JP2001110459A - 容量補正機能を備えた電池パック - Google Patents
容量補正機能を備えた電池パックInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電流積算法及び内部インピーダンス補正法、
電池電圧補正法の欠点を改善し、残存容量の検知、補正
の性能の向上、信頼性の向上を図る。 【解決手段】 条件判定部６で放電電流に対応する放電
時の内部インピーダンス、電池の温度、最小セル電圧が
所定値以下か否かを判定し、かつ電池電圧及び放電電流
と基準内部インピーダンスを基に放電容量を算出して、
該放電容量に対応する開路電池電圧波形の下降勾配が徐
々に増加したとき又は所定値以上になったとき、容量補
正部７で基準開路電池電圧波形に対応する放電容量を満
充電容量から減算した値を基に現在の容量値の補正を行
い、また、現在の電池の温度と放電電流からセルの温度
上昇を推定して、該セルの温度上昇による内部インピー
ダンスの減少から所定時間後のセルの電圧を予測して残
存容量０の時点を求め、該予測される時点までの時間と
放電電流の積を残存容量として補正を行う。
電池電圧補正法の欠点を改善し、残存容量の検知、補正
の性能の向上、信頼性の向上を図る。 【解決手段】 条件判定部６で放電電流に対応する放電
時の内部インピーダンス、電池の温度、最小セル電圧が
所定値以下か否かを判定し、かつ電池電圧及び放電電流
と基準内部インピーダンスを基に放電容量を算出して、
該放電容量に対応する開路電池電圧波形の下降勾配が徐
々に増加したとき又は所定値以上になったとき、容量補
正部７で基準開路電池電圧波形に対応する放電容量を満
充電容量から減算した値を基に現在の容量値の補正を行
い、また、現在の電池の温度と放電電流からセルの温度
上昇を推定して、該セルの温度上昇による内部インピー
ダンスの減少から所定時間後のセルの電圧を予測して残
存容量０の時点を求め、該予測される時点までの時間と
放電電流の積を残存容量として補正を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばリチウムイ
オン２次電池等の２次電池の容量を検出し容量補正を行
う機能を備えた電池パックに関する。
オン２次電池等の２次電池の容量を検出し容量補正を行
う機能を備えた電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電池の残存容量を算出する方
法として、電流積算法や、内部インピーダンス補正法、
電池電圧補正法が知られている。図１１は電流積算法を
利用した二次電池パックの構成例を示すブロック図であ
り、電池２１は、３直にセルが接続された二次電池であ
り、電流検出抵抗２５は、その充放電電流Ｉを検出し、
増幅器２６は、電流検出抵抗２５により検出された微小
電圧を増幅するものである。制御マイコン２４は、電池
パック内の制御を行うものであり、そのための演算処理
を行いまた外部ホスト装置に対し通信等を行うものであ
る。ＥＥＰＲＯＭ２７は、プログラムや制御データ等を
格納する記憶手段である。電池電圧監視ＩＣ２２は、電
池電圧を検出し充放電制御を行う保護ＩＣであり、充放
電用制御ＦＥＴ２３は、電池電圧監視ＩＣ２２又は制御
マイコン２４からの信号により充放電をオン、オフ制御
するＦＥＴである。
法として、電流積算法や、内部インピーダンス補正法、
電池電圧補正法が知られている。図１１は電流積算法を
利用した二次電池パックの構成例を示すブロック図であ
り、電池２１は、３直にセルが接続された二次電池であ
り、電流検出抵抗２５は、その充放電電流Ｉを検出し、
増幅器２６は、電流検出抵抗２５により検出された微小
電圧を増幅するものである。制御マイコン２４は、電池
パック内の制御を行うものであり、そのための演算処理
を行いまた外部ホスト装置に対し通信等を行うものであ
る。ＥＥＰＲＯＭ２７は、プログラムや制御データ等を
格納する記憶手段である。電池電圧監視ＩＣ２２は、電
池電圧を検出し充放電制御を行う保護ＩＣであり、充放
電用制御ＦＥＴ２３は、電池電圧監視ＩＣ２２又は制御
マイコン２４からの信号により充放電をオン、オフ制御
するＦＥＴである。
【０００３】一般に、電池の放電容量は、放電電流と放
電時間の積で表すことができる。例えば放電電流Ｉを電
流検出用抵抗２５で電圧に変換し、増幅器２６により所
定時間Δｔ毎に区切って検出し、検出された電流Ｉｓを
制御部２４にて時間積算（Σ（放電電流Ｉ×時間Δ
ｔ））すると、トータルの放電容量が算出できる。そこ
で、充電電流の時間積算で求められた満充電容量、もし
くは予め与えられた満充電容量から、時間積算された前
記放電容量を差し引くことにより、２次電池２１の残存
容量を求めることができる。
電時間の積で表すことができる。例えば放電電流Ｉを電
流検出用抵抗２５で電圧に変換し、増幅器２６により所
定時間Δｔ毎に区切って検出し、検出された電流Ｉｓを
制御部２４にて時間積算（Σ（放電電流Ｉ×時間Δ
ｔ））すると、トータルの放電容量が算出できる。そこ
で、充電電流の時間積算で求められた満充電容量、もし
くは予め与えられた満充電容量から、時間積算された前
記放電容量を差し引くことにより、２次電池２１の残存
容量を求めることができる。
【０００４】一方、内部インピーダンス補正法によれ
ば、測定した電池電圧Ｖｄから放電電流Ｉと電池の内部
インピーダンスｒによる内部電圧降下を排除した開路電
池電圧Ｖｏを〔数１〕により算出し、算出された開路電
池電圧Ｖｏに対応する二次電池の残存容量として、予め
設定された開路電池電圧対残存容量の関係を示すデータ
ベースから求めることができる。
ば、測定した電池電圧Ｖｄから放電電流Ｉと電池の内部
インピーダンスｒによる内部電圧降下を排除した開路電
池電圧Ｖｏを〔数１〕により算出し、算出された開路電
池電圧Ｖｏに対応する二次電池の残存容量として、予め
設定された開路電池電圧対残存容量の関係を示すデータ
ベースから求めることができる。
【０００５】〔数１〕Ｖｏ＝Ｖｄ＋Ｉ×ｒ なお、通常、開路電池電圧Ｖｏを算出するための内部イ
ンピーダンスｒとしては、予め決められた想定値が用い
られている。
ンピーダンスｒとしては、予め決められた想定値が用い
られている。
【０００６】また、電池電圧補正法では、各セルの電圧
を常時監視し、温度と放電電流のレートによって異なる
電圧テーブルを読みにゆき、最小のセル電圧がこのテー
ブル値の電圧以下になった場合に残存容量を補正する。
セル電圧が放電終止電圧、例えば２．５Ｖになったと
き、放電は停止するため、それ以前に残存容量値を０に
しておく必要がある。
を常時監視し、温度と放電電流のレートによって異なる
電圧テーブルを読みにゆき、最小のセル電圧がこのテー
ブル値の電圧以下になった場合に残存容量を補正する。
セル電圧が放電終止電圧、例えば２．５Ｖになったと
き、放電は停止するため、それ以前に残存容量値を０に
しておく必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電池電流を
時間積算する前記電流積算法は、充放電電流Ｉや放電時
間Δｔの測定誤差が残存容量算出の際の誤差要因になる
といった欠点がある。そのため、途中充電（残存容量が
あるにもかかわらず充電すること）が繰り返し行われる
場合や、途中放電（充電中であるにもかかわらず負荷を
接続すること）が繰り返し行われる場合には、誤差が拡
大してしまう。或いは長期保存中の自己放電や容量劣化
（長期保存中は、負荷電流が０であるため、自己放電量
を残存容量から減算しても実際の自己放電量と計算によ
る自己放電量による誤差がある）等に起因する誤差要因
を考慮する必要があり、そのために満充電時に放電可能
容量を修正するといった補正手段が採用されている場合
もある。しかし、各セルが有する容量のバラツキや、充
放電サイクル時の使用環境条件の相違などから、補正を
行うことでかえって誤差を拡大させてしまう可能性があ
る。
時間積算する前記電流積算法は、充放電電流Ｉや放電時
間Δｔの測定誤差が残存容量算出の際の誤差要因になる
といった欠点がある。そのため、途中充電（残存容量が
あるにもかかわらず充電すること）が繰り返し行われる
場合や、途中放電（充電中であるにもかかわらず負荷を
接続すること）が繰り返し行われる場合には、誤差が拡
大してしまう。或いは長期保存中の自己放電や容量劣化
（長期保存中は、負荷電流が０であるため、自己放電量
を残存容量から減算しても実際の自己放電量と計算によ
る自己放電量による誤差がある）等に起因する誤差要因
を考慮する必要があり、そのために満充電時に放電可能
容量を修正するといった補正手段が採用されている場合
もある。しかし、各セルが有する容量のバラツキや、充
放電サイクル時の使用環境条件の相違などから、補正を
行うことでかえって誤差を拡大させてしまう可能性があ
る。
【０００８】また、特に、接続される負荷装置（例えば
携帯機器）が連続放電となる直流負荷でなく、間欠放電
となるパルス負荷である場合は、精度の良い電流検出は
行われず、残存容量を正確に算出することは困難であっ
た。
携帯機器）が連続放電となる直流負荷でなく、間欠放電
となるパルス負荷である場合は、精度の良い電流検出は
行われず、残存容量を正確に算出することは困難であっ
た。
【０００９】一方、内部インピーダンス補正法の場合
は、充放電サイクル数や使用環境条件（特に温度条件）
によって二次電池の内部インピーダンスが大幅に変動す
るため、内部インピーダンス値として固定値が参照され
る方式であると、実際の電池の内部電圧降下と算出され
た内部電圧降下とに誤差が生じるため、正確な残存容量
を算出できないといった欠点がある。あるいは、放電容
量に対する開路電池電圧波形がフラットである場合、微
小な電圧差が大きな容量差になった現れるため誤差が大
きくなるという欠点がある。
は、充放電サイクル数や使用環境条件（特に温度条件）
によって二次電池の内部インピーダンスが大幅に変動す
るため、内部インピーダンス値として固定値が参照され
る方式であると、実際の電池の内部電圧降下と算出され
た内部電圧降下とに誤差が生じるため、正確な残存容量
を算出できないといった欠点がある。あるいは、放電容
量に対する開路電池電圧波形がフラットである場合、微
小な電圧差が大きな容量差になった現れるため誤差が大
きくなるという欠点がある。
【００１０】さらに例えば低温で高率放電した場合に、
電池電圧が急激に低下しそのまま放電終止電圧になって
しまう場合と、逆に一旦電池電圧が急激に減少するが放
電により電池温度が上昇し内部インピーダンスが減少し
放電終止電圧に達する前に電池電圧が上昇しはじめ、そ
の後しばらくの間放電が可能となる場合とがある。この
ような場合に、内部インピーダンス補正法、電池電圧補
正法では、残存容量に大きな違いが現れ、実際の放電可
能容量とは合わなくなることがある。
電池電圧が急激に低下しそのまま放電終止電圧になって
しまう場合と、逆に一旦電池電圧が急激に減少するが放
電により電池温度が上昇し内部インピーダンスが減少し
放電終止電圧に達する前に電池電圧が上昇しはじめ、そ
の後しばらくの間放電が可能となる場合とがある。この
ような場合に、内部インピーダンス補正法、電池電圧補
正法では、残存容量に大きな違いが現れ、実際の放電可
能容量とは合わなくなることがある。
【００１１】したがって、従来の電池パックでは、上記
要因よる算出誤差の結果、実際に放電できる容量よりも
少なめに残量表示された場合、電池自身は放電可能であ
るにもかかわらず残存容量は０とされて負荷装置への電
力供給が停止されるため、電池のエネルギーを全て効率
良く引き出すことができなくなる。また、この状態で充
電を行うと、誤差を含んだまま充電容量が積算されて、
誤差はさらに拡大することになり、精度の良い残存容量
の監視が極めて困難となる。
要因よる算出誤差の結果、実際に放電できる容量よりも
少なめに残量表示された場合、電池自身は放電可能であ
るにもかかわらず残存容量は０とされて負荷装置への電
力供給が停止されるため、電池のエネルギーを全て効率
良く引き出すことができなくなる。また、この状態で充
電を行うと、誤差を含んだまま充電容量が積算されて、
誤差はさらに拡大することになり、精度の良い残存容量
の監視が極めて困難となる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、電流積算法及び内部インピーダン
ス補正法、電池電圧補正法の欠点を改善し、残存容量の
検知、補正の性能の向上、信頼性の向上を図るものであ
る。
決するものであって、電流積算法及び内部インピーダン
ス補正法、電池電圧補正法の欠点を改善し、残存容量の
検知、補正の性能の向上、信頼性の向上を図るものであ
る。
【００１３】そのために本発明は、電流を時間で積算し
て検出した残存容量に対して補正を行う容量補正機能を
備えた電池パックにおいて、セルの電圧及び電池電圧を
検出する電圧検出手段と、充放電電流を検出する電流検
出手段と、電池の温度を検出する温度検出手段と、前記
電流検出手段により検出される放電電流に対応する放電
時の内部インピーダンスが所定値以下、前記放電電流が
所定値以下、又は前記温度検出手段により検出される電
池の温度が所定値以上であること、前記電圧検出手段に
より検出される最小セル電圧が所定値以下であること、
かつ前記電圧検出手段により検出される電池電圧及び前
記放電電流と基準内部インピーダンスを基に放電容量を
算出して、該放電容量に対応する開路電池電圧波形の下
降勾配が徐々に増加したこと又は所定値以上になったこ
とを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果
を条件として、基準開路電池電圧波形に対応する放電容
量を満充電容量から減算した値を基に現在の容量値の補
正を行う補正手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
て検出した残存容量に対して補正を行う容量補正機能を
備えた電池パックにおいて、セルの電圧及び電池電圧を
検出する電圧検出手段と、充放電電流を検出する電流検
出手段と、電池の温度を検出する温度検出手段と、前記
電流検出手段により検出される放電電流に対応する放電
時の内部インピーダンスが所定値以下、前記放電電流が
所定値以下、又は前記温度検出手段により検出される電
池の温度が所定値以上であること、前記電圧検出手段に
より検出される最小セル電圧が所定値以下であること、
かつ前記電圧検出手段により検出される電池電圧及び前
記放電電流と基準内部インピーダンスを基に放電容量を
算出して、該放電容量に対応する開路電池電圧波形の下
降勾配が徐々に増加したこと又は所定値以上になったこ
とを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果
を条件として、基準開路電池電圧波形に対応する放電容
量を満充電容量から減算した値を基に現在の容量値の補
正を行う補正手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１４】さらに、周期的なパルス放電の場合の開路
電池電圧は、パルス放電周期の３倍以上の時間で平均を
とった放電電流値と電池電圧値を基に算出し、前記判定
手段は、放電容量に対応する開路電池電圧とその下降勾
配を温度により補正する手段や、放電容量に対する基準
開路電圧を最新の有効な充放電サイクルにより更新する
手段を有し、前記補正手段は、充電又は放電状態から電
流が流れない状態に移行したとき分極の影響がなくなる
まで待って検出される開路電池電圧から基準開路電池電
圧を基に残存容量値を求め、該残存容量値と現在の容量
値との差が所定の比率以上である場合に現在の容量値の
補正を行い、前記求めた残存容量値と現在の容量値と加
重平均により現在の容量値の補正を行うことを特徴とす
るものである。
電池電圧は、パルス放電周期の３倍以上の時間で平均を
とった放電電流値と電池電圧値を基に算出し、前記判定
手段は、放電容量に対応する開路電池電圧とその下降勾
配を温度により補正する手段や、放電容量に対する基準
開路電圧を最新の有効な充放電サイクルにより更新する
手段を有し、前記補正手段は、充電又は放電状態から電
流が流れない状態に移行したとき分極の影響がなくなる
まで待って検出される開路電池電圧から基準開路電池電
圧を基に残存容量値を求め、該残存容量値と現在の容量
値との差が所定の比率以上である場合に現在の容量値の
補正を行い、前記求めた残存容量値と現在の容量値と加
重平均により現在の容量値の補正を行うことを特徴とす
るものである。
【００１５】また、電流を時間で積算して検出した残存
容量に対して補正を行う容量補正機能を備えた電池パッ
クであって、セルの電圧及び電池電圧を検出する電圧検
出手段と、充放電電流を検出する電流検出手段と、電池
の温度を検出する温度検出手段と、前記電流検出手段に
より検出される放電電流に対応する放電時の内部インピ
ーダンスが所定値以上、前記放電電流が所定値以上、又
は前記温度検出手段により検出される電池の温度が所定
値以下であることを判定する判定手段と、前記判定手段
による判定結果を条件として、前記温度検出手段により
検出される現在の電池の温度と前記放電電流からセルの
温度上昇を推定して、該セルの温度上昇による内部イン
ピーダンスの減少から所定時間後のセルの電圧を予測し
て残存容量０の時点を求め、該予測される時点までの時
間と放電電流の積を残存容量として補正を行う補正手段
とを備えたことを特徴とするものである。
容量に対して補正を行う容量補正機能を備えた電池パッ
クであって、セルの電圧及び電池電圧を検出する電圧検
出手段と、充放電電流を検出する電流検出手段と、電池
の温度を検出する温度検出手段と、前記電流検出手段に
より検出される放電電流に対応する放電時の内部インピ
ーダンスが所定値以上、前記放電電流が所定値以上、又
は前記温度検出手段により検出される電池の温度が所定
値以下であることを判定する判定手段と、前記判定手段
による判定結果を条件として、前記温度検出手段により
検出される現在の電池の温度と前記放電電流からセルの
温度上昇を推定して、該セルの温度上昇による内部イン
ピーダンスの減少から所定時間後のセルの電圧を予測し
て残存容量０の時点を求め、該予測される時点までの時
間と放電電流の積を残存容量として補正を行う補正手段
とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】さらに、前記所定時間後のセルの電圧は、
基準セル開路電圧からセルの内部インピーダンスと放電
電流との積による電圧降下分を減算し、電池の温度上昇
による内部インピーダンスの減少分を加味して予測し、
電池の温度上昇は、試験データに基づいて算出すること
を特徴とするものである。
基準セル開路電圧からセルの内部インピーダンスと放電
電流との積による電圧降下分を減算し、電池の温度上昇
による内部インピーダンスの減少分を加味して予測し、
電池の温度上昇は、試験データに基づいて算出すること
を特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る容量補正機
能を備えた電池パックの実施の形態を示す図、図２は開
路電池電圧波形の例を示す図、図３は開路電池電圧波形
の下降勾配の変化例を示す図、図３はである。図中、１
は電流検出部、２は電圧検出部、３は温度検出部、４は
演算処理部、５はテーブル格納部、６は条件判定部、７
は容量補正部を示す。
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る容量補正機
能を備えた電池パックの実施の形態を示す図、図２は開
路電池電圧波形の例を示す図、図３は開路電池電圧波形
の下降勾配の変化例を示す図、図３はである。図中、１
は電流検出部、２は電圧検出部、３は温度検出部、４は
演算処理部、５はテーブル格納部、６は条件判定部、７
は容量補正部を示す。
【００１８】図１において、電流検出部１は、充放電電
流を検出するものであり、例えば電流検出抵抗及びその
両端に発生する電圧降下を検出し増幅する増幅器からな
る。電圧検出部２は、電池やセルの電圧を検出するもの
である。温度検出部３は、電池やセルの温度を検出する
ものである。演算処理部４は、電流検出部１により検出
された放電電流に対応する内部インピーンスにより開路
電池電圧の算出、放電電流と電池電圧と基準内部インピ
ーンスを基に放電容量の算出、温度上昇に見合う内部イ
ンピーンスの変化を基に最小セル電圧推移の算出などを
行うものである。なお、温度上昇は、現時点の放電電流
により予測する。テーブル格納部５は、例えば図２に示
すような開路電池電圧波形と放電容量の対応テーブル
（開路電池電圧波形）、温度と放電電流の対応テーブ
ル、電池の温度上昇の試験データなどの容量補正に必要
な各種テーブルを格納するものである。条件判定部６
は、最小セル電圧、電池電圧、内部インピーンス、放電
電流のそれぞれについて予め設定されている所定値以下
であるか否かの判定、開路電池電圧波形の下降勾配が徐
々に増加したかの判定などを行うものである。容量補正
部７は、演算処理部４により算出された開路電池電圧、
例えば図３に示すような開路電池電圧波形の下降勾配
（−Δｖ／Δｄｃ）、電圧検出部２により検出された最
小セル電圧、又は演算処理部４により算出された最小セ
ル電圧推移を基に放電時の容量補正を行うものである。
流を検出するものであり、例えば電流検出抵抗及びその
両端に発生する電圧降下を検出し増幅する増幅器からな
る。電圧検出部２は、電池やセルの電圧を検出するもの
である。温度検出部３は、電池やセルの温度を検出する
ものである。演算処理部４は、電流検出部１により検出
された放電電流に対応する内部インピーンスにより開路
電池電圧の算出、放電電流と電池電圧と基準内部インピ
ーンスを基に放電容量の算出、温度上昇に見合う内部イ
ンピーンスの変化を基に最小セル電圧推移の算出などを
行うものである。なお、温度上昇は、現時点の放電電流
により予測する。テーブル格納部５は、例えば図２に示
すような開路電池電圧波形と放電容量の対応テーブル
（開路電池電圧波形）、温度と放電電流の対応テーブ
ル、電池の温度上昇の試験データなどの容量補正に必要
な各種テーブルを格納するものである。条件判定部６
は、最小セル電圧、電池電圧、内部インピーンス、放電
電流のそれぞれについて予め設定されている所定値以下
であるか否かの判定、開路電池電圧波形の下降勾配が徐
々に増加したかの判定などを行うものである。容量補正
部７は、演算処理部４により算出された開路電池電圧、
例えば図３に示すような開路電池電圧波形の下降勾配
（−Δｖ／Δｄｃ）、電圧検出部２により検出された最
小セル電圧、又は演算処理部４により算出された最小セ
ル電圧推移を基に放電時の容量補正を行うものである。
【００１９】図４は容量補正処理の例を説明するための
図、図５は放電容量と電圧、温度の関係を示す図、図６
は放電容量と内部抵抗係数との関係を示す図、図７は温
度と内部抵抗係数との関係を示す図、図８は容量補正処
理の他の例を説明するための図、図９は電池の温度上昇
の試験データの例を示す図である。電池パックの残存容
量の補正は、例えば図４に示すようにまず、最小セル電
圧を検出し（ステップＳ１１）、その最小セル電圧が所
定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
最小セル電圧が所定値以下である場合には、放電電流と
電池電圧と基準内部インピーンスから放電容量を算出し
（ステップＳ１３）、例えば図２に示すテーブルより放
電電流に対応する開路電池電圧波形の下降勾配を求めて
（ステップＳ１４）、下降勾配が徐々に増加したか否か
を判定する（ステップＳ１５）。増加している場合に
は、基準開路電池電圧波形に対応する放電容量と満充電
容量に基づき現在の容量値 〔数２〕現在の容量値＝（満充電容量−基準開路電池電
圧波形に対応する放電容量） を求めて補正を行う（ステップＳ１６）。
図、図５は放電容量と電圧、温度の関係を示す図、図６
は放電容量と内部抵抗係数との関係を示す図、図７は温
度と内部抵抗係数との関係を示す図、図８は容量補正処
理の他の例を説明するための図、図９は電池の温度上昇
の試験データの例を示す図である。電池パックの残存容
量の補正は、例えば図４に示すようにまず、最小セル電
圧を検出し（ステップＳ１１）、その最小セル電圧が所
定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
最小セル電圧が所定値以下である場合には、放電電流と
電池電圧と基準内部インピーンスから放電容量を算出し
（ステップＳ１３）、例えば図２に示すテーブルより放
電電流に対応する開路電池電圧波形の下降勾配を求めて
（ステップＳ１４）、下降勾配が徐々に増加したか否か
を判定する（ステップＳ１５）。増加している場合に
は、基準開路電池電圧波形に対応する放電容量と満充電
容量に基づき現在の容量値 〔数２〕現在の容量値＝（満充電容量−基準開路電池電
圧波形に対応する放電容量） を求めて補正を行う（ステップＳ１６）。
【００２０】放電容量に対する基準開路電池電圧は、最
新の有効な充放電サイクルにより更新する。有効な充放
電サイクルとは、満充電から放電終止電圧まで放電し、
その後満充電まで充電するサイクル、又は放電終止から
満充電まで充電し、その後放電終止まで放電するサイク
ルである。
新の有効な充放電サイクルにより更新する。有効な充放
電サイクルとは、満充電から放電終止電圧まで放電し、
その後満充電まで充電するサイクル、又は放電終止から
満充電まで充電し、その後放電終止まで放電するサイク
ルである。
【００２１】放電特性は、図５〜図７に示すように温度
によって大きく変化するので、放電容量に対する開路電
池電圧とその下降勾配（−Δｖ／Δｄｃ）は、温度によ
り補正し、開路電池電圧の下降勾配の算出は、放電時、
放電容量の所定の増加分（Δｄｃ）に対する開路電池電
圧の減少分（Δｖ）を検出して−Δｖ／Δｄｃを算出す
ることによって行う。いま、内部インピーダンスをＲと
すると、 〔数３〕Ｒ＝Ｒｏ×α（ｄｃ）×β（Ｔ） となり、Ｒｏは基準内部インピーダンス、α（ｄｃ）は
図６に示すような放電容量又は充電率に依存する係数、
β（Ｔ）は図７に示すような温度に依存する係数であ
る。なお、開路電池電圧の算出は、周期的なパルス放電
の場合、パルス放電周期の３倍以上の時間で平均をとっ
て放電電流値と電池電圧値で行う。この場合において、
平均電流の変化量が大きいとき、開路電池電圧の急激な
変化は無視する。
によって大きく変化するので、放電容量に対する開路電
池電圧とその下降勾配（−Δｖ／Δｄｃ）は、温度によ
り補正し、開路電池電圧の下降勾配の算出は、放電時、
放電容量の所定の増加分（Δｄｃ）に対する開路電池電
圧の減少分（Δｖ）を検出して−Δｖ／Δｄｃを算出す
ることによって行う。いま、内部インピーダンスをＲと
すると、 〔数３〕Ｒ＝Ｒｏ×α（ｄｃ）×β（Ｔ） となり、Ｒｏは基準内部インピーダンス、α（ｄｃ）は
図６に示すような放電容量又は充電率に依存する係数、
β（Ｔ）は図７に示すような温度に依存する係数であ
る。なお、開路電池電圧の算出は、周期的なパルス放電
の場合、パルス放電周期の３倍以上の時間で平均をとっ
て放電電流値と電池電圧値で行う。この場合において、
平均電流の変化量が大きいとき、開路電池電圧の急激な
変化は無視する。
【００２２】また、電池パックの残存容量の他の補正
は、例えば図８に示すように現在の電池温度と放電電流
からセルの温度上昇を推定し（ステップＳ２１）、セル
の温度上昇による内部インピーダンスの減少から、ある
時間後のセル電圧を予測する（ステップＳ２２）。そし
て、セル電圧が所定値Ｖ０、例えば放電終止電圧より低
くなる時点を残存容量０として求め（ステップＳ２
３）、それまでの時間と放電電流の積、つまり 〔数４〕放電電流×残存容量０までの放電時間 を残存容量とする（ステップＳ２４）。なお、電池の温
度上昇の推定は、内部インピーダンスに比例して大きく
する。
は、例えば図８に示すように現在の電池温度と放電電流
からセルの温度上昇を推定し（ステップＳ２１）、セル
の温度上昇による内部インピーダンスの減少から、ある
時間後のセル電圧を予測する（ステップＳ２２）。そし
て、セル電圧が所定値Ｖ０、例えば放電終止電圧より低
くなる時点を残存容量０として求め（ステップＳ２
３）、それまでの時間と放電電流の積、つまり 〔数４〕放電電流×残存容量０までの放電時間 を残存容量とする（ステップＳ２４）。なお、電池の温
度上昇の推定は、内部インピーダンスに比例して大きく
する。
【００２３】ステップＳ２２によるセル電圧の予測で
は、基準セル開路電圧からセルの内部インピーダンスと
放電電流との積による電圧降下分を減算し、ある時間後
の電池電圧を電池の温度上昇による内部インピーダンス
の減少を加味して予測する。この場合、基準セル開路電
圧は、セル数がＮ個直列接続された電池パックの場合に
は開路電池電圧の１／Ｎでもよいし、セルの内部インピ
ーダンスは、電池の内部インピーダンスの１／Ｎでもよ
い。また、電池の温度上昇は、図９に示すような過去の
試験で収集したデータを基に算出する。
は、基準セル開路電圧からセルの内部インピーダンスと
放電電流との積による電圧降下分を減算し、ある時間後
の電池電圧を電池の温度上昇による内部インピーダンス
の減少を加味して予測する。この場合、基準セル開路電
圧は、セル数がＮ個直列接続された電池パックの場合に
は開路電池電圧の１／Ｎでもよいし、セルの内部インピ
ーダンスは、電池の内部インピーダンスの１／Ｎでもよ
い。また、電池の温度上昇は、図９に示すような過去の
試験で収集したデータを基に算出する。
【００２４】電池の開路電圧は、充電又は放電状態から
電流が流れない状態に移行したとき、分極の影響がなく
なるまで待って検出し、現在の容量値の補正は、この開
路電圧から基準開路電圧を基に推定される容量と現在の
容量値の差が所定の比率以上である場合に推定容量と現
在の容量との加重平均を取って行う。この場合の分極の
影響がなくなる時間は、例えば１０分程度である。
電流が流れない状態に移行したとき、分極の影響がなく
なるまで待って検出し、現在の容量値の補正は、この開
路電圧から基準開路電圧を基に推定される容量と現在の
容量値の差が所定の比率以上である場合に推定容量と現
在の容量との加重平均を取って行う。この場合の分極の
影響がなくなる時間は、例えば１０分程度である。
【００２５】加重平均の取り方は、放電終止電圧までの
放電が行われて、つまり残量０を検出してから所定以上
の途中充電及び途中放電のサイクルが繰り返された場
合、又は所定以上の長時間放置された場合には、開路電
圧からの補正に重きをおいて補正し、逆の場合には電流
積算による現在の容量値に重きをおいて補正する。
放電が行われて、つまり残量０を検出してから所定以上
の途中充電及び途中放電のサイクルが繰り返された場
合、又は所定以上の長時間放置された場合には、開路電
圧からの補正に重きをおいて補正し、逆の場合には電流
積算による現在の容量値に重きをおいて補正する。
【００２６】図１０は容量補正の選択処理を説明するた
めの図である。上記の〔数２〕と〔数３〕のいずれによ
り容量補正を行うかは、図１０に示すように電池温度が
所定値以上か否か（ステップＳ３１、Ｓ３２）、内部イ
ンピーダンスが所定値以上か否か（ステップＳ３３、Ｓ
３４）、放電電流が所定値以上か否か（ステップＳ３
５）を判定する。そして、電池温度が所定値以上、内部
インピーダンスが所定値以下、又は放電電流が所定値以
下である場合には、図２に示すように開路電池電圧波形
の下降勾配が徐々に増加したとき、〔数２〕による補
正、つまり、放電容量と満充電容量と放電効率に基づく
補正を選択し（ステップＳ３６）、電池温度が所定値以
下、内部インピーダンスが所定値以上、又は放電電流が
所定値以上である場合には、〔数３〕による補正、つま
り、残存容量０までの放電時間に基づく補正を選択する
（ステップＳ３７）。
めの図である。上記の〔数２〕と〔数３〕のいずれによ
り容量補正を行うかは、図１０に示すように電池温度が
所定値以上か否か（ステップＳ３１、Ｓ３２）、内部イ
ンピーダンスが所定値以上か否か（ステップＳ３３、Ｓ
３４）、放電電流が所定値以上か否か（ステップＳ３
５）を判定する。そして、電池温度が所定値以上、内部
インピーダンスが所定値以下、又は放電電流が所定値以
下である場合には、図２に示すように開路電池電圧波形
の下降勾配が徐々に増加したとき、〔数２〕による補
正、つまり、放電容量と満充電容量と放電効率に基づく
補正を選択し（ステップＳ３６）、電池温度が所定値以
下、内部インピーダンスが所定値以上、又は放電電流が
所定値以上である場合には、〔数３〕による補正、つま
り、残存容量０までの放電時間に基づく補正を選択する
（ステップＳ３７）。
【００２７】次に、内部インピーダンスの算出について
説明する。充放電時の電圧Ｖｃ、Ｖｄ、電流Ｉｃ、Ｉｄ
に基づき内部インピーダンスｒと開路電圧Ｖｏは、 〔数５〕ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｉｃ−Ｉｄ） Ｖｏ＝Ｖｄ＋ｒ×Ｉｄ 又は ＝Ｖｃ−ｒ×Ｉｃ により算出される。したがって、内部インピーダンス
は、充電と放電を経験したとき同じ放電容量において充
放電時の電池電圧値の差（ΔＶ）を電流値の差（ΔＩ）
で除算して算出し、複数の点における平均値により更新
する。ただし、満充電付近と放電終止付近では、内部イ
ンピーダンスを計測しないのでその更新もしない。電池
パックが放置状態から充電又は放電状態に、充電から放
電状態に、放電から充電状態に移行した初期にも内部イ
ンピーダンスは計測しない。これは、分極特性の影響を
避けるためである。また、所定の放電容量まで放電した
後、満充電まで充電したとき放電容量は通常０にリセッ
トされるが、この時の放電容量の誤差が所定の範囲内で
あれば、測定した内部インピーダンス値を更新し、所定
の範囲外であれば測定した内部インピーダンス値を破棄
する。各温度毎のテーブルを用意しておき、内部インピ
ーダンス測定時の温度を計測し、テーブルのその温度に
相当する内部インピーダンスを更新する。
説明する。充放電時の電圧Ｖｃ、Ｖｄ、電流Ｉｃ、Ｉｄ
に基づき内部インピーダンスｒと開路電圧Ｖｏは、 〔数５〕ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｉｃ−Ｉｄ） Ｖｏ＝Ｖｄ＋ｒ×Ｉｄ 又は ＝Ｖｃ−ｒ×Ｉｃ により算出される。したがって、内部インピーダンス
は、充電と放電を経験したとき同じ放電容量において充
放電時の電池電圧値の差（ΔＶ）を電流値の差（ΔＩ）
で除算して算出し、複数の点における平均値により更新
する。ただし、満充電付近と放電終止付近では、内部イ
ンピーダンスを計測しないのでその更新もしない。電池
パックが放置状態から充電又は放電状態に、充電から放
電状態に、放電から充電状態に移行した初期にも内部イ
ンピーダンスは計測しない。これは、分極特性の影響を
避けるためである。また、所定の放電容量まで放電した
後、満充電まで充電したとき放電容量は通常０にリセッ
トされるが、この時の放電容量の誤差が所定の範囲内で
あれば、測定した内部インピーダンス値を更新し、所定
の範囲外であれば測定した内部インピーダンス値を破棄
する。各温度毎のテーブルを用意しておき、内部インピ
ーダンス測定時の温度を計測し、テーブルのその温度に
相当する内部インピーダンスを更新する。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電流検出手段により検出される放電電流に対
応する放電時の内部インピーダンスが所定値以下、放電
電流が所定値以下、又は温度検出手段により検出される
電池の温度が所定値以上であること、電圧検出手段によ
り検出される最小セル電圧が所定値以下であること、か
つ電圧検出手段により検出される電池電圧及び放電電流
と基準内部インピーダンスを基に放電容量を算出して、
該放電容量に対応する開路電池電圧波形の下降勾配が徐
々に増加したことを判定する判定手段と、判定手段によ
る判定結果を条件として、基準開路電池電圧波形に対応
する放電容量を満充電容量から減算した値に放電効率を
乗算した値を基に現在の容量値の補正を行う補正手段と
を備えたので、内部インピーダンス法によって容量補正
が正確に行える時点においてのみ補正を行うことがで
き、電流積算法及び内部インピーダンス補正法、電池電
圧補正法において生じる残存容量の誤差を最小限に低減
することができる。
によれば、電流検出手段により検出される放電電流に対
応する放電時の内部インピーダンスが所定値以下、放電
電流が所定値以下、又は温度検出手段により検出される
電池の温度が所定値以上であること、電圧検出手段によ
り検出される最小セル電圧が所定値以下であること、か
つ電圧検出手段により検出される電池電圧及び放電電流
と基準内部インピーダンスを基に放電容量を算出して、
該放電容量に対応する開路電池電圧波形の下降勾配が徐
々に増加したことを判定する判定手段と、判定手段によ
る判定結果を条件として、基準開路電池電圧波形に対応
する放電容量を満充電容量から減算した値に放電効率を
乗算した値を基に現在の容量値の補正を行う補正手段と
を備えたので、内部インピーダンス法によって容量補正
が正確に行える時点においてのみ補正を行うことがで
き、電流積算法及び内部インピーダンス補正法、電池電
圧補正法において生じる残存容量の誤差を最小限に低減
することができる。
【００２９】また、電流検出手段により検出される放電
電流に対応する放電時の内部インピーダンスが所定値以
上、放電電流が所定値以上、又は温度検出手段により検
出される電池の温度が所定値以下であることを判定する
判定手段と、判定手段による判定結果を条件として、温
度検出手段により検出される現在の電池の温度と放電電
流からセルの温度上昇を推定して、該セルの温度上昇に
よる内部インピーダンスの減少から所定時間後のセルの
電圧を予測して残存容量０の時点を求め、該予測される
時点までの時間と放電電流の積を残存容量として補正を
行う補正手段とを備えたので、温度上昇により生じる誤
差をなくすことができ、電流積算法及び内部インピーダ
ンス補正法、電池電圧補正法において生じる残存容量の
誤差を最小限に低減することができる。
電流に対応する放電時の内部インピーダンスが所定値以
上、放電電流が所定値以上、又は温度検出手段により検
出される電池の温度が所定値以下であることを判定する
判定手段と、判定手段による判定結果を条件として、温
度検出手段により検出される現在の電池の温度と放電電
流からセルの温度上昇を推定して、該セルの温度上昇に
よる内部インピーダンスの減少から所定時間後のセルの
電圧を予測して残存容量０の時点を求め、該予測される
時点までの時間と放電電流の積を残存容量として補正を
行う補正手段とを備えたので、温度上昇により生じる誤
差をなくすことができ、電流積算法及び内部インピーダ
ンス補正法、電池電圧補正法において生じる残存容量の
誤差を最小限に低減することができる。
【図１】 本発明に係る容量補正機能を備えた電池パッ
クの実施の形態を示す図である。
クの実施の形態を示す図である。
【図２】 開路電池電圧波形の例を示す図である。
【図３】 開路電池電圧波形の下降勾配の変化例を示す
図である。
図である。
【図４】 容量補正処理の例を説明するための図であ
る。
る。
【図５】 放電容量と電圧、温度の関係を示す図であ
る。
る。
【図６】 放電容量と内部抵抗係数との関係を示す図で
ある。
ある。
【図７】 温度と内部抵抗係数との関係を示す図であ
る。
る。
【図８】 容量補正処理の他の例を説明するための図で
ある。
ある。
【図９】 電池の温度上昇の試験データの例を示す図で
ある。
ある。
【図１０】 容量補正の選択処理を説明するための図で
ある。
ある。
【図１１】 電流積算法を利用した二次電池パックの構
成例を示すブロック図である。
成例を示すブロック図である。
１…電流検出部、２…電圧検出部、３…温度検出部、４
…演算処理部、５…テーブル格納部、６…条件判定部、
７…容量補正部
…演算処理部、５…テーブル格納部、６…条件判定部、
７…容量補正部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｆ 7/34 7/34 Ｃ Ｆターム(参考） 2G016 CB06 CB11 CB12 CB21 CB22 CB31 CC01 CC04 CC05 CC07 CC09 CC13 CC23 CC27 CC28 CD02 CD06 CF06 5G003 BA01 CA01 CA16 CB01 EA05 GC05 5H020 AS06 BB08 DD06 MM31 5H030 AS06 FF22 FF41 FF42 FF43 FF44
Claims (9)
- 【請求項１】 電流を時間で積算して検出した残存容量
に対して補正を行う容量補正機能を備えた電池パックに
おいて、セルの電圧及び電池電圧を検出する電圧検出手
段と、充放電電流を検出する電流検出手段と、電池の温
度を検出する温度検出手段と、前記電流検出手段により
検出される放電電流に対応する放電時の内部インピーダ
ンスが所定値以下、前記放電電流が所定値以下、又は前
記温度検出手段により検出される電池の温度が所定値以
上であること、前記電圧検出手段により検出される最小
セル電圧が所定値以下であること、かつ前記電圧検出手
段により検出される電池電圧及び前記放電電流と基準内
部インピーダンスを基に放電容量を算出して、該放電容
量に対応する開路電池電圧波形の下降勾配が徐々に増加
したこと又は所定値以上になったことを判定する判定手
段と、前記判定手段による判定結果を条件として、基準
開路電池電圧波形に対応する放電容量を満充電容量から
減算した値を基に現在の容量値の補正を行う補正手段と
を備えたことを特徴とする容量補正機能を備えた電池パ
ック。 - 【請求項２】 周期的なパルス放電の場合の開路電池電
圧は、パルス放電周期の３倍以上の時間で平均をとった
放電電流値と電池電圧値を基に算出することを特徴とす
る請求項１記載の容量補正機能を備えた電池パック。 - 【請求項３】 前記判定手段は、放電容量に対応する開
路電池電圧とその下降勾配を温度により補正する手段を
有することを特徴とする請求項１記載の容量補正機能を
備えた電池パック。 - 【請求項４】 前記補正手段は、放電容量に対する基準
開路電圧を最新の有効な充放電サイクルにより更新する
手段を有することを特徴とする請求項１記載の容量補正
機能を備えた電池パック。 - 【請求項５】 前記補正手段は、充電又は放電状態から
電流が流れない状態に移行したとき分極の影響がなくな
るまで待って検出される開路電池電圧から基準開路電池
電圧を基に残存容量値を求め、該残存容量値と現在の容
量値との差が所定の比率以上である場合に現在の容量値
の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の容量補正
機能を備えた電池パック。 - 【請求項６】 前記補正手段は、前記求めた残存容量値
と現在の容量値と加重平均により現在の容量値の補正を
行うことを特徴とする請求項５記載の容量補正機能を備
えた電池パック。 - 【請求項７】 電流を時間で積算して検出した残存容量
に対して補正を行う容量補正機能を備えた電池パックで
あって、セルの電圧及び電池電圧を検出する電圧検出手
段と、充放電電流を検出する電流検出手段と、電池の温
度を検出する温度検出手段と、前記電流検出手段により
検出される放電電流に対応する放電時の内部インピーダ
ンスが所定値以上、前記放電電流が所定値以上、又は前
記温度検出手段により検出される電池の温度が所定値以
下であることを判定する判定手段と、前記判定手段によ
る判定結果を条件として、前記温度検出手段により検出
される現在の電池の温度と前記放電電流からセルの温度
上昇を推定して、該セルの温度上昇による内部インピー
ダンスの減少から所定時間後のセルの電圧を予測して残
存容量０の時点を求め、該予測される時点までの時間と
放電電流の積を残存容量として補正を行う補正手段とを
備えたことを特徴とする容量補正機能を備えた電池パッ
ク。 - 【請求項８】 前記所定時間後のセルの電圧は、基準セ
ル開路電圧からセルの内部インピーダンスと放電電流と
の積による電圧降下分を減算し、電池の温度上昇による
内部インピーダンスの減少分を加味して予測することを
特徴とする請求項７記載の容量補正機能を備えた電池パ
ック。 - 【請求項９】 電池の温度上昇は、試験データに基づい
て算出することを特徴とする請求項７記載の容量補正機
能を備えた電池パック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28534799A JP2001110459A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 容量補正機能を備えた電池パック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28534799A JP2001110459A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 容量補正機能を備えた電池パック |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001110459A true JP2001110459A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17690391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28534799A Pending JP2001110459A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | 容量補正機能を備えた電池パック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001110459A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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