(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電池寿命を検出する電池寿命検出装置であって、
外部電力によって充電された後にこの外部電力から切り離された前記二次電池が出力する電圧に含まれる直流成分を除去し交流成分のみを通過させるバッファを通して所定時間毎に検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段に入力された前記二次電池の電圧値に基づいて、電池寿命が近づいた場合に放電による電圧低下に比べて短い時間で変動する電圧の小刻みな変動である電圧変動値を所定時間毎に入力された２つの電圧値の差に基づいて算出する電圧変動算出手段と、
基準となる許容電圧変動値が設定されており、この許容電圧変動値と前記電圧変動値の絶対値とを比較して前記電池寿命の判定を行う電池寿命判定手段と、を備えている
ことを特徴とする電池寿命検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池寿命検出装置において、
前記二次電池は、ニッケル酸化物を用いる正極と、水素吸蔵合金を用いる負極とを有するニッケル・水素蓄電池である
ことを特徴とする電池寿命検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の電池寿命を検出する電池寿命検出装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来より、ヘッドホンステレオ、携帯電話、ビデオカメラ、携帯型測定機およびノート型パソコン等の携帯型機器には、主電源として二次電池が利用されている。
二次電池は、一度放電しても外部の電源から放電時と逆の方向に電流を流すこと（充電）により、再び放電前の状態に戻り、何度も繰り返し使用できる電池である。
このような二次電池は、何度も充電して繰り返し使用すると、ついには、いわゆる電池寿命となり、それ以上充電しても電力の供給が不可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような二次電池では、当該二次電池を充電した後、その二次電池から電力が供給されるか否かで電池寿命を判断するので、事前に予測することは困難であるという問題がある。
このため、携帯型機器の動作をなるべく中断させないで連続的にするには、予め新しい二次電池を購入しておき、二次電池が電池寿命となったときに、速やかに新しいものに交換できるようにしておく必要がある。
しかしながら、電池寿命は、二次電池を充電した後でないと判断できないうえ、新しい二次電池も充電しなければ使用できないので、二次電池の寿命が尽きると、携帯型機器の中断時間が長引くという問題がある。
また、予め予備として新しい二次電池を充電して保管しておいても、新しい二次電池を長期に保管しておくと、自然放電により、いわゆる容量抜けが発生し、これにより、二次電池の容量が充分確保できないおそれがあり、容量確保のために充電を再度行ったのでは、中断時間が長引くという問題を解決することができない。以上の問題により、二次電池の寿命の予測が要請されていた。
【０００４】
本発明の目的は、二次電池の電池寿命を予測することが可能な電池寿命検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池寿命検出装置は、二次電池の電池寿命を検出する電池寿命検出装置であって、外部電力によって充電された後にこの外部電力から切り離された前記二次電池が出力する電圧に含まれる直流成分を除去し交流成分のみを通過させるバッファを通して所定時間毎に検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段に入力された前記二次電池の電圧値に基づいて、電池寿命が近づいた場合に放電による電圧低下に比べて短い時間で変動する電圧の小刻みな変動である電圧変動値を所定時間毎に入力された２つの電圧値の差に基づいて算出する電圧変動算出手段と、基準となる許容電圧変動値が設定されており、この許容電圧変動値と前記電圧変動値の絶対値とを比較して前記電池寿命の判定を行う電池寿命判定手段と、を備えていることを特徴とする。
このような本発明では、ある種の二次電池においては、何度か充放電を繰り返していくと、放電中の電圧が小刻みに変動するようになり、電池寿命が近づくと電圧変動の振幅が著しく大きくなる特性を有することから、この特性を利用すれば、当該二次電池が放電しているときに、その電圧の変化を検出し、電圧変動の振幅が所定値を越えたら電池寿命とすることで、電池寿命が正確に判断可能となる。このため、二次電池を充電した後にその二次電池から電力が供給されるか否かで電池寿命を判断していたのと異なり、携帯型機器等の使用中に、二次電池の状態を逐次確認することが可能となる。これにより、二次電池の電池寿命を事前に予測することが可能となる。
そして、二次電池の電池寿命を事前に予測することができれば、予備の新しい二次電池を、使用中の二次電池の電池寿命に合わせた適切な時期、つまり、自然放電による容量抜け等のおそれがない時期に用意することができるため、使用中の二次電池が電池寿命となったときに、速やかに、充電された新しい二次電池に交換することが可能となる。これにより、携帯型機器の中断時間が短縮され、当該携帯型機器の動作を連続的にすることが可能となる。
【０００６】
電圧変動算出手段は、電圧検出手段により検出された２つの電圧値の差に基づいて電圧変動値を算出している。
ここで、二次電池の電圧変動は、放電による電圧低下に比べると、著しく短い時間で変動し、かつ、ほぼ一定の周期の波となって変化する。
そこで、電圧検出手段で波の山と谷との２つの電圧値を検出すれば、これらの電圧値の差から電圧変動の振幅が得られるようになり、容易に電池寿命の判定を行うことが可能となる。
【０００７】
電池寿命判定手段には、基準となる許容電圧変動値が設定されており、当該電池寿命判定手段は、許容電圧変動値と、電圧変動値の絶対値とを比較して電池寿命の判定を行う。
すなわち、実験等で電池寿命に達した二次電池の最後の放電特性を測定し、この測定から得られた電圧変動の振幅（変動幅）を許容電圧変動値として設定すれば、二次電池の電池寿命の判定が正確に行えるようになる。
【０００８】
さらに、二次電池としては、ニッケル酸化物を用いる正極と、水素吸蔵合金を用いる負極とを有するニッケル・水素蓄電池を採用できる。
このニッケル・水素蓄電池は、前述した電池寿命に近づくと、電圧変動の振幅が大きくなるという特性が顕著に表れるので、二次電池としてニッケル・水素蓄電池を採用すれば、電池寿命の予測が容易に行えるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る携帯型機器である携帯型測定器１が示されている。
携帯型測定器１は、図示しない操作部等を有する本体２と、この本体２に電圧Ｖｃｃ（電力）を供給する二次電池３と、本体２に供給される電圧Ｖｃｃを監視して二次電池３の電池寿命を検出する電池寿命検出装置４とを備えている。
また、携帯型測定器１は、二次電池３を主電源とするとともに、商用電源等の外部電力を利用して二次電池３を充電する図示しない充電器を備えている。この充電器により二次電池３を何度も充電し、当該二次電池３を繰り返し使用することで、連続的に動作が行われるようになっている。
二次電池３としては、ニッケル酸化物を用いる正極と、水素吸蔵合金を用いる負極とを有するニッケル・水素（Ｎｉ−ＭＨ）蓄電池が用いられている。
【００１０】
電池寿命検出装置４は、携帯型測定器１の内部に内蔵され、本体２と二次電池３との接続部分に接続されており、携帯型測定器１の使用中に、二次電池３から本体２に供給される電圧Ｖｃｃを監視し、その充放電状態を逐次確認し、二次電池３の電池寿命を事前に予測する装置である。
【００１１】
この電池寿命検出装置４は、二次電池３が出力する電圧Ｖｃｃに含まれる直流成分を除去し、交流成分のみを通過させるとともに、この交流成分の大きさを調節するバッファ５と、当該バッファ５から出力される電圧が入力される電圧検出手段である電圧検出回路４１と、この電圧検出回路４１に入力された二次電池３の電圧値Ｖｂａｔｔに基づいて後述する電圧変動値ΔＶｂａｔｔを算出する電圧変動算出手段である電圧変動算出回路４２と、当該電圧変動算出回路４２で得られた電圧変動値ΔＶｂａｔｔに基づいて電池寿命の判定を行う電池寿命判定手段である電池寿命判定回路４３とを備えている。
【００１２】
詳しくは、電圧検出回路４１は、バッファ５を介して二次電池３が出力する電圧Ｖｃｃを所定時間毎に検出するとともに、検出したアナログ信号としての電圧Ｖｃｃをデジタル信号の電圧値Ｖｂａｔｔに変換するアナログ／デジタルコンバータを有するものである。そして、変換したデジタル信号の電圧値Ｖｂａｔｔは、電圧変動算出回路４２に出力されるようになっている。
【００１３】
電圧変動算出回路４２は、前述の電圧検出回路４１から所定時間毎に入力された２つの電圧値Ｖｂａｔｔの差に基づいて、電池寿命の判定に用いる電圧変動値ΔＶｂａｔｔを算出するようになっている。
電圧変動値ΔＶｂａｔｔは、前回入力された第１の電圧値Ｖｂａｔｔと、今回入力された第２の電圧値Ｖｂａｔｔとの差の絶対値で算出されるようになっている。
ここで、電池寿命検出装置４の起動時は、それ以前に電圧検出を行っていないので、電圧変動算出回路４２には、その内部に予め前回値として設定された初期電圧値が記憶され、この初期電圧値と、今回検出された第２の電圧値Ｖｂａｔｔとから電圧変動値ΔＶｂａｔｔが算出されるようになっている。なお、初期電圧値としては、充電完了直後の二次電池３の出力電圧値が採用できる。
そして、電圧変動算出回路４２は、算出した電圧変動値ΔＶｂａｔｔを電池寿命判定回路４３に出力するようになっている。
【００１４】
電池寿命判定回路４３は、前述のように電圧変動算出回路４２で得られた電圧変動値ΔＶｂａｔｔに基づいて電池寿命の判定を行うものである。
具体的には、電池寿命判定回路４３には、電池寿命検出装置４の動作時に、使用する二次電池３によって異なる電池寿命時の電圧変動値、言い換えると、電池寿命の判定を行う際の基準となる許容電圧変動値Ｖｆａが予め設定されている。電池寿命判定回路４３は、この許容電圧変動値Ｖｆａと、電圧変動算出回路４２から入力された電圧変動値ΔＶｂａｔｔの絶対値とを比較し、許容電圧変動値Ｖｆａよりも算出された電圧変動値ΔＶｂａｔｔの絶対値の方が小さい場合には、二次電池３が電池寿命に達していないことを表示する正常ランプ５１を点灯させるようになっている。
逆に、許容電圧変動値Ｖｆａよりも算出された電圧変動値ΔＶｂａｔｔの絶対値の方が大きい場合には、二次電池３が電池寿命に近づいてきていることを表示する電池寿命警告ランプ５２を点灯させるようになっている。
なお、電圧変動算出回路４２および電池寿命判定回路４３は、電池寿命検出装置４の中央演算処理部（ＣＰＵ）５０内に組み込まれたプログラムに含まれるソフトウェアモジュールとして構成されている。
【００１５】
次に、このような電池寿命検出装置４の動作を図２を用いて説明する。
本体２を起動すると、ＣＰＵ５０内の電圧変動算出回路４２および電池寿命判定回路４３がスタートする。すると、電池寿命検出装置４の電圧検出回路４１が、二次電池３の使用中に当該二次電池３から出力される電圧Ｖｃｃを所定時間毎に検出し、電圧値Ｖｂａｔｔを検出する（Ｓ１）。
検出した電圧値Ｖｂａｔｔを電圧変動算出回路４２に入力し、予め設定されている初期電圧値との差の絶対値、つまり、電圧変動値ΔＶｂａｔｔを算出する（Ｓ２）。
この電圧変動値ΔＶｂａｔｔを、電池寿命判定回路４３に入力し、予め設定された許容電圧変動値Ｖｆａ（Ｓ３）との大小を比較する（Ｓ４）。
ここで、二次電池３が新しいと、その放電特性は、図３に示されるように、電圧変動がほとんどない滑らかな放電曲線を描きながら電圧が低下している。
このため、算出した電圧変動値ΔＶｂａｔｔは、許容電圧変動値Ｖｆａよりも小さくなる。すると、使用中の二次電池３が電池寿命に達していないと判定され、正常ランプ５１が点灯する（Ｓ６）。
正常ランプ５１が点灯した後、本体２の動作が終了したか否か確認し（Ｓ７）、終了していたら電池寿命の検出を終了する（Ｓ８）。
終了していない場合には、再度電池寿命の検出を何度も繰り返す。
【００１６】
また、二次電池３が過充電を１００回前後繰り返したものであり、放電後、充電して再使用可能であれば、その放電特性は、図４に示されるように、放電による電圧低下とともに、電圧が小刻みに、かつ、微小振幅で変動している。このような二次電池３においても、算出した電圧変動値ΔＶｂａｔｔは、許容電圧変動値Ｖｆａよりも小さくなるので、使用中の二次電池３が電池寿命に達していないと判定され、正常ランプ５１が点灯する（Ｓ６）。
正常ランプ５１が点灯した後、本体２の動作が終了したか否か確認し（Ｓ７）、終了していたら電池寿命の検出を終了する（Ｓ８）。
終了していない場合には、再度電池寿命の検出を何度も繰り返す。
【００１７】
一方、二次電池３は、寿命が近づくと、その放電特性は、図５に示されるように、振幅の大きい電圧変動を周期的に繰り返しながら徐々に電圧が低下していく。このため、算出した電圧変動値ΔＶｂａｔｔが許容電圧変動値Ｖｆａよりも大きくなり、二次電池３が電池寿命に近づいてきていると判定され、電池寿命警告ランプ５２が点灯（Ｓ５）する。
電池寿命警告ランプ５２が点灯した後、作業者等に知らせるとともに、電池寿命の検出を終了する（Ｓ８）。
なお、電池寿命警告ランプ５２は、使用中の二次電池３を新しい二次電池３に交換するまで点灯している。
【００１８】
ここで、二回目以降に算出される電圧変動値ΔＶｂａｔｔは、所定時間毎に検出する２つの電圧値Ｖｂａｔｔの差の絶対値を算出して求める。例えば、前回入力された第１の電圧値Ｖｂａｔｔと、今回入力された第２の電圧値Ｖｂａｔｔとの差の絶対値で算出する。
【００１９】
以上において、前述の二次電池３の電圧Ｖｃｃを所定時間毎に検出する際の所定時間としては、電圧の変動の仕方によって、適宜、波の山と谷との電圧が検出可能な時間に設定すればよく、具体的には、１分〜５分程度に設定できる。
【００２０】
また、これらの特性から、前述した許容電圧変動値Ｖｆａは、図５のような電池寿命に達した二次電池３の最後の放電特性から得られる電圧変動の振幅から設定することが可能となる。そこで、予め、ニッケル・水素蓄電池の放電特性を実験等で求めておき、この実験結果から具体的な許容電圧変動値Ｖｆａを設定すればよい。なお、本実施形態の許容電圧変動値Ｖｆａとしては、０．１Ｖが設定できる。
【００２１】
このような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、携帯型測定器１の使用中に、二次電池３の状態を逐次確認することができるので、二次電池３の電池寿命を事前に予測することができる。
そして、二次電池３の電池寿命を事前に予測することができるので、予備の新しい二次電池３を、使用中の二次電池３の電池寿命に合わせた適切な時期、つまり、自然放電による容量抜け等のおそれがない時期に用意することができる。このため、使用中の二次電池３が電池寿命となったときに、速やかに、充電された新しい二次電池３に交換することができる。これにより、携帯型機器の中断時間が短縮され、当該携帯型機器の動作を連続的にすることができる。
【００２２】
また、電圧検出回路４１で波の山と谷との２つの電圧値Ｖｂａｔｔを検出し、これらの電圧値Ｖｂａｔｔの差から得られる電圧変動の振幅を電圧変動値ΔＶｂａｔｔとしたので、この電圧変動値ΔＶｂａｔｔの大小によって容易に電池寿命の判定を行うことができる。
【００２３】
さらに、実験結果から得られた電圧変動の振幅（変動幅）を許容電圧変動値Ｖｆａとして設定したので、二次電池３の電池寿命の判定を正確に行うことができる。
【００２４】
また、二次電池３として採用したニッケル・水素蓄電池は、電池寿命に近づくと、電圧変動の振幅が大きくなるという特性が顕著に表れるので、このような特性を利用した本電池寿命検出装置４では、電池寿命の予測を容易にできる。
【００２５】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、二次電池３としては、ニッケル・水素蓄電池に限らず、何度か充放電を繰り返していくと、放電中の電圧が小刻みに変動するようになり、電池寿命が近づくと電圧変動の振幅が著しく大きくなる特性と同様の特性が得られる電池であればよく、このような特性を有する電池であれば、本電池寿命検出装置４を容易に適用することができる。
【００２６】
また、許容電圧変動値Ｖｆａとしては、電池寿命に達した二次電池３の最後の放電特性の測定から得られた電圧変動の振幅（変動幅）から設定するに限らず、例えば、二次電池３に内蔵されているセルの枚数等によって設定してもよく、実施に当たって適宜設定すればよい。
【００２７】
さらに、電池寿命判定手段としては、許容電圧変動値Ｖｆａと、電圧変動値ΔＶｂａｔｔの絶対値とを比較して電池寿命の判定のみを行うものに限らず、例えば、電圧変動の振幅の最大値、最小値を表示し、作業者によっても電圧変動値ΔＶｂａｔｔが算出できるようにし、作業者自身が電池寿命の判定を行えるようにしてもよい。
【００２８】
また、電圧変動算出手段としては、電圧検出回路４１により検出された２つの電圧値Ｖｂａｔｔの差に基づいて電圧変動値ΔＶｂａｔｔを算出するものに限らず、例えば、電圧値Ｖｂａｔｔを３つ以上求め、これらの値から平均電圧値を算出し、この平均電圧値と、検出した電圧値Ｖｂａｔｔとから電圧変動値ΔＶｂａｔｔを求めてもよいし、あるいは、電圧検出回路４１で多数の電圧値Ｖｂａｔｔを検出し、これら電圧値Ｖｂａｔｔから電圧変動の波形を特定し、この波形の振幅の最大値および最小値から電圧変動値ΔＶｂａｔｔを算出してもよい。
【００２９】
さらに、本発明の電池寿命検出装置としては、携帯型測定器１に内蔵するに限らず、例えば、携帯型測定器１とは別個に設けられた充電器等に組み込んでもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の電池寿命検出装置によれば、二次電池の電池寿命を予測することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における電池寿命検出装置の構成を示す図である。
【図２】前記実施形態における電池寿命検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】前記実施形態におけるニッケル・水素蓄電池の放電特性を示す図である。
【図４】前記実施形態におけるニッケル・水素蓄電池の放電特性を示す図である。
【図５】前記実施形態におけるニッケル・水素蓄電池の放電特性を示す図である。
【符号の説明】
３  二次電池
４  電池寿命検出装置
４１  電圧検出手段である電圧検出回路
４２  電圧変動算出手段である電圧変動算出回路
４３  電池寿命判定手段である電池寿命判定回路
Ｖｃｃ  電圧
Ｖｂａｔｔ  電圧値
ΔＶｂａｔｔ  電圧変動値
Ｖｆａ  許容電圧変動値
【図１】
0003943743.tif 000002
【図２】
0003943743.tif 000003
【図３】
0003943743.tif 000004
【図４】
0003943743.tif 000005
【図５】
0003943743.tif 000006