JP3868711B2 - Secondary battery unit and measuring method of electric capacity in secondary battery unit - Google Patents
Secondary battery unit and measuring method of electric capacity in secondary battery unit Download PDFInfo
- Publication number
- JP3868711B2 JP3868711B2 JP2000125658A JP2000125658A JP3868711B2 JP 3868711 B2 JP3868711 B2 JP 3868711B2 JP 2000125658 A JP2000125658 A JP 2000125658A JP 2000125658 A JP2000125658 A JP 2000125658A JP 3868711 B2 JP3868711 B2 JP 3868711B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery cell
- voltage
- battery
- electric capacity
- battery unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次電池ユニット及び２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法に関するものであり、詳しくは、リチウムポリマー電池などの充電可能な電池セルを含む２次電池ユニットであって、低コストで構成でき且つ電池セルの電気容量を高精度に検出し得る２次電池ユニット及び当該２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２次電池を使用した機器においては、２次電池の充電時期、充電状態または交換時期を表示する等の目的から、２次電池の電気容量、すなわち、残容量を計測することが要求される。２次電池の残容量を計測する１つの方法としては、単純に電圧を検出して概算的に残容量を推定する方法が挙げられる。他の方法としては、電流積算回路を通じて得られる充放電電流の積算値および予め記憶された充放電の回数や温度変化などによる劣化状態のパラメータに基づいて残容量を演算する方法が挙げられる（例えば、特開平１１−１４７１７号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、２次電池は、充放電の繰返しによって次第に劣化するが、２次電池の残容量に関する上記の各計測方法のうち、電圧検出による方法は、低コストである反面、電池の劣化状態が不明であるため、正確に残容量を推定するのが困難である。特に、グラファイトの様な炭素材料を活物質に用いたリチウム２次電池では、非線形の電圧降下特性を示すため、電圧検出のみによって残容量を特定するのは殊更困難である。また、充放電電流の積算値などを利用する方法は、高い精度で算出できる反面、電流積算回路として多数の部品や回路を必要とするため、測定に要するコストが極めて高くなる。しかも、２次電池自体によって電流積算回路を作動させるため、測定のために電池自体を消耗させると言う問題もある。
【０００４】
本発明は、上記の実情に鑑みて種々検討の結果、２次電池としての特定の電池ユニットにより上記の課題を解決せんとなされたものであり、その目的は、リチウムポリマー電池やリチウムイオン電池などの充電可能な電池セルを含み且つ電池セルの電気容量の測定を可能にする機能が備えられた電池ユニットであって、低コストで構成でき、しかも、電気容量の高精度な検出が可能な２次電池ユニット及び当該２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る２次電池ユニットは、充電可能な電池セル及びメモリ素子から構成された２次電池ユニットであって、前記メモリ素子は、前記電池セルと電気的に分離され、かつ、前記電池セルの電気容量の演算に使用されるパラメータの記憶機能を備え、しかも、前記パラメータには、前記電池セルの劣化状態に関する固有の特性パラメータが含まれており、当該固有の特性パラメータは、所定電圧の状態から一定の放電パターンで一定電圧まで放電させた場合の放電時間に基づいて規定され且つ検出された電池セルの電圧から電池セルの電気容量を演算する際に補正値として使用される電圧降下特性のパラメータであることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の第２の態様に係る２次電池ユニットは、充電可能な電池セル及びメモリ素子から構成された２次電池ユニットであって、前記メモリ素子は、前記電池セルと電気的に分離され、かつ、前記電池セルの電気容量の演算に使用されるパラメータの記憶機能を備え、しかも、前記パラメータには、前記電池セルの劣化状態に関する固有の特性パラメータが含まれており、当該固有の特性パラメータは、一定時間だけ放電させた場合の電池セルの電圧値に基づいて規定され且つ検出された電池セルの電圧から電池セルの電気容量を演算する際に補正値として使用される電圧降下特性のパラメータであることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、上記の第１及び第２の態様に係る各２次電池ユニットにおいて、メモリ素子は、電池セルの劣化状態に関する固有の特性パラメータとして、電圧降下特性に基づいて規定された上記の特有のパラメータを予め記憶し、そして、外部機器において電池セルの電気容量を演算する際、メモリ素子は、記憶したパラメータを外部機器に協働的に出力する。従って、メモリ素子から得られる情報に基づき、電池セルの電気容量を簡単に演算できる。
【０００８】
そして、本発明に係る２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法は、電圧降下特性を利用して電気容量の特定可能な上記の各２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法であって、電池セルの電圧を検出し、得られた電圧値から電池セルの電気容量を演算するにあたり、メモリ素子に予め記憶され且つ電池セルの電圧降下特性に基づいて規定されたパラメータを補正値として使用することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第３の態様に係る２次電池ユニットは、充電可能な電池セル及びメモリ素子から構成された２次電池ユニットであって、前記メモリ素子は、前記電池セルと電気的に分離され、かつ、前記電池セルの電気容量の演算に使用されるパラメータの記憶機能を備え、しかも、前記パラメータには、前記電池セルの劣化状態に関する固有の特性パラメータが含まれており、当該固有の特性パラメータは、所定電圧まで降下した状態から一定の電圧で充電した場合の充電時間に基づいて規定され且つ検出された電池セルの電圧から電池セルの電気容量を演算する際に補正値として使用される充電時間特性のパラメータであることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、上記の第３の態様に係る２次電池ユニットにおいて、メモリ素子は、電池セルの劣化状態に関する固有の特性パラメータとして、充電時間特性に基づいて規定された上記の特有のパラメータを予め記憶し、そして、外部機器において電池セルの電気容量を演算する際、メモリ素子は、記憶したパラメータを外部機器に協働的に出力する。従って、メモリ素子から得られる情報に基づき、電池セルの電気容量を簡単に演算できる。
【００１１】
そして、本発明に係る２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法は、充電時間特性を利用して電気容量の特定可能な上記の２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法であって、電池セルの電圧を検出し、得られた電圧値から電池セルの電気容量を演算するにあたり、メモリ素子に予め記憶され且つ電池セルの充電時間特性に基づいて規定されたパラメータを補正値として使用することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る２次電池ユニットの構成を示すブロック図である。図２及び図３は、一例としてのリチウムポリマー電池の劣化特性を示すグラフである。図４は、充電器と組合せた場合のパラメータの書込処理回路を示すブロック図である。図５は、メモリ素子に対するパラメータの書込手順を示すフロー図である。図６は、電力消費機器に２次電池ユニットを適用した場合の電池セルの電気容量の演算処理回路を示すブロック図である。以下、実施形態の説明においては、２次電池ユニットを「電池ユニット」と略記し、図中においては、符号（１）で示す。
【００１４】
本発明の電池ユニット（１）は、外観上はいわゆる電池パック等の２次電池と略同様であり、携帯電話、小型ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯音響機器、携帯パソコン等の電力を消費する外部機器（以下、「電力消費機器」と言う。）の駆動電源として使用される。斯かる電池ユニット（１）は、図１に示す様に、充電可能な電池セル（１１）及びメモリ素子（１２）から構成される。
【００１５】
電池セル（１１）は、リチウムポリマー電池やリチウムイオン電池などの２次電池によって構成され、電池セル（１１）には、過充電・過放電防止用の保護回路が付設されていてもよい。メモリ素子（１２）は、通常、ＥＥ−ＰＲＯＭ等の不揮発性メモリによって構成される。そして、メモリ素子（１２）は、電池セル（１１）の電力を消費させない様に、電池セル（１１）とは電気的に分離されている。
【００１６】
すなわち、電池セル（１１）とメモリ素子（１２）は、独立に回路構成されており、電池ユニット（１）においては、上記の様な電力消費機器に電力を供給するための電池セル（１１）の出力端子と、メモリ素子（１２）に対して情報を読書きするための通信用端子とが別個に設けられる。なお、本発明において、「電気的に分離される」とは、グランド（ＧＮＤ）が共通化されることまで否定するものではない。
【００１７】
本発明は、電池セル（１１）の電気容量、換言すれば電池セル（１１）の残容量の算出に必要な幾つかの情報をパラメータとしてメモリ素子（１２）に保持させ、電池ユニット（１）を適用する機器側の演算機能を巧く利用することにより、従来の電圧検出による手法の様に簡便に残容量を検出し、しかも、２次電池自体の電力を消費することなく、従来の演算手法の様に高精度に残容量を検出することを企図したものである。
【００１８】
従って、メモリ素子（１２）は、電池セル（１１）の電気容量（残容量）の演算に使用されるパラメータの記憶機能を備えている必要がある。電池セル（１１）の残容量の演算は、後述する様な充電器あるいは電力消費機器のマイクロプロセッサによって演算されるが、斯かる演算においては、上記のメモリ素子（１２）に記憶されたパラメータが使用される。記憶するパラメータとしては、充放電の回数、充放電回数に応じた電圧と電気容量の関係、充電時の温度、ロット番号、充放電回数に基づく劣化係数、充放電レートなどが挙げられる。
【００１９】
ところで、リチウムポリマー電池やリチウムイオン電池などの２次電池は、材料構成、電極構造、最大充電容量、発生電圧などの設計仕様によって電気的特性が個々に相違する。そこで、本発明においては、個々の電池セル（１１）の残容量を正確に演算するため、上記パラメータには、電池セル（１１）の固有の特性パラメータが含まれていることが必要である。そして、斯かる特性パラメータとしては、電圧降下特性に基づいて規定されるパラメータ、充電時間特性に基づいて規定されるパラメータが挙げられる。
【００２０】
電圧降下特性を利用した例を説明すると、電池セル（１１）の固有の特性パラメータは、電池セル（１）の劣化状態に関するパラメータであり、斯かるパラメータは、所定電圧の状態から一定の放電パターンで放電させた場合の電圧降下特性に基づいて特定されたパラメータである。更に、電圧降下特性に基づくパラメータを利用した態様としては、一定電圧まで放電させた場合の放電時間によって規定されるパラメータを利用する第１の態様、一定時間だけ放電させた場合の電池セル（１１）の電圧によって規定されるパラメータを利用する第２の態様が挙げられる。
【００２１】
具体的には、上記の第１の態様において、電圧降下特性に基づいて規定されたパラメータは、一定電圧まで放電させた場合の放電時間から求められたパラメータである。そして、上記の様な電圧降下特性に基づいて特定されたパラメータは、検出された電池セルの電圧（１１）から電池セルの電気容量を演算する際に補正値として使用される。
【００２２】
リチウムポリマー電池を例示して具体的に説明すると、リチウムポリマー電池は、周知の通り、図２に示す様な劣化特性を有する。すなわち、リチウムポリマー電池は、その劣化に伴って保有可能な電気容量が次第に少なくなり、例えば、１〜５００回の充放電では、使用可能な電池電圧の出力時間も回数毎に漸次減少する。しかも、充放電における電圧降下特性は、図３に示す様に、例えば１〜２００回の充放電においても、電圧降下曲線の初期の段階（満充電の状態から放電開始直後の電圧降下速度）が各回毎に著しく相違する。すなわち、所定の電圧から一定電圧まで放電させるのに要する時間は、劣化が進行するほど短くなり、その傾向は、電圧降下曲線の初期において顕著である。
【００２３】
そこで、個々のリチウムポリマー電池対して、都度、放電開始から一定電圧まで電圧降下させた場合の放電時間を測定し、これを充放電の履歴（劣化度合）に対応する補正値として予め数値データ化しておくことにより、その電池電圧の検出だけでその時点で利用可能な電気容量、換言すれば、残容量を前記の数値データ（補正値）に基づいて正確に算定できる。
【００２４】
より具体的に説明すると、本発明の電池ユニットは、例えば、図４に示す様な充電器（２）を使用して充電される。充電器（２）は、一例として回路構成を単純化したものであり、電池ユニット（１）の電池セル（１１）へ所定電圧を印加する充電制御回路（２１）と、記憶素子および演算素子を含み且つ充電制御回路（２１）を制御するマイクロプロセッサ（２３）とから主に構成され、電池ユニット（１）のメモリ素子（１２）は、上記の通信用端子を介してマイクロプロセッサ（２３）に接続される。
【００２５】
また、充電制御回路（２１）の陽極出力側には、電池セル（１１）に対する充電制御回路（２１）の出力電圧のしきい値を検出し、マイクロプロセッサ（２３）へ制御信号を出力する比較器（２４）が挿入される。更に、充電制御回路（２１）の出力側には、一定の電流負荷を生じさせるための定電流放電回路（２２）が並列に接続される。なお、充電器（２）の各素子や回路などには、電源回路（２５）から電力が供給される様になされている。また、定電流放電回路（２２）は、より高精度の測定を可能にするため、複数の定電流切換機構を備えていてもよい。
【００２６】
電池セル（１１）への充電操作は、例えば、図５に示す操作手順に従って行われる。すなわち、例えば電池セル（１１）を充電器（２）に接続し、一定電圧（４．０Ｖ）まで充電した後、定電流放電回路（２２）又は定抵抗放電回路を使用して放電する。次いで、電池セル（１１）の電圧が例えば３．９Ｖに低下したときまでの時間値を測定する。
【００２７】
そして、マイクロプロセッサ（２３）において、上記の時間値の逆数と所定の補正値との積をとることによって劣化状態を示す係数Ｄを得た後、電池セル（１１）の固有の劣化状態を示す特性パラメータとして、充放電の履歴に対応じた係数Ｄを電池ユニット（１）のメモリ素子（１２）へ書込んでおく。なお、メモリ素子（１２）への書込操作の後は、電池セル（１１）に満充電して充電操作を終了する。また、上記の時間値の測定は、より満充電状態に近い４．２Ｖからの値でもよく、例えば、４．２Ｖから４．０Ｖまでの時間値とすることも出来る。図３にも示す様に、出来る限り満充電に近い状態から電圧降下時間を測定した方が測定時間が短くなるので好ましい。
【００２８】
他方、上記の情報が書込まれた電池ユニット（１）は、図６に示す様な電力消費機器（３）において使用される。電力消費機器（３）は、電池ユニット（１）の電池セル（１１）の電力を所定電圧に変換して回路全体へ供給するシステム電源回路（３１）と、記憶素子および演算素子を含み且つ回路全体をを制御するマイクロプロセッサ（３３）とから主に構成され、電池ユニット（１）のメモリ素子（１２）は、上記の通信用端子を介してマイクロプロセッサ（３３）に接続される。
【００２９】
また、システム電源回路（３１）の入力側には、電池セル（１１）の出力電圧を検出し、マイクロプロセッサ（３３）へ駆動制御信号を出力するＡ／Ｄ変換器（３４）が挿入され、そして、マイクロプロセッサ（３３）には、当該マイクロプロセッサで得た情報および電池セル（１１）の残容量を表示するための表示器（３５）が接続される。
【００３０】
上記の電力消費機器（３）においては、従来の簡易方式と同様に、必要時に電池セル（１１）の電圧を検出するだけで残容量の正確な算出が可能である。すなわち、電力消費機器（３）に電池ユニット（１）を適用した場合、電池ユニット（１）のメモリ素子（１２）は、電池セル（１１）の固有の特性パラメータ、換言すれば、上記の劣化状態を示す係数Ｄを予め記憶しており、電力消費機器（３）のマイクロプロセッサ（３３）にて電池セル（１１）の残容量を演算する際、充放電の履歴に対応する係数Ｄをマイクロプロセッサ（３３）に協働的に出力する。
【００３１】
従って、マイクロプロセッサ（３３）においては、検出した電池セル（１１）の電圧ならびにメモリ素子（１２）から得られる劣化状態を示すパラメータとしての劣化係数Ｄに基づき、電池セル（１１）の残容量を簡単に且つ正確に補正演算でき、表示器（３５）に表示させることが出来る。しかも、上記の電圧検出および劣化状態を示すパラメータによる残容量の演算では、電池セル（１１）の電力による連続的な測定がなく、電池セル（１１）自体の自己放電量を極めて少なく出来る。なお、上記および以下の実施形態において、「劣化係数Ｄ」は、劣化が進むほど大ききなる値あるいは小さくなる値の何れであってもよい。
【００３２】
【表１】
具体的な例を用いて説明すると、メモリ素子（１２）には、劣化係数Ｄと共に、電池電圧と劣化がない場合の電池容量（補正前電池容量）との関係を示す対照表（テーブル）が記憶されている。一方、マイクロプロセッサ（３３）においては、測定された電池電圧と、メモリ素子（１２）の上記の対照表から読み出された情報、すなわち、前記の測定された電池電圧に対応する補正前電池容量および劣化係数Ｄとから補正後の電池容量を求めるためのアルゴリズムが格納されている。
【００３４】
表１は、上記の様な電池電圧、補正前電池容量、劣化係数および補正後電池容量の関係を示す表である。メモリ素子（１２）には、表１の第２列および第３列に対応する対照表が記憶されている。そして、マイクロプロセッサ（３３）は、測定された電池電圧に対応する補正前電池容量を上記の対照表から読み取り、読取った値と劣化係数Ｄとから、所定のアルゴリズムによって補正後電池容量を求める。
【００３５】
表１は、電圧範囲として、４．０Ｖ、３．５Ｖ及び３．０Ｖの３つの場合についてのみ記載しているが、上記の対照表においてはさらに細分化している。また、表１においては、劣化パラメータも１００〜３００の３段階についてのみ記載しているが、斯かる劣化パラメータも上記の対照表においてはさらに細分化している。すなわち、表１は、全体の対照表の一部を表したものである。
【００３６】
残量を求めるに当たり、先ず、マイクロプロセッサ（３３）は、通信端子を通じて電池ユニット（１）の劣化パラメータＤを取得し読み出す（例えば、劣化パラメータの数値が「２００」だったとする）。一方、電力消費機器（３）において、電池を使用している際、マイクロプロセッサ（３３）は、電池セルの電圧値を読み取る（例えば、電池電圧の値が「３．５Ｖ」だったとする）。更に、マイクロプロセッサ（３３）は、メモリ素子に格納された対照表を参照し、電池電圧３．５Ｖの時の補正前電池容量５００ｍＡｈを読み出す。そして、マイクロプロセッサ（３３）は、補正前電池容量５００ｍＡｈに対し、劣化係数２００の値を演算して、補正後電池容量４００ｍＡｈを求める。得られた残量は、これを必要に応じて図表化してＬＣＤ表示される。
【００３７】
上記の方法は、それぞれの電池の劣化状況に応じた劣化係数によって残量に補正を加えているので、単に電圧のみから電池の残量を予測する方法に比べ、より精度の高い残量表示が可能となる。すなわち、上記の例において、仮に、劣化パラメータの補正を加えない場合は、電池電圧が３．５Ｖならば、一様に残量は５００ｍＡｈと認識されてしまい、劣化の進んだ（即ち劣化係数の大きい）電池を使用していた場合には、実際の残量よりも大きな残量を示してしまう。これに対し、上記の方法においては、電池の劣化が進めば、それに応じて大きな数値の劣化係数を与えるので、残量表示の精度はより高まる。
【００３８】
なお、上記の例においては、対照表には電池電圧に対する補正前電池容量が記載されているが、電池容量の割合（パーセンテージ等）であってもよい。最終的に求める残量が、絶対値としての値ではなく、割合としての値である場合には、この方法は有効である。
【００３９】
電圧降下特性に基づく演算用のパラメータをメモリ素子（１２）に記憶した態様のうち、第２の態様においては、電圧降下特性に基づいて規定されたパラメータとして、一定時間だけ放電させた場合の電圧に基づいて特定されたパラメータが利用される。そして、上記の様な電圧降下特性に基づいて特定されたパラメータは、前述の態様と同様に、検出された電池セル（１１）の電圧から電池セルの電気容量を演算する際に補正値として使用される。
【００４０】
具体的には、上記の態様においては、個々のリチウムポリマー電池に対して、都度、放電開始から一定時間だけ電圧降下させた場合の電池セル（１２）の電圧を測定し、これを充放電の履歴（劣化度合）に対応する補正値として予め数値データ化しておくことにより、その電池電圧の検出だけでその時点で利用可能な電気容量、換言すれば、残容量を前記の数値データ（補正値）に基づいて正確に算定できる。
【００４１】
すなわち、図４に示す様な充電器（２）を使用した電池セル（１１）への充電操作により、例えば、定電流放電回路（２２）を使用し、満充電の状態から１秒間だけ放電し、１秒経過後の電圧を測定する。所定電圧から一定時間放電後の電圧値は、劣化が進むほど大きくなる。従って、得られた電圧値の逆数と所定の補正値との積をとることによって劣化状態を示す係数を得た後、電池セル（１１）の固有の劣化状態を示す特性パラメータとして、充放電の履歴に対応じた係数Ｄを電池ユニット（１）のメモリ素子（１２）へ書込んでおく。
【００４２】
そして、図６に示す様な電力消費機器（３）に電池ユニット（１）を適用した場合、電池ユニット（１）のメモリ素子（１２）は、電池セル（１１）の固有の特性パラメータ、換言すれば、上記の劣化状態を示す係数を予め記憶しており、電力消費機器（３）のマイクロプロセッサ（３３）にて電池セル（１１）の残容量を演算する際、充放電の履歴に対応する係数Ｄをマイクロプロセッサ（３３）に協働的に出力する。
【００４３】
従って、マイクロプロセッサ（３３）においては、検出した電池セル（１１）の電圧ならびにメモリ素子（１２）から得られる劣化状態を示すパラメータとしての係数に基づき、電池セル（１１）の残容量を簡単に且つ正確に補正演算でき、表示器（３５）に表示させることが出来る。しかも、上記の残容量の演算では、電池セル（１１）の電力による連続的な測定がなく、電池セル（１１）自体の自己放電量を極めて少なく出来る。第２の態様における残容量の測定は、第１の態様の場合と同様に行うことが出来る。
【００４４】
また、本発明に係る電気容量の測定方法は、電圧降下特性を利用して電気容量の特定可能な上記の各態様の電池ユニット（１）における電気容量の測定方法であり、斯かる測定方法においては、電池セル（１１）の電圧を検出し、得られた電圧値から電池セル（１１）の電気容量を演算するにあたり、メモリ素子（１２）に予め記憶され且つ電池セル（１１）の電圧降下特性に基づいて規定されたパラメータ（劣化状態を示す各係数）を補正値として使用する。その結果、前述の通り、電池セル（１１）の残容量を簡単に且つ正確に演算でき、表示器（３５）に表示させることが出来る。
【００４５】
なお、本発明において、「電気容量の測定」とは、必ずしも容量の絶対値を測定することに限られるものではなく、本来有するべき電気容量（劣化前の満充電状態での容量）に対する割合などの相対値を測定することも含む概念である（後述の測定方法においても同様）。
【００４６】
また、本発明の電池ユニット（１）においては、前述の通り、メモリ素子（１２）に書込まれる電池セル（１１）の固有の特性パラメータとして、充電時間特性に基づいて規定されるパラメータも採用できる。すなわち、電池セルの固有の特性パラメータは、当該電池セルの劣化状態に関するパラメータであって、所定電圧まで降下した状態から一定の電圧で充電した場合の充電時間特性に基づいて規定されたパラメータである。そして、充電時間特性に基づいて規定されたパラメータは、検出された前記電池セルの電圧から電池セルの電気容量を演算する際に補正値として使用される。通常の充電器においては、充電操作が先ず定電圧にて行われるため、電池セル（１１）の固有の特性パラメータとしては、上記の充電時間特性に基づいて規定されるパラメータを使用するのがより簡便で好ましい。
【００４７】
例えば、リチウムポリマー電池は、前述の通り、図２に示す様な劣化特性を有しており、また、表２に示す様に、その劣化に伴って、例えば充放電回数（サイクル数）の増加に伴って可能な充電容量が低下し且つ充電時間が次第に長くなると言う特性を備えている。そして、２次電池の劣化、すなわち、充電可能な電気容量の低下は、定電圧（ＣＶ）充電した場合の充電時間に高度に相関する。２次電池の劣化が充電時間に影響する理由の一つには、劣化による内部抵抗の増加が挙げられ、斯かる内部抵抗の変化の傾向は、電池の製造プロセスや内部構造によって個々に相違する。換言すれば、仕様、製造方法あるいはロット等の異なる個々のリチウムポリマー電池毎に充電時間特性が異なる。
【００４８】
そこで、個々のリチウムポリマー電池毎に対して、都度、一定電圧で例えば満充電した場合の充電時間を測定し、これを充放電の履歴（劣化度合）に対応する補正値として予め数値データ化しておくことにより、その電池電圧の検出だけでその時点で利用可能な電気容量、換言すれば、残容量を前記の数値データ（補正値）に基づいて正確に算定できる。
【００４９】
具体的には、前述の様な図４に示す充電器（２）を使用した電池セル（１１）への充電操作により、例えば、ある一定の電圧まで降下した状態から一定電圧で充電し、充電までの時間を測定する。そして、得られた充電時間と所定の補正値との積をとることによって劣化状態を示す係数（劣化係数）を得た後、電池セル（１１）の固有の劣化状態を示す特性パラメータとして、充放電の履歴に対応じた係数Ｄを電池ユニット（１）のメモリ素子（１２）へ書込んでおく。
【００５０】
これにより、前述の各態様と同様に、図６に示す様な電力消費機器（３）に電池ユニット（１）を適用した場合、電池ユニット（１）のメモリ素子（１２）は、電池セル（１１）の固有の特性パラメータ、換言すれば、上記の劣化状態を示す係数を予め記憶しており、電力消費機器（３）のマイクロプロセッサ（３３）にて電池セル（１１）の残容量を演算する際、充放電の履歴に対応する係数Ｄをマイクロプロセッサ（３３）に協働的に出力することが出来る。
【００５１】
従って、マイクロプロセッサ（３３）においては、検出した電池セル（１１）の電圧ならびにメモリ素子（１２）から得られる劣化状態を示すパラメータとしての係数に基づき、電池セル（１１）の残容量を簡単に且つ正確に補正演算でき、表示器（３５）に表示させることが出来る。しかも、上記の残容量の演算では、電池セル（１１）の電力による連続的な測定がなく、電池セル（１１）自体の自己放電量を極めて少なく出来る。この場合の残容量の測定も、上記の第１及び第２の態様の場合と同様に行うことが出来る。
【００５２】
因に、表２は、測定された充電までの定電圧充電時間の値、充電可能な電気容量、および、電力消費機器（３）における上記の演算に使用された劣化係数の例を示している。
【００５３】
【表２】
また、本発明に係る電池ユニット（１）における電気容量の測定方法は、充電時間特性を利用して電気容量の特定可能な上記の電池ユニット（１）における電気容量の測定方法であり、電池セル（１１）の電圧を検出し、得られた電圧値から電池セル（１１）の電気容量を演算するにあたり、メモリ素子（１２）に予め記憶され且つ電池セル（１１）の充電時間特性に基づいて規定されたパラメータを補正値として使用する。その結果、前述の各態様と同様に、電池セル（１１）の残容量を簡単に且つ正確に演算でき、表示器（３５）に表示させることが出来る。
【００５５】
なお、上述した各態様の本発明の電池ユニット（１）において、メモリ素子（１２）へのパラメータの書込や残容量の算出は、充電器や電力消費機器に限られるものではなく、電池ユニット（１）が接続可能な機器であれば何れの機器で行ってもよい。また、電池ユニット（１）に温度センサーを設け、電池セル（１１）の温度を検出可能に構成した場合には、所定の温度または温度範囲毎に上記の表１の様な対照表を記憶させることにより、一層高精度に残容量を演算できる。
【００５６】
更に、本発明の電池ユニット（１）においては、より一層高精度に電池セル（１１）の残容量を演算するため、メモリ素子（１２）に記憶されるパラメータには、電池セル（１１）の電気容量を演算する際に補正値として使用される電池セル（１１）の放電レートが含まれていてもよい。すなわち、電池セル（１１）の電気容量の算定においては、放電レートも精度を左右する要因であり、必要に応じて放電レート測定用の回路あるいはソフトウェアを上記の様な充電器あるいは電力消費機器側に付設し、これら機器側でモニタしてメモリ素子（１２）に書込むことにより、放電レートの情報を使用し、より高精度に残容量を補正演算できる。
【００５７】
また、本発明の電池ユニット（１）の構成ならびに上記の残容量の測定方法は、電池ユニット又は電池セルを構成する２次電池の製造における初期特性の評価に利用できる。例えば、製造した２次電池に充電処理を施した後、放電試験を行い、その際に得られた評価結果を電池の初期特性としてメモリ素子に記憶させる。そして、上記の評価結果を利用し、検査工程において製品電池パックの良否を判断することにより、不良品を排除することが出来る。
【００５８】
更に、上記の特性評価に使用する試験装置の回路構成は、前述の図４に示す充電器と同一の構成とすることが出来る。特に、試験装置の回路を充電器の回路と同一に構成することにより、電池ユニットに充電器を実際に適用した場合、試験器と充電器とで電気特性上の差異がなく、充電条件をより高精度に再現できるため、残容量の測定精度を更に向上させ得る。
【００５９】
また、充電器と電池ユニットを製造する場合、定電流放電回路が付設された上記の様な充電器に電池ユニットをセットし、充電器の製品評価を兼ねて電池ユニットの上記の製品評価を行うことが出来る。その結果、電池ユニットと充電器とを同時に検査でき、検査時間やコストを低減できる。なお、試験装置における上記の試験方法は、前述の電圧降下特性の測定と同様の方法でよいが、メモリ素子に記憶させる２次電池の特性パラメータとしては、放電時間と電圧降下の関係だけでなく、そのプロファイルや試験時の温度を利用することも出来る。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の２次電池ユニット及び当該２次電池ユニットにおける電気容量の測定方法によれば、メモリ素子が電池セルの固有の特性パラメータを予め記憶しており、電池セルの残容量を演算する際、記憶した特性パラメータを例えば電力消費機器側へ出力するため、検出された電池セルの電圧に基づき、電池セルの残容量を簡単に且つ正確に演算できる。しかも、斯かる演算においては、電池セルの電力による連続的な測定がなく、電池セル自体の自己放電量を極めて少なく出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次電池ユニットの構成を示すブロック図
【図２】一例としてのリチウムポリマー電池の劣化特性を示すグラフ
【図３】一例としてのリチウムポリマー電池の劣化特性を示すグラフ
【図４】充電器と組合せた場合のパラメータの書込処理を示すブロック図
【図５】メモリ素子に対するパラメータの書込手順を示すフロー図
【図６】電力消費機器に２次電池ユニットを適用した場合の電池セルの電気容量の演算処理を示すブロック図
【符号の説明】
１ ：２次電池ユニット
１１：電池セル
１２：メモリ素子
２ ：充電器
２１：充電制御回路
２３：マイクロプロセッサ
３ ：電力消費機器
３３：マイクロプロセッサ
３５：表示器
３６：充電制御回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a secondary battery unit and a method for measuring electric capacity in the secondary battery unit, and more particularly, a secondary battery unit including a rechargeable battery cell such as a lithium polymer battery, which is low in cost. The present invention relates to a secondary battery unit that can be configured and can detect the electric capacity of a battery cell with high accuracy, and a method for measuring electric capacity in the secondary battery unit.
[0002]
[Prior art]
In a device using a secondary battery, it is required to measure the electric capacity of the secondary battery, that is, the remaining capacity, for the purpose of displaying the charging time, charging state or replacement time of the secondary battery. One method of measuring the remaining capacity of the secondary battery is a method of simply detecting the voltage and estimating the remaining capacity roughly. As another method, there is a method of calculating the remaining capacity based on the integrated value of the charging / discharging current obtained through the current integrating circuit and the parameter of the deterioration state due to the number of times of charging / discharging stored in advance or temperature change (for example, JP, 11-14717, A).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the secondary battery gradually deteriorates due to repeated charge and discharge. Among the above measurement methods related to the remaining capacity of the secondary battery, the voltage detection method is low cost, but the deterioration state of the battery is unknown. Therefore, it is difficult to accurately estimate the remaining capacity. In particular, a lithium secondary battery using a carbon material such as graphite as an active material exhibits a non-linear voltage drop characteristic, and it is particularly difficult to specify the remaining capacity only by voltage detection. In addition, the method using the integrated value of the charge / discharge current can be calculated with high accuracy, but requires a large number of components and circuits as the current integrating circuit, and therefore the cost required for the measurement is extremely high. Moreover, since the current integrating circuit is operated by the secondary battery itself, there is also a problem that the battery itself is consumed for measurement.
[0004]
As a result of various studies in view of the above circumstances, the present invention has been made to solve the above problems by a specific battery unit as a secondary battery, and its purpose is to provide a lithium polymer battery, a lithium ion battery, and the like. The battery unit includes a rechargeable battery cell and has a function of enabling measurement of the electric capacity of the battery cell. The battery unit can be configured at a low cost and can detect the electric capacity with high accuracy. Another object is to provide a secondary battery unit and a method for measuring electric capacity in the secondary battery unit.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventionAccording to the first aspectThe secondary battery unit is a secondary battery unit including a rechargeable battery cell and a memory element, wherein the memory element is electrically separated from the battery cell and has an electric capacity of the battery cell. It has a function of storing parameters used for calculation, and the parameter includes the battery cellAbout deterioration stateIncludes unique characteristic parametersThe specific characteristic parameter is defined based on the discharge time when discharging from a predetermined voltage state to a constant voltage with a constant discharge pattern, and the electric capacity of the battery cell is determined from the detected voltage of the battery cell. It is a voltage drop characteristic parameter used as a correction value when calculatingIt is characterized by that.
[0006]
The secondary battery unit according to the second aspect of the present invention is a secondary battery unit including a rechargeable battery cell and a memory element, and the memory element is electrically separated from the battery cell. And a function of storing parameters used for calculating the electric capacity of the battery cell, and the parameter includes a characteristic parameter specific to the deterioration state of the battery cell. The characteristic parameter is a voltage drop characteristic that is defined based on the voltage value of the battery cell when discharged for a predetermined time and is used as a correction value when calculating the electric capacity of the battery cell from the detected voltage of the battery cell It is the parameter of these.
[0007]
That is, in each of the secondary battery units according to the first and second aspects, the memory element has the specific parameter defined on the basis of the voltage drop characteristic as a specific characteristic parameter related to the deterioration state of the battery cell. Are stored in advance, and when the electric capacity of the battery cell is calculated in the external device, the memory element cooperatively outputs the stored parameter to the external device. Therefore, the electric capacity of the battery cell can be easily calculated based on the information obtained from the memory element.
[0008]
The method for measuring the electric capacity in the secondary battery unit according to the present invention is a method for measuring the electric capacity in each of the above secondary battery units, which can specify the electric capacity using the voltage drop characteristic, and is a battery cell. When calculating the battery cell electric capacity from the obtained voltage value, the parameter stored in advance in the memory element and defined based on the voltage drop characteristic of the battery cell is used as the correction value. Features.
[0009]
The secondary battery unit according to the third aspect of the present invention is a secondary battery unit including a rechargeable battery cell and a memory element, and the memory element is electrically separated from the battery cell. And a function of storing parameters used for calculating the electric capacity of the battery cell, and the parameter includes a characteristic parameter specific to the deterioration state of the battery cell. The characteristic parameter is defined based on the charging time when charging with a constant voltage from a state where the voltage drops to a predetermined voltage, and is used as a correction value when calculating the electric capacity of the battery cell from the detected voltage of the battery cell. It is a parameter of a charging time characteristic.
[0010]
That is, in the secondary battery unit according to the above third aspect, the memory element stores in advance the above specific parameter defined based on the charging time characteristic as a specific characteristic parameter related to the deterioration state of the battery cell. When calculating the electric capacity of the battery cell in the external device, the memory element cooperatively outputs the stored parameter to the external device. Therefore, the electric capacity of the battery cell can be easily calculated based on the information obtained from the memory element.
[0011]
And the measuring method of the electric capacity in the secondary battery unit according to the present invention is a measuring method of the electric capacity in the above-mentioned secondary battery unit capable of specifying the electric capacity using the charging time characteristic, When detecting the voltage and calculating the electric capacity of the battery cell from the obtained voltage value, a parameter stored in advance in the memory element and defined based on the charging time characteristic of the battery cell is used as a correction value. And
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a secondary battery unit according to the present invention. 2 and 3 are graphs showing deterioration characteristics of a lithium polymer battery as an example. FIG. 4 is a block diagram showing a parameter writing processing circuit when combined with a charger. FIG. 5 is a flowchart showing a parameter writing procedure for the memory element. FIG. 6 is a block diagram showing an arithmetic processing circuit for the electric capacity of the battery cell when the secondary battery unit is applied to the power consuming device. Hereinafter, in the description of the embodiment, the secondary battery unit is abbreviated as “battery unit”, and is denoted by reference numeral (1) in the drawing.
[0014]
The battery unit (1) of the present invention is substantially the same as a secondary battery such as a so-called battery pack in appearance, and externally consumes power such as a mobile phone, a small video camera, a digital camera, a portable audio device, and a portable personal computer. It is used as a drive power source for equipment (hereinafter referred to as “power consuming equipment”). As shown in FIG. 1, the battery unit (1) includes a rechargeable battery cell (11) and a memory element (12).
[0015]
The battery cell (11) is constituted by a secondary battery such as a lithium polymer battery or a lithium ion battery, and the battery cell (11) may be provided with a protection circuit for preventing overcharge / overdischarge. The memory element (12) is usually constituted by a nonvolatile memory such as an EE-PROM. The memory element (12) is electrically separated from the battery cell (11) so as not to consume the power of the battery cell (11).
[0016]
That is, the battery cell (11) and the memory element (12) are independently configured in a circuit. In the battery unit (1), the battery cell (11) for supplying power to the power consuming device as described above. The output terminal and a communication terminal for reading / writing information from / to the memory element (12) are separately provided. In the present invention, “electrically separated” does not deny that the ground (GND) is shared.
[0017]
The present invention allows the memory element (12) to retain some information necessary for calculation of the electric capacity of the battery cell (11), in other words, the remaining capacity of the battery cell (11), as a parameter, and the battery unit (1). By skillfully using the calculation function on the device side to which the above is applied, the remaining capacity can be easily detected as in the conventional voltage detection method, and the conventional calculation can be performed without consuming the power of the secondary battery itself. It is intended to detect the remaining capacity with high accuracy like a technique.
[0018]
Therefore, the memory element (12) needs to have a storage function of parameters used for calculating the electric capacity (remaining capacity) of the battery cell (11). The remaining capacity of the battery cell (11) is calculated by a charger or a microprocessor of a power consuming device as will be described later. In such calculation, the parameter stored in the memory element (12) described above is calculated. used. The parameters to be stored include the number of times of charging / discharging, the relationship between the voltage and the electric capacity according to the number of times of charging / discharging, the temperature at the time of charging, the lot number, the deterioration coefficient based on the number of times of charging / discharging, and the charge / discharge rate.
[0019]
Incidentally, secondary batteries such as lithium polymer batteries and lithium ion batteries have different electrical characteristics depending on design specifications such as material configuration, electrode structure, maximum charge capacity, and generated voltage. Therefore, in the present invention, in order to accurately calculate the remaining capacity of each battery cell (11), it is necessary that the above parameters include characteristic parameters unique to the battery cell (11). Such characteristic parameters include a parameter defined based on the voltage drop characteristic and a parameter defined based on the charging time characteristic.
[0020]
Explaining an example using the voltage drop characteristic, the characteristic parameter unique to the battery cell (11) is a parameter related to the deterioration state of the battery cell (1), and such a parameter is a constant discharge pattern from a state of a predetermined voltage. This is a parameter specified based on the voltage drop characteristic when discharged at. Furthermore, as an aspect using a parameter based on the voltage drop characteristic, a first aspect using a parameter defined by a discharge time when discharged to a constant voltage, a battery cell (11 ), A second mode using a parameter defined by the voltage.
[0021]
Specifically, in the first aspect, the parameter defined based on the voltage drop characteristic is a parameter obtained from the discharge time when discharging to a constant voltage. The parameter specified based on the voltage drop characteristic as described above is used as a correction value when calculating the electric capacity of the battery cell from the detected voltage (11) of the battery cell.
[0022]
A lithium polymer battery will be described in detail by way of example. As is well known, the lithium polymer battery has deterioration characteristics as shown in FIG. That is, the lithium polymer battery gradually has a smaller capacity that can be retained as it deteriorates. For example, in charge and discharge of 1 to 500 times, the output time of the usable battery voltage gradually decreases with each number of times. In addition, as shown in FIG. 3, the voltage drop characteristic in charge / discharge has an initial stage of the voltage drop curve (voltage drop rate immediately after the start of discharge from the fully charged state) even in charge / discharge of 1 to 200 times, for example. Every time it is very different. That is, the time required for discharging from a predetermined voltage to a constant voltage becomes shorter as the deterioration progresses, and this tendency is remarkable at the beginning of the voltage drop curve.
[0023]
Therefore, for each lithium polymer battery, the discharge time when the voltage drops from the start of discharge to a certain voltage is measured each time, and this is converted into numerical data in advance as a correction value corresponding to the charge / discharge history (degradation degree). Thus, the electric capacity that can be used at that time, in other words, the remaining capacity can be accurately calculated based on the numerical data (correction value) only by detecting the battery voltage.
[0024]
More specifically, the battery unit of the present invention is charged using, for example, a charger (2) as shown in FIG. The charger (2) has a simplified circuit configuration as an example, and includes a charge control circuit (21) that applies a predetermined voltage to the battery cell (11) of the battery unit (1), a storage element, and an arithmetic element. The memory element (12) of the battery unit (1) is connected to the microprocessor (23) via the communication terminal. Connected.
[0025]
Further, on the anode output side of the charge control circuit (21), the threshold value of the output voltage of the charge control circuit (21) for the battery cell (11) is detected, and a control signal is output to the microprocessor (23). A vessel (24) is inserted. Furthermore, a constant current discharge circuit (22) for generating a constant current load is connected in parallel to the output side of the charge control circuit (21). Note that power is supplied from the power supply circuit (25) to each element and circuit of the charger (2). Further, the constant current discharge circuit (22) may include a plurality of constant current switching mechanisms in order to enable measurement with higher accuracy.
[0026]
The charging operation to the battery cell (11) is performed, for example, according to the operating procedure shown in FIG. That is, for example, the battery cell (11) is connected to the charger (2), charged to a constant voltage (4.0 V), and then discharged using the constant current discharge circuit (22) or the constant resistance discharge circuit. Next, a time value until the voltage of the battery cell (11) is lowered to, for example, 3.9 V is measured.
[0027]
In the microprocessor (23), the coefficient D indicating the deterioration state is obtained by taking the product of the reciprocal of the time value and a predetermined correction value, and then the inherent deterioration state of the battery cell (11) is indicated. As a characteristic parameter, a coefficient D corresponding to the charge / discharge history is written in the memory element (12) of the battery unit (1). After the writing operation to the memory element (12), the battery cell (11) is fully charged and the charging operation is terminated. In addition, the time value may be measured from a value of 4.2V that is closer to a fully charged state, for example, a time value of 4.2V to 4.0V. As shown in FIG. 3, it is preferable to measure the voltage drop time from a state as close to full charge as possible because the measurement time becomes shorter.
[0028]
On the other hand, the battery unit (1) in which the above information is written is used in a power consuming device (3) as shown in FIG. The power consuming device (3) includes a system power supply circuit (31) that converts the power of the battery cell (11) of the battery unit (1) into a predetermined voltage and supplies the converted voltage to the entire circuit, a memory element, and an arithmetic element. The memory device (12) of the battery unit (1) is mainly connected to the microprocessor (33) via the communication terminal.
[0029]
An A / D converter (34) for detecting the output voltage of the battery cell (11) and outputting a drive control signal to the microprocessor (33) is inserted on the input side of the system power circuit (31). The microprocessor (33) is connected to a display (35) for displaying information obtained by the microprocessor and the remaining capacity of the battery cell (11).
[0030]
In the power consuming device (3), as in the conventional simple method, the remaining capacity can be accurately calculated only by detecting the voltage of the battery cell (11) when necessary. In other words, when the battery unit (1) is applied to the power consuming device (3), the memory element (12) of the battery unit (1) has a characteristic parameter unique to the battery cell (11), in other words, the deterioration described above. The coefficient D indicating the state is stored in advance, and when the remaining capacity of the battery cell (11) is calculated by the microprocessor (33) of the power consuming device (3), the coefficient D corresponding to the charge / discharge history is micro Output cooperatively to the processor (33).
[0031]
Therefore, in the microprocessor (33), the remaining capacity of the battery cell (11) is determined based on the detected voltage of the battery cell (11) and the deterioration coefficient D as a parameter indicating the deterioration state obtained from the memory element (12). Correction calculation can be performed easily and accurately, and can be displayed on the display (35). In addition, in the calculation of the remaining capacity based on the parameters indicating the voltage detection and the deterioration state, there is no continuous measurement by the power of the battery cell (11), and the self-discharge amount of the battery cell (11) itself can be extremely reduced. In the embodiments described above and below, the “deterioration coefficient D” may be a value that increases or decreases as the deterioration progresses.
[0032]
[Table 1]
Explaining with a specific example, the memory element (12) has a comparison table (table) showing the relationship between the battery voltage and the battery capacity when there is no deterioration (the battery capacity before correction) together with the deterioration coefficient D. It is remembered. On the other hand, in the microprocessor (33), the measured battery voltage and the information read from the comparison table of the memory element (12), that is, the pre-correction battery capacity corresponding to the measured battery voltage. In addition, an algorithm for obtaining the corrected battery capacity from the deterioration coefficient D is stored.
[0034]
Table 1 is a table showing the relationship between the battery voltage, the battery capacity before correction, the deterioration coefficient, and the battery capacity after correction as described above. The memory element (12) stores a comparison table corresponding to the second and third columns of Table 1. Then, the microprocessor (33) reads the pre-correction battery capacity corresponding to the measured battery voltage from the above comparison table, and obtains the post-correction battery capacity from the read value and the deterioration coefficient D by a predetermined algorithm.
[0035]
Table 1 describes only three cases of 4.0V, 3.5V, and 3.0V as voltage ranges, but the above comparison table is further subdivided. Further, in Table 1, the deterioration parameters are described only for three stages of 100 to 300, but such deterioration parameters are further subdivided in the above-mentioned comparison table. That is, Table 1 represents a part of the entire comparison table.
[0036]
In obtaining the remaining amount, first, the microprocessor (33) acquires and reads the deterioration parameter D of the battery unit (1) through the communication terminal (for example, the numerical value of the deterioration parameter is “200”). On the other hand, when the battery is used in the power consuming device (3), the microprocessor (33) reads the voltage value of the battery cell (for example, the value of the battery voltage is “3.5 V”). Further, the microprocessor (33) reads the pre-correction battery capacity of 500 mAh when the battery voltage is 3.5 V with reference to the comparison table stored in the memory element. Then, the microprocessor (33) calculates the value of the
[0037]
In the above method, the remaining amount is corrected by the deterioration coefficient corresponding to the deterioration state of each battery, so that a more accurate remaining amount display can be obtained as compared with the method of merely predicting the remaining amount of the battery from only the voltage. It becomes possible. That is, in the above example, if the deterioration parameter is not corrected, if the battery voltage is 3.5 V, the remaining amount is uniformly recognized as 500 mAh, and the deterioration has progressed (that is, the deterioration coefficient). If a large battery is used, the remaining amount is higher than the actual remaining amount. On the other hand, in the above-described method, if the deterioration of the battery proceeds, a large numerical deterioration coefficient is given accordingly, so that the accuracy of the remaining amount display is further increased.
[0038]
In the above example, the comparison table describes the battery capacity before correction with respect to the battery voltage, but it may be a ratio (percentage or the like) of the battery capacity. This method is effective when the finally obtained remaining amount is not a value as an absolute value but a value as a ratio.
[0039]
Among the modes in which the parameters for calculation based on the voltage drop characteristics are stored in the memory element (12), in the second mode, the voltage when discharged for a certain time as the parameter defined based on the voltage drop characteristics The parameters specified based on are used. The parameter specified based on the voltage drop characteristic as described above is used as a correction value when calculating the electric capacity of the battery cell from the detected voltage of the battery cell (11), as in the above-described embodiment. Is done.
[0040]
Specifically, in the above embodiment, the voltage of the battery cell (12) is measured for each lithium polymer battery when the voltage drops for a certain time from the start of discharge each time, and this is charged / discharged. By making numerical data in advance as a correction value corresponding to the history (degradation degree), the electric capacity that can be used at that time only by detecting the battery voltage, in other words, the remaining capacity is converted into the numerical data (correction value). ) To calculate accurately.
[0041]
That is, by charging the battery cell (11) using the charger (2) as shown in FIG. 4, for example, using the constant current discharge circuit (22), the battery is discharged for 1 second from the fully charged state. Measure the voltage after 1 second. The voltage value after discharging from the predetermined voltage for a certain time increases as the deterioration progresses. Therefore, after obtaining the coefficient indicating the deterioration state by taking the product of the reciprocal of the obtained voltage value and a predetermined correction value, as a characteristic parameter indicating the inherent deterioration state of the battery cell (11), The coefficient D corresponding to the history is written in the memory element (12) of the battery unit (1).
[0042]
When the battery unit (1) is applied to the power consuming device (3) as shown in FIG. 6, the memory element (12) of the battery unit (1) has a characteristic parameter, in other words, the battery cell (11). Then, the coefficient indicating the above deterioration state is stored in advance, and when the remaining capacity of the battery cell (11) is calculated by the microprocessor (33) of the power consuming device (3), it corresponds to the charge / discharge history. The coefficient D to be output is cooperatively output to the microprocessor (33).
[0043]
Therefore, in the microprocessor (33), the remaining capacity of the battery cell (11) can be simply calculated based on the detected voltage of the battery cell (11) and the coefficient as a parameter indicating the deterioration state obtained from the memory element (12). Moreover, the correction calculation can be performed accurately and can be displayed on the display (35). Moreover, in the calculation of the remaining capacity, there is no continuous measurement by the power of the battery cell (11), and the self-discharge amount of the battery cell (11) itself can be extremely reduced. The measurement of the remaining capacity in the second aspect can be performed in the same manner as in the first aspect.
[0044]
In addition, the method for measuring the electric capacity according to the present invention is a method for measuring the electric capacity in the battery unit (1) of each of the above aspects in which the electric capacity can be specified using the voltage drop characteristic. Is used to detect the voltage of the battery cell (11) and calculate the electric capacity of the battery cell (11) from the obtained voltage value. The voltage drop of the battery cell (11) is stored in advance in the memory element (12). Parameters defined based on the characteristics (coefficients indicating the deterioration state) are used as correction values. As a result, as described above, the remaining capacity of the battery cell (11) can be calculated easily and accurately and displayed on the display (35).
[0045]
In the present invention, the “measurement of electric capacity” is not necessarily limited to measuring the absolute value of the capacity, but the ratio to the electric capacity (capacity in the fully charged state before deterioration) that should originally be possessed. It is also a concept including measuring the relative value of (the same applies to the measurement method described later).
[0046]
In addition, in the battery unit (1) of the present invention, as described above, a parameter defined based on the charging time characteristic is also adopted as a characteristic parameter unique to the battery cell (11) written in the memory element (12). it can. That is, the characteristic characteristic parameter of the battery cell is a parameter related to the deterioration state of the battery cell, and is a parameter defined based on a charging time characteristic when charging at a constant voltage from a state where the battery cell has dropped to a predetermined voltage. . The parameter defined based on the charging time characteristic is used as a correction value when calculating the electric capacity of the battery cell from the detected voltage of the battery cell. In a normal charger, the charging operation is first performed at a constant voltage. Therefore, as a characteristic parameter unique to the battery cell (11), it is more preferable to use a parameter defined based on the above charging time characteristic. Simple and preferred.
[0047]
For example, as described above, the lithium polymer battery has deterioration characteristics as shown in FIG. 2, and as shown in Table 2, along with the deterioration, for example, the number of times of charging / discharging (number of cycles) increases. As a result, the possible charging capacity decreases and the charging time gradually increases. The deterioration of the secondary battery, that is, the decrease in the chargeable electric capacity is highly correlated with the charging time in the case of constant voltage (CV) charging. One of the reasons that the deterioration of the secondary battery affects the charging time is an increase in the internal resistance due to the deterioration, and the tendency of the change in the internal resistance varies depending on the battery manufacturing process and the internal structure. . In other words, the charging time characteristics are different for each lithium polymer battery having different specifications, manufacturing methods, lots, and the like.
[0048]
Therefore, for each lithium polymer battery, the charging time when fully charged, for example, at a constant voltage is measured each time, and this is converted into numerical data in advance as a correction value corresponding to the charge / discharge history (degradation degree). Thus, the electric capacity that can be used at that time, in other words, the remaining capacity can be accurately calculated based on the numerical data (correction value) only by detecting the battery voltage.
[0049]
Specifically, for example, by charging the battery cell (11) using the charger (2) shown in FIG. 4 as described above, the battery cell (11) is charged at a constant voltage from a state where the battery cell (11) has dropped to a certain voltage. Measure the time until. Then, after obtaining the coefficient (deterioration coefficient) indicating the deterioration state by taking the product of the obtained charging time and a predetermined correction value, the characteristic parameter indicating the inherent deterioration state of the battery cell (11) is satisfied. The coefficient D corresponding to the discharge history is written in the memory element (12) of the battery unit (1).
[0050]
As a result, when the battery unit (1) is applied to the power consuming device (3) as shown in FIG. 6, the memory element (12) of the battery unit (1) 11), which is a characteristic parameter in other words, that is, a coefficient indicating the above-described deterioration state is stored in advance, and the remaining capacity of the battery cell (11) is calculated by the microprocessor (33) of the power consuming device (3). In this case, the coefficient D corresponding to the charge / discharge history can be cooperatively output to the microprocessor (33).
[0051]
Therefore, in the microprocessor (33), the remaining capacity of the battery cell (11) can be simply calculated based on the detected voltage of the battery cell (11) and the coefficient as a parameter indicating the deterioration state obtained from the memory element (12). Moreover, the correction calculation can be performed accurately and can be displayed on the display (35). Moreover, in the calculation of the remaining capacity, there is no continuous measurement by the power of the battery cell (11), and the self-discharge amount of the battery cell (11) itself can be extremely reduced. The remaining capacity in this case can also be measured in the same manner as in the first and second aspects.
[0052]
Incidentally, Table 2 shows an example of measured constant voltage charging time value until charging, chargeable electric capacity, and deterioration coefficient used for the above calculation in the power consuming device (3). .
[0053]
[Table 2]
Moreover, the measuring method of the electric capacity in the battery unit (1) according to the present invention is a measuring method of the electric capacity in the battery unit (1) that can specify the electric capacity by utilizing the charging time characteristic, and the battery cell. In detecting the voltage of (11) and calculating the electric capacity of the battery cell (11) from the obtained voltage value, it is stored in advance in the memory element (12) and based on the charging time characteristic of the battery cell (11). Use specified parameters as correction values. As a result, the remaining capacity of the battery cell (11) can be calculated easily and accurately and displayed on the display (35) as in the above-described embodiments.
[0055]
In the battery unit (1) of the present invention of each aspect described above, the writing of parameters to the memory element (12) and the calculation of the remaining capacity are not limited to the charger or the power consuming device. Any device can be used as long as (1) can be connected. In addition, when the battery unit (1) is provided with a temperature sensor so that the temperature of the battery cell (11) can be detected, a comparison table as shown in Table 1 is stored for each predetermined temperature or temperature range. As a result, the remaining capacity can be calculated with higher accuracy.
[0056]
Furthermore, in the battery unit (1) of the present invention, in order to calculate the remaining capacity of the battery cell (11) with higher accuracy, the parameters stored in the memory element (12) include the parameters of the battery cell (11). The discharge rate of the battery cell (11) used as a correction value when calculating the electric capacity may be included. That is, in the calculation of the electric capacity of the battery cell (11), the discharge rate is also a factor that affects the accuracy. If necessary, a circuit or software for measuring the discharge rate is provided on the side of the charger or the power consuming device. In addition, the remaining capacity can be corrected and calculated with higher accuracy by using the information of the discharge rate by monitoring on the device side and writing in the memory element (12).
[0057]
Moreover, the structure of the battery unit (1) of the present invention and the method for measuring the remaining capacity can be used for evaluation of initial characteristics in the production of the secondary battery constituting the battery unit or the battery cell. For example, after charging the manufactured secondary battery, a discharge test is performed, and the evaluation result obtained at that time is stored in the memory element as the initial characteristics of the battery. Then, by using the above evaluation result and judging the quality of the product battery pack in the inspection process, defective products can be eliminated.
[0058]
Furthermore, the circuit configuration of the test apparatus used for the above characteristic evaluation can be the same as that of the charger shown in FIG. In particular, by configuring the test device circuit to be the same as the charger circuit, when the charger is actually applied to the battery unit, there is no difference in electrical characteristics between the tester and the charger, and the charging conditions are more Since it can be reproduced with high accuracy, the measurement accuracy of the remaining capacity can be further improved.
[0059]
Moreover, when manufacturing a charger and a battery unit, the battery unit is set in the charger as described above with a constant current discharge circuit, and the product evaluation of the battery unit is performed in conjunction with the product evaluation of the charger. I can do it. As a result, the battery unit and the charger can be inspected at the same time, and the inspection time and cost can be reduced. The above test method in the test apparatus may be the same method as the measurement of the voltage drop characteristic described above, but the characteristic parameter of the secondary battery stored in the memory element is not only the relationship between the discharge time and the voltage drop. The profile and temperature at the time of testing can also be used.
[0060]
【The invention's effect】
According to the secondary battery unit of the present invention and the electric capacity measurement method in the secondary battery unit, the memory element stores in advance the characteristic parameters of the battery cell, and when calculating the remaining capacity of the battery cell, Since the stored characteristic parameter is output to, for example, the power consuming device side, the remaining capacity of the battery cell can be calculated easily and accurately based on the detected voltage of the battery cell. Moreover, in such calculation, there is no continuous measurement by the power of the battery cell, and the self-discharge amount of the battery cell itself can be extremely reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a secondary battery unit according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing deterioration characteristics of a lithium polymer battery as an example.
FIG. 3 is a graph showing deterioration characteristics of a lithium polymer battery as an example.
FIG. 4 is a block diagram showing a parameter writing process when combined with a charger.
FIG. 5 is a flowchart showing a parameter writing procedure for a memory element;
FIG. 6 is a block diagram showing a calculation process of the electric capacity of a battery cell when a secondary battery unit is applied to a power consuming device.
[Explanation of symbols]
1: Secondary battery unit
11: Battery cell
12: Memory element
2: Charger
21: Charge control circuit
23: Microprocessor
3: Power consumption equipment
33: Microprocessor
35: Display
36: Charge control circuit
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000125658A JP3868711B2 (en) | 1999-07-21 | 2000-04-26 | Secondary battery unit and measuring method of electric capacity in secondary battery unit |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-206303 | 1999-07-21 | ||
| JP20630399 | 1999-07-21 | ||
| JP2000125658A JP3868711B2 (en) | 1999-07-21 | 2000-04-26 | Secondary battery unit and measuring method of electric capacity in secondary battery unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001095159A JP2001095159A (en) | 2001-04-06 |
| JP3868711B2 true JP3868711B2 (en) | 2007-01-17 |
Family
ID=26515570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000125658A Expired - Lifetime JP3868711B2 (en) | 1999-07-21 | 2000-04-26 | Secondary battery unit and measuring method of electric capacity in secondary battery unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3868711B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101041791B1 (en) * | 2003-08-25 | 2011-06-17 | 엘지전자 주식회사 | Method for detecting remain power in smart battery |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005312769A (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Olympus Corp | Receiver and medical apparatus |
| JP5066796B2 (en) * | 2005-07-06 | 2012-11-07 | パナソニック株式会社 | State determination method for automotive lead-acid battery |
| JP4732830B2 (en) * | 2005-08-12 | 2011-07-27 | シャープ株式会社 | Low battery judgment voltage setting method |
| JP5375110B2 (en) * | 2009-01-14 | 2013-12-25 | ミツミ電機株式会社 | Battery pack, semiconductor integrated circuit, remaining capacity correction method, remaining capacity correction program |
| JP5491047B2 (en) * | 2009-03-05 | 2014-05-14 | ソニーモバイルコミュニケーションズ， エービー | Terminal device, battery remaining amount display method and program |
| JP2012113877A (en) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Panasonic Corp | Emergency lighting device and emergency lighting apparatus |
| KR101646730B1 (en) * | 2014-12-24 | 2016-08-08 | 포스코에너지 주식회사 | System and method for estimating soc of sodium rechargeable battery |
| JP6831807B2 (en) * | 2018-03-12 | 2021-02-17 | 古河電気工業株式会社 | Data processing device and diagnostic method |
-
2000
- 2000-04-26 JP JP2000125658A patent/JP3868711B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101041791B1 (en) * | 2003-08-25 | 2011-06-17 | 엘지전자 주식회사 | Method for detecting remain power in smart battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001095159A (en) | 2001-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3696903B1 (en) | Battery management apparatus, battery management method, battery pack and electric vehicle | |
| CN104698385B (en) | Battery state calculating device and battery state calculating method | |
| US8598849B2 (en) | In-situ battery health detector and end-of-life indicator | |
| TWI381182B (en) | Apparatus and method for estimating state of health of battery based on battery voltage variation pattern | |
| US8643331B1 (en) | Enhanced voltage-based fuel gauges and methods | |
| KR100570427B1 (en) | Instrument provided with a detecting device for detecting internal state of a rechargeable battery | |
| KR101190356B1 (en) | Battery apparatus and discharge controlling method of battery apparatus | |
| US8502504B1 (en) | Model-based battery fuel gauges and methods | |
| US20110112782A1 (en) | Battery status detection device | |
| JPH11329512A (en) | Secondary battery capacity deterioration judging method and its judging device | |
| JP2004163360A (en) | Battery capacity calculation method, battery capacity calculation device, and battery capacity calculation program | |
| JP2010197395A (en) | Method of and device for determining charge condition of battery | |
| JP3721853B2 (en) | Battery life and remaining capacity judgment device | |
| JP3868711B2 (en) | Secondary battery unit and measuring method of electric capacity in secondary battery unit | |
| KR20050008633A (en) | Battery pack and battery remaining power calculating method | |
| US20140139230A1 (en) | Method and apparatus for determining a charge state | |
| JPH09243717A (en) | Method of detecting residual capacity of battery, and device therefor | |
| JP2007322398A (en) | Battery pack and method for detecting fully-charge capacity | |
| JP2005195388A (en) | Instrument for measuring residual level of battery | |
| TWI707151B (en) | Methods and apparatus for calculating a route resistance of a battery system | |
| JP4000240B2 (en) | Secondary battery unit and secondary battery remaining amount measuring method | |
| US20060226845A1 (en) | Method for determining capacity of lead-acid batteries of various specific gravities | |
| KR20030013215A (en) | Capacity Prediction and Screening Method of Battery Using Transient Response Function | |
| JP3771451B2 (en) | Secondary battery unit and remaining capacity display device | |
| US20230408587A1 (en) | Battery capacity estimation method, and battery module and electronic product using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040531 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051020 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060223 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060421 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061003 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061011 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3868711 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131020 Year of fee payment: 7 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |