JPH11329512A - 二次電池の容量劣化判断方法およびその判断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池のサイクル劣化を精度よく判断す
る。 【解決手段】 充電装置１にリチウムイオン電池、ニッ
ケルカドミウム電池およびニッケル水素電池などの二次
電池12が接続されると、識別素子20によってその種類が
検出され、制御部18は、その電池電圧に応じて定電流充
電処理を開始する。この充電処理中に電池電圧が電池の
種類に応じた基準電圧値になると、制御部18に備えられ
たタイマによって定電流充電時間の計時が開始され、電
池の種類に応じた充電制御方式により、定電圧充電に切
り替わったかもしくは−ΔＶが検出されると計時が終了
する。制御部18ではこの計時によって得られた定電流充
電時間に基づいて、この電池の充電容量が新品当初の電
池に対する定電流充電時間と較べてどの程度であるのか
を電池の種類に応じて判定し、電池のサイクル劣化の度
合いが判定されると、通知部26よりアラームを出力させ
てサイクル寿命等のサイクル劣化の度合いを使用者に知
らせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の容量劣
化判断装置およびその判断方法に係り、たとえば、二次
電池の電池容量を検出してそのサイクル寿命を判断する
二次電池の容量劣化判断方法およびその判断装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯用電子機器に搭載され、機器を駆動
する電力を発生する電池として、たとえばニッケル・カ
ドミウム(Ni-Cd) 電池、ニッケル水素(Ni-MH) 電池およ
びリチウム(Li)イオン電池などの充放電可能な二次電池
が知られている。このような二次電池は、充放電を繰り
返すと劣化してその電池容量が少なくなり、長期間繰り
返し使用すると電池容量が実質的になくなるサイクル寿
命がある。たとえば、ニッケル水素二次電池では、充電
および放電を繰り返す充放電サイクルによって、負極や
正極の腐食および劣化が発生し、電解液の不均一化等が
発生し、このため電池セルの当初の満充電容量のほぼ半
分程度の充電容量しか得られなくなるサイクル寿命に達
する。

【０００３】このような電池容量のサイクル劣化やサイ
クル寿命は、たとえば充放電の際の温度および電流を所
定の条件に限定して試験すると予測可能であるが、実際
の電池は様々な状況にて使用されるので、カタログ等に
記載された充放電回数がすべての電池に対して適用され
るわけではない。とくに過放電や過充電によって電池の
サイクル寿命が短くなってしまうことがある。したがっ
て、このような二次電池を設計開発する際には、電池の
使用条件および環境に適応し、さらにサイクル寿命を充
分に確保する電池を構成することが課題となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、このようなサイ
クル寿命が内在する二次電池を、デジタルカメラやパー
ソナルコンピュータなどの情報機器や携帯電話機などの
通信機器等の電子機器にて使用する場合、電池容量の劣
化に伴って、一回の充電で、その機器が使用できる時間
が短くなってしまう。さらに電池がサイクル寿命に達す
ると電子機器そのものが実質的に動作しなくなる。この
場合、その使用者は、機器が故障しているのか、電池が
不良であるのかを簡単には判別することはできず、さら
に電池がサイクル寿命に達しているという判断をはっき
りと下すことはできない。

【０００５】したがって、二次電池のサイクル寿命を電
子機器側にて検出し、それを使用者に知らせることが必
要である。そこで電池に固有に存在する内部抵抗を測定
しその内部抵抗がサイクル劣化に伴って増加する増加率
を検出したり、満充電状態から放電させて電池がエンプ
テイ状態となるまでの容量を積算したりして、電池容量
を予測する方法があった。

【０００６】しかし、電池の内部抵抗を測定する方法で
は高精度な測定器を備える必要がある。また、放電によ
る電池容量の変化を積算する方法では、たとえば、電流
を検出抵抗に流してその両端電圧を増幅しその電圧を検
出すると、検出抵抗にて無駄な電力が消費され、さらに
高精度なアンプが必要であった。

【０００７】また、充放電回数のカウント値を、電池に
配設したメモリに記憶しておくことも考えられるが、こ
の場合、そのメモリのためにコストアップとなってしま
い、また、上述したように、電池の使用状態等によって
は、当初見込まれるサイクル寿命の充放電回数と実際の
充放電回数とが一致しないという問題がある。

【０００８】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、簡単な回路構成で電池のサイクル寿命を精度よく検
出することのできる二次電池の容量劣化判断方法および
その判断装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、充放電可能な二次電池の容量劣化を判断
する容量劣化判断方法において、この方法は、二次電池
に対し定電流充電を開始して、二次電池の満充電を判断
するための電圧変化を検出し、充電開始から電圧変化を
検出するまでの間の充電電圧特性に基づいて二次電池の
充電容量を算出し、算出した充電容量と、電池の種類に
応じて設定される充電容量の設定値とに基づいて、二次
電池の容量劣化の度合いを判断することを特徴とする。

【００１０】また、本発明は上述の課題を解決するため
に、充放電可能な二次電池の容量劣化を判断する容量劣
化判断装置において、この装置は、二次電池を定電流充
電する充電手段と、二次電池に対する充電時間のうち、
所定の期間の定電流充電時間を計時する計時手段と、計
時手段にて計時された定電流充電時間に基づいて、二次
電池の充電容量率を算出し、二次電池の容量劣化の度合
いを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる二次電池の容量劣化判断方法およびその判断装置の
実施例を詳細に説明する。

【００１２】まず、図４には、充放電可能なリチウム(L
i)イオン二次電池の充電電圧曲線が示されている。この
図において、曲線40a,40b,40c は、それぞれ１回目、10
0 回目、200 回目の充放電サイクルにおける充電電圧曲
線を表わしており、電池の充放電サイクル数が多くなる
ほど、充電開始時の電圧もしくは定電流充電中の所定の
電圧VP1 から定電圧充電(CV)となるまでの定電流充電(C
C)時間が短くなっている。この図では、充電回数が200
回目の曲線40c におけるCC時間42が充電回数１回目の曲
線40a におけるCC時間44よりも短くなっている。このリ
チウムイオン二次電池は、定電流充電が完了すると定電
圧充電(CV)に移行して充電され、定電圧充電期間中に電
池が満充電状態であるか否かが判定され、満充電検出に
よって充電が終了する。このように充放電を繰り返して
充放電サイクル数が大きくなるほど、定電流充電にて充
電する時間が短くなり、これに応じて電池容量が小さく
なる。

【００１３】図５は、ニッケルカドミウム(Ni-Cd) 二次
電池またはニッケル水素(Ni-MH) 二次電池を定電流充電
し、−ΔＶ検出方式によって充電を打ち切る場合の充電
電圧曲線を示している。この−ΔＶ検出方式は、ニッケ
ルカドミウム電池等の二次電池を定電流充電する際に、
電池の端子電圧が上昇してゆき、その電圧が最大となっ
てから微小に低下することにより端子電圧値が最大とな
ったことを検出し、満充電処理等の充電制御を行なうも
のである。これら電池においても充放電サイクルを重ね
ていくと、図示するように１回目の充電時の曲線50a と
200 回目の充電時の曲線50b とでは、充電開始時の電圧
もしくは定電流充電(CC)中の所定の電圧VP2 から端子電
圧の微小降下（−△Ｖ）を検出するまでの定電流充電(C
C)時間が短くなって、CC時間52がCC時間54よりも短くな
っている。

【００１４】一方、図３は、リチウムイオン二次電池の
容量維持率30が充放電サイクルを繰り返すことによって
どのように低下してゆくかを示している。ここでサイク
ル寿命とは、使用開始当初の電池の満充電容量と、現在
の電池の満充電容量との比を示す容量維持率が50〜60パ
ーセントとなった時点でのサイクル回数およびその電池
の状態をいうこととすると、使用開始当初の電池の容量
維持率が100 パーセントであり、充放電サイクルを繰り
返してゆくと、その電池がそれ以上充電されない満充電
状態となって容量維持率が減少し、さらに充放電を繰り
返すと容量維持率が50〜60パーセントとなってサイクル
寿命に達していると判断される。さらに同図は、同じリ
チウムイオン電池であっても製造元や性能が異なる種類
の二次電池A,B,C のそれぞれの充放電サイクルにおける
定電流充電容量比の変化32A,32B,32C を示している。定
電流充電容量率は、使用開始当初の新品電池が定電流充
電によって充電される電池容量と、現在使用中の電池が
定電流充電によって充電される電池容量との比率を示す
ものであり、この定電流充電容量率は、一定電流にて充
電する定電流充電時間に対応している。

【００１５】この図から、容量維持率と定電流充電(CC)
容量率（比）との間には、電池の種類A,B,C によって多
少異なるが、相関関係があることがわかる。したがっ
て、サイクル劣化に伴って定電流充電(CC)容量が減少す
ることに対応して定電流充電時間が短縮化されることか
ら、二次電池の容量維持率を判定し、電池がサイクル寿
命に達したか否かを判定することが可能となる。

【００１６】これらの点に着目して、定電流充電(CC)容
量から二次電池のサイクル寿命を簡単な回路構成で精度
よく検出する容量劣化判断機能を有する具体的な構成例
を説明する。なお、以下の説明において本発明に直接関
係のない部分は、図示およびその説明を省略し、また、
信号の参照符号はその現われる接続線の参照番号で表わ
す。

【００１７】図１に示した充電装置１は、その出力100
の接続端子10に着脱自在に接続される二次電池12を充電
する際に、そのサイクル寿命を判断し、電池がサイクル
寿命に達していると判断すると、使用者に対しアラーム
を通知する容量劣化判断機能を有している。充電装置10
は、ニッケルカドミウム(Ni-Cd) 電池やニッケル水素(N
i-MH) 電池、さらにはリチウム(Li)イオン電池等の二次
電池12を、それらの種類に応じて適切な充電制御方式に
て充電することができる充電装置である。

【００１８】充電装置１の内部構成を詳細に説明する
と、充電装置１は、商用の交流電源等から充電用の直流
電源を生成する直流電源回路14と、直流電源回路14の出
力を受けて、二次電池を充電する充電電流を生成する充
電制御回路16と、二次電池12の充電および放電を制御す
るとともに二次電池のサイクル寿命を判定する制御部18
とを有している。

【００１９】充電制御回路16は、その出力端子10に接続
されるリチウムイオン二次電池、ニッケルカドミウム二
次電池およびニッケル水素二次電池を充電する充電電流
を出力100 に出力する制御回路であり、充電制御回路16
は、制御部18から与えられる制御信号110 に従って、二
次電池に対する充電電流をオンまたはオフする機能を有
している。また、充電制御回路16は、充電のために接続
された二次電池が（たとえば後述する電圧VP1,VP2 ）を
超える端子電圧を生成している場合、その電池を放電さ
せて所定電圧以下の端子電圧とするリフレッシュ機能を
有している。これはとくにメモリ効果が顕著なニッケル
カドミウム二次電池などに対して有効である。また、充
電制御回路16は、所定容量以上を示す電池電圧を保持し
ている電池が接続された場合など、充電不要の電池に対
しては充電しないように構成されている。充電制御回路
16の出力100 は、上述の接続端子10と制御部18とに接続
され、この充電電圧は二次電池に印加されるとともに制
御部18に与えられる。

【００２０】制御部18には、二次電池の種類を識別する
ための識別素子20と、二次電池のセル温度を検出する温
度センサ22と、各種パラメータを記憶するメモリ24と、
電池のサイクル寿命が判定された際に、その状態を使用
者に通知する通知部26とがそれぞれ接続線102,104,106
および108 によって接続されている。

【００２１】本実施例における識別素子20は、出力端子
10に接続された電池12の種類を識別する識別スイッチに
て構成され、ニッケルカドミウム電池およびニッケル水
素電池と、リチウムイオン電池との種類を識別する。ま
た、複数の識別用のビットによって、識別素子がさらに
多くの電池の種類を識別することが可能である場合に
は、識別素子は、電池の種類として、製造メーカ、電池
サイズ、製造年月日等の種類を識別することができる。
このような電池の種類を識別するために、たとえば電池
自体の形状や識別のための部材を電池種類ごとに異なら
せておくことにより、メカニカルなスイッチのオン／オ
フによってそれらを検出することができる。また、電池
自体に電池種類を表わす情報を記録しておきこれを光学
的に読み出してその種類を識別してもよい。また、この
ような方法によらず、たとえば電池の端子間の電圧また
は電流等を検出して、その検出値の変化に基づいて電池
の種類を識別してもよい。このようにして、サイクル劣
化を判定する電池の種類を正確に認識しておくことで、
後述するサイクル劣化の判断がより的確に判定されると
ともに、様々な電池に対してサイクル寿命を判断するこ
とができる。

【００２２】温度センサ22は、装着される二次電池12に
近接するかもしくは接触する位置に設けられ、二次電池
12の表面温度を検出する温度検出素子である。温度セン
サ22は、温度に応じてその抵抗値が変化する、たとえば
サーミスタなどの温度検出素子が使用され、その値に応
じた電位差を検出値として出力104 に出力する。なお、
二次電池12が、電池セルを収容する電池パックにて構成
されている場合には、たとえばその電池パック内の電池
セルに温度センサを近接もしくは密着させて、このよう
に電池パックに内蔵した温度センサからの温度情報を制
御部18に入力するようにしてもよい。

【００２３】充電時におけるセル温度が異なると、その
充電電圧曲線は、たとえば図６および図７に示すように
その温度に応じて異なってくる。図６に示したグラフ
は、リチウムイオン二次電池をそれぞれ摂氏０度、25度
および40度のセル温度の状態で定電流定電圧充電方式に
て充電した場合における充電電圧曲線の特性60a,60b お
よび60c をそれぞれ示している。また、図７に示したグ
ラフは、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を
それぞれ摂氏０度、25度および40度のセル温度の状態で
定電流充電方式にて充電した場合における充電電圧曲線
の特性70a,70b および70c をそれぞれ示している。これ
ら図から二次電池の充電電圧特性のうち、とくに、定電
流充電時における電池電圧の上昇傾向がその温度に応じ
て変化することがわかる。

【００２４】たとえば、図６に示したリチウムイオン二
次電池の例では、セル温度が０度のときの特性60a にお
いてその定電流充電が行なわれる期間62が、25度のとき
の特性60b における定電流充電期間64よりも短くなっ
て、定電流充電期間による充電容量が少なくなる。ま
た、セル温度が40度のときの特性60c において定電流充
電期間66が、25度のときの特性60b における定電流充電
期間64よりも長くなって、定電流充電期間による充電容
量が多くなる。一方、図７に示したニッケルカドミウム
二次電池やニッケル水素二次電池の例では、たとえば、
充電時のセル温度が25度であるときの充電電圧特性にお
ける充電開始から電圧が最大となる（−ΔＶ検出）まで
の期間72よりも、他の０度および40度にて充電した場合
の期間74および76がそれぞれ短くなって定電流充電によ
る充電容量が少なくなる。

【００２５】このため制御部18は、温度センサ22によっ
て検出した検出値104 に基づいて、サイクル寿命を判定
するための値を補正する。なお、電池セルの表面温度
は、電池の周囲温度、つまり雰囲気温度に応じて上昇ま
たは下降するので、温度センサは、その電池近辺の周囲
温度を検出し、その検出値をセル温度にさらに補正して
使用するように温度センサ22および制御部18が構成され
ていてもよい。

【００２６】制御部18は、入力100 に印加される充電電
圧を検出し、識別素子20にて検出した電池の種類を表わ
す信号102 と、温度センサ22にて検出した電池のセル温
度を表わす情報104 とに基づいて、接続線106 を介して
接続されたメモリ24の記憶パラメータを参照し、充電電
圧の変化とそのパラメータとに従って電池の容量を判定
する。制御部18は、電池12がサイクル寿命に達している
と判定すると通知部26にアラームを出力させる制御信号
108 を出力するとともに、充電処理を中止する制御信号
を出力110 に接続された充電制御回路16に出力するサイ
クル寿命判定機能を有している。

【００２７】具体的には制御部18は、電池の種類を識別
する機能を有し、電池がリチウムイオン二次電池である
場合には、定電流定電圧充電方式によって充電を制御
し、電池がニッケルカドミウム電池またはニッケル水素
電池である場合には、−ΔＶ検出充電方式によって、電
池を定電流充電する。

【００２８】また、制御部18は、電池の種類に応じたサ
イクル寿命を的確に判定するために、定電流充電時間を
計時する機能を有している。制御部18は、リチウム二次
電池の場合、定電流充電から定電圧充電に切り替わった
ことを検出し、充電開始後の所定のタイミングからその
切り替わりまでの定電流充電時間（CC時間）を計時す
る。また、ニッケル系の電池の場合、制御部18は、充電
電圧が最大値となったことをその微小電圧下降（−Δ
Ｖ）により検出して定電流充電を打ち切るとともに、充
電開始後の所定のタイミングからその−ΔＶ検出までの
定電流充電時間（CC時間）を計時する。

【００２９】制御部18は、定電流充電時間を計時し、そ
の計時結果に応じて電池の使用サイクルの程度（電池の
劣化率）を推定し、サイクル寿命を判定する機能を有す
る。さらに制御部18は、計時結果を電池のセル温度に応
じて補正し、補正された時間から電池容量率を算出する
機能を有する。制御部18は、算出された電池容量率に基
づいて、現在接続されている電池がサイクル寿命である
か否かを判定し、サイクル寿命であると判定した場合に
は、サイクル寿命であることを示すための制御信号を出
力108 に出力する機能を有している。この場合、制御部
18は、充電制御回路16に対し、その充電電流の供給を停
止させる充電制御信号を供給して、現在の充電処理を終
了させる。

【００３０】通知部26は、制御部18から制御信号108 が
供給されると、ブザー等を鳴動させたり、警告ランプを
点灯させたりして、電池がサイクル寿命であることを使
用者に通知するアラーム出力機能を有している。

【００３１】メモリ24は、電池の種類に応じた各種設定
値を表わす各種パラメータを格納する記憶回路である。
本実施例におけるメモリ24は、定電流充電時間の計時を
開始する電圧値を表わす基準電圧値VP1,VP2 と、満充電
を判断するための満充電判断値と、新品当初の各種電池
を満充電状態とするために必要な定電流充電時間を示す
基準時間値と、温度センサ22にて検出された値に応じて
前記計時結果を補正する温度補正データとをそれぞれ各
電池の種類ごとに記憶している。メモリ24はさらに、識
別素子20の検出結果に基づいて識別された電池の種類を
示す情報を記憶する。メモリ回路24は、これら記憶情報
が制御部18によって指定されると、その指定された情報
を制御部18に供給する。

【００３２】メモリ24には、さらに、充電制御回路16に
おける充電処理を制御するためのパラメータが記憶さ
れ、充電制御回路16は、パラメータに応じた制御を制御
部18より受けて電池を充電させる。本実施例では、電池
の種類ごとにこれら情報を記憶管理しているが、電池の
種類をさらに詳細に識別することのできる電池識別部20
が構成されている場合では、たとえば同じリチウムイオ
ン電池であっても、その製造元やその型番および製造番
号ごとに管理し、それらに応じたサイクル寿命の判定や
充電制御を行なってもよい。

【００３３】基準電圧値(VP1,VP2) は、新品の電池に対
する定電流充電時間と、現在使用している電池の定電流
時間との差を正確に検出するために電池の種類ごとにそ
れぞれ設定されている値である。本実施例における制御
部18は、定電流充電開始時からではなく、充電時の電池
電圧が電池の種類ごとの所定の基準値に達してから定電
流時間を測定するために基準電圧値を参照する。リチウ
ムイオン二次電池に対する基準電圧値VP1 と、ニッケル
カドミウム電池およびニッケル水素電池に対する基準電
圧値VP2 とがメモリ24に記憶されている。

【００３４】満充電判断値は、リチウムイオン二次電池
については、そのメーカや型番などの種類ごとに電圧約
4.1 ボルトまたは約4.2 ボルトを示す値である。また、
ニッケルカドミウム電池およびニッケル水素電池に対し
ては、−ΔＶを検出するための電位差値を示す値として
メモリ24に記憶されている。

【００３５】基準時間値は、図４および図５に示した例
では、それぞれCC時間44およびCC時間54に対応する電池
の種類ごとの時間値であり、それぞれの基準電圧値とな
った以降の定電流充電時間であって使用開始当初の新品
電池に対する定電流充電時間を示す値がメモリ24に格納
されている。

【００３６】温度補正データは、充電中の電池に対する
CC時間が測定された結果、その充電処理中のセル温度に
基づいて、そのCC時間を所定の温度を基準とする値に換
算するための補正データである。たとえば、充電してい
る電池が所定の使用回数、つまりサイクル劣化状態であ
るとすると、温度に応じて定電流充電時間が異なってく
る。したがって制御部18はこれを、検出された温度デー
タに従って、基準となる所定温度にて充電した場合の定
電流充電時間に換算する。たとえば図６に示したリチウ
ムイオン二次電池の充電電圧特性を示すグラフにおい
て、基準となる温度が25度であるとすると、セル温度が
０度にて充電した際におけるCC時間62が、25度時充電の
CC時間64の長さとなるように、計測した定電流充電時間
62に補正パラメータを乗算して換算する。同様に、セル
温度が40度時の充電におけるCC時間66が、25度時充電の
CC時間64の長さとなるように、定電流充電時間66を基準
値換算する。図７に示した例においても同様に、セル温
度が０度時の充電におけるCC時間74が、25度時充電のCC
時間72の長さとなるように、計測した定電流充電時間72
に補正パラメータを乗算して換算する。同様に、セル温
度が40度時の充電におけるCC時間76が、25度時充電のCC
時間72の長さとなるように、定電流充電時間76を基準値
換算する。メモリ24には、たとえば１度〜数度ステップ
ごとの補正データが電池の種類ごとに格納されている。

【００３７】このようにして算出したCC時間に基づいて
電池のサイクル寿命を判定する制御部18の機能構成を図
２を参照して説明すると、制御部18は、入力100 に印加
される充電時の電圧を検出する電圧検出部200 を有し、
電圧検出部200 は、アナログ電圧値をディジタル値に変
換してその値を認識する変換機能を有している。認識さ
れた値は、−ΔＶ検出部202 とCC/CV 切替検出部204 と
比較処理部206 とに与えられる。

【００３８】一方、制御部10の入力102 には、電池の種
類に応じた情報が識別素子20から入力され、種類検出部
208 は、その電池の情報を検出して電池の種類に応じた
識別結果をメモリ24に記憶させて、選択処理部210 と、
−ΔＶ検出部202 と、CC/CV切替検出部204 と、入力106
に接続された補正処理部212 と、容量率算出部214に供
給する。

【００３９】選択処理部210 は、種類検出部208 にて検
出された電池の種類に対応する基準電圧をメモリ24また
はレジスタ等からから読み出して選択する基準電圧選択
機能を有する。

【００４０】比較処理部206 は、選択処理部210 にて選
択された基準電圧と、電圧検出部にて検出された電圧値
とを比較し、その検出電圧が、種類に応じた電圧VP1 ま
たはVP2 と等しくなるか、もしくは超えるとタイマを開
始させる開始指令をタイマ部216 に通知する。

【００４１】−ΔＶ検出部202 は、種類検出部208 から
の識別情報によって、ニッケルカドミウム電池やニッケ
ル水素電池が接続されて充電中であることを認識する
と、その充電電圧を監視して−ΔＶの有無を検出し、そ
の検出情報をタイマ部216 に与える。

【００４２】CC/CV 切替検出部204 は、種類検出部208
からの識別情報に従ってリチウムイオン二次電池が接続
されて充電中であることを認識すると、その充電電圧を
監視し、さらに定電流充電(CC)から定電圧充電(CV)に切
り替わったことを検出するとその検出情報をタイマ部21
6 に与える。

【００４３】タイマ部216 は、比較処理部206 からの開
始指令に従って計時を開始する時間測定機能を有してい
る。タイマ部216 は、−ΔＶ検出部202 およびCC/CV 切
替検出部204 からの検出情報に従ってその計時を停止
し、計測した時間情報を補正処理部212 に通知する。

【００４４】補正処理部212 は、種類検出部208 からの
通知に基づいて電池の種類を認識し、温度検出部218 か
ら与えられる温度データに基づいて、タイマ部216 にて
計時された時間情報を、電池の種類ごとにそれぞれ補正
する時間補正機能を有している。温度検出部218 は、セ
ル温度の検出値を入力104 に入力してその値をディジタ
ル値に変換する変換機能を有し、変換した温度データを
補正処理部212 に供給する。補正処理部212 は、温度検
出部218 から供給される温度データと種類検出部208 か
ら供給される識別結果とに対応する補正データをメモリ
24から読み出して、タイマ部216 にて計時された時間情
報を補正データに基づいて補正演算し、その補正時間を
容量率算出部214 に与える。

【００４５】容量率算出部214 は、メモリ24に記憶され
ている電池の種類ごとの容量パラメータと、補正処理部
212 にて時間補正された値との比率を算出する演算機能
を有する。容量率算出部214 は、所定の充電時温度に正
規化した定電流充電時間に応じた電池の充電容量によっ
て、その電池のサイクル劣化の度合い、つまり定電流充
電容量率を算出する。

【００４６】寿命判定部220 は、容量率算出部214 にて
算出された容量率に基づいて、その電池の充電容量と、
新品当初の電池における充電容量とに基づいて電池のサ
イクル劣化の度合いを判断する容量劣化判断機能を有し
ている。本実施例における寿命判定部220 は、各種電池
のサイクル寿命を判断するために、電池の種類ごとに、
現在の電池の充電容量とその電池の当初の充電時におけ
る定電流充電容量とを比較して、たとえば50〜60パーセ
ント程度の容量率であった場合に、その電池はサイクル
寿命であると判定する。つまり、寿命判定部220 は、現
在の電池に対する定電流充電時間が、その電池の初期性
能と較べてどの程度短くなっているかを、その電池に対
する定電流充電時間による電池充電容量に基づいて判定
する。

【００４７】充電制御部224 は、電池12に対する充電ま
たは電池12からの放電を制御する制御信号110 を充電制
御回路16に供給する機能部である。充電制御部224 は、
電池12に対する充電電流をオン・オフさせたり、満充電
検出で充電電流をオフさせたりする充電制御信号を生成
する。また、充電制御部224 は、充電電流をオフさせて
電池12の端子電圧を電圧検出部206 に検出させる機能を
有している。また、充電制御部224 は、電池12がサイク
ル寿命であると判定されたり、電池12の満充電が検出さ
れると電池12に対する充電を終了させる制御信号を充電
制御回路16に出力する。さらに充電制御回路224 は、電
池12が端子10に接続された際の電池装着時の電池電圧に
応じて、充電不要電圧以上の電池電圧を検出した場合に
は充電を開始させず、また、電池の端子電圧が基準電圧
VP以上であって充電不要電圧未満である電池電圧を検出
した場合には、電池電圧が基準電圧VP未満の値となるま
で電池を放電させて、それから充電を開始するように充
電制御回路16に指示する機能を有している。

【００４８】出力処理部222 は、寿命判定部220 から供
給されるサイクル寿命の判定結果に応じたアラーム制御
信号を出力108 に出力する。出力108 に接続された通知
部26は、このアラーム制御信号が供給されると、アラー
ム音やアラーム表示を発生させて、装着された電池12が
サイクル寿命であることを使用者に通知する。また、出
力処理部222 は、容量率算出部214 から供給される容量
率情報を、たとえば、５段階など複数段階の劣化情報と
して出力108 に出力してもよく、この場合、通知部26は
劣化情報を可視的に表示する。この場合さらに、出力処
理部222 は、たとえば５段階のうち最終段階の劣化度を
検出すると、サイクル寿命に近づいていることを使用者
に知らせるためのアラーム制御信号を出力させる。

【００４９】以上のような構成で、本実施例における容
量劣化判断機能を有する充電装置１の動作を図８、図９
および図10を参照して説明すると、図８に示すステップ
800において、電池12が充電装置１に装着され接続端子1
00 に接続されると、識別素子20の検出情報が種類検出
部208 に入力される。種類検出部208 は、その電池の種
類を識別し、この識別結果はメモリ24に記憶されて各部
から参照される。

【００５０】ここで電池12がリチウムイオン二次電池で
あると識別されるとステップ802 に進み、この電池に対
応する定電流定電圧充電方式による充電処理と計時開始
処理とが実行される。これを図９に示すとステップ900
において、電池の端子電圧が検出されて、その電圧値が
リチウムイオン二次電池として充電が必要な値であるか
どうかが判定される。充電が必要なリチウムイオン二次
電池が装着されていると判定した場合はステップ902 に
進む。また、その電池が充電が不要である、たとえば満
充電状態であると判定した場合には、充電制御部224 は
充電を開始せずに処理を終了する。

【００５１】続くステップ902 において、電池電圧がそ
のリチウムイオン二次電池の基準電圧VP1 以上であるか
否かが判定される。ここで、電池電圧が基準電圧VP1 以
上である場合には、ステップ904 にて放電処理が行なわ
れ、電池電圧が基準電圧VP1未満になるまでステップ904
および906 の処理が繰り返される。電池電圧が基準電
圧VP1 未満であった場合には、ステップ902 および906
に続くステップ908 に進んで、電池に対する充電処理が
開始される。なお、ステップ902 およびステップ906 に
おいて電池電圧が基準電圧VP1 と等しい場合には放電処
理を行なわないでステップ908 に進み、充電を開始する
ことができる。

【００５２】充電期間中には、ステップ910 に示すよう
に、電池電圧が基準電圧VP1 に達したか否かが比較処理
部206 にて常時もしくは間欠的に監視されており、電池
電圧が基準電圧値VP1 に達すると、ステップ912 に進
み、タイマ部216 によって定電流充電時間（CC時間）の
計時が開始される。

【００５３】次いでステップ914 に進み、このリチウム
イオン二次電池が定電流充電(CC)から定電圧充電(CV)に
切り替わったかどうかがCC/CV 切替検出部204 にて監視
され、定電圧充電への切り替わりが検出されると、図８
に示したステップ806 に進み、CC時間の計時が終了す
る。この計時結果は、補正処理部212 に送られ、ステッ
プ808 では、計時されたCC時間が、温度検出された値に
応じた補正データ106 によって時間補正される。補正さ
れたCC時間が容量率算出部214 に供給されると、ステッ
プ810 では、そのCC時間と新品電池の満充電容量と電池
の種類とに基づいて、このリチウムイオン電池の充電容
量率（劣化率）が算出される。続くステップ812 におい
て、算出された充電容量率に基づいて寿命判定部220
は、その電池がサイクル寿命であるかどうかを判定し、
充電容量率が電池の種類に応じた50ないし60パーセント
であったときには、サイクル寿命であると判定して充電
処理を停止し（ステップ814 ）、アラームを通知させる
制御信号を通知部26に出力する（ステップ816 ）。ま
た、出力処理部222 には、容量率算出部214 からの充電
容量率を示す情報が入力され、出力処理部222 は、その
充電容量率を示す情報を通知部26に出力する。通知部26
は、電池の劣化状態を示す充電容量率を、たとえば段階
的に百分率表示する。また、ステップ812 において、電
池がサイクル寿命に達していないと判定された場合に
は、充電中の電池に対して満充電状態を監視して、この
定電圧充電期間において電池の満充電が検出されると充
電処理を終了する。

【００５４】一方、ステップ800 において、充電装置１
に接続された電池がニッケルカドミウム電池またはニッ
ケル水素二次電池であると識別されると、ステップ804
に進んで、その電池に応じた充電および計時開始処理が
実行される。この充電・計時開始処理を図10に示すと、
ステップ1000において、この二次電池に対して充電が必
要であるか否かがその端子電圧に基づいて判定されて、
充電が必要な電池であると判定されるとステップ1002に
進む。ステップ1002では、電池電圧がそのニッケルカド
ミウム電池／ニッケル水素電池の基準電圧値である電圧
VP2 以上であるか否かが判定される。ここで、電池電圧
が基準電圧VP2 以上である場合には、ステップ1004にて
放電処理が行なわれ、電池電圧が基準電圧VP2 未満にな
るまでステップ1004および1006の処理が繰り返される。
電池電圧が基準電圧VP2 未満であった場合には、ステッ
プ1002および1006に続くステップ1008に進んで、その二
次電池に応じた−ΔＶ検出方式による定電流充電処理が
開始される。

【００５５】この充電期間中には、リチウムイオン二次
電池の場合と同様に、ステップ1010にて、電池電圧が基
準電圧VP2 に達したか否かが監視されており、電池電圧
が基準電圧値VP2 に達すると、定電流充電時間（CC時
間）の計時が開始される（ステップ1012）。次いでステ
ップ914 に進み、この二次電池の端子電圧が−ΔＶの変
化を示したかどうか監視され、−ΔＶが検出されると図
８に示したステップ806に進み、CC時間の計時が終了す
る。

【００５６】以降、リチウムイオン二次電池の場合と同
様にして、計時されたCC時間が、温度検出された値に応
じた補正データによって時間補正され（ステップ808
）、補正されたCC時間が容量率算出部214 に供給され
る。ステップ810 では、そのCC時間に基づき、ニッケル
カドミウム電池／ニッケル水素電池の充電容量率（劣化
率）が算出される。次いでステップ812 に進むと、算出
された充電容量率に基づいて寿命判定部220 は、その電
池がサイクル寿命であるかどうかを判定し、充電容量率
が50ないし60パーセントであったときには、サイクル寿
命であると判定して充電処理を停止するとともに（ステ
ップ814 ）、アラームを通知させる制御信号108 を出力
処理部222 から出力する。この制御信号108 によって通
知部26は、サイクル寿命を示すアラームを出力する。ま
た、出力処理部222 には、容量率算出部214 から充電容
量率を示す情報が入力され、出力処理部222 は、充電容
量率を示す情報を通知部26に出力し、通知部26は、これ
を受けて充電容量率を段階表示する。また、ステップ81
2 において、電池がサイクル寿命に達していないと判定
された場合には、−ΔＶの検出に従って電池の満充電状
態を認識し、電池に対する充電処理を終了する。

【００５７】以上のようにして、新品状態の電池に対す
る定電流充電時間と現在の電池に対する定電流充電時間
との差に応じて、電池の容量維持率が判定され、電池の
種類に応じたサイクル劣化の度合いを的確に判定するこ
とができる。したがって充電している電池がサイクル寿
命となったがどうかを正確に認識することができる。

【００５８】このように、上記実施例では、定電流充電
時における電池容量比を算出しており、つまり定電流充
電時間に基づいて電池容量を認識し、そのサイクル劣化
を判定しているので、充放電回数や放電させた場合の時
間等で把握するよりも、簡潔な回路構成にて電池の充電
容量維持率を認識することができる。この場合、定電流
充電期間中は、充電電流値が一定であるため、充電時間
と充電容量とが等価になり、定電流充電時問で充電容量
が簡便に換算することができる。

【００５９】また、実施例では、タイマ部216 による時
間計測を、充電開始直後ではなく、電池電圧が電池の種
類に応じた基準値VP1,VP2 に達した状態にて開始してい
るので、電池の種類に応じて、正規化した定電流充電時
間を計時しており、このため、各電池種類それぞれの定
電流充電における基準電圧から満充電電圧までの定電流
充電時間の差を電池の劣化度に応じて正確に計測するこ
とができる。

【００６０】

【発明の効果】このように本発明によれば、二次電池の
サイクル寿命を簡単な回路構成によって精度よく検出
し、二次電池がサイクル寿命になったかどうかを判断
し、サイクル寿命であると判断したときはアラームを通
知し、二次電池を使用しないようにしている。これによ
って、二次電池で動作する装置の長時間動作を可能にす
ることができ、サイクル寿命に達した二次電池を使用す
ることによる装置の誤動作を防ぐことができる。

【００６１】したがって、二次電池のサイクル寿命を検
出するために特別な回路構成を追加する必要がなく、シ
ンプルな回路構成で、二次電池のサイクル寿命を高精度
に判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された充電装置の構成例を示すブ
ロック図である。

【図２】図１に示した制御部の機能構成例を示すブロッ
ク図である。

【図３】リチウムイオン二次電池の容量維持率と定電流
充電容量比とが充放電サイクルの変化に応じて変化する
例を示すグラフである。

【図４】リチウムイオン二次電池の充電電圧曲線の一例
を示す特性図である。

【図５】ニッケルカドミウム二次電池／ニッケル水素二
次電池の充電電圧曲線の一例を示す特性図である。

【図６】リチウムイオン二次電池のセル温度に応じた充
電電圧曲線の一例を示す特性図である。

【図７】ニッケルカドミウム二次電池／ニッケル水素二
次電池のセル温度に応じた充電電圧曲線の一例を示す特
性図である。

【図８】実施例における充電装置の動作を示すフローチ
ャートである。

【図９】リチウムイオン二次電池に対する充電・計時開
始処理を示すフローチャートである。

【図１０】ニッケルカドミウム二次電池／ニッケル水素
二次電池に対する充電・計時開始処理を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ 充電装置 12 二次電池 16 充電制御回路 18 制御部 20 識別素子 24 メモリ 26 通知部 208 種類検出部 212 補正処理部 214 容量率算出部 216 タイマ部 220 寿命判定部 222 出力処理部 224 充電制御部

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充放電可能な二次電池の容量劣化を判断
   する容量劣化判断方法において、該方法は、 前記二次電池に対し定電流充電を開始して、該二次電池
   の満充電を判断するための電圧変化を検出し、 前記充電開始から前記電圧変化を検出するまでの間の充
   電電圧特性に基づいて該二次電池の充電容量を算出し、 該算出した充電容量と、該電池の種類に応じて設定され
   る充電容量の設定値とに基づいて、該二次電池の容量劣
   化の度合いを判断することを特徴とする二次電池の容量
   劣化判断方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の判断方法において、該
   方法は、前記充電開始から前記電圧変化を検出するまで
   の間の所定の期間における定電流充電時間を計測し、該
   充電時間に基づいて前記充電容量を算出することを特徴
   とする二次電池の容量劣化判断方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の判断方法において、前
   記所定の期間は、前記二次電池の電池電圧が、該二次電
   池に応じて設定された基準電圧となってから、前記満充
   電を判断するための電圧変化が検出されるまでの定電流
   充電時間であることを特徴とする二次電池の容量劣化判
   断方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の判断方法において、前
   記二次電池に対する充電が定電流充電から定電圧充電に
   切り替わったことを前記電圧変化として検出することを
   特徴とする二次電池の容量劣化判断方法。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の判断方法において、前
   記二次電池に対する充電によって、該二次電池の満充電
   状態が検出されたことを前記電圧変化として検出するこ
   とを特徴とする二次電池の容量劣化判断方法。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の判断方法において、前
   記定電流充電中の電池のセル温度を検出し、該セル温度
   に従って、前記算出した充電容量を補正することを特徴
   とする二次電池の容量劣化判断方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の判断方法において、前
   記充電容量を前記セル温度に応じて補正するための補正
   データを、前記二次電池の種類ごとにそれぞれ記憶して
   おき、接続される電池の種類に対応する補正データを用
   いて、前記充電容量を補正することを特徴とする二次電
   池の容量劣化判断方法。
8. 【請求項８】 充放電可能な二次電池の容量劣化を判断
   する容量劣化判断装置において、該装置は、 前記二次電池を定電流充電する充電手段と、 該二次電池に対する充電時間のうち、所定の期間の定電
   流充電時間を計時する計時手段と、 該計時手段にて計時された定電流充電時間に基づいて、
   該二次電池の充電容量率を算出し、該二次電池の容量劣
   化の度合いを判定する判定手段とを備えることを特徴と
   する二次電池の容量劣化判断装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の判断装置において、該
   装置は、前記計時手段にて計時を開始する条件として、
   前記電池の端子電圧が所定の電圧値であるか否かを判定
   するための基準電圧値を電池の種類に応じて記憶してお
   り、該二次電池を充電して、該二次電池の端子電圧が前
   記電池の種類に応じた基準電圧値となったことを検出し
   てから、前記計時手段における計時を開始することを特
   徴とする二次電池の容量劣化判断装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の判断装置において、
    前記計時手段は、前記計時を開始してから、前記二次電
    池に対する充電が定電流充電から定電圧充電に切り替わ
    ったことを検出するまでの定電流充電時間を計時するこ
    とを特徴とする二次電池の容量劣化判断装置。
11. 【請求項１１】 請求項９に記載の判断装置において、
    前記計時手段は、前記計時を開始してから、前記二次電
    池に対する充電によって該二次電池の満充電が検出され
    たことを検出するまでの定電流充電時間を計時すること
    を特徴とする二次電池の容量劣化判断装置。
12. 【請求項１２】 請求項８に記載の判断装置において、
    前記定電流充電中の二次電池のセル温度を検出する温度
    検出手段と、 該セル温度に従って、前記計時された定電流充電時間を
    補正する補正手段とを有し、 前記判定手段は、前記補正手段にて補正された定電流時
    間に基づいて、前記二次電池の容量劣化の度合いを判定
    することを特徴とする二次電池の容量劣化判断装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の判断装置におい
    て、前記補正手段は、前記定電流充電時間を補正するた
    めの補正データを、前記二次電池の種類ごとにそれぞれ
    記憶しておき、前記判定手段は、接続される電池の種類
    に対応する補正データを用いて、前記前記定電流充電時
    間に応じた充電容量を補正することを特徴とする二次電
    池の容量劣化判断装置。