JP3474535B2

JP3474535B2 - 電池状態判定装置

Info

Publication number: JP3474535B2
Application number: JP2000387907A
Authority: JP
Inventors: 陸紀谷口; 正美小嶋
Original assignee: ドコモモバイル東海株式会社; 東名通信工業株式会社
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2003-12-08
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP2002189065A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充電可能な電池の
寿命（例えば、充電及び放電可能な容量状態）を判定す
る電池状態判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話、携帯端末、ビデオカメラ、パ
ソコン等の多種の製品の電源として、充電可能な電池が
使用されている。しかし、周知のように、この充電可能
な電池には寿命があり、何度も充電、放電を繰り返すこ
とで、徐々に充電及び放電可能な容量（以下、「容量」
という）が減少していく。電池の容量が減少すると、充
電を行っても放電可能な時間が短くなる。通常、この放
電可能な時間がある程度まで短くなると、電池の寿命に
達したと判断して新しい電池と交換している。この方法
では、電池の寿命に達した時点でしか電池の交換時期を
判断することができない。そこで、電池の容量を判定す
ることができる電池状態判定装置が開発されている。従
来の電池状態判定装置は、まず電池を満充電状態にし、
その後完全に放電状態になるまで放電させ、その放電時
間あるいは放電特性を検出するものである。また、他の
従来の電池状態判定装置は、電池を所定時間充電した後
放電させ、放電開始時の電池電圧と放電開始から所定時
間経過した時点における電池電圧（放電電圧）により放
電電圧特性を検出し、検出した放電電圧特性を放電開始
時の電池電圧で補正して、電池の容量を判定するもので
ある（特開平１１−１４７１９号公報）。

【０００３】

【特許文献１】特開平１１−１４７１９号公報

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来の電池状態判定装置は、電池の容量を判定するため
に長時間を要するという問題点がある。また、後者の従
来の電池状態判定装置は、前者のものに比べて充電時間
及び放電時間を短縮することができるが、それでも電池
の容量を判定するための時間が長い。なお、放電電流を
増加させて放電電圧特性を検出するための時間を短縮す
ることも考えられるが、電池にストレスを与えるため、
電池の容量の減少を加速させる可能性がある。本発明者
は、電池状態を短時間で確実に判定することができる方
法を種々検討した結果、電池を所定時間の間放電させた
後充電した場合、初期の充電電圧特性によって電池状態
を判定できることを見出した。そこで、本発明は、短時
間で確実に電池状態を判定することができる電池状態判
定装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、電池の充放電を制御する
制御手段と、記憶手段を備え、記憶手段は、放電終了時
電圧に対応する判定基準を記憶し、制御手段は、電池を
第１所定期間の間放電させて放電終了時における放電終
了時電圧を検出し、続いて第２所定期間の間電池を充電
して充電電圧特性を検出し、検出した充電電圧特性を放
電終了時電圧に対応する判定基準と比較して電池状態を
判定することを特徴とする、電池状態判定装置である。
請求項１に記載の電池状態判定装置によれば、短時間で
電池状態を判定することができる。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は、電池の充
放電を制御する制御手段と、記憶手段を備え、記憶手段
は、放電終了時電圧に対応する判定基準を記憶し、制御
手段は、電池を第１所定期間の間放電させて放電終了時
における放電終了時電圧を検出し、続いて第２所定期間
の間電池を充電して充電電圧特性を検出し、充電電圧特
性に対応する演算値を求め、求めた演算値を放電終了時
電圧に対応する判定基準と比較して電池状態を判定する
ことを特徴とする、電池状態判定装置である。請求項２
に記載の電池状態判定装置によれば、短時間で電池状態
を判定することができるとともに、判定基準との比較処
理が容易である。

【０００７】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の電池状態判定装置であって、演算値は、充電電
圧特性の面積であることを特徴とする、電池状態判定装
置である。請求項３に記載の電池状態判定装置によれ
ば、充電電圧特性に対応する演算値を容易に求めること
ができる。

【０００８】また、請求項４に記載の発明は、電池の充
放電を制御する制御手段と、記憶手段を備え、記憶手段
は、放電終了時電圧に対応する判定基準を記憶し、制御
手段は、電池を第１所定期間の間放電させて放電終了時
における放電終了時電圧を検出し、続いて電池を充電
し、充電開始から第３の所定時間経過した時点における
充電電圧を検出し、検出した充電電圧を放電終了時電圧
に対応した判定基準と比較して電池状態を判定すること
を特徴とする、電池状態判定装置である。請求項４に記
載の電池状態判定装置によれば、短時間に電池状態を判
定することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。本実施の形態はリチウムイオン２次
電池の電池状態判定装置に本発明を適用した例である。

【００１０】図１に本発明で利用する充電電圧特性の概
略図を示す。図において、横軸は時間［ｍｉｎ］を示
し、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。まず、判定対象の電池を
第１所定期間（例えば、２分）の間、第１所定電流（例
えば、定格が３５０ｍＡｈの電池の場合、３５０ｍＡ）
で放電させる。そして、第１所定期間経過時の電池の端
子電圧を計測し、放電終了時電圧Ｖｓｔとする。続いて
第２所定期間（例えば、１分）の間、第２所定電流（例
えば、定格が３５０ｍＡｈの電池の場合、３５０ｍＡ）
で充電する。この充電中の電池の端子の電圧特性が充電
電圧特性である。

【００１１】なお、充電開始直後の充電電圧特性は不安
定であり、正確に電池容量を判定するには適さないの
で、充電電圧特性が安定し且つ電池容量毎に特性の違い
が顕著に表れる時期の充電電圧特性を用いるのが好まし
い。例えば、充電を開始してから第１所定時間経過した
時点Ｔ１から第２所定時間経過した時点Ｔ２までの間の
充電電圧特性を用いる。第１所定時間及び第２所定時間
としては、例えば、それぞれ１秒及び６０秒が用いられ
る。さらに、時間に応じて変化する充電電圧特性を判定
基準と比較するのは困難であるため、充電電圧特性に対
応した値と判定基準とを比較するのが好ましい。

【００１２】まず、充電電圧特性に対応した値として充
電電圧特性の面積を用いる第１の実施の形態について説
明する。図２、図３、図４を用いて、充電電圧特性の面
積を求める方法を説明する。勿論、以下に説明する方法
以外の方法で充電電圧特性の面積を求めてもよい。図２
は、第１所定時間経過した時点Ｔ１の充電電圧がＶ１、
第２所定時間経過した時点Ｔ２の充電電圧がＶ２である
場合、（時間，電圧）が（Ｔ１，Ｖ１）の点と（Ｔ２，
Ｖ２）の点を直線で結び、（Ｔ１，０）、（Ｔ２，
０）、（Ｔ２，Ｖ２）、（Ｔ１，Ｖ１）で囲まれる台形
の面積を求める例である。

【００１３】図３は、第１所定時間経過した時点Ｔ１か
ら第２所定時間経過した時点Ｔ２の間を、微小時間Δｔ
でｎ等分し、Δｔ毎に充電電圧（Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１
３・・・Ｖ１ｎ）を計測する。そして、Δｔ毎に長方形
の面積（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３・・・Ｓ１ｎ）を演算
し、合計して面積を求める例である。

【００１４】図４は、第１所定時間経過した時点Ｔ１か
ら第２所定時間経過した時点Ｔ２の間の充電電圧特性を
関数に変換し、変換した関数を積分して面積を求める例
である。この場合の関数ｆ（ｔ）は、

【数１】で代用する。この関数の積分式は、

【数２】となる。時点Ｔ１からＴ２の間で、任意の３点にて計測
した充電電圧を用いて、ａ、ｎ、ｃの値を求め、ｆ(ｔ)
を決定し、積分式から、時点Ｔ１とＴ２を用いて演算値
を算出する。

【００１５】次に、図５、図６、図７を用いて、第1所
定時間経過した時点Ｔ１から第２所定時間経過した時点
Ｔ２までの間の充電電圧特性の面積の判定基準について
説明する。図５は、所定の容量（例えば、容量５０％）
であることが確認されている基準電池Ａの、各放電終了
時電圧（Ｖｓｔ０，Ｖｓｔ１，Ｖｓｔ２，Ｖｓｔ３）に
おける充電電圧特性を示す。図５において、ｘ軸は時間
［ｍｉｎ］を示し、ｙ軸は充電電圧［Ｖ］を示し、ｚ軸
は放電終了時電圧［Ｖ］を示す。判定基準Ａ（Ｖｓｔ
０）は放電終了時電圧がＶｓｔ０の場合の充電電圧特性
であり、判定基準Ａ（Ｖｓｔ１）は放電終了時電圧がＶ
ｓｔ１の場合の充電電圧特性であり、判定基準Ａ（Ｖｓ
ｔ２）は放電終了時電圧がＶｓｔ２の場合の充電電圧特
性であり、判定基準Ａ（Ｖｓｔ３）は放電終了時電圧が
Ｖｓｔ３の場合の充電電圧特性である。この４つの充電
電圧特性の時点Ｔ１からＴ２の間の面積はそれぞれＳ
（Ｖｓｔ０）、Ｓ（Ｖｓｔ１）、Ｓ（Ｖｓｔ２）、Ｓ
（Ｖｓｔ３）である。

【００１６】図６は、図５の特性図から得られる。図６
において、横軸は放電終了時電圧［Ｖ］を示し、縦軸は
時点Ｔ１からＴ２の間の充電電圧特性の面積を示す。図
６は、判定対象と同一種類の基準電池Ａの所定容量時に
おける、放電終了時電圧と、時点Ｔ１からＴ２までの間
の充電電圧特性の面積との関係を示している。このよう
な、放電終了時電圧と時点Ｔ１からＴ２までの間の充電
電圧特性の面積との関係を、基準電池Ａの種々の容量に
ついて求めると、図７に示すような特性図が得られる。
図７には、容量が１００％、５０％、２０％である基準
電池Ａの、放電終了時電圧と時点Ｔ１からＴ２の間の面
積との関係を表す特性図を示している。

【００１７】図７に示す特性図を判定基準として用いる
ことにより、判定対象の電池状態（容量）を判定するこ
とができる。すなわち、判定対象の電池を第１所定期間
第１所定電流で放電させて放電終了時電圧を検出する。
続いて、第２所定電流で充電し、充電を開始してから第
１所定時間経過した時点Ｔ１から第２所定時間経過した
時点Ｔ２までの充電電圧特性を検出する。さらに、検出
した時点Ｔ１からＴ２までの間の充電電圧特性の面積を
求める。そして、求めた面積と、各容量における基準電
池の放電終了時電圧に対応する面積とを比較して判定対
象の電池の容量を判定する。例えば、放電終了時電圧が
Ｖｓｔ２であり、求めた面積Ｓが、容量が５０％の基準
電池の放電終了時電圧Ｖｓｔ２に対応する面積より大き
く、容量が２０％の基準電池の放電終了時電圧Ｖｓｔ２
に対応する面積より小さい場合には、判定対象の電池の
容量が減少しており、交換時期に近づいていると判定す
る。

【００１８】なお、充電電圧特性の面積は、充電開始時
から第３所定時間経過するまでの間の充電電圧特性の面
積を求めるようにしてもよい。

【００１９】次に、充電電圧特性に対応した値として充
電電圧特性の所定時点における充電電圧を用いる第２の
実施の形態について説明する。本実施例では、判定対象
の電池を第１所定期間、第１所定電流で放電させて放電
終了時電圧を検出した後、第２所定電流で充電する。さ
らに、充電開始後、第３所定時間経過した時点Ｔ３で充
電電圧を検出する。そして、検出した充電電圧と、放電
終了時電圧に対応する判定基準とを比較して判定対象の
電池状態（容量）を判定する。

【００２０】次に、図８、図９、図１０を用いて、第３
所定時間経過した時点Ｔ３の充電電圧の判定基準につい
て説明する。図８は、所定の容量（例えば、容量５０
％）であることが確認されている基準電池Ａの、各放電
終了時電圧（Ｖｓｔ０，Ｖｓｔ１，Ｖｓｔ２，Ｖｓｔ
３）における充電電圧特性を示す。図８において、ｘ軸
は時間［ｍｉｎ］を示し、ｙ軸は充電電圧［Ｖ］を示
し、ｚ軸は放電終了時電圧［Ｖ］を示す。判定基準Ａ
（Ｖｓｔ０）は放電終了時電圧がＶｓｔ０の場合の充電
電圧特性であり、判定基準Ａ（Ｖｓｔ１）は放電終了時
電圧がＶｓｔ１の場合の充電電圧特性であり、判定基準
Ａ（Ｖｓｔ２）は放電終了時電圧がＶｓｔ２の場合の充
電電圧特性であり、判定基準Ａ（Ｖｓｔ３）は放電終了
時電圧がＶｓｔ３の場合の充電電圧特性である。この４
つの充電電圧特性の時点Ｔ３の電圧はそれぞれＶ０、Ｖ
１、Ｖ２、Ｖ３である。

【００２１】図９は、図８の特性図から得られる。図９
において、横軸は放電終了時電圧［Ｖ］を示し、縦軸は
時点Ｔ３の充電電圧を示す。図９は、判定対象と同一種
類の基準電池Ａの所定容量時における、放電終了時電圧
と、時点Ｔ３の充電電圧との関係を示している。このよ
うな、放電終了時電圧と時点Ｔ３の充電電圧との関係
を、基準電池Ａの種々の容量について求めると、図１０
に示すような特性図が得られる。図１０には、容量が１
００％、５０％、２０％である基準電池Ａの、放電終了
時電圧と時点Ｔ３の充電電圧との関係を表す特性図を示
している。

【００２２】図１０に示す特性図を判定基準として用い
ることにより、判定対象の電池状態（容量）を判定する
ことができる。すなわち、判定対象の電池を第１所定期
間第１所定電流で放電させて放電終了時電圧を検出す
る。続いて、第２所定電流で充電し、充電を開始してか
ら第３所定時間経過した時点Ｔ３での充電電圧を検出す
る。そして、求めた充電電圧と、各容量における基準電
池の放電終了時電圧に対応する充電電圧とを比較して判
定対象の電池の容量を判定する。例えば、放電終了時電
圧がＶｓｔ２であり、検出した充電電圧が、容量が５０
％の基準電池の放電終了時電圧Ｖｓｔ２に対応する充電
電圧より大きく、容量が２０％の基準電池の放電終了時
電圧Ｖｓｔ２に対応する充電電圧より小さい場合には、
判定対象の電池の容量が減少しており、交換時期に近づ
いていると判定する。

【００２３】充電電圧特性は電池の種類毎に異なってい
るため、複数種類の電池の電池状態を判定するために
は、判定基準を電池種類毎に予め検出しておく必要があ
る。また、第１所定期間、第２所定期間、第１所定時
間、第２所定時間、第３所定時間、第１所定電流、第２
所定電流等について異なる値に対して判定基準を検出し
ておけば、より多くの電池の種類に対して電池状態を判
定することができる。また、これらの予め検出した判定
基準は、記憶装置に記憶し、判定対象の電池の検出結果
と比較する。

【００２４】次に、本発明の電池状態判定装置の一実施
の形態の構成を図１１〜図１３に示す。図１１は、判定
装置４００の外観図で、図１２は、電池アタッチメント
２００を上から見た図で、図１３は、電池アタッチメン
ト２００の側面図である。本実施の形態では、判定装置
４００と電池アタッチメント２００の２個のユニットで
電池状態判定装置を構成したが、電池アタッチメントを
判定装置に組み込んだ１個のユニットで構成したり、あ
るいは、判定装置から表示部分を分離して、電池アタッ
チメント、判定装置、表示装置の３個のユニットで構成
しても良く、ユニットの構成は図１１〜図１３に限定さ
れない。

【００２５】判定装置４００は、入力手段として、運用
開始キー１５１と入力キー１５２を備えている。作業者
は、これらのキーを操作することで、電池状態判定前の
設定を入力したり、判定開始指令を入力することができ
る。また、表示手段として、LED１８２とLCD１９２を備
えており、作業者は、入力設定状態、動作状態、判定結
果等を視覚で確認できる。また、図示しないが、ブザー
も備え、作業者が聴覚でも確認できるようにしても良
い。また、図示しないが、判定装置４００は、電池アタ
ッチメント２００とワイヤで接続するための電池電極用
端子、温度センサ用端子と、外部装置３００と接続する
ための端子、電源スィッチ、電源ワイヤ等も備える。さ
らに、判定装置４００の内部には、制御基板１００が備
えられ、運用開始キー等と接続されている。なお、判定
装置の構造は図１１に限定されない。

【００２６】図１２、図１３に示した電池アタッチメン
ト２００は、判定対象の電池２１０を固定し、電池２１
０の＋端子、−端子に、電極２３０を接触させ、電池２
１０と判定装置４００を接続するために使用する。多種
の電池２１０の端子位置に電極２３０を接触させるため
に、電池２１０は、水平方向及び垂直方向どちらにも固
定でき、電極２３０の位置に一致するようスライド可能
な構造としている。電極２３０にワイヤの一方を接続
し、そのワイヤの他方を判定装置４００に接続する。ま
た、電池アタッチメント２００は、電池２１０の接する
位置に温度センサ２２０も備え、判定装置４００とワイ
ヤで接続される。この温度センサ２２０は、電池２１０
が異常時及び制御基板１００の充電・放電回路異常時に
異常加熱したことを検出して制御を中止することを可能
にしている。電池２１０がリチウムイオン２次電池の場
合は、温度センサ２２０が４５℃以上を検出したら、充
電を停止させる。なお、電池アタッチメントの構造は図
１２、図１３に限定されない。

【００２７】図１４は、本実施の形態の電池状態判定装
置の概略構成図である。制御基板１００は、ＣＰＵ１１
０を中心に構成され、バス１１２にて、各回路及び素子
と接続されている。記憶手段は、ＲＯＭ１１４及びＲＡ
Ｍ１１６で構成され、ＣＰＵ１１０とバス１１２で接続
されている。このＲＯＭ１１４には、制御手段であるプ
ログラム及び判定基準が記憶されている。このＲＯＭ１
１４の種類は、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、Ｆｌａｓｈ
ＲＯＭ等、種類を限定するものではない。ＲＡＭ１１６
は、ＣＰＵ１１０とバス１１２で接続され、ＣＰＵ１１
０の処理結果を一時的に記憶する。このＲＡＭ１１６の
種類は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等、種類を限定するもので
はない。制御用電源１２０は、制御基板１００内の、各
制御回路及び素子に電源を供給する。

【００２８】極性切替制御回路１３０は、電池アタッチ
メント２００と接続されているワイヤの接続を切り替え
るものであり、極性切替器１３１を切り替える。この極
性切替により、電池の装着状態に応じて自動的に正しい
極性に設定される。

【００２９】充放電切替制御回路１４０は、ＣＰＵ１１
０とバス１１２で接続され、充放電切替器１４１を「オ
ープン位置」、「定電流放電位置」、「定電流充電位
置」、「定電圧充電位置」の４つの位置のいずれかに切
り替える。リチウムイオン２次電池は、定電流充電中に
所定電圧を超えた場合、定電圧充電に切り替える必要が
あるため、本実施の形態では定電圧で充電する手段も備
えている。

【００３０】充放電切替器１４１が「オープン位置」に
設定されている場合は、電圧検出回路１４２のみが電池
２１０に接続される。電圧検出回路１４２は、バス１１
２を介してＣＰＵ１１０に接続されている。この「オー
プン位置」は、充電及び放電を実行しない場合（例え
ば、初期化処理、入力設定処理、極性切替制御、判定処
理等）に使用される。

【００３１】充放電切替器１４１が「定電流放電位置」
に設定されている場合は、電圧検出回路１４２及び入力
電流制御回路１４４及び電流検出回路１４５が電池２１
０に接続される。入力電流制御回路１４４及び電流検出
回路１４５は、バス１１２を介してＣＰＵ１１０に接続
されている。この「定電流放電位置」は、電池の容量判
定をする前に極性切替を設定して判定前の電池電圧を確
認することと、第１所定期間の間の放電制御で使用す
る。

【００３２】まず、極性切替の設定及び判定前の電池電
圧の確認では、ＣＰＵ１１０は、電池２１０に微小電流
（例えば、放電制御時の１／１０の電流）を流した軽負
荷状態で極性切替器１３１を正しい極性に設定し、その
時の電圧を、電圧検出回路１４２からバス１１２を介し
て取り込む。この時、ＣＰＵ１１０は、電流検出回路１
４５が検出した電流が所定電流を保つように入力電流制
御回路１４４を制御する。また、第１所定期間の間の放
電制御では、ＣＰＵ１１０は、電流検出回路１４５が検
出した電流が第１所定電流（例えば、３５０ｍＡ）を保
つように入力電流制御回路１４４を制御する。そして、
ＣＰＵ１１０は、第１所定期間の放電が終了した時、電
圧検出回路１４２が検出した電圧を放電終了時電圧とし
て取り込み、ＲＡＭ１１６に記憶する。

【００３３】充放電切替器１４１が「定電流充電位置」
に設定されている場合は、電圧検出回路１４２及び電流
検出回路１４５及び充電用定電流電源１４６が電池２１
０に接続される。充電用定電流電源１４６は、バス１１
２を介してＣＰＵ１１０に接続されている。この「定電
流充電位置」は、第２所定期間の間の充電制御で使用す
る。この時、ＣＰＵ１１０は、電流検出回路１４５が検
出した充電電流が第２所定電流（例えば、３５０ｍＡ）
を保つように充電用定電流電源１４６を制御し、充電期
間中、電圧検出回路１４２が検出した電圧を充電電圧と
して取り込み、電流検出回路１４５が検出した電流とと
もにＲＡＭ１１６に記憶する。また、電池２１０がリチ
ウムイオン２次電池の場合、ＣＰＵ１１０は、定電流で
の充電中に所定電圧を超えたことを検出すると、充放電
切替器１４１を「定電圧充電位置」に切り替える。

【００３４】充放電切替器１４１が「定電圧充電位置」
に設定されている場合は、電圧検出回路１４２及び電流
検出回路１４５及び充電用定電圧電源１４８が電池２１
０に接続される。充電用定電圧電源１４８は、バス１１
２を介してＣＰＵ１１０に接続されている。この「定電
圧充電位置」は、上記に記載したように、電池２１０が
リチウムイオン２次電池で且つ定電流での充電中に所定
電圧を超えた場合に設定される。この時、ＣＰＵ１１０
は、充電電圧が所定電圧を保つように充電用定電圧電源
１４８を制御し、充電期間中、電圧検出回路１４２が検
出した電圧を充電電圧として取り込み、電流検出回路１
４５が検出した電流とともにＲＡＭ１１６に記憶する。

【００３５】入力処理回路１５０は、温度センサ２２０
及び運用開始キー１５１及び入力キー１５２に接続さ
れ、バス１１２を介してＣＰＵ１１０と接続されてい
る。この接続により、ＣＰＵ１１０は、電池２１０の電
池温度状態、運用開始キー１５１の操作状態、入力キー
１５２の操作状態を判断する。

【００３６】通信制御回路１６０は、外部装置３００に
接続され、バス１１２を介してＣＰＵ１１０と接続され
ている。外部装置３００と通信制御回路１６０は、例え
ば、ＲＳ２３２Ｃケーブル等で接続される。外部装置３
００は、例えば、パソコン等を使用し、運用開始キー１
５１及び入力キー１５２の代わりに外部装置３００から
入力を設定したり、ＣＰＵ１１０が取り込んだ電圧等の
データを読み出し、詳細に解析することに利用したり、
制御プログラム及び判定基準の変更要求に対応するため
にＲＯＭ１１４の内容の書き換え等に使用する。

【００３７】音声出力回路１７０は、ブザー１７２に接
続され、バス１１２を介してＣＰＵ１１０と接続されて
いる。ＬＥＤ出力回路１８０は、ＬＥＤ１８２に接続さ
れ、バス１１２を介してＣＰＵ１１０と接続されてい
る。ＬＣＤ出力回路１９０は、ＬＣＤ１９２に接続さ
れ、バス１１２を介してＣＰＵ１１０と接続されてい
る。これらの出力手段により、設定状態、動作状態、判
定結果等を視覚及び聴覚で確認可能とする。

【００３８】次に、判定装置４００の処理について、図
１５〜図１９に示すフローチャートを参照しながら説明
する。これらの図に示す手続きは、いずれも図１４に示
す制御基板１００においてＣＰＵ１１０が、ＲＯＭ１１
４に格納されている制御プログラムを実行することで実
現される。

【００３９】まず、図１５に動作全体の概略を示す。動
作は３つのモード（自動モード、判定モード、充電モー
ド）に分かれる。

【００４０】ステップＳ１０で、判定装置４００の内部
の初期化処理後、判定用の初期設定をする。まず、上記
３つのモードから、どのモードで動作させるかを選択
し、続いて電池種類を入力する。電池種類の入力は、Ｌ
ＣＤ１９２を確認しながら入力キーで選択したり、定格
（３．６Ｖ，５００ｍＡｈ等）を入力したり、電池に固
有の型式を入力キーから入力したり、電池に添付されて
いるバーコードをバーコードリーダーから読み取って入
力しても良く、入力方法について限定しない。設定が完
了したら、設定状態をＬＣＤ１９２で確認した後、運用
開始キー１５１を押すと、判定装置４００のＬＥＤ１８
２の「運用モード」表示部分に、設定したモード（自動
モードあるいは判定モードあるいは充電モード）に対応
したＬＥＤが点灯し、まずステップＳ２０で、極性切替
器１３１を正しい極性に設定した後、設定したモードで
の動作が開始される。

【００４１】ステップＳ２０では、充放電切替器１４１
を「オープン位置」とし、極性切替器１３１を一方の位
置に設定し、その極性切替の位置で、電圧検出回路１４
２からの電圧を検出する。検出した電圧が正の値であれ
ば、現在の極性を保持し、負の値であれば、＋−が逆で
あるので極性切替器１３１を他方の位置に切り替え、再
度、電圧を検出する。また、この時検出した電圧が０V
であった場合は、充放電切替器１４１を一旦「定電流充
電位置」とし、所定時間充電してから再度、充放電切替
器１４１を「オープン位置」として電圧検出回路１４２
からの電圧を検出し、極性切替制御を行う。これは、正
常な電池でも、軽負荷時は０Vを出力することも有り得
るからである。極性切替器１３１を正しい極性に設定し
た後は、充放電切替器１４１を「オープン位置」に設定
する。

【００４２】次に、ステップＳ３０に進み、自動モード
に設定されているか否かを判定する。自動モードに設定
されている（Ｙｅｓ）場合は、ステップＳ５２の自動モ
ードに進み、自動モードに設定されていない（Ｎｏ）場
合は、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、判
定モードに設定されているか否かを判定する。判定モー
ドに設定されている（Ｙｅｓ）場合は、ステップＳ５４
の判定モードに進み、判定モードに設定されていない
（Ｎｏ）場合は、ステップＳ５６の充電モードに進む。
以下、自動モードを設定時の動作を例にして説明する。

【００４３】ステップＳ１００では、電池の受け入れ状
態での電圧表示を実行する。まず、ステップＳ１１０
で、充放電切替器１４１を「定電流放電位置」に設定す
る。続いてステップＳ１１５で、電流検出回路１４５が
検出する電流が、微小電流（例えば、放電制御時の１／
１０の電流）を流した軽負荷状態になるように入力電流
制御回路１４４を制御する。次に、ステップＳ１２０
で、端子電圧を計測する。続いて、計測した電圧を設定
値と比較する。ステップＳ１３０では、３．８V以上か
否かを判定し、３．８V以上であれば（Ｙｅｓ）、ステ
ップＳ１６２に進み、過充電ランプONを実行して終了す
る。３．８V以上でない（Ｎｏ）場合は、ステップＳ１
４０に進み３．２V以上か否かを判定し、３．２V以上で
あれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１６４に進み、正常電圧
ランプONを実行して終了する。３．２V以上でない（Ｎ
ｏ）場合は、ステップＳ１５０に進み０V（オープン）
か否かを判定し、０V（オープン）であれば（Ｙｅ
ｓ）、ステップＳ１６８に進み、無電圧ランプＯＮを実
行して終了する。０Ｖ（オープン）でない（Ｎｏ）場合
は、ステップＳ１６６に進み、過放電ランプＯＮを実行
して終了する。ここで判定に用いた基準値は、電池の種
類等に応じて設定される。そして、ステップＳ１８０
で、充放電切替器１４１を「オープン位置」に設定す
る。

【００４４】次のステップＳ２００では、第１所定期間
の放電制御と、放電終了時電圧の計測を実施する。ま
ず、ステップＳ２１０で、充放電切替器１４１を「定電
流放電位置」とする。続いて、ステップＳ２２０で、第
１所定期間が経過したか否かを判定し、第１所定期間内
の場合（Ｎｏ）、ステップＳ２３０に進み、電流検出回
路１４５が検出した電流が第１所定電流（例えば、３５
０ｍＡ）を保つように入力電流制御回路１４４を制御
し、ステップＳ２２０に戻る。第１所定期間を経過した
場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２４０に進み、端子電圧を
計測し、この端子電圧を放電終了時電圧としてＲＡＭ１
１６に記憶する。そして、ステップＳ２５０で、充放電
切替器１４１を「オープン位置」とし、定電流放電制御
用の回路を切り離す。

【００４５】次のステップＳ３００では、所定期間の充
電制御と、充電中の端子電圧の計測を実施する。まず、
ステップＳ３１０で、充放電切替器１４１を「定電流充
電位置」とする。続いて、ステップＳ３２０で、充電開
始から第１所定時間経過したか否か（第２所定期間内の
第１時点Ｔ１）を判定し、第１所定時間経過していない
場合（Ｎｏ）、ステップＳ３２０に戻る。第１所定時間
経過した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ３３０に進み、微
小時間Δｔが経過したか否かを判定し、Δｔ時間経過し
ている場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ３４０に進み電圧を
計測し、この電圧を充電電圧として記憶する。Δｔ時間
経過してない場合（Ｎｏ）、ステップＳ３５０に進む。

【００４６】ステップＳ３５０では、充電開始から第２
所定時間経過したか否か（第２所定期間内の第２時点Ｔ
２）を判定し、第２所定時間経過していない場合（Ｎ
ｏ）、ステップＳ３３０に戻り、Δｔ時間毎の電圧及び
電流を計測し、記憶する。ここで、記憶した電圧及び電
流は全て記憶しておく。第２所定時間経過した場合（Ｙ
ｅｓ）、ステップＳ３６０に進む。そして、ステップＳ
３６０で、充放電切替器１４１を「オープン位置」と
し、定電流充電制御用の回路を切り離す。ここで、微小
時間Δｔは、電圧をサンプリングするインターバルであ
り、第１所定時間と第２所定時間の間をｎ等分しても、
所定の時間（例えば、１ｓｅｃ）であっても良く、Δｔ
の設定方法について限定しない。

【００４７】また、このフローチャートは、第１所定時
間と第２所定時間の間の電圧を計測するためのものであ
るが、第３所定時間経過時点の端子電圧を判定基準と比
較する場合は、ステップＳ３３０とステップＳ３５０を
削除し、ステップＳ３２０で、第３所定時間経過したこ
とを判定し、ステップＳ３４０で電圧及び電流を計測
し、ステップＳ３６０で定電流充電制御回路を切り離せ
ば良い。

【００４８】次のステップＳ４００では、計測した端子
電圧と、終了時電圧に対応する判定基準を比較して電池
容量を判定し、判定結果を表示する。計測した端子電圧
とは、放電終了時電圧と、充電電圧のことである。ここ
では、面積を用いて判定する方法を例にして説明する。
この場合に使用する判定基準は、図７に示すものであ
る。まず、ステップＳ４１０で、ステップＳ３００で記
憶した充電電圧のサンプルデータから、面積を算出す
る。面積の算出方法は、既に述べた通りである。続い
て、放電終了時電圧及び算出面積を、判定基準と順次比
較する。

【００４９】まず、ステップＳ４２０で、算出面積が０
か否かを判定する。０を使用する理由は、図７に示すよ
うに、面積が小さい程、容量が大きいと判定されるが、
出力電圧が０Ｖの異常電池であった場合、面積は０にな
るので、明らかな異常を判定するために実施する。算出
面積が０であった場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４２２に
進む。算出面積が０でない場合（Ｎｏ）、ステップＳ４
３０に進む。ステップＳ４２２では、ステップＳ３００
で記憶した電流のデータが０ｍＡか否かを判定する。電
流が０ｍＡであった場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４６２
に進み、オープンランプＯＮを実行して終了する。電流
が０ｍＡでなかった場合（Ｎｏ）、ステップＳ４２４で
ショート判定した後、ステップＳ４６４に進み、不良ラ
ンプＯＮを実行して終了する。

【００５０】次に、ステップＳ４３０で、算出面積が不
良面積未満か否かを判定する。不良面積とは、図７に示
すように、面積が０ではないが、１００％容量より下に
相当する面積のことで、通常あり得ない面積である。出
力電圧が０ではないが、ほとんど上昇しなかった異常電
池であった場合が、これに相当する。この不良面積の決
め方については限定しない。図７において、判定基準
（１００％）以下の位置にあれば良く、判定基準（１０
０％）を縦軸に沿って所定面積分、下方にスライドさせ
た判定基準としても良いし、所定面積で横軸に平行な直
線とした判定基準としても良い。算出面積が不良面積未
満であった場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４６４に進み、
不良ランプＯＮを実行して終了する。算出面積が不良面
積以上である場合（Ｎｏ）、ステップＳ４４０に進む。

【００５１】次に、ステップＳ４４０で、算出面積が基
準Ａ面積未満か否かを判定する。ここでは、基準Ａ面積
を、図７の判定基準（５０％）とした。算出面積が基準
Ａ面積未満の場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４６８に進
み、劣化小ランプＯＮを実行して終了する。この電池は
５０％以上の容量が残っている（容量が大きい）という
判定がなされた電池である。算出面積が基準Ａ面積以上
の場合（Ｎｏ）、ステップＳ４５０に進む。

【００５２】次に、ステップＳ４５０で、算出面積が基
準Ｂ面積未満か否かを判定する。ここでは、基準Ｂ面積
を、図７の判定基準（２０％）とした。算出面積が基準
Ｂ面積未満の場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４６６に進
み、劣化大ランプＯＮを実行して終了する。この電池は
２０％より大きく、且つ５０％以下の容量が残っている
（容量が小さい）という判定がなされた電池である。算
出面積が基準Ｂ面積以上の場合（Ｎｏ）、ステップＳ４
６４に進み、不良ランプＯＮを実行して終了する。この
電池は２０％以下の容量が残っている（容量がさらに小
さい）という判定がなされた電池である。ここで、図１
９のフローチャートでは、複数の判定基準と比較した
が、単数の判定基準を使用しても良いし、さらに多くの
判定基準を使用しても良い。

【００５３】また、このフローチャートは、第１所定時
間と第２所定時間の間の電圧を計測し、面積に変換して
判定するためのものであるが、第３所定時間経過時点の
電圧を判定基準と比較する場合は、ステップＳ４１０を
削除し、ステップＳ４２０で計測電圧と０Ｖを比較し、
ステップＳ４３０で計測電圧と不良電圧を比較し、ステ
ップＳ４４０で計測電圧を基準特性５０％電圧と比較
し、ステップＳ４５０で計測電圧を基準特性２０％電圧
と比較し、各ランプをＯＮさせるステップＳ４６２、Ｓ
４６４、Ｓ４６６、Ｓ４６８に進めば良い。なお、この
場合の判定基準は、図１０に示したものを使用する。

【００５４】次のステップＳ５００では、判定対象の電
池を継続して充電する。まず、充放電切替器１４１を
「定電流充電位置」に設定し、所定期間、定電流充電を
継続させる。リチウムイオン２次電池の場合は、所定電
圧を超えたら、定電圧充電に切り替えて充電を継続す
る。自動モードから、このステップＳ５００を実行した
場合は、前のステップＳ４００で電池状態を判定してい
るので、判定結果が劣化小（容量が大きい）と判定され
た時のみ、充電を継続するようにしても良い。

【００５５】以上に説明した判定方法を用いれば、電池
の残り容量を確実に判定できる。そのため、利用者の頻
繁な使用等により短時間に多くの電力を消費した場合
に、正常な電池（容量が充分残っている電池）であるに
もかかわらず寿命に達したと誤って判断されることを回
避することができる。

【００５６】本発明の電池状態判定装置の動作は、本実
施の形態で示すフローチャート図に限定されるものでは
ない。また、電池状態判定装置の構成、判定装置の表示
方法及び表示内容、判定基準の面積への換算、判定基準
容量の選定等は、本実施の形態に限定されるものではな
い。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
４のいずれかに記載の電池状態判定装置によれば、数分
程度の短時間で電池容量を確実に判定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】放電及び充電の電圧特性図である。

【図２】充電電圧特性から、演算値に変換する例の説明
図である。

【図３】充電電圧特性から、演算値に変換する例の説明
図である。

【図４】充電電圧特性から、演算値に変換する例の説明
図である。

【図５】判定基準の求め方の例の説明図である。

【図６】判定基準の求め方の例の説明図である。

【図７】判定基準の求め方の例の説明図である。

【図８】判定基準の求め方の例の説明図である。

【図９】判定基準の求め方の例の説明図である。

【図１０】判定基準の求め方の例の説明図である。

【図１１】判定装置の一実施の形態の概略図である。

【図１２】電池アタッチメントの一実施の形態の概略図
である。

【図１３】電池アタッチメントの一実施の形態の概略図
である。

【図１４】電池状態判定装置の構成の概略図である。

【図１５】本実施の形態の動作を示すフローチャート図
である。

【図１６】本実施の形態の動作を示すフローチャート図
である。

【図１７】本実施の形態の動作を示すフローチャート図
である。

【図１８】本実施の形態の動作を示すフローチャート図
である。

【図１９】本実施の形態の動作を示すフローチャート図
である。

【符号の説明】

１００制御基板（制御手段、記憶手段、表示手
段）２００電池アタッチメント２１０電池４００判定装置

フロントページの続き (72)発明者小嶋正美愛知県稲沢市天池光田町100−３東名通信工業株式会社内 (56)参考文献特開昭61−124876（ＪＰ，Ａ) 特開平11−326471（ＪＰ，Ａ) 特開平11−52033（ＪＰ，Ａ) 特開平７−22073（ＪＰ，Ａ) 特開2000−329834（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−76866（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−178276（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/36 H01M 10/42 - 10/48 H02J 7/00 - 7/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電池の充放電を制御する制御手段と、
記憶手段を備え、記憶手段は、放電終了時電圧に対応する判定基準を記憶
し、制御手段は、電池を第１所定期間の間放電させて放電終
了時における放電終了時電圧を検出し、続いて第２所定
期間の間電池を充電して充電電圧特性を検出し、検出し
た充電電圧特性を放電終了時電圧に対応する判定基準と
比較して電池状態を判定することを特徴とする、電池状
態判定装置。
【請求項２】電池の充放電を制御する制御手段と、
記憶手段を備え、記憶手段は、放電終了時電圧に対応する判定基準を記憶
し、制御手段は、電池を第１所定期間の間放電させて放電終
了時における放電終了時電圧を検出し、続いて第２所定
期間の間電池を充電して充電電圧特性を検出し、充電電
圧特性に対応する演算値を求め、求めた演算値を放電終
了時電圧に対応する判定基準と比較して電池状態を判定
することを特徴とする、電池状態判定装置。
【請求項３】請求項２に記載の電池状態判定装置で
あって、演算値は、充電電圧特性の面積であることを特徴とす
る、電池状態判定装置。
【請求項４】電池の充放電を制御する制御手段と、
記憶手段を備え、記憶手段は、放電終了時電圧に対応する判定基準を記憶
し、制御手段は、電池を第１所定期間の間放電させて放電終
了時における放電終了時電圧を検出し、続いて電池を充
電し、充電開始から第３の所定時間経過した時点におけ
る充電電圧を検出し、検出した充電電圧を放電終了時電
圧に対応する判定基準と比較して電池状態を判定するこ
とを特徴とする、電池状態判定装置。