JP4010288B2 - 二次電池の残容量算出方法およびバッテリパック - Google Patents

Description

この発明は、二次電池の残容量算出方法および電池パック、特にマイクロコンピュータを搭載したバッテリパックにおける残容量算出方法およびバッテリパックに関するものである。

現在、携帯可能な電子機器の電源として、二次電池、例えばリチウムイオン二次電池を搭載したものがある。リチウムイオン二次電池を搭載した電子機器では、該リチウムイオン二次電池の過充電状態を防止するために、満充電が検出され、同様に過放電状態を防止するために、その端子電圧から放電終止電圧が検出される。例えば、電子機器では、放電終止電圧が検出されると、システムを停止させるような制御がなされている。

このような、電子機器の充放電制御の一例として、リチウムイオン二次電池の端子電圧を用いた残容量算出法（以下、「電圧法」と称する）がある。

なお、放電時における充電型電池の端子電圧と残容量の関係を表し、マップを参照して放電を停止する容量（０容量）を算出し、この０容量を用いて積算算用量を補正することで、電流積算による累積誤差、充電型電池の負荷電流による容量変化、劣化による容量変化等の影響を補正することができ、これにより、残容量を高精度に検出することができ、また放電電流を加えた関係による３次元マップを用いることで、０容量の誤差を小さくすることができ、さらに劣化特性を含めた４次元マップを用いることで残容量の検出精度を更に高めることができるようにしているものもある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２８１３０６号公報

しかしながら、二次電池の端子電圧は、接続されている負荷に流れる電流や温度、劣化などのパラメータによって大きく変動を受けるため、電圧法でより正確に制御するためにはパラメータ毎の基準値を、例えばテーブルとして設ける必要がある。

このテーブルを全てのパラメータ毎に設けると膨大な数となり、マイクロコンピュータの内部に設けられているＲＯＭ（Read Only Memory）を費やすことになり、むやみやたらにテーブルを増やすことは難しいという問題があった。

また、テーブル中のデータは実際にあるパラメータにて評価した結果から算出しているため、想定した環境下では、高い精度を維持することができるが、そのパラメータから少しずれただけで予想もしない大きな誤差を生みやすいという問題があった。

また、記憶容量を減らすためにはテーブルを少なくすれば良いが、基準となるパラメータを減らすことになりテーブル間（条件間）となる値は、そのパラメータを補間する計算式が必要になってくる。さらに補間するときに、複数のパラメータ間の補間をしなければならない場合、各パラメータの相互作用を考慮して補間することによって生じる誤差を抑えることは極めて難しいという問題があった。

また、リチウムイオン二次電池における残容量算出法として一般的な電流積算法は充電電気量Ｑと放電電気量Ｑとがともに等しくなるというリチウムイオン二次電池の特性にあった方式であり、製造された初期の段階では高い精度で残容量算出を算出することができる。

しかしながら、測定誤差や長期保存状態における自己放電、セルの劣化などの影響により、製造されて長い年月が経過したり、数百回の充放電が繰り返されたりするにつれて、積算電気量の誤差をキャンセルさせる、いわゆる学習が必要になる。このとき、学習させる場合の正しい基準データとして、端子電圧を測定するが、リチウムイオン二次電池の場合は放電電圧変化の大きい放電末期で学習するのが一般的である。

しかしながら、今まで電流積算にて算出してきた部分と、電圧測定した結果にて学習を行い誤差をキャンセルした部分とでは、その値が大きく変動してしまうことが多く、特に放電末期における残り放電時間を算出する精度が一番重要なポイントとされている業務用カメラ向けバッテリなどの場合、この学習を放電末期に行ってしまうと、当然放電末期における残り放電時間を高い精度で算出することができないという問題があった。

また、長期間において高い精度の残容量算出が必要となる場合、学習を行った場合には、誤った学習をしないようにしなければならない。しかしながら、学習するデータとして電圧を基準としている場合、誤った学習を防止させることは非常に難しい。これは、リチウムイオン二次電池の端子電圧は、温度による電圧変動があり、また劣化状況や急激な負荷変動などによって大きく電圧変動が起こることが原因である。これらのパラメータをマイクロコンピュータが確実に把握することは不可能である。

従って、この発明は、上述した問題点を解決するためのものであり、すなわちマイクロコンピュータに内部に設けられているメモリに記憶させるテーブルの容量を小さく抑え、補間時に生じる誤差や参照テーブルを移行するときに出る算出値の段付きなどがなく、常に連続的で自然な残容量を算出することを目的とした二次電池の残容量算出方法およびバッテリパックを提供することにある。

上述した課題を達成するために第１の発明は、複数の二次電池の温度を検出し、電流および複数の二次電池のそれぞれの端子電圧を検出し、温度、電流、および端子電圧をデジタル化するステップと、
デジタル化された温度、電流、および端子電圧から電池分極電圧を算出するステップと、
検出された端子電圧から算出された電池分極電圧を加算または減算することで無負荷時の電池電圧を算出するステップと、
予め用意されている無負荷時の放電カーブをもった残量参照用データテーブルから、算出された無負荷時の電池電圧に基づいて仮残容量率を算出するステップと、
残量参照用データテーブルから放電終止予測点を求めるステップと、
放電終止予測点の残容量率を１００％から減算した放電可能容量率を求めるステップと、
（相対残容量率 ＝（仮残容量率−放電終止予測点）／放電可能容量率 ）の演算によって、相対残容量率を求めるステップと
からなることを特徴とする二次電池の残容量算出方法である。

第２の発明は、複数の二次電池と、
複数の二次電池の温度を検出する電池温度検出手段と、
電流および複数の二次電池のそれぞれの端子電圧を検出する電圧電流検出手段と、
温度、電流、および端子電圧をデジタル化し、デジタル化された温度、電流、および端子電圧から電池分極電圧を算出し、検出された端子電圧から算出された電池分極電圧を加算または減算することで無負荷時の電池電圧を算出し、予め用意されている無負荷時の放電カーブをもった残量参照用データテーブルから、算出された無負荷時の電池電圧に基づいて仮残容量率を算出し、残量参照用データテーブルから放電終止予測点を求め、放電終止予測点の残容量率を１００％から減算した放電可能容量率を求め、
（相対残容量率 ＝（仮残容量率−放電終止予測点）／放電可能容量率 ）の演算によって、相対残容量率を求める演算制御部と
を有することを特徴とするバッテリパックである。

このように、電池温度検出手段、電圧電流検出手段、および制御手段とを備えることによって、電池温度、電流、および端子電圧がデジタル化（数値化、係数化）され、予め用意されている残量参照用データテーブルのみで残容量率を算出することができる。

この発明に依れば、温度、負荷、劣化特性などすべて係数化（数値化、デジタル化）して一つの算出式で対応することができるため、他機種への展開時、膨大なテーブル用の充放電評価をする必要がなくなる。

この発明に依れば、従来複数存在した電池電圧−残容量率テーブルを一つにすることによって、その容量を小さく抑えることができるため、マイクロコンピュータ内部の記憶容量を有効に利用することができる。

また、この発明に依れば、ある特性の係数が間違っていてもその係数のみ再評価、再設定するだけでよく、見直しを安易に行うことができる。

この発明に依れば、残量算出のベースは全て相対値による割合（百分率の値）で計算しており、残容量値などの絶対値は一度算出された相対残容量率などに基づいて再計算しているため、絶対値（残容量値）誤差を累積することが全く無い。また、電流積算方式では測定誤差やセルの劣化により、満充電容量と測定した積算容量とが合わなくなったときに必ず絶対値の補正をしなければならないが、その補正の必要もない。

この発明に依れば、算出した残容量に補正をかけることがないため、補正の有無で生じていた段付きなどがなくなり、常に自然で連続的な特性結果を得られる。

この発明に依れば、主な電子機器本体は放電終止電圧にて遮断するため、同様の電圧法にて残容量算出する方式は電子機器本体との整合性をあわせやすい。

この発明に依れば、放電終止予測点を設けているため、万が一ＩＲドロップ電圧（電池分極電圧）ＩＲＶ値がずれていても放電終止電圧に近づくにつれて自然に修正していくことができる。

この発明に依れば、放電時の相対残容量率で放電率積算を行うことによって放電途中での充電や放置状態などが入っても正しく充放電サイクルをカウントすることができる。また、相対充電率を用いて算出しているので高負荷時など劣化しやすい条件ほど積算放電率が高くカウントされる特徴があり、本来の二次電池劣化をとらえやすい。

この発明に依れば、二次電池の劣化についても二次電池の内部抵抗に対する影響と、満充電容量（放電容量）とを別々に管理しているため、特性にあわせて個別に設定できる。

この発明に依れば、本来の二次電池の劣化特性に合わせているので劣化状態においても温度変化、負荷変動などに正しく追従して残容量精度も得ることができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用されたバッテリパックの一実施形態の全体的構成を示す。複数の二次電池が直列に接続された二次電池群１９の正極側は正極端子２０と接続され、その負極側は抵抗１８を介して負極端子２１と接続される。なお、正極端子２０は基準電圧と接続され、負極端子２１は接地されている。一例として、二次電池群１９を構成する複数の二次電池は、リチウムイオン二次電池である。また、抵抗１８は、電流検出用の抵抗である。

直列に接続された抵抗１４およびサーミスタ１５、並びに直列に接続された抵抗１６およびサーミスタ１７は、正極端子２０と接地との間に接続される。抵抗１４およびサーミスタ１５の接続点と、抵抗１６およびサーミスタ１７の接続点とは、マイクロコンピュータ１２と接続される。

負極端子２１と接続されたマイクロコンピュータ１２から外部と通信を行うための通信端子２２、２３、および２４が導出される。また、マイクロコンピュータ１２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）１３と接続される。このＥＥＰＲＯＭ１３は、基準電圧および負極端子２１と接続される。

正極端子２０と接続された電圧電流検出回路１１は、二次電池群１９を構成する複数の二次電池の正極側および負極側と接続され、さらに抵抗１８の両端と接続される。また、電圧電流検出回路１１は、マイクロコンピュータ１２と接続される。

なお、リチウムイオン二次電池を使用する場合、必ず保護回路が設けられているが、この発明とは直接関係がないのでこの図１に示す構成からは省略する。

電圧電流検出回路１１では、複数の二次電池のそれぞれの端子電圧が検出できる電圧アンプと、抵抗１８による電圧降下を増幅して電流を検出するアンプとが内蔵されている。また、マイクロコンピュータ１２によって選択された二次電池の端子電圧がアナログ信号として電圧電流検出回路１１からマイクロコンピュータ１２へ供給することができる。同様に、電圧電流検出回路１１で検出された電流もアナログ信号としてマイクロコンピュータ１２へ供給される。

マイクロコンピュータ１２では、電圧電流検出回路１１から供給された端子電圧および電流が、内部に設けられたＡ／Ｄ変換機能によってデジタル化（数値化）される。また、マイクロコンピュータ１２では、温度が変化することによってサーミスタ１５の抵抗値が変化するため、基準抵抗との抵抗分圧によって得られるアナログ電圧が供給される。このサーミスタ１５からの電圧は、マイクロコンピュータ１２の内部に設けられたＡ／Ｄ変換機能によってデジタル化され、基板温度が検出される。

同様に、マイクロコンピュータ１２では、温度が変化することによってサーミスタ１７の抵抗値が変化するため、基準抵抗との抵抗分圧によって得られるアナログ電圧が供給される。このサーミスタ１７からの電圧は、マイクロコンピュータ１２の内部に設けられたＡ／Ｄ変換機能によってデジタル化され、二次電池群１９の電池温度が検出される。このように、検出された基板温度および電池温度の差が所定値より大きくなると、サーミスタ１５および１７の一方が壊れたと判断し、このバッテリパックの制御を停止するようにしても良い。

さらに、マイクロコンピュータ１２の内部には、所定の制御を行うようにプログラムが記憶され、供給されたデータに基づいて演算処理が行われる。また、マイクロコンピュータ内には、残量参照データテーブル格納部を備えているため、内部テーブルを参照して残容量が算出される。

ＥＥＰＲＯＭ１３には、二次電池群１９が過放電状態となっても保持させていたい劣化係数やサイクルカウントなどのデータが記憶される。

図２Ａおよび図２Ｂのフローチャートを参照して、この一実施形態の制御について説明する。ステップＳ１では、電圧電流検出回路１１からの端子電圧および電流、サーミスタ１５からの基板温度、およびサーミスタ１７からの電池温度が内部に設けられたＡ／Ｄ変換機能によってデジタル化される。

ステップＳ２では、デジタル化された電流からバッテリパックに負荷が接続されたか否かが判断される。負荷が接続されていると判断されると、ステップＳ４へ制御が移り、負荷が接続されていない、すなわち無負荷であると判断されると、ステップＳ３へ制御が移る。このとき充電が行われている場合も負荷が接続されていると判断され、ステップＳ４へ制御が移る。具体的には、しきい値を予め設定しておき、入力された電流値がしきい値以下である場合、無負荷状態であると判断し、しきい値を超える場合、電流の符号によって電流の方向を判断して充電状態か放電状態かを判断する。

ステップＳ３では、図３に示す無負荷時の放電カーブ３１をテーブルとして構成した電池電圧−残容量率テーブルを参照して、残容量率が得られる。残容量率は、図３に示す無負荷時の放電カーブ３１から分かるように、無負荷状態の電池電圧が満充電電圧例えば４本の電池の直列接続の場合で、１６８００ｍＶとなる場合を１００％とし、過放電電圧より大きい指定の放電終止電圧例えば１００００ｍＶとなる場合を０％とした値である。この電池電圧−残容量率テーブルは、予めマイクロコンピュータ内の残量参照データテーブル格納部に記憶されている。このように、無負荷状態の場合、電池電圧−残容量率の関係が安定しているため、検出した端子電圧から直接図３に示す電池電圧−残容量率テーブルを参照して残容量率を求めることができる。なお、電池電圧−残容量率テーブルでは、離散的なデータが示されており、補間による近似でもって所望のデータが求められる。そしてステップＳ１３へ制御が移る。

これに対して、負荷電流または充電電流が流れているときの電池電圧では、全く違った残容量を指し示すため、電圧電流検出回路１１から供給された端子電圧そのままの値では、図３の電池電圧−残容量率テーブルに示す無負荷時の放電カーブ３１を参照しても正確な値を得ることができない。実際には、図４に示すように、放電時（負荷接続時）の放電カーブ３２は、無負荷時の放電カーブ３１より下にシフトした状態となる。例えば、電池電圧が１５Ｖの場合、放電時であれば約９０％の残容量となるが、無負荷時であれば約６０％の残容量となる。

負荷接続時に検出される電池電圧に基づいて残容量率を参照できない理由としては、二次電池の内部抵抗による電圧降下があげられる。リチウムイオン二次電池は、他の二次電池、例えばニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）二次電池、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）二次電池と比較すると内部抵抗が大きい。そのため、負荷接続時や充電時に大きな電圧降下（以下、「電池分極電圧ＩＲＶ」と称する）が生じる。また、この電池分極電圧IＲＶは環境温度や劣化条件などによって大きく変動することも影響する。

電池分極電圧IＲＶは、図５に示すように、負荷４４の接続時に二次電池４３から電流４５が流れることによって、リチウムイオン二次電池４１の内部抵抗４２において生じる電圧降下である。したがって、例えば、検出されたリチウムイオン二次電池４１の端子電圧がＶoだとすると、端子電圧Ｖoは二次電池４３の本来の電池電圧OCVから電池分極電圧IＲＶ分を減算することであらわすことができる。また、充電時は放電時とは電流４５は逆になるため、端子電圧Ｖoは二次電池４３の本来の電池電圧OCVに、電池分極電圧IＲＶ分が加算された状態になる。

したがって、それぞれのリチウムイオン二次電池４１の端子電圧Ｖｏは、放電時（負荷接続時）は式（１）のように表され、充電時は式（２）のように表すことができる。
Ｖｏ ＝ ＯＣＶ−ＩＲＶ ・・・（１）
Ｖｏ ＝ ＯＣＶ＋ＩＲＶ ・・・（２）

ここで、電流値は放電方向を正の符号、充電方向を負の符号とすることで式（１）、式（２）は以下の式（３）で表すことが出来る。これにより、放電時、充電時ともにひとつの算出式で対応させることができる。
Ｖｏ ＝ ＯＣＶ−ＩＲＶ ・・・（３）
さらに、式（３）より以下の式（４）が得られる。
ＯＣＶ ＝ Ｖｏ＋ＩＲＶ ・・・（４）

従って、ステップＳ２において、負荷接続時と判断された場合であっても、放電時または充電時に関わらず、上述の式（４）より、検出された端子電圧Ｖｏから電池分極電圧ＩＲＶを加算または減算することによって、無負荷時の放電カーブをもった電池電圧−残容量率テーブルを参照して残容量率を得ることができる。

しかしながら、電池分極電圧ＩＲＶを求める場合、電圧降下分の標準値を定数として設定しておくことが必要になる。先にも述べたように、この電池分極電圧ＩＲＶは環境温度、劣化状況などによって大きく変動してしまうためである。そこで、周辺温度を２５度として、初期状態で一瞬電流を流すことによって生じるドロップ電圧（電池分極電圧）から算出できる値をセルＩｍｐ標準値とする。
セルＩｍｐ標準値 ＝ ＩＲＶ／Ｉ ・・・（５）

この式（５）にて算出された値は、２５度を常温とした初期におけるセル標準値であるため、常温２５度を「１」とした値で表現し、係数として扱う温度特性も予め設定する。

なお、この一実施形態では、マイクロコンピュータ１２の内部に設けられた温度係数用のテーブル（図６参照）を参照し、サーミスタ１７から得られる二次電池群１９の電池温度から温度係数が求められる。また、中間温度においても前後の値から補間した値を算出して温度係数が求められる。この温度係数の算出式は、式（６）および式（７）で表すことができる。ここで直流Impとは、分極電圧／電流であり、電流が１(A) 流れた時の電圧降下分（放電時）、または上昇分（充電時）である。
直流Ｉｍｐ ＝
（無負荷時電圧−各温度環境下における放電電圧）／電流 ・・・（６）
温度係数 ＝ 直流Ｉｍｐ／２５度時の直流Ｉｍｐ ・・・（７）

また、内部抵抗に影響を与える要素として劣化があるが、これも同様に予め測定したデータにより係数を算出する。ただし、温度係数と違い式（８）および図７に示すように線形になるため、この一実施形態では、別途劣化係数のためのテーブルを設けることなく、所定のサイクル毎、例えば５０サイクル毎に劣化係数を増加させる。この劣化係数も初期値は、「１．００」である。
劣化係数 ＝ 劣化係数＋定数（係数増加分） ・・・（８）

このように、予め評価して設定されたデータを元に温度、劣化の特性は係数化される。そして、残容量率を求めるための制御を説明する。ステップＳ２において、充電時または放電時と判断され、ステップＳ４へ制御が移る。

ステップＳ４では、上述した式（６）および式（７）により温度係数が算出される。ステップＳ５では、電池分極電圧ＩＲＶが式（９）により算出される。図８において、参照符号８１が算出された電池分極電圧ＩＲＶの一例を示す。
ＩＲＶ ＝
セルＩｍｐ標準値（定数）×温度係数×劣化係数×電流値 ・・・（９）

ステップＳ６では、本来の電池電圧（二次電池４３の無負荷電圧）ＯＣＶが、上述した式（４）および式（９）により算出される。式（４）における端子電圧ＶｏがステップＳ１で検出された端子電圧である。例えば検出された端子電圧Ｖｏが１５Ｖの場合、端子電圧Ｖｏに対して図８中、参照符号８１で示す電池分極電圧ＩＲＶを加算することにより、参照符号８２で示す電池電圧ＯＣＶを求めることができ、この電池電圧ＯＣＶを基に無負荷時の電池電圧−残容量率テーブルの放電カーブ３１を参照することが可能になる。

ステップＳ７では、算出された電池電圧ＯＣＶから電圧電池−残容量率テーブルを参照して無負荷時の放電カーブ３１から、残容量率を得る。ただし、この残容量率は、無負荷時における残容量率、いわゆる仮残容量率であり、負荷状態を加味した実際の残容量率（相対充電率と適宜称する）を求める処理を行う必要がある。例えば図８において、参照符号８２で示す電池電圧ＯＣＶに対応する仮残容量率が９０％となる。また、仮残容量率が９０％であることは、（１００％−９０％＝１０％）によって仮放電率を求めることができる。

ステップＳ８では、検出された電流の方向から放電時か否かが判断される。放電時であると判断されると、ステップＳ９へ制御が移り、充電時であると判断されると、ステップＳ２０へ制御が移る。

ステップＳ９では、放電終止予測点が算出される。例えば、ハードカーボンタイプのリチウムイオン二次電池の場合、負荷状況によって放電容量が大きく変動する。図８中、参照符号３２の放電カーブで示すように、放電時は電池分極電圧ＩＲＶによる電圧降下が生じるため、無負荷時の放電カーブ３１に示すよりも早く放電が終止する。そこでこの一実施形態では、現在の負荷状況においてどれくらい放電可能か、電池全体の放電容量、いわゆる放電可能容量率を把握するため、放電終止予測点を算出する。算出方法は、式（１０）のように、先に求めた電池分極電圧ＩＲＶに放電終止電圧を加算した放電終止時（二次電池４３の端子電圧）ＯＣＶを算出し、電池電圧−残容量率テーブルを参照して放電終止時ＯＣＶにおける残容量率を得て、放電終止予測点とする。
放電終止時ＯＣＶ ＝ 放電終止電圧＋ＩＲＶ ・・・（１０）
例えば図８の例では、分極電圧ＩＲＶが参照符号８１で示すものであるので、放電カーブ３１を分極電圧ＩＲＶに等しい量下側にシフトした放電カーブ３２が求められ、放電カーブ３２が放電終止電圧例えば１００００ｍＶとなる点（参照符号８４で示す）が放電終止予測点となる。

ステップＳ１０では、式（１１）に示すように無負荷時の電池容量１００％から放電終止予測点８４の残容量率が減算され、図８の例においては、参照符号８５で示す放電可能容量率が算出される。放電可能容量率は、現在の条件にて使用した場合の全放電容量予測である。
放電可能容量率 ＝ １００％−放電終止予測点 ・・・（１１）

ステップＳ１１では、式（１２）に示すように、仮残容量率と放電終止予測点との差から、現在までの使用容量を除いた残りの放電可能な残容量率を求め、その値を全体の放電可能容量率で除算することによって、相対残容量率が算出される。図８の例においては、参照符号８６が残りの放電可能な残容量率を示す。相対残容量率は、現在の放電状態における実際の残容量率となる。
相対残容量率 ＝
（仮残容量率−放電終止予測点）／放電可能容量率 ・・・（１２）

また、充電時には、ステップＳ２０において、式（４）から算出された電池電圧OCVから電池電圧−残容量率テーブルに示す無負荷接続時の放電カーブ３１を参照して、相対残容量率が得られる。充電時は放電時と違い、リチウムイオン二次電池の充電方式が定電流定電圧であるため、放電終止予測点の算出（ステップＳ９）、放電可能容量の算出（ステップＳ１０）、および相対残容量の算出（ステップＳ１１）はおこなわない。また、充電時における充電容量は基準容量を１００％と考える。

ステップＳ１２では、得られた相対残容量率から残容量を求める。式（１３）に示すように、所定の基準容量値と式（１１）から得られる放電可能容量率とをかけあわせて求めることが出来る放電可能容量を算出する。そして、式（１４）に示すように、先に算出した放電可能容量と式（１２）から得られる相対残容量率とをかけあわせて求めることができる。
放電可能容量 ＝ 基準容量値×放電可能容量率 / 100 ・・・（１３）
残容量 ＝ 放電可能容量×相対残容量率 / 100 ・・・（１４）

ステップＳ１３では、充放電のサイクルをカウントするために積算放電率が算出される。式（１５）に示すように、前回の検出時の相対残容量率を記憶しておき、今回検出して算出した相対残容量率の差分からΔ残容量率が算出される。そして、式（１６）に示すように、このΔ残容量率を積算することで、積算放電率が算出される。
Δ残容量率 ＝ 前回測定時の相対残容量率−現在の相対残容量率 ・・・（１３）
積算放電率 ＝ 積算放電率＋Δ残容量率 ・・・（１４）

ステップＳ１４では、算出された積算放電率が１００％以上か否かが判断される。積算放電率が１００％以上であると判断されると、ステップＳ１５へ制御が移り、１００％未満であると判断されると、このフローチャートは終了する。これ以降、積算放電率が１００％に達することでサイクルカウントをインクリメントする方法を採るためであり、これにより、放電途中での充電や放置状態などが入っても正しくサイクルカウントを行うことができ、本来の電池劣化をとらえやすい。

ステップＳ１５では、サイクルカウントがインクリメントされる。ステップＳ１６では、積算放電率がリセットされる。

ステップＳ１７では、サイクルカウントが５０の倍数か否かが判断される。サイクルカウントが５０の倍数であると判断されると、ステップＳ１８へ制御が移り、サイクルカウントが５０の倍数ではないと判断されると、このフローチャートは終了する。

ステップＳ１８では、上述した式（８）による劣化係数が加算される。ステップＳ１９では、リチウムイオン二次電池の基準容量が減算される。このステップＳ１８およびＳ１９の制御は、上述したようにリチウムイオン二次電池の劣化は内部抵抗だけでなく、放電容量も減少する特性を有するためであり、劣化に応じて基準容量値を減算することにより、より正確に残容量を算出するための処理である。そして、このフローチャートが終了する。

この一実施形態では、二次電池群１９は、直列に接続された複数の二次電池から構成されているが、二次電池群１９は、並列に接続された複数の二次電池であっても良いし、直列および並列に接続された複数の二次電池であっても良い。

この一実施形態では、サイクルカウントが５０の倍数となるたびに、劣化係数をインクリメントし、基準容量を減算するようにしているが、劣化係数をインクリメントし、基準容量を減算するサイクルカウントは、５０の倍数に限定されるものではない。

この発明の残容量算出法により、マイクロコンピュータを搭載したバッテリパックに適応することで、そのマイクロコンピュータの記憶容量を費やすことなく、環境条件や劣化などの状況が変化の影響を受けることなく、常に連続的で自然な残容量算出値を得ることができる。

この発明が適用されるバッテリパックの一実施形態について説明するためのブロック図である。 この発明の制御について説明するためのフローチャートである。 この発明の制御について説明するためのフローチャートである。 この発明が適用されるバッテリパックの無負荷状態について説明するための特性図である。 この発明が適用されるバッテリパックの放電状態（負荷接続状態）について説明するための特性図である。 この発明に適用されるリチウムイオン二次電池について説明するためのブロック図である。 この発明に適用される温度係数について説明するための特性図である。 この発明に適用されるサイクル数について説明するための特性図である。 この発明に適用される残容量算出について説明するための特性図である。

符号の説明

１１ 電圧電流検出回路
１２ マイクロコンピュータ
１３ ＥＥＰＲＯＭ
１４、１６、１８ 抵抗
１５、１７ サーミスタ
１９ 二次電池群
２０ 正極端子
２１ 負極端子
２２、２３、２４ 通信端子

Claims (12)

1. 複数の二次電池の温度を検出し、電流および上記複数の二次電池のそれぞれの端子電圧を検出し、上記温度、上記電流、および上記端子電圧をデジタル化するステップと、
   上記デジタル化された温度、電流、および端子電圧から電池分極電圧を算出するステップと、
   検出された上記端子電圧から上記算出された電池分極電圧を加算または減算することで無負荷時の電池電圧を算出するステップと、
   予め用意されている無負荷時の放電カーブをもった残量参照用データテーブルから、算出された上記無負荷時の電池電圧に基づいて仮残容量率を算出するステップと、
   上記残量参照用データテーブルから放電終止予測点を求めるステップと、
   上記放電終止予測点の残容量率を１００％から減算した放電可能容量率を求めるステップと、
   （相対残容量率 ＝（上記仮残容量率−上記放電終止予測点）／上記放電可能容量率 ）の演算によって、相対残容量率を求めるステップと
   からなることを特徴とする二次電池の残容量算出方法。
2. 上記電池分極電圧を算出するステップは、デジタル化された上記温度および予め用意されている温度係数用のテーブルから得た温度係数と、デジタル化された上記電流と、上記二次電池のサイクル数に依存する劣化係数と、所定温度における電池内部インピーダンスから電池分極電圧を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の残容量算出方法。
3. 放電電流を正の符号、充電電流を負の符号とすることにより、上記無負荷時の電池電圧が一つの算出式を用いて算出されるようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の残容量算出方法。
4. 上記二次電池の残容量算出方法は、さらに、
   上記相対残容量率が検出される際に該相対残容量率を記憶し、
   上記算出された相対残容量率と、前回記憶した相対残容量との差分であるΔ残容量率を算出し、
   得られたΔ残容量率を積算して積算放電率を算出し、
   算出された上記積算放電率が所定値以上になる毎に充放電カウント値をインクリメントする
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の残容量算出方法。
5. 上記充放電カウント値がインクリメントされる毎に上記積算放電率をリセットする
   ことを特徴とする請求項４に記載の二次電池の残容量算出方法。
6. 上記充放電カウント値が所定値になる毎に上記劣化係数を増加させ、基準容量を減算することにしたことを特徴とする請求項４に記載の二次電池の残容量算出方法。
7. 複数の二次電池と、
   上記複数の二次電池の温度を検出する電池温度検出手段と、
   電流および上記複数の二次電池のそれぞれの端子電圧を検出する電圧電流検出手段と、
   上記温度、上記電流、および上記端子電圧をデジタル化し、上記デジタル化された温度、電流、および端子電圧から電池分極電圧を算出し、検出された上記端子電圧から上記算出された電池分極電圧を加算または減算することで無負荷時の電池電圧を算出し、予め用意されている無負荷時の放電カーブをもった残量参照用データテーブルから、算出された上記無負荷時の電池電圧に基づいて仮残容量率を算出し、上記残量参照用データテーブルから放電終止予測点を求め、上記放電終止予測点の残容量率を１００％から減算した放電可能容量率を求め、
   （相対残容量率 ＝（上記仮残容量率−上記放電終止予測点）／上記放電可能容量率 ）の演算によって、相対残容量率を求める演算制御部と
   を有することを特徴とするバッテリパック。
8. 上記電池分極電圧は、デジタル化された上記温度および予め用意されている温度係数用のテーブルから得た温度係数と、デジタル化された上記電流と、上記二次電池のサイクル数に依存する劣化係数と、所定温度における電池内部インピーダンスから算出される
   ことを特徴とする請求項７に記載のバッテリパック。
9. 放電電流を正の符号、充電電流を負の符号とすることにより、上記無負荷時の電池電圧が一つの算出式を用いて算出されるようにした
   ことを特徴とする請求項７に記載のバッテリパック。
10. 上記相対残容量率が検出される際に該相対残容量率を記憶する相対残容量率記憶手段と、
    上記算出された相対残容量率と、前回記憶した相対残容量との差分であるΔ残容量率を算出するΔ残容量率算出手段と、
    得られたΔ残容量率を積算して積算放電率を算出する積算放電率算出手段と、
    算出された上記積算放電率が所定値以上になる毎に充放電カウント値をインクリメントするインクリメント手段と
    をさらに有することを特徴とする請求項７に記載のバッテリパック。
11. 上記充放電カウント値がインクリメントされる毎に上記積算放電率をリセットする
    ことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリパック。
12. 上記充放電カウント値が所定値になる毎に上記劣化係数を増加させ、基準容量を減算するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリパック。

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