JP2010124629A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池状態に応じてより正確な放電制御を行う。
【解決手段】電池パックに設けられた制御部が、放電時に電池セルの閉回路電圧と放電電流とを測定し、閉回路電圧、放電電流および内部インピーダンスから電池セルの無負荷時の電圧（開回路電圧）を算出する。制御部は、開回路電圧と放電禁止電圧とを比較し、開回路電圧が放電禁止電圧以下の場合に放電制御を行う。内部インピーダンスは、電池セル充電時に充電電流と充電電圧とから算出し、メモリ等に記憶しておくる。メモリには予め製造工程の段階で測定された各電池セルの初期状態における内部インピーダンスの値が記憶されており、充放電が繰り返される毎に、充電時に得た新たな内部インピーダンスをメモリに記憶して更新する。内部インピーダンスの値から電池の劣化度合いを判定し、劣化度合いに応じて放電禁止電圧を変えるようにしてもよい。
【選択図】図６

Description

この発明は、二次電池の電池パックに関し、特に、より電池の状態に即した放電制御を行うことができる電池パックに関する。

近年、ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯型電子機器では、その電源として、軽量、高容量、残容量検出の容易さ、サイクル寿命の長さといった利点を有するリチウムイオン二次電池を用いた電池パックが広く使用されている。

このリチウムイオン二次電池の特性の一つとして、所定の電池電圧を下回って放電されると電池性能が低下し、電池寿命が著しく劣化してしまうおそれがある。このような電池品質の劣化は、放電によるものだけでなく、無負荷状態の電池においても生じるおそれがある。すなわち、電池を未使用状態で長期間放置することにより、リチウムイオン二次電池や保護回路を有する回路基板における消費電力が原因となって電池の劣化が生じるおそれがある。

このため、従来のリチウムイオン二次電池の放電制御では、電池劣化の生じにくい領域の下限電圧を予め放電禁止電圧として設定し、電池電圧が放電禁止電圧に達した場合には放電電流が停止するように制御していた。

また、残容量検出や電圧の構成等を行って充放電制御を行う電池パックであっても、例えば以下の特許文献１のように閉回路電圧を基に制御を行っていた。
特開２００１−４５６６８号広報

特許文献１のような従来の電池では、リチウムイオン二次電池の電池電圧として、放電中に得られる閉回路電圧（ＣＣＶ；Closed Circuit Voltage）を用いている。しかしながら、閉回路電圧は、無負荷時の開回路電圧（ＯＣＶ；Open Circuit Voltage）に対して、二次電池の内部インピーダンスや放電電流に応じた電圧降下が生じる。すなわち、閉回路電圧が同じ場合であっても、二次電池の内部インピーダンスおよび放電電流の大きさに応じて実際の開回路電圧が異なるという問題が生じる。

図１は、放電特性の一例を示すグラフである。図１において、グラフ１は、二次電池の電圧（開回路電圧）を示し、グラフ２は放電時の二次電池の電圧（閉回路電圧）を示す。また、グラフ３は、グラフ２の場合と比較して放電時の負荷がより大きい場合の二次電池の電圧（閉回路電圧）を示している。

例えばグラフ２のような特性となる場合には、放電禁止電圧をＶｘとした場合の放電禁止時の開回路電圧は、グラフ１からＶｙとなることが分かる。一方、より負荷が大きいグラフ３のような特性の場合は、放電禁止電圧をＶｘとした場合の放電禁止時の開回路電圧がＶｚとなることが分かる。

したがって、閉回路電圧を基準として放電制御を行っても、放電時の負荷の大きさに応じて開回路電圧にばらつきが生じる。二次電池の電池容量等の電池特性は開回路電圧を基準としているため、閉回路電圧を用いた放電制御は電池の状態を正確に検出して放電制御を行うことが困難であるという問題が生じる。

また、二次電池は、一般に、充放電を繰り返すことによって劣化し、内部インピーダンスが増加することが知られている。このため、充放電が繰り返された電池パックでは、実使用時における内部インピーダンスが初期状態よりも増加しており、内部インピーダンスの値に誤差が生じる。

上述の電圧降下は二次電池の内部インピーダンスに依存するため、二次電池の劣化が大きくなるほど電圧降下が大きくなる。このため、劣化が進行した二次電池と、劣化が進行していない二次電池とで同じ放電禁止電圧を用いることは、電池の状態を考慮しないことから電池の劣化を早めてしまう可能性を有している。

したがって、この発明は、電池の状態に応じてより正確な放電制御を行うことができる電池パックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は、１または複数の電池セルと、
電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチと、
電池セルに対する放電電流をＯＮ／ＯＦＦする放電制御スイッチと、
充電電流および放電電流を検出するための電流検出素子と、
充電制御スイッチおよび放電制御スイッチを制御する制御部と
を有し、
制御部は、
充電時に電池セルの内部インピーダンス検出し、放電電流、内部インピーダンス及び放電時における電池セルの閉回路電圧値とから開回路電圧値を算出し、
開回路電圧値に応じて放電制御スイッチを制御する
電池パックである。

この発明では、制御部が、開回路電圧値が予め設定した放電禁止電圧値に達した場合に、放電制御スイッチをＯＦＦするようにする。

この発明では、内部インピーダンスは、充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および電池セルの第１の閉回路電圧値と、充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および電池セルの第２のセル電圧とを測定し、第１の充電電流および第２の充電電流に基づく充電電流の変動量と、第１のセル電圧および第２のセル電圧に基づくセル電圧の変動量とを算出し、充電電流の変動量およびセル電圧の変動量から求めるようにすることが好ましい。

この発明では、電池セルの温度を検出する温度検出素子を設け、制御部が、検出した電池セルの温度に応じて検出された内部インピーダンスを補正するようにすることがさらに好ましい。

この発明では、制御部が、内部インピーダンスを基に算出した電池劣化度が所定値以上となった場合に放電禁止電圧値を高くするように制御することもできる。

この発明では、放電時の負荷の大きさに関わらず、一定の基準のもとに放電制御を行うことができる。すなわち、放電禁止後の電池セルの電圧（開回路電圧）を一定とすることができる。

この発明によれば、電池の状態を正確に把握して放電制御を行うことができる。また、電池の劣化を考慮して、より電池の状態に適した放電制御を行うことができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（閉回路電圧、内部インピーダンスおよび放電電流に基づいて得た開回路電圧を基に、放電制御を行う例）
２．第２の実施の形態（第１の実施の形態において、内部インピーダンスから算出した電池劣化の程度に応じて放電禁止電圧を変更する例）

＜１．第１の実施の形態＞
［電池パックの回路構成］
図２は、この発明の実施の一形態による電池パック１０の回路構成例を示すブロック図である。電池パック１０は、組電池１１、制御部としてのＭＰＵ（Micro Processing Unit）１２、メモリ１３、スイッチ回路１４、遮断回路１５、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１６、電流検出抵抗１７、温度検出素子１８、正極端子１９および負極端子２０を備えている。正極端子１９および負極端子２０は、それぞれ外部の電子機器や充電器の正極端子および負極端子に接続され、組電池１１に対する充放電が行われる。

組電池１１は、リチウムイオン二次電池等の二次電池であり、複数の電池セルを直列および／または並列接続した組電池である。この例では、２個の電池セル２１ａおよび２１ｂ（以下、特に区別する必要がない場合には、単に電池セル２１と適宜称する）が直列に接続された場合について説明する。なお、電池セル２１は１つとされていてもよい。

ＭＰＵ１２は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されたプログラムに従い、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）をワークメモリとして各部を制御する。ＭＰＵ１２は、電池セル２１ａおよび２１ｂの閉回路電圧を所定時間毎に測定するとともに、電流検出抵抗１７を流れる電流の大きさおよび向きを所定時間毎に測定する。

この発明では、電池の状態に応じた正確な放電制御を行うために、電池セル２１の開回路電圧を基準として放電制御を行う。ＭＰＵ１２では、放電中の電池セル２１ａおよび２１ｂから放電電流Ｉおよび閉回路電圧Ｖ’を検出する。そして、メモリ１３に記憶されている内部インピーダンスと、放電時に検出された放電電流および閉回路電圧とから、開回路電圧を算出する。図３に示すように、閉回路電圧Ｖ’は、無負荷時における開回路電圧Ｖ’’から（放電電流×内部インピーダンス）分だけ電圧降下が起こっている。このため、開回路電圧Ｖ’’は、数式（１）にしたがって算出される
開回路電圧Ｖ’’＝閉回路電圧Ｖ’＋（放電電流Ｉ×内部インピーダンスＲ）・・・（１）

なお、電池セル２１の電池温度が変動すると、内部インピーダンス値も変動するため、温度検出素子１８を設けて電池セル２１の温度を測定し、算出した内部インピーダンス値を電池セル２１の温度に応じて補正することが好ましい。さらに、温度を考慮に入れた内部インピーダンスは使用する電池によって特性が異なることから、予め導出した温度変換式を使用することとする。内部インピーダンスの詳細については後述する。

ＭＰＵ１２は、算出した開回路電圧値および電流値に基づきスイッチ回路１４を制御する。電池セル２１ａおよび２１ｂのうち、いずれかの電池セルの開回路電圧値が過充電検出電圧になったときや、いずれかの電池セルの開回路電圧値が過放電検出電圧以下になったときにスイッチ回路１４をＯＦＦすることにより、過充電や過放電を防止する。ここで、リチウムイオン電池の場合、電池セル１個につき過充電検出電圧が例えば４．２Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が２．５Ｖ±０．１Ｖと定められる。なお、スイッチ回路１４の詳細については後述する。

ＭＰＵ１２は、検出した各電池セル２１の開回路電圧値に基づき遮断回路１５制御する。ＭＰＵ１２は、いずれかの電池セルの開回路電圧が過充電検出電圧以上となった場合に、ＦＥＴ１６に対して制御信号を供給してＦＥＴ１６をＯＮとし、遮断回路１５に電流を流すことによって組電池１１の充放電電流を遮断する。

ＭＰＵ１２は、充電の際にスイッチ回路１４を制御して、充電電流を繰り返しＯＮ／ＯＦＦする。そして、このときの充電電流の変動量と各電池セル２１の電圧の変動量とに基づき、各電池セル２１の内部インピーダンスを測定する。なお、充電の際の内部インピーダンスの測定方法については後述する。

ＭＰＵ１２は、通信端子２４および通信端子２５を備え、電池パック１０が外部の電子機器と接続された際に、外部の電子機器に設けられた通信端子と接続することにより、外部電子機器との通信を行うことができるようにしてもよい。電池パック１０と外部の電子機器との通信の際に用いられる通信方式としては、例えばＳＭＢｕｓ（System Management Bus）を用いることができる。

メモリ１３は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）などの不揮発性メモリである。メモリ１３には、例えば、製造工程の段階で測定された各電池セル２１の初期状態における内部インピーダンスの値が予め記憶されている。なお、充放電サイクルが進むにつれて、実使用時における電池セルの内部インピーダンスは増加していく。このため、内部インピーダンスの値は、充電時に新たに内部インピーダンスが算出された場合には、随時書き換えられてメモリ１３に記憶される。メモリ１３は、図２の例に限らず、例えばＭＰＵ１２の内部に設けてもよい。

スイッチ回路１４は、充電制御ＦＥＴ２２ａ、放電制御ＦＥＴ２２ｂ、寄生ダイオード２３ａおよび２３ｂを備え、ＭＰＵ１２によって制御される。充電制御ＦＥＴ２２ａは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にＯＦＦとなり、組電池１１の電流経路に充電電流が流れないように、ＭＰＵ１２によって制御される。なお、充電制御ＦＥＴ２２ａのＯＦＦ後は、寄生ダイオード２３ａを介することによって放電のみが可能となる。放電制御ＦＥＴ２２ｂは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にＯＦＦとなり、組電池１１の電流経路に放電電流が流れないように、ＭＰＵ１２によって制御される。なお、放電制御ＦＥＴ２２ｂのＯＦＦ後は、寄生ダイオード２３ｂを介することによって充電のみが可能となる。

遮断回路１５は、例えばヒータ抵抗を内蔵したヒューズ素子であり、過電流が流れた場合に、自らを流れる過電流のジュール熱によって溶断し、組電池１１の電流経路を遮断する。また、組電池１１のいずれかの電池セル２１ａまたは２１ｂの電圧が過充電検出電圧以上となった場合にＦＥＴ１６がＯＮとなりヒータ抵抗に電流が流れ、この電流によってヒータ抵抗が発熱してヒューズが溶断するようにされている。

［内部インピーダンスの測定方法］
次に、電池セル２１の内部インピーダンスの測定方法について説明する。初期状態における電池セル２１の内部インピーダンスは、例えば、充電電流を変動させたときの充電電流の変動量と、電池セル２１の電圧（以下、セル電圧と適宜称する）の変動量とに基づき算出することができる。

図４Ａは、充電電流の一例の状態を示し、図４Ｂは、電池セル２１のセル電圧の一例の状態を示す。図４Ａに示すように、所定の充電電流で充電を行っている場合において、所定時間経過後に充電電流を低下させる。そして、図４Ｂに示すように、充電電流を低下させる直前のセル電圧と、充電電流を低下させた後のセル電圧とを測定する。この場合の充電電流の変動量をΔＩ、セル電圧の変動量をΔＶとすると、初期状態における電池セル２１の内部インピーダンスＲ₀は、数式（２）にしたがって算出される。
Ｒ₀＝ΔＶ／ΔＩ ・・・（２）

複数の電池セル２１が直列接続されている場合には、上述の数式（２）を用いてそれぞれの電池セル２１毎に内部インピーダンスを測定する。そして、各電池セル２１の内部インピーダンス値Ｒ₀と、各電池セル２１の内部インピーダンスのうち最大となる内部インピーダンス値Ｒ_0maxをメモリ１３に記憶させる。

なお、例えば、ＭＰＵ１２において電池セル２１のセル電圧を測定した際には、ＭＰＵ１２に設けられたＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換器によってアナログの測定値からディジタルの測定値に変換されるが、この変換の際に測定誤差が生じる。セル電圧の変動量ΔＶが大きい場合には、変動量ΔＶに対する測定誤差の影響が小さいが、セル電圧の変動量ΔＶが小さい場合には、ΔＶに対する測定誤差の影響が大きくなる。すなわち、充電電流の変動量ΔＩが小さい場合には、セル電圧の変動量ΔＶが小さくなるため、測定誤差による影響が大きくなり、内部インピーダンスを正確に算出することができなくなる。

特に、初期状態における電池セル２１の内部インピーダンス値は、充放電を繰り返すことによって劣化した場合の内部インピーダンス値と比べて小さい値となる。このため、充電電流の変動量ΔＩおよびセル電圧の変動量ΔＶが小さい状態で算出した内部インピーダンス値は、測定誤差による影響を大きく受ける。したがって、充電電流を変動させる場合には、測定誤差の影響を小さくするために、比較的大きな変動量、例えば充電電流の変動量を１［Ａ］以上とすると好ましい。

また、電池セル２１の電池温度が変動すると、内部インピーダンス値も変動するため、例えば電池温度に基づいて内部インピーダンス値を補正すると好ましい。この場合、例えば、電池温度に応じて内部インピーダンス値を基準となる電池温度における内部インピーダンス値に補正するための温度補正係数をメモリ１３に予め記憶させておく。そして、温度検出素子１８によって検出した電池温度と、電池温度に基づく温度補正係数を用いて内部インピーダンス値を補正するとよい。

次に、実使用時における電池セル２１の内部インピーダンスの測定方法について説明する。実使用時における電池セル２１の内部インピーダンスは、例えば、電流および電圧が急激に変化するタイミングにおいて算出することができる。電流および電圧が急激に変化するタイミングは、例えば、充電または放電が開始されるタイミングである。このとき、電池セル２１の内部インピーダンスは、充放電開始直後における充放電電流の変動量とセル電圧の変動量とにしたがって算出される。

しかしながら、この場合には、充放電電流およびセル電圧の変動量が安定しないため、電池セル２１の内部インピーダンスを正確に測定することができない。

また、内部インピーダンスの測定は、放電の最中に行う方法が考えられる。しかしながら、この場合には、例えば、電池パック１０に接続された外部の機器の使用状態によっては負荷が変動してしまい、放電電流およびセル電圧が安定しないため、電池セル２１の内部インピーダンスを正確に測定することができない。

そこで、この発明の実施の一形態では、定電流充電領域であり、かつ電圧が安定する領域において、充電電流をパルス状に変動させた場合の、セル電圧および充電電流の変動量に基づき電池セル２１の内部インピーダンスを測定するようにしている。リチウムイオン二次電池においては、１セルあたりの電圧が４．０Ｖ付近にて測定を行うことが好ましい。充電中における電池セル２１の内部インピーダンスは、充電中に電池セル２１に対する充電電流を繰り返しＯＮ／ＯＦＦさせた場合の充電電流の変動量の平均値と、このときに変動する電池セル２１のセル電圧の変動量の平均値とに基づき算出することができる。

図５は、充電中に充電電流をＯＮ／ＯＦＦさせた場合における電池セル２１の充電電流およびセル電圧の一例の状態を示す。図５Ａに示すように、充電制御ＦＥＴ２２ａを繰り返しＯＮ／ＯＦＦさせることにより、電池セル２１に対してパルス状の充電電流が供給され、電池セル２１のセル電圧は、図５Ｂに示すようなパルス状の波形となる。こうすることにより、セル電圧が安定して変動する。

このような場合において、充電制御ＦＥＴ２２ａがＯＮ状態である場合の充電電流の平均値と、充電制御ＦＥＴ２２ａがＯＦＦ状態である場合の充電電流の平均値とに基づき、充電電流の変動量の平均値ΔＩ_aveを算出する。また、充電制御ＦＥＴ２２ａがＯＮ状態である場合のセル電圧の平均値と、充電制御ＦＥＴ２２ａがＯＦＦ状態である場合のセル電圧の平均値とに基づき、セル電圧の変動量の平均値ΔＶ_aveを算出する。

充電中における電池セル２１の内部インピーダンスＲ₁は、上述のようにして算出した充電電流の変動量の平均値ΔＩ_aveおよびセル電圧の変動量の平均値ΔＶ_aveを用い、数式（３）にしたがって算出される。
Ｒ₁＝ΔＶ_ave／ΔＩ_ave ・・・（３）

複数の電池セル２１が直列接続されている場合には、初期状態における電池セル２１の内部インピーダンスを算出した場合と同様に、上述の数式（３）を用いてそれぞれの電池セル２１毎に内部インピーダンスを測定する。そして、各電池セル２１の内部インピーダンス値Ｒ₁と、内部インピーダンス値の最大値Ｒ_1maxをメモリ１３に記憶させる。

なお、充電中における電池セル２１の内部インピーダンスを測定する場合は、初期状態における内部インピーダンスを算出した場合と同様に、充電電流が比較的大きな電流値以上、例えば１［Ａ］以上である場合に行うと好ましい。ＭＰＵ１２のＡ／Ｄ変換器によるセル電圧の測定誤差による影響を小さくするためである。

また、電池セル２１のセル電圧が低い場合には、電圧が安定しておらず、セル電圧値にばらつきが生じているおそれがあるため、電池セル２１の内部インピーダンスを正確に測定することが困難である。電池セル２１の内部インピーダンスを正確に測定するためには、充電開始から所定時間経過後にセル電圧がある程度上昇し、充放電ＦＥＴ２２ａを繰り返しＯＮ／ＯＦＦさせた場合のセル電圧の変動量が安定した状態で内部インピーダンスを算出する必要がある。したがって、充電中における電池セル２１の内部インピーダンスを算出する場合には、充電開始から所定時間経過後、例えば充電開始から２分以上経過し、セル電圧が安定している状態で行うと好ましい。

さらに、充電中における内部インピーダンスを算出する際には、初期状態における内部インピーダンスと同様に、メモリ１３に記憶された温度補正係数を用いて温度補正を行うと好ましい。

［放電制御の処理の流れ］
実使用時（放電中）における電池セル２１の放電制御を行う処理の流れについて、図６のフローチャートを参照して説明する。なお、特別な記載がない限り、以下の処理は、ＭＰＵ１２の制御の下で行われるものとする。電池パック１０が例えば外部の充電器と接続され、電池パック１０に対する充電が開始されることにより一連の処理が開始される。

ステップＳ１では、電池セル２１の開回路電圧および電流を測定する。そして、ステップＳ２において、ステップＳ１で測定した電流の極性から電池パック１０が放電中であるか否かを判断する。ステップＳ２において、放電中ではないと判断された場合には、処理が終了する。ステップＳ２において、放電中であると判断されたら、処理がステップＳ３に移る。

ステップＳ３では、測定した開回路電圧、放電電流およびメモリ１３に記憶されている内部インピーダンス値から、開回路電圧を算出する。開回路電圧は、上述の数式（１）にしたがって算出される。また、内部インピーダンスは充電時に算出されてメモリ１３に記憶されている。

続いて、ステップＳ４において、ステップＳ３にて算出した開回路電圧が予め設定された放電禁止電圧以下であるか否かを判断する。開回路電圧が放電禁止電圧以下ではないと判断された場合には、処理がステップＳ１に戻り、再度閉回路電圧および電流の測定が行われる。ステップＳ４において開回路電圧が放電禁止電圧以下であると判断された場合には、ステップＳ５に処理が移る。

ステップＳ５では、放電制御ＦＥＴ２２ｂが制御されてＯＦＦされ、放電電流が遮断される。これにより、放電制御の処理が終了する。

以上のように、この発明の電池パック１０では、放電時の負荷に応じて数値の変動する閉回路電圧ではなく、閉回路電圧、放電電流および内部インピーダンスから算出した開回路電圧に基づいて放電制御を行う。このため、放電時の負荷や電池セルの劣化等に左右されることなくより正確な放電制御を行うことができる。

＜２．第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、電池セルの電池劣化度を算出し、劣化の程度に応じて放電禁止電圧を変更する構成とした電池パック１０について説明する。なお、第２の実施の形態における電池パック１０は、第１の実施の形態における電池パック１０と同様の構成のため、各部の説明を省略する。

第２の実施の形態における電池パック１０では、充電時に算出された内部インピーダンスを基に電池セルの劣化度合いを決定する。劣化度合いは、以下のような方法により決定される。

［電池セルの劣化度合いの決定］
（１）第１の決定方法
充電時において算出した電池セル２１の内部インピーダンスを用いて、電池セル２１の劣化度を示す劣化率を算出する方法について説明する。電池セル２１は、通常、充放電を繰り返すことによって劣化し、その内部インピーダンスが初期状態と比較して増加することが知られている。電池セル２１が劣化して内部インピーダンスが増加すると、充電の際に内部インピーダンスによる発熱によって電池パック１０が危険な状態となるおそれがある。

そこで、電池セル２１の劣化が進行すると内部インピーダンスが増加することを利用して、従来から電池セルの劣化度合いを判断することが行われている。例えば、電池セルの劣化を検出する方法として、内部インピーダンス値に対して所定の閾値を設定し、この閾値と内部インピーダンス値との関係に基づき電池セルの劣化度合いを判断する方法が考えられる。より具体的には、例えば、内部インピーダンス値に対して複数の閾値を設定し、設定された複数の閾値と内部インピーダンス値との関係に基づき、劣化度合いを段階的に決定する。

このような方法を用いて劣化度合いを決定した後、決定された劣化度合いに合わせて適切な放電禁止電圧を設定する。一般的には、電池の充放電が進むにつれて電池セルの内部インピーダンスは増加していく。このため、内部インピーダンスが高くなるほど、すなわち劣化度合いが高くなるほど、放電禁止電圧が高くなるようにする。

（２）第２の決定方法
電池セルの内部インピーダンスは、電池セルの種類や用いられている材料などによって異なる。また、同一の種類であっても、製造ロットなどによって個体差が存在し、内部インピーダンスの値に微小な差が生じる。そのため、例えば、内部インピーダンス値が所定の閾値を超えた場合に、異なる種類の電池セルや異なる材料を用いた電池セルが同様に劣化していると判断することができない。

そこで、第２の決定方法では、初期状態の内部インピーダンスと実使用時（放電中）における内部インピーダンスとに基づき、電池セル２１が初期状態からどの程度劣化しているかを示す劣化率を算出するようにしている。

劣化率は、電池セル２１の初期状態の内部インピーダンスの最大値Ｒ_0maxと充電中に測定された現時点における内部インピーダンスの最大値Ｒ_1maxとを用いて、数式（４）に基づき算出される。
劣化率＝（Ｒ_1max−Ｒ_0max）／Ｒ_0max×１００［％］ ・・・（４）

例えば、充電中に測定された内部インピーダンスの最大値Ｒ_1maxが初期状態における内部インピーダンスの最大値Ｒ_0maxの２倍となった場合には、劣化率が１００［％］となる。

劣化率が算出されると、第１の決定方法と同様に決定された劣化率に合わせて適切な放電禁止電圧を設定する。このとき、劣化率が高くなるほど放電禁止電圧が高くなるようにする。

以上のように、電池セル２１の劣化度合い（劣化率）に応じて放電禁止電圧を変更するようにすることによって、電池の状態を考慮した放電制御を行うことができ、電池の劣化の促進を抑制することができると考えられる。

また、放電時の負荷の大きさに関わらず、一定の基準のもとに放電制御を行うことができる。すなわち、放電禁止後の電池セルの電圧（開回路電圧）を一定とすることができる。このため、電池パックが放電禁止状態となってからパワーダウンするまでの時間正確に算出することが可能となる。さらに、放電容量不足や過放電といった、放電時の負荷の大きさにより発生する現象を回避することができる。

以上、この発明の各実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。この例では、複数の電池セル１１ａおよび１１ｂが直列に接続された場合について説明しているが、これに限られるものではない。例えば、複数の電池セルが並列に接続されたブロック（以下、セルブロックと適宜称する）が、さらに直列接続されている場合についても適用可能である。

ただし、この場合には、セルブロックを構成する電池セルが並列接続されており、それぞれの電池セルの内部インピーダンス値を測定することができないため、各セルブロック単位で内部インピーダンス値を測定し、メモリ４に記憶させる。そして、メモリ４に記憶されたセルブロックの内部インピーダンス値と、セルブロックの電圧および充電電流とを用いて各種処理を行う。

二次電池の放電特性を示すグラフである。 この発明の一実施の形態における電池パックの構成を示すブロック図である。 放電時における開回路電圧特性および閉回路電圧特性を示すグラフである。 初期状態における電池セルの内部インピーダンスの測定方法について説明するための略線図である。 電池セルの内部インピーダンスの測定方法について説明するための略線図である。 この発明の一実施の形態の電池パックにおける放電制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０・・・電池パック
１１・・・組電池
１２・・・ＭＰＵ（Micro Processing Unit）
１３・・・メモリ
１４・・・スイッチ回路
１５・・・遮断回路
１６・・・ＦＥＴ（Field Effect Transistor）
１７・・・電流検出抵抗
１８・・・温度検出素子
１９・・・正極端子
２０・・・負極端子
２１，２１ａ，２１ｂ・・・電池セル
２２ａ・・・充電制御ＦＥＴ
２２ｂ・・・放電制御ＦＥＴ
２３ａ，２３ｂ・・・寄生ダイオード

Claims (5)

1. １または複数の電池セルと、
   上記電池セルに対する充電電流をＯＮ／ＯＦＦする充電制御スイッチと、
   上記電池セルに対する放電電流をＯＮ／ＯＦＦする放電制御スイッチと、
   充電電流および放電電流を検出するための電流検出素子と、
   上記充電制御スイッチおよび上記放電制御スイッチを制御する制御部と
   を有し、
   上記制御部は、
   充電時に上記電池セルの内部インピーダンス検出し、上記放電電流、上記内部インピーダンス及び放電時における上記電池セルの閉回路電圧値とから開回路電圧値を算出し、
   上記開回路電圧値に応じて上記放電制御スイッチを制御する
   電池パック。
2. 上記制御部が、
   上記開回路電圧値が予め設定した放電禁止電圧値に達した場合に、上記放電制御スイッチをＯＦＦする
   請求項１に記載の電池パック。
3. 上記充電制御スイッチがＯＮである場合の第１の充電電流および上記電池セルの第１の閉回路電圧値と、上記充電制御スイッチがＯＦＦである場合の第２の充電電流および上記電池セルの第２のセル電圧とを測定し、
   上記第１の充電電流および上記第２の充電電流に基づく充電電流の変動量と、上記第１のセル電圧および上記第２のセル電圧に基づくセル電圧の変動量とを算出し、
   上記充電電流の変動量および上記セル電圧の変動量に基づき上記電池セルの内部インピーダンスを算出する
   請求項２に記載の電池パック。
4. 上記電池セルの温度を検出する温度検出素子を有し、
   上記制御部が、検出した上記電池セルの温度に応じて検出された上記内部インピーダンスを補正する
   請求項３に記載の電池パック。
5. 上記制御部が、
   上記内部インピーダンスを基に算出した電池劣化度が所定値以上となった場合に上記放電禁止電圧値を高くするように制御する
   請求項４に記載の電池パック。

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