JPH11344544A - バッテリーパックの電池容量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流と温度とを考慮した充放電の効率を用い
ることで、誤差の少ない電池容量を算出する。 【解決手段】 充放電電流とバッテリーパックの温度と
を所定の周期で測定する。この充放電電流とバッテリー
パックの温度とから充放電の効率を求める。充放電電流
に、効率と周期とを乗算することで、各周期での充放電
容量を算出する。経時変化の大きい二次電池では、充放
電回数に応じた充放電サイクル係数を用いる。前回の測
定で算出した電池容量から充放電容量を加算又は減算す
ることで、各周期が経過する毎に新しい電池容量を求め
る。充放電の停止時には、所定の周期が経過する毎に、
経過時間と温度とから自己放電係数を求める。バッテリ
ーパックの暗電流と電子機器のリーク電流とを加算した
値に、自己放電係数を掛けることで、自己放電容量を算
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリーパック
の電池容量測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯用電子機器の電源として、リチウム
イオン電池等の二次電池を内蔵したバッテリーパックが
広く用いられている。最近のバッテリーパックには、リ
チウムイオン電池の状態（電圧，電流，温度等）を監視
して充放電を制御する充放電制御機能の他に、電池容量
測定機能や通信機能を備え、電池容量等の電池情報を電
子機器に送るようにしたものがある。電子機器では、バ
ッテリーパックから送られてきた電池容量を電池マーク
等によってディスプレイに表示するから、電池容量が少
なくなってきたときに、電子機器の使用を止めたり、あ
るいは事前にデータ保存をすることが可能となる。

【０００３】特開平７−９９０６５号公報には、充電中
の電池容量を測定する測定機能付きバッテリーパックが
記載され、また特開平７−９９０６５号公報には放電中
の電池容量を測定する測定機能付きバッテリーパックが
記載されている。

【０００４】前者のバッテリーパックでは、所定の周期
で二次電池に流れ込む電流を測定し、この電流に第１及
び第２の充電効率と積分時間（測定間隔）とを乗算し
て、単位積分時間当たりの充電容量を算出する。この充
電容量を前回の測定で求めた電池容量に加算して、新し
い電池容量を求める。第１の充電効率は充電電流に依存
し、第２の充電効率は充電回数に依存している。

【０００５】充電電流が大きい場合は、電気化学変化が
追従できなくなり、二次電池に供給された電流が無駄と
なる。そこで、第１の充電効率は、電流が大きくなるほ
ど小さな値となる。また、充放電の繰り返しにより、電
極や電解液が変質、消耗，老化したりする。そこで、第
２の充電効率は、充電の回数が多くなるほど小さな値と
なる。

【０００６】後者のバッテリーパックでは、所定の周期
で二次電池から流れ出る電流を測定し、この電流に第１
及び第２の放電効率と積分時間（測定間隔）とを乗算し
て、単位積分時間当たりの放電容量を算出する。この放
電容量を前回の測定で求めた電池容量から減算して、新
しい電池容量を求める。第１の放電効率は放電電流に依
存し、第２の放電効率は定格電池容量に依存している。

【０００７】放電電流が大きい場合は、電気化学変化に
無理が生じて無駄が多くなる。そこで、第１の放電効率
は、電流が大きくなるほど大きな値となる。また、定格
電池容量が小さい場合に、大きな電流を取り出すと、負
担が大きくなって無駄が発生する。そこで、第２の放電
効率は、定格電池容量が小さい場合に、大きな値とな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】二次電池の充放電は、
電解液の電気化学変化に基づいて行われるものである
が、この電気化学変化は二次電池の温度に依存して反応
速度が変化する。したがって、電流の大きさだけから第
１の充電効率又は放電効率を決定した場合には、算出さ
れた充電容量又は放電容量に誤差が発生することにな
る。その結果、これらに基づいて求めた電池容量は不正
確であり、その信頼性に大きな不信を招くことになる。

【０００９】また、バッテリーパックが電子機器や充電
器から外されて単体で放置されている場合や、電子機器
等には装填されているが、電子機器の電源ＯＦＦ等によ
って充放電が停止している場合がある。これらの場合
に、二次電池は僅かであるが自己放電をする。また、こ
の自己放電中に、電子機器への電流のリークも発生す
る。この自己放電の期間が数十分程度の短い場合には、
自己放電容量を無視できるが、数日〜数ケ月に及ぶ場合
は、自己放電容量を考慮しないと、電池容量を正しく求
めることはできない。

【００１０】本発明は、電流の他に、温度を考慮して充
電効率又は放電効率を決定して、充電又は放電容量を正
しく算出し、これに基づいて誤差の少ない電池容量を求
めるようにしたバッテリーパックの電池容量測定方法を
提供することを目的とするものである。

【００１１】更に、本発明は、自己放電容量を算出し、
これに基づいて誤差の少ない電池容量を求めるようにし
たバッテリーパックの電池容量測定方法を提供すること
を目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、二次電池へ流れ込む電流Ｉ_C とバッテリーパックの
温度Ｔとを所定の周期Ｐ_C で測定し、単位積算時間につ
いての充電容量Ｃ_C を算出し、前回の測定で求めた電池
容量ＢＣに加算することによって、新しい電池容量を求
めるものである。この充電容量Ｃ_C は、回路基板で消費
される暗電流をＤＩとし、電流Ｉ_C と温度Ｔとによって
決まる充電効率をＥ_C とすると、次式から算出される。 Ｃ_C ＝（Ｉ_C ーＤＩ）×Ｅ_C ×Ｐ_C

【００１３】上記演算式に用いられている充電効率は、
充電電流の他に、電気化学変化に影響する温度を考慮し
て決定されるから、誤差の少ない充電容量を求めること
ができる。

【００１４】請求項２記載の発明では、更に充電サイク
ル係数Ｎ_C を用いて充電容量Ｃ_C を求めるものである。
この充電サイクル係数Ｎ_C は、充電の回数に応じて決ま
るものであり、充電の回数が多いほど、すなわち二次電
池が古くなるほど値が小さい。二次電池の性能劣化を考
慮して電池容量を求めるから、誤差を更に少なくするこ
とができる。充電サイクル係数Ｎ_C を用いると，充電容
量は次式から算出される。 Ｃ_C ＝（Ｉ_C ーＤＩ）×Ｅ_C ×Ｐ_C ×Ｎ_C

【００１５】請求項３記載の発明では、二次電池から流
れ出る電流Ｉ_D とバッテリーパックの温度Ｔとを所定の
周期Ｐ_D で測定し、単位積算時間についての放電容量Ｃ
_D を算出し、前回の測定で求めた電池容量ＢＣから減算
することで、新しい電池容量を求めるものである。放電
効率Ｅ_D は、充電電流の他に、温度を考慮して値を決定
するから、誤差の少ない充電容量を測定することができ
る。放電容量Ｃ_D は次式から算出される。 Ｃ_D ＝（Ｉ_D ＋ＤＩ）×Ｅ_D ×Ｐ_D

【００１６】請求項４記載の発明では、更に放電の回数
で決まる放電サイクル係数Ｎ_D を用い、次式から放電容
量Ｃ_C を算出するものである。放電の回数が多いほど性
能が劣化するから、放電サイクル係数の値は大きい。 Ｃ_D ＝（Ｉ_D ＋ＤＩ）×Ｅ_D ×Ｐ_D ×Ｎ_D

【００１７】請求項５記載の発明では、バッテリーパッ
クの充放電の停止時又はバッテリーパックが単体で放置
されているときには、所定の周期Ｐ_S でバッテリーパッ
クの温度Ｔを測定し、単位積算時間についての自己放電
容量Ｃ_S を算出し、前回の測定で求めた電池容量ＢＣか
ら減算することで、新しい電池容量を求めるものであ
る。この自己放電容量Ｃ_S を算出することで、正確な電
池容量を測定することができる。

【００１８】回路基板で消費される暗電流をＤＩとし、
バッテリーパックが装填される電子機器のリーク電流を
ＬＩとし、自己放電の開始からの経過時間と温度Ｔによ
って決まる自己放電係数をＥ_S とすると、自己放電容量
Ｃ_S は、次式から求められる。 Ｃ_S ＝（ＢＣ×Ｅ_S ）ー（ＤＩ＋ＬＩ）×Ｐ_S

【００１９】請求項６記載の発明では、バッテリーパッ
クが単体で放置されているときには、充放電の停止時に
比べて、周期Ｐ_S を長くする。充放電時には充放電電流
の大きさが頻繁に変化し、また充放電の停止時にも急に
充放電が再開されることがある。しかし、放置されてい
るときには、バッテリーパックの状態が急に変化するこ
とは少ないので、測定の周期Ｐ_S を長くすることで、測
定による電力の消費を少なくしている。

【００２０】請求項７記載の発明では、更に自己放電サ
イクル係数Ｎ_S を用い、次式から自己放電容量Ｃ_S を算
出するものである。この自己放電サイクル係数は、自己
放電の回数が多いほどその値が大きい。 Ｃ_S ＝（ＢＣ×Ｅ_S ×Ｎ_S ）ー（ＤＩ＋ＬＩ）×Ｐ_S

【００２１】

【発明の実施の形態】図１において、バッテリーパック
１０は、プラスチック製のケース内に、電池ユニットを
収納したものである。この電池ユニットは、回路基板
と、この回路基板上に固定した複数の二次電池とから構
成されている。回路基板には、プラス端子１１，マイナ
ス端子１２，通信端子１３が設けられており、これらの
端子はケースの開口から露出している。二次電池として
は、例えば３個のリチウムイオン電池１４〜１６が用い
られ、これらが直列に接続されている。

【００２２】前記リチウムイオン電池１４のプラス極
と、プラス端子１１との間には、放電停止用ＦＥＴ１
８，充電停止用ＦＥＴ１９が直列に接続されている。こ
れらのＦＥＴ１８，１９は、Ｐチャンネルであり、ゲー
トに「Ｌ」の信号が入力されるとＯＮし、そして「Ｈ」
の信号が入力されるとＯＦＦする。また、リチウムイオ
ン電池１６のマイナス極と、マイナス端子１２との間に
は、抵抗値が小さい電流測定用の抵抗２０が接続されて
いる。なお、リチウムイオン電池１６のマイナス極は接
地されている。

【００２３】放電停止用ＦＥＴ１８は、バッテリーパッ
ク１０の放電を強制的に停止させて、電子機器やバッテ
リーパックが危険な状態に陥るのを防止したり、故障や
短寿命化を防止する。この放電が強制的に停止されるケ
ースとしては、３個のリチウムイオン電池１４〜１６の
いずれか１つが放電停止電圧（例えば２．２Ｖ）まで低
下したとき、又は放電中に過電流（例えば８Ａ以上）が
流れたときである。

【００２４】同様に、充電停止用ＦＥＴ１９は、バッテ
リーパック１０の充電を強制的に停止させるためのもの
である。この充電が強制的に停止されるケースとして
は、３個のリチウムイオン電池１４〜１６のいずれか１
つが充電停止電圧（例えば４．２Ｖ）に達したとき、又
は充電中に過電流が流れたときである。

【００２５】各リチウムイオン電池１４〜１６のプラス
極とマイナス電極は、電圧測定回路２３にそれぞれ接続
されている。この電圧測定回路２３は、２つの電圧の差
を求める少なくとも３個のオペアンプから構成され、各
のリチウムイオン電池１４〜１６の電圧ＶＨ，ＶＭ，Ｖ
Ｌをそれぞれ測定する。

【００２６】マイクロコンピュータ２４は、放電中には
各電圧ＶＨ，ＶＭ，ＶＬが放電停止電圧まで低下したか
どうかを判定する。もし、リチウムイオン電池１４〜１
６のいずれか１つが放電停止電圧まで低下すると、マイ
クロコンピュータ２４は過放電状態であると判断する。
マイクロコンピュータ２４は、「Ｈ」の信号を放電停止
用ＦＥＴ１８に与え、これをＯＦＦにして放電を強制停
止させる。

【００２７】また、マイクロコンピュータ２４は、充電
中には各電圧ＶＨ，ＶＭ，ＶＬが充電停止電圧まで昇圧
したかどうかを判定する。もし、リチウムイオン電池１
４〜１６のいずれか１つが、充電停止電圧まで昇圧する
と、マイクロコンピュータ２４は過充電状態であると判
断する。マイクロコンピュータ２４は、「Ｈ」の信号を
充電停止用ＦＥＴ１９に与え、これをＯＦＦにして充電
を強制停止させる。

【００２８】放電時又は充電時に、測定用抵抗２０に電
流が流れると電圧降下が発生し、この電圧降下の大きさ
は電流に比例する。この測定用抵抗２０の両端に過電流
検出回路２５が接続されている。この過電流検出回路２
５は、コンパレータから構成され、充電電流又は放電電
流が過電流値を越えたときに、過電流状態を表す「Ｌ」
の信号を発生する。マイクロコンピュータ２４は、
「Ｌ」の信号を受け取ると、放電中には放電停止用ＦＥ
Ｔ１８をＯＦＦにし、充電中には充電停止用ＦＥＴ１９
をＯＦＦにする。

【００２９】また、バッテリーパック１０の電流を測定
するために、測定用抵抗２０の両端が電流測定回路２６
に接続されている。電流測定回路２６で測定された電流
は、電池容量の算出のためにマイクロコンピュータ２４
に送られる。

【００３０】レギュレータ２７は、リチウムイオン電池
１４〜１６の直列電圧を、所定の電圧に変換して出力す
る。このレギュレータ２７は、マイクロコンピュータ２
４，過電流検出回路２５，電流測定回路２６等を給電す
る。

【００３１】また，レギュレータ２７に、抵抗２８を介
してサーミスタ２９が接続されている。このサーミスタ
２９は、温度が高くなると抵抗値が小さくなる性質を有
するから、バッテリーパック１０内の温度が高くなる
と、サーミスタ２９と抵抗２８との接続点の電圧が低く
なる。したがって、接続点の電圧は、バッテリーパック
１０の温度Ｔに応じて変化するから、温度情報としてマ
イクロコンピュータ２４に取り込まれる。

【００３２】リチウムイオン電池１４〜１６の充放電に
異常が発生すると、バッテリーパック１０の温度Ｔが上
昇する。リチウムイオン電池が高温になると、破裂や発
火を招く恐れがある。そこで、バッテリーパック１０の
温度Ｔが例えば６０°Ｃまで上昇すると、マイクロコン
ピュータ２４は加熱状態であると判断し、充電又は放電
を強制的に停止させる。

【００３３】電圧測定回路２３，過電流検出回路２５，
電流測定回路２６，サーミスタ２９，マイクロコンピュ
ータ２４とから、リチウムイオン電池１４〜１６の状態
を監視する監視回路が構成される。この監視回路と、２
個のＦＥＴ１８，１９とによって充放電制御回路が構成
される。

【００３４】マイクロコンピュータ２４は、充電時又は
放電時には、例えば２２０ｍ秒毎に電圧、電流，温度の
測定をする。これらの情報から、過充電状態，過放電状
態，過電流状態，発熱状態を判断し、充放電の続行の可
否を判断する。また、充放電の停止時には、２秒毎に電
圧，電流，温度の測定をして、各リチウムイオン電池１
４〜１６の状態を監視する。更に、バッテリーパック１
０が電子機器等から外されて単体のままで放置されてい
るときは、２分毎に測定をする。

【００３５】マイクロコンピュータ２４は、測定した電
流と温度からパラメータを選択し、これらのパラメータ
を用いて充電容量，放電容量を算出する。また、充放電
の停止からの経過時間と温度とからバラメータを決定
し、これを用いて自己放電容量を算出する。そして、前
回の測定で求めた電池容量に加減算することで、新しい
電池容量を算出する。更に、マイクロコンピュータ２４
は、充放電の回数をカウントする。

【００３６】メモリ３１には、電池容量を算出するため
の演算プログラムが記憶されている。また、メモリ３１
には、電池容量の演算に用いられるパラメータがテーブ
ルの形態で格納されている。更に、算出された電池容
量、充電回数や放電回数も更新可能にメモリ３１に記憶
される。

【００３７】電子機器３４には、プラス端子３５，マイ
ナス端子３６，通信端子３７が設けられている。バッテ
リーパック１０の各端子１１〜１３と、電子機器３４の
各端子３５〜３７とは、バッテリーパック１０が電子機
器３４に正常に装填されたときに、対応するもの同志が
接続されるように配置されている。

【００３８】バッテリーパック１０は、電子機器３４か
らの要求にしたがって、通信端子１３を介して、電池電
圧，電流，温度，電池容量等の電池情報を電子機器３４
に送る。電子機器３４は、棒グラフ，電池マーク等を用
いて、電池容量をディスプレイに表示し、またバッテリ
ーパック１０に異常が発生したときには、この異常の内
容をディスプレイに表示する。

【００３９】図２は、充放電回数に応じて決まる充電サ
イクル係数Ｎ_C ，放電サイクル係数Ｎ_D ，自己放電サイ
クル係数Ｎ_S の一例を示すものである。リチウムイオン
電池は、充放電回数が多くなるにつれて、電極や電解液
が変質，消耗，老化するため，初期の性能を維持するこ
とができない。これらのサイクル係数は、リチウムイオ
ン電池の性能劣化による容量の誤差を補正するものであ
る。ここで、充放電回数と、充電回数と放電回数との総
称である。

【００４０】充電回数と放電回数とを別個にカウント
し、充電サイクル係数の決定には充電回数を用い、放電
サイクル係数，自己放電サイクル係数の決定には放電回
数が用いられる。ところで、充電回数は、各リチウムイ
オン電池１４〜１６が満充電になった回数であり、放電
回数は充電が必要となる所定の電池容量まで減少した回
数をいう。充電と放電は交互に行われるから、通常は充
電回数と放電回数とは同じである。そこで、充電回数だ
けをカウントし、この充電回数から３種類のサイクル係
数を求めてもよい。

【００４１】前記各サイクル係数は、テーブルの形態で
メモリ３１に格納されている。図２に示す例では、デー
タ量を小さくするために、充放電回数が６段階のレンジ
に分けられており、各レンジ毎に実験で決めたサイクル
係数が与えられている。

【００４２】充電サイクル係数Ｎ_C は、充電回数が多く
なるほど充電電流に無駄が発生するため、その値が小さ
くなる。放電サイクル係数Ｎ_D は、放電回数が多くなる
ほど、放電電流の発生に無駄が伴うため、その値が大き
くなる。自己放電サイクル係数Ｎ_S は、放電回数が多く
なるほど放電しやすくなるため、その値が大きくなる。

【００４３】図３は充電効率を示すグラフであり、横軸
が充電電流であり、縦軸が充電効率Ｅ_C （％）である。
この充電効率Ｅ_C は、充電電流の他に環境温度、すなわ
ちバッテリーパック１０内の温度Ｔによって変化し、温
度が高いほど値が大きくなる。この例では、温度ＴがＴ
１〜Ｔ６の６段階の温度レンジに分けてあり、また温度
Ｔの測定単位は１°である。Ｔ１は、０°Ｃ以下であ
り、Ｔ２は１〜１０°Ｃであり、Ｔ３は１１〜２５°Ｃ
である。Ｔ４は２６〜３５°Ｃであり、Ｔ５は３６〜４
５°Ｃであり、Ｔ６は４６°Ｃ以上である。

【００４４】図４は放電効率を示すグラフであり、横軸
が放電電流であり、縦軸が放電効率Ｅ_D （％）である。
この放電効率Ｅ_D は、充電電流の他にバッテリーパック
１０の温度Ｔによって変化し、温度が高いほど値が大き
くなる。

【００４５】図５は自己放電係数を示すグラフであり、
横軸が経過時間であり、縦軸が自己放電係数Ｅ_S であ
る。この自己放電係数Ｅ_S は、経過時間が大きいほど小
さな値となる。また、温度Ｔが大きいほど、大きな値と
なる。

【００４６】図３，図４に示すグラフはテーブルの形態
で、メモリ３１に記憶される。この場合に、温度のレン
ジを頁とし、そして横軸の電流値を複数のレンジに区分
けし、各電流レンジがアドレスとして用いられる。縦軸
の効率は、各電流レンジ内の平均値が用いられ、この平
均値がデータとなる。したがって、例えば図３に示す充
電効率Ｅ_C では、測定した温度Ｔと電流とから、温度レ
ンジと電流レンジとが決定される。この温度レンジと電
流レンジとから、所望の充電効率Ｅ_C がテーブルから取
り出される。図５に示す自己放電係数Ｅ_S も同様であ
る。

【００４７】次に、バッテリーパック１０の充放電につ
いて説明する。バッテリーパック１０は、ノートパソコ
ン，カムコーダ等の携帯型電子機器３４に装填され、そ
の電源装置として用いられる。各リチウムイオン電池１
４〜１６の電圧ＶＨ，ＶＭ，ＶＬが充放電可能電圧範囲
内にあるときには、マイクロコンピュータ２４は２つの
ＦＥＴ１８，１９をＯＮにする。各リチウムイオン電池
１４〜１６からの放電電流は、矢線で示すように、ＦＥ
Ｔ１８，１９を通り、プラス端子１１を介して電子機器
３４に流れる。

【００４８】マイクロコンピュータ２４は、充放電中に
は、例えば２２０ｍ秒毎に、各測定回路からの測定デー
タ（電圧，電流，温度）を取り込み、そして各リチウム
イオン電池１４〜１６の状態を監視する。

【００４９】電圧測定回路２３は、各リチウムイオン電
池１４〜１６の電圧ＶＨ，ＶＭ，ＶＬを測定する。マイ
クロコンピュータ２４は、２２０ｍ秒毎に各電圧ＶＨ，
ＶＭ，ＶＬを取り込む。そして、いずれか１つが放電停
止電圧まで低下していると判断すると、「Ｈ」の信号を
放電停止用ＦＥＴ１８のゲートに送る。この放電停止用
ＦＥＴ１８は、ＯＮからＯＦＦに反転して、電子機器３
４への給電を停止する。

【００５０】電流測定回路２６は、測定用抵抗２０の両
端の電圧降下から、放電電流Ｉ_D を測定する。マイクロ
コンピュータ２４は、２２０ｍ秒毎に放電電流Ｉ_D を取
り込み、この放電電流Ｉ_D に基づいて放電容量を算出す
る。そして、前回の電池容量から減算することで、新し
い電池容量を選出する。なお、電池容量が所定値まで減
少したときに、メモリ３１内の放電回数に１を加算す
る。

【００５１】また、バッテリーパック１０内の温度Ｔに
応じてサーミスタ２９の抵抗値が変化する。このサーミ
スタ２９と抵抗２８の接続点の電圧が、２２０ｍ秒毎に
マイクロコンピュータ２４に取り込まれる。このマイク
ロコンピュータ２４は、入力された電圧からバッテリー
パック１０の温度Ｔを求める。この温度Ｔが所定の温度
例えば６０°Ｃに達していると、バッテリーパック１０
の発火や爆発を防止するために、マイクロコンピュータ
２４は放電停止用ＦＥＴ１８をＯＦＦにする。また、こ
の温度Ｔは、放電効や係数の選択に用いられる。

【００５２】過電流検出回路２５は、測定用抵抗２０の
両端の電圧から放電電流Ｉ_D を測定し、この放電電流Ｉ
_D が過電流（例えば８Ａ）になると，過電流状態を表す
信号をマイクロコンピュータ２４に送る。マイクロコン
ピュータ２４は、割り込み処理を実行し、放電停止用Ｆ
ＥＴ１８をＯＦＦにして電子機器３４への給電を停止す
る。

【００５３】電子機器３４の給電中に、バッテリーパッ
ク１０は、通信端子１３を介して電子機器３４との間
で、各種の通信を行う。例えば、電子機器３４から電池
情報の提供が要求されると、マイクロコンピュータ２４
は、割り込み処理を実行して、電池容量，電池電圧（Ｖ
Ｈ＋ＶＭ＋ＶＬ），放電電流Ｉ_D ，温度Ｔ等を電子機器
３４に送る。

【００５４】バッテリーパック１０の電池容量が少なく
なると、充電器によってバッテリーパック１０が充電さ
れる。各リチウムイオン電池１４〜１６の電圧ＶＨ，Ｖ
Ｍ，ＶＬが充放電可能電圧範囲内にあるときは、マイク
ロコンピュータ２４は、２つのＦＥＴ１８，１９をＯＮ
にするから、充電器からの充電電流がプラス端子１１，
ＦＥＴ１９，１８を通って各リチウムイオン電池１４〜
１６に流れる。

【００５５】リチウムイオン電池１４〜１６のいずれか
１つが放電停止電圧値以下になっている場合は、マイク
ロコンピュータ２４は放電停止用ＦＥＴ１８をＯＦＦに
している。この放電停止用ＦＥＴ１８には、ドレインと
ソース間に寄生ダイオードが存在するから、これを通っ
て比較的に小さな充電電流が流れる。そして、各リチウ
ムイオン電池１４〜１６が充電され、全てが充放電可能
電圧範囲内になると、放電停止用ＦＥＴ１８がＯＮする
から、比較的に大きな充電電流が流れ、充電が迅速に進
行する。

【００５６】バッテリーパック１０の充電中も、マイク
ロコンピュータ２４は、２２０ｍ秒間隔で測定データ
（電圧，電流，温度）を取り込み、リチウムイオン電池
１４〜１６の状態を監視する。充電が進行して、リチウ
ムイオン電池１４〜１６のいずれか１つが充電停止電圧
値になると、マイクロコンピュータ２４は充電停止用Ｆ
ＥＴ１９をＯＦＦにして充電を停止させる。また、温度
Ｔが６０°Ｃまで上昇すると、充電停止用ＦＥＴ１９が
ＯＦＦする。更に、バッテリーパック１０の充電中に、
過電流検出回路２５が過電流状態を検出すると、マイク
ロコンピュータ２４は、割り込み処理を実行して充電停
止用ＦＥＴ１９をＯＦＦにする。

【００５７】充電器による充電中も、２２０ｍ秒毎に測
定した充電電流を積算して充電容量を求める。この充電
容量を前回の測定で求めた電池容量に加算することで、
新しい電池容量を算出する。なお、各リウチムイオン電
池１４〜１６が満充電となると、充電回数に１を加算す
る。

【００５８】バッテリーパック１０が電子機器３４や充
電器に装填されているが、電子機器３４や充電器の電源
がＯＦＦしている場合がある。この充放電の停止中は、
充放電電流が流れない。この場合には、マイクロコンピ
ュータは２秒毎に測定データを取り込み、前述したよう
な電池の監視と、自己放電容量の算出とをする。

【００５９】また、バッテリーパック１０が電子機器３
４等から外されて単体のままで放置されている場合は、
２分毎に測定データを取り込み、電池の監視と自己放電
容量の算出をする。

【００６０】次に、図６を参照して電池容量の算出につ
いて説明する。マイクロコンピュータ２４は、充放電
中，充放電停止中，放置中のいずれであるかに応じて、
測定データの取り込みのインターバル（周期）を設定す
る。このインターバルは、充放電中は２２０ｍ秒であ
る。また、充放電の停止中は２秒であり、放置中は２分
である。

【００６１】設定されたインターバルが経過すると、マ
イクロコンピュータ２４は、測定データ（電圧，電流，
温度）を取り込み、前述したように各リチウムイオン電
池１４〜１６の状態を監視する。もし、各リチウムイオ
ン電池１４〜１６の状態が正常な範囲から外れた場合に
は、放電停止用スイッチ１８又は充電停止用スイッチ１
９をＯＦＦにして、充放電を強制的に停止させる。

【００６２】充放電電流が流れているときには、マイク
ロコンピュータ２４は、メモリ３１に記憶されている充
放電回数のデータを読み出す。次に、温度Ｔの値から温
度レンジを決定する。マイクロコンピュータ２４は、電
流値の正負から、充電中か放電中かを判断する。

【００６３】充電中の場合は、図２に示すテーブルを参
照して、充電サイクル係数Ｎ_C を決定する。次に、充電
電流Ｉ_C の大きさから、電流レンジを決定する。この電
流レンジ及び温度レンジとを用い、図３の特性曲線のテ
ーブルから充電効率Ｅ_C を決定する。これらのパラメー
タの決定後に、所定のインターバル（周期）をＰ_C と
し、回路基板で消費される暗電流をＤＩとすると、この
インターバルＰ_C 中にバッテリーパック１０に蓄積され
る充電容量Ｃ_C は、次式から求まる。

【００６４】 Ｃ_C ＝（Ｉ_C ーＤＩ）×Ｅ_C ×Ｐ_C ×Ｎ_C ・・・（１） この充電容量Ｃ_C を、前回の測定で求めた電池容量ＢＣ
に加算することによって、新しい電池容量が求められ
る。得られた新しい電池容量は、メモリ３１に書き込ま
れて更新される。

【００６５】暗電流ＤＩは、測定用抵抗２０では測定す
ることができない電流である。この暗電流ＤＩは、マイ
クロコンピュータ２４，メモリ３１_, 電流測定回路２６
等の測定回路で消費される電流の平均値である。この例
では、暗電流ＤＩが６ｍＡである。また、インターバル
Ｐ_C は、この例では２２０ｍ秒である。

【００６６】充電中に２２０ｍ秒が経過すると、前述し
た各ステップが再度実行され、充電容量Ｃ_C 及び電池容
量ＢＣの算出が行われる。したがって、２２０ｍ秒の周
期で、充電容量Ｃ_C 及び電池容量ＢＣの算出が行われ、
常に新しい電池容量ＢＣがメモリ３１に記憶される。こ
うしてバッテリーパック１０の充電が進行して、各リチ
ウムイオン電池１４〜１６が満充電になったときに、充
電回数に１を加算してからメモリ３１に書き込んで更新
する。なお、充電停止用ＦＥＴ１８がＯＦＦしたときに
満充電になったと判断することがてきる。

【００６７】使用による充電特性の劣化が小さいリチウ
ムイオン電池の場合は、それによる誤差は小さいので、
特性劣化による補正をしなくても、実用上は問題がな
い。この場合には、充電サイクル係数Ｎ_C を「１」とお
くことができるので、充電容量Ｃ_C の演算式は次のよう
になる。 Ｃ_C ＝（Ｉ_C ーＤＩ）×Ｅ_C ×Ｐ_C ・・・（２）

【００６８】放電中の場合は、図２に示すテーブルを参
照して、放電サイクル係数Ｎ_D を決定する。次に、放電
電流Ｉ_D の大きさから、電流レンジを決定する。この電
流レンジ及び温度レンジとを用い、図４の特性曲線のテ
ーブルから放電効率Ｅ_D を決定する。これらのパラメー
タの決定後に、所定のインターバル（周期）をＰ_D と
し、回路基板で消費される暗電流をＤＩとすると、この
インターバルＰ_D 中にバッテリーパック１０から放電さ
れる放電容量Ｃ_D は、次式から求まる。

【００６９】 Ｃ_D ＝（Ｉ_D ＋ＤＩ）×Ｅ_D ×Ｐ_D ×Ｎ_D ・・・（３） この放電容量Ｃ_D を、前回の測定で求めた電池容量ＢＣ
から減算することによって、新しい電池容量が求められ
る。なお、暗電流ＤＩは６ｍＡであり、またインターバ
ルＰ_D は２２０ｍ秒である。

【００７０】この放電中も、２２０ｍ秒の周期で、放電
容量Ｃ_D 及び電池容量ＢＣの算出が行われ、常に新しい
電池容量ＢＣがメモリ３１に書き込まれて更新される。
そして、放電によって、各リチウムイオン電池１４〜１
６の電圧が規定値まで低下したときに、放電回数に１を
加算してからメモリ３１に書き込んで更新する。この規
定値としては、放電停止用ＦＥＴがＯＦＦする電圧が用
いられる。

【００７１】なお、使用による充電特性の劣化が小さい
リチウムイオン電池の場合には、放電サイクル係数Ｎ_D
を「１」とおくことができるので、充電容量Ｃ_D の演算
式は次のようになる。 Ｃ_D ＝（Ｉ_D ＋ＤＩ）×Ｅ_D ×Ｐ_D ・・・（４）

【００７２】バッテリーバック１０は、電子機器３４又
は充電器に装填されているが、これらの電源がＯＦＦし
ているため、充放電が停止しているときがある。マイク
ロコンピュータ２４は、充放電電流が流れているかどう
かによって、この状態を識別する。この場合は、インタ
ーバルが２秒に設定され、またマイクロコンピュータ２
４は周波数の低いクロックでゆっくりと駆動される。マ
イクロコンピュータ２４は、２秒毎の経過を測定すると
ともに、充放電停止時点からの経過時間を測定する。

【００７３】２秒が経過する毎に、マイクロコンピュー
タ２４は、前述したように測定データを取り込み、各リ
チウムイオン電池１４〜１６の状態を監視する。次に、
マイクロコンピュータ２４は、メモリ３１に記憶されて
いる放電回数を読み出し、そのレンジを基に図２のテー
ブルから自己放電サイクル係数を選択する。

【００７４】また、温度Ｔのレンジと、充放電の停止か
らの経過時間のレンジとを用い、図５の特性曲線のテー
ブルから自己放電係数Ｅ_S を決定する。これらのパラメ
ータの決定後に、所定のインターバル（周期）をＰ_S と
し、回路基板で消費される暗電流をＤＩとし、リーク電
流をＬ１とすると、このインターバルＰ_S 中にバッテリ
ーパック１０から放電される自己充電容量Ｃ_S は、次式
から求まる。

【００７５】 Ｃ_S ＝（ＢＣ×Ｅ_S ×Ｎ_S ）ー（ＤＩ＋ＬＩ）×Ｐ_S ・・・（５） この自己充電容量Ｃ_S を、前回の測定で求めた電池容量
ＢＣから減算することによって、新しい電池容量が求め
られる。マイクロコンピュータ２４は、周波数の低いク
ロックでゆっくりと駆動されるから、消費電流の平均値
が小さくなり、バッテリーパック１０の節電が図られ
る。このため、暗電流ＤＩは２００μＡと小さな値とな
る。なお、インターバルＰ_D は２秒である。

【００７６】リーク電流Ｌ１は、電子機器３４でリーク
する電流であり、電子機器３４の種類によって決まって
いる。このリーク電流の情報は、通信端子１３を介して
電子機器３４からバッテリーパック１０に送られる。な
お、バッテリーパック１０が装填される電子機器３４が
特定されているときに、リーク電流Ｌ１がメモリ３１に
書き込んでおく。

【００７７】使用による充電特性の劣化が小さいリチウ
ムイオン電池の場合は、充電サイクル係数Ｎ_C を「１」
とおくことができるので、自己充電容量Ｃ_S の演算式は
次のようになる。 Ｃ_S ＝（ＢＣ×Ｅ_S ）ー（ＤＩ＋ＬＩ）×Ｐ_S ・・・（６）

【００７８】また、バッテリーパック１０が電子機器３
４や充電器から外されて単体で放置されることがある。
この放置状態では、インターバルが２分に設定される。
自己放電容量の算出には、式（５），（６）が用いられ
る。これらの式中で、電子機器３４に接続してないの
で、リーク電流ＬＩは零である。なお、インターバルＰ
_D は２分であり、暗電流ＤＩは２００μＡである。

【００７９】前記実施形態では、充電効率、放電効率，
自己放電係数は、電流又は経過時間のレンジをアドレス
としたテーブルの形態でメモリに記憶されているが、電
流又は経過時間のレンジを変数とする関数式の形態でメ
モリに記憶しておいてもよい。

【００８０】温度レンジは、メモリ容量を少なくするた
めに、６ステップとしているが、このステップ数は更に
多くても、あるいは少なくても良い。また、充電効率、
放電効率，自己放電係数における温度レンジは同じであ
るが、これらは違っていてもよい。例えば、充電効率の
温度レンジＴ１は０°Ｃ以下であるが、放電効率の温度
レンジＴ１は１０°Ｃ以下であってもよい。

【００８１】電流測定回路等の測定回路は、常時通電さ
れているが、各測定回路にスイッチング回路を設け、測
定データの取り込みの際に、マイクロコンピュータによ
ってスイッチング回路をＯＮさせてもよい。こうする
と、測定回路は必要なときにのみ通電されるから、バッ
テリーパックの節電を図ることができる。

【００８２】バッテリーパックのアースは、リチウムイ
オン電池１６のアース極に接続されているが、この代わ
りにアース端子１２をバッテリーパックのアースとして
もよい。この場合は、例えばマイクロコンピュータ２４
の消費電流も測定用抵抗２０で測定されるから、前述し
た各演算式中の暗電流ＤＩは零となる。なお、バッテリ
ーパックにも僅かなリーク電流が発生するから、厳密に
積算容量を求める場合は、このリーク電流が暗電流とし
て用いられることになる。

【００８３】本発明は、リチウムイオン電池以外の二次
電池、たええばニッカド電池，鉛蓄電池等にも利用する
ことができるものである。

【００８４】

【発明の効果】本発明は、電流の他に、温度を考慮して
充電効率，放電効率を決定するから、充電容量，放電容
量を正しく算出することができ、したがって誤差の少な
い電池容量を測定することができる。

【００８５】また、充放電の停止中や単体で放置されて
いる場合には自己放電容量を算出するから，正しい電池
容量を求めることができる。この自己放電容量を算出す
る際に、経過時間と温度とから決定される自己放電係数
を用いるから、正確な自己放電容量を求めることができ
る。

【００８６】充放電特性が経時変化する場合には、充電
サイクル係数，放電サイクル係数，自己放電サイクル係
数を用いるから、経時変化を考慮して正確な充電容量，
放電容量，自己放電容量を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バッテリーパックの一例を示す回路図である。

【図２】サイクル係数の一例を示す表である。

【図３】充電効率を示すグラフである。

【図４】放電効率を示すグラフである。

【図５】自己放電係数を示すグラフである。

【図６】電池容量の測定手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０ バッテリーパック １４〜１６ リチウムイオン電池 １８ 放電停止用ＦＥＴ １９ 充電停止用ＦＥＴ ２０ 測定用抵抗 ２６ 電流測定回路 ３４ 電子機器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池へ流れ込む電流Ｉ_C とバッテリ
   ーパックの温度Ｔとを所定の周期Ｐ_C で測定し、次式か
   ら単位積算時間についての充電容量Ｃ_C を算出し、前回
   の測定で求めた電池容量ＢＣに加算することによって、
   新しい電池容量を求めることを特徴とするバッテリーパ
   ックの電池容量測定方法。 Ｃ_C ＝（Ｉ_C ーＤＩ）×Ｅ_C ×Ｐ_C ここで、各記号は次の通りである。 ＤＩ：回路基板で消費される暗電流 Ｅ_C ：電流Ｉ_C と温度Ｔとによって決まる充電効率
2. 【請求項２】 更に、充電の回数で決まる充電サイクル
   係数Ｎ_C を用い、次式から充電容量Ｃ_C を算出すること
   を特徴とする請求項１記載のバッテリーパックの電池容
   量測定方法。 Ｃ_C ＝（Ｉ_C ーＤＩ）×Ｅ_C ×Ｐ_C ×Ｎ_C
3. 【請求項３】 二次電池から流れ出る電流Ｉ_D とバッテ
   リーパックの温度Ｔとを所定の周期Ｐ_D で測定し、次式
   から単位積算時間についての放電容量Ｃ_D を算出し、前
   回の測定で求めた電池容量ＢＣから減算することで、新
   しい電池容量を求めることを特徴とするバッテリーパッ
   クの電池容量測定方法。 Ｃ_D ＝（Ｉ_D ＋ＤＩ）×Ｅ_D ×Ｐ_D ここで、各記号は次の通りである。 ＤＩ：回路基板で消費される暗電流 Ｅ_D ：電流Ｉ_D と温度Ｔとによって決まる放電効率
4. 【請求項４】 更に、放電の回数で決まる放電サイクル
   係数Ｎ_D を用い、次式から放電容量Ｃ_C を算出すること
   を特徴とする請求項３記載のバッテリーパックの電池容
   量測定方法。 Ｃ_D ＝（Ｉ_D ＋ＤＩ）×Ｅ_D ×Ｐ_D ×Ｎ_D
5. 【請求項５】 バッテリーパックの充放電の停止時又は
   バッテリーパックが単体で放置されているときには、所
   定の周期Ｐ_S でバッテリーパックの温度Ｔを測定し、次
   式から単位積算時間についての自己放電容量Ｃ_S を算出
   し、前回の測定で求めた電池容量ＢＣから減算すること
   で、新しい電池容量を求めることを特徴とするバッテリ
   ーパックの電池容量測定方法。 Ｃ_S ＝（ＢＣ×Ｅ_S ）ー（ＤＩ＋ＬＩ）×Ｐ_S ここで、各記号は次の通りである。 ＤＩ：回路基板で消費される暗電流 ＬＩ：バッテリーパックが装填される電子機器のリーク
   電流 Ｅ_S ：自己放電の開始からの経過時間と温度Ｔによって
   決まる自己放電係数
6. 【請求項６】 前記バッテリーパックが単体で放置され
   ているときには、充放電の停止時に比べて、周期Ｐ_S を
   長くすることを特徴とする請求項５記載のバッテリーパ
   ックの電池容量測定方法。
7. 【請求項７】 更に、自己放電の回数に応じて決まるサ
   イクル係数Ｎ_S を用い、次式から自己放電容量Ｃ_S を算
   出することを特徴とする請求項６記載のバッテリーパッ
   クの電池容量測定方法。 Ｃ_S ＝（ＢＣ×Ｅ_S ×Ｎ_S ）ー（ＤＩ＋ＬＩ）×Ｐ_S