TW201814317A - 可充電電池之殘量檢測電路、使用其之電子機器、自動車、及充電狀態之檢測方法 - Google Patents

可充電電池之殘量檢測電路、使用其之電子機器、自動車、及充電狀態之檢測方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種改善電池之SOC之檢測方法。 殘量檢測電路200檢測能夠再充電之電池102之SOC(State Of Charge)。庫侖計算器電路202將電池102之充放電電流IBAT 累計而產生庫侖計算值CC。電壓檢測電路204檢測電池102之電壓VBAT 。SOC運算部206基於庫侖計算值CC，計算原始之SOC值SOC_cc。放電時修正部210於電池102之放電中，基於電池102之電壓下降修正原始之SOC值SOC_cc，產生放電時SOC值SOC_dis。充電時修正部230於電池102之最近之放電中，測定放電時SOC值SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min，於電池102之充電中，利用最低值SOC_dis_min，計算充電時SOC值SOC_chg。

Description

可充電電池之殘量檢測電路、使用其之電子機器、自動車、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、可攜式音樂播放器、攜帶型遊戲機、筆記型電腦為首之各種各樣之電池驅動型之電子機器係內置有能夠再充電之電池(二次電池)，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、無線通信模組、其他之類比、數位電路等電子電路係接收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 ，對電池502進行充電。 於電池502連接有負載508。流通於電池502之電流IBAT 成為來自充電電路504之充電電流ICHG 與流通於負載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)之檢測成為不可欠缺之功能，於電子機器500設置殘量檢測電路506。殘量檢測電路506亦稱為休厄爾計(Whewell gauge)IC(Integrated Circuit，積體電路)。作為由殘量檢測電路506而進行之電池之殘量之檢測方法，(1)電壓法與(2)庫侖計算法(電荷累計法)之2個方法成為主流。亦存在殘量檢測電路506內置於充電電路504之情形。 於電壓法中，於開放狀態(無負載狀態)中測定電池之開放電壓(OCV：Open Circuit Voltage)，根據OCV與SOC之對應關係推定殘量。OCV係若電池為無負載且非緩和狀態則無法測定，因此，充放電中無法正確地對其進行測定。 於庫侖計算法中，藉由將流入至電池中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、放電電荷量而推定殘量。根據庫侖計算法，與電壓法不同，於無法獲得開放電壓之電池之使用期間中，亦可推定殘量。 圖1之殘量檢測電路506係藉由庫侖計算法而推定電池502之殘量。殘量檢測電路506具備庫侖計算器電路510及SOC運算部512。庫侖計算器電路510檢測電池502之電流IBAT ，並將其累計。庫侖計算器電路510所產生之庫侖計算值CC係由以下之式表示。 CC＝∫IBAT dt 嚴格而言，電池電流IBAT 係於時間上離散性地取樣，由以下之式計算。Δt表示取樣週期。 CC＝Σ(Δt×IBAT ) 該累計(積分)係例如將自電池502流出之方向之電流IBAT 設為正，將流入至電池502之方向之電流IBAT 設為負而進行。 SOC運算部512係基於庫侖計算值CC而運算電池502之SOC。SOC之運算使用以下之式。 SOC［%］＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100 CCFULL 表示於滿充電狀態中蓄積於電池502中之電荷量(庫侖計算值)。 [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進行了研究，結果以至認識以下之課題。此處關於充電未作考慮，對放電時之現象進行說明。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。橫軸表示基於庫侖計算法之SOC。 此處，若以鋰離子單元為例，則於OCV＝4.2 V時為滿充電狀態，即SOC＝100%。又，於將包含負載508之系統能夠動作之最低動作電壓設為VBAT_MIN 時，於OCV＝VBAT_MIN 時為SOC＝0%。關於中間之SOC，亦與OCV一對一地對應。 現在，若自滿充電狀態連續性地或不連續性地流通負載電流ILOAD ，則OCV向圖中由箭頭所示之方向降低。將此時之放電電流IBAT 累計，基於庫侖計算值CC而計算SOC，隨著時間之經過而接近零。 於圖2中，除了OCV以外，表示自電池502取出至外部之電池電壓VBAT (虛線)。電池電壓VBAT 因電池之內部電阻r之影響，而較OCV下降。該下降量(電壓下降)VDROP 除了與目前之負載電流ILOAD (即瞬時值)成比例之成分以外，還包含基於過去之負載電流ILOAD 之歷程之成分，因此，於負載電流ILOAD 成為零之後，亦並非立刻成為零。電壓下降VDROP 係於無負載狀態中，經過較長之緩和時間(數小時之級別)接近零。又，電壓下降VDROP 亦依賴於溫度等。 如圖2所示，若起因於電壓下降VDROP ，而在OCV下降至VBAT_MIN 為止之前，電池電壓VBAT 下降至VBAT_MIN 為止，則系統關機。此時，基於庫侖計算法而計算之SOC為大於0之值X。即，電子機器500之使用者無論顯示為剩餘X(%)如何，均遭遇系統關機之情況。 本發明者為了解決該問題，對考慮電壓下降VDROP 修正SOC之技術進行了研究。即，推定目前之電壓下降VDROP ，以電池電壓VBAT 於系統之最低動作電壓到達至VBAT_MIN 時SOC成為零之方式，修正目前之SOC。再者，並不將該修正技術認定為公知技術，係本發明者們獨自創作者。 根據該修正處理，於系統關機時，SOC成為零%，故而成為順著使用者之感覺者。然而，本發明者以至認識藉由該修正處理而產生之進而其他問題。圖3係說明藉由SOC之修正處理而產生之問題之圖。 橫軸表示基於庫侖計算法之原始之SOC_cc與實施修正處理後之SOC_corr。於放電之過程中，SOC_cc自100%減少至20%。電池電壓VBAT 相對於OCV低電壓下降VDROP_DIS 。修正後之SOC_corr係以電池電壓VBAT 到達至最低動作電壓VBAT 時成為零之方式定標(scaling)。 於SOC_cc下降至20%之階段，開始充電。於充電狀態中，流通於電池之內部電阻r之電流成為與放電時相反，因而電池電壓VBAT 變得高於OCV。將充電時之電池電壓VBAT 與OCV之差設為VDROP_CHG 。即，若自放電切換為充電則電池電壓VBAT 與OCV之差VDROP 急遽變小。 於充電時視為VDROP ＝0，即不進行SOC之修正處理。於該情形時，於自放電切換為充電之時序，提示給使用者之SOC自SOC_corr之9%瞬間彈跳至SOC_cc之20%，然後，若充電進展，則接近100%。 如此，若進行基於電壓下降VDROP 之SOC之修正，則於自放電至充電時之切換時，提示給使用者之SOC跳躍，或急速地變化，因而成為不適感。 本發明係鑒於該問題而完成者，其某態樣之例示性之目的之一在於改善SOC之檢測方法。 [解決問題之技術手段] 本發明之某態樣之方法係關於檢測能夠再充電之電池之SOC(State Of Charge，充電狀態)之方法。該方法具備如下步驟：藉由將電池之充放電電流累計而產生庫侖計算值CC；基於庫侖計算值CC，計算原始(raw)之SOC值SOC_cc；於電池之放電中，基於電池之電壓下降修正原始之SOC值SOC_cc，產生放電時SOC值SOC_dis；於最近之電池之放電中，取得放電時SOC值SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min；及於電池之充電中，利用最低值SOC_dis_min，計算充電時SOC值SOC_chg。 根據該態樣，藉由於最近之電池放電中監視SOC之最低值，而於充電開始後，能夠以充電時SOC值SOC_chg不會不自然地上升之方式修正。 亦可使充電開始時之充電時SOC值SOC_chg與最低值SOC_dis_min一致。藉此，可防止充電開始時之SOC之不連續之跳躍。 該方法亦可進而具備於電池之放電中，取得原始之SOC值SOC_cc到達之最低值SOC_cc_min之步驟。充電中之充電時SOC值SOC_chg亦可根據 SOC_chg＝SOC_dis_min＋(SOC_cc－SOC_cc_min)×(100－SOC_dis_min)/(SOC－cc_min)…(1) 計算。藉此，可使充電中之充電時SOC值SOC_chg自SOC_dis_min朝向100%連續性地增加。 某態樣之方法亦可進而具備如下步驟：預先規定表示充電中之電池之電壓與SOC之關係的SOC－VBAT特性；於電池之充電中，取得電池之電壓；及基於SOC－VBAT特性，取得與經取得之電池之電壓對應之SOC值SOC_est。 與放電電流(電池之負載電流)不同，充電電流為固定且已知，故而存在充電中之電池之電壓與SOC之關係唯一地決定之情形。藉由將該關係作為SOC－VBAT特性保持，可利用根據SOC－VBAT特性所獲得之SOC值SOC_est，來代替充電中基於庫侖計算值之原始之SOC值SOC_cc。 充電中之充電時SOC值SOC_chg亦可根據 SOC_chg＝SOC_dis_min＋(SOC_est－SOC_cc_min)×(100－SOC_dis_min)/(SOC－cc_min)…(2) 計算。 藉此，可使充電中之充電時SOC值SOC_chg自SOC_dis_min朝向100%連續性地增加。 本發明之另一態樣亦又關於檢測能夠再充電之電池之SOC(State Of Charge)之方法。該方法具備如下步驟：藉由將電池之充放電電流累計而產生庫侖計算值CC；基於庫侖計算值CC，計算原始之SOC值SOC_cc；於電池之放電中，基於電池之電壓下降修正原始之SOC值SOC_cc，產生放電時SOC值SOC_dis；於最近之電池之放電中，取得放電時SOC值SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min；及於電池之充電中，以充電開始時之值與最低值SOC_dis_min一致之方式產生充電時SOC值SOC_chg。 根據該態樣，可防止充電開始時之SOC之不連續之跳躍。 產生放電時SOC值SOC_dis之步驟亦可包含如下步驟：基於表示電池之SOC與OCV(Open Circuit Voltage，開路電壓)之對應關係之SOC－OCV特性，產生與原始之SOC值SOC_cc對應之OCV之值OCV1；檢測電池之電壓VBAT ；產生OCV之值OCV1與電池之電壓VBAT 之檢測值VBAT1 的差分VDROP1 ；產生較系統之最低動作電壓VBAT_MIN 高與差分VDROP1 對應之電壓幅ΔV之值OCV2；基於SOC－OCV特性，產生與OCV之值OCV2對應之SOC之值SOC2；及作為SOC之值SOC2相當於殘量零者，產生放電時SOC值SOC_dis。 本發明之又一態樣係關於檢測能夠再充電之電池之SOC(State Of Charge)之殘量檢測電路。該殘量檢測電路具備：庫侖計算器電路，其係藉由將電池之充放電電流累計而產生庫侖計算值CC；電壓檢測電路，其檢測電池之電壓VBAT ；SOC運算部，其基於庫侖計算值CC，計算原始之SOC值SOC_cc；放電時修正部，其於電池之放電中，基於電池之電壓下降修正原始之SOC值SOC_cc，產生放電時SOC值SOC_dis；及充電時修正部，其於最近之電池之放電中，測定放電時SOC值SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min，於電池之充電中，利用最低值SOC_dis_min，計算充電時SOC值SOC_chg。 根據該態樣，藉由於電池放電中監視SOC之最低值，而於充電開始後，能夠以充電時SOC值SOC_chg不會不自然地上升之方式修正。 殘量檢測電路亦可進而具備充電特性保持部，該充電特性保持部保持表示充電中之電池之電壓VBAT 與SOC之關係的SOC－VBAT特性。充電時修正部亦可基於SOC－VBAT特性，取得與電壓檢測電路檢測出之電池之電壓對應的SOC之值SOC_est。 充電時修正部亦可根據 SOC_chg＝SOC_dis_min＋(SOC_est－SOC_cc_min)×(100－SOC_dis_min)/(SOC－cc_min)…(2) 計算充電中之充電時SOC值SOC_chg。 本發明之又一態樣亦又係殘量檢測電路。該殘量檢測電路具備：庫侖計算器電路，其係藉由將電池之充放電電流累計而產生庫侖計算值CC；電壓檢測電路，其檢測電池之電壓VBAT ；SOC運算部，其基於庫侖計算值CC，計算原始之SOC值SOC_cc；放電時修正部，其於電池之放電中，基於電池之電壓下降修正原始之SOC值SOC_cc，產生放電時SOC值SOC_dis；及充電時修正部，其於最近之電池之放電中，測定放電時SOC值SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min，於電池之充電中，以充電開始時之值與最低值SOC_dis_min一致之方式計算充電時SOC值SOC_chg。 本發明之另一態樣係關於一種電子機器。電子機器亦可具備能夠再充電之電池及檢測電池之SOC的上述任一殘量檢測電路。 本發明之另一態樣係關於一種自動車。自動車亦可具備能夠再充電之電池及檢測電池之SOC的上述任一殘量檢測電路。 再者，將以上之構成要素之任意之組合或本發明之構成要素或表現於方法、裝置、系統等之間相互置換而成者亦又作為本發明之態樣有效。 [發明之效果] 根據本發明，可改善電池之SOC之檢測。
以下，一面參照圖式根據較佳之實施形態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而為例示，實施形態所記述之所有特徵或其組合，未必限定為發明之本質性內容。 於本說明書中，所謂「構件A與構件B連接之狀態」，包含構件A與構件B物理性地直接地連接之情形，亦包含構件A與構件B經由不對其等之電性之連接狀態帶來實質性之影響、或不損及藉由其等之結合而發揮之功能或效果之其他構件而間接地連接的情形。 同樣地，所謂「構件C設置於構件A與構件B之間之狀態」，除了構件A與構件C、或構件B與構件C直接地連接之情形以外，亦包含經由不對其等之電性之連接狀態帶來實質性之影響、或不損及藉由其等之結合而發揮之功能或效果之其他構件而間接地連接的情形。 又，於本說明書中，標註於電壓信號、電流信號、或電阻之符號係根據需要表示各自之電壓值、電流值、或電阻值。 (第1實施形態) 圖4係具備第1實施形態之殘量檢測電路200之電池管理系統100之方塊圖。電池管理系統100具備能夠再充電之電池(二次電池)102、充電電路104、負載108及殘量檢測電路200。電池102包含一個或複數個單元。單元之種類並不特別限定，可例示鋰離子單元、鋰空氣單元、鋰金屬基質之單元、鎳氫單元、鎳鎘單元、鎳鋅單元等。單元之個數依賴於電池管理系統100之用途，於可攜式之電子機器之情形時，成為1個單元～數個單元，於車載電池或產業機器、產業機械之用途中成為數十～數百個單元之級別。作為本發明之用途電池102之構成並不特別限定。 對負載108供給來自電池102之電池電壓VBAT 。負載108之種類並不特別限定。例如，於電池管理系統100搭載於電子機器之情形時，負載108可包含將電池電壓VBAT 升壓或降壓而產生電源電壓VDD 之電源電路、或接收電源電壓VDD 而動作之各種電子電路。於電池管理系統100搭載於自動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 轉換為交流而驅動馬達之反相器。 充電電路104接收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 ，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，於本說明書中為了理解之容易化，而設為最小值為0、最大值為100之百分率(%)說明SOC，但本發明並不限定於此。例如，於由10位元表示SOC之情形時，於數位信號處理之過程中，請留意SOC由0～1023之1024個灰階表示。 殘量檢測電路200具備庫侖計算器電路202、電壓檢測電路204、SOC運算部206、放電時修正部210、及充電時修正部230。 庫侖計算器電路202係藉由將電池102之充放電電流(IBAT )累計，而產生庫侖計算值CC。庫侖計算值CC係由以下之式表示。 CC＝∫IBAT dt 庫侖計算器電路202將電池電流IBAT 以特定之取樣週期Δt取樣。庫侖計算值CC使用各取樣時刻中之電池電流IBATi ，由以下之式計算。 CC＝Σi ＝ 1 (Δt×IBATi ) 該累計(積分)例如係將自電池102流出之方向之電流IBAT 設為正，將流入至電池502之方向之電流IBAT 設為負而進行。 電流IBAT 之檢測方法並不特別限定。例如，亦可於電流IBAT 之路徑上，與電池102串聯地***感測電阻RS ，檢測感測電阻RS 之電壓下降。感測電阻RS 既可***至電池102之正極側，亦可***至負極側。庫侖計算器電路202亦可包含將感測電阻RS 之電壓下降VCS (或將電壓下降VCS 放大之電壓)取樣之A/D(analog/digital，類比/數位)轉換器，及將A/D轉換器之輸出資料累計之累計器。 電壓檢測電路204監視電池102之電壓VBAT ，產生表示電池電壓VBAT1 之資料(電壓資料)DVBAT 。電壓檢測電路204亦可包含將電池電壓VBAT 或將其以特定係數增倍之電壓取樣並數位化之A/D轉換器。 SOC運算部206接收來自庫侖計算器電路202之庫侖計算值CC。SOC運算部206基於式(1)，計算原始之SOC值SOC_cc。 SOC_cc＝(CCFULL －CC)/CCFULL ×100…(1) 其中，CCFULL 為相當於滿充電之庫侖計算電容值 對放電時修正部210供給值SOC_cc及電壓資料DVBAT 。放電時修正部210基於該等之值，產生放電時SOC值SOC_dis。具體而言，放電時修正部210於電池102之放電中，基於電池102之電壓下降VDROP 修正原始之SOC值SOC_cc，產生放電時SOC值SOC_dis。放電時修正部210於電池電壓VBAT 到達至系統之最低動作電壓VBAT_MIN 時，以成為SOC_dis＝0%之方式，修正SOC_cc之值。 充電時修正部230於電池102之充電中，修正來自SOC運算部206之原始之SOC值SOC_cc，產生充電時SOC值SOC_chg。充電時修正部230於電池102之最近之放電中(最近之放電週期)，測定放電時SOC值SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min。而且，於電池102之充電中，利用最低值SOC_dis_min，計算充電時SOC值SOC_chg。 庫侖計算器電路202及電壓檢測電路204可僅利用硬體安裝，亦可將其等積體化於單一之IC。SOC運算部206、放電時修正部210、充電時修正部230亦可利用微電腦或CPU等能夠軟體控制之處理器安裝。亦可將殘量檢測電路200整體積體化於單一之晶片。 殘量檢測電路200所產生之SOC_dis及SOC_chg作為數字，或作為表示殘量之圖符顯示於顯示器裝置，提示給使用者。或者，電池管理系統100將經檢測之SOC用於殘量降低之警示。 以上為殘量檢測電路200之基本構成。繼而對其動作進行說明。圖5係圖4之殘量檢測電路200之動作波形圖。於圖5之上段表示OCV及電池電壓VBAT 之時間波形，於下段表示SOC_cc、SOC_dis及SOC_chg。 於本說明書中參照之波形圖或時序圖之縱軸及橫軸係為了使理解容易而適當放大、縮小者，又，所示之各波形亦為了理解之容易而簡化、或誇張或者強調。 於時刻t0 開始電池之放電。此處為了理解之容易化，放電電流設為固定。此時，SOC運算部206產生之原始之SOC值SOC_cc係以固定之斜率降低。又，OCV根據電池之殘量降低。電池電壓VBAT 較OCV低了電壓下降VDROP 之量。電壓下降VDROP 依賴於放電電流之量、溫度、過去之放電之歷程等。放電時SOC值SOC_dis係以於電池電壓VBAT 為最低動作電壓3.4 V時成為0%之方式被修正。 於時刻t1 ，放電結束，充電開始。於充電電流固定時，SOC_cc係以固定之斜率增加。又，充電中，電池電壓VBAT 較OCV變高。 作為充電中之SOC值，若採用SOC_cc，則於時刻t1 ，SOC值急遽增加，使用者感到不適感。 充電時修正部230於之前之放電週期(期間t0 ～t1 )中，測定SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min。而且，於自放電週期切換為充電週期時，以來自最低值SOC_dis_min之背離不變大之方式產生SOC_chg。藉此，於自放電切換為充電時，可防止提示給使用者之SOC不自然地變動。 更佳為，充電時修正部230使充電開始時(時刻t1 )之充電時SOC值SOC_chg與最低值SOC_dis_min一致。而且，充電時修正部230然後隨著充電進展使SOC_chg接近100%即可。藉此，可防止充電開始時之SOC之不連續之跳躍。 例如，充電時修正部230於之前之放電週期(期間t0 ～t1 )中，除了最低值SOC_dis_min以外，還測定SOC_cc到達之最低值SOC_cc_min。而且，充電時修正部230根據式(1)計算充電中之充電時SOC值SOC_chg。 SOC_chg＝SOC_dis_min＋(SOC_cc－SOC_cc_min)×(100－SOC_dis_min)/(SOC－cc_min)…(1) 可掌握：由式(1)表示之SOC_chg於時刻t1 以通過SOC_dis_min之方式移動SOC_cc，進而，於SOC_cc為100%時，以SOC_chg成為100%之方式，修正斜率。根據該處理，可使充電中之充電時SOC值SOC_chg自SOC_dis_min朝向100%連續性地增加。 (第2實施形態) 圖6係具備第2實施形態之殘量檢測電路200A之電池管理系統100A之方塊圖。 殘量檢測電路200A除了圖4之殘量檢測電路200以外，還具備充電特性保持部250。充電特性保持部250保持表示充電中之電池之電壓VBAT 與SOC之關係的SOC－VBAT特性。 充電時修正部230A於充電時，基於充電特性保持部250所保持之SOC－VBAT特性，取得與電壓檢測電路204檢測出之電池電壓VBAT 對應之SOC值SOC_est。 例如，充電特性保持部250亦可為對照表(look-up table)。圖7係表示SOC－VBAT特性之一例之圖。充電時修正部230A藉由表參照，而取得SOC值SOC_est。關於不儲存於對照表之中間值，可藉由線性插補等運算方法而產生。 或者，充電特性保持部250亦可以近似式SOC＝f(VBAT )之形式保持SOC－VBAT特性。f()為近似函數。於該情形時，充電時修正部230A亦可計算f(VBAT )之值而求出SOC_est。 充電時修正部230A利用SOC_est代替SOC_cc，根據式(2)產生SOC_chg。 SOC_chg＝SOC_dis_min＋(SOC_est－SOC_cc_min)×(100－SOC_dis_min)/(SOC－cc_min)…(2) 電池之放電電流根據負載而變動，但電池之充電電流藉由充電電路104之定電流(CC：Constant Current)充電，而穩定化為特定值。該情況係指能夠預測充電週期中之OCV與電池電壓VBAT 之差，且係指表示充電週期中之電池之電壓VBAT 與SOC之關係的SOC－VBAT特性固定。再者，於充電電流能夠切換之系統中，只要針對每個充電電流而準備SOC－VBAT特性即可。又，於有溫度依賴性之情形時，只要針對每個溫度而準備SOC－VBAT特性即可。 根據第2實施形態，與第1實施形態相同地，於充電時可產生自然之SOC。 (放電時之修正處理) 於本發明中放電時之修正方法並不特別限定，但以下對其幾個例進行說明。 關於電池102，預先測定SOC與OCV(Open Circuit Voltage)之對應關係(SOC－OCV特性)。圖8係表示SOC－OCV特性之一例之圖。SOC－OCV特性例如儲存於對照表(於圖4中，未於圖中圖示)。關於未儲存於對照表之中間值，可藉由線性插補等運算方法而產生。或者，放電時修正部210亦能夠以運算式(例如多項式)之形式保持SOC－OCV特性。 放電時修正部210基於SOC－OCV特性，產生與值SOC_cc對應之OCV之值OCV1。繼而，產生值OCV1與電壓檢測電路204檢測出之電池電壓VBAT1 之差分VDROP1 。 VDROP1 ＝OCV1－VBAT1 放電時修正部210產生較最低動作電壓VBAT_MIN 高與差分VDROP1 對應之電壓幅ΔV之值OCV2。 OCV2＝VBAT_MIN ＋ΔV 於ΔV＝VDROP1 之情形時，成為 OCV2＝VBAT_MIN ＋VDROP1 。或者於ΔV＝VDROP1 ×α(α為常數)之情形時，成為 OCV2＝VBAT_MIN ＋VDROP1 ×α。或者於ΔV＝VDROP1 ＋β(β常數)之情形時，成為 OCV2＝VBAT_MIN ＋VDROP1 ＋β。或者， 亦可為OCV2＝VBAT_MIN ＋α×VDROP1 ＋β。 若更一般化，則亦可定義特定之函數f()，基於ΔV＝f(VDROP1 )計算電壓幅ΔV。 放電時修正部210基於SOC－OCV特性，產生與值OCV2對應之SOC之值SOC2。而且，放電時修正部210設為值SOC2相當於電池102之殘量零(0%)者，計算放電時之SOC_dis。 圖9係實施形態之殘量檢測之流程圖。例如，自滿充電狀態開始處理。再者，流程圖並不限定各處理(步驟)之順序，各處理之順序係只要處理不失敗則能夠任意地更換。又，該流程圖並不表示各處理進行之頻度(頻率、週期)相同。 庫侖計算器電路202計算庫侖計算值CC(S100)。SOC運算部206利用庫侖計算值CC，基於式(1)運算值SOC_cc(S102)。例如，亦可為庫侖計算器電路202以數十～數百Hz之週期更新庫侖計算值CC，另一方面，SOC運算部206以較其低之頻率，例如1秒～60秒左右之週期，運算SOC_cc。 電壓檢測電路204測定VBAT (S104)。於消耗電力之增加不成為問題之情形時，電壓檢測電路204亦能夠以較高之頻率(例如與庫侖計算器電路202相同之頻率)，測定電池電壓VBAT 。 繼而，進行修正處理S110。修正處理S110既可針對SOC_cc之每個運算而進行，亦能夠以較其低之週期而進行。 圖10係表示利用電壓與SOC之關係之修正處理S110之圖。各值係按照標註於其之編號(i)～(v)之順序產生。 放電時修正部210基於SOC－OCV特性，自SOC_cc轉換為OCV1(S112)。繼而，計算電壓下降VDROP1 (S114)。然後，基於電壓下降VDROP1 及最低動作電壓VBAT_MIN ，推定電池電壓VBAT 之測定值VBAT1 到達最低動作電壓VBAT_MIN 時之OCV之值OCV2(S116)。然後，基於SOC－OCV特性，自值OCV2逆轉換為與其對應之SOC之值SOC2(S118)。 值SOC2係表示系統可關機之SOC。即，表示若SOC運算部206所計算之SOC_cc降低至值SOC2為止，則有電池電壓VBAT 降低至最低動作電壓VBAT_MIN 為止而關機之可能性。 因此，於修正處理S120中，基於值SOC2，為值SOC2相當於殘量零(0%)者，產生放電時SOC值SOC_dis。 根據此種放電時之SOC修正處理，考慮其時刻變化之電壓下降VDROP ，於實際之電池電壓VBAT 降低至最低動作電壓VBAT_MIN 為止時，即，於系統關機時以SOC成為零之方式，可修正基於庫侖計算法之殘量檢測處理。藉此可改善SOC之檢測精度。 再者，不將此處所說明之放電時之SOC修正處理與基於電壓法之SOC混同。兩者係於利用SOC－OCV特性之方面與電壓法共通，但此處之SOC修正處理中不需要測定OCV之處理，因此不需要等待緩和時間之經過。 最後，對電池管理系統100之用途進行說明。圖11係表示具備電池管理系統100之自動車300之圖。自動車300為電性自動車(EV)、插電式混合自動車(PHV)、混合自動車(HV)等。反相器302接收來自電池管理系統100之電壓VBAT ，轉換為交流供給至馬達304，而使馬達304旋轉。又，於踩踏刹車之情形時等之減速時，反相器302進行回充動作，將馬達304發生之電流回收至電池管理系統100之電池102。於PHV或EV中，除此以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12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除了電池管理系統100以外，還包含PMIC(電源管理IC，power management integrated circuit)402、處理器404、及其他未圖示之電子電路。PMIC402係綜合之複數個電源電路，對處理器404或其他之電子電路供給適當之電源電壓。 此外，電池管理系統100可使用於產業機器、產業機械、家庭用/工廠用之蓄電系統、升降機系統之電源等。 基於實施形態，使用具體性之用語對本發明進行了說明，但實施形態只不過表示本發明之原理、應用，認為於實施形態中於不脫離申請專利範圍中規定之本發明之思想之範圍內，可進行較多之變化例或配置之變更。
100‧‧‧電池管理系統
100A‧‧‧電池管理系統
102‧‧‧電池
104‧‧‧充電電路
108‧‧‧負載
200‧‧‧殘量檢測電路
200A‧‧‧殘量檢測電路
202‧‧‧庫侖計算器電路
204‧‧‧電壓檢測電路
206‧‧‧SOC運算部
210‧‧‧放電時修正部
230‧‧‧充電時修正部
230A‧‧‧充電時修正部
250‧‧‧充電特性保持部
300‧‧‧自動車
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‧‧‧庫侖計算器電路
512‧‧‧SOC運算部
CC‧‧‧庫侖計算值
DVBAT‧‧‧電壓資料
IBAT‧‧‧電流
ICHG‧‧‧充電電流
ILOAD‧‧‧負載電流(放電電流)
OCV‧‧‧開放電壓
OCV1‧‧‧OCV之值
OCV2‧‧‧值
r‧‧‧內部電阻
RS‧‧‧感測電阻
SOC‧‧‧充電狀態
SOC2‧‧‧SOC之值
SOC_cc‧‧‧原始之SOC值
SOC_cc_min‧‧‧最低值
SOC_chg‧‧‧充電時SOC值
SOC_dis‧‧‧放電時SOC值
SOC_dis_min‧‧‧最低值
VADP‧‧‧電源電壓
VBAT‧‧‧電池電壓
VBAT1‧‧‧檢測值
VBAT_MIN‧‧‧最低動作電壓
VCS‧‧‧電壓下降
VDROP‧‧‧下降量(電壓下降)
VDROP1‧‧‧差分
VDROP_CHG‧‧‧充電時之電池電壓
VBAT‧‧‧與OCV之差
VDROP_DIS‧‧‧電壓下降
VEXT‧‧‧電源電壓
圖1係電池驅動型之電子機器之方塊圖。 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係說明藉由SOC之修正處理而產生之問題之圖。 圖4係具備第1實施形態之殘量檢測電路之電池管理系統之方塊圖。 圖5係圖4之殘量檢測電路之動作波形圖。 圖6係具備第2實施形態之殘量檢測電路之電池管理系統之方塊圖。 圖7係表示SOC－VBAT特性之一例之圖。 圖8係表示SOC－OCV特性之一例之圖。 圖9係實施形態之殘量檢測之流程圖。 圖10係表示利用電壓與SOC之關係之修正處理之圖。 圖11係表示具備電池管理系統之自動車之圖。 圖12係表示具備電池管理系統之電子機器之圖。

Claims (10)

  1. 一種殘量檢測電路，其特徵在於：其係檢測能夠再充電之電池之SOC(State Of Charge)者，且具備： 庫侖計算器電路，其係藉由將上述電池之充放電電流累計而產生庫侖計算值CC； 電壓檢測電路，其檢測上述電池之電壓VBAT ； SOC運算部，其基於上述庫侖計算值CC，計算原始之SOC值SOC_cc； 放電時修正部，其於上述電池之放電中，基於上述電池之電壓下降修正上述原始之SOC值SOC_cc，產生放電時SOC值SOC_dis；及 充電時修正部，其於上述電池之最近之放電中，測定上述放電時SOC值SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min，於上述電池之充電中，利用上述最低值SOC_dis_min，計算充電時SOC值SOC_chg。
  2. 如請求項1之殘量檢測電路，其中充電開始時之上述充電時SOC值SOC_chg與上述最低值SOC_dis_min一致。
  3. 如請求項1之殘量檢測電路，其中上述充電時修正部係 於上述電池之放電中進而測定上述原始之SOC值SOC_cc到達之最低值SOC_cc_min，且根據 SOC_chg＝SOC_dis_min＋(SOC_cc－SOC_cc_min)×(100－SOC_dis_min)/(SOC－cc_min)…(1) 計算充電中之上述充電時SOC值SOC_chg。
  4. 如請求項1之殘量檢測電路，其進而具備充電特性保持部，該充電特性保持部保持表示充電中之上述電池之電壓VBAT 與SOC之關係的SOC－VBAT特性，且 上述充電時修正部基於上述SOC－VBAT特性，取得與上述電壓檢測電路檢測出之上述電池之電壓對應的SOC之值SOC_est。
  5. 如請求項4之殘量檢測電路，其中上述充電時修正部根據 SOC_chg＝SOC_dis_min＋(SOC_est－SOC_cc_min)×(100－SOC_dis_min)/(SOC－cc_min)…(2) 計算充電中之上述充電時SOC值SOC_chg。
  6. 如請求項1之殘量檢測電路，其中上述放電時修正部執行如下步驟： 基於表示上述電池之SOC與OCV(Open Circuit Voltage)之對應關係之SOC－OCV特性，產生與上述原始之SOC值SOC_cc對應之OCV之值OCV1； 產生上述值OCV1與上述電壓檢測電路檢測出之上述電池之電壓之檢測值VBAT1 的差分VDROP1 ； 產生較系統之最低動作電壓VBAT_MIN 高與上述差分VDROP1 對應之電壓幅ΔV之值OCV2； 基於上述SOC－OCV特性，產生與上述值OCV2對應之SOC之值SOC2；及 作為上述SOC之值SOC2相當於殘量零者，產生上述放電時SOC值SOC_dis。
  7. 如請求項6之殘量檢測電路，其中ΔV＝VDROP1 。
  8. 一種殘量檢測電路，其特徵在於：其係檢測能夠再充電之電池之SOC(State Of Charge)者，且具備： 庫侖計算器電路，其係藉由將上述電池之充放電電流累計而產生庫侖計算值CC； 電壓檢測電路，其檢測上述電池之電壓VBAT ； SOC運算部，其基於上述庫侖計算值CC，計算原始之SOC值SOC_cc； 放電時修正部，其於上述電池之放電中，基於上述電池之電壓下降修正上述原始之SOC值SOC_cc，產生放電時SOC值SOC_dis；及 充電時修正部，其於上述電池之最近之放電中，測定上述放電時SOC值SOC_dis到達之最低值SOC_dis_min，於上述電池之充電中，以充電開始時之值成為上述最低值SOC_dis_min之方式計算充電時SOC值SOC_chg。
  9. 一種電子機器，其特徵在於具備： 能夠再充電之電池；及 如請求項1至8中任一項之殘量檢測電路，其檢測上述電池之SOC。
  10. 一種自動車，其特徵在於具備： 能夠再充電之電池；及 如請求項1至8中任一項之殘量檢測電路，其檢測上述電池之SOC。
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