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JP2000223164A - 電池パックおよび該電池パックの容量劣化診断方法と装置 - Google Patents

電池パックおよび該電池パックの容量劣化診断方法と装置

Info

Publication number
JP2000223164A
JP2000223164A JP11022815A JP2281599A JP2000223164A JP 2000223164 A JP2000223164 A JP 2000223164A JP 11022815 A JP11022815 A JP 11022815A JP 2281599 A JP2281599 A JP 2281599A JP 2000223164 A JP2000223164 A JP 2000223164A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
secondary battery
terminal
voltage
positive
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11022815A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiko Takeno
和彦 竹野
Shuji Urabe
周二 卜部
Kazuki Nakamura
和貴 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Docomo Inc
Original Assignee
NTT Docomo Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTT Docomo Inc filed Critical NTT Docomo Inc
Priority to JP11022815A priority Critical patent/JP2000223164A/ja
Publication of JP2000223164A publication Critical patent/JP2000223164A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 容量劣化を迅速かつ正確に診断し得るように
構成された電池パックおよび該電池パックの容量劣化診
断方法と装置を提供する。 【解決手段】 二次電池１の正極端子は短絡防止用抵抗
１１ａを介して正極側電圧測定端子６に接続され、二次
電池１の負極端子は負極側電圧測定端子１３に直接接続
されており、正極側電圧測定端子６と負極側電圧測定端
子１３の間で二次電池１の両端電圧を正確に取り出すこ
とができ、二次電池１の出力電圧を正確に測定でき、こ
の出力電圧から二次電池の内部抵抗を算出し、二次電池
の容量劣化を適確に判定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯端末や携帯電
話機等に使用される電池パックおよび該電池パックの容
量劣化診断方法と装置に関し、更に詳しくは、ニッケル
カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二
次電池等の二次電池を内蔵した電池パックおよび該電池
パックの容量劣化診断方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、携帯型コンピュータや携帯電話機
等には電力を本体に供給するために電池が内蔵されてい
る。この電池としては再充電可能なニッカド電池、ニッ
ケル水素電池およびリチウムイオン電池などの二次電池
が使用されており、特にエネルギ密度が高く軽量なリチ
ウムイオン二次電池が広く使用されている。
【０００３】ところで一般に、二次電池は安全性の問題
や使用上の容易性の観点から二次電池本体、保護素子、
温度センサ、充電端子等を含んだ電池パックとして使用
されることが多い。
【０００４】図１２は、１セルのリチウムイオン二次電
池を搭載した従来の電池パックの構成を示す回路図であ
り、１はリチウムイオン二次電池、２は過電流を制限す
る電流制限素子、４は二次電池の充電電流や放電電圧を
監視して過充電電流または過放電電圧を検出した場合充
電または放電の動作を停止させて電池保護を行う電池保
護用ＩＣ、３ａ，３ｂはそれぞれ前記電池保護用ＩＣか
らの充電および放電停止信号を受けて回路をオープン状
態にする保護用スイッチ、１０ａは充電停止後の逆流防
止用ダイオード、１２は電池の温度を測定するサーミス
タ、９は正極側放電端子、５は正極側電流端子、６は正
極側電圧測定端子、７はサーミスタ用正極端子、８は共
通負極端子、１１ａは電圧測定時の短絡防止用抵抗であ
る。
【０００５】図１２に示す電池パックにおいて、二次電
池１の充電を行う場合、外部充電回路によって、正極側
電流端子５と共通負極端子８との間に充電電流を流しな
がら、正極側電圧測定端子６と共通負極端子８との間か
ら測定できる二次電池１の電池電圧（Ｖ1 −Ｖ2 ）を測
定して外部充電回路の充電制御を行う。この間、電池保
護用ＩＣ４は二次電池１の電池電圧（Ｖ1 −Ｖ2 ）をモ
ニタリングし続けて、この電池電圧（Ｖ1 −Ｖ2 ）が放
電異常と認定できる電圧値以上になった時点で異常充電
を停止するために保護用スイッチ３ａに対して充電停止
信号を出力して充電回路をオープンにして、充電を強制
的に停止させる。
【０００６】図１２に示す電池パックにおいて、二次電
池１の放電を行う場合、正極側放電端子９と共通負極端
子８から負荷に対して電流を放電する。この間、電池保
護用ＩＣ４は二次電池１の放電電流ＩＬをモニタリング
し続けて、この放電電流ＩＬが異常な過放電電流と認定
できる電流値以上になった時、異常放電を停止するため
に保護用スイッチ３ｂに対して放電停止信号を出力して
放電回路をオープンにし、放電を強制的に停止させる。
なお、放電電流ＩＬは以下の（１）式で測定することが
できる。
【０００７】
【数１】 ただし、Ｒswitchは保護用スイッチ３ａ，３ｂのオン抵
抗和の値である。更に、この放電中では電池保護用ＩＣ
４は二次電池１の電池電圧（Ｖ1 −Ｖ3 ）をモニタリン
グし続けて、この電池電圧（Ｖ1 −Ｖ3 ）が異常過放電
と認定できる電圧値以下になった時点で異常放電を停止
するために保護用スイッチ３ａに対して放電停止信号を
出力して放電回路をオープンにして、放電を強制的に停
止させる。
【０００８】更に、図１２にあるサーミスタ１２は電池
の温度を測定して外部充電回路に出力して、充電中異常
温度になった時、充電・放電動作を停止させる動作を行
う。
【０００９】図１３は１セルのリチウムイオン二次電池
を搭載した従来の他の電池パックの構成を示す回路図で
あり、この電池パックは、図１２における逆流防止用ダ
イオード１０ａと短絡防止用抵抗１１ａの代わりに、そ
れぞれ充放電用スイッチ１０ｂと短絡防止用スイッチ１
１ｂが使用されている点が異なるものである。充放電用
スイッチ１０ｂと短絡防止用スイッチ１１ｂは充電・放
電を行うときのみオン（導通）させる。それ以外の時は
オフ（非導通）にして各端子間での短絡を防止してい
る。
【００１０】ところで、電池パック内の二次電池１は、
使用回数を重ねることによって次第に電池容量が低下し
てくる。この現象が進行すると機器の使用時間が低下し
たりすることになる。そこで事前に二次電池１の容量低
下を診断するために、二次電池の容量劣化診断が行われ
てきた。従来の二次電池の診断方法としては２通りが考
えられている。
【００１１】１つの方法は二次電池１を満充電にしてそ
の後一定の電流で放電し、その放電時間から二次電池１
の電池容量を診断する方法（放電容量診断法）であり、
もう１つの方法は、二次電池１の内部抵抗が容量の低下
とともに上昇する特性を利用して容量劣化診断を行う方
法（インピーダンス診断法）である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法の
うち、前者の放電容量診断法は、二次電池１の実際の容
量を測定するもので、高精度に診断することができる
が、長時間の測定が必要となり、瞬時の容量診断には向
かない。後者のインピーダンス診断法は、瞬時に測定を
することができるが、従来の電池パックを用いて診断す
る場合、二次電池１の抵抗値以外に、ばらつきの多い電
池パック内の保護回路や保護用スイッチの抵抗成分も同
時に測定されてしまい、正確に二次電池１だけの値を測
定することができずに、正確な容量劣化診断が行えない
問題があった。
【００１３】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、容量劣化を迅速かつ正確に診
断し得るように構成された電池パックおよび該電池パッ
クの容量劣化診断方法と装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、再充電可能な二次電池、
該二次電池を充電するために外部の充電器に二次電池を
接続するための外部接続端子を含む充電回路、二次電池
から負荷に電力を供給するための接続端子を含む電力供
給回路、および二次電池の充放電を監視して二次電池を
保護する保護回路を一体的に有する電池パックであっ
て、前記二次電池の出力電圧を外部で直接測定し得るよ
うに二次電池の正極端子および負極端子に直接接続さ
れ、該正極端子と負極端子を直接外部に取り出すための
正極側電圧測定端子および負極側電圧測定端子を有する
ことを要旨とする。
【００１５】請求項１記載の本発明にあっては、二次電
池の正極端子および負極端子にそれぞれ正極側電圧測定
端子および負極側電圧測定端子を直接接続して、二次電
池の正極端子と負極端子を直接外部に取り出しているた
め、この正極側電圧測定端子と負極側電圧測定端子を利
用して、二次電池の出力電圧を正確に測定することがで
き、この出力電圧から二次電池の内部抵抗を算出し、二
次電池の容量劣化を適確に診断することができる。
【００１６】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記正極側電圧測定端子および負
極側電圧測定端子が互いの端子または他の端子に接触し
て過電流が流れることを防止するように前記正極側電圧
測定端子と二次電池の正極端子の間および前記負極側電
圧測定端子と二次電池の負極端子との間にそれぞれ接続
された電流制限手段を有することを要旨とする。
【００１７】請求項２記載の本発明にあっては、電流制
限手段を設けて、正極側および負極側電圧測定端子が互
いの端子または他の端子に接触しても過電流が流れるこ
とを防止しているため、二次電池の破損を適確に防止す
ることができる。
【００１８】更に、請求項３記載の本発明は、請求項２
記載の発明において、前記電流制限手段が、抵抗、スイ
ッチ、または抵抗とスイッチの直列回路であることを要
旨とする。
【００１９】請求項３記載の本発明にあっては、抵抗、
スイッチ、または抵抗とスイッチの直列回路により短絡
時の過電流を防止することができる。
【００２０】請求項４記載の本発明は、請求項３記載の
発明において、前記抵抗が、二次電池の公称電圧値を二
次電池の電気容量で割った値以上の抵抗値を有すること
を要旨とする。
【００２１】請求項４記載の本発明にあっては、短絡時
の過電流を防止する抵抗の抵抗値は二次電池の公称電圧
値を二次電池の電気容量で割った値以上であるため、短
絡して二次電池に電流が流れても、二次電池が破損する
ことがない。
【００２２】また、請求項５記載の本発明は、再充電可
能な二次電池、該二次電池を充電するために外部の充電
器に二次電池を接続するための外部接続端子を含む充電
回路、二次電池から負荷に電力を供給するための接続端
子を含む電力供給回路、二次電池の充放電を監視して二
次電池を保護する保護回路、および前記二次電池の出力
電圧を外部で直接測定し得るように二次電池の正極端子
および負荷端子に直接接続され、該正極端子と負極端子
を直接外部に取り出すための正極側電圧測定端子および
負極側電圧測定端子を一体的に有する電池パックの容量
劣化を診断する電池パックの容量劣化診断方法であっ
て、前記二次電池に電流を流さない状態で前記正極側電
圧測定端子と負極側電圧測定端子との間の電圧を第１の
電圧として測定し、前記外部接続端子を利用して二次電
池に所定の値の電流を流し、この電流を流した状態にお
いて前記正極側電圧測定端子と負極側電圧測定端子との
間の電圧を第２の電圧として測定し、前記第１の電圧と
第２の電圧との差分値を前記所定の電流値で割算して、
二次電池の内部抵抗値を算出し、この算出した内部抵抗
値を所定の劣化判定基準抵抗値と比較し、内部抵抗値が
所定の劣化判定基準抵抗値以上になった場合、二次電池
の容量劣化と診断することを要旨とする。
【００２３】請求項５記載の本発明にあっては、二次電
池に電流を流さない状態で電池パックの電圧測定端子間
の電圧を第１の電圧として測定し、二次電池に所定の値
の電流を流して電圧測定端子間の電圧を第２の電圧とし
て測定し、第１、第２の電圧の差分値を所定の電流値で
割算して二次電池の内部抵抗値を算出し、この内部抵抗
値が所定の劣化判定基準抵抗値以上になった場合、二次
電池の容量劣化と診断するため、二次電池の容量低下に
伴う容量劣化を精度良く確実に診断することができる。
【００２４】更に、請求項６記載の本発明は、請求項５
記載の発明において、前記電池パックの二次電池の温度
を測定し、この測定した二次電池の温度に応じて前記所
定の劣化判定基準抵抗値を変化させることを要旨とす
る。
【００２５】請求項６記載の本発明にあっては、二次電
池の温度を測定し、この温度に応じて所定の劣化判定基
準抵抗値を変化させるため、外気温度や自己の発生する
熱により二次電池の温度が上昇し、その内部抵抗値が変
化しても二次電池の容量劣化を適確に診断することがで
きる。
【００２６】請求項７記載の本発明は、請求項５記載の
発明において、前記正極側電圧測定端子および負極側電
圧測定端子が互いの端子または他の端子に接触して過電
流が流れることを防止するように前記正極側電圧測定端
子と二次電池の正極端子との間および前記負極側電圧測
定端子と二次電池の負極端子との間にそれぞれ過電流防
止用抵抗を接続し、それぞれの抵抗値をＲa ，Ｒb と
し、前記正極側電圧測定端子と負荷側電圧測定端子との
間の電圧を測定する測定回路の内部抵抗の値をＲc とし
た場合、前記二次電池の内部抵抗値の測定誤差をＰ０
（％）以内に抑えるために、 Ｒa ＋Ｒb ≦｛Ｐ０／１００｝×Ｒc なる式を満たすように前記過電流防止用抵抗のそれぞれ
の値Ｒa ，Ｒb を設定することを要旨とする。
【００２７】請求項７記載の本発明にあっては、正極側
電圧測定端子および負極側電圧測定端子に接続された過
電流防止用抵抗の値Ｒa ，Ｒb を二次電池の内部抵抗値
の測定誤差をＰ０（％）以内に抑えるように設定してい
るため、二次電池の内部抵抗を精度良く測定することが
でき、二次電池の容量劣化を適確に診断することができ
る。
【００２８】また、請求項８記載の本発明は、再充電可
能な二次電池、該二次電池を充電するために外部の充電
器に二次電池を接続するための外部接続端子を含む充電
回路、二次電池から負荷に電力を供給するための接続端
子を含む電力供給回路、二次電池の充放電を監視して二
次電池を保護する保護回路、および前記二次電池の出力
電圧を外部で直接測定し得るように二次電池の正極端子
および負極端子に直接接続され、該正極端子と負極端子
を直接外部に取り出すための正極側電圧測定端子および
負極側電圧測定端子を一体的に有する電池パックの容量
劣化を診断する電池パックの容量劣化診断装置であっ
て、前記二次電池に電流を流さない状態で前記正極側電
圧測定端子と負極側電圧測定端子との間の電圧を第１の
電圧として測定する第１の電圧測定手段と、前記外部接
続端子を利用して二次電池に所定の値の電流を流す電流
供給手段と、この電流を流した状態において前記正極側
電圧測定端子と負極側電圧測定端子との間の電圧を第２
の電圧として測定する第２の電圧測定手段と、前記第１
の電圧と第２の電圧との差分値を前記所定の電流値で割
算して、二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出
手段と、この算出した内部抵抗値を所定の劣化判定基準
抵抗値と比較し、内部抵抗値が所定の劣化判定基準抵抗
値以上になった場合、二次電池の容量劣化と診断する容
量劣化診断手段とを有することを要旨とする。
【００２９】請求項８記載の本発明にあっては、二次電
池に電流を流さない状態で電池パックの電圧測定端子間
の電圧を第１の電圧として測定し、二次電池に所定の値
の電流を流して電圧測定端子間の電圧を第２の電圧とし
て測定し、第１、第２の電圧の差分値を所定の電流値で
割算して二次電池の内部抵抗値を算出し、この内部抵抗
値が所定の劣化判定基準抵抗値以上になった場合、二次
電池の容量劣化と診断するため、二次電池の容量低下に
伴う容量劣化を精度良く確実に診断することができる。
【００３０】更に、請求項９記載の本発明は、請求項８
記載の発明において、前記電池パックの二次電池の温度
を測定する温度測定手段と、この測定した二次電池の温
度に応じて前記所定の劣化判定基準抵抗値を変化させる
温度補正手段とを有することを要旨とする。
【００３１】請求項９記載の本発明にあっては、二次電
池の温度を測定し、この温度に応じて所定の劣化判定基
準抵抗値を変化させるため、外気温度や自己の発生する
熱により二次電池の温度が上昇し、その内部抵抗値が変
化しても二次電池の容量劣化を適確に診断することがで
きる。
【００３２】請求項１０記載の本発明は、請求項８記載
の発明において、前記正極側電圧測定端子および負極側
電圧測定端子が互いの端子または他の端子に接触して過
電流が流れることを防止するように前記正極側電圧測定
端子と二次電池の正極端子の間および前記負荷側電圧測
定端子と二次電池の負極端子との間にそれぞれ過電流防
止用抵抗を接続し、それぞれの抵抗値をＲa ，Ｒb と
し、前記正極側電圧測定端子と負極側電圧測定端子との
間の電圧を測定する測定回路の内部抵抗の値をＲc とし
た場合、前記二次電池の内部抵抗値の測定誤差をＰ０
（％）以内に抑えるために、 Ｒa ＋Ｒb ≦｛Ｐ０／１００｝×Ｒc なる式を満たすように前記過電流防止用抵抗のそれぞれ
の値Ｒa ，Ｒb を設定することを要旨とする。
【００３３】請求項１０記載の本発明にあっては、正極
側電圧測定端子および負極側電圧測定端子に接続された
過電流防止用抵抗の値Ｒa ，Ｒb を二次電池の内部抵抗
値の測定誤差をＰ０（％）以内に抑えるように設定して
いるため、二次電池の内部抵抗を精度良く測定すること
ができ、二次電池の容量劣化を適確に診断することがで
きる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施
形態に係る電池パックの構成を示す回路図である。同図
に示す電池パックは、図１２に示した電池パックにおい
て二次電池１の負極端子に直接接続された負極側電圧測
定端子１３を設け、これにより二次電池１の負極端子を
外部に直接取り出せるように構成した点が異なるもので
あり、他の構成および作用は図１２の電池パックと同じ
である。
【００３５】このように、負極側電圧測定端子１３を二
次電池１の負極端子に直接接続し、これにより二次電池
１の負極端子を直接外部に取り出せるように構成するこ
とにより、正極側電圧測定端子６と負極側電圧測定端子
１３との間で二次電池１の両端電圧を適確に測定するこ
とができる。すなわち、正極側電圧測定端子６と負極側
電圧測定端子１３との間で二次電池１の両端電圧を測定
することにより、電池パック内の電流制限素子２や保護
用スイッチ３ａ，３ｂの内部抵抗による電圧降下を回避
することができ、二次電池１の両端電圧を正確に測定す
ることができる。そして、二次電池１の両端電圧を正確
に測定することにより、二次電池１の内部抵抗を正確に
測定でき、この内部抵抗の値から二次電池１の容量劣化
を適確に診断することができる。
【００３６】図２は、本発明の第２の実施形態に係る電
池パックの構成を示す回路図である。同図に示す電池パ
ックは、図１３に示した電池パックにおいて二次電池１
の負極端子に直接接続された負極側電圧測定端子１３を
設け、これにより二次電池１の負極端子を外部に直接取
り出せるように構成した点が異なるのみであり、他の構
成および作用は図１３の電池パックと同じである。
【００３７】このように、負極側電圧測定端子１３を二
次電池１の負極端子に直接接続し、これにより二次電池
１の負極端子を直接外部に取り出せるように構成するこ
とにより、図１で説明したと同様に、正極側電圧測定端
子６と負極側電圧測定端子１３との間で二次電池１の両
端電圧を適確に測定することができる。すなわち、正極
側電圧測定端子６と負極側電圧測定端子１３との間で二
次電池１の両端電圧を測定することにより、電池パック
内の電流制限端子２や保護用スイッチ３ａ，３ｂの内部
抵抗による電圧降下を回避することができ、二次電池１
の両端電圧を正確に測定することができる。
【００３８】図３は、本発明の第３の実施形態に係る電
池パックの構成を示す回路図である。同図に示す電池パ
ックは、図１に示した電池パックにおいて負極側電圧測
定端子１３と二次電池１の負荷端子との間に短絡防止用
抵抗１４ａを接続した点が異なるのみであり、その他の
構成、作用は同じである。
【００３９】このように負極側電圧測定端子１３と二次
電池１の負極端子との間に短絡防止用抵抗１４ａを接続
することにより、負極側電圧測定端子１３が他の正極側
端子、例えば正極側電流端子５、正極側電圧測定端子
６、正極側放電端子９等に接触して、短絡が発生して
も、この短絡回路には短絡防止用抵抗１４ａを介して二
次電池１から短絡電流が流れるため、この短絡電流は制
限され、大電流とならず、二次電池１を保護することが
できる。
【００４０】図４は、本発明の第４の実施形態に係る電
池パックの構成を示す回路図である。同図に示す電池パ
ックは、図２に示した電池パックにおいて負極側電圧測
定端子１３と二次電池１の負極端子との間に短絡防止用
スイッチ１４ｂを接続した点が異なるのみであり、その
他の構成、作用は同じである。
【００４１】このように負極側電圧測定端子１３と二次
電池１の負荷端子との間に短絡防止用スイッチ１４ｂを
接続することにより、負極側電圧測定端子１３が他の正
極側端子、例えば正極側電流端子５、正極側電圧測定端
子６、正極側放電端子９等に接触して、短絡が発生して
も、短絡防止用スイッチ１４ｂがオフの場合、二次電池
１に短絡電流は流れず、二次電池１を保護することがで
きる。
【００４２】図５は、本発明の第５の実施形態に係る電
池パックの構成を示す回路図である。同図に示す電池パ
ックは、図３に示した電池パックにおいて短絡防止用抵
抗１４ａに直列に短絡防止用スイッチ１４ｂを接続した
点が異なるのみであり、その他の構成、作用は同じであ
る。
【００４３】このように負極側電圧測定端子１３に直列
に短絡防止用スイッチ１４ｂを接続することにより、負
極側電圧測定端子１３が他の正極側端子、例えば正極側
電流端子５、正極側電圧測定端子６、正極側放電端子９
等に接触して、短絡が発生しても、短絡防止用スイッチ
１４ｂがオフの場合、二次電池１に短絡電流は流れず、
二次電池１を保護することができる。
【００４４】図６は、本発明の第６の実施形態に係る電
池パックの構成を示す回路図である。同図に示す電池パ
ックは、図４に示した電池パックにおいて短絡防止用ス
イッチ１４ｂに直列に短絡防止用抵抗１４ａを接続した
点が異なるのみであり、その他の構成、作用は同じであ
る。
【００４５】このように構成された電池パックも図４〜
図６の電池パックと同様に負極側電圧測定端子１３が他
の正極側端子、例えば正極側電流端子５、正極側電圧測
定端子６、正極側放電端子９等に接触して、短絡が発生
しても、短絡防止用スイッチ１４ｂがオフの場合、二次
電池１に短絡電流は流れず、二次電池１を保護すること
ができる。
【００４６】図７は、上述した図３、図５、図６に示し
た電池パックに使用されている短絡防止用抵抗１４ａの
抵抗値Ｒb を設定するための計算を説明するために使用
される図である。
【００４７】電池パック内の二次電池１が短絡して故障
にいたるケースとして、負極側電圧測定端子１３と正極
側端子（正極側電流端子５、正極側電圧測定端子６、正
極側放電端子９）との間、および共通負極端子８と正極
側端子（正極側電流端子５、正極側電圧測定端子６、正
極側放電端子９）との間が考えられる。その内、共通負
極端子８に関する短絡は、電流制限素子２と保護用スイ
ッチ３ａ，３ｂで回避することができる。しかし、負極
側電圧測定端子１３に関する短絡では、電流制限素子２
と保護用スイッチ３ａ，３ｂでは防ぐことができないの
で、短絡防止用抵抗１１ａ，１４ａの値（それぞれ
Ｒa ，Ｒb ）を適当な値に設定し、短絡時にも規定以上
の電流が二次電池１に流れないようにする。
【００４８】今、短絡防止用抵抗が１つしか入らない短
絡である負極側電圧測定端子１３と正極側放電端子９と
の間の場合を考える。一般に電気容量Ｃ０（Ａｈ）の二
次電池１はＣ０（Ａ）以下の放電電流であれば最低限の
安全は確保される。従って、上記の端子間が短絡した場
合、二次電池１から放電される短絡電流の値がＣ０
（Ａ）以下になるための短絡防止用抵抗１４ａの値（Ｒ
b ）は以下の（２）式を満たす必要がある。
【００４９】
【数２】 ただし、前記二次電池の公称電圧の値をＶout （Ｖ）と
する。
【００５０】上記の（２）式を満たすようにＲb の値を
定めることによって、短絡した場合でもＣ０（Ａ）の電
流が流れて電池に悪影響を与える恐れをなくすことがで
きる。
【００５１】例えば、６００ｍＡｈの電気容量をもつリ
チウムイオン二次電池（Ｖout ＝３．６Ｖ）の場合を考
える。この電池の場合、Ｃ０＝６００ｍＡとなるので、
（２）式より、Ｒb ＞６Ωとなる。ただし、短絡防止用
抵抗自身の耐熱容量の観点からＲb を１ｋΩ以上にし
て、短絡電流を小さくする場合が多い。
【００５２】更に、負極側電圧測定端子１３と正極側電
圧測定端子６間の短絡の場合を考えると、短絡回路上に
短絡防止用抵抗１１ａ，１４ａが直列に接続されるの
で、最低限（２）式を満たすようにＲb を設定すれば、
Ｒa の値に依存せずに、６−１３が短絡した場合でもＣ
０（Ａ）の電流が流れて電池に悪影響をなくすことがで
きる。
【００５３】図８は、本発明の第７の実施形態に係る電
池パックの容量劣化診断方法を実施する容量劣化診断装
置の構成を示すブロック図である。同図において、１５
は上述した図１〜図６に示した電池パックであり、５，
６，１３，８はそれぞれ図１〜図６で示した電池パック
の正極電流端子、正極側電圧測定端子、負極側電圧測定
端子、共通負極端子である。また、１６は電池パック１
５に使用されている二次電池の内部抵抗を測定する内部
抵抗測定回路であり、１７はこの内部抵抗測定回路１６
で測定した二次電池の内部抵抗から二次電池の劣化を判
定する劣化判定回路であり、１８は劣化判定回路１７で
判定した結果を表示する表示回路である。
【００５４】図９は、リチウムイオン二次電池の電池容
量と内部抵抗との関係を示したグラフであり、横軸は二
次電池の電池容量をパーセントで表示し、縦軸は二次電
池の内部抵抗を示している。また、図９のグラフは、二
次電池の温度Ｔをパラメータとして温度がＴ1 ，Ｔ2 ，
Ｔ3 ，Ｔ4 の場合についての電池容量と内部抵抗の関係
について図示している。更に、電池容量が１００％の時
の内部抵抗をＲ0 とし、５０％の時の内部抵抗をＲ1 と
している。
【００５５】次に、図１０に示すフローチャートを参照
して、図８に示す電池パックの容量劣化診断装置の作用
を説明する。まず最初に、内部抵抗測定回路１６を使用
して電池パック１５内の二次電池１の内部抵抗を測定す
る（ステップＳ１１）。この内部抵抗測定回路１６で
は、正極側電流端子５と負極側電流端子８との間に直流
電流信号または交流電流信号を入力し、この時発生する
二次電池１の両端電圧を正極側電圧測定端子６と負極側
電圧測定端子１３間から測定する。そして、二次電池１
の両端電圧変化の値を直流電流信号または交流電流信号
の値で割る演算を行うことによって二次電池１の内部抵
抗を算出する。
【００５６】すなわち、内部抵抗測定回路１６で直流電
流信号を使用する場合、直流電流信号の電流値をＩDCと
し、電池パック１５内の二次電池１の両端電圧において
直流電流信号を流す前と流した後の電圧値をそれぞれＶ
a ，Ｖb とすると、二次電池１の内部抵抗Ｒは以下の
（３）式で求めることができる。
【００５７】
【数３】 一方、内部抵抗測定回路１６で交流電流信号を使用する
場合、交流電流信号の電流の実効電流値を＜ＩAC＞と
し、電池パック１５内の二次電池１の両端電圧において
交流電流信号を流す実効電圧値を＜Ｖa ＞とすると、二
次電池１の内部抵抗Ｒは以下の（４）式で求めることが
できる。
【００５８】
【数４】 次に、電池パック１５内のサーミスタ１２によって二次
電池１の温度Ｔを測定し、その値を劣化判定回路１７に
入力する（ステップＳ１３）。サーミスタ１２は二次電
池１の近接にあり、二次電池１の温度を反映している。
【００５９】次に、劣化判定回路１７内において、二次
電池１の温度Ｔ時の容量劣化と判定する内部抵抗Ｒ1 を
決定する（ステップＳ１５）。例えば、容量劣化を５０
％と定義し、その時の内部抵抗（電池の各温度に対応し
た値）のデータ群（Ｔ，Ｒ）を予め記憶させておき、測
定された温度に対応するＲ1 を取り出して、判定値Ｒ1
として使用する。
【００６０】次に、内部抵抗測定回路１６で測定された
電池パック１５内の二次電池１の内部抵抗の値Ｒと、上
述した容量劣化と判定する内部抵抗Ｒ1 を比較する（ス
テップＳ１７）。ＲがＲ1 よりも小さい場合、二次電池
１（電池パック１５）は正常であり（ステップＳ１
９）、ＲがＲ1 よりも大きい場合、二次電池１（電池パ
ック１５）は異常となる（ステップＳ２１）。そして、
それぞれの正常・異常状態を表示回路１８に表示させ
る。
【００６１】次に、図１１を参照して、前記内部抵抗測
定回路１６で測定する二次電池の内部抵抗の測定誤差を
Ｐ０（％）に抑えることを条件にした場合において電池
パック１５に使用されている短絡防止用抵抗１１ａおよ
び１４ａの抵抗値を決定する方法について説明する。
【００６２】図１１において、１９は内部抵抗測定回路
１６内の電圧計の内部抵抗であり、その抵抗値はＲc で
ある。また、電池パック１５の短絡防止用抵抗１１ａお
よび短絡防止用抵抗１４ａの抵抗値をそれぞれＲa ，Ｒ
b 、二次電池１の両端電圧をＶm 、内部抵抗測定回路１
６内の電圧計の両端電圧をＶn としている。
【００６３】今、前記内部抵抗測定回路１６で測定を行
う二次電池１の抵抗値の測定誤差をＰ０（％）以内に抑
えることを考える。（３），（４）式より、二次電池１
に流す電流値の誤差が小さい場合、測定される内部抵抗
の値の精度は、二次電池１の両端の電圧値の測定精度と
なるので、測定誤差をＰ０（％）以内に抑える場合の条
件は（５）式のように表される。
【００６４】
【数５】 更に、Ｖn ，Ｖm ，Ｒa ，Ｒb ，Ｒc の間には、（６）
式の関係が成り立つ。
【数６】 従って、（５），（６）式より、以下の関係が得られ
る。
【００６５】
【数７】 上記の式を満たすようにＲa ，Ｒb の値を決定する。
【００６６】例えば、測定誤差を５％以下に抑える場合
を考える。電圧計の内部抵抗Ｒc を１ＭΩとすると、
（８）式のようにＲa ，Ｒb を決定する。
【００６７】 Ｒa ＋Ｒb ＜５０ｋΩ …（８） なお、上述したように短絡時の安全設計で考えたリチウ
ムイオン二次電池（６００ｍＡｈ、Ｖout ＝３．６Ｖ）
の場合から、安全条件Ｒb ＞６Ωであることも考慮し
て、Ｒa ，Ｒb を決定し、例えばＲa ＝１ｋΩ、Ｒb ＝
１ｋΩとすると、安全性および精度を満足する設計がで
きる。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
二次電池の正極端子および負極端子にそれぞれ正極側電
圧測定端子および負極側電圧測定端子を直接接続して、
二次電池の正極端子と負極端子を直接外部に取り出して
いるので、この正極側電圧測定端子と負極側電圧測定端
子を利用して、二次電池の出力電圧を正確に測定するこ
とができ、この出力電圧から二次電池の内部抵抗を算出
し、二次電池の容量劣化を適確に診断することができ
る。
【００６９】また、本発明によれば、二次電池の正極端
子および負極端子にそれぞれ直接接続された電圧測定端
子から二次電池の電圧を取り出して正確に測定しながら
二次電池に電流を流さない状態と流した状態の電圧の差
分値を電流値で割って二次電池の内部抵抗値を算出し、
この内部抵抗値が所定の劣化判定基準抵抗値以上になっ
た場合、二次電池の容量劣化と診断するので、二次電池
の容量劣化に伴う容量劣化を精度良く確実に判定するこ
とができる。
【００７０】更に、本発明によれば、正極および負極側
電圧測定端子に接続された過電流防止用抵抗の値Ｒa ，
Ｒb を二次電池の内部抵抗値の測定誤差をＰ０（％）以
内に抑えるように設定しているので、二次電池の内部抵
抗を精度良く測定することができ、二次電池の容量劣化
を適確に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電池パックの構
成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電池パックの構
成を示す回路図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電池パックの構
成を示す回路図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る電池パックの構
成を示す回路図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る電池パックの構
成を示す回路図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る電池パックの構
成を示す回路図である。
【図７】図３、図５、図６に示した電池パックに使用さ
れている短絡防止用抵抗の抵抗値を設定するための計算
を説明するために使用される図である。
【図８】本発明の第７の実施形態に係る電池パックの容
量劣化診断方法を実施する容量劣化診断装置の構成を示
すブロック図である。
【図９】リチウムイオン二次電池の電池容量と内部抵抗
との関係を示したグラフである。
【図１０】図８に示す電池パックの容量劣化診断装置の
作用を示すフローチャートである。
【図１１】電池パックの二次電池の内部抵抗測定係の概
要を示す図である。
【図１２】従来の電池パックの構成を示す回路図であ
る。
【図１３】従来の電池パックの他の構成を示す回路図で
ある。
【符号の説明】
１ 二次電池 ２ 電流制限素子 ３ａ，３ｂ 保護用スイッチ ４ 電池保護用ＩＣ ５ 正極側電流端子 ６ 正極側電圧測定端子 ８ 共通負極端子 １１ａ，１４ａ 短絡防止用抵抗 １１ｂ，１４ｂ 短絡防止用スイッチ １２ サーミスタ １３ 負極側電圧測定端子 １５ 電池パック １６ 内部抵抗測定回路 １７ 劣化判定回路 １８ 表示回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 和貴 東京都港区虎ノ門二丁目10番１号 エヌ・ ティ・ティ移動通信網株式会社内 Ｆターム(参考） 2G016 CA00 CB05 CB06 CB11 CB12 CC01 CC12 CD09 CD14 5H020 AS06 AS13 CC06 DD12 DD13 5H030 AA08 AA10 AS06 AS11 AS14 FF22 FF42 FF44

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 再充電可能な二次電池、該二次電池を充
    電するために外部の充電器に二次電池を接続するための
    外部接続端子を含む充電回路、二次電池から負荷に電力
    を供給するための接続端子を含む電力供給回路、および
    二次電池の充放電を監視して二次電池を保護する保護回
    路を一体的に有する電池パックであって、 前記二次電池の出力電圧を外部で直接測定し得るように
    二次電池の正極端子および負極端子に直接接続され、該
    正極端子と負極端子を直接外部に取り出すための正極側
    電圧測定端子および負極側電圧測定端子を有することを
    特徴とする電池パック。
  2. 【請求項２】 前記正極側電圧測定端子および負極側電
    圧測定端子が互いの端子または他の端子に接触して過電
    流が流れることを防止するように前記正極側電圧測定端
    子と二次電池の正極端子の間および前記負極側電圧測定
    端子と二次電池の負極端子との間にそれぞれ接続された
    電流制限手段を有することを特徴とする請求項１記載の
    電池パック。
  3. 【請求項３】 前記電流制限手段は、抵抗、スイッチ、
    または抵抗とスイッチの直列回路であることを特徴とす
    る請求項２記載の電池パック。
  4. 【請求項４】 前記抵抗は、二次電池の公称電圧値を二
    次電池の電気容量の値と等しい電流値で割った値以上の
    抵抗値を有することを特徴とする請求項３記載の電池パ
    ック。
  5. 【請求項５】 再充電可能な二次電池、該二次電池を充
    電するために外部の充電器に二次電池を接続するための
    外部接続端子を含む充電回路、二次電池から負荷に電力
    を供給するための接続端子を含む電力供給回路、二次電
    池の充放電を監視して二次電池を保護する保護回路、お
    よび前記二次電池の出力電圧を外部で直接測定し得るよ
    うに二次電池の正極端子および負荷端子に直接接続さ
    れ、該正極端子と負極端子を直接外部に取り出すための
    正極側電圧測定端子および負極側電圧測定端子を一体的
    に有する電池パックの容量劣化を診断する電池パックの
    容量劣化診断方法であって、 前記二次電池に電流を流さない状態で前記正極側電圧測
    定端子と負極側電圧測定端子との間の電圧を第１の電圧
    として測定し、 前記外部接続端子を利用して二次電池に所定の値の電流
    を流し、 この電流を流した状態において前記正極側電圧測定端子
    と負極側電圧測定端子との間の電圧を第２の電圧として
    測定し、 前記第１の電圧と第２の電圧との差分値を前記所定の電
    流値で割算して、二次電池の内部抵抗値を算出し、 この算出した内部抵抗値を所定の劣化判定基準抵抗値と
    比較し、内部抵抗値が所定の劣化判定基準抵抗値以上に
    なった場合、二次電池の容量劣化と診断することを特徴
    とする電池パックの容量劣化診断方法。
  6. 【請求項６】 前記電池パックの二次電池の温度を測定
    し、この測定した二次電池の温度に応じて前記所定の劣
    化判定基準抵抗値を変化させることを特徴とする請求項
    ５記載の電池パックの容量劣化診断方法。
  7. 【請求項７】 前記正極側電圧測定端子および負極側電
    圧測定端子が互いの端子または他の端子に接触して過電
    流が流れることを防止するように前記正極側電圧測定端
    子と二次電池の正極端子との間および前記負極側電圧測
    定端子と二次電池の負極端子との間にそれぞれ過電流防
    止用抵抗を接続し、それぞれの抵抗値をＲa ，Ｒb と
    し、前記正極側電圧測定端子と負荷側電圧測定端子との
    間の電圧を測定する測定回路の内部抵抗の値をＲc とし
    た場合、前記二次電池の内部抵抗値の測定誤差をＰ０
    （％）以内に抑えるために、 Ｒa ＋Ｒb ≦｛Ｐ０／１００｝×Ｒc なる式を満たすように前記過電流防止用抵抗のそれぞれ
    の値Ｒa ，Ｒb を設定することを特徴とする請求項５記
    載の電池パックの容量劣化診断方法。
  8. 【請求項８】 再充電可能な二次電池、該二次電池を充
    電するために外部の充電器に二次電池を接続するための
    外部接続端子を含む充電回路、二次電池から負荷に電力
    を供給するための接続端子を含む電力供給回路、二次電
    池の充放電を監視して二次電池を保護する保護回路、お
    よび前記二次電池の出力電圧を外部で直接測定し得るよ
    うに二次電池の正極端子および負極端子に直接接続さ
    れ、該正極端子と負極端子を直接外部に取り出すための
    正極側電圧測定端子および負極側電圧測定端子を一体的
    に有する電池パックの容量劣化を診断する電池パックの
    容量劣化診断装置であって、 前記二次電池に電流を流さない状態で前記正極側電圧測
    定端子と負極側電圧測定端子との間の電圧を第１の電圧
    として測定する第１の電圧測定手段と、 前記外部接続端子を利用して二次電池に所定の値の電流
    を流す電流供給手段と、 この電流を流した状態において前記正極側電圧測定端子
    と負極側電圧測定端子との間の電圧を第２の電圧として
    測定する第２の電圧測定手段と、 前記第１の電圧と第２の電圧との差分値を前記所定の電
    流値で割算して、二次電池の内部抵抗値を算出する内部
    抵抗算出手段と、 この算出した内部抵抗値を所定の劣化判定基準抵抗値と
    比較し、内部抵抗値が所定の劣化判定基準抵抗値以上に
    なった場合、二次電池の容量劣化と診断する容量劣化診
    断手段とを有することを特徴とする電池パックの容量劣
    化診断装置。
  9. 【請求項９】 前記電池パックの二次電池の温度を測定
    する温度測定手段と、この測定した二次電池の温度に応
    じて前記所定の劣化判定基準抵抗値を変化させる温度補
    正手段とを有することを特徴とする請求項８記載の電池
    パックの容量劣化診断装置。
  10. 【請求項１０】 前記正極側電圧測定端子および負極側
    電圧測定端子が互いの端子または他の端子に接触して過
    電流が流れることを防止するように前記正極側電圧測定
    端子と二次電池の正極端子の間および前記負荷側電圧測
    定端子と二次電池の負極端子との間にそれぞれ過電流防
    止用抵抗を接続し、それぞれの抵抗値をＲa ，Ｒb と
    し、前記正極側電圧測定端子と負極側電圧測定端子との
    間の電圧を測定する測定回路の内部抵抗の値をＲc とし
    た場合、前記二次電池の内部抵抗値の測定誤差をＰ０
    （％）以内に抑えるために、 Ｒa ＋Ｒb ≦｛Ｐ０／１００｝×Ｒc なる式を満たすように前記過電流防止用抵抗のそれぞれ
    の値Ｒa ，Ｒb を設定することを特徴とする請求項８記
    載の電池パックの容量劣化診断装置。
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