JP2009199774A - Charging/discharging method for secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charging/discharging method of a secondary battery, which can suppress the progress of deterioration in the capacity of the secondary battery. <P>SOLUTION: The secondary battery is charged and discharged after the secondary battery has been charged to a target capacity which is smaller than the total capacity of the secondary battery at the initial stage of usage. When a battery voltage at the end of charging the battery to the target capacity which is smaller than the total capacity of the secondary battery at the initial stage of usage reaches a predetermined voltage, it is determined that the service life of the secondary battery ends. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、二次電池の充放電方法に関する。   The present invention relates to a method for charging and discharging a secondary battery.

劣化する電池容量の検出方法については、以下の特許文献に開示される。この公報においては、以下の2つの方法が開示されている。一つに、電池の充電容量の累積量がそのときの電池の学習容量に達する毎に1サイクルとカウントし、1サイクルの充電につき、学習容量を特定のサイクル劣化容量として減少させることが開示され、また、電池の保存温度と残容量をパラメーターとして利用して学習容量の減少率を保存劣化容量として特定し、電池の保存温度と残容量から特定された保存劣化容量だけ、学習容量を減少させることが開示されている。   A method for detecting a deteriorated battery capacity is disclosed in the following patent document. In this publication, the following two methods are disclosed. One is disclosed that every time the cumulative amount of charge capacity of the battery reaches the learning capacity of the battery at that time, one cycle is counted, and the learning capacity is reduced as a specific cycle deterioration capacity per charge of one cycle. Also, the battery storage temperature and remaining capacity are used as parameters to specify the learning capacity decrease rate as storage deterioration capacity, and the learning capacity is reduced by the storage deterioration capacity specified from the battery storage temperature and remaining capacity. It is disclosed.

ここで、同文献の図2並びに対応した記載に説明されるように、電池容量が大きい場合に、劣化が進むことが開示されている。
特開2002-236154号公報
Here, as described in FIG. 2 and the corresponding description of the document, it is disclosed that the deterioration proceeds when the battery capacity is large.
JP 2002-236154 A

このような二次電池においては、電池容量が100%に近い範囲で使用すると、容量の劣化が進み易くなる。   In such a secondary battery, when the battery capacity is used in a range close to 100%, the capacity is likely to deteriorate.

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、二次電池の容量の劣化が進みにくい、二次電池の充放電方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a secondary battery charging / discharging method in which the capacity of the secondary battery is unlikely to deteriorate.

本発明は、使用初期の二次電池の総容量よりも小さい目標容量まで充電を行って、前記二次電池を充放電することを特徴とする。また、前記使用初期の二次電池の総容量よりも小さい目標容量まで充電を行っときの電池電圧が、所定電圧に到達したとき、寿命と判定する。   The present invention is characterized in that the secondary battery is charged and discharged by charging to a target capacity smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial stage of use. Further, when the battery voltage at the time of charging to a target capacity smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial stage of use reaches a predetermined voltage, it is determined as the life.

本発明においては、使用初期の二次電池の総容量よりも小さい目標容量まで充電を行って、二次電池を充放電するので、そのときの総容量において、満充電近くで充電、ならびに放電されることが少なくなり、二次電池の劣化の進行が小さくなる。   In the present invention, the secondary battery is charged and discharged by charging to a target capacity smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial stage of use, so that the total capacity at that time is charged and discharged near full charge. And the progress of deterioration of the secondary battery is reduced.

また、前記使用初期の二次電池の総容量よりも小さい目標容量まで充電を行っときの電池電圧が、所定電圧に到達したとき、寿命と判定することができる。よって、目標容量まで充電を行っときの電池電圧が、所定電圧に到達したときを検出するだけで、寿命と判定できるので、簡便な方法で寿命と判定できる。この方法は、詳細に容量学習をすることなく、電池電圧の測定で寿命と判定できるので、簡便な方法である。   In addition, when the battery voltage when charging to a target capacity smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial stage of use reaches a predetermined voltage, it can be determined that the battery life is reached. Therefore, it is possible to determine the life by simply detecting when the battery voltage at the time of charging to the target capacity has reached a predetermined voltage, so that it can be determined by a simple method. This method is a simple method because it is possible to determine the lifetime by measuring the battery voltage without performing detailed capacity learning.

本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。まず、図1を用いて、本発明の実施例のパック電池Aの回路構成、動作、機能を説明し、その後、本発明の特徴について説明する。図1に示すように、本実施例においては、パック電池Aと、これを充電する電源を備える電子機器である携帯機器PCとを備えている。携帯機器PCは、ノート型のような携帯型パーソナルコンピュータである。パック電池Aは、通常、携帯機器PCに着脱自在に装着される構造である。携帯機器PCには、コンセントからの交流商用電力を直流電力に変換するアダプター(図示せず)から出力される直流電力が供給され、この電力を制御し、供給するマイコンを内蔵する制御・電源手段Sを備えている。制御・電源手段Sからの電力出力は、パック電池Aを充電するのに利用されたり、携帯機器PCの負荷Lに電力供給される。また、商用電力より電力供給がない場合は、パック電池Aより電力が供給され、電源回路S及び負荷Lを駆動させる。ここで、パック電池Aを電源とする電子機器として、携帯機器を利用しているが、これに代わって、電気自動車等の電動車両を利用することもできる。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the circuit configuration, operation, and function of the battery pack A according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, and then the features of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the present embodiment includes a battery pack A and a portable device PC that is an electronic device including a power source for charging the battery pack A. The portable device PC is a portable personal computer such as a notebook computer. The battery pack A usually has a structure that is detachably attached to the portable device PC. The portable device PC is supplied with DC power output from an adapter (not shown) that converts AC commercial power from the outlet into DC power. S is provided. The power output from the control / power supply means S is used to charge the battery pack A or is supplied to the load L of the portable device PC. When power is not supplied from commercial power, power is supplied from the battery pack A to drive the power supply circuit S and the load L. Here, although a portable device is used as an electronic device using the battery pack A as a power source, an electric vehicle such as an electric vehicle can be used instead.

パック電池Aにおいては、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の二次電池1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。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。   In the battery pack A, a secondary battery 1 such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, a current detection unit 2 including a resistor or the like for detecting a current during charging / discharging of the battery 1, and charging / discharging of the battery 1 are monitored. And a microprocessor unit (hereinafter referred to as MPU) for control. In the battery pack A, a temperature detection unit 3 including a thermistor disposed in close contact with the battery 1 is provided.

MPUにおいては、トータル電池電圧(測定箇所d)、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]等に換算する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、制御手段としての充放電制御・演算部5に入力されて、演算、比較、判定等が行われて、この制御・演算部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。   In the MPU, the total battery voltage (measurement point d), the analog voltage output from the current detection unit 2 and the analog voltage output from the temperature detection unit 3 are input, converted into digital values, and the actual voltage [mV] or actual current value [mA] ] A / D conversion section 4 for converting to the above is provided. Then, the output from the A / D conversion unit 4 is input to a charge / discharge control / calculation unit 5 as a control means, and calculation, comparison, determination, etc. are performed, and a signal from the control / calculation unit 5 is used. The control element 7 composed of a switching transistor or the like is on / off controlled.

つまり、制御・演算部5においては、充放電電流を積算して残容量を演算処理したり、電池1の満充電を検出したり、異常電流、異常温度、異常電圧の検出時等に、充放電を制御する。そして、スイッチングトランジスタ等からなる制御素子7は、オンオフ制御され、異常電流、異常温度、異常電圧の検出時に、制御・演算部5からの制御信号で電流を遮断する。周知技術を利用して、制御・演算部5においては、A/D変換部4によって変換された充放電電流に測定単位時間(例えば、250msec)を掛け算した値を積算し、放電時においては満充電から積算量を引き算し、或いは、充電時においては充電開始時の残容量より積算量を加算する。このような演算により、電池1の残容量(Ah)を算出している。このような電流積算の残容量に代わって、測定時点での電圧と、電流と、測定単位時間とを掛け算した値を積算した電力の積算量(Wh)を、残容量としても良い。   In other words, the control / calculation unit 5 calculates the remaining capacity by accumulating the charge / discharge current, detects the full charge of the battery 1, detects the abnormal current, abnormal temperature, abnormal voltage, etc. Control the discharge. The control element 7 composed of a switching transistor or the like is on / off controlled, and cuts off the current with a control signal from the control / calculation unit 5 when detecting an abnormal current, abnormal temperature, or abnormal voltage. Using a well-known technique, the control / calculation unit 5 integrates the value obtained by multiplying the charging / discharging current converted by the A / D conversion unit 4 by a measurement unit time (for example, 250 msec), and the value is satisfied at the time of discharging. The integrated amount is subtracted from the charge, or, at the time of charging, the integrated amount is added from the remaining capacity at the start of charging. By such calculation, the remaining capacity (Ah) of the battery 1 is calculated. Instead of such remaining current accumulated capacity, the accumulated power (Wh) obtained by multiplying the value obtained by multiplying the voltage, current, and measurement unit time at the time of measurement may be used as the remaining capacity.

また、制御・演算部5においては、各種データをメモリーに記録している。CPU(Central Processing Unit)を含む制御・演算部5は、種々のメモリーを備えている。パック電池Aの動作を制御するプログラムを保存するプログラムメモリを備え、プログラムメモリは、不揮発性の記憶媒体である。ROM(Read Only Memory)には、プログラムの実行時に必要なデータなどがあらかじめ記憶される。RAM(Random Access Memory)は、プログラムの一部や、各種データを一時的に記憶する。この他に、不揮発性メモリとしてEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)又はFlashMemoryを備えており、EEPROM又はFlashMemoryには、CPUに実行させるソフトウェアや設定データや、MPUのシャットダウンが発生しても保存が必要なデータ(例えば、学習容量、サイクル数、異常時のデータ等)などをシャットダウンより前に記憶するとともに、これらを随時書き換えることが可能となっている。   The control / calculation unit 5 records various data in a memory. A control / arithmetic unit 5 including a CPU (Central Processing Unit) includes various memories. A program memory for storing a program for controlling the operation of the battery pack A is provided, and the program memory is a nonvolatile storage medium. A ROM (Read Only Memory) stores data necessary for executing the program in advance. A RAM (Random Access Memory) temporarily stores a part of a program and various data. In addition, EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) or FlashMemory is provided as non-volatile memory, and EEPROM or FlashMemory needs to be saved even if software or setting data executed by the CPU or MPU shuts down. Data (for example, learning capacity, number of cycles, data at the time of abnormality, etc.) and the like are stored before shutdown, and these can be rewritten as needed.

更には、制御・演算部5においては、各種のタイマー、カウンターを備えており、時間計測、回数の計測等に利用される。   Furthermore, the control / arithmetic unit 5 includes various timers and counters, and is used for time measurement, frequency measurement, and the like.

本実施例では、詳細には後述するように、使用初期の二次電池の総容量(総容量1050mAH、初期定格容量比率105%)よりも小さい目標容量(800mAH、初期定格容量比率80%)まで充電を行う。     In this embodiment, as will be described in detail later, up to a target capacity (800 mAH, initial rated capacity ratio 80%) smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial stage of use (total capacity 1050 mAH, initial rated capacity ratio 105%). Charge the battery.

これに対して、従来例においては、充電は満充電を検出して、停止される。即ち、制御・演算部5において、満充電の検出については、電池1がニッケル水素電池等の場合は、ピーク電圧を検出したり、電池電圧の−ΔV(=電圧低下)を検出したり、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。電池1がリチウムイオン電池の場合は、電流、電圧を規制した定電流(MAX電流0.5〜1C程度)・定電圧(MAX4.2V/セル程度)充電を利用し、電圧が所定値以上、電流が所定値以下の条件のとき、満充電とする。   On the other hand, in the conventional example, charging is stopped upon detection of full charge. That is, in the control / calculation unit 5, when the battery 1 is a nickel metal hydride battery or the like, the peak voltage is detected, the battery voltage −ΔV (= voltage drop) is detected, It is detected by a known method such as using the remaining capacity. When the battery 1 is a lithium ion battery, it uses constant current (MAX current 0.5-1C) / constant voltage (MAX4.2V / cell) charging with regulated current and voltage. When the condition is below the predetermined value, the battery is fully charged.

ここで、制御・演算部5は、充電電流、放電電流を遮断するために、制御素子7であって、充電用制御素子としてpチャネル型FETである充電用FET素子71、放電用制御素子としてpチャネル型FETである放電用FET素子72に対して、オンオフ制御する信号を発する。なお、pチャネル型FETに代わって、チャージポンプを利用してnチャネル型FETの充電用FET素子、放電用FET素子を利用することも可能である。   Here, the control / arithmetic unit 5 is a control element 7 for cutting off the charging current and the discharging current, the charging FET element 71 being a p-channel FET as the charging control element, and the discharging control element. A signal for on / off control is issued to the discharging FET element 72 which is a p-channel FET. Instead of the p-channel FET, it is also possible to use an n-channel FET charging FET element and discharging FET element using a charge pump.

制御・演算部5においては、リチウムイオンであるとき電池1の電圧が、過充電電圧以上(例えば、4.2V以上)になると、充電用FET素子71をオフ制御するために、オフ信号(素子71がpチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当する)を、ポートCHより発する。また、電池1の電圧が、過放電電圧以下(例えば、2.7V/Cell以下)になると、放電用FET素子72をオフ制御するために、オフ信号(素子72がpチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当する)を、ポートDSCより発する。なお、上述のように、素子71、72のpチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当し、オン信号の電圧は、Low電圧の信号に相当する。また、過充電状態においては、制御・演算部5よりポートCHにオフ信号が発せられることより、充電は停止される。このときは、携帯機器PCが放電すると、DSCはオン信号であるので、放電用FET素子72がオン状態で、オフ状態の充電用FET素子71の寄生ダイオード71Bを介して、放電できる。また、過放電状態においては、制御部5よりポートDSCにオフ信号が発せられることより、放電は停止される。このときは、携帯機器PCが充電すると、CHはオン信号であるので、充電用FET素子71がオン状態で、オフ状態の放電用FET素子72の寄生ダイオード72Bを介して、充電できる。   In the control / arithmetic unit 5, when the voltage of the battery 1 becomes lithium ion or more and becomes an overcharge voltage or more (for example, 4.2 V or more), an off signal (element Since 71 is applied to the gate of the p-channel FET, the voltage of the off signal is equivalent to a high voltage signal) from the port CH. When the voltage of the battery 1 becomes equal to or lower than the overdischarge voltage (for example, 2.7 V / Cell or lower), an off signal (the element 72 is applied to the gate of the p-channel FET) to turn off the discharging FET element 72. In order to apply, the voltage of the off signal is equivalent to the signal of the high voltage) from the port DSC. As described above, since the voltage is applied to the gates of the p-channel FETs of the elements 71 and 72, the voltage of the off signal corresponds to a high voltage signal, and the voltage of the on signal corresponds to a low voltage signal. . In the overcharged state, charging is stopped by the control / calculation unit 5 issuing an off signal to the port CH. At this time, when the portable device PC is discharged, the DSC is an ON signal, so that the discharging FET element 72 can be discharged through the parasitic diode 71B of the charging FET element 71 in the OFF state. In the overdischarge state, the discharge is stopped by the control unit 5 issuing an off signal to the port DSC. At this time, when the portable device PC is charged, CH is an ON signal, so that the charging FET element 71 is in the ON state and can be charged via the parasitic diode 72B of the discharging FET element 72 in the OFF state.

また、MPUにおいては、電池電圧、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報、各種指令の情報を、携帯機器PCの制御・電源手段Sに伝送する通信部9を備えている。パック電池Aと携帯機器PCとの通信処理は、以下のように、通信部9にて行われる。通信部9は、電池電圧、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報を携帯機器PCが受信できる信号データに作成する通信データ作成部と、実際に通信を行うためのドライバ部と備え、残容量を算出するための各種パラメータの記憶や諸々のデータを記憶する為の制御・演算部5内メモリを利用する。また、電子機器からバッテリパックの各種情報の送信要求をドライバ部にて受け、通信データ作成部にて作成されたデータをドライバ部から電子機器に送信する。通信方式としては、周知技術であるSMBus方式等が利用でき、2つの通信ラインであるデータラインSDA、クロックラインSCLを介して、データ信号等を送信、受信する機能を備えている。   The MPU also includes a communication unit 9 that transmits various battery information such as battery voltage, remaining capacity, charge / discharge current value, and various command information to the control / power supply means S of the portable device PC. Communication processing between the battery pack A and the portable device PC is performed by the communication unit 9 as follows. The communication unit 9 includes a communication data generation unit that generates various battery information such as a battery voltage, a remaining capacity, and a charge / discharge current value as signal data that can be received by the portable device PC, and a driver unit that performs actual communication. The memory in the control / arithmetic unit 5 for storing various parameters for calculating the remaining capacity and various data is used. In addition, the driver unit receives a request for transmission of various information of the battery pack from the electronic device, and transmits the data created by the communication data creation unit to the electronic device from the driver unit. As a communication system, a well-known technique such as the SMBus system can be used, and it has a function of transmitting and receiving data signals and the like via two communication lines, a data line SDA and a clock line SCL.

一般的には、制御・演算部5では、以下のように処理して、残容量を得る。制御・演算部5は、電池1を放電して、後述する電池1の総容量である総放電量(=学習容量)から放電容量を減算して、電池1の残量を電流の積算量又は積算量(Ah)として演算する。また、制御・演算部5においては、放電中、(総容量−積算量)/(総容量)=残存容量率の関係式より、電池1の残存容量率(%)を演算する。充電容量は、電池1の充電電流の積算量で、あるいはこれに充電効率をかけて演算される。放電容量は、放電電流の積算量、あるいは放電効率を考慮して演算される。積算部5は、電流の積算に代わって、電力の積算量(Wh)で残量を演算することもできる。電力の積算値は、充電電力から放電電力を減算して演算される。   In general, the control / arithmetic unit 5 performs the following processing to obtain the remaining capacity. The control / arithmetic unit 5 discharges the battery 1 and subtracts the discharge capacity from the total discharge amount (= learning capacity), which is the total capacity of the battery 1 to be described later. Calculated as the integrated amount (Ah). Further, the control / calculation unit 5 calculates the remaining capacity ratio (%) of the battery 1 from the relational expression of (total capacity−integrated amount) / (total capacity) = remaining capacity ratio during discharging. The charge capacity is calculated by the integrated amount of the charge current of the battery 1 or by multiplying this by the charge efficiency. The discharge capacity is calculated in consideration of the integrated amount of discharge current or discharge efficiency. The integrating unit 5 can calculate the remaining amount by the integrated amount of electric power (Wh) instead of integrating the current. The integrated value of power is calculated by subtracting discharge power from charge power.

ここでは、その時点での電池の総容量(=学習容量)としては、満充電した状態から完全に放電されるまでの放電の積算容量(Ah又はWh)でも、電池1を完全に放電した状態から満充電されるまでの充電の積算容量(Ah又はWh)でもよい。また、後述する所定残存容量(例えば、8%)に対応した電池電圧に到達したとき、満充電から放電した容量に、値(1−所定残存容量値、ここでは、0.92)を割り算して、学習容量を求めることができる。 また、これ以外の方法でも、総容量が得られるのであれば、その時点での電池の総容量としても良い。   Here, as the total capacity (= learning capacity) of the battery at that time, the battery 1 is completely discharged even with the accumulated capacity (Ah or Wh) of the discharge from the fully charged state to the fully discharged state. The accumulated capacity (Ah or Wh) of charging from full charge to full charge may be used. When a battery voltage corresponding to a predetermined remaining capacity (for example, 8%) described later is reached, a value (1-predetermined remaining capacity value, here, 0.92) is divided by the capacity discharged from full charge. Learning capacity. If the total capacity can be obtained by other methods, the total capacity of the battery at that time may be used.

そして、放電が進んで、制御・演算部5は、A/D変換部4から入力される電圧信号で、残量を補正する。A/D変換部4から、電池1の電圧が第1電圧に到達、低下したことを示す信号が入力されると、制御・演算部5は第1電圧(例えば、リチウムイオン電池3.6V/セル)に対応して予め設定されている第1残存容量(率)Ya1(例えば、8%)により、算出した残存容量率を補正する。   Then, as the discharge proceeds, the control / calculation unit 5 corrects the remaining amount by the voltage signal input from the A / D conversion unit 4. When a signal indicating that the voltage of the battery 1 has reached or dropped from the A / D conversion unit 4 is input, the control / calculation unit 5 causes the first voltage (for example, a lithium ion battery 3.6V / The calculated remaining capacity rate is corrected by a first remaining capacity (rate) Ya1 (for example, 8%) set in advance corresponding to the cell.

即ち、第1残存容量Ya1を所定残存容量8%とすると、制御・演算部5は、算出した残存容量が9%になると、二次電池1 の電池電圧が第1電圧V1に低下するまで、残存容量として9%を保持する。一方、算出した残存容量が9%以上の場合に、二次電池1の電池電圧が第1電圧V1に低下すると、その時点で、制御・演算部5は、算出した残存容量の値を8%に補正する。   That is, assuming that the first remaining capacity Ya1 is a predetermined remaining capacity 8%, the control / calculation unit 5 causes the battery voltage of the secondary battery 1 to decrease to the first voltage V1 when the calculated remaining capacity reaches 9%. 9% is retained as the remaining capacity. On the other hand, when the calculated remaining capacity is 9% or more and the battery voltage of the secondary battery 1 decreases to the first voltage V1, the control / calculation unit 5 sets the calculated remaining capacity value to 8%. To correct.

さらに、放電が進んで、電池1の電圧が所定の放電終止電圧に低下したことを示す信号が入力されると、制御・演算部5は演算した残量を0に補正する。電池電圧が放電終止電圧まで低下すると、電池1の実際の容量は、下限容量として、0になるからである。そして、制御・演算部5は、放電開始から放電終止電圧までの放電電流積算量を、総放電量(=総容量)として演算、保存する。   Further, when the discharge progresses and a signal indicating that the voltage of the battery 1 has decreased to a predetermined discharge end voltage is input, the control / calculation unit 5 corrects the calculated remaining amount to zero. This is because when the battery voltage decreases to the discharge end voltage, the actual capacity of the battery 1 becomes 0 as the lower limit capacity. Then, the control / calculation unit 5 calculates and stores the discharge current integrated amount from the start of discharge to the discharge end voltage as a total discharge amount (= total capacity).

そして、制御・演算部5は、総放電量(=学習容量)の得た後、次の総放電量が得られるまで、この総放電量を利用する。また、第1残存容量(率)に対応した第1電圧に加えて、これより少ない容量(例えば、3%)での第2残存容量(率)に対応した第2電圧でも、算出した残存容量率を補正しても良い。また、上述の残存容量(率)に対応した第1電圧、放電終止電圧等については、電流、温度に依存するので、使用時において電流、温度を基に補正した電圧を利用することも可能である。   After obtaining the total discharge amount (= learning capacity), the control / calculation unit 5 uses this total discharge amount until the next total discharge amount is obtained. Further, in addition to the first voltage corresponding to the first remaining capacity (rate), the calculated remaining capacity is also calculated with the second voltage corresponding to the second remaining capacity (rate) with a smaller capacity (for example, 3%). The rate may be corrected. In addition, the first voltage, discharge end voltage, etc. corresponding to the above-mentioned remaining capacity (rate) depend on the current and temperature, so it is possible to use a voltage corrected based on the current and temperature in use. is there.

ここで、上述のように、学習容量(=総容量)を求めるには、満充電した状態から完全に放電されるまで(所定残存容量ゼロ)、所定残存容量(例えば、8%)に対応した電池電圧に到達するまで、放電することが必要である。   Here, as described above, in order to obtain the learning capacity (= total capacity), it corresponds to a predetermined remaining capacity (for example, 8%) until it is completely discharged from a fully charged state (predetermined remaining capacity is zero). It is necessary to discharge until the battery voltage is reached.

パック電池Aの使用され方によって、このように所定残存容量まで放電されることが少ない場合として、以下の場合、制御・演算部5は、使用者に、パック電池Aを、所定残存容量まで、放電して使用するように、通知することも可能である(キャリブレーション機能)。このような通知は、通信処理により、パック電池Aから携帯機器PCに通信され、充電器として充電機能を備える携帯機器PCの表示画面或いは別途設けられるLED等を点灯することで、使用者に通知される。これにより、使用者は、携帯機器PCを、商用電力を供給することなく、パック電池Aのみの電源で、所定残存容量或いはパック電池Aが完全に放電されるまで、使用する。あるいは、携帯機器PC内に、パック電池Aの電力を放電させるための放電抵抗を内蔵させ、この放電抵抗にパック電池Aの電力を放電させるためのスイッチを設けて、使用者がこのスイッチを押すことにより、パック電池Aを、所定残存容量或いはパック電池Aが完全に放電されるまで、使用することができる。これにより、パック電池Aの制御・演算部5は、その時点での学習容量(=総容量)を得ることができる。詳細には、その時点での学習容量(=総容量)は、下限の所定電圧まで放電を行い、パック電池において、前回の満充電からの充電器に装着されるまでの放電容量と、充電器での下限電圧までの放電の容量を加えて放電容量(=その時点での学習容量)をとする。   Depending on how the battery pack A is used, in this case, the control / calculation unit 5 may charge the battery pack A up to the predetermined remaining capacity. It is also possible to notify that the battery is discharged and used (calibration function). Such notification is communicated from the battery pack A to the portable device PC by communication processing, and is notified to the user by turning on the display screen of the portable device PC having a charging function as a charger or a separately provided LED. Is done. Thus, the user uses the portable device PC with only the battery pack A without supplying commercial power until the predetermined remaining capacity or the battery pack A is completely discharged. Alternatively, a discharge resistor for discharging the power of the battery pack A is built in the portable device PC, a switch for discharging the power of the battery pack A is provided in the discharge resistor, and the user presses this switch. Thus, the battery pack A can be used until a predetermined remaining capacity or the battery pack A is completely discharged. Thereby, the control / calculation unit 5 of the battery pack A can obtain the learning capacity (= total capacity) at that time. Specifically, the learning capacity (= total capacity) at that time is discharged to a predetermined voltage at the lower limit, and in the battery pack, the discharge capacity from the previous full charge to the charger and the charger The discharge capacity up to the lower limit voltage at is added to obtain the discharge capacity (= the learning capacity at that time).

(通知する場合)
・充電開始時の容量が、そのときの総容量(=学習容量)に対する%換算で、所定値(例えば、10%)以下であるとき
・ 充放電サイクル回数、充電回数又は満充電検出回数が前回学習容量を得てから所定回数(20〜100回の範囲で、例えば、90回)以上となったとき
・制御・演算部5内のタイマーを利用することで、前回学習容量を得てから、所定時間(30〜100日の範囲で、例えば、90日)以上となったとき
・充電開始時に使用者が学習容量を得たいと考え、上記の放電用スイッチを押したとき
次に、本発明及び本実施例の特徴について説明する。図2において、本実施例を説明する。図2は、各劣化した状態における初期総容量、定格容量、各劣化した状態での総容量、目標容量等の関係を示すグラフである。縦軸方向が、容量を示している。
(When notifying)
・ When the capacity at the start of charging is less than a predetermined value (for example, 10%) as a percentage of the total capacity (= learning capacity) at that time ・ The number of charge / discharge cycles, the number of charges or the number of full charge detections When the learning capacity is obtained a predetermined number of times (in the range of 20 to 100 times, for example, 90 times) or more, by using a timer in the control / calculation unit 5, When the predetermined time (in the range of 30 to 100 days, for example, 90 days) or more is reached. ・ When the user wants to obtain the learning capacity at the start of charging and presses the above discharge switch. The features of this embodiment will be described. This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the initial total capacity, the rated capacity, the total capacity in each deteriorated state, the target capacity, etc. in each deteriorated state. The vertical axis direction indicates the capacity.

図2(1)、(2)は、使用初期の初期状態を示している。例として、二次電池は、初期総容量1050mAH(後述する初期定格容量を100%とすると105%となる。これを、初期定格容量比率と呼ぶ。)を備えるものである。ここで、このような二次電池においては、大量生産される二次電池の総容量のバラツキ等を考慮して、保証される容量等との意味合いで、(初期)定格容量1000mAH(初期定格容量比率100%)とされる。図2(2)に示すように、使用初期において、使用初期の二次電池の総容量(総容量1050mAH、初期定格容量比率105%)よりも小さい目標容量(800mAH、初期定格容量比率80%)まで充電を行い、この目標容量を上限として、二次電池を充放電することで、二次電池を使用、利用する。このような目標容量としては、使用初期の総容量に対して、60〜90%(=630〜945mAH=上記の初期定格容量比率63〜94.5%)に、設定することが望ましい。より望ましくは、このような目標容量としては、使用初期の総容量に対して、70〜81%(=730〜850mAH=上記の初期定格容量比率73〜85%)に、設定することが望ましい。   FIGS. 2 (1) and 2 (2) show an initial state at the initial stage of use. As an example, the secondary battery has an initial total capacity of 1050 mAH (105% when an initial rated capacity described later is 100%, which is referred to as an initial rated capacity ratio). Here, in such a secondary battery, in consideration of variations in the total capacity of secondary batteries that are mass-produced, in terms of guaranteed capacity, (initial) rated capacity 1000 mAH (initial rated capacity) The ratio is 100%). As shown in FIG. 2 (2), in the initial use, the target capacity (800 mAH, initial rated capacity ratio 80%) smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial use (total capacity 1050 mAH, initial rated capacity ratio 105%). The secondary battery is used and utilized by charging and discharging the secondary battery with the target capacity as the upper limit. Such a target capacity is desirably set to 60 to 90% (= 630 to 945 mAH = the above-mentioned initial rated capacity ratio of 63 to 94.5%) with respect to the total capacity in the initial stage of use. More desirably, such a target capacity is preferably set to 70 to 81% (= 730 to 850 mAH = the above-mentioned initial rated capacity ratio of 73 to 85%) with respect to the total capacity in the initial use.

図2(3)は、二次電池の使用、放置により劣化が進み、総容量が、900mAHとなった場合を示している。換言するなら、このとき、総容量は、劣化して、初期定格容量比率15%低下していることになる。このときも、目標容量(800mAH、初期定格容量比率80%)まで充電を行い、この目標容量を上限として、二次電池を充放電することで、二次電池を使用、利用する。   FIG. 2 (3) shows a case where the secondary battery has deteriorated due to use and neglect, and the total capacity becomes 900 mAH. In other words, at this time, the total capacity is deteriorated, and the initial rated capacity ratio is reduced by 15%. At this time, the secondary battery is used and used by charging up to the target capacity (800 mAH, initial rated capacity ratio 80%) and charging / discharging the secondary battery with this target capacity as the upper limit.

ここで、この時点での総容量900mAH(満充電状態の容量)に対して、目標容量800mAHを満充電として充電を停止し、上限として充放電することになるので、この時点での総容量(満充電容量)に対して約89%(=800mAH/900mAH)にて使用することになる。満充電の容量よりも、小さい容量で使用することになることより、満充電容量のように、容量が大きいときに使用されることがないので、二次電池の劣化の進行が小さくなる。   Here, with respect to the total capacity of 900 mAH (capacity in a fully charged state) at this time, charging is stopped with the target capacity of 800 mAH being fully charged, and charging and discharging is performed as an upper limit, so the total capacity at this time ( It is used at about 89% (= 800 mAH / 900 mAH) with respect to the (full charge capacity). Since the battery is used with a smaller capacity than the fully charged capacity, it is not used when the capacity is large unlike the fully charged capacity, so that the progress of deterioration of the secondary battery is reduced.

図2(4)は、二次電池の使用、放置により劣化が進み、総容量が、800mAHとなった場合を示している。換言するなら、このとき、総容量は、劣化して、初期定格容量比率25%低下していることになる。このときも、目標容量(800mAH、初期定格容量比率80%)を上限として、二次電池を充放電することで、二次電池を使用、利用する。   FIG. 2 (4) shows a case where the deterioration proceeds due to the use and leaving of the secondary battery, and the total capacity becomes 800 mAH. In other words, at this time, the total capacity is deteriorated and the initial rated capacity ratio is reduced by 25%. Also at this time, the secondary battery is used and utilized by charging and discharging the secondary battery with the target capacity (800 mAH, initial rated capacity ratio 80%) as the upper limit.

ここで、この時点での総容量800mAH(満充電状態の容量)に対して、目標容量800mAHを満充電として充電を停止し、上限として充放電することになるので、この時点での総容量(満充電容量)に対して100%(=800mAH/800mAH)にて使用することになる。なお、これ以上、二次電池の容量が劣化したときは、そのときの総容量を上限として、二次電池を充放電することで、二次電池を使用、利用する。   Here, with respect to the total capacity of 800 mAH at this time (capacity in a fully charged state), charging is stopped with the target capacity of 800 mAH being fully charged, and charging and discharging is performed as an upper limit. Therefore, the total capacity at this time ( It will be used at 100% (= 800 mAH / 800 mAH) with respect to the full charge capacity. In addition, when the capacity | capacitance of a secondary battery deteriorates any more, a secondary battery is used and utilized by charging / discharging a secondary battery by making the total capacity at that time into an upper limit.

そして、図3に示すように、各容量の劣化状態における放電時間に対する電池電圧の変化を示しており、×印は、劣化状態における目標容量(800mAH、初期定格容量比率80%)での電池電圧を示している。ここで電池電圧は、充電を一時停止したときの電池電圧(=開路電圧)を示している。制御・演算部5は、各劣化状態、即ち、各総容量(=学習容量)において、この目標容量に対応した電池電圧をメモリー内に記憶しており、この電池電圧を検出したとき、充電を停止する制御を行う。   As shown in FIG. 3, the change in the battery voltage with respect to the discharge time in the deteriorated state of each capacity is shown. The symbol x indicates the battery voltage at the target capacity (800 mAH, initial rated capacity ratio 80%) in the deteriorated state. Is shown. Here, the battery voltage indicates a battery voltage (= open circuit voltage) when charging is temporarily stopped. The control / calculation unit 5 stores a battery voltage corresponding to the target capacity in each deterioration state, that is, each total capacity (= learning capacity), and when the battery voltage is detected, the control / calculation unit 5 performs charging. Control to stop.

なお、このような電池電圧の検出による充電停止に代わって、積算された電池容量が、800mAHになったとき、充電を停止してもよい。この場合には劣化するに従って電池の充電深度が高くなることを利用して、目標容量(例えば、800mAh)充電後の電池電圧値を読み取ることにより、電池の劣化度合いを判定することができる。そして、実際の測定データを、図5に示す。完全放電状態から、目標容量として、定格容量の50%まで充電し、放電するサイクルを実施したデータであり、放電状態から1CAにて定格容量の50%を充電し、1CAで放電する充放電サイクルを実施したものである。詳細には、100サイクル毎に100%充放電(1CAで充電、0.2CAで放電)を実施して、容量を学習し、劣化の程度を確認し、50%充電後の開路電圧をプロットしたものである。図より確認できるように、サイクルが進むにつれて充電後の開路電圧が上昇している。その後、2700サイクル経過後から、総容量が大幅に低下したところで開路電圧も大幅に上昇している。この図5のデータが示すように、目標容量を充電後、電池の開路電圧を測定し、所定の電圧(図5に示す例では、約3.95〜4.15V程度の範囲で、例えば、4.0V/セル)を検出したら、寿命と判定することができる。(図5において、DODは、depth of dischargeを示している。)
例えば、図2(4)に示すように、劣化が進み、総容量が800mAHとなった場合、目標容量(800mAH、初期定格容量比率80%)の充電後の電圧が、所定の電圧(例えば、セルあたり4.2V)に到達することになる。制御・演算部5が、目標容量(800mAH、初期定格容量比率80%)の充電後の電池電圧(開路電圧)を測定し、電池電圧がセルあたり4.2Vに到達したことを検出した場合に、寿命であると判定する。ここで、寿命とは、寿命に近い(=劣化が進んでいる)状態も含んでいる。この判定より、制御・演算部5は、電池寿命や電池交換を促すための信号を、出力することができる。このような信号を、通信部9より発信することで、これを受信した携帯機器PCにて、電池寿命や電池交換を促すための表示を、別途、使用者に提示することができる。なお、上記判定により、電池寿命や電池交換を促すための表示(例えば、LED表示)を、パック電池Aに設けることもできる。
In place of such a charge stop by detecting the battery voltage, the charge may be stopped when the accumulated battery capacity reaches 800 mAH. In this case, the degree of deterioration of the battery can be determined by reading the battery voltage value after charging the target capacity (for example, 800 mAh) using the fact that the charging depth of the battery increases as it deteriorates. Actual measurement data is shown in FIG. Charged / discharged cycle in which 50% of the rated capacity is charged at 1CA and discharged at 1CA from the fully discharged state. Has been implemented. Specifically, 100% charge / discharge (charge at 1CA, discharge at 0.2CA) is performed every 100 cycles, the capacity is learned, the degree of deterioration is confirmed, and the open circuit voltage after 50% charge is plotted It is. As can be seen from the figure, the open circuit voltage after charging increases as the cycle progresses. Thereafter, after 2700 cycles, the open circuit voltage has also increased significantly when the total capacity has dropped significantly. As shown in the data of FIG. 5, after charging the target capacity, the open circuit voltage of the battery is measured, and in the example shown in FIG. 5, in the range of about 3.95 to 4.15 V, for example, If 4.0V / cell) is detected, the life can be determined. (In FIG. 5, DOD indicates depth of discharge.)
For example, as shown in FIG. 2 (4), when the deterioration progresses and the total capacity becomes 800 mAH, the voltage after charging of the target capacity (800 mAH, initial rated capacity ratio 80%) is a predetermined voltage (for example, 4.2V per cell). When the control / calculation unit 5 measures the battery voltage (open circuit voltage) after charging the target capacity (800 mAH, initial rated capacity ratio 80%), and detects that the battery voltage has reached 4.2 V per cell. It is determined that it is a lifetime. Here, the life includes a state close to the life (= deterioration is progressing). From this determination, the control / calculation unit 5 can output a signal for prompting battery life or battery replacement. By transmitting such a signal from the communication unit 9, a display for prompting battery life or battery replacement can be separately presented to the user in the mobile device PC that has received the signal. In addition, the battery (A LED display) for prompting battery life or battery replacement can be provided on the battery pack A by the above determination.

図4は、図2と対比して、従来の充放電方法を利用するとき、各劣化した状態における初期総容量、定格容量、各劣化した状態での総容量、目標容量等の関係を示すグラフである。縦軸方向が、容量を示している。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the initial total capacity in each deteriorated state, the rated capacity, the total capacity in each deteriorated state, the target capacity and the like when using the conventional charge / discharge method, in contrast to FIG. It is. The vertical axis direction indicates the capacity.

図4(1)、(2)は、使用初期の初期状態を示している。例として、二次電池は、初期総容量1050mAHを備え、(初期)定格容量1000mAH(初期定格容量比率100%)とされる。   4 (1) and (2) show the initial state at the initial stage of use. As an example, the secondary battery has an initial total capacity of 1050 mAH and has an (initial) rated capacity of 1000 mAH (initial rated capacity ratio of 100%).

図4(2)に示すように、使用初期において、使用初期の二次電池の総容量(総容量1050mAH、初期定格容量比率105%)よりも小さい目標容量(800mAH、初期定格容量比率80%)を上限として、二次電池を充放電することで、二次電池を使用、利用する。   As shown in FIG. 4 (2), in the initial stage of use, the target capacity (800 mAH, initial rated capacity ratio 80%) smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial stage of use (total capacity 1050 mAH, initial rated capacity ratio 105%). Is used and used by charging and discharging the secondary battery.

図4(3)は、二次電池の使用、放置により劣化が進み、総容量が、900mAHとなった場合を示している。換言するなら、このとき、総容量は、劣化して、初期定格容量比率15%低下していることになる。従来においては、この時点での総容量900mAH(満充電状態の容量)にて、二次電池を充放電することで、二次電池を使用、利用する。満充電容量のように、容量が大きいときに使用されることになるので、二次電池の劣化が進むことになる。   FIG. 4 (3) shows a case where the deterioration has progressed due to the use and leaving of the secondary battery, and the total capacity becomes 900 mAH. In other words, at this time, the total capacity is deteriorated, and the initial rated capacity ratio is reduced by 15%. Conventionally, the secondary battery is used and used by charging and discharging the secondary battery at a total capacity of 900 mAH (capacity in a fully charged state) at this time. Since the battery is used when the capacity is large like the full charge capacity, the secondary battery is further deteriorated.

図4(4)は、二次電池の使用、放置により劣化が進み、総容量が、800mAHとなった場合を示している。換言するなら、このとき、総容量は、劣化して、初期定格容量比率25%低下していることになる。従来においては、この時点での総容量800mAH(満充電状態の容量)にて、二次電池を充放電することで、二次電池を使用、利用する。   FIG. 4 (4) shows a case where the deterioration has progressed due to the use and leaving of the secondary battery, and the total capacity becomes 800 mAH. In other words, at this time, the total capacity is deteriorated and the initial rated capacity ratio is reduced by 25%. Conventionally, a secondary battery is used and used by charging / discharging the secondary battery at a total capacity of 800 mAH (capacity in a fully charged state) at this time.

また、参考例として、以下のような、残量計の残量表示機能を備えることも可能である。   Further, as a reference example, it is also possible to provide a remaining amount display function of a fuel gauge as follows.

充放電電流を積算して、電池の容量を演算する場合、充電されて満充電(例えば、−ΔV検出)を検出すると、容量を100%と補正する。その後、放電を行い残容量が、低下していく(図6(a)参照)
一方、充電時間が長くなることを防止するため、充電開始から所定の充電時間が経過すると(タイマー検出)、安全性を主目的として、充電を停止し、満充電として容量を100%と補正している。この場合、電池が満充電となっていない場合があり、その後の放電では、所定の下限電圧となって残容量がゼロとなり、残容量が突然低下する現象が発生する(図6(b)参照)。
When calculating the battery capacity by integrating the charge / discharge current, if the battery is charged and fully charged (for example, -ΔV detection) is detected, the capacity is corrected to 100%. Thereafter, discharging is performed and the remaining capacity decreases (see FIG. 6A).
On the other hand, in order to prevent the charging time from becoming long, when a predetermined charging time has elapsed since the start of charging (timer detection), charging is stopped for the main purpose of safety, and the capacity is corrected to 100% as a full charge. ing. In this case, the battery may not be fully charged, and in the subsequent discharge, a predetermined lower limit voltage is reached, the remaining capacity becomes zero, and a phenomenon in which the remaining capacity suddenly decreases occurs (see FIG. 6B). ).

このような問題を解決するため、放電時には、放電電流にある係数(放電係数)を掛けて、残容量の飛びが出ないように、図6(b)の点線のような見せかけの容量表示を行う。また、このように、容量表示の精度が落ちていると考えられる場合には、容量表示の精度が落ちていることの注意喚起を示す信号を、パック電池Aから、電子機器である携帯機器PC側に、送信することにより、使用者への注意喚起を促すことができる。また、パック電池Aからの該注意喚起を示す信号により、別途設けられるLED等を点灯表示することもできる。   In order to solve such a problem, at the time of discharging, a certain capacity (discharge coefficient) is multiplied by a discharge current so that the remaining capacity is displayed as a dotted line in FIG. Do. In addition, when it is considered that the accuracy of the capacity display is lowered as described above, a signal indicating a warning that the accuracy of the capacity display is lowered is transmitted from the battery pack A to the portable device PC which is an electronic device. The user can be alerted to the user by sending the message to the user. Further, a separately provided LED or the like can be turned on by a signal indicating the alert from the battery pack A.

本発明の一実施例のパック電池の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the battery pack of one Example of this invention. 本発明において、各劣化した状態における初期総容量、定格容量、各劣化した状態での総容量、目標容量等の関係を示すグラフである。In this invention, it is a graph which shows the relationship between the initial total capacity | capacitance in each degraded state, a rated capacity, the total capacity | capacitance in each degraded state, a target capacity | capacitance, etc. 図3に示すように、各容量の劣化状態における放電時間に対する電池電圧の変化を示すグラフである。As shown in FIG. 3, it is a graph which shows the change of the battery voltage with respect to the discharge time in the deterioration state of each capacity | capacitance. 従来において、各劣化した状態における初期総容量、定格容量、各劣化した状態での総容量、目標容量等の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the initial total capacity | capacitance in each deterioration state, a rated capacity, the total capacity | capacitance in each deterioration state, a target capacity | capacitance, etc. conventionally. 目標容量まで充電、放電するときの総容量と、目標容量での電池電圧と、サイクル数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the total capacity | capacitance when charging and discharging to a target capacity | capacitance, the battery voltage in a target capacity | capacitance, and the number of cycles. 参考例としての残量表示機能を説明するグラフである。It is a graph explaining the remaining amount display function as a reference example.

符号の説明Explanation of symbols

A 電池パック
PC 携帯機器(=電子機器)
S 制御・電源手段
L 負荷
MPU マイクロプロセッサユニット
1 電池
2 抵抗(電流検出部)
3 温度検出部
4 A/D変換部
5 制御・演算部
7 制御素子 71 充電用FET素子 72 放電用FET素子
9 通信部
A Battery pack PC Mobile device (= electronic device)
S control / power supply means L load MPU microprocessor unit 1 battery 2 resistance (current detection unit)
3 Temperature Detection Unit 4 A / D Conversion Unit 5 Control / Calculation Unit 7 Control Element 71 Charging FET Element 72 Discharging FET Element 9 Communication Unit

Claims (2)

使用初期の二次電池の総容量よりも小さい目標容量まで充電を行って、前記二次電池を充放電することを特徴とする二次電池の充放電方法。   A charging / discharging method of a secondary battery, wherein the secondary battery is charged and discharged by charging to a target capacity smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial use. 前記使用初期の二次電池の総容量よりも小さい目標容量まで充電を行っときの電池電圧が、所定電圧に到達したとき、寿命と判定する請求項1に記載される二次電池の充放電方法。   The secondary battery charging / discharging method according to claim 1, wherein when the battery voltage when charging to a target capacity smaller than the total capacity of the secondary battery in the initial stage of use reaches a predetermined voltage, the battery is determined to have a lifetime. .
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