(57)【要約】【課題】充電時に限らずいつでも二次電池の蓄電容量を短時間で算出することができ、前記蓄電容量より二次電池の劣化状態を確認することができる二次電池の蓄電容量検出方法、二次電池の蓄電容量検出装置及び充電器を提供する。【解決手段】二次電池１０に起電力Ｅ以上の外部電圧Ｖａを印加して、印加時電池端子電圧ＶＯＮと印加時電流ＪＯＮとをそれぞれ計測し、前記外部電圧Ｖａを遮断して、二次電池１０の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測し、前記印加時電池端子電圧ＶＯＮと印加時電流ＪＯＮと開回路電池端子電圧ＶＯＦＦとを用いて前記二次電池の蓄電容量Ｑを求める。【選択図】図１
2009041998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に起電力（Ｅ）以上の外部電圧（Ｖａ）を印加して、二次電池の印加時電池端子電圧（ＶＯＮ）と印加時電流（ＪＯＮ）とをそれぞれ計測し、
前記外部電圧（Ｖａ）を遮断して、二次電池の開回路電池端子電圧（ＶＯＦＦ）を計測し、
前記印加時電池端子電圧（ＶＯＮ）と印加時電流（ＪＯＮ）と開回路電池端子電圧（ＶＯＦＦ）とを用いて下式で示される二次電池の蓄電容量（Ｑ）を算出することを特徴とする二次電池の蓄電容量検出方法。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数
である。
【請求項２】
二次電池の現在の蓄電容量を検出する二次電池の蓄電容量検出装置において、
二次電池に起電力（Ｅ）以上の外部電圧（Ｖａ）を印加する電圧供給手段と、
二次電池の電池端子電圧を計測する電圧計測手段と、
二次電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、
前記電圧供給手段から二次電池への印加状態を切り換える電圧切換手段と、
二次電池の蓄電容量を算出する蓄電容量算出手段とを具備してなり、
前記電圧供給手段から電圧が印加された状態で、前記電圧計測手段により二次電池の印加時電池端子電圧（ＶＯＮ）と、前記電流計測手段により二次電池の印加時電流（ＪＯＮ）とをそれぞれ計測し、
前記電圧切換手段を切り換えて二次電池に印加される電圧を遮断して、二次電池の開回路電池端子電圧（ＶＯＦＦ）を計測し、
前記蓄電容量算出手段にて、印加時電池端子電圧（ＶＯＮ）、印加時電流（ＪＯＮ）、及び開回路電池端子電圧（ＶＯＦＦ）を用いて下式で示される二次電池の蓄電容量（Ｑ）を算出することを特徴とする二次電池の蓄電容量検出装置。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数
である。
【請求項３】
二次電池に電圧を印加して充電する二次電池の充電器において、
二次電池に起電力（Ｅ）以上の外部電圧（Ｖａ）を印加する電圧供給手段と、
二次電池の電池端子電圧を計測する電圧計測手段と、
二次電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、
前記電圧供給手段から二次電池への印加状態を切り換える電圧切換手段と、
二次電池の蓄電容量を算出する蓄電容量算出手段とを具備してなり、
二次電池を充電する際に、
前記電圧供給手段から電圧が印加された状態で、前記電圧計測手段により二次電池の印加時電池端子電圧（ＶＯＮ）と、前記電流計測手段により二次電池の印加時電流（ＪＯＮ）とをそれぞれ計測し、
前記電圧切換手段を切り換えて二次電池に印加される電圧を遮断して、二次電池の開回路電池端子電圧（ＶＯＦＦ）を計測し、
前記蓄電容量算出手段にて、印加時電池端子電圧（ＶＯＮ）、印加時電流（ＪＯＮ）、及び開回路電池端子電圧（ＶＯＦＦ）を用いて下式で示される二次電池の蓄電容量（Ｑ）を算出することを特徴とする二次電池の充電器。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数
である。
【請求項４】
二次電池の充放電サイクルに対する劣化状態を示す健全度を算出する健全度算出手段を具備してなることを特徴とする請求項３に記載の二次電池の充電器。
【請求項５】
二次電池の蓄電容量及び二次電池の充放電サイクルに対する劣化状態を示す健全度を表示する表示手段を具備してなることを特徴とする請求項４に記載の二次電池の充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の蓄電容量検出方法、二次電池の蓄電容量検出装置、及び二次電池の充電器の技術に関し、特に、現在使用している電池の蓄電容量を短時間で算出することができる二次電池の蓄電容量検出方法、二次電池の蓄電容量検出装置、及び二次電池の充電器の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池は、放電と充電のサイクルを繰り返すことにより、繰り返し利用することができる電池である。
しかし、前記二次電池を複数回充電すると、過充電や二次電池の電解液や電極板の劣化等の原因により、二次電池の蓄電容量が初期に比べて少なくなってしまい、二次電池の劣化が進行して最終的には二次電池を使用することができなくなっていた。
ここで、二次電池の充電、放電による劣化について二次電池の一例であるリチウムイオン電池を用いて説明する。
前記リチウムイオン電池は陽極板と陰極板と電解液等から構成されている。放電時には、陰極よりリチウムイオンＬｉ＋と電子ｅ−が放出され、陽極でリチウムイオンＬｉ＋と電子ｅ−が吸収される。電解液を介してリチウムイオンＬｉ＋の授受を両極間で行い、回路を介して電子の授受が行われることにより回路に電流が流れ放電されることとなる。
一方充電時には逆に、陽極よりリチウムイオンＬｉ＋と電子ｅ−が放出され、陰極でリチウムイオンＬｉ＋と電子ｅ−が吸収される。電解液を介してリチウムイオンＬｉ＋の授受を両極間で行い、回路を介して電子の授受が行われることにより回路に電流が流れ充電されることとなる。
前記放電及び充電の過程において、二次電池内に内部抵抗（内部インピーダンス）が発生する。前記内部抵抗の原因としては、リチウムイオンＬｉ＋の電気泳動における抵抗の増加、反応速度の低下、拡散速度の低下、陽極及び陰極におけるリチウムイオンＬｉ＋のサイト数の低下などが考えられる。前記内部抵抗は充電及び放電を重ねることにより増加し、その結果二次電池の劣化が進行する。
従来、前記二次電池の劣化の程度については、二次電池の温度変化率を計測して、劣化していない二次電池の温度変化と比較することにより検出していた（特許文献１参照）。しかし、従来の方法では、長時間温度変化を計測しつづけなければならず、また、電池の温度を計測する際に外気温の影響等を受ける場合もあり、高い精度で劣化の程度を検出することはできなかった。また、劣化しているか否かについては検出できるものの、劣化していない二次電池に比べてどの程度劣化が進行しているかを検出することはできなかった。
【０００３】
また、従来から、間欠充電において、充電回路から開放された開回路電池端子電圧と満充電時の電圧の最大閾値との差（差電圧）を検出し、前記差電圧と所定の閾値とを比較して、その比較結果に基づき電池の劣化を判定する技術が公知となっている（特許文献２参照）。しかし、前記従来技術では、間欠充電時にのみ電池の劣化を判定するものであり、二次電池を使用している最中や二次電池を使用して放電した後に、二次電池の劣化を判定することはできなかった。また、電池の劣化を所定の閾値との比較結果でしか判断することができず、具体的に蓄電容量の値を確認することはできなかった。
【特許文献１】特許第３９１３４４３号公報
【特許文献２】特許第３５３９１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、充電時に限らずいつでも二次電池の蓄電容量を短時間で算出することができ、前記蓄電容量より二次電池の劣化状態を確認することができる二次電池の蓄電容量検出方法、二次電池の蓄電容量検出装置、及び二次電池の充電器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、二次電池に起電力Ｅ以上の外部電圧Ｖａを印加して、二次電池の印加時電池端子電圧ＶＯＮと印加時電流ＪＯＮとをそれぞれ計測し、前記外部電圧Ｖａを遮断して、二次電池の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測し、前記印加時電池端子電圧ＶＯＮと印加時電流ＪＯＮと開回路電池端子電圧ＶＯＦＦとを用いて下式で示される二次電池の蓄電容量Ｑを算出するものである。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数である。
【０００７】
請求項２においては、二次電池の現在の蓄電容量を検出する二次電池の蓄電容量検出装置において、二次電池に起電力Ｅ以上の外部電圧Ｖａを印加する電圧供給手段と、二次電池の電池端子電圧を計測する電圧計測手段と、二次電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記電圧供給手段から二次電池への印加状態を切り換える電圧切換手段と、二次電池の蓄電容量を算出する蓄電容量算出手段とを具備してなり、前記電圧供給手段から外部電圧が印加された状態で、前記電圧計測手段により二次電池の印加時電池端子電圧ＶＯＮと、前記電流計測手段により二次電池の印加時電流ＪＯＮとをそれぞれ計測し、前記電圧切換手段を切り換えて二次電池に印加される外部電圧を遮断して、二次電池の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測し、前記蓄電容量検出手段にて、印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ、及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを用いて下式で示される二次電池の蓄電容量Ｑを算出するものである。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数である。
【０００８】
請求項３においては、二次電池に電圧を印加して充電する二次電池の充電器において、二次電池に起電力Ｅ以上の外部電圧Ｖａを印加する電圧供給手段と、二次電池の電池端子電圧を計測する電圧計測手段と、二次電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記電圧供給手段から二次電池への印加状態を切り換える電圧切換手段と、二次電池の蓄電容量を算出する蓄電容量算出手段とを具備してなり、二次電池を充電する際に、前記電圧供給手段から外部電圧が印加された状態で、前記電圧計測手段により二次電池の印加時電池端子電圧ＶＯＮと、前記電流計測手段により二次電池の印加時電流ＪＯＮとをそれぞれ計測し、前記電圧切換手段を切り換えて二次電池に印加される外部電圧を遮断して、二次電池の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測し、前記蓄電容量算出手段にて、印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ、及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを用いて下式で示される二次電池の蓄電容量Ｑを算出するものである。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数である。
【０００９】
請求項４においては、二次電池の充放電サイクルに対する劣化状態を示す健全度を算出する健全度算出手段を具備してなるものである。
【００１０】
請求項５においては、二次電池の蓄電容量及び二次電池の充放電サイクルに対する劣化状態を示す健全度を表示する表示手段を具備してなるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
請求項１においては、使用履歴、経年変化によって大きく変わる二次電池の現在の蓄電容量を短時間で算出することを可能とする。また、満充電時のみでなく、二次電池を使用しているときや、二次電池の放電が終わった後で、二次電池の蓄電容量を算出することができる。
【００１３】
請求項２においては、使用履歴、経年変化によって大きく変わる二次電池の現在の蓄電容量を短時間で算出することを可能として、現在の蓄電容量から電池の交換時期を予め設定することができ、突然、電池の寿命が来て機器の使用ができなくなるのを防ぐことができる。
【００１４】
請求項３においては、特に二次電池を充電器に常にセットする機器では、初期蓄電容量から蓄電容量がどのように変化したかを計測することで、前記機器を計画的に利用することができる。また、現在の蓄電容量を計測することにより、過充電が発生する前に充電を止めることができる。
【００１５】
請求項４においては、電池の劣化状態をモニタすることで、最適で健全な電池管理を行うことができる。
【００１６】
請求項５においては、二次電池の蓄電容量がどのように変化したかを計測して表示部に表示することにより、二次電池の蓄電容量を容易に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は蓄電容量検出装置の回路図、図２は蓄電容量検出装置のブロック図、図３は蓄電容量検出装置の斜視図である。図４は（ａ）放電時の二次電池の状態を示す概念図（ｂ）充電時の二次電池の状態を示す概念図、図５は電池素子の等価回路を示す概念図、図６は二次電池の電圧と時間の関係を示すグラフ図、図７は二次電池に流れる電流及び二次電池の電圧の計測の流れを示すフローチャート図、図８は二次電池に流れる電流及び二次電池の電圧の計測の流れを示すフローチャート図、図９は充電器の回路図、図１０は充電器のブロック図である。
【実施例１】
【００１８】
〔蓄電容量検出装置〕
前記二次電池の蓄電容量検出方法を用いた二次電池の蓄電容量検出装置について説明する。
図１及び図２に示すように、前記蓄電容量検出装置１は内部抵抗Ｒを計測するための回路２を内蔵しており、電圧供給手段としての外部電源１２、電圧計測手段としての電圧計１３、電流計測手段としての電流計１４、二次電池１０への印加状態を切り換える電圧切換手段としての回路スイッチ１５、蓄電容量Ｑを算出する蓄電容量算出手段としての制御装置１６、表示部１７などからなる。図２に示すように前記制御装置１６には入力側に電圧計１３及び電流計１４が接続されており、出力側に回路スイッチ１５及び表示部１７が接続されている。
また、図３に示すように、前記蓄電容量検出装置１には現在の蓄電容量Ｑを検出したい二次電池に接続するためのリード線１８が設けられている。前記リード線１８は、蓄電容量検出装置１内の回路２に接続されており、前記リード線１８に現在の蓄電容量Ｑを算出したい二次電池１０を接続することで、二次電池１０を回路２に接続することができる。
【００１９】
次に、前記蓄電容量検出装置１を用いた二次電池１０の蓄電容量Ｑの検出方法について説明する。
【００２０】
〔二次電池の原理〕
まず、二次電池１０の原理について二次電池１０の一例であるリチウムイオン電池を用いて説明する。なお、鉛電池、ニッケル水素電池等の他の二次電池も電気化学的な原理は同様である。
【００２１】
図４に示すように、前記二次電池１０は、陰極２１、陽極２２及び電解液２３等により構成され、放電時には、図４（ａ）に示すように、イオンポテンシャルの高い陰極２１より陽極２２へとリチウムイオンＬｉ＋と電子ｅ−が放出され、陽極２２でリチウムイオンＬｉ＋と電子ｅ−が吸収される。このとき、電解液２３を介してリチウムイオンＬｉ＋の授受を両極間で行い、回路２４を介して電子ｅ−の授受を行うことにより回路２４に陽極２２から陰極２１へと電流が流れ放電されることとなる。
一方充電時には、図４（ｂ）に示すように、外部電圧をかけることでイオンポテンシャルが高くなった陽極２２より陰極２１へとリチウムイオンＬｉ＋と電子ｅ−が放出され、陰極２１でリチウムイオンＬｉ＋と電子ｅ−が吸収される。このとき、電解液２３を介してリチウムイオンＬｉ＋の授受を両極間で行い、回路２４を介して電子ｅ−の授受を行うことにより回路２４に陰極２１から陽極２２へと電流が流れ二次電池１０の充電が行われることとなる。
【００２２】
次に二次電池１０の起電力Ｅについて説明する。前記起電力Ｅとは二次電池１０が外部の回路と接続しておらず、電流が流れていない状態での電池端子電圧を意味する。すなわち、前記起電力Ｅは、リチウムイオンＬｉ＋や電子ｅ−の流れではなく、陰極２１と陽極２２のイオンポテンシャル差となる。したがって、イオンポテンシャル差は陰極２１と陽極２２の間のリチウムイオンＬｉ＋のサイトの占有率の差によって表される。
【００２３】
次に二次電池１０の蓄電容量Ｑについて説明する。前記蓄電容量Ｑとは前記リチウムイオンＬｉ＋が陰極に蓄えられる空間の大きさを意味する。すなわち、蓄電容量Ｑが大きいとは、陰極２１及び陽極２２の体積が大きい（サイト数が大きい）ことであり、また、作用面が大きく、両極へのリチウムイオンＬｉ＋の浸透が早く、多いことを意味する。
前記蓄電容量Ｑは、二次電池１０の劣化に伴い減少する。前記二次電池１０の劣化とは、内部抵抗（内部インピーダンス）Ｒが増加して、リチウムイオンＬｉ＋が電池電極に接触せず機能しないことを意味する。前記内部抵抗Ｒが増加する原因としては、リチウムイオンＬｉ＋の電気泳動における抵抗の増加、反応速度の低下、拡散速度の低下、陽極及び陰極におけるリチウムイオンＬｉ＋のサイト数の低下などが考えられる。前記内部抵抗Ｒは充電及び放電を重ねることにより増加し、その結果二次電池１０の劣化が進行する。
【００２４】
〔蓄電容量と内部抵抗の関係〕
次に蓄電容量Ｑと内部抵抗（内部インピーダンス）Ｒの関係について説明する。
陰極２１と陽極２２の対となる微小作用面要素をｄＳとすると、図５に示すように、このｄＳによって電池素子を等価回路で表すことができる。
ここで単位作用面積あたりの回路における電流の流れやすさを意味するコンダクタンスρは、単位面積あたりの抵抗をｒとすると、
ρ＝１／ｒ
で表され、有効作用面積をＳとすると内部抵抗Ｒは、
Ｒ＝１／∫ρｄＳ＝１／ρＳ＝ｒ／Ｓ
で表される。また、全面積の蓄電容量Ｑは単位面積あたりの電気容量をｑとすると、
Ｑ＝∫ｑｄＳ＝ｑＳ
で表される。以上の式より、
ＱＲ＝ｑｒ＝Ｋ
の関係が得られる。ここでＫは二次電池の種類によって決定される定数である。
すなわち、蓄電容量Ｑの異なる同一種類の二次電池では、その蓄電容量Ｑと内部抵抗Ｒを掛け合わせた数値は一定だから、蓄電容量Ｑが大きな電池は内部抵抗Ｒが反比例して小さく、また、内部抵抗Ｒが増すと蓄電容量Ｑはそれに反比例して減少することとなる。また、有効作用面積Ｓが小さくなると蓄電容量Ｑは減少し、一方内部抵抗Ｒは増大する。よって、内部抵抗Ｒを算出することにより、Ｋの値を用いて蓄電容量Ｑを算出することができる。
【００２５】
〔内部抵抗の算出〕
次に、蓄電容量検出装置１を用いた内部抵抗Ｒの算出方法について説明する。
前記回路スイッチ１５を「ＯＮ」にすると二次電池１０と電源１２が繋がることにより、二次電池１０に外部電圧Ｖａを印加する構成となっている。前記外部電圧Ｖは蓄電容量Ｑを測定する二次電池１０の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦよりも高い電圧である必要がある。
前記回路スイッチ１５を「ＯＮ」にした場合、すなわち外部電圧Ｖａがかかっている場合の印加時電池端子電圧ＶＯＮと印加時電流ＪＯＮ、回路スイッチ１５を「ＯＦＦ」にした場合の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦとした場合、内部抵抗Ｒは、
Ｒ＝（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）／ＪＯＮ
で表される。
また、以上より、現在の蓄電容量Ｑは、
Ｑ＝Ｋ／Ｒ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
で算出することができる。
【００２６】
〔電圧及び電流の計測方法〕
次に前記印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ、及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦの計測方法について図６乃至図８を用いて説明する。
最初に、外部電圧Ｖａが印加されていない状態から外部電圧Ｖａが印加されている状態へ移行する際に計測する方法を図６及び図７を用いて説明する。
まず、前記回路スイッチ１５が「ＯＦＦ」になっている状態、すなわち外部電圧Ｖａが印加されていない時点Ｔ１（図６参照）での開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを前記電圧計１３で計測する（ステップＳ１０）。続いて、前記回路スイッチ１５を「ＯＮ」にして（ステップＳ２０）、外部電圧Ｖａが印加されている時点Ｔ２（図６参照）の印加時電池端子電圧ＶＯＮを前記電圧計１３で、印加時電流ＪＯＮを前記電流計１４で計測する（ステップＳ３０）。ここで、Ｔ２は外部電圧Ｖａを印加した瞬間ではなく、外部電圧Ｖａを印加してから所定時間ｔ１経過後である。これにより、外部電圧Ｖａを印加した瞬間に発生する電圧及び電流の値の揺れが収まった時点でそれぞれの値を計測することが可能となる。
次に、外部電圧Ｖａが印加されている状態から外部電圧Ｖａが印加されていない状態へ移行する際に計測する方法を図６及び図８を用いて説明する。
まず、前記回路スイッチ１５が「ＯＮ」になっている状態、すなわち外部電圧Ｖａが印加されている時点Ｔ３（図６参照）の印加時電池端子電圧ＶＯＮを前記電圧計１３で、印加時電流ＪＯＮを前記電流計１４で計測し（ステップＳ１１０）、続いて、前記回路スイッチ１５を「ＯＦＦ」にして（ステップＳ１２０）、外部電圧Ｖａが印加されていない時点Ｔ４（図６参照）の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを前記電圧計１３で計測する（ステップＳ１３０）。ここで、Ｔ４は外部電圧Ｖａを遮断した瞬間ではなく、外部電圧Ｖａを遮断してから所定時間ｔ２経過後である。これにより、外部電圧Ｖａを遮断した瞬間に発生する電圧や電流の値の揺れが収まった時点で電圧を計測することが可能となる。但し、二次電池の電圧は、外部電圧Ｖａを遮断した瞬間から漸減していくため、前記所定時間ｔ２は前記所定時間ｔ１よりも長い時間が必要である。
前述する方法で前記印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測することにより、前記定数Ｋは二次電池の種類によって定まる一定の値であるので、現在の蓄電容量Ｑを算出することができる。なお、定数Ｋは、例えば二次電池がリチウムイオン電池であれば０．１５６〔Ａｈ・Ω〕である。
【００２７】
このように構成することにより、使用履歴、経年変化によって大きく変わる二次電池１０の現在の蓄電容量Ｑを短時間で計測することを可能として、現在の蓄電容量Ｑから二次電池の交換時期を予め設定することができ、突然、二次電池１０の寿命が来て機器の使用ができなくなったり、メモリーが消えたりすることを防ぐことができる。
【００２８】
以上のように、本実施例の二次電池の蓄電容量検出方法は、二次電池に起電力Ｅ以上の外部電圧Ｖａを印加して、二次電池の印加時電池端子電圧ＶＯＮと印加時電流ＪＯＮとをそれぞれ計測し、前記外部電圧Ｖａを遮断して、二次電池の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測し、前記印加時電池端子電圧ＶＯＮと印加時電流ＪＯＮと開回路電池端子電圧ＶＯＦＦとを用いて下式で示される二次電池の蓄電容量Ｑを算出するものである。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数である。
このように構成することにより、使用履歴、経年変化によって大きく変わる二次電池の現在の蓄電容量を短時間で算出することを可能とする。また、満充電時のみでなく、二次電池を使用しているときや、二次電池の放電が終わった後で、二次電池の蓄電容量を算出することができる。
【００２９】
また、本実施例の蓄電容量検出装置１は、二次電池１０の現在の蓄電容量を検出する二次電池１０の蓄電容量検出装置１において、二次電池１０に起電力Ｅ以上の外部電圧Ｖａを印加する電源１２と、二次電池１０の電池端子電圧を計測する電圧計１３と、二次電池１０に流れる電流を計測する電流計１４と、前記電源１２から二次電池への印加状態を切り換える回路スイッチ１５と、二次電池１０の蓄電容量を算出する制御装置１６とを具備してなり、前記電源１２から外部電圧Ｖａが印加された状態で、前記電圧計１３により二次電池の印加時電池端子電圧ＶＯＮと、前記電流計１４により二次電池の印加時電流ＪＯＮとをそれぞれ計測し、前記回路スイッチ１５を切り換えて二次電池に印加される外部電圧Ｖａを遮断して、二次電池１０の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測し、前記制御装置１６にて、印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ、及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを用いて下式で示される二次電池の蓄電容量Ｑを算出するものである。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数である。
このように構成することにより、使用履歴、経年変化によって大きく変わる二次電池の現在の蓄電容量を短時間で算出することを可能として、現在の蓄電容量から電池の交換時期を予め設定することができ、突然、電池の寿命が来て機器の使用ができなくなるのを防ぐことができる。
【実施例２】
【００３０】
〔充電器〕
次に前記二次電池１０の蓄電容量検出方法を用いた二次電池の充電器４０について説明する。本実施例では、上述した実施例１と同様の二次電池の蓄電容量検出方法を用いており、実施例１とは、かかる検出方法を充電器４０に採用している点で異なる。
図９に示すように、充電器４０は、外部より二次電池１０に電圧を印加することにより充電を行うものであって、前記二次電池１０の内部抵抗Ｒを求めることにより、前記二次電池１０の蓄電容量Ｑを算出し表示することができるように構成されている。充電器４０は、電圧供給手段としての電源４１、電圧計測手段としての電圧計４２、電流計測手段としての電流計４３、二次電池への印加状態を切り換える電圧切換手段としての回路スイッチ４４、蓄電容量を算出する蓄電容量算出手段としての制御装置４５、蓄電容量を表示する表示手段としての表示部４６、初期蓄電容量を記憶しておく記憶装置４７が設けられている。
図１０に示すように、前記制御装置４５には入力側に電圧計４２及び電流計４３が接続されており、出力側に回路スイッチ４４及び表示部４６が接続されている。また、前記制御装置４５には記憶装置４７が接続されており、相互に情報の入出力を行う構成となっている。
前記内部抵抗Ｒは充電終期までは略一定値を取ることが分かっている。充電終期に入ると、不可逆化学反応が伴い内部抵抗Ｒは一般に大きくなる。従って充電率が７０％程度までであれば、正確に二次電池本来の内部抵抗Ｒを算出することができることから、二次電池１０の現在の蓄電容量Ｑを算出することができる。
前記二次電池１０の蓄電容量Ｑを算出する場合には、充電初期から充電率が７０％となるときまでに、前記回路スイッチ４４を「ＯＮ」にした場合、すなわち外部電圧Ｖａがかかっている場合の印加時電池端子電圧ＶＯＮを電圧計４２で計測し、印加時電流ＪＯＮを電流計４３で計測し、回路スイッチ４４を「ＯＦＦ」にした場合、すなわち外部電圧Ｖａを遮断した場合の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを電圧計４２で計測する。
【００３１】
前記二次電池１０の蓄電容量Ｑの算出は、充電時に回路スイッチ４４を一時的に「ＯＮ」「ＯＦＦ」切り換えることにより行う。すなわち、平常時は、外部の電源４１より外部電圧Ｖａを二次電池１０に継続的若しくは断続的に印加し続けることにより、充電を行い、蓄電容量Ｑの算出時には回路スイッチ４４の「ＯＮ」「ＯＦＦ」を一時的に切り換えることにより、前記印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測するものである。これにより、二次電池１０を充電器４０に常にセットする機器、例えば充電器搭載型電動車等では、当初から、蓄電容量がどのように変化したかを逐次計測することができる。
【００３２】
〔ＳＯＨ（健全度）の算出〕
次に二次電池１０の劣化の進行状況を示す指標であるＳＯＨ（健全度（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ））について説明する。
本実施例の充電器４０は、制御装置４５にて二次電池の充放電サイクルに対する劣化状態を示す健全度であるＳＯＨが算出される。前記ＳＯＨは、電池の劣化の進行状況を示す指標であり、現在の蓄電容量の初期蓄電容量に対する比で表され、初期蓄電容量をＱ０とすると、
ＳＯＨ＝（Ｑ／Ｑ０）×１００
で算出することができる。
すなわち、初期蓄電容量Ｑ０を予め算出しておくことにより、現在の蓄電容量ＱからＳＯＨを求めることができる。
前記充電器４０においては、まず、二次電池の使用を開始する際に計測した前記印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ、及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦの値から初期蓄電容量Ｑ０を算出し、前記初期蓄電容量Ｑ０を記憶装置４７に記憶させておく。そして、二次電池を使用した後に計測した前記印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ、及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦの値から現在の蓄電容量Ｑを算出し、前記記憶装置４７より初期蓄電容量Ｑ０を呼び出し、制御装置４５においてＳＯＨを算出するものである。
【００３３】
このように構成することにより、前記充電器４０の制御装置４５において、二次電池の現在の蓄電容量Ｑ及びＳＯＨを算出して、表示部４６に出力して表示するものである。なお、前記表示部４６には蓄電容量ＱやＳＯＨの他にも、印加時電池端子電圧ＶＯＮや回路スイッチを「ＯＦＦ」にした場合の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを表示することも可能である。
【００３４】
また、前記回路を二次電池生産工程における電池の品質管理に利用することも可能である。すなわち、出荷前に二次電池の蓄電容量を検出することにより、不良品の流出を未然に防ぐことができる。
【００３５】
以上のように、本実施例の二次電池１０の充電器４０は、二次電池１０に電圧を印加して充電する二次電池１０の充電器４０において、二次電池１０に起電力Ｅ以上の外部電圧Ｖａを印加する電源４１と、二次電池１０の電池端子電圧を計測する電圧計４２と、二次電池１０に流れる電流を計測する電流計４３と、前記電源４１から二次電池１０への印加状態を切り換える回路スイッチ４４と、二次電池１０の蓄電容量を算出する制御装置４５とを具備してなり、二次電池１０を充電する際に、前記電源４１から外部電圧Ｖａが印加された状態で、前記電圧計４２により二次電池１０の印加時電池端子電圧ＶＯＮと、前記電流計４３により二次電池１０の印加時電流ＪＯＮとをそれぞれ計測し、前記回路スイッチ４４を切り換えて二次電池１０に印加される外部電圧Ｖａを遮断して、二次電池１０の開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを計測し、前記制御装置４５にて、印加時電池端子電圧ＶＯＮ、印加時電流ＪＯＮ、及び開回路電池端子電圧ＶＯＦＦを用いて下式で示される二次電池の蓄電容量Ｑを算出するものである。
Ｑ＝Ｋ×ＪＯＮ／（ＶＯＮ−ＶＯＦＦ）
但し、Ｋ：電池の種類によって決定される定数である
このように構成することにより、特に二次電池を充電器に常にセットする機器では、初期蓄電容量から蓄電容量がどのように変化したかを計測することで、前記機器を計画的に利用することができる。また、現在の蓄電容量を計測することにより、過充電が発生する前に充電を止めることができる。
【００３６】
また、前記充電器４０は二次電池１０の充放電サイクルに対する劣化状態を示す健全度ＳＯＨを算出する制御装置４５を具備してなるものである。このように構成することにより、電池の劣化状態をモニタすることで、最適で健全な電池管理を行うことができる。
また、前記充電器４０は、二次電池１０の蓄電容量Ｑ及び二次電池１０の充放電サイクルに対する劣化状態を示す健全度ＳＯＨを表示する表示部４６を具備してなるものである。このように構成することにより、二次電池の蓄電容量がどのように変化したかを計測して表示部に表示することにより、二次電池の蓄電容量を容易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】蓄電容量検出装置の回路図。
【図２】蓄電容量検出装置のブロック図。
【図３】蓄電容量検出装置の斜視図。
【図４】（ａ）放電時の二次電池の状態を示す概念図（ｂ）充電時の二次電池の状態を示す概念図。
【図５】電池素子の等価回路を示す概念図。
【図６】二次電池の電圧と時間の関係を示すグラフ図。
【図７】二次電池に流れる電流及び二次電池の電圧の計測の流れを示すフローチャート図。
【図８】二次電池に流れる電流及び二次電池の電圧の計測の流れを示すフローチャート図。
【図９】充電器の回路図。
【図１０】充電器のブロック図。
【符号の説明】
【００３８】
１    容量検出装置
１０    二次電池
１２    外部電源
１３    電圧計
１４    電流計
１５    回路スイッチ
１６    制御装置
４０    充電器
４１    外部電源
４２    電圧計
４３    電流計
４４    回路スイッチ
４５    制御装置
４６    表示部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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