JP4880451B2 - Secondary battery remaining capacity estimation method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される各種の二次電池の残存容量（ＳＯＣ； ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を推定する方法および装置、ならびにそのような残存容量推定装置を内蔵したバッテリパックに関する。   The present invention relates to a method and apparatus for estimating the state of charge (SOC) of various secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries, and a battery pack incorporating such a remaining capacity estimation apparatus.

近年、リチウムイオン二次電池やニッケル金属水素化物二次電池などの二次電池を電力用途として電動機駆動の電源などとして用いるようになってきた。   In recent years, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and nickel metal hydride secondary batteries have come to be used as power sources for driving electric motors for power applications.

リチウムイオン二次電池などの二次電池のこのような電動機駆動の用途として、例えば、ハイブリッド自動車における用途がある。ハイブリッド自動車は、一般に、内燃機関であるエンジンと、エンジンによって駆動される発電機と、二次電池と、電動機とを備えている。ハイブリッド自動車における駆動方式には何種類かのものがあるが、ある駆動方式によるハイブリッド自動車では、発電機で得られた電力によって二次電池を充電し、車両の加速時あるいは登坂時には、発電機からの電力のほかに二次電池の放電によって得られる電力を電動機に供給している。別の駆動方式のハイブリッド自動車では、エンジンによって駆動輪を直接駆動するとともに、加速時や登坂時には電動機出力によって駆動輪の駆動を補助する。これらのハイブリッド自動車では、エネルギー効率をさらに向上させるため、車両の制動時などには、電動機を発電機として動作させて回生ブレーキとして機能させ、そのときに得られるエネルギーによっても二次電池を充電するようにしている。   Such a motor-driven application of a secondary battery such as a lithium ion secondary battery includes, for example, an application in a hybrid vehicle. A hybrid vehicle generally includes an engine that is an internal combustion engine, a generator driven by the engine, a secondary battery, and an electric motor. There are several types of drive systems in hybrid vehicles, but in a hybrid vehicle with a certain drive system, the secondary battery is charged with the electric power obtained by the generator, and when the vehicle is accelerated or uphill, the generator In addition to the electric power, electric power obtained by discharging the secondary battery is supplied to the electric motor. In another type of hybrid vehicle, the driving wheels are directly driven by the engine, and the driving wheels are assisted by the motor output during acceleration or climbing. In these hybrid vehicles, in order to further improve energy efficiency, when braking the vehicle, the motor is operated as a generator to function as a regenerative brake, and the secondary battery is also charged by the energy obtained at that time. I am doing so.

ハイブリッド自動車の場合、実際には、二次電池の残存容量が常に所定の範囲内にあるような制御が行われている。具体的には、例えば残存容量が２０％以下となった場合には、エンジンを始動して発電機によって発電し、その電力によって二次電池を充電するようにする。そして、例えば残存容量が８０％以上となった場合には、二次電池がそれ以上充電されないようにする。このように、二次電池の残存容量に応じて充放電の制御を行う必要があるため、二次電池の残存容量を常時監視していなくてはならない。具体的には数十ミリ秒から数秒の時間間隔で、残存容量を求めるようにしている。   In the case of a hybrid vehicle, actually, control is performed such that the remaining capacity of the secondary battery is always within a predetermined range. Specifically, for example, when the remaining capacity becomes 20% or less, the engine is started to generate power with the generator, and the secondary battery is charged with the electric power. For example, when the remaining capacity becomes 80% or more, the secondary battery is prevented from being charged any more. Thus, since it is necessary to control charging / discharging according to the remaining capacity of the secondary battery, the remaining capacity of the secondary battery must be constantly monitored. Specifically, the remaining capacity is obtained at time intervals of several tens of milliseconds to several seconds.

二次電池の残存容量は、原理的には、充電した電荷量と放電した電荷量との差によって求めることができるから、従来は、一定時間間隔で二次電池の充放電電流の値を測定し、その測定値を積算することによって、二次電池の残存容量を求めていた。また、二次電池がリチウムイオン二次電池などである場合、二次電池の開回路電圧と残存容量との間には一定の関係があることが知られており、二次電池の開回路電圧を測定して残存容量を推定することも行われている。しかしながら、二次電池をハイブリッド自動車に適用するような場合、電動機の突入電流などで短時間で大電流が流れることがあり、また、安価で直線性がよく精度が高い電流センサを入手することが難しい、などの理由により、充放電電流値を積算して残存容量を求めることとした場合には、無視できない累積誤差が生じるおそれがある。   In principle, the remaining capacity of a secondary battery can be determined by the difference between the amount of charged charge and the amount of discharged charge. Conventionally, the value of the charge / discharge current of the secondary battery is measured at regular intervals. Then, the remaining capacity of the secondary battery is obtained by integrating the measured values. Further, when the secondary battery is a lithium ion secondary battery or the like, it is known that there is a certain relationship between the open circuit voltage of the secondary battery and the remaining capacity, and the open circuit voltage of the secondary battery It is also performed to estimate the remaining capacity by measuring. However, when a secondary battery is applied to a hybrid vehicle, a large current may flow in a short time due to an inrush current of an electric motor, etc., and an inexpensive, highly linear current sensor with high accuracy may be obtained. If the remaining capacity is obtained by integrating the charge / discharge current values for reasons such as difficulty, a cumulative error that cannot be ignored may occur.

一方、二次電池の開回路電圧に基づいて残存容量を推定する場合には、誤差の累積という問題は生じない。もっとも、二次電池の通常の使用時には充放電電流が存在するから、開回路電圧を連続して測定することはできない。そこで、本発明者らは、ハイブリッド自動車などの用途では、二次電池において放電と充電とが頻繁に切り替わって二次電池に流れる電流の向きが切り替わり、その切り替わりに際しては瞬間的には充放電電流がゼロとなるときがあることに着目し、既に日本国特許出願：特願２００３−３４９６７（特開２００４−２４５６７３号公報）において、精度よく残存容量を推定する方法を提案している。この方法では、二次電池の充放電電流を積算することにより残存容量を継続して算出するとともに、充放電電流がゼロになるタイミング、例えば充電と放電とが切り替わるタイミングなどで二次電池の端子電圧を測定し、それを開回路電圧としてそのときの残存容量を推定し、その推定値でもって、電流積算によって算出された残存容量値を更新する。   On the other hand, when the remaining capacity is estimated based on the open circuit voltage of the secondary battery, the problem of error accumulation does not occur. However, since there is a charge / discharge current during normal use of the secondary battery, the open circuit voltage cannot be measured continuously. Therefore, the present inventors, in applications such as hybrid vehicles, discharge and charge are frequently switched in the secondary battery, and the direction of the current flowing through the secondary battery is switched. Has already been proposed in Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2003-34967 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-245673). In this method, the remaining capacity is continuously calculated by integrating the charging / discharging current of the secondary battery, and at the timing when the charging / discharging current becomes zero, for example, the timing at which charging and discharging are switched, etc. The voltage is measured, the remaining capacity at that time is estimated as an open circuit voltage, and the remaining capacity value calculated by current integration is updated with the estimated value.

しかしながら開回路電圧は、厳密には、二次電池における充放電が停止してから充分な時間が経過し電池が熱力学的に平衡状態に達したときの正極と負極との間の電圧である。充電あるいは放電が終了した直後の電流がゼロの状態での電池の端子電圧は、電池内部が平衡状態あるいは定常状態に達していないので、本来の開回路電圧からずれていることがある。本来の開回路電圧からどの程度ずれているかは、電池の内部構造などにも依存する。したがって、使用する二次電池の構造などによっては、充放電電流がゼロであるタイミングでの端子電圧を開回路電圧とみなして残存容量を推定した場合、無視できない誤差が生じる可能性がある。なお、平衡状態に達するまでに時間がかかるのは、外部回路に電流が流れないためでもある。   However, strictly speaking, the open circuit voltage is a voltage between the positive electrode and the negative electrode when a sufficient time has elapsed since the charging and discharging of the secondary battery stopped and the battery has reached a thermodynamic equilibrium state. . The terminal voltage of the battery in the state where the current immediately after the end of charging or discharging is zero may deviate from the original open circuit voltage because the inside of the battery has not reached an equilibrium state or a steady state. The degree of deviation from the original open circuit voltage depends on the internal structure of the battery. Therefore, depending on the structure of the secondary battery used, when the remaining capacity is estimated by regarding the terminal voltage at the timing when the charge / discharge current is zero as an open circuit voltage, an error that cannot be ignored may occur. Note that it takes time to reach the equilibrium state because current does not flow to the external circuit.

特開２００１−２３１１７９号公報には、二次電池の休止時期に対応して開回路電圧を測定し、その電圧値から充電率を判定するとともに、充電中に供給された充電量と充電前後の充電率とから、満充電容量と残存容量を算出し、充放電中には休止中に測定した充電率に動作中に入出力される充電量で換算される充電率の変化分を積分することにより、現在の充電率と残存容量とを推定することが開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-231179 discloses an open circuit voltage corresponding to a suspension time of a secondary battery, determines a charging rate from the voltage value, and determines the amount of charge supplied during charging and before and after charging. Calculate the full charge capacity and remaining capacity from the charge rate, and integrate the change in charge rate converted by the charge amount input and output during operation into the charge rate measured during pause during charge and discharge. Thus, it is disclosed that the current charging rate and the remaining capacity are estimated.

特開２００３−１４９３０７号公報には、電池の充放電電流を積算することによって残存容量を算出するとともに、電池の起電圧を算出してこれから電池の推定容量を算出し、残存容量と推定容量との差からＰＩ（比例積分）制御により補正量を算出し、残存容量を補正することが開示されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-149307, the remaining capacity is calculated by integrating the charging / discharging current of the battery, the electromotive voltage of the battery is calculated, the estimated capacity of the battery is calculated therefrom, and the remaining capacity, the estimated capacity, It is disclosed that a correction amount is calculated from PI difference by PI (proportional integration) control to correct the remaining capacity.

リチウムイオン二次電池などの二次電池を用いる場合、これらの二次電池のセルを単独で用いることは少なく、所望の放電電圧、放電電流が得られるように複数の単体セルを直列および／または並列に接続したバッテリパックとして構成することが一般的である。このバッテリパックには、二次電池セルのほかに、例えば過充電防止回路などの安全回路や、残存容量を測定してその測定値を出力する回路などが備えられることが多い。   When a secondary battery such as a lithium ion secondary battery is used, these secondary battery cells are rarely used alone, and a plurality of single cells are connected in series and / or in order to obtain a desired discharge voltage and discharge current. Generally, it is configured as a battery pack connected in parallel. In addition to the secondary battery cell, the battery pack is often provided with a safety circuit such as an overcharge prevention circuit and a circuit that measures the remaining capacity and outputs the measured value.

以下、本明細書で引用した文献を列挙する。
特開２００４−２４５６７３号公報 特開２００１−２３１１７９号公報 特開２００３−１４９３０７号公報 The documents cited in this specification are listed below.
JP 2004-245673 A JP 2001-231179 A JP 2003-149307 A

上述したように、二次電池の残存容量を求める従来の方法では、誤差が大きい、必要な時間間隔で最新の残存容量値を得ることができない、あるいは、演算量などが多くなる、という解決すべき課題が残っている。   As described above, the conventional method for obtaining the remaining capacity of the secondary battery has a large error, the latest remaining capacity value cannot be obtained at a necessary time interval, or the calculation amount is increased. There are still issues to be solved.

本発明の目的は、少ない演算量で精度よく、しかも所望の時間間隔で二次電池の最新の残存容量を推定できる残存容量推定方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a remaining capacity estimation method capable of estimating the latest remaining capacity of a secondary battery with a small amount of calculation with high accuracy and at a desired time interval.

本発明の別の目的は、少ない演算量で精度よく、しかも所望の時間間隔で二次電池の最新の残存容量を推定できる残存容量推定装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a remaining capacity estimation device capable of estimating the latest remaining capacity of a secondary battery with a small amount of calculation with high accuracy and at a desired time interval.

本発明のさらに別の目的は、そのような推定装置を組み込んだバッテリパックを提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a battery pack incorporating such an estimation device.

本発明の目的は、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定方法であって、二次電池の充放電電流を監視し、充放電電流に基づく積算演算を実行して第１の残存容量値を継続的に算出し、二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出し、そのタイミングから所定の条件だけ遅れた時点において二次電池の端子電圧を取り込み、取り込まれた端子電圧に基づいて第２の残存容量値を求めて第２の残存容量値でもって第１の残存容量値を置き換え、置き換え後の第１の残存容量値に基づいて算出する段階における積算演算を続行して第１の残存容量値を二次電池の残存容量とする残存容量推定方法によって達成される。   An object of the present invention is a remaining capacity estimation method for estimating a remaining capacity of a secondary battery, which monitors a charge / discharge current of the secondary battery, executes an integration operation based on the charge / discharge current, and executes a first remaining capacity. The value is continuously calculated, the timing at which charging and discharging of the secondary battery are switched is detected, the terminal voltage of the secondary battery is taken in at a point delayed from the timing by a predetermined condition, and based on the taken-in terminal voltage The second remaining capacity value is obtained, the first remaining capacity value is replaced with the second remaining capacity value, and the integration calculation in the step of calculating based on the replaced first remaining capacity value is continued. This is achieved by a remaining capacity estimation method in which the remaining capacity value of 1 is used as the remaining capacity of the secondary battery.

本発明の別の目的は、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定装置であって、二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、残存容量の値を保持する記憶手段と、検出された充放電電流に基づき、記憶手段に格納された値に対して積算演算を継続的に実行する演算手段と、電流検出手段の出力に基づき、二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、そのタイミングから所定の条件だけ遅れた時点における端子電圧を取り込んで取り込んだ端子電圧に基づいて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、を有し、残存容量値取得手段が求めた残存容量値によって、記憶手段内の値が置き換えられる残存容量推定装置によって達成される。   Another object of the present invention is a remaining capacity estimating device for estimating a remaining capacity of a secondary battery, a current detecting means for detecting a charge / discharge current in the secondary battery, and a voltage for detecting a terminal voltage of the secondary battery. Measuring means, storage means for holding the value of the remaining capacity, calculation means for continuously executing integration operation on the value stored in the storage means based on the detected charge / discharge current, and current detection means Based on the output, the timing detection means for detecting the timing at which charging and discharging in the secondary battery are switched, and the remaining capacity value based on the terminal voltage taken in by taking in the terminal voltage at a point delayed by a predetermined condition from that timing A remaining capacity value acquisition means to be obtained, and achieved by a remaining capacity estimation device in which the value in the storage means is replaced by the remaining capacity value obtained by the remaining capacity value acquisition means. .

二次電池において、充放電電流がゼロになったのち、開回路電圧を測定できるようになるまでに長時間を要するのは、充放電電流がゼロであって外部回路に電流が流れないため、電圧値がなかなか確定しないためである。電流がゼロから再び流れ出せば、電池の電圧は急速に確定するから、そのようなタイミングであって、電池の内部インピーダンスによる電圧降下がほとんど発生していないタイミングを捉え、そのときの電池の端子電圧を測定すれば、その測定された電圧値は、ほぼ電池の開回路電圧とみなすことができる。   In the secondary battery, after the charge / discharge current becomes zero, it takes a long time to measure the open circuit voltage because the charge / discharge current is zero and no current flows to the external circuit. This is because it is difficult to determine the voltage value. If the current starts again from zero, the voltage of the battery will be determined rapidly. Therefore, the timing at which such a voltage drop due to the internal impedance of the battery hardly occurs is detected, and the terminal of the battery at that time If the voltage is measured, the measured voltage value can be regarded as the open circuit voltage of the battery.

そこで本発明では、二次電池における充電と放電との切り替わりがあったタイミングを検出し、そのタイミング以降のある時点で二次電池の端子電圧を測定し、測定された端子電圧をその二次電池の開回路電圧とみなして残存容量値を推定し、その推定値でもって積算演算による残存容量値を更新することとする。ただし、放電から充電に切り替わった場合、その切り替わり時点からの電流が比較的大きくないと電池電圧が安定しないので、充電から放電に切り替わるタイミングのみを検出してその後のある時点で端子電圧を取り込むようにすることが好ましい。   Therefore, in the present invention, the timing at which the secondary battery is switched between charging and discharging is detected, the terminal voltage of the secondary battery is measured at a certain time after that timing, and the measured terminal voltage is measured as the secondary battery. It is assumed that the remaining capacity value is estimated as an open circuit voltage, and the remaining capacity value by the integration calculation is updated with the estimated value. However, when switching from discharging to charging, the battery voltage will not be stable unless the current from the switching point is relatively large. Therefore, only the timing when switching from charging to discharging is detected, and the terminal voltage is taken in at a certain point thereafter. It is preferable to make it.

また、充電から放電に切り替わった時点から端子電圧を測定して取り込むまでの時間の長さを一定にしておくと、その期間での電流の流れ方によっては誤差が大きくなる。そこで、充電から放電に切り替わった時点からの放電電流の立ち上がり方に応じて端子電圧を取り込むタイミングを変えることが好ましい。具体的には、残存容量を連続して算出するための充放電電流の積算処理である第１の積算演算とは別個に、充電から放電に切り替わった時点から放電電流の積算処理すなわち第２の積算演算を開始し、第２の積算演算による電流積算値が所定のしきい値に達した時点で二次電池の端子電圧を取り込むようにすればよい。このようにすれば、放電電流の立ち上がりが急であればあるほど、より早いタイミングで端子電圧が取り込まれることになり、放電電流パターンの違いによって端子電圧と開回路電圧との誤差が大きくなることを防ぐことができる。なお、放電電流の立ち上がりが緩やか過ぎる場合、すなわち、放電電流の立ち上がりが所定の値以下の場合には、端子電圧を開回路電圧とみなして積算演算による残存容量値を更新する処理自体を行わないようにすることもできる。例えば、充電から放電に切り替わってから所定時間以内に所定電流に達しない場合には、端子電圧に基づく残存容量値の更新を行わないようにする。ここでの所定時間としては、例えば、０．１秒が用いられ、所定電流としては、例えば、二次電池の１時間定格容量値に対応する電流が用いられる。   Further, if the length of time from when the charging is switched to discharging until the terminal voltage is measured and taken is made constant, the error increases depending on the current flow during that period. Therefore, it is preferable to change the timing for taking in the terminal voltage in accordance with how the discharge current rises from the time when switching from charging to discharging. Specifically, separately from the first integration calculation, which is the charge / discharge current integration process for continuously calculating the remaining capacity, the discharge current integration process, i.e. the second The integration calculation is started, and the terminal voltage of the secondary battery may be captured when the current integration value obtained by the second integration calculation reaches a predetermined threshold value. In this way, the faster the discharge current rises, the faster the terminal voltage is taken in, and the difference between the terminal voltage and the open circuit voltage increases due to the difference in the discharge current pattern. Can be prevented. If the rise of the discharge current is too gradual, that is, if the rise of the discharge current is less than or equal to a predetermined value, the terminal voltage is regarded as an open circuit voltage and the process of updating the remaining capacity value by integration is not performed. It can also be done. For example, when the predetermined current is not reached within a predetermined time after switching from charging to discharging, the remaining capacity value based on the terminal voltage is not updated. As the predetermined time, for example, 0.1 second is used, and as the predetermined current, for example, a current corresponding to the one-hour rated capacity value of the secondary battery is used.

さらに本発明では、充電から放電に切り替わるタイミングの直前の充電時間やそのときの充電電流の大きさに応じて、充電から放電に切り替わってから端子電圧を取り込むまでの時間の長さを変えることができ、それによって、残存容量推定の精度をさらに向上することができる。具体的には、充電から放電に切り替わるタイミングの直前の充電時間が短い場合には、端子電圧の取り込みまでの時間も短くする。充電から放電に切り替わるタイミングから過去に向かっての電流積算値が必要となるが、これは、例えば、電流値を所定のサンプリングレートでサンプリングしてリングバッファに格納しておき、充電から放電に切り替わりを検出した時点で、リングバッファにおいてその時点から過去にむかって電流値を検索し積算すればよいことになる。   Furthermore, in the present invention, the length of time from switching from charging to discharging to taking in the terminal voltage can be changed according to the charging time immediately before the timing of switching from charging to discharging and the magnitude of the charging current at that time. This can further improve the accuracy of the remaining capacity estimation. Specifically, when the charging time immediately before the timing of switching from charging to discharging is short, the time until the terminal voltage is taken is also shortened. The current integrated value from the timing when switching from charging to discharging is required, but for example, the current value is sampled at a predetermined sampling rate and stored in a ring buffer, and switching from charging to discharging is performed. When the current value is detected, the current value in the ring buffer may be searched and accumulated from that time to the past.

このように本発明では、二次電池において充電と放電との切り替わりが発生するたびに、少なくとも充電から放電への切り替わりが発生するたびに、充放電電流の積算による第１の残存容量値が、開回路電圧に基づくより正確な第２の残存容量値によって更新されるので、充放電電流の積算での累積誤差がそのたびにリセットされることになる。特に、充電と放電との切り替わりから遅れて二次電池の端子電圧を取り込んでそれを開回路電圧とみなすことにより、その時点での本来の値に極めて近い開回路電圧に基づいて残存容量値が得られ、残存容量推定の精度がさらに向上する。したがって、本発明では、累積誤差の影響を受けることが少なくて精度よく、しかも任意のタイミングでの残存容量を取得することができる。ハイブリッド自動車への応用を考えた場合、長くても数十分たてば充電と放電との切り替わりが発生して残存容量値が開回路電圧に基づく正確な値に更新されるので、この間の充放電電流の積算の際の累積誤差は、残存容量による充放電の制御を行う際に悪影響を及ぼすほど大きなものとはならない。また、本発明によれば、充放電電流の検出のために用いられる電流センサとして、直線性の良好な高価なセンサを使用する必要がなくなり、残存容量推定のための構成の全体としてのコストを低減することができる。   As described above, in the present invention, every time switching between charging and discharging occurs in the secondary battery, at least every time switching from charging to discharging occurs, the first remaining capacity value based on integration of charging / discharging current is: Since it is updated with a more accurate second remaining capacity value based on the open circuit voltage, the accumulated error in the integration of the charge / discharge current is reset each time. In particular, by taking in the terminal voltage of the secondary battery with a delay from switching between charging and discharging and considering it as an open circuit voltage, the remaining capacity value is based on the open circuit voltage very close to the original value at that time. As a result, the accuracy of the remaining capacity estimation is further improved. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain the remaining capacity at an arbitrary timing with little influence of the accumulated error and with high accuracy. When considering application to hybrid vehicles, switching between charging and discharging occurs after several tens of minutes at the longest, and the remaining capacity value is updated to an accurate value based on the open circuit voltage. The accumulated error at the time of integrating the discharge current is not so large as to adversely affect the charge / discharge control by the remaining capacity. Further, according to the present invention, it is not necessary to use an expensive sensor with good linearity as a current sensor used for detecting the charge / discharge current, and the overall cost of the configuration for estimating the remaining capacity can be reduced. Can be reduced.

本発明の実施の一形態の残存容量推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the remaining capacity estimation apparatus of one Embodiment of this invention. 残存容量推定の動作を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically operation | movement of remaining capacity estimation. 本発明の別の実施形態の残存容量推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the remaining capacity estimation apparatus of another embodiment of this invention. 図３に示す残存容量推定装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the remaining capacity estimation apparatus shown in FIG.

図１に示す残存容量推定装置１０は、二次電池１１の残存容量を推定するものであって、ここでは、バッテリパック１２内に残存容量推定装置１０が組み込まれたものとして描かれている。バッテリパック１２を構成する二次電池１１として、例えばリチウムイオン二次電池を用いることができる。以下では、二次電池１１としてリチウムイオン二次電池が使用されているものとして、説明を行う。   The remaining capacity estimation device 10 shown in FIG. 1 estimates the remaining capacity of the secondary battery 11, and is depicted here as the remaining capacity estimation device 10 incorporated in the battery pack 12. As the secondary battery 11 constituting the battery pack 12, for example, a lithium ion secondary battery can be used. In the following description, it is assumed that a lithium ion secondary battery is used as the secondary battery 11.

残存容量推定装置１０は、二次電池１１に対する充電電流及び放電電流を検出する電流検出器２１と、二次電池１１の端子電圧を測定して出力する電圧測定部２２と、電流検出器２１の出力をサンプリングしてアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換器２３と、電流検出器２３の出力波形を整形し充放電電流の極性を判別して充放電電流がゼロとなるタイミングを検出する電流ゼロ検出部２４と、充放電電流がゼロになったタイミングが充電から放電への切り替えのタイミングなのか放電から充電への切り替わりのタイミングなのかを判別して放電の開始を検出する放電開始検出部２５と、二次電池１１の端子電圧に基づいて残存容量値を取得する残存容量値取得部２６と、残存容量の現在値を保持する残存容量記憶部２７と、Ａ／Ｄ変換器２３からの出力に基づいて残存容量記憶部２７に保持された残存容量値に対して積算演算を行う積算演算部２８と、Ａ／Ｄ変換器２３から出力される電流サンプル値の積算を充電から放電への切り替えのタイミングで開始し、積算値が所定値に達した時点で残存容量値取得部２６にトリガ信号を出力する電流積算部２９と、を備えている。ここで二次電池１１は、複数の単位セルを直列に接続した組電池であってもよい。充放電電流の極性とは、電池に向かって電流が流れているか、あるいは電池から電流が流れているかを示すものであり、言い換えれば充電であるか放電であるかの別を示すものである。   The remaining capacity estimation device 10 includes a current detector 21 that detects a charging current and a discharging current for the secondary battery 11, a voltage measuring unit 22 that measures and outputs a terminal voltage of the secondary battery 11, and a current detector 21 An A / D converter 23 that samples the output and performs analog / digital conversion, and a current zero that detects the timing when the charge / discharge current becomes zero by shaping the output waveform of the current detector 23 to determine the polarity of the charge / discharge current A detection unit 24 and a discharge start detection unit 25 that determines whether the timing when the charge / discharge current becomes zero is the timing of switching from charging to discharging or the timing of switching from discharging to charging, and detects the start of discharging. A remaining capacity value acquisition unit 26 that acquires a remaining capacity value based on the terminal voltage of the secondary battery 11, a remaining capacity storage unit 27 that holds a current value of the remaining capacity, and an A / D converter 3, integration calculation unit 28 that performs integration calculation on the remaining capacity value held in remaining capacity storage unit 27 based on the output from 3, and integration of the current sample value output from A / D converter 23 from charging And a current integration unit 29 that starts at the timing of switching to discharge and outputs a trigger signal to the remaining capacity value acquisition unit 26 when the integration value reaches a predetermined value. Here, the secondary battery 11 may be an assembled battery in which a plurality of unit cells are connected in series. The polarity of the charge / discharge current indicates whether a current is flowing toward the battery or whether a current is flowing from the battery. In other words, it indicates whether the current is charging or discharging.

電流検出器２１としては、ホールセンサを用いたオープンループのものや、シャント抵抗を有しその両端の電圧を計測するものを用いることができる。電流検出器２１は、充放電電流の大きさに比例するとともに、例えば充電であれば負であり放電であれば正である電圧を発生する。充電電流と放電電流との違いは二次電池１１に対する電流の向きで区別されるものである。   As the current detector 21, an open loop type using a Hall sensor or a type having a shunt resistor and measuring a voltage at both ends thereof can be used. The current detector 21 is proportional to the magnitude of the charge / discharge current and generates a voltage that is negative for charge and positive for discharge, for example. The difference between the charging current and the discharging current is distinguished by the direction of the current with respect to the secondary battery 11.

電圧測定部２２は、二次電池の正極端子と負極端子との間の電圧を端子電圧として計測するものであるが、二次電池１１として組電池が使用される場合であれば、組電池の正側端子と負側端子との間の電圧を端子電圧として計測する。電圧測定部２２は、計測した端子電圧をデジタル値で出力する。   The voltage measuring unit 22 measures the voltage between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the secondary battery as a terminal voltage. If the assembled battery is used as the secondary battery 11, the voltage measuring unit 22 The voltage between the positive terminal and the negative terminal is measured as the terminal voltage. The voltage measuring unit 22 outputs the measured terminal voltage as a digital value.

電流ゼロ検出器２４は、電流検出器２１の出力が正か負かによって放電か充電かを識別することとし、放電である期間中は論理レベルが“１”であり、充電である期間中は“０”である信号を用いることによって、電流がゼロであるタイミングを検出する。この信号における“０”から“１”への立ち上がりのタイミングと、“１”から“０”への立ち下がりのタイミングは、いずれも、二次電池１１における充放電電流がゼロであるタイミングを表している。このような電流ゼロ検出部２４としては、非反転入力端子端子には電流検出器２１からの波形が入力し、反転入力端子には基準電位として０Ｖが供給されているコンパレータにより実現することができる。放電開始検出部２５は、電流ゼロ検出器２４での上述した信号の“０”から“１”への立ち上がりのタイミングを検出して、そこを放電開始のタイミングと検出し、電流積算開始のためのトリガを電流積算部２９に送出する。   The zero current detector 24 discriminates whether the current detector 21 is discharged or charged depending on whether the output of the current detector 21 is positive or negative. The logic level is “1” during the discharging period, and during the charging period. By using a signal that is “0”, the timing when the current is zero is detected. The rise timing from “0” to “1” and the fall timing from “1” to “0” in this signal both represent the timing when the charge / discharge current in the secondary battery 11 is zero. ing. Such a zero current detection unit 24 can be realized by a comparator in which the waveform from the current detector 21 is input to the non-inverting input terminal and 0 V is supplied as the reference potential to the inverting input terminal. . The discharge start detection unit 25 detects the rising timing of the above-described signal from “0” to “1” in the current zero detector 24, detects this as the discharge start timing, and starts current integration. Is sent to the current integrating unit 29.

電流積算部２９は、放電開始検出部２５からトリガが入力すると、Ａ／Ｄ変換器２３が出力する電流サンプル値の積算を開始し、積算値が所定の値に到達したタイミングで、残存容量取得部２６に対してトリガ信号を出力し、その直後、積算を停止して積算値をゼロにリセットする。ここでの所定の値は、充放電電流がゼロとなった後に二次電池１１の端子電圧がその本来の開回路電圧に最も近づくタイミングを表すように、二次電池１１の種類や内部構成などに応じて予め定められるしきい値である。電流積算部２９には、電流ゼロ検出部２４から、電流ゼロとなるタイミングを示す信号も入力しており、この信号が入力した時点で、電流積算部２９は電流積算を停止し、その積算値をゼロにリセットする。したがって、積算開始後、上述した所定の値になる前に二次電池１１が放電から充電へと切り替わった場合には、電流積算部２９は、トリガ信号を出力することなく、積算を停止し、ゼロにリセットされることになる。なお、充電から放電に切り替わった場合には、電流積算部２９には、電流ゼロ検出部２４からの信号と放電開始検出部２５からのトリガの両方が入力するが、このときは、電流積算部２９は、ゼロにリセットされた後、直ちに電流積算を開始することになる。   When a trigger is input from the discharge start detection unit 25, the current integration unit 29 starts integration of the current sample value output from the A / D converter 23, and acquires the remaining capacity at the timing when the integration value reaches a predetermined value. A trigger signal is output to the unit 26, and immediately after that, the integration is stopped and the integrated value is reset to zero. The predetermined value here represents the timing at which the terminal voltage of the secondary battery 11 is closest to its original open circuit voltage after the charge / discharge current becomes zero, and the type and internal configuration of the secondary battery 11. The threshold value is predetermined according to the above. The current integration unit 29 also receives a signal indicating the timing when the current becomes zero from the current zero detection unit 24. At the time when this signal is input, the current integration unit 29 stops the current integration, and the integrated value is obtained. Reset to zero. Therefore, when the secondary battery 11 is switched from discharging to charging after starting the integration before reaching the predetermined value described above, the current integration unit 29 stops the integration without outputting a trigger signal, Will be reset to zero. When switching from charging to discharging, both the signal from the current zero detection unit 24 and the trigger from the discharge start detection unit 25 are input to the current integration unit 29. At this time, the current integration unit 29 No. 29 starts current integration immediately after being reset to zero.

残存容量値取得部２６は、二次電池１１の開回路電圧が入力したときに、その開回路電圧に対応する残存容量値を求めて出力するものであるが、ここでは、電圧測定部２２で測定した電圧値と、電流積算部２９で発生したトリガ信号とが入力している。そして、トリガ信号が入力したタイミングで二次電池１１の端子電圧値を取り込み、その取り込んだ端子電圧を開回路電圧とみなして、その開回路電圧に対応する残存容量値を出力する。実際には、リチウムイオン二次電池の開回路電圧値と残存容量との関係を示したルックアップテーブルを備え、取り込んだ電圧値を開回路電圧値としてこのルックアップテーブルを参照し、残存容量値を出力する。残存容量推定の対象である二次電池がリチウムイオン二次電池以外の二次電池である場合には、その二次電池の特性に対応したルックアップテーブルを備えるようにする。   When the open circuit voltage of the secondary battery 11 is input, the remaining capacity value acquiring unit 26 obtains and outputs a remaining capacity value corresponding to the open circuit voltage. Here, the voltage measuring unit 22 The measured voltage value and the trigger signal generated by the current integrating unit 29 are input. And the terminal voltage value of the secondary battery 11 is taken in at the timing when the trigger signal is inputted, the taken-in terminal voltage is regarded as an open circuit voltage, and the remaining capacity value corresponding to the open circuit voltage is outputted. Actually, it has a look-up table showing the relationship between the open circuit voltage value and the remaining capacity of the lithium ion secondary battery, and refers to this look-up table with the captured voltage value as the open circuit voltage value, and the remaining capacity value Is output. When the secondary battery that is the target of the remaining capacity estimation is a secondary battery other than the lithium ion secondary battery, a lookup table corresponding to the characteristics of the secondary battery is provided.

本実施形態では、残存容量値取得部２６において、二次電池１１の端子電圧を開回路電圧とみなして残存容量値を推定するタイミングを、充放電電流がゼロとなるタイミングではなくて、そのタイミングから遅れた時点、具体的には、電流積算部２９での積算値が所定の値に達した時点としている。このように、充放電電流がゼロとなるタイミングでの端子電圧を開回路電圧とするのではなく、それより遅れたタイミングでの端子電圧を開回路電圧としているのは、［背景技術］の項目でも述べたように、二次電池１１において充電と放電とが切り替わるタイミングでは、二次電池１１の端子電圧は、本来の開回路電圧からずれているおそれがあるからである。充放電電流がゼロになった後、二次電池１１に充放電電流が流れると、あるタイミングではその時点での端子電圧は本来の開回路電圧と一致している。本実施形態では、そのような遅れたタイミングで端子電圧を取り込んで開回路電圧とみなすことにより、残存容量の推定を正確に行えるようにしている。特に、充電から放電への切り替わるタイミングを検出し、そのタイミングからの放電電流の積算量が所定の値に達した時点での端子電圧を開回路電圧とすることにより、残存容量の推定をより正確に行えるようにしている。   In the present embodiment, the remaining capacity value acquisition unit 26 regards the terminal voltage of the secondary battery 11 as an open circuit voltage and estimates the remaining capacity value, not the timing at which the charge / discharge current becomes zero. More specifically, it is the time when the integrated value in the current integrating unit 29 reaches a predetermined value. As described above, the terminal voltage at the timing when the charge / discharge current becomes zero is not set as the open circuit voltage, but the terminal voltage at the timing later than that is set as the open circuit voltage. However, as described above, the terminal voltage of the secondary battery 11 may be deviated from the original open circuit voltage at the timing at which charging and discharging are switched in the secondary battery 11. When the charge / discharge current flows through the secondary battery 11 after the charge / discharge current becomes zero, the terminal voltage at that time coincides with the original open circuit voltage at a certain timing. In this embodiment, the terminal voltage is taken in at such a delayed timing and regarded as an open circuit voltage, so that the remaining capacity can be estimated accurately. In particular, the remaining capacity can be estimated more accurately by detecting the timing of switching from charging to discharging and using the terminal voltage when the integrated amount of discharge current from that timing reaches a predetermined value as the open circuit voltage. To be able to.

二次電池１１の現在の残存容量を保持する残存容量記憶部２７は、積算演算部２８による充放電電流の積算による残存容量演算に際しての演算用メモリとしても機能し、この残存容量記憶部２７からは現在の残存容量（ＳＯＣ）がリアルタイムで外部に出力される。さらに残存容量記憶部２７内の残存容量の値は、トリガ信号が出力されて残存容量値取得部２６から残存容量値が出力された場合に、その出力された値に置き換わるようになっている。積算演算部２８は、Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリングごとに、Ａ／Ｄ変換器２３の出力に応じて残存容量記憶部２７に格納されている残存容量値に対して積算演算を行う。ここで、残存容量記憶部２７に記憶されている残存容量の値を［ＳＯＣ］とおくと、放電時には、
［ＳＯＣ］←［ＳＯＣ］−（放電電流の大きさ） …（１）
によって［ＳＯＣ］を更新し、充電時には、
［ＳＯＣ］←［ＳＯＣ］＋（充電電流の大きさ）×充電効率 …（２）
によって［ＳＯＣ］を更新するようになっている。Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリングが一定の時間周期で行われているので、電流量の加算及び減算は、電荷量の加算及び減算と等価である。ここで充電時において充電効率を乗じているのは、充電電流に対応する電荷量の全てが二次電池１１内に蓄えられるわけではないことによる。充電効率は一般に温度の関数である。したがって温度に応じて充電効率の値を変化させて積算演算を行うようにしてもよい。The remaining capacity storage unit 27 that holds the current remaining capacity of the secondary battery 11 also functions as a calculation memory when calculating the remaining capacity by integrating the charge / discharge current by the integration calculation unit 28. The current remaining capacity (SOC) is output to the outside in real time. Further, when the trigger signal is output and the remaining capacity value is output from the remaining capacity value acquiring unit 26, the remaining capacity value in the remaining capacity storage unit 27 is replaced with the output value. For each sampling of the A / D converter 23, the integration calculation unit 28 performs integration calculation on the remaining capacity value stored in the remaining capacity storage unit 27 according to the output of the A / D converter 23. Here, if the value of the remaining capacity stored in the remaining capacity storage unit 27 is set to [SOC], during discharge,
[SOC] ← [SOC] − (size of discharge current) (1)
To update [SOC] and when charging,
[SOC] ← [SOC] + (charge current magnitude) × charge efficiency (2)
[SOC] is updated. Since the sampling of the A / D converter 23 is performed at a constant time period, the addition and subtraction of the current amount is equivalent to the addition and subtraction of the charge amount. The reason why the charging efficiency is multiplied at the time of charging is that not all of the charge amount corresponding to the charging current is stored in the secondary battery 11. Charging efficiency is generally a function of temperature. Therefore, the integration calculation may be performed by changing the value of the charging efficiency according to the temperature.

図２は、この残存容量推定装置１０の動作を模式的に示したものである。   FIG. 2 schematically shows the operation of the remaining capacity estimation apparatus 10.

電流検出器２１は、二次電池１１に対する充放電電流を常時監視しており、検出された電流に対応する電圧信号をＡ／Ｄ変換器２３に供給する。Ａ／Ｄ変換器２３および積算演算部２８は、Ａ／Ｄ変換器２３でのサンプリングごとに、残存容量記憶部２７内に格納されている残存容量値［ＳＯＣ］に対して上記の式(1), (2)にしたがって充放電電流の加算または減算を行うことによる積算演算を実行する。その結果、残存容量記憶部２７には、Ａ／Ｄ変換器２３でのサンプリングごとに最新の残存容量値が格納されることになる。   The current detector 21 constantly monitors the charge / discharge current for the secondary battery 11 and supplies a voltage signal corresponding to the detected current to the A / D converter 23. The A / D converter 23 and the integration calculation unit 28 calculate the above equation (1) for the remaining capacity value [SOC] stored in the remaining capacity storage unit 27 for each sampling in the A / D converter 23. ), Integration calculation is performed by adding or subtracting the charge / discharge current according to (2). As a result, the latest remaining capacity value is stored in the remaining capacity storage unit 27 for each sampling in the A / D converter 23.

電流検出器２１からの電圧信号は電流ゼロ検出部２４にも入力してここで波形整形され、放電期間には論理レベルが“１”、充電期間には論理レベルが“０”である信号とされ、放電開始検出部２５により放電開始のタイミングが検出され、その検出されたタイミングに対応して、電流積算部２９は、放電電流の積算、すなわち図示斜線部の積算を開始する。電流積算値は図示斜線部の面積で表される。電流積算値が所定の値に達した時点で、電流積算部２９からトリガ信号が残存容量値取得部２６に出力され、残存容量値取得部２６は、このトリガ信号が入力したタイミングでルックアップテーブルを参照することにより、そのときの二次電池１１の端子電圧を開回路電圧とみなした残存容量値を取得する。そして、取得された残存容量値によって、残存容量記憶部２７内に格納されている残存容量値［ＳＯＣ］が置き換えられる。   The voltage signal from the current detector 21 is also input to the current zero detection unit 24 where the waveform is shaped, and a signal whose logic level is “1” during the discharge period and “0” during the charge period. Then, the discharge start detection unit 25 detects the discharge start timing, and the current integration unit 29 starts the integration of the discharge current, that is, the integration of the shaded portion in the figure, in response to the detected timing. The integrated current value is represented by the area of the shaded portion in the figure. When the current integrated value reaches a predetermined value, a trigger signal is output from the current integrating unit 29 to the remaining capacity value acquiring unit 26, and the remaining capacity value acquiring unit 26 performs a lookup table at the timing when the trigger signal is input. , The remaining capacity value in which the terminal voltage of the secondary battery 11 at that time is regarded as an open circuit voltage is obtained. Then, the remaining capacity value [SOC] stored in the remaining capacity storage unit 27 is replaced with the acquired remaining capacity value.

充電から放電に切り替わってからの放電電流の積算値が所定の値に達したタイミングでの二次電池１１の端子電圧は、その二次電池１１のその時点での開回路電圧の値とほぼ同じであるみなすことができ、残存容量値取得部２６は、そのような正確な残存容量値を出力するので、この残存容量推定装置１０によれば、充放電電流の積算演算によって継続的に二次電池１１の残存容量を算出し続けるとともに、放電から充電へと切り替わるタイミングにおいて、積算演算で使用される残存容量値を正確な残存容量値で更新することとなる。これにより、積算演算における誤差の蓄積が排除されて、任意の時点においてその時点での正確な残存容量を知ることができるようになる。   The terminal voltage of the secondary battery 11 at the timing when the integrated value of the discharge current after switching from charging to discharging reaches a predetermined value is substantially the same as the value of the open circuit voltage of the secondary battery 11 at that time. Since the remaining capacity value acquisition unit 26 outputs such an accurate remaining capacity value, according to the remaining capacity estimation device 10, the secondary capacity is continuously calculated by integrating the charge / discharge current. While the remaining capacity of the battery 11 is continuously calculated, the remaining capacity value used in the integration calculation is updated with an accurate remaining capacity value at the timing of switching from discharging to charging. As a result, accumulation of errors in the integration calculation is eliminated, and an accurate remaining capacity at that time can be known at any time.

上述した本実施形態の残存容量推定装置１０は、マイクロコンピュータを用いて実装されるのが一般的である。その場合、エッジ検出部２５、残存容量値取得部２６、残存容量記憶部２７、積算演算部２８及び電流積算部２９の各機能が、マイクロコンピュータによって実現される。具体的には、マイクロコンピュータが充放電電流による積算演算を継続して実行するようにするとともに、上述したコンパレータなどの出力信号がマイクロコンピュータのインプットキャプチャ端子に入力して立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジが検出されるようにし、エッジを検出した場合には割り込みタスクを生成して、上述した処理が行われるようにすればよい。   The above-described remaining capacity estimation device 10 of the present embodiment is generally implemented using a microcomputer. In that case, each function of the edge detection unit 25, the remaining capacity value acquisition unit 26, the remaining capacity storage unit 27, the integration calculation unit 28, and the current integration unit 29 is realized by a microcomputer. Specifically, the microcomputer continuously executes the integration calculation by the charge / discharge current, and the output signal such as the above-described comparator is input to the input capture terminal of the microcomputer, and the rising edge and the falling edge are detected. If an edge is detected, an interrupt task is generated so that the above-described processing is performed.

図３は、本発明の別の実施形態の残存容量推定装置を示している。   FIG. 3 shows a remaining capacity estimation apparatus according to another embodiment of the present invention.

図１に残存容量推定装置では、充電から放電に切り替わった時点からの放電電流の積算値が所定の値になったタイミングで二次電池１１の端子電圧を取り込み、開回路電圧とみなしているが、残存容量の推定値の精度をさらに向上させるために、図３に示した残存容量推定装置では、充電から放電に切り替わる時点の直前の充電期間における充電時間の長さに応じて、あるいはそのような充電期間における充電電流の電流値に応じて、端子電圧を取り込むタイミングを変化させている。具体的には、充電時間が短い場合、あるいは充電電流量が小さい場合には、充電から放電に切り替わってから端子電圧を取り込むまでの時間間隔を短くする。さらに、放電電流の立ち上がりが小さすぎて電流積算値がなかなか所定値に達しない場合には、端子電圧を開回路電圧とみなした残存容量値の更新を行わないようにしている。例えば、充電から放電に切り替わってから所定の時間のうちに放電電流値が所定の電流値に達しない場合には、端子電圧を開回路電圧とみなした残存容量値の更新を行わないようにする。ここでの所定の時間は、例えば１００ミリ秒程度であり、所定の電流値は、例えば、二次電池の１時間定格容量値に対応する電流値である。   In the remaining capacity estimation device shown in FIG. 1, the terminal voltage of the secondary battery 11 is taken in at the timing when the integrated value of the discharge current from the time when switching from charging to discharging becomes a predetermined value, and is regarded as an open circuit voltage. In order to further improve the accuracy of the estimated value of the remaining capacity, the remaining capacity estimating apparatus shown in FIG. 3 depends on the length of the charging time in the charging period immediately before switching from charging to discharging, or so The timing for taking in the terminal voltage is changed in accordance with the current value of the charging current during a long charging period. Specifically, when the charging time is short or when the amount of charging current is small, the time interval from switching from charging to discharging until taking in the terminal voltage is shortened. Further, when the rise of the discharge current is too small and the integrated current value does not readily reach a predetermined value, the remaining capacity value is not updated with the terminal voltage regarded as an open circuit voltage. For example, when the discharge current value does not reach a predetermined current value within a predetermined time after switching from charging to discharging, the remaining capacity value is not updated with the terminal voltage regarded as an open circuit voltage. . The predetermined time here is, for example, about 100 milliseconds, and the predetermined current value is, for example, a current value corresponding to the one-hour rated capacity value of the secondary battery.

図３に示した残存容量推定装置は、図１に示した残存容量推定装置において、電流積算部２９の代わりにリングバッファ３０とトリガ信号発生部３１を設けたものである。本実施形態において、エッジ検出部２５、残存容量値取得部２６、残存容量記憶部２７、積算演算部２８、リングバッファ３０及びトリガ信号発生部３１の各機能は、マイクロコンピュータによって実現できる。   The remaining capacity estimation apparatus shown in FIG. 3 is the same as the remaining capacity estimation apparatus shown in FIG. 1 except that a ring buffer 30 and a trigger signal generation section 31 are provided instead of the current integration section 29. In the present embodiment, the functions of the edge detection unit 25, the remaining capacity value acquisition unit 26, the remaining capacity storage unit 27, the integration calculation unit 28, the ring buffer 30, and the trigger signal generation unit 31 can be realized by a microcomputer.

リングバッファ３０は、Ａ／Ｄ変換器２３からの電流サンプル値を順次格納するものであって、格納すべき電流サンプル値の個数がリングバッファ３０のメモリ容量を超えた場合には、最も古いサンプル値が最も新しいサンプル値に書き換えられるようになっており、これによって、リングバッファ３０内には、リングバッファ３０の容量分だけ、最新の時点から過去に遡る各電流サンプル値が格納されることになる。単純に電流積算を行う回路を設けるのではなくリングバッファを設けているのは、過去の充電時間あるいは充電電流量に応じてトリガ信号が発生する条件を変化させるためには、過去の電流サンプル値を保持しておく必要があるからである。   The ring buffer 30 sequentially stores the current sample values from the A / D converter 23. When the number of current sample values to be stored exceeds the memory capacity of the ring buffer 30, the oldest sample is stored. The value is rewritten to the latest sample value, and thereby, each current sample value that goes back from the latest time point to the past is stored in the ring buffer 30 by the capacity of the ring buffer 30. Become. The reason why the ring buffer is provided instead of simply providing a circuit for current integration is that the past current sample value is used in order to change the condition for generating the trigger signal according to the past charging time or the amount of charging current. It is because it is necessary to hold.

トリガ信号発生部３１は、トリガ信号を残存容量値取得部２６に出力するものであるが、充電から放電に切り替わるタイミングの直前の充電時間に応じてトリガ信号の出力条件が変化し、さらに、放電電流の立ち上がりが小さすぎる場合にはトリガ信号の出力を抑止するように構成されている。トリガ信号発生部３１には、放電開始検出部２５からトリガが入力するとともに、電流ゼロ検出部２４から、電流ゼロとなるタイミングを示す信号も入力し、図１に示した残存容量推定装置の電流積算部と同様に、電流ゼロ検出部２４からの信号によってリセットされ、放電開始検出部２５からのトリガによって、電流積算を開始する。   The trigger signal generator 31 outputs the trigger signal to the remaining capacity value acquisition unit 26. The trigger signal output condition changes according to the charging time immediately before the timing of switching from charging to discharging, and further, the discharging is performed. When the rise of the current is too small, the output of the trigger signal is suppressed. The trigger signal generation unit 31 receives a trigger from the discharge start detection unit 25 and also receives a signal indicating the timing when the current becomes zero from the current zero detection unit 24, and the current of the remaining capacity estimation device shown in FIG. Similar to the integration unit, the signal is reset by a signal from the zero current detection unit 24, and current integration is started by a trigger from the discharge start detection unit 25.

図４は、トリガ信号発生部３１の動作を示すフローチャートである。まずステップ１０１において、充電から放電への切り替わりのタイミングかどうか、すなわち、放電開始検出部２５からのトリガが入力したかどうかが判断される。充電から放電への切り替わりのタイミングでなければそのようなタイミングになるまで待機し、充電から放電への切り替わりのタイミングであれば、ステップ１０２において、トリガ信号発生部３１は、リングバッファ３０内に格納された電流サンプル値を検索し各サンプルの電流値が充電に対応するものか放電に対応するものかを判別し、直前の充電の継続時間すなわち充電時間を調べる。そして、トリガ信号発生部３１は、充電から放電への切り替わりのタイミングの直前における充電時間が短い場合には、電流積算値のしきい値が小さくなるように、電流積算値のしきい値を決定する。この場合、充電時間がある所定時間より長い場合には電流積算値のしきい値は一定値とするので、リングバッファ３０は、その所定時間分の電流サンプル値を格納するだけの記憶容量があればよい。ここでの所定時間としては、例えば、電流のサンプリングで表して２０サンプルに相当する時間などが用いられる。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the trigger signal generator 31. First, in step 101, it is determined whether or not it is a timing for switching from charging to discharging, that is, whether or not a trigger is input from the discharge start detector 25. If it is not the timing of switching from charging to discharging, it waits until such timing is reached, and if it is the timing of switching from charging to discharging, the trigger signal generating unit 31 stores it in the ring buffer 30 in step 102. The obtained current sample value is searched to determine whether the current value of each sample corresponds to charging or discharging, and the duration of the previous charging, that is, the charging time is examined. Then, the trigger signal generation unit 31 determines the threshold value of the current integrated value so that the threshold value of the current integrated value becomes small when the charging time immediately before the timing of switching from charging to discharging is short. To do. In this case, when the charging time is longer than a predetermined time, the threshold value of the current integrated value is set to a constant value, so that the ring buffer 30 has a storage capacity for storing the current sample value for the predetermined time. That's fine. As the predetermined time, for example, a time corresponding to 20 samples represented by current sampling is used.

次に、ステップ１０３において、トリガ信号発生部３１は放電電流の積算を開始する。放電電流の積算は、リングバッファ３０に新たに格納される電流サンプル値を取り込んで積算することによって行われる。そして、ステップ１０４において、積算開始後、所定の経過時間が経過したかどうかを判断し、経過しない場合には、そのままステップ１０６に移行し、所定の経過時間が経過している場合には、ステップ１０５において、その時点での放電電流の電流値が所定の下限値以上であるかを判断する。所定の経過時間としては例えば１００ミリ秒が用いられ、所定の下限値としては、例えば、二次電池１１の１時間定格容量に対応する電流値が用いられる。放電電流の電流値が下限値未満の場合は、放電電流の立ち上がりが緩やか過ぎる場合に相当するので、処理を打ち切り、下限値以上の場合にはステップ１０６に移行する。ステップ１０６では、電流積算値がステップ１０２で定めたしきい値に到達しているかを判断し、到達していない場合には、さらに電流積算を行うためにステップ１０４に戻り、到達している場合には、ステップ１０７においてトリガ信号を出力した後、処理を終了する。   Next, in step 103, the trigger signal generator 31 starts integrating the discharge current. The integration of the discharge current is performed by taking and integrating the current sample values newly stored in the ring buffer 30. In step 104, it is determined whether or not a predetermined elapsed time has elapsed after the start of integration. If not, the process proceeds to step 106, and if the predetermined elapsed time has elapsed, step 104 is performed. In 105, it is determined whether the current value of the discharge current at that time is equal to or greater than a predetermined lower limit value. As the predetermined elapsed time, for example, 100 milliseconds is used, and as the predetermined lower limit value, for example, a current value corresponding to the hourly rated capacity of the secondary battery 11 is used. If the current value of the discharge current is less than the lower limit value, this corresponds to the case where the rise of the discharge current is too gradual, so the process is aborted. In step 106, it is determined whether or not the current integrated value has reached the threshold value determined in step 102. If not, the process returns to step 104 for further current integration, and if it has been reached. In step 107, after outputting the trigger signal, the process is terminated.

以上のようなトリガ信号発生部３１の処理は、充電から放電への切り替わりタイミングを検出するたびに実行される。
The processing of the trigger signal generation unit 31 as described above is executed every time the timing for switching from charging to discharging is detected.

Claims (14)

二次電池の残存容量を推定する残存容量推定方法であって、
前記二次電池の充放電電流を監視し、前記充放電電流に基づく積算演算を実行して第１の残存容量値を継続的に算出し、
前記二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出し、前記タイミングから所定の条件だけ遅れた時点における前記二次電池の端子電圧に基づいて第２の残存容量値を求めて前記第２の残存容量値でもって前記第１の残存容量値を置き換え、
置き換え後の前記第１の残存容量値に基づいて前記算出する段階における積算演算を続行して前記第１の残存容量値を前記二次電池の残存容量とする、残存容量推定方法。A remaining capacity estimation method for estimating a remaining capacity of a secondary battery,
Monitoring the charge / discharge current of the secondary battery, continuously calculating the first remaining capacity value by performing an integration operation based on the charge / discharge current,
Wherein detecting a timing at which the charge-discharge and is switched in the secondary battery, the seeking second remaining capacity value based on the terminal voltage of your Keru the secondary battery at the time delayed by a predetermined condition from the timing Replacing the first remaining capacity value with a second remaining capacity value;
A remaining capacity estimation method in which the integration calculation in the step of calculating based on the first remaining capacity value after replacement is continued to set the first remaining capacity value as the remaining capacity of the secondary battery. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングから放電電流値の積算を開始し、前記放電電流値の積算値がしきい値に達した時点における前記二次電池の端子電圧に基づいて前記第２の残存容量値を求める、請求項１に記載の方法。And starts integration of the discharge current value from the previous Symbol timing that switched to the discharge from the charging before Symbol rechargeable battery, Keru you at the time the integrated value of the discharge current value reaches the threshold value of the secondary battery based on the terminal voltage Ru seek the second remaining capacity value, the method of claim 1. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングの直前の充電期間の長さ、または前記充電期間における充電電流に応じて、前記しきい値を変化させる、請求項２に記載の方法。The method according to claim 2 , wherein the threshold value is changed according to a length of a charging period immediately before the timing at which the secondary battery is switched from charging to discharging or a charging current in the charging period. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングの直後における放電電流の立ち上がりが所定の値以下である場合には、前記第２の残存容量値による前記第１の残存容量値の置き換えを実行しない、請求項２または３に記載の残存容量推定方法。When the rise of the discharge current immediately after the timing of switching from charging to discharging in the secondary battery is equal to or less than a predetermined value, the replacement of the first remaining capacity value by the second remaining capacity value is executed. The remaining capacity estimation method according to claim 2 or 3 , wherein: 前記二次電池がリチウムイオン二次電池である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 4 wherein the secondary battery is a lithium-ion secondary battery. 二次電池の残存容量を推定する残存容量推定装置であって、
前記二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、
前記残存容量の値を保持する記憶手段と、
検出された前記充放電電流に基づき、前記記憶手段に保持されている前記値に対して積算演算を継続的に実行する演算手段と、
前記電流検出手段の出力に基づき、前記二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、
前記タイミングから所定の条件だけ遅れた時点における前記端子電圧に基づいて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、
を有し、
前記残存容量値取得手段が求めた前記残存容量値によって、前記記憶手段内の前記値が置き換えられる、残存容量推定装置。A remaining capacity estimating device for estimating a remaining capacity of a secondary battery,
Current detection means for detecting a charge / discharge current in the secondary battery;
Voltage measuring means for detecting a terminal voltage of the secondary battery;
Storage means for holding a value of the remaining capacity;
Based on the detected charge / discharge current, calculation means for continuously executing integration calculation on the value held in the storage means;
Timing detection means for detecting timing at which charging and discharging in the secondary battery are switched based on the output of the current detection means;
A remaining capacity value acquiring means for obtaining a remaining capacity value based on the terminal voltage at the time delayed by a predetermined condition from the timing,
Have
Wherein the remaining capacity value acquiring unit is determined the residual capacity value, said value in said memory means is replaced, the remaining capacity estimating apparatus. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングから放電電流値の積算を開始し、前記放電電流値の積算値がしきい値に達した時点においてトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段をさらに有し、
前記残存容量値取得手段は、前記トリガ信号が発生した時点における前記端子電圧に基づいて前記残存容量値を求める、請求項６に記載の装置。And starts integration of the discharge current value from the timing of switching to the discharge from the charging before Symbol secondary battery, a trigger signal generating means integrated value of the discharge current value to generate a trigger signal at the time the threshold is reached In addition ,
The remaining capacity value obtaining means, said trigger device signals is determined the residual capacity value based on the terminal voltage at the time of the occurrence, according to claim 6. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングの直前の充電期間の長さ、または前記充電期間における充電電流に応じて、前記しきい値が変化する、請求項７に記載の装置。The device according to claim 7 , wherein the threshold value changes in accordance with a length of a charging period immediately before the timing at which the secondary battery is switched from charging to discharging or a charging current in the charging period. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングの直後における放電電流の立ち上がりが所定の値以下である場合には、前記トリガ信号発生手段は前記トリガ信号を発生しない、請求項７または８に記載の装置。When the rise of the discharge current immediately after the timing of switching to the discharge from the charging of the secondary battery is below a predetermined value, the trigger signal generating means does not generate the trigger signal, to claim 7 or 8 The device described. 二次電池と、
前記二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、
前記残存容量の値を保持する記憶手段と、
検出された前記充放電電流に基づき、前記記憶手段に格納された値に対して積算演算を継続的に実行する演算手段と、
前記電流検出手段の出力に基づき、前記二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、
前記タイミングから所定の条件だけ遅れた時点における前記端子電圧に基づいて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、を有し、
前記残存容量値取得手段が求めた残存容量値によって、前記記憶手段内の前記値が置き換えられる、バッテリパック。A secondary battery,
Current detection means for detecting a charge / discharge current in the secondary battery;
Voltage measuring means for detecting a terminal voltage of the secondary battery;
Storage means for holding a value of the remaining capacity;
Based on the detected charge / discharge current, calculation means for continuously executing integration calculation on the value stored in the storage means;
Timing detection means for detecting timing at which charging and discharging in the secondary battery are switched based on the output of the current detection means;
Anda remaining capacity value acquiring means for obtaining a remaining capacity value based on the terminal voltage at the time delayed by a predetermined condition from the timing,
A battery pack in which the value in the storage means is replaced by the remaining capacity value obtained by the remaining capacity value acquisition means. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングから放電電流値の積算を開始し、前記放電電流値の積算値がしきい値に達した時点においてトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段をさらに有し、
前記残存容量値取得手段は、前記トリガ信号が発生した時点における前記端子電圧に基づいて残存容量値を求める、請求項１０に記載のバッテリパック。And starts integration of the discharge current value from the timing of switching to the discharge from the charging before Symbol secondary battery, a trigger signal generating means integrated value of the discharge current value to generate a trigger signal at the time the threshold is reached In addition ,
The remaining capacity value obtaining means, said trigger device signals is to determine the residual capacity value based on the terminal voltage at the time of the occurrence, the battery pack according to claim 10. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングの直前の充電期間の長さ、または前記充電期間における充電電流に応じて、前記しきい値が変化する、請求項１１に記載のバッテリパック。The battery pack according to claim 11 , wherein the threshold value changes in accordance with a length of a charging period immediately before the timing at which the secondary battery is switched from charging to discharging or a charging current in the charging period. 前記二次電池における充電から放電へと切り替わる前記タイミングの直後における放電電流の立ち上がりが所定の値以下である場合には、前記トリガ信号発生手段は前記トリガ信号を発生しない、請求項１１または１２に記載のバッテリパック。When the rise of the discharge current immediately after the timing of switching to the discharge from the charging of the secondary battery is below a predetermined value, the trigger signal generating means does not generate the trigger signal, to claim 11 or 12 The battery pack described. 前記二次電池がリチウムイオン二次電池である請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のバッテリパック。 Any battery pack according to one of the secondary battery according to claim 10 or 13 which is a lithium ion secondary battery.
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