電池パック、充電方法および充電システム
【課題】直列、並列または直並列に接続された複数の電池セルの中で、劣化が進行した電池セルのさらなる劣化を防止する。
【解決手段】各電池セルの電圧値が測定され、ＳＴ２で、最大セル電圧が満充電電圧値と比較され、最大セル電圧が満充電電圧より大であると判定されると、ＳＴ３で、充電前回の充電電流を所定の量低下させた充電電流に変更される。ＳＴ４で、最大セル電圧が満充電電圧より小か否かが判定され、最大セル電圧が満充電電圧より小と判定されると、ＳＴ５で、前回の充電電流を所定の量上昇させた充電電流に変更される。最大セル電圧＝満充電電圧の場合には、充電電流を変化させない。ＳＴ６において、充電電流が充電電流最大値より大きいと判定された場合には、ＳＴ７において、充電電流最大値が設定される。そして、充電電流指定値がプロセッサ３から充電電源部に対して送信される。
【解決手段】各電池セルの電圧値が測定され、ＳＴ２で、最大セル電圧が満充電電圧値と比較され、最大セル電圧が満充電電圧より大であると判定されると、ＳＴ３で、充電前回の充電電流を所定の量低下させた充電電流に変更される。ＳＴ４で、最大セル電圧が満充電電圧より小か否かが判定され、最大セル電圧が満充電電圧より小と判定されると、ＳＴ５で、前回の充電電流を所定の量上昇させた充電電流に変更される。最大セル電圧＝満充電電圧の場合には、充電電流を変化させない。ＳＴ６において、充電電流が充電電流最大値より大きいと判定された場合には、ＳＴ７において、充電電流最大値が設定される。そして、充電電流指定値がプロセッサ３から充電電源部に対して送信される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池を有する電池パック、電池パックに対する充電方法および充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池例えばリチウムイオン二次電池の充電方法として定電流充電と定電圧充電とを組合せたＣＣＣＶ(Constant Current Constant Voltage:定電流定電圧)充電方式が知られている。図３は、この充電方法を説明するものであり、横軸が充電電流Ａであり、縦軸が電池電圧Ｖである。（ａ−ｂ）領域が定電圧充電の範囲であり、（ｃ−ｄ）領域が定電流充電の範囲である。充電のための充電電源部が（ａ−ｂ）領域では、定電圧制御の動作を行い、（ｃ−ｄ）領域では、定電流制御の動作を行う。
【０００３】
例えば電池電圧Ｖが４．１Ｖ以下の領域では、Ａ＝５００ｍＡによって定電流充電を行う。充電によって二次電池の電池電圧（内部起電力）Ｖが上昇し、電池電圧Ｖが４．１Ｖより大きくなると、充電電源部が定電圧制御の動作に切り換わり、次第に充電電流Ａが減少する。電池電圧Ｖが電源部の出力電圧（４．２Ｖ）に向かって上昇する。そして、充電電流がほぼ０に近づくと、充電が完了する。充電が完了したことを検出する方法として、電流検出方式が知られている。
【０００４】
電流検出方式は、充電末期の定電圧制御時に充電電流が減少することを利用し、充電電流を抵抗により電圧へ変換し、その電圧を検知電圧と比較することで充電状態の判別を行う方式である。
【０００５】
上述したように、充電装置は、充電時に一定の充電電圧を出力するようになされている。しかしながら、電池パックによっては、電池セルの種類によって充電電圧が一定ではなく、電池パックのそれぞれに対応した充電装置を構成する必要があった。複数種類の電池パックに共通の充電装置を構成する場合には、安全性の点から最大充電電圧および最大充電電流（流すことができる最大の充電電流）を最も低い値に設定することが必要とされる。その結果、満充電に要する時間が長くなったり、満充電できない問題が生じる。なお、本明細書において、電池パックの用語は、二次電池と二次電池の充電または放電を制御する回路部とが一体的に構成されたものを指すものとして使用する。
【０００６】
かかる問題を解決するために、電池パックから充電電源部に対して最大充電電圧および最大充電電流の情報を通信によって知らせ、最適な最大充電電圧および最大充電電流によって充電を可能とすることが下記の特許文献１に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３５０８３８４号
【０００８】
特許文献１に記載されている従来の充電電源部が電池パックを充電する際の動作を図４のフローチャートを参照して説明する。この充電処理は、図３を参照して説明したＣＣＣＶ充電処理である。最初に、電池パックの不揮発性メモリに保持されている最大充電電圧と最大充電電流の情報が充電電源部に対して送信され、充電電源部がこの情報を取得している。
【０００９】
図４におけるステップＳＴ１１において、電池パックの電圧値（以下、パック電圧と適宜称する）が測定される。ステップＳＴ１２において、パック電圧が定電圧充電電圧（例えば満充電電圧の９０％の電圧で、図３においては、４．１Ｖ）と比較される。パック電圧が定電圧充電電圧より小の場合には、ステップＳＴ１３において、指定された電流値（図３における５００ｍＡの最大充電電流）でもって定電流充電が行われる。
【００１０】
定電流充電によって電池電圧が上昇する。所定の時間間隔でもってパック電圧の測定（ステップＳＴ１１）がなされ、ステップＳＴ１２の比較処理がなされる。パック電圧が定電圧充電電圧以上となることがステップＳＴ１４において検出されると、ステップＳＴ１５において、指定された電圧値（最大充電電圧）でもって定電圧充電が行われる。充電電源部は、充電中にステップＳＴ１１からステップＳＴ１５の処理を繰り返し、満充電が検出された時点で充電が終了する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の充電装置では、電池パックから充電電源部に対して送信される電圧値および電流値の情報は、予め定められた固定値であり、電池パックの状態に合わせた制御を行うものではなかった。実際には、電池パックは、複数の電池セルが直列および／または並列に接続された組電池を使用するものが多い。組電池に用いられている電池セルは、充放電の繰り返しや高温環境下での放置などにより劣化し、例えば、電池セルの内部インピーダンスが増加したり、満充電容量が減少してしまう。
【００１２】
各電池セルの劣化の度合は、使用状況によって差が生じる場合がある。例えば、電池パックは、ノート型ＰＣ内部でＣＰＵ（Central Processing Unit ）などから発生する熱の影響を受けてしまう。このとき、全ての電池セルに対する熱の影響が同様の場合、全ての電池セルにおける劣化の度合については、差異が生じることはない。しかしながら、実際に電池パックを使用した場合、熱源との距離の違いなどにより各電池セルに対する熱の影響は異なる場合が多いと考えられる。そのため、各電池セルにおける劣化の度合に差異が生じてしまう。
【００１３】
電池セルは、内部インピーダンスによって閉路電圧が決定されるので、電池セルが劣化して内部インピーダンスが増加すると、充電時の閉路電圧も増加する。そのため、電池セルによって劣化の度合が異なると、それぞれの電池セルの内部インピーダンスの増加量が異なることになり、それぞれの電池セルの閉路電圧も異なる。すなわち、それぞれの電池セルの劣化の度合が異なると、内部インピーダンスの増加量が異なることによりセルバランスが崩れ、それぞれの電池セル間の電池電圧に差が生じてしまう。
【００１４】
ところで、電池パックは、各電池セルの電圧が充電禁止電圧、例えば４．３Ｖ（ボルト）を超えた場合には充電を禁止し、所定の充電許可電圧、例えば４．１８Ｖ〜４．２Ｖを下回った場合に充電を許可する過充電保護機能を備えている。そのため、例えば電池セルが劣化し、内部インピーダンスが増加することによって電池電圧が高くなり、電池電圧が所定の充電禁止電圧を超えた場合には、過充電保護機能による保護が行われる。
【００１５】
従来の充電電源部は、充電時に各電池セルの電圧ではなく、組電池の全体の電圧を監視している。したがって、セルバランスが崩れ、それぞれの電池セル間で内部インピーダンスに差が生じた場合には、充電電源部から組電池に供給される電圧が所定の電圧であっても、各電池セルの閉路電圧が異なり、いずれかの電池セルの電圧が充電禁止電圧を超える場合が生じる。その場合には、電池パックが有する過充電保護機能によって充電が禁止される。また、組電池の電圧が充電許可電圧を下回った場合には、充電が開始される。このような充電のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより、充電がパルス状に行われる。
【００１６】
このように、劣化が進んだ状態の電池セルの場合には、充電時に充電禁止電圧まで電池電圧が上昇し、電池パックの過充電保護機能によって充電が禁止されるまで、充電が行われてしまい。その電池セルのさらなる劣化をひき起こしたり、電池セルに負担がかかり、安全性の点で好ましくなかった。
【００１７】
したがって、この発明の目的は、電池セルから充電電源部に対して送信される充電電流を電池パックにおいて測定された各電池セルの電圧に基づいて可変することによって、組電池の中の劣化の進んだ電池セルの一層の劣化を防止することができる電池パック、充電方法および充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の課題を解決するために、この発明は、複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、
二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、
複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、
測定された複数の電池セルの電圧に基づいてスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段と、
検出された最大の電池セル電圧と満充電電圧とを比較し、最大の電池セル電圧が満充電電圧より大なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、最大の電池セル電圧が満充電電圧より小なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるように、充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御を充電中に周期的に行う充電電流指定値制御部と、
充電電源部に対して充電電圧指定値および充電電流指定値を送信する通信部と
を有し、
充電電圧指定値で指定される充電電圧および充電電流指定値で指定される充電電流が二次電池に供給されることを特徴とする電池パックである。
【００１９】
また、この発明は、複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、測定された複数の電池セルの電圧に基づいてスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段とを備える電池パックを充電する充電方法であって、
検出された最大の電池セル電圧と満充電電圧とを比較し、最大の電池セル電圧が満充電電圧より大なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、
検出された最大の電池セル電圧と満充電電圧とを比較し、最大の電池セル電圧が満充電電圧より小なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるに、充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御ステップを充電中に周期的に行い、
充電電源部に対して充電電圧指定値および充電電流指定値を送信する通信ステップと、
充電電圧指定値で指定される充電電圧および充電電流指定値で指定される充電電流を二次電池に供給するステップとからなることを特徴とする充電方法である。
【００２０】
この発明は、複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、
二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、
複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、
測定された複数の電池セルの電圧に基づいてスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段と、
検出された最大の電池セル電圧と満充電電圧とを比較し、最大の電池セル電圧が満充電電圧より大なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、最大の電池セル電圧が満充電電圧より小なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるように、充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御を充電中に周期的に行う充電電流指定値制御部と、
充電電源部に対して充電電圧指定値および充電電流指定値を送信する通信部とを有する電池パックと、
充電電圧指定値および充電電流指定値を受信する通信部と、
充電電圧指定値で指定される充電電圧および充電電流指定値で指定される充電電流を二次電池に供給する充電電源部とを有する充電装置とからなる充電システムである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、直列、並列または直並列に接続された複数の電池セルの中で、最大電池セル電圧を測定し、最大電池セル電圧が満充電電圧と一致するように、充電電流を制御する充電電流指定値を充電電源部に送信することによって、劣化の進んだ電池セルが過充電電圧領域まで充電されることを防止し、電池セルの劣化を防止でき、また、電池パックの安全性を向上することができる。この発明は、電池パック内のプロセッサのソフトウェア処理を変更するのみで実現可能であり、新たなコストが発生しない利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この発明の一実施の形態による充電装置は、電池パック１と、電子機器（例えば可搬型パーソナルコンピュータ）１０と、ＡＣアダプタ２０とによって構成されている。ＡＣアダプタ２０の入力端子ｔ１およびｔ２が商用電源と接続され、ＡＣアダプタ２０の出力端子ｔ３およびｔ４に商用電源から生成された所定の直流電圧が発生する。
【００２３】
商用電源とＡＣアダプタ２０とが接続されている時にＡＣアダプタ２０が出力する直流電圧が電子機器１０の負荷１１および充電電源部１２に対して供給される。負荷１１は、電子機器１０が有する回路等である。充電電源部１２は、プロセッサ（ＭＰＵ(Microprocessing Unit)）およびプロセッサの制御によって所望の充電電流および充電電圧を発生することが可能な可変電流源および可変電圧源を有している。充電電圧の最大値は、ＡＣアダプタ２０から供給される直流電圧より小である。電子機器１０の端子ｔ５およびｔ６が電池パック１の端子ｔ７およびｔ８とそれぞれ接続される。充電電流Ｉｃが充電電源部１２から逆流防止ダイオード１３と、端子ｔ５、ｔ６とを介して電池パック１に供給される。
【００２４】
電池パック１は、リチウムイオン電池の電池セル２ａおよび２ｂを直列接続した組電池と、プロセッサ３と、スイッチ素子としての充電制御ＦＥＴ(Field Effect Transister)
４ａと、放電制御ＦＥＴ４ｂと、不揮発性メモリ６とを有している。例えば単セル当たりの満充電電圧が４．２Ｖのリチウムイオン電池を用いた場合、この一実施形態の電池パックの定電圧充電電圧は、８．４Ｖとなる。ＦＥＴ４ａおよび４ｂのドレインおよびソース間には、それぞれ寄生ダイオード５ａおよび５ｂが存在している。寄生ダイオード５ｂは、充電電流Ｉｃに対して順方向で、放電電流Ｉｄに対して逆方向の極性を有する。寄生ダイオード５ａは、充電電流Ｉｃに対して逆方向で、放電電流Ｉｄに対して順方向の極性を有する。
【００２５】
充電制御ＦＥＴ４ａおよび放電制御ＦＥＴ４ｂのそれぞれのゲートには、プロセッサ３からの制御信号がそれぞれ供給される。充電制御ＦＥＴ４ａおよび放電制御ＦＥＴ４ｂは、例えばＰチャンネル型であるので、ソース電位よりも所定値以上低いゲート電位によってオン状態となる。
【００２６】
充電時には、放電制御ＦＥＴ４ｂおよび充電制御ＦＥＴ４ａがオン状態とされ、充電電源部１２から出力された充電電流Ｉｃが逆流防止用ダイオード１３、ＦＥＴ４ａおよびＦＥＴ４ｂを介して電池セル２ａおよび２ｂに供給される。ＡＣアダプタ２０により電子機器１０が給電されていない状態では、電池セル２ａおよび２ｂから充電制御ＦＥＴ４ａ、放電制御ＦＥＴ４ｂおよび逆流防止用ダイオード１４を介して放電電流Ｉｄが負荷１１に供給される。
【００２７】
プロセッサ３のクロック端子およびデータ端子と電子機器１０の充電制御部１２内のプロセッサのクロック端子およびデータ端子とが接続され、クロック伝送路ＣＬＫおよびデータ伝送路ＤＡＴＡが構成される。
【００２８】
電池パック１のプロセッサ３は、電池セル２ａおよび２ｂのそれぞれの電池セル電圧および組電池全体の電圧を測定する機能と、充電制御ＦＥＴ４ａおよび放電制御ＦＥＴ４ｂを制御する機能と、測定した電池セル電圧から最適な充電電流値を計算または設定する機能と、計算された最適な充電電流値および不揮発性メモリ６に記憶されている情報を充電電源部１２のプロセッサに対してクロック伝送路およびデータ伝送路を介して送信する機能とを有している。
【００２９】
なお、電池パック１が電圧測定回路をプロセッサ３と別に設け、測定結果をプロセッサ３に供給する構成としても良い。また、充電制御ＦＥＴ４ａおよび放電制御ＦＥＴ４ｂの一方または両方を負側の電源ライン中に挿入するようにしても良い。さらに、温度が上昇すると、抵抗値が上昇して電流を制限する電流制限素子例えばＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient ：熱抵抗素子) を電池セル２ａ、２ｂと直列に接続しても良い。
【００３０】
プロセッサ３は、ＦＥＴ４ａおよび４ｂのそれぞれのゲートに対して制御信号を供給して、ＦＥＴ４ａおよび４ｂのオン／オフを制御することにより、保護動作を行う。保護機能としては、過充電および過放電保護機能がある。簡単にこれらの保護機能について説明する。
【００３１】
まず、過充電保護機能について説明する。電池セル２ａおよび２ｂを充電していくと、満充電を過ぎても電池電圧が上昇を続ける。この過充電状態になると危険な状態となる可能性が生じる。したがって、充電は、定電圧定電流で行い、最大充電電圧が電池の定格の満充電電圧（例えば単一の電池セルの場合で４．２Ｖ）以下で行う必要がある。しかしながら、充電器の故障や、非正規品の充電器の使用等によって、過充電の危険性がある。過充電され、電池電圧が満充電電圧値以上の過充電検出電圧例えば４．３Ｖであることが検出されると、プロセッサ３の出力信号によって充電制御ＦＥＴ４ａがオフされ、充電電流が遮断される。この機能が過充電保護機能である。ＦＥＴ４ａがオフすると、放電制御ＦＥＴ４ｂおよび寄生ダイオード５ａを介して放電のみが可能とされる。
【００３２】
過放電保護機能について説明する。定格放電終止電圧以下まで放電し、電池電圧が例えば２Ｖ〜１．５Ｖ以下（単一の電池セルの場合）の過放電状態になった場合は、電池が故障する場合がある。放電され、電池電圧がある電圧値以下になった場合、プロセッサ３の出力信号によって放電制御ＦＥＴ４ｂがオフされ、放電電流が遮断される。この機能が過放電機能である。ＦＥＴ４ｂがオフすると、充電制御ＦＥＴ４ａおよび寄生ダイオード５ｂを介して充電のみが可能とされる。
【００３３】
この発明の一実施の形態では、電子機器１０の充電電源部１２から充電電圧値と充電電流値に関する情報（充電電圧指定値および充電電流指定値と称する）の送信が依頼されると、電池パック１のプロセッサ３が測定する各電池セルの電圧値に基づいて、充電電源部１２に対して送信される充電電流指定値が可変される。
【００３４】
図２を参照して、電池パック１のプロセッサ３の制御でなされる充電電流指定値算出処理（または設定処理）について説明する。この処理は、充電期間中で周期的例えば１秒間に１回の割合で実行される。また、プロセッサ３のソフトウェア処理として説明するが、各処理を実行するハードウェア（回路）によっても同様の処理を実行することができる。
【００３５】
ステップＳＴ１において、各電池セル（電池セル２ａおよび２ｂ）の電圧値が測定される。各電池セルの電圧値は、内部抵抗と電流の積で求められる電圧と起電力との和である。劣化の程度が進んだ電池セルの場合では、内部抵抗が増大しているので、電池セルの電圧値も大きくなる。ステップＳＴ２において、測定された電圧値の中で最大のセル電圧値（以下、最大セル電圧と適宜称する）が満充電電圧値（例えば４．２Ｖ）と比較される。満充電電圧値（以下、満充電電圧と適宜称する）は、不揮発性メモリ６に電池パックの構成に合わせて記憶されている。
【００３６】
ステップＳＴ２において、最大セル電圧が満充電電圧より大であると判定されると、ステップＳＴ３において、充電電流指定値が前回の充電電流を所定の量例えば１０ｍＡ低下させた充電電流を指定するものに変更される。充電電流の変化量は、セル電圧の適切な変化を生じさせるものに設定されている。充電電流の変化量を固定せずに、電圧差に応じて可変しても良い。充電電流が減少することによって各セル電圧が低下する。一例として、充電開始時に初期値として充電電流最大値を指定する充電電流指定値が電池パック１のプロセッサ３から充電電源部１２に対して送信される。但し、充電開始時の充電電流は、最大値に限らず、より低い電流値であっても良い。充電電流最大値は、不揮発性メモリ６に電池パックの構成に合わせて記憶されている。
【００３７】
一方、ステップＳＴ２において、最大セル電圧が満充電電圧より大でないと判定されると、ステップＳＴ４において、最大セル電圧が満充電電圧より小か否かが判定される。最大セル電圧が満充電電圧より小と判定されると、ステップＳＴ５において、充電電流指定値が前回の値に対して所定の量例えば１０ｍＡ上昇された充電電流を指定するものに変更される。充電電流が上昇することによって各セル電圧が上昇する。
【００３８】
上述したステップＳＴ４の判定結果が否定の場合、すなわち、最大セル電圧＝満充電電圧の場合には、充電電流指定値を変化させずに、ステップＳＴ６において、充電電流指定値により指定される充電電流が充電電流最大値より大きいか否かが判定される。ステップＳＴ３（充電電流指定値を低下）およびステップＳＴ５（充電電流指定値を上昇）の制御後においても、同様に、ステップＳＴ６の判定処理がなされる。
【００３９】
ステップＳＴ６において、充電電流指定値により指定される充電電流が充電電流最大値より大きいと判定された場合には、ステップＳＴ７において、充電電流指定値が充電電流最大値を指定するものに設定される。ステップＳＴ６の判定結果が否定の場合、すなわち、充電電流指定値が充電電流最大値以下の場合では、充電電流指定値が変更されない。そして、ステップＳＴ８において、充電電流指定値がプロセッサ３から充電電源部１２に対して送信される。
【００４０】
なお、図２では、省略されているが、不揮発性メモリ６から読み出された電池パック１を充電することができる充電電圧最大値（例えば４．２Ｖ×２＝８．４Ｖ以上の所定の電圧）を指定する充電電圧指定値もプロセッサ３から充電電源部１２に対して送信される。充電電圧指定値は、固定値であるので、同一の電池パックに関して充電開始に先立って１回送信すれば足りる。これに対して、充電電流指定値は、上述した充電電流指定値算出処理がなされる毎に送信される。
【００４１】
充電電源部１２は、電池パック１のプロセッサ３から充電電圧指定値を受信すると、充電電圧指定値で指定された充電電圧を電池パック１の端子ｔ７およびｔ８に供給する。また、電池パック１のプロセッサ３から充電電流指定値を受信すると、充電電流指定値に対応する充電電流Ｉｃを発生し、この充電電流Ｉｃを電池パック１の端子ｔ７およびｔ８に供給する。
【００４２】
上述したステップＳＴ２、ＳＴ３，ＳＴ４，ＳＴ５の処理によって、定電圧充電が行われるように充電動作が制御される。また、上述したステップＳＴ６およびＳＴ７の処理によって、定電流充電が行われるように充電動作が制御される。すなわち、最大セル電圧を基準として、ＣＣＣＶ方式で充電が行われる。また、この発明の一実施の形態の処理は、従来のソフトウェア処理（図４参照）を変更するのみで良く、電池パック１および充電電源部１２の回路構成（ハードウェア）の変更が不要なものであり、コストの上昇を生じない利点がある。
【００４３】
この発明の一実施の形態においては、最大セル電圧が満充電電圧よりも高い場合には、充電電流を低下させることにより（ステップＳＴ３）、電池セルの内部抵抗分と充電電流の減少量の積で表される電圧低下が発生し、電池セル電圧が低下する。一方、電池セル電圧が満充電電圧よりも低い場合には、充電電流を増加させることにより（ステップＳＴ５）、電池セルの内部抵抗分と充電電流の増加量の積で表される電圧上昇が発生する。充電によって、電池セル２ａおよび２ｂの直列接続の開路電圧が上昇するので、時間と共に充電電流が０に向かって収束する。そして、満充電が検出された時点で充電が終了する。満充電の検出は、例えば電池パック１のプロセッサ３が充電電流が０または０に近い値になったことを検出することでなされる。プロセッサ３が満充電を検出した場合には、フラグをセットし、充電電源部１２に対して満充電になったことを示すフラグを伝送する。
【００４４】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述した充電電流指定値の算出処理において、ステップＳＴ６において比較する充電電流最大値を温度によって変化させるようにしても良い。この場合には、環境温度または電池セルの温度を検出する温度検出素子を設け、環境温度または電池セルの温度が高い場合には、充電電流最大値を低下させるように補正する。この処理によって、充電電流による発熱を抑制し、電池セルの温度上昇を防止することができ、電池セルの劣化を防止することができる。
【００４５】
また、ステップＳＴ２およびＳＴ４において比較する満充電電圧を電池セルの劣化の状態によって変化させるようにしても良い。一般的に電池セルの充電量を低くすることで、電池セルの劣化の進行を抑えることができる。したがって、劣化が進んだ電池セルの場合には、満充電電圧を意図的に低下させることによって、電池セルの劣化の進行を抑えることが可能となる。
【００４６】
さらに、この発明の一実施の形態は、充電電源部が電子機器内に設けられている例であるが、充電電源部が充電装置に設けられるようにしても良い。また、複数の電池セルが直列に限らず並列に接続された組電池、または直列接続された複数の電池セルと並列接続された複数の電池セルとの組合せからなる組電池に対してもこの発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明による充電システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の一実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】定電流定電圧充電方式を説明するための略線図である。
【図４】従来の充電方法の処理の流れを表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・電池パック
２ａ，２ｂ・・・電池セル
３・・・プロセッサ
４ａ・・・充電制御ＦＥＴ
４ｂ・・・放電制御ＦＥＴ
１０・・・電子機器
１２・・・充電電源部
２０・・・ＡＣアダプタ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池を有する電池パック、電池パックに対する充電方法および充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池例えばリチウムイオン二次電池の充電方法として定電流充電と定電圧充電とを組合せたＣＣＣＶ(Constant Current Constant Voltage:定電流定電圧)充電方式が知られている。図３は、この充電方法を説明するものであり、横軸が充電電流Ａであり、縦軸が電池電圧Ｖである。（ａ−ｂ）領域が定電圧充電の範囲であり、（ｃ−ｄ）領域が定電流充電の範囲である。充電のための充電電源部が（ａ−ｂ）領域では、定電圧制御の動作を行い、（ｃ−ｄ）領域では、定電流制御の動作を行う。
【０００３】
例えば電池電圧Ｖが４．１Ｖ以下の領域では、Ａ＝５００ｍＡによって定電流充電を行う。充電によって二次電池の電池電圧（内部起電力）Ｖが上昇し、電池電圧Ｖが４．１Ｖより大きくなると、充電電源部が定電圧制御の動作に切り換わり、次第に充電電流Ａが減少する。電池電圧Ｖが電源部の出力電圧（４．２Ｖ）に向かって上昇する。そして、充電電流がほぼ０に近づくと、充電が完了する。充電が完了したことを検出する方法として、電流検出方式が知られている。
【０００４】
電流検出方式は、充電末期の定電圧制御時に充電電流が減少することを利用し、充電電流を抵抗により電圧へ変換し、その電圧を検知電圧と比較することで充電状態の判別を行う方式である。
【０００５】
上述したように、充電装置は、充電時に一定の充電電圧を出力するようになされている。しかしながら、電池パックによっては、電池セルの種類によって充電電圧が一定ではなく、電池パックのそれぞれに対応した充電装置を構成する必要があった。複数種類の電池パックに共通の充電装置を構成する場合には、安全性の点から最大充電電圧および最大充電電流（流すことができる最大の充電電流）を最も低い値に設定することが必要とされる。その結果、満充電に要する時間が長くなったり、満充電できない問題が生じる。なお、本明細書において、電池パックの用語は、二次電池と二次電池の充電または放電を制御する回路部とが一体的に構成されたものを指すものとして使用する。
【０００６】
かかる問題を解決するために、電池パックから充電電源部に対して最大充電電圧および最大充電電流の情報を通信によって知らせ、最適な最大充電電圧および最大充電電流によって充電を可能とすることが下記の特許文献１に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３５０８３８４号
【０００８】
特許文献１に記載されている従来の充電電源部が電池パックを充電する際の動作を図４のフローチャートを参照して説明する。この充電処理は、図３を参照して説明したＣＣＣＶ充電処理である。最初に、電池パックの不揮発性メモリに保持されている最大充電電圧と最大充電電流の情報が充電電源部に対して送信され、充電電源部がこの情報を取得している。
【０００９】
図４におけるステップＳＴ１１において、電池パックの電圧値（以下、パック電圧と適宜称する）が測定される。ステップＳＴ１２において、パック電圧が定電圧充電電圧（例えば満充電電圧の９０％の電圧で、図３においては、４．１Ｖ）と比較される。パック電圧が定電圧充電電圧より小の場合には、ステップＳＴ１３において、指定された電流値（図３における５００ｍＡの最大充電電流）でもって定電流充電が行われる。
【００１０】
定電流充電によって電池電圧が上昇する。所定の時間間隔でもってパック電圧の測定（ステップＳＴ１１）がなされ、ステップＳＴ１２の比較処理がなされる。パック電圧が定電圧充電電圧以上となることがステップＳＴ１４において検出されると、ステップＳＴ１５において、指定された電圧値（最大充電電圧）でもって定電圧充電が行われる。充電電源部は、充電中にステップＳＴ１１からステップＳＴ１５の処理を繰り返し、満充電が検出された時点で充電が終了する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の充電装置では、電池パックから充電電源部に対して送信される電圧値および電流値の情報は、予め定められた固定値であり、電池パックの状態に合わせた制御を行うものではなかった。実際には、電池パックは、複数の電池セルが直列および／または並列に接続された組電池を使用するものが多い。組電池に用いられている電池セルは、充放電の繰り返しや高温環境下での放置などにより劣化し、例えば、電池セルの内部インピーダンスが増加したり、満充電容量が減少してしまう。
【００１２】
各電池セルの劣化の度合は、使用状況によって差が生じる場合がある。例えば、電池パックは、ノート型ＰＣ内部でＣＰＵ（Central Processing Unit ）などから発生する熱の影響を受けてしまう。このとき、全ての電池セルに対する熱の影響が同様の場合、全ての電池セルにおける劣化の度合については、差異が生じることはない。しかしながら、実際に電池パックを使用した場合、熱源との距離の違いなどにより各電池セルに対する熱の影響は異なる場合が多いと考えられる。そのため、各電池セルにおける劣化の度合に差異が生じてしまう。
【００１３】
電池セルは、内部インピーダンスによって閉路電圧が決定されるので、電池セルが劣化して内部インピーダンスが増加すると、充電時の閉路電圧も増加する。そのため、電池セルによって劣化の度合が異なると、それぞれの電池セルの内部インピーダンスの増加量が異なることになり、それぞれの電池セルの閉路電圧も異なる。すなわち、それぞれの電池セルの劣化の度合が異なると、内部インピーダンスの増加量が異なることによりセルバランスが崩れ、それぞれの電池セル間の電池電圧に差が生じてしまう。
【００１４】
ところで、電池パックは、各電池セルの電圧が充電禁止電圧、例えば４．３Ｖ（ボルト）を超えた場合には充電を禁止し、所定の充電許可電圧、例えば４．１８Ｖ〜４．２Ｖを下回った場合に充電を許可する過充電保護機能を備えている。そのため、例えば電池セルが劣化し、内部インピーダンスが増加することによって電池電圧が高くなり、電池電圧が所定の充電禁止電圧を超えた場合には、過充電保護機能による保護が行われる。
【００１５】
従来の充電電源部は、充電時に各電池セルの電圧ではなく、組電池の全体の電圧を監視している。したがって、セルバランスが崩れ、それぞれの電池セル間で内部インピーダンスに差が生じた場合には、充電電源部から組電池に供給される電圧が所定の電圧であっても、各電池セルの閉路電圧が異なり、いずれかの電池セルの電圧が充電禁止電圧を超える場合が生じる。その場合には、電池パックが有する過充電保護機能によって充電が禁止される。また、組電池の電圧が充電許可電圧を下回った場合には、充電が開始される。このような充電のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより、充電がパルス状に行われる。
【００１６】
このように、劣化が進んだ状態の電池セルの場合には、充電時に充電禁止電圧まで電池電圧が上昇し、電池パックの過充電保護機能によって充電が禁止されるまで、充電が行われてしまい。その電池セルのさらなる劣化をひき起こしたり、電池セルに負担がかかり、安全性の点で好ましくなかった。
【００１７】
したがって、この発明の目的は、電池セルから充電電源部に対して送信される充電電流を電池パックにおいて測定された各電池セルの電圧に基づいて可変することによって、組電池の中の劣化の進んだ電池セルの一層の劣化を防止することができる電池パック、充電方法および充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の課題を解決するために、この発明は、複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、
二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、
複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、
測定された複数の電池セルの電圧に基づいてスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段と、
検出された最大の電池セル電圧と満充電電圧とを比較し、最大の電池セル電圧が満充電電圧より大なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、最大の電池セル電圧が満充電電圧より小なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるように、充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御を充電中に周期的に行う充電電流指定値制御部と、
充電電源部に対して充電電圧指定値および充電電流指定値を送信する通信部と
を有し、
充電電圧指定値で指定される充電電圧および充電電流指定値で指定される充電電流が二次電池に供給されることを特徴とする電池パックである。
【００１９】
また、この発明は、複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、測定された複数の電池セルの電圧に基づいてスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段とを備える電池パックを充電する充電方法であって、
検出された最大の電池セル電圧と満充電電圧とを比較し、最大の電池セル電圧が満充電電圧より大なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、
検出された最大の電池セル電圧と満充電電圧とを比較し、最大の電池セル電圧が満充電電圧より小なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるに、充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御ステップを充電中に周期的に行い、
充電電源部に対して充電電圧指定値および充電電流指定値を送信する通信ステップと、
充電電圧指定値で指定される充電電圧および充電電流指定値で指定される充電電流を二次電池に供給するステップとからなることを特徴とする充電方法である。
【００２０】
この発明は、複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、
二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、
複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、
測定された複数の電池セルの電圧に基づいてスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段と、
検出された最大の電池セル電圧と満充電電圧とを比較し、最大の電池セル電圧が満充電電圧より大なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、最大の電池セル電圧が満充電電圧より小なる場合に、充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるように、充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御を充電中に周期的に行う充電電流指定値制御部と、
充電電源部に対して充電電圧指定値および充電電流指定値を送信する通信部とを有する電池パックと、
充電電圧指定値および充電電流指定値を受信する通信部と、
充電電圧指定値で指定される充電電圧および充電電流指定値で指定される充電電流を二次電池に供給する充電電源部とを有する充電装置とからなる充電システムである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、直列、並列または直並列に接続された複数の電池セルの中で、最大電池セル電圧を測定し、最大電池セル電圧が満充電電圧と一致するように、充電電流を制御する充電電流指定値を充電電源部に送信することによって、劣化の進んだ電池セルが過充電電圧領域まで充電されることを防止し、電池セルの劣化を防止でき、また、電池パックの安全性を向上することができる。この発明は、電池パック内のプロセッサのソフトウェア処理を変更するのみで実現可能であり、新たなコストが発生しない利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この発明の一実施の形態による充電装置は、電池パック１と、電子機器（例えば可搬型パーソナルコンピュータ）１０と、ＡＣアダプタ２０とによって構成されている。ＡＣアダプタ２０の入力端子ｔ１およびｔ２が商用電源と接続され、ＡＣアダプタ２０の出力端子ｔ３およびｔ４に商用電源から生成された所定の直流電圧が発生する。
【００２３】
商用電源とＡＣアダプタ２０とが接続されている時にＡＣアダプタ２０が出力する直流電圧が電子機器１０の負荷１１および充電電源部１２に対して供給される。負荷１１は、電子機器１０が有する回路等である。充電電源部１２は、プロセッサ（ＭＰＵ(Microprocessing Unit)）およびプロセッサの制御によって所望の充電電流および充電電圧を発生することが可能な可変電流源および可変電圧源を有している。充電電圧の最大値は、ＡＣアダプタ２０から供給される直流電圧より小である。電子機器１０の端子ｔ５およびｔ６が電池パック１の端子ｔ７およびｔ８とそれぞれ接続される。充電電流Ｉｃが充電電源部１２から逆流防止ダイオード１３と、端子ｔ５、ｔ６とを介して電池パック１に供給される。
【００２４】
電池パック１は、リチウムイオン電池の電池セル２ａおよび２ｂを直列接続した組電池と、プロセッサ３と、スイッチ素子としての充電制御ＦＥＴ(Field Effect Transister)
４ａと、放電制御ＦＥＴ４ｂと、不揮発性メモリ６とを有している。例えば単セル当たりの満充電電圧が４．２Ｖのリチウムイオン電池を用いた場合、この一実施形態の電池パックの定電圧充電電圧は、８．４Ｖとなる。ＦＥＴ４ａおよび４ｂのドレインおよびソース間には、それぞれ寄生ダイオード５ａおよび５ｂが存在している。寄生ダイオード５ｂは、充電電流Ｉｃに対して順方向で、放電電流Ｉｄに対して逆方向の極性を有する。寄生ダイオード５ａは、充電電流Ｉｃに対して逆方向で、放電電流Ｉｄに対して順方向の極性を有する。
【００２５】
充電制御ＦＥＴ４ａおよび放電制御ＦＥＴ４ｂのそれぞれのゲートには、プロセッサ３からの制御信号がそれぞれ供給される。充電制御ＦＥＴ４ａおよび放電制御ＦＥＴ４ｂは、例えばＰチャンネル型であるので、ソース電位よりも所定値以上低いゲート電位によってオン状態となる。
【００２６】
充電時には、放電制御ＦＥＴ４ｂおよび充電制御ＦＥＴ４ａがオン状態とされ、充電電源部１２から出力された充電電流Ｉｃが逆流防止用ダイオード１３、ＦＥＴ４ａおよびＦＥＴ４ｂを介して電池セル２ａおよび２ｂに供給される。ＡＣアダプタ２０により電子機器１０が給電されていない状態では、電池セル２ａおよび２ｂから充電制御ＦＥＴ４ａ、放電制御ＦＥＴ４ｂおよび逆流防止用ダイオード１４を介して放電電流Ｉｄが負荷１１に供給される。
【００２７】
プロセッサ３のクロック端子およびデータ端子と電子機器１０の充電制御部１２内のプロセッサのクロック端子およびデータ端子とが接続され、クロック伝送路ＣＬＫおよびデータ伝送路ＤＡＴＡが構成される。
【００２８】
電池パック１のプロセッサ３は、電池セル２ａおよび２ｂのそれぞれの電池セル電圧および組電池全体の電圧を測定する機能と、充電制御ＦＥＴ４ａおよび放電制御ＦＥＴ４ｂを制御する機能と、測定した電池セル電圧から最適な充電電流値を計算または設定する機能と、計算された最適な充電電流値および不揮発性メモリ６に記憶されている情報を充電電源部１２のプロセッサに対してクロック伝送路およびデータ伝送路を介して送信する機能とを有している。
【００２９】
なお、電池パック１が電圧測定回路をプロセッサ３と別に設け、測定結果をプロセッサ３に供給する構成としても良い。また、充電制御ＦＥＴ４ａおよび放電制御ＦＥＴ４ｂの一方または両方を負側の電源ライン中に挿入するようにしても良い。さらに、温度が上昇すると、抵抗値が上昇して電流を制限する電流制限素子例えばＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient ：熱抵抗素子) を電池セル２ａ、２ｂと直列に接続しても良い。
【００３０】
プロセッサ３は、ＦＥＴ４ａおよび４ｂのそれぞれのゲートに対して制御信号を供給して、ＦＥＴ４ａおよび４ｂのオン／オフを制御することにより、保護動作を行う。保護機能としては、過充電および過放電保護機能がある。簡単にこれらの保護機能について説明する。
【００３１】
まず、過充電保護機能について説明する。電池セル２ａおよび２ｂを充電していくと、満充電を過ぎても電池電圧が上昇を続ける。この過充電状態になると危険な状態となる可能性が生じる。したがって、充電は、定電圧定電流で行い、最大充電電圧が電池の定格の満充電電圧（例えば単一の電池セルの場合で４．２Ｖ）以下で行う必要がある。しかしながら、充電器の故障や、非正規品の充電器の使用等によって、過充電の危険性がある。過充電され、電池電圧が満充電電圧値以上の過充電検出電圧例えば４．３Ｖであることが検出されると、プロセッサ３の出力信号によって充電制御ＦＥＴ４ａがオフされ、充電電流が遮断される。この機能が過充電保護機能である。ＦＥＴ４ａがオフすると、放電制御ＦＥＴ４ｂおよび寄生ダイオード５ａを介して放電のみが可能とされる。
【００３２】
過放電保護機能について説明する。定格放電終止電圧以下まで放電し、電池電圧が例えば２Ｖ〜１．５Ｖ以下（単一の電池セルの場合）の過放電状態になった場合は、電池が故障する場合がある。放電され、電池電圧がある電圧値以下になった場合、プロセッサ３の出力信号によって放電制御ＦＥＴ４ｂがオフされ、放電電流が遮断される。この機能が過放電機能である。ＦＥＴ４ｂがオフすると、充電制御ＦＥＴ４ａおよび寄生ダイオード５ｂを介して充電のみが可能とされる。
【００３３】
この発明の一実施の形態では、電子機器１０の充電電源部１２から充電電圧値と充電電流値に関する情報（充電電圧指定値および充電電流指定値と称する）の送信が依頼されると、電池パック１のプロセッサ３が測定する各電池セルの電圧値に基づいて、充電電源部１２に対して送信される充電電流指定値が可変される。
【００３４】
図２を参照して、電池パック１のプロセッサ３の制御でなされる充電電流指定値算出処理（または設定処理）について説明する。この処理は、充電期間中で周期的例えば１秒間に１回の割合で実行される。また、プロセッサ３のソフトウェア処理として説明するが、各処理を実行するハードウェア（回路）によっても同様の処理を実行することができる。
【００３５】
ステップＳＴ１において、各電池セル（電池セル２ａおよび２ｂ）の電圧値が測定される。各電池セルの電圧値は、内部抵抗と電流の積で求められる電圧と起電力との和である。劣化の程度が進んだ電池セルの場合では、内部抵抗が増大しているので、電池セルの電圧値も大きくなる。ステップＳＴ２において、測定された電圧値の中で最大のセル電圧値（以下、最大セル電圧と適宜称する）が満充電電圧値（例えば４．２Ｖ）と比較される。満充電電圧値（以下、満充電電圧と適宜称する）は、不揮発性メモリ６に電池パックの構成に合わせて記憶されている。
【００３６】
ステップＳＴ２において、最大セル電圧が満充電電圧より大であると判定されると、ステップＳＴ３において、充電電流指定値が前回の充電電流を所定の量例えば１０ｍＡ低下させた充電電流を指定するものに変更される。充電電流の変化量は、セル電圧の適切な変化を生じさせるものに設定されている。充電電流の変化量を固定せずに、電圧差に応じて可変しても良い。充電電流が減少することによって各セル電圧が低下する。一例として、充電開始時に初期値として充電電流最大値を指定する充電電流指定値が電池パック１のプロセッサ３から充電電源部１２に対して送信される。但し、充電開始時の充電電流は、最大値に限らず、より低い電流値であっても良い。充電電流最大値は、不揮発性メモリ６に電池パックの構成に合わせて記憶されている。
【００３７】
一方、ステップＳＴ２において、最大セル電圧が満充電電圧より大でないと判定されると、ステップＳＴ４において、最大セル電圧が満充電電圧より小か否かが判定される。最大セル電圧が満充電電圧より小と判定されると、ステップＳＴ５において、充電電流指定値が前回の値に対して所定の量例えば１０ｍＡ上昇された充電電流を指定するものに変更される。充電電流が上昇することによって各セル電圧が上昇する。
【００３８】
上述したステップＳＴ４の判定結果が否定の場合、すなわち、最大セル電圧＝満充電電圧の場合には、充電電流指定値を変化させずに、ステップＳＴ６において、充電電流指定値により指定される充電電流が充電電流最大値より大きいか否かが判定される。ステップＳＴ３（充電電流指定値を低下）およびステップＳＴ５（充電電流指定値を上昇）の制御後においても、同様に、ステップＳＴ６の判定処理がなされる。
【００３９】
ステップＳＴ６において、充電電流指定値により指定される充電電流が充電電流最大値より大きいと判定された場合には、ステップＳＴ７において、充電電流指定値が充電電流最大値を指定するものに設定される。ステップＳＴ６の判定結果が否定の場合、すなわち、充電電流指定値が充電電流最大値以下の場合では、充電電流指定値が変更されない。そして、ステップＳＴ８において、充電電流指定値がプロセッサ３から充電電源部１２に対して送信される。
【００４０】
なお、図２では、省略されているが、不揮発性メモリ６から読み出された電池パック１を充電することができる充電電圧最大値（例えば４．２Ｖ×２＝８．４Ｖ以上の所定の電圧）を指定する充電電圧指定値もプロセッサ３から充電電源部１２に対して送信される。充電電圧指定値は、固定値であるので、同一の電池パックに関して充電開始に先立って１回送信すれば足りる。これに対して、充電電流指定値は、上述した充電電流指定値算出処理がなされる毎に送信される。
【００４１】
充電電源部１２は、電池パック１のプロセッサ３から充電電圧指定値を受信すると、充電電圧指定値で指定された充電電圧を電池パック１の端子ｔ７およびｔ８に供給する。また、電池パック１のプロセッサ３から充電電流指定値を受信すると、充電電流指定値に対応する充電電流Ｉｃを発生し、この充電電流Ｉｃを電池パック１の端子ｔ７およびｔ８に供給する。
【００４２】
上述したステップＳＴ２、ＳＴ３，ＳＴ４，ＳＴ５の処理によって、定電圧充電が行われるように充電動作が制御される。また、上述したステップＳＴ６およびＳＴ７の処理によって、定電流充電が行われるように充電動作が制御される。すなわち、最大セル電圧を基準として、ＣＣＣＶ方式で充電が行われる。また、この発明の一実施の形態の処理は、従来のソフトウェア処理（図４参照）を変更するのみで良く、電池パック１および充電電源部１２の回路構成（ハードウェア）の変更が不要なものであり、コストの上昇を生じない利点がある。
【００４３】
この発明の一実施の形態においては、最大セル電圧が満充電電圧よりも高い場合には、充電電流を低下させることにより（ステップＳＴ３）、電池セルの内部抵抗分と充電電流の減少量の積で表される電圧低下が発生し、電池セル電圧が低下する。一方、電池セル電圧が満充電電圧よりも低い場合には、充電電流を増加させることにより（ステップＳＴ５）、電池セルの内部抵抗分と充電電流の増加量の積で表される電圧上昇が発生する。充電によって、電池セル２ａおよび２ｂの直列接続の開路電圧が上昇するので、時間と共に充電電流が０に向かって収束する。そして、満充電が検出された時点で充電が終了する。満充電の検出は、例えば電池パック１のプロセッサ３が充電電流が０または０に近い値になったことを検出することでなされる。プロセッサ３が満充電を検出した場合には、フラグをセットし、充電電源部１２に対して満充電になったことを示すフラグを伝送する。
【００４４】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述した充電電流指定値の算出処理において、ステップＳＴ６において比較する充電電流最大値を温度によって変化させるようにしても良い。この場合には、環境温度または電池セルの温度を検出する温度検出素子を設け、環境温度または電池セルの温度が高い場合には、充電電流最大値を低下させるように補正する。この処理によって、充電電流による発熱を抑制し、電池セルの温度上昇を防止することができ、電池セルの劣化を防止することができる。
【００４５】
また、ステップＳＴ２およびＳＴ４において比較する満充電電圧を電池セルの劣化の状態によって変化させるようにしても良い。一般的に電池セルの充電量を低くすることで、電池セルの劣化の進行を抑えることができる。したがって、劣化が進んだ電池セルの場合には、満充電電圧を意図的に低下させることによって、電池セルの劣化の進行を抑えることが可能となる。
【００４６】
さらに、この発明の一実施の形態は、充電電源部が電子機器内に設けられている例であるが、充電電源部が充電装置に設けられるようにしても良い。また、複数の電池セルが直列に限らず並列に接続された組電池、または直列接続された複数の電池セルと並列接続された複数の電池セルとの組合せからなる組電池に対してもこの発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明による充電システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の一実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】定電流定電圧充電方式を説明するための略線図である。
【図４】従来の充電方法の処理の流れを表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・電池パック
２ａ，２ｂ・・・電池セル
３・・・プロセッサ
４ａ・・・充電制御ＦＥＴ
４ｂ・・・放電制御ＦＥＴ
１０・・・電子機器
１２・・・充電電源部
２０・・・ＡＣアダプタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、
上記二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、
上記複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、
測定された上記複数の電池セルの電圧に基づいて上記スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段と、
検出された上記最大の電池セル電圧と上記満充電電圧とを比較し、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より大なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より小なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるように、上記充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御を充電中に周期的に行う充電電流指定値制御部と、
充電電源部に対して充電電圧指定値および上記充電電流指定値を送信する通信部と
を有し、
上記充電電圧指定値で指定される充電電圧および上記充電電流指定値で指定される充電電流が上記二次電池に供給されることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
上記充電電流指定値制御部は、上記充電電流指定値により指定される充電電流が設定された充電電流最大値より大きい場合には、上記指定される充電電流を上記充電電流最大値と等しいものとすることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
上記充電電流最大値を温度によって変化させることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項４】
上記スイッチ素子制御部、上記通信部および上記充電電流指定値制御部がプロセッサの処理によって実現される請求項１記載の電池パック。
【請求項５】
複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、上記複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、測定された上記複数の電池セルの電圧に基づいて上記スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段とを備える電池パックを充電する充電方法であって、
検出された上記最大の電池セル電圧と上記満充電電圧とを比較し、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より大なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、
検出された上記最大の電池セル電圧と上記満充電電圧とを比較し、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より小なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるに、上記充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御ステップを充電中に周期的に行い、
充電電源部に対して充電電圧指定値および上記充電電流指定値を送信する通信ステップと、
上記充電電圧指定値で指定される充電電圧および上記充電電流指定値で指定される充電電流を上記二次電池に供給するステップとからなることを特徴とする充電方法。
【請求項６】
上記充電電流指定値制御ステップは、上記充電電流指定値により指定される充電電流が設定された充電電流最大値より大きい場合には、上記指定される充電電流を上記充電電流最大値と等しいものとすることを特徴とする請求項５記載の充電方法。
【請求項７】
上記充電電流最大値を温度によって変化させることを特徴とする請求項５記載の充電方法。
【請求項８】
複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、
上記二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、
上記複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、
測定された上記複数の電池セルの電圧に基づいて上記スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段と、
検出された上記最大の電池セル電圧と上記満充電電圧とを比較し、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より大なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より小なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるように、上記充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御を充電中に周期的に行う充電電流指定値制御部と、
充電電源部に対して充電電圧指定値および上記充電電流指定値を送信する通信部とを有する電池パックと、
上記充電電圧指定値および上記充電電流指定値を受信する通信部と、
上記充電電圧指定値で指定される充電電圧および上記充電電流指定値で指定される充電電流を上記二次電池に供給する充電電源部とを有する充電装置とからなる充電システム。
【請求項１】
複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、
上記二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、
上記複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、
測定された上記複数の電池セルの電圧に基づいて上記スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段と、
検出された上記最大の電池セル電圧と上記満充電電圧とを比較し、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より大なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より小なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるように、上記充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御を充電中に周期的に行う充電電流指定値制御部と、
充電電源部に対して充電電圧指定値および上記充電電流指定値を送信する通信部と
を有し、
上記充電電圧指定値で指定される充電電圧および上記充電電流指定値で指定される充電電流が上記二次電池に供給されることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
上記充電電流指定値制御部は、上記充電電流指定値により指定される充電電流が設定された充電電流最大値より大きい場合には、上記指定される充電電流を上記充電電流最大値と等しいものとすることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
上記充電電流最大値を温度によって変化させることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項４】
上記スイッチ素子制御部、上記通信部および上記充電電流指定値制御部がプロセッサの処理によって実現される請求項１記載の電池パック。
【請求項５】
複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、上記複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、測定された上記複数の電池セルの電圧に基づいて上記スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段とを備える電池パックを充電する充電方法であって、
検出された上記最大の電池セル電圧と上記満充電電圧とを比較し、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より大なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、
検出された上記最大の電池セル電圧と上記満充電電圧とを比較し、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より小なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるに、上記充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御ステップを充電中に周期的に行い、
充電電源部に対して充電電圧指定値および上記充電電流指定値を送信する通信ステップと、
上記充電電圧指定値で指定される充電電圧および上記充電電流指定値で指定される充電電流を上記二次電池に供給するステップとからなることを特徴とする充電方法。
【請求項６】
上記充電電流指定値制御ステップは、上記充電電流指定値により指定される充電電流が設定された充電電流最大値より大きい場合には、上記指定される充電電流を上記充電電流最大値と等しいものとすることを特徴とする請求項５記載の充電方法。
【請求項７】
上記充電電流最大値を温度によって変化させることを特徴とする請求項５記載の充電方法。
【請求項８】
複数の電池セルが直列、並列または直並列に接続された二次電池と、
上記二次電池の充電および放電を制御するスイッチ素子と、
上記複数の電池セルの電池セル電圧をそれぞれ測定し、最大の電池セル電圧を検出する測定部と、
測定された上記複数の電池セルの電圧に基づいて上記スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
満充電電圧および充電電流最大値を記憶する記憶手段と、
検出された上記最大の電池セル電圧と上記満充電電圧とを比較し、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より大なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を低下させ、上記最大の電池セル電圧が上記満充電電圧より小なる場合に、上記充電電流指定値により指定される充電電流を上昇させるように、上記充電電流指定値を変化させる充電電流指定値制御を充電中に周期的に行う充電電流指定値制御部と、
充電電源部に対して充電電圧指定値および上記充電電流指定値を送信する通信部とを有する電池パックと、
上記充電電圧指定値および上記充電電流指定値を受信する通信部と、
上記充電電圧指定値で指定される充電電圧および上記充電電流指定値で指定される充電電流を上記二次電池に供給する充電電源部とを有する充電装置とからなる充電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２２０１１０（Ｐ２００８−２２０１１０Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５６６１８（Ｐ２００７−５６６１８）
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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