JP4794760B2

JP4794760B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP4794760B2
Application number: JP2001202944A
Authority: JP
Inventors: 進瀬川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: JP2003017138A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の劣化を支配する保存状態及び充放電状態のデータを記録して二次電池が劣化に至った履歴を検知する機能を備えた電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノートパソコン）などの電源は二次電池を用いた電池パックが用いられている。電池パックは、過充電や過放電等から二次電池を保護する電池保護回路や二次電池の残容量を表示するための残量演算回路等を二次電池と共に一体に構成したものである。二次電池として、充電により繰り返し使用できる経済性だけでなく、体積エネルギー密度や重量エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池を用いることにより、携帯電子機器の小型軽量化の向上を図ることができる。
【０００３】
しかし、二次電池は消耗品であり、充放電により繰り返し使用できる回数は有限であり、サイクル寿命特性を有している。サイクル寿命は充電条件や放電条件に支配されるだけでなく保存状態による影響も受け、単に充放電の繰り返し回数だけで表せるものではない。即ち、サイクル寿命は正常な保存状態や充放電状態での指標であって、保存状態や充放電状態が正常になされなかった場合には劣化が過度に進行する。例えば、満充電状態の二次電池を高温環境下で保存した場合や、過充電や過放電になった場合などには二次電池はサイクル寿命より少ない期間で劣化状態となる。
【０００４】
電池パックが市場から不良返却されたとき、電池パックを構成する二次電池が劣化していた場合に、どのような原因で劣化したのかの判断は推定にならざるをえない。もし、電池パックにその使用履歴がわかる手段が設けられていたとすると、二次電池が劣化に至った原因を解析することが可能となる。また、使用履歴がわかり、原因の解析ができると、二次電池及び電池パックの設計にフィードバックできる情報が蓄積できる。また、ユーザの使用方法に問題がなかったのかを知る手掛かりとすることができる。
【０００５】
二次電池の使用履歴を記録して電池寿命を判定する従来技術として、特開平７−２０１３７０号公報に開示された電池履歴メモリー装置が知られている。この従来技術は、充電電流、充電時間、充電開始時電圧、充電終了時電圧及び充電回数からなる充電データを記録する充電データ記録部、二次電池の基礎パラメータを記録する基礎パラメータ記録部及び電池寿命を判定する判定部を有し、前記充電データを記録し、前記基礎パラメータを記録して、充電データ及び基礎パラメータから判定部は電池寿命を判定すると記載されているが、これ以上の具体的な開示はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では充電データと二次電池の基礎パラメータから二次電池の寿命を判定しようとしているが、前述したように保存劣化や放電状態による劣化のデータがないので、劣化している判断は可能としても、正確な寿命判定は困難である。また、保存状態を含む使用履歴を記録して二次電池の劣化原因を解析することはできない。
【０００７】
本発明が目的とするところは、保存状態及び充放電状態に於けるデータを記録する手段を設けて二次電池の劣化原因を解析することを可能にする電池パックを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願の第１発明に係る電池パックは、二次電池と、この二次電池の電池温度及び電池電圧、充放電電流を検出する検出手段と、二次電池の残容量を演算する残容量演算手段と、二次電池の過充電及び過放電の状態を検出する電池保護手段と、二次電池の保存状態における前記電池温度及び前記残容量とを記録する保存履歴記録手段と、二次電池に充電された総充電容量及び充電開始時の残容量、満充電後の電池電圧、前記過充電の検出回数を記録する充電履歴記録手段と、二次電池から放電された総放電容量及び前記過放電の検出回数、残容量演算の補正回数、容量学習回数を記録する放電履歴記録手段と、を具備してなることを特徴とする。
【００１１】
上記電池パックでは、保存履歴記録手段により二次電池の保存劣化を判定するデータが記録され、充電履歴記録手段により二次電池の充電劣化を判定するデータが記録され、放電履歴記録手段により放電劣化を判定するデータが記録されるので、各履歴記録手段から記録されたデータを取り出すことにより、二次電池が耐用期間以前に劣化を来した場合に、劣化要因を解析することができ、電池パックや二次電池の設計に解析結果を生かすことができる。
【００１２】
上記構成において、電池電圧は、複数の二次電池を直列接続した場合には、複数の二次電池毎の電圧により充電及び放電が制御されるので、複数の二次電池個々の電圧の検出に基づくデータが記録される。
【００１３】
また、保存履歴記録手段は、電池温度及び残容量を複数のレベルに区分したマトリクスの該当領域での存在を所定時間間隔でカウントする手法により、長い期間の履歴データの記録がメモリ容量を徒に増加させることなく可能である。同様に、充電開始時の残容量及び満充電後の電池電圧についても、複数のレベルに区分した該当レベルをカウントすることで、長い期間の履歴データの記録が可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１５】
図１は、実施形態に係る電池パックの構成を示すもので、ノートパソコンの電池電源として構成された例を示すもので、リチウムイオン二次電池を用いて構成されたものである。本実施形態に係る電池パックの特徴は、使用履歴を記録する機能を備えて、不良返却された電池パックの二次電池の劣化や故障原因を解析できるようにしたところにある。
【００１６】
図１において、４本の二次電池１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは直列に接続され、個々の電圧は電圧検出手段３によって検出され、検出値はマイコン２に入力される。また、二次電池１ａ〜１ｄの入出力回路と直列に電流検出抵抗７が配設され、その両端電圧から充電電流及び放電電流が電流検出手段４によって検出され、検出値はマイコン２に入力される。また、温度検出手段５によって二次電池１ａ〜１ｄの温度が検出され、検出値はマイコンに入力される。マイコン２は、入力された電圧から二次電池１ａ〜１ｄ個々の過充電保護電圧又は過放電保護電圧を検出して充電又は放電を停止させる電池保護手段の機能と、入力された電流から二次電池１ａ〜１ｄの残容量を演算する残容量演算手段の機能を備えている。又、マイコン２は電池パックが保存されている間の二次電池１ａ〜１ｄの劣化に関与するデータ及び充放電が実施されている間の二次電池１ａ〜１ｄの劣化に関与するデータを生成すると共に、それらを保存履歴及び充放電履歴としてメモリ６（保存履歴記録手段及び充放電履歴記録手段）に記録する。
【００１７】
二次電池１ａ〜１ｄの劣化は充放電だけでなく、保存状態によっても劣化が進行する。この保存状態における劣化を支配する要素は、二次電池１ａ〜１ｄの温度と残容量である。例えば、満充電状態の二次電池１ａ〜１ｄを高温状態で保存すると、著しい劣化をきたすが、温度と残容量との状態に存在した時間を記録しておくと、二次電池１ａ〜１ｄが保存劣化をまねく状態におかれていたか否かを判断することができる。保存劣化の記録は、表１に示すように、二次電池１ａ〜１ｄの温度と残容量の状態を、温度を５レベル、残容量を６レベルとしたマトリクスに区分し、それぞれの領域が示す温度及び残容量の状態にどれだけの時間存在したかを記録する。具体的には、１時間毎の時点での温度と残容量に該当する領域の度数をカウントアップし、表１に示す例のようにカウント値を記録する。
１項目１６ｂｉｔで表現した場合に、最大で７．５年の記録が可能である。
【００１８】
【表１】

充放電履歴記録手段は、二次電池１ａ〜１ｄの劣化に関与する充電のパターンとして、総充電容量及び充電開始時の残容量、満充電後の電池電圧、過充電保護電圧の検出回数についてメモリ６に記録する充電履歴記録手段と、放電のパターンとして総放電容量及び過放電保護電圧の検出回数、残容量演算の補正検出回数、残容量演算の学習回数についてメモリ６に記録する放電履歴記録手段として構成することができる。
【００１９】
前記総充電容量は電流検出手段４により検出された充電電流の積分として求められる充電容量を積算することによって得られ、同様に前記総放電容量は電流検出手段４により検出された放電電流の積分として求められる放電容量を積算することによって得られる。
【００２０】
また、前記充電開始時の残容量は、表２に示すように、残容量を８領域に区分して、どの残容量の状態から充電が開始されたか、該当する残容量の領域の度数をカウントアップし、表２に示す例のようにカウント数を記録する。
【００２１】
【表２】

また、前記満充電時の電池電圧は、充電器の設定電圧に依存するが、この電圧変化が二次電池１ａ〜１ｄの劣化に大きな影響を与える。従って、この満充電後の電圧履歴を記録する。具体的には、マイコン２により満充電が検出された後、所定電流以上の放電がなく、所定時間が経過した後の各二次電池１ａ〜１ｄ毎の電池電圧を表３に示すように記録する。ここでは、満充電後の放電電流が１５０ｍＡ以下の状態で１０分経過後の電池電圧を各二次電池１ａ〜１ｄ毎に、表３に示す例のようにカウント数を記録する。
【００２２】
【表３】

また、二次電池１ａ〜１ｄの劣化に関与する過充電や過放電、残容量の学習やその補正について、それぞれの検出回数をカウントする。過充電や過放電は言うまでもなく二次電池１ａ〜１ｄの劣化に大きく影響するので、充電器の故障などの障害によってマイコン２によって過充電及び過放電が検出されたときには、その検出回数が記録される。また、放電電流の積分値から求められる残容量は、電池温度や放電電流量など使用方法や環境によって補正がなされ、残容量演算の基となる基礎容量の学習値が変更される。従って、残容量演算のための学習回数や補正量毎の検出回数をカウントし記録しておくことによって、電池パックの使用状態、使用環境を知ることができ、劣化原因を解析する重要な手掛かりとなる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、電池パックに保存状態及び充放電状態における劣化に関与するデータが記録されているので、不良返品された電池パックの解析において、記録されたデータから電池パックがどのような使用状態にあったかがわかり、二次電池及び電池パックの開発、設計にフィードバックすることができると同時に、ユーザの使用方法が適切であったか否かを知る手掛かりとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電池パックの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ二次電池
２マイコン（残容量演算手段／電池保護手段）
３電圧検出手段
４電流検出手段
５温度検出手段
６メモリ（保存履歴記録手段／充放電履歴記録手段）

Claims

二次電池と、この二次電池の電池温度及び電池電圧、充放電電流を検出する検出手段と、二次電池の残容量を演算する残容量演算手段と、二次電池の過充電及び過放電の状態を検出する電池保護手段と、
二次電池の保存状態における前記電池温度と前記残容量とを記録する保存履歴記録手段と、
二次電池に充電された総充電容量及び充電開始時の残容量、満充電後の電池電圧、前記過充電の検出回数を記録する充電履歴記録手段と、
二次電池から放電された総放電容量及び前記過放電の検出回数、残容量演算の補正回数、容量学習回数を記録する放電履歴記録手段と、を具備してなることを特徴とする電池パック。
電池電圧は、直列接続された複数の二次電池毎の電圧として検出する請求項１に記載の電池パック。
保存履歴記録手段は、電池温度及び残容量を複数のレベルに区分したマトリクスの該当領域での存在を所定時間間隔でカウントする請求項１に記載の電池パック。
充電開始時の残容量は、残容量を複数のレベルに区分した該当レベルをカウントする請求項１に記載の電池パック。
満充電後の電池電圧は、充電終了の所定時間経過後の電池電圧を複数のレベルに区分した該当レベルをカウントする請求項１に記載の電池パック。