JP2004014462A - 二次電池の残存容量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池に流れる電流に関係なく簡単に残存容量を算出できる二次電池の残存容量測定装置を提供する。
【解決手段】二次電池の厚さと残存容量との間に相関性があることを利用して、二次電池の厚さを測定し、その厚さから二次電池の残存容量を算出する。具体的には、二次電池１の厚さを検出する厚さ検出部３と、その厚さから二次電池１の残存容量を算出する制御部４とを設け、制御部４で算出された二次電池１の残存容量を表示部５で表示可能に構成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電可能な二次電池の残存容量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、二次電池の残存容量を測定する場合には、二次電池の両端電圧を測定してこの二次電池の両端電圧と残存容量との相関性から残存容量を測定する方法や、二次電池から流れる電流を測定しそれを積算して残存容量を測定する方法が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は、いずれも、二次電池の電圧或いは電流を測定して残存容量を測定するものであり、二次電池の負荷として大きな容量のものが接続された場合、その測定値に大きな誤差を生じるという問題があった。
【０００４】
すなわち、二次電池の両端電圧を測定し残存容量を算出する方法では、大電流が流れた場合、二次電池の内部抵抗により二次電池の両端電圧が大きく降下し、それによって大きな誤差が生じることがある。また、二次電池がリチウムイオン電池である場合には、両端電圧が残存容量に関係なく比較的平坦な特性を呈するため、正確な残存容量を算出するのが非常に困難であるという問題もあった。
【０００５】
また、二次電池からの電流を測定してその積算値から残存容量を算出する方法では、二次電池からの電流を測定するために余分な電流を消費することになり、大電流を流した場合には、電流を測定するための抵抗にも大きな電流が流れ、その電流誤差も大きく現れ、結局、正確な測定が困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するものであり、簡単な構成で容易に二次電池の残存容量を測定できる二次電池の残存容量測定装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二次電池の厚さを測定する測定手段と、この測定手段によって測定された二次電池の厚さを基に二次電池の残存容量を算出する算出手段とを備えた構成とした。
【０００８】
この構成により、本発明者により得られた知見に基づき、二次電池の厚さと残存容量との相関性を利用することにより残存容量を容易に、しかも正確に算出することができる。
【０００９】
また、本発明は、測定する二次電池の深放電時、満充電時のそれぞれの厚さを基に二次電池の残存容量を算出するための厚さ対残存容量特性を算出する手段を設け、この手段によって算出された厚さ対残存容量特性を基に二次電池の残存容量を算出する構成とした。
【００１０】
この構成により、二次電池の厚さと残存容量との相関性が、測定される二次電池の特性に合ったものとなり、より正確な測定が可能になる。
【００１１】
また、本発明は、二次電池として偏平型のリチウムイオン電池であることを特徴としている。したがって、この構成によれば、厚さと残存容量との相関がより明確に現れ、正確な残存容量の測定が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の残存容量測定装置の概略ブロック図であり、この二次電池の残存容量測定装置は、二次電池１に接続されたセンサー２と、厚さ検出部３と、制御部４と、表示部５とを備えている。
【００１３】
二次電池１としては、偏平で方形のリチウムイオン電池を用いているが、特にこれに限定されるものではない。但し、このリチウムイオン電池については、特に両端電圧が残存容量の多少に関係なく比較的平坦な変化特性（別言すれば、ほぼリニア（線形一次）な変化特性）を呈するので、後述するように、本発明者の見出した知見に基づき精度のよい残存容量が測定できるように構成されている。
【００１４】
センサー２は、二次電池１の厚さを測定するものであり、二次電池１の表面に設けており、出力が厚さ検出部３の入力に接続されている。
【００１５】
そして、厚さ検出部３は、センサー２から出力される信号に基づき厚さが検出されるようになっており、その出力がマイクロコンピュータなどで構成された制御部４に出力されるように構成されている。
【００１６】
制御部４は、入力が厚さ検出部３の出力に接続されており、この厚さ検出部３で検出された二次電池１の厚さを基にして二次電池１の残存容量を算出するように構成されており、その算出された残存容量は表示部５で表示されるように構成されている。
【００１７】
なお、二次電池１には、通常、それを電源として動作する各種電気機器用の電気回路などの負荷６が接続されている。
【００１８】
次に、本実施の形態について、図２〜図４を用いて、その動作を説明する。
通常、二次電池では、残存容量に応じてその厚さが変化する。たとえば、二次電池が偏平な方形のリチウムイオン電池である場合、図２に示すように、その両端の電圧が第１の規定の値になるまで放電させたいわゆる深放電時の厚さＴ１と、その両端の電圧が第２の規定の値になるまで充電したいわゆる満充電時の厚さＴ２とではそれぞれ大きく異なり、その間の充電状態、すなわち、残存容量（Ｑ）と厚さ（Ｔ）の間には、一定の相関関係を有することが本発明者によって確認されている。
【００１９】
より具体的には、縦・横２ｃｍ、厚さ５ｍｍの偏平で方形のリチウムイオン電池において、Ｔ２−Ｔ１が約０．５ｍｍであることが確認されている。なお、残存容量（Ｑ）と厚さ（Ｔ）との間には、次式で示すように、図２のグラフ（個々の二次電池に応じて異なる曲線又は直線）を与える固有の関数関係が成立している。
Ｔ＝Ｆ（Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　・・・（α）
このため、厚さ（Ｔ）が検出できれば、前述の関係式（α）を用いて残存容量（Ｑ）が一義的に算出できるようになっている。
【００２０】
したがって、本実施の形態では、この相関性を利用して、二次電池１の厚さ（Ｔ）をセンサー２及び厚さ検出部３で検出するようになっており、その結果によって、二次電池１の残存容量（Ｑ）を制御部４で算出し、表示部５で表示するようにしている。
【００２１】
ところで、この場合、本実施の形態では、二次電池１の厚さ（Ｔ）を測定して二次電池１の残存容量（Ｑ）を算出するのに先立って、二次電池１を新たに装置に装着した場合、
（１）先ず、図３に示すように、二次電池１を深放電状態になるまで放電し（ステップ１１）、
（２）その状態で二次電池１の厚さＴ１を測定し（ステップ１２）、
（３）制御部４に設けたメモリにそれを記憶する（ステップ１３）。
（４）そして、その後、二次電池１を満充電状態まで充電し（ステップ１４）、
（５）満充電された状態で二次電池１の厚さＴ２を測定し（ステップ１５）、
（６）この厚さＴ２と先に測定した深放電時の厚さＴ１を基に前記二次電池１の厚さ対残存容量特性を算出し（ステップ１６）、
（７）それを前記メモリに記憶しておく（ステップ１７）。
【００２２】
（８）そして、このようにして算出され、記憶された厚さ対残存容量特性を利用して、図４に示すように、厚さを測定し（ステップ２１）、
（９）その厚さに基づいて二次電池１の残存容量を算出し（ステップ２２）、
（１０）表示部５で表示する（ステップ２３）ようにしている。
【００２３】
従って、本実施の形態によれば、前述した知見に基づき、事前に測定しようとする二次電池１の厚さ対残存容量特性を個別に算出してそれを利用するようにしており、測定しようとする二次電池１の厚さ対残存容量特性に多少のばらつきがあっても、これに充分対応することができ、正確な残存容量を算出することができるという作用を有する。
【００２４】
なお、ここで、本実施の形態である二次電池の残存容量測定装置を二次電池の充電装置と兼用する場合には、図３に示すステップを順に実行させる状態と、通常の充電、すなわち、充電前の放電や厚さ対残存容量特性の算出、記憶を行わない単純な充電を実行させる状態とをそれぞれ選択的に切替え実行させる切替え手段を設ければよい。このようにすれば、先に説明した切替え手段によって、図３に示すステップを順に実行させるのを、適宜任意の充電時に限定して行わせることができる。
【００２５】
具体的には、例えば、前記の切替え手段を手動のスイッチで構成すれば、適宜任意の充電時に図３に示すステップを順に実行させることができる。
また、充電を何回行ったか、或いは、充電を行ってから何時間経過したかなどを計測する計測手段を設け、この計測手段の計測結果に基づいて図３に示すステップを順に実行するように構成すれば、図３に示すステップを順に実行するのを、通常の充電を何回か行う毎に１回、或いは、図３に示すステップを順に実行した後、何時間か経過する毎に１回というようにそれぞれ限定して実行させることができ、毎回、図３に示すステップを順に実行しなくても済むように構成することができる。
【００２６】
このように構成した場合には、例えば携帯電話機やその他の機器に組み込まれる二次電池の残存容量測定装置として特に有効である。すなわち、携帯電話機やその他の機器においては、二次電池は一旦装着されると、そのまま取り外さずに充放電を繰り返し使用することが多い。
したがって、二次電池の充放電、すなわち、充電の回数や経過時間は、それぞれ充電電流が流れた回数や充電電流が流れてから、或いは、図３に示すステップを順に実行した時点からの経過時間によって容易に測定することができ、その測定結果によって正確に何回かに１回、或いは、何時間かに１回というように、図３に示すステップを限定的に実行させることができる。
したがって、このように構成した場合には、毎回、図３に示すステップを順に実行させる必要がなく、最初の充電時とそれ以降は、任意の充電時にのみ実行させ、余計なステップを実行しなくてもよいというメリットを有する。
【００２７】
また、本実施の形態では、深放電時、満充電時のそれぞれの厚さのみを測定して厚さ対残存容量特性を算出するようにしている。換言すれば、本実施の形態では、この厚さ対残存容量特性を、図２のグラフが示すように、残存容量（Ｑ）と厚さ（Ｔ）との関係がほぼ比例（線形一次）をなす１次関数として近似的に十分にみなすことができる構成とした。
しかしながら、深放電時から満充電時までの間の厚さを所要の時間間隔（できるだけ微小時間間隔である方がより正確な特性が得られえる）で連続的に測定し、それを基に厚さ対残存容量特性を求め、それをメモリなどに記憶しておくように構成することも可能である。このように構成すれば、測定しようとする二次電池１の厚さ対残存容量特性をより個々の二次電池１により充分に細かく対応させることができ、より正確な残存容量を算出することができる。
【００２８】
以上、本実施の形態によれば、簡単な構成で二次電池の残存容量を正確に算出することができる。なお、図示していないが、本実施の形態では、満充電時の厚さＴ２を基に、二次電池１の厚さがこの厚さＴ２に達したとき、二次電池１への充電を自動的に停止する手段を設けている。したがって、この手段が実質的に二次電池の過充電防止手段として作用し、過充電を未然に防止するといった効果も同時に得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、発明によれば、二次電池の厚さを測定するだけで二次電池の残存容量を算出することができ、二次電池に流れる電流に関係なく正確に残存容量を算出することができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る二次電池の残存容量測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る二次電池の残存容量測定装置に使用した二次電池の厚さ対残存容量特性を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施の形態に係る二次電池の残存容量測定装置の動作を説明する第１のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態に係る二次電池の残存容量測定装置の動作を説明する第２のフローチャートである。
【符号の説明】
１　　　二次電池
２　　　センサー
３　　　厚さ検出部
４　　　制御部
５　　　表示部
６　　　負荷

Claims (4)

1. 二次電池の厚さを測定する測定手段と、
   この測定手段によって測定された前記二次電池の厚さをもとに前記二次電池の残存容量を算出する算出手段と
   を備えた二次電池の残存容量測定装置。
2. 測定する二次電池の深放電時及び満充電時のそれぞれの厚さをもとに前記二次電池の残存容量を算出するための厚さ対残存容量特性を算出する手段を備え、この手段によって算出された厚さ対残存容量特性をもとに前記算出手段で前記二次電池の残存容量を算出するように構成したことを特徴とする請求項１記載の二次電池の残存容量測定装置。
3. 前記二次電池の厚さが満充電時の二次電池の厚さに達したとき前記二次電池の充電を停止する過充電防止手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の二次電池の残存容量測定装置。
4. 二次電池が偏平形のリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池の残存容量測定装置。

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