JP2001332310A

JP2001332310A - リチウムイオン電池の容量推定方法および劣化判定装置ならびにリチウムイオン電池パック

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Publication number: JP2001332310A
Application number: JP2000149902A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Asakura; 薫朝倉; Toshiro Hirai; 敏郎平井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2001-11-30
Anticipated expiration: 2020-05-22
Also published as: JP3649652B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｌｉイオン電池の容量を推定する簡便な方法、
Ｌｉイオン電池の劣化を判定する簡便な装置、ならび
に、電池の容量を推定する機能を備えたＬｉイオン電池
パックを提供すること。【解決手段】Ｌｉイオン電池を定電流定電圧方式によっ
て充電する際に、該電池の公称容量をＣ_０としたときの
充電電流をＣ_０/(２０時間）以下とし、定電流充電中の
充電電圧があらかじめ設定された電圧Ｖｓに達してから
充電上限電圧Ｖｃに達するまでの時間ｔを求め、該電池
の推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を関係式：Ｃ _ｅ/Ｃ_０＝Ａｔ＋Ｂ
（ここに、ＡおよびＢは正値定数である）によって算出
することを特徴とするリチウムイオン電池の容量推定方
法と、該方法によってリチウムイオン電池の劣化を判定
する装置と、該容量推定方法を実行する手段を備えたリ
チウムイオン電池パックとを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン電
池の容量推定方法および劣化判定装置ならびにリチウム
イオン電池パックに関するものである。

【０００２】ここに、「電池パック」とは、単電池（以
下、セルと称す）あるいは複数個のセルを直列接続、並
列接続、あるいは両者の併用によって接続したものを、
安全制御回路あるいは充放電制御回路と一体化して「自
立電源としての二次電池」としたものを意味する。

【０００３】

【従来の技術】近年、各種電子機器の小型化、高性能
化、携帯型化によって、電池の需要が高まっている。そ
れに応じて電池の改良、開発はますます活発化してい
る。また、電池の新しい適用領域も拡大してきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電池の普及とともに、
これら搭載された電池の信頼性向上の要求も高くなって
きている。特に、従来の鉛電池やニッケルカドミウム電
池（以下、Ｎｉ/Ｃｄ電池と称す）に比べて体積当た
り、あるいは重量当たり大幅な高エネルギー密度を有す
るニッケル水素電池（以下、Ｎｉ/ＭＨ電池と称す）や
リチウムイオン電池（以下、Ｌｉイオン電池と称す）で
は、その内部に蓄えられているエネルギーが大きいた
め、電池の異常に伴って起こる事故による被害の程度も
より深刻となりうるので、信頼性の確保が重要な課題と
なっている。

【０００５】上記のＬｉイオン電池は、正極活物質にリ
チウムを挿入脱離できる金属酸化物、負極にリチウムを
挿入脱離できる炭素化合物、電解液にリチウム塩を溶質
とし非水有機化合物をそれぞれ用いて構成される。

【０００６】また、鉛電池、Ｎｉ/Ｃｄ電池、およびＮ
ｉ/ＭＨ電池が過充電による副反応で発生するガスを吸
収する反応機構を有するのに対して、Ｌｉイオン電池に
は過充電により発生するガスの吸収反応を持たない、な
ど安全性維持の点で大きな制約がある。さらに、複数の
Ｌｉイオン電池を直列に配置して使用する場合には、電
池の劣化が進行すると個々の電池特性のアンバランスが
過充電や過放電をもたらし、安全性の点で大きな不安要
素となりうる。

【０００７】信頼性確保手段のひとつとして、搭載電池
の的確な劣化状態の把握とタイムリーな電池の交換が挙
げられる。Ｎｉ/ＭＨ電池やＬｉイオン電池の高エネル
ギー密度電池に関しては、１９９４年に提唱されたスマ
ートバッテリーシステム（ＳＢＳ）が充電制御、残存容
量判定などを含めたバッテリーマネジメントシステムと
して、改良を加えながら普及してきている（www.sbs-fo
rum.org 参照）。これらの電池制御・管理は、製造メー
カ、電池種類などの情報の他、常時電池の電流、電圧、
温度などをモニタする膨大な情報データ管理に基づく方
法が採用されているのみであり、このような方式は極め
て高価な方式であり、製品価格の高騰を来していた。

【０００８】また、安全性維持の点で重要となる電池の
劣化状態の監視については、Ｌｉイオン電池搭載の機器
のモデルチェンジが頻繁に実施されていることもあっ
て、使用時間の確保と監視を重視する余り、なおざりに
されている傾向がある。

【０００９】特に、ＳＢＳは電池の充電制御、残存容量
などの制御・管理の手段であり、電池の劣化状態まで把
握する機能は有しておらず、電池、または電池パックの
交換は使用者の勘に頼っているのが現状であった。

【００１０】ＳＢＳとは別に、ビデオカメラに搭載する
Ｌｉイオン電池の制御・管理方式などが提案されている
が、その方式においては、電池の劣化は、すでに測定さ
れた容量の表示から判断されるのみであり、充電の後に
使用される電池が劣化しているか否かを正しく判定する
ことは必ずしも可能でない。

【００１１】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その課題は、Ｌｉイオン電池の容量を推定する簡便
な方法、Ｌｉイオン電池の劣化を判定する簡便な装置、
ならびに、電池の容量を推定する機能を備えたＬｉイオ
ン電池パックを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、請求項１に記載したように、リ
チウムイオン電池の容量推定方法であって、リチウムイ
オン電池を定電流定電圧方式によって充電する際に、該
リチウムイオン電池の公称容量をＣ_０としたときの充電
電流をＣ_０/(２０時間）以下とし、定電流充電中の充電
電圧があらかじめ設定された電圧Ｖｓに達してから充電
上限電圧Ｖｃに達するまでの時間ｔを求め、該電池の推
定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０（ここに、Ｃ_ｅはこの電池の推定容
量である）を関係式、Ｃ_ｅ/Ｃ_０＝Ａｔ＋Ｂ（１）（ここに、ＡおよびＢは該電池、電圧Ｖｓ、電圧Ｖｃお
よび該定電流充電中の充電電流によって定まる正値定数
である）によって算出することを特徴とするリチウムイ
オン電池の容量推定方法を構成する。

【００１３】また、本発明においては、請求項２に記載
したように、請求項１に記載のリチウムイオン電池の容
量推定方法であって、容量推定の対象となるリチウムイ
オン電池と同一種類のリチウムイオン電池を用い、１回
の全充電時間が３日以上１０日以下であり、該リチウム
イオン電池の公称容量をＣ_０としたときの充電電流がＣ
_０/(２０時間）以下である定電流定電圧方式による充電
期間と、放電電流がＣ_０/(５時間）以上Ｃ_０/(０．５時
間）以下であり放電終止電圧がＶｄである放電期間と、
必要に応じて該充電期間と該放電期間との間に設けられ
る休止期間とを有する充放電サイクルを３回以上繰り返
して、各サイクルにおいて、定電流充電中の充電電圧が
あらかじめ設定された電圧Ｖｓに達してから充電上限電
圧Ｖｃに達するまでの時間ｔ_ｎ（ここに、ｎは各サイク
ルに付した番号である）と、各サイクルごとに放電電流
を時間に関して積分して得られる放電容量Ｃ_ｎとを記録
し、記録された該時間ｔ_ｎと該放電容量Ｃ_ｎとから、上
記関係式（１）におけるＡおよびＢの値を確定すること
を特徴とするリチウムイオン電池の容量推定方法を構成
する。

【００１４】また、本発明においては、請求項３に記載
したように、リチウムイオン電池の劣化判定装置であっ
て、リチウムイオン電池を定電流定電圧方式によって充
電する際の上記時間ｔを求める手段と、該時間ｔを用い
上記関係式（１）によって該リチウムイオン電池の推定
比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算出する演算回路と、該推定比容量
Ｃ_ｅ/Ｃ_０の値に基づいて該リチウムイオン電池の劣化
状態を判定する判定演算回路と、該判定演算回路による
判定結果を表示する手段あるいは該判定結果に基づき、
必要に応じて、該リチウムイオン電池の劣化を警告する
警告音を発する手段とを備えていることを特徴とするリ
チウムイオン電池の劣化判定装置を構成する。

【００１５】また、本発明においては、請求項４に記載
したように、ＩＣを内蔵した充放電制御手段を備えたリ
チウムイオン電池パックにおいて、該ＩＣあるいは該Ｉ
Ｃに付設して増設されたＩＣが、該リチウムイオン電池
パック中のリチウムイオン電池の上記推定比容量Ｃ_ｅ/
Ｃ_０の算出に用いる数値を記憶するメモリと、該数値が
該メモリに記憶された場合に該リチウムイオン電池を定
電流定電圧方式によって充電する際の上記時間ｔと該数
値とから上記関係式（１）によって該推定比容量Ｃ_ｅ/
Ｃ_０を算出する演算回路と、該演算回路が算出した該推
定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０算出結果を出力する手段とを有して
いることを特徴とするリチウムイオン電池パックを構成
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明に係るＬ
ｉイオン電池の容量推定方法においては、リチウムイオ
ン電池を定電流定電圧方式によって充電する際に、該リ
チウムイオン電池の公称容量をＣ_０としたときの充電電
流をＣ_０/(２０時間）以下とし、定電流充電中の充電電
圧があらかじめ設定された電圧Ｖｓに達してから充電上
限電圧Ｖｃに達するまでの時間ｔを求め、該電池の推定
比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０（ここに、Ｃ_ｅはこの電池の推定容量
である）を関係式、Ｃ_ｅ/Ｃ_０＝Ａｔ＋Ｂ（１）（ここに、ＡおよびＢは該電池、電圧Ｖｓ、電圧Ｖｃお
よび該定電流充電中の充電電流によって定まる正値定数
である）によって算出することを特徴とする。

【００１７】本発明に係るＬｉイオン電池の容量推定方
法を図面を用いてさらに詳しく説明する。

【００１８】図１は、Ｌｉイオン電池を定電流定電圧
（ＣＣ-ＣＶ）方式によって充電した場合の充電電圧
（図中、電池電圧と表示）と充電電流との経時変化を示
した図である。

【００１９】図１において、Ｌｉイオン電池または電池
パック中のＬｉイオン電池（以下、これらをＬｉイオン
電池と総称する）を、まず、定電流（ＣＣ）モードによ
って、所定の一定電流Ｉｃで、あらかじめ設定された上
限電圧Ｖｃ（通常は４.１Ｖ/セル、または４.２Ｖ/セル
である）まで充電し、充電電圧が上限電圧Ｖｃに到達し
た後、定電圧（ＣＶ）モードの充電が開始され、充電電
圧（図１においては電池電圧と表示）はＶｃで一定のま
ま、充電電流が時間とともに減衰する。

【００２０】本発明に係るＬｉイオン電池の容量推定方
法においては、上記ＣＣ-ＣＶ方式による充電におい
て、定電流（ＣＣ）モードの充電中、放電終止電圧Ｖｄ
以上、上記上限電圧Ｖｃ以下に設定された電圧Ｖｓに充
電電圧が到達してから、定電流モード充電が終了する
（すなわち、充電電圧がＶｃに達する）までの経過時間
ｔをモニタし、この時間ｔを用い、このＬｉイオン電池
の上記推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ _０を上記関係式（１）によっ
て算出することを特徴とする。

【００２１】この場合に、上記電池の容量の推定を精度
よく行えるように、上記ＣＣ-ＣＶ方式による充電にお
ける上記一定電流ＩｃをＣ_０/(２０時間）以下とする。
これを超える電流で充電を行うと、上記関係式（１）に
よる容量の推定における誤差が大きくなる。

【００２２】以下、一般に、電池電流がＣ_０/(Ｔ時間）
である場合に、この電流を（１/Ｔ)ＣｍＡと表す。たと
えば、Ｃ_０/(２０時間）は０．０５ＣｍＡと表わされ
る。

【００２３】また、本発明における容量推定の実施対象
となるＬｉイオン電池は、１回当たりの充電時間が３０
日以下であるような使用条件で使用されるものであるこ
とが好ましい。１回の充電時間が３０日を超えるような
長期の充電時間では、過充電による劣化の程度が異なっ
たり、電池構成材料の経時劣化が顕著となり、大きな容
量推定誤差を生じるおそれがあり好ましくない。

【００２４】さらに、容量推定の実施において、時間計
測開始時の充電電圧Ｖｓは放電終止電圧Ｖｄ以上、充電
上限電圧Ｖｃより少なくとも０．２Ｖ低い電圧とするこ
とが好ましい。時間計測開始電圧Ｖｓが充電上限電圧Ｖ
ｃより０．２Ｖ未満の差の電圧範囲内にあるときは、計
測する所要時間ｔが短くなりすぎて大きな推定誤差を生
じるおそれがあり好ましくない。

【００２５】本発明における容量推定のための関係式の
適用は電池の劣化が、満充電状態から放電終止電圧Ｖｄ
まで放電したときの放電容量Ｃ（これは放電電流を時間
に関して積分して得られる）が公称容量Ｃ_０の５０％以
上の範囲にある場合に限定される。５０％未満に電池の
比容量Ｃ/Ｃ_０が低下するような大きく劣化した場合に
は、所要時間ｔと比容量Ｃ/Ｃ_０の間に上記関係式
（１）で示されるような直線関係（式の左辺を比容量Ｃ
/Ｃ_０で置き換えて考える）が成立しなくなり、該関係
式を使用して容量を推定したときの誤差が大きくなって
好ましくない。

【００２６】上記関係式（１）は、これを適用するＬｉ
イオン電池の搭載機器、または充電器の充電条件におけ
る定電流（ＣＣ）モード充電所要時間ｔと、その条件下
における比容量Ｃ/Ｃ_０との関係であることを前提とし
ている。もし、上記関係式（１）を作成したときのＣＣ
モードの充電電流値と、搭載機器、または充電器のＣＣ
モードの充電電流値が異なる場合には、あらかじめ別
途、それぞれの充電条件におけるＣＣモード充電所要時
間を求めておき、該関係式（１）作成時の条件における
所要時間ｔｅと搭載装置、または充電器に相当する条件
での所要時間ｔｍとの比ｔｅ／ｔｍを上記関係式（１）
のｔに乗じて換算する必要がある。

【００２７】なぜならば、ＣＣモード充電における充電
率（全充電期間におけるＣＣモード充電の充電割合）は
電流値が小さいほど大きくなる、すなわち、電流値が小
さいほど充電達成率が大きくなるからである。また、そ
の割合は、電池サイズ、電池形状、製造メーカ、電池構
成材料などによって異なるため、別途、実際に試験を実
施して電流値の影響を把握する必要がある。（実施の形態２）実施の形態１において、Ｌｉイオン電
池の容量を推定するためには、上記関係式（１）を、あ
らかじめ作成しておかなければならない。そのために
は、関係式（１）中の定数ＡおよびＢの値を決定しなけ
ればならない。その場合に、容量推定の対象となるＬｉ
イオン電池と同種類の電池、または電池パックを試験し
て上記定数ＡおよびＢを決定するのが最も妥当である。
なぜならば、市販のＬｉイオン電池は、使用する正極活
汚物質、負極カーボンおよび電解液の種類が多様であ
り、電池の劣化に伴う充電電圧挙動の変化だけでなく、
初期の電池の充電挙動も異なっているからである。

【００２８】そこで、本発明においては、容量推定の対
象となるリチウムイオン電池と同一種類のリチウムイオ
ン電池を用い、１回の全充電時間が３日以上１０日以下
であり、該リチウムイオン電池の公称容量をＣ_０とした
ときの充電電流がＣ_０/(２０時間）以下である定電流定
電圧方式による充電期間と、放電電流がＣ_０/(５時間）
以上Ｃ_０/(０．５時間）以下であり放電終止電圧がＶｄ
である放電期間と、必要に応じて該充電期間と該放電期
間との間に設けられる休止期間とを有する充放電サイク
ルを３回以上繰り返して、各サイクルにおいて、定電流
充電中の充電電圧があらかじめ設定された電圧Ｖｓに達
してから充電上限電圧Ｖｃに達するまでの時間ｔ_ｎ（こ
こに、ｎは各サイクルに付した番号である）と、各サイ
クルごとに放電電流を時間に関して積分して得られる放
電容量Ｃ_ｎとを記録し、記録された該時間ｔ_ｎと該放電
容量Ｃ_ｎとから、上記関係式（１）におけるＡおよびＢ
の値を確定する。

【００２９】上記の操作をさらに詳細に説明すると、本
発明における容量推定実施の対象となるＬｉイオン電池
と同種の電池を用い、実施対象となる電池の使用条件と
同様に、０．０５ＣｍＡ以下（Ｃ_０/(２０時間）以下）
の充電電流値の定電流（ＣＣ）充電によって上限電圧Ｖ
ｃまで充電し、電池、または電池パックの電圧が上限電
圧Ｖｃに到達した後、定電圧（ＣＶ）充電によって充電
を継続する定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式による充電
を行い、充電時間は３日以上３０日以下に設定し、放電
は０．２ＣｍＡ以上２．０ＣｍＡ以下（Ｃ_０/(５時間）
以上、Ｃ_０/(０．５時間）以下)の電流値と該電池の使
用条件と同様の放電終止電圧Ｖｄに設定し、必要ならば
これらの充電と放電の間に一定の休止時間を設けて、こ
のような充放電サイクルを３回以上実施して、各充放電
サイクルにおける、充電上限電圧Ｖｃと放電終止電圧Ｖ
ｄの間の、Ｖｄ以上（Ｖｃ−０．２Ｖ）以下の任意の電
圧Ｖｓに充電電圧が到達してから定電流（ＣＣ）モード
の充電が完了する（充電電圧が充電上限電圧Ｖｃに到達
する）までに要した時間ｔ_ｎ（ここに、ｎは各サイクル
に付した番号である）と、各サイクルごとに放電電流を
時間に関して積分して得られる放電容量Ｃ_ｎとを記録
し、記録された該時間ｔ_ｎと該放電容量Ｃ_ｎとから、上
記関係式（１）におけるＡおよびＢの値を確定する。す
なわち、関係式（１）の左辺をＣ_ｎ/Ｃ_０で置き換え、
右辺におけるｔをｔ_ｎで置き換えた関係式が、Ｃ_ｎ/Ｃ
_０とｔ_ｎとの関係を最もよく表すように、ＡおよびＢの
値を確定する。

【００３０】１サイクル当たりの充電時間は３日以上３
０日以下とする。充電時間を３日以上１０日以下に設定
することにより、サイクルごとの電池の劣化が適度に進
み、精度の良い関係式（１）を作成するために必要なデ
ータを効率的に取得できる。１サイクル当たりの充電時
間が３０日を超える長期間であると、過充電による劣化
の程度が大きくなり、また電池構成材料の経時劣化が顕
著となり、所要時間ｔ _ｎと比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０の間に上記
関係式（１）で示される直線関係（式の左辺を比容量Ｃ
_ｎ/Ｃ_０で置き換え、右辺におけるｔをｔ_ｎで置き換え
て考える）が成り立たなくなることにより、これらのデ
ータから決定した定数ＡおよびＢを使用した関係式では
大きな誤差を生じる恐れがあり好ましくない。

【００３１】また、１サイクル当たりの充電時間を３０
日より長く設定すると１サイクル当たりの経過時間が長
くなり、データ取得に時間がかかって同様に好ましくな
い。

【００３２】一方、１サイクル当たりの充電時間を３日
未満に設定すると、充放電サイクルによる電極の劣化が
顕著となり、逆に過充電による劣化の程度は小さくな
り、この場合に決定した定数ＡおよびＢを適用した上記
関係式（１）を用いた容量推定では、頻繁に充放電する
ような限定された使用方法を除き、放電と充電が毎回異
なるような実使用では、容量推定誤差が大きくなって好
ましくない。

【００３３】上記充放電サイクル試験における放電電流
値は、０．２ＣｍＡ以上２．０ＣｍＡ以下に設定する。
１．０ＣｍＡ以上２．０ＣｍＡ以下に設定すればさらに
効率のよいデータ取得が可能となる。０．２ＣｍＡ未満
の低放電電流の場合、完全放電に時間がかかり好ましく
ない。また、２．０ＣｍＡより大きな放電電流では、放
電時間自体が短くなりすぎ、放電容量の測定値にばらつ
きが生じたり、劣化が進むと、容量が急激に低下して精
度の良い関係式（１）を作成することができなくなるた
め好ましくない。

【００３４】上記充放電サイクル試験の実施に当たって
は、装置の設定の制約などにより、必要ならば充電と放
電との間に一定時間の休止を設定することができる。

【００３５】上記関係式（１）を作成するために実施す
る充放電サイクル試験においては、各サイクルごとに、
充電の定電流（ＣＣ）モードにおける放電終止電圧Ｖｄ
以上充電上限電圧Ｖｃより０．２Ｖ低い（Ｖｃ−０．２
Ｖ）以下の使用電圧範囲内の任意の電圧ＶｓからＣＣモ
ードが終了するまでの時間ｔと、引き続く放電の充電比
容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０を各充放電サイクルごとに測定する。測
定した時間ｔと比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０とをプロットし、関係
式（１）に適用して定数ＡおよびＢを決定する。

【００３６】上記充放電サイクル試験は、容量推定結果
Ｃ_ｅが実容量Ｃの±２０％以内の範囲にあるように高精
度とするために必要な時間ｔ_ｎと比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０のデ
ータを充足するため、３サイクル以上充放電を実施す
る。

【００３７】サイクルが２サイクルのみであると、上記
関係式（１）の定数ＡおよびＢの決定に対してわずか２
ポイントのデータとなり高精度の容量推定が不可能とな
って好ましくない。

【００３８】なお、上記関係式（１）の定数ＡおよびＢ
を決定するために実施する上記充放電サイクル試験の環
境温度は特に規定されないが、Ｌｉイオン電池の使用温
度範囲として製造メーカが推奨する温度範囲内で、好ま
しくは実際に使用する環境温度と同様の温度で実施する
ことが好ましい。もし、上記充放電サイクル試験を実施
する環境温度が、容量推定を行う実使用上の環境温度と
大きく異なる場合は、放電容量の温度依存性のデータか
ら容量を補正して定数ＡおよびＢを決定する。（実施の形態３）本発明に係るＬｉイオン電池の劣化判
定装置においては、リチウムイオン電池を定電流定電圧
方式によって充電する際の上記時間ｔを求める手段と、
該時間ｔを用い上記関係式（１）によって該リチウムイ
オン電池の推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算出する演算回路
と、該演算回路によって算出された該推定比容量Ｃ_ｅ/
Ｃ_０の値を表示する手段あるいは該推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ
_０の値に基づく該リチウムイオン電池の劣化状態の判定
結果を表示する手段あるいは該判定結果に基づき、必要
に応じて、該リチウムイオン電池の劣化を警告する警告
音を発する手段とを備えていることを特徴とする。

【００３９】図２は、Ｌｉイオン電池を搭載する装置で
あって、本発明に係るＬｉイオン電池の容量推定方法の
機能と、該容量推定の結果に基づいて該リチウムイオン
電池の劣化状態を判定する機能とを備えた装置の一構成
概念を示したものである。

【００４０】図２において、１は電源部であり、電源部
１には、Ｌｉイオン電池２ａ、２ｂ、２ｃが搭載され、
これらの電池２ａ、２ｂ、２ｃは電源部１内の電池制御
部３で充放電、安全に関する制御がなされる。４は電源
部１内の充電器であり、電池制御部３で制御をうけて電
池２ａ、２ｂ、２ｃを充電する。５は論理部であり、論
理部５には、インターフェイス６とＣＰＵ７とメモリ８
とキーボードコントローラ９とがあり、電池制御部３は
インターフェイス６を介してＣＰＵ７と繋がり、搭載電
池２ａ、２ｂ、２ｃに関する情報や制御の実施の指示を
受け、逆に、電池制御に関するデータをＣＰＵ７に送出
する。論理部５内において、ＣＰＵ７とメモリ８とは、
制御の指示、データの演算、電池の制御に関する情報の
蓄積、データの記憶などを行う。電池２ａ、２ｂ、２ｃ
のＩＤ入力などはキーボードコントローラ９を介して行
う。キーボードコントローラ９にはデータ送出のための
配線１０が接続されている。

【００４１】本発明における上記関係式（１）はＣＰＵ
７の空きメモリなどにあらかじめ入力されるか、あるい
は必要ならばＣＰＵ７に加えてメモリチップを増設して
入力される。さらに、論理部５内には、関係式（１）に
よって該リチウムイオン電池の推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を
算出する演算回路および該推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０の値に
基づいて該リチウムイオン電池の劣化状態を判定する判
定演算回路が組み込まれており、論理部５内において該
判定演算回路による判定結果が形成される。ＣＰＵ７
は、電池制御部３に、定電流（ＣＣ）モード充電におけ
る充電電圧が、使用電圧範囲内の電圧Ｖｓに達してから
ＣＣモード充電がＣＶモード充電に切り替えられるまで
の時間ｔを測定する指示を行い、逆に、電池制御部３か
ら充電時間ｔのデータを受け取る。さらに、ＣＰＵ７
は、受け取った時間ｔを関係式（１）に代入して演算を
行い、推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０の値を算出し、さらに該推
定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０の値に基づいて該リチウムイオン電
池の劣化状態を判定するする。すなわち、論理部５は、
本発明に係るＬｉイオン電池の容量推定方法および劣化
状態判定の機能をも備えている。必要ならば、この推定
比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０の値をメモリ８に記憶させる。

【００４２】本発明に係るＬｉイオン電池の劣化判定装
置は、図２に示された装置を、配線１０を介して、該リ
チウムイオン電池の劣化状態の判定結果を表示する手段
あるいは該判定結果に基づき、必要に応じて、該リチウ
ムイオン電池の劣化を警告する警告音を発する手段を備
えた装置と連結することによって構成される。配線１０
を介して、図２に示された装置と連結される上記装置
が、上記演算回路によって算出された推定比容量Ｃ_ｅ/
Ｃ_０の値を表示する手段をも備えていれば該リチウムイ
オン電池の劣化を定量的に把握することができて好都合
である。

【００４３】このようにして、本発明に係るＬｉイオン
電池の劣化判定装置を構成することができる。ただし、
本発明は、上記概念になるＬｉイオン電池の劣化判定装
置が構成できれば、何ら上記の構成に限定されることは
ない。（実施の形態４）本発明におけるＬｉイオン電池の容量
推定方法は、またＬｉイオン電池のパック内の制御用マ
イコン、あるいは必要ならば簡単な増設メモリをパック
内に付与することによって電池パックに適用することが
できる。本発明におけるＬｉイオン電池の容量推定方法
を電池パックに適用して、本発明に係るＬｉイオン電池
パックを構成する具体的一構成例を図３に示す。

【００４４】図３はＬｉイオン電池パックの一般的な回
路構成を示した図であり、Ｌｉイオン電池（１２-１、
１２-２、１２-３）を３セル直列にして搭載した場合を
示している。

【００４５】図３において、１１は電池パック本体であ
り、１２-１、１２-２、１２-３はＬｉイオン電池であ
る。１３は保護用ＩＣであり、電圧、電流、温度などの
モニタ、ソフト的な安全制御を行う。１４-Ａ、１４-
Ｂ、１４-Ｃ、１４-１、１４-２、１４-３はパック本体
１１内、および各電池の充電電流制御を目的とするＦＥ
Ｔであり、１５は温度ヒューズであるＰＴＣ素子、１６
は電流ヒューズであり、それぞれ温度上昇時、異常大電
流時に電流を遮断する役目を負う。１７はプラス端子、
１８はマイナス端子であり、１９は情報出力、コントロ
ールのための端子である。

【００４６】図３において、上記安全機構の保護用ＩＣ
１３内にタイマーを搭載し、空きメモリに上記関係式
（１）をあらかじめ入力し、推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算
出する演算回路を形成しておく。

【００４７】本Ｌｉイオン電池パックが充電装置に搭載
され、定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式による充電が行
われる場合に、図３におけるＬｉイオン電池１２-１、
１２-２、１２-３の両端の電圧を保護用ＩＣ１３がモニ
タし、充電の定電流（ＣＣ）モード充電における充電電
圧が、放電終止電圧Ｖｄ以上で充電上限電圧Ｖｃよりも
小となるようにあらかじめ設定された任意の開始電圧Ｖ
ｓに達してからＣＣモード充電がＣＶモード充電に切り
替えられるまでの経過時間ｔをカウントし、この測定さ
れた時間ｔの値を関係式（１）に代入、演算して推定比
容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算出する。必要ならば、保護用ＩＣ１
３とは別にパック内の適当な位置に増設ＩＣを設けるこ
ともできる。

【００４８】演算結果は、端子１９を通して、適当なデ
ィスプレイに表示したり、あるいは警告音などを発出す
るために充電装置本体に出力される。

【００４９】このように、既存のＬｉイオン電池パック
の最小限の変更によって、本発明に係るＬｉイオン電池
パックを構成することができる。ただし、本発明は、上
記概念になるＬｉイオン電池の容量推定が実施できれば
何ら上記の構成に限定されることはない。

【００５０】本発明におけるＬｉイオン電池の容量推定
方法、および該容量推定機能を具備したＬｉイオン電池
パックの適用としては、特にバックアップ電源など高信
頼性を必要とする機器が考えられ、該容量推定によって
的確な電池の劣化状態を把握しタイムリーな電池の交換
を実現することによって、機器のトラブルを回避する。
しかしながら、Ｌｉイオン電池を搭載する機器であれば
何ら該容量推定の方法、および容量推定機能を具備した
Ｌｉイオン電池パックを採用することに問題はなく、し
かもムダのない電池交換を実現することができるため使
用する利点はきわめて大きい。

【００５１】

【実施例】以下に、本発明に係るＬｉイオン電池の容量
推定方法および劣化判定装置ならびにＬｉイオン電池パ
ックについて、具体的実施例によって説明するが、本発
明は何らこれに限定されることはない。（実施例１）円筒型Ｌｉイオン電池（１８６５０型、公
称容量１３５０ｍＡｈ）について、データ収集・保管機
能を有する電池充放電自動試験装置を用いて、試験温度
を２５℃に設定し、充電電流値４５ｍＡ（０．０３３Ｃ
ｍＡ）、充電上限電圧４．１Ｖ、充電時間３０日間の定
電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式による充電と、放電電流
値１３５０ｍＡｈ（１．０ＣｍＡ）、放電終止電圧２．
７５Ｖの放電と、充電と放電との間に休止を１時間はさ
んだ充放電サイクル試験を５サイクル実施し、各サイク
ルにおける充電開始時からＣＣモード充電完了までの経
過時間ｔ（ｈｒ）と、放電電流を時間に関して積分して
得た放電容量Ｃの公称容量Ｃ_０に対する比容量Ｃ/Ｃ_０
を求めた。

【００５２】求めたデータを図４に示す。図４は、上記
充放電サイクル試験の結果を示した経過時間ｔと比容量
Ｃ/Ｃ_０の関係を示した図であり、図中の○は上記充放
電サイクル試験で求めたデータであり、これらのデータ
から、推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を時間ｔの関数として表す
上記関係式（１）における定数ＡおよびＢを求め、下記
の関係式（２）を作成した。

【００５３】Ｃ_ｅ/Ｃ_０＝０．０２６３×ｔ＋０．２０７（２）上式（２）におけるｔは、厳密には、ｔ/(１時間）、す
なわち、時間を単位として、ｔを無次元数で表したもの
でなければならないが、これを、便宜上、単にｔで表
す。以下の式においても同様とする。

【００５４】上記関係式（２）を図４の直線で示す。

【００５５】これとは別に、同種の円筒型Ｌｉイオン電
池（公称容量１３５０ｍＡｈ）を用意し、充電電流４５
ｍＡ（０．０３３ＣｍＡ）、充電上限電圧４．１Ｖ、充
電時間３０日間の定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式によ
る充電と、放電電流１３５０ｍＡ（１．０ＣｍＡ）、放
電終止電圧２．７５Ｖの放電と、充電・放電の間に１０
分間の休止をはさんだ充放電サイクルを実施して、各サ
イクルごとのＣＣモード充電の所要時間ｔ（ｈｒ）と放
電容量Ｃの公称容量Ｃ_０（１３５０ｍＡｈ）に対する比
容量Ｃ/Ｃ_０とを記録し、上記に示した関係式（２）の
妥当性を検討した。

【００５６】結果を図４中の黒四角で示す。

【００５７】図４に示したように、黒四角で示したデー
タは直線で示した関係式（２）の値に極めて近く、優れ
た容量推定結果を示しうることが判る。

【００５８】一方、上記検討とは別に、比較例として、
関係式を作成する際に、上記の関係式と同種のＬｉイオ
ン電池を用い、充電電流値を１３５ｍＡ（０．１Ｃｍ
Ａ）とした以外は同じ条件の試験によって関係式作成を
試みた。取得した比容量Ｃ/Ｃ _０とＣＣモード充電完了
までの所要時間ｔとの関係を図５に示した。

【００５９】図５は、本発明の容量推定法における比較
例として、関係式作成のために充電電流値を０．１Ｃｍ
Ａに変更して取得した比容量Ｃ/Ｃ_０とＣＣモード充電
完了までの所要時間ｔの関係を示した図であり、図中の
●印が取得データを示す。図５より明らかなように、充
電電流値を０．０５ＣｍＡより大きくした場合、比容量
Ｃ/Ｃ_０と時間ｔとの間には直線関係は成り立たず、精
度の高い関係式の作成は不可能であることがわかる。（実施例２）角形Ｌｉイオン電池（公称容量６００ｍＡ
ｈ）４個を用いて、充電電流値２０ｍＡ（０．０３３Ｃ
ｍＡ）、放電電流値６００ｍＡ（１．０ＣｍＡ）、充電
時間を、２．５日、３日、３０日、３５日間とした以外
は実施例１と同一条件で最大５サイクルまでの充放電サ
イクル試験を行い、実施例１に示したと同様の手順で１
５３日間の間にそれぞれの関係式を作成した。

【００６０】その結果、充電時間を２．５日で試験した
電池から求めた関係式はＣ_ｅ/Ｃ_０＝０．００９６１×ｔ＋０．７０４（３）であり、充電時間３日で試験した電池から求めた関係式
はＣ_ｅ/Ｃ_０＝０．０１６７×ｔ＋０．４８５（４）であり、充電時間３０日で試験した電池から求めた関係
式はＣ_ｅ/Ｃ_０＝０．０１８０×ｔ＋０．４４７（５）であった。充電時間を３５日とした場合、充放電サイク
ルは２回のみであったが、この２サイクルのデータから
関係式を作成したところＣ_ｅ/Ｃ_０＝０．００６２７×ｔ＋０．８０１（６）が得られた。

【００６１】これら、得られた関係式を用いた推定精度
を評価するため、携帯電話に搭載されていた角形Ｌｉイ
オン電池（公称容量６００ｍＡｈ）を脱着し、正極端
子、負極端子に結線して電池充放電自動試験装置に設置
し、充電電流２０ｍＡ（０．０３３ＣｍＡ）、充電上限
電圧４．１Ｖ、総充電時間１日間、定電流定電圧（ＣＣ
−ＣＶ）方式の充電をし、１時間の休止の後、放電電流
６００ｍＡ（１．０ＣｍＡ）、放電終止電圧２．７５Ｖ
で放電し、定電流（ＣＣ）充電に要した時間ｔ(ｈｒ）
と放電容量Ｃの公称容量に対する比容量Ｃ/Ｃ_０を求め
た。その結果、ＣＣ充電時間ｔは１５．３１時間、比容
量Ｃ/Ｃ_０は６３．５％であった。

【００６２】求めたＣＣ充電時間ｔ、すなわちｔ＝１
５．３１（ｈｒ）を、得られた各関係式（３）、
（４）、（５）および（６）に代入して、それぞれの推
定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０と、推定誤差Ｅｒｒ＝Ｃ/Ｃ_０−Ｃ_ｅ
/Ｃ_０＝０．６３５−Ｃ_ｅ/Ｃ_０を求めた。

【００６３】その結果、充電時間が３日間以上３０日以
下である、充電時間３日とした試験で得られた関係式
（４）、および充電時間を３０日とした試験で得られた
関係式（５）では、それぞれ、推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０が
７４．１％、７２．３％であり、推定誤差Ｅｒｒは−１
０．６％、−８．８％でいずれも±２０％以内で良好な
推定を行えることがわかった。

【００６４】これに対して、充電時間を２．５日とした
試験で得られた関係式（３）を用いると推定比容量８
５．１％、推定誤差−２１．６％となり、また、充電時
間を３５日とした試験で得られた関係式（６）を用いる
と比容量８９．７％、推定誤差２６．２％となり、いず
れも誤差が大きく関係式としては用いられないことがわ
かった。

【００６５】比較のため、上記関係式を求めた試験のう
ち、充電時間を３日間とした場合の試験で得られた初期
の２サイクルのデータのみから関係式を作成するとＣ_ｅ/Ｃ_０＝０．００５７９×ｔ＋０．８１９（７）が得られ、これに同様にしてｔ＝１５．３１を代入して
推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０と推定誤差Ｅｒｒを算出したとこ
ろ、推定比容量９０．８％、推定誤差−２７．３％とな
り、関係式を作成するためには２サイクルのみのデータ
では良好な関係式を提供できないことも明らかになっ
た。（実施例３）実施例１と同様の円筒型Ｌｉイオン電池
（１８６５０型、公称容量１３５０ｍＡｈ）４個を用
い、放電電流値を１３５ｍＡ（０．１ＣｍＡ）、２７０
ｍＡ（０．２ＣｍＡ）、２７００ｍＡ（２．０Ｃｍ
Ａ）、および３０００ｍＡ（２．２ＣｍＡ）とした以外
は実施例１と同一の装置、試験条件によって充放電サイ
クル試験を行い、実施例１と同様の手順で関係式を求め
た。

【００６６】結果を図６に示す。図６は、本実施例にお
ける関係式を求めるために実施した充放電サイクル試験
の結果を示した図であり、図中６−１は、充電電流値を
０．１ＣｍＡとした試験から求めた関係式Ｃ_ｅ/Ｃ_０＝０．００９１８×ｔ＋０．７２７（８）を示す直線であり、６−２は、充電電流値を０．２Ｃｍ
Ａとした試験から求めた関係式Ｃ_ｅ/Ｃ_０＝０．０２４２×ｔ＋０．２５５（９）を示す直線であり、６−３は充電電流値を２．０ＣｍＡ
とした試験から求めた関係式Ｃ_ｅ/Ｃ_０＝０．０２０５×ｔ＋０．３７２（１０）を示す直線であり、６−４は充電電流値を２．２ＣｍＡ
とした試験から求めた関係式Ｃ_ｅ/Ｃ_０＝０．０５２１×ｔ−０．５５２（１１）を示す直線である。

【００６７】これとは別に、ラップトップコンピュータ
に使用されていたＬｉイオン電池パックを解体し、その
中の１本の円筒型Ｌｉイオン電池（１８６５０型、公称
容量１３５０ｍＡｈ）を取り出し、正極端子と電池側面
（負極）にリード線を半田付けし、これを電池充放電自
動試験装置に設置し、充電電流値４５ｍＡ（０．０３３
ＣｍＡ）、充電上限電圧４．１Ｖ、総充電時間１日間の
定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式による充電を行い、１
時間の休止を行った後、放電電流値１３５０ｍＡｈ
（１．０ＣｍＡ）、放電終止電圧２．７５Ｖの放電を行
い、定電流（ＣＣ）モード充電の所要時間ｔ（ｈｒ）と
放電容量Ｃの公称容量Ｃ_０に対する比容量Ｃ/Ｃ_０を求
め、ｔ＝１９．３４、Ｃ/Ｃ_０＝０．６７１を得た。得
られた値ｔ＝１９．３４を上記に示した関係式（８）、
（９）、（１０）および（１１）に代入して推定比容量
Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算出し、推定誤差Ｅｒｒ＝Ｃ/Ｃ_０−Ｃ_ｅ/
Ｃ_０＝０．６７１−Ｃ_ｅ/Ｃ_０を求めて容量推定精度を
評価した。

【００６８】その結果、放電電流値を０．２ＣｍＡとし
た試験から求めた関係式（９）では、推定比容量７２．
３％、推定誤差−５．２％であり、放電電流値を２．０
ＣｍＡとした試験から求めた関係式（１０）では推定比
容量７６．８％、推定誤差−９．７％であり、本発明に
おける関係式を求めるための試験の放電電流値が０．２
ＣｍＡ以上２．０ＣｍＡ以下の範囲内のこれらの場合に
は、いずれも良好な推定結果が得られた。これに対し
て、本発明における関係式を求めるための条件が、上記
の放電電流値の範囲からはずれる、放電電流値が０．１
ＣｍＡの試験で求めた関係式（８）では、推定比容量９
０．５％、推定誤差−２３．４％であり、また同じく上
記範囲からはずれる放電電流値が２．２ＣｍＡの試験で
求めた関係式（１１）では、推定比容量４５．６％、推
定誤差＋２１．５％であり、いずれも推定誤差が大き
く、精度の良いＬｉイオン電池の容量推定は困難である
ことが明らかになった。（実施例４）円筒型Ｌｉイオン電池（１８６５０型、公
称容量１３５０ｍＡｈ）３本直列の電池パックの充電の
ため、充電上限電圧１２．３Ｖ、充電電流値４５ｍＡ
（０．０３３ＣｍＡ）、総充電時間３日間とした定電流
定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式で充電し、充電時に該電池パ
ックの劣化判定を行う機能を有する充電器を作製した。

【００６９】作製した充電器の構成概念を図７に示す。
すなわち、図７は本実施例において作製した充電器の構
成を示した図であり、図中、２０は本実施例において作
製した本発明の充電器であり、充電器２０は商用電源２
１に端子２２、および２３で接続される。また、充電器
２０に対し、Ｌｉイオン電池パック２４が充電のために
端子２５および２６に接続され装着されるようにした。

【００７０】充電器２０は、商用電源２０から供給され
る電気をＡＣ/ＤＣコンバータ２７によって直流に変換
し、充電電流、パック電圧をモニタし、またサーミスタ
２８により温度モニタを行いながら、電源マイコン２
９、充電制御用マイコン３０により上述の充電条件と、
過充電、過放電、異常大電流、異常電池温度上昇など危
険状態を検知し回避をするための制御を行い電池パック
２４を充電する。充電はスイッチ３１により、充電完了
時、あるいは異常を検知した時、充電を停止する。充電
の完了、何らかの異常は制御用マイコン３０から表示部
３２に表示するようにした。

【００７１】本充電器における劣化判定は、充電制御用
マイコン３０に、実施例１において作成した関係式
（２）と、図８に示したフロー手順をプログラムしてあ
らかじめ入力しておき、電池電圧のモニタリングを利用
しながら内蔵タイマによりＣＣ充電時間ｔを測定し、上
記関係式（２）に適用して、Ｌｉイオン電池パックの容
量を推定し、その結果に基づいて劣化判定を行い、表示
部３２に判定結果を表示するようにした。

【００７２】表示部３２は、充電関係の表示を行うＬＥ
Ｄ（赤：充電中、緑：充電完了）と、劣化判定結果を表
示するしＥＤ（赤：電池取りかえ、黄：まもなく電池取
りかえ、緑：電池は取りかえ不要）と、劣化判定結果の
数値表示、異常の表示を行うＬＣＤとから構成されてい
る。

【００７３】充電関係のＬＥＤでは、充電完了の場合の
み緑のＬＥＤが点灯し、充電中は赤のＬＥＤが点灯し、
それ以外の異常を示す場合には両方とも点灯しない。

【００７４】劣化判定結果を示すＬＥＤでは、容量推定
結果である推定比容量の値が６０％未満の場合は赤のＬ
ＥＤが点灯し、直ちに新しい電池パックに交換すべきで
あることを示す。また、比容量が６０％以上７０％未満
の場合には、まもなく、すなわち使用条件にもよるが、
数カ月以内に電池パックを交換すべきであるため黄のＬ
ＥＤを点灯させる。さらに比容量が７０％以上の場合
は、電池パックは新品か、相当長期間使用が可能で取り
かえる必要がないため、緑のＬＥＤを点灯させる。

【００７５】ＬＣＤは文字による情報を表示させること
を目的として設置している。電池パックの装着不良をは
じめ、安全性に関わる警告情報など、正常に充電を行う
ことが困難であることを示したり、劣化判定結果を数値
で示したりする。また、商用電源の突然の停止の場合に
は、装着した電池パックの電圧が８．２５Ｖより高い場
合のみ、装着電池パックから電流を供給して電源切れを
表示するようにしてある。

【００７６】なお、本実施例の充電器の場合、充電は必
ずしも完全放電後に行われるとは限らないため、充電制
御用マイコン内にあらかじめ充電電圧の時間変化のデー
タを入力しておき、充電開始時の電池パック電圧をモニ
タし、８．２５Ｖ（２．７５Ｖ/セル）以上１１．７Ｖ
（３．９Ｖ/セル、上限電圧４．１Ｖ/セルより０．２Ｖ
/セル低い値）以下の１．１５Ｖきざみの電圧、すなわ
ち８．２５Ｖ、９．４０Ｖ、１０．５５Ｖ、１１．７０
Ｖ、で示される４つの電圧のうち、充電開始電圧より高く、
この開始電圧に最も近い値から時間計測を開始し、充電
上限電圧１２．３Ｖに到達しＣＣモード充電が完了する
までの時間ｔ”を計測して、上記入力データと比較演算
を行って８．２５Ｖから１２．３ＶまでのＣＣモード充
電所要時間ｔに換算して劣化判定を行うようにした。

【００７７】図８に示した、充電制御用マイコン３０に
入力した劣化判定手順フローは以下の通りである。すな
わち、手順Ａ：充電器に電池パックを装着して充電を開始し、
パック電圧をモニタし、パック電圧ＶがＶ＝８．２５、９．４０Ｖ、１０．５５Ｖ、１１．７０
Ｖを満たす値に到達したかどうかを電圧モニタで監視手順Ｂ：上記のいずれかの値にパック電圧Ｖが到達した
ら時間計測を開始し、タイマカウンタを充電上限電圧１
２．３Ｖまで継続する手順Ｃ：パック電圧Ｖが充電上限電圧１２．３Ｖに到達
したら時間計測終了し、充電開始電圧が放電終止電圧
８．２５Ｖの場合はそのまま、この時間ｔを劣化判定に
用いる手順Ｄ：充電開始電圧が８．２５Ｖより高かった場合、
計測した時間は、あらかじめ内蔵しておいた充電電圧の
時間変化のデータと比較演算して、８．２５Ｖから１
２．３ＶまでのＣＣモード充電所要時間に換算し、この
値をｔとして劣化判定に用いる。求めた時間ｔを関係式
（２）に代入して、推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算出する手順Ｅ：算出された結果をＬＣＤとＬＥＤに表示する。
推定結果である推定比容量の値に応じて、上述したよう
に赤、黄、緑のいずれかのＬＥＤを点灯させ、同時にＬ
ＣＤに推定比容量の数値を表示する。ＬＣＤ表示は３０
秒間、ＬＥＤは充電器が商用電源に接続されている間点
灯させる。

【００７８】このようにして構成される充電器を用い、
使用済みの同タイプの電池パックを装着し、充電した。
充電開始後１５．７時間で劣化判定結果が表示され、Ｌ
ＣＤには（推定）比容量６２．０％と表示され、黄色の
ＬＥＤが点灯した。

【００７９】充電された上記電池パックを電池充放電自
動試験装置に設置し、放電電流値１３５０ｍＡ（１．０
ＣｍＡ）、放電終止電圧８．２５Ｖに設定して定電流放
電を実施し、放電容量を求めたところ、８６０．０ｍＡ
ｈであった。これは、比容量にすると６３．７％とな
り、上記の推定比容量の誤差は約１．７％であった。

【００８０】以上の通り、本発明に係る上記のＬｉイオ
ン電池の劣化判定装置を用いて、精度の高い劣化判定を
行うことが可能であることが明らかになった。（実施例５）充電上限電圧１２．３Ｖ、充電電流４５ｍ
Ａ（０．０３３ＣｍＡ）、総充電時間３日間の条件で定
電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）モード充電を行う機能を有し
たラップトップコンピュータに搭載する、図３に示す構
成のＬｉイオン電池パックを作製した。上記電池パック
は円筒型セル（公称容量１３５０ｍＡｈ）１２−１、１
２−２、および１２−３の３セル直列のパックであり、
保護用ＩＣに関係式（２）と、実施例４で示したのと同
様に、充電電圧の時間変化の基礎テータをあらかじめ入
力して、放電終止電圧８．２５Ｖより高いパック電圧か
ら充電された場合でも、８．２５Ｖから１２．３Ｖまで
の定電流（ＣＣ）モード充電所要時間を算出可能とする
ようにしてある。

【００８１】また、図３に示す構成の上記電池パック内
の保護用ＩＣ１３のメモリには、Ｌｉイオン電池１２−
１、１２−２、１２−３各セルの両端の電圧をモニタ
し、ＣＣモード充電における放電終止電圧Ｖｄ以上充電
上限電圧Ｖｃ以下のあらかじめ設定された任意の開始電
圧Ｖｓから、該Ｖｓより高い充電電圧＝８．２５Ｖ、９．４０Ｖ、１０．５５Ｖ、１
１．７０Ｖを満たす最も近い充電電圧からＣＣモード充電が完了す
る充電上限電圧１２．３Ｖに到達するまでの経過時間ｔ
をカウントし、この測定された時間ｔの値を上記関係式
（２）に代入、演算して推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算出す
るプログラムがあらかじめ入力してある。

【００８２】演算した結果は端子１９を通して上記電池
パックを搭載する機器本体の液晶ディスプレイに表示す
るために装置本体に出力する機構になっている。

【００８３】液晶ディスプレイには、演算結果である数
値がパーセントで表示されるとともに、バーの長さのパ
ーセント数値に相当する割合が塗りつぶしで示されるよ
うになっている。

【００８４】劣化判定の指示は、上記機器本体から充電
開始と同時に発出される。劣化判定実施のための手順フ
ローは、図８において、結果の表示が機器本体のディス
プレイに表示されるために本体に結果を送出する以外は
図８と同様である。

【００８５】このような構成になる電池パックを機器に
装着し、１時間使用した後、商用電源に接続して充電を
開始し、充電開始後に表示されたディスプレイを見たと
ころ、上記電池パックの比容量推定結果は７３％と表示
された。充電完了のサインがディスプレイ上に現れたの
を確認して、この機器をＯＦＦにし、上記電池パックを
脱着し、適当な接続コードを用いて、電池充放電自動試
験装置に接続し、放電電流１３５０ｍＡ（１．０Ｃｍ
Ａ）、放電終止電圧８．２５Ｖで放電させ容量を測定し
た。その結果、放電容量は１０９３．５ｍＡｈ、比容量
にして８１．０％であった。

【００８６】従って、本発明になる電池パックに搭載し
た比容量推定機能による比容量推定結果は誤差−８．０
％と優れた推定精度を示すことが明らかになった。

【００８７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の実施によっ
て、Ｌｉイオン電池の容量を推定する簡便な方法、Ｌｉ
イオン電池の劣化を判定する簡便な装置、ならびに、電
池の容量を推定する機能を備えたＬｉイオン電池パック
を提供することが可能になり、Ｌｉイオン電池の管理に
おいてきわめて大きな貢献を果たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｌｉイオン電池の一般的な充電方法である定電
流定電圧（ＣＣ-ＣＶ）方式充電における充電電圧（電
池電圧）と充電電流値の時間的変化の概念を説明した図
である。

【図２】本発明におけるＬｉイオン電池の容量推定方法
を具体的に適用するＬｉイオン電池搭載装置の一般的な
電源部周辺の一構成概念を示した図である。

【図３】本発明における容量推定機能を具備したＬｉイ
オン電池パックの一般的な回路構成例を示した図であ
る。

【図４】本発明の実施例１における充放電サイクル試験
の結果を示した経過時間ｔと比容量の関係を示した図で
ある。

【図５】本発明の実施例１における比較例として充電電
流値を０．１ＣｍＡにして充放電サイクルで求めたＣＣ
モード充電の所要時間ｔと比容量との関係を示した図で
ある。

【図６】本発明の実施例３において実施したＣＣモード
充電の所要時間ｔと比容量との関係を示した図であり、
求めた関係式を示した図である。

【図７】本発明の実施例４において作製した充電器の構
成を示した図である。

【図８】本発明の実施例４において実施した劣化判定手
順を示したフロー図である。

【符号の説明】

１…電源部、２ａ、２ｂ、２ｃ…Ｌｉイオン電池、３…
電池制御部、４…充電器、５…論理部、６…インターフ
ェイス、７…ＣＰＵ、８…メモリ、９…キーボードコン
トローラ、１０…配線、１１…電池パック本体、１２-
１、１２-２、１２-３…Ｌｉイオン電池、１３…保護用
ＩＣ、１４-Ａ、１４-Ｂ、１４-Ｃ、１４-１、１４-
２、１４-３…ＦＥＴ、１５…ＰＴＣ素子、１６…電流
ヒューズ、１７…プラス端子、１８…マイナス端子、１
９…情報出力、コントロールのための端子、２０…充電
器、２１…商用電源、２２、２３…商用電源と充電器と
を接続する端子、２４…Ｌｉイオン電池パック、２５、
２６…充電器と電池パックとを接続する端子、２７…Ａ
Ｃ/ＤＣコンバータ、２８…サーミスタ、２９…電源マ
イコン、３０…充電制御用マイコン、３１…スイツチ、
３２…表示部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G016 CB31 CB32 CC01 CC04 CC07 CC10 CC16 CC23 CC25 CC27 CC28 CE05 CE07 CE31 5G003 AA01 BA01 CA03 CC02 EA05 EA09 GA01 GC05 5H030 AS11 FF41 FF52 FF61

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムイオン電池の容量推定方法であっ
て、リチウムイオン電池を定電流定電圧方式によって充電す
る際に、該リチウムイオン電池の公称容量をＣ_０とした
ときの充電電流をＣ_０/(２０時間）以下とし、定電流充
電中の充電電圧があらかじめ設定された電圧Ｖｓに達し
てから充電上限電圧Ｖｃに達するまでの時間ｔを求め、
該電池の推定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０（ここに、Ｃ_ｅはこの電
池の推定容量である）を関係式、Ｃ_ｅ/Ｃ_０＝Ａｔ＋Ｂ（１）（ここに、ＡおよびＢは該電池、電圧Ｖｓ、電圧Ｖｃお
よび該定電流充電中の充電電流によって定まる正値定数
である）によって算出することを特徴とするリチウムイ
オン電池の容量推定方法。
【請求項２】請求項１に記載のリチウムイオン電池の容
量推定方法であって、容量推定の対象となるリチウムイオン電池と同一種類の
リチウムイオン電池を用い、１回の全充電時間が３日以上１０日以下であり、該リチ
ウムイオン電池の公称容量をＣ_０としたときの充電電流
がＣ_０/(２０時間）以下である定電流定電圧方式による
充電期間と、放電電流がＣ_０/(５時間）以上Ｃ_０/(０．
５時間）以下であり放電終止電圧がＶｄである放電期間
と、必要に応じて該充電期間と該放電期間との間に設け
られる休止期間とを有する充放電サイクルを３回以上繰
り返して、各サイクルにおいて、定電流充電中の充電電圧があらか
じめ設定された電圧Ｖｓに達してから充電上限電圧Ｖｃ
に達するまでの時間ｔ_ｎ（ここに、ｎは各サイクルに付
した番号である）と、各サイクルごとに放電電流を時間
に関して積分して得られる放電容量Ｃ_ｎとを記録し、記
録された該時間ｔ_ｎと該放電容量Ｃ_ｎとから、上記関係
式（１）におけるＡおよびＢの値を確定することを特徴
とするリチウムイオン電池の容量推定方法。
【請求項３】リチウムイオン電池の劣化判定装置であっ
て、リチウムイオン電池を定電流定電圧方式によって充電す
る際の上記時間ｔを求める手段と、該時間ｔを用い上記
関係式（１）によって該リチウムイオン電池の推定比容
量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算出する演算回路と、該推定比容量Ｃ_ｅ/
Ｃ_０の値に基づいて該リチウムイオン電池の劣化状態を
判定する判定演算回路と、該判定演算回路による判定結
果を表示する手段あるいは該判定結果に基づき、必要に
応じて、該リチウムイオン電池の劣化を警告する警告音
を発する手段とを備えていることを特徴とするリチウム
イオン電池の劣化判定装置。
【請求項４】ＩＣを内蔵した充放電制御手段を備えたリ
チウムイオン電池パックにおいて、該ＩＣあるいは該Ｉ
Ｃに付設して増設されたＩＣが、該リチウムイオン電池
パック中のリチウムイオン電池の上記推定比容量Ｃ_ｅ/
Ｃ_０の算出に用いる数値を記憶するメモリと、該数値が
該メモリに記憶された場合に該リチウムイオン電池を定
電流定電圧方式によって充電する際の上記時間ｔと該数
値とから上記関係式（１）によって該推定比容量Ｃ_ｅ/
Ｃ_０を算出する演算回路と、該演算回路が算出した該推
定比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０算出結果を出力する手段とを有して
いることを特徴とするリチウムイオン電池パック。