JP2006177764A

JP2006177764A - 電池の学習容量補正方法

Info

Publication number: JP2006177764A
Application number: JP2004371007A
Authority: JP
Inventors: Kozo Oi; 耕三大井; Masao Yamaguchi; 昌男山口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】電池を完全に放電することなく、電池の学習容量を頻繁に、しかも正確な容量に補正する。
【解決手段】電池の学習容量補正方法は、電池を所定の充電開始残容量から満充電するときに、充電開始残容量から満充電するまでの充電容量を検出し、検出された充電容量を充電開始残容量に加算して加算容量を検出し、検出された加算容量を先の学習容量と比較し、加算容量と学習容量との差が設定誤差以上であると、検出された加算容量を学習容量に訂正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池の残容量演算において基準となる、電池の学習容量を補正する方法に関する。本明細書において、学習容量とは、電池の修正された満充電容量を意味するものであって、電池に実質的に充電できる容量を意味する。

電池は、使用するにしたがって、あるいは保存しているときに劣化して、実質的に満充電できる容量が次第に減少する。電池の残容量を満充電容量に対する相対値として、たとえば％で表示する場合、満充電容量（ＦＣＣ）を正確に補正することが大切である。満充電容量の補正方法として、種々の方法が提案されている。たとえば、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満充電容量を演算し、あるいは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満充電容量を演算し、演算した満充電容量を正しい値として、前回の満充電容量を補正する。この方法は、正確に電池の満充電容量を補正できる。

しかしながら、電池が完全に放電された状態から満充電され、あるいは満充電された状態から完全に放電される状態で満充電容量を演算する方法は、満充電容量を補正できるタイミングが極めて限られた状態となる。このため、満充電容量を補正する頻度が少なく、補正する間で誤差が大きくなる。

電池の満充電容量を補正する頻度を高くする方法は開発されている。（特許文献１参照）
特開２００２−２３６１５４号公報

以上の公報に記載される方法は、電池の充電容量の累積量がそのときの電池の学習容量に達する毎に１サイクルとカウントし、１サイクルの充電につき、学習容量を特定のサイクル劣化容量として減少させ、あるいは、電池の保存温度と残容量をパラメーターとして学習容量の減少率を保存劣化容量として特定し、保存時間が経過するにしたがって、電池の保存温度と残容量から特定された保存劣化容量で学習容量を減少させて補正する。

この方法は電池を、完全放電と満充電することなく学習容量を補正するので、学習容量を頻繁に補正できる。しかしながら、この方法は、電池の充電容量の累積量で、あるいは電池の保存温度と残容量に基づいて一定量に学習容量を補正するので、各々の電池において必ずしも正確に学習容量を補正できない欠点がある。それは、学習容量が、種々の要因で変動するからである。

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、電池を完全に放電することなく、電池の学習容量を頻繁に、しかも正確な容量に補正できる電池の学習容量補正方法を提供することにある。

本発明の電池の学習容量補正方法は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電池の学習容量補正方法は、電池を所定の充電開始残容量から満充電するときに、充電開始残容量から満充電するまでの充電容量を検出し、検出された充電容量を充電開始残容量に加算して加算容量を検出し、検出された加算容量を先の学習容量と比較し、加算容量と学習容量との差が設定誤差以上であると、検出された加算容量を学習容量に訂正する。

本発明の電池の学習容量補正方法は、電池の充電開始残容量を、電池を充放電しない状態における電池電圧から決定し、あるいは充放電電流の積算値から決定することができる。

本発明の電池の学習容量補正方法は、電池が電動自転車のモーターを駆動する電源に使用することができる。電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池のいずれかとすることができる。

本発明の学習容量補正方法は、電池を満充電することなく正確に学習容量を補正できる。それは、本発明の学習容量補正方法が、満充電されない充電開始残容量の電池を満充電して充電容量を検出し、この充電容量を充電開始残容量に加算した加算容量を先の学習容量に比較し、加算容量と学習容量との差が設定誤差以上であるときに、検出した加算容量を学習容量とするからである。

さらに、この方法は、電池を完全に放電することなく、所定の残容量である充電開始残容量から満充電して学習容量を補正できるので、学習容量を頻繁に補正できる特徴もある。

さらに、本発明の特筆すべき特徴は、電池を完全に放電した状態から満充電することなく、学習容量を正確に補正できることである。それは、本発明の方法が、充電開始残容量と充電容量との加算容量を常に学習容量とするのではなく、加算容量と学習容量との差が設定誤差以上であるときに限って、加算容量を学習容量として補正するからである。本発明の方法は、充電開始残容量に充電容量を加算して加算容量とするので、充電開始残容量が小さい程、加算容量が正確な学習容量となり、しかもこの状態で学習容量を補正する確率が高くなる。充電開始残容量が小さいほど、加算容量が正確な学習容量となるのは、完全に放電された電池を満充電する状態に近付くからである。また、この状態で学習容量を訂正する確率が高くなるのは、充電開始残容量に比較して加算容量が正確に検出できるので、先の学習容量に誤差があると、正確な加算容量との差が大きくなるからである。このため、本発明の学習容量補正方法は、加算容量を正確に検出できるほど、学習容量を補正する確率も高くなり、加算容量で学習容量を正確に補正できる特徴がある。

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学習容量補正方法を例示するものであって、本発明は学習容量補正方法を以下のものに特定しない。

図１は、本発明の学習容量補正方法に使用される組電池の回路図である。この組電池は、電池１と、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、電池の温度を検出する温度検出部４と、電流検出部２と電圧検出部３と温度検出部４からの出力信号を演算して充放電電流または電力を積算する積算部５と、この積算部５の出力から電池１の残容量を演算する残容量演算部６と、電池１を電源として使用する電気機器に、ＳＭＢｕｓで電池情報を伝送する通信処理部７とを備える。このような組電池は、電気機器に接続し、放電して電力を供給し、また、電気機器に内蔵される充電回路にて充電される。また、充電については、電気機器とは別に充電器を利用して充電してもよい。電気機器は、電動自転車で、主に、モーターを駆動する電源として使用する。また、電気機器は、電動自動車でもよい。

電池１は、リチウムイオン二次電池またはニッケル−水素電池である。ただ、電池は、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池とすることができる。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、電流を電圧に変換して電流を検出する。この電流検出部は、図示しないが、電池と直列に接続している電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端に発生する電圧を増幅するアンプと、アンプから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを備える。電流検出抵抗は、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。アンプの出力信号は、Ａ／Ｄコンバータでアナログ信号からデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、積算部５と通信処理部７とに出力される。

電圧検出部３は、電池１の電圧を検出する。電圧検出部３は、検出したアナログ信号の電圧信号を、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず）でデジタル信号の電圧信号に変換して残容量演算部６に出力する。残容量演算部６は、電池電圧が放電終止電圧（Ｅ．Ｖ）まで低下すると、残容量を０に補正し、電池１の電圧が過放電電圧（ＯverＤischarge）まで低下すると、パック電池の放電を停止させる。

温度検出部４は、電池１の温度を検出する。温度検出部４は、検出した電池の温度信号をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）でデジタル信号に変換して、変換された温度のデジタル信号を、積算部５と、残容量演算部６と、通信処理部７とに出力する。

積算部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の残容量（Ａｈ）を演算する。この積算部５は、電池１の充電容量（Ａｈ）から放電容量（Ａｈ）を減算して、電池１の残容量（Ａｈ）を電流の積算値（Ａｈ）として演算する。充電容量（Ａｈ）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（Ａｈ）は、放電電流の積算値、あるいは放電効率を考慮して演算される。積算部５は、電流の積算に代わって、電力の積算値（Ｗｈ）で残容量を演算することもできる。電力の積算値（Ｗｈ）は、充電電力から放電電力を減算して演算される。電力は、電流検出部２から入力される電流信号に、電圧検出部３から入力される電圧をかけて演算される。

残容量演算部６は、電圧検出部３から入力される電圧信号で、満充電された状態と、完全に放電された状態を判別する。残容量演算部６は、電池１の満充電電圧と放電終止電圧を記憶している。電圧検出部３から入力される電圧信号を満充電電圧と放電終止電圧に比較して、電池１の電圧が満充電電圧に上昇し、あるいは放電終止電圧に低下したことを検出する。残容量演算部６は、充電している電池１の電圧が満充電電圧まで上昇することを検出すると、電池１が満充電されたと判定する。また、放電している電池１の電圧が放電終止電圧まで低下すると、電池１が完全に放電されたと判定して、積算部５で演算した残容量を０に補正する。電池電圧が放電終止電圧まで低下すると、電池１の現実の容量は０になるからである。

残容量演算部６は、実質的な満充電容量である学習容量を検出する。学習容量は、満充電された電池を完全に放電されるまでの積算容量、あるいは完全に放電された電池を満充電するまでの積算容量である。電池１の学習容量は、満充電された電池を完全に放電し、あるいは完全に放電された電池を満充電して検出できる。ただ、この方法で学習容量を検出するには、電池１を満充電した後に完全に放電し、あるいは完全に放電された後に満充電する必要がある。満充電と完全放電のいずれか一方のみが発生する状態では、学習容量を正確に算出できない。しかしながら、電池１は、多くの場合は、満充電と完全放電を繰り返さない状態で使用されるので、学習容量を検出できない。

図２は、残容量演算部６が学習容量を検出して補正するフローチャートを示す。このフローチャートは、以下のステップで、電池１の学習容量を検出して補正する。

電池１を完全に放電されない状態、いいかえると残容量を０としない状態から満充電して学習容量を演算する。満充電まで充電するとき、充電を開始するときの残容量を充電開始残容量とする。
［ｎ＝１、２のステップ］
電池１を充電も放電もしない状態、すなわち充放電の電流を０Ａとする状態で、電池１の電圧を検出する。残容量演算部６は、検出された電池１の電圧から残容量を判定する。このことを実現するために、残容量演算部６は、各温度において電池電圧から残容量を特定するテーブルを記憶している。そして、このような電池電圧と残容量との関係は、リチウムイオン電池（１セル）では、特定の温度（＝２０℃）において、図３の関係となる。この方法は、電池電圧から残容量を決定するが、残容量は、電池電圧によらず、充電を開始するまでに演算された残容量とすることもできる。検出された残容量を電池１の充電開始残容量として以下のステップで学習容量を検出する。
［ｎ＝３〜６のステップ］
このステップで、残容量演算部６は、充電開始残容量から満充電されるまでの充電容量を検出する。電池１の満充電は、電池１の電圧が満充電電圧になったことを検出して判定する。この方法は、電池をリチウムイオン二次電池とする場合に適している。また、定電流定電圧充電で、電流低下を検出して満充電としてもよい。ただし、電池がニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池の場合は、電池の電圧がピーク電圧となり、あるいはピーク電圧からΔＶ低下することを検出して、満充電と判定することができる。

［ｎ＝７〜９ステップ］
残容量演算部６は、検出した充電容量を充電開始残容量に加算して加算容量を検出する。加算容量は、充電開始残容量と充電容量に誤差がないとすれば、学習容量となる。ただ、現実には、学習容量は常に電池の現実の正しい学習容量とはならない。学習容量が誤差を含むからである。したがって、残容量演算部６は、検出された加算容量を、先の学習容量と比較する。そして、加算容量と学習容量との差が設定誤差（例えば、先の学習容量に対して約５％の差）以上であるときは、検出された加算容量を学習容量に訂正する。加算容量と先に検出している学習容量との差が、設定誤差よりも小さいとき、加算容量を学習容量に補正しない。

以上のステップで学習容量が補正しながら検出される。検出された学習容量（Ａｈ）に基づいて、残容量演算部６は、電池１の残存率（％）を算出する。電池１の残存率は、残容量（Ａｈ）／学習容量（Ａｈ）の比率で演算される。

通信処理部７は、残容量演算部６で演算された残容量や残存率を、ＳＭＢｕｓで装着している機器に伝送する。

本発明の一実施例にかかる電池の学習容量補正方法に使用される組電池の一例を示すブロック図である。本発明の一実施例にかかる電池の学習容量補正方法で学習容量を検出して補正するフローチャートである。電池電圧に対応した残容量を示すグラフである。

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…積算部
６…残容量演算部
７…通信処理部

Claims

電池を所定の充電開始残容量から満充電するときに、充電開始残容量から満充電するまでの充電容量を検出し、検出された充電容量を充電開始残容量に加算して加算容量を検出し、検出された加算容量を先の学習容量と比較し、加算容量と学習容量との差が設定誤差以上であると、検出された加算容量を学習容量に訂正する電池の学習容量補正方法。
電池の充電開始残容量を、電池を充放電しない状態における電池電圧から決定し、あるいは充放電電流の積算値から決定する請求項１に記載される電池の学習容量補正方法。
電池が電動自転車のモーターを駆動する電源に使用される請求項１に記載される電池の学習容量補正方法。
電池が、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池のいずれかである請求項１に記載される電池の学習容量補正方法。