JP5980509B2 - 電池残量測定システム及び電池残量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池残量測定システム及び電池残量測定方法に関するものである。

一般に、電池の充電状態（ｓｔａｇｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）と呼ばれる相対的な充電レベルは電池（バッテリ）の充電容量（例えば、公称電池容量）に対する充電残量（電池残量）の比率として定義される。そこで、「クーロンカウント」と呼ばれる方法を使用して、電荷の流れの測定と監視を行う必要がある。実際のクーロンカウント処理は、電池に流れ込む電流と、電池から流れ出す電流を積算することによって実現する。一般に、電池の負極と直列に小さな抵抗を接続し、高分解能のＡＤＣ（アナログ・デジタルコンバータ）を使用してこれらの電流を測定する。

電池の電池残量を測定する電池残量測定システムに関する技術として、例えば、特許文献１には、充放電に伴う電池残量を非放電量（放電できないとみなされる電気量）まで考慮して算出する方法、及び電池の特性に応じた非放電量特性をメモリに格納する技術が記載されている。

特開２００７−３２７９７１号公報

ところで、本発明者らは、特性（例えば、充電容量・公称電池容量）の異なる電池の電池残量を同一の電池残量測定システムで測定可能とすることにより、電池残量測定システムの作り分け（特性に応じた作り分け）を回避して、システム作成コストを低減することを検討した。

そこで、当該思想を従来の電池残量測定システムで実現することを検討したが、例えば、特許文献１に開示されている技術（電池の残量計測装置）では、電池の非放電量特性が予めメモリに格納されていることを前提としているため、特性が異なる電池の電池残量を同一の電池残量測定システムで測定しようとしても、電池の種類によって非放電量特性が異なるために特性の異なる電池に差し換えて使用した場合には、電池残量を正確に測定することはできなかった。

本発明は、上述した問題を解決するために提案されたものであり、特性の異なる電池の電池残量を正確に測定することができる、電池残量測定システム及び電池残量測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電池残量測定システムは、電池の周囲の温度と前記電池から放電される電流の電流値とに応じた基準非放電量を記憶した第１記憶手段と、前記電池とは公称電池容量が異なる測定対象電池から放電される電流の電流値を検出すると共に前記測定対象電池から放電される電流の電流値を出力する電流検出手段と、前記電流検出手段が出力する前記測定対象電池から放電される電流の電流値が入力され、前記測定対象電池の周囲の温度と前記電流検出手段から入力された前記測定対象電池から放電される電流の電流値とに応じた前記基準非放電量を前記第１記憶手段から取得し、取得した前記基準非放電量と前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた非放電量に基づいて現在の電池残量を演算する演算手段と、を備えた。

また、本発明の電池残量測定システムは、電池の周囲の温度と前記電池から放電される電流の電流値とに応じた基準非放電量を記憶した第１記憶手段と、測定対象電池から放電される電流の電流値を検出すると共に前記電流値を出力する電流検出手段と、前記電流値が入力され、前記測定対象電池の周囲の温度と前記電流値を前記測定対象電池の公称電池容量で正規化した正規化電流値とに応じた前記基準非放電量を前記第１記憶手段から取得し、前記電池の公称電池容量と前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた比例ゲイン定数を前記基準非放電量に乗算した非放電量に応じた現在の電池残量を演算する演算手段と、を備えた。

また、本発明の電池残量測定方法は、第１記憶手段に電池の周囲の温度と電池から放電される電流の電流値とに応じて予め定められた基準非放電量が記憶された状態で、電流検出部により、前記電池とは公称電池容量が異なる測定対象電池から放電される電流の電流値を検出する電流検知工程と、演算手段により、前記電池において放電動作が行われた場合に、前記測定対象電池の周囲の温度と、前記電流値とに応じた前記基準非放電量を前記第１記憶手段から取得し、取得した前記基準非放電量と、前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた非放電量に基づいて現在の電池残量を第２記憶手段に出力する電池残量出力工程と、を備えた。

本発明によれば、特性の異なる電池の電池残量を正確に測定することができる、という効果を奏する。

本実施の形態の電池残量測定システムの概略構成の一例を示す概略構成図である。 本実施の形態の電池残量計算プログラムの概略仕様及びリファレンスデータの概略を示す説明図である。 本実施の形態の電池残量測定システムにおける公称電池容量格納処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池残量測定システムにおける電池残量格納処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池残量測定システムで用いられる、基準となる公称電池容量における温度と電池電圧と放電量との対応関係を示すテーブル（リファレンスデータ）の一例を示す説明図である。 本実施の形態の電池残量測定システムで用いられる、公称電池容量が２０００ｍＡｈにおける、電流の上限が１０００ｍＡ、非放電量の上限が１０００ｍＡｈまでの温度と電流と非放電量との対応関係を示すテーブル（リファレンスデータ）の一例を示す説明図である。 本実施の形態の電池残量測定システムにおける電池残量算出処理全体の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池残量測定システムにおける無負荷時処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池残量測定システムにおける充電時処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池残量測定システムにおける放電時処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池残量測定システムの概略構成のその他の例を示す概略構成図である。 本実施の形態の電池残量測定システムの概略構成のその他の例を示す概略構成図である。

以下、図面を参照して、本実施の形態の電池残量測定システムについて説明する。

まず、本実施の形態の電池残量測定システムの全体の概略構成について説明する。本実施の形態の電池残量測定システムの概略構成の一例を図１に示す。なお、本実施の形態では、具体的一例として、二次電池としてリチウムイオン電池が複数直列に接続された電池セル群１の電池残量を測定する電池残量測定システム１０について説明する。

電池セル群１は、図１に示すように、複数の電池セル（リチウムイオン電池）が直列に接続されており、最高電位側の電圧が電池残量測定システム１０（アナログフロントエンドＩＣ１２）に電源電圧ＶＣＣとして供給されるように構成されている。また、最低電位側の電圧が電池残量測定システム１０のＧＮＤ電圧として供給されるように構成されている。

本実施の形態の電池残量測定システム１０は、アナログフロントエンドＩＣ１２と、８ビット ＭＣＵ１４と、温度計１６と、記憶部１８と、を備えている。

アナログフロントエンドＩＣ１２は、電池セル群１の電池電圧を検出する機能等を有しており、スイッチング素子群２０、電圧計測回路２２、電流計測回路２４、及び充電器／負荷検出部２６を備えている。スイッチング素子群２０は、電池セル群１の各電池セルに対応した複数のスイッチング素子を備えており、スイッチング素子のオン・オフが制御されることにより、電池セル群１から電池セルを選択すると共に、電池セルの電圧を均等化する機能を有している。スイッチング素子群２０により選択された電池セルの最高位側の電圧値、及び最低電位側の電圧値は、電圧計測回路２２は電圧計測回路２２に出力される。電圧計測回路２２は、出力された電圧値に基づいて、スイッチング素子群２０で選択した電池セルの電圧を計測して出力する機能を有している。

なお、本実施の形態の電池残量測定システム１０では、電圧計測回路２２で計測された電池セル群１の電池セル電圧に基づいて、各電池セルの電圧が均等になるように制御する機能を有している。例えば、電池セル電圧が高い場合（全電池セル電圧の平均値または所定値よりも高い場合）は、当該電池セルの高電位側と低電位側との間を図示を省略した放電回路により短絡させて、放電させることにより各電池セルの電池電圧を均等化させる。このように、各電池セル電圧が均等になるように制御されているため、本実施の形態では、電池残量（電池容量の残量）は、各電池セルで均等（同一）な状態になっている。

電流計測回路２４は、電池セル群１の最低電位側に接続されており、電池セル群１全体に対する電流を計測する機能を有している。なお、本実施の形態では、電流計測回路２４が電池セル群１の最低電位側に接続されているがこれに限らず、電池セル群１全体に対する電流を計測できる位置に接続されていればよい。例えば、電池セル群１の最高電位側に接続されていてもよいし、その他の箇所であってもよい。電圧計測回路２２により計測された電圧値、及び電流計測回路２４により計測された電流値は、８ビット ＭＣＵ１４に出力される。本実施の形態では、このように電流計測回路２４は、電池セル群１全体に対する電流を計測しているが、本実施の形態の電池残量測定システム１０においては、電池セル群１の各電池セルの電池電圧は上述のように均等化されているため、各電池セル毎に個別で測定する必要がない。

また、充電器／負荷検出部２６は、電池セル群１の最低電位側に接続されている。充電器／負荷検出部２６は、充電器２または負荷４が電池セル群１に着脱されたか否かを検出する機能を有しており、検出結果は、８ビット ＭＣＵ１４に通知される。

本実施の形態では、アナログフロントエンドＩＣ１２と８ビット ＭＣＵ１４との間は、具体的一例としてＩ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）インターフェース（図示省略）により接続されている。なお、これに限らず、アナログフロントエンドＩＣ１２と８ビット ＭＣＵ１４との間は、同期式シリアルインターフェース（ＳＰＩ）を用いてもよい。また、パラレルインターフェイスを用いてもよい。なおＳＰＩを用いることにより、電池残量測定システム１０を車載システムとして用いた場合には、ノイズの影響を受けにくくなるという効果が得られる。

８ビット ＭＣＵ１４は、本発明の演算手段の一例に相当し、電池セル群１の電池セルの電池残量を算出する機能を有している。なお、本実施の形態では、具体的一例として８ビットのマイコンで構成しているがこれに限定されるものではない。８ビット ＭＣＵ１４は、ＡＤＣ４０、ＣＰＵ４２、記憶部４４、内部ＲＡＭ４６、及びインターフェース４８を備えている。

ＡＤＣ４０は、アナログフロントエンドＩＣ１２から入力されたアナログデータ（電圧値／電流値）をデジタルデータに変換して、ＣＰＵ４２に出力する機能を有する、アナログ・デジタルコンバータである。なお、アナログフロントエンドＩＣ１２がＡＤＣ４０に相当するアナログ・デジタルコンバータを備え、アナログフロントエンドＩＣ１２内でアナログデータをデジタルデータに変換して、変換したデジタルデータを８ビット ＭＣＵ１４に出力するようにしてもよい。

ＣＰＵ４２は、記憶部４４に格納されているプログラムに従ってデジタル演算処理を実行する機能を有している。記憶部４４は、本実施の形態に用いられる電池残量計算プログラム等、ＣＰＵ４２での処理に使用される各種プログラムや設定値等を記憶する機能を有する不揮発性の記憶部である。また、本実施の形態では、電池残量の計算に用いられる各種リファレンスデータを記憶する機能を有する。なお、不揮発性の記憶部であれば特に限定されるものではなく、例えば、ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ等が挙げられる。

各々詳細は後述するが、電池残量計算プログラムの概略仕様及びリファレンスデータの概略を図２に示す。なお、本実施の形態では、電池残量計算プログラムやリファレンスデータが記憶部４４に予め格納されている構成としているがこれに限らず、電池残量計算プログラムやリファレンスデータが記憶された記憶媒体や外部装置（図示省略）等から記憶部４４にインストールされるように構成してもよい。

また、内部ＲＡＭ４６は、ＣＰＵ４２で電池残量計算プログラム等を実行する際の作業用の領域を確保する機能を有しており、プログラムの実行時に一時的に使用するデータを格納する機能を有している。

インターフェース４８は、ＰＣ８と通信を行う機能を有しており、ＰＣ８から入力されたデータ（本実施の形態では、公称電池容量・詳細後述）を８ビット ＭＣＵ１４に入力するためのものである。具体的一例として、本実施の形態では、シリアルインターフェースを用いている。

温度計１６は、電池セル群１の周囲温度を計測するためのものであり、例えば、サーミスタ等により構成される。温度計１６で計測された計測値（アナログの温度データ）は、ＡＤＣ４０を介してＣＰＵ４２に入力される。記憶部１８は、公称電池容量等の各種データを記憶する機能を有する不揮発性の記憶部である。なお、不揮発性の記憶部であれば、特に限定されるものではなく例えば、ＥＥＰＲＯＭ等が挙げられる。

充電器２は、電池セル群１の各電池セルの電圧を充電する機能を有するものであり、また、負荷４は、電池セル群１の各電池セルの電圧を放電する機能を有するものである。本実施の形態の充電器２としては、例えば、電源や発電装置等が挙げられる。また、負荷４としては、モータ等が挙げられる。いずれも一般的な技術を用いており、特に限定されるものではないため、ここでは説明を省略する。なお、本実施の形態では、充電器２及び負荷４は、電池セル群１（電池残量測定システム１０）に常時接続されているのではなく、必要に応じて接続される。

次に、本実施の形態の電池残量測定システム１０の電池セル群１の電池残量測定動作について説明する。

まず、本実施の形態の電池残量測定システム１０では、電源投入時等のプログラムの初期化処理において、電池セル群１の電池セルの公称電池容量（ｘＡｈ）を入力し、記憶部１８に格納する公称電池容量格納処理を行う。当該公称電池容量格納処理の流れの一例のフローチャートを図３に示す。

ステップ１００では、ユーザが電池セル群１の公称電池容量をＰＣ８のコンソールよりインターフェース４８を経由して電池残量測定システム１０に入力する。次のステップ１０２では、入力された公称電池容量を記憶部１８に格納した後、本処理を終了する。当該公称電池容量格納処理により、電池残量測定システム１０の現在の測定対象である電池セル群１の公称電池容量が記憶部１８に格納された状態になる。

以後、測定対象の電池セル群１を公称電池容量が異なる電池セル群１に変更する場合は、同様に図３に示した公称電池容量格納処理を行うことにより、測定対象となる電池セル群１の公称電池容量を記憶部１８に格納する。

また、電池セル群１の電池残量を８ビット ＭＣＵ１４の内部ＲＡＭ４６に格納する電池残量格納処理を行う。当該電池残量格納処理の流れの一例のフローチャートを図４に示す。

まず、ステップ２００では、記憶部１８に測定対象の電池セル群１の電池残量が格納されているか否か判断する。格納されている場合は、ステップ２０２へ進み、記憶部１８から電池残量を読み出して、次のステップ２０４では読み出した電池残量を内部ＲＡＭ４６に格納した後、本処理を終了する。

一方、初めて電池セル群１を電池残量測定システム１０に接続した場合や、測定対象の電池セル群１を変更した場合等は、測定対象となる当該電池セル群１の電池残量が記憶部１８に格納されていない状態であるため、ステップ２０６へ進む。

ステップ２０６では、電池セル群１の全電池セルの電圧を電圧計測回路２２で計測し、次のステップ２０８では、計測した電圧値が閾値Ｖｅｉｎｔ（電池残量の有無を判断するために予め記憶部１８に格納しておいた閾値データ）未満であるか否かを判断する。閾値Ｖｅｉｎｔ未満の測定値（電池電圧値）が存在した場合は、ステップ２１０へ進み、ステップ２１０では、電池残量＝０（電池残量無）として、記憶部１８に電池残量を格納した後、本処理を終了する。

一方、全ての電池セルの測定値（電池電圧）が閾値Ｖｅｉｎｔ以上である場合は、公称電池容量を１００％とした場合の公称電池容量に対応した電池残量を算出して記憶部１８に格納した後、本処理を終了する。当該電池残量格納処理により、電池残量測定システム１０の現在の測定対象である電池セル群１の現在の電池残量が８ビット ＭＣＵ１４の内部ＲＡＭ４６に格納された状態になる。

（電池残量算出処理）
上記公称電池容量格納処理により、測定対象の電池セル群１の公称電池容量が記憶部１８に格納されると共に、測定対象の電池セル群１の現在の電池残量が内部ＲＡＭ４６に格納された状態において、本実施の形態の電池残量測定システム１０の８ビット ＭＣＵ１４のＣＰＵ４２において、電池残量算出処理が行われる。本実施の形態では、具体的には、記憶部４４に格納されている電池残量計算プログラムが実行されることにより、電池残量算出処理が実行される。

なお、本実施の形態では、当該電池残量算出処理が行われる前に、予めリファレンスデータ（リファレンスデータ３１及びリファレンスデータ３２）を、８ビット ＭＣＵ１４の記憶部４４に記憶させておく。ここで、リファレンスデータについて説明しておく。

本実施の形態の電池残量測定システム１０では、２種類のリファレンスデータとして、リファレンスデータ３１及びリファレンスデータ３２を用いている。リファレンスデータ３１は、電池セル群１の基準となる公称電池容量における温度（電池セル群１の周囲温度）と電池電圧と放電量との対応関係を示すテーブルであり、無負荷時処理（詳細後述）において、電池残量を算出するために用いるものである。リファレンスデータ３１（テーブル）の一例を図５に示す。なお、本実施の形態では、具体的一例として、公称電池容量が２０００ｍＡｈの電池セル群１（リチウムイオン電池）の温度と電圧と放電量との対応関係を予め取得し、取得したデータを公称電池容量１０００ｍＡｈとした場合に変換したデータをテーブル化したものをリファレンスデータ３１として用いている。すなわち、本実施の形態では、公称電池容量１０００ｍＡｈを基準公称電池容量とし、基準公称電池容量における電池セル群１（リチウムイオン電池）のリファレンスデータ３１が記憶部４４に予め格納されている。

一方、リファレンスデータ３２は、温度（電池セル群１の周囲温度）と電流と非放電量との対応関係を示すテーブルであり、放電時処理（詳細後述）において、電池残量を算出するために用いるものである。リファレンスデータ３２（テーブル）の一例を図６に示す。なお、一般に電池（バッテリ）に蓄えられた電気量は、全てが放電されるのではなく、温度や電流等の放電条件に応じて放電できない電気量が存在している。本実施の形態ではこのような放電できない電気量を非放電量と称している。

なお、本実施の形態では、具体的一例として、公称電池容量が２０００ｍＡｈの電池セル群１（リチウムイオン電池）の温度と電流と非放電量との対応関係を予め取得し、取得したデータのうち、電流の上限が１０００ｍＡ、非放電量の上限が１０００ｍＡｈまでのデータをテーブル化したものをリファレンスデータ３２として記憶部４４に予め格納して用いている。

次に、本実施の形態の電池残測定システム１０における電池残量算出処理の流れについて詳細に説明する。図７に、本実施の形態の電池残量算出処理全体の流れの一例のフローチャートを示す。

ステップ３００では、充電器／負荷検出部２６から充電器２または負荷４が電池セル群１に接続されたことを検知したことを示す情報の通知を受けたか否かを判断する。通知を受けた場合（充電器２または負荷４が接続された場合）は、ステップ３０６へ進む。一方、通知を受けていない場合は、ステップ３０２へ進み、一定時間（本実施の形態では、具体的一例として１時間）が経過したか否かを図示を省略したタイマ等により判断する。経過していない場合は、ステップ３００に戻る。一方、経過した場合、すなわち、一定時間以上、電池セル群１に充電器２及び負荷４のいずれも接続されていない場合は、ステップ３０４へ進み、無負荷時処理（詳細後述）を行った後、ステップ３０６へ進む。なお、本実施の形態では、電池セル群１に充電器２及び負荷４のいずれも接続されていない状態を「無負荷」と称している。このような無負荷状態の具体的一例としては、例えば、電池残量測定システム１０が車載システムである場合は、車両のエンジンが切られている状態、また例えば、パソコンに用いられている場合は、当該パソコンの電源がオフしている状態が挙げられる。

ステップ３０５では、充電器２の接続を検知したか否か判断する。電池セル群１に充電器２が接続された場合（充電器２検知の連絡を受けた場合）は充電動作発生と判断し、ステップ３０８へ進み、ステップ３０８で充電時処理（詳細後述）を行って電池残量を算出して内部ＲＡＭ４６に格納した後、ステップ３１２へ進む。一方、電池セル群１に負荷４が接続された場合（負荷４検知の連絡を受けた場合）は放電動作発生と判断して、ステップ３１０へ進み、ステップ３１０で放電時処理（詳細後述）を行って電池残量を算出して内部ＲＡＭ４６に格納した後、ステップ３１２へ進む。

ステップ３１２では、電池残量算出処理を終了するか否か判断する。終了しない場合は、ステップ３００に戻り、本処理を繰り返す。一方、終了する場合は、本処理を終了する。

次に、上述のステップ３０４の無負荷時処理、ステップ３０８の充電時処理、及びステップ３１０の放電時処理の詳細について各々説明する。

（無負荷時処理）
まず無負荷時処理について説明する。本実施の形態における無負荷時処理の流れの一例のフローチャートを図８に示す。

ステップ４００では、無負荷状態が一定時間継続しているため、省電力モードへ移行する。省電力モードとは、電池残測定システム１０で消費される電力を抑制するためのモードであり、例えば、ＣＰＵ４２が停止されたり、各種ペリフェラル等も停止したりする状態である。

次のステップ４０２では、充電器／負荷検出部２６から充電器２または負荷４が電池セル群１に接続されたことを検知したことを示す情報の通知を受けたか否かを判断する。通知を受けていない場合は、待機状態になり、省電力モードを継続する。一方、通知を受けた場合は、ステップ４０４へ進み、ステップ４０４では、省電力モードから復帰する。

次のステップ４０６では、温度計１６から現在の温度を取得すると共に、電圧計測回路２２から現時点の電池電圧を取得し、それぞれＡ／Ｄ変換したデジタルデータとする。次のステップ４０８では、取得した温度と電池電圧とからリファレンスデータ３１に基づいて、放電量を考慮して電池残量を算出する。なお、この際、記憶部４４に格納されているリファレンスデータ３１は、公称電池容量１０００ｍＡｈのリファレンスデータであるため、現在の測定対象となっている電池セル群１の公称電池容量に換算する必要がある。そのため、現在の電池セル群１の公称電池容量（記憶部１８に格納）との比例ゲイン定数（現在の電池セル群１の公称電池容量／１０００ｍＡｈ）をリファレンスデータ３１の参照値に乗じて電池残量を算出する。そして、算出した電池残量を現在内部ＲＡＭ４６に格納されている電池残量と置き換えた後、本処理を終了する。

このように本実施の形態では、当該無負荷時処理により、一定時間、無負荷状態が継続された場合は、省電力モードに移行し、省電力モードから復帰する場合は、復帰時点の電池セル群１周囲の温度及び電池電圧に応じて放電量を考慮して、復帰時点の電池セル群１の電池残量を算出し、内部ＲＡＭ４６に格納する。従って、復帰時点の電池残量を正確に測定し、内部ＲＡＭ４６に格納した状態とすることができる。

（充電時処理）
次に、充電時処理について説明する。本実施の形態における充電時処理の流れの一例のフローチャートを図９に示す。

充電動作が発生しているため、ステップ５００では、一定時間間隔（本実施の形態では、具体的一例として１０ｍｓ）でアナログフロントエンドＩＣ１２の電流計測回路２４で計測した電流データを取得する。次のステップ５０２では、取得した電流データ（測定値）をＡＤＣ４０でＡ／Ｄ変換しデジタルデータにする。次のステップ５０４ではＡ／Ｄ変換したデジタルデータを内部ＲＡＭ４６に格納してある電池残量に加算（積算）する。すなわち、電池残量に充電量を加算（積算）する。

次のステップ５０６では、電圧計測回路２２から現時点の電池電圧を取得し、それぞれＡ／Ｄ変換したデジタルデータとし、その値が過充電条件として予め定めた閾値以上であるか否かを判断する。閾値未満の場合は、ステップ５１０へ進む。一方、閾値以上の場合は、ステップ５０８へ進み、過充電状態であるため、現時点の電池残量を公称電池容量の１００％の電量（いわゆる、バッテリ容量）とする。さらに、ステップ５１０では、電池残量を内部ＲＡＭ４６に格納した後、本処理を終了する。

このように本実施の形態では、当該充電時処理により、充電量を加算（積算）することにより電池残量を算出し、内部ＲＡＭ４６に格納する。また、現時点の電池電圧が過充電条件として予め定めた閾値以上の場合は、過充電状態と判断して、電池残量を１００％の公称電池容量（バッテリ容量）として算出する。従って、電池残量を正確に測定し、内部ＲＡＭ４６に格納した状態とすることができる。

（放電時処理）
次に、放電時処理について説明する。本実施の形態では、放電時処理の場合には、放電条件に応じて存在する放電できない電気量である非放電量を電池残量から減算することにより、現時点で実質的に使用可能な電気量（使用可能量）を電池残量として算出し、記憶させている。本実施の形態における放電時処理の流れの一例のフローチャートを図１０に示す。

放電動作が発生しているため、ステップ６００では、一定時間間隔（本実施の形態では、具体的一例として１０ｍｓ）でアナログフロントエンドＩＣ１２の電流計測回路２４で計測した電流データを取得する。次のステップ６０２では、取得した電流データ（測定値）をＡＤＣ４０でＡ／Ｄ変換してデジタルデータにする。

次のステップ６０４では、非放電量が内部ＲＡＭ４６に格納されているか否か判断し、格納されていない場合は、ステップ６０８へ進む。一方、格納されている場合は、ステップ６０６へ進み、格納されている非放電量を内部ＲＡＭ４６に格納されている電池残量に加算する。本実施の形態では、以前に、放電動作が発生しており、放電時処理を行った場合は、前回の放電時処理において非放電量を算出し、内部ＲＡＭ４６に格納済の状態になっている。一方、内部ＲＡＭ４６に格納されている電池残量は、使用可能量となっており、電池セル群１の電池残量（実際に電池セル群１に残っている電気量）から非放電量を減算した電気量となっている。そのため、ステップ６０６の処理により、電池残量に非放電量を加算することにより、現放電動作開始時における実際の電池セル群１に残っている電気量を算出する。

次のステップ６０８では、Ａ／Ｄ変換した測定値を電池残量から減算する。すなわち、放電動作開始時における実際の電池残量から放電量を減算する。

さらに、次のステップ６１０では、温度計１６から温度データを取得し、取得した温度データ（アナログデータ）をＡＤＣ４０によりＡ／Ｄ変換してデジタルデータとする。

次のステップ６１２では、記憶部４４に格納されているリファレンスデータ３２を参照し、現在の測定電流値を現在の測定対象である電池セル群１の公称電池容量（記憶部１８に格納）で正規化した正規化電流値と、温度と、に基づいて参照値となる非放電量（基準非放電量）を取得する。具体的に正規化電流値とは、現在の測定電流値を現在の測定対象である電池セル群１の公称電池容量で除算（測定電流値／公称電池容量）することにより算出している。

次のステップ６１４では参照非放電量に現在の測定対象である電池セル群１の公称電池容量を乗算（基準非放電量×公称電池容量）することにより、非放電量を算出する。これにより、現放電動作時の放電条件に応じた非放電量を算出することができる。なお、非放電量の算出方法はこれに限らず、公称電池容量に応じた比例乗数を基準非放電量に乗算することにより非放電量を算出するようにしてもよい。

さらに次のステップ６１６では、電池残量から算出した非放電量をさらに減算して使用可能量を算出する。次のステップ６１８では、算出した非放電量、及び電池残量（ここでは使用可能量）を内部ＲＡＭ４６に格納した後、本処理を終了する。

このように本実施の形態では、当該放電時処理において、現放電時において測定した電流値を測定対象の電池セル群１の公称電池容量で除算した正規化電流値と、現放電時において測定した温度データとに応じた基準非放電量をリファレンスデータ３２から取得し、基準非放電量に測定対象の電池セル群１の公称電池容量を乗算することにより非放電量を算出する。さらに内部ＲＡＭ４６に格納されている電池残量から、測定した電流値と算出した非放電量とを減算して、使用可能量を算出して、電池残量としている。このように現放電時における放電条件に応じた非放電量を算出することができるため、放電条件（温度）が変化した場合でも正確に非放電量を算出することができる。従って、電池残量を正確に測定することができる。

今回の発明に至るまでには、本発明者らは、まず特性の異なる電池の電池残量を非放電量まで考慮して同一の電池残量測定システムにて測定することで、電池残量測定システムの作り分けを回避してシステム作成のコストの低減を図ることを検討した。そして、まずは予め設置（測定）が想定される、または決まっている電池の非放電量をわざわざ個別（異なる特性毎に）にメモリに格納して使用することを検討した。しかしながら、この場合、例えば、非放電量を示すデータ、または温度と非放電量との対応関係を示すデータを、公称電池容量１０００ｍＡｈ、１５００ｍＡｈ、２０００ｍＡｈ等、公称電池容量毎にメモリに格納しておく必要があり、複数個のデータを格納しておく必要があることが想定された。

以上のことから本発明者らの検討によって、電池残量測定システムの作り分けを回避することは実現できたが、第１に、設置が想定される、または決まっている電池に応じてメモリを増加させる必要があることから、メモリ容量が膨大となってしまい、電池残量測定システムの単位当りの面積やコスト等が増加してしまうという新たな問題が想定されることが見出された。また、第２に、設置が決まっている電池の特性（公称電池容量）にしか対応できず、想定し得ない特性（公称電池容量）の電池が使用された場合には、電池残量を正確に測定できなくなるという問題が想定されることも見出された。そのため、設置（測定）が決まっている電池の非放電量をわざわざ個別（異なる特性毎に）にメモリに格納して使用するのは、好ましくないという検討結果が本発明者らにより得られた。

これに対して、本発明者らは、実験によって、非放電量が公称電池容量に比例して定義可能であることを新たに見出した。そのため、本実施の形態の電池残量測定システム１０のように、測定対象としての電池の公称電池容量が異なるものに変更された場合であっても、正規化電流値と温度データに応じた基準放電量を取得し、当該基準放電量に公称電池容量（変更後の電池セル群１の公称電池容量）を乗算することで、変更後の電池セル群１に対応した適切な非放電量を算出することができるという本発明の特徴を見出すに至った。

以上のように、本発明によれば、公称電池容量毎のデータを格納させておく必要がないため、メモリ容量を増大させることなく、同一の電池残量測定システム１０で特性の異なる電池（電池セル群１）の電池残量を正確に測定することができる。

また、電池セル群１の特性（公称電池容量）によらず、例えば電池残量測定システム１０の設計者やユーザの想定外の電池セル群１に対しても正確に電池残量を測定することができる。

なお、上述した本実施の形態では、プログラムの初期化処理（電源投入時）に実行される公称電池容量格納処理において電池残量測定システム１０に入力させる入力手段として、公称電池容量をＰＣ８のコンソールよりインターフェース４８を経由して電池残量測定システム１０に入力させていたがこれに限らない。その他の入力手段を備えた電池残量測定システム１０の具体的例を概略構成図を図１１及び図１２に示す。

図１１に示した電池残量測定システム１０では、図１に示した上述の電池残量測定システム１０のインターフェース４８に代わり、入力手段として機能するディップスイッチ（Ｄｉｐ ＳＷ）部５０、及び表示手段として機能するＬＥＤ５２を備えている。なお、図１１に示した電池残量測定システム１０における公称電池容量格納処理では、上述の図３に示した公称電池容量格納処理のステップ１００において、公称電池容量をディップスイッチ部５０より入力するように変更すればよい。また、図１１に示した電池残量測定システム１０では、ディップスイッチ部５０により入力された公称電池容量（数値そのもの）をＬＥＤ５２に表示させる。このように、図１１に示した電池残量測定システム１０では、ディップスイッチ部５０により公称電池容量を入力することができるため、電池残量測定システム１０の基板（ボード）上だけで処理を実行することができ、図１に示した電池残量測定システム１０のように、外部装置（ＰＣ８）を接続する必要がないという効果が得られる。また、ＬＥＤ５２を設けたことにより、設計者やユーザ等が、記憶部１８に格納されている公称電池容量を確認することができる、という効果が得られる。なお、ディップスイッチに限らず、矩形波が出力される（８ビット ＭＣＵ１４にパルス入力が可能な）スイッチ等であればその他の入力手段であっても同様の効果が得られる。

また、図１２に示した電池残量測定システム１０では、図１に示した上述の電池残量測定システム１０のインターフェース４８に代わり、入力手段として機能する公称電池容量検出部６０を備えている。公称電池容量検出部６０は、アナログフロントエンドＩＣ１２で計測された電池セル群１の電池電圧に基づいて、公称電池容量を検出する機能を有するものである。公称電池容量の検出方法は、例えば、特開平１０−１４４３５８に記載されている技術等の既知の方法を用いればよい。なお、図１２に示した電池残量測定システム１０における公称電池容量格納処理では、上述の図３に示した公称電池容量格納処理のステップ１００において、公称電池容量を公称電池容量検出部６０が自動で検出するように変更すればよい。このように図１２に示した電池残量測定システム１０では、公称電池容量検出部６０により、電池セル群１の公称電池容量を自動で検出することができるため、設計者やユーザ等の手間を削減することができる。

以上説明したように、本実施の形態の電池残量測定システム１０では、測定対象の電池セル群１の公称電池容量を記憶部１８に、電池残量を内部ＲＡＭ４６に格納しておき、電池残量計算プログラムを実行し、電池残量算出処理を行う。また、電池残量測定システム１０では、基準公称電池容量１０００ｍＡｈの電池セル群１の温度と、電圧と、放電量との対応関係を示すリファレンスデータ３１（テーブル）が記憶部４４に格納されており、測定対象の電池セル群１の公称電池容量との比例ゲイン定数（測定対象の電池セル群１の公称電池容量／１０００ｍＡｈ）を当該リファレンスデータ３１の参照データに乗じることにより電池残量を算出する。

またさらに、公称電池容量が２０００ｍＡｈの電池セル群１における電流の上限が１０００ｍＡ、非放電量の上限が１０００ｍＡｈとした、温度、電流と非放電量との対応関係を示すリファレンスデータ３２が記憶部４４に格納されており、温度と、正規化した電流値（現在の電流の測定値／公称電池容量）と、からリファレンスデータ３２を参照し、基準非放電量を取得し、基準非放電量×公称電池容量を非放電量として電池セル群１の電池残量を算出する。

このように電池残量を算出することにより、本実施の形態では、公称電池容量が異なる電池セル群１の電池残量を正確に測定することができる。

なお、上述の実施の形態では、リファレンスデータ３１を基準公称電池容量が１０００ｍＡｈの際のデータとしているが、基準公称電池容量は１０００ｍＡｈに限らず、その他の公称電池容量としてもよい。またリファレンスデータ３２を公称電池容量が２０００ｍＡｈの電池セル群１における温度、電流と非放電量との対応関係のデータのうち、電流の上限が１０００ｍＡ、非放電量の上限が１０００ｍＡｈまでのデータとしているが、これに限らず、その他の公称電池容量の電池セル群１における対応関係としてもよいし、電流及び非放電量の上限も異なる値であってもよい。これらは、電池セル群１及び電池残量測定システム１０の特性や仕様等により定めればよい。また、本実施の形態ではリファレンスデータ３１及びリファレンスデータ３２をリチウムイオン電池に対するものとしたが、これに限らず、その他の電池に用いる場合は、測定対象の電池に応じたリファレンスデータ３１及びリファレンスデータ３２を格納させておけばよい。

また、上述の実施の形態では、電池残量測定システム１０の測定対象をリチウムイオン電池の二次電池である電池セル群１としたがこれに限らず、測定対象とする電池については特に限定されるものではない。

また、上述の実施の形態では、プログラムの初期化処理（電源投入時）に実行される公称電池容量格納処理において電池セル群１の公称電池容量を記憶部１８に格納したがこれに限らず、例えば、記憶部４４に格納するようにしても同様の効果が得られる。このように８ビット ＭＣＵ１４内の記憶部４４に格納することにより、外付け部品を削減することができるため、コストダウンを見込めるという効果が得られる。

また、上述の実施の形態で説明した電池残量測定システム１０、アナログフロントエンドＩＣ１２、及び８ビット ＭＣＵ１４等の構成、電池残量算出処理等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。

１ 電池セル群
１０ 電池残量測定システム
１２ アナログフロントエンドＩＣ
１４ ８ビット ＭＣＵ
１６ 温度計
１８ 記憶部
２２ 電圧計測回路
２４ 電流計測回路
２６ 充電器／負荷検出部
４２ ＣＰＵ４２
４４ 記憶部
４６ 内部ＲＡＭ
４８ インターフェース
５０ ディップスイッチ部
５２ ＬＥＤ
６０ 公称電池容量検出部

Claims (12)

1. 電池の周囲の温度と前記電池から放電される電流の電流値とに応じた基準非放電量を記憶した第１記憶手段と、
   前記電池とは公称電池容量が異なる測定対象電池から放電される電流の電流値を検出すると共に前記測定対象電池から放電される電流の電流値を出力する電流検出手段と、
   前記電流検出手段が出力する前記測定対象電池から放電される電流の電流値が入力され、前記測定対象電池の周囲の温度と前記電流検出手段から入力された前記測定対象電池から放電される電流の電流値とに応じた前記基準非放電量を前記第１記憶手段から取得し、取得した前記基準非放電量と前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた非放電量に基づいて現在の電池残量を演算する演算手段と、
   を備えた電池残量測定システム。
2. 電池残量を記憶する第２記憶手段を備え、
   前記演算手段は、前記第２記憶手段に記憶されている初期電池残量から放電により失われた電量と取得した前記基準非放電量と前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた非放電量とを減算した使用可能量を、前記電池残量として前記第２記憶手段に出力する、請求項１に記載の電池残量測定システム。
3. 前記電池残量測定システムは、
   初期非放電量を記憶する第３記憶手段を備え、
   前記演算手段は、前記第３記憶手段に前記初期非放電量が既に記憶されている場合は、記憶されている前記初期非放電量を前記第２記憶手段に記憶されている前記電池残量に加算した後、当該電池残量から放電により失われた電量及び前記非放電量を減算した使用可能量を算出し、前記現在の電池残量とする、請求項２に記載の電池残量測定システム。
4. 前記演算手段は、前記電池の公称電池容量と、前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた比例ゲイン定数を前記基準非放電量に乗算して前記非放電量を演算する、請求項２に記載の電池残量測定システム。
5. 前記測定対象電池の電圧値を検出する電圧検出手段を備え、
   前記第１記憶手段は、前記電池の周囲の温度と電池の電圧値とに応じて予め定められた基準放電量を記憶し、前記演算手段は、前記測定対象電池における充電動作及び放電動作のいずれも行われない無負荷状態の場合は、前記測定対象電池の周囲の温度と、前記電圧検出手段で検出した前記電圧値とに応じた前記基準放電量を前記第１記憶手段から取得し、取得した前記基準放電量と、前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた電池残量を第２記憶手段に出力する、請求項１に記載の電池残量測定システム。
6. 前記演算手段は、前記無負荷状態の場合は、前記基準放電量が予め定められた際の電池容量と、前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた比例ゲイン定数を前記基準放電量に乗算して電池残量を演算する、請求項５に記載の電池残量測定システム。
7. 前記電池は、直列に接続された複数の電池セルを備え、
   前記電池セルの電圧を均等化する均等化手段を備えた、請求項１に記載の電池残量測定システム。
8. 第１記憶手段に電池の周囲の温度と電池から放電される電流の電流値とに応じて予め定められた基準非放電量が記憶された状態で、
   電流検出部により、前記電池とは公称電池容量が異なる測定対象電池から放電される電流の電流値を検出する電流検知工程と、
   演算手段により、前記電池において放電動作が行われた場合に、前記測定対象電池の周囲の温度と、前記電流値とに応じた前記基準非放電量を前記第１記憶手段から取得し、取得した前記基準非放電量と、前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた非放電量に基づいて現在の電池残量を第２記憶手段に出力する電池残量出力工程と、
   を備えた電池残量測定方法。
9. 前記電池残量出力工程は、
   前記第２記憶手段に記憶されている初期電池残量を取得する工程と、
   放電により失われた電量と取得した前記基準非放電量と前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた非放電量とを前記初期電池残量から減算した使用可能量を算出し、前記現在の電池残量として第２記憶部に出力する工程と、
   を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の電池残量測定方法。
10. 前記電池残量出力工程は、
    第３記憶手段に初期非放電量が既に記憶されている場合は、記憶されている前記初期非放電量を前記第２記憶手段に記憶されている前記電池残量に加算した後、当該電池残量から放電により失われた電量及び前記非放電量を減算した使用可能量を算出し、前記電池残量とする、
    ことを特徴とする請求項９に記載の電池残量測定方法。
11. 前記電池残量出力工程は、
    前記電池の公称電池容量と、前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた比例ゲイン定数を前記基準非放電量に乗算して前記非放電量を演算する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電池残量測定方法。
12. 電池の周囲の温度と前記電池から放電される電流の電流値とに応じた基準非放電量を記憶した第１記憶手段と、
    測定対象電池から放電される電流の電流値を検出すると共に前記電流値を出力する電流検出手段と、
    前記電流値が入力され、前記測定対象電池の周囲の温度と前記電流値を前記測定対象電池の公称電池容量で正規化した正規化電流値とに応じた前記基準非放電量を前記第１記憶手段から取得し、前記電池の公称電池容量と前記測定対象電池の公称電池容量とに応じた比例ゲイン定数を前記基準非放電量に乗算した非放電量に応じた現在の電池残量を演算する演算手段と、
    を備えた電池残量測定システム。