JP2012247339A - 半導体集積回路およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の劣化により変化する満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗の算出時間の短縮を可能とすること。
【解決手段】半導体集積回路には、電池電流情報と電池電圧情報とがそれぞれ供給可能とされる。半導体集積回路は、メモリ機能、電流積算機能７６５、電圧ベース充電量演算機能７６４、電流ベース充電量演算機能７６６、比較判定機能７６７、補正機能７６９、抵抗劣化係数出力機能７６８を具備する。メモリ機能７１９は、電池の満充電容量Ｑｍａｘと電池の内部抵抗劣化係数Ｃ_Degとの関係を格納する。比較判定機能７６７によって比較される電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖと電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉとが実質的に一致すると判定された状態で補正機能７６９から出力される満充電容量Ｑｍａｘと抵抗劣化係数出力機能７６８から出力される内部抵抗劣化係数Ｃ_Degをメモリ機能に格納する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電池制御機能を有する半導体集積回路およびその動作方法に関し、特に電池の劣化に関係するパラメータである満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗値との算出時間の短縮を可能するのに有効な技術に関するものである。

ノート型パーソナルコンピュータ(以下、ノートＰＣと言う)や携帯電話、スマートフォン等の民生用途の携帯機器では、電源としての二次電池の劣化度や、放電時の電池の残量や残時間、あるいは充電時の残量や残時間等の電池の特性情報をユーザに通知することが必要とされる。

下記特許文献１には、電池の充放電電流を積算した電流積算に基づく残存容量ＳＯＣｃと電池の開放電圧の推定値に基づく残存容量ＳＯＣｖとを重み付けして合成残存容量ＳＯＣを算出することが記載されている。更に、電流積算に基づく残存容量の変化ΔＳＯＣｃと合成残存容量の変化ΔＳＯＣから電流容量変化率σを算出して、電流容量変化率σが所定値以下となったときには、電池の劣化が進んだと判定される。尚、残存容量(ＳＯＣ)は、充電率もしくは充電量と呼ばれる。

下記特許文献２には、電池の充放電電流を積算して算出される充電量(ＳＯＣ：Sate of Charge)を使用して、電池の劣化を判定する方法が記載されている。電池の充放電電流からは電流ベース充電量(ＩＳＯＣ)が生成されて、電池の電圧からは電圧ベース充電量(ＶＳＯＣ)が算出される。両者のいずれかの値が高い場合には電圧ベース充電量(ＶＳＯＣ)から電流ベース充電量(ＩＳＯＣ)が減算され減算値が第１しきい値を超過する場合、もしくは両者のいずれかの値が低い場合には減算値が第２しきい値未満の場合には、劣化係数に加算値が加算されて、劣化係数が修正される。劣化係数が第３しきい値を超過する場合には、電池が劣化したと判断される。

下記特許文献３には、定電流定電圧充電により２次電池を充電する場合の充電終了までの充電時間を演算する方法が記載されている。２次電池のオープン電圧が検出され、このオープン電圧と定電流充電時の２次電池の内部抵抗の電圧降下から定電流充電時間が算出され、内部抵抗の電圧降下から定電圧充電時間が算出され、両者から充電終了までの充電時間が演算される。

下記特許文献４には、二次電池の相対残容量および満充電容量を算出する方法が記載されている。まず、二次電池の満充電状態の開放端子電圧ＯＣＶｆｕｌｌに従って参照テーブルから相対残容量ＳＯＣｆｕｌｌを計算した後に、二次電池の放電停止時に検出される開放端子電圧ＯＣＶに従って参照テーブルから求められる相対残容量ＳＯＣを満充電状態の相対残容量ＳＯＣｆｕｌｌに基づいて補正することで真の相対残容量ＳＯＣtrueを求める。更に二次電池の放電電流を積算して二次電池の満充電状態から放電停止時までの放電容量Ｑ［Ａｈ］を求め、この放電容量Ｑと真の相対残容量ＳＯＣtrueとに基づいて、二次電池の満充電容量ＱｆｕｌｌをＱｆｕｌｌ＝Ｑ÷［(１００−ＳＯＣtrue)／１００］として求めるが、この満充電容量Ｑｆｕｌｌの算出方法は一般的な方法である。

特開２００８−１４７０２号 公報 特開２００３−１７８８１１号 公報 特開平９−３２２４２０号 公報 特開２０１１−５３０８８号 公報

上記特許文献１に記載された技術は、電流容量変化率σから電池の劣化度を判定するものであるが、下記に説明するように，電池の正確な残量表示を可能とするための満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗とを算出することが不可能なものである。

上記特許文献２に記載された技術では、電流ベース充電量(ＩＳＯＣ)と電圧ベース充電量(ＶＳＯＣ)の両者のいずれかの値が高い場合で電圧ベース充電量(ＶＳＯＣ)から電流ベース充電量(ＩＳＯＣ)が減算され減算値が第１しきい値以下の場合には第１しきい値の絶対値よりも小さな第４しきい値未満であるか否か判定され、減算値が第４しきい値である場合には電流ベース充電量(ＩＳＯＣ)を電池の充電量(ＳＯＣ)に決定する。更に、電流ベース充電量(ＩＳＯＣ)と電圧ベース充電量(ＶＳＯＣ)との両者のいずれかの値が低い場合で電圧ベース充電量(ＶＳＯＣ)から電圧ベース充電量(ＶＳＯＣ)が減算され減算値が第２しきい値異常の場合には電流ベース充電量(ＩＳＯＣ)を電池の充電量(ＳＯＣ)に決定する。以上のように上記特許文献２に記載された技術は複雑な判定処理を実行するものであるので、計算の実行には計算収束時間が必要である。上記特許文献２に記載の技術は電気自動車(ＥＶ)やハイブリッド車(ＨＥＶ)等に搭載される電池を想定したもので、この分野で使用される電池制御用半導体集積回路では、処理速度の高速化によって計算収束時間の短縮は不可能ではない。しかし、ノートＰＣ等の民生用途の携帯機器の分野で使用される電池制御用半導体集積回路では、計算収束時間短縮は容易ではないことが、本発明に先立った本発明者等による検討の結果、明らかとされた。

近年、ノートＰＣの分野では、スマートバッテリーシステム(ＳＢＳ：Smart Battery System)と呼ばれる仕様が策定され、具体的にはバッテリーパック内部に内蔵された電子回路基板が使用され、正確な残量インジケーターの機能と過充放電に対する安全回路等の機能を備えるものである。

またスマートバッテリーシステム(ＳＢＳ)の電池の正確な残量表示のためには、後で詳細に説明するように満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗との算出が必要とされる。本願明細書で言う満充電容量Ｑｍａｘは、極小さい電流(≒０)で放電した場合に放電終止電圧に到達するまでの容量を示す。

しかし、上記特許文献２に記載の技術では、電池の劣化係数の算出は可能であるが、満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗との算出は不可能なものである。

一方、上記特許文献３に記載の技術は、定電流定電圧充電により２次電池を充電する場合の充電終了までの充電時間を演算するものであるが、やはり満充電容量Ｑｍａｘの算出は不可能なものである。更に、上記特許文献３に記載の技術では、２次電圧のオープン電圧の変化を近似する指数関数に基づき定電圧充電時間を算出する際に２次電圧のオープン電圧が満充電電圧となるまでの時間をテーブル化した充電時間テーブルを使用するものである。従って、実際の電池制御用半導体集積回路でこの充電時間テーブルを実現するには、大きな記憶容量の不揮発性メモリが必要となる。

一方、上記特許文献４に記載の技術は、満充電容量を算出することができるが、必ず満充電状態に到達する必要があり、実使用上、満充電にならない場合には、正確な計算ができないという問題がある。

本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等による検討の結果、なされたものである。

従って、本発明の目的とするところは、電池の劣化により変化する満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗の算出時間の短縮を可能とすることにある。

また、本発明の他の目的とするところは、電池の残量の推定精度を向上することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。

すなわち、本発明の代表的な実施の形態は、電池(７０２)の放電動作と充電動作との少なくともいずれか一方を制御可能な電池制御機能を有する半導体集積回路(７０３)である。

前記半導体集積回路には、前記電池の電流を検出する電流検出部(７０６)から生成される電流情報と、前記電池の電圧を検出する電圧検出部(７０５)から生成される電圧情報とがそれぞれ供給可能とされる。

前記半導体集積回路は、メモリ機能(７１９)と、電流積算機能(７６５)と、電圧ベース充電量演算機能(７６４)と、電流ベース充電量演算機能(７６６)と、比較判定機能(７６７)と、補正機能(７６９)と、抵抗劣化係数出力機能(７６８)とを具備する。

前記メモリ機能は、前記電池の満充電容量(Ｑｍａｘ)と前記電池の内部抵抗劣化係数(Ｃ_Deg)との関係を格納可能とされる。

前記比較判定機能によって比較される電圧ベース充電量と電流ベース充電量とが実質的に一致すると判定された状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量と前記抵抗劣化係数出力機能から出力される前記内部抵抗劣化係数を前記メモリ機能に格納可能とされたことを特徴とする(図４参照)。

更に、本発明の他の代表的な実施の形態は、電池(７０２)の放電動作と充電動作との少なくともいずれか一方を制御可能な電池制御機能を有する半導体集積回路(７０３)の動作方法である。

前記半導体集積回路は、メモリ機能(７１９)と、電流積算機能(７６５)と、電圧ベース充電量演算機能(７６４)と、電流ベース充電量演算機能(７６６)と、比較判定機能(７６７)と、補正機能(７６９)と、抵抗劣化係数出力機能(７６８)とを具備する。

前記半導体集積回路の動作方法として、前記メモリ機能に、前記電池の満充電容量(Ｑｍａｘ)と前記電池の内部抵抗劣化係数(Ｃ_Deg)との関係を格納するステップと、前記半導体集積回路に、前記電池の電流を検出する電流検出部(７０６)から生成される電流情報と、前記電池の電圧を検出する電圧検出部(７０５)から生成される電圧情報とをそれぞれ供給するステップと、前記比較判定機能によって比較される電圧ベース充電量と電流ベース充電量とが実質的に一致すると判定された状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量と前記抵抗劣化係数出力機能から出力される前記内部抵抗劣化係数を前記メモリ機能に格納するステップとを有することを特徴とする(図４参照)。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、本発明によれば、電池の劣化により変化する満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗の算出時間の短縮を可能とすることができる。

図１は、本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の構成を示す図である。 図２は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３の電圧検出部７０５の構成と、電池７０２の構成を示す図である。 図３は、図１に示した本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３を利用してノートパソコン７０８のモニタに電池残容量等の検知状態情報が表示される様子を示す図である。 図４は、図１に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の機能を説明する図である。 図５は、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の動作を説明する図である。 図６は、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の動作を説明する図である。 図７は、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の好適な動作を説明する図である。 図８は、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の他の好適な動作を説明する図である。 図９は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３を使用して定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvを算出する際に、直線近似方法が利用される様子を示す図である。 図１０は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３を使用して、電池７０２が充電される様子を示す図である。 図１１は、図９に示した定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvを算出する際の直線近似方法を更に詳細に説明する図である。 図１２は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３を使用して電池７０２の充電残時間を算出するフローチャートを示す図である。 図１３は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３を使用した本発明の実施の形態１による図６の電池７０３の放電時の動作とメモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容と本発明の実施の形態２による図９から図１２で説明した電池７０３の充電時の動作との関係を示す図である。 図１４は、電池７０２の充電量ＳＯＣと電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶとの関係を示す図である。

１．実施の形態の概要
まず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号は、それが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態は、電池(７０２)の放電動作と充電動作との少なくともいずれか一方を制御可能な電池制御機能を有する半導体集積回路(７０３)である。

前記半導体集積回路には、前記電池の電流を検出する電流検出部(７０６)から生成される電流情報と、前記電池の電圧を検出する電圧検出部(７０５)から生成される電圧情報とがそれぞれ供給可能とされる。

前記半導体集積回路は、メモリ機能(７１９)と、電流積算機能(７６５)と、電圧ベース充電量演算機能(７６４)と、電流ベース充電量演算機能(７６６)と、比較判定機能(７６７)と、補正機能(７６９)と、抵抗劣化係数出力機能(７６８)とを具備する。

前記メモリ機能は、前記電池の満充電容量(Ｑｍａｘ)と前記電池の内部抵抗劣化係数(Ｃ_Deg)との関係を格納可能とされる。

前記比較判定機能によって比較される電圧ベース充電量と電流ベース充電量とが実質的に一致すると判定された状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量と前記抵抗劣化係数出力機能から出力される前記内部抵抗劣化係数を前記メモリ機能に格納可能とされたことを特徴とする(図４参照)。

前記実施の形態によれば、電池の劣化により変化する満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗の算出時間の短縮を可能とすることができる。

好適な実施の形態では、前記メモリ機能には、前記満充電容量の初期値と前記電流ベース充電量の初期値が格納可能とされる。

前記電流積算機能に前記電流情報が供給されることによって、前記電流積算機能は前記電流積算値を出力可能とされる。

前記電流情報と前記電圧情報とが前記電圧ベース充電量演算機能に供給されることによって、前記電圧ベース充電量演算機能は電圧ベース充電量(ＳＯＣ＿Ｖ)を出力可能とされる。

前記メモリ機能からそれぞれ出力される前記満充電容量の前記初期値および前記電流ベース充電量の前記初期値と前記電流積算機能から出力される前記電流積算値とが前記電流ベース充電量演算機能に供給されることによって、前記電流ベース充電量演算機能は電流ベース充電量(ＳＯＣ＿Ｉ)を出力可能とされる。

前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量とが前記比較判定機能にそれぞれ供給されることによって、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量との差に対応した比較出力信号(ΔＱｍａｘ)を前記比較判定機能が出力可能とされる。

前記比較判定機能から出力される前記比較出力信号と前記メモリ機能から出力される前記満充電容量の前記初期値とが前記補正機能に供給されることによって、前記補正機能は前記満充電容量の補正計算値を出力可能とされる。

前記抵抗劣化係数出力機能は、前記補正機能から出力される前記満充電容量の前記補正計算値に応答して、前記内部抵抗劣化係数を出力可能とされる。

前記放電動作の開始直後に、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量とが実質的に一致する前記状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量の前記補正計算値と、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量が実質的に一致する前記状態の当該電圧ベース充電量と当該電流ベース充電量のいずれか一方とが、前記満充電容量の前記初期値と前記電流ベース充電量の前記初期値として前記メモリ機能にそれぞれ格納可能とされたことを特徴とする(図６参照)。

他の好適な実施の形態では、前記半導体集積回路は、抵抗パラメータ出力機能(７６１)を更に具備する。

前記抵抗パラメータ出力機能は、前記電圧ベース充電量演算機能から出力される前記電圧ベース充電量と前記電池の内部抵抗との関係(ｆ(ＳＯＣ))を示すテーブルによって構成され、前記電圧ベース充電量演算機能から出力される前記電圧ベース充電量に応答して、前記電池の前記内部抵抗の抵抗パラメータ(ｆ(ＳＯＣ))を出力可能とされる。

前記電池の放電継続中に、前記電圧検出部から生成される前記電池の回路クローズド電圧と前記電流検出部から生成される前記電池の放電電流とに基づいて、前記電池の前記内部抵抗を算出する。

前記電池の前記放電継続中の前記電池の前記内部抵抗の算出結果に従って、前記抵抗パラメータ出力機能の前記電池の前記内部抵抗の前記抵抗パラメータの出力方法が更新可能とされたことを特徴とする(図７参照)。

更に他の好適な実施の形態では、前記電池の放電終了後数時間経過した時点で前記電圧検出部から生成される前記電池の回路オープン電圧より算出される充電量と前記電池の放電中の前記電流検出部から生成される前記電池の放電電流の積算値とに基づいて、前記電池の満充電容量を算出する。

前記電池の放電中の前記電池の電流値と電圧値とに基づき、前記内部抵抗劣化係数を算出する。

前記電池の放電終了後数時間経過した時点での前記満充電容量の算出結果と前記電池の放電中の前記内部抵抗劣化係数の算出結果とに基づき、前記メモリ機能に格納された前記満充電容量と前記内部抵抗劣化係数との前記関係を更新可能とされたことを特徴とする(図８参照)。

より好適な実施の形態では、前記満充電容量と前記内部抵抗劣化係数とに基づいて、前記半導体集積回路は前記電池の利用可能充電量と残容量と残時間とを算出することを特徴とする(図７参照)。

他のより好適な実施の形態では、前記充電動作の開始直後に、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量とが実質的に一致する前記状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量の前記補正計算値と、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量が実質的に一致する前記状態の当該電圧ベース充電量と当該電流ベース充電量のいずれか一方とが、前記満充電容量の前記初期値と前記電流ベース充電量の前記初期値として前記メモリ機能にそれぞれ格納可能とされたことを特徴とする。

他のより好適な実施の形態では、前記電池の充電継続中に、前記電圧検出部から生成される前記電池の回路クローズド電圧と前記電流検出部から生成される前記電池の放電電流とに基づいて、前記電池の前記内部抵抗を算出する。

前記電池の前記充電継続中の前記電池の前記内部抵抗の算出結果に従って、前記抵抗パラメータ出力機能の前記電池の前記内部抵抗の前記抵抗パラメータの出力方法が更新可能とされたことを特徴とする。

更に他のより好適な実施の形態では、前記電池の充電終了後数時間経過した時点で前記電圧検出部から生成される前記電池の回路オープン電圧より算出される充電量と前記電池の充電中の前記電流検出部から生成される前記電池の充電電流の積算値とに基づいて、前記電池の満充電容量を算出する。

前記電池の充電中の前記電池の電流値と電圧値とに基づき、前記内部抵抗劣化係数を算出する。

前記電池の充電終了後数時間経過した時点での前記満充電容量の算出結果と前記電池の充電中の前記内部抵抗劣化係数の算出結果とに基づき、前記メモリ機能に格納された前記満充電容量と前記内部抵抗劣化係数との前記関係を更新可能とされたことを特徴とする。

別のより好適な実施の形態では、前記充電動作としては、充電前半に定電流充電が実行されて、充電後半に定電圧充電が実行されるものである。

前記定電流充電から前記定電圧充電に切り替わる変化点充電量(ＳＯＣ_change)を算出することによって、前記定電流充電の定電流充電時間(Ｔcc)と前記定電圧充電の定電圧充電時間(Ｔcv)とを算出して、前記定電流充電時間と前記定電圧充電時間との加算値を充電残時間(Ｔcg)として出力することを特徴とする(図９乃至図１２参照)。

更に別のより好適な実施の形態では、前記定電圧充電時間の算出において、前記電池の充電量と前記定電圧充電の充電電流(Ｉcv)との関係を直線近似して、前記定電圧充電時間を算出することを特徴とする(図１１参照)。

具体的な実施の形態では、前記変化点充電量を算出する算出手法は、前記電池の前記定電流充電の期間の回路クローズド電圧が前記定電圧充電の制限電圧(Ｖ_lim)に一致するタイミングにおける前記変化点充電量を算出するか、または、前記電池の前記定電圧充電の期間の前記充電電流が前記定電流充電の一定電流(Ｉcc)に一致するタイミングにおける前記変化点充電量を算出するかの、少なくともいずれか一方を実行するものである。

前記半導体集積回路は、前記算出手法によって算出された前記変化点充電量を、前記電池の実際の充電中に定電流充電から定電圧充電への変化に基づいて算出される実際の変化点充電量の値に更新するものである。

前記半導体集積回路は、前記実際の変化点充電量の値を使用することによって前記定電圧充電時間を再計算して、前記残充電時間の出力値を更新することを特徴とする(図１２参照)。

最も具体的な実施の形態では、前記メモリ機能は、前記半導体集積回路に内蔵された不揮発性メモリによって実現されることを特徴とする。

〔２〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、電池(７０２)の放電動作と充電動作との少なくともいずれか一方を制御可能な電池制御機能を有する半導体集積回路(７０３)の動作方法である。

前記半導体集積回路は、メモリ機能(７１９)と、電流積算機能(７６５)と、電圧ベース充電量演算機能(７６４)と、電流ベース充電量演算機能(７６６)と、比較判定機能(７６７)と、補正機能(７６９)と、抵抗劣化係数出力機能(７６８)とを具備する。

前記半導体集積回路の動作方法として、前記メモリ機能に、前記電池の満充電容量(Ｑｍａｘ)と前記電池の内部抵抗劣化係数(Ｃ_Deg)との関係を格納するステップと、前記半導体集積回路に、前記電池の電流を検出する電流検出部(７０６)から生成される電流情報と、前記電池の電圧を検出する電圧検出部(７０５)から生成される電圧情報とをそれぞれ供給するステップと、前記比較判定機能によって比較される電圧ベース充電量と電流ベース充電量とが実質的に一致すると判定された状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量と前記抵抗劣化係数出力機能から出力される前記内部抵抗劣化係数を前記メモリ機能に格納するステップとを有することを特徴とする(図４参照)。

２．実施の形態の詳細
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。

［実施の形態１］
《電池制御用半導体集積回路の構成》
図１は、本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の構成を示す図である。

また図１は電池制御用半導体集積回路７０３だけではなく、電池パック７０１とノートＰＣ７０８とＡＣ／ＤＣコンバータ７１２も示している。

電池パック７０１は、３個直列もしくは４個直列の電池７０２と、電池制御用半導体集積回路７０３と、保護回路７０４と、電圧検出部７０５と、電流検出部７０６と、温度検出部７０７とから構成されている。図１に示した例では、電池７０２は複数の電池セルを直列に接続したものである。

電池制御用半導体集積回路７０３は、Ａ／Ｄ変換器７０９と、Ａ／Ｄ変換器７１５と、保護回路制御部７１６と、タイマ７１７と、演算部７１８と、メモリ７１９と、入出力部７２０とから構成されている。保護回路制御部７１６は保護回路７０４に接続され、保護回路７０４を制御するものである。入出力部７２０はノートＰＣ７０８と接続されているので、電池制御用半導体集積回路７０３はノートＰＣ７０８と入出力部７２０を介してデータ転送を実行する。演算部７１８は中央処理ユニット(ＣＰＵ)により構成されることが可能であり、メモリ７１９は演算部７１８の中央処理ユニット(ＣＰＵ)のためのＳＲＡＭ等の揮発性メモリとフラッシュメモリ等の不揮発性メモリとを含んでいる。

ノートＰＣ７０８の電力系統は、図１に示すように、ＡＣ電源７３１からＡＣ／ＤＣコンバータ７１２を介してノートＰＣ７０８に電力を供給するルート７１０と、ＡＣ電源７３１の非接続時において電池７０２からＤＣ／ＤＣコンバータ７２１を介して電力を供給するルート７１１とがある。ルート７１０とルート７１１とのいずれの場合においても、ルート７２５からノートＰＣ７０８の中央処理ユニット(ＣＰＵ)７２２やハードディスクドライブ(ＨＤＤ)７２３やＤＶＤドライブ７２４等の各ユニットへ電力が供給される。また電池７０２の充電時には、ＡＣ電源７３１からＡＣ／ＤＣコンバータ７１２とルート７１０とＤＣ／ＤＣコンバータ７２１とルート７１１とを介して電池７０２が充電される。

図２は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３の電圧検出部７０５の構成と、電池７０２の構成を示す図である。

図２に示したように、電池７０２は複数の電池セルを直列に接続した直列接続を複数個数用意して複数の直列接続を並列接続したものである。電圧検出部７０５は電池７０２の任意の接続ノードを選択してＡ／Ｄ変換器７０９のアナログ入力端子に供給可能なように多入力・１出力のマルチプレクサＭＰＸによって構成され、マルチプレクサＭＰＸの多入力端子は電池７０２の複数の接続ノードに接続されて、マルチプレクサＭＰＸの単一出力端子はＡ／Ｄ変換器７０９のアナログ入力端子に接続される。

図１に示した本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３は、電圧検出部７０５と電流検出部７０６と温度検出部７０７とに接続されている。電圧検出部７０５は電池７０２の両端の電圧を検出して、電流検出部７０６は電池７０２に流れる電流を検出して、サーミスタや熱電対等の温度検出部７０７は電池７０２の温度を検出する。電圧検出部７０５の検出電圧と温度検出部７０７の検出温度とのアナログ信号はＡ／Ｄ変換器７０９によってデジタル信号に変換され、電流検出部７０６の検出アナログ電流は別のＡ／Ｄ変換器７１５によってデジタル信号に変換され、これのデジタル信号はバスを介して演算部７１８とメモリ７１９とに供給される。

温度検出部７０７は電池７０２の表面の近傍で、かつノートＰＣ７０８の中央処理ユニット(ＣＰＵ)７２２の近傍の高温の熱蓄積部分に配置するのが望ましい。保護回路制御部７１６は検出電流と検出電圧と検出温度の値に応答して過充電保護と過放電保護等の電池７０２の安全確保のための制御を実行して、保護回路７０４へ制御指令を出力するものである。一方、演算部７１８は検出電流と検出電圧と検出温度の情報とメモリ７１９に格納された種々の情報を利用して満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗と残量等を算出することにより、電池７０２の状態検知を実行する。すなわち、演算部７１８の算出結果は入出力部７２０を介してノートパソコン７０８の中央処理ユニット(ＣＰＵ)７２２へ供給されるので、ノートパソコン７０８のモニタに電池残容量や残使用可能時間等が表示されることが可能である。

図３は、図１に示した本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３を利用してノートパソコン７０８のモニタに電池残容量等の検知状態情報が表示される様子を示す図である。

例えば、電池７０２の使用時には、図３の簡易表示７５１に示すように、モニタの下端部分に小さく電池残容量や残使用可能時間が表示されるものである。更にノートＰＣ７０８の操作によって別に詳細表示画面７５０を立ち上げると、例えば、電池の劣化度や、交換目安等の詳細情報が表示される。尚、電池残容量等は、図示しないが、電池パック７０１の側面に配置した複数の発光ダイオード(ＬＥＤ)によってレベル表示することも可能である。

《演算部の機能》
図４は、図１に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の機能を説明する図である。

図４には、演算部７１８の機能で満充電容量Ｑｍａｘを算出する機能が、特に詳細に示されている。図４に示したように演算部７１８は、加算器７６９とＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８とＲ温度係数テーブル７６３と内部抵抗演算部７６２と内部抵抗テーブル７６１と電圧ベース充電率演算部７６４と電流積算部７６５と電流ベース充電率演算部７６６と比較判定部７６７とによって構成されている。また、演算部７１８のＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８と内部抵抗演算部７６２と電圧ベース充電率演算部７６４と電流積算部７６５と電流ベース充電率演算部７６６と比較判定部７６７との各機能は、実際には演算部７１８を構成する中央処理ユニット(ＣＰＵ)のソフトウェア処理によって実現されることが可能である。更に、演算部７１８のＲ温度係数テーブル７６３と内部抵抗テーブル７６１とＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８との各機能は、実際には演算部７１８のためのフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ７１９によって実現されることが可能である。

冒頭で説明したように、満充電容量Ｑｍａｘは、極小電流(≒０)で放電した場合に放電終止電圧に達するまでの容量を示しており、一般的に放電終了後充電量ＳＯＣと、放電開始前充電量ＳＯＣ_ｉｎｉと、放電電流積算値Ｑｕｓｅとから、下記(数１)のように算出される。

ここで、Ｉは電池７０２の放電電流であり、Ｑｕｓｅは電池７０２からの放電電流の時間積分によって算出される放電電荷であり、ＳＯＣは放電終了後の充電量であり、ＳＯＣ＿ｉｎｉは放電直前の充電量ＳＯＣである。ここでの放電直前の充電量ＳＯＣ＿ｉｎｉは、充放電終了後一定時間経過後の電池７０２の電圧が略安定した状態での電圧ベース充電量を使用することが望ましい。電圧ベース充電量を、充放電開始直前に不揮発性メモリまたは揮発性メモリに格納して、利用する。

一般的に、電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉは、下記(数２)のように計算される。また、電流ベース充電量の初期値となるＳＯＣ＿ｉｎｉは充放電直前の電圧より、下記(数３)により電圧ベースで求められる。

一方、電圧ベース充電量は、電池の開放電圧から算出することが可能であり、電池７０２の放電時には、電池の放電電流Ｉと内部抵抗Ｒとの電圧降下分、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶは電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶよりも低いので、ＣＣＶ＝ＯＣＶ−ＩＲの関係から、下記(数３)となる。

ここで、ｆは関数を示すものであり、ＯＣＶは回路オープン電圧(Open-Circuit Voltage)であり、ＣＣＶは回路クローズド電圧(Closed-Circuit Voltage)であり、Ｉは電池７０２の放電電流であり、Ｒは電池７０２の内部抵抗である。尚、関数ｆ(ＯＣＶ)の算出のためには、図１４に示すような充電量ＳＯＣと回路オープン電圧ＯＣＶとの関係を示す関係テーブルが、演算部７１８のための不揮発性メモリに別途に配置される。

一方、電池７０２の内部抵抗Ｒは、下記(数４)で与えられる。

ここで、ｆは関数を示すものであり、充電量ＳＯＣと電池７０２の内部抵抗Ｒの対応を示す関係テーブル７６１によって算出されるものである。Ｃ_Degは電池７０２の内部抵抗Ｒの劣化係数であり満充電量Ｑｍａｘに依存し、Ｃ_Tempは電池７０２の内部抵抗Ｒの温度係数である。すなわち、上記(数３)は、電池７０２の内部抵抗Ｒの値は充電量ＳＯＣ、満充電容量Ｑｍａｘ、温度に依存することを示している。

従って、図４に示した演算部７１８では、メモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域中に格納されていた満充電容量Ｑｍａｘの初期値が加算器７６９を介してＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８に供給されるので、Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８から電池７０２の内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degが出力される。

一方、温度検出部７０７の検出温度のＡ／Ｄ変換器７０９によるデジタル温度情報が温度情報ＴｅｍｐとしてＲ温度係数テーブル７６３に供給されるので、Ｒ温度係数テーブル７６３から電池７０２の内部抵抗Ｒの温度係数Ｃ_Tempが出力される。

一方、電圧検出部７０５により検出される電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶのＡ／Ｄ変換器７０９によるデジタルクローズド電圧情報がクローズド電圧情報ＣＣＶとして電圧ベース充電率演算部７６４に供給されるので、さらに内部抵抗Ｒと電流値Ｉとを使用して、電圧ベース充電率演算部７６４は上記(数３)に従って電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖを算出して内部抵抗テーブル７６１に供給する。従って、内部抵抗テーブル７６１は、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖに応答して、上記(数４)の右辺の第１項の関数ｆ(ＳＯＣ)の値を出力する。

その結果、内部抵抗演算部７６２には、Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８からの電池７０２の内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degが供給され、Ｒ温度係数テーブル７６３からの電池７０２の内部抵抗Ｒの温度係数Ｃ_Tempが供給され、内部抵抗テーブル７６１からの電池７０２の関数ｆ(ＳＯＣ)が供給される。従って、関数ｆ(ＳＯＣ)と劣化係数Ｃ_Degと温度係数Ｃ_Tempを使用して、上記(数４)に従って内部抵抗演算部７６２は電池７０２の内部抵抗Ｒを算出する。

一方、電流検出部７０６の検出アナログ電流のＡ／Ｄ変換器７１５によるデジタル電流情報が電流情報Ｉとして電圧ベース充電率演算部７６４に供給され、電圧検出部７０５によって検出される電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶのＡ／Ｄ変換器７０９によるデジタルクローズド電圧情報がクローズド電圧情報ＣＣＶとして電圧ベース充電率演算部７６４に供給される。従って、電圧ベース充電率演算部７６４は内部抵抗演算部７６２からの電池７０２の内部抵抗ＲとＡ／Ｄ変換器７１５からの電流情報ＩとＡ／Ｄ変換器７０９からのクローズド電圧情報ＣＣＶを使用して、上記(数３)に従って放電開始以降の電池７０２の電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖを算出する。

一方、放電開始直前の回路オープン電圧ＯＣＶから電圧ベースで算出した電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの初期値ＳＯＣ_ｉｎｉはメモリ７１９に格納されており、メモリ７１９より読み出された電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの初期値ＳＯＣ_ｉｎｉが電流ベース充電率演算部７６６に供給される。またメモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域中に格納されていた満充電容量Ｑｍａｘの初期値が、加算器７６９を介して、電流ベース充電率演算部７６６に供給される。更に電池７０２の放電開始以降の放電電流は、電流検出部７０６の検出アナログ電流のＡ／Ｄ変換器７１５によるデジタル電流情報Ｉとして電流積算部７６５に供給されている。従って、電流積算部７６５は電池７０２の放電電流の時間積分を実行して、放電開始以降での電池７０２の放電電荷Ｑｕｓｅを算出する。その結果、電流ベース充電率演算部７６６は電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの初期値ＳＯＣ_ｉｎｉと電池７０２の放電電荷Ｑｕｓｅと満充電容量Ｑｍａｘの初期値とを使用して、上記(数２)に従って電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉを算出する。

理想的には、電圧ベース充電率演算部７６４によって上記(数３)に従って算出される放電開始以降の電池７０２の電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と、電流ベース充電率演算部７６６によって上記(数２)に従って算出される放電開始以降の電池７０２の電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とは一致するものである。

しかし、実際には、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とは一致しないことが多い。この不一致の原因としては、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖを算出する際の電池７０２の内部抵抗Ｒに誤差が含まれること、すなわち、電池７０２の内部抵抗Ｒを決定する上記(数４)の右辺の第１項の関数ｆ(ＳＯＣ)か第２項の劣化係数Ｃ_Degか第３項の温度係数Ｃ_Tempかに電池劣化による誤差が含まれること等が想定される。

また、不一致の他の原因としては、メモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域に格納されていた満充電容量Ｑｍａｘの初期値が、電池７０２の劣化により電池７０２の実際の満充電容量Ｑｍａｘと異なっていること等が想定される。

従って、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８では、特に電圧ベース充電率演算部７６４が上記(数３)に従って算出する電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電率演算部７６６が上記(数２)に従って算出する電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とは、比較判定部７６７の一方の入力端子と他方の入力端子とにそれぞれ供給される。その結果、比較判定部７６７は一方の入力端子に供給される電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値が他方の入力端子に供給される電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値より小さい場合には、この２個の値の差に比例したあるいは、符号のみ反映させた一定値の比較出力信号ΔＱｍａｘを出力する。すなわち、この比較出力信号ΔＱｍａｘは、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値から電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値を減算した値に比例するものとなる。このように比較判定部７６７はデジタル減算器によって構成されるが、デジタルコンパレータによって構成されることも可能である。いずれの場合においても、２つの入力信号の差分が所定値以下となった場合には２つの入力信号が一致したと判定するものである。比較判定部７６７から生成される比較出力信号ΔＱｍａｘは加算器７６９によって満充電容量Ｑｍａｘの初期値と加算され、加算器７６９から満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値が生成される。

《シミュレーション結果》
図５は、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の動作を説明する図である。

この図５は、図１に示した本発明の実施の形態１による電池パック７１０の実使用時の回路オープン電圧ＯＣＶと回路クローズド電圧ＣＣＶと放電電流Ｉと内部抵抗Ｒの温度係数Ｃ_Tempと電池パック７１０の温度等のデータを利用したシミュレーションの結果を示している。

図５には、電圧ベース充電率演算部７６４で算出される電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と、Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８で出力される内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degの値と、電流ベース充電率演算部７６６で算出される電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値と、加算器７６９で生成される満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値とが、順番に示されている。

このシミュレーションでは、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値が電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値よりも小さいので、比較出力信号ΔＱｍａｘの値は負の値となる。その結果、加算器７６９から生成される満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値は、満充電容量Ｑｍａｘの初期値よりも減少する。

このようにして加算器７６９から生成された満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値は、Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８と電流ベース充電率演算部７６６に供給される。従って、Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８は、満充電容量Ｑｍａｘの初期値よりも減少した満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値に応答して、電池７０２の内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degとして以前の値よりも大きな値を出力する。その結果、内部抵抗演算部７６２は関数ｆ(ＳＯＣ)と温度係数Ｃ_Tempと以前の値よりも大きな値の劣化係数Ｃ_Degとを使用して、上記(数４)に従って電池７０２の内部抵抗Ｒを再度算出する。再度算出された電池７０２の内部抵抗Ｒの値は、以前の値よりも増大する。従って、電圧ベース充電率演算部７６４は、Ａ／Ｄ変換器７１５からの電流情報ＩとＡ／Ｄ変換器７０９からのクローズド電圧情報ＣＣＶと内部抵抗演算部７６２で再度算出された電池７０２の内部抵抗Ｒとを使用して、上記(数３)に従って放電開始以降の電池７０２の電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖを再度算出する。再度算出された電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値は、電池７０２の内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degの増大に対応して、以前の値よりも増大する。

一方、加算器７６９から生成された満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値が電流ベース充電率演算部７６６に供給されているので、電流ベース充電率演算部７６６は電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの初期値ＳＯＣ_ｉｎｉと電池７０２の放電電荷Ｑｕｓｅと満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値を使用して、上記(数２)に従って電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉを再度算出する。満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値は満充電容量Ｑｍａｘの初期値より減少しているので、上記(数２)に従って再度算出される電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値は、以前の値よりも減少する。

このように、電圧ベース充電率演算部７６４によって算出される電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値は増大する一方、電流ベース充電率演算部７６６によって算出される電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値は減少する。従って、当初は不一致であった電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とは、一致するようになる。

従って、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とが一致すると言う理想的な状態が、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８により実現されるものである。この理想的な状態においては、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とが不一致となった原因となっていた誤差を含む満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗Ｒの値が、実質的に誤差を含まずに算出されるものである。従って、この重要な二つのパラメータが正確に算出されることによって、電池７０２の正確な残量を算出することができる。

この動作においては、電池７０２の放電中に逐次変化する電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値と使用して満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗Ｒの値を算出するものであるが、電池７０２の放電電流が安定している時間領域の電流値と電圧値をメモリ７１９の揮発性メモリに格納することによってあるタイミングでのデータをベースに算出することもできる。

また、上述の説明は、上記(数２)と上記(数３)と上記(数４)と「満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数の関係式」との連立方程式を理想状態「ＳＯＣ＿Ｉ＝ＳＯＣ＿Ｖ」と仮定することによって、未知変数である電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値と電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と満充電容量Ｑｍａｘの値と内部抵抗Ｒの内部抵抗劣化係数値を算出するものであった。

上述の説明では、満充電容量Ｑｍａｘの値を逐次変化させて、未知変数である電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値と電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と満充電容量Ｑｍａｘの値と内部抵抗Ｒの内部抵抗劣化係数値を算出する手法を採用したが、逐次変化させるのは内部抵抗Ｒの内部抵抗劣化係数とすることも可能であり、また２分法等を採用することも可能である。

以上説明した満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗Ｒの算出処理の後に、放電中の充電量ＳＯＣは、逐次、下記(数５)に従って演算部７１８によって算出される。

上記(数５)の算出に先立ち、演算部７１８はメモリ７１９に格納されていた電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの初期値ＳＯＣ_ｉｎｉと満充電容量Ｑｍａｘとを読み出し、電流積算値(＝放電電荷量Ｑｕｓｅ)を使用して、演算部７１８は上記(数５)に従って充電量ＳＯＣを算出する。その結果、ノートパソコン７０８の中央処理ユニット(ＣＰＵ)７２２は、算出された充電量ＳＯＣと満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗Ｒを使用して、スマートバッテリーシステムに準拠する実際に利用可能な充電率ＲＳＯＣ、残時間(Remaining Time)、残容量(Remaining Capacity)を計算し、モニタに表示する。

《演算部の動作》
図６、図７、図８は、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の動作を説明する図である。

放電時の満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗Ｒ等の算出は、図６に示す放電開始直後の処理Ａと、図７に示す放電中の処理Ｂと、図８に示す放電終了後の処理Ａとの３ステップで計算を実行する。

《放電開始直後の処理》
この図６は、電池７０２の放電開始直後における演算部７１８の処理Ａを示すものである。

電池７０２の劣化の影響を受ける満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数との間には直線あるいは曲線の相関関係があるので、この相関関係を近似式あるいはテーブルで不揮発メモリに格納する。上述のように、電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値と電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値とはそれぞれ、満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数を使用して算出される。また、理想状態が「ＳＯＣ＿Ｉ＝ＳＯＣ＿Ｖ」であることから、劣化状態を推定することが可能である。劣化によって刻々と変化する満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗の両方が未知数であることから、上述の算出手法を利用して、図６に示すように電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値と電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値とが一致する点における満充電容量Ｑｍａｘの値と内部抵抗劣化係数の値が、これらの正確な値である。

すなわち、図６の最初のステップＡ１では、メモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域に格納されていた満充電容量Ｑｍａｘの初期値が加算器７６９を介してＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８に供給されるので、Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８から電池７０２の内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degが出力される。

図６の次のステップＡ２では、比較判定部７６７は電圧ベース充電率演算部７６４で算出される放電開始以降の電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電率演算部７６６で算出される放電開始以降の電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とが一致するように、満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値をフィードバック制御する。このステップＡ２での満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値の制御の間に内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degの値が変化するので、ステップＡ２の処理とステップＡ１の処理が反復される間に電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値が一致するものとなる。この一致のタイミングでの満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値が、電池７０２の正確な残量表示に使用される。またこのステップＡ２では、メモリ７１９の不揮発性メモリに格納された満充電容量Ｑｍａｘの初期値と電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの初期値ＳＯＣ_ｉｎｉとが満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値と一致した充電量ＳＯＣによってそれぞれ更新される。

《放電中の処理》
図７は、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の好適な動作を説明する図である。

この図７は、電池７０２の放電中における演算部７１８の処理Ｂを示すものである。

放電中は、図６の処理Ａにおいて算出された満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗をベースに、実際に利用可能な充電率ＲＳＯＣ、残時間(Remaining Time)、残容量(Remaining Capacity)を逐次算出する。また、これらの残量算出に重要な内部抵抗テーブル７６１は、放電中に更新される。残量算出に使用され放電終了充電量ＳＯＣ＿ｆｉｎの算出でも電池７０２の内部抵抗値が重要であり、劣化により電池７０２の内部抵抗が変化するためである。

図７は、電池７０２の放電開始以降の放電継続中において、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖに応答して上記(数４)の右辺の第１項の関数ｆ(ＳＯＣ)の値を出力する内部抵抗テーブル７６１の内容が更新される様子を示している。

上述したように電池７０２の放電時には、電池の放電電流Ｉと内部抵抗Ｒとの電圧降下分、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶは回路オープン電圧ＯＣＶよりも低いので、ＣＣＶ＝ＯＣＶ−ＩＲの関係が成立している。

従って、電池７０２のサイクル劣化あるいは保存劣化により内部抵抗ＲのＳＯＣ特性が変化した場合でも、電圧検出部７０５で検出される回路クローズド電圧ＣＣＶと電流検出部７０６で検出される放電電流Ｉとを使用して、放電中の内部抵抗Ｒの値を下記(数６)に従って算出することが可能である。オープン電圧情報ＯＣＶは、電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉより、メモリに格納された図１４に示す電池７０２の充電量ＳＯＣと電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶとの関係を使用して計算する。

また、その時点でＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８から出力される内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_DegとＲ温度係数テーブル７６３から出力される内部抵抗Ｒの温度係数Ｃ_Tempとを使用して、演算部７１８は各充電量ＳＯＣの上記(数４)の右辺の第１項の関数ｆ(ＳＯＣ)の値を出力する。

内部抵抗テーブル７６１には充電量ＳＯＣのそれぞれの値に対応した関数ｆ(ＳＯＣ)の値が格納されているので、ある充電量ＳＯＣに対応して演算部７１８から出力される関数ｆ(ＳＯＣ)の値が過去に算出されて内部抵抗テーブル７６１に格納された値と相違する場合には、図７の矢印７４４に示したように関数ｆ(ＳＯＣ)の新しい算出値によって内部抵抗テーブル７６１を更新する。このようにして、電池７０２の劣化が進行して、充電量ＳＯＣに対する電池７０２の内部抵抗Ｒの特性が変化しても、内部抵抗テーブル７６１に格納される関数ｆ(ＳＯＣ)の値を最新の状態に更新することが可能である。

更に、図７の矢印７４５に示したようにある充電量ＳＯＣに対応する関数ｆ(ＳＯＣ)の値に従ってそれ以下の充電量ＳＯＣに対応する関数ｆ(ＳＯＣ)の値を推測することで、内部抵抗テーブル７６１を更新することも可能である。この推測は、例えば、ある充電量ＳＯＣに対応する関数ｆ(ＳＯＣ)の値の変化率と同一の変化率を更新前の値に乗算して、更新後の値を算出するものである。

放電中に、図７に示した実施の形態では充電量ＳＯＣの１０％変化ステップで内部抵抗テーブル７６１を更新している。しかし、前回使用時からの電池７０２の劣化が大きい場合には、放電終了直前の内部抵抗の変化が大きく残量推定に重要なパラメータである放電終了充電量ＳＯＣの算出精度が低下することとから、放電終了直前に内部抵抗更新頻度を多くすることが推奨される。

《放電終了後の処理》
図８は、図４に示す本発明の実施の形態１による電池制御用半導体集積回路７０３の演算部７１８の他の好適な動作を説明する図である。

この図８は、電池７０２の放電終了後数時間経過した時点での演算部７１８の処理Ｃを示すものである。

図８の放電終了後の処理Ｃは、次回の図６の放電開始直後の処理Ａに使用するための満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数との間の相関関係を更新するものである。従って、次回の図６の放電開始直後の処理で、満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数の算出精度を向上することが可能となる。

放電終了後には、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖと放電中の積算電荷量Ｑｕｓｅとを使用して、上記(数１)から正確な満充電容量Ｑｍａｘを算出して、内部抵抗劣化係数も再計算する。このように放電終了の都度に得られる満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数との正しい関係を、例えば最小二乗法を使用する近似式で算出して、更新するものである。

良く知られているように、電池７０２は放電終了後に時定数の大きい抵抗の影響によって、電池７０２の電圧は徐々に上昇して、数時間後に安定する。この安定した電圧が、回路オープン電圧OＣＶである。

電池７０２の放電終了後２時間程度経過すると、演算部７１８は、放電開始前充電量ＳＯＣ_ｉｎｉと放電電流積算値Ｑｕｓｅと電圧検出部７０５によって検出される電池７０２の回路オープン電圧OＣＶから算出される充電量ＳＯＣとにより上記(数１)に従って満充電容量Ｑｍａｘを計算することが可能となる。また、放電中の所定の時刻における電圧情報と電流情報とから、演算部７１８は内部抵抗劣化係数を算出する。これによって得られた内部抵抗劣化係数と満充電容量の関係を演算部７１８はそれ以前の放電時の複数回のデータと参照して、例えば最小二乗法を使用する近似式で算出して、更新して、不揮発性メモリに格納する。

図８の矢印７４６に示したＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８の演算方法の更新は、演算部７１８を構成する中央処理ユニット(ＣＰＵ)のソフトウェアを格納したメモリ７１９の不揮発性メモリを書き換えることで実現可能である。すなわち、不揮発性メモリの書き換えによって中央処理ユニット(ＣＰＵ)のソフトウェアが書き換えられ、Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８の近似式が更新されるものである。

以上のように図８に示す電池７０２の放電終了後数時間経過した時点での演算部７１８の処理Ｃによって更新された演算部７１８のＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８の近似式は、図６に示した電池７０２の放電開始直後の演算部７１８の処理Ａの最初のステップＡ１に利用されるものである。

以上のように、図８の放電終了後の処理Ｃで満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数の近似式を更新することによって、次回の図６の放電開始直後の処理Ａにおける満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数の算出精度を向上させることができる。これは、特に電子機器の休止時間が長くなり、次回放電までに電池７０２が大幅に劣化した場合などに、図８の放電終了後の処理Ｃと次回の図６の放電開始直後の処理Ａとによって劣化を反映した満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数とを算出でき、正確な残量を表示することができる。

また、この実施の形態１では、電池７０２の内部抵抗劣化係数を使用したが、劣化係数を使用しない場合には、満充電容量Ｑｍａｘと電池７０２の内部抵抗との関係式を図６の放電開始直後の処理Ａに使用することも可能である。

［実施の形態２］
図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３は、上述した実施の形態１にて説明した電池７０２の放電動作だけではなく電池７０２の充電動作を制御することが可能とされている。

電池７０２はサイクル劣化や保存劣化等によって劣化するため、充電開始時に大幅劣化している場合も考えられる。図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３は、充電動作期間に過充電保護動作と過電流保護動作とを実行するように構成されている。一方、充電動作の間には充電残時間の表示が好ましいが、演算部７１８が正確な充電残時間を算出するためには、演算部７１８が充電中の電池７０２の正確な満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗を算出する必要がある。

従って、電池７０２の充電動作期間において図１に示す電池制御用半導体集積回路７０３は、図６で説明した放電開始直後の処理Ａと類似した充電開始直後の処理を実行することもできる。

すなわち、充電開始直後の処理のステップＡ１では、メモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域に格納されていた満充電容量Ｑｍａｘの初期値が加算器７６９を介してＱｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８に供給されるので、Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部７６８から電池７０２の内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degが出力される。

充電と放電では内部抵抗値が異なる場合があるため、充電時の電池７０２の内部抵抗の算出では、メモリ７１９の不揮発性メモリに別途格納した充電補正係数を放電時の内部抵抗算出の式に乗算する必要がある。

充電開始直後の処理の次のステップＡ２においては、比較判定部７６７は電圧ベース充電率演算部７６４で算出される充電開始以降の電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電率演算部７６６で算出される充電開始以降の電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とが一致するように、満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値をフィードバック制御する。ただし、電流積算部７６５では、充電電流の時間積分である電池７０２の充電電荷Ｑchargeが計算される。このステップＡ２での満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値の制御の間に内部抵抗Ｒの劣化係数Ｃ_Degの値が変化するので、ステップＡ２の処理とステップＡ１の処理とが反復される間に電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とが一致するものとなる。この一致のタイミングでの満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値が、電池７０２の正確な充電残時間の算出に使用される。

充電中は、算出された満充電容量Ｑｍａｘの値を使用して演算部７１８は電池７０２の充電残時間を算出する。具体的な電池７０２の充電残時間の算出方法については、後に詳述する。

更に電池７０２の充電動作の期間において図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３は、図７で説明した放電継続中の処理Ｂと類似した充電継続中の処理を実行することもできる。

すなわち、この充電継続中の処理によって、電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖに応答して、上記(数４)の右辺の第１項の関数ｆ(ＳＯＣ)の値を出力する内部抵抗テーブル７６１の内容が更新される。ただし、電池７０２の充電時には、電池の充電電流Ｉと内部抵抗Ｒとの電圧降下分、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶは電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶよりも高いので、ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋ＩＲの関係が成立している。従って、演算部７１８は、この関係を使用して電池７０２の内部抵抗を算出する。充電継続中の処理のその他の点は、図７で説明した放電継続中の処理Ｂと同一であるので、説明を省略する。

また更に、電池７０２の充電終了後数時間経過した時点において図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３は、図８で説明した放電終了後数時間経過した時点での処理Ｃと類似した充電終了後数時間経過した時点の処理を実行することもできる。充電終了後数時間経過した時点の処理中の処理のその他の点は、図８で説明した放電終了後数時間経過した時点での処理Ｃと同一であるので、説明を省略する。

以上説明した満充電容量Ｑｍａｘの算出や内部抵抗の更新処理は、充電時は必ずしも実行する必要はない。それは、放電時の処理でも、充電残時間の算出処理に際して満充電容量Ｑｍａｘの値と内部抵抗の値の補正できるためである。

《充電残時間の算出》
図１０は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３を使用して、電池７０２が充電される様子を示す図である。

すなわち、図１に示した本発明の実施の形態１の電池制御用半導体集積回路７０３を使用して、電池７０２は、ＡＣ電源７３１からＡＣ／ＤＣコンバータ７１２とＤＣ／ＤＣコンバータ７２１と保護回路７０４とを介して充電されることが可能である。電池７０２がリチウムイオン電池である場合には、一般的に定電流(Constant Current)・定電圧(Constant Voltage)の充電が使用されることが多い。

図１０に示したように充電初期の期間においては、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶが所定の制限電圧Ｖ_limに到達するまでは一定電流Ｉccによって電池７０２が充電されると言う定電流充電(ＣＣ充電)が実行される。一方、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶが制限電圧Ｖ_limに到達した以降の充電後期では、一定の電圧である制限電圧Ｖ_limによって電池７０２が充電されると言う定電圧充電(ＣＶ充電)が実行される。充電後期の定電圧充電(ＣＶ充電)の期間では、定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの値は次第に減少する。この充電電流Ｉcvの値が所定の規定電流Ｉ_limに到達した時点が満充電の状態とされる。

電池７０２の充電が開始される直前の回路オープン電圧ＯＣＶより算出した充電量ＳＯＣを充電初期値充電量ＳＯＣ_ｉｎｉとして、満充電状態の充電量ＳＯＣを満充電充電量ＳＯＣ_endとして、電池７０２の充電動作が定電流充電(ＣＣ充電)から定電圧充電(ＣＶ充電)に変化するタイミングの充電量ＳＯＣを変化点充電量ＳＯＣ_changeとする。

図１２は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３を使用して電池７０２の充電残時間を算出するフローチャートを示す図である。この図１２に示す電池７０２の充電残時間の算出のためのフローチャートの処理を開始する前提は、図６に示した放電開始直後の処理ＡのステップＡ１とステップＡ２を実行することによって満充電容量Ｑｍａｘの補正計算値を算出済みであるか、あるいは、前回放電時の満充電容量Ｑｍａｘを利用して、充電開始直後から開始しても良い。

図１２のステップ６０１では、電池制御用半導体集積回路７０３に含まれた図４の演算部７１８は、下記のように変化点充電量ＳＯＣ_changeを算出する。

すなわち、電池７０２の充電時には、電池の充電電流Ｉと内部抵抗Ｒとの電圧降下分、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶは電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶより高いので、ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋ＩＲの関係が成立している。

定電圧充電(ＣＶ充電)の期間ではＣＣＶ＝Ｖ_lim、Ｉ＝Ｉcvの関係が成立しているので、定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの値は下記(数７)に従って演算部７１８によって算出される。

すなわち、定電圧充電(ＣＶ充電)に使用される一定電圧の制限電圧Ｖ_limの値は、メモリ７１９に格納される。更に放電期間中に演算部７１８によって上記(数６)に従って電池７０２の内部抵抗Ｒの値は、放電時と同様に上記(数６)により求め、充電補正が必要な場合は、それに内部抵抗充電係数を乗算することで算出してメモリ７１９に格納する。また、回路オープン電圧ＯＣＶは、充電量ＳＯＣから図１４に示した充電量ＳＯＣと回路オープン電圧ＯＣＶとの関係を使用して算出してメモリ７１９に格納する。その結果、メモリ７１９から必要な情報を演算部７１８が読み出して、上記(数７)に従った定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの算出が可能となる。

次に、上記(数７)により算出された定電圧充電の充電電流Ｉcvが定電流充電の一定電流Iccと一致する点が変化点充電量ＳＯＣ_changeであることから、演算部７１８が変化点充電量ＳＯＣ_changeを算出する。すなわち、上記(数７)によって算出された定電圧充電の充電電流Ｉcvとメモリ７１９から読み出される制限電圧Ｖ_limの値と電池７０２の内部抵抗Ｒの値とを演算部７１８の電圧ベース充電率演算部７６４に供給することによって、電圧ベース充電率演算部７６４から変化点充電量ＳＯＣ_changeを出力できる。

一方、他の方法としては、定電流充電(ＣＣ充電)の期間に着目すると、各充電量ＳＯＣにおける電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶを回路オープン電圧ＯＣＶと内部抵抗とから算出して、この回路クローズド電圧ＣＣＶが制限電圧Ｖ_limと一致するタイミングで充電量ＳＯＣが変化点充電量ＳＯＣ_changeとなる。この一致のタイミングにおいては、ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉcc・Ｒ＝Ｖ_lim、Ｉ＝Ｉccの関係が成立する。すなわち、演算部７１８の電圧ベース充電率演算部７６４に定電流充電(ＣＣ充電)の充電電流Ｉccとメモリ７１９の不揮発性メモリから読み出される定電流充電(ＣＣ充電)の制限電圧Ｖ_limと電池７０２の内部抵抗Ｒの値とに供給することによって、電圧ベース充電率演算部７６４から変化点充電量ＳＯＣ_changeを出力することができる。尚、定電流充電(ＣＣ充電)の充電電流Ｉccの値は、事前にメモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域に格納しても良いし、もしくは電流検出部７０６の検出アナログ電流のＡ／Ｄ変換器７１５によるデジタル電流情報を利用することも可能である。

次に、図１２のステップ６０２では、上述したステップ６０１によって算出された変化点充電量ＳＯＣ_changeを利用することによって、電池制御用半導体集積回路７０３に含まれた図４の演算部７１８は、下記のように定電流充電(ＣＣ充電)の充電期間Ｔccを算出する。

一方、電池７０２の充電動作に関係する満充電容量Ｑｍａｘは、下記(数８)となる。

ここで、Ｉccは電池７０２の定電流充電(ＣＣ充電)の充電電流であり、ＳＯＣ_iniは充電直前での充電量ＳＯＣの初期値であり、Ｔccは定電流充電(ＣＣ充電)の充電期間であり、ＳＯＣ_changeは電池７０２の充電動作が定電流充電(ＣＣ充電)から定電圧充電(ＣＶ充電)に変化するタイミングでの変化点充電量ＳＯＣである。

従って、上記(数８)から定電流充電(ＣＣ充電)の充電期間は、下記(数９)のように計算される。

すなわち、演算部７１８は、図１２のステップ６０２においてメモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域に事前に格納された満充電容量Ｑｍａｘと放電直前での充電量初期値ＳＯＣ_iniと変化点充電量ＳＯＣ_changeと定電流充電(ＣＣ充電)の充電電流Ｉccとを読み出すことによって、上記(数９)に従って定電流充電(ＣＣ充電)の充電期間Ｔccを算出するものである。

次に、図１２のステップ６０３では、上述したステップ６０１によって算出された変化点充電量ＳＯＣ_changeを利用することで、電池制御用半導体集積回路７０３に含まれた図４の演算部７１８は下記のように定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvを算出する。下記(数１０)の定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvの算出は、上記(数９)からのアナロジーに従って、充電量ＳＯＣが０．１％増大するために必要な部分充電期間Ｔcvを計算して積算するものである。

すなわち、演算部７１８は、図１２のステップ６０３においてメモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域に事前に格納された満充電容量Ｑｍａｘと変化点充電量ＳＯＣ_changeとを読み出し、上記(数７)に従って算出される定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvより上記(数１０)に従って定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvを算出するものである。尚、この時には、満充電充電量ＳＯＣ_endは、電池７０２の劣化によって必ずしも１００％とはならないことから、演算部７１８によって別途算出される。

特に、上記(数１０)に従った定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvの算出には、下記に説明する直線近似方法が利用される。

図９は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３を使用して定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvを算出する際に、直線近似方法が利用される様子を示す図である。

厳密に言えば、定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvは、図１０の曲線６５０に示すように時間の変化に対して指数関数的に減少するものである。しかし、定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvは、図９の直線６５１に示したように、充電量ＳＯＣの変化に対して略直線に減少するものである。更に、定電圧充電(ＣＶ充電)が実行されるのは、電池７０２の充電期間後半の充電量ＳＯＣが高い領域である。また更に定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの値を決定する上記(数７)において、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶである充電電圧Ｖ_limは定電圧であり、内部抵抗Ｒも充電量ＳＯＣが高い領域では大きな変化がなく一定値と仮定することができる。

一方、図１４は、電池７０２の充電量ＳＯＣと電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶとの関係を示す図である。

図１４の特性６６０に示したように、充電量ＳＯＣが高い領域では回路オープン電圧ＯＣＶと充電量ＳＯＣとは略線型の相関関係となっている。

従って、上記(数７)において回路オープン電圧ＯＣＶは充電量ＳＯＣと略線型の関係を使用することによって、定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの値を予測するものである。

図１１は、図９に示した定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvを算出する際の直線近似方法を更に詳細に説明する図である。

図１１に示したように、定電流充電(ＣＣ充電)で使用される定電流Ｉccの値と、満充電状態の到達と判断するための充電電流Ｉcvの規定電流Ｉ_limの値と、図１２のステップ６０１により算出された変化点充電量ＳＯＣ_changeと、満充電充電量ＳＯＣ_endとから、演算部７１８は図１１に示す近似直線の勾配ａを下記(数１１)のように算出する。

従って、上記(数１１)のように算出された勾配ａを使用して、演算部７１８は図１１に示した近似直線によって時々刻々電流ベース充電率演算部７６６によって算出される電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉに基づき、下記(数１２)のように定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの値を算出する。

従って、上記(数１２)で算出される定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの値を上記(数１０)の定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvの算出に使用することによって、変化点充電量ＳＯＣ_changeから満充電充電量ＳＯＣ_endまでの充電期間Ｔcvを算出することが可能となる。

次に、図１２のステップ６０４では、図１２のステップ６０２で算出された定電流充電(ＣＣ充電)の充電期間Ｔccと図１２のステップ６０３で算出された定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvとを演算部７１８が下記(数１３)のように加算することによって、充電残時間Ｔcgを算出する。

このように図１２のステップ６０４で演算部７１８によって算出された充電残時間Ｔcgは、電池７０２の充電中に図３のモニタ表示のように簡易表示７５１もしくは詳細表示画面７５０によって表示されることが可能となる。

次に、図１２のステップ６０５では、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶが制限電圧Ｖ_limと実際に一致するタイミングにおける変化点充電量ＳＯＣ_changeが算出される。

これは、電圧検出部７０５の検出電圧である電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶが制限電圧Ｖ_limと一致したタイミングにおいて電圧ベース充電率演算部７６４から出力される電圧ベース充電量ＳＯＣ＿Ｖの値と電流ベース充電率演算部７６６から出力される電流ベース充電量ＳＯＣ＿Ｉの値とのいずれか一方が、変化点充電量ＳＯＣ_changeとして算出される。

図１２のステップ６０1において算出された変化点充電量ＳＯＣ_changeの値は、電池７０２の内部抵抗Ｒの値等を使用して計算した予測値であった。それに対して、図１２のステップ６０５にて算出される変化点充電量ＳＯＣ_changeの値は、電池７０２の回路クローズド電圧ＣＣＶが制限電圧Ｖ_limと実際に一致するタイミングにて算出された値であるので、変化点充電量ＳＯＣ_changeの実測値である。

従って、より好適な実施の形態では、図１２のステップ６０５にて算出される変化点充電量ＳＯＣ_changeの値を使用して、メモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域に格納されている電池７０２の内部抵抗Ｒの充電係数を補正する。すなわち、図１２のステップ６０６では、図１２のステップ６０５で算出される変化点充電量ＳＯＣ_changeの値と図１２のステップ６０1で算出された変化点充電量ＳＯＣ_changeの値との差に基づいて、演算部７１８はメモリ７１９の不揮発性メモリの記憶領域に格納されている電池７０２の内部抵抗の充電係数を補正する。

次に、図１２のステップ６０７では、図１２のステップ６０５にて算出される変化点充電量ＳＯＣ_changeの値を使用して、上記(数１１)で算出された勾配ａを再計算して、更に上記(数１２)で算出された定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの値を再算出する。定電圧充電(ＣＶ充電)の期間中は、計算された充電電流Icvと実際に計測された充電電流Icvの値を比較して、差が大きい場合には、例えば満充電容量Ｑｍａｘを補正することにより、充電電流Icvを補正して、実測値と計算値が近くなるようにすることで、次の定電圧充電時間の算出精度を向上させる。補正した満充電容量Ｑｍａｘは、不揮発性メモリに格納して、次回利用されることが可能となる。上記(数１２)を使用して再計算された定電圧充電(ＣＶ充電)の充電電流Ｉcvの値を使用して、演算部７１８は、上記(数１０)に従って定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvの値を再算出する。

従って、図１２のステップ６０７の以降では、図１２のステップ６０７にて再計算された定電圧充電(ＣＶ充電)の充電期間Ｔcvの値が充電残時間として、図３のモニタ表示のように簡易表示７５１もしくは詳細表示画面７５０によって表示されることが可能となる。

［実施の形態３］
図１３は、図１に示した電池制御用半導体集積回路７０３を使用した本発明の実施の形態１による図６の電池７０３の放電時の動作とメモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容と本発明の実施の形態２による図９から図１２で説明した電池７０３の充電時の動作との関係を示す図である。

すなわち、本発明の実施の形態３によって、図１３に示した電池７０３の放電時での処理８１０とメモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容８２０と電池７０３の充電時の処理８３０とは、それぞれ相互に関係を有している。

図１３に示したように、電池７０３の放電時での処理８１０では最初にメモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容８２０の電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶと充電量ＳＯＣの関係と、満充電容量Ｑｍａｘの初期値と、満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数の近似式と、内部抵抗テーブル７６１(ｆ(ＳＯＣ))が、電池７０３の放電開始直後の処理Ａ(処理８１１)に使用される。また、電池７０３の放電開始直後の処理Ａ(処理８１１)によって、満充電容量Ｑｍａｘが、メモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容８２０で更新される。

次に、メモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容８２０の電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶと充電量ＳＯＣの関係と、内部抵抗テーブル７６１(ｆ(ＳＯＣ))と、満充電容量Qmaxとが、電池７０３の放電中の処理Ｂ(処理８１２)に使用される。また、電池７０３の放電中の処理Ｂ(処理８１１)によって、内部抵抗テーブル７６１(ｆ(ＳＯＣ))が、メモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容８２０で更新される。

更に、メモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容８２０の電池７０２の回路オープン電圧ＯＣＶと充電量ＳＯＣの関係と、内部抵抗テーブル７６１(ｆ(ＳＯＣ))と、満充電容量Ｑｍａｘと内部抵抗劣化係数の近似式が、電池７０３の放電終了後数時間経過した時点での処理Ｃ(処理８１３)に使用される。また電池７０３の放電終了後数時間経過した時点での処理Ｃ(処理８１３)によって、Ｑｍａｘ−内部抵抗劣化係数近似式が、メモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容８２０で更新される。

次に、電池７０３の充電時の処理８３０では、最初にメモリ７１９の不揮発性メモリの格納内容８２０の内部抵抗充電係数と内部抵抗テーブル７６１(ｆ(ＳＯＣ))と満充電容量Ｑｍａｘとを使用して変化点充電量ＳＯＣ_changeが算出され(処理８３１)、算出された変化点充電量ＳＯＣ_changeはメモリ７１９の不揮発性メモリに格納される。次に、メモリ７１９の不揮発性メモリに格納された満充電容量Ｑｍａｘと変化点充電量ＳＯＣ_changeとを使用して、定電流充電(ＣＣ充電)の充電時間Ｔccと定電圧充電(ＣＶ充電)の充電時間Ｔcvとが算出される(処理８３２)。また、電池７０３の充電時の処理８３０の後、図１３の破線の矢印に示したように、内部抵抗テーブル７６１(ｆ(ＳＯＣ))と満充電容量Ｑｍａｘとを更新することも可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を種々の実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、本発明は、ノートＰＣ用の電池だけではなく、ＰＤＡ(パーソナル・デジタル・アシスト)や携帯型ゲームや携帯電話等に使用される電池制御用半導体集積回路にも適用されることが可能である。

７０１…電池パック
７０２…電池
７０３…電池制御用半導体集積回路
７０４…保護回路
７０５…電圧検出部
７０６…電流検出部
７０７…温度検出部
７０８…ノートＰＣ
７０９…Ａ／Ｄ変換器
７１０…ルート
７１１…ルート
７１２…ＡＣ／ＤＣコンバータ
７１５…Ａ／Ｄ変換器
７１６…保護回路制御部
７１７…タイマ
７１８…演算部
７１９…メモリ
７２０…入出力部
７２１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
７２２…中央処理ユニット(ＣＰＵ)
７２３…ハードディスクドライブ(ＨＤＤ)
７２４…ＤＶＤドライブ
７２５…ルート
７３１…ＡＣ電源
７６１…内部抵抗テーブル
７６２…内部抵抗演算部
７６３…Ｒ温度係数テーブル
７６４…電圧ベース充電率演算部
７６５…電流積算部
７６６…電流ベース充電率演算部
７６７…比較判定部
７６８…Ｑｍａｘ−Ｒ劣化係数演算部
７６９…加算器

Claims (20)

1. 電池の放電動作と充電動作との少なくともいずれか一方を制御可能な電池制御機能を有する半導体集積回路であって、
   前記半導体集積回路には、前記電池の電流を検出する電流検出部から生成される電流情報と、前記電池の電圧を検出する電圧検出部から生成される電圧情報とがそれぞれ供給可能とされ、
   前記半導体集積回路は、メモリ機能と、電流積算機能と、電圧ベース充電量演算機能と、電流ベース充電量演算機能と、比較判定機能と、補正機能と、抵抗劣化係数出力機能とを具備して、
   前記メモリ機能は、前記電池の満充電容量と前記電池の内部抵抗劣化係数との関係を格納可能とされ、
   前記比較判定機能によって比較される電圧ベース充電量と電流ベース充電量とが実質的に一致すると判定された状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量と前記抵抗劣化係数出力機能から出力される前記内部抵抗劣化係数を前記メモリ機能に格納可能とされた
   ことを特徴とする半導体集積回路。
2. 請求項１において、
   前記メモリ機能には、前記満充電容量の初期値と前記電流ベース充電量の初期値が格納可能とされ、
   前記電流積算機能に前記電流情報が供給されることによって、前記電流積算機能は前記電流積算値を出力可能とされ、
   前記電流情報と前記電圧情報とが前記電圧ベース充電量演算機能に供給されることによって、前記電圧ベース充電量演算機能は電圧ベース充電量を出力可能とされ、
   前記メモリ機能からそれぞれ出力される前記満充電容量の前記初期値および前記電流ベース充電量の前記初期値と前記電流積算機能から出力される前記電流積算値とが前記電流ベース充電量演算機能に供給されることによって、前記電流ベース充電量演算機能は電流ベース充電量を出力可能とされ、
   前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量とが前記比較判定機能にそれぞれ供給されることによって、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量との差に対応した比較出力信号を前記比較判定機能が出力可能とされ、
   前記比較判定機能から出力される前記比較出力信号と前記メモリ機能から出力される前記満充電容量の前記初期値とが前記補正機能に供給されることによって、前記補正機能は前記満充電容量の補正計算値を出力可能とされ、
   前記抵抗劣化係数出力機能は、前記補正機能から出力される前記満充電容量の前記補正計算値に応答して、前記内部抵抗劣化係数を出力可能とされ、
   前記放電動作の開始直後に、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量とが実質的に一致する前記状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量の前記補正計算値と、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量が実質的に一致する前記状態の当該電圧ベース充電量と当該電流ベース充電量のいずれか一方とが、前記満充電容量の前記初期値と前記電流ベース充電量の前記初期値として前記メモリ機能にそれぞれ格納可能とされた
   ことを特徴とする半導体集積回路。
3. 請求項２において、
   前記半導体集積回路は、抵抗パラメータ出力機能を更に具備して、
   前記抵抗パラメータ出力機能は、前記電圧ベース充電量演算機能から出力される前記電圧ベース充電量と前記電池の内部抵抗との関係を示すテーブルによって構成され、前記電圧ベース充電量演算機能から出力される前記電圧ベース充電量に応答して、前記電池の前記内部抵抗の抵抗パラメータを出力可能とされ、
   前記電池の放電継続中に、前記電圧検出部から生成される前記電池の回路クローズド電圧と前記電流検出部から生成される前記電池の放電電流とに基づいて、前記電池の前記内部抵抗を算出して、
   前記電池の前記放電継続中の前記電池の前記内部抵抗の算出結果に従って、前記抵抗パラメータ出力機能の前記電池の前記内部抵抗の前記抵抗パラメータの出力方法が更新可能とされた
   ことを特徴とする半導体集積回路。
4. 請求項３において、
   前記電池の放電終了後数時間経過した時点で前記電池の回路オープン電圧より算出される充電量と前記電池の放電中の前記電流検出部から生成される前記電池の放電電流の積算値とに基づいて、前記電池の満充電容量を算出して、
   前記電池の放電中の前記電池の電流値と電圧値とに基づき、前記内部抵抗劣化係数を算出して、
   前記電池の放電終了後数時間経過した時点での前記満充電容量の算出結果と前記電池の放電中の前記内部抵抗劣化係数の算出結果とに基づき、前記メモリ機能に格納された前記満充電容量と前記内部抵抗劣化係数との前記関係を更新可能とされた
   ことを特徴とする半導体集積回路。
5. 請求項２において、
   前記満充電容量と前記内部抵抗劣化係数とに基づいて、前記半導体集積回路は前記電池の利用可能充電量と残容量と残時間とを算出する
   ことを特徴とする半導体集積回路。
6. 請求項２において、
   前記充電動作の開始直後に、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量とが実質的に一致する前記状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量の前記補正計算値と、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量が実質的に一致する前記状態の当該電圧ベース充電量と当該電流ベース充電量のいずれか一方とが、前記満充電容量の前記初期値と前記電流ベース充電量の前記初期値として前記メモリ機能にそれぞれ格納可能とされた
   ことを特徴とする半導体集積回路。
7. 請求項３において、
   前記電池の充電継続中に、前記電圧検出部から生成される前記電池の回路クローズド電圧と前記電流検出部から生成される前記電池の放電電流とに基づいて、前記電池の前記内部抵抗を算出して、
   前記電池の前記充電継続中の前記電池の前記内部抵抗の算出結果に従って、前記抵抗パラメータ出力機能の前記電池の前記内部抵抗の前記抵抗パラメータの出力方法が更新可能とされた
   ことを特徴とする半導体集積回路。
8. 請求項４において、
   前記電池の充電終了後数時間経過した時点で前記電圧検出部から生成される前記電池の回路オープン電圧より算出される充電量と前記電池の充電中の前記電流検出部から生成される前記電池の充電電流の積算値とに基づいて、前記電池の満充電容量を算出して、
   前記電池の充電中の前記電池の電流値と電圧値とに基づき、前記内部抵抗劣化係数を算出して、
   前記電池の充電終了後数時間経過した時点での前記満充電容量の算出結果と前記電池の充電中の前記内部抵抗劣化係数の算出結果とに基づき、前記メモリ機能に格納された前記満充電容量と前記内部抵抗劣化係数との前記関係を更新可能とされた
   ことを特徴とする半導体集積回路。
9. 請求項３において、
   前記充電動作としては、充電前半に定電流充電が実行されて、充電後半に定電圧充電が実行されるものであり、
   前記定電流充電から前記定電圧充電に切り替わる変化点充電量を算出することによって、前記定電流充電の定電流充電時間と前記定電圧充電の定電圧充電時間とを算出して、前記定電流充電時間と前記定電圧充電時間との加算値を充電残時間として出力する
   ことを特徴とする半導体集積回路。
10. 請求項９において、
    前記定電圧充電時間の算出において、前記電池の充電量と前記定電圧充電の充電電流との関係を直線近似して、前記定電圧充電時間を算出する
    ことを特徴とする半導体集積回路。
11. 請求項１０において、
    前記変化点充電量を算出する算出手法は、前記電池の前記定電流充電の期間の回路クローズド電圧が前記定電圧充電の制限電圧に一致するタイミングにおける前記変化点充電量を算出するか、または、前記電池の前記定電圧充電の期間の前記充電電流が前記定電流充電の一定電流に一致するタイミングにおける前記変化点充電量を算出するかの、少なくともいずれか一方を実行するものであり、
    前記半導体集積回路は、前記算出手法によって算出された前記変化点充電量を、前記電池の実際の充電中に定電流充電から定電圧充電への変化に基づいて算出される実際の変化点充電量の値に更新するものであり、
    前記半導体集積回路は、前記実際の変化点充電量の値を使用することによって前記定電圧充電時間を再計算して、前記残充電時間の出力値を更新する
    ことを特徴とする半導体集積回路。
12. 請求項１１において、
    前記メモリ機能は、前記半導体集積回路に内蔵された不揮発性メモリによって実現される
    ことを特徴とする半導体集積回路。
13. 電池の放電動作と充電動作との少なくともいずれか一方を制御可能な電池制御機能を有する半導体集積回路の動作方法であって、
    前記半導体集積回路は、メモリ機能と、電流積算機能と、電圧ベース充電量演算機能と、電流ベース充電量演算機能と、比較判定機能と、補正機能と、抵抗劣化係数出力機能とを具備して、
    前記メモリ機能に、前記電池の満充電容量と前記電池の内部抵抗劣化係数との関係を格納するステップと、
    前記半導体集積回路に、前記電池の電流を検出する電流検出部から生成される電流情報と、前記電池の電圧を検出する電圧検出部から生成される電圧情報とがそれぞれ供給するステップと、
    前記比較判定機能によって比較される電圧ベース充電量と電流ベース充電量とが実質的に一致すると判定された状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量と前記抵抗劣化係数出力機能から出力される前記内部抵抗劣化係数を前記メモリ機能に格納するステップとを含む
    ことを特徴とする半導体集積回路の動作方法。
14. 請求項１３において、
    前記メモリ機能に、前記満充電容量の初期値と前記電流ベース充電量の初期値が格納するステップと、
    前記電流積算機能に前記電流情報が供給されることによって、前記電流積算機能から前記電流積算値を出力するステップと、
    前記電流情報と前記電圧情報とが前記電圧ベース充電量演算機能に供給されることによって、前記電圧ベース充電量演算機能から電圧ベース充電量を出力するステップと、
    前記メモリ機能からそれぞれ出力される前記満充電容量の前記初期値および前記電流ベース充電量の前記初期値と前記電流積算機能から出力される前記電流積算値とが前記電流ベース充電量演算機能に供給されることによって、前記電流ベース充電量演算機能から電流ベース充電量を出力するステップと、
    前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量とが前記比較判定機能にそれぞれ供給されることによって、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量との差に対応した比較出力信号を前記比較判定機能から出力するステップと、
    前記比較判定機能から出力される前記比較出力信号と前記メモリ機能から出力される前記満充電容量の前記初期値とが前記補正機能に供給されることによって、前記補正機能から前記満充電容量の補正計算値を出力するステップと、
    前記抵抗劣化係数出力機能から、前記補正機能から出力される前記満充電容量の前記補正計算値に応答して、前記内部抵抗劣化係数を出力するステップと、
    前記放電動作の開始直後に、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量とが実質的に一致する前記状態で前記補正機能から出力される前記満充電容量の前記補正計算値と、前記電圧ベース充電量と前記電流ベース充電量が実質的に一致する前記状態の当該電圧ベース充電量と当該電流ベース充電量のいずれか一方とを、前記満充電容量の前記初期値と前記電流ベース充電量の前記初期値として前記メモリ機能にそれぞれ格納するステップとを含む
    ことを特徴とする半導体集積回路の動作方法。
15. 請求項１４において、
    前記半導体集積回路は、抵抗パラメータ出力機能を更に具備して、
    前記抵抗パラメータ出力機能は、前記電圧ベース充電量演算機能から出力される前記電圧ベース充電量と前記電池の内部抵抗との関係を示すテーブルによって構成され、
    前記抵抗パラメータ出力機能から、前記電圧ベース充電量演算機能から出力される前記電圧ベース充電量に応答して、前記電池の前記内部抵抗の抵抗パラメータを出力するステップと、
    前記電池の放電継続中に、前記電圧検出部から生成される前記電池の回路クローズド電圧と前記電流検出部から生成される前記電池の放電電流とに基づいて、前記電池の前記内部抵抗を算出するステップと、
    前記電池の前記放電継続中の前記電池の前記内部抵抗の算出結果に従って、前記抵抗パラメータ出力機能の前記電池の前記内部抵抗の前記抵抗パラメータの出力方法を更新するステップとを含む
    ことを特徴とする半導体集積回路の動作方法。
16. 請求項１５において、
    前記電池の放電終了後数時間経過した時点で前記電圧検出部から生成される前記電池の回路オープン電圧より算出される充電量と前記電池の放電中の前記電流検出部から生成される前記電池の放電電流の積算値とに基づいて、前記電池の満充電容量を算出するステップと、
    前記電池の放電中の前記電池の電流値と電圧値とに基づき、前記内部抵抗劣化係数を算出するステップと、
    前記電池の放電終了後数時間経過した時点での前記満充電容量の算出結果と前記電池の放電中の前記内部抵抗劣化係数の算出結果とに基づき、前記メモリ機能に格納された前記満充電容量と前記内部抵抗劣化係数との前記関係を更新するステップとを含む
    ことを特徴とする半導体集積回路の動作方法。
17. 請求項１４において、
    前記満充電容量と前記内部抵抗劣化係数とに基づいて、前記半導体集積回路は前記電池の利用可能充電量と残容量と残時間とを算出するステップを更に含む
    ことを特徴とする半導体集積回路の動作方法。
18. 請求項１５において、
    前記充電動作としては、充電前半に定電流充電が実行されて、充電後半に定電圧充電が実行されるものであり、
    前記定電流充電から前記定電圧充電に切り替わる変化点充電量を算出するステップと、
    前記変化点充電量から前記定電流充電の定電流充電時間と前記定電圧充電の定電圧充電時間とを算出するステップと、
    前記定電流充電時間と前記定電圧充電時間との加算値を充電残時間として出力するステップとを含む
    ことを特徴とする半導体集積回路の動作方法。
19. 請求項１８において、
    前記定電圧充電時間の算出する前記ステップにおいて、前記電池の充電量と前記定電圧充電の充電電流との関係を直線近似して、前記定電圧充電時間を算出する
    ことを特徴とする半導体集積回路の動作方法。
20. 請求項１９において、
    前記変化点充電量を算出する算出手法は、前記電池の前記定電流充電の期間の回路クローズド電圧が前記定電圧充電の制限電圧に一致するタイミングにおける前記変化点充電量を算出するか、または、前記電池の前記定電圧充電の期間の前記充電電流が前記定電流充電の一定電流に一致するタイミングにおける前記変化点充電量を算出するかの、少なくともいずれか一方を実行するものであり、
    前記算出手法によって算出された前記変化点充電量を、前記電池の実際の充電中に定電流充電から定電圧充電への変化に基づいて算出される実際の変化点充電量の値に更新するステップと、
    前記半導体集積回路は、前記実際の変化点充電量の値を使用することによって前記定電圧充電時間を再計算して、前記残充電時間の出力値を更新するステップとを含む
    ことを特徴とする半導体集積回路の動作方法。

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