(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池のバッテリセルを有するバッテリパックであって、
温度センサと、
時間を計測する計時手段と、
記憶手段と、
前記計時手段の計測する時間に基づく所定の時間間隔において前記バッテリセルが満充電状態である場合に、前記温度センサより測定温度を取得し、前記所定の時間間隔の時間の長さに、前記測定温度に応じて決定される温度係数を乗じた算出値を計算し、前記算出値を積算させた積算値を前記記憶手段に記憶させる制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする、バッテリパック。
【請求項２】
前記制御手段は、前記バッテリセルに充電された容量を積算し、積算容量が前記バッテリセルの設計容量値を超えた場合に１サイクルの充放電とみなすことによって、前記バッテリセルの充放電回数をカウントしてカウント値を計算し、前記カウント値を前記記憶手段に記憶させる制御を行うことを特徴とする、請求項１記載のバッテリパック。
【請求項３】
請求項１又は２記載のバッテリパックが接続される情報処理装置であって、
前記記憶手段に記憶された前記算出値の積算値に基づいて、前記バッテリパックの劣化度合いを推定することを特徴とする、情報処理装置。
【請求項４】
前記積算値に基づいて、前記バッテリパックへの充電制御をすることを特徴とする、請求項３記載の情報処理装置。
【請求項５】
温度センサと二次電池のバッテリセルを有するバッテリパックを備える情報処理装置であって、
時間を計測する計時手段と、
記憶手段と、
前記計時手段の計測する時間に基づく所定の時間間隔において前記バッテリセルが満充電状態である場合に、前記温度センサより測定温度を取得し、前記所定の時間間隔の時間の長さに、前記測定温度に応じて決定される温度係数を乗じた算出値を計算し、前記算出値を積算させた積算値を前記記憶手段に記憶させる制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする、情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリパック及び情報処理装置に関し、特に、リチウムイオン二次電池の保守制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能なリチウムイオン電池の技術分野においては、ニッカド電池やニッケル水素電池では発生するメモリ効果が発生しないものの、電荷が十分に残っている状態で継ぎ足し充電を繰り返すと、充電可能な容量が劣化してしまうことが知られている。このリチウムイオン電池の劣化は、保存状態により劣化の進行程度が変化する。満充電に近いほど容量劣化が大きい。つまり、劣化スピードが速い。
【０００３】
そこで、リチウムイオン電池を長寿命化するために、ある程度バッテリが劣化した劣化バッテリに対して、充電電圧を下げると、劣化スピードが鈍化する。具体的には、例えば、設計容量値（初期容量）に対する劣化後の容量をパーセントで表した「劣化バッテリ容量［％］」という指標を用いて、劣化バッテリ容量が７０％になれば、充電電圧を４．２Ｖから４．１Ｖに下げるという方法を採る。そうすると、満充電に近い状態の時間が電圧を下げる前よりは短くなり、容量劣化スピードが鈍化する。
【０００４】
しかしながら、充電容量を減らすということは機器の使用時間が減るということである。したがって、ユーザの利便性を考慮すると、上述した劣化したリチウムイオン電池を長寿命化するための処置は、適切なタイミングで実行されなければならない。そのためには、リチウムイオン電池のバッテリセルの劣化状況を高精度で把握する必要がある。
【０００５】
劣化したバッテリセルの劣化状況の把握は、バッテリセル内の電荷をすべて放電させた後のフル充電容量と設計容量値（初期容量）とを比較することで可能になる。しかしながらこの比較プロセスを実行するとしたら、充電、放電、冷却、再充電という手順を踏み、きわめて長時間の作業が必要になる。また、作業時間の長さは、大容量バッテリであればあるほど長くなる。
【０００６】
そこで、リチウムイオン電池の劣化状況の把握にかかる時間を短縮化するために、何らかの方法で劣化状況を推定する技術が望まれる。先行例としては、バッテリの充放電サイクル数をカウントして劣化量を推定する技術などがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−００８３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の二次電池の劣化度合いの推定方法は、使用状況、特に、バッテリの温度が劣化に与える影響を考慮せずに推定しているため、精度が不十分であった。
【０００９】
そこで本発明は、上記実情に鑑みて、二次電池の劣化度合いの推定において、精度を向上させることを可能にしたバッテリパック及び情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、第１の態様として、二次電池のバッテリセルを有するバッテリパックであって、温度センサと、時間を計測する計時手段と、記憶手段と、前記計時手段の計測する時間に基づく所定の時間間隔において前記バッテリセルが満充電状態である場合に、前記温度センサより測定温度を取得し、前記所定の時間間隔の時間の長さに、前記測定温度に応じて決定される温度係数を乗じた算出値を計算し、前記算出値を積算させた積算値を前記記憶手段に記憶させる制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする、バッテリパックを提供するものである。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明は、第２の態様として、上記のバッテリパックが接続される情報処理装置であって、前記記憶手段に記憶された前記算出値の積算値に基づいて、前記バッテリパックの劣化度合いを推定することを特徴とする、情報処理装置を提供するものである。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、第３の態様として、温度センサと二次電池のバッテリセルを有するバッテリパックを備える情報処理装置であって、時間を計測する計時手段と、記憶手段と、前記計時手段の計測する時間に基づく所定の時間間隔において前記バッテリセルが満充電状態である場合に、前記温度センサより測定温度を取得し、前記所定の時間間隔の時間の長さに、前記測定温度に応じて決定される温度係数を乗じた算出値を計算し、前記算出値を積算させた積算値を前記記憶手段に記憶させる制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする、情報処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、二次電池の劣化度合いの推定において、精度を向上させることを可能にしたバッテリパック及び情報処理装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による実施形態のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態のソフトウェア構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態の機能構成を示すブロック図である。
【図４】設計容量値（初期容量）に対するバッテリ容量の変化（劣化）について示すグラフである。
【図５】本実施形態における満充電保存期間積算処理の手順を示すフローチャート図である。
【図６】本実施形態の変形実施形態のハードウェア構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に、本実施形態のハードウェア構成を示す。
本実施形態に係る情報処理装置１は、限定するものではないが、例えば、ノートブック型パーソナルコンピュータとして構成される。構成例としての情報処理装置１は、バッテリパック１００と機器本体２００から構成される。
【００１７】
本実施形態のバッテリパック１００は、リチウムイオン電池のバッテリセル１０４のバッテリパックであり、計時部１０１と、温度センサ１０２と、記憶部１０３と、マイコン１０５とを有する。
【００１８】
計時部１０１は、時計やタイマであり、任意の充電電圧以上の時間の長さを計時する機能を有する。温度センサ１０２は、バッテリパック１００の温度を計測する機能を有する。記憶部１０３は、不揮発性のレジスタであり、後述する満充電保存期間やこれを積算したものを記憶する。他に、充放電回数もカウントして記憶する。
【００１９】
マイコン１０５は、バッテリパック１００の制御を実行する。マイコン１０５は、計時部１０１を用いて時刻や時間を取得したり、時間の長さを取得したりする。また、温度センサ１０２を用いてバッテリパック１００の温度を計測する。また、バッテリセル１０４の電荷等を調べ、バッテリセル１０４が満充電状態（この状態の定義については図４を参照して後述）であるか否かを判断する。また、この判断の結果、満充電状態であると判断された場合は、温度を計測して、計測温度に応じた温度係数を決定し、温度係数を満充電状態であったと判断された時間の長さに乗じてポイント化する。ポイント化された値は、記憶部１０３に積算する。積算値は、機器本体２００側の劣化判定手段２２０によって参照され、後段のバッテリセル１０４の劣化度合い・劣化状況の推定や、充電制御に用いられる。
【００２０】
機器本体２００は、ＣＰＵ（中央演算装置）２０１と、メモリ２０２と、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２０３とを有する。ＣＰＵ２０１は、演算処理装置であり、２次記憶装置等に記憶されているソフトウェアプログラムの内容にしたがって所定の情報処理を行う。メモリ２０２は１次記憶装置、ＨＤＤ２０３は２次記憶装置である。ＨＤＤ２０３には、寿命診断ツール２１０が記憶されている。
【００２１】
図２に、本実施形態のソフトウェア構成を示す。
図示のように、本実施形態は、図示しないオペレーティングシステムの他に、バッテリパック１００のファームウェア１１０や、機器本体２００のＢＩＯＳ２１２、バッテリドライバ２１１、寿命診断ツール２１０等を有し、それぞれが組み合わされて、図１に示したハードウェアを利用して、所定の情報処理を実現する。
【００２２】
寿命診断ツール２１０は、オペレーティングシステムのアプリケーションソフトウェアである。バッテリドライバ２１１を使ってバッテリパック１００を制御する。寿命診断ツール２１０は、ＨＤＤ２０３等に記憶されており、ＣＰＵ２０１により起動され、メモリ２０２に展開されて所定の情報処理を行う。
【００２３】
バッテリドライバ２１１は、ＢＩＯＳ２１２のインターフェースドライバである。ＢＩＯＳ２１２は、機器本体２００のシステムの基本的な入出力を制御し、種々のハードウェアの個別要素を吸収する。
【００２４】
ファームウェア１１０は、バッテリパック１００のファームウェアであって、バッテリパック１００が有するマイコン１０５上で動作する。バッテリパック１００の充放電コントロールを行う。チャージャ１１１は、ファームウェア１１０の制御を受けてバッテリパック１００に電荷を充電する機能を備える。
バッテリドライバ２１１、ＢＩＯＳ２１２、チャージャ１１１は、従来公知のものが利用できる。
【００２５】
図１に示したハードウェアを利用する図２に示したソフトウェアプログラム群により、本実施形態の各機能が構成される。
図３に、本実施形態の機能構成を示す。なお、図１に示した機能ブロックについては説明を省略する。
【００２６】
充放電回数積算手段１０４は、バッテリパック１００が充電した容量の積算が、設計容量値（初期容量）を超えたとき、１サイクルとして１カウントする計算を行う。例えば、５％の補充電を２０回行えば、１サイクルとなる。充放電回数積算手段１０４が計算したカウント値は、劣化判定手段２２０による劣化バッテリ容量の推定処理に用いられる。
【００２７】
満充電保存期間積算手段１０５は、満充電状態での経過時間に後述する温度係数を乗じて積算する処理を、所定の時間ごと（例えば１時間ごと）に行い、積算結果を記憶部１０３に記憶する。
【００２８】
図４は、設計容量値（初期容量）に対するバッテリ容量の変化（劣化）について示すグラフである。
縦軸の「劣化後のバッテリ容量［％］」は、設計容量値（初期容量）に対する劣化後の容量をパーセントで表した指標である。横軸の満充電保存期間は、バッテリパック１００が満充電状態で保存された期間を、単位を月で表したものである。
【００２９】
ここで、「満充電状態」とは、２つのケースをまとめて「満充電状態」と呼んでいる。第１の満充電状態は、バッテリパック１００に常に充電している状態（連続充電状態）である。第２の満充電状態は、劣化後のバッテリ容量の９５％まで自然放電したら劣化後のバッテリ容量の１００％まで継ぎ足し充電することを繰り返している状態である。
【００３０】
図４中、曲線ｃ及びｄは、連続充電状態、すなわち、常に１００％におかれた場合の劣化状況を表し、曲線ａ及びｂは、継ぎ足し充電を繰り返した場合の劣化状況を示す。継ぎ足し充電は、バッテリパック１００が機器本体２００等に接続して５％ぐらい自然放電してバッテリ容量が９５％程度になれば再充電するという使用態様である。
【００３１】
また、実線（曲線ａ及びｃ）は、２０℃での劣化状況であり、点線（曲線ｂ及びｄ）は、４０℃での劣化状況である。図４に示すとおり、温度により劣化度合いは大きく異なる。すなわち、高温下での使用の方が、低温下での使用より、劣化の進行スピードが速くなる。したがって、本実施形態では温度が劣化に与える影響を考慮して、バッテリ満充電状態での経過時間に温度係数を乗じて積算した積算値も、劣化判定に用いる。
【００３２】
図５に、満充電保存期間積算処理の手順を示す。
満充電保存期間積算処理は、１時間ごとに行う。同処理を開始後、まず、バッテリパック１００が機器本体２００に接続しているか否かを確認する（ステップＳ１０１）。機器本体２００から外されているときは積算しない。次に、満充電状態であるか否かを確認する（ステップＳ１０２）。満充電状態でない場合は積算しない。
【００３３】
バッテリパック１００が機器本体２００に接続されており且つ満充電状態であれば、温度センサ１０２から温度を取得する（ステップＳ１０３）。そして、取得した温度に基づいて温度係数を決定する（ステップＳ１０４）。
【００３４】
次に、満充電保存期間（満充電状態の時間）に温度係数を乗じた値を積算し、積算結果を記憶部１０３に記憶する（ステップＳ１０５）。なお、本実施形態では、１時間ごとにこの処理を行うこととしたため、“１［ｈ］×温度係数”で与えられる値が記憶される。記憶部１０３は、１時間ごとに計算された値の積算値を記憶する。
【００３５】
温度係数は、図４に示す例に依拠すると、２０℃のときで１．０とすると４０℃のときに１．５、３０℃のときに１．２などと設定するとよい。
【００３６】
再び図３を参照する。
寿命診断ツール２１０は、機器本体２００が有するハードウェアを利用して機器本体２００を劣化判定手段２２０として機能させる。劣化判定手段２２０は、充放電回数積算手段１０４が計算したカウント値と、満充電保存期間積算手段１０５が積算した積算値に基づいて、劣化バッテリ容量の推定処理を行う。
【００３７】
具体的には、充放電回数積算手段１０４が計算したカウント値と、満充電保存期間積算手段１０５が積算した積算値を加算して、加算後の値を所定の充電電圧低減閾値と比較し、加算後の値が閾値をオーバーしているか否かを判定する。
【００３８】
所定の充電電圧低減閾値は、バッテリパックメーカー側であらかじめ適当な値を設定しておく。また、所定の充電電圧低減閾値は、複数設定してもよい。本実施形態では、１つ目の閾値を、劣化バッテリ容量が設計容量値の７０％の容量になった場合の上記加算値、２つ目の閾値を、３０％の容量になった場合の上記加算値、と設定する。
【００３９】
上述した本実施形態によれば、満充電状態での温度を考慮に入れてポイント化された満充電状態の時間の長さを積算する。積算値は温度を考慮に入れない場合に比べて、推定される劣化度合い・劣化状況の精度が高い。
【００４０】
また、上述した本実施形態によれば、推定された劣化度合い・劣化状況は、所定の充電電圧低減閾値をと比較される。そのため、比較の結果充電電圧低減閾値を超えたと判断された場合に、そのような劣化度合い・劣化状況に対して適切な処置を施すことが可能になる。
【００４１】
本実施形態に係る情報処理１の劣化判定手段２２０は、劣化バッテリ容量が７０％になれば、充電電圧を４．２Ｖから４．１Ｖにする充電制御を実行する。その結果、満充電状態に近い状態の時間がこの充電制御を実行しない場合に比べて、短くなり、バッテリセル１０４の劣化スピードが鈍化する。
【００４２】
なお、上述した本実施形態によるバッテリパック１００の劣化度合いの推定は、数秒程度で終了する。一方で推定によらず、電荷をすべて放電後にフル充電した容量と設計容量値の比較によって劣化状況の把握をした場合は、数時間程度かかる。したがって、本実施形態によれば、劣化後のバッテリ容量の取得にかかる時間も短縮できる。
【００４３】
（他の実施形態）
また、上記実施形態は、次のように変形して実施することもできる。
上記実施形態では、満充電状態のときのバッテリパック１００の温度測定（計測）と、測定温度を考慮に入れてポイント化された満充電状態の時間の長さの算出値の積算をバッテリパック１００側で行い、積算値を利用したバッテリパック１００の劣化度合いの推定と、推定結果を利用した充電制御を機器本体２００側で行っている。
【００４４】
しかしながら、測定温度を考慮に入れてポイント化された満充電状態の時間の長さの算出値の積算を、機器本体２００側で行ってもよい。この場合でも、計測はバッテリパック１００側で行う。
【００４５】
図６に、この場合のハードウェア構成例を示す。図示のように、計時部１０１と記憶部１０３を省くことができる。これは、機器本体２００にて、汎用のコンピュータなら通常有している時計を利用することができ、また、ＨＤＤ２０３を記憶手段として利用することができるためである。
【００４６】
なお、本変形実施形態では、バッテリパック１００を他の機器本体に接続して使うような場合には、積算値の継続した積算が途切れる（充放電回数のカウント値も途切れる）。
【符号の説明】
【００４７】
１    情報処理装置
１００    バッテリパック
１０１    計時部
１０２    温度センサ
１０３    記憶部
１０４    充放電回数積算手段
１０５    満充電保存期間積算手段
１１０    ファームウェア
１１１    チャージャ
２００    機器本体
２１０    寿命診断ツール
２１１    バッテリドライバ
２１２    ＢＩＯＳ
２２０    劣化判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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