JP2009236629A - バッテリー評価装置、および、バッテリー評価機能付き充電器、ならびに、バッテリー評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】日常的に行われるバッテリーの充電時に取得した、バッテリーの充電特性に基づき、バッテリーの評価を行うことのできるとともに、バッテリーＩＤを読み込むことによって、個々のバッテリーの充電特性の履歴を、それぞれ個別に保持することで、複数のバッテリーについて同一の装置で評価を行うことのできるバッテリー評価装置およびバッテリー評価方法を提供する。
【解決手段】バッテリーの充電器からの信号を入力するための、信号入力手段と、信号に基づいて、バッテリーの劣化度合いを評価するための、信号解析手段と、バッテリーの劣化評価の結果、異常状態と評価された場合に、警告を報知するための警告報知手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーを充電する際の充電特性に基づいてバッテリーの劣化評価を行うためのバッテリー評価装置、および、バッテリー評価機能付き充電器、ならびに、バッテリー評価方法に関する。

フォークリフトやゴルフカート、構内電動車両等のバッテリーを動力源とする電動車両では、長年使用していると、突然にバッテリー故障が生じ、使用不可能となり、運搬業務等に問題が生じることがある。

このような故障を事前に検出し、対策を取れるようにするためには、バッテリーの日常のメンテナンスを改善する必要がある。
従来、バッテリーの診断や点検のための道具や検査手法として、例えば、蓄電池内の電解液を吸い上げる管内に、電解液の比重により浮き沈みする比重計を移動自在に配置し、管の所定位置に設けた位置センサーによって、吸い上げた電解液の比重により浮き沈みする比重計の位置を検知して電解液の比重が所定値であるか否かを判定する装置が提案されている（特開２００６−１８５８３３号公報参照）。

しかしながら、このような手法では、バッテリーの充電不足を検出するためには有効であるが、バッテリーのセルバランスを検査するためには、バッテリーのセルごとに比重を検査して、セルごとの比重値を比較する必要があり、手間もコストもかかり不適格である。

また、バッテリーのセル電圧を点検する手法も考えられているが、セル電圧を点検する手法も、バッテリー電解液の比重を点検する手法と同様に、バッテリーのセルバランスの検査には不適格である。
特開２００６−１８５８３３号公報 特開平１０−２５３７２３号公報

バッテリーのセルバランスを検査するために、一番効果的な方法は、バッテリーの放電特性を使用中に連続的に検査することである。
ところが、２４時間連続的に電動車両が使用されるような場合では、電動車両に搭載されるバッテリーは途中で交換されるため、電動車両にバッテリーの検査装置を搭載されていたとしても、個別のバッテリーの評価を行うことはできない。

本発明は、このような現状に鑑み、日常的に行われるバッテリーの充電時に取得した、バッテリーの充電特性に基づき、バッテリーの評価を行うことのできるバッテリー評価装置およびバッテリー評価方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、バッテリーＩＤを読み込むことによって、個々のバッテリーの充電特性の履歴を、それぞれ個別に保持することで、複数のバッテリーについて同一の装置で評価を行うことのできるバッテリー評価装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、バッテリーの充電をするとともに、上述するようなバッテリー評価を
することのできる、バッテリー評価機能付き充電器を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明なされたものであって、本発明のバッテリー評価装置は、バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価装置であって、
バッテリーの充電器からの信号を入力するための、信号入力手段と、
前記信号に基づいて、バッテリーの劣化度合いを評価するための、信号解析手段と、
前記バッテリーの劣化評価の結果、異常状態と評価された場合に、警告を報知するための警告報知手段と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価装置は、前記信号解析手段では、バッテリー電圧が第１の所定電圧となるまでの充電量と、バッテリーの定格容量との比率である利用率、すなわち、
利用率＝充電量／定格容量
を計算し、前記利用率が、所定の値を下回った場合に異常状態と評価することを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価方法は、バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価方法であって、
バッテリーの充電器からの信号に基づいて、
バッテリー電圧が第１の所定電圧となるまでの充電量と、バッテリーの定格容量との比率である利用率、すなわち、
利用率＝充電量／定格容量
を計算し、前記利用率が、所定の値を下回った場合に異常状態と評価することを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価装置は、前記信号解析手段では、バッテリー電圧が第１の所定電圧となってから、第２の所定電圧となるまでに要する時間、すなわち立ち上り時間と、所定の立ち上り基準時間との比率である過電圧立ち上り率、すなわち、
過電圧立ち上り率＝立ち上り時間／立ち上り基準時間
を計算し、前記過電圧立ち上り率が、所定の比率を超える場合異常状態と評価することを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価方法は、バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価方法であって、
バッテリーの充電器からの信号に基づいて、
バッテリー電圧が第１の所定電圧となってから、第２の所定電圧となるまでに要する時間、すなわち立ち上り時間と、所定の立ち上り基準時間との比率である過電圧立ち上り率、すなわち、
過電圧立ち上り率＝立ち上り時間／立ち上り基準時間
を計算し、前記過電圧立ち上り率が、所定の値を超える場合異常状態と評価することを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価装置は、前記信号解析手段では、バッテリー電圧が第１の所定電圧となるまでの立ち上り開始時間と、基準時間とを比較し、前記立ち上り開始時間が基準時間を超える場合に異常状態と評価することを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価方法は、バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリ
ー評価方法であって、
バッテリーの充電器からの信号に基づいて、
バッテリー電圧が所定の電圧となるまでの立ち上がり時間と、基準時間とを比較し、前記立ち上がり時間が基準時間を超える場合に異常状態と評価することを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価装置は、前記信号を時系列データとして蓄積するための、データ蓄積手段を備えることを特徴とする。
また、本発明のバッテリー評価装置は、前記データ蓄積手段では、信号を入力した際の時刻データと、前記時刻データに対応したバッテリー電圧が所定の電圧となるまでの充電量データとが蓄積されることを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価装置は、前記信号解析手段では、バッテリー電圧が所定の電圧となるまでの充電量と、前記データ蓄積手段に蓄積された充電量データとの比率である充電量比率、すなわち、
充電量比率＝充電量／充電量データ
を計算し、前記充電量比率が、所定の値を下回った場合に異常状態と評価することを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価方法は、バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価方法であって、
バッテリーの充電器からの信号を時系列データとして、データ蓄積手段に蓄積し、
前記信号と時系列データとに基づいて、バッテリー電圧が所定の電圧となるまでの充電量と、前記時系列データとして蓄積された充電量データとの比率である充電量比率、すなわち、
充電量比率＝充電量／充電量データ
を計算し、前記充電量比率が、所定の値を下回った場合に異常状態と評価することを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価装置は、前記バッテリーの個体情報を認識するための、バッテリー情報入力手段を備えることを特徴とする。
また、本発明のバッテリー評価装置は、前記バッテリー情報入力手段は、バーコードスキャナ、ＩＤタグリーダのいずれかであることを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価装置は、前記データ蓄積手段では、前記時刻データに対応したバッテリー個体情報データが蓄積されることを特徴とする
また、本発明のバッテリー評価装置は、前記データ蓄積手段に蓄積された時系列データを、出力するためのデータ出力手段を備えることを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価装置は、前記データ出力手段は、プリンタ、ディスプレイ、コンピュータとの通信を行うための通信手段のいずれかであることを特徴とする。
また、本発明のバッテリー評価機能付き充電器は、バッテリーの充電を行うとともに、バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価機能付き充電器であって、
バッテリーと接続されバッテリーの充電を制御するための充電回路と、
充電回路に接続されバッテリーの劣化評価を行うための上述するいずれかに記載のバッテリー評価装置と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価機能付き充電器は、前記バッテリー評価装置において、バッテリーが異常状態と評価された場合に、
前記充電回路が、バッテリーの異常状態のパターンに合わせて、最適な充電アルゴリズ
ムを選択し、バッテリーの再充電を行うように構成されていることを特徴とする。

また、本発明のバッテリー評価方法は、上述するバッテリー評価方法を、少なくとも２種類以上組み合わせて評価することを特徴とする。
また、本発明のバッテリー評価方法は、前記データ蓄積手段では、信号を入力した際の時刻データと、前記時刻データに対応したバッテリー電圧が所定の電圧となるまでの充電量データとが蓄積されることを特徴とする。

本発明によれば、日常的に行われるバッテリーの充電に際して、バッテリーの充電特性に基づいてバッテリーの劣化評価をすることができるので、バッテリーの劣化評価を日常的に行うこととなり、バッテリーの劣化予防の保全管理に役立てることができる。

また、本発明によれば、個々のバッテリーに設定されたバッテリーＩＤを読み込み、それぞれ個別のバッテリー充電特性の履歴を蓄積することができるので、複数のバッテリーについて同一のバッテリー評価装置によってバッテリーの劣化評価を行うことができる。

また、本発明によれば、バッテリーが異常状態と評価された場合に、バッテリーの異常状態のパターンに合わせて、最適な充電アルゴリズムによってバッテリーを再充電することができるので、バッテリーを好適に回復させることができ、バッテリーの寿命を延ばすことができる。

さらに、本発明によれば、バッテリーを日常的に評価することができるので、バッテリーの充電状況が容易に解析でき、従来、開発が困難であった充電アルゴリズム（充電プログラム）の開発が可能となる。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明のバッテリー評価装置の第１の構成を示すブロック図である。
本発明のバッテリー評価装置の第１の構成では、充電器８０から送られてくる信号をバッテリー評価装置１０に入力するための信号入力手段２０と、入力した信号に基づいてバッテリー９０の劣化度合いを評価するための信号解析手段３０と、バッテリー９０の劣化評価の結果、異常状態と評価された場合に、警告を報知するための警告報知手段４０とを備えている。

ここで、充電器から送られてくる信号は、充電時のバッテリー電圧やバッテリーに流れる電流をそのまま信号としてもよいし、ＡＤ変換回路（図示せず）を介して充電時のバッテリー電圧やバッテリーに流れる電流をデジタル信号に変換してもよい。

なお、ＡＤ変換回路は信号入力手段２０に組み込まれていてもよく、また、充電器８０に備えられていてもよい。また、充電器８０やバッテリー評価装置１０とは別体の独立したＡＤ変換装置としてもよい。

充電器から送られてくる信号がバッテリー電圧やバッテリーに流れる電流の場合には、信号入力手段２０として、例えば、分流器や分圧器などを用いることができる。この場合、信号解析手段３０に信号を送信するために、ＡＤ変換回路（図示せず）を介して受信信号をデジタル信号に変換する。

また、充電器から送られてくる信号がデジタル信号の場合には、例えば、信号をそのままの状態で受信するデジタル信号受信装置や誤り符号訂正機能付きのデジタル信号受信装
置などを用いることができる。

また、信号解析手段３０としては、信号入力手段２０から送られてくるデジタルデータに基づいてデータの解析演算を行うことのできる手段として、マイコンやカスタムＩＣ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いることができる。また、信号解
析手段３０は、バッテリー評価装置１０の外部に設けられたパーソナルコンピュータやサーバーなどのコンピュータであってもよい。

図２は、バッテリー９０の充電を行った際の充電時間とバッテリー電圧との関係（充電特性）を示すグラフであって、図２（ａ）は正常状態のバッテリーを充電した場合の充電特性を示すグラフ、図２（ｂ）は異常状態のバッテリーを充電した場合の充電特性の一例を示すグラフである。

一般的に、バッテリーの充電の際には、いわゆる過充電となることを防ぐために、後述するタイマーが設けられている。このタイマーは、バッテリー電圧Ｖが過電圧監視終了電圧Ｖ_fとなった場合に作動し、予めバッテリーに応じて設定された時間が経過すると、充
電を終了するように構成されている。

信号入力手段２０によって、バッテリー評価装置１０に入力された信号は、信号解析手段３０へと送られ、バッテリー９０の充電特性に基づいて劣化評価が行われる。
バッテリー９０の劣化評価には、例えば、以下のような方法が用いられる。

（１）利用率による評価
まず、バッテリー９０の定格容量Ｃ_AHと、第１の所定電圧である過電圧監視開始電圧Ｖ_Oとを設定する。これらの定格容量Ｃ_AH及び過電圧監視開始電圧Ｖ_Oは、事前に信号解析手段３０に設定されていてもよいし、バッテリー９０の評価毎に、例えば、キーボードなどの設定入力手段を介して信号解析手段３０に設定してもよい。

なお、第１の所定電圧である過電圧監視開始電圧Ｖ_Oは、バッテリーの容量や種類、状
態といったバッテリーの充電条件によって異なるもので、例えば、定格４８Ｖバッテリーの場合には、満充電電圧Ｖ_cは５８．５Ｖ程度となるため、過電圧監視開始電圧Ｖ_Oは満充電電圧Ｖ_cよりも高い値、例えば、２Ｖ低い値として、５６．５Ｖと設定することができ
る。

次いで、バッテリー９０の充電を開始し、充電器８０からの信号をバッテリー評価装置１０に入力する。ここで、信号解析手段３０は、バッテリー電圧Ｖとバッテリーに流れる電流値Ｉを監視するとともに、バッテリー電圧Ｖが過電圧監視開始電圧Ｖ_Oになるまでの
時間を計測する。

このように監視することによって、バッテリー９０のバッテリー電圧Ｖが過電圧監視開始電圧Ｖ_Oとなったときの、バッテリー９０の充電量Ｃを得ることができる。
そして、この充電量Ｃとバッテリー９０の定格容量Ｃ_AHとの比率である利用率Ｒ_U、す
なわち、
利用率Ｒ_U＝充電量Ｃ／定格容量Ｃ_AH
を信号解析手段３０によって計算する。

そして、この利用率Ｒ_Uが所定の値、例えば、０．５（５０％）を下回っていた場合に
は異常状態と評価する。

（２）過電圧立ち上り率による評価
まず、第１の所定電圧である過電圧監視開始電圧Ｖ_Oと、第２の所定電圧である過電圧
監視終了電圧Ｖ_fと、正常なバッテリーの充電特性に基づいて、バッテリー電圧Ｖが過電
圧監視開始電圧Ｖ_Oに達してから過電圧監視終了電圧充電完了Ｖ_fに達するまでに要する過電圧監視時間Ｔ_Wを設定する。これらの過電圧監視開始電圧Ｖ_O、過電圧監視終了電圧Ｖ_f
及び過電圧監視時間Ｔ_Wは、事前に信号解析手段３０に設定されていてもよいし、バッテ
リー９０の評価毎に、例えば、キーボードなどの設定入力手段を介して信号解析手段３０に設定してもよい。

なお、過電圧監視終了電圧Ｖ_fとしては、過電圧監視開始電圧Ｖ_Oよりも大きな値を設定する必要があり、例えば、定格４８Ｖバッテリーの場合には、上述したように、過電圧監視開始電圧Ｖ_Oを５６．５Ｖと設定した場合には、満充電電圧Ｖ_cよりも高い値、例えば１Ｖ高い値として、５９．５Ｖと設定することができる。

また、過電圧監視時間Ｔ_Wは、バッテリーの容量や種類、状態によって異なるもので、
バッテリーがいわゆる過充電の状態になることを防ぐために設定されるものであって、例えば、３時間や５時間などバッテリーの特性に合わせた時間を設定することができる。

次いで、バッテリー９０の充電を開始し、充電器８０からの信号をバッテリー評価装置１０に入力する。ここで、信号解析手段３０は、バッテリー電圧Ｖを監視し、バッテリー電圧Ｖが過電圧監視開始電圧Ｖ_Oになってから、過電圧監視終了電圧Ｖ_fになるまでに要する時間、すなわち、立ち上り時間Ｔを測定する。

そして、この立ち上り時間Ｔと過電圧監視時間Ｔ_Wとの比率である過電圧立ち上り率Ｒ_t、すなわち、
過電圧立ち上り率Ｒ_t＝立ち上り時間Ｔ／過電圧監視時間Ｔ_W
を信号解析手段３０によって計算する。

そして、この過電圧立ち上り率Ｒ_Wが所定の値、例えば、０．９（９０％）を上回って
いた場合に異常状態と評価する。

（３）立ち上り時間による評価
まず、過充電監視開始電圧Ｖ_Oと、正常なバッテリーの充電特性に基づいて、バッテリ
ー電圧Ｖが過充電監視開始電圧Ｖ_Oになるまでに要する基準時間Ｔ_Oを設定する。これらの過電圧監視開始電圧Ｖ_O及び基準時間Ｔ_Oは、事前に信号解析手段３０に設定されていてもよいし、バッテリー９０の評価毎に、例えば、キーボードなどの設定入力手段を介して信号解析手段３０に設定してもよい。

次いで、バッテリー９０の充電を開始し、充電器８０からの信号をバッテリー評価装置１０に入力する。ここで、信号解析手段３０は、バッテリー電圧Ｖを監視するとともにバッテリー電圧Ｖが過充電監視開始電圧Ｖ_Oになるまでの立ち上り開始時間Ｔ_Sを計測する。

そして、この立ち上り開始時間Ｔ_Sが基準時間Ｔ_Oを超える場合には異常状態と評価する。
上述したように、信号解析手段３０によってバッテリー９０の劣化評価がなされた結果、バッテリー９０が異常状態であると評価された場合には、例えば、ディスプレイ、ブザー、警告灯などからなる警告報知手段４０によってユーザーに警告を報知するように構成されている。

図３は、本発明のバッテリー評価装置の第２の構成を示すブロック図である。
本発明のバッテリー評価装置の第２の構成は、基本的には、上述するバッテリー評価装
置の第１の構成と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この構成のバッテリー評価装置では、図３に示したように、信号入力手段２０によって入力された信号を時系列データとして蓄積するためのデータ蓄積手段５０が備えられている。

このデータ蓄積手段５０は、例えば、不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブなどから構成されている。また、データ蓄積手段５０は、バッテリー評価装置１０の外部に設けられたパーソナルコンピュータやサーバーなどのコンピュータであってもよい。

なお、蓄積される時系列データは、例えば、図４に示したように、信号が入力された日時が記録される時刻データと、この時刻データに対応して充電電流Ｉおよびバッテリー電圧Ｖとを含んでいる。なお、時系列データとしては、過充電監視開始電圧Ｖ_Oになるまで
の充電量が算出できるだけのデータを少なくとも含んでいればよい。

このように、データ蓄積手段５０によって、時刻データと充電量データとが対応されて蓄積されることによって、信号解析手段３０では、以下のような方法でバッテリー９０の劣化評価を行うことができる。

（４）充電量比率による評価
まず、過充電監視開始電圧Ｖ_Oを設定する。この過電圧監視開始電圧Ｖ_Oは、事前に信号解析手段３０に設定されていてもよいし、バッテリー９０の評価毎に、例えば、キーボードなどの設定入力手段を介して信号解析手段３０に設定してもよいが、同一のバッテリー９０には、同一の過充電監視開始電圧Ｖ_Oを設定する必要がある。

次いで、バッテリー９０の充電を開始し、充電器８０からの信号をバッテリー評価装置１０に入力する。ここで、信号解析手段３０は、バッテリーに流れる電流値Ｉを監視するとともに、バッテリー電圧Ｖが過電圧監視開始電圧Ｖ_Oになるまでの時間を計測し、充電
開始時刻Ｔ_S1をデータ蓄積手段５０に記録する。

このように監視することによって、バッテリー９０のバッテリー電圧Ｖが過電圧監視開始電圧Ｖ_Oとなったときの、バッテリー９０の充電量Ｃ₁を得ることができる。
そして、得られたバッテリー９０の充電量Ｃ₁を、充電開始時刻Ｔ_S1に対応させてデー
タ蓄積手段５０に記録する。

バッテリー９０を充電する度に、上記のように充電開始時刻Ｔ_Snと、バッテリー９０の充電量Ｃ_nとを対応付けて、データ蓄積手段５０に蓄積することによって、現在の充電時
の充電量Ｃと、過去の充電時の充電量Ｃ_nとを比較することができる。

このように、現在の充電時の充電量Ｃと、過去の充電時の充電量Ｃ_n、例えば、前の週
の充電時の充電量と比較して、充電量Ｃと充電量Ｃ_nとの比率である充電量比率Ｒ_C、すなわち、
充電量比率Ｒ_C＝充電量Ｃ／充電量Ｃ_n
を信号解析手段３０によって計算する。

そして、この充電量比率Ｒ_Cが所定の値、例えば、０．９（９０％）を下回っていた場
合には、異常状態と評価する。
このようにして、信号解析手段３０によって、バッテリー９０が異常状態と評価された場合には、上述した第１の構成と同様に警告報知手段４０によって、ユーザーに警告を報
知するようになっている。

なお、時刻データに対応して記録されるデータとしては、バッテリー電圧Ｖの値や、バッテリーに流れる電流の値とすることもできる。
このように、バッテリー電圧Ｖの値やバッテリーに流れる電流の値を、データ蓄積手段５０に蓄積することによって、例えば、上述した利用率Ｒ_Uについて、時系列的に比較し
、利用率Ｒ_Uの低下の度合いからバッテリーの劣化評価をすることもできる。

なお、上述した（１）から（３）の評価方法を用いて得られた評価（利用率Ｒ_U、過電
圧立ち上り率Ｒ_t、立ち上り開始時間Ｔ_S）を、評価実行ごとにデータ蓄積手段５０に蓄積することで、信号解析手段３０においてバッテリー９０の評価を統計的に行うようにしてもよい。

一般的にバッテリーを充電する際には、図２に示すように、バッテリー電圧Ｖが変化することになる。また、バッテリーの充電を開始してから、Ｖ_cに達するまでの間に、バッ
テリーの使用時に失われた放電量に相当する電荷を充電することになる。このため、バッテリーをさほど使用していない状態で充電した場合には、立ち上がり開始時間Ｔ_sは通常
よりも短くなってしまう。

一方、劣化したバッテリーを充電した場合にも、充電を開始してから短い時間でバッテリー電圧が上がり始め、通常よりも短い時間でＶ_cに達してしまうことがある。このよう
なバッテリーは劣化していると評価する必要があるが、使用されていないために短時間でＶ_cに達したのか、劣化しているために短時間でＶ_cに達したのかを判断する必要がある。

そこで、例えば、バッテリーの充電開始時の時刻と立ち上がり開始時間Ｔ_sとを対応付
けてデータ蓄積手段５０に蓄積することによって、充電時の立ち上がり時間Ｔ_sが連続し
て所定の時間よりも短くなった場合に、バッテリー９０が劣化していると評価することができる。このように、バッテリー９０の評価を統計的に行うことによって、より精度良くバッテリーの劣化評価をすることができる。

図５は、本発明のバッテリー評価装置の第３の構成を示すブロック図である。
本発明のバッテリー評価装置の第３の構成は、基本的には、上述するバッテリー評価装置の第１の構成と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この構成のバッテリー評価装置では、図５に示したように、バッテリー９０の個体情報を認識するためのバッテリー情報入力手段６０を備えている。
このバッテリー情報入力手段６０は、例えば、バーコードスキャナ、ＩＤタグリーダなどから構成されている。ここで、ＩＤタグリーダとは、ＲＦＩＤタグや光ＩＤタグなどのＩＤ情報を埋め込んだタグから情報を読み取ることのできる装置のことを指す。

このような構成のバッテリー評価装置で評価するバッテリー９０には、バッテリー情報入力手段６０に対応した、例えば、バーコードや、ＲＦタグ、ＩＣタグなどのＩＤタグなどのバッテリー個体識別子が付与されている。

このバッテリー個体識別子には、少なくとも、各々のバッテリーを区別できるだけの情報、例えば、バッテリーの識別番号などを有している。
このように、バッテリー９０毎に固有のバッテリー個体識別子を付与することによって、バッテリー９０を充電する際にバッテリー情報入力手段６０によってバッテリー９０の個体情報を得ることができる。

このため、例えば、上述した充電量比率による評価を行う場合にも、充電開始時刻Ｔ_Sn、充電量Ｃ_nとに対応してバッテリー９０の個体情報をデータ蓄積手段５０に記録するこ
とができるため、複数のバッテリーについて、１台のバッテリー評価装置でバッテリーの劣化評価をすることができる。

図６は、本発明のバッテリー評価装置の第４の構成を示すブロック図である。
本発明のバッテリー評価装置の第４の構成は、基本的には、上述するバッテリー評価装置の第１の構成と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この構成のバッテリー評価装置では、図６に示したように、データ蓄積手段５０に蓄積されたデータを出力するためのデータ出力手段７０を備えている。
このデータ出力手段７０は、例えば、プリンタやディスプレイなどから構成され、データ蓄積手段５０に蓄積されたデータを時系列的に出力するように構成されている。

また、データ出力手段７０を、例えば、コンピュータ７２との通信を行うための通信手段から構成することによって、バッテリー評価装置１０と、コンピュータ７２とを通信可能に接続して、データ蓄積手段５０に蓄積されたデータをコンピュータ７２に送ることで、バッテリーの劣化評価をコンピュータ７２において計算することもできる。

このように構成した場合には、信号解析手段３０、警告報知手段４０をバッテリー評価装置１０内には備えずに、コンピュータ７２に信号解析を行わせ、バッテリーの劣化評価の結果を、コンピュータ７２に接続されるディスプレイ（図示せず）やプリンタ（図示せず）によって出力するようにしてもよい。

図７は、本発明のバッテリー評価機能付き充電器の構成を示すブロック図である。
本発明のバッテリー評価機能付き充電器１５は、バッテリーの充電を制御するための充電回路を有する充電部８２と、バッテリーの劣化評価を行うための評価部１２とを有している。

評価部１２は、上述したいずれかのバッテリー評価装置１０と同様の構成をとることができるし、上述したバッテリー評価装置１０を組み合わせた構成とすることもできるが、ここでは説明のために、上述したすべてのバッテリー評価装置を含む構成となっている。

また、充電部８２は、例えば、図８に示したように三相交流電源電圧を整流して、バッテリーに充電するための回路から構成されている。
この充電回路では、三相交流電源から取得した交流電力を、回路保護のためのノーヒューズブレーカー８３、切り替えスイッチ８４ａ、８４ｂを介して入力切り替え可能にトランスの一次側が構成されている。

そして、トランスによって充電するバッテリー９０に適した電圧に変圧し、全波整流回路８６、マグネットスイッチ８７、スイッチ８９を介してバッテリー９０に接続され、バッテリー９０に単相直流電力を送電するようにトランスの二次側が構成されている。

ここでトランスとして漏洩トランスを採用することによって、バッテリー９０の定電圧充電を容易に実現することができる。なお、漏洩トランスの代わりに通常のトランスを使用してもよいが、その場合には、全波整流回路の替わりにシリコン整流回路を接続することによって、定電圧充電を実現することができる。

また、トランスの１次側に、複数の入力電圧を選択するためのタップを備えることによって、バッテリー９０の充電電流を適宜選択することができるようになっている。このように構成することによって、充電電流の制御をおこなっている。

なお、トランスの２次側に、複数の出力電圧を選択するためのタップを備えることによって充電電流の制御をおこなってもよいし、トランスの１次側及び２次側に、それぞれ複数の入出力電圧を選択するためのタップを備えてもよい。

なお、マグネットスイッチ８７と並列して抵抗値の大きい抵抗体８８を接続することによって、マグネットスイッチ８７が切の状態であっても、バッテリー９０の電圧を監視することができ、バッテリー電圧異常を検出することができる。

また、図示しないが、バッテリー９０に充電を行う際に、パルス充電を重畳するためのパルス重畳充電回路を備えるようにしてもよい。このように、充電の際にパルス充電を行うことによって、充電時間の短縮を図ることができるとともに、バッテリー９０をより効果的に充電することができる。

このように構成されたバッテリー評価機能付き充電器１５では、例えば、図９に示したような手順によってバッテリー９０の充電を行うことができる。
まず、ステップＳ１０において上述したようなバッテリー評価の際に用いられる設定値を設定する。そして、バッテリー９０の充電を開始する（ステップＳ１１）。

そして、ステップＳ１２において、充電開始時の充電器電圧異常、バッテリー電圧異常といった異常状態が検出された場合には、直ちに充電を終了する（ステップＳ１３）。
異常状態が検出されない場合には、充電が継続されるとともに、評価部において充電部から送られてくる、例えば、バッテリー電圧Ｖなどの信号が監視される（ステップＳ１４）とともに、Ｓ１１で設定された過電圧監視開始電圧Ｖ₀や過電圧監視時間Ｔ_Wなどの設定値を参照する（Ｓ１５）。

そして、バッテリー電圧Ｖが過電圧監視開始電圧Ｖ₀に達した場合（ステップＳ１６）
にはタイマーが作動する（ステップＳ１７）。
ここで、タイマーは充電されているバッテリー９０が必要以上に充電され、いわゆる過充電の状態にならないようにするために用いられるものであり、タイマーが設定された所定時間を経過した時点で充電が終了されるように構成されている（ステップＳ１８）。

バッテリー９０の充電が終了した時点で、充電部から送られてきた信号に基づいてバッテリー９０に充電された充電量を取得し、これを評価部のデータ蓄積手段に記録する（ステップＳ１９）。

次いで、バッテリー９０の劣化評価に基づいて、充電アルゴリズムが切り替えられる（ステップＳ２０）。なお、充電アルゴリズムの切り替えは、劣化評価に基づいて信号解析手段３０によって自動で行うようにしてもよいし、ディスプレイなどのデータ出力手段７０に表示された劣化評価に基づいてユーザーが手動で切り換えるようにしてもよい。

また、バッテリー９０の個体情報に対応して、データ蓄積手段５０に蓄積されたバッテリーの評価に基づいて、統計的にバッテリーの評価を行い、充電アルゴリズムを決定してもよい。

ここで、充電アルゴリズムとは、例えば、定電圧充電や定電流充電、急速充電やパルス充電といった充電方法のことをいう。バッテリーの状態に応じて、充電電流や充電時間を
制御することによって、バッテリーを好適に充電することができる。

例えば、バッテリーの劣化がさほど進んでいないと評価された場合には、充電電流を大きくし充電時間を短縮するように設定し、バッテリーの劣化が進んでいると評価された場合には、充電電流を小さくし充電時間を長くしたり、パルス充電を行うことによって劣化したバッテリーであってもより大きな電荷を充電することができる。

そして、バッテリーの劣化度合いによって切り替えられた、最適な充電アルゴリズムによってステップＳ１１からＳ１９と同様に充電が行われる（ステップＳ２１〜Ｓ２９）。
このようにバッテリー９０に対して２段階に分けて充電を行うことによって、劣化したバッテリーを回復させ、バッテリーの寿命を延ばすことができる。さらに、正常なバッテリーであっても短時間で充電することができるとともに、バッテリーへの負荷を小さくすることができる。

図１０は、１段階目を高電流で充電を行い、２段階目では低電流で充電を行った場合の充電電流とバッテリー電圧との関係を模式的に示すグラフ、図１１は、バッテリー９０を図１０に示したような充電方法によって充電した際の、充電量とバッテリー電圧との関係を示したグラフである。なお、図１０において、バッテリー電圧は実線、充電電流は一点鎖線で示している。

このように充電を行うことによって、１段階目では全充電量の７０〜８０％を充電し、２段階目では全充電量の２０〜３０％を充電することができる。このように、全充電量の大部分を高電流での充電、すなわち、急速充電によって充電することによって、充電時間を短くすることができるとともに、２段階目において低電流での充電を行っているため、バッテリーセルのアンバランスを改善する効果が得られる。

図１１に示したように、１回目の充電では１３０ＡＨ程度までしか充電できていないバッテリーであっても、バッテリーを使用後（放電後）、再度充電することによって、３３０ＡＨ程度まで充電することができるようになっている。

したがって、低電流充電のように充電に長時間を要することがなく、さらに、急速充電のようにバッテリーへの負荷が高くなることでバッテリーの劣化を早めることのない充電を行うことができる。

なお、本実施例では２段階に分けて充電を行っているが、バッテリーの劣化度合いに応じて、必要な場合には３段階や４段階など多段階にわけて（複数の充電アルゴリズムを組み合わせて）充電を行うようにしてもよい。

このように、バッテリーに対して最適な充電アルゴリズムによって、多段階に分けて充電を行うことによって劣化したバッテリーを回復させることができる。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、本実施例では信号解析手段３０はデジタルデータの演算処理をするために、マイコンやカスタムＩＣなどを使用しているが、これに限定されず、バッテリー電圧やバッテリーに流れる電流といったアナログ信号に基づいて直接的にバッテリー評価を行うように構成された電子回路とすることもできるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

図１は、本発明のバッテリー評価装置の第１の構成を示すブロック図である。 図２は、バッテリー９０の充電を行った際の充電時間とバッテリー電圧との関係（充電特性）を示すグラフであって、図２（ａ）は正常状態のバッテリーを充電した場合の充電特性を示すグラフ、図２（ｂ）は異常状態のバッテリーを充電した場合の充電特性を示すグラフである。 図３は、本発明のバッテリー評価装置の第２の構成を示すブロック図である。 図４は、本発明のバッテリー評価装置のデータ蓄積部に蓄積される時系列データの一例を示すデータ構成図である。 図５は、本発明のバッテリー評価装置の第３の構成を示すブロック図である。 図６は、本発明のバッテリー評価装置の第４の構成を示すブロック図である。 図７は、本発明のバッテリー評価機能付き充電器の構成を示すブロック図である。 図８は、本発明のバッテリー評価機能付き充電器の充電回路の構成を示す回路図である。 図９は、本発明のバッテリー評価機能付き充電器を用いて、バッテリーの充電を行う際のフロー図である。 図１０は、２段階充電を行った場合の、経過時間と充電電流及びバッテリー電圧との関係を模式的に示すグラフである。 図１１は、バッテリー９０の充電量とバッテリー電圧の関係を示したグラフである。

符号の説明

１０ バッテリー評価装置
１２ 評価部
１５ バッテリー評価機能付き充電器
２０ 信号入力手段
３０ 信号解析手段
４０ 警告報知手段
５０ データ蓄積手段
６０ バッテリー情報入力手段
７０ データ出力手段
７２ コンピュータ
８０ 充電器
８２ 充電部
８３ ノーヒューズブレーカー
８４ 切り替えスイッチ
８５ トランス
８６ 全波整流回路
８７ マグネットスイッチ
８８ 抵抗体
８９ スイッチ
９０ バッテリー

Claims (20)

1. バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価装置であって、
   バッテリーの充電器からの信号を入力するための、信号入力手段と、
   前記信号に基づいて、バッテリーの劣化度合いを評価するための、信号解析手段と、
   前記バッテリーの劣化評価の結果、異常状態と評価された場合に、警告を報知するための警告報知手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリー評価装置。
2. 前記信号解析手段では、バッテリー電圧が第１の所定電圧となるまでの充電量と、バッテリーの定格容量との比率である利用率、すなわち、
   利用率＝充電量／定格容量
   を計算し、前記利用率が、所定の値を下回った場合に異常状態と評価することを特徴とする請求項１に記載のバッテリー評価装置。
3. 前記信号解析手段では、バッテリー電圧が第１の所定電圧となってから、第２の所定電圧となるまでに要する時間、すなわち立ち上り時間と、所定の立ち上り基準時間との比率である過電圧立ち上り率、すなわち、
   過電圧立ち上り率＝立ち上り時間／立ち上り基準時間
   を計算し、前記過電圧立ち上り率が、所定の比率を超える場合異常状態と評価することを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリー評価装置。
4. 前記信号解析手段では、バッテリー電圧が第１の所定電圧となるまでの立ち上り開始時間と、基準時間とを比較し、前記立ち上り開始時間が基準時間を超える場合に異常状態と評価することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
5. 前記信号を時系列データとして蓄積するための、データ蓄積手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
6. 前記データ蓄積手段では、信号を入力した際の時刻データと、前記時刻データに対応したバッテリー電圧が所定の電圧となるまでの充電量データとが蓄積されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
7. 前記信号解析手段では、バッテリー電圧が所定の電圧となるまでの充電量と、前記データ蓄積手段に蓄積された充電量データとの比率である充電量比率、すなわち、
   充電量比率＝充電量／充電量データ
   を計算し、前記充電量比率が、所定の値を下回った場合に異常状態と評価することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
8. 前記バッテリーの個体情報を認識するための、バッテリー情報入力手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
9. 前記バッテリー情報入力手段は、バーコードスキャナ、ＩＤタグリーダのいずれかであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
10. 前記データ蓄積手段では、前記時刻データに対応したバッテリー個体情報データが蓄積されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
11. 前記データ蓄積手段に蓄積された時系列データを、出力するためのデータ出力手段を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
12. 前記データ出力手段は、プリンタ、ディスプレイ、コンピュータとの通信を行うための通信手段のいずれかであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のバッテリー評価装置。
13. バッテリーの充電を行うとともに、バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価機能付き充電器であって、
    バッテリーと接続されバッテリーの充電を制御するための充電回路と、
    充電回路に接続されバッテリーの劣化評価を行うための請求項１から１２のいずれかに記載のバッテリー評価装置と、
    を備えることを特徴とするバッテリー評価機能付き充電器。
14. 前記バッテリー評価装置において、バッテリーが異常状態と評価された場合に、
    前記充電回路が、バッテリーの異常状態のパターンに合わせて、最適な充電アルゴリズムを選択し、バッテリーの再充電を行うように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリー評価機能付き充電器。
15. バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価方法であって、
    バッテリーの充電器からの信号に基づいて、
    バッテリー電圧が第１の所定電圧となるまでの充電量と、バッテリーの定格容量との比率である利用率、すなわち、
    利用率＝充電量／定格容量
    を計算し、前記利用率が、所定の値を下回った場合に異常状態と評価することを特徴とするバッテリー評価方法。
16. バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価方法であって、
    バッテリーの充電器からの信号に基づいて、
    バッテリー電圧が第１の所定電圧となってから、第２の所定電圧となるまでに要する時間、すなわち立ち上り時間と、所定の立ち上り基準時間との比率である過電圧立ち上り率、すなわち、
    過電圧立ち上り率＝立ち上り時間／立ち上り基準時間
    を計算し、前記過電圧立ち上り率が、所定の値を超える場合異常状態と評価することを特徴とするバッテリー評価方法。
17. バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価方法であって、
    バッテリーの充電器からの信号に基づいて、
    バッテリー電圧が所定の電圧となるまでの立ち上がり時間と、基準時間とを比較し、前記立ち上がり時間が基準時間を超える場合に異常状態と評価することを特徴とするバッテリー評価方法。
18. バッテリーの劣化評価を行うための、バッテリー評価方法であって、
    バッテリーの充電器からの信号を時系列データとして、データ蓄積手段に蓄積し、
    前記信号と時系列データとに基づいて、バッテリー電圧が所定の電圧となるまでの充電量と、前記時系列データとして蓄積された充電量データとの比率である充電量比率、すなわち、
    充電量比率＝充電量／充電量データ
    を計算し、前記充電量比率が、所定の値を下回った場合に異常状態と評価することを特徴とするバッテリー評価方法。
19. 請求項１５から１８のいずれかに記載のバッテリー評価方法を、少なくとも２種類以上
    組み合わせて評価することを特徴とするバッテリー評価方法。
20. 前記データ蓄積手段では、信号を入力した際の時刻データと、前記時刻データに対応したバッテリー電圧が所定の電圧となるまでの充電量データとが蓄積されることを特徴とする請求項１８または１９に記載のバッテリー評価方法。

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