JP2001095159A

JP2001095159A - ２次電池ユニット及び２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法

Info

Publication number: JP2001095159A
Application number: JP2000125658A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Noguchi; 智樹野口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2001-04-06
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: JP3868711B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで構成でき、電気容量の高精度な検
出が可能な２次電池ユニット及び２次電池ユニットにお
ける電気容量の測定方法を提供する。【解決手段】２次電池ユニット（１）は、充電可能な
電池セル（１１）と当該電池セルと電気的に分離された
メモリ素子（１２）から構成される。メモリ素子は（１
２）、電圧降下特性に基づく補正用パラメータの記憶機
能を備え、電池セルの電気容量は、予め記憶されたパラ
メータを補正値として使用し、測定した電池セルの電圧
から演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次電池ユニット
及び２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法に関
するものであり、詳しくは、リチウムポリマー電池など
の充電可能な電池セルを含む２次電池ユニットであっ
て、低コストで構成でき且つ電池セルの電気容量を高精
度に検出し得る２次電池ユニット及び当該２次電池ユニ
ットにおける電気容量の測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２次電池を使用した機器においては、２
次電池の充電時期、充電状態または交換時期を表示する
等の目的から、２次電池の電気容量、すなわち、残容量
を計測することが要求される。２次電池の残容量を計測
する１つの方法としては、単純に電圧を検出して概算的
に残容量を推定する方法が挙げられる。他の方法として
は、電流積算回路を通じて得られる充放電電流の積算値
および予め記憶された充放電の回数や温度変化などによ
る劣化状態のパラメータに基づいて残容量を演算する方
法が挙げられる（例えば、特開平１１−１４７１７号公
報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、２次電池
は、充放電の繰返しによって次第に劣化するが、２次電
池の残容量に関する上記の各計測方法のうち、電圧検出
による方法は、低コストである反面、電池の劣化状態が
不明であるため、正確に残容量を推定するのが困難であ
る。特に、グラファイトの様な炭素材料を活物質に用い
たリチウム２次電池では、非線形の電圧降下特性を示す
ため、電圧検出のみによって残容量を特定するのは殊更
困難である。また、充放電電流の積算値などを利用する
方法は、高い精度で算出できる反面、電流積算回路とし
て多数の部品や回路を必要とするため、測定に要するコ
ストが極めて高くなる。しかも、２次電池自体によって
電流積算回路を作動させるため、測定のために電池自体
を消耗させると言う問題もある。

【０００４】本発明は、上記の実情に鑑みて種々検討の
結果、２次電池としての特定の電池ユニットにより上記
の課題を解決せんとなされたものであり、その目的は、
リチウムポリマー電池やリチウムイオン電池などの充電
可能な電池セルを含み且つ電池セルの電気容量の測定を
可能にする機能が備えられた電池ユニットであって、低
コストで構成でき、しかも、電気容量の高精度な検出が
可能な２次電池ユニット及び当該２次電池ユニットにお
ける電気容量の測定方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の２次電池ユニットは、充電可能な電池セル
及びメモリ素子から構成された２次電池ユニットであっ
て、前記メモリ素子は、前記電池セルと電気的に分離さ
れ、かつ、前記電池セルの電気容量の演算に使用される
パラメータの記憶機能を備え、しかも、前記パラメータ
には、前記電池セルの固有の特性パラメータが含まれる
ことを特徴とする。

【０００６】すなわち、上記の２次電池ユニットにおい
て、メモリ素子は、電池セルの固有の特性パラメータを
予め記憶し、そして、外部機器において電池セルの電気
容量を演算する際、メモリ素子は、記憶したパラメータ
を外部機器に協働的に出力する。従って、メモリ素子か
ら得られる情報に基づき、電池セルの電気容量を簡単に
演算できる。

【０００７】また、上記の２次電池ユニットの好ましい
態様において、電池セルの固有の特性パラメータは、当
該電池セルの劣化状態に関するパラメータであって、所
定電圧の状態から一定の放電パターンで放電させた場合
の電圧降下特性に基づいて規定されたパラメータであ
り、斯かるパラメーターを利用することにより、上記の
演算において、電池セルの電圧の検出だけで正確に電池
セルの電気容量を演算できる。

【０００８】上記の電圧降下特性を利用して電気容量の
特定可能な一態様において、電圧降下特性に基づいて規
定されたパラメータは、一定電圧まで放電させた場合の
放電時間に基づいて規定されたパラメータである。そし
て、斯かる態様において、電圧降下特性に基づいて特定
されたパラメータは、検出された前記電池セルの電圧か
ら電池セルの電気容量を演算する際に補正値として使用
される。

【０００９】更に、上記の電圧降下特性を利用して電気
容量の特定可能な他の態様において、電圧降下特性に基
づいて特定されたパラメータは、一定時間だけ放電させ
た場合の電池セルの電圧値に基づいて規定されたパラメ
ータである。そして、斯かる態様において、電圧降下特
性に基づいて特定されたパラメータは、検出された前記
電池セルの電圧から電池セルの電気容量を演算する際に
補正値として使用される。

【００１０】そして、本発明に係る２次電池ユニットに
おける電気容量の測定方法は、電圧降下特性を利用して
電気容量の特定可能な上記２次電池ユニットにおける電
気容量の測定方法であって、電池セルの電圧を検出し、
得られた電圧値から電池セルの電気容量を演算するにあ
たり、メモリ素子に予め記憶され且つ電池セルの電圧降
下特性に基づいて規定されたパラメータを補正値として
使用することを特徴とする。

【００１１】また、基本的な構成を備えた上記の２次電
池ユニットの好ましい他の態様において、電池セルの固
有の特性パラメータは、当該電池セルの劣化状態に関す
るパラメータであって、所定電圧まで降下した状態から
一定の電圧で充電した場合の充電時間特性に基づいて規
定されたパラメータであり、斯かるパラメーターを利用
することにより、外部機器において電池セルの電気容量
を演算する際、電池セルの電圧の検出だけで正確に電池
セルの電気容量を演算できる。そして、斯かる態様にお
いて、充電時間特性に基づいて規定されたパラメータ
は、検出された前記電池セルの電圧から電池セルの電気
容量を演算する際に補正値として使用される。

【００１２】そして、本発明に係る２次電池ユニットに
おける電気容量の測定方法は、充電時間特性を利用して
電気容量の特定可能な上記２次電池ユニットにおける電
気容量の測定方法であって、電池セルの電圧を検出し、
得られた電圧値から電池セルの電気容量を演算するにあ
たり、メモリ素子に予め記憶され且つ電池セルの充電時
間特性に基づいて規定されたパラメータを補正値として
使用することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図１は、本発明に係る２次電池ユニットの
構成を示すブロック図である。図２及び図３は、一例と
してのリチウムポリマー電池の劣化特性を示すグラフで
ある。図４は、充電器と組合せた場合のパラメータの書
込処理回路を示すブロック図である。図５は、メモリ素
子に対するパラメータの書込手順を示すフロー図であ
る。図６は、電力消費機器に２次電池ユニットを適用し
た場合の電池セルの電気容量の演算処理回路を示すブロ
ック図である。以下、実施形態の説明においては、２次
電池ユニットを「電池ユニット」と略記し、図中におい
ては、符号（１）で示す。

【００１４】本発明の電池ユニット（１）は、外観上は
いわゆる電池パック等の２次電池と略同様であり、携帯
電話、小型ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯音響機
器、携帯パソコン等の電力を消費する外部機器（以下、
「電力消費機器」と言う。）の駆動電源として使用され
る。斯かる電池ユニット（１）は、図１に示す様に、充
電可能な電池セル（１１）及びメモリ素子（１２）から
構成される。

【００１５】電池セル（１１）は、リチウムポリマー電
池やリチウムイオン電池などの２次電池によって構成さ
れ、電池セル（１１）には、過充電・過放電防止用の保
護回路が付設されていてもよい。メモリ素子（１２）
は、通常、ＥＥ−ＰＲＯＭ等の不揮発性メモリによって
構成される。そして、メモリ素子（１２）は、電池セル
（１１）の電力を消費させない様に、電池セル（１１）
とは電気的に分離されている。

【００１６】すなわち、電池セル（１１）とメモリ素子
（１２）は、独立に回路構成されており、電池ユニット
（１）においては、上記の様な電力消費機器に電力を供
給するための電池セル（１１）の出力端子と、メモリ素
子（１２）に対して情報を読書きするための通信用端子
とが別個に設けられる。なお、本発明において、「電気
的に分離される」とは、グランド（ＧＮＤ）が共通化さ
れることまで否定するものではない。

【００１７】本発明は、電池セル（１１）の電気容量、
換言すれば電池セル（１１）の残容量の算出に必要な幾
つかの情報をパラメータとしてメモリ素子（１２）に保
持させ、電池ユニット（１）を適用する機器側の演算機
能を巧く利用することにより、従来の電圧検出による手
法の様に簡便に残容量を検出し、しかも、２次電池自体
の電力を消費することなく、従来の演算手法の様に高精
度に残容量を検出することを企図したものである。

【００１８】従って、メモリ素子（１２）は、電池セル
（１１）の電気容量（残容量）の演算に使用されるパラ
メータの記憶機能を備えている必要がある。電池セル
（１１）の残容量の演算は、後述する様な充電器あるい
は電力消費機器のマイクロプロセッサによって演算され
るが、斯かる演算においては、上記のメモリ素子（１
２）に記憶されたパラメータが使用される。記憶するパ
ラメータとしては、充放電の回数、充放電回数に応じた
電圧と電気容量の関係、充電時の温度、ロット番号、充
放電回数に基づく劣化係数、充放電レートなどが挙げら
れる。

【００１９】ところで、リチウムポリマー電池やリチウ
ムイオン電池などの２次電池は、材料構成、電極構造、
最大充電容量、発生電圧などの設計仕様によって電気的
特性が個々に相違する。そこで、本発明においては、個
々の電池セル（１１）の残容量を正確に演算するため、
上記パラメータには、電池セル（１１）の固有の特性パ
ラメータが含まれていることが必要である。そして、斯
かる特性パラメータとしては、電圧降下特性に基づいて
規定されるパラメータ、充電時間特性に基づいて規定さ
れるパラメータが挙げられる。

【００２０】電圧降下特性を利用した例を説明すると、
電池セル（１１）の固有の特性パラメータは、電池セル
（１）の劣化状態に関するパラメータであり、斯かるパ
ラメータは、所定電圧の状態から一定の放電パターンで
放電させた場合の電圧降下特性に基づいて特定されたパ
ラメータである。更に、電圧降下特性に基づくパラメー
タを利用した態様としては、一定電圧まで放電させた場
合の放電時間によって規定されるパラメータを利用する
第１の態様、一定時間だけ放電させた場合の電池セル
（１１）の電圧によって規定されるパラメータを利用す
る第２の態様が挙げられる。

【００２１】具体的には、上記の第１の態様において、
電圧降下特性に基づいて規定されたパラメータは、一定
電圧まで放電させた場合の放電時間から求められたパラ
メータである。そして、上記の様な電圧降下特性に基づ
いて特定されたパラメータは、検出された電池セルの電
圧（１１）から電池セルの電気容量を演算する際に補正
値として使用される。

【００２２】リチウムポリマー電池を例示して具体的に
説明すると、リチウムポリマー電池は、周知の通り、図
２に示す様な劣化特性を有する。すなわち、リチウムポ
リマー電池は、その劣化に伴って保有可能な電気容量が
次第に少なくなり、例えば、１〜５００回の充放電で
は、使用可能な電池電圧の出力時間も回数毎に漸次減少
する。しかも、充放電における電圧降下特性は、図３に
示す様に、例えば１〜２００回の充放電においても、電
圧降下曲線の初期の段階（満充電の状態から放電開始直
後の電圧降下速度）が各回毎に著しく相違する。すなわ
ち、所定の電圧から一定電圧まで放電させるのに要する
時間は、劣化が進行するほど短くなり、その傾向は、電
圧降下曲線の初期において顕著である。

【００２３】そこで、個々のリチウムポリマー電池対し
て、都度、放電開始から一定電圧まで電圧降下させた場
合の放電時間を測定し、これを充放電の履歴（劣化度
合）に対応する補正値として予め数値データ化しておく
ことにより、その電池電圧の検出だけでその時点で利用
可能な電気容量、換言すれば、残容量を前記の数値デー
タ（補正値）に基づいて正確に算定できる。

【００２４】より具体的に説明すると、本発明の電池ユ
ニットは、例えば、図４に示す様な充電器（２）を使用
して充電される。充電器（２）は、一例として回路構成
を単純化したものであり、電池ユニット（１）の電池セ
ル（１１）へ所定電圧を印加する充電制御回路（２１）
と、記憶素子および演算素子を含み且つ充電制御回路
（２１）を制御するマイクロプロセッサ（２３）とから
主に構成され、電池ユニット（１）のメモリ素子（１
２）は、上記の通信用端子を介してマイクロプロセッサ
（２３）に接続される。

【００２５】また、充電制御回路（２１）の陽極出力側
には、電池セル（１１）に対する充電制御回路（２１）
の出力電圧のしきい値を検出し、マイクロプロセッサ
（２３）へ制御信号を出力する比較器（２４）が挿入さ
れる。更に、充電制御回路（２１）の出力側には、一定
の電流負荷を生じさせるための定電流放電回路（２２）
が並列に接続される。なお、充電器（２）の各素子や回
路などには、電源回路（２５）から電力が供給される様
になされている。また、定電流放電回路（２２）は、よ
り高精度の測定を可能にするため、複数の定電流切換機
構を備えていてもよい。

【００２６】電池セル（１１）への充電操作は、例え
ば、図５に示す操作手順に従って行われる。すなわち、
例えば電池セル（１１）を充電器（２）に接続し、一定
電圧（４．０Ｖ）まで充電した後、定電流放電回路（２
２）又は定抵抗放電回路を使用して放電する。次いで、
電池セル（１１）の電圧が例えば３．９Ｖに低下したと
きまでの時間値を測定する。

【００２７】そして、マイクロプロセッサ（２３）にお
いて、上記の時間値の逆数と所定の補正値との積をとる
ことによって劣化状態を示す係数Ｄを得た後、電池セル
（１１）の固有の劣化状態を示す特性パラメータとし
て、充放電の履歴に対応じた係数Ｄを電池ユニット
（１）のメモリ素子（１２）へ書込んでおく。なお、メ
モリ素子（１２）への書込操作の後は、電池セル（１
１）に満充電して充電操作を終了する。また、上記の時
間値の測定は、より満充電状態に近い４．２Ｖからの値
でもよく、例えば、４．２Ｖから４．０Ｖまでの時間値
とすることも出来る。図３にも示す様に、出来る限り満
充電に近い状態から電圧降下時間を測定した方が測定時
間が短くなるので好ましい。

【００２８】他方、上記の情報が書込まれた電池ユニッ
ト（１）は、図６に示す様な電力消費機器（３）におい
て使用される。電力消費機器（３）は、電池ユニット
（１）の電池セル（１１）の電力を所定電圧に変換して
回路全体へ供給するシステム電源回路（３１）と、記憶
素子および演算素子を含み且つ回路全体をを制御するマ
イクロプロセッサ（３３）とから主に構成され、電池ユ
ニット（１）のメモリ素子（１２）は、上記の通信用端
子を介してマイクロプロセッサ（３３）に接続される。

【００２９】また、システム電源回路（３１）の入力側
には、電池セル（１１）の出力電圧を検出し、マイクロ
プロセッサ（３３）へ駆動制御信号を出力するＡ／Ｄ変
換器（３４）が挿入され、そして、マイクロプロセッサ
（３３）には、当該マイクロプロセッサで得た情報およ
び電池セル（１１）の残容量を表示するための表示器
（３５）が接続される。

【００３０】上記の電力消費機器（３）においては、従
来の簡易方式と同様に、必要時に電池セル（１１）の電
圧を検出するだけで残容量の正確な算出が可能である。
すなわち、電力消費機器（３）に電池ユニット（１）を
適用した場合、電池ユニット（１）のメモリ素子（１
２）は、電池セル（１１）の固有の特性パラメータ、換
言すれば、上記の劣化状態を示す係数Ｄを予め記憶して
おり、電力消費機器（３）のマイクロプロセッサ（３
３）にて電池セル（１１）の残容量を演算する際、充放
電の履歴に対応する係数Ｄをマイクロプロセッサ（３
３）に協働的に出力する。

【００３１】従って、マイクロプロセッサ（３３）にお
いては、検出した電池セル（１１）の電圧ならびにメモ
リ素子（１２）から得られる劣化状態を示すパラメータ
としての劣化係数Ｄに基づき、電池セル（１１）の残容
量を簡単に且つ正確に補正演算でき、表示器（３５）に
表示させることが出来る。しかも、上記の電圧検出およ
び劣化状態を示すパラメータによる残容量の演算では、
電池セル（１１）の電力による連続的な測定がなく、電
池セル（１１）自体の自己放電量を極めて少なく出来
る。なお、上記および以下の実施形態において、「劣化
係数Ｄ」は、劣化が進むほど大ききなる値あるいは小さ
くなる値の何れであってもよい。

【００３２】

【表１】

【００３３】具体的な例を用いて説明すると、メモリ素
子（１２）には、劣化係数Ｄと共に、電池電圧と劣化が
ない場合の電池容量（補正前電池容量）との関係を示す
対照表（テーブル）が記憶されている。一方、マイクロ
プロセッサ（３３）においては、測定された電池電圧
と、メモリ素子（１２）の上記の対照表から読み出され
た情報、すなわち、前記の測定された電池電圧に対応す
る補正前電池容量および劣化係数Ｄとから補正後の電池
容量を求めるためのアルゴリズムが格納されている。

【００３４】表１は、上記の様な電池電圧、補正前電池
容量、劣化係数および補正後電池容量の関係を示す表で
ある。メモリ素子（１２）には、表１の第２列および第
３列に対応する対照表が記憶されている。そして、マイ
クロプロセッサ（３３）は、測定された電池電圧に対応
する補正前電池容量を上記の対照表から読み取り、読取
った値と劣化係数Ｄとから、所定のアルゴリズムによっ
て補正後電池容量を求める。

【００３５】表１は、電圧範囲として、４．０Ｖ、３．
５Ｖ及び３．０Ｖの３つの場合についてのみ記載してい
るが、上記の対照表においてはさらに細分化している。
また、表１においては、劣化パラメータも１００〜３０
０の３段階についてのみ記載しているが、斯かる劣化パ
ラメータも上記の対照表においてはさらに細分化してい
る。すなわち、表１は、全体の対照表の一部を表したも
のである。

【００３６】残量を求めるに当たり、先ず、マイクロプ
ロセッサ（３３）は、通信端子を通じて電池ユニット
（１）の劣化パラメータＤを取得し読み出す（例えば、
劣化パラメータの数値が「２００」だったとする）。一
方、電力消費機器（３）において、電池を使用している
際、マイクロプロセッサ（３３）は、電池セルの電圧値
を読み取る（例えば、電池電圧の値が「３．５Ｖ」だっ
たとする）。更に、マイクロプロセッサ（３３）は、メ
モリ素子に格納された対照表を参照し、電池電圧３．５
Ｖの時の補正前電池容量５００ｍＡｈを読み出す。そし
て、マイクロプロセッサ（３３）は、補正前電池容量５
００ｍＡｈに対し、劣化係数２００の値を演算して、補
正後電池容量４００ｍＡｈを求める。得られた残量は、
これを必要に応じて図表化してＬＣＤ表示される。

【００３７】上記の方法は、それぞれの電池の劣化状況
に応じた劣化係数によって残量に補正を加えているの
で、単に電圧のみから電池の残量を予測する方法に比
べ、より精度の高い残量表示が可能となる。すなわち、
上記の例において、仮に、劣化パラメータの補正を加え
ない場合は、電池電圧が３．５Ｖならば、一様に残量は
５００ｍＡｈと認識されてしまい、劣化の進んだ（即ち
劣化係数の大きい）電池を使用していた場合には、実際
の残量よりも大きな残量を示してしまう。これに対し、
上記の方法においては、電池の劣化が進めば、それに応
じて大きな数値の劣化係数を与えるので、残量表示の精
度はより高まる。

【００３８】なお、上記の例においては、対照表には電
池電圧に対する補正前電池容量が記載されているが、電
池容量の割合（パーセンテージ等）であってもよい。最
終的に求める残量が、絶対値としての値ではなく、割合
としての値である場合には、この方法は有効である。

【００３９】電圧降下特性に基づく演算用のパラメータ
をメモリ素子（１２）に記憶した態様のうち、第２の態
様においては、電圧降下特性に基づいて規定されたパラ
メータとして、一定時間だけ放電させた場合の電圧に基
づいて特定されたパラメータが利用される。そして、上
記の様な電圧降下特性に基づいて特定されたパラメータ
は、前述の態様と同様に、検出された電池セル（１１）
の電圧から電池セルの電気容量を演算する際に補正値と
して使用される。

【００４０】具体的には、上記の態様においては、個々
のリチウムポリマー電池に対して、都度、放電開始から
一定時間だけ電圧降下させた場合の電池セル（１２）の
電圧を測定し、これを充放電の履歴（劣化度合）に対応
する補正値として予め数値データ化しておくことによ
り、その電池電圧の検出だけでその時点で利用可能な電
気容量、換言すれば、残容量を前記の数値データ（補正
値）に基づいて正確に算定できる。

【００４１】すなわち、図４に示す様な充電器（２）を
使用した電池セル（１１）への充電操作により、例え
ば、定電流放電回路（２２）を使用し、満充電の状態か
ら１秒間だけ放電し、１秒経過後の電圧を測定する。所
定電圧から一定時間放電後の電圧値は、劣化が進むほど
大きくなる。従って、得られた電圧値の逆数と所定の補
正値との積をとることによって劣化状態を示す係数を得
た後、電池セル（１１）の固有の劣化状態を示す特性パ
ラメータとして、充放電の履歴に対応じた係数Ｄを電池
ユニット（１）のメモリ素子（１２）へ書込んでおく。

【００４２】そして、図６に示す様な電力消費機器
（３）に電池ユニット（１）を適用した場合、電池ユニ
ット（１）のメモリ素子（１２）は、電池セル（１１）
の固有の特性パラメータ、換言すれば、上記の劣化状態
を示す係数を予め記憶しており、電力消費機器（３）の
マイクロプロセッサ（３３）にて電池セル（１１）の残
容量を演算する際、充放電の履歴に対応する係数Ｄをマ
イクロプロセッサ（３３）に協働的に出力する。

【００４３】従って、マイクロプロセッサ（３３）にお
いては、検出した電池セル（１１）の電圧ならびにメモ
リ素子（１２）から得られる劣化状態を示すパラメータ
としての係数に基づき、電池セル（１１）の残容量を簡
単に且つ正確に補正演算でき、表示器（３５）に表示さ
せることが出来る。しかも、上記の残容量の演算では、
電池セル（１１）の電力による連続的な測定がなく、電
池セル（１１）自体の自己放電量を極めて少なく出来
る。第２の態様における残容量の測定は、第１の態様の
場合と同様に行うことが出来る。

【００４４】また、本発明に係る電気容量の測定方法
は、電圧降下特性を利用して電気容量の特定可能な上記
の各態様の電池ユニット（１）における電気容量の測定
方法であり、斯かる測定方法においては、電池セル（１
１）の電圧を検出し、得られた電圧値から電池セル（１
１）の電気容量を演算するにあたり、メモリ素子（１
２）に予め記憶され且つ電池セル（１１）の電圧降下特
性に基づいて規定されたパラメータ（劣化状態を示す各
係数）を補正値として使用する。その結果、前述の通
り、電池セル（１１）の残容量を簡単に且つ正確に演算
でき、表示器（３５）に表示させることが出来る。

【００４５】なお、本発明において、「電気容量の測
定」とは、必ずしも容量の絶対値を測定することに限ら
れるものではなく、本来有するべき電気容量（劣化前の
満充電状態での容量）に対する割合などの相対値を測定
することも含む概念である（後述の測定方法においても
同様）。

【００４６】また、本発明の電池ユニット（１）におい
ては、前述の通り、メモリ素子（１２）に書込まれる電
池セル（１１）の固有の特性パラメータとして、充電時
間特性に基づいて規定されるパラメータも採用できる。
すなわち、電池セルの固有の特性パラメータは、当該電
池セルの劣化状態に関するパラメータであって、所定電
圧まで降下した状態から一定の電圧で充電した場合の充
電時間特性に基づいて規定されたパラメータである。そ
して、充電時間特性に基づいて規定されたパラメータ
は、検出された前記電池セルの電圧から電池セルの電気
容量を演算する際に補正値として使用される。通常の充
電器においては、充電操作が先ず定電圧にて行われるた
め、電池セル（１１）の固有の特性パラメータとして
は、上記の充電時間特性に基づいて規定されるパラメー
タを使用するのがより簡便で好ましい。

【００４７】例えば、リチウムポリマー電池は、前述の
通り、図２に示す様な劣化特性を有しており、また、表
２に示す様に、その劣化に伴って、例えば充放電回数
（サイクル数）の増加に伴って可能な充電容量が低下し
且つ充電時間が次第に長くなると言う特性を備えてい
る。そして、２次電池の劣化、すなわち、充電可能な電
気容量の低下は、定電圧（ＣＶ）充電した場合の充電時
間に高度に相関する。２次電池の劣化が充電時間に影響
する理由の一つには、劣化による内部抵抗の増加が挙げ
られ、斯かる内部抵抗の変化の傾向は、電池の製造プロ
セスや内部構造によって個々に相違する。換言すれば、
仕様、製造方法あるいはロット等の異なる個々のリチウ
ムポリマー電池毎に充電時間特性が異なる。

【００４８】そこで、個々のリチウムポリマー電池毎に
対して、都度、一定電圧で例えば満充電した場合の充電
時間を測定し、これを充放電の履歴（劣化度合）に対応
する補正値として予め数値データ化しておくことによ
り、その電池電圧の検出だけでその時点で利用可能な電
気容量、換言すれば、残容量を前記の数値データ（補正
値）に基づいて正確に算定できる。

【００４９】具体的には、前述の様な図４に示す充電器
（２）を使用した電池セル（１１）への充電操作によ
り、例えば、ある一定の電圧まで降下した状態から一定
電圧で充電し、充電までの時間を測定する。そして、得
られた充電時間と所定の補正値との積をとることによっ
て劣化状態を示す係数（劣化係数）を得た後、電池セル
（１１）の固有の劣化状態を示す特性パラメータとし
て、充放電の履歴に対応じた係数Ｄを電池ユニット
（１）のメモリ素子（１２）へ書込んでおく。

【００５０】これにより、前述の各態様と同様に、図６
に示す様な電力消費機器（３）に電池ユニット（１）を
適用した場合、電池ユニット（１）のメモリ素子（１
２）は、電池セル（１１）の固有の特性パラメータ、換
言すれば、上記の劣化状態を示す係数を予め記憶してお
り、電力消費機器（３）のマイクロプロセッサ（３３）
にて電池セル（１１）の残容量を演算する際、充放電の
履歴に対応する係数Ｄをマイクロプロセッサ（３３）に
協働的に出力することが出来る。

【００５１】従って、マイクロプロセッサ（３３）にお
いては、検出した電池セル（１１）の電圧ならびにメモ
リ素子（１２）から得られる劣化状態を示すパラメータ
としての係数に基づき、電池セル（１１）の残容量を簡
単に且つ正確に補正演算でき、表示器（３５）に表示さ
せることが出来る。しかも、上記の残容量の演算では、
電池セル（１１）の電力による連続的な測定がなく、電
池セル（１１）自体の自己放電量を極めて少なく出来
る。この場合の残容量の測定も、上記の第１及び第２の
態様の場合と同様に行うことが出来る。

【００５２】因に、表２は、測定された充電までの定電
圧充電時間の値、充電可能な電気容量、および、電力消
費機器（３）における上記の演算に使用された劣化係数
の例を示している。

【００５３】

【表２】

【００５４】また、本発明に係る電池ユニット（１）に
おける電気容量の測定方法は、充電時間特性を利用して
電気容量の特定可能な上記の電池ユニット（１）におけ
る電気容量の測定方法であり、電池セル（１１）の電圧
を検出し、得られた電圧値から電池セル（１１）の電気
容量を演算するにあたり、メモリ素子（１２）に予め記
憶され且つ電池セル（１１）の充電時間特性に基づいて
規定されたパラメータを補正値として使用する。その結
果、前述の各態様と同様に、電池セル（１１）の残容量
を簡単に且つ正確に演算でき、表示器（３５）に表示さ
せることが出来る。

【００５５】なお、上述した各態様の本発明の電池ユニ
ット（１）において、メモリ素子（１２）へのパラメー
タの書込や残容量の算出は、充電器や電力消費機器に限
られるものではなく、電池ユニット（１）が接続可能な
機器であれば何れの機器で行ってもよい。また、電池ユ
ニット（１）に温度センサーを設け、電池セル（１１）
の温度を検出可能に構成した場合には、所定の温度また
は温度範囲毎に上記の表１の様な対照表を記憶させるこ
とにより、一層高精度に残容量を演算できる。

【００５６】更に、本発明の電池ユニット（１）におい
ては、より一層高精度に電池セル（１１）の残容量を演
算するため、メモリ素子（１２）に記憶されるパラメー
タには、電池セル（１１）の電気容量を演算する際に補
正値として使用される電池セル（１１）の放電レートが
含まれていてもよい。すなわち、電池セル（１１）の電
気容量の算定においては、放電レートも精度を左右する
要因であり、必要に応じて放電レート測定用の回路ある
いはソフトウェアを上記の様な充電器あるいは電力消費
機器側に付設し、これら機器側でモニタしてメモリ素子
（１２）に書込むことにより、放電レートの情報を使用
し、より高精度に残容量を補正演算できる。

【００５７】また、本発明の電池ユニット（１）の構成
ならびに上記の残容量の測定方法は、電池ユニット又は
電池セルを構成する２次電池の製造における初期特性の
評価に利用できる。例えば、製造した２次電池に充電処
理を施した後、放電試験を行い、その際に得られた評価
結果を電池の初期特性としてメモリ素子に記憶させる。
そして、上記の評価結果を利用し、検査工程において製
品電池パックの良否を判断することにより、不良品を排
除することが出来る。

【００５８】更に、上記の特性評価に使用する試験装置
の回路構成は、前述の図４に示す充電器と同一の構成と
することが出来る。特に、試験装置の回路を充電器の回
路と同一に構成することにより、電池ユニットに充電器
を実際に適用した場合、試験器と充電器とで電気特性上
の差異がなく、充電条件をより高精度に再現できるた
め、残容量の測定精度を更に向上させ得る。

【００５９】また、充電器と電池ユニットを製造する場
合、定電流放電回路が付設された上記の様な充電器に電
池ユニットをセットし、充電器の製品評価を兼ねて電池
ユニットの上記の製品評価を行うことが出来る。その結
果、電池ユニットと充電器とを同時に検査でき、検査時
間やコストを低減できる。なお、試験装置における上記
の試験方法は、前述の電圧降下特性の測定と同様の方法
でよいが、メモリ素子に記憶させる２次電池の特性パラ
メータとしては、放電時間と電圧降下の関係だけでな
く、そのプロファイルや試験時の温度を利用することも
出来る。

【００６０】

【発明の効果】本発明の２次電池ユニット及び当該２次
電池ユニットにおける電気容量の測定方法によれば、メ
モリ素子が電池セルの固有の特性パラメータを予め記憶
しており、電池セルの残容量を演算する際、記憶した特
性パラメータを例えば電力消費機器側へ出力するため、
検出された電池セルの電圧に基づき、電池セルの残容量
を簡単に且つ正確に演算できる。しかも、斯かる演算に
おいては、電池セルの電力による連続的な測定がなく、
電池セル自体の自己放電量を極めて少なく出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２次電池ユニットの構成を示すブ
ロック図

【図２】一例としてのリチウムポリマー電池の劣化特性
を示すグラフ

【図３】一例としてのリチウムポリマー電池の劣化特性
を示すグラフ

【図４】充電器と組合せた場合のパラメータの書込処理
を示すブロック図

【図５】メモリ素子に対するパラメータの書込手順を示
すフロー図

【図６】電力消費機器に２次電池ユニットを適用した場
合の電池セルの電気容量の演算処理を示すブロック図

【符号の説明】

１：２次電池ユニット１１：電池セル１２：メモリ素子２：充電器２１：充電制御回路２３：マイクロプロセッサ３：電力消費機器３３：マイクロプロセッサ３５：表示器３６：充電制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充電可能な電池セル及びメモリ素子から
構成された２次電池ユニットであって、前記メモリ素子
は、前記電池セルと電気的に分離され、かつ、前記電池
セルの電気容量の演算に使用されるパラメータの記憶機
能を備え、しかも、前記パラメータには、前記電池セル
の固有の特性パラメータが含まれることを特徴とする２
次電池ユニット。
【請求項２】電池セルの固有の特性パラメータは、当
該電池セルの劣化状態に関するパラメータであって、所
定電圧の状態から一定の放電パターンで放電させた場合
の電圧降下特性に基づいて規定されたパラメータである
請求項１に記載の２次電池ユニット。
【請求項３】電圧降下特性に基づいて規定されたパラ
メータが、一定電圧まで放電させた場合の放電時間に基
づいて規定されたパラメータである請求項２に記載の２
次電池ユニット。
【請求項４】電圧降下特性に基づいて特定されたパラ
メータは、検出された前記電池セルの電圧から電池セル
の電気容量を演算する際に補正値として使用される請求
項３に記載の２次電池ユニット。
【請求項５】電圧降下特性に基づいて規定されたパラ
メータが、一定時間だけ放電させた場合の電池セルの電
圧値に基づいて規定されたパラメータである請求項２に
記載の２次電池ユニット。
【請求項６】電圧降下特性に基づいて特定されたパラ
メータは、検出された前記電池セルの電圧から電池セル
の電気容量を演算する際に補正値として使用される請求
項５に記載の２次電池ユニット。
【請求項７】請求項２〜６に記載の２次電池ユニット
における電気容量の測定方法であって、電池セルの電圧
を検出し、得られた電圧値から電池セルの電気容量を演
算するにあたり、メモリ素子に予め記憶され且つ電池セ
ルの電圧降下特性に基づいて規定されたパラメータを補
正値として使用することを特徴とする２次電池ユニット
における電気容量の測定方法。
【請求項８】電池セルの固有の特性パラメータは、当
該電池セルの劣化状態に関するパラメータであって、所
定電圧まで降下した状態から一定の電圧で充電した場合
の充電時間特性に基づいて規定されたパラメータである
請求項１に記載の２次電池ユニット。
【請求項９】充電時間特性に基づいて規定されたパラ
メータは、検出された前記電池セルの電圧から電池セル
の電気容量を演算する際に補正値として使用される請求
項８に記載の２次電池ユニット。
【請求項１０】請求項８又は９に記載の２次電池ユニ
ットにおける電気容量の測定方法であって、電池セルの
電圧を検出し、得られた電圧値から電池セルの電気容量
を演算するにあたり、メモリ素子に予め記憶され且つ電
池セルの充電時間特性に基づいて規定されたパラメータ
を補正値として使用することを特徴とする２次電池ユニ
ットにおける電気容量の測定方法。