專利名稱：電池狀態(tài)檢測裝置和方法、以及內置有該裝置的電池包的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測向電子機器供電的二次電池的狀態(tài)的電池狀態(tài)檢測裝置、內 置有該電池狀態(tài)檢測裝置的電池包、以及電池狀態(tài)檢測方法。
背景技術：
作為鋰離子電池等二次電池的異?，F(xiàn)象，眾所周知的有負極和正極之間的微小短 路(micro short)現(xiàn)象。專利文獻1對微小短路進行了詳細的介紹，并揭示了一種對微小 短路的有無進行檢測的方法。專利文獻1揭示的方法為，在由將正極和負極這兩者進行了 隔離配置的分離器和電解液所構成的電池中，將所述電解液冷卻為固體狀態(tài)，并在所述正 極和所述負極之間檢測交流阻抗，然后根據(jù)該檢測值對短路的有無進行判定。專利文獻1 (日本)特開2003-45500號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明想要解決的課題如下但是，在專利文獻1揭示的技術中，因為需要將電解液冷卻為固體狀態(tài)，所以可對 二次電池微小短路的有無進行檢測的情況受到了限制。因此，鑒于上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電池狀態(tài)檢 測裝置、內置有該電池狀態(tài)檢測裝置的電池包、以及電池狀態(tài)檢測方法，可以與二次電池的 卷繞狀況無關地檢測出二次電池的微小短路。用于解決上述課題的手段如下為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電池狀態(tài)檢測裝置，其具有殘量計算單元，其用于計算二次電池的殘量；滿充電量計算單元，其用于計算所述二次電池的滿充電量；微小短路判斷單元，其用于通過根據(jù)所述二次電池充電時被充電的充電量、由所 述殘量計算單元在該充電即將開始的計算時點所計算的殘量、以及由所述滿充電量計算單 元在該充電開始之前所計算的滿充電量對所述二次電池是否被過充電進行判斷，進而對所 述二次電池的微小短路進行判斷；以及輸出單元，其用于輸出基于所述微小短路判斷單元的判斷結果的信號。另外，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種電池狀態(tài)檢測裝置，其具有內部電阻值計算單元，其用于計算二次電池的內部電阻值；微小短路判斷單元，其用于通過檢測出由所述內部電阻值計算單元所計算的所述 內部電阻值小于其初始值，對所述二次電池的微小短路進行判斷；以及輸出單元，其用于輸出基于所述微小短路判斷單元的判斷結果的信號。另外，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電池包，其內置有所述電池狀態(tài)檢測裝 置以及所述二次電池。另外，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電池狀態(tài)檢測方法，其中，通過檢測出在二次電池充電時超過了可充電至所述二次電池的充電量的充電量被充電至所述二次電 池，判定所述二次電池的微小短路。另外，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種電池狀態(tài)檢測方法，其中，通過檢測 出二次電池的內部電阻值小于其初始值，判定所述二次電池的微小短路。本發(fā)明的效果如下根據(jù)本發(fā)明，可以與二次電池的卷繞狀況無關地檢測出二次電池的微小短路。


圖1是作為本發(fā)明的電池包的實施方式的智能電池包100A的整體結構圖。圖2是根據(jù)充電量對二次電池的微小短路進行檢測的流程圖。圖3是對電池包100A內的管理系統(tǒng)的內部電阻值進行計算的流程圖。圖4是微小短路的第1判定流程圖。圖5是微小短路的第2判定流程圖。圖6是微小短路的第3判定流程圖。圖7是微小短路的第4判定流程圖。圖8表示充放電周期數(shù)與各充放電周期內的至充電停止為止的二次電池被充電 的充電量之間的關系的數(shù)據(jù)。圖9表示充放電周期數(shù)與各充放電周期內的內部電阻值之間的關系的數(shù)據(jù)。圖10是充電檢測的順序。圖11是表示25°C時的“開放電壓-充電率”特性的圖。主要符號說明10 溫度檢測部；20 電壓檢測部；21:起動電壓檢測部；30 電流檢測部；31:起動電流檢測部；40 =ADC ；50 計算處理部；60:存儲器；70 通信處理部；80 定時器；100A 電池包；200 二次電池；300 便攜式機器。
具體實施例方式下面參照

用于實施本發(fā)明的最佳實施方式。圖1是作為本發(fā)明的電池包的實施方式的智能電池包100A的整體結構圖。電池 包100A內置有作為管理電池狀態(tài)的管理系統(tǒng)的電池狀態(tài)檢測裝置，該電池狀態(tài)檢測裝置包括用于對鋰離子電池、鎳氫電池、雙電層電容器(electric double layercapacitor EDLC)等二次電池200的周圍溫度(環(huán)境溫度)進行檢測的溫度檢測部10、用于檢測二次 電池200的電壓的電壓檢測部20、用于檢測二次電池200的充放電電流的電流檢測部30、 用于將各檢測部所輸出的表示檢測結果的模擬電壓值轉換為數(shù)字(digital)值的A D轉換 器(以下稱“ADC”)40、用于進行二次電池200的電流累積、容量(即電池容量)補正、可 放電量等的計算處理的計算處理部50 (例如，具有CPU 51、ROM 52以及RAM 53等的計算 機)、用于保存在計算處理器50進行的計算和處理中所使用的、用于確定二次電池200和電 池包100A的各構成部的特性的特性數(shù)據(jù)的存儲器60 (例如，EEPROM或閃存等保存裝置)、 用于將與二次電池200相關的電池狀態(tài)信息傳送至將二次電池200作為電源的便攜式機器 300的通信處理部70 (例如，通信用IC (集成電路))、用于對時間進行管理的定時器80、以 及用于根據(jù)電流檢測部30的檢測結果檢測出便攜式機器300的起動電流的起動電流檢測 部31。電池狀態(tài)檢測裝置的上述這些構成要素的全部或一部分可由集成電路構成。電池包100A是將二次電池200與對其電池狀態(tài)進行管理的管理系統(tǒng)進行了組合 的模塊部件。電池包100A經由電極端子(正極端子1和負極端子2)以及通信端子3與便 攜式機器300相連。正極端子1經由通電路徑與二次電極200的正極電連接。負極端子2 經由通電路徑與二次電極200的負極電連接。通信端子3與通信處理部70相連。通信處 理部70是用于將基于計算處理部50的處理結果的通知信息輸出至便攜式機器300的輸出 單元。便攜式機器300是可攜帶的電子機器，具體來說，可以列舉出移動電話、PDA和便 攜式電腦等信息終端裝置、照相機、游戲機、音樂和映像等的播放器等。電池包100A可被內 置在便攜式機器300內部，也可被設置在便攜式機器300的外部。便攜式機器300根據(jù)從 通信處理部70所獲得的電池狀態(tài)信息，進行基于該電池狀態(tài)信息的預定動作。便攜式機器 300例如將電池狀態(tài)信息顯示在顯示器等顯示部上(例如，二次電池200的殘量(即殘容 量)信息、劣化信息、交換時期信息等的顯示)，并根據(jù)電池狀態(tài)信息對自身的動作模式進 行變更(例如，從通常電力消耗模式轉換至低電力消耗模式等)。二次電池200可作為便攜式機器300的電源，也可作為ADC40、計算處理部50、通 信處理部70、以及定時部80的電源。另外，對于溫度檢測部10、電壓檢測部20、電流檢測部 30、以及起動電流檢測部31來說，根據(jù)這些電路的結構，也可能需要由二次電池200來提供 電源。對于存儲器60來說，即使其來自二次電池200的供電被切斷，其也能保持所保存的 內容。溫度檢測部10、電壓檢測部20、電流檢測部30、ADC40、以及計算處理部50起到對二 次電池200的電池狀態(tài)進行檢測的狀態(tài)檢測部的功能。溫度檢測部10用于檢測二次電池200的周圍溫度，然后將所檢測出的周圍溫度轉 換成可輸入ADC 40的電壓，并將其輸出至ADC 40。由ADC 40所轉換的、表示二次電池200 的周圍溫度的電池溫度的數(shù)字值被傳送至計算處理部50，作為用于計算和處理的參數(shù)被使 用。另外，電池溫度的數(shù)字值被換算為由計算處理部50所預先確定的單位，并作為用于表 示二次電池200的電池狀態(tài)的電池狀態(tài)信息，經由通信處理部70被輸出至便攜式機器300。 這里，需要說明的是，如果二次電池200和電池包100A接近，溫度檢測部10不僅可以檢測 出二次電池200自身的溫度及其周圍溫度，而且還可以檢測出電池包100A及其構成部件的 溫度。另外，如果溫度檢測部10與電壓檢測部20、電流檢測部30以及ADC 40 一起由集成電路構成，則溫度檢測部10還可以檢測出該集成電路自身的溫度及其周圍溫度。電壓檢測部20用于檢測二次電池200的電壓，然后將所檢測的電壓轉換成可輸入 ADC 40的電壓，并將其輸入至ADC 40。由ADC 40所轉換的、用于表示二次電池200的電壓 的電池電壓的數(shù)字值被傳送至計算處理部50，作為用于計算和處理的參數(shù)被使用。另外，電 池電壓的數(shù)字值被轉換算為由計算處理部50所預先確定的單位，并作為用于表示二次電 池200的電池狀態(tài)的電池狀態(tài)信息，經由通信處理部70被輸出至便攜式機器300。電流檢測部30用于檢測二次電池200的充放電電流，然后將所檢測出的電流轉 換成可輸入ADC 40的電壓，并將其輸出至ADC 40。電流檢測部30具有與二次電池200串 聯(lián)的電流檢測電阻30a、以及、對電流檢測電阻30a兩端所發(fā)生的電壓進行放大的運算放大 器，通過電流檢測電阻30a以及運算放大器將充放電電流轉換為電壓。運算放大器可包含 在ADC 40內。由ADC 40所轉換的、用于表示二次電池200的充放電電流的數(shù)字值被傳送 至計算處理部50，作為用于計算和處理的參數(shù)被使用。另外，電池電流的數(shù)字值被換算為由 計算處理部50所預先確定的單位，并作為用于表示二次電池200的電池狀態(tài)的電池狀態(tài)信 息，經由通信處理部70被輸出至便攜式機器300。計算處理部50用于計算二次電池200的殘量。關于殘量的計算方法，可以使用適 當?shù)娜我獾姆椒ǎ旅鎸ζ溆嬎惴椒ㄟM行例示。計算處理部50對在二次電池200的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)(例如，便攜式機器300 的操作消耗了預定值以上的電流的狀態(tài))下由電流檢測部30所檢測出的電流值進行積分。 這樣，不僅可以計算出二次電池200的充放電電量，而且還可以計算出二次電池200的當前 的蓄積電量(即殘量)。計算殘量時，例如，(日本)特開2004-226393號公報中公開了一 種思考方法，即在二次電池的充放電過程中溫度或電流等條件發(fā)生了變化的情況下，充放 電效率不發(fā)生變化，但是，根據(jù)各充放電條件，存在暫時不能充電或放電的電量，其量發(fā)生 變化。根據(jù)這樣的思考方法，可以不進行針對充放電效率的補正處理。然而，如果電池包100A的構成部中存在有依賴于溫度的溫度依賴電路，則在計算 處理部50中，也可以進行由溫度檢測部10檢測出溫度，并根據(jù)“充放電電流-溫度”特性， 補正由ADC 40所轉換的二次電池200的充放電電流值的處理?！俺浞烹婋娏?溫度”特性 由補正表或補正函數(shù)來表示。補正表內的數(shù)據(jù)或補正函數(shù)的系數(shù)作為特性數(shù)據(jù)被保存在存 儲器60中。計算處理部50按照基于從存儲器60中所讀出的特性數(shù)據(jù)的補正表或補正函 數(shù)，根據(jù)由溫度檢測部10所檢測出的溫度，對充放電電流值進行補正。另外，當二次電池200的充放電變?yōu)樾葜範顟B(tài)(例如，便攜式機器300的操作處于 停止或待機狀態(tài))時，與充電狀態(tài)和放電狀態(tài)相比，充電電流值會變小。這樣，如果由于分 辨率等原因導致了電流檢測部30和ADC 40的檢測中包含大量誤差的狀態(tài)或不能進行檢測 的狀態(tài)持續(xù)了一定期間，則因為計算殘量時對上述電流累積處理的誤差也進行了累積，所 以導致殘量的計算不正確。為了防止出現(xiàn)這種情況，計算處理部50可以停止電流值的累積 處理，或者，可以將預先測定的便攜式機器300的消耗電流值保存在存儲器60中，對該值進 行累積。另外，為了提高殘量或充電率等的計算精度，計算處理部50在便攜式機器300的 休止狀態(tài)持續(xù)了預定時間時，定期地對二次電池200的電壓(開放電壓)進行測定，并根據(jù) “開放電壓-充電率”特性(參照圖11)，對充電率進行計算和補正。開放電壓是指在將穩(wěn)定的二次電池200的兩極間開放或者高阻抗的狀態(tài)下所測定的兩極間的電壓。充電率是指 在將此時的二次電池200的充滿電時的容量(也稱“滿充電量”或“滿充電容量”)設為100 時的以％來表示的該二次電池200的殘量的比例?！伴_放電壓-充電率”特性由補正表或補 正函數(shù)來表示。補正表內的數(shù)據(jù)或補正函數(shù)作為特性數(shù)據(jù)被存儲在存儲器60中。計算處 理部50按照基于從存儲器60中所讀出的特性數(shù)據(jù)的補正表或補正函數(shù)，根據(jù)由電壓檢測 部20所檢測出的開放電壓，對充電率進行計算和補正。另外，在二次電池200的開放電壓中存在溫度特性時，計算處理部50可對開放電 壓進行預定的溫度補正。例如，計算處理部50可以進行由溫度檢測部10檢測出周圍溫度， 并根據(jù)“開放電壓-溫度”特性，補正由ADC 40所轉換的二次電池200的開放電壓的處理。 “開放電壓-溫度”特性由補正表或補正函數(shù)來表示。補正表內的數(shù)據(jù)或補正函數(shù)的系數(shù)作 為特性數(shù)據(jù)被存儲在存儲器60中。計算處理部50按照基于從存儲器60中所讀出的特性 數(shù)據(jù)的補正表或補正函數(shù)，根據(jù)由溫度檢測部10所檢測出的溫度，對開放電壓進行補正。如上所述，計算處理部50可以計算出二次電池200的充電率，但是，對于二次電池 200的殘量來說，因為其是基于滿充電量和充電率的關系來確定的，所以，在沒有測定或推 定了二次電池200的滿充電量的情況下，不能計算出二次電量200的殘量。作為計算二次電池200的滿充電量的方法，例如有基于二次電池200的放電量的 計算方法和基于充電量的計算方法。例如，在基于充電量來進行計算的情況下，因為除了脈 沖充電之外都是以恒電壓或恒電流的方式來進行充電，所以，與容易對便攜式機器300的 消耗電流特性產生影響的基于放電量的計算方法相比，可以正確地檢測出充電電流。當然， 實際上具體選用哪一種方法才合適，則需要在充分地考慮了便攜式機器300的特性的基礎 上，適當?shù)剡x擇其兩者或其中的一者。最能正確地測定滿充電量的條件是在殘量從零的狀態(tài)開始至滿充電的狀態(tài)為止 的期間內持續(xù)進行充電的情況，在該充電期間內所累積的電流值即為滿充電量。但是，從一 般的使用情況來看，很少進行這樣的充電，也就是說，通常都是從具有一定的殘量的狀態(tài)開 始進行充電。因此，考慮到這樣的情況，計算處理部50根據(jù)即將開始充電時的電池電壓、以及 從充電結束時開始經過了預定時間時的電池電壓對二次電池200的滿充電量進行計算。 即計算處理部50根據(jù)即將開始充電時的電池電壓、以及“開放電壓-充電率”特性(參照 圖11)計算出即將開始充電時的充電率，同時根據(jù)從充電結束時開始經過了預定時間時的 電池電壓、以及“開放電壓-充電率”特性(參照圖11)計算出從充電結束時開始經過了預 定時間時的充電率。然后，計算處理部50根據(jù)如下公式(1)可以計算出二次電池200的滿 充電量。FCC = Q/ {(S0C2-S0C1)/100}…(1)這里，F(xiàn)CC[mAh]表示滿充電量，SOCl [ % ]表示即將開始充電時的充電率， S0C2[% ]表示從充電結束時開始經過了預定時間時的充電率，Q[mAh]表示在從即將開始 充電時開始至充電結束時為止的期間內所充電的電量。這里，需要說明的是，如果SOCl和 S0C2被進行了溫度補正，則可以計算出更正確的值。另外，通過使用從充電結束時開始經過 了預定時間時的電池電壓，可以將比充電結束時更穩(wěn)定的電池電壓反映到計算中，這樣，就 可以提高計算結果的精度。
因此，根據(jù)上述所計算出的充電率以及滿充電量，就可以計算出二次電池200的 殘量(殘量=滿充電量χ充電率)。但是，一旦二次電池中發(fā)生微小短路或微小短路發(fā)生了進展，就可能成為導致可 放電時間縮短或起火等故障的原因。因此，本實施例的電池狀態(tài)檢測裝置通過檢測出二次 電池200的微小短路現(xiàn)象，并督促便攜式機器300的使用者交換電池包100A，可以預防如上 所述的故障的發(fā)生。下面，對這方面進行詳細的說明。由對二次電池進行反復充放電的試驗可知，一旦發(fā)生微小短路，則可判明是超過 了那時的滿充電量而被充電。圖8表示充放電周期數(shù)與各充放電周期內的至充電停止為止 的二次電池被充電的充電量之間的關系的數(shù)據(jù)?？v軸的充電量是以百分率表示的將二次電 池的新品(即新產品)的滿充電量作為100時的充電量。二次電池充電停止時點的二次 電池所蓄積的電量相當于該時點的二次電池的滿充電量。如圖8所示，隨著充放電周期數(shù) 的增加，滿充電量減小，導致二次電池的可充電電量減小，但是，如果突然發(fā)生微小短路，則 會增加。某充放電周期內充電量突然增加，表示在該充放電周期內突然發(fā)生了微小短路，并 且在之后的充放電周期內恢復到沒有微小短路的正常狀態(tài)。在此基礎上，在本實施例中，通過將二次電池充電時被充電的充電量與由殘量計 算單元在即將開始充電時的計算時點所算出的殘量的合計值、與、由滿充電量計算單元在 充電開始之前(尤其是在謀求對滿充電量的計算誤差進行抑制的、前次的即將開始充電 時)的計算時點所算出的滿充電量進行比較，對二次電池的微小短路進行判斷。于是，當上 述合計值超過了上述滿充電量時，就可以判斷二次電池中發(fā)生了微小短路。圖2是根據(jù)充電量對二次電池的微小短路進行檢測的流程圖。當電流檢測部30 通過對二次電池200中所流動的電流方向等進行檢測，檢測出開始對二次電池200進行充 電時(步驟1)，計算處理部50通過對由電流檢測部30所檢測出的充電電流值進行積分，計 算出充電量(即充電容量)Qchg(步驟3)。這里，需要說明的是，在步驟1中，如果沒有檢 測出對二次電池進行充電，則將充電量Qchg的值設為零(步驟2)。如果二次電池200充電時被追加的充電量超過了二次電池的可充電的充電量，變 為過充電，則計算處理部50判定為二次電池200中發(fā)生了微小短路。也就是說，如果將二 次電池200充電時被追加的充電量設為Qchg、將在該充電即將開始時的計算時點所算出的 殘量設為Qrem、將在作為該充電開始之前的計算時點的、前次的即將開始充電時的計算時 點所算出的滿充電量設為Qbat、并將1以上的正的系數(shù)設為K，則計算處理部50在下述的 關系式(2)成立時(步驟4)，判定為二次電池200中發(fā)生了微小短路(步驟5)。(Qrem+Qchg)/Qbat > K— (2)這里，K可為K = 1，但是，考慮到測定和計算的誤差，為了防止發(fā)生微小短路的誤 判斷，可以將K設定為大于1的正數(shù)(例如1. 2以上1. 5以下的值)。如果上述關系式(2) 不成立，在步驟200中，可看作是沒有發(fā)生微小短路，所以，返回步驟1。這里，需要說明的 是，計算處理部50可以在充電中途階段的充電量超過了二次電池的可充電的充電量時，判 定為二次電池200發(fā)生了微小短路，但是，在從二次電池200開始充電時開始到停止時為止 被充電的充電量超過了二次電池的可充電的充電量時，也可以判定為二次電池200中發(fā)生 了微小短路。在步驟6中，通信處理部70將由計算處理部50所判定的二次電池200中發(fā)生了微小短路的信息傳送至便攜式機器300。這樣，在便攜式機器300的顯示部上就可以顯示出 基于該信息的警告信息。另外，也可以通過便攜式機器300的揚聲器等音頻輸出單元發(fā)出 警告信息的聲音，以進行通知。另外，計算處理部50通過輸出用于對二次電池200的充電 進行限制的信號，也可以對保護電路進行控制，以切斷二次電池200的充電路徑。這樣，即 使發(fā)生了微小短路，也可以將這種狀態(tài)通知給用戶，并且還可以防止這種充電狀態(tài)的繼續(xù) 進行。另外，在二次電池發(fā)生微小短路時，盡管如上所述，可以觀察到超過了此時的滿充 電量被充電的現(xiàn)象，另一方面，還可能發(fā)生內部電阻值下降的現(xiàn)象。圖9表示充放電周期數(shù) 與各充放電周期內的內部電阻值之間的關系的數(shù)據(jù)。如圖9所示，二次電池的內部電阻值 的測定值隨著充放電周期數(shù)的增加而變大，但是，如果發(fā)生微小短路，則變小。因此，對通常具有劣化可導致內部電阻值增加的現(xiàn)象的二次電池來說，在內部電 阻值持續(xù)減小或突然減小時，可以判定其發(fā)生了微小短路。在本實施例中，計算處理部50進行二次電池200的內部電阻值的計算，但是，關于 內部電阻值的計算方法，可以使用適當?shù)娜我獾姆椒ǎ旅鎸ζ溆嬎惴椒ㄟM行例示。計算處理部50在包含二次電池200的充電開始時點的單位時間內，通過檢測和計 算出該單位時間內的充放電電流的電流差、以及與該單位時間相同期間內的電池電壓的電 壓差，對二次電池200的內部電阻值進行計算。也就是說，如果將即將開始充電時的電池電壓設為V0、將該即將開始充電時的充 電電流設為10、將從該充電開始時開始經過了規(guī)定時間時的電池電壓設為VI、將從該充電 開始時開始經過了該規(guī)定時間時的電池電壓設為II，則可認為即將開始充電時的內部電阻 值與從充電開始時開始經過了規(guī)定時間時的內部電阻值是相等的，這樣，二次電池200的 內部電阻值Rc就可以由下述的內部電阻值計算公式(3)來進行計算。Rc = (Vl-VO)/(11-10)— (3)這里，需要說明的是，關于此點，在將開始充電時的前后的各時點所檢測出的電流 和電壓代入公式(3)來計算內部電阻值時，盡管這里省略說明了為了確認是否得到穩(wěn)定的 內部電阻值計算結果所進行的確認試驗的結果，但是，根據(jù)該確認試驗的結果可知，在與新 品相比劣化發(fā)生了進展的狀態(tài)下，即使充電電流不同，根據(jù)充電開始時的前后之間的電壓 值以及電流值，可以計算出穩(wěn)定的內部電阻值。因此，在檢測出二次電池200的充放電電流值為零或二次電池200內僅有微小的 充放電電流流動的休止狀態(tài)持續(xù)一定時間后，又檢測出比休止狀態(tài)的電流值還大的預定值 以上的充電電流流動的充電狀態(tài)的情況下，可以根據(jù)從檢測出該預定值以上的充電電流值 的時點開始經過了一定時間時的充電狀態(tài)下的二次電池200的電壓值和電流值、以及檢測 出該預定值以上的充電電流值的時點前的休止狀態(tài)下的二次電池200的電壓值和電流值， 按照上述公式(3)來計算二次電池200的內部電阻值。計算處理部50通過檢測出所計算 的內部電阻值小于其初期值(預先保存在存儲器60等內)，可以判定二次電池200的微小 短路。該判定信息經由通信處理部70被傳送至便攜式機器300。圖3是電池包100A內的管理系統(tǒng)的內部電阻值的計算流程圖。在管理系統(tǒng)中，計 算處理部50作為主體進行動作。計算處理部50在管理系統(tǒng)初始化后進行基于溫度檢測 部10的溫度檢測、基于電壓檢測部20的電壓檢測、基于電流檢測部30的電流檢測(步驟10)。計算處理部50按照預定的檢測周期檢測這些檢測部的檢測值，并將相同時點的電壓 值、電流值以及溫度值的數(shù)據(jù)保存至RAM 53等存儲器中。該檢測周期可以通過考慮二次電 池200的充電時的電池電壓的上升特性等進行確定，這樣，能夠正確地檢測出二次電池200 充電時的電池電壓的上升前后之間的電壓差和電流差。在計算處理部50中，當電流檢測部30在一定期間內持續(xù)檢測出充放電電流值為 零或僅有微小充放電電流流動的休止狀態(tài)后，判斷由電流檢測部30所檢測出的電流是否 為用于判定二次電池200的充電開始的預定的正的第1電流閾值以上的值(步驟12)。在 計算處理部50中，如果在步驟10的檢測時點由電流檢測部30所檢測出的電流不為第1電 流閾值以上的值，則將所檢測出的電壓、電流、溫度作為即將開始充電時的檢測值，并將其 確定為V0、I0、Temp (步驟14)。確定后，返回步驟10。在步驟12中，由電流檢測部30所檢 測出的電流在到達第1電流閾值以上之前，V0、10、Temp被更新。這里，需要說明的是，在步驟10中，如果電流檢測部30所檢測出的電流盡管不為 第1電流閾值(絕對值)以上的值，但是為零以上或預定值以上的放電電流值(絕對值)， 則作為不適于計算正確內部電阻值的檢測值，并將該檢測值從用于計算內部電阻值的電流 中排除。另外，在計算處理部50中，如果在步驟12中于步驟10的檢測時點由電路檢測部 30所檢測出的電流為第1電流閾值以上的值，則認為對二次電池200的充電開始了，再次進 行基于溫度檢測部10的溫度檢測、基于電壓檢測部20的電壓檢測、基于電流檢測部30的 電流檢測(步驟16)。在計算處理部50中，對在步驟16中由電流檢測部30所檢測出的電 流是否為比第1電流閾值還大的預定的第2電流閾值以上的值進行判斷(步驟18)。第2 電流閾值為用于判斷對二次電池200進行充電的電流是否處于上升后的穩(wěn)定充電狀態(tài)(充 電電流的變動量小于充電電流的上升狀態(tài)時的充電狀態(tài))的判斷閾值。在計算處理部50中，如果在步驟16中由電流檢測部30所檢測出的電流不為第2 電流閾值以上的值，則充電開始后的充電電流仍為不穩(wěn)定狀態(tài)，不適于計算內部電阻值，結 束本流程。另外，在計算處理部50中，如果在步驟16中由電流檢測部30所檢測出的電流 為第2電流閾值以上的值，則認為充電電流已為穩(wěn)定狀態(tài)，并將所檢測出的電壓以及電流 作為從充電開始經過了規(guī)定時間時的檢測值，確定VI、Il (步驟20)。另外，在步驟22中， 如果從檢測出第1電流閾值以上的電流值時開始沒有經過規(guī)定的時間，則認為充電電流仍 處于上升途中，返回步驟16。另外，如果從檢測出第1電流閾值以上的電流值開始經過了規(guī) 定的時間，則進入步驟24。在步驟24中，計算處理部50根據(jù)公式(3)計算出二次電池200 的內部電阻值Re。因此，如圖10所示，通過在每次對二次電池200進行充電時都對內部電阻值Rc進 行計算，并通過設定用于對充電是否開始了進行判定的第1電流閾值以及比第1電流閾值 還大的第2電流閾值，可以正確地把握對二次電池200進行充電的充電開始時點，并將穩(wěn)定 充電狀態(tài)下的檢測值應用于內部電阻值的計算。另外，在便攜式機器30進行間歇地消耗電流的動作的情況下(例如，通常電力消 耗模式和低消耗電力模式之間的切換被間歇地進行的情況，或者平常狀態(tài)的消耗電流為 ImA但消耗電流定期地變?yōu)镮OmA的情況)，如果在充電開始前電流IO或充電開始后電流Il 的檢測時點，充電的上升時點重合，則內部電阻值的計算誤差會變大。但是，如上所述，通過考慮便攜式機器300的工作狀態(tài)，并設定兩個電流閾值來計算內部電阻值，可以抑制內部 電阻值的計算誤差。另外，為了抑制內部電阻值的計算誤差，通過考慮便攜式機器300的工 作狀態(tài)，也可以采用例如將多次檢測的檢測值的平均值、多次檢測的檢測值中的大多數(shù)一 致的平均值、連續(xù)η次一致的檢測值等作為內部電阻值計算公式的代入值的方式。另外，在二次電池200或電池包100Α的構成部中存在溫度特性時，內部電阻值Rc 也具有溫度特性。例如，二次電池200的開放電壓隨其周圍溫度的升高而呈減小的趨勢。另 外，因為溫度檢測部10、電壓檢測部20、電流檢測部30、ADC 40等具有電阻、晶體管、放大器 等模擬元件，所以可成為溫度依賴電路。在進行基本的集成電路的設計階段，一般是在考慮 了晶圓內元件的溫度依賴性的基礎上進行設計的，但是，因為存在著制造過程的偏差、晶圓 面內的特性偏差等因素，因此，盡管很小，所制造出的IC (集成電路)還是會存在溫度特性。因此，在計算電阻時，通過利用溫度信息，不管在怎樣的溫度下進行計算的情況 下，都進行補正計算，以使所計算出的內部電阻值相等。在計算處理部50中，通過根據(jù)周圍 溫度對由步驟24所算出的電阻值Rc進行補正，計算出第1補正電阻值Rcomp (圖3所示的 步驟26)。內部電阻值的基于溫度的補正方法可以使用適當?shù)娜我獾姆椒?。“內部電阻?溫 度”特性由補正表或補正函數(shù)表示。補正表內的數(shù)據(jù)或補正函數(shù)的系數(shù)作為特性數(shù)據(jù)被保 存在存儲器60中。在計算處理部50中，按照基于從存儲器60中所讀出的特性數(shù)據(jù)的補正 表或補正函數(shù)，根據(jù)溫度檢測部10進行檢測時的溫度可以計算出對內部電阻值Rc進行了 補正的第1補正電阻值Rcomp。另外，因為所計算出的內部電阻值也隨著二次電池200的殘量而變化，所以需要 進行補正計算，以保證即使在測定時的殘量不同的情況下，也可以計算出大致一定的內部 電阻值。在計算處理部50中，通過根據(jù)殘量對由步驟26所計算出的電阻值Rcomp進行補 正，計算出第2補正電阻值Rcomp2 (步驟28)。內部電阻值的基于殘量的補正方法可以使用適當?shù)娜我獾姆椒?。“內部電阻?殘 量”特性由補正表或補正函數(shù)表示。補正表內的數(shù)據(jù)或補正函數(shù)的系數(shù)作為特性數(shù)據(jù)被保 存在存儲器60中。在計算處理部50中，按照基于從存儲器60所讀出的特性數(shù)據(jù)的補正表 或補正函數(shù)，根據(jù)即將開始充電時的殘量Q0，可以計算出對第1補正電阻值Rcomp進行了補 正的第2補正電阻值Rcomp2。這樣，就可以正確地計算出內部電阻值。下面，根據(jù)在圖3內所計算出的正確的內部電阻值，進行微小短路的判定。圖4 圖7示出了微小短路的判定流程。這里，需要說明的是，如果判定為出現(xiàn)了微小短路，則可 以與上述同樣地進行向便攜式機器300發(fā)送通知的動作、以及對二次電池200的充電進行 限制的動作。在圖4中，在計算處理部50中，如果內部電阻值R的計算值被更新(步驟40)，則 當該計算值小于預定的閾值Thl(例如，ΙΟΟπιΩ)時，判定為出現(xiàn)了微小短路(步驟42)。在圖5中，在計算處理部50中，如果內部電阻值R的計算值被更新(步驟50)，則 當Rmax減去Rnew后的差值大于預定的閾值Th2時(步驟52)，判定為出現(xiàn)了微小短路，其 中，Rmax表示從以前的某次開始至預定次數(shù)為止的計算步驟中所得到的最高值的內部電阻 值(保存在存儲器60中)，Rnew表示在步驟50中所計算的當前的內部電阻值。這里，需 要說明的是，在步驟52中，如果其差值不比閾值Th2大，則當過去的最大內部電阻值Rmax小于當前的內部電阻值Rnew時(步驟54)，將內部電阻值Rmax更新為當前的內部電阻值 Rnew (步驟 56)。在圖6中，在計算處理部50中，如果內部電阻值R的計算值被更新(步驟60)，則 當Rlast減去Rnew后的差值大于預定的閾值Th3時(步驟62)，判定為出現(xiàn)了微小短路，其 中，Rlast表示前次計算步驟中所得到的內部電阻值，Rnew表示在本次的步驟60中所計算 的當前的內部電阻值。在圖7中，在計算處理部50中，如果內部電阻值R的計算值被更新(步驟70)，則當 內部電阻值連續(xù)減少了預定次數(shù)的情況下，判定為出現(xiàn)了微小短路。也就是說，如果前次的 內部電阻值Rlast不大于本次的內部電阻值Rnew，則將計數(shù)器的計數(shù)值Count清為零(步 驟74)；如果前次的內部電阻值Rlast大于本次的內部電阻值Rnew，則將計數(shù)值Count加 1 (步驟76)。在計數(shù)值Count大于預定的閾值Th4的情況下，判定為出現(xiàn)了微小短路(步 驟 78)。這里，Thl等用于判定微小短路的閾值可以被保存在存儲器60中。通過對存儲器 60中保存的微小短路判定用閾值進行更新，可以容易地按便攜式機器300或二次電池200 的規(guī)格改變微小短路判定用閾值。也就是說，即使安裝了電池包100A的便攜式機器300的 規(guī)格或內置了電池包100A的二次電池200的規(guī)格發(fā)生了變化，仍然可以對微小短路進行適 當?shù)呐卸?。另外，在計算處理?0中，當進行微小短路的判定時，也可以將根據(jù)二次電池充 電開始前的檢測值所算出的初期內部電阻值作為微小短路判定用的判定基準值，對二次電 池200的微小短路進行判定。在計算處理部50中，通過將初期內部電阻值與根據(jù)二次電池 充電開始后的檢測值所算出的內部電阻值進行比較，對二次電池200的微小短路狀態(tài)進行 判斷。例如，如果檢測出充電開始前的初期內部電阻值減去充電開始后的內部電阻值的差 值大于預定值，則可以判定為二次電池200發(fā)生了微小短路、或微小短路出現(xiàn)了進展。另外，初期內部電阻值可以根據(jù)電池包100A被安裝至便攜式機器300前時(例 如，電池包100A發(fā)貨前時)二次電池200被首次充電時的充電前后期間內所檢測出的電壓 和電流的檢測值來計算。在計算處理部50中，如果電流檢測部30自動檢測出首次充電動 作，則根據(jù)該首次充電動作開始前后期間內檢測出的檢測值來計算初期內部電阻值，并將 該計算結果作為微小短路的判定基準保存在存儲器60中。首次充電例如可以通過從電池 包100A的外部向電池包100A的電池端子提供充電用的脈沖電流等來實現(xiàn)。因此，根據(jù)上述的實施例可知，因為電流和電路等的檢測電路、充電量和內部電阻 值的計算電路都被設置在了電池包100A的內部，所以，不需要專門的測定裝置來檢測微小 短路，該專門的測定裝置可能是外部裝置，也可能是便攜式機器300的內置裝置；除此之 外，在將電池包作為產品時的發(fā)貨前后的保存期間內、或者一般的用戶在使用便攜式機器 300的期間內，都可以進行微小短路的判定，另外，還可以對發(fā)貨前所發(fā)生的微小短路、以及 發(fā)貨后所發(fā)生或進展了的微小短路進行判定。一般來說，用戶在購入那些利用二次電池的機器的時候，都是首次將二次電池連 接至機器主體。因此，在此之前的保管狀態(tài)下，很可能已經發(fā)生了微小短路。在本技術中，因 為在電池包內部設置了用于檢測微小短路的檢測電路，所以，即使在電池包的保存狀態(tài)下， 將二次電池作為電源，也可以進行微小短路的檢測動作。另外，在商店等處將電池安裝至機
13器主體時，二次電池的電池信息可被便攜式機器一側所獲得，并可在便攜式機器上顯示督 促交換二次電池的畫面，這樣，就可以在把商品交給顧客前發(fā)現(xiàn)不良的電池。另外，即使是在僅是因為異常充電持續(xù)了一定期間而導致發(fā)生了某些異常并執(zhí)行 保護動作的方法中，也有可能在該異常充電的持續(xù)期間內發(fā)生過充電的情況，但是，在對充 電開始時的殘量進行了考慮的本實施例中，就不會發(fā)生這樣的過充電的問題。另外，通過將檢測出了微小短路等異常的信息發(fā)送至那些使用電池包的便攜式機 器，可以在便攜式機器一側提醒用戶交換電池，這樣，就可以在出現(xiàn)起火等故障之前對電池 進行回收。另外，與根據(jù)交流所測定的阻抗相比，根據(jù)上述的充電開始前后期間內的檢測值 所算出的內部電阻值在劣化時會發(fā)生很大的電阻變化。因此，可以抑制電阻值計算時的誤 差對進行與判斷閾值之間的比較的劣化判定的影響。另外，因為可以從初期狀態(tài)就開始對電池狀態(tài)進行監(jiān)視，所以，例如，通過檢測出 內部電阻值從增加的趨勢變?yōu)闇p少的趨勢，可以檢測出電池內的微小短路等劣化異常，還 可以將該劣化異常的信息發(fā)送給便攜式機器300或其使用者。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了說明，但是，本發(fā)明并不局限于上述具體實施 例，只要不脫離權利要求書的范圍，亦可采用其他變化形式代替，但那些變化形式仍屬于本 發(fā)明所涉及的范圍。例如，如果便攜式機器是起動電流和放電電流在短期間內大致一定的便攜式機 器，則采用同樣的思考方法，通過將根據(jù)上述的充電開始前后期間內的檢測值來計算內部 電阻值的計算處理置換為根據(jù)放電開始前后期間內的檢測值來計算內部電阻值的計算處 理，也可以得到同樣的效果。另外，在進行恒電流充電時，如果使充電停止一定期間，則會發(fā) 生電壓下降，所以，采用同樣的思考方法，通過將該電壓下降置換為上述的放電開始，也可 以得到同樣的效果。另外，停止充電，然后經過一定期間后再開始充電時，會發(fā)生電壓上升， 所以，采用同樣的思考方法，通過將該電壓上升置換為上述的充電開始，也可以得到同樣的 效果。另外，通過根據(jù)存儲器60內所保存的存儲值對用于計算內部電阻值的充電開始 后的電壓和電流的檢測時機進行改變，可以在基于二次電池種類的最佳檢測時機，檢測出 充電開始后的電壓和電流。本國際申請主張2008年9月11日申請的日本國專利申請第2008-233728號的優(yōu) 先權，并在本文中引用了該專利申請的全部內容。
權利要求
1.一種電池狀態(tài)檢測裝置，其具有殘量計算單元，其用于計算二次電池的殘量； 滿充電量計算單元，其用于計算所述二次電池的滿充電量；微小短路判斷單元，其用于通過根據(jù)所述二次電池充電時被充電的充電量、由所述殘 量計算單元在該充電即將開始的計算時點所計算的殘量、以及由所述滿充電量計算單元在 該充電開始之前所計算的滿充電量對所述二次電池是否被過充電進行判斷，進而對所述二 次電池的微小短路進行判斷；以及輸出單元，其用于輸出基于所述微小短路判斷單元的判斷結果的信號。
2.根據(jù)權利要求1記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中在將所述二次電池充電時被充電的充電量設為Qchg、將由所述殘量計算單元在該充電 即將開始時的計算時點所算出的殘量設為Qrem、將由所述滿充電量計算單元在該充電開始 之前所算出的滿充電量設為Qbat、并將1以上的正的系數(shù)設為K時，所述微小短路判斷單元 在下述關系式(Qrem+Qchg)/Qbat > K成立時，判定為所述二次電池發(fā)生了微小短路。
3.根據(jù)權利要求1記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中 所述輸出單元輸出用于通知所述二次電池異常的信號。
4.根據(jù)權利要求1記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中 所述輸出單元輸出用于限制所述二次電池充電的信號。
5.一種電池狀態(tài)檢測裝置，其具有內部電阻值計算單元，其用于計算二次電池的內部電阻值；微小短路判斷單元，其用于通過檢測出由所述內部電阻值計算單元所計算的所述內部 電阻值小于其初始值，對所述二次電池的微小短路進行判斷；以及輸出單元，其用于輸出基于所述微小短路判斷單元的判斷結果的信號。
6.根據(jù)權利要求5記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中在所述微小短路判斷單元中，通過根據(jù)所述內部電阻值計算單元在所述二次電池每次 被充電時所算出的內部電阻值，檢測出所述二次電池的內部電阻值小于其初期值，對所述 二次電池的微小短路進行判斷。
7.根據(jù)權利要求5記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中在所述微小短路判斷單元中，通過檢測出從由所述內部電阻值計算單元在前次之前的 充電周期內所算出的內部電阻值減去本次充電周期內所算出的內部電阻值的差值超過預 定的判定值，對所述二次電池的微小短路進行判斷。
8.根據(jù)權利要求5記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中在所述內部電阻值計算單元中，根據(jù)所述二次電池充電開始前后之間的電壓差和電流 差，計算所述二次電池的內部電阻值。
9.根據(jù)權利要求8記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中 在所述內部電阻值計算單元中，根據(jù)在檢測出所述二次電池的預定值以上的充電電流值之前的檢測時點所檢測出的第1 電壓值、與、在檢測出該預定值以上的充電電流值之后的檢測時點所檢測出的第2電壓值之間的差值，以及在檢測出該預定值以上的充電電流值之前的檢測時點所檢測出的第1電流值、與、在 檢測出該預定值以上的充電電流值之后的檢測時點所檢測出的第2電流值之間的差值 計算所述內部電阻值。
10.根據(jù)權利要求5記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中 所述輸出單元輸出用于通知所述二次電池異常的信號。
11.根據(jù)權利要求5記載的電池狀態(tài)檢測裝置，其中 所述輸出單元輸出用于限制所述二次電池充電的信號。
12.—種電池包，其內置有權利要求1記載的電池狀態(tài)檢測裝置、以及所述二次電池。
13.一種電池包，其內置有權利要求5記載的電池狀態(tài)檢測裝置、以及所述二次電池。
14.一種電池狀態(tài)檢測方法，其中通過檢測出超過了可充電至二次電池的充電量的充電量在所述二次電池充電時被充 電至所述二次電池，對所述二次電池的微小短路進行判定。
15.根據(jù)權利要求14記載的電池狀態(tài)檢測方法，其中通過測定所述二次電池即將開始充電時的殘量、以及此時的滿充電量，對所述可充電 至二次電池的充電量進行確定。
16.一種電池狀態(tài)檢測方法，其中通過檢測出二次電池的內部電阻值小于其初期值，對所述二次電池的微小短路進行判定。
全文摘要
一種電池狀態(tài)檢測裝置，具有計算處理部(50)，其用于計算二次電池(200)的殘量和滿充電量，并通過根據(jù)二次電池(200)充電時被充電的充電量、該充電即將開始的計算時點所計算的殘量、以及該充電開始之前所計算的滿充電量對二次電池(200)是否被過充電進行判斷，進而對二次電池(200)的微小短路進行判斷；以及通信處理部(70)，其用于輸出基于計算處理部(50)的判斷結果的信號。
文檔編號G01R31/36GK102144171SQ20098013459
公開日2011年8月3日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權日2008年9月11日
發(fā)明者上村治雄, 北村惠一, 竹野和彥, 金井康通, 馬島吉英 申請人:三美電機株式會社, 株式會社Ntt都科摩