(57)【要約】【課題】リチウムイオン電池パックの保護機能有無を簡易な方式で判別し安全な充電を低価格で実現できる充電制御システムを得ること。【解決手段】保護スイッチ制御回路２５は、充電開始前に定電圧定電流制御回路１１に充電スイッチ１２の閉路操作のみを行わせて停止状態にし、制御端子２６に充電禁止信号を出力する。電池パックが正規品であれば充電禁止信号が充電用トランジスタ５ａをオフ動作させてリチウムイオン電池３の充電路を開路させる。電池パックが海賊版であればこの動作は行われない。その後、定電圧定電流制御回路に微少電流の供給を指示し、電圧変化検出回路２４から入力する電圧上昇値と所定値との大小比較を行う。所定値を超える場合は保護機能有りと判定し、定電圧定電流制御回路に通常の充電動作を指示する。保護機能無しと判定する場合は定電圧定電流制御回路に充電停止あるいは特別の充電を指示する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電対象のリチウムイオン電池パックに適用する充電条件を発行する制御手段と、
前記制御手段からの指示に従って前記リチウムイオン電池パックに充電を行う充電手段とを備え、
前記制御手段は、
前記リチウムイオン電池パック内の保護機能の有無を擬似充電動作の過程で得られる電圧上昇変化に基づき検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した保護機能の有無に応じて前記充電条件を設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする充電制御システム。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記リチウムイオン電池パック内において当該リチウムイオン電池の充電路に挿入してあるスイッチを直接制御して、または前記リチウムイオン電池パック内に設けた前記スイッチを制御する手段に指示を出して、前記スイッチに開路動作を行わせる手段と、
その後に、前記充電手段に対して微少電流による充電を行わせる指示を出して前記リチウムイオン電池パックが接続される充電ラインの電圧上昇変化を検出する、または前記充電ラインに挿入した電流検出用抵抗器での降下電圧から電圧上昇変化を検出する手段と、
検出された前記電圧上昇値と所定値との大小関係を比較し、前記電圧上昇値が前記所定値を超えるときは、当該リチウムイオン電池パックは正規の保護機能を有すると判断し、超えないときは、当該リチウムイオン電池パックは保護機能を有しない、あるいは保護機能は有するが不十分であると判断する手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の充電制御システム。
【請求項３】
前記設定手段は、
前記検出手段が正規の保護機能を有すると判断したときは通常行われている充電条件を設定し、前記検出手段が保護機能を有しないと判断したとき、あるいは保護機能は有するが不十分であると判断したときは充電停止、あるいは特別な充電条件を設定し、それぞれの充電条件による指示を前記充電手段に出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電制御システム。
【請求項４】
前記特別な充電条件は、微少電流充電や短時間充電などであることを特徴とする請求項３に記載の充電制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リチウムイオン電池の充電を制御する充電制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、いわゆるセルの形式では扱われず、電池パックの形式で扱われる。そして、リチウムイオン電池は、過充電に至ると爆発等の危険があるので、電池パックには、保護機能が搭載されている。
【０００３】
ところで、近年では、海賊版の電池パックが市場に出回るようになってきている。この海賊版では、廉価対応のために、保護機能がない場合や、保護機能があっても不十分な場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リチウムイオン電池の充電は、通常、電池パックを定電圧定電流制御機能を有するいわゆる充電器である充電制御ＩＣに接続して行うが、リチウムイオン電池の電圧、温度のみを検出して充電を行う方式であり、電池パックが正規品でも海賊版でも同様に充電を開始するので、充電対象の電池パックが海賊版である場合は、充電する際に爆発等の危険性が高まるという問題がある。
【０００５】
これに対処するには、例えば電池パックに認証機能ＩＣをも搭載し、電池パックと充電制御ＩＣとの間に介在させるマイコンによって充電対象の電池パックが正規品であるか海賊版であるかを認識し、充電対象の電池パックが正規品である場合は通常通りの充電を行い、海賊版である場合は充電をしないなどの措置を採ることが考えられるが、これだとマイコンおよび認証機能ＩＣが必要となり、充電制御システムが高価なものになる。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン電池パックの保護機能有無を簡易な方式で判別することにより、安全な充電が低価格で実現できる充電制御システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、この発明にかかる充電制御システムは、充電対象のリチウムイオン電池パックに適用する充電条件を発行する制御手段と、前記制御手段からの指示に従って前記リチウムイオン電池パックに充電を行う充電手段とを備え、前記制御手段は、前記リチウムイオン電池パック内の保護機能の有無を擬似充電動作の過程で得られる電圧上昇変化に基づき検出する検出手段と、前記検出手段が検出した保護機能の有無に応じて前記充電条件を設定する設定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、リチウムイオン電池パックが保護機能を有する場合にその電池パック内のリチウムイオン電池の充電路を遮断した状態で微少電流を流す擬似充電動作が可能である点に着目し、そのときの電圧上昇変化に基づき検出した保護機能の有無に応じた適切な充電制御を行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、リチウムイオン電池パックの保護機能有無を簡易な方式で判別することができるので、安全な充電を低価格で実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、この発明にかかる充電制御システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による充電制御システムの構成を示すブロック図である。図１では、電池パック１を充電制御ＩＣ２に接続した状態が示されている。
【００１２】
正規品の電池パック１は、一般には、リチウムイオン電池３と、保護機能である保護ＩＣ４、充電用トランジスタ（図示例ではＦＥＴである）５ａおよび放電用トランジスタ（図示例ではＦＥＴである）５ｂとが搭載されている。なお、充電用トランジスタ５ａおよび放電用トランジスタ５ｂには、寄生ダイオードが並列に存在している。
【００１３】
そして、外部端子として、正電源端子６と負電源端子７とを備えている。正電源端子６は、リチウムイオン電池３の正極端に接続されている。負電源端子７は、充電用トランジスタ５ａと放電用トランジスタ５ｂの直列回路を介してリチウムイオン電池３の負極端に接続されている。保護機能のない海賊版の電池パックでは、リチウムイオン電池３の負極端が直接負電源端子７に接続されることになる。
【００１４】
保護ＩＣ４は、リチウムイオン電池３の電圧や電流をモニタし、その電圧や電流が規定値以外である場合に、充電用トランジスタ５ａと放電用トランジスタ５ｂの対応するものをオフ動作させて充電路ないしは放電路を遮断し、爆発等の危険性からの保護を図っている。
【００１５】
このような正規品の電池パック１において、この実施の形態１では、充電用トランジスタ５ａおよび放電用トランジスタ５ｂの制御電極（図示例ではゲート電極）と保護ＩＣとの間に抵抗素子８ａ，８ｂを挿入し、外部端子として制御端子９を設け、この制御端子９に充電用トランジスタ５ａのゲート電極を接続している。保護機能のない海賊版の電池パックでは、この制御端子９は存在しないことになる。
【００１６】
次に、充電制御ＩＣ２は、一般に、定電圧定電流制御回路１１を備え、外部機器として充電スイッチ１２と電流検出用抵抗器１３とを備えている。また、外部端子として、接地端子１４と、電圧監視端子１５と、制御端子１６と、電圧監視端子１７，１８とを備えている。
【００１７】
接地端子１４は、内部で接地されているが、電池パック１を接続したとき、負電源端子７と共に接地ライン２０に接続される。電圧監視端子１５は、定電圧定電流制御回路１１に接続されるとともに、充電スイッチ１２の一端に接続されている。充電スイッチ１２の一端は、電池パック１を接続したとき、充電ライン２１を介して電池パック１の正電源端子６に接続される。充電スイッチ１２の制御端は、制御端子１６を介して定電圧定電流制御回路１１に接続されている。充電スイッチ１２の他端は、電流検出用抵抗器１３を介して充電ライン２２に接続される。電流検出用抵抗器１３の両端は、電流監視端子１７，１８を介して定電圧定電流制御回路１１に接続されている。
【００１８】
定電圧定電流制御回路１１は、一般には、電池パック１の接続を検出すると、充電スイッチ１２を閉路操作して充電を開始し、充電スイッチ１２の一端での電圧と、電流検出用抵抗器１３に流れる電流とに基づく定電圧定電流制御によって電池パック１の充電を行ういわゆる充電器である。
【００１９】
このような充電制御ＩＣ２において、この実施の形態１では、電圧変化検出回路２４と保護スイッチ制御回路２５とが追加され、また外部端子として制御端子２６が追加されている。そして、定電圧定電流制御回路１１は、この実施の形態１では、保護スイッチ制御回路２５の制御下に、上記した通常の充電動作に加え、後述する各種の充電動作を行うようになっている。
【００２０】
電圧変化検出回路２４は、保護スイッチ制御回路２５の制御下に、電圧監視端子１５を介して充電スイッチ１２の一端での電圧を取り込み、一定時間内での電圧上昇変化を検出し、それを保護スイッチ制御回路２５に与える。
【００２１】
保護スイッチ制御回路２５は、制御端子２６に充電禁止と解除の制御信号を出力し、正規品の電池パック１における充電用トランジスタ５ａをオン・オフ動作制御してリチウムイオン電池３の充電路を強制的に開閉する機能と、制御端子２６に充電禁止の制御信号を出力したとき定電圧定電流制御回路１１に微少電流を供給させて擬似充電動作を実現する機能と、擬似充電動作の過程で電圧変化検出回路２４から入力される電圧上昇値から電池パック１の保護機能有無を判定する機能と、判定結果に基づき定電圧定電流制御回路１１に通常の充電動作を行わせるか、充電停止あるいは特別な充電（微少電流充電、短時間充電など）を行わせるかの充電条件を設定し定電圧定電流制御回路１１を制御する機能とを備えている。
【００２２】
次に、以上のように構成される実施の形態１による充電制御システムの動作について説明する。充電制御ＩＣ２に電池パック１が接続されると、それを検出した保護スイッチ制御回路２５は、充電開始前に、定電圧定電流制御回路１１に充電スイッチ１２の閉路操作のみを行わせて停止状態にし、まず制御端子２６に充電禁止信号を出力する。電池パック１が正規品であれば、充電禁止信号が制御端子２６に接続される制御端子９を通して充電用トランジスタ５ａをオフ動作させてリチウムイオン電池３の充電路を開路させる。電池パック１が海賊版であれば、リチウムイオン電池３の充電路を開路させる動作は行われない。
【００２３】
その後、定電圧定電流制御回路１１に微少電流の供給を指示し、また電圧変化検出回路２４に検出動作の開始を指示し、電圧変化検出回路２４からの入力を待機する。電池パック１が正規品であれば、リチウムイオン電池３は充電路が開路しているので、見かけ上その正極端電圧が上昇する。一方、電池パック１が海賊版であれば、リチウムイオン電池３は充電路が閉路しているので、微少電流による充電が行われ、そのような電圧上昇は殆ど無い。
【００２４】
そこで、保護スイッチ制御回路２５は、電圧変化検出回路２４から入力する電圧上昇値と予め用意した判定用の所定値との大小比較を行い、電圧上昇値が所定値を超える場合は電池パック１に保護機能有りと判定する。この場合は、保護スイッチ制御回路２５は、制御端子２６に充電禁止解除の制御信号を出力し、充電用トランジスタ５ａをオン動作させてリチウムイオン電池３の充電路を閉路状態に戻す操作をした後に、定電圧定電流制御回路１１に通常の充電動作を指示する。
【００２５】
一方、電圧変化検出回路２４から入力する電圧上昇値が超えない場合はその超えない程度に応じて電池パック１に保護機能無し、あるいは保護機能は有るが不十分と判定する。この場合は、保護スイッチ制御回路２５は、制御端子２６に充電禁止解除の制御信号を出力し、定電圧定電流制御回路１１に充電停止（充電スイッチ１２の開路操作）、あるいは特別の充電（微少電流充電、短時間充電など）を指示する。
【００２６】
このように、実施の形態１によれば、電池パック内の保護機能有無に応じて充電動作を調整することができるので、安全な充電が可能である。また、マイコンや認証機能ＩＣは不要であり、電池パックも従来構成品に小変更を加えるだけで対応可能であるので、安価に充電制御システムが実現できる。
【００２７】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による充電制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図２では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００２８】
図２に示すように、実施の形態２による充電制御システムでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、電池パック１に代えて電池パック３０が設けられている。電池パック３０では、図１に示した電池パック１において、抵抗素子８ａ，８ｂを削除し、保護ＩＣ２を制御部３１が追加された保護ＩＣ３２としている。充電用トランジスタ５ａと放電用トランジスタ５ｂの各ゲート電極は制御部３１に接続されている。
【００２９】
制御部３１には、制御端子９に印加される充電禁止とその解除の制御信号を受けて、充電用トランジスタ５ａをオン・オフ動作制御し、リチウムイオン電池３の充電路を強制的に開閉するようになっている。
【００３０】
ここで、擬似充電動作において実施の形態１では、保護スイッチ制御回路２５が充電用トランジスタ５ａをオン・オフ動作制御する電圧信号を生成して、リチウムイオン電池３の充電路の強制的な開閉を実現しているが、素子特性にはばらつきがあるので、一般的な電圧信号レベルを設定するのは困難であり、充電用トランジスタ５ａを確実にオン・オフ動作制御できない場合が起こりうる。
【００３１】
これに対してこの実施の形態２によれば、保護スイッチ制御回路２５は制御部３１に対して設定容易な２値のレベル信号を出力するだけでよいので、保護スイッチ制御回路２５での回路構成の容易化が図れる。また、充電用トランジスタ５ａを確実にオン・オフ動作制御できるので、より安全な制御が可能になる。
【００３２】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による充電制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図３では、図２（実施の形態２）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。
【００３３】
図３に示すように、実施の形態３による充電制御システムでは、図２（実施の形態２）に示した構成において、充電制御ＩＣ２に代えて充電制御ＩＣ３４が設けられている。充電制御ＩＣ３４では、図２に示した充電制御ＩＣ２において、電圧変化検出回路２４を削除し、電流監視端子１７，１８側に電圧変化検出回路３６が設けられている。符号を変えた定電圧定電流制御回路３６は、電圧変化検出回路３６の検出電圧から電流情報を得るようになっている。
【００３４】
電圧変化検出回路３６は、擬似充電動作の開始に伴い保護スイッチ制御回路２５から動作開始の指示を受け、電流検出用抵抗器１３に電流が流れたときの降下電圧から一定時間内の電圧上昇変化を検出し、それを保護スイッチ制御回路２５に与える。
【００３５】
また、電圧変化検出回路３６は、通常の充電動作の開始に伴い保護スイッチ制御回路２５から動作開始の指示を受け、電流検出用抵抗器１３に電流が流れたときの降下電圧を逐一定電圧定電流制御回路３６に与える。
【００３６】
ここで、擬似充電動作において、実施の形態１，２では、電池電圧の増加レベルを検出しているが、この電池電圧の増加レベルは電池パックの特性に依存する場合がある。具体的には、例えば保護機能無しの電池パックでは、リチウムイオン電池３の内部抵抗の大小によって、微少電流を流すことによる一定時間内に上昇する電圧値が変化する。そのため保護スイッチ制御回路２５での判定用所定値として一定時間内の電圧上昇分を正確に設定することが困難である。
【００３７】
これに対して実施の形態３では、設定値である微少定電流が電流検出用抵抗器１３に電流が流れたときの降下電圧から一定時間内の電圧上昇変化を検出するので、電池パックの特性に依存しない電圧上昇値が得られる。したがって、それに対する判定用所定値は正確に定めることができる。
【００３８】
なお、念のため注記すれば、擬似充電動作においては、正規品の電池パックではリチウムイオン電池３の充電路は開路しているので、充電電流は流れない。これに対して、海賊版の電池パックではリチウムイオン電池３の充電路は閉路しているので、充電電流は流れる。したがって、保護スイッチ制御回路２５での所定値との大小比較は、実施の形態１，２とは、逆の関係になる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、この発明にかかる充電制御システムは、リチウムイオン電池の安全な充電を低価格で実現するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１による充電制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２による充電制御システムの構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態３による充電制御システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  電池パック
２  充電制御ＩＣ
３  リチウムイオン電池
４  保護ＩＣ
５ａ  充電用トランジスタ（電池パック内のスイッチ）
５ｂ  放電用トランジスタ
６  正電源端子
７  負電源端子
８ａ，８ｂ  抵抗素子
９  制御端子
１１  定電圧定電流制御回路
１２  充電スイッチ
１３  電流検出用抵抗器
１４  接地端子
１５  電圧監視端子
１６  制御端子
１７，１８  電流監視端子
２０  接地ライン
２１，２２  充電ライン
２４  電圧変化検出回路
２５  保護スイッチ制御回路
３０  電池パック
３１  制御部
３２  保護ＩＣ
３４  充電制御ＩＣ
３５  電圧変化検出回路
３６  定電圧定電流制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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