(57)【要約】【課題】電池性能の劣化をその使用者に確実にアピールすることができ、また抵抗感・違和感なくその使用を禁止して安全性を確保することのできるパック電池およびその制御方法を提供する。【解決手段】二次電池の劣化が検出されたときにはその旨を報知すると共に、予め定めた猶予期間を経た後にパック電池の使用を禁止する。また猶予期間においては二次電池の充電電圧を規定の電池電圧よりも低下させ、その使用禁止は二次電池が放電中でないことを条件として二次電池の充放電路を遮断することにより行う。更に猶予期間には、その時間経過に伴って外部出力される二次電池の残容量の低下率を見掛け上大きくする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と該二次電池の充放電制御部とを具備したパック電池の使用期限を管理するパック電池の制御方法であって、
前記二次電池の特性または充放電実績を予め定めた劣化判定条件と比較して該二次電池の劣化の有無を判定し、前記二次電池の劣化が検出されたときにはその旨を報知すると共に、予め定めた猶予期間を経た後に前記パック電池の使用を禁止することを特徴とするパック電池の制御方法。
【請求項２】
前記パック電池の使用禁止は、前記二次電池が放電中でないことを条件として前記二次電池の充放電路を遮断することにより実行されるものである請求項１に記載のパック電池の制御方法。
【請求項３】
前記猶予期間には、前記二次電池の充電電圧を規定の電池電圧よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載のパック電池の制御方法。
【請求項４】
前記猶予期間は、前記電池パックの使用時間、総使用積算容量または充放電サイクル数として管理されるものである請求項１に記載のパック電池の制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載のパック電池の制御方法において、
前記パック電池は、前記二次電池の満充電容量を基準として求められる該二次電池の残容量を外部出力する手段を備え、
前記二次電池の劣化を検出して前記パック電池の使用を禁止するまでの猶予期間に、時間経過に伴って、放電時における見掛け上の前記二次電池の残容量の低下を大きくすることを特徴とするパック電池の制御方法。
【請求項６】
二次電池と、この二次電池の充放電路に介挿されて該二次電池の充放電を禁止し得る制御素子と、前記二次電池の特性および／または充放電実績を監視すると共にその監視結果に応じて前記二次電池の充放電を制御する充放電制御部とを具備し、
前記充放電制御部は、前記二次電池の特性または充放電実績を予め定めた劣化判定条件と比較して該二次電池の劣化の有無を判定し、前記二次電池の劣化が検出されたときにはその旨を報知するする劣化判定手段と、
この劣化判定手段により前記二次電池の劣化が検出されたとき、予め定めた猶予期間を経た後に前記制御素子を作動させて前記パック電池の使用を禁止する使用禁止手段と
を具備したことを特徴とするパック電池。
【請求項７】
前記猶予期間は、前記電池パックの使用時間、総使用積算容量または充放電サイクル数として管理されるものである請求項６に記載のパック電池。
【請求項８】
請求項６に記載のパック電池において、
前記充放電制御部は、更に前記猶予期間に前記二次電池の充電電圧を規定の電池電圧よりも低下させる制限手段を備えることを特徴とするパック電池。
【請求項９】
請求項６または８に記載のパック電池において、
前記充放電制御部は、更に前記二次電池の満充電容量を基準として前記二次電池の残容量を求めて外部出力する残容量出力手段と、
前記猶予期間に放電時における見掛け上の前記二次電池の残容量の低下を大きくするように前記残容量出力手段が求める前記二次電池の残容量を制御する出力制御手段と
を備えることを特徴とするパック電池。
【請求項１０】
二次電池の劣化を予め定めた劣化判定条件と比較して該二次電池の劣化の有無を判定し、前記二次電池の劣化が検出されたときには予め定めた猶予期間を設け、
前記二次電池を備えたパック電池は、前記二次電池の満充電容量を基準として求められる該二次電池の残容量を外部出力する手段を備え、前記二次電池の劣化を検出してからの前記猶予期間に、時間経過に伴って放電時における見掛け上の前記二次電池の残容量の低下を大きくすることを特徴とするパック電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池性能が劣化したときにその使用を禁止する機能を備えたパック電池およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の二次電池を主体として構成されるパック電池は、各種の電子機器や電動機等に着脱自在に装着されて、その電源として用いられる。しかしながらこの種のパック電池においては、長期間の使用に伴って二次電池の電池性能が次第に劣化し、その熱安定性が低下する等の潜在的な問題を有している。これ故、長期間に亘って使用した際、何等かの劣化警告や使用禁止メッセージ等を出力する機能をパック電池に組み込むことが推奨されている。
【０００３】
ちなみに二次電池の性能劣化や寿命については、例えば下記の特許文献１に開示されるように初期時の満充電量と現時点の満充電量とを比較することにより判定したり、特許文献２に開示されるように定電圧充電に要した時間の経時的変化を監視して判定したり、更には特許文献３に開示されるように充電時における二次電池の内部抵抗の経時的変化から判定することが提唱されている。
【特許文献１】特開２００５−１９５３８８号公報
【特許文献２】特開２００７−７８５０６号公報
【特許文献３】特開２００６−１５３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら単に二次電池の性能劣化を検出して劣化警告や使用禁止等のアラームを出力し、これに伴ってパック電池の使用を禁止するようにすると、予告なしに発せられるアラームと、突然の使用禁止処理によってその使用者に不満感や動揺を与えることになりかねない。この点、二次電池の性能劣化の程度を検出し、これを電池劣化率等として表示することで使用者に注意を促すことが考えられる。しかし電池劣化率等を定常的に出力（表示）するようにすると、例えば二次電池の残容量表示（充電警告）と見間違えられる等、使用者に対するアピール効果（訴求性）が乏しくなることが否めない。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、電池性能の劣化を使用者に確実にアピールしてその交換を促すことができ、また抵抗感・違和感なくその使用を禁止して安全性を確保することのできるパック電池およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係るパック電池の制御方法は、二次電池と該二次電池の充放電制御部とを具備したパック電池の使用期限を管理するに際して、
前記二次電池の特性または充放電実績を予め定めた劣化判定条件と比較して該二次電池の劣化の有無を判定し、前記二次電池の劣化が検出されたときにはその旨を報知すると共に、予め定めた猶予期間を経た後に前記パック電池の使用を禁止することを特徴としている。
【０００７】
ちなみに前記パック電池の使用禁止は、前記二次電池が放電中でないことを条件として前記二次電池の充放電路を遮断することにより実行することが好ましい。尚、前記猶予期間については、例えば前記電池パックの使用時間、総使用積算容量または充放電サイクル数として管理すれば良い。またこの猶予期間においては、例えば前記二次電池の充電電圧を規定の電池電圧よりも低下させることが望ましい。
【０００８】
尚、前記パック電池に前記二次電池の満充電容量を基準として求められる該二次電池の残容量を外部出力する手段を設けておき、前記二次電池の劣化を検出して前記パック電池の使用を禁止するまでの猶予期間に、その時間経過に伴って放電時における見掛け上の前記二次電池の残容量の低下を大きくすることで、前記外部出力される二次電池の残容量の低下率を見掛け上大きくすることも有用である。
【０００９】
また本発明に係るパック電池は、二次電池と、この二次電池の充放電路に介挿されて該二次電池の充放電を禁止し得る制御素子と、前記二次電池の特性および／または充放電実績を監視すると共にその監視結果に応じて前記二次電池の充放電を制御する充放電制御部とを具備したものであって、
前記充放電制御部は、前記二次電池の特性または充放電実績を予め定めた劣化判定条件と比較して該二次電池の劣化の有無を判定し、前記二次電池の劣化が検出されたときにはその旨を報知するする劣化判定手段と、
この劣化判定手段により前記二次電池の劣化が検出されたとき、予め定めた猶予期間を経た後に前記制御素子を作動させて前記パック電池の使用を禁止する使用禁止手段と
を具備したことを特徴としている。
【００１０】
尚、前記充放電制御部に、前記猶予期間に前記二次電池の充電電圧を規定の電池電圧よりも低下させる制限手段を設けることも有用である。また前記充放電制御部に、更に前記二次電池の満充電容量を基準として前記二次電池の残容量を求めて外部出力する残容量出力手段、および前記猶予期間に放電時における見掛け上の前記二次電池の残容量の低下を大きくして前記残容量出力手段が求める前記二次電池の残容量を制御する出力制御手段を設けることも有用である。
【００１１】
即ち、本発明に係るパック電池の制御方法は、二次電池の劣化を予め定めた劣化判定条件と比較して該二次電池の劣化の有無を判定し、前記二次電池の劣化が検出されたときには予め定めた猶予期間を設け、
前記二次電池を備えたパック電池は、前記二次電池の満充電容量を基準として求められる該二次電池の残容量を外部出力する手段を備え、前記二次電池の劣化を検出してからの前記猶予期間に、時間経過に伴って放電時における見掛け上の前記二次電池の残容量の低下を大きくすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成のパック電池およびその制御方法によれば、二次電池の劣化が検出されたときにはその旨を報知すると共に、予め定めた猶予期間を経た後にパック電池の使用を禁止するので、劣化の報知を受けた使用者は上記猶予期間を利用してパック電池の使用が強制的に禁止される前に該パック電池を交換したり、或いはパック電池を電源とする機器の作動を停止させる等の対策を余裕をもって講じることが可能となる。
【００１３】
また二次電池の劣化が検出されたときに二次電池の充電電圧を規定の電池電圧よりも低下させるようにしておけば、性能が劣化した二次電池を過度に充電することがなくなるので、熱安定性の低下に起因する問題を低減することができる。更には前記猶予期間に前記学習容量を段階的に低下させて前記残容量出力手段が求める前記二次電池の残容量を制御すれば、これによって外部出力される二次電池の残容量の低下率を見掛け上大きくすることができるので、使用者に対する電池性能劣化のアピール効果（訴求性）を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るパック電池およびその制御方法について説明する。
図１は本発明に係るパック電池１０の要部概略構成図である。このパック電池１０は、ノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器３０に装着して用いられるものであって、基本的には前記電子機器３０が内蔵する制御・電源部（充電器）３１に接続されて充電される二次電池１を備える。尚、電子機器３０の制御・電源部（充電器）３１には商用電源が供給されており、前記二次電池１は商用電源から得たエネルギにより充電される。そしてパック電池１０は前記電子機器３０が商用電源を使用しないとき、該電子機器３０の電源として用いられる。つまり充電により上記二次電池１に蓄積した電力エネルギを、前記電子機器３０の本体部であるＣＰＵやメモリ等の負荷３２に対して前記制御・電源部３１を介して供給するように構成される。
【００１５】
ちなみに前記二次電池１はリチウムイオン電池やニッケル水素電池等からなり、例えば複数の電池セル２を直並列に接続して所定の電池電圧と電池容量とを確保した電池群として実現される。具体的には前記二次電池１は、例えばリチウムイオン電池のように満充電状態で４.２Ｖとなる電池セル２を用いる場合には、電池セル２を３段直列に接続することで、全体として１２.６Ｖの電池電圧を有するものとして実現される。また各段の電池セル２を、それぞれ複数の電池セルを並列接続したものとすることで、必要な電気容量が確保される。
【００１６】
これらの複数の電池セル２の並列接続および直列接続は、例えば金属板やリード線からなる接続タブ３を用いて行われ、二次電池１はこれらの電池セル群を１つにまとめてパッケージ化したものとして実現される。尚、電池セル２の並列接続数や、直列接続する電池セル２の段数については、負荷２に応じて二次電池１に要求される仕様（電池電圧・電池容量）に従って定められるものであり、図１に例示する３並列・３段直列構成の二次電池１に限定されないことは言うまでもない。またこのような二次電池１には、例えばその電池温度Ｔを検出する為のサーミスタ等の温度センサ４が一体に組み込まれる。
【００１７】
一方、パック電池１０は、二次電池１の充放電路に設けられて該二次電池１の充放電電流Ｉを検出するための電流検出部（電流検出手段）５を備えている。この電流検出部５は、例えば上記充放電路に直列に介挿されたシャント抵抗と、このシャント抵抗の両端間に生じた電圧から前記二次電池１の充放電電流Ｉを検出するセンシングアンプとにより構成される。尚、二次電池１の充放電路に流れる電流が充電電流であるか、或いは放電電流であるかは、電流の向きに応じて上記シャント抵抗の両端間に生じる電圧の極性から判定されることは言うまでもない。
【００１８】
また前記二次電池１の充放電路には、前記二次電池１の過充電を阻止する為の充電制御スイッチ（充電禁止手段）６と、二次電池１の過放電を阻止する為の放電制御スイッチ（放電禁止手段）７とがそれぞれ設けられる。これらの制御スイッチ６,７は、例えば前記充放電路にそれぞれ直列に介挿された２つのＰチャネル型のＭＯＳ−ＦＥＴからなる。これらの制御スイッチ（ＦＥＴ）６,７は、後述する制御・演算部２０によりその動作が制御されるものであって、例えばそのゲートにハイレベル（Ｈ）の制御信号が印加されたときに遮断（オフ）動作して、前記二次電池１に対する充電電流または放電電流をそれぞれ遮断する。つまり前記制御スイッチ（ＦＥＴ）６,７は、二次電池１の充電および放電をそれぞれ禁止する充放電禁止手段としての役割を担う。
【００１９】
さて前述した制御・演算部２０は、例えばマイクロプロセッサにより実現される。この制御・演算部２０は、基本的には前記二次電池１の端子電圧Ｖbat、および二次電池１を構成する前記各電池セル２の端子電圧Ｖcellをそれぞれ検出すると共に、前記温度センサ４を用いて温度検出部８が検出する電池温度Ｔを入力し、更には前記電流検出部５にて検出される二次電池１の充放電電流Ｉを入力して前記二次電池１に対する充電および放電をそれぞれ制御する。
【００２０】
ちなみに図１に例示する前記制御・演算部２０は、３段に直列接続された複数の電池セル２における各正極側の電圧Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３と負極電圧Ｖ０、および前記温度検出部８にて検出された電池温度Ｔをマルチプレクサ２１を介して選択的に入力し、これをＡ／Ｄコンバータ２２を介してデジタル変換して取り込む。また前記制御・演算部２０は、前記電流検出部４にて検出された充放電電流Ｉを、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してデジタル変換して取り込んでいる。尚、上記各電圧Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３,Ｖ０および温度情報Ｔの入力は、マルチプレクサ２１およびＡ／Ｄコンバータ２２のサンプリング周期に同期して所定の周期で巡回的に行われる。そして前記制御・演算部２０は、上記複数の電池セル２の各正極電圧Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３と負極電圧Ｖ０とから、前述した二次電池１の端子電圧Ｖbat（＝Ｖ１−Ｖ０）、および前記各電池セル２の端子電圧Ｖcell１（＝Ｖ１−Ｖ２）,Ｖcell２（＝Ｖ２−Ｖ３）,Ｖcell３（＝Ｖ３−Ｖ０）をそれぞれ検出するものとなっている。
【００２１】
このようにして前記二次電池１の端子電圧Ｖbatおよび充放電電流Ｉを検出する制御・演算部２０は、基本的には通信処理部２４を介して前記制御・電源部３０の作動を制御して前記二次電池１の充電を制御すると共に（満充電制御）、前述した充電制御スイッチ６をオフ制御して前記二次電池１の過充電を阻止し（過充電保護）、更には前記放電制御スイッチ７をオフ制御して前記二次電池１の過放電を阻止する役割（過放電保護）を担っている。また制御・演算部２０は、後述するように二次電池１の性能劣化の程度（寿命）を判定し、性能劣化が検出された場合にはその旨を出力することで該二次電池１が装着された電子機器３０の使用者に対して二次電池１の交換を促す機能を備えている。
【００２２】
尚、前述した二次電池１に対する満充電制御は、ニッケル水素電池等においては、例えば二次電池１の充電時に該二次電池１の端子電圧Ｖbatが徐々に上昇し、満充電状態において上記端子電圧Ｖbatがピークに達した後、一定電圧（ΔＶ）だけ低下する現象を利用して満充電（１００％充電）状態を判定し（−ΔＶ方式）、二次電池１に対する充電を停止することによって行われる。またリチウムイオン電池を充電するときのように電流値を所定値以下、電圧値を所定値以下に制限して充電する定電流・定電圧充電においては、定電流充電の後の定電圧充電時において、その充電電流値が所定値以下になった場合に、これを満充電と判定すれば良い。その他、電池温度Ｔの変化や充電電流Ｉの変化から満充電状態を検出する等、従来より種々提唱されている充電制御方式を適宜採用可能なことは言うまでもない。また本発明は二次電池１の満充電制御自体に直接関与するものではないので、満充電制御についてのこれ以上の説明は省略する。
【００２３】
また前述した過充電保護は、例えば二次電池１の端子電圧Ｖbatが予め設定した二次電池１としての過充電保護電圧を超えたとき、或いは二次電池１を構成する複数段の電池セル２の個々の端子電圧Ｖcellが各電池セル２に固有な過充電保護電圧を超えたとき、前述した充電制御スイッチ６を作動させてその充電路を強制的に遮断することで、それ以上の充電（過充電）を阻止する役割を担う。尚、二次電池１の端子電圧（充電電圧）Ｖbatについては、この実施形態においては前述した充電制御における満充電電圧により管理されるので、前記充電制御スイッチ６の作動による過充電防止は、専ら、個々の電池セル２の端子電圧Ｖcellが、その過充電保護電圧を超えたときに作動する。
【００２４】
更に過放電保護は、例えば二次電池１の端子電圧Ｖbatが予め設定した二次電池１としての過放電保護電圧に近付いたとき、或いは複数段の電池セル２の個々の端子電圧Ｖcellが、各電池セル２に固有な過放電保護電圧に近付いたとき、或いは過放電保護電圧に至ったとき、前述した放電制御スイッチ７を作動させてその充電路を強制的に遮断して該二次電池１の深放電（過放電）を防止する役割を担う。このような保護機能の他にも前記制御・演算部２０は、例えば前記充放電電流Ｉから二次電池１に対する異常（過大）な充放電電流が検出されたときに前記充電制御スイッチ６および／または放電制御スイッチ７を作動させてその充放電路を遮断して、二次電池１のみならず負荷３２等を保護する機能等を備える。
【００２５】
さて基本的には上述した如く構成されるパック電池（二次電池装置）において、本発明が特徴とするところは前記制御・演算部２０が前記二次電池１の特性劣化を検出する劣化判定手段２０ａを備えると共に、この劣化判定手段２０ａにて二次電池１の特性劣化が検出されたときにはその旨を報知し、予め定めた猶予期間を経た後に前記二次電池１、ひいては該パック電池自体の使用を禁止する使用禁止手段２０ｂを備える点にある。
【００２６】
ちなみに二次電池１の特性劣化の検出は、後述するように、例えば二次電池１の内部抵抗の変化を判定したり、パック電池の使用開始からの時間経過（使用時間・待機時間）を計時して判定したり、或いは使用開始からの積算容量（充電量・放電量）を所定の閾値と比較する等して行われる。また二次電池１の特性が劣化した旨の報知は前記通信処理部２４を介して、例えば二次電池１の残容量または残容量率を表示すると共に、パック電池の交換を促す警告メッセージを出力することによって行われる。そして所定の猶予期間後におけるパック電池の使用禁止は、例えば前記充電制御スイッチ６および前記放電制御スイッチ７をそれぞれ強制的にオフ制御することによって行われる。
【００２７】
尚、パック電池が、例えば図２に示すように前記二次電池１の充放電路に抵抗加熱型ヒューズ２６を直列に介挿した構成を有する場合には、該抵抗加熱型ヒューズ２６を溶断することで二次電池１自体を回路的に切り離し、これによってパック電池を永久的に使用禁止に設定することも可能である。ちなみにこのような抵抗加熱型ヒューズ２６を溶断や、前記放電制御スイッチ７のオフ制御によるパック電池の使用禁止処理については、二次電池１が放電していないことを条件として行うことが望ましい。
【００２８】
また前記制御・演算部２０は、更に前記使用禁止までの猶予期間において前記二次電池１に対する充電電圧を該二次電池１の規定電池電圧よりも低下させる充電電圧制限手段２０ｃを備える。この充電電圧制限手段２０ｃによる二次電池１の充電電圧の制限は、特性の劣化した二次電池１の熱安定性が低下することから、充電に伴う二次電池１の不本意（過度）な発熱を抑えることを目的とするものである。この充電電圧制御については、例えば図２に示すように前述した充電制御スイッチ６と並列に補助充電制御スイッチ６ａを設けておき、前記充電制御スイッチ６に代えて上記補助充電制御スイッチ６ａを介して前記二次電池１を充電するようにする。そしてこの補助充電制御スイッチ６ａに直列に介挿した抵抗６ｂにて前記二次電池１に対する充電電圧を低減するようにしても良い。
【００２９】
更に前記制御・演算部２０は前記猶予期間において、前記通信処理部２４を介して外部出力する二次電池１の残容量（または残容量率）を、見掛け上、実際の残容量よりも少なくすることで電池性能の劣化の程度を強調する残容量出力制御手段２０ｄを備える。即ち、この残容量出力制御手段２０ｄは、電池性能劣化の程度を強調するべく残容量表示の変化の度合いを大きくし、これによってその使用者に注意を喚起して特性の劣化したパック電池の早期交換を促す役割を担う。
【００３０】
この残容量出力制御手段２０ｄは、例えば二次電池１の充放電の繰り返し回数（いわゆるサイクル回数）等に応じて求められる二次電池１の最大充電量（総容量）を学習容量（満充電容量）とし、この学習容量から放電量を差し引いた容量を二次電池１の残容量として求めるような場合、前記猶予期間に上記学習容量を徐々に低減するように構成される。ちなみに上記学習容量は、例えば二次電池１を満充電状態から完全に放電するまでの放電積算容量として、或いは完全放電状態から満充電に至るまでの充電積算容量等として求められる。尚、例えば二次電池１の充電電流に所定の充電効率を乗じることによって、或いは放電電流に所定の放電効率を考慮して算出して上述した学習容量を求めるようにしても良い。
【００３１】
図３は上述した如く構成されたパック電池における電池性能の劣化検出処理と、電池性能が劣化したパック電池の使用禁止処理の一例を示している。この処理は、二次電池１の放電時に実行されるもので、例えば先ずパック電池１０が備えるタイマー（図示せず；制御・演算部２０に内蔵される）により計時される放電時間の情報と二次電池１の単位時間当たりの放電電流とから、その総使用時間と総使用積算容量とを求めることから開始される＜ステップＳ１＞。具体的には充放電が繰り返される二次電池１の放電時間をタイマーにて計時し、その放電時間を順次積算することでその総使用時間を求める。また二次電池１からの単位時間当たりの放電電流Ｉとその放電時間との積としてその使用容量（放電量）を求め、充放電が繰り返される都度、上述した如く求められる使用容量を積算することで総使用積算容量を求める。また総使用時間は、パック電池が製造された時点、或いはパック電池の仕様開始時点から前記制御・演算部２０が内蔵するタイマーが計時する時間とすることもできる。また総使用積算容量は、放電量と充電量とを加算した使用容量であっても良く、また後述するような充放電サイクル数であっても良い。
【００３２】
しかる後、上述した如く求められた総使用時間と総使用積算容量とを予め設定した規定値１,２とそれぞれ比較することで、その総使用時間が既定値１を越えたか否か、また総使用積算容量が既定値２を越えたか否かをそれぞれ判定する＜ステップＳ２,Ｓ３＞。総使用時間が既定値１を越えたか否かの判定は、パック電池１０の使用時間に着目して二次電池１を安全に、且つ電源として安定に機能させる上でのパック電池１０の使用時間（総放電時間）が予め想定した使用可能時間（例えば５年）に達したか否かを判定するものである。また総使用積算容量が既定値２に達したか否かの判定は、二次電池１の電池性能が充放電の繰り返しよって次第に劣化することに着目し、充放電を繰り返した二次電池１の総合的な放電量（放電量の積算値）が予め想定した電池性能（二次電池がサイクル劣化するまでの生涯容量；例えば８００サイクル分の放電容量）に達したか否かを判定するものである。
【００３３】
これらの判定処理によってパック電池１０が、予め想定した使用可能な時間に亘って使用されたか否かが判定される（長期使用判定）。そして前述した総使用時間が既定値１を越えた場合、若しくは総使用積算容量が既定値２を越えた場合には、パック電池１０がその安定動作を保証する期間に亘って使用され、その交換時期に達したとして判定する。そしてこの場合には、次にパック電池１０の使用を禁止するまでの、予め設定した猶予期間が残されているか否かを判定する。この猶予期間の判定処理は、上述した長期間判定処理によってパック電池１０が交換時期に達したことが検出されても、即時、その使用を禁止することなく、所定の猶予期間を見込んだ後にパック電池１０の使用を禁止することで、パック電池１０の使用者に対して不満感や動揺等を与えない為の配慮である。
【００３４】
この猶予期間の判定処理は、前述した如く求められた総使用時間と総使用積算容量とを予め設定した規定値３,４とそれぞれ比較することで、その総使用時間が既定値３を越えたか否か、また総使用積算容量が既定値４を越えたか否かをそれぞれ判定することにより行われる＜ステップＳ４,Ｓ５＞。具体的には総使用時間が既定値３を越えたか否かの判定は、使用時間（総放電時間）が予め想定した使用限界時間（例えば５年２ヶ月）に達したか否かを判定するものである。また総使用積算容量が既定値４に達したか否かの判定は、二次電池１の総合的な放電量（放電量の積算値）が予め想定した電池性能（二次電池が完全にサイクル劣化するまでの生涯容量；例えば８００サイクル＋４０サイクル分の放電容量）に達したか否かを判定するものである。ちなみに上記猶予期間は、サービスパーツとしての新しいパック電池１０を入手可能な期間を見込んで設定される。
【００３５】
以上の判定処理〈ステップＳ２,Ｓ３,Ｓ４,Ｓ５〉によって、<１>パック電池１０の使用期間が未だ短く該パック電池１０をそのまま継続して使用可能な状態であるか、<２>またパック電池１０の使用時間が十分に長く、パック電池１０を装着した電子機器３０を安定に使用する上で該パック電池１０をそろそろ交換すべき時期であるか、<３>そしてパック電池１０の使用期間が限界に達しており、その安全性を保証する上でも該パック電池１０の使用を禁止すべきであると言う３つの状態が判定される。
【００３６】
ここでパック電池１０をそのまま継続使用可能な状態であると判定した場合の処理について説明する。この場合には二次電池１０の性能を管理するべく、その残容量ＲＣ(Remaining Capacity)を求めると共に、相対残容量ＲＳＯＣ(Relative State Of Capacity)を求める＜ステップＳ６＞。具体的には以前に求めた残容量oldＲＣ[Ａｍsec]から、そのときの放電電流に測定単位時間を掛け合わせて求められる放電容量ΔＩ[Ａｍsec]を減算することで、現時点での更新された残容量newＲＣ[Ａｍsec]を
newＲＣ＝oldＲＣ−ΔＩ
として求める。また新たに求められた残容量newＲＣ[Ａｍsec]を、二次電池１の予め求められている満充電容量ＦＣＣ[Ａｍsec]で除することで、そのときの二次電池１の相対残容量ＲＳＯＣを
ＲＳＯＣ＝newＲＣ／ＦＣＣ
として求める。尚、この相対残容量ＲＳＯＣは、二次電池１の満充電容量ＦＣＣに対する残容量ＲＣの比を示すものであり、［残量％］等として表示される、いわゆる残容量比に相当する。
【００３７】
その後、上述した如く求められた残容量newＲＣが負になったか否かを判定し、つまり二次電池１に充電された電荷エネルギの全てを放電したか否かを判定し、放電が完了した場合には、残容量newＲＣを［０］として初期化する。そして当該二次電池１を前述した充電制御の下で再充電し、その終止電圧を判定して満充電に至ったことを検出した後、前述した満充電容量ＦＣＣを更新する＜ステップＳ７＞。この処理を経た後、前述したステップＳ１からの処理を繰り返し実行する。
【００３８】
一方、二次電池１の使用期間が十分に長くて該パック電池１０をそろそろ交換すべき時期に達しており、劣化を検出した前述した猶予期間が残されている場合には、先ず二次電池１の安全性を確保するべく該二次電池１の対する充電電圧を低下させる＜ステップＳ８＞。この充電電圧の低減制御は、前述した制御・電源部３１に対して指示を与えることで、該制御・電源部３１の管理・制御の下で行うようにしても良いが、図２に示した補助充電制御スイッチ６ａを備える場合には、前記充電制御スイッチ６を遮断した状態において上記補助充電制御スイッチ６ａから抵抗６ｂを介して二次電池１を充電することで、その充電電圧を抑制するようにしても良い。この場合には、パック電池１０が備えた制御・演算部２０による制御だけで、電子機器３０側に負担を掛けることなく二次電池１の充電電圧を低減し、その動作安全性を保証することが可能となる。
【００３９】
しかる後、二次電池１の使用期間が長期間に及んだ状態における該二次電池１の満充電容量newＦＣＣを求める。この満充電容量newＦＣＣは、例えば予め求められている二次電池１の本来の満充電容量ＦＣＣに所定の係数、例えば［０.９］を乗じることによって
newＦＣＣ＝ＦＣＣ×０.９
として算出される＜ステップＳ９＞。つまりこの例では、満充電容量ＦＣＣが１０％程度低下するように充電電圧を低下させ、該二次電池１の本来の充電容量ＦＣＣに係数［０.９］を乗じることで、この状態での満充電容量newＦＣＣを求める。
【００４０】
その後、この時点での二次電池１の残容量newＲＣを求めると共に、外部出力する見せかけの二次電池の相対残容量ＲＳＯＣと、実際に二次電池１の性能を管理する為の残容量ＲＣおよび相対残容量ＲＳＯＣをそれぞれ求める＜ステップＳ１０＞。具体的には二次電池１の性能劣化を評価する為のパラメータとして、その総使用時間に着目したパラメータαを
α＝（総使用時間−既定値１）／（既定値３−既定値１）
として求め、また総使用積算容量に着目したパラメータβを
β＝（総使用積算容量−既定値２）／（既定値４−既定値２）
として求める。つまり前述したステップＳ２,３によって二次電池１が予め設定された期間に亘って使用されたと判定された時点後の、該二次電池１の使用期間の前記猶予期間に対する比をそれぞれ求める。ここでパラメータαは、総使用時間が既定値［１］を越えると［０］より上昇し、既定値［３］に近付くと［１］に近付く値であり、またパラメータβは、総使用積算容量が既定値［２］を越えると［０］より上昇し、既定値［４］に近付くと［１］に近付く値である。
【００４１】
そしてこれらのパラメータα,βの内、猶予期間に対する使用期間の比が大きい側のパラメータを新たなパラメータγとして、その時点での見せかけの残容量newＲＣ[Ａｍsec]を、例えば
（見せかけ）newＲＣ＝oldＲＣ−ΔＩ（１＋０.５γ）
として算出する。またこのようにして新たに求められた残容量newＲＣを、二次電池１の前述した如く求められた満充電容量newＦＣＣにて除することで、そのときの二次電池１の見せかけの相対残容量ＲＳＯＣを
（見せかけ）ＲＳＯＣ＝newＲＣ／newＦＣＣ
として求める。そしてこれらの残容量newＲＣと相対残容量ＲＳＯＣとを、前記電子機器３０に出力し、その使用者に対して提示（表示）する。
【００４２】
上述したステップＳ８〜Ｓ１０に示す処理は、図４にその概念を示すように前述した猶予期間には二次電池１の電池電圧自体を低下させることで二次電池１からの放電量を制限し、これによって二次電池１の動作安全性を確保する役割、また放電時において、見掛け上の二次電池１の残容量ＲＣの変化（低下）を大きくすることにより、放電に伴う相対残容量ＲＳＯＣの変化の割合を見掛け上大きくする役割を担う。ちなみに図４において横軸は時間。およびこれに対応した放電量を示している。
【００４３】
尚、上述した如くして表示出力用の残容量newＲＣおよび相対残容量ＲＳＯＣをそれぞれ求めることと併行して、実際に二次電池１の充放電を管理・制御する為の残容量ＲＣおよび相対残容量ＲＳＯＣが、前述したステップＳ６での処理と同様にして
（実際）newＲＣ＝oldＲＣ−ΔＩ
（実際）ＲＳＯＣ＝newＲＣ／ＦＣＣ
としてそれぞれ求められる。そして求められた残容量ＲＣおよび相対残容量ＲＳＯＣに従って前述したステップＳ７の処理を実行した後、前述したステップＳ１からの処理を繰り返し実行する。
【００４４】
これに対して二次電池１が前述した猶予期間までも経過して使用された場合には、該パック電池１０の速やかな交換を促すべく、電池寿命が尽きた旨の表示（報知）が行われる＜ステップＳ１１＞。また同時にパック電池１０の使用を禁止するべく、例えば次回の充電の禁止制御が行われる＜ステップＳ１２＞。この充電禁止制御は、前述した充電制御スイッチ６の遮断に加えて前記補助充電制御スイッチ６ａを遮断することに行われる。この結果、二次電池１からの放電は、該二次電池１に充電エネルギが残されているまで、つまりその残容量ＲＣが［０］となるまで行われる。そしてその後の充電が禁止されているので、パック電池１０の使用自体が不能となる。
【００４５】
尚、前述した温度ヒューズ２６を用いて二次電池１の充放電路を強制的に遮断する場合には、二次電池１が放電中の場合には、その放電が終了してから前記温度ヒューズ２６を溶断することが望ましい。このように対処すれば、パック電池１０の交換を指示したにも拘わらず電子機器３０が使用中である場合にも、若干の余裕をもたせてパック電池１０の使用を禁止することができる。従ってパック電池１０の使用禁止が指示された電子機器３０の使用者は、その余裕期間を利用して速やかにその作業を終了することができる。またパック電池１０にとっては、二次電池１に残された充電残容量の全て（殆ど）を放電した後に廃棄されることになるので、使用済みパック電池としての安全性を確保することが可能となる。
【００４６】
このような機能を備えて構成されるパック電池によれば、二次電池１の特性劣化が検出されたとき、パック電池１０を電源として装着した電子機器３０のユーザに対して該パック電池１０の交換を促す旨のメッセージを報知すると共に、所定の猶予期間を経た後に該パック電池１０の使用を禁止するので、その使用者は上記メッセージを受けてから上記猶予期間を利用することで二次電池１の特性劣化（寿命）に余裕をもって対処することができる。具体的には特性劣化の警告メッセージを受けてもパック電池１０の使用が即時禁止されないので、ユーザは前記電子機器３０の使用を慌てて中止（中断）する必要はない。そしてユーザは、例えば上述した猶予期間を利用して該電子機器３０を所定の手順を踏んで終了させた後に新しいパック電池１０と交換することが可能となる。
【００４７】
また前述したように上記猶予期間においては見せかけの残容量newＲＣを、実際のΔＩよりも大きいΔＩ（１＋０.５γ）を用いて
newＲＣ＝oldＲＣ−ΔＩ（１＋０.５γ）
として求めているので、例えば使用者に提示される見掛け上の二次電池１の残容量ＲＣの変化速度（低下速度）を、通常使用時よりも早くすることができ、これによってユーザに注意を効果的に喚起することが可能となる。従って前述した警告メッセージと相俟ってパック電池の使用禁止に至る猶予期間において、ユーザに対する電池性能劣化のアピール効果を十分に高めることが可能となる。
【００４８】
ここで前述した劣化判定手段２０ａによる電池性能の劣化判定について今少し詳しく説明する。
電池性能の劣化は、例えば二次電池１の内部抵抗を検出して、或いは二次電池１に充電可能な最大容量を検出して、若しくは二次電池１の充放電サイクル数（充放電の繰り返し回数）を検出することによって判定することができる。尚、これらの手法以外の従来周知の手法により電池性能の劣化を検出することも勿論可能であり、またこれらの複数種の手法を用いてそれぞれ検出された電池性能の劣化度の中の、劣化が最も進んだものを劣化検出結果として採用することも可能である。
【００４９】
二次電池１の内部抵抗から電池性能の劣化を検出する手法は、電池性能の劣化に伴ってその内部抵抗が増加すると言う性質に着目している。即ち、二次電池１の内部抵抗Ｒは、無負荷時における二次電池１の端子電圧Ｅocvと、二次電池１に電流Ｉを流したときの該二次電池１の電圧Ｖccvとから、
Ｒ＝（Ｅocv−Ｅccv）／Ｉ
として求めることができる。従って予め二次電池１の特性劣化の程度（劣化度）に応じて求められた内部抵抗Ｒを関数やテーブルとして与えておき、前述した如く算出される内部抵抗Ｒからそのときの特性劣化の程度を求めるようにすれば良い。
【００５０】
具体的には予め新しい二次電池１の最小内部抵抗Ｒminと、寿命が尽きた二次電池１の最大内部抵抗Ｒmaxとをそれぞれ実測し、二次電池１の内部抵抗Ｒが上記最大内部抵抗Ｒmaxとなった状態を劣化度１００％、二次電池１の内部抵抗Ｒが前記最小内部抵抗Ｒminの状態であるときを劣化度０％として定める。そして、例えば上記最小内部抵抗Ｒminから最大内部抵抗Ｒmaxに至る抵抗値変化を劣化度に対応付けし、その関係をテーブルまたは関数として定義しておけば、二次電池１の内部抵抗Ｒからその劣化の程度を判定することが可能となる。尚、劣化度に対する内部抵抗の変化の特性を、必ずしもリニアに定義する必要はないが単調増加関数として定義することが望ましい。そして前述した如く算出される二次電池１の内部抵抗Ｒが、予め設定した判定閾値Ｒthを越えたとき、これを『二次電池１の電池性能が劣化した』として検出するようにすれば良い。
【００５１】
一方、二次電池１の特性が劣化するに従って該二次電池１に充電可能な容量（満充電容量）が低減することに着目して前記二次電池１の特性劣化を検出する場合には、予め新しい二次電池１に充電可能な容量を最大充電容量として求めると共に、寿命が尽きた二次電池１に充電可能な最大充電容量を求める。そしてこれらの最大充電容量に基づいて、二次電池１の実質充電容量と性能劣化の程度とを対応付けし、これをテーブルまたは関数として登録しておけば良い。この関数についても、必ずしもリニアに定義する必要はない。しかる後、二次電池１が完全に放電した状態から満充電に至るまでの実質的な充電量を実質容量として計測し、上記テーブルまたは関数を参照して二次電池１の性能劣化度を判定すれば良い。尚、前述した最大充電容量に基づいて、電池性能が劣化したと看做し得る充電容量を判定閾値として予め設定し、前述した如く計測される実質容量が上記判定閾値を下回ったとき、これを電池性能が劣化したとして検出するようにしても良い。
【００５２】
更に二次電池１の充放電サイクル数（充放電の繰り返し回数）に基づいて電池性能の劣化を判定する場合には、次のようにすれば良い。二次電池１の充放電サイクルは、完全に放電された状態（残容量が０％）の二次電池１を満充電まで充電した後、これを完全放電させたとき、１サイクルとして定義される。そして二次電池１の電池性能は充放電サイクルを繰り返す毎に徐々に劣化することから、前述した充放電サイクルを累積し、そのサイクル数が予め設定した判定閾値に到達したとき、これを二次電池１の性能が劣化したとして検出するようにしても良い。
【００５３】
尚、上述した充放電サイクルを、二次電池１を完全に放電させた状態からの満充電した後、完全放電させた場合にだけカウントすることに代えて、充電容量または放電容量を積算してカウントすることも可能である。即ち、この場合には充放電が繰り返される二次電池１の充電容量を積算（累積）し、その積算値（累積値）が二次電池１の実質容量に達する毎にこれを１サイクルとしてカウントすることも可能である。具体的には実質容量が１０００ｍＡｈの二次電池１を、１回目には５００ｍＡｈ、２回目には２００ｍＡｈ、そして３回目に３００ｍＡｈ充電し、その累積充電量が上記実質容量１０００ｍＡｈに達したとき、これを１サイクルとしてカウントすれば良い。尚、これらの複数回に亘って二次電池１を充電する期間において、二次電池１を放電することは勿論可能であり、また二次電池１を満充電にしてその充電を休止させることも町論可能である。
【００５４】
また上述した充電量に代えて、二次電池１の放電量に着目して充放電サイクルをカウントすることも可能である。即ち、この場合には充放電が繰り返される二次電池１の放電容量を積算（累積）し、その積算値（累積値）が二次電池１の実質容量に達する毎にこれを１サイクルとしてカウントすれば良い。この場合においても、その途中で二次電池１を充電することは勿論可能である。
【００５５】
その他の手法としてパック電池の使用時間を計時して、二次電池１の特性劣化を判定することも可能である。具体的にはパック電池に組み込まれたリアルタイムクロック（タイマー）を用いて、パック電池の使用開始時点からその使用時間を監視する。即ち、二次電池１を充放電している実働時間（充電時間＋放電時間）を計時すると共に、二次電池１の充放電を停止させている、いわゆる待機時間を計時する。そして上記待機時間に所定の係数を乗じて求められる実働看做し時間を前記実働時間に加えて二次電池１の使用時間を求め、この使用時間が予め設定した二次電池１の性能保証時間に達したとき、これを二次電池１の電池性能が劣化したとして判定することも可能である。この場合の性能保証期間（使用期限）としては３〜１５年の範囲として、例えば７年または１０年として設定しておけば良い。
【００５６】
ところで二次電池１の過放電を検出してパック電池１０をシャットダウンするような場合には、上記二次電池１を電源として作動しているタイマーにより計時されている使用時間の情報が失われる虞がある。従ってこのような場合には、上記タイマーにより計時されている使用時間の情報を不揮発性メモリに記憶し、その後、二次電池１が再充電されてタイマーが作動可能な状態となったとき、不揮発性メモリに記憶した使用時間の情報を読み出して、その後の計時動作を再開するようにすれば良い。またリアルタイムクロックとして電波時計を用いたり、電子機器３０との間の情報通信機能を用いル等して絶対時間を取得しながら、その使用時間を管理することも勿論可能である。
【００５７】
尚、上述した説明においては、二次電池１の繰り返し充放電に伴う性能劣化を検出してパック電池１０の使用を禁止するものとして説明したが、前述した如く検出される電圧電セルのの電圧や電池温度等に基づいて二次電池１自体の異常が検出された場合にも、同様にしてパック電池１０の使用を禁止することも可能である。具体的には電池セルの電圧がその既定値を越えたような場合や、二次電池１の充電時にその充電電流と充電時間とから求められ充電容量が既定値以上となっても、その満充電が検出されないような場合、更には電池温度が以上に高くなったような場合、これを二次電池１の異常として検出し、パック電池１０の使用を禁止することも可能である。
【００５８】
更には充放電電流が検出されない状態において、電池セルの電圧が変化するような場合、具体的には所定時間（例えば３０分間）においてセル電圧の変化が所定値（例えば２０ｍＶ）を越えるような場合、これを二次電池１内でのショートまたはマイクロショートの発生として検出し、電池不良としてパック電池の使用を禁止することも勿論可能である。更には複数の電池セルを並列接続した二次電池１において、充放電時における所定時間内における電圧変化が異常に大きいとき、これを複数の電池セル間のタブ外れ異常として検出し、電池不良としてパック電池の使用を禁止することも勿論可能である。
【００５９】
要は本発明に係るパック電池の制御方法は、異常や寿命に起因する二次電池の特性劣化を検出してパック電池の使用を禁止するに際して、電池特性が劣化した旨を報知すると共に、上記特性劣化の検出時点から所定の猶予期間を経た後に該パック電池の使用禁止するので、パック電池の使用者（ユーザ）は二次電池の特性劣化に対して余裕をもって対処することができる。また上記猶予期間においては、電池特性の劣化の程度を示す情報を強調して出力するので、例えばパック電池１０の使用に伴う電池残容量の変化が通常時よりも早くなるので、パック電池の使用者（ユーザ）に対して効果的に注意を喚起することが可能となる等の効果が奏せられる。
【００６０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能なことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係るパック電池の要部概略構成図。
【図２】パック電池における使用禁止手段および充電電圧制限手段の構成例を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係るパック電池の制御方法を説明する為の処理手順の一例を示す図。
【図４】猶予期間における電池電圧制御と、残容量の出力制御による効果を説明する為の図。
【符号の説明】
【００６２】
１  二次電池
５  電流検出部
６,７  制御スイッチ（充放電禁止手段）
８  温度検出部
１０  パック電池
２０  制御・演算部
２０ａ  劣化判定手段
２０ｂ  使用禁止手段
２０ｃ  充電電圧制限手段
２０ｄ  残容量出力制御手段
２６  抵抗加熱型ヒューズ
３０  電子機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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