JP4110639B2

JP4110639B2 - 電池の残存容量演算装置

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Publication number: JP4110639B2
Application number: JP31364498A
Authority: JP
Inventors: 徹也小林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: JP2000147075A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば電気自動車に搭載する電池の残存容量または劣化度を演算する電池の残存容量演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車に用いる二次電池は充放電を繰り返すことにより、劣化により放電可能な容量が徐々に低下していくので、電池劣化を加味した残存容量（本明細書では放電可能電力量（ワット）又は放電量（アンペアアワー）を言うものとする）を正確に知ることが要望されている。このため、放電電圧Ｖと残存容量との関係をマップに記憶しておき、検出した放電電圧Ｖをこのマップに代入して残存容量を求める手法が従来より採用されている。なお、この方式では、上記関係が電池のメモリ効果の影響により変動するので、メモリ効果発生時の放電電圧Ｖと残存容量との関係を学習するようにしている。
【０００３】
特開平７−５５９０３号公報は、電流積算によって求めた放電量Ａｈを、あらかじめ記憶する満充電容量（満充電状態から所定の放電終止条件までの放電で得られる放電量）から差し引いて、残存容量を求めることを提案している。
特開平８−２７８３５２号公報は、計測した放電電圧及び放電電流とから、所定基準電流値における放電電圧に対応する残存容量を算出するとともに、計測した放電電圧及び放電電流とからなるデータがいままで収集したデータに比較して特異的な場合には残存容量算出を中止することを提案している。
【０００４】
ところが、これら従来の残存容量演算方式では、放電特性の劣化が電池劣化により生じたのかメモリ効果により生じたのかを区別できないため、正確に残存容量を演算することが困難であり、誤差が大きいという問題があった。
そこで、本出願人の出願になる特開平１０−２４６７６０号は、放電電圧Ｖと放電量Ａｈとの関係を示す初期特性マップをメモリ効果及び電池劣化に基づいてそれぞれ別々に修正して現在の放電電圧Ｖと放電量Ａｈとの関係を示す放電特性を形成し、この放電特性により決定される放電領域の面積を積分して残存放電可能電力量を求め、この残存放電可能電力量を残存容量として推定する方式（残存放電可能電力量推定式残存容量演算方式）を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した残存放電可能電力量推定方式においても、充放電を繰り返すうちに放電特性の形状、特に放電電圧の変化が顕著となる放電終期における放電特性の形状が、初期放電特性の形状からずれた残存容量演算誤差が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、残存容量を正確に演算可能な電池の残存容量演算装置を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決のためになされた各請求項記載の電池の残存容量演算装置によれば、電池の内部抵抗と放電量との過去の関係を示す内部抵抗特性、電池の開放電圧と放電量との過去の関係を示す開放電圧特性、内部抵抗の今回値及び開放電圧の今回値に基づいて残存容量を演算する。すなわち、本構成では、残存容量を内部抵抗と放電量との関係、及び、開放電圧と放電量との関係に基づいて推定する。
【０００８】
このようにすれば、次に詳細に説明する理由により、メモリ効果を有する電池の残存容量を従来より格段に正確に推定することができる。
各請求項記載の構成によれば更に、開放電圧の今回値を変数とする所定の関数で過去の開放電圧特性を変形して今回の前記開放電圧特性を形成し、内部抵抗の今回値を変数とする所定の関数で過去の内部抵抗特性を変形して今回の前記内部抵抗特性を形成し、これら両今回の特性に基づいて残存容量を演算する。このようにすれば、メモリ効果を有する電池の残存容量を従来より格段に正確に推定することができる。
【０００９】
すなわち、各請求項記載の残存容量演算方式の特徴は、内部抵抗特性（内部抵抗と放電量との関係）及び開放電圧特性（開放電圧と放電量との関係）を用いることにより、残存容量を演算する。このようにすれば、電池の容量減少に対する電池劣化の影響と、メモリ効果の影響を正確に分別することができるので、正確に残存容量を演算することができる。言い換えれば、本構成では、電池劣化に起因する容量低下を推定した内部抵抗特性に基づいて推定し、メモリ効果に起因する容量低下を推定した開放電圧特性に基づいて推定するので、両電池容量低下原因を明瞭に分別して正確に残存容量を推定することができる。
【００１０】
更に説明すれば、電池は、等価回路的に、内部抵抗がない所定の開放電圧をもつ理想電池と、その内部抵抗に等しい抵抗素子とを直列接続した等価回路で表すことができる。この等価回路において、メモリ効果は電池の開放電圧の低下をもたらし、電池劣化は電池の内部抵抗の増大をもたらす。このことは、本出願人により出願された特開平１０−２４６７６０号によって明らかである。
【００１１】
したがって、メモリ効果による電池特性変化を開放電圧の変化として抽出し、電池劣化によるそれを内部抵抗の変化として抽出し、これら二つの容量低下要因を区別することが容易であるので、正確に残存容量の演算を行うことができる。
なお、内部抵抗特性及び開放電圧特性に基づいて残存容量を演算するには、たとえば請求項１に記載するように、今回の内部抵抗特性及び今回の開放電圧特性に基づいて求めた放電電圧と放電量との関係を示す放電特性を求め、この放電特性を現在の放電量値から所定の放電終了放電量値まで積分して残存容量を演算することができる。
【００１２】
結局、今回すなわち現時点の内部抵抗特性及び開放電圧特性が各放電量の値ごとに正確に推定できれば、それらに基づいて放電電圧と放電量との関係を容易に求めることができ、その積分により残存容量を正確に推定することができる。ちなみに、開放電圧をＯＣＶ、内部抵抗をｒとすれば、放電電圧Ｖ＝ＯＣＶ＋Ａ・ｒである。
【００１３】
図２にこの状態を模式的に示す。Ｃ１は基準とする過去の放電特性、Ｃ２は更に劣化した電池の現在の放電特性である。所定放電量値ＡＨ０における両者の電圧差ΔＶは、メモリ効果による開放電圧の差ΔＶｏと、電池劣化により内部抵抗ｒがΔｒだけ増大したことに起因する電圧差ΔＶｒ＝Ａ・Δｒとの合計である。
ここで重要なことは、放電量変化に伴う開放電圧の変化（すなわち、両者の間の関数関係）が、放電量変化に伴う内部抵抗の変化（すなわち、両者の間の関数関係）とまったく異なることである。両者がまったく同じであれば、放電量変化に伴う開放電圧の変化と放電量変化に伴う内部抵抗の変化とを区別する必要は存在しない。
【００１４】
メモリ効果による開放電圧の変化（低下）は、同じメモリ効果が生じている放電量範囲では同じであり、したがって、過去の開放電圧特性が確定していれば、ある放電量値でこの過去の開放電圧特性上での開放電圧値と今回（実測）の開放電圧値が分かれば両者の差だけ、過去の開放電圧特性をスライド（レベルダウン）させることにより今回の開放電圧特性を正確に推定することができる。
【００１５】
すなわち、請求項２に記載するように、過去の開放電圧特性上で放電量の今回値に対応する仮想の開放電圧値と開放電圧の今回値との間の電圧差をメモリ効果の量が異なる放電量範囲ごとにそれぞれ記憶し、放電量範囲ごとにこの電圧差だけ過去の開放電圧特性をスライドして今回の開放電圧特性とすればよい。
なお、メモリ効果による開放電圧の低下は、充電開始点から充電終了点までの放電量範囲において、この充電によりほぼ解消されるとみなすことができる。したがって、満充電状態と完全放電状態との間にて、それぞれ充電開始点や充電終了点が異なる複数の部分放電を実施した後では、各放電量範囲で開放電圧がそれぞれ異なることがわかる。したがって、それぞれ充放電履歴が異なる放電量範囲ごとに等放電量値に対応する過去の基準とする開放電圧の値と今回の開放電圧の値との間の電圧差をそれぞれメモリし、このメモリ値により過去の基準とする開放電圧特性のスライド量を変更すればよいことがわかる。
【００１６】
その例を図３に模式的に示す。
この図では、Ｃ３は初期開放電圧特性であり、Ｃ４は、最初、放電量値Ａｈ１まで放電後、満充電がなされ、その後、放電量値Ａｈ２まで放電後、満充電がなされ、その後の放電における開放電圧を示す。ΔＶ１は放電量値Ａｈ１〜Ａｈ２の放電量範囲でのメモリ効果による開放電圧低下を示し、ΔＶ２は放電量値Ａｈ２以降の放電量範囲でのメモリ効果による開放電圧低下を示す。
【００１７】
これに対し、電池劣化による内部抵抗の変化（増加）は、放電が深くなるにつれて（放電量の増大につれて）増大する傾向をもつ。したがって、今回の内部抵抗特性を過去の内部抵抗特性から推定するには、このような傾向を良好に示す関数で上記過去の内部抵抗特性を処理して今回の内部抵抗特性とする必要がある。そこで、本明細書では、請求項５、６に記載するように、以下に説明する二つの方法で、過去の基準とする内部抵抗特性の変形を行っている。
【００１８】
まず、請求項３記載の方法では、過去の内部抵抗特性上で放電量の今回値に対応する仮想の内部抵抗値と、内部抵抗の今回値との間の抵抗比を求め、過去の内部抵抗特性の内部抵抗軸をこの抵抗比だけ伸長して今回の内部抵抗特性とする。
このようにすれば、放電が進行して過去の内部抵抗特性上の内部抵抗値が増大するに応じて今回の内部抵抗特性上の内部抵抗値も増大するので上記傾向に対応することができるため、今回の内部抵抗特性と今回の真の内部抵抗特性との間の誤差を良好に減らすことができることが明らかである。
【００１９】
次に、請求項４記載の方法では、過去の内部抵抗特性上で内部抵抗の今回値に対応する仮想の放電量値と、放電量の今回値との間の放電量比を求め、過去の内部抵抗特性の放電量軸をこの放電量比だけ圧縮して今回の内部抵抗特性とする。
このようにすれば、放電が進行して過去の内部抵抗特性上の内部抵抗値が増大するに応じて今回の内部抵抗特性上の内部抵抗値も増大するので上記傾向に対応することができるため、今回の内部抵抗特性と今回の真の内部抵抗特性との間の誤差を良好に減らすことができることが明らかである。
【００２０】
なお、電池は劣化が進行するほど深放電状態において放電量の増大に応じた内部抵抗が特異的に増大することがわかっている。放電終期において電池劣化進行にしたがって、放電量増大よる内部抵抗の増大の様子を図４に模式的に示す。Ｃ５は初期内部抵抗特性であり、Ｃ６は電池劣化が進んだ内部抵抗特性である。
したがって、この放電終期における電池劣化時の内部抵抗の特異的な増大に対応した内部抵抗算出用関数と、その他の放電量範囲における内部抵抗算出用関数（放電終期特異的内部抵抗増加表現関数という）とを切り替えて、今回の内部抵抗特性を過去の基準となる内部抵抗特性から演算することができる。
上述した請求項４記載の内部抵抗算出方式によれば、この放電終期における電池劣化時の内部抵抗の特異的な増大（他の放電量範囲よりも急激に内部抵抗が増大する現象）を良好に示すことができる。
【００２１】
特に、放電終期特異的内部抵抗増加表現関数は、内部抵抗特性が徐々に変化していくことに鑑み、過去の基準とする内部抵抗特性をできるだけ直前の内部抵抗特性、好ましくは前回放電時の内部抵抗特性とすることが好適である。
なお、上記請求項１〜４記載の発明において、残存容量演算に用いる今回の開放電圧特性及び今回の内部抵抗特性を演算するための過去の開放電圧特性及び過去の内部抵抗特性は、直前の充電前の前回の放電において演算した前回の開放電圧特性及び前回の内部抵抗特性とすることができ、これは内部抵抗が不可逆的に徐々に変化する内部抵抗特性演算に特に好適である。
【００２２】
また、上記過去の開放電圧特性及び過去の内部抵抗特性は、初期（電池供用初期）時の初期開放電圧特性及び初期内部抵抗特性とすることができ、これは開放電圧が充電により可逆的に回復する開放電圧特性演算に特に好適である。
更に、電池使用時に満充電または所定の放電量値から完全放電まで放電される場合があった場合、この時の開放電圧特性及び内部抵抗特性を記憶し、その後はこれを基準に今回の開放電圧特性及び内部抵抗特性を上記方法で演算することも、誤差を減らす好適な方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の電池の残存容量演算装置の好適な実施形態を図面に沿って以下に説明する。
【００２４】
【実施例】
（装置構成）
図１は、本発明に係るハイブリッド車用の残存容量演算装置の一例を示すブロック図である。
１は電池、２はハイブリッド車の回転電機を含む動力伝達手段であって、エンジン及び車両駆動軸に連結されてそれらと電池との間で電力の形態でエネルギー授受を行う。３は、電池１に対して入出力する直流電力と、動力伝達手段２に対して入出力する交流電力との変換を行う双方向電力変換装置である。これら動力伝達手段２や双方向電力変換装置３の構成は周知であり、かつ、本発明の要旨でもないので更に詳しい説明は省略する。なお、この実施例の電池の残存容量演算手段は、ハイブリッド車ではなく、内燃機関を搭載せず電池のみで走行する形式の電気自動車にも適用できることはもちろんである。
【００２５】
電池１は、多数のＮｉーＭＨ電池を直列接続してなる組み電池からなり、電流センサ５はその充放電電流を検出し、温度センサ６はその温度を検出し、これら電流、温度は電池１の出力電圧とともに電池劣化度を算出して表示するマイコン構成のコントローラ４に入力される。
（残存容量算出ルーチン１）
以下、図５に示すフローチャートを参照して、この実施例の残存容量算出プロセスの一例を説明する。
【００２６】
まず、現在放電中かどうかを調べ（Ｓ１０）、放電中であればＳ１２へ進み、放電中でなければＳ２６へ進む。
Ｓ１２では、実測した放電電圧Ｖ、放電電流Ａの各今回値から実測内部抵抗（内部抵抗の今回値）Ｒｍ及び実測開放電圧（開放電圧の今回値）ＯＣＶｍを算出し、更に放電の最初から現在までの放電電流Ａを累算して放電量の今回値Ａｈｍを求める。
【００２７】
なお、実測内部抵抗Ｒｍは、最近検出した放電電圧Ｖと放電電流Ａとのペアで規定される点を多数、Ｖ−Ａ二次元平面にプロットしてその一次近似直線を決定し、その傾斜率（ΔＶ／ΔＡ）により求める。次に、検出した放電電流Ａと実測内部抵抗Ｒｍを掛けてその電圧降下を求め、この電圧降下を上記放電電圧Ｖの今回値に加算して実測開放電圧ＯＣＶｍを求める。
【００２８】
次に、今回放電における内部抵抗特性を示すＲａｍマップを作成する（Ｓ１６）。なお、この実施例では、このＲａｍマップは、直前の充電前の前回の放電時に作成した前回Ｒａｍマップを修正して作成するものとする。また、最初に作成するＲａｍマップはあらかじめ記憶する初期内部抵抗特性を示す初期Ｒａｍマップを修正して作成することはもちろんである。
【００２９】
まず、前回Ｒａｍマップに実測内部抵抗Ｒｍを代入して、この前回Ｒａｍマップ上で実測内部抵抗Ｒｍに対応する仮想的な放電量の値Ａｈｘを求める。
次に、放電量Ａｈの今回値Ａｈｍと仮想値Ａｈｘとの比を求め、この比で、前回Ｒａｍマップを示す二次元平面の放電量を示す軸（放電量軸という）を比例圧縮する操作（容量減少操作）を行って今回のＲａｍマップとする。
【００３０】
なお、今回のＲａｍマップをどのように作成するかには種々の方法が考えられるが、過去の所定放電回めのＲａｍマップの各内部抵抗値にそれぞれ所定の変換関数を示すマップの各変換係数値を掛けて求めることもできる。更に、この変換関数を示すマップを放電回数の累積ととともに書き換えることもできる。
次に、あらかじめ記憶する開放電圧マップＯＣＶａｍと上記Ｒａｍマップとから基準放電電力値での放電特性マップを作成する（Ｓ１８）。なお、ここでいう基準放電電力値での放電特性とは、所定の基準放電電力（ここでは２ｋＷ）を放電する場合の電池の出力電圧（放電電圧）Ｖと放電量Ａｈとの関係を示す特性である。
【００３１】
更に説明すると、任意の放電量Ａｈの値に対応する放電電圧Ｖは、この放電量Ａｈの値に対応して補正開放電圧特性から求めた開放電圧値ＯＣＶ’と、この放電量Ａｈの値に対応して補正内部抵抗特性から求めた内部抵抗値Ｒ’から次の二次関数式により算出される。ただし、Ｗは基準放電電力値、Ａはこの放電量Ａｈにおける放電電流値である。
【００３２】
Ｖ＝ＯＣＶ’−Ｒ’・Ａ＝ＯＣＶ’−Ｒ’・Ｗ／Ｖ
次に、Ｓ１８で求めた放電特性から残存容量の演算を行う（Ｓ２０）。
すなわち、上記放電特性を、放電量Ａｈの今回値Ａｈｍから電池がもはや所定の基準放電電力で放電できない放電量まで積分して、基準放電電力放電可能な残存容量を求める。
【００３３】
次に、放電が終了して充電開始したかどうかを調べ（Ｓ２２）、そうでない場合にはＳ２６へジャンプし、そうである場合にはこの充電開始直前の放電量値Ａｈｘを記憶する（Ｓ２４）。これは、メモリ効果による開放電圧低下が、次回の放電においてこの放電量値Ａｈｘから始まるからである。
次に、放電が直前の充電動作開始時点の放電量値Ａｈｘにまで達したかどうかを調べる（Ｓ２６）。達していなければＳ２８における開放電圧マップＯＣＶａｍの書き換えは行わずにメインルーチンにリターンし、達していれば、記憶する開放電圧マップＯＣＶａｍ上でのこの時点の放電量Ａｈの今回値Ａｈｘに対応する前回の開放電圧値ＯＣＶｘと、放電量Ａｈの今回値Ａｈｘに対応する今回の実測開放電圧ＯＣＶｍとの差ΔＶを求め、記憶する開放電圧マップＯＣＶａｍのこの放電量Ａｈの今回値Ａｈｍより大きい放電量範囲において、開放電圧をΔＶだけ下方にスライドさせる（Ｓ２８）。これにより直前のメモリ効果による開放電圧低下を開放電圧マップＯＣＶａｍに書き込むことができる。もちろん、最初の充電の後での開放電圧マップＯＣＶａｍの修正は、あらかじめ記憶する初期開放電圧特性を示す初期Ｒａｍマップを用いて行う。
【００３４】
次に、Ｓ１０にて、放電中でなければ、充電が終了したかどうかを調べ（Ｓ３０）、そうでないならメインルーチンにリターンし、充電が終了したら、記憶する開放電圧マップＯＣＶａｍ中のこの充電動作がなされた充電量範囲の開放電圧の値をあらかじめ記憶する初期開放電圧特性（すなわち初期開放電圧ＯＣＶマップ）の値に回復させる。これにより、メモリ効果による開放電圧低下分の充電動作による回復作用を開放電圧マップＯＣＶａｍに反映させることができる。
（残存容量算出ルーチン２）
以下、図６〜図７に示すフローチャートを参照して、この実施例の残存容量算出プロセスを説明する。
【００３５】
・実測パラメータ算出（ステップＳ１００）、
まず、実測した放電電圧Ｖ、放電電流Ａの各今回値から実測内部抵抗Ｒｍ及び実測開放電圧ＯＣＶｍを算出し、更に放電の最初から現在までの放電電流Ａを累算して放電量の今回値Ａｈｍを求める。
なお、実測内部抵抗Ｒｍは、最近検出した放電電圧Ｖと放電電流Ａとのペアで規定される点を多数、Ｖ−Ａ二次元平面にプロットしてその一次近似直線を決定し、その傾斜率（ΔＶ／ΔＡ）により求める。次に、検出した放電電流Ａと実測内部抵抗Ｒｍを掛けてその電圧降下を求め、この電圧降下を上記放電電圧Ｖの今回値に加算して実測開放電圧ＯＣＶｍを求める。
【００３６】
・関連する初期パラメータ算出（ステップＳ１０２）
次に、電池の運用初期時における初期内部抵抗Ｒｉｎｉと放電量との関係を示す初期内部抵抗特性（あらかじめ初期内部抵抗マップとして記憶）に上記した放電量の今回値Ａｈｍの値を代入して、放電量の今回値Ａｈｍに対応する初期内部抵抗特性上の初期内部抵抗Ｒｉｎｉの今回値を求め、更に、この初期内部抵抗Ｒｉｎｉの今回値と、検出した放電電圧Ｖの今回値及び放電電流Ａの今回値とから上記初期内部抵抗Ｒｉｎｉの今回値に対応する初期開放電圧ＯＣＶｉｎｉの今回値（＝Ｒｉｎｉ・Ａ＋Ｖ）を算出する。
【００３７】
・放電終期判断（ステップＳ１０６）
次に、放電終期における内部抵抗の補正のために、現在、放電終期（又は放電後半期）かどうかの判断材料として現時点における初期特性上の残存容量の今回値Ｑｒｉｎｉを算出する。この初期特性上の残存容量の今回値Ｑｒｉｎｉは、あらかじめ記憶する初期時満充電容量Ｑｒｆｕｌｌ（Ａｈ）から上記した放電量の今回値Ａｈｍ（Ａｈ）を差し引いた値である。
【００３８】
次に、初期特性上の残存容量の今回値Ｑｒｉｎｉが初期時満充電容量Ｑｉｎｉｆｕｌｌに所定の定数ｘを掛けて求めた所定のしきい値未満かどうかを調べる。そして、未満であれば、放電終期又は放電後半期であって電池の内部抵抗の特異的な増大が生じる可能性があると判断して次のＳ１１０へ進み、以上であれば上記放電終期における特異的な内部抵抗の増大現象が生じる可能性はなく、Ｓ１１４で行うその補正は不必要としてＳ１２２へジャンプする。つまり、この判断ステップは、上記放電終期における特異的な内部抵抗Ｒの増大現象が生じるはずがない浅い放電量領域において、Ｓ１１４で行う内部抵抗補正操作を誤って実施することがないようにするためのものである。たとえば、定数ｘは１未満の定数であり、たとえば０．５に設定される。
【００３９】
なお、Ｓ１０６では、初期特性上の残存容量の今回値Ｑｒｉｎｉと初期時満充電容量Ｑｉｎｉｆｕｌｌとの比較により、放電終期または放電後半期かどうかを判定したが、前回求めた満充電容量Ａｈと現在の放電量Ａｈとの同様の比較によりそれを求めてもよく、初期時における所定放電電力での放電による満充電容量と、今までの上記所定放電電力での放電による放電容量との同様の比較によりそれを求めてもよい。
【００４０】
・放電終期における内部抵抗増大判定（ステップＳ１１０）
次に、前回求めた補正内部抵抗特性（補正内部抵抗Ｒａｍｅｎｄと放電量Ａｈとの関係を示す特性、前回Ｒａｍマップともいう）に上記した放電量Ａｈの今回値Ａｈｍの値を代入して、この放電量Ａｈの今回値Ａｈｍに対応する前回Ｒａｍマップ上における補正内部抵抗Ｒａｍｅｎｄの値（前回値という）Ｒａｍｂｅｆｏｒｅを求める。
【００４１】
次に、実測内部抵抗Ｒｍが、このＲａｍｂｅｆｏｒｅに所定の定数ｙを掛けて求めた所定のしきい値を超えるかどうかを調べ、超えれば上記放電終期における特異的な内部抵抗の増大現象が生じているものと判断してＳ１１２へ進み、以下であれば上記増大現象は生じておらず、それを補償するＳ１１４における補正は不要であると判断してＳ１１６へ進む。たとえば定数ｙは１を超える定数である。
【００４２】
なお、Ｓ１１０では、上記した放電量Ａｈの今回値Ａｈｍに対応する前回Ｒａｍマップ上の内部抵抗値Ｒａｍｂｅｆｏｒｅと実測内部抵抗Ｒｍとの比較により放電終期における内部抵抗急増現象の発生の有無を判定したが、放電量Ａｈの今回値Ａｈｍに対応する初期内部抵抗特性上の補正内部抵抗Ｒｉｎｉの前回値Ｒｉｎｉｂｅｆｏｒｅと実測内部抵抗Ｒｍとの比較により放電終期における内部抵抗急増現象の発生の有無を判定してもよい。
【００４３】
・放電終期の内部抵抗急増現象の補正１（ステップＳ１１２）
次に、直前の充電前の前回放電時に求めた補正内部抵抗特性（前回Ｒａｍマップ）に実測内部抵抗Ｒｍを代入して、この前回Ｒａｍマップ上で実測内部抵抗Ｒｍに対応する放電量の値Ａｈｘを求める。
なお、Ｓ１１２では、直前の充電前の前回放電時に求めた補正内部抵抗特性（前回Ｒａｍマップ）に実測内部抵抗Ｒｍを代入して、この前回Ｒａｍマップ上で実測内部抵抗Ｒｍに対応する放電量の値Ａｈｘを求めたが、初期内部抵抗特性（初期Ｒａｍマップ）に実測内部抵抗Ｒｍを代入して、この初期Ｒａｍマップ上で実測内部抵抗Ｒｍに対応する放電量の値Ａｈｘを求めてもよい。
【００４４】
・放電終期の内部抵抗急増現象の補正２（ステップＳ１１４）
次に、放電量Ａｈの今回値Ａｈｍと上記前回Ｒａｍマップ上の放電量の値Ａｈｘとの比を求め、この比で、前回Ｒａｍマップを示す二次元平面の放電量を示す軸線（放電量軸という）を比例圧縮する操作（容量減少操作）を行って今回の補正内部抵抗特性（今回Ｒａｍマップ）を求める。
【００４５】
なお、Ｓ１１４では、放電量Ａｈの今回値Ａｈｍと上記前回Ｒａｍマップ上の放電量の値Ａｈｘとの比で前回Ｒａｍマップの放電量軸を比例圧縮したが、その代わりに、放電量Ａｈの今回値Ａｈｍと初期Ｒａｍマップ上の放電量の値Ａｈｘｉｎｉとの比で初期Ｒａｍマップの放電量軸を比例圧縮してもよい。
なお、この放電終期の内部抵抗急増現象は、放電終期に出現する現象であるので、上記放電量軸の圧縮操作による前回内部抵抗特性（前回Ｒａｍマップ）の修正は、Ｓ１１０で内部抵抗急増を検出した時点の放電量値より大きい放電量の範囲でのみ実施され、この時点以前の放電量範囲ではこの放電量軸の圧縮操作は実施しない。
【００４６】
これにより、放電終期における内部抵抗急増現象を補正内部抵抗Ｒａｍｅｎｄと放電量Ａｈとの関係を示す前回補正内部抵抗特性（前回Ｒａｍマップ）に反映させて、今回補正内部抵抗特性（今回Ｒａｍマップ）を求めることができる。
・電池劣化による内部抵抗増大に対する補正１（ステップＳ１１６）
次に、Ｓ１０６、Ｓ１１０の判定で、放電が浅い放電量範囲であると判定した場合、若しくは、内部抵抗急増が生じていないと判定した場合には、前回Ｒａｍマップ上において放電量Ａｈの今回値Ａｈｍに対応する補正内部抵抗Ｒａｍｅｎｄの値（前回値という）Ｒａｍｂｅｆｏｒｅと、実測内部抵抗Ｒｍとを比較し、実測内部抵抗Ｒｍが、この前回Ｒａｍマップ上の等価的な内部抵抗の値Ｒａｍｂｅｆｏｒｅｘに所定の定数ｚを掛けたしきい値より大きいかどうかを調べ、大きい場合には、電池劣化による内部抵抗増加が前回の補正内部抵抗特性（前回Ｒａｍマップ）の修正を必要となほど進行したと判定して次のＳ１２０へ進み、以下であれば電池劣化による内部抵抗増加が前回の補正内部抵抗特性（前回Ｒａｍマップ）の修正を必要とするほど進行していないと判定してＳ１２２へジャンプする。
・電池劣化による内部抵抗増大に対する補正２（ステップＳ１２０）
次に、前回Ｒａｍマップが表示される二次元平面の内部抵抗を示す軸（内部抵抗軸）を、実測内部抵抗Ｒｍと、放電量Ａｈの今回値Ａｈｍに対応する前回Ｒａｍマップ上の内部抵抗の値Ｒａｍｂｅｆｏｒｅとの比率で伸長（抵抗値増大）して今回の補正内部抵抗特性（今回Ｒａｍマップ）とする。すなわち、ある放電量の値Ａｈ０に対する今回Ｒａｍマップ上の補正内部抵抗値Ｒａｍ０は、この放電量の値Ａｈ０にそれぞれ対する実測内部抵抗値Ｒｍ０と前回内部抵抗値Ｒａｍｂｅｆｏｒｅ０との比（Ｒｍ０／Ｒａｍｂｅｆｏｒｅ０）と、この放電量値Ａｈ０に対する前回Ｒａｍマップ上の補正内部抵抗値Ｒａｍ０とを掛けたものとなる。
【００４７】
これにより、電池の劣化に起因する内部抵抗の増大を加味した今回の補正内部抵抗特性（Ｒａｍマップ）を得ることができる。
この結果、通常の電池劣化による内部抵抗の増加はＳ１２０の内部抵抗軸の伸長で求め、放電終期における特異的な内部抵抗の増大はＳ１１４における放電量軸の圧縮で求めることができる。
【００４８】
・メモリ効果による開放電圧低下の補正１（ステップＳ１２２、Ｓ１２４）
次のＳ１２２では、放電が直前の充電動作開始時点の放電量値Ａｈｘにまで達したかどうかを調べ、達していなければＳ１２６へ進み、達していれば、現在の放電量Ａｈの今回値Ａｈｘにおける開放電圧ＯＣＶの値（放電終了時点の開放電圧ＯＣＶｍ）と初期開放電圧特性上の現在の放電量Ａｈの今回値Ａｈｘに対応する値との電圧差ΔＶを、現在の放電量Ａｈの今回値Ａｈｘとペアで記憶し（Ｓ１２４）、Ｓ１２６へ進む。これは、次回の放電時に、この放電量Ａｈｘ以降の放電に対してメモリ効果による開放電圧ＯＣＶがΔＶだけ低下することを記憶するためである。
【００４９】
・メモリ効果による開放電圧低下の補正２（ステップＳ１２６）
このステップでは、開放電圧特性の補正を行う。
この開放電圧の補正は次のように行う。
まず、直前の充電動作で充電がなされた放電量範囲においては、メモリ効果による開放電圧ＯＣＶの低下が解消されたと考えて、初期開放電圧特性を今回の開放電圧特性とするとともに、この放電量範囲において、いままでのＳ１２４で記憶した１乃至複数の上記ペアを消す。
【００５０】
次に、直前の充電動作で充電がなされなかった放電量範囲においては、メモリ効果による開放電圧ＯＣＶの低下が残留していると考えて、この放電量範囲においていままでのＳ１２４で記憶した放電終了時点の放電量値と電圧差ΔＶとの１乃至複数のペアに基づいて、初期開放電圧特性（ＯＣＶｉｎｉマップ）上の開放電圧ＯＣＶを示す軸線（開放電圧軸）を電圧減少方向に上記電圧差ΔＶだけスライドさせて、補正開放電圧特性とする操作を行う。これにより、メモリ効果による起電圧の劣化を補正開放電圧特性に表すことができる。
【００５１】
なお、上記スライド操作は複数回実施されることが有り得る。たとえば、最初に満充電から放電量値１００Ａｈまで放電し、その後、満充電してから放電量値７０Ａｈまで放電し、次に満充電してから放電量値５０Ａｈまで放電した時点を考える。この時点では、放電量０Ａｈから７０Ａｈまではほぼ開放電圧ＯＣＶは初期開放電圧に回復しているが、放電量値７０Ａｈで電圧差ΔＶ１だけ初期開放電圧からの開放電圧ＯＣＶの低下が生じており、放電量値１００Ａｈで電圧差ΔＶ２だけ初期開放電圧からの開放電圧ＯＣＶの低下が生じている。
【００５２】
したがって、この放電量値７０Ａｈで電圧差ΔＶ１だけ初期開放電圧をレベルシフトさせ、更に放電量値１００Ａｈで電圧差ΔＶ２だけ初期開放電圧をレベルシフトさせることにより今回の開放電圧特性を決定することができる。
・基準放電電力値での放電特性の演算（Ｓ１２８）
次に、Ｓ１１４又はＳ１２０で求めた今回の補正内部抵抗特性及びＳ１２６で求めた今回の補正開放電圧特性を用いて基準放電電力値での放電特性の演算を行う。なお、ここでいう基準放電電力値での放電特性とは、所定の基準放電電力（ここでは２ｋＷ）を放電する場合の電池の出力電圧（放電電圧）Ｖと放電量Ａｈとの関係を示す特性である。
【００５３】
更に説明すると、任意の放電量Ａｈの値に対応する放電電圧Ｖは、この放電量Ａｈの値に対応して補正開放電圧特性から求めた開放電圧値ＯＣＶ’と、この放電量Ａｈの値に対応して補正内部抵抗特性から求めた内部抵抗値Ｒ’から次の二次関数式により算出される。ただし、Ｗは基準放電電力値、Ａはこの放電量Ａｈにおける放電電流値である。
【００５４】
Ｖ＝ＯＣＶ’−Ｒ’・Ａ＝ＯＣＶ’−Ｒ’・Ｗ／Ｖ
・残存容量の演算（Ｓ１３０）
このステップでは、Ｓ１２８で求めた所定の基準放電電力（ここでは２ｋＷ）での放電特性を、放電量Ａｈの今回値Ａｈｍから電池がもはや所定の基準放電電力で放電できない放電量まで積分して、基準放電電力放電可能な残存容量を求め、メインルーチンにリターンする。
（実施例の効果）
上記説明したこの実施例では、内部抵抗特性と開放電圧特性とに基づいて求めた放電特性から残存容量を求めるので、従来より正確に残存容量を算出することができる。
【００５５】
すなわち、メモリ効果を有する電池では、メモリ効果による残存容量の減少は内部抵抗の増大ではなく開放電圧の低下で表現でき、電池劣化による残存容量の減少は開放電圧の低下ではなく内部抵抗の増大で表現できることが、前述した本出願人出願の従来技術で示されている。
ここで重要なことは、内部抵抗が放電量又は残存容量に応じて、更に正確に言えば、満充電量に対する放電量又は残存容量に応じてある関数で変化する値であり、この関数変化を補償するには、この関数によって放電電圧−放電容量を示す放電特性の放電量軸の圧縮を行うことが要求される。一方、メモリ効果による開放電圧の低下は各放電量の値に対して一定であり、この一定の開放電圧低下を補償するには、この放電電圧に占める開放電圧低下量だけ、放電電圧−放電容量を示す放電特性の放電量軸のレベルダウンを行う必要がある。
【００５６】
しかし、前述した本出願人出願の従来技術では、ある放電量で生じた直前の充電前の放電における放電電圧と、同一の放電量で生じた今回計測した放電電圧との電圧差のうち、メモリ効果に起因する成分（レベルシフトすべき電圧成分）と、電池劣化に起因する成分（放電量軸圧縮で補償するべき電圧成分）との割合が不明であり、正確に上記レベルシフト補償と、容量軸圧縮補償とを実施できず、それが残存容量演算誤差となることである。
【００５７】
これに対し、この実施例では、内部抵抗特性と開放電圧ＯＣＶ特性とを用いることにより、電池劣化による内部抵抗増大を、放電量軸の圧縮又は内部抵抗軸の伸長で正確に対応し、かつ、メモリ効果による開放電圧低下を、開放電圧軸のスライドで正確に対応するので、現時点以降の残存容量を、初期開放電圧特性と初期内部抵抗特性のペア、又は、前回開放電圧特性と前回内部抵抗特性のペアと、実測した開放電圧値及び内部抵抗値に基づいて、正確に求めることができる。
【００５８】
更に、電池の劣化が進行すると、電池の放電終期において内部抵抗が急激に増大する現象に対してはそれを判別して対処しているので、一層正確に残存容量を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の残存容量演算装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】放電量Ａｈと放電電圧Ｖとの関係を示す模式特性図である。
【図３】放電量Ａｈと内部抵抗ｒとの関係を示す模式特性図である。
【図４】放電量Ａｈと開放電圧マップＯＣＶとの関係を示す模式特性図である。
【図５】残存容量演算処理１を示すフローチャートである。
【図６】残存容量演算処理２を示すフローチャートである。
【図７】残存容量演算処理２を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１は電池、４はコントローラ、５は電流センサ

Claims

充放電可能な電池の放電電圧及び放電電流を検出する検出手段、
前記放電電流Ａに基づいて放電量の今回値を算出する放電量算出手段、
前記放電電圧及び放電電流に基づいて電池の内部抵抗の今回値及び開放電圧の今回値を算出する開放電圧算出手段、
前記電池の内部抵抗と放電量との過去の関係を示す内部抵抗特性、及び、前記電池の開放電圧と放電量との過去の関係を示す開放電圧特性を記憶する放電特性記憶手段、
前記内部抵抗の今回値及び開放電圧の今回値並びに前記内部抵抗特性及び開放電圧特性に基づいて残存容量を演算する残存容量演算手段、
を備え、
前記残存容量演算手段は、
前記開放電圧の今回値を変数とする所定の関数で過去の前記開放電圧特性を変形して前記残存容量演算用の今回の前記開放電圧特性を形成し、
前記内部抵抗の今回値を変数とする所定の関数で過去の前記内部抵抗特性を変形して前記残存容量演算用の今回の前記内部抵抗特性を形成し、
前記今回の内部抵抗特性及び前記今回の開放電圧特性に基づいて残存容量を演算し、
前記残存容量演算手段は、
前記今回の内部抵抗特性及び前記今回の開放電圧特性に基づいて求めた前記放電電圧と前記放電量との関係を示す放電特性を、現在の放電量値から所定の放電終了放電量値まで積分して残存容量を演算することを特徴とする電池の残存容量演算装置。
充放電可能な電池の放電電圧及び放電電流を検出する検出手段、
前記放電電流Ａに基づいて放電量の今回値を算出する放電量算出手段、
前記放電電圧及び放電電流に基づいて電池の内部抵抗の今回値及び開放電圧の今回値を算出する開放電圧算出手段、
前記電池の内部抵抗と放電量との過去の関係を示す内部抵抗特性、及び、前記電池の開放電圧と放電量との過去の関係を示す開放電圧特性を記憶する放電特性記憶手段、
前記内部抵抗の今回値及び開放電圧の今回値並びに前記内部抵抗特性及び開放電圧特性に基づいて残存容量を演算する残存容量演算手段、
を備え、
前記残存容量演算手段は、
前記開放電圧の今回値を変数とする所定の関数で過去の前記開放電圧特性を変形して前記残存容量演算用の今回の前記開放電圧特性を形成し、
前記内部抵抗の今回値を変数とする所定の関数で過去の前記内部抵抗特性を変形して前記残存容量演算用の今回の前記内部抵抗特性を形成し、
前記今回の内部抵抗特性及び前記今回の開放電圧特性に基づいて残存容量を演算し、
前記残存容量演算手段は、
前記過去の開放電圧特性上で前記放電量の今回値に対応する仮想の開放電圧値と前記開放電圧の今回値との間の電圧差を、メモリ効果の量が異なる放電量範囲ごとにそれぞれ記憶し、
前記放電量範囲ごとに前記電圧差だけ前記過去の開放電圧特性をスライドして前記今回の開放電圧特性を形成することを特徴とする電池の残存容量演算装置。
請求項１記載の電池の残存容量演算装置において、
前記残存容量演算手段は、
前記過去の内部抵抗特性上で前記放電量の今回値に対応する仮想の内部抵抗値と前記内部抵抗の今回値との間の抵抗比を求め、前記過去の内部抵抗特性を前記抵抗比だけ伸長して前記今回の内部抵抗特性を形成することを特徴とする電池の残存容量演算装置。
充放電可能な電池の放電電圧及び放電電流を検出する検出手段、
前記放電電流Ａに基づいて放電量の今回値を算出する放電量算出手段、
前記放電電圧及び放電電流に基づいて電池の内部抵抗の今回値及び開放電圧の今回値を算出する開放電圧算出手段、
前記電池の内部抵抗と放電量との過去の関係を示す内部抵抗特性、及び、前記電池の開放電圧と放電量との過去の関係を示す開放電圧特性を記憶する放電特性記憶手段、
前記内部抵抗の今回値及び開放電圧の今回値並びに前記内部抵抗特性及び開放電圧特性に基づいて残存容量を演算する残存容量演算手段、
を備え、
前記残存容量演算手段は、
前記開放電圧の今回値を変数とする所定の関数で過去の前記開放電圧特性を変形して前記残存容量演算用の今回の前記開放電圧特性を形成し、
前記内部抵抗の今回値を変数とする所定の関数で過去の前記内部抵抗特性を変形して前記残存容量演算用の今回の前記内部抵抗特性を形成し、
前記今回の内部抵抗特性及び前記今回の開放電圧特性に基づいて残存容量を演算し、
前記残存容量演算手段は、
前記過去の内部抵抗特性上で前記内部抵抗の今回値に対応する仮想の放電量値と前記放電量の今回値との間の放電量比を求め、前記過去の内部抵抗特性を前記放電量比だけ圧縮して前記今回の内部抵抗特性を形成し、
前記残存容量演算手段は、
前記放電が深く、かつ、前記内部抵抗の今回値が所定値より大きい場合に、前記放電量比に基づく前記圧縮により前記今回の内部抵抗特性を求めることを特徴とする電池の残存容量演算装置。