JP2013156202A - 二次電池の残容量算出方法及びパック電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数直列に接続された二次電池の放電が進行して残容量（ＲＣ）又は相対残容量（ＲＳＯＣ）が一定の小さな容量以下になった場合であっても、適宜放電を継続することが可能な二次電池の残容量算出方法及びパック電池を提供する。
【解決手段】直列接続された３つの電池ブロック夫々のＦＣＣを、それ自体公知の方法によって算出（学習）する一方で、各電池ブロックのＯＣＶを検出し、検出したＯＣＶを、電池ブロックのＯＣＶとＲＳＯＣとの関係を示す図３の放電特性に照らして各電池ブロックのＲＳＯＣを算出する。そして、算出したＲＳＯＣに夫々の電池ブロックのＦＣＣを乗じて各電池ブロックのＲＣを算出し、算出したＲＣのうち最小のＲＣを、二次電池全体の残容量とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数直列に接続された二次電池の開放電圧（開放端子電圧、無負荷電圧）に基づいて残容量を算出する二次電池の残容量算出方法、及びこの残容量算出方法を実行して残容量のデータを生成するパック電池に関する。

従来、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の電子機器に搭載される二次電池の残容量（ＲＣ＝Remaining Capacity ）は、満充電容量（ＦＣＣ＝Full Charge Capacity ）即ち満充電状態における二次電池の電気量（電流値×時間）又は電力量（電力値×時間）の夫々に対して、充電／放電電流又は充電／放電電力の積算値（以下、充放電量という）を加算／減算して算出されている。いわゆる残容量は、ＦＣＣに対する相対残容量（ＲＳＯＣ＝Relative State Of Charge ）として表されることもある。このようにＲＣの算出の元になるＦＣＣは、二次電池の使用に伴う劣化に応じて減少するにも関わらず、二次電池の実際の使用状態において満充電状態（以下、単に満充電ともいう）から放電終止状態になるまで放電（又は放電終止状態から満充電状態になるまで充電）されることが殆どないため、正確なＦＣＣを算出する機会に乏しいのが実情である。

そこで、二次電池の電池電圧が所定のＲＳＯＣに対応する低電圧（ＲＳＯＣがＮ％であることを示す既知の電圧；Ｎは整数）より低下した場合に、ＲＳＯＣをＮ％に補正する技術（例えば、特許文献１参照）を利用して、満充電のときから上記既知の電圧を検出するまでに積算した「放電量−充電量」を「１−Ｎ／１００」で除して得た容量を、二次電池のＦＣＣとして学習する方法が用いられている。

また特許文献２では、二次電池の充電中に充電を中断して検出した開放端子電圧（以下、開放電圧という）と、その後、満充電まで再充電した期間中の充電量と、満充電後に検出した開放電圧とに基づいて二次電池のＦＣＣを算出（学習）する技術が開示されている。また、特許文献３では、第１及び第２時点における二次電池の無負荷電圧（開放電圧）から算出したＲＳＯＣの変化量と、第１及び第２時点の間における充放電量の変化量とから、二次電池のＦＣＣを算出（学習）する技術が開示されている。このようにして算出（学習）したＦＣＣを、算出（若しくは検出）したＲＳＯＣに掛けてＲＣが算出され、更に、ＲＣを算出したときからの充放電量をＲＣに加算／減算することによって新たなＲＣが算出される。

ところで、定電流・定電圧充電によって充電される二次電池は、例えば電圧が最大の電池セルの電池電圧が満充電の検出開始電圧以上、且つ充電電流が所定値以下の状態が一定時間以上継続したときに満充電と判定される。この判定の間に電圧が最大の電池セルの電池電圧が満充電の検出電圧より高くなった場合は、その時点で満充電と判定される。

特開平５−８７８９６号公報 特開２０１１−４３４６０号公報 特開２００８−２６１６６９号公報

しかしながら、二次電池が複数直列に接続されている場合、充電前の各二次電池の自己放電量のばらつき等の理由により、何れかの二次電池の電池電圧が満充電の判定電圧より高くなっても、他の二次電池は実際には満充電に至っていないのが普通である。そして、その後の放電の際には、充電された充電量が小さい前記他の二次電池の電池電圧が先に低下する。このため、前記他の二次電池の低電圧が検出されてＲＳＯＣが補正される時になって初めて、二次電池全体のＲＣ又はＲＳＯＣの値が、ＰＣをハイバネーション（メモリ内容が保存される休止状態）に移行させることができない値にまで低下したことが検出されるという問題があった。また、各二次電池の自己放電量にばらつきがない場合であっても、劣化等のばらつきにより各二次電池が充放電可能な容量に差がある場合は、同様の問題が起こり得た。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数直列に接続された二次電池の放電が進行して残容量（ＲＣ）又は相対残容量（ＲＳＯＣ）が一定の小さな容量以下になった場合であっても、適宜放電を継続することが可能な二次電池の残容量算出方法及びパック電池を提供することにある。

本発明に係る二次電池の残容量算出方法は、直列接続された複数の二次電池の満充電容量を算出し、算出した満充電容量に基づいて前記複数の二次電池の残容量を算出する方法において、二次電池毎に満充電容量を算出し、各二次電池の開放電圧を検出し、前記二次電池の開放電圧と満充電容量に対する相対残容量との関係を示す放電特性、及び検出した開放電圧に基づいて、夫々の二次電池の相対残容量を算出し、算出した相対残容量に夫々の二次電池の満充電容量を乗ずることにより、各二次電池の残容量を算出し、算出した残容量のうち、最も小さい残容量を前記複数の二次電池の残容量とすることを特徴とする。

本発明に係る二次電池の残容量算出方法は、前記二次電池の充電電流及び放電電流が所定電流より小さいか否かを時系列的に判定し、小さいと判定する状態が所定時間以上継続するか否かを判定し、継続すると判定した場合、各二次電池の開放電圧を検出することを特徴とする。

本発明に係る二次電池の残容量算出方法は、算出した残容量のうち、最も小さい残容量を有する二次電池を特定し、特定した二次電池を識別する情報を記憶し、記憶した情報によって識別される二次電池の残容量を、前記複数の二次電池の残容量とすることを特徴とする。

本発明に係る二次電池の残容量算出方法は、前記二次電池が満充電状態にあるか否かを判定し、満充電状態にあると判定した後に、前記二次電池を識別する情報を更新することを特徴とする。

本発明に係るパック電池は、直列接続された複数の二次電池と、該二次電池の満充電容量を算出する第１算出手段と、算出した満充電容量に基づいて前記複数の二次電池の残容量のデータを生成する生成手段とを備えるパック電池において、前記第１算出手段は、二次電池毎に満充電容量を検出するようにしてあり、各二次電池の開放電圧を検出する検出手段と、前記二次電池の開放電圧と満充電容量に対する相対残容量との関係を示す放電特性、及び前記検出手段が検出した開放電圧に基づいて、夫々の二次電池の相対残容量を算出する第２算出手段と、該第２算出手段が算出した相対残容量に夫々の二次電池の満充電容量を乗ずることにより、各二次電池の残容量を算出する第３算出手段とを備え、前記生成手段は、前記第３算出手段が算出した残容量のうち、最も小さい残容量のデータを生成するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係るパック電池は、前記二次電池の充電電流及び放電電流が所定電流より小さいか否かを時系列的に判定する手段と、該手段が小さいと判定する状態が所定時間以上継続するか否かを判定する第１判定手段とを備え、前記検出手段は、前記第１判定手段が継続すると判定した場合、各二次電池の開放電圧を検出するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係るパック電池は、前記第３算出手段が算出した残容量のうち、最も小さい残容量を有する二次電池を特定する手段と、該手段が特定した二次電池を識別する情報を記憶する記憶手段とを備え、前記生成手段は、前記記憶手段が記憶した情報によって識別される二次電池の残容量のデータを生成するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係るパック電池は、前記二次電池が満充電状態にあるか否かを判定する第２判定手段を備え、前記記憶手段は、前記第２判定手段が満充電状態にあると判定した場合、前記二次電池を識別する情報を更新するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、直列接続された複数の二次電池夫々の満充電容量（ＦＣＣ）を、それ自体公知の方法（例えば、任意の２つの時点におけるＲＳＯＣの変化量と前記２つの時点間での充放電量の変化量とに基づいて、二次電池のＦＣＣを学習する技術；特許文献２に詳しい）によって算出する一方で、各二次電池の開放電圧（ＯＣＶ）を検出し、検出したＯＣＶを、二次電池のＯＣＶとＲＳＯＣとの関係を示す放電特性に照らして各二次電池のＲＳＯＣを算出する。そして、算出したＲＳＯＣに夫々の二次電池のＦＣＣを乗じて各二次電池のＲＣを算出し、算出したＲＣのうち最小のＲＣを、複数の二次電池全体の残容量とする。
これにより、直列に接続された複数の二次電池のＲＣを各別に算出し、算出したＲＣのうちの最小のＲＣによって複数の二次電池全体の残容量を代表させる。このため、自己放電量が他の二次電池より大きい（又は充放電可能な容量が他の二次電池より小さい）一の二次電池が、放電終止電圧より高い低電圧の状態になる前に、実際に放電終止の状態となるまでの適量の放電量が担保された上で、二次電池全体について適当に小さな残容量が算出される。

本発明にあっては、時系列的に検出した二次電池の充電電流及び放電電流（以下、充放電電流ともいう）が所定電流より小さい状態、つまり充放電が行われていない状態が所定時間以上継続する場合に、各二次電池の開放電圧を検出する。
これにより、二次電池に対する充電及び放電の影響が取り除かれた状態で、開放電圧がより正確に検出される。

本発明にあっては、一旦ＲＣが最小と特定された二次電池はＲＣが最小であり続ける蓋然性が高いため、各別に算出した二次電池のＲＣのうちで最も小さいＲＣを有する二次電池を特定するための情報を記憶しておき、記憶した情報によって識別される二次電池のＲＣを、複数の二次電池全体の残容量とする。
これにより、前記情報が更新されるまで、複数の二次電池全体の残容量を決定付ける二次電池が固定されるため、残容量が不連続に変化することが防止される。また、前記情報が更新される間に、前回更新された情報によって特定される二次電池のＲＣから充放電量を加算／減算することにより、新たな残容量を適時算出することができる。

本発明にあっては、最も電池電圧が高い二次電池が満充電状態となった後に、ＲＣが最小の二次電池を特定する情報を更新する。
これにより、ＲＣの差が最も顕著に現れる電圧状態にて、ＲＣが最小の二次電池が適切に特定される。また、残容量が不連続に変化する可能性のあるポイントが、満充電状態の検出後に特定される。

本発明によれば、直列に接続された二次電池のＲＣを各別に算出し、算出したＲＣのうちの最小のＲＣによって複数の二次電池全体の残容量を代表させるため、一の二次電池が放電終止電圧より高い低電圧の状態になる前に、実際に放電終止の状態となるまでの適量の放電量が担保された上で、二次電池全体について適当に小さな残容量が算出される。
従って、複数直列に接続された二次電池の放電が進行して残容量（ＲＣ）又は相対残容量（ＲＳＯＣ）が一定の小さな容量以下になった場合であっても、適宜放電を継続することが可能となる。
また、二次電池の電池電圧が低下して所定のＲＳＯＣに対応する低電圧に近づいたときに、所定のＲＳＯＣより大きいＲＳＯＣが急に補正されて、数値が大きく異なる所定のＲＳＯＣに低下するのを防止することが可能となる。

本発明に係るパック電池の構成例を示すブロック図である。 電池ブロックの開放電圧（ＯＣＶ）と相対残容量（ＲＳＯＣ）との関係を例示する放電特性のグラフである。 電池ブロックの放電に伴うＲＳＯＣの変化を説明するための説明図である。 二次電池の残容量を算出するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 二次電池の残容量を算出するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明に係るパック電池の構成例を示すブロック図である。図中１０はパック電池であり、パック電池１０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯端末等の電気機器２０に着脱可能に装着される。パック電池１０は、例えばリチウムイオン電池からなる電池セル１１１，１１２，１１３，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３を３個ずつ順に並列接続してなる電池ブロック１１，１２，１３を、この順番に直列接続してなる二次電池１を備える。二次電池１は、電池ブロック１３の正極及び電池ブロック１１の負極が夫々正極端子及び負極端子となるようにしてある。

電池ブロック１１，１２，１３の電圧は、夫々独立してＡ／Ｄ変換部４のアナログ入力端子に与えられ、デジタルの電圧値に変換されてＡ／Ｄ変換部４のデジタル出力端子から、マイクロコンピュータからなる制御部５に与えられる。Ａ／Ｄ変換部４のアナログ入力端子には、二次電池１に密接して配置されており、サーミスタを含む回路によって二次電池１の電池温度を検出する温度検出器３の検出出力と、二次電池１の負極端子側の充放電路に介装されており、二次電池１の充電電流及び放電電流を検出する抵抗器からなる電流検出器２の検出出力とが与えられている。これらの検出出力は、デジタルの検出値に変換されてＡ／Ｄ変換部４のデジタル出力端子から制御部５に与えられる。

二次電池１の正極端子側の充放電路には、充電電流及び放電電流を夫々遮断するＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴ７１，７２からなる遮断器７が介装されている。ＭＯＳＦＥＴ７１，７２は、ドレイン電極同士を突き合わせて直列に接続してある。ＭＯＳＦＥＴ７１，７２夫々のドレイン電極及びソース電極間に並列接続されているダイオードは、寄生ダイオード（ボディダイオード）である。ＭＯＳＦＥＴ７１，７２は、Ｎチャネル型であってもよい。

制御部５は、ＣＰＵ５１を有し、ＣＰＵ５１は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ５２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ５３、各種時間を並列的に計時するタイマ５４、及びパック電池１０内の各部に対して入出力を行うＩ／Ｏポート５５と互いにバス接続されている。Ｉ／Ｏポート５５は、Ａ／Ｄ変換部４のデジタル出力端子、ＭＯＳＦＥＴ７１，７２夫々のゲート電極、及び通信部９に接続されている。通信部９は、電気機器２０が有する制御・電源部（充電部）２１と通信する。ＲＯＭ５２は、フラッシュメモリからなる不揮発性メモリである。ＲＯＭ５２には、プログラムの他に、例えば満充電容量の学習値（学習容量）、及び充電電流の初期値（即ち設定電流）が記憶される。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に予め格納されている制御プログラムに従って、演算及び入出力等の処理を実行する。例えば、ＣＰＵ５１は、２５０ｍｓ周期で電池ブロック１１，１２，１３の電圧値と、二次電池１の充放電電流の検出値とを取り込み、取り込んだ電圧値及び検出値に基づいて二次電池１の充電電流若しくは充電電力又は放電電流若しくは放電電力を積算し、積算によって算出した充電量又は放電量をＲＡＭ５３に記憶する。充放電電流，充放電電力を夫々積算した場合の充放電量の単位は、Ａｈ，Ｗｈとなる。電圧値及び充放電電流の検出値の取り込み周期は２５０ｍｓに限定されない。ＣＰＵ５１は、また、残容量、相対残容量、充電電流等のデータを生成し、生成したデータを通信部９を介して電気機器２０に送信する。

遮断器７は、通常の充放電時にＩ／Ｏポート５５からＭＯＳＦＥＴ７１，７２のゲート電極にＬ（ロウ）レベルのオン信号が与えられることにより、ＭＯＳＦＥＴ７１，７２夫々のドレイン電極及びソース電極間が導通するようになっている。二次電池１の充電電流を遮断する場合、Ｉ／Ｏポート５５からＭＯＳＦＥＴ７１のゲート電極にＨ（ハイ）レベルのオフ信号が与えられることにより、ＭＯＳＦＥＴ７１のドレイン電極及びソース電極間の導通が遮断される。同様に二次電池１の放電電流を遮断する場合、Ｉ／Ｏポート５５からＭＯＳＦＥＴ７２のゲート電極にＨ（ハイ）レベルのオフ信号が与えられることにより、ＭＯＳＦＥＴ７２のドレイン電極及びソース電極間の導通が遮断される。ＭＯＳＦＥＴ７１，７２をＮチャネル型とした場合は、上記のＬ／Ｈレベルを反転させたＨ／Ｌレベルのオン信号／オフ信号をゲート電極に与えればよい。二次電池１が適当に充電された状態にある場合、遮断器７のＭＯＳＦＥＴ７１，７２は共にオンしており、二次電池１は放電及び充電が可能な状態となっている。

電気機器２０は、制御・電源部２１に接続された端末部２２を備える。制御・電源部２１は、図示しない商用電源より電力を供給されて端末部２２を駆動すると共に、二次電池１の充放電路に充電電流を供給する。制御・電源部２１は、また、商用電源から電力の供給が絶たれた場合、二次電池１の充放電路から供給される放電電流により、端末部２２を駆動する。制御・電源部２１が充電する二次電池１がリチウムイオン電池の場合は、例えば、定電流（ＭＡＸ電流０．５〜１Ｃ程度）・定電圧（ＭＡＸ４．２〜４．４Ｖ／電池セル程度）にて充電が行われる。電圧が最大の電池ブロックの電池電圧が満充電検出開始電圧以上、且つ充電電流が所定値以下の状態が一定時間以上継続したときに、ＣＰＵ５１が、二次電池１が満充電状態にある（以下、単に満充電ともいう）と判定する。また例えば、電圧が最大の電池ブロックにおいて、電池電圧が一定電圧以上となったときに一定期間（例えば、６０分、または、１５分〜９０分）だけＭＯＳＦＥＴ７１をオフさせて開放電圧（ＯＣＶ＝Open Circuit Voltage ）を検出し、検出した開放電圧が一定電圧以上である場合、満充電と判定するようにしてもよい。開放電圧による満充電の判定に代えて、充電中の電圧が最大の電池ブロックで電池電圧が所定電圧以上である場合に、満充電と判定するようにしてもよい。

制御・電源部２１及び通信部９間では、制御・電源部２１をマスタに、通信部９を含む制御部５をスレーブにしてＳＭＢｕｓ（System Management Bus ）方式等の通信方式による通信が行われる。ＳＭＢｕｓ方式の場合、シリアルクロック（ＳＣＬ）は制御・電源部２１から供給され、シリアルデータ（ＳＤＡ）は制御・電源部２１及び通信部９間で双方向に授受される。本実施の形態では、制御・電源部２１が通信部９を２秒周期でポーリングして通信部９が送信しようとするデータの内容を読み出す。ポーリング周期の２秒は、制御・電源部２１側の設定による。

このポーリングにより、例えば、二次電池１の残容量及び相対残容量のデータが、通信部９を介して制御・電源部２１に２秒周期で受け渡され、電気機器２０が有する図示しない表示器に相対残容量の値（％）として表示される。また、制御部５にて設定された充電電流の初期値、即ち充電電流のデータは、残容量のデータと同様に通信部９を介して制御・電源部２１に送信される。制御・電源部２１では、制御部５から送信された充電電流に基づいて、二次電池１を定電流・定電圧充電する。

次に、二次電池１を構成する一の電池ブロックの満充電容量（ＦＣＣ）を算出（学習）する方法について説明する。
図２は、電池ブロック１１，１２，１３の開放電圧（ＯＣＶ）と相対残容量（ＲＳＯＣ）との関係を例示する放電特性のグラフである。図中横軸は、満充電容量（ＦＣＣ）に対する残容量（ＲＣ）の比として定義される相対残容量（％）を表し、縦軸は開放電圧（Ｖ）を表す。本実施の形態では、電池ブロック１１，１２，１３が満充電状態となる電圧が４．２Ｖであり、放電終止電圧が３Ｖである。

ＦＣＣは、例えば特許文献２に詳しい公知の方法によって算出する。つまり、図２に示すグラフを関数又はテーブルとしてＲＯＭ５２又はＲＡＭ５３に記憶しておき、任意の２つの時点で検出した一の電池ブロックのＯＣＶを、記憶した関数又はテーブルに適用してＲＳＯＣを各別に算出し、算出したＲＳＯＣの差分（ΔＲＳＯＣ）と、前記時点間における残容量の変化量（ΔＲＣ）とを以下の式（１）に適用してＦＣＣを算出する。式（１）による算出を適時繰り返すことにより、ＦＣＣを学習することができる。

ＦＣＣ＝ΔＲＣ／（ΔＲＳＯＣ／１００）・・・・・・・・（１）
ここでは、時点１，時点２で検出した一の電池ブロックのＯＣＶをＯＣＶ１，ＯＣＶ２とするとき、図２よりΔＲＳＯＣが「ＲＳＯＣ１−ＲＳＯＣ２」として算出される。また、前記時点１，時点２間におけるΔＲＣは、その間の充放電電流を積算することによって算出される。但し、ここでの充電電流及び放電電流は、互いに符号が異なる値として検出されるものである。

次に、各電池ブロック１１，１２，１３について算出（学習）したＦＣＣに基づいて残容量を算出する本発明に係る方法について説明する。
残容量の算出に先立ち、先ず二次電池１の電池ブロック１１，１２，１３のＯＣＶが各別に検出される。この場合、各ＯＣＶがより正確に検出されるようにするため、二次電池１が充電も放電もされていない期間が所定時間（例えば１時間）以上継続したときにＯＣＶが検出される。二次電池１が充電も放電もされていないことを確認するには、充放電電流（の絶対値）が所定電流より小さいことを確認すればよい。

以上のようにして検出された電池ブロック１１，１２，１３のＯＣＶを、上述のとおりＲＯＭ５２又はＲＡＭ５３に記憶された関数又はテーブルに適用することにより、電池ブロック１１，１２，１３のＲＳＯＣが各別に算出される。算出された各ＲＳＯＣを、以下の式（２）に適用することにより、電池ブロック１１，１２，１３のＲＣが各別に算出される。

ＲＣ＝ＲＳＯＣ×ＦＣＣ・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ここでＦＣＣは、式（１）により、各電池ブロック１１，１２，１３について算出（学習）されたものである。

式（２）によって算出された各ＲＣのうち、どのＲＣに基づいて二次電池１の残容量とするかが問題であるが、本実施の形態にあっては、最も値が小さいＲＣを二次電池１の残容量とする。そのようにする理由を、次に示す図３を用いて説明する。
図３は、電池ブロック１１，１２，１３の放電に伴うＲＳＯＣの変化を説明するための説明図である。図中横軸は相対残容量（％）を表し、縦軸は開放電圧（Ｖ）を表す。図３における実線は、図２に示す実線と同様に、電池ブロック１１，１２，１３のＯＣＶとＲＳＯＣとの関係を例示するものである。

さて、電池ブロック１１，１２，１３で充放電が可能な容量がほぼ揃っている場合であっても、電池ブロック１１，１２，１３間で自己放電量に差が生じる場合がある。例えば、電池ブロック１１，１３の自己放電量が最小，最大である場合、図３の点Ａ１で示すように電池ブロック１１の電池電圧が４．２Ｖの満充電状態となっても、電池ブロック１２，１３の電池電圧は、点Ｂ１，点Ｃ１で示すように４．２Ｖより低い状態に留まっている。このような場合であっても、二次電池１が満充電状態にあると判定される。

一方、式（１）によって算出された電池ブロック１１，１２，１３夫々のＦＣＣは、電池ブロック１１，１２，１３で充放電が可能な容量が略同一である限り、自己放電量の大小に関わらず略一定となる。そして、二次電池１が満充電状態となったときの残容量を上記ＦＣＣとし、そのときからの充放電量をＦＣＣに加算／減算することによって二次電池１の残容量を適時算出するのが従来の方法である。

より具体的な例として、二次電池１が満充電状態となったときの電池ブロック１１，１２，１３のＲＳＯＣが１００％，９６％，９２％であり、その後、電池ブロック１１のＲＳＯＣが１１％に低下するまで二次電池１が放電した場合を想定する。電池ブロック１１，１２，１３で充放電が可能な容量は略同一とする。このような場合、電池ブロック１１が、図３に示す実線上を点Ａ１から点Ａ２まで移動する間に、電池ブロック１２，１３は、点Ｂ１，Ｃ１から夫々点Ｂ２，Ｃ２まで移動する。点Ｂ２，Ｃ２におけるＲＳＯＣは、７％，３％となる。

一般的には、電池ブロック１１，１２，１３のうち、電圧が最小の電池ブロックの電池電圧が点Ｂ２（又は点Ｃ２）に対応する電圧まで低下した場合、二次電池１の残容量が７％（又は３％）に補正される。つまり、従来の方法によれば、電池ブロック１３の電池電圧が、ＲＳＯＣの７％（又は３％）に相当する低電圧に到達した場合、電圧が最大の電池ブロック１１のＲＳＯＣは、満充電状態の１００％から放電電流（又は放電電力）分が減算されて１１％となるが、二次電池１全体のＲＳＯＣとしては、この１１％から、急に、数値が大きく異なる７％（又は３％）に補正される。これにより、電池ブロック１３による低電圧が検出されたときには、二次電池１全体としての残容量が、既に７％（又は３％）しか残されていないことが示される。

これに対し、本実施の形態では、二次電池１が満充電状態となったときから、電池ブロック１３のＲＣに基づいて二次電池１の残容量が算出されるため、上述のように、それまで１１％以上であった残容量が突然７％（又は３％）となることが防止される。また、電池ブロック１１，１２，１３について各別にＦＣＣが算出されるため、電池ブロック１１，１２，１３で充放電が可能な容量に大小の差がある場合であっても、残容量が新たに算出されるときに、ＲＣが最小の電池ブロックのＲＣに基づいて二次電池１の残容量が算出される。

尚、本実施の形態では、充電も放電もされていない期間が１時間以上継続する場合に、二次電池１の残容量を新たに算出したが、二次電池１が満充電状態にあることを検出した後に限定して、二次電池１の残容量を新たに算出するようにしてもよい。

以下では、上述したパック電池の制御部５の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。以下に示す処理は、ＲＯＭ５２に予め格納された制御プログラムに従ってＣＰＵ５１により実行される。
図４，５は、二次電池１の残容量を算出するＣＰＵ５１の処理手順を示すフローチャートである。図４の処理が起動される周期は、例えば２５０ｍ秒であるが、これに限定されるものではない。

図４，５の処理で用いられる計時中フラグ及び満充電フラグは、ＲＡＭ５３に記憶されており、所定の初期化処理にて０にクリアされる。計時中フラグは、既に計時を開始していることを示すフラグであり、満充電フラグは、図４，５とは異なる図示しない処理にて、二次電池１の満充電状態が検出されたことを示すフラグである。その他の演算過程のデータについても、適宜ＲＡＭ５３に記憶される。加えて、図２に示したグラフに対応するテーブル値と、図示しない他の処理にて算出された各電池ブロック１１，１２，１３のＦＣＣとが、ＲＯＭ５２又はＲＡＭ５３に記憶されている。

図４の処理が起動された場合、ＣＰＵ５１は、Ａ／Ｄ変換部４を介して電流検出器２の電圧を取り込み、取り込んだ電圧を電流に換算して充放電電流を検出する（Ｓ１１）。実際には、複数回取り込んだ電圧に基づいて充放電電流を検出するようにしてもよい。その後、ＣＰＵ５１は、検出した充放電電流が、例えば−５ｍＡ（放電電流の領域）より大きく、且つ２０ｍＡ（充電電流の領域）より小さいか否かを判定し（Ｓ１２）、この範囲内にない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、その後は何も実行せずに図４の処理を終了する。

ここでは、Ａ／Ｄ変換部４に変換誤差がある点と、パック電池１０内部に見かけ上の充電電流となる電流が存在する点とを考慮して、２０ｍＡより小さい充電電流、及び絶対値が５ｍＡより小さい放電電流を充放電電流として検出しないようにする。但し、ステップＳ１２で充放電電流と比較すべき電流値は、２０ｍＡ及び−５ｍＡに限定されるものではない。

検出した充放電電流が−５ｍＡより大きく、且つ２０ｍＡより小さい場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、充放電が行われていないと判定して差し支えないため、ＣＰＵ５１は、既に計時中であるか否かを確認するために、計時中フラグが１にセットされているか否かを判定する（Ｓ１３）。１にセットされていない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、タイマ５４を用いて計時を開始する（Ｓ１４）と共に、計時中フラグを１にセットして（Ｓ１５）図４の処理を終了する。

ステップＳ１３で計時中フラグが１にセットされている場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、即ち既に計時が開始されている場合、ＣＰＵ５１は、計時を開始してから１時間が経過したか否かを判定し（Ｓ１６）、経過していない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、一旦図４の処理を終了する。１時間が経過した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、次回の計時に備えて計時中フラグを０にクリアした（Ｓ１７）後、Ａ／Ｄ変換部４を介して各電池ブロック１１，１２，１３のＯＣＶを検出する（Ｓ１８）。

その後、ＣＰＵ５１は、検出したＯＣＶを、ＲＯＭ５２又はＲＡＭ５３に記憶したテーブルに適用することによって各電池ブロック１１，１２，１３のＲＳＯＣを算出する（Ｓ１９）。そして、上述のように、２つの時点で検出した各電池ブロック１１，１２，１３のＯＣＶが得られたとき、式（１）を利用することにより、各電池ブロック１１，１２，１３のＦＣＣを算出する。更に、ＣＰＵ５１は、算出したＲＳＯＣと、ＲＯＭ５２又はＲＡＭ５３に記憶した各電池ブロック１１，１２，１３のＦＣＣとを式（２）に適用することにより、各電池ブロック１１，１２，１３のＲＣを算出し（Ｓ２０）、算出した各ＲＣを、一時的にＲＡＭ５３に記憶する（Ｓ２１）。

次に図５に移って、ＣＰＵ５１は、満充電フラグが１にセットされているか否かを判定し（Ｓ２２）、セットされていない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、後述するステップＳ２６に処理を移す。満充電フラグが１にセットされている場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、即ち二次電池１が満充電状態にあることが、図示しない他の処理にて検出された場合、ＣＰＵ５１は、次回の満充電状態の検出に備えて満充電フラグを０にクリアする（Ｓ２３）。

その後、ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５３に記憶した電池ブロック１１，１２，１３のＲＣのうち、最もＲＣが小さい電池ブロックを特定し（Ｓ２４）、特定した電池ブロックの通番（例えば１，２，３）をＲＡＭ５３に記憶する（Ｓ２５）。ここでの通番は、電池ブロック１１，１２，１３を識別するための情報であり、通番以外の情報を用いて電池ブロック１１，１２，１３が識別されるようにしてもよい。

次いで、ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５３に記憶した電池ブロックの通番を読み出し（Ｓ２６）、読み出した通番によって識別される電池ブロックのＲＣをＲＡＭ５３から読み出す（Ｓ２７）。更に、ＣＰＵ５１は、読み出したＲＣから通信データを生成し（Ｓ２８）、生成した通信データを、通信部９を介して制御・電源部２１に送信した（Ｓ２９）後、図５の処理を終了する。

以上のフローチャートにおいて、図示しない処理によって電池ブロック毎にＦＣＣを算出する公知の手段が請求項に記載の「第１算出手段」に対応し、ステップＳ２８が請求項に記載の「生成手段」に対応し、ステップＳ１８が請求項に記載の「検出手段」に対応し、ステップＳ１９が請求項に記載の「第２算出手段」に対応し、ステップＳ２０が請求項に記載の「第３算出手段」に対応する。また、ステップＳ１２が請求項に記載の「時系列的に判定する手段」に対応し、ステップＳ１６が請求項に記載の「第１判定手段」に対応し、ステップＳ２４が請求項に記載の「二次電池を特定する手段」に対応し、ステップＳ２５及びＲＡＭ５３が請求項に記載の「記憶手段」に対応し、ステップＳ２２が請求項に記載の「第２判定手段」に対応する。

尚、本実施の形態にあっては、図５に示すステップＳ２２で満充電フラグが１にセットされているか否かを判定したが、この判定を行うことなく、毎回ステップＳ２４，Ｓ２５を実行するようにしてもよい。この場合は、二次電池１が満充電状態にあるか否かに関わらず、残容量の算出が行われる。

また、本実施の形態にあっては、二次電池１の充放電が行われていない間に残容量を算出したが、このようにして算出した残容量に対し、その後の充放電量を加算／減算することにより、随時残容量を算出するようにしてもよい。
更に、残容量の通信データのみを生成したが、算出した残容量をＦＣＣで除することにより、ＲＳＯＣを算出し、算出したＲＳＯＣからＲＳＯＣの通信データを生成して送信するようにしてもよい。

以上のように本実施の形態によれば、直列接続された３つの電池ブロック夫々のＦＣＣを、それ自体公知の方法によって算出（学習）する一方で、各電池ブロックのＯＣＶを検出し、検出したＯＣＶを、電池ブロックのＯＣＶとＲＳＯＣとの関係を示す放電特性に照らして各電池ブロックのＲＳＯＣを算出する。そして、算出したＲＳＯＣに夫々の電池ブロックのＦＣＣを乗じて各電池ブロックのＲＣを算出し、算出したＲＣのうち最小のＲＣを、二次電池全体の残容量とする。
これにより、直列に接続された複数の電池ブロックのＲＣを各別に算出し、算出したＲＣのうちの最小のＲＣによって二次電池全体の残容量を代表させる。このため、自己放電量が他の電池ブロックより大きい（又は充放電可能な容量が他の電池ブロックより小さい）一の電池ブロックが、ＲＳＯＣの７％又は３％に相当する低電圧の状態になる前に、例えば二次電池全体のＲＳＯＣが１１％以上と算出され、且つ、３Ｖの放電終止の状態となるまでの適量の放電量が担保されることとなる。
従って、複数直列に接続された電池ブロックの放電が進行して残容量（ＲＣ）又は相対残容量（ＲＳＯＣ）が一定の小さな容量以下になった場合であっても、適宜放電を継続することが可能となる。

また、２５０ｍ秒毎に検出した二次電池の充放電電流が２０ｍＡより小さく、且つ−５ｍＡより大きい状態、つまり充放電が行われていない状態が１時間以上継続する場合に、各電池ブロックのＯＣＶを検出する。
従って、電池ブロックに対する充電及び放電の影響が取り除かれた状態で、ＯＣＶをより正確に検出することが可能となる。

更に、一旦ＲＣが最小と特定された電池ブロックはＲＣが最小であり続ける蓋然性が高いため、各別に算出した電池ブロックのＲＣのうちで最も小さいＲＣを有する電池ブロックを特定する通番をＲＡＭに記憶しておき、記憶した通番によって識別される電池ブロックのＲＣを、二次電池全体の残容量とする。
従って、通番が更新されるまで、二次電池全体の残容量を決定付ける電池ブロックが固定されるため、残容量が不連続に変化するのを防止することが可能となる。また、通番が更新される間に、前回更新された通番によって特定される電池ブロックのＲＣから充放電量を加算／減算することにより、新たな残容量を適時算出することが可能となる。

更にまた、最も電池電圧が高い電池ブロックが満充電状態となった後に、ＲＣが最小の電池ブロックを特定する通番を更新する。
従って、ＲＣの差が最も顕著に現れる電圧状態にて、ＲＣが最小の電池ブロックを適切に特定することが可能となる。また、残容量が不連続に変化する可能性のあるポイントを、満充電状態の検出後に特定することが可能となる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 二次電池
１１，１２，１３ 電池ブロック
１０ パック電池
２ 電流検出器
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 制御部
５１ ＣＰＵ
５２ ＲＯＭ
５３ ＲＡＭ
５４ タイマ
７１、７２ ＭＯＳＦＥＴ
９ 通信部
２０ 電気機器
２１ 制御・電源部

Claims (8)

1. 直列接続された複数の二次電池の満充電容量を算出し、算出した満充電容量に基づいて前記複数の二次電池の残容量を算出する方法において、
   二次電池毎に満充電容量を算出し、
   各二次電池の開放電圧を検出し、
   前記二次電池の開放電圧と満充電容量に対する相対残容量との関係を示す放電特性、及び検出した開放電圧に基づいて、夫々の二次電池の相対残容量を算出し、
   算出した相対残容量に夫々の二次電池の満充電容量を乗ずることにより、各二次電池の残容量を算出し、
   算出した残容量のうち、最も小さい残容量を前記複数の二次電池の残容量とすること
   を特徴とする二次電池の残容量算出方法。
2. 前記二次電池の充電電流及び放電電流が所定電流より小さいか否かを時系列的に判定し、
   小さいと判定する状態が所定時間以上継続するか否かを判定し、
   継続すると判定した場合、各二次電池の開放電圧を検出すること
   を特徴とする請求項１に記載の二次電池の残容量算出方法。
3. 算出した残容量のうち、最も小さい残容量を有する二次電池を特定し、
   特定した二次電池を識別する情報を記憶し、
   記憶した情報によって識別される二次電池の残容量を、前記複数の二次電池の残容量とすること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池の残容量算出方法。
4. 前記二次電池が満充電状態にあるか否かを判定し、
   満充電状態にあると判定した後に、前記二次電池を識別する情報を更新すること
   を特徴とする請求項３に記載の二次電池の残容量算出方法。
5. 直列接続された複数の二次電池と、該二次電池の満充電容量を算出する第１算出手段と、算出した満充電容量に基づいて前記複数の二次電池の残容量のデータを生成する生成手段とを備えるパック電池において、
   前記第１算出手段は、二次電池毎に満充電容量を検出するようにしてあり、
   各二次電池の開放電圧を検出する検出手段と、
   前記二次電池の開放電圧と満充電容量に対する相対残容量との関係を示す放電特性、及び前記検出手段が検出した開放電圧に基づいて、夫々の二次電池の相対残容量を算出する第２算出手段と、
   該第２算出手段が算出した相対残容量に夫々の二次電池の満充電容量を乗ずることにより、各二次電池の残容量を算出する第３算出手段とを備え、
   前記生成手段は、前記第３算出手段が算出した残容量のうち、最も小さい残容量のデータを生成するようにしてあること
   を特徴とするパック電池。
6. 前記二次電池の充電電流及び放電電流が所定電流より小さいか否かを時系列的に判定する手段と、
   該手段が小さいと判定する状態が所定時間以上継続するか否かを判定する第１判定手段とを備え、
   前記検出手段は、前記第１判定手段が継続すると判定した場合、各二次電池の開放電圧を検出するようにしてあること
   を特徴とする請求項５に記載のパック電池。
7. 前記第３算出手段が算出した残容量のうち、最も小さい残容量を有する二次電池を特定する手段と、
   該手段が特定した二次電池を識別する情報を記憶する記憶手段とを備え、
   前記生成手段は、前記記憶手段が記憶した情報によって識別される二次電池の残容量のデータを生成するようにしてあること
   を特徴とする請求項５又は６に記載のパック電池。
8. 前記二次電池が満充電状態にあるか否かを判定する第２判定手段を備え、
   前記記憶手段は、前記第２判定手段が満充電状態にあると判定した場合、前記二次電池を識別する情報を更新するようにしてあること
   を特徴とする請求項７に記載のパック電池。

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