(57)【要約】【課題】実使用時における電池セルの内部インピーダンスを正確に測定する。【解決手段】  充電電流値が１［Ａ］以上などの所定電流値以上であり、かつ、充電開始から２分以上などの所定時間が経過した場合に、充電制御ＦＥＴ１２ａを繰り返しＯＮ／ＯＦＦさせることにより、電池セル１１に対してパルス状の充電電流が供給され、セル電圧がパルス状の波形となる。このように、充電制御ＦＥＴ１２ａをＯＮ／ＯＦＦさせた場合の充電電流の変動量の平均値ΔＩaveと、セル電圧の変動量の平均値ΔＶaveとを算出する。そして、上述のように算出したセル電圧の変動量の平均値ΔＶaveを充電電流の変動量の平均値ΔＩaveで除することにより、充電中における電池セル１１の内部インピーダンスＲ1を算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または複数の電池セルを備える電池パックにおいて、
上記電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチと、
上記充電制御スイッチを制御する制御部と
を有し、
上記制御部は、
上記充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および上記電池セルの第１のセル電圧と、上記充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および上記電池セルの第２のセル電圧とを測定し、
上記第１の充電電流および上記第２の充電電流に基づく充電電流の変動量と、上記第１のセル電圧および上記第２のセル電圧に基づくセル電圧の変動量とを算出し、
上記充電電流の変動量および上記セル電圧の変動量に基づき上記電池セルの内部インピーダンスを算出する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記制御部は、
充電開始から２分以上経過した後に、上記充電制御スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して上記内部インピーダンスを測定する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１に記載の電池パックにおいて、
上記制御部は、
上記電池セルに流れる充電電流が１［Ａ］以上である場合に、上記充電制御スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して上記内部インピーダンスを測定する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項４】
１または複数の電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および上記電池セルの第１のセル電圧と、上記充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および上記電池セルの第２のセル電圧とを測定し、
上記第１の充電電流および上記第２の充電電流に基づく充電電流の変動量と、上記第１のセル電圧および上記第２のセル電圧に基づくセル電圧の変動量とを算出し、
上記充電電流の変動量および上記セル電圧の変動量に基づき上記電池セルの内部インピーダンスを算出する
ことを特徴とする内部インピーダンスの算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の電池パックおよび電池セルの内部インピーダンスの算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯型電子機器では、その電源として、軽量、高容量、残容量検出の容易さ、サイクル寿命の長さといった利点を有するリチウムイオン二次電池を用いた電池パックが広く使用されている。
【０００３】
通常、電池パックは、充放電を繰り返すことにより劣化してしまい、動作時間が短くなってしまう。そこで、このような電池パックでは、満充電容量や残容量、劣化度合いなどの電池パックの状態を検出する処理を行うようにしている。
【０００４】
満充電容量や残容量、劣化度合いなどの状態を検出する処理は、例えば、電池パックに搭載された電池セルの内部インピーダンスなどを予め測定しておくとともに、実使用時に電池セルの充放電電流やセル電圧を測定し、これらの測定結果に基づいて行われる。
【０００５】
例えば、下記の特許文献１には、電池パックが接続された電子機器の動作がＯＦＦしている状態の電池電圧と、電子機器が動作中で定電流負荷が想定される状態での電池電圧とに基づいて電池の劣化度合いを判断する技術が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０８４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電池セルは、一般に、充放電を繰り返すことによって劣化し、その内部インピーダンスが増加することが知られている。そのため、充放電が繰り返された電池パックでは、実使用時における内部インピーダンスが初期状態よりも増加しており、内部インピーダンスの値に誤差が生じてしまう。
【０００８】
このように、予め測定された初期状態の内部インピーダンスと、現時点における内部インピーダンスとの間に誤差が生じている場合に、初期状態の内部インピーダンスを用いて各種状態検出処理を行うと、現時点の状態を正確に検出することが困難である。
【０００９】
電池パックの現時点の状態を正確に検出するためには、現時点における内部インピーダンスを測定する必要がある。現時点における内部インピーダンスは、例えば、電流および電圧が変動するタイミングにおける電流および電圧の変動量に基づき算出することができる。
【００１０】
しかしながら、この場合には、電流および電圧の変動量が安定しないため、現時点における内部インピーダンスを正確に測定することができないという問題点があった。
【００１１】
したがって、この発明の目的は、実使用時における電池セルの内部インピーダンスを正確に測定することができる電池パックおよび内部インピーダンスの算出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、１または複数の電池セルを備える電池パックにおいて、
電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチと、
充電制御スイッチを制御する制御部と
を有し、
制御部は、
充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および電池セルの第１のセル電圧と、充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および電池セルの第２のセル電圧とを測定し、
第１の充電電流および第２の充電電流に基づく充電電流の変動量と、第１のセル電圧および第２のセル電圧に基づくセル電圧の変動量とを算出し、
充電電流の変動量およびセル電圧の変動量に基づき電池セルの内部インピーダンスを算出する
ことを特徴とする電池パックである。
【００１３】
第１の発明において、制御部は、
充電開始から２分以上経過した後に、充電制御スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して内部インピーダンスを測定すると好ましい。
【００１４】
また、第１の発明において、制御部は、
電池セルに流れる充電電流が１［Ａ］以上である場合に、充電制御スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して内部インピーダンスを測定すると好ましい。
【００１５】
また、第２の発明は、１または複数の電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および電池セルの第１のセル電圧と、充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および電池セルの第２のセル電圧とを測定し、
第１の充電電流および第２の充電電流に基づく充電電流の変動量と、第１のセル電圧および第２のセル電圧に基づくセル電圧の変動量とを算出し、
充電電流の変動量およびセル電圧の変動量に基づき電池セルの内部インピーダンスを算出する
ことを特徴とする内部インピーダンスの算出方法である。
【００１６】
上述したように、第１および第２の発明では、１または複数の電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および電池セルの第１のセル電圧と、充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および電池セルの第２のセル電圧とを測定し、第１の充電電流および第２の充電電流に基づき充電電流の変動量を算出し、第１のセル電圧および第２のセル電圧に基づきセル電圧の変動量を算出し、充電電流の変動量およびセル電圧の変動量に基づき電池セルの内部インピーダンスを算出するようにしているため、実使用時における内部インピーダンスを正確に算出できる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は、充電中に充電制御スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせ、充電制御スイッチがＯＮである場合の充電電流およびセル電圧と、充電制御スイッチがＯＦＦである場合の充電電流およびセル電圧とを測定し、充電電流の変動量およびセル電圧の変動量に基づき電池セルの内部インピーダンスを測定するようにしているため、電池セルの内部インピーダンスを正確に測定することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、この発明の最良の形態を説明するが、開示される発明と実施の一形態との対応関係を例示すると、次のようになる。
【００１９】
請求項１に記載の電池パックは、１または複数の電池セルを備える電池パック（例えば、図１の電池パック１）において、上記電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチ（例えば、図１のスイッチ回路５）と、上記充電制御スイッチを制御する制御部（例えば、図１のＭＰＵ３）とを有し、上記制御部は、上記充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および上記電池セルの第１のセル電圧と、上記充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および上記電池セルの第２のセル電圧とを測定し（例えば、図４のステップＳ３およびステップＳ４）、上記第１の充電電流および上記第２の充電電流に基づく充電電流の変動量と、上記第１のセル電圧および上記第２のセル電圧に基づくセル電圧の変動量とを算出し（例えば、図４のステップＳ５）、上記充電電流の変動量および上記セル電圧の変動量に基づき上記電池セルの内部インピーダンスを算出する（例えば、図４のステップＳ６）ことを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の内部インピーダンスの算出方法は、１または複数の電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および上記電池セルの第１のセル電圧と、上記充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および上記電池セルの第２のセル電圧とを測定し（例えば、図４のステップＳ３およびステップＳ４）、上記第１の充電電流および上記第２の充電電流に基づく充電電流の変動量と、上記第１のセル電圧および上記第２のセル電圧に基づくセル電圧の変動量とを算出し（例えば、図４のステップＳ５）、上記充電電流の変動量および上記セル電圧の変動量に基づき上記電池セルの内部インピーダンスを算出する（例えば、図４のステップＳ６）ことを特徴とする。
【００２１】
以下、この発明の実施の一形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の一形態による電池パック１の一例の構成を示すブロック図である。電池パック１は、組電池２、制御部としてのＭＰＵ（Micro Processing Unit）３、メモリ４、スイッチ回路５、遮断回路６、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）７、電流検出抵抗８を備え、正極端子９および負極端子１０がそれぞれ外部の電子機器や充電器の正極端子および負極端子に接続され、組電池２に対する充放電が行われる。
【００２２】
組電池２は、リチウムイオン二次電池等の二次電池であり、複数の電池セルを直列および／または並列接続した組電池である。この例では、２個の電池セル１１ａおよび１１ｂ（以下、特に区別する必要がない場合には、単に電池セル１１と適宜称する）が直列に接続された場合について説明する。
【００２３】
ＭＰＵ３は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されたプログラムに従い、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）をワークメモリとして各部を制御する。ＭＰＵ３は、電池セル１１ａおよび１１ｂの電圧を所定時間毎に測定するとともに、電流検出抵抗６を流れる電流の大きさおよび向きを所定時間毎に測定する。
【００２４】
ＭＰＵ３は、測定した電圧値および電流値に基づきスイッチ回路５を制御する。電池セル１１ａおよび１１ｂのうち、いずれかの電池セルの電圧が過充電検出電圧になったときや、いずれかの電池セルの電圧が過放電検出電圧以下になったときにスイッチ回路５をＯＦＦすることにより、過充電や過放電を防止する。ここで、リチウムイオン電池の場合、電池セル１個につき過充電検出電圧が例えば４．２Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が２．５Ｖ±０．１Ｖと定められる。なお、スイッチ回路５の詳細については後述する。
【００２５】
また、ＭＰＵ３は、測定した各電池セル１１の電圧値に基づき遮断回路６制御する。ＭＰＵ３は、いずれかの電池セルの電圧が過充電検出電圧以上となった場合に、ＦＥＴ７に対して制御信号を供給してＦＥＴ７をＯＮとし、遮断回路６に電流を流すことによって組電池２の充放電電流を遮断する。
【００２６】
さらに、ＭＰＵ３は、充電の際にスイッチ回路５を制御して、充電電流を繰り返しＯＮ／ＯＦＦする。そして、このときの充電電流の変動量と各電池セル１１の電圧の変動量とに基づき、各電池セル１１の内部インピーダンスを測定する。なお、充電の際の内部インピーダンスの測定方法については後述する。
【００２７】
さらにまた、ＭＰＵ３は、通信端子１４および通信端子１５を備え、電池パック１が外部の電子機器と接続された際に、外部の電子機器に設けられた通信端子と接続することにより、外部電子機器との通信を行うことができるようにされている。電池パック１と外部の電子機器との通信の際に用いられる通信方式としては、例えばＳＭＢｕｓ（System Management Bus）を用いることができる。
【００２８】
メモリ４は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）などの不揮発性メモリであり、例えば、製造工程の段階で測定された各電池セル１１の初期状態における内部インピーダンス値が予め記憶されている。また、メモリ４には、各電池セル１１の無負荷状態における電圧、すなわち電池セル１１の開路電圧（ＯＣＶ；Open Circuit Voltage）と放電深度との対応関係を示す特性データが予め記憶されている。なお、メモリ４は、この例に限らず、例えばＭＰＵ３の内部に設けられるようにしてもよい。
【００２９】
スイッチ回路５は、充電制御ＦＥＴ１２ａ、放電制御ＦＥＴ１２ｂ、寄生ダイオード１３ａおよび１３ｂを備え、ＭＰＵ３によって制御される。充電制御ＦＥＴ１２ａは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にＯＦＦとなり、組電池２の電流経路に充電電流が流れないように、ＭＰＵ３によって制御される。なお、充電制御ＦＥＴ１２ａのＯＦＦ後は、寄生ダイオード１３ａを介することによって放電のみが可能となる。放電制御ＦＥＴ１２ｂは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にＯＦＦとなり、組電池２の電流経路に放電電流が流れないように、ＭＰＵ３によって制御される。なお、放電制御ＦＥＴ１２ｂのＯＦＦ後は、寄生ダイオード１３ｂを介することによって充電のみが可能となる。
【００３０】
遮断回路６は、例えばヒータ抵抗を内蔵したヒューズ素子であり、過電流が流れた場合に、自らを流れる過電流のジュール熱によって溶断し、組電池２の電流経路を遮断する。また、組電池２のいずれかの電池セル１１ａまたは１１ｂの電圧が過充電検出電圧以上となった場合にＦＥＴ７がＯＮとなりヒータ抵抗に電流が流れ、この電流によってヒータ抵抗が発熱してヒューズが溶断するようにされている。
【００３１】
次に、この発明の実施の一形態による電池パック１における各種処理方法について説明する。この発明の実施の一形態では、初回充電が行われていない初期状態における電池セル１１の内部インピーダンスと、実使用時における内部インピーダンスとを用いて、電池セル１１の劣化率や残容量の算出などの各種処理を行うようにしている。
【００３２】
先ず、初期状態における電池セル１１の内部インピーダンスの測定方法について説明する。初期状態における電池セル１１の内部インピーダンスは、例えば、充電電流を変動させたときの充電電流の変動量と、電池セル１１の電圧（以下、セル電圧と適宜称する）の変動量とに基づき算出することができる。
【００３３】
図２Ａは、充電電流の一例の状態を示し、図２Ｂは、電池セル１１のセル電圧の一例の状態を示す。図２Ａに示すように、所定の充電電流で充電を行っている場合において、所定時間経過後に充電電流を低下させる。そして、図２Ｂに示すように、充電電流を低下させる直前のセル電圧と、充電電流を低下させた後のセル電圧とを測定する。この場合の充電電流の変動量をΔＩ、セル電圧の変動量をΔＶとすると、初期状態における電池セル１１の内部インピーダンスＲ0は、数式（１）に基づいて算出される。
Ｒ0＝ΔＶ／ΔＩ    ・・・（１）
【００３４】
複数の電池セル１１が直列接続されている場合には、上述の数式（１）を用いてそれぞれの電池セル１１毎に内部インピーダンスを測定する。そして、各電池セル１１の内部インピーダンス値Ｒ0と、各電池セル１１の内部インピーダンスのうち最大となる内部インピーダンス値Ｒ0maxをメモリ４に記憶させる。
【００３５】
なお、例えば、ＭＰＵ３において電池セル１１のセル電圧を測定した際には、ＭＰＵ３に設けられたＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換器によってアナログの測定値からディジタルの測定値に変換されるが、この変換の際に測定誤差が生じる。セル電圧の変動量ΔＶが大きい場合には、変動量ΔＶに対する測定誤差の影響が小さいが、セル電圧の変動量ΔＶが小さい場合には、ΔＶに対する測定誤差の影響が大きくなってしまう。すなわち、充電電流の変動量ΔＩが小さい場合には、セル電圧の変動量ΔＶが小さくなるため、測定誤差による影響が大きくなり、内部インピーダンスを正確に算出することができなくなってしまう。
【００３６】
特に、初期状態における電池セル１１の内部インピーダンス値は、充放電を繰り返すことによって劣化した場合の内部インピーダンス値と比べて小さいため、充電電流の変動量ΔＩおよびセル電圧の変動量ΔＶが小さい状態で算出した内部インピーダンス値は、測定誤差による影響を大きく受けてしまう。したがって、充電電流を変動させる場合には、測定誤差の影響を小さくするために、比較的大きな変動量、例えば充電電流の変動量を１［Ａ］以上とすると好ましい。
【００３７】
また、電池セル１１の電池温度が変動すると、内部インピーダンス値も変動するため、例えば電池温度に基づいて内部インピーダンス値を補正すると好ましい。この場合、例えば、電池温度に応じて内部インピーダンス値を基準となる電池温度における内部インピーダンス値に補正するための温度補正係数をメモリ４に予め記憶させておく。そして、電池温度を測定するための図示しない温度センサ等を用いて電池温度を測定し、測定した電池温度に基づき温度補正係数を用いて内部インピーダンス値を補正するとよい。
【００３８】
次に、実使用時における電池セル１１の内部インピーダンスの測定方法について説明する。背景技術の項で説明したように、実使用時における電池セル１１の内部インピーダンスは、例えば、電流および電圧が急激に変化するタイミングにおいて算出することができる。電流および電圧が急激に変化するタイミングは、例えば、充電または放電が開始されるタイミングである。このとき、電池セル１１の内部インピーダンスは、充放電開始直後における充放電電流の変動量とセル電圧の変動量とに基づいて算出される。
【００３９】
しかしながら、この場合には、充放電電流およびセル電圧の変動量が安定しないため、電池セル１１の内部インピーダンスを正確に測定することができない。
【００４０】
また、内部インピーダンスの測定は、放電の最中に行う方法が考えられるが、この場合には、例えば、電池パック１に接続された外部の機器の使用状態によっては負荷が変動してしまい、放電電流およびセル電圧が安定しないため、電池セル１１の内部インピーダンスを正確に測定することができない。
【００４１】
そこで、この発明の実施の一形態では、充電中に充電電流をパルス状に変動させた場合の、セル電圧および充電電流の変動量に基づき電池セル１１の内部インピーダンスを測定するようにしている。充電中における電池セル１１の内部インピーダンスは、充電中に電池セル１１に対する充電電流を繰り返しＯＮ／ＯＦＦさせた場合の充電電流の変動量の平均値と、このときに変動する電池セル１１のセル電圧の変動量の平均値とに基づき算出することができる。
【００４２】
図３は、充電中に充電電流をＯＮ／ＯＦＦさせた場合における電池セル１１の充電電流およびセル電圧の一例の状態を示す。図３Ａに示すように、充電制御ＦＥＴ１２ａを繰り返しＯＮ／ＯＦＦさせることにより、電池セル１１に対してパルス状の充電電流が供給され、電池セル１１のセル電圧は、図３Ｂに示すようなパルス状の波形となる。こうすることにより、セル電圧が安定して変動する。
【００４３】
このような場合において、充電制御ＦＥＴ１２ａがＯＮ状態である場合の充電電流の平均値と、充電制御ＦＥＴ１２ａがＯＦＦ状態である場合の充電電流の平均値とに基づき、充電電流の変動量の平均値ΔＩaveを算出する。また、充電制御ＦＥＴ１２ａがＯＮ状態である場合のセル電圧の平均値と、充電制御ＦＥＴ１２ａがＯＦＦ状態である場合のセル電圧の平均値とに基づき、セル電圧の変動量の平均値ΔＶaveを算出する。
【００４４】
充電中における電池セル１１の内部インピーダンスＲ1は、上述のようにして算出した充電電流の変動量の平均値ΔＩaveおよびセル電圧の変動量の平均値ΔＶaveを用い、数式（２）に基づいて算出される。
Ｒ1＝ΔＶave／ΔＩave    ・・・（２）
【００４５】
複数の電池セル１１が直列接続されている場合には、初期状態における電池セル１１の内部インピーダンスを算出した場合と同様に、上述の数式（２）を用いてそれぞれの電池セル１１毎に内部インピーダンスを測定する。そして、各電池セル１１の内部インピーダンス値Ｒ1と、内部インピーダンス値の最大値Ｒ1maxをメモリ４に記憶させる。
【００４６】
なお、充電中における電池セル１１の内部インピーダンスを測定する場合は、初期状態における内部インピーダンスを算出した場合と同様に、ＭＰＵ３のＡ／Ｄ変換器によるセル電圧の測定誤差による影響を小さくするため、充電電流が比較的大きな電流値以上、例えば１［Ａ］以上である場合に行うと好ましい。
【００４７】
また、電池セル１１のセル電圧が低い場合には、電圧が安定しておらず、セル電圧値にばらつきが生じているおそれがあるため、電池セル１１の内部インピーダンスを正確に測定することが困難である。電池セル１１の内部インピーダンスを正確に測定するためには、充電開始から所定時間経過後にセル電圧がある程度上昇し、充放電ＦＥＴ１２ａを繰り返しＯＮ／ＯＦＦさせた場合のセル電圧の変動量が安定した状態で内部インピーダンスを算出する必要がある。したがって、充電中における電池セル１１の内部インピーダンスを算出する場合には、充電開始から所定時間経過後、例えば充電開始から２分以上経過し、セル電圧が安定している状態で行うと好ましい。
【００４８】
さらに、充電中における内部インピーダンスを算出する際には、初期状態における内部インピーダンスと同様に、メモリ４に記憶された温度補正係数を用いて温度補正を行うと好ましい。
【００４９】
実使用時（充電中）における電池セル１１の内部インピーダンスを測定する処理の流れについて、図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、特別な記載がない限り、以下の処理は、ＭＰＵ３の制御の下で行われるものとする。電池パック１が例えば外部の充電器と接続され、電池パック１に対する充電が開始されることにより一連の処理が開始される。
【００５０】
ステップＳ１では、電池セル１１に対する充電電流が１［Ａ］以上であり、かつ充電開始から２分以上経過したか否かが判断される。充電電流が１［Ａ］以上であり、かつ充電開始から２分以上経過したと判断された場合には、処理がステップＳ２に移行する。一方、両方の条件を満足しない場合には、処理がステップＳ１に戻る。
【００５１】
また、ステップＳ１では、充電電流が１［Ａ］以上であるか否かの判断、および充電開始から２分以上経過したか否かの判断のうち、いずれか一方の条件についてのみ判断するようにしてもよい。なお、この場合には、充電開始から２分以上経過したか否かの判断を行うと、より好適である。
【００５２】
ステップＳ２では、充電制御ＦＥＴ１２ａが繰り返しＯＮ／ＯＦＦされ、ステップＳ３において、充電制御ＦＥＴ１２ａがＯＮである場合の電池セル１１に対する充電電流およびセル電圧が測定され、それぞれの平均値が算出される。また、ステップＳ４において、充電制御ＦＥＴ１２ａがＯＦＦである場合の電池セル１１に対する充電電流およびセル電圧が測定され、それぞれの平均値が算出される。
【００５３】
ステップＳ５では、充電制御ＦＥＴ１２ａがＯＮおよびＯＦＦである場合の充電電流に基づき、充電電流の変動量ΔＩaveが算出される。また、充電制御ＦＥＴ１２ａがＯＮおよびＯＦＦである場合のセル電圧に基づき、セル電圧の変動量ΔＶaveが算出される。
【００５４】
ステップＳ６では、ステップＳ５で算出された充電電流の変動量ΔＩaveおよびセル電圧の変動量ΔＶaveを用いて、実使用時における内部インピーダンスＲ1が上述の数式（１）に基づいて算出され、ステップＳ７において、充電中における内部インピーダンスＲ1がメモリ４に記憶される。なお、充電中における内部インピーダンスがメモリ４に既に記憶されている場合には、内部インピーダンス値を更新する。複数の電池セル１１が直列接続されている場合には、内部インピーダンスの最大値Ｒ1maxもメモリ４に記憶される。
【００５５】
このように、充放電ＦＥＴ１２ａを繰り返しＯＮ／ＯＦＦさせ、電池セル１に対してパルス状の充電電流を供給することにより、電池セル１１のセル電圧が安定した状態で変動するので、電池セル１１の内部インピーダンスを正確に測定することができる。
【００５６】
次に、測定した電池セル１１の内部インピーダンスを用いて、電池セル１１の劣化率を算出する方法について説明する。電池セル１１は、通常、充放電を繰り返すことによって劣化し、その内部インピーダンスが初期状態と比較して増加することが知られている。電池セル１１が劣化して内部インピーダンスが増加すると、充電の際に内部インピーダンスによる発熱によって電池パック１が危険な状態となるおそれがある。
【００５７】
そこで、電池セル１１の劣化が進行すると内部インピーダンスが増加することを利用して、従来から電池セルの劣化度合いを判断することが行われている。例えば、電池セルの劣化を検出する方法として、内部インピーダンス値に対して所定の閾値を設定し、この閾値と内部インピーダンス値との関係に基づき電池セルの劣化度合いを判断する方法が考えられる。より具体的には、例えば、内部インピーダンス値に対して複数の閾値を設定し、設定された複数の閾値と内部インピーダンス値との関係に基づき、劣化度合いを段階的に決定する。
【００５８】
しかしながら、電池セルの内部インピーダンスは、電池セルの種類や用いられている材料などによって異なる。また、同一の種類であっても、製造ロットなどによって個体差が存在し、内部インピーダンスの値に微小な差が生じる。そのため、例えば、内部インピーダンス値が所定の閾値を超えた場合に、異なる種類の電池セルや異なる材料を用いた電池セルが同様に劣化していると判断することができない。
【００５９】
そこで、この発明の実施の一形態では、初期状態の内部インピーダンスと実使用時（充電中）における内部インピーダンスとに基づき、電池セル１１が初期状態からどの程度劣化しているかを示す劣化率を算出するようにしている。
【００６０】
劣化率は、電池セル１１の初期状態の内部インピーダンスの最大値Ｒ0maxと充電中に測定された現時点における内部インピーダンスの最大値Ｒ1maxとを用いて、数式（３）に基づき算出される。
劣化率＝（Ｒ1max−Ｒ0max）／Ｒ0max×１００［％］    ・・・（３）
【００６１】
例えば、充電中に測定された内部インピーダンスの最大値Ｒ1maxが初期状態における内部インピーダンスの最大値Ｒ0maxの２倍となった場合には、劣化率が１００［％］となる。
【００６２】
このように、初期状態の内部インピーダンスと実使用時における内部インピーダンスとを用いて劣化率を算出することにより、電池パック１が危険な状態となることを防ぐことができる。
【００６３】
次に、電池セル１１の残容量を算出する方法について説明する。この発明の実施の一形態では、電池セル１１の満充電容量に対する放電容量の割合を示す放電深度に基づき、電池セル１１の残容量を算出するようにしている。
【００６４】
電池セル１１の放電深度は、電池パック１に負荷が接続されていない無負荷状態における電圧である電池セル１１の開路電圧と、電池セル１１の満充電容量に対する放電容量の割合を示す放電深度との関係を示す特性データに基づき求めることができる。この例では、電池セル１１の開路電圧と放電深度との関係を示す特性データをメモリ４に予め記憶させておき、電池セル１１のセル電圧、充電電流および内部インピーダンスに基づいて算出した開路電圧に基づき、放電深度を求める。
【００６５】
図５は、電池セル１１の開路電圧と放電深度との関係の一例を示す。横軸は、電池セル１１の放電深度［％］を示し、縦軸は、電池セル１１の開路電圧を示す。放電深度が０［％］の場合には、電池セル１１が放電されていない状態、すなわち満充電状態であることを示す。また、放電深度が１００［％］の場合には、電池セル１１が完全に放電された状態、すなわち完放電状態であることを示す。図５に示す特性データによれば、例えば、電池セル１１の開路電圧が３７００［ｍＶ］である場合には、放電深度が８０［％］程度であり、電池セル１１の残容量が満充電容量の２０［％］程度であることがわかる。
【００６６】
ここで、電池セル１１の開路電圧の算出方法について説明する。電池セル１１の開路電圧は、電池セルそのものの電池電圧であり、電池セル１１の内部インピーダンスによる電圧上昇分を含まないため、充電中のセル電圧（閉路電圧；ＣＣＶ）から内部インピーダンスによる電圧上昇分を減じることによって算出することができる。また、内部インピーダンスによる電圧上昇分は、上述のようにして算出した内部インピーダンスに充電電流を乗じることによって算出することができる。
【００６７】
したがって、開路電圧値をＯＣＶ、セル電圧値をＣＣＶ、充電電流値をＩchg、内部インピーダンス値をＲ1maxとすると、電池セル１１の開路電圧値ＯＣＶは、数式（４）に基づいて算出される。
ＯＣＶ＝ＣＣＶ−Ｒ1×Ｉchg    ・・・（４）
【００６８】
次に、図５に示す放電深度と開路電圧との関係を示す特性データに基づき、上述のようにして算出した電池セル１１の開路電圧に対応する放電深度を求める。そして、１００［％］から放電深度［％］を減じた値が、満充電容量に対する電池セル１１の残容量の割合を示す。
【００６９】
このように、電池セル１１の開路電圧と放電深度との関係を示す特性データを用いて、電池セル１１の開路電圧に基づいて求められた放電深度を用いることにより、電池セル１１の満充電容量に対する残容量の割合を算出することができる。このとき、開路電圧は電池セル１１の劣化度合いに依存しないため、電池セル１１の劣化が進行して内部インピーダンスが増加した場合であっても、内部インピーダンス値にかかわらず電池セル１１の残容量を正確に算出することができる。
【００７０】
なお、この例では、電池セル１１の満充電容量に対する残容量の割合を算出しているが、電池セル１１の満充電容量を予め測定しておくことにより、具体的な残容量の値を算出することができる。例えば、電池セル１１の満充電容量を製造工程段階で予め測定し、メモリ４に記憶させておく。満充電容量の測定方法としては、従来から公知の方法を用いることができる。
【００７１】
そして、電池セル１１の満充電容量および求められた放電深度を用いることにより、電池セル１１の残容量を数式（５）に基づいて算出することができる。
残容量＝満充電容量×（１００［％］−放電深度［％］）／１００    ・・・（５）
【００７２】
上述したように、この発明の実施の一形態では、算出した電池セル１１内部インピーダンス値を用いることによって劣化率や残容量の算出などの各種処理を行うことができるが、このほかに、例えば電池パック１に搭載された電池セル１１の交換を検出することもできる。上述したように、電池セル１１の内部インピーダンス値は、充放電を繰り返すことによって劣化する。電池セル１１が劣化した場合には、通常、その内部インピーダンス値が初期状態と比較して増加する。
【００７３】
このような場合において、電池セルが未使用品などの新しいものに交換された場合には、電池セルの内部インピーダンス値が直前の内部インピーダンス値と比較して、急激に減少すると考えられる。したがって、この発明の実施の一形態では、内部インピーダンス値の変化を検出することにより、電池セルが交換されたか否かを判断することができる。
【００７４】
具体的には、例えば、内部インピーダンスを測定する毎に、メモリ４に記憶された直前の内部インピーダンス値と、現時点で測定した内部インピーダンス値とを比較する。比較の結果、現時点における内部インピーダンス値が、直前の内部インピーダンス値よりも大きい場合には、正常であると判断する。一方、現時点における内部インピーダンス値が、直前の内部インピーダンス値よりも小さい場合には、電池セル１１が交換されたと判断する。
【００７５】
なお、電池セル１１の内部インピーダンス値は、電池温度が上昇するにしたがって減少することが知られている。そのため、現時点における内部インピーダンス値が減少した場合に、この内部インピーダンス値の減少分が、電池セル１１を交換したことによるものか、または、電池温度が上昇したことによるものかを判断することができない。
【００７６】
そこで、このような場合には、例えば温度補正係数を用いて内部インピーダンス値に対する温度の補正を行い、現時点における内部インピーダンス値を基準となる電池温度における内部インピーダンス値に補正することにより、温度の影響を無視することができる。
【００７７】
このようにして電池セル１１が交換されたと判断された場合には、充放電制御ＦＥＴをＯＦＦとしたり遮断回路６のヒューズ素子を溶断させることによって、電池セル１１に対する充放電を禁止すると好ましい。また、電池パック１に接続された外部の電子機器に対して充放電を停止する命令を通信端子１４および１５を介して送信し、電子機器側で充放電を停止するようにしてもよい。
【００７８】
このように、充電開始時などに電池セル１１の内部インピーダンスを定期的に測定し、測定結果を比較することにより、例えば、電池セル１１が不正に交換された場合などにおける電池パック１の使用を禁止することができる。
【００７９】
この発明の実施の一形態では、実使用時における各電池セル１１の内部インピーダンスをより正確に測定することにより、上述した電池セル１１の劣化率や残容量の算出や、電池セル１１の交換を検出するなどの各種処理を正確に行うことができる。
【００８０】
以上、この発明の実施の一形態について説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。この例では、複数の電池セル１１ａおよび１１ｂが直列に接続された場合について説明しているが、これに限られず、例えば、複数の電池セルが並列に接続されたブロック（以下、セルブロックと適宜称する）が、さらに直列接続されている場合についても適用可能である。
【００８１】
ただし、この場合には、セルブロックを構成する電池セルが並列接続されており、それぞれの電池セルの内部インピーダンス値を測定することができないため、各セルブロック単位で内部インピーダンス値を測定し、メモリ４に記憶させる。そして、メモリ４に記憶されたセルブロックの内部インピーダンス値と、セルブロックの電圧および充電電流とを用いて各種処理を行う。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】この発明の実施の一形態による電池パックの一例の構成を示すブロック図である。
【図２】初期状態における電池セルの内部インピーダンスの測定方法について説明するための略線図である。
【図３】実使用時（充電中）における電池セルの内部インピーダンスの測定方法について説明するための略線図である。
【図４】実使用時（充電中）における電池セルの内部インピーダンスを測定する処理の流れについて説明するためのフローチャートである。
【図５】電池セルの放電深度と開路電圧との関係の一例を示す略線図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  電池パック
２  組電池
３  ＭＰＵ
４  メモリ
５  スイッチ回路
６  遮断回路
７  ＦＥＴ
８  電流検出抵抗
９  正極端子
１０  負極端子
１１ａ、１１ｂ  電池セル
１２ａ  充電制御ＦＥＴ
１２ｂ  放電制御ＦＥＴ
１４，１５  通信端子
【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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