JP2002056903A

JP2002056903A - 二次電池の分極電圧値演算方法、電池電圧値補正方法、残量状態推定方法、二次電池ユニット及びこれを用いた装置

Info

Publication number: JP2002056903A
Application number: JP2000244000A
Authority: JP
Inventors: Masaru Noda; 勝野田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電池の分極電圧値を容易にかつ精度良く算
定し、よって、電荷の残量状態を正確かつ迅速に把握で
きるようにすること。【解決手段】二次電池の充放電電流値（Ｉ）を求めるス
テップと、分極電圧（Ｖｘ）の関数としての電流値（ｉ
=ｉ（Ｖｘ））を、分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）または、
２回目以降の循環処理における１つ前の循環処理での分
極電圧値（Ｖｘ_n-1）に基づいて求めるステップと、該
充放電電流値（Ｉ）と該電流値（ｉ）との差分値に基づ
き分極電圧値を更新するステップと、を経て分極電圧値
を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次電池の分極電圧
値演算技術、電池電圧値の補正技術、電荷の残量状態推
定技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】再充電可能な電池、即ち二次電池は、携
帯電話、携帯型ＡＶ機器、ノートパソコン等の多くの携
帯型電子機器において多大の利便性を使用者に提供して
いる。また近年では、電気自動車やハイブリッド型電気
自動車の蓄電器としての利用も進んでいる。二次電池を
採用するこれらの機器に共通する重要な技術課題は、そ
の二次電池の残量状態を正確に検知することである。残
量状態の検知結果を基に、必要に応じて、それを使用者
に告知したり、充電の催促を告知したり、或いはハイブ
リッド型電気自動車等では充電を自動制御したりする必
要がある。なお、二次電池の残量状態のことをＳＯＣ
（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）と呼ぶこともあ
る。残量状態の検知方法は、大きく分けて二通りの方法
がある。その１つは、電池の充放電電流の積分により電
池に流入または流出した電気量（クーロン量）の総和を
算定し、これをもって電池残量の状態を検知するもので
ある。その具体的手段は、例えば、特開平６−２５８４
１０号公報や特開平１１−３４４５４６号公報に開示さ
れている。しかし本方法では、充電効率が必ずしも１０
０％ではないことから、電池の充放電によって電池に対
し流入・流出した電気量（クーロン量）の総和が必ずし
も電池に残存している電気量（クーロン量）に一致する
とは限らず、特に長時間の充放電の場合には、本方法に
よる電池残量の算定値と実際の電池残量との間の乖離が
大きくなる。この問題を改善するには、電池を使い切っ
た状態、または満充電にした状態において電流積分によ
って得た電池残量の算定値をゼロまたは１００％にリセ
ットする方法が有効とされるが、ハイブリッド型電気自
動車への適用ケースでは、回生制動のための充電余地を
常に確保しておく必要性などがあって、電池残量の状態
を大体２０％から８０％の間に維持するような制御がな
されなければならないので、電池残量の算定値をリセッ
トすることが困難である。

【０００３】残量状態の検知方法の他の１つは、電池電
圧を測定し、電池電圧と電池残量の状態との関係を表す
関数表を用いて電池残量の状態を検知するものである。
該関数表としては、二次電池の放電特性を元に、更にこ
れに周囲温度に関連づけた補正を加えたものが用いられ
る。しかし上記放電特性は、電池残量の状態が２０％か
ら８０％の領域では、二次電池の種類によっても異なる
が、極めて小さな電圧変化を示すのが普通であり、本方
法によってこの領域での電池残量の状態を正確に検知す
るのは容易ではない。さらに、電池電圧には、内部抵抗
による電圧降下に相当する現在電流依存成分と、分極電
圧と称する過去から現在までの経過電流依存成分とが含
まれていて、本方法による電池残量の状態検知の精度を
更に悪化させる要因がある。分極は、電池が電気化学反
応で成り立っているために、電極表面で反応物質を授受
する際の抵抗や時間遅れ、或いは反応物質の移動の際の
抵抗や時間遅れが関係して生ずると解釈されているが、
正確なところは不明である。現象としては、図１２
（ｂ）に、例として１８ｓ（秒）幅の５０Ａパルス電流
を流したときの電圧変化が示されているように、内部抵
抗によるパルス電流に比例したパルス状の電圧降下に加
え、時間とともに緩やかに変化する電圧降下と、パルス
電流を取り去った後に元の電圧へ向かって緩やかに収斂
する変化とが観測される。従って、内部抵抗による現在
電流依存成分は、内部抵抗値と現在電流値の積の値を求
めることでその影響を比較的容易に除去できる。これに
対して、経過電流依存成分である分極電圧については容
易には影響を除去できない。特開２０００−７７１０６
号公報と特開２０００−４５０２号公報において、分極
電圧の影響を除去できるとする方法が開示されている。
前者は所定の電流値で強制的に充放電を行わせる特別な
動作工程が必要であり、また、後者は電池残量の状態が
２０％から８０％の間にあるか否かを判定するものであ
る。本発明の課題点は、二次電池の分極電圧値を容易に
かつ誤差の少ない状態で算定し、よって、電荷の残量状
態を精度良くかつ迅速に把握できるようにすることにあ
る。本発明の目的は、かかる課題点を解決し、上記従来
技術をさらに改善できる技術を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題点を解決するた
めに、本発明では、（１）二次電池の充放電電流値（Ｉ）を求めるステップ
と、分極電圧（Ｖｘ）の関数としての電流値（ｉ=ｉ
（Ｖｘ））を、分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）または、２
回目以降の循環処理における１つ前の循環処理での分極
電圧値（Ｖｘ_n-1）に基づいて求めるステップと、該充
放電電流値（Ｉ）と該電流値（ｉ）との差分値に基づき
分極電圧値を更新するステップと、を経て分極電圧値を
求める構成とする。（２）二次電池の充放電電流の積分値（Ｑ）を求めるス
テップと、分極電圧値（Ｖｘ）の関数としての電流値
（ｉ=ｉ（Ｖｘ））を、分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）また
は、２回目以降の循環処理における１つ前の循環処理で
の分極電圧値（Ｖｘ_n-1）に基づいて求めるステップ
と、該電流値（ｉ）による電気量（クーロン量）を積算
し分極減衰電荷（Ｑｘ）を求めるステップと、該充放電
電流の積分値（Ｑ）と該分極減衰電荷（Ｑｘ）との差分
値に基づき分極電圧値を求めるステップと、を経て分極
電圧値を求める構成とする。

【０００５】（３）電池電圧値の補正方法において、二
次電池の端子電圧から、上記（１）または（２）の方法
で演算した分極電圧値を差し引いて該二次電池の電圧値
を補正する。（４）上記（３）において、上記二次電池の端子電圧か
ら、さらに、上記充放電電流値に該二次電池の内部抵抗
値に相当する係数を掛けて得られる電圧値を差し引いて
該二次電池の電圧値を補正する。（５）所定の関数表を用い、上記（３）または（４）の
方法で補正した電池電圧値に基づき二次電池の電荷の残
量状態を推定する。（６）二次電池ユニットを、二次電池と、該二次電池の
充放電電流値を検出する手段と、該充放電電流値に基づ
き分極電圧値を演算する手段と、該分極電圧値に基づき
該二次電池の電池電圧値を補正する手段と、該補正した
電池電圧値に基づき該二次電池の電荷の残量状態を求め
る手段と、を備えた構成とする。

【０００６】（７）二次電池ユニットを、二次電池と、
該二次電池の充放電電流値（Ｉ）を検出する手段と、分
極電圧値（Ｖｘ）の関数としての電流値（ｉ=ｉ（Ｖ
ｘ））を、分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）または、２回目
以降の循環処理における１つ前の循環処理での分極電圧
値（Ｖｘ_n-1）に基づいて求め、該充放電電流値（Ｉ）
と該電流値（ｉ）との差分値に基づき分極電圧値を更新
する手段と、該分極電圧値に基づき該二次電池の電池電
圧値を補正する手段と、該補正した電池電圧値に基づき
該二次電池の電荷の残量状態を求める手段と、を備えた
構成とする。（８）二次電池ユニットを、二次電池と、該二次電池の
充放電電流の積分値（Ｑ）を求める手段と、分極電圧値
（Ｖｘ）の関数としての電流値（ｉ=ｉ（Ｖｘ））を、
分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）または、２回目以降の循環
処理における１つ前の循環処理での分極電圧値（Ｖｘ
_n-1）に基づいて求め、該電流値（ｉ）による電気量
（クーロン量）を積算し分極減衰電荷（Ｑｘ）を求め、
該充放電電流の積分値（Ｑ）と該分極減衰電荷（Ｑｘ）
との差分値に基づき分極電圧値を求める手段と、該分極
電圧値に基づき該二次電池の電池電圧値を補正する手段
と、該補正した電池電圧値に基づき該二次電池の電荷の
残量状態を求める手段と、を備えた構成とする。

【０００７】（９）二次電池ユニットを、第１の動作期
間−休止期間−第２の動作期間のパターンで運転される
装置システムの電力源に使う二次電池ユニットであっ
て、該休止期間において該第２の動作期間の始動指令が
発せられたとき、分極電圧値（Ｖｘ）の関数としての電
流値（ｉ=ｉ（Ｖｘ））を、上記第１の動作期間の分極
電圧値の最終値（Ｖｘ_last）または１つ前の循環処理で
の分極電圧値（Ｖｘ_n-1）に基づいて求め、該電流値
（ｉ）に所定係数を掛けた値を積分し分極電圧値を更新
して該始動時の分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）を求め、該
分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）に基づき該二次電池の分極
電圧値を求める分極電圧値演算手段と、該分極電圧値に
基づき該二次電池の電池電圧値を補正する手段と、該補
正した電池電圧値に基づき該二次電池の電荷の残量状態
を求める手段と、を備えた構成とする。（１０）上記（６）〜（９）のいずれかの二次電池ユニ
ットを電力源に用いて電気自動車等の装置を構成する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、基本的には、二次電池
が理想二次電池と内部抵抗と分極電圧発生部との直列体
として等価表現できるという思想に基づき、更には該分
極電圧発生部が分極電圧に充電されたコンデンサと該コ
ンデンサに並列した側路とで等価表現できるという思想
に基づいている。この考えに立てば、二次電池の充放電
電流は上記理想二次電池と内部抵抗と分極電圧発生部と
の直列体を流れるので、分極電圧発生部のコンデンサは
二次電池の充放電電流で充電されるとともに、側路を通
して流れる側路電流によって放電される。該側路電流は
コンデンサの充電電圧値、即ち分極電圧値（Ｖｘ）に依
存するが、両者の関係は必ずしもリニアな関係ではな
い。従って、予め関数（ｉ=ｉ（Ｖｘ））を定めておい
て、分極電圧値（Ｖｘ）に基づいて関数値（ｉ）を求
め、これを側路電流値とする。そして、二次電池の充放
電電流と側路電流の差分値に１循環処理時間（△Ｔ）を
掛けて積算することで、コンデンサに残留する電荷量が
求まり、更にこの電荷量をコンデンサの容量値（Ｃｘ）
で除することでコンデンサの充電電圧値、即ち分極電圧
値（Ｖｘ）が求まる。または、二次電池の充放電電流と
側路電流の差分値に１循環処理時間（△Ｔ）をコンデン
サの容量値（Ｃｘ）で除した値に相当する第１の所定係
数を掛けて積算することで分極電圧値（Ｖｘ）が求ま
る。

【０００９】また、二次電池の充放電電流値（Ｉ）を演
算装置に取り込む代わりに、二次電池の充放電電流の積
分値（Ｑ）を演算装置に取り込むという方法もある。こ
の場合は、側路電流値（ｉ）に循環処理の１循環時間
（△Ｔ）に相当する第２の所定係数を掛けて電気量（ク
ーロン量）とし、これを循環処理の都度積算して側路電
流によるコンデンサ電荷の減衰量を求め、これを分極減
衰電荷（Ｑｘ）とする。そして、充放電電流の積分値
（Ｑ）から分極減衰電荷（Ｑｘ）を差し引いた差分値を
コンデンサの容量値（Ｃｘ）で除して電圧値とし、分極
電圧の初期値がある場合はこれを加算して分極電圧値が
求まる。ところで、分極電圧値を求めるのに側路電流値
を必要とし、しかるに側路電流値を計算するには分極電
圧値を使わなければならないという無限ループ要因が存
在するので、これを避けるための工夫が必要である。こ
の点について本発明では、１つ前の循環処理で算定した
分極電圧値（Ｖｘ_n-1）を引数として側路電流の関数値
を求めるという手段を講じることでこれを解決してい
る。これは、１循環処理の実行周期を適切な短時間に選
定すれば、１つ前の循環処理で算定した分極電圧値を計
算に使用しても、そのことに起因する誤差を許容範囲に
留めることができるという考えに基づく。

【００１０】次に、上記方法で算定した分極電圧値を二
次電池の端子電圧値から差し引くことにより、分極電圧
の影響が補正された二次電池電圧値が得られる。特に、
充放電電流がゼロの時に端子電圧を計測し本方法による
補正を加えると、内部抵抗による電圧降下もなく、二次
電池の真の電圧値が得られる。これを開回路電圧値（Ｏ
ＣＶ：ＯｐｅｎＣｉｒｃｕｉｔＶｏｌｔａｇｅ）と
して扱うことができる。また、上記方法で算定した分極
電圧を二次電池の端子電圧から差し引き、更に既知の内
部抵抗値にその時の充放電電流値を掛けて得られる電圧
降下を差し引くことによって、やはり、開回路電圧値を
得ることができる。更に、上記の方法で算定した分極電
圧値を用いて二次電池電圧を補正し、該補正済みの電圧
値を電池電圧と電池残量の状態との関係を表す関数表の
引数として用いることで、電池残量の状態を精度良く検
知することが可能となる。

【００１１】以下、本発明の実施例を、図面を用いて説
明する。図１は本発明の第１の実施例を示す図である。
図１において、１は二次電池、２は負荷または充電器、
３は電流検出抵抗、４は電流検出回路、５は電圧検出回
路、６と７はＡ／Ｄ変換器、８は演算装置である。演算
装置８における分極電圧値算定の処理内容は図３に示し
た処理フローの通りである。前述のように本発明は、二
次電池が理想二次電池と内部抵抗と分極電圧発生部との
直列体として等価表現できるという技術思想に基づき、
更には該分極電圧発生部が分極電圧に充電されたコンデ
ンサと該コンデンサに並列した側路とで等価表現できる
という技術思想に基づく。図２は、これを等価回路で表
現したものである。図２において、１０１は理想二次電
池、１０２は内部抵抗、１０３は分極電圧発生部、１０
３１はコンデンサ、１０３２は側路である。そして、二
次電池の充放電電流をＩ、分極電圧発生部の電圧即ちコ
ンデンサ１０３１の充電電圧をＶｘ、側路１０３２を流
れる電流をｉ、側路１０３２の電圧対電流関数をｉ＝ｉ
（Ｖｘ）、コンデンサ１０３１の容量値をＣｘと記述方
法を定義する。なお、電圧、電流は一般的に時間の関数
でもあるので、それを明示する場合はＩ（Ｔ）のよう
に、（Ｔ）を附記する。以上のように二次電池の等価回
路並びに電圧と電流を定義すると、分極電圧Ｖｘについ
て下記の方程式が成立する。

【００１２】

【数１】

【００１３】演算装置８は、二次電池の充放電電流値を
△Ｔの時間間隔でサンプリングして処理するものである
から、時刻ｔに代えてサンプリングの順番を表すｎを用
いて、上記（１）式を変換する。

【００１４】

【数２】

【００１５】上記（２）式は、右辺の側路電流の関数の
引数にＶｘ（ｎ)を用いており、この数式のままの処理
を演算装置で行おうとすると、無限ループ要因となって
不具合である。そこで、右辺の側路電流の関数の引数を
Ｖｘ（ｎ−１）に置き換えて次式を用いる。なお、ｎ＝
１に相当する最初の処理では、分極電圧の初期値のＶｘ
_iniを引数にする。

【００１６】

【数３】

【００１７】これは、△Ｔを適切な短時間に選定すれ
ば、１つ前の処理で算定した分極電圧値を計算に使用し
ても、そのことに起因する誤差を許容範囲に留めること
ができるという考えに基づいている。

【００１８】図３は、上記（３）式に相当する処理を演
算装置８に実行させるときの処理フローである。図３に
おいて、Ｓ１〜Ｓ５は分極電圧値算定のための処理ステ
ップであり、Ｓ１はＶｘ値の初期設定ステップ、Ｓ２は
二次電池の充放電電流値を△Ｔの間隔で読み込むステッ
プ、Ｓ３は側路電流関数を読み込むステップ、Ｓ４は充
放電電流値（Ｉ）から側路電流関数値（ｉ）を差し引い
た差分値に（△Ｔ／Ｃｘ）に相当する第１の所定係数を
掛けて積算し、分極電圧値（Ｖｘ）を得るステップ、Ｓ
５は分極電圧値（Ｖｘ）を演算装置８内で実行される他
の処理へ受け渡したり、演算装置８の外部へ出力したり
するステップである。Ｓ５の処理ステップが終わるとＳ
２の処理ステップに戻り、Ｓ２からＳ５で△Ｔを周期に
した循環処理が構成される。

【００１９】Ｓ３の側路電流関数の読み込みステップで
は、関数を数式で表現可能なものであれば数式を計算し
て関数値を求めてもよいが、非線形性を伴うような複雑
なものである場合は関数表（テーブル）を予め用意して
おいて、それを用いて引数に対する関数値を求めるのが
よい。側路電流関数表の例をグラフにして図４に示す。
これは直列抵抗が比較的大きな２本のダイオードを逆向
きに並列接続した特性に近く、ニッケル水素二次電池の
ある種のものに対して良く適合する。また、側路電流関
数は関数表と数式の組合わせであってもよい。例えば、
図４の特性で決まる電流値にｉ＝Ｖｘ／Ｒｐの数式で求
まる電流値を加算して側路電流値とすると、ダイオード
の逆並列に更に抵抗を並列接続したものを側路として想
定した場合の側路電流値が求まる。なお、Ｒｐは並列抵
抗の値である。

【００２０】図５は分極電圧値算定の他の処理フローを
示す図である。同図において、Ｓ１１，Ｓ４１，Ｓ４２
が上記図３に示した処理フローと異なる部分である。Ｓ
１１はＶｘ値とＱ値の初期設定ステップ、Ｓ４１とＳ４
２は上記図３に示した処理フローにおけるＳ４を置き換
える処理ステップで、Ｓ４１は充放電電流値（Ｉ）と側
路電流値（ｉ）の差分値に１循環処理時間（△Ｔ）を掛
けて積算することで、コンデンサに残留する電荷を求め
るステップ、Ｓ４２は更にこの電荷値をコンデンサの容
量値（Ｃｘ）で除することでコンデンサの充電電圧値、
即ち分極電圧値（Ｖｘ）を求めるステップである。ステ
ップＳ２からステップＳ５の処理を循環して実行するこ
とで、１循環毎に分極電圧値（Ｖｘ）が求まる。

【００２１】上記の図３と図５に示した処理フローは数
学的に全く等価なものといえる。更に、等価な処理フロ
ーを幾通りも展開することが可能であり、例えば、上記
のＳ４１の処理ステップを充放電電流を積算しコンデン
サの蓄積電荷を求めるステップと側路電流を積算してコ
ンデンサの減衰電荷を求めるステップに分け、更に、Ｓ
４２の処理ステップを上記蓄積電荷と減衰電荷の差分値
をコンデンサの容量値（Ｃｘ）で除することで分極電圧
値（Ｖｘ）を求めるステップに置き換えることができ
る。なお、図１に示した第１の実施例には、以上の説明
で引用しなかった電圧検出回路５とＡ／Ｄ変換器７が含
まれているが、これは上記分極電圧値の算定結果を用い
て二次電池電圧を補正したり更に二次電池の残量状態を
推定したりするときに使うものである。電圧補正と電池
残量状態推定については後述する。

【００２２】図６は二次電池を他の等価回路で表わした
図である。同図が上記図２の構成と異なる点は、分極電
圧発生部が１０３ａと１０３ｂによる２段直列構成とな
っている点である。分極電圧発生部１０３ａは分極電圧
Ｖｘａを発生し、１０３ｂは分極電圧Ｖｘｂを発生す
る。総合の分極電圧は、当然、両者の合計電圧である。
Ｖｘａ，Ｖｘｂそれぞれの分極電圧を算定するには、先
に図３で説明したと同様の処理を、Ｖｘａ，Ｖｘｂにつ
いて行う。図７は、分極電圧発生部１０３ａと１０３ｂ
のそれぞれの側路１０３２ａと１０３２ｂの側路電流関
数表の例をグラフで示す図である。両者を異なる特性に
設定することで、二次電池の分極電圧の実態により忠実
に合わせることができる。更に、分極電圧発生部の直列
段数を増していくと、より忠実度の高い分極電圧算定が
可能になる。

【００２３】図８は本発明の第２の実施例を示す図であ
る。同図において９は電流積分値検出回路であり、上記
第１の実施例における電流検出回路４に置き換わるもの
である。電流積分値検出回路としては、例えば、特開平
１１−３４４５４６号公報に開示されているものを利用
できる。該電流積分値検出回路はディジタル値を出力す
るものが一般的である。このため、図８ではＡ／Ｄ変換
器は記載されていない。図９は第２の実施例における分
極電圧値算定の処理フローを示す図である。同図におい
て、Ｓ２１はＶｘ値とＱｘ値の初期設定ステップ、Ｓ２
２は二次電池の充放電電流の積分値値（Ｑ）を△Ｔの間
隔で読み込むステップ、Ｓ２３は側路電流関数を読み込
むステップ、Ｓ２４は側路電流関数値（ｉ）に△Ｔに相
当する第２の所定係数を掛けて電気量（クーロン量）と
し、これを循環処理の都度積算して側路電流によるコン
デンサ電荷の減衰量を求め、これを分極減衰電荷（Ｑ
ｘ）とするステップ、Ｓ２５は充放電電流の積分値値
（Ｑ）から分極減衰電荷（Ｑｘ）を差し引いた差分値を
コンデンサの容量値（Ｃｘ）で除して電圧値とし、分極
電圧初期値がある場合はそれを加算して分極電圧値（Ｖ
ｘ）を得るステップ、Ｓ２６は分極電圧値（Ｖｘ）を演
算装置８内で実行される他の処理へ受け渡したり、演算
装置８の外部へ出力したりするステップである。ステッ
プＳ２２からステップＳ２６の処理を循環して実行する
ことで、１循環毎に分極電圧値（Ｖｘ）が求まる。

【００２４】次に、上述した第１の実施例または第２の
実施例において、分極電圧値の算定結果を用いて二次電
池電圧を補正したり、更に二次電池の残量の状態を推定
したりする方法について説明する。図１０は第１または
第２の実施例における二次電池の電圧補正と残量状態推
定の処理フローを示す図である。同図において、Ｍ１は
分極電圧値を計算する処理モジュール、Ｍ２は電池電圧
値を補正する処理モジュール、Ｍ３は二次電池の残量を
推定するモジュールである。分極電圧値を計算する処理
モジュールＭ１は、前記図３，図５または図９で説明し
た処理フローで構成されるもので、充放電電流値（Ｉ）
または充放電電流積分値（Ｑ）を取り込んで分極電圧値
（Ｖｘ）を算定する。電池電圧値を補正する処理モジュ
ールＭ２は、Ｍ１で算定された分極電圧値（Ｖｘ）と二
次電池の端子電圧値（Ｖ）及び充放電電流値（Ｉ）を取
り込んで、下記のいずれかの算定式によって開回路電圧
値（ＯＣＶ）を算定する。

【００２５】充放電電流が流れていないときに端子電圧
値（Ｖ）を取り込む場合、

【００２６】

【数４】

【００２７】充放電電流値が（Ｉ）のときに端子電圧値
（Ｖ）を取り込む場合、

【００２８】

【数５】

【００２９】上式で、Ｒｓは二次電池の内部抵抗値であ
る。二次電池の残量を推定するモジュールＭ３は、Ｍ２
で算定されたＯＣＶと電池温度またはその周辺温度のデ
ータを取り込んで、それらを引数として二次電池のＯＣ
Ｖ対残量状態の関係を表す関数表を読み出して残量の状
態を求める。

【００３０】図１１はＯＣＶ対残量の状態の関係を表す
関数表の一例を示すグラフである。図１２は本発明の適
用結果例を示す図である。同図は、時刻１０ｓから２８
ｓまでの１８ｓ間だけ５０Ａの放電電流を流した場合の
分極電圧とＯＣＶを本発明を使って算定した結果であ
り、（ａ）が分極電圧を、（ｂ）が二次電池の端子電圧
測定値と分極電圧等を補正して得たＯＣＶ算定値をそれ
ぞれに示す。次に、二次電池を電力源に使う装置システ
ムが、休止期間を置いて再始動するケースについて、該
休止期間中の分極電圧の推移を次の再動作時の分極電圧
値の算定にどのように反映させればよいかを実施例によ
り説明する。ハイブリッド型電気自動車のケースでは、
走行（または走行可能状態で停車）と駐車の繰り返しが
運転パターンの基本形である。駐車時はキーが抜き取ら
れシステムが休止状態に入るのが一般的であるが、二次
電池の分極には前述のように時間遅れをもって減衰する
性質があるので、駐車期間中の該分極の変化を何らかの
方法で次の再始動時（走行時）の分極電圧値算定の初期
値に反映させる必要がある。

【００３１】図１３は、休止期間の分極電圧変化を再始
動時に反映させる方法の例を処理時系列で説明する図で
ある。同図において、システム動作期間−システム休止
期間−システム動作期間の運転パターンが時間軸に沿っ
て示されている。分極電圧（Ｖｘ）値の算定処理は、シ
ステム動作期間で行われ、システム休止期間では行われ
ない。再始動指令が発せられると、まず再始動時の分極
電圧初期値（Ｖｘ_ｉｎｉ）計算が行われ、この結果が再
始動時の分極電圧値算定の初期値に利用され、以降の動
作期間の分極電圧算定が行われる。図１４は、再始動時
の分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）の算定の処理フロー例を
示す図である。Ｖｘ値の初期値には、休止期間に入る前
の動作期間で算定したＶｘ値の最終値（Ｖｘ_last）が用
いられる。Ｓ１０５からＳ１０８のステップを循環する
循環処理は、△Ｔ’をサンプリング処理時間として、Ｓ
１０６ステップに示されている計算式で側路電流を積算
する。△Ｔ’はシステム動作期間の分極電圧算定におけ
るサンプリング処理時間（△Ｔ）と同一であってもよい
し、異なっていてもよい。但し、循環処理の循環回数
（Ｍ）は、Ｍ＝Ｔ_OFF/△Ｔ’で決められるので、循環処
理が終了するまでの所要時間が１ｓ程度の短時間に収ま
るように、△Ｔ’と循環周期（Ｔ_cycle）が設定され
る。これら設定値の一例は、△Ｔ＝１ｓ、△Ｔ’＝２
ｓ、Ｔ_cycle＝０．１ｍｓであり、この設定において、
休止期間（Ｔ_OFF）が５．５ｈ（時間）のときの循環処
理の所要時間は１ｓになる。

【００３２】また、Ｔ_OFF値が所定時間（Ｔ_M）より大き
いときには、休止期間中に分極電圧が既にゼロまで減衰
していると見なして、上記の循環処理をバイパスするこ
とができる。該所定時間（Ｔ_M）としては、二次電池の
特性によっても異なるが、数時間とするのがふつうであ
る。

【００３３】図１５は再始動時の分極電圧初期値（Ｖｘ
_ini）算定における他の処理フロー例を示す図である。
同図において、循環処理は前半と後半の２段に分かれて
おり、Ｓ１０５１からＳ１０８１の前半の循環処理では
△Ｔ1をサンプリング処理時間とし、Ｓ１０５２からＳ
１０８２の後半の循環処理では△Ｔ２をサンプリング処
理時間としている。分極電圧の変化は最初は速く、後程
緩やかになる性質があるので、この性質を利用して、例
えば前半の１００ｓ間は１ｓ程度の△Ｔ１をサンプリン
グ処理時間として循環処理し、１００ｓ以降は１００ｓ
程度の△Ｔ２をサンプリング処理時間として循環処理す
る。これによると、循環処理のトータルの所要時間を大
幅に短縮することが可能になる。同様にサンプリング処
理時間を３段、４段と多段に分ければ、更に処理時間の
短縮化が可能となる。

【００３４】図１６は、本発明の第３の実施例であっ
て、ハイブリッド型電気自動車への適用例を示す図であ
る。同図において、１は二次電池、４は電流検出手段、
５は電圧検出手段、８は演算装置であり、以上は前記第
１の実施例と同じである。１０はモータ兼発電機、１１
は原動機、１２はインバータ、１３はシステム運転制御
部である。二次電池１はインバータ１２を介してモータ
兼発電機１０に接続されている。モータ兼発電機１０
は、モータとして働くときは二次電池１の電力がインバ
ータ１２で調節されてモータに供給され、車両の動力源
となる。一方、車両にブレーキをかけるときは回生制動
のための発電機として働き、発生した電力をインバータ
１２で調節して二次電池の充電に利用する。また、二次
電池の充電エネルギーが減少したときにも、モータ兼発
電機１０は原動機１１から動力を受けて発電し、発生し
た電力をインバータ１２で調節して二次電池を充電す
る。モータと発電機は別体であってもよい。システム運
転制御部１３は、車両の加速、制動の運転状況と演算装
置８で算定された二次電池の残量状態推定値に応じて原
動機１１とインバータ１２を制御する。これにより、二
次電池の残量状態を常にほぼ２０％から８０％の間に保
持することができる。また、休止期間の分極電圧値の変
化を再始動時に反映させることが可能になる。なお、本
発明の二次電池ユニット、または該二次電池ユニットを
用いて成る装置が、電荷の残量状態を表示または警報す
る手段を備えた構成であってもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、二次電池の分極電圧値
を精度良く算定でき、よって、電池電圧及び電荷の残量
状態を正確かつ迅速に把握できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】二次電池を等価回路で表わした図である。

【図３】第１の実施例における分極電圧値演算の処理フ
ローを示す図である。

【図４】側路電流関数表の一例を示す図である。

【図５】第１の実施例における分極電圧値演算の他の処
理フローを示す図である。

【図６】二次電池を他の等価回路で表わした図である。

【図７】側路電流関数表の他の例を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図９】第２の実施例における分極電圧値演算の処理フ
ローを示す図である。

【図１０】第１または第２の実施例における二次電池の
電圧補正と残量状態推定の処理フローを示す図である。

【図１１】電荷の残量状態と開回路電圧値との関係を表
す関数表の例を示す図である。

【図１２】本発明の適用結果の一例を示す図である。

【図１３】休止期間の分極電圧変化を再始動時に反映さ
せる方法の一例を示す図である。

【図１４】再始動時の分極電圧初期値算定の処理フロー
例を示す図である。

【図１５】再始動時の分極電圧初期値算定の処理フロー
例を示す図である。

【図１６】本発明の第３の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…二次電池、２…負荷または充電器、３…電
流検出抵抗、４…電流検出回路、５…電圧検出回
路、６、７…Ａ／Ｄ変換器、８…演算装置、９
…電流積分値検出回路、１０１…理想二次電池、１
０２…内部抵抗、１０３…分極電圧発生部、１０３
１…コンデンサ、１０３２…側路。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池の充放電電流値（Ｉ）を求めるス
テップと、分極電圧（Ｖｘ）の関数としての電流値（ｉ
=ｉ（Ｖｘ））を、分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）または、
２回目以降の循環処理における１つ前の循環処理での分
極電圧値（Ｖｘ_n-1）に基づいて求めるステップと、該
充放電電流値（Ｉ）と該電流値（ｉ）との差分値に基づ
き分極電圧値を更新するステップと、を経て分極電圧値
を求めることを特徴とした二次電池の分極電圧値演算方
法。
【請求項２】二次電池の充放電電流の積分値（Ｑ）を求
めるステップと、分極電圧（Ｖｘ）の関数としての電流
値（ｉ=ｉ（Ｖｘ））を、分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）ま
たは、２回目以降の循環処理における１つ前の循環処理
での分極電圧値（Ｖｘ_n-1）に基づいて求めるステップ
と、該電流値（ｉ）による電気量（クーロン量）を積算
し分極減衰電荷（Ｑｘ）を求めるステップと、該充放電
電流の積分値（Ｑ）と該分極減衰電荷（Ｑｘ）との差分
値に基づき分極電圧値を求めるステップと、を経て分極
電圧値を求めることを特徴とした二次電池の分極電圧値
演算方法。
【請求項３】電池電圧値の補正方法において、二次電池の端子電圧から、請求項１または請求項２に記
載の方法で演算した分極電圧値を差し引いて該二次電池
の電圧値を補正することを特徴とした電池電圧値の補正
方法。
【請求項４】上記二次電池の端子電圧から、さらに、上
記充放電電流値に該二次電池の内部抵抗値に相当する係
数を掛けて得られる電圧値を差し引いて該二次電池の電
圧値を補正する請求項３に記載の電池電圧値の補正方
法。
【請求項５】所定の関数表を用い、請求項３または請求
項４に記載の方法で補正した電池電圧値に基づき二次電
池の電荷の残量状態を推定することを特徴とした残量状
態推定方法。
【請求項６】二次電池と、該二次電池の充放電電流値を
検出する手段と、該充放電電流値に基づき分極電圧値を
演算する手段と、該分極電圧値に基づき該二次電池の電
池電圧値を補正する手段と、該補正した電池電圧値に基
づき該二次電池の電荷の残量状態を求める手段と、を備
えた構成を特徴とした二次電池ユニット。
【請求項７】二次電池と、該二次電池の充放電電流値
（Ｉ）を検出する手段と、分極電圧値（Ｖｘ）の関数と
しての電流値（ｉ=ｉ（Ｖｘ））を、分極電圧初期値
（Ｖｘ_ini）または、２回目以降の循環処理における１
つ前の循環処理での分極電圧値（Ｖｘ_n-1）に基づいて
求め、該充放電電流値（Ｉ）と該電流値（ｉ）との差分
値に基づき分極電圧値を更新する手段と、該分極電圧値
に基づき該二次電池の電池電圧値を補正する手段と、該
補正した電池電圧値に基づき該二次電池の電荷の残量状
態を求める手段と、を備えた構成を特徴とした二次電池
ユニット。
【請求項８】二次電池と、該二次電池の充放電電流の積
分値（Ｑ）を求める手段と、分極電圧値（Ｖｘ）の関数
としての電流値（ｉ=ｉ（Ｖｘ））を、分極電圧初期値
（Ｖｘ_ini）または、２回目以降の循環処理における１
つ前の循環処理での分極電圧値（Ｖｘ_n-1）に基づいて
求め、該電流値（ｉ）による電気量（クーロン量）を積
算し分極減衰電荷（Ｑｘ）を求め、該充放電電流の積分
値（Ｑ）と該分極減衰電荷（Ｑｘ）との差分値に基づき
分極電圧値を求める手段と、該分極電圧値に基づき該二
次電池の電池電圧値を補正する手段と、該補正した電池
電圧値に基づき該二次電池の電荷の残量状態を求める手
段と、を備えた構成を特徴とした二次電池ユニット。
【請求項９】第１の動作期間−休止期間−第２の動作期
間のパターンで運転される装置システムの電力源に使う
二次電池ユニットであって、該休止期間において該第２
の動作期間の始動指令が発せられたとき、分極電圧値
（Ｖｘ）の関数としての電流値（ｉ=ｉ（Ｖｘ））を、
上記第１の動作期間の分極電圧値の最終値（Ｖｘ_last）
または１つ前の循環処理での分極電圧値（Ｖｘ_n-1）に
基づいて求め、該電流値（ｉ）に所定係数を掛けた値を
積分し分極電圧値を更新して該始動時の分極電圧初期値
（Ｖｘ_ini）を求め、該分極電圧初期値（Ｖｘ_ini）に基
づき該二次電池の分極電圧値を求める分極電圧値演算手
段と、該分極電圧値に基づき該二次電池の電池電圧値を
補正する手段と、該補正した電池電圧値に基づき該二次
電池の電荷の残量状態を求める手段と、を備えたことを
特徴とした二次電池ユニット。
【請求項１０】請求項６〜９のいずれかに記載の二次電
池ユニットを電力源に用いて成ることを特徴とした装
置。