JP2012228142A - 充電終了時点特定方法、充電終了時点特定装置及びパック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】充電した容量及び残容量が実際とは異なる容量として算出された場合であっても、充電を終了すべき時点を的確に特定することが可能な充電終了時点特定方法、充電終了時点特定装置及びパック電池を提供する。
【解決手段】二次電池１の最大セル電圧が満充電検出開始電圧（４．０Ｖ）より高くなった後に充電電流が２０秒間以上５０ｍＡより低下した時点を、充電を終了すべき第１時点として特定し、最大セル電圧が積算開始電圧（４．０Ｖ）よりも高くなっている間に充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、積算結果が充電側に振れており且つ積算結果の絶対値が二次電池１の設計容量の５０％より大きくなった時点を、充電を終了すべき第２時点として特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池に充放電した容量に基づいて充電を終了すべき時点を特定する充電終了時点特定方法、充電終了時点特定装置及びパック電池に関する。

従来、リチウムイオン電池に代表される二次電池の充電では、所定電流にて定電流充電し、端子電圧（以下、電池電圧という）が二次電池に許容される最大電圧より低く設定された所定電圧に達した後に定電圧充電に移行する、いわゆる定電流・定電圧充電方式が主に用いられる。電池電圧が最大電圧を超えた場合は、電池の寿命及び充放電容量を損ねることとなり、発火に至る虞もあるため、充電中は電池電圧が最大電圧を超えないように制御される。

満充電容量（ＦＣＣ；Full Charge Capacity ）は、二次電池が満充電から放電終止電圧（学習ポイント電圧）に至るまでの間に放電された放電電流の積算値に基づいて、充放電の１サイクル毎に更新される。充電された二次電池の残容量は、直前に更新されたＦＣＣから、放電方向を正とする充放電電流（充電電流及び放電電流）の積算値を減算して算出される。充放電電流は、二次電池の充放電路に介装された電流検出抵抗に生じる電圧降下によって検出されるが、±５ｍＡ程度の範囲内の充放電電流は検出が困難である。例えば二次電池から外部の電気機器等のシステム側に流入する漏れ電流が放電電流として検出されない場合、ＦＣＣが実際よりも小さな容量に更新され、残容量も実際より小さな容量として算出される。

ところで、二次電池を充電する際に、何らかの原因で充電の完了が正常に検出されなくなった場合、許容される充電容量を超えて充電が継続される結果、二次電池が過熱して発火、破裂等の事故に至る可能性がある。これを防止するために、充電した容量を監視して充電異常を検出する技術が考案されている。

例えば、特許文献１では、二次電池の充電中に充電した容量又は残容量を算出し、算出した容量が公称容量又は学習容量の略１．５〜２倍以上か否かを診断することにより、二次電池と充電制御系との故障診断を行う故障診断方法及び電池パックが開示されている。

特開２００２−３２５３６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、上述したように実際よりも小さなＦＣＣ及び残容量が算出された場合に、充電が正常に行われているにも関わらず、二次電池及び／又は充電制御系の故障と診断されることがあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充電した容量及び残容量が実際とは異なる容量として算出された場合であっても、充電を終了すべき時点を的確に特定することが可能な充電終了時点特定方法、充電終了時点特定装置及びパック電池を提供することにある。

本発明に係る充電終了時点特定方法は、二次電池の充放電電流を時系列的に検出して充放電した容量を積算し、積算した容量に基づいて前記二次電池の充電を終了すべき時点を特定する充電終了時点特定方法において、前記二次電池の電圧を時系列的に検出し、検出した電圧が所定電圧より高い場合、充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、積算結果が、前記二次電池が充電されたことを示す場合、積算した容量の絶対値が所定容量より大きいか否かを判定し、大きいと判定した時点を、充電を終了すべき時点として特定することを特徴とする。

本発明に係る充電終了時点特定方法は、二次電池の電圧及び充放電電流を時系列的に検出し、検出した電圧が所定電圧より高く、且つ検出した充電電流が所定時間以上所定電流より小さいと判定した時点を第１時点として特定し、検出した充放電電流に基づいて充放電した容量を積算し、積算した容量に基づいて前記第１時点と異なる第２時点を特定し、前記第１及び第２時点を前記二次電池の充電を終了すべき時点とする充電終了時点特定方法において、検出した電圧が前記第１時点の特定に係る電圧より高い場合、充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、積算結果が、前記二次電池が充電されたことを示す場合、積算した容量の絶対値が所定容量より大きいか否かを判定し、大きいと判定した時点を、前記第２時点として特定することを特徴とする。

本発明に係る充電終了時点特定方法は、前記所定容量は、前記二次電池に充電可能な総容量として予め設定された容量に対する所定割合の容量であることを特徴とする。

本発明に係る充電終了時点特定方法は、前記所定割合は、４０％から６０％の範囲にあることを特徴とする。

本発明に係る充電終了時点特定装置は、二次電池の充放電電流を時系列的に検出して充放電した容量を積算し、積算した容量に基づいて前記二次電池の充電を終了すべき時点を特定する充電終了時点特定装置において、前記二次電池の電圧を時系列的に検出する手段を備え、該手段が検出した電圧が所定電圧より高い場合、充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算するようにしてあり、積算結果が、前記二次電池が充電されたことを示す場合、積算した容量の絶対値が所定容量より大きいか否かを判定する手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る充電終了時点特定装置は、二次電池の電圧及び充放電電流を時系列的に検出し、検出した電圧が所定電圧より高く、且つ検出した充電電流が所定時間以上所定電流より小さいと判定した時点を第１時点として特定し、検出した充放電電流に基づいて充放電した容量を積算し、積算した容量に基づいて前記第１時点と異なる第２時点を特定し、前記第１及び第２時点を前記二次電池の充電を終了すべき時点とする充電終了時点特定装置において、検出した電圧が前記第１時点の特定に係る電圧より高い場合、充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算するようにしてあり、積算結果が、前記二次電池が充電されたことを示す場合、積算した容量の絶対値が所定容量より大きいか否かを判定する手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る充電終了時点特定装置は、前記所定容量は、前記二次電池に充電可能な総容量として予め設定された容量に対する所定割合の容量であることを特徴とする。

本発明に係る充電終了時点特定装置は、前記所定割合は、４０％から６０％の範囲にあることを特徴とする。

本発明に係るパック電池は、上述の充電終了時点特定装置と、該充電終了時点特定装置によって充電を終了すべき時点が特定される１又は複数の二次電池とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、時系列的に検出した二次電池の電圧が所定電圧より高くなっている間に充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、積算結果が充電側に振れており且つ積算結果の絶対値が所定容量より大きくなった時点を、充電を終了すべき時点として特定する。
つまり、電池電圧が所定電圧に達するまで容量の積算が保留されており、電池電圧が所定電圧を超えている間に充電した容量から放電した容量を減算した容量が所定容量より大きくなった時点が、充電を終了すべき時点として特定される。これにより、電池電圧が所定電圧に達するまでに充電した容量とは無関係に、充電を終了すべき時点が精度よく特定される。

本発明にあっては、二次電池の電圧が所定電圧より高くなった後に充電電流が所定時間以上所定電流より低下した時点を、充電を終了すべき第１時点として特定し、第１時点を特定するための前記所定電圧に係る電圧よりも二次電池の電圧が高くなっている間に充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、積算結果が充電側に振れており且つ積算結果の絶対値が所定容量より大きくなった時点を、充電を終了すべき第２時点として特定する。
つまり、電池電圧が満充電検出開始電圧と同等の電圧を超えている間に充電した容量から放電した容量を減算した容量が所定容量より大きくなった時点が、充電を終了すべき第２時点として特定される。これにより、満充電に近い状態に至るまでに充電した容量とは無関係に、充電を終了すべき第２時点が特定され、第２時点の特定精度が高まる。また、第１時点が特定されない場合であっても、第２時点を特定することができる。

本発明にあっては、二次電池に充電可能な総容量として予め設定されている容量、例えば設計容量に対する所定割合の容量を所定容量として設定する。
これにより、変動する容量に依存することなく、充電を終了すべき第２時点が特定される。

本発明にあっては、想定される二次電池の使用温度範囲の高／低に応じて、例えば設計容量の４０％〜６０％の範囲内で所定容量を小／大に設定する。
所定容量が設計容量の４０％より小さい場合は、二次電池が常温又は高温で使用される場合であっても第１時点が特定される前に第２時点が特定される虞があり、設計容量の６０％より大きい場合は、第１時点が特定されてから第２時点が特定されるまでの遅れ時間が無駄に増大する。

本発明にあっては、上述した充電終了電圧特定装置によって二次電池の充電を終了すべき時点が特定される。
これにより、充電した容量及び残容量が実際とは異なる容量として算出された場合であっても、充電を終了すべき時点を的確に特定することが可能な充電終了時点特定装置が、パック電池に適用される。

本発明によれば、電池電圧が所定電圧に達するまで容量の積算が保留されており、充電した容量が実際よりも小さな容量として積算されるような場合であってもその影響を受けることがなく、二次電池の電圧が所定電圧を超えた後に充電した容量から放電した容量を減算した容量が所定容量より大きくなった時点が、充電を終了すべき時点として特定される。これにより、電池電圧が所定電圧に達するまでに充電した容量とは無関係に、充電を終了すべき時点が精度よく特定される。
従って、充電した容量及び残容量が実際とは異なる容量として算出された場合であっても、充電を終了すべき時点を的確に特定することが可能となる。

本発明に係るパック電池の構成例を示すブロック図である。 電池セルのうち代表的（平均的）な１セルの充電時間に対するセル電圧及び充電容量を示す特性図である。 第１時点を特定するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 第２時点を特定するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明に係るパック電池の構成例を示すブロック図である。図中１０はパック電池であり、パック電池１０は、リチウムイオン電池からなる電池セル１ａ，１ｂ，１ｃをこの順番に直列接続してなる二次電池１と、該二次電池１の温度を検出する温度センサ２とを備える。電池セル１ａの正極端子及び電池セル１ｃの負極端子の夫々が、二次電池１の正極端子及び負極端子に相当する。二次電池１は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の他の電池であってもよい。また、二次電池１を構成する電池セルの数は３つに限定されず、１つ、２つ又は４つ以上であってもよい。

二次電池１の正極端子は、該二次電池１の充放電電流を遮断する遮断部３を介してプラス（＋）端子９１に接続されている。二次電池１の負極端子は、該二次電池１の充放電電流を検出するための電流検出抵抗４を介してマイナス（−）端子９２と接続されている。パック電池１０は、プラス（＋）端子９１と、マイナス（−）端子９２と、該マイナス（−）端子９２に抵抗器９３を介して接続されたバッテリコネクト端子９４とを介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯端末等の電気機器（図示せず）に着脱可能に装着されるようになっている。プラス（＋）端子９１から、遮断部３、二次電池１及び電流検出抵抗４を介してマイナス（−）端子９２に至る経路が、充放電路（以下、充電路ともいう）に相当する。

遮断部３は、二次電池１の放電電流及び充電電流の夫々をオン・オフするＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）３５及び３６と、２端子間にヒューズ３１，３１が直列に介装された非復帰遮断素子３０との直列回路を有し、該直列回路が二次電池１の正極端子及びプラス（＋）端子９１間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３５，３６に代えて、トランジスタ等の他のスイッチング素子を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴ３５及び３６夫々のゲートには、放電時及び充電時に、後述するＡＦＥ６からＨ（ハイ）レベルのオン信号が与えられる。ヒューズ３１，３１の接続点と非復帰遮断素子３０の他の１端子間には、加熱抵抗３２，３２の並列回路が介装されている。

遮断部３は、また、非復帰遮断素子３０の他の１端子にドレインが接続されたＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴ３３と、該ＭＯＳＦＥＴ３３のゲートに出力端子が接続されたＯＲ回路３４とを有する。ＭＯＳＦＥＴ３３のソースは、二次電池１の負極端子に接続されている。ＯＲ回路３４の出力端子がＨ（ハイ）レベルになった場合、ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン及びソース間が導通し、加熱抵抗３２，３２にヒューズ３１，３１を介して二次電池１の電圧及び／又は外部からの電圧が印加されて、ヒューズ３１，３１が溶断するようになっている。これにより、充放電路が非可逆的に遮断される。非復帰遮断素子３０において充放電路を遮断するものは、ヒューズ３１，３１に限定されない。

電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ夫々の両端は、各電池セルの過電圧状態を検出して検出信号をＯＲ回路３４に与える保護回路５の入力端子と、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃのセル電圧を切り替えてマイクロコンピュータからなる制御部７に与えるアナログフロントエンド（Analogue Front End。以下ＡＦＥという）６の入力端子とに接続されている。ＡＦＥ６の他の入力端子は、電流検出抵抗４の両端に接続されている。

保護回路５は、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃ夫々のセル電圧及び基準電圧を比較するコンパレータと、タイマとを各別に備える（何れも図示せず）。基準電圧は、本実施の形態では４．３Ｖであるが、これに限定されるものではない。各コンパレータの夫々は、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃのセル電圧が４．３Ｖより高くなった場合、タイマの計時を開始させる信号を出力する。そして、各タイマが計時する時間が例えば１．５秒を経過した場合、二次電池１の過電圧状態が検出されて、ＯＲ回路３４の一方の入力端子に過電圧状態の検出信号が与えられる。これにより、遮断部３のヒューズ３１，３１が溶断されて、二次電池１の充放電路が遮断される。

ＡＦＥ６は、図示しないコンパレータを有し、電流検出抵抗４の両端電圧と、基準電圧との比較結果から二次電池１の過電流を検出した場合、ＭＯＳＦＥＴ３５，３６にＬ（ロウ）レベルのオフ信号を与えて充放電電流を遮断させる。ＡＦＥ６は、また、Ｉ／Ｏポート７３から過電圧状態の検出信号を与えられた場合にも、ＭＯＳＦＥＴ３５，３６にオフ信号を与えるようになっている。

制御部７は、ＣＰＵ７０を有し、ＣＰＵ７０は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ７１、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ７２、過電圧状態の検出信号をＯＲ回路３４の他方の入力端子及びＡＦＥ６に出力すると共にバッテリコネクト端子９４の電圧を入力するＩ／Ｏポート７３、アナログの電圧をデジタルの電圧に変換するＡ／Ｄ変換器７４、時間を計時するタイマ７５、並びに外部の電気機器と通信するための通信部７６と互いにバス接続されている。

Ａ／Ｄ変換器７４には、ＡＦＥ６から与えられた各電池セル１ａ，１ｂ，１ｃの何れかのセル電圧と、温度センサ２から与えられた電圧と、電流検出抵抗４の両端電圧とが与えられておりＡ／Ｄ変換器７４は、これらのアナログの電圧をデジタルの電圧に変換する。
通信部７６は、外部の電気機器との間でデータを授受するためのシリアルデータ（ＳＤＡ）端子９５と、クロックを受信するためのシリアルクロック（ＳＣＬ）端子９６とに接続されている。通信部７６と外部の電気機器との間では、他の通信方式によって通信してもよい。

上述したパック電池１０の構成のうち、二次電池１、温度センサ２、遮断部３、保護回路５及び抵抗器９３を除いた構成が、本発明に係る充電終了時点特定装置に相当する。

さて、ＣＰＵ７０は、ＲＯＭ７１に予め格納されている制御プログラムに従って、演算及び入出力等の処理を実行する。例えば、ＣＰＵ７０は、Ａ／Ｄ変換器７４を介して電流検出抵抗４の電圧を時系列的に取り込み、取り込んだ電圧から換算された充放電電流を積算して二次電池１に充放電した容量と二次電池１の残容量とを積算すると共に残容量のデータを生成する。生成された残容量のデータは、通信部７６を介して外部の電気機器に送信される。ＣＰＵ７０は、更に、Ａ／Ｄ変換器７４を介して温度センサ２の電圧を、例えば２５０ｍ秒周期で時系列的に取り込み、取り込んだ電圧に基づいて電池温度を検出する。

ＣＰＵ７０は、また、ＡＦＥ６からＡ／Ｄ変換器７４に与えられた電池セル１ａ，１ｂ，１ｃのセル電圧を２５０ｍ秒周期で時系列的に検出し、検出したセル電圧のうち最も高いセル電圧を特定してＲＡＭ７２に記憶する。電圧の検出周期は２５０ｍ秒に限定されない。

本実施の形態では、充電中に最も高いセル電圧が満充電検出開始電圧（請求項２の所定電圧に対応）を超え、且つ、充電電流が所定時間以上満充電検出の閾値電流（所定電流）を下回った場合、ＣＰＵ７０が満充電検出フラグを１にセットする。これにより、二次電池１の充電を終了すべき時点（第１時点）が特定される。ＣＰＵ７０は、更に、最も高いセル電圧が積算開始電圧（請求項１の所定電圧に対応）を超えている間に充電した容量から放電した容量を減算して充放電した容量を残容量とは別に算出し、この充放電した容量が設計容量（又は定格容量、初期容量若しくは学習容量。以下、単に設計容量という）の５０％（所定容量）を超えた場合に、満充電検出フラグを１にセットする。これにより、二次電池１の充電を終了すべき時点（第２時点）が特定される。第１時点又は第２時点の何れかが特定された場合、二次電池１の充電が停止される。

二次電池１が定電流・定電圧方式で充電される場合、二次電池１の満充電を高い精度で検出すべく第１時点が先に特定される。何らかの原因で第１時点が特定されない場合であっても、二次電池１の安全を確保するために第２時点が特定される。このため、第２時点は、二次電池１が実際に満充電となった後に速やかに特定されるように、判定の閾値が調整される。

図２は、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃのうち代表的（平均的）な１セルの充電時間に対するセル電圧及び充電容量を示す特性図である。図において、横軸は充電時間（分）を表し、縦軸はセル電圧（Ｖ）と、電池セル１ａ，１ｂ，１ｃのうちの１つに充電した充電容量（ｍＡｈ）とを表す。図中の実線、長い破線及び短い破線の夫々は、設計容量が約２２５０ｍＡｈであってセル温度が２０℃、４０℃及び０℃である電池セル１ａ，１ｂ，１ｃのうちの１つを、定電流（１．５Ａ）・定電圧（４．２Ｖ）にて充電した場合の特性を示す。

図２では図示していないが、セル電圧が充電電圧（ここでは４．２Ｖ）に達したあたりから充電電流が下に凸の曲線を描いて減少し続ける。そこで、ＣＰＵ７０は、セル電圧が例えば４．０Ｖ（所定電圧＝満充電検出開始電圧）を超え、且つ充電電流が例えば２０秒間（所定時間）以上５０ｍＡ（所定電流）を下回った時に、第１時点を特定して満充電検出フラグを１にセットする。これにより、二次電池１の満充電が検出される。使用する二次電池１の種類や特定に応じて充電電圧及び満充電検出開始電圧を適宜設定すればよい。

次に、第２時点を特定する場合について説明する。セル温度が２０℃及び４０℃の場合、セル電圧が、第１時点を特定するための満充電検出開始電圧である４．０Ｖに達した時の充電容量は、図２より１５００ｍＡｈと読み取れる。電池セル１ａ，１ｂ，１ｃの設計容量は２２５０ｍＡｈであるから、この時は設計容量（使用開始初期のＦＣＣに相当）に対して約６７％（１５００／２２５０の百分率）まで充電されている。従って、設計容量に対して残り３３％の容量を充電することにより、満充電となる。本実施の形態では、７％の余裕を見て残り４０％の容量を充電した時点を第２時点として特定する。

尚、充放電の回数を重ねることにより、二次電池１が劣化してＦＣＣが設計容量より減少して行くため、第２時点が特定される時までにＦＣＣを超えて充電される容量は、ＦＣＣの劣化に応じて増加する傾向となる。従って、第２時点が第１時点より先に特定され易くなる虞はない。

一方、セル温度が０℃の場合、セル電圧が４．０Ｖに達した時の充電容量は、図２より１０００ｍＡｈと読み取れる。この時は設計容量に対して約４４％（１０００／２２５０の百分率）まで充電されている。従って、設計容量に対して残り５６％の容量を充電することにより、二次電池１が満充電となる。本実施の形態では、４％の余裕を見て残り６０％の容量を充電した時点を第２時点として特定する。

以上のことから、低温での使用を重視する場合は、セル電圧が４．０Ｖ（満充電検出開始電圧）を超えてから、設計容量に対して更に６０％の容量を充電した時点を第２時点として特定すればよい。準低温から準高温で使用する場合は、上述した４０％及び６０％の間をとって、設計容量に対して更に５０％の容量（所定容量）を充電した時点を第２時点として特定するのが妥当である。

以下では、上述したパック電池１０の制御部７の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。以下に示す処理は、ＲＯＭ７１に予め格納された制御プログラムに従ってＣＰＵ７０により実行される。
図３は、第１時点を特定するＣＰＵ７０の処理手順を示すフローチャートであり、図４は、第２時点を特定するＣＰＵ７０の処理手順を示すフローチャートである。図３及び図４夫々の処理は、２５０ｍｓ周期で起動されるが、これに限定されるものではない。図３及び図４の処理でＲＡＭ７２から読み出される最大セル電圧は、前述したように２５０ｍｓ周期でＲＡＭ７２に書き込まれたものである。

図３の処理が起動された場合、ＣＰＵ７０は、Ａ／Ｄ変換器７４でデジタル値に変換された充放電電流を取り込み（Ｓ１１）、取り込んだ充放電電流の極性に基づいて、二次電池１が充電中であるか否かを判定する（Ｓ１２）。充電中ではない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ７０は、そのまま図３の処理を終了する。充電中である場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０は、ＲＡＭ７２から最大セル電圧を読み出し（Ｓ１３）、読み出した最大セル電圧が満充電検出開始電圧（ここでは４．０Ｖ）より高いか否かを判定し（Ｓ１４）、満充電検出開始電圧より高くない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、そのまま図３の処理を終了する。

最大セル電圧が満充電検出開始電圧より高い場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０は、充電中に取り込んだ充放電電流、即ち充電電流が、満充電検出の閾値（ここでは５０ｍＡ）より小さいか否かを判定し（Ｓ１５）、小さくない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、そのまま図３の処理を終了する。充電電流が上記閾値より小さい場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０は、ここで使用するタイマ７５が既に計時中であるか否かを判定し（Ｓ１６）、計時中ではない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、タイマ７５によって２０秒の計時を開始して（Ｓ１７）、処理をステップＳ１１に戻す。

タイマ７５が既に計時中である場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０は、タイマ７５による計時が終了したか否かを判定し（Ｓ１８）、終了していない場合（Ｓ１８：ＮＯ）、処理をステップＳ１１に戻す。計時が終了した場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０は、ＲＡＭ７２に記憶する満充電検出フラグを１にセットして（Ｓ１９）、図３の処理を終了する。

次に、図４の処理について説明する。図４の処理で参照される充放電量は、２５０ｍｓの時間内に二次電池１に充電された容量から放電された容量を減算した容量であり、図示しない他の処理で算出されてＲＡＭ７２に記憶されている。

図４の処理が起動された場合、ＣＰＵ７０は、ＲＡＭ７２から最大セル電圧を読み出し（Ｓ２１）、読み出した最大セル電圧が積算開始電圧（例えば４．０Ｖ）より高いか否かを判定し（Ｓ２２）、積算開始電圧より高くない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、「充放電した容量」をゼロクリアして（Ｓ２３）ＲＡＭ７２に記憶する。これにより、最大セル電圧が積算開始電圧を超えるまでは「充放電した容量」の初期化を２５０ｍｓ周期で実行する。その後、ＣＰＵ７０は図４の処理を終了する。

最大セル電圧が積算開始電圧より高い場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０は、「充放電した容量」に単位時間内の充放電量を加算し（Ｓ２４）、充放電量が加算された「充放電した容量」が、設計容量の０．５倍（５０％）より大きいか否かを判定する（Ｓ２５）。「充放電した容量」が負の容量として放電側に振れている場合を含めて、設計容量の０．５倍より大きくない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ＣＰＵ７０は、そのまま図４の処理を終了する。設計容量の０．５倍より大きい場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７０は、ＲＡＭ７２に記憶する満充電検出フラグを１にセットして（Ｓ２６）、図４の処理を終了する。

尚、図４の処理では、二次電池１に充電する容量を正の容量とし、「充放電した容量」が正の容量の場合に充電側に振れている扱いとしたが、二次電池１が放電する容量を正の容量としてもよい。このとき、「充放電した容量」が負の容量の場合に充電側に振れていることになるため、図４のステップＳ２５にて、「充放電した容量」の絶対値が設計容量の０．５倍より大きいか否かを判定すればよい。

また、図４の処理では積算開始電圧を満充電検出開始電圧と同じ４．０Ｖとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、積算開始電圧が、満充電検出開始電圧と±０．１Ｖ程度異なる電圧であっても同様の効果を奏する。この場合、「充放電した容量」の積算を開始する時の最大セル電圧が高いほど、二次電池１が満充電に近い状態にあるといえるため、第２時点を特定するための所定容量を小さくすることができ、第２時点が特定されるまでの遅れ時間が減少する。

以上のように本実施の形態によれば、２５０ｍｓ周期で検出した最大セル電圧が、例えば４．０Ｖより高くなっている間に充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、積算結果が充電側に振れており且つ積算結果の絶対値が所定容量より大きくなった時点を、充電を終了すべき時点として特定する。
つまり、最大セル電圧が４．０Ｖに達するまで容量の積算が保留されており、最大セル電圧が４．０Ｖを超えている間に充電した容量から放電した容量を減算した容量が所定容量より大きくなった時点が、充電を終了すべき時点として特定される。これにより、最大セル電圧が４．０Ｖに達するまでに充電した容量とは無関係に、充電を終了すべき時点が精度よく特定される。
従って、充電した容量及び残容量が実際とは異なる容量として算出された場合であっても、充電を終了すべき時点を的確に特定することが可能となる。

また、最大セル電圧が満充電検出開始電圧（４．０Ｖ）より高くなった後に充電電流が２０秒間以上５０ｍＡより低下した時点を、充電を終了すべき第１時点として特定し、最大セル電圧が積算開始電圧（４．０Ｖ）よりも高くなっている間に充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、積算結果が充電側に振れており且つ積算結果の絶対値が所定容量より大きくなった時点を、充電を終了すべき第２時点として特定する。
つまり、最大セル電圧が満充電検出開始電圧と同等の積算開始電圧を超えている間に充電した容量から放電した容量を減算した容量が所定容量より大きくなった時点が、充電を終了すべき第２時点として特定される。
従って、満充電に近い状態に至るまでに充電した容量とは無関係に充電を終了すべき第２時点を特定できるため、第２時点の特定精度を高めることが可能となる。また、何らかの原因で第１時点が特定されない場合であっても、第２時点を特定して二次電池の充電を終了させることが可能となる。

更にまた、二次電池に充電可能な総容量として予め設定されている設計容量の５０％の容量を所定容量として設定する。
従って、学習容量のような変動する容量に依存することなく、充電を終了すべき第２時点を特定することが可能となる。

更にまた、想定される二次電池の使用温度範囲の高／低に応じて、設計容量の４０％〜６０％の範囲内で所定容量を小／大に設定する。
従って、二次電池が常温〜高温又は低温の何れで使用されるかに応じて、所定容量を適切に設定することが可能となる。

更にまた、充電終了電圧特定装置によって二次電池の充電を終了すべき時点が特定される。
従って、充電した容量及び残容量が実際とは異なる容量として算出された場合であっても、充電を終了すべき時点を的確に特定することが可能な充電終了時点特定装置をパック電池に適用することが可能となる。

尚、本実施の形態にあっては、セル電圧が４．０Ｖ（満充電検出開始電圧）を超えてから第２時点を特定するまでに更に充電する容量（所定容量）を、想定される二次電池１の使用温度に応じて設計容量に対する４０％〜６０％の範囲内で設定すればよいことを示し、フローチャートでは設計容量の５０％の容量としたが、これに限定されるものではない。例えば、検出したセル温度の高／低に応じて所定容量を小／大に変更するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 二次電池
１ａ、１ｂ、１ｃ 電池セル
４ 電流検出抵抗
６ ＡＦＥ
７ 制御部
１０ パック電池
７０ ＣＰＵ
７１ ＲＯＭ
７２ ＲＡＭ
７３ Ｉ／Ｏポート

Claims (9)

1. 二次電池の充放電電流を時系列的に検出して充放電した容量を積算し、積算した容量に基づいて前記二次電池の充電を終了すべき時点を特定する充電終了時点特定方法において、
   前記二次電池の電圧を時系列的に検出し、
   検出した電圧が所定電圧より高い場合、充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、
   積算結果が、前記二次電池が充電されたことを示す場合、積算した容量の絶対値が所定容量より大きいか否かを判定し、
   大きいと判定した時点を、充電を終了すべき時点として特定すること
   を特徴とする充電終了時点特定方法。
2. 二次電池の電圧及び充放電電流を時系列的に検出し、検出した電圧が所定電圧より高く、且つ検出した充電電流が所定時間以上所定電流より小さいと判定した時点を第１時点として特定し、検出した充放電電流に基づいて充放電した容量を積算し、積算した容量に基づいて前記第１時点と異なる第２時点を特定し、前記第１及び第２時点を前記二次電池の充電を終了すべき時点とする充電終了時点特定方法において、
   検出した電圧が前記第１時点の特定に係る電圧より高い場合、充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算し、
   積算結果が、前記二次電池が充電されたことを示す場合、積算した容量の絶対値が所定容量より大きいか否かを判定し、
   大きいと判定した時点を、前記第２時点として特定すること
   を特徴とする充電終了時点特定方法。
3. 前記所定容量は、前記二次電池に充電可能な総容量として予め設定された容量に対する所定割合の容量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の充電終了時点特定方法。
4. 前記所定割合は、４０％から６０％の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の充電終了時点特定方法。
5. 二次電池の充放電電流を時系列的に検出して充放電した容量を積算し、積算した容量に基づいて前記二次電池の充電を終了すべき時点を特定する充電終了時点特定装置において、
   前記二次電池の電圧を時系列的に検出する手段を備え、
   該手段が検出した電圧が所定電圧より高い場合、充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算するようにしてあり、
   積算結果が、前記二次電池が充電されたことを示す場合、積算した容量の絶対値が所定容量より大きいか否かを判定する手段を備えること
   を特徴とする充電終了時点特定装置。
6. 二次電池の電圧及び充放電電流を時系列的に検出し、検出した電圧が所定電圧より高く、且つ検出した充電電流が所定時間以上所定電流より小さいと判定した時点を第１時点として特定し、検出した充放電電流に基づいて充放電した容量を積算し、積算した容量に基づいて前記第１時点と異なる第２時点を特定し、前記第１及び第２時点を前記二次電池の充電を終了すべき時点とする充電終了時点特定装置において、
   検出した電圧が前記第１時点の特定に係る電圧より高い場合、充電した容量と放電した容量とを相殺させて積算するようにしてあり、
   積算結果が、前記二次電池が充電されたことを示す場合、積算した容量の絶対値が所定容量より大きいか否かを判定する手段を備えること
   を特徴とする充電終了時点特定装置。
7. 前記所定容量は、前記二次電池に充電可能な総容量として予め設定された容量に対する所定割合の容量であることを特徴とする請求項５又は６に記載の充電終了時点特定装置。
8. 前記所定割合は、４０％から６０％の範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の充電終了時点特定装置。
9. 請求項５から８の何れか１項に記載の充電終了時点特定装置と、該充電終了時点特定装置によって充電を終了すべき時点が特定される１又は複数の二次電池とを備えることを特徴とするパック電池。

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