JPH0855639A - 電池の動作のシミュレーション回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】実用上問題のない範囲で精度よく一次電池の放
電動作ならびに二次電池の充放電動作をシミュレートす
ることのできる電池の動作のシミュレーション回路を提
供する。 【構成】電池の放電動作をシミュレートするための電池
の動作のシミュレーション回路において、電池の起電力
として機能する定電圧源手段と、電池のオーム損として
機能する定抵抗手段と、電池の電気化学反応の抵抗とし
て機能する可変抵抗手段と、電池の放電電流に基づく電
池の容量の変化に応じて、可変抵抗手段の抵抗値を制御
する制御手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池の動作のシミュレ
ーション回路に関し、さらに詳細には、電池の充電動作
および／または放電動作を忠実にシミュレートすること
のできる電池の動作のシミュレーション回路に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、電気製品ならびに電子製品の駆動用の電源や、電
子製品におけるメモリのバックアップ用の電源として、
電池が広く使用されている。

【０００３】こうした電池としては、種々のものが知ら
れているが、例えば、充電することのできない電池（一
次電池）と充電することのできる電池（二次電池）とに
分類することができる。そして、一次電池としては、マ
ンガン電池、アルカリ電池、水銀電池あるいはリチウム
電池などがあり、二次電池としては、ニッカド電池、ニ
ッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などがある。

【０００４】ところで、現在において電気製品あるいは
電子製品の回路設計を行う際には、実際に回路を組み立
てて動作の検証を行うことなしに、米国カリフォルニア
大学バークレー校で開発された汎用電子回路シミュレー
ション・プログラムであるＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔ
ｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｅｍｐｈａｓｉｓ）などのソフ
トウェアを用いたシミュレーション装置により、コンピ
ューター上におけるシミュレーションにより動作の検証
を行いながら設計を行う場合が多くなっており、設計時
間の大幅な短縮に寄与している。

【０００５】このように、コンピューター上におけるシ
ミュレーションにより、電気製品あるいは電子製品の回
路設計における設計時間の大幅な短縮化が実現される一
方で、実際の電池の動作（一次電池における放電動作な
らびに二次電池における充電動作および放電動作（以
下、充電動作および放電動作を合わせて「充放電動作」
と称する。））は複雑であるため、こうした電池の動作
を精度よくシミュレートできるシミュレーション回路は
これまで存在しておらず、電池に関しては実際に放電動
作／充電動作の実験を行って、電池の使用時間や、充電
回路を含めた動作検証を長時間かけて行わなければなら
なかった。

【０００６】即ち、図１には、現在市販されている一次
電池の放電特性が示され、図２（ａ）（ｂ）には、現在
市販されている二次電池の充放電特性が示されているが
（図２（ａ）は放電特性を示し、図２（ｂ）は充電特性
を示す。）、電池の放電動作の際の時間経過に対する放
電電圧（出力電圧）の降下は線形ではなく、また電池の
充電動作の際の時間経過に対する充電電圧の上昇も線形
ではない。しかも、二次電池における放電の際の時間経
過に対する電圧降下の変化と、充電の際の時間経過に対
する電圧上昇の変化とは対称的ではない。

【０００７】また、こうした電池の充放電特性は、電池
の種類や製造メーカなどの相違により、それぞれ異なっ
た特性を示すことが知られている。

【０００８】このように電池の充放電特性は極めて複雑
であるため、従来より知られている理想電圧源をモデル
としたり、あるいは大容量コンデンサをモデルとしたシ
ミュレーション回路を用いて電池の放電シミュレーショ
ンならびに充電シミュレーションを行ったのでは、シミ
ュレーションによる電圧変化が実測による電圧変化に全
く合致せず、電池の動作を精度よくシミュレートするこ
とができないので実用上支障を生じさせる恐れがあっ
た。

【０００９】即ち、従来においては電池の動作を精度よ
くシミュレートすることのできるシミュレーション回路
が存在しなかったため、電池の動作の検証のためには、
上記したように実際に充放電動作の実験を行わなければ
ならず、その実験は長時間を要し作業性が悪いものとな
っていた。このため、実用上問題のない範囲で精度よく
電池の動作をシミュレートして、短時間で電池の充放電
動作の検証を行うことができる電池の動作のシミュレー
ション回路の案出が強く望まれていた。

【００１０】本発明は、上記したような要望に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、実用上問
題のない範囲で精度よく一次電池の放電動作ならびに二
次電池の充放電動作をシミュレートすることのできる電
池の動作のシミュレーション回路を提供しようとするも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による電池の動作のシミュレーション回路
は、電池の放電動作をシミュレートするための電池の動
作のシミュレーション回路において、電池の起電力とし
て機能する定電圧源手段と、電池のオーム損として機能
する定抵抗手段と、電池の電気化学反応の抵抗として機
能する可変抵抗手段と、電池の放電電流に基づく電池の
容量の変化に応じて、上記可変抵抗手段の抵抗値を制御
する制御手段とを有するようにしたものである。

【００１２】また、電池の充放電動作をシミュレートす
るための電池の動作のシミュレーション回路において、
電池の放電時起電力として機能する定電圧源手段と、電
池の充電時起電力として機能する可変電圧源手段と、電
池が放電動作をしているか充電動作をしているかを判定
する判定手段と、上記判定手段の判定結果に基づいて、
上記定電圧源手段か上記可変電圧源手段かどちらか一方
を選択する選択手段と、電池のオーム損として機能する
定抵抗手段と、電池の電気化学反応の抵抗として機能す
る可変抵抗手段と、電池の放電電流に基づく電池の容量
の変化に応じて、上記可変抵抗手段の抵抗値を制御する
とともに、電池の充電電流に基づく電池の容量の変化に
応じて、上記可変抵抗手段の抵抗値とともに上記可変電
圧源手段の電圧値を制御する制御手段とを有するもので
ある。

【００１３】

【作用】電池の容量の変化に応じて、可変抵抗手段ある
いは可変電圧源手段が制御されるので、放電あるいは充
電による電池の容量の変化を極めて正確にシミュレート
することができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明による電池の
動作のシミュレーション回路の実施例を詳細に説明する
が、本発明による電池の動作のシミュレーション回路の
実施例の説明の前に、その理解を容易にするために、電
池の等価回路に関して説明しておく。

【００１５】図３には、電池の等価回路が示されてい
る。即ち、電池は、電池に使用されている活物質と電解
液とから決定される起電力Ｅｏを発生し、この起電力Ｅ
ｏに、オーム損と称される抵抗Ｒｏと電気化学反応の抵
抗Ｒｃとが直列に接続されているものである。オーム損
と称される抵抗Ｒｏは、電池内部の電極とキャップとを
接続する部分の接続抵抗などのように、純粋に電気抵抗
成分を表す抵抗であって一定の値をとるものであり、電
気化学反応の抵抗Ｒｃは、活物質や電解液などの化学的
要因で発生する抵抗成分を表す抵抗であって、活物質濃
度などの要因によってその値が変化するものである。

【００１６】そして、実際の電池の電圧は、電池の正極
端子ＣＰと負極端子ＣＮとの間に発生する電圧（電池電
圧）Ｅとなる。

【００１７】なお、「−ｉ」は放電時における電流（放
電電流）の流れる方向を示し、「＋ｉ」は充電時におけ
る電流（充電電流）の流れる方向を示している。

【００１８】上記した等価回路より、電池電圧Ｅは、 Ｅ＝Ｅｏ±ｉＲｏ±ｉＲｃ の式により求められる。

【００１９】ここで、本発明による電池の動作のシミュ
レーション回路においては、図２（ａ）（ｂ）に示す充
放電特性で出力電圧や充電電圧が線形に変化しない現象
は、充電電流「＋ｉ」あるいは放電電流「−ｉ」により
電池の容量が変化し、この容量変化により電気化学反応
の抵抗Ｒｃが変化するためであるとし、電池の容量を検
出して電池の容量の変化に応じて電気化学反応の抵抗Ｒ
ｃが変化するように構成したものであり、このようにし
て電池の充放電動作を正確にシミュレートすることがで
きるようにしている。

【００２０】図４には、本発明による電池の動作のシミ
ュレーション回路を構成するためのシミュレーション装
置のブロック構成図が示されている。

【００２１】このシミュレーション装置は、ＣＰＵ１０
により全体の動作の制御が行われ、ＣＰＵ１０にはバス
１２を介して、ＣＰＵ１０の動作のためのプログラムや
ＣＰＵ１０の制御により後述する一次電池モデルや二次
電池モデルなどの電池の動作のシミュレーション回路を
構成するためのプログラムなどが記憶されたＲＯＭ１４
と、ＣＰＵ１０の動作のために必要とされるレジスタや
フラグなどが設定されたワーキング・エリアとしてのＲ
ＡＭ１６と、後述する一次電池モデルや二次電池モデル
などの電池の動作のシミュレーション回路を構成する際
に用いる操作子などが設定された操作子部１８と、後述
する一次電池モデルや二次電池モデルなどの電池の動作
のシミュレーション回路などを表示する表示部２０とを
有している。

【００２２】ここにおいて、このシミュレーション装置
は、上記した米国カリフォルニア大学バークレー校で開
発された汎用電子回路シミュレーション・プログラムで
あるＳＰＩＣＥもしくは各社においてＳＰＩＣＥを元に
応用して作成したＳＰＩＣＥ系のシミュレーション用の
ソフトウェア（ＨＳＰＩＣＥ、ＰＳＰＩＣＥなど）の上
で動作するものであり、ＳＰＩＣＥもしくはＳＰＩＣＥ
系のシミュレーション・ソフトウェアにおいて定義され
ている機能を実現することができるようになされてい
る。

【００２３】図５には、上記したシミュレーション装置
により構成した電池の動作のシミュレーション回路の中
の一次電池モデルが示されている。

【００２４】この一次電池モデルは、電池の容量を検出
し、検出した容量の変化に対応して、電気化学反応の抵
抗Ｒｃに対応する可変抵抗Ｇ＿Ｒｃの値が変化されるよ
うに構成されている。

【００２５】即ち、起電力Ｅｏに対応する定電圧源Ｅｏ
＿Ｓに、電気化学反応の抵抗Ｒｃに対応する可変抵抗Ｇ
＿Ｒｃとオーム損Ｒｏに対応する定抵抗Ｒｏ＿Ｓと電池
容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１の制御用電流の検出部
分とが直列に接続されているとともに、電池容量コンデ
ンサ充放電用電源Ｆ１と電池容量コンデンサＣ１とが並
列に接続されている。

【００２６】そして、電池電圧Ｅに対応する一次電池モ
デルのシミュレーション回路における電池電圧Ｅ＿Ｓ
は、正極端子ＣＰに対応する端子ＣＰ＿Ｓと負極端子Ｃ
Ｎに対応する端子ＣＮ＿Ｓとの間に発生するように構成
されている。

【００２７】ここにおいて、電気化学反応の抵抗Ｒｃに
対応する可変抵抗Ｇ＿Ｒｃは電圧によって変化する電圧
制御抵抗（ＶＣＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌ
ｅｄ

【００２８】Ｒｅｓｉｓｔｏｒ）として構成され、電池
容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１は電流制御電流源（Ｃ
ＣＣＳ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｕ
ｒｒｅｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ）として構成されている。

【００２９】なお、上記した一次電池モデルの構成要素
として用いたオーム損Ｒｏに対応する定抵抗Ｒｏ＿Ｓを
構成するための定抵抗手段、電気化学反応の抵抗Ｒｃに
対応する可変抵抗Ｇ＿Ｒｃを構成するための電圧によっ
て変化する電圧制御抵抗、起電力Ｅｏに対応する定電圧
源Ｅｏ＿Ｓを構成するための定電圧源手段、電池容量コ
ンデンサＣ１を構成するためのコンデンサ手段、電池容
量コンデンサ充放電用電源Ｆ１を構成するための電流制
御電流源は、上記したＳＰＩＣＥにより機能を実現でき
る。

【００３０】この一次電池モデルにおいては、電池の容
量の検出は、電池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１と電
池容量コンデンサＣ１とにより行われている。

【００３１】以上の構成において、電池容量コンデンサ
Ｃ１に現れる電圧と同じ電位のノード４の電圧により可
変抵抗Ｇ＿Ｒｃを可変制御するようにして、電池の容量
の変化に対応した可変抵抗Ｇ＿Ｒｃの変化を実現してい
る。

【００３２】即ち、この一次電池モデルは、ノード４に
現れる電圧により電池の容量を表すようにしている。

【００３３】ここにおいて、電池の容量は電池容量コン
デンサＣ１によってモデリングしているものであって、
容量と、電圧と、電流と、時間との関係を表す図６に示
す関係式（６．１）により求められる電圧が、ノード４
に現れる。

【００３４】なお、電池の容量が１００％あるときはノ
ード４の電圧は１０Ｖになるとともに、容量が０％のと
きはノード４電圧は０Ｖになるものと設定し、例えば、
３２３ｍＡｈの電池は３２３ｍＡで１時間放電できる容
量があるものとすると、ノード４の電圧は１時間（３６
００ｓｅｃ）で１０Ｖから０Ｖに変化する。さらに、電
池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１の「電流ゲイン＝
０．００１」（負荷の接続で３２３ｍＡの電流が電池か
ら流れ出したとき、電池容量コンデンサＣ１からの放電
電流は「３２３ｍＡ×０．００１＝３２３ｕＡ」にな
る。）とする。

【００３５】上記した条件において、図６に示す関係式
に基づいて電池容量コンデンサＣ１の容量を求めると、
「０．１１６４（Ｆ）」になる。

【００３６】そして、電池が１００％充電されていて、
電池容量コンデンサＣ１の容量が１００％あるときのノ
ード４の電圧が１０Ｖであるとしたときに、この電池の
端子ＣＰ＿Ｓと端子ＣＮ＿Ｓに負荷を接続すると、電流
が流れて放電を始めるが、この電流が電流制御電流源で
ある電池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１を介して、電
池容量コンデンサＣ１を放電させるようになされてい
る。このため、電池の放電が進むにつれて、ノード４の
電圧が低下する。

【００３７】即ち、電池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ
１は、放電により電池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１
の制御用電流の検出部分に電流が流れれば、電池容量コ
ンデンサ充放電用電源Ｆ１の制御用電流の検出部分に流
れた電流に比例して自らも電流を流して電池容量コンデ
ンサＣ１を放電させ、ノード４の電圧を下げることにな
る。

【００３８】このようにして、ノード４には、電池の放
電に基づく容量の変化に応じた電圧が現れることになる
ので、何％放電のときに電気化学反応の抵抗Ｒｃが何Ω
の抵抗値になるかを実測値から計算してテーブルを求め
ておき、このテーブルに基づき可変抵抗Ｇ＿Ｒｃを制御
するようにすれば、実測に極めて近似した充放電特性を
実現できる。図７には、放電特性と電気化学反応の抵抗
Ｒｃとの関係において、放電にともなう電気化学反応の
抵抗Ｒｃの変化を求めるための測定および計算方法なら
びにそれらにより求められる上記したテーブルが示され
ている。

【００３９】即ち、電池の端子ＣＰ＿Ｓと端子ＣＮ＿Ｓ
との間に負荷を接続すると、電流が流れる。この電流
は、電池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１によって、電
池容量コンデンサＣ１にチャージされている電荷を放電
する。これにより、ノード４の電圧が低下するようにな
る。

【００４０】ここにおいて、可変抵抗Ｇ＿Ｒｃは、電圧
によって変化する抵抗たる電圧制御抵抗であるため、可
変抵抗Ｇ＿Ｒｃの特性がノード４の電圧で変化するの
で、この関係を実測値より求めたテーブルと一致させる
ことで放電特性をモデリングすることができる。従っ
て、可変抵抗Ｇ＿Ｒｃの特性を変化させれば、どのよう
な一次電池の特性もモデリングすることができる。

【００４１】図８は、一次電池モデルのシミュレーショ
ンの結果を示し、（ａ）に放電特性を表し、（ｂ）に放
電電流を示す。実測値である図１と同じ条件でのシミュ
レーションだが、非常に精度のよい結果が得られる。

【００４２】次に、図９に示す電池の動作のシミュレー
ション回路の中の二次電池モデルに関して説明するが、
放電特性を表すための回路構成は、上記した一次電池モ
デルと同様である。ただし、図９に示す二次電池モデル
においては、充電特性を表現するために、放電時と充電
時とで放電時起電力Ｅｏに対応する定電圧源Ｅｏ＿Ｓと
後述する充電時における起電力に対応する電圧源Ｇ＿Ｅ
ｏＣＨＧとを切り換える機能を、一次電池モデルに追加
し、充電時の起電力たる電圧源Ｇ＿ＥｏＣＨＧの電圧値
をテーブルで記述することにより、充電特性を表すよう
にした。

【００４３】即ち、図９に示す二次電池モデルにおいて
は、上記した図５に示す一次電池モデルの構成に加え
て、電流の流れる方向を検出することにより、充電動作
か放電動作かを判定する電流制御電圧源（ＣＣＶＳ：Ｃ
ｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｖｏｌｔａｇｅ
Ｓｏｕｒｃｅ）たる電流方向検出手段Ｈ１と、電流方
向検出手段Ｈ１の判定結果に基づいて、判定結果が放電
動作であるとされた場合にオンされるとともに、判定結
果が充電動作であるとされた場合にオフされる電圧制御
抵抗より構成される放電用スイッチＸＳＷ＿ＤＳＣＨＧ
と、電流方向検出手段Ｈ１の判定結果に基づいて、判定
結果が充電動作であるとされた場合にオンされるととも
に、判定結果が放電動作であるとされた場合にオフされ
る電圧制御抵抗より構成される充電用スイッチＸＳＷ＿
ＣＨＧと、上記のように放電用スイッチＸＳＷ＿ＤＳＣ
ＨＧと充電用スイッチＸＳＷ＿ＣＨＧとのオン／オフ動
作を互いに反転させるためのインバーターＸＩＮＶと、
充電時における起電力に対応する電圧源Ｇ＿ＥｏＣＨＧ
とを有している。

【００４４】つまり、この二次電池モデルにおいては、
充電動作か放電動作かを判定しているのが、電流制御電
圧源たる電流方向検出手段Ｈ１である。放電動作のとき
には、電圧制御スイッチ（ＶＣＳＷ：Ｖｏｌｔａｇｅ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｗｉｔｃｈ）たるＸＳＷ＿Ｄ
ＳＣＨＧがＯＮ状態となり、定電圧源Ｅｏ＿Ｓが選択さ
れる。充電動作のときは、電圧制御スイッチたる放電ス
イッチＸＳＷ＿ＣＨＧがＯＮ状態となり、充電時起電力
に対応する電圧源Ｇ＿ＥｏＣＨＧが選択される。

【００４５】即ち、二次電池モデルにおいては、電流の
方向を電流方向検出手段Ｈ１により検出して、電池が放
電動作をしているのか充電動作をしているのかを判定
し、判定の結果、放電動作をしている場合には、上記し
た一次電池モデルと同様な回路構成による処理が行わ
れ、充電動作をしている場合には、放電動作のときに使
用する定電圧源Ｅｏ＿Ｓに代えて、充電動作専用の電圧
源Ｇ＿ＥｏＣＨＧを用いるようにしている。

【００４６】この電流方向検出手段Ｈ１による電流の方
向検出は、例えば、ノード１とノード１３との間を充電
動作のときの方向に流れる電流の最小検知電流を設定し
ておき、例えば、最小検知電流以上のときに電流方向検
出手段Ｈ１が５Ｖを発生し、最小検知電流未満のときに
電流方向検出手段Ｈ１が０Ｖを発生するようにしてお
く。そうすると、充電動作のときには電流方向検出手段
Ｈ１は５Ｖを発生し、放電動作のときには電流方向検出
手段Ｈ１は０Ｖを発生することになる。

【００４７】上記のようにして電流方向検出手段Ｈ１に
より発生される電圧により、インバーターＸＩＮＶを介
して、電圧制御抵抗により構成される充電用スイッチＸ
ＳＷ＿ＣＨＧと、同様に電圧制御抵抗により構成される
放電用スイッチＸＳＷ＿ＤＳＣＨＧとが、それぞれオン
／オフが逆になるように制御する。

【００４８】即ち、電流方向検出手段Ｈ１が５Ｖを発生
したときは、電圧制御抵抗により構成される充電用スイ
ッチＸＳＷ＿ＣＨＧの抵抗値を小さくし、充電用スイッ
チＸＳＷ＿ＣＨＧがオンされているように動作させると
ともに、電圧制御抵抗により構成される放電用スイッチ
ＸＳＷ＿ＤＳＣＨＧの抵抗値を大きくし、放電用スイッ
チＸＳＷ＿ＤＳＣＨＧがオフされているように動作させ
る。

【００４９】一方、電流方向検出手段Ｈ１が０Ｖを発生
したときは、電圧制御抵抗により構成される充電用スイ
ッチＸＳＷ＿ＣＨＧの抵抗値を大きくし、充電用スイッ
チＸＳＷ＿ＣＨＧがオフされているように動作させると
ともに、電圧制御抵抗により構成される放電用スイッチ
ＸＳＷ＿ＤＳＣＨＧの抵抗値を小さくし、放電用スイッ
チＸＳＷ＿ＤＳＣＨＧがオンされているように動作させ
る。

【００５０】このようにして、電流方向検出手段Ｈ１に
より電池が放電動作をしているのか充電動作をしている
のかの判定がなされ、充電動作のときには電圧源Ｇ＿Ｅ
ｏＣＨＧが用いられ、放電動作のときには定電圧源Ｅｏ
＿Ｓが用いられることになる。

【００５１】そして、放電動作時においては、一次電池
モデルと同様に、ノード１３とノード２との間を流れる
電流により電池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１を制御
し、この電池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ１と電池容
量コンデンサＣ１との動作によりノード４に現れる電圧
が変化することになり、こうしたノード４の電圧の変化
によって可変抵抗Ｇ＿Ｒｃが制御されることになる（図
１０に、放電特性と電気化学反応の抵抗Ｒｃとの関係の
テーブルを示し、図１１に本発明を利用したシミュレー
ション結果を示している。）。

【００５２】一方、充電動作時においては、実測ならび
にノード４の電圧（電池の容量はノード４の電圧で決ま
る。）とから、図１２に示すように、電池の容量変化に
対応した電圧源Ｇ＿ＥｏＣＨＧを演算により求めてテー
ブルを作成し、そのテーブルを用いて電圧源Ｇ＿ＥｏＣ
ＨＧと可変抵抗Ｇ＿Ｒｃとを制御すればよい。そして、
図１２のテーブルの選択は、ノード１３とノード２との
間を流れる電流により電池容量コンデンサ充放電用電源
Ｆ１を制御し、この電池容量コンデンサ充放電用電源Ｆ
１と電池容量コンデンサＣ１との動作によりノード４に
現れる電圧が変化することになり、こうしたノード４の
電圧の変化によって図１２のテーブルが選択されるよう
に、電圧源Ｇ＿ＥｏＣＨＧを制御すればよい。

【００５３】図１３は、上記した二次電池モデルのシミ
ュレーションの結果であり、（ａ）に放電特性が示さ
れ、（ｂ）に充電特性が示されている。実測値である図
２（ａ）（ｂ）と同一条件のシミュレーションである
が、非常に精度の良い結果が得られた。

【００５４】上記したように、本発明による電池の動作
のシミュレーション回路の一次電池モデルならびに二次
電池モデルによれば、実測した電池の充放電特性からシ
ミュレーション用の電池モデルを作成することができ、
実測値とシミュレーション値とを合致させることができ
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、電池の容量の変化に応じて、可変抵抗手段
あるいは可変電圧源手段が制御されるので、放電あるい
は充電による電池の容量の変化を極めて正確にシミュレ
ートすることができるようになるという、従来の技術で
は達成し得ない優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】現在市販されている一次電池の放電特性を示
す。

【図２】現在市販されている二次電池の充放電特性を示
し、（ａ）は放電特性を示し、（ｂ）は充電特性を示
す。

【図３】電池の等価回路を示す回路図である。

【図４】本発明による電池の動作のシミュレーション回
路を構成するためのシミュレーション装置のブロック構
成図である。

【図５】電池の動作のシミュレーション回路の中の一次
電池モデルの回路図である。

【図６】容量と、電圧と、電流と、時間との関係を表す
関係式を示す図表である。

【図７】放電特性と電気化学反応の抵抗Ｒｃとの関係の
テーブルを示す図表である。

【図８】図５に示す一次電池モデルによるシミュレーシ
ョン結果を示し、（ａ）は放電特性を示し、（ｂ）は放
電電流を示す。

【図９】電池の動作のシミュレーション回路の中の二次
電池モデルの回路図である。

【図１０】放電特性と電気化学反応の抵抗Ｒｃとの関係
のテーブルを示す図表である。

【図１１】図９に示す二次電池モデルによるシミュレー
ション結果を示し、（ａ）は放電特性を示し、（ｂ）は
放電電流を示す。

【図１２】充電特性と充電時起電力に対応する電圧源Ｇ
＿ＥｏＣＨＧとの関係のテーブルを示す図表である。

【図１３】図９に示す二次電池モデルによるシミュレー
ション結果を示し、（ａ）は放電特性を示し、（ｂ）は
充電特性を示す。

【符号の説明】

Ｅ＿Ｓ 電池電圧に対応するシミュレーション回路
の電池電圧 Ｒｏ＿Ｓ オーム損に対応する定抵抗 Ｇ＿Ｒｃ 電気化学反応の抵抗に対応する可変抵抗 Ｅｏ＿Ｓ 放電時起電力に対応する定電圧源 Ｃ１ 電池容量コンデンサ Ｆ１ 電池容量コンデンサ充放電用電源 Ｇ＿ＥｏＣＨＧ 充電時起電力に対応する電圧源 ＸＳＷ＿ＤＳＣＨＧ 放電用スイッチ ＸＳＷ＿ＣＨＧ 充電用スイッチ Ｈ１ 電流方向検出手段 ＣＰ＿Ｓ 正極端子に対応する端子 ＣＮ＿Ｓ 負極端子に対応する端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池の放電動作をシミュレートするため
   の電池の動作のシミュレーション回路において、 電池の起電力として機能する定電圧源手段と、 電池のオーム損として機能する定抵抗手段と、 電池の電気化学反応の抵抗として機能する可変抵抗手段
   と、 電池の放電電流に基づく電池の容量の変化に応じて、前
   記可変抵抗手段の抵抗値を制御する制御手段とを有する
   ことを特徴とする電池の動作のシミュレーション回路。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、電池の容量に対応した
   容量を有するコンデンサ手段と、電池の放電電流に応じ
   た電流を流して前記コンデンサを放電させる電流制御電
   流源手段とを有し、電池の放電電流に基づく電池の容量
   の変化に応じた前記コンデンサ手段と前記電流制御電流
   源手段との間の電圧の変化に基づいて、前記可変抵抗手
   段の抵抗値を制御する請求項１記載の電池の動作のシミ
   ュレーション回路。
3. 【請求項３】 電池の充放電動作をシミュレートするた
   めの電池の動作のシミュレーション回路において、 電池の放電時起電力として機能する定電圧源手段と、 電池の充電時起電力として機能する可変電圧源手段と、 電池が放電動作をしているか充電動作をしているかを判
   定する判定手段と、 前記判定手段の判定結果に基づいて、前記定電圧源手段
   か前記可変電圧源手段かどちらか一方を選択する選択手
   段と、 電池のオーム損として機能する定抵抗手段と、 電池の電気化学反応の抵抗として機能する可変抵抗手段
   と、 電池の放電電流に基づく電池の容量の変化に応じて、前
   記可変抵抗手段の抵抗値を制御するとともに、電池の充
   電電流に基づく電池の容量の変化に応じて、前記可変抵
   抗手段の抵抗値とともに前記可変電圧源手段の電圧値を
   制御する制御手段とを有することを特徴とする電池の動
   作のシミュレーション回路。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、電池の容量に対応した
   容量を有するコンデンサ手段と、電池の放電電流または
   充電電流に応じた電流を流して前記コンデンサを放電ま
   たは充電させる電流制御電流源手段とを有し、電池の放
   電電流または充電電流に基づく電池の容量の変化に応じ
   た前記コンデンサ手段と前記電流制御電流源手段との間
   の電圧の変化に基づいて、電池が放電動作をしていると
   きに前記可変抵抗手段の抵抗値を制御し、電池が充電動
   作をしているときに前記可変抵抗手段の抵抗値とともに
   前記可変電圧源手段の電圧値を制御する請求項３記載の
   電池の動作のシミュレーション回路。