JP4668374B2 - リチウムイオン電池の残容量検出装置 - Google Patents
リチウムイオン電池の残容量検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4668374B2 JP4668374B2 JP18042899A JP18042899A JP4668374B2 JP 4668374 B2 JP4668374 B2 JP 4668374B2 JP 18042899 A JP18042899 A JP 18042899A JP 18042899 A JP18042899 A JP 18042899A JP 4668374 B2 JP4668374 B2 JP 4668374B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium ion
- ion battery
- voltage
- remaining capacity
- load current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池の残容量検出装置に係り、特にリチウムイオン電池の端子電圧と、負荷電流と、表面温度とに基づいて基準電圧を算出し、負荷電流の過渡状態に応じて基準電圧を補正し、補正した基準電圧と検出した端子電圧に基づいてリチウムイオン電池の残容量を算出するリチウムイオン電池の残容量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電池の残容量検出装置は、特開平７−２３５３３４号公報に開示されているように電池に接続される負荷が有る時と無い時に、電池電圧が異なって検出されるが、残量表示のための検出電圧が負荷が有る時と無い時とで一致するようにスイッチを設定して補正し、この検出電圧が所定値より大きいか小さいかによって電池の残量判定を行う残容量検出装置は知られている。
【０００３】
また、特公平１−３９０６９号公報に開示されている従来のバッテリ残容量検出方法は、大電流放電中のバッテリ放電電流とバッテリ端子電圧を検出し、この検出値に基づいてバッテリの起電力および短絡電流を算出し、これを予め実験的に求めた最大出力とバッテリ残容量の相関関係を表わす関数に代入し、現在のバッテリ残容量を算出し、このバッテリ残容量からバッテリ上がりの防止、交換の時期の予知を行っているものは知られている。
【０００４】
図７に特公平１−３９０６９号公報に開示されている従来のバッテリ残容量を算出する、バッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を表わす特性図を示す。
図７において、横軸は放電電流Ｉｂ、縦軸はバッテリの端子電圧Ｖｂ、実線ａは測定された放電特性（Ｖｂ−Ｉｂ特性）、破線ｄは放電特性の近似特性をそれぞれ示している。
【０００５】
例えば、モータを起動する時のように大電流の放電域においては、この放電特性は、ほとんど直線（破線ｄ）で近似することができる。
また、バッテリの起電力Ｅｏは、この直線（破線ｄ）で近似した放電特性のＩｂ＝０にした値から求められ、バッテリを短絡したデッドショート電流Ｉｓは、直線（破線ｄ）で近似した放電特性のＶｂ＝０にした値から求められる。
【０００６】
このデッドショート電流Ｉｓと、起電力Ｅｏとを乗算すると、バッテリから取り出し得る最大電力の４倍の値のＰｏが得られ、これはｂの部分の面積で表わすことができる。
また、ｃの部分の面積は、Ｐｏ／４になり、バッテリの最大出力に対応していて、この面積がバッテリの残容量となる。
このバッテリ残容量からバッテリ上がりの防止、交換の時期の予知を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開平７−２３５３３４号公報に開示されている従来の電池の残容量検出装置は、負荷の有無により変動する電源電圧の補正を行い、補正した電源電圧を所定値と比較して電池の残量判定を行っているが、同一の負荷で温度が高い時には電源電圧は高く、温度が低い時には電源電圧は低く検出され、温度変化によっても電源電圧の変動があり電池の残容量検出に温度が高い時と低い時とで誤差が生ずるという課題がある。
また、負荷電流が急激に増加する時と減少する時の過渡状態においても電源電圧に変動があり電池の残容量検出に負荷電流の過渡状態で誤差が生ずるという課題もある。
【０００８】
さらに、特公平１−３９０６９号公報に開示されている従来のバッテリ残容量検出方法は、大電流放電中のバッテリ放電電流とバッテリ端子電圧を検出し、相関関係を表わす関数に代入し、現在のバッテリ残容量を算出しているが、大電流放電中のバッテリ端子電圧は、温度変化により電源電圧が変動するので、バッテリ残容量が正確に検出できないという課題がある。
また、負荷電流が急激に増加する時と減少する時の過渡状態においても電源電圧に変動があり電池の残容量検出に負荷電流の過渡状態で誤差が生ずるという課題もある。
【０００９】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的は、リチウムイオン電池の表面温度、無負荷時の端子電圧、負荷電流を検出して基準電圧を算出するとともに、負荷電流の急激な増加と減少時での過渡状態における基準電圧を負荷電流の過渡状態に合せた係数で補正し、現在の端子電圧と比較して残容量を算出して、残容量の検出精度を上げることにある。
【００１０】
前記課題を解決するためにこの発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、リチウムイオン電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、を有するリチウムイオン電池の残容量検出装置において、リチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の表面温度を検出する表面温度検出手段と、負荷電流と前記端子電圧と表面温度とに基づいてリチウムイオン電池の残容量を算出する残容量算出手段とを備え、残容量算出手段は、負荷電流検出手段により検出された負荷電流及び表面温度検出手段により検出された表面温度に基づき、リチウムイオン電池の基準電圧特性から、リチウムイオン電池の残容量を示す基準電圧を算出する基準電圧算出手段と、抵抗とコンデンサを直列に接続したアナログ回路を有し、負荷電流の急峻な減少に伴い増加する基準電圧を入力とし、アナログ回路によって決まる第１の時定数にしたがって増加した基準電圧を増加前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力する補正演算手段と、補正演算手段により出力される補正電圧を端子電圧検出手段により検出された端子電圧と比較し、端子電圧が補正電圧以上であるときリチウムイオン電池の残容量ありとする算出信号を出力する比較算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、リチウムイオン電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、を有するリチウムイオン電池の残容量検出装置において、リチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の表面温度を検出する表面温度検出手段と、負荷電流と前記端子電圧と表面温度とに基づいてリチウムイオン電池の残容量を算出する残容量算出手段とを備え、残容量算出手段は、負荷電流検出手段により検出された負荷電流及び表面温度検出手段により検出された表面温度に基づき、リチウムイオン電池の基準電圧特性から、リチウムイオン電池の残容量を示す基準電圧を算出する基準電圧算出手段と、抵抗とコンデンサを直列に接続したアナログ回路を有し、負荷電流の急峻な減少に伴い増加する基準電圧を入力とし、アナログ回路によって決まる第１の時定数にしたがって増加した基準電圧を増加前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力する補正演算手段と、補正演算手段により出力される補正電圧を端子電圧検出手段により検出された端子電圧と比較し、端子電圧が補正電圧以上であるときリチウムイオン電池の残容量ありとする算出信号を出力する比較算出手段と、を備えるので、負荷および温度が変わっても精度よく残容量を検出し表示することができる。
【００１４】
また、この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置において、補正演算手段は、負荷電流の急峻な増加に伴い減少する基準電圧を入力とし、アナログ回路によって決まり、第１の時定数より小さな第２の時定数にしたがって減少した基準電圧を減少前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置において、補正演算手段は、負荷電流の急峻な増加に伴い減少する基準電圧を入力とし、アナログ回路によって決まり、第１の時定数より小さな第２の時定数にしたがって減少した基準電圧を減少前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力するので、負荷電流が急激に増減したときの過渡状態においてもリチウムイオン電池の残容量をリアルタイムに正確に検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、リチウムイオン電池の表面温度、端子電圧、負荷電流を検出して基準電圧を算出し、この算出した基準電圧を負荷電流の過渡状態に対応した係数で補正して検出した端子電圧と比較し、リチウムイオン電池の残容量を精度よく検出するものである。
【００１７】
図１はこの発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置の全体ブロック構成図である。
図１において、リチウムイオン電池の残容量検出装置１は、リチウムイオン電池２、表面温度検出手段４、負荷電流検出手段５、端子電圧検出手段６、残容量算出手段７で構成する。
【００１８】
なお、負荷３には、図示しないスイッチを介してリチウムイオン電池２を供給し、無負荷時または、負荷時の端子電圧を端子電圧検出手段６で検出するよう構成する。
【００１９】
リチウムイオン電池２は、電池の充放電を行うことができる大容量、小型、軽量で長寿命な二次電池である。
また、リチウムイオン電池２は、電池の起電力が常温時に約３．６Ｖ（負荷時）であり、この端子電圧Ｖａを負荷および端子電圧検出手段６に供給する。
負荷３は、例えば、モータなどリチウムイオン電池２に接続して負荷電流Ｉｄを消費するもので、負荷３の作動状態によって負荷電流Ｉｄが変化する。
【００２０】
表面温度検出手段４は、サーミスタ等の温度センサと演算器等で構成し、リチウムイオン電池２の表面にサーミスタ（温度センサ）Ｒｔｘを接触して設置し、リチウムイオン電池２の表面温度が変化するとサーミスタＲｔｘの抵抗値が変化し、この抵抗値変化を検出し、温度抵抗電圧値Ｖｔｈとして演算器で演算して温度に対応した電圧値に変換し、表面温度Ｖｔとして残容量算出手段７に供給する。
【００２１】
負荷電流検出手段５は、抵抗器、差動増幅器等で構成し、リチウムイオン電池２からの負荷電流Ｉｄを電流検出用の抵抗器で検出して差動増幅器で適正な電圧値に変換し、変換した電圧値を負荷電流信号Ｖｉとして残容量算出手段７に供給する。
【００２２】
端子電圧検出手段６は、演算増幅器等で構成し、リチウムイオン電池２から供給される端子電圧Ｖａを対応した電圧に変換し、端子電圧信号Ｖｄ（Ｖｄｏ，Ｖｄｓ）を残容量算出手段７に供給する。
なお、端子電圧信号Ｖｄ（Ｖｄｏ，Ｖｄｓ）は、無負荷時の端子電圧信号をＶｄｏ、任意の負荷（負荷時）の端子電圧信号をＶｄｓとする。
【００２３】
残容量算出手段７は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、メモリまたは、演算増幅器等のアナログ回路で構成し、表面温度検出手段４から供給される表面温度Ｖｔ、負荷電流検出手段５から供給される負荷電流信号Ｖｉおよび端子電圧検出手段６から供給される端子電圧信号Ｖｄ（Ｖｄｏ，Ｖｄｓ）に基づいてリチウムイオン電池２の基準電圧の算出、基準電圧の補正を行いリチウムイオン電池２の残容量を算出して表示を行う。
【００２４】
図２はこの発明に係る残容量算出手段の要部ブロック構成図である。
図２において、残容量算出手段７は、基準電圧算出手段８、補正演算手段９、比較算出手段１０、表示手段１１を備える。
【００２５】
基準電圧算出手段８は、演算増幅器等で構成し、表面温度検出手段４から供給される表面温度Ｖｔ、負荷電流検出手段５から供給される負荷電流信号Ｖｉおよび端子電圧検出手段６から供給される無負荷時の端子電圧信号Ｖｄｏに基づいてリチウムイオン電池２の基準電圧を演算し、基準電圧Ｂｃを補正演算手段９に供給する。
【００２６】
補正演算手段９は、演算増幅器等で構成し、基準電圧算出手段８から供給される基準電圧Ｂｃを負荷電流Ｉｄの急激な増加時または減少時に設定されるそれぞれの係数で演算し、補正電圧Ｖｃを比較算出手段１０に供給する。
【００２７】
比較算出手段１０は、比較器または、減算器等の演算器で構成し、端子電圧検出手段６から供給される任意の負荷時の端子電圧信号Ｖｄｓと補正演算手段９から供給される補正電圧Ｖｃとを比較し、端子電圧信号Ｖｄｓが補正電圧Ｖｃ以上（Ｖｄｓ≧Ｖｃ）の場合には、例えばＨレベルの算出信号Ｖｆを表示手段１１に供給する。
【００２８】
また、比較算出手段１０は、端子電圧信号Ｖｄｓが補正電圧Ｖｃを下回る（Ｖｄｓ＜Ｖｃ）場合には、例えばＬレベルの算出信号Ｖｆを表示手段１１に供給する。
【００２９】
表示手段１１は、ブザー等の可聴表示器またはＬＥＤや液晶等の可視表示器で構成し、比較算出手段１０から供給されるＨレベルまたはＬレベルの算出信号Ｖｆに基づいて音声や文字、絵図等でリチウムイオン電池２の残容量を表示する。
表示手段１１は、Ｈレベルの算出信号Ｖｆが供給されるとＬＥＤや液晶等の可視表示器を点灯させて残容量があることを表示し、Ｌレベルの算出信号Ｖｆが供給されるとＬＥＤや液晶等の可視表示器を消灯して残容量が無いことを知らせる。
【００３０】
図３はこの発明に係るリチウムイオン電池の基準電圧の特性図である。
図３において、Ｘ軸方向に負荷電流Ｉｄ、Ｙ軸方向に基準電圧Ｂｃ、Ｚ軸方向に電池の表面温度Ｖｔを設定し、負荷電流Ｉｄを０Ａから最大電流（例えば、５０Ａ）まで変化させた時および電池の表面温度Ｖｔを−２０℃から８０℃まで変えた時の基準電圧Ｂｃの特性図である。
基準電圧Ｂｃは、リチウムイオン電池２の残容量のことであり、実際に負荷に供給することができる電圧である。
【００３１】
この特性図から、基準電圧Ｂｃは、リチウムイオン電池２の負荷電流Ｉｄが小さい時は、リチウムイオン電池の表面温度Ｖｔに対する変化は少なく、負荷電流Ｉｄが大きくなるとリチウムイオン電池の表面温度Ｖｔに対する変化は大きくなる。
また、基準電圧Ｂｃは、リチウムイオン電池２の負荷電流Ｉｄが大きい時は、低くなり、負荷電流Ｉｄが小さい時は、高くなる。
さらに、基準電圧Ｂｃは、負荷電流Ｉｄが０Ａ（無負荷時）の時は、電池の表面温度Ｖｔが変化しても影響がなく、ほぼ一定値である。
【００３２】
例えば、Ｅ点の基準電圧Ｂｃは、負荷電流Ｉｄが３０Ａで電池の表面温度Ｖｔが２０℃なので、３．６Ｖになる。
このように、基準電圧Ｂｃは、負荷電流Ｉｄと電池の表面温度Ｖｔが設定されると特性図より求められる。
【００３３】
図４はこの発明に係る基準電圧算出手段のアナログ回路の一実施例である。
図４において、基準電圧算出手段１８は、抵抗器Ｒ１，Ｒ２、サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ１，Ｒｔ２、演算増幅器Ｏｐ１、安定化電源Ｖｏを備える。
【００３４】
安定化電源Ｖｏは、負荷が変化しても電圧が変わらない電源で抵抗器Ｒ２を介して演算増幅器Ｏｐ１の非反転入力端子（＋側端子）と、サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ２に電流を供給する。
サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ１およびサーミスタ（温度センサ）Ｒｔ２は、リチウムイオン電池２の表面に接触して設置し、電池の表面温度の変化を抵抗値の変化として検出する。
【００３５】
また、サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ１は、演算増幅器Ｏｐ１の出力端子と、演算増幅器Ｏｐ１の反転入力端子（−側端子）とに接続し、帰還回路を構成する。
サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ２は、演算増幅器Ｏｐ１の非反転入力端子（＋側端子）と、ＧＮＤ（接地）の間に接続する。
【００３６】
演算増幅器Ｏｐ１は、抵抗器Ｒ１と、サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ１とでＲｔ１／Ｒ１の値で表わされる増幅率の増幅回路を構成する。
この増幅回路の増幅率は、温度によってサーミスタＲｔ１の抵抗値が変わると抵抗値に比例して変化する。
【００３７】
また、常温でのサーミスタ（温度センサ）Ｒｔ２の両端電圧は、無負荷時の電池の基準電圧になり、リチウムイオン電池２の表面温度が変わると変化して、演算増幅器Ｏｐ１の非反転入力端子（＋側端子）の入力が変化する。
【００３８】
抵抗器、サーミスタ等の定数は、電池の表面温度Ｖｔが常温で負荷電流Ｉｄが０Ａ（無負荷）の時に、演算増幅器Ｏｐ１の非反転入力端子（＋側端子）に図３の特性図から得られる数値の、例えば３．９Ｖが入力されたとき、演算増幅器Ｏｐ１の出力端子から３．９Ｖを基準電圧Ｂｃとして出力するように設定する。
【００３９】
また、抵抗器、サーミスタ等の定数は、電池の表面温度Ｖｔが常温で負荷電流Ｉｄが最大電流（例えば、５０Ａ）の時に負荷電流検出手段５からの負荷電流信号Ｖｉが抵抗器Ｒ１を介して演算増幅器Ｏｐ１の反転入力端子（−側端子）に供給されると、演算増幅器Ｏｐ１の出力端子から、例えば３．５Ｖを基準電圧Ｂｃとして出力するように設定する。
【００４０】
基準電圧Ｂｃは、このように抵抗器、サーミスタ等の定数を設定すると、負荷電流Ｉｄが最大電流（例えば、５０Ａ）の時に、リチウムイオン電池２の表面温度Ｖｔが０℃〜８０℃の範囲で変わると、３．０Ｖ〜３．９Ｖの範囲で変化する。
【００４１】
また、基準電圧Ｂｃは、負荷電流Ｉｄが０Ａ（無負荷）の時にリチウムイオン電池２の表面温度Ｖｔが０℃〜８０℃の範囲で変わると、サーミスタＲｔ１，Ｒｔ２の抵抗値が変化するが、演算増幅器Ｏｐ１の出力電圧３．９Ｖからほとんど変化しない。
【００４２】
なお、図２の基準電圧算出手段８は、表面温度検出手段４から表面温度Ｖｔ、負荷電流検出手段５から負荷電流信号Ｖｉ、端子電圧検出手段６から無負荷時の端子電圧信号Ｖｄｏの信号が供給されるが、基準電圧算出手段１８では、負荷電流検出手段５から負荷電流信号Ｖｉのみが供給されていて、表面温度ＶｔをサーミスタＲｔ１，Ｒｔ２とで、また、無負荷時の端子電圧信号Ｖｄｏを安定化電源Ｖｏ、抵抗器Ｒ２、サーミスタＲｔ２とから作成している。
【００４３】
図５はこの発明に係る補正演算手段のアナログ回路の一実施例である。
図５において、補正演算手段１９は、抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２、ダイオードＤ２１，Ｄ２２、演算増幅器Ｏｐ２を有する演算手段２０と、抵抗器Ｒ２３，Ｒ２４、コンデンサＣ２１を有する補正係数設定手段２１とで構成する。
【００４４】
演算手段２０は、基準電圧算出手段８から供給される基準電圧Ｂｃを入力すると演算増幅器Ｏｐ２を介して、基準電圧Ｂｃに比例した（例えば、比例係数１）演算信号を補正係数設定手段２１に供給する。
【００４５】
補正係数設定手段２１は、抵抗器Ｒ２３とコンデンサＣ２１または抵抗器Ｒ２４とコンデンサＣ２１との構成で、それぞれの時定数（τ＝Ｒ２３＊Ｃ２１またはτ＝Ｒ２４＊Ｃ２１）の補正係数を設定し、演算手段２０から供給される演算信号を補正係数で補正して補正電圧Ｖｃを比較算出手段１０に供給する。
また、抵抗器Ｒ２３と抵抗器Ｒ２４の抵抗値は、Ｒ２４》Ｒ２３になるように設定する。
【００４６】
補正演算手段１９は、負荷電流Ｉｄが急激に減少（短時間に５０Ａ→０Ａ）すると、急激に増加（３Ｖ→３．９Ｖ）した基準電圧Ｂｃが抵抗器Ｒ２４を介してコンデンサＣ２１に電流を供給し、設定された補正係数（時定数τ＝Ｒ２４＊Ｃ２１）の時間（約１２０秒）で３Ｖ→３．９Ｖに上昇する補正電圧Ｖｃを比較算出手段１０に供給する。
【００４７】
また、補正演算手段１９は、負荷電流Ｉｄが急激に増加（短時間に０Ａ→５０Ａ）すると、基準電圧Ｂｃが急激に減少（３．９Ｖ→３Ｖ）してコンデンサＣ２１に充電されていた電荷が抵抗器Ｒ２３、Ｄ２２、演算増幅器Ｏｐ２の出力回路を介して放電され、設定された補正係数（時定数τ＝Ｒ２３＊Ｃ２１）の時間（数秒）でコンデンサＣ２１の電荷を放電し、３．９Ｖ→３Ｖに下降する補正電圧Ｖｃを比較算出手段１０に供給する。
【００４８】
なお、補正演算手段１９は、負荷電流Ｉｄの急激な増減がないときは基準電圧Ｂｃに対応した演算信号を演算手段２０から出力し、補正係数設定手段２１は、補正を行わずに演算信号をそのまま補正電圧Ｖｃとして比較算出手段１０に供給する。
【００４９】
このように、リチウムイオン電池の特性は、負荷電流Ｉｄが急激に流れると瞬時に電圧降下してすぐに収束し、負荷電流Ｉｄが急激に減少すると一定の時定数で電圧上昇する特性があるので、負荷電流Ｉｄの増加時と減少時に基準電圧Ｂｃをそれぞれの係数で補正すればリチウムイオン電池の残容量が精度よく算出できる。
【００５０】
また、上記実施例の構成は、例えば、ディジタル回路で構成して記憶手段、演算手段等を設け、予め基準電圧および補正係数等を記憶手段に記憶し、負荷電流の過渡状態にあわせて対応する基準電圧および補正係数等を記憶手段から読み出して演算し、基準電圧を補正するようにしてもよい。
【００５１】
図６はこの発明に係る負荷電流Ｉｄの急激な増加、減少時のリチウムイオン電池２の基準電圧Ｂｃと補正電圧Ｖｃの時間経過特性図である。
図６（Ａ）は、負荷電流Ｉｄが急激に減少（例えば、短時間に５０Ａ→０Ａ）したときの基準電圧Ｂｃ（実線表示）と、補正電圧Ｖｃ（破線表示）との関係を示す。
図６（Ｂ）は、負荷電流Ｉｄが急激に増加（例えば、短時間に０Ａ→５０Ａ）したときの基準電圧Ｂｃ（実線表示）と、補正電圧Ｖｃ（破線表示）との関係を示す。
【００５２】
図６（Ａ）において、基準電圧Ｂｃ（実線表示）は、負荷電流Ｉｄの急激な減少（例えば、短時間に５０Ａ→０Ａ）によって急激に上昇（例えば、３Ｖ→３．９Ｖ）し、図５で説明したように補正演算手段１９で補正された補正電圧Ｖｃを出力する。
この補正電圧Ｖｃ（破線表示）は、約３．９Ｖで収束する一定の時定数（約１２０秒）で上昇する。
【００５３】
また、図６（Ｂ）において、基準電圧Ｂｃ（実線表示）は、負荷電流Ｉｄの急激な増加（例えば、短時間に０Ａ→５０Ａ）によって急激に下降（例えば、３．９Ｖ→３Ｖ）し、図５で説明したように補正演算手段１９で補正された補正電圧Ｖｃを出力する。
【００５４】
この補正電圧Ｖｃ（破線表示）は、約３Ｖまで急激（数秒以内）に下降する。
したがって、補正電圧Ｖｃ（破線表示）は、負荷電流Ｉｄが急激に減少する時には、基準電圧Ｂｃを一定の時定数（約１２０秒）で上昇するように補正し、また、負荷電流Ｉｄが急激に増加する時には、時間に関係なく所定の係数で補正すれば、負荷電流の増減の過渡状態のときにリチウムイオン電池２の特性にあわせて残容量を精度よく算出できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、を有するリチウムイオン電池の残容量検出装置において、電池の表面温度を検出する表面温度検出手段を有し、負荷電流と端子電圧および表面温度とに基づいて、電池の残容量を算出する残容量算出手段を備えたので簡易な構成で負荷および温度が変わっても精度よく残容量を検出することができ装置の信頼性を向上することができる。
【００５６】
また、この発明に係る残容量算出手段は、負荷電流、表面温度、無負荷時の端子電圧に基づいて基準電圧を算出する基準電圧算出手段と、負荷電流の急激な増減時に基準電圧を補正する補正演算手段と、負荷電流の急激な増減時に検出した端子電圧と補正した基準電圧とを比較して電池の残容量を算出する比較算出手段と、残容量を表示する表示手段とを備えたので残容量を精度よく検出して表示することができる。
【００５７】
さらに、この発明に係る補正演算手段は、負荷電流の急激な増減時に、それぞれ異なる補正係数を設定する補正係数設定手段と、それぞれの補正係数と基準電圧とを演算する演算手段とを備え、負荷電流の急激な増減時に基準電圧を補正するので負荷電流が急激に増減した時の過渡状態においても電池の残容量をリアルタイムに正確に検出することができ検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置の全体ブロック構成図
【図２】この発明に係る残容量算出手段の要部ブロック構成図
【図３】この発明に係るリチウムイオン電池の基準電圧の特性図
【図４】この発明に係る基準電圧算出手段のアナログ回路の一実施例
【図５】この発明に係る補正演算手段のアナログ回路の一実施例
【図６】この発明に係る負荷電流Ｉｄの急激な増加、減少時のリチウムイオン電池の基準電圧Ｂｃと補正電圧Ｖｃの時間経過特性図
【図７】特公平１−３９０６９号公報に開示されている従来のバッテリ残容量を算出する、バッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図
【符号の説明】
１…リチウムイオン電池の残容量検出装置、２…リチウムイオン電池、３…負荷、４…表面温度検出手段、５…負荷電流検出手段、６…端子電圧検出手段、７…残容量算出手段、８，１８…基準電圧算出手段、９，１９…補正演算手段、１０…比較算出手段、１１…表示手段、２０…演算手段、２１…補正係数設定手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池の残容量検出装置に係り、特にリチウムイオン電池の端子電圧と、負荷電流と、表面温度とに基づいて基準電圧を算出し、負荷電流の過渡状態に応じて基準電圧を補正し、補正した基準電圧と検出した端子電圧に基づいてリチウムイオン電池の残容量を算出するリチウムイオン電池の残容量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電池の残容量検出装置は、特開平７−２３５３３４号公報に開示されているように電池に接続される負荷が有る時と無い時に、電池電圧が異なって検出されるが、残量表示のための検出電圧が負荷が有る時と無い時とで一致するようにスイッチを設定して補正し、この検出電圧が所定値より大きいか小さいかによって電池の残量判定を行う残容量検出装置は知られている。
【０００３】
また、特公平１−３９０６９号公報に開示されている従来のバッテリ残容量検出方法は、大電流放電中のバッテリ放電電流とバッテリ端子電圧を検出し、この検出値に基づいてバッテリの起電力および短絡電流を算出し、これを予め実験的に求めた最大出力とバッテリ残容量の相関関係を表わす関数に代入し、現在のバッテリ残容量を算出し、このバッテリ残容量からバッテリ上がりの防止、交換の時期の予知を行っているものは知られている。
【０００４】
図７に特公平１−３９０６９号公報に開示されている従来のバッテリ残容量を算出する、バッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を表わす特性図を示す。
図７において、横軸は放電電流Ｉｂ、縦軸はバッテリの端子電圧Ｖｂ、実線ａは測定された放電特性（Ｖｂ−Ｉｂ特性）、破線ｄは放電特性の近似特性をそれぞれ示している。
【０００５】
例えば、モータを起動する時のように大電流の放電域においては、この放電特性は、ほとんど直線（破線ｄ）で近似することができる。
また、バッテリの起電力Ｅｏは、この直線（破線ｄ）で近似した放電特性のＩｂ＝０にした値から求められ、バッテリを短絡したデッドショート電流Ｉｓは、直線（破線ｄ）で近似した放電特性のＶｂ＝０にした値から求められる。
【０００６】
このデッドショート電流Ｉｓと、起電力Ｅｏとを乗算すると、バッテリから取り出し得る最大電力の４倍の値のＰｏが得られ、これはｂの部分の面積で表わすことができる。
また、ｃの部分の面積は、Ｐｏ／４になり、バッテリの最大出力に対応していて、この面積がバッテリの残容量となる。
このバッテリ残容量からバッテリ上がりの防止、交換の時期の予知を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開平７−２３５３３４号公報に開示されている従来の電池の残容量検出装置は、負荷の有無により変動する電源電圧の補正を行い、補正した電源電圧を所定値と比較して電池の残量判定を行っているが、同一の負荷で温度が高い時には電源電圧は高く、温度が低い時には電源電圧は低く検出され、温度変化によっても電源電圧の変動があり電池の残容量検出に温度が高い時と低い時とで誤差が生ずるという課題がある。
また、負荷電流が急激に増加する時と減少する時の過渡状態においても電源電圧に変動があり電池の残容量検出に負荷電流の過渡状態で誤差が生ずるという課題もある。
【０００８】
さらに、特公平１−３９０６９号公報に開示されている従来のバッテリ残容量検出方法は、大電流放電中のバッテリ放電電流とバッテリ端子電圧を検出し、相関関係を表わす関数に代入し、現在のバッテリ残容量を算出しているが、大電流放電中のバッテリ端子電圧は、温度変化により電源電圧が変動するので、バッテリ残容量が正確に検出できないという課題がある。
また、負荷電流が急激に増加する時と減少する時の過渡状態においても電源電圧に変動があり電池の残容量検出に負荷電流の過渡状態で誤差が生ずるという課題もある。
【０００９】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的は、リチウムイオン電池の表面温度、無負荷時の端子電圧、負荷電流を検出して基準電圧を算出するとともに、負荷電流の急激な増加と減少時での過渡状態における基準電圧を負荷電流の過渡状態に合せた係数で補正し、現在の端子電圧と比較して残容量を算出して、残容量の検出精度を上げることにある。
【００１０】
前記課題を解決するためにこの発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、リチウムイオン電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、を有するリチウムイオン電池の残容量検出装置において、リチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の表面温度を検出する表面温度検出手段と、負荷電流と前記端子電圧と表面温度とに基づいてリチウムイオン電池の残容量を算出する残容量算出手段とを備え、残容量算出手段は、負荷電流検出手段により検出された負荷電流及び表面温度検出手段により検出された表面温度に基づき、リチウムイオン電池の基準電圧特性から、リチウムイオン電池の残容量を示す基準電圧を算出する基準電圧算出手段と、抵抗とコンデンサを直列に接続したアナログ回路を有し、負荷電流の急峻な減少に伴い増加する基準電圧を入力とし、アナログ回路によって決まる第１の時定数にしたがって増加した基準電圧を増加前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力する補正演算手段と、補正演算手段により出力される補正電圧を端子電圧検出手段により検出された端子電圧と比較し、端子電圧が補正電圧以上であるときリチウムイオン電池の残容量ありとする算出信号を出力する比較算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、リチウムイオン電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、を有するリチウムイオン電池の残容量検出装置において、リチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の表面温度を検出する表面温度検出手段と、負荷電流と前記端子電圧と表面温度とに基づいてリチウムイオン電池の残容量を算出する残容量算出手段とを備え、残容量算出手段は、負荷電流検出手段により検出された負荷電流及び表面温度検出手段により検出された表面温度に基づき、リチウムイオン電池の基準電圧特性から、リチウムイオン電池の残容量を示す基準電圧を算出する基準電圧算出手段と、抵抗とコンデンサを直列に接続したアナログ回路を有し、負荷電流の急峻な減少に伴い増加する基準電圧を入力とし、アナログ回路によって決まる第１の時定数にしたがって増加した基準電圧を増加前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力する補正演算手段と、補正演算手段により出力される補正電圧を端子電圧検出手段により検出された端子電圧と比較し、端子電圧が補正電圧以上であるときリチウムイオン電池の残容量ありとする算出信号を出力する比較算出手段と、を備えるので、負荷および温度が変わっても精度よく残容量を検出し表示することができる。
【００１４】
また、この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置において、補正演算手段は、負荷電流の急峻な増加に伴い減少する基準電圧を入力とし、アナログ回路によって決まり、第１の時定数より小さな第２の時定数にしたがって減少した基準電圧を減少前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置において、補正演算手段は、負荷電流の急峻な増加に伴い減少する基準電圧を入力とし、アナログ回路によって決まり、第１の時定数より小さな第２の時定数にしたがって減少した基準電圧を減少前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力するので、負荷電流が急激に増減したときの過渡状態においてもリチウムイオン電池の残容量をリアルタイムに正確に検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、リチウムイオン電池の表面温度、端子電圧、負荷電流を検出して基準電圧を算出し、この算出した基準電圧を負荷電流の過渡状態に対応した係数で補正して検出した端子電圧と比較し、リチウムイオン電池の残容量を精度よく検出するものである。
【００１７】
図１はこの発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置の全体ブロック構成図である。
図１において、リチウムイオン電池の残容量検出装置１は、リチウムイオン電池２、表面温度検出手段４、負荷電流検出手段５、端子電圧検出手段６、残容量算出手段７で構成する。
【００１８】
なお、負荷３には、図示しないスイッチを介してリチウムイオン電池２を供給し、無負荷時または、負荷時の端子電圧を端子電圧検出手段６で検出するよう構成する。
【００１９】
リチウムイオン電池２は、電池の充放電を行うことができる大容量、小型、軽量で長寿命な二次電池である。
また、リチウムイオン電池２は、電池の起電力が常温時に約３．６Ｖ（負荷時）であり、この端子電圧Ｖａを負荷および端子電圧検出手段６に供給する。
負荷３は、例えば、モータなどリチウムイオン電池２に接続して負荷電流Ｉｄを消費するもので、負荷３の作動状態によって負荷電流Ｉｄが変化する。
【００２０】
表面温度検出手段４は、サーミスタ等の温度センサと演算器等で構成し、リチウムイオン電池２の表面にサーミスタ（温度センサ）Ｒｔｘを接触して設置し、リチウムイオン電池２の表面温度が変化するとサーミスタＲｔｘの抵抗値が変化し、この抵抗値変化を検出し、温度抵抗電圧値Ｖｔｈとして演算器で演算して温度に対応した電圧値に変換し、表面温度Ｖｔとして残容量算出手段７に供給する。
【００２１】
負荷電流検出手段５は、抵抗器、差動増幅器等で構成し、リチウムイオン電池２からの負荷電流Ｉｄを電流検出用の抵抗器で検出して差動増幅器で適正な電圧値に変換し、変換した電圧値を負荷電流信号Ｖｉとして残容量算出手段７に供給する。
【００２２】
端子電圧検出手段６は、演算増幅器等で構成し、リチウムイオン電池２から供給される端子電圧Ｖａを対応した電圧に変換し、端子電圧信号Ｖｄ（Ｖｄｏ，Ｖｄｓ）を残容量算出手段７に供給する。
なお、端子電圧信号Ｖｄ（Ｖｄｏ，Ｖｄｓ）は、無負荷時の端子電圧信号をＶｄｏ、任意の負荷（負荷時）の端子電圧信号をＶｄｓとする。
【００２３】
残容量算出手段７は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、メモリまたは、演算増幅器等のアナログ回路で構成し、表面温度検出手段４から供給される表面温度Ｖｔ、負荷電流検出手段５から供給される負荷電流信号Ｖｉおよび端子電圧検出手段６から供給される端子電圧信号Ｖｄ（Ｖｄｏ，Ｖｄｓ）に基づいてリチウムイオン電池２の基準電圧の算出、基準電圧の補正を行いリチウムイオン電池２の残容量を算出して表示を行う。
【００２４】
図２はこの発明に係る残容量算出手段の要部ブロック構成図である。
図２において、残容量算出手段７は、基準電圧算出手段８、補正演算手段９、比較算出手段１０、表示手段１１を備える。
【００２５】
基準電圧算出手段８は、演算増幅器等で構成し、表面温度検出手段４から供給される表面温度Ｖｔ、負荷電流検出手段５から供給される負荷電流信号Ｖｉおよび端子電圧検出手段６から供給される無負荷時の端子電圧信号Ｖｄｏに基づいてリチウムイオン電池２の基準電圧を演算し、基準電圧Ｂｃを補正演算手段９に供給する。
【００２６】
補正演算手段９は、演算増幅器等で構成し、基準電圧算出手段８から供給される基準電圧Ｂｃを負荷電流Ｉｄの急激な増加時または減少時に設定されるそれぞれの係数で演算し、補正電圧Ｖｃを比較算出手段１０に供給する。
【００２７】
比較算出手段１０は、比較器または、減算器等の演算器で構成し、端子電圧検出手段６から供給される任意の負荷時の端子電圧信号Ｖｄｓと補正演算手段９から供給される補正電圧Ｖｃとを比較し、端子電圧信号Ｖｄｓが補正電圧Ｖｃ以上（Ｖｄｓ≧Ｖｃ）の場合には、例えばＨレベルの算出信号Ｖｆを表示手段１１に供給する。
【００２８】
また、比較算出手段１０は、端子電圧信号Ｖｄｓが補正電圧Ｖｃを下回る（Ｖｄｓ＜Ｖｃ）場合には、例えばＬレベルの算出信号Ｖｆを表示手段１１に供給する。
【００２９】
表示手段１１は、ブザー等の可聴表示器またはＬＥＤや液晶等の可視表示器で構成し、比較算出手段１０から供給されるＨレベルまたはＬレベルの算出信号Ｖｆに基づいて音声や文字、絵図等でリチウムイオン電池２の残容量を表示する。
表示手段１１は、Ｈレベルの算出信号Ｖｆが供給されるとＬＥＤや液晶等の可視表示器を点灯させて残容量があることを表示し、Ｌレベルの算出信号Ｖｆが供給されるとＬＥＤや液晶等の可視表示器を消灯して残容量が無いことを知らせる。
【００３０】
図３はこの発明に係るリチウムイオン電池の基準電圧の特性図である。
図３において、Ｘ軸方向に負荷電流Ｉｄ、Ｙ軸方向に基準電圧Ｂｃ、Ｚ軸方向に電池の表面温度Ｖｔを設定し、負荷電流Ｉｄを０Ａから最大電流（例えば、５０Ａ）まで変化させた時および電池の表面温度Ｖｔを−２０℃から８０℃まで変えた時の基準電圧Ｂｃの特性図である。
基準電圧Ｂｃは、リチウムイオン電池２の残容量のことであり、実際に負荷に供給することができる電圧である。
【００３１】
この特性図から、基準電圧Ｂｃは、リチウムイオン電池２の負荷電流Ｉｄが小さい時は、リチウムイオン電池の表面温度Ｖｔに対する変化は少なく、負荷電流Ｉｄが大きくなるとリチウムイオン電池の表面温度Ｖｔに対する変化は大きくなる。
また、基準電圧Ｂｃは、リチウムイオン電池２の負荷電流Ｉｄが大きい時は、低くなり、負荷電流Ｉｄが小さい時は、高くなる。
さらに、基準電圧Ｂｃは、負荷電流Ｉｄが０Ａ（無負荷時）の時は、電池の表面温度Ｖｔが変化しても影響がなく、ほぼ一定値である。
【００３２】
例えば、Ｅ点の基準電圧Ｂｃは、負荷電流Ｉｄが３０Ａで電池の表面温度Ｖｔが２０℃なので、３．６Ｖになる。
このように、基準電圧Ｂｃは、負荷電流Ｉｄと電池の表面温度Ｖｔが設定されると特性図より求められる。
【００３３】
図４はこの発明に係る基準電圧算出手段のアナログ回路の一実施例である。
図４において、基準電圧算出手段１８は、抵抗器Ｒ１，Ｒ２、サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ１，Ｒｔ２、演算増幅器Ｏｐ１、安定化電源Ｖｏを備える。
【００３４】
安定化電源Ｖｏは、負荷が変化しても電圧が変わらない電源で抵抗器Ｒ２を介して演算増幅器Ｏｐ１の非反転入力端子（＋側端子）と、サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ２に電流を供給する。
サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ１およびサーミスタ（温度センサ）Ｒｔ２は、リチウムイオン電池２の表面に接触して設置し、電池の表面温度の変化を抵抗値の変化として検出する。
【００３５】
また、サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ１は、演算増幅器Ｏｐ１の出力端子と、演算増幅器Ｏｐ１の反転入力端子（−側端子）とに接続し、帰還回路を構成する。
サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ２は、演算増幅器Ｏｐ１の非反転入力端子（＋側端子）と、ＧＮＤ（接地）の間に接続する。
【００３６】
演算増幅器Ｏｐ１は、抵抗器Ｒ１と、サーミスタ（温度センサ）Ｒｔ１とでＲｔ１／Ｒ１の値で表わされる増幅率の増幅回路を構成する。
この増幅回路の増幅率は、温度によってサーミスタＲｔ１の抵抗値が変わると抵抗値に比例して変化する。
【００３７】
また、常温でのサーミスタ（温度センサ）Ｒｔ２の両端電圧は、無負荷時の電池の基準電圧になり、リチウムイオン電池２の表面温度が変わると変化して、演算増幅器Ｏｐ１の非反転入力端子（＋側端子）の入力が変化する。
【００３８】
抵抗器、サーミスタ等の定数は、電池の表面温度Ｖｔが常温で負荷電流Ｉｄが０Ａ（無負荷）の時に、演算増幅器Ｏｐ１の非反転入力端子（＋側端子）に図３の特性図から得られる数値の、例えば３．９Ｖが入力されたとき、演算増幅器Ｏｐ１の出力端子から３．９Ｖを基準電圧Ｂｃとして出力するように設定する。
【００３９】
また、抵抗器、サーミスタ等の定数は、電池の表面温度Ｖｔが常温で負荷電流Ｉｄが最大電流（例えば、５０Ａ）の時に負荷電流検出手段５からの負荷電流信号Ｖｉが抵抗器Ｒ１を介して演算増幅器Ｏｐ１の反転入力端子（−側端子）に供給されると、演算増幅器Ｏｐ１の出力端子から、例えば３．５Ｖを基準電圧Ｂｃとして出力するように設定する。
【００４０】
基準電圧Ｂｃは、このように抵抗器、サーミスタ等の定数を設定すると、負荷電流Ｉｄが最大電流（例えば、５０Ａ）の時に、リチウムイオン電池２の表面温度Ｖｔが０℃〜８０℃の範囲で変わると、３．０Ｖ〜３．９Ｖの範囲で変化する。
【００４１】
また、基準電圧Ｂｃは、負荷電流Ｉｄが０Ａ（無負荷）の時にリチウムイオン電池２の表面温度Ｖｔが０℃〜８０℃の範囲で変わると、サーミスタＲｔ１，Ｒｔ２の抵抗値が変化するが、演算増幅器Ｏｐ１の出力電圧３．９Ｖからほとんど変化しない。
【００４２】
なお、図２の基準電圧算出手段８は、表面温度検出手段４から表面温度Ｖｔ、負荷電流検出手段５から負荷電流信号Ｖｉ、端子電圧検出手段６から無負荷時の端子電圧信号Ｖｄｏの信号が供給されるが、基準電圧算出手段１８では、負荷電流検出手段５から負荷電流信号Ｖｉのみが供給されていて、表面温度ＶｔをサーミスタＲｔ１，Ｒｔ２とで、また、無負荷時の端子電圧信号Ｖｄｏを安定化電源Ｖｏ、抵抗器Ｒ２、サーミスタＲｔ２とから作成している。
【００４３】
図５はこの発明に係る補正演算手段のアナログ回路の一実施例である。
図５において、補正演算手段１９は、抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２、ダイオードＤ２１，Ｄ２２、演算増幅器Ｏｐ２を有する演算手段２０と、抵抗器Ｒ２３，Ｒ２４、コンデンサＣ２１を有する補正係数設定手段２１とで構成する。
【００４４】
演算手段２０は、基準電圧算出手段８から供給される基準電圧Ｂｃを入力すると演算増幅器Ｏｐ２を介して、基準電圧Ｂｃに比例した（例えば、比例係数１）演算信号を補正係数設定手段２１に供給する。
【００４５】
補正係数設定手段２１は、抵抗器Ｒ２３とコンデンサＣ２１または抵抗器Ｒ２４とコンデンサＣ２１との構成で、それぞれの時定数（τ＝Ｒ２３＊Ｃ２１またはτ＝Ｒ２４＊Ｃ２１）の補正係数を設定し、演算手段２０から供給される演算信号を補正係数で補正して補正電圧Ｖｃを比較算出手段１０に供給する。
また、抵抗器Ｒ２３と抵抗器Ｒ２４の抵抗値は、Ｒ２４》Ｒ２３になるように設定する。
【００４６】
補正演算手段１９は、負荷電流Ｉｄが急激に減少（短時間に５０Ａ→０Ａ）すると、急激に増加（３Ｖ→３．９Ｖ）した基準電圧Ｂｃが抵抗器Ｒ２４を介してコンデンサＣ２１に電流を供給し、設定された補正係数（時定数τ＝Ｒ２４＊Ｃ２１）の時間（約１２０秒）で３Ｖ→３．９Ｖに上昇する補正電圧Ｖｃを比較算出手段１０に供給する。
【００４７】
また、補正演算手段１９は、負荷電流Ｉｄが急激に増加（短時間に０Ａ→５０Ａ）すると、基準電圧Ｂｃが急激に減少（３．９Ｖ→３Ｖ）してコンデンサＣ２１に充電されていた電荷が抵抗器Ｒ２３、Ｄ２２、演算増幅器Ｏｐ２の出力回路を介して放電され、設定された補正係数（時定数τ＝Ｒ２３＊Ｃ２１）の時間（数秒）でコンデンサＣ２１の電荷を放電し、３．９Ｖ→３Ｖに下降する補正電圧Ｖｃを比較算出手段１０に供給する。
【００４８】
なお、補正演算手段１９は、負荷電流Ｉｄの急激な増減がないときは基準電圧Ｂｃに対応した演算信号を演算手段２０から出力し、補正係数設定手段２１は、補正を行わずに演算信号をそのまま補正電圧Ｖｃとして比較算出手段１０に供給する。
【００４９】
このように、リチウムイオン電池の特性は、負荷電流Ｉｄが急激に流れると瞬時に電圧降下してすぐに収束し、負荷電流Ｉｄが急激に減少すると一定の時定数で電圧上昇する特性があるので、負荷電流Ｉｄの増加時と減少時に基準電圧Ｂｃをそれぞれの係数で補正すればリチウムイオン電池の残容量が精度よく算出できる。
【００５０】
また、上記実施例の構成は、例えば、ディジタル回路で構成して記憶手段、演算手段等を設け、予め基準電圧および補正係数等を記憶手段に記憶し、負荷電流の過渡状態にあわせて対応する基準電圧および補正係数等を記憶手段から読み出して演算し、基準電圧を補正するようにしてもよい。
【００５１】
図６はこの発明に係る負荷電流Ｉｄの急激な増加、減少時のリチウムイオン電池２の基準電圧Ｂｃと補正電圧Ｖｃの時間経過特性図である。
図６（Ａ）は、負荷電流Ｉｄが急激に減少（例えば、短時間に５０Ａ→０Ａ）したときの基準電圧Ｂｃ（実線表示）と、補正電圧Ｖｃ（破線表示）との関係を示す。
図６（Ｂ）は、負荷電流Ｉｄが急激に増加（例えば、短時間に０Ａ→５０Ａ）したときの基準電圧Ｂｃ（実線表示）と、補正電圧Ｖｃ（破線表示）との関係を示す。
【００５２】
図６（Ａ）において、基準電圧Ｂｃ（実線表示）は、負荷電流Ｉｄの急激な減少（例えば、短時間に５０Ａ→０Ａ）によって急激に上昇（例えば、３Ｖ→３．９Ｖ）し、図５で説明したように補正演算手段１９で補正された補正電圧Ｖｃを出力する。
この補正電圧Ｖｃ（破線表示）は、約３．９Ｖで収束する一定の時定数（約１２０秒）で上昇する。
【００５３】
また、図６（Ｂ）において、基準電圧Ｂｃ（実線表示）は、負荷電流Ｉｄの急激な増加（例えば、短時間に０Ａ→５０Ａ）によって急激に下降（例えば、３．９Ｖ→３Ｖ）し、図５で説明したように補正演算手段１９で補正された補正電圧Ｖｃを出力する。
【００５４】
この補正電圧Ｖｃ（破線表示）は、約３Ｖまで急激（数秒以内）に下降する。
したがって、補正電圧Ｖｃ（破線表示）は、負荷電流Ｉｄが急激に減少する時には、基準電圧Ｂｃを一定の時定数（約１２０秒）で上昇するように補正し、また、負荷電流Ｉｄが急激に増加する時には、時間に関係なく所定の係数で補正すれば、負荷電流の増減の過渡状態のときにリチウムイオン電池２の特性にあわせて残容量を精度よく算出できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置は、リチウムイオン電池の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、を有するリチウムイオン電池の残容量検出装置において、電池の表面温度を検出する表面温度検出手段を有し、負荷電流と端子電圧および表面温度とに基づいて、電池の残容量を算出する残容量算出手段を備えたので簡易な構成で負荷および温度が変わっても精度よく残容量を検出することができ装置の信頼性を向上することができる。
【００５６】
また、この発明に係る残容量算出手段は、負荷電流、表面温度、無負荷時の端子電圧に基づいて基準電圧を算出する基準電圧算出手段と、負荷電流の急激な増減時に基準電圧を補正する補正演算手段と、負荷電流の急激な増減時に検出した端子電圧と補正した基準電圧とを比較して電池の残容量を算出する比較算出手段と、残容量を表示する表示手段とを備えたので残容量を精度よく検出して表示することができる。
【００５７】
さらに、この発明に係る補正演算手段は、負荷電流の急激な増減時に、それぞれ異なる補正係数を設定する補正係数設定手段と、それぞれの補正係数と基準電圧とを演算する演算手段とを備え、負荷電流の急激な増減時に基準電圧を補正するので負荷電流が急激に増減した時の過渡状態においても電池の残容量をリアルタイムに正確に検出することができ検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るリチウムイオン電池の残容量検出装置の全体ブロック構成図
【図２】この発明に係る残容量算出手段の要部ブロック構成図
【図３】この発明に係るリチウムイオン電池の基準電圧の特性図
【図４】この発明に係る基準電圧算出手段のアナログ回路の一実施例
【図５】この発明に係る補正演算手段のアナログ回路の一実施例
【図６】この発明に係る負荷電流Ｉｄの急激な増加、減少時のリチウムイオン電池の基準電圧Ｂｃと補正電圧Ｖｃの時間経過特性図
【図７】特公平１−３９０６９号公報に開示されている従来のバッテリ残容量を算出する、バッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図
【符号の説明】
１…リチウムイオン電池の残容量検出装置、２…リチウムイオン電池、３…負荷、４…表面温度検出手段、５…負荷電流検出手段、６…端子電圧検出手段、７…残容量算出手段、８，１８…基準電圧算出手段、９，１９…補正演算手段、１０…比較算出手段、１１…表示手段、２０…演算手段、２１…補正係数設定手段。
Claims (2)
- リチウムイオン電池の負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記リチウムイオン電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、を有するリチウムイオン電池の残容量検出装置において、
前記リチウムイオン電池の残容量検出装置は、
前記リチウムイオン電池の表面温度を検出する表面温度検出手段と、
前記負荷電流と前記端子電圧と前記表面温度とに基づいて前記リチウムイオン電池の残容量を算出する残容量算出手段とを備え、
前記残容量算出手段は、
前記負荷電流検出手段により検出された負荷電流及び前記表面温度検出手段により検出された表面温度に基づき、前記リチウムイオン電池の基準電圧特性から、前記リチウムイオン電池の残容量を示す基準電圧を算出する基準電圧算出手段と、
抵抗とコンデンサを直列に接続したアナログ回路を有し、前記負荷電流の急峻な減少に伴い増加する前記基準電圧を入力とし、前記アナログ回路によって決まる第１の時定数にしたがって前記増加した基準電圧を増加前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力する補正演算手段と、
前記補正演算手段により出力される補正電圧を前記端子電圧検出手段により検出された端子電圧と比較し、前記端子電圧が前記補正電圧以上であるとき前記リチウムイオン電池の残容量ありとする算出信号を出力する比較算出手段と、
を備えることを特徴とするリチウムイオン電池の残容量検出装置。 - 前記補正演算手段は、
前記負荷電流の急峻な増加に伴い減少する前記基準電圧を入力とし、前記アナログ回路によって決まり、前記第１の時定数より小さな第２の時定数にしたがって前記減少した基準電圧を減少前の基準電圧に収束させる補正電圧を出力することを特徴とする請求項１記載のリチウムイオンの残容量検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18042899A JP4668374B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | リチウムイオン電池の残容量検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18042899A JP4668374B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | リチウムイオン電池の残容量検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001006757A JP2001006757A (ja) | 2001-01-12 |
| JP4668374B2 true JP4668374B2 (ja) | 2011-04-13 |
Family
ID=16083093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18042899A Expired - Fee Related JP4668374B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | リチウムイオン電池の残容量検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4668374B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4215152B2 (ja) * | 2001-08-13 | 2009-01-28 | 日立マクセル株式会社 | 電池容量検出方法 |
| EP3403292B1 (en) * | 2016-01-13 | 2020-09-23 | Flextronics AP, LLC | Method of estimation of discharge time duration during high-rate battery discharge |
| US10184987B2 (en) | 2016-11-18 | 2019-01-22 | Semiconductor Components Industries, Llc | Methods and apparatus for reporting a relative state of charge of a battery |
| US10983168B2 (en) | 2016-11-18 | 2021-04-20 | Semiconductor Components Industries, Llc | Methods and apparatus for reporting a relative state of charge of a battery |
| KR102038475B1 (ko) * | 2018-08-22 | 2019-10-30 | 이용현 | 복수의 배터리셀을 구성하는 배터리군의 soc를 추정하는 시스템 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10289734A (ja) * | 1996-09-05 | 1998-10-27 | Nissan Motor Co Ltd | 電池特性補正方法、および電池の残存容量推定方法 |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP18042899A patent/JP4668374B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10289734A (ja) * | 1996-09-05 | 1998-10-27 | Nissan Motor Co Ltd | 電池特性補正方法、および電池の残存容量推定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001006757A (ja) | 2001-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4849700A (en) | Device for detecting residual capacity of battery | |
| US6232747B1 (en) | Remaining-amount-of-battery detecting device | |
| US8643331B1 (en) | Enhanced voltage-based fuel gauges and methods | |
| US5545969A (en) | Battery residual capacity displaying system with discharged electrical quantity computation section | |
| US5365453A (en) | System for indicating a low battery condition | |
| KR100849114B1 (ko) | 재충전 가능한 배터리의 남은 사용 시간뿐만 아니라 충전상태를 예측하는 방법 | |
| EP1081499B1 (en) | Means for estimating charged state of battery and method for estimating degraded state of battery | |
| JP5242997B2 (ja) | バッテリ状態管理方法及びバッテリ状態管理装置 | |
| US8305035B2 (en) | Energy storage device | |
| JP3274287B2 (ja) | 電池残存容量測定装置 | |
| US8502504B1 (en) | Model-based battery fuel gauges and methods | |
| KR900005184A (ko) | 배터리의 잔여용량 감시 장치 및 잔여 전하값 표시방법 | |
| JP3178315B2 (ja) | バッテリ残存容量計及び残存容量算出方法 | |
| WO2008026477A1 (fr) | Procédé et dispositif pour estimer une valeur d'état de charge d'une batterie secondaire et procédé et dispositif de jugement de dégradation | |
| JP3453821B2 (ja) | 電池残存容量計測装置 | |
| KR20060012280A (ko) | 저온 시동 전류값의 결정 방법 및 장치 | |
| JP2003035755A (ja) | 電池蓄電量検出方法 | |
| US4320334A (en) | Battery state-of-charge indicator | |
| JP5112915B2 (ja) | バッテリ状態推定装置及びバッテリ状態推定方法 | |
| JP4668374B2 (ja) | リチウムイオン電池の残容量検出装置 | |
| JP2009234557A (ja) | 開放電圧値推定方法及び開放電圧値推定装置 | |
| US6232746B1 (en) | Battery charging apparatus and full-charging detecting method | |
| JP2005195388A (ja) | 電池の残量計測装置 | |
| EP1396729B1 (en) | Method of diagnosing a motor vehicle battery | |
| JPH06342044A (ja) | バッテリー計測装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 19990730 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 19990906 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051205 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080728 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081118 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090116 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090630 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090825 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090825 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100608 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100908 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20101004 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110111 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |