(57)【要約】【課題】  二次電池のサイクル寿命を延長できる充電制御装置を提供する。【解決手段】  充電回路（６）は、機器（２１）の駆動に使用される二次電池（２、２４〜２６）に充電電圧（Ｖｃ）または充電電流を供給し、充電状態設定器（５、Ｓｃ１）は充電回路（６）に、二次電池（２、２４〜２６）を所望の充電状態にさせ、検出手段（１２）と二次電池（２）の充電状態を検出し、放電部（２１、５、Ｓｃ１）は二次電池（２）を放電させ、制御手段は設定された充電状態が検出された充電状態より高い場合は充電回路（６）を動作させ、低い場合は放電部（２１、５、Ｓｃ１）により二次電池から放電させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の駆動に使用される二次電池に充電電圧または充電電流を供給する充電回路と、
前記充電回路に、前記二次電池を所望の充電状態にさせる充電状態設定手段と、
前記二次電池の充電状態を検出する検出手段と、
前記二次電池を放電させる放電手段と、
前記設定された充電状態が、前記検出された充電状態より高い場合は前記充電回路を動作させ、前記設定された充電状態が前記検出された充電状態より低い場合は前記放電手段により二次電池から放電させる制御手段とを備える充電制御装置。
【請求項２】
前記二次電池の充電量を通知する通知手段を有し、
前記充電状態設定手段で設定される充電状態に対して、充電量を最大の充電量に対して換算して前記通知手段によって充電量を通知する、請求項１記載の充電制御装置。
【請求項３】
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記機器の使用期間を算出する算出手段を有し、
前記検出された二次電池の充電状態が所定の充電状態より高く且つ、前記検出された温度が所定の温度より高い場合、および前記算出された使用期間が所定時間より長い場合の何れかであるときには、ユーザに充電状態の切り換えを促す表示手段をさらに備える、請求項１記載の充電制御装置。
【請求項４】
前記放電手段は、前記機器への外部からの電源供給を遮断することにより、当該機器の動作によって放電させることを特徴とする、請求項１記載の充電制御装置。
【請求項５】
前記機器の電源を制御する電源制御手段をさらに備え、
前記機器が動作していない状態において、前記電源制御手段は、前記設定された充電状態が前記検出された充電状態よりも低い場合に自動的に当該機器の電源を立ち上げて放電させ、放電の完了時に自動的に当該機器の動作を停止させることを特徴とする、請求項４記載の充電制御装置。
【請求項６】
前記充電状態設定手段は、前記所望の充電状態は、前記二次電池の充電可能最低電圧より所定電圧だけ高く設定されることを特徴とする、請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項７】
前記充電状態設定手段は、前記二次電池が前記設定された充電状態になった時点で、当該二次電池の充電を停止し、さらに当該二次電池によって前記機器を駆動させることを特徴とする、請求項６に記載の充電制御装置。
【請求項８】
前記充電状態設定手段は、前記二次電池が完全放電する直前に、当該二次電池の充電を再開することを特徴とする、請求項７に記載の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等の駆動に用いる二次電池の充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パーソナルコンピュータ（以降、「ノートパソコン」と称す）、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、および携帯電話機等に代表される携帯可能な電子機器或いは電気機器（以降、「携帯機器」と称す）の電源として、繰り返し充電可能な二次電池が広く用いられている。携帯機器に用いられる二次電池は、小型、軽量、大容量、低メモリー効果、および長寿命であることが求められる。そのような要求を満たす二次電池の一つとして、近年、リチウムイオン二次電池（以降、「リチウムイオン電池」と称す）が開発されている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、他の小型の二次電池であるニッカド電池やニッケル水素電池に比べて高電圧、高エネルギー密度、無メモリー効果、長サイクル寿命、および良保存性であると言う優れた特徴を有している。また、高出力性、安全性、および急速充電性についても、ニッカド電池やニッケル水素電池にひけを取らない。
【０００４】
なお、二次電池においては、満充電状態から完全放電までの放電容量は初期が最大であり、充放電を繰り返すことによって放電容量は減少していく。この放電容量が所定値に達するまでの充放電回数がサイクル寿命と呼ばれる。つまり、放電容量がこの所定値以下になった場合には、実際には未だ使用できる場合であっても、その二次電池は寿命であると管理される。なお、放電容量の大きさは、１回の充電によって二次電池で行える仕事量であり、当該二次電池の１回の充電で駆動できる携帯機器の使用時間に相当する。
【０００５】
この意味において、放電容量とサイクル寿命の積は、二次電池が電気的に仕事が出来ると認められる総電気容量、或いは用いられる携帯機器の総稼働時間と規定される。なお、本例においては、携帯機器を例に、二次電池のサイクル寿命等について説明しているが、二次電池で駆動される電子／電気機器であれば、携帯或いは固定の別は問わないことは言うまでもない。よって、本発明に係る二次電池で駆動される電子／電気機器は単に「機器」と総称する。
【０００６】
一般に、リチウムイオン電池の特性として、充電電圧が高いと充電における充足率が高くなり、放電容量も大きくなる。つまり、１回の充電により長時間の機器使用が可能になるが、サイクル寿命は短くなる。一方、充電電圧が低いと充足率が低くなり、放電容量が小さくなる。つまり、１回の充電による機器使用が可能な時間は短くなるが、サイクル寿命が長くなる。なお、受電電圧の高い場合に比べて、充電電圧の低い場合のほうが、上述の二次電池の総電気容量および携帯機器の総稼働時間は共に改善されることが知られている。言い換えれば、サイクル寿命と、二次電池の総電気容量および携帯機器の総使用時間とは比例関係にあると言える。
【０００７】
この観点から二次電池のサイクル寿命を伸ばすために種々の充電制御装置が開発されており、サイクル寿命を伸ばす目的でユーザの明示的指示によって充電条件を選択するもの（特許文献１）が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−５１４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、二次電池の充電条件は、その使用状況によって大いに異なるので、上述の方法では、充電条件を適正に選択することは非常に困難である。例えば、机上での作業が主であり、使用の際は殆どがＡＣアダプタを接続した状態が継続するノートパソコンに用いられる場合には、二次電池のサイクル寿命を延ばすためには充電量を抑えるほうがよい。一方、同ノートパソコンが不定期的に持ち出されて、外出先等でＡＣアダプタを接続せずに用いられる場合には、稼働時間を確保する為に一時的に二次電池の充電量を増やす必要がある。二次電池の使用状況が上述の何れの場合においても、ユーザの利便性の見地から、二次電池の現在の使用状況を、ユーザが即座に認識でき、所望の充電状態に迅速に切り換える必要がある。
【０００９】
さらに、二次電池による携帯機器の稼働時間の延長とサイクル寿命の延長という、相反する二つの目的を確実に実現するためには、二次電池の充電状態を正確に制御する必要がある。しかし、従来行われている、二次電池の残容量に基づく制御では、二次電池の経時的な特性変化に伴い、残容量の検出精度が低下するために、所望とする充電状態の制御効果が得られない場合がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、二次電池のサイクル寿命を延長できる充電制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る充電制御装置は、
機器の駆動に使用される二次電池に充電電圧または充電電流を供給する充電回路と、
前記充電回路に、前記二次電池を所望の充電状態にさせる充電状態設定手段と、
前記二次電池の充電状態を検出する検出手段と、
前記二次電池を放電させる放電手段と、
前記設定された充電状態が、前記検出された充電状態より高い場合は前記充電回路を動作させ、前記設定された充電状態が前記検出された充電状態より低い場合は前記放電手段により二次電池から放電させる制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の充電制御装置によれば、ユーザが二次電池の現在の充電状態を即座に認識することができ、所望の充電状態に迅速に切り換えることができるとともに、切り換えられる充電状態それぞれに関して求められる充電状態を正確に制御し、かつユーザにわかりやすく提示できる。
【００１３】
また、温度検出回路や使用期間の算出手段を備えることにより、二次電池の高温環境下での使用や高充電状態での長期使用によるサイクル寿命の劣化を抑制できる。
【００１４】
さらに、機器への外部からの電源供給を遮断する回路を備えることにより、放電用に個別に回路を追加せずに、機器の動作時の電力を使って高充電状態から低充電状態に迅速に移行できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
以下に、図１、図２、図３、および図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る充電制御装置について説明する。
図１に示すように、充電制御装置ＡＣＣ１は、電池パック２に接続されて、電池パック２の充電状態の制御に用いられる。充電制御装置ＡＣＣ１は端子１ａ、端子１ｂ、端子１ｃ、端子１ｄ、端子１ｅ、および端子１ｆを有し、電池パック２は端子２ａ、端子２ｂ、端子２ｃ、端子２ｄ、端子２ｅ、および端子２ｆを有して、相互に着脱自在に接続される。
【００１６】
充電制御装置ＡＣＣ１は、マイクロコントローラ５、充電回路６、電圧検出回路１２、温度検出回路１４、電流検出回路１６、ダイオード１９、ダイオード２０、負荷２１、ＣＰＵ３４、スイッチ３５、および放電抵抗３６を含む。なお、充電制御装置ＡＣＣ１は、交流商用電源３から電源装置４を介して所定の電圧の電力が供給される。電源装置４は、トランスで電圧降下させるものでも、スイッチング電源を用いたものでもよい。なお、負荷２１は、上述のノートパソコンに代表される、電池パック２によって駆動されるものを機器に対応している。
【００１７】
マイクロコントローラ５は、好ましくはマイクロコンピュータで構成されて、内部に制御プログラムを備えて、充電制御装置ＡＣＣ１の各構成要素から出力されるデータに基づいて、各種の制御信号を生成して、それらの動作を制御する。
【００１８】
充電回路６は、電界効果型トランジスタ（以降、「ＦＥＴ」と称す）７、ダイオード８、コイル９、コンデンサ１０、および充電ＩＣ１１を含む。ＦＥＴ７は、入力電流に対して直列に配されて、当該入力電流を制御する。ダイオード８は、ＦＥＴ７がオフしたときの電流経路を生成する。コイル９とコンデンサ１０は、端子１ａに平滑化した入力電流を与える。充電ＩＣ１１は、マイクロコントローラ５から出力される第１の充電制御信号Ｓｃ１（ＣＨＧＣＴＲＬ）に基づいて、ＦＥＴ７を制御する。
【００１９】
電圧検出回路１２はオペアンプ１３を備え、後述のように端子１ｂから二次電池の端子電圧を検出してマイクロコントローラ５の端子５ｂ（Ａ／Ｄ）に電圧検出信号Ｓ１２ａを与える。
【００２０】
温度検出回路１４は抵抗器１５を備え、後述のように端子１ｃから電池パック２の温度を検出してマイクロコントローラ５の端子５ｄに温度検出信号Ｓ１４ａを与える。
【００２１】
電流検出回路１６は端子１ｆからの充電電流を検出する抵抗器１７と、抵抗器１７の両端電圧を検出してマイクロコントローラ５の端子５ｃ（Ａ／Ｄ）に電流検出信号１６ａを与えるオペアンプ１８とを備える。
【００２２】
ＦＥＴ７の入力側と、コイル９の出力側から、それぞれ図１に示されるよう極性でダイオード１９および２０を介して負荷２１に接続されている。すなわち、ダイオード１９とダイオード２０を互いに逆向きに接続し、ダイオード１９および２０の共通カソード接続点を負荷２１に結合する。これによって電池パック２を充電しながら、負荷２１を作動させることができる。
【００２３】
一方、電池パック２は、上述の端子２ａ〜２ｆに加えて、ＦＥＴ２２、ＦＥＴ２３、二次電池セル２４、二次電池セル２５、二次電池セル２６、保護ＩＣ３１、サーミスタ３２、およびＥＥＰＲＯＭ３３を含む。なお、二次電池セル２４〜２６は、それぞれ、リチウムイオン電池である。ＦＥＴ２２および２３は、端子２ａからの入力電流に対して直列に配されて、二次電池セル２４のプラス（＋）極に接続されている。なお、ＦＥＴ２２およびＦＥＴ２３はそれぞれ保護ＩＣ３１によって駆動されて、ＦＥＴ２２は充電時の電流を制御し、ＦＥＴ２３は放電時の電流を制御する。
【００２４】
二次電池セル２４、２５、および２６は直列に接続されている。保護ＩＣ３１は、二次電池セル２４の両端にある端子２７および２８、二次電池セル２５の両端にある端子２８および２９、二次電池セル２６の両端にある端子２９および３０の電圧を検出する。なお、これらの端子２７、２８、２９、および３０を電圧検出用端子と呼ぶ。
そして、保護ＩＣ３１は、検出された二次電池セル２４〜２６の電圧のいずれかが規定電圧より高い過充電の場合には、ＦＥＴ２２を制御して二次電池セル２４、２５、および２６への通電を停止する。一方、検出された二次電池セル２４〜２６の電圧のいずれかが規定の電圧より低い過放電の場合には、ＦＥＴ２３を制御して二次電池セル２４〜２６への通電を停止する。
【００２５】
充電制御装置ＡＣＣ１において設けられている充電ＩＣ１１に加えて、電池パック２においても保護ＩＣ３１が設けられている理由は、主に以下３つの通りである。
第１の理由は、充電制御装置ＡＣＣ１において、ＦＥＴ７が故障したり充電ＩＣ１１が誤動作したりする場合、さらに電池パック２が不正規な本体に接続されることで二次電池セル２４〜２６の何れかが過充電状態になった場合に、電池パック２側（保護ＩＣ３１）でＦＥＴ２２を制御して通電を停止して二次電池セル２４〜２６を保護する。
【００２６】
第２の理由は、電池パック２を充電制御装置ＡＣＣ１または負荷２１に接続して長期間放置するような場合、充電制御装置ＡＣＣ１または負荷２１からの微少な放電電流によって、二次電池セル２４〜２６の何れかが過放電になるのを避けるために、保護ＩＣ３１によってＦＥＴ２３を制御して放電経路を遮断する。
【００２７】
第３の理由は、電池パック２の端子２ａ〜２ｆの短絡等により、所定値異常の電流が流れたときも、保護ＩＣ３１によってＦＥＴ２３をオフにして、回路を遮断して短絡保護機能を果たす。なお、ＦＥＴ２３のオフ状態は次に充電が行われるまで保持される。
【００２８】
さらに、サーミスタ３２は、充電制御装置ＡＣＣ１における温度検出回路１４の抵抗器１５と直列回路を形成して、温度検出回路１４の素子の一部として機能する。そして、サーミスタ３２（温度検出回路１４）は、近接した二次電池セル２４、２５、および２６の温度を検出する。ＥＥＰＲＯＭ３３は、マイクロコントローラ５の端子５ｅおよび５ｆを介して与えられるデータを記憶する。
【００２９】
以下に、上述の如く構成された充電制御装置ＡＣＣ１による電池パック２の充電制御動作について、具体的に説明する。
充電制御装置ＡＣＣ１が交流商用電源３に接続されているときは、ダイオード１９を介して負荷２１に電力が与えられる。交流商用電源３が切断されたときは、ダイオード２０を介して二次電池セル２４、２５および２６から電力が負荷２１に供給される。電池パック２の充電が完了後、電池パック２を充電制御装置ＡＣＣ１から分離して、負荷２１に接続してもよい。
【００３０】
電圧検出回路１２は、端子１ｂおよび２ｂを介して、二次電池セル２４、２４、および２６の両端の電圧を検出して、アナログ値の電圧検出信号Ｓ１２ａを出力する。電圧検出信号Ｓ１２ａは、端子５ｂからマイクロコントローラ５に入力されてデジタル値に変換される。
【００３１】
温度検出回路１４は、温度により抵抗値が変化するサーミスタ３２と抵抗器１５との分圧比に基づいて、アナログ値の温度検出信号Ｓ１４ａを出力する。温度検出信号Ｓ１４ａは、端子５ｄ（Ａ／Ｄ）からマイクロコントローラ５に入力されてデジタル値に変換される。
【００３２】
電流検出回路１６は、抵抗器１７の両端電圧に基づいて、オペアンプ１８で電流値を演算してアナログ値の電流検出信号Ｓ１６ａを出力する。電流検出信号Ｓ１６ａは、端子５ｃからマイクロコントローラ５に入力されてデジタル値に変換される。
【００３３】
マイクロコントローラ５は、上述のデジタル値に変換された電圧検出信号Ｓ１２ａ、温度検出信号Ｓ１４ａ、および電流検出信号Ｓ１６ａに基づいて、第１の充電制御信号Ｓｃ１、第２の充電制御信号Ｓｃ２、および第３の充電制御信号Ｓｃ３を生成する。第１の充電制御信号Ｓｃ１は端子５ａから充電回路６に出力され、第２の充電制御信号Ｓｃ２は端子５ｇからスイッチ３５に出力され、そして、第３の充電制御信号Ｓｃ３は端子５ｈから充電モード表示ＬＥＤ３７に出力される。
【００３４】
充電回路６の一部を構成する充電ＩＣ１１は、マイクロコントローラ５から出力される第１の充電制御信号Ｓｃ１に基づいて、ＦＥＴ７を制御して二次電池セル２４〜２６に通電される充電電流の値を一定に制御する。
【００３５】
図２に示すリチウムイオン電池の充電特性に基づいて、充電制御装置ＡＣＣ１における電池パック２に対する充電電流の制御について説明する。同図において、横軸は充電時間ｔ（Ｈｏｕｒ）を表し、左縦軸は充電電圧（Ｖ）を表し、右縦軸は充電電流（ｍＡ）を表している。
【００３６】
曲線ＬａおよびＬｂは、それぞれ、充電時間（Ｈｏｕｒ）に対する充電電流（ｍＡ）の変化を示している。具体的には、曲線Ｌａは二次電池セルの一個当たり４．２Ｖ充電時の充電電流特性を示し、曲線Ｌｂは二次電池セルの一個当たり４．０Ｖ充電時の充電電流特性を示している。
【００３７】
曲線ＬｃおよびＬｄは、それぞれ充電時間に対する充電電圧の変化を示している。具体的には、曲線Ｌｃは二次電池セルの一個当たり４．２Ｖ充電時の充電電圧特性を示し、曲線Ｌｄは二次電池セル一個当たり４．０Ｖ充電時の充電電圧特性を示している。
【００３８】
マイクロコントローラ５は、充電回路６からの出力電流、すなわち充電電流Ｉｃを所定の一定値、例えば、図２に示す曲線ＬａおよびＬｂの直線部分になるように、第１の充電制御信号Ｓｃ１を生成して、充電回路６に出力する。なお、このように、充電電流Ｉｃを所定値（以降、「所定充電電流値Ｉｃｃ」と称す）に固定して電池パック２を充電することを低電流充電（以降、「ＣＣ充電」）と言う。
【００３９】
このようなＣＣ充電においては、所定充電電流値Ｉｃｃは、充電される二次電池の充電条件や、充電状態等の特性によって決められ、マイクロコントローラ５の制御プログラム内にあらかじめ設定しておく場合と、マイクロコントローラ５がＥＥＰＲＯＭ３３に格納されている充電パラメータを読み出すことによって設定される場合とがある。
【００４０】
マイクロコントローラ５は、充電回路６の充電ＩＣ１１を介してＦＥＴ７を制御して、ＣＣ充電中に電圧検出信号Ｓ１２ａおよび充電電流検出信号Ｓ１６ａをモニタする。そして、二次電池セル２４〜２６の電圧がある一定値（たとえば１セル当たり４．２Ｖ）に達した場合に、マイクロコントローラ５はその一定値を維持しながら、充電回路６のＦＥＴ７の出力である充電電流Ｉｃを図２の曲線Ｌａが示すように段階的に減少するように、第１の充電制御信号Ｓｃ１あるいは第２の充電制御信号Ｓｃ２を多段階または連続的に切り換え制御する。なお、このような充電を、ＣＶ充電と言う。なお、ＣＶ充電においては、充電回路６の出力電圧を４．２Ｖに設定しておいてもよい。そして、充電電流Ｉｃがある電流値以下になったときに、満充電状態と判断して、第１の充電制御信号Ｓｃ１を生成して、充電ＩＣ１１を介してＦＥＴ７をオフにして、充電電流Ｉｃをゼロにして充電を終了する。
【００４１】
以上が、本発明の実施の形態において、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行する時点を判断する二次電池セルの１つ当たりの特定の電圧（この場合４．２Ｖ）に固定した充電方法である。しかしながら、上述のように、定電圧充電時の充電電圧が高いほど、充電における充足率が高くなり、１回の充電によって長時間の機器使用が可能になる。しかしサイクル寿命は短くなる。他方、充電電圧が低いとサイクル寿命が長くなるが、充足率が低く１回の充電による機器使用可能時間が短くなる。
【００４２】
次に、図３を参照して、充電電圧の違いによるリチウムイオン電池の充放電サイクル特性について説明する。同図において、横軸は充放電サイクル数（回）を表し、縦軸はリチウムイオン電池の電池容量（％）を表している。なお、曲線ＬｅはＣＶ充電時の電圧を４．２Ｖとした場合の充放電サイクル特性を示し、曲線ＬｆはＣＶ充電時の電圧を４．０Ｖとした場合の充放電サイクル特性を示している。なお、リチウムイオン電池を初めて４．２ＶでＣＶ充電した時の電池容量を１００％としている。
【００４３】
電池容量が５０％になるときを寿命と見なせば、曲線Ｌｅが示すように４．２Ｖ充電時のサイクル寿命は、約６５０サイクルであり、曲線Ｌｆが示すように４．０Ｖ充電時のサイクル寿命は、１、０００サイクルを遙かに超える。なお、二次電池の総電気容量（総稼働時間）は、同図において曲線ＬｅおよびＬｆのそれぞれと縦軸および横軸とで囲まれる面積に対応する。よって、４．０Ｖ充電（曲線Ｌｆ）は、最初の充足率は、４．２Ｖ充電の８０％にすぎないが、その総電気容量（総稼働時間）は、大幅に増加することが容易に読みとれる。つまり、充電の充足率によって、二次電池（リチウムイオン電池）のサイクル寿命、ひいては総電気容量（総稼働時間）が大きく変化することが分かる。
【００４４】
上述の充放電サイクル特性に基づいて、本発明においては、二次電池での機器使用の頻度が低い場合は、充電電圧を下げて充電の充足率を抑えることによってサイクル寿命を延ばす。他方、二次電池での機器使用の機会が発生した場合は電池での機器の使用時間を延ばすために充電電圧を上げて充電の充足率を高くすることにある。
【００４５】
なお、充電の充足率を切り換えるにあたって、二次電池の充電状態を検知することが必要である。本発明において、同充電状態は、主に電圧検出回路１２で検出される電池電圧（電圧検出信号Ｓ１２ａ）と、電流検出回路１６で検出される充放電電流（電流検出信号Ｓ１６ａ）の積算値に基づいて求められる。
【００４６】
ＣＰＵ３４を介してマイクロコントローラ５に二次電池の充足率を高くする要求が出され、マイクロコントローラ５が前記の方法で検出した電池パック２の充電状態が要求された充足率よりも低いと判断した場合には、充電制御信号Ｓｃ１を出力して充電回路６を動作させ要求される充足率になるまで充電を行う。
【００４７】
また、ＣＰＵ３４を介してマイクロコントローラ５に二次電池の充足率を低くする要求が出され、マイクロコントローラ５が前記の方法で検出した電池パック２の充電状態が要求された充足率よりも高いと判断した場合、マイクロコントローラ５は第２の充電制御信号Ｓｃ２を出力してスイッチ３５をオンさせ、要求される充電の充足率まで放電抵抗３６を経由して電池パック２から放電させる。
【００４８】
さらにマイクロコントローラ５は、第３の充電制御信号Ｓｃ３を出力して充電モード表示ＬＥＤ３７の表示状態を制御し、現在の充電状態を表示する。たとえば、高充足率状態では、充電モード表示ＬＥＤ３７は消灯状態にされ、低充足率状態では充電モード表示ＬＥＤ３７は点灯状態にされる。そして、充足率設定を切り換えたことによる充電中あるいは放電中の遷移状態では、充電モード表示ＬＥＤ３７が点滅状態にされることによって、ユーザに簡単に現在の充電状態を認知できる手段を提供する。
【００４９】
本実施の形態においては、上述したように、二次電池の１回の充電による動作時間の延長とサイクル寿命（総電気容量および総稼働時間）の延長という、相反する二つの課題の解消を目的として考案されている。この二つの課題の解消には、二次電池の充電状態を正確に制御する必要があるが、従来行われている二次電池の充電容量で制御する方法では、経時的な特性変化に伴い精度が低下するために、その目的を達し得ない。
【００５０】
具体的に言えば、充電の充足率を抑制するために、充電電圧を下げるのではなく、４．２Ｖで充電したときの総充電量を１００％として、電池の充電容量（電池残量）が８０％で充電を停止させるような方法がとられる場合がある。「満充電容量」と呼ばれる前述の１００％に対応する充電量は。ＥＥＰＲＯＭ３３に電池パック２の固有の値として予め記憶されている。
【００５１】
そして、電池パック２が満充電から完全放電まで放電されたときの放電積算量を現在の満充電容量としてＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されている値が更新される。つまり、電池パック２を放電しきる前に再充電するような使い方の場合、電池パック２の完全放電積算量が満充電容量としてＥＥＰＲＯＭ３３に更新記録されない状態が継続する。
【００５２】
満充電容量が常に現在の電池パックの総容量を正確に反映しているのであれば、上述のように二次電池残量が８０％に到達した時点で充電を停止させることに問題ない。しかしながら、二次電池は劣化により、サイクル寿命の減少と共に満充電容量が徐々に低下する。それゆえに、満充電容量の更新が行われない状態が継続すると、電池残量値が８０％に到達した時点で充電を停止させたとしても実際の充電量は満充電容量の８０％を超えている状態になるため、目的とする充電の充足率の抑制ができない。
【００５３】
一方、充電の充足率の抑制を充電電圧で行う場合においては、たとえば４．０Ｖで充電したときの充電量をそのまま４．２Ｖの満充電容量に適用した場合、４．０Ｖで満充電検出したときの電池残量（％）の表示が正しく表示されないという問題がある。そのために一般的には、４．０Ｖで充電した場合の総充電量を１００％とする「４．０Ｖ満充電容量」を、４．２Ｖで充電した場合の満充電容量とは別に持つことによって、４．０Ｖ充電でも４．２Ｖ充電でも満充電時の充電量は「１００％」として表示される。ただし、４．０Ｖ充電での１００％は４．２Ｖ充電での１００％よりも実際の充電容量は小さいため、同じ１００％表示でも二次電池動作時間が異なり、表示として分かりづらいという問題がある。
【００５４】
これに対して、一般的にリチウムイオン電池は充電電圧が１０ｍＶ下がるごとに充電容量が約１％低下することが知られている。さらに、４．２Ｖ充電の充足率と４．０Ｖ充電の充足率の割合はおよそ１：０．８である。それゆえに、４．２Ｖ充電での満充電での残量表示として「１００％」を表示し、４．０Ｖ充電での満充電での残量表示として「８０％」を表示すれば、ユーザに分かりやすい。
【００５５】
本実施の形態においては、この事実に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ３３に「４．２Ｖ満充電容量」と「４．０Ｖ満充電容量」のそれぞれの値を記憶させると共に、４．０Ｖ充電の時にはマイクロコントローラ５が「４．０Ｖ満充電容量」を「４．２Ｖ満充電容量」に換算することによって、４．２Ｖ満充電での残量表示を「１００％」に、４．０Ｖ満充電での残量表示を「８０％」にする。
【００５６】
すなわち４．２Ｖ充電での満充電容量を「ＦＣＣ４２」、４．０Ｖ充電での満充電容量を「ＦＣＣ４０」とし、現在の充電容量をＲＣとする場合、４．２Ｖ充電での残量値は、次式（１）に従って算出される。
ＲＳＯＣ（％）＝ＲＣ／ＦＣＣ４２＊１００                ・・・・  （１）
【００５７】
同様に、４．０Ｖ充電での残量値は、次式（２）に従って算出される。
ＲＳＯＣ（％）＝ＲＣ／（ＦＣＣ４０／０．８）＊１００    ・・・・  （２）
【００５８】
このように本発明の実施の形態においては、ユーザはマイクロコントローラ５が制御する充電モード表示ＬＥＤ３７によって、二次電池（リチウムイオン電池）の充電状態を認識する。そして、ユーザは認識した充電状態に基づいて、必要とする電池の充足率を充電制御装置に対して要求する。マイクロコントローラ５は、要求された充電の充足率と現在の充電の充足率を比較し、両者に差がある場合は充電回路６を動作させて電池パック２への充電を行う。マイクロコントローラ５は、さらに、放電抵抗３６で電池パック２から放電を行うことによって、電池パック２を迅速に所望の充電状態に切り換えることができる。
【００５９】
また、充足率を抑制した充電状態の電池残量の表示に際して、充電量を最大の充電量に対して換算して電池残量を表示することによって、充電状態をユーザにわかりやすく提示することが可能となる。
【００６０】
なお、本発明の実施の形態では充電モードを切り換える手段としてソフトウェアを前提にＣＰＵ３４経由でマイクロコントローラ５に充足率の指定をする形態を例に説明しているが、切り換え手段としてマイクロコントローラ５に直接接続されるハードウェアのスイッチであってもよい。
【００６１】
また、本実施の形態ではリチウムイオン電池の場合を例として説明しているが、リチウムイオン電池と同様な充電特性のある二次電池に適用することもできる。
【００６２】
（第２の実施の形態）
以下に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る充電制御装置について説明する前に、先ずその基本的概念について説明する。図４に示すように、本実施の形態に係る充電制御装置ＡＣＣ２は、図１に示した充電制御装置ＡＣＣ１において、充電回路６および負荷２１と電源装置４との間に、ＦＥＴ３８が追加されている。さらに、マイクロコントローラ５がマイクロコントローラ５’に交換されている。マイクロコントローラ５’は、第１の充電制御信号Ｓｃ１および第３の充電制御信号Ｓｃ３に加えて、ＦＥＴ３８および負荷２１の電源回路３９を制御する第４の充電制御信号Ｓｃ４を生成する機能を有している。但し、第２の充電制御信号Ｓｃ２は生成されない。
【００６３】
充電制御装置ＡＣＣ２においては、充電制御装置ＡＣＣ１におけるマイクロコントローラ５と同様に、マイクロコントローラ５’はＣＰＵ３４を介して、二次電池の充足率を低くする要求を受けると、電池パック２の充電状態を検出する。そして、検出された電池パック２の充電状態が要求された充足率よりも高いと判断される場合、マイクロコントローラ５’は第４の充電制御信号Ｓｃ４を出力してＦＥＴ３８オフにすると共に、負荷２１の電源回路３９を電池パック２に接続させる。結果、電源装置４から充電回路６への電力供給が遮断されて、要求される充電の充足率まで負荷２１による電力消費によって電池パック２から放電させる。そして、電池パック２が所望の充電状態まで放電したら、マイクロコントローラ５’はＦＥＴ３８をオンにする。
【００６４】
またさらに、マイクロコントローラ５’は、機器が動作していない状態で二次電池の充足率を低くする要求を受けたときには、第４の充電制御信号Ｓｃ４を出力して電源回路３９をオンにして、自動的に機器の電源を立ち上げて放電させる。そして、放電が完了したら、マイクロコントローラ５’は、再度第４の充電制御信号Ｓｃ４を出力して電源回路３９をオフにして、自動的に機器の動作を停止させる。
【００６５】
上述のように、本実施の形態においては、放電のために特別な回路を備える必要がないという利点を有する。また、第１の実施の形態において、電池パック２を放電させるために備えられている放電抵抗３６は、放熱や部品の大きさの制約からあまり大きな放電電力を設定することはできない。しかし、本実施の形態においては、機器の動作時の電力を利用して二次電池を放電させる場合は大きな放電電力での放電が可能であるため、高充電状態から低充電状態まで迅速に充足率を下げることができる。なお、充足率を迅速に下げることは、放電時の発熱による二次電池の劣化を防止或いは軽減すると意味合いからも非常に有意義である。
【００６６】
また、上述の実施の形態においては、二次電池の充電電圧を４．２Ｖと４．０Ｖの２種類を例に挙げて説明している。しかしながら、充電電圧が低ければ低いほど、サイクル寿命は長くなり、結果として二次電池の総電気容量および機器の総稼働時間は長くなる。この意味において、充電電圧は二次電池の充電可能最低電圧を若干上回る程度に設定することが望ましい。もっとも、この場合、外部電源からの電力供給を絶ち、二次電池だけで機器を駆動できる時間は短く非実用的とも思われる。
【００６７】
しかしながら、ノートパソコンはデスクトップ型パーソナルコンピュータ（以降、「デスクトップパソコン」と称す）の代用或いは同等に用いられることが多い。つまり、通常は、ノートパソコンに交流商用電源３を接続したままで使用して、必要に応じて持ち運び、装着された二次電池で駆動させるという用途が一般的である。この用途において、通常、交流商用電源３から常に供給される電力によって、ノートパソコンの二次電池は満充電状態に保持される。
【００６８】
具体的には、リチウムイオン電池（二次電池）は、ノートパソコンの使用時（交流商用電源３による通電時）には、４．２Ｖで満充電状態に保持され、ノートパソコンの不使用時には自然放電する。このような満充電と自然放電が、日々、繰り返されることによって、リチウムイオン電池のサイクル寿命は著しく短縮される。そして、交流商用電源３が利用できない環境で、ノートパソコンを使用する必要のある場合には、リチウムイオン電池は使用に耐えないほど消耗しているという事態は広く知られている。
【００６９】
そこで、本発明に係る充電制御装置においては、ノートブックパソコンがデスクトップパソコンの代用として、交流商用電源によって駆動される場合には、二次電池（電池パック２）を充電可能最低電圧ＶＣｍｉｎより所定だけ高い充電電圧ＶＣｍｉｎ＋αで充電することによって、二次電池のよる機器の稼働時間は短くなるが、二次電池のサイクル寿命（総電気容量および総稼働時間）を大幅に改善できる。この場合、事故などでノートパソコンに対する交流商用電源が突然に遮断されるような場合にも、二次電池が緊急電源として機能して、ノートパソコンの作業中のデータの喪失を防止できるという効果も有する。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、リチウムイオン電池または同様の充電特性を持つ二次電池の充電に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る充電制御装置の構成を示すブロック図
【図２】図１に示す充電制御装置が適用されるリチウムイオン電池の充電特性を示す図
【図３】図１に示す充電制御装置が適用されるリチウムイオン電池の充電電圧による充放電サイクル特性を示す図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る充電制御装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００７２】
ＡＣＣ１、ＡＣＣ２  充電制御装置
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｃ、５ｅ、５ｆ  端子
２  電池パック
３  交流商用電源
４  電源装置
５、５’  マイクロコントローラ
６  充電回路
７、２２、２３、３８  ＦＥＴ
８  ダイオード
９  コイル
１０  コンデンサ
１１  充電ＩＣ
１２  電圧検出回路
１３、１８  オペアンプ
１４  温度検出回路
１５、１７、３６  抵抗器
１６  電流検出回路
１９、２０  ダイオード
２１  負荷
２４、２５、２６  二次電池セル
２７、２８、２９、３０  電圧検出用端子
３１  保護ＩＣ
３２  サーミスタ
３３  ＥＥＰＲＯＭ
３４  ＣＰＵ
３５  スイッチ
３７  充電モード表示ＬＥＤ
３９  電源回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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