回路。
【請求項７】
前記制限値設定部は、
前記温度検出部によって検出された温度が低くなるほど前記制限値が小さくなるように、当該制限値を設定すること
を特徴とする請求項６記載のＳＯＣ算出回路。
【請求項８】
前記ＳＯＣ算出部は、
前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと前記ＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値との差が、前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲内である場合、当該新たに推定されたＳＯＣ推定値を前記二次電池のＳＯＣとして取得し、
当該差が前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲外である場合、当該前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣを、当該制限値だけ変化させた値を前記二次電池のＳＯＣとして算出すること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＳＯＣ算出回路。
【請求項９】
前記ＳＯＣ算出部は、
前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと前記ＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値との差が、前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲外である場合において、
前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣよりも、前記ＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値が大きいとき、当該前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣに当該制限値を加算した値を前記二次電池のＳＯＣとして算出し、
前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣよりも、前記ＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値が小さいとき、当該前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣから当該制限値を減算した値を前記二次電池のＳＯＣとして算出すること
を特徴とする請求項８記載のＳＯＣ算出回路。
【請求項１０】
前記電流積算部は、
前記電流検出部によって検出される二次電池の放電電流、及び充電電流のうちいずれか一つを積算することにより、前記積算電流値を算出すること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のＳＯＣ算出回路。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＳＯＣ算出回路と、
前記二次電池と、
前記ＳＯＣ算出回路によって算出されたＳＯＣに基づいて、前記二次電池の充電を制御する充電制御部と
を備えることを特徴とする充電システム。
【請求項１２】
前記二次電池に流れる電流を積算することにより、積算電流値を算出する電流積算工程と、
前記二次電池の端子電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定することによりＳＯＣ推定値を取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定工程と、
前記推定されたＳＯＣ推定値に基づき、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出工程と、
前記算出された積算電流値に基づいて、前記ＳＯＣ算出工程において算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値を設定する制限値設定工程とを含み、
前記ＳＯＣ算出工程においては、
前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値設定工程において設定された制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに前記二次電池のＳＯＣを算出すること
を特徴とするＳＯＣ算出方法。
【請求項１３】
前記二次電池の端子電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定することによりＳＯＣ推定値を取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定工程と、
前記推定されたＳＯＣ推定値に基づき、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出工程と、
前回ＳＯＣが推定された際の前記二次電池の端子電圧と、今回新たに検出される前記二次電池の端子電圧との差を電圧変化量として算出し、当該電圧変化量に基づいて、前記ＳＯＣ算出処理により算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値を設定する制限値設定工程とを含み、
前記ＳＯＣ算出工程においては、
前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値設定工程によって設定された制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに前記二次電池のＳＯＣを算出すること
を特徴とするＳＯＣ算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出回路、及びこれを用いた充電システムに関する。そして、ＳＯＣ算出回路に利用されるＳＯＣ算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は、太陽電池や発電装置と組み合わされ、電源システムとして広く利用されている。発電装置は、風力や水力といった自然エネルギーや内燃機関等の人工的な動力によって駆動される。このような二次電池を組み合わせた電源システムは、余剰な電力を二次電池に蓄積し、負荷装置が必要な時に二次電池から電力を供給することによって、エネルギー効率の向上を図っている。
【０００３】
このようなシステムの一例としては、太陽光発電システムが挙げられる。太陽光発電システムは、太陽光による発電量が、負荷装置の電力消費量に比べて大きい場合には、余剰電力で二次電池に充電を行う。逆に、発電量が負荷装置の消費電力より小さい場合には、不足の電力を補うために二次電池から電力を出力して、負荷装置を駆動する。
【０００４】
このように、太陽光発電システムにおいては、従来利用されていなかった余剰電力を二次電池に蓄積できるため、二次電池を用いない電源システムに比べて、エネルギー効率を高めることができる。
【０００５】
このような太陽光発電システムにおいては、二次電池が満充電になってしまうと余剰電力を充電できなくなって、損失が生じる。そこで、余剰電力を効率よく二次電池に充電するため、二次電池の充電状態（以下、ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が１００％とならないように、充電制御が行われている。また、必要なときに負荷装置を駆動できるように、ＳＯＣが０（ゼロ）％とならないようにも充電制御が行われている。具体的には、通常、二次電池においては、ＳＯＣが２０％〜８０％の範囲で推移するように充電制御が行われている。
【０００６】
また、エンジンとモータとを用いたハイブリット自動車（ＨＥＶ；Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）もこのような原理を利用している。ＨＥＶは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰のエンジン出力で発電機を駆動し、二次電池を充電する。また、ＨＥＶは、車両の制動や減速時には、モータを発電機として利用することによって二次電池を充電する。
【０００７】
さらに、夜間電力の有効活用をした負荷平準化電源やプラグインハイブリット車も最近注目されている。負荷平準化電源は、電力消費が少なく、電力料金が安い夜間に二次電池に電力を貯蔵し、電力消費がピークとなる日中に、貯蔵した電力を活用するシステムである。電力の消費量を平滑化することにより、電力の発電量を一定にし、電力設備の効率的運用や設備投資の削減に貢献することを目的としている。
【０００８】
また、プラグインハイブリット車は夜間電力を活用し、燃費が悪い市街地走行時には二次電池から電力を供給するＥＶ走行が主体に、長距離走行時には、エンジンとモータを活用したＨＥＶ走行を行うことにより、トータルのＣＯ２の排出量削減を目的としている。
【０００９】
ところで、二次電池は使用するにつれて劣化し、容量が減少する。その二次電池のＳＯＣを正確に把握することが重要である。例えば、二次電池のＳＯＣを正確に把握できずに、二次電池が過充電されると、二次電池の寿命などの長期信頼性が損なわれることがある。そのため、使用している二次電池のＳＯＣを精度よく判定し、充電制御を行うことが必要となる。
【００１０】
ＳＯＣの判定方法としては、二次電池の端子電圧と、ＳＯＣとの間に相関関係があることを利用して、二次電池の端子電圧をＳＯＣに換算する方法が広く用いられている。
【００１１】
図７は、二次電池を一定の電流値で放電したときの、経過時間とＳＯＣとの関係を示すグラフである。図７の横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸は二次電池のＳＯＣ（％）を示している。また、破線で示すグラフＧ１は、二次電池の実際のＳＯＣを示すグラフであり、実線で示すグラフＧ２は、二次電池の端子電圧をＳＯＣに換算することで算出されたＳＯＣを示すグラフである。
【００１２】
一般的に、一定の電流で二次電池を放電する場合は、実際のＳＯＣは、破線で示すように、時間の経過に従って単調に減少する。ところが、実線で示すように、実際のＳＯＣは大きく変動していないにもかかわらず、端子電圧から換算されたＳＯＣが短時間に大きく変動することがある。
【００１３】
このようなＳＯＣの換算値の変動は、例えば、二次電池の放電電流や充電電流が短時間で変動したときに、二次電池の内部抵抗で生じる電圧降下が変動し、端子電圧が変動する結果、端子電圧から換算されるＳＯＣもまた、端子電圧の変動に伴って変動することから生じる。
【００１４】
上述したように、二次電池のＳＯＣは、二次電池の充放電を制御するために用いられているため、誤ったＳＯＣが算出されたり、ＳＯＣの算出精度が低いと、二次電池の充放電を適切に制御することができず、二次電池の劣化が加速されて寿命が短くなったり、二次電池の長期的な信頼性が損なわれたりするおそれがある。
【００１５】
このような正しいＳＯＣの算出の重要性に鑑みて、例えば予め設定された基準値を超えてＳＯＣが異常に大きく変動した場合、ＳＯＣの算出回路に不具合が発生したと判断する自己診断回路が設けられている場合もある。この場合、ＳＯＣの算出回路は正常に機能しているのに、例えば実際はＳＯＣが１秒間に１％しか変動していないにもかかわらず、算出されたＳＯＣの値が３％も変動したら、ＳＯＣの算出回路に不具合が発生したと誤認識されるおそれがある。
【００１６】
このような問題を解決するために、例えばＳＯＣの検知精度を向上する目的で、電池に流れる電流値に基づいてＳＯＣの変動を制限する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この提案によれば、ＳＯＣの変動を１％に制限すると、算出されたＳＯＣが３％変動しても、ＳＯＣの変動は１％とみなす。
【００１７】
これにより、算出されるＳＯＣの値は徐々に変動するので、ＳＯＣ算出装置に不具合が発生したと誤認識されるおそれが低減され、一時的な端子電圧の変動によりＳＯＣ推定の精度が低下するおそれが低減されて、その後の充電制御への悪影響が低減されるようになっている。
【００１８】
図８は、端子電圧の変動が図７と同じである条件において、端子電圧から換算して得られたＳＯＣを、変動の制限を行わない場合と変動範囲を１％以内に制限した場合とで比較したグラフである。変動の制限を行わない場合をグラフＧ２（実線）で示し、変動範囲を１％以内に制限した場合をグラフＧ３（破線）で示している。グラフＧ３で示すように、ＳＯＣの変動を制限することで、変動を制限しないグラフＧ２と比べて、図７に示す実際のＳＯＣ（グラフＧ１）からのずれが小さくなっていることが確認できる。
【特許文献１】特開２００５−３４５２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、特許文献１に記載の技術では、二次電池の端子電圧から換算してＳＯＣを算出する際の精度を向上させるために、充放電電流に基づいてＳＯＣの変動制限を設定している。しかしながら、二次電池の端子電圧に影響を与える要因は、充放電電流値のみではなく、他の要因によっても二次電池の端子電圧が変動する。このように、充放電電流値以外の要因によって、二次電池の端子電圧が変動した場合、ＳＯＣの変動範囲を適切な値に設定することができなくなり、ＳＯＣの算出精度が低下するという不都合があった。
【００２０】
本発明の目的は、充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができるＳＯＣ算出回路、充電システム、及びＳＯＣ算出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係るＳＯＣ算出回路は、二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出される電流を積算することにより、積算電流値を算出する電流積算部と、前記電圧検出部によって検出される端子電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定することによりＳＯＣ推定値を取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定部と、前記ＳＯＣ推定部によって推定されたＳＯＣ推定値に基づき、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出部と、前記電流積算部によって算出された積算電流値に基づいて、前記ＳＯＣ算出部により算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値を設定する制限値設定部とを備え、前記ＳＯＣ算出部は、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに前記二次電池のＳＯＣを算出する。
【００２２】
また、本発明に係るＳＯＣ算出方法は、前記二次電池に流れる電流を積算することにより、積算電流値を算出する電流積算工程と、前記二次電池の端子電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定することによりＳＯＣ推定値を取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定工程と、前記推定されたＳＯＣ推定値に基づき、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出工程と、前記算出された積算電流値に基づいて、前記ＳＯＣ算出工程において算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値を設定する制限値設定工程とを含み、前記ＳＯＣ算出工程においては、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値設定工程において設定された制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに前記二次電池のＳＯＣを算出する。
【００２３】
この構成によれば、二次電池に流れる電流が、積算電流値として積算される。そうすると、二次電池の劣化が進むにつれて、積算電流値が増大するから、積算電流値は二次電池の劣化の度合いを示すこととなる。また、二次電池の端子電圧から二次電池のＳＯＣがＳＯＣ推定値として推定される。そして、算出された積算電流値に基づいて、新たに算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値が設定される。さらに、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理においてＳＯＣ推定値に基づき新たに二次電池のＳＯＣが算出される。
【００２４】
実際のＳＯＣは、二次電池の充放電に伴って徐々に変化するから、前回算出されたＳＯＣと今回ＳＯＣ推定値として推定されたＳＯＣとの差が制限値を超えるほど大きい場合には、実際のＳＯＣの変化とは異なる要因で二次電池の端子電圧が変化し、その端子電圧からＳＯＣが推定されたために、当該差が大きくなっている可能性が高い。そうすると、このＳＯＣ推定値をそのまま二次電池のＳＯＣとしてしまうと、ＳＯＣの誤差が増大してしまう可能性が高い。そこで、前回算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差を、当該制限値の範囲内に制限することで、ＳＯＣの誤差が増大するおそれを低減することができる。
【００２５】
ここで、二次電池は劣化が進むほど内部抵抗値が増大する。内部抵抗値が増大すると、二次電池に電流が流れる際に内部抵抗で生じる電圧降下が二次電池の端子電圧に加算されて表れるから、この端子電圧から推定されたＳＯＣ推定値の誤差が増大することとなる。そこで、積算電流値、すなわち二次電池の劣化の度合いを示す情報に基づいて、ＳＯＣの前回の算出値からの今回のＳＯＣの算出値の変化量を制限するための制限値を設定し、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、この制限値の範囲内になるようにＳＯＣの変化量を制限しつつ、ＳＯＣ推定値に基づき新たに二次電池のＳＯＣを算出することで、ＳＯＣ推定値に含まれる誤差が新たなＳＯＣに反映されるおそれが低減される結果、二次電池が劣化することにより、充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができる。
【００２６】
また、前記制限値設定部は、前記電流積算部によって算出された積算電流値が大きくなるほど前記制限値が小さくなるように、当該制限値を設定することが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、積算電流値が大きくなるほど、すなわち二次電池が劣化して内部抵抗が増大し、ＳＯＣ推定部によるＳＯＣ推定値と実際のＳＯＣとの誤差が大きくなると考えられる条件になるほど、制限値が小さな値に設定されて、新たに算出されるＳＯＣの値における前回のＳＯＣ算出値からの変化量が小さな範囲に制限されるので、ＳＯＣの算出誤差を低減することができる。
【００２８】
また、前記制限値設定部は、前記ＳＯＣ推定部によって前回ＳＯＣが推定された際に前記電圧検出部によって検出された端子電圧と、今回、前記電圧検出部によって新たに検出される端子電圧との差を電圧変化量として算出し、当該電圧変化量をさらに用いて前記制限値を設定することが好ましい。
【００２９】
上述のように、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差を、制限値の範囲内になるように制限すると、実際のＳＯＣが大きく変動することにより二次電池の端子電圧が大きく変動し、そのために端子電圧から推定されたＳＯＣ推定値が制限値の範囲を超えた場合には、新たなＳＯＣの変化が過度に制限されて、かえってＳＯＣの算出誤差が増大してしまうおそれがある。そこで、この構成によれば、ＳＯＣ推定部によって前回ＳＯＣが推定された際に電圧検出部によって検出された端子電圧と、今回、電圧検出部によって新たに検出される端子電圧との差である電圧変化量をさらに用いて制限値が設定されるので、電圧変化量に応じて制限値を設定することで、ＳＯＣの変化が過度に制限されてかえってＳＯＣの算出誤差が増大してしまうおそれを低減することが容易となる。
【００３０】
また、本発明に係るＳＯＣ算出回路は、二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電圧検出部によって検出される端子電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定することによりＳＯＣ推定値を取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定部と、前記ＳＯＣ推定部によって推定されたＳＯＣ推定値に基づき、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出部と、前記ＳＯＣ推定部によって前回ＳＯＣが推定された際に前記電圧検出部によって検出された端子電圧と、今回、前記電圧検出部によって新たに検出される端子電圧との差を電圧変化量として算出し、当該電圧変化量に基づいて、前記ＳＯＣ算出部により算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値を設定する制限値設定部とを備え、前記ＳＯＣ算出部は、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに前記二次電池のＳＯＣを算出する。
【００３１】
また、本発明に係るＳＯＣ算出方法は、前記二次電池の端子電圧から前記二次電池のＳＯＣを推定することによりＳＯＣ推定値を取得する処理を繰り返すＳＯＣ推定工程と、前記推定されたＳＯＣ推定値に基づき、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出処理を繰り返すＳＯＣ算出工程と、前回ＳＯＣが推定された際の前記二次電池の端子電圧と、今回新たに検出される前記二次電池の端子電圧との差を電圧変化量として算出し、当該電圧変化量に基づいて、前記ＳＯＣ算出処理により算出されるＳＯＣの前回からの変化量を制限するための制限値を設定する制限値設定工程とを含み、前記ＳＯＣ算出工程においては、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、前記制限値設定工程によって設定された制限値の範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに前記二次電池のＳＯＣを算出する。
【００３２】
上述したように、二次電池は劣化が進むほど内部抵抗値が増大し、二次電池に電流が流れる際に内部抵抗で生じる電圧降下が二次電池の端子電圧に加算されて表れる。そのため、二次電池の劣化が進むほど、充放電電流の変化に応じて二次電池の端子電圧が変動し易くなる。従って、二次電池が劣化すると、上記電圧変化量が増大する可能性が高い。
【００３３】
そこで、この構成によれば、電圧変化量、すなわち二次電池の劣化の度合いを示す情報を用いて、ＳＯＣの前回の算出値からの今回のＳＯＣの算出値の変化量を制限するための制限値を設定し、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、この制限値の範囲内になるようにＳＯＣの変化量を制限しつつ、ＳＯＣ推定値に基づき新たに二次電池のＳＯＣを算出することで、ＳＯＣ推定値に含まれる誤差が新たなＳＯＣに反映されるおそれが低減される。その結果、充放電電流値以外の要因である二次電池の劣化、例えば二次電池の充放電の累積以外の劣化要因である温度環境や機械的なストレス等により生じた二次電池の劣化の影響によって、二次電池の端子電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができる。
【００３４】
また、前記制限値設定部は、前記電圧変化量が大きくなるほど前記制限値が小さくなるように、当該制限値を設定することが好ましい。
【００３５】
この構成によれば、電圧変化量が大きくなって、二次電池の劣化が進んでいる可能性が高くなるほど、制限値が小さくなって、ＳＯＣの変化の制限が厳しくされる。従って、二次電池の劣化の影響によって二次電池の端子電圧が大きくなった場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができる。
【００３６】
また、前記二次電池の温度を検出する温度検出部をさらに備え、前記制限値設定部は、前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度を、さらに用いて前記制限値を設定することが好ましい。
【００３７】
二次電池の内部抵抗値は、温度に応じて変化する。そのため、温度変化に応じて内部抵抗値が増大すると、二次電池に電流が流れる際に内部抵抗で生じる電圧降下が二次電池の端子電圧に加算されて表れるから、この端子電圧から推定されたＳＯＣ推定値の誤差が増大することとなる。そこで、制限値設定部は、温度検出部によって検出された前記二次電池の温度をさらに用いて前記制限値を設定することで、二次電池の温度変化により、充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができる。
【００３８】
また、前記制限値設定部は、前記温度検出部によって検出された温度が低くなるほど前記制限値が小さくなるように、当該制限値を設定することが好ましい。
【００３９】
二次電池の内部抵抗値は、一般的には温度が低くなるほど増大する。そこで、この構成によれば、二次電池の温度が低くなるほど、すなわち二次電池の内部抵抗が増大し、ＳＯＣ推定部によるＳＯＣ推定値と実際のＳＯＣとの誤差が大きくなると考えられる条件になるほど、制限値が小さな値に設定されて、新たに算出されるＳＯＣの値における前回のＳＯＣ算出値からの変化量が小さな範囲に制限されるので、ＳＯＣの算出誤差を低減することができる。
【００４０】
また、前記ＳＯＣ算出部は、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと前記ＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値との差が、前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲内である場合、当該新たに推定されたＳＯＣ推定値を前記二次電池のＳＯＣとして取得し、当該差が前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲外である場合、当該前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣを、当該制限値だけ変化させた値を前記二次電池のＳＯＣとして算出することが好ましい。
【００４１】
この構成によれば、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回新たに算出されるＳＯＣとの差を、前記制限値の範囲内に制限することができるので、ＳＯＣの算出誤差を低減することができる。
【００４２】
また、前記ＳＯＣ算出部は、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと前記ＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値との差が、前記制限値設定部によって設定された制限値の範囲外である場合において、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣよりも、前記ＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値が大きいとき、当該前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣに当該制限値を加算した値を前記二次電池のＳＯＣとして算出し、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣよりも、前記ＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値が小さいとき、当該前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣから当該制限値を減算した値を前記二次電池のＳＯＣとして算出することが好ましい。
【００４３】
この構成によれば、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣとＳＯＣ推定部によって新たに推定されたＳＯＣ推定値との差が、制限値設定部によって設定された制限値の範囲を超えるほど大きい場合、ＳＯＣ算出部によって、ＳＯＣが増大方向のときは前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣに当該制限値を加算した値が新たな二次電池のＳＯＣとして算出され、ＳＯＣが減少方向のときは前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣから当該制限値を減算した値が新たな二次電池のＳＯＣとして算出される。従って、前回ＳＯＣと今回新たに推定されたＳＯＣ推定値との差が、前記制限値の範囲を超えるほど大きい場合、二次電池の充放電方向にかかわらず、新たに算出されるＳＯＣの、前回算出されたＳＯＣからの変化量を、当該制限値に制限することができる。
【００４４】
また、前記電流積算部は、前記電流検出部によって検出される二次電池の放電電流、及び充電電流のうちいずれか一つを積算することにより、前記積算電流値を算出することが好ましい。
【００４５】
二次電池の劣化は、主に、充放電の実行に伴い生じる。従って、充放電した電流量の累積値が大きくなるほど、二次電池の劣化が進んでいることになる。ここで、二次電池は、充電された電荷を放電するのであるから、長期的には充電電流の積算値と放電電流の積算値とは、略等しい。従って、充電電流、及び充電電流のうちいずれか一つを積算すれは、その積算値は二次電池の劣化の程度を示していることになる。そこで、電流積算部は、放電電流、及び充電電流のうちいずれか一つを積算することにより、二次電池の劣化の程度を示す情報として、積算電流値を算出するようになっている。これにより、充電電流と放電電流との両方を積算するよりも、積算電流値が小さな値になるので、積算に用いられる回路規模を低減することが容易になる。
【００４６】
また、本発明に係る充電システムは、上述のＳＯＣ算出回路と、前記二次電池と、前記ＳＯＣ算出回路によって算出されたＳＯＣに基づいて、前記二次電池の充電を制御する充電制御部とを備える。
【００４７】
この構成によれば、二次電池の充電システムにおいて、充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減しつつＳＯＣを算出し、このＳＯＣに基づいて二次電池の充電を制御することができるので、充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合において二次電池の充電制御の精度が低下するおそれを低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
このような構成のＳＯＣ算出回路、及びＳＯＣ算出方法は、積算電流値、すなわち二次電池の劣化の度合いを示す情報に基づいて、ＳＯＣの前回の算出値からの今回のＳＯＣの算出値の変化量を制限するための制限値を設定し、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、この制限値の範囲内になるようにＳＯＣの変化量を制限しつつ、ＳＯＣ推定値に基づき新たに二次電池のＳＯＣを算出することで、ＳＯＣ推定値に含まれる誤差が新たなＳＯＣに反映されるおそれが低減される結果、二次電池が劣化することにより、充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができる。
【００４９】
また、このような構成のＳＯＣ算出回路、及びＳＯＣ算出方法は、前回ＳＯＣが推定された際に電圧検出部によって検出された端子電圧と、今回、新たに検出される端子電圧との差である電圧変化量をさらに用いて制限値が設定されるので、電圧変化量に応じて制限値を設定することで、ＳＯＣの変化が過度に制限されてかえってＳＯＣの算出誤差が増大してしまうおそれを低減することが容易となる。
【００５０】
そして、このような構成の充電システムは、充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減しつつＳＯＣを算出し、このＳＯＣに基づいて二次電池の充電を制御することができるので、充放電電流値以外の要因によって二次電池の端子電圧が変動した場合において二次電池の充電制御の精度が低下するおそれを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係るＳＯＣ算出回路の一例に相当する充電制御回路４を備えた充電システム１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す充電システム１は、電池パック２と、充電装置３（充電部）とが組み合わされて構成されている。
【００５２】
なお、この充電システム１は、電池パック２から給電が行われる図示しない負荷装置をさらに含めて、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載機器システムとして構成されてもよい。その場合、図１では、充電装置３から直接電池パック２が充電される例を示しているが、電池パック２が負荷装置に装着されて、充電装置３から負荷装置を介して充電される構成であってもよい。
【００５３】
また、充電装置３は、例えば商用電源電圧から電池パック２の充電電流を生成する電源回路であってもよく、例えば太陽光、風力、あるいは水力といった自然エネルギーに基づき発電する発電装置や、内燃機関等の動力によって発電する発電装置等であってもよい。
【００５４】
電池パック２は、接続端子１１，１２，１３、組電池１４（二次電池）、充電制御回路４、通信部２０３、及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備えている。また、充電制御回路４は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０１、制御部２０２、電圧検出回路１５（電圧検出部）、電流検出抵抗１６（電流検出部）、及び温度センサ１７（温度検出部）を備えている。
【００５５】
なお、充電システム１は、必ずしも電池パック２と充電装置３とに分離可能に構成されるものに限られず、充電システム１全体で一つの充電制御回路４が構成されていてもよい。また、充電制御回路４を、電池パック２と充電装置３とで分担して備えるようにしてもよい。また、組電池１４は、電池パックにされている必要はなく、例えば充電制御回路４が、車載用のＥＣＵ（Electric Control Unit）として構成されていてもよい。
【００５６】
充電装置３は、接続端子３１，３２，３３、制御ＩＣ３４、及び充電電流供給部３５を備えている。制御ＩＣ３４は、通信部３６と制御部３７とを備えている。充電電流供給部３５は、制御部３７からの制御信号に応じた電流を、接続端子３１，３２を介して電池パック２へ供給する電源回路である。制御部３７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成された制御回路である。
【００５７】
電池パック２及び充電装置３は、給電用の接続端子１１，３１；１２，３２と、通信信号用の接続端子１３，３３とによって相互に接続される。通信部２０３，３６は、接続端子１３，３３を介して互いにデータ送受信可能に構成された通信インターフェイス回路である。
【００５８】
電池パック２では、接続端子１１は、充電用のスイッチング素子Ｑ２と放電用のスイッチング素子Ｑ１とを介して組電池１４の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばｐチャネルのＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１は、寄生ダイオードのカソードが組電池１４の方向にされている。また、スイッチング素子Ｑ２は、寄生ダイオードのカソードが接続端子１１の方向にされている。
【００５９】
また、接続端子１２は、電流検出抵抗１６を介して組電池１４の負極に接続されており、接続端子１１からスイッチング素子Ｑ２，Ｑ１、組電池１４、及び電流検出抵抗１６を介して接続端子１２に至る電流経路が構成されている。電流検出抵抗１６は、組電池１４の充電電流および放電電流を電圧値に変換する。
【００６０】
組電池１４は、例えば複数の電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮが直列接続されて構成されている。また、電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮは、例えば、それぞれ複数の二次電池１４１が直列接続されて構成されている。なお、組電池１４は、例えば単電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。二次電池１４１は、例えばリチウムイオン二次電池である。
【００６１】
この場合、二次電池１４１、電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮ、及び組電池１４が、それぞれ請求項における二次電池の一例に相当している。
【００６２】
温度センサ１７は、組電池１４の温度Ｔを検出する温度センサである。そして、組電池１４の温度は温度センサ１７によって検出され、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。また、電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮの各端子電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２、・・・、ＶｂＮは、電圧検出回路１５によってそれぞれ検出され、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。
【００６３】
なお、以下の説明において、電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮ、端子電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２、・・・、ＶｂＮを総称する場合には添え字を省略して電池ブロックＢ、端子電圧Ｖｂと記載し、個別の構成、電圧を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００６４】
さらにまた、電流検出抵抗１６によって検出された充放電電流Ｉｃの電流値も、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。アナログデジタル変換器２０１は、各入力値をデジタル値に変換して、制御部２０２へ出力する。
【００６５】
制御部２０２は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）やＲＯＭ等からなるテーブル記憶部２１７と、タイマ回路と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部２０２は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、保護制御部２１１、充電処理部２１２、電流積算部２１３、ＳＯＣ推定部２１４、制限値設定部２１５、及びＳＯＣ算出部２１６として機能する。
【００６６】
電流積算部２１３は、電流検出抵抗１６によって検出された放電方向の電流値を積算し、積算電流値ＩＤＣとして算出する。電流積算部２１３は、例えば積算の実行間隔時間と放電電流値との積を積算することにより、積算電流値ＩＤＣを算出するようにしてもよく、単位時間（１秒）毎に電流検出抵抗１６で検出された放電電流値を積算することにより、積算電流値ＩＤＣを算出してもよい。
【００６７】
電流積算部２１３は、積算電流値ＩＤＣの積算を、例えば電池パック２が工場で組み立てられて、新品の組電池１４が電池パック２に取り付けられ、制御部２０２が起動されたときから継続的に、積算電流値ＩＤＣの積算を実行する。
【００６８】
二次電池１４１の劣化は、主に、充放電の実行に伴い生じる。従って、充放電した電流量の累積値が大きくなるほど、二次電池１４１の劣化が進んでいることになる。ここで、二次電池１４１は、充電された電荷を放電するのであるから、長期的には充電電流の積算値と放電電流の積算値とは、略等しい。従って、充電電流、及び充電電流のうちいずれか一つを積算すれは、その積算値は二次電池の劣化の程度を示していることになる。
【００６９】
そこで、電流積算部２１３は、電流検出抵抗１６によって検出された放電電流のみを積算することにより、二次電池の劣化の程度を示す情報として、積算電流値ＩＤＣを算出するようになっている。なお、電流積算部２１３は、充電電流のみを積算することにより、積算電流値ＩＤＣを算出するようにしてもよい。
【００７０】
また、電流積算部２１３は、充電電流と放電電流との両方の絶対値を積算することにより、積算電流値ＩＤＣを算出するようにしてもよい。しかしながら、充電電流と放電電流との両方の絶対値を積算するよりも、充電電流、及び充電電流のうちいずれか一つを積算するようにした方が、積算電流値ＩＤＣが小さな値になるので、積算に用いられるレジスタ、加算器、及びメモリ等の回路規模を低減することが容易になる点で好ましい。
【００７１】
ＳＯＣ推定部２１４は、例えば予め設定された時間△ｔ毎に、電圧検出回路１５によって検出された端子電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２、・・・、ＶｂＮを、例えば予めテーブル記憶部２１７に記憶されたＳＯＣ換算テーブルを用いてＳＯＣに換算することにより、電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮのＳＯＣを換算値ＳＯＣＫ（ＳＯＣ推定値）としてそれぞれ推定する。
【００７２】
なお、ＳＯＣ推定部２１４は、各二次電池１４１の端子電圧に基づき二次電池１４１毎に換算値ＳＯＣＫを推定してもよく、組電池１４全体の端子電圧に基づき組電池１４全体の換算値ＳＯＣＫを推定するようにしてもよい。
【００７３】
テーブル記憶部２１７には、例えば、電池ブロックＢの端子電圧Ｖｂと各電池ブロックのＳＯＣとの対応関係を示すＳＯＣ換算テーブルが予め記憶されている。また、テーブル記憶部２１７には、積算電流値ＩＤＣと、端子電圧Ｖｂの単位時間あたりの変化量を示す電圧変動量△Ｖ／△ｔと、組電池１４の温度Ｔとの三つのパラメータと、ＳＯＣ（％）の変動を許容する範囲を示す変動制限値ＳＯＣＬ（制限値）との対応関係を示す三次元のデータテーブルである変動制限値テーブルが予め記憶されている。
【００７４】
図２、図３、図４は、テーブル記憶部２１７に記憶されている変動制限値テーブルの一例を示す説明図である。図２、図３、図４に示す変動制限値テーブルは、例えば定格容量が２（Ａｈ）の二次電池を想定した場合の変動制限値テーブルの一例を示している。図２は温度Ｔが０℃、図３は温度Ｔが２０℃、図４は温度Ｔが４０℃のときに対応している。
【００７５】
そして、図２、図３、図４に示す各テーブルは、それぞれ横軸が積算電流値ＩＤＣ、縦軸が電圧変動量△Ｖ／△ｔを示しており、積算電流値ＩＤＣと電圧変動量△Ｖ／△ｔとが交差する欄に、各図の温度Ｔ、積算電流値ＩＤＣ、及び電圧変化量△Ｖ／△ｔの三つのパラメータに対応する変動制限値ＳＯＣＬが記載されている。
【００７６】
そして、図２、図３、図４に示す変動制限値テーブルは、積算電流値ＩＤＣが大きくなるほど変動制限値ＳＯＣＬが小さくなるように、変動制限値ＳＯＣＬが設定されている。また、この変動制限値テーブルは、電圧変化量△Ｖ／△ｔが大きくなるほど変動制限値ＳＯＣＬが小さくなるように、変動制限値ＳＯＣＬが設定されている。さらに、この変動制限値テーブルは、温度Ｔが高くなるほど変動制限値ＳＯＣＬが大きくなるように、変動制限値ＳＯＣＬが設定されている。
【００７７】
図２、図３、図４に示す変動制限値テーブルは、変動制限値ＳＯＣＬの精度が荒いため、温度Ｔ、積算電流値ＩＤＣ、あるいは電圧変化量△Ｖ／△ｔの変化に対して変動制限値ＳＯＣＬが変化しない領域が存在するが、変動制限値テーブル全体の傾向としては、変動制限値ＳＯＣＬは、積算電流値ＩＤＣが大きくなるほど小さく、電圧変化量△Ｖ／△ｔが大きくなるほど小さく、温度Ｔが低くなるほど小さくなるように、変動制限値ＳＯＣＬが設定されている。
【００７８】
制限値設定部２１５は、ＳＯＣ推定部２１４によって前回ＳＯＣが推定された際に電圧検出回路１５によって検出された端子電圧Ｖｂ（起動された直後は端子電圧Ｖｂの初期値を０Ｖとしてもよい）と、今回、電圧検出回路１５によって新たに検出された端子電圧Ｖｂとの差である電圧差△Ｖを、時間△ｔで除算することにより単位時間あたりの電圧変動量△Ｖ／△ｔを算出する。
【００７９】
そして、制限値設定部２１５は、テーブル記憶部２１７に記憶されている変動制限値テーブルによって、温度Ｔ、積算電流値ＩＤＣ、及び電圧変動量△Ｖ／△ｔと対応づけられている変動制限値ＳＯＣＬを取得する。
【００８０】
ＳＯＣ算出部２１６は、例えば、ＳＯＣ推定部２１４によって時間△ｔ毎に電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮのＳＯＣが推定される都度、ＳＯＣ推定部２１４によって推定されたＳＯＣ推定値に基づいて、前回のＳＯＣ算出処理において算出されたＳＯＣと今回のＳＯＣ算出処理において算出されるＳＯＣとの差が、制限値設定部２１５によって設定された変動制限値ＳＯＣＬの範囲内になるように、今回のＳＯＣ算出処理において新たに電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮのＳＯＣを算出する。
【００８１】
保護制御部２１１は、アナログデジタル変換器２０１からの各入力値から、接続端子１１，１２間の短絡、異常電流などの電池パック２の外部における異常や、組電池１４の異常な温度上昇等の異常を検出する。具体的には、例えば、電流検出抵抗１６によって検出された電流値が、予め設定された異常電流判定閾値を超えると、接続端子１１，１２間の短絡に基づく異常が生じたと判定し、例えば温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が予め設定された異常温度判定閾値を超えると、組電池１４の異常が生じたと判定する。そして、このような異常を検出した場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフさせて、過電流や過熱等の異常から、組電池１４を保護する保護動作を行う。
【００８２】
また、保護制御部２１１は、ＳＯＣ算出部２１６によって算出されたＳＯＣに基づいて、例えば電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮの各ＳＯＣの最大値が１００％を超えた場合に過充電と判断してスイッチング素子Ｑ２をオフさせて、充電電流を遮断することで、組電池１４を過充電から保護する。また、保護制御部２１１は、ＳＯＣ算出部２１６によって算出されたＳＯＣに基づいて、例えば電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮの各ＳＯＣの最小値が３％を下回ったときに過放電と判断してスイッチング素子Ｑ１をオフさせて、放電電流を遮断することで、組電池１４を過放電から保護する。
【００８３】
保護制御部２１１は、このようにＳＯＣ算出部２１６によって算出された電池ブロックＢのＳＯＣに基づいて、過放電や過充電を判定することで、負荷電流や充電電流に応じて一時的な変動が生じ易い組電池１４（二次電池１４１）の端子電圧に基づいて過放電や過充電を判定する場合よりも、過放電や過充電の判定精度を向上することができる。
【００８４】
充電処理部２１２は、ＳＯＣ算出部２１６によって算出されたＳＯＣに基づいて、組電池１４の充電を制御する。具体的には、充電処理部２１２は、例えば、ＳＯＣ算出部２１６によって算出された各電池ブロックＢのＳＯＣを平均することにより、組電池１４全体のＳＯＣを算出する。そして、充電処理部２１２は、例えば、組電池１４全体のＳＯＣが８０％を超えたとき、通信部２０３を介して充電装置３へ充電の停止を要求し、組電池１４全体のＳＯＣが２０％を下回ったとき、通信部２０３を介して充電装置３へ充電の開始を要求することで、組電池１４のＳＯＣを２０％〜８０％に調節するようになっている。
【００８５】
この場合、保護制御部２１１及び充電処理部２１２が、請求項における充電制御部の一例に相当している。
【００８６】
充電装置３では、制御部２０２からの要求を、制御ＩＣ３４において、通信部３６で受信し、制御部３７が充電電流供給部３５を制御することにより、制御部２０２からの要求に応じて、組電池１４へ充電電流を供給したり、組電池１４への充電電流の供給を停止したりする。
【００８７】
次に、上述のように構成された充電システム１の動作について説明する。図５は、図１に示す充電システム１におけるＳＯＣ算出動作の一例を示すフローチャートである。ＳＯＣの算出は、時間△ｔ毎に実行されるようになっている。以下の処理は、電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮについて、それぞれ実行される。
【００８８】
まず、電圧検出回路１５によって端子電圧Ｖｂが検出され、電流検出抵抗１６によって充放電電流Ｉｃが検出され、温度センサ１７によって温度Ｔが検出される（ステップＳ１）。
【００８９】
次に、電流積算部２１３によって、積算電流値ＩＤＣが算出される（ステップＳ２）。具体的には、電流積算部２１３によって、充放電電流Ｉｃの放電方向の電流値のみが積算電流値ＩＤＣの算出間隔となる時間△ｔと乗算され、その乗算値が電池パック２の製造時、あるいは出荷時から累積的に積算されて、積算電流値ＩＤＣが算出される。この積算電流値ＩＤＣの値が大きいほど、組電池１４の劣化が進んでいる。
【００９０】
なお、ステップＳ１，Ｓ２は、時間△ｔ毎に実行される例に限られず、例えば単位時間毎に実行するなどして、積算電流値ＩＤＣが常時更新されるようにしてもよい。積算電流値ＩＤＣの算出間隔が短いほど、積算電流値ＩＤＣの精度が向上する。
【００９１】
次に、制限値設定部２１５によって、前回ＳＯＣが推定された際、すなわち時間△ｔ前に電圧検出回路１５によって検出された端子電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２、・・・、ＶｂＮと、今回、電圧検出回路１５によって新たに検出された端子電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２、・・・、ＶｂＮとの差である各電圧差△Ｖを、時間△ｔでそれぞれ除算することにより単位時間あたりの電圧変動量△Ｖ／△ｔが、各電池ブロックについて算出される（ステップＳ３）。
【００９２】
そして、制限値設定部２１５によって、テーブル記憶部２１７に記憶されている変動制限値テーブルによって、温度Ｔ、積算電流値ＩＤＣ、及び電圧変動量△Ｖ／△ｔと対応づけられている変動制限値ＳＯＣＬが取得される（ステップＳ４）。
【００９３】
図６は、図２，図３，図４に示す変動制限値テーブルに基づいて、電圧変動量△Ｖ／△ｔ、積算電流値ＩＤＣ、及び温度Ｔから得られる変動制限値ＳＯＣＬの具体例を示す一覧表である。図６は、図２、図３、図４と同様、二次電池の定格容量が２（Ａｈ）の場合を想定した例を示している。
【００９４】
図６に示す例１では、温度Ｔが標準的な２０℃であり、図３に示す２０℃に対応する変動制限値テーブルが用いられる。温度Ｔが２０℃の条件では、温度による組電池１４の内部抵抗の増大は少ない。また、例１では、積算電流値ＩＤＣが、５０Ａｈであって比較的小さな値であるため、組電池１４の劣化があまり進んでいないと考えられる。電圧変動量△Ｖ／△ｔは０．２０Ｖ／ｓｅｃになっており、電圧変動量△Ｖ／△ｔからも、組電池１４の劣化の程度は例えば比較的少ないと考えられる。
【００９５】
そうすると、例１は、実際のＳＯＣに対する換算値ＳＯＣＫの誤差が生じにくい条件であると考えられる。このような場合、変動制限値ＳＯＣＬは、比較的小さな標準値に設定することが望ましい。例１においては、図３から、変動制限値ＳＯＣＬは、標準的な値として１％が設定される。
【００９６】
図６に示す例２では、電圧変動量△Ｖ／△ｔと温度Ｔとは、例１と同じであるが、積算電流値ＩＤＣが大きく、例１よりも組電池１４の劣化が進んでいる。そうすると、劣化に伴って組電池１４の内部抵抗が増大する。そのため、実際の充放電電流が小さく、従って実際のＳＯＣの変動が小さい場合であっても、内部抵抗で生じる電圧降下によって端子電圧Ｖｂの変動が大きく現れる。そのため、端子電圧Ｖｂから換算して得られるＳＯＣの換算値ＳＯＣＫの変動が、実際のＳＯＣの変動よりも大きく見積もられてしまうおそれがある。
【００９７】
このような場合、変動制限値ＳＯＣＬは、例１のような標準的な場合よりも小さな値に設定することが望ましい。これにより、ＳＯＣ算出部２１６において、実際のＳＯＣの変動とは異なる端子電圧Ｖｂの変動によって、ＳＯＣが実際より大きく変化されて算出されてしまうおそれが低減される。例２においては、図３から、変動制限値ＳＯＣＬは、例１より小さな０．１％が設定される。
【００９８】
図６に示す例３では、電圧変動量△Ｖ／△ｔと積算電流値ＩＤＣとは、例１と同じであるが、温度Ｔが低く、組電池１４の内部抵抗が増大している。そうすると、実際の充放電電流が小さく、従って実際のＳＯＣの変動が小さい場合であっても、内部抵抗で生じる電圧降下によって端子電圧Ｖｂの変動が大きく現れる。そのため、端子電圧Ｖｂから換算して得られるＳＯＣの換算値ＳＯＣＫの変動が、実際のＳＯＣの変動よりも大きく見積もられてしまうおそれがある。
【００９９】
このような場合、変動制限値ＳＯＣＬは、例１のような標準的な場合よりも小さな値に設定することが望ましい。これにより、ＳＯＣ算出部２１６において、実際のＳＯＣの変動とは異なる端子電圧Ｖｂの変動によって、ＳＯＣが実際より大きく変化されて算出されてしまうおそれが低減される。例３においては、図２から、変動制限値ＳＯＣＬは、例１より小さな０．５％が設定される。
【０１００】
図６に示す例４では、積算電流値ＩＤＣと温度Ｔとは、例１と同じであるが、電圧変動量△Ｖ／△ｔが例１より小さくなっている。例４では、例１と同様、温度Ｔが２０℃であるから、温度による組電池１４の内部抵抗の増大は少ない。また、積算電流値ＩＤＣが、５０Ａｈであって比較的小さな値であるため、組電池１４の劣化があまり進んでいないと考えられる。さらに、電圧変動量△Ｖ／△ｔが例１より小さいことから、例１よりもさらに組電池１４の劣化が少ないと考えられる。
【０１０１】
従って、組電池１４の内部抵抗で生じる電圧降下は少なく、端子電圧Ｖｂから換算して得られるＳＯＣの換算値ＳＯＣＫと、実際のＳＯＣとの間に誤差は少ないと考えられる。そこで、例４では、換算値ＳＯＣＫの変化が例１より大きく算出ＳＯＣに反映されるように、変動制限値ＳＯＣＬは、例１より大きな３．０％が設定される。
【０１０２】
このように、図２、図３、図４に示す変動制限値テーブルにおいては、算電流値ＩＤＣと温度Ｔと電圧変動量△Ｖ／△ｔとから、換算値ＳＯＣＫの誤差が小さいと考えられる度合いに応じて、変動制限値ＳＯＣＬが設定されている。
【０１０３】
このように、ステップＳ４においては、積算電流値ＩＤＣが大きくなるほど、温度Ｔが低くなるほど、電圧変動量△Ｖ／△ｔが大きくなるほど、すなわち換算値ＳＯＣＫと実際のＳＯＣとの誤差が大きくなると考えられる条件になるほど、変動制限値ＳＯＣＬが小さな値に設定される。
【０１０４】
なお、温度Ｔ、積算電流値ＩＤＣ、及び電圧変化量△Ｖ／△ｔの三つのパラメータを用いて変動制限値ＳＯＣＬを設定する例を示したが、三つのパラメータのうちいずれか一つ、あるいはいずれか二つを用いて変動制限値ＳＯＣＬを設定してもよい。
【０１０５】
次に、ＳＯＣ推定部２１４によって、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｂが、例えばテーブル記憶部２１７に記憶されているＳＯＣ換算テーブルを用いて換算値ＳＯＣＫに換算される（ステップＳ５）。
【０１０６】
次に、ＳＯＣ算出部２１６によって、時間△ｔ前（前回）に算出されたＳＯＣである前回値ＳＯＣＰと、換算値ＳＯＣＫとの差（ＳＯＣＫ−ＳＯＣＰ）が差値ＳＯＣＶとして算出される（ステップＳ６）。なお、起動された直後は前回値ＳＯＣＰの初期値を例えば０％としてもよい。
【０１０７】
次に、ＳＯＣ算出部２１６によって、差値ＳＯＣＶの絶対値と変動制限値ＳＯＣＬとが比較される（ステップＳ７）。そして、差値ＳＯＣＶの絶対値が変動制限値ＳＯＣＬ以下であれば（ステップＳ７でＮＯ）、前回からの換算値ＳＯＣＫの変化量は変動制限値ＳＯＣＬの範囲内であるから、ＳＯＣ算出部２１６によって、換算値ＳＯＣＫが電池ブロックＢの新たなＳＯＣとして取得される（ステップＳ８）。
【０１０８】
一方、差値ＳＯＣＶの絶対値が変動制限値ＳＯＣＬを超えていれば（ステップＳ７でＹＥＳ）、ＳＯＣ算出部２１６によって、差値ＳＯＣＶの正負が確認される（ステップＳ９）。そして、差値ＳＯＣＶが正の値であれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、ＳＯＣは増加方向であるから、ＳＯＣ算出部２１６によって、前回値ＳＯＣＰに変動制限値ＳＯＣＬが加算されて、電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮのＳＯＣが算出される（ステップＳ１０）。
【０１０９】
一方、差値ＳＯＣＶが負の値であれば（ステップＳ９でＮＯ）、ＳＯＣは減少方向であるから、ＳＯＣ算出部２１６によって、前回値ＳＯＣＰから変動制限値ＳＯＣＬが減算されて、電池ブロックＢ１、Ｂ２、・・・、ＢＮのＳＯＣが算出される（ステップＳ１１）。
【０１１０】
そして、ＳＯＣ算出部２１６は、時間△ｔが経過すると（ステップＳ１２でＹＥＳ）、新たなＳＯＣを再び算出するべくステップＳ１へ移行し、ステップＳ１〜Ｓ１２の処理が繰り返される。
【０１１１】
以上、ステップＳ１〜Ｓ１２の処理によれば、積算電流値ＩＤＣが大きくなって組電池１４が劣化するほど、温度Ｔが低くなって組電池１４の内部抵抗が増大するほど、すなわち換算値ＳＯＣＫと実際のＳＯＣとの誤差が大きくなると考えられる条件になるほど、変動制限値ＳＯＣＬが小さな値に設定されて、新たに算出されるＳＯＣの値における前回値ＳＯＣＰからの変化量が小さな範囲に制限されるので、ＳＯＣの算出誤差を低減することができる。
【０１１２】
また、電圧変動量△Ｖ／△ｔが大きく、過度にＳＯＣの変化が制限されるとかえってＳＯＣの誤差が増大してしまうおそれがある場合には、変動制限値ＳＯＣＬが増大されて、換算値ＳＯＣＫがそのまま算出ＳＯＣに反映されやすくされるので、過度の制限により生じるＳＯＣの誤差が低減される。
【０１１３】
これにより、二次電池がフレッシュな状態であっても劣化した状態であっても、あるいは温度の影響を受けた場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができる。また、実際のＳＯＣが大きく変化して電圧変動量△Ｖ／△ｔが増大した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができる。
【０１１４】
ところで、背景技術である特許文献１に記載の技術では、ＳＯＣの演算精度を向上させるために、充放電電流に基づいて、ＳＯＣの変動制限を設定している。二次電池は充放電の繰り返し及び時間の経過によって劣化する。劣化した二次電池の内部抵抗値は増大する。二次電池の端子電圧の変動は内部抵抗値と電流の積であるので、内部抵抗値が増大すると、小さな電流値でも電圧の変動が大きくなる。しかし、電流値が小さければ、実際のＳＯＣの変動も小さい。
【０１１５】
そのため、特許文献１に記載の技術のように、劣化を考慮せずに二次電池を流れる電流値に応じてＳＯＣの変動範囲の制限値を設定する場合には、二次電池が劣化して二次電池を流れる電流に対する端子電圧の変動が増大すると、ＳＯＣの変動範囲を適切な値に設定することができなくなり、ＳＯＣの算出精度が低下するという不都合があった。
【０１１６】
しかしながら、図１に示す充電制御回路４によれば、二次電池の劣化の程度を表す積算電流値ＩＤＣを用いて変動制限値ＳＯＣＬを設定することにより、二次電池が劣化した場合であっても、ＳＯＣの算出精度が低下するおそれを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等の電池搭載装置において、二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出方法、ＳＯＣ算出回路、及びこれを用いた充電システムとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るＳＯＣ算出回路の一例に相当する充電制御回路を備えた充電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すテーブル記憶部に記憶されている変動制限値テーブルの一例を示す説明図である。
【図３】図１に示すテーブル記憶部に記憶されている変動制限値テーブルの一例を示す説明図である。
【図４】図１に示すテーブル記憶部に記憶されている変動制限値テーブルの一例を示す説明図である。
【図５】図１に示す充電システムにおけるＳＯＣ算出動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図２，図３，図４に示す変動制限値テーブルに基づいて、電圧変動量△Ｖ／△ｔ、積算電流値ＩＤＣ、及び温度Ｔから得られる変動制限値ＳＯＣＬの具体例を示す一覧表である。
【図７】二次電池を一定の電流値で放電したときの、経過時間とＳＯＣとの関係を示すグラフである。
【図８】端子電圧の変動が同じである条件において、端子電圧から換算して得られたＳＯＣを、変動の制限を行わない場合と変動範囲を１％以内に制限した場合とで比較したグラフである。
【符号の説明】
【０１１９】
１  充電システム
２  電池パック
３  充電装置
４  充電制御回路
１４  組電池
１５  電圧検出回路
１６  電流検出抵抗
１７  温度センサ
１４１  二次電池
２０１  アナログデジタル変換器
２０２  制御部
２１１  保護制御部
２１２  充電処理部
２１３  電流積算部
２１４  ＳＯＣ推定部
２１５  制限値設定部
２１６  ＳＯＣ算出部
２１７  テーブル記憶部
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、・・・、ＢＮ  電池ブロック
ＤＳＯＣ  変動値
ＩＤＣ  積算電流値
Ｑ１、Ｑ２  スイッチング素子
ＳＯＣＫ  換算値
ＳＯＣＬ  変動制限値
ＳＯＣＰ  前回値
ＳＯＣＶ  差値
Ｖｂ、Ｖｂ１、Ｖｂ２、・・・、ＶｂＮ  端子電圧
【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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