(57)【要約】【課題】  ニッケル水素電池である二次電池においては、温度により補正された内部抵抗の値により、電池の寿命が適正に判定できないことを見出した。電池の内部抵抗を適切に測定し、電池の寿命を適切に判定することを目的とする。【解決手段】  充放電を繰り返して使用される二次電池の寿命判定方法であって、充電時において所定の容量において内部抵抗Ｒを測定して、前記内部抵抗の経時変化を演算することにより、前記二次電池の寿命を判定することを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電を繰り返して使用される二次電池の寿命判定方法であって、
充電時において所定の電池容量において内部抵抗を測定して、前記内部抵抗の経時変化を演算することにより、前記二次電池の寿命を判定することを特徴とする二次電池の寿命判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の寿命判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、二次電池の内部抵抗を、温度により補正して利用している。そして、電池寿命の判定においては、測定された温度にて補正された内部抵抗と、あらかじめ設定されたこの温度における寿命時の内部抵抗のデータを比較し、電池の寿命を判定している。
【特許文献１】特開平１１−７９８５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、本出願人は、ニッケル水素電池である二次電池においては、温度により補正された内部抵抗の値により、電池の寿命が適正に判定できないことを見出した。
【０００４】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、電池の内部抵抗を適切に測定し、電池の寿命を適切に判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、充放電を繰り返して使用される二次電池の寿命判定方法であって、充電時において所定の容量において内部抵抗を測定して、前記内部抵抗の経時変化を演算することにより、前記二次電池の寿命を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明においては、充電時における所定の電池容量において、内部抵抗を測定することで、安定して正確な内部抵抗を測定することができる。そして、このように安定した正確な内部抵抗の経時変化を比較することにより、電池の寿命を判定することで、寿命を正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施例においては、コンピュータのバックアップ電源（＝無停電電源）として利用される電池パックが開示されている。
【０００８】
このような電池パックは、サーバー等のコンピュータの内部電源に接続されて充電され、または、停電時に放電して電力をコンピュータに供給することになる。
【０００９】
パック電池Ａにおいては、ニッケル水素電池等の二次電池１と、電池１の充放電時の電流を検出する抵抗等からなる電流検出部２と、電池１の充放電を監視、制御するマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと記す）とを備えている。また、パック電池Ａ内には、電池１（例えば、３６セル直列 、容量３２００ｍＡｈ）に密接して配置されたサーミスタを含む温度検出部３が設けられている。
【００１０】
ＭＰＵにおいては、電池電圧(測定箇所ｄ）、電流検出部２からの出力、温度検出部３からの出力のアナログ電圧が入力され、デジタル変換し、実電圧[mV]や実電流値[mA]に換算するＡ／Ｄ変換部４が設けられている。そして、Ａ／Ｄ変換部４からの出力が、充電制御・演算部５に入力されて、演算、比較、判定等が行われて、この充電制御・演算部５からの信号で、スイッチングトランジスタ等からなる制御素子７をオンオフ制御する。周知技術を利用して、充電制御・演算部５においては、充放電電流を積算して残容量を演算処理すると共に、各種データをメモリーしている。
【００１１】
また、満充電の検出については、電池電圧の−ΔＶ（＝電圧低下）を検出したり、演算された残容量を利用して検出している。
【００１２】
パック電池Ａは、停電時のバックアップ電源として利用されるので、通常、電池１は満充電に近い状態で保管される。また、停電の発生は、通常、非常に少ないので、電池１の残容量の低下は、電池の自己放電及びパック電池Ａ内の電力消費より発生する。
【００１３】
本実施例においては、以下の手順の方法にて、内部抵抗Ｒを演算し、寿命判定に利用している。充電制御・演算部５で、電池１の残容量が、自己放電、回路の電力消費等により、再充電容量に到達したら再充電（本実施例ではパルス充電）を開始する。そして、再充電容量は、満充電容量から所定時間あたりの電流値の積算を減算して求めても良く、また、再充電容量に対応した電池電圧より求めても良い。また、再充電容量は、満充電容量の７５％以上９５％以下が望ましく、８０％以上９０％以下がより望ましい。本実施例では、再充電容量を９０％とした。
【００１４】
そして、再充電でのパルス充電を行うことにより、内部抵抗Ｒを測定し、内部抵抗の経時変化を演算することにより、電池の寿命を判定する。充電は、パルス充電方法を利用する。オン時間を7秒程度、オフ時間を３秒程度とし、電流は０．１Ｃから０．５Ｃに設定される。
【００１５】
ここで、パルス充電により、内部抵抗Ｒを算出する方法を説明する。電池１において、各素電池における等価回路は、図２に示されるように、電池本来の起電力Ｅと、内部抵抗Ｒとからなる。パルス充電のオン時においては、以下の式が成り立つ。
Ｖ(測定電圧）＝Ｒ×Ｉ(測定電流）＋Ｅ(起電力)    …(式１)
また、パルス充電のオフ時においては、電流が流れないことより、以下の式が成り立つ。
Ｖ(測定電圧）＝Ｅ(起電力)  …(式２）
式２を、式１に入れ、計算することにより、内部抵抗Ｒが算出されることになる。なお、内部抵抗の測定は、これ以外の方法で行っても良い。そして、このような内部抵抗Ｒの算出は、パルス充電を開始してから、１〜３分（望ましくは、２分）経過して測定すると安定した内部抵抗Ｒを得ることができる。上記のパルス充電方法において、２分間のパルス充電により、０．１Ｃの電流で電池容量０．２３％、０．５Ｃの電流で電池容量１．１７％に相当しているので、内部抵抗Ｒの測定は、上述の再充電容量と略同一の所定容量で行われることになる。
【００１６】
また、停電時に放電して電力をコンピュータに供給した後は、通常、電池１の残容量が再充電容量以下になるので、停電が解消され商用電力が供給されると、充電制御・演算部５がこれを検出して、電池１の充電を、上述と同様なパルス充電にて、開始する。そして、この場合も、上述と同様の所定容量で、内部抵抗Ｒが測定される。所定容量は、満充電容量の７５％以上９５％以下が望ましく、８０％以上９０％以下がより望ましい。本実施例では、所定容量を９０％とした。
【００１７】
そして、充電制御・演算部５内にて、パック電池Ａの使用開始からの演算された内部抵抗Ｒを記憶しておく。
そして、使用時点の内部抵抗Ｒと、比較内部抵抗値とを比較して、電池の寿命を判定する。
具体的には、使用時点の内部抵抗Ｒと、使用開始時期の内部抵抗Ｒの値、或いは、使用開始時期から一定期間の内部抵抗Ｒの値と比較し、このような初期時期の内部抵抗Ｒに対して、２倍以上で、放電できる容量が対初期容量の略３／４程度となっていることより、電池の寿命に近づいていることがわかる。本実施例のパック電池Ａでは、この状態で、電池の交換準備を通知する信号を発信し、コンピュータ側で認識、表示させている。更に、内部抵抗Ｒが大きくなり、初期時期の内部抵抗Ｒに対して、４倍以上で、放電できる容量が対初期容量の略半分程度となっていることより、ほぼ電池の寿命に至っていると判断して、電池の交換を通知する信号を発信し、コンピュータ側で認識、表示させている。
【００１８】
また、図３に、種々の電池において、充電サイクルの進行に伴う、内部抵抗Ｒの変化を示している。図３においては、４つのサンプル電池１の内部抵抗Ｒの変化の曲線が示されており、４つの曲線において、同じ傾向の内部抵抗Ｒを示しており、サイクル数３５０回以降に内部抵抗Ｒが上昇し、約３７５回から約４２０回までで内部抵抗が初期値の約２倍以上となり、約４４０回から約４８０回までで内部抵抗が初期値の約４倍以上となっている。詳細には、充電は１Ｃの電流で行い−ΔＶの検出で満充電とし、１５分後休止の後、内部抵抗Ｒを測定し、その後、１５Ａの電流で放電を行い、３０分休止して、再度、充電を行うサイクルを繰り返している。
【００１９】
上述の所定容量の望ましい範囲については、図４を用いて説明する。図４は、残容量がゼロの電池（図４においては、１２セル直列の電池を使用）を、上述の実施例と同様のパルス充電で、充電したときの、時間又は容量に対する電圧、温度、内部抵抗Ｒ（図３ではIMPと示す）の変化を示している。そして、パルス充電の条件については、オン時間を7秒、オフ時間を３秒とし、電流は０．１Ｃである。電圧の曲線に幅があるのは、パルス充電のオン、オフ時の電圧から生じている。
【００２０】
図４に示されるように、演算された内部抵抗Rは、充電初期（電池容量０〜３０％）では高く、満充電直前９５％以上でも高く、安定しないことがわかる。電池容量が、３０％以上、９５％以下では、比較的安定している。特に、３０％以上９３％以下、３０％以上９０％以下、３０％以上８５％以下の順で、より安定している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例の電池パックの回路ブロック図である。
【図２】電池の内部抵抗Ｒを説明する等価回路である。
【図３】充放電サイクルに伴う内部抵抗Ｒの変化を示すグラフである。
【図４】充電時の内部抵抗Ｒの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ    電池パック
ＭＰＵ  マイクロプロセッサユニット
１  電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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