JP2001332310A - Capacity estimating method and deterioration judging apparatus for lithium ion cell and lithium ion cell pack - Google Patents
Capacity estimating method and deterioration judging apparatus for lithium ion cell and lithium ion cell packInfo
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- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン電
池の容量推定方法および劣化判定装置ならびにリチウム
イオン電池パックに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for estimating the capacity of a lithium ion battery, a device for determining deterioration, and a lithium ion battery pack.
【0002】ここに、「電池パック」とは、単電池(以
下、セルと称す)あるいは複数個のセルを直列接続、並
列接続、あるいは両者の併用によって接続したものを、
安全制御回路あるいは充放電制御回路と一体化して「自
立電源としての二次電池」としたものを意味する。[0002] Here, a "battery pack" refers to a unit cell (hereinafter, referred to as a cell) or a plurality of cells connected in series, in parallel, or in a combination of both.
It means that it is integrated with a safety control circuit or a charge / discharge control circuit to form "a secondary battery as an independent power supply".
【0003】[0003]
【従来の技術】近年、各種電子機器の小型化、高性能
化、携帯型化によって、電池の需要が高まっている。そ
れに応じて電池の改良、開発はますます活発化してい
る。また、電池の新しい適用領域も拡大してきている。2. Description of the Related Art In recent years, demands for batteries have been increasing due to miniaturization, high performance, and portableness of various electronic devices. In response, battery improvements and developments are becoming more active. Also, new application areas of batteries are expanding.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】電池の普及とともに、
これら搭載された電池の信頼性向上の要求も高くなって
きている。特に、従来の鉛電池やニッケルカドミウム電
池(以下、Ni/Cd電池と称す)に比べて体積当た
り、あるいは重量当たり大幅な高エネルギー密度を有す
るニッケル水素電池(以下、Ni/MH電池と称す)や
リチウムイオン電池(以下、Liイオン電池と称す)で
は、その内部に蓄えられているエネルギーが大きいた
め、電池の異常に伴って起こる事故による被害の程度も
より深刻となりうるので、信頼性の確保が重要な課題と
なっている。With the spread of batteries,
There is a growing demand for improved reliability of these mounted batteries. In particular, nickel-metal hydride batteries (hereinafter, referred to as Ni / MH batteries) having a much higher energy density per volume or weight than conventional lead batteries and nickel cadmium batteries (hereinafter, referred to as Ni / Cd batteries) and Lithium-ion batteries (hereinafter referred to as Li-ion batteries) have a large amount of energy stored inside, and the degree of damage caused by accidents caused by battery abnormalities can be even more severe, ensuring reliability. It is an important issue.
【0005】上記のLiイオン電池は、正極活物質にリ
チウムを挿入脱離できる金属酸化物、負極にリチウムを
挿入脱離できる炭素化合物、電解液にリチウム塩を溶質
とし非水有機化合物をそれぞれ用いて構成される。The above-mentioned Li-ion battery uses a metal oxide capable of inserting and releasing lithium in the positive electrode active material, a carbon compound capable of inserting and releasing lithium in the negative electrode, and a non-aqueous organic compound using a lithium salt as a solute as an electrolyte. It is composed.
【0006】また、鉛電池、Ni/Cd電池、およびN
i/MH電池が過充電による副反応で発生するガスを吸
収する反応機構を有するのに対して、Liイオン電池に
は過充電により発生するガスの吸収反応を持たない、な
ど安全性維持の点で大きな制約がある。さらに、複数の
Liイオン電池を直列に配置して使用する場合には、電
池の劣化が進行すると個々の電池特性のアンバランスが
過充電や過放電をもたらし、安全性の点で大きな不安要
素となりうる。Also, lead batteries, Ni / Cd batteries, and N
While the i / MH battery has a reaction mechanism that absorbs the gas generated by the side reaction due to overcharge, the Li-ion battery does not have an absorption reaction of the gas generated by overcharge. There is a big restriction. Furthermore, when a plurality of Li-ion batteries are used in series, as the battery deteriorates, the imbalance of individual battery characteristics causes overcharging and overdischarging, which is a major concern in terms of safety. sell.
【0007】信頼性確保手段のひとつとして、搭載電池
の的確な劣化状態の把握とタイムリーな電池の交換が挙
げられる。Ni/MH電池やLiイオン電池の高エネル
ギー密度電池に関しては、1994年に提唱されたスマ
ートバッテリーシステム(SBS)が充電制御、残存容
量判定などを含めたバッテリーマネジメントシステムと
して、改良を加えながら普及してきている(www.sbs-fo
rum.org 参照)。これらの電池制御・管理は、製造メー
カ、電池種類などの情報の他、常時電池の電流、電圧、
温度などをモニタする膨大な情報データ管理に基づく方
法が採用されているのみであり、このような方式は極め
て高価な方式であり、製品価格の高騰を来していた。As one of the reliability securing means, there is a method of accurately grasping the state of deterioration of the mounted battery and replacing the battery in a timely manner. Regarding high energy density batteries such as Ni / MH batteries and Li-ion batteries, the smart battery system (SBS) proposed in 1994 has become popular as a battery management system including charge control and remaining capacity determination, with improvements. (Www.sbs-fo
rum.org). These battery controls / managements include information such as the manufacturer and battery type, as well as the battery current, voltage,
Only a method based on enormous information data management for monitoring temperature and the like is employed, and such a method is an extremely expensive method and has resulted in a rise in product prices.
【0008】また、安全性維持の点で重要となる電池の
劣化状態の監視については、Liイオン電池搭載の機器
のモデルチェンジが頻繁に実施されていることもあっ
て、使用時間の確保と監視を重視する余り、なおざりに
されている傾向がある。[0008] As for the monitoring of the state of deterioration of the battery, which is important for maintaining safety, the model equipped with the Li-ion battery is frequently changed. They tend to be neglected as much as possible.
【0009】特に、SBSは電池の充電制御、残存容量
などの制御・管理の手段であり、電池の劣化状態まで把
握する機能は有しておらず、電池、または電池パックの
交換は使用者の勘に頼っているのが現状であった。In particular, the SBS is a means for controlling and managing the charge and remaining capacity of the battery, and has no function of grasping the state of deterioration of the battery. It was the present situation that relied on intuition.
【0010】SBSとは別に、ビデオカメラに搭載する
Liイオン電池の制御・管理方式などが提案されている
が、その方式においては、電池の劣化は、すでに測定さ
れた容量の表示から判断されるのみであり、充電の後に
使用される電池が劣化しているか否かを正しく判定する
ことは必ずしも可能でない。[0010] Apart from SBS, a control / management method of a Li-ion battery mounted on a video camera has been proposed. In this method, the deterioration of the battery is determined from the display of the measured capacity. That is, it is not always possible to correctly determine whether or not a battery used after charging has deteriorated.
【0011】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その課題は、Liイオン電池の容量を推定する簡便
な方法、Liイオン電池の劣化を判定する簡便な装置、
ならびに、電池の容量を推定する機能を備えたLiイオ
ン電池パックを提供することにある。The present invention has been made in view of the above points, and has as its object a simple method for estimating the capacity of a Li-ion battery, a simple device for determining deterioration of the Li-ion battery,
Another object of the present invention is to provide a Li-ion battery pack having a function of estimating the capacity of a battery.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、請求項1に記載したように、リ
チウムイオン電池の容量推定方法であって、リチウムイ
オン電池を定電流定電圧方式によって充電する際に、該
リチウムイオン電池の公称容量をC0としたときの充電
電流をC0/(20時間)以下とし、定電流充電中の充電
電圧があらかじめ設定された電圧Vsに達してから充電
上限電圧Vcに達するまでの時間tを求め、該電池の推
定比容量Ce/C0(ここに、Ceはこの電池の推定容
量である)を関係式、 Ce/C0=At+B (1) (ここに、AおよびBは該電池、電圧Vs、電圧Vcお
よび該定電流充電中の充電電流によって定まる正値定数
である)によって算出することを特徴とするリチウムイ
オン電池の容量推定方法を構成する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for estimating the capacity of a lithium ion battery, comprising the steps of: When charging by the method, the charging current when the nominal capacity of the lithium ion battery is C 0 is set to C 0 / (20 hours) or less, and the charging voltage during the constant current charging reaches the preset voltage Vs. seek time t to reach the charging upper limit voltage Vc from the estimated ratio of the battery capacity C e / C 0 (here, C e is the estimated volume of the battery) relational expression, C e / C 0 = At + B (1) (where A and B are positive value constants determined by the battery, the voltage Vs, the voltage Vc, and the charging current during the constant current charging). capacity Configure the estimation method.
【0013】また、本発明においては、請求項2に記載
したように、請求項1に記載のリチウムイオン電池の容
量推定方法であって、容量推定の対象となるリチウムイ
オン電池と同一種類のリチウムイオン電池を用い、1回
の全充電時間が3日以上10日以下であり、該リチウム
イオン電池の公称容量をC0としたときの充電電流がC
0/(20時間)以下である定電流定電圧方式による充電
期間と、放電電流がC0/(5時間)以上C0/(0.5時
間)以下であり放電終止電圧がVdである放電期間と、
必要に応じて該充電期間と該放電期間との間に設けられ
る休止期間とを有する充放電サイクルを3回以上繰り返
して、各サイクルにおいて、定電流充電中の充電電圧が
あらかじめ設定された電圧Vsに達してから充電上限電
圧Vcに達するまでの時間tn(ここに、nは各サイク
ルに付した番号である)と、各サイクルごとに放電電流
を時間に関して積分して得られる放電容量Cnとを記録
し、記録された該時間tnと該放電容量Cnとから、上
記関係式(1)におけるAおよびBの値を確定すること
を特徴とするリチウムイオン電池の容量推定方法を構成
する。According to the present invention, there is provided a method for estimating the capacity of a lithium ion battery according to claim 1, wherein the lithium ion battery is of the same type as the lithium ion battery whose capacity is to be estimated. Using a lithium ion battery, the total charging time is 3 days or more and 10 days or less, and the charging current is C when the nominal capacity of the lithium ion battery is C 0.
0 / and the charge period by the constant current and constant voltage system lying in (20 hours) or less, the discharge current C 0 / (5 hours) or C 0 /(0.5 hours) or less and the discharge end voltage is Vd discharge Duration and
If necessary, a charge / discharge cycle having a pause period provided between the charge period and the discharge period is repeated three times or more, and in each cycle, a charge voltage during constant current charge is set to a predetermined voltage Vs and (here, n represents an is number assigned to each cycle) time t n to reach the charging upper limit voltage Vc from reaching the discharge capacity C n obtained by integrating with respect to the discharge current time for each cycle Wherein the values of A and B in the above relational expression (1) are determined from the recorded time t n and the discharge capacity C n. I do.
【0014】また、本発明においては、請求項3に記載
したように、リチウムイオン電池の劣化判定装置であっ
て、リチウムイオン電池を定電流定電圧方式によって充
電する際の上記時間tを求める手段と、該時間tを用い
上記関係式(1)によって該リチウムイオン電池の推定
比容量Ce/C0を算出する演算回路と、該推定比容量
Ce/C0の値に基づいて該リチウムイオン電池の劣化
状態を判定する判定演算回路と、該判定演算回路による
判定結果を表示する手段あるいは該判定結果に基づき、
必要に応じて、該リチウムイオン電池の劣化を警告する
警告音を発する手段とを備えていることを特徴とするリ
チウムイオン電池の劣化判定装置を構成する。According to the present invention, there is provided a lithium ion battery deterioration judging device according to claim 3, wherein the time t for charging the lithium ion battery by the constant current and constant voltage method is obtained. And an arithmetic circuit for calculating the estimated specific capacity C e / C 0 of the lithium ion battery by the relational expression (1) using the time t, and the lithium based on the value of the estimated specific capacity C e / C 0. A judgment operation circuit for judging the deterioration state of the ion battery, and means for displaying the judgment result by the judgment operation circuit or based on the judgment result,
A means for issuing a warning sound to warn the deterioration of the lithium ion battery, if necessary.
【0015】また、本発明においては、請求項4に記載
したように、ICを内蔵した充放電制御手段を備えたリ
チウムイオン電池パックにおいて、該ICあるいは該I
Cに付設して増設されたICが、該リチウムイオン電池
パック中のリチウムイオン電池の上記推定比容量Ce/
C0の算出に用いる数値を記憶するメモリと、該数値が
該メモリに記憶された場合に該リチウムイオン電池を定
電流定電圧方式によって充電する際の上記時間tと該数
値とから上記関係式(1)によって該推定比容量Ce/
C0を算出する演算回路と、該演算回路が算出した該推
定比容量Ce/C0算出結果を出力する手段とを有して
いることを特徴とするリチウムイオン電池パックを構成
する。Further, according to the present invention, in a lithium ion battery pack provided with charge / discharge control means having a built-in IC, the IC or the I-type battery pack may be provided.
The additional IC attached to C is the estimated specific capacity C e / of the lithium ion battery in the lithium ion battery pack.
A memory for storing a numerical value used for calculating C 0 , and the relational expression based on the time t and the numerical value when the lithium ion battery is charged by the constant current and constant voltage method when the numerical value is stored in the memory. According to (1), the estimated specific capacity C e /
An arithmetic circuit for calculating the C 0, constituting a lithium ion battery pack, characterized in that it has a means for outputting the estimated specific capacity C e / C 0 calculated result the operational circuit is calculated.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】(実施の形態1)本発明に係るL
iイオン電池の容量推定方法においては、リチウムイオ
ン電池を定電流定電圧方式によって充電する際に、該リ
チウムイオン電池の公称容量をC0としたときの充電電
流をC0/(20時間)以下とし、定電流充電中の充電電
圧があらかじめ設定された電圧Vsに達してから充電上
限電圧Vcに達するまでの時間tを求め、該電池の推定
比容量Ce/C0(ここに、Ceはこの電池の推定容量
である)を関係式、 Ce/C0=At+B (1) (ここに、AおよびBは該電池、電圧Vs、電圧Vcお
よび該定電流充電中の充電電流によって定まる正値定数
である)によって算出することを特徴とする。(Embodiment 1) L according to the present invention
In the capacity estimation method of i-ion battery, a lithium-ion battery when charged by the constant current and constant voltage mode, the charging current when the nominal capacity the lithium ion battery was C 0 C 0 / (20 hours) or less The time t from when the charging voltage during constant current charging reaches the preset voltage Vs to when the charging voltage reaches the charging upper limit voltage Vc is determined, and the estimated specific capacity C e / C 0 (here, C e determined in relation to the estimated capacity is) of the battery, to C e / C 0 = at + B (1) ( wherein, a and B are the battery, voltage Vs, the charging current of the voltage Vc and the constant current charging (A positive value constant).
【0017】本発明に係るLiイオン電池の容量推定方
法を図面を用いてさらに詳しく説明する。The method for estimating the capacity of a Li-ion battery according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
【0018】図1は、Liイオン電池を定電流定電圧
(CC-CV)方式によって充電した場合の充電電圧
(図中、電池電圧と表示)と充電電流との経時変化を示
した図である。FIG. 1 is a diagram showing a change over time of a charging voltage (indicated as a battery voltage in the figure) and a charging current when a Li-ion battery is charged by a constant current and constant voltage (CC-CV) method. .
【0019】図1において、Liイオン電池または電池
パック中のLiイオン電池(以下、これらをLiイオン
電池と総称する)を、まず、定電流(CC)モードによ
って、所定の一定電流Icで、あらかじめ設定された上
限電圧Vc(通常は4.1V/セル、または4.2V/セル
である)まで充電し、充電電圧が上限電圧Vcに到達し
た後、定電圧(CV)モードの充電が開始され、充電電
圧(図1においては電池電圧と表示)はVcで一定のま
ま、充電電流が時間とともに減衰する。In FIG. 1, a Li-ion battery or a Li-ion battery in a battery pack (hereinafter collectively referred to as a Li-ion battery) is first charged in a constant current (CC) mode at a predetermined constant current Ic. The battery is charged to the set upper limit voltage Vc (normally, 4.1 V / cell or 4.2 V / cell), and after the charging voltage reaches the upper limit voltage Vc, charging in the constant voltage (CV) mode is started. The charging current attenuates with time while the charging voltage (shown as battery voltage in FIG. 1) remains constant at Vc.
【0020】本発明に係るLiイオン電池の容量推定方
法においては、上記CC-CV方式による充電におい
て、定電流(CC)モードの充電中、放電終止電圧Vd
以上、上記上限電圧Vc以下に設定された電圧Vsに充
電電圧が到達してから、定電流モード充電が終了する
(すなわち、充電電圧がVcに達する)までの経過時間
tをモニタし、この時間tを用い、このLiイオン電池
の上記推定比容量Ce/C 0を上記関係式(1)によっ
て算出することを特徴とする。Method of estimating capacity of Li-ion battery according to the present invention
In the law, the charge smell by the CC-CV method
And the discharge end voltage Vd during charging in the constant current (CC) mode.
As described above, the voltage Vs set to be equal to or lower than the upper limit voltage Vc is charged.
After the voltage reaches, the constant current mode charging ends
Elapsed time until charging voltage reaches Vc
t, and using this time t, the Li-ion battery
Above estimated specific capacity Ce/ C 0Is given by the above relational expression (1).
Is calculated.
【0021】この場合に、上記電池の容量の推定を精度
よく行えるように、上記CC-CV方式による充電にお
ける上記一定電流IcをC0/(20時間)以下とする。
これを超える電流で充電を行うと、上記関係式(1)に
よる容量の推定における誤差が大きくなる。In this case, the constant current Ic in charging by the CC-CV method is set to C 0 / (20 hours) or less so that the capacity of the battery can be accurately estimated.
When charging is performed with a current exceeding this, the error in estimating the capacity according to the above relational expression (1) increases.
【0022】以下、一般に、電池電流がC0/(T時間)
である場合に、この電流を(1/T)CmAと表す。たと
えば、C0/(20時間)は0.05CmAと表わされ
る。Hereinafter, generally, when the battery current is C 0 / (T time)
Where, this current is expressed as (1 / T) CmA. For example, C 0 / (20 hours) is represented as 0.05 CmA.
【0023】また、本発明における容量推定の実施対象
となるLiイオン電池は、1回当たりの充電時間が30
日以下であるような使用条件で使用されるものであるこ
とが好ましい。1回の充電時間が30日を超えるような
長期の充電時間では、過充電による劣化の程度が異なっ
たり、電池構成材料の経時劣化が顕著となり、大きな容
量推定誤差を生じるおそれがあり好ましくない。Further, the Li-ion battery for which the capacity estimation in the present invention is performed has a charging time of 30 times.
Preferably, it is used under usage conditions that are not more than days. A long charging time in which a single charging time exceeds 30 days is not preferable because the degree of deterioration due to overcharging is different or deterioration of battery constituent materials with time becomes remarkable, which may cause a large capacity estimation error.
【0024】さらに、容量推定の実施において、時間計
測開始時の充電電圧Vsは放電終止電圧Vd以上、充電
上限電圧Vcより少なくとも0.2V低い電圧とするこ
とが好ましい。時間計測開始電圧Vsが充電上限電圧V
cより0.2V未満の差の電圧範囲内にあるときは、計
測する所要時間tが短くなりすぎて大きな推定誤差を生
じるおそれがあり好ましくない。Further, in carrying out the capacity estimation, it is preferable that the charging voltage Vs at the start of the time measurement be equal to or higher than the discharge end voltage Vd and at least 0.2 V lower than the upper charging voltage Vc. Time measurement start voltage Vs is charging upper limit voltage V
When the difference is within a voltage range of less than 0.2 V from c, the required time t to be measured becomes too short and a large estimation error may occur, which is not preferable.
【0025】本発明における容量推定のための関係式の
適用は電池の劣化が、満充電状態から放電終止電圧Vd
まで放電したときの放電容量C(これは放電電流を時間
に関して積分して得られる)が公称容量C0の50%以
上の範囲にある場合に限定される。50%未満に電池の
比容量C/C0が低下するような大きく劣化した場合に
は、所要時間tと比容量C/C0の間に上記関係式
(1)で示されるような直線関係(式の左辺を比容量C
/C0で置き換えて考える)が成立しなくなり、該関係
式を使用して容量を推定したときの誤差が大きくなって
好ましくない。The application of the relational expression for estimating the capacity in the present invention is based on the assumption that the deterioration of the battery causes
Discharge capacity when discharged to C (which is obtained by integrating with respect to the discharge current time) is limited to the case in more than 50% range of the nominal capacity C 0. When the battery is significantly deteriorated such that the specific capacity C / C 0 is reduced to less than 50%, a linear relationship as shown by the above relational expression (1) between the required time t and the specific capacity C / C 0 is obtained. (The left side of the equation is the specific capacity C
/ C 0 ) is not satisfied, and an error in estimating the capacity using the relational expression increases, which is not preferable.
【0026】上記関係式(1)は、これを適用するLi
イオン電池の搭載機器、または充電器の充電条件におけ
る定電流(CC)モード充電所要時間tと、その条件下
における比容量C/C0との関係であることを前提とし
ている。もし、上記関係式(1)を作成したときのCC
モードの充電電流値と、搭載機器、または充電器のCC
モードの充電電流値が異なる場合には、あらかじめ別
途、それぞれの充電条件におけるCCモード充電所要時
間を求めておき、該関係式(1)作成時の条件における
所要時間teと搭載装置、または充電器に相当する条件
での所要時間tmとの比te/tmを上記関係式(1)
のtに乗じて換算する必要がある。The above relational expression (1) indicates that the Li
It is assumed that there is a relationship between the charging time t in the constant current (CC) mode under the charging condition of the ion battery mounted device or the charger and the specific capacity C / C 0 under the condition. If the CC when the above relational expression (1) is created
Mode charging current value and CC of onboard equipment or charger
If the charging current values of the modes are different, the required charging time of the CC mode under the respective charging conditions is separately obtained in advance, and the required time te and the mounting device or the charger at the time of creating the relational expression (1) are obtained. The ratio te / tm to the required time tm under conditions corresponding to
Needs to be multiplied by t.
【0027】なぜならば、CCモード充電における充電
率(全充電期間におけるCCモード充電の充電割合)は
電流値が小さいほど大きくなる、すなわち、電流値が小
さいほど充電達成率が大きくなるからである。また、そ
の割合は、電池サイズ、電池形状、製造メーカ、電池構
成材料などによって異なるため、別途、実際に試験を実
施して電流値の影響を把握する必要がある。 (実施の形態2)実施の形態1において、Liイオン電
池の容量を推定するためには、上記関係式(1)を、あ
らかじめ作成しておかなければならない。そのために
は、関係式(1)中の定数AおよびBの値を決定しなけ
ればならない。その場合に、容量推定の対象となるLi
イオン電池と同種類の電池、または電池パックを試験し
て上記定数AおよびBを決定するのが最も妥当である。
なぜならば、市販のLiイオン電池は、使用する正極活
汚物質、負極カーボンおよび電解液の種類が多様であ
り、電池の劣化に伴う充電電圧挙動の変化だけでなく、
初期の電池の充電挙動も異なっているからである。This is because the charging rate in the CC mode charging (the charging rate of the CC mode charging during the entire charging period) increases as the current value decreases, that is, the charging achievement rate increases as the current value decreases. In addition, since the ratio varies depending on the battery size, battery shape, manufacturer, battery constituent material, and the like, it is necessary to separately perform an actual test to grasp the influence of the current value. (Embodiment 2) In Embodiment 1, in order to estimate the capacity of a Li-ion battery, the above relational expression (1) must be created in advance. For that purpose, the values of the constants A and B in the relational expression (1) must be determined. In that case, Li which is the target of capacity estimation
It is most reasonable to determine the above constants A and B by testing a battery or battery pack of the same type as the ion battery.
This is because commercially available Li-ion batteries use various types of positive electrode active pollutants, negative electrode carbon and electrolyte, and not only change in charging voltage behavior due to battery deterioration,
This is because the initial battery charging behavior is also different.
【0028】そこで、本発明においては、容量推定の対
象となるリチウムイオン電池と同一種類のリチウムイオ
ン電池を用い、1回の全充電時間が3日以上10日以下
であり、該リチウムイオン電池の公称容量をC0とした
ときの充電電流がC0/(20時間)以下である定電流定
電圧方式による充電期間と、放電電流がC0/(5時間)
以上C0/(0.5時間)以下であり放電終止電圧がVd
である放電期間と、必要に応じて該充電期間と該放電期
間との間に設けられる休止期間とを有する充放電サイク
ルを3回以上繰り返して、各サイクルにおいて、定電流
充電中の充電電圧があらかじめ設定された電圧Vsに達
してから充電上限電圧Vcに達するまでの時間tn(こ
こに、nは各サイクルに付した番号である)と、各サイ
クルごとに放電電流を時間に関して積分して得られる放
電容量Cnとを記録し、記録された該時間tnと該放電
容量Cnとから、上記関係式(1)におけるAおよびB
の値を確定する。Therefore, in the present invention, a lithium ion battery of the same type as the lithium ion battery whose capacity is to be estimated is used, and the total charging time for one time is 3 days or more and 10 days or less. The charging period by the constant current constant voltage method in which the charging current when the nominal capacity is C 0 is C 0 / (20 hours) or less, and the discharging current is C 0 / (5 hours).
Is not more than C 0 /(0.5 hours) and the discharge end voltage is Vd
And a charge / discharge cycle having a pause period provided between the charge period and the discharge period as required is repeated three times or more, and in each cycle, the charge voltage during the constant current charge is reduced. A time t n (where n is a number assigned to each cycle) from when the voltage reaches a preset voltage Vs to when the charge upper limit voltage Vc is reached, and a discharge current is integrated with respect to time for each cycle. the resulting discharge capacity C a n records, from the recorded said time t n and the discharge capacity C n, a and B in the above equation (1)
Determine the value of.
【0029】上記の操作をさらに詳細に説明すると、本
発明における容量推定実施の対象となるLiイオン電池
と同種の電池を用い、実施対象となる電池の使用条件と
同様に、0.05CmA以下(C0/(20時間)以下)
の充電電流値の定電流(CC)充電によって上限電圧V
cまで充電し、電池、または電池パックの電圧が上限電
圧Vcに到達した後、定電圧(CV)充電によって充電
を継続する定電流定電圧(CC−CV)方式による充電
を行い、充電時間は3日以上30日以下に設定し、放電
は0.2CmA以上2.0CmA以下(C0/(5時間)
以上、C0/(0.5時間)以下)の電流値と該電池の使
用条件と同様の放電終止電圧Vdに設定し、必要ならば
これらの充電と放電の間に一定の休止時間を設けて、こ
のような充放電サイクルを3回以上実施して、各充放電
サイクルにおける、充電上限電圧Vcと放電終止電圧V
dの間の、Vd以上(Vc−0.2V)以下の任意の電
圧Vsに充電電圧が到達してから定電流(CC)モード
の充電が完了する(充電電圧が充電上限電圧Vcに到達
する)までに要した時間tn(ここに、nは各サイクル
に付した番号である)と、各サイクルごとに放電電流を
時間に関して積分して得られる放電容量Cnとを記録
し、記録された該時間tnと該放電容量Cnとから、上
記関係式(1)におけるAおよびBの値を確定する。す
なわち、関係式(1)の左辺をCn/C0で置き換え、
右辺におけるtをtnで置き換えた関係式が、Cn/C
0とtnとの関係を最もよく表すように、AおよびBの
値を確定する。The above-mentioned operation will be described in more detail. A battery of the same type as the Li-ion battery for which the capacity estimation is to be performed in the present invention is used. C 0 / (20 hours or less)
The upper limit voltage V by constant current (CC) charging of the charging current value of
c, and after the voltage of the battery or the battery pack reaches the upper limit voltage Vc, charging is performed by a constant current constant voltage (CC-CV) method in which charging is continued by constant voltage (CV) charging. Set to 3 days or more and 30 days or less, discharge is 0.2 CmA or more and 2.0 CmA or less (C 0 / (5 hours)
As described above, a current value of C 0 /(0.5 hours or less) and a discharge end voltage Vd similar to the use condition of the battery are set, and a fixed pause time is provided between these charge and discharge if necessary. Such a charge / discharge cycle is performed three times or more, and the charge upper limit voltage Vc and the discharge end voltage Vc in each charge / discharge cycle.
During the period d, the charging in the constant current (CC) mode is completed after the charging voltage reaches an arbitrary voltage Vs not lower than Vd and not higher than (Vc-0.2 V) (the charging voltage reaches the charging upper limit voltage Vc). ) time t n (here the required until, n represents the a is) number assigned to each cycle, and records the discharge capacity C n obtained by integrating with respect to the discharge current time for each cycle, it is recorded and a said time t n and the discharge capacity C n was to determine the values of a and B in the above equation (1). That is, the left side of the relational expression (1) is replaced with C n / C 0 ,
The relational expression in which t on the right side is replaced by t n is C n / C
Best represents like the relationship between the 0 and t n, to determine the values of A and B.
【0030】1サイクル当たりの充電時間は3日以上3
0日以下とする。充電時間を3日以上10日以下に設定
することにより、サイクルごとの電池の劣化が適度に進
み、精度の良い関係式(1)を作成するために必要なデ
ータを効率的に取得できる。1サイクル当たりの充電時
間が30日を超える長期間であると、過充電による劣化
の程度が大きくなり、また電池構成材料の経時劣化が顕
著となり、所要時間t nと比容量Cn/C0の間に上記
関係式(1)で示される直線関係(式の左辺を比容量C
n/C0で置き換え、右辺におけるtをtnで置き換え
て考える)が成り立たなくなることにより、これらのデ
ータから決定した定数AおよびBを使用した関係式では
大きな誤差を生じる恐れがあり好ましくない。The charging time per cycle is 3 days or more and 3
0 days or less. Set the charging time between 3 days and 10 days
The battery deterioration in each cycle
The data necessary to create the accurate relational expression (1).
Data can be obtained efficiently. When charging per cycle
If the time is longer than 30 days, it will deteriorate due to overcharging.
And the deterioration of battery components over time
Become an author and take time t nAnd specific capacity Cn/ C0During the above
The linear relationship represented by the relational expression (1) (the left side of the expression is the specific capacity C
n/ C0And replace t on the right side with tnReplace with
Is not satisfied, these data
In the relational expression using the constants A and B determined from the data,
A large error may occur, which is not preferable.
【0031】また、1サイクル当たりの充電時間を30
日より長く設定すると1サイクル当たりの経過時間が長
くなり、データ取得に時間がかかって同様に好ましくな
い。The charging time per cycle is 30
If the time is set longer than the day, the elapsed time per cycle becomes longer, and it takes time to acquire data, which is not preferable.
【0032】一方、1サイクル当たりの充電時間を3日
未満に設定すると、充放電サイクルによる電極の劣化が
顕著となり、逆に過充電による劣化の程度は小さくな
り、この場合に決定した定数AおよびBを適用した上記
関係式(1)を用いた容量推定では、頻繁に充放電する
ような限定された使用方法を除き、放電と充電が毎回異
なるような実使用では、容量推定誤差が大きくなって好
ましくない。On the other hand, when the charging time per cycle is set to less than 3 days, the electrode deterioration due to the charge / discharge cycle becomes remarkable, and conversely, the degree of deterioration due to overcharge becomes small. In the capacity estimation using the above-described relational expression (1) to which B is applied, the capacity estimation error increases in actual use in which discharge and charge are different each time, except for a limited use method in which charge and discharge are frequently performed. Is not preferred.
【0033】上記充放電サイクル試験における放電電流
値は、0.2CmA以上2.0CmA以下に設定する。
1.0CmA以上2.0CmA以下に設定すればさらに
効率のよいデータ取得が可能となる。0.2CmA未満
の低放電電流の場合、完全放電に時間がかかり好ましく
ない。また、2.0CmAより大きな放電電流では、放
電時間自体が短くなりすぎ、放電容量の測定値にばらつ
きが生じたり、劣化が進むと、容量が急激に低下して精
度の良い関係式(1)を作成することができなくなるた
め好ましくない。The discharge current value in the above charge / discharge cycle test is set at 0.2 CmA or more and 2.0 CmA or less.
If the value is set to 1.0 CmA or more and 2.0 CmA or less, more efficient data acquisition becomes possible. In the case of a low discharge current of less than 0.2 CmA, it takes a long time for complete discharge, which is not preferable. Further, when the discharge current is greater than 2.0 CmA, the discharge time itself becomes too short, and when the measured value of the discharge capacity varies or the deterioration progresses, the capacity sharply decreases and the relational expression (1) with high accuracy is obtained. It is not preferable because it becomes impossible to create
【0034】上記充放電サイクル試験の実施に当たって
は、装置の設定の制約などにより、必要ならば充電と放
電との間に一定時間の休止を設定することができる。In carrying out the above-described charge / discharge cycle test, if necessary, a pause for a fixed time can be set between charging and discharging due to restrictions on the setting of the apparatus.
【0035】上記関係式(1)を作成するために実施す
る充放電サイクル試験においては、各サイクルごとに、
充電の定電流(CC)モードにおける放電終止電圧Vd
以上充電上限電圧Vcより0.2V低い(Vc−0.2
V)以下の使用電圧範囲内の任意の電圧VsからCCモ
ードが終了するまでの時間tと、引き続く放電の充電比
容量Cn/C0を各充放電サイクルごとに測定する。測
定した時間tと比容量Cn/C0とをプロットし、関係
式(1)に適用して定数AおよびBを決定する。In the charge / discharge cycle test performed to create the above relational expression (1),
Discharge end voltage Vd in constant current (CC) mode of charging
As described above, the charge upper limit voltage Vc is lower by 0.2 V (Vc−0.2
And time t from any voltage Vs in the voltage range of V) below to CC mode ends, measuring the charging specific capacity C n / C 0 of the subsequent discharge per KakuTakashi discharge cycle. The measured time t and the specific capacity C n / C 0 are plotted and applied to the relational expression (1) to determine the constants A and B.
【0036】上記充放電サイクル試験は、容量推定結果
Ceが実容量Cの±20%以内の範囲にあるように高精
度とするために必要な時間tnと比容量Cn/C0のデ
ータを充足するため、3サイクル以上充放電を実施す
る。[0036] The charging and discharging cycle test, the capacity estimation result C e is the time t n and a specific capacity C n / C 0 necessary for the high precision to be in the range of within ± 20% of the real capacity C In order to satisfy the data, charge and discharge are performed for 3 cycles or more.
【0037】サイクルが2サイクルのみであると、上記
関係式(1)の定数AおよびBの決定に対してわずか2
ポイントのデータとなり高精度の容量推定が不可能とな
って好ましくない。If the number of cycles is only two, the determination of the constants A and B in the relational expression (1) requires only two cycles.
This becomes point data, making it impossible to estimate the capacity with high accuracy, which is not preferable.
【0038】なお、上記関係式(1)の定数AおよびB
を決定するために実施する上記充放電サイクル試験の環
境温度は特に規定されないが、Liイオン電池の使用温
度範囲として製造メーカが推奨する温度範囲内で、好ま
しくは実際に使用する環境温度と同様の温度で実施する
ことが好ましい。もし、上記充放電サイクル試験を実施
する環境温度が、容量推定を行う実使用上の環境温度と
大きく異なる場合は、放電容量の温度依存性のデータか
ら容量を補正して定数AおよびBを決定する。 (実施の形態3)本発明に係るLiイオン電池の劣化判
定装置においては、リチウムイオン電池を定電流定電圧
方式によって充電する際の上記時間tを求める手段と、
該時間tを用い上記関係式(1)によって該リチウムイ
オン電池の推定比容量Ce/C0を算出する演算回路
と、該演算回路によって算出された該推定比容量Ce/
C0の値を表示する手段あるいは該推定比容量Ce/C
0の値に基づく該リチウムイオン電池の劣化状態の判定
結果を表示する手段あるいは該判定結果に基づき、必要
に応じて、該リチウムイオン電池の劣化を警告する警告
音を発する手段とを備えていることを特徴とする。Note that the constants A and B in the above relational expression (1)
The environmental temperature of the charge / discharge cycle test to be performed to determine the temperature is not particularly specified, but within the temperature range recommended by the manufacturer as the operating temperature range of the Li-ion battery, preferably the same as the environmental temperature actually used. It is preferably carried out at a temperature. If the environmental temperature at which the charge / discharge cycle test is performed is significantly different from the actual environmental temperature at which the capacity is to be estimated, the capacities are corrected from the temperature dependence data of the discharge capacity to determine the constants A and B. I do. (Embodiment 3) In the apparatus for judging deterioration of a Li-ion battery according to the present invention, means for calculating the time t when the lithium-ion battery is charged by a constant current and constant voltage method;
An operation circuit above relationship with between t said time by (1) calculating the estimated specific capacity C e / C 0 of the lithium ion battery, the estimated ratio calculated by the arithmetic circuit capacitance C e /
Means for displaying the value of C 0 or the estimated specific capacity C e / C
Means for displaying a judgment result of the deterioration state of the lithium ion battery based on the value of 0 , or means for emitting a warning sound for warning the deterioration of the lithium ion battery as necessary based on the judgment result. It is characterized by the following.
【0039】図2は、Liイオン電池を搭載する装置で
あって、本発明に係るLiイオン電池の容量推定方法の
機能と、該容量推定の結果に基づいて該リチウムイオン
電池の劣化状態を判定する機能とを備えた装置の一構成
概念を示したものである。FIG. 2 shows an apparatus equipped with a Li-ion battery. The function of the method for estimating the capacity of a Li-ion battery according to the present invention and the deterioration state of the lithium-ion battery are determined based on the result of the capacity estimation. 1 shows a configuration concept of an apparatus having a function of performing the following.
【0040】図2において、1は電源部であり、電源部
1には、Liイオン電池2a、2b、2cが搭載され、
これらの電池2a、2b、2cは電源部1内の電池制御
部3で充放電、安全に関する制御がなされる。4は電源
部1内の充電器であり、電池制御部3で制御をうけて電
池2a、2b、2cを充電する。5は論理部であり、論
理部5には、インターフェイス6とCPU7とメモリ8
とキーボードコントローラ9とがあり、電池制御部3は
インターフェイス6を介してCPU7と繋がり、搭載電
池2a、2b、2cに関する情報や制御の実施の指示を
受け、逆に、電池制御に関するデータをCPU7に送出
する。論理部5内において、CPU7とメモリ8とは、
制御の指示、データの演算、電池の制御に関する情報の
蓄積、データの記憶などを行う。電池2a、2b、2c
のID入力などはキーボードコントローラ9を介して行
う。キーボードコントローラ9にはデータ送出のための
配線10が接続されている。In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a power supply unit. The power supply unit 1 has Li-ion batteries 2a, 2b, and 2c mounted thereon.
These batteries 2a, 2b, and 2c are controlled by a battery control unit 3 in the power supply unit 1 for charge / discharge and safety. Reference numeral 4 denotes a charger in the power supply unit 1, which charges the batteries 2a, 2b, 2c under the control of the battery control unit 3. Reference numeral 5 denotes a logic unit. The logic unit 5 includes an interface 6, a CPU 7, and a memory 8.
And a keyboard controller 9. The battery control unit 3 is connected to the CPU 7 via the interface 6, receives information on the mounted batteries 2 a, 2 b, and 2 c and an instruction to perform control, and conversely, sends data related to battery control to the CPU 7. Send out. In the logic unit 5, the CPU 7 and the memory 8
It instructs control, calculates data, accumulates information related to battery control, and stores data. Battery 2a, 2b, 2c
Is input via the keyboard controller 9. Wiring 10 for data transmission is connected to the keyboard controller 9.
【0041】本発明における上記関係式(1)はCPU
7の空きメモリなどにあらかじめ入力されるか、あるい
は必要ならばCPU7に加えてメモリチップを増設して
入力される。さらに、論理部5内には、関係式(1)に
よって該リチウムイオン電池の推定比容量Ce/C0を
算出する演算回路および該推定比容量Ce/C0の値に
基づいて該リチウムイオン電池の劣化状態を判定する判
定演算回路が組み込まれており、論理部5内において該
判定演算回路による判定結果が形成される。CPU7
は、電池制御部3に、定電流(CC)モード充電におけ
る充電電圧が、使用電圧範囲内の電圧Vsに達してから
CCモード充電がCVモード充電に切り替えられるまで
の時間tを測定する指示を行い、逆に、電池制御部3か
ら充電時間tのデータを受け取る。さらに、CPU7
は、受け取った時間tを関係式(1)に代入して演算を
行い、推定比容量Ce/C0の値を算出し、さらに該推
定比容量Ce/C0の値に基づいて該リチウムイオン電
池の劣化状態を判定するする。すなわち、論理部5は、
本発明に係るLiイオン電池の容量推定方法および劣化
状態判定の機能をも備えている。必要ならば、この推定
比容量Ce/C0の値をメモリ8に記憶させる。In the present invention, the above-mentioned relational expression (1) is
7 is input in advance into an empty memory or the like, or is input by adding a memory chip in addition to the CPU 7 if necessary. Further, in the logic unit 5, an arithmetic circuit for calculating the estimated specific capacity C e / C 0 of the lithium ion battery by the relational expression (1) and the lithium based on the value of the estimated specific capacity C e / C 0 are provided. A judgment operation circuit for judging the deterioration state of the ion battery is incorporated, and a judgment result by the judgment operation circuit is formed in the logic unit 5. CPU7
Gives an instruction to the battery control unit 3 to measure the time t from when the charging voltage in the constant current (CC) mode charging reaches the voltage Vs within the working voltage range to when the CC mode charging is switched to the CV mode charging. On the contrary, data of the charging time t is received from the battery control unit 3. Further, the CPU 7
Calculates the value of the estimated specific capacity C e / C 0 by substituting the received time t into the relational expression (1), and further calculates the value of the estimated specific capacity C e / C 0 based on the value of the estimated specific capacity C e / C 0. The deterioration state of the lithium ion battery is determined. That is, the logic unit 5
It also has a function of estimating the capacity of the Li-ion battery and determining the deterioration state of the battery according to the present invention. If necessary, the value of the estimated specific capacity C e / C 0 is stored in the memory 8.
【0042】本発明に係るLiイオン電池の劣化判定装
置は、図2に示された装置を、配線10を介して、該リ
チウムイオン電池の劣化状態の判定結果を表示する手段
あるいは該判定結果に基づき、必要に応じて、該リチウ
ムイオン電池の劣化を警告する警告音を発する手段を備
えた装置と連結することによって構成される。配線10
を介して、図2に示された装置と連結される上記装置
が、上記演算回路によって算出された推定比容量Ce/
C0の値を表示する手段をも備えていれば該リチウムイ
オン電池の劣化を定量的に把握することができて好都合
である。The apparatus for judging the deterioration of a Li-ion battery according to the present invention uses the apparatus shown in FIG. And, if necessary, by connecting to a device provided with a means for issuing a warning sound for warning of the deterioration of the lithium ion battery. Wiring 10
Is connected to the apparatus shown in FIG. 2 through the estimated specific capacity C e / calculated by the arithmetic circuit.
If also includes means for displaying the values of C 0 it is advantageous to be able to quantitatively grasp the deterioration of the lithium ion battery.
【0043】このようにして、本発明に係るLiイオン
電池の劣化判定装置を構成することができる。ただし、
本発明は、上記概念になるLiイオン電池の劣化判定装
置が構成できれば、何ら上記の構成に限定されることは
ない。 (実施の形態4)本発明におけるLiイオン電池の容量
推定方法は、またLiイオン電池のパック内の制御用マ
イコン、あるいは必要ならば簡単な増設メモリをパック
内に付与することによって電池パックに適用することが
できる。本発明におけるLiイオン電池の容量推定方法
を電池パックに適用して、本発明に係るLiイオン電池
パックを構成する具体的一構成例を図3に示す。Thus, the apparatus for determining deterioration of a Li-ion battery according to the present invention can be constructed. However,
The present invention is not limited to the above-described configuration at all if the device for determining deterioration of a Li-ion battery according to the above concept can be configured. (Embodiment 4) The method for estimating the capacity of a Li-ion battery according to the present invention is also applied to a battery pack by providing a control microcomputer in the pack of the Li-ion battery or a simple additional memory if necessary in the pack. can do. FIG. 3 shows a specific configuration example of a Li-ion battery pack according to the present invention, in which the method for estimating the capacity of a Li-ion battery according to the present invention is applied to a battery pack.
【0044】図3はLiイオン電池パックの一般的な回
路構成を示した図であり、Liイオン電池(12-1、
12-2、12-3)を3セル直列にして搭載した場合を
示している。FIG. 3 is a diagram showing a general circuit configuration of a Li-ion battery pack.
12-2, 12-3) are mounted in series with three cells.
【0045】図3において、11は電池パック本体であ
り、12-1、12-2、12-3はLiイオン電池であ
る。13は保護用ICであり、電圧、電流、温度などの
モニタ、ソフト的な安全制御を行う。14-A、14-
B、14-C、14-1、14-2、14-3はパック本体
11内、および各電池の充電電流制御を目的とするFE
Tであり、15は温度ヒューズであるPTC素子、16
は電流ヒューズであり、それぞれ温度上昇時、異常大電
流時に電流を遮断する役目を負う。17はプラス端子、
18はマイナス端子であり、19は情報出力、コントロ
ールのための端子である。In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a battery pack body, and reference numerals 12-1, 12-2, and 12-3 denote Li-ion batteries. A protection IC 13 monitors voltage, current, temperature, and the like, and performs software-based safety control. 14-A, 14-
B, 14-C, 14-1, 14-2, and 14-3 are FEs for the purpose of controlling the charging current of the inside of the pack body 11 and each battery.
T is a PTC element which is a thermal fuse;
Is a current fuse, which has a role of interrupting the current at the time of temperature rise and abnormally large current, respectively. 17 is a plus terminal,
Reference numeral 18 denotes a negative terminal, and 19 denotes a terminal for information output and control.
【0046】図3において、上記安全機構の保護用IC
13内にタイマーを搭載し、空きメモリに上記関係式
(1)をあらかじめ入力し、推定比容量Ce/C0を算
出する演算回路を形成しておく。In FIG. 3, a protection IC for the above-mentioned safety mechanism is shown.
13 is provided with a timer, the above-mentioned relational expression (1) is previously input to a free memory, and an arithmetic circuit for calculating the estimated specific capacity C e / C 0 is formed.
【0047】本Liイオン電池パックが充電装置に搭載
され、定電流定電圧(CC−CV)方式による充電が行
われる場合に、図3におけるLiイオン電池12-1、
12-2、12-3の両端の電圧を保護用IC13がモニ
タし、充電の定電流(CC)モード充電における充電電
圧が、放電終止電圧Vd以上で充電上限電圧Vcよりも
小となるようにあらかじめ設定された任意の開始電圧V
sに達してからCCモード充電がCVモード充電に切り
替えられるまでの経過時間tをカウントし、この測定さ
れた時間tの値を関係式(1)に代入、演算して推定比
容量Ce/C0を算出する。必要ならば、保護用IC1
3とは別にパック内の適当な位置に増設ICを設けるこ
ともできる。When the present Li-ion battery pack is mounted on a charger and charged by a constant current / constant voltage (CC-CV) method, the Li-ion battery 12-1 shown in FIG.
The protection IC 13 monitors the voltage between both ends of 12-2 and 12-3 so that the charging voltage in the constant current (CC) mode charging of the charging is equal to or higher than the discharge end voltage Vd and lower than the charging upper limit voltage Vc. Any starting voltage V set in advance
s, the elapsed time t from when the CC mode charging is switched to the CV mode charging is counted, and the value of the measured time t is substituted into the relational expression (1), and the estimated specific capacity C e / is calculated. to calculate the C 0. If necessary, protection IC1
Apart from the above, an additional IC may be provided at an appropriate position in the pack.
【0048】演算結果は、端子19を通して、適当なデ
ィスプレイに表示したり、あるいは警告音などを発出す
るために充電装置本体に出力される。The calculation result is output to the main body of the charging device through a terminal 19 to be displayed on an appropriate display or to emit a warning sound or the like.
【0049】このように、既存のLiイオン電池パック
の最小限の変更によって、本発明に係るLiイオン電池
パックを構成することができる。ただし、本発明は、上
記概念になるLiイオン電池の容量推定が実施できれば
何ら上記の構成に限定されることはない。As described above, the Li-ion battery pack according to the present invention can be configured with a minimum change of the existing Li-ion battery pack. However, the present invention is not limited to the above configuration at all if the capacity estimation of the Li-ion battery according to the above concept can be performed.
【0050】本発明におけるLiイオン電池の容量推定
方法、および該容量推定機能を具備したLiイオン電池
パックの適用としては、特にバックアップ電源など高信
頼性を必要とする機器が考えられ、該容量推定によって
的確な電池の劣化状態を把握しタイムリーな電池の交換
を実現することによって、機器のトラブルを回避する。
しかしながら、Liイオン電池を搭載する機器であれば
何ら該容量推定の方法、および容量推定機能を具備した
Liイオン電池パックを採用することに問題はなく、し
かもムダのない電池交換を実現することができるため使
用する利点はきわめて大きい。As a method for estimating the capacity of the Li-ion battery and the application of the Li-ion battery pack having the capacity estimation function according to the present invention, equipment requiring high reliability such as a backup power supply can be considered. By grasping the state of deterioration of the battery accurately and realizing the replacement of the battery in a timely manner, the trouble of the device is avoided.
However, there is no problem in adopting a method for estimating the capacity and adopting a Li-ion battery pack having a capacity estimating function as long as the apparatus is equipped with a Li-ion battery, and realizing battery replacement without waste. The advantage of using it is very great.
【0051】[0051]
【実施例】以下に、本発明に係るLiイオン電池の容量
推定方法および劣化判定装置ならびにLiイオン電池パ
ックについて、具体的実施例によって説明するが、本発
明は何らこれに限定されることはない。 (実施例1)円筒型Liイオン電池(18650型、公
称容量1350mAh)について、データ収集・保管機
能を有する電池充放電自動試験装置を用いて、試験温度
を25℃に設定し、充電電流値45mA(0.033C
mA)、充電上限電圧4.1V、充電時間30日間の定
電流定電圧(CC−CV)方式による充電と、放電電流
値1350mAh(1.0CmA)、放電終止電圧2.
75Vの放電と、充電と放電との間に休止を1時間はさ
んだ充放電サイクル試験を5サイクル実施し、各サイク
ルにおける充電開始時からCCモード充電完了までの経
過時間t(hr)と、放電電流を時間に関して積分して
得た放電容量Cの公称容量C0に対する比容量C/C0
を求めた。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for estimating the capacity of a Li-ion battery, a deterioration judging device, and a Li-ion battery pack according to the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto. . (Example 1) For a cylindrical Li-ion battery (18650 type, nominal capacity 1350 mAh), the test temperature was set to 25 ° C using a battery charge / discharge automatic test apparatus having a data collection / storage function, and the charge current value was 45 mA. (0.033C
mA), a charging upper limit voltage of 4.1 V, charging by a constant current constant voltage (CC-CV) method for a charging time of 30 days, a discharging current value of 1350 mAh (1.0 CmA), and a discharging end voltage.
Five cycles of a charge / discharge cycle test in which a pause between charge and discharge and discharge between 75 V were performed for 1 hour were performed, and an elapsed time t (hr) from the start of charging to completion of charging in the CC mode in each cycle, and a discharge specific capacity for the nominal capacity C 0 of the discharge capacity C obtained by integrating with respect to the current time C / C 0
I asked.
【0052】求めたデータを図4に示す。図4は、上記
充放電サイクル試験の結果を示した経過時間tと比容量
C/C0の関係を示した図であり、図中の○は上記充放
電サイクル試験で求めたデータであり、これらのデータ
から、推定比容量Ce/C0を時間tの関数として表す
上記関係式(1)における定数AおよびBを求め、下記
の関係式(2)を作成した。FIG. 4 shows the obtained data. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the elapsed time t and the specific capacity C / C 0 showing the results of the charge / discharge cycle test, and the circles in the figure represent data obtained in the charge / discharge cycle test. From these data, the constants A and B in the above-mentioned relational expression (1) representing the estimated specific capacity C e / C 0 as a function of time t were obtained, and the following relational expression (2) was created.
【0053】 Ce/C0=0.0263×t+0.207 (2) 上式(2)におけるtは、厳密には、t/(1時間)、す
なわち、時間を単位として、tを無次元数で表したもの
でなければならないが、これを、便宜上、単にtで表
す。以下の式においても同様とする。C e / C 0 = 0.0263 × t + 0.207 (2) t in the above equation (2) is strictly t / (1 hour), that is, t is dimensionless in units of time. It must be represented by a number, which is simply represented by t for convenience. The same applies to the following equations.
【0054】上記関係式(2)を図4の直線で示す。The above relational expression (2) is shown by a straight line in FIG.
【0055】これとは別に、同種の円筒型Liイオン電
池(公称容量1350mAh)を用意し、充電電流45
mA(0.033CmA)、充電上限電圧4.1V、充
電時間30日間の定電流定電圧(CC−CV)方式によ
る充電と、放電電流1350mA(1.0CmA)、放
電終止電圧2.75Vの放電と、充電・放電の間に10
分間の休止をはさんだ充放電サイクルを実施して、各サ
イクルごとのCCモード充電の所要時間t(hr)と放
電容量Cの公称容量C0(1350mAh)に対する比
容量C/C0とを記録し、上記に示した関係式(2)の
妥当性を検討した。Separately, a cylindrical Li-ion battery of the same type (nominal capacity of 1350 mAh) was prepared, and the charging current was set to 45 mA.
mA (0.033 CmA), charge upper limit voltage 4.1 V, charge by a constant current constant voltage (CC-CV) method for a charge time of 30 days, and discharge at a discharge current of 1350 mA (1.0 CmA) and a discharge end voltage of 2.75 V And between charging and discharging
A charge / discharge cycle with a pause of one minute is performed, and the required time t (hr) of CC mode charging and the specific capacity C / C 0 of the discharge capacity C with respect to the nominal capacity C 0 (1350 mAh) are recorded for each cycle. Then, the validity of the relational expression (2) shown above was examined.
【0056】結果を図4中の黒四角で示す。The results are shown by black squares in FIG.
【0057】図4に示したように、黒四角で示したデー
タは直線で示した関係式(2)の値に極めて近く、優れ
た容量推定結果を示しうることが判る。As shown in FIG. 4, the data shown by the black squares are very close to the values of the relational expression (2) shown by the straight lines, and it can be seen that the data can show excellent capacity estimation results.
【0058】一方、上記検討とは別に、比較例として、
関係式を作成する際に、上記の関係式と同種のLiイオ
ン電池を用い、充電電流値を135mA(0.1Cm
A)とした以外は同じ条件の試験によって関係式作成を
試みた。取得した比容量C/C 0とCCモード充電完了
までの所要時間tとの関係を図5に示した。On the other hand, apart from the above examination, as a comparative example,
When creating the relational expression, the same type of Li ion
The charging current value was 135 mA (0.1 Cm
The relational formula was created by the test under the same conditions except for A).
Tried. Acquired specific capacity C / C 0And CC mode charging completed
FIG. 5 shows the relationship with the required time t.
【0059】図5は、本発明の容量推定法における比較
例として、関係式作成のために充電電流値を0.1Cm
Aに変更して取得した比容量C/C0とCCモード充電
完了までの所要時間tの関係を示した図であり、図中の
●印が取得データを示す。図5より明らかなように、充
電電流値を0.05CmAより大きくした場合、比容量
C/C0と時間tとの間には直線関係は成り立たず、精
度の高い関係式の作成は不可能であることがわかる。 (実施例2)角形Liイオン電池(公称容量600mA
h)4個を用いて、充電電流値20mA(0.033C
mA)、放電電流値600mA(1.0CmA)、充電
時間を、2.5日、3日、30日、35日間とした以外
は実施例1と同一条件で最大5サイクルまでの充放電サ
イクル試験を行い、実施例1に示したと同様の手順で1
53日間の間にそれぞれの関係式を作成した。FIG. 5 shows, as a comparative example in the capacity estimation method of the present invention, a charging current value of 0.1 Cm
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the specific capacity C / C 0 obtained by changing to A and the required time t until the completion of the charging in the CC mode, and the black circles in the figure show the obtained data. As is clear from FIG. 5, when the charging current value is larger than 0.05 CmA, a linear relationship does not hold between the specific capacity C / C 0 and the time t, and it is impossible to create a highly accurate relational expression. It can be seen that it is. (Example 2) Prismatic Li-ion battery (nominal capacity 600 mA
h) Charge current value of 20 mA (0.033 C
mA), a discharge current value of 600 mA (1.0 CmA), and a charge / discharge cycle test up to a maximum of 5 cycles under the same conditions as in Example 1 except that the charging time was 2.5 days, 3 days, 30 days, and 35 days. Is performed, and 1 is performed in the same procedure as described in the first embodiment.
Each relational expression was made during 53 days.
【0060】その結果、充電時間を2.5日で試験した
電池から求めた関係式は Ce/C0=0.00961×t+0.704 (3) であり、充電時間3日で試験した電池から求めた関係式
は Ce/C0=0.0167×t+0.485 (4) であり、充電時間30日で試験した電池から求めた関係
式は Ce/C0=0.0180×t+0.447 (5) であった。充電時間を35日とした場合、充放電サイク
ルは2回のみであったが、この2サイクルのデータから
関係式を作成したところ Ce/C0=0.00627×t+0.801 (6) が得られた。[0060] As a result, the relational expression obtained from the battery of testing the charge time by two. 5th is C e / C 0 = 0.00961 × t + 0.704 (3), batteries tested in charging time 3 days was determined from the equation is C e / C 0 = 0.0167 × t + 0.485 (4), the relational expression obtained from the battery tested at charging time 30 days C e / C 0 = 0.0180 × t + 0 0.447 (5). If the 35 days charging time, the charge-discharge cycles but was only twice, was to create a relational expression from the data of the two-cycle C e / C 0 = 0.00627 × t + 0.801 (6) is Obtained.
【0061】これら、得られた関係式を用いた推定精度
を評価するため、携帯電話に搭載されていた角形Liイ
オン電池(公称容量600mAh)を脱着し、正極端
子、負極端子に結線して電池充放電自動試験装置に設置
し、充電電流20mA(0.033CmA)、充電上限
電圧4.1V、総充電時間1日間、定電流定電圧(CC
−CV)方式の充電をし、1時間の休止の後、放電電流
600mA(1.0CmA)、放電終止電圧2.75V
で放電し、定電流(CC)充電に要した時間t(hr)
と放電容量Cの公称容量に対する比容量C/C0を求め
た。その結果、CC充電時間tは15.31時間、比容
量C/C0は63.5%であった。In order to evaluate the estimation accuracy using the obtained relational expression, a rectangular Li-ion battery (nominal capacity: 600 mAh) mounted on a mobile phone was detached and connected to a positive electrode terminal and a negative electrode terminal. Installed in a charge / discharge automatic test apparatus, charge current 20 mA (0.033 CmA), charge upper limit voltage 4.1 V, total charge time 1 day, constant current constant voltage (CC
-CV) charge, and after a pause of 1 hour, a discharge current of 600 mA (1.0 CmA) and a discharge end voltage of 2.75 V
And the time required for constant current (CC) charge t (hr)
And the specific capacity C / C 0 of the discharge capacity C with respect to the nominal capacity. As a result, the CC charging time t was 15.31 hours, and the specific capacity C / C 0 was 63.5%.
【0062】求めたCC充電時間t、すなわちt=1
5.31(hr)を、得られた各関係式(3)、
(4)、(5)および(6)に代入して、それぞれの推
定比容量Ce/C0と、推定誤差Err=C/C0−Ce
/C0=0.635−Ce/C0を求めた。The calculated CC charging time t, that is, t = 1
5.31 (hr) is calculated by using the obtained relational expressions (3),
Substituting in (4), (5) and (6), the respective estimated specific capacities C e / C 0 and the estimation errors Err = C / C 0 −C e
/ Was determined the C 0 = 0.635-C e / C 0.
【0063】その結果、充電時間が3日間以上30日以
下である、充電時間3日とした試験で得られた関係式
(4)、および充電時間を30日とした試験で得られた
関係式(5)では、それぞれ、推定比容量Ce/C0が
74.1%、72.3%であり、推定誤差Errは−1
0.6%、−8.8%でいずれも±20%以内で良好な
推定を行えることがわかった。As a result, the relational expression (4) obtained by the test in which the charging time was 3 days and the charging time was 3 days or less and 30 days or less, and the relational expression obtained by the test in which the charging time was 30 days. In (5), the estimated specific capacity C e / C 0 is 74.1% and 72.3%, respectively, and the estimation error Err is −1.
It was found that good estimation can be performed within ± 20% for both 0.6% and -8.8%.
【0064】これに対して、充電時間を2.5日とした
試験で得られた関係式(3)を用いると推定比容量8
5.1%、推定誤差−21.6%となり、また、充電時
間を35日とした試験で得られた関係式(6)を用いる
と比容量89.7%、推定誤差26.2%となり、いず
れも誤差が大きく関係式としては用いられないことがわ
かった。On the other hand, using the relational expression (3) obtained in the test in which the charging time was 2.5 days, the estimated specific capacity 8
5.1%, estimation error -21.6%, and using the relational expression (6) obtained in a test in which the charging time was 35 days, the specific capacity was 89.7%, and the estimation error was 26.2%. However, it was found that each of them had a large error and was not used as a relational expression.
【0065】比較のため、上記関係式を求めた試験のう
ち、充電時間を3日間とした場合の試験で得られた初期
の2サイクルのデータのみから関係式を作成すると Ce/C0=0.00579×t+0.819 (7) が得られ、これに同様にしてt=15.31を代入して
推定比容量Ce/C0と推定誤差Errを算出したとこ
ろ、推定比容量90.8%、推定誤差−27.3%とな
り、関係式を作成するためには2サイクルのみのデータ
では良好な関係式を提供できないことも明らかになっ
た。 (実施例3)実施例1と同様の円筒型Liイオン電池
(18650型、公称容量1350mAh)4個を用
い、放電電流値を135mA(0.1CmA)、270
mA(0.2CmA)、2700mA(2.0Cm
A)、および3000mA(2.2CmA)とした以外
は実施例1と同一の装置、試験条件によって充放電サイ
クル試験を行い、実施例1と同様の手順で関係式を求め
た。[0065] For comparison, among the studies seeking the relational expression, creating a relational expression only early two cycles of data obtained in tests in the case of the 3 days charging time C e / C 0 = 0.00579 × t + 0.819 (7) was obtained. In the same manner, the estimated specific capacity C e / C 0 and the estimated error Err were calculated by substituting t = 15.31 in the same manner. 8% and an estimation error of -27.3%. It was also clarified that data for only two cycles could not provide a good relational expression in order to create a relational expression. (Example 3) Four cylindrical Li-ion batteries (18650 type, nominal capacity 1350 mAh) similar to those in Example 1 were used, and the discharge current value was 135 mA (0.1 CmA), 270
mA (0.2 CmA), 2700 mA (2.0 Cm
A) and a charge / discharge cycle test were performed under the same apparatus and test conditions as in Example 1 except that the current was changed to 3000 mA (2.2 CmA), and a relational expression was obtained in the same procedure as in Example 1.
【0066】結果を図6に示す。図6は、本実施例にお
ける関係式を求めるために実施した充放電サイクル試験
の結果を示した図であり、図中6−1は、充電電流値を
0.1CmAとした試験から求めた関係式 Ce/C0=0.00918×t+0.727 (8) を示す直線であり、6−2は、充電電流値を0.2Cm
Aとした試験から求めた関係式 Ce/C0=0.0242×t+0.255 (9) を示す直線であり、6−3は充電電流値を2.0CmA
とした試験から求めた関係式 Ce/C0=0.0205×t+0.372 (10) を示す直線であり、6−4は充電電流値を2.2CmA
とした試験から求めた関係式 Ce/C0=0.0521×t−0.552 (11) を示す直線である。FIG. 6 shows the results. FIG. 6 is a diagram illustrating the results of a charge / discharge cycle test performed to determine the relational expression in the present example. In the figure, 6-1 indicates a relationship determined from a test in which the charge current value was set to 0.1 CmA. a straight line indicating the formula C e / C 0 = 0.00918 × t + 0.727 (8), 6-2 is, 0.2 cm the charging current value
A straight line indicating the relational expression C e / C 0 = 0.0242 × t + 0.255 (9) obtained from the test set to A, and 6-3 indicates a charging current value of 2.0 CmA.
2.2CmA and a straight line showing the relation C e / C 0 = 0.0205 × t + 0.372 (10) obtained from the test, 6-4 charging current value
Is a straight line showing the relation C e / C 0 = 0.0521 × t-0.552 (11) obtained from the the test.
【0067】これとは別に、ラップトップコンピュータ
に使用されていたLiイオン電池パックを解体し、その
中の1本の円筒型Liイオン電池(18650型、公称
容量1350mAh)を取り出し、正極端子と電池側面
(負極)にリード線を半田付けし、これを電池充放電自
動試験装置に設置し、充電電流値45mA(0.033
CmA)、充電上限電圧4.1V、総充電時間1日間の
定電流定電圧(CC−CV)方式による充電を行い、1
時間の休止を行った後、放電電流値1350mAh
(1.0CmA)、放電終止電圧2.75Vの放電を行
い、定電流(CC)モード充電の所要時間t(hr)と
放電容量Cの公称容量C0に対する比容量C/C0を求
め、t=19.34、C/C0=0.671を得た。得
られた値t=19.34を上記に示した関係式(8)、
(9)、(10)および(11)に代入して推定比容量
Ce/C0を算出し、推定誤差Err=C/C0−Ce/
C0=0.671−Ce/C0を求めて容量推定精度を
評価した。Separately, the Li-ion battery pack used for the laptop computer was disassembled, and one cylindrical Li-ion battery (18650 type, nominal capacity of 1350 mAh) was taken out therefrom. A lead wire was soldered to the side surface (negative electrode), and this was installed in a battery charge / discharge automatic test apparatus, and a charge current value of 45 mA (0.033
CmA), a charging upper limit voltage of 4.1 V, and charging by a constant current constant voltage (CC-CV) method for a total charging time of one day.
After a pause of time, the discharge current value is 1350 mAh
(1.0 CmA), discharge at a discharge end voltage of 2.75 V, and obtain a required time t (hr) of constant current (CC) mode charging and a specific capacity C / C 0 of the discharge capacity C with respect to a nominal capacity C 0 , t = 19.34, to obtain a C / C 0 = 0.671. The obtained value t = 19.34 is calculated by the relational expression (8) shown above,
The estimated specific capacity C e / C 0 is calculated by substituting into (9), (10) and (11), and the estimation error Err = C / C 0 −C e /
C 0 = 0.671−C e / C 0 was obtained to evaluate the capacity estimation accuracy.
【0068】その結果、放電電流値を0.2CmAとし
た試験から求めた関係式(9)では、推定比容量72.
3%、推定誤差−5.2%であり、放電電流値を2.0
CmAとした試験から求めた関係式(10)では推定比
容量76.8%、推定誤差−9.7%であり、本発明に
おける関係式を求めるための試験の放電電流値が0.2
CmA以上2.0CmA以下の範囲内のこれらの場合に
は、いずれも良好な推定結果が得られた。これに対し
て、本発明における関係式を求めるための条件が、上記
の放電電流値の範囲からはずれる、放電電流値が0.1
CmAの試験で求めた関係式(8)では、推定比容量9
0.5%、推定誤差−23.4%であり、また同じく上
記範囲からはずれる放電電流値が2.2CmAの試験で
求めた関係式(11)では、推定比容量45.6%、推
定誤差+21.5%であり、いずれも推定誤差が大き
く、精度の良いLiイオン電池の容量推定は困難である
ことが明らかになった。 (実施例4)円筒型Liイオン電池(18650型、公
称容量1350mAh)3本直列の電池パックの充電の
ため、充電上限電圧12.3V、充電電流値45mA
(0.033CmA)、総充電時間3日間とした定電流
定電圧(CC−CV)方式で充電し、充電時に該電池パ
ックの劣化判定を行う機能を有する充電器を作製した。As a result, in the relational expression (9) obtained from the test in which the discharge current value was set to 0.2 CmA, the estimated specific capacity 72.
3%, an estimation error of -5.2%, and a discharge current value of 2.0
In the relational expression (10) obtained from the test using CmA, the estimated specific capacity was 76.8% and the estimation error was -9.7%. The discharge current value of the test for obtaining the relational expression in the present invention was 0.2%.
In these cases within the range of CmA to 2.0 CmA, good estimation results were obtained in all cases. On the other hand, the condition for obtaining the relational expression in the present invention is such that the discharge current value is out of the above-described range of the discharge current value and the discharge current value is 0.1%.
In the relational expression (8) obtained in the CmA test, the estimated specific capacity 9
In the relational expression (11) obtained in a test in which the discharge current value deviated from the above range was 2.2 CmA, the estimated specific capacity was 45.6%, the estimated error was −23.4%. + 21.5%, all of which have large estimation errors, and it is clear that it is difficult to accurately estimate the capacity of the Li-ion battery. (Example 4) In order to charge a battery pack in series of three cylindrical Li-ion batteries (18650 type, nominal capacity 1350 mAh), a charging upper limit voltage of 12.3 V and a charging current value of 45 mA.
(0.033 CmA), and a charger having a function of determining deterioration of the battery pack at the time of charging by charging using a constant current / constant voltage (CC-CV) method with a total charging time of 3 days was produced.
【0069】作製した充電器の構成概念を図7に示す。
すなわち、図7は本実施例において作製した充電器の構
成を示した図であり、図中、20は本実施例において作
製した本発明の充電器であり、充電器20は商用電源2
1に端子22、および23で接続される。また、充電器
20に対し、Liイオン電池パック24が充電のために
端子25および26に接続され装着されるようにした。FIG. 7 shows the structural concept of the manufactured charger.
That is, FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the charger manufactured in the present embodiment. In the drawing, reference numeral 20 denotes a charger of the present invention manufactured in the present embodiment, and the charger 20 is a commercial power supply 2
1 at terminals 22 and 23. Further, the Li-ion battery pack 24 is connected to the terminals 25 and 26 for charging and attached to the charger 20.
【0070】充電器20は、商用電源20から供給され
る電気をAC/DCコンバータ27によって直流に変換
し、充電電流、パック電圧をモニタし、またサーミスタ
28により温度モニタを行いながら、電源マイコン2
9、充電制御用マイコン30により上述の充電条件と、
過充電、過放電、異常大電流、異常電池温度上昇など危
険状態を検知し回避をするための制御を行い電池パック
24を充電する。充電はスイッチ31により、充電完了
時、あるいは異常を検知した時、充電を停止する。充電
の完了、何らかの異常は制御用マイコン30から表示部
32に表示するようにした。The charger 20 converts the electric power supplied from the commercial power supply 20 into a direct current by an AC / DC converter 27, monitors a charging current and a pack voltage, and monitors a temperature with a thermistor 28,
9. The charge condition described above is calculated by the charge control microcomputer 30;
The battery pack 24 is charged by performing control for detecting and avoiding a dangerous state such as overcharge, overdischarge, abnormal large current, abnormal battery temperature rise, and the like. The charging is stopped by the switch 31 when the charging is completed or when an abnormality is detected. Completion of charging and any abnormalities are displayed on the display unit 32 from the control microcomputer 30.
【0071】本充電器における劣化判定は、充電制御用
マイコン30に、実施例1において作成した関係式
(2)と、図8に示したフロー手順をプログラムしてあ
らかじめ入力しておき、電池電圧のモニタリングを利用
しながら内蔵タイマによりCC充電時間tを測定し、上
記関係式(2)に適用して、Liイオン電池パックの容
量を推定し、その結果に基づいて劣化判定を行い、表示
部32に判定結果を表示するようにした。The determination of deterioration in the present charger is performed by inputting the relational expression (2) created in the first embodiment and the flow procedure shown in FIG. The charging time t is measured by the built-in timer using the monitoring of the above, the capacity of the Li-ion battery pack is estimated by applying to the above relational expression (2), and the deterioration is determined based on the result. The judgment result is displayed at 32.
【0072】表示部32は、充電関係の表示を行うLE
D(赤:充電中、緑:充電完了)と、劣化判定結果を表
示するしED(赤:電池取りかえ、黄:まもなく電池取
りかえ、緑:電池は取りかえ不要)と、劣化判定結果の
数値表示、異常の表示を行うLCDとから構成されてい
る。The display unit 32 is an LE for displaying charging-related information.
D (red: charging, green: charging completed) and the deterioration determination result are displayed. ED (red: battery replacement, yellow: battery replacement soon, green: battery need not be replaced) and deterioration determination result numerical display, And an LCD for displaying an abnormality.
【0073】充電関係のLEDでは、充電完了の場合の
み緑のLEDが点灯し、充電中は赤のLEDが点灯し、
それ以外の異常を示す場合には両方とも点灯しない。As for the charging-related LEDs, the green LED is turned on only when charging is completed, the red LED is turned on during charging,
If any other abnormality is indicated, neither is lit.
【0074】劣化判定結果を示すLEDでは、容量推定
結果である推定比容量の値が60%未満の場合は赤のL
EDが点灯し、直ちに新しい電池パックに交換すべきで
あることを示す。また、比容量が60%以上70%未満
の場合には、まもなく、すなわち使用条件にもよるが、
数カ月以内に電池パックを交換すべきであるため黄のL
EDを点灯させる。さらに比容量が70%以上の場合
は、電池パックは新品か、相当長期間使用が可能で取り
かえる必要がないため、緑のLEDを点灯させる。In the LED indicating the deterioration judgment result, when the value of the estimated specific capacity as the capacity estimation result is less than 60%, the red L
The ED lights up, indicating that a new battery pack should be replaced immediately. In addition, when the specific capacity is 60% or more and less than 70%, shortly, that is, depending on use conditions,
Yellow L should be replaced within a few months
Turn on the ED. When the specific capacity is 70% or more, the green LED is turned on because the battery pack is new or can be used for a long time and does not need to be replaced.
【0075】LCDは文字による情報を表示させること
を目的として設置している。電池パックの装着不良をは
じめ、安全性に関わる警告情報など、正常に充電を行う
ことが困難であることを示したり、劣化判定結果を数値
で示したりする。また、商用電源の突然の停止の場合に
は、装着した電池パックの電圧が8.25Vより高い場
合のみ、装着電池パックから電流を供給して電源切れを
表示するようにしてある。The LCD is provided for displaying character information. It indicates that it is difficult to perform normal charging, such as warning information relating to safety, such as improper installation of a battery pack, and indicates a deterioration determination result by a numerical value. In addition, in the case of a sudden stop of the commercial power supply, only when the voltage of the attached battery pack is higher than 8.25 V, the current is supplied from the attached battery pack to display the power-off.
【0076】なお、本実施例の充電器の場合、充電は必
ずしも完全放電後に行われるとは限らないため、充電制
御用マイコン内にあらかじめ充電電圧の時間変化のデー
タを入力しておき、充電開始時の電池パック電圧をモニ
タし、8.25V(2.75V/セル)以上11.7V
(3.9V/セル、上限電圧4.1V/セルより0.2V
/セル低い値)以下の1.15Vきざみの電圧、すなわ
ち 8.25V、9.40V、10.55V、11.70
V、 で示される4つの電圧のうち、充電開始電圧より高く、
この開始電圧に最も近い値から時間計測を開始し、充電
上限電圧12.3Vに到達しCCモード充電が完了する
までの時間t”を計測して、上記入力データと比較演算
を行って8.25Vから12.3VまでのCCモード充
電所要時間tに換算して劣化判定を行うようにした。In the case of the charger of this embodiment, since charging is not always performed after complete discharging, data on the time change of the charging voltage is input in advance to the charging control microcomputer, and charging is started. The battery pack voltage at the time is monitored, and 8.25V (2.75V / cell) or more and 11.7V
(3.9V / cell, 0.2V from the upper limit voltage 4.1V / cell)
(/ Cell low value) The following voltage of 1.15V: 8.25V, 9.40V, 10.55V, 11.70
V, higher than the charging start voltage among the four voltages indicated by
7. Start time measurement from the value closest to this start voltage, measure the time t "from when the charge upper limit voltage reaches 12.3 V to when the CC mode charging is completed, and compare the input data with the input data to perform a calculation. Deterioration determination is made by converting the required charging time t in the CC mode from 25 V to 12.3 V.
【0077】図8に示した、充電制御用マイコン30に
入力した劣化判定手順フローは以下の通りである。すな
わち、 手順A:充電器に電池パックを装着して充電を開始し、
パック電圧をモニタし、パック電圧Vが V=8.25、9.40V、10.55V、11.70
V を満たす値に到達したかどうかを電圧モニタで監視 手順B:上記のいずれかの値にパック電圧Vが到達した
ら時間計測を開始し、タイマカウンタを充電上限電圧1
2.3Vまで継続する 手順C:パック電圧Vが充電上限電圧12.3Vに到達
したら時間計測終了し、充電開始電圧が放電終止電圧
8.25Vの場合はそのまま、この時間tを劣化判定に
用いる 手順D:充電開始電圧が8.25Vより高かった場合、
計測した時間は、あらかじめ内蔵しておいた充電電圧の
時間変化のデータと比較演算して、8.25Vから1
2.3VまでのCCモード充電所要時間に換算し、この
値をtとして劣化判定に用いる。求めた時間tを関係式
(2)に代入して、推定比容量Ce/C0を算出する 手順E:算出された結果をLCDとLEDに表示する。
推定結果である推定比容量の値に応じて、上述したよう
に赤、黄、緑のいずれかのLEDを点灯させ、同時にL
CDに推定比容量の数値を表示する。LCD表示は30
秒間、LEDは充電器が商用電源に接続されている間点
灯させる。The procedure of the deterioration judgment procedure input to the charge control microcomputer 30 shown in FIG. 8 is as follows. That is, Procedure A: Attach the battery pack to the charger and start charging,
The pack voltage is monitored, and the pack voltage V becomes V = 8.25, 9.40V, 10.55V, 11.70
Step B: When the pack voltage V reaches any of the above values, time measurement is started and the timer counter is set to the charging upper limit voltage 1
Procedure C: When the pack voltage V reaches the charging upper limit voltage 12.3 V, the time measurement ends, and when the charging start voltage is the discharge end voltage 8.25 V, this time t is used for deterioration determination as it is. Procedure D: When charging start voltage is higher than 8.25V,
The measured time is compared with data of the time change of the charging voltage stored in advance, and is calculated and calculated from 8.25 V to 1
It is converted to the required CC mode charging time up to 2.3 V, and this value is used as t for deterioration determination. Substituting the determined time t into the relational expression (2) to calculate the estimated specific capacity C e / C 0 Procedure E: Display the calculated result on the LCD and the LED.
According to the value of the estimated specific capacity as the estimation result, any one of the red, yellow, and green LEDs is turned on as described above,
The numerical value of the estimated specific capacity is displayed on the CD. LCD display is 30
For a second, the LED lights up while the charger is connected to commercial power.
【0078】このようにして構成される充電器を用い、
使用済みの同タイプの電池パックを装着し、充電した。
充電開始後15.7時間で劣化判定結果が表示され、L
CDには(推定)比容量62.0%と表示され、黄色の
LEDが点灯した。Using the thus configured charger,
A used battery pack of the same type was attached and charged.
At 15.7 hours after the start of charging, the deterioration judgment result is displayed.
The CD indicated (estimated) specific capacity of 62.0% and the yellow LED was lit.
【0079】充電された上記電池パックを電池充放電自
動試験装置に設置し、放電電流値1350mA(1.0
CmA)、放電終止電圧8.25Vに設定して定電流放
電を実施し、放電容量を求めたところ、860.0mA
hであった。これは、比容量にすると63.7%とな
り、上記の推定比容量の誤差は約1.7%であった。The charged battery pack was set in a battery charge / discharge automatic test apparatus, and the discharge current value was 1350 mA (1.0 mA).
CmA), a constant current discharge was performed at a discharge end voltage of 8.25 V, and the discharge capacity was determined to be 860.0 mA.
h. This was 63.7% in terms of specific capacity, and the error in the estimated specific capacity was about 1.7%.
【0080】以上の通り、本発明に係る上記のLiイオ
ン電池の劣化判定装置を用いて、精度の高い劣化判定を
行うことが可能であることが明らかになった。 (実施例5)充電上限電圧12.3V、充電電流45m
A(0.033CmA)、総充電時間3日間の条件で定
電流定電圧(CC−CV)モード充電を行う機能を有し
たラップトップコンピュータに搭載する、図3に示す構
成のLiイオン電池パックを作製した。上記電池パック
は円筒型セル(公称容量1350mAh)12−1、1
2−2、および12−3の3セル直列のパックであり、
保護用ICに関係式(2)と、実施例4で示したのと同
様に、充電電圧の時間変化の基礎テータをあらかじめ入
力して、放電終止電圧8.25Vより高いパック電圧か
ら充電された場合でも、8.25Vから12.3Vまで
の定電流(CC)モード充電所要時間を算出可能とする
ようにしてある。As described above, it has been clarified that highly accurate deterioration judgment can be performed by using the above-described deterioration judgment apparatus for a Li-ion battery according to the present invention. (Example 5) Charge upper limit voltage 12.3 V, charge current 45 m
A (0.033 CmA), a Li-ion battery pack having a configuration shown in FIG. 3 and mounted on a laptop computer having a function of performing constant current constant voltage (CC-CV) mode charging under a condition of a total charging time of 3 days. Produced. The battery pack is a cylindrical cell (1350 mAh nominal capacity) 12-1, 1
2-2 and 12-3 are a 3-cell series pack,
In the same manner as shown in the relational expression (2) and the fourth embodiment, the basic data of the change of the charging voltage with time was previously input to the protection IC, and the protection IC was charged from the pack voltage higher than the discharge end voltage 8.25V. Even in this case, the constant current (CC) mode charging time from 8.25 V to 12.3 V can be calculated.
【0081】また、図3に示す構成の上記電池パック内
の保護用IC13のメモリには、Liイオン電池12−
1、12−2、12−3各セルの両端の電圧をモニタ
し、CCモード充電における放電終止電圧Vd以上充電
上限電圧Vc以下のあらかじめ設定された任意の開始電
圧Vsから、該Vsより高い 充電電圧=8.25V、9.40V、10.55V、1
1.70V を満たす最も近い充電電圧からCCモード充電が完了す
る充電上限電圧12.3Vに到達するまでの経過時間t
をカウントし、この測定された時間tの値を上記関係式
(2)に代入、演算して推定比容量Ce/C0を算出す
るプログラムがあらかじめ入力してある。The memory of the protection IC 13 in the battery pack having the structure shown in FIG.
1, 12-2, 12-3 The voltage at both ends of each cell is monitored, and a charge higher than Vs from a preset arbitrary start voltage Vs not lower than the discharge end voltage Vd and not higher than the charge upper limit voltage Vc in CC mode charging. Voltage = 8.25V, 9.40V, 10.55V, 1
Elapsed time t from the closest charging voltage that satisfies 1.70 V to the charging upper limit voltage 12.3 V at which CC mode charging is completed.
Is counted, and the value of the measured time t is substituted into the above-mentioned relational expression (2), and a program for calculating and calculating the estimated specific capacity C e / C 0 is input in advance.
【0082】演算した結果は端子19を通して上記電池
パックを搭載する機器本体の液晶ディスプレイに表示す
るために装置本体に出力する機構になっている。The calculation result is output to the main body of the apparatus through the terminal 19 for display on the liquid crystal display of the main body of the apparatus on which the battery pack is mounted.
【0083】液晶ディスプレイには、演算結果である数
値がパーセントで表示されるとともに、バーの長さのパ
ーセント数値に相当する割合が塗りつぶしで示されるよ
うになっている。On the liquid crystal display, the numerical value as the calculation result is displayed in percentage, and the ratio corresponding to the percentage numerical value of the length of the bar is indicated by solid color.
【0084】劣化判定の指示は、上記機器本体から充電
開始と同時に発出される。劣化判定実施のための手順フ
ローは、図8において、結果の表示が機器本体のディス
プレイに表示されるために本体に結果を送出する以外は
図8と同様である。The deterioration determination instruction is issued from the device main body at the same time as the start of charging. The procedure flow for performing the deterioration determination is the same as FIG. 8 except that the result is displayed on the display of the device main body and the result is sent to the main body in FIG.
【0085】このような構成になる電池パックを機器に
装着し、1時間使用した後、商用電源に接続して充電を
開始し、充電開始後に表示されたディスプレイを見たと
ころ、上記電池パックの比容量推定結果は73%と表示
された。充電完了のサインがディスプレイ上に現れたの
を確認して、この機器をOFFにし、上記電池パックを
脱着し、適当な接続コードを用いて、電池充放電自動試
験装置に接続し、放電電流1350mA(1.0Cm
A)、放電終止電圧8.25Vで放電させ容量を測定し
た。その結果、放電容量は1093.5mAh、比容量
にして81.0%であった。After the battery pack having such a configuration was mounted on the device and used for one hour, charging was started by connecting to a commercial power supply, and the display displayed after the charging was started. The specific capacity estimation result was displayed as 73%. After confirming that the sign of charge completion appears on the display, turn off the device, remove and attach the battery pack, connect to the battery charge / discharge automatic tester using an appropriate connection cord, and discharge 1350 mA of discharge current. (1.0 Cm
A), discharge was performed at a discharge end voltage of 8.25 V, and the capacity was measured. As a result, the discharge capacity was 1093.5 mAh, and the specific capacity was 81.0%.
【0086】従って、本発明になる電池パックに搭載し
た比容量推定機能による比容量推定結果は誤差−8.0
%と優れた推定精度を示すことが明らかになった。Therefore, the specific capacity estimation result obtained by the specific capacity estimation function mounted on the battery pack according to the present invention has an error of -8.0.
% And excellent estimation accuracy.
【0087】[0087]
【発明の効果】以上述べたように、本発明の実施によっ
て、Liイオン電池の容量を推定する簡便な方法、Li
イオン電池の劣化を判定する簡便な装置、ならびに、電
池の容量を推定する機能を備えたLiイオン電池パック
を提供することが可能になり、Liイオン電池の管理に
おいてきわめて大きな貢献を果たすことができる。As described above, by implementing the present invention, a simple method for estimating the capacity of a Li-ion battery, Li
It is possible to provide a simple device for determining the deterioration of an ion battery and a Li-ion battery pack having a function of estimating the capacity of the battery, and can make an extremely large contribution in the management of the Li-ion battery. .
【図1】Liイオン電池の一般的な充電方法である定電
流定電圧(CC-CV)方式充電における充電電圧(電
池電圧)と充電電流値の時間的変化の概念を説明した図
である。FIG. 1 is a diagram illustrating the concept of a change over time of a charging voltage (battery voltage) and a charging current value in a constant current constant voltage (CC-CV) method charging, which is a general charging method of a Li-ion battery.
【図2】本発明におけるLiイオン電池の容量推定方法
を具体的に適用するLiイオン電池搭載装置の一般的な
電源部周辺の一構成概念を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing one configuration concept around a general power supply unit of a Li-ion battery mounted device to which a method for estimating the capacity of a Li-ion battery according to the present invention is specifically applied.
【図3】本発明における容量推定機能を具備したLiイ
オン電池パックの一般的な回路構成例を示した図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a general circuit configuration example of a Li-ion battery pack having a capacity estimation function according to the present invention.
【図4】本発明の実施例1における充放電サイクル試験
の結果を示した経過時間tと比容量の関係を示した図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an elapsed time t and a specific capacity showing a result of a charge / discharge cycle test in Example 1 of the present invention.
【図5】本発明の実施例1における比較例として充電電
流値を0.1CmAにして充放電サイクルで求めたCC
モード充電の所要時間tと比容量との関係を示した図で
ある。FIG. 5 is a comparative example in Example 1 of the present invention, in which a charging current value was set to 0.1 CmA and CC obtained in a charging / discharging cycle.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a required time t for mode charging and a specific capacity.
【図6】本発明の実施例3において実施したCCモード
充電の所要時間tと比容量との関係を示した図であり、
求めた関係式を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a required time t of CC mode charging and a specific capacity performed in Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 9 is a diagram showing a relational expression obtained.
【図7】本発明の実施例4において作製した充電器の構
成を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a charger manufactured in Embodiment 4 of the present invention.
【図8】本発明の実施例4において実施した劣化判定手
順を示したフロー図である。FIG. 8 is a flowchart showing a deterioration determination procedure performed in Embodiment 4 of the present invention.
1…電源部、2a、2b、2c…Liイオン電池、3…
電池制御部、4…充電器、5…論理部、6…インターフ
ェイス、7…CPU、8…メモリ、9…キーボードコン
トローラ、10…配線、11…電池パック本体、12-
1、12-2、12-3…Liイオン電池、13…保護用
IC、14-A、14-B、14-C、14-1、14-
2、14-3…FET、15…PTC素子、16…電流
ヒューズ、17…プラス端子、18…マイナス端子、1
9…情報出力、コントロールのための端子、20…充電
器、21…商用電源、22、23…商用電源と充電器と
を接続する端子、24…Liイオン電池パック、25、
26…充電器と電池パックとを接続する端子、27…A
C/DCコンバータ、28…サーミスタ、29…電源マ
イコン、30…充電制御用マイコン、31…スイツチ、
32…表示部。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply part, 2a, 2b, 2c ... Li ion battery, 3 ...
Battery control unit, 4 charger, 5 logic unit, 6 interface, 7 CPU, 8 memory, 9 keyboard controller, 10 wiring, 11 battery main unit, 12-
1, 12-2, 12-3: Li-ion battery, 13: IC for protection, 14-A, 14-B, 14-C, 14-1, 14-
2, 14-3: FET, 15: PTC element, 16: current fuse, 17: plus terminal, 18: minus terminal, 1
9: terminal for information output and control, 20: charger, 21: commercial power supply, 22, 23 ... terminal for connecting the commercial power supply and the charger, 24: Li-ion battery pack, 25,
26 ... A terminal for connecting the charger and the battery pack, 27 ... A
C / DC converter, 28 ... Thermistor, 29 ... Power supply microcomputer, 30 ... Charge control microcomputer, 31 ... Switch,
32 ... Display unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G016 CB31 CB32 CC01 CC04 CC07 CC10 CC16 CC23 CC25 CC27 CC28 CE05 CE07 CE31 5G003 AA01 BA01 CA03 CC02 EA05 EA09 GA01 GC05 5H030 AS11 FF41 FF52 FF61 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G016 CB31 CB32 CC01 CC04 CC07 CC10 CC16 CC23 CC25 CC27 CC28 CE05 CE07 CE31 5G003 AA01 BA01 CA03 CC02 EA05 EA09 GA01 GC05 5H030 AS11 FF41 FF52 FF61
Claims (4)
て、 リチウムイオン電池を定電流定電圧方式によって充電す
る際に、該リチウムイオン電池の公称容量をC0とした
ときの充電電流をC0/(20時間)以下とし、定電流充
電中の充電電圧があらかじめ設定された電圧Vsに達し
てから充電上限電圧Vcに達するまでの時間tを求め、
該電池の推定比容量Ce/C0(ここに、Ceはこの電
池の推定容量である)を関係式、 Ce/C0=At+B (1) (ここに、AおよびBは該電池、電圧Vs、電圧Vcお
よび該定電流充電中の充電電流によって定まる正値定数
である)によって算出することを特徴とするリチウムイ
オン電池の容量推定方法。1. A capacity estimation method of a lithium ion battery, a lithium-ion battery when charged by the constant current and constant voltage method, C 0 charging current when the nominal capacity of the lithium ion battery was C 0 / (20 hours) or less, and the time t from when the charging voltage during constant current charging reaches the preset voltage Vs to when the charging voltage reaches the charging upper limit voltage Vc is obtained.
Estimated specific capacity C e / C 0 of the battery (here, C e is the estimated volume of the battery) relational expression, the C e / C 0 = At + B (1) ( wherein, A and B are the battery , Which is a positive constant determined by the voltage Vs, the voltage Vc, and the charging current during the constant current charging).
量推定方法であって、 容量推定の対象となるリチウムイオン電池と同一種類の
リチウムイオン電池を用い、 1回の全充電時間が3日以上10日以下であり、該リチ
ウムイオン電池の公称容量をC0としたときの充電電流
がC0/(20時間)以下である定電流定電圧方式による
充電期間と、放電電流がC0/(5時間)以上C0/(0.
5時間)以下であり放電終止電圧がVdである放電期間
と、必要に応じて該充電期間と該放電期間との間に設け
られる休止期間とを有する充放電サイクルを3回以上繰
り返して、 各サイクルにおいて、定電流充電中の充電電圧があらか
じめ設定された電圧Vsに達してから充電上限電圧Vc
に達するまでの時間tn(ここに、nは各サイクルに付
した番号である)と、各サイクルごとに放電電流を時間
に関して積分して得られる放電容量Cnとを記録し、記
録された該時間tnと該放電容量Cnとから、上記関係
式(1)におけるAおよびBの値を確定することを特徴
とするリチウムイオン電池の容量推定方法。2. The method for estimating the capacity of a lithium ion battery according to claim 1, wherein a lithium ion battery of the same type as the lithium ion battery whose capacity is to be estimated is used, and one full charge time is three days. more than 10 days at most, and the charge period by the constant current and constant voltage mode charging current when the nominal capacity of the lithium ion battery was C 0 is a C 0 / (20 hr) or less, the discharge current C 0 / (5 hours) or more C 0 / (0.
5 hours) or less, and repeating a charge / discharge cycle having a discharge end voltage of Vd and a pause period provided between the charge period and the discharge period if necessary three or more times. In the cycle, after the charging voltage during constant current charging reaches the voltage Vs set in advance, the charging upper limit voltage Vc
To time t n (here, n represents an is number assigned to each cycle) of reach and to record the discharge capacity C n obtained by integrating with respect to the discharge current times for each cycle were recorded A method for estimating the capacity of a lithium ion battery, wherein the values of A and B in the relational expression (1) are determined from the time t n and the discharge capacity C n .
て、 リチウムイオン電池を定電流定電圧方式によって充電す
る際の上記時間tを求める手段と、該時間tを用い上記
関係式(1)によって該リチウムイオン電池の推定比容
量Ce/C0を算出する演算回路と、該推定比容量Ce/
C0の値に基づいて該リチウムイオン電池の劣化状態を
判定する判定演算回路と、該判定演算回路による判定結
果を表示する手段あるいは該判定結果に基づき、必要に
応じて、該リチウムイオン電池の劣化を警告する警告音
を発する手段とを備えていることを特徴とするリチウム
イオン電池の劣化判定装置。3. An apparatus for determining deterioration of a lithium ion battery, comprising: means for determining the time t when the lithium ion battery is charged by a constant current / constant voltage method; An arithmetic circuit for calculating an estimated specific capacity C e / C 0 of the lithium ion battery ;
A judgment operation circuit for judging the deterioration state of the lithium ion battery based on the value of C 0 , and a means for displaying the judgment result by the judgment operation circuit or, if necessary, the lithium ion battery Means for emitting a warning sound for warning of deterioration.
チウムイオン電池パックにおいて、該ICあるいは該I
Cに付設して増設されたICが、該リチウムイオン電池
パック中のリチウムイオン電池の上記推定比容量Ce/
C0の算出に用いる数値を記憶するメモリと、該数値が
該メモリに記憶された場合に該リチウムイオン電池を定
電流定電圧方式によって充電する際の上記時間tと該数
値とから上記関係式(1)によって該推定比容量Ce/
C0を算出する演算回路と、該演算回路が算出した該推
定比容量Ce/C0算出結果を出力する手段とを有して
いることを特徴とするリチウムイオン電池パック。4. A lithium ion battery pack provided with charge / discharge control means having a built-in IC.
The additional IC attached to C is the estimated specific capacity C e / of the lithium ion battery in the lithium ion battery pack.
A memory for storing a numerical value used for calculating C 0 , and the relational expression based on the time t and the numerical value when the lithium ion battery is charged by the constant current and constant voltage method when the numerical value is stored in the memory. According to (1), the estimated specific capacity C e /
Arithmetic circuit and a lithium-ion battery pack, characterized in that it has a means for outputting the estimated specific capacity C e / C 0 calculated result the operational circuit is calculated to calculate the C 0.
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