JP2023146837A - Residual amount-of-battery detection method - Google Patents

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Kensuke Abiru
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Abstract

To greatly shorten a stopping time of charge and discharge of a battery, and to detect a residual amount of battery quickly.SOLUTION: A method of detecting a residual amount of a battery is a detection method that detects an open battery of the battery, and identifies a residual amount (%) from the detected open voltage. The detection method includes: a voltage detection step of detecting a plurality of open voltages at prescribed time intervals after stopping the charge/discharge of the battery; a function setting step of computing a prediction function in which the open voltage drops from the plurality of detected open voltages in the voltage detection step; a computation step of computing a prediction open voltage in a convergence timing where the open voltage of the battery drops and converges on the basis of the prediction function to be identified in the function setting step; and a residual amount prediction step of identifying a prediction residual amount (%) from the computed prediction open voltage in the computation step.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、バッテリーの充放電を一時的に停止して開放電圧を検出し、開放電圧から残容量（ＳＯＣ）を予測してバッテリーの残容量を検出する方法に関する。 The present invention relates to a method for detecting the remaining capacity of a battery by temporarily stopping charging and discharging of a battery, detecting an open-circuit voltage, and predicting the remaining capacity (SOC) from the open-circuit voltage.

バッテリーは、満充電した後、放電して残容量（ＳＯＣ）が低下するに従って開放電圧が低下し、また放電した後、充電して残容量（ＳＯＣ）が増加すると開放電圧が次第に上昇するので、開放電圧から残容量（ＳＯＣ）を特定できる。バッテリーのこの物性を利用して、従来からバッテリーの残容量を検出する方法として、開放電圧を検出して、開放電圧から残容量を特定する方法が採用されている。（特許文献１参照） After a battery is fully charged, the open circuit voltage decreases as the remaining capacity (SOC) decreases as the battery discharges, and as the remaining capacity (SOC) increases after discharging and charging, the open circuit voltage gradually increases. The remaining capacity (SOC) can be determined from the open circuit voltage. Conventionally, a method of detecting the open circuit voltage and identifying the remaining capacity from the open circuit voltage has been adopted as a method of detecting the remaining capacity of the battery by utilizing this physical property of the battery. (See Patent Document 1)

特開２０１８－１６９２３８号公報JP2018-169238A

バッテリーの充放電を停止して開放電圧を検出し、開放電圧から残容量を予測する残容量（ＳＯＣ）の検出方法は、開放電圧から残容量を正確に予測するために、充放電を停止した後、開放電圧を検出するまでの時間を長く、例えばバッテリーの充放電を停止した後、１時間経過して開放電圧を検出する必要があった。バッテリーの充電を停止した後、開放電圧が次第に低下するので、開放電圧が低下して、残容量を正確に予測できる開放電圧まで低下して収束するまで長い時間を必要とするからである。したがって、開放電圧から残容量を正確に予測するには、充放電を停止する時間が相当に長くなる。このため、開放電圧からバッテリーの残容量を検出するのに時間かかる問題があった。たとえば、バッテリーの残容量検出に１時間も充電を停止する検出方法では、バッテリーを満充電する時間が長くなる問題に加えて、現実の使用環境において、バッテリーの残容量を頻繁に検出して正確に表示するのを阻害する。 The remaining capacity (SOC) detection method is to stop charging and discharging the battery, detect the open-circuit voltage, and predict the remaining capacity from the open-circuit voltage.In order to accurately predict the remaining capacity from the open-circuit voltage, After that, it was necessary to take a long time to detect the open circuit voltage, for example, it was necessary to detect the open circuit voltage one hour after stopping charging and discharging the battery. This is because the open-circuit voltage gradually decreases after charging of the battery is stopped, and it takes a long time for the open-circuit voltage to decrease and converge to an open-circuit voltage that allows accurate prediction of the remaining capacity. Therefore, in order to accurately predict the remaining capacity from the open-circuit voltage, it takes a considerable amount of time to stop charging and discharging. For this reason, there was a problem in that it took a long time to detect the remaining capacity of the battery from the open circuit voltage. For example, with a detection method that stops charging for as long as an hour to detect the remaining capacity of a battery, in addition to the problem of taking a long time to fully charge the battery, in the actual usage environment, the remaining capacity of the battery must be detected frequently and accurately. prevents display on the screen.

本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、バッテリーの充放電を停止する時間を著しく短縮して、バッテリーの残容量を速やかに検出できるバッテリーの残容量を検出する方法を提供することにある。 The present invention has been developed to further eliminate the above-mentioned drawbacks, and an important purpose of the present invention is to significantly shorten the time it takes to stop charging and discharging the battery, and to quickly discharge the remaining capacity of the battery. The object of the present invention is to provide a method for detecting the remaining capacity of a battery.

本発明のある実施態様に係るバッテリーの残容量を検出する方法は、バッテリーの開放電圧を検出して、検出する開放電圧から残容量を特定する残容量（％）の検出方法であって、バッテリーの充放電を停止した後、所定の時間間隔で開放電圧を複数回検出する電圧検出ステップと、電圧検出ステップで検出する複数回の開放電圧から開放電圧が低下する予測関数を演算する関数設定ステップと、関数設定ステップで特定される予測関数に基づいて、バッテリーの開放電圧が低下して収束する収束タイミングにおける予測開放電圧を演算する演算ステップと、演算ステップで演算された予測開放電圧から予測残容量（％）を特定する残容量予測ステップとを含んでいる。 A method for detecting the remaining capacity of a battery according to an embodiment of the present invention is a method for detecting the remaining capacity (%) of the battery by detecting the open circuit voltage of the battery and identifying the remaining capacity from the detected open circuit voltage. a voltage detection step that detects the open circuit voltage multiple times at predetermined time intervals after stopping charging and discharging; and a function setting step that calculates a predictive function for decreasing the open circuit voltage from the multiple open circuit voltages detected in the voltage detection step. and a calculation step of calculating the predicted open-circuit voltage at the convergence timing when the open-circuit voltage of the battery decreases and converges based on the prediction function specified in the function setting step, and calculating the predicted residual voltage from the predicted open-circuit voltage calculated in the calculation step. and a remaining capacity prediction step of specifying capacity (%).

以上のバッテリーの残容量を検出する方法は、バッテリーの充放電を停止する時間を著しく短縮して、バッテリーの残容量を速やかに検出できる特長がある。 The above-described method for detecting the remaining capacity of a battery has the advantage that the time required to stop charging and discharging the battery can be significantly shortened, and the remaining capacity of the battery can be quickly detected.

リチウムイオン二次電池の開放電圧に対して残容量（ＳＯＣ）が変化する特性を示すグラフである。It is a graph showing the characteristic that the remaining capacity (SOC) changes with respect to the open circuit voltage of a lithium ion secondary battery. 充電を停止したバッテリーの電圧が低下する特性の一例を示すグラフである。It is a graph showing an example of a characteristic in which the voltage of a battery that has stopped being charged decreases. 図２に示すグラフの一部拡大図である。3 is a partially enlarged view of the graph shown in FIG. 2. FIG. 開放電圧から残容量（ＳＯＣ）が特定されたバッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正する一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of correcting the full charge capacity (FCC) of a battery whose remaining capacity (SOC) is determined from the open circuit voltage. 開放電圧から残容量（ＳＯＣ）が特定されたバッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正する他の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating another example of correcting the full charge capacity (FCC) of a battery whose remaining capacity (SOC) is determined from the open circuit voltage.

本発明の一実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、バッテリーの開放電圧を検出して、検出する開放電圧から残容量を特定する残容量（％）の検出方法であって、バッテリーの充放電を停止した後、所定の時間間隔で開放電圧を複数回検出する電圧検出ステップと、電圧検出ステップで検出する複数回の開放電圧から開放電圧が低下する予測関数を演算する関数設定ステップと、関数設定ステップで特定される予測関数に基づいて、バッテリーの開放電圧が低下して収束する収束タイミングにおける予測開放電圧を演算する演算ステップと、演算ステップで演算された予測開放電圧から予測残容量（％）を特定する残容量予測ステップとを含んでいる。 A method for detecting the remaining capacity of a battery according to an embodiment of the present invention is a method for detecting the remaining capacity (%) of the battery by detecting the open circuit voltage of the battery and identifying the remaining capacity from the detected open circuit voltage. a voltage detection step that detects the open circuit voltage multiple times at predetermined time intervals after stopping charging and discharging; and a function setting step that calculates a predictive function for decreasing the open circuit voltage from the multiple open circuit voltages detected in the voltage detection step. and a calculation step of calculating the predicted open-circuit voltage at the convergence timing when the open-circuit voltage of the battery decreases and converges based on the prediction function specified in the function setting step, and calculating the predicted residual voltage from the predicted open-circuit voltage calculated in the calculation step. and a remaining capacity prediction step of specifying capacity (%).

以上のバッテリーの残容量を検出する方法は、充放電を停止した後、バッテリーの開放電圧を複数回にわたって検出し、検出する開放電圧から電圧が低下する予測関数を演算し、この予測関数に基づいて、所定の時間経過後の収束タイミングにおいてバッテリーの予測開放電圧を演算し、さらに演算する予測開放電圧で、開放電圧と残容量（ＳＯＣ）の特性に基づいて予測残容量（ＳＯＣ）を特定するので、バッテリーの開放電圧を検出する時間を著しく短縮して、バッテリーの残容量を速やかに検出できる。 The above method of detecting the remaining capacity of a battery is to detect the open-circuit voltage of the battery multiple times after stopping charging and discharging, calculate a prediction function for the voltage to drop from the detected open-circuit voltage, and based on this prediction function. Then, the predicted open-circuit voltage of the battery is calculated at the convergence timing after a predetermined period of time has elapsed, and the predicted open-circuit voltage calculated is used to identify the predicted remaining capacity (SOC) based on the characteristics of the open-circuit voltage and the remaining capacity (SOC). Therefore, the time required to detect the open circuit voltage of the battery is significantly shortened, and the remaining capacity of the battery can be quickly detected.

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、電圧検出ステップにおいて、開放電圧を検出する時間帯を、収束タイミングの１／２０以下とすることができる。 In the method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention, in the voltage detection step, the time period for detecting the open circuit voltage can be set to 1/20 or less of the convergence timing.

以上のバッテリーの残容量を検出する方法は、電圧検出ステップで開放電圧を検出する時間帯を収束タイミングの１／２０以下とするので、電圧検出ステップの時間帯を短くしながら、バッテリーの残容量（ＳＯＣ）を正確に検出できる特長がある。それは、電圧検出ステップの後、バッテリーの充放電を開始しながら、バッテリーの充放電停止時におけるバッテリーの開放電圧となる予測開放電圧を演算し、この予測開放電圧から残容量（ＳＯＣ）を特定するからである。 The above method for detecting the remaining capacity of the battery is to set the time period for detecting the open circuit voltage in the voltage detection step to be 1/20 or less of the convergence timing, so the remaining capacity of the battery can be detected while shortening the time period of the voltage detection step. It has the advantage of being able to accurately detect (SOC). After the voltage detection step, while starting charging and discharging the battery, a predicted open-circuit voltage, which is the open-circuit voltage of the battery when charging and discharging of the battery is stopped, is calculated, and the remaining capacity (SOC) is determined from this predicted open-circuit voltage. It is from.

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、収束タイミングを、１時間±３０分の範囲とすることができる。 In the method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention, the convergence timing can be set within a range of 1 hour ± 30 minutes.

以上のバッテリーの残容量を検出する方法は、電圧検出ステップにおいて開放電圧を検出した後、バッテリーの充放電を開始しながら、開放電圧検出時から１時間±３０分の範囲の時間経過後の開放電圧を予測して、残容量（ＳＯＣ）を特定するので、バッテリーの充放電を長時間にわたって停止することなく、予測開放電圧から残容量（ＳＯＣ）を正確に特定できる特長がある。 The above method of detecting the remaining capacity of the battery is to detect the open circuit voltage in the voltage detection step, then start charging and discharging the battery, and then release the battery after a time period of 1 hour ± 30 minutes has elapsed from the detection of the open circuit voltage. Since the remaining capacity (SOC) is determined by predicting the voltage, the remaining capacity (SOC) can be accurately determined from the predicted open-circuit voltage without stopping charging and discharging the battery for a long time.

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、電圧検出ステップにおいて、所定の時間間隔で３回以上開放電圧を測定することができる。 In the method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention, the open circuit voltage can be measured three or more times at predetermined time intervals in the voltage detection step.

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、予測関数を、時間（ｘ）を変数とする以下の累乗関数とすることができる。
開放電圧（ＯＣＶ）＝ａｘｂ
ただし、ｘは時間、ａ、ｂは近似曲線係数 In a method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention, the prediction function can be the following power function with time (x) as a variable.
Open circuit voltage (OCV) = ax b
However, x is time, a, b are approximate curve coefficients

以上のバッテリーの残容量を検出する方法は、バッテリーの充放電を停止して開放電圧が低下する予測関数を、所定の電圧に収束する累乗関数とすることで、バッテリーの充放電を長時間停止することなく、収束タイミングを長くして、バッテリーの残容量（ＳＯＣ）を正確に予測できる特長がある。 The above method of detecting the remaining capacity of a battery is to stop charging and discharging the battery for a long time by using a power function that converges to a predetermined voltage as a prediction function that causes the open circuit voltage to drop when charging and discharging the battery is stopped. The feature is that it is possible to accurately predict the remaining capacity (SOC) of the battery by lengthening the convergence timing without having to do so.

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、バッテリーを非水電解液二次電池とすることができる。 In the method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention, the battery can be a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、電圧検出ステップにおいてバッテリーの開放電圧を測定した後、バッテリーを充電停止電圧まで充電して、充電開始から充電停止電圧までの充電容量（Ａｈ）を検出し、充電容量（Ａｈ）と予測残容量（ＳＯＣ）からバッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正する満充電容量補正ステップを含むことができる。 In a method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention, after measuring the open circuit voltage of the battery in the voltage detection step, the battery is charged to a charging stop voltage, and the voltage is increased from the start of charging to the charging stop voltage. The method may include a full charge capacity correction step of detecting the charge capacity (Ah) and correcting the full charge capacity (FCC) of the battery from the charge capacity (Ah) and the estimated remaining capacity (SOC).

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、満充電容量補正ステップにおける充電停止電圧を、残容量（ＳＯＣ）を１００％とする満充電電圧の８０％ないし１００％の電圧とすることができる。 A method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention is to set the charging stop voltage in the full charge capacity correction step to 80% to 100% of the full charge voltage with the remaining capacity (SOC) as 100%. It can be a voltage.

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、電圧検出ステップにおいてバッテリーの開放電圧を測定した後、バッテリーを放電停止電圧まで放電して、放電開始から放電停止電圧までの放電容量（Ａｈ）を検出し、放電容量（Ａｈ）と予測残容量（ＳＯＣ）からバッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正する満充電容量補正ステップを含むことができる。 A method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention is to measure the open-circuit voltage of the battery in the voltage detection step, and then discharge the battery to the discharge stop voltage. The method may include a full charge capacity correction step of detecting the discharge capacity (Ah) and correcting the full charge capacity (FCC) of the battery from the discharge capacity (Ah) and the predicted remaining capacity (SOC).

本発明の他の実施態様にかかるバッテリーの残容量を検出する方法は、満充電容量補正ステップにおける放電停止電圧を、残容量（ＳＯＣ）を０とする最低電圧の０％ないし２０％の電圧とすることができる。 A method for detecting the remaining capacity of a battery according to another embodiment of the present invention sets the discharge stop voltage in the full charge capacity correction step to a voltage of 0% to 20% of the lowest voltage at which the remaining capacity (SOC) is 0. can do.

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on the drawings. In the following explanation, terms indicating specific directions or positions (for example, "upper", "lower", and other terms containing these terms) are used as necessary, but the use of these terms is The purpose of the drawings is to facilitate understanding of the invention with reference to the drawings, and the technical scope of the invention is not limited by the meanings of these terms.
Further, the embodiments shown below are illustrative of specific examples of the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. In addition, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the component parts described below are not intended to limit the scope of the present invention, unless specifically stated, but are merely illustrative. It was intended. Furthermore, the content described in one embodiment or example is also applicable to other embodiments or examples. Furthermore, the sizes, positional relationships, etc. of members shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.

（実施の形態１）
バッテリーは、残容量（ＳＯＣ）を検出することで、バッテリーの使用可能時間を表示して便利に使用できる。たとえば、ラップトップコンピュータの使用環境において、バッテリーの使用時間を正確に表示することは、作業中にバッテリーが放電されて使用できなくなる弊害を防止するために極めて大切である。バッテリーの残容量は、充放電電流を積算して検出できるが、この方法による残容量（ＳＯＣ）の演算は、誤差が累積するので、次第に誤差が大きくなる。リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池は、充放電を停止して開放電圧を検出して残容量が特定できるので、繰り返し残容量を検出して正確に表示できる特長がある。 (Embodiment 1)
By detecting the remaining capacity (SOC), the battery can be conveniently used by displaying the remaining battery usage time. For example, in a laptop computer usage environment, it is extremely important to accurately display the battery usage time in order to prevent the battery from being discharged during work and becoming unusable. The remaining capacity of the battery can be detected by integrating the charging and discharging currents, but when calculating the remaining capacity (SOC) using this method, errors accumulate, so the errors gradually increase. Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries can determine the remaining capacity by stopping charging and discharging and detecting the open circuit voltage, so they have the advantage of being able to repeatedly detect and accurately display the remaining capacity.

図１はリチウムイオン二次電池の開放電圧に対して残容量（ＳＯＣ）が変化する特性を示している。この電気特性のバッテリーは、残容量（ＳＯＣ）が１００％の満充電状態から、残容量（ＳＯＣ）が０％となるまで放電すると開放電圧は次第に低下する。この図に示す「残容量－開放電圧」の特性は、バッテリーの劣化度の影響を受けないので、劣化したバッテリーも開放電圧から残容量（ＳＯＣ）を特定できる。ただ、残容量（ＳＯＣ）を特定する開放電圧は、バッテリーの充放電を停止した後、電圧変化が一定値に収束する時間、例えば１時間経過して検出する必要がある。なお、本明細書において、バッテリーの開放電圧が低下して一定値に収束するまでの時間を収束タイミングとする。 FIG. 1 shows the characteristics in which the remaining capacity (SOC) changes with respect to the open circuit voltage of a lithium ion secondary battery. When a battery with this electrical characteristic is discharged from a fully charged state with a remaining capacity (SOC) of 100% to a remaining capacity (SOC) of 0%, the open circuit voltage gradually decreases. Since the characteristic of "remaining capacity - open circuit voltage" shown in this figure is not affected by the degree of deterioration of the battery, the remaining capacity (SOC) of a deteriorated battery can be determined from the open circuit voltage. However, the open-circuit voltage that specifies the remaining capacity (SOC) needs to be detected after the voltage change converges to a constant value, for example, one hour after charging and discharging the battery is stopped. Note that in this specification, the time from when the open-circuit voltage of the battery decreases until it converges to a constant value is defined as convergence timing.

図２は充電を停止したバッテリーの電圧が低下する特性の一例を示している。この図に示すように、バッテリーの開放電圧は、充電を停止したタイミングから次第に低下して、約１時間経過後には一定の電圧に収束する。したがって、充電を停止して１時間後には開放電圧から残容量（ＳＯＣ）を特定できる。この方法は、誤差の累積や劣化度の影響を受けることなく残容量（ＳＯＣ）を正確に検出できるが、残容量の検出に１時間も充電を停止する必要がある。 FIG. 2 shows an example of a characteristic in which the voltage of a battery that has stopped being charged decreases. As shown in this figure, the open circuit voltage of the battery gradually decreases from the timing when charging is stopped, and converges to a constant voltage after about one hour. Therefore, the remaining capacity (SOC) can be determined from the open circuit voltage one hour after charging is stopped. Although this method can accurately detect the remaining capacity (SOC) without being affected by the accumulation of errors or the degree of deterioration, it is necessary to stop charging for as long as one hour to detect the remaining capacity.

以下のバッテリーの残容量を検出する方法は、短時間にバッテリーの残容量を検出するために、プリ充電ステップ、電圧検出ステップと、関数設定ステップと、演算ステップと、残容量予測ステップとで残容量を検出する。 The following method for detecting the remaining battery capacity consists of a pre-charging step, a voltage detection step, a function setting step, a calculation step, and a remaining capacity prediction step in order to detect the remaining battery capacity in a short time. Detect capacity.

（プリ充電ステップ）
開放電圧から残容量（ＳＯＣ）を特定する方法は、開放電圧を検出する前工程でバッテリーをプリ充電することで、バッテリーの開放電圧を上昇させて、電圧検出ステップにおける開放電圧の変化値を大きくして、より高い精度で予測関数を特定できる。図３の時間拡大図は、プリ充電ステップを１０秒に設定しているが、プリ充電ステップは５秒以上で、３０秒以下とすることができる。ただ、本発明のバッテリーの残容量を検出する方法は、プリ充電ステップを必ずしも必須のステップとするものでなく、バッテリーをプリ充電することなく、以下の電圧検出ステップでバッテリーの開放電圧を検出することもできる。 (Pre-charging step)
The method of identifying the remaining capacity (SOC) from the open circuit voltage is to precharge the battery in the process before detecting the open circuit voltage, thereby increasing the open circuit voltage of the battery and increasing the change value of the open circuit voltage in the voltage detection step. The prediction function can be identified with higher accuracy. In the time enlarged diagram of FIG. 3, the pre-charging step is set to 10 seconds, but the pre-charging step can be 5 seconds or more and 30 seconds or less. However, the method of detecting the remaining capacity of a battery according to the present invention does not necessarily require the pre-charging step, and instead detects the open circuit voltage of the battery in the voltage detection step below without pre-charging the battery. You can also do that.

（電圧検出ステップ）
このステップは、バッテリーの充放電を停止した後、所定の時間間隔で開放電圧を複数回検出する。図３は、このステップにおいて、充電を停止してから１秒後と、充電停止から１０秒間隔で６回の合計７回、全体の時間帯を１分として、バッテリーの開放電圧を検出する状態を示している。電圧検出ステップは、開放電圧を検出する時間帯を１分よりも長くして、残容量の測定精度を高くできるが、充放電の停止時間が長くなるので、例えば３分以下、好ましくは２分以下として、収束タイミングの１／２０以下とする。さらに、開放電圧の検出回数も、多くして残容量の精度を高くできるので、好ましくは３回以上、さらに好ましくは５回以上とする。 (voltage detection step)
In this step, after charging and discharging the battery is stopped, the open circuit voltage is detected multiple times at predetermined time intervals. Figure 3 shows a state in which the open circuit voltage of the battery is detected in this step, 7 times in total, 1 second after stopping charging and 6 times at 10 second intervals after stopping charging, with a total time period of 1 minute. It shows. In the voltage detection step, the time period for detecting the open circuit voltage can be made longer than 1 minute to increase the accuracy of measuring the remaining capacity, but since the charging/discharging stop time becomes longer, the time period for detecting the open circuit voltage can be made longer than 1 minute, for example, 3 minutes or less, preferably 2 minutes. The following is assumed to be 1/20 or less of the convergence timing. Furthermore, since the accuracy of remaining capacity can be increased by increasing the number of times the open circuit voltage is detected, it is preferably three or more times, more preferably five or more times.

（関数設定ステップ）
このステップは、電圧検出ステップで検出する複数回の開放電圧から、開放電圧が収束する予測関数を演算する。予測関数は、開放電圧が時間の経過で一定の電圧に収束する累乗関数として、収束タイミング後におけるバッテリーの予測開放電圧を演算する。累乗関数は、複数の開放電圧と時間から係数を特定することで、所定時間経過後の開放電圧を高い精度で演算できる。 (function setting step)
In this step, a prediction function for converging the open-circuit voltage is calculated from the open-circuit voltage detected multiple times in the voltage detection step. The prediction function calculates the predicted open circuit voltage of the battery after the convergence timing as a power function in which the open circuit voltage converges to a constant voltage over time. By specifying a coefficient from a plurality of open circuit voltages and times, the power function can calculate the open circuit voltage after a predetermined period of time with high accuracy.

累乗関数は、時間（ｘ）を変数とする以下の式で、所定時間経過後の開放電圧を正確に予測できる。
開放電圧（ＯＣＶ［ｍＶ］）＝ａｘｂ
ただし、ｘは時間［ｓ］、 ａ、ｂは近似曲線係数 The power function can accurately predict the open circuit voltage after a predetermined period of time using the following equation with time (x) as a variable.
Open circuit voltage (OCV [mV]) = ax b
However, x is time [s], a, b are approximate curve coefficients

電圧検出ステップにおいて図２と図３で示す電圧値で変化する累乗関数は、充電を停止した１秒後と、充電停止から１０秒間隔で６回検出する以下の開放電圧から近似曲線係数のａとｂを演算する。
図２と図３に示すグラフで低下する開放電圧は、１～６０秒後の開放電圧が以下の電圧値となる。
１秒後（ｘ＝１）……３８８７ｍＶ
１０秒後（ｘ＝１０）…３８８３ｍＶ
２０秒後（ｘ＝２０）…３８７９ｍＶ
３０秒後（ｘ＝３０）…３８７６ｍＶ
４０秒後（ｘ＝４０）…３８７４ｍＶ
５０秒後（ｘ＝５０）…３８７３ｍＶ
６０秒後（ｘ＝６０）…３８７１ｍＶ The power function that changes with the voltage values shown in FIGS. 2 and 3 in the voltage detection step is determined by the approximation curve coefficient a from the following open-circuit voltage detected 1 second after stopping charging and 6 times at 10-second intervals after stopping charging. and b are calculated.
The open circuit voltage that decreases in the graphs shown in FIGS. 2 and 3 after 1 to 60 seconds has the following voltage value.
1 second later (x=1)...3887mV
10 seconds later (x=10)...3883mV
20 seconds later (x=20)...3879mV
After 30 seconds (x=30)...3876mV
After 40 seconds (x=40)...3874mV
After 50 seconds (x=50)...3873mV
After 60 seconds (x=60)...3871mV

以上の開放電圧から累乗関数のａとｂを演算して、開放電圧の近似曲線を特定すると、
ａ＝３８８８．８
ｂ＝－０．０００９９ となる。 If we calculate the power functions a and b from the above open circuit voltage and identify the approximate curve of the open circuit voltage, we get
a=3888.8
b=-0.00099.

図２と図３の開放電圧で低下する累乗関数は、ａとｂを以上の係数として開放電圧の近似曲線となるが、電圧検出ステップにおけるバッテリーの開放電圧の低下は、検出する開放電圧により変化するので、電圧検出ステップで検出する開放電圧から、ａとｂを演算して、近似曲線係数を特定する。累乗関数のａとｂを特定する演算は、バッテリーから電力を供給している負荷に内蔵する処理速度の速い演算部で演算することで、速やかに特定できる。たとえば、電源としてラップトップコンピュータに内蔵されるバッテリーパックにおいては、バッテリーパック内の演算部で演算することなく、ラップトップコンピュータ側で演算して速やかに近似曲線係数のａとｂを特定できる。 The power function that decreases with the open circuit voltage in Figures 2 and 3 becomes an approximate curve of the open circuit voltage with a and b as coefficients, but the decrease in the battery open circuit voltage in the voltage detection step changes depending on the detected open circuit voltage. Therefore, a and b are calculated from the open-circuit voltage detected in the voltage detection step to specify the approximation curve coefficient. The calculation for specifying a and b of the power function can be quickly specified by performing the calculation using a high processing speed calculation unit built into the load that is supplied with power from the battery. For example, in a battery pack that is built into a laptop computer as a power source, the approximation curve coefficients a and b can be quickly determined by calculations on the laptop computer side, without having to perform calculations in the calculation unit inside the battery pack.

（演算ステップ）
このステップは、近似曲線係数が特定された累乗関数に基づいて、収束タイミングにおけるバッテリーの予測開放電圧を演算する。収束タイミングを１時間後、すなわち３６００秒経過後（ｘ＝３６００）として演算すると、
予測開放電圧は３８５７．３４ｍＶとなる。 (calculation step)
In this step, the predicted open circuit voltage of the battery at the convergence timing is calculated based on the power function for which the approximation curve coefficient has been specified. When calculating the convergence timing after 1 hour, that is, after 3600 seconds (x = 3600),
The predicted open circuit voltage is 3857.34 mV.

以上のバッテリーは、充電を停止して１時間経過後の開放電圧を実測すると、開放電圧は３８５７ｍＶとなり、予測開放電圧との誤差は、０．３４ｍＶ（０．０１％）と極めて小さく、実質的に無視できる誤差となる。 When the open-circuit voltage of the above battery was actually measured one hour after charging was stopped, the open-circuit voltage was 3857 mV, and the error from the predicted open-circuit voltage was as small as 0.34 mV (0.01%), which was practically This results in a negligible error.

以上のステップは、収束タイミングを１時間（３６００秒）経過後として予測開放電圧を演算するが、本発明は収束タイミングを１時間に特定するものでなく、例えば、１時間±３０分の範囲とし、あるいはさらに１時間±１時間の範囲として予測開放電圧を演算することもできる。 In the above steps, the predicted open-circuit voltage is calculated with the convergence timing set after 1 hour (3600 seconds) has elapsed, but the present invention does not specify the convergence timing to 1 hour, but for example, calculates the convergence timing in the range of 1 hour ± 30 minutes. Alternatively, the predicted open circuit voltage can also be calculated as a range of 1 hour±1 hour.

（残容量予測ステップ）
このステップは、演算ステップで演算した予測開放電圧から予測残容量（ＳＯＣ）［％］を特定する。バッテリーの開放電圧に対する残容量（ＳＯＣ）は、バッテリーにより特定されるので、開放電圧に対する残容量（ＳＯＣ）は、予めメモリやルックアップテーブルに記憶して、開放電圧から残容量（ＳＯＣ）を特定する。 (Remaining capacity prediction step)
In this step, the predicted remaining capacity (SOC) [%] is specified from the predicted open circuit voltage calculated in the calculation step. The remaining capacity (SOC) with respect to the open circuit voltage of the battery is specified by the battery, so the remaining capacity (SOC) with respect to the open circuit voltage is stored in memory or a lookup table in advance, and the remaining capacity (SOC) is specified from the open circuit voltage. do.

（満充電容量補正ステップ）
バッテリーは残容量（ＳＯＣ）に加えて、満充電容量（ＦＣＣ）を補正して、負荷に電力を供給できる時間を正確に演算できる。それは、残容量（ＳＯＣ）が同じバッテリーにおいても、劣化して満充電容量（ＦＣＣ）が１０Ａｈから８Ａｈに低下したバッテリーは、同じ負荷に電力を供給しながら、供給できる時間は８０％に低下するからである。このステップで、バッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正したバッテリーは、残容量（ＳＯＣ）を検出したタイミングで、負荷に供給できる時間、すなわち総電力（Ａｈ）を正確に演算できる特長がある。 (Full charge capacity correction step)
In addition to the remaining capacity (SOC) of a battery, the full charge capacity (FCC) can be corrected to accurately calculate the amount of time that the battery can supply power to the load. This means that even if a battery has the same remaining capacity (SOC), if the battery deteriorates and its fully charged capacity (FCC) drops from 10Ah to 8Ah, the amount of time it can supply electricity to the same load will drop to 80%. It is from. A battery whose full charge capacity (FCC) is corrected in this step has the advantage that the time that it can supply to the load, that is, the total power (Ah), can be accurately calculated at the timing when the remaining capacity (SOC) is detected.

このステップは、電圧検出ステップでバッテリーの開放電圧を検出した後、充電し又は放電してバッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正する。この充放電を停止して、電圧検出ステップにおいてバッテリーの開放電圧を測定した後、バッテリーを充電して充電停止電圧まで充電して、充電を開始してから充電を停止するまでの充電容量（Ａｈ）を積算し、積算した充電容量（Ａｈ）と予測残容量（ＳＯＣ）からバッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正する。 In this step, after detecting the open circuit voltage of the battery in the voltage detection step, the battery is charged or discharged to correct the full charge capacity (FCC) of the battery. After stopping this charging and discharging and measuring the open circuit voltage of the battery in the voltage detection step, the battery is charged to the charging stop voltage, and the charging capacity (Ah ) and correct the battery's full charge capacity (FCC) from the accumulated charge capacity (Ah) and estimated remaining capacity (SOC).

図４は、開放電圧から特定する残容量（ＳＯＣ）が３０％であるバッテリーを、充電停止電圧である満充電電圧まで充電する充電容量（Ａｈ）を示している。残容量（ＳＯＣ）が３０％のバッテリーは、残容量（ＳＯＣ）が７０％増加するように充電して満充電されるので、残容量（ＳＯＣ）を７０％増加させる充電容量（Ａｈ）が７Ａｈであるバッテリーは、満充電容量（ＦＣＣ）が１０Ａｈとなる。 FIG. 4 shows the charging capacity (Ah) for charging a battery whose remaining capacity (SOC) determined from the open-circuit voltage is 30% to the full charge voltage, which is the charging stop voltage. A battery with a remaining capacity (SOC) of 30% is charged so that the remaining capacity (SOC) increases by 70% and is fully charged, so the charging capacity (Ah) that increases the remaining capacity (SOC) by 70% is 7Ah. The battery has a full charge capacity (FCC) of 10Ah.

以上の方法は、以下の式で満充電容量（ＦＣＣ）を演算して補正できる。
満充電容量（ＦＣＣ）＝充電容量（Ａｈ）×１００／［１００－残容量（ＳＯＣ）］ The above method can be corrected by calculating the full charge capacity (FCC) using the following formula.
Full charge capacity (FCC) = Charge capacity (Ah) x 100/[100 - remaining capacity (SOC)]

また、このステップは、バッテリーの充放電を停止して、電圧検出ステップにおいてバッテリーの開放電圧を測定した後、バッテリーを放電して残容量（ＳＯＣ）を０％とする放電停止電圧まで放電して、放電を開始してから停止するまでの放電容量（Ａｈ）を積算し、積算した放電容量（Ａｈ）と予測残容量（ＳＯＣ）とから、バッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正することもできる。 In addition, in this step, charging and discharging of the battery is stopped, and the open circuit voltage of the battery is measured in the voltage detection step, and then the battery is discharged to a discharge stop voltage that sets the remaining capacity (SOC) to 0%. It is also possible to integrate the discharge capacity (Ah) from the start of discharge until it stops, and correct the full charge capacity (FCC) of the battery from the accumulated discharge capacity (Ah) and the predicted remaining capacity (SOC). can.

このバッテリーは、図４において、開放電圧から特定する残容量（ＳＯＣ）が３０％であるバッテリーを、残容量（ＳＯＣ）を０％とする充電停止電圧まで放電すると、放電容量（Ａｈ）が３Ａｈとなる。すなわち、残容量（ＳＯＣ）が３０％のバッテリーは、残容量（ＳＯＣ）が３０％低下するように放電して残容量（ＳＯＣ）が０％となるので、残容量（ＳＯＣ）を３０％低下する充電容量（Ａｈ）が３Ａｈとなり、満充電容量（ＦＣＣ）は１０Ａｈとなる。 In Fig. 4, when a battery whose remaining capacity (SOC) specified from the open circuit voltage is 30% is discharged to the charging stop voltage that makes the remaining capacity (SOC) 0%, the discharge capacity (Ah) is 3Ah. becomes. In other words, a battery with a remaining capacity (SOC) of 30% is discharged so that the remaining capacity (SOC) decreases by 30%, and the remaining capacity (SOC) becomes 0%, so the remaining capacity (SOC) decreases by 30%. The charging capacity (Ah) is 3Ah, and the full charge capacity (FCC) is 10Ah.

以上の方法は、以下の式で満充電容量（ＦＣＣ）を演算して補正できる。
満充電容量（ＦＣＣ）＝放電容量（Ａｈ）×１００／残容量（ＳＯＣ） The above method can be corrected by calculating the full charge capacity (FCC) using the following formula.
Full charge capacity (FCC) = discharge capacity (Ah) x 100/remaining capacity (SOC)

以上のバッテリーの残容量を検出する方法は、充電するバッテリーの充電停止電圧を残容量（ＳＯＣ）が１００％となる満充電電圧とし、放電するバッテリーの放電を停止する残容量（ＳＯＣ）が０％となる最低電圧として、満充電容量（ＦＣＣ）を補正するが、充電してバッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を演算する方法は、充電停止電圧を残容量（ＳＯＣ）が８０～１００％とする電圧に設定し、また、バッテリーを放電して満充電容量（ＦＣＣ）を演算する方法は、放電するバッテリーの放電を停止する放電停止電圧を、残容量（ＳＯＣ）が０～２０％となる電圧に設定して、満充電容量（ＦＣＣ）を補正することができる。 The above method for detecting the remaining capacity of a battery is to set the charging stop voltage of the battery to be charged to the full charge voltage at which the remaining capacity (SOC) is 100%, and the remaining capacity (SOC) of the battery to be discharged to stop discharging to 0. %, the full charge capacity (FCC) is corrected, but the method of calculating the full charge capacity (FCC) of the battery after charging is based on the charging stop voltage when the remaining capacity (SOC) is 80 to 100%. The method of calculating the full charge capacity (FCC) by discharging the battery is to set the discharge stop voltage to stop discharging the battery when the remaining capacity (SOC) is 0 to 20%. The voltage can be set to correct the full charge capacity (FCC).

図５は、開放電圧から検出する残容量（ＳＯＣ）が４０％であるバッテリーを充電して、充電停止電圧を残容量（ＳＯＣ）８０％の電圧として充電を停止して満充電容量（ＦＣＣ）を補正し、また、このバッテリーを放電して、放電停止電圧を残容量（ＳＯＣ）２０％の電圧として放電を停止して満充電容量（ＦＣＣ）を補正する方法を示している。このバッテリーは、充電して残容量（ＳＯＣ）を４０％増加する充電容量（Ａｈ）の積算値が４Ａｈとなるので、残容量（ＳＯＣ）を１００％増加する満充電容量（ＦＣＣ）は１０Ａｈとなる。また、このバッテリーは、放電して残容量（ＳＯＣ）を２０％低下する放電容量（Ａｈ）の積算値が２Ａｈとなるので、残容量（ＳＯＣ）を１００％低下する満充電容量（ＦＣＣ）は１０Ａｈとなる。 Figure 5 shows how to charge a battery whose remaining capacity (SOC) detected from the open circuit voltage is 40%, set the charging stop voltage to 80% of the remaining capacity (SOC), and stop charging to obtain the full charge capacity (FCC). In addition, a method of correcting the full charge capacity (FCC) by discharging the battery and stopping discharging by setting the discharge stop voltage to 20% of the remaining capacity (SOC) is shown. For this battery, the cumulative charging capacity (Ah) that increases the remaining capacity (SOC) by 40% is 4Ah, so the full charge capacity (FCC) that increases the remaining capacity (SOC) by 100% is 10Ah. Become. In addition, the cumulative value of the discharge capacity (Ah) at which the remaining capacity (SOC) decreases by 20% when this battery is discharged is 2Ah, so the full charge capacity (FCC) at which the remaining capacity (SOC) decreases by 100% is It becomes 10Ah.

本発明は、ラップトップコンピュータ等の種々の電子機器に使用されるバッテリーであって、例えばバッテリーの使用可能時間を表示するためにバッテリーの残容量を検出する方法として好適に採用される。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention is a battery used for various electronic devices, such as a laptop computer, Comprising: For example, it is suitably adopted as a method of detecting the remaining capacity of a battery in order to display the usable time of a battery.

Claims (10)

バッテリーの開放電圧を検出して、検出する開放電圧から残容量を特定する残容量（％）の検出方法であって、
バッテリーの充放電を停止した後、所定の時間間隔で開放電圧を複数回検出する電圧検出ステップと、
前記電圧検出ステップで検出する複数回の開放電圧から開放電圧が低下する予測関数を演算する関数設定ステップと、
前記関数設定ステップで特定される前記予測関数に基づいて、前記バッテリーの開放電圧が低下して収束する収束タイミングにおける予測開放電圧を演算する演算ステップと、
前記演算ステップで演算された予測開放電圧から予測残容量（％）を特定する残容量予測ステップとを含むバッテリーの残容量を検出する方法。 A method for detecting the remaining capacity (%) of detecting the open circuit voltage of a battery and identifying the remaining capacity from the detected open circuit voltage, the method comprising:
a voltage detection step of detecting open circuit voltage multiple times at predetermined time intervals after stopping charging and discharging the battery;
a function setting step of calculating a prediction function for decreasing the open circuit voltage from the plurality of open circuit voltages detected in the voltage detection step;
a calculation step of calculating a predicted open circuit voltage at a convergence timing when the open circuit voltage of the battery decreases and converges based on the prediction function specified in the function setting step;
A method for detecting the remaining capacity of a battery, including a remaining capacity predicting step of specifying a predicted remaining capacity (%) from the predicted open-circuit voltage calculated in the calculating step. 請求項１に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記電圧検出ステップにおいて、開放電圧を検出する時間帯が、前記収束タイミングの１／２０以下であるバッテリーの残容量を検出する方法。 A method for detecting the remaining capacity of the battery according to claim 1, comprising:
A method for detecting the remaining capacity of a battery in which, in the voltage detection step, the time period for detecting the open circuit voltage is 1/20 or less of the convergence timing. 請求項１又は２に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記収束タイミングが、１時間±３０分の範囲であるバッテリーの残容量を検出する方法。 A method for detecting remaining capacity of a battery according to claim 1 or 2, comprising:
A method for detecting remaining battery capacity in which the convergence timing is within a range of 1 hour ± 30 minutes. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記電圧検出ステップにおいて、所定の時間間隔で３回以上開放電圧を測定するバッテリーの残容量を検出する方法。 A method for detecting remaining capacity of a battery according to any one of claims 1 to 3, comprising:
In the voltage detection step, the open circuit voltage is measured three or more times at predetermined time intervals. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記予測関数が、時間（ｘ）を変数とする以下の累乗関数であるバッテリーの残容量を検出する方法。
開放電圧（ＯＣＶ）＝ａｘｂ
ただし、ｘは時間、ａ、ｂは近似曲線係数 A method for detecting remaining capacity of a battery according to any one of claims 1 to 4, comprising:
A method for detecting remaining capacity of a battery, wherein the prediction function is a power function of the following with time (x) as a variable.
Open circuit voltage (OCV) = ax b
However, x is time, a, b are approximate curve coefficients 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記バッテリーが非水電解液二次電池であるバッテリーの残容量を検出する方法。 A method for detecting remaining capacity of a battery according to any one of claims 1 to 5, comprising:
A method for detecting the remaining capacity of a battery, wherein the battery is a non-aqueous electrolyte secondary battery. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記電圧検出ステップにおいて前記バッテリーの開放電圧を測定した後、前記バッテリーを充電停止電圧まで充電して、充電開始から充電停止電圧までの充電容量（Ａｈ）を検出し、
充電容量（Ａｈ）と予測残容量（ＳＯＣ）から前記バッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正する満充電容量補正ステップを含むバッテリーの残容量を検出する方法
。 A method for detecting remaining capacity of a battery according to any one of claims 1 to 6, comprising:
After measuring the open circuit voltage of the battery in the voltage detection step, charging the battery to a charging stop voltage and detecting the charging capacity (Ah) from the start of charging to the charging stop voltage,
A method for detecting the remaining capacity of a battery, including a full charge capacity correction step of correcting a full charge capacity (FCC) of the battery from a charge capacity (Ah) and a predicted remaining capacity (SOC). 請求項７に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記満充電容量補正ステップにおける前記充電停止電圧が、残容量（ＳＯＣ）を１００％とする満充電電圧の８０％ないし１００％の電圧であるバッテリーの残容量を検出する方法。 A method for detecting remaining capacity of a battery according to claim 7,
A method for detecting the remaining capacity of a battery, wherein the charge stop voltage in the full charge capacity correction step is a voltage between 80% and 100% of a full charge voltage with the remaining capacity (SOC) being 100%. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記電圧検出ステップにおいて前記バッテリーの開放電圧を測定した後、前記バッテリーを放電停止電圧まで放電して、放電開始から放電停止電圧までの放電容量（Ａｈ）を検出し、
放電容量（Ａｈ）と予測残容量（ＳＯＣ）から前記バッテリーの満充電容量（ＦＣＣ）を補正する満充電容量補正ステップを含むバッテリーの残容量を検出する方法 A method for detecting remaining capacity of a battery according to any one of claims 1 to 6, comprising:
After measuring the open circuit voltage of the battery in the voltage detection step, discharging the battery to a discharge stop voltage and detecting the discharge capacity (Ah) from the start of discharge to the discharge stop voltage,
A method for detecting the remaining capacity of a battery, including a full charge capacity correction step of correcting the full charge capacity (FCC) of the battery from the discharge capacity (Ah) and the predicted remaining capacity (SOC). 請求項９に記載のバッテリーの残容量を検出する方法であって、
前記満充電容量補正ステップにおける前記放電停止電圧が、残容量（ＳＯＣ）を０とする最低電圧の０％ないし２０％の電圧であるバッテリーの残容量を検出する方法。 A method for detecting remaining capacity of a battery according to claim 9,
A method for detecting the remaining capacity of a battery, wherein the discharge stop voltage in the full charge capacity correction step is between 0% and 20% of the lowest voltage at which the remaining capacity (SOC) is 0.
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