JP2006300561A - 劣化判定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象となる組電池、及び携帯端末用電池の残存容量を容易に、精度良く把握でき、残存寿命を把握することができる劣化判定装置及び方法を提供する。
【解決手段】 劣化判定装置１００の電源部１０７は、交流電源１０９から交流電力を受け付け直流電力に変換し自身に動作電力を供給する。接続部１０８は、組電池６００の測定対象電池と接続し、設定部１０２は、ユーザから、測定対象電池の放電条件情報の入力を受け付ける。放電部１０３は、放電条件情報に基づいて接続された測定対象電池の放電を制御し、放電後の測定対象電池の端子電圧を計測する。演算部１０５は、電池データ記憶部１０４内の放電特性情報と、放電条件情報と、測定対象電池の端子電圧とに基づいて残存容量を算出する。表示部１０６は、残存容量を表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信装置のバックアップ電源や携帯端末の主電源に利用されるリチウムイオン二次電池の劣化状況判定装置及び方法に関する。

従来、通信機器における負荷装置に電力を供給する電力供給システムにおいては、バックアップ用としてシール（制御弁式）鉛蓄電池が主に使用されてきていた。これは、シール鉛蓄電池の価格が安いこと、及び、シール鉛蓄電池を一定電圧で維持することで、電池容量保存に必要な維持充電や停電後の回復充電が可能となり、直流給電システムを構成する上で有利であることが理由である。
近年では、この電力供給システムの小型化の要求がある。しかし、シール鉛蓄電池は単位エネルギー当たりの電池重量・体積が大きいため、電力供給システムの小型化の制限となっているという問題があった。

そこで、電力供給システムの小型化のために、エネルギー密度の高い二次電池（充電式電池、蓄電池）の適用が有効である。エネルギー密度の高い二次電池としては、ニッケル水素電池、ニカド電池、リチウムイオン電池等が挙げられる。その中でも、リチウムイオン電池は、シール鉛蓄電池のように定電流定電圧での充電にも適しているため、適用性が高く、この電池を使用することで、電源システムの小型化、大容量化が可能となる。このため、近年においては、産業用のリチウムイオン二次電池の開発が進んできていた。

しかし、リチウムイオン二次電池は、シール鉛蓄電池に比べると過充電、過放電に弱いという問題がある。そのため、リチウムイオン二次電池を使用する場合、各セル電圧の監視を行い、電池の充放電制御を実施する必要がある。さらに、バックアップ用として使用する場合、鉛蓄電池と同様に電池の残存容量把握や劣化状態の把握が求められていた。
このような残存容量を把握するものとして、携帯電話用の小型電池を対象としたリチウムイオン二次電池に対して、交流抵抗測定法によって内部抵抗を測定し、内部抵抗と残存容量の関係から、測定対象となるリチウムイオン二次電池の残存容量を推定する劣化判定方法が、特許文献１において提案されている。
特開２０００−２２３１６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の、携帯端末用電池としてのリチウムイオン二次電池の残存容量測定の方法は、測定精度が十分でないうえ、コストがかかるという問題があったため、実用化には至っていない。
また、携帯端末用リチウムイオン二次電池の、残存寿命を推定することができないという問題もあった。
また、組電池（複数のセルを直列に接続して構成された電池）の状態で使用されているリチウムイオン二次電池に対しては、電池の正確な残容量、残存寿命を把握することができなかった。

この発明は上記の点を鑑みてなされたもので、測定対象となる二次電池の残存容量を、精度良く把握でき、残存寿命を把握することができる劣化判定装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、測定対象電池の劣化状態を判定する劣化判定装置であって、外部から交流電力を受け付けて直流電力に変換し前記劣化判定装置に動作電力を供給する電源部と、測定対象となる電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報を、複数の放電条件情報毎に記憶する放電特性情報記憶手段と、前記測定対象電池と接続する測定対象電池接続手段と、前記測定対象電池の前記放電条件情報の入力を受け付ける設定部と、前記設定部によって入力を受け付けた放電条件情報に基づいて前記測定対象電池接続手段によって接続された測定対象電池の放電を制御する放電手段と、前記放電部によって放電を制御された測定対象電池の端子電圧を計測する電圧計測手段と、前記放電特性情報記憶手段内の放電特性情報を読み出し、該放電特性情報と、前記設定部に入力された放電条件情報と、前記電圧計測手段によって計測された測定対象電池の端子電圧とに基づいて前記測定対象電池の前記残存容量を演算する残存容量演算手段と、前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量を表示する第１の表示手段とを有することを特徴とする劣化判定装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量を格納する記録部を有することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記放電特性情報記憶手段は、電池機種名、温度、放電電流値を含む放電条件情報毎に、前記測定対象となる電池の放電特性情報を記憶することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、前記放電特性情報記憶手段は、前記複数の放電条件情報毎に、各放電時間における初期状態にある電池の端子電圧と劣化状態にある電池の端子電圧との差、或いは、各放電時間における初期状態にある電池の開放電圧と劣化状態にある電池の端子電圧との差、或いは、各放電時間における劣化状態にある電池の端子電圧のいずれかを格納することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１〜４の発明において、前記測定対象電池の使用期間の入力を、前記算出された残存容量に対応させて受け付ける入力手段と、前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶する残存容量履歴情報記憶手段と、前記残存容量履歴情報記憶手段内の残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示する第２の表示手段と、前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出する特性関数算出手段と、前記特性関数算出部によって算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する残存寿命算出手段とを有することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１〜５の発明において、前記設定部は、前記測定対象電池の型番、前記測定対象電池の製造業者名、前記測定対象電池の初期における電池容量、放電電流値を含む放電条件情報の入力をユーザから受け付けることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１〜６の発明において、前記測定対象電池接続手段に接続された測定対象電池を充電する充電部と、前記測定対象電池接続手段に接続された測定対象電池と、前記充電部及び前記放電部との接続を切り替える切替え手段とを更に有することを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記設定部は、前記測定対象電池の充電電流値の入力をユーザから受け付けることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項１〜８の発明において、前記測定対象電池に取り付けられた電池情報記録体から電池識別情報を読み取るデータ読み取り部と、前記データ読み取り部によって読み取られた前記電池識別情報に基づいて前記測定対象電池の識別を行う電池識別部とを更に有することを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記電池情報記録体は、ＩＣタグであることを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、請求項９または１０の発明において、前記電池情報記録体は、ＩＣタグ、バーコード或いはＱＲコード或いはドット及び線分を組み合わせたマークのいずれかの印刷物、或いはこれらの組み合わせからなることを特徴とする。

また、請求項１２の発明は、請求項９〜１１の発明において、前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量或いは前記残存寿命演算手段によって算出された測定対象電池の残存寿命のいずれかを含むデータを前記電池情報記録体に書き込む電池情報記録媒体書き込み手段を更に有することを特徴とする。

また、請求項１３の発明は、請求項１〜１２の発明において、前記第１の表示手段は、前記測定対象電池の残存容量に基づいて、初期における前記測定対象電池の開放電圧に対する前記残存容量を割合、比率、数値、或いは、異なる色によって表示することを特徴とする。

また、請求項１４の発明は、請求項１または１３の発明において、前記記録部は、外部装置と接続する外部装置接続手段を有する、或いは、取り外し可能な記録媒体からなることを特徴とする。

また、請求項１５の発明は、測定対象電池の使用期間と残存容量との入力を対応させて受け付ける入力手段と、前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶する残存容量履歴情報記憶手段と、前記残存容量履歴情報記憶手段内の残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示する第２の表示手段と、前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出する特性関数算出手段と、前記特性関数算出部によって算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する残存寿命算出手段とを有することを特徴とする劣化判定装置である。

また、請求項１６の発明は、測定対象電池の劣化状態を判定する劣化状態判定方法であって、前記測定対象電池と接続し、前記測定対象電池の放電条件情報の入力を受け付け、前記入力を受け付けた放電条件情報に基づいて前記測定対象電池の放電を制御し、前記放電を制御された測定対象電池の端子電圧を計測し、複数の放電条件情報毎の、電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報と、前記入力を受け付けられた放電条件情報と、前記計測された測定対象電池の端子電圧とに基づいて前記測定対象電池の前記残存容量を演算し、前記算出された測定対象電池の残存容量を表示することを特徴とする劣化判定方法である。

また、請求項１７の発明は、請求項１６の発明において、前記測定対象電池の使用期間の入力を、前記算出された残存容量に対応させて受け付け、前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶し、前記残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示し、前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出し、前記算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出することを特徴とする。

また、請求項１８の発明は、測定対象電池の使用期間と残存容量との入力を対応させて受け付け、前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶し、前記残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示し、前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出し、前記算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出することを特徴とする劣化判定方法である。

請求項１の発明によれば、測定対象電池と接続し、ユーザから測定対象電池の放電条件情報の入力を受け付け、その放電条件情報に基づいて測定対象電池の放電を制御して測定対象電池の端子電圧を計測し、その端子電圧及び放電条件情報と、複数の放電条件情報毎の、電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報とに基づいて測定対象電池の残存容量を算出して表示するため、測定対象電池の残存容量を容易に精度良く把握できる。

また、請求項５の発明によれば、測定対象電池の残存容量と使用期間とに基づいて残存容量変化特性関数を算出し、これに基づいて測定対象電池の残存寿命を算出して表示するため、測定対象電池の残存寿命を把握することができる。

また、請求項７の発明によれば、測定対象電池接続手段に接続された測定対象電池を充電する充電部を有し、充電部及び放電部との接続を切り替えるようにしたので、測定対象電池を充電した後に放電を行うことができる。

また、請求項１２の発明によれば、測定対象電池に取り付けられた電池情報記録体に、算出された測定対象電池の残存容量或いは残存寿命のいずれかを含むデータを書き込むので、他の装置で電池情報記録体を読み出すことができる。これにより、他の装置の利用者と、電池情報記録媒体に書き込まれたデータを共有することができる。

以下では、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、通信用電源システムに接続する整流器に負荷と並列に接続されたリチウムイオン二次電池の組電池、及び、劣化判定装置の概要図である。
１００は劣化判定装置、２００は整流器、３００は交流電源、４００は負荷装置、５００は電池切離しスイッチ、６００はリチウムイオン二次電池の組電池である。

交流電源３００から供給される交流電力は、整流器２００によって直流電力に変換され、組電池６００及び負荷装置１２へ供給されている。組電池６００は、リチウムイオン二次電池を複数個接続して構成されており、電池切離しスイッチ５００を介して、整流器２００及び負荷装置４００と接続され、常時充電されている。電池切離しスイッチ５００は、劣化判定装置１００が組電池６００のセルの残存容量を算出する際に、組電池６００を負荷装置４００から切り離すスイッチである。

次に、劣化判定装置１００の構成を説明する。１０２は、ユーザからの入力を受け付ける、キーボード、ファンクションキーで構成する設定部である。１０３は、負荷を有して組電池６００の放電の制御を行い、また、組電池６００を構成するリチウムイオン二次電池の内、測定対象となる電池（以下、測定対象電池という）の端子電圧を計測する放電部（放電手段、電圧計測手段）である。１０４は、電池データ記憶部（放電特性情報記憶手段、残存容量変化特性記憶手段）である。１０５は、測定対象電池と電圧測定リード線で接続し、測定対象電池の端子電圧を計測し、それと、電池データ記憶部１０４に格納されたデータとから、測定対象電池の残存容量の算出、劣化判定を行う演算部（残存容量演算手段、残存寿命演算手段）である。１０６は、メータで構成する表示部（第１の表示手段）である。１０７は、交流電源１０９が出力するＡＣ１００［Ｖ］を直流電源に変換し、劣化判定装置１００の内部電源を供給する電源部である。１０８は、測定対象電池と劣化判定装置１００の放電部１０３とを接続する接続部（測定対象電池接続手段）であり、充放電リード線で構成する。

ここで、上記の劣化判定装置１００は、ＣＰＵ（中央演算装置）（図示せず）を実装しており、上述した設定部１０２、演算部１０５の各機能を実現するプログラム（図示せず）をメモリ（図示せず）上にロードして実行することで実現する。
なお、上記の各機能は、専用のハードウェアを用いて実現されても良い。

次に、システム管理者が、劣化判定装置１００を操作し、劣化判定装置１００が組電池６００の中の測定対象電池の残存容量を算出する動作について説明する。

ここで、まず、システム管理者は、劣化判定装置１００を起動させ、設定部１０２から、測定対象となる電池の端子電圧と、放電時間と、残存容量との関係を示す放電特性情報を、組電池６００の機種・容量、放電電流値、放電時間を含む放電条件情報毎に入力する。ここで入力される放電特性情報は、初期の未使用状態や劣化して残存容量が低下した複数機種のリチウムイオン二次電池の放電試験によって予め求められたデータである。劣化判定装置１００の設定部１０２は、これを受け付けると、放電条件情報に対応付けて電池データ記憶部１０４に格納する。

ここで、放電特性情報とは、前述した各放電条件情報において、初期状態における測定対象電池の端子電圧と、劣化した状態にある測定対象電池の端子電圧との端子電圧差ΔＶと、残存容量の関係を表す関数を意味する。なお、これは、端子電圧差ΔＶと、残存容量の値を対応付けて格納したテーブルでも良い。

図３は、各放電電流値で測定対象電池を初期状態において放電した際の端子電圧を曲線で描いた放電曲線を示す図である。ここで、放電曲線とは、端子電圧と放電時間の関係を描く曲線を指す。本図に示すように、放電曲線は放電時間により異なる。また、放電電流値が小さい程、一定の端子電圧に下がるまでにかかる放電時間は長くなり、放電電流値が大きい程、一定の端子電圧に下がるまでにかかる放電時間は短くなる。

図４は、測定対象となる電池の、放電電流値０.１［ＣＡ］で放電した際の、各残存容量での放電曲線を示す図である。本図に示すように、リチウムイオン二次電池が劣化、即ち、残存容量が低下してくると、同じ放電電流値によって放電を起こさせても、一定の端子電圧に下がるまでにかかる放電時間は、図３の放電曲線と比較して短くなる。また、放電曲線の描くカーブにも変化が生じ、カーブの途中の端子電圧が低下してくる。図５は、各残存容量を有する電池の、放電電流値２［ＣＡ］における、各残存容量での放電曲線を示す図である。本図から、放電電流値に関わらず、前述した図４の放電曲線の場合と同様に、電池が劣化してくると、同じ放電電流値で放電した場合に、一定の端子電圧に下がるまでにかかる放電時間が短くなるという関係が成立していることが分かる。図６は、初期状態にある電池の放電曲線と、各残存容量における劣化状態にある電池の放電曲線を模式的に示した図である。本図において、Ｖ_Ｃｎ（Ｔｎ）とは、残存容量がＣｎである電池を放電した際の、放電時間Ｔｎ経過時における端子電圧を意味する。

図７は、各放電時間における、初期状態にある電池の端子電圧と、劣化した状態にある電池の端子電圧との差ΔＶを説明する図である。図７において、放電時間Ｔｎ経過時における、初期状態にある電池の端子電圧をＶ_１００（Ｔｎ）と示し、劣化して残存容量が８０％になった電池の端子電圧はＶ_８０（Ｔｎ）、残存容量が６０％になった電池の端子電圧はＶ_６０（Ｔｎ）と示してある。また、本図において、放電時間Ｔｎ経過時における、初期状態にある電池の端子電圧Ｖ_１００（Ｔｎ）と、劣化状態にある電池の端子電圧Ｖ_６０（Ｔｎ）との電圧差ΔＶを、矢印ｂで示す。

図８は、電圧差ΔＶと、電池の残存容量との関係を示す図である。上述したように、システム管理者からの入力を受けて、劣化判定装置１００は、この関係を示すデータを、電池の機種、放電電流値、初期電池容量から成る放電条件情報と対応付けて、予め、電池データ記憶部に格納しておく。その後、システム管理者は、劣化判定装置１００の動作を終了させる。

次に、システム管理者が、組電池６００の定期点検時に、組電池６００の中の測定対象電池の残存容量を算出させる動作について説明する。図２は、劣化判定装置１００が、組電池６００を放電させ、測定対象電池の端子電圧を測定して残存容量を算出する動作を示すフローチャートである。
まず、システム管理者は、組電池６００内の測定対象電池と劣化判定装置１００とを、接続部１０８を介して接続させ、起動させる。そして、設定部１０２から、測定対象電池に関する情報（測定対象電池の機種名、初期電池容量）を入力すると、劣化判定装置１００の設定部１０２は、それらを電池データ記憶部１０４に格納する（ステップＳ１）。次いで、システム管理者は、設定部１０２から、放電電流値、放電時間の放電条件情報を入力すると、劣化判定装置１００の設定部１０２は、この放電条件情報を、電池データ記憶部１０４に格納する（ステップＳ２、Ｓ３）。その後、システム管理者が、設定部１０２の試験開始ボタンを押下する（ステップＳ４）。これを受けて、劣化判定装置１００の放電部１０３は、電池データ記憶部１０４内の放電電流値、及び、放電時間を読み出し、読み出した放電電流値が放電部１０４を流れるように制御して、測定対象電池の放電を起こさせる（ステップＳ５）。そして、放電部１０３は、読み出された放電時間が経過すると、放電を終了させる。その後、演算部１０５が、測定対象電池の端子電圧を計測する（ステップＳ６）。そして、演算部１０５は、電池データ記憶部１０４から、ステップＳ２、Ｓ３で設定された放電条件情報に該当する初期状態にある電池の端子電圧を読み出し、測定対象電池の端子電圧との端子電圧差ΔＶを算出する。次いで、電池データ記憶部１０４から、前述の、端子電圧差ΔＶと、残存容量の関係を表す関数を参照し（ステップＳ７）て、端子電圧差ΔＶに対応する残存容量を算出する（ステップＳ８）。なお、電池データ記憶部１０４に、端子電圧差テーブルが格納されている場合は、算出されたΔＶに該当する残存容量を、テーブルから読み出しても良い。

次に、演算部１０６は、算出した測定対象電池の残存容量の、ステップＳ１で入力された電池容量に対する％値を算出し、表示部１０６に表示させる。図９（ａ）は、算出した残存容量の％値を表示するメータで構成された表示部１０６を説明する図である。

このように、接続部１０８が、測定対象電池と接続し、設定部１０２が、ユーザからの測定対象電池の放電条件情報の入力を受け付け、放電部１０３が、その放電条件情報に基づいて測定対象電池の放電を制御して測定対象電池の端子電圧を計測し、演算部１０５が、その端子電圧及び放電条件情報と、複数の放電条件情報毎の、電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報とに基づいて測定対象電池の残存容量を算出し、表示部１０６が、残存容量を表示するため、測定対象電池の残存容量を容易に、精度良く把握できる。

その後、組電池６００を構成しているセルは、上記の処理によって残存容量が低下している。そのため、システム管理者は、速やかに整流器２００によって組電池６００の充電を実施し、バックアップに備えて満充電状態に戻す。

なお、上述の第１の実施形態において、放電特性情報に、電圧差ΔＶと残存容量との関係を示す関数を使用したが、図６を用いて説明した放電曲線を示す関数を適用しても良い。
また、放電特性情報には、各放電時間における、初期状態にある電池の開放電圧Ｖｏｐｅｎと劣化状態にある電池の端子電圧との電圧差ΔＶ´（図７の符号（ｃ））と、残存容量の関係を示した関数を用いても良い。図１０は、電圧差ΔＶ´と、電池の残存容量の関係を示す図である。この場合、電池データ記憶部１０４は、本図の関係を示す関数を格納しておく。

また、上述の第１の実施形態において、通信用電源システムに接続するリチウムイオン二次電池の組電池６００のセルを測定する場合について説明したが、測定対象は、システムに接続されていないリチウムイオン二次電池でも良い。図１１は、通信用電源システムと接続していないリチウムイオン二次電池、及び、劣化判定装置１００の概要図である。

また、上述の第１の実施形態において、劣化判定装置１００の動作電力は、交流電源１０９から取得したが、劣化判定装置１００が電池を内蔵し、必要に応じて、動作電源を内蔵電池か交流電源１０９のいずれかから取得しても良い。これにより、劣化判定装置１００にポータブル性を持たせることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図１２は、通信用電源システムに接続する整流器に負荷と並列に接続されたリチウムイオン二次電池の組電池、及び劣化判定装置１００の構成図である。第１の実施形態とは、組電池６００内の各セルが電池情報記録体６０１を有し、算出された測定対象電池の残存容量の履歴を、劣化判定装置１００の記録部１２０に格納し、ＰＣ７００（特性関数算出手段、残存寿命算出手段、第２の表示手段）がそれを描画し、残存寿命を算出する点が異なる。６０１は、組電池６００を構成するセルにそれぞれ取り付けられた電池情報記録体であり、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）タグで構成される。１２１は、電池情報記録体６０１に書き込まれた情報を読み取るデータ読み取り部である。１２２は、データ読み取り部１２１によって読み取られた情報から、測定対象電池を識別する電池識別部である。１２０は、第１の実施形態において算出された、測定対象電池の残存容量、及び入力された放電条件情報を格納する記録部である。ここで、記録部１２０は、ＵＳＢ接続ケーブル１２３（外部装置接続手段）を介し、必要に応じて外部のＰＣ７００と接続する。

次に、劣化判定装置１００が、測定対象電池の残存寿命を算出する動作について説明する。
システム管理者は、組電池６００を構成するそれぞれのセルについて、残存容量の算出動作を定期的に行う。ここで、システム管理者は、データ読み取り部１２１を、組電池６００内の測定対象電池の電池情報記録体６０１に近づける。データ読み取り部１２１が、電池情報記録体６０１から電池識別情報を読み取ると、電池識別部１２２にて測定対象電池の種類を識別し、それに基づいて演算部１０５が、該当する放電特性情報を電池データ記憶部から読み出す。ここで、測定対象電池の識別情報とは、「メーカ名」、「機種名」、「初期容量」、「製造年」等の情報を意味する。次いで、劣化判定装置１００の演算部１０５は、残存容量を算出し、電池識別情報と共に記録部１２０に格納する。なお、この時、電池情報記録体６０１にデータ書き込み可能なＩＣタグを用い、データ読み取り部１２１の代わりに、データ読みとり書き込みが可能なＩＣタグリーダライタを劣化判定装置１００に接続し、電池情報記録体６０１に、算出された残存容量を書き込んでも良い。これにより、電池情報記録体６０１のデータを読み取る機能を有する他の装置との測定データの共用が可能になる。

その後、システム管理者が、組電池６００の定期点検時に上記の動作を繰り返し、劣化判定装置１００は、残存容量の履歴データを、電池識別情報と共に記録部１２０に蓄積する。そして、システム管理者は、劣化判定装置１００をＰＣ７００と接続させ、劣化判定装置１００の記録部１２０に格納された、測定対象電池の残存容量の履歴を読み出すようＰＣ７００を操作する。ＰＣ７００は、劣化判定装置１００から、測定対象電池の残存容量の履歴データを読み出す。次いで、システム管理者がＰＣ７００を操作して、読み出した残存容量の履歴データそれぞれの使用期間を対応付けて入力する。その後、残存容量の履歴データと使用期間の関係図を描画するよう、ＰＣ７００に指示する。ＰＣ７００は、これを受けて、残存容量の履歴データと使用期間の関係図を作図し、表示する。図１３は、電池の、残存容量と使用期間の関係を示す図である。ここで、リチウムイオン二次電池における残存容量低下と使用期間には、以下の式のような関係がある。
ΔＣ＝ｋ・√使用期間 （１）
ＰＣ７００は、上記（１）式に基づいた関数（残存容量変化特性関数）を算出し、残存容量の履歴データのプロットの上に、その関数を描画する。ここで、一般に、残存容量が初期容量の７０〜８０％に低下するまでの使用期間が電池寿命である。そのため、残存容量が初期容量の７０〜８０％にまで低下する使用期間を外挿によって算出することで、電池寿命が求まる。システム管理者は、ＰＣ７００の表示を視認した後、ＰＣ７００に対して前述の外挿によって電池寿命を算出するよう指示し、ＰＣ７００は電池寿命（図１３のｆ）を算出する。次いで、それまでの使用期間を電池寿命から差し引き、残存寿命を算出して、それぞれを表示する。システム管理者は、この表示を見て、電池寿命、残存寿命を把握する。
これにより、電池の残存容量と使用期間との関係を示す残存容量の履歴データを表示するため、測定対象電池の残存寿命を把握することができる。そのため、各測定対象電池の劣化状態の管理や、残存寿命となる時期の推定が行える。

なお、上述の第２の実施形態において、ＰＣ７００は、電池の残存容量と使用期間の関係を示す図１３のような図を表示したが、低下容量と、使用期間の平方根の関係を作図し、表示させても良い。図１４は、電池の低下容量と、使用期間の平方根の関係を示す図である。ＰＣ７００は、低下容量が初期容量の２０〜３０％に達する使用期間（図１４のｉ、ｊ）を算出し、表示させる。

また、上述の第２の実施形態において、通信用電源システムに接続するリチウムイオン二次電池の組電池６００のセルを測定する場合について説明したが、測定対象はシステムに接続されていないリチウムイオン二次電池でも良い。図１５は、通信用電源システムに接続していないリチウムイオン二次電池に接続した劣化判定装置１００の概要図である。

また、上述の第２の実施形態において、温度センサを劣化判定装置１００に取り付け、残存容量算出時の温度を記憶部１２０に格納しても良い。これにより、設置場所の温度記録も行える。

また、上述の第２の実施形態において、記録部１２０とＰＣ７００をＵＳＢ接続ケーブル１２３で接続したが、記録部１２０を取り外し可能な記録媒体で構成し、これをＰＣ７００に接続しても良い。

また、上述の第２の実施形態において、電池情報記録体６０１にＩＣタグを用いる場合について説明したが、バーコード、ＱＲ（Ｑｕｉｃｋ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）コードを印刷したものでも良い。

また、上述の第２の実施形態において、ＰＣ７００が、（１）式に基づいた関数を算出し、この関数に基づいて残存寿命を算出して表示したが、劣化判定装置１００に同様の機能を搭載し、劣化判定装置が上記の処理を行っても良い。

次に、携帯端末（電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ等）用のリチウムイオン二次電池の劣化状態を判定する第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１６は、携帯端末用リチウムイオン二次電池向けの劣化判定装置８００の構成図である。第１、及び第２の実施形態とは、測定対象電池の充電を行う点が異なる。８００は、劣化判定装置である。８０１は、測定用リード線である。８０２は、使用途中の容量低下した携帯端末用リチウムイオン二次電池９００を満充電状態に充電する充電部である。８０３は、充電時に携帯端末用リチウムイオン二次電池９００と充電部８０２とを接続し、放電時には携帯端末用リチウムイオン二次電池９００と放電部１０３を接続させる充放電切替スイッチである。９００は、携帯端末用リチウムイオン二次電池である。

次に、システム管理者が、劣化判定装置８００を操作し、劣化判定装置８００が携帯端末用リチウムイオン二次電池９００の残存容量を算出させる動作について説明する。
図１７は、劣化判定装置８００が、携帯端末用リチウムイオン二次電池９００を充電及び放電させ、端子電圧を測定して残存容量を算出する動作を示すフローチャートである。以下では、第１の実施形態と異なる点のみ説明する。

まず、システム管理者が、劣化判定装置１００を起動させると、第１の実施形態と同様に、劣化判定装置８００の設定部１０２から、電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報を、組電池６００の機種・容量、放電電流値、放電時間を含む放電条件情報毎に入力し、劣化判定装置８００は、上述のステップＳ１の処理を同様に行う。そして、システム管理者が、設定部１０２から充電電流値を入力し、劣化判定装置１００の設定部１０２が、これを受け付けると、電池データ記憶部１０４に格納する（ステップＳａ）。その後、第１の実施形態におけるステップＳ２、Ｓ３の動作を同様に行い、システム管理者が、試験開始ボタンを押下する。これを受けて、劣化判定装置８００の充放電切替スイッチ８０３は、携帯端末用リチウムイオン二次電池９００と充電部８０２とを接続する。次いで、充電部８０２は、ステップＳａで設定部１０２に入力された充電電流値に従って、携帯端末用リチウムイオン二次電池９００を充電する（ステップＳｂ）。ここで、充電部８０２は、携帯端末用リチウムイオン二次電池９００の正確な劣化判定を行うため充電処理を行う。そして、充電部８０２は、充電電流値を測定し、携帯端末用リチウムイオン二次電池９００が満充電状態になったかどうか判定する（ステップＳｃ）。ここで、携帯端末用リチウムイオン二次電池９００が満充電となる条件は、例えば充電部８０２から供給される充電電流値が１０［ｍＡ］以下となった場合である。充電部８０２が、１０［ｍＡ］以下でないと判定した場合、ステップＳｂに遷移し充電を続行する。一方、充電電流値が１０［ｍＡ］以下であると判定した場合は、充放電切替スイッチ８０１が接続を切り替えて放電部１０３と携帯端末用リチウムイオン二次電池９００を接続する（ステップＳｄ）。その後、第１の実施形態における動作を同様に行い、処理を終了する。
このように、携帯端末用リチウムイオン二次電池９００を満充電状態とした後に放電させて残存容量を算出するようにしたので、残存容量を正確且つ容易に把握することができる。

なお、上述の第１、第２、及び第３の実施形態において、表示部１０６は、演算部１０５で算出した残存容量を％表示したが、表示部１０６に、赤・黄・緑に色変更可能な単一のランプ、又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用い、残存容量に応じて、７０％以上は緑色、４０％以上〜７０％未満は黄色、４０％未満は赤色等のランプ、又はＬＥＤ等を点灯させても良い。図９（ｂ）は、残存容量に応じて、７０％以上は緑色、４０％以上〜７０％未満は黄色、４０％未満は赤色のランプ等を点灯させる、赤・黄・緑に色変更可能な単一のランプで構成された表示部１０６を説明する図である。また、表示部１０６に、色の違う３色のランプ、又はＬＥＤを搭載し、残存容量に応じた色のランプ、又はＬＥＤを点灯させても良い。図９（ｃ）は、残存容量に応じた色のランプを点灯させる、色の違う３色のランプで構成された表示部１０６を説明する図である。

また、上述の第１、第２、及び第３の実施形態において、リチウムイオン二次電池を測定対象電池とした場合について説明したが、リチウム金属電池、ニカド電池、ニッケル水素電池、シール鉛蓄電池等の他の二次電池を測定対象としても良い。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の第一の実施形態における通信用電源システムに接続する整流器に負荷と並列に接続されたリチウムイオン二次電池の組電池、及び、劣化判定装置の概要図である。 同実施形態における、劣化判定装置が、組電池を放電させ、測定対象電池の端子電圧を測定して残存容量を算出する動作を示すフローチャートである。 同実施形態における、初期の新品状態における電池を各放電電流値で放電した際の端子電圧を曲線で描いた放電曲線を示す図である。 同実施形態における、放電電流値０．１［ＣＡ］で各残存容量を有する電池を放電した際の、放電曲線を示す図である。 同実施形態に用いられる、各残存容量を有する電池の、放電電流値２［ＣＡ］における放電曲線を示す図である。 同実施形態における、初期の新品状態にある電池の放電曲線と、各残存容量における劣化状態にある電池の放電曲線を模式的に示した図である。 同実施形態における、各放電時間における、初期の新品状態にある電池の端子電圧と、劣化した状態にある電池の端子電圧との差ΔＶを説明する図である。 同実施形態における、電圧差ΔＶと、電池の残存容量の関係を示す図である。 同実施形態における、（ａ）算出した残存容量の％値を表示するメータで構成された表示部、（ｂ）残存容量に応じて、７０％以上は緑色、４０％以上〜７０％未満は黄色、４０％未満は赤色のランプ等を点灯させる、赤・黄・緑に色変更可能な単一のランプで構成された表示部、及び（ｃ）残存容量に応じた色のランプを点灯させる、色の違う３色のランプで構成された表示部を説明する図である。 同実施形態における、電圧差ΔＶ´と電池の残存容量の関係を示す図である。 同実施形態における、通信用電源システムに接続しないリチウムイオン二次電池に接続した劣化判定装置の概要図である。 同実施形態における、通信用電源システムに接続する整流器に負荷と並列に接続されたリチウムイオン二次電池の組電池、及び劣化判定装置の構成図である。 同実施形態における、電池の残存容量と使用期間の関係を示す図である。 同実施形態における、電池の低下容量と、使用期間の平方根の関係を示す図である。 同実施形態における、通信用電源システムに接続していないリチウムイオン二次電池に接続した劣化判定装置の概要図である。 同実施形態における、携帯端末用リチウムイオン二次電池向けの劣化判定装置の構成図である。 同実施形態における、劣化判定装置が、携帯端末用リチウムイオン二次電池を充電及び放電させ、端子電圧を測定して残存容量を算出する動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００…劣化判定装置
１０２…設定部
１０３…放電部
１０４…電池データ記憶部
１０５…演算部
１０６…表示部
１０７…電源部
１０８…接続部
１０９…交流電源
１２０…記録部
１２１…データ読み取り部
１２２…電池識別部
１２３…ＵＳＢ接続ケーブル
２００…整流器
３００…交流電源
４００…負荷装置
５００…電池切離しスイッチ
６００…組電池
６０１…電池情報記録体
７００…ＰＣ
８００…劣化判定装置
８０１…測定用リード線
８０２…充電部
８０３…充放電切替スイッチ
９００…携帯端末用リチウムイオン二次電池

Claims (18)

1. 測定対象電池の劣化状態を判定する劣化判定装置であって、
   外部から交流電力を受け付けて直流電力に変換し前記劣化判定装置に動作電力を供給する電源部と、
   測定対象となる電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報を、複数の放電条件情報毎に記憶する放電特性情報記憶手段と、
   前記測定対象電池と接続する測定対象電池接続手段と、
   前記測定対象電池の前記放電条件情報の入力を受け付ける設定部と、
   前記設定部によって入力を受け付けた放電条件情報に基づいて前記測定対象電池接続手段によって接続された測定対象電池の放電を制御する放電手段と、
   前記放電部によって放電を制御された測定対象電池の端子電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記放電特性情報記憶手段内の放電特性情報を読み出し、該放電特性情報と、前記設定部に入力された放電条件情報と、前記電圧計測手段によって計測された測定対象電池の端子電圧とに基づいて前記測定対象電池の前記残存容量を演算する残存容量演算手段と、
   前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量を表示する第１の表示手段と
   を有することを特徴とする劣化判定装置。
2. 前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量を格納する記録部を有することを特徴とする請求項１に記載の劣化判定装置。
3. 前記放電特性情報記憶手段は、電池機種名、温度、放電電流値を含む放電条件情報毎に、前記測定対象となる電池の放電特性情報を記憶することを特徴とする請求項１または２のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
4. 前記放電特性情報記憶手段は、前記複数の放電条件情報毎に、各放電時間における初期状態にある電池の端子電圧と劣化状態にある電池の端子電圧との差、或いは、各放電時間における初期状態にある電池の開放電圧と劣化状態にある電池の端子電圧との差、或いは、各放電時間における劣化状態にある電池の端子電圧のいずれかを格納することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
5. 前記測定対象電池の使用期間の入力を、前記算出された残存容量に対応させて受け付ける入力手段と、
   前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶する残存容量履歴情報記憶手段と、
   前記残存容量履歴情報記憶手段内の残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示する第２の表示手段と、
   前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出する特性関数算出手段と、
   前記特性関数算出部によって算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する残存寿命算出手段と、
   を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
6. 前記設定部は、前記測定対象電池の型番、前記測定対象電池の製造業者名、前記測定対象電池の初期における電池容量、放電電流値を含む放電条件情報の入力をユーザから受け付けることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
7. 前記測定対象電池接続手段に接続された測定対象電池を充電する充電部と、
   前記測定対象電池接続手段に接続された測定対象電池と、前記充電部及び前記放電部との接続を切り替える切替え手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
8. 前記設定部は、前記測定対象電池の充電電流値の入力をユーザから受け付けることを特徴とする請求項７に記載の劣化判定装置。
9. 前記測定対象電池に取り付けられた電池情報記録体から電池識別情報を読み取るデータ読み取り部と、
   前記データ読み取り部によって読み取られた前記電池識別情報に基づいて前記測定対象電池の識別を行う電池識別部と
   を更に有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
10. 前記電池情報記録体は、ＩＣタグであることを特徴とする請求項９に記載の劣化判定装置。
11. 前記電池情報記録体は、ＩＣタグ、バーコード或いはＱＲコード或いはドット及び線分を組み合わせたマークのいずれかの印刷物、或いはこれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項９または１０のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
12. 前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量或いは前記残存寿命演算手段によって算出された測定対象電池の残存寿命のいずれかを含むデータを前記電池情報記録体に書き込む電池情報記録媒体書き込み手段を更に有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
13. 前記第１の表示手段は、前記測定対象電池の残存容量に基づいて、初期における前記測定対象電池の開放電圧に対する前記残存容量を割合、比率、数値、或いは、異なる色によって表示することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
14. 前記記録部は、外部装置と接続する外部装置接続手段を有する、或いは、取り外し可能な記録媒体からなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
15. 測定対象電池の使用期間と残存容量との入力を対応させて受け付ける入力手段と、
    前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶する残存容量履歴情報記憶手段と、
    前記残存容量履歴情報記憶手段内の残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示する第２の表示手段と、
    前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出する特性関数算出手段と、
    前記特性関数算出部によって算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する残存寿命算出手段と、
    を有することを特徴とする劣化判定装置。
16. 測定対象電池の劣化状態を判定する劣化状態判定方法であって、
    前記測定対象電池と接続し、
    前記測定対象電池の放電条件情報の入力を受け付け、
    前記入力を受け付けた放電条件情報に基づいて前記測定対象電池の放電を制御し、
    前記放電を制御された測定対象電池の端子電圧を計測し、
    複数の放電条件情報毎の、電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報と、前記入力を受け付けられた放電条件情報と、前記計測された測定対象電池の端子電圧とに基づいて前記測定対象電池の前記残存容量を演算し、
    前記算出された測定対象電池の残存容量を表示する
    ことを特徴とする劣化判定方法。
17. 前記測定対象電池の使用期間の入力を、前記算出された残存容量に対応させて受け付け、
    前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶し、
    前記残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示し、
    前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出し、
    前記算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の劣化判定方法。
18. 測定対象電池の使用期間と残存容量との入力を対応させて受け付け、
    前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶し、
    前記残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示し、
    前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出し、
    前記算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する、
    ことを特徴とする劣化判定方法。
    
    

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