JP5393956B2 - 電池の満充電容量検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、充放電するにしたがって小さくなる電池の満充電容量を、補正しながら正確に検出する方法に関する。
電池は、充放電を繰り返すにしたがって経時的に満充電できる容量、すなわち満充電容量（Ａｈf）が減少する。満充電容量（Ａｈf）は、電流（Ａ）と時間（ｈ）の積で表される。満充電容量（Ａｈf）は、満充電した電池を完全に放電するまでに放電できる容量である。満充電された電池が放電されると、放電できる電流（Ａ）と時間（ｈ）の積は減少する。すなわち、残容量（Ａｈr）が満充電容量（Ａｈf）よりも小さくなる。満充電容量（Ａｈf）に対する残容量（Ａｈr）は残容量（ＳＯＣ［％］）として表される。電池の残容量（ＳＯＣ［％］）は、電池の無負荷電圧（ＶＯＣＶ）から判定できる。電池の残容量（ＳＯＣ［％］）が無負荷電圧で特定されるからである。残容量（ＳＯＣ［％］）は、満充電容量（Ａｈf）に対する残容量（Ａｈr）であるから、残容量（ＳＯＣ［％］）が同じであっても、現実に放電できる電流（Ａ）と時間（ｈ）の積は変化する。電池は、充放電するにしたがって満充電容量（Ａｈf）が減少するので、電池の残容量（Ａｈr）を正確に検出するには、減少する満充電容量（Ａｈf）を正確に検出する必要がある。満充電容量（Ａｈf）が半分に減少した電池は、残容量（ＳＯＣ［％］）が同じであっても、現実に放電できる電流（Ａ）と時間（ｈ）の積が半分になるからである。
電池の満充電容量（Ａｈf）は、完全に放電した電池を満充電するまでの充電容量を積算して検出できる。また、満充電した電池を完全に放電するまでの放電容量を積算しても満充電容量（Ａｈf）は検出できる。ただ、電池は、完全に放電された状態から満充電され、また、満充電された状態から完全に放電される状態で使用されることは少ない。ほとんどの場合、電池は完全に放電される前に充電され、また満充電された状態から完全には放電されない。完全に放電されない電池は、充電しても満充電容量（Ａｈf）を演算できない。この電池の満充電容量（Ａｈf）を検出するには、充電に先立って電池を完全に放電し、その後、満充電する必要がある。この方法は、電池を充電するのに長い時間を必要とするばかりでなく、バックアップ用電池等の演算の機会が少ない用途では使用できない。
この欠点を解消する方法として、電池の充電容量の累積量から電池が劣化する程度を検出して、満充電容量（Ａｈf）が減少する値を検出する方法が開発されている。（特許文献１参照）さらに、特許文献１は、電池の保存温度と残容量をパラメーターとして満充電容量の減少率を検出する方法も記載している。
特開２００２−２３６１５４号公報
特許文献１の方法は、電池を完全に放電し、また、満充電することなく満充電容量を検出できる。しかしながら、この方法は、充電容量の累積値や保存温度及び残容量から満充電容量がどの程度減少するかを推定するので、常に電池の満充電容量を正確に検出するのが難しい。それは、電池の劣化が種々の外的条件により複雑に変化するからである。
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池を完全に放電したり満充電することなく電池の満充電容量を正確に検出できる電池の満充電容量検出方法を提供することにある。
本発明の請求項１の電池の満充電容量検出方法は、電池が無負荷となる第１の無負荷タイミングにおける電池の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）と第２の無負荷タイミングにおける電池の第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）を検出する無負荷電圧検出工程と、
この無負荷電圧検出工程で検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定して、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあると、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を判定すると共に、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定する残容量判定工程と、
この残容量判定工程で判定される第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する残容量変化率演算工程と、
第１の無負荷タイミングと第２の無負荷タイミングとの間において、充放電される電池の充電電流と放電電流の積算値から電池の容量変化値（δＡｈ）を演算する容量変化検出工程と、
残容量の変化率（δＳ［％］）と容量変化値（δＡｈ）から、下記の式で電池の満充電容量（Ａｈf）を演算する満充電容量演算工程とからなる。
Ａｈf＝δＡｈ／（δＳ／１００）
本発明の電池の満充電容量検出方法は、電池が充電される前の無負荷状態を第１の無負荷タイミングとし、電池が満充電され、電池の充電が停止された後、時間経過後の無負荷状態を第２の無負荷タイミングとする。
本明細書において、電池の満充電容量（Ａｈf）と、残容量（Ａｈr）と、残容量（ＳＯＣ［％］）は以下の意味で使用する。
満充電容量（Ａｈf）は、満充電された電池を完全に放電するまでの容量であって、電流（Ａ）と時間（ｈ）の積で表される容量を意味する。
また、残容量（Ａｈr）とは、電池が完全に放電されるまでに放電できる電流（Ａ）と時間（ｈ）の積を意味する。
さらに残容量（ＳＯＣ［％］）とは、電池の満充電容量（Ａｈf）に対する残容量（Ａｈr）の比率を意味する。
本発明は、電池を完全に放電したり満充電することなく、電池の満充電容量（Ａｈf）を正確に検出できる特徴がある。それは、本発明の満充電容量検出方法が、電池の無負荷状態である第１の無負荷タイミングにおける電池の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）と第２の無負荷タイミングにおける電池の第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）を検出して、検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定し、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあると、検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を判定すると共に、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定し、第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量（ＳＯＣ［％］）の変化率（δＳ［％］）を演算し、さらに、第１の無負荷タイミングと第２の無負荷タイミングとの間において、充放電される電池の充電電流と放電電流の積算値から電池の容量変化値（δＡｈ）を演算し、残容量（ＳＯＣ［％］）の変化率（δＳ［％］）と容量変化値（δＡｈ）から電池の正確な実質的な満充電容量（Ａｈf）を演算するからである。
とくに、本発明の方法は、電池の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定し、検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるときに限って、検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を判定すると共に、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定して、電池の満充電容量（Ａｈf）を検出するので、電池の無負荷電圧（ＶＯＣＶ）から、より正確に残容量（ＳＯＣ［％］）を判定して、満充電容量（Ａｈf）をさらに正確に判定できる特徴がある。
さらに、本発明の方法では、電池の満充電容量（Ａｈf）を正確に演算できるので、検出された満充電容量（Ａｈf）に基づいて、電池の劣化度を正確に判定することも可能である。
さらに、本発明の満充電容量検出方法は、電池が充電される前の無負荷状態を第１の無負荷タイミングとし、電池の充電が停止された後の無負荷状態を第２の無負荷タイミングとして満充電容量（Ａｈf）を演算して検出するので、電池を充電する毎に正確な満充電容量（Ａｈf）を検出できる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池の満充電容量検出方法を例示するものであって、本発明は満充電容量検出方法を以下に特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図１は、携帯機器に電力を供給するパック電池の残容量を検出する回路図を示す。このパック電池は、充電できる電池１と、電池１の充放電の電流を検出する電流検出部２と、電池１の電圧を検出する電圧検出部３と、電池１の温度を検出する温度検出部４と、電流検出部２の出力信号を演算して電池１を充放電する電流を積算して電池１の容量（Ａｈ）を検出する容量演算部５と、電圧検出部３で検出される電池１の無負荷電圧から電池１の残容量（ＳＯＣ［％］）を判定する残容量検出部６と、この残容量検出部６と容量演算部５の出力信号で電池１の満充電容量（Ａｈf）を検出する満充電容量検出部８と、満充電容量検出部８で検出される満充電容量（Ａｈf）でもって電池の残容量（Ａｈr）を検出する残容量補正回路と、電池１を電源として使用する携帯機器に、電池情報を伝送する通信処理部９とを備える。
電池１は、３成分正極のリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池は、正極に、従来のコバルト酸リチウムに代わって、Ｌｉ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｏ複合酸化物とコバルト酸リチウム混合を利用する。このリチウムイオン二次電池は、正極にリチウムに加えて、３成分からなるＮｉ−Ｍｎ−Ｃｏを使用することから、高電圧で充電して熱安定性が高く、充電最大電圧を４．３Ｖと高くして容量を大きくできる。満充電電圧を高くできることから、残容量に対する無負荷電圧の変化が大きく、無負荷電圧から残容量（ＳＯＣ［％］）をより正確に判定できる。電池１においては、特に、所定の電圧範囲において、図２に示すように、無負荷電圧（ＶＯＣＶ）と残容量（ＳＯＣ［％］）との関係が、概略、直線的に表せるものを採用できる。ただ、本発明は、電池を３成分正極のリチウムイオン二次電池に特定するものではなく、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムの各々を利用したり、それらの混合物を、各種の配合比により利用することで、上述のように所定の電圧範囲において、図２に示すように、無負荷電圧と残容量（ＳＯＣ［％］）との関係が、概略、直線的になるような電池を利用することも可能である。無負荷電圧に対して残容量（ＳＯＣ［％］）が変化するすべての電池、たとえば、他のリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池、さらにニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などとすることもできる。電池１は、ひとつまたは複数の二次電池を直列または並列に接続している。
電池１の充放電の電流を検出する電流検出部２は、電池１と直列に接続している電流検出抵抗１０の両端に発生する電圧を検出して充電電流と放電電流を検出する。電流検出部２は、電流検出抵抗１０の両端に誘導される電圧をアンプ（図示せず）で増幅し、アンプの出力信号であるアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）でデジタル信号に変換して出力する。電流検出抵抗１０は、電池１に流れる電流に比例した電圧が発生するので、電圧で電流を検出することができる。アンプは、＋−の信号を増幅できるオペアンプで、出力電圧の＋−で充電電流と放電電流を識別する。電流検出部２は、容量演算部５と残容量検出部６と通信処理部９に電池１の電流信号を出力する。
電圧検出部３は、電池１の電圧を検出し、検出したアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）でデジタル信号に変換して出力する。電圧検出部３は、残容量検出部６と通信処理部９に検出した電池１の電圧信号を出力する。複数の素電池を直列に接続しているパック電池にあっては、各々の電池電圧を検出してその平均値を出力することもできる。
温度検出部４は、電池１の温度を検出し、検出した信号をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）でデジタル信号に変換して出力する。温度検出部４は、容量演算部５と残容量検出部６と残容量補正回路８と通信処理部９とに温度信号を出力する。
容量演算部５は、電流検出部２から入力されるデジタル信号の電流信号を演算して電池１の容量（Ａｈ）を演算する。この容量演算部５は、電池１の充電容量から放電容量を減算して、電池１の容量（Ａｈ）を電流の積算値（Ａｈ）として演算する。充電容量は、電池１の充電電流の積算値で、あるいはこれに充電効率をかけて演算される。放電容量は、放電電流の積算値で演算される。容量演算部５は、温度検出部４から入力される信号で、充電容量と放電容量の積算値を補正して正確に容量を演算することができる。また、デジタル信号を積算せずに、アンプ部でアナログ信号を積分してもよい。
残容量検出部６は、電圧検出部３で検出される電池１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ）から電池１の残容量（ＳＯＣ［％］）を判定する。したがって、残容量検出部６は、電池１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ）に対する残容量（ＳＯＣ［％］）を、関数又はテーブルとしてメモリ１１に記憶している。図２は、電池の無負荷電圧（ＶＯＣＶ）に対する残容量（ＳＯＣ［％］）を示すグラフである。メモリ１１は、このグラフで示す無負荷電圧−残容量の特性を関数として、あるいはテーブルとして記憶している。残容量検出部６は、メモリ１１に記憶される関数やテーブルから、無負荷電圧（ＶＯＣＶ）に対する残容量（ＳＯＣ［％］）を判定する。
残容量検出部６は、電圧検出部３から入力される電池１の電圧信号と、電流検出部２から入力される電流信号から電池１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ）を検出する。残容量検出部６は、電流検出部２から入力される充放電の電流値が０となる無負荷状態において、電圧検出部３から入力される電圧値を無負荷電圧（ＶＯＣＶ）として検出する。残容量検出部６は、電池１が無負荷状態となる第１の無負荷タイミングと第２の無負荷タイミングにおいて、電池１の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）と第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）を検出する。さらに、残容量検出部６は、検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定して、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあると、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を判定すると共に、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定する。ここで、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定するのは、検出された第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を精度よく判定するためである。残容量検出部６は、例えば、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が、図２に示すように、電池１の残容量（ＳＯＣ［％］）が１０％〜９０％の範囲、好ましくは２０％〜８０％の範囲となる設定範囲にあるかどうかを判定する。このように、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定して第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を判定することにより、より正確に残容量（ＳＯＣ［％］）を判定して、満充電容量（Ａｈf）をさらに正確に判定できる。
さらに、残容量検出部６は、第２の無負荷タイミングを、電池１が満充電される前として、検出される第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定して、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）が所定の電圧範囲にあると、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定することもできる。この残容量検出部６も、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）が、例えば、電池の残容量（ＳＯＣ［％］）が１０％〜９０％の範囲、好ましくは２０％〜８０％の範囲となる設定範囲にあるかどうかを判定して、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定する。
満充電容量検出部７は、残容量検出部６で検出される電池１の残容量（ＳＯＣ［％］）の変化、すなわち残容量（ＳＯＣ［％］）の変化率（δＳ［％］）と、容量演算部５で検出される電池１の容量（Ａｈ）の変化、すなわち容量変化値（δＡｈ）から、下記の式で電池１の満充電容量（Ａｈf）を検出する。
Ａｈf＝δＡｈ／（δＳ／１００）
電池１は、充放電されて残容量（Ａｈr）と残容量（ＳＯＣ［％］）を変化させる。放電される電池の残容量（Ａｈr）と残容量（ＳＯＣ［％］）は減少し、充電される電池の残容量（Ａｈr）と残容量（ＳＯＣ［％］）は増加する。変化する電池の容量（Ａｈ）は、容量演算部５で検出される。容量演算部５は、電池１の充電電流と放電電流を積算して容量（Ａｈ）を演算している。一方、変化する電池の残容量（ＳＯＣ［％］）は、残容量検出部６で検出される。残容量検出部６は、電池１の電圧から残容量（ＳＯＣ［％］）を特定する。
容量演算部５は変化する電池の容量（Ａｈ）を検出し、残容量検出部６は変化する電池の残容量（ＳＯＣ［％］）を検出する。満充電容量検出部７は、変化する電池の容量変化値（δＡｈ）と、残容量の変化率（δＳ［％］）から満充電容量（Ａｈf）を演算する。満充電容量検出部７は、電池１の容量変化値（δＡｈ）と残容量の変化率（δＳ［％］）とを検出するために、第１の無負荷タイミングと第２の無負荷タイミングとの間において、充放電される電池１の容量変化値（δＡｈ）と残容量の変化率（δＳ［％］）とを演算する。
満充電容量検出部７は、図３に示すように、第１の無負荷タイミングから第２の無負荷タイミングまでの間に充放電される電流の積算値から容量変化値（δＡｈ）を演算し、あるいは、図５に示すように、第１の無負荷タイミングで検出される電池の第１の容量（Ａｈ１）と第２の無負荷タイミングで検出される電池の第２の容量（Ａｈ２）との差から容量変化値（δＡｈ）を演算する。また、満充電容量検出部７は、第１の無負荷タイミングで検出される残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の無負荷タイミングで検出される残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する。
なお、図３と図５において、上段の図は、満充電容量（Ａｈf）が多い電池、いいかえると、使用初期であって、劣化していない電池の満充電容量（Ａｈf）を検出する状態を示しており、下段の図は、劣化が進み、満充電容量（Ａｈf）が減少した電池の満充電容量（Ａｈf）を検出する状態を示している。
第１の無負荷タイミングと第２の無負荷タイミングは、電池１を充電する前の無負荷状態を第１の無負荷タイミングとし、充電を終了した後の無負荷状態を第２の無負荷タイミングとする。第１の無負荷タイミングは、たとえば、電池１が充電される状態になった後、電池１の充電が開始されるまでの無負荷状態とすることができる。第２の無負荷タイミングは、電池１の充電を終了して電池電圧が安定した後のタイミング、たとえば電池１の充電を終了した後、たとえば、１５分経過した後のタイミングとして、より正確に無負荷タイミングから残容量（ＳＯＣ［％］）を検出できる。ただし、第２の無負荷タイミングは、電池１の充電を終了した後、５分ないし１時間経過後とすることもできる。
ただし、第１の無負荷タイミングと第２の無負荷タイミングとを一定の時間間隔とすることもできる。たとえば、第２の無負荷タイミングは、第１の無負荷タイミングから数分ないし数時間経過した後に、電池１が無負荷となるタイミングとすることもできる。また、第１の無負荷タイミングの後、容量変化値（δＡｈ）が所定値、例えば、定格容量の１０％より大きくなった後であって、電池１が無負荷状態となるタイミングを第２の無負荷タイミングとすることもできる。
残容量補正回路８は、満充電容量検出部７で検出される電池１の満充電容量（Ａｈf）と、無負荷電圧（ＶＯＣＶ）から検出される電池１の残容量（ＳＯＣ［％］）から、残容量（Ａｈr）を演算する。すなわち、満充電容量検出部７で検出される電池１の満充電容量（Ａｈf）と、無負荷電圧（ＶＯＣＶ）から検出される残容量（ＳＯＣ［％］）から、以下の式で残容量（Ａｈr）を演算する。
残容量（Ａｈr）＝満充電容量（Ａｈf）×残容量（ＳＯＣ［％］）
ここで、無負荷電圧（ＶＯＣＶ）から検出される残容量（ＳＯＣ［％］）は、たとえば、第２の無負荷タイミングにおいて検出された第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）とすることができる。また、電池１の残容量（ＳＯＣ２［％］）が１００［％］である場合、すなわち、電池１を満充電した場合は、演算された満充電容量（Ａｈf）が、その時点における電池１の残容量（Ａｈr）となる。
ただ、残容量補正回路８は、以上に記載する方法とは異なる方法で残容量（Ａｈr）を演算することもできる。残容量補正回路８は、たとえば、満充電容量検出部７で検出される電池１の満充電容量（Ａｈf）に基づいて、電池温度等の他のパラメーターを考慮して演算することができる。
通信処理部９は、残容量補正回路８で演算される残容量（Ａｈr）、満充電容量検出部７で検出する満充電容量（Ａｈf）、残容量検出部６で検出された残容量（ＳＯＣ［％］）、電圧検出部３で検出した電池電圧、電流検出部２で検出した電流値、温度検出部４で検出した温度等の電池情報を、通信回線１３を介してパック電池を装着している携帯機器に伝送する。
さらに、パック電池は、演算された満充電容量（Ａｈf）に基づいて、電池１の劣化度を判定することもできる。パック電池は、演算された満充電容量（Ａｈf）が、電池の定格容量（Ａｈs）に対してどの程度減少したかによって電池１の劣化度を判定する。このパック電池は、電池の満充電容量（Ａｈf）や、定格容量に対する比率（Ａｈf／Ａｈs）から電池の劣化度を検出する関数やテーブルを記憶しており、記憶される関数やテーブルに基づいて電池の劣化度を検出する。
以上のパック電池は、以下に示す工程で電池の満充電容量を検出する。
［無負荷電圧検出工程］
電池が無負荷となる第１の無負荷タイミングにおける電池の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）と第２の無負荷タイミングにおける電池の第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）を検出する。
［残容量判定工程］
無負荷電圧検出工程で検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定し、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあると、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を判定すると共に、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定する。
［残容量変化率演算工程］
残容量判定工程で判定される第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する
［容量変化検出工程］
第１の無負荷タイミングと第２の無負荷タイミングとの間において、充放電される電池の充電電流と放電電流の積算値から電池の容量変化値（δＡｈ）を演算する。
［満充電容量演算工程］
残容量の変化率（δＳ［％］）と容量変化値（δＡｈ）から、下記の式で電池の満充電容量（Ａｈf）を演算する。
Ａｈf＝δＡｈ／（δＳ／１００）
以上のパック電池は、以下のステップで、図４のフローチャートに基づいて電池の満充電容量を検出する。
［ｎ＝１のステップ］
電池１が充電される状態になったかどうかを判定する。電池１が充電される状態となるまで、このステップをループする。
［ｎ＝２のステップ］
電池１が充電される状態になると、電池１の充電を開始する前に、電池１を無負荷状態とし、このタイミングを第１の無負荷タイミングとして、電池１の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）を検出する。
［ｎ＝３〜５のステップ］
残容量検出部６は、検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の範囲内にあるかどうかを判定する。第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の設定範囲内にないとき、電池１の充電初期における残容量（ＳＯＣ［％］）の範囲が所定の範囲外であったと判定して、満充電容量の演算を中止する。第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が設定範囲内にあると、検出された第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池１の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を関数やテーブルから判定する。その後、電池１の充電を開始する。
［ｎ＝６、７のステップ］
電池１が充電される状態で、容量演算部５は電池１の充放電の電流を積算して容量変化値（δＡｈ）を演算する。このステップで、電池１が満充電されるまでの容量変化値（δＡｈ）が演算される。ここで、リチウムイオン電池においては、周知の技術であるように、定電流充電の後、定電圧充電され、充電電流が所定値以下になると、満充電と判定される。
［ｎ＝８のステップ］
電池１が満充電されると、電池１を無負荷状態とする。このタイミングを第２の無負荷タイミングとして、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）を検出する。
［ｎ＝９のステップ］
残容量検出部６は、検出された第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池１の残容量（ＳＯＣ２［％］）を関数やテーブルから判定する。このとき、電池１は満充電されているので、電池１の残容量（ＳＯＣ２［％］）は１００［％］となる。
［ｎ＝１０のステップ］
満充電容量検出部７が、電池１の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する。
［ｎ＝１１のステップ］
さらに、満充電容量検出部７が、演算された容量変化値（δＡｈ）と残容量の変化率（δＳ［％］）から、以下の式で電池１の満充電容量を演算する。
Ａｈf＝δＡｈ／（δＳ／１００）
以上の方法は、図３に示すように、電池を充電する前を第１の無負荷タイミングとし、電池を満充電した後を第２の無負荷タイミングとするので、電池を満充電する毎に、修正された電池の満充電容量（Ａｈf）を検出できる。ただ、本発明の満充電検出方法は、必ずしも電池を満充電することなく、図５の模式図に示すように、電池が満充電される前のタイミングを第２の無負荷タイミングとして、電池の満充電容量を演算することができる。この方法は、電池の無負荷状態を検出して第１の無負荷タイミングを特定した後、所定の時間が経過し、あるいは容量変化値（δＡｈ）が所定の容量になった後、電池が再び無負荷状態になるタイミングを第２の無負荷タイミングとして、電池の満充電容量（Ａｈf）を演算する。
第２の無負荷タイミングを、第１の無負荷タイミングから設定時間経過した後として、電池が満充電される前に、電池１の満充電容量を検出する方法を、図６のフローチャートに示す。
［ｎ＝１のステップ］
電池１が充電される状態になったかどうかを判定する。電池１が充電される状態となるまで、このステップをループする。
［ｎ＝２のステップ］
電池１が充電される状態になると、電池１の充電を開始する前に、電池１を無負荷状態とし、このタイミングを第１の無負荷タイミングとして、電池１の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）を検出する。
［ｎ＝３〜５のステップ］
残容量検出部６は、検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の範囲内にあるかどうかを判定する。第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の設定範囲内にないとき、電池１の充電初期における残容量（ＳＯＣ［％］）の範囲が所定の範囲外であったと判定して、満充電容量の演算を中止する。第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が設定範囲内にあると、検出された第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池１の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を関数やテーブルから判定する。その後、電池１の充電を開始する。
［ｎ＝６のステップ］
満充電容量検出部７が、第１の無負荷タイミングにおける電池１の第１の容量（Ａｈ１）を検出する。満充電容量検出部７は、たとえば、前回、検出した電池１の満充電容量（Ａｈf）に、ｎ＝４のステップで判定した電池１の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）をかけて、電池１の第１の容量（Ａｈ１）を演算して検出することができる。
［ｎ＝７のステップ］
第１の無負荷タイミングから設定時間経過したかどうかを判定する。設定時間を経過するまで、このステップをループする。
［ｎ＝８のステップ］
第１の無負荷タイミングから設定時間経過すると、電池１に流れる電流を遮断して、電池１を無負荷状態とし、このタイミングを第２の無負荷タイミングとして、電池１の第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）を検出する。
［ｎ＝９のステップ］
残容量検出部６は、検出された第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池１の残容量（ＳＯＣ２［％］）を関数やテーブルから判定する。
［ｎ＝１０のステップ］
満充電容量検出部７が、第２の無負荷タイミングにおける電池１の第２の容量（Ａｈ２）を検出する。電池１の第２の容量（Ａｈ２）は、容量演算部５によって、充放電される電池１の充電電流と放電電流の積算値から演算される。
［ｎ＝１１のステップ］
満充電容量検出部７が、図５に示すように、第１の無負荷タイミングにおける電池１の第１の容量（Ａｈ１）と第２の無負荷タイミングにおける電池１の第２の容量（Ａｈ２）の差から容量変化値（δＡｈ）を演算する。
［ｎ＝１２のステップ］
満充電容量検出部７が、図５に示すように、電池１の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する。
［ｎ＝１３のステップ］
さらに、満充電容量検出部７が、演算された容量変化値（δＡｈ）と残容量の変化率（δＳ［％］）から、以下の式で電池１の満充電容量を演算する。
Ａｈf＝δＡｈ／（δＳ／１００）
さらに、第２の無負荷タイミングを、容量変化値（δＡｈ）が所定値より大きくなった後として、電池が満充電される前に、電池１の満充電容量を検出する方法を、図７のフローチャートに示す。
［ｎ＝１のステップ］
電池１が充電される状態になったかどうかを判定する。電池１が充電される状態となるまで、このステップをループする。
［ｎ＝２のステップ］
電池１が充電される状態になると、電池１の充電を開始する前に、電池１を無負荷状態とし、このタイミングを第１の無負荷タイミングとして、電池１の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）を検出する。
［ｎ＝３〜５のステップ］
残容量検出部６は、検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の範囲内にあるかどうかを判定する。第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の設定範囲内にないとき、電池１の充電初期における残容量（ＳＯＣ［％］）の範囲が所定の範囲外であったと判定して、満充電容量の演算を中止する。第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が設定範囲内にあると、検出された第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池１の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を関数やテーブルから判定する。その後、電池１の充電を開始する。
［ｎ＝６のステップ］
電池１が充電される状態で、容量演算部５は電池１の充放電の電流を積算して容量変化値（δＡｈ）を演算する。
［ｎ＝７のステップ］
容量変化値（δＡｈ）が、設定値よりも大きくなったかどうかを判定する。容量変化値（δＡｈ）が、設定値よりも大きくなるまで、このステップをループする。
［ｎ＝８のステップ］
容量変化値（δＡｈ）が、設定値よりも大きくなると、電池１に流れる電流を遮断して、電池１を無負荷状態とし、このタイミングを第２の無負荷タイミングとして、電池１の第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）を検出する。
［ｎ＝９のステップ］
残容量検出部６は、検出された第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池１の残容量（ＳＯＣ２［％］）を関数やテーブルから判定する。
このとき、残容量検出部６は、検出された第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）が所定の範囲内にあるかどうかを判定し、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）が所定の設定範囲内にあると、検出された第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池１の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を関数やテーブルから判定し、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）が所定の設定範囲内にないと、満充電容量の演算を中止することもできる。
［ｎ＝１０のステップ］
満充電容量検出部７が、電池１の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する。
［ｎ＝１１のステップ］
さらに、満充電容量検出部７が、演算された容量変化値（δＡｈ）と残容量の変化率（δＳ［％］）から、以下の式で電池１の満充電容量を演算する。
Ａｈf＝δＡｈ／（δＳ／１００）
さらに、図６と図７に示す方法では、残容量補正回路８が、満充電容量検出部７で検出される電池１の満充電容量（Ａｈf）を基準として、電池１を無負荷状態とする状態で無負荷電圧（ＶＯＣＶ）を検出し、検出される無負荷電圧（ＶＯＣＶ）から残容量（ＳＯＣ［％］）を検出し、検出される残容量（ＳＯＣ［％］）と満充電容量（Ａｈf）の積から、残容量（Ａｈr）を演算することができる。
本発明の一実施例にかかる電池の満充電容量検出方法に使用するパック電池の回路図である。 電池の残容量−開放電圧特性を示すグラフである。 本発明の一実施例にかかる電池の満充電容量検出方法を示す模式図である。 本発明の一実施例にかかる電池の満充電容量検出方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施例にかかる電池の満充電容量検出方法を示す模式図である。 本発明の他の実施例にかかる電池の満充電容量検出方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施例にかかる電池の満充電容量検出方法を示すフローチャートである。
符号の説明
１…電池
２…電流検出部
３…電圧検出部
４…温度検出部
５…容量演算部
６…残容量検出部
７…満充電容量検出部
８…残容量補正回路
９…通信処理部
１０…電流検出抵抗
１１…メモリ
１３…通信回線

Claims (1)

  1. 電池が無負荷となる第１の無負荷タイミングにおける電池の第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）と第２の無負荷タイミングにおける電池の第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）を検出する無負荷電圧検出工程と、
    この無負荷電圧検出工程で検出される第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあるかどうかを判定して、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）が所定の電圧範囲にあると、第１の無負荷電圧（ＶＯＣＶ１）から電池の第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）を判定すると共に、第２の無負荷電圧（ＶＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）を判定する残容量判定工程と、
    この残容量判定工程で判定される第１の残容量（ＳＯＣ１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する残容量変化率演算工程と、
    第１の無負荷タイミングと第２の無負荷タイミングとの間において、充放電される電池の充電電流と放電電流の積算値から電池の容量変化値（δＡｈ）を演算する容量変化検出工程と、
    残容量の変化率（δＳ［％］）と容量変化値（δＡｈ）から、下記の式で電池の満充電容量（Ａｈf）を演算する満充電容量演算工程とからなり、
    電池が充電される前の無負荷状態を第１の無負荷タイミングとし、電池が満充電され、電池の充電が停止された後、設定時間経過後の無負荷状態を第２の無負荷タイミングとする電池の満充電容量検出方法。
    Ａｈf＝δＡｈ／（δＳ／１００）
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