JP2002298932A - 電池の残容量の演算方法 - Google Patents
電池の残容量の演算方法Info
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Abstract
に検出する。 【解決手段】 電池の残容量の演算方法は、放電レート
をパラメーターとして電池の放電効率を特定し、特定さ
れた放電効率に基づいて放電電流の積算値から電池の残
容量を演算する。この演算方法は、放電レートに対する
放電効率を2次以上のn次関数として記憶し、記憶する
n次関数に基づいて放電レートをパラメーターとして放
電効率を算出し、算出された放電効率に基づいて電池の
残容量を演算している。
Description
の残容量を正確に検出する方法に関する。
容量を減算して算出できる。満充電された電池は、満充
電容量から放電容量を減算して算出される。放電容量
は、放電電流の積算値と放電効率の積から算出される。
放電効率は、温度や放電レートによって変化する。電池
の温度が低下すると、放電効率は低下する。また、大電
流放電させて放電レートが大きくなっても放電効率は低
下する。残容量を正確に算出するために、従来の演算方
法は、温度と放電レートから放電効率を特定し、特定さ
れた放電効率に基づいて放電容量を算出している。
を図1に示す。この図の方法は、複数の変極点を境界と
して放電レートを複数の領域に分割する。分割された領
域において、放電効率は一次直線関数として近似され
る。一次直線関数は、傾きを特定する第1の定数と切片
を特定する第2の定数からなるふたつの定数で特定され
る。したがって、特定温度におけるひとつの領域でふた
つの定数を記憶する必要がある。図は、放電レートを5
つの領域に分割している。したがって、特定の温度にお
いて10の定数を記憶する必要がある。さらに、6つの
温度における放電効率を特定するには、60の定数を記
憶する必要がある。
量となる最低電圧も、温度と放電レートで変化する。図
2は、電池の残容量が5%となる最低電圧が変化する特
性を示している。電池の残容量が5%となるときの最低
電圧は、この図に示すように、温度と放電レートで特定
して正確に検出できる。温度と放電レートで最低電圧を
特定するために、放電レートが複数の領域に分割され
る。分割された領域において、最低電圧は一次直線関数
として近似される。この一次直線関数は、放電効率と同
じように、傾きを特定する第1の定数と切片を特定する
第2の定数からなるふたつの定数で特定される。したが
って、特定温度におけるひとつの領域でふたつの定数を
記憶する必要がある。図は放電レートを5つの領域に分
割しているので、特定の温度において10の定数を記憶
する必要がある。さらに、6つの温度における放電効率
を特定するので、60の定数を記憶する必要がある。
に、放電レートを複数の領域に分割し、分割された領域
の放電効率や最低電圧を一次直線関数として記憶する方
法は、多数の定数を記憶する必要がある。とくに、正確
に放電効率や最低電圧を検出するには、放電レートをよ
り多くの領域に分割する必要があるので、記憶する定数
が極めて多くなる欠点がある。さらに、一次直線関数で
近似する方法は、変極点で不連続になるので、放電レー
トがわずかに変化すると放電効率や最低電圧が急激に変
化する。現実の電池の放電効率や最低電圧は、放電レー
トのいかなる値によっても急激に変化することはない。
このため、一次直線関数に基づいて放電効率や最低電圧
を検出する方法は、すべての放電レートにおいて、正確
に放電効率や最低電圧を特定することが難しい。このた
め、残容量を正確に算出することができない欠点があっ
た。
を目的に開発されたものである。本発明の重要な目的
は、記憶する定数を少なくしながら残容量を正確に検出
できる電池の残容量の演算方法を提供することにある。
演算方法は、放電レートをパラメーターとして電池の放
電効率を特定し、特定された放電効率に基づいて放電電
流の積算値から電池の残容量を演算する。この演算方法
は、放電レートに対する放電効率を2次以上のn次関数
として記憶し、記憶するn次関数に基づいて放電レート
をパラメーターとして放電効率を算出し、算出された放
電効率に基づいて電池の残容量を演算している。
として電池の放電効率を特定し、特定された放電効率に
基づいて放電電流の積算値から電池の残容量を演算する
こともできる。この演算方法は、温度に対する放電効率
を2次以上のn次関数として記憶し、記憶するn次関数
に基づいて温度をパラメーターとして放電効率を算出
し、算出された放電効率に基づいて電池の残容量を演算
する。
レートをパラメーターとして電池の放電効率を特定し、
特定された放電効率に基づいて充電電流の積算値から電
池の残容量を演算することもできる。この演算方法は、
温度と放電レートに対する放電効率を2次以上のn次関
数として記憶し、記憶するn次関数に基づいて温度と放
電レートをパラメーターとして放電効率を算出し、算出
された放電効率に基づいて電池の残容量を演算する。
法は、放電レートをパラメーターとして電池の最低電圧
を特定し、放電している電池の電圧が特定された最低電
圧になることを検出して電池の残容量を検出する。この
演算方法は、放電レートに対する最低電圧を2次以上の
n次関数として記憶し、記憶するn次関数に基づいて放
電レートをパラメーターとして最低電圧を算出し、算出
された最低電圧に電池の電圧が低下すると、電池の残容
量が設定容量になったとする。
として電池の最低電圧を特定し、放電している電池の電
圧が特定された最低電圧になることを検出して電池の残
容量を検出することもできる。この演算方法は、温度に
対する最低電圧を2次以上のn次関数として記憶し、記
憶するn次関数に基づいて温度をパラメーターとして最
低電圧を算出し、算出された最低電圧に電池の電圧が低
下すると、電池の残容量が設定容量になったとする。
レートをパラメーターとして電池の最低電圧を特定し、
放電している電池の電圧が特定された最低電圧になるこ
とを検出して電池の残容量を検出することもできる。こ
の演算方法は、温度と放電レートに対する最低電圧を2
次以上のn次関数として記憶し、記憶するn次関数に基
づいて温度と放電レートをパラメーターとして最低電圧
を算出し、算出された最低電圧に電池の電圧が低下する
と、電池の残容量が設定容量になったとする。
電池の残容量が0〜10%となる電圧に設定することが
できる。
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための残容量の演算方法を例示
するものであって、本発明は演算方法を以下に特定しな
い。
実装するパック電池の回路図である。このパック電池
は、電池1と、電池1や周囲の温度を検出するサーミス
タ等の温度センサー2と、温度センサー2から入力され
る信号と、電池1の電圧および電流を検出してデジタル
値に変換するA/Dコンバータ3と、A/Dコンバータ
3から出力される信号を演算して電池1の残容量を算出
する積算処理部4と、積算処理部4が残容量の演算に使
用する放電効率や残容量を記憶している電池特性パラメ
ーター記憶部5と、積算処理部4で算出された残容量を
出力する電池残量出力部6とを備える。
る。ただ、電池は、ニッケル−水素電池やニッケル−カ
ドミウム電池とすることもできる。この図のパック電池
は、直列に接続している3個の電池1を内蔵する。本発
明の演算方法で残容量が算出されるパック電池は、1ま
たは2個、あるいは4個以上の電池を内蔵することもで
きる。
囲温度を抵抗値の変化として検出する。電池温度を検出
するセンサーは、電池1の表面に接触し、あるいは接近
して配設される。電池温度で電池1の放電効率や最低電
圧を特定する方法は、正確に残容量を算出できる。た
だ、電池温度は、周囲温度で特定されるので、周囲温度
を検出して放電効率や最低電圧を特定することもでき
る。
ら入力される温度信号と、検出した電池電圧と、電池1
と直列に接続している電流検出抵抗7の両端に発生する
電圧をデジタル信号に変換して出力する。A/Dコンバ
ータ3は、以上の3つの信号をデジタル信号に変換する
ために3組設けられ、あるいはタイミングを切り換え
て、時分割に3つの信号をデジタル信号に変換する。
入力される信号を演算して電池1の残容量を演算する。
残容量は、先述したように充電容量から放電容量を減算
して演算される。また、残容量は、放電される電池1の
電圧が最低電圧まで低下したことを検出して算出され
る。最低電圧は、電池1の残容量が設定容量となる電圧
である。最低電圧は、たとえば電池1の残容量が5%と
なる電圧に設定される。ただ、電池1の電圧が最低電圧
となるときの設定容量は0〜10%とすることもでき
る。
容量を演算する。このとき、充電電流の積算値に充電効
率をかけるとより正確に充電容量を検出することができ
る。充電効率は、放電効率と同じように、温度や充電電
流をパラメーターとして特定される。通常の使用状態に
おいて、パック電池は、ほとんど例外なく満充電される
まで充電される。リチウムイオン二次電池の満充電は、
電池の電圧で検出される。ニッケル−水素電池やニッケ
ル−カドミウム電池の満充電は、ピーク電圧やピーク電
圧から電圧が低下するΔV低下で検出される。満充電さ
れた電池は、満充電容量となるので充電容量を正確に検
出できる。
効率の積から放電容量を算出する。放電効率は、温度と
放電レートをパラメーターとして特定される。温度と放
電レートをパラメーターとして放電効率を算出するデー
タは、電池特性パラメーター記憶部5に記憶される。図
4は、温度と放電レートで特定される放電効率を示すグ
ラフである。電池特性パラメーター記憶部5は、放電レ
ートに対する放電効率を2次以上のn次関数とし算出す
る定数を記憶している。図4は、放電レートをパラメー
ターとする3次関数で放電効率を特定する様子を示して
いる。3次関数は以下の一般式で示される。 f(x)=ax3+bx2+cx+d この式において、f(x)は放電効率、xは放電レー
ト、a、b、c、dは定数である。この式は、a〜dか
らなる4つの定数を記憶して、放電レートから放電効率
を演算する。4つの定数は、電池特性パラメーター記憶
部5に記憶される。放電効率は、温度によって変化す
る。したがって、電池特性パラメーター記憶部5は、各
々の温度に対するa〜dの定数を記憶している。図は、
0〜50℃の温度範囲において、10℃の間隔で各々の
温度に対する放電効率を特定する。したがって、電池特
性パラメーター記憶部5は、10℃の温度の相違によ
り、6組のa〜dの定数を記憶しており、温度によって
a〜dの定数の変化させる。温度が特定されるとa〜d
の定数が特定され、特定されたa〜dの定数から放電レ
ートをパラメーターとする放電効率が算出される。
変化しない。たとえば、電池温度が15℃となることも
ある。この温度における電池1の放電効率は、10℃の
放電効率と20℃の放電効率から比例配分で算出するこ
とができる。比例配分で放電効率を算出する方法は、a
〜dの定数が記憶されない電池温度においても放電効率
を算出することができる。
て放電効率を算出する。すなわち、温度が特定されると
a〜dの定数が特定され、特定されたa〜dの定数から
放電レートをパラメーターとして放電効率を算出する。
積算処理部4は、図5に示すように、放電レートによっ
て異なる関数を選択して放電効率を算出することもでき
る。このグラフは、放電レートが特定されるとa1〜d
1の定数が特定されて、特定されたa1〜d1の定数か
ら温度をパラメーターとして放電効率を算出する。
次関数で放電効率を特定する。3次関数は以下の一般式
で示される。 f(y)=a1y3+b1y2+c1y+d1 この式において、f(y)は放電効率、yは温度、
a1、b1、c1、d1は定数である。この式は、a1
〜d1からなる4つの定数を記憶して、温度から放電効
率を演算する。4つの定数は、電池特性パラメーター記
憶部5に記憶される。放電効率は、放電レートによって
変化する。したがって、電池特性パラメーター記憶部5
は、各々の放電レートに対するa1〜d1の定数を記憶
している。図は、0〜1000mWの放電レート範囲に
おいて、200mWの間隔で各々の放電レートに対する
放電効率を特定する。したがって、電池特性パラメータ
ー記憶部5は、200mWの放電レートの相違により、
5組のa1〜d1の定数を記憶しており、放電レートに
よってa1〜d1の定数の変化させる。放電レートが特
定されるとa1〜d1の定数が特定され、特定されたa
1〜d1の定数から温度をパラメーターとする放電効率
が算出される。
Wピッチに変化しない。したがって、記憶される放電レ
ートの間の放電効率は、温度と同じように比例配分で算
出することができる。比例配分で放電効率を算出する方
法は、a1〜d1の定数が記憶されない放電レートにお
いても放電効率を算出することができる。
とする以下の3次関数で放電効率を特定することもでき
る。この3次関数は以下の一般式で示される。 f=a2x3+b2x2+c2x+d2+a3y3+b
3y2+c3y この式において、fは放電効率、xは放電レート、yは
温度、a2、b2、c 2、d2、a3、b3、c3は定
数である。この式は、7つの定数を記憶して、温度と放
電レートから放電効率を演算する。7つの定数は、電池
特性パラメーター記憶部5に記憶される。
が最低電圧まで低下したことを検出して最低電圧を検出
する。最低電圧は、温度と放電レートをパラメーターと
して特定される。温度と放電レートをパラメーターとし
て最低電圧を算出するデータは、電池特性パラメーター
記憶部5に記憶される。図6は、温度と放電レートで特
定される最低電圧を示すグラフである。電池特性パラメ
ーター記憶部5は、放電レートに対する最低電圧を2次
以上のn次関数とし、算出する定数を記憶している。図
6は、放電レートをパラメーターとする3次関数で最低
電圧を特定する様子を示している。この図は、電池1の
残容量が5%となるときの最低電圧を示している。3次
関数は以下の一般式で示される。
A、B、C、Dは定数である。この式は、A〜Dからな
る4つの定数を記憶して、放電レートから最低電圧を演
算する。4つの定数は、電池特性パラメーター記憶部5
に記憶される。最低電圧は、温度によって変化する。し
たがって、電池特性パラメーター記憶部5は、各々の温
度に対するA〜Dの定数を記憶している。図は、0〜5
0℃の温度範囲において、10℃の間隔で各々の温度に
対する最低電圧を特定する。したがって、電池特性パラ
メーター記憶部5は、10℃の温度の相違により、6組
のA〜Dの定数を記憶しており、温度によってA〜Dの
定数の変化させる。温度が特定されるとA〜Dの定数が
特定され、特定されたA〜Dの定数から放電レートをパ
ラメーターとする最低電圧が算出される。
変化しないので、電池温度が15℃となることもある。
この温度における電池1の最低電圧は、10℃の最低電
圧と20℃の最低電圧から比例配分で算出することがで
きる。比例配分で最低電圧を算出する方法は、A〜Dの
定数が記憶されない電池温度においても最低電圧を算出
することができる。
て最低電圧を算出する。すなわち、温度が特定されると
A〜Dの定数が特定され、特定されたA〜Dの定数から
放電レートをパラメーターとして最低電圧を算出する。
積算処理部4は、図7に示すように、放電レートによっ
て異なる関数を選択して最低電圧を算出することもでき
る。このグラフは、放電レートが特定されるとA1〜D
1の定数が特定されて、特定されたA1〜D1の定数か
ら温度をパラメーターとして最低電圧を算出する。
次関数で最低電圧を特定する。3次関数は以下の一般式
で示される。 Vmin=A1y3+B1y2+C1y+D1 この式において、Vminは最低電圧、yは温度、A1、
B1、C1、D1は定数である。この式は、A1〜D1
からなる4つの定数を記憶して、温度から最低電圧を演
算する。4つの定数は、電池特性パラメーター記憶部5
に記憶される。最低電圧は、放電レートによって変化す
る。したがって、電池特性パラメーター記憶部5は、各
々の放電レートに対するA1〜D1の定数を記憶してい
る。図は、0〜1000mWの放電レート範囲におい
て、200mWの間隔で各々の放電レートに対する最低
電圧を特定する。したがって、電池特性パラメーター記
憶部5は、200mWの放電レートの相違により、5組
のA1〜D1の定数を記憶しており、放電レートによっ
てA1〜D1の定数の変化させる。放電レートが特定さ
れるとA1〜D1の定数が特定され、特定されたA1〜
D1の定数から温度をパラメーターとする最低電圧が算
出される。
Wピッチに変化しない。したがって、記憶される放電レ
ートの間の最低電圧は、温度と同じように比例配分で算
出することができる。比例配分で最低電圧を算出する方
法は、A1〜D1の定数が記憶されない放電レートにお
いても最低電圧を算出することができる。
とする以下の3次関数で最低電圧を特定することもでき
る。この3次関数は以下の一般式で示される。 Vmin=A2x3+B2x2+C2x+D2+A3y3
+B3y2+C3y この式において、Vminは最低電圧、xは放電レート、
yは温度、A2、B2、C2、D2、A3、B3、C3
は定数である。この式は、7つの定数を記憶して、温度
と放電レートから最低電圧を演算する。7つの定数は、
電池特性パラメーター記憶部5に記憶される。
関数で算出するが、4次以上の関数として算出すること
もでき、また2次の関数として算出することもできる。
4次の関数として算出する方法は、5つの定数から放電
効率や最低電圧を算出し、2次の関数は、3つの定数か
ら放電効率や最低電圧を算出する。放電効率や最低電圧
をn次の関数として算出する場合、電池特性パラメータ
ー記憶部5は、n+1個の定数を記憶する。放電効率と
最低電圧の算出をn次の関数で算出する方法において、
nの値は、誤差が少なくて簡単に算出できることから最
適値に特定される。
は、パック電池を装着しているマイコン等の電気機器に
電池残量出力部6から出力される。
憶する定数を少なくしながら、残容量を正確に検出でき
る特長がある。それは、本発明の電池の残容量の演算方
法が、放電レートをパラメターとする放電効率や最低電
圧を2次以上のn次関数として記憶し、記憶するn次関
数に基づいて放電レートから放電効率や最低電圧を算出
し、算出された放電効率や最低電圧で電池の残容量を検
出するからである。たとえば、図1や図2で示す従来の
方法は、放電レートから放電効率を検出し、あるいは放
電レートから最低電圧を算出するためには60の定数を
記憶する必要がある。これに対して、図4や図6に示す
本発明の方法にあっては、3次関数で放電効率や最低電
圧を算出するとすれば、ひとつの温度に対して4つの定
数となるので、6つの温度において24の定数を記憶し
て放電効率や最低電圧を算出できる。さらに、本発明の
方法は、複数の直線で算出する従来の方法のように変極
点で不連続に変化することがなく、全体としてより正確
に放電効率や最低電圧を検出して、残容量を少ない誤差
で検出できる特長がある。
すグラフ
低電圧を特定する方法を示すグラフ
る回路を実装するパック電池の回路図
定するグラフ
グラフ
定するグラフ
グラフ
Claims (7)
- 【請求項1】 放電レートをパラメーターとして電池の
放電効率を特定し、特定された放電効率に基づいて放電
電流の積算値から電池の残容量を演算する方法におい
て、 放電レートに対する放電効率を2次以上のn次関数とし
て記憶し、記憶するn次関数に基づいて放電レートをパ
ラメーターとして放電効率を算出し、算出された放電効
率に基づいて電池の残容量を演算することを特徴とする
残容量の演算方法。 - 【請求項2】 温度をパラメーターとして電池の放電効
率を特定し、特定された放電効率に基づいて放電電流の
積算値から電池の残容量を演算する方法において、 温度に対する放電効率を2次以上のn次関数として記憶
し、記憶するn次関数に基づいて温度をパラメーターと
して放電効率を算出し、算出された放電効率に基づいて
電池の残容量を演算することを特徴とする電池の残容量
の演算方法。 - 【請求項3】 温度と放電レートをパラメーターとして
電池の放電効率を特定し、特定された放電効率に基づい
て充電電流の積算値から電池の残容量を演算する方法に
おいて、 温度と放電レートに対する放電効率を2次以上のn次関
数として記憶し、記憶するn次関数に基づいて温度と放
電レートをパラメーターとして放電効率を算出し、算出
された放電効率に基づいて電池の残容量を演算すること
を特徴とする電池の残容量の演算方法。 - 【請求項4】 放電レートをパラメーターとして電池の
最低電圧を特定し、放電している電池の電圧が特定され
た最低電圧になることを検出して電池の残容量を検出す
る方法において、 放電レートに対する最低電圧を2次以上のn次関数とし
て記憶し、記憶するn次関数に基づいて放電レートをパ
ラメーターとして最低電圧を算出し、算出された最低電
圧に電池の電圧が低下すると、電池の残容量が設定容量
になったとすることを特徴とする電池の残容量の演算方
法。 - 【請求項5】 温度をパラメーターとして電池の最低電
圧を特定し、放電している電池の電圧が特定された最低
電圧になることを検出して電池の残容量を検出する方法
において、 温度に対する最低電圧を2次以上のn次関数として記憶
し、記憶するn次関数に基づいて温度をパラメーターと
して最低電圧を算出し、算出された最低電圧に電池の電
圧が低下すると、電池の残容量が設定容量になったとす
ることを特徴とする電池の残容量の演算方法。 - 【請求項6】 温度と放電レートをパラメーターとして
電池の最低電圧を特定し、放電している電池の電圧が特
定された最低電圧になることを検出して電池の残容量を
検出する方法において、 温度と放電レートに対する最低電圧を2次以上のn次関
数として記憶し、記憶するn次関数に基づいて温度と放
電レートをパラメーターとして最低電圧を算出し、算出
された最低電圧に電池の電圧が低下すると、電池の残容
量が設定容量になったとすることを特徴とする電池の残
容量の演算方法。 - 【請求項7】 最低電圧を電池の残容量が0〜10%と
なる電圧に設定する請求項4〜6に記載される電池の残
容量の検出方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001098312A JP4380932B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 電池の残容量の演算方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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