JP2023104263A - 半導体装置およびバッテリの充電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの内部温度を安定して推定することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】バッテリに結合された半導体装置は、ステップＳ１においてバッテリの充電電流と所定の時刻よりも前の時刻におけるバッテリの内部温度とを用いて、所定の時刻におけるバッテリのエントロピー熱を算出し、ステップＳ２においてバッテリの充電電流からバッテリの発熱量を算出し、ステップＳ３において所定の時刻よりも前の時刻における内部温度とバッテリの表面温度との間の温度差分に基づいてバッテリの放熱量を算出し、ステップＳ４においてエントロピー熱、発熱量および放熱量とを用いて、所定の時刻におけるバッテリの内部温度を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置およびバッテリの充電制御方法に関し、例えば、リチウムイオン電池のようなバッテリ（二次電池）を充電する半導体装置およびバッテリを充電する際の充電制御方法に関する。

例えば特許文献１には、バッテリの表面温度と、バッテリが存在する外部環境の温度（環境温度）とを測定し、バッテリの充電を制御する技術が記載されている。

国際公開第２０１６／０３８６５８号

バッテリの表面温度と環境温度との間の温度差が大きい場合には、バッテリの内部温度を推定するのに、例えば特許文献１に示されているように、環境温度を利用するのは有効である。しかしながら、バッテリの構造上、バッテリの表面温度と環境温度との間の温度差は、通常小さく、バッテリの内部温度を推定するのに環境温度は寄与しない。したがって、バッテリの内部温度を、表面温度を用いて推定し、表面温度と推定した内部温度とに基づいてバッテリの充電を制御することが考えられる。しかしながら、この場合、バッテリの使用状況によっては、例えば表面温度が環境温度よりも高くなることがあり、表面温度でバッテリの内部温度を正しく推定することが困難となることがある。

特許文献１には、環境温度を用いずに、バッテリの内部温度を正しく推定することは記載も示唆もされていない。

本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、バッテリに結合された半導体装置には、バッテリの充電電流と、バッテリの電圧と、バッテリの表面温度とが供給され、バッテリの内部温度を推定する制御ユニットと、制御ユニットによって推定された内部温度を格納するメモリとを備えている。ここで、制御ユニットは、供給されている充電電流と、メモリに格納されている所定の時刻よりも前の時刻における内部温度とを用いて、所定の時刻における前記バッテリのエントロピー熱を算出し、供給されている充電電流からバッテリの発熱量を算出し、メモリに格納されている前の時刻の内部温度と供給されている表面温度との間の温度差分を求め、温度差分からバッテリの放熱量を算出し、算出によって求めたエントロピー熱と、発熱量と、放熱量とを用いて、所定の時刻におけるバッテリの内部温度を推定する。

また、他の実施の形態に係る半導体装置では、推定された内部温度に基づいて、バッテリを充電する際の充電電流が定められる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、不確かなバッテリの環境温度を使わずに、バッテリの表面温度を用いて、その内部温度を安定して推定することが可能となる。

実施の形態１に係る内部温度推定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１に係るバッテリパックの一例を示す部分的な斜視図である。 実施の形態１に係る内部温度推定処理で用いられる数式を示す図である。 実施の形態２に係る充電システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る充電システムの全体動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る充電システムの動作を示すフローチャートである。 比較例１の充電時の特性を示す特性図である。 比較例２の充電時の特性を示す特性図である。 比較例３の充電時の特性を示す特性図である。 比較例４の充電時の特性を示す特性図である。 実施の形態２に係る充電システムの特性を示す特性図である。 実施の形態３に係る充電システム実施の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまでも一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。

また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

（実施の形態１）
実施の形態１では、バッテリの表面温度に基づいて、バッテリの内部温度を推定する処理（内部温度推定処理）を説明する。

内部温度推定処理は、バッテリとともに、バッテリパック内に実装された半導体装置において実行される。当該半導体装置は、その一例を、後（実施の形態２）で説明するので、ここでは詳しい説明は省略し、ここでの説明に必要な部分のみを主に述べる。

図１は、実施の形態１に係る内部温度推定処理を説明するためのフローチャートである。図２は、実施の形態１に係るバッテリパックの一例を示す部分的な斜視図である。また、図３は、実施の形態１に係る内部温度推定処理で用いられる数式を示す図である。

図２において、ＢＴＰは、バッテリパックを示している。バッテリパックＢＴＰには、１個あるいは複数個のバッテリセルＢＴＣにより構成されたバッテリと、半導体装置等が実装された基板Ｓｕｂとが設けられている。図２には、１個のバッテリセルＢＴＣによって構成されたバッテリの例が示されているが、これに限定されるものではない。複数のバッテリセルＢＴＣによってバッテリを構成する場合、複数のバッテリセルＢＴＣは、例えば互いに直列接続され、各バッテリセルＢＴＣは、基板Ｓｕｂに実装された半導体装置に結合されている。バッテリパックＢＴＰが図示しない電子機器に結合されたとき、バッテリパックＢＴＰ内のバッテリの放電電圧が、電子機器に電源として給電される。

バッテリパックＢＴＰ内のバッテリを充電する際には、基板Ｓｕｂに実装された半導体装置は、結合されたバッテリに係る状態情報（バッテリ状態情報）を充電装置（図示せず）に供給する。充電装置は、供給された状態情報に基づいて、バッテリの充電を行う。以下、本明細書では、バッテリパックＢＴＰと充電装置とを備えたシステムを、充電システムとも称する。

図２において、Ｔｉｎはバッテリ（バッテリセルＢＴＣ）の内部温度を示し、Ｔｓはバッテリ（バッテリセルＢＴＣ）の表面温度を示している。また、Ｒｉｎはバッテリの温度抵抗（温度インピーダンス）を示し、Ｔａはバッテリが存在する外部（バッテリパックＢＴＰ内）の環境温度を示している。表面温度Ｔｓと環境温度Ｔａとの相違点は、表面温度Ｔｓが、バッテリの表面における温度であるのに対して、環境温度Ｔａは、バッテリパックＢＴＰ内の空気中における所定の位置における温度である点である。

表面温度Ｔｓは、実施の形態１では、バッテリの表面に設置された温度センサ（図示せず）によって測定され、半導体装置に通知される。

半導体装置は、メモリおよびプロセッサコア等を備えている。メモリには、所定の時刻（例えば、現在の時刻：現時刻Ｔｐ）よりも前の時刻（過去の時刻：過去時刻Ｔｏ）におけるバッテリの内部温度、バッテリのエントロピーおよびバッテリの温度抵抗等のデータが格納される。半導体装置においては、メモリに格納されているデータ、温度センサによって測定された現時刻（Ｔｐ）の表面温度Ｔｓ、および充電電流等を用いて、図１に示す内部温度推定処理が実行され、現時刻（Ｔｐ）におけるバッテリの内部温度Ｔｉｎが推定される。

次に、図１を用いてバッテリの内部温度推定処理を説明する。内部温度推定処理は、半導体装置に内蔵されたプロセッサコアが、同じく半導体装置に内蔵されたメモリを用いながら、プログラムを実行することにより実現される。すなわち、プログラムの実行により、図１のステップＳ０～Ｓ５が、プロセッサコアによって実施される。内部温度推定処理は、ステップＳ０で開始する。このステップＳ０に続いて、ステップＳ１、Ｓ２およびＳ３が実行される。実施の形態１に係る内部温度推定処理では、ステップＳ１～Ｓ３は、並列的に実施されているが、これに限定されるものではない。

ステップＳ１では、メモリに格納されている過去時刻（Ｔｏ）における内部温度Ｔｉｎ＿Ｔｏと、現時刻（Ｔｐ）におけるバッテリのエントロピーＥｎｔと、充電電流Ｃｒｔとに基づいて、バッテリのエントロピー熱Ｑｅが算出される。実施の形態１においては、メモリに、バッテリの充電率（ＳＯＣ）に対応した複数のエントロピーＥｎｔが、テーブル（エントロピーテーブル）として格納されている。

ステップＳ１は、ステップＳ１＿０とステップＳ１＿１とによって構成されている。ステップＳ１＿０では、エントロピーテーブルから、現時刻のバッテリの充電率（ＳＯＣ）に対応するエントロピーＥｎｔが求められる。すなわち、バッテリの充電率から、対応するエントロピーＥｎｔが算出される。算出されたエントロピーＥｎｔが、次のステップＳ１＿１において用いられる。エントロピーＥｎｔは、バッテリの充電率に対応した係数である。ユーザが、予め互いに異なる充電率に対応した複数のエントロピーＥｎｔを求め、前記したようにエントロピーテーブルとしてメモリに格納しておく。

ステップＳ１＿１において、エントロピー熱Ｑｅの算出が行われる。エントロピー熱Ｑｅを算出する数式が、図３に式（１）として示されている。図３に示された式（１）から理解されるように、バッテリのエントロピー熱Ｑｅは、充電電流Ｃｒｔと、過去時刻における内部温度Ｔｉｎ＿Ｔｏと、エントロピーＥｎｔとの積である。

ステップＳ２では、バッテリの発熱量（ジュール熱）Ｑｊが算出される。発熱量Ｑｊを算出する数式が、図３に式（２）または式（３）として示されている。発熱量Ｑｊは、式（２）によって算出されても良いし、式（３）によって算出されてもよい。式（２）において、Ｒｃｅｌは、現時刻（Ｔｐ）のバッテリの内部抵抗を示している。また、式（３）において、ＯＣＶは、現時刻（Ｔｐ）のバッテリのオープン電圧を示し、Ｖｃｅｄは、現時刻（Ｔｐ）のバッテリの電圧を示している。

発熱量Ｑｊは、式（２）の場合、充電電流Ｃｒｔの二乗とバッテリの内部抵抗Ｒｃｅｌとの積となる。また、式（３）の場合には、オープン電圧ＯＣＶとバッテリ電圧Ｖｃｅｄとの間の減算値に、充電電流Ｃｒｔを掛けたものとなる。すなわち、発熱量Ｑｊは、充電電流Ｃｒｔに基づいて算出されている。

ステップＳ３では、バッテリの放熱量Ｑｏｕｔが算出される。放熱量Ｑｏｕｔを算出する数式が、図３に式（４）として示されている。式（４）において、Ｔｓ＿Ｔｐは、現時刻（Ｔｐ）におけるバッテリの表面温度を示し、Ｒｉｎ＿Ｔｐは、バッテリの温度抵抗Ｒｉｎに該当し、現時刻（Ｔｐ）における温度抵抗値である。図３の式（４）から理解されるように、放熱量Ｑｏｕｔは、現時刻の表面温度Ｔｓ＿Ｔｐと過去時刻（Ｔｏ）における内部温度Ｔｉｎ＿Ｔｏとの間の温度差分を、温度抵抗Ｒｉｎ＿Ｔｐで割って、算出されている。すなわち、放熱量Ｑｏｕｔは、現在の表面温度と過去の内部温度との間の温度差分に基づいて算出されている。

ステップＳ１～Ｓ３で算出されたエントロピー熱Ｑｅ、発熱量Ｑｊ、放熱量Ｑｏｕｔは、ステップＳ４に供給される。プロセッサコアは、ステップＳ４において、これらを用いて、バッテリの現時刻の内部温度Ｔｉｎを算出する。現時刻（Ｔｐ）の内部温度Ｔｉｎを算出する数式が、図３に式（５）および式（６）として示されている。式（５）および式（６）において、Ｈｃｐは、バッテリの熱容量を示している。また、Δｔは、過去時刻（Ｔｏ）と現時刻（Ｔｐ）との間の時間差を示しており、ΔＴｉｎは、時間差Δｔで変化する内部温度Ｔｉｎの変化量を示している。

図３の式（５）から理解されるように、エントロピー熱Ｑｅと発熱量Ｑｊとの和から、放熱量Ｑｏｕｔを減算して求めた値を熱容量Ｈｃｐで割ることで、時間差Δｔの間における内部温度Ｔｉｎの変化量が算出される。したがって、式（６）に示すように、変化量ΔＴｉｎに時間差Δｔを掛け、過去時刻（Ｔｏ）における内部温度Ｔｉｎ＿Ｔｏを加算することで、現時刻（Ｔｐ）における内部温度Ｔｉｎ＿Ｔｐを算出することができる。この算出された内部温度Ｔｉｎ＿Ｔｐが、メモリに格納され、次回の内部温度推定処理において、内部温度Ｔｉｎ＿Ｔｏとして用いられる。また、算出された内部温度Ｔｉｎ＿Ｔｐが、推定された現時刻（Ｔｐ）の内部温度Ｔｉｎとして、バッテリを充電する際の充電制御に用いられる。

ステップＳ５で、内部温度推定処理が終了する。ステップＳ１～Ｓ５が繰り返されて、時間の経過とともに変化するバッテリの内部温度Ｔｉｎが推定されることになる。

実施の形態１に係るバッテリの内部温度推定処理によれば、バッテリの環境温度を用いずに、バッテリの表面温度のみで、バッテリの内部温度を推定することができる。すなわち、実施の形態１によれば、不確かな環境温度を用いずに、バッテリの内部温度を推定することができ、内部温度の推定値を安定化することができる。

また、実施の形態１に係る内部温度推定処理においては、環境温度に関わる処理を行う必要がなくなるため、処理時間の短縮化を図ることが可能となる。内部温度推定処理に係る処理時間の短縮化により、バッテリを充電する際におけるバッテリの状態の急変化（例えば表面温度の急変化）に対する応答を高速化することが可能である。

（実施の形態２）
次に、実施の形態１で説明した内部温度推定処理を採用した充電システムを、図面を用いて説明する。

図４は、実施の形態２に係る充電システムの構成を示すブロック図である。図４において、１は充電システムを示している。充電システム１は、バッテリパックＢＴＰとバッテリパックＢＴＰ内のバッテリＢＴを充電する充電装置ＣＨＵとを備えている。バッテリパックＢＴＰは、電源線ＶＬ（＋）、ＶＬ（－）および信号線ＳＬによって、充電装置ＣＨＵに結合されている。充電装置ＣＨＵは、例えば商用電源（ＡＣ１００Ｖ）２に結合されている。

バッテリＢＴを充電する際には、信号線ＳＬを介して、バッテリパックＢＴＰからバッテリＢＴの状態情報が、充電装置ＣＨＵに供給される。充電装置ＣＨＵは、商用電源２からの電源電圧を、例えば降圧し、バッテリＢＴの状態情報に従って電圧および電流を電源線ＶＬ（＋）、ＶＬ（－）に供給する。バッテリＢＴは、充電装置ＣＨＵからの電圧および電流によって充電される。

＜バッテリパックＢＴＰの構成＞
バッテリパックＢＴＰは、バッテリＢＴと、バッテリ管理用の半導体装置３と、充放電用トランジスタ（充放電ＦＥＴ）４と、電流センサ（電流測定用抵抗）５と、温度センサ（電池温度検知回路）６とを備えている。バッテリ管理用の半導体装置３、充放電用トランジスタ４および電流センサ５は、図２に示した基板Ｓｕｂに実装されている。また、温度センサ６は、バッテリＢＴの表面上に設けられている。

図４では、バッテリＢＴは、特に制限されないが、直列接続されたｎ個のバッテリセルＢＴＣ１～ＢＴＣｎによって構成されている。バッテリＢＴの正電極は、充放電用トランジスタ４を介して、電源線ＶＬ（＋）に接続され、その負電極は、電流センサ５を介して電源線ＶＬ（－）に接続されている。また、バッテリセルＢＴＣ１～ＢＴＣｎのそれぞれの正電極および負電極は、半導体装置３に接続されている。バッテリＢＴに表面上に設けられた温度センサ６も、半導体装置３に接続されている。

半導体装置３は、バッテリＢＴを充電する際には、電源線ＶＬ（＋）を介して、電圧および電流が充電装置ＣＨＵからバッテリＢＴに供給されるように、充放電用トランジスタ４を制御する。一方、バッテリパックＢＴＰが電子装置(図示せず)に接続され、バッテリパックＢＴＰから電子装置に給電を行う場合、半導体装置３は、バッテリＢＴからの電圧および電流を、バッテリパックＢＴＰから出力するように、充放電用トランジスタ４を制御する。

電流センサ５は、バッテリＢＴを充電する際に、電源線ＶＬ（－）を流れる充電電流を測定し、測定結果を半導体装置３に供給する。特に制限されないが、電流センサ５は、電源線ＶＬ（－）とバッテリパックＢＴＰの負電極との間に接続されたシャント抵抗によって構成されている。シャント抵抗を流れる充電電流に応じた電圧が、充電電流の値（測定結果）として、半導体装置３に供給される。

温度センサ６は、測定したバッテリの表面温度を半導体装置３に供給する。

＜＜バッテリ管理用の半導体装置３＞＞
半導体装置３は、複数の回路ブロックを備えているが、図４には説明に必要な回路ブロックのみが示されている。図４において、２０は、バッテリＢＴ、充放電用トランジスタ４および電流センサ５に接続され、主にアナログ処理を行うアナログ回路ブロック（アナログブロック）である。また、１０は、アナログブロック２０と信号線ＳＬとに接続されたプロセッサの回路ブロック（以下、プロセッサユニットとも称する）である。

アナログブロック２０は、選択回路２０＿１、電流検知回路２０＿２、電流測定回路２０＿３、電圧・温度測定回路２０＿４、データ処理回路２０＿５および充電用トランジスタ制御回路（充放電ＦＥＴ制御回路）２０＿６を備えている。

選択回路２０＿１には、バッテリＢＴおよびバッテリセルＢＴＣ１～ＢＴＣｎからの電圧情報と、温度センサ６によって検知された温度情報が供給される。選択回路２０＿１は、供給されている電圧情報および温度情報から、電圧情報および温度情報を順次選択し、電圧・温度測定回路２０＿４へ供給する。電圧・温度測定回路２０＿４は、供給された電圧情報から、バッテリＢＴおよびバッテリセルＢＴＣの電圧を測定し、供給された温度情報から、バッテリＢＴの表面温度を測定する。電圧・温度測定回路２０＿４によって測定されたバッテリＢＴ、バッテリセルＢＴＣ１～ＢＴＣｎの電圧およびバッテリの表面温度は、データ処理回路２０＿５に供給される。

電流検知回路２０＿２は、電流センサ５に接続され、電流センサ５からの測定結果によって、充電電流が流れているか否かを検知する。充電電流が流れているとき、電流測定回路２０＿３は、流れている充電電流の値を測定する。電流測定回路２０＿３によって測定された充電電流の値は、データ処理回路２０＿５に供給される。

データ処理回路２０＿５は、バッテリＢＴを充電するのか放電するのかを充放電用トランジスタ制御回路２０＿６に通知する。この通知に従って、充放電用トランジスタ制御回路２０＿６は、前記したように充放電用トランジスタ４を制御する。また、データ処理回路２０＿５は、供給されたバッテリＢＴ(バッテリセルＢＴＣ１～ＢＴＣｎを含む)の電圧値、バッテリＢＴの表面温度および充電電流値に対して所定の処理を行い、プロセッサユニット１０に供給する。

プロセッサユニット１０は、プロセッサコア（以下、制御ユニットとも称する）１０＿２と、通信回路１０＿３と、メモリ（記憶回路）１０＿１とを備えている。

プロセッサコア１０＿２は、図示しないプログラムに従って、メモリ１０＿１に格納されているデータを用いながら、実施の形態１で説明した内部温度推定処理を含む充電処理を行う。プロセッサコア１０＿２における充電処理の実行によって作成されたバッテリＢＴの状態情報は、通信回路１０＿３によって、信号線ＳＬを介して充電装置ＣＨＵに供給される。

また、特に制限されないが、充電装置ＣＨＵからバッテリパックＢＴＰへの指示は、信号線ＳＬを介して通信回路１０＿３に供給され、プロセッサコア１０＿２に供給される。供給された指示に従って、プロセッサコア１０＿２は、例えばデータ処理回路２０＿５を制御する。

＜充電装置の構成＞
充電装置ＣＨＵは、バッテリの充電を制御する充電制御用の半導体装置７と、充電用トランジスタ(充電ＦＥＴ)８と、電流センサ（電流測定用抵抗）９と、交流／直流変換回路（ＡＣ－ＤＣ変換回路）ＶＡＤＣとを備えている。

交流／直流変換回路ＶＡＤＣは、半導体装置７からの指示に従って、商用電源２からの交流電圧を直流電圧に変換し、変換された直流電圧を出力する。

充電用トランジスタ８は、電源線ＶＬ（＋）と交流／直流変換回路ＶＡＤＣとの間に接続され、半導体装置７からの指示に従って、バッテリＢＴを充電する際に、交流／直流変換回路ＶＡＤＣから出力されている直流電圧を、電源線ＶＬ（＋）に給電する。

電流センサ９は、電流センサ５と同様な構成を備えており、電源線ＶＬ（－）と交流／直流変換回路ＶＡＤＣとの間に接続されている。電流センサ９は、バッテリＢＴを充電しているときに、電源線ＶＬ（－）を流れる電流を測定し、測定結果を半導体装置７に通知する。

半導体装置７も、半導体装置３と同様に複数の回路ブロックによって構成されているが、図４には説明に必要な回路ブロックのみが示されている。半導体装置７は、プロセッサユニット３０、出力電圧測定回路３１、電流検知回路３２、電流測定回路３３、電源制御回路３４および充電用トランジスタ制御回路（充電ＦＥＴ制御回路）３５を備えている。

電流検知回路３２は、電流センサ９からの測定結果に基づいて、充電電流が流れているか否かを検知する。電流検知回路３２により充電電流が流れていると検知された場合、電流測定回路３３は、電流センサ９の測定結果を基にして、充電電流値を測定する。測定された充電電流値は、電源制御回路３４に供給される。

出力電圧測定回路３１は、電源線ＶＬ（＋）とＶＬ（－）との間の電圧、すなわち充電装置ＣＨＵの出力電圧を測定し、測定された電圧値を電源制御回路３４に出力する。

プロセッサユニット３０は、プロセッサコア（制御ユニット）３０＿２と、メモリ（記憶回路）３０＿１と、通信回路３０＿３とを備えている。プロセッサコア３０＿２は、図示しないプログラムに従って、メモリ３０＿１および通信回路３０＿３を用いながら所定の動作を行う。例えば、プロセッサコアは、バッテリＢＴを充電する際には、信号線ＳＬを介して供給されるバッテリＢＴの状態情報を、通信回路３０＿３によって受信させる。プロセッサコア３０＿２は、通信回路３０＿３によって受信したバッテリＢＴの状態情報に従って、電源制御回路３４に対して充電電流の値等を設定する。

電源制御回路３４は、電流測定回路３３からの電流値、出力電圧測定回路３１からの電圧値およびプロセッサコア３０＿２によって設定された値に基づいて、交流／直流変換回路ＶＡＤＣにおける変換を制御する。また、電源制御回路３４は、充電用トランジスタ制御回路３５を用いて、バッテリＢＴを充電するとき、充電用トランジスタ８を介して、交流／直流変換回路ＶＡＤＣの出力が電源線ＶＬ（＋）に供給されるように制御する。

＜充電システムの全体動作＞
図５は、実施の形態２に係る充電システムの全体動作を説明するためのフローチャートである。図４および図５を用いて、実施の形態２に係る充電システム１の全体的な動作を説明する。実施の形態２に係る充電システム１では、一定の充電電流で充電する急速定電流充電（ＦａｓｔＣＣ）と一定の定電圧で充電する急速定電圧充電（ＦａｓｔＣＶ）とによって、バッテリＢＴの充電が行われる。すなわち、バッテリＢＴは、始めは、急速定電流充電によって充電が行われ、その後、急速定電圧充電に切り替わり、急速定電圧充電によって充電が行われる。

なお、本明細書では、急速充電（急速定電圧充電および急速定電流充電）を採用した例を用いて説明するが、用語「急速」は、充電電流および充電電圧を特定の範囲に限定することを意味しない。したがって、様々な値の充電電流および充電電圧が適用可能である。

ステップＳＣ０において、充電システム１が動作を開始する。次のステップＳＣ１は、主にバッテリ管理用の半導体装置３において実行されるステップである。

先ず、ステップＳＣ１＿０において、電圧・温度測定回路２０＿４および電流測定回路２０＿３が、バッテリＢＴおよびバッテリセルＢＴＣ１～ＢＴＣｎの電圧と、バッテリＢＴの充電電流と、バッテリＢＴの表面温度を測定する。

次に、ステップＳＣ１＿０で測定されたバッテリＢＴの電圧、充電電流および表面温度を基にして、ステップＳＣ１＿１で、バッテリＢＴがオープン回路(ＯＣＶ)状態となっているときに取り出しが可能なバッテリの理想的な容量（Ｑｍａｘ）と、バッテリ残容量（ＲＣ）と、バッテリの放電可能容量（ＦＣＣ）が、プロセッサコア１０＿２によって算出される。

次のステップＳＣ１＿２では、ステップＳＣ１＿１で算出した理想的な容量（Ｑｍａｘ）、バッテリ残容量（ＲＣ）、バッテリの放電可能容量（ＦＣＣ）および実際に放電可能な放電終止点における充電率（ＳＯＣ＿Ｆｉｎ）を用いて、バッテリＢＴの充電率（ＳＯＣ）が、プロセッサコア１０＿２によって算出される。充電率ＳＯＣを算出する式の一例は、次の式（７）および式（８）である。
ＦＣＣ＝Ｑｍａｘ×（（１００－ＳＯＣ＿Ｆｉｎ）／１００） ・・・式（７）
ＳＯＣ（％）＝ＲＣ／ＦＣＣ×１００ ・・・式（８）

ステップＳＣ１＿２に続いて、ステップＳＣ１＿３が実行される。ステップＳＣ１＿３は、２つのステップＳＦＶとステップＳＦＣとによって構成されており、ステップＳＣ１＿３では、急速充電する場合の充電電流および電圧等が、プロセッサコア１０＿２によって算出される。すなわち、ステップＳＦＶでは、急速定電圧充電（ＦａｓｔＣＶ）で充電する場合の電圧値等が、プロセッサコア１０＿２によって算出され、ステップＳＦＣでは、急速定電流充電（ＦａｓｔＣＣ）で充電する場合の充電電流値等が、プロセッサコア１０＿２によって算出される。

ステップＳＣ１＿３で算出された急速定電圧充電（ＦａｓｔＣＶ）および急速定電流充電（ＦａｓｔＣＣ）の値は、ステップＳＣ１＿４において、プロセッサコア１０＿２により、通信回路１０＿３に供給され、通信回路１０＿３にセットされる。

ステップＳＣ１＿４において、通信回路１０＿３にセットされた急速定電圧充電（ＦａｓｔＣＶ）および急速定電流充電（ＦａｓｔＣＣ）の値は、バッテリＢＴの状態情報として、信号線ＳＬを介して、充電装置ＣＨＵ内の通信回路３０＿３に供給され、通信回路３０＿３が、バッテリＢＴの状態情報を取得する。

ステップＳＣ２では、プロセッサユニット３０は、通信回路３０＿２によって取得されたバッテリＢＴの状態情報を、電源制御回路３４に設定する。

電源制御回路３４は、設定された状態情報（バッテリＢＴの充電電流値および電圧値等）に従ってバッテリＢＴを充電するように、交流／直流変換回路ＶＡＤＣを制御するとともに充電用トランジスタ制御回路３５によって充電用トランジスタ８を制御する。

バッテリＢＴへの充電が完了すると、ステップＳＣ３で、充電システム１による充電が終了する。

実施の形態１で説明した内部温度推定処理は、ステップＳＣ１＿３において実施されるので、次にステップＳＣ１＿３を、図面を用いて説明する。

＜急速定電流充電および急速定電圧充電＞
図６は、実施の形態２に係る充電システムの動作を示すフローチャートである。

急速定電流充電および急速定電圧充電でバッテリＢＴを充電する場合、通常の充電システムでは、バッテリＢＴの電圧および充電電流を監視し、監視により求めた電圧および充電電流をパラメータとして充電の制御が行われている。実施の形態２に係る充電システムでは、実施の形態１で説明したように、推定された内部温度も充電の制御に用いられる。すなわち、充電制御に用いられるパラメータとして、バッテリの電圧および充電電流の２つ以外に、推定された内部温度も追加されることになる。

実施の形態２では、推定された内部温度が、急速定電流充電（ＦａｓｔＣＣ）の制御（図５のステップＳＦＣ）においてパラメータとして追加される。すなわち、実施の形態１で説明した内部温度推定処理が、急速定電流充電の処理に追加される。

図６において、ＳＦＣは、図５において同じ符号で示したステップＳＦＣに対応する急速定電流充電（ＦａｓｔＣＣ）のステップ(処理)を示し、ＳＦＶは、図５において同じ符号で示したステップＳＦＶに対応する急速定電圧充電（ＦａｓｔＣＶ）のステップ(処理)を示している。特に制限されないが、ステップＳＦＣおよびＳＦＶは、図４に示した半導体装置３に設けられたプロセッサユニット１０によって実行される。この場合、プロセッサユニット１０は、ステップＳＦＣとステップＳＦＶとを並列的に実行する。

先ず、急速定電圧充電のステップＳＦＶを説明する。ステップＳＦＶは、ステップＳＦＶ０で開始する。次のステップＳＦＶ１で、急速定電圧充電の際にバッテリＢＴに印加する電圧値等を算出する。ステップＳＦＶ１で算出された電圧値ＦａｓｔＣＶ＿Ｖは、急速定電流充電のステップＳＦＣに供給される。また、ステップＳＦＶ１で算出された電圧値等は、ステップＳＦＶ２において、急速定電圧充電に用いるものとして決定される。その後、ステップＳＦＶ３において、ステップＳＦＶは終了する。

＜＜急速定電流充電の処理＞＞
次に、急速定電流充電のステップＳＦＣを説明する。ステップＳＦＣは、ステップＳＦＣ０～ＳＦＣ５によって構成されている。ステップＳＦＣ０で、ステップＳＦＣが開始すると、次にステップＳＦＣ１とステップＳＦＣ４とが並列的に開始する。

ステップＳＦＣ１は、実施の形態１に係る図１で説明したフローチャート（ステップＳ１～Ｓ４）と同じであるため、説明は省略する。実施の形態１で説明したように、ステップＳ４で、バッテリＢＴの表面温度とメモリに格納されている過去時刻の内部温度とに基づいて、バッテリの現時刻の内部温度が推定される。なお、実施の形態２では、図４に示したメモリ１０＿１が、過去時刻の内部温度等を格納するメモリとして用いられている。

ステップＳＦＣ２では、ステップＳＦＣ１での算出によって求められたバッテリＢＴの現時刻の内部温度と、予め設定されているバッテリの内部温度（以下、目標温度とも称する）とを用いたＰＩＤ制御が行われる。ＰＩＤ制御では、推定された内部温度と目標温度との間の温度差を小さくするようなＰＩＤ係数が、プロセッサコア１０＿２によって算出される。なお、目標温度は、例えばメモリ１０＿１（図４）に予め設定されている。

ステップＳＦＣ３では、ステップＳＦＣ２で算出されたＰＩＤ係数に基づいて、プロセッサコア１０＿２が、ＰＩＤ制御結果の充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉを算出する。ステップＳＦＣ３における演算で用いられる数式の一例は、次の式（９）である。式（９）において、ＭａｘＦＣＣは、急速定電流充電の際の最大電流値である。
ＦａｓｔＣＣ＿Ｉ＝ＰＩＤ係数＊ＭａｘＦＣＣ ・・・式（９）

ステップＳＦＣ４では、ステップＳＦＶ１で算出された急速定電圧充電の電圧値ＦａｓｔＣＶ＿Ｖを用いて、プロセッサコア１０＿２が、急速定電圧充電の制御の際の充電電流（定電圧充電電流）ＦａｓｔＣＶ＿Ｉの値を算出する。充電電流ＦａｓｔＣＶ＿Ｉの値は、例えば電圧値ＦａｓｔＣＶ＿ＶからバッテリＢＴの現在の電圧（クローズ電圧）を減算して求めた値を、バッテリパックＢＴＰの内部抵抗（内部インピーダンス）等で割ることで算出できる。

実施の形態２に係る充電システム１では、ステップＳＦＣ５において、ステップＳＦＣ３で算出した充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉの値とステップＳＦＣ４で算出した充電電流ＦａｓｔＣＶ＿Ｉの値との比較が行われ、低い値の充電電流が選択され、選択された充電電流がバッテリＢＴを充電するものとして設定される。すなわち、ステップＳＦＣ５において、プロセッサコア１０＿２は、急速定電流充電に係る充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉと、急速定電圧充電に係る充電電流ＦａｓｔＣＶ＿Ｉとを比較し、電流値の小さいものを選択する。この選択された充電電流に基づいて、バッテリＢＴが充電される。

その後、ステップＳＦＣ６で、ステップＳＦＣが終了する。

図６に示したステップＳＦＣおよびＳＦＶは、繰り返し実行され、ステップＳＦＣ５で設定された充電電流値が、バッテリＢＴの状態情報として、充電装置ＣＨＵに供給される。

＜＜推定された内部温度をパラメータとして追加したことによる新たな課題＞＞
前記したように、通常の充電システムでは、バッテリの電圧と充電電流をパラメータとして充電の制御が行われていた。例えば、急速定電流充電（ＦａｓｔＣＣ）を行う領域（以下、ＣＣ領域とも称する）では、充電電流を主なパラメータとし用い、急速定電圧充電（ＦａｓｔＣＶ）を行う領域（以下、ＣＶ領域とも称する）では、バッテリの電圧を主なパラメータとして用いることで、ＣＣ領域とＣＶ領域を区別して、充電制御方法を切り替えることができた。

図６に示したフローチャートを、このような通常の充電システムに適合させると、スッテプＳＦＣ４およびＳＦＣ５は不要となる。この場合、次に述べる新たな課題が発生する。

すなわち、ＣＶ領域においては、推定した内部温度によって、充電電流が制限されなくなるため、バッテリＢＴが過充電となることが危惧される。一方、ＣＣ領域とＣＶ領域と区別をせずに、全領域（ＣＣ領域とＣＶ領域を含めた領域）において、ステップＳＦＣ３で算出した充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉを用いて、バッテリＢＴを充電するようにした場合、温度範囲をフルに活用することができず、充電電流が制限され、バッテリＢＴの充電時間が延びてしまい、充電時間ロスが発生することが考えられる。

実施の形態２においては、急速定電流充電と急速定電圧充電の両方において、ステップＳＦＣおよびＳＦＶが実行されている。すなわち、全領域において、充電電流ＦａｓｔＣＣ＿ＩとＦａｓｔＣＶ＿Ｉの両方が算出され、算出された充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉ、ＦａｓｔＣＶ＿Ｉのうち、小さい充電電流によって、バッテリＢＴを充電する充電電流の値が決定される。したがって、ＣＶ領域において、充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉが小さい値であった場合には、バッテリＢＴを充電する充電電流は、内部温度によって制限されることになり、バッテリＢＴが過充電となることを回避することができる。

また、充電電流ＦａｓｔＣＶ＿Ｉの値が小さい場合には、内部温度によって制限されない充電電流によって、バッテリＢＴを充電することができるため、温度上限までフル活用した充電電流の値で、バッテリＢＴを充電することができ、充電効率を最大限に高めることができる。

すなわち、実施の形態２によれば、推定された内部温度を、充電制御を行う際の新たなパラメータとして追加しても、バッテリの過充電を防ぎ、充電時間ロスの発生も防ぐことが可能となる。

実施の形態２に係る充電システム１によれば、急速定電流充電と急速定電圧充電とを用いた急速充電を実現しつつ、充電効率を最大化することができるため、トータルの損失も低減することができる。また、バッテリＢＴの過昇温あるいは過温度を防ぐことが可能であるため、バッテリＢＴの劣化を抑制することができる。

また、推定した内部温度の代わりに、バッテリＢＴの表面温度を用いて充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉを算出することも考えられるが、バッテリＢＴの内部で発生した熱が、バッテリＢＴの表面に伝わるまでにはタイムラグがあるため、充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉの応答性が悪くなる。また、バッテリＢＴ内部で急に発熱が発生した場合には、タイムラグがあるため、検知が遅れることになる。実施の形態２に係る充電システム１では、推定したバッテリＢＴの内部温度を用いているため、発熱に対する応答性を良くすることができる。

＜充電時の特性＞
次に、比較例を用いて、実施の形態２に係る充電システム１の効果を、詳しく説明する。

図７～図１０は、比較例１～４の充電時の特性を示す特性図であり、図１１は、実施の形態２に係る充電システムの特性を示す特性図である。図7～図１１は、本発明者らが実施したシミュレーションの結果に基づいて描かれている。

図７～図１１において、横軸は時間を示し、図面において左側の縦軸はバッテリＢＴの充電電流を示し、図面の右側の縦軸は充電電圧およびバッテリＢＴの温度を示している。

また、図面において、罫線で囲まれた各マスは充電容量を示し、４００個のマスで、バッテリは１００％充電された満充電の充電容量となる。マス上に記載されている数字は、その時までに充電された充電容量を示している。例えば、図７において、数字“３２０”は、時刻ｔ０から時刻ｔ＿ＣＣＶまでに充電された充電容量が、３２０個のマス分であることを表している。時刻ｔ＿ＣＣＶから時刻ｔ＿ＣＥＤまでに充電された充電容量は、マス上に記載された数字の合計で表されている。

＜＜比較例１＞＞
図７は、比較例１に係る充電システムの特性を示している。この比較例１では、時刻ｔ０でバッテリの充電が開始し、時刻ｔ＿ＣＥＤでバッテリの充電が終了する。バッテリの充電は、定電流充電（ＣＣ）、定電圧充電（ＣＶ）の順に行われる。すなわち、時刻ｔ＿ＣＣＶ近辺で、定電流充電から定電圧充電に切り替わっている。

図７において、破線Ｖ＿ＣＨは、バッテリの電圧を示し、実線Ｉ＿ＣＨは、バッテリに供給される充電電流を示している。また、一点鎖線Ｔｓは、バッテリの表面温度を示している。比較例１では、充電電流Ｉ＿ＣＨの最大電流値が２アンペア（Ａ）に制限されており、環境温度は２５度と設定されている。また、二点鎖線Ｖ＿ＭＸは、バッテリの充電最大電圧値を示している。

図７に示されているように、比較例１では、バッテリの表面温度は、低く抑制されているが、バッテリの充電が完了する時刻ｔ＿ＣＥＤが、約５４分と長く、充電に要する充電時間が長くなっている。

＜＜比較例２＞＞
図８は、比較例２に係る充電システムの特性を示している。比較例２は、比較例１と類似しており、相違点は、充電電流Ｉ＿ＣＨの最大電流値が３アンペア（Ａ）に制限されていることである。また、図８において、二点鎖線Ｔ＿ＬＵは、充電温度の上限（充電温度上限）を示し、二点鎖線Ｔ＿Ｒは、充電を再開する充電再開温度を示している。比較例２においては、バッテリの表面温度が、充電温度上限Ｔ＿ＬＵに到達すると、充電が停止し、充電再開温度以下に低下すると、充電が再開するように制御が行われる。

比較例２では、充電電流Ｉ＿ＣＨの電流値が高い（３アンペア）ため、短い時間で充電容量を増やすことが可能である。しかしながら、充電電流Ｉ＿ＣＨが高いため、図８に示すように、バッテリの表面温度Ｔｓが上昇し、充電温度上限Ｔ＿ＬＵに到達し、充電が停止（充電電流Ｉ＿ＣＨが低下）する。その後、表面温度Ｔｓが、充電再開温度Ｔ＿Ｒ以下に低下することで、充電が再開することになる。したがって、比較例２では、急速定電流充電が行われていない時間が多々発生することになる。

＜＜比較例３＞＞
図９は、比較例３に係る充電システムの特性を示している。比較例３に係る充電システムでは、バッテリの環境温度からバッテリの内部温度Ｔｉｎを推定し、推定された内部温度Ｔｉｎに基づいて充電を制御（温度制御）する構成となっている。すなわち、急速定電流充電および急速定電圧充電は行われず、推定された内部温度によって充電電流Ｉ＿ＣＨの値を制御するものである。図９に示した例では、バッテリの内部温度Ｔｉｎ（推定された内部温度）が、低温（４２度以下）では、充電電流Ｉ＿ＣＨは高電流値（３アンペア）に設定され、標準温度（４２度～４３度）では、充電電流Ｉ＿ＣＨは標準電流値（２アンペア）に設定され、高温（４３度～４４度）では、充電電流Ｉ＿ＣＨは低電流値（１アンペア）に設定される。

図９に示されているように、バッテリの内部温度Ｔｉｎが、充電温度上限Ｔ＿ＬＵ以下であれば、充電電流Ｉ＿ＣＨの値は、温度に従って変化する。充電電流Ｉ＿ＣＨによる充電が進むことにより、バッテリの電圧Ｖ＿ＣＨが上昇し、図９に示すように、電圧Ｖ＿ＣＨが、充電電圧最大値Ｖ＿ＭＸを超えることがある。バッテリの電圧Ｖ＿ＣＨが、充電電圧最大値Ｖ＿ＭＸを超えると、バッテリが過充電となり、限界を超えるとガスの噴出、発火等が発生することが危惧される。

＜＜比較例４＞＞
図１０は、比較例４に係る充電システムの特性を示している。比較例４は、比較例２と比較例３とを組み合わせたものである。すなわち、充電の開始時には、比較例３で述べた、内部温度Ｔｉｎに基づいて充電電流Ｉ＿ＣＨを制御する温度制御Ｔ＿ＣＮＴが行われ、バッテリの電圧Ｖ＿ＣＨが、バッテリ内部温度制御禁止領域Ａ＿ｔｃｉに到達（時刻ｔ＿ＴＥＤ）に到達すると、比較例２で述べた急速定電流充電および急速定電圧充電（急速充電制御ＣＣＶ）に切り替わる。急速充電制御ＣＣＶでは、充電電流Ｉ＿ＣＨの最大電流は、比較例２とは異なって２アンペアに設定されている。

温度制御Ｔ＿ＣＮＴにおいては、内部温度Ｔｉｎに従って充電電流Ｉ＿ＣＨの値が変化して、バッテリの充電が行われる。比較例４においては、内部温度Ｔｉｎが充電温度上限Ｔ＿ＬＵを超えなくても、バッテリの電圧Ｖ＿ＣＨが、バッテリ内部温度制御禁止領域Ａ＿ｔｃｉに到達すると、最大電流が２アンペアに設定された急速充電制御ＣＣＶに移行する。最大電流が２アンペアであるため、急速充電制御ＣＣＶに移行すると、バッテリの電圧Ｖ＿ＣＨが低下することになる。その後、時刻ｔ＿ＣＣＶにおいて急速定電流充電から急速定電圧充電に切り替わるため、バッテリの電圧Ｖ＿ＣＨが最大充電電圧Ｖ＿ＭＸを超えるのを防ぐことができる。

比較例４では、充電温度制御Ｔ＿ＣＮＴにおいて、バッテリ内部温度制御禁止領域Ａ＿ｔｃｉを設定するために、本来許容されるべき内部温度範囲よりも狭い温度範囲になるように、充電電流Ｉ＿ＣＨを制御することになる。すなわち、充電温度制御Ｔ＿ＣＮＴから急速充電制御ＣＣＶに切り替えるためにマージンを確保することが必要とされ、充電終了までの充電時間が延びてしまう。

＜＜実施の形態２の特性例＞＞
実施の形態２に係る充電システム１によれば、バッテリＢＴの内部温度Ｔｉｎに従って、図１１に示すように、充電電電流Ｉ＿ＣＨの値が小さく変化する。すなわち、比較例２で述べたような急速定電流充電が行われていない時間をなくすことができる。また、この内部温度Ｔｉｎは、バッテリＢＴの表面温度Ｔｐに基づいて算出しているため、バッテリＢＴの温度変化に対して追従性の良い内部温度Ｔｉｎを推定することができる。さらに、内部温度Ｔｉｎの変化に対する充電電流Ｉ＿ＣＨの追従性を向上させることができる。

また、実施の形態２では、急速定電流充電と急速定電圧充電の両方において、推定された内部温度Ｔｉｎに従った充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉの算出と、急速定電圧充電の際の充電電流ＦａｓｔＣＶ＿Ｉの算出とが行われる。算出された充電電流ＦａｓｔＣＣ＿ＩとＦａｓｔＣＶ＿Ｉとのうち、小さい電流値の充電電流に基づいた電流が、バッテリＢＴを充電する充電電流Ｉ＿ＣＨとして用いられるため、比較例３で述べたような過充電が発生するのを防ぐことができる。さらに、比較例４で述べたようなマージンを設けなくても、急速定電流充電から急速定電圧充電へ切り替えることができる。その結果、実施の形態２に係る充電システム１では、充電時間を、図１１に示すように約４３分と短くすることができる。勿論、実施の形態２に係る充電システム１は、比較例１に比べても充電時間は短くなる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、図４に示したように、バッテリＢＴを複数のバッテリセルＢＴＣ１～ＢＴＣｎによって構成した場合に有効な充電制御方法を説明する。

図１２は、実施の形態３に係る充電システムの動作を示すフローチャートである。図１２は、図６と類似しているので、相違点を主に説明する。図１２と図６との間の主な相違点は、図１２では、急速定電流充電に係るステップＳＦＣに、ステップＳＦＣ７～ＳＦＣ１０が追加され、ステップＳＦＣ５(図６)がステップＳＦＣ１１に変更されている点である。

バッテリＢＴを構成するバッテリセルＢＴＣ１～ＢＴＣｎは、互いに特性が異なることがある。特性が異なると、例えば充電したときにバッテリセル間で充電の状態(例えばバッテリセルの電圧)が異なり、不具合が発生する。ステップＳＦＣ７～ＳＦＣ１０は、バッテリセル間で、充電の状態を均一化するために実行されるステップである。

ステップＳＦＣ７では、バッテリセル（例えば、図４のＢＴＣ１）を急速定電圧充電した場合の最大電圧Ｍａｘ＿ＦａｓｔＣＶと、バッテリセルＢＴＣ１の現時刻の電圧ＭａｘＶとの比較が行われる。現時刻の電圧ＭａｘＶが、最大電圧ＭａＸ＿ＦａｓｔＣＶよりも小さい場合（Ｙ）、次にステップＳＦＣ９が実行される。これに対して、現時刻の電圧ＭａｘＶが、最大電圧ＭａＸ＿ＦａｓｔＣＶよりも大きい、あるいは等しい場合（Ｎ）、次にステップＳＦＣ８が実行される。

ステップＳＦＣ８では、現時点の充電電流の値から所定の値の電流値（ステップ値）を減算する。一方、ステップＳＦＣ９では、現時点の電流値に対して所定の値の電流値(ステップ値)を加算する。ステップＳＦＣ８またはＳＦＣ９で求められた充電電流の値に基づいて、ステップＳＦＣ１０において、バッテリセルの電圧ＭａｘＶに基づいた制御（ＭａｘＶ制御）の充電電流ＦａｓｔＭＶ＿Ｉの値が算出される。

ステップＳＦＣ１１では、ステップＳＦＣ３において算出された充電電流ＦａｓｔＣＣ＿Ｉと、ステップＳＦＣ４において算出された充電電流ＦａｓｔＣＶ＿Ｉと、ステップＳＦＣ１０において算出された充電電流ＦａｓｔＭＶ＿Ｉとの間で比較を行い、最も値の小さい充電電流を選択する。この選択された充電電流が、バッテリＢＴを充電するものとして設定される。

実施の形態３においては、複数のバッテリセルでバッテリを構成したとき、充電によってバッテリセル間で電圧が異なるのを低減することができる。

また、ステップＳＦＣ１１において、最も電流値の小さい充電電流が、バッテリＢＴを充電する電流として設定される。したがって、充電電流ＦａｓｔＭＶ＿Ｉが、充電電流ＦａｓｔＣＣ＿ＩおよびＦａｓｔＣＶ＿Ｉよりも小さい場合に、バッテリＢＴは、充電電流ＦａｓｔＭＶ＿Ｉに基づいて充電されることになる。その結果、実施の形態３によれば、実施の形態２で述べたように、バッテリの過充電を防ぎ、充電時間ロスの発生も防ぎながら、バッテリセル間の特性ばらつきによる影響の低減を図ることが可能となる。

＜付記＞
本明細書には、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、発明が記載されている。その代表的な発明を、以下、列記する。
（Ａ） バッテリと前記バッテリに結合された半導体装置とを備えるバッテリパックと、
前記バッテリパックに結合され、前記半導体装置から供給される前記バッテリに係るバッテリ状態情報に基づいて、前記バッテリを充電する充電装置と、
を備え、
前記半導体装置は、
前記バッテリの充電電流と、前記バッテリの電圧と、前記バッテリの表面温度とが供給され、前記バッテリの内部温度を推定する制御ユニットと、
前記制御ユニットによって推定された前記内部温度を格納するメモリと、
を備え、
前記制御ユニットは、
供給されている充電電流と、前記メモリに格納されている、所定の時刻よりも前の時刻における内部温度とを用いて、前記所定の時刻における前記バッテリのエントロピー熱を算出し、
供給されている充電電流から前記バッテリの発熱量を算出し、
前記メモリに格納されている、前記所定の時刻よりも前の時刻における内部温度と、供給されている表面温度との間の温度差分を求め、前記温度差分から前記バッテリの放熱量を算出し、
算出によって求めた前記エントロピー熱と、前記発熱量と、前記放熱量とを用いて、前記所定の時刻における前記バッテリの内部温度を推定する、
充電システム。
（Ａ－１） （Ａ）に記載の充電システムにおいて、
前記半導体装置は、推定した内部温度に基づいて、前記バッテリを充電する充電電流を定め、前記バッテリ状態情報として、前記充電装置へ供給する、
充電システム。
（Ａ－２） （Ａ－１）に記載の充電システムにおいて、
前記バッテリパックは、さらに、
前記バッテリの表面に設置された温度センサと、
前記バッテリと前記充電装置との間に接続されたシャント抵抗と、
を備え、
前記温度センサによって測定された温度が、前記バッテリの表面温度として、前記半導体装置に供給され、前記シャント抵抗を流れる電流が、前記バッテリの電流として、前記半導体装置に供給される、
充電システム。
（Ａ－３） （Ａ－１）に記載の充電システムにおいて、
前記半導体装置は、前記バッテリを定電圧で充電した場合の定電圧充電電流を算出し、算出された前記定電圧充電電流と前記推定した内部温度に基づいて定められた充電電流とを比較し、値の小さい充電電流を、前記バッテリ状態情報として、前記充電装置へ供給する、
充電システム。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本明細書では、急速充電（急速定電圧充電および急速定電流充電）を採用した例を説明したが、用語「急速」は、充電電流および充電電圧を特定の範囲に限定することを意味しているものではない。

１ 充電システム
２ 商用電源
３、７ 半導体装置
ＢＴ バッテリ
ＢＴＣ、ＢＴＣ１～ＢＴＣｎ バッテリセル
ＢＴＰ バッテリパック
ＣＨＵ 充電装置
Ｓ０～Ｓ５、ＳＣ０～ＳＣ３、ＳＦＣ、ＳＦＶ ステップ

Claims (12)

1. バッテリの充電を制御する半導体装置であって、
   前記バッテリの充電電流と、前記バッテリの電圧と、前記バッテリの表面温度とが供給され、前記バッテリの内部温度を推定する制御ユニットと、
   前記制御ユニットによって推定された前記内部温度を格納するメモリと、
   を備え、
   前記制御ユニットは、
   供給されている充電電流と、前記メモリに格納されている、所定の時刻よりも前の時刻における内部温度とを用いて、所定の時刻における前記バッテリのエントロピー熱を算出し、
   供給されている充電電流から前記バッテリの発熱量を算出し、
   前記メモリに格納されている、前記所定の時刻よりも前の時刻における内部温度と、供給されている表面温度との間の温度差分を求め、前記温度差分から前記バッテリの放熱量を算出し、
   算出によって求めた前記エントロピー熱と、前記発熱量と、前記放熱量とを用いて、前記所定の時刻における前記バッテリの内部温度を推定する、
   半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記メモリには、それぞれ、前記バッテリの充電状態に対応した複数のエントロピーが格納され、
   前記制御ユニットは、前記メモリに格納されている複数のエントロピーから、前記所定の時刻における前記バッテリの充電状態に対応するエントロピーを選択し、選択したエントロピーを用いて、前記バッテリのエントロピー熱を算出する、
   半導体装置。
3. 請求項２に記載の半導体装置において、
   前記メモリには、前記バッテリの内部抵抗が格納され、
   前記制御ユニットは、前記内部抵抗を用いて、前記バッテリの発熱量を算出する、
   半導体装置。
4. 請求項２に記載の半導体装置において、
   前記メモリには、前記バッテリのオープン電圧が格納され、
   前記制御ユニットは、前記オープン電圧を用いて、前記バッテリの発熱量を算出する、
   半導体装置。
5. 請求項３または４に記載の半導体装置において、
   前記メモリには、前記バッテリの温度抵抗が格納され、
   前記制御ユニットは、前記温度抵抗を用いて、前記バッテリの放熱量を算出する、
   半導体装置。
6. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記バッテリを充電する充電電流は、前記制御ユニットによって推定された前記バッテリの内部温度に基づいて定められる、
   半導体装置。
7. 請求項６に記載の半導体装置において、
   前記バッテリを充電する充電電流は、設定した目標温度と、前記制御ユニットによって推定された前記バッテリの内部温度との間の温度差に基づいて定められる、
   半導体装置。
8. 請求項７に記載の半導体装置において、
   前記バッテリを充電する充電電流は、前記目標温度と、前記推定された前記バッテリの内部温度とを入力としたＰＩＤ制御によって定められる、
   半導体装置。
9. 請求項６に記載の半導体装置において、
   前記制御ユニットは、前記バッテリを定電圧で充電する際に、前記バッテリを流れる定電圧充電電流を算出し、
   前記制御ユニットは、前記推定された前記バッテリの内部温度を用いて定められた充電電流と、算出された前記定電圧充電電流とを比較し、値の小さい充電電流を、前記バッテリを充電する充電電流として選択する、
   半導体装置。
10. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記バッテリは、複数のバッテリセルによって構成され、
    前記制御ユニットは、前記バッテリセルの最大電圧に基づいて、前記バッテリを充電する際の充電電流を算出し、
    前記制御ユニットは、前記推定された前記バッテリの内部温度を用いて定められた充電電流と、前記定電圧充電電流と、前記バッテリセルの最大電圧に基づいて算出した充電電流とを比較し、値の小さい充電電流を、前記バッテリを充電する充電電流として選択する、
    半導体装置。
11. バッテリの充電を制御する充電制御方法であって、
    所定の時刻よりも前の時刻において、前記バッテリの内部温度をメモリに格納し、
    前記所定の時刻における前記バッテリの電流と、前記メモリに格納されている前記バッテリの内部温度とを用いて、前記所定の時刻における前記バッテリのエントロピー熱を算出し、
    前記所定の時刻における前記バッテリの電流を用いて、前記バッテリの発熱量を算出し、
    前記メモリに格納されている前記バッテリの内部温度と、前記所定の時刻における前記バッテリの表面温度との間の温度差を求め、求めた前記温度差から前記バッテリの放熱量を算出し、
    算出された前記エントロピー熱と、前記発熱量と、前記放熱量とを用いて、前記バッテリの内部温度を推定する、
    充電制御方法。
12. 請求項１１に記載の充電制御方法において、
    前記推定された前記バッテリの内部温度を基にして、前記バッテリを充電する充電電流を定める、
    充電制御方法。

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