WO2011102179A1 - 電池状態検知装置 - Google Patents

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    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements

Definitions

  • the present invention relates to a battery state detection device that detects the state of a secondary battery.
  • Patent Document 1 describes that “a change in battery voltage accompanying a change in battery current has a certain delay, and the battery voltage stabilizes after a certain period of time called relaxation time”.
  • the charge rate may be estimated.
  • an object of the present invention is to provide a battery state detection device that can accurately calculate the charging rate of a secondary battery.
  • a battery state detection device includes: Voltage detection means for detecting an open voltage of the secondary battery; The open voltage after charging of the secondary battery detected by the voltage detection means is applied to the first battery characteristic indicating the relationship between the open voltage after charging of the secondary battery and the charging rate of the secondary battery. Then, the charge rate is calculated, and the open circuit voltage after discharging the secondary battery detected by the voltage detecting means is calculated as the open circuit voltage after discharging the secondary battery and the charge rate of the secondary battery. It is applied to the 2nd battery characteristic which shows a relationship, The charging rate calculation means which calculates the said charging rate is provided, It is characterized by the above-mentioned.
  • the charging rate of the secondary battery can be calculated with high accuracy.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation flow of a calculation unit 24.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation flow of a calculation unit 24.
  • FIG. 6 is a diagram showing an “open circuit voltage-ambient temperature” characteristic.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a battery monitoring system 1 including a battery state detection device 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery monitoring system 1 includes a secondary battery 10 and a battery state detection device 20 that detects the state of the secondary battery 10.
  • the secondary battery 10 include a lithium ion battery and a nickel metal hydride battery.
  • the battery state detection device 20 includes a voltage detector 21, a temperature detector 22, a memory 23, and a calculation unit 24.
  • the battery state detection device 20 may include a current detector 27 that detects a charge / discharge current (input / output current) of the secondary battery 10.
  • These components of the battery state detection device 20 such as the voltage detector 21 are configured by, for example, an integrated circuit.
  • the voltage detector 21 is voltage detection means for detecting the output voltage of the secondary battery 10.
  • the voltage detector 21 outputs detection data of the output voltage of the secondary battery 10 to the calculation unit 24.
  • the voltage detector 21 is a secondary battery 10 in a state in which the charge / discharge current (input / output current) of the secondary battery 10 is at least a predetermined first threshold value (for example, zero or a value slightly larger than zero). Is detected as an open circuit voltage of the secondary battery 10.
  • the voltage detector 21 is a voltage between the electrodes measured with a high impedance or between the electrodes of the stable secondary battery 10 or an external device (for example, the secondary battery 10 and the battery state detection device 20 is connected). The voltage between both electrodes measured with a load of a standby state current (for example, 1 mA or less) of a portable device such as a mobile phone or a game machine may be detected as the open voltage of the secondary battery 10.
  • the temperature detector 22 is temperature detecting means for detecting the ambient temperature Ta of the secondary battery 10.
  • the temperature detector 22 outputs detection data of the ambient temperature Ta of the secondary battery 10 to the calculation unit 24.
  • the temperature detector 22 may detect the temperature of the secondary battery 10 itself as the ambient temperature Ta.
  • the calculation unit 24 is based on the voltage detection data from the voltage detector 21, the temperature detection data from the temperature detector 22, and the battery characteristics specific to the secondary battery 10 stored in advance in the memory 23. It is an estimation means for estimating the state (in particular, the charging rate).
  • a specific example of the calculation unit 24 is a microcomputer incorporating a central processing unit and the like.
  • Specific examples of the memory 23 that holds the characteristic parameters for specifying the battery characteristics of the secondary battery 10 include an EEPROM and a flash memory.
  • the calculating unit 24 includes a stable waiting time calculating unit 26 as a stable waiting time calculating means for calculating a stable waiting time T required for stabilizing the output voltage of the secondary battery 10.
  • the stabilization waiting time T is determined after the discharge current (or the charging current) of the secondary battery 10 becomes equal to or less than a predetermined first threshold (for example, zero or a value slightly larger than zero). This is a waiting time until the voltage change amount per unit time becomes equal to or less than a predetermined second threshold (for example, zero or an amount slightly larger than zero). That is, the voltage stable state in which the output voltage of the secondary battery 10 is stable is a state in which the discharge current (or the charging current) of the secondary battery 10 is equal to or less than a predetermined first threshold value.
  • the stabilization waiting time calculation unit 26 is configured to calculate detected values such as output voltage, charge / discharge current and ambient temperature of the secondary battery 10, and calculated values of capacity retention rate (deterioration rate) that can be derived based on these detected values. Based on at least one of them, it is preferable to calculate the stabilization waiting time T until the transition to the voltage stable state by the timer (time measuring means) of the calculation unit 24.
  • a method for calculating the stable waiting time T a known method can be used, and there is no particular limitation.
  • the calculation unit 24 indicates the relationship between the open-circuit voltage after charging the secondary battery 10 and the charge rate of the secondary battery 10 with respect to the open-circuit voltage after charging the secondary battery 10 detected by the voltage detector 21. Applying to the first battery characteristics, the charging rate of the secondary battery 10 is calculated, and the open-circuit voltage after discharge of the secondary battery 10 detected by the voltage detector 21 is used as the open-circuit after discharge of the secondary battery 10. It is a charging rate calculation means for calculating the charging rate of the secondary battery 10 by applying it to the second battery characteristic indicating the relationship between the voltage and the charging rate 10 of the secondary battery. First characteristic data for specifying the first battery characteristic and second characteristic data for specifying the second battery characteristic are stored in the memory 23 in advance.
  • the charging rate means a percentage of the remaining capacity of the secondary battery 10 when the full charge capacity of the secondary battery 10 at that time is 100.
  • the battery characteristics indicating the correlation between “open circuit voltage and charging rate” necessary for calculating the charging rate are represented by a correction table or a correction function. Data in the correction table and coefficients of the correction function are stored in the memory 23 as characteristic data.
  • the calculation unit 24 calculates and corrects the charging rate according to the open circuit voltage measured by the voltage detector 21 based on the correction table and the correction function reflecting the characteristic data read from the memory 23.
  • the characteristic data determined based on the result (see FIG. 2) obtained by actually measuring the correlation with “open circuit voltage ⁇ charge rate” is stored in the memory 23.
  • the characteristic graph “a” is actual measurement data obtained by repeatedly performing no load for a predetermined time (4 hours) every time a predetermined amount (50 mAh) is charged from the state where the remaining capacity is 0 mAh.
  • the voltage between both electrodes increases during charging, and the open circuit voltage decreases in the state of a1, a2, a3,.
  • the information of “open voltage ⁇ charge rate” in the no-load state for 4 hours after charging is stored in the memory 23 as open voltage data for each charge rate after the secondary battery 10 is charged.
  • the characteristic graph c connects the open circuit voltage in a no-load state for 4 hours after charge.
  • the characteristic graph b is actual measurement data obtained when a no-load is repeatedly performed for a predetermined time (4 hours) every time a predetermined amount (50 mAh) is discharged from a fully charged state.
  • the open circuit voltage decreases during discharge, and the open circuit voltage increases in the state of b1, b2, b3.
  • the information of “open voltage ⁇ charge rate” in the no-load state for 4 hours after discharge is stored in the memory 23 as open voltage data for each charge rate after discharge of the secondary battery 10.
  • the characteristic graph d connects the open circuit voltage in a no-load state for 4 hours after discharge.
  • the characteristic graph d substantially overlaps the characteristic graph e when the battery is always discharged at 3 mA from the fully charged state.
  • Both the open-circuit voltage data for each charge rate after charging and the open-circuit voltage data for each charge rate after discharge stored in the memory 23 may be voltage data obtained by measurement. Either one of the open-circuit voltage data for each charging rate and the open-circuit voltage data for each charging rate after discharging may be represented by voltage data specified by a difference from the other. That is, for any one of the open-circuit voltage data, the value of the measured voltage may not be stored in the memory 23 as it is. Thereby, the storage capacity required for the memory 23 can be reduced.
  • the calculation unit 24 can calculate the other open-circuit voltage data based on one of the open-circuit voltage data and the other differential voltage data.
  • the difference voltage for each charging rate between the characteristic graph a and the characteristic graph b corresponds to voltage data of a difference between the open-circuit voltage data after charging and the open-circuit voltage data after discharging.
  • the open-circuit voltage data after charging is stored as measured voltage data
  • the open-circuit voltage data after discharging is stored as differential voltage data.
  • the absolute value of the open-circuit voltage is in the unit of several volts
  • the differential voltage is in the unit of several tens of mV.
  • the open-circuit voltage after both charging and discharging is stored as its absolute value as compared with the case of storing the absolute voltage of the memory 23.
  • the required storage capacity can be greatly reduced.
  • the calculation unit 24 stores, for example, an open voltage data group for each charging rate after charging according to the discharge capacity from the end of charging of the secondary battery 10 and the elapsed time from the end of charging of the secondary battery 10.
  • the “charge side table” and the “discharge side table” in which the open voltage data group for each charge rate after discharge is stored are selected. Then, the charging rate is calculated based on the selected table.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a period during which the charge side table or the discharge side table is selectively applied.
  • the charging period of the secondary battery 10 corresponds to a period from the charging start time t1 to the charging end time t2.
  • the calculation unit 24 stabilizes the output voltage of the secondary battery 10 in a situation where no discharge exceeding the predetermined reference capacity A1 occurs due to no load or slight discharge after the end of charging t2.
  • the open circuit voltage detected by the voltage detector 21 is The charging rate is calculated based on the charging side table, assuming that the "open voltage after charging".
  • the load state after the charging end time t2 is not always unloaded, and depending on an external device (not shown) that uses the secondary battery 10 as a power source (for example, a mobile phone, a game machine, etc.) There may be a slight discharge state in which current consumption continues to flow. For this reason, it is considered inappropriate to treat the open circuit voltage detected when a certain amount of time has elapsed from the end of charge t2 as the “open circuit voltage after charging”. Therefore, the period during which the charging rate may be calculated based on the charging side table needs to be less than the predetermined reference time A2 from the time point t2 when charging ends.
  • reference capacity A1 and the reference time A2 may be determined in accordance with the characteristics of the cell of the secondary battery 10 and the current consumption of an external device fed from the secondary battery 10.
  • the calculation unit 24 uses either the discharge side table or the charge side table as a reference if a certain discharge amount or discharge time does not occur. This makes it difficult to determine whether an accurate charge rate can be calculated.
  • the calculation unit 24 may have a constant discharge capacity (for example, a reference capacity B1 larger than the reference capacity A1) or a discharge time (for example, a reference capacity) according to the characteristics of the cells of the secondary battery 10 after the charging end time t2. By stopping the process of calculating the charging rate from the output voltage of the secondary battery 10 until the reference time B2) longer than the time A2 occurs, it is possible to prevent the charging rate calculation error from increasing.
  • the calculation unit 24 after a charging end time t2, after a certain discharge capacity (for example, a reference capacity B1) is generated by a slight discharge (or from the charging end time t2). If the output voltage of the secondary battery 10 is still stable after the voltage stabilization start time t3 (after the elapsed time of the predetermined time B2 has elapsed), the open circuit voltage detected by the voltage detector 21 is “after discharge The charging rate is calculated based on the discharge side table. Further, as shown in FIG. 3B, the calculation unit 24 generates a constant discharge capacity (for example, the reference capacity B1) due to the large discharge (t13 to t14) exceeding the fine discharge after the charging end time t12.
  • a constant discharge capacity for example, the reference capacity B1 due to the large discharge (t13 to t14) exceeding the fine discharge after the charging end time t12.
  • the voltage detector 21 Assuming that the detected open circuit voltage is “open circuit voltage after discharge”, the charging rate is calculated based on the discharge side table. In FIG. 3B, a period from the discharge end time t14 to the voltage stabilization start time t15 corresponds to the above-described stabilization waiting time T.
  • 4A and 4B are calculation process flows of the charging rate of the secondary battery 10.
  • the calculation unit 24 starts an operation according to this flow.
  • the calculation unit 24 measures the output voltage of the secondary battery 10 as an open voltage by the voltage detector 21 (step S11). Moreover, the calculating part 24 measures the charging / discharging electric current of the secondary battery 10 by the current detector 27 (step S13). Moreover, the calculating part 24 measures the ambient temperature of the secondary battery 10 with the temperature detector 22 (step S15). Steps S11 to S15 are not limited to this order.
  • the stability waiting time calculation unit 26 when at least one of the ambient temperature Ta and the charge / discharge current of the secondary battery 10 fluctuates beyond a predetermined reference before the already calculated stability waiting time T elapses, The stable waiting time T is recalculated as described above using the value changed with the fluctuation, and the register value of the stable waiting time T is updated to the recalculated value (steps S17 to S23).
  • the necessary stabilization waiting time T is reset at a time after the detection. Even if the fluctuation of the ambient temperature of the secondary battery 10 is stabilized, there is a time lag until the temperature of the secondary battery 10 itself is stabilized, so that the battery state such as the measured open-circuit voltage and battery temperature may not be stable. is there. Therefore, estimating the remaining capacity state of the secondary battery 10 based on the battery state such as the ambient temperature Ta or the ambient temperature Ta before the charge / discharge current fluctuates may increase the estimation error. However, by extending the stabilization waiting time T as in steps S17 to S23, such an increase in estimation error can be suppressed.
  • step S17 when a change in the ambient temperature Ta exceeding a reference value is detected for a certain time after the charging / discharging current of the secondary battery 10 equal to or lower than a predetermined first threshold is detected in step S17, the process waits for stability.
  • the time calculation unit 26 recalculates the stable waiting time T corresponding to the already calculated capacity retention ratio K and the ambient temperature Ta after the fluctuation, and updates the register value to the recalculated value (step S19).
  • the charging / discharging current of the secondary battery 10 that is equal to or greater than a predetermined threshold is a condition for recalculating the stable waiting time T, and can also be a variable factor of the capacity retention rate K.
  • the stable waiting time calculation unit 26 recalculates the stable waiting time T corresponding to the already measured ambient temperature K and the capacity retention rate K after the fluctuation, and updates the register value to the recalculated value (step S23). .
  • the arithmetic unit 24 is configured to wait for a stable waiting time when neither the ambient temperature Ta nor the charge / discharge current of the secondary battery 10 exceeds a predetermined standard (for example, when the fluctuation is within a certain range).
  • the register value of T is subtracted by a predetermined value (step S25), and it is determined whether or not the stabilization waiting time T has elapsed, that is, whether or not the register value of the stabilization waiting time T has become zero (step S27). If the stabilization waiting time T has not elapsed, the process returns to the beginning of this flow.
  • the calculation unit 24 stabilizes the voltage after the stabilization waiting time T based on the characteristic data indicating the “open voltage-ambient temperature” characteristic (FIG. 5) stored in the memory 23 in advance.
  • the open-circuit voltage measured in the voltage stable state after the stabilization waiting time T (or the open-circuit voltage measured in step S11). Is corrected to 25 ° C. (step S29).
  • the “open-circuit voltage-ambient temperature” characteristic (FIG. 5) indicates the offset amount of the open-circuit voltage at each temperature with 25 ° C. as a reference.
  • FIG. 5 shows the offset amount of the open circuit voltage for each charging rate of the secondary battery 10.
  • the calculation unit 24 determines whether or not the discharge capacity from the end of charging is equal to or greater than a predetermined first reference capacity B1 (step S31).
  • a predetermined first reference capacity B1 As shown in FIG. 3 (b), a large discharge occurs after the charging end time t2, and the load state of no load or slight discharge occurs after the occurrence. Since the output voltage is stabilized at the timing t15 by continuing, the “discharge side table” in which the relationship between the charge rate after discharge and the open circuit voltage is specified is selected as the charge rate calculation table (step S33).
  • the calculation unit 24 calculates the charge rate corresponding to the open circuit voltage corrected to the 25 ° C. condition in step S29 to the remaining capacity of the secondary battery 10. The state is calculated and the register value of the charging rate is updated to the calculated value (step S43).
  • step S31 when it is determined that the calculation unit 24 is not greater than or equal to the reference capacity B1, it is determined whether or not the discharge capacity from the end of charging is less than a predetermined second reference capacity A1 (step S35). .
  • the reference capacity A1 is smaller than the reference capacity B1.
  • the calculation unit 24 determines that it is not less than the reference capacity A1, the amount of discharge from the charging end time t2 is large, and the open circuit voltage detected by the voltage detector 21 is the open circuit voltage after discharge or the open circuit voltage after charging. It is difficult to distinguish between the charging rate and the register value of the charging rate is not updated.
  • step S35 when it is determined that the calculation unit 24 is less than the reference capacity A1, the calculation unit 24 determines whether or not the elapsed time from the end of charging is equal to or longer than a predetermined first reference time B2 (step S37). If the calculation unit 24 determines that the reference time B2 or more, the open-circuit voltage detected by the voltage detector 21 is “open-circuit voltage after discharge” and selects the discharge-side table as the charging rate calculation table (step S ⁇ b> 2). S33).
  • the subsequent processing in step S43 is the same as described above. For example, in the situation of FIG. 3A, the discharge side table is selected in the period from the time t5 when the reference time B2 elapses to the voltage unstable time t6, and in the situation of FIG.
  • the discharge side table is selected during the period from time t15 to voltage instability time t16.
  • the voltage unstable time t6 or t16 is a time when the charging / discharging current exceeds a predetermined value at which the open circuit voltage can be considered unstable.
  • step S35 determines that the discharge time is less than the reference time B2 in step S37, is the discharge capacity from the end of charging less than the predetermined second reference time A2? It is determined whether or not (step S39).
  • the reference time A2 is shorter than the reference time B2.
  • step S39 when the calculation unit 24 determines that it is less than the reference time A2, the open-side voltage detected by the voltage detector 21 is “open-circuit voltage after charging” and the charge-side table is used for calculating the charging rate.
  • Select as a table step S41). For example, in the situation of FIG. 3A, the charging side table is selected in the period from the voltage stabilization time t3 to the elapsed time t4 of the reference time A2.
  • the calculation unit 24 calculates the charging rate corresponding to the open-circuit voltage corrected to the 25 ° C. condition in step S 29 as the remaining capacity of the secondary battery 10. The state is calculated, and the register value of the charging rate is updated to the calculated value (step S43).
  • charging is performed by selectively measuring the open circuit voltage after charging and the open circuit voltage after discharging, and selectively applying the charging side table and the discharging side table as the charging rate calculation table. Regardless of the state after and after discharge, an accurate charging rate can always be calculated.
  • the characteristic graph c in the no-load state after charging and / or the characteristic graph d in the no-load state after discharging are represented by an approximate model function of a polynomial by curve fitting processing, and each coefficient of the polynomial May be stored in the memory 23 in advance.
  • the storage capacity of the memory 23 can be reduced compared with the case where the open circuit voltage data for each charging rate is stored as it is.

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Abstract

　二次電池の開放電圧を検出する電圧検出手段と、　前記電圧検出手段によって検出された前記二次電池の充電後の開放電圧を、前記二次電池の充電後の開放電圧と前記二次電池の充電率との関係を示す第１の電池特性に適用して、前記充電率を算出し、前記電圧検出手段によって検出された前記二次電池の放電後の開放電圧を、前記二次電池の放電後の開放電圧と前記二次電池の充電率との関係を示す第２の電池特性に適用して、前記充電率を算出する、充電率算出手段とを備える、電池状態検知装置を提供する。

Description

電池状態検知装置
　本発明は、二次電池の状態を検知する電池状態検知装置に関する。
　従来技術として、二次電池の出力電圧が所定の電圧安定期間以上継続しているときに、その出力電圧を二次電池の開放電圧とみなして、開放電圧と残存容量との間の特性に基づいて、二次電池の残存容量を推定する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、「バッテリ電流の変化に伴うバッテリ電圧の変化は一定の遅れをもっており、緩和時間と呼ばれる一定時間の経過後に、バッテリ電圧が安定する」と記載されている。
　このように、リチウムイオン電池などの二次電池の特性として、その充電率と開放電圧との間に高い相関関係があることが知られており、その相関関係を利用して、二次電池の充電率を推定することがある。
特開２００７－１７８２１５号公報
　しかしながら、同一の残容量（又は、充電率）であっても、充電後に無負荷状態にした場合と放電後に無負荷状態にした場合とを比較すると、時間が数日の単位で経過しなければ、二次電池の開放電圧が一致しないことが、実測の結果明らかになった。したがって、例えば、放電後の開放電圧と充電率との相関関係を基準に、充電後の開放電圧から充電率を求めると、その求めた充電率に大きな誤差が含まれるおそれがある。
　そこで、本発明は、二次電池の充電率を精度良く算出することができる、電池状態検知装置の提供を目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る電池状態検知装置は、
　二次電池の開放電圧を検出する電圧検出手段と、
　前記電圧検出手段によって検出された前記二次電池の充電後の開放電圧を、前記二次電池の充電後の開放電圧と前記二次電池の充電率との関係を示す第１の電池特性に適用して、前記充電率を算出し、前記電圧検出手段によって検出された前記二次電池の放電後の開放電圧を、前記二次電池の放電後の開放電圧と前記二次電池の充電率との関係を示す第２の電池特性に適用して、前記充電率を算出する、充電率算出手段とを備えることを特徴とするものである。
　本発明によれば、二次電池の充電率を精度良く算出することができる。
本発明の一実施形態である電池状態検知装置２０を備える電池監視システム１の全体構成図である。 「開放電圧－充電率」との相関関係を表す実測データである。 放電側テーブル及び充電側テーブルの適用期間を示した図である。 演算部２４の動作フローを示した図である。 演算部２４の動作フローを示した図である。 「開放電圧－周囲温度」特性を示した図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。図１は、本発明の一実施形態である電池状態検知装置２０を備える電池監視システム１の全体構成図である。電池監視システム１は、二次電池１０と、二次電池１０の状態を検知する電池状態検知装置２０とを備える。二次電池１０の具体例として、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などが挙げられる。電池状態検知装置２０は、電圧検出器２１と、温度検出器２２と、メモリ２３と、演算部２４とを備える。電池状態検知装置２０は、二次電池１０の充放電電流（入出力電流）を検出する電流検出器２７を備えていてもよい。電圧検出器２１などの電池状態検知装置２０のこれらの構成要素は、例えば、集積回路によって構成されている。
　電圧検出器２１は、二次電池１０の出力電圧を検出する電圧検出手段である。電圧検出器２１は、二次電池１０の出力電圧の検出データを演算部２４に出力する。また、電圧検出器２１は、二次電池１０の充放電電流（入出力電流）が少なくとも所定の第１の閾値（例えば、零又は零より僅かに大きい値）以下の状態での二次電池１０の出力電圧を、二次電池１０の開放電圧として、検出する。また、電圧検出器２１は、安定した二次電池１０の両極間を開放して又はハイインピーダンスで測定した両極間電圧、又は二次電池１０と電池状態検知装置２０が接続される外部機器（例えば、携帯電話やゲーム機などの携帯機器）の待機状態電流（例えば、１ｍＡ以下）の負荷で測定した両極間電圧を、二次電池１０の開放電圧として、検出してもよい。
　温度検出器２２は、二次電池１０の周囲温度Ｔａを検出する温度検出手段である。温度検出器２２は、二次電池１０の周囲温度Ｔａの検出データを演算部２４に出力する。温度検出器２２は、周囲温度Ｔａとして、二次電池１０自体の温度を検出するものでもよい。
　演算部２４は、電圧検出器２１による電圧検出データと温度検出器２２による温度検出データとメモリ２３に予め記憶された二次電池１０固有の電池特性とに基づいて、二次電池１０の残容量状態（特には、充電率）を推定する推定手段である。演算部２４の具体例として、中央演算処理装置などを内蔵するマイクロコンピュータが挙げられる。二次電池１０の電池特性を特定するための特性パラメータを保持するメモリ２３の具体例として、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどが挙げられる。
　演算部２４は、二次電池１０の出力電圧の安定に要する安定待ち時間Ｔを算出する安定待ち時間算出手段として、安定待ち時間算出部２６を備える。安定待ち時間Ｔは、二次電池１０の放電電流（又は、充電電流でもよい）が所定の第１の閾値（例えば、零又は零より僅かに大きい値）以下になってから二次電池１０の単位時間当たりの電圧変化量が所定の第２の閾値（例えば、零又は零より僅かに大きい量）以下になるまでの待機時間である。つまり、二次電池１０の出力電圧が安定している電圧安定状態は、二次電池１０の放電電流（又は、充電電流でもよい）が所定の第１の閾値以下である状態が安定待ち時間Ｔ以上継続している状態に相当する。安定待ち時間算出部２６は、例えば、二次電池１０の出力電圧、充放電電流及び周囲温度などの検出値、並びにこれらの検出値に基づき導出可能な容量保持率（劣化率）の算出値の少なくともいずれか一つに基づき、演算部２４のタイマー（計時手段）によって、電圧安定状態に遷移するまでの安定待ち時間Ｔを算出すると好適である。安定待ち時間Ｔの算出方法は、周知の方法を用いることができ、特に限定しなくてもよい。
　また、演算部２４は、電圧検出器２１によって検出された二次電池１０の充電後の開放電圧を、二次電池１０の充電後の開放電圧と二次電池１０の充電率との関係を示す第１の電池特性に適用して、二次電池１０の充電率を算出し、電圧検出器２１によって検出された二次電池１０の放電後の開放電圧を、二次電池１０の放電後の開放電圧と二次電池の充電率１０との関係を示す第２の電池特性に適用して、二次電池１０の充電率を算出する、充電率算出手段である。第１の電池特性を特定するための第１の特性データと第２の電池特性を特定するための第２の特性データが、メモリ２３に予め記憶されている。
　充電率とは、その時点での二次電池１０の満充電容量を１００としたときに二次電池１０の残容量の割合を百分率で表したものをいう。充電率を算出するために必要な「開放電圧－充電率」の相関関係を示した電池特性は、補正テーブルや補正関数によって表される。補正テーブル内のデータや補正関数の係数が特性データとしてメモリ２３に格納される。演算部２４は、メモリ２３から読み出された特性データを反映させた補正テーブルや補正関数に基づき、電圧検出器２１によって測定された開放電圧に応じて、充電率の算出・補正を行う。
　「開放電圧－充電率」との相関関係について予め実測して得られた結果（図２参照）に基づいて決定された特性データが、メモリ２３に格納される。図２において、特性グラフａは、残容量０ｍＡｈの状態から所定量（５０ｍＡｈ）充電するたびに所定時間（４時間）無負荷にすることを繰り返し行ったときの実測データである。特性グラフａに見られるように、充電中は両極間電圧が上昇し、４時間無負荷にしたａ１，ａ２，ａ３・・・の状態では開放電圧が低下する。この場合、充電後の４時間無負荷状態における「開放電圧－充電率」の情報が、二次電池１０の充電後の充電率毎の開放電圧データとして、メモリ２３に記憶される。なお、特性グラフｃは、充電後の４時間無負荷状態における開放電圧を結んだものである。
　一方、特性グラフｂは、満充電の状態から所定量（５０ｍＡｈ）放電するたびに所定時間（４時間）無負荷にすることを繰り返し行ったときの実測データである。特性グラフｂに見られるように、放電中は開放電圧が低下し、４時間無負荷にしたｂ１，ｂ２，ｂ３・・・の状態では開放電圧が上昇する。この場合、放電後の４時間無負荷状態における「開放電圧－充電率」の情報が、二次電池１０の放電後の充電率毎の開放電圧データとして、メモリ２３に記憶される。なお、特性グラフｄは、放電後の４時間無負荷状態における開放電圧を結んだものである。特性グラフｄは、満充電の状態から３ｍＡで常時放電したときの特性グラフｅにほぼ重なっている。
　なお、上述の充放電容量５０ｍＡｈ、無負荷時間４時間については、システムの処理方法に応じて最適な値にするとよい。
　メモリ２３に記憶される充電後の充電率毎の開放電圧データと放電後の充電率毎の開放電圧データは、いずれも、測定して得られた電圧データであってもよいが、充電後の充電率毎の開放電圧データと放電後の充電率毎の開放電圧データのいずれか一方が、もう一方との差分で特定された電圧データによって表されるものでもよい。すなわち、いずれか一方の開放電圧データは、その測定電圧の値をそのままメモリ２３に格納しなくてもよい。これにより、メモリ２３に要求される記憶容量を削減できる。演算部２４は、いずれか一方の開放電圧データともう一方の差分電圧データとに基づいて、当該もう一方の開放電圧データを演算できる。
　特性グラフａと特性グラフｂとの充電率毎の差電圧が、充電後の開放電圧データと放電後の開放電圧データとの差分の電圧データに相当する。例えば、充電後の開放電圧データを測定電圧データとして記憶し、放電後の開放電圧データを差分電圧データとして記憶する。その逆でもよい。図２に示されるように、開放電圧の絶対値が数Ｖ単位であるのに対して、差電圧は数十ｍＶ単位である。したがって、充電後と放電後のいずれか一方の開放電圧データを差電圧データで記憶することによって、充電後と放電後の両方の開放電圧をその絶対値で記憶する場合に比べて、メモリ２３の記憶容量の必要量を大きく削減することができる。
　次に、演算部２４が充電率を算出する際の処理方法について説明する。演算部２４は、例えば、二次電池１０の充電終了時点からの放電容量及び二次電池１０の充電終了時点からの経過時間に応じて、充電後の充電率毎の開放電圧データ群が記憶される「充電側テーブル」と放電後の充電率毎の開放電圧データ群が記憶される「放電側テーブル」のいずれか一方を選択する。そして、選択したテーブルに基づいて、充電率を算出する。図３は、充電側テーブル又は放電側テーブルが選択適用される期間を示した図である。二次電池１０の充電期間は、充電開始時点ｔ１から充電終了時点ｔ２までの期間に相当する。
　演算部２４は、図３（ａ）に示されるように、充電終了時点ｔ２後、無負荷又は微放電により所定の基準容量Ａ１以上の放電が発生しない状況で二次電池１０の出力電圧が安定していると判断された場合（例えば、充電終了時点ｔ２から電圧安定時点ｔ３までの期間（すなわち、上述の安定待ち時間Ｔ）が経過した場合）、電圧検出器２１によって検出される開放電圧は「充電後の開放電圧」であるとして、充電側テーブルに基づいて充電率を算出する。
　ただし、充電終了時点ｔ２後の負荷状態が必ず無負荷になるとは限らず、二次電池１０を電源とする不図示の外部機器（例えば、携帯電話、ゲーム機など）によっては、数ｍＡ程度の消費電流が流れ続ける微放電の状態になる場合もある。そのため、充電終了時点ｔ２からある程度の時間が経った時点で検出される開放電圧を「充電後の開放電圧」として取り扱うことは、不適当と考えられる。そのため、充電側テーブルに基づいて充電率を算出してもよい期間は、充電終了時点ｔ２からの経過時間が所定の基準時間Ａ２未満であることが必要である。
　なお、基準容量Ａ１及び基準時間Ａ２は、二次電池１０のセルの特性、二次電池１０から給電される外部機器の消費電流に応じて決定されるとよい。
　また、演算部２４は、充電終了時点ｔ２後に基準容量Ａ１以上の放電が発生した場合、一定の放電量又は放電時間が発生しなければ、放電側テーブルと充電側テーブルのどちらのテーブルを基準にすれば正確な充電率を算出できるのか判別しにくい。そこで、例えば、演算部２４は、充電終了時点ｔ２後に二次電池１０のセルの特性等に応じた一定の放電容量（例えば、基準容量Ａ１よりも大きい基準容量Ｂ１）又は放電時間（例えば、基準時間Ａ２よりも長い基準時間Ｂ２）が発生するまで、二次電池１０の出力電圧から充電率を算出する処理を中止することによって、充電率の算出誤差が大きくなることを防止できる。
　また、演算部２４は、図３（ａ）に示されるように、充電終了時点ｔ２後、微放電により一定の放電容量（例えば、基準容量Ｂ１）が発生した後に（又は、充電終了時点ｔ２からの経過時間が所定の基準時間Ｂ２以上経過した後に）二次電池１０の出力電圧が電圧安定開始時点ｔ３以後でも依然安定している場合、電圧検出器２１によって検出される開放電圧は「放電後の開放電圧」であるとして、放電側テーブルに基づいて充電率を算出する。また、演算部２４は、図３（ｂ）に示されるように、充電終了時点ｔ１２後、微放電を超える大きな放電（ｔ１３～ｔ１４）により一定の放電容量（例えば、基準容量Ｂ１）が発生した後に（又は、充電終了時点ｔ２からの経過時間が所定の基準時間Ｂ２以上経過した後に）二次電池１０の出力電圧が電圧安定開始時点ｔ１５以後でも依然安定している場合、電圧検出器２１によって検出される開放電圧は「放電後の開放電圧」であるとして、放電側テーブルに基づいて充電率を算出する。なお、図３（ｂ）において、放電終了時点ｔ１４から電圧安定開始時点ｔ１５までの期間が、上述の安定待ち時間Ｔに相当する。
　図４Ａ，４Ｂは、二次電池１０の充電率の算出処理フローである。演算部２４は、所定の第１の閾値以下の二次電池１０の充放電電流が検出された場合、本フローに従った動作を開始する。
　演算部２４は、電圧検出器２１によって二次電池１０の出力電圧を開放電圧として測定する（ステップＳ１１）。また、演算部２４は、電流検出器２７によって二次電池１０の充放電電流を測定する（ステップＳ１３）。また、演算部２４は、温度検出器２２によって二次電池１０の周囲温度を測定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１１から１５は、この順番に限らなくてよい。
　安定待ち時間算出部２６は、二次電池１０の周囲温度Ｔａと充放電電流の少なくともいずれか一方が、既に算出済みの安定待ち時間Ｔの経過前に所定の基準を超える変動をした場合、その変動に伴い変化した値を使って安定待ち時間Ｔを再度上述したように算出し直して、安定待ち時間Ｔのレジスタ値をその再算出値に更新する（ステップＳ１７～２３）。
　例えば、一定期間内に基準値を超えた温度が検出された場合、その検出後の時点で必要な安定待ち時間Ｔを再設定する。二次電池１０の周囲温度の変動が安定しても二次電池１０自体の温度が安定するまでにはタイムラグがあるため、測定した開放電圧や電池温度等の電池状態は安定していないことがある。したがって、周囲温度Ｔａや充放電電流が変動する前の周囲温度Ｔａ等の電池状態に基づいて二次電池１０の残容量状態を推定することにより、その推定誤差が拡大するおそれがある。しかしながら、ステップＳ１７～２３のように安定待ち時間Ｔを延長することによって、このような推定誤差の拡大を抑えることができる。このように、温度変化等を検出した場合に安定待ち時間Ｔを延長することで、より正確な開放電圧や周囲温度等の電池状態を測定することができ、後述の充電率の算出時期を遅らせて、算出される充電率の精度を向上させることができる。
　例えば、ステップＳ１７において、所定の第１の閾値以下の二次電池１０の充放電電流が検出されてから一定時間の間に基準値を超えた周囲温度Ｔａの変動が検出された場合、安定待ち時間算出部２６は、既に算出済みの容量保持率Ｋとその変動後の周囲温度Ｔａに対応する安定待ち時間Ｔを再算出し、その再算出値にレジスタ値を更新する（ステップＳ１９）。
　また、例えば、ステップＳ２１において、所定の閾値以上の二次電池１０の充放電電流が流れることは安定待ち時間Ｔを再計算する条件であり、容量保持率Ｋの変動要因にもなりうるので、安定待ち時間算出部２６は、既に測定済みの周囲温度Ｋとその変動後の容量保持率Ｋに対応する安定待ち時間Ｔを再算出し、その再算出値にレジスタ値を更新する（ステップＳ２３）。
　演算部２４は、ステップＳ１７，Ｓ２１において、二次電池１０の周囲温度Ｔａと充放電電流のいずれも所定の基準を超えない場合（例えば、一定の範囲内の変動である場合）、安定待ち時間Ｔのレジスタ値を所定値だけ減算し（ステップＳ２５）、安定待ち時間Ｔが経過したか否か、すなわち、安定待ち時間Ｔのレジスタ値が零になったか否かを判断する（ステップＳ２７）。安定待ち時間Ｔが経過していなければ、本フローの最初に戻る。
　安定待ち時間Ｔが経過していれば、演算部２４は、メモリ２３に予め格納された「開放電圧－周囲温度」特性（図５）を示す特性データに基づき、安定待ち時間Ｔ以後の電圧安定状態で測定された周囲温度（又は、ステップＳ１５で測定された周囲温度）に応じて、安定待ち時間Ｔ以後の電圧安定状態で測定された開放電圧（又は、ステップＳ１１で測定された開放電圧）を２５℃条件に補正する（ステップＳ２９）。「開放電圧－周囲温度」特性（図５）は、２５℃を基準とする各温度における開放電圧のオフセット量を示している。図５には、二次電池１０の充電率毎の開放電圧のオフセット量が示されている。これにより、開放電圧を温度で補正することができ、充電率の算出誤差の増加を抑えることができる。
　図４Ｂにおいて、演算部２４は、充電終了時点からの放電容量が所定の第１の基準容量Ｂ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ３１）。演算部２４は、基準容量Ｂ１以上であると判断した場合、図３（ｂ）に示されるように、充電終了時点ｔ２後に大きな放電が発生し、その発生後に無負荷又は微放電の負荷状態が継続することにより出力電圧がタイミングｔ１５で安定したとして、放電後の充電率と開放電圧との関係が特定された「放電側テーブル」を充電率算出用テーブルとして選択する（ステップＳ３３）。
　演算部２４は、メモリ２３に格納された「放電側テーブル」を示す特性データに基づいて、ステップＳ２９で２５℃条件に補正された開放電圧に対応する充電率を、二次電池１０の残容量状態として算出し、充電率のレジスタ値を当該算出値に更新する（ステップＳ４３）。
　一方、ステップＳ３１において、演算部２４は、基準容量Ｂ１以上でないと判断した場合、充電終了時点からの放電容量が所定の第２の基準容量Ａ１未満であるか否かを判断する（ステップＳ３５）。基準容量Ａ１は、基準容量Ｂ１よりも小さい値である。演算部２４は、基準容量Ａ１未満でないと判断した場合、充電終了時点ｔ２からの放電量が大きく、電圧検出器２１によって検出される開放電圧が放電後の開放電圧なのか充電後の開放電圧なのかを区別しにくいとして、充電率のレジスタ値の更新を実施しない。
　ステップＳ３５において、演算部２４は、基準容量Ａ１未満であると判断した場合、充電終了時点からの経過時間が所定の第１の基準時間Ｂ２以上か否かを判断する（ステップＳ３７）。演算部２４は、基準時間Ｂ２以上と判断した場合、電圧検出器２１によって検出される開放電圧は「放電後の開放電圧」であるとして、放電側テーブルを充電率算出用テーブルとして選択する（ステップＳ３３）。この後のステップＳ４３の処理は、上述と同様である。例えば、図３（ａ）の状況であれば、基準時間Ｂ２の経過時点ｔ５から電圧不安定時点ｔ６までの期間に放電側テーブルが選択され、図３（ｂ）の状況であれば、電圧安定時点ｔ１５から電圧不安定時点ｔ１６までの期間に放電側テーブルが選択される。電圧不安定時点ｔ６又はｔ１６は、充放電電流が、開放電圧が不安定とみなすことができる所定値を超える時点である。
　一方、ステップＳ３５で基準容量Ａ１未満と判断した演算部２４は、ステップＳ３７において、基準時間Ｂ２未満と判断した場合、充電終了時点からの放電容量が所定の第２の基準時間Ａ２未満であるか否かを判断する（ステップＳ３９）。基準時間Ａ２は、基準時間Ｂ２よりも短い長さである。演算部２４は、基準時間Ａ２未満でないと判断した場合、充電終了時点ｔ２からの経過時間が長く、電圧検出器２１によって検出される開放電圧が放電後の開放電圧なのか充電後の開放電圧なのかを区別しにくいとして、充電率のレジスタ値の更新を実施しない。
　ステップＳ３９において、演算部２４は、基準時間Ａ２未満であると判断した場合、電圧検出器２１によって検出される開放電圧は「充電後の開放電圧」であるとして、充電側テーブルを充電率算出用テーブルとして選択する（ステップＳ４１）。例えば、図３（ａ）の状況であれば、電圧安定時点ｔ３から、基準時間Ａ２の経過時点ｔ４までの期間に充電側テーブルが選択される。
　演算部２４は、メモリ２３に格納された「充電側テーブル」を示す特性データに基づいて、ステップＳ２９で２５℃条件に補正された開放電圧に対応する充電率を、二次電池１０の残容量状態として算出し、充電率のレジスタ値を当該算出値に更新する（ステップＳ４３）。
　したがって、上述の実施例によれば、充電後の開放電圧と放電後の開放電圧を区別して測定し、充電率算出用テーブルとして充電側テーブルと放電側テーブルを選択的に適用することによって、充電後と放電後の状態にかかわらず、常に正確な充電率を算出することができる。
　以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
　例えば、図２において、充電後の無負荷状態での特性グラフｃ及び／又は放電後の無負荷状態での特性グラフｄを、カーブフィット処理によって多項式の近似モデル関数によって表し、その多項式の各係数をメモリ２３に予め記憶しておいてもよい。これにより、充電率毎の開放電圧データをそのまま記憶する場合に比べて、メモリ２３の記憶容量を削減できる。
　本国際出願は、２０１０年２月１９日に出願した日本国特許出願２０１０－０３５１２８号に基づく優先権を主張するものであり、２０１０－０３５１２８号の全内容をここに本国際出願に援用する。
 
　１　電池監視システム
　１０　二次電池
　２０　電池状態検知装置
　２１　電圧検出器
　２２　温度検出器
　２３　メモリ
　２４　演算部
　２６　安定待ち時間算出部
　２７　電流検出器

Claims (10)

  1. 　二次電池の開放電圧を検出する電圧検出手段と、
    　前記電圧検出手段によって検出された前記二次電池の充電後の開放電圧を、前記二次電池の充電後の開放電圧と前記二次電池の充電率との関係を示す第１の電池特性に適用して、前記充電率を算出し、前記電圧検出手段によって検出された前記二次電池の放電後の開放電圧を、前記二次電池の放電後の開放電圧と前記二次電池の充電率との関係を示す第２の電池特性に適用して、前記充電率を算出する、充電率算出手段とを備える、電池状態検知装置。
  2. 　前記充電率算出手段は、前記二次電池の充電後の放電容量が第１の基準容量以上である場合、前記第２の電池特性の適用を選択して、前記充電率を算出する、請求項１に記載の電池状態検知装置。
  3. 　前記充電率算出手段は、前記放電容量が前記第１の基準容量未満であり且つ前記二次電池の充電終了時点からの経過時間が第１の基準時間以上である場合、前記第２の電池特性の適用を選択して、前記充電率を算出する、請求項２に記載の電池状態検知装置。
  4. 　前記充電率算出手段は、前記放電容量が前記第１の基準容量未満であり且つ前記経過時間が前記第１の基準時間未満である場合、前記第１の電池特性の適用を選択して、前記充電率を算出する、請求項３に記載の電池状態検知装置。
  5. 　前記第１の電池特性を特定するための第１の特性データと前記第２の電池特性を特定するための第２の特性データを記憶する記憶手段を備え、
    　前記第１の特性データを構成する開放電圧データと前記第２の特性データを構成する開放電圧データのいずれか一方が、もう一方との差分の電圧データによって表される、請求項１に記載の電池状態検知装置。
  6. 　二次電池の開放電圧を検出し、
    　前記検出された前記二次電池の充電後の開放電圧を、前記二次電池の充電後の開放電圧と前記二次電池の充電率との関係を示す第１の電池特性に適用して、前記充電率を算出し、
    　前記検出された前記二次電池の放電後の開放電圧を、前記二次電池の放電後の開放電圧と前記二次電池の充電率との関係を示す第２の電池特性に適用して、前記充電率を算出することを特徴とする電池状態検知方法。
  7. 　前記二次電池の充電後の放電容量が第１の基準容量以上である場合、前記第２の電池特性の適用を選択して、前記充電率を算出することを特徴とする請求項６に記載の電池状態検知方法。
  8. 　前記放電容量が前記第１の基準容量未満であり且つ前記二次電池の充電終了時点からの経過時間が第１の基準時間以上である場合、前記第２の電池特性の適用を選択して、前記充電率を算出することを特徴とする請求項７に記載の電池状態検知方法。
  9. 　前記放電容量が前記第１の基準容量未満であり且つ前記経過時間が前記第１の基準時間未満である場合、前記第１の電池特性の適用を選択して、前記充電率を算出することを特徴とする請求項８に記載の電池状態検知方法。
  10. 　前記第１の電池特性を特定するための第１の特性データと前記第２の電池特性を特定するための第２の特性データを記憶し、
    　前記第１の特性データを構成する開放電圧データと前記第２の特性データを構成する開放電圧データのいずれか一方が、もう一方との差分の電圧データによって表示することを特徴とする請求項６に記載の電池状態検知方法。
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