电池余量预测装置以及电池组的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电池组，尤其设及对裡离子充电池等的电池余量进行预测的电池余量 预测装置。
【背景技术】
[0002] 充电池被W便携设备为首的许多装置使用，必须要有管理充放电的电池管理系 统。特别是在设备运行时，需要更准确地知道运行时间，因此使用电池余量预测装置。
[0003] W往的具备电池余量预测装置的电池组如图6所示。电池余量预测装置20具有 进行信号处理运算的CPU 21、信号处理运算时使用的RAM 22、用于检测充电池7的一个单 元的电池电压经电平转换器26转换后的电池电压的ADC 23、用于检测由检测充电池7的电 流的电流检测电阻6产生的电压的ADC 24、W及预先保存电池的特性数据等的非易失性存 储器25。电池余量预测装置20根据充电池7的电压和移动电荷量等来求得电池的余量， 其中，移动电荷量由库伦计数器根据使用电流检测电阻6所计测的充电池7的电流值求得。 在高精度的余量预测中，充电池7的电压W及电流的高精度的计测是必须的。
[0004] 特别是注意到电流计测时，电流检测电阻6要求电阻值的高精度。 阳0化]【专利文献1】美国专利第6789026号说明书
[0006] W往的具备电池余量预测装置20的电池组为了进行高精度的电池余量预测，需 要高精度的电流容许量大的电流检测电阻6。因此，有电流检测电阻6价格高、尺寸大运样 的课题。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述课题，本发明的电池余量预测装置采用了如下的结构。
[0008] 电池余量预测装置具有：电压检测部，其测定电池的电池电压和电池溫度；运算 部，其根据电池电压和电池溫度来预测计算电池余量；W及控制部，其控制电池余量预测装 置的动作W及运算部，电池余量预测装置通过如下的运算流程来预测电池的余量，该运算 流程是根据电池等效电路中的电池的内部阻抗、W及W规定的时间间隔测定出的电池电压 和电池溫度，对电池余量进行递归计算。
[0009] 根据本发明的电池余量预测装置，由于能够根据检测出的电池电压进行高精度的 电池余量预测，所W不需要电流检测电阻。因此，能够提供一种小型尺寸且低成本的电池 组。
【附图说明】
[0010] 图1是具备本实施方式的电池余量预测装置的电池组的框图。
[0011] 图2是示出了电池等效电路的一例的电路图。
[0012] 图3是示出了电池等效电路的其他例的电路图。
[0013] 图4是与图2的电池等效电路对应的电池余量预测运算流程。
[0014] 图5是与图3的电池等效电路对应的电池余量预测运算流程。
[0015] 图6是W往的具备电池余量预测装置的电池组的框图。
[0016] 标号说明
[0017] 1 :电池余量预测装置；7 :充电池；11 :电压检测部；12 :运算部；15 :充放电控制电 路；16 :控制部；30、40 :电池等效电路。
【具体实施方式】
[001引图1是具备本实施方式的电池余量预测装置1的电池组的框图。本实施方式的电 池组具有电池余量预测装置1、充电池7、充放电控制用的MOSFET 8、充放电控制电路15、外 部端子18 W及19。电池余量预测装置1具有电压检测部11、控制部16、W及进行余量预测 计算等的运算部12。
[0019] 本实施方式的电池组按如下方式连接。
[0020] 电池余量预测装置1连接在充电池7的两端。MOSFET 8被设置在外部端子19。充 放电控制电路15连接在充电池7的两端，输出端子与MOSFET 8连接。外部端子18和19 之间连接着作为负载3的应用系统。电压检测部11的输入端子与充电池7连接，输出端子 与控制部16连接。控制部16与运算部连接。
[0021] 电压检测部11检测充电池7的端子电压W及溫度并输出到控制部16。控制部16 具有例如定时器电路、RAM或非易失性存储器等存储装置等。运算部12根据控制部16的 信息W及控制对充电池7的电池余量进行高精度的预测计算。目P，电池余量预测装置1执 行图4或图5所示的电池余量预测运算流程，对充电池7的电池余量进行高精度的预测计 算。
[0022] 图2是示出了电池等效电路的一例的电路图。电池等效电路30是由电压源31、串 联连接了 M组的C-R电路、电阻Ro构成的。电压源31依赖于充电状态或电池溫度来输出 电池开路电压。C-R电路是由构成电池的内部阻抗的等效电路的电阻R和电容器C并联连 接而成。电压Vwv是电压源31的电压。电压Vb是电池的电压。电流源32是流过负载电流 勺负载3的等效电路。
[0023] C-R电路反映电池输出的瞬态响应。C-R电路的串联连接个数依赖于所求的等效 电路精度，串联连接个数越增加高精度化越容易。如果C-R电路的时间常数比余量计算的 时间间隔足够小，则电池输出的瞬态响应对余量计算的影响小。然而，电池输出的瞬态响应 的时间常数有的达到几十分钟~几小时，对余量预测计算的影响大。特别是大电流且急剧 变化的情况下，很容易导致余量预测计算的大的误差。
[0024] 为了使电池瞬态响应的影响反映在余量预测计算上，需要根据包含构成电池的内 部阻抗的电阻Rk和电容器C k的时间微分方程式进行余量预测计算。
[002引 W下，设立微分方程式。当施加到电阻Rk和电容Ck上的电压为A k化^ 1)时，各 电阻Ri~R M中流过的电流i Kk为式1，各电容C 1~C M中流过的电流i Ck为式2,负载电流U 为式3,所W得到式4和式5运两个方程式。
[0031] 负载电流i雜够通过式6用电池的充电状态、即电池余量SOC的变化和作为最大 电池容量的Qm。、来表示。另外，将放电电流作为正电流。
[0033] 如果将式6代入式4和式5,则得到式7和式8。
[0036] 在式7和式8中，V〇cv、Rk化=0~M)、Ck化=1~M)具有电池余量SOC和电池溫 度T的依赖性，实际测得的电池电压Ve和电池余量、W及电池内部电压各自的初始值SOC 1、 A k、1是已知的，通过求解联立方程式能够求得电池余量SOC。
[0037] 然而，要想将本联立方程式作为微分方程式来求解，由于计算量也多，并且用于实 现的逻辑规模也很大，所W是不现实的。因此，考虑将本联立方程式近似成差分方程式。当 对式7进行时刻n W及t。时间前的时刻n-1的差分式化时，能够表示成式9。
阳039] 当根据式9求解Ak,。时，变为式10。
[0041] 并且，将式10代入式8求出式11。
[0043] 通过将电池余量S0C。作为未知的变量来求解式11，可W求得时刻n的电流余量 S0C。的值。由于在时刻n的t。时间后的时刻n+1进行预测计算，所W通过式10求出时刻n 的Ak,。。W后，通过反复进行本计算，可W实时地进行电池余量预测计算。
[0044] 图4是与图2的电池等效电路对应的上述电池余量预测运算流程。 W45] 本实施方式的电池组在电池安装时等电池余量是不明确的。因此，在步骤Sl中由 电压检测部11检测初始的电池端子电压VBi、电池溫度Tl。充电池7在没有电流流过时，可 W认为此时的电池端子电压VBi与电池开路电压Veev相等。并且，电池等效电路内部电压 Ak容易从图2可知，如果认为是电流没有流过的状态，则初始值A k,i为0。
[0046] 充电池7的电池开路电压Vwv具有基于电池余量SOC和电池溫度T的预先被确定 的电池固有的依赖特性，按照式12假定该特性。
[0047] OCV = f""(S0C, T) (12)
[0048] 在步骤S2中，根据充电池