JP3987178B2

JP3987178B2 - バッテリーパックの劣化判定方法およびバッテリーパックの劣化判定装置

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Publication number: JP3987178B2
Application number: JP35627497A
Authority: JP
Inventors: 健二小林; 守信遠藤; 和弘森
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Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: JPH11174136A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池などの二次電池を含んで構成されるバッテリーパックの劣化を判定するのに適したバッテリーパックの劣化判定方法およびバッテリーパックの劣化判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリーパックの劣化判定方法として、充放電試験によって行う方式が従来から知られている。しかし、この劣化判定方法では、バッテリーパックの劣化を正確に判定できる反面、満充電状態に至るまでバッテリーパック内の二次電池を一旦充電し、バッテリーパックの端子間電圧が所定値に低下するまでの放電時間を測定することによって劣化を判定するため、その判定に長時間を必要とする欠点がある。このため、短時間での判定が要求される場合には、バッテリーパック内部の実効抵抗を測定し、その測定値に基づいて判定する方法が一般的に用いられている。
【０００３】
この種の実効抵抗を測定することによってバッテリーパックの劣化を判定するための装置として、出願人は図７に示す劣化判定装置７１を既に開発している。
【０００４】
最初に、劣化判定装置７１の判定対象であるバッテリーパックについて説明する。同図に示すように、バッテリーパック３１は、二次電池３２と、過負荷や短絡等に起因する過電流から二次電池３２を保護するための保護抵抗３３とを内蔵している。この場合、二次電池３２は、所定電圧を発生する起電力部３２ａと、劣化の度合に応じて抵抗値が変化する実効抵抗３２ｂとを含む等価直列回路として表すことができる。一方、保護抵抗３３は、正の抵抗−温度特性を有するＰＴＣ型サーミスタなどで構成されている。
【０００５】
劣化判定装置７１は、交流四端子法に従ってバッテリーパック３１内の実効抵抗を測定するための抵抗測定部７２と、抵抗測定部７２によって測定された実効抵抗に基づいてバッテリーパック３１の劣化を判定する判定部７３と、判定部７３によって判定された判定結果を表示する表示部７４とを備えて構成されている。
【０００６】
次いで、劣化判定装置７１による判定処理について、図８を参照して説明する。
【０００７】
まず、図７に示すように、満充電状態にしたバッテリーパック３１にプローブ２５ａ，２５ｂを接続する。次いで、抵抗測定部７２が、プローブ２５ａ，２５ｂを介してバッテリーパック３１に例えば１ｋＨｚの交流定電流を供給すると共に、バッテリーパック３１の両端に生じる交流電圧Ｖ２をプローブ２５ｃ，２５ｄを介して入力する。このとき、抵抗測定部７２は、いわゆる同期検波によってバッテリーパック３１内の実効抵抗を測定する。具体的には、抵抗測定部７２は、供給している交流定電流の基準信号電圧Ｖ１と入力した交流電圧Ｖ２とを互いに乗算した後に、ローパスフィルターを通過させることにより、バッテリーパック３１内の実効抵抗によって生じた電力損失ＷDCを求める。この場合、基準信号電圧Ｖ１、交流電圧Ｖ２および電力損失ＷDCは、それぞれ下記の（１）式〜（３）式で表される。
Ｖ１＝Ａｓｉｎωｔ・・・・・・・（１）式
Ｖ２＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋θ）・・・（２）式
ＷDC＝Ａ・Ｂｃｏｓθ／２・・・・（３）式
この場合、交流定電流の電流値が予め決定されているため、その電流値の二乗の値で電力損失ＷDCを除算することにより、実効抵抗の抵抗値を求めることができる。
【０００８】
次いで、判定部７３は、測定したバッテリーパック３１の実効抵抗の抵抗値が、所定のしきい値を超えていたときに、バッテリーパック３１に内蔵の二次電池３２が劣化していると判定し、その旨を表示部７４に表示する。この場合、サイクル充電によって繰り返し使用したバッテリーパック３１は、満充電状態のときには、一般的に、図８（ａ）に示す放電容量特性ＣＲ７を有している。このため、バッテリーパック３１は、充電回数Ｎ０を超えて繰り返し使用されたときには、その放電容量が使用限界放電容量値Ｑ0 から急激に低下する。また、バッテリーパック３１は、同図（ｂ）に示すように、充電回数に応じて高抵抗値となる実効抵抗特性ＣＲ８も有している。したがって、充電回数Ｎ０のときの実効抵抗の抵抗値ＲB0を上記した所定のしきい値として判別する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この劣化判定装置７１には、以下の問題点がある。
第１に、バッテリーパック３１に内蔵されている保護抵抗３３の抵抗値が製造上の誤差などに起因してばらつくと、劣化判定を正確に行うことができないという問題点がある。具体的には、バッテリーパック３１内の保護抵抗３３の抵抗値が標準値よりも大きいときには、バッテリーパック３１の実効抵抗特性は、例えば、図８（ｂ）に示すように、標準値に対する誤差分だけ実効抵抗特性ＣＲ８を高抵抗値側に平行移動した実効抵抗特性ＣＲ９となる。このため、充電回数Ｎ１において、しきい値ＲB0に達する。したがって、実際には、使用限界放電容量値Ｑ0 よりも十分大きい放電容量値Ｑ1 であって、二次電池３２が劣化していないにも拘わらず、バッテリーパック３１が劣化したと誤判定してしまう。また、これとは逆に、保護抵抗３３の抵抗値が標準値よりも小さいときには、バッテリーパック３１の実効抵抗特性は、例えば、同図（ｂ）に示すように、標準値に対する誤差分だけ実効抵抗特性ＣＲ８を低抵抗値側に平行移動した実効抵抗特性ＣＲ１０となる。このため、充電回数Ｎ２において、しきい値ＲB0に達する。したがって、使用限界放電容量値Ｑ0 よりもはるかに低い放電容量値Ｑ2 に達して初めて、バッテリーパック３１が劣化したと誤判定してしまう。
第２に、劣化判定装置７１では、充電回数Ｎ０における満充電状態のときの実効抵抗の標準値と測定した実効抵抗の抵抗値とを比較するため、バッテリーパック３１を一旦満充電状態にする必要がある。このため、劣化判定装置７１には、劣化判定に先立ってバッテリーパック３１を充電する必要上、依然として劣化判定に長時間を要するという問題点がある。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーパックの劣化判定を正確かつ迅速に行うことが可能なバッテリーパックの劣化判定方法およびバッテリーパックの劣化判定装置を提供することを主目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載のバッテリーパックの劣化判定方法は、二次電池を含んで構成されるバッテリーパック内の実効抵抗を測定し、測定した実効抵抗に基づいてバッテリーパックの劣化を判定するバッテリーパックの劣化判定方法において、バッテリーパックを所定の直流定電流で充電または放電させつつ、バッテリーパックに交流定電流を供給し、この状態においてバッテリーパックの両端子間に生じる交流電圧を検出すると共にバッテリーパック内で損失されている電力に対応する損失電力対応信号を交流電圧の交流電圧信号と交流定電流の電流信号とを互いに乗算して生成し、かつ損失電力対応信号をディジタル変換して得られる損失電力対応値を交流定電流の出力電流値の二乗に対応する値で除算するバッテリーパックの実効抵抗の演算を所定時間を挟んで２回実行することによって実効抵抗を２回測定し、２回の測定においてそれぞれ測定した実効抵抗と所定時間とから単位時間当たりの実効抵抗の変化量を算出すると共に変化量に基づいてバッテリーパックの劣化を判定することを特徴とする。
【００１２】
このバッテリーパックの劣化判定方法では、充電開始後（若しくは放電開始後）の任意の時点において、バッテリーパック内の実効抵抗についての１回目の測定を行うと共に、所定時間経過した後に２回目の実効抵抗の測定を行い、２回の測定においてそれぞれ測定された２つの実効抵抗と所定時間とから、実効抵抗の単位時間当たりの変化量を算出し、この変化量に基づいてバッテリーパックの劣化判定を行う。この場合、バッテリーパックに内蔵の保護抵抗の抵抗値は、充放電によっては変化しないため、実効抵抗の抵抗値差は、バッテリーパック内における二次電池の実効抵抗の変化量に相当する。一方、バッテリーパック内の二次電池の充放電時間と実効抵抗の変化量とは、ほぼ比例する関係にある。したがって、実効抵抗の抵抗値差（二次電池の実効抵抗の変化量）に基づいて、保護抵抗の抵抗値のばらつきの影響を受けることなく、バッテリーパックの劣化判定を正確に行うことが可能となる。この場合、所定時間は、実効抵抗の変化量が明確となるのに十分な時間でよく、上述した劣化判定装置７１がバッテリーパックを満充電させるために長時間を必要としていたのに対し、極めて短時間で劣化判定を行うことが可能となる。
【００１３】
具体的には、例えば、劣化し始めたバッテリーパックにおける実効抵抗の単位時間当たりの変化量を予め調べておき、判定対象のバッテリーパックについて実際に測定した単位時間当たりの変化量と比較することによってバッテリーパックの劣化を判定する。このように、充放電の単位時間当たりの実効抵抗の変化量を劣化判定の基準とすることにより、判定の基準値を１つに定めることができ、これにより、劣化判定を容易に行うことが可能となる。また、この劣化判定方法に従ってバッテリーパックの劣化を判定する装置を構成するときには、判定の際の基準データ数を１つに定めることができるため、少ないメモリ容量でよく、しかも迅速に劣化判定を行わせることが可能となる。
【００１４】
請求項２記載のバッテリーパックの劣化判定方法は、請求項１記載のバッテリーパックの劣化判定方法において、単位時間当たりの変化量に基づいてバッテリーパックの残余充電回数を求め、求めた残余充電回数を表示装置に表示することを特徴とする。
【００１５】
バッテリーパックの劣化判定後には、劣化している、または劣化していない旨のみを表示手段に表示させることもできる。一方、バッテリーパックは、充放電の単位時間当たりの実効抵抗の変化量が求まると、サイクル充電によって使用する場合の残余充電回数が予測できる。このため、このバッテリーパックの劣化判定方法では、例えば、予測値と、単位時間当たりの実効抵抗の変化量とに基づいてバッテリーパックの残余充電回数を求め、求めた残余充電回数を表示する。これにより、バッテリーパックの交換時期の目安を報知することが可能となる。
【００１６】
請求項３記載のバッテリーパックの劣化判定装置は、二次電池を含んで構成されるバッテリーパック内の実効抵抗を測定する実効抵抗測定手段と、測定した実効抵抗に基づいてバッテリーパックの劣化を判定する劣化判定手段とを備えているバッテリーパックの劣化判定装置において、バッテリーパックを所定の直流定電流で充電するＤＣ定電流源または所定の直流定電流でバッテリーパックを放電させる電子負荷と、バッテリーパックに交流定電流を供給するＡＣ定電流源と、ＤＣ定電流源または電子負荷を起動させてバッテリーパックを所定の直流定電流で充電または放電させつつ、ＡＣ定電流源を起動させてバッテリーパックに交流定電流を供給させ、この状態においてバッテリーパックの両端子間に生じる交流電圧を検出すると共にバッテリーパック内で損失されている電力に対応する損失電力対応信号を交流電圧の交流電圧信号と交流定電流の電流信号とを互いに乗算して生成し、かつ損失電力対応信号をディジタル変換して得られる損失電力対応値を交流定電流の出力電流値の二乗に対応する値で除算するバッテリーパックの実効抵抗の演算を所定時間を挟んで２回実行することによって実効抵抗を２回測定し、２回の測定においてそれぞれ測定した実効抵抗と所定時間とから単位時間当たりの実効抵抗の変化量を算出すると共に変化量に基づいてバッテリーパックの劣化を判定するＣＰＵとを備えていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るバッテリーパックの劣化判定方法および劣化判定装置の好適な実施の形態について説明する。なお、上述した劣化判定装置７１と同一の構成については、同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００１８】
図１に示すように、劣化判定装置１は、プローブ２５ａ，２５ｂを介して所定の定電流（例えば、５０ｍＡ）でバッテリーパック３１を充電するためのＤＣ定電流源１１と、プローブ２５ａ，２５ｂを介して所定の定電流でバッテリーパック３１を放電するための電子的な電子負荷１２と、プローブ２５ａ，２５ｂを介して１ｋＨｚの交流定電流をバッテリーパック３１に供給するためのＡＣ定電流源１３と、バッテリーパック３１の両端子間に生じる交流電圧をプローブ２５ｃ，２５ｄを介して検出すると共に検出信号を増幅するＡＣアンプ１４と、ＡＣアンプ１４の出力信号およびＡＣ定電流源１３から出力される交流電圧に基づき前述した同期検波方式によってバッテリーパック３１内での電力損失に対応し直流信号である損失電力対応信号を生成する同期検波回路１５と、同期検波回路１５の出力信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１６と、バッテリーパック３１の両端子間に生じる直流電圧をプローブ２５ｃ，２５ｄを介して検出すると共に検出信号を増幅するＤＣアンプ１７と、ＤＣアンプ１７の出力信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１８と、Ａ／Ｄ変換器１６の出力データに基づいてバッテリーパック３１の劣化を判定する判定処理など各種の処理を実行するＣＰＵ１９と、ＣＰＵ１９の判定結果などを表示するための表示部２０とを備えている。また、ＣＰＵ１９は内部メモリ１９ａを備えており、内部メモリ１９ａには、ＣＰＵ１９の動作プログラム、判定処理の際に用いられる判定用基準値、および残余充電回数を求める際の残余充電回数テーブルなどが予め記憶されている。なお、ＤＣ定電流源１１および電子負荷１２が本発明における充放電手段に相当し、ＡＣ定電流源１３、ＡＣアンプ１４、同期検波回路１５およびＣＰＵ１９が本発明における実効抵抗測定手段に相当し、ＣＰＵ１９が本発明における測定制御手段および劣化判定手段に相当する。
【００１９】
以下、図２〜６を参照して劣化判定装置１の判定処理について説明する。
【００２０】
最初に、バッテリーパック３１を充電しつつ劣化を判定する際の処理について、図２（ａ）に示すフローチャート、および図３，４にそれぞれ示す実効抵抗特性図を参照して説明する。
【００２１】
最初に、図１に示すように、バッテリーパック３１の両端子にプローブ２５ａ〜２５ｄを接続する。次いで、この状態で図外の充電用測定開始スイッチを操作すると（ステップ５１）、ＣＰＵ１９は、起動信号ＳDCを出力する。これにより、ＤＣ定電流源１１が、プローブ２５ａ，２５ｂを介して定電流を出力することにより、バッテリーパック３１の充電が開始される（ステップ５２）。
【００２２】
次に、ＣＰＵ１９は、１回目の実効抵抗測定を開始する（ステップ５３）。この測定では、ＣＰＵ１９は、起動信号ＳACを出力することにより、ＡＣ定電流源１３に対し、プローブ２５ａ，２５ｂを介して１ｋＨｚの交流定電流をバッテリーパック３１に供給させる。この際に、バッテリーパック３１には、ＤＣ定電流源１１から出力されている直流充電電流にＡＣ定電流源１３から出力される交流電流を重畳した脈流電流が供給される。この状態において、ＣＰＵ１９は、バッテリーパック３１内の実効抵抗ＲB を測定する。具体的には、同期検波回路１５が、ＡＣアンプ１４によって増幅された交流電圧信号とＡＣ定電流源１３から出力される交流定電流の電流信号とを互いに乗算すると共に、乗算後の信号をローパスフィルタでろ波することによりバッテリーパック３１内で損失されている電力に対応する損失電力対応信号を生成する。次いで、Ａ／Ｄ変換器１６が損失電力対応信号を損失電力対応値としてのディジタルデータに変換してＣＰＵ１９に出力する。これにより、ＣＰＵ１９が、ＡＣ定電流源１３の出力電流値の二乗に対応する値で損失電力対応値を除算することにより、バッテリーパック３１内の実効抵抗ＲB を演算し、演算値を測定値ＲB11 として内部メモリ１９ａに記憶する。なお、ＣＰＵ１９は、ＤＣ定電流源１１を作動させている間、ＤＣアンプ１７およびＡ／Ｄ変換器１８を介してバッテリーパック３１の端子間電圧ＶB を監視し、端子間電圧ＶB が所定電圧を超えた場合には、起動信号ＳDCの出力を停止してＤＣ定電流源１１の作動を停止させることにより、二次電池３２を過充電から保護する。
【００２３】
次に、ＣＰＵ１９は、内部メモリ１９ａに予め記憶されている動作プログラムに従い、１回目の実効抵抗測定から充電時間ＴC を経過した時に、２回目の実効抵抗測定を開始する（ステップ５４）。ＣＰＵ１９は、この実効抵抗測定においても、１回目の実効抵抗測定と同様にして演算した測定値ＲB12 を内部メモリ１９ａに記憶する。
【００２４】
次いで、ＣＰＵ１９は、起動信号ＳDCの出力を停止した後に、内部メモリ１９ａに記憶されている２つの測定値ＲB11 ，ＲB12 および充電時間ＴC に基づき、下記の（４）式に従って、バッテリーパック３１内の実効抵抗の充電に対する単位時間当たりの変化量ＲＶを演算する（ステップ５５）。
ＲＶ＝（ＲB11 −ＲB12 ）／ＴC ・・・・（４）式
【００２５】
次に、ＣＰＵ１９は、変化量ＲＶに基づいてバッテリーパック３１の劣化を判定する（ステップ５６）。この場合、バッテリーパック３１内の二次電池３２が仮に正常状態であるとし、かつ２つの測定値ＲB11 ，ＲB12 がそれぞれ時間ｔ１，ｔ２の時に測定されたとすれば、両測定値ＲB11 ，ＲB12 は、図３に示すように、正常状態のバッテリーパック３１を充電した際の充電時間に対する実効抵抗の特性である実効抵抗特性ＣＲ１上の２点として測定されたことになる。ここで、測定値ＲB11 ，ＲB12 は、時間ｔ１，ｔ２の時における二次電池３２内の実効抵抗３２ｂの抵抗値Ｒ211 ，Ｒ212 に保護抵抗３３の抵抗値ＲS をそれぞれ加算した値である。一方、保護抵抗３３の抵抗値ＲS は、バッテリーパック３１の充電によっては変化しない。したがって、変化量ＲＶは、同図に示すように、正常状態の二次電池３２を充電した際の充電時間に対する実効抵抗３２ｂの特性である実効抵抗特性ＣＲ２上の２点間の抵抗値差として測定されたことになる結果、二次電池３２内の実効抵抗３２ｂの変化量に相当する。
【００２６】
一方、バッテリーパック３１内の二次電池３２は、劣化し始めた場合、正常状態のときと比較して実効抵抗３２ｂの抵抗値が上昇するが、その上昇の度合いは、電荷が空状態のときよりも満充電のときのほうが上昇する。したがって、劣化し始めた二次電池３２を充電した際の充電時間に対する二次電池３２の実効抵抗３２ｂの実効抵抗特性は、図４に示すように、実効抵抗特性ＣＲ３として表すことができる。この場合、実効抵抗特性ＣＲ３に示すように、時間ｔ１の時の抵抗値Ｒ213 と時間ｔ２の時の抵抗値Ｒ214 との抵抗値差が、正常な二次電池３２と比較して小さくなる。このため、劣化し始めた二次電池３２の実効抵抗３２ｂの変化量ＲＶは、正常な二次電池３２の実効抵抗３２ｂの変化量ＲＶと比較して小さくなる。したがって、正常な二次電池３２の変化量ＲＶの限界値を判定用基準値ＲＶref として内部メモリ１９ａに予め記憶させておくことにより、ＣＰＵ１９は、演算した変化量ＲＶと、判定用基準値ＲＶref とを比較することにより、二次電池３２の劣化、すなわち、バッテリーパック３１の劣化を正確に判定することができる。
【００２７】
一方、ＣＰＵ１９は、劣化判定において二次電池３２が劣化していないと判定した場合には、演算した変化量ＲＶに基づいて、バッテリーパック３１をサイクル充電によって使用する場合の残余充電回数を算出する。この場合、二次電池３２は、一気に正常状態から劣化状態に至るものではなく、徐々に劣化し始めるため、残余充電回数は、変化量ＲＶと所定の関係がある。このため、変化量ＲＶに対する残余充電回数の予測値を残余充電回数テーブルとして内部メモリ１９ａに記憶させておくことにより、ＣＰＵ１９は、測定した変化量ＲＶに基づき、残余充電回数テーブルを参照して残余充電回数を算出する。この後、ＣＰＵ１９は、劣化判定の結果、および算出した残余充電回数を表示部２０に表示させる。
【００２８】
次に、バッテリーパック３１を放電しつつ劣化を判定する際の処理について、図２（ｂ）に示すフローチャート、および図５，６にそれぞれ示す実効抵抗特性図を参照して説明する。この処理は、充電に代えてバッテリーパック３１を放電させる点が、充電しつつ劣化を判定する処理と異なるため、その異なる点を主として説明し、同一の処理内容については説明を省略する。
【００２９】
放電用測定開始スイッチを操作すると（ステップ６１）、ＣＰＵ１９は、起動信号ＳL を出力することにより電子負荷１２を起動させる。これにより、バッテリーパック３１の定電流による放電が開始される（ステップ６２）。
【００３０】
次に、ＣＰＵ１９は、１回目の実効抵抗測定を開始する（ステップ６３）。この実効抵抗測定は、上記したステップ５３と同様にして行われ、ＣＰＵ１９は、演算したバッテリーパック３１内の実効抵抗の測定値ＲB21 を内部メモリ１９ａに記憶する。
【００３１】
次に、ＣＰＵ１９は、内部メモリ１９ａに予め記憶されている動作プログラムに従い、１回目の実効抵抗測定から放電時間ＴD を経過した時に、２回目の実効抵抗測定を開始する（ステップ６４）。ＣＰＵ１９は、この実効抵抗測定においても、１回目の実効抵抗測定と同様にして演算した測定値ＲB22 を内部メモリ１９ａに記憶する。
【００３２】
次いで、ＣＰＵ１９は、起動信号ＳL の出力を停止した後に、内部メモリ１９ａに記憶されている２つの測定値ＲB21 ，ＲB22 および放電時間ＴD に基づき、下記の（５）式に従って、バッテリーパック３１内の実効抵抗の放電に対する単位時間当たりの変化量ＲＶを演算する（ステップ６５）。
ＲＶ＝（ＲB22 −ＲB21 ）／ＴD ・・・・（５）式
【００３３】
次に、ＣＰＵ１９は、変化量ＲＶに基づいてバッテリーパック３１の劣化を判定する（ステップ６６）。この場合、バッテリーパック３１内の二次電池３２が仮に正常状態であるとし、かつ２つの測定値ＲB21 ，ＲB22 がそれぞれ時間ｔ３，ｔ４の時に測定されたとすれば、両測定値ＲB21 ，ＲB22 は、図５に示すように、正常状態のバッテリーパック３１を放電した際の放電時間に対する実効抵抗の特性である実効抵抗特性ＣＲ４上の２点として測定されたことになる。ここで、測定値ＲB21 ，ＲB22 は、時間ｔ３，ｔ４の時における二次電池３２内の実効抵抗３２ｂの抵抗値Ｒ221 ，Ｒ222 に保護抵抗３３の抵抗値ＲS をそれぞれ加算した値である。一方、保護抵抗３３の抵抗値ＲS は、バッテリーパック３１の放電によっては変化しない。したがって、変化量ＲＶは、同図に示すように、正常状態の二次電池３２を放電した際の放電時間に対する実効抵抗３２ｂの特性である実効抵抗特性ＣＲ５上の２点間の抵抗値差として測定されたことになる結果、二次電池３２内の実効抵抗３２ｂの変化量に相当する。
【００３４】
一方、バッテリーパック３１内の二次電池３２は、劣化し始めた場合、正常状態のときと比較して実効抵抗３２ｂの抵抗値が上昇するが、その上昇の度合いは、電荷が空状態のときよりも満充電のときのほうが上昇する。したがって、劣化し始めた二次電池３２を放電した際の放電時間に対する二次電池３２の実効抵抗３２ｂの実効抵抗特性は、図６に示すように、実効抵抗特性ＣＲ６として表すことができる。この場合、実効抵抗特性ＣＲ６に示すように、時間ｔ３の時の抵抗値Ｒ223 と時間ｔ４の時の抵抗値Ｒ224 との抵抗値差が、正常な二次電池３２と比較して小さくなる。このため、劣化し始めた二次電池３２の実効抵抗３２ｂの変化量ＲＶは、正常な二次電池３２の実効抵抗３２ｂの変化量ＲＶと比較して小さくなる。したがって、正常な二次電池３２の変化量ＲＶの限界値を判定用基準値ＲＶref として内部メモリ１９ａに予め記憶させておくことにより、ＣＰＵ１９は、演算した変化量ＲＶと、判定用基準値ＲＶref とを比較することにより、二次電池３２の劣化、すなわち、バッテリーパック３１の劣化を正確に判定することができる。
【００３５】
この処理においても、ＣＰＵ１９は、劣化判定において二次電池３２が劣化していないと判定した場合には、上記したようにバッテリーパック３１をサイクル充電によって使用する場合の残余充電回数を算出する。この後、ＣＰＵ１９は、劣化判定の結果、および算出した残余充電回数を表示部２０に表示させる。
【００３６】
このように、この劣化判定装置１によれば、二次電池３２の実効抵抗特性に基づいて判定を行うことができるため、保護抵抗３３の抵抗値にばらつきがあったとしても、これに影響されずに、バッテリーパック３１の劣化を正確に判定することができる。この場合、充電時間ＴC または放電時間ＴD の長さは任意であり、充電または放電に対する二次電池３２における実効抵抗３２ｂの単位時間当たりの変化量が求まればよい。このため、１つの判定用基準値ＲＶref と比較すればよいため、２回の実効値測定における測定値の抵抗値差に基づいて劣化判定するのと比較して、極めて迅速かつ容易にバッテリーパック３１の劣化を判定することができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記した発明の実施の形態に限定されず、その構成を適宜変更することができる。例えば、本発明の実施の形態では、バッテリーパック３１の実効抵抗を、同期検波によって測定する例について説明したが、本発明は、これに限定されず、他の任意の実効抵抗測定方法によって測定することもできる。また、本発明の実施の形態では、劣化判定装置１がバッテリーパック３１を充電または放電する手段を内蔵する構成について説明したが、本発明に係るバッテリーパックの劣化判定装置は、これに限定されず、装置とは別体の充放電手段を用いるように構成することもできる。さらに、充電時間ＴC や放電時間ＴD についても、任意の時間に設定することができる。また、本発明の実施の形態では、劣化判定の際には、充放電に対する単位時間当たりの実効抵抗の変化量ＲＶに基づいてバッテリーパック３１の劣化を判定しているが、本発明は、これに限定されず、充電時間ＴC （または放電時間ＴD ）に対する実効抵抗の抵抗値差に基づいて劣化を判定してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載のバッテリーパックの劣化判定方法および請求項３記載のバッテリーパックの劣化判定装置によれば、充電開始後（若しくは放電開始後）の任意の時点において、バッテリーパック内の実効抵抗についての１回目の測定を行うと共に、所定時間経過した後に、２回目の実効抵抗の測定を行い、２回の測定においてそれぞれ測定された２つの実効抵抗と所定時間とから、実効抵抗の単位時間当たりの変化量を算出し、この変化量に基づいてバッテリーパックの劣化判定を行うことにより、バッテリーパックに一般的に内蔵されている保護抵抗などの抵抗値のばらつきの影響を受けることなく、バッテリーパックの劣化を正確に判定することができる。この場合、所定時間は、実効抵抗の変化量が明確となるのに十分な時間でよいため、上述した劣化判定装置７１がバッテリーパックを満充電させるために長時間を必要としていたのに対し、極めて短時間で劣化判定を行うことができる。また、判定基準値を１つに定めることができるため、劣化判定を容易に行うことができる。
【００３９】
さらに、請求項２記載のバッテリーパックの劣化判定方法によれば、充電または放電に対する単位時間当たりの実効抵抗の変化量に基づいて求めたバッテリーパックの残余充電回数を表示することにより、バッテリーパックの交換時期の目安を報知することができる結果、使用者の利便を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る劣化判定装置のブロック図である。
【図２】（ａ）は、充電しつつバッテリーパックの劣化を判定する際の判定処理のフローチャートであり、（ｂ）は、放電しつつバッテリーパックの劣化を判定する際の判定処理のフローチャートである。
【図３】劣化していないバッテリーパックについての充電時間に対するバッテリーパックにおける実効抵抗の実効抵抗特性ＣＲ１、および充電時間に対する二次電池における実効抵抗の実効抵抗特性ＣＲ２の特性図である。
【図４】実効抵抗特性ＣＲ２、および劣化し始めた二次電池についての充電時間に対するバッテリーパックにおける実効抵抗の実効抵抗特性ＣＲ３の特性図である。
【図５】劣化していないバッテリーパックについての放電時間に対するバッテリーパックにおける実効抵抗の実効抵抗特性ＣＲ４、および放電時間に対する二次電池における実効抵抗の実効抵抗特性ＣＲ５の特性図である。
【図６】実効抵抗特性ＣＲ５、および劣化し始めた二次電池についての放電時間に対するバッテリーパックにおける実効抵抗の実効抵抗特性ＣＲ６の特性図である。
【図７】従来の劣化判定装置のブロック図である。
【図８】（ａ）は、充電回数に対するバッテリーパックの放電容量特性ＣＲ７の特性図であり、（ｂ）は、充電回数に対するバッテリーパックの実効抵抗特性ＣＲ８〜１０の特性図である。
【符号の説明】
１劣化判定装置
１１ＤＣ定電流源
１２電子負荷
１３ＡＣ定電流源
１４ＡＣアンプ
１５同期検波回路
１９ＣＰＵ
２０表示部
３１バッテリーパック
３２二次電池
３２ｂ実効抵抗

Claims

二次電池を含んで構成されるバッテリーパック内の実効抵抗を測定し、当該測定した実効抵抗に基づいて当該バッテリーパックの劣化を判定するバッテリーパックの劣化判定方法において、
前記バッテリーパックを所定の直流定電流で充電または放電させつつ、当該バッテリーパックに交流定電流を供給し、
この状態において当該バッテリーパックの両端子間に生じる交流電圧を検出すると共に当該バッテリーパック内で損失されている電力に対応する損失電力対応信号を当該交流電圧の交流電圧信号と前記交流定電流の電流信号とを互いに乗算して生成し、かつ当該損失電力対応信号をディジタル変換して得られる損失電力対応値を前記交流定電流の出力電流値の二乗に対応する値で除算する当該バッテリーパックの実効抵抗の演算を所定時間を挟んで２回実行することによって当該実効抵抗を２回測定し、
当該２回の測定においてそれぞれ測定した前記実効抵抗と前記所定時間とから単位時間当たりの当該実効抵抗の変化量を算出すると共に当該変化量に基づいて前記バッテリーパックの劣化を判定することを特徴とするバッテリーパックの劣化判定方法。
前記単位時間当たりの変化量に基づいて前記バッテリーパックの残余充電回数を求め、当該求めた残余充電回数を表示装置に表示することを特徴とする請求項１記載のバッテリーパックの劣化判定方法。
二次電池を含んで構成されるバッテリーパック内の実効抵抗を測定する実効抵抗測定手段と、当該測定した実効抵抗に基づいて当該バッテリーパックの劣化を判定する劣化判定手段とを備えているバッテリーパックの劣化判定装置において、
前記バッテリーパックを所定の直流定電流で充電するＤＣ定電流源または所定の直流定電流で当該バッテリーパックを放電させる電子負荷と、
前記バッテリーパックに交流定電流を供給するＡＣ定電流源と、
前記ＤＣ定電流源または前記電子負荷を起動させて前記バッテリーパックを所定の直流定電流で充電または放電させつつ、前記ＡＣ定電流源を起動させて当該バッテリーパックに交流定電流を供給させ、この状態において当該バッテリーパックの両端子間に生じる交流電圧を検出すると共に当該バッテリーパック内で損失されている電力に対応する損失電力対応信号を当該交流電圧の交流電圧信号と前記交流定電流の電流信号とを互いに乗算して生成し、かつ当該損失電力対応信号をディジタル変換して得られる損失電力対応値を前記交流定電流の出力電流値の二乗に対応する値で除算する当該バッテリーパックの実効抵抗の演算を所定時間を挟んで２回実行することによって当該実効抵抗を２回測定し、当該２回の測定においてそれぞれ測定した前記実効抵抗と前記所定時間とから単位時間当たりの当該実効抵抗の変化量を算出すると共に当該変化量に基づいて前記バッテリーパックの劣化を判定するＣＰＵとを備えていることを特徴とするバッテリーパックの劣化判定装置。