JP4794986B2

JP4794986B2 - 残容量算出装置及び電池パック

Info

Publication number: JP4794986B2
Application number: JP2005323326A
Authority: JP
Inventors: 学佐々木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2025-11-08
Also published as: JP2007132691A

Description

本発明は、二次電池の残容量を算出する残容量算出装置及び電池パックに関するものである。

本発明に関連する技術として特許文献１に示す電池残量判定装置が知られている。この電池残量判定装置では、携帯型電子機器が備える付加機能毎に、電池温度と電池の電圧降下に相当する二次電池の電圧の補正値とを対応付ける第１〜第３サブテーブルを備え、携帯型電子機器が現在実行している付加機能に対応するサブテーブルを特定し、このサブテーブルから電池温度と、現在の残量レベルとに基づいて二次電池の電圧の補正値を特定し、特定した補正値を測定した二次電池の電圧に加算し、二次電池の電圧を補正する。そして、携帯型電子機器が通話中の場合は第１メインテーブルを参照して、携帯型電子機器が待ち受け中の場合は第２メインテーブルを参照して、補正後の二次電池の電圧と電池温度とを基に、残量レベルを求めることが開示されている。

ところで、近年、ノートパソコンや携帯電話等の電力源としてリチウムイオン二次電池等の二次電池を備える電池パックが広く使用されているが、二次電池の電圧は放電電流が急激に変化した場合、速やかに追従することができず、安定するまでに一定の時間がかかることが知られている。図１５は、負荷装置としてノートパソコンを用い、このノートパソコンを二次電池で稼働させたときの二次電池の放電電流と二次電池の電圧との関係を示したグラフである。Ｇ１は放電電流を示し、Ｇ２は二次電池の電圧を示し、横軸は時間を示し、左側の縦軸は電圧を示し、右側の縦軸は電流を示している。図１５に示すように、時刻Ｔ１において、ノートパソコンはサスペンド状態に入ったため、Ｇ１に示すように放電電流は１８００ｍＡから数ｍＡ、数十ｍＡに急激に減少しているが、二次電池の電圧はＧ２に示すように通電電流が急激に減少してから二次電池の電圧がほぼ一定になるまである程度時間がかかり、放電電流の急激な減少に対して速やかに追従できてないことが分かる。ここで、通電電流が急激に減少してから二次電池の電圧がほぼ一定になることが見込まれるまでの期間のことを追従期間と呼ぶことにする。

しかしながら、特許文献１の構成では、通電電流が急激に減少してから追従期間に測定された電圧を用いて二次電池の電圧を補正した場合、残容量を精度良く補正することができないという問題を有している。

また、本発明に関連する二次電池の残容量を補正する従来の技術として、図１６に示すような二次電池の通電電流と温度とに対して予め定められた二次電池の予測電圧を記憶する補正テーブルを備え、例えば通電電流が０〜１００ｍＡの範囲内にあり、温度が１８℃から３０℃の範囲内にある場合、測定した二次電池の電圧が両範囲に対応する予測電圧である３．６８Ｖ以下という条件を一定時間（例えば２０秒間）満たすとき、３．６８Ｖに対して予め定められた残容量を二次電池の残容量として算出し、残容量を補正する技術が知られている。なお、図１６において点線を引いた箇所は、実際には予測電圧が格納されていることを示している。
特開２００１−１２６７７８号公報

しかしながら、上記従来の二次電池の残容量を補正する技術では、追従期間において測定された二次電池の電圧が予測電圧以下であれば、二次電池の残容量が変化しても予測電圧に対して予め定められた残容量が二次電池の残容量として算出されてしまうため、二次電池の残容量を精度良く補正することができないという問題があった。

本発明の目的は、通電電流が急激に変化した場合であっても、二次電池の残容量を正確に補正することができる残容量算出装置及び電池パックを提供することである。

本発明による残容量算出装置は、二次電池の残容量を算出する残容量算出装置であって、前記二次電池の放電電流を計測する電流計測手段と、前記二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、前記二次電池の残容量を算出する残容量算出手段と、前記二次電池の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段により計測された温度と前記電流計測手段により計測された放電電流とに対して、予め定められた放電末期における二次電池の予測電圧を特定し、前記電圧計測手段により計測された二次電池の電圧が特定した予測電圧以下という容量補正条件を満たす場合、前記残容量算出手段により算出された二次電池の残容量に代えて、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定する容量補正手段と、前記電流計測手段により計測された放電電流を基に、前記放電電流が急激に変化したか否かを判定する変化量判定手段とを備え、前記容量補正手段は、前記変化量判定手段により放電電流が急激に変化したと判定された場合、急激に変化したと判定されてから前記二次電池の電圧が追従するまでの所定の追従期間が経過するまで、前記容量補正条件の判定を行わず、前記追従期間が経過したときに前記容量補正条件の判定を行い、前記容量補正条件を満たすと判定した場合、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定し、前記変化量判定手段は、前記電流計測手段により計測された放電電流が急激に減少したか否かを判定し、かつ、前記追従期間が経過したときの放電電流が所定の下限電流よりも低いか否かを判定し、前記容量補正手段は、前記変化量判定手段により、前記追従期間が経過したときの放電電流が前記下限電流よりも低いと判定された場合、容量補正条件の判定を行わない期間を延長するために予め定められた延長追従期間の計時を開始し、前記延長追従期間が経過したときに、前記二次電池の電圧が前記予測電圧以下か否かの判定を行うことを特徴とする。

この構成によれば、残容量算出手段は、二次電池の残容量を算出する。変化量判定手段は、通電電流が急激に変化するか否かを判定する。残容量補正手段は、通電電流を基に、予め定められた二次電池の予測電圧を特定し、電圧計測手段により計測された二次電池の電圧が特定した予測電圧以下という容量補正条件を満たす場合、予測電圧に対して予め定められた残容量を、残容量算出手段により算出された残容量に代えて、二次電池の残容量として算出し、残容量を補正する。

ここで、残容量補正手段は、容量補正条件を判定するに際し、変化量判定手段により通電電流が急激に変化したと判定された場合、この通電電流に二次電池の電圧が追従するまでの所定の追従期間が経過するのを待ってから、二次電池の電圧が容量補正条件を満たすか否かの判定を行う。

そのため、通電電流が急激に変化し、二次電池の電圧が不安定な状態にあり、容量補正手段により特定された残容量では正確な残容量を得ることが見込まれない追従期間内では、残容量の補正が行われず、追従期間が経過したときの二次電池の電圧を用いて容量補正条件の判定が行われるため、容量補正条件の判定精度が高まり、残容量を正確に補正することができる。

また、この構成によれば、残容量算出時に放電電流が急激に減少し、二次電池の電圧の追従性が顕著に悪化した場合であっても、追従期間が経過してから容量補正条件の判定がなされるため、容量補正条件の判定精度をより高めることができる。

また、この構成によれば、追従期間が経過したとき、放電電流が急激に減少したときの放電電流の値が所定の下限電流よりも低い場合は、容量補正条件の判定を行わない期間を延長するために予め定められた延長追従期間が経過したときに容量補正条件の判定が行われるため、急激に減少したときの放電電流の値が低すぎて二次電池の電圧が安定するまでには追従期間よりも更に長期間を要することになった場合であっても、その間は容量補正条件の判定が行われないため、容量補正条件の判定精度を高めることができる。
また、この構成によれば、放電電流の急激な変化が頻繁に発生する放電時において容量補正条件の判定精度を高め、残容量の補正を正確に行うことができる。

また、上記構成において、前記変化量判定手段は、放電電流が急激に増大するか否かを判定し、前記容量補正手段は、前記延長追従期間の計時中に、前記変化量判定手段により放電電流が急激に増大したと判定されたとき、前記容量補正条件の判定を行うことが好ましい。

また、この構成によれば、延長追従期間内において放電電流が急激に増大した場合、速やかに容量補正条件を満たすか否かの判定が行われる。ここで、放電電流が急激に増大した場合は二次電池の電圧の追従性はそれほど悪くならない。そのため、容量補正条件の判定精度を保ちつつ、容量補正条件の判定回数を増大させることができる。

また、上記構成において、前記二次電池の電圧が、前記容量補正条件を満たしたときに計時を開始し、所定の容量補正判定期間を計時するまで、前記二次電池の電圧が前記容量補正条件を満たしていた場合に、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定することが好ましい。

この構成によれば、二次電池の電圧が容量補正条件を一定期間満たしていた場合に、残容量が補正されるため、より正確に残容量を補正することができる。

また、上記構成において、前記容量補正手段は、前記容量補正判定期間の計時中に、前記変化量判定手段により放電電流が下限電流より低いと判定された場合、前記容量補正判定期間の計時を一旦停止すると共に前記延長追従期間及び放電電流が急激に増大するか否かを判定するために予め設けられた期間である増大判定期間の計時を開始し、前記増大判定期間の計時中に、前記変化量判定手段により前記放電電流が急激に増大したと判定された場合、前記容量補正判定期間の計時を一旦停止したときの時刻から再開することが好ましい。

この構成によれば、二次電池の電圧が容量補正条件を満たし、容量補正判定期間の計時が開始され、容量補正判定期間の計時中に、放電電流が下限電流より低いと判定されると、容量補正判定期間の計時が一旦停止されると共に、延長追従期間と増大判定期間との計時が開始される。ここで、増大判定期間は、放電電流が急激に増大したか否かを判定するために予め設けられた期間である。そして、増大判定期間の計時中に放電電流が急激に増大し、計測された二次電池の電圧が容量補正条件を満たしたとき、一旦停止されていた容量補正判定期間の計時が一旦停止していたときの時刻から再開され、容量補正判定期間が経過したとき、容量補正条件の判定が行われる。そのため、放電電流の急激な変化が頻繁に発生するような場合であっても、容量補正条件の判定精度を高めることができるとともに、残容量の算出回数を増やすことができる。

本発明による電池パックは、二次電池と、前記二次電池の放電電流を計測する電流計測手段と、前記二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、前記二次電池の残容量を算出する残容量算出手段と、前記二次電池の温度を計測する温度計測手段と、前記電流計測手段により計測された温度と前記電流計測手段により計測された放電電流とに対して、予め定められた放電末期における二次電池の予測電圧を特定し、前記電圧計測手段により計測された二次電池の電圧が特定した予測電圧以下という容量補正条件を満たす場合、前記残容量算出手段により算出された二次電池の残容量に代えて、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定する容量補正手段と、前記電流計測手段により計測された放電電流を基に、前記放電電流が急激に変化したか否かを判定する変化量判定手段とを備え、前記容量補正手段は、前記変化量判定手段により放電電流が急激に変化したと判定された場合、急激に変化したと判定されてから前記二次電池の電圧が追従するまでの所定の追従期間が経過するまで、前記容量補正条件の判定を行わず、前記追従期間が経過したときに前記容量補正条件の判定を行い、前記容量補正条件を満たすと判定した場合、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定し、前記変化量判定手段は、前記電流計測手段により計測された放電電流が急激に減少したか否かを判定し、かつ、前記追従期間が経過したときの放電電流が所定の下限電流よりも低いか否かを判定し、前記容量補正手段は、前記変化量判定手段により、前記追従期間が経過したときの放電電流が前記下限電流よりも低いと判定された場合、容量補正条件の判定を行わない期間を延長するために予め定められた延長追従期間の計時を開始し、前記延長追従期間が経過したときに、前記二次電池の電圧が前記予測電圧以下か否かの判定を行うことを特徴とする。

この構成によれば、請求項１記載の発明と同様、放電電流が急激に変化した場合であっても、残容量を正確に補正することができる。

本発明によれば、放電電流が急激に変化した場合であっても、容量補正条件の判定精度を高めることができ二次電池の残容量を正確に補正することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による電池パック３のブロック図を示している。電池パック３は、残容量算出装置１、二次電池２、端子３１，３２、及び通信端子３３を備えている。端子３１，３２及び通信端子３３の各々には、負荷装置４の端子４１，４２及び通信端子４３が接続され、これにより負荷装置４と電池パック３とが電気的に接続される。負荷装置４としては、ノート型のパーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ等の装置を採用することができる。なお、端子３１，３２、及び通信端子３３は、充電装置の端子及び通信端子とも接続され、この充電装置によって二次電池２は充電される。

二次電池２は、直列接続された３個の電池セル２１〜２３を備える。なお、二次電池２を構成する電池セルの個数は、３個に限定されず、４個以上の電池セルから構成してもよいし、２個の電池セルから構成してもよい。

残容量算出装置１は、電流制御部１１、温度計測部１２、電圧計測部１３、電流計測部１４、演算部１５、記憶部１６、及び通信部１７を備えている。電流制御部１１は、温度ヒューズ等の非可逆的なスイッチ又は、トランジスタ等の可逆的なスイッチ等から構成され、演算部１５の制御の下、二次電池２及び端子３１間を電気的に遮断して二次電池２を非通電状態にすると共に、二次電池２及び端子３１間を電気的に接続して二次電池２を通電状態にする。

温度計測部１２は、温度センサから構成され、二次電池２の表面の温度を計測し、計測データを演算部１５に出力する。電圧計測部１３は、Ａ／Ｄ変換器等から構成され、二次電池２の正極と負極間の電圧である二次電池２の電圧を計測し、計測データを演算部１５に出力する。電流計測部１４は、電流センサから構成され、二次電池２に通電される充電電流、或いは放電電流を計測し、計測データを演算部１５に出力する。

演算部１５は、ＣＰＵ、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ等から構成され、記憶部１６に記憶された制御プログラムを実行することで、残容量算出装置１の全体を制御する。そして、演算部１５は、二次電池２を過充電、過放電、又は過電流から保護する機能、及びデータ取得部１５０、変化量判定部１５１、残容量算出部１５２、及び容量補正部１５３の機能を備えている。

データ取得部１５０は、温度計測部１２から所定時間間隔毎に温度の計測データを取得し、電流計測部１４から所定時間間隔毎に放電電流の計測データを取得し、電圧検出部１３から所定時間間隔毎に二次電池２の電圧の計測データを取得し図略のＲＡＭに一時的に記憶させる。ここで、データ取得部１５は、放電電流の一定数の計測データを時系列的に取得して図略のＲＡＭに記憶させ、計測データの数が一定数を超えた場合、最も古い計測データをＲＡＭから削除する。

変化量判定部１５１は、データ取得部１５０により取得された最新の放電電流の計測データと最新の計測データに対して１又は複数個前に取得された放電電流の計測データとをＲＡＭから読み出し、１又は複数個前に取得された放電電流の計測データから最新の放電電流の計測データを減じ放電電流減少量を算出し、この放電電流減少量と所定の基準減少量とを比較することにより、放電電流が急激に減少したか否かを判定する。

残容量算出部１５２は、電圧計測部１３により計測された二次電池２の電圧に対して予め定められた残容量を二次電池２の残容量として算出する、或いは、二次電池２から流れる放電電流を積算して二次電池２の残容量を算出する。

容量補正部１５３は、温度計測部１２により計測された温度と、電流計測部１４により計測された放電電流とに対する二次電池２の予測電圧を、補正テーブル１６１を参照することで特定し、電圧計測部１３により計測された二次電池２の電圧が、特定した予測電圧以下という容量補正条件を満たす場合、残容量算出部１５２により算出された残容量に代えて、当該予測電圧に対する残容量を残容量特定テーブル１６２から特定し、特定した残容量を二次電池２の残容量とすることで残容量を補正する。

また、容量補正部１５３は、変化量判定部１５１により放電電流が急激に減少したと判定されたとき、その放電電流の減少に対して二次電池２の電圧が追従することが見込まれる所定の追従期間の計時を開始し、追従期間が経過するまで、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たすか否かの判定を行わず、追従期間が経過したとき、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たすか否かの判定を行う。

ここで、追従期間は、放電電流が急激に減少した場合に、二次電池２の電圧が安定するまでに要する時間であり、実験等を繰り返すことによって得られた期間である。

記憶部１６は、書き換え可能な不揮発性のメモリから構成され、電池パック３の制御プログラムを記憶する。特に本実施の形態では、記憶部１６は、補正テーブル１６１、残容量特定テーブル１６２、及び基準減少量記憶部１６３を備えている。補正テーブル１６１は、二次電池２の温度と二次電池２の放電電流とに対する二次電池２の予測電圧を記憶している。図２は、補正テーブル１６１の一例を示した図である。

図２に示すように、補正テーブル１６１は、温度の欄と、放電電流の欄とを備え、各升には、温度と放電電流とに対する予測電圧が格納されている。図２の例では、温度の欄は、１０度未満、１０度以上１８度未満、１８度以上３０度未満、３０度以上５０度未満、５０度以上６０度未満と５つの温度範囲が記載されている。また放電電流の欄は、０未満、０以上６００未満、６００以上１８００未満、１８００以上２７００未満、２７００以上３６００未満、３６００以上４８００未満、４８００以上６０００未満、６０００以上７８００未満と８つの放電電流範囲が記載されている（単位はｍＡ）。

なお、図２に示す補正テーブル１６１は、一例にすぎず、温度範囲の数も５つに限定されず、６つ以上又は１〜４つの温度範囲を記載してもよいし、温度範囲を定める値自体も他の値を採用してもよい。また、放電電流範囲の数も８つに限定されず、１〜７つ又は９つ以上の放電電流範囲を記載してもよいし、放電電流範囲を定める値自体も他の値を採用してもよい。

残容量算出部１５２が算出する残容量と実際の残容量とは、種々の理由によって差異が生じることが知られている。特に放電末期において、残容量算出部１５２が算出する残容量よりも実際の残容量が低い場合、負荷装置４の電源が突然オフとなり、負荷装置４を使用することができない事態が発生する。そのため、放電末期において、残容量算出部１５２が算出する残容量よりも実際の残容量が低くなる事態を防止するために、容量補正部１５３は、補正テーブル１６１を参照し、電圧計測部１３により計測された二次電池２の電圧が容量補正条件を満たす場合は、その容量補正条件である予測電圧に対して予め定められた残容量を二次電池の残容量として特定する。

残容量特定テーブル１６２は、予測電圧に対する残容量を記憶している。図３は残容量特定テーブルの一例を示す図である。図３に示す残容量特定テーブル１６２は、予測電圧の欄と残容量の欄とを備え、予測電圧の欄には複数の予測電圧が格納され、残容量の欄には各予測電圧に対する残容量を％で表した値が格納されている。なお、図３に示す点線は、実際には予測電圧と残容量とが格納されていることを示し、波線は残容量テーブル１６２は更に予測電圧及び残容量を記憶する升が存在することを示している。

基準減少量記憶部１６３は、変化量判定部１５１により放電電流が急激に減少したか否かの判定が行われる際に用いられる基準減少量を記憶している。

通信部１７は、演算部１５により算出された残容量等、種々のデータを通信端子３３を介して負荷装置４に送信する。

次に、電池パック３による残容量算出処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。なお、このフローチャートとは独立して、残容量算出部１５２は、一定の時間間隔で二次電池２の残容量を算出しているものとする。まず、ステップＳ１において、変化量判定部１５１は、最新の放電電流の計測データと一又は複数個前に取得された放電電流の計測データとを図略のＲＡＭから読み出し、一又は複数個前に取得された放電電流から最新の放電電流の計測データを減じて放電電流減少量を算出する。

ステップＳ２において、変化量判定部１５１は、算出した放電電流減少量が基準減少量より大きいか否かを判定し、放電電流減少量が基準減少量より大きい場合（Ｓ２でＹＥＳ）、放電電流は急激に減少したと判定し、処理をステップＳ３に進める。

一方、変化量判定部１５１は、放電電流減少量が基準減少量以下であると判定した場合（Ｓ２でＮＯ）、処理をステップＳ５に進める。

ステップＳ３において、容量補正部１５３は、追従期間を計時するためのタイマーに０をセットして計時を開始する。ステップＳ４において、容量補正部１５３は、タイマーの計時時間が追従期間に到達しない場合（Ｓ４でＮＯ）、処理をステップＳ４に戻し、引き続き追従期間の計時を行う。一方、ステップＳ４において、容量補正部１５３は、タイマーの計時時間が追従期間に到達した場合（Ｓ４でＹＥＳ）、処理をステップＳ１に戻し、変化量判定部１５１は、再度、放電電流減少量を算出する。

ステップＳ４において、容量補正部１５３は、温度計測部１２により計測された温度と電流計測部１４により計測された温度とに対する予測電圧を補正テーブル１６１から特定し、計測された二次電池２の電圧が特定した予測電圧以下であり、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たすと判定した場合（Ｓ５でＹＥＳ）、当該予測電圧に対して予め定められた残容量を、残容量特定テーブル１６２から特定する（Ｓ６）。ここで、容量補正部１５３は、測定された二次電池２の電圧が予測電圧より大きくなるまで、一度算出した残容量を二次電池２の残容量として採用する。

一方、ステップＳ５において、容量補正部１５３は、計測された二次電池２の電圧が、特定した予測電圧より大きく、容量補正条件を満たさないと判定した場合（Ｓ５でＮＯ）、処理をステップＳ１に戻す。この場合、残容量算出部１５２により算出された残容量が二次電池２の残容量として採用される。

ステップＳ７において、容量補正部１５３は、算出した残容量を通信部１７に出力し、通信部１７は残容量を、通信端子３３を介して負荷装置４に送信する。そして、負荷装置４は受信した残容量を図略の表示部に表示する。

図５は本発明による効果を説明するグラフであり、（ａ）は、放電電流が急激に減少した場合に、追従期間が経過するのを待つことなく容量補正条件の判定を行った場合を示し、（ｂ）は、放電電流が急激に減少した場合に、追従期間が経過するのを待ってから容量補正条件の判定を行った場合を示している。

（ａ）及び（ｂ）に示すグラフにおいて左側の縦軸は電流及び電圧を示し、右側の縦軸は残容量を示し、横軸は時間を示し、Ｃ１は放電電流を示し、Ｃ２は二次電池２の電圧を示し、Ｃ３は残容量を示してる。

追従期間が経過するのを待つことなく容量補正条件の判定を行った場合、（ａ）に示すように、８１分が経過したころに残容量が２２％から３％に急激に減少し、放電末期での二次電池の残容量の算出精度が低下していることが分かる。一方、追従期間が経過したときに容量補正条件の判定を行った場合は、（ｂ）に示すように、８０分が経過したころに残容量の急激な低下は見られず、残容量の算出精度が向上していることが分かる。

以上説明したように実施の形態１による電池パック３によれば、変化量判定部１５１は、二次電池２の所定時間内の放電電流減少量が所定の基準減少量より大きい場合、放電電流が急激に変化したと判定する。容量補正部１５３は、変化量判定部１５１により放電電流が急激に減少したと判定された場合、追従期間が経過するまで、容量補正条件の判定を行わない。そして、容量補正部１５３は、追従期間が経過したときに、電圧計測部１３により計測された二次電池２の電圧を用いて容量補正条件の判定を行い、二次電池２の残容量を算出する。そのため、通電電流が急激に減少しても、安定時の二次電池２の電圧を用いて容量補正条件が判定されるため、容量補正条件の判定精度を高めることができ、二次電池２の残容量を正確に補正することができる。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２による電池パック３ａについて説明する。図６は実施の形態２による電池パック３のブロック図を示している。なお、本実施の形態において実施の形態１と同一のものは同一の符号を用いて説明を省略する。実施の形態２による電池パック３ａは、追従期間の経過時に放電電流が所定の下限電流よりも低い場合、容量補正条件の判定を行わない期間を延長することを特徴とする。

変化量判定部１５１ａは、実施の形態１の変化量判定部１５１が備える機能に加え、追従期間の経過時に放電電流が所定の下限電流よりも低いか否かを判定する。急激に減少した放電電流の値が低すぎると、二次電池２の電圧が安定するまでには更に多くの時間がかかってしてしまう。そこで、下限電流は、二次電池２の電圧の追従性を大幅に悪化させてしまうような値が採用されている。

容量補正部１５３ａは、実施の形態１の容量補正部１５３が備える機能に加え、変化量判定部１５１ａにより放電電流が下限電流よりも低いと判定された場合、所定の延長追従期間の計時を開始する。ここで、延長追従期間は、容量補正部１５３ａが容量補正条件を判定しない期間を追従期間から更に延長するための期間であり、二次電池２の電圧が安定すると見込まれる期間である。

記憶部１６ａは、実施の形態１の記憶部１６に対して更に上述する下限電流を記憶する下限電流記憶部１６４を備えている。

次に、本電池パック３ａによる残容量算出処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１の処理は図４に示すステップＳ１と同一の処理であるため説明を省略する。ステップＳ１２において、容量補正部１５３ａは、フラグＮを１に設定する。このフラグＮは、ステップＳ１７，Ｓ１８，Ｓ２０，Ｓ２１の処理が２回以上実行されることを防止するためのフラグである。なお、このフラグＮは演算部１５が備える図略のＲＡＭに記憶されている。

ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１６の処理は図４に示すステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４の処理と同一であるため説明を省略する。ステップＳ１５において、容量補正部１５３ａは、フラグＮに０が設定されているか否かを判定し、フラグＮに０が設定されている場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１７，Ｓ１８，Ｓ２０，Ｓ２１の処理は既に１回実行されていると判定し、ステップＳ１７の処理をスキップして処理をステップＳ１９に進める。一方、容量補正部１５３ａは、フラグＮに１が設定されていると判定した場合（Ｓ１５でＮＯ）、変化量判定部１５１ａは、放電電流が下限電流より低いか否かを判定する。そして、変化量判定部１５１ａは、放電電流が下限電流より低いと判定した場合（Ｓ１７でＹＥＳ）、容量補正部１５３ａは、延長追従期間を計時するタイマーに０をセットして計時を開始し（Ｓ１８）、タイマーの計時時間が延長追従期間に到達した場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、フラグＮに０を設定し、処理をステップＳ１３に戻す。

一方、ステップＳ２０において、容量補正部１５３ａは、タイマーの計時時間が延長追従期間に到達しない場合（Ｓ２０でＮＯ）処理をステップＳ２０に戻す。ステップＳ１９，Ｓ２２，Ｓ２３の処理は図４に示すステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７と同一であるため、説明を省略する。

図８は、容量補正部１５３ａによる容量補正条件の判定タイミングを示すグラフである。まず、時刻Ｔ１において、放電電流が急激に減少しているため、容量補正部１５３ａは、追従期間の計時を開始する。追従期間が経過した時刻Ｔ２において、変化量判定部１５１ａは、放電電流が下限電流よりも低いため、延長追従期間の計時を開始する。延長追従期間が経過した時刻Ｔ３において、容量補正部１５３ａは、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たしていれば、予測電圧に対して予め定められた残容量を二次電池２の残容量とする。

以上説明したように、実施の形態２による電池パック３ａによれば、急激に減少した放電電流が下限電流よりも低い場合は、容量補正判定条件を判定しない期間を追従期間から延長させ、延長追従期間が経過したときに容量補正条件を判定しているため、容量補正条件の判定精度を高めることができる。

（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３による電池パック３ｂについて説明する。図９は実施の形態３による電池パック３ｂのブロック図を示している。なお、本実施の形態において実施の形態１，２と同一のものは同一の符号を用いて説明を省略する。実施の形態３による電池パック３ｂは、延長追従期間の計時中において、放電電流が急激に増大したとき、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たすか否かを判定することを特徴とする。

変化量判定部１５１ｂは、実施の形態１の変化量判定部１５１ａが備える機能に加え、データ取得部１５０により取得された最新の放電電流の計測データから１又は複数個前に取得された放電電流の計測データを減じて放電電流増大量を算出し、放電電流増大量が所定の基準増大量より大きい場合、放電電流が急激に増大したと判定する機能を備えている。

容量補正部１５３ｂは、実施の形態１の容量補正部１５３ａが備える機能に加え、追従期間の計時の中に、変化量判定部１５１ｂにより放電電流が急激に増大したと判定された場合、測定された二次電池２の電圧が容量補正条件を満たすか否かを判定する機能を備えている。

記憶部１６ｂは、実施の形態２の記憶部１６ａに対して、更に基準増大量記憶部１６５を備えている。基準増大量記憶部１６５は、変化量判定部１５１ｂにより放電電流が急激に増大したか否かの判定がされる際に使用される基準増大量を記憶している。

次に、実施の形態３による電池パック３ｂの残容量算出処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３７，Ｓ３８の処理は図７に示すステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１８の処理と同一であるため、説明を省略する。ステップＳ４０において、容量補正部１５３ｂは、タイマーの計時時間が延長追従期間に到達したと判定した場合（Ｓ４０でＹＥＳ）、フラグＮに０を設定し、処理をステップＳ３３に戻す。

一方、ステップＳ４０において、変化量判定部１５１ｂは、タイマーの計時時間が延長追従期間に到達しない場合（Ｓ４０でＮＯ）、最新の放電電流と最終の放電電流に対して１又は複数個前にデータ取得部１５０により取得された放電電流をＲＡＭから読み出し、最新の放電電流から１又は複数個前に取得された放電電流を減じ放電電流増大量を算出する（Ｓ４５）。ステップＳ４４において、変化量判定部１５１ｂは、放電電流増大量が基準増大量よりも大きいか否かを判定し、放電電流増大量が基準増大量よりも大きい場合（Ｓ４４でＹＥＳ）、処理をステップＳ３３に戻す。一方、容量補正部１５３ｂは、二次電池２の電圧が容量補正条件を満足しないと判定した場合（Ｓ４４でＮＯ）、処理をステップＳ４０に戻す。ステップＳ３９，Ｓ４２，Ｓ４３の処理は図７に示すステップＳ１９，Ｓ２２，Ｓ２３の処理と同一であるため説明を省略する。

図１１は、本実施の形態による電池パック３ｂによる容量補正条件の判定タイミングを示すグラフである。まず、時刻Ｔ１において、放電電流が急激に減少しているため、容量補正部１５３ｂは、追従期間の計時を開始する。追従期間が経過した時刻Ｔ２において、容量補正部１５３ｂは、放電電流が下限電流よりも低いため、延長追従期間の計時を開始する。延長追従期間が経過する前の時刻Ｔ３において、放電電流が急激に増大しているため、容量補正部１５３ａは、測定した二次電池２の電圧が容量補正条件を満しているか否かの判定を行う。そして、容量補正条件を満たしていれば、予測電圧に対して予め定められた残容量を二次電池２の残容量として特定する。

以上説明したように、実施の形態３による電池パック３ｂによれば、追従期間の計時終了時における放電電流が下限電流よりも低いとき、延長追従期間の計時を開始し、延長追従期間の計時中に放電電流が急激に増大した場合、速やかに容量補正条件の判定がなされる。ここで、放電電流が急激に増大しても二次電池２の電圧の追従性はそれほど悪くない。そのため、放電電流が急激に増大した直後の二次電池２の電圧を用いても容量補正条件の判定を精度よく行うことができる。その結果、容量補正条件の判定精度を保ちつつ、容量補正条件の判定回数を増大させることができる。

（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４による電池パック３ｃについて説明する。図１２は実施の形態４による電池パック３ｃのブロック図を示している。なお、本実施の形態において実施の形態１〜３と同一のものは同一の符号を付し、説明を省略する。実施の形態４による電池パック３ｃは、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たしたとき所定の容量補正判定期間の計時を開始し、容量補正判定期間の計時が終了するまで二次電池２の電圧が容量補正条件を満たしていた場合に残容量の補正を行うことを特徴としている。また、容量補正判定期間の計時中に放電電流が急激に増大したとき、容量補正判定期間の計時を一旦停止すると共に、延長追従期間及び所定の増大判定期間の計時を開始し、増大判定期間内の計時中に放電電流が急激に増大し、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たしたとき、容量補正判定期間の計時を一旦停止していた続きの時間から開始することを特徴とする。

変化量判定部１５１ｃは、実施の形態３による変化量判定部１５１ｂと同一の機能を備えている。容量補正部１５３ｃは、変化量判定部１５１ｃにより、放電電流が急激に減少したと判定されたとき、追従期間の計時を開始する。また、容量補正部１５３ｃは、測定された二次電池２の電圧が容量補正条件を満たす場合は、容量補正判定期間の計時を開始し、二次電池２の電圧が容量補正判定期間の計時が終了するまで容量補正条件を満たしていた場合、残容量の補正を行う。

更に、容量補正部１５３ｃは、追従期間の計時が終了したとき、変化量判定部１５１ｃにより放電電流が下限電流より低いと判定された場合、放電電流が急激に増大するか否かを判定するために予め設定された期間である増大判定期間の計時を開始すると共に、延長追従期間の計時を開始する。ここで、容量補正部１５３ｃは、タイマーＴＭ０を用いて追従期間の計時を行い、タイマーＴＭ１を用いて延長追従期間の計時を行い、タイマーＴＭ２を用いて増大判定期間の計時を行い、タイマーＴＭ３を用いて延長追従期間の計時を行う。

記憶部１６ｃは、実施の形態３の記憶部１６ｂと同一のデータを記憶している。

次に、実施の形態４による電池パック３ｃの残容量算出処理について、図１３のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５３の処理は、図１０に示すステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３の処理と同一であるため説明を省略する。ステップＳ５４において、容量補正部１５３ｃは、追従期間の計時を開始するために、タイマーＴＭ０とタイマーＴＭ１とに０をセットしてタイマーＴＭ０の計時を開始する。

ステップＳ５６において、容量補正部１５３ｃは、タイマーＴＭ０による計時時間が追従期間に到達した場合（Ｓ５６でＹＥＳ）、処理をステップＳ５３に戻す。一方、ステップＳ５６において、タイマーＴＭ０による計時時間が追従期間に到達していない場合（ステップＳ５６でＮＯ）、処理がステップＳ５６に戻される。

ステップＳ５５，Ｓ５７の処理は図１０に示すステップＳ３５，Ｓ３７と同一であるため説明を省略する。ステップＳ５８において、容量補正部１５３ｃは、増大判定期間の計時を開始するためにタイマーＴＭ２に０をセットして計時を開始し、延長追従期間の計時を開始するためにタイマーＴＭ３に０をセットして計時を開始し、容量補正判定期間の計時を一旦停止するために、タイマーＴＭ１の計時を一旦停止する。

ステップＳ６０，Ｓ７１，Ｓ６４の処理は図１０に示すステップＳ４０，Ｓ４５，Ｓ４４と同一であるため、説明を省略する。ステップＳ６１において、容量補正部１５３ｃは、タイマーＴＭ３による計時時間が延長追従期間に到達したとき（Ｓ６１でＹＥＳ）、フラグＮにＮ＝０を設定すると共にタイマーＴＭ１に０をセットし（Ｓ６５）、処理をステップＳ５３に戻す。ステップＳ６８において、容量補正部１５３ｃは、増大判定期間の計時中に放電電流が急激に増大したため、ステップＳ５８で一旦停止されていたタイマーＴＭ１の計時を続きの時間から開始する。

ステップＳ５９において、容量補正部１５３ｃは、測定された二次電池２の電圧が容量補正条件を満たすと判定した場合（Ｓ５９でＹＥＳ）、タイマーＴＭ１の計時を開始する（Ｓ６６）。一方、ステップＳ５９において、測定された二次電池２の電圧が容量補正条件を満たさないと判定された場合（Ｓ５９でＮＯ）、処理がステップＳ５３に戻される。

ステップＳ６６において、容量補正部１５３ｃは、タイマーＴＭ１の計時を開始し、タイマーＴＭ１が所定の容量補正判定期間に到達したとき（Ｓ６７でＹＥＳ）、二次電池２の残容量を補正する（Ｓ６９）。一方、容量補正部１５３ｃは、タイマーＴＭ１が容量補正判定期間に到達しないとき（Ｓ６７でＮＯ）、処理をステップＳ５３に戻す。ステップＳ７０の処理は図１０に示すＳ４３と同一であるため、説明を省略する。

図１４は、本実施形態による電池パック３ｃの容量補正条件の判定タイミングを示すタイミングチャートである。まず、時刻Ｔ１において、放電電流が急激に減少したとき、追従期間の計時が開始される。そして、時刻Ｔ２において、追従期間が経過したとき、放電電流が下限電流より低いため、増大判定期間と延長追従期間との計時が開始され、増大判定期間の計時中に放電電流が急激に増大し、時刻Ｔ３において、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たすと、容量補正判定期間の計時が開始される。

容量補正判定期間内の時刻Ｔ４において、放電電流が急激に減少すると、補正条件判定期間の計時が一旦停止される。このとき、放電電流は下限電流よりも低いため、増大判定期間および延長追従期間の計時が開始される。増大判定期間内の時刻Ｔ５において、放電電流が急激に増大した後、時刻Ｔ６において、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たしたため、時刻Ｔ４において一旦停止されていた容量補正判定期間の計時が再開され、時刻Ｔ７において、容量補正判定期間の計時が終了されると、容量補正部１５３ｃは、残容量を補正する。

以上説明したように、実施の形態４による電池パック３ｃによれば、容量補正判定期間の計時中に放電電流が急激に減少すると、容量補正判定期間の計時が一旦停止され、増大判定期間及び延長追従期間の計時が開始され、増大判定期間の計時中に放電電流が急激に増大した後、二次電池２の電圧が容量補正条件を満たした場合、一旦停止された容量補正判定期間の計時が再開される。そのため、容量補正条件の判定精度を維持しつつ、容量補正条件の判定回数を増大させることができる。

なお、上記実施の形態では、本発明による残容量算出装置を電池パック３〜３ｃに適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、本発明による残容量算出装置を負荷装置４に適用してもよい。

本発明によれば、通電電流の変化が大きい場合であっても、二次電池の残容量を正確に補正し、ユーザにより正確な残容量を報知することができるため、ノート型パソコン、携帯電話機、電動工具にとって有用な残容量算出装置及び電池パックを提供することができる。

本発明の実施の形態１による電池パックのブロック図である。電池補正テーブルを示した図である。残容量特定テーブルの一例を示す図である。本発明の実施の形態１による電池パックの残容量算出処理を示すフローチャートである。（ａ）は容量補正条件の判定を追従期間の経過を待つことなく行った場合の残容量のグラフを示し、（ｂ）は容量補正条件の判定を追従期間が経過したときに行った場合の残容量のグラフ示している。本発明の実施の形態２による電池パックのブロック図である。本発明の実施の形態２による電池パックの残容量算出処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２による放電電流の経時的変化を示すグラフである。本発明の実施の形態３による電池パックのブロック図である。本発明の実施の形態３による電池パックの残容量算出処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３による放電電流の経時的変化を示すグラフである。本発明の実施の形態４による電池パックのブロック図である。本発明の実施の形態４による電池パックの残容量算出処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態４による放電電流の経時的変化を示すグラフである。二次電池の放電電流と二次電池の電圧との関係を示したグラフである。従来の他の手法で用いられる補正テーブルを示した図である。

符号の説明

１残容量算出装置
２二次電池
３，３ａ，３ｂ，３ｃ電池パック
４負荷装置
１１電流制御部
１２温度計測部
１３電圧計測部
１４電流計測部
１５演算部
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ記憶部
１７通信部
２１，２２，２３電池セル
１５１，１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ変化量判定部
１５３，１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ残容量算出部
１６１補正テーブル
１６２残容量特定テーブル
１６３基準減少量記憶部
１６４下限電流記憶部
１６５基準増大量記憶部

Claims

二次電池の残容量を算出する残容量算出装置であって、
前記二次電池の放電電流を計測する電流計測手段と、
前記二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記二次電池の残容量を算出する残容量算出手段と、
前記二次電池の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段により計測された温度と前記電流計測手段により計測された放電電流とに対して、予め定められた放電末期における二次電池の予測電圧を特定し、前記電圧計測手段により計測された二次電池の電圧が特定した予測電圧以下という容量補正条件を満たす場合、前記残容量算出手段により算出された二次電池の残容量に代えて、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定する容量補正手段と、
前記電流計測手段により計測された放電電流を基に、前記放電電流が急激に変化したか否かを判定する変化量判定手段とを備え、
前記容量補正手段は、前記変化量判定手段により放電電流が急激に変化したと判定された場合、急激に変化したと判定されてから前記二次電池の電圧が追従するまでの所定の追従期間が経過するまで、前記容量補正条件の判定を行わず、前記追従期間が経過したときに前記容量補正条件の判定を行い、前記容量補正条件を満たすと判定した場合、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定し、
前記変化量判定手段は、前記電流計測手段により計測された放電電流が急激に減少したか否かを判定し、かつ、前記追従期間が経過したときの放電電流が所定の下限電流よりも低いか否かを判定し、
前記容量補正手段は、前記変化量判定手段により、前記追従期間が経過したときの放電電流が前記下限電流よりも低いと判定された場合、容量補正条件の判定を行わない期間を延長するために予め定められた延長追従期間の計時を開始し、前記延長追従期間が経過したときに、前記二次電池の電圧が前記予測電圧以下か否かの判定を行うことを特徴とする残容量算出装置。
前記変化量判定手段は、放電電流が急激に増大するか否かを判定し、
前記容量補正手段は、前記延長追従期間の計時中に、前記変化量判定手段により放電電流が急激に増大したと判定されたとき、前記容量補正条件の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の残容量算出装置。
前記容量補正手段は、
前記二次電池の電圧が前記容量補正条件を満たしたときに計時を開始し、
所定の容量補正判定期間を計時するまで、前記二次電池の電圧が前記容量補正条件を満たしていた場合に、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定することを特徴とする請求項１又は２記載の残容量算出装置。
前記容量補正手段は、
前記容量補正判定期間の計時中に、前記変化量判定手段により放電電流が下限電流より低いと判定された場合、前記容量補正判定期間の計時を一旦停止すると共に前記延長追従期間及び放電電流が急激に増大するか否かを判定するために予め設けられた期間である増大判定期間の計時を開始し、
前記増大判定期間の計時中に、前記変化量判定手段により前記放電電流が急激に増大したと判定された場合、前記容量補正判定期間の計時を一旦停止したときの時刻から再開することを特徴とする請求項３記載の残容量算出装置。
二次電池と、
前記二次電池の放電電流を計測する電流計測手段と、
前記二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記二次電池の残容量を算出する残容量算出手段と、
前記二次電池の温度を計測する温度計測手段と、
前記電流計測手段により計測された温度と前記電流計測手段により計測された放電電流とに対して、予め定められた放電末期における二次電池の予測電圧を特定し、前記電圧計測手段により計測された二次電池の電圧が特定した予測電圧以下という容量補正条件を満たす場合、前記残容量算出手段により算出された二次電池の残容量に代えて、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定する容量補正手段と、
前記電流計測手段により計測された放電電流を基に、前記放電電流が急激に変化したか否かを判定する変化量判定手段とを備え、
前記容量補正手段は、前記変化量判定手段により放電電流が急激に変化したと判定された場合、急激に変化したと判定されてから前記二次電池の電圧が追従するまでの所定の追従期間が経過するまで、前記容量補正条件の判定を行わず、前記追従期間が経過したときに前記容量補正条件の判定を行い、前記容量補正条件を満たすと判定した場合、前記予測電圧に対して予め定められた残容量を前記二次電池の残容量として特定し、
前記変化量判定手段は、前記電流計測手段により計測された放電電流が急激に減少したか否かを判定し、かつ、前記追従期間が経過したときの放電電流が所定の下限電流よりも低いか否かを判定し、
前記容量補正手段は、前記変化量判定手段により、前記追従期間が経過したときの放電電流が前記下限電流よりも低いと判定された場合、容量補正条件の判定を行わない期間を延長するために予め定められた延長追従期間の計時を開始し、前記延長追従期間が経過したときに、前記二次電池の電圧が前記予測電圧以下か否かの判定を行うことを特徴とする電池パック。