JP2007221900A - 二次電池の使用状態情報の収集方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 情報の統計資料を作成する方法、不良品の発生の可能性を、発生より事前に、ユーザーに提供することを目的とする。
【解決手段】
特定の電池１についての使用状態情報を、特定の電池の複数のユーザーより、コンピュータの通信回線を介して収集し、特定の電池に関する使用状態情報の統計資料を作成する。使用状態情報は、電池容量である。また、特定の電池についての使用状態情報を、特定の電池のユーザーより、コンピュータの通信回線を介して収集し、使用状態情報が、不良品が発生する前兆現象を示すとき、前兆現象を示す使用状態情報を提供した特定の電池のユーザーに、不良品の情報を、提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池の使用状態情報の収集方法に関する。

以下の特許文献１には、インターネットを利用した電池情報の交換について開示されており、記憶媒体を内蔵する充電装置、電池の充電特性をコンピュータの通信回線を介して更新する方法であって、充電装置、電池の記憶媒体に使用履歴を書き込み、コンピュータに前記充電装置、電池を接続させ、通信回線を介して、コンピュータに接続された充電装置、電池の識別子（＝メーカー、型式等）を読み出し、通信回線を介して、前記充電装置、電池の記憶媒体に書き込まれた使用履歴を読み出し、前記識別子により特定された充電装置、電池に適応し、且つ、使用履歴に合わせた充電特性を通信回線を介して配信し、充電装置、電池の記憶媒体に書き込んでいる。

また、従来において、電池の充放電特性や劣化のデータ収集は、開発時又は開発後においても、サンプルを使ってサイクル試験、充放電試験等を実施してデータ収集を行っていた。また、不良品が発生した場合は該当品を回収し、個別に解析する必要があった。さらに開発者は、実際のユーザーがバッテリーパックをどのような環境で使用するかについては主に推測に頼っていた。
特開２００１−２９８８７０号

従来の特許文献１に開示された技術においては、前記識別子により特定された充電装置、電池に適応し、且つ、使用履歴に合わせた充電特性を通信回線を介して配信しているものの、使用経歴にあわせた充電特性は、メーカー側の開発者が、予め試験をして行って得た充電特性であった。

従って、開発者の試験内容が、ユーザーの使用条件と少し異なっていたり、十分なサンプル数の検証が不足していたり、材料、製法が異なることで量産品の電池特性が試験した電池と少し異なっている等の理由で、メーカー側の開発者が提供する充電特性が、ユーザーが使用する電池に、適切に対応した充電特性となっていないことがあった。

本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、複数のユーザーからの使用状態情報を収集して、該情報の統計資料を作成する二次電池の使用状況情報の収集方法を提供することを目的とする。

また、ユーザーからの使用状態情報を収集して、不良品の発生の可能性を、発生より事前に、ユーザーに提供することを目的とする。

本発明の方法は、特定の電池についての使用状態情報を、前記特定の電池の複数のユーザーより、コンピュータの通信回線を介して収集し、前記特定の電池に関する前記使用状態情報の統計資料を作成することを特徴とする。また、前記使用状態情報が、電池容量である。

また、特定の電池についての使用状態情報を、前記特定の電池のユーザーより、コンピュータの通信回線を介して収集し、前記使用状態情報が、不良品が発生する前兆現象を示すとき、前記前兆現象を示す前記使用状態情報を提供した前記特定の電池のユーザーに、前記不良品の情報を、提供することを特徴とする。また、 前記不良品が発生する前兆現象は、前記特定の電池を構成する複数の電池セル間において、出力電圧にアンバランスが生じている現象である。

本発明においては、前記特定の電池に関する前記使用状態情報の統計資料を作成することができる。

従来において、開発者が行っていたサンプルを使ってサイクル試験、充放電試験等を実施してデータ収集に加えて、本発明により、複数のユーザーから、ユーザーの使用状況に応じた使用状態情報を得ることができる。よって、開発者、メーカー側は、複数のユーザーからの使用状態情報により、電池が使用される使用状況に応じた短期から長期に及ぶ統計データとして電池特性の推移を得ることができる。

また、市場でユーザーが使用する中で、不良品が発生した場合、本発明を利用して、以下のようにして、不良品の発生が予想される電池のユーザーに対して、警報等のお知らせを、発生より事前に、提供することができる。

例えば、発生した不良品の充放電特性等の使用状態情報の把握により、不良品が発生する前兆現象の充放電特性等について把握する。そして、このような前兆現象が発生している電池について、個別のユーザーからの使用状態情報から把握し、ユーザー側に連絡することができる。

本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１は、本実施例の二次電池の使用状態情報の収集方法において、全体の使用する電子機器等の構成を示す図である。

各ユーザーにおいては、二次電池1を備えるパック電池Ａを内蔵するノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器ＰＣ（以下、ＰＣと言う）を利用する。
電子機器ＰＣは、インターネット通信回線等を介して、サーバＳＵに接続されている。また、メーカー側は、ホームページを開設しているサーバＳＭを備え、このサーバＳＭには、インターネット通信回線等を介して、メーカー側のコンピュータＣＭを備えている。

ユーザー側からの電池の使用状態情報は、図２に示すように、以下の手順にて、メーカー側に送信される。まず、ステップＳ１において、ユーザーが電子機器ＰＣを使用する際し、詳細は後述するように、電子機器ＰＣ内において、パック電池Ａ、電池１に関する使用状態情報が、取得される。このような使用状態情報は、電子機器ＰＣ内、パック電池Ａ内において、半導体メモリー等の記録手段に記録されても良いし、一時的に、電子機器ＰＣ内、パック電池Ａ内に、保持されるだけでもよい。

ステップＳ２、Ｓ３においては、ＰＣを使用する際に、予めＰＣ内にインストールされたプログラムにより、上述の使用状態情報を、メーカーのホームページ、サーバＳＵ宛てに、発信する。この時には、特定の電池として、個別のユーザーが使用するパック電池Ａの型式、シリアル番号も送信される。このとき、発信の指示はユーザー自らのキーボード等の操作により発信する。また、これに代わって、使用状態情報を、ＰＣの使用時に、自動的に送信することもできる。そして、サーバＳＵからサーバＳＭに、使用状況情報が、送信される。

一方、ステップＳ４においては、サーバＳＭ内にて、使用状況情報のデータ処理を行う。また、サーバＳＭより、使用状況情報を、メーカー側のコンピュータＣＭに送信して、コンピュータＣＭ内にてデータ処理、或いは、メーカー側の開発者にて、データ加工、処理しても良い。

そして、ステップＳ５においては、データ処理した結果について、サーバＳＭから、データ送信して、サーバＳＵを介して、ユーザー側のＰＣに受信されて、ステップＳ６にて、その結果がＰＣに表示され、ユーザー側に連絡されることになる。

また、ここで、ステップ４においては、データ加工、処理した情報として、以下のように、データ、情報を、ユーザー側に発信することができる。

(1)パック電池Ａの電池１の容量が、初期容量に対して４０％以下になっていたら、電池寿命と判断して、「電池寿命に到達しました。」との情報をユーザー側に送信する。

(2)パック電池Ａ内に内蔵されるマイクロコンピュータユニットＭＰＵ（後述する）のプログラムを、アップデートする必要が生じたときに、「プログラムをアップデートする必要があります。ご購入の販売店に、ご相談ください。」との情報をユーザー側に連絡する。

(3)特定の電池、例えば、ある型式の機種のパック電池Ａに、不良品が発生して、その型式のパック電池Ａに修理が必要が生じたとき、その型式のユーザーに対して、「ご使用の電池に修理の必要が生じました。ご購入の販売店に、ご相談ください。」との情報を、ユーザー側に連絡する。

次に、本実施例のパック電池Ａ、電子機器ＰＣについて、説明する。図３に示すように、本実施例においては、ノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器ＰＣ、並びに、この電源として利用されるパック電池Ａが開示されている。ＰＣ内においては、演算処理等を実行する半導体素子、ディスプレイ等の負荷Ｌと、負荷Ｌへの放電を制御したり、ＰＣが商用電源（図示せず）に接続されてパック電池Ａを充電する制御を行う制御手段である制御・電源手段Ｓとを備えている。

パック電池Ａにおいては、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の二次電池１と、電池１の出力電圧を検出する電圧検出箇所d0〜d3と、電池１の充放電時の電流を検出する抵抗等からなる電流検出部２と、電池１の充放電を監視、制御するマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと記す)とを備えている。ここで、ＭＰＵは、後述するＡ／Ｄ変換部４等の電子回路をも含む、いわゆるワンチップマイコンである。ＭＰＵ内において、主要な処理は、予めインストールされたプログラムにて、実行されることになる。また、パック電池Ａ内には、電池１に密接して配置されたサーミスタを含む温度検出部３が設けられている。また、電池１は、複数の電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃを直列接続して構成され、各電池セルの出力電圧、電池１のトータル出力電圧が、電圧検出箇所d0〜d3にて検出されている。直列接続する電池セルの数は、増減することもできる。

ＭＰＵにおいては、電圧検出箇所d0〜d3、電流検出部２からの出力、温度検出部３からの出力のアナログ電圧が入力され、デジタル変換し、実電圧[mV]や実電流値[mA]に換算するＡ／Ｄ変換部４が設けられている。

そして、Ａ／Ｄ変換部４からの出力が、充放電制御部５に入力されて、演算、比較、判定等が行われて、この制御部５からの信号で、スイッチングトランジスタ等からなる制御素子７をオンオフ制御する。例えば、制御部５にて、満充電の検出時、過放電の検出時、異常電流、異常温度、異常電圧の検出時等に、制御部５は、制御信号を出力し、制御素子９を、オフ状態とし、電流を遮断する。つまり、制御素子９は、電流を供給、遮断状態としている。ここで、周知技術を利用して、制御部５においては、充放電電流を積算して残容量を演算処理すると共に、半導体メモリー等の記録手段に、各種データを記録している。このようなデータには、パック電池Ａの型式、シリアル番号を含み、また、逐次測定される電池トータル電圧、各セル電圧、電池温度、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報及びアラーム情報（例えば、異常温度）等の各種指令の情報（＝特定電池に関する使用状態情報）も含んでいる。また、満充電の検出については、最大電圧を検出したり、電池電圧の−ΔＶ（＝電圧低下）を検出したり、電流、電圧を規制した定電流・定電圧充電においては電圧が所定値以上、電流が所定値以下の条件のとき満充電としたり、演算された残容量を利用したり等の周知の方法にて検出している。

また、MPUにおいては、記録された電池電圧、電池温度、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報及びアラーム情報（例えば、異常温度）等の各種指令の情報（＝特定電池に関する使用状態情報）を、電子機器ＰＣの制御・電源手段Ｓに伝送する通信処理部９を備えている。このような通信には、ＳＭＢｕｓ通信方式が利用される。

なお、各種データである特定電池に関する使用状態情報は、制御部５の記憶手段に記録されるが、記憶手段に記録されることなく、制御部５内に、一時的に、保持し、送信しても良い。

このように、制御部５の各種データ（＝特定電池に関する使用状態情報）を、ＳＭＢｕｓ通信方式を利用して、ＰＣの制御・電源手段Ｓに出力される。そして、上述のように、このようなデータは、インターネット通信回線等を介して、サーバＳＵ、サーバＳＭ、メーカー側のコンピュータＣＭに、送信される。

次に、前記特定の電池に関する前記使用状態情報の統計資料を作成する内容について、一例をあげて、詳細に説明する。ここで、特定の電池とは、メーカー側で共通の仕様としてまとめることができるグループの、型式とか、シリアル番号の範囲（例えば、製造年日より特定できるシリアル番号の範囲）とかを、意味している。

そして、以下の電池温度Ｔを得る例は、本出願人の特開２００３−２９７４３７に開示されている。制御部５内において、電池１の温度は、温度検出部３にて測定されてデータ処理され、電池温度Ｔを得る。予め区分設定した複数の温度範囲Ａ１,Ａ２,…,Ａｎにそれぞれ対応するメモリ領域Ｍ１,Ｍ２,…,Ｍｎを制御部５内メモリを備えている。温度検出部３により所定時間ｔ（例えば、１時間）毎に測定された電池温度Ｔが含まれる温度範囲を、制御部５内にて判定し、この判定結果に従って上記温度が含まれる温度範囲Ａｋ（ｋ＝１,２,…，ｎ）に対応するメモリ領域Ｍｋに記憶される頻度情報Ｎｋをインクリメント（＋１）する。これにより、あるユーザーが使用する特定の電池について、図４のように、メモリの各メモリ領域Ｍ１,Ｍ２,…,Ｍｎにそれぞれ記憶された頻度情報Ｎ１,Ｎ２,…,Ｎｎから前記二次電池の温度環境の使用状態情報を得ることができる。このようなデータを元に、各温度範囲における中心値を代表値として、頻度を加味した加重平均を取り、この平均値を、このパック電池Ａの使用状況温度とする。制御部５は、このような平均値を、使用状況温度として、ＰＣの制御手段である制御・電源手段Ｓ、サーバＳＵ、サーバＳＭ、メーカー側のコンピュータＣＭに、送信する。また、このような平均値だけでなく、図１０の温度環境の使用状態情報を、使用状況温度として、制御部５は、送信してもよい。

また、パック電池Ａ、ＰＣの制御により、次のようにして、サイクル数を累積しながら、電池容量を測定する。

パック電池Ａの制御部５にて、実際の充電量を累積し、この累積量がその時点での電池の実際の容量である学習容量（或いは公称容量）に達する毎に１サイクルとカウントし、所定サイクル数（例えば、５０回程度、電池の種類、性能に応じて、適宜、設定する）の閾値に到達したら、以下のような方法で、充電、放電させて、実際の容量（＝学習容量）を測定する。なお、ここで１サイクルを累積する充電量によって測定しているが、これに代わって、放電量とすることもできる。

ＰＣが、電池を、放電、ＡＣの商用電力供給を受けながら充電させて、満充電から完全放電されるまでの積算容量、あるいは完全放電から満充電されるまでの積算容量を測定して、学習容量とする。パック電池Ａの制御部５にて、この容量の値を、記録、或いは、一時的に保持される。また、完全放電でなくても、満充電でなくても、電池の残存容量を適切に測定できる残存容量から、学習容量を演算してもよい。つまり、例えば、残存容量１０％から満充電までが、９００ｍＡｈであるなら、電池の容量は１０００ｍＡｈとなる。このように、学習容量は、経時変化し、劣化した電池容量について、実際に測定した満充電から完全放電されるまでの積算容量、あるいは完全放電から満充電されるまでの積算容量である。また、以上のような方法以外で、容量を測定しても良い。

このようにして得られて電池容量に関する電池の使用状態情報は、上述の図２のステップＳ２、Ｓ３により、メーカーのホームページ、サーバＳＵ宛てに、発信される。

ここで、電池容量が、初期容量に対する規定パーセント（例えば、４０％、この値は、適宜変更することができる）以下となると、電池及びパック電池Ａが劣化し、寿命と判断している。複数のユーザーからの上記の使用状況温度と、上記の寿命となるサイクル数を得て、統計資料としてまとめると、図５のような傾向になる。各ユーザーから送信されるこのような特定電池のデータを、複数のユーザーから得て、集計することより、メーカー側は、電池が使用される使用状況に応じた短期から長期におよび統計データとして、電池特性の推移を記録し、得ることができる。このようなデータから、サイクル数等に応じた電池の寿命等の実際の値を得ることができ、各種判断を行うことができる。また、あるユーザーから送信される電池容量のデータが、初期容量に対する規定パーセント（例えば、４０％）以下となったら、上述のように、メーカー側より、電池寿命と判断して「電池寿命に到達しました。」との情報をユーザー側に送信できる。

次に、市場でユーザーが使用する中で、不良品が発生した場合、以下のようにして、不良品の発生が予想される電池のユーザーに対して、警報等のお知らせを提供することができる。例えば、発生した不良品の充放電特性等の使用状態情報の把握により、不良品が発生する前兆現象の充放電特性等について把握する。そして、このような前兆現象が発生している電池について、個別のユーザーからの使用状態情報から把握し、ユーザー側に連絡することができる。

具体例として、以下に説明をする。パック電池Ａ及び各電池セルの放電特性として、図６のように、放電時間（＝放電容量）と、電池電圧との関係を得ることができる。図６（Ａ）の電圧は、電池１のトータル出力電圧、図６（Ｂ）の電圧は、各電池セル１Ａ，１Ｂ、１Ｃの出力電圧である（3直の場合）。そして、例えば、図６（Ｂ）に示すように、ある電池セル１Ａの出力電圧が、他の電池セル１Ｂ、Ｃの出力電圧(図６（Ｂ）には正常として示される)と比較して、低下している場合(図６（Ｂ）にはセルショートとして示される)は、セルのアンバランスが生じていることになる。過放電検出時（最低電圧のセルの出力電圧が、例えば、２．５Ｖ／セル）の時、セル間の電圧差が、閾値（例えば、１Ｖ）以上あるとき、セルのアンバランスが生じていると、パック電池Ａの制御部５が判断する。また、制御部５は、このような放電特性、セル間の電圧差等を、電池の使用状態情報として、上述の図２のステップＳ２、Ｓ３により、メーカーのホームページ、サーバＳＵ宛てに、発信する。

このような異常であるセルのアンバランスの一つの原因として、セルの軽度の内部ショートに起因することが確認されており、更に、電池の使用を継続すると、重度で完全なセル内部ショートが発生することより、目安としては、上述のように、過放電検出時（最低電圧のセルの出力電圧が、例えば、２．５Ｖ／セル）、セル間の電圧差が、閾値（例えば、１Ｖ）以上あるときは、セル内部ショートの前兆現象としてとらえ、その後の電池の使用を中止することが望ましい。

本実施例においては、閾値以上のセル間電圧差の電池使用状態情報を提供した個別のユーザーを、メーカー側が、サーバＳＭ、コンピュータＣＭにて、データ処理して、不良品の前兆現象として、把握、確認する（図２のステップＳ４）。そして、図２のステップＳ５、Ｓ６のように、データ処理した結果として、電池セルの内部ショートが発生する危険があるので、使用中止、又は、電池セル交換するよう、不良品の情報を、該個別のユーザーに、提供することができる。

本発明の一実施例における全体の使用する電子機器等の構成を示す図 本発明の実施例の手順を示すフローチャート 本発明の実施例のパック電池Ａ、電子機器ＰＣ等を示すブロック図 メモリに記録された各温度範囲における頻度度数の分布を示すグラフ 電池寿命時の使用状況温度とサイクル数との関係を示すグラフ （Ａ）は、電池トータル出力電圧と放電時間（＝放電容量）との関係を示すグラフ、（Ｂ）は、各電池セルの出力電圧と放電時間（＝放電容量）との関係を示すグラフ

符号の説明

Ａ 電池パック
ＰＣ 電子機器
ＭＰＵ マイクロプロセッサユニット
１ 電池
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 電池セル
５ 制御部

Claims (4)

1. 特定の電池についての使用状態情報を前記特定の電池の複数のユーザーより、コンピュータの通信回線を介して収集し、
   前記特定の電池に関する前記使用状態情報の統計資料を作成することを特徴とする二次電池の使用状態情報の収集方法。
2. 前記使用状態情報が、電池容量である請求項２の二次電池の使用状態情報の収集方法。
3. 特定の電池についての使用状態情報を、前記特定の電池のユーザーより、コンピュータの通信回線を介して収集し、
   前記使用状態情報が、不良品が発生する前兆現象を示すとき、
   前記前兆現象を示す前記使用状態情報を提供した前記特定の電池のユーザーに、前記不良品の情報を、提供することを特徴とする使用状態情報の収集方法。
4. 前記不良品が発生する前兆現象は、前記特定の電池を構成する複数の電池セル間において、出力電圧にアンバランスが生じている現象である請求項３の二次電池の使用状態情報の収集方法。
   
   
   

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