(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二次電池への充電電流、及び二次電池からの放電電流を測定し、該二次電池の充放電回数を計数し、累積された回数が所定値に達した場合にリフレッシュ充放電を行う二次電池の状態管理方法であって、
充放電経路に印加される充電電流及び放電電流の判別、及び該二次電池の充放電の各電流量を測定し、該二次電池へ充電電流及び放電電流が印加された際に１サイクルの充放電がなされたとして、このサイクル終了後における該二次電池に残存する放電可能な残存容量の検出を行い、
該二次電池の周囲温度を測定し、１サイクル中における該二次電池の平均化された周囲温度の算出を行い、この温度に対応する予め設定された充放電回数の補正係数を選択し、この補正係数を乗じた温度補正済みのサイクル数を、充放電回数の累積値に加算して新たな充放電回数の累積回数を求め、
充放電回数が所定値に達し、リフレッシュ充放電を実施する場合に、該二次電池の充放電回数に対応する放電容量を示す関係式から所定値における該二次電池の放電容量を演算し、
この放電容量と、充電電流量及び放電電流量から算出された残存容量からリフレッシュ充放電時の放電量を設定し、且つこの放電量と放電容量からリフレッシュ充放電時の充電量を設定することを特徴とする二次電池の状態管理方法。
【請求項２】
予め設定された１サイクル中における二次電池の平均化された周囲温度と、これに対応する自己放電量の関係式から、１サイクル中の自己放電量を選択し、
このサイクル中における充電電流量及び放電電流量から算出した残存容量から該自己放電量を減算した残存容量を求め、この残存容量を用いてリフレッシュ充放電時における放電量及び充電量を算出する請求項１記載の二次電池の状態管理方法。
【請求項３】
充放電可能な二次電池に対し、充放電経路を介して接続されたリフレッシュ充放電手段、及び充電電源に接続され、所定回数の充放電が繰り返された際にリフレッシュ充放電を実施する電池パックであって、
この電池パックは、二次電池と、充放電経路に印加される電流の方向から充放電回数を検出すると共に、印加される充電電流量、及び放電電流量から該二次電池の放電可能な残存容量を検出する制御手段と、該二次電池の表面に接触もしくは臨んだ状態に配され、該二次電池の周囲温度を検出する温度検出手段と、該二次電池の充放電回数に対応する放電容量が記憶された記憶手段と、充放電回数が所定回数に達した際にリフレッシュ放電手段へリフレッシュ充放電を要求するリフレッシュ充放電要求手段とを備え、
該制御手段は、充放電経路に介装された電流検出抵抗から該二次電池に印加される充電電流量、放電電流量を測定する充放電検出回路、該温度検出手段の検出値から１サイクル中における該二次電池の平均化された周囲温度の算出を行い、この温度に対応する予め設定された充放電回数の補正係数を選択する温度補正回路、前回までの充放電回数の累積値、及び該補正係数から充放電回数の増加値を演算することで新たな充放電回数の累積値を算出する充放電繰り返し回数計測回路、１サイクル中の充電電流量、及び放電電流量から該二次電池の残存容量を算出する電流積算回路から構成されており、
充放電回数が、該リフレッシュ充放電要求手段に設定された値に達した際に、該記憶手段は温度補正された充放電回数に対応する該二次電池の放電容量を演算し、
該リフレッシュ充放電手段に、この放電容量と、充電電流量及び放電電流量から算出された残存容量からリフレッシュ充放電時の放電量を設定し、且つこの放電量と記憶手段に設定された放電容量からリフレッシュ充放電時の充電量を設定することを特徴とする二次電池の状態管理方法を用いた電池パック。
【請求項４】
制御手段は、二次電池の周囲温度に対応する自己放電量の関係式が設定されており、少なくとも１サイクルの充放電が終了した際に、該二次電池の平均化された周囲温度に対応する自己放電量を選択し、このサイクル中における充電電流量及び放電電流量から算出した残存容量から該自己放電量を減算して残存容量を求める自己放電演算回路を備え、
リフレッシュ充放電手段が、該演算回路により算出された残存容量を適用して、リフレッシュ充放電時における放電量及び充電量を算出する請求項３記載の二次電池の状態管理方法を用いた電池パック。
【請求項５】
充放電可能な二次電池に対し、充放電経路を介して接続されたリフレッシュ充放電手段、及び充電電源に接続され、所定回数の充放電が繰り返された際にリフレッシュ充放電を実施する電池パックであって、
この電池パックは、二次電池と、充放電経路に印加される電流の方向から充放電回数を検出すると共に、印加される充電、放電の各電流量及び該二次電池の自己放電量から該二次電池の放電可能な残存容量を検出する制御手段と、該二次電池の残存容量が予め定められた容量値を下回った際に、該充電器電源に充電を要求し、この充電の回数を累積する残存容量比較手段と、該二次電池の表面に接触もしくは臨んだ状態に配され、該二次電池の周囲温度を検出する温度検出手段と、該二次電池の充電回数に対応する放電容量が記憶された記憶手段と、リフレッシュ放電手段へリフレッシュ充放電を要求するリフレッシュ充放電要求手段とを備え、
該制御手段は、充放電経路に介装された電流検出抵抗から該二次電池に印加される充電電流量、放電電流量を測定する充放電検出回路、該温度検出手段の検出値から該二次電池の平均化された周囲温度の算出を行い、この温度に対応する予め設定された充放電回数の補正係数を選択する温度補正回路、前回までの充放電回数の累積値、及び該補正係数から充放電回数の増加値を演算し、新たな累積値を算出する充放電繰り返し回数計測回路、充電電流量及び放電電流量を積算する電流積算回路、二次電池の周囲温度に対応する自己放電量が設定されており、該二次電池の平均化された周囲温度に対応する自己放電量を選択し、該電流積算回路にて算出した残存容量から該自己放電量を減算して残存容量を求める自己放電演算回路から構成されており、
充電回数が該リフレッシュ充放電要求手段に設定された値に達した際に、該記憶手段は温度補正された充電回数に対応する該二次電池の放電容量を演算し、
該リフレッシュ充放電手段に、この放電容量と、自己放電に対する補正が施された残存容量からリフレッシュ充放電時の放電量を設定し、且つこの放電量と記憶手段に設定された放電容量からリフレッシュ充放電時の充電量を設定することを特徴とする二次電池の状態管理方法を用いた電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池、特にニッケル−水素電池等の正極にニッケルを用いた二次電池に対して、放充電容量及び二次電池が接続された充放電経路に印加される電流の変化から充放電の繰り返し回数からリフレッシュ充放電の制御を行う二次電池の状態管理方法及びこれを用いた電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノートパソコンやカムコーダー等の携帯機器、モーターによる動力を補助として使用するパワーアシスト機構を備えた車両の電源として、充放電可能な電池を収容した電池パックが使用されている。電池パックには、電池の充放電状態の制御、異常時に電池の保護を行う制御手段が設けられている。
【０００３】
前記の電池として、ニッケル−カドニウム電池や、ニッケル−水素電池等の正極にニッケルを用いた二次電池（以下、二次電池とする）を使用する場合には、放電深度の浅い充放電を繰り返した際に放電容量が低下する現象、所謂メモリー効果が生ずる。このメモリー効果の発生を抑制するために、所定回数の充放電が繰り返された後、放電深度の深い放電を行う方法が、前記二次電池を用いた機器に用いられている。この様な機器においては、制御手段にて充放電回数の計数を行い、この回数が予め定められた値に達した場合に、リフレッシュ充放電がなされる構成が知られている（例えば、特開平６−１０５４７５号公報に記載）。
【０００４】
充放電回数の計数は、充電が完了した状態にある二次電池から予め定めた容量値を下回るまで放電がなされた後、満充電状態に達するまで充電がなされた時に、１サイクルの充放電が終了したとして、電池パックに記憶している使用開始時からの計数値に１カウントを加える。このような計数機能を有する装置の回路の一例を、図３に示す。
【０００５】
図３において、電池パック１は、複数個の二次電池セルを接続した電池ブロック３、充放電回数の計測を行う制御部７を有している。電池パック１が本体装置２に装着された際に、二次電池３に供給される充電電気量、及び電池ブロック３から本体装置２に供給する放電電気量は、電流検出抵抗８によって検出される。制御部７は、電池ブロック３が接続された充放電経路に印加される充電、放電電流によって電流検出抵抗８の両端に生ずる電位差を変換することで算出する。さらに、この電位差の正負を判断することによって、充放電検出回路１１が電池ブロック３に印加される電流が、充電電流であるか、放電電流であるかを検出する。例えば二次電池３が放電状態にあれば、放電電流を計測し、放電電流積算回路３０にて放電電流値を積算することで放電電気量の算出を行う。得られた放電電気量は、放電容量比較回路３２にて、放電容量設定回路３１に予め設定された放電容量値と比較される。放電電気量が設定放電容量を上回り、且つ二次電池３が放電状態から充電状態へと切り換えられた際に、充放電回数カウンタ１４に記憶された計数値に１カウントを増加させると共に、放電電流積算回路３０に積算された放電電気量の値をリセットする。充電状態が継続し、二次電池３が満充電状態となった後、再度放電を開始すると、上記過程を繰り返すことで、充放電回数の計数が行われるものである。
【０００６】
前記のリフレッシュ充放電は、通信回路１７から送出された充放電回数を受けて、装置本体制御部６にて制御される。この充放電を行う際、制御部６は本体負荷５に対して並列に配置されたリフレッシュ放電負荷２８側にスイッチ６１及び６２を切り換えて電池ブロック３に残存する放電容量の放電を行う。放電の容量は、電池の初期状態における放電容量、及び深度の深い放電を行った際における放電電圧の変化から求めた放電容量をもとにして決定される。放電が終了すると、再度スイッチを切り換え、電池ブロック３の充電を実施する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、二次電池に対する充放電制御の傾向として、無停電電源のバックアップ用電源では、電池の自己放電分のみを間欠充電する制御方法や、ノート型ＰＣ等のＡＣアダプタを常時接続して使用する構成では、電池の容量減少分を暫時充電により補う制御方法が主流となっており、完全放電を行う前に充電がなされてしまう。また、車両の動力補助に使用される場合では、電池の寿命を延ばす為、さらに電池の発熱による劣化の加速を抑制する為に、浅い充放電制御の方が好ましいとされている。このような背景のため、放電深度の浅い充放電を繰り返す充電制御方法によってメモリー効果の発生が助長されている。このような背景を有するにもかかわらず、リフレッシュ充電が施される回数は、機器の使用様態に対応するために少なくなってしまう。
【０００８】
一方、二次電池の放電容量は、電池の劣化により次第に減少する。劣化の進行程度は、充放電回数に加え、使用される環境の温度条件にも大きく影響される。例えば、図４に示すように２０℃の温度環境において使用される二次電池に比べ、４０℃の高温環境下で使用される電池の寿命は短くなってしまう。従って、高温環境下で使用される二次電池は、劣化の進行が加速される。特に前記のような二次電池は、無停電電源のバックアップ用電源、ノート型ＰＣの電源、車両用の電源を主たる用途としており、これらの用途では機器内部での発熱量の増加、屋外での使用に伴う過大な温度変化等により、使用される環境の温度による影響が大きい。
【０００９】
リフレッシュ充放電における放電の深度は電池の放電容量から設定される。二次電池の放電容量は劣化の進行によって減少しており、深度の深い放電を行うことで初期の容量に対する補正を実施し、放電容量の精度を確保している。然しながら、前記のような充放電制御が設定されている機器においては、深度の浅い放電のみが繰り返されており、メモリ効果を生じやすい使用条件にある。而して、これらの機器に対してリフレッシュ充電を定期的に実施し、放電容量の補正を行うのは、使用様態を考慮すると非常に困難である。そこで、放電容量の補正がなされず、初期状態での放電容量に基づきリフレッシュ充放電時の放電深度を設定した場合には、二次電池の放電可能な容量を越える容量を放電し、過放電状態に陥る可能性があるという問題点を有している。
【００１０】
前記のような問題点に対して、充放電の繰り返し回数から二次電池の劣化程度を推定し、初期の容量に対する補正を行うことで、リフレッシュ充電時における過放電の発生を抑制する構成が考えられる。前記の機器は、使用される環境の温度変化が激しく、且つ高温環境下において劣化が加速されており、放電容量の正確な推定は非常に困難である。このため、充放電の繰り返し回数のみから放電容量を算出し、リフレッシュ放電を実施する構成を採用した場合であっても、前記と同様の問題点が生じてしまう。
【００１１】
本発明は、前記の各問題点に鑑み、二次電池のリフレッシュ充放電を行う際の放電深度を、電池の劣化程度に応じて的確に設定することが可能となる二次電池の状態管理装置及びこれを用いた電池パックを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の二次電池の状態管理方法及びこの方法を用いた電池パックは、充放電可能な二次電池に対し、所定の放電容量以下になるまでの放電と、満充電状態あるいは予め定められた容量に達するまでの充電を１サイクルとし、この１サイクル中における電池温度の変化状況に応じて設定された係数を乗じた値を、充放電の繰り返し回数に加えることで充放電の繰り返し回数の累積を行い、累積値からリフレッシュ充放電の実施時期、及びこの累積値に対応する二次電池の放電容量の推定を行っており、さらに二次電池への充放電電流量から残存容量を算出し、これらを併せてリフレッシュ充放電の条件設定を行うものである。
【００１３】
本発明の構成によれば、電池の周辺温度に対応して充放電回数の計数値が増加することとなり、通常の温度条件から外れた環境下、すなわち高温や低温の環境下において使用され、劣化の進行が加速される二次電池であっても、劣化状態を考慮してリフレッシュ充放電の条件設定がなされるために、二次電池が過充電、過放電等の不適切な状態に陥ることがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
本願の請求項１に記載の発明は、充放電可能な二次電池への充電電流、及び二次電池からの放電電流を測定し、二次電池の充放電回数を計数し、累積された回数が所定値に達した場合にリフレッシュ充放電を行う二次電池の状態管理方法に関するものである。
【００１６】
この二次電池の状態管理方法は、充放電経路に印加される電流の方向から充電電流と放電電流との判別を行い、これと同時に充放電の各電流量を測定することで、二次電池へ充電電流及び放電電流の両方が印加された際に、好ましくは二次電池の残存容量が第一の容量以下に達するまで放電された後、第二の容量に達するまで充電が施された際に１サイクルの充放電がなされたとして、このサイクル終了後における二次電池の残存容量の検出を行う。
【００１７】
同時に前記の状態管理方法は、二次電池の周囲温度を測定し、充放電サイクル期間中において周囲温度を平均化し、この温度に対応する予め設定された充放電回数の補正係数を選択し、この補正係数を乗じた温度補正済みのサイクル数を、充放電回数の累積値に加算して新たな充放電回数の累積回数を求め、二次電池の周囲温度の条件が反映された充放電回数の累積値を算出する。
【００１８】
更に前記の状態管理方法は、充放電回数の累積値が予め定められた設定値に達した際に、リフレッシュ充放電を実施する。この充放電における充電及び放電の各条件は、温度条件が反映された充放電回数の累積値を参照して、二次電池の充放電回数に対応する放電容量が示された関係式から前記の累積値における二次電池の放電容量を演算し、リフレッシュ充放電における放電量及び充電量の条件設定を行う。すなわち、電池の充放電回数から得られた放電容量と、残存容量からリフレッシュ充放電時の放電量を設定し、この放電量と放電容量からリフレッシュ充放電時の充電量を設定する。
【００１９】
このように本発明の二次電池の状態管理方法によれば、リフレッシュ充放電時における電池の劣化状態を反映した電池の放電容量の推定を行い、これを参照して二次電池に供給される充電電流量、放電電流の積算値を求めることで残存容量を算出することでリフレッシュ充放電における放電、充電の各条件設定がなされることから、二次電池へ悪影響を与えることのないリフレッシュ充放電を実施することが可能となる。特に、放電時においては、二次電池の残存容量と、劣化状態を反映した電池の放電容量から放電量を算出するために、二次電池が過充電状態に陥ることがない。また、充電時においても、前記の放電条件を基準として、充電条件を設定するために過充電状態となることもない。
【００２０】
また、リフレッシュ充放電時を実施する段階において、前記の条件に従って二次電池の充放電状態を管理することに併せて、二次電池の放電電圧値及び充電電圧値による充放電状態の管理を行うことで、二次電池の充放電電圧のみから制御を行う周知のリフレッシュ充放電方法に比べて充放電制御の正確性が大幅に向上する。
【００２１】
前記の請求項１に係る二次電池の状態管理方法に加えて、二次電池の周囲温度と、これに対応する自己放電量の関係式から、１サイクル中の自己放電量を演算することで二次電池の自己放電量を算出し、充放電電流を積算した残存容量からこの自己放電量を減算した残存容量を求め、この残存容量を用いてリフレッシュ充放電時における放電、充電の各条件設定を行うようにしてもよい。この条件設定にすれば、自己放電量の大きい温度環境下にて使用される場合、また充放電のサイクルが長期間にわたり、自己放電による容量減少が顕著になる使用様態であっても、二次電池がおかれる環境温度の変動による自己放電量の相違も考慮した正確なリフレッシュ充放電の条件設定が行える。
【００２２】
一方、本願の請求項３に記載の発明は、充放電可能な二次電池に対し、充放電経路を介して接続されたリフレッシュ充放電手段、及び充電電源に接続され、所定回数の充放電が繰り返された際にリフレッシュ充放電を実施する電池パックに関する。
【００２３】
この電池パックは、二次電池と、充放電経路に印加される電流の方向から充放電回数を検出すると共に、印加される充電電流量、及び放電電流量から二次電池の放電可能な残存容量を検出する制御手段と、二次電池の表面に接触もしくは臨んだ状態に配され、二次電池の周囲温度を検出する温度検出手段と、二次電池の充放電回数に対応する放電容量が記憶された記憶手段と、充放電回数が所定回数に達した際にリフレッシュ放電手段へリフレッシュ充放電を要求するリフレッシュ充放電要求手段とを備える。
【００２４】
ここにおいて制御手段は、充放電経路に介装された電流検出抵抗から二次電池に印加される充電電流量、放電電流量を測定する充放電検出回路、温度検出手段の検出値から１サイクル中における二次電池の平均化された周囲温度の算出を行い、この温度に対応する予め設定された充放電回数の補正係数を選択する温度補正回路、前回までの充放電回数の累積値に、補正係数を乗じた回数増加値を加算することで新たな充放電回数の累積値を算出する充放電繰り返し回数計測回路、１サイクル中の充電電流量、及び放電電流量から二次電池の残存容量を算出する電流積算回路から構成されている。
【００２５】
さらに、前記の電池パックは、充放電回数がリフレッシュ充放電要求手段に設定された値に達した際に、記憶手段は、温度補正された充放電回数と放電容量との関係を示す関係式を参照し、充放電回数に対応する二次電池の放電容量を演算する。
【００２６】
本発明に係る電池パックは、リフレッシュ充放電手段へ前記の各手段によって検出及び演算された充放電回数、残存容量及び放電容量を伝達し、リフレッシュ放電時の放電量を放電容量と残存容量から設定し、且つ充電量を前記の放電量と放電容量から設定することを特徴とする。
【００２７】
請求項３に記載の構成によれば、電池の充放電回数及び電池の周囲温度を測定することで、電池の置かれる環境温度の影響を反映した電池の劣化状態を推定する。そして、リフレッシュ充放電の充放電条件が、前記の劣化状態を考慮し、さらに二次電池への充放電電流から算出された二次電池の残存容量を参照して設定される。このため電池電圧のみから電池のリフレッシュ充放電を制御する周知のリフレッシュ充放電回路に比較して、リフレッシュ放電時における過放電状態、充電時における過充電状態に陥ることがなく、二次電池の寿命に悪影響を与えることがない。
【００２８】
さらに、充放電回数のみからリフレッシュ充放電の実施時期を制御する図３に示す周知の構成を有するリフレッシュ充放電回路に比して、本発明に係るリフレッシュ充放電回路は、電池の環境温度を考慮している。例えば、温度が高い場合にはメモリー効果の発生確率が高いとして、１サイクルの充放電に対してその累積値を少なくとも２サイクル増加させており、実際の充放電の繰り返し回数に比べて累積値は高くなる。このため、高温環境下で使用される二次電池では、リフレッシュ充放電を実施する時期が通常の温度環境下にて使用される電池に比べて、早期にリフレッシュ充放電がなされる。
【００２９】
一方、本発明の電池パックの回路は、電池周囲温度を測定する温度検出手段を設け、周囲温度に応じて１サイクル当たりの回数増加値に反映する構成としており、さらに繰り返し回数と電池の放電容量との関係を記憶する記憶手段を追加するのみであり、周知の充放電の繰り返し回数のみからリフレッシュ充放電を実施する周知のリフレッシュ充放電回路に比べて構成の複雑化を招かない。
【００３０】
さらにまた本願の請求項５に記載の発明は、充放電可能な二次電池に対し、充放電経路を介して接続されたリフレッシュ充放電手段、及び充電電源に接続され、二次電池の残存容量及び充電回数からリフレッシュ充放電の実施時期を判断する電池パックに関する。
【００３１】
この電池パックは、二次電池と、充放電経路に印加される電流の方向から充放電回数を検出すると共に、二次電池に印加される充電、放電の各電流量及び二次電池の自己放電量から残存容量を検出する制御手段と、二次電池の残存容量が予め定められた容量値を下回った際に、充電器電源に充電を要求し、この充電の回数を累積する残存容量比較手段と、二次電池の表面に接触もしくは臨んだ状態に配され、二次電池の周囲温度を検出する温度検出手段と、二次電池に対する充電の実施回数と放電容量との関係が記憶された記憶手段と、リフレッシュ放電手段へリフレッシュ充放電を要求するリフレッシュ充放電要求手段とを備える。
【００３２】
さらに前記の制御手段の詳細な構成としては、充放電経路に介装された電流検出抵抗から二次電池への充電電流量、放電電流量を測定する充放電検出回路、温度検出手段の検出値から二次電池の周囲温度の平均化を行い、平均の周囲温度に対応する予め設定された充放電回数の補正係数を選択する温度補正回路、前回までの充放電回数の累積値、及び該補正係数から新たな累積値を演算することで充放電回数を算出する充放電繰り返し回数計測回路、充電電流量及び放電電流量を積算する電流積算回路、二次電池の周囲温度に対応する自己放電量が設定されており、二次電池の平均の周囲温度に対応する自己放電量を選択し、電流積算回路にて算出した残存容量から自己放電量を減算して残存容量を求める自己放電演算回路とされている。
【００３３】
そして、前記の構成を有する請求項５に係る電池パックは、充電回数がリフレッシュ充放電要求手段に設定された値に達した際に、記憶手段は温度補正された充電回数に対応する該二次電池の放電容量を演算し、リフレッシュ充放電手段に、この放電容量と、自己放電に対する補正が施された残存容量からリフレッシュ充放電時の放電量を設定し、且つこの放電量と記憶手段に設定された放電容量からリフレッシュ充放電時の充電量を設定することを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、自己放電量に相当する電流量の補充電のみが繰り返される電池パックであっても、充電回数及び自己放電量を推定することで、リフレッシュ充放電の実施時期及びその条件が設定される。さらに、放電深度の深い充放電が繰り返される使用様態とする電池パックであっても、充電の繰り返し回数及び電池の周囲温度に加え、電池の自己放電量を考慮したリフレッシュ充放電の実施条件が設定され、メモリー効果の発生が抑制される。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、本実施例は、本発明の構成の一例を示すものであり、その範囲を限定するものではない。また、従来例と同一の機能を果たす構成要素については、同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３６】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における充放電のリフレッシュ充放電機能を有する電池パック及び本体装置の構成を示すブロック図である。図１において、電池パック１は、複数の二次電池セルが直列接続された電池ブロック３、制御部７を内蔵しており、負荷５を具備した本体装置２に接続される。電池パック１と本体装置との電気的接続は、端子４１から端子４６でなされる。
【００３７】
電池パック１の内部にて、電池ブロック３と端子４２及び端子４３とを接続する充放電経路中には、電流検出抵抗８が介装されている。電流検出抵抗８は、電池ブロック３に供給される充電電流、電池ブロック３から本体負荷５、及びリフレッシュ充放電時にリフレッシュ放電負荷２８へと供給する放電電流の測定を行い、各電流の値は検出抵抗６の両端の電位差として表わされる。制御部７は、アナログ値にて測定された値をデジタル値に変換するＡＤ変換回路１０１〜１０３をはじめとする各回路から構成される。
【００３８】
本体装置２は、端子４４及び端子４５を介して電池パック１側の充放電経路に接続され、充放電の各電流の需給を行う。さらに、本体装置２側の充放電経路には、スイッチ６１及びスイッチ６２が介装されており、これらのスイッチを切り換えることで、電池ブロック３から本体負荷５への電力供給、充電電源９による充電、そしてリフレッシュ放電負荷２８によるリフレッシュ放電がなされる。また、充電経路に付加される電圧は、電圧検出回路２６によって検出される。装置本体制御回路６は、前記の電圧値に加え、電池パック１から送出される各種データをもとにして、スイッチ６１、６２を切り換え、電池ブロック３の充電、本体負荷５への電力供給及びリフレッシュ充放電の実施を制御する。
【００３９】
次に制御回路７を含む電池パック１の詳細な構成について説明する。充放電検出回路１１は、電流検出抵抗の両端に生ずる電位差から充電、放電の判別、及び電池ブロック３に印加される充放電の各電流値を測定しており、充放電状態の変化は、回数計測回路１２へと出力され、充放電の回数が計数される。温度センサー１３は電池ブロック３に隣接して配置されており、電池ブロック３の周囲温度を測定している。測定された電池温度は、温度補正テーブル回路１４へ出力される。温度補正テーブル回路１４は、電池の充放電期間中の温度変化を記憶し、これをもとにして温度による電池の劣化度合いを補正する。数値補正回路１５は、温度補正テーブル回路１４及び回数計測回路１２の出力結果をもとに、充放電の回数に対する補正を行っており、充放電繰り返し回数カウンタ１６に記憶される。この記憶された充放電の繰り返し回数は、通信回路１７を介して本体装置２へ伝達されると共に、数値設定回路１９及び数値比較回路２０からなるリフレッシュ充放電要求手段１８に出力される。
【００４０】
数値設定回路１９は、リフレッシュ充放電を実施する充放電の繰り返し回数を設定しており、この回数の設定は、電池パック１が接続される本体装置２の使用様態に応じて設定される。数値比較回路２０は、設定された値に電池ブロック３の充放電の回数が達した際に、リフレッシュ充放電を要求する信号を出力する。
【００４１】
充放電検出回路１１から出力される充放電の各電流値は、電流積算回路２１において積算される。また、温度センサー１３によって測定された電池ブロック３における温度は、自己放電量演算回路２２へ出力され、回路１１において温度条件による自己放電量を演算する。自己放電補正回路２２は、充放電の繰り返しによる放電容量の変動に加え、温度変化による自己放電量を加味して、電池ブロック３における残存容量を算出する。
【００４２】
記憶装置２９には、電池ブロック３を構成する二次電池の電池特性、少なくとも通常の温度環境下における充放電の繰り返しに伴う放電容量の推移が記憶されている。この放電容量の推移は、例えば図４に示したような充放電の繰り返し回数と、放電容量とを記憶している。これにより、充放電の繰り返しによる電池の劣化に起因する放電容量の変化に対し、充放電の回数から通常の温度環境下における電池の放電容量を推定できる。
【００４３】
次に、本実施例における回路の動作を説明する。
【００４４】
電流検出抵抗６の両端に生ずる電位差は、ＡＤ変換回路１０１によりデジタルデータに変換されており、このデジタルデータから放電状態にあるか、充電状態にあるかを充放電検出回路１１で検出する。回数計測回路１２は、放電から充電に切り替わった時に１回の回数を計測する。
【００４５】
温度センサー１３にて検出された温度データは、温度補正テーブル回路１４において平均値化を行い、補正値変換がなされる。この補正値の変換は、電池の温度による充放電の繰り返し回数の補正を行うためになされる。例えば、平均温度が高い場合には電池の劣化が加速されており、１回の充放電がなされた際に、温度による劣化加速を考慮した充放電の回数を増加させる補正値を出力する。温度補正テーブル回路１４から出力される補正値と、回数計測回路１２における計数値とに基づいて、数値補正回路１５は、充放電の繰り返し回数を演算する。この時、回数計測回路１２で出力された回数の増加値は、補正値を加算、乗算することで演算される。さらに、温度補正された回数の増加値は、充放電繰り返し回数カウンタ１６に入力され、回数の増加値にしたがったカウントアップがなされ、ここにおいて充放電繰り返し回数が記憶される。これにより、例えば高温環境下におかれる電池であっても、温度による劣化加速が反映された充放電の繰り返し回数値が算出され、この繰り返し回数のみから電池の劣化程度を判断することが可能となる。
【００４６】
前記カウンタ１６に記憶された充放電の繰り返し回数は、リフレッシュ充放電要求手段１８に入力される。カウンタ１６より出力される充放電回数は、数値比較回路２０に入力され、数値設定回路に設定されている数値と比較される。前記したように数値設定回路１９は、リフレッシュ充放電を行なうべき充放電の累積回数を記憶しており、数値比較回路２０は、温度補正された充放電の繰り返し回数が予め設定した累積回数に達した時に、リフレッシュ充放電要求信号を出力する。
【００４７】
前記の充放電検出回路１１は、充放電の切り替えの検出に加えて、充放電経路に印加される充電、及び放電の各電流量も測定を行っている。充放電電流検出回路１１から出力される充放電電流データは、電流積算回路２１に入力され、電池ブロック３の残存容量を算出すべく積算演算が行なわれる。この演算は、電流積算回路２１に設定された初期状態における放電容量に対して、放電時には放電に伴う電流量を前記の放電容量から減算し、放電から充電に転じた後には充電に伴って電池ブロック３に供給された電流量を前記の減算された放電容量に加算する。
【００４８】
さらに、前記の放電容量に対して、自己放電による容量減少の相当分を、前記の過程にて演算された放電容量に反映する。自己放電は、電池パック１がおかれる環境温度によって変動することから、自己放電量演算回路２３は、温度センサー１３によって検出された温度を取り込み、得られた温度のデータに基づいて、自己放電量を演算する。尚、本実施例では自己放電量の補正は、電池温度から算出する構成としているが、電池温度に加え、電池ブロック３に対して充放電電流の需給が行われていない放置期間も考慮して、自己放電量を演算することで、電池ブロック３の放電容量の検出精度は一層向上する。自己放電補正回路２２は、電流積算データから自己放電量を減算補正し、自己放電減算補正された電流積算データを出力する。
【００４９】
充放電繰り返し回数カウンタ１６から出力された充放電の繰り返し回数、リフレッシュ充放電要求手段から出力される要求信号、及び自己放電補正回路から出力された電池ブロック３の放電容量、さらに記憶回路に設定された電池の劣化による放電容量の状況に関する各データは、通信回路１７にてシリアル変換され、本体装置２へ送出される。
【００５０】
本体装置２では、電池パック１から送出されたリフレッシュ充放電の要求信号によりリフレッシュ充放電を行う。本体装置制御回路６は、通信回路１７から受け取ったデータをもとにして、リフレッシュ充放電の充電、放電の各条件を設定し、この充放電を実施する。一連のリフレッシュ充放電の動作は、本体制御回路６はリフレッシュ充放電要求手段からの要求信号により開始される。
【００５１】
次に、充放電の繰り返し回数、及び記憶手段に記憶されている充放電回数から電池ブロック３を構成する各二次電池の劣化状態を推定し、この劣化の程度に対応した電池の放電容量に関するデータを得る。前記のように充放電の繰り返し回数は、環境温度による電池の劣化の加速状態を反映した値となっており、記憶回路に設定された充放電の繰り返し回数に対応する放電容量をもとめることで、劣化に伴う放電容量の減少を加味した放電容量が得られる。
【００５２】
引き続いて、本体装置制御回路６は、自己放電補正回路２２から得られた電流積算データから、電池ブロック３における放電容量の状態を判定する。電流積算データは、充放電の繰り返しに伴う電池ブロック３における充電及び放電電流の需給状態、さらに自己放電に伴う放電容量の減少のみを反映したデータであり、電池の劣化状況を考慮していない。
【００５３】
本体装置制御回路６は、リフレッシュ充放電を行う段階における劣化状況を反映した二次電池の放電容量と、この段階での二次電池に残存する残存容量とから、リフレッシュ充放電における放電量と、充電量をそれぞれ演算する。
【００５４】
演算された結果を用いて、スイッチ６１及びスイッチ６２に切り換えることで、電池ブロック３とリフレッシュ放電負荷２８とを接続して放電を行う。この時、放電される電気量は、電流検出抵抗８により検出されており、制御部７によって放電量の検出がなされる。さらに、放電が終了すると制御装置６は、スイッチ６２を切り換え電池ブロック３の充電を開始する。この時も前記と同様に電池ブロック３に供給される電流は、電流検出抵抗８により検出されており、記憶回路２９に記憶された放電容量に相当する電流量の充電がなされると、一連のリフレッシュ充放電が終了する。
【００５５】
（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施例における充放電のリフレッシュ充放電機能を有する電池パック及び本体装置の構成を示すブロック図である。本実施例における電池パック１は、電池ブロック３の残存容量に基づいて本体装置２による充電制御する構成を有している。
【００５６】
尚、この実施例２では、前記の実施例１と同一の構成、機能を有する部位に関する説明を省略し、構成、機能上の相違点から本実施例における特徴を明らかにする。
【００５７】
図２において、容量比較回路２５は、電池ブロック３における放電容量と予め設定された容量との比較を行うものであり、この容量は放電容量設定回路２４に記憶されている。また、比較回路２５には記憶回路３１も接続されており、この回路３１において放電深度の浅い充放電を繰り返した場合における電池の劣化状態を示す放電容量の変化が記憶される。
【００５８】
まず、図２における通常時の充電制御について説明する。自己放電補正回路２２は、充放電経路の印加される充電電流及び放電電流、及び電池の自己放電量から算出された電池ブロック３の放電容量を出力する。容量比較回路２５は、出力された放電容量と、容量設定回路２４に設定された値との比較を行う。本体負荷５への電力供給によって電池ブロック３の残存容量が設定値を下回れば、充電が必要と判断する。この時、容量比較回路２４が充電要求信号を装置本体制御回路７へ出力することで、充電電源から電力供給がなされる。このように本実施例における電池パック１は、充電要求信号を出力し、間欠充電等の開始を制御する。本体装置２は、電池パック側による制御に応じてスイッチを切り替え、充電電源９から電力供給を行うことで、電池パック１の充電を行う。
【００５９】
電池ブロック３への充放電が頻繁になされる使用用途においては、自己放電による影響は少ない。しかしながら、電池パック３の使用が長期間に亘ってなされない場合、前記の充電要求信号は、電池ブロック３での自己放電に起因する残存容量の低下相当分を補充電するために、充電要求信号を前記制御回路７に出力される。この補充電が複数回に行われた場合には、電池ブロック３を構成する二次電池は、巨視的に見ると浅い充放電が複数回繰り返されていることになる。しかしながら、電池ブロック３における残存容量の低下は、自己放電に伴う放電容量の減少、及び本体負荷等における微小な電流消費によるものであり、電流検出抵抗８にて検出されない。一方、補充電を行う際には、電流検出抵抗８において電池ブロック３への充電電流が検出される。このような一連の補充電を実施する過程において、充放電検出回路１１は充電電流のみを検出しており、充電電流と放電電流の切り替えがなされないために、充放電回数の計数値は増加しない。
【００６０】
容量比較回路１１は、充電要求信号を本体装置２へ出力した回数の累積を記憶している。さらに、この回路１１が累積値が所定の値に達した際に、リフレッシュ充放電を実施する信号を出力し、リフレッシュ充放電を行うことで、自己放電に伴う浅い放電に起因するメモリー効果の発生が抑制される。また、このリフレッシュ放電時における放電条件は、記憶回路３１に記憶された補充電を行った回数と電池の劣化程度の関係から設定されており、この放電条件に従ってリフレッシュ充放電がなされる。
【００６１】
上記各実施例においては、電池パック１が装着される本体装置内に、充電機能、リフレッシュ充放電機能を有する場合について説明したが、本体装置と充電器が別個独立の構成としても良く、また電池パック及び本体装置が同一筐体内に収容される構成にあっても、本実施例と同様の効果が得られるものである。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように本発明の電池パックは、充放電の繰り返し回数に基づいてリフレッシュ充放電要求信号を出力する機能を加えて、リフレッシュ充放電を実施する条件を二次電池の劣化状態及び残存容量から設定する。このため、リフレッシュ充放電時の容量に対する演算精度の向上を図ることが可能となり、二次電池の劣化防止への効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における電池パック及び本体装置の構成を示すブロック図
【図２】実施例２における電池パック及び本体装置の構成を示すブロック図
【図３】従来例における電池パックの構成を示すブロック図
【図４】充放電の繰り返し回数と放電容量との関係を示す図
【符号の説明】
１    電池パック
２    本体装置
３    電池ブロック
５    本体負荷
６    装置本体制御回路
７      制御部
８    電流検出抵抗
９    充電電源
１１  充放電検出回路
１２  回数計測回路
１３  温度センサー
１４  温度補正テーブル回路
１５  数値補正回路
１６  充放電繰り返し回数カウンタ
１７  通信回路
１８  リフレッシュ充放電要求手段
１９  数値設定回路
２０  数値比較回路
２１  電流積算回路
２２    自己放電補正回路
２３  自己放電量演算回路
２４  容量設定回路
２５  容量比較回路
２６  電圧検出回路
２９  記憶回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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