電池容量検出装置
【課題】素電池あるいは電池パックに関するデータを入れ替えるだけで、種々の仕様の電池パックに対応可能とするとともに、動作能力の劣るデータ処理手段を使用しても、少ない参照データを利用して短時間で効率よく電池残量の推測できる様にする。
【解決手段】二次電池の充放電に関するデータとデータ処理手段を備え、二次電池１２の充放電に関するデータを、素電池データベース６と電池パックデータベース４とに分離する。これらデータベース４・６は、電池パック１６の種類毎に或いは素電池の種類毎に入れ替え可能とする。素電池データベース６には、素電池に関するデータを保持し、電池パックデータベース４には、素電池の組み合わせ状態とケースへの収納状態を特定可能とするデータを保持する。そして、両データベース４・６のデータを利用して、電池パック全体としてのデータを導出する。
【解決手段】二次電池の充放電に関するデータとデータ処理手段を備え、二次電池１２の充放電に関するデータを、素電池データベース６と電池パックデータベース４とに分離する。これらデータベース４・６は、電池パック１６の種類毎に或いは素電池の種類毎に入れ替え可能とする。素電池データベース６には、素電池に関するデータを保持し、電池パックデータベース４には、素電池の組み合わせ状態とケースへの収納状態を特定可能とするデータを保持する。そして、両データベース４・６のデータを利用して、電池パック全体としてのデータを導出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リチウムイオン電池の様な複数回の充放電が可能な二次電池をケース内に備えた電池パックの残容量を検出可能とする電池容量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電池における残存容量の推定方法として、蓄電池に流れる電流値が所定値以下の時における電圧変化から充電率を測定するとともに、その充電率と電流積算値とから満充電容量を推定し、この推定された満充電容量と充電率とから残存容量が推定できることが示されている（特許第３１２６５９１号参照）。しかしながらこの推定方法は、電池の電流が微小の場合に測定した満充電容量に相当するものであるから、残量推定には不向きであり、特に電流を流した場合における誤差が大きいなど、不都合が大きい。
【０００３】
これに対し、二次電池における残り使用時間の推定精度の向上を狙ったものとして、特開平２−１７０３７２の「鉛蓄電池の残存容量検知方法」がある。これは、温度や放電電流が変化した場合の放電特性のデータを複数個もち、適時データを参照することにより、温度や電流が変化しても残りの放電可能な時間の正確さを維持しようとするものである。
【０００４】
【特許文献１】特許第３１２６５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電池パックの様に電池の構成が多種類にわたって変更使用される場合にあっては、用意しなければならないデータ量も莫大なものとなるとともに、微小な違いしか無い電池パックにあっても、仕様が違えばデータを全て入れ替える必要があるなど、コスト増大につながる。
【０００６】
本発明はかかる不都合に鑑みてなされたものであって、電池残量の検出用として備えるデータを、素電池に関するものと、素電池の組み合わせに関する電池パックそれ自身に関するものとに分離するとともに、両データから組電池に関する必要なデータが演算により算出される様に構成することにより、電池パックに関するデータを入れ替えるだけで、種々の仕様の電池パックに対応できる電池容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
更に、仮定的に決めた電流値から温度上昇を推測し、その温度上昇から二次電池の素子値の変化および電流の変化を導出するとともに、その導出した電流値で先に導出した電流値を補正する動作を繰り返すことにより、動作能力の劣るデータ処理手段を使用しても、少ない参照データを利用し、短時間で効率よく放電特性が推測できる電池容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
なお、以上および以下の説明において、「充電率」とは、二次電池を略完全に放電した状態から充電を続け、満充電状態になるまでに二次電池に入力される総容量を「１００」とした場合における二次電池に残存する容量の割合を「％」で表示したものをいう。
【０００９】
また「開放回路電圧（以下「ＯＣＶ」という。）」とは、二次電池が長時間にわたって放置されることにより安定した状態において、両極間を開放して測定した端子間電圧である。更に「開放回路電圧特性（以下、「ＯＣＶ特性」という。）」とは、容量表示をすべき二次電池について予め測定しておいた充電率とＯＣＶの関係を、テーブル、グラフあるいはデータベースの様なデータ処理しやすい形態の情報として保持しているものをいう。
【００１０】
更にまた、二次電池に対して充放電用の負荷が加わり、充放電電流が流れている状態における端子電圧を単に「電池電圧」と呼ぶことにする。また充放電時における充放電時間と電池電圧の関係を「電池電圧特性」と、放電時において、予め設定した一定電流で放電した場合における放電時間と電池電圧の関係を示す曲線を「放電特性」という。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電池容量検出装置１０は、図１にその基本的な構成を概略的に示すごとく、素電池を１乃至複数組み合わせて構成した二次電池１２と、その二次電池１２から電力が供給される電気機器１８に装着される電池パック１６の残容量を検出可能とするものである。
【００１２】
二次電池１２と電池容量検出装置１０の全体をケース内に一体に備えて電池パック１６を構成してもよいし、電池容量検出装置１０を構成する１チップマイコンの様なデータ処理手段の一部または全体を電気機器１８内に備え、残部を電池パック１６内に備えて分散させることも可能である。
【００１３】
電池容量検出装置１０は、二次電池１２の充放電に関するデータを利用し、マイコンの演算によって現在の電池の残容量を算出可能とするものである。
【００１４】
そして、二次電池１２の充放電に関するデータベース２を、素電池のデータベース６と、電池パック１６のデータベース４とに分離して備えるとともに、その素電池のデータベース６の一部或いは電池パック１６のデータベース４を電池パック１６の種類毎に或いは素電池の種類毎に入れ替え可能としている。
【００１５】
更に素電池のデータベース６には、素電池に関するデータを保持する一方、電池パック１６のデータベース４には、素電池の組み合わせ状態とケースへの収納状態を特定可能とするデータを保持し、両データベース４・６のデータを利用し、電池パック全体としてのデータを導出可能としたことを特徴とする。
【００１６】
素電池のデータベース６には、素電池における図４の様な等価回路を構成する各素子値に関するデータと、ＯＣＶ特性に関するデータとを含む。一方、電池パック１６のデータベース４には、素電池の組み合わせに関するデータと、素電池の容量変更に合わせてその素子値を修正するデータと、ケース内への素電池の収納状態に起因する発熱に関するデータと、電池パック１６の電子回路の抵抗値とを含む。
【００１７】
ＯＣＶに関するデータには、測定された値をデータベース化し、充電率の検出時に使用される第１の開放回路電圧特性と、第１の開放回路電圧特性と近似してデータベース化し、放電特性の算出時に利用される第２の開放回路電圧特性とを備える。第２の開放回路電圧特性は、実際の測定値からショルダー部分等の凹凸を除き、該凹凸部分を挟む測定値の軌跡が、略直線または直線に近似可能な曲線となるように補正されたものである。
【００１８】
電池容量検出装置１０は、素電池データベース６と電池パックデータベース４を利用して電池パック１６の放電特性を推定可能とする放電特性推定手段７と、二次電池１２の電圧値と充放電電流を検出して充放電量を検出可能とする充放電量検出手段８と、推定された放電特性と検出された充放電量とから電池残量を算出可能とする電池残量算出手段９とを備える。
【００１９】
前記した放電特性推定手段７は、二次電池１２を構成する抵抗成分に電流が流れることに起因する電池パック内部の温度上昇と、その温度上昇により変化した前記抵抗成分に基づく電流値とを順次に算出することにより、ＯＣＶと抵抗成分と電流値とから決まる放電特性を導出可能とする。
【００２０】
電池パック内部の温度上昇は、エントロピー変化による発熱を考慮して算出される。
【００２１】
放電特性推定手段７における放電特性の算出は、微小な充電率の変化毎に行われるものであって、充電率の変化前の第１の電流が持続すると仮定して算出した温度上昇から、充電率の変化後の第２の電流を算出し、更に第２の電流を利用して充電率変化後の電流値の補正を行うことを１回分の推定工程とし、該推定工程を繰り返すことができる。
【００２２】
前記した放電特性推定手段７において、推定において使用するデータとして電池パック１６が接続される電気機器１８の電源の効率を表すデータを使用し、電池出力に対しての効率を含めて放電特性を算出することも可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は上記の如く、電池残量の検出用として備えるデータを、素電池に関するものと、素電池の組み合わせに関する電池パックそれ自身に関するものとに分離するとともに、両データから組電池に関する必要なデータが演算により算出される様に構成することにより、電池パックに関するデータを入れ替えるだけで、種々の仕様の電池パックに対応できる。
【００２４】
充電率の検出時にあっては、データベース化した第１のＯＣＶ特性を利用する一方、放電特性の算出時には前記第１のＯＣＶ特性と近似してデータベース化した第２のＯＣＶ特性を利用するので、データベースのデータ量を必要最小限に抑制しながら、より正確な残量の推定動作が行える。
【００２５】
更に、仮定的に決めた電流値から温度上昇を推測し、その温度上昇から二次電池の素子値の変化および電流の変化を導出するとともに、その導出した電流値で先に導出した電流値を補正する動作を繰り返すことにより、動作能力の劣るデータ処理手段を使用しても、少ない参照データを利用し、短時間で効率よく放電特性が推測できる。
【００２６】
また、電池温度の推測時に、その温度上昇の大きさをエントロピー変化による発熱を考慮して算出することにより、温度変化特性が比較的正確に推測することができる。
【００２７】
また、電池容量検出装置を電池パック内に一体に備えた場合に、その検出装置を駆動する専用の電源を設けることにより、検出に伴う電池の消耗を考慮する必要がなく、電池残量の検出がより正確に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明にかかる電池容量検出装置１０につき、満充電時におけるＯＣＶが約４．２Ｖで、劣化のない状態における満充電容量が約１６００ｍＡｈのリチウムイオン電池の素電池およびその素電池を複数組み合わせた組電池としての電池パックを例にとって更に詳細に説明するが、他の種類の二次電池にあっても略同様に実施できることは勿論である。
【００２９】
本発明にあっては、電池容量の検出をすべき二次電池１２について、図２（ａ）に例示するＯＣＶ特性を予め測定しておく。そして、このＯＣＶ特性が二次電池１２の劣化や使用温度などに拘らず略一定に維持されることを利用し、図２（ｂ）の如く、二次電池１２の開放回路電圧ＶａあるいはＶｂを必要に応じて測定することにより、その測定時点における充電率ａあるいはｂを推測することを基本の構成とする。
【００３０】
なお、ＯＣＶの温度特性に関しては、温度特性の変化自体が小さいこと、また、二次電池の劣化によっても温度特性が略一定であるとの知見を種々劣化状態の電池における特性測定から得た。そのため、温度変化があっても、温度特性を加味したＯＣＶ特性から、充電率を推定できる。
【００３１】
更に、例えば充電開始直前の充電率がａ［％］で、充電終了直後の充電率がｂ［％］の場合、充電の終了直後の充電率ｂから充電開始直前ａの充電率を減算した「差充電率」は、充電中に二次電池に供給された充電電流を積分することにより得られる「充電量」だけ充電されたことにより生じるものである。
【００３２】
そのため、この充電量を差充電率で除算し更に１００倍することにより、満充電時における総容量（以下、「満充電容量」という。）が、充電を満充電状態まで継続することなく算出される。
【００３３】
したがって、従来行われていた、放電末期から満充電終了までの充電量、或いは満充電状態から放電末期までの放電量を計測することによる充電容量の測定の様な、いわゆる満充電学習を行う必要が無くなる。なお、満充電容量は放電中の積算容量と放電前後の充電率の変化でも算出できるが、一過による電流積算が行えるので、充電において満充電容量を推測する方が好ましい。
【００３４】
また満充電容量が得られれば、その満充電容量に測定時点の充電率を乗算することにより、「残容量」すなわち二次電池１２にどれくらいの容量が残っているかが、二次電池１２の劣化状態を考慮することなく算出される。
【００３５】
そこでまず、上記した充電率、満充電容量および残容量の検出動作に先立ち、上記したＯＣＶ特性を求めるため、容量検出をすべき二次電池１２について図３に例示する以下の方法で充放電を行わせる。
【００３６】
すなわち、電池の端子電圧が設定値以下に低下したことを確認することにより、電池の残容量がゼロないしはそれに近い状態になったと思われる時刻ｔ１から、周囲温度が常温（２５℃）の定常状態において、充電電流量を微小時間毎に連続的に積算することにより、充電量および電池電圧の変化を継続的に確認しながら充電を行う。
【００３７】
ここで充電開始直後においては、例えば１６００ｍＡの定電流源により定電流充電を行い、電池電圧が設定値に達した時刻ｔ２で４．２Ｖの定電圧充電に切り換えるという条件で充電を例えば３時間継続するものであって、充電開始から終了までの間に二次電池１２に供給された総充電量を、満充電容量の初期値として保存する。
【００３８】
ＯＣＶ特性については、例えば１０％の充電または放電が進む毎に充放電を停止し、その時点におけるＯＣＶを測定していくとともに、各測定点における充電率とＯＣＶとを一対として順次に保存することにより、図２（ａ）の様なグラフが求まる。
【００３９】
ところで、この種の二次電池１２の端子間に実際に現れる電圧は、充電時にあっては上記したＯＣＶよりも高く、放電時にあってはＯＣＶよりも低くなることが知られる。更にその電圧の値は時間的に一定ではなく、所定の時定数をもって減少又は増加する。
【００４０】
かかる現象は、図４に例示される二次電池１２についての等価回路により説明されるのが一般的である。すなわち等価回路を構成する各素子のうち、直列に介装される溶液抵抗Ｒはミリ秒のオーダーの早い応答特性を、電気２重層容量Ｃと並列に接続される電荷移動抵抗ｒは秒のオーダーの応答特性を有するため、高々１０秒程度の時間を待てば収束する。
【００４１】
それに対し、分極電圧Ｅｐについては、時間オーダーの応答特性を有し、その値が安定するまでに数時間から数日間を要するので、正確なＯＣＶを測定するためには少なくとも数時間、できれば８時間程度の休止期間が必要である。
【００４２】
しかしながら二次電池の実際の使用状況にあっては、充電終了直後に比較的長時間の休止期間が設けられることが多いのを除いて、それ以外の特に放電時には通電と休止とが頻繁に繰り返されることが一般的であり、８時間はおろか、数時間の休止期間を設けてＯＣＶを測定することさえも難しい。
【００４３】
ところで、図５に示すごとく、二次電池１２に対する通電を停止してからの時間ｔの逆数または時間ｔの平方根の逆数を横軸にとった場合、各測定時におけるＯＣＶを縦軸にプロットすると、その軌跡は略直線または直線に近似可能な曲線となる。そこで本実施例にあっては、所定の時間間隔で２点のＯＣＶを測定し、その２点間を図５で例示する如く直線で結んで延長することにより、収束時におけるＯＣＶを推測する様に構成している。
【００４４】
上記した二次電池に対する通電を終了してからの時間は、常温にあっては比較的安定した特性を示すため、３０分後および２時間後の２点を測定時点とすることが可能である。
【００４５】
しかしながら、より長時間経過する方が推定精度の向上が図れるため、充放電の終了後、例えば３０分と２時間の２点における電圧測定により第１回目の推定をし、更に４時間、８時間の様に休止状態が継続する場合は、その時点における測定電圧を利用して第２回目あるいは第３回目の推定を行い、推定値を更新させる様に構成している。
【００４６】
ところで、常温よりも高温の使用条件下でしかもその時点における充電率が高い場合、自己放電による電圧降下が他の条件下よりも大きいため、休止時間が長時間に亘ると、むしろ推定精度は低下する。そこでその場合にあっては、２時間の経過時点でＯＣＶの収束値の推定を終了し、その値を容量判定に使用することが好ましい。
【００４７】
逆に低温の使用条件下にあっては、休止期間中における自己放電量が少ない反面、電圧軌跡の変曲が常温時よりも増大し、ＯＣＶが安定するまでに長時間を要するため、２時間および８時間の２点で収束値の推定を行うことが好ましい。
【００４８】
なお、上記したＯＣＶの測定および収束値の推定のための時間間隔および測定回数は一例であって、適宜変更して実施できることは勿論である。例えば、休止期間が２４時間を超えて長期間連続する場合には、ＯＣＶは既に収束していると推測されるので、上記した推測処理をすることなしに測定した電圧値から直ちに充電率を求める一方、放置期間中における満充電容量の減少をデータベースを利用して補正することも可能である。その詳細については後記する。
【００４９】
一方、充放電の継続中は勿論、充放電が停止されてからＯＣＶの推定が可能な上記した最小の休止期間である２時間が経過する前に充電または放電が再開された場合にあっては、上記した方法によって推定ができないか、推定できたとしても得られたＯＣＶに含まれる誤差は大きい。
【００５０】
そこで本実施例にあっては、充放電中に二次電池１２に流れる電流値を積算することにより充電量を継続的に測定して行き、充放電開始前の充電率に、測定した充電量から換算される充電率の変化分を積算することにより、演算によって現在時点における充電率および残容量を算出できる様にしている。
【００５１】
以上の様にしてＯＣＶ特性を利用することにより、二次電池１２の劣化や使用状態の如何に拘らず、測定または推定時点における充電率と残容量とを比較的正確に検出できるが、この方法で検出した残容量は、二次電池１２に対して入力されたクーロン量が全て消費できると仮定した場合のものである。
【００５２】
すなわち、微小電流の場合の残容量等に相当し、負荷が接続された場合には、この方法で検出した残容量を全て放電できないので、負荷が接続された場合の残容量としては別途算出する必要がある。
【００５３】
しかし、理想的な条件での無負荷の満充電容量としては検出できたこととなり、この容量を電池の満充電容量の一つとして評価することが可能となる。本出願では、この観点を踏まえつつ、無負荷の場合の満充電容量と、負荷のある場合の残容量の区別を明確にして取り扱っている。
【００５４】
これは、以上のようにして検出された無負荷の場合の満充電容量を単に電池の満充電容量として取り扱い、この満充電容量をもとにした充電率で統一的に残量推定のデータベースを構築し、このデータベースを元に負荷がある場合の放電特性を算出し、この放電特性から残容量を推定することにより、正確な残容量の推定が可能な残量検出方法の構築が可能となっている。
【００５５】
そこで以下、放電特性がどの様に決まるか等の説明から始めて残量推定方法を説明する。
【００５６】
先ず現実の使用状況にあっては、図４に示す等価回路および図６に示す特性から判る通り、ＯＣＶ特性に従って電圧値が変化する理想電池Ｅから、放電時にあっては、二次電池１２の内部抵抗（抵抗成分）である溶液抵抗Ｒおよび電荷移動抵抗ｒに負荷電流Ｉを乗算して得られた電圧値および分極電圧Ｅｐが減算されて端子間に出力される。
【００５７】
更に、二次電池１２の溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒおよび分極電圧Ｅｐの素子値は、充放電を繰り返すなどして劣化が進むほど大きくなる結果、二次電池１２から取り出される電池電圧の値も低下する傾向にある。
【００５８】
一方、二次電池１２の放電特性は図６（ａ）に例示する如く、充電率の高い期間にあっては略直線を示しながら低下するが、ある電圧値Ｖｓを下回ると急激に電圧降下が激しくなる傾向を一般にもつ。
【００５９】
しかしながら、かかる電池電圧の変動領域内で電気機器１８を使用することは不適当であるし、それ以上放電が進むと過放電状態となって電池の劣化が急激に進む可能性も高い。
【００６０】
そこで通常は、その変動領域の中間に終止電圧Ｖｔを設定するとともに、その終止電圧Ｖｔで放電を強制的に停止する制御が行われることが多い。したがって、放電が開始されてから電池電圧が終止電圧Ｖｔに達するまでの、二次電池１２を負荷に接続した場合に実際に使用できる残り時間（以下、「残時間」という。）を正確に知ることが、二次電池１２を電気機器で使用する上で重要であり、更にその残時間は、電気機器の電源オン直後を始めとする任意の時期に的確に把握できることが好ましい。
【００６１】
ところでこの残時間は、負荷電流や周囲温度等の使用条件が一定の場合、予めその条件における放電特性を測定しておき、残時間の検出時における電池電圧を検出することによって判定することができる。
【００６２】
しかしながら、実際の放電時における電池電圧は、特に上記した分極電圧Ｅｐの存在に起因して、図６（ｂ）に例示する如く、時刻ｔ１１に通電を開始するとＯＣＶの値から徐々に低下し、時刻ｔ１２に理論上の放電特性と一致するものであり、単に二次電池１２の端子電圧を検出するだけでは残時間を求めることが難しい。
【００６３】
更に、二次電池１２の放電特性は、図７（ａ）の様に負荷電流を変化させた場合は勿論、図７（ｂ）の様に二次電池１２が劣化した場合や、図７（ｃ）の様に二次電池１２の周囲温度が増減しても大きく変化するため、全ての使用条件について放電特性を用意することは不可能に近い。
【００６４】
そこで本発明にあっては、二次電池１２の等価回路で示される各素子の素子値を以下に示す方法を利用して図９の様に個別に測定し、その値をデータベース化して記憶しておき、次回の放電時にその記憶値を利用して演算により放電特性を導出することによって、上記した残時間を推測できる様にしている。
【００６５】
ここで本実施例にあっては、図４に示す溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒとが、比較的過渡応答が速いが両者の応答速度に違いを有することを利用し、図８に示す過渡応答方式を使用して測定している。
【００６６】
すなわち、図８（ａ）に示す測定制御手段からの信号出力により、二次電池１２に図８（ｂ）の様なステップ形状の定電流からなる単位電流を負荷に加えると、図８（ｃ）の様に、応答速度の速い溶液抵抗Ｒによる電圧降下ＶＲが電流の立ち上がり時点で先ず検出される。
【００６７】
そのあと、所定の時定数τ（≒Ｃ・ｒ）で電荷移動抵抗ｒによる電圧降下分Ｖｒが発生し、例えば通電開始から１０秒程度の時間経過するとそれ以後の電圧値は略直線状となる。そこでその直線を充電開始時期にまで延長することにより、溶液抵抗Ｒによる電圧降下分ＶＲと電荷移動抵抗ｒによる電圧降下分Ｖｒとが分離して検出される。
【００６８】
かかる二次電池１２の内部抵抗である溶液抵抗Ｒおよび電荷移動抵抗ｒの測定は、上記したＯＣＶ特性の測定時と同時に行うと共に、例えば１０％毎の充電率と一対にしデータベース化して記憶することにより図９（ａ）および（ｂ）の様なグラフが得られるので、それを初期値として設定する。更に放電時の休止時期等の適宜時期にも測定し、その値を常温時に換算するなど正規化し、測定時点における充電率とともに記憶する。
【００６９】
一方、分極電圧Ｅｐについては、その値を直接的に求めることが難しい。しかしながら図６（ａ）に示すごとく、例えば放電時にあっては、ＯＣＶから電池電圧を減算した電圧値が、二次電池１２の内部抵抗と分極電圧Ｅｐによる電圧分に一致するが、内部抵抗による電圧降下分については上記した方法により直接的に検出できるからその値を減算することにより、各充電率における分極電圧Ｅｐの関係を示す図９（ｃ）の様なグラフが演算により算出できる。
【００７０】
ただ分極電圧Ｅｐは、分極の時定数が極めて長いために、電流条件の安定している図３に示す充電開始後であって、特に分極特性が落ち着く程度の時間、例えば３〜５分程度経過してからの電池電圧の変化により求めることが好ましい。
【００７１】
また、分極電圧Ｅｐは拡散によるイオンの移動状態に依存するので、時間の経過で評価するタイミングを決める方法以外にも、例えば、３％程度の充電率の変化が生じた場合に評価する方法もある。
【００７２】
しかし、電池の拡散速度等に依存するので、より正確には、劣化具合、電流、温度、充電率変化或いは時間変化量等で測定タイミングを変更するのが望ましい。その場合のタイミングを求める方法としては、放電電流等の種々の条件での放電開始後の電圧変化の挙動から分極がほぼ一定となる時間、及び充電率変化を検出することにより、放電条件対測定タイミングのデータを採取しておき、このデータベースから測定するタイミングを求めることにより、より正確に、かつ、短時間に分極電圧Ｅｐを評価することができる。
【００７３】
あるいはまた、電流によらず、一定の充電率変化により略相似な分極電圧Ｅｐの変化特性を示す部分があるので、一定の充電率変化が生じた場合の電圧の変化により求めることも可能である。
【００７４】
ここで充電中におけるＯＣＶは、充電前の最後の放電終了時に測定した値に、電流値を積分して求められる充電量から換算される充電率に対応するＯＣＶの推定値を加算することにより算出できる。
【００７５】
また溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒの値は、基本的には上記した方法により行う。しかし、前記したＯＣＶの算出時にタイミングをあわせて充電をオフして充電電流をゼロにした条件下で直流抵抗分を測定するか、あるいは充電中における定抵抗負荷の切り換えによる過渡応答を利用して測定することができる。
【００７６】
なお、充電開始時における充電率が小さい場合には、充電が進行して充電率が増加するのに伴ってＯＣＶも急速に変化して誤差も大きい。そこで、所定の充電率を超えるまでは、通常より小さい電流によって一定時間充電し、その間の電池電圧の変化を利用することによって、充電開始付近の分極電圧Ｅｐをより詳細に推定することができる。
【００７７】
ここで、図３の時刻ｔ２において充電を定電流充電から定電圧充電に充電方法を切り換えて充電を行う場合、定電流充電の期間内においては電池電圧の変化を直接的に測定して分極電圧Ｅｐの推定に利用する。しかし定電圧充電の領域に入ると、充電電流の変化を測定し、その電流変化を電圧変化に換算して評価することにより、分極電圧Ｅｐの推定に利用する。
【００７８】
以上の様にして、二次電池１２の等価回路を構成する溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒおよび分極電圧Ｅｐの値が、図９の様に、充電率の変化に対応させて求めることができるので、これらの値を二次電池１２の特性を示す素子値の初期値とし、データベース化して記憶しておく。
【００７９】
以上、簡便に、電池単独で或いは充放電を利用して測定する方法を述べたが、この他にも連続的に特性取得方法があることは言うまでもない。その一例としては、負荷電流を連続的にパルス状に変化させてその応答から求めることも可能である。
【００８０】
この場合、負荷を断続的に例えば１０秒間隔で切り替え、一定の放電用負荷電流に２０秒周期の矩形波パルスの負荷電流が重畳した測定用負荷電流を流せば、図８（ｃ）のような矩形波の応答波形が連続して得られることになる。この波形の上下の最外部を通る２本の包絡線の差が溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒの電圧降下の和になるので、別途溶液抵抗Ｒを求めれば、１０秒ごとに連続的に電荷移動抵抗ｒの大きさが求まる。
【００８１】
溶液抵抗Ｒは充電率依存性がほとんど無いため、別途測定した値を使用してもよいし、負荷電流にマイクロ秒オーダーの短い矩形波パルス電流を流し、その応答から求めてもよい。もちろん、１０秒間隔の矩形波パルスが変化する瞬間の電圧、電流変化から求めてもよいことは言うまでもないが、ここでは、専用の測定パルスで測定するとして例を挙げている。
【００８２】
また、この２つの包絡線の差が矩形波パルス電流に対する電荷移動抵抗ｒと溶液抵抗Ｒとによる電圧降下分であるので、測定中の平均負荷電流だけ矩形波パルス電流が増加したとして包絡線の差を増加させれば、それが平均電流による電荷移動抵抗ｒと溶液抵抗Ｒの電圧降下分に相当する。従って、ＯＣＶ特性からこの判明した電圧降下分を差し引いた特性曲線と、放電特性曲線との間の部分が分極による電圧降下分として評価できるので、簡便にデータベースを生成できる。
【００８３】
一方、二次電池１２における各素子値の温度依存性については、図１０の様に、横軸を絶対温度の逆数に、縦軸を抵抗値の対数で目盛ると、例えば略直線などの所定の形状に近似できる。そこで、上記した各素子値についての温度特性を予め測定し、保存をしておく。
【００８４】
そして二次電池１２の実際の使用時にあっては、放電の開始時点における二次電池１２の周囲温度から素子値の温度補正を、負荷電流の値から素子値に起因する降下電圧値に対する電流補正をすることにより、二次電池１２の使用条件下における放電特性が算出される。
【００８５】
一方、充電率は常時に積算されて把握されているので、その時点における充電率と算出された放電特性とから、放電開始直後の放電電流、或いは後ほど詳細に説明する放電電力が変化せずに持続するという条件で、残時間が推測されるのである。
【００８６】
更に、放電特性において、現在の充電率からの終止の充電率までの間で区切られる、放電特性の曲線と出力電圧ゼロとの間の面積、すなわち、放電特性曲線の下部の面積（図６（ｂ）における斜線部分）は、電池から出力される電力に相当している。したがって、この特性から電池の残電力の推定が可能となる。
【００８７】
そのためには、先ず、この下部の面積を放電特性下面積として求める。次に、現在から終止までの放電電荷量を、現在の充電率と終止の充電率との差を満充電容量に乗算することにより求める。その後、これらの放電特性下面積と放電電荷量とを乗算することにより、残電力を推定する。この様にして求められた残電力は、放電特性を忠実に再現しており、精度の高い残電力推定方法となる。
【００８８】
また、温度特性により放電特性を修正する必要があるが、実際には、放電中の電池の内部抵抗損により温度が上昇する。これは、電池パック、周囲条件によりほぼ決まるので、一定電流で放電させた場合の温度特性変化を充電率と共にデータベースに記憶しておき、あるいは、温度抵抗、熱容量から推定し充電率と共に算出しておき、各充電率における放電特性の温度依存性の推定を更に向上させることによって、精度の高い残時間推定や残電力推定が可能となる。
【００８９】
次に以下においては、上記した分極による電圧降下分である分極電圧Ｅｐの評価方法として、電圧での評価の代わりに抵抗値として評価することにより、温度依存性要素も、データベースに全面的に依存せず、演算によって算出可能とする例を示す。分極電圧Ｅｐは拡散により生じるので、その電圧には電流依存性がある。従って、電流依存性を分極による電圧降下を生じさせる抵抗分として拡散抵抗Ｚｗを想定し、これを用いて残量推定を行うのである。
【００９０】
ここでは、電池の内部等価回路のワーブルグインピーダンスＺｗに電流が流れる場合にも抵抗成分として作用するとして、拡散抵抗Ｚｗを定義して使用する。この抵抗値は、溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒ以外の電圧降下を引き起こす成分をまとめて示すものとする。
【００９１】
なお、拡散による電圧降下は電流依存性があるので、拡散抵抗Ｚｗは一定の抵抗成分として表わせないことが多い。そのような場合には、電流依存性を配慮した拡散抵抗Ｚｗのデータベースを予め測定により構築し、その後、適時、前述のように分極電圧Ｅｐを測定できるので、同時に測定した電流と共に拡散抵抗Ｚｗを算出して修正することにより、電流依存性を付加した拡散抵抗Ｚｗとして残量推定に使用する。その他、拡散抵抗Ｚｗを使用せず、分極電圧Ｅｐのままデータベース化し、その値を演算時に使用できることは勿論である。
【００９２】
次に図１１に、上記した拡散抵抗Ｚｗを使用し、温度依存性を考慮した放電特性を求めるための等価回路モデルおよびその周辺を含めた容量推定回路の回路構成の一例を示す。以下、このモデル例に従って、一定電力で放電させた場合の放電特性の推定方法、及び、それから求まる残電力量推定値を求める方法を示し、このモデルを残量推定に使用した場合の容量計としての残量推定処理の一例を説明する。
【００９３】
この例にあっても、電池の等価回路は図４に示したものと同様であるが、温度依存性を示すために、亀山他が２００１年電池討論会において提案した「小型リチウムイオン二次電池の発熱解析」におけるエントロピーを配慮した熱収支式から、マイコンの放電特性シミュレーションに適した熱変化算出式を求め、温度推定に使用している。
【００９４】
ここで前記したエントロピーを配慮（考慮）した電池発熱モデルは、過電圧による発熱をＱｐ、エントロピー変化による発熱をＱｓ、電池周囲への発熱をＱｂ、ＯＣＶの温度変化をｄＶｏ／ｄＴ、電池温度をＴｃ、周囲温度をＴｒ、電池の熱容量をＣｃ、放電電流をＩ、定電流放電のＶ−Ｉ特性からの過電圧抵抗をＲη、ファラデー定数をＦ、電池表面面積をＡ、熱伝達係数をｈとした場合、Ｑｐ＝Ｉ2 ・Ｒη、Ｑｓ＝−Ｔｃ・ΔＳ・（Ｉ／Ｆ）＝−Ｔｃ（ｄＶｏ／ｄＴ）・Ｉ、Ｑｂ＝−Ａ・ｈ・（Ｔｃ−Ｔｒ）であり、熱収支式は、Ｃｃ・（ｄＴｃ／ｄｔ）＝Ｑｐ＋Ｑｓ＋Ｑｂになると指摘されている。
【００９５】
かかる熱収支式から、微小時間Δｔにおいて電池温度がΔＴｃだけ上昇したとすると、Ｃｃ・ΔＴｃ／Δｔ＝Ｑｐ＋Ｑｓ＋Ｑｂと表わすことができ、これより、ΔＴｃ＝Δｔ・（Ｑｐ＋Ｑｓ＋Ｑｂ）／Ｃが求まる。
【００９６】
したがって、各項目のＴｃ、Ｉ、ｄＶｏ／ｄＴ、ＲηからＱｐ、Ｑｓ、Ｑｂを求めることにより、ΔＴｃが求まり、更に推定温度は、Σ（ΔＴｃ）＋開始温度となるので、ΔＴｃの積算値で温度変化値を求め、開始温度との積算で温度が推定される。
【００９７】
更に温度等により電池の素子値が変化し、更に素子値の変化により温度等が変化するが、その場合の電流値は次の条件により求まる。この条件を満足する放電特性が、求める放電特性である。
【００９８】
先ず電池の素子値である溶液抵抗Ｒおよび電荷移動抵抗ｒと拡散抵抗Ｚｗの値は、温度Ｔ・充電率Ｑおよび電流Ｉをパラメータとして測定されて予めデータベース化されているので、ある時点における温度Ｔと充電率Ｑおよび電流Ｉが判れば導出できる。
【００９９】
また負荷の使用電力Ｗが一定であれば、Ｗ＝Ｉ×（開放回路電圧−（Ｒ＋ｒ＋Ｚｗ）×Ｉ）の関係が成立するので、放電開始時におけるＯＣＶ、素子値および使用電力Ｗが判ると、電流値Ｉは演算により算出される。
【０１００】
更に、充電率Ｑが微小量ΔＱだけ変化するのに要する変化時間Δｔは、「ΔＱ×満充電量／平均電流」で求められる。
【０１０１】
ところで、上記した関係式を連立して解くことにより、放電特性を直接的に演算によって算出することも不可能ではない。例えば、１次の連立多項式に展開して解く方法等が考えられる。
【０１０２】
しかし、通常、残量推定等を行う容量計は低コスト化を狙うため、演算パワーの小さいワンチップマイコン等を使用して容量推定するのが主流である。従って、一度の計算量が多くない、メモリの消費が少ない等の条件が必要と考えられる。
【０１０３】
そのため、本実施例にあっては、算出の開始ポイントと次ポイントの値の差が少ないものとして次ポイントの値を算出し、更にその算出結果を使用して次ポイントを再算出することにより精度向上を図りながら、データベースの利用を最小限に抑制して、放電特性を示す曲線を推定可能とする算出方法の一例を使用する。
【０１０４】
すなわち、開始ポイントである第１のポイントとそのポイントから少し充電率が変化した場合の第２のポイントを上記した関係式を用いて求めることを繰り返すことにより、放電特性と温度特性とを求めるのである。ここでの算出のポイントは、先ず、取りあえずは決まる値を元に他の部分を修正して放電特性をシミュレートすることにある。
【０１０５】
更に、上記した素電池についてのデータベースと、熱抵抗に類するケースや電池構成の様な電池パックとしてのデータベースを個別に備えることにより、劣化、温度等に配慮した放電特性推定による残量推定が、更に小さなデータベースを利用して可能となる。
【０１０６】
すなわち、データベースにより種々の電池パックに対応した容量計を構成する場合、目的の電池パックに対応した、素電池のデータベースと電池パックに関するデータベースを組み込むことにより対応する。
【０１０７】
ここで、データベースの大きさを比較すると、素電池に関するデータベースは、通常、電流依存性等の詳細を必要とするので、データベースの大きさは増大する。それに対し、電池パックに関するデータベースは、通常は、電池パックの素電池の接続構成、例えば「２Ｓ３Ｐ」（３つの素電池の並列接続を２つ直列に接続した構成であり、Ｓはシリーズ、Ｐはパラレルの意で使用）の種別や、電池パックのケース等で決まる熱抵抗や熱容量、他程度の値しか含まないので、データベースは増大しない。
【０１０８】
そのため、電池パックに関するデータベースをマイコンのデータ読み取り元であるＥＥＰＲＯＭ等のメモリに入れ、電池パックの構成を変更する毎にその電池パックに関するデータのみを更新可能とすることにより、マイコン自体の変更をすることなく、種々の電池パックに対応した容量計を構成することができるのである。
【０１０９】
もちろん前述したように、素電池のデータベースを修正する値をＥＥＰＲＯＭ等に入れておき、素電池の変更にも対応することにより、更に種々の電池パックに対応した容量形を構成できるのである。
【０１１０】
なお、上記した実施例にあっては、電池温度はエントロピーを配慮して求めるとしているが、放電率対温度特性をもとに、温度上昇特性を放電特性算出に取り込んでもよいことは言うまでもない。
【０１１１】
更に、放電電力をパラメータとし、充電率を横軸に放電終止の最高温度を正規化すると、温度特性は略一定のパターンとなる。従って、データベースの大きさをそれほど増大することなく、放電特性が推定可能である。
【０１１２】
また、一定電力で電池パックを使用した場合を想定して放電特性を推定するものとしたが、元となる使用電力値は、元々は、電池パックを装着している親機である電気機器１８から通知され、それに基づいて電池のデータベースから容量計が算出するものであるが、実際の使用電力と異なる場合がある。そのため、実使用電力と通知電力が一定以上乖離した場合、実使用電力により残電力を推定することが望ましい。その場合、親機の方にその旨を通知することもまた望ましい。
【０１１３】
以上、算出条件や算出方法、および、低コスト化等の方法例を示したが、図１２に、放電特性、及び、温度特性のカーブ例と、その特性が決定される条件を模式的に示し、以下に説明する放電特性算出処理方法の算出のポイントを更に具体的に示す。
【０１１４】
算出のポイントとして、前述したように第１のポイントを求めてから、条件が大きく変動しないとの条件で、充電率が変化した第２のポイントを求める。
【０１１５】
今、第１のポイントが放電開始のポイントとすれば、温度としてはほぼ周囲温度Ｔｒが測定され、この場合の温度を電池温度Ｔｃとして以下使用する。
【０１１６】
また、第１のポイントの出力電圧は、電池パックの内部抵抗と電流とによる電圧降下分Ｖ１と、親機として備えた電気機器１８の負荷による電圧降下分Ｖ２との和がＯＣＶとなる。
【０１１７】
次に、ある充電率ΔＱだけ変化した場合の第２のポイントでは、第１のポイントの電流が流れたとすると第２のポイントまでの時間Δｔが判明するため、温度上昇分ΔＴｃが算出されて第２のポイントの電池温度Ｔｃが算出される。また、電池温度Ｔｃと電流Ｉが分かるので内部抵抗等が求まり、第２のポイントの電圧電流が求まる。
【０１１８】
しかしこのままでは、第２のポイントの計算結果が第２のポイントに反映されないので、さらに第２のポイントの計算結果を入れ、再度第２のポイントの放電特性および温度特性の値を算出する。このようにすることによりシミュレートの精度を向上させている。
【０１１９】
次に、以上のように第２ポイントが求まったら、これを新たな第１のポイントとし、前述の第１ポイントから第２ポイントを求めたのと同様に、新たな第２ポイントの状態を算出する。これを続行することにより、放電特性と温度特性のカーブを求めることが出来る。最終的には、放電電圧が予め決めた放電終止電圧Ｖｔ以下になるまで続行することにより、全体の放電特性が求められる。
【０１２０】
なお、内部抵抗として電池内部の電荷移動抵抗ｒ等を元に説明していたが、電池パックとしては、内部配線抵抗等があるのでそれを含めて抵抗分の電圧降下とする必要がある。さらには、電池パック構成のデータベースを元に抵抗分を求める必要がある。
【０１２１】
例えば、２Ｓ１Ｐの場合、電池内部抵抗は素電池一本分の２倍の抵抗となり、また、ＯＣＶ特性としては２倍の値となるので、電池パック構成により適時変更して算出する必要があることは言うまでも無い。さらには、２Ｓ３Ｐの場合は、抵抗分としては素電池２×１／３＝２／３本分となり、ＯＣＶ特性としては素電池２本分となる。
【０１２２】
従って、電池パックのデータベースとして、回路抵抗ｒｃを測定しておき、それと素電池の接続構成から求まる電池内部抵抗分とを加算したものを抵抗分とし、ＯＣＶ特性としては直列接続の電池分とすればよい。そして、この変換式自体は素電池の組み合わせデータを元に簡単に処理できるので、予めマイコンのソフト内に組み入れておけばどのような電池パックにも対応できる。
【０１２３】
このような場合の構成方法の例を図１に示しておく。同図では、素電池のデータベース６と電池パックのデータベース４を有し、電池パックのデータベース等をＥＥＰＲＯＭの様な書き換え可能なメモリに収納することにより電池パックの仕様変更に柔軟に対応できる。
【０１２４】
次に、図１３〜図１５に放電特性を求める処理方法を表す流れ図を示し、図１２を用いて更に具体的に以下説明する。図１３は放電中における全体の流れを示す流れ図、図１４は図１３中における第１のステップＡを求める流れ図、図１５は図１３中における第２のステップＢを求める流れ図である。
【０１２５】
図１３で放電を開始すると、先ず、放電開始時点における充電率Ｑ１と、電気機器１８から通知される使用電力Ｗが検出され、更に充電率Ｑ１の値とデータベース中のデータからその充電率Ｑ１に対応するＯＶＣが導出されたあと、第１ポイントにおける電流値の算出工程に入る。
【０１２６】
図１４で示す第１ポイントの演算工程は、放電開始でどのような素子値や電流値になるか不明の場合の算出方法を示しており、先ずは、充電率からＯＣＶを求め、それが直接電流を決めるとして、以下の条件設定を行う。
【０１２７】
すなわち、放電を開始すると、使用電力ＷおよびＯＣＶの値のみから決まる暫定的な第１の電流が、「Ｗ／ＯＣＶ」により算出される。また、放電開始時における電池温度Ｔｃは周囲温度Ｔｒに略等しいと仮定し、第１の電流とＱ１の値から、推定用のデータベースを利用して第１の素子値を導出する。
【０１２８】
ここで、電流Ｉが決まるとデータベースから素子値が導出され、素子値が決まると、Ｗ＝Ｉ×（ＯＣＶ−Ｉ×素子値）の関係から電流が算出される関係があるので、素子値の導出と、導出された素子値を用いた電流の算出とを複数回（本実施例では２回）繰り返し行って電流の補正を行うことにより、第１ポイントにおける電流Ｉ１が推定される。
【０１２９】
上記の様にして、放電開始時点である第１のポイントにおける電流値（第１の電流）Ｉ１が推定されると、図１５に入り、一定充電率ΔＱだけ充電率が減少した第２ポイントにおける電流値（第２の電流）Ｉ２の推定工程が実行される。
【０１３０】
ここで、第２ポイントではまだ電流等が不明であるため、先ずは第１ポイントの電流Ｉ１が継続（持続）すると仮定して、到達時間及び温度を求める。なお、充電率Ｑが微小量ΔＱだけ変化するのに要する到達時間Δｔは「ΔＱ×満充電量／Ｉ１」であるから、ΔＱの充電率変化で上昇する温度変化量ΔＴｃはΔｔ・（Ｑｐ＋Ｑｓ＋Ｑｂ）／Ｃとなり、これによって第２ポイントでの電池温度Ｔｃが求まる。
【０１３１】
更に、電池温度Ｔｃが判明するとデータベースから素子値が導出され、その導出された素子値を利用して電流を再計算することにより、より正確な第２ポイントの電流Ｉ２’が算出される。
【０１３２】
第１ポイントの電流Ｉ１と第２ポイントの電流Ｉ２’が求まると、第２ポイントまではその平均の電流「（Ｉ１＋Ｉ２’）／２」が流れると仮定して、その平均電流から第２ポイントの到達時間と到達温度を再計算する。
【０１３３】
更に、この再計算から算出された温度を使用して第２ポイントの電流Ｉ２を求めることにより、第２ポイントの状態を算出したとして第２ポイントの演算を終了する。すなわち、１回目の計算では、第１ポイントの電流が第２ポイントまで持続するものと仮定して第２ポイントの電流を算出し、２回目の計算では第１ポイントと算出された第２ポイントの平均電流が持続するものと仮定して第２ポイントにおける電流値の補正を行っている。
【０１３４】
以下、この第２ポイントの電流Ｉ２を第１ポイントの電流Ｉ１に置き換えてさらに次のポイントの電流を算出していく。これを、出力電圧が終止電圧Ｖｔ以下になるまで続行し、全体の放電特性を求めるのである。
【０１３５】
ここで、上記した説明において電流のみをあげてきたが、電流が求まると電圧が直ちに求まるため、その説明を省略している。
【０１３６】
以上、算出方法の一例を示したが、第２ステップで最終的に求まった電流を再度平均電流に戻して演算をすることにより精度を向上させる等も可能であることは言うまでも無い。
【０１３７】
また、電池パックに関するデータベース等によりＯＣＶや抵抗を電池接続状態により変更することや、回路の配線抵抗等を含めて抵抗を求めることは勿論であるが、さらにＡＶ機器等の負荷となる親機の挙動を含めて算出し、放電特性精度を向上させることもできる。
【０１３８】
それは、残量推定精度向上のためには、親機として備えた電気機器１８の電源の効率も重要な要素となってくることである。例えば、親機の電源の構成がＤＤコンバータの場合、入力電圧によりＤＤコンバータの変換効率が異なってくるので、残電力算出の場合にＤＤコンバータの変換効率を加味して残電力算出を行えばさらに残時間推定精度が向上する。すなわち、放電特性算出の場合の使用電力として変換効率を含めた使用電力を求めて、これを放電特性算出に使用する。
【０１３９】
通常、ＤＤコンバータの入力電圧に依存するので、電圧対変換効率のデータベースを設けて、残電力推定の際に、目標使用電力に変換効率を加味し、目標使用電力の大きさを変更して放電特性曲線を推定する。
【０１４０】
この場合、電源の変換効率は、親機から容量推定処理にデータベースとして渡すのが望ましく、データベース自体としては、電圧とその場合の変換効率とのペアのデータを、使用電圧範囲内で数ポイント分備えることが望ましい。データベースとしては、例えば、電池パックと親機の場合では、バッテリの使用開始前に通信で渡してもよい。このような場合は、通信の仕様を決めておけば容易に実現出来ることは言うまでも無いが、残量推定の前までにこれらの変換効率のデータを用意しておく必要があることは言うまでも無い。従って、電池パックとペアで使用する場合、予め、電池パック内の容量計のＥＥＰＲＯＭ等に書き込んでおいてもよい。または、電池パックのＥＥＰＲＯＭに親機が自らデータベースを書き込んでも良い。
【０１４１】
なお、さらに演算を繰り返すことによりシミュレーションの精度を向上させることが可能かと思われるが、演算量、演算時間、演算パワーと算出結果の精度から決める必要がある。実際の電池データからの演算結果は図１４および図１５に示す本方法でも十分な精度を有することを確認している。
【０１４２】
また、電池パックのデータベース４として電池構成や内部抵抗等を含める必要があるが、さらに、素電池自体の変更に対する対応も可能なように構成できる。それは、素電池の放電特性曲線自体、電極材料にほぼ依存するので、電池の大きさを変更しても、ＯＣＶ等はほぼ同じであり、電極面積等が変化することによる電荷移動抵抗ｒ等の値の変化が生じる程度であり、挙動は類似している。その為、素電池のデータベース６において、各素子値を修正するデータをＥＥＰＲＯＭ等に記録させ、素電池の変化に対しても対応するように構成できる。
【０１４３】
従って、このようなデータベースを有することにより、電池パックの構成や素電池それ自体の変更に対しても柔軟に対応可能な残量推定方法や装置が構築できる。このデータを図１に示す構成の例えばＥＥＰＲＯＭ等で構成される電池パックのデータベース４に含めておけばよいことは言うまでも無い。
【０１４４】
なお、放電特性推定においては、周囲温度Ｔｒからの上昇により電池温度Ｔｃを推定し放電特性推定の精度を向上させるが、この場合、周囲温度Ｔｒとしては、放電が停止されて長時間経過したあとの温度であると推定される放電開始前の電池温度Ｔｃを周囲温度Ｔｒとして求めておき、その後の温度上昇を推定する。
【０１４５】
しかしながら、周囲温度Ｔｒは一定の条件で使用されることは稀であり、その周囲温度Ｔｒが変化した場合には、上記の方法を利用して推定した電池温度と実測した電池温度との間に誤差が発生する。そこで現在の電池温度Ｔｃの実測値と推定値の差から、逆に周囲温度Ｔｒの変化を推定することができる。そして、周囲温度Ｔｒの変化が推定されると、その変化した周囲温度を利用して放電特性の推定に利用することにより、周囲温度変化に対応した残量推定が可能となる。
【０１４６】
具体的には、推定開始条件下で放電特性算出を開始し、開始時点と現在との２点における電池温度Ｔｃと充電率を測定する一方、放電の開始時点において推定した現在の充電率での電池温度Ｔｃを演算により推定する。そして、測定した電池温度と推定した電池温度との差が設定値を超えて大なら、周囲温度Ｔｒが変化したものと推定し、周囲温度Ｔｒを以下の推定値に修正するのである。
【０１４７】
ここで、周囲温度の推定値を算出する式の例を示す。これは、放電開始から求めた現在の推定の電池温度（修正前の現在の電池温度推定値）と、現在の実測の電池温度（現在の電池温度）の差（修正前の電池温度誤差）が、元々測定して退避しておいた修正前の周囲温度（修正前の周囲温度）と、現在の実際の周囲温度（周囲温度推定値）との差に対応しているとして、修正前の周囲温度に修正前の電温度誤差を加算して、先ずは修正したと想定した周囲温度（修正後の周囲温度）を求めおく。次に、この修正後の周囲温度を元に再度現在の電池温度を推定（修正後の現在の電池温度推定値）を求め、これらの値から最終的な周囲温度を算出する。最終的な周囲温度は、（修正後の周囲温度−修正前の周囲温度）・（現在の電池温度−修正前の現在の電池温度推定値）／（修正後の現在の電池温度推定値−修正前の現在の電池温度推定値）＋修正前の周囲温度から求めることができる。
【０１４８】
なお、データベース構築にあたり、図８に示すようなステップ応答や、図１９に示すような周波数応答で、電池内部の抵抗成分の値を測定することを説明したが、これに限るものではないことは言うまでも無い。
【０１４９】
例えば、Ａ／Ｄ変換機の電圧検出精度が低い場合、Ａ／Ｄ変換値を多数回測定し、その平均値を取ることにより高精度の電圧測定を行い素子値の検出精度を向上させることが可能である。
【０１５０】
この場合、電荷移動抵抗ｒの応答が速いので、図８のステップ応答を行う回路において、短いパルス、たとえば、μ秒オーダーの矩形波を出力させ、この応答波形のオン状態とオフ状態の電圧を多数回サンプリングして測定の分解能を向上させて素子値の検出精度を向上させても良い。
【０１５１】
さらに、電荷移動抵抗ｒでは電圧変化が緩慢なため、通電前の電圧測定と通電中の電圧測定回数を増加させ測定の分解能を向上させることもできる。この方法は、Ａ／Ｄ変換精度の低いマイコン等において有効であることは言うまでも無い。
【０１５２】
さらには、実際のＡＶ機器の使用に際しては、ステップ応答的な変化をすることがあり、この場合の応答から素子値を求めることも可能である。また、このように電流が変化する場合に、電流と電圧変化とその場合の時間経過から内部抵抗を求めることも可能である。
【０１５３】
この場合、一定時間、例えば１０秒間の前後の電圧電流変化から、１０秒の応答に対する抵抗成分を求めこれを電荷移動抵抗ｒとして求めるものであり、さらに、多数の時間応答に対する抵抗成分を求めることにより、応答時間が短い場合の抵抗成分は溶液抵抗Ｒとして評価するものである。これは、抵抗成分の周波数分析に対応しており、演算パワー等に余裕がある場合には有効な手段となることはいうまでもない。
【０１５４】
以上、電池残量の推定方法について記載したが、その残量推定における推定値全体の修正も可能であるので、以下、その詳細な説明をする。
【０１５５】
二次電池１２の放電が経過するにつれて、推定の残電力量と実測の電力量（電力積算値）が変化していくが、放電中の２つのポイントに着目し、２つのポイントでの推定の残電力量の変化分と、実測の残電力量との変化分とを求める。この場合、双方の変化分が等しければ、放電途中がどうあれ、推定していた値の変化と、その間の実測値変化とがよく一致していることとなり、推定値と実測値がよく一致していた一つの証明と考えられる。
【０１５６】
この２つが異なっていた場合、推定値と実測値が異なることとなり、推定値の この２つが異なっていた場合、推定値と実測値が異なることとなり、推定値の精度が低いこととなる。そこで、係数Ｋとして、前回の実測値の差分＝Ｋ×前回の推定値の差分、となる関係式を定義すると、推定値が正しい場合には、Ｋ＝１となる。ただし、実際にはＫ＝前回の実測値の差分／前回の推定値の差分≒１である。
【０１５７】
従って、残量推定アルゴリズムの変更がなく、同様に推定を繰り返すとすると、「今回の実測値の差分＝Ｋ×今回の推定値の差分」となることが予想される。すなわち、今回の放電で得られるであろう、今回の実測値の差分と今回の推定値の差分は一致しないと予想される。
【０１５８】
そこで、「今回の実測値の差分＝修正した今回の推定値の差分＝Ｋ×今回の推定値の差分＝（前回の実測値の差分／前回の推定値の差分）×今回の推定値の差分」として、推定値の差分を修正することが可能である。
【０１５９】
従って、今、差分として、満充電から放電終止までとすると、「修正した今回の推定値＝（前回の実測値の差分／前回の推定値の差分）×今回の推定値」が、期待でき、推定精度が向上することとなる。
【０１６０】
実際には、第１ポイントを放電開始のポイントとし、その場合の推定値及び電力積算値を記録し、第２ポイントを放電終了のポイントとし、その場合の推定値及び電力積算値を記録し、このように得られた４つのデータから、係数Ｋを算出し、次回の残量推定値を修正することによって、より正しい残量推定値が学習効果として得られる。
【０１６１】
なお、これは、放電条件が同一とした場合によい結果を期待できる。そのため、放電条件が前回と異なっている場合、係数を１に近づける等の対策を施すことにより、さまざまな場合で残量推定精度が高い残量検出方法が得られることとなることは言うまでもない。
【実施例】
【０１６２】
以下、図１６に示す例に基づき、上記した電池容量検出方法を利用して回路構成した電池容量検出装置１０と、二次電池１２と、電池保護部１４とをケース内に一体に収納した電池パック１６の構成を説明する。なお、二次電池１２の特性および電池容量検出装置１０における検出方法は上記したものと略同一なので、以下においてはその詳細な説明を省略する。
【０１６３】
また電池パック１６は、ＡＶ機器やパソコン装置あるいは携帯電話などの各種電気機器１８に装着され、双方向通信が可能な電気機器１８側の通信回路２０に向けて電池パック１６から検出データを送ることにより、電気機器１８内のディスプレイを利用して電池容量の表示動作を行わせるものを示すが、電池パック１６のケース上に表示手段を一体に備え、電池パック１６が単独で電池容量の検出動作に加えて表示動作をするものも可能である。逆に、電池容量検出装置１０で行っている制御動作の一部を、電気機器１８側で行わせることもできる。
【０１６４】
電池パック１６内に収納される二次電池１２は、複数個の素電池を直列あるいは並列に接続することにより、電池パックとして要求される容量および出力電圧が達成される様に構成している。
【０１６５】
更に、素電池における素子値やＯＣＶ特性等のデータベース６に加えて、素電池の構成あるいは温度パラメータ等のパック状態の違いが判別できる電池パックデータベース４を個別に備えている。
【０１６６】
ここで電池保護部１４は、２つのＦＥＴ２２・２２からなるスイッチング部２４と、保護回路２６とから構成され、スイッチング部２４を二次電池１２から電気機器１８に向かう通電回路中に直列に介装して使用する、従来と略同様な構成のものである。
【０１６７】
すなわち、保護回路２６は例えばオペアンプ或いはコンパレータからなる比較器と基準電圧とを備え、コンピュータソフトウェアを使用することなくハードウェアだけで動作可能とすることにより、誤動作の発生をできるだけ抑制して安全性を高めている。
【０１６８】
そして、二次電池１２の電池電圧とスイッチング部２４に流れる負荷電流の大きさを常時にチェックしておき、負荷電流の大きさが設定値を超えて上昇したことや電池電圧が設定値を超えて下降したことが検出されると、スイッチング部２４に信号を送って負荷に対する通電を強制的に停止して二次電池１２が破損するのを未然に防止することを基本構成とするが、本実施例にあっては更に、電池容量検出装置１０に向けて制御状態に対応した信号を送り、異常状態になったことを知らせることを可能としている。
【０１６９】
電池容量検出装置１０は、主としてアナログ値の信号処理を行う外部回路群２８と、１チップマイコンがその制御の中心として使用されてデジタル値の信号処理を行う制御部３０とから構成される。そして、外部回路群２８から出力される各種の測定値が制御部３０に送られ、その制御部３０に備えたＲＯＭに内蔵されたプログラムによりデータベース２を参照しながら、測定値が演算されるなどして全体の動作がソフトウェア的に制御されるものである。
【０１７０】
ここで外部回路群２８は、二次電池１２の電池温度Ｔｃに対応した信号を出力する温度検出回路３２と、二次電池１２の端子電圧に対応した信号を出力する電圧検出回路３４と、二次電池１２に流れる電流に対応した信号を出力する電流検出回路３６と、二次電池１２の回路定数を検出するための負荷電流を二次電池１２に流す負荷回路３８とから構成される。
【０１７１】
温度検出回路３２は、サーミスタの様な温度検知手段４０を二次電池１２に接近して備え、温度検知手段４０から出力される温度変化に対応したアナログ値をデジタル値に変換して制御部３０に送る。
【０１７２】
電圧検出回路３４は、二次電池１２の両端に接続されて端子間に出力される電圧を取り出したあとデジタル値に変更して制御部３０に送るものであって、電池電圧とＯＣＶの測定に使用される。
【０１７３】
電流検出回路３６は、二次電池１２と直列に接続された抵抗４４の両端に発生する電圧値をデジタル値に変換して制御部３０に送るものであって、二次電池１２に流れる電流値を測定するために使用される。
【０１７４】
負荷回路３８は、図８に示す過渡応答方式によって溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒとを分離して測定するためのものであって、二次電池１２から電気機器１８に対する通電が停止されている休止期間中に、制御部３０から送られる信号によってスイッチングトランジスタ４２をオンさせ、そのトランジスタ４２と直列に接続された抵抗４６・４４に通電させる。この通電に伴う図８（ｂ）または（ｃ）に例示する二次電池１２の過渡応答状態を、電圧検出回路３４と電流検出回路３６で同時に測定することにより、二次電池１２の内部抵抗を測定可能とする。
【０１７５】
以下において、図１７および図１８に示す流れ図にしたがって、電池パック１６の動作手順を更に詳細に説明する。
【０１７６】
先ずＥＥＰＲＯＭの様な所定の記憶手段上には、素電池データベース６として、図２に例示する素電池のＯＣＶ特性に加えて、標準状態における二次電池の図６に例示する放電特性および図９に例示する各素子値が予め測定され、通常の制御時における初期値としてデータベース化されて記憶されている。
【０１７７】
ここで本実施例にあっては、データベースとして記憶するＯＣＶ特性データとして、充電率の算出用と残量算出用とに少なくとも２種類備えている。すなわち、素電池について実際に測定したＯＣＶ特性は図２の様な滑らかな曲線ではなく、図２１（ａ）において破線で示す様なショルダー（変曲点）を有することが一般的である。そこで、ＯＣＶ特性をそのまま利用する充電率の推定時には、測定値をそのままデータベース化した第１のＯＣＶ特性を忠実に再現したデータベースを用意することにより、充電率を推定する際の誤差を最少限に抑制する。
【０１７８】
一方、放電特性の推定時には、図２１（ａ）に示す実際の測定値におけるショルダー部分などの凹凸を滑らかにして図２１（ｂ）の実線で示す様な曲線とし、その曲線をデータベース化した第２のＯＣＶ特性を用意する。そして、この第２のＯＣＶ特性に基づき、Ｒ・ｒ・Ｚｗ等の各素子値がデータベース化される結果、素子値の変化具合が抑制され、データベース化した際のデータ量を減少させることを可能としている。
【０１７９】
また、電池パックデータベース４としては、素電池の直列あるいは並列状態の構成あるいは温度パラメータ等のパック状態の違いが判別できるデータが記憶されている。そして、素電池および電池パックのデータベースを含む推定用データベース２から、組電池としての各種データが導出あるいは算出される様にしている。
【０１８０】
そこで図１７のステップＳＴ１において、前記した初期値に基づく所定の初期設定を行ったのち、ステップＳＴ２からの電池容量検出工程に入る。
【０１８１】
図１７のステップＳＴ２において、二次電池１２が休止中か否かを判定し、休止中でない場合は更に、ステップＳＴ６で放置中か否かが、ステップＳＴ３で放電中か否かが、ステップＳＴ４で充電中か否かが、更にステップＳＴ５において電池保護部１４が作動しているか否かが判定され、各判定結果に基づいて図１８に示す各処理動作が行われる。
【０１８２】
ここでステップＳＴ２の判定が休止中であれば、ステップＳＴ２１に移って、休止状態の開始から継続して３０分、２時間、４時間あるいは８時間の設定時間が経過したかが判定される毎に図１８（ａ）に示すＯＣＶの検出工程に入る。しかし、図１７のステップＳＴ６で２４時間以上経過したことが判定されると放置中と判断して、例えばステップ６１で２４時間の経過が判定される毎に、ステップ６２に移って放置中における残量補正工程が行われる。
【０１８３】
図１８（ａ）に示すＯＣＶの検出工程は、ステップＳＴ２２において二次電池１２の端子電圧が測定される。更にステップＳＴ２３において、測定された端子電圧が２点目以降であるか否かが判定され、２点目以降であればステップＳＴ２４に移って図５に示すＯＣＶの推定動作が行われるが、そうでない場合は、測定された端子電圧を保存して戻る。
【０１８４】
図１７のステップＳＴ６２で行われる放置中における残量補正工程は、例えば２４時間等の所定の長時間が経過する毎に実施されるものであって、かかる段階にあってはＯＣＶの値も安定しているので、前記した様な推測によるのではなくＯＣＶを実測し、その実測値と第１のＯＣＶ特性に基づいて現在の充電率を決定するとともに、検出されたＯＣＶの変化に応じて満充電容量を補正する。
【０１８５】
ここで長時間の放置中にあっては、図２２（ａ）に例示するごとく、例えば充電率が５０％かそれ以下であれば電池温度Ｔｃの大小に拘らず満充電容量の減少は殆ど認められないが、電池温度Ｔｃが３０℃を超えると、図２２（ｂ）あるいは（ｃ）のごとく、放置中の充電率が大きくなるほど満充電容量の減少が大きくなる傾向にある。
【０１８６】
そこで、図２２に示す関係により、例えば１０％毎の各充電率について温度と時間経過に伴う充電率変化に対する満充電容量の変化を示す補正量の補正データベースを予め作成し、記憶させておく。そして、上記の様にしてＯＣＶを測定し充電率を求めると同時に平均放置温度を検出し、前記補正データベースを利用して満充電容量の減少量を推定し、必要な補正を行うのである。
【０１８７】
更に、充電率の測定と同時に溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒの値も測定することによって、より正確に満充電容量を補正可能となるが、充電率の変化が一定値を超えた場合にのみ測定を行わせることにより、電池の消費電力を抑制することとなって好ましい。
【０１８８】
次に、図１７のステップＳＴ３において放電中であることが判定されると、図１８（ｂ）の放電処理工程に移る。かかる放電処理工程にあっては、ステップＳＴ３１において放電電流値が、ステップＳＴ３２で二次電池１２の周囲温度が測定されたあと、その測定された値を用いて図９に示す素子値を補正することにより、ステップＳＴ３３において図７に例示する放電特性を算出し、この算出された放電特性を用いてステップＳＴ３４において残時間を推定する。
【０１８９】
また前回に算出した充電率に対し、測定した放電電流から換算した充電率をステップＳＴ３５で積算処理することにより、現在の充電率を算出したあと、次のステップＳＴ３６に移る。
【０１９０】
ステップＳＴ３６では、電池電圧が予め設定した最低電圧を下回ったか否かを判定し、下回ったことが判定されると、ステップＳＴ３７において電池保護部１４に信号を送ることによってスイッチング部２４を強制的にオフし、放電を終了する処理を行う。
【０１９１】
なお、上記した残容量の推測は、一定電力で放電する場合を想定したものである。しかしながら、サージ電流が流れる機会が多い機器に適用する場合にあっては、サージ電流が流れても機器がシャットダウンを起こさせない仕組みが必要である。
【０１９２】
そこで、サージ電流が検出された場合あるいはサージ電流が予め予想される場合にあっては、図２３において太線で示す様な内部抵抗や分極のみを考慮した一定電力での放電特性に対し、図２３において一点鎖線で示すごとく、電池の内部抵抗や回路抵抗にサージ電流を掛けて算出した電圧降下を見込んだ放電特性を算出し、そのサージによる放電特性がシャットダウン電圧Ｖｔを超えて低下する時点までの残時間を推定することにより、余裕を持たせた残量推定が行われる。サージによる影響は電池が劣化した場合により大きく、有効な手段となる。
【０１９３】
なお、サージ電流の様に実際に電圧が大きく低下する場合に限らず、特に動作中に電池残量の不足状態が発生することを極力避ける必要がある機器にあっては、動作状態を想定して残量の一部を予め保険として確保しておき、その残りの残量を上記した残量推定で通知することもできる。
【０１９４】
更に、上記した実施例にあっては、終止電圧Ｖｔを設定し、その電圧Ｖｔを下回るまでの時間を残時間として通知する様に構成したがそれに限らず、上記した放電時における電流や電池温度の推定機能を利用し、電池に流す最大電流や最大上昇可能温度を予め設定し、演算により推定された電流や電池温度がその設定値を超える時点を機器の終止条件とすることも可能である。
【０１９５】
更に、図１８（ｂ）におけるステップＳＴ３８においては放電が終了したか否かを判定し、放電終了の場合は、図８に示す方法および負荷回路３８を用いて、二次電池１２の素子値中における溶液抵抗Ｒおよび電荷移動抵抗ｒをステップ３９で個別に測定してその値を保存するとともに、ステップ４０において学習処理動作を行う。
【０１９６】
学習処理動作は、上記の様にして測定あるいは算出した溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒおよび拡散抵抗Ｚｗを充電率とともに記憶する一方、電流依存性の修正、温度係数の修正および充電率の修正を行い、過去に記憶した同様な数値と比較処理を行うものである。
【０１９７】
ここで比較した数値が一定の範囲内であれば、その新しい数値が過去の数値に代えて使用可能とする処理を行うが、範囲外であれば、その値を使用することなく保存のみにとどめる。
【０１９８】
そして、次の回に測定された値が前回から一定範囲内の値であることが判定されると、前回と今回の値を平均するなどして使用するとともに、前々回以降のデータを保存する。
【０１９９】
逆に、次に測定された値も範囲外になった場合、高温状態で劣化が急激に進むなどしたものと判断し、その値を使用に供すると共に，前々回以前のデータは破棄する。
【０２００】
なお、携帯電話機の様に、待機中も微小であるが間欠的に動作してパルス状に駆動電流が流れる場合にあっては、放電電流値を正確に測定することもＯＣＶを測定することも何れも難しい。この場合にあっては、電流がオフ時における電圧を断続的に検出し、図２４において破線で示す包絡線を求め、その包絡線が低下しつつＯＣＶに漸近することを利用して、電流がオフと仮定した場合の最終到達電圧を推測することにより、結果的にＯＣＶを推測可能とするのである。
【０２０１】
次に、図１７のステップＳＴ４で充電中であることが判定されると、図１８（ｃ）に示す充電処理工程に入る。かかる工程にあっては、ステップＳＴ４１において充電電流を測定するとともに、ステップＳＴ４２に移って充電率の算出が行われる。
【０２０２】
ステップＳＴ４２では、前回に算出した充電率に対し、今回測定した充電電流から換算した充電率を積算処理することにより現在の充電率を算出するものであって、更に次のステップＳＴ４３に移って拡散抵抗Ｚｗの測定が行われたあと、測定された値はそのときの充電率とともに保存される。
【０２０３】
なお充電がパルス電源によって行われ、上記した電圧と電流の測定が所定周期によるサンプリングによって行われる場合には、充電時におけるパルスの隙間を連続的にサンプリングしてしまい、測定ができなくなる可能性がある。そこで、その様な条件が判定された場合にあっては、電圧電流測定時の位相を、例えば１秒毎に所定量づつずらせて平均値をとることにより、測定の欠落を減少させることができる。
【０２０４】
更に図１７のステップＳＴ５において電池保護部１４の作動が検出されると、その検出内容に対応した値に対応させて、上記のようにして算出あるいは測定した充電率は修正が加えられる。
【０２０５】
なお図１９（ａ）は、上記した電荷移動抵抗ｒを周波数応答方法で測定する場合の回路構成であって、測定制御手段４８からオペアンプ５０を介してトランジスタスイッチ５２に交流信号を送ることにより、負荷５４に対して電流変調をかけることを可能とする。そして、変調周波数を変化させながら、図８（ａ）で示す電圧検出手段および電流検出手段で電流と電圧を測定するとともに、両者の変調振幅と位相の関係を図１９（ｂ）の様に複素インピーダンスのプロットをすることにより、実数部との交点の値から、溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒの値を個別に測定できる。
【０２０６】
また、二次電池１２の劣化がすすむと、その等価回路は図４（ａ）から図２０（ａ）に変化する可能性がある。この様な場合にあっては、前記した図１９の方法を用いて素子値を測定すると、その複素インピーダンスのプロット結果は図２０（ｂ）の様になって、劣化によって増加したｒ２の成分も分離して検出できる結果、劣化の程度がより具体的に判定できる。
【０２０７】
二次電池１２の内部抵抗の測定方法については、更に、電池保護部１４に備えたスイッチング部２４を利用し、放電中などの適宜時期に電気機器１８に対する通電を停止することにより測定できる。すなわち、通電の停止直後における電圧応答曲線は図８（ｃ）と類似の形状となり、その過渡応答特性により溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒとが分離して検出できるのである。
【０２０８】
以上、如何にして内部抵抗を分離して検出するかについて述べてきたが、前述したように、内部抵抗を必ずしも分離して検出する必要が無いことは言うまでもない。内部抵抗を直流抵抗分として一括して評価することは、放電特性がＯＣＶ特性から内部抵抗による電圧降下分と分極による電圧降下を減じたものであると定義し直すことである。従って、今まで記載してきた構成がそのまま適用できることは明らかであるので、詳細な説明は省略する。
【０２０９】
また、内部抵抗を測定する際に、説明を簡単にするため、定電流負荷としてその応答を観測することによりそれぞれの抵抗分を推定するとしたが、勿論、定抵抗負荷でもよいことは言うまでもない。
【０２１０】
本発明では、電池パラメータを測定し、それを次回の容量推定に使用することが本質であり、また、負荷変動により変化する電圧、電流の変化から抵抗成分を分離測定することは当業者にとって容易であるので、詳細な説明は省略する。
【０２１１】
更に、負荷変動が定電流負荷や抵抗負荷に限らず、接続した機器の負荷変動によっても観測でき、その結果で電池パラメータを観測することも可能である。これは、溶液抵抗Ｒを測定する時間差をτＲとして、時間差τＲをもつ２点の間の電圧と電流のそれぞれの差分、ΔＶＲ，ΔＩＲを検出して、Ｒ＝ΔＶＲ／ΔＩＲとして求めるもので有る。この場合、τＲが短すぎる場合、幾つかのτＲを定義しておき、夫々の場合のＲと時間τＲとのプロットにおける収束値（例えば元々の時間差τＲとして推定される値）を検出することにより溶液抵抗Ｒを求めることが出来る。同様に、電荷移動抵抗ｒを測定する時間差をτｒとして、その間の電圧、電流変動から求める。更には、急峻な電流変化が期待できない場合は、溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒをまとめて直流抵抗分として測定し、放電特性を推定しても良いことはいうまでもない。
【０２１２】
また、満充電容量として、充電中に二次電池に供給された充電電流を積分することにより得られる充電量と、充電前後の充電率の差で除して求めることで説明してきたが、前述したように、放電中の放電電流を積分することにより得られる放電量を、放電前後の充電率の差で除して求めることもできる。
【０２１３】
この場合、放電により検出した満充電容量と、充電により検出した満充電容量とは、通常はほぼ一致するが、高温放置劣化等を経験した場合は異なってくる。従って、放置中にマイコン内部の時計回路等で一定期間毎に周囲環境条件を測定して高温放置等を検出できるが、さらに、放電で検出した満充電容量と、充電で検出した満充電容量の差が大であることを検出した場合には、高温放置等で劣化が一挙に進んだことが裏付けられるので、接続機器等への通知や、表示を確実に行うことができる。
【０２１４】
また、放電開始時に放電特性を推定して残時間を推定し、その後、電流積算により充電率の変化を検出しながら残時間を変更して行くが、放電終止電圧近くになり、実際の放電電圧変化と推定していた放電電圧の変化とが異なってくる場合がある。
【０２１５】
このような場合、実際の放電電圧の変化による残時間推定値に、積算により推定した残時間推定値をあわせることが好ましい。そのため、電池電圧の変化を監視しておき、推測した放電特性と異なる場合には、推測した放電特性の示す値が、実測した値に近づくように、残時間を推定するために使用している充電率を変更することによって推定値と実測値を合わせ、残時間推定値の精度を向上させても良いことは言うまでも無い。
【０２１６】
また更に、測定していた電池電圧が急速に終止電圧に近づくような変化が生じた場合には終止電圧間近であるので、残量が無いものとして接続機器に終了を促すような緊急通信を送付してもよいことは言うまでもない。
【０２１７】
なお、実測により温度推移のデータベースを作成し、それを用いて温度依存性を考慮してもよいことを先に述べたが、図１１の等価回路を用いて演算により温度依存性を計算することにより、データベースの大きさを小さくすることを可能とする。演算方法は、上記した通りである。
【０２１８】
また、先に電池の残量推定方法について述べたが、この推定手段が電池パック側にある必要が無いことは言うまでも無い。その場合、例えば残量推定処理を電池パックが装着される機器側の制御手段に組み入れる等により、推定処理自体を電池パック側から取り除くことが可能である。その場合、コスト削減や、推定処理の速度向上等のため、推定処理に必要な大部分のデータベースは推定処理手段と共に機器側に置くことが望ましい。
【０２１９】
具体的には、電池パックを構成する素電池のデータベース６を電気機器１８側に置き、データベースの量自体が大きくない電池パックのデータベース４や素電池のデータベースを修正するデータベースを電池パック１６側に置き、電池パック１６とそれを使用する電気機器１８とを接続した場合、電池パック１６と電気機器１８間の通信手段により電気機器１８側に必要なデータベースを取り込むことにより、推定に必要なデータベース２を機器側に備えることが可能である。このような構成によれば、素電池自体の変更や電池パックの構成の変更に対しても対応可能となることは言うまでも無い。
【０２２０】
さらに、素電池の内部抵抗等を測定し、データベースを修正することを述べたが、この測定手段を含め、電池の電圧、電流等の検出手段は電池パック側に残し、電流積算値や内部抵抗測定値等を電池パック内で測定し、機器側に送信することにより、先に述べてきた残量推定方法をそのまま実現できることも言うまでも無い。
【０２２１】
また上記実施例では、電池容量検出装置１０の一部または全部を電池パック１６内に一体に収納した場合にあっても、電池パック１６内の二次電池１２から駆動電力を供給する例を示した。しかしながら、図２５に例示する如く、小型二次電池あるいはキャパシタからなる電子回路の駆動専用電源６０を電池パック１６内に同時に備え、その専用電源６０で電池容量検出装置１０の回路駆動させることにより、残量を検出すべき二次電池に対する電流消費の影響が防止され、ＯＣＶおよび電池残量を正確に測定できる。
【０２２２】
なお、専用電源６０の電圧値が電圧監視手段６１により常時に検出され、その値が設定値を下回ったことが電圧判定手段６２において判定されると、スイッチ制御手段６３によりスイッチ６４を切り換えて二次電池１２から専用電源６０に充電を行う。そして、充電が完了するとその間の充電量を充電量検出手段６５で検出し、二次電池１２における現在の残量から検出された充電量を電池残量算出手段９で差し引くことにより、残量の補正が行われる。この場合、専用電源６０に対する充電量が一定であれば、この一定量を予め記憶させておき、専用電源６０を満充電にさせるたびに充電量を検出すること無しに一定量を減算させることも可能である。
【０２２３】
更にまた、電池パック１６内に備えたＡ／Ｄ変換器におけるキャリブレーションを、その電池パック１６を装着する電気機器１８側からの命令で行える様にすることもできる。これは、電池パック１６内に備える電池容量検出装置１０のソフトウェア中にキャリブレーション用のサブルーチンを予め組み込んでおき、電気機器１８側からの命令でそのサブルーチンが実行されるものである。
【０２２４】
具体的な処理手順としては、電気機器１８側から電池パック１６側にＡ／Ｄ変換を行う命令を送出し、電気機器１８はその変換されたＡ／Ｄ変換値を読み込み、その値が最適か否かを判定する。そして、最適な値でないなら、キャリブレーション値を電池パック１６側に送出し、再度Ａ／Ｄ変換値を読み込んで最適な値と判定されるまで繰り返す。
【０２２５】
上記したキャリブレーション動作を初期組み立て時において自動化することにより、コストの低減が図れる。また、このキャリブレーションされた最適な値は、電気的消去可能な不揮発性メモリに書き込むことにより、組み立て後の経時変化に対応できるとともに、システムリセットによるリセットスタート時に対応できて好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０２２６】
【図１】本発明を電池パックに実施した一例を概略的に示すブロック図である。
【図２】二次電池の開放回路電圧特性の一例を示すグラフであって、（ａ）は充電率と開放回路電圧の関係を、（ｂ）は開放回路電圧特性を利用した充電率の判定過程を示す。
【図３】二次電池に対する充電時における電池電圧と充電電流の変化状態を示すグラフである。
【図４】二次電池の等価回路と、周波数応答の状況を示す説明図である。
【図５】開放回路電圧の推定過程を示す説明図である。
【図６】開放回路電圧特性と電池電圧特性との関係を示すグラフである。
【図７】二次電池の放電特性の一例を示すグラフであって、（ａ）は負荷電流の違いによるグラフの変化を、（ｂ）は電池の劣化に伴うグラフの変化を、（ｃ）は周囲温度の変化に伴うグラフの変化を各々示す。
【図８】二次電池の内部抵抗を検出する工程を示す説明図であって、（ａ）は電池の内部抵抗を測定するための回路構成を、（ｂ）は負荷に供給する電流の変化を、（ｃ）は端子電圧の変化を各々示す。
【図９】二次電池の等価回路を構成する各素子値と、充電率との関係を示すグラフである。
【図１０】二次電池の素子値における温度依存性の一例を示すグラフである。
【図１１】電池の温度依存性を考慮した電池パックの等価回路である。
【図１２】図１１の等価回路を元に放電特性を求める方法を説明する放電特性図である。
【図１３】図１２の放電特性図を求める主たる処理を説明する流れ図である。
【図１４】図１２の放電特性図を求める第１の処理を説明する流れ図である。
【図１５】図１２の放電特性図を求める第２の処理を説明する流れ図である。
【図１６】本発明を電池パックに実施した一例を示すブロック図である。
【図１７】制御部で行う容量検出手順を示す全体的な流れ図である。
【図１８】各動作モードにおける制御手順を示す流れ図である。
【図１９】二次電池の内部抵抗を検出する他の工程を示す説明図であって、（ａ）は電池の内部抵抗を測定するための回路構成を、（ｂ）は複素インピーダンスのプロット結果を各々示す。
【図２０】二次電池が劣化した場合における説明図であって、（ａ）はその場合の等価回路を、（ｂ）は複素インピーダンスのプロット結果を各々示す。
【図２１】第１のＯＣＶ特性と、第２のＯＣＶ特性とを例示したグラフを示す。
【図２２】充電率をパラメータとし、電池温度と時間経過による満充電容量の補正量の関係を例示するグラフである。
【図２３】サージ電流が流れた場合における放電特性を示すグラフである。
【図２４】待機中も間欠的に電流が電池に流れる場合におけるＯＣＶの推定手順を示す説明図である。
【図２５】電池容量検出装置の他の実施例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
【０２２７】
２ 推定用データベース
４ 電池パックデータベース
６ 素電池データベース
７ 放電特性推定手段
８ 充放電量検出手段
９ 電池残量算出手段
１０ 電池容量検出装置
１２ 二次電池
１４ 電池保護部
１６ 電池パック
１８ 電気機器
２０ 通信回路
２２ ＦＥＴ
２４ スイッチング部
２６ 保護回路
２８ 外部回路群
３０ 制御部
３２ 温度検出回路
３４ 電圧検出回路
３６ 電流検出回路
３８ 負荷回路
４０ 温度検知手段
４２ スイッチングトランジスタ
４４ 電流検出用抵抗
４６ 負荷抵抗
４８ 測定制御手段
５０ オペアンプ
５２ トランジスタスイッチ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リチウムイオン電池の様な複数回の充放電が可能な二次電池をケース内に備えた電池パックの残容量を検出可能とする電池容量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電池における残存容量の推定方法として、蓄電池に流れる電流値が所定値以下の時における電圧変化から充電率を測定するとともに、その充電率と電流積算値とから満充電容量を推定し、この推定された満充電容量と充電率とから残存容量が推定できることが示されている（特許第３１２６５９１号参照）。しかしながらこの推定方法は、電池の電流が微小の場合に測定した満充電容量に相当するものであるから、残量推定には不向きであり、特に電流を流した場合における誤差が大きいなど、不都合が大きい。
【０００３】
これに対し、二次電池における残り使用時間の推定精度の向上を狙ったものとして、特開平２−１７０３７２の「鉛蓄電池の残存容量検知方法」がある。これは、温度や放電電流が変化した場合の放電特性のデータを複数個もち、適時データを参照することにより、温度や電流が変化しても残りの放電可能な時間の正確さを維持しようとするものである。
【０００４】
【特許文献１】特許第３１２６５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電池パックの様に電池の構成が多種類にわたって変更使用される場合にあっては、用意しなければならないデータ量も莫大なものとなるとともに、微小な違いしか無い電池パックにあっても、仕様が違えばデータを全て入れ替える必要があるなど、コスト増大につながる。
【０００６】
本発明はかかる不都合に鑑みてなされたものであって、電池残量の検出用として備えるデータを、素電池に関するものと、素電池の組み合わせに関する電池パックそれ自身に関するものとに分離するとともに、両データから組電池に関する必要なデータが演算により算出される様に構成することにより、電池パックに関するデータを入れ替えるだけで、種々の仕様の電池パックに対応できる電池容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
更に、仮定的に決めた電流値から温度上昇を推測し、その温度上昇から二次電池の素子値の変化および電流の変化を導出するとともに、その導出した電流値で先に導出した電流値を補正する動作を繰り返すことにより、動作能力の劣るデータ処理手段を使用しても、少ない参照データを利用し、短時間で効率よく放電特性が推測できる電池容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
なお、以上および以下の説明において、「充電率」とは、二次電池を略完全に放電した状態から充電を続け、満充電状態になるまでに二次電池に入力される総容量を「１００」とした場合における二次電池に残存する容量の割合を「％」で表示したものをいう。
【０００９】
また「開放回路電圧（以下「ＯＣＶ」という。）」とは、二次電池が長時間にわたって放置されることにより安定した状態において、両極間を開放して測定した端子間電圧である。更に「開放回路電圧特性（以下、「ＯＣＶ特性」という。）」とは、容量表示をすべき二次電池について予め測定しておいた充電率とＯＣＶの関係を、テーブル、グラフあるいはデータベースの様なデータ処理しやすい形態の情報として保持しているものをいう。
【００１０】
更にまた、二次電池に対して充放電用の負荷が加わり、充放電電流が流れている状態における端子電圧を単に「電池電圧」と呼ぶことにする。また充放電時における充放電時間と電池電圧の関係を「電池電圧特性」と、放電時において、予め設定した一定電流で放電した場合における放電時間と電池電圧の関係を示す曲線を「放電特性」という。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電池容量検出装置１０は、図１にその基本的な構成を概略的に示すごとく、素電池を１乃至複数組み合わせて構成した二次電池１２と、その二次電池１２から電力が供給される電気機器１８に装着される電池パック１６の残容量を検出可能とするものである。
【００１２】
二次電池１２と電池容量検出装置１０の全体をケース内に一体に備えて電池パック１６を構成してもよいし、電池容量検出装置１０を構成する１チップマイコンの様なデータ処理手段の一部または全体を電気機器１８内に備え、残部を電池パック１６内に備えて分散させることも可能である。
【００１３】
電池容量検出装置１０は、二次電池１２の充放電に関するデータを利用し、マイコンの演算によって現在の電池の残容量を算出可能とするものである。
【００１４】
そして、二次電池１２の充放電に関するデータベース２を、素電池のデータベース６と、電池パック１６のデータベース４とに分離して備えるとともに、その素電池のデータベース６の一部或いは電池パック１６のデータベース４を電池パック１６の種類毎に或いは素電池の種類毎に入れ替え可能としている。
【００１５】
更に素電池のデータベース６には、素電池に関するデータを保持する一方、電池パック１６のデータベース４には、素電池の組み合わせ状態とケースへの収納状態を特定可能とするデータを保持し、両データベース４・６のデータを利用し、電池パック全体としてのデータを導出可能としたことを特徴とする。
【００１６】
素電池のデータベース６には、素電池における図４の様な等価回路を構成する各素子値に関するデータと、ＯＣＶ特性に関するデータとを含む。一方、電池パック１６のデータベース４には、素電池の組み合わせに関するデータと、素電池の容量変更に合わせてその素子値を修正するデータと、ケース内への素電池の収納状態に起因する発熱に関するデータと、電池パック１６の電子回路の抵抗値とを含む。
【００１７】
ＯＣＶに関するデータには、測定された値をデータベース化し、充電率の検出時に使用される第１の開放回路電圧特性と、第１の開放回路電圧特性と近似してデータベース化し、放電特性の算出時に利用される第２の開放回路電圧特性とを備える。第２の開放回路電圧特性は、実際の測定値からショルダー部分等の凹凸を除き、該凹凸部分を挟む測定値の軌跡が、略直線または直線に近似可能な曲線となるように補正されたものである。
【００１８】
電池容量検出装置１０は、素電池データベース６と電池パックデータベース４を利用して電池パック１６の放電特性を推定可能とする放電特性推定手段７と、二次電池１２の電圧値と充放電電流を検出して充放電量を検出可能とする充放電量検出手段８と、推定された放電特性と検出された充放電量とから電池残量を算出可能とする電池残量算出手段９とを備える。
【００１９】
前記した放電特性推定手段７は、二次電池１２を構成する抵抗成分に電流が流れることに起因する電池パック内部の温度上昇と、その温度上昇により変化した前記抵抗成分に基づく電流値とを順次に算出することにより、ＯＣＶと抵抗成分と電流値とから決まる放電特性を導出可能とする。
【００２０】
電池パック内部の温度上昇は、エントロピー変化による発熱を考慮して算出される。
【００２１】
放電特性推定手段７における放電特性の算出は、微小な充電率の変化毎に行われるものであって、充電率の変化前の第１の電流が持続すると仮定して算出した温度上昇から、充電率の変化後の第２の電流を算出し、更に第２の電流を利用して充電率変化後の電流値の補正を行うことを１回分の推定工程とし、該推定工程を繰り返すことができる。
【００２２】
前記した放電特性推定手段７において、推定において使用するデータとして電池パック１６が接続される電気機器１８の電源の効率を表すデータを使用し、電池出力に対しての効率を含めて放電特性を算出することも可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は上記の如く、電池残量の検出用として備えるデータを、素電池に関するものと、素電池の組み合わせに関する電池パックそれ自身に関するものとに分離するとともに、両データから組電池に関する必要なデータが演算により算出される様に構成することにより、電池パックに関するデータを入れ替えるだけで、種々の仕様の電池パックに対応できる。
【００２４】
充電率の検出時にあっては、データベース化した第１のＯＣＶ特性を利用する一方、放電特性の算出時には前記第１のＯＣＶ特性と近似してデータベース化した第２のＯＣＶ特性を利用するので、データベースのデータ量を必要最小限に抑制しながら、より正確な残量の推定動作が行える。
【００２５】
更に、仮定的に決めた電流値から温度上昇を推測し、その温度上昇から二次電池の素子値の変化および電流の変化を導出するとともに、その導出した電流値で先に導出した電流値を補正する動作を繰り返すことにより、動作能力の劣るデータ処理手段を使用しても、少ない参照データを利用し、短時間で効率よく放電特性が推測できる。
【００２６】
また、電池温度の推測時に、その温度上昇の大きさをエントロピー変化による発熱を考慮して算出することにより、温度変化特性が比較的正確に推測することができる。
【００２７】
また、電池容量検出装置を電池パック内に一体に備えた場合に、その検出装置を駆動する専用の電源を設けることにより、検出に伴う電池の消耗を考慮する必要がなく、電池残量の検出がより正確に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明にかかる電池容量検出装置１０につき、満充電時におけるＯＣＶが約４．２Ｖで、劣化のない状態における満充電容量が約１６００ｍＡｈのリチウムイオン電池の素電池およびその素電池を複数組み合わせた組電池としての電池パックを例にとって更に詳細に説明するが、他の種類の二次電池にあっても略同様に実施できることは勿論である。
【００２９】
本発明にあっては、電池容量の検出をすべき二次電池１２について、図２（ａ）に例示するＯＣＶ特性を予め測定しておく。そして、このＯＣＶ特性が二次電池１２の劣化や使用温度などに拘らず略一定に維持されることを利用し、図２（ｂ）の如く、二次電池１２の開放回路電圧ＶａあるいはＶｂを必要に応じて測定することにより、その測定時点における充電率ａあるいはｂを推測することを基本の構成とする。
【００３０】
なお、ＯＣＶの温度特性に関しては、温度特性の変化自体が小さいこと、また、二次電池の劣化によっても温度特性が略一定であるとの知見を種々劣化状態の電池における特性測定から得た。そのため、温度変化があっても、温度特性を加味したＯＣＶ特性から、充電率を推定できる。
【００３１】
更に、例えば充電開始直前の充電率がａ［％］で、充電終了直後の充電率がｂ［％］の場合、充電の終了直後の充電率ｂから充電開始直前ａの充電率を減算した「差充電率」は、充電中に二次電池に供給された充電電流を積分することにより得られる「充電量」だけ充電されたことにより生じるものである。
【００３２】
そのため、この充電量を差充電率で除算し更に１００倍することにより、満充電時における総容量（以下、「満充電容量」という。）が、充電を満充電状態まで継続することなく算出される。
【００３３】
したがって、従来行われていた、放電末期から満充電終了までの充電量、或いは満充電状態から放電末期までの放電量を計測することによる充電容量の測定の様な、いわゆる満充電学習を行う必要が無くなる。なお、満充電容量は放電中の積算容量と放電前後の充電率の変化でも算出できるが、一過による電流積算が行えるので、充電において満充電容量を推測する方が好ましい。
【００３４】
また満充電容量が得られれば、その満充電容量に測定時点の充電率を乗算することにより、「残容量」すなわち二次電池１２にどれくらいの容量が残っているかが、二次電池１２の劣化状態を考慮することなく算出される。
【００３５】
そこでまず、上記した充電率、満充電容量および残容量の検出動作に先立ち、上記したＯＣＶ特性を求めるため、容量検出をすべき二次電池１２について図３に例示する以下の方法で充放電を行わせる。
【００３６】
すなわち、電池の端子電圧が設定値以下に低下したことを確認することにより、電池の残容量がゼロないしはそれに近い状態になったと思われる時刻ｔ１から、周囲温度が常温（２５℃）の定常状態において、充電電流量を微小時間毎に連続的に積算することにより、充電量および電池電圧の変化を継続的に確認しながら充電を行う。
【００３７】
ここで充電開始直後においては、例えば１６００ｍＡの定電流源により定電流充電を行い、電池電圧が設定値に達した時刻ｔ２で４．２Ｖの定電圧充電に切り換えるという条件で充電を例えば３時間継続するものであって、充電開始から終了までの間に二次電池１２に供給された総充電量を、満充電容量の初期値として保存する。
【００３８】
ＯＣＶ特性については、例えば１０％の充電または放電が進む毎に充放電を停止し、その時点におけるＯＣＶを測定していくとともに、各測定点における充電率とＯＣＶとを一対として順次に保存することにより、図２（ａ）の様なグラフが求まる。
【００３９】
ところで、この種の二次電池１２の端子間に実際に現れる電圧は、充電時にあっては上記したＯＣＶよりも高く、放電時にあってはＯＣＶよりも低くなることが知られる。更にその電圧の値は時間的に一定ではなく、所定の時定数をもって減少又は増加する。
【００４０】
かかる現象は、図４に例示される二次電池１２についての等価回路により説明されるのが一般的である。すなわち等価回路を構成する各素子のうち、直列に介装される溶液抵抗Ｒはミリ秒のオーダーの早い応答特性を、電気２重層容量Ｃと並列に接続される電荷移動抵抗ｒは秒のオーダーの応答特性を有するため、高々１０秒程度の時間を待てば収束する。
【００４１】
それに対し、分極電圧Ｅｐについては、時間オーダーの応答特性を有し、その値が安定するまでに数時間から数日間を要するので、正確なＯＣＶを測定するためには少なくとも数時間、できれば８時間程度の休止期間が必要である。
【００４２】
しかしながら二次電池の実際の使用状況にあっては、充電終了直後に比較的長時間の休止期間が設けられることが多いのを除いて、それ以外の特に放電時には通電と休止とが頻繁に繰り返されることが一般的であり、８時間はおろか、数時間の休止期間を設けてＯＣＶを測定することさえも難しい。
【００４３】
ところで、図５に示すごとく、二次電池１２に対する通電を停止してからの時間ｔの逆数または時間ｔの平方根の逆数を横軸にとった場合、各測定時におけるＯＣＶを縦軸にプロットすると、その軌跡は略直線または直線に近似可能な曲線となる。そこで本実施例にあっては、所定の時間間隔で２点のＯＣＶを測定し、その２点間を図５で例示する如く直線で結んで延長することにより、収束時におけるＯＣＶを推測する様に構成している。
【００４４】
上記した二次電池に対する通電を終了してからの時間は、常温にあっては比較的安定した特性を示すため、３０分後および２時間後の２点を測定時点とすることが可能である。
【００４５】
しかしながら、より長時間経過する方が推定精度の向上が図れるため、充放電の終了後、例えば３０分と２時間の２点における電圧測定により第１回目の推定をし、更に４時間、８時間の様に休止状態が継続する場合は、その時点における測定電圧を利用して第２回目あるいは第３回目の推定を行い、推定値を更新させる様に構成している。
【００４６】
ところで、常温よりも高温の使用条件下でしかもその時点における充電率が高い場合、自己放電による電圧降下が他の条件下よりも大きいため、休止時間が長時間に亘ると、むしろ推定精度は低下する。そこでその場合にあっては、２時間の経過時点でＯＣＶの収束値の推定を終了し、その値を容量判定に使用することが好ましい。
【００４７】
逆に低温の使用条件下にあっては、休止期間中における自己放電量が少ない反面、電圧軌跡の変曲が常温時よりも増大し、ＯＣＶが安定するまでに長時間を要するため、２時間および８時間の２点で収束値の推定を行うことが好ましい。
【００４８】
なお、上記したＯＣＶの測定および収束値の推定のための時間間隔および測定回数は一例であって、適宜変更して実施できることは勿論である。例えば、休止期間が２４時間を超えて長期間連続する場合には、ＯＣＶは既に収束していると推測されるので、上記した推測処理をすることなしに測定した電圧値から直ちに充電率を求める一方、放置期間中における満充電容量の減少をデータベースを利用して補正することも可能である。その詳細については後記する。
【００４９】
一方、充放電の継続中は勿論、充放電が停止されてからＯＣＶの推定が可能な上記した最小の休止期間である２時間が経過する前に充電または放電が再開された場合にあっては、上記した方法によって推定ができないか、推定できたとしても得られたＯＣＶに含まれる誤差は大きい。
【００５０】
そこで本実施例にあっては、充放電中に二次電池１２に流れる電流値を積算することにより充電量を継続的に測定して行き、充放電開始前の充電率に、測定した充電量から換算される充電率の変化分を積算することにより、演算によって現在時点における充電率および残容量を算出できる様にしている。
【００５１】
以上の様にしてＯＣＶ特性を利用することにより、二次電池１２の劣化や使用状態の如何に拘らず、測定または推定時点における充電率と残容量とを比較的正確に検出できるが、この方法で検出した残容量は、二次電池１２に対して入力されたクーロン量が全て消費できると仮定した場合のものである。
【００５２】
すなわち、微小電流の場合の残容量等に相当し、負荷が接続された場合には、この方法で検出した残容量を全て放電できないので、負荷が接続された場合の残容量としては別途算出する必要がある。
【００５３】
しかし、理想的な条件での無負荷の満充電容量としては検出できたこととなり、この容量を電池の満充電容量の一つとして評価することが可能となる。本出願では、この観点を踏まえつつ、無負荷の場合の満充電容量と、負荷のある場合の残容量の区別を明確にして取り扱っている。
【００５４】
これは、以上のようにして検出された無負荷の場合の満充電容量を単に電池の満充電容量として取り扱い、この満充電容量をもとにした充電率で統一的に残量推定のデータベースを構築し、このデータベースを元に負荷がある場合の放電特性を算出し、この放電特性から残容量を推定することにより、正確な残容量の推定が可能な残量検出方法の構築が可能となっている。
【００５５】
そこで以下、放電特性がどの様に決まるか等の説明から始めて残量推定方法を説明する。
【００５６】
先ず現実の使用状況にあっては、図４に示す等価回路および図６に示す特性から判る通り、ＯＣＶ特性に従って電圧値が変化する理想電池Ｅから、放電時にあっては、二次電池１２の内部抵抗（抵抗成分）である溶液抵抗Ｒおよび電荷移動抵抗ｒに負荷電流Ｉを乗算して得られた電圧値および分極電圧Ｅｐが減算されて端子間に出力される。
【００５７】
更に、二次電池１２の溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒおよび分極電圧Ｅｐの素子値は、充放電を繰り返すなどして劣化が進むほど大きくなる結果、二次電池１２から取り出される電池電圧の値も低下する傾向にある。
【００５８】
一方、二次電池１２の放電特性は図６（ａ）に例示する如く、充電率の高い期間にあっては略直線を示しながら低下するが、ある電圧値Ｖｓを下回ると急激に電圧降下が激しくなる傾向を一般にもつ。
【００５９】
しかしながら、かかる電池電圧の変動領域内で電気機器１８を使用することは不適当であるし、それ以上放電が進むと過放電状態となって電池の劣化が急激に進む可能性も高い。
【００６０】
そこで通常は、その変動領域の中間に終止電圧Ｖｔを設定するとともに、その終止電圧Ｖｔで放電を強制的に停止する制御が行われることが多い。したがって、放電が開始されてから電池電圧が終止電圧Ｖｔに達するまでの、二次電池１２を負荷に接続した場合に実際に使用できる残り時間（以下、「残時間」という。）を正確に知ることが、二次電池１２を電気機器で使用する上で重要であり、更にその残時間は、電気機器の電源オン直後を始めとする任意の時期に的確に把握できることが好ましい。
【００６１】
ところでこの残時間は、負荷電流や周囲温度等の使用条件が一定の場合、予めその条件における放電特性を測定しておき、残時間の検出時における電池電圧を検出することによって判定することができる。
【００６２】
しかしながら、実際の放電時における電池電圧は、特に上記した分極電圧Ｅｐの存在に起因して、図６（ｂ）に例示する如く、時刻ｔ１１に通電を開始するとＯＣＶの値から徐々に低下し、時刻ｔ１２に理論上の放電特性と一致するものであり、単に二次電池１２の端子電圧を検出するだけでは残時間を求めることが難しい。
【００６３】
更に、二次電池１２の放電特性は、図７（ａ）の様に負荷電流を変化させた場合は勿論、図７（ｂ）の様に二次電池１２が劣化した場合や、図７（ｃ）の様に二次電池１２の周囲温度が増減しても大きく変化するため、全ての使用条件について放電特性を用意することは不可能に近い。
【００６４】
そこで本発明にあっては、二次電池１２の等価回路で示される各素子の素子値を以下に示す方法を利用して図９の様に個別に測定し、その値をデータベース化して記憶しておき、次回の放電時にその記憶値を利用して演算により放電特性を導出することによって、上記した残時間を推測できる様にしている。
【００６５】
ここで本実施例にあっては、図４に示す溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒとが、比較的過渡応答が速いが両者の応答速度に違いを有することを利用し、図８に示す過渡応答方式を使用して測定している。
【００６６】
すなわち、図８（ａ）に示す測定制御手段からの信号出力により、二次電池１２に図８（ｂ）の様なステップ形状の定電流からなる単位電流を負荷に加えると、図８（ｃ）の様に、応答速度の速い溶液抵抗Ｒによる電圧降下ＶＲが電流の立ち上がり時点で先ず検出される。
【００６７】
そのあと、所定の時定数τ（≒Ｃ・ｒ）で電荷移動抵抗ｒによる電圧降下分Ｖｒが発生し、例えば通電開始から１０秒程度の時間経過するとそれ以後の電圧値は略直線状となる。そこでその直線を充電開始時期にまで延長することにより、溶液抵抗Ｒによる電圧降下分ＶＲと電荷移動抵抗ｒによる電圧降下分Ｖｒとが分離して検出される。
【００６８】
かかる二次電池１２の内部抵抗である溶液抵抗Ｒおよび電荷移動抵抗ｒの測定は、上記したＯＣＶ特性の測定時と同時に行うと共に、例えば１０％毎の充電率と一対にしデータベース化して記憶することにより図９（ａ）および（ｂ）の様なグラフが得られるので、それを初期値として設定する。更に放電時の休止時期等の適宜時期にも測定し、その値を常温時に換算するなど正規化し、測定時点における充電率とともに記憶する。
【００６９】
一方、分極電圧Ｅｐについては、その値を直接的に求めることが難しい。しかしながら図６（ａ）に示すごとく、例えば放電時にあっては、ＯＣＶから電池電圧を減算した電圧値が、二次電池１２の内部抵抗と分極電圧Ｅｐによる電圧分に一致するが、内部抵抗による電圧降下分については上記した方法により直接的に検出できるからその値を減算することにより、各充電率における分極電圧Ｅｐの関係を示す図９（ｃ）の様なグラフが演算により算出できる。
【００７０】
ただ分極電圧Ｅｐは、分極の時定数が極めて長いために、電流条件の安定している図３に示す充電開始後であって、特に分極特性が落ち着く程度の時間、例えば３〜５分程度経過してからの電池電圧の変化により求めることが好ましい。
【００７１】
また、分極電圧Ｅｐは拡散によるイオンの移動状態に依存するので、時間の経過で評価するタイミングを決める方法以外にも、例えば、３％程度の充電率の変化が生じた場合に評価する方法もある。
【００７２】
しかし、電池の拡散速度等に依存するので、より正確には、劣化具合、電流、温度、充電率変化或いは時間変化量等で測定タイミングを変更するのが望ましい。その場合のタイミングを求める方法としては、放電電流等の種々の条件での放電開始後の電圧変化の挙動から分極がほぼ一定となる時間、及び充電率変化を検出することにより、放電条件対測定タイミングのデータを採取しておき、このデータベースから測定するタイミングを求めることにより、より正確に、かつ、短時間に分極電圧Ｅｐを評価することができる。
【００７３】
あるいはまた、電流によらず、一定の充電率変化により略相似な分極電圧Ｅｐの変化特性を示す部分があるので、一定の充電率変化が生じた場合の電圧の変化により求めることも可能である。
【００７４】
ここで充電中におけるＯＣＶは、充電前の最後の放電終了時に測定した値に、電流値を積分して求められる充電量から換算される充電率に対応するＯＣＶの推定値を加算することにより算出できる。
【００７５】
また溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒの値は、基本的には上記した方法により行う。しかし、前記したＯＣＶの算出時にタイミングをあわせて充電をオフして充電電流をゼロにした条件下で直流抵抗分を測定するか、あるいは充電中における定抵抗負荷の切り換えによる過渡応答を利用して測定することができる。
【００７６】
なお、充電開始時における充電率が小さい場合には、充電が進行して充電率が増加するのに伴ってＯＣＶも急速に変化して誤差も大きい。そこで、所定の充電率を超えるまでは、通常より小さい電流によって一定時間充電し、その間の電池電圧の変化を利用することによって、充電開始付近の分極電圧Ｅｐをより詳細に推定することができる。
【００７７】
ここで、図３の時刻ｔ２において充電を定電流充電から定電圧充電に充電方法を切り換えて充電を行う場合、定電流充電の期間内においては電池電圧の変化を直接的に測定して分極電圧Ｅｐの推定に利用する。しかし定電圧充電の領域に入ると、充電電流の変化を測定し、その電流変化を電圧変化に換算して評価することにより、分極電圧Ｅｐの推定に利用する。
【００７８】
以上の様にして、二次電池１２の等価回路を構成する溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒおよび分極電圧Ｅｐの値が、図９の様に、充電率の変化に対応させて求めることができるので、これらの値を二次電池１２の特性を示す素子値の初期値とし、データベース化して記憶しておく。
【００７９】
以上、簡便に、電池単独で或いは充放電を利用して測定する方法を述べたが、この他にも連続的に特性取得方法があることは言うまでもない。その一例としては、負荷電流を連続的にパルス状に変化させてその応答から求めることも可能である。
【００８０】
この場合、負荷を断続的に例えば１０秒間隔で切り替え、一定の放電用負荷電流に２０秒周期の矩形波パルスの負荷電流が重畳した測定用負荷電流を流せば、図８（ｃ）のような矩形波の応答波形が連続して得られることになる。この波形の上下の最外部を通る２本の包絡線の差が溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒの電圧降下の和になるので、別途溶液抵抗Ｒを求めれば、１０秒ごとに連続的に電荷移動抵抗ｒの大きさが求まる。
【００８１】
溶液抵抗Ｒは充電率依存性がほとんど無いため、別途測定した値を使用してもよいし、負荷電流にマイクロ秒オーダーの短い矩形波パルス電流を流し、その応答から求めてもよい。もちろん、１０秒間隔の矩形波パルスが変化する瞬間の電圧、電流変化から求めてもよいことは言うまでもないが、ここでは、専用の測定パルスで測定するとして例を挙げている。
【００８２】
また、この２つの包絡線の差が矩形波パルス電流に対する電荷移動抵抗ｒと溶液抵抗Ｒとによる電圧降下分であるので、測定中の平均負荷電流だけ矩形波パルス電流が増加したとして包絡線の差を増加させれば、それが平均電流による電荷移動抵抗ｒと溶液抵抗Ｒの電圧降下分に相当する。従って、ＯＣＶ特性からこの判明した電圧降下分を差し引いた特性曲線と、放電特性曲線との間の部分が分極による電圧降下分として評価できるので、簡便にデータベースを生成できる。
【００８３】
一方、二次電池１２における各素子値の温度依存性については、図１０の様に、横軸を絶対温度の逆数に、縦軸を抵抗値の対数で目盛ると、例えば略直線などの所定の形状に近似できる。そこで、上記した各素子値についての温度特性を予め測定し、保存をしておく。
【００８４】
そして二次電池１２の実際の使用時にあっては、放電の開始時点における二次電池１２の周囲温度から素子値の温度補正を、負荷電流の値から素子値に起因する降下電圧値に対する電流補正をすることにより、二次電池１２の使用条件下における放電特性が算出される。
【００８５】
一方、充電率は常時に積算されて把握されているので、その時点における充電率と算出された放電特性とから、放電開始直後の放電電流、或いは後ほど詳細に説明する放電電力が変化せずに持続するという条件で、残時間が推測されるのである。
【００８６】
更に、放電特性において、現在の充電率からの終止の充電率までの間で区切られる、放電特性の曲線と出力電圧ゼロとの間の面積、すなわち、放電特性曲線の下部の面積（図６（ｂ）における斜線部分）は、電池から出力される電力に相当している。したがって、この特性から電池の残電力の推定が可能となる。
【００８７】
そのためには、先ず、この下部の面積を放電特性下面積として求める。次に、現在から終止までの放電電荷量を、現在の充電率と終止の充電率との差を満充電容量に乗算することにより求める。その後、これらの放電特性下面積と放電電荷量とを乗算することにより、残電力を推定する。この様にして求められた残電力は、放電特性を忠実に再現しており、精度の高い残電力推定方法となる。
【００８８】
また、温度特性により放電特性を修正する必要があるが、実際には、放電中の電池の内部抵抗損により温度が上昇する。これは、電池パック、周囲条件によりほぼ決まるので、一定電流で放電させた場合の温度特性変化を充電率と共にデータベースに記憶しておき、あるいは、温度抵抗、熱容量から推定し充電率と共に算出しておき、各充電率における放電特性の温度依存性の推定を更に向上させることによって、精度の高い残時間推定や残電力推定が可能となる。
【００８９】
次に以下においては、上記した分極による電圧降下分である分極電圧Ｅｐの評価方法として、電圧での評価の代わりに抵抗値として評価することにより、温度依存性要素も、データベースに全面的に依存せず、演算によって算出可能とする例を示す。分極電圧Ｅｐは拡散により生じるので、その電圧には電流依存性がある。従って、電流依存性を分極による電圧降下を生じさせる抵抗分として拡散抵抗Ｚｗを想定し、これを用いて残量推定を行うのである。
【００９０】
ここでは、電池の内部等価回路のワーブルグインピーダンスＺｗに電流が流れる場合にも抵抗成分として作用するとして、拡散抵抗Ｚｗを定義して使用する。この抵抗値は、溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒ以外の電圧降下を引き起こす成分をまとめて示すものとする。
【００９１】
なお、拡散による電圧降下は電流依存性があるので、拡散抵抗Ｚｗは一定の抵抗成分として表わせないことが多い。そのような場合には、電流依存性を配慮した拡散抵抗Ｚｗのデータベースを予め測定により構築し、その後、適時、前述のように分極電圧Ｅｐを測定できるので、同時に測定した電流と共に拡散抵抗Ｚｗを算出して修正することにより、電流依存性を付加した拡散抵抗Ｚｗとして残量推定に使用する。その他、拡散抵抗Ｚｗを使用せず、分極電圧Ｅｐのままデータベース化し、その値を演算時に使用できることは勿論である。
【００９２】
次に図１１に、上記した拡散抵抗Ｚｗを使用し、温度依存性を考慮した放電特性を求めるための等価回路モデルおよびその周辺を含めた容量推定回路の回路構成の一例を示す。以下、このモデル例に従って、一定電力で放電させた場合の放電特性の推定方法、及び、それから求まる残電力量推定値を求める方法を示し、このモデルを残量推定に使用した場合の容量計としての残量推定処理の一例を説明する。
【００９３】
この例にあっても、電池の等価回路は図４に示したものと同様であるが、温度依存性を示すために、亀山他が２００１年電池討論会において提案した「小型リチウムイオン二次電池の発熱解析」におけるエントロピーを配慮した熱収支式から、マイコンの放電特性シミュレーションに適した熱変化算出式を求め、温度推定に使用している。
【００９４】
ここで前記したエントロピーを配慮（考慮）した電池発熱モデルは、過電圧による発熱をＱｐ、エントロピー変化による発熱をＱｓ、電池周囲への発熱をＱｂ、ＯＣＶの温度変化をｄＶｏ／ｄＴ、電池温度をＴｃ、周囲温度をＴｒ、電池の熱容量をＣｃ、放電電流をＩ、定電流放電のＶ−Ｉ特性からの過電圧抵抗をＲη、ファラデー定数をＦ、電池表面面積をＡ、熱伝達係数をｈとした場合、Ｑｐ＝Ｉ2 ・Ｒη、Ｑｓ＝−Ｔｃ・ΔＳ・（Ｉ／Ｆ）＝−Ｔｃ（ｄＶｏ／ｄＴ）・Ｉ、Ｑｂ＝−Ａ・ｈ・（Ｔｃ−Ｔｒ）であり、熱収支式は、Ｃｃ・（ｄＴｃ／ｄｔ）＝Ｑｐ＋Ｑｓ＋Ｑｂになると指摘されている。
【００９５】
かかる熱収支式から、微小時間Δｔにおいて電池温度がΔＴｃだけ上昇したとすると、Ｃｃ・ΔＴｃ／Δｔ＝Ｑｐ＋Ｑｓ＋Ｑｂと表わすことができ、これより、ΔＴｃ＝Δｔ・（Ｑｐ＋Ｑｓ＋Ｑｂ）／Ｃが求まる。
【００９６】
したがって、各項目のＴｃ、Ｉ、ｄＶｏ／ｄＴ、ＲηからＱｐ、Ｑｓ、Ｑｂを求めることにより、ΔＴｃが求まり、更に推定温度は、Σ（ΔＴｃ）＋開始温度となるので、ΔＴｃの積算値で温度変化値を求め、開始温度との積算で温度が推定される。
【００９７】
更に温度等により電池の素子値が変化し、更に素子値の変化により温度等が変化するが、その場合の電流値は次の条件により求まる。この条件を満足する放電特性が、求める放電特性である。
【００９８】
先ず電池の素子値である溶液抵抗Ｒおよび電荷移動抵抗ｒと拡散抵抗Ｚｗの値は、温度Ｔ・充電率Ｑおよび電流Ｉをパラメータとして測定されて予めデータベース化されているので、ある時点における温度Ｔと充電率Ｑおよび電流Ｉが判れば導出できる。
【００９９】
また負荷の使用電力Ｗが一定であれば、Ｗ＝Ｉ×（開放回路電圧−（Ｒ＋ｒ＋Ｚｗ）×Ｉ）の関係が成立するので、放電開始時におけるＯＣＶ、素子値および使用電力Ｗが判ると、電流値Ｉは演算により算出される。
【０１００】
更に、充電率Ｑが微小量ΔＱだけ変化するのに要する変化時間Δｔは、「ΔＱ×満充電量／平均電流」で求められる。
【０１０１】
ところで、上記した関係式を連立して解くことにより、放電特性を直接的に演算によって算出することも不可能ではない。例えば、１次の連立多項式に展開して解く方法等が考えられる。
【０１０２】
しかし、通常、残量推定等を行う容量計は低コスト化を狙うため、演算パワーの小さいワンチップマイコン等を使用して容量推定するのが主流である。従って、一度の計算量が多くない、メモリの消費が少ない等の条件が必要と考えられる。
【０１０３】
そのため、本実施例にあっては、算出の開始ポイントと次ポイントの値の差が少ないものとして次ポイントの値を算出し、更にその算出結果を使用して次ポイントを再算出することにより精度向上を図りながら、データベースの利用を最小限に抑制して、放電特性を示す曲線を推定可能とする算出方法の一例を使用する。
【０１０４】
すなわち、開始ポイントである第１のポイントとそのポイントから少し充電率が変化した場合の第２のポイントを上記した関係式を用いて求めることを繰り返すことにより、放電特性と温度特性とを求めるのである。ここでの算出のポイントは、先ず、取りあえずは決まる値を元に他の部分を修正して放電特性をシミュレートすることにある。
【０１０５】
更に、上記した素電池についてのデータベースと、熱抵抗に類するケースや電池構成の様な電池パックとしてのデータベースを個別に備えることにより、劣化、温度等に配慮した放電特性推定による残量推定が、更に小さなデータベースを利用して可能となる。
【０１０６】
すなわち、データベースにより種々の電池パックに対応した容量計を構成する場合、目的の電池パックに対応した、素電池のデータベースと電池パックに関するデータベースを組み込むことにより対応する。
【０１０７】
ここで、データベースの大きさを比較すると、素電池に関するデータベースは、通常、電流依存性等の詳細を必要とするので、データベースの大きさは増大する。それに対し、電池パックに関するデータベースは、通常は、電池パックの素電池の接続構成、例えば「２Ｓ３Ｐ」（３つの素電池の並列接続を２つ直列に接続した構成であり、Ｓはシリーズ、Ｐはパラレルの意で使用）の種別や、電池パックのケース等で決まる熱抵抗や熱容量、他程度の値しか含まないので、データベースは増大しない。
【０１０８】
そのため、電池パックに関するデータベースをマイコンのデータ読み取り元であるＥＥＰＲＯＭ等のメモリに入れ、電池パックの構成を変更する毎にその電池パックに関するデータのみを更新可能とすることにより、マイコン自体の変更をすることなく、種々の電池パックに対応した容量計を構成することができるのである。
【０１０９】
もちろん前述したように、素電池のデータベースを修正する値をＥＥＰＲＯＭ等に入れておき、素電池の変更にも対応することにより、更に種々の電池パックに対応した容量形を構成できるのである。
【０１１０】
なお、上記した実施例にあっては、電池温度はエントロピーを配慮して求めるとしているが、放電率対温度特性をもとに、温度上昇特性を放電特性算出に取り込んでもよいことは言うまでもない。
【０１１１】
更に、放電電力をパラメータとし、充電率を横軸に放電終止の最高温度を正規化すると、温度特性は略一定のパターンとなる。従って、データベースの大きさをそれほど増大することなく、放電特性が推定可能である。
【０１１２】
また、一定電力で電池パックを使用した場合を想定して放電特性を推定するものとしたが、元となる使用電力値は、元々は、電池パックを装着している親機である電気機器１８から通知され、それに基づいて電池のデータベースから容量計が算出するものであるが、実際の使用電力と異なる場合がある。そのため、実使用電力と通知電力が一定以上乖離した場合、実使用電力により残電力を推定することが望ましい。その場合、親機の方にその旨を通知することもまた望ましい。
【０１１３】
以上、算出条件や算出方法、および、低コスト化等の方法例を示したが、図１２に、放電特性、及び、温度特性のカーブ例と、その特性が決定される条件を模式的に示し、以下に説明する放電特性算出処理方法の算出のポイントを更に具体的に示す。
【０１１４】
算出のポイントとして、前述したように第１のポイントを求めてから、条件が大きく変動しないとの条件で、充電率が変化した第２のポイントを求める。
【０１１５】
今、第１のポイントが放電開始のポイントとすれば、温度としてはほぼ周囲温度Ｔｒが測定され、この場合の温度を電池温度Ｔｃとして以下使用する。
【０１１６】
また、第１のポイントの出力電圧は、電池パックの内部抵抗と電流とによる電圧降下分Ｖ１と、親機として備えた電気機器１８の負荷による電圧降下分Ｖ２との和がＯＣＶとなる。
【０１１７】
次に、ある充電率ΔＱだけ変化した場合の第２のポイントでは、第１のポイントの電流が流れたとすると第２のポイントまでの時間Δｔが判明するため、温度上昇分ΔＴｃが算出されて第２のポイントの電池温度Ｔｃが算出される。また、電池温度Ｔｃと電流Ｉが分かるので内部抵抗等が求まり、第２のポイントの電圧電流が求まる。
【０１１８】
しかしこのままでは、第２のポイントの計算結果が第２のポイントに反映されないので、さらに第２のポイントの計算結果を入れ、再度第２のポイントの放電特性および温度特性の値を算出する。このようにすることによりシミュレートの精度を向上させている。
【０１１９】
次に、以上のように第２ポイントが求まったら、これを新たな第１のポイントとし、前述の第１ポイントから第２ポイントを求めたのと同様に、新たな第２ポイントの状態を算出する。これを続行することにより、放電特性と温度特性のカーブを求めることが出来る。最終的には、放電電圧が予め決めた放電終止電圧Ｖｔ以下になるまで続行することにより、全体の放電特性が求められる。
【０１２０】
なお、内部抵抗として電池内部の電荷移動抵抗ｒ等を元に説明していたが、電池パックとしては、内部配線抵抗等があるのでそれを含めて抵抗分の電圧降下とする必要がある。さらには、電池パック構成のデータベースを元に抵抗分を求める必要がある。
【０１２１】
例えば、２Ｓ１Ｐの場合、電池内部抵抗は素電池一本分の２倍の抵抗となり、また、ＯＣＶ特性としては２倍の値となるので、電池パック構成により適時変更して算出する必要があることは言うまでも無い。さらには、２Ｓ３Ｐの場合は、抵抗分としては素電池２×１／３＝２／３本分となり、ＯＣＶ特性としては素電池２本分となる。
【０１２２】
従って、電池パックのデータベースとして、回路抵抗ｒｃを測定しておき、それと素電池の接続構成から求まる電池内部抵抗分とを加算したものを抵抗分とし、ＯＣＶ特性としては直列接続の電池分とすればよい。そして、この変換式自体は素電池の組み合わせデータを元に簡単に処理できるので、予めマイコンのソフト内に組み入れておけばどのような電池パックにも対応できる。
【０１２３】
このような場合の構成方法の例を図１に示しておく。同図では、素電池のデータベース６と電池パックのデータベース４を有し、電池パックのデータベース等をＥＥＰＲＯＭの様な書き換え可能なメモリに収納することにより電池パックの仕様変更に柔軟に対応できる。
【０１２４】
次に、図１３〜図１５に放電特性を求める処理方法を表す流れ図を示し、図１２を用いて更に具体的に以下説明する。図１３は放電中における全体の流れを示す流れ図、図１４は図１３中における第１のステップＡを求める流れ図、図１５は図１３中における第２のステップＢを求める流れ図である。
【０１２５】
図１３で放電を開始すると、先ず、放電開始時点における充電率Ｑ１と、電気機器１８から通知される使用電力Ｗが検出され、更に充電率Ｑ１の値とデータベース中のデータからその充電率Ｑ１に対応するＯＶＣが導出されたあと、第１ポイントにおける電流値の算出工程に入る。
【０１２６】
図１４で示す第１ポイントの演算工程は、放電開始でどのような素子値や電流値になるか不明の場合の算出方法を示しており、先ずは、充電率からＯＣＶを求め、それが直接電流を決めるとして、以下の条件設定を行う。
【０１２７】
すなわち、放電を開始すると、使用電力ＷおよびＯＣＶの値のみから決まる暫定的な第１の電流が、「Ｗ／ＯＣＶ」により算出される。また、放電開始時における電池温度Ｔｃは周囲温度Ｔｒに略等しいと仮定し、第１の電流とＱ１の値から、推定用のデータベースを利用して第１の素子値を導出する。
【０１２８】
ここで、電流Ｉが決まるとデータベースから素子値が導出され、素子値が決まると、Ｗ＝Ｉ×（ＯＣＶ−Ｉ×素子値）の関係から電流が算出される関係があるので、素子値の導出と、導出された素子値を用いた電流の算出とを複数回（本実施例では２回）繰り返し行って電流の補正を行うことにより、第１ポイントにおける電流Ｉ１が推定される。
【０１２９】
上記の様にして、放電開始時点である第１のポイントにおける電流値（第１の電流）Ｉ１が推定されると、図１５に入り、一定充電率ΔＱだけ充電率が減少した第２ポイントにおける電流値（第２の電流）Ｉ２の推定工程が実行される。
【０１３０】
ここで、第２ポイントではまだ電流等が不明であるため、先ずは第１ポイントの電流Ｉ１が継続（持続）すると仮定して、到達時間及び温度を求める。なお、充電率Ｑが微小量ΔＱだけ変化するのに要する到達時間Δｔは「ΔＱ×満充電量／Ｉ１」であるから、ΔＱの充電率変化で上昇する温度変化量ΔＴｃはΔｔ・（Ｑｐ＋Ｑｓ＋Ｑｂ）／Ｃとなり、これによって第２ポイントでの電池温度Ｔｃが求まる。
【０１３１】
更に、電池温度Ｔｃが判明するとデータベースから素子値が導出され、その導出された素子値を利用して電流を再計算することにより、より正確な第２ポイントの電流Ｉ２’が算出される。
【０１３２】
第１ポイントの電流Ｉ１と第２ポイントの電流Ｉ２’が求まると、第２ポイントまではその平均の電流「（Ｉ１＋Ｉ２’）／２」が流れると仮定して、その平均電流から第２ポイントの到達時間と到達温度を再計算する。
【０１３３】
更に、この再計算から算出された温度を使用して第２ポイントの電流Ｉ２を求めることにより、第２ポイントの状態を算出したとして第２ポイントの演算を終了する。すなわち、１回目の計算では、第１ポイントの電流が第２ポイントまで持続するものと仮定して第２ポイントの電流を算出し、２回目の計算では第１ポイントと算出された第２ポイントの平均電流が持続するものと仮定して第２ポイントにおける電流値の補正を行っている。
【０１３４】
以下、この第２ポイントの電流Ｉ２を第１ポイントの電流Ｉ１に置き換えてさらに次のポイントの電流を算出していく。これを、出力電圧が終止電圧Ｖｔ以下になるまで続行し、全体の放電特性を求めるのである。
【０１３５】
ここで、上記した説明において電流のみをあげてきたが、電流が求まると電圧が直ちに求まるため、その説明を省略している。
【０１３６】
以上、算出方法の一例を示したが、第２ステップで最終的に求まった電流を再度平均電流に戻して演算をすることにより精度を向上させる等も可能であることは言うまでも無い。
【０１３７】
また、電池パックに関するデータベース等によりＯＣＶや抵抗を電池接続状態により変更することや、回路の配線抵抗等を含めて抵抗を求めることは勿論であるが、さらにＡＶ機器等の負荷となる親機の挙動を含めて算出し、放電特性精度を向上させることもできる。
【０１３８】
それは、残量推定精度向上のためには、親機として備えた電気機器１８の電源の効率も重要な要素となってくることである。例えば、親機の電源の構成がＤＤコンバータの場合、入力電圧によりＤＤコンバータの変換効率が異なってくるので、残電力算出の場合にＤＤコンバータの変換効率を加味して残電力算出を行えばさらに残時間推定精度が向上する。すなわち、放電特性算出の場合の使用電力として変換効率を含めた使用電力を求めて、これを放電特性算出に使用する。
【０１３９】
通常、ＤＤコンバータの入力電圧に依存するので、電圧対変換効率のデータベースを設けて、残電力推定の際に、目標使用電力に変換効率を加味し、目標使用電力の大きさを変更して放電特性曲線を推定する。
【０１４０】
この場合、電源の変換効率は、親機から容量推定処理にデータベースとして渡すのが望ましく、データベース自体としては、電圧とその場合の変換効率とのペアのデータを、使用電圧範囲内で数ポイント分備えることが望ましい。データベースとしては、例えば、電池パックと親機の場合では、バッテリの使用開始前に通信で渡してもよい。このような場合は、通信の仕様を決めておけば容易に実現出来ることは言うまでも無いが、残量推定の前までにこれらの変換効率のデータを用意しておく必要があることは言うまでも無い。従って、電池パックとペアで使用する場合、予め、電池パック内の容量計のＥＥＰＲＯＭ等に書き込んでおいてもよい。または、電池パックのＥＥＰＲＯＭに親機が自らデータベースを書き込んでも良い。
【０１４１】
なお、さらに演算を繰り返すことによりシミュレーションの精度を向上させることが可能かと思われるが、演算量、演算時間、演算パワーと算出結果の精度から決める必要がある。実際の電池データからの演算結果は図１４および図１５に示す本方法でも十分な精度を有することを確認している。
【０１４２】
また、電池パックのデータベース４として電池構成や内部抵抗等を含める必要があるが、さらに、素電池自体の変更に対する対応も可能なように構成できる。それは、素電池の放電特性曲線自体、電極材料にほぼ依存するので、電池の大きさを変更しても、ＯＣＶ等はほぼ同じであり、電極面積等が変化することによる電荷移動抵抗ｒ等の値の変化が生じる程度であり、挙動は類似している。その為、素電池のデータベース６において、各素子値を修正するデータをＥＥＰＲＯＭ等に記録させ、素電池の変化に対しても対応するように構成できる。
【０１４３】
従って、このようなデータベースを有することにより、電池パックの構成や素電池それ自体の変更に対しても柔軟に対応可能な残量推定方法や装置が構築できる。このデータを図１に示す構成の例えばＥＥＰＲＯＭ等で構成される電池パックのデータベース４に含めておけばよいことは言うまでも無い。
【０１４４】
なお、放電特性推定においては、周囲温度Ｔｒからの上昇により電池温度Ｔｃを推定し放電特性推定の精度を向上させるが、この場合、周囲温度Ｔｒとしては、放電が停止されて長時間経過したあとの温度であると推定される放電開始前の電池温度Ｔｃを周囲温度Ｔｒとして求めておき、その後の温度上昇を推定する。
【０１４５】
しかしながら、周囲温度Ｔｒは一定の条件で使用されることは稀であり、その周囲温度Ｔｒが変化した場合には、上記の方法を利用して推定した電池温度と実測した電池温度との間に誤差が発生する。そこで現在の電池温度Ｔｃの実測値と推定値の差から、逆に周囲温度Ｔｒの変化を推定することができる。そして、周囲温度Ｔｒの変化が推定されると、その変化した周囲温度を利用して放電特性の推定に利用することにより、周囲温度変化に対応した残量推定が可能となる。
【０１４６】
具体的には、推定開始条件下で放電特性算出を開始し、開始時点と現在との２点における電池温度Ｔｃと充電率を測定する一方、放電の開始時点において推定した現在の充電率での電池温度Ｔｃを演算により推定する。そして、測定した電池温度と推定した電池温度との差が設定値を超えて大なら、周囲温度Ｔｒが変化したものと推定し、周囲温度Ｔｒを以下の推定値に修正するのである。
【０１４７】
ここで、周囲温度の推定値を算出する式の例を示す。これは、放電開始から求めた現在の推定の電池温度（修正前の現在の電池温度推定値）と、現在の実測の電池温度（現在の電池温度）の差（修正前の電池温度誤差）が、元々測定して退避しておいた修正前の周囲温度（修正前の周囲温度）と、現在の実際の周囲温度（周囲温度推定値）との差に対応しているとして、修正前の周囲温度に修正前の電温度誤差を加算して、先ずは修正したと想定した周囲温度（修正後の周囲温度）を求めおく。次に、この修正後の周囲温度を元に再度現在の電池温度を推定（修正後の現在の電池温度推定値）を求め、これらの値から最終的な周囲温度を算出する。最終的な周囲温度は、（修正後の周囲温度−修正前の周囲温度）・（現在の電池温度−修正前の現在の電池温度推定値）／（修正後の現在の電池温度推定値−修正前の現在の電池温度推定値）＋修正前の周囲温度から求めることができる。
【０１４８】
なお、データベース構築にあたり、図８に示すようなステップ応答や、図１９に示すような周波数応答で、電池内部の抵抗成分の値を測定することを説明したが、これに限るものではないことは言うまでも無い。
【０１４９】
例えば、Ａ／Ｄ変換機の電圧検出精度が低い場合、Ａ／Ｄ変換値を多数回測定し、その平均値を取ることにより高精度の電圧測定を行い素子値の検出精度を向上させることが可能である。
【０１５０】
この場合、電荷移動抵抗ｒの応答が速いので、図８のステップ応答を行う回路において、短いパルス、たとえば、μ秒オーダーの矩形波を出力させ、この応答波形のオン状態とオフ状態の電圧を多数回サンプリングして測定の分解能を向上させて素子値の検出精度を向上させても良い。
【０１５１】
さらに、電荷移動抵抗ｒでは電圧変化が緩慢なため、通電前の電圧測定と通電中の電圧測定回数を増加させ測定の分解能を向上させることもできる。この方法は、Ａ／Ｄ変換精度の低いマイコン等において有効であることは言うまでも無い。
【０１５２】
さらには、実際のＡＶ機器の使用に際しては、ステップ応答的な変化をすることがあり、この場合の応答から素子値を求めることも可能である。また、このように電流が変化する場合に、電流と電圧変化とその場合の時間経過から内部抵抗を求めることも可能である。
【０１５３】
この場合、一定時間、例えば１０秒間の前後の電圧電流変化から、１０秒の応答に対する抵抗成分を求めこれを電荷移動抵抗ｒとして求めるものであり、さらに、多数の時間応答に対する抵抗成分を求めることにより、応答時間が短い場合の抵抗成分は溶液抵抗Ｒとして評価するものである。これは、抵抗成分の周波数分析に対応しており、演算パワー等に余裕がある場合には有効な手段となることはいうまでもない。
【０１５４】
以上、電池残量の推定方法について記載したが、その残量推定における推定値全体の修正も可能であるので、以下、その詳細な説明をする。
【０１５５】
二次電池１２の放電が経過するにつれて、推定の残電力量と実測の電力量（電力積算値）が変化していくが、放電中の２つのポイントに着目し、２つのポイントでの推定の残電力量の変化分と、実測の残電力量との変化分とを求める。この場合、双方の変化分が等しければ、放電途中がどうあれ、推定していた値の変化と、その間の実測値変化とがよく一致していることとなり、推定値と実測値がよく一致していた一つの証明と考えられる。
【０１５６】
この２つが異なっていた場合、推定値と実測値が異なることとなり、推定値の この２つが異なっていた場合、推定値と実測値が異なることとなり、推定値の精度が低いこととなる。そこで、係数Ｋとして、前回の実測値の差分＝Ｋ×前回の推定値の差分、となる関係式を定義すると、推定値が正しい場合には、Ｋ＝１となる。ただし、実際にはＫ＝前回の実測値の差分／前回の推定値の差分≒１である。
【０１５７】
従って、残量推定アルゴリズムの変更がなく、同様に推定を繰り返すとすると、「今回の実測値の差分＝Ｋ×今回の推定値の差分」となることが予想される。すなわち、今回の放電で得られるであろう、今回の実測値の差分と今回の推定値の差分は一致しないと予想される。
【０１５８】
そこで、「今回の実測値の差分＝修正した今回の推定値の差分＝Ｋ×今回の推定値の差分＝（前回の実測値の差分／前回の推定値の差分）×今回の推定値の差分」として、推定値の差分を修正することが可能である。
【０１５９】
従って、今、差分として、満充電から放電終止までとすると、「修正した今回の推定値＝（前回の実測値の差分／前回の推定値の差分）×今回の推定値」が、期待でき、推定精度が向上することとなる。
【０１６０】
実際には、第１ポイントを放電開始のポイントとし、その場合の推定値及び電力積算値を記録し、第２ポイントを放電終了のポイントとし、その場合の推定値及び電力積算値を記録し、このように得られた４つのデータから、係数Ｋを算出し、次回の残量推定値を修正することによって、より正しい残量推定値が学習効果として得られる。
【０１６１】
なお、これは、放電条件が同一とした場合によい結果を期待できる。そのため、放電条件が前回と異なっている場合、係数を１に近づける等の対策を施すことにより、さまざまな場合で残量推定精度が高い残量検出方法が得られることとなることは言うまでもない。
【実施例】
【０１６２】
以下、図１６に示す例に基づき、上記した電池容量検出方法を利用して回路構成した電池容量検出装置１０と、二次電池１２と、電池保護部１４とをケース内に一体に収納した電池パック１６の構成を説明する。なお、二次電池１２の特性および電池容量検出装置１０における検出方法は上記したものと略同一なので、以下においてはその詳細な説明を省略する。
【０１６３】
また電池パック１６は、ＡＶ機器やパソコン装置あるいは携帯電話などの各種電気機器１８に装着され、双方向通信が可能な電気機器１８側の通信回路２０に向けて電池パック１６から検出データを送ることにより、電気機器１８内のディスプレイを利用して電池容量の表示動作を行わせるものを示すが、電池パック１６のケース上に表示手段を一体に備え、電池パック１６が単独で電池容量の検出動作に加えて表示動作をするものも可能である。逆に、電池容量検出装置１０で行っている制御動作の一部を、電気機器１８側で行わせることもできる。
【０１６４】
電池パック１６内に収納される二次電池１２は、複数個の素電池を直列あるいは並列に接続することにより、電池パックとして要求される容量および出力電圧が達成される様に構成している。
【０１６５】
更に、素電池における素子値やＯＣＶ特性等のデータベース６に加えて、素電池の構成あるいは温度パラメータ等のパック状態の違いが判別できる電池パックデータベース４を個別に備えている。
【０１６６】
ここで電池保護部１４は、２つのＦＥＴ２２・２２からなるスイッチング部２４と、保護回路２６とから構成され、スイッチング部２４を二次電池１２から電気機器１８に向かう通電回路中に直列に介装して使用する、従来と略同様な構成のものである。
【０１６７】
すなわち、保護回路２６は例えばオペアンプ或いはコンパレータからなる比較器と基準電圧とを備え、コンピュータソフトウェアを使用することなくハードウェアだけで動作可能とすることにより、誤動作の発生をできるだけ抑制して安全性を高めている。
【０１６８】
そして、二次電池１２の電池電圧とスイッチング部２４に流れる負荷電流の大きさを常時にチェックしておき、負荷電流の大きさが設定値を超えて上昇したことや電池電圧が設定値を超えて下降したことが検出されると、スイッチング部２４に信号を送って負荷に対する通電を強制的に停止して二次電池１２が破損するのを未然に防止することを基本構成とするが、本実施例にあっては更に、電池容量検出装置１０に向けて制御状態に対応した信号を送り、異常状態になったことを知らせることを可能としている。
【０１６９】
電池容量検出装置１０は、主としてアナログ値の信号処理を行う外部回路群２８と、１チップマイコンがその制御の中心として使用されてデジタル値の信号処理を行う制御部３０とから構成される。そして、外部回路群２８から出力される各種の測定値が制御部３０に送られ、その制御部３０に備えたＲＯＭに内蔵されたプログラムによりデータベース２を参照しながら、測定値が演算されるなどして全体の動作がソフトウェア的に制御されるものである。
【０１７０】
ここで外部回路群２８は、二次電池１２の電池温度Ｔｃに対応した信号を出力する温度検出回路３２と、二次電池１２の端子電圧に対応した信号を出力する電圧検出回路３４と、二次電池１２に流れる電流に対応した信号を出力する電流検出回路３６と、二次電池１２の回路定数を検出するための負荷電流を二次電池１２に流す負荷回路３８とから構成される。
【０１７１】
温度検出回路３２は、サーミスタの様な温度検知手段４０を二次電池１２に接近して備え、温度検知手段４０から出力される温度変化に対応したアナログ値をデジタル値に変換して制御部３０に送る。
【０１７２】
電圧検出回路３４は、二次電池１２の両端に接続されて端子間に出力される電圧を取り出したあとデジタル値に変更して制御部３０に送るものであって、電池電圧とＯＣＶの測定に使用される。
【０１７３】
電流検出回路３６は、二次電池１２と直列に接続された抵抗４４の両端に発生する電圧値をデジタル値に変換して制御部３０に送るものであって、二次電池１２に流れる電流値を測定するために使用される。
【０１７４】
負荷回路３８は、図８に示す過渡応答方式によって溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒとを分離して測定するためのものであって、二次電池１２から電気機器１８に対する通電が停止されている休止期間中に、制御部３０から送られる信号によってスイッチングトランジスタ４２をオンさせ、そのトランジスタ４２と直列に接続された抵抗４６・４４に通電させる。この通電に伴う図８（ｂ）または（ｃ）に例示する二次電池１２の過渡応答状態を、電圧検出回路３４と電流検出回路３６で同時に測定することにより、二次電池１２の内部抵抗を測定可能とする。
【０１７５】
以下において、図１７および図１８に示す流れ図にしたがって、電池パック１６の動作手順を更に詳細に説明する。
【０１７６】
先ずＥＥＰＲＯＭの様な所定の記憶手段上には、素電池データベース６として、図２に例示する素電池のＯＣＶ特性に加えて、標準状態における二次電池の図６に例示する放電特性および図９に例示する各素子値が予め測定され、通常の制御時における初期値としてデータベース化されて記憶されている。
【０１７７】
ここで本実施例にあっては、データベースとして記憶するＯＣＶ特性データとして、充電率の算出用と残量算出用とに少なくとも２種類備えている。すなわち、素電池について実際に測定したＯＣＶ特性は図２の様な滑らかな曲線ではなく、図２１（ａ）において破線で示す様なショルダー（変曲点）を有することが一般的である。そこで、ＯＣＶ特性をそのまま利用する充電率の推定時には、測定値をそのままデータベース化した第１のＯＣＶ特性を忠実に再現したデータベースを用意することにより、充電率を推定する際の誤差を最少限に抑制する。
【０１７８】
一方、放電特性の推定時には、図２１（ａ）に示す実際の測定値におけるショルダー部分などの凹凸を滑らかにして図２１（ｂ）の実線で示す様な曲線とし、その曲線をデータベース化した第２のＯＣＶ特性を用意する。そして、この第２のＯＣＶ特性に基づき、Ｒ・ｒ・Ｚｗ等の各素子値がデータベース化される結果、素子値の変化具合が抑制され、データベース化した際のデータ量を減少させることを可能としている。
【０１７９】
また、電池パックデータベース４としては、素電池の直列あるいは並列状態の構成あるいは温度パラメータ等のパック状態の違いが判別できるデータが記憶されている。そして、素電池および電池パックのデータベースを含む推定用データベース２から、組電池としての各種データが導出あるいは算出される様にしている。
【０１８０】
そこで図１７のステップＳＴ１において、前記した初期値に基づく所定の初期設定を行ったのち、ステップＳＴ２からの電池容量検出工程に入る。
【０１８１】
図１７のステップＳＴ２において、二次電池１２が休止中か否かを判定し、休止中でない場合は更に、ステップＳＴ６で放置中か否かが、ステップＳＴ３で放電中か否かが、ステップＳＴ４で充電中か否かが、更にステップＳＴ５において電池保護部１４が作動しているか否かが判定され、各判定結果に基づいて図１８に示す各処理動作が行われる。
【０１８２】
ここでステップＳＴ２の判定が休止中であれば、ステップＳＴ２１に移って、休止状態の開始から継続して３０分、２時間、４時間あるいは８時間の設定時間が経過したかが判定される毎に図１８（ａ）に示すＯＣＶの検出工程に入る。しかし、図１７のステップＳＴ６で２４時間以上経過したことが判定されると放置中と判断して、例えばステップ６１で２４時間の経過が判定される毎に、ステップ６２に移って放置中における残量補正工程が行われる。
【０１８３】
図１８（ａ）に示すＯＣＶの検出工程は、ステップＳＴ２２において二次電池１２の端子電圧が測定される。更にステップＳＴ２３において、測定された端子電圧が２点目以降であるか否かが判定され、２点目以降であればステップＳＴ２４に移って図５に示すＯＣＶの推定動作が行われるが、そうでない場合は、測定された端子電圧を保存して戻る。
【０１８４】
図１７のステップＳＴ６２で行われる放置中における残量補正工程は、例えば２４時間等の所定の長時間が経過する毎に実施されるものであって、かかる段階にあってはＯＣＶの値も安定しているので、前記した様な推測によるのではなくＯＣＶを実測し、その実測値と第１のＯＣＶ特性に基づいて現在の充電率を決定するとともに、検出されたＯＣＶの変化に応じて満充電容量を補正する。
【０１８５】
ここで長時間の放置中にあっては、図２２（ａ）に例示するごとく、例えば充電率が５０％かそれ以下であれば電池温度Ｔｃの大小に拘らず満充電容量の減少は殆ど認められないが、電池温度Ｔｃが３０℃を超えると、図２２（ｂ）あるいは（ｃ）のごとく、放置中の充電率が大きくなるほど満充電容量の減少が大きくなる傾向にある。
【０１８６】
そこで、図２２に示す関係により、例えば１０％毎の各充電率について温度と時間経過に伴う充電率変化に対する満充電容量の変化を示す補正量の補正データベースを予め作成し、記憶させておく。そして、上記の様にしてＯＣＶを測定し充電率を求めると同時に平均放置温度を検出し、前記補正データベースを利用して満充電容量の減少量を推定し、必要な補正を行うのである。
【０１８７】
更に、充電率の測定と同時に溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒの値も測定することによって、より正確に満充電容量を補正可能となるが、充電率の変化が一定値を超えた場合にのみ測定を行わせることにより、電池の消費電力を抑制することとなって好ましい。
【０１８８】
次に、図１７のステップＳＴ３において放電中であることが判定されると、図１８（ｂ）の放電処理工程に移る。かかる放電処理工程にあっては、ステップＳＴ３１において放電電流値が、ステップＳＴ３２で二次電池１２の周囲温度が測定されたあと、その測定された値を用いて図９に示す素子値を補正することにより、ステップＳＴ３３において図７に例示する放電特性を算出し、この算出された放電特性を用いてステップＳＴ３４において残時間を推定する。
【０１８９】
また前回に算出した充電率に対し、測定した放電電流から換算した充電率をステップＳＴ３５で積算処理することにより、現在の充電率を算出したあと、次のステップＳＴ３６に移る。
【０１９０】
ステップＳＴ３６では、電池電圧が予め設定した最低電圧を下回ったか否かを判定し、下回ったことが判定されると、ステップＳＴ３７において電池保護部１４に信号を送ることによってスイッチング部２４を強制的にオフし、放電を終了する処理を行う。
【０１９１】
なお、上記した残容量の推測は、一定電力で放電する場合を想定したものである。しかしながら、サージ電流が流れる機会が多い機器に適用する場合にあっては、サージ電流が流れても機器がシャットダウンを起こさせない仕組みが必要である。
【０１９２】
そこで、サージ電流が検出された場合あるいはサージ電流が予め予想される場合にあっては、図２３において太線で示す様な内部抵抗や分極のみを考慮した一定電力での放電特性に対し、図２３において一点鎖線で示すごとく、電池の内部抵抗や回路抵抗にサージ電流を掛けて算出した電圧降下を見込んだ放電特性を算出し、そのサージによる放電特性がシャットダウン電圧Ｖｔを超えて低下する時点までの残時間を推定することにより、余裕を持たせた残量推定が行われる。サージによる影響は電池が劣化した場合により大きく、有効な手段となる。
【０１９３】
なお、サージ電流の様に実際に電圧が大きく低下する場合に限らず、特に動作中に電池残量の不足状態が発生することを極力避ける必要がある機器にあっては、動作状態を想定して残量の一部を予め保険として確保しておき、その残りの残量を上記した残量推定で通知することもできる。
【０１９４】
更に、上記した実施例にあっては、終止電圧Ｖｔを設定し、その電圧Ｖｔを下回るまでの時間を残時間として通知する様に構成したがそれに限らず、上記した放電時における電流や電池温度の推定機能を利用し、電池に流す最大電流や最大上昇可能温度を予め設定し、演算により推定された電流や電池温度がその設定値を超える時点を機器の終止条件とすることも可能である。
【０１９５】
更に、図１８（ｂ）におけるステップＳＴ３８においては放電が終了したか否かを判定し、放電終了の場合は、図８に示す方法および負荷回路３８を用いて、二次電池１２の素子値中における溶液抵抗Ｒおよび電荷移動抵抗ｒをステップ３９で個別に測定してその値を保存するとともに、ステップ４０において学習処理動作を行う。
【０１９６】
学習処理動作は、上記の様にして測定あるいは算出した溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒおよび拡散抵抗Ｚｗを充電率とともに記憶する一方、電流依存性の修正、温度係数の修正および充電率の修正を行い、過去に記憶した同様な数値と比較処理を行うものである。
【０１９７】
ここで比較した数値が一定の範囲内であれば、その新しい数値が過去の数値に代えて使用可能とする処理を行うが、範囲外であれば、その値を使用することなく保存のみにとどめる。
【０１９８】
そして、次の回に測定された値が前回から一定範囲内の値であることが判定されると、前回と今回の値を平均するなどして使用するとともに、前々回以降のデータを保存する。
【０１９９】
逆に、次に測定された値も範囲外になった場合、高温状態で劣化が急激に進むなどしたものと判断し、その値を使用に供すると共に，前々回以前のデータは破棄する。
【０２００】
なお、携帯電話機の様に、待機中も微小であるが間欠的に動作してパルス状に駆動電流が流れる場合にあっては、放電電流値を正確に測定することもＯＣＶを測定することも何れも難しい。この場合にあっては、電流がオフ時における電圧を断続的に検出し、図２４において破線で示す包絡線を求め、その包絡線が低下しつつＯＣＶに漸近することを利用して、電流がオフと仮定した場合の最終到達電圧を推測することにより、結果的にＯＣＶを推測可能とするのである。
【０２０１】
次に、図１７のステップＳＴ４で充電中であることが判定されると、図１８（ｃ）に示す充電処理工程に入る。かかる工程にあっては、ステップＳＴ４１において充電電流を測定するとともに、ステップＳＴ４２に移って充電率の算出が行われる。
【０２０２】
ステップＳＴ４２では、前回に算出した充電率に対し、今回測定した充電電流から換算した充電率を積算処理することにより現在の充電率を算出するものであって、更に次のステップＳＴ４３に移って拡散抵抗Ｚｗの測定が行われたあと、測定された値はそのときの充電率とともに保存される。
【０２０３】
なお充電がパルス電源によって行われ、上記した電圧と電流の測定が所定周期によるサンプリングによって行われる場合には、充電時におけるパルスの隙間を連続的にサンプリングしてしまい、測定ができなくなる可能性がある。そこで、その様な条件が判定された場合にあっては、電圧電流測定時の位相を、例えば１秒毎に所定量づつずらせて平均値をとることにより、測定の欠落を減少させることができる。
【０２０４】
更に図１７のステップＳＴ５において電池保護部１４の作動が検出されると、その検出内容に対応した値に対応させて、上記のようにして算出あるいは測定した充電率は修正が加えられる。
【０２０５】
なお図１９（ａ）は、上記した電荷移動抵抗ｒを周波数応答方法で測定する場合の回路構成であって、測定制御手段４８からオペアンプ５０を介してトランジスタスイッチ５２に交流信号を送ることにより、負荷５４に対して電流変調をかけることを可能とする。そして、変調周波数を変化させながら、図８（ａ）で示す電圧検出手段および電流検出手段で電流と電圧を測定するとともに、両者の変調振幅と位相の関係を図１９（ｂ）の様に複素インピーダンスのプロットをすることにより、実数部との交点の値から、溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒの値を個別に測定できる。
【０２０６】
また、二次電池１２の劣化がすすむと、その等価回路は図４（ａ）から図２０（ａ）に変化する可能性がある。この様な場合にあっては、前記した図１９の方法を用いて素子値を測定すると、その複素インピーダンスのプロット結果は図２０（ｂ）の様になって、劣化によって増加したｒ２の成分も分離して検出できる結果、劣化の程度がより具体的に判定できる。
【０２０７】
二次電池１２の内部抵抗の測定方法については、更に、電池保護部１４に備えたスイッチング部２４を利用し、放電中などの適宜時期に電気機器１８に対する通電を停止することにより測定できる。すなわち、通電の停止直後における電圧応答曲線は図８（ｃ）と類似の形状となり、その過渡応答特性により溶液抵抗Ｒと電荷移動抵抗ｒとが分離して検出できるのである。
【０２０８】
以上、如何にして内部抵抗を分離して検出するかについて述べてきたが、前述したように、内部抵抗を必ずしも分離して検出する必要が無いことは言うまでもない。内部抵抗を直流抵抗分として一括して評価することは、放電特性がＯＣＶ特性から内部抵抗による電圧降下分と分極による電圧降下を減じたものであると定義し直すことである。従って、今まで記載してきた構成がそのまま適用できることは明らかであるので、詳細な説明は省略する。
【０２０９】
また、内部抵抗を測定する際に、説明を簡単にするため、定電流負荷としてその応答を観測することによりそれぞれの抵抗分を推定するとしたが、勿論、定抵抗負荷でもよいことは言うまでもない。
【０２１０】
本発明では、電池パラメータを測定し、それを次回の容量推定に使用することが本質であり、また、負荷変動により変化する電圧、電流の変化から抵抗成分を分離測定することは当業者にとって容易であるので、詳細な説明は省略する。
【０２１１】
更に、負荷変動が定電流負荷や抵抗負荷に限らず、接続した機器の負荷変動によっても観測でき、その結果で電池パラメータを観測することも可能である。これは、溶液抵抗Ｒを測定する時間差をτＲとして、時間差τＲをもつ２点の間の電圧と電流のそれぞれの差分、ΔＶＲ，ΔＩＲを検出して、Ｒ＝ΔＶＲ／ΔＩＲとして求めるもので有る。この場合、τＲが短すぎる場合、幾つかのτＲを定義しておき、夫々の場合のＲと時間τＲとのプロットにおける収束値（例えば元々の時間差τＲとして推定される値）を検出することにより溶液抵抗Ｒを求めることが出来る。同様に、電荷移動抵抗ｒを測定する時間差をτｒとして、その間の電圧、電流変動から求める。更には、急峻な電流変化が期待できない場合は、溶液抵抗Ｒ、電荷移動抵抗ｒをまとめて直流抵抗分として測定し、放電特性を推定しても良いことはいうまでもない。
【０２１２】
また、満充電容量として、充電中に二次電池に供給された充電電流を積分することにより得られる充電量と、充電前後の充電率の差で除して求めることで説明してきたが、前述したように、放電中の放電電流を積分することにより得られる放電量を、放電前後の充電率の差で除して求めることもできる。
【０２１３】
この場合、放電により検出した満充電容量と、充電により検出した満充電容量とは、通常はほぼ一致するが、高温放置劣化等を経験した場合は異なってくる。従って、放置中にマイコン内部の時計回路等で一定期間毎に周囲環境条件を測定して高温放置等を検出できるが、さらに、放電で検出した満充電容量と、充電で検出した満充電容量の差が大であることを検出した場合には、高温放置等で劣化が一挙に進んだことが裏付けられるので、接続機器等への通知や、表示を確実に行うことができる。
【０２１４】
また、放電開始時に放電特性を推定して残時間を推定し、その後、電流積算により充電率の変化を検出しながら残時間を変更して行くが、放電終止電圧近くになり、実際の放電電圧変化と推定していた放電電圧の変化とが異なってくる場合がある。
【０２１５】
このような場合、実際の放電電圧の変化による残時間推定値に、積算により推定した残時間推定値をあわせることが好ましい。そのため、電池電圧の変化を監視しておき、推測した放電特性と異なる場合には、推測した放電特性の示す値が、実測した値に近づくように、残時間を推定するために使用している充電率を変更することによって推定値と実測値を合わせ、残時間推定値の精度を向上させても良いことは言うまでも無い。
【０２１６】
また更に、測定していた電池電圧が急速に終止電圧に近づくような変化が生じた場合には終止電圧間近であるので、残量が無いものとして接続機器に終了を促すような緊急通信を送付してもよいことは言うまでもない。
【０２１７】
なお、実測により温度推移のデータベースを作成し、それを用いて温度依存性を考慮してもよいことを先に述べたが、図１１の等価回路を用いて演算により温度依存性を計算することにより、データベースの大きさを小さくすることを可能とする。演算方法は、上記した通りである。
【０２１８】
また、先に電池の残量推定方法について述べたが、この推定手段が電池パック側にある必要が無いことは言うまでも無い。その場合、例えば残量推定処理を電池パックが装着される機器側の制御手段に組み入れる等により、推定処理自体を電池パック側から取り除くことが可能である。その場合、コスト削減や、推定処理の速度向上等のため、推定処理に必要な大部分のデータベースは推定処理手段と共に機器側に置くことが望ましい。
【０２１９】
具体的には、電池パックを構成する素電池のデータベース６を電気機器１８側に置き、データベースの量自体が大きくない電池パックのデータベース４や素電池のデータベースを修正するデータベースを電池パック１６側に置き、電池パック１６とそれを使用する電気機器１８とを接続した場合、電池パック１６と電気機器１８間の通信手段により電気機器１８側に必要なデータベースを取り込むことにより、推定に必要なデータベース２を機器側に備えることが可能である。このような構成によれば、素電池自体の変更や電池パックの構成の変更に対しても対応可能となることは言うまでも無い。
【０２２０】
さらに、素電池の内部抵抗等を測定し、データベースを修正することを述べたが、この測定手段を含め、電池の電圧、電流等の検出手段は電池パック側に残し、電流積算値や内部抵抗測定値等を電池パック内で測定し、機器側に送信することにより、先に述べてきた残量推定方法をそのまま実現できることも言うまでも無い。
【０２２１】
また上記実施例では、電池容量検出装置１０の一部または全部を電池パック１６内に一体に収納した場合にあっても、電池パック１６内の二次電池１２から駆動電力を供給する例を示した。しかしながら、図２５に例示する如く、小型二次電池あるいはキャパシタからなる電子回路の駆動専用電源６０を電池パック１６内に同時に備え、その専用電源６０で電池容量検出装置１０の回路駆動させることにより、残量を検出すべき二次電池に対する電流消費の影響が防止され、ＯＣＶおよび電池残量を正確に測定できる。
【０２２２】
なお、専用電源６０の電圧値が電圧監視手段６１により常時に検出され、その値が設定値を下回ったことが電圧判定手段６２において判定されると、スイッチ制御手段６３によりスイッチ６４を切り換えて二次電池１２から専用電源６０に充電を行う。そして、充電が完了するとその間の充電量を充電量検出手段６５で検出し、二次電池１２における現在の残量から検出された充電量を電池残量算出手段９で差し引くことにより、残量の補正が行われる。この場合、専用電源６０に対する充電量が一定であれば、この一定量を予め記憶させておき、専用電源６０を満充電にさせるたびに充電量を検出すること無しに一定量を減算させることも可能である。
【０２２３】
更にまた、電池パック１６内に備えたＡ／Ｄ変換器におけるキャリブレーションを、その電池パック１６を装着する電気機器１８側からの命令で行える様にすることもできる。これは、電池パック１６内に備える電池容量検出装置１０のソフトウェア中にキャリブレーション用のサブルーチンを予め組み込んでおき、電気機器１８側からの命令でそのサブルーチンが実行されるものである。
【０２２４】
具体的な処理手順としては、電気機器１８側から電池パック１６側にＡ／Ｄ変換を行う命令を送出し、電気機器１８はその変換されたＡ／Ｄ変換値を読み込み、その値が最適か否かを判定する。そして、最適な値でないなら、キャリブレーション値を電池パック１６側に送出し、再度Ａ／Ｄ変換値を読み込んで最適な値と判定されるまで繰り返す。
【０２２５】
上記したキャリブレーション動作を初期組み立て時において自動化することにより、コストの低減が図れる。また、このキャリブレーションされた最適な値は、電気的消去可能な不揮発性メモリに書き込むことにより、組み立て後の経時変化に対応できるとともに、システムリセットによるリセットスタート時に対応できて好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０２２６】
【図１】本発明を電池パックに実施した一例を概略的に示すブロック図である。
【図２】二次電池の開放回路電圧特性の一例を示すグラフであって、（ａ）は充電率と開放回路電圧の関係を、（ｂ）は開放回路電圧特性を利用した充電率の判定過程を示す。
【図３】二次電池に対する充電時における電池電圧と充電電流の変化状態を示すグラフである。
【図４】二次電池の等価回路と、周波数応答の状況を示す説明図である。
【図５】開放回路電圧の推定過程を示す説明図である。
【図６】開放回路電圧特性と電池電圧特性との関係を示すグラフである。
【図７】二次電池の放電特性の一例を示すグラフであって、（ａ）は負荷電流の違いによるグラフの変化を、（ｂ）は電池の劣化に伴うグラフの変化を、（ｃ）は周囲温度の変化に伴うグラフの変化を各々示す。
【図８】二次電池の内部抵抗を検出する工程を示す説明図であって、（ａ）は電池の内部抵抗を測定するための回路構成を、（ｂ）は負荷に供給する電流の変化を、（ｃ）は端子電圧の変化を各々示す。
【図９】二次電池の等価回路を構成する各素子値と、充電率との関係を示すグラフである。
【図１０】二次電池の素子値における温度依存性の一例を示すグラフである。
【図１１】電池の温度依存性を考慮した電池パックの等価回路である。
【図１２】図１１の等価回路を元に放電特性を求める方法を説明する放電特性図である。
【図１３】図１２の放電特性図を求める主たる処理を説明する流れ図である。
【図１４】図１２の放電特性図を求める第１の処理を説明する流れ図である。
【図１５】図１２の放電特性図を求める第２の処理を説明する流れ図である。
【図１６】本発明を電池パックに実施した一例を示すブロック図である。
【図１７】制御部で行う容量検出手順を示す全体的な流れ図である。
【図１８】各動作モードにおける制御手順を示す流れ図である。
【図１９】二次電池の内部抵抗を検出する他の工程を示す説明図であって、（ａ）は電池の内部抵抗を測定するための回路構成を、（ｂ）は複素インピーダンスのプロット結果を各々示す。
【図２０】二次電池が劣化した場合における説明図であって、（ａ）はその場合の等価回路を、（ｂ）は複素インピーダンスのプロット結果を各々示す。
【図２１】第１のＯＣＶ特性と、第２のＯＣＶ特性とを例示したグラフを示す。
【図２２】充電率をパラメータとし、電池温度と時間経過による満充電容量の補正量の関係を例示するグラフである。
【図２３】サージ電流が流れた場合における放電特性を示すグラフである。
【図２４】待機中も間欠的に電流が電池に流れる場合におけるＯＣＶの推定手順を示す説明図である。
【図２５】電池容量検出装置の他の実施例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
【０２２７】
２ 推定用データベース
４ 電池パックデータベース
６ 素電池データベース
７ 放電特性推定手段
８ 充放電量検出手段
９ 電池残量算出手段
１０ 電池容量検出装置
１２ 二次電池
１４ 電池保護部
１６ 電池パック
１８ 電気機器
２０ 通信回路
２２ ＦＥＴ
２４ スイッチング部
２６ 保護回路
２８ 外部回路群
３０ 制御部
３２ 温度検出回路
３４ 電圧検出回路
３６ 電流検出回路
３８ 負荷回路
４０ 温度検知手段
４２ スイッチングトランジスタ
４４ 電流検出用抵抗
４６ 負荷抵抗
４８ 測定制御手段
５０ オペアンプ
５２ トランジスタスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素電池を１乃至複数組み合わせた二次電池をケース内に備えて電池パックを構成し、電気機器に装着される電池パックの残容量を検出可能とする電池容量検出装置において、
前記二次電池の充放電に関するデータとデータ処理手段を備え、該データ処理手段の演算によって現在の電池の残容量を算出可能とするとともに、
前記二次電池の充放電に関するデータを、素電池のデータベースと、電池パックのデータベースとに分離して備え、
該素電池あるいは電池パックのデータベースを、電池パックの種類毎に或いは素電池の種類毎に入れ替え可能とし、更に
前記素電池のデータベースには、素電池に関するデータを保持する一方、
前記電池パックのデータベースには、素電池の組み合わせ状態とケースへの収納状態を特定可能とするデータを保持し、
両データベースのデータを利用し、電池パック全体としてのデータを導出可能としたことを特徴とする電池容量検出装置。
【請求項２】
前記素電池のデータベースには、素電池の等価回路を構成する素子値に関するデータと、開放回路電圧特性に関するデータとを含み、
電池パックのデータベースには、素電池の組み合わせに関するデータと、素電池の容量変更に合わせて該素子値を修正するデータと、ケース内への素電池の収納状態に起因する発熱に関するデータと、電池パックの電子回路の抵抗値とを含む請求項１記載の電池容量検出装置。
【請求項３】
前記開放回路電圧に関するデータには、
測定された値をデータベース化し、充電率の検出時に使用される第１の開放回路電圧特性と、
該第１の開放回路電圧特性と近似してデータベース化し、放電特性の算出時に利用される第２の開放回路電圧特性とを備え、
前記第２の開放回路電圧特性が、実際の測定値からショルダー部分等の凹凸を除き、該凹凸部分を挟む測定値の軌跡が、略直線または直線に近似可能な曲線となるように補正されたものである請求項２記載の電池容量検出装置。
【請求項４】
前記素電池データベースと電池パックデータベースを利用し、電池パックの放電特性を推定可能とする放電特性推定手段と、
二次電池の電圧値と充放電電流を検出し、充放電量を検出可能とする充放電量検出手段と、
前記推定された放電特性と、前記検出された充放電量とから、電池残量を算出可能とする電池残量算出手段とを備えた請求項１乃至３の何れかに記載の電池容量検出装置。
【請求項５】
前記放電特性推定手段は、
前記二次電池を構成する抵抗成分に電流が流れることに起因する電池パック内部の温度上昇と、該温度上昇により変化した前記抵抗成分に基づく電流値とを順次に算出することにより、開放回路電圧と抵抗成分と電流値とから決まる放電特性を導出可能とする請求項４記載の電池容量検出装置。
【請求項６】
前記電池パック内部の温度上昇は、エントロピー変化による発熱を考慮して算出される請求項５記載の電池容量検出装置。
【請求項７】
前記放電特性推定手段における放電特性の算出は、微小な充電率の変化を想定して行われるものであって、
前記充電率の変化前の第１の電流が持続すると仮定して算出した温度上昇から、充電率の変化後の第２の電流を算出し、
更に該第２の電流を利用して充電率変化後の電流値の補正を行うことを１回分の推定工程とし、該推定工程を繰り返す請求項５記載の電池容量検出装置。
【請求項８】
前記放電特性推定手段において、推定において使用するデータとして電池パックが接続される機器の電源の効率を表すデータを使用し、電池出力に対しての効率を含めて放電特性を算出する請求項４乃至７の何れかに記載の電池容量検出装置。
【請求項９】
その全部または一部が電池パック内に一体に収納されている請求項１乃至８の何れかに記載の電池容量検出装置。
【請求項１０】
少なくとも前記データ処理手段部分が電気機器側に、残部が電池パック側に分散して収納されている請求項８記載の電池容量検出装置。
【請求項１１】
その全部が電池パック内に一体に収納されるとともに、その残容量を測定すべき電池とは別に、電池容量検出専用の電源を備えている請求項１０記載の電池容量検出装置。
【請求項１】
素電池を１乃至複数組み合わせた二次電池をケース内に備えて電池パックを構成し、電気機器に装着される電池パックの残容量を検出可能とする電池容量検出装置において、
前記二次電池の充放電に関するデータとデータ処理手段を備え、該データ処理手段の演算によって現在の電池の残容量を算出可能とするとともに、
前記二次電池の充放電に関するデータを、素電池のデータベースと、電池パックのデータベースとに分離して備え、
該素電池あるいは電池パックのデータベースを、電池パックの種類毎に或いは素電池の種類毎に入れ替え可能とし、更に
前記素電池のデータベースには、素電池に関するデータを保持する一方、
前記電池パックのデータベースには、素電池の組み合わせ状態とケースへの収納状態を特定可能とするデータを保持し、
両データベースのデータを利用し、電池パック全体としてのデータを導出可能としたことを特徴とする電池容量検出装置。
【請求項２】
前記素電池のデータベースには、素電池の等価回路を構成する素子値に関するデータと、開放回路電圧特性に関するデータとを含み、
電池パックのデータベースには、素電池の組み合わせに関するデータと、素電池の容量変更に合わせて該素子値を修正するデータと、ケース内への素電池の収納状態に起因する発熱に関するデータと、電池パックの電子回路の抵抗値とを含む請求項１記載の電池容量検出装置。
【請求項３】
前記開放回路電圧に関するデータには、
測定された値をデータベース化し、充電率の検出時に使用される第１の開放回路電圧特性と、
該第１の開放回路電圧特性と近似してデータベース化し、放電特性の算出時に利用される第２の開放回路電圧特性とを備え、
前記第２の開放回路電圧特性が、実際の測定値からショルダー部分等の凹凸を除き、該凹凸部分を挟む測定値の軌跡が、略直線または直線に近似可能な曲線となるように補正されたものである請求項２記載の電池容量検出装置。
【請求項４】
前記素電池データベースと電池パックデータベースを利用し、電池パックの放電特性を推定可能とする放電特性推定手段と、
二次電池の電圧値と充放電電流を検出し、充放電量を検出可能とする充放電量検出手段と、
前記推定された放電特性と、前記検出された充放電量とから、電池残量を算出可能とする電池残量算出手段とを備えた請求項１乃至３の何れかに記載の電池容量検出装置。
【請求項５】
前記放電特性推定手段は、
前記二次電池を構成する抵抗成分に電流が流れることに起因する電池パック内部の温度上昇と、該温度上昇により変化した前記抵抗成分に基づく電流値とを順次に算出することにより、開放回路電圧と抵抗成分と電流値とから決まる放電特性を導出可能とする請求項４記載の電池容量検出装置。
【請求項６】
前記電池パック内部の温度上昇は、エントロピー変化による発熱を考慮して算出される請求項５記載の電池容量検出装置。
【請求項７】
前記放電特性推定手段における放電特性の算出は、微小な充電率の変化を想定して行われるものであって、
前記充電率の変化前の第１の電流が持続すると仮定して算出した温度上昇から、充電率の変化後の第２の電流を算出し、
更に該第２の電流を利用して充電率変化後の電流値の補正を行うことを１回分の推定工程とし、該推定工程を繰り返す請求項５記載の電池容量検出装置。
【請求項８】
前記放電特性推定手段において、推定において使用するデータとして電池パックが接続される機器の電源の効率を表すデータを使用し、電池出力に対しての効率を含めて放電特性を算出する請求項４乃至７の何れかに記載の電池容量検出装置。
【請求項９】
その全部または一部が電池パック内に一体に収納されている請求項１乃至８の何れかに記載の電池容量検出装置。
【請求項１０】
少なくとも前記データ処理手段部分が電気機器側に、残部が電池パック側に分散して収納されている請求項８記載の電池容量検出装置。
【請求項１１】
その全部が電池パック内に一体に収納されるとともに、その残容量を測定すべき電池とは別に、電池容量検出専用の電源を備えている請求項１０記載の電池容量検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００９−６３５８４（Ｐ２００９−６３５８４Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５９１６９（Ｐ２００８−２５９１６９）
【出願日】平成２０年１０月６日（２００８．１０．６）
【分割の表示】特願２００８−１７０３３１（Ｐ２００８−１７０３３１）の分割
【原出願日】平成１４年８月９日（２００２．８．９）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月６日（２００８．１０．６）
【分割の表示】特願２００８−１７０３３１（Ｐ２００８−１７０３３１）の分割
【原出願日】平成１４年８月９日（２００２．８．９）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
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