JPH1082843A - 二次電池の残存容量検出方法 - Google Patents
二次電池の残存容量検出方法Info
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- JPH1082843A JPH1082843A JP8239254A JP23925496A JPH1082843A JP H1082843 A JPH1082843 A JP H1082843A JP 8239254 A JP8239254 A JP 8239254A JP 23925496 A JP23925496 A JP 23925496A JP H1082843 A JPH1082843 A JP H1082843A
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- 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
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 二次電池の残存容量を精度良く直接的に判別
する方法を提供する。 【解決手段】 電池の複素インピーダンスを測定し、そ
の測定値より算出される等価回路的抵抗値または等価回
路的容量値から残存容量を判別する。等価回路的抵抗値
は、インピーダンスの実数成分―虚数成分図において、
１００Ｈｚから０．１Ｈｚの周波数領域に出現する円弧
の半径より算出される。
する方法を提供する。 【解決手段】 電池の複素インピーダンスを測定し、そ
の測定値より算出される等価回路的抵抗値または等価回
路的容量値から残存容量を判別する。等価回路的抵抗値
は、インピーダンスの実数成分―虚数成分図において、
１００Ｈｚから０．１Ｈｚの周波数領域に出現する円弧
の半径より算出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池などの二次電池の使用可能な残存容量の検出方法
に関するものである。
次電池などの二次電池の使用可能な残存容量の検出方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、ノート型パソコン、携帯電話等、
リチウム二次電池を電源とした携帯機器が急速に普及し
つつある。これらの機器には、使用可能時間を表す残存
容量計が搭載されている。残存容量は、電池の電圧を測
定し、これにより決定する直接法と、充電電流の積算値
をメモリーに記憶し、これから放電電流を逐次差し引く
ことで行う間接法がある。現在市販されている携帯電話
には上述の電池電圧測定法が、またノート型パソコンに
は電流積算法が主に採用されている。電流積算による残
存容量の検出方法は、数多くの提案がなされている（特
開平７−２４１０３９号公報他）。また、電池電圧測定
による残存容量の検出も数多く提案されている（特開平
７−９８３６７号公報他）。
リチウム二次電池を電源とした携帯機器が急速に普及し
つつある。これらの機器には、使用可能時間を表す残存
容量計が搭載されている。残存容量は、電池の電圧を測
定し、これにより決定する直接法と、充電電流の積算値
をメモリーに記憶し、これから放電電流を逐次差し引く
ことで行う間接法がある。現在市販されている携帯電話
には上述の電池電圧測定法が、またノート型パソコンに
は電流積算法が主に採用されている。電流積算による残
存容量の検出方法は、数多くの提案がなされている（特
開平７−２４１０３９号公報他）。また、電池電圧測定
による残存容量の検出も数多く提案されている（特開平
７−９８３６７号公報他）。
【０００３】その他の残存容量の検出法として、パルス
放電の際の電池電圧の降下量により残存容量を測定する
方法、パルス放電後の電池電圧の回復特性により残存容
量を測定する方法、電池のキャパシタンス測定により残
存容量を測定する方法、特定周波数の交流インピーダン
スにより残存容量を測定する方法（特開平５−２８１３
１０号公報）、さらに交流インピーダンスの実数成分と
虚数成分の比や虚数成分と測定周波数との演算により残
存容量を測定する方法（特開平５−１３５８０６号公
報）が提案されている。
放電の際の電池電圧の降下量により残存容量を測定する
方法、パルス放電後の電池電圧の回復特性により残存容
量を測定する方法、電池のキャパシタンス測定により残
存容量を測定する方法、特定周波数の交流インピーダン
スにより残存容量を測定する方法（特開平５−２８１３
１０号公報）、さらに交流インピーダンスの実数成分と
虚数成分の比や虚数成分と測定周波数との演算により残
存容量を測定する方法（特開平５−１３５８０６号公
報）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この種二次電池の残存
容量の検出装置は、前述の電池電圧検出方式によるもの
では、比較的安価に製造できるが、検出精度が低いとい
う問題がある。そのためこの方式を用いた携帯電話等の
機器の残存容量の表示は、フル充電状態及び残存容量０
の空状態を両端としたＬＥＤの段階別点灯方式を用いて
いる。また、ノート型パソコンで主に採用されている電
気量積算方式は、検出精度が高く、残存容量を分単位で
表示できる長所がある、しかし、積算した電気量を記録
するためのメモリーを必要とするため、コスト高になる
という問題がある。本発明は、上記の課題に鑑み、二次
電池、特にリチウムイオン二次電池の残存容量をより高
い精度で直接検出できる方法を提供することを目的とす
る。
容量の検出装置は、前述の電池電圧検出方式によるもの
では、比較的安価に製造できるが、検出精度が低いとい
う問題がある。そのためこの方式を用いた携帯電話等の
機器の残存容量の表示は、フル充電状態及び残存容量０
の空状態を両端としたＬＥＤの段階別点灯方式を用いて
いる。また、ノート型パソコンで主に採用されている電
気量積算方式は、検出精度が高く、残存容量を分単位で
表示できる長所がある、しかし、積算した電気量を記録
するためのメモリーを必要とするため、コスト高になる
という問題がある。本発明は、上記の課題に鑑み、二次
電池、特にリチウムイオン二次電池の残存容量をより高
い精度で直接検出できる方法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】本発明者らは、被検二次
電池の複素インピーダンスを測定し、その測定値より算
出される等価回路的抵抗値または等価回路的容量値を用
いると、メモリー回路を用いることなく、直接的に残存
容量を判別できることを見いだした。ここにおいて、前
記等価回路的抵抗値は、複素インピーダンスの測定値よ
り得られるインピーダンスの実数成分―虚数成分図にお
いて、１００Ｈｚから０．１Ｈｚの周波数領域に出現す
る円弧の半径より算出される。また、前記等価回路的容
量値は、複素インピーダンスの測定値より得られるイン
ピーダンスの実数成分―虚数成分図において、１００Ｈ
ｚから０．１Ｈｚの周波数領域に出現する円弧の半径を
Ｒとし、前記円弧の頂点を与える周波数をｆとすると
き、１／（２πｆＲ）をもとに算出される。
電池の複素インピーダンスを測定し、その測定値より算
出される等価回路的抵抗値または等価回路的容量値を用
いると、メモリー回路を用いることなく、直接的に残存
容量を判別できることを見いだした。ここにおいて、前
記等価回路的抵抗値は、複素インピーダンスの測定値よ
り得られるインピーダンスの実数成分―虚数成分図にお
いて、１００Ｈｚから０．１Ｈｚの周波数領域に出現す
る円弧の半径より算出される。また、前記等価回路的容
量値は、複素インピーダンスの測定値より得られるイン
ピーダンスの実数成分―虚数成分図において、１００Ｈ
ｚから０．１Ｈｚの周波数領域に出現する円弧の半径を
Ｒとし、前記円弧の頂点を与える周波数をｆとすると
き、１／（２πｆＲ）をもとに算出される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の残存容量の検出方法を実
施するための機器を構成するためには、複素インピーダ
ンス測定回路及び測定データ演算回路が必要である。ま
た、必要に応じて電池温度を測定する部分が必要であ
る。複素インピーダンスの測定方法及び回路に関して
は、交流ブリッジ法（電気化学測定法ｐ２１６、藤島昭
著、技報堂出版１９８４年）、電流―位相検知法（電気
化学測定法ｐ２１７、藤島昭著、技報堂出版１９８４
年）、ホワイトノイズ入力−ＦＦＴ解析法（電気化学測
定法ｐ５１、電気化学協会発行、１９８８年）等、数多
く提案されているが、本発明の検出方法については特定
の測定方式及び測定機器を用いる必要はない。
施するための機器を構成するためには、複素インピーダ
ンス測定回路及び測定データ演算回路が必要である。ま
た、必要に応じて電池温度を測定する部分が必要であ
る。複素インピーダンスの測定方法及び回路に関して
は、交流ブリッジ法（電気化学測定法ｐ２１６、藤島昭
著、技報堂出版１９８４年）、電流―位相検知法（電気
化学測定法ｐ２１７、藤島昭著、技報堂出版１９８４
年）、ホワイトノイズ入力−ＦＦＴ解析法（電気化学測
定法ｐ５１、電気化学協会発行、１９８８年）等、数多
く提案されているが、本発明の検出方法については特定
の測定方式及び測定機器を用いる必要はない。
【０００７】本発明の残存容量の検出プロセスは、まず
上記方法により複素インピーダンスを測定し、次にこれ
により得られるインピーダンスの実数成分―虚数成分図
において、低周波数領域（１００Ｈｚから０．１Ｈｚの
周波数領域）に出現する円弧の半径つまり等価回路的抵
抗値を算出する。そして、この値を必要に応じて温度補
正を施し、あらかじめ定められた等価回路的抵抗値と残
存容量値との対応表に照らし合わせて二次電池の残存容
量を決定する。また、上述の等価回路的抵抗値つまりイ
ンピーダンスの実数成分―虚数成分図において得られる
円弧の半径をＲとし、前記円弧の頂点を与える周波数を
ｆとするとき、１／（２πｆＲ）をもとに算出される等
価回路的容量値を用い、あらかじめ定められた等価回路
的容量値と残存容量値との対応表に照らし合わすことで
二次電池の残存容量を決定することも可能である。
上記方法により複素インピーダンスを測定し、次にこれ
により得られるインピーダンスの実数成分―虚数成分図
において、低周波数領域（１００Ｈｚから０．１Ｈｚの
周波数領域）に出現する円弧の半径つまり等価回路的抵
抗値を算出する。そして、この値を必要に応じて温度補
正を施し、あらかじめ定められた等価回路的抵抗値と残
存容量値との対応表に照らし合わせて二次電池の残存容
量を決定する。また、上述の等価回路的抵抗値つまりイ
ンピーダンスの実数成分―虚数成分図において得られる
円弧の半径をＲとし、前記円弧の頂点を与える周波数を
ｆとするとき、１／（２πｆＲ）をもとに算出される等
価回路的容量値を用い、あらかじめ定められた等価回路
的容量値と残存容量値との対応表に照らし合わすことで
二次電池の残存容量を決定することも可能である。
【０００８】上記プロセス中、低周波数領域に出現する
円弧の半径つまり等価回路的抵抗値の算出手法は、電気
化学的測定法では測定する周波数領域を対数的に分割
し、最小二乗法によりフィッティングを施し、円の半径
を求めるのが一般的である。このとき測定点の個数が多
いほど得られる結果の信頼性が高くなることは言うまで
もない。しかしながら、実際的には本発明の二次電池の
残存容量の検出方法としては、１００Ｈｚから０．１Ｈ
ｚの周波数領域より最適な３点をあらかじめ選択してお
き、この３点のデータにより円の半径を計算する方法
が、回路的には簡単に構成できる。
円弧の半径つまり等価回路的抵抗値の算出手法は、電気
化学的測定法では測定する周波数領域を対数的に分割
し、最小二乗法によりフィッティングを施し、円の半径
を求めるのが一般的である。このとき測定点の個数が多
いほど得られる結果の信頼性が高くなることは言うまで
もない。しかしながら、実際的には本発明の二次電池の
残存容量の検出方法としては、１００Ｈｚから０．１Ｈ
ｚの周波数領域より最適な３点をあらかじめ選択してお
き、この３点のデータにより円の半径を計算する方法
が、回路的には簡単に構成できる。
【０００９】また、上述の等価回路的容量値の測定は、
１００Ｈｚから０．１Ｈｚの周波数を対数的に分割し、
その結果得られるインピーダンス図における円弧のなか
で、最大の虚数成分を与える測定周波数をｆとする必要
があり、このとき測定する周波数の個数が多いほど得ら
れる結果の信頼性が高くなることは言うまでもない。一
方、電池のインピーダンスは、温度の影響を受けること
が多く、この場合、インピーダンス測定により得られた
等価回路的抵抗値をあらかじめ定められた係数により温
度補正を行う必要がある。そのためには、本発明の残存
容量の検出方法により機器を構成する時、必要によりサ
ーミスタなどの温度測定端子を電池表面に取り付ける必
要がある。
１００Ｈｚから０．１Ｈｚの周波数を対数的に分割し、
その結果得られるインピーダンス図における円弧のなか
で、最大の虚数成分を与える測定周波数をｆとする必要
があり、このとき測定する周波数の個数が多いほど得ら
れる結果の信頼性が高くなることは言うまでもない。一
方、電池のインピーダンスは、温度の影響を受けること
が多く、この場合、インピーダンス測定により得られた
等価回路的抵抗値をあらかじめ定められた係数により温
度補正を行う必要がある。そのためには、本発明の残存
容量の検出方法により機器を構成する時、必要によりサ
ーミスタなどの温度測定端子を電池表面に取り付ける必
要がある。
【００１０】
【実施例】以下、実施例により本発明の方法を具体的に
説明する。 《実施例１》残存容量の異なるリチウムイオン二次電池
の複素インピーダンス測定を行い、これにより得られる
等価回路的抵抗値及び等価回路的容量値と電池残容量の
対比を行うことにより残存容量を求めた。測定は以下に
記載した手順に従い実施した。
説明する。 《実施例１》残存容量の異なるリチウムイオン二次電池
の複素インピーダンス測定を行い、これにより得られる
等価回路的抵抗値及び等価回路的容量値と電池残容量の
対比を行うことにより残存容量を求めた。測定は以下に
記載した手順に従い実施した。
【００１１】１−１．異なる残存容量を有する電池状態
の再現 試験電池は松下電池工業（株）製円筒型リチウムイオン
電池（品番CGR17500：上限電圧４．１Ｖ、下限電圧３．
０Ｖ、放電容量７００ｍＡｈ）１０個を用いた。複素イ
ンピーダンスの測定は、電池の残存容量が１００％、５
０％、３０％、１０％、５％、０％の状態で実施した。
電池状態の作成は、２５℃の電池温度において、電池電
圧が上限カット電圧である４．１Ｖに到達するまで７０
ｍＡ（１０時間率相当）の定電流で充電した状態を残存
容量１００％とし、この後７０ｍＡ（１０時間率相当）
の定電流で所定時間放電することにより、残存容量５０
％、３０％、１０％、５％、０％の電池状態とした。
の再現 試験電池は松下電池工業（株）製円筒型リチウムイオン
電池（品番CGR17500：上限電圧４．１Ｖ、下限電圧３．
０Ｖ、放電容量７００ｍＡｈ）１０個を用いた。複素イ
ンピーダンスの測定は、電池の残存容量が１００％、５
０％、３０％、１０％、５％、０％の状態で実施した。
電池状態の作成は、２５℃の電池温度において、電池電
圧が上限カット電圧である４．１Ｖに到達するまで７０
ｍＡ（１０時間率相当）の定電流で充電した状態を残存
容量１００％とし、この後７０ｍＡ（１０時間率相当）
の定電流で所定時間放電することにより、残存容量５０
％、３０％、１０％、５％、０％の電池状態とした。
【００１２】試験電池の残存容量の確認の一例として、
本測定に用いた電池（電池番号１番）の放電曲線を図１
に示した。図１において、下限カット電圧である３．０
Ｖ到達までの放電時間が１０．０時間であることより、
この電池の放電容量は７０ｍＡ×１０時間＝０．７Ａｈ
であり、公称通りの容量を有することが確認された。こ
れにより、電池の残存容量の再現として上述の方法が妥
当であることが示された。この結果も含め、評価した１
０個の電池の放電容量を表１に示した。この結果、放電
容量の最も低いもので０．６９Ａｈ、また最も大きいも
ので０．７２Ａｈであり、これにより放電容量が、
（０．７２−０．６９）／０．７＝５％以内のバラツキ
範囲にあることが判明した。
本測定に用いた電池（電池番号１番）の放電曲線を図１
に示した。図１において、下限カット電圧である３．０
Ｖ到達までの放電時間が１０．０時間であることより、
この電池の放電容量は７０ｍＡ×１０時間＝０．７Ａｈ
であり、公称通りの容量を有することが確認された。こ
れにより、電池の残存容量の再現として上述の方法が妥
当であることが示された。この結果も含め、評価した１
０個の電池の放電容量を表１に示した。この結果、放電
容量の最も低いもので０．６９Ａｈ、また最も大きいも
ので０．７２Ａｈであり、これにより放電容量が、
（０．７２−０．６９）／０．７＝５％以内のバラツキ
範囲にあることが判明した。
【００１３】
【表１】
【００１４】１−２．複素インピーダンスの測定 上記１０個の電池の複素インピーダンスを測定した。複
素インピーダンスは、上述のプロセスに従い電池を充放
電処理後、２５℃で２０時間の休止を経た後測定した。
本測定では、英国シューレンベルガー社製ソーラトロン
を用い、電池の開路電圧を中心に実効値１０ｍＶの正弦
波を電池に印加し、印加電圧の減衰及び位相差を求める
ことにより行った。測定周波数域は１００ｋＨｚ〜１０
０ｍＨｚとし、これを対数で各オーダー毎に１０分割
し、合計６０個の測定数とした。本測定の代表例とし
て、電池番号１番の複素インピーダンスの実数ー虚数成
分図を図２に示した。図中○印及び×印はそれぞれ、上
述のプロセスに従い再現した残存容量１００％及び０％
の電池状態での測定データである。
素インピーダンスは、上述のプロセスに従い電池を充放
電処理後、２５℃で２０時間の休止を経た後測定した。
本測定では、英国シューレンベルガー社製ソーラトロン
を用い、電池の開路電圧を中心に実効値１０ｍＶの正弦
波を電池に印加し、印加電圧の減衰及び位相差を求める
ことにより行った。測定周波数域は１００ｋＨｚ〜１０
０ｍＨｚとし、これを対数で各オーダー毎に１０分割
し、合計６０個の測定数とした。本測定の代表例とし
て、電池番号１番の複素インピーダンスの実数ー虚数成
分図を図２に示した。図中○印及び×印はそれぞれ、上
述のプロセスに従い再現した残存容量１００％及び０％
の電池状態での測定データである。
【００１５】図２に示されるように、残存容量１００％
及び０％の電池の測定データは、１００Ｈｚ以上の高周
波数領域とそれ以下の低周波数領域において、測定点を
結ぶ円弧を有する。図２において、ｒ1（＝４７ｍΩ）
は残存容量０％の電池の低周波数領域における測定点を
結ぶ円弧の半径であり、ｒ2（＝２２．５ｍΩ）は残存
容量１００％の電池の低周波数領域における測定点を結
ぶ円弧の半径である。このようにして、残存容量の異な
る電池の測定データから低周波数領域における測定点を
結ぶ円弧の半径を求めたところ、電池の残存容量が低下
すると、低周波数領域における測定点を結ぶ円弧の半径
が増大することがわかった。この円弧の半径は電気化学
的には、等価回路的抵抗値と呼ばれ、電子の授受を伴う
電気化学反応の反応抵抗を表すものである。
及び０％の電池の測定データは、１００Ｈｚ以上の高周
波数領域とそれ以下の低周波数領域において、測定点を
結ぶ円弧を有する。図２において、ｒ1（＝４７ｍΩ）
は残存容量０％の電池の低周波数領域における測定点を
結ぶ円弧の半径であり、ｒ2（＝２２．５ｍΩ）は残存
容量１００％の電池の低周波数領域における測定点を結
ぶ円弧の半径である。このようにして、残存容量の異な
る電池の測定データから低周波数領域における測定点を
結ぶ円弧の半径を求めたところ、電池の残存容量が低下
すると、低周波数領域における測定点を結ぶ円弧の半径
が増大することがわかった。この円弧の半径は電気化学
的には、等価回路的抵抗値と呼ばれ、電子の授受を伴う
電気化学反応の反応抵抗を表すものである。
【００１６】次に、この円弧の半径つまり等価回路的抵
抗値を最小二乗法を用いて算出した結果を表２に示し
た。表２においては、残存容量５０％、３０％、１０
％、５％の状態での結果を併せて記載した。さらに、他
の９個の電池の同様の測定の結果を表３に示した。表３
においては、円弧の半径の平均値、最大値及び最小値を
併せて記載した。
抗値を最小二乗法を用いて算出した結果を表２に示し
た。表２においては、残存容量５０％、３０％、１０
％、５％の状態での結果を併せて記載した。さらに、他
の９個の電池の同様の測定の結果を表３に示した。表３
においては、円弧の半径の平均値、最大値及び最小値を
併せて記載した。
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】本測定では合計６０個の測定周波数により
インピーダンス解析を行ったが、測定周波数点を３カ所
に絞り、そのデータにより円弧の半径つまり等価回路的
抵抗値を計算すると、表４に示した結果を得た。この結
果は表３に示した最小二乗法による値とほぼ同程度とな
り、実際上の測定機器としては、本電池系での測定回路
は大きく単純化することができることを見いだした。
インピーダンス解析を行ったが、測定周波数点を３カ所
に絞り、そのデータにより円弧の半径つまり等価回路的
抵抗値を計算すると、表４に示した結果を得た。この結
果は表３に示した最小二乗法による値とほぼ同程度とな
り、実際上の測定機器としては、本電池系での測定回路
は大きく単純化することができることを見いだした。
【００２０】
【表４】
【００２１】１−３．インピーダンスの温度依存性評価 次に、インピーダンスの温度依存性を評価した。測定は
上述のプロセスと同じ処理を電池に施し、各温度で複素
インピーダンスの測定を行った。代表的な例として電池
番号１番の残存容量１００％の状態での測定結果を図３
に示した。この結果、本電池のインピーダンスは温度に
依存し、これを補正するには例えば下記の式を用いるこ
とができる。また、この補正式は、電池番号２番から１
０番までの電池にも適応可能であったが、補正式は特に
この式に限定されるものではなく、その他多数提案でき
ることは言うまでもない。
上述のプロセスと同じ処理を電池に施し、各温度で複素
インピーダンスの測定を行った。代表的な例として電池
番号１番の残存容量１００％の状態での測定結果を図３
に示した。この結果、本電池のインピーダンスは温度に
依存し、これを補正するには例えば下記の式を用いるこ
とができる。また、この補正式は、電池番号２番から１
０番までの電池にも適応可能であったが、補正式は特に
この式に限定されるものではなく、その他多数提案でき
ることは言うまでもない。
【００２２】
【数１】
【００２３】式（１）において、Ｒは等価回路的抵抗
値、Ｔは温度（Ｋ）である。
値、Ｔは温度（Ｋ）である。
【００２４】１−４．実モードでのインピーダンス値の
確認 以上の評価において、インピーダンス値は電池の休止状
態での測定値である。実際の機器においては、インピー
ダンス測定は機器へ電力を供給している状態で行う必要
がある。電池に定電流を印加した状態でインピーダンス
を測定し、等価回路的抵抗値を算出した。その結果の一
例を図４に示した。図４の曲線部分に示される供給電流
と等価回路的抵抗値との関係は、例えば次式（２）で表
される。なお、測定電池は電池番号１を、また電池の残
存容量は１００％の状態のものを用いた。
確認 以上の評価において、インピーダンス値は電池の休止状
態での測定値である。実際の機器においては、インピー
ダンス測定は機器へ電力を供給している状態で行う必要
がある。電池に定電流を印加した状態でインピーダンス
を測定し、等価回路的抵抗値を算出した。その結果の一
例を図４に示した。図４の曲線部分に示される供給電流
と等価回路的抵抗値との関係は、例えば次式（２）で表
される。なお、測定電池は電池番号１を、また電池の残
存容量は１００％の状態のものを用いた。
【００２５】
【数２】
【００２６】式（２）において、Ｒは等価回路的抵抗
値、ｉは機器への供給電流値である。この結果、等価回
路的抵抗値は、電池（公称容量７００ｍＡｈ）の機器へ
の供給電流が２０ｍＡまでは変化しないが、それ以上の
電流を供給していると、供給電流が大きいほどインピー
ダンス測定より算出される等価回路的抵抗値は小さくな
ることが確認された。つまり本測定法を用い実際に残存
容量計を作成する際は、供給電流を測定し、それが２０
ｍＡより大きいときは、補正式（２）に従い補正する必
要がある。本測定では、測定電池は電池番号１の残存容
量は１００％の状態のものを用いたが、その他の残存容
量の状態でも同様の結果を得た。また、本補正方法は、
電池番号２番から１０番までの電池にも適応可能であっ
た。しかし、補正式は特に本式に限定されるものではな
く、その他多数提案できることは言うまでもない。
値、ｉは機器への供給電流値である。この結果、等価回
路的抵抗値は、電池（公称容量７００ｍＡｈ）の機器へ
の供給電流が２０ｍＡまでは変化しないが、それ以上の
電流を供給していると、供給電流が大きいほどインピー
ダンス測定より算出される等価回路的抵抗値は小さくな
ることが確認された。つまり本測定法を用い実際に残存
容量計を作成する際は、供給電流を測定し、それが２０
ｍＡより大きいときは、補正式（２）に従い補正する必
要がある。本測定では、測定電池は電池番号１の残存容
量は１００％の状態のものを用いたが、その他の残存容
量の状態でも同様の結果を得た。また、本補正方法は、
電池番号２番から１０番までの電池にも適応可能であっ
た。しかし、補正式は特に本式に限定されるものではな
く、その他多数提案できることは言うまでもない。
【００２７】１−５．等価回路的抵抗値による電池残容
量の検出 以上のプロセスに従うと、等価回路的抵抗値の測定によ
りリチウムイオン二次電池の残存容量を直接的に検出す
ることが可能である。その算出方法の一例を図５に示し
た。図５は表３に示した等価回路抵抗値の平均を独立変
数に、また電池残存容量を従属変数とする図表であり、
等価回路抵抗値（Ｒ）と電池残存容量（Ａ）は、以下の
指数関数式（３）で表現できることを見いだした。つま
り、複素インピーダンス測定により等価回路的抵抗値を
算出し、これに温度及び回路への供給電流による補正を
加えた後、本式に入力することにより残存容量を検知す
ることが可能となった。
量の検出 以上のプロセスに従うと、等価回路的抵抗値の測定によ
りリチウムイオン二次電池の残存容量を直接的に検出す
ることが可能である。その算出方法の一例を図５に示し
た。図５は表３に示した等価回路抵抗値の平均を独立変
数に、また電池残存容量を従属変数とする図表であり、
等価回路抵抗値（Ｒ）と電池残存容量（Ａ）は、以下の
指数関数式（３）で表現できることを見いだした。つま
り、複素インピーダンス測定により等価回路的抵抗値を
算出し、これに温度及び回路への供給電流による補正を
加えた後、本式に入力することにより残存容量を検知す
ることが可能となった。
【００２８】
【数３】
【００２９】《実施例２》実施例１では、複素インピー
ダンス測定により等価回路的抵抗値を算出し、これによ
り電池残存容量を検出した例を示した。本実施例では、
複素インピーダンス測定により等価回路的容量値を算出
し、これにより電池残存容量を検出する例を示す。測定
において、（１．異なる残存容量を有する電池状態の再
現），（２．複素インピーダンスの測定），（３．イン
ピーダンスの温度依存性評価），（４．実モードでのイ
ンピーダンス値の確認）までのプロセスは実施例１と同
一である。
ダンス測定により等価回路的抵抗値を算出し、これによ
り電池残存容量を検出した例を示した。本実施例では、
複素インピーダンス測定により等価回路的容量値を算出
し、これにより電池残存容量を検出する例を示す。測定
において、（１．異なる残存容量を有する電池状態の再
現），（２．複素インピーダンスの測定），（３．イン
ピーダンスの温度依存性評価），（４．実モードでのイ
ンピーダンス値の確認）までのプロセスは実施例１と同
一である。
【００３０】実施例１で算出した等価回路的抵抗値を
Ｒ、また円弧の頂点を与える周波数をｆとし、円周率π
を３．１４とするとき、Ｃ＝１／（６．２８ｆＲ）をも
とに算出される値Ｃは等価回路的容量値と呼ばれ、電気
化学的には電極と電解液の接触部分で発生する電気二重
層容量と呼ばれる。図２に示したように、１００Ｈｚか
ら０．１Ｈｚの周波数領域に出現する円弧の半径つまり
等価回路的抵抗値及び円弧の頂点を与える周波数ｆによ
り等価回路的容量値を算出し、表５に記載した。表５に
おいては、残存容量５０％、３０％、１０％、５％の状
態での結果を併せて記載した。さらに、他の９個の電池
の同様の計算の結果も示した。表５においては、測定結
果の平均値、最大値及び最小値を記載した。なお、図２
において、残存容量０％および１００％の電池の測定点
を結ぶ円弧の頂点を与える周波数ｆ1およびｆ2は、それ
ぞれの円弧の虚数０の点と円弧で構成される円の中心を
結ぶ線（ｒ1、ｒ2で表している）に対して垂直に円の中
心を通る線を引いたとき、この線がそれぞれの円弧と交
わる部分の測定点を与える周波数である。
Ｒ、また円弧の頂点を与える周波数をｆとし、円周率π
を３．１４とするとき、Ｃ＝１／（６．２８ｆＲ）をも
とに算出される値Ｃは等価回路的容量値と呼ばれ、電気
化学的には電極と電解液の接触部分で発生する電気二重
層容量と呼ばれる。図２に示したように、１００Ｈｚか
ら０．１Ｈｚの周波数領域に出現する円弧の半径つまり
等価回路的抵抗値及び円弧の頂点を与える周波数ｆによ
り等価回路的容量値を算出し、表５に記載した。表５に
おいては、残存容量５０％、３０％、１０％、５％の状
態での結果を併せて記載した。さらに、他の９個の電池
の同様の計算の結果も示した。表５においては、測定結
果の平均値、最大値及び最小値を記載した。なお、図２
において、残存容量０％および１００％の電池の測定点
を結ぶ円弧の頂点を与える周波数ｆ1およびｆ2は、それ
ぞれの円弧の虚数０の点と円弧で構成される円の中心を
結ぶ線（ｒ1、ｒ2で表している）に対して垂直に円の中
心を通る線を引いたとき、この線がそれぞれの円弧と交
わる部分の測定点を与える周波数である。
【００３１】
【表５】
【００３２】また、上述のｆは、電池の性能保証温度で
ある−２０℃から６５℃の範囲では大きく変化しないこ
とが確認された。そこで、Ｒに関しては先の温度補正式
（１）を用いることにより、等価回路的容量値も結果的
に温度補正を行えることが確認された。
ある−２０℃から６５℃の範囲では大きく変化しないこ
とが確認された。そこで、Ｒに関しては先の温度補正式
（１）を用いることにより、等価回路的容量値も結果的
に温度補正を行えることが確認された。
【００３３】以上のプロセスに従うと、等価回路的容量
値の測定によりリチウムイオン二次電池の残存容量を直
接的に検出することが可能である。その算出方法の一例
を図６に示した。図６は表５に示した等価回路的容量値
の平均を独立変数に、また電池残存容量を従属変数とす
る図表であり、等価回路的容量値（Ｃ）と電池残存容量
（Ａ）は、以下の指数関数式（４）で表現できることを
見いだした。つまり、複素インピーダンス測定により等
価回路容量値を定め、これを本式に入力することにより
残存容量を検知することが可能となった。
値の測定によりリチウムイオン二次電池の残存容量を直
接的に検出することが可能である。その算出方法の一例
を図６に示した。図６は表５に示した等価回路的容量値
の平均を独立変数に、また電池残存容量を従属変数とす
る図表であり、等価回路的容量値（Ｃ）と電池残存容量
（Ａ）は、以下の指数関数式（４）で表現できることを
見いだした。つまり、複素インピーダンス測定により等
価回路容量値を定め、これを本式に入力することにより
残存容量を検知することが可能となった。
【００３４】
【数４】
【００３５】また、本補正式は、電池番号２番から１０
番までの電池にも適応可能であった。しかし、補正式は
特に本式に限定されるものではなく、その他多数提案で
きることは言うまでもない。以上の実施例においては、
リチウムイオン二次電池の残存容量を検出する例をしま
したが、本発明は、他の二次電池の残存容量の検出にも
適用できることはいうまでもない。
番までの電池にも適応可能であった。しかし、補正式は
特に本式に限定されるものではなく、その他多数提案で
きることは言うまでもない。以上の実施例においては、
リチウムイオン二次電池の残存容量を検出する例をしま
したが、本発明は、他の二次電池の残存容量の検出にも
適用できることはいうまでもない。
【００３６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、複素イン
ピーダンス測定により算出される等価回路的抵抗値また
は等価回路的容量値を用いることにより、メモリー回路
を用いることなく二次電池の残存容量を直接的に高い精
度で判別することができる。
ピーダンス測定により算出される等価回路的抵抗値また
は等価回路的容量値を用いることにより、メモリー回路
を用いることなく二次電池の残存容量を直接的に高い精
度で判別することができる。
【図１】本発明の実施例に用いた電池の放電曲線を示す
図である。
図である。
【図２】同電池の複素インピーダンス実数−虚数成分図
である。
である。
【図３】等価回路的抵抗値の温度特性を示す図である。
【図４】供給電流と等価回路的抵抗値との関係を示す図
である。
である。
【図５】等価回路的抵抗値と残存容量の関係を示す図で
ある。
ある。
【図６】等価回路的容量値と残存容量の関係を示す図で
ある。
ある。
Claims (4)
- 【請求項１】 被検二次電池の複素インピーダンスを測
定し、その測定値より算出される等価回路的抵抗値から
残存容量を判別することを特徴とする二次電池の残存容
量検出方法。 - 【請求項２】 前記等価回路的抵抗値が、複素インピー
ダンスの測定値より得られるインピーダンスの実数成分
―虚数成分図において、１００Ｈｚから０．１Ｈｚの周
波数領域に出現する円弧の半径より算出される請求項１
記載の二次電池の残存容量検出方法。 - 【請求項３】 被検二次電池の複素インピーダンスを測
定し、その測定値より算出される等価回路的容量値から
残存容量を判別することを特徴とする二次電池の残存容
量検出方法。 - 【請求項４】 前記等価回路的容量値が、複素インピー
ダンスの測定値より得られるインピーダンスの実数成分
―虚数成分図において、１００Ｈｚから０．１Ｈｚの周
波数領域に出現する円弧の半径をＲとし、前記円弧の頂
点を与える周波数をｆとするとき、１／（２πｆＲ）を
もとに算出される請求項３記載の二次電池の残存容量検
出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23925496A JP3654469B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 二次電池の残存容量検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23925496A JP3654469B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 二次電池の残存容量検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1082843A true JPH1082843A (ja) | 1998-03-31 |
| JP3654469B2 JP3654469B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=17042034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23925496A Expired - Fee Related JP3654469B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 二次電池の残存容量検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3654469B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100388314B1 (ko) * | 2001-09-03 | 2003-06-25 | 금호석유화학 주식회사 | 전지의 임피던스 측정과 분석을 통한 전지 선택 최적화 방법 |
| WO2006003287A1 (fr) * | 2004-06-14 | 2006-01-12 | Commissariat A L'energie Atomique | Procédé de gestion d'un parc de batteries rechargeables |
| JP2009244179A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | バッテリの放電持続時間予測方法、バッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システム |
| KR101145993B1 (ko) | 2010-12-08 | 2012-05-15 | 한국항공우주연구원 | 배터리의 잔여용량 측정방법 |
| KR101220761B1 (ko) | 2011-05-25 | 2013-01-09 | 한국전기안전공사 | 다채널 연료전지 임피던스 측정 및 수명평가 장치 |
| US8378688B2 (en) | 2009-08-07 | 2013-02-19 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Capacity maintenance ratio determination device, battery system and electric vehicle |
| JP2013519893A (ja) * | 2010-02-17 | 2013-05-30 | イエフペ エネルジ ヌヴェル | 電気化学インピーダンス分光法によるその場での電池の診断方法 |
| JP2013170862A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Hioki Ee Corp | 電池選別装置および電池選別方法 |
| JP2019073995A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | アサダ株式会社 | 真空ポンプ |
| WO2021090632A1 (ja) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 三菱重工業株式会社 | バッテリー診断装置、フォークリフト、充電器、バッテリー診断方法およびプログラム |
-
1996
- 1996-09-10 JP JP23925496A patent/JP3654469B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100388314B1 (ko) * | 2001-09-03 | 2003-06-25 | 금호석유화학 주식회사 | 전지의 임피던스 측정과 분석을 통한 전지 선택 최적화 방법 |
| WO2006003287A1 (fr) * | 2004-06-14 | 2006-01-12 | Commissariat A L'energie Atomique | Procédé de gestion d'un parc de batteries rechargeables |
| JP2008503039A (ja) * | 2004-06-14 | 2008-01-31 | コミサリア、ア、レネルジ、アトミク | 充電式バッテリーのプールを管理する方法 |
| US7663344B2 (en) | 2004-06-14 | 2010-02-16 | Commissariat A L'energie Atomique | Method for managing a pool of rechargeable batteries according to priority criteria determined based on a state of health of batteries |
| JP2009244179A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | バッテリの放電持続時間予測方法、バッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システム |
| US8378688B2 (en) | 2009-08-07 | 2013-02-19 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Capacity maintenance ratio determination device, battery system and electric vehicle |
| JP2013519893A (ja) * | 2010-02-17 | 2013-05-30 | イエフペ エネルジ ヌヴェル | 電気化学インピーダンス分光法によるその場での電池の診断方法 |
| KR101145993B1 (ko) | 2010-12-08 | 2012-05-15 | 한국항공우주연구원 | 배터리의 잔여용량 측정방법 |
| KR101220761B1 (ko) | 2011-05-25 | 2013-01-09 | 한국전기안전공사 | 다채널 연료전지 임피던스 측정 및 수명평가 장치 |
| JP2013170862A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Hioki Ee Corp | 電池選別装置および電池選別方法 |
| JP2019073995A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | アサダ株式会社 | 真空ポンプ |
| WO2021090632A1 (ja) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 三菱重工業株式会社 | バッテリー診断装置、フォークリフト、充電器、バッテリー診断方法およびプログラム |
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|---|---|
| JP3654469B2 (ja) | 2005-06-02 |
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