JP2005315597A - 二次電池の残容量算出方法および電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 放電可能電力を正確に算出し、電力積算法により求める残容量率の精度を高める。
【解決手段】 満充電から放電終止までの放電電圧変化のカーブＱを、ｘ軸を放電容量とし、ｙ軸を電圧として表し、ｙ＝−ａｘ＋ｂ１の直線Ｌ１で近似する。切片ｂ１は、満充電時で無負荷状態で所定の電圧値をとる。直線Ｌ１と、直線Ｌ１の放電終止電圧Ｖｅ１から点Ｆ１に垂直に下ろした線とで囲まれた部分が無負荷時の放電可能電力量である。負荷電流による分極で発熱し、使用できない電力量Ｐ１、負荷または環境条件によって使用できない電力量Ｐ２および電池の劣化によって使用できなくなった電力量Ｐ３が放電可能電力量から除外されることによって、負荷が接続された場合の放電可能電力量Ｐ４が算出される。放電可能電力量Ｐ４と、所定時間毎に積算される電力量との割合を算出し、電池全体の残容量率を得ることができる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、二次電池の残容量算出方法および電池パックに関する。

二次電池を複数本含む電池パックは、種々の電子機器において使用されており、電子機器本体に電池パックの残容量を発光ダイオード等の点滅でユーザに知らせることが広くなされている。電子機器として、例えば放送局用のカムコーダ（Camcorder: Camera and recorderの略）の場合では、業務用である関係で、正確な残容量表示が要請されている。

二次電池の充電容量を検出する方法として、電流または電力量を積算することにより充電容量を求める積算方式が知られている。二次電池使用時（充電、放電）にその時の電圧と電流を測定し、電圧×電流により使用した電力を積算する。積算電力と二次電池の放電可能電力との割合を求め、二次電池の残容量率が算出される。

以下の特許文献１に、電池の消費電流と電池の温度を基にして電池残容量を算出することが記載されている。

特願平７−１９８８０７号公報

しかしながら、積算方式による電力積算方法の欠点は、放電末期部分での残容量算出誤差が大きいことである。例えば残容量表示が０％であっても、電子機器が使用できたり、残容量表示が５％であっても、電子機器が使用できなくなったりする事態が生じる。このことは、業務用機器にとっては、大きな不都合となりうる。

放電末期部分での残容量算出誤差が大きくなることは、測定誤差が累積すること、熱損失等による無効電力の発生、並びに二次電池のＤＣインピーダンス（以下、ＤＣ−Ｉｍｐと適宜略す）上昇による有効電力の損失に起因している。電力積算法では、電力積算を行うために、全ての種類の誤差も積算される結果となり、放電末期における誤差が大きくなる。上述した特許文献１には、かかる放電末期部分で誤差が大きくなる点については、何ら考慮されていない。

したがって、この発明の目的は、電力積算方式の残容量検出方法において、負荷、温度の環境状態に応じた放電可能電力を算出でき、放電末期部分での誤差を少なくすることができる二次電池の残容量算出方法および電池パックを提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明の第１の態様は、二次電池の残容量算出方法において、
二次電池使用時の電圧および電流を所定時間毎に測定し、電圧と電流の積により使用した電力を積算し、
二次電池の放電電力からエネルギー損失、取り出せないエネルギーを減算することによって使用可能な放電可能電力量を求め、
積算電力と放電可能電力量との比率から残容量率を算出する二次電池の残容量算出方法である。

また、この発明の第２の態様は、二次電池の電池パックにおいて、
電池パックは二次電池の電圧および電流を測定する測定部と、残容量演算部とを有し、
残容量演算部は、
二次電池使用時の電圧および電流を所定時間毎に測定し、電圧と電流の積により使用した電力を積算し、
二次電池の放電電力からエネルギー損失、取り出せないエネルギーを減算することによって使用可能な放電可能電力量を求め、
積算電力と放電可能電力量との比率から残容量率を算出することを特徴とする電池パックである。

この発明によれば、電力積算方式による残容量算出方法であっても、放電可能電力を正確に算出できるので、放電末期部分での残容量算出を正確に行うことが可能となる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。最初に図１を参照して、二次電池例えばリチウムイオン電池を使用した電池パックの一例について説明する。この電池パックは、充電時には充電器に装着され、＋端子１と−端子２がそれぞれ充電器の＋端子、−端子に接続され、充電が行われる。また、電気機器使用時には充電時と同様に、＋端子１と−端子２が機器の＋端子、−端子に接続され、放電が行われる。

バッテリパックは主に、電池セル７、マイクロコンピュータ１０、測定回路１１、保護回路１２、スイッチ回路４、通信端子３ａ，３ｂで構成されている。電池セル７は、リチウムイオン電池等の二次電池で、４個の二次電池を直列に接続したものである。

マイクロコンピュータ１０は、測定回路１１から入力された電圧値、電流値を使用して電流値の測定や電力の積算を行うようになされている。また、参照符号８で示される温度検出素子（例えばサーミスタ）で電池温度を監視する。さらに、測定値等が参照符号１３で示される不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ）に保存される。

測定回路１１は、バッテリパック内の電池セル７の各セルの電圧を測定し、マイクロコンピュータ１０に測定値を供給する。また、電流検出抵抗９を使用して電流の大きさおよび向きを測定し、マイクロコンピュータ１０に測定値を送るものである。測定された温度のデータがマイクロコンバータ１０に供給される。さらに、測定回路１１は、電池セル７の電圧を安定化して電源電圧を発生するレギュレータとしての機能も有する。

保護回路１２は、電池セル７のいずれかのセルの電圧が過充電検出電圧になったときや、電池セル７の電圧が過放電検出電圧以下になったとき、スイッチ回路４に制御信号を送ることにより、過充電、過放電を防止する。ここで、リチウムイオン電池の場合、過充電検出電圧が例えば４．２Ｖ±０．５Ｖと定められ、過放電検出電圧が２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。

スイッチ回路４は、参照符号５で示される充電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor
）と、参照符号６で示される放電制御ＦＥＴとから構成されている。電池電圧が過充電検出電圧となったときは、充電制御ＦＥＴ５をＯＦＦとし、充電電流が流れないように制御される。なお、充電制御ＦＥＴ５のＯＦＦ後は参照符号５ａで示される寄生ダイオードを介することによって放電のみが可能となる。

また、電池電圧が過放電検出電圧となったときは、放電制御ＦＥＴ６をＯＦＦとし、放電電流が流れないように制御される。なお、放電制御ＦＥＴ６のＯＦＦ後は参照符号６ａで示される寄生ダイオードを介することによって充電のみが可能となる。

通信端子３ａ，３ｂは、電気機器、例えば業務用カムコーダに装着された際、電池容量の情報を機器に送信するためのものである。この情報を受け取った機器側では、液晶等の表示部に充電容量や、充電率を表示する。

図２は、マイクロコンピュータ１０においてなされる電力積算方式による残容量算出方法の処理の流れを概略的に示すフローチャートである。残容量算出は、負荷が接続されている状態でなされ、算出された残容量例えば残容量率（％）がマイクロコンピュータ１０から通信端子３ａおよび３ｂを介して電子機器に送られ、必要に応じて電子機器の表示部等で表示される。

ステップＳＴ１において、測定回路１１からの電圧値、電流値を取得する。電圧値および電流値は、所定の時間間隔例えば２５０ｍｓ毎に取得される。ステップＳＴ２において、取得された電流が積算され、放電電流量として保持される。また、電圧×電流の演算によって電力が算出され、電力が積算され、放電積算電力として保持される。

ステップＳＴ２では、積算電流量と電池が持つ放電電流量の割合から残容量率〔％〕が求められる。すなわち、残容量率＝１００−（放電電流量／満充電容量）×１００で求められる。電圧と残容量率との対応関係を示す残容量参照テーブルを使用して、算出した残容量率に対する電圧（無負荷電圧）が求められる。算出した無負荷電圧から測定された現在の放電電圧が減算され、その差がＩＲＶ（放電電流による電圧降下分）として算出される。

さらに、ステップＳＴ３では、ＤＣ−Ｉｍｐ係数と残容量率との対応関係を示すＤＣ−Ｉｍｐテーブルを使用して、算出した残容量率に対するＤＣ−Ｉｍｐ係数が求められる。ＤＣ−Ｉｍｐ係数は、電池セル７の内部直流インピーダンス値に対応する値である。求められているＩＲＶをＤＣ−Ｉｍｐ係数で割ることによって、基準ＩＲＶが算出される。

図３は、使用するテーブルをグラフとして示すものである。図３において、横軸（ｘ軸）が残容量率（％）であり、縦軸（ｙ軸）が無負荷電圧およびＤＣ−Ｉｍｐ係数である。参照符号Ｔｂ１が残容量参照テーブルのグラフを示し、参照符号Ｔｂ２がＤＣ−Ｉｍｐ参照テーブルのグラフを示す。これらのテーブルは、使用する電池パックに応じて予め作成され、マイコン１０のメモリに格納されている。

ステップＳＴ３では、図３に示すように、ある残容量率に対する無負荷電圧Ｖａと現放電電圧Ｖｂとが求められ、その差がＩＲＶとして求められる。

ステップＳＴ４では、放電終止予測点が算出される。ステップＳＴ４では、
予測放電電圧＝残容量参照テーブル電圧（無負荷電圧）−基準ＩＲＶ×ＤＣ−Ｉｍｐ係数
で予測放電電圧を算出し、
放電終止電圧≦予測放電電圧
の条件が満たされるまで、残容量率の０％から＋１％毎に、無負荷電圧、ＤＣ−Ｉｍｐ係数を求め、条件が合致する残容量率を算出する。このように求められた残容量率が電池の持つ放電電流量の放電終止予測点を表す。つまり、
電池が持つ放電電流量×残容量率＝放電可能電流量
となる。

次に、ステップＳＴ５において、放電可能電力量が算出される。図４に示すように、二次電池（電池セル７）の満充電から放電終止までの放電電圧変化のカーブＱを、ｘ軸を放電容量とし、ｙ軸を電圧として表し、ｙ＝−ａｘ＋ｂ１の直線（線形線）Ｌ１で近似する。ここで、傾きａ（定数）は、二次電池の放電カーブのデータに基づいて算出された値である。ａは、使用する電池パックに応じた値となる。

切片ｂ１は、満充電時で無負荷状態で所定の電圧値（公称電圧値）をとる。ｂ１の値は、負荷係数と呼ばれ、温度および負荷の条件で値が変動する。負荷係数は、放電電流の値と、温度に応じて公称電圧値より低い値となり、放電電流と温度の条件から負荷係数が求められる。

温度が上昇するにしたがって小さな値をとる温度係数のテーブルが予め作成されている。温度係数と放電電流の平方根と所定数とを乗じた値が公称電圧値から減算されて負荷係数が求められる。例えば公称電圧値ｂ１が16800ｍＶであっても、ｂ２＝16496ｍＶのように低下する。したがって、温度が低くなると、直線Ｌ１が下側に移動し、放電可能電力量がより減少する。放電電流が多くなると、同様に、直線Ｌ１が下側に移動する。さらに、放電終止電圧Ｖｅ１は、ｘに放電終止容量Ｆ１を代入することで求められる。放電終止容量Ｆ１は、電池パックによって所定の値をとる。

したがって、直線Ｌ１と、直線Ｌ１の放電終止電圧Ｖｅ１から点Ｆ１に垂直に下ろした線とで囲まれた部分が無負荷時の理論上の放電可能電力量である。負荷がある場合には、負荷、温度条件によって取り出すことができない無効容量と二次電池の劣化による容量減少が存在する。

つまり、負荷電流による分極で発熱し、使用できない電力量Ｐ１、負荷または環境条件によって使用できない電力量Ｐ２および電池の劣化によって使用できなくなった電力量Ｐ３が理論上の放電可能電力量から減算されることによって、負荷が接続された場合の実際的な放電可能電力量Ｐ４が算出される。電力量Ｐ２は、電池としては、容量が残っていて、使用可能なものであり、他の電力量Ｐ１，Ｐ３と相違する。

ここで算出された放電可能電力量Ｐ４と、所定時間毎に積算されている電力量との割合を算出し、電池全体の残容量率を得ることができる。

放電可能電力量Ｐ４を高精度に求めることが残容量率の算出の精度を高める上で必要となる。一実施形態では、上述した負荷、温度条件によって取り出すことができない容量と二次電池の劣化による容量減少がｘ軸上で放電終止容量をマイナス方向（原点方向）へ移動させることで算出する。Ｆ２がこのように求められた放電終止容量である。

後述するように、放電終止予測点が求められ、放電可能容量率(POSI RATE)(＝100％−
放電終止予測点（％））で求められる。Ｆ２で示される放電終止容量(CAPA END)が次式で求められる。
放電終止容量(CAPA END)＝放電可能容量率(POSI RATE)×満充電容量

放電終止容量時の電圧（放電終止電圧）Ｖｅ２は、次式で算出される。
放電終止電圧Ｖｅ２＝−ａ×放電終止容量＋ｂ２
以上の処理で、直線Ｌ１を平行移動した直線Ｌ２を求めることができる。直線Ｌ２は、負荷を接続した時の放電可能電力量を求めるための直線である。

以上の残容量算出処理は、例えば電流、電圧、温度の測定値が所定時間毎に入力される度に、マイクロコンピュータ１０に対して割込がかかり、マイクロコンピュータ１０のソフトウェアによって実行される。

上述したこの発明の一実施形態において、基準ＩＲＶ算出（ステップＳＴ３）および放電終止予測点の算出処理（ステップＳＴ４）について、より詳細に説明する。図５に示すフローチャートにおいて、ステップＳＴ４１において、所定時間例えば２５０ｍｓ毎に積算処理を行った結果から現在の残容量率が算出される。

具体列を挙げて説明すると、電流積算値から求められた放電電流量を1341[ｍＡ]とし、満充電容量を4400〔ｍＡｈ〕とすると、次式で残容量率が求められる。
残容量率＝ 100 −（放電電流量／満充電容量）×１００
＝ 100 − ( 1341 ／ 4400）×１００
＝ 69.52％

ステップＳＴ４２では、求められた残容量率からその時の無負荷電圧（図３におけるＶａ）を算出し、ＩＲＶ（放電電流による電圧降下分）を求める。すなわち、残容量参照テーブルから残容量率を参照し、その時の無負荷電圧Ｖａを取得する。そして、その電圧から測定された現放電電圧（図３におけるＶｂ）を減算することによって、ＩＲＶが算出される。

例えば、残容量率＝ 69.92％で、現放電電圧Ｖｂが14626ｍＶの時では、
小数点以下を切り捨てて69％の時の無負荷電圧Ｖａが残容量参照テーブルから15615ｍ
Ｖと求まる。
69％＋1％＝70％の時の無負荷電圧がテーブルから15637ｍＶと求まる。

次式の線形補間によって0.52％分の電圧を求め、69％時の電圧に加算し、残容量率69.52％時の電圧を算出する。
電圧上昇＝(無負荷70％時電圧−無負荷69％時電圧）
／（１００／残容量率小数点以下）
＝(15637−15615)／(100／52)
＝11ｍＶ
69.52％時の無負荷電圧 ＝ 15615ｍＶ ＋ 11ｍＶ
＝ 15626ｍＶ
ＩＲＶ ＝ 無負荷電圧 − 現放電電圧 ＝15626ｍＶ − 14626ｍＶ
＝ 1000

ステップＳＴ４３では、残容量率からその時のインピーダンス係数が参照される。ＤＣ−Ｉｍｐ参照テーブルを参照して残容量率に対応するＤＣ−Ｉｍｐ係数が求められる。ＤＣ−Ｉｍｐ参照テーブルから検索する場合は、残容量率の小数点以下が切り捨てられる。一例として、残容量率が69.52％の場合では、小数点以下を切り捨て69％でＤＣ−Ｉｍｐ
参照テーブルを参照して、ＤＣ−Ｉｍｐ係数＝１．００と求める。

ステップＳＴ４４では、基準ＩＲＶが算出される。先に算出したＩＲＶとＤＣ−Ｉｍｐ係数とから基準ＩＲＶを算出する。
基準ＩＲＶ＝ＩＲＶ／ＤＣ−Ｉｍｐ係数
例えば、ＩＲＶ：1000 ＤＣ−Ｉｍｐ係数：１とすると、
基準ＩＲＶ＝1000／1 ＝1000（ｍＶ）
となる。

ステップＳＴ４６以降で放電終止予測点が算出される。
予測放電電圧＝残容量参照テーブル電圧−基準ＩＲＶ×ＤＣ−Ｉｍｐ係数
この計算式を残容量率が０％から＋１％毎に算出して放電終止点の検証を行う。そして、予測放電電圧が下記の式に合致するまで探索を行う。
放電終止電圧 ≦ 予測放電電圧

一例として、基準ＩＲＶ：1000、放電終止電圧： 11000ｍＶとする。また、図３に示すように、残容量率０％時の検索ＳＲ０と、残容量率１％時の検索ＳＲ１と、・・・・、残容量率７％時の検索ＳＲ７とが順になされる。

ステップＳＴ４５では、検証残容量率＝０％が設定される。ステップＳＴ４６において、
予測放電電圧＝残容量参照テーブル電圧（０％）：11000ｍＶ−基準ＩＲＶ：1000×Ｄ
Ｃ−Ｉｍｐ係数：25.11＝−14000ｍＶ
が求められる。

ステップＳＴ４７では、（放電終止電圧：11000ｍＶ≦予測放電電圧：−14000ｍＶ）が成立するか否かが判定される。この場合では、成立しないので、０％が放電終止点ではないと判定される。処理がステップＳＴ４８に移り、検証残容量率が＋１％とされる。再び、ステップＳＴ４６およびＳＴ４７が繰り返される。

ステップＳＴ４６において、
予測放電電圧＝残容量参照テーブル電圧（１％）：12427ｍＶ−基準ＩＲＶ：1000×Ｄ
Ｃ−Ｉｍｐ係数：17.29＝−4863ｍＶ
が求められる。

ステップＳＴ４７では、（放電終止電圧：11000ｍＶ≦予測放電電圧：−4863ｍＶ）が
成立するか否かが判定される。この場合では、成立しないので、１％が放電終止点ではないと判定される。処理がステップＳＴ４８に移り、検証残容量率が＋２％とされる。再び、ステップＳＴ４６およびＳＴ４７が繰り返される。

以下、検証残容量率が３％，４％，・・・・と増加され、検証残容量率が７％となると、ステップＳＴ４６において、
予測放電電圧＝残容量参照テーブル電圧（７％）：14416ｍＶ−基準ＩＲＶ：1000×Ｄ
Ｃ−Ｉｍｐ係数：3.33＝11086ｍＶ
が求められる。

ステップＳＴ４７では、（放電終止電圧：11000ｍＶ≦予測放電電圧：11086ｍＶ）が成立するか否かが判定され、この場合は、成立するので、ステップＳＴ４９に処理移る。ステップＳＴ４９では、放電終止予測点が検証残容量率（７％）と判定される。

放電終止予測点から放電可能容量率(POSI RATE)が算出される。例えば放電終止予測点
が７％の場合、
POSI RATE ＝100％−放電終止予測点
＝100％−７％
＝93％
が算出される。

放電可能容量率(POSI RATE)から放電終止容量(CAPA END)が算出される。図４において
、Ｆ２が放電終止容量である。
放電終止容量(CAPA END)＝放電可能容量率(POSI RATE)×満充電容量

例えば放電可能容量率(POSI RATE)：93％、満充電容量：4400ｍｈＡの場合では、
放電終止容量(CAPA END)＝ 0.93 × 4400
＝ 4092ｍＡｈ
と求められる。

図４において、実際の放電終止容量が分かることによって、放電可能電力量を正確に求めることができる。したがって、負荷、温度の環境状態に応じた放電可能電力量から放電した電力積算値の割合を求め、残容量率を検出することができる。

積算法で充電容量を算出する際、除算処理が加わるとデータ中の小数点以下の値が切り捨て等によって丸められ、桁落ちした値（電流値）を積算していくために、誤差が積算結果に累積される。その結果、積算電流値の精度が悪くなり、充電率の検出の精度も悪くなる。

誤差の累積を防止するために、有効桁数を増やすことにより桁落ちによる誤差に対応する方法では、逆にマイクロコンピュータのメモリ使用量が増え、処理を圧迫することになる。また、マイクロコンピュータのメモリが足りない場合は有効桁数を増やすことができず、桁落ちしたデータを積算していくことになり、精度の悪化につながる。

そこで、桁落ちの影響を極力少なくするために、一実施形態では以下のような積算方法を用いる。

電流値の測定時に、ゲインが２４倍のアンプとゲインが１２５倍のアンプとを使用し、各アンプの出力電圧をマイクロコンピュータ１０のＡ／Ｄコンバータに供給してデジタルデータへと変換する。各アンプは電流値によって使い分け、電流が例えば２Ａより大きいときは２４倍のアンプを、２Ａ以下のときは１２５倍のアンプを使用する。この構成により、電流値が小さい場合と大きい場合での有効桁数の差を少なくすることが可能である。

ただし、２４倍アンプを通った測定値と１２５倍アンプを通った測定値は桁の重みが違うため、単純に足し合わせることができない。そこで、以下の方法により、桁落ちの影響が少なくなるようにする。

例えば、電流測定のハードウェア条件を以下のようにする。
Ａ／Ｄ基準電圧（ＡＶＲＥＦ）： ３０００ｍＶ
Ａ／Ｄ分解能： １０２４（１０Ｂｉｔ）
電流検出抵抗（図１の抵抗９）： ５ｍΩ

このとき、電池セル７を流れる電流１ＡあたりのＡ／Ｄコンバータに入力される電圧値は、
２４倍アンプの場合：５ｍΩ×１Ａ×２４＝１２０（ｍＶ／Ａ） ・・・（１）
１２５倍アンプの場合：５ｍΩ×１Ａ×１２５＝６２５（ｍＶ／Ａ）・・・（２）

また、Ａ／Ｄコンバータの１分解能あたりの電圧感度は、３０００ｍＶ／１０２４＝２. ９３０（ｍＶ）となる。これを２４倍アンプの使用時における電流感度に換算すると、２. ９３０（ｍＶ）／１２０（ｍＶ／Ａ）×１０００≒２４. ４１（ｍＡ）となる。

上述した値を元に、積算処理の流れを図６のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳＴ１１で積算処理が開始されると、図１中の電流検出抵抗９でＡ／Ｄコンバータに入力する電流値を測定し、測定された電流値をマイクロコンピュータ１０にＡ／Ｄ入力値として供給する（ステップＳＴ１２）。次に、ステップＳＴ１３ではステップＳＴ１２で計算された入力値を２４倍アンプと１２５倍アンプのどちらを用いて計測するかを決定する。電流検出抵抗９での電流値が２Ａより大きい場合は２４倍アンプを、２Ａ以下の場合は１２５倍アンプを使用する。

２４倍アンプを用いる場合、Ａ／Ｄ入力電圧を上述の式（１）から算出する。例えば、放電電流が２．５Ａの場合、
Ａ／Ｄ入力電圧は、１２０（ｍＶ／Ａ）×２．５Ａ＝３００（ｍＶ）
となる。また、Ａ／Ｄ入力電圧をデジタルデータに変換すると、Ａ／Ｄ変換後の入力値（積算値）は、
３００（ｍＶ）／２．９３０（ｍＶ）≒１０２
となる。２４倍アンプを使用した場合は、求めた積算値をそのまま積算エリアに加算する。

１２５倍アンプを用いる場合、Ａ／Ｄ入力電圧を上述の式（２）から算出する。例えば、放電電流が０. ８Ａの場合、Ａ／Ｄ入力電圧は、
６２５（ｍＶ／Ａ）×０．８Ａ＝５００（ｍＶ）
となる。また、Ａ／Ｄ変換後の入力値（ＢＡＴＴ＿ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＢＩＴ）は、
３００（ｍＶ）／２．９３０（ｍＶ）≒１７０
となる。

１２５倍アンプを用いた場合は、ステップＳＴ１５で桁の重みが２４倍アンプの使用時と同様になるように換算してから積算する（１回目の積算は前回剰余０とする）。Ａ／Ｄ変換後の入力値１７０を２４倍アンプの使用時に換算すると、１７０／５. ２０８＝３２ 余り３．３４４となる。ステップＳＴ１６で余りの小数点以下を切り捨てすることにより、積算値３２、剰余３と求められ、積算エリアには３２が加算される。

ここで、放電電流が０．８Ａのまま１０回積算した場合について説明する。剰余を無視し、剰余加算を行わない場合は 積算値３２×１０（回）＝３２０であるが、理論的には換算前の入力値１７０を用いて計算すると、｛１７０×１０（回）｝／５．２０８≒３２６となり、積算値に６のずれが生じる。

そこで、前回除算した時に求めた剰余を次の計算時に加算して積算処理を行う。つまり、２回目に求めた換算前の入力値１７０に１回目の剰余３を加算し、合計値を換算することで２回目の積算値を決定する。３回目以降は、２回目と同様に換算前の入力値に前回の剰余を加算してから全体を換算する。

１０回目までの積算処理の状況を図７に示す。剰余を加算する方法で積算処理が行われた結果、この例では積算エリアの値が３２６となり、誤差が発生しない。したがって、前回計算時の剰余をＡ／Ｄ入力値に加算してから除算することで、桁落ちの影響を極力なくすことが出来る。

また、有効桁数を増やす必要がないので、マイクロコンピュータ１０にて使用するメモリを最小限にとどめることができる。

以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば電子機器では、残容量率以外に残り使用可能時間等の他の形態で、残容量を示すようにしても良い。また、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

また、この発明はリチウムイオン電池の他、Ｎｉ−ｃｄ（ニッカド）電池、Ｎｉ−ＭＨ（ニッケル水素）電池など、種々の電池に適用可能である。さらに、電池パックを構成するマイクロコンピュータが、保護回路の機能を持つようにしてもよい。

この発明を適用することができるバッテリパックの構造の一例を示す略線図である。 この発明による残容量算出方法の一実施形態の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 この発明の一実施形態で使用する残容量参照テーブルおよびＤＣ−Ｉｍｐ参照テーブルの一例を説明するための略線図である。 放電可能電力量の算出の説明に用いる略線図である。 放電終止予測点を求める処理の流れを表すフローチャートである。 積算処理を説明するためのフローチャートである。 剰余加算を行う積算法を用いた場合のデータ積算の一例を示す図である。

符号の説明

４・・・スイッチ回路
５・・・充電制御ＦＥＴ
６・・・放電制御ＦＥＴ
５ａ，６ａ・・・寄生ダイオード
７・・・電池セル
８・・・温度検出素子
９・・・電流検出抵抗

Claims (7)

1. 二次電池の残容量算出方法において、
   二次電池使用時の電圧および電流を所定時間毎に測定し、上記電圧と上記電流の積により使用した電力を積算し、
   二次電池の放電電力からエネルギー損失、取り出せないエネルギーを減算することによって使用可能な放電可能電力量を求め、
   積算電力と上記放電可能電力量との比率から残容量率を算出する二次電池の残容量算出方法。
2. 請求項１において、
   上記放電可能電力量は、ｘ軸を放電容量とし、ｙ軸を電圧として、二次電池の満充電から放電終止までの放電電圧を直線で近似し、上記直線と上記ｘ軸および上記ｙ軸との交点の面積部分として求められる残容量算出方法。
3. 請求項２において、
   上記直線は、ｙ＝−ａｘ＋ｂ１で表され、
   傾きａは、二次電池の放電カーブのデータに基づいて算出された値であり、
   切片ｂ１は、満充電時で無負荷状態の電圧値である残容量算出方法。
4. 請求項３において、
   上記切片ｂ１が負荷係数であり、負荷がある時には、上記無負荷状態の値に比してマイナス方向へ移動させ、放電電流が大きいほどマイナス方向への移動量を大きくする残容量算出方法。
5. 請求項２において、
   負荷、温度条件によって取り出すことができない容量と二次電池の劣化による容量減少をｘ軸上で放電終止容量点をマイナス方向へ移動させることで算出する残容量算出方法。
6. 請求項２において、
   残容量率とＤＣインピーダンス係数の対応関係のテーブルを用意し、
   放電終止部分での放電終止電圧を上記ＤＣインピーダンスの増加を加味して求める残容量算出方法。
7. 二次電池の電池パックにおいて、
   上記電池パックは二次電池の電圧および電流を測定する測定部と、残容量演算部とを有し、
   上記残容量演算部は、
   二次電池使用時の電圧および電流を所定時間毎に測定し、上記電圧と上記電流の積により使用した電力を積算し、
   二次電池の放電電力からエネルギー損失、取り出せないエネルギーを減算することによって使用可能な放電可能電力量を求め、
   積算電力と上記放電可能電力量との比率から残容量率を算出することを特徴とする電池パック。
   

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