专利名称：电池状态检测装置以及内置有该装置的电池包的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池状态检测装置以及内置有该电池状态检测装置的电池包，特 别地，涉及一种对用于向电子机器供电的二次电池的状态进行检测的电池状态检测装置以 及内置有该电池状态检测装置的电池包。
背景技术：
由于二次电池的劣化的进展，被该二次电池供电的电子机器的可工作时间会逐渐 缩短，并且发生内部短路等故障的概率也会变高。二次电池的主要劣化原因一般被认为是 二次电池的内部电阻值的增加。因此，实际上，通常根据二次电池的电压或电流的检测值计 算其内部电阻值，来对二次电池的劣化状态进行判断。另外，下述专利文献1中公开一种LED，其中，根据所计算的作为劣化判定结果的 推定容量比c/cjc是锂离子电池的推定容量；Ctl是锂离子电池的公称容量)的值，进行促 使电池交换的显示(红色表示交换；黄色表示马上就要交换；绿色表示不需交换)。专利文献1 (日本)特开20011899 号公报

发明内容
本发明想要解决的课题如下但是，在进行将上述专利文献1记载的推定容量比转换为内部电阻值，然后，根据 该内部电阻值的大小向用户提供电池交换必要性的信息时，存在如下问题。即因为在由于 反复进行充放电而导致劣化的情况、以及、在由于高温状态下进行保存而导致劣化的情况 下的内部电阻值的变化特性不同，所以，仅根据二次电池的劣化原因，并不能正确地向用户 提供电池交换必要性的信息。因此，鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池状态检 测装置以及内置有该电池状态检测装置的电池包，可以与二次电池的劣化原因无关地、正 确地向用户提供电池交换必要性的信息。用于解决上述课题的手段如下为了实现上述目的，本发明的一个实施方式提供一种电池状态检测装置，其对用 于向电子机器供电的二次电池的状态进行检测，所述电池状态检测装置的特征在于，具有 容量劣化率计算部，其用于计算所述二次电池的容量劣化率；内部电阻值计算部，其用于计 算所述二次电池的内部电阻值；判断部，其用于根据由所述容量劣化率计算部所计算的所 述容量劣化率以及由所述内部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值，对所述二次电池的 交换必要性进行判断；以及，输出部，其用于输出基于所述判断部的判断结果的信号。其中， 在所述判断部中，在所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣化率以及所述内部电阻值 计算部所计算的所述内部电阻值这两者中的一者或两者到达需要交换所述二次电池的值 的情况下，判断为需要交换所述二次电池。另外，本发明的一个实施方式还提供一种电池状态检测装置，其对用于向电子机器供电的二次电池的状态进行检测，所述电池状态检测装置的特征在于，具有容量劣化率 计算部，其用于计算所述二次电池的容量劣化率；内部电阻值计算部，其用于计算所述二次 电池的内部电阻值；判断部，其用于根据由所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣化 率以及由所述内部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值，对所述二次电池的交换必要性 进行判断；以及，输出部，其用于输出基于所述判断部的判断结果的信号。其中，在所述判断 部中，计算劣化状态量，该劣化状态量表示将所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣 化率以及所述内部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值作为用于确定所述二次电池的 劣化状态的要素的所述二次电池的劣化状态，在所计算的劣化状态量到达需要交换所述二 次电池的值的情况下，判断为需要交换所述二次电池。另外，本发明的一个实施方式提供一种电池包，其内置有所述电池状态检测装置 以及所述二次电池。本发明的效果如下根据本发明的实施方式，可以提供一种电池状态检测装置以及内置有该电池状态 检测装置的电池包，可以与二次电池的劣化原因无关地、正确地向用户提供电池交换必要 性的信息。


图1是作为本发明的电池包的实施方式的智能电池包100A的整体结构图。图2是表示25 °C时的“开放电压-充电率”特性的图。图3是电池包100A的管理系统的内部电阻值的计算流程图。图4表示充电检测的顺序。图5表示对基于锂离子电池的不同的劣化原因以及劣化状态的内部电阻值与残 量之间的关系进行测定所得到的结果(充电阻抗特性(充电开始后，25°C))。图6表示显示部310的显示例。主要符号说明50:计算处理部；60 存储器；70 通信处理部；100A 电池包；200 二次电池；300 便携式机器；310 显示部。
具体实施例方式下面参照

用于实施本发明的最佳实施方式。图1是作为本发明的电池包的实施方式的智能电池包100A的整体结构图。电池 包100A内置有作为管理电池状态的管理系统的电池状态检测装置，该电池状态检测装置 包括温度检测部10、电压检测部20、电流检测部30、AD转换器(以下称“々0(”)40、计算处 理部50、存储器60、通信处理部70、定时部80、以及、起动电流检测部31。
温度检测部10用于检测锂离子电池、镍氢电池、双电层电容器(electric doublelayer capacitor :EDLC)等二次电池200的周围温度。电压检测部20用于检测二 次电池200的电压。电流检测部30用于检测二次电池200的电流。ADC40用于将各检测部 所输出的表示检测结果的模拟电压值转换为数字(digital)值。计算处理部50用于进行二次电池200的电流累积、容量补正、可放电的容量等的 计算处理。计算处理部50例如可为具有CPU 5UR0M 52以及RAM 53等的计算机。存储器 60用于保存在计算处理器50进行的计算处理中所使用的、用于确定二次电池200和电池 包100A的各够构成部的特性的特性数据以及电池包100A的固有信息。存储器60例如可 为EEPROM或闪存等保存装置。通信处理部70用于将与二次电池200相关的电池状态等电池信息传送至将二次 电池200作为电源的便携式机器300。通信处理部70例如可为通信用IC(集成电路)。定 时部80用于对时间进行管理。起动电流检测部31用于根据电流检测部30的检测结果检 测出便携式机器300的起动电流。电池状态检测装置的上述这些构成要素的全部或一部分可由集成电路构成。另 外，便携式机器300具有显示器等显示部310，作为向用户提供信息的信息提供部来使用。电池包100A是将二次电池200与对其电池状态进行管理的管理系统进行了组合 的模块部件。电池包100A经由电极端子(正极端子1和负极端子幻和通信端子3与便携 式机器300相连。正极端子1经由通电路径与二次电极200的正极电连接。负极端子2经 由通电路径与二次电极200的负极电连接。通信端子3与通信处理部70相连。通信处理部 70是用于将基于计算处理部50的处理结果的传送信息输出至便携式机器300的输出部。便携式机器300是用户可携带的电子机器，具体来说，可以列举出移动电话、PDA 和便携式电脑等信息终端装置、照相机、游戏机、音乐以及映像等的播放器等。电池包100A 可被内置在便携式机器300内部，也可被设置在便携式机器300的外部。便携式机器300 根据从通信处理部70获得的电池状态等电池信息，进行基于该电池信息的预定的动作。便 携式机器300例如将电池状态信息显示在显示器等显示部310上(例如，二次电池200的 残量信息、劣化信息、交换时期信息等的显示)，并根据电池状态信息对自身的动作模式进 行变更(例如，从通常电力消耗模式转换至低电力消耗模式)。二次电池200可为便携式机器300的电源，也可为ADC 40、计算处理部50、通信处 理部70、以及、定时部80的电源。另外，对于温度检测部10、电压检测部20、电流检测部30、 以及、起动电流检测部31来说，根据这些电路的结构，也可能需要由二次电池200来提供电 源。对于存储器60来说，即使其来自二次电池200的供电被切断，其也能保持所保存的内 容。温度检测部10、电压检测部20、电流检测部30、ADC 40、以及、计算处理部50起到对二 次电池200的电池状态进行检测的状态检测部的功能。温度检测部10用于检测二次电池200的周围温度，然后将所检测出的周围温度转 换成可输入ADC 40的电压并将其输出至ADC 40。由ADC 40所转换的、表示二次电池200的 周围温度的电池温度的数字值被传送至计算处理部50，作为用于计算处理的参数被使用。 另外，电池温度的数字值被换算至由计算处理部50所预先确定的单位，并作为用于表示二 次电池200的电池状态的电池状态信息，经由通信处理部70被输出至便携式机器300。这 里，需要说明的是，因为二次电池200被内置在电池包100A内部，所以，温度检测部10也可以将检测的二次电池200自身的温度或周围温度作为电池包100A及其构成部件的温度。电压检测部20用于检测二次电池200的电压，然后将所检测的电压转换成可输入 ADC 40的电压并将其输入至ADC 40。由ADC 40所转换的、用于表示二次电池200的电压的 电池电压的数字值被传送至计算处理部50，作为用于计算处理的参数被使用。另外，电池电 压的数字值被转换算至由计算处理部50所预先确定的单位，并作为用于表示二次电池200 的电池状态的电池状态信息，经由通信处理部70被输出至便携式机器300。电流检测部30用于检测二次电池200的充放电电流，然后将所检测出的电流转换 成可输入ADC 40的电压并将其输出至ADC 40。电流检测部30具有与二次电池200串联的 电流检测电阻30a、以及、对电流检测电阻30a两端所发生的电压进行放大的运算放大器。 电流检测部30通过电流检测电阻30a以及运算放大器将充放电电流转换为电压。运算放 大器可包含在ADC 40内。由ADC 40所转换的、用于表示二次电池200的充放电电流的数 字值被传送至计算处理部50，作为用于计算处理的参数被使用。另外，电池电流的数字值被 换算为由计算处理部50所预先确定的单位，并作为用于表示二次电池200的电池状态的电 池状态信息，经由通信处理部70被输出至便携式机器300。计算处理部50用于计算二次电池200的残量。关于残量的计算方法，可以使用适 当的任意的方法，下面对其计算方法进行例示。计算处理部50对在二次电池200的充电状态或放电状态(例如，便携式机器300 的操作消耗了预定值以上的电流的状态)下由电流检测部20所检测出的电流值进行累积。 这样，不仅可以计算出二次电池200的充放电电量，而且还可以计算出二次电池200的蓄积 电量(简称残量或残容量)。计算残量时，例如，(日本)特开2004-2^393号公报中公开 了一种方法，即在二次电池的充放电过程中温度或电流等条件发生了变化的情况下，充放 电效率不发生变化，但是，根据各充放电条件，存在暂时不能充电或放电的电量，其量发生 变化。根据这样的思考方法，可以不进行针对充放电效率的补正处理。但是，如果电池包100A的构成部中存在有依赖于温度的温度依赖电路，则在计算 处理部50中，也可以进行由温度检测部10检测出温度，并根据“充放电电流-温度”特性， 补正由ADC 40所转换的二次电池200的充放电电流值的处理。“充放电电流-温度”特性 由补正表或补正函数来表示。补正表内的数据或补正函数的系数作为特性数据被保存在存 储器60中。计算处理部50按照基于从存储器60中所读出的特性数据的补正表或补正函 数，根据由温度检测部10检测出的温度，对充放电电流值进行补正。另外，二次电池200的充放电变为休止状态(例如，便携式机器300的动作处于停 止或待机状态)时，与充电状态和放电状态相比，充电电流值会变小。这样，如果由于分辨 率等原因导致了电流检测部30和ADC 40的检测中包含大量误差的状态或不能进行检测的 状态持续了一定期间，则因为计算残量时对上述电流累积处理的误差也进行了累积，所以 导致残量的计算不正确。为了防止出现这种情况，计算处理部50可以停止电流值的累积处 理，或者，可以将预先测定的便携式机器300的消耗电流值保存在存储器60中，对该值进行 累积。另外，为了提高残容量或充电率等的计算精度，计算处理部50在便携式机器300 的休止状态持续了预定时间时，定期地对二次电池200的电压(开放电压)进行测定，并根 据“开放电压-充电率”特性(参照图2)，对充电率进行计算和补正。开放电压是指在将稳定的二次电池200的两极间开放或者高阻抗的状态下所测定的两极间的电压。充电率是指 在将此时的二次电池200的充满电时的容量(以下称“满充电量”)设为100时的以％来表 示的该二次电池200的残量的比例。“开放电压-充电率”特性由补正表或补正函数来表 示。补正表内的数据或补正函数作为特性数据被存储在存储器60中。计算处理部50按照 基于从存储器60中所读出的特性数据的补正表或补正函数，根据由电压检测部20检测出 的开放电压，对充电率进行计算和补正。另外，在二次电池200的开放电压中存在温度特性时，计算处理部50则对开放电 压进行预定的温度补正。例如，计算处理部50可以进行由温度检测部10检测出周围温度， 并根据“开放电压-温度”特性，补正由ADC 40所转换的二次电池200的开放电压的处理。 “开放电压-温度”特性由补正表或补正函数来表示。补正表内的数据或补正函数的系数作 为特性数据被存储在存储器60中。计算处理部50按照基于从存储器60中所读出的特性 数据的补正表或补正函数，根据由温度检测部10检测出的温度，对开放电压进行补正。如上所述，计算处理部50可以计算出二次电池200的充电率，但是，对于二次电池 200的残量来说，因为其是基于满充电量和充电率的关系来确定的，所以，在没有测定或推 定了二次电池200的满充电量的情况下，不能计算出二次电量200的残量。作为计算二次电池200的满充电量的方法，例如有基于二次电池200的放电量的 计算方法和基于充电量的计算方法。例如，在基于充电量来进行计算的情况下，因为除了脉 冲充电之外都是以定电压或定电流的方式来进行充电，所以，与容易对便携式机器300的 消耗电流特性产生影响的基于放电量的计算方法相比，可以检测出正确的充电电流。然而， 实际上具体选用哪一种方法才合适，则需要在充分地考虑了便携式机器300的特性的基础 上，适当地选择其两者或其中的一者。能够测定正确的满充电量的条件是在残量从零的状态开始至满充电的状态为止 的期间内持续进行充电的情况，在该充电期间内所累积的电流值即为满充电量。但是，从一 般的使用情况来看，很少进行这样的充电，也就是说，通常都是从具有一定的残量的状态开 始进行充电。因此，考虑到这样的情况，计算处理部50根据即将开始充电时的电池电压以及从 充电结束时开始经过了预定时间时的电池电压对而二次电池200的满充电量进行计算。 即计算处理部50根据即将开始充电时的电池电压以及“开放电压-充电率”特性(参照 图2)计算出即将开始充电时的充电率，同时根据从充电结束时开始经过了预定时间时的 电池电压以及“开放电压-充电率”特性(参照图2)计算出从充电结束时开始经过了预定 时间时的充电率。然后，计算处理部50根据如下公式(1)可以计算出二次电池200的满充 电量。FCC = Q/ {(S0C2-S0C1)/100}…(1)这里，FCC[mAh]表示满充电量，SOCl [ % ]表示即将开始充电时的充电率， S0C2[% ]表示从充电结束时开始经过了预定时间时的充电率，Q[mAh]表示在从即将开始 充电时开始至充电结束时为止的期间内所充电的电量。这里，需要说明的是，如果SOCl和 S0C2被进行了温度补正，则可以计算出更正确的值。另外，通过使用从充电结束时开始经过 了预定时间时的电池电压，可以将比充电结束时更稳定的电池电压反映到计算中，这样，就 可以提高计算结果的精度。
因此，根据如上所计算出的充电率以及满充电量，就可以计算出二次电池200的 残量(残量=满充电量χ充电率)。另外，因为可以计算出满充电量FCC，所以，就可以对二次电池200的容量劣化率 SOH[% ]进行推定。计算处理部50根据如下公式(2)可以计算出任意时点的二次电池200 的容量劣化率S0H。SOH = RFCC/AFCCX 100— (2)这里，AFCC表示初期的满充电量，RFCC表示任意时点的满充电量。本实施例中的 容量劣化率SOH换句话说是一个新的评估标准，由公式( 可知，其值越小表示二次电池的 劣化程度越大。根据实际情况，也可以对公式⑵的定义进行改写，以使容量劣化率SOH的 值越大表示二次电池的劣化程度越大。再有，在本实施例中，计算处理部50还计算二次电池200的内部电阻值。关于内 部电阻值的计算方法，可以使用适当的任意的方法，下面对其计算方法进行例示。计算处理部50在包含二次电池200的充电开始时点的单位时间内，通过检测和计 算出该单位时间内的充放电电流的电流差以及与该单位时间相同期间内的电池电压的电 压差，对二次电池200的内部电阻值进行计算。也就是说，如果将即将开始充电时的电池电压设为V0、将该即将开始充电时的充 电电流设为10、将从该充电开始时开始经过了规定时间时的电池电压设为VI、将从该充电 开始时开始经过了该规定时间时的电池电压设为II，则可认为即将开始充电时的内部电阻 值与从充电开始时开始经过了规定时间时的内部电阻值是相等的，这样，二次电池200的 内部电阻值Rc就可以由如下的内部电阻计算公式(3)来进行计算。Rc = (Vl-VO)/(11-10)— (3)这里，需要说明的是，关于此点，在将开始充电时的前后的各时点所检测出的电流 和电压代入公式(3)来计算内部电阻值时，根据为确认是否得到了稳定的内部电阻值计算 结果所进行的确认试验可知，在与新品(即新货)相比发生了劣化的状态下，即使充电电 流不同，根据充电开始时的前后期间的电压值以及电流值可以计算出稳定的内部电阻值。因此，在检测出二次电池200的充放电电流值为零或二次电池200内仅有微小的 充放电电流流动的休止状态持续一定时间后，又检测出比休止状态的电流值还大的预定值 以上的充电电流流动的充电状态的情况下，可以根据从检测出该预定值以上的充电电流值 的时点开始经过了一定时间时的充电状态下的二次电池200的电压值和电流值、以及、检 测出该预定值以上的充电电流值的时点前的休止状态下的二次电池200的电压值和电流 值，按照上述公式C3)来计算二次电池200的内部电阻值。计算处理部50通过检测出所计 算的内部电阻值小于其初期值(预先保存在存储器60等内)，可以判定二次电池200的微 小短路。该判定信息经由通信处理部70被传送至便携式机器300。图3是电池包100A内的管理系统的内部电阻值的计算流程图。在管理系统中，计 算处理部50作为主体进行动作。计算处理部50在管理系统初始化后进行基于温度检测 部10的温度检测、基于电压检测部20的电压检测、基于电流检测部30的电流检测(步骤 10)。计算处理部50按照预定的检测周期检测这些检测部的检测值，并将相同时点的电压 值、电流值以及温度值的数据保存至RAM 53等存储器中。该检测周期可以通过考虑二次电 池200的充电时的电池电压的上升特性等进行确定，这样，能够正确地检测出二次电池200充电时的电池电压的上升前后之间的电压差和电流差。在计算处理部50中，当电流检测部30在一定期间内持续检测出充放电电流值为 零或仅有微小充放电电流流动的休止状态后，判断电流检测部30所检测出的电流是否为 用于判定二次电池200的充电开始的预定的正的第1电流阈值以上的值(步骤12)。在计 算处理部50中，如果在步骤10的检测时点由电流检测部30所检测出的电流不为第1电流 阈值以上的值，则将所检测出的电压、电流、温度作为即将开始充电时的检测值，并将其确 定为V0、I0、Temp (步骤14)。确定后，返回步骤10。在步骤12中，由电流检测部30所检测 出的电流在到达第1电流阈值以上之前，V0,10、Temp被更新。这里，需要说明的是，在步骤10中，如果电流检测部30所检测出的电流尽管不为 第1电流阈值(绝对值)以上的值，但是为零以上或预定值以上的放电电流值(绝对值)， 则作为不适于计算正确内部电阻值的检测值，并将该检测值从用于计算内部电阻值的电流 中排除。另外，在计算处理部50中，如果在步骤12中于步骤10的检测时点由电路检测部 30所检测出的电流为第1电流阈值以上的值，则认为对二次电池200的充电开始了，再次进 行基于温度检测部10的温度检测、基于电压检测部20的电压检测、基于电流检测部30的 电流检测(步骤16)。在计算处理部50中，对在步骤16中由电流检测部30所检测出的电 流是否为比第1电流阈值还大的预定的第2电流阈值以上的值进行判断(步骤18)。第2 电流阈值为用于判断对二次电池200进行充电的电流是否处于上升后的稳定充电状态(充 电电流的变动量小于充电电流的上升状态时的充电状态)的判断阈值。在计算处理部50中，如果在步骤16中由电流检测部30所检测出的电流不为第2 电流阈值以上的值，则充电开始后的充电电流仍为不稳定状态，不适于计算内部电阻值，结 束本流程。另外，在计算处理部50中，如果在步骤16中由电流检测部30所检测出的电流 为第2电流阈值以上的值，则认为充电电流已为稳定状态，并将所检测出的电压以及电流 作为从充电开始经过了规定时间时的检测值，确定VI、Il (步骤20)。另外，在步骤22中， 如果从检测出第1电流阈值以上的电流值时开始没有经过规定的时间，则认为充电电流仍 处于上升途中，返回步骤16。另外，如果从检测出第1电流阈值以上的电流值开始经过了规 定的时间，则进入步骤对。在步骤M中，计算处理部50根据公式C3)计算出二次电池200 的内部电阻值Re。因此，如图4所示，通过在每次对二次电池200进行充电时都对内部电阻值Rc进 行计算，并通过设定用于对充电是否开始进行判定的第1电流阈值以及比第1电流阈值还 大的第2电流阈值，可以正确地把握对二次电池200进行充电的充电开始时点，并将稳定充 电状态下的检测值应用于内部电阻值的计算。另外，在便携式机器30进行间歇地消耗电流的动作的情况下(例如，通常电力消 耗模式和低消耗电力模式之间的切换被间歇地进行的情况，或者，平常状态的消耗电流为 ImA但消耗电流定期地变为IOmA的情况)，如果在充电开始前电流IO或充电开始后电流Il 的检测时点，充电的上升时点重合，则内部电阻值的计算误差会变大。但是，如上所述，通过 考虑便携式机器300的动作状态，并设定两个电流阈值来计算内部电阻值，可以抑制内部 电阻值的计算误差。另外，为了抑制内部电阻值的计算误差，通过考虑便携式机器300的动 作状态，也可以采用例如将多次检测的检测值的平均值、多次检测的检测值中的大多数一致的平均值、连续η次一致的检测值等作为内部电阻值计算公式的代入值的方式。另外，在二次电池200或电池包100Α的构成部中存在温度特性时，内部电阻值Rc 也具有温度特性。例如，二次电池200的开放电压随其周围温度的升高而呈减小的趋势。另 夕卜，因为温度检测部10、电压检测部20、电流检测部30、ADC40等具有电阻、晶体管、放大器 等模拟元件，所以可成为温度依赖电路。在进行基本的集成电路的设计阶段，一般是在考虑 了晶圆内元件的温度依赖性的基础上进行设计的，但是，因为存在着制造过程的偏差、晶圆 面内的特性偏差等因素，因此，尽管很小，所制造出的IC (集成电路)还是会存在温度特性。因此，在使用电阻计算时的温度信息，不管在怎样的温度下进行测定的情况下，都 进行补正计算，以使所计算出的内部电阻值相等。在计算处理部50中，通过根据周围温度 对由步骤24所算出的电阻值Rc进行补正，计算出第1补正电阻值Rcomp (图3所示的步骤 26)。内部电阻值的基于温度的补正方法可以使用适当的任意的方法。“内部电阻值-温 度”特性由补正表或补正函数表示。补正表内的数据或补正函数的系数作为特性数据被保 存在存储器60中。在计算处理部50中，按照基于从存储器60中所读出的特性数据的补正 表或补正函数，根据温度检测部10进行检测时的温度可以计算出对内部电阻值Rc进行了 补正的第1补正电阻值Rcomp。 另外，因为所计算出的内部电阻值也随着二次电池200的残量而变化，所以需要 进行补正计算，以保证即使测定时的残量不同也可以计算出大致一定的内部电阻值。在计 算处理部50中，通过根据残量对由步骤26所计算出的电阻值Rcomp进行补正，计算出第2 补正电阻值Rcomp2 (步骤28)。内部电阻值的基于残量的补正方法可以使用适当的任意的方法。“内部电阻值-残 量”特性由补正表或补正函数表示。补正表内的数据或补正函数的系数作为特性数据被保 存在存储器60中。在计算处理部50中，按照基于从存储器60所读出的特性数据的补正表 或补正函数，根据即将开始充电时的残量Q0，可以计算出对第1补正电阻值Rcomp进行了补 正的第2补正电阻值Rcomp2。这样，就可以正确地计算出内部电阻值。另外，锂离子电池等二次电池因反复进行充放电或高温下进行保存等，其内部电 阻值会增加，电池容量(满充电量)会降低。如果继续使用变为这种状态的电池，则便携式 机器的可工作时间会变短，需要进行频繁的充电。另外，对电池本身来说，如果长时间连续 地使用，则内部短路等故障的发生概率也会增高。因此，在本实施例中，如下所述，为了将适 当的电池交换时期通知给便携式机器的使用者，通过对满充电量的下降率和内部电阻值设 定阈值，可以提高使用者的便利性和电池的安全性。从使用者的角度来看，电池的劣化是一种表现为使用时间减少的现象，但是，在电 池的内部，却表现为电解液和电极的劣化，分别具有不同的特性。反复进行充放电时所导致 的劣化表现为电解液的特性变化，此时，内部电阻值仅增加一点点。另外，高温保存时所导 致的劣化表现为电极的劣化，此时，可以观测到内部电阻值的增加。关于此点，参照图5进 行说明。图5表示对基于锂离子电池的不同的劣化原因以及劣化状态的内部电阻值与残 量之间的关系进行测定所得到的结果。内部电阻值和残量由上述方法所测定。“80%Chg” 表示对根据高温保存所导致的劣化(以下称保存劣化)将容量劣化率调整至80%的电池进行测定的结果。“70% Chg”表示对根据保存劣化将容量劣化率调整至70%的电池进行 测定的结果。“60% Chg”表示对根据保存劣化将容量劣化率调整至60%的电池进行测定 的结果。“100% Chg”表示对容量劣化率为100%的电池(即新品)进行测定的结果。另 外，“1400次Chg”表示对进行了 1400次充放电的电池进行测定的结果。通过对基于保存劣化的电池进行观察可知，容量劣化率为60% (实际上为 63. 9% )的电池的内部电阻值约为600πιΩ左右。该容量劣化率63. 9%是作为试验对象的 试验品的电池规格的下限电压为2. 75V时的值。因为下限电压越高可使用的容量越低，所 以如果将实际的便携式机器对二次电池所要求的下限电压设定为3. 4V，则容量劣化率相当 于53.4%。因此，如果将容量劣化率50%设定为需要交换二次电池的时点，则在将内部电 阻值作为用于判断需要交换二次电池的时点的指标的情况下，600πιΩ相当于需要交换二次 电池的时点。也就是说，通过将内部电阻值的阈值设定为600πιΩ，可以将其作为针对保存劣 化的二次电池的交换时点的基准。另外，在(使用)次数所导致的劣化(以下称次数劣化)时，变为与保存劣化时 大致相等的容量劣化率时的内部电阻约为240πιΩ。从图5的试验结果也可以知道，与新品 相比，内部电阻值基本上没有增加。因此，对于次数劣化来说，因为仅根据内部电阻值难以 进行劣化判定，所以可以进行基于容量劣化率的劣化判定。例如，通过将容量劣化率设为 50%，可以将其作为基于次数劣化的容量劣化的阈值。用于规定需要交换二次电池的容量劣化率的数值的交换时点判定阈值、以及、用 于规定需要交换二次电池的内部电阻值的数值的交换时点判定阈值，可以通过考虑便携式 机器的工作时间和电池的安全性来进行设定。例如，在进行根据容量劣化率对电池交换必要性进行判断的情况下，容量劣化率 表示其值越小劣化越严重，所以，在计算处理部50中，如果计算出的容量劣化率大于交换 时点判定阈值，则判断为不需要交换，如果计算出的容量劣化率在交换时点判定阈值以下， 则判断为需要交换。另外，通过考虑可使用交换时点阈值的最终状态，并将可取得容量劣化率的范围 划分为多个区间，可以阶段性地对二次电池的交换必要性进行判断。例如，在将容量劣化 率50%作为交换时点判定阈值的情况下，在计算处理部50中，如果计算出的容量劣化率为 100 70%，则判断为“正常(不需要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的容量劣 化率为70 50%，则判断为“注意(马上就要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的 容量劣化率为40 0%，则判断为“危险(需要赶快交换)”。
另外，在根据内部电阻值进行二次电池交换必要性的判断的情况下，内部电阻值 表示其值越大劣化越严重，所以，在计算处理部50中，如果计算出的内部电阻值小于交换 时点判定阈值，则判断为不需要交换。另外，在计算处理部50中，如果计算出的内部电阻值 为交换时点判定阈值以上的值，则判断为需要交换。另外，同样地，通过考虑可使用交换时点判定阈值的最终状态，并将可取得的内部 电阻值的范围划分为多个区间，可以阶段性地对二次电池的交换必要性进行判断。例如，在 将内部电阻值600πιΩ作为交换时点判定阈值的情况下，在计算处理部50中，如果计算出的 内部电阻值为100 300πιΩ，则判断为“正常(不需要交换)”。在计算处理器50中，如果 计算出的内部电阻值为300 450πιΩ，则判断为“注意(马上就要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的内部电阻值为450 600πιΩ，则判断为“需要交换”。在计算处理部50 中，如果计算出的内部电阻值为600 ΙΟΟΟπιΩ，则判断为“危险(需要赶快交换)”。但是，在实际的使用环境中，因为产生劣化的原因有多种，所以需要考虑计算出的 容量劣化率和计算出的内部电阻值中的哪个先达到交换时点判定阈值的情况。因此，可以 进行如下的处理，即通过检测容量劣化率和内部电阻值，在其中的一个先到达交换时点阈 值的阶段，将其判断为电池的交换时点。也就是说，在计算处理部50中，在计算出的容量劣化率和内部电阻值的其中一个 到达交换时点判定阈值的情况下，判断为需要交换二次电池。这样，即使在次数劣化时内部 电阻值的计算值基本不变进而导致达不到内部电阻值的交换时点判定阈值的情况下，因为 容量劣化率的计算值可到达容量劣化率的交换时点判定阈值，所以，也可以准确地判定需 要交换二次电池的时点。另外，在计算处理部50中，在计算出的容量劣化率和内部电阻值 这两者都到达交换时点判定阈值的情况下，也可以判断为需要交换二次电池。这样，在本发 明中，因为使用容量劣化率和内部电阻值这两个要素对二次电池的交换时点进行判断，因 此，与仅使用其中的一个要素进行判断相比，可以防止误判断。另外，在根据容量劣化率进行二次电池交换必要性的判断的情况下、以及、在根据 内部电阻值进行二次电池交换必要性的判断的情况下，因为劣化原因所导致的容量劣化率 和内部电阻值的变化方式不同，所以，存在两者的判断结果不一定相同的情况(例如，存在 一者判断为“注意”，另一者判断为“需要交换”的情况)。此时，可以通过考虑二次电池的 安全性，采用被判断为具有较高交换必要性的判断结果。

也就是说，在计算处理部50中，通过将根据容量劣化率的大小所判定的“基于容 量劣化率的交换必要度”与根据内部电阻值的大小所判定的“基于内部电阻值的交换必要 度”进行比较，然后根据交换必要度较高者的值对二次电池的交换必要性进行判断。“交换 必要度”表示其数值越大，交换的必要性越高。通过采用“交换必要度”，即使在不能对容 量劣化率和内部电阻值这样的数值进行单纯的比较的情况下，也可以准确地把握交换必要 性。具体来说，在计算处理部50中，如果计算出的容量劣化率为100 70%，则判定为 “交换必要度为1(不需要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的容量劣化率为70 50%，则判定为“交换度为2 (马上就要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的容量劣 化率为50 40%，则判定为“交换必要度为3 (需要交换)”。在计算处理部50中，如果计 算出的容量劣化率为40 0%，则判定为“交换度为4 (需要赶快交换)”。另外，在计算处 理部50中，如果计算出的内部电阻值为100 300πιΩ，则判断为“交换必要度为1(不需 要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的内部电阻值为300 450m Ω，则判断为“交 换必要度为2(马上就要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的内部电阻值为450 600m Ω，则判断为“交换必要度为3 (需要交换)”在计算处理部50中，如果计算出的内部电 阻值为600 ΙΟΟΟπιΩ，则判断为“交换必要度为4 (需要赶快交换)”。因此，例如，在基于 容量劣化率的交换必要度为“2”，基于内部电阻值的交换必要度为“3”的情况下，可以将二 次电池的交换必要度判定为“3”。通信处理部70用于输出信号，该信号用于使基于交换必要度较高者的值的信息 输出至作为向便携式机器300的使用者提供信息的信息提供部的显示部310。例如，如果交换必要度较高者的大小为“2”，则如图6所示，便携式机器300内的微型计算机等控制部对 显示进行控制，以使显示部310上显示出作为电池交换时期的“注意”。另外，在计算处理部50中，计算出劣化状态量，该劣化状态量用于表示计算出的 容量劣化率和内部电阻值被反映为确定二次电池的劣化状态的要素的二次电池的劣化状 态。在计算出的劣化状态量到达了交换时点判定阈值的情况下，也可以判断为需要交换二 次电池。例如，该劣化状态量可以由如下公式(4)来进行计算。劣化状态量=(1/容量劣化率)X权重Kl+内部电阻值X权重K2…(4)
这里，Kl和K2为零或正数。通过改变权重，可以改变容量劣化率和内部电阻值反 映劣化状态量的反映程度。在根据由公式(4)所得到的劣化状态量对二次电池的交换必要性进行判断的情 况下，该劣化状态量表示其值越大劣化越严重，所以，在计算处理部50中，如果计算出的劣 化状态量小于交换时点判定阈值，则可以判定为不需要交换。在计算处理部50中，如果计 算出的劣化状态量为交换时点判定阈值以上的值，则可以判定为需要交换。另外，同样地，通过考虑可使用交换时点判定阈值的最终状态，并将可取得的劣化 状态量的范围划分为多个区间，可以阶段性地判断二次电池的交换必要性。例如，在将劣化 状态量100作为交换时点判定阈值的情况下，在计算处理部50中，如果计算出的劣化状态 量为0 60，则判断为“正常(不需要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的劣化状 态量为60 80，则判断为“注意(马上就要交换)”。在计算处理部50中，如果计算出的劣 化状态量为80 100，则判断为“需要交换”。在计算处理部50中，如果计算出的劣化状态 量为100 1000，则判断为“危险(需要赶快交换)”。另外，在计算处理部50中，根据劣化 状态量的大小判断二次电池的交换必要性，劣化状态量越大，则二次电池的交换必要性越 尚ο通信处理部70用于输出信号，该信号使基于劣化状态量的信息输出至作为向便 携式机器300的使用者提供信息的信息提供部的显示部310。例如，如果劣化状态量大小为 “70”，则如图6所示，便携式机器300内的微型计算机等控制部对显示进行控制，以使显示 部310上显示出作为电池交换时期的“注意”。因此，由上述实施例可知，不管二次电池的劣化进展是源于高温保存劣化还是源 于使用次数劣化，都可以正确地向使用者提供二次电池交换必要性的信息。这样，就可以提 高使用者的便利性以及电池的安全性。以上对本发明的具体实施例进行了说明，但是，本发明并不局限于上述具体实施 例，只要不脱离权利要求书的范围，亦可采用其他变化形式代替，但那些变化形式仍属于本 发明所涉及的范围。例如，可将二次电池的充电时间的累积值和二次电池的保存时间的累积值中的任 意一个作为确定二次电池的劣化状态的要素反映在上述的劣化状态量中。这样，就可以更 正确地将二次电池交换必要性的信息提供给使用者。另外，作为具体的要素，可以列举出从 发货时开始的总充电时间、低于预定基准温度的低温状态的总充电时间、高于预定基准温 度的高温状态的总充电时间、从发货时开始的经过天数、高温下被保存的累积时间、以及、 低温下被保存的累积时间等。本国际申请主张2008年9月11日申请的日本国专利申请第2008-233727号的优先权，并在本文中引用了该专利申请的全部内容。工业实用性 本发明可以应用于对向电子机器供电的二次电池的状态进行检测的电池状态检 测装置以及内置有该电池状态检测装置的电池包。
权利要求
1.一种电池状态检测装置，其对向电子机器供电的二次电池的状态进行检测，其特征 在于，具有容量劣化率计算部，其用于计算所述二次电池的容量劣化率； 内部电阻值计算部，其用于计算所述二次电池的内部电阻值； 判断部，其用于根据由所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣化率以及由所述内 部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值，对所述二次电池的交换必要性进行判断；以及， 输出部，其用于输出基于所述判断部的判断结果的信号， 其中，在所述判断部中，在由所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣化率以及由所述内 部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值这两者中的一者或两者到达需要交换所述二次 电池的值的情况下，判断为需要交换所述二次电池。
2.根据权利要求1所述的电池状态检测装置，其特征在于在所述判断部中，将根据由所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣化率的大小所 判定的基于容量劣化率的交换必要度、与、根据由所述内部电阻值计算部所计算的所述内 部电阻值的大小所判定的基于内部电阻值的交换必要度进行比较，然后根据交换必要度较 高者的值对所述二次电池的交换必要性进行判断。
3.根据权利要求2所述的电池状态检测装置，其特征在于所述输出部输出信号，该信号使基于所述交换必要度较高者的值的信息输出至设置在 所述电子机器上的、用于向用户提供信息的信息提供部。
4.一种电池状态检测装置，其对向电子机器供电的二次电池的状态进行检测，其特征 在于，具有容量劣化率计算部，其用于计算所述二次电池的容量劣化率； 内部电阻值计算部，其用于计算所述二次电池的内部电阻值； 判断部，其用于根据由所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣化率以及由所述内 部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值，对所述二次电池的交换必要性进行判断；以及， 输出部，其用于输出基于所述判断部的判断结果的信号， 其中，在所述判断部中，计算劣化状态量，该劣化状态量表示将由所述容量劣化率计算部所 计算的所述容量劣化率以及由所述内部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值作为用于 确定所述二次电池的劣化状态的要素的所述二次电池的劣化状态，在所计算的所述劣化状 态量到达需要交换所述二次电池的值的情况下，判断为需要交换所述二次电池。
5.根据权利要求4所述的电池状态检测装置，其特征在于在所述判断部中，根据所述劣化状态量的大小对所述二次电池的交换必要性进行判断。
6.根据权利要求5所述的电池状态检测装置，其特征在于所述输出部输出信号，该信号使基于所述劣化状态量的大小的信息输出至设置在所述 电子机器上的、用于向用户提供信息的信息提供部。
7.一种电池包，其内置有权利要求1所述的电池状态检测装置以及所述二次电池。
8.一种电池包，其内置有权利要求4所述的电池状态检测装置以及所述二次电池。
全文摘要
一种电池状态检测装置，其对向电子机器供电的二次电池的状态进行检测，其特征在于，具有容量劣化率计算部，其用于计算所述二次电池的容量劣化率；内部电阻值计算部，其用于计算所述二次电池的内部电阻值；判断部，其用于根据由所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣化率以及由所述内部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值，对所述二次电池的交换必要性进行判断；以及，输出部，其用于输出基于所述判断部的判断结果的信号。其中，在所述判断部中，在由所述容量劣化率计算部所计算的所述容量劣化率以及由所述内部电阻值计算部所计算的所述内部电阻值这两者中的一者或两者到达需要交换所述二次电池的值的情况下，判断为需要交换所述二次电池。
文档编号G01R31/36GK102144170SQ200980134590
公开日2011年8月3日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年9月11日
发明者上村治雄, 竹野和彦, 金井康通, 马岛吉英 申请人:三美电机株式会社, 株式会社Ntt都科摩