JP2001286064A

JP2001286064A - リチウムイオン電池の容量推定方法、劣化判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: JP2001286064A
Application number: JP2000100654A
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: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2001-10-12
Anticipated expiration: 2020-04-03
Also published as: JP3547686B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リチウムイオン電池の容量を推定する簡便な方
法、リチウムイオン電池の劣化を判定する簡便な方法お
よび装置、ならびに、電池の容量を推定し、必要に応じ
て電池の劣化を警告する手段を備えたリチウムイオン電
池パックを提供すること。【解決手段】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に、充電電流Ｉｃにて定電流（Ｃ
Ｃ）充電中の充電電圧があらかじめ設定された電圧Ｖｓ
に達した時点から、充電条件を定電流（ＣＣ）から定電
圧（ＣＶ）に切り替える時点までの時間ｔを求め、該時
間ｔを用いて該リチウムイオン電池の推定容量Ｃを算出
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
する方法および装置と、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
池の容量測定方法、劣化判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】

【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。

【０００３】

【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。

【０００４】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Ｌ
ｉ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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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方法お
よび装置、ならびに、電池の容量を推定し、必要に応じ
て電池の劣化を警告する手段を備えたＬｉイオン電池パ
ックを提供することにある。

【００１０】

【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、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に、
定電流充電中の充電電圧があらかじめ設定された電圧Ｖ
ｓに達した時点から、充電条件を定電流から定電圧に切
り替える時点までの時間ｔを求め、該時間ｔを用いて該
リチウムイオン電池の推定容量Ｃを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。

【００１１】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
量推定方法において、上記リチウムイオン電池の公称容
量をＣ_０としたときの上記定電流充電中の充電電流をＣ
_０/(３０時間）以上Ｃ_０/(１時間）以下として上記時間
ｔを求め、該時間ｔを用い、該リチウムイオン電池の上
記推定容量Ｃを関係式、Ｃ/Ｃ_０＝Ａ×ｔ^Ｂ（１）（ここに、Ａ、Ｂは該リチウムイオン電池と上記電圧Ｖ
ｓと該定電流充電中の充電電流とによって定まる正値定
数である）によってを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。

【００１２】また、本発明においては、請求項３に記載
したように、容量推定の対象となるリチウムイオン電池
あるいは該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時間以上１０日
以下である定電流定電圧方式による充電期間と、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２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に達した時点か
ら、充電条件を定電流から定電圧に切り替える時点まで
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、Ｂの値を確定することを特徴とする請求項２に
記載の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４に記載
したように、リチウムイオン電池の劣化判定方法であっ
て、上記リチウムイオン電池の推定比容量Ｃを請求項
１、２または３に記載のリチウムイオン電池の容量推定
方法によって算出し、該推定容量Ｃがあらかじめ設定さ
れた限界容量Ｃ_ｍｉｎよりも小となったときに該リチウ
ムイオン電池が劣化したと判定することを特徴とするリ
チウムイオン電池の劣化判定方法を構成する。

【００１４】また、本発明においては、請求項５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、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、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に達した時点から、充電条件を定電流
から定電圧に切り替える時点までの時間ｔを測定する手
段と、該時間ｔを用いて、請求項１、２または３に記載
のリチウムイオン電池の容量推定方法によって該リチウ
ムイオン電池の推定容量Ｃ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容量Ｃがあらかじめ設
定された限界容量Ｃ_ｍｉｎよりも小となったときに該リ
チウムイオン電池の劣化を意味する信号を出力する手段
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６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容量Ｃ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と該数値とから請
求項１、２または３に記載のリチウムイオン電池の容量
推定方法によって該推定容量Ｃを算出する演算回路とを
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】また、本発明においては、請求項７に記載
したように、上記演算回路によって算出された上記リチ
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
定容量Ｃが、該リチウムイオン電池のあらかじめ設定さ
れた限界容量Ｃ_ｍｉｎよりも小となったときに、容量劣
化を意味する警告を出力する手段を具備していることを
特徴とする請求項６に記載のリチウムイオン電池パック
を構成する。

【００１７】また、本発明においては、請求項８に記載
したように、上記警告が、電気信号による警告、文字ま
たは画像の表示による警告、信号音による警告または音
声による警告であることを特徴とする請求項７に記載の
リチウムイオン電池パックを構成する。

【００１８】

【発明の実施の形態】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。以下
の説明において、「電池パック」とは、単電池、あるい
は複数個の単電池を直列接続、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。

【００１９】図１は、Ｌｉイオン電池の充電における電
池電圧と電流値の経時変化を示した図である。図１にお
いて、該電池、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Ｉ
ｃ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、ただし、
「セル」は単電池を意味する）まで充電し、該設定電圧
Ｖｃに充電電圧が到達した後、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、充電電流値が時間とともに
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、上記定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式の
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電圧Ｖｓに電池電圧が到
達してから、定電流モード充電が定電圧モードに切り替
えられるまでの経過時間ｔをモニタし、この時間ｔを該
Ｌｉイオン電池の容量の推定に用いる。

【００２１】このような推定が可能となる理由につい
て、以下に説明する。

【００２２】Ｌｉイオン電池の充電過程においては、正
極中のＬｉが正イオンとなって電解液中を移動して負極
中に入り、放電過程においては、逆に、負極中のＬｉが
正イオンとなって電解液中を移動して正極中に入る。

【００２３】充電・放電の繰り返し、長期間の休止、あ
るいは過充電によって、正極の構成材料であるＣｏ、Ｎ
ｉ化合物が電解液中に溶出したり、負極表面でＬｉと電
解液とが化学反応して分解して不活性膜が生成したり、
電極内にＬｉの反応物や電極反応に関わらなくなったＬ
ｉが残留したり、電極構成物質の粒子の結合が劣化し
て、電子やイオンの移動が円滑に行われなくなる。これ
によって、電池の容量は低下し、それとともに、電池の
内部抵抗は上昇し、充電時におけるＬｉイオンが正極か
ら離脱して負極に到達し、負極内部に拡散する速度が低
下する。このような状態においては、定電流（ＣＣ）モ
ードの充電時間は、電池の内部抵抗が上昇しているの
で、短くなり、定電圧（ＣＶ）モード充電では、Ｌｉの
負極内拡散が遅くなって、電流値の減少が遅くなる。

【００２４】本発明者らは、上記の、容量の減少と定電
流（ＣＣ）モード充電時間の短縮との間に成り立つ顕著
な相関関係を発見し、本発明をなすに至った。

【００２５】以下に、本発明の実施の形態を具体的に説
明する。（実施の形態１）まず、請求項１に係る発明の実施の形
態について説明する。本実施の形態においては、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、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に達した時点から、充電条件を定電流から定電圧
に切り替える時点までの時間ｔを求め、該時間ｔを用い
て該リチウムイオン電池の推定容量Ｃを算出する。

【００２６】このような推定を可能とするためには、あ
らかじめ、上記推定容量Ｃと上記時間ｔとの相関関係を
求めておく必要があるが、その方法としては、たとえ
ば、次のような方法がある。すなわち、容量推定の対象
となるリチウムイオン電池と同一構造、同一仕様（本明
細書においては、これを同一種類と称する）のリチウム
イオン電池を用意し、その電池を用いて充放電サイクル
を繰り返し、各サイクルにおける上記時間ｔ_ｎと、放電
電流を時間に関して積分して得た電池の放電容量Ｃ_ｎと
の相関関係を求めておく（ここに、ｎは各サイクルに付
した番号である）。この場合に、放電容量Ｃ_ｎの値は広
い範囲にわたっていることがのぞましいので、その範囲
が狭い場合には、同一種類で異なる容量を持つ複数のリ
チウムイオン電池を対象として、上記の方法を実行する
ことがのぞましい。

【００２７】上記の相関関係は、かならずしも解析的数
式によって表現される必要はなく、たとえば、相関関係
図における測定点間を直線で結んだ折線によって表現さ
れていてもよい。

【００２８】つぎに説明する実施の形態２の場合のよう
に、上記の相関関係として、解析的数式によって表現さ
れる相関関係を採用する場合には、上記の定電流充電中
の充電電流Ｉｃに好ましい範囲がある。

【００２９】なお、各充電の際に算出した該電池の上記
推定容量Ｃの値を記録し、該推定容量Ｃと充電回数との
関係を求めておけば、その関係を用いて、該電池の寿
命、すなわち、劣化前に何回の再充電・再使用が可能で
あるか、を予測することができる。上記リチウムイオン
電池が、同等ないしは類似の使用条件下で、充放電を繰
り返して使用される場合には、この寿命予測は確度の高
いものとなる。（実施の形態２）つぎに、請求項２に係る発明の実施の
形態について説明する。本実施の形態は、上記の実施の
形態１おける定電流充電中の充電電流Ｉｃに制限を設け
たものであり、その他の点に関しては実施の形態１と同
様である。充電電流Ｉｃに関する制限は、容量推定の対
象とするリチウムイオン電池の公称容量をＣ_０として、Ｃ_０/(３０時間）≦Ｉｃ≦Ｃ_０/(１時間）と表される。この条件を、以下の説明においては、０.
０３３ＣｍＡ以上１.０ＣｍＡ以下、と表す。

【００３０】充電電流Ｉｃが上記の条件を満足すれば、
上記関係式、すなわち、Ｃ/Ｃ_０＝Ａ×ｔ^Ｂ（１）（ここに、Ａ、Ｂは該リチウムイオン電池と上記電圧Ｖ
ｓと上記充電電流Ｉｃとによって定まる正値定数であ
る）が近似的に成立するので、この関係式によって、上
記時間ｔを用いて上記推定容量Ｃを算出することができ
る。

【００３１】上記充電電流Ｉｃが上記条件を満足しない
場合には、上記関係式（１）によって上記推定容量Ｃを
算出することは好ましくなくなる。すなわち、充電電流
Ｉｃが上記制限範囲よりも小さい場合には、充電が十分
に行われなかったり、自己放電の影響が無視できなくな
ったり、上記関係式（１）による算定容量が実際の容量
と異なってしまう。また、充電電流Ｉｃが上記制限範囲
よりも大きい場合には、充電所要時間自体が短く、上記
時間ｔの測定値に大きな誤差を生じたり、劣化による充
電時間の変化が異なる場合があり、同様に、正確な容量
推定が困難となる。

【００３２】しかしながら、ほとんどすべてのＬｉイオ
ン電池搭載機器および充電器に適用されている充電電流
値は上記の条件範囲内にあるので、通常の条件下で使用
されるＬｉイオン電池に対しては、本実施の形態による
容量推定方法が有効となる。

【００３３】これ以外の範囲の電流値を採用する機器お
よび充電器は、特殊な用途、例えば緊急時に使用するた
めに超急速充電を必要とする場合など、きわめて限定さ
れた用途のみに用いられるものであり、本発明の容量推
定方法をほとんど必要としない機器および充電器であ
る。

【００３４】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）モード充電中の上記時間ｔと、その条件
下における推定比容量Ｃ/Ｃ_０との関係であることを前
提としている。もし、関係式（１）を作成したときのＣ
Ｃモードの充電電流値と、電池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下において上記時間ｔを求め
ておき、関係式（１）作成時の条件における上記時間ｔ
ｅと搭載装置または充電器に相当する条件下での上記時
間ｔｍとの比ｔｅ/ｔｍを実測された時間に乗じたもの
を上記関係式（１）に代入する。

【００３５】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り、そのため、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。

【００３６】上記関係式（１）を作成するためには、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。そのためには、たとえば実施の形態１で説明し
たように、容量推定の対象となるＬｉイオン電池と同一
種類の電池または電池パックを用いて上記定数Ａおよび
Ｂの値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。

【００３７】上記定数ＡおよびＢの値を決定する方法に
関しては、つぎの実施の形態３の記述において、詳細に
説明する。（実施の形態３）つぎに、請求項３に係る発明の実施の
形態について説明する。本実施の形態においては、容量
推定の対象となるリチウムイオン電池あるいは該リチウ
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時間以上１０日以下である定電流
定電圧方式による充電期間と、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２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に達した時点から、充電条件を定電
流から定電圧に切り替える時点までの時間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、Ｂの値を
確定し、それらの値を用いて、実施の形態１または２と
同様の方法によって、上記推定容量を算出する。

【００３８】より具体的なＡ、Ｂの値の確定方法につい
て以下に説明する。

【００３９】劣化判定の対象となる同種の電池、または
電池パックを用い、環境温度を１０℃以上３０℃以下、
および−１０℃以上５℃以下の２つとし、それぞれの設
定温度の差が１５℃以上となるように設定した２種類の
充放電サイクル試験により、関係式（１）の作成に必要
なデータを取得するものである。

【００４０】試験を１０℃以上３０℃以下、および−１
０℃以上５℃以下の２つとし、それぞれの設定温度の差
が１５℃以上となるように設定した２種類の環境下で別
個に実施する理由は、実際にＬｉイオン電池を搭載し、
劣化判定を行う環境温度、またはそれに極めて近い温度
での特性を関係式（１）に反映して高精度化を確保する
とともに、これより１５℃以上の低温での試験を実施す
ることにより、電池の劣化が大きく進行した場合と同様
の極めて低い容量での電池特性データを取得するためで
ある。もし、使用環境、またはそれに近い１０℃以上３
０℃以下の１種類のみの温度下での試験では、電池の劣
化が進むまでに膨大な時間を必要とし好ましくない。

【００４１】関係式（１）を作成するための該充放電サ
イクル試験は、搭載機器の充電上限電圧Ｖｃ、および放
電終止電圧Ｖｄと同一条件の電圧範囲を設定し、搭載機
器の充電電流値と同一か、または、０.０３３ＣｍＡ以
上１.０ＣｍＡ以下の任意の充電電流値を設定して行
う。

【００４２】また、１サイクル当たりの充電時間は、試
験環境温度を１０℃以上３０℃以下に設定した試験では
３時間以上１０日以下、好ましくは３日以上１０日以下
に設定する。１サイクル当たりの充電時間を３時間以上
１０日以下、好ましくは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、
精度の高い関係式（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。

【００４３】３時間未満の充電時間の場合、Ｌｉイオン
電池の劣化の進行が遅く、精度の高い関係式（１）を作
成するためのデータ取得に数百サイクルを必要とし、膨
大な時間を浪費することになり、また場合によっては充
電不足となり、劣化と充電不良とが混在して、正しい劣
化と特性の把握が不可能となり、いずれも好ましくな
い。

【００４４】また、１サイクル当たりの充電時間を１０
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しまい、同様に好
ましくない。

【００４５】一方、試験環境温度を−１０℃以上５℃以
下に設定した場合は、上記１０℃以上３０℃以下での試
験より１サイクル当たりの充電時間を短く、３時間以上
２４時間以下、好ましくは３時間以上１２時間以下に設
定する。その理由は、低温下での充放電の場合、室温付
近での充放電と異なり、設定電圧範囲内での充電におけ
る過充電による電池劣化の程度が小さくなるためであ
る。従って、上記低温試験の場合、一定試験期間内での
充放電サイクル数を増加させることにより、電池の劣化
を促進させる。充電時間上限を１２時間とすればさらに
その効果が増す。

【００４６】充電時間が２４時間（１日）より長いとサ
イクル数が減少し、電池の劣化が進まなくなり好ましく
ない。また、充電時間が３時間未満であると充電不足と
なり、電池の劣化が促進されなくなり、同様に好ましく
ない。

【００４７】上記充放電サイクル試験における放電電流
値は、０.５ＣｍＡ以上２.０ＣｍＡ以下に設定する。下
限電流を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。０.５Ｃｍ
Ａ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
して精度の高い関係式（１）を作成することができなく
なるため好ましくない。

【００４８】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。

【００４９】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）モード充電における放電終止電圧
Ｖｄ以上で充電上限電圧Ｖｃよりも小である使用電圧範
囲内の任意の電圧ＶｓからＣＣモード充電が終了するま
での時間ｔ_ｎと、引き続く放電の際の放電容量Ｃ_ｎ（放
電電流を時間に関して積分して求める）とを各充放電サ
イクルごとに測定する（ここに、ｎは各サイクルに付し
た番号である）。測定した時間ｔ_ｎと容量Ｃ_ｎ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。

【００５０】上記充放電サイクル試験は、劣化判定結果
を実容量の±２０％以内の高精度とするために必要な時
間ｔと容量Ｃのデータを充足するため、２サイクル以上
実施する。１サイクルのみであると、関係式（１）の定
数ＡおよびＢの決定に対して、わずか２点のデータのみ
が使用できるだけとなり、高精度の劣化判定が不可能と
なって好ましくない。（実施の形態４）つぎに、請求項４に係る発明の実施の
形態について説明する。

【００５１】上記実施の形態１、２または３における方
法によって、Ｌｉイオン電池の推定容量Ｃを算出し、そ
の推定容量Ｃを、あらかじめ設定された限界容量Ｃ
_ｍｉｎと比較して、Ｃ＜Ｃ_ｍｉｎとなった場合に、該Ｌ
ｉイオン電池が劣化したと判定する。ただし、この比較
は、これと同等の、推定比容量Ｃ/Ｃ_０（ここに、Ｃ_０
は公称容量である）と限界比容量Ｃ_ｍｉｎ/Ｃ_０との比
較によって行ってもよい。たとえば、実施の形態２およ
び３においては、Ｃ/Ｃ_０が関係式（１）によって直接
算出されるので、この比較のほうが好都合である。

【００５２】限界容量Ｃ_ｍｉｎとしては、たとえば、公
称容量Ｃ_０の６０％の値を用いる（この場合には、Ｃ
_ｍｉｎ/Ｃ_０＝０.６となる）。（実施の形態５）つぎに、請求項５に係る発明の実施の
形態について説明する。

【００５３】上記実施の形態４における劣化判定方法を
実行可能とする装置全体が本実施の形態を構成する。た
とえば、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、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に達した時点から、充電条件を定電
流から定電圧に切り替える時点までの時間ｔを測定する
手段と、該時間ｔを用いて、請求項１、２または３に記
載のリチウムイオン電池の容量推定方法によって該リチ
ウムイオン電池の推定容量Ｃ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容量Ｃ（または推定
比容量Ｃ/Ｃ_０）があらかじめ設定された限界容量Ｃ
_ｍｉｎ（または限界比容量Ｃ_ｍｉｎ/Ｃ_０）よりも小と
なったときに該リチウムイオン電池の劣化を意味する信
号を出力する手段とを備えている装置が本実施の形態と
なる。

【００５４】さらに具体的な本実施の形態を図２に示
す。

【００５５】図２は、Ｌｉイオン電池を搭載する装置の
一般的な電源部周辺の一構成概念を示したものであり、
１は電源部であり、電源部１には、Ｌｉイオン電池２
ａ、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。

【００５６】本発明における関係式（１）はＣＰＵ７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。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、推定容量Ｃ（または推定比容量
Ｃ/Ｃ_０）の値を算出する。必要ならば、この推定容量
Ｃ（または推定比容量Ｃ/Ｃ_０）の値をメモリ８に記憶
させる。この推定容量Ｃ（または推定比容量Ｃ/Ｃ_０）
の値を、あらかじめ設定された限界容量Ｃ_ｍｉｎ（また
は限界比容量Ｃ_ｍｉｎ/Ｃ_０）の値と比較して、Ｃ＜Ｃ
_ｍｉｎ（またはＣ/Ｃ_０＜Ｃ_ｍｉｎ/Ｃ_０）となった場合
に、該Ｌｉイオン電池が劣化したと判定する。劣化判定
結果は、システムマネジメントバスなどの適当な配線１
０を介して装置本体に入力する。装置本体は、その入力
に応じて、劣化判定結果を装置本体の表示部に表示した
り、必要に応じて、信号音または音声などによる警告を
発出する。このようにして、本発明におけるＬｉイオン
電池の劣化判定機能を有する装置を構成することができ
る。ただし、上記概念になるＬｉイオン電池の劣化判定
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。（実施の形態６）つぎに、請求項６、７または８に係る
発明の実施の形態について説明する。

【００５７】本実施の形態の一例を図３によって説明す
る。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。

【００５８】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。

【００５９】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ておき、図３におけるＬｉイ
オン電池１２-１、１２-２、１２-３の両端の電圧を端
子ＶｃｃとＶｓｓとにより保護用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
れるまでの経過時間ｔをカウントし、この測定された時
間ｔの値を該関係式（１）に代入、演算して推定容量Ｃ
を算出する。必要ならば、保護用ＩＣ１３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。算
出された推定容量Ｃ（または推定比容量Ｃ/Ｃ_０）があ
らかじめ設定された限界容量Ｃ_ｍｉ _ｎ（または限界比容
量Ｃ_ｍｉｎ/Ｃ_０）よりも小となった場合に、容量劣化
を意味する警告（この場合には電気信号による警告）
を、端子１９を通して、適当なディスプレイ、あるいは
警告音などに表示、発出するために、パックを搭載して
いる装置本体に出力する。

【００６０】また、Ｌｉイオン電池パックを搭載する上
記装置本体に劣化を警告する手段が設けられていない場
合には、パック自体がこの警告を、たとえば、文字また
は画像の表示、信号音あるいは音声などによって出力す
る手段を備えていれば好都合である。そのようなＬｉイ
オン電池パックは、本発明と従来技術とを併用すること
によって作製可能である。

【００６１】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、本発明に係る劣化判定方法を
実行する手段を具備したＬｉイオン電池パックを提供す
ることが可能となる。ただし、上記概念になるＬｉイオ
ン電池の劣化判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。

【００６２】本発明におけるＬｉイオン電池の劣化判定
方法、および該劣化判定機能を具備したＬｉイオン電池
の適用対象としては、特に高信頼性を必要とする機器が
考えられ、該劣化判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ことができる。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上記
劣化判定の方法、および劣化判定機能を具備したＬｉイ
オン電池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。

【００６３】

【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、劣化判定方法および劣化判定装置ならびにＬ
ｉイオン電池パックについて、さらに具体的に、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）角形Ｌｉイオン電池（公称容量６００ｍＡ
ｈ）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℃および０℃
の２種に設定し、充電電流値６００ｍＡ（充電電流率
１.０Ｃ、１.０ＣｍＡ）、充電上限電圧４.１Ｖ、２５
℃の試験温度では充電時間７日間、０℃の試験温度では
充電時間３時間の定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式によ
る充電と、放電電流値６００ｍＡｈ（放電電流率１.０
Ｃ、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と、公称
容量に対する比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０（ここに、ｎは各サイク
ルに付した番号である）を測定した（この場合、上記電
圧ＶｓはＣＣモード充電開始時の充電電圧に等しい、と
している）。

【００６４】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_ｎ/Ｃ_０の関係を示した図であり、図中４-Ａは２５℃
における結果の集団、４-Ｂは０℃における結果の集団
である。これらのデータから、推定比容量Ｃ/Ｃ_０を表
す時間ｔの関数関係式（１）の定数ＡおよびＢを求め、
以下の関係式（２）を作成した。

【００６５】Ｃ/Ｃ_０＝１.０６７×ｔ^{０．２２８} （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。

【００６６】上記関係式（２）が表す関係を図４の４-
Ｃに示す。

【００６７】これとは別に、同種の角形Ｌｉイオン電池
（公称容量６００ｍＡｈ）を用意し、充電電流６００ｍ
Ａ（１.０ＣｍＡ）、充電上限電圧４.１Ｖ、充電時間３
時間の定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式による充電と、
放電電流６００ｍＡ／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Ｃ
Ｃモード充電の所要時間ｔ（ｈｒ）と、公称容量６００
ｍＡｈに対する放電容量Ｃ_ｎの比、すなわち比容量Ｃ_ｎ
/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。

【００６８】結果を図５に示す。図５は、上記充放電サ
イクルで求めたＣＣモード充電の所要時間ｔと比容量Ｃ
_ｎ/Ｃ_０との関係を示した図であり、１１サイクル目ま
でのデータをプロットしている。また、図５には、図４
により求めた関係式（２）が表す関係を示す曲線を５-
Ａで、この関係式の値より２０％高い価（すなわち誤差
＋２０％）を示す曲線を５-Ｂで、逆に関係式の値より
２０％低い値（誤差−２０％）を示す曲線を５-Ｃで併
せて示してある。

【００６９】図５に示したように、データは全て誤差±
２０％以内に収まり、しかも関係式（２）の曲線５-Ａ
は該データ点に極めて近接しており、優れた劣化判定結
果を示していることが判る。（実施例２）角形Ｌｉイオン電池（公称容量６００ｍＡ
ｈ）を用いて、データ収集・保管機能を有する電池充放
電自動試験装置により、上記実施例１の関係式作成のた
めの試験と同一条件の充放電サイクル試験を実施し、同
様に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、公称容量に対する比
容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０を測定した。０℃と２５℃の２つの試験
より取得したデータから、それぞれ１データずつを用い
てＣＣモード充電の所要時間ｔと比容量Ｃ/Ｃ _０の関係
式（１）の係数ＡおよびＢを決定し、関係式、Ｃ/Ｃ_０＝１.０８９×ｔ^{０．１１４} （３）を作成した。

【００７０】これとは別に、同種の角形Ｌｉイオン電池
（公称容貴６００ｍＡｈ）を用いて、充電電流６００ｍ
Ａ（１.０ＣｍＡ）、充電上限電圧４.１Ｖ、充電時間３
時間の定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式による充電と、
放電電流６００ｍＡ（１０ＣｍＡ）、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１２サイクル実施して、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_ｎの公称容量６００ｍＡｈに対する比容量Ｃ_ｎ/
Ｃ_０とを記録した。

【００７１】こうして求めた充放電サイクル試験結果
に、作成した関係式（３）を適用し、最大・最小誤差を
求めた。その結果、最大誤差−２１.７％、最小誤差−
１.０％であった。

【００７２】同様にして、２データずつ、３データず
つ、５データずつ、１０データずつ、１１データずつ、
および１５データずつを用いて作成したそれぞれの関係
式を上記試験結果に適用して、それぞれ最大・最小誤差
を求め、データ数による作成関係式の精度を検討した。

【００７３】結果を図６に示す。すなわち、図６は、関
係式作成に用いたデータ数（図中データポイント／試験
と表示）と誤差の絶対値幅を示した図であり、上限が最
大誤差（絶対値）下限が最小誤差（絶対値）を示すもの
である。

【００７４】図６から明らかなように、０℃と２５℃の
各試験から２データずつ以上で作成した関係式によると
誤差が±２０％以内に収まり高精度の関係式が得られる
ことがわかった。各試験１データずつのみで作成した関
係式によると、誤差が±２０％を越える場合が生じ、好
ましくない。また、１１データずつ以上で作成した関係
式によると２データ以上１０データ以下の精度とほとん
ど変わりがないことが明らかとなった。（実施例３）Ｌｉイオン電池の関係式を作成するため
に、実施例１で用いたものと同種のＬｉイオン電池を用
い、０℃、および２５℃における試験とも、充電電流値
６００ｍＡ（充電電流率１.０Ｃ、１.０ＣｍＡ）、充電
上限電圧４.１Ｖ、充電時間７日間の定電流定電圧（Ｃ
Ｃ−ＣＶ）方式による充電とし、放電を、電流値６００
ｍＡｈ（放電電流率１.０Ｃ、１.０ＣｍＡ）、放電終止
電圧２.７５Ｖの放電とし、充電と放電との問に休止を
１時間はさんだ条件下で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、公称容量に対する比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０
を測定した。この結果をもとに関係式を作成したとこ
ろ、Ｃ/Ｃ_０＝１.０１５×ｔ^{０．０７９４} （４）を得た。

【００７５】上記関係式を作成するために用いたものと
同種の使用済みの角形Ｌｉイオン電池を回収し、充電電
流６００ｍＡ（１.０ＣｍＡ）、充電上限電圧４.１Ｖ、
充電時間３時間の定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式によ
る充電と、放電電流６００ｍＡ（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３サイクル実施し
て、各サイクルごとのＣＣモード充電の所要時間ｔ（ｈ
ｒ）と放電容量の公称容量６００ｍＡｈに対する比容量
Ｃ_ｎ/Ｃ_０とを記録した。

【００７６】得られた結果に関係式（４）を適用して、
その精度を検討した。

【００７７】結果を図７に示す。すなわち、図７は、上
記劣化電池のＣＣモード充電所要時間ｔと比容量Ｃ_ｎ/
Ｃ_０との関係を示した図であり、図中、７-Ａは上記関
係式（４）を示す曲線であり、７-Ｂは比較のために示
した実施例１において作成した本発明における関係式
（２）を示す曲線であり、７-Ｃは、関係式（４）より
２０％少ない値を示す曲線、すなわち、誤差−２０％を
示す曲線である。

【００７８】図７より明らかなように、比較例として示
した本発明における関係式（２）を示す曲線７-Ｂは、
得られたデータのすべてに極めて近接して存在し、高い
判定精度を示しているのに対して、本実施例で求めた関
係式（４）では、データから大きくはずれており、しか
も誤差−２０％を下回る位置にデータが存在することに
なり誤差が大きく好ましくないことがわかる。すなわ
ち、本実施例で求めた関係式（４）よりも、実施例１に
おいて作成した関係式（２）のほうが、容量推定に適し
ていることが判る。（実施例４）Ｌｉイオン電池の関係式を作成するため
に、実施例１で用いたものと同種のＬｉイオン電池を用
い、０℃、および２５℃における試験とも、充電電流値
６０ｍＡ（充電電流率０.１Ｃ）、充電上限電圧４.１
Ｖ、充電時間３時間の定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式
による充電とし、放電を、電流値６００ｍＡ（放電電流
率１.０Ｃ）、放電終止電圧２.７５Ｖの放電とし、充電
と放電との間に休止を１時間はさんだ条件で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、公称容量に対す
る比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０を測定した。この結果をもとに関係
式を作成したところ、Ｃ/Ｃ_０＝１.０４６×ｔ^{０．２１９} （５）を得た。

【００７９】上記関係式（５）を作成するのに用いたも
のと同種の別の使用済みの角形Ｌｉイオン電池を調達
し、充電電流６０ｍＡ（０.１ＣｍＡ）、充電上限電圧
４.１Ｖ、充電時間３０日間の定電流定電圧（ＣＣ−Ｃ
Ｖ）方式による充電と、放電電流６００ｍＡ／１.０Ｃ
ｍＡ）、放電終止電圧２.７５Ｖの放電と、充電と放電
との間に１時間の休止をはさんだ充放電サイクルを４サ
イクル実施して、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_ｎの公称容量Ｃ_０（６０
０ｍＡｈ）に対する比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０とを記録した。

【００８０】得られた結果に関係式（５）を適用して、
その精度を検討した。

【００８１】結果を図８に示す。すなわち、図８は、上
記劣化電池のＣＣモード充電所要時間ｔと比容量Ｃ_ｎ/
Ｃ_０との関係を示した図であり、図中、８-Ａは上記関
係式（５）を示す曲線であり、８-Ｂは比較のために示
した実施例１において作成した本発明における関係式
（２）を示す曲線である。

【００８２】図８より明らかなように、本実施例で求め
た関係式（５）と実施例１で求めた比較例の関係式
（２）は、ともにデータのすべてに近接して存在し、い
ずれも高い判定精度を示しているが、比較例として示し
た実施例１の関係式（２）の方が本実施例で求めた関係
式（５）より、より高い精度の劣化判定を可能にするこ
とが判る。従って、関係式を求めるために実施する、異
なる２つの設定温度のうち高い温度に設定する試験で
は、充電時間を３時間以上１０日以下とするよりも３日
以上１０日以下とすることがより好ましいことが判っ
た。（実施例５）１８６５０サイズ円筒型Ｌｉイオン電池
（公称容量１４００ｍＡｈ）を用いて、上限電圧を４.
１Ｖに設定し、充電電流値を１４００ｍＡ（１.０Ｃｍ
Ａ）に設定した定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式の充電
を行い、放電終止電圧を２.７５Ｖに設定し、放電電流
値を２８００ｍＡ（２.０ＣｍＡ）に設定した放電を行
い、該充電と放電との間にそれぞれ１時間の休止を設定
し、この充放電を繰り返すサイクル試験において、設定
温度を３０℃と５℃の２種設定し、設定温度が３０℃の
場合には、１サイクル当たりの充電時間を２.５時間以
上１１日間以下の、下記表１に示した７つの値に設定
し、設定温度が５℃の場合には１サイクル当たりの充電
時間を５時間に設定して該試験を実施し、各充放電サイ
クルごとに３.５０ＶからＣＣモード充電完了までの所
要時間ｔ（ｈｒ）と放電容量Ｃ_ｎの公称容量Ｃ_０に対す
る比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０とを記録した。試験の実施期間を２
１日間とし、この期間内に得られた３０℃での試験のデ
ータと、それと同数の０℃におけるデータとからｔとＣ
/Ｃ_０の関係式（１）の定数ＡおよびＢを決定して関係
式を作成した。データ数が各試験５つずつ以上の場合は
それぞれ５つずつのデータから関係式を作成した。

【００８３】これに加えて、上記試験条件のうち、試験
温度３０℃における充電時間を７日間に設定した場合、
充電電流値を別に４６ｍＡ（０.０３３ＣｍＡ）に設定
した試験を行い、３.５ＶからＣＣモード充電完了まで
の所要時間ｔを求め、１４００ｍＡ（１.０ＣｍＡ）の
試験の３.５ＶからＣＣモード充電完了までの所要時間
との換算比率を求めたところ、ｔ(１.０)/ｔ(０.０３
３）＝０.０３０を得た。

【００８４】これとは別に、１８６５０サイズの使用済
み円筒型Ｌｉイオン電池（公称容量１３５０ｍＡｈ）を
回収し、電池充放電自動試験装置に設定して、上限電圧
を４.１Ｖに設定し、充電電流値を４４.６ｍＡ（０.０
３３ＣｍＡ）に設定し、充電時間を７日間に設定した定
電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式の充電を行い、次に、電
流値を２７００ｍＡ（２.０ＣｍＡ）に設定し、放電終
止電圧を２.７５Ｖに設定した試験を行い、３.５０Ｖか
らＣＣモード充電完了までの所要時間ｔ’と放電容量Ｃ
_ｍの公称容量Ｃ_０に対す比容量Ｃ_ｍ/Ｃ_０とを記録し
た。所要時間ｔ’から、ｔ＝ｔ’×（ｔ(１.０)/ｔ
(０.０３３））＝０.０３０ｔ’として求めたｔの値
を、上記で求めた各関係式に代入して推定比容量Ｃ_ｅ/
Ｃ_０を算出し、実測比容量Ｃ_ｍ/Ｃ_０との差の絶対値、Ｅｒｒ＝（Ｃ_ｅ/Ｃ_０−Ｃ_ｍ/Ｃ_０）の絶対値を求めた。

【００８５】結果を表１に示す。

【００８６】

【表１】表１は、本実施例において関係式を作成するための試験
のサイクル当たり各充電時間と作成に使用した試験当た
りのデータ数、作成した関係式、およびそれを適用した
結果である判定誤差の絶対値を示した表である。

【００８７】表１から明らかなように、本発明における
関係式の条件である３時間以上１０日以下の充電時間に
おいては、判定誤差はいずれも±２０％以内にあるとい
う良好な精度を示した。これに対して、３時間未満、お
よび１０日を越える充電時間での試験で作成した関係式
では±２０％を越える大きな誤差を生じ、判定精度上問
題があることが明らかになった。（実施例６）１８６５０サイズ円筒型Ｌｉイオン電池
（公称容量１４００ｍＡｈ）を用いて、上限電圧を４.
１Ｖに設定し、充電電流値を１４００ｍＡ（１.０Ｃｍ
Ａ）に設定した定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式の充電
を行い、放電終止電圧を２.７５Ｖに設定し、放電電流
値を２８００ｍＡ（２.０ＣｍＡ）に設定した放電を行
い、該充電と放電との間にそれぞれ１時間の休止を設定
し、この充放電を繰り返すサイクル試験において、高温
側設定温度を２０℃とし、低温側設定温度をそれぞれ、
−１１℃、−１０℃、０℃、５℃、６℃、および１５℃
に設定し、高温側設定温度（２０℃）では、１サイクル
当たりの充電時間を７日間に設定し、低温側設定温度の
各試験の場合には１サイクル当たりの充電時間を５時間
に設定して該試験を２サイクル実施し、各充放電サイク
ルごとにＣＣモード充電の所要時間ｔ（ｈｒ）と放電容
量Ｃ_ｎの公称容量Ｃ_０に対する比容量Ｃ_ｎ/Ｃ_０とを記
録した。高温（２０℃）での試験と、低温側の１つの試
験より得られたそれぞれ２つずつのデータからｔとＣ/
Ｃ_０の関係式（１）の定数ＡおよびＢを決定して６つの
関係式を作成した。

【００８８】これに加えて、上記試験条件のうち、２０
℃での高温試験において、充電電流値を別に４６ｍＡ
（０.０３３ＣｍＡ）に設定した試験を行い、３.５Ｖか
らＣＣモード充電完了までの所要時間ｔを求め、１４０
０ｍＡ（１.０ＣｍＡ）の試験の３.５ＶからＣＣモード
充電完了までの所要時間との換算比率を求めたところ、
ｔ(１.０)/ｔ(０.０３３）＝０.０２９を得た。

【００８９】これとは別に、回収した１８６５０サイズ
の使用済み円筒型Ｌｉイオン電池（公称容量１３５０ｍ
Ａｈ）を電池充放電自動試験装置に設定して、実施例５
と同様の、上限電圧を４.１Ｖに設定し、充電電流値を
４４.６ｍＡ（０.０３３ＣｍＡ）に設定し、充電時間を
７日間に設定した定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）方式の充
電を行い、次に、電流値を２７００ｍＡ（２.０Ｃｍ
Ａ）に設定し、終止電圧を２.７５Ｖに設定した試験を
行い、３.５０ＶからＣＣモード充電完了までの所要時
間ｔ’と放電容量Ｃ_ｍの公称容量Ｃ_０に対す比容量Ｃ_ｍ
/Ｃ_０とを記録した。

【００９０】所要時間ｔ’から、上記のように求めた充
電電流値０.０３３ＣｍＡと１.０ＣｍＡとの時間の換算
率ｔ(１.０)/ｔ(０.０３３）＝０.０２９を用いて、ｔ＝ｔ’×（ｔ(１.０)/ｔ(０.０３３））＝０.０２９
ｔ’ として求めたｔの値を、６つの各関係式に代入して推定
比容量Ｃ_ｅ/Ｃ_０を算出し、実測比容量Ｃ_ｍ/Ｃ_０との差
の絶対値、Ｅｒｒ＝（Ｃ_ｅ/Ｃ_０−Ｃ_ｍ/Ｃ_０）の絶対値を求めた。

【００９１】結果を表２に示す。すなわち表２は、本実
施例において関係式を求めるために行った低温側試験の
試験温度と求めた関係式、さらにこれを適用して判定し
た結果である誤差の絶対値を示した表である。

【００９２】

【表２】表２から明らかなように、関係式を求めるために実施す
る低温側試験の設定温度が−１０℃以上５℃以下であ
り、かつ高温側試験と低温側試験との設定温度の差が１
５℃以上の場合、判定誤差は±２０％以内にあるという
良好な結果を示した。（実施例７）角形Ｌｉイオン電池（公称容量６００ｍＡ
ｈ）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６００ｍＡ（１.０ＣｍＡ）、充
電を終了するためのしきい値である収束電流値を６０ｍ
Ａ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判定を行う機能を有する充電器を
作製した。

【００９３】作製した充電器の構成概念を図９に示す。
すなわち、図９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、充電器２０は商用電源２１
に端子２２、および２３で接続される。また、充電器２
０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。充
電器２０は、商用電源２１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２９、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、停止される。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。表示部３２は、充電関係の表示を行うＬＥＤ
（発光ダイオード、赤は充電中、緑は充電完了をそれぞ
れ表す）と、劣化判定結果を表示するＬＥＤ（赤は電池
取りかえ、黄はまもなく電池取りかえ、緑は電池は取り
かえ不要をそれぞれ表す）と、劣化判定結果の数値表
示、異常の表示を行うＬＣＤ（液晶ディスプレイ）とか
ら構成されている。

【００９４】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。

【００９５】劣化判定結果を示すＬＥＤでは、劣化判定
結果である推定比容量Ｃ/Ｃ_０の値が６０％未満の場合
は赤のＬＥＤ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、推定比容量Ｃ/Ｃ_０の
値が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ＬＥＤを点灯させる。さらに推
定比容量Ｃ/Ｃ_０の値が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。

【００９６】ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）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。

【００９７】本発明になる劣化判定は、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１０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。

【００９８】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１２Ｖ（４.０
Ｖ/セル）以下の０.１５Ｖきざみの電圧、８.２５＋０.１５×ｎ（ｎは整数、０≦ｎ≦２５）で示される、充電開始電圧より高く、この充電開始電圧
に最も近い値から時間計測を開始し、充電上限電圧１
２.３Ｖ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。

【００９９】図１０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する。パック電圧ＶがＶ＝８.２５＋０.１５×ｎ（ｎは整数、０≦ｎ≦２５）（６）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：上記式（６）を満たす値にパック電圧Ｖが到達
したら時間計測を開始。タイマカウンタを充電上限電圧
１２.３Ｖまで継続、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。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を劣化判定に使
用、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１２.
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/Ｃ_０を算出、手順Ｅ：算出された結果をＬＣＤとＬＥＤに表示する。
判定結果である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ＬＣ
Ｄディスプレイに数値を表示する。ＬＣＤディスプレイ
表示は３０秒間、ＬＥＤは充電器が商用電源に接続され
ている問点灯させる。

【０１００】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４.５分で劣化判定結果が表示され、ＬＣＤ
ディスプレイには６５％と表示され、黄色のＬＥＤが点
灯した。充電は約２.５時間で完了した。充電された該
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６００ｍＡ（１.０ＣｍＡ）、放電終止電圧８.２５
Ｖ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、４１４.２ｍＡｈであった。これは、比容量にす
ると６９％となり、容量推定の誤差は約４％であった。

【０１０１】以上の通り、本発明になる充電機能を有す
る充電器では、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８）充電上限電圧１２.３Ｖ、充電電流６００
ｍＡ（１.０ＣｍＡ）、収束電流値が６０ｍＡの条件で
定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）モード充電を行う機能を有
した小型携帯用情報端末機器に搭載する、図３に示す構
成のＬｉイオン電池パックを作製した。該電池パックは
角形セル（公称容量６００ｍＡｈ）１２-１、１２-２、
および１２-３の３セル直列のパックであり、保護用Ｉ
Ｃに関係式（２）と、実施例７で示したものと同様に、
充電電圧の時間変化の基礎デ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。

【０１０２】また、図３に示す構成の該電池パック内の
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ＶｃｃとＶ
ｓｓによりモニタし、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よりも小のあらかじめ設
定された任意の開始電圧Ｖｓから、該Ｖｓより高い、Ｖ＝８.２５＋０.１５×ｎ（ｎは整数、０≦ｎ≦２５）（６）を満たす最も近い電圧Ｖ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の値を関係式（２）
に代入、演算して比容量Ｃ/Ｃ_０を算出するプログラム
があらかじめ入力してある。

【０１０３】演算した結果は端子１９を通して該電池パ
ックを搭載する情報端末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。

【０１０４】液晶ディスプレイには、判定結果である数
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。

【０１０５】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１０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１０と同様である。

【０１０６】このような構成になる電池パックを情報端
末機器に装着し、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、該電池パックの判定結果は８７％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、この情報端末機器をＯＦＦにし、該電池パ
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６００ｍＡ（１.０Ｃ
ｍＡ）、放電終止電圧８.２５Ｖで放電させて容量を測
定した。その結果、放電容量は５３４.６ｍＡｈ、比容
量にして８９.１％であった。

【０１０７】従って、本発明になる電池パックに搭載し
た劣化判定機能による判定結果は誤差＋２.１％と優れ
た判定精度を示すことが明らかになった。

【０１０８】

【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方法および装置、な
らびに、電池の容量を推定し、必要に応じて電池の劣化
を警告する手段を備えた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）方式充電における電池電圧Ｖと
充電電流値Ｉの変化の概念を説明した図である。

【図２】本発明におけるＬｉイオン電池の劣化判定方法
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】本発明における劣化判定機能を具備しだ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２において実施した関係式作成
に用いたデータ数と誤差の絶対値幅を示した図である。

【図７】本発明の実施例３において実施した試験の結果
である、劣化電池のＣＣモード充電所要時間ｔと比容量
との関係を示した図である。

【図８】本発明の実施例４において実施した試験の結果
である、ＣＣモード充電所要時間ｔと比容量との関係を
示した図である。

【図９】本発明の実施例７において作製した充電器の構
成を示した図である。

【図１０】本発明の実施例７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 (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 ＢＨＦターム(参考） 2G016 CA00 CB12 CB31 CB32 CB33 CC01 CC04 CC06 CC07 CC13 CC27 CC28 CD06 CD14 CE02 CE31 5G003 AA01 BA01 CA03 CB06 EA05 EA08 GA01 GC05 5H030 AA03 AA04 AA06 AA08 AA10 AS11 BB02 BB03 DD05 DD06 DD08 FF41 FF42 FF52 FF66 FF68 5H040 AA06 AA36 AA40 AS11 AT01 AT02 AY08 JJ09 NN05

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、該リチウムイオン電池を定電流定電圧方式によって
充電する際に、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に達した時点から、充電条件を定電流
から定電圧に切り替える時点までの時間ｔを求め、該時
間ｔを用いて該リチウムイオン電池の推定容量Ｃを算出
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
量推定方法において、上記リチウムイオン電池の公称容
量をＣ_０としたときの上記定電流充電中の充電電流をＣ
_０/(３０時間）以上Ｃ_０/(１時間）以下として上記時間
ｔを求め、該時間ｔを用い、該リチウムイオン電池の上
記推定容量Ｃを関係式、Ｃ/Ｃ_０＝Ａ×ｔ^Ｂ（１）（ここに、Ａ、Ｂは該リチウムイオン電池と上記電圧Ｖ
ｓと該定電流充電中の充電電流とによって定まる正値定
数である）によってを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３】容量推定の対象となるリチウムイオン電池
あるいは該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時間以上１０日以下である定電流
定電圧方式による充電期間と、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２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に達した時点から、充電条件を
定電流から定電圧に切り替える時点までの時間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、Ｂの値
を確定することを特徴とする請求項２に記載のリチウム
イオン電池の容量推定方法。
【請求項４】リチウムイオン電池の劣化判定方法であっ
て、上記リチウムイオン電池の推定比容量Ｃを請求項
１、２または３に記載のリチウムイオン電池の容量推定
方法によって算出し、該推定容量Ｃがあらかじめ設定さ
れた限界容量Ｃ_ｍｉｎよりも小となったときに該リチウ
ムイオン電池が劣化したと判定することを特徴とするリ
チウムイオン電池の劣化判定方法。
【請求項５】リチウムイオン電池の劣化判定装置であっ
て、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、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に達した時点から、充電条件を定電流
から定電圧に切り替える時点までの時間ｔを測定する手
段と、該時間ｔを用いて、請求項１、２または３に記載
のリチウムイオン電池の容量推定方法によって該リチウ
ムイオン電池の推定容量Ｃ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容量Ｃがあらかじめ設
定された限界容量Ｃ_ｍｉｎよりも小となったときに該リ
チウムイオン電池の劣化を意味する信号を出力する手段
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６】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容量Ｃ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と該数値とから請
求項１、２または３に記載のリチウムイオン電池の容量
推定方法によって該推定容量Ｃを算出する演算回路とを
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。
【請求項７】上記演算回路によって算出された上記リチ
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
定容量Ｃが、該リチウムイオン電池のあらかじめ設定さ
れた限界容量Ｃ_ｍｉｎよりも小となったときに、容量劣
化を意味する警告を出力する手段を具備していることを
特徴とする請求項６に記載のリチウムイオン電池パッ
ク。
【請求項８】上記警告が、電気信号による警告、文字ま
たは画像の表示による警告、信号音による警告または音
声による警告であることを特徴とする請求項７に記載の
リチウムイオン電池パック。