JP2000206214A

JP2000206214A - 電池寿命検出装置

Info

Publication number: JP2000206214A
Application number: JP11009342A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Yasuda; 守安田; Mamoru Kuwajima; 守桑島; Takeshi Okawa; 健大川; Kazunari Ishibashi; 一成石橋
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-07-28
Anticipated expiration: 2019-01-18
Also published as: JP3943743B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】電池寿命検出装置４は、二次電池３が出
力する電圧Ｖｃｃを所定時間毎に検出する電圧検出回路
４１と、この電圧検出回路４１に入力された二次電池３
の電圧値に基づいて電圧変動値を算出する電圧変動算出
回路４２と、当該電圧変動算出回路４２で得られた電圧
変動値に基づいて電池寿命の判定を行う電池寿命判定回
路４３とを備える。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する。これにより、二次電池３の
電池寿命を事前に予測できる。

Description

【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、二次電池
が出力する電圧を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二次電池の電圧値に
基づいて電圧変動値を算出する電圧変動算出手段と、当
該電圧変動算出手段で得られた電圧変動値に基づいて電
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】以上において、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とが好ましい。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】また、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ことが望ましい。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４
１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ΔＶｂ
ａｔｔ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Ｖｂ
ａｔｔ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Ｖｂ
ａｔｔ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Ｖｂａ
ｔｔ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Ｖ
ｆａ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Ｖ
ｆａ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、ＣＰ
Ｕ５０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（Ｓ
７）、終了していたら電池寿命の検出を終了する（Ｓ
８）。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Ｖ
ｃｃ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Ｖｂ
ａｔｔの差から得られる電圧変動の振幅を電圧変動値Δ
Ｖｂａｔｔ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ΔＶｂａｔ
ｔ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Ｖｂａｔ
ｔ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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大川健神奈川県川崎市高津区坂戸１−20−１株式会社ミツトヨ内 (72)発明者石橋一成広島県呉市広古新開６−８−20 株式会社ミツトヨ内Ｆターム(参考） 2G016 CA00 CB05 CB12 CB23 CC01 CC06 CC16 CC27 CE00 5H030 AA08 AS11 FF44 FF52

Claims

【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、前記二次電池が出力する電圧を所定時
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圧変動値を
算出する電圧変動算出手段と、当該電圧変動算出手段で
得られた前記電圧変動値に基づいて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、前記電圧変動算出手段は、前記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前記電圧変動値
を算出していることを特徴とする電池寿命検出装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の電池寿命
検出装置において、前記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、前記許容電圧変動値と、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ことを特徴
とする電池寿命検出装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３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。