电池状态检测装置和方法、以及内置有该装置的电池包的制作方法

专利名称：电池状态检测装置和方法、以及内置有该装置的电池包的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测向电子机器供电的二次电池的状态的电池状态检测装置、内 置有该电池状态检测装置的电池包、以及电池状态检测方法。
背景技术：
作为锂离子电池等二次电池的异常现象，众所周知的有负极和正极之间的微小短 路(micro short)现象。专利文献1对微小短路进行了详细的介绍，并揭示了一种对微小 短路的有无进行检测的方法。专利文献1揭示的方法为，在由将正极和负极这两者进行了 隔离配置的分离器和电解液所构成的电池中，将所述电解液冷却为固体状态，并在所述正 极和所述负极之间检测交流阻抗，然后根据该检测值对短路的有无进行判定。专利文献1 (日本)特开2003-45500号公报

发明内容
本发明想要解决的课题如下但是，在专利文献1揭示的技术中，因为需要将电解液冷却为固体状态，所以可对 二次电池微小短路的有无进行检测的情况受到了限制。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、内置有该电池状态检测装置的电池包、以及电池状态检测方法，可以与二次电池的 卷绕状况无关地检测出二次电池的微小短路。用于解决上述课题的手段如下为了实现上述目的，本发明提供一种电池状态检测装置，其具有残量计算单元，其用于计算二次电池的残量；满充电量计算单元，其用于计算所述二次电池的满充电量；微小短路判断单元，其用于通过根据所述二次电池充电时被充电的充电量、由所 述残量计算单元在该充电即将开始的计算时点所计算的残量、以及由所述满充电量计算单 元在该充电开始之前所计算的满充电量对所述二次电池是否被过充电进行判断，进而对所 述二次电池的微小短路进行判断；以及输出单元，其用于输出基于所述微小短路判断单元的判断结果的信号。另外，为了实现上述目的，本发明还提供一种电池状态检测装置，其具有内部电阻值计算单元，其用于计算二次电池的内部电阻值；微小短路判断单元，其用于通过检测出由所述内部电阻值计算单元所计算的所述 内部电阻值小于其初始值，对所述二次电池的微小短路进行判断；以及输出单元，其用于输出基于所述微小短路判断单元的判断结果的信号。另外，为了实现上述目的，本发明提供一种电池包，其内置有所述电池状态检测装 置以及所述二次电池。另外，为了实现上述目的，本发明提供一种电池状态检测方法，其中，通过检测出在二次电池充电时超过了可充电至所述二次电池的充电量的充电量被充电至所述二次电 池，判定所述二次电池的微小短路。另外，为了实现上述目的，本发明还提供一种电池状态检测方法，其中，通过检测 出二次电池的内部电阻值小于其初始值，判定所述二次电池的微小短路。本发明的效果如下根据本发明，可以与二次电池的卷绕状况无关地检测出二次电池的微小短路。


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是根据充电量对二次电池的微小短路进行检测的流程图。图3是对电池包100A内的管理系统的内部电阻值进行计算的流程图。图4是微小短路的第1判定流程图。图5是微小短路的第2判定流程图。图6是微小短路的第3判定流程图。图7是微小短路的第4判定流程图。图8表示充放电周期数与各充放电周期内的至充电停止为止的二次电池被充电 的充电量之间的关系的数据。图9表示充放电周期数与各充放电周期内的内部电阻值之间的关系的数据。图10是充电检测的顺序。图11是表示25°C时的“开放电压-充电率”特性的图。主要符号说明10 温度检测部；20 电压检测部；21:起动电压检测部；30 电流检测部；31:起动电流检测部；40 =ADC ；50 计算处理部；60:存储器；70 通信处理部；80 定时器；100A 电池包；200 二次电池；300 便携式机器。
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用于对锂离子电池、镍氢电池、双电层电容器(electric double layercapacitor EDLC)等二次电池200的周围温度(环境温度)进行检测的温度检测部10、用于检测二次 电池200的电压的电压检测部20、用于检测二次电池200的充放电电流的电流检测部30、 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)值的A D转换 器(以下称“ADC”)40、用于进行二次电池200的电流累积、容量(即电池容量)补正、可 放电量等的计算处理的计算处理部50 (例如，具有CPU 51、ROM 52以及RAM 53等的计算 机)、用于保存在计算处理器50进行的计算和处理中所使用的、用于确定二次电池200和电 池包100A的各构成部的特性的特性数据的存储器60 (例如，EEPROM或闪存等保存装置)、 用于将与二次电池200相关的电池状态信息传送至将二次电池200作为电源的便携式机器 300的通信处理部70 (例如，通信用IC (集成电路))、用于对时间进行管理的定时器80、以 及用于根据电流检测部30的检测结果检测出便携式机器300的起动电流的起动电流检测 部31。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。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2)以及通信端子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的处理结果的通知信息输出至便携式机器300的输出 单元。便携式机器300是可携带的电子机器，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、音乐和映像等的播放器等。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所获得的电池状态信息，进行基于该电池状态信息的预定动作。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上(例如，二次电池200的残量(即残容 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等)。二次电池200可作为便携式机器300的电源，也可作为ADC40、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、ADC40、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，作为用于计算和处理的参数被使 用。另外，电池温度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。 这里，需要说明的是，如果二次电池200和电池包100A接近，温度检测部10不仅可以检测 出二次电池200自身的温度及其周围温度，而且还可以检测出电池包100A及其构成部件的 温度。另外，如果温度检测部10与电压检测部20、电流检测部30以及ADC 40 一起由集成电路构成，则温度检测部10还可以检测出该集成电路自身的温度及其周围温度。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，作为用于计算和处理的参数被使用。另外，电 池电压的数字值被转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。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，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，作为用于计算和处理的参数被使用。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30所检测出的电流值进行积分。 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的当前 的蓄积电量(即残量)。计算残量时，例如，(日本)特开2004-226393号公报中公开了一 种思考方法，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。然而，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所检测出的温度，对充放电电流值进行补正。另外，当二次电池200的充放电变为休止状态(例如，便携式机器300的操作处于 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11)，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(也称“满充电量”或“满充电容量”)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所检测出的开放电压，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可对开放电 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所检测出的温度，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 冲充电之外都是以恒电压或恒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，可以正确地检测出充电电流。当然， 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。最能正确地测定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11)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11)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，根据上述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)。但是，一旦二次电池中发生微小短路或微小短路发生了进展，就可能成为导致可 放电时间缩短或起火等故障的原因。因此，本实施例的电池状态检测装置通过检测出二次 电池200的微小短路现象，并督促便携式机器300的使用者交换电池包100A，可以预防如上 所述的故障的发生。下面，对这方面进行详细的说明。由对二次电池进行反复充放电的试验可知，一旦发生微小短路，则可判明是超过 了那时的满充电量而被充电。图8表示充放电周期数与各充放电周期内的至充电停止为止 的二次电池被充电的充电量之间的关系的数据。纵轴的充电量是以百分率表示的将二次电 池的新品(即新产品)的满充电量作为100时的充电量。二次电池充电停止时点的二次 电池所蓄积的电量相当于该时点的二次电池的满充电量。如图8所示，随着充放电周期数 的增加，满充电量减小，导致二次电池的可充电电量减小，但是，如果突然发生微小短路，则 会增加。某充放电周期内充电量突然增加，表示在该充放电周期内突然发生了微小短路，并 且在之后的充放电周期内恢复到没有微小短路的正常状态。在此基础上，在本实施例中，通过将二次电池充电时被充电的充电量与由残量计 算单元在即将开始充电时的计算时点所算出的残量的合计值、与、由满充电量计算单元在 充电开始之前(尤其是在谋求对满充电量的计算误差进行抑制的、前次的即将开始充电 时)的计算时点所算出的满充电量进行比较，对二次电池的微小短路进行判断。于是，当上 述合计值超过了上述满充电量时，就可以判断二次电池中发生了微小短路。图2是根据充电量对二次电池的微小短路进行检测的流程图。当电流检测部30 通过对二次电池200中所流动的电流方向等进行检测，检测出开始对二次电池200进行充 电时(步骤1)，计算处理部50通过对由电流检测部30所检测出的充电电流值进行积分，计 算出充电量(即充电容量)Qchg(步骤3)。这里，需要说明的是，在步骤1中，如果没有检 测出对二次电池进行充电，则将充电量Qchg的值设为零(步骤2)。如果二次电池200充电时被追加的充电量超过了二次电池的可充电的充电量，变 为过充电，则计算处理部50判定为二次电池200中发生了微小短路。也就是说，如果将二 次电池200充电时被追加的充电量设为Qchg、将在该充电即将开始时的计算时点所算出的 残量设为Qrem、将在作为该充电开始之前的计算时点的、前次的即将开始充电时的计算时 点所算出的满充电量设为Qbat、并将1以上的正的系数设为K，则计算处理部50在下述的 关系式(2)成立时(步骤4)，判定为二次电池200中发生了微小短路(步骤5)。(Qrem+Qchg)/Qbat > K— (2)这里，K可为K = 1，但是，考虑到测定和计算的误差，为了防止发生微小短路的误 判断，可以将K设定为大于1的正数(例如1. 2以上1. 5以下的值)。如果上述关系式(2) 不成立，在步骤200中，可看作是没有发生微小短路，所以，返回步骤1。这里，需要说明的 是，计算处理部50可以在充电中途阶段的充电量超过了二次电池的可充电的充电量时，判 定为二次电池200发生了微小短路，但是，在从二次电池200开始充电时开始到停止时为止 被充电的充电量超过了二次电池的可充电的充电量时，也可以判定为二次电池200中发生 了微小短路。在步骤6中，通信处理部70将由计算处理部50所判定的二次电池200中发生了微小短路的信息传送至便携式机器300。这样，在便携式机器300的显示部上就可以显示出 基于该信息的警告信息。另外，也可以通过便携式机器300的扬声器等音频输出单元发出 警告信息的声音，以进行通知。另外，计算处理部50通过输出用于对二次电池200的充电 进行限制的信号，也可以对保护电路进行控制，以切断二次电池200的充电路径。这样，即 使发生了微小短路，也可以将这种状态通知给用户，并且还可以防止这种充电状态的继续 进行。另外，在二次电池发生微小短路时，尽管如上所述，可以观察到超过了此时的满充 电量被充电的现象，另一方面，还可能发生内部电阻值下降的现象。图9表示充放电周期数 与各充放电周期内的内部电阻值之间的关系的数据。如图9所示，二次电池的内部电阻值 的测定值随着充放电周期数的增加而变大，但是，如果发生微小短路，则变小。因此，对通常具有劣化可导致内部电阻值增加的现象的二次电池来说，在内部电 阻值持续减小或突然减小时，可以判定其发生了微小短路。在本实施例中，计算处理部50进行二次电池200的内部电阻值的计算，但是，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就可以由下述的内部电阻值计算公式(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，尽管这里省略说明了为了确认是否得到稳定的 内部电阻值计算结果所进行的确认试验的结果，但是，根据该确认试验的结果可知，在与新 品相比劣化发生了进展的状态下，即使充电电流不同，根据充电开始时的前后之间的电压 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(3)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，判断由电流检测部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24。在步骤24中，计算处理部50根据公式(3)计算出二次电池200 的内部电阻值Re。因此，如图10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了进行判定的第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的工作状态，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的工 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 外，因为温度检测部10、电压检测部20、电流检测部30、ADC 40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，在计算电阻时，通过利用温度信息，不管在怎样的温度下进行计算的情况 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，以保证即使在测定时的残量不同的情况下，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。下面，根据在图3内所计算出的正确的内部电阻值，进行微小短路的判定。图4 图7示出了微小短路的判定流程。这里，需要说明的是，如果判定为出现了微小短路，则可 以与上述同样地进行向便携式机器300发送通知的动作、以及对二次电池200的充电进行 限制的动作。在图4中，在计算处理部50中，如果内部电阻值R的计算值被更新(步骤40)，则 当该计算值小于预定的阈值Thl(例如，ΙΟΟπιΩ)时，判定为出现了微小短路(步骤42)。在图5中，在计算处理部50中，如果内部电阻值R的计算值被更新(步骤50)，则 当Rmax减去Rnew后的差值大于预定的阈值Th2时(步骤52)，判定为出现了微小短路，其 中，Rmax表示从以前的某次开始至预定次数为止的计算步骤中所得到的最高值的内部电阻 值(保存在存储器60中)，Rnew表示在步骤50中所计算的当前的内部电阻值。这里，需 要说明的是，在步骤52中，如果其差值不比阈值Th2大，则当过去的最大内部电阻值Rmax小于当前的内部电阻值Rnew时(步骤54)，将内部电阻值Rmax更新为当前的内部电阻值 Rnew (步骤 56)。在图6中，在计算处理部50中，如果内部电阻值R的计算值被更新(步骤60)，则 当Rlast减去Rnew后的差值大于预定的阈值Th3时(步骤62)，判定为出现了微小短路，其 中，Rlast表示前次计算步骤中所得到的内部电阻值，Rnew表示在本次的步骤60中所计算 的当前的内部电阻值。在图7中，在计算处理部50中，如果内部电阻值R的计算值被更新(步骤70)，则当 内部电阻值连续减少了预定次数的情况下，判定为出现了微小短路。也就是说，如果前次的 内部电阻值Rlast不大于本次的内部电阻值Rnew，则将计数器的计数值Count清为零(步 骤74)；如果前次的内部电阻值Rlast大于本次的内部电阻值Rnew，则将计数值Count加 1 (步骤76)。在计数值Count大于预定的阈值Th4的情况下，判定为出现了微小短路(步 骤 78)。这里，Thl等用于判定微小短路的阈值可以被保存在存储器60中。通过对存储器 60中保存的微小短路判定用阈值进行更新，可以容易地按便携式机器300或二次电池200 的规格改变微小短路判定用阈值。也就是说，即使安装了电池包100A的便携式机器300的 规格或内置了电池包100A的二次电池200的规格发生了变化，仍然可以对微小短路进行适 当的判定。另外，在计算处理部50中，当进行微小短路的判定时，也可以将根据二次电池充 电开始前的检测值所算出的初期内部电阻值作为微小短路判定用的判定基准值，对二次电 池200的微小短路进行判定。在计算处理部50中，通过将初期内部电阻值与根据二次电池 充电开始后的检测值所算出的内部电阻值进行比较，对二次电池200的微小短路状态进行 判断。例如，如果检测出充电开始前的初期内部电阻值减去充电开始后的内部电阻值的差 值大于预定值，则可以判定为二次电池200发生了微小短路、或微小短路出现了进展。另外，初期内部电阻值可以根据电池包100A被安装至便携式机器300前时(例 如，电池包100A发货前时)二次电池200被首次充电时的充电前后期间内所检测出的电压 和电流的检测值来计算。在计算处理部50中，如果电流检测部30自动检测出首次充电动 作，则根据该首次充电动作开始前后期间内检测出的检测值来计算初期内部电阻值，并将 该计算结果作为微小短路的判定基准保存在存储器60中。首次充电例如可以通过从电池 包100A的外部向电池包100A的电池端子提供充电用的脉冲电流等来实现。因此，根据上述的实施例可知，因为电流和电路等的检测电路、充电量和内部电阻 值的计算电路都被设置在了电池包100A的内部，所以，不需要专门的测定装置来检测微小 短路，该专门的测定装置可能是外部装置，也可能是便携式机器300的内置装置；除此之 外，在将电池包作为产品时的发货前后的保存期间内、或者一般的用户在使用便携式机器 300的期间内，都可以进行微小短路的判定，另外，还可以对发货前所发生的微小短路、以及 发货后所发生或进展了的微小短路进行判定。一般来说，用户在购入那些利用二次电池的机器的时候，都是首次将二次电池连 接至机器主体。因此，在此之前的保管状态下，很可能已经发生了微小短路。在本技术中，因 为在电池包内部设置了用于检测微小短路的检测电路，所以，即使在电池包的保存状态下， 将二次电池作为电源，也可以进行微小短路的检测动作。另外，在商店等处将电池安装至机
13器主体时，二次电池的电池信息可被便携式机器一侧所获得，并可在便携式机器上显示督 促交换二次电池的画面，这样，就可以在把商品交给顾客前发现不良的电池。另外，即使是在仅是因为异常充电持续了一定期间而导致发生了某些异常并执行 保护动作的方法中，也有可能在该异常充电的持续期间内发生过充电的情况，但是，在对充 电开始时的残量进行了考虑的本实施例中，就不会发生这样的过充电的问题。另外，通过将检测出了微小短路等异常的信息发送至那些使用电池包的便携式机 器，可以在便携式机器一侧提醒用户交换电池，这样，就可以在出现起火等故障之前对电池 进行回收。另外，与根据交流所测定的阻抗相比，根据上述的充电开始前后期间内的检测值 所算出的内部电阻值在劣化时会发生很大的电阻变化。因此，可以抑制电阻值计算时的误 差对进行与判断阈值之间的比较的劣化判定的影响。另外，因为可以从初期状态就开始对电池状态进行监视，所以，例如，通过检测出 内部电阻值从增加的趋势变为减少的趋势，可以检测出电池内的微小短路等劣化异常，还 可以将该劣化异常的信息发送给便携式机器300或其使用者。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，如果便携式机器是起动电流和放电电流在短期间内大致一定的便携式机 器，则采用同样的思考方法，通过将根据上述的充电开始前后期间内的检测值来计算内部 电阻值的计算处理置换为根据放电开始前后期间内的检测值来计算内部电阻值的计算处 理，也可以得到同样的效果。另外，在进行恒电流充电时，如果使充电停止一定期间，则会发 生电压下降，所以，采用同样的思考方法，通过将该电压下降置换为上述的放电开始，也可 以得到同样的效果。另外，停止充电，然后经过一定期间后再开始充电时，会发生电压上升， 所以，采用同样的思考方法，通过将该电压上升置换为上述的充电开始，也可以得到同样的 效果。另外，通过根据存储器60内所保存的存储值对用于计算内部电阻值的充电开始 后的电压和电流的检测时机进行改变，可以在基于二次电池种类的最佳检测时机，检测出 充电开始后的电压和电流。本国际申请主张2008年9月11日申请的日本国专利申请第2008-233728号的优 先权，并在本文中引用了该专利申请的全部内容。
权利要求
1.一种电池状态检测装置，其具有残量计算单元，其用于计算二次电池的残量； 满充电量计算单元，其用于计算所述二次电池的满充电量；微小短路判断单元，其用于通过根据所述二次电池充电时被充电的充电量、由所述残 量计算单元在该充电即将开始的计算时点所计算的残量、以及由所述满充电量计算单元在 该充电开始之前所计算的满充电量对所述二次电池是否被过充电进行判断，进而对所述二 次电池的微小短路进行判断；以及输出单元，其用于输出基于所述微小短路判断单元的判断结果的信号。
2.根据权利要求1记载的电池状态检测装置，其中在将所述二次电池充电时被充电的充电量设为Qchg、将由所述残量计算单元在该充电 即将开始时的计算时点所算出的残量设为Qrem、将由所述满充电量计算单元在该充电开始 之前所算出的满充电量设为Qbat、并将1以上的正的系数设为K时，所述微小短路判断单元 在下述关系式(Qrem+Qchg)/Qbat > K成立时，判定为所述二次电池发生了微小短路。
3.根据权利要求1记载的电池状态检测装置，其中 所述输出单元输出用于通知所述二次电池异常的信号。
4.根据权利要求1记载的电池状态检测装置，其中 所述输出单元输出用于限制所述二次电池充电的信号。
5.一种电池状态检测装置，其具有内部电阻值计算单元，其用于计算二次电池的内部电阻值；微小短路判断单元，其用于通过检测出由所述内部电阻值计算单元所计算的所述内部 电阻值小于其初始值，对所述二次电池的微小短路进行判断；以及输出单元，其用于输出基于所述微小短路判断单元的判断结果的信号。
6.根据权利要求5记载的电池状态检测装置，其中在所述微小短路判断单元中，通过根据所述内部电阻值计算单元在所述二次电池每次 被充电时所算出的内部电阻值，检测出所述二次电池的内部电阻值小于其初期值，对所述 二次电池的微小短路进行判断。
7.根据权利要求5记载的电池状态检测装置，其中在所述微小短路判断单元中，通过检测出从由所述内部电阻值计算单元在前次之前的 充电周期内所算出的内部电阻值减去本次充电周期内所算出的内部电阻值的差值超过预 定的判定值，对所述二次电池的微小短路进行判断。
8.根据权利要求5记载的电池状态检测装置，其中在所述内部电阻值计算单元中，根据所述二次电池充电开始前后之间的电压差和电流 差，计算所述二次电池的内部电阻值。
9.根据权利要求8记载的电池状态检测装置，其中 在所述内部电阻值计算单元中，根据在检测出所述二次电池的预定值以上的充电电流值之前的检测时点所检测出的第1 电压值、与、在检测出该预定值以上的充电电流值之后的检测时点所检测出的第2电压值之间的差值，以及在检测出该预定值以上的充电电流值之前的检测时点所检测出的第1电流值、与、在 检测出该预定值以上的充电电流值之后的检测时点所检测出的第2电流值之间的差值 计算所述内部电阻值。
10.根据权利要求5记载的电池状态检测装置，其中 所述输出单元输出用于通知所述二次电池异常的信号。
11.根据权利要求5记载的电池状态检测装置，其中 所述输出单元输出用于限制所述二次电池充电的信号。
12.—种电池包，其内置有权利要求1记载的电池状态检测装置、以及所述二次电池。
13.一种电池包，其内置有权利要求5记载的电池状态检测装置、以及所述二次电池。
14.一种电池状态检测方法，其中通过检测出超过了可充电至二次电池的充电量的充电量在所述二次电池充电时被充 电至所述二次电池，对所述二次电池的微小短路进行判定。
15.根据权利要求14记载的电池状态检测方法，其中通过测定所述二次电池即将开始充电时的残量、以及此时的满充电量，对所述可充电 至二次电池的充电量进行确定。
16.一种电池状态检测方法，其中通过检测出二次电池的内部电阻值小于其初期值，对所述二次电池的微小短路进行判定。
全文摘要
一种电池状态检测装置，具有计算处理部(50)，其用于计算二次电池(200)的残量和满充电量，并通过根据二次电池(200)充电时被充电的充电量、该充电即将开始的计算时点所计算的残量、以及该充电开始之前所计算的满充电量对二次电池(200)是否被过充电进行判断，进而对二次电池(200)的微小短路进行判断；以及通信处理部(70)，其用于输出基于计算处理部(50)的判断结果的信号。
文档编号G01R31/36GK102144171SQ20098013459
公开日2011年8月3日 申请日期2009年9月9日 优先权日2008年9月11日
发明者上村治雄, 北村惠一, 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