CN102084262A - 电池状态监视装置 - Google Patents

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竹野和彦
上村治雄
金井康通
金井孝之
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Abstract

一种电池状态检测装置，用于检测向便携设备(300)供电的二次电池(200)的状态，包含：用于检测二次电池(200)的电压的电压检测部(20)；用于检测二次电池(200)的充放电电流的电流检测部(30)；演算处理部(50)，基于由电压检测部(20)检测出的二次电池(200)的充电开始前后间的电压差和由电流检测部(30)检测出的二次电池(200)的充电开始前后间的电流差，计算二次电池(200)的内部电阻值，并基于所计算的内部电阻值判断二次电池(200)的劣化状态；通信处理部(70)，用于输出对应于演算处理部(50)的判断结果的信号。

Description

电池状态监视装置
技术领域
本发明涉及一种用于检测给电负荷供电的二次电池的状态的电池状态检测装置。
背景技术
随着电池的不断劣化，由该电池供电的电子设备等电负荷的可运行时间逐渐缩短。其劣化的主要原因可以认为是电池内部电阻的增加。基于这种想法，已提供有通过计算电池内部电阻来判定电池的劣化程度的方法。作为计算内部电阻的方法，众所周知的有利用电池的“电压-容量”特性、电池的开路电压、恒定电流的放电或充电过程中的电压和电流的测定值等的方法(例如，日本专利公开2001-228226号公报、日本专利公开平8-43505号公报、日本专利公开2006-98135号公报、日本专利公开2002-75461号公报)。
但是，如果由二次电池供电的电子设备等的电负荷的消耗电流频繁地变化，则只是周期性地检测二次电池的充放电电流或电池电压是难以正确地检测出二次电池的稳定的充放电电流或电池电压的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使由二次电池供电的电负荷的消耗电流的变化频繁，也能判断出二次电池的劣化状态的电池状态检测装置。
为了达到上述目的，本发明的电池状态检测装置，用于检测向电负荷供电的二次电池的状态，包含：用于检测所述二次电池的电压的电压检测单元；用于检测所述二次电池的充放电电流的电流检测单元；内部电阻值计算单元，所述内部电阻值计算单元基于由所述电压检测单元检测出的所述二次电池的充电开始前后间的电压差和由所述电流检测单元检测出的所述二次电池的充电开始前后间的电流差，计算所述二次电池的内部电阻值；劣化状态判断单元，所述劣化状态判断单元通过将由所述内部电阻值计算单元计算的内部电阻值与所述二次电池的劣化状态的判断基准值进行比较，判断所述二次电池的劣化状态；输出单元，用于输出对应于所述劣化状态判断单元的判断结果的信号。
在此，所述内部电阻值计算单元最好基于第一电压值与第二电压值之间的电压差和第一电流值与第二电流值之间的电流差计算所述内部电阻值，其中，所述第一电压值为在检测到所述二次电池的预定值以上的充电电流值之前的检测时间，由所述电压检测单元检测到的值，所述第二电压值为在检测到所述二次电池的预定值以上的充电电流值之后的检测时间，由所述电压检测单元检测到的值，所述第一电流值为在检测到所述预定值以上的充电电流值之前的检测时间，由所述电流检测单元检测到的值，所述第二电流值为在检测到所述预定值以上的充电电流值之后的检测时间，由所述电流检测单元检测到的值。
所述内部电阻值计算单元基于向所述电负荷开始供电之前的所述电压差和所述电流差计算所述内部电阻值，所述劣化状态判断单元将向所述电负荷开始供电之前的所述内部电阻值作为所述判断基准值，判断所述二次电池的劣化状态。
所述判断基准值最好存储在可擦写的存储器中。
所述电负荷为基于所述劣化状态判断单元的判断结果进行预定的运行的设备，所述输出单元将对应于所述劣化状态判断单元的判断结果的信号输出到所述设备。
所述内部电阻值计算单元最好根据所述二次电池的周围温度补正所述内部电阻值，根据所述二次电池的剩余容量补正所述内部电阻值。
为了达到上述目的，本发明的电池状态检测装置检测向电负荷供电的二次电池的状态，包含：用于检测所述二次电池的电压的电压检测单元；用于检测所述二次电池的充放电电流的电流检测单元；内部电阻值计算单元，所述内部电阻值计算单元基于由所述电压检测单元检测出的所述二次电池的放电开始前后间的电压差和由所述电流检测单元检测出的所述二次电池的放电开始前后间的电流差，计算所述二次电池的内部电阻值；劣化状态判断单元，所述劣化状态判断单元通过将由所述内部电阻值计算单元计算的内部电阻值与所述二次电池的劣化状态的判断基准值进行比较，判断所述二次电池的劣化状态；输出单元，用于输出对应于所述劣化状态判断单元的判断结果的信号。
在此，所述内部电阻值计算单元最好基于第一电压值与第二电压值之间的电压差和第一电流值与第二电流值之间的电流差计算所述内部电阻值，其中，所述第一电压值为在检测到所述二次电池的预定值以上的放电电流值之前的检测时间，由所述电压检测单元检测到的值，所述第二电压值为在检测到所述二次电池的预定值以上的放电电流值之后的检测时间，由所述电压检测单元检测到的值，所述第一电流值为在检测到所述预定值以上的放电电流值之前的检测时间，由所述电流检测单元检测到的值，所述第二电流值为在检测到所述预定值以上的放电电流值之后的检测时间，由所述电流检测单元检测到的值。
根据本发明，即使由二次电池供电的电负荷的消耗电流变化频繁，也能判断二次电池的劣化状态。
附图说明
图1为本发明的电池状态检测装置的第一实施方式的智能电池包100A的整体构成图。
图2为电池包100A内的管理系统的工作流程图。
图3为所计算的电阻值Rc在每数次充放电循环中的温度特性。
图4为对电阻值Rc进行温度补正处理后的电阻值Rcomp的温度特性。
图5为所计算的电阻值Rcomp在每个充放电循环中的剩余容量特性。
图6为对电阻值Rcomp进行剩余容量补正处理后的电阻值Rcomp2的剩余容量特性。
图7为对新的锂离子电池以0.5C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
图8为对新的锂离子电池以0.5C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
图9为对新的锂离子电池以1.0C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
图10为对新的锂离子电池以1.0C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
图11为对重复进行了500次充放电循环之后的锂离子电池以0.5C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
图12为对重复进行了500次充放电循环之后的锂离子电池以0.5C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
图13为对重复进行了500次充放电循环之后的锂离子电池以1.0C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
图14为对重复进行了500次充放电循环之后的锂离子电池以1.0C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
图15为充电检测的序列图。
图16为表示在25℃中的“开路电压-充电率”特性的图。
主要符号说明：
10为温度检测部，20为电压检测部，21为起动电压检测部，30为电流检测部，31为起动电流检测部，40为ADC，50为演算处理部，60为存储器，70为通信处理部，80为计时器，100A为电池包，200为二次电池，300为便携设备。
本发明的最佳实施方式
下面，参照附图说明本发明的最佳实施方式。图1为本发明的电池状态检测装置的第一实施方式的智能电池包100A的整体构成图。电池包100A包含用于检测锂离子电池、镍氢电池、双电荷层电容器等二次电池200的周围温度的温度检测部10、用于检测二次电池200的电压的电压检测部20、用于检测二次电池200的充放电电流的电流检测部30、将从各个检测部输出的用于表示检测结果的模拟电压值变换为数字值的AD转换器(下面称为“ADC”)40、进行电流积分、容量补正、可放电容量等的演算处理的演算处理部50(例如，具有CPU51、ROM52以及RAM53等的微型计算机)、用于存储将利用于上述演算处理的用于特定二次电池200或电池包100A的各构成部的特性的特性数据的存储器60(例如，EEPROM或闪存)、向以二次电池200为电源的便携设备300传送有关二次电池200的电池状态信息的通信处理部70(例如，通信用IC)、进行时间管理的计时部80、根据电流检测部30的检测结果检测便携设备300的起动电流的起动电流检测部31。这些构成要素的一部分或全部可以是由集成电路构成并进行了封装的部件。
电池包100A是将二次电池200和用于管理其电池状态的管理系统合起来的模块部件。电池包100A通过电极端子(正极端子1和负极端子2)和通信端子3连接于便携设备300。正极端子1通过通电路径与二次电池200的正极电连接，负极端子2通过通电路径与二次电池200的负极电连接。通信端子3连接于通信处理部70。通信处理部70是将基于演算处理部50的处理结果的通知信息输出到便携设备300的单元。
便携设备300是人可以携带的电子设备，具体有便携电话、PDA或便携式电脑等信息终端装置，照相机、游戏机、音乐或摄像等的播放器等。电池包100A可以内装于便携设备300，或者可以外置。便携设备300基于由通信处理部70获得的电池状态信息，进行对应于该电池状态信息的预定的动作。例如，便携设备300将电池状态信息显示在显示器等的显示部(例如，显示二次电池200的剩余量信息、劣化信息、交换时间信息等)，或者基于电池状态信息改变自身的工作模式(例如，从一般消耗电力模式变更为低消耗电力模式)。
二次电池200是便携设备300的电源，而且还是ADC40、演算处理部50、通信处理部70以及计时部80的电源。并且，温度检测部10、电压检测部20、电流检测部30以及起动电流检测部31根据其电路构成，可能需要从二次电池200供电。就存储器60而言，即使由二次电池200的供电被切断，也能保存其存储内容。温度检测部10、电压检测部20、电流检测部30、ADC40以及演算处理部50起到检测二次电池200的电池状态的状态检测部的作用。
温度检测部10检测二次电池200的周围温度，并将所检测的周围温度变换为可输入到ADC40中的电压进行输出。由ADC40进行转换的、表示二次电池200的周围温度的电池温度的数字值被传递到演算处理部50，被利用为进行演算处理的参数。电池温度的数字值通过演算处理部50换算为预先决定的单位，并作为表示二次电池200的电池状态的电池状态信息，通过通信处理部70输出到便携设备300。在此，如果二次电池200和电池包100A相互挨得很近，则温度检测部10不仅可以检测二次电池200本身的温度和其周围温度，还可以检测电池包100A或其构成部的温度。并且，当温度检测部10与电压检测部20、电流检测部30、ADC40一起由集成电路构成时，温度检测部10可以检测其集成电路本身的温度或其周围温度。
电压检测部20检测二次电池200的电压，并将所检测的电压转换为可输入到ADC40的电压进行输出。由ADC40进行转换的、表示二次电池200的电压的电池电压的数字值被传递到演算处理部50，被利用为进行演算处理的参数。电池电压的数字值通过演算处理部50换算为预先决定的单位，并作为表示二次电池200的电池状态的电池状态信息，通过通信处理部70输出到便携设备300。
电流检测部30检测二次电池200的充放电电流，并将所检测的电流转换为可输入到ADC40的电压进行输出。电流检测部30包含与二次电池200串联连接的电流检测电阻30a和用于将电流检测电阻30a两端的电压进行放大的运算放大器，通过电流检测电阻30a和运算放大器将充放电电流转换为电压。运算放大器也可以设置在ADC40中。由ADC40进行转换的、表示二次电池200的充放电电流的电池电流的数字值被传递到演算处理部50，被利用为进行演算处理的参数。电池电流的数字值通过演算处理部50换算为预先决定的单位，并作为表示二次电池200的电池状态的电池状态信息，通过通信处理部70输出到便携设备300。
演算处理部50计算二次电池200的剩余容量。关于计算剩余容量的方法，可以使用任意的适当的方法，下面举例其计算方法。
演算处理部50对二次电池200的充电状态或放电状态(例如，通过便携设备300的运行而消耗预定值以上的电流的状态)中由电流检测部30检测的电流值进行积分，由此可以计算二次电池200中被充放电的电量，同时可以计算二次电池200中存有的当前的电量(剩余容量)。就计算剩余容量而言，日本专利公开2004-226393号公报中公开了在二次电池的充放电过程中，当温度或电流等条件发生变化时，并不是充放电效率产生变化，而是根据各充放电条件存在暂时不能进行充电或放电的电量，只是这些电量产生变化的观点。如果根据该观点，可以不对充放电效率进行补正处理。
但是，当电池包100A的构成部分中存在依赖温度的温度依赖回路部分，则演算处理部50可以由温度检测部10检测周围温度，并基于“充放电电流-温度”特性，对由ADC40进行转换的二次电池200的充放电电流值进行补正。“充放电电流-温度”特性可以通过补正表或补正函数表示。补正表内的数据或补正函数的系数作为特性数据存储在存储器60中。演算处理部50根据从存储器60读取的反映出特性数据的补正表或补正函数，基于由温度检测部10测定的温度进行充放电电流值的补正。
另外，当二次电池200的充放电变为停止状态(例如，便携设备300的运行停止或待机状态)时，与充电状态或放电状态相比，充电电流值会变小。其结果，因分辨率等原因，如果由电流检测部30或ADC40测定的结果中包含很多误差或者不能进行测定的状态持续一段时间，则用于计算剩余容量的上述电流积分处理的误差被积分，因此将失去计算剩余容量的正确性。为了防止发生该现象，演算处理部50可以停止对电流值的积分处理，或者将预先测定的便携设备300的消耗电流值存储在存储器60中，然后可以对该值进行积分运算。
为了提高剩余容量或充电率等的演算精度，当便携设备300的停止状态持续预定时间时，演算处理部50可以定期地测定二次电池200的电压(开路电压)，并基于“开路电压-充电率”特性(参照图16)计算和补正充电率。开路电压为切断稳定后的二次电池200的两极之间或者用高电阻测定的两极之间的电压。充电率为将此时的二次电池200的满充电容量设为100时，将该二次电池200的剩余容量的比率用百分比(％)表示的参数。“开路电压-充电率”特性由补正表或补正函数表示。补正表内的数据或补正函数的系数作为特性数据存储在存储器60中。演算处理部50根据从存储器60读取的反映了特性数据的补正表或补正函数，对应于由电压检测部20测定的开路电压进行充电率的计算和补正。
当二次电压200的开路电压中存在温度特性时，演算处理部50可以对开路电压进行预定的温度补正。例如，演算处理部50可以由温度检测部10检测周围温度，并基于“开路电压-温度”特性来补正由ADC40进行了转换的二次电池200的开路电压。“开路电压-温度”特性通过补正表或补正函数表示。补正表内的数据或补正函数的系数作为特性数据存储在存储器60中。演算处理部50根据从存储器60读取的反映了特性数据的补正表或补正函数，对应于由温度检测部10测定的温度进行开路电压的补正。
如上所述，演算处理部50可以计算二次电池200的充电率，但二次电池200的剩余容量要基于满充电容量和充电率之间的关系才能算出，因此如果二次电池200的满充电容量没有被测定或推算，则不能计算出二次电池200的剩余容量。
作为计算二次电池200的满充电容量的方法，例如有基于二次电池200的放电量计算的方法和基于充电量计算的方法。当基于充电量计算时，除脉冲充电以外，用恒定电压或恒定电流充电，因此比基于容易影响便携设备300的消耗电流特性的放电量进行计算的情况相比，可以测定正确的充电电流。当然，关于具体利用哪种方法，需要考虑便携设备300的特性等的情况下，可以选择两种或一种。
理所当然，可以测定正确的满充电容量的条件是从剩余容量为零的状态至满充电状态为止的期间持续进行充电，在该充电期间进行积分运算的电流值成为满充电容量。但是，如果考虑一般的使用情况，能进行这种充电的情况很罕见，通常情况下在具有一定程度的剩余容量的状态进行充电。
因此，考虑到这种情况，演算处理部50基于即将开始充电时的电池电压和充电结束后经过预定时间时的电池电压，计算出二次电池200的满充电容量。即，演算处理部50基于即将开始充电时的电池电压和“开路电压-充电率”特性(参照图16)计算出即将开始充电时的充电率，同时基于充电结束后经过预定时间时的电池电压和“开路电压-充电率”特性(参照图16)来计算出充电结束后经过预定时间时的充电率。并且，当将满充电容量设为FCC[mAh]即将开始充电时的充电率设为SOC1[％]、充电结束后经过预定时的充电率设为SOC2[％]，充电开始至充电结束的充电期间被充电的电量设为Q[mAh]时，演算处理部50可以基于演算式(1)计算出二次电池200的满充电容量FCC。
FCC＝Q/{(SOC2-SOC1)/100}  …………(1)
在此，如果SOC1和SOC2是进行了温度补正的参数，则可以得到更正确的值。并且，通过使用充电结束后经过预定时间的电池电压，可以在演算中反映比充电刚结束时更加稳定的电池电压，从而可以提高演算结果的精度。
因此，基于上述计算出的充电率和满充电容量，可以计算出二次电池200的剩余容量(剩余容量＝满充电容量×充电率)。
但是，在近些年的便携式电话等的电子设备中，为了延长其可运行时间等，使消耗电流频繁地变化，因此只是周期性地检测二次电池的充放电电流或电池电压，难以正确地检测出二次电池的稳定的充放电电流或电池电压。因此，在本实施例中，在包含二次电池200的开始充电阶段的单位时间中，通过检测和计算该单位时间中的充放电电流的电流差和与其单位时间相同时间段的电池电压的电压差，从而计算二次电池200的内部电阻值，并将所计算的内部电阻值作为判断二次电池200的劣化的指标。
即，假设即将开始充电时的电池电压为V0、即将开始充电时的充电电流为I0、从充电开始至经过规定时间时的电池电压为V1、从充电开始至经过规定时间时的充电电流为I1时，如果当作即将开始充电时的内部电阻和充电开始至经过规定时间时的内部电阻值相同，则二次电池200的内部电阻值Rc可以由内部电阻值演算式(2)计算。
Rc＝(V1-V0)/(I1-I0)  …………(2)
关于此点，下面说明当把充电开始前后的各阶段中检测出的电流和电压代入到演算式(2)中计算内部电阻值时，为了确认是否能得到内部电阻值的稳定的计算结果而进行的确认试验的结果。具体来讲，进行了对二次电池产生五次充电脉冲，同时观察充电中的电压的确认试验。图7～图14为其试验结果。图7、8为对新的锂离子电池以0.5C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。图9、10为对新的锂离子电池以1.0C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。图11、12为对重复进行了500次充放电循环之后的锂离子电池以0.5C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。图13、14为对重复进行了500次充放电循环之后的锂离子电池以1.0C的脉冲充电电流进行了充电时的电压变化特性。
在图7、9、11、13的表中，经过时间第14秒相当于没有脉冲充电电流的供应的电压变化波形的谷的部分，经过时间第15～19秒相当于供应有脉冲充电电流的电压波形的峰的部分。
在图7～10中，如果基于电压变化波形的谷的电压值和峰的电压值之间的电压差计算内部电阻值的平均值，则图7、8中的平均值为199.5mΩ，图9、10中的平均值为197.9mΩ。不管在哪种情况下，计算出的内部电阻值大致相同。由此可以确认，即使充电电流不同，基于充电开始前后之间的电压值和电流差，可以计算出稳定的内部电阻值。
同样，在图11～14中，如果基于电压变化波形的谷的电压值和峰的电压值之间的电压差计算内部电阻值的平均值，则图11、12中的平均值为284.6mΩ，图13、14中的平均值为272.6mΩ。不管在哪种情况下，计算出的内部电阻值大致相同。由此可以确认，即使相对于新品而言被劣化的状态下充电电流不同，基于充电开始前后之间的电压值和电流差，可以计算出稳定的内部电阻值。
因此，演算处理部50检测出一定时间的二次电池200的充放电电流值为零或二次电池200中流动微小的充放电电流的停止状态后，当检测到比停止状态的电流值大的预定值以上的充电电流流动的充电状态时，基于充电状态中的二次电池200的电压值和电流值以及停止状态中的二次电池200的电压值和电流值，根据上述演算式(2)计算二次电池200的内部电阻值。在此，充电状态中的二次电池200的电压值和电流值为从检测到上述预定值以上的充电电流值的时刻经过一定时间时的电压值和电流值，上述停止状态中的二次电池200的电压值和电流值为从检测到上述预定值以上的充电电流值之前的电压值和电流值。演算处理部50比较所计算的内部电阻值和可以判定为二次电池200被劣化的预定的电阻值(预先存储在存储器60等中)，当所计算的内部电阻值大于其预定的电阻值时，将二次电池200判定为劣化电池。该判定信息通过通信处理部70被传送到便携设备300。
图2为电池包100A内的管理系统的动作流程。管理系统以演算处理部50为主体运行。在初始化管理系统后，演算处理部50进行由温度检测部10的温度测定，由电压检测部20的电压测定，由电流检测部30的电流测定(步骤10)。演算处理部50以预定的检测周期检测由这些检测部检测的测定值，并将电压值、电流值以及温度值的同一时刻的数据存储到RAM53等的存储器中。该检测周期可以考虑二次电池200充电时的电池电压的上升特性等来决定，以可以正确地检测二次电池200充电时的电池电压上升前后间的电压差和电流差。
演算处理部50由电流检测部30检测出一定时间的充放电电流值为零或流动微小的充放电电流的停止状态后，判断由电流检测部30检测的电流是否为用于判定二次电池200充电开始的预定的正的第一电流阈值以上(步骤10、12)。当在步骤10的检测时间由电流检测部30检测的电流小于第一电流阈值，则演算处理部50将所检测的电压、电流、温度作为即将开始充电时的检测值，确定为V0、I0、Temp(步骤14)。确定后，返回到步骤10。在步骤12中，直到由电流检测部30检测的电流为第一电流阈值以上为止，更新V0、I0、Temp。
需要说明的是，在步骤10中，如果由电流检测部30检测的电流虽然小于第一电流阈值(绝对值)，但是其值为零或大于零的预定值以上的放电电流值(绝对值)时，可以认为该检测值不适用于计算正确的内部电阻值，将该检测值从计算内部电阻值的电流对象中除去。
另外，在步骤12中，如果在步骤10的检测时间由电流检测部30检测的电流为第一电流阈值以上，则演算处理部50认为对二次电池20的充电开始，再次进行由温度检测部10的温度测定、由电压检测部20的电压测定、由电流检测部30的电流测定(步骤16)。演算处理部50判断在步骤16中由电流检测部30检测的电流是否为比第一电流阈值大的预定的第二电流阈值以上(步骤18)。第二电流阈值为对二次电池200的充电电流上升后用于判定是否为稳定的充电状态(充电电流的变化量比充电电流的上升状态小的充电状态)的判断阈值。
当在步骤16中由电流检测部30检测的电流不在第二电流阈值以上时，演算处理部50认为充电开始后的充电电流还没有稳定、不适用于计算内部电阻值，从而结束本流程。另外，当在步骤16中由电流检测部30检测的电流为第二电流阈值以上时，演算处理部50认为充电电流稳定，将所检测的电压和电流作为从充电开始后经过了规定时间的检测值，确定为V1、I1(步骤20)。并且，在步骤22中，如果检测到第一电流阈值以上的电流值后没有经过规定的时间，则认为充电电流还处于上升的过程中，返回到步骤16。另外，如果经过了规定的时间，则移动到步骤24。在步骤24中，演算处理部50根据演算式(2)计算二次电池200的内部电阻值Rc。
因此，每次对二次电池200进行充电时计算内部电阻值Rc，并如图15所示，通过设定用于判定充电开始的第一电流阈值和比第一电流阈值大的第二电流阈值，可以准确地把握对二次电池200的充电开始时刻，可以将稳定的充电状态中的检测值用于内部电阻值的计算。
当便携设备300进行间歇地消耗电流的动作时(例如，一般电力消耗模式和低消耗电力模式之间的切换间歇性地进行时；常态的消耗电流为1mA，但消耗电流定期地变为10mA时)，如果充电开始前电流I0的检测时间或充电开始后电流I1的检测时间与充电的上升时间重叠，则内部电阻值的计算误差变大。但是，考虑便携设备300的动作状态，如上所述，通过设定两个电流阈值来计算内部电阻值，可以抑制内部电阻值的计算误差。并且，为了抑制内部电阻值的计算误差，考虑便携设备300的动作状态，例如可以采用多次检测值的平均值、多次的检测值中多数一致的平均值、连续n次一致的检测值等作为内部电阻值演算式的代入值。
但是，当二次电池200或电池包100A的构成部分中存在温度特性时，内部电阻值Rc具有温度特性。例如，二次电池200的开路电压具有随着其周围温度变高而变小的倾向。由于温度检测部10、电压检测部20、电流检测部30、ADC40等具有电阻、晶体管或放大器等模拟元件，因此可能构成温度依赖电路部。一般，在集成电路的设计阶段，会考虑晶片内元件的温度依赖性进行设计，但是因为存在制造工序中的偏差或晶片面内的特性偏差等，所制造的IC不可避免地具有微小的温度特性。
因此，利用计算电阻时的温度信息，不管在何种温度下进行了测定，都可以进行补正演算，以使所计算的内部电阻值相同。演算处理部50通过对在步骤24中计算的电阻值Rc进行对应于周围温度的补正，计算第一补正电阻值Rcomp(步骤26)。
图3表示剩余量为340mAh时所计算的电阻值Rc在每充放电循环次数中的温度特性。如图3所示，原本应该恒定的计算结果，由于ADC40等的温度特性，随着温度上升所计算的电阻值Rc变小。虽然在此省略其说明，但关于图3的温度特性，通过进行曲线拟合处理，将周围温度Temp和内部电阻值Rc作为变量，可以导出能计算出不依赖于周围温度而大致恒定的内部电阻值的第一补正关系式(3)。
Rcomp＝(0.0016×Temp2-0.006×Temp+0.7246)×Rc+(-0.3172×Temp2+8.6019×Temp-59.861)  …………(3)
为了通过曲线拟合处理计算出式(3)的系数，可以利用MATLAB或LabVIEW等的数值分析软件。如果将这些系数预先存储在存储器60中，演算处理部50可以基于从存储器60读取的这些系数和由温度检测部10测定的温度数据以及内部电阻值Rc，根据式(3)计算出基于其测定时的温度而对内部电阻值Rc进行了补正的第一补正电阻值Rcomp。
图4为对电阻值Rc进行了温度补正处理后的电阻值Rcomp的温度特性。即使二次电池200的周围温度的实际测量值变化，只要代入到补正关系式(3)，如图4所示，可以将内部电阻值变换为大致恒定。
此外，由于所计算的内部电阻值还会随着二次电池的剩余容量发生变化，因此进行补正演算，以使所计算的内部电阻值在测定时的剩余容量不同时也能大致恒定。演算处理部50通过对在步骤26进行了计算的电阻值Rcomp进行对应于剩余容量的补正，从而计算出第二补正电阻值Rcomp2(步骤28)。
图5表示周围温度为20℃时所计算的电阻值Rcomp在每次充放电循环中的剩余容量特性。如图5所示，原本应该恒定的计算结果，随着剩余容量的增加，所计算的电阻值Rcomp变小。虽然在此省略其说明，但关于图5的剩余容量特性，通过进行曲线拟合处理，将即将开始充电时的剩余容量Q0和第一补正电阻值Rcomp作为变量，可以导出能计算出不依赖于剩余容量而大致恒定的内部电阻值的第二补正关系式(4)。
Rcomp2＝(0.0004×Q0+0.8543)×Rcomp+(-0.0504×Q0+19.804)  …………(4)
即将开始充电时的剩余容量Q0由演算处理部50算出。为了通过曲线拟合处理算出式(4)的系数，可以利用MATLAB或LabVIEW等的数值分析软件。如果将这些系数预先存储在存储器60中，演算处理部50可以基于从存储器60读取的这些系数和剩余容量Q0以及第一补正电阻值Rcomp，根据式(4)计算出基于剩余容量Q0而对第一补正电阻值Rcomp进行了补正的第二补正电阻值Rcomp2。
图6为对电阻值Rcomp进行了剩余容量补正处理后的电阻值Rcomp2的剩余容量特性。即使二次电池200的剩余容量变化，只要代入到补正关系式(4)，如图6所示，可以将内部电阻值变换为大致恒定。
下面，在图2中，演算处理部50判断补正电阻值Rcomp2是否大于预定的劣化判定用阈值(步骤30)。当判断出补正电阻值Rcomp2大于其劣化判定用阈值时，演算处理部50判定二次电池200劣化(步骤34)，当判断出补正电阻值Rcomp2在其劣化判定用阈值以下时，演算处理部50判定二次电池200没有劣化而处于正常状态(步骤32)。并且，演算处理部50可以通过将多个不同的劣化判定用阈值与所计算的内部电阻值进行比较，判定二次电池200的劣化程度。据此，可以得到详细的劣化判定的结果。
在此，劣化判定用阈值可以存储在存储器60中。通过使存储在存储器60中的劣化判定用阈值可擦写，可以针对每一种规格的便携设备300容易地改变劣化判定用阈值。即，即使装有电池包100A的便携设备300的规格变化，也能适当地进行劣化判定。
进行劣化判定时，演算处理部50可以将初期内部电阻值作为劣化判定用的判定基准值，进行二次电池200的劣化状态的判定。在此，初期内部电阻值为基于向二次电池200开始供电之前的检测值进行计算的值。演算处理部50通过比较初期内部电阻值与基于向二次电池200开始供电后的检测值计算出的内部电阻值，判断二次电池200的劣化状态。例如，供电开始前的初期内部电阻值与供电开始后的内部电阻值之间的差越大，判断二次电池200更加劣化。
初期内部电阻值可以基于在电池包100A被安装到便携设备300之前(例如，电池包100A上市之前)，二次电池200第一次被充电时的充电开始前后间的电压和电流的检测值进行计算。当由电流检测部30等自动检测出第一次充电动作时，可以基于该第一次充电开始前后间的检测值计算出初期内部电阻值，并将其计算结果作为劣化判定用的判定基准值存储在存储器50中。第一次充电可以从电池包100A的外部通过电池包100A的电极端子供应充电用脉冲电流来进行。
因此，根据上述实施例，由于基于充电电流变化的充电开始前后间的电压及电流的检测值来判断劣化状态，因此即使从二次电池200供电的便携设备300的消耗电流频繁地变化，也能无影响地判断二次电池200的劣化状态。
根据上述实施例，由于在存储器60中预先存储用于计算内部电阻值或判定劣化的特性数据(例如，补正关系式(3)、(4)的系数，劣化判定用阈值)，并基于其补正关系式等计算内部电阻值，因此比基于查找表计算内部电阻值的情况相比，可以用较小的存储区域计算高精度的内部电阻值或判定劣化。在此，查找表是存储着表示“内部电阻值-温度”特性或“内部电阻值-剩余容量”特性的庞大的特性数据的表。如果能够减小存储区域，可以缩减IC等的成本。并且，如果能够对应于二次电池的特性，使存储在存储器60中的特性数据可擦写，则可以计算出特性不同的二次电池的内部电阻值，同时可以判定特性不同的二次电池的劣化状态。
上述的基于充电开始前后间的检测值进行了计算的内部电阻值与通过交流而测定的阻抗相比，劣化时的电阻变化较明显。因此，在与判定阈值进行比较的劣化判定中，可以抑制计算电阻值时的误差带来的影响。
由于电阻值的计算是在电池包内进行，因此在便携设备300一侧不需要设置用于计算内部电阻值的专用装置或测定电路等。并且，由于从初期状态监视着电池状态，因此通过检测内部电阻值从增加的倾向变化为减少的倾向，可以检测出电池内的微小短路等劣化异常现象的同时，可以将其劣化异常现象传递给便携设备300。
上面详细说明了本发明的最佳实施例，但本发明并不限定于上述实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种变形和置换。
例如，虽然是在短期内但如果起动电流或放电电流大致恒定，则在这种便携设备中，可以将上述的基于充电开始前后间的检测值计算内部电阻值的计算处理置换为基于放电开始前后间的检测值计算内部电阻值的计算处理，此时可以以同样的想法得到同样的效果。并且，在以恒定电流进行充电时，由于可以通过在一定期间停止充电来产生电压降，因此通过将该电压下降置换为上述的开始放电，可以以同样的想法得到同样的效果。并且，停止充电并经过一定时间后重新开始充电时可以产生电压上升，因此通过将其电压上升置换为上述的开始充电，可以以同样的想法得到同样的效果。
在上述实施例中，由于所计算的内部电阻值会受到检测时的剩余容量的影响而进行了补正处理，但通过观察图5的内部电阻值的剩余容量特性可知，电池越劣化，基于低剩余容量时检测值进行计算的内部电阻值和基于高剩余容量时的检测值进行计算的内部电阻值之间的差越大。因此，可以算出相当于剩余容量的单位变化量的内部电阻值的变化量，并通过其内部电阻值的变化量判断电池的劣化状态。即，相当于剩余容量的单位变化量的内部电阻值的变化量越大，可以判断出电池更加劣化。
在上述的实施例中，通过比较由补正关系式进行了计算的补正后内部电阻值(Rcomp、Rcomp2)与劣化判定用阈值来进行了劣化判定，但可以通过比较补正前内部电阻值Rc与多个各温度范围的劣化判定用阈值来进行劣化判定。同样，可以通过比较补正前内部电阻值Rc与多个各剩余容量范围的劣化判定用阈值来进行劣化判定。
通过对应于存储在存储器60中的存储值来改变用于计算内部电阻值的充电开始后的电压和电流的检测时间，可以在最适合于二次电池的种类的检测时间检测充电开始后的电压和电流。
本国际申请以2008年7月11日申请的日本专利申请第2008-181924号作为主张优先权的基础，并在本国际申请中引用该申请的全部内容。

Claims (9)

1.一种电池状态检测装置，用于检测向电负荷供电的二次电池的状态，所述电池状态检测装置的特征在于，包含：
用于检测所述二次电池的电压的电压检测单元；
用于检测所述二次电池的充放电电流的电流检测单元；
内部电阻值计算单元，所述内部电阻值计算单元基于由所述电压检测单元检测出的所述二次电池的充电开始前后间的电压差和由所述电流检测单元检测出的所述二次电池的充电开始前后间的电流差，计算所述二次电池的内部电阻值；
劣化状态判断单元，所述劣化状态判断单元通过将由所述内部电阻值计算单元计算出的内部电阻值与所述二次电池的劣化状态的判断基准值进行比较，判断所述二次电池的劣化状态；
输出单元，用于输出对应于所述劣化状态判断单元的判断结果的信号。
2.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其特征在于，所述内部电阻值计算单元基于第一电压值与第二电压值之间的电压差和第一电流值与第二电流值之间的电流差计算所述内部电阻值，其中，所述第一电压值为在检测到所述二次电池的预定值以上的充电电流值之前的检测时间，由所述电压检测单元检测到的值，所述第二电压值为在检测到所述预定值以上的充电电流值之后的检测时间，由所述电压检测单元检测到的值，所述第一电流值为在检测到所述预定值以上的充电电流值之前的检测时间，由所述电流检测单元检测到的值，所述第二电流值为在检测到所述预定值以上的充电电流值之后的检测时间，由所述电流检测单元检测到的值。
3.根据权利要求1或2所述的电池状态检测装置，其特征在于，所述内部电阻值计算单元基于向所述电负荷开始供电之前的所述电压差和所述电流差计算所述内部电阻值，所述劣化状态判断单元将向所述电负荷开始供电之前的所述内部电阻值作为所述判断基准值，判断所述二次电池的劣化状态。
4.根据权利要求1或2所述的电池状态检测装置，其特征在于，所述判断基准值存储在可擦写存储器中。
5.根据权利要求1或2所述的电池状态检测装置，其特征在于，所述电负荷为基于所述劣化状态判断单元的判断结果进行预定的运行的设备，所述输出单元将对应于所述劣化状态判断单元的判断结果的信号输出到所述设备。
6.根据权利要求1或2所述的电池状态检测装置，其特征在于，所述内部电阻值计算单元根据所述二次电池的周围温度补正所述内部电阻值。
7.根据权利要求1或2所述的电池状态检测装置，其特征在于，所述内部电阻值计算单元根据所述二次电池的剩余容量补正所述内部电阻值。
8.一种电池状态检测装置，用于检测向电负荷供电的二次电池的状态，所述电池状态检测装置的特征在于，包含：
用于检测所述二次电池的电压的电压检测单元；
用于检测所述二次电池的充放电电流的电流检测单元；
内部电阻值计算单元，所述内部电阻值计算单元基于由所述电压检测单元检测出的所述二次电池的放电开始前后间的电压差和由所述电流检测单元检测出的所述二次电池的放电开始前后间的电流差，计算所述二次电池的内部电阻值；
劣化状态判断单元，所述劣化状态判断单元通过将由所述内部电阻值计算单元计算出的内部电阻值与所述二次电池的劣化状态的判断基准值进行比较，判断所述二次电池的劣化状态；
输出单元，用于输出对应于所述劣化状态判断单元的判断结果的信号。
9.根据权利要求8所述的电池状态检测装置，其特征在于，所述内部电阻值计算单元基于第一电压值与第二电压值之间的电压差和第一电流值与第二电流值之间的电流差计算所述内部电阻值，其中，所述第一电压值为在检测到所述二次电池的预定值以上的放电电流值之前的检测时间，由所述电压检测单元检测到的值，所述第二电压值为在检测到所述预定值以上的放电电流值之后的检测时间，由所述电压检测单元检测到的值，所述第一电流值为在检测到所述预定值以上的放电电流值之前的检测时间，由所述电流检测单元检测到的值，所述第二电流值为在检测到所述预定值以上的放电电流值之后的检测时间，由所述电流检测单元检测到的值。
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