JPH10260236A

JPH10260236A - 二次電池の残存容量の監視方法

Info

Publication number: JPH10260236A
Application number: JP9062626A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Yamada; 克夫山田; Tetsuya Suzuki; 徹也鈴木; Fumiaki Nakao; 文昭中尾; Kazunari Suzuki; 一成鈴木
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】誤差を極力少なくした信頼性の高い二次電池
の残存容量の監視方法を提供する。【解決手段】電流積算法や内部インピーダンス補正法
等を利用して二次電池１の残存容量を算出し、残存容量
の算出値が設定値以下になると、数充放電サイクル毎に
前記二次電池１を自動的に強制放電して残存容量を無く
すようにする。その結果、残存容量の算出誤差が蓄積さ
れないようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、残存容量の算出誤
差を低減させた信頼性の高い二次電池の残存容量の監視
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電池の残存容量を算出する方
法として、電流積算法や内部インピーダンス補正法が一
般的であり、複数の二次電池を収納した電池パックなど
では、上記方法により常時電池の容量が監視されて、適
時残存量が表示されるように構成されている。

【０００３】図１７は上述した電流積算法を利用した二
次電池の残存容量の算出方法を示す図であって、１１は
二次電池、１２は放電電流Ｉを検出する電流検出部、１
３は残存容量算出のための演算処理を行う制御部、１４
はこの電池パックに接続された負荷装置である。

【０００４】一般的に、電池の放電容量は放電電流と放
電時間の積で表すことができる。そこで、図示するよう
に、負荷装置１４を接続した時の放電電流Ｉを電流検出
部１２により所定時間△ｔ毎に区切って検出し、検出さ
れた電流Ｉs を制御部１３にて時間積算（図中、斜線部
分の面積：Σ（放電電流Ｉ×時間△ｔ））することによ
って、トータルの放電容量が算出できる。

【０００５】そこで、充電電流の時間積算で求められた
放電可能容量、もしくは予め与えられた放電可能容量か
ら、時間積算された前記放電容量を差し引くことによ
り、二次電池１１の残存容量を求めることができる。

【０００６】一方、図１８は、上述した内部インピーダ
ンス補正法による電池の残存容量の算出方法を示す図で
あって、１１は二次電池、１２は電流検出部、１４は負
荷装置である。

【０００７】内部インピーダンス補正法によれば、測定
した電池電圧Ｖc と放電電流Ｉから電池の内部インピー
ダンスｒによる内部電圧降下を排除した正味の電池電圧
Ｖiを下記数１の式より求め、図示するような予め設定
された正味の電池電圧Ｖi 対残存容量Ｃの関係を示すデ
ータベースから、算出された正味の電池電圧Ｖi に対応
する二次電池の残存容量を求めることができる。

【０００８】

【数１】Ｖi ＝Ｖc ＋Ｉ×ｒ

【０００９】なお、通常、正味の電池電圧Ｖ0 を算出す
るための内部インピーダンス値ｒとしては、予め決めら
れた想定値が用いられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電池電流を
時間積算する前記電流積算方法は、充放電電流Ｉや放電
時間△ｔの測定誤差が残存容量算出の際の誤差要因とな
るといった欠点がある。そのため、途中充電（残存容量
が有るにも拘らず充電すること）や途中放電（充電中で
あるにも拘らず負荷に接続すること）、或いは長期保存
中の自己放電や容量劣化（長期保存中は負荷電流が０で
あるため、長期保存前後で電流積算法による残存容量は
変化せず、長期保存による容量低下を把握できない）等
に起因する誤差要因を考慮して、満充電時に放電可能容
量を修正するといった補正手段が採られている場合もあ
るが、各電池が有する容量のばら付きや、充放電サイク
ル時の使用環境条件の相違などから、補正を行うことで
かえって誤差を拡大させてしまう可能性が有る。

【００１１】また、特に、接続される負荷装置（例えば
携帯機器）が連続放電となる直流負荷でなく、間欠放電
となるパルス負荷である場合は、精度の良い電流検出は
行われず、残存容量を正確に算出することは困難であっ
た。

【００１２】一方、内部インピーダンス補正法の場合
は、充放電サイクル数や使用環境条件（特に温度条件）
によって二次電池の内部インピーダンスが大幅に変動す
るため、内部インピーダンス値として固定値が参照され
る方式であると、実際の電池の内部電圧降下と算出され
た内部電圧降下とに誤差が生じるため、正確な残存容量
を算出できないといった欠点がある。

【００１３】したがって、従来の電池パックでは、上記
要因による算出誤差の結果、実際に放電できる容量より
も少なめに残量表示された場合は、電池自身は放電可能
であるにも拘らず残存容量は０とされて負荷装置への電
力供給が停止されるため、電池のエネルギーを全て効率
良く引き出すことができなくなる。また、この状態で充
電を行うと、誤差を含んだまま充電容量が積算されて、
誤差は更に拡大することになり、精度の良い残存容量の
監視が極めて困難となる。

【００１４】本発明は、前記電流積算法および内部イン
ピーダンス補正法の欠点を改善し、より高精度な残存容
量の検知を可能とした信頼性の高い二次電池の残存容量
の監視方法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】即ち、請求項１に記載の
本発明では、二次電池（１）の残存容量の監視方法にお
いて、残存容量の算出値が設定値以下になると、前記二
次電池（１）を強制放電させて残存容量を無くすことを
特徴とする。

【００１６】また、請求項２に記載の本発明では、放電
電流（Ｉ）を時間積算して放電容量を算出し、放電可能
容量から放電容量を差し引いて電池の残存容量を求める
電流積算法を利用したパルス負荷対応の二次電池（１）
の残存容量の監視方法において、まず、二次電池（１）
のパルス放電電流（Ｉ）を最速のサンプリング周波数
（ｆs ）でサンプリングして放電周波数（ｆ）を算出
し、つぎに、算出された前記放電周波数（ｆ）の少なく
とも３倍以上のサンプリング周波数（ｆs ）にて前記パ
ルス放電電流（Ｉ）をサンプリングし、得られたサンプ
リング電流（Ｉs ）を時間積算して放電容量を求めるこ
とを特徴とする。

【００１７】また、請求項３に記載の本発明では、長期
保存された二次電池（１）の残存容量の監視方法であっ
て、まず、測定した電池電圧（ＶC ）から内部インピー
ダンス（ｒ）による電圧降下を排除して得られた正味の
電池電圧（Ｖi ）から残存容量を求める内部インピーダ
ンス補正法により二次電池（１）の残存容量を算出し、
つぎに、予め記憶されている前記二次電池（１）の保存
前容量より、算出された前記残存容量を差し引いて電池
保存中の前記二次電池（１）の自己放電容量を算出し、
さらに、算出された自己放電容量より不可逆容量を推定
して放電可能容量を補正することを特徴とする。

【００１８】また、請求項４に記載の本発明では、測定
した電池電圧（ＶC ）から内部インピーダンス（ｒ）に
よる電圧降下を排除して得られた正味の電池電圧（Ｖi
）から残存容量を求める内部インピーダンス補正法を
利用した二次電池（１）の残存容量の監視方法におい
て、前記内部インピーダンス（ｒ）が電池放電開始直後
に生ずる電圧降下と放電電流（Ｉ）とにより算出される
ことを特徴とする。

【００１９】また、請求項５に記載の本発明では、放電
電流（Ｉ）を時間積算して放電容量を算出し、放電可能
容量から放電容量を差し引いて電池の残存容量を求める
電流積算法と、測定した電池電圧（ＶC ）から内部イン
ピーダンス（ｒ）による電圧降下を排除して得られた正
味の電池電圧（Ｖi ）から残存容量を求める内部インピ
ーダンス補正法を組み合わせて利用した二次電池（１）
の残存容量の監視方法であって、前記残存容量は、電池
の種類や電池の使用条件に応じ、前記電流積算法と前記
内部インピーダンス補正法による夫々の算出結果が加重
配分されて算出されることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の二次電池の残存
容量の監視方法が適用された電池パックの基本構成を示
すブロック構成図である。

【００２１】まず、図１により、電池パック１０の構成
を説明すれば、図中、１は低電圧の素電池が複数個直列
に連結されて成る二次電池、２はこの二次電池１の放電
電流Ｉ（もしくは充電電流Ｉ）を測定するための電流検
出部、３は二次電池１の電圧ＶC および電流検出部２か
らの検出電流Ｉs より、二次電池１の残存容量を算出・
監視する制御部、５は負荷側への電力供給および停止を
制御するスイッチ手段である。なお、電池パック１０の
使用時には、電池パック１０に付設された＋端子と−端
子の間に、例えば携帯電話や携帯型プリンタ等のような
負荷装置４が接続され、充電時には充電器（９）が接続
される。

【００２２】上記構成は、既述した従来型の電池パック
と略同様であるが、本発明の第１実施形態では、上記構
成の電池パック１０に放電器６と、この放電器６と二次
電池１を短絡するための放電スイッチ７が内蔵されてお
り、前記制御部３よりこの放電スイッチ７のオン／オフ
を制御して二次電池１の残存容量を自動的に強制放電で
きるように構成されている。

【００２３】以下、図２の制御フローチャートに基づい
て、本第１実施形態を説明する。

【００２４】二次電池１の放電が開始されると、電流検
出部２により放電電流Ｉs が検出され、これが積算され
て、例えば、従来公知の電流積算法によって二次電池１
の残存容量が算出される。残存容量の算出結果は制御部
３にて常時設定値と比較されながら放電が継続される。

【００２５】放電が進み、算出された残存容量が前記設
定値を下回ると、制御部３は電池パック１０に内蔵の放
電スイッチ７をオンとして放電器６による強制放電を開
始し、負荷装置４側への放電電流と、この強制放電電流
とで二次電池１の放電速度を加速させる。

【００２６】残存容量の算出結果が０になると、スイッ
チ手段５がオフされて負荷装置４への電流供給は停止さ
せられるが、電池電圧ＶC が放電下限電圧に達するまで
放電器６による強制放電が継続されて、二次電池は完全
放電させられる。

【００２７】図３および図４は、いずれも二次電池１を
定電力負荷に接続した時の電池容量の放電曲線を示した
ものである。曲線Ａは実際の残存容量、曲線Ｂは表示さ
れた残存容量である。また、曲線Ａおよび曲線Ｂの内、
実線部分は前記強制放電を行わない従来方法の場合、破
線部分は所定の残存容量値で強制放電を行うようにした
本発明の場合である。

【００２８】図３は、残存容量の算出誤差によって実際
の残存容量よりも少なめに表示された場合を示してお
り、図示するように、残存容量を強制放電させること
で、従来方法では使うことができなかった容量（図中の
Ｃ）を完全に消費させることができる。したがって、電
池が完全放電された時点でメモリにセットされている残
存容量値をクリアすれば算出誤差はキャンセルされ、充
放電を繰り返し行っても誤差が蓄積されることはなくな
る。

【００２９】また、強制放電時の消費エネルギーは無駄
であるから、本実施形態では、残存容量が設定値を下回
った時にその都度強制放電を行うのではなく、サイクル
中に成された充放電回数をカウントしておいて、所定回
数以上完全放電されていない時のみ、すなわち数充放電
サイクル毎に強制放電を行なうようにしている。

【００３０】一方、図４は前記した図３の場合とは異な
り、残存容量の算出誤差で実際の残存容量よりも多めに
表示された場合を示している。このような場合は、強制
放電することで逆に残存容量０が表示されるよりも早い
タイミングで負荷への電流供給が停止されてしまうた
め、負荷側の電源切断処理（例えばデータ退避処理）を
行う前に負荷装置がダウンさせられて、内部データが保
存されずに破壊されてしまういった不都合を生じる危険
性があった。

【００３１】そこで、本実施形態では、フローチャート
に示すように、予め負荷装置４側が制御不能となる最低
電圧値を設定しておいて、二次電池１より供給される電
圧がこの最低電圧値を下回った場合は、負荷装置４側に
何等かのアラーム信号８を出力した後に電流供給を停止
するようにして、このような不都合を回避した。

【００３２】このように、本発明の第１実施形態によれ
ば、残存容量が設定値を下回った時、使用者が何等特別
の操作を行わなくとも、自動的に二次電池を完全放電さ
せることができるため、電流積算法等における残存容量
の蓄積が防止されて、高精度の残量監視を実現すること
ができる。

【００３３】次に、二次電池に接続される負荷装置４が
パルス負荷である場合に適用される本発明の第２実施形
態による残存容量の監視方法について説明する。

【００３４】一般的に、電池パックが使用される携帯プ
リンタや携帯電話等、デジタル機器においては、略一定
の周期を成すパルス負荷であるものが多い。上記した電
流積算法によれば、放電電流をサンプリングし、これを
放電時間で時間積算した値を放電容量とし、放電可能容
量から放電容量を減算することで残存容量を求めること
ができるが、通常、一定周期のパルス信号波形をサンプ
リング処理する場合、サンプリング周波数がパルス信号
の立上がりや立ち下がりエッジに同期した１倍もしくは
２倍の周波数に設定されていると、パルス信号の立上が
りや立ち下がり部分をサンプリングすることになり、僅
かなタイミイングのずれでサンプリング値が変動するエ
イリアシング現象が発生し、正確な電流の検知が困難と
なる。

【００３５】サンプリング精度向上のためにサンプリン
グ速度を上げるにしても、Ａ／Ｄコンバータの変換速度
に限界が有ることや、速度アップに伴い演算処理が頻繁
となって制御部３の消費電力が増加し、二次電池１の消
耗が激しくなる等の問題から、パルス負荷に対し精度良
く、しかも、効率的に電流積算処理を行うにはサンプリ
ング周波数を最適な値に設定する必要がある。

【００３６】そこで、最適値を見つけるため、同一のパ
ルス電流を様々な周波数でサンプリングした時に得られ
る放電容量を検討し、その結果を図５に示した。

【００３７】図５(a) は周期Ｔ、パルス幅△ｔ（デュー
ティ：△ｔ／Ｔ＝５０％）のパルス電流を示しており、
パルス電流値をＩとすると、図示した３パルス分の放電
容量は放電時間と放電電流の積（３×Ｉ×△ｔ）で表す
ことができる。また、図５(b) 〜図５(e) はサンプリン
グ周波数ｆs を夫々放電周波数ｆ（ｆ＝１／Ｔ）の２
倍、３倍、４倍、５倍としてサンプリング処理した場合
であって、処理後の放電容量（図中、斜線部分の面積）
は、図５(b) 以外いずれも図５(a) に示す実際の放電容
量（３×Ｉ×△ｔ）に等しくなる。

【００３８】このように、サンプリング時のエイリアシ
ングの影響を無くすためには、サンプリング周波数をパ
ルス電流の周波数の少なくとも３倍以上に設定する必要
があることが確認できた。

【００３９】次に、上記検討結果を考慮した本発明の第
２実施形態を図７に示す制御フローチャートに基づいて
説明する。

【００４０】図７によれば、二次電池１に負荷装置４が
接続されて放電が開始すると、まず、サンプリング周波
数が最速値（図７に示すパルス波形に付した×印の周期
△Ｔ）に設定され、この最速サンプリング周波数にて、
パルス電流の立ち上がりの時間間隔Ｔ（即ち、放電周波
数ｆ）および、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの
時間間隔△ｔが検出され、下記数２の式おび数３の式よ
りサンプリング周波数ｆs が算出される。

【００４１】

【数２】ｆs ＝ｎ×（１／Ｔ）

【００４２】

【数３】ｎ＝Ｔ／△ｔ＋１

【００４３】但し、上記数３の式の計算結果がｎ＜３と
なった場合は、前記したエイリアシングの影響を排除す
るため、ｎ＝３と置き換えられる。

【００４４】この数３の式は、デューティの異なる（デ
ューティが５０％でない場合）パルス電流にも対応させ
るための算式であって、その適用例を図６に示す。

【００４５】図６(a) はオンデューティ２５％のパルス
電流の場合で、サンプリング周波数ｆs は５ｆ（ｎ＝
５）、図６(b) はオンデューティ７５％の場合で、サン
プリング周波数ｆs は３ｆ（数３の式より、ｎ＜３とな
るため、ｎ＝３に置き換えられる）となる。

【００４６】次に、上記方法により求められたサンプリ
ング周波数ｆs にてサンプリングされたサンプリング電
流Ｉs を時間積算して放電容量を算出し、放電可能容量
からこの時間積算された放電容量を減算して、二次電池
の残存容量が算出される。

【００４７】尚、本制御処理では、立ち下がりエッジ検
出処理で、一定時間が経過しても前記パルス電流の立ち
下がりエッジが検出されない場合には、その放電形態
（負荷）が連続放電を成す直流成分であると判断し、予
め設定されている数秒間のゆっくりとしたサンプリング
周波数にてサンプリングを実行して、制御部３の電力消
費を抑制するようにした。

【００４８】また、接続されるパルス負荷の放電周波数
ｆが常に一定である場合は、負荷装置４側よりその周波
数データがサンプリング周波数として電池パック側に転
送されるため、電池パック１０側は受信した周波数デー
タに従ってサンプリングを実行すれば、上述のようなサ
ンプリング周波数の算出処理を行わなくても良い。

【００４９】このように、本発明の第２実施形態によれ
ば、いかなるパルス負荷に対してもエイリアシングの発
生しない最適なサンプリング周波数にて電流積算処理で
きるため、精度の良い放電容量の監視が実現できる。

【００５０】つぎに、長期保存された二次電池の残存容
量の監視方法について説明する。

【００５１】二次電池１は、外部に電流が取り出されな
い保存状態時においても、化学変化などによる容量劣化
（図８のＡｈ2 ）や自己放電（図８のＡｈ1 ）によって
電池容量が徐々に減少していく。

【００５２】このため、従来では長期保存された二次電
池１の残存容量を算出する際は、予め設定された自己放
電率や容量劣化率と保存時間の積から自己放電容量を求
め、これより放電可能容量を補正しているが、夫々保存
条件がまちまちであるため、求められた残存容量は多分
の誤差を含むこととなる。

【００５３】前記内部インピーダンス補正法によれば、
残存容量は開路電圧を測定することで推定できる方式で
あるので、自己放電による電圧降下を監視することで、
長期保存中も残存容量のカウントが可能となる。

【００５４】そこで、本発明の第３実施形態による二次
電池の残存容量の監視方法では、内部インピーダンス補
正法を利用し、長期保存前後の電池残存容量より自己放
電容量を算出し、この実測された自己放電容量に基づい
て残存容量を補正するようににした。

【００５５】図９は内部インピーダンス補正法を利用し
て求めた自己放電容量に基づいて長期保存された二次電
池の残存容量を監視する制御フローチャートである。

【００５６】図９によれば、まず、長期保存前の残存容
量値を、例えば制御部３のメモリ（図示せず）などに記
憶させておく。

【００５７】つぎに、内部インピーダンス補正法によ
り、放電再開時の残存容量を算出する。即ち、放電再開
時の電池電圧ＶC と放電電流Ｉを測定し、これらの測定
値と予め固定データとして設定されている二次電池１の
内部インピーダンスｒを基に、次の数４の式より正味の
電池電圧Ｖi を算出する。

【００５８】

【数４】Ｖi ＝Ｖc ＋Ｉ×ｒ

【００５９】ついで、予め定められた正味の電池電圧Ｖ
i 対残存容量の関係（例えば変換テーブル形式）から残
存容量を算出し、前記メモリに記憶されている長期保存
前の残存容量からこの算出された残存容量を差し引いて
自己放電容量を求める。

【００６０】このようにして算出された自己放電容量か
ら二次電池の不可逆容量を推定して放電可能容量（残存
容量）が補正される。同時に、この時の自己放電容量値
より二次電池１の劣化が判定される。次に、補正された
残存容量値がチェックされ、残存容量値が０以下になれ
ば放電は停止される。

【００６１】また、図１０に示す制御フローチャートは
図９の応用例であって、前記した内部インピーダンス補
正法と電流積算法を組み合わせた実施形態である。

【００６２】図１０によれば、先ず、放電再開時に電流
積算法により残存容量１が算出され、次いで、前記実施
形態と同様に内部インピーダンス補正法で求めた自己放
電容量により、この残存容量１が補正される。こうした
制御手順によって、長期保存された二次電池１の残存容
量の監視に電流積算法を適用した場合の欠点を補うこと
ができる。

【００６３】ところで、二次電池１の内部インピーダン
スは、図１１(a) 、(b) に示すように電池の使用状況
（サイクル数や使用温度等）で変動する。このため、正
味の電池電圧Ｖi の算出に、予め決められた内部インピ
ーダンス値を用いる内部インピーダンス補正法の場合
は、電池パック１０が使用される環境によって電池電圧
の補正に誤差が生じるため、正確な残存容量を算出する
ことが困難となる場合がある。

【００６４】そこで、本第４実施形態による残存容量の
監視方法では、使用環境に近い状況で二次電池１の実際
の内部インピーダンスｒを求め、その内部インピーダン
スｒに基づいて残存容量を算出するようにした。

【００６５】図１２は放電開始時の電池電圧の変化を示
す図であって、図示するように放電開始前の電池電圧Ｖ
0 （開路電圧）は放電開始直後に所定の時定数で急激に
低下し、時間Ｔ後に電池電圧はＶC となる。これは、放
電開始時の放電電流Ｉにより二次電池１の内部インピー
ダンスｒに電圧降下が生じるためである（例えば、内部
インピーダンスｒが０の場合は破線で示すような電圧下
降をたどる）。

【００６６】従って、放電開始前の電池電圧Ｖ0 と放電
開直後の電池電圧ＶC を夫々測定し、その時の放電電流
Ｉから次の数５の算式を用いて実際の内部インピーダン
スｒを求めることができる。

【００６７】

【数５】ｒ＝（Ｖ0 −Ｖc ）／Ｉ

【００６８】そこで、上記方法で算出した内部インピー
ダンス値を、例えばメモリ等に記憶しておいて、内部イ
ンピーダンス補正法による電池電圧の補正の際に参照す
ることで、使用環境に左右されない、より高精度の残存
容量の監視を実現することができる。

【００６９】図１３は本第４実施形態の制御フローチャ
ートであって、上記した内部インピーダンスの測定処理
は電池使用時（負荷装置４の接続時）にその都度実行さ
れるように構成されている。尚、放電開始直後に発生す
る電池電圧の降下時定数に対応した待機時間Ｔは使用す
る二次電池１の種類やその容量に応じて１ｍｓｅｃ〜数
秒に適宜設定することにより、実状に則した正確な内部
インピーダンスｒが算出可能となる。

【００７０】ところで、二次電池１の放電特性は、その
種類により夫々が異なるが、代表的なものとしては、図
１４(a) に一例として示すニッケル水素電池の放電特性
のように平坦な放電カーブを持ち、残存容量が電圧依存
性を持たないもの、あるいは、図１４(b) に一例として
示すリチウムイオン二次電池のように放電が進に連れて
電圧がほぼ直線的に且つ急激に低下していく電圧依存性
が高いものがある。

【００７１】そのため、ニカドやニッケル水素電池のよ
うに残存容量が電圧に依存しない二次電池１に電池電圧
から残存容量を算出する内部インピーダンス補正法を適
用すると、僅かの電圧変動で算出される残存容量が大幅
に変動し、精度の良い残存容量の監視ができないといっ
た問題が生ずる。

【００７２】また、既述したように、二次電池１の内部
インピーダンスは使用温度領域によっては極端な負の温
度特性を示し（図１１(a) 参照）、特に０℃以下の環境
下で著しく、僅かな温度変化や温度の測定誤差により内
部インピーダンスの値が大きく変動するため、このよう
な温度領域で内部インピーダンス補正法が適用される
と、前記した電池の種類の場合と同様に、算出される残
存容量に大幅な誤差を生ずる可能性がある。

【００７３】そこで、本発明の第５実施形態は、二次電
池１の種類や使用環境条件に応じて適宜残存容量の算出
方法を組み合わせて利用し、夫々の算出方式の欠点をカ
バーすることで、いかなる状況下でも最適な残存容量の
監視が行えるようにした。

【００７４】図１５は本第５実施形態の内、二次電池１
の種類に対応させた実施形態を示す制御フローチャート
である。

【００７５】図１５によれば、二次電池１が接続される
と、先ず電池の種類が判定され、判定の結果、残存容量
が電圧依存性を持たない電池であると認識されると、電
流積算法による算出結果が優先され、電圧依存性を有す
る二次電池１と認識された場合は、電流積算法と内部イ
ンピーダンス補正法の両算出結果より残存容量が算出さ
れるように制御される。

【００７６】一方、図１６は電池の使用環境条件に対応
させた実施形態を示す制御フローチャートである。

【００７７】図１６によれば、放電開始後の電池温度を
測定し、電池温度が、例えば０℃以上であれば、内部イ
ンピーダンスの変動が小さな温度領域であると判断し
て、内部インピーダンス補正法による算出結果が優先さ
れ、電池温度が０℃未満であれば、内部インピーダンス
が大幅に変動する温度領域と判断して、電流積算法によ
る算出結果が優先されるように制御される。

【００７８】また、二次電池１の使用環境に応じ、電流
積算法で求めた残存容量と内部インピーダンス補正法で
求めた残存容量に夫々重み付けをして、それらの加重配
分を残存容量として算出・表示するようにしても良い。

【００７９】例えば、表１に示すように、電池温度が０
℃以下の温度領域における電流積算法の加重配分を重く
することにより（０℃の時は７５：２５、−２０℃の時
は９０：１０という具合に重みを変える）、電池使用中
に温度が変化して検出方法が切り替わった場合であって
も、残量容量の表示値が急変しないため、使用者に混乱
を与えることがなくなる。

【００８０】また、前記残存容量の重み付けにおいて、
加重配分の比を１：０とすれば、夫々の算出結果の内の
いずれか一方が選択されることになる。

【００８１】

【表１】

【００８２】また、以上説明した第１実施形態から第５
実施形態による本発明の二次電池の監視方法は夫々独立
して実施される必要はなく、夫々の残存容量の監視方法
の内の二項目以上を適宜組み合わせて実施させることも
勿論可能であり、その結果、より高精度の残存容量の監
視が実現されるようになる。

【００８３】例えば、その一例を示せば、既述した第３
実施形態の残存容量の監視方法において、自己放電容量
を算出する際に用いた内部インピーダンス補正方法とし
て、第４実施形態で説明した方法を利用することによ
り、使用環境に左右されないより高精度の残存容量の監
視が可能となる。

【００８４】さらに、別の一例を示せば、前記第２実施
形態から第５実施形態による残存容量の監視方法におい
て、算出された残存容量のチェック過程に第１実施形態
の強制放電処理を取り入れることにより、充放電サイク
ルによる算出誤差の蓄積が防止されてより高精度の残存
容量の監視が可能となる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
本発明によれば、残存容量が設定値を下回った時、使用
者が特別の操作を行わなくとも、自動的に二次電池を完
全放電させるようにしたので、電流積算法等における残
存容量の算出誤差の蓄積が防止され、精度の良い残存容
量の監視が実現できる。

【００８６】また、請求項２に記載の本発明によれば、
パルス負荷時の放電容量を算出する際、パルス放電電流
の周波数に基づいてサンプリング周波数を設定するよう
にしたので、いかなるパルス負荷に対してもエイリアシ
ングの発生しない最適、且つ効率的なサンプリング処理
が行えるようになり、精度の良い放電容量監視が実現で
きる。

【００８７】また、請求項３に記載の本発明によれば、
内部インピーダンス補正法を利用し、長期保存前後の電
池残存容量より自己放電容量を算出して残存容量の補正
を行うようにしたので、長期保存中に二次電池に自己放
電や容量劣化が発生して電池容量が減少しても、精度の
良い残存容量の監視が実現できる。

【００８８】また、請求項４に記載の本発明によれば、
内部インピーダンス補正法を利用して放電容量を算出す
る際、二次電池の内部インピーダンスを二次電池の放電
開始前後の電圧降下より算出するようにしたので、算出
された内部インピーダンスは使用環境に則した正確なも
のとなり、内部インピーダンスとして固定データを使用
した従来方式と異なり、使用環境に左右されない、精度
の良い残存容量の監視が実現できる。

【００８９】また、請求項５に記載の本発明によれば、
放電容量を算出する際、二次電池の種類や使用環境条件
に応じて電流積算法と内部インピーダンス補正法を適宜
選択するようにしたので、それぞれの算出方法の欠点を
好適に補うことができ、電池の種類や使用条件に左右さ
れない、精度の良い残存容量の監視が実現できる。

【００９０】以上のように、二次電池の残存容量を精度
良く監視できるようになれば、残存容量の算出誤差によ
り、二次電池がまだ放電可能な状態であるにも拘らず、
負荷装置への電力供給が停止されて二次電池の性能を十
分発揮できないといった不都合や、まだ使用可能の表示
があるにも拘らず、負荷装置がダウンさせられて内部デ
ータが破壊してしまうといった従来からの問題が解消さ
れて、二次電池使用時の信頼性は著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二次電池の残存容量の監視方法が適用
された電池パックの基本構成を示すブロック構成図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態を示す制御フローチャー
トである。

【図３】二次電池の放電曲線を示す図である。

【図４】二次電池の図３とは別の放電曲線を示す図であ
る。

【図５】パルス電流波形のサンプリング方法を示し、
(a) はパルス電流波形、(b) はサンプリング周波数を放
電周波数の２倍とした場合、(c) は３倍とした場合、
(d)は４倍とした場合、(e) は５倍とした場合である。

【図６】デューティの異なるパルス電流波形のサンプリ
ング方法を示し、(a) はオンデューティ２５％の場合、
(b) はオンデューティ７５％の場合である。

【図７】本発明の第２実施形態を示す制御フローチャー
トである。

【図８】自己放電および容量劣化による電池残存容量の
変化を示す図である。

【図９】本発明の第３実施形態を示す制御フローチャー
トである。

【図１０】本発明の第３実施形態を示す図９とは別の制
御フローチャートである。

【図１１】二次電池の内部インピーダンス特性を示す図
で、(a) は温度特性、(b) 充放電サイクル特性を示す。

【図１２】放電開始時の二次電池の電圧変化を示す図で
ある。

【図１３】本発明の第４実施形態を示す制御フローチャ
ートである。

【図１４】二次電池の放電特性の一例を示す図で、(a)
はニッケル水素電池、(b) はリチウムイオン電池の場合
を示す。

【図１５】本発明の第５実施形態を示す制御フローチャ
ートである。

【図１６】同、図１５とは別の制御フローチャートであ
る。

【図１７】電流積算法による二次電池の残存容量の算出
方法を示す図である。

【図１８】内部インピーダンス補正法による二次電池の
残存容量の算出方法を示す図である。

【符号の説明】

１二次電池２電流検出部３制御部４負荷装置ｆ放電周波数ｆs サンプリング周波数Ｉ放電電流Ｉs サンプリング電流ｒ内部インピーダンスＶC 電池電圧Ｖi 正味の電池電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｘ (72)発明者鈴木一成東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池（１）の残存容量の監視方法に
おいて、残存容量の算出値が設定値以下になると、前記二次電池
（１）を強制放電させて残存容量を無くすことを特徴と
する二次電池の残存容量の監視方法。
【請求項２】放電電流（Ｉ）を時間積算して放電容量
を算出し、放電可能容量から放電容量を差し引いて電池
の残存容量を求める電流積算法を利用したパルス負荷対
応の二次電池（１）の残存容量の監視方法において、まず、二次電池（１）のパルス放電電流（Ｉ）を最速の
サンプリング周波数（ｆs ）でサンプリングして放電周
波数（ｆ）を算出し、つぎに、算出された前記放電周波数（ｆ）の少なくとも
３倍以上のサンプリング周波数（ｆs ）にて前記パルス
放電電流（Ｉ）をサンプリングし、得られたサンプリン
グ電流（Ｉs ）を時間積算して放電容量を求めることを
特徴とする二次電池の残存容量の監視方法。
【請求項３】長期保存された二次電池（１）の残存容
量の監視方法であって、まず、測定した電池電圧（ＶC ）から内部インピーダン
ス（ｒ）による電圧降下を排除して得られた正味の電池
電圧（Ｖi ）から残存容量を求める内部インピーダンス
補正法により二次電池（１）の残存容量を算出し、つぎに、予め記憶されている前記二次電池（１）の保存
前容量より、算出された前記残存容量を差し引いて電池
保存中の前記二次電池（１）の自己放電容量を算出し、さらに、算出された自己放電容量より不可逆容量を推定
して放電可能容量を補正することを特徴とする二次電池
の残存容量の監視方法。
【請求項４】測定した電池電圧（ＶC ）から内部イン
ピーダンス（ｒ）による電圧降下を排除して得られた正
味の電池電圧（Ｖi ）から残存容量を求める内部インピ
ーダンス補正法を利用した二次電池（１）の残存容量の
監視方法において、前記内部インピーダンス（ｒ）が電池放電開始直後に生
ずる電圧降下と放電電流（Ｉ）とにより算出されること
を特徴とする二次電池の残存容量の監視方法。
【請求項５】放電電流（Ｉ）を時間積算して放電容量
を算出し、放電可能容量から放電容量を差し引いて電池
の残存容量を求める電流積算法と、測定した電池電圧
（ＶC ）から内部インピーダンス（ｒ）による電圧降下
を排除して得られた正味の電池電圧（Ｖi ）から残存容
量を算出する内部インピーダンス補正法を組み合わせて
利用した二次電池（１）の残存容量の監視方法であっ
て、前記残存容量は、電池の種類や電池の使用条件に応じ、
前記電流積算法と前記内部インピーダンス補正法による
夫々の算出結果が加重配分されて算出されることを特徴
とする二次電池の残存容量の監視方法。