(57)【要約】【課題】電池の劣化状態や、劣化の最終時点である電池寿命を知る事は、電池機器を使用する上で重要であるが、従来電池の劣化状態を表示する電池機器は提案されていない。また劣化した電池では故障なのか正常領域なのかを判断するには、電池測定器を使って長時間の動作確認が必要であり、修理のコストアップの要因になっている。従って電池劣化を即座に確認する事が課題である。【解決手段】電池機器に劣化度取得手段を内蔵し、しかも取得した劣化度を劣化度保存手段で保存し、さらに保存した劣化度を劣化度や電池寿命予測の形で出力し、表示手段で表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の劣化度を取得する劣化度取得手段と、劣化度保存手段と、劣化度出力手段と表示手段を有し、該劣化度取得手段で取得した該電池劣化度を、一度該劣化度保存手段に保存し、保存した該劣化度を該劣化度出力手段で出力して、該表示手段で表示する電池機器システム。
【請求項２】
該電池に出入りする電流をカウントして電気量を求める電流積算手段と、電流最小値特定手段と、電池電圧を取得する電池電圧取得手段と、該電池の開放電圧を該電池の残容量に変換する開放電圧対残容量変換手段を有し、該電流最小値特定手段が電流最小値以下であると特定する二つの電流最小値区間に挟まれて、該電流最小値を越える電流が流れる電流積算区間が存在した時、該電流積算区間の電流積算量である電気量Ｑと、二つの該電流最小値区間の電圧を該開放電圧対残容量変換手段で変換した二つの残容量の差ΔＣを比較して、該劣化度αｃを算出する該劣化度取得手段である請求項１の電池機器システム。
【請求項３】
該電池劣化度が取得できる充電、あるいは放電モードを発生する設定を組み込んだ該劣化度取得手段である請求項１の電池機器システム。
【請求項４】
複数の期間の複数の該劣化度を取得して該劣化度保存手段に保存し、期間を変数とする該劣化度の関数を求め、さらに該関数から該電池の寿命を予測する該劣化度取得手段である請求項１の電池機器システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】電池で駆動する電池機器に於いて、残容量等の電池の状態を液晶等に表示する電池機器システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来電池の状態を取得する手段として、電圧取得手段、電流取得手段、流れた電流の総和を求める電流積算手段、および前記手段で得たデータを使用して算出する残容量取得手段が実用化されている。そして取得した結果を液晶などのディスプレーに表示している。その中でも残容量を表示するのが一般的で、携帯電話においては３本のバーで表示し、ノートパソコンでは残り何％の表示であり、車においては、電池不足時にバッテリーマークが点灯する等の表示がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、電池の劣化状態や、劣化の最終時点である電池寿命を知る事は、電池機器を使用する上で重要であるにもかかわらず、従来電池の劣化状態を表示する電池機器は提案されていない。電池の劣化は、通常新品の時の電池容量と劣化後の容量を、０．２Ｃすなわち５時間率放電での放電時間を電池測定器を使って計測し、別途計算機などを使用して新品と劣化後の比率を算出して求めている。ところが電池機器は、測定器のような定常放電にならないので、電池機器を通常使用する使用モードと環境の中で、劣化度を取得する手段を構築する事が課題になっている。また従来電池機器が故障して、修理する場合、先ず電源関係の故障をチェックしている。電源では充電器や電池がチェックの対象になる。電池の故障は、短絡などであればすぐに判別できるが、劣化した電池では故障なのか正常領域なのかを判断するには、電池測定器を使って長時間の動作確認が必要であり、コストアップの要因になっている。従って電池故障を即座に判断できる事が課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】電池で駆動する電池機器に於いて、本発明は該電池機器に劣化度取得手段を内蔵し、しかも取得した劣化度を劣化度保存手段で保存し、さらに保存した劣化度は劣化度出力手段で出力し、表示手段で表示する特徴がある。
【０００５】また本発明は、本発明者が、特願２００１−１７３４４３にて特許出願した電池の残容量変換方法とシステムの中で説明した劣化度取得手段を使用する特徴がある。すなわち該電流最小値特定手段が電流最小値以下であると特定する二つの電流最小値区間の間に、電流最小値を越える電流が流れる電流積算区間が存在した時、該電流積算区間の電流積算量である電気量Ｑと、二つの該電流最小値区間の電圧を該開放電圧対残容量変換手段で変換した二つの残容量の差ΔＣを比較して劣化度αｃを算出する劣化度取得手段を使用する。
【０００６】また本発明は、劣化度取得手段が、劣化度を測定するための充電モードあるいは放電モードを発生する特徴がある。
【０００７】また本発明は、複数期間の複数の劣化度を取得して、期間を変数とした劣化度の関数を求め、電池寿命を予測する劣化度取得手段である特徴がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態１を、図１のブロック図を用いて詳細に説明する。電池１で駆動する電池機器２は、劣化度取得手段３と劣化度保存手段４と劣化度出力手段５を内蔵する構成である。次に表示手段６を劣化度出力手段５に接続する。図１では表示手段６を電池機器２の外部に分離して電池機器システムとして示しているが、電池機器２に内蔵しても趣旨は同じである。尚、劣化度取得手段３は、電池の使用回数から推測したりする、従来から提案されている劣化度算出方法を利用しても良い。あるいはより正確な劣化度を取得するためには、本発明者が特願２００１−１７３４４３にて特許出願した、電池の残容量変換方法の中で提示した劣化度の算出方法を使用する。劣化度保存手段４は半導体などの記録媒体である。また劣化度出力手段５は、一度劣化度保存手段４に保存した劣化度を呼び出し出力する。外部の表示手段６に出力する場合は出力端子７にケーブル８で接続する。あるいは図面には示さないが、無線や光などの通信手段を利用しても良い。表示手段６はパソコンを介してモニターに表示する手段や、機器内蔵の液晶モニターに表示する等、従来から利用されている方法を用いる事が可能である。
【０００９】ここで本発明の特徴として、電池機器２に劣化度取得手段３を内蔵する事であり、より特徴的なのは、取得した劣化度を一度劣化度保存手段４に保存し、出力手段５で出力する事にある。すなわち、電池機器２が故障して修理に回ってきた時、劣化度が保存されていると、劣化度出力手段５で出力して、表示手段６に表示すると、いち早く電池の故障を判別できる。もちろん機器内蔵の液晶モニター等の表示手段６に表示する事もできる。すると、電池機器２のユーザーは電池１の劣化度を確認して、交換時期を判断する事ができる。
【００１０】次に、実施の形態２を図２で説明する。実施の形態２では、電池パック９に直列接続した電池１０が入っている。また電池電圧取得手段１１と電流取得手段１２と電流積算手段１３を内蔵したＩＣ１４が入っている。またセット１５は電流最小値特定手段１６と劣化度取得手段３と劣化度出力手段５が入っているＣＰＵ１７を内蔵する。また開放電圧対残容量変換手段１８を保存したＲＯＭ１９と劣化度保存手段４であるＥＥＰＲＯＭ２０を内蔵する。またＲＡＭ２１や液晶ディスプレー２２や充電ＩＣ２３や充電スイッチ２４や放電スイッチ２５やリアルタイムクロック２６が接続して本発明の劣化度取得手段３を支援する。すなわち電池パック９とセット１５が電池機器２を構成し、表示手段である外部モニター４と充電器２７等が接続して電池機器システムを構成する。
【００１１】その動作フローを図３に示す。先ず充電スイッチ２４あるいは放電スイッチ２５を入れて電源オンする（Ｓ１）。するとＣＰＵ１７がオンする（Ｓ２）。次に電流最小値特定手段１６が電流最小値以下を検出する（Ｓ３）。具体的には、セット１５が携帯電話であれば待受け区間、ノートパソコンであればスタンバイ区間、車のバッテリーであればキーをオフした区間などに電流最小値以下の状態になる。すると電池１０に出入りする電流が極めて小さいので、電池電圧取得手段１１が取得する電池電圧Ｖｎは、ほぼ開放電圧と見なせる（Ｓ４）。次に開放電圧対残容量変換手段１８を使ってＶｎを残容量Ｃｎ０に変換する（Ｓ５）。開放電圧対残容量変換手段１８は、あらかじめ電池１０の開放電圧に対する残容量を測定してテーブルや、近似曲線の形でＲＯＭ１９に保存する。開放電圧対残容量変換手段１８は温度と負荷の影響をほぼ排除できるので、残容量の誤差を極小にできる特徴がある。次にセット１５が動作を始めて電流最小値を超えると（Ｓ６）、電流積算手段１３で電池に流れる電流をカウントして、再び電流最小値特定手段１６が電流最小値以下を検出する（Ｓ３）までの、電気量Ｑｎを積算して取得する（Ｓ７）。ＱｎとＣ（ｎ＋１）０が取得できると、劣化度取得手段３の（１）式から劣化度αｃを算出する（Ｓ８）。
【００１２】
【数１】
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【００１３】そしてαｃを不揮発性メモリーであるＥＥＰＲＯＭ２０に保存する（Ｓ９）。この操作が劣化度保存手段４である。不揮発性メモリーに保存する事で、電池機器２が故障して修理に回ってきた時、電池が切れていても、劣化度αｃの記録は保存されているので電池の良否をすばやく判断する事ができる。一方Ｃ（ｎ＋１）０とＱｎは、別途残容量の算出に使用されるパラメーターであるが、揮発性メモリーであるＲＡＭ２１に保存しても良いし、ＥＥＰＲＯＭ２０に保存しても良い。
【００１４】ところで図２ではセット１５と電池パック９を分けて描いたが、区別する必要はない。例えばＣＰＵ１７を電池パック９に内蔵しても良いし、電池１０が裸のままで、電池パック９の形態になっていなくても本発明の趣旨は変わらない。
【００１５】次に実施の形態３を、充電時における劣化度取得手段３の構成と動作フローで説明する。そのハード構成は図２の構成を使用し、劣化度を取得するための動作設定をソフトで行う。その動作フローを図４に示す。先ずＣＰＵ１７を立ち上げるための電源をオンする（Ｓ１１）と、ＣＰＵ１７がオンする（Ｓ１２）。この場合、セット１５が動作しない場合でも、ＣＰＵ１７は定期的に立ち上がるようにしている。例えばリアルタイムクロック２６で１時間経過するタイミングでＣＰＵ１７を起動する。すると電流最小値特定手段１６が電流最小値以下を検出する（Ｓ１３）ので、電池電圧取得手段１１で開放電圧Ｖｎを取得する（Ｓ１４）。そして開放電圧対残容量変換手段１８で残容量Ｃｎ０に変換する（Ｓ１５）。次に充電スイッチ２４をオンして充電を開始する（Ｓ１６）。充電電流は電流最小値を超えるので、電流積算手段１３で充電電流をカウントして電流積算量Ｑｎを計測する（Ｓ１７）。次に充電スイッチ２４を無理やりオフして（Ｓ１８）、流れる電流を最小値以下にする。
【００１６】充電スイッチ２４をオフするタイミングは、リチウムイオン電池や鉛電池では、定電流充電から定電圧充電に移り、電流測定限界まで充電電流が絞られた時が望ましい。電流が小さい時点では充電スイッチ２４をオフした後、電池電圧が短時間に安定するので、開放電圧の取得が容易になる効果がある。またニッカド電池やニッケル水素電池では、−ΔＶ等で満充電検出して後、微少電流で３０分程度トリクル充電を実施してから充電スイッチ２４をオフするのが望ましい。リチウムイオン電池の充電と同様に、電流が小さい時点で充電スイッチ２４をオフすると電池電圧が短時間に安定する効果がある。但し、トリクル充電が長くなると、電池容量には加算されない充電電流が流れるので、劣化度算出の誤差になってしまう恐れがあるので注意を要する。
【００１７】こうして電池電圧取得手段１１で、安定した開放電圧Ｖ（ｎ＋１）を取得する。そして開放電圧対残容量変換手段１８を使って残容量Ｃ（ｎ＋１）０に変換する（Ｓ２０）。すると（１）式から劣化度αｃを算出する事ができる（Ｓ２１）。求めた劣化度αｃは実施の形態２と同様に不揮発性メモリーＥＥＰＲＯＭ２０に保存する（Ｓ２２）。ここで、充電時に流れる電流はマイナスで表すので、Ｑｎもマイナスになり、αｃはプラスになる。
【００１８】次に充電スイッチ２４をオンして元の充電に復帰させる（Ｓ２３）。元の充電に復帰すると、リチウムイオン電池や鉛電池では定電圧充電が継続して、一定時間が経過した後充電スイッチ２４がオフして（Ｓ２４）、充電が終了する（Ｓ２５）。またニッカド電池やニッケル水素電池ではそのまま充電が終了（Ｓ２５）しても良いし、トリクル充電が継続しても良い（Ｓ２３）。従来の充電方法は、安全性を考慮して、一定時間経過すると充電を終了する（Ｓ２５）のが一般的である。
【００１９】次に実施の形態４の動作フローを、図５を用いて説明する。先ずこれまでの実施の形態で説明してきた方法で、劣化度取得手段３を使って複数期間Ｔｎの劣化度αｃｎを算出する（Ｓ３１）。次に劣化度保存手段４でαｃｎをＥＥＰＲＯＭ２０等の不揮発性メモリーに保存する（Ｓ３２）。但し全てのαｃｎを保存する必要はなく、複数個保存すれば良い。図５のフローでは、一定期間をおいて（Ｓ３３）から（Ｓ３１）に戻って繰り返しαｃｎを取得する様子を示している。
【００２０】一方複数個のαｃｎが保存されると、劣化度取得手段３を使って保存されているαｃｎの内、複数個のαｃｍを呼び出して（Ｓ３４）、αｃｍの時間関数を算出する事ができる。例えばαｃｍが２個であれば、期間経過と共に直線的に劣化する関数が得られる。すると一般的に電池寿命時点を指す半分容量までの期間Ｔｅは、αｃｍに２を代入して求める事ができる。もちろんαｃｍが３個以上あれば、αｃｍの期間関数はさらに精度の良い近似曲線として取得できる。
【００２１】なお、これまで説明してきた実施の形態において、劣化度保存手段４で保存した劣化度αｃは、劣化度出力手段５を通して、表示手段６である外部モニターや電池機器２に内蔵した液晶ディスプレー２２等に出力する。実施の形態４では、表示手段２２である液晶ディスプレー等にαｃｍの時間関数をグラフの形で表示して、劣化の期間経過をユーザーに知らせる事も可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明では、電池機器２に劣化度取得手段３と劣化度保存手段４と劣化度出力手段を備える事で、故障などで修理に戻ってきた電池機器２から外部モニターなどの表示手段６を接続して電池機器システムにして、劣化度を表示する事ができる。一般的に電池の不良を見つけ出すには長時間を要するが、本発明によっていち早く電池の不良かどうかを判断できるために、電池機器２の整備コストを大幅に削減できる効果は大きい。
【００２３】また図２に示すように表示手段６を液晶ディスプレー２２にして電池機器２に内蔵すれば、従来実現しなかったユーザーに対する劣化度の通知ができる。この事は、ユーザーが電池に抱く、この電池は正常なのだろうかと言う漠然とした不安を解消できる効果がある。
【００２４】また実施の形態２で示した劣化度取得手段３を使用すると、劣化度の算出精度が上がる効果がある。
【００２５】また実施の形態３で示したように、劣化度を算出するための充電あるいは放電モードを設定すると、さらに精度の良い劣化度を安定して取得できる効果がある。
【００２６】さらに複数の劣化度を劣化度保存手段４で保存する事で、劣化度の期間経過を期間関数で取得できて、電池１の寿命を予測できる。この事はユーザーが、あらかじめ電池の取替え時期を知る事ができるので、従来にはない安心感が得られる効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のブロック図である。
【図２】実施の形態２のブロック図である。
【図３】実施の形態２のフローチャートである。
【図４】実施の形態３のフローチャートである。
【図５】実施の形態４のフローチャートである。
【符号の説明】
１は電池
２は電池機器
３は劣化度取得手段
４は劣化度保存手段
５は劣化度出力手段
６は表示手段
８は制御手段
９は電池パック
１４はＩＣ
１５はセット
１７はＣＰＵ
１９はＲＯＭ
２０はＥＥＰＲＯＭ
２１はＲＡＭ
２７は充電器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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