JP2015014563A - 電池状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の状態の検出精度の低下を抑制できる電池状態検出装置を提供する。【解決手段】電池状態検出装置１は、増幅器１１が、所定の基準電圧Ｖｒｅｆと二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂとの差分値に応じた増幅電圧Ｖｍを出力する。μＣＯＭ４０が、二次電池Ｂに所定の第１充電電流Ｉ１が流れるように充電部１５を制御し、第１充電電Ｉ１流が流れている状態において増幅器１１によって出力された増幅電圧Ｖｍが０になったとき、第１充電電流Ｉ１より小さい所定の第２充電電流Ｉ２が流れるように充電部１５を制御する。そして、μＣＯＭ４０が、二次電池Ｂに第２充電電流Ｉ２が流れている状態において当該二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが安定したとき、増幅器１１から出力された増幅電圧Ｖｍを検出し、増幅電圧Ｖｍ、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２に基づいて、二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の劣化の度合や内部抵抗などの当該二次電池の状態を検出する電池状態検出装置に関するものである。

例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車（ＥＶ）や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの各種車両には、電動モータの動力源として、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池などの二次電池が搭載されている。

このような二次電池は、充電及び放電を繰り返すことにより劣化が進み、蓄電可能容量（電流容量や電力容量など）が徐々に減少することが知られている。そして、二次電池を用いた電気自動車などにおいては、二次電池の劣化の度合を検出することにより蓄電可能容量を求めて、二次電池によって走行可能な距離や二次電池の寿命などを算出している。

二次電池の劣化の度合を示す指標の一つとして、初期蓄電可能容量に対する現在蓄電可能容量の割合であるＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）がある。このＳＯＨは二次電池の内部抵抗と相関があることが知られており、二次電池の内部抵抗を求めることにより当該内部抵抗に基づいてＳＯＨを検出することができる。

二次電池の内部抵抗は、例えば、二次電池に対して、電圧及び電流が一定となる直流信号、又は、電圧及び電流の波形が一定となる交流信号を印加して、その応答に基づいて求めることができる。このような二次電池の内部抵抗を測定する技術の一例が、特許文献１等に開示されている。

特許文献１に開示された方法では、複数の単セル電池が組み合わされてなる組電池において、被測定対象となる単セル電池（以下、単に「被測定電池」という）に対して外部から通電する際に、当該被測定電池に隣接して接続された他の単セル電池との間にチョークコイルを設けて被測定電池以外の他の単セル電池に流れる分流電流を抑制する。これにより、被測定電池に接続された他の単セル電池の影響を排除し、通電前の被測定電池の電圧および通電後の所定の時間経過後の被測定電池の電圧をそれぞれ測定して、これら電圧の差電圧と外部からの通電電流とから内部抵抗を算出していた。

特開平９−５４１４７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、被測定電池の端子（例えば、負極側）を基準とした電圧計を用いて当該被測定電池の両電極間の電圧Ｖｂを測定しているところ、このような被測定電池の内部抵抗は非常に小さいので、図３に模式的に示すように、当該内部抵抗ｒにより生じる電圧Ｖｒは、被測定電池の起電力部ｅの起電力により生じる電圧Ｖｅに比べて非常に小さい。そのため、電圧計を用いて測定した電圧Ｖｂ（Ｖｂ＝Ｖｅ＋Ｖｒ）に含まれる内部抵抗により生じる電圧Ｖｒの割合が非常に小さくなってしまうので、測定誤差の影響等を受けて、電圧計を用いて測定した電圧Ｖｂから被測定電池の内部抵抗により生じる電圧Ｖｒを十分な精度で検出することが困難であった。これにより、被測定電池の内部抵抗及び当該内部抵抗と相関のあるＳＯＨ等の電池状態の検出精度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、二次電池の状態の検出精度の低下を抑制できる電池状態検出装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、二次電池の状態を検出する電池状態検出装置であって、所定の基準電圧と前記二次電池の両電極間の電圧との差分値に応じた差分電圧を出力する差分電圧出力手段と、前記二次電池に充電電流を流す充電手段と、前記二次電池に第１充電電流が流れるように前記充電手段を制御する第１充電制御手段と、前記二次電池に前記第１充電電流が流れている状態において前記差分電圧出力手段によって出力された前記差分電圧が０になったとき、前記二次電池に前記第１充電電流と異なる第２充電電流が流れるように前記充電手段を制御する第２充電制御手段と、前記二次電池に前記第２充電電流が流れ始めた後に前記差分電圧出力手段から出力された前記差分電圧を検出する差分電圧検出手段と、前記差分電圧検出手段によって検出された前記差分電圧、前記第１充電電流及び前記第２充電電流に基づいて、前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、を備えていることを特徴とする電池状態検出装置である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記差分電圧出力手段が、前記差分電圧として前記差分値を所定の増幅率で増幅した電圧を出力するように構成されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載された発明によれば、差分電圧出力手段が、所定の基準電圧と二次電池の両電極間の電圧との差分値に応じた差分電圧を出力する。第１充電制御手段が、二次電池に第１充電電流が流れるように充電手段を制御し、第２充電制御手段が、二次電池に第１充電電流が流れている状態において差分電圧出力手段によって出力された差分電圧が０になったとき、二次電池に第１充電電流と異なる第２充電電流が流れるように充電手段を制御する。そして、差分電圧検出手段が、二次電池に第２充電電流が流れ始めた後に差分電圧出力手段から出力された差分電圧を検出し、電池状態検出手段が、差分電圧検出手段によって検出された差分電圧、第１充電電流及び第２充電電流に基づいて、二次電池の状態を検出する。

このようにしたことから、第１充電電流Ｉ１が流れているときの二次電池の両電極間の電圧Ｖｂ１が所定の基準電圧Ｖｒｅｆになると差分電圧が０になり、つまり、このときの二次電池の充電状態（充電程度）において、二次電池に第１充電電流Ｉ１が流れると両電極間の電圧Ｖｂ１が基準電圧Ｖｒｅｆとなる。次に、この充電状態で、二次電池に第１充電電流Ｉ１とは異なる第２充電電流Ｉ２が流れ始めた後の二次電池の両電極間の電圧をＶｂ２とすると、差分電圧出力手段から出力される差分電圧ΔＶとして、基準電圧Ｖｒｅｆ（即ち、上記電圧Ｖｂ１）と電圧Ｖｂ２との差分値に応じた値が検出される。ここで、電圧Ｖｂ１は、二次電池の起電力によって生じる電圧Ｖｅに、二次電池の内部抵抗ｒに上記第１充電電流Ｉ１が流れることによって生じる電圧を加えたものとなる（Ｖｂ１＝Ｖｅ＋ｒ×Ｉ１）。同様に、電圧Ｖｂ２は、二次電池の起電力によって生じる電圧Ｖｅに、二次電池の内部抵抗ｒに上記第２充電電流Ｉ２が流れることによって生じる電圧を加えたものとなる（Ｖｂ２＝Ｖｅ＋ｒ×Ｉ２）。そのため、差分電圧ΔＶは、電圧Ｖｂ１と電圧Ｖｂ２の差分値に応じた値（ΔＶ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２＝αｒ（Ｉ１−Ｉ２）、但しαは定数）となり、差分電圧ΔＶ、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２に基づいて、当該二次電池の内部抵抗又は当該内部抵抗に関連するＳＯＨなどの二次電池の状態を検出することができる（ｒ＝（ΔＶ／α）／（Ｉ１−Ｉ２））。このことから、同一の充電状態（即ち、二次電池の起電力Ｖｅが同一）において、第１充電電流Ｉ１が流れたときの二次電池の両電極間の電圧Ｖｂ１と第２充電電流Ｉ２が流れたときの二次電池の両電極間の電圧Ｖｂ２との差分電圧ΔＶを直接検出しているので、例えば、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２をそれぞれ流したときの二次電池の両電極間の電圧Ｖｂ１及び電圧Ｖｂ２を電圧計を用いて別個に測定してこれら電圧を演算して得た差分電圧に比べて精度の低下を抑制することができ、そのため、二次電池の状態の検出精度の低下を抑制できる。

請求項２に記載された発明によれば、差分電圧出力手段が、差分電圧として基準電圧と二次電池の両電極間の電圧との差分値を所定の増幅率で増幅した電圧を出力するように構成されている。このようにしたことから、差分電圧をより大きな値として得ることができ、二次電池の状態の検出精度の低下をさらに抑制できる。

本発明の一実施形態の電池状態検出装置の概略構成を示す図である。 図１の電池状態検出装置が備えるマイクロコンピュータのＣＰＵによって実行される充電処理の一例を示すフローチャートである。 二次電池の等価回路を示す図である。 二次電池の充電特性を模式的に示す図であって、（ａ）は劣化の小さい二次電池の充電特性のグラフであり、（ｂ）は劣化の大きい二次電池の充電特性のグラフである。

以下、本発明の一実施形態の電池状態検出装置について、図１〜図４を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の電池状態検出装置の概略構成を示す図である。図２は、図１の電池状態検出装置が備えるマイクロコンピュータのＣＰＵによって実行される充電処理の一例を示すフローチャートである。図３は、二次電池の等価回路を示す図である。図４は、二次電池の充電特性を模式的に示す図であって、（ａ）は劣化の小さい二次電池の充電特性のグラフであり、（ｂ）は劣化の大きい二次電池の充電特性のグラフである。

電池状態検出装置は、例えば、電気自動車に搭載され、当該電気自動車が備える二次電池の電極間に接続されて、当該二次電池の状態として二次電池の内部抵抗を検出するものである。勿論、電気自動車以外の二次電池を備えた装置、システムなどに適用してもよい。

図１に示すように、本実施形態の電池状態検出装置（図中、符号１で示す）は、図示しない電気自動車に搭載された二次電池Ｂの内部抵抗の検出を行う。

二次電池Ｂは、電圧を生じる起電力部ｅと内部抵抗ｒとを有している。二次電池Ｂは、両電極（正極Ｂｐ及び負極Ｂｎ）間に電圧Ｖｂを生じ、この電圧Ｖｂは、起電力部ｅによる起電力によって生じる電圧Ｖｅと内部抵抗ｒに電流が流れることにより生じる電圧Ｖｒとによって決定される（Ｖｂ＝Ｖｅ＋Ｖｒ）。

このような二次電池Ｂの内部抵抗ｒは、以下の方法で求めることができる。

二次電池Ｂにおいて、一定の電流値となる所定の第１充電電流Ｉ１を流したときの当該二次電池Ｂの両電極間の電圧をＶｂ１としたとき、電圧Ｖｂ１は、次の（ｉ）式で示される。
Ｖｂ１＝Ｖｅ＋ｒ×Ｉ１ ・・・ （ｉ）

そして、二次電池Ｂにおいて、第１充電電流Ｉ１を流したときに上記電圧Ｖｂ１となる状態で、第１充電電流Ｉ１に代えて一定の電流値となる所定の第２充電電流Ｉ２（Ｉ２≠Ｉ１）を流す。ここで、第２充電電流Ｉ２は、二次電池Ｂの電圧Ｖｅが内部抵抗ｒの検出に影響を与える変化をしない程度に十分に小さい電流値とする。または、第２充電電流Ｉ２の通電時間を、電圧Ｖｅが変化しない程度に十分に短い時間としてもよい。即ち、第２充電電流Ｉ２を流し始めた後で当該第２充電電流Ｉ２によって二次電池Ｂが充電される前の二次電池Ｂの両電極間の電圧をＶｂ２としたとき、電圧Ｖｂ２は、次の（ｉｉ）式で示される。
Ｖｂ２＝Ｖｅ＋ｒ×Ｉ２ ・・・ （ｉｉ）

そして、これら（ｉ）、（ｉｉ）式より、二次電池Ｂの内部抵抗ｒは、次の（ｉｉｉ）式で求められる。
ｒ＝（Ｖｂ１−Ｖｂ２）／（Ｉ１−Ｉ２）＝ΔＶ／（Ｉ１−Ｉ２）・・・（ｉｉｉ）

この（ｉｉｉ）式より、二次電池Ｂの内部抵抗ｒは、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１を流したときの両電極間の電圧Ｖｂ１と第２充電電流Ｉ２を流したときの両電極間の電圧Ｖｂ２との差分電圧ΔＶ、第１充電電流及び第２充電電流に基づいて検出できる。

また、二次電池Ｂの内部抵抗ｒは、二次電池Ｂの劣化が進むほどその値が増加する。そのため、図４（ａ）、（ｂ）に模式的に示すように、劣化の小さい二次電池Ｂにおける差分電圧ΔＶに比べて、劣化の大きい二次電池Ｂにおける差分電圧ΔＶ’の方が大きくなる。

二次電池Ｂの内部抵抗ｒは、当該二次電池Ｂにおける初期蓄電可能容量に対する現在蓄電可能容量の割合であるＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）と相関がある。そのため、二次電池Ｂの内部抵抗ｒを計測することで、ＳＯＨについても把握することができる。

そして、本実施形態の電池状態検出装置は、上述した方法を応用して二次電池Ｂの内部抵抗を検出する。

図１に示すように、本実施形態の電池状態検出装置（図中、符号１で示す）は、増幅器１１と、基準電圧発生部１２と、充電部１５と、アナログ−デジタル変換器２１と、マイクロコンピュータ４０（以下、「μＣＯＭ４０」という）と、を有している。

増幅器１１は、例えば、オペアンプなどで構成されており、２つの入力端子（第１入力端子Ｉｎ１及び第２入力端子Ｉｎ２）と１つの出力端子（出力端子Ｏｕｔ）を備え、これら２つの入力端子に入力された電圧の差分値を所定の増幅率Ｇで増幅した増幅電圧Ｖｍを出力端子から出力する。第１入力端子Ｉｎ１には、二次電池Ｂの正極Ｂｐが接続されている。第２入力端子Ｉｎ２には、後述する基準電圧発生部１２の出力が接続されている。即ち、増幅器１１は、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂと基準電圧発生部１２の基準電圧Ｖｒｅｆとの差分値に増幅率Ｇを乗じた電圧を増幅電圧Ｖｍとして出力する。この増幅率Ｇは、電池状態検出装置１の構成や二次電池Ｂの種類などに応じて、例えば、数十倍〜数万倍程度の範囲で設定される。または、増幅の必要が無ければ、増幅率Ｇを１（増幅なし）に設定してもよい。増幅器１１は、差分電圧出力手段に相当し、増幅電圧Ｖｍは、差分電圧に相当する。

基準電圧発生部１２は、例えば、電池状態検出装置１の電源電圧を分圧する複数の抵抗器からなる分圧回路、又は、ツェナーダイオードなどで構成されており、一定の基準電圧Ｖｒｅｆを増幅器１１に出力している。この基準電圧Ｖｒｅｆは、二次電池Ｂの最小電圧と最大電圧との間の範囲に含まれる値に設定されている。例えば、二次電池Ｂにリチウムイオン電池を用いた場合、その電圧範囲３．０Ｖ〜４．２Ｖのうち、基準電圧Ｖｒｅｆとして３．６Ｖ（この値は一例であって、他の値でもよい）を設定する。

充電部１５は、二次電池Ｂの正極Ｂｐと基準電位Ｇ（即ち、二次電池Ｂの負極Ｂｎ）との間に接続されており、二次電池Ｂの充電に際して、当該二次電池Ｂに予め定められた充電電流を流すことができるように設けられている。充電部１５は、後述するμＣＯＭ４０に接続されており、μＣＯＭ４０からの制御信号に応じて、二次電池Ｂに充電電流を流して充電する。充電部１５は、充電手段に相当する。

アナログ−デジタル変換器２１（以下、「ＡＤＣ２１」という）は、増幅器１１から出力された増幅電圧Ｖｍを量子化して、当該増幅電圧Ｖｍに対応するデジタル値を示す信号を出力する。本実施形態において、ＡＤＣ２１は、個別の電子部品として実装されているが、これに限定されるものではなく、例えば、後述するμＣＯＭ４０に内蔵されたアナログ−デジタル変換部などを用いてもよい。

μＣＯＭ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵して構成されており、電池状態検出装置１全体の制御を司る。ＲＯＭには、ＣＰＵを第１充電制御手段、第２充電制御手段、差分電圧検出手段、電池状態検出手段などの各種手段として機能させるための制御プログラムが予め記憶されており、ＣＰＵは、この制御プログラムを実行することにより上記各種手段として機能する。ＲＯＭには、後述する第１充電電流Ｉ１、第２充電電流Ｉ２及び増幅器１１の増幅率Ｇをそれぞれ示す情報が記憶されており、これら情報は、二次電池Ｂの内部抵抗ｒの検出に用いられる。

μＣＯＭ４０は、充電部１５に接続された出力ポートＰＯを備えている。μＣＯＭ４０のＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に制御信号を送信して、充電部１５から二次電池Ｂに一定の電流値となる所定の第１充電電流Ｉ１及び当該第１充電電流より小さい一定の電流値となる所定の第２充電電流Ｉ２が流れるように充電部１５を制御する。

μＣＯＭ４０は、ＡＤＣ２１から出力された信号が入力される入力ポートＰＩを有している。この入力ポートＰＩに入力された信号は、μＣＯＭ４０のＣＰＵが認識できる形式の情報に変換されて当該ＣＰＵに送られる。μＣＯＭ４０のＣＰＵは、当該情報に基づいて、増幅電圧Ｖｍを検出する。ＣＰＵは、増幅電圧Ｖｍ、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２に基づいて二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出する。

μＣＯＭ４０は、図示しない通信ポートを有している。この通信ポートは、図示しない車両内ネットワーク（例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など）に接続されており、当該車両内ネットワークを通じて車両メンテナンス用の端末装置などの表示装置に接続される。μＣＯＭ４０のＣＰＵは、通信ポート及び車両内ネットワークを通じて、検出した内部抵抗を示す信号を表示装置に送信し、この表示装置において当該信号に基づき内部抵抗等の二次電池Ｂの状態を表示する。または、μＣＯＭ４０のＣＰＵは、通信ポート及び車両内ネットワークを通じて、検出した内部抵抗を示す信号を車両に搭載されたコンビネーションメータなどの表示装置に送信し、この表示装置において当該信号に基づき内部抵抗等の二次電池Ｂの状態を表示するようにしてもよい。

次に、上述した電池状態検出装置１が備えるμＣＯＭ４０における充電処理の一例について、図２のフローチャートを参照して説明する。

μＣＯＭ４０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」という）は、例えば、車両に搭載された電子制御装置から通信ポートを通じて二次電池Ｂの充電開始命令を受信すると、図２に示す充電処理に進む。

充電処理において、始めに、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１を流す（Ｓ１１０）。具体的には、ＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に対し第１充電電流Ｉ１で充電を行うための制御信号を送信する。充電部１５はこの制御信号に応じて、二次電池Ｂに予め定められた一定の電流値となる第１充電電流Ｉ１を流す。これにより、二次電池Ｂの充電が開始される。

次に、増幅器１１から出力される増幅電圧Ｖｍが０になるまで、即ち、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが、基準電圧Ｖｒｅｆになるまで待つ（Ｓ１２０）。具体的には、ＣＰＵは、入力ポートＰＩに入力された信号から得られた情報に基づいて増幅器１１から出力される増幅電圧Ｖｍを周期的（例えば、１秒毎）に検出して０か否かを判定する。

次に、増幅電圧Ｖｍが０になると、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１に代えて第２充電電流Ｉ２を流す（Ｓ１３０）。具体的には、ＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に対し第２充電電流Ｉ２で充電を行うための制御信号を送信する。充電部１５はこの制御信号に応じて、二次電池Ｂに予め定められた一定の電流値の第２充電電流Ｉ２を流す。ここで、第２充電電流Ｉ２は、二次電池Ｂの電圧Ｖｅが内部抵抗ｒの検出に影響を与える変化をしない程度に十分に小さい電流値としている。つまり、第２充電電流Ｉ２は、その流れる方向から便宜的に「充電電流」としているが、実際には第２充電電流Ｉ２で充電は行われない。または、第２充電電流Ｉ２をある程度大きい電流値（例えば、第１充電電流Ｉ１より大きい電流値、又は、第１充電電流１の半分の電流値など）とし、後述の電圧安定待ち時間含めて二次電池Ｂの電圧Ｖｅが変化しない（即ち、二次電池Ｂが充電されない）ように第２充電電流Ｉ２を流す時間を十分に短くした構成としてもよい。

次に、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが安定するまで待つ（Ｓ１４０）。具体的には、第１充電電流Ｉ１から第２充電電流Ｉ２に切り替えた直後は、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが過渡状態となって電圧が変動しながら一定値に収束するところ、ＣＰＵは、この収束のための予め設定された電圧安定待ち時間（例えば、１〜３秒程度）が経過するのを待ち、この電圧安定待ち時間を経過したとき二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが安定する。本明細書において、「二次電池に第２充電電流が流れ始めた後」とは、第２充電電流Ｉ２が流れ始めてから当該第２充電電流Ｉ２によって二次電池Ｂの充電状態が変化する前（即ち、二次電池Ｂの電圧Ｖｅが変化する前）までの期間のことを意味し、本実施形態においては上記電圧安定待ち時間が経過した後を含む。つまり、第２充電電流Ｉ２が流れ始めてから上記電圧安定待ち時間が経過しても、当該第２充電時間Ｉ２の電流値が十分に小さく、又は、通電時間が十分に短いため、二次電池Ｂは充電されず、充電状態（即ち、二次電池Ｂの電圧Ｖｅ）は、内部インピーダンスｚの検出に影響を与える程度の変化をしない。

次に、増幅電圧Ｖｍを検出する（Ｓ１５０）。具体的には、ＣＰＵは、二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが安定したとき（即ち、上記電圧安定待ち時間を経過した時点）、入力ポートＰＩに入力された信号から得られた情報に基づいて増幅器１１から出力された増幅電圧Ｖｍを検出する。

次に、ＣＰＵは、増幅電圧Ｖｍ、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２に基づいて、二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出する（Ｓ１６０）。具体的には、ＣＰＵは、ステップＳ１５０で検出した増幅電圧Ｖｍを増幅器１１の増幅率Ｇで除し、さらに第１充電電流Ｉ１から第２充電電流Ｉ２を差し引いた値で除することにより、二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出する（ｒ＝（Ｖｍ／Ｇ）／（Ｉ１−Ｉ２））。そして、ＣＰＵは、通信ポートを通じて、検出した二次電池Ｂの内部抵抗ｒを他の装置等に送信する。

そして、再度、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１を流す（Ｓ１７０）。具体的には、ＣＰＵは、出力ポートＰＯを通じて充電部１５に対し第１充電電流Ｉ１で充電を行うための制御信号を送信する。充電部１５はこの制御信号に応じて、二次電池Ｂに予め定められた一定の第１充電電流Ｉ１を流す。これにより、二次電池Ｂの充電が再開され、その後、二次電池Ｂの充電が完了すると、充電処理を終了する。

図２のフローチャートにおけるステップＳ１１０の処理を実行するＣＰＵが、第１充電制御手段として機能し、ステップＳ１３０の処理を実行するＣＰＵが、第２充電制御手段として機能し、ステップＳ１５０の処理を実行するＣＰＵが、差分電圧検出手段として機能し、ステップＳ１６０の処理を実行するＣＰＵが、電池状態検出手段として機能する。

以上より、本実施形態によれば、増幅器１１が、所定の基準電圧Ｖｒｅｆと二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂとの差分値に応じた増幅電圧Ｖｍを出力する。第１充電制御手段が、二次電池Ｂに所定の第１充電電流Ｉ１が流れるように充電部１５を制御し、第２充電制御手段が、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１が流れている状態において増幅器１１によって出力された増幅電圧Ｖｍが０になったとき、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１より小さい所定の第２充電電流Ｉ２が流れるように充電部１５を制御する。そして、差分電圧検出手段が、二次電池Ｂに第２充電電流Ｉ２が流れ始めた後に増幅器１１から出力された増幅電圧Ｖｍを検出し、電池状態検出手段が、差分電圧検出手段によって検出された増幅電圧Ｖｍ、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２に基づいて、二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出する。

このようにしたことから、第１充電電流Ｉ１が流れているときの二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂが所定の基準電圧Ｖｒｅｆになると増幅電圧Ｖｍが０になり、つまり、このときの二次電池Ｂの充電状態（充電程度）において、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１が流れると両電極間の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆと同一の電圧Ｖｂ１なる。次に、この充電状態で、二次電池Ｂに第１充電電流Ｉ１とは異なる第２充電電流Ｉ２が流れ始めた後の二次電池Ｂの両電極間の電圧をＶｂ２とすると、増幅電圧Ｖｍとして、基準電圧Ｖｒｅｆ（即ち、上記電圧Ｖｂ１）と電圧Ｖｂ２との差分値に応じた値が検出される。ここで、電圧Ｖｂ１は、二次電池Ｂの起電力によって生じる電圧Ｖｅに、二次電池Ｂの内部抵抗ｒに上記第１充電電流Ｉ１が流れることによって生じる電圧を加えたものとなる（Ｖｂ１＝Ｖｅ＋ｒ×Ｉ１）。同様に、電圧Ｖｂ２は、二次電池Ｂの起電力によって生じる電圧Ｖｅに、二次電池Ｂの内部抵抗ｒに上記第２充電電流Ｉ２が流れることによって生じる電圧を加えたものとなる（Ｖｂ２＝Ｖｅ＋ｒ×Ｉ２）。そのため、増幅電圧Ｖｍは、電圧Ｖｂ１と電圧Ｖｂ２の差分値に応じた値（Ｖｍ＝Ｇ×（Ｖｂ１−Ｖｂ２）＝Ｇ×ｒ（Ｉ１−Ｉ２）、但しＧは増幅率）となり、増幅電圧Ｖｍ、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２に基づいて、当該二次電池Ｂの内部抵抗ｒを二次電池Ｂの状態として検出することができる（ｒ＝（Ｖｍ／Ｇ）／（Ｉ１−Ｉ２））。このことから、同一の充電状態（即ち、二次電池の起電力Ｖｅが同一）において、第１充電電流Ｉ１が流れたときの二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂ１と第２充電電流Ｉ２が流れたときの二次電池の両電極間の電圧Ｖｂ２との差分値を増幅した増幅電圧Ｖｍを直接検出しているので、例えば、第１充電電流Ｉ１及び第２充電電流Ｉ２をそれぞれ流したときの二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂ１及び電圧Ｖｂ２を電圧計を用いて別個に測定してこれら電圧Ｖｂ１及び電圧Ｖｂ２を演算して得た差分電圧を用いる場合に比べて、精度の低下を抑制することができ、そのため、二次電池Ｂの状態の検出精度の低下を抑制できる

また、増幅器１１が、基準電圧Ｖｒｅｆと二次電池Ｂの両電極間の電圧Ｖｂとの差分値を所定の増幅率Ｇで増幅した電圧を出力するように構成されている。このようにしたことから、増幅電圧Ｖｍをより大きな値として得ることができ、二次電池Ｂの状態の検出精度の低下をさらに抑制できる。

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の電池状態検出装置はこれらの実施形態の構成に限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態では、二次電池の状態として二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出する構成であったが、これに限定されるものではなく、二次電池Ｂの内部抵抗ｒと二次電池ＢのＳＯＨは相関があることを利用して、内部抵抗ｒからさらにＳＯＨを検出する構成としてもよい。または、初期状態における内部抵抗ｒ０に対する現内部抵抗ｒ（検出した内部抵抗）の比（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＳＯＦ＝ｒ／ｒ０）を検出する構成としてもよい。二次電池は劣化により内部抵抗が増加し、内部抵抗が大きくなると当該二次電池から瞬間的に引き出せる電流量が小さくなる。ＳＯＦは、このような二次電池から瞬間的に引き出せる電流量と相関があり、また、二次電池の劣化が進むと大きくなる傾向にあり、即ち、二次電池の状態を示すものである。

また、上述した実施形態では、電池状態検出装置が１つの二次電池Ｂの内部抵抗ｒを検出する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、上述した電池状態検出装置の先にマルチプレクサを設けて、当該マルチプレクサを切り換えることにより、複数の二次電池Ｂと接続する構成としてもよい。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の電池状態検出装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１ 電池状態検出装置
１１ 増幅器（差分電圧出力手段）
１２ 基準電圧発生部
１５ 充電部（充電手段）
４０ マイクロコンピュータ（第１充電制御手段、第２充電制御手段、差分電圧検出手段、電池状態検出手段）
Ｂ 二次電池
Ｂｐ 二次電池の正極
Ｂｎ 二次電池の負極
Ｖｍ 増幅電圧（差分電圧）
Ｇ 増幅率
ｅ 起電力部
ｒ 内部抵抗

Claims (2)

1. 二次電池の状態を検出する電池状態検出装置であって、
   所定の基準電圧と前記二次電池の両電極間の電圧との差分値に応じた差分電圧を出力する差分電圧出力手段と、
   前記二次電池に充電電流を流す充電手段と、
   前記二次電池に第１充電電流が流れるように前記充電手段を制御する第１充電制御手段と、
   前記二次電池に前記第１充電電流が流れている状態において前記差分電圧出力手段によって出力された前記差分電圧が０になったとき、前記二次電池に前記第１充電電流と異なる第２充電電流が流れるように前記充電手段を制御する第２充電制御手段と、
   前記二次電池に前記第２充電電流が流れ始めた後に前記差分電圧出力手段から出力された前記差分電圧を検出する差分電圧検出手段と、
   前記差分電圧検出手段によって検出された前記差分電圧、前記第１充電電流及び前記第２充電電流に基づいて、前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
   を備えていることを特徴とする電池状態検出装置。
2. 前記差分電圧出力手段が、前記差分電圧として前記差分値を所定の増幅率で増幅した電圧を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池状態検出装置。

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