JP5282789B2 - リチウムイオン二次電池の電池容量検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の使用経過に伴い満電池容量が減少した際に、減少時の満充電容量を高精度に検知することが可能なリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置に関する。

従来、リチウムイオン二次電池の使用経過に伴い電池劣化によって満杯に充電可能な容量を示す満電池容量が減少した場合、二次電池の交換等を行うために、初期時の満充電容量に比較してどの位充電容量が減少したかを知る必要がある。そのためには、電池劣化後の満充電容量を高精度に検知する必要があり、この電池容量を高精度に検知する従来技術として、例えば特許文献１及び２に記載のものがある。

特許文献１の技術は、二次電池の充電中に当該充電を停止し、さらに当該充電の停止後に検出される二次電池の端子電圧から当該端子電圧の所定時間当りの低下量を示す電圧傾き情報を取得する。その充電停止時の端子電圧の低下量は傾きが急になるので、その低下量と充電状態としてのＳＯＣとの間に相関関係が明確に見出せることになる。これによってＳＯＣを検知することを可能としている。

特許文献２の技術は、内部抵抗のＳＯＣ依存性が小さいオリビン型正極材を用いることで、広いＳＯＣ領域で安定したＩＶ（電流−電圧）特性を示す電池を実現している。この電池の端子間電圧（Ｖ）とＳＯＣ（％）との関係を示す特性曲線において、所定の閾値を設定し、この閾値以下の電圧フラット領域では電流積算でＳＯＣ推定を行い、電圧の電気量変化率が閾値を超えると電圧によってＳＯＣ推定を行うことによって、ＳＯＣを検知している。

特開２００９−２９６６９９号公報 特開２００９−１２９６４４号公報

しかし、上記の特許文献１の技術では、二次電池のＳＯＣを検知する際に一旦充放電を停止しなければならず、このため二次電池を使用する負荷装置の使い勝手が悪くなるという問題がある。

特許文献２の技術では、閾値以下で電圧がフラットなＳＯＣ領域、例えばＳＯＣ１５％〜９５％の領域では電流積算によりＳＯＣ推定を行うので、ＳＯＣ検知の精度が低下する可能性があり、このため、ＳＯＣ１５％〜９５％以外の完全放電又は完全充電に近い状態でＳＯＣ補正を行う必要がある。しかし、実使用時に完全放電又は完全充電とするには使用上支障を来す程の時間が掛かってしまうか、使用条件によってはＳＯＣ１５％〜９５％内のみで電池を使用する可能性があり、この場合、ＳＯＣを高精度に検知することができない。このため、二次電池の使用経過に伴い満電池容量が劣化で減少した際に、劣化後の満充電容量を高精度に検知することができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、二次電池を使用する負荷装置の使い勝手を阻害することなく、二次電池の使用経過に伴い劣化した満電池容量を高精度に検知することができるリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、電池エネルギー残量を示す残存容量が１０％〜９０％の間に、電池電圧が当該残存容量との間の相関関係が明確となる変化を示す変極点を複数有するリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置において、リチウムイオン二次電池の電池電圧及び電圧変化率を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出された電圧変化率が所定の閾値を超えた点を前記変極点と検出する変極点検出手段と、前記リチウムイオン二次電池の充放電電流を、電流積算値として積算する電流積算手段と、前記変極点と前記リチウムイオン二次電池の電池容量とが対応付けられたテーブルを有し、前記変極点検出手段で変極点が検出された時点で、前記電流積算手段により積算された前記電流積算値に基づいて前記複数の変極点のいずれであるかを判定すると共に、当該変極点に対応する電池容量を前記テーブルから検索して第１電池容量とし、当該変極点の検出時点から、前記電圧検出手段で検出された電池電圧が満充電電圧となった時点までの前記電流積算手段での電流積算値を第２電池容量とし、この第２電池容量と前記第１電池容量とを加算して満充電容量を求める電池容量検出手段とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、変極点検出手段で変極点が検出された時点で、予め変極点と電池容量とが対応付けられたテーブルから電池容量を検索し、これを第１電池容量とするので、第１電池容量はリチウムイオン二次電池の充電容量（充電された容量）が０から変極点までの正確な充電容量に対応するものとなる。また、変極点の検出時点から満充電電圧となった時点までの電流積算値を第２電池容量とするので、第２電池容量は変極点の検出時点から満充電電圧となった時点までの正確な充電容量に対応するものとなる。従って、第１電池容量と第２電池容量とを加算すると、リチウムイオン二次電池の正確な満充電容量となる。このように満充電容量を求めた場合、従来技術のようにリチウムイオン二次電池の充放電を一旦停止しなくてもよいので、二次電池を使用する負荷装置の使い勝手を阻害することは無い。また、二次電池の使用経過に伴い満電池容量が劣化で減少した場合でも、上述のように正確に満充電容量を求めることが出来る。言い換えれば、二次電池の使用経過に伴い劣化した満電池容量を高精度に検知することができる。

請求項２に記載の発明は、前記変極点が前記電池容量の０側から順に第１及び第２変極点と少なくとも２つ以上ある場合に、前記変極点検出手段で前記第１変極点が検出された後、前記電圧検出手段での前記電池電圧が満充電電圧とならず、前記変極点検出手段で第２変極点が検出された場合、前記電池容量検出手段は、前記第２変極点に対応する電池容量を前記テーブルから検索して第１電池容量とすることを特徴とする。

この構成によれば、一旦第１変極点が検出され、この際の電池容量が第１電池容量として求められるが、その後、満充電電圧とならない間に第２変極点が検出されると、この第２変極点に対応する電池容量が第１電池容量として上書きされる。つまり、変極点が複数ある場合は、電池劣化により初期時の満充電容量に最も近い側の変極点（第２変極点）未満に満充電容量が減少してなければ、一旦、電池容量が０側の変極点（第１変極点）が検出されても、その後、満充電電圧とならない間に第２変極点が検出されるので、この第２変極点に対応する電池容量が第１電池容量として用いられる。従って、変極点が複数ある場合でも、満充電容量を変極点の検出を契機にして正確に求めることが出来る。

請求項３に記載の発明は、前記電池容量が、前記変極点よりも小さくなる状態に放電を行う制御手段を更に備えることを特徴とする。

この構成によれば、制御手段によって、リチウムイオン二次電池の電池容量が変極点よりも０側となる状態に放電を行ってから、満充電容量の検出を行えば、確実に変極点を検出することができるので、適正に満充電容量の検出を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、前記リチウムイオン二次電池の初期時の満充電容量を予め保持し、前記電池容量検出手段で検出された満充電容量を、前記保持された満充電容量で除算した結果に応じて当該リチウムイオン二次電池の電池容量の劣化度を求める劣化算出手段を更に備えることを特徴とする。

この構成によれば、電池容量検出手段で検出された現在の満充電容量（例えば４Ａｈ）を、予め保持された初期時の満充電容量（例えば５．５Ａｈ）で除算する。この除算結果（０．７３）である初期時に対する現在の満充電容量の百分率７３％を算出し、この算出結果の７３％を１００％から減算することにより電池容量劣化度の２７％を算出することができる。従って、リチウムイオン二次電池の劣化度を適正に把握することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、前記リチウムイオン二次電池は、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩の内の少なくとも１つを含むものであることを特徴とする。

この構成によれば、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩の内の少なくとも１つを含むリチウムイオン二次電池においても、上記請求項１〜３のいずれかと同様の作用効果を得ることが出来る。

請求項６に記載の発明は、前記リチウム金属リン酸塩は、ＬｉＭＰＯ_４であって、ＭがＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つであることを特徴とする。

この構成によれば、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩が、ＬｉＭＰＯ_４であって、ＭがＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つであるリチウムイオン二次電池においても、上記請求項１〜３のいずれかと同様の作用効果を得ることが出来る。

本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置を用いた電池システムの構成を示すブロック図である。 リチウムイオン二次電池のＳＯＣ（％）に対する電池電圧Ｖを示す端子開放電圧曲線ＶＬを表した図である。 リチウムイオン二次電池の電圧変化率ｄＶ／ｄｔと電池容量（Ａｈ）との関係と、第１電池容量Ｉｈ１及び第２電池容量Ｉｈ２の一例を示す図である。 リチウムイオン二次電池の電圧変化率ｄＶ／ｄｔと電池容量（Ａｈ）との関係と、第１電池容量Ｉｈ１及び第２電池容量Ｉｈ２の他例を示す図である。 リチウムイオン二次電池の満充電容量検出動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置を用いた電池システムの構成を示すブロック図である。

図１に示す電池システム１０は、各々が直列接続された複数のセル（リチウムイオン二次電池）１１ａ，１１ｂ，…，１１ｍ，１１ｎが直列接続された組電池としてのリチウムイオン二次電池１１と、リチウムイオン二次電池１１の電池容量検出装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１と、リチウムイオン二次電池１１の充電電流又は放電電流である充放電電流Ｉを検出する電流検出部３１と、この電流検出部３１を介してリチウムイオン二次電池１１に接続された充放電制御部４１とを備えて構成されている。充放電制御部４１は負荷装置５１に接続されると共に、商用電源５２に着脱自在に接続されている。

但し、リチウムイオン二次電池１１は、本実施形態では、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩の内の少なくとも１つを含むものであるとする。更に言及すれば、リチウム金属リン酸塩がＬｉＭＰＯ_４であって、ＭがＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つであるとする。

そのオリビン構造のリチウムイオン二次電池１１の場合、図２に示すように、縦軸に電池端子間電圧としての電池電圧（Ｖ）を示し、横軸に電池のエネルギー残量を示す残存容量としてのＳＯＣ（％）を示した場合、ＳＯＣ（％）に対する電池電圧（Ｖ）を示す特性曲線（端子開放電圧曲線）はＶＬのように表される。この端子開放電圧曲線ＶＬで示すように電池電圧が満充電電圧ＦＶの例えば３．６Ｖとなった場合にＳＯＣが１００％の満充電状態となる。また、端子開放電圧曲線ＶＬにおいてＳＯＣ１０％〜９０％の間は、電池電圧Ｖの傾きが殆ど変化しない滑らかな曲線となるが、この曲線Ｖｌにおいて、破線枠Ｐ１ａ，Ｐ２ａで囲んで示すように、電池電圧（Ｖ）がＳＯＣ（％）との間に、他の部分よりも傾斜角度が大きく相関関係が明確となる傾斜の変極部分を有する。

なお、本例のオリビン構造のリチウムイオン二次電池１１の場合は、変極点がＰ１ａ，Ｐ２ａと２つあるが、本実施形態の特徴としては、リチウムイオン二次電池１１がオリビン構造でなくても、ＳＯＣ１０％〜９０％の間に電池電圧に少なくとも１つ以上の変極部分を有するものであれば良い。

負荷装置５１は、車両用のモータやハイブリッドモータ、家庭や商業用のエアコン、動力源等の電力負荷を消費する装置であり、充放電制御部４１を介して供給されるリチウムイオン二次電池１１からの電力に応じて所定の動作を行う。

充放電制御部４１は、ＣＰＵ２１の充放電命令に応じて、リチウムイオン二次電池１１から負荷装置５１へ電力を供給（放電）すると共に、商用電源５２からの電力をリチウムイオン二次電池１１へ出力する。この出力によりリチウムイオン二次電池１１が充電される。但し、その充電は一定電流量で充電（定電流充電）されるようになっている。また、負荷装置５１が車両用のハイブリッドモータのような発電機能を伴う装置であれば、この装置からの電力がリチウムイオン二次電池１１に定電流充電されるように制御を行う。

ＣＰＵ２１は、電圧検出部２２と、変極点検出部２３と、電流積算部２４と、電池容量検出部２５と、電池容量劣化算出部２６とを備えて構成されている。

電圧検出部２２は、リチウムイオン二次電池１１の両端電圧（電池電圧ともいう）ＶＴを検出し、この検出された電池電圧ＶＴを電池容量検出部２５へ出力すると共に、電池電圧ＶＴの単位時間当たりの変化率である電圧変化率ｄＶ／ｄｔを変極点検出部２３へ出力する。本例では、電池電圧ＶＴが、例えば図２に示すようにＳＯＣ（％）との関係において端子開放電圧曲線ＶＬを描く電圧であるとすると、その電圧変化率ｄＶ／ｄｔは例えば図３に示すように、リチウムイオン二次電池１１の電池容量（Ａｈ）との関係においてΔＶ１又はΔＶ２で示す曲線（電圧変化率曲線）となる。

電圧変化率曲線ΔＶ１は、リチウムイオン二次電池１１があまり使用されていない初期時の電圧変化率ｄＶ／ｄｔを示し、ΔＶ２は所定年数経過した経年劣化時の電圧変化率ｄＶ／ｄｔを示す。リチウムイオン二次電池１１の初期時には、図２に端子開放電圧曲線ＶＬで示すように、満充電電圧ＦＶ＝３．６Ｖの際にＳＯＣが１００％となり、この際、図３に電圧変化率曲線ΔＶ１で示すように、電池容量が５．５Ａｈで満充電状態となる。

一方、所定の経年劣化時には、電圧変化率曲線ΔＶ２で示すように電池容量が４Ａｈで満充電状態となる。但し、電圧変化率曲線ΔＶ２は、経年劣化で満充電容量が４Ａｈと初期時の電圧変化率曲線ΔＶ１で示される満充電容量５．５Ａｈよりも減少しているが、その減少時の満充電容量となる前の３Ａｈをやや経過した付近までは初期時の電圧変化率曲線ΔＶ１と略同じ軌跡となる。

変極点検出部２３は、電圧検出部２２から入力される電圧変化率ｄＶ／ｄｔから変極点を検出するものである。これは図３に示すように、電圧変化率曲線ΔＶ１又はΔＶ２で示す電圧変化率ｄＶ／ｄｔが、所定の閾値Ｖｔｈを超えた時点で変極点Ｐ１又はＰ２と検出し、この検出した変極点Ｐを電池容量検出部２５へ出力する。但し、所定の閾値Ｖｔｈとは、電圧変化率ｄＶ／ｄｔが電池容量Ａｈとの間に、他の部分よりも傾斜角度が大きくなって相関関係が明確に見出せる傾斜角度で変化する位置を検出するためのものである。従って、その閾値Ｖｔｈを超えた点が変極点Ｐ１又はＰ２となる。これら変極点Ｐ１又はＰ２は、図２に示した変極部分Ｐ１ａ，Ｐ２ａに存在し、電圧変化率ｄＶ／ｄｔと電池容量Ａｈとの間に相関関係が明確に見出せる点となる。

電流積算部２４は、リチウムイオン二次電池１１への充電時にその充電電流を逐次加算し、放電時にその放電電流を逐次減算するといった充放電電流Ｉの積算を行い、この積算により得られる電流積算値Ｉｈを電池容量検出部２５へ出力する。

電池容量検出部２５は、図３に示す第１変極点Ｐ１と、これに対応する電池容量（例えば１Ａｈ）とが対応付けられると共に、第２変極点Ｐ２と、これに対応する電池容量（例えば４．３Ａｈ）とが対応付けられた容量テーブル２５ａを備える。そして、変極点検出部２３から変極点Ｐが入力された時点で、電流積算部２４から入力される電流積算値Ｉｈが、図３に示すように予め定められた第１電池容量幅Ｗ１（例えば１．５Ａｈ〜２．５Ａｈ）に入っていれば第１変極点Ｐ１と判定し、第２電池容量幅Ｗ２（例えば３．８Ａｈ〜４．８Ａｈ）に入っていれば第２変極点Ｐ２と判定する。この判定結果が第１変極点Ｐ１である場合、容量テーブル２５ａを参照して第１変極点Ｐ１に対応付けられた電池容量の１Ａｈを、図３に示す第１電池容量Ｉｈ１として保持する。また、変極点検出部２３から変極点Ｐが入力された時点の電流積算値Ｉｈａを保持し、電圧検出部２２からの電池電圧ＶＴが満充電電圧ＦＶとなった時点の電流積算値Ｉｈｂから、その保持した電流積算値Ｉｈａを減算して図３に示す第２電池容量Ｉｈ２（例えば３Ａｈ）を求め、この第２電池容量Ｉｈ２の３Ａｈと先に保持した第１電池容量Ｉｈ１の１Ａｈとを加算して満充電容量ＩｈＦｂの４Ａｈを求める。これを現在の満充電容量ＩｈＦｂとして電池容量劣化算出部２６へ出力する。

一方、変極点の判定結果が第２変極点Ｐ２である場合、容量テーブル２５ａを参照して第２変極点Ｐ２に対応付けられた電池容量の４．３Ａｈを、図４に示す第１電池容量Ｉｈ１として保持する。また、変極点検出部２３から変極点Ｐが入力された時点の電流積算値Ｉｈａを保持し、電圧検出部２２からの電池電圧ＶＴが満充電電圧ＦＶとなった時点の電流積算値Ｉｈｂから、その保持した電流積算値Ｉｈａを減算して図４に示す第２電池容量Ｉｈ２（例えば１．２Ａｈ）を求め、この第２電池容量Ｉｈ２の１．２Ａｈと先に保持した第１電池容量Ｉｈ１の４．３Ａｈとを加算して満充電容量ＩｈＦａの５．５Ａｈを求める。

更に、電池容量検出部２５は、第１変極点Ｐ１と判定した後に、電池電圧ＶＴが満充電電圧ＦＶとならず、変極点検出部２３から次の変極点Ｐが入力され、これにより第２変極点Ｐ２が検出された場合、一旦保持した第１変極点Ｐ１に対応する第１電池容量Ｉｈ１に、第２変極点Ｐ２に対応する第１電池容量Ｉｈ１を上書きして保持する。以降は上記同様に第２電池容量Ｉｈ２を求めた後、満充電容量ＩｈＦａを求める。

電池容量劣化算出部２６は、リチウムイオン二次電池１１の初期時の満充電容量ＩｈＦａを予め保持しており、電池容量検出部２５からの現在の満充電容量ＩｈＦｂ（例えば４Ａｈ）を、保持された初期時の満充電容量ＩｈＦａ（例えば５．５Ａｈ）で除算し、この除算結果である初期時に対する現在の満充電容量の百分率７３％を算出し、この算出結果の７３％を１００％から減算することにより電池容量劣化度の２７％を算出する。

また、ＣＰＵ２１は、リチウムイオン二次電池１１の満充電容量検出を行う際に、充放電命令によって、リチウムイオン二次電池１１から充放電制御部４１を介して負荷装置５１へ電力を放電し、電圧検出部２２で検出される電池電圧ＶＴが第１変極点Ｐ１を下回る電圧とした後に、上述の電池容量検出を行うように制御してもよい。

このような電池システム１０におけるリチウムイオン二次電池１１の満充電容量検出動作を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

但し、前提条件として、リチウムイオン二次電池１１は初期時に図２に示す端子開放電圧曲線ＶＬの特性を有しており、これによってＣＰＵ２１の容量テーブル２５ａには、図３に示す第１変極点Ｐ１に電池容量＝１Ａｈが対応付けられると共に、第２変極点Ｐ２に電池容量＝４．３Ａｈが対応付けられている。また、電池容量劣化算出部２６には、満充電容量ＩｈＦａとして５．５Ａｈが保持されているものとする。

また、リチウムイオン二次電池１１は、ある年月の使用経過に伴い満電池容量が劣化で減少した状態であるとする。このようなリチウムイオン二次電池１１の満充電容量検出を行うに当って、例えば夜間等の負荷装置５１を稼動しない時間帯において、充放電制御部４１のプラグが商用電源５２のコンセントに差し込まれて接続されているとする。

まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ１５の放電命令によって、リチウムイオン二次電池１１から充放電制御部４１を介して負荷装置５１へ電力が放電される。これによって、ステップＳ２において、ＣＰＵ２１で電圧検出部２２で検出されるリチウムイオン二次電池１１の電池電圧ＶＴが第１変極点Ｐ１を下回ったか否かが判定される。下回ったと判定された場合、ステップＳ３において、ＣＰＵ２１の充電命令により商用電源５２から充放電制御部４１を介してリチウムイオン二次電池１１に一定電流量で充電が行われる。

ステップＳ４において、その充電時に、電圧検出部２２で、リチウムイオン二次電池１１の両端電圧である電池電圧ＶＴが検出されると共に、この電池電圧ＶＴの単位時間当たりの変化率である電圧変化率ｄＶ／ｄｔが検出される。この電圧変化率ｄＶ／ｄｔは、図３に示す電池容量Ａｈとの関係において電圧変化率曲線ΔＶ１を描き、変極点検出部２３へ出力される。電池電圧ＶＴは電池容量検出部２５へ出力される。

ステップＳ５において、変極点検出部２３で、電圧変化率ｄＶ／ｄｔが所定の閾値Ｖｔｈを超えて変極点Ｐが検出されると、この変極点Ｐが電池容量検出部２５に入力される。この入力時点において電池容量検出部２５で、電流積算部２４から入力される電流積算値Ｉｈが、図３に示す１．５Ａｈ〜２．５Ａｈの第１電池容量幅Ｗ１に入っていれば第１変極点Ｐ１であると判定される。

第１変極点Ｐ１と判定された場合、ステップＳ６において、電池容量検出部２５で容量テーブル２５ａが参照され、第１変極点Ｐ１に対応付けられた電池容量の１Ａｈが検索され、この１Ａｈが第１電池容量Ｉｈ１として保持される。同時に、変極点検出部２３から変極点Ｐが入力された時点の電流積算値Ｉｈａが保持される。

次に、ステップＳ７において、電池容量検出部２５で、電圧検出部２２からの電池電圧ＶＴが満充電電圧ＦＶとなったか否かが判定される。満充電電圧ＦＶとなると、ステップＳ８において、その満充電電圧ＦＶとなった時点に電流積算部２４から入力された電流積算値Ｉｈｂから、上記ステップＳ６で保持した電流積算値Ｉｈａが減算されて第２電池容量Ｉｈ２（例えば３Ａｈ）が求められる。

次に、ステップＳ９において、第２電池容量Ｉｈ２の３Ａｈと先に保持された第１電池容量Ｉｈ１の１Ａｈとが加算され、満充電容量ＩｈＦｂの４Ａｈが求められる。これは現在の満充電容量ＩｈＦｂとして電池容量劣化算出部２６へ出力される。

そして、電池容量劣化算出部２６で、その現在の満充電容量ＩｈＦｂの４Ａｈが、予め保持された初期時の満充電容量ＩｈＦａの５．５Ａｈで除算、つまり、４÷５．５が計算され、０．７３が求められる。この０．７３は百分率７３％に変換され、１００％から減算される。つまり、１００％−７３％の計算により電池容量劣化度の２７％が求められる。

このように本実施形態のリチウムイオン二次電池１１は、電池エネルギー残量を示す残存容量が１０％〜９０％の間に、電池電圧が当該残存容量との間の相関関係が明確となる変化を示す変極点を少なくとも１つ以上有する。

このリチウムイオン二次電池１１の電池容量検出装置としてのＣＰＵ２１において、リチウムイオン二次電池１１の電池電圧ＶＴ及び電圧変化率ｄＶ／ｄｔを検出する電圧検出手段としての電圧検出部２２と、電圧検出部２２で検出された電圧変化率ｄＶ／ｄｔが所定の閾値を超えた点を変極点Ｐ１と検出する変極点検出手段としての変極点検出部２３と、リチウムイオン二次電池１１の充放電電流Ｉを、電流積算値Ｉｈとして積算する電流積算手段としての電流積算部２４とを有する。更に、変極点Ｐ１とリチウムイオン二次電池１１の電池容量とが対応付けられた容量テーブル２５ａを有し、変極点検出部２３で変極点Ｐ１が検出された時点で当該変極点Ｐ１に対応する電池容量を容量テーブル２５ａから検索して第１電池容量Ｉｈ１とし、その変極点Ｐ１の検出時点から、電圧検出部２２で検出された電池電圧ＶＴが満充電電圧ＦＶとなった時点までの電流積算部２４での電流積算値Ｉｈを第２電池容量Ｉｈ２とし、この第２電池容量Ｉｈ２と第１電池容量Ｉｈ１とを加算して満充電容量ＩｈＦｂを求める電池容量検出手段としての電池容量検出部２５とを備えて構成した。

この構成によって、変極点検出部２３で変極点Ｐ１が検出された時点で、予め変極点Ｐ１と電池容量（例えば１Ａｈ）とが対応付けられた容量テーブル２５ａから電池容量を検索し、これを第１電池容量Ｉｈ１とするので、第１電池容量Ｉｈ１はリチウムイオン二次電池１１の充電容量（充電された容量）が０から変極点Ｐまでの正確な充電容量１Ａｈに対応するものとなる。また、変極点Ｐ１の検出時点から満充電電圧となった時点までの電流積算値Ｉｈを第２電池容量Ｉｈ２とするので、第２電池容量Ｉｈ２は変極点の検出時点から満充電電圧となった時点までの正確な充電容量に対応するものとなる。従って、第１電池容量Ｉｈ１と第２電池容量Ｉｈ２とを加算すると、リチウムイオン二次電池１１の正確な満充電容量ＩｈＦｂとなる。

このように満充電容量ＩｈＦｂを求めた場合、従来技術のようにリチウムイオン二次電池１１の充放電を一旦停止しなくてもよいので、二次電池１１を使用する負荷装置の使い勝手を阻害することは無い。また、二次電池１１の使用経過に伴い満電池容量が劣化で減少した場合でも、上述のように正確に満充電容量ＩｈＦｂを求めることが出来る。言い換えれば、二次電池１１の使用経過に伴い劣化した満電池容量を高精度に検知することができる。

また、変極点Ｐが電池容量の０側から順に第１及び第２変極点Ｐ１，Ｐ２と少なくとも２つ以上ある場合に、変極点検出部２３で第１変極点Ｐ１が検出された後、電圧検出部２２での電池電圧が満充電電圧とならず、変極点検出部２３で第２変極点Ｐ２が検出された場合、電池容量検出部２５は、第２変極点Ｐ２に対応する電池容量を容量テーブル２５ａから検索して第１電池容量Ｉｈ１とするようにした。

この構成によって、一旦第１変極点Ｐ１が検出され、この際の電池容量が第１電池容量Ｉｈ１として求められるが、その後、満充電電圧とならない間に第２変極点Ｐ２が検出されると、この第２変極点Ｐ２に対応する電池容量が第１電池容量Ｉｈ１として上書きされる。つまり、変極点Ｐが複数ある場合は、電池劣化により初期時の満充電容量ＩｈＦｂに最も近い側の変極点（第２変極点Ｐ２）未満に満充電容量ＩｈＦｂが減少してなければ、一旦、電池容量が０側の変極点（第１変極点Ｐ１）が検出されても、その後、満充電電圧とならない間に第２変極点Ｐ２が検出されるので、この第２変極点Ｐ２に対応する電池容量が第１電池容量Ｉｈ１として用いられる。従って、変極点Ｐが複数ある場合でも、満充電容量ＩｈＦｂを変極点Ｐの検出を契機にして正確に求めることが出来る。

また、電池容量が変極点Ｐ１よりも小さくなる状態に放電を行う制御手段としてのＣＰＵ２１及び充放電制御部４１を更に備える。

この構成によって、ＣＰＵ２１及び充放電制御部４１によって、リチウムイオン二次電池１１の電池容量が変極点Ｐ１よりも小さくなる状態に放電を行ってから、満充電容量ＩｈＦｂの検出を行えば、確実に変極点Ｐ１を検出することができるので、適正に満充電容量ＩｈＦｂの検出を行うことができる。

また、リチウムイオン二次電池１１の初期時の満充電容量を予め保持し、電池容量検出手段で検出された満充電容量を、保持された満充電容量で除算した結果に応じて当該リチウムイオン二次電池１１の電池容量の劣化度を求める劣化算出手段としての電池容量劣化算出部２６を更に備える。

この構成によって、電池容量検出部２５で検出された現在の満充電容量（例えば４Ａｈ）を、予め保持された初期時の満充電容量（例えば５．５Ａｈ）で除算する。この除算結果である初期時に対する現在の満充電容量の百分率７３％を算出し、この算出結果の７３％を１００％から減算することにより電池容量劣化度の２７％を算出することができる。従って、リチウムイオン二次電池１１の劣化度を適正に把握することが可能となる。

また、リチウムイオン二次電池１１は、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩の内の少なくとも１つを含むものとしても良い。更に、リチウム金属リン酸塩は、ＬｉＭＰＯ_４であって、ＭがＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つであってもよい。これらのリチウムイオン二次電池１１においても、上記同様の作用効果を得ることが出来る。

１０ 電池システム
１１ リチウムイオン二次電池
１１ａ〜１１ｎ セル
２１ ＣＰＵ
２２ 電圧検出部
２３ 変極点検出部
２４ 電流積算部
２５ 電池容量検出部
２５ａ 容量テーブル
２６ 電池容量劣化算出部
４１ 充放電制御部
５１ 負荷装置
５２ 商用電源

Claims (6)

1. 電池エネルギー残量を示す残存容量が１０％〜９０％の間に、電池電圧が当該残存容量との間の相関関係が明確となる変化を示す変極点を複数有するリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置において、
   リチウムイオン二次電池の電池電圧及び電圧変化率を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段で検出された電圧変化率が所定の閾値を超えた点を前記変極点と検出する変極点検出手段と、
   前記リチウムイオン二次電池の充放電電流を、電流積算値として積算する電流積算手段と、
   前記変極点と前記リチウムイオン二次電池の電池容量とが対応付けられたテーブルを有し、前記変極点検出手段で変極点が検出された時点で、前記電流積算手段により積算された前記電流積算値に基づいて前記複数の変極点のいずれであるかを判定すると共に、当該変極点に対応する電池容量を前記テーブルから検索して第１電池容量とし、当該変極点の検出時点から、前記電圧検出手段で検出された電池電圧が満充電電圧となった時点までの前記電流積算手段での電流積算値を第２電池容量とし、この第２電池容量と前記第１電池容量とを加算して満充電容量を求める電池容量検出手段と
   を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置。
2. 前記変極点が前記電池容量の０側から順に第１及び第２変極点と少なくとも２つ以上ある場合に、前記変極点検出手段で前記第１変極点が検出された後、前記電圧検出手段での前記電池電圧が満充電電圧とならず、前記変極点検出手段で第２変極点が検出された場合、前記電池容量検出手段は、前記第２変極点に対応する電池容量を前記テーブルから検索して第１電池容量とすることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置。
3. 前記電池容量が、前記変極点よりも小さくなる状態に放電を行う制御手段
   を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置。
4. 前記リチウムイオン二次電池の初期時の満充電容量を予め保持し、前記電池容量検出手段で検出された満充電容量を、前記保持された満充電容量で除算した結果に応じて当該リチウムイオン二次電池の電池容量の劣化度を求める劣化算出手段
   を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置。
5. 前記リチウムイオン二次電池は、正極にオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩の内の少なくとも１つを含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置。
6. 前記リチウム金属リン酸塩は、ＬｉＭＰＯ_４であって、ＭがＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つであることを特徴とする請求項５記載のリチウムイオン二次電池の電池容量検出装置。

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