JP6012447B2 - 半導体装置、電池パック、及び電子機器 - Google Patents

半導体装置、電池パック、及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP6012447B2
JP6012447B2 JP2012272178A JP2012272178A JP6012447B2 JP 6012447 B2 JP6012447 B2 JP 6012447B2 JP 2012272178 A JP2012272178 A JP 2012272178A JP 2012272178 A JP2012272178 A JP 2012272178A JP 6012447 B2 JP6012447 B2 JP 6012447B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
voltage
unit
capacity
estimated value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012272178A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014119265A (ja
Inventor
洋平 河原
洋平 河原
謙太 小林
謙太 小林
佐々木　卓
卓 佐々木
祐介 菅原
祐介 菅原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Priority to JP2012272178A priority Critical patent/JP6012447B2/ja
Priority to US14/103,805 priority patent/US9263777B2/en
Publication of JP2014119265A publication Critical patent/JP2014119265A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6012447B2 publication Critical patent/JP6012447B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H02J7/0049—Detection of fully charged condition
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

本発明は、半導体装置、電池パック、及び電子機器に関し、特に、二次電池の状態を監視するための半導体装置に適用して有効な技術に関する。
ノートパソコンなどの電子機器用の電源として二次電池を使用する際は、電池状態を示す情報をユーザに通知する必要がある。電池状態を示す情報は、二次電池を所定の放電レートで満充電状態から放電終止電圧まで放電させた場合に当該電池から取り出し可能な容量を示す情報（満充電容量ＦＣＣ：Ｆｕｌｌ Ｃｈａｒｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ）や、電池の残量を示す情報（残量ＲＣ：Ｒｅｍａｉｎｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ）、電池の充電状態を示す情報（充電状態ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）などである。そのため、電子機器には、二次電池とともに、二次電池の状態を検知して外部に出力可能な状態検知回路が実装されており、その状態検知回路によって検知された二次電池の状態情報はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置に表示されたり、二次電池の使用を制限するか否かの判断などに利用されたりする。電池の状態検知のための従来技術として、例えば特許文献１及び２に開示がある。
特許文献１には、電池を所定の充電開始残容量から満充電するときに、充電開始残容量から満充電するまでの充電容量を検出するとともに検出した充電容量を充電開始残容量に加算して加算容量を検出し、検出した加算容量を先の学習容量と比較し、加算容量と学習容量との差が設定誤差以上である場合に前記加算容量を学習容量に訂正する電池の学習容量補正方法が開示されている。
また、特許文献２には、バッテリの複数の所定電圧における実際のバッテリ残量により、バッテリからの消費電流の累積値から求めたバッテリ残量計算値を修正するバッテリ残量修正部を備え、前記バッテリ残量修正部によって複数の所定電圧で修正したバッテリ残量計算値から消費電流の累積値を減算した値を表示するバッテリ残量検出・補正方式が開示されている。
特開２００６−１７７７６４号公報 特開平５−８７８９６号公報
二次電池の蓄電エネルギーを最大限に活用するためには、電池の状態検知を高精度に行う必要がある。しかしながら、電池は時間の経過や使用状態等によって劣化し、内部抵抗の増加や満充電状態における電池の総容量の低下などが生ずるため、電池状態検知はこの特性変化にも対応させる必要がある。特許文献１に開示された技術によれば、電池を完全に放電することなく、電池の学習容量を頻繁に、より正確な容量に補正できる。しかしながら、前述した容量の補正のみでは、電池の状態検知精度を確保するには限界がある。例えば、ＦＣＣやＲＣなどの状態検知を行う際には電池の温度情報が必要だが、正確な電池の温度を得ることは難しいために温度情報には測定誤差が含まれ、結果としてＦＣＣやＲＣなどの各種検知結果に誤差が生じてしまう。また、特許文献２に開示された技術によれば、予め求めておいた実際のバッテリ残量をもとに消費電流から計算したバッテリ残量計算値を修正することで正確なバッテリ残量計算値を表示することが可能である。しかしながら、残量の精度を確保するための情報を予め求めるため、予め求める際の条件から外れる電池の使用方法となった場合に精度の確保が困難となる可能性がある。
本願発明者は、以上の問題に鑑み、電池の状態検知精度を更に向上させるための新たな技術が必要であると考えた。
このような課題を解決するための手段等を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及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実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本半導体装置は、電池の電圧、電流、温度の測定結果に基づいて、電池を所定の放電レートで満充電状態から放電終止電圧まで放電させた場合に電池から取り出し可能な容量の情報を含む電池の状態情報を生成する。本半導体装置は、満充電状態から放電終止電圧まで放電させた場合に取り出し可能な容量の第１推定値を算出するとともに、放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させた場合に取り出し可能な容量の第２推定値を算出する。更に本半導体装置は、満充電状態から前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電することによって電池から取り出された容量値と第２推定値とのずれ量に基づいて第１推定値を補正する。
本願において開示される実施の形態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とおりである。
すなわち、本半導体装置によれば、電池の状態検知精度を向上させることができる。
実施の形態１に係る半導体装置を搭載した電池パックを含む電子機器を例示する図である。 データ処理制御部１２５の内部構成を例示する図である。 単電池１１１の等価回路を例示する図である。 単電池１１１の充電状態ＳＯＣと電圧ＯＣＶの関係を示す図である。 単電池１１１の放電時における電圧ＯＣＶの特性と端子間電圧ＣＣＶの特性を例示する図である。 容量Ｑｍａｘの算出方法の概要を示す図である。 放電時における充電状態ＳＯＣに対する電池電圧の特性を例示する図である。 第一ＦＣＣ推定部３１４による充電状態ＳＯＣ２の推定処理に係る処理フローを例示する図である。 ＦＣＣ真値計算部３２２による処理の概要を示す図である。 ＦＣＣ補正部３２３による満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔの補正処理の概要を示す図である。 実施の形態２に係るデータ処理制御部２２５の内部構成を例示する図である。 残容量比率ＲＳＯＣと補正量の調整係数Ｗとの関係を表す関数を例示する図である。
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される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中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〕（所定電圧まで電池を放電したときに取り出し得る容量値の推定値と実際に取り出された容量値のずれに基づいて満充電容量の推定値を補正する電池状態監視用の半導体装置）
本願の代表的な実施の形態に係る半導体装置（１２０）は、電池（１１０、１１１、１１２）の状態を監視するための半導体装置である。本半導体装置は、前記電池の電圧を測定するための電圧測定部（１２２）と、前記電池の電流を測定するための電流測定部（１２３）と、を有する。本半導体装置は更に、前記電圧測定部及び前記電流測定部の測定結果に基づいて、電池の状態を示す状態情報を生成するデータ処理制御部（１２５、２２５）を有する。前記データ処理制御部は、所定の放電レートで満充電状態から放電終止電圧（ＶＳＴ）まで放電させた場合に前記電池から取り出し可能な容量の第１推定値（ＦＣＣ１ｓｔ）と、前記放電終止電圧よりも大きい電圧（ＣＣＶ１，ＣＣＶ２，ＣＣＶ３）まで放電させた場合に前記電池から取り出し可能な容量の第２推定値（ＦＣＣ２ｎｄ）とを算出する。前記データ処理制御部は、更に、前記第２推定値の誤差に基づいて前記第１推定値を補正する。前記第２推定値の誤差は、満充電状態から前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電することによって前記電池から取り出された容量値（ＦＣＣｔｒｕｅ）と前記第２推定値との間のずれ量（ＦＣＣｅｒｒ）に基づいて決定される。
これによれば、前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させた場合に電池から取り出し可能な容量の第２推定値と実際に上記電圧まで放電させることによって取り出された容量値とのずれ量から、第２推定値に含まれる誤差分を把握することができる。すなわち、前記放電終止電圧まで放電させる前の段階で、満充電状態から放電終止電圧まで放電させた場合に前記電池から取り出し可能な容量の第１推定値の算出に係る誤差を把握することができる。本半導体装置は、その誤差に基づいて前記第１推定値を補正するから、満充電容量の算出精度を向上させることができ、電池の容量性能をより効率良く活用することが可能となる。
〔２〕（放電電流の積分値に基づいて実際に取り出した容量値を算出）
項１の半導体装置において、前記データ処理制御部は、前記電池を前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させたときの放電電流の積分値に基づいて、前記電池から取り出された容量値を算出する。
これによれば、満充電状態から前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電することによって前記電池から取り出された容量値を容易に求めることができる。
〔３〕（補正処理を複数回行う：図９）
項２の半導体装置において、前記データ処理制御部は、前記第２推定値の誤差に基づいて前記第１推定値を補正する処理を複数回行う。
これによれば、満充電容量の算出精度を更に向上させることができる。
〔４〕（電池残量に応じた補正量の調整：式１８）
項２の半導体装置において、前記データ処理制御部（２２５）は、前記第２推定値の誤差に基づいて前記第１推定値を補正するための補正量を前記電池の残量に応じて調整する。
これによれば、電池の残量によって補正の有無や補正の程度を切り替えるような柔軟な制御が可能となる。
〔５〕（電池残量が少ない場合に補正量を大きくする：図１２）
項４の半導体装置において、前記データ処理制御部は、前記電池の残量が少なくなるにしたがって前記補正量が大きくなるように調整する。
これによれば、電池の残量が少ない状態では前記第１容量値を大きく補正し、それ以外の状態ではその補正量を抑えることができるので、補正後の前記第３推定値の安定性を向上させることができる。
〔６〕（データ処理制御部による具体的な演算方法）
項２乃至５の何れかの半導体装置において、前記データ処理制御部は、満充電状態における前記電池の総容量の推定値（Ｑｍａｘ）と、前記所定の放電レートで前記電池を放電させた場合の前記放電終止電圧に対応する電池の充電状態の推定値（ＳＯＣ２）とに基づいて、前記第１推定値を算出する第１演算部（３１４）を有する。前記データ処理制御部は更に、前記電池の総容量の推定値と、前記所定の放電レートで前記電池を放電させた場合の前記放電終止電圧よりも大きい電圧に対応する電池の充電状態の推定値（ＣＣＶ１に対応するＳＯＣ２等）とに基づいて、前記第２推定値を算出する第２演算部（３２１）を有する。前記データ処理制御部は更に、前記電池を前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させたときの放電電流の積分値に基づいて、満充電状態から前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電することによって前記電池から取り出された容量値を算出する第３演算部（３２２）を有する。前記データ処理制御部は更に、前記第２演算部によって算出された前記第２推定値と前記第３演算部によって算出された前記容量値との差分を算出するとともに当該差分に基づいて前記第１推定値を補正し、第３推定値（ＦＣＣ３ｒｄ）を生成する第４演算部（３２３、３４１）を有する。
〔７〕（満充電状態から所定の充電状態までに使用された使用容量：Ｑ０＋Ｑｃ）
項６の半導体装置において、前記第３演算部は、電流測定部によって電池の放電電流の測定が開始されてから電池の電圧が前記放電終止電圧よりも大きい電圧になるまでの放電電流の積分値（Ｑｃ１、Ｑｃ２、Ｑｃ３）と、満充電状態から前記放電電流の測定が開始されるまでに前記電池から失われた容量値（Ｑ０）とを加算することによって、前記電池から取り出された容量値を算出する。
これによれば、前記電池から取り出された容量値をより精度良く算出することができる。
〔８〕（残量ＲＣの算出）
項７の半導体装置において、前記データ処理制御部は、前記第４演算部によって算出された前記第３推定値と、前記第３演算部によって算出された容量値とを減算することにより、前記電池の残量を示す第１残量情報（ＲＣ）を生成する第５演算部（３３０）を更に有する。
これによれば、補正後の前記第３推定値を用いて前記残量情報を生成するから、前記電池の残量の算出精度が向上する。
〔９〕（残容量比率ＲＳＯＣの算出）
項８の半導体装置において、前記データ処理制御部（２２５）は、前記第３推定値に対する前記演算結果の割合を示す第２残量情報（ＲＳＯＣ）を算出する第６演算部（３４０）を更に有する。前記第４演算部は、前記第６演算部によって算出された前記第２残量情報に基づいて、前記第１推定値を補正するための補正量を調整する。
これによれば、前記第２残量情報は、例えば実際に取り出し可能な総容量を１００％とし、放電終止電圧まで放電したときの容量を０％とした範囲で表現される残量の情報となるので、電池の残量の把握が容易となる。また、前記第２残量情報を用いることによって、電池の残量に応じた補正量の調整が容易となる。
〔１０〕（半導体装置＋二次電池を備える電池パック）
本願の代表的な実施の形態に係る電池パック（１００）は、単数又は複数の単電池（１１１）から構成される二次電池（１１０）と、前記二次電池の状態を監視するための項１乃至９の何れかに記載の半導体装置（１２０）とを含む。
これにより、前記二次電池の状態検知精度が高い電池パックを実現することができる。
〔１１〕（電池パックによって動作可能にされる電子機器）
本願の代表的な実施の形態に係る電子機器（１０）は、項１０の電池パックと、前記二次電池からの給電により動作可能とされる内部回路（２０１）とを有する。
これによれば、前記電子機器は、前記半導体装置によって生成された前記状態情報を用いることで前記二次電池の蓄電エネルギーを効率良く利用することが可能となる。
〔１２〕（表示部を備えた電子機器）
項１１の電子機器は、前記半導体装置によって生成された前記状態情報に基づいて、前記二次電池の情報の表示が可能とされる表示部（２００）を更に有する。
これによれば、前記二次電池の情報をユーザに通知することができる。
〔１３〕（二次電池を含まない電子機器）
本願の代表的な実施の形態に係る電子機器は、二次電池からの給電により動作可能とされる内部回路（２０１）と、前記二次電池の状態を監視するための項１乃至９の何れかに記載の半導体装置（１２０）と、前記半導体装置によって生成された前記状態情報に基づいて、前記二次電池の情報の表示が可能とされる表示部（２００）とを含む。
これによれば、項１１と同様に、前記電子機器は前記二次電池の蓄電エネルギーを効率良く利用することが可能となる。また、使用している二次電池の状態をユーザに通知することができる。
２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
≪実施の形態１≫
図１に、実施の形態１に係る半導体装置を搭載した電池パックを例示する。同図に示される電池パック１００は、ノートパソコンや携帯端末等の電子機器１０に接続されて電力供給（放電）を行うものであり、必要に応じて充電器に接続されて充電が可能とされる。電池パック１００内部に設けられた電池の充電及び放電による電池の状態変化は、後述する方法によってリアルタイムに検知され、その検知結果が電池パック１００外部に設けられた表示部２００に直接的又は間接的に送信される。表示部２００は受信した検知結果に基づいて電池の情報を表示することでユーザに電池状態を通知する。なお、同図には、一例として電池パック１００が電子機器１０に接続された状態を図示しているが、電池パック１００を電子機器１０から取り外すことも可能である。
電池パック１００は、電子機器１０の内部回路２０１や表示部２００などに電力供給するための組電池１１０と、組電池１１０の状態を検知する半導体装置１２０と、温度検知部１３０と、電流検知部１４０と、保護部１５０と、電源端子１６０、１６１と、通信端子１６２とを含んで構成される。内部回路２０１は、電池パック１００からの給電により動作可能にされ、電子機器１０の目的とされる機能を実現するための機能部である。なお、同図では、表示部２００を内部回路２０１の外側に図示しているが、表示部２００を内部回路２０１に含めても良く、特に限定されない。
二次電池（又は組電池）１１０は、充電及び放電が可能な単数又は複数の単電池１１１を電気的に並列に接続して構成した単電池群１１２を、単数又は複数個電気的に直列に接続した構成とされる。例えば、組電池１１０は、並列接続する単電池１１１の個数を増やすことで高容量化でき、直列接続する単電池１１１の個数を増やすことで高電圧化できる。なお、単電池１１１の接続構成は、電子機器の消費電力などに応じて決定すれば良く、並列接続数を増やして更に高容量化しても良いし、直列接続数を増やして更に高電圧化しても良い。また、電子機器１０の消費電力が小さい場合は、一つの単電池１１１のみを用いる構成でも良い。電源端子１６０、１６１は、組電池１１０を電気的に外部（電子機器１０に備える内部回路２０１）と接続して電力供給するための端子である。例えば電源端子１６０は正電極（＋）の端子であり、電源端子１６１は負電極（−）の端子である。保護部１５０は、組電池１１０と外部装置（例えば電子機器１０の内部回路２０１）との間の電気的な接続と遮断を可能にする。例えば、保護部１５０は、組電池１１０の正側電極と電源端子１６０（＋）との間に設けられ、半導体装置１２０からの制御信号に基づいて組電池１１０の正側電極と電源端子１６０（＋）の間の接続と遮断を切り替える。特に制限されないが、保護部１５０は、例えばパワーＭＯＳトランジスタ等を含んで構成される。なお、同図では、データ処理制御部１２５からの制御信号によって制御可能な保護部１５０を一つ備える構成が例示されるが、保護部１５０は複数設けても良い。また、保護部１５０は、データ処理制御部１２５からの制御信号によらず、必要に応じて組電池１１０と電子機器１０に備える内部回路２０１とを切り離しても良い。温度検知部１３０は、組電池１１０の温度Ｔを電圧情報として検知する。温度検知部１３０は、例えばサーミスタである。電流検知部１４０は、組電池１１０に出入りする電流（充電電流及び放電電流）を電圧情報として検知する。例えば、電流検知部１４０は、組電池１１０の負側電極と電源端子１６１（−）との間に接続される抵抗素子を含んで構成され、その抵抗素子の両端の電圧が充電電流又は放電電流の情報として検知される。
半導体装置１２０は、組電池１１０の状態を検知し、状態検知の結果を外部に出力する機能と、保護部１５０を制御する機能を備える。特に制限されないが、半導体装置１２０は、公知のＣＭＯＳ集積回路の製造技術によって１個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成された半導体集積回路から構成される。なお、半導体装置１２０は、上記のように１チップで実現しても良いし、マルチチップ構成で実現しても良く、特に制限されない。半導体装置１２０は、例えばマイクロコントローラである。
具体的に、半導体装置１２０は、選択部１２１と、電圧測定部１２２と、電流測定部１２３と、記憶部１２４と、データ処理制御部１２５と、通信部１２６とを含んで構成される。選択部１２１は、データ処理制御部１２５からの指示に応じて電圧の測定対象を選択する。例えば、選択部１２１は、各単電池群１１２の電圧と温度検知部１３０の出力電圧とを入力し、何れか１つの電圧を選択して出力する。電圧測定部１２２は、選択部１２１によって選択された電圧を測定する。例えば、電圧測定部１２２は、選択部１２１から出力された電圧をＡ／Ｄ変換し、変換結果を出力する。以下、各単電池群１１２の電圧に係るＡ／Ｄ変換結果を電圧情報ＤＶとし、温度検知部１３０の出力電圧に係るＡ／Ｄ変換結果を温度情報ＤＴと表記する。電流測定部１２３は、電流検知部１４０によって検知された電圧に基づいて、組電池１１０の充電電流及び放電電流を測定する。例えば、電流測定部１２３は、組電池１１０から内部回路２０１に電力が供給されている期間の放電電流の測定と、組電池１１０が充電されている期間の充電電流の測定を行う。例えば、組電池１１０による内部回路２０１に対する電力供給又は組電池１１０の充電が開始されると、電流測定部１２３は、電流検知部１４０の出力電圧を所定の変換サイクルでＡ／Ｄ変換し、充電電流及び放電電流の検出値の情報を生成する。また、電流測定部１２３は、充電電流及び放電電流の検出値を積分することにより、充電電流及び放電電流の積分値の情報を生成する。以下、電流測定部１２３によって生成される電流の情報を電流情報ＤＩと表記する。
記憶部１２４は、データを格納するための不揮発性の記憶装置である。例えば、記憶部１２４はフラッシュメモリ等から構成される。例えば、記憶部１２４には、後述するＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）とＳＯＣの対応関係を表す情報（例えば、関数やテーブル情報等）や、単電池１１１の内部抵抗の特性、満充電状態から低レートで放電して取り出せる最大放電容量及び分極特性などの単電池１１１の特性情報と、単電池群１１２及び組電池１１０を構成する単電池１１１の並列数・直列数や、単電池１１１の個体差情報などが予め格納される。また、データ処理制御部１２５によって各種演算処理を実行させるためのプログラム情報や、その他の半導体装置１２０、表示部２００、及び電池パック１００等の特性情報が予め格納される。更に、記憶部１２４には、後述するデータ処理制御部１２５による演算による演算結果等を格納することもできる。なお、記憶部１２４を複数実装して上記の夫々の情報を分けて記憶させても良いし、一つの記憶部１２４に上記情報をまとめて記憶させても良く、その構成や記憶方法に特に制限はない。
データ処理制御部１２５は、記憶部１２４に格納されたプログラムに従って各種演算を実行するプログラム処理装置である。例えば、データ処理制御部１２５はＣＰＵとＲＡＭ等を含んで構成される。詳細は後述するが、データ処理制御部１２５は、記憶部１２４に格納されたプログラムと電圧測定部１２２及び電流測定部１２３の測定結果に基づいて、電池の状態を検知するための所定の演算処理を実行し、組電池１１０の状態を示す情報（以下、「電池の状態情報」と称する。）を生成する。また、データ処理制御部１２５は、必要に応じて電圧測定部１２２による電圧測定対象を指示する選択信号を生成して選択部１２１に与える。更に、データ処理制御部１２５は、上記演算結果を通信部１２６を介して外部に送信したり、必要に応じて保護部１５０に指令を発信して組電池１１０を電子機器１０に備える内部回路２０１から電気的に切り離すための処理を実行したりする。
通信部１２６は、データ処理制御部１２５によって生成された情報（データ）を通信端子１６２を介して外部に送信するとともに、通信端子１６２を介して外部からの情報（データ）を受信し、受信した情報をデータ処理制御部１２５に送信する。例えば、電池の状態情報は通信部１２６によって表示部２００に送信され、表示部２００は受信した電池の状態情報に基づいて電池の情報を表示する。なお、電池の状態情報の送信は、通信端子１６２を介して表示部２００に直接行っても良いし、通信部１２６が内部回路２０１に送信し、内部回路２０１が表示に必要な別のデータとともに表示部２００に送信しても良く、特に限定されない。また、通信部１２６は、データの送受信が可能にされるものであれば、その構成や通信方式は特に制限されない。例えば、無線通信でも有線通信でも良い。図１では、図示の便宜上、通信端子１６２を１つだけ例示しているが、複数の通信端子があっても良く、特に限定されない。
ここで、データ処理制御部１２５による電池の状態を検知するための演算処理について詳細に説明する。前述したように、データ処理制御部１２５は、記憶部１２４に格納されたプログラムと電圧測定部１２２及び電流測定部１２３からの測定結果に基づいて、所定の演算処理を実行することにより、電池の状態情報を生成する。ここで、電池の状態情報には、例えば、満充電容量ＦＣＣや残量ＲＣ、充電状態ＳＯＣなどの情報が含まれる。
図２に、データ処理制御部１２５の内部構成を例示する。前述したように、データ処理制御部１２５は、電池の状態を検知するための演算処理の他に、電圧測定対象を指定するための選択信号の生成や保護部１５０の制御信号の生成等を行うが、同図では電池状態の検知に係る演算処理を実現するための機能部のみを図示し、その他の機能を実現するための機能部については図示を省略している。
図２に示されるように、データ処理制御部１２５は、電池状態の検知に係る演算処理を実現するための機能部として、ＦＣＣ基本演算部３１０と、ＦＣＣ誤差改善部３２０と、ＲＣ推定部３３０とを含んで構成される。これらの機能部は、例えばＣＰＵ等によるプログラム処理によって実現される機能実現手段である。データ処理制御部１２５は、例えば、ＦＣＣ基本演算部３１０によって満充電容量ＦＣＣの推定値を算出するための基本的な演算処理を実行し、ＦＣＣ誤差改善部３２０によって満充電容量ＦＣＣの推定値に含まれる誤差を推定する。そして、ＦＣＣ基本演算部３１０によって、前記算出された満充電容量ＦＣＣの推定値を上記推定した誤差に基づいて補正する。更に、データ処理制御部１２５は、ＲＣ推定部３３０によって、上記補正された満充電容量ＦＣＣの推定値を用いて残量ＲＣの推定を行う。以下、各機能部について詳細に説明する。
先ず、ＦＣＣ基本演算部３１０について説明する。ＦＣＣ基本演算部３１０は、電圧情報ＤＶ，電流情報ＤＩ、及び温度情報ＤＴに基づいて、満充電容量ＦＣＣを推定するための各種演算を実行する。例えば、ＦＣＣ基本演算部３１０は、各種演算に対応する機能部として、Ｑｍａｘ推定部３１１と、ＳＯＣ推定部３１２と、Ｒ推定部３１３と、第一ＦＣＣ推定部３１４と、を含んで構成される。
Ｑｍａｘ推定部３１１は、満充電状態における二次電池の総容量Ｑｍａｘを推定するための演算を行う。容量Ｑｍａｘは、二次電池を低レート（後述する電池の内部抵抗Ｒによる電圧降下が無視できる程度の放電レート）で満充電状態から放電終止電圧まで放電させた場合に当該二次電池から取り出し可能な容量値である。ここで、放電終止電圧とは、二次電池の蓄電エネルギーの取り出しの可否を決定するための閾値電圧であり、二次電池の出力電圧（後述するＣＣＶ（Ｃｌｏｓｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ））が放電終止電圧より低い範囲では電池の蓄電エネルギーの取り出しが禁止される。以下、放電終止電圧を下限電圧ＶＳＴと称する。
Ｑｍａｘ推定部３１１は、容量Ｑｍａｘとして、例えば、単電池群１１２毎の総容量及び組電池１１０全体の総容量の算出が可能とされる。容量Ｑｍａｘの理想的な推定方法は、例えば、組電池１１０を満充電状態にしてから低レートで下限電圧ＶＳＴに到達するまで完全放電させ、満充電状態から下限電圧ＶＳＴに到達するまでの放電電流を積分し、その積分値を容量Ｑｍａｘとする方法である。しかしながら、この方法では、組電池１１０による電子機器１０に対する電力供給が上記のような理想的な放電パターンとなる可能性が低いため、Ｑｍａｘ推定部３１１は、以下に述べる方法により容量Ｑｍａｘを推定する。
容量Ｑｍａｘを推定する方法を説明する前に、先ず、単電池１１１の基本特性について図３〜図５を用いて説明する。図３は単電池１１１の等価回路を例示する図であり、図４は充電状態ＳＯＣと電圧ＯＣＶの関係を示す図であり、図５は単電池１１１の放電時における電圧ＯＣＶの特性と端子間電圧ＣＣＶの特性を例示する図である。図５において、参照符号４０１は端子間電圧ＣＣＶの特性を表し、参照符号４０２は単電池１１１の放電時における電圧ＯＣＶの特性を表す。
図３に示されるように、単電池１１１は、充放電していない状態（充電電流及び放電電流が流れていない状態）での単電池１１１の電圧ＯＣＶと、内部抵抗Ｒと、分極抵抗ｒｐとキャパシタンス成分Ｃｐの並列接続対と、を直列接続した構成とみなすことができる。例えば、単電池１１１に流れる電流をＩとしたとき、単電池１１１の端子間電圧ＣＣＶは、（式１）で表される。ここで、Ｖｐは分極電圧であり、分極抵抗ｒｐとキャパシタンス成分Ｃｐの並列接続対の電圧に相当する。
Figure 0006012447
また、図４に示されるように、電池の充電状態ＳＯＣ（０％〜１００％）に対する電圧ＯＣＶの特性は、例えば参照符号４００のようになる。したがって、参照符号４００の関数を用いれば、電圧ＯＣＶの測定値に対応する充電状態ＳＯＣの値を容易に推定することができる。
しかしながら、図５に示されるように、単電池１１１の放電中の端子間電圧ＣＣＶの特性４０１は、電圧ＯＣＶの特性４０２と相違するため、単電池１１１の放電中に電圧ＯＣＶを直接測定することは困難である。すなわち、端子間電圧ＣＣＶは、単電池１１１を放電した直後はＩ×Ｒ分の電圧降下が発生し、放電している期間（時刻Ｔ１からＴ２の期間）はＩ×Ｒ分の電圧ドロップに加えて分極電圧Ｖｐの影響を受け、放電を停止した後の所定の期間（時刻Ｔ２からＴ３の期間）は分極電圧Ｖｐの影響により電圧が変化し続ける。したがって、電圧ＯＣＶの測定は、電池の放電期間に行うことはできず、時刻Ｔ１より手前のタイミング又は時刻Ｔ３以降のタイミングで行う必要がある。
以上に示した単電池１１１の特性を考慮して、Ｑｍａｘ推定部３１１は容量Ｑｍａｘを推定する。図６は、Ｑｍａｘ推定部３１１による容量Ｑｍａｘの算出方法の概要を示す図である。同図には、図５と同様に、単電池１１１の放電時における電圧ＯＣＶの特性４０２と端子間電圧ＣＣＶの特性４０１とが示される。
例えば、充電状態ＳＯＣａから電池の放電を開始し、所定時間の経過後に電池の充電状態がＳＯＣｂになったとする。この場合の容量Ｑｍａｘは、（式２）で表される。
Figure 0006012447
ここで、ｄＱ（＝∫Ｉ（ｔ）ｄｔ）は、放電期間の放電電流の積分値である。また、充電状態ＳＯＣａ、ＳＯＣｂは、前述したように、図４の特性４００に示される電圧ＯＣＶとＳＯＣの関係を利用することにより、電圧ＯＣＶの測定値から算出することができる。電圧ＯＣＶの情報を得るためには、前述したように、時刻Ｔ１より手前のタイミング又は時刻Ｔ３以降のタイミングで電池の端子間電圧を測定する必要がある。そこで、Ｑｍａｘ推定部３１１は、充放電前後の電圧ＯＣＶを得るために、図６に示すように、時刻Ｔ１より前のタイミングで電圧ＯＣＶａを測定するとともに、時刻Ｔ３以降のタイミングで電圧ＯＣＶｂを測定する。次いで、Ｑｍａｘ推定部３１１は、電圧ＯＣＶとＳＯＣの関係（関数）を利用して電圧ＯＣＶの測定値ＯＣＶａ、ＯＣＶｂに対応する充電状態ＳＯＣａ、ＳＯＣｂを算出する。例えば、電圧ＯＣＶと充電状態ＳＯＣの対応関係を表す情報（例えば、関数やテーブル等）を予め記憶部１２４に格納しておき、Ｑｍａｘ推定部３１１が記憶部１２４に格納された上記関数又はテーブルを参照し、測定した電圧ＯＣＶａ、ＯＣＶｂに対応する充電状態ＳＯＣａ、ＳＯＣｂの値を読み出す。そして、Ｑｍａｘ推定部３１１は、読み出した充電状態ＳＯＣａ、ＳＯＣｂの値と、電流測定部１２３から取得した電流情報ＤＩの時刻Ｔ１からＴ２までの積分値ｄＱとに基づいて上記（式２）の演算を行うことにより、容量Ｑｍａｘを算出する。本実施の形態では、理解を容易にするため、Ｑｍａｘ推定部３１１は、電圧情報ＤＶとして単電池群１１２毎の電圧情報を取得し、これを平均化した組電池１１０の平均電圧を用いて平均的なＱｍａｘを算出するものとする。また、Ｑｍａｘ推定部３１１が容量Ｑｍａｘの算出するタイミングは、時刻Ｔ３以降のタイミングであれば特に限定されない。例えば、組電池１１０から内部回路２０１への電力供給が停止されてから再び電力供給が開始されるまでの期間において、電圧ＯＣＶｂの測定と容量Ｑｍａｘの算出を行っても良いし、上記の期間に電圧ＯＣＶｂを測定しておき、その後、電力供給が再開されてから容量Ｑｍａｘの算出を行っても良い。
ＳＯＣ推定部３１２は、電圧測定部１２２から取得した電圧情報ＤＶと、電流測定部１２３から取得した電流情報ＤＩと、Ｑｍａｘ推定部３１１から取得した容量Ｑｍａｘとに基づいて、電池の充電状態ＳＯＣを推定するための演算を行う。なお、前述のように、Ｑｍａｘ推定部３１１によって算出される容量Ｑｍａｘは組電池１１０全体の平均的なＱｍａｘであるため、これに合わせてＳＯＣ推定部３１２も組電池１１０の平均的な電圧値を演算に用いるものとする。すなわち、本実施の形態では、ＳＯＣ推定部３１２は組電池１１０の平均的なＳＯＣを算出する。
前述したように、単電池１１１の電圧ＯＣＶと充電状態ＳＯＣの対応関係に基づくテーブル又は関数を予め記憶部１２４に記憶しておき、このテーブルや関数を用いることで、電圧ＯＣＶの測定値から対応する充電状態ＳＯＣの値を容易に算出することができる。しかしながら、図５及び図６に示されるように、電池が充放電している期間（時刻Ｔ１からＴ２の期間）や充放電後の所定の期間（時刻Ｔ２からＴ３の期間）は、電圧ＯＣＶを直接測定することはできない。そこで、ＳＯＣ推定部３１２は、以下に示す方法によって充電状態ＳＯＣを推定する。
先ず、ＳＯＣ推定部３１２は、下記（式３）に基づいて、電池パック１００を充放電する前のＳＯＣの初期値ＳＯＣ０を算出する。ここで、ＳＯＣ（ＯＣＶ）は、図４の特性４００を表す関数（電圧ＯＣＶに対する充電状態ＳＯＣの関数）である。下記（式３）に示されるように、電池を充放電する前の期間（例えば、図６の時刻Ｔ１以前の期間）の充電状態は、電圧ＯＣＶの測定値に基づいて容易に算出することができる
Figure 0006012447
次に、組電池１１０の放電が開始されたら（時刻Ｔ１以降）、ＳＯＣ推定部３１２は、下記（式４）に基づいて、初期値ＳＯＣ０からの充電状態ＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを計算する。ここで、∫Ｉ（ｔ）ｄｔは、放電が開始されてからの放電電流の積分値であり、電流測定部１２３の測定値である。
Figure 0006012447
そして、ＳＯＣ推定部３１２は、下記（式５）を用いることで充電状態ＳＯＣを推定する。求めた充電状態ＳＯＣはＲ推定部３１３に入力される。
Figure 0006012447
Ｒ推定部３１３は、組電池１１０の内部抵抗と内部抵抗の上昇率Ｒｒａｔｉｏとを推定するための演算を行う。ここで求めた内部抵抗Ｒ１の上昇率Ｒｒａｔｉｏは、後述する第一ＦＣＣ推定部３１４や第二ＦＣＣ推定部３２１に用いられる。
図７は、放電時における充電状態ＳＯＣに対する電池電圧の特性を例示する図である。同図には、充電状態がＳＯＣ１であるときに組電池１１０から内部回路２０１への電力供給（放電）を開始し、電圧ＣＣＶが下限電圧ＶＳＴに到達した充電状態ＳＯＣ２において放電を停止した場合の電圧ＯＣＶの特性４０４と電圧ＣＣＶの特性４０５が例示されている。同図において、参照符号４０３は組電池１１０から内部回路２０１に電力が供給されている期間（電池が放電している期間）である。
参照符号４０５に示されるように、充電状態ＳＯＣ１において組電池１１０の放電が開始されると、電圧ＣＣＶは、組電池１１０の内部抵抗Ｒと電流Ｉとの積（Ｉ×Ｒ）と分極電圧Ｖｐの分だけ電圧が降下する。このことから、内部抵抗Ｒと分極抵抗ｒｐを含めた電池の内部抵抗Ｒ１は下記（式６）で表すことができる。ここで、ＣＣＶは電圧測定部１２２による組電池１１０の平均電圧の測定値であり、ＯＣＶ（ＳＯＣ）はＳＯＣ推定部３１２によって算出された充電状態ＳＯＣに対応する電圧ＯＣＶ（上述のＯＣＶとＳＯＣの関数等による変換結果）であり、Ｉは電流測定部１２３による組電池１１０に出入りした電流の測定結果である。Ｒ推定部３１３は、下記（式６）に基づいて内部抵抗Ｒ１を算出する。
Figure 0006012447
また、Ｒ推定部３１３は、下記（式７）に基づいて、組電池１１０の内部抵抗Ｒ１の初期値Ｒ０を求める。具体的には、温度Ｔと充電状態ＳＯＣに応じて内部抵抗Ｒ１の値がマッピングされたテーブル又は関数（以下、「内部抵抗特性テーブル」と称する。）Ｒｂａｓｅ（Ｔ、ＳＯＣ）を予め記憶部１２４に格納しておく。そして、Ｒ推定部３１３は、記憶部１２４から内部抵抗特性テーブルＲｂａｓｅ（Ｔ、ＳＯＣ）を参照することにより、温度情報ＤＴに含まれる温度Ｔの情報及びＳＯＣ推定部３１２によって算出された充電状態ＳＯＣに対応する内部抵抗Ｒ１の値を読み出し、それを内部抵抗Ｒ１の初期値Ｒ０とする。
Figure 0006012447
さらにＲ推定部３１３は、下記（式８）に基づいて、初期値Ｒ０を基準とした内部抵抗Ｒ１の上昇率Ｒｒａｔｉｏを算出する。ここで、Ｒ１は上記（式６）で算出した値を、Ｒ０は上記（式７）で算出した値を用いる。
Figure 0006012447
第一ＦＣＣ推定部３１４は、満充電容量ＦＣＣを推定する。前述したように、満充電容量ＦＣＣとは、二次電池を所定の放電レートで満充電状態から放電終止電圧まで放電させた場合に当該電池から取り出し可能な容量値を示す情報である。ここで、前記所定の放電レートとは、容量Ｑｍａｘの算出の基準となる“低レート（内部抵抗Ｒ１による電圧降下が無視できる程度の放電レート）”よりも大きい値を想定しており、放電レートが大きい分、電圧ドロップも大きくなり、組電池１１０の電圧ＣＣＶが下限電圧ＶＳＴに到達し易い。したがって、満充電容量ＦＣＣは総容量Ｑｍａｘよりも小さい値となる。
具体的に、第一ＦＣＣ推定部３１４は、組電池１１０を所定の放電レートで満充電状態から放電終止電圧ＶＳＴまで放電させた場合に組電池１１０から取り出し可能な容量（満充電容量）の推定値ＦＣＣ１ｓｔを算出する。
図７を用いて、第一ＦＣＣ推定部３１４による満充電容量の推定方法について説明する。満充電容量は組電池１１０の電圧が下限電圧ＶＳＴに到達するまで、所定のレートで放電を行った際に取り出し可能な容量値であるため、図７に示すように、利用可能な充電状態ＳＯＣの下限値は０％ではなく、０％よりも大きい充電状態ＳＯＣ２となる。すなわち、電池パック１００は充電状態１００％から０％まで利用できるわけではなく、実際は、１００％から充電状態ＳＯＣ２までしか利用できない。したがって、満充電容量ＦＣＣ１ｓｔは、下記（式９）で表すことができる。ここで、ＳＯＣ２は組電池１１０の電圧ＣＣＶが下限電圧ＶＳＴに到達したときの組電池１１０の充電状態を示す値である。
Figure 0006012447
上記（式９）から理解されるように、容量Ｑｍａｘの値と充電状態ＳＯＣ２の値がわかれば、満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを推定することができる。ここで、ＱｍａｘはＱｍａｘ推定部３１１で求めた容量値を用いれば良いので、残りの充電状態ＳＯＣ２の値がわかれば良い。そこで、第一ＦＣＣ推定部３１４は、以下に示す方法によって充電状態ＳＯＣ２を推定し、その推定値とＱｍａｘ推定部３１１で求めた容量Ｑｍａｘとに基づいて上記（式９）を演算することにより、満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを算出する。以下、充電状態ＳＯＣ２の推定方法について説明する。
充電状態ＳＯＣ２を推定する処理は、すなわち、所定のレートでの放電しているときの組電池１１０の電圧ＣＣＶが下限電圧ＶＳＴと一致するときの充電状態ＳＯＣの値を探索する処理である。本実施の形態では、分極抵抗ｒｐも含めた内部抵抗Ｒ１の特性を用いることで充電状態ＳＯＣ２を探索する方法を説明する。
組電池１１０の電圧ＣＣＶは、内部抵抗Ｒ１の特性を考慮すると下記（式１０）によって表すことができる。ここで、ＲｒａｔｉｏはＲ推定部３１３による演算結果であり、ＳＯＣｃは、充電状態ＳＯＣ２を探索するための変数であり、Ｔは温度情報ＤＴに基づく温度の情報であり、ＯＣＶ（ＳＯＣｃ）はＳＯＣに応じたＯＣＶの関数であり、Ｒｂａｓｅ（ＳＯＣｃ、Ｔ）は、温度Ｔ及び充電状態ＳＯＣに応じた分極抵抗ｒｐも含めた内部抵抗Ｒ１の特性を表すテーブル又は関数である。
Figure 0006012447
第一ＦＣＣ推定部３１４は、（式１０）における“ＳＯＣｃ”を変数とし、その値を順次変更することで電圧ＣＣＶを算出し、その算出値が下限電圧ＶＳＴの値と一致したときの“ＳＯＣｃ”を下限電圧ＶＳＴに対応する充電状態ＳＯＣ２とする。
図８に、第一ＦＣＣ推定部３１４による、充電状態ＳＯＣ２の推定処理に係る処理フローを例示する。先ず、第一ＦＣＣ推定部３１４は、上記（式１０）における変数ＳＯＣｃに初期値（例えば１００％）を設定する（Ｓ１０１）。次に、変数ＳＯＣｃを設定されている値よりも所定量だけ小さい値に変更する（Ｓ１０２）。例えば、初期値１００％が設定され、所定量が１％である場合、変数ＳＯＣの設定値を１００％から“９９％”に変更する。そして、第一ＦＣＣ推定部３１４は、ステップＳ１０２で設定した変数ＳＯＣｃを用いて上記（式１０）を演算することにより、電圧ＣＣＶを算出する（Ｓ１０３）。次に、第一ＦＣＣ推定部３１４は、ステップＳ１０３で算出した電圧ＣＣＶの値が下限電圧ＶＳＴよりも小さいか否かを判別する（Ｓ１０４）。算出した電圧ＣＣＶの値が下限電圧ＶＳＴよりも大きい場合、変数ＳＯＣｃを変更して電圧ＣＣＶの算出する処理を、電圧ＣＣＶの値が下限電圧ＶＳＴよりも小さくなるまで繰り返し行う（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）。そして、電圧ＣＣＶの値が下限電圧ＶＳＴよりも小さくなったら、第一ＦＣＣ推定部３１４は、そのときの変数ＳＯＣｃの値を充電状態ＳＯＣ２とする（Ｓ１０５）。なお、（式１０）に示すように、温度検知部１３０によって検知された温度の情報Ｔを用いているため、上述の方法により推定される充電状態ＳＯＣ２は温度を考慮した値とされる。
上記方法によって充電状態ＳＯＣ２を推定したら、第一ＦＣＣ推定部３１４は、推定した充電状態ＳＯＣ２の値とＱｍａｘ推定部３１１で求めた容量Ｑｍａｘの値とに基づいて、上記（式９）の演算を行う。これにより、満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを得ることができる。
以上のようにＦＣＣ基本演算部３１０によって算出された満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔは、前述したように、大きな誤差を含む可能がある。例えば、（式７）と（式１０）には電池の温度Ｔの測定値が用いられる。そのため、温度Ｔに測定誤差があった場合、（式７）及び（式１０）の計算結果に誤差が生じ、その計算結果を用いる（式９）の算出結果、すなわち、満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔに誤差が生じることになる。温度Ｔの測定誤差が大きい場合、実際の組電池１１０の性能を超えるような満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔが算出される虞がある。このように、算出される満充電容量の推定値に大きな誤差が見込まれる場合には、例えば、予め大きな容量マージンを考慮して組電池１１０を使用しなければならず、結果として、組電池１１０の蓄電エネルギーを最大限に使いこなすことができなくなる。そこで、本半導体装置１２０は、ＦＣＣ基本演算部３１０によって算出した満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔをＦＣＣ誤差改善部３２０によって補正する。以下、ＦＣＣ誤差改善部３２０について詳細に説明する。
ＦＣＣ誤差改善部３２０は、例えば、第二ＦＣＣ推定部３２１と、ＦＣＣ真値計算部３２２と、ＦＣＣ補正部３２３とを含んで構成される。
第二ＦＣＣ推定部３２１は、組電池１１０を所定の放電レートで満充電状態から下限電圧ＶＳＴよりも大きい電圧（以下、「仮の下限電圧」と称する。）まで放電させた場合に当該電池から取り出し可能な容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄを算出する。第二ＦＣＣ推定部３２１の処理内容は、前述した第一ＦＣＣ推定部３１４と略同様であるが、演算で想定する下限電圧が異なる。すなわち、第一ＦＣＣ推定部３１４は、上記（式９）によって、組電池１１０の真の下限電圧ＶＳＴまで放電した場合の満充電容量を推定するが、第二ＦＣＣ推定部３２１では、ある時刻における電圧測定部１２２の測定値を仮の下限電圧として上記（式９）を計算することにより、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄを算出する。例えば、単電池１１１単位の真の下限電圧ＶＳＴを“３．０Ｖ”とした場合、第一ＦＣＣ推定部３１４は、単電池１１１の電圧ＣＣＶが３．０Ｖに到達したときの充電状態ＳＯＣ２を推定し、この充電状態ＳＯＣ２まで放電した場合の満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを算出する。一方、第二ＦＣＣ推定部３２１は、ある時刻において電圧測定部１２２で測定した組電池１１０の平均電圧が３．６Ｖである場合、これを下限電圧として推定した満充電容量を容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄとする。このとき、第二ＦＣＣ推定部３２１による仮の下限電圧に対応する充電状態ＳＯＣ２の推定処理は、図８と略同様の処理フローとなるが、ステップＳ１０４の判定に用いる閾値が第一ＦＣＣ推定部３１４のそれと相違する。すなわち、第二ＦＣＣ推定部３２１によるＳＯＣ２の推定処理では、ステップＳ１０４において、算出した電圧ＣＣＶの値が仮の下限電圧（電圧測定部１２２で測定した組電池１１０の平均電圧。例えば３．６Ｖ）を超えるか否かを判定する。このように、第二ＦＣＣ推定部３２１では、電圧測定部１２２で測定した組電池１１０の電圧を下限電圧に見立てて、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄを繰り返し算出する。
ＦＣＣ真値計算部３２２は、組電池１１０を仮の下限電圧まで放電させたときの放電電流の積分値に基づいて、満充電状態から仮の下限電圧まで放電することによって組電池１１０から取り出された容量値を算出する。以下、当該容量値をＦＣＣ真値（ＦＣＣｔｒｕｅ）と表記する。ＦＣＣ真値は、第二ＦＣＣ推定部３２１によって算出された容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄに含まれる誤差を見積もるための基準となる値である。以下、ＦＣＣ真値計算部３２２によるＦＣＣ真値の算出方法について説明する。
図９は、ＦＣＣ真値計算部３２２による処理の概要を示す図である。前述したように、第二ＦＣＣ推定部３２１は電圧測定部１２２による測定値を仮の下限電圧とした場合の容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄを算出する。ここで、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄの真値は、電流測定部１２２による電池の放電電流の測定が開始されてから（組電池１１０による内部回路２１０に対する電力供給が開始されてから）電池の電圧が仮の下限電圧になるまでの放電電流の積分値Ｑｃと、満充電状態から放電電流の測定が開始されるまでに電池から失われた容量値Ｑ０との合計である。例えば、充電状態ＳＯＣが１００％の状態から放電が開始された場合、放電が開始されてから仮の下限電圧に到達するまでの放電電流の積分値が容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄの真値となる。一方、充電状態ＳＯＣが１００％以外の状態（例えば充電状態ＳＯＣ１＝８０％）から放電が開始された場合、放電が開始されてから仮の下限電圧に到達するまでの放電電流の積分値Ｑｃ（例えば図９におけるＱｃ１、Ｑｃ２、Ｑｃ３）と、放電が開始されるまでに電池から失われた容量値Ｑ０（上記の例の場合、１００％−８０％＝２０％）との合計が、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄの真値となる。
容量値Ｑ０、放電電流の積分値Ｑｃ、及びＦＣＣ真値（ＦＣＣｔｒｕｅ）は、夫々（式１１）〜（式１３）で表される。ここで、ＳＯＣ１は、組電池１１０から内部回路２１０に対する電力供給が開始されたときの充電状態である。ＦＣＣ真値計算部３２２は、（式１１）〜（式１３）を計算することにより、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄの真値（ＦＣＣｔｒｕｅ）を算出する。
Figure 0006012447
Figure 0006012447
Figure 0006012447
ＦＣＣ補正部３２３は、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄに含まれる誤差を算出する。具体的には、第二ＦＣＣ推定部３２１が電圧測定部１２２の測定値を下限電圧に見立てて算出した容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄと、ＦＣＣ真値計算部３２２が（式１１）〜（式１３）に基づいて算出したＦＣＣ真値ＦＣＣｔｒｕｅとの間のずれ量を算出する。以下、そのずれ量をＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒと表記する。
ＦＣＣ補正部３２３は、例えば、下記（式１４）に示されるように、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄと真値ＦＣＣｔｒｕｅとを減算することにより、ＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒを算出する。
Figure 0006012447
更に、ＦＣＣ補正部３２３は、（式１４）で求めたＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒを補正量として、第一ＦＣＣ推定部３１４による満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを補正し、その補正結果を最終的な満充電容量ＦＣＣの情報として出力する。以下、補正後の満充電容量の推定値をＦＣＣ３ｒｄと表記する。満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔの補正は、例えば、下記（式１５）に示されるように、満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔとＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒとを減算することにより行われる。
Figure 0006012447
ＦＣＣ補正部３２３による補正処理について、図１０を用いて更に詳細に説明する。
図１０は、ＦＣＣ補正部３２３による満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔの補正処理の概要を示す図である。同図の（ａ）には時間に対する電池電圧の特性が示され、同図の（ｂ）には第二ＦＣＣ推定部３２１の出力（ＦＣＣ２ｎｄ）とＦＣＣ真値計算部３２２の出力（ＦＣＣｔｒｕｅ）が示され、同図の（ｃ）にはＦＣＣ補正部３２３による第一ＦＣＣ推定部３１４の出力（ＦＣＣ１ｓｔ）の補正結果（ＦＣＣ３ｒｄ）が示される。なお、同図では、放電が開始される時刻ｔ００での充電状態が１００％とし、真の下限電圧ＶＳＴを“ＣＣＶ３”とした場合が例示されている。また、満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔは、時刻ｔ０１よりも前のタイミングにおいて、第一ＦＣＣ推定部３１４によって算出されているものとする。
先ず、時刻ｔ００において、組電池１１０による内部回路２１０に対する電力供給が開始され、組電池１１０から放電電流Ｉが流れる。その後、時刻ｔ０１において、第二ＦＣＣ推定部３２１は電圧測定部１２２によって測定された電圧ＣＣＶ１を仮の下限電圧として容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄ（ＣＣＶ１）を出力する。また、ＦＣＣ真値計算部３２２は、時刻ｔ００から時刻ｔ０１までの放電電流の積分値を、電圧ＣＣＶ１を仮の下限電圧とした場合のＦＣＣ真値ＦＣＣｔｒｕｅ（ＣＣＶ１）として出力する。ＦＣＣ補正部３２３は、第二ＦＣＣ推定部３２１から出力された容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄ（ＣＣＶ１）と、ＦＣＣ真値計算部３２２から出力されたＦＣＣ真値ＦＣＣｔｒｕｅ（ＣＣＶ１）との差分を電圧ＣＣＶ１基準のＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒ（ＣＣＶ１）とする。そして、ＦＣＣ補正部３２３は、ＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒ（ＣＣＶ１）を補正量として、上述の方法により、満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを補正し、補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄ（ＣＣＶ１）を最終的な満充電容量ＦＣＣの情報として出力する。その後、所定時間が経過した時刻ｔ０２において、上記と同様の方法により、測定電圧ＣＣＶ２を仮の下限電圧と見立てて、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄ（ＣＣＶ２）とＦＣＣ真値ＦＣＣｔｒｕｅ（ＣＣＶ２）を算出するとともに、電圧ＣＣＶ２基準のＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒ（ＣＣＶ２）を算出する。そして、そのＦＣＣ誤差に基づいて満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを再度補正し、補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄ（ＣＣＶ２）を最終的な満充電容量ＦＣＣの情報として出力する。以上の処理を、組電池１１０の真の下限電圧ＶＳＴと一致する電圧ＣＣＶ３まで繰り返し行うことで、満充電容量ＦＣＣの誤差が改善される。
上記の方法でＦＣＣ誤差改善部３２０によって生成された補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄは、ＲＣ推定部３３０に入力される。ＲＣ推定部３３０は、この補正された満充電容量ＦＣＣ３ｒｄを用いて、下記（式１６）により、残量ＲＣを算出する。ここで、Ｑ０＋Ｑｃは（式１３）と同じであるが、これは現在の組電池１１０電圧を下限電圧として見立てた場合の真値計算として用いているのではなく、満充電状態から現在までの組電池１１０の放電量を把握するために用いている。
Figure 0006012447
（式１６）に示されるように、満充電状態から取り出せる容量ＦＣＣ（ＦＣＣ３ｒｄ）から組電池１１０が現在まで放電した容量（Ｑ０＋Ｑｃ）を差し引くことで、組電池１１０の残量ＲＣを算出することができる。この残量ＲＣの値は、満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄに基づいて算出されるため、より高精度な値となる。
ＦＣＣ誤差改善部３２０によって生成された補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄとＲＣ推定部３３０によって算出された残量ＲＣの情報等は、電池の状態情報として通信部１２６を介して直接又は間接に表示部２００に送信される。これにより、例えば、補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄを実際に利用可能な電池の満充電容量ＦＣＣとして表示し、残量ＲＣを実際に利用可能な電池の残量として表示することで、ユーザに組電池１１０の状態を通知することができる。なお、表示部２００の表示方法は特に限定されず、例えば、数値で表しても良いし、補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄに対する残量ＲＣの位置をメータ表示したり、図示したりすることも可能である。これにより、ユーザは、表示された情報に基づいて、電池パック１００の充電要否や電池パック１００を電源として用いている電子機器１０の使用を中止するなどの判断を行うことができる。また、残量ＲＣの値が所定の閾値よりも低くなった場合に、例えば、データ処理制御部１２５からの指令に基づいて保護部１５０の切り離しを行い、組電池１１０の放電を止めるような制御を行うことも可能である。
以上実施形態１に係る半導体装置１２０によれば、下限電圧ＶＳＴよりも大きい仮の下限電圧まで放電させた場合に取り出し可能な容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄと実際に仮の下限電圧まで放電させることによって取り出されたＦＣＣ真値ＦＣＣｔｒｕｅとのずれ量から、容量の推定値ＦＣＣ２ｎｄに含まれる誤差分を把握することができる。すなわち、真の下限電圧ＶＳＴまで放電させなくても、その前の段階で満充電容量ＦＣＣの算出に係る誤差を把握することができる。本半導体装置は、その誤差分に基づいて満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを補正するから、満充電容量ＦＣＣの算出精度を向上させることができる。例えば、前述したように電池の温度の測定誤差に起因して満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔの誤差が大きくなった場合であっても、その誤差を補正し、より高精度な満充電容量ＦＣＣの情報を得ることができる。また、例えば組電池１１０を長期的に放置し、電池が劣化して電池の容量Ｑｍａｘが低下した場合であっても、本半導体装置１２０によれば、満充電容量ＦＣＣの算出精度の低下を抑えることができる。例えば、長期放置後に電池の使用を再開した場合、実際の電池の容量Ｑｍａｘとデータ処理制御部１２５が把握する容量Ｑｍａｘの推定値との間にずれが生じ、算出した満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔに大きな誤差が生ずる可能性がある。しかしながら、本半導体装置１２０によれば、放電開始後に算出したＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒに基づいて満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを補正するので、長期放置後の容量Ｑｍａｘの低下に伴う満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔの算出誤差を小さくすることができる。したがって、本半導体装置によれば、満充電容量ＦＣＣの算出精度を向上させることができ、残量ＲＣをも高精度化することができるから、電池の容量性能をより効率良く活用することが可能となる。
≪実施の形態２≫
実施の形態１では、第二ＦＣＣ推定部３２１とＦＣＣ真値計算部３２２の出力差をＦＣＣ誤差（ＦＣＣｅｒｒ）とし、そのＦＣＣ誤差を補正量として満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを補正した。実施の形態２は、充電状態に応じて上記補正量を調整する点で実施の形態１と相違する。
二次電池は、充電状態によって推定できるＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒの値にずれが生ずる場合がある。例えば、充電状態が１００％付近である場合と０％付近である場合とでは、算出されるＦＣＣ誤差に大きな違いが生ずる可能性があり、推定したＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒをそのまま補正量として補正すると、充電状態ＳＯＣの変化に伴い補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄが大きく変動する虞がある。そこで、実施の形態２では、電池の残量に応じて満充電容量ＦＣＣ１ｓｔを補正する補正量を調整する。
図１１に、実施の形態２に係る半導体装置におけるデータ処理制御部２２５の内部構成を例示する。同図に示されるように、データ処理制御部２２５は、実施の形態１に係るデータ処理制御部１２５の構成に加えてＲＳＯＣ推定部３４０を更に有する。また、データ処理制御部２２５におけるＦＣＣ補正部３４１は、データ処理制御部１２５におけるＦＣＣ補正部３２３の機能に加え、ＲＳＯＣ推定部３４０の出力に応じて補正量を調整する機能を備える。その他の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態２に係る半導体装置において、実施の形態１に係る半導体装置１２０と同様の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
ＲＳＯＣ推定部３４０は、ＦＣＣ補正部３２３の出力である満充電容量ＦＣＣ３ｒｄと、ＲＣ推定部３３０の出力である残量ＲＣとに基づいて、残容量比率ＲＳＯＣ（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出する。残容量比率ＲＳＯＣは、満充電状態の容量を１００％とし、組電池１１０の電圧が下限電圧に到達した時点での容量（例えば図７におけるＳＯＣ２）を０％とした範囲で充電状態を表現した情報である。ＲＳＯＣ推定部３４０は、例えば、下記（式１７）によって、残容量比率ＲＳＯＣを算出する。
Figure 0006012447
ＦＣＣ補正部３４１は、ＲＳＯＣ推定部３４０の出力である残容量比率ＲＳＯＣに基づいて、満充電容量ＦＣＣ１ｓｔを補正する補正量を調整する。例えば、ＦＣＣ補正部３４１は、充電状態ＳＯＣの低下に伴って第一ＦＣＣ推定部３１４による満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔの補正量を大きくするように調整する。これは、最も満充電容量ＦＣＣの精度が必要となる残量ＲＣが少ない状態に着目したものである。具体的に、ＲＳＯＣ推定部３４０は、下記（式１８）に従って満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを補正し、補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄを生成する。
Figure 0006012447
ここで、Ｗは残容量比率ＲＳＯＣに応じて決定される調整係数である。例えば、残容量比率ＲＳＯＣと補正量の調整係数Ｗとの関係を表す関数又はテーブルを予め記憶部１２４に格納しておき、ＦＣＣ補正部３４１がＲＳＯＣ推定部３４０から出力された残容量比率ＲＳＯＣに基づいて、上記関数又はテーブルを参照することにより、対応する調整係数Ｗを読み出す。ＦＣＣ補正部３４１は、読み出した調整係数Ｗと、満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔと、ＦＣＣ誤差ＦＣＣｅｒｒとに基づいて、補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄを生成する。
図１２に、残容量比率ＲＳＯＣと補正量の調整係数Ｗとの関係を表す関数の一例を示す。同図に示されるように、残容量比率ＲＳＯＣが１００％から０％の範囲において調整係数Ｗが“０”から“１”の範囲で変化するような関数又はテーブルとされる。これによれば、電池の残量が少なくなるほど補正量が大きくなるように調整される。
以上のように、本実施形態２に係るデータ処理制御部２２５によれば、電池の残量によってＦＣＣ誤差の大きさに違いが生じた場合に満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔの補正量が調整可能とされるから、満充電容量ＦＣＣの算出精度を更に向上させることができる。特に、上記のように電池の残量が少ない状態（例えばＲＳＯＣが小さい状態）で調整係数Ｗを大きくなるように調整することで、電池の残量が少ない状態における満充電容量の推定値ＦＣＣ１ｓｔを大きく補正し、電池の残量が少ない状態以外における補正量は抑制することができるので、補正後の満充電容量の推定値ＦＣＣ３ｒｄの安定性を向上させることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施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、データ処理制御部１２５、２２５における電池状態の検知に係る演算処理を実現するための機能部をはじめとする電池パック１００内の各機能部及び各処理部は、それらの全部または一部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアで実現することもできるし、プロセッサが夫々の機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアで実現することもできる。各機能を実現するプログラムや関数、テーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。
実施の形態１、２では、組電池１１０をリチウムイオン電池を直列・並列接続した構成としたが、一つのリチウムイオン電池、又は並列のみ・直列のみの接続形態であってもよいし、更にはリチウムイオン電池以外のその他の電池を用いることも可能である。
組電池１１０と半導体装置１２０とを一つの筐体に実装すれば、ノートパソコンなどの電源として用いられる電池パックを実現することができる。また、半導体装置１２０と表示部２００とを一つの筐体に実装して組電池１１０だけを取替え可能にすれば、スマートフォンや携帯電話等に代表される携帯端末の構成を実現できる。また、組電池１１０、半導体装置１２０、及び表示部２００を一体化させて部分交換できない構成を採用しても良い。また、組電池１１０、半導体装置１２０、及び表示部２００を夫々独立した筐体に実装して、それぞれを個別に取替え可能な構成を採用することも可能である。
実施の形態１、２において、選択部１２１を四個の単電池群１１２と温度検知部１３０を切り替える構成とした場合を例示したが、これに限られない。例えば、状態検知を行う対象が一つの単電池１１１又は単電池群１１２である場合は、選択部１２１を単電池１１１又は単電池群１１２と温度検知部１３０の何れかを切替える構成としても良い。また、温度検知部１３０が実装されない場合は、選択部１２１を除いて、電圧測定部１２２の入力に単電池１１１又は単電池群１１２の両端を直接接続する構成を採用しても良い。更に、温度検知部１３０を複数実装した場合は、選択部１２１が複数の温度検知部１３０の夫々の出力を選択できる構成とする。
実施の形態１、２において、電圧測定部１２２と電流測定部１２３を別個に設ける構成を例示したが、単電池群１１２の電圧情報と、温度検知部１３０の電圧情報と、電流検知部１４０の電圧情報とを夫々専用の電圧測定部で測定する構成を採用しても良いし、１つの電圧測定部で全ての電圧情報を測定する構成を採用しても良い。
容量Ｑｍａｘの算出方法として、図６を用いて電池が放電する場合を例に説明したが、電池を充電する場合にも同様の処理手順により容量Ｑｍａｘを算出することができる。また、充放電の前後で充電状態ＳＯＣに差が生じるのであれば、電池の充電と放電が混在する場合であっても同様に容量Ｑｍａｘを計算することができる。ただし、Ｑｍａｘ推定部３１１の処理を実行するためには、電池充放電を停止してから所定時間以上休止した後の電圧ＯＣＶが必要なため、電池パック１００の使用中にリアルタイムに容量Ｑｍａｘを更新することはできない。電池パック１００使用後に、所定時間以上休止した後に容量Ｑｍａｘを得ることが可能である。
実施の形態１、２では、理解を容易にするために、組電池１１０の平均的なＱｍａｘを求める場合を例示したが、単電池群１１２毎の電圧情報に基づいて、単電池群１１２毎の容量Ｑｍａｘを推定することも可能である。例えば、Ｑｍａｘ推定部３１１の演算処理と同様に、ＳＯＣ推定部３１２が用いる電圧値も単電池群１１２毎の値とすれば、単電池群１１２毎に充電状態ＳＯＣを得ることが可能である（ただし、この場合、Ｑｍａｘ推定部３１１からのＱｍａｘも単電池群１１２毎の値を用いる必要がある）。
実施の形態２では、図１２に示したように、残容量比率ＲＳＯＣと補正量の調整係数Ｗとの関係を表す関数の一例として、残容量比率ＲＳＯＣが低下するにつれて調整係数Ｗが“０”から“１”へと一定の傾きで変化する関数を例示しているが、残容量比率ＲＳＯＣの低下に応じて傾きが変化する調整係数テーブルを実装することも可能である。また、残容量比率ＲＳＯＣが所定の閾値よりも大きいときは調整係数Ｗを“０”とし、残容量比率ＲＳＯＣが所定の閾値よりも小さくなったら調整係数Ｗを“１”とするステップ状に変化する関数又はテーブルとすることも可能である。更には、残容量比率ＲＳＯＣの値に応じて調整係数Ｗの変化する方向が切替るような関数又はテーブルとしても良い。例えば、残容量比率ＲＳＯＣの所定範囲ではＲＳＯＣの低下に応じて調整係数Ｗを０から１に向かって変化し、それ以外の範囲ではＲＳＯＣの低下に応じて調整係数Ｗが１から０に向かって変化するような関数又はテーブルとしても良い。これによれば、電池の残量によって補正の有無や補正の程度を切り替えるような柔軟な制御が可能となる。
１０ 電子機器
２００ 表示部
２０１ 内部回路
１００ 電池パック
１１０ 組電池
１１１ 単電池
１１２ 単電池群
１３０ 温度検知部
１４０ 電流検知部
１５０ 保護部
１６０ 電源端子（＋）
１６１ 電源端子（−）
１６２ 通信端子
１２０ 半導体装置
１２１ 選択部
１２２ 電圧測定部
１２３ 電流測定部
１２４ 記憶部
１２５ データ処理制御部
１２６ 通信部
３１０ ＦＣＣ基本演算部
３１１ Ｑｍａｘ推定部
３１２ ＳＯＣ推定部
３１３ Ｒ推定部
３１４ 第一ＦＣＣ推定部
３２０ ＦＣＣ誤差改善部
３２１ 第二ＦＣＣ推定部
３２２ ＦＣＣ真値計算部
３２３ ＦＣＣ補正部
３３０ ＲＣ推定部
２２５ データ処理制御部
３４０：ＲＳＯＣ推定部
３４１ ＦＣＣ補正部
Ｒ 内部抵抗
ｒｐ 分極抵抗
Ｃｐ キャパシタンス成分
Ｒ１ 分極抵抗を含む電池の内部抵抗
４００ 電池の充電状態ＳＯＣに対する電圧ＯＣＶの特性
４０１ 端子間電圧ＣＣＶの特性
４０２ 電圧ＯＣＶの特性
４０３ 組電池１１０から内部回路２０１に電力が供給されている期間（電池が放電している期間）
４０４ 電圧ＯＣＶの特性
４０５ 電圧ＣＣＶの特性

Claims (10)

  1. 電池の状態を監視するための半導体装置であって、
    前記電池の電圧を測定するための電圧測定部と、
    前記電池の電流を測定するための電流測定部と、
    前記電圧測定部及び前記電流測定部の測定結果に基づいて、電池の状態を示す状態情報を生成するデータ処理制御部と、を有し、
    前記データ処理制御部は、所定の放電レートで満充電状態から放電終止電圧まで放電させた場合に前記電池から取り出し可能な容量の第１推定値と、前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させた場合に前記電池から取り出し可能な容量の第２推定値とを算出するとともに、前記第２推定値の誤差に基づいて前記第１推定値を補正し、
    前記第２推定値の誤差は、満充電状態から前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電することによって前記電池から取り出された容量値と前記第２推定値との間のずれ量に基づいて決定され、
    前記データ処理制御部は、前記電池を前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させたときの放電電流の積分値に基づいて、前記電池から取り出された容量値を算出し、
    前記データ処理制御部は、前記第２推定値の誤差に基づいて前記第１推定値を補正するための補正量を前記電池の残量に応じて調整する半導体装置。
  2. 前記データ処理制御部は、前記電池の残量が少なくなるにしたがって前記補正量が大きくなるように調整する請求項１に記載の半導体装置。
  3. 電池の状態を監視するための半導体装置であって、
    前記電池の電圧を測定するための電圧測定部と、
    前記電池の電流を測定するための電流測定部と、
    前記電圧測定部及び前記電流測定部の測定結果に基づいて、電池の状態を示す状態情報を生成するデータ処理制御部と、を有し、
    前記データ処理制御部は、所定の放電レートで満充電状態から放電終止電圧まで放電させた場合に前記電池から取り出し可能な容量の第１推定値と、前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させた場合に前記電池から取り出し可能な容量の第２推定値とを算出するとともに、前記第２推定値の誤差に基づいて前記第１推定値を補正し、
    前記第２推定値の誤差は、満充電状態から前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電することによって前記電池から取り出された容量値と前記第２推定値との間のずれ量に基づいて決定され、
    前記データ処理制御部は、前記電池を前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させたときの放電電流の積分値に基づいて、前記電池から取り出された容量値を算出し、
    前記データ処理制御部は、
    満充電状態における前記電池の総容量の推定値と、前記所定の放電レートで前記電池を放電させた場合の前記放電終止電圧に対応する電池の充電状態の推定値とに基づいて、前記第１推定値を算出する第１演算部と、
    前記電池の総容量の推定値と、前記所定の放電レートで前記電池を放電させた場合の前記放電終止電圧よりも大きい電圧に対応する電池の充電状態の推定値とに基づいて、前記第２推定値を算出する第２演算部と、
    前記電池を前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電させたときの放電電流の積分値に基づいて、満充電状態から前記放電終止電圧よりも大きい電圧まで放電することによって前記電池から取り出された容量値を算出する第３演算部と、
    前記第２演算部によって算出された前記第２推定値と前記第３演算部によって算出された前記容量値との差分を算出するとともに当該差分に基づいて前記第１推定値を補正し、第３推定値を生成する第４演算部と、を有する半導体装置。
  4. 前記第３演算部は、前記電流測定部によって前記電池の放電電流の測定が開始されてから前記電池の電圧が前記放電終止電圧よりも大きい電圧になるまでの放電電流の積分値と、満充電状態から前記放電電流の測定が開始されるまでに前記電池から失われた容量値とを加算することによって、前記電池から取り出された容量値を算出する請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記データ処理制御部は、前記第４演算部によって算出された前記第３推定値と、前記第３演算部によって算出された容量値とを減算することにより、前記電池の残量を示す第１残量情報を生成する第５演算部を、更に有する請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記データ処理制御部は、前記第３推定値に対する前記演算結果の割合を示す第２残量情報を算出する第６演算部を更に有し、
    前記第４演算部は、前記第６演算部によって算出された前記第２残量情報に基づいて、前記第１推定値を補正するための補正量を調整する請求項５に記載の半導体装置。
  7. 単数又は複数の単電池から構成される二次電池と、
    前記二次電池の状態を監視するための請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の半導体装置と、を含む電池パック。
  8. 請求項７に記載の電池パックと、
    前記二次電池からの給電により動作可能とされる内部回路と、を有する電子機器。
  9. 前記半導体装置によって生成された前記状態情報に基づいて、前記二次電池の情報の表示が可能とされる表示部を更に有する請求項８に記載の電子機器。
  10. 電池からの給電により動作可能とされる内部回路と、
    前記電池の状態を監視するための請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置によって生成された前記状態情報に基づいて、前記電池の情報の表示が可能とされる表示部とを含む電子機器。
JP2012272178A 2012-12-13 2012-12-13 半導体装置、電池パック、及び電子機器 Active JP6012447B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012272178A JP6012447B2 (ja) 2012-12-13 2012-12-13 半導体装置、電池パック、及び電子機器
US14/103,805 US9263777B2 (en) 2012-12-13 2013-12-11 Semiconductor device, battery pack, and electronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012272178A JP6012447B2 (ja) 2012-12-13 2012-12-13 半導体装置、電池パック、及び電子機器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014119265A JP2014119265A (ja) 2014-06-30
JP6012447B2 true JP6012447B2 (ja) 2016-10-25

Family

ID=50974379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012272178A Active JP6012447B2 (ja) 2012-12-13 2012-12-13 半導体装置、電池パック、及び電子機器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9263777B2 (ja)
JP (1) JP6012447B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016224022A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 三菱電機株式会社 蓄電池パラメータ推定装置および蓄電池パラメータ推定方法

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010001529A1 (de) * 2010-02-03 2011-08-04 SB LiMotive Company Ltd., Kyonggi Adaptives Verfahren zur Bestimmung der Leistungsparameter einer Batterie
JP5554622B2 (ja) * 2010-04-21 2014-07-23 株式会社マキタ 電動工具用装置
US20150355286A1 (en) * 2013-01-22 2015-12-10 Sanyo Electric Co., Ltd. System for estimating failure in cell module
CN104238700A (zh) * 2013-06-06 2014-12-24 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电池电量控制系统及方法
ES2543922B1 (es) * 2013-12-18 2016-06-09 Bluelife Battery S.L Método para regenerar baterías de Ni-Mh
US20160003911A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Infineon Technologies Ag Battery cell characteristic identification
DE102014220515B4 (de) * 2014-10-09 2023-02-02 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Batterie in einem Kraftfahrzeug
KR101717182B1 (ko) * 2014-10-16 2017-03-16 주식회사 엘지화학 가속 인자를 사용하는 이차전지의 충전 상태 측정 장치
CN107615087B (zh) * 2015-02-24 2023-04-18 株式会社东芝 蓄电池管理装置及蓄电池管理方法
US10297877B2 (en) 2015-03-16 2019-05-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Storage battery control device and storage battery control method
US10322641B2 (en) * 2015-04-15 2019-06-18 Mitsubishi Electric Corporation Vehicle power supply device
JP6763376B2 (ja) * 2015-05-25 2020-09-30 日本電気株式会社 蓄電池制御装置、蓄電システム、制御方法及びコンピュータ可読媒体
JP6464957B2 (ja) * 2015-08-18 2019-02-06 トヨタ自動車株式会社 電池の評価装置
US10663529B1 (en) 2015-09-25 2020-05-26 Amazon Technologies, Inc. Automatic battery charging
JP6364396B2 (ja) * 2015-10-27 2018-07-25 本田技研工業株式会社 蓄電装置、輸送機器及び制御方法
US11411421B2 (en) * 2016-02-02 2022-08-09 Toyota Motor Europe Control device and method for charging a rechargeable battery
CN108602443B (zh) * 2016-02-02 2022-01-28 丰田自动车欧洲公司 控制设备和用于放电可再充电蓄电池的方法
US10300807B2 (en) * 2016-02-04 2019-05-28 Johnson Controls Technology Company Systems and methods for state of charge and capacity estimation of a rechargeable battery
TWI811718B (zh) 2016-03-16 2023-08-11 澳門商創科（澳門離岸商業服務）有限公司 具有無線通訊的電動工具蓄電池組
CN105843729A (zh) * 2016-03-30 2016-08-10 苏州美天网络科技有限公司 蓄电池智能数据存储系统
CN105720640B (zh) * 2016-03-30 2018-11-30 苏州美天网络科技有限公司 一种电瓶车蓄电池的数据存储系统
CN106546929A (zh) * 2016-11-23 2017-03-29 杭州衡源汽车科技有限公司 一种电池剩余电量可输出时间评估装置及电动车
JP2018189384A (ja) * 2017-04-28 2018-11-29 株式会社Ｇｓユアサ 電流検出装置、管理装置、エンジン始動用のバッテリ
KR102683336B1 (ko) 2017-10-11 2024-07-09 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리의 용량 추정 장치 및 방법, 이를 구비하는 배터리 관리 장치 및 방법
KR102515606B1 (ko) * 2017-10-31 2023-03-28 삼성에스디아이 주식회사 배터리 충전량 표시 방법 및 이를 수행하는 배터리 팩 및 전자 기기
JP6430054B1 (ja) * 2018-05-21 2018-11-28 古河電池株式会社 蓄電池の容量把握方法および容量監視装置
JP7128709B2 (ja) * 2018-10-04 2022-08-31 日本たばこ産業株式会社 吸引成分生成装置
JP6867987B2 (ja) * 2018-10-09 2021-05-12 株式会社豊田中央研究所 電源装置の満充電容量推定装置
WO2020189694A1 (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池管理装置、電池管理方法、電力貯蔵システム
EP3754352A1 (en) * 2019-06-17 2020-12-23 Volvo Car Corporation Method and system for improving battery capacity estimations
JP7342671B2 (ja) * 2019-06-20 2023-09-12 株式会社Ｇｓユアサ 開発支援装置、開発支援方法、および状態検知方法
CN112834928B (zh) * 2021-01-08 2024-07-23 中创新航科技股份有限公司 电池系统的荷电状态soc的修正方法及其修正装置
JP7456393B2 (ja) * 2021-01-14 2024-03-27 トヨタ自動車株式会社 バッテリ制御システム、バッテリ制御方法、バッテリ制御プログラム、車両
CN112994185B (zh) * 2021-04-23 2024-08-27 Oppo广东移动通信有限公司 充电控制方法及装置、电子设备、存储介质
JP2022171118A (ja) 2021-04-30 2022-11-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびバッテリ残量監視方法
CN114152892B (zh) * 2021-12-01 2023-09-22 国网山西省电力公司电力科学研究院 用于故障指示器电池健康度的监测方法
US20240094305A1 (en) * 2022-09-21 2024-03-21 Medtronic, Inc. Delta voltage hybrid battery fuel gauge

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0587896A (ja) 1991-09-30 1993-04-06 Pfu Ltd バツテリ残量検出・補正方式
JP2006177764A (ja) 2004-12-22 2006-07-06 Sanyo Electric Co Ltd 電池の学習容量補正方法
JP4649682B2 (ja) * 2008-09-02 2011-03-16 株式会社豊田中央研究所 二次電池の状態推定装置
WO2011108249A1 (ja) * 2010-03-05 2011-09-09 パナソニック株式会社 満充電容量値補正回路、電池パック、及び充電システム
JP5771909B2 (ja) * 2010-06-08 2015-09-02 日産自動車株式会社 二次電池の充電容量推定装置
US20130311119A1 (en) * 2011-01-31 2013-11-21 Shigeto Tamezane Method of detecting battery full-charge capacity

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016224022A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 三菱電機株式会社 蓄電池パラメータ推定装置および蓄電池パラメータ推定方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20140177145A1 (en) 2014-06-26
JP2014119265A (ja) 2014-06-30
US9263777B2 (en) 2016-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6012447B2 (ja) 半導体装置、電池パック、及び電子機器
US10191118B2 (en) Battery DC impedance measurement
JP5835761B2 (ja) バッテリー容量劣化推定装置及び方法
CN106461732B (zh) 用于估计电池的健康状态的方法
CN106324508B (zh) 电池健康状态的检测装置及方法
EP3106892B1 (en) State estimation device and state estimation method
US20120121952A1 (en) Battery status detecting device and battery pack where the battery status detecting device is provided
KR101293630B1 (ko) 배터리 용량 퇴화 추정 장치 및 방법
TWI700505B (zh) 用於評估電池之健全狀態的方法及設備
EP3410137B1 (en) Cell state estimation device, cell control device, cell system, and cell state estimation method
US20120029851A1 (en) Remaining capacity detecting device and battery control ic
TWI669521B (zh) Battery residual prediction device and battery pack
JP6185321B2 (ja) 二次電池パックの管理方法および電源管理システム、電子機器
US10191117B2 (en) Battery remaining power predicting device and battery pack
JP6219687B2 (ja) 半導体装置、電池パック及び携帯端末
JP2012247339A (ja) 半導体集積回路およびその動作方法
JP2010272365A (ja) 二次電池の劣化診断方法、及び二次電池の劣化診断装置
JP7452924B2 (ja) バッテリーｓｏｈ推定装置及び方法
US9846197B2 (en) Battery control IC and control method therefore
JP2017009577A (ja) 状態推定装置及び状態推定方法
JP2017116518A (ja) 充電式のバッテリの残量検出回路、それを用いた電子機器、自動車ならびに充電状態の検出方法
EP3605123A1 (en) Storage battery control device and control method
JP2011172415A (ja) 二次電池装置
KR20220149428A (ko) 반도체 장치 및 배터리 잔량 감시 방법
TWI707151B (zh) 用於計算一電池系統的一路徑電阻之方法與設備

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150824

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160610

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160616

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160810

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160901

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160920

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6012447

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150