JP2001126779A

JP2001126779A - 二次電池の容量演算方法

Info

Publication number: JP2001126779A
Application number: JP30784899A
Authority: JP
Inventors: Masao Yamaguchi; 昌男山口; Keiji Hirao; 敬二平尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】種々の環境で使用される電池の残存容量を正
確に演算する。【解決手段】二次電池の充電電流を積算して充電容量
を演算する。二次電池の充電を開始するときに充電開始
電圧を検出する。充電開始電圧が第１設定電圧よりも低
いときに、最初に充電される初期無効充電容量を加算し
ないで無視する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の充電電
流を積算して容量を演算する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は、残存容量を演算して表示す
ることによって便利に使用できる。いつまで使用できる
かが明確になるからである。残存容量は、正確に表示す
ることが大切である。とくに、電気機器に使用する状態
で、容量が多少残っている状態、いいかえると、「まだ
使用できる状態」から、「使用できない状態」に一瞬に
表示が変更されると便利に使用できない。

【０００３】残存容量が一瞬に変更される状態は、残存
容量を正確に演算できないときに発生する。それは、残
存容量が、充電電流と放電電流の積算値で計算されて、
完全に放電された状態が電池の電圧で検出されるからで
ある。電池電圧が最低電圧に低下するとき、完全に放電
された状態としている。残存容量が正確に演算できると
すれば、演算された残存容量が０になったときに、電池
電圧が最低電圧まで低下する。しかしながら、残存容量
が正確に演算されないと、電池の電圧が最低電圧に低下
したときに、残存容量は０にならない。このため、前述
のように「まだ使用できる状態」から一瞬に「使用でき
ない状態」となり、あるいは残存容量からは「使用でき
ない状態」となっているにもかかわらず、電池の電圧は
最低電圧まで低下しないで、さらに使用できる状態とな
ってしまう。

【０００４】この状態を解消するためには、残存容量を
正確に演算することが大切である。電池の残存容量は、
充電された容量から放電された容量を減算して計算され
る。充電容量は、充電電流を時間で積分した積算値とし
て計算される。放電容量は放電電流を時間で積分した積
算値として計算される。残存容量を正確に演算するに
は、充電された容量と、放電された容量の両方を正確に
検出することが大切である。放電容量は、放電電流の積
算値で正確に検出できる。

【０００５】しかしながら、充電された容量は充電電流
の積算値のみでは正確に計算できない。それは、充電電
流のすべてが電池の充電のためには使用されないからで
ある。このため、従来の方法は、充電電流を時間で積分
した積算値に、充電効率をかけた値を充電容量としてい
るのが実状である。充電効率は、電池の充電電流が電池
の充電に使用される割合である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】充電電流の積算値に、
充電効率をかけた値を充電容量として計算し、この計算
値から放電電流を減算して残存容量を計算する方法は、
一定の環境で充放電される電池の残存容量を正確に演算
できる。しかしながら、全ての使用環境にある電池は、
この状態で演算して正確に残存容量を計算できない。本
発明者は、最初この原因が究明できず、充電効率を種々
の数値に設定すると共に、充電電流と放電電流の両方を
特定の値に設定して残存容量を計算した。しかしなが
ら、充電効率をいかなる値に調整しても、特定の使用環
境においては、正確に残存容量を計算できるが、同じ電
池で使用環境が異なると、残存容量を正確に演算できな
くなった。

【０００７】本発明者は、さらにこの原因を究明するた
めに、種々の実験を繰り返した結果、電池の充電効率
が、長期保存された電池において大幅に変動することを
見いだした。長期保存された電池は、時間と共に充電効
率が大幅に変化する。それは、長期保存されることによ
って、電池の電極が不活性な状態になるからである。電
極が不活性になる程度は、長期保存する前の電池の充電
状態、保存期間、保存温度等によって変化する。このた
め、保存した電池の電極がどの程度に不活性な状態にあ
るかを特定するのは極めて難しいが、電極が不活性な状
態になった電池は、その後に充放電させることによっ
て、電極を活性な状態に復元できる。

【０００８】本発明は、電池に特有の種々の使用環境に
おける残存容量の計算誤差をできる限り少なくすること
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、種
々の環境で使用される電池の残存容量を正確に演算でき
る二次電池の容量演算方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の容量演算方法
は、二次電池の充電電流を積算して充電容量を演算する
方法であって、二次電池の充電を開始するときに充電開
始電圧を検出する。検出した充電開始電圧が、第１設定
電圧よりも低いときには、最初に充電される初期無効充
電容量を加算しないで無視して充電容量を演算する。

【００１０】充電電流を積算しない初期無効充電容量
は、好ましくは、電池の充電開始電圧によって変更す
る。充電開始電圧が低いときに、初期無効充電容量を大
きく設定する。保存していた期間が長くて、充電開始電
圧が低くなっている電池は、初期無効充電容量を大きく
設定する。

【００１１】本発明の請求項３の容量演算方法は、充電
開始電圧が第１設定電圧よりも低いときに、最初に充電
される初期無効充電容量を加算しないで無視する。その
後、充電される電池の電圧があらかじめ設定している第
２設定電圧に上昇するようになると、充電電流の積算を
開始して充電容量を演算する。

【００１２】さらに、本発明の請求項４の容量演算方法
は、充電開始電圧が第１設定電圧よりも低いときに、最
初に充電される初期無効充電容量を加算しないで無視す
る。その後、充電を開始してからあらかじめ設定してい
る設定時間が経過すると、充電電流の積算を開始して充
電容量を演算する。

【００１３】請求項５の容量演算方法は、好ましくは、
充電開始電圧によって、充電を開始してから積算を開始
するのまでの設定時間を変更する。充電開始電圧が低い
ときに設定時間を長く設定する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための容量演算方法を例示する
ものであって、本発明は容量演算方法を以下の方法に特
定しない。

【００１５】図１は、本発明の容量演算方法に使用され
るパック電池１と、パック電池１を充電する充電器２と
を示す。図のパック電池１は、二次電池３と、パイロッ
トランプの点灯個数や液晶等でパック電池１の残存容量
を表示する残存容量表示器１０と、電池の充電電流と放
電電流とを検出する電流検出回路１１と、二次電池３と
出力端子５との間に接続しているスイッチ６と、このス
イッチ６を制御すると共に、充電容量と放電容量から残
存容量を演算する制御回路７とを備える。

【００１６】二次電池は、ニッケル−カドミウム電池、
ニッケル−水素電池、またはリチウムイオン二次電池等
の二次電池である。

【００１７】スイッチ６は、制御回路７に制御されて、
二次電池３を充電するときと放電するときにオンに切り
換えられる。充電している二次電池３が満充電になり、
あるいは電池温度が充電上限温度まで上昇すると、制御
回路７によって、スイッチ６はオフに切り換えられて二
次電池３の充電を停止する。また、放電している二次電
池３が完全に放電されると、スイッチ６はオフに切り換
えられて二次電池３の過放電を防止する。スイッチ６
は、ＦＥＴやトランジスター等の半導体スイッチング素
子である。

【００１８】電流検出回路１１は、電池と直列に接続さ
れた電流検出抵抗８と、この電流検出抵抗８の両端の電
圧を増幅して、電流に比例した電圧を出力するアンプ９
とを備える。アンプ９の出力が制御回路７に入力され
て、制御回路７は入力される電圧で、電池の充電電流と
放電電流の大きさを検出する。充電電流と放電電流とで
は、アンプの出力電圧の＋−が逆になる。したがって、
制御回路７はアンプから入力される電圧信号の＋−を検
出して、電池を充電しているか放電しているかを判別で
きる。

【００１９】制御回路７は、二次電池３の電圧を検出し
てスイッチ６を制御し、さらに、充電電流と放電電流か
ら残存容量を演算する。制御回路７は、電池が満充電に
なったことを検出したときに、スイッチ６をオンからオ
フに切り換えて充電を停止する。制御回路７は、電池電
圧を検出して電池が満充電になったことを検出する。制
御回路７は、電池電圧が設定電圧まで上昇すると満充電
と判定し、あるいは、電池電圧がピーク電圧になり、ま
たはピーク電圧からΔＶ低下したことを検出して満充電
と判定する。さらに、制御回路７は、温度センサー４か
らの入力信号で、電池温度が充電上限温度よりも高くな
ったことを検出する。

【００２０】さらに、制御回路７は、充電電流と放電電
流の積算値から電池の残存容量を演算する。制御回路７
は、充電電流を時間で積分した積算値に充電効率をかけ
て充電した容量を演算し、放電電流を時間で積分して放
電した容量を演算し、充電した容量から放電した容量を
減算して残存容量を計算する。

【００２１】制御回路７で演算された残存容量は、残存
容量表示器１０に表示される。残存容量表示器１０は、
常に演算された残存容量をそのままの状態では表示しな
い。制御回路７は、二次電池の充電を開始するときに電
池電圧の電圧、すなわち充電開始電圧を検出する。充電
開始電圧が第１設定電圧よりも低いときには、最初に充
電される初期無効充電容量を加算しないで無視する。

【００２２】図２は、充電開始電圧が第１設定電圧より
も低い電池を充電するときの、電池電圧と充電容量を示
すグラフである。この図に示す電池は、充電するにした
がって電池電圧が上昇する。電池電圧が第２設定電圧に
上昇するまでは、充電電流の積算値を放電容量には加算
しない。電池電圧が第２設定電圧に上昇するまでの充電
量は初期無効充電容量として、充電容量に加算するのを
無視する。それは、電池電圧が第１設定電圧よりも低い
電池は、電極が不活性な状態にあるため、充電した容量
を放電するときに取り出しできないからである。

【００２３】制御回路７は、電池電圧が第２設定電圧ま
で上昇すると、充電電流を時間で積分した値に充電効率
をかけて充電容量を演算する。したがって、電池の充電
容量は、図２に示しているように、電池電圧が第２設定
電圧になるまでは増加しないが、電池電圧が第２設定電
圧まで上昇した後は、次第に増加する。

【００２４】図２に示す方法は、電池電圧が第２設定電
圧になるときに充電電流の積算を開始する。この方法
は、電池電圧を検出して、充電電流を積算するタイミン
グを特定できる。電池は、保存する期間が長くなるにし
たがって電池電圧が低くなる。また、保存期間が長くな
ると電極もより不活性な状態となる。長期保存して充電
開始電圧が低くなった電池は、第２設定電圧に上昇する
までの時間が長くなる。したがって、充電を開始してか
ら充電容量に加算されない初期無効充電容量も大きくな
る。すなわち、長期保存して電極がより不活性になった
電池は、初期無効充電容量を大きくして、電極がより不
活性になった電池から取り出しできる放電電流を少なく
している。このため、電極が不活性になって、効率よく
放電できなくなった電池の実質の放電容量を正確に演算
できる。

【００２５】図２の容量演算方法は、電池電圧が第２設
定電圧になってからの充電電流を積算する。いいかえる
と、電池電圧が第２設定電圧に上昇するまでの充電量
を、充電容量に加算しない初期無効充電容量としてい
る。

【００２６】本発明の容量演算方法は、図３と図４に示
すように、充電開始電圧でもって充電容量に加算しない
初期無効充電容量を特定することもできる。図３と図４
は充電開始電圧と初期無効充電容量との値を示すグラフ
である。これ等の図は、充電開始電圧が第１設定電圧よ
りも低いときに初期無効充電容量を大きく設定してい
る。とくに、図３と図４は、第１設定電圧までは初期無
効充電容量を０に設定し、第１設定電圧よりも低くなる
にしたがって次第に初期無効充電容量を大きく設定して
いる。図３は充電開始電圧が第１設定電圧よりも低くな
るにしたがって、初期無効充電容量を直線的に大きくし
ている。図４は、充電開始電圧が第１設定電圧よりも低
くなると、初期無効充電容量を段階的に大きくしてい
る。

【００２７】これ等の図に示すように、充電開始電圧で
初期無効充電容量を特定する方法は、充電開始電圧に対
する初期無効充電容量を制御回路７に記憶させる。制御
回路７は、充電開始電圧を検出したときに、初期無効充
電容量を特定する。充電される電池の充電容量が初期無
効充電容量に達すると、その後の充電電流を積算する。
また、充電を開始してからの充電容量から初期無効充電
容量を減算した値を充電容量とする。

【００２８】さらに、本発明の容量演算方法は、図５と
図６に示すように、充電開始電圧でもって充電容量に加
算しない時間を特定することもできる。図５と図６は、
充電開始電圧と、積算開始遅延時間とを示すグラフであ
る。これ等の図は、充電開始電圧が第１設定電圧よりも
低いときに積算開始遅延時間を長くしている。とくに、
図５と図６は、第１設定電圧までは積算開始遅延時間を
０に設定し、第１設定電圧よりも低くなるにしたがって
次第に積算開始遅延時間を長く設定している。図５は充
電開始電圧が第１設定電圧よりも低くなるにしたがっ
て、積算開始遅延時間を直線的に長くしている。図６
は、充電開始電圧が第１設定電圧よりも低くなると、積
算開始遅延時間を段階的に長くしている。

【００２９】これ等の図に示すように、充電開始電圧で
積算開始遅延時間を特定する方法は、充電開始電圧に対
する積算開始遅延時間を制御回路７に記憶させる。制御
回路７は、充電開始電圧を検出したときに、積算開始遅
延時間を特定する。制御回路７は、充電を開始してから
積算開始遅延時間が経過すると、その後の充電電流を積
算して充電容量とする。また、充電を開始してからの充
電容量から、積算開始遅延時間の充電容量を減算した値
を充電容量とする。

【００３０】

【発明の効果】本発明の容量演算方法は、種々の環境で
使用される電池の残存容量を正確に演算できる特長があ
る。それは、本発明の容量演算方法が、二次電池の充電
を開始するときに充電開始電圧を検出して、充電開始電
圧が設定された電圧よりも低いときには、最初に充電さ
れる初期無効充電容量を加算しないで無視するからであ
る。

【００３１】長期保存して不活性になった電池は充電効
率が低下する。したがって、正確に充電容量を演算する
には、電池が長期保存された環境によって、充電効率を
変更する必要がある。しかしながら、実際には、電池の
保存環境を考慮して充電効率を最適値とするのは、極め
て難しく現実にはほとんど不可能である。本発明の方法
は、充電効率を補正して充電容量を正確にするのに代わ
って、充電開始電圧で初期無効充電容量を変更して、等
価的に充電容量を補正する。この方法は、充電を開始す
るときの電池電圧を検出するという簡単な方法で、電池
の保存環境に適合して正確に充電容量を演算できる。電
池の電圧が長期保存して電極が不活性になるにしたがっ
て低下するからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の容量演算方法に使用されるパック電池
とその充電器を示す回路図

【図２】本発明の容量演算方法で充電される電池の電圧
と残存容量が増加する状態を示すグラフ

【図３】充電開始電圧に対する初期無効充電容量を示す
グラフ

【図４】充電開始電圧に対する初期無効充電容量を示す
グラフ

【図５】充電開始電圧に対する積算開始遅延時間を示す
グラフ

【図６】充電開始電圧に対する積算開始遅延時間を示す
グラフ

【符号の説明】

１…パック電池２…充電器３…二次電池４…温度センサー５…出力端子６…スイッチ７…制御回路８…電流検出抵抗９…アンプ１０…残存容量表示器１１…電流検出回路

フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 AA01 BA01 EA02 5H030 AA03 AA04 AS20 BB03 BB09 BB27 FF22 FF42 FF43 FF52 FF67

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池の充電電流を積算して充電容量
を演算する容量演算方法において、二次電池の充電を開始するときに充電開始電圧を検出
し、充電開始電圧が第１設定電圧よりも低いときに、最
初に充電される初期無効充電容量を加算しないで無視す
ることを特徴とする二次電池の容量演算方法。
【請求項２】充電開始電圧によって初期無効充電容量
の大きさを変更し、充電開始電圧が低いときに初期無効
充電容量を大きく設定する請求項１に記載される二次電
池の容量演算方法。
【請求項３】二次電池の充電電流を積算して充電容量
を演算する容量演算方法において、二次電池の充電を開始するときに充電開始電圧を検出
し、充電開始電圧が第１設定電圧よりも低いときに、最
初に充電される初期無効充電容量を加算しないで無視
し、充電される電池の電圧があらかじめ設定している第
２設定電圧に上昇すると充電電流の積算を開始して充電
容量を演算することを特徴とする二次電池の容量演算方
法。
【請求項４】二次電池の充電電流を積算して充電容量
を演算する容量演算方法において、二次電池の充電を開始するときに充電開始電圧を検出
し、充電開始電圧が第１設定電圧よりも低いときに、最
初に充電される初期無効充電容量を加算しないで無視
し、充電を開始してからあらかじめ設定している設定時
間が経過すると、充電電流の積算を開始して充電容量を
演算することを特徴とする二次電池の容量演算方法。
【請求項５】充電開始電圧によって、充電を開始して
から積算を開始するのまでの設定時間を変更し、充電開
始電圧が低いときに設定時間を長く設定する請求項４に
記載される二次電池の容量演算方法。