JP2010165525A - 電池パック、半導体集積回路、残容量補正方法、残容量補正プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の放電可能容量の検出精度を向上させる。
【解決手段】複数の充放電可能な二次電池により構成される電池ユニットの電圧を検出する電圧検出手段と、電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された電流に基づき電池ユニットの放電可能容量を算出する放電可能容量算出手段と、放電可能容量算出手段により算出された放電可能容量を含む電池ユニットの残容量を補正する容量補正手段と、を有し、容量補正手段は、電池ユニットの電圧が所定の閾値以下となったとき、予め設定された所定の電圧と電池ユニットの電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき残容量を補正する。
【選択図】図８

Description

本発明は、複数の充放電可能な二次電池により構成される電池パック、この電池パックに搭載される半導体集積回路、この半導体集積回路による残容量補正方法、残容量補正プログラムら関する。

近年では、電子機器の小型化に伴い、充放電可能な二次電池を有する電池パックにより駆動される携帯機器が普及している。従来の携帯機器に内蔵される電池パックには、二次電池の放電可能容量を算出し、携帯機器に対して放電可能容量を通知する機能が備えられている。従来の電池パックにおいて放電可能容量を算出する場合には、放電可能容量は、二次電池からの放電電流を所定周期毎に計測し、計測された放電電流を積算して求められる。

しかしながら、放電電流を積算して求められた放電可能容量に誤差がある場合、電池パック側で算出した放電可能容量と、携帯機器を駆動させるために最低限必要な電圧である放電終止電圧とが対応しなくなる場合がある。

特に、二次電池は放電末期には急激に電圧降下する電圧特性を有するため、放電末期に放電可能容量の誤差が大きくなる。このため、電池パック側で算出された放電可能容量が携帯機器を動作させることが可能な容量となっていても、実際の電圧は放電終止電圧に達している場合等がある。この場合携帯機器は、電池パック内の二次電池が放電終止電圧に達した時点で動作が停止するため、使用者が予期せぬ時に携帯機器の動作が停止する虞がある。

そこで、従来から放電可能容量の検出精度の向上が望まれていた。例えば特許文献１には、二次電池の放電末期の残容量を正確に演算する二次電池の残容量演算装置及び残容量演算方法が記載されている。

特開２００４−３９１３１３号公報

放電電流を積算して求められた放電可能容量に誤差が生じる要因として、以下の二点が挙げられる。一点目は、二次電池の放電電流が携帯機器の使用状況に応じて変化するため、放電電流の計測周期が長い場合に計測周期内で起こった放電電流の変化を計測できない点である。二点目は、放電電流として積算されないような微少な放電電流や自己放電等が存在する点である。上記二点の要因から発生した誤差は累積されていくため、二次電池の放電末期には大きな誤差となっている虞がある。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、二次電池の放電末期の放電可能容量の誤差を低減させ、二次電池の放電可能容量の検出精度を向上させることを目的とした電池パック、半導体集積回路、残容量補正方法、残容量補正プログラムを提供することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成すべく以下の構成を採用した。

本発明の電池パック（１００）は、複数の充放電可能な二次電池（１１０）により構成される電池ユニット（１１１）の電圧を検出する電圧検出手段（１２２ｂ）と、
前記電池ユニット（１１１）に流れる電流を検出する電流検出手段（１２２ｃ）と、
前記電流検出手段（１２２ｃ）により検出された前記電流に基づき前記電池ユニット（１１１）の放電可能容量を算出する放電可能容量算出手段（２６０）と、
前記放電可能容量算出手段（２６０）により算出された前記放電可能容量を含む前記電池ユニット（１１１）の残容量を補正する容量補正手段（２７０）と、を有し、
前記容量補正手段（２７０）は、
前記電池ユニット（１１１）の電圧が所定の閾値以下となったとき、予め設定された所定の電圧と前記電池ユニット（１１１）の電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき前記残容量を補正する構成とした。

また本発明の電池パックにおいて、前記容量補正手段（２７０）は、
前記電池ユニット（１１１）の残容量に含まれる前記放電可能容量を前記推定放電可能容量に基づき補正することにより前記残容量を補正する構成とした。

また本発明の電池パックにおいて、前記容量補正手段（２７０）は、
前記電池ユニット（１１１）の電圧の降下速度を算出する降下速度算出手段（２７３）と、
前記電圧の降下速度と予め設定された放電終止電圧とに基づき前記推定放電可能容量を算出する推定放電可能容量算出手段（２７４）と、を有する構成とした。

また本発明の電池パックにおいて、前記容量補正手段（２７０）は、
前記推定放電可能容量算出手段（２７４）により算出された前記推定放電可能容量を前記放電可能容量の上限値に設定し、
前記推定放電可能容量に所定の値を乗算した値を前記放電可能容量の下限値と設定する設定手段（２７５、２７６）を有し、
前記容量補正手段（２７０）は、
前記放電可能容量の値が前記設定手段（２７５、２７６）により設定された前記上限値と前記下限値との間の値となるように前記放電可能容量を補正する構成としても良い。

また本発明の電池パックにおいて、前記容量補正手段（２７０）は、
前記放電可能容量が前記上限値より大きいとき、前記放電可能容量が前記推定放電可能容量以下となるまで前記放電可能容量を所定容量毎に少なくするように補正する構成としても良い。

また本発明の電池パックにおいて、前記容量補正手段（２７０）は、
前記放電可能容量が前記下限値より小さいとき、前記放電可能容量が前記推定放電可能容量以上になるまで前記放電可能容量の更新を行わない構成としても良い。

本発明は、複数の充放電可能な二次電池（１１０）により構成される電池ユニット（１１１）を有する電池パック（１００）による前記電池ユニットの残容量補正方法であって、
前記電池ユニット（１１１）に流れる電流を検出する電流検出手順（Ｓ８０１）と、
前記電池ユニット（１１１）の電圧を検出する電圧検出手順（Ｓ８０１）と、
前記電流検出手順において検出された前記電流に基づき前記電池ユニット（１１１）の放電可能容量を算出する放電可能容量算出手順（Ｓ８０７）と、
前記放電可能容量算出手順（Ｓ８０７）において算出された前記放電可能容量を含む前記電池ユニットの残容量を補正する容量補正手順（Ｓ８１０、Ｓ８１２）と、を有し、
前記容量補正手順（Ｓ８１０、Ｓ８１２）は、
前記電池ユニットの電圧が所定の閾値以下となったとき、前記電池ユニット（１１１）の電圧と前記電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき前記残容量を補正する方法とした。

本発明は、複数の充放電可能な二次電池（１１０）により構成される電池ユニット（１１１）を有する電池パック（１００）において実行される前記電池ユニット（１１１）の残容量補正プログラムであって、
前記電池パック（１００）は、演算処理装置（１２１）と記憶装置（１２３）とを有し、
前記演算処理装置（１２１）に、
前記電池ユニット（１１１）に流れる電流を検出する電流検出ステップ（Ｓ８０１）と、
前記電池ユニット（１１１）の電圧を検出する電圧検出ステップ（Ｓ８０１）と、
前記電流検出ステップ（Ｓ８０１）において検出された前記電流に基づき前記電池ユニット（１１１）の放電可能容量を算出する放電可能容量算出ステップ（Ｓ８０７）と、
前記放電可能容量算出ステップ（Ｓ８０７）において算出された前記放電可能容量を含む前記電池ユニットの残容量を補正する容量補正ステップ（Ｓ８１０、Ｓ８１２）と、を実行させ、
前記容量補正ステップ（Ｓ８１０、Ｓ８１２）は、
前記電池ユニットの電圧が所定の閾値以下となったとき、予め設定された所定の電圧と前記電池ユニットの電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき前記残容量を補正するプログラムとした。

本発明の半導体集積回路（１２０）は、複数の充放電可能な二次電池（１１０）により構成される電池ユニット（１１１）の電圧を検出する電圧検出手段（１２２ｂ）と、
前記電池ユニット（１１１）に流れる電流を検出する電流検出手段（１２２ｃ）と、
前記電流検出手段（１２２ｃ）により検出された前記電流に基づき前記電池ユニット（１１１）の放電可能容量を算出する放電可能容量算出手段（２６０）と、
前記放電可能容量算出手段（２６０）により算出された前記放電可能容量を含む前記電池ユニットの残容量を補正する容量補正手段（２７０）と、を有し、
前記容量補正手段（２７０）は、
前記電池ユニット（１１１）の電圧が所定の閾値以下となったとき、予め設定された所定の電圧と前記電池ユニット（１１１）の電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき前記残容量を補正する構成とした。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、二次電池の放電末期の放電可能容量の誤差を低減させ、二次電池の放電可能容量の検出精度を向上させることができる。

本実施形態の電池パック１００を説明する図である。 本実施形態の電池監視ＩＣ１２０のハードウェア構成を示す図である。 実施形態の電池監視ＩＣ１２０の機能構成を示すブロック図である。 本実施形態における放電可能容量と残容量とを説明するための図である。 本実施形態の容量補正部２７０の機能構成を説明する図である。 電池ユニットの電圧−放電可能容量特性を示す図である。 電圧降下速度と推定放電可能容量の算出とを説明するための図である。 本実施形態の電池監視ＩＣ１２０の動作を説明するフローチャートである。 積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａ以下とする補正を説明する第一の図である。 積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａ以下とする補正を説明する第二の図である。 積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉ以上とする補正を説明する第一の図である。 積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉ以上とする補正を説明する第二の図である。

本発明を実施するための形態では、電池ユニットの電圧値が放電末期電圧に達したとき、電池ユニットの電圧降下速度から算出される推定放電可能容量に基づき電池ユニットの放電電流から算出された放電可能容量を補正する。

以下に図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の電池パック１００を説明する図である。

電池パック１００は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池１１０が複数接続された電池ユニット１１１を有する。尚本実施形態では、電池ユニット１１１は二次電池１１０が直列に接続された構成としたが、これに限定されない。

電池パック１００は、電池パック１００を組み込む後述する携帯機器と接続するための正極端子１１２及び負極端子１１３と、電池ユニット１１１との間に、電池監視ＩＣ１２０及び保護ＩＣ１３０を有する。

電池監視ＩＣ１２０は、電源端子ＶＤＤ及び基準電位端子ＶＳＳと、電圧検知端子ＶＢＡＴ１と、ひと組の電流検知端子ＶＲＳＰ及びＶＲＳＭと、通信端子ＳＩＯとを有する。電池監視ＩＣ１２０は、電源端子ＶＤＤを介して、保護ＩＣ１３０において電池電圧からレギュレートされた電圧を受け取ることができる。基準電位端子ＶＳＳは、電池ユニット１１１の負極へ接続されている。

電池監視ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１の状態を監視する。電池監視ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１の正極へ接続された電圧検知端子ＶＢＡＴ１を介して電池ユニット電池ユニット１１１の出力電圧を検出することができる。電流検知端子の一方ＶＲＳＭは二次電池１１０の負極へ接続され、更に、電池監視ＩＣ１２０の外部で抵抗Ｒ１１を介してもう一方の電流検知端子ＶＲＳＰへ接続されている。

電池監視ＩＣ１２０は、電流検知端子ＶＲＳＰ及びＶＲＳＭを介して、外部抵抗Ｒ１１に流れる電流、即ち、電池ユニット１１１の充放電電流を検出することができる。通信端子ＳＩＯは、保護ＩＣ１３０を介して携帯機器との通信に使用される外部端子１１４へ接続されている。電池監視ＩＣ１２０は、通信端子ＳＩＯ及び保護ＩＣ１３０を介して携帯機器と通信することができる。電池監視ＩＣ１２０の詳細は後述する。

保護ＩＣ１３０は、電池パック１００の充放電を遮断するＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２のゲートにそれぞれ接続される端子ＤＯＵＴと端子ＣＯＵＴとを有する。保護ＩＣ１３０は過放電或いは過電流を検出したときＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断し、過充電検出回路で過充電を検出したときＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断する。

図２は、本実施形態の電池監視ＩＣ１２０のハードウェア構成を示す図である。図２において、電池監視ＩＣ１２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１と、センサ部１２２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２３と、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ ＲＯＭ）１２４と、シリアルインターフェース（Ｉ／Ｆ）１２５とを有する。

ＣＰＵ１２１は、電池監視ＩＣ１２０の各部を制御することができる。センサ部１２２は、電池ユニット１１１（図１参照）の電圧、電流及び温度を検出することができる。ＲＯＭ１２３は、ＣＰＵ１２１が電池監視ＩＣ１２０の各部を制御するために実行するプログラムを記憶することができる。ＥＥＰＲＯＭ１２４は、センサ部１２２によって検出された電池ユニット１１１の電圧、電流及び温度の各パラメータや、携帯機器との間で認証を行うための認証ＩＤ等の情報を記憶することができる。シリアルＩ／Ｆ１２５は、通信端子ＳＩＯを介して携帯機器と通信することができる。ＣＰＵ１２１、センサ部１２２、ＲＯＭ１２３、ＥＥＰＲＯＭ１２４及びシリアルＩ／Ｆ１２５は、バス１２６によって接続されており、夫々の間でデータ及びプログラムをやり取りすることができる。

また、センサ部１２２は、温度センサ回路１２２ａと、電圧センサ回路１２２ｂと、電流センサ回路１２２ｃと、マルチプレクサ１２２ｄと、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路１２２ｅとを有する。

温度センサ回路１２２ａは、電池ユニット１１１の温度を検出する。電圧センサ回路１２２ｂは、電池ユニット１１１へ接続された電圧検知端子ＶＢＡＴ１を介して、電池ユニット１１１の出力電圧を検出する。電流センサ回路１２２ｃは、電流検知端子ＶＲＳＰ及びＶＲＳＭを介して、外部抵抗Ｒ１１に流れる電流、即ち、電池ユニット１１１の充放電電流を検出する。温度センサ回路１２２ａ、電圧センサ回路１２２ｂ及び電流センサ回路１２２ｃの各出力はマルチプレクサ１２２ｄへ接続されており、マルチプレクサ１２２ｄによって１つの信号として出力される。Ａ／Ｄ変換回路１２２ｅは、マルチプレクサ１２２ｄによって出力された信号をアナログからデジタルに変換する。

図３は、本実施形態の電池監視ＩＣ１２０の機能構成を示すブロック図である。尚本実施形態において、図３に表される電池監視ＩＣ１２０の機能構成は、図２に示されたＲＯＭ１２３に記憶された特定のプログラムによって具現される。当然、他の実施形態では、かかる機能構成を具現するハードウェアモジュールが、図２のハードウェア構成において他の構成要素とは別個に設けられても良い。

電池監視ＩＣ１２０は、電流値取得部２１０、電圧値取得部２２０、計時部２３０、記憶制御部２４０、通信部２５０、放電可能容量算出部２６０、容量補正部２７０を有する。

電流値取得部２１０は、電流センサ回路１２２ｃが検出した電流値を取得する。電圧値取得部２２０は、電圧センサ回路１２２ｂが検出した電圧値を取得する。計時部２３０は電池監視ＩＣ１２０に内蔵された時計機能により計時する。記憶制御部２４０は、電流値取得部２１０により取得された電流値、電圧値取得部２２０により取得された電圧値、放電可能容量算出部２６０により算出された放電可能容量等を例えばＥＥＰＲＯＭ１２４等に記憶させる。通信部２５０は、電池パック１００が内蔵される携帯機器との通信を行う。

放電可能容量算出部２６０は、電流値取得部２１０により取得された電流値に基づき電池ユニット１１１の放電電流から電池ユニット１１１の放電可能電流を算出する。以下の本実施形態の説明において放電可能容量算出部２６０により算出された放電可能容量を積算放電可能容量Ｃｓと呼ぶ。容量補正部２７０は、後述する処理により積算放電可能容量Ｃｓを補正することで電池ユニット１１１の残容量を補正する。

ここで本実施形態における電池ユニット１１１の放電可能容量と残容量とについて説明する。図４は、本実施形態における放電可能容量と残容量とを説明するための図である。

本実施形態の電池ユニット１１１の満充電容量Ｃｍは、放電可能容量Ｃ１と放電不可能容量Ｃ２との和で示される。放電可能容量Ｃ１とは、温度や放電電流の条件等により決まる放電可能（利用可能）な容量である。放電不可能容量Ｃ２とは、温度や放電電流の条件等により決まる電池ユニット１１１から取り出せない放電不可能（利用不可能）な容量である。

本実施形態の電池ユニット１１１の残容量Ｃｚは、満充電容量Ｃｍから使用した分の容量（以下、使用済み容量Ｃ３）を減算した容量で示される。例えば図４に示すように、満充電容量Ｃｍから使用済み容量Ｃ３が減算されると、放電可能容量Ｃ１は容量Ｃ１ａとなる。よってこのとき本実施形態の電池ユニット１１１の残容量Ｃｚは、現時点の放電可能容量Ｃ１ａと放電不可能容量Ｃ２との和となる。

本実施形態の放電可能容量算出部２６０は、放電可能容量Ｃ１ａに対応する容量を積算放電可能容量として算出する。

本実施形態の容量補正部２７０は、電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔと放電可能容量Ｃ１ａとが対応するように電池ユニット１１１の残容量Ｃｚを補正する。本実施形態の放電終止電圧Ｖｔとは、電池パック１００が搭載された携帯機器が駆動するために最低限必要な電圧である。

電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔ以下になると、携帯機器は駆動に必要な電圧が供給されずに動作を停止する。よって本実施形態の容量補正部２７０は、電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔとなったとき放電可能容量Ｃ１ａが０となるように、積算放電可能容量Ｃｓを補正することで、電池ユニット１１１の残容量Ｃｚを補正する。

以下に本実施形態の容量補正部２７０について説明する。

図５は、本実施形態の容量補正部２７０の機能構成を説明する図である。本実施形態の容量補正部２７０は、放電終止電圧参照部２７１と、放電末期電圧参照部２７２と、電圧降下速度算出部２７３と、推定放電可能容量算出部２７４と、上限値設定部２７５と、下限値設定部２７６と、容量比較部２７７と、を有する。

放電終止電圧参照部２７１は、予め電池監視ＩＣ１２０に設定された放電終止電圧を参照する。放電終止電圧Ｖｔは、電池パック１００が搭載される携帯機器の仕様により予め決められている。放電終止電圧Ｖｔは、例えば電池監視ＩＣ１２０のＥＥＰＲＯＭ１２４に予め書き込まれていても良い。また放電終止電圧Ｖｔは、電池パック１００が携帯機器と接続されたときに電池監視ＩＣ１２０の通信部２５０が携帯機器と通信を行い、携帯機器に設定された放電終止電圧Ｖｔを取得してＥＥＰＲＯＭ１２４に書き込んでも良い。

放電末期電圧参照部２７２は、予め電池監視ＩＣ１２０に設定された放電末期電圧Ｖｍを参照する。放電末期電圧Ｖｍは、放電終止電圧Ｖｔと後述する電池ユニット１１１の電圧−放電可能容量特性に基づき予め決められてＥＥＰＲＯＭ１２４に書き込まれているものとした。

電圧降下速度算出部２７３は、電池ユニット１１１の電圧が放電末期電圧Ｖｍ以下となったとき、電池ユニット１１１の電圧−放電可能容量特性に基づき電池ユニット１１１の電圧降下速度を算出する。推定放電可能容量算出部２７４は、電圧降下速度算出部２７３により算出された電圧降下速度と放電終止電圧Ｖｔとに基づき、推定放電可能容量Ｃｔを算出する。以下に図６、図７を参照して電圧降下速度の算出及推定放電可能容量Ｃｔの算出について説明する。

図６は、電池ユニットの電圧−放電可能容量特性を示す図である。図６に示すように、本実施形態の電池ユニット１１１は、電圧が放電末期電圧Ｖｍ以下になると急激に電圧が低下する。尚図６は、電池ユニット１１１の周辺温度２５℃の状態で３００ｍＡ放電した状態での電圧−放電可能容量特性である。本実施形態では、電池ユニット１１１の電圧が放電末期電圧Ｖｍ以下となると、電圧降下速度の算出を開始する。

図７は、電圧降下速度と推定放電可能容量の算出とを説明するための図である。

本実施形態の電圧降下速度算出部２７３は、電圧値取得部２２０により取得さたれ電圧値が放電末期電圧Ｖｍになると電圧降下速度を開始する。尚本実施形態では、電圧降下速度算出部２７３が電圧値取得部２２０により取得される電圧値をモニタしていても良い。また本実施形態では、電圧値取得部２２０が取得した電圧値が放電末期電圧Ｖｍであったときに電圧降下速度算出部２７３へ通知しても良い。

電圧降下速度算出部２７３は、電圧値取得部２２０により放電中の電池ユニット１１１の電圧を所定期間測定し、電圧降下速度を算出する。本実施形態では、所定期間を例えば１０秒間とした。所定期間を１０秒間とした場合、電圧降下速度は、（１０秒前の電池ユニット１１１の電圧値Ａ１−現在の電池ユニット１１１の電圧値Ａ２）／所定時間（１０秒間）として算出される。

次に本実施形態の推定放電可能容量算出部２７４による推定放電可能容量Ｃｔの算出について説明する。

電圧降下速度が算出されると、推定放電可能容量算出部２７４は、放電終止電圧参照部２７１により放電終止電圧Ｖｔを参照し、現在の電圧値から放電終止電圧Ｖｔまでの放電可能電圧Ｖｋを算出する。放電可能電圧Ｖｋは、（放電終止電圧Ｖｔ−現在の電池ユニット１１１の電圧値Ａ２）により算出される。

次に推定放電可能容量算出部２７４は、放電可能電圧Ｖｋと電圧降下速度とから放電可能時間Ｔｋを算出する。放電可能時間Ｔｋは、放電可能電圧Ｖｋ／電圧降下速度により算出される。放電可能時間Ｔｋが算出されると、推定放電可能容量算出部２７４は、放電可能時間Ｔｋと電流値とから推定放電可能容量Ｃｔを算出する。推定放電可能容量Ｃｔは、放電可能時間Ｔｋ×電流値により求められる。

本実施形態では、電圧降下速度算出部２７３と推定放電可能容量算出部２７４とによる処理を電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔになるまで所定間隔で行う。所定間隔で電圧降下速度に基づき推定放電可能容量Ｃｔを算出することで、電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔに近づくにつれて推定放電可能容量Ｃｔと電圧−放電可能容量特性に基づく放電可能容量との誤差Ｓが小さくなる。よって本実施形態では、電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔとなるとき、推定放電可能容量Ｃｔは０となる。

図５に戻って、上限値設定部２７５について説明する。

本実施形態の上限値設定部２７５は、推定放電可能容量算出部２７４により算出された推定放電可能容量Ｃｔをその時点の放電可能容量の上限値Ｃｍａとして設定する。本実施形態では、推定放電可能容量Ｃｔは、電池ユニット１１１の電圧が放電末期電圧Ｖｍから放電終止電圧Ｖｔに向かって電圧−放電可能容量特性に収束されるように算出されるため、推定放電可能容量Ｃｔを放電可能容量の上限値Ｃｍａとして設定することができる。

下限値設定部２７６は、推定放電可能容量Ｃｔに基づき放電可能容量の下限値Ｃｍｉを算出して設定する。本実施形態の下限値設定部２７６は、推定放電可能容量Ｃｔと所定の値とを乗算した値を下限値Ｃｍｉとする。放電可能容量の下限値Ｃｍｉは、上限値Ｃｍａと下限値Ｃｍｉとの間に電圧−放電可能容量特性を示す曲線が含まれ、且つ電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔとなったとき０となるように設定する。本実施形態では、推定放電可能容量Ｃｔに乗算される所定の値を０．４とした。よって下限値設定部２７６は、推定放電可能容量Ｃｔと０．４とを乗算した値を下限値Ｃｍｉとして設定する。尚４０％とは、代表的な放電条件により算出した結果の値である。代表的な放電条件とは、例えば放電電流は、４００ｍＡ、３００ｍＡ、０．２ＣｍＡ（１７４ｍＡ、１６０ｍＡ等）の何れかの値、環境温度は５０℃、２５℃、０℃の何れかの温度、容量保持率は１００％、８０％、６０％の何れかの値を組み合わせた条件である。尚容量保持率とは、１００％が新品に相当し、６０％は新品に対して−４０％容量が劣化したものを示す。

容量比較部２７７は、放電可能容量算出部２６０により算出された積算放電可能容量Ｃｓと、上限値Ｃｍａ又は下限値Ｃｍｉとを比較する。

本実施形態の容量補正部２７０は、容量比較部２７７による比較結果に基づき、積算放電可能容量Ｃｓが放電可能容量の上限値Ｃｍａと下限値Ｃｍｉとの間に入るように補正する。容量補正部２７０による補正の詳細は後述する。

次に、本実施形態の監視ＩＣ１２０の動作を説明する。図８は、本実施形態の電池監視ＩＣ１２０の動作を説明するフローチャートである。

本実施形態の電池監視ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１の電圧を監視し、電流値取得部２１０、電圧値取得部２２０、温度センサ１２２ａにより電池ユニット１１１の電流、電圧、温度を検出する（ステップＳ８０１）。尚本実施形態の電池監視ＩＣ１２０は、所定の測定周期毎に電池ユニット１１１の電流、電圧、温度を検出するものとした。

電池監視ＩＣ１２０は、電流値取得部２１０により電池ユニット１１１からの放電電流が検出されたか否かを判断する（ステップＳ８０２）。ステップＳ８０２において放電電流が検出されない場合、電池監視ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１による放電が行われていないものと判断し、ステップＳ８０１へ戻る。

ステップＳ８０２において放電電流が検出された場合、電池監視ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔに達している否かを判断する（ステップＳ８０３）。

例えば高い電流での放電である場合や、二次電池１１０の内部抵抗が大きい場合等には、後述するステップＳ８０５において推定放電可能容量Ｃｔを算出するために所定時間の経過を待つ間に電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔに達することがある。この場合、後述するステップＳ８０７からステップＳ８１２までの処理により積算放電可能容量Ｃｓを徐々に補正していても、積算放電可能容量Ｃｓの補正が完了する前に電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔに達してしまう。

このような場合、次の測定周期において電圧値を取得した際には電池ユニット１１１の電圧値はすでに放電終止電圧Ｖｔに達している。よってこのとき放電可能容量は０となっていなければならない。

そこで、ステップＳ８０３において電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔに達していた場合、このときの積算放電可能容量Ｃｓを放電可能容の誤差と考えて、放電可能容量を０にする補正を行う（ステップＳ８０４）。

以下に再度図４を参照してステップＳ８０４における補正について説明する。

電池ユニット１１１の電圧が放電終止電圧Ｖｔに達したとき、積算放電可能容量Ｃ１ａ＝０であり、電池ユニット１１１の残容量Ｃｚ＝放電不可能容量Ｃ２となるべきである。しかし積算放電可能容量Ｃｓに誤差がある場合、残容量Ｃｚ＝放電不可能容量Ｃ２とならない。よってステップＳ８０４では、積算放電可能容量Ｃ１ａを誤差と考え、積算放電可能容量Ｃ１ａ＝０とする補正を行う。

図８に戻って、電池監視ＩＣ１２０は、ステップＳ８０４の処理を終了すると再びステップＳ８０１の処理へ戻る。

ステップＳ８０３において、推定放電可能容量Ｃｔの算出が可能と判断された場合、容量補正部２７０は、電池ユニット１１１の電圧降下速度を算出するために設定された所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ８０５）。ステップＳ８０５において、所定時間が経過すると、容量補正部２７０は、放電末期電圧参照部２７２により設定された放電末期電圧Ｖｍを参照し、電圧値取得部２２０により取得された電圧値が放電末期電圧Ｖｍに達したか否かを判断する（ステップＳ８０６）。

ステップＳ８０６において、電圧値取得部２２０により取得された電圧値が放電末期電圧Ｖｍに達していた場合、容量補正部２７０は、電圧降下速度算出部２７３により電圧降下速度を算出し、推定放電可能容量算出部２７４により推定放電可能容量Ｃｔを算出する（ステップＳ８０７）。

次に容量補正部２７０は、上限値設定部２７５により、算出された推定放電可能容量Ｃｔを積算放電可能容量Ｃｓの上限値Ｃｍａに設定する。また下限値設定部２７６により、推定放電可能容量Ｃｔに０．４を乗算した値を積算放電可能容量Ｃｓの下限値Ｃｍｉに設定する（ステップＳ８０８）。

続いて容量補正部２７０は、容量比較部２７７により、積算放電可能容量Ｃｓと上限値Ｃｍａとを比較し、積算放電可能容量Ｃｓが上限値Ｃｍａを超えているか否かを判断する（ステップＳ８０９）。ステップＳ８０９において積算放電可能容量Ｃｓが上限値Ｃｍａを超えていた場合、容量補正部２７０は後述する方法により積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａ以下とする補正を行う（ステップＳ８１０）。

ステップＳ８０９において積算放電可能容量Ｃｓが上限値Ｃｍａを超えていない場合、容量比較部２７７は、積算放電可能容量Ｃｓと下限値Ｃｍｉとを比較し、積算放電可能容量Ｃｓが下限値Ｃｍｉより小さいか否かを判断する（ステップＳ８１１）。ステップＳ８１１において積算放電可能容量Ｃｓが下限値Ｃｍｉより小さい場合、容量補正部２７０は、後述する方法で積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉ以上とする補正を行う（ステップＳ８１２）。

ステップＳ８１２までの処理が完了したら、電池監視ＩＣ１２０は、ステップＳ８０１からの処理を繰り返す。尚本実施形態では、積算放電可能容量Ｃｓが上限値Ｃｍａ以下下限値Ｃｍｉ以上である場合には、容量補正部２７０による補正を行わない。

以下に、容量補正部２７０による積算放電可能容量Ｃｓの補正方法について説明する。始めに図９、図１０を参照して、積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａ以下とする補正について説明する。図９は、積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａ以下とする補正を説明する第一の図である。

図９に示すように、本実施形態の容量補正部２７０は、電池ユニット１１１の電圧値が放電末期電圧Ｖｍに達したとき、積算放電可能容量Ｃｓが上限値Ｃｍａを超えていた場合、積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａ以下とする補正を行う。

図１０は、積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａ以下とする補正を説明する第二の図である。本実施形態の容量補正部２７０は、積算放電可能容量Ｃｓが上限値Ｃｍａを超えていた場合、積算放電可能容量Ｃｓと上限値Ｃｍａとの差分Ｓａ１を算出する。そして容量補正部２７０は、差分Ｓａ１を所定数で割った値ずつ、積算放電可能容量Ｃｓの値を減らす補正を行う。例えば容量補正部２７０は、積算放電可能容量Ｃｓが上限値Ｃｍａを超えた場合、積算放電可能容量Ｃｓから差分Ｓａ１を１６分割した値であるＳａ１／１６を減算した値Ｃｓ１を補正後の積算放電可能容量Ｃｓ１とする。

電池監視ＩＣ１２０による次の測定周期Ｔ１において、補正後の積算放電可能容量Ｃｓ１から放電分を減算した積算放電可能容量Ｃｓ２が上限値Ｃｍａよりも大きかった場合、容量補正部２７０は同様に、積算放電可能容量Ｃｓ２と上限値Ｃｍａとの差分Ｓａ２を算出する。次に容量補正部２７０は、差分Ｓａ２を１６分割した値であるＳａ２／１６を補正後の積算放電可能容量Ｃｓ２から減算する。そして減算した結果の値Ｃｓ３を補正後の積算放電可能容量Ｃｓ３とする。本実施形態の容量補正部２７０は、積算放電可能容量Ｃｓが上限値Ｃｍａ以下となるまでこの補正を行う。

本実施形態では、以上のように積算放電可能容量Ｃｓを補正することで、積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａへ近づけることができる。尚上限値Ｃｍａは、推定放電可能容量Ｃｔであり、電池ユニット１１１の電圧値が放電終止電圧Ｖｔとなるとき放電可能容量が０となるように設定される値である。よって本実施形態では、積算放電可能容量Ｃｓを上限値Ｃｍａへ近づけるように補正することで、放電終止電圧Ｖｔとなったときの放電可能容量を０とすることができ、放電終止電圧Ｖｔと放電可能容量の値とを対応させることができる。

尚本実施形態では、差分Ｓａ１及び差分Ｓａ２は１６分割するものとして説明したが、これに限定されない。本実施形態の積算放電可能容量Ｃｓから容量を減算する補正では、電池監視ＩＣ１２０が電池異常と判断しない程度の値が積算放電可能容量Ｃｓから減算されれば良い。これはすなわち、積算放電可能容量Ｃｓの補正において放電可能容量が急激に減少すると、電池監視ＩＣ１２０は電池異常と判断する可能性があるからである。よって差分Ｓａ１及び差分Ｓａ２は、電池異常と判断されてない程度の任意の値に分割されて良い。

次に、図１１、図１２を参照して積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉ以上とする補正について説明する。図１１は、積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉ以上とする補正を説明する第一の図である。

図１１に示すように、本実施形態の容量補正部２７０は、電池ユニット１１１の電圧値が放電末期電圧Ｖｍに達したとき、積算放電可能容量Ｃｓが下限値Ｃｍｉより小さい場合、積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉ以上とする補正を行う。

図１２は、積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉ以上とする補正を説明する第二の図である。本実施形態の容量補正部２７０は、積算放電可能容量Ｃｓが下限値Ｃｍｉより小さい場合、積算放電可能容量Ｃｓの値を電池監視ＩＣ１２０における次の測定周期で測定された値へ更新しない。

すなわち容量補正部２７０は、放電末期電圧Ｖｍにおいて積算放電可能容量Ｃｓが下限値Ｃｍｉより小さい場合、積算放電可能容量の値を次の測定周期Ｔ１で算出された積算放電可能容量Ｃｓ３に更新せず、前の測定周期で算出された積算放電可能容量Ｃｓとする。容量補正部２７０は、積算放電可能容量Ｃｓが下限値Ｃｍｉ以上となるまでこの補正を繰り返す。例えば容量補正部２７０は、測定周期Ｔ２で算出された積算放電可能容量Ｃｓ４が下限値Ｃｍｉより小さい場合、積算放電可能容量Ｃｓの値をＣｓ４とせず、前の測定周期Ｔ１の積算放電可能容量Ｃｓとする。

本実施形態の容量補正部２７０は、以上のように積算放電可能容量Ｃｓを補正することで、積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉへ近づけることができる。尚下限値Ｃｍｉは、電池ユニット１１１の電圧値が放電終止電圧Ｖｔとなるとき放電可能容量が０となるように設定される値である。よって本実施形態では、積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉへ近づけるように補正することで、放電終止電圧Ｖｔとなったときの放電可能容量を０とすることができ、放電終止電圧Ｖｔと放電可能容量の値とを対応させることができる。

また本実施形態では、積算放電可能容量Ｃｓの値を増加させることなく積算放電可能容量Ｃｓを下限値Ｃｍｉ以上とすることができる。よって本実施形態では、減少していた積算放電可能容量Ｃｓを増加させることにより電池監視ＩＣ１２０が誤って電池異常と判定することを防止できる。

よって本実施形態によれば、電池ユニット１１１の放電末期の放電可能容量の誤差を低減させ、電池ユニット１１１の放電可能容量の検出精度を向上させることができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００ 電池パック
１１０ 二次電池
１１１ 電池ユニット
１２０ 電池監視ＩＣ
１３０ 保護ＩＣ
２１０ 電流値取得部
２２０ 電圧値取得部
２３０ 計時部
２４０ 記憶制御部
２５０ 通信部
２６０ 放電可能容量算出部
２７０ 容量補正部
２７１ 放電終止電圧参照部
２７２ 放電末期電圧参照部
２７３ 電圧降下速度算出部
２７４ 推定放電可能容量算出部
２７５ 上限値設定部
２７６ 下限値設定部
２７７ 容量比較部

Claims (9)

1. 複数の充放電可能な二次電池により構成される電池ユニットの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された前記電流に基づき前記電池ユニットの放電可能容量を算出する放電可能容量算出手段と、
   前記放電可能容量算出手段により算出された前記放電可能容量を含む前記電池ユニットの残容量を補正する容量補正手段と、を有し、
   前記容量補正手段は、
   前記電池ユニットの電圧が所定の閾値以下となったとき、予め設定された所定の電圧と前記電池ユニットの電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき前記残容量を補正する電池パック。
2. 前記容量補正手段は、
   前記電池ユニットの残容量に含まれる前記放電可能容量を前記推定放電可能容量に基づき補正することにより前記残容量を補正する請求項１記載の電池パック。
3. 前記容量補正手段は、
   前記電池ユニットの電圧の降下速度を算出する降下速度算出手段と、
   前記電圧の降下速度と予め設定された放電終止電圧とに基づき前記推定放電可能容量を算出する推定放電可能容量算出手段と、を有する請求項１又は２記載の電池パック。
4. 前記容量補正手段は、
   前記推定放電可能容量算出手段により算出された前記推定放電可能容量を前記放電可能容量の上限値に設定し、
   前記推定放電可能容量に所定の値を乗算した値を前記放電可能容量の下限値と設定する設定手段を有し、
   前記容量補正手段は、
   前記放電可能容量の値が前記設定手段により設定された前記上限値と前記下限値との間の値となるように前記放電可能容量を補正する請求項３記載の電池パック。
5. 前記容量補正手段は、
   前記放電可能容量が前記上限値より大きいとき、前記放電可能容量が前記推定放電可能容量以下となるまで前記放電可能容量を所定容量毎に少なくするように補正する請求項４記載の電池パック。
6. 前記容量補正手段は、
   前記放電可能容量が前記下限値より小さいとき、前記放電可能容量が前記推定放電可能容量以上になるまで前記放電可能容量の更新を行わない請求項４又は５記載の電池パック。
7. 複数の充放電可能な二次電池により構成される電池ユニットを有する電池パックによる前記電池ユニットの残容量補正方法であって、
   前記電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出手順と、
   前記電池ユニットの電圧を検出する電圧検出手順と、
   前記電流検出手順において検出された前記電流に基づき前記電池ユニットの放電可能容量を算出する放電可能容量算出手順と、
   前記放電可能容量算出手順において算出された前記放電可能容量を含む前記電池ユニットの残容量を補正する容量補正手順と、を有し、
   前記容量補正手順は、
   前記電池ユニットの電圧が所定の閾値以下となったとき、前記電池ユニットの電圧と前記電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき前記残容量を補正する残容量補正方法。
8. 複数の充放電可能な二次電池により構成される電池ユニットを有する電池パックにおいて実行される前記電池ユニットの残容量補正プログラムであって、
   前記電池パックは、演算処理装置と記憶装置とを有し、
   前記演算処理装置に、
   前記電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出ステップと、
   前記電池ユニットの電圧を検出する電圧検出ステップと、
   前記電流検出ステップにおいて検出された前記電流に基づき前記電池ユニットの放電可能容量を算出する放電可能容量算出ステップと、
   前記放電可能容量算出ステップにおいて算出された前記放電可能容量を含む前記電池ユニットの残容量を補正する容量補正ステップと、を実行させ、
   前記容量補正ステップは、
   前記電池ユニットの電圧が所定の閾値以下となったとき、予め設定された所定の電圧と前記電池ユニットの電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき前記残容量を補正する残容量補正プログラム。
9. 複数の充放電可能な二次電池により構成される電池ユニットの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された前記電流に基づき前記電池ユニットの放電可能容量を算出する放電可能容量算出手段と、
   前記放電可能容量算出手段により算出された前記放電可能容量を含む前記電池ユニットの残容量を補正する容量補正手段と、を有し、
   前記容量補正手段は、
   前記電池ユニットの電圧が所定の閾値以下となったとき、予め設定された所定の電圧と前記電池ユニットの電圧の降下速度との関係から算出された推定放電可能容量に基づき前記残容量を補正する半導体集積回路。

Images