JP4329543B2 - 電池の残量計測装置 - Google Patents
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Description
ここで、二次電池の使用開始の状態を初期時、一方充放電をたとえば100回程度繰り返した状態を劣化時として、劣化により生じる二次電池の特性の変化について説明する。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、劣化の度合いを算出し、劣化の度合いを加味して正確な残量を算出する電池の残量計測装置を提供することを目的とする。
図1は、本発明の実施の形態の電池の残量計測装置の全体構成を示すブロック図である。
劣化時の非放電量は初期時の非放電量より大きく、その大きさは劣化の度合いが進むほど増大することが知られている。また、図12、図13、図14および図15を用いて説明したように、初期時と劣化時の非放電量の差は、リチウムイオン電池の温度が低いほど、また、電流が大きいほど大きくなるという関係がある。ただし、温度が所定値(図の例では0度)を超えて低温となった場合、電流が大きい条件では、非放電量が飽和する場合もある(図15の(F)と(G)の例)。また、初期時と劣化時の非放電量の差は、リチウムイオン電池の温度が高くなると小さくなり、所定の基準温度(図の例では、60度)を超えると、その差がほとんどなくなる(図14の(E)の例)。
(1)非放電量は、電池の劣化度と電流の大きさに応じて増加することから、算出される標準非放電量(初期時の非放電量)を劣化度と電流比率(電流の単位電流に対する割合)に応じた値で補正し、非放電量を算出する。
以上の初期時と劣化時の非放電量の違いに基づき、判定手段12によって放電状態と判定された場合には、メモリ8に保存された前回の残量に放電電気量を減算して新たな残量を求め、メモリ8の残量を更新する。ここで、放電電気量は、電流センサ32で検出された放電電流とタイマ7で測定される時間との積(所定時間の放電電気量)として演算される。また、電流センサ32により検出された検出電流と温度センサ33により検出された検出温度から、温度・電流―非放電量率メモリテーブル5を参照して非放電量率を求め、満充電量に非放電量率を乗算することで標準非放電量(劣化前の非放電量)を求める。続いて、上記(1)の手順に従って、標準非放電量に劣化度と電流比率を用いて補正を施し、非放電量を算出する。さらに、(2)の手順に従って温度偏差による補正を行い、(3)の手順に従って飽和時の補正を行う。このように(1)、(2)および(3)の手順により補正された非放電量が算出される。そして、メモリ8に保存されている残量から算出された非放電量を減算することで放電可能電気量を求める。さらに、放電可能電気量を所定の電流値で除算して、放電可能時間(放電残時間)を求める。
図1の電池の残量計測装置では、充電状態、放電状態、休止状態でそれぞれ演算アルゴリズムによる処理内容が異なる。そこで、演算装置1によりリチウムイオン電池31が現在どのような状態にあるかが判定され、その状態に応じた一連の処理が実行される。
劣化度算出処理では、まず劣化容量が算出される(ステップS21)。劣化容量は、初期時の満充電量である標準容量と現時の満充電量との差であり、
劣化容量=標準容量−満充電量 ・・・(1)
により算出される。続いて、算出された劣化容量を用いて劣化度が算出される(ステップS22)。劣化度は、劣化容量の標準容量に対する割合であり、
劣化度=劣化容量/標準容量 ・・・(2)
により算出される。
図4は、本発明の実施の形態の充電状態での演算処理の一例を示すフローチャートである。
非充電量=満充電量×非充電量率 ・・・(3)
により算出される。続いて、充電可能電気量を算出する(ステップS32)。充電可能電気量は、残量と満充電量を用いて、
充電可能電気量=満充電量−非充電量−残量 ・・・(4)
により算出される。次に、充電可能電気量を用いて充電可能時間(充電算時間)を算出する(ステップS33)。充電可能時間は、所定の電流値を用いて、
充電可能時間=充電可能電気量/電流 ・・・(5)
により算出される。
放電状態では、演算装置1は、まず、電流センサ32により検出された放電電流とタイマ7で測定される時間との積(所要時間の放電電気量)により残量を更新し(ステップS50)、次に標準非放電量を算出する(ステップS51)。標準非放電量は、温度センサ33で検出された検出温度と電流センサ32で検出された電流値を用いて温度・電流―非放電量率メモリテーブル5を参照して非放電量率を求め、非放電量率とメモリ8に保存された満充電量を用いて、
標準非放電量=非放電量率×満充電量 ・・・(6)
により算出される。続いて、劣化度を用いた補正が行われる。劣化度が設定されているかどうかが判定され(ステップS52)、劣化度が設定されていない場合には、非放電量を標準非放電量とし(ステップS53)、処理をステップS59へ進める。
非放電量=標準非放電量+電流比率×劣化容量 ・・・(7)
により算出される。ここで、電流比率は、1[C]電流値に対する電流の割合であり、電流/1[C]電流により求められる。次に、温度センサ33の検出した検出温度を所定値(たとえば0度)と比較し、検出温度が所定値以上であるかどうかがチェックされる(ステップS55)。そうであった場合、温度補正処理が行われる(ステップS56)。温度補正では、検出温度の基準温度(たとえば60度)からの偏差に応じて非放電量を修正する。補正された非放電量は、
非放電量=非放電量×(基準温度−検出温度)/基準温度 ・・・(8)
により算出される。次に、算出された非放電量とメモリ8に保存された満充電量を比較し、算出された非放電量が満充電量を超えているかどうかがチェックされる(ステップS57)。低温かつ大電流で非放電量が飽和している場合には算出された非放電量が満充電量を超えることがあるため、非放電量が満充電量を超えている場合、飽和補正をして、非放電量を満充電量とする(ステップS58)。
放電可能電気量=残量−非放電量 ・・・(9)
により算出される。なお、ここでの残量は、メモリ8に保存された残量から放電電気量を減算して求められているとする。次に、放電可能電気量を用いて放電可能時間(放電算時間)を算出する(ステップS60)。放電可能時間は、所定の電流値を用いて、
放電可能時間=放電可能電気量/電流 ・・・(10)
により算出される。
休止状態では、演算装置1は、電圧センサ34で測定された開放電圧が所定値(1セルの場合であれば、たとえば4.15V)以上かどうかを判断する(ステップS71).開放電圧が所定値以上である場合には、満充電量の値をメモリ8に記憶された残量値によって置き換えて、メモリ8の満充電量を修正する(ステップS72)。
残量=満充電量×残量率 ・・・(11)
により算出される。
2 検出装置
3 電池パック
4 温度―非充電量率メモリテーブル
5 温度・電流―非放電量率メモリテーブル
6 開放電圧―残量率メモリテーブル
7 タイマ
8 メモリ
9 外部装置
11 劣化度算出手段
12 判定手段
13 演算手段
31 リチウムイオン電池
32 電流センサ
33 温度センサ
34 電圧センサ
Claims (4)
- 二次電池に蓄えられた電気量の残量を計測する電池の残量計測装置において、
前記二次電池の温度と一時的に充電できないとみなされる電気量の割合である非充電量率との関係を保存する温度−非充電量率メモリテーブル、前記二次電池の温度および電流と一時的に放電できないと見なされる電気量の割合である非放電量率との関係を保存する温度・電流−非放電量率メモリテーブル、および前記二次電池の開放電圧と前記二次電池に蓄えられた電気量の割合である残量率との関係を保存する開放電圧−残量率メモリテーブルと、
前記二次電池の初期時の満充電量である標準容量に対する現時の満充電量の割合として劣化度を算出する劣化度算出手段と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流センサにより前記二次電池に流入する充電電流が検出される充電状態、前記二次電池から流出する放電電流が検出される放電状態あるいは休止状態のいずれの状態であるかを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に応じて前記放電状態、前記充電状態または前記休止状態ごとに前記二次電池の残量を算出する演算手段と、を有し、
前記演算手段は、前記放電状態と判定された場合は、前記放電電流に応じた放電電気量を前回の残量から減算して前記残量を更新するとともに、前記放電電流および温度センサの検出する前記二次電池の検出温度に対応する非放電量率を前記温度・電流−非放電量率メモリテーブルより抽出し、前記非放電量率を前記満充電量に乗算して劣化前の非放電量を算出し、前記劣化前の非放電量を前記放電電流の大きさと前記劣化度に応じて補正して現時の非放電量を算出し、前記残量から前記非放電量を減じて放電可能電気量を求め、前記放電可能電気量と前記放電電流とから放電可能時間を算出し、
前記充電状態と判定された場合は、前記充電電流に応じた充電電気量を前記前回の残量に加算して前記残量を更新するとともに、前記温度センサの検出温度に対応する非充電量率を前記温度−非充電量率メモリテーブルから抽出し、前記非充電量率を前記満充電量に乗算して非充電量を算出し、前記満充電量から前記残量と前記非充電量とを減算して充電可能電気量を求め、前記充電可能電気量と前記充電電流とから充電可能時間を算出し、
前記休止状態と判定された場合は、電圧センサが検出した前記二次電池の開放電圧に対応する前記残量率を前記開放電圧−残量率メモリテーブルより抽出し、抽出された前記残量率を前記満充電量に乗算して前記二次電池の残量を算出する、
ことを特徴とする電池の残量計測装置。 - 前記劣化度算出手段は、前記標準容量から前記現時の満充電量を減算して劣化容量を算出し、前記劣化容量を前記標準容量で除算することによって前記劣化度を算出することを特徴とする請求項1記載の電池の残量計測装置。
- 前記演算手段は、劣化による影響を除外できる基準温度に対する前記検出温度の偏差を算出し、前記偏差に応じて算出された前記非放電量をさらに補正することを特徴とする請求項1記載の電池の残量計測装置。
- 前記演算手段は、算出された前記非放電量と前記現時の満充電量を比較し、前記非放電量が前記現時の満充電量を超える場合は、前記非放電量を前記現時の満充電量とすることを特徴とする請求項1記載の電池の残量計測装置。
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