(57)【要約】【課題】電池の満充電容量の検出時間を短縮して、能率よく多量の電池の満充電容量を検出する。【解決手段】電池の満充電容量を検出する方法は、電池電圧が設定電圧になるまで定電流充電し、その後、定電圧充電に切り換えて電池を充電し、定電圧充電と定電流充電の充電電流から電池の満充電容量を検出する。さらに、検出方法は、定電流充電した後に定電圧充電し、特定時間になると充電電流と充電容量のいずれかまたは両方を検出し、検出した充電電流と充電容量のいずれかまたは両方をパラメータとして電池の満充電容量を演算する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池電圧が設定電圧になるまで定電流充電し、その後、定電圧充電に切り換えて電池を充電し、定電圧充電と定電流充電の充電電流から電池の満充電容量を検出する方法において、
定電流充電した後に定電圧充電し、特定時間になると充電電流と充電容量のいずれかまたは両方を検出し、検出した充電電流と充電容量のいずれかまたは両方をパラメータとして電池の満充電容量を演算する電池の満充電容量を検出する方法。
【請求項２】
複数の特定時間に充電電流と充電容量のいずれかまたは両方を検出して満充電容量を演算する請求項１に記載される電池の満充電容量を検出する方法。
【請求項３】
検出した充電電流と充電容量のいずれかまたは両方をパラメータとして、演算関数に基づいて電池の満充電容量を演算する請求項１に記載される電池の満充電容量を検出する方法。
【請求項４】
特定時間のスタート時間が定電圧充電の開始時である請求項１に記載される電池の満充電容量を検出する方法。
【請求項５】
満充電容量を検出する電池が非水系二次電池である請求項１に記載される電池の満充電容量を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池を定電流充電した後に定電圧充電して満充電し、満充電されるまでの電流から満充電容量を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池の満充電容量は、放電した状態から満充電して演算される。充電電流の積算値が満充電容量となるからである。この方法で満充電容量を演算するには、電池を満充電になるまで充電する必要がある。電池を満充電する方法として、定電流充電と定電圧充電がある。定電流充電は短時間で満充電できる。ただ、この方法は電池電圧を設定電圧以下に保持して電池を満充電できないので、リチウムイオン二次電池のように電池電圧を設定電圧以下にしながら満充電する方法に使用できない。定電圧充電は電池電圧を設定電圧に保持して満充電できる。しかしながら、電池が満充電に近付くにしたがって充電電流が減少するので満充電するのに時間がかかる。
【０００３】
図１に示すように、電池の電圧が設定電圧になるまでは定電流充電し、その後定電圧充電に切り換えて満充電する方法によっても、定電圧充電に移行してから、電池が満充電になるにしたがって充電電流が減少するので、満充電するまでに時間がかかる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池の満充電に時間がかかるので、充電電流を積算して満充電容量を演算する従来の方法では、満充電容量の測定に時間がかかる。製造工程において、膨大な数の電池が多量生産されるので、各々の電池の満充電容量を測定する時間をいかに短縮できるかは極めて大切である。
【０００５】
本発明は、このことを実現することを目的に開発されたもので、電池の満充電容量の検出時間を短縮して、能率よく多量の電池の満充電容量を検出できる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池の満充電容量を検出する方法は、電池電圧が設定電圧になるまで定電流充電し、その後、定電圧充電に切り換えて電池を充電し、定電圧充電と定電流充電の充電電流から電池の満充電容量を検出する。さらに、本発明の検出方法は、定電流充電した後に定電圧充電し、特定時間になると充電電流と充電容量のいずれかまたは両方を検出し、検出した充電電流と充電容量のいずれかまたは両方をパラメータとして電池の満充電容量を演算する。
【０００７】
本発明の検出方法は、複数の特定時間に充電電流と充電容量のいずれかまたは両方を検出して満充電容量を演算することができる。さらに、本発明の検出方法は、検出した充電電流と充電容量のいずれかまたは両方をパラメータとして、演算関数に基づいて電池の満充電容量を演算することができる。
【０００８】
さらに、本発明の検出方法は、特定時間のスタート時間を、定電圧充電の開始時とすることができる。さらに、本発明の検出方法は、満充電容量を検出する電池を、非水系二次電池とすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池の満充電容量を検出する方法を例示するものであって、本発明は満充電容量の検出方法を以下のものに特定しない。
【００１０】
本発明の電池の満充電容量を検出する方法は、電池を満充電することなく満充電容量を演算する。本発明は、非水系二次電池の満充電容量を演算するのに最適である。ただ、定電流充電した後に定電圧充電して満充電する全ての二次電池の満充電容量を演算することができる。
【００１１】
定電流充電して電池電圧が設定電圧まで上昇すると、定電圧充電に切り換えて満充電する充電方法において、電池の充電電流と充電容量は、図２と図３に示すように変化する。定電流充電において、電池は一定の電流で充電される。この状態における電池の充電容量は、充電電流と時間の積で計算される。定電圧充電になると充電電流は次第に減少するので、充電電流の積算値で充電容量が計算される。従来の方法は、鎖線で示すように、充電電流がほとんど０になるまで充電して電池を満充電して、充電電流を積算して満充電容量を計算している。たとえば、定電圧充電の充電電流が、充電を開始したときの充電電流の数％になるまで充電している。
【００１２】
本発明の満充電容量を検出する方法は、鎖線で示す時間までは電池を充電しない。定電圧充電に切り換えて、定電圧充電における充電電流の変化から鎖線で示す領域の充電容量を推測して満充電容量を演算する。定電圧充電における充電電流の変化は、特定時間における充電電流と充電容量のいずれか又は両方から検出する。検出された充電電流と充電容量のいずれか又は両方をパラメータとして、鎖線で示す領域の充電容量を推測して満充電容量を演算する。好ましくは、充電電流と充電容量の両方をパラメータとして、満充電容量を演算するが、充電電流又は充電容量のいずれか一方をパラメータとして満充電容量を演算することもできる。
【００１３】
満充電容量は、複数の特定時間における充電電流と充電容量をパラメータとして正確に演算できる。満充電容量を簡単に演算するには、ひとつの特定時間における充電電流と充電容量から満充電容量を演算する。充電電流や充電容量を検出する特定時間は、定電圧充電に切り換えた時間からカウントされる。ただ、充電を開始した時間から特定時間をカウントすることもできる。とくに、複数の特定時間において、充電電流を検出する方法は、定電流充電から定電圧充電に切り換えられたことを検出できる。定電圧充電になると充電電流が変化するからである。このため、複数の特定時間の充電電流と充電容量を検出して、満充電容量を演算することができる。それは、充電電流から定電流充電と定電圧充電を識別できるからである。ただ、定電流充電から定電圧充電に切り換えられたときに、特定時間のカウントを開始させる方法は、簡単に満充電容量を演算できる。
【００１４】
特定時間は、定電圧充電において電池が満充電される時間から最適値が設定される。とくに、複数の特定時間に充電電流等を検出する場合、最後の特定時間を、電池を定電圧充電して満充電するトータル定電圧充電時間の３０〜７０％、好ましくは３０〜６０％、最適には約５０％とする。最後の特定時間を長くすることは、満充電容量の精度を向上させる傾向がある。ただ、最後の特定時間を長くすることは、満充電容量の検出時間を長くする。このため、満充電容量の測定精度と測定時間から、最後の特定時間を特定する。
【００１５】
図２と図３は、４つの特定時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける充電電流と充電容量をパラメータとして検出する状態を示している。最後の特定時間Ｄは、トータル定電圧充電時間の５０％とし、最初の特定時間Ａをトータル定電圧充電時間の２５％としている。最初と最後の間に均等にふたつの特定時間Ｂ、Ｃを設けている。図は、トータル定電圧充電時間を６０分とする電池の特定時間を示している。したがって、特定時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは順番に、１５分、２０分、２５分、３０分としている。ただし、本発明は、特定時間を図に示す時間に特定しない。特定時間は、前述の範囲で複数に設けることができる。また、特定時間を４つよりも少なく、あるいは多くすることもできる。さらに、最初の特定時間は、トータル定電圧充電時間の２５％よりも短くすることもできる。
【００１６】
特定時間に充電電流と充電容量が検出されると、これをパラメータとして満充電容量を演算する。満充電容量は、検出した充電電流と充電容量等のいずれかまたは両方をパラメータとして、演算関数に基づいて演算する。演算関数は、充電電流と充電容量をパラメータとする関数とする。たとえば、図２と図３に示すように、４つの特定時間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける充電電流と充電容量を検出して、これ等をパラメータとして満充電容量を演算する演算関数は、８つのパラメータから満充電容量を演算するので８元１次関数である。
【００１７】
この演算関数は、以下の関数として、満充電容量を演算する。
満充電容量＝定電流充電の充電容量＋Ａ１Ｃ（１５）＋Ａ２Ｃ（２０）＋Ａ３Ｃ（２５）＋Ａ４Ｃ（３０）＋Ｂ１Ｉ（１５）＋Ｂ２Ｉ（２０）＋Ｂ３Ｉ（２５）＋Ｂ４Ｉ（３０）………（１）
【００１８】
ただし、この（１）式においてＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は定数で、Ｃ（１５）、Ｃ（２０）、Ｃ（２５）、Ｃ（３０）、Ｉ（１５）、Ｉ（２０）、Ｉ（２５）、Ｉ（３０）は以下のパラメータである。
Ｃ（１５）…定電圧充電に切り換えられて１５分間定電圧充電される充電容量
Ｃ（２０）…定電圧充電に切り換えられて２０分間定電圧充電される充電容量
Ｃ（２５）…定電圧充電に切り換えられて２５分間定電圧充電される充電容量
Ｃ（３０）…定電圧充電に切り換えられて３０分間定電圧充電される充電容量
Ｉ（１５）…定電圧充電に切り換えられて１５分後の充電電流
Ｉ（２０）…定電圧充電に切り換えられて２０分後の充電電流
Ｉ（２５）…定電圧充電に切り換えられて２５分後の充電電流
Ｉ（３０）…定電圧充電に切り換えられて３０分後の充電電流
【００１９】
定数のＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、電池を最後まで定電圧充電して満充電容量を測定し、満充電容量が現実に測定された電池のＣ（１５）、Ｃ（２０）、Ｃ（２５）、Ｃ（３０）、Ｉ（１５）、Ｉ（２０）、Ｉ（２５）、Ｉ（３０）を検出し、これを演算関数に代入して、最小自乗法等で計算される。満充電を検出する電池のタイプが同じであると（１）式の定数は同じになるので、充電電流と充電容量を検出してこれをパラメータとして演算関数から満充電容量が演算される。
【００２０】
以上の演算関数は、簡単な１次関数であるから演算速度を速くして正確に満充電容量を演算できる。とくに、充電電流と充電容量をパラメータとして演算関数に代入して簡単に満充電容量を演算できる。ただし、演算関数を１次関数には特定しない。たとえば、定電圧充電において、充電される各々の電池の充電電流が変化する状態から、各々の電池に特有の充電電流が変化する状態を示す演算関数を演算し、演算された充電電流の変化から定電圧充電の充電容量を演算することもできる。この方法は、定電圧充電に移行してから複数の特定時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・・ｔｎ）における充電電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、・・・Ｉｎ）を検出し、検出した充電電流をパラメータとして、以下のｎ次関数で表される演算関数（２）から時間を関数とする充電電流を求め、演算された充電電流から定電圧充電の充電容量を演算し、定電圧充電の充電容量を定電流充電の充電容量に加算して満充電容量を演算することができる。
【００２１】
Ｉ（ｔ）＝Ｃ＋Ｃ１ｔ＋Ｃ２ｔ２＋Ｃ３ｔ３＋Ｃ４ｔ４＋・・・＋Ｃｎｔｎ…………（２）
ただし、この式において、Ｉ（ｔ）は、定電圧充電を開始してから時間ｔ経過後の充電電流、Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・、Ｃｎは定数、ｔは定電圧充電を開始してからの経過時間である。この演算関数は、満充電容量を演算するのではない。時間ｔ後の充電電流の変化を演算する。充電電流の変化が演算されると、充電電流を積算して満充電容量が演算される。定数のＣ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・、Ｃｎは、多数の特定時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・・ｔｎ）における充電電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、・・・Ｉｎ）を検出し、検出された充電電流を代入して最小自乗法等で計算される。満充電を検出する電池のタイプが同じであると（２）式の定数も同じになるので、この演算関数から時間に対する充電電流を演算し、演算された充電電流から定電圧充電に移行してからの充電容量を演算できる。定電流充電の充電容量は検出されているので、定電流充電の充電容量に、定電圧充電の充電容量を加算して満充電容量を演算できる。
【００２２】
また、定電圧充電に移行してから、充電する各々の電池の充電電流が変化する状態を検出して、検出した充電電流を積算して各々の電池に特有の充電容量が変化する状態を示す演算関数を演算し、演算された充電容量の変化から定電圧充電に移行してからの充電容量を演算することもできる。この方法は、定電圧充電に移行してから複数の特定時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・・ｔｎ）における充電電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、・・・Ｉｎ）を検出し、充電電流から充電容量を積算して充電容量を演算し、演算された充電容量に基づいて、時間をパラメータとする以下のｎ次関数で表される演算関数（３）を演算し、演算された演算関数から、定電圧充電における充電容量を演算することができる。
ＣＡｈ（ｔ）＝Ｄ＋Ｄ１ｔ＋Ｄ２ｔ２＋Ｄ３ｔ３＋Ｄ４ｔ４＋・・・＋Ｄｎｔｎ…………（３）
ただし、この式において、ＣＡｈ（ｔ）は、定電圧充電を開始してから時間ｔ経過後の充電容量、Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４・・・、Ｄｎは定数、ｔは定電圧充電を開始してからの経過時間である。この演算関数は、時間をパラメータとして、定電圧充電における充電容量を演算する。定数のＤ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４・・・、Ｄｎは、多数の特定時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・・ｔｎ）における充電容量（ＣＡｈ１、ＣＡｈ２、ＣＡｈ３、・・・ＣＡｈｎ）を検出し、検出された充電容量を代入して最小自乗法等で計算される。満充電を検出する電池のタイプが同じであると（３）式の定数も同じになるので、この演算関数から時間に対する定電圧充電における充電容量を演算し、演算された充電容量から定電圧充電に移行してからの充電容量を演算できる。定電圧充電における充電容量は、電池を満充電できる時間よりも長い時間に時間（ｔ）を設定して、（３）の関数から充電容量を演算する。演算された定電圧充電の充電容量は、定電流充電の充電容量に加算されて電池の満充電容量となる。
【００２３】
さらに、本発明の満充電容量の検出方法は、演算関数によらず、特定時間における充電電流や充電容量から満充電容量を演算するテーブルを記憶媒体に記憶させ、記憶媒体のテーブルに基づいて満充電容量を演算することもできる。
【００２４】
【実施例】
［実施例１］
以下のようにして、電池の満充電容量を検出する。この電池は、定格容量を１１００ｍＡｈとする非水系二次電池である。
電池を定電流充電した後に、定電圧充電に切り換えて充電する。充電している電池の電圧が、４．１Ｖに上昇すると、定電流充電から定電圧充電に切り換える。定電流充電は一定の電流で充電するので、充電電流に充電時間をかけて充電容量を演算する。
【００２５】
４．１Ｖの定電圧充電は、定電圧充電に切り換えてから３０分間行い、定電圧充電に切り換えてから、特定時間である１５分、２０分、２５分、３０分後における充電電流を検出し、さらに検出した充電電流を積算して、この特定時間における充電容量を演算する。特定時間における充電電流と充電容量を、以下の８元１次関数の演算関数（１）に代入して、満充電容量を演算する。
満充電容量＝定電流充電の充電容量＋Ａ１Ｃ（１５）＋Ａ２Ｃ（２０）＋Ａ３Ｃ（２５）＋Ａ４Ｃ（３０）＋Ｂ１Ｉ（１５）＋Ｂ２Ｉ（２０）＋Ｂ３Ｉ（２５）＋Ｂ４Ｉ（３０）………（１）
【００２６】
電池の満充電容量は、この演算関数に基づいて演算されるが、１０，０００個の電池を満充電するまで充電して、このタイプの電池の定数を演算して、演算関数を特定する。演算関数（１）の定数Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、電池を最後まで定電圧充電して満充電容量を測定し、満充電容量が現実に測定された電池のＣ（１５）、Ｃ（２０）、Ｃ（２５）、Ｃ（３０）、Ｉ（１５）、Ｉ（２０）、Ｉ（２５）、Ｉ（３０）を検出し、これを演算関数（１）に代入して、最小自乗法等で計算する。この実施例の電池は、演算された定数のＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４が以下の値となる。
Ａ１＝　１．２２３
Ａ２＝−０．３１３２
Ａ３＝　４．２６５
Ａ４＝−５．２２２４
Ｂ１＝　０．０４１００
Ｂ２＝　０．２９５０
Ｂ３＝−０．２４２４
Ｂ４＝　０．８６１５
【００２７】
この演算関数に基づいて演算された満充電容量を、現実に実測された満充電容量に比較すると、演算された満充電容量の最大誤差は８．７ｍＡｈとなり、最大でも１％以下と極めて少なくなる。さらに、誤差が規格容量の５ｍＡｈ以内のものが９９．１５％となり、ほとんどの電池が誤差５ｍＡｈ以下となる。
【００２８】
実施例１に限らず、充電電流、充電容量からなるパラメータを適宜に設定して、満充電容量を算出することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の電池の満充電容量を検出する方法は、検出時間を短縮して能率よく多量の電池の満充電容量を正確に検出できる特長がある。それは、本発明の検出方法が、電池を定電流充電した後に定電圧充電する方法であって、特定の時間になると充電電流と充電容量のいずれかまたは両方を検出して、検出した充電電流と充電容量のいずれかまたは両方をパラメータとして電池の満充電容量を演算するからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池を定電流充電した後、定電圧充電して満充電するときの充電電流と充電電圧を示すグラフ
【図２】本発明の実施例にかかる電池の満充電容量を検出する方法において、定電流充電した後、定電圧充電するときの充電電流を示すグラフ
【図３】本発明の実施例にかかる電池の満充電容量を検出する方法において、定電流充電した後、定電圧充電するときの充電容量を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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