TW201725399A - 充電式電池之殘量檢測電路、使用其之電子機器、汽車及充電狀態之檢測方法 - Google Patents

充電式電池之殘量檢測電路、使用其之電子機器、汽車及充電狀態之檢測方法 Download PDF

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Abstract

本發明之課題在於改善電池之充電狀態之檢測精度。 其解決方法為，藉由將電池之充放電電流IBAT進行累計而生成庫侖計值CC(S100)。計算SOC之值SOC1(S102)。根據針對電池所預先規定之SOC-OCV特性，而生成與值SOC1對應之OCV之值OCV1(S112)。檢測電池之電壓VBAT(S104)。生成值OCV1與電池之電壓VBAT之檢測值VBAT1之差分VDROP1(S114)。生成較系統之最低動作電壓高出與差分VDROP1相應之電壓幅度ΔV之值OCV2(S116)。根據SOC-OCV特性而生成與值OCV2對應之SOC之值SOC2(S118)。根據值SOC2，對值SOC1、CC、CFULL、及SOC-OCV特性中之至少一者進行修正。

Description

充電式電池之殘量檢測電路、使用其之電子機器、汽車及充電狀態之檢測方法
本發明係關於一種電池管理系統。
以行動電話終端、數位相機、平板終端、隨身聽、便攜式遊戲機器、筆記型電腦為首之各種電池驅動型之電子機器中，內置有充電式電池(蓄電池)，進行系統控制或信號處理之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、液晶面板、無線通訊模組、及其他類比/數位電路等電子電路係受到來自電池之電力供給而動作。 圖1係電池驅動型之電子機器之方塊圖。電子機器500具備電池502、及對電池502進行充電之充電電路504。充電電路504接收來自外部之電源適配器或USB(Universal Serial Bus，通用串列匯流排)之電源電壓VADP 而對電池502進行充電。 於電池502上連接有負載508。流過電池502之電流BAT 成為來自充電電路504之充電電流ICHG 與流過負載508之負載電流(放電電流)ILOAD 之差分。 於電池驅動型之電子機器中，電池之殘量(充電狀態：SOC)之檢測成為不可或缺之功能，於電子機器500中，設置有殘量檢測電路506。殘量檢測電路506亦稱為燃料表IC(Integrated Circuit，積體電路)。作為利用殘量檢測電路506進行之電池殘量之檢測方法，(1)電壓法與(2)庫侖計法(電荷累計法)該兩者成為主流。亦有將殘量檢測電路506內置於充電電路504中之情況。 電壓法中，於開放狀態(無負載狀態)下測定電池之開路電壓(OCV：Open Circuit Voltage)，且根據OCV與SOC之對應關係而推斷殘量。只要電池為無負載、且並非弛豫狀態，則OCV無法測定，因此，於充放電中無法準確地測定OCV。 庫侖計法中，將流入至電池之充電電流及自電池流出之放電電流(以下，總稱為充放電電流)累計，計算對電池之充電電荷量、放電電荷量，藉此推斷殘量。根據庫侖計法，與電壓法不同，於無法獲得開放電壓之電池使用期間，亦可推斷殘量。 圖1之殘量檢測電路506藉由庫侖計法而推斷電池502之殘量。殘量檢測電路506具備庫侖計電路510與SOC運算部512。庫侖計電路510檢測電池502之電流IBAT ，並將其累計。庫侖計電路510生成之庫侖計值CC由下式表示。 CC＝∫IBAT dt 嚴格而言，於時間上離散地採樣電池電流IBAT ，且根據下式而計算。Δt表示採樣週期。 CC＝Σ(Δt×IBAT ) 該累計(積分)例如係將自電池502流出之方向上之電流IBAT 設為正，且將流入至電池502之方向上之電流IBAT 設為負而進行。 SOC運算部512根據庫侖計值CC而計算電池502之SOC。於SOC之計算中使用下式。 SOC[%]＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100 CCFULL 表示於充滿電狀態下蓄積於電池502中之電荷量(庫侖計值)。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]美國專利第9,035,616B2號說明書
[發明所欲解決之問題] 本發明者對圖1之殘量檢測電路506進行研究之後認識到以下之課題。此處，關於充電不予考慮，而是說明放電時之現象。圖2係表示OCV與SOC之對應關係(SOC-OCV特性)及電池電壓VBAT 之變化之圖。 此處，以鋰離子電芯為例，OCV＝4.2 V時為充滿電狀態，即SOC＝100%。又，將能夠使包含負載508之系統動作之最低動作電壓設為VBAT ＿ MIN 時，當OCV＝VBAT ＿ MIN 時，SOC＝0%。關於中間的SOC，與OCV係1對1地建立對應。 當前，若使負載電流ILOAD 自充滿電狀態連續地或不連續地流過，則OCV朝圖中箭頭所示之方向降低。將此時之放電電流IBAT 進行累計，根據庫侖計值CC而計算SOC，且隨時間之經過而接近零。 圖2中除OCV外，還表示自電池502取出至外部之電池電壓VBAT 。電池電壓VBAT 較OCV進一步下降。該下降量(電壓降)VDROP 中除包含與當前之負載電流ILOAD (即瞬時值)成比例之成分外，還包含基於過去之負載電流ILOAD 之歷程之成分。因此，即便於負載電流ILOAD 成為零之後，該下降量亦不會立即成為零。電壓降VDROP 於無負載狀態下，經過較長之弛豫時間(數小時左右)後接近零。 如圖2所示，在由於電壓降VDROP 而導致OCV降低至VBAT ＿ MIN 之前，若電池電壓VBAT 降低至VBAT ＿ MIN ，則系統關機。此時，根據庫侖計法計算出之SOC係大於0之值X。亦即，雖然表示為殘餘X(%)，但電子機器500之使用者亦會遭遇到系統關機之狀況。 本發明係鑒於該課題而完成者，其某一態樣之例示性目的之一在於提供一種能夠改善電池之充電狀態之檢測精度之方法及殘量檢測電路。 [解決問題之技術手段] 本發明之某一態樣係關於一種檢測充電式電池之SOC(State Of Charge，充電狀態)之方法。該方包含以下處理。 (1)藉由將電池之充放電電流進行累計而生成庫侖計值CC。 (2)根據SOC1＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100…(1) 而生成SOC之值SOC1。其中，CCFULL 係相當於充滿電之庫侖計容量值。 進而於該方法中，進行以下之(3)修正處理。 (3-1)根據針對電池預先所規定之SOC與OCV(Open Circuit Voltage)之對應關係(SOC-OCV特性)，生成與值SOC1對應之OCV之值OCV1。 (3-2)檢測電池之電壓VBAT1 。 (3-3)生成值OCV1與電池之電壓VBAT 之檢測值VBAT1 之差分VDROP1 。 (3-4)生成較系統之最低動作電壓VBAT ＿ MIN 高出與差分VDROP1 相應之電壓幅度ΔV之值OCV2。 (3-5)根據SOC-OCV特性而生成與值OCV2對應之SOC之值SOC2。 (3-6)將值SOC2設為與殘量零(0%)相當者，對值SOC1、CC、CFULL 及SOC-OCV特性中之至少一者進行修正。 根據該態樣，考慮上述之時常變化之電壓降VDROP ，於實際之電池電壓VBAT 降低至最低動作電壓VBAT ＿ MIN 時，即，於系統關機時，可以使SOC成為零之方式而修正基於庫侖計法之殘量檢測處理，從而可改善SOC之檢測精度。 亦可為ΔV＝VDROP1 。於OCV與電池電壓之差分之SOC依存性較小之情形時為有效。 可將OCV與電池電壓之差分VDROP 之SOC依存性預先保持，亦可保持於查找表，還可作為運算式而保持。 修正處理亦可進而包含以下處理。 計算OCV之暫定值OCV3＝VBAT ＿ MIN +VDROP1 。 生成與OCV之暫定值OCV3對應之SOC之暫定值SOC3。 根據值SOC1下之上述差分VDROP1 及上述差分之SOC依存性而計算暫定值SOC3下之電壓降ΔV。 藉此可提高精度。 除電壓降VDROP 之SOC依存性外，還可保持溫度依存性。藉此可進一步提高精度。 於修正處理(3-6)中，亦可將庫侖計容量值CCFULL 修正為藉由式(2)所得之新的值CCFULL '。 CCFULL '＝CCFULL ×(100－SOC2)/100…(2) 於修正處理(3-6)中，亦可將庫侖計值CC修正為藉由式(3)所得之新的值CC'。 CC'＝CC－(CCFULL －CCFULL ')…(3) 於修正處理(3-6)中，亦可將庫侖計值CC修正為藉由式(4)所得之新的值CC'。 CC'＝CC－CCFULL ×SOC2/100…(4) 於修正處理(3-6)中，亦可將藉由式(5)所得之新的值SOC'作為修正後之SOC。 SOC'＝SOC1×100/(100－SOC2)…(5) 於修正處理(3-6)中，亦可不修正庫侖計值CC。 於修正處理(3-6)中，亦可將藉由式(6)所得之新的值SOC'作為修正後之SOC。 SOC'＝{CCFULL －CC×100/(100－SOC2)}/CCFULL ×100…(6) 於修正處理(3-6)中，亦可不修正庫侖計容量值CCFULL ，而是將庫侖計值CC修正為藉由式(7)所得之新的值CC'。 CC'＝CC×100/(100－SOC2)…(7) 於修正處理(3-6)中，亦可將庫侖計值CC修正為藉由式(8)所得之新的值CC'。 CC'＝CC×(100－SOC2)/100…(8) 上述SOC-OCV特性亦可將較系統之最低動作電壓為低之OCV之範圍與負的SOC建立對應。 藉此，亦可應對有效之殘量增加之情形。 修正處理(3)可於電池之電壓較特定之電壓值為低時有效。或，修正處理(3)亦可於SOC低於特定值時有效。 於電池殘量較大時不進行修正，藉此可抑制伴隨修正產生之消耗電力之增加。 修正處理(3)亦可針對每特定之週期間歇地成為有效。 若使修正始終有效，則消耗電力增大，藉由按每特定之週期間歇地進行修正處理，可抑制伴隨修正產生之消耗電力之增加。 特定之週期亦可長於1秒且短於60秒。藉由按該週期進行修正，可於合理之消耗電力增加之範圍內獲得充分之SOC精度改善之效果。 本發明之另一態樣係關於一種檢測充電式電池之SOC(State Of Charge)之殘量檢測電路。殘量檢測電路具備：庫侖計電路，其藉由對電池之充放電電流進行累計而生成庫侖計值CC；電壓檢測電路，其檢測電池之電壓VBAT ；SOC運算部，其根據式(1)而計算SOC之值SOC1；及修正電路，其對值SOC1、CC、CFULL 及SOC-OCV特性中之至少一者進行修正。 SOC1＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100…(1) 其中，CCFULL 係相當於充滿電之庫侖計容量值。 修正電路執行：根據針對電池預先所規定之作為SOC與OCV(Open Circuit Voltage)之對應關係的SOC-OCV特性而生成與值SOC1對應之OCV之值OCV1之步驟；生成值OCV1與由電壓檢測電路檢測出之電壓之檢測值VBAT1 之差分VDROP1 之步驟；生成較系統之最低動作電壓高出與差分VDROP1 相應之電壓幅度ΔV之值OCV2之步驟；根據SOC-OCV特性而生成與值OCV2對應之SOC之值SOC2之步驟；及將值SOC2設為與殘量零(0%)相當者，對值SOC1、CC、CFULL 及SOC-OCV特性中之至少一者進行修正之步驟。 本發明之另一態樣係一種電子機器。電子機器具備充電式電池、及檢測電池之狀態之上述殘量檢測電路。 本發明之另一態樣係一種汽車。汽車具備充電式電池、及檢測電池之狀態之上述殘量檢測電路。 再者，將以上構成要素之任意組合或本發明之構成要素或表達於方法、裝置、系統等之間相互置換而成者亦有效地作為本發明之態樣。 [發明之效果] 根據本發明，可改善電池之充電狀態之檢測精度。
以下，根據較佳之實施形態，一面參照圖式一面對本發明進行說明。對各圖式所示之相同或同等之構成要素、構件、處理標註相同之符號，適當省略重複之說明。又，實施形態並非限定發明者而是例示，實施形態中記述之所有特徵或其組合並非必須限定為發明之本質性者。 本說明書中，所謂「構件A與構件B連接之狀態」，亦包含構件A與構件B物理性直接連接之情形、或構件A與構件B經由其他構件而間接連接之情形，後者不會對其等之電性連接狀態造成實質性影響、或不會損及藉由其等之結合而發揮之功能或效果。 同樣地，所謂「構件C設置於構件A與構件B之間之狀態」除包含構件A與構件C或構件B與構件C直接連接之情形之外，亦包含經由其他構件而間接連接之情形，後一情形不會對其等之電性連接狀態造成實質性影響、或不會損及藉由其等之結合而發揮之功能或效果。 又，於本說明書中，對電壓信號、電流信號、或電阻所標註之符號視需要而表示各者之電壓值、電流值、或電阻值。 圖3係具備實施形態之殘量檢測電路之電池管理系統100之方塊圖。電池管理系統100具備電池102、充電電路104、負載108及殘量檢測電路200。電池102包含一個或複數個電芯。電芯之種類並未特別限定，可例示鋰離子電芯、鋰空氣電芯、以鋰金屬為基礎之電芯、氫化鎳電芯、鎳鎘電芯、鎳鋅電芯等。電芯之個數依存於電池管理系統100之用途，但於可攜式電子機器之情形時為1電芯～數電芯，於車載電池或產業機器、產業機械之用途中為數十～數百電芯左右。作為本發明之用途，電池102之構成並無特別限定。 對負載108供給來自電池102之電池電壓VBAT 。負載108之種類並無特別限定。例如將電池管理系統100搭載於電子機器之情形時，負載108可包含使電池電壓VBAT 升壓或降壓且生成電源電壓VDD 之電源電路、或受到電源電壓VDD 而動作之各種電子電路。於電池管理系統100搭載於汽車或產業機械之情形時，負載108可包含馬達、及將電池電壓VBAT 轉換為交流並驅動馬達之反相器。 充電電路104受到來自外部之電源適配器或USB(Universal Serial Bus，通用串列匯流排)、充電站等之電源電壓VEXT 而對電池102進行充電。 殘量檢測電路200檢測電池102之充電狀態(SOC：State Of Charge)。再者，於本說明書中為容易理解，將SOC設為最小值為0、最大值為100之百分率(%)而進行說明，但本發明並未限定於此。例如以10位元表示SOC之情形時，於數位信號處理之過程中，請注意SOC係以0～1023之1024灰階表示。 殘量檢測電路200具備庫侖計電路202、電壓檢測電路204、SOC運算部206、修正電路208、及查找表210。庫侖計電路202藉由對電池102之充放電電流(IBAT )進行累計而生成庫侖計值CC。庫侖計值CC係以下式表示。 CC＝∫IBAT dt 庫侖計電路202以特定之採樣週期Δt對電池電流IBAT 進行採樣。庫侖計值CC係使用各採樣時刻下之電池電流IBATi 並利用下式而計算。 CC＝Σi ＝ 1 (Δt×IBATi ) 該累計(積分)例如係將自電池102流出之方向上之電流IBAT 設為正，且將流入至電池502之方向上之電流IBAT 設為負而進行。 電流IBAT 之檢測方法並無特別限定。例如亦可將感測電阻RS 與電池102串聯地***至電流IBAT 之路徑上，檢測感測電阻RS 之電壓降。感測電阻RS 可***於電池102之正極側，亦可***於負極側。庫侖計電路202亦可包含對感測電阻RS 之電壓降VCS (或將電壓降VCS 放大後之電壓)進行採樣之A/D轉換器、及對A/D轉換器之輸出資料進行累計之累計器。 電壓檢測電路204監控電池102之電壓VBAT ，生成表示電池電壓VBAT1 之資料(電壓資料)DVBAT 。電壓檢測電路204亦可包含對電池電壓VBAT 進行採樣、或將其特定係數倍後之電壓進行採樣並數位化之A/D轉換器。 SOC運算部206接收來自庫侖計電路202之庫侖計值CC。SOC運算部206根據式(1)而計算SOC之值SOC1。 SOC1＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100…(1) 其中，CCFULL 係相當於充滿電之庫侖計容量值。 對修正電路208供給值SOC1及電壓資料DVBAT 。修正電路208根據該等值而對值SOC1、CC、CFULL 及SOC-OCV特性中之至少一者進行修正。 以下，對修正電路208之修正處理進行說明。 針對電池102，預先測定SOC與OCV(Open Circuit Voltage)之對應關係(SOC-OCV特性)。圖4係表示SOC-OCV特性之一例之圖。SOC-OCV特性例如儲存於圖3之查找表210中。關於未儲存於查找表210中之中間值，可藉由線性插補等運算手段而生成。或，修正電路208亦可將SOC-OCV特性以運算式(例如多項式)之形式保持。 修正電路208根據SOC-OCV特性而生成與值SOC1對應之OCV之值OCV1。繼而，生成值OCV1與經電壓檢測電路204檢測之電池電壓VBAT1 之差分VDROP1 。 VDROP1 ＝OCV1－VBAT1 將包含負載508之系統之最低動作電壓設為VBAT ＿ MIN 。修正電路208生成較最低動作電壓VBAT ＿ MIN 高出與差分VDROP1 相應之電壓幅度ΔV之值OCV2。 OCV2＝VBAT ＿ MIN +ΔV 於ΔV＝VDROP1 之情形時， OCV2＝VBAT ＿ MIN +VDROP1 或，於ΔV＝VDROP1 ×α(α為常數)之情形時， OCV2＝VBAT ＿ MIN +VDROP1 ×α 或，於ΔV＝VDROP1 +β(β為常數)之情形時， OCV2＝VBAT ＿ MIN +VDROP1 +β 或，亦可設為 OCV2＝VBAT ＿ MIN +α×VDROP1 +β 更一般化而言，亦可定義特定之函數f()，且根據ΔV＝f(VDROP1 )而計算電壓幅度ΔV。 修正電路208根據SOC-OCV特性而生成與值OCV2對應之SOC之值SOC2。繼而，修正電路208將值SOC2設為與電池102之殘量零(0%)相當者，對值SOC1、CC、CFULL 及SOC-OCV特性中之至少一者進行修正。 庫侖計電路202及電壓檢測電路204可僅由硬體封裝，亦可將其等積體化為單一之IC。SOC運算部206、修正電路208及查找表210亦可由微電腦等能夠進行軟體控制之處理器封裝。或，亦可將殘量檢測電路200整體積體化為單一之晶片。 殘量檢測電路200所生成之SOC可作為數字、或作為表示殘量之圖符而顯示於顯示裝置、或用作提醒。 以上為實施形態之殘量檢測電路200之構成。繼而對其動作進行說明。圖5係實施形態之殘量檢測之流程圖。例如自充滿電狀態開始進行處理。再者，流程圖並非係限定各處理(步驟)之順序者，各處理之順序只要不破壞處理則能夠任意地調換。又，該流程圖並非表示執行各處理之頻度(頻率、週期)為相同者。 庫侖計電路202計算庫侖計值CC(S100)。SOC運算部206利用庫侖計值CC，根據式(1)而計算值SOC1(S102)。例如，庫侖計電路202以數十～數百Hz之週期更新庫侖計值CC，另一方面，SOC運算部206亦可以較其低之頻率、例如1秒～60秒左右之週期而計算SOC1。 電壓檢測電路204測定VBAT (S104)。於消耗電力之增加並未成為問題之情形時，電壓檢測電路204亦可以較高之頻率(例如與庫侖計電路202相同之頻率)而測定電池電壓VBAT 。 繼而，進行修正處理S110。修正處理S110可針對SOC1之每一次運算進行，亦可以較其低之週期進行。圖6係表示利用電壓與SOC之關係之修正處理S110之圖。各值係以其上標註之編號(i)～(v)之順序生成。 修正電路208根據SOC-OCV特性而自SOC1轉換為OCV1(S112)。繼而，計算電壓降VDROP1 (S114)。然後，根據電壓降VDROP1 及最低動作電壓VBAT ＿ MIN ，推斷電池電壓VBAT 之測定值VBAT1 達到最低動作電壓VBAT ＿ MIN 時之OCV之值OCV2(S116)。然後，根據SOC-OCV特性而自值OCV2逆轉換為與其對應之SOC之值SOC2(S118)。 值SOC2表示系統可關機之SOC。即，若SOC運算部206計算出之SOC1降低至值SOC2，則有可能電池電壓VBAT 降低至最低動作電壓VBAT ＿ MIN 而關機。 因此，修正處理S120中，根據值SOC2，將值SOC2設為與殘量零(0%)相當者，對值SOC1、CC、CFULL 及SOC-OCV特性中之至少一者進行修正。 以上為實施形態之殘量檢測處理。根據此處說明之殘量檢測電路200(及殘量檢測方法)，考慮上述之時常變化之電壓降VDROP ，於實際之電池電壓VBAT 降低至最低動作電壓VBAT ＿ MIN 時，即，於系統關機時，可以使SOC成為零之方式而修正基於庫侖計法之殘量檢測處理。藉此可改善SOC之檢測精度。 再者，不可將實施形態之殘量檢測方法與基於電壓法之SOC混為一談。於本實施形態中，於利用SOC-OCV特性之方面與電壓法共通，但測定OCV之處理並非必要，因此並無需等待弛豫時間之經過。 本發明係涉及可作為圖3之方塊圖、圖5之流程圖而把握、或可根據上述說明而引出之各種裝置、電路、系統、方法者，而並非限定於特定之構成或方法。以下，對更具體之構成或方法進行說明，並非為了縮小本發明之範圍，而是為了有助於理解發明之本質或電路動作，且為使其等明確化。 繼而，對圖5之流程圖之修正處理S120進行說明。於修正處理中，如以下說明般存在各種方法。 (第1修正方法) 圖7係示意性地表示第1修正方法之圖。庫侖計容量值CCFULL 被修正為藉由式(2)所得之新的值CCFULL '。 CCFULL '＝CCFULL ×(100－SOC2)/100…(2) 亦即，以使SOC2成為殘量零(SOC＝0%)之方式換算CCFULL 。將K＝(100－SOC2)/100稱為換算因子時，可將式(2)改寫為式(2')。 CCFULL '＝CCFULL ×K…(2') 又，庫侖計值CC被修正為藉由式(3)所得之新的值CC'。 CC'＝CC－(CCFULL －CCFULL ') ＝CC－CCFULL ×SOC2/100…(3) 亦即，CC亦減少掉藉由對CCFULL 修正而減少之量ΔCC(＝CCFULL －CCFULL ')。 修正後之庫侖計值CC'被寫入至圖3之庫侖計電路202內部之儲存庫侖計值CC之暫存器中。又，庫侖計容量值CCFULL '被置換為圖3之SOC運算部206保持之庫侖計容量值CCFULL 。 亦可將庫侖計值CC修正為藉由式(4)所得之新的值CC'。 CC'＝CC－CCFULL ×SOC2/100…(4) 再者，式(3)與式(4)等效。 若對CC及CCFULL 進行修正，則於其後，SOC運算部206生成之SOC1'由下式表示。 SOC1'＝(CCFULL '－CC')/CCFULL '×100 ＝{(CCFULL －CCFULL ×SOC2/100)－(CC－CCFULL ×SOC2/100)}/{CCFULL ×K}×100 ＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100×1/K 此處(CCFULL －CC)/CCFULL ×100相當於式(1)之SOC1，故修正後之SOC'由式(5)表示。 SOC'＝SOC1×1/K ＝SOC1×100/(100－SOC2)…(5) 第1修正方法中，以1次修正對庫侖計值CC及庫侖計容量值CCFULL 進行修正，其後，將修正後之庫侖計值CC'作為初始值而對充放電電流IBAT 進行累計。亦即，於反映出修正之狀態下藉由庫侖計法進行SOC檢測。亦即，並非必須針對SOC運算部206之SOC1之每一次運算進行修正電路208之修正。 (第2修正方法) 第2修正方法與第1修正方法實質上相同，但並不進行值CC及CCFULL 之修正，將根據式(5)計算出之值SOC'作為修正後之經改善之SOC。第2修正方法可於每當SOC運算部206計算SOC1時進行修正處理之情形時使用。 (第3修正方法) 於第3修正方法中，根據式(2)而修正CCFULL ，另一方面不修正庫侖計值CC。 該情形時，將藉由式(6)所得之新的值SOC'用作修正後之SOC。 SOC'＝(CCFULL '－CC)/CCFULL '×100 ＝(CCFULL ×K－CC)/(CCFULL ×K)×100 ＝(CCFULL －CC×1/K)/CCFULL ×100 ＝{CCFULL －CC×100/(100－SOC2)}/CCFULL ×100…(6) (第4修正方法) 第4修正方法中，亦可不修正庫侖計容量值CCFULL ，而是將庫侖計值CC修正為藉由式(7)所得之新的值CC'。 CC'＝CC×100/(100－SOC2)…(7) 第4修正方法與第3修正方法同樣地給予SOC'，故可謂等效。 (第5修正方法) 第5修正方法中，根據式(2)而修正庫侖計容量值CCFULL 。又，將庫侖計值CC修正為藉由式(8)所得之新的值CC'。亦即，將CCFULL 與CC以相同之換算因子K進行換算。 CC'＝CC×(100－SOC2)/100 ＝CC×K…(8) 第5修正方法中，剛修正後之SOC成為 SOC'＝(CCFULL '－CC)/CCFULL '×100 ＝(CCFULL ×K－CC×K)/(CCFULL ×K)×100 ＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100 ＝SOC1， 其維持與即將修正前相同之值。其中，庫侖計值CC與庫侖計容量值CCFULL 被修正，故其後，計數器進而計算出之SOC1成為反映修正者。於SOC之不連續並不佳之情形時，可採用第5修正方法。 (第6修正方法) 於第1～第5修正方法中，對值CC、CCFULL 、及SOC中之至少一者進行修正。相對於此，於第6修正方法中，對SOC-OCV特性進行修正。更詳細而言，第6修正方法中，以使SOC2成為殘量零(0%)之方式對SOC-OCV特性進行修正。例如，亦可使修正前之SOC(%)與修正後之SOC'(%)滿足下式(9)。 SOC'＝100－(100－SOC)×1/K ＝100－(100－SOC)×100/(100－SOC2)…(9) 圖8及圖9係表示SOC-OCV特性之修正之一例之圖。 再者，第6修正方法並未限定於此，亦可採用與式(9)不同之運算式。或者，可代替修正SOC之值而對與各SOC對應之OCV之值進行修正，亦可對兩者進行修正。SOC-OCV特性之修正可能存在與上述第1～第5修正方法相當之變化。 以上，對修正方法之變化進行了說明。同業人士當應理解，除第1～第6修正方法之外，亦存在各種修正方法，且其等皆含於本發明之範圍內。 又，應採用何種修正方法，根據電池管理系統100之用途而選擇即可。 例如，於第1、第2修正方法中，於K＜1之情形時，SOC值會因修正而變大。相反的，於第3、第4修正方法中，於K＜1之情形時，SOC值會因修正而變小。第5修正方法中，於修正之前後維持SOC值。 K＜1表示絕對之殘量降低。另一方面，SOC表示相對殘量。自相對殘量之觀點而言，第1、第2修正方法可謂正確。然而亦有如下之情形，即，較多之使用者並未間隔地將由%表示之SOC認作是相對殘量，而認作是絕對殘量。該情形時，亦有人會對於儘管殘量減少(亦即剩餘之可使用時間減少)但SOC(%)卻增加的情形而感覺到不適應。該情形時，使用第3～第5修正方法即可。 以上，根據實施形態對本發明進行了說明。該實施形態為例示，同業人士當應理解，其等各構成要素或各處理程序之組合得有各種變化例，且如此之變化例亦屬於本發明之範圍。以下，對如此之變化例進行說明。 (第1變化例) SOC-OCV特性亦可將較系統之最低動作電壓為低之OCV之範圍與負的SOC建立對應。圖10係表示第1變化例之SOC-OCV特性之一例之圖。於截至目前之說明中，對電池之有效之殘量(絕對值)減少之情形進行了說明，但若電壓降VDROP 成為負數，則相反地殘量會增加。藉由導入負的SOC值，無需追加其他特別之處理即可因應有效之殘量增加之情況。圖11係表示使用圖10之SOC-OCV特性時之修正處理之圖。 (第2變化例) 於圖5之流程圖之處理S116中，於生成OCV2時，使用計算式 OCV2＝VBAT ＿ MIN +ΔV…(10) 如圖2所示，OCV與VBAT 之差分VDROP 依存於SOC。因此，於處理S116中，若使用ΔV＝VDROP1 ，則SOC1與SOC2之差較大時之誤差變大。 因此，於該第2變化例中，考慮到電壓降VDROP 之SOC依存性。具體而言，將電壓降VDROP 之SOC依存性作為查找表或運算式而規定。圖12係表示電壓降VDROP 之SOC依存性之查找表。該表係表示複數個SOC中之電壓降之相對比率，例如以特定之基準SOC(此處為100%)之電壓降為基準，以比率(Voltage Drop Ratio：記作VDR)表示各SOC下之電壓降。 VDR(x)＝VDROP (x)/VDROP (100) 因此，於某SOC(＝x1 )下之電壓降為VDROP1 時，另一SOC(＝x2 )下之電壓降VDROP2 可根據下式而計算。 VDROP2 ＝VDROP1 ×VDR(x2 )/VDR(x1 ) 圖13係第2變化例之殘量檢測之流程圖。該流程圖中，於圖5之流程圖之處理S116之前，追加ΔV計算例行程序S115。圖14係表示ΔV計算例行程序S115之流程圖。 首先，根據電壓降VDROP1 及最低動作電壓VBAT ＿ MIN ，計算於電池電壓VBAT 之測定值VBAT1 達到最低動作電壓VBAT ＿ MIN 時之OCV之暫定值OCV3(S130)。 OCV3＝VBAT ＿ MIN +VDROP1 然後，根據SOC-OCV特性而自暫定值OCV3逆轉換為與其對應之SOC之值SOC3(S132)。 繼而，根據圖12之查找表，取得SOC1、SOC3下之VDR之值VDR1、VDR3(S134)。然後，根據 ΔV＝VDROP1 ×VDR3/VDR1 而計算ΔV(S136)。利用如此般獲得之ΔV，於圖13之處理S116中計算OCV2。 圖15係表示第2變化例之殘量檢測中之SOC之推斷結果之圖。其表示將電池以固定負載(0.35 C)放電時之SOC之推斷值。(i)為理想之SOC，且於固定負載時成為直線。(ii)表示基於圖5之流程圖之SOC之推斷值，(iii)表示基於第2變化例之流程圖之SOC之推斷值。又，於圖15中表示各SOC推斷值與理想SOC之誤差。由圖15可知，根據第2變化例，藉由考慮電壓降VDROP 之SOC依存性而可減小誤差，且可提高推斷精度。 (第3變化例) 於第2變化例中，使用查找表修正電壓降VDROP 之SOC依存性，但亦可利用如下之運算式而使其近似。 VDR(SOC)=10^α*ln(log10 (β*SOC))+θ α、β、θ為劣化、溫度係數 (第4變化例) 第4變化例係使第2變化例之精度進一步提高者。於第4變化例中，進而考慮VDR之溫度依存性。圖16係表示擴展之VDR查找表之圖。如圖16所示，VDR查找錶針對若干之每一溫度而設置。於執行圖14之例行程序時，測定溫度，並根據與溫度相應之查找表而取得VDR之值。圖17係表示第4變化例之殘量檢測中之SOC之推斷結果之圖。根據第4變化例，藉由考慮電壓降VDROP 之溫度依存性而可進一步減小誤差，且可提高推斷精度。 於第4變化例中，亦可利用運算式使每一溫度之VDR表近似。 (第5變化例) 若一直進行修正處理，則修正電路208之運算量增加，且消耗電力增加。因此，修正處理亦可於電池102之電壓VBAT 較特定之電壓值VTH 低時成為有效。電壓值VTH 針對每一系統選擇適當之值即可。於較多情形時，使用者對於電池102之殘量(SOC)之關心係於SOC降低時、亦即VBAT 降低時。根據變化例2，於使用者關心之狀況下，藉由使修正處理有效而可請求消耗電力之增加。再者，修正處理亦可於SOC較特定值低時成為有效。 (第6變化例) 修正處理亦可針對每特定之週期而間歇地成為有效。若使修正始終有效，則消耗電力增大。因此，藉由以特定之週期間歇地進行修正處理，從而可抑制伴隨修正產生之消耗電力之增加。 特定之週期亦可較1秒長且較60秒短。藉由於該週期進行修正而可於合理之消耗電力增加之範圍內取得充分之SOC精度改善之效果。於電壓降VDROP 變化之時間尺度較60秒長之用途中，特定之週期可進一步加長。 (第7變化例) 修正處理亦可每當SOC變化特定量(n%，n為任意之實數)之時成為有效。根據該變化例，可抑制伴隨修正產生之消耗電力之增加。 (第8變化例) 於實施形態中，設置有對電池502之電壓VBAT 進行監控之專用之電壓檢測電路204，但本發明並未限定於此。於電池管理系統100中，當已存在檢測電池電壓VBAT 之電路之情形時，只要使用該電路所檢測之電池電壓之值VBAT1 即可。又，電池電壓VBAT 亦可監控電池102之正極(+)之電壓，但並未限於此，還可監控其他節點(線路)之電壓。例如，於電池102與負載108之間設置有負載開關之系統中，亦可監控較負載開關更靠負載108側之節點(線路)之電壓。此於負載開關之電壓降較大之情形時為有效。 (第9變化例) SOC-OCV特性之修正與值CC、CCFULL 、SOC之修正亦可並用。 最後，對電池管理系統100之用途進行說明。圖18係表示具備電池管理系統100之汽車300之圖。汽車300係電動汽車(EV)、插件式油電混合車(PHV，plug-in hybrid vehicle)、油電混合車(HV，hybrid vehicle，electric vehicle)等。反相器302受到來自電池管理系統100之電壓VBAT ，轉換為交流且供給至馬達304，使馬達304旋轉。又，於踩刹車之情形等減速時，反相器302執行回充動作，將馬達304產生之電流回收至電池管理系統100之電池102中。於PHV或EV中，除此之外還具備對電池管理系統100之電池102進行充電之充電電路。 圖19係表示具備電池管理系統100之電子機器400之圖。電子機器400除電池管理系統100之外，包含PMIC(電源管理IC)402、處理器404、及其他未圖示之電子電路。PMIC402係合併後之複數個電源電路，對處理器404或其他電子電路供給適當之電源電壓。 除此之外，電池管理系統100可用於產業機器、產業機械、家庭用/工場用之蓄電系統、升降機系統之電源等。 根據實施形態，使用具體之用語說明了本發明，但實施形態僅表示本發明之原理、應用，對於實施形態，於不脫離申請專利範圍所規定之本發明之思想之範圍允許有多種變化例或配置之變更。
100‧‧‧電池管理系統
102‧‧‧電池
104‧‧‧充電電路
108‧‧‧負載
200‧‧‧殘量檢測電路
202‧‧‧庫侖計電路
204‧‧‧電壓檢測電路
206‧‧‧SOC運算部
208‧‧‧修正電路
210‧‧‧查找表
300‧‧‧汽車
302‧‧‧反相器
304‧‧‧馬達
400‧‧‧電子機器
402‧‧‧PMIC
404‧‧‧處理器
500‧‧‧電子機器
502‧‧‧電池
504‧‧‧充電電路
506‧‧‧殘量檢測電路
508‧‧‧負載
510‧‧‧庫侖計電路
512‧‧‧SOC運算部
DVBAT‧‧‧電壓資料
IBAT‧‧‧電池電流
IBATi‧‧‧電池電流
ICHG‧‧‧充電電流
ILOAD‧‧‧負載電流
RS‧‧‧感測電阻
S100～S120‧‧‧步驟
VADP‧‧‧電源電壓
VBAT‧‧‧電池電壓
VBAT ＿ MIN‧‧‧最低動作電壓
VCS‧‧‧電壓降
VDD‧‧‧電源電壓
VDROP‧‧‧電壓降
ΔV‧‧‧電壓幅度
Δt‧‧‧採樣週期
圖1係電子機器之方塊圖。 圖2係表示OCV與SOC之對應關係(SOC-OCV特性)及電池電壓VBAT 之變化之圖。 圖3係具備實施形態之殘量檢測電路之電池管理系統之方塊圖。 圖4係表示SOC-OCV特性之一例之圖。 圖5係實施形態之殘量檢測之流程圖。 圖6係表示利用電壓與SOC之關係之修正處理之圖。 圖7係示意性地表示第1修正方法之圖。 圖8係表示SOC-OCV特性之修正之一例之圖。 圖9係表示SOC-OCV特性之修正之一例之圖。 圖10係表示第1變化例之SOC-OCV特性之一例之圖。 圖11係表示使用圖10之SOC-OCV特性時之修正處理之圖。 圖12係表示電壓降VDROP 之SOC依存性之查找表。 圖13係第2變化例之殘量檢測之流程圖。 圖14係表示圖13之ΔV計算例行程序之流程圖。 圖15係表示第2變化例之殘量檢測中之SOC之推斷結果之圖。 圖16係表示擴展之VDR查找表之圖。 圖17係表示第4變化例之殘量檢測中之SOC之推斷結果之圖。 圖18係表示具備電池管理系統之汽車之圖。 圖19係表示具備電池管理系統之電子機器之圖。
S100~S120‧‧‧步驟

Claims (36)

  1. 一種檢測充電式電池之SOC(State Of Charge，充電狀態)之方法，其特徵在於具備： (1)藉由將上述電池之充放電電流進行累計而生成庫侖計值CC之步驟； (2)根據SOC1＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100…(1) 而生成SOC之值SOC1之步驟，其中，CCFULL 係相當於充滿電之庫侖計容量值； 及 (3)修正步驟； (3)上述修正步驟包含： (3-1)根據針對上述電池預先所規定之表示SOC與OCV(Open Circuit Voltage)之對應關係之SOC-OCV特性，生成與上述值SOC1對應之OCV之值OCV1之步驟； (3-2)檢測上述電池之電壓VBAT 之步驟； (3-3)生成上述值OCV1與上述電池之電壓VBAT 之檢測值VBAT1 之差分VDROP1 之步驟； (3-4)生成較系統之最低動作電壓VBAT ＿ MIN 高出與上述差分VDROP1 相應之電壓幅度ΔV之值OCV2之步驟； (3-5)根據上述SOC-OCV特性而生成與上述值OCV2對應之SOC之值SOC2之步驟；及 (3-6)將上述值SOC2設為與殘量零相當者，對值SOC1、CC、CFULL 、及上述SOC-OCV特性中之至少一者進行修正之步驟。
  2. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中ΔV＝VDROP1 。
  3. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其進而具備： 預先保持OCV與電池電壓之差分VDROP 之SOC依存性之步驟； 計算OCV之暫定值OCV3＝VBAT ＿ MIN +VDROP1 之步驟； 生成與OCV之暫定值OCV3對應之SOC之暫定值SOC3之步驟；及 根據值SOC1下之上述差分VDROP1 及上述差分VDROP 之SOC依存性而計算值SOC3下之電壓降ΔV之步驟。
  4. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中 (3-6)上述修正之步驟係將上述庫侖計容量值CCFULL 修正為藉由 CCFULL '＝CCFULL ×(100－SOC2)/100…(2) 所得之新的值CCFULL '。
  5. 如請求項4之檢測充電式電池之SOC之方法，其中(3-6)上述修正之步驟係將上述庫侖計值CC修正為藉由 CC'＝CC－(CCFULL －CCFULL ')…(3) 所得之新的值CC'。
  6. 如請求項4之檢測充電式電池之SOC之方法，其中(3-6)上述修正之步驟係將上述庫侖計值CC修正為藉由 CC'＝CC－CCFULL ×SOC2/100…(4) 所得之新的值CC'。
  7. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中(3-6)上述修正之步驟係將藉由 SOC'＝SOC1×100/(100－SOC2)…(5) 所得之新的值SOC'作為修正後之SOC。
  8. 如請求項4之檢測充電式電池之SOC之方法，其中(3-6)上述修正之步驟不修正上述庫侖計值CC。
  9. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中(3-6)上述修正之步驟係將藉由 SOC'＝{CCFULL －CC×100/(100－SOC2)}/CCFULL ×100…(6) 所得之值SOC'作為修正後之SOC。
  10. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中(3-6)上述修正之步驟不修正上述庫侖計容量值CCFULL ，而是將上述庫侖計值CC修正為藉由 CC'＝CC×100/(100－SOC2)…(7) 所得之新的值CC'。
  11. 如請求項4之檢測充電式電池之SOC之方法，其中(3-6)上述修正之步驟係將上述庫侖計值CC修正為藉由 CC'＝CC×(100－SOC2)/100…(8) 所得之新的值CC'。
  12. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中(3-6)上述修正之步驟係將上述SOC-OCV特性按照 SOC'＝100－(100－SOC)×100/(100－SOC2)…(9) 進行修正。
  13. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中上述SOC-OCV特性係將較系統之最低動作電壓為低之OCV之範圍與負的SOC建立對應。
  14. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中上述修正步驟係於上述電池之電壓較特定之電壓值為低時有效。
  15. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中上述修正步驟係於SOC較特定值為低時有效。
  16. 如請求項1之檢測充電式電池之SOC之方法，其中上述修正步驟係針對每特定之週期而間歇地成為有效。
  17. 如請求項16之檢測充電式電池之SOC之方法，其中上述特定之週期係長於1秒且短於60秒。
  18. 一種殘量檢測電路，其特徵在於：其係檢測充電式電池之SOC(State Of Charge)者，且具備： 庫侖計電路，其藉由將上述電池之充放電電流進行累計而生成庫侖計值CC； 電壓檢測電路，其檢測上述電池之電壓VBAT ； SOC運算部，其根據式(1)而計算SOC之值SOC1； SOC1＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100…(1) 其中，CCFULL 係相當於充滿電之庫侖計容量值；及 修正電路； 上述修正電路執行： 根據針對上述電池預先所規定之表示SOC與OCV(Open Circuit Voltage)之對應關係之SOC-OCV特性，生成與上述值SOC1對應之OCV之值OCV1之步驟； 生成上述值OCV1與由上述電壓檢測電路檢測出之上述電壓之檢測值VBAT1 之差分VDROP1 之步驟； 生成較系統之最低動作電壓VBAT ＿ MIN 高出與上述差分VDROP1 相應之電壓幅度ΔV之值OCV2之步驟； 根據上述SOC-OCV特性而生成與上述值OCV2對應之SOC之值SOC2之步驟；及 將上述值SOC2設為與殘量零相當者，對值SOC1、CC、CFULL 及上述SOC-OCV特性中之至少一者進行修正之步驟。
  19. 如請求項18之殘量檢測電路，其中ΔV＝VDROP1 。
  20. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正電路進而執行： 保持OCV與電池電壓之差分VDROP 之SOC依存性之步驟； 計算OCV之暫定值OCV3＝VBAT ＿ MIN +VDROP1 之步驟； 生成與OCV之暫定值OCV3對應之SOC之值SOC3之步驟；及 根據值SOC1之上述差分VDROP1 及上述差分VDROP 之SOC依存性而計算SOC3之電壓降ΔV之步驟。
  21. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正之步驟係將上述庫侖計容量值CCFULL 修正為藉由 CCFULL '＝CCFULL ×(100－SOC2)/100…(2) 所得之新的值CCFULL '。
  22. 如請求項21之殘量檢測電路，其中上述修正之步驟係將上述庫侖計值CC修正為藉由 CC'＝CC－(CCFULL －CCFULL ')…(3) 所得之新的值CC'。
  23. 如請求項21之殘量檢測電路，其中上述修正之步驟係將上述庫侖計值CC修正為藉由 CC'＝CC－CCFULL ×SOC2/100…(4) 所得之新的值CC'。
  24. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正之步驟係將上述SOC1修正為藉由 SOC'＝SOC1×100/(100－SOC2)…(5) 所得之新的值SOC'。
  25. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正之步驟不修正上述庫侖計值CC。
  26. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正之步驟係將藉由 SOC'＝{CCFULL －CC×100/(100－SOC2)}/CCFULL ×100…(6) 所得之值SOC'作為修正後之SOC。
  27. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正之步驟不修正上述庫侖計容量值CCFULL ，而是將上述庫侖計值CC修正為藉由 CC'＝CC×100/(100－SOC2)…(7) 所得之新的值CC'。
  28. 如請求項21之殘量檢測電路，其中上述修正之步驟係將上述庫侖計值CC修正為藉由 CC'＝CC×(100－SOC2)/100…(8) 所得之新的值CC'。
  29. 如請求項18之殘量檢測電路，其中(3-6)上述修正之步驟係對上述SOC-OCV特性按照 SOC'＝100－(100－SOC)×100/(100－SOC2)…(9) 進行修正。
  30. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述SOC-OCV特性係將較系統之最低動作電壓為低之OCV之範圍與負的SOC建立對應。
  31. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正電路係於上述電池之電壓較特定之電壓值為低時有效。
  32. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正電路係於SOC低於特定值時有效。
  33. 如請求項18之殘量檢測電路，其中上述修正電路係針對每特定之週期而間歇地成為有效。
  34. 如請求項33之殘量檢測電路，其中上述特定之週期係長於1秒且短於60秒。
  35. 一種電子機器，其特徵在於具備： 充電式電池；及 檢測上述電池之狀態之請求項18至34中任一項之殘量檢測電路。
  36. 一種汽車，其特徵在於具備： 充電式電池；及 檢測上述電池之狀態之請求項18至34中任一項之殘量檢測電路。
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