(57)【要約】【課題】放電回路で放電させる電力を充電中の二次電池の保温に有効活用して、充電中にできる限り使用推奨温度（設定温度）を維持すること。【解決手段】セルを直列接続した二次電池１が設定温度範囲の場合に充電し、充電の進行に従って上昇するセルの両端電圧が設定電圧に該当する毎に、該当セルに並列接続された放電素子１２に対して該当セルから放電電流を流し、全セルを満充電電圧に近づける二次電池の充電方法に用いる、二次電池の保温方法であって、放電素子にペルチェ素子を、二次電池の加熱冷却手段として用い、二次電池が設定温度範囲内の目標温度よりも高い場合には、ペルチェ素子を二次電池の冷却手段として作用させる電流を流して、二次電池を冷却し、二次電池が目標温度よりも低い場合にはペルチェ素子を二次電池の加熱手段として作用させる電流を流して、二次電池を加熱することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセル（Ｃ）を直列接続した二次電池（１）が設定温度範囲の場合に電流を流して充電し、充電の進行に従って上昇するセル（Ｃ）の両端電圧が設定電圧に該当する毎に、該当セル（Ｃ）に並列接続された放電素子（１２）に対して該当セルから放電電流を流し、全てのセルを満充電電圧に近づけることを目的とする二次電池の充電方法に用いる、二次電池の保温方法であって、
放電素子（１２）にペルチェ素子を、二次電池（１）の加熱冷却手段として用い、
二次電池（１）が設定温度範囲内の目標温度よりも高い場合には、ペルチェ素子（１２）を二次電池（１）の冷却手段として作用させる電流を流して、二次電池（１）を冷却しつつ二次電池の電池ケース（１６）の外部に熱気を放出し、
二次電池（１）が目標温度よりも低い場合にはペルチェ素子（１２）を二次電池（１）の加熱手段として作用させる電流を流して、二次電池（１）を加熱しつつ電池ケース（１６）の外部に冷気を放出することを特徴とする二次電池の保温方法。
【請求項２】
複数のセル（Ｃ）を直列接続した二次電池（１）が設定温度範囲の場合に電流を流して充電し、充電の進行に従って上昇するセル（Ｃ）の両端電圧が設定電圧に該当する毎に、該当セル（Ｃ）に並列接続された放電素子（１２）に対して該当セルから放電電流を流し、全てのセルを満充電電圧に近づけることを目的とする二次電池の充電装置に用いる、二次電池の保温装置であって、
放電素子（１２）にペルチェ素子を二次電池（１）の加熱冷却手段として用いると共に、二次電池（１）を収容する電池ケース（１６）の表面にペルチェ素子（１２）を設け、
セル（Ｃ）とペルチェ素子（１２）の接続線中に極性切替スイッチ（１５）を設け、
極性切替スイッチ（１５）を操作する制御部は、二次電池（１）が設定温度内の目標温度よりも高い場合にはペルチェ素子（１２）を冷却手段として作用させ、目標温度よりも低い場合にはペルチェ素子（１２）を加熱手段として作用させるものであることを特徴とする二次電池の保温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを直列接続した二次電池の充電時に生ずる熱を有効活用する二次電池の保温方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した二次電池の各セルを充電する場合、図５に示すように、セルの両端電圧が満充電電圧Ｖ１に達すると、それ以上充電しても過充電となり、充電容量は殆ど向上しないばかりか性能が劣化する。満充電電圧を少し上回る範囲であれば、劣化傾向は比較的小さく、また、全てのセルを満充電電圧に精度良く一致させて充電するのは困難であることから、かかる範囲を過充電許容電圧としている。一方、過充電許容電圧の上限である過充電限界電圧Ｖ２を超えると、劣化が多大であるため、過充電限界電圧を超えないように充電することが求められている。
【０００３】
上述した二次電池の各セルを充電する場合、全てのセルを満充電電圧に揃えることが理想的であるが、現実には充電具合には差が生じ、同電流を流しても特定のセルのみが過充電電圧に至って、他のセルが満充電に至らないものである。それ故、セルに対して放電回路を並列接続し、過充電電圧に至ったセルを放電回路で放電させ、他のセルを充電させるものが存在する（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−１７６５２０号公報
【０００４】
しかしながら、上述した方法は、電力を放電回路で放電して最終的に熱にして大気に放出（廃棄）しているので、廃棄した分の電力が勿体ない。
【０００５】
また、二次電池は使用推奨温度から外れていると、充電効率が低下したり、二次電池の性能が劣化することが知られており、そのために、二次電池の温度を温度センサで検出して、その検出結果から得られる温度が使用推奨温度のときに充電を行う方法も存在する（特許文献２）。
【特許文献２】特開平１１−５５８６９号公報
【０００６】
ところが、充電開始時には使用推奨温度にあったセルが、充電中の電流による熱を受けて高温となり、使用推奨温度から外れていくことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実情を考慮して創作されたもので、その目的は、放電回路で放電させる電力を充電中の二次電池の保温に有効活用して、充電中にできる限り使用推奨温度（設定温度）を維持できる二次電池の保温方法及び保温装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、複数のセルを直列接続した二次電池が設定温度範囲の場合に電流を流して充電し、充電の進行に従って上昇するセルの両端電圧が設定電圧に該当する毎に、該当セルに並列接続された放電素子に該当セルから放電電流を流し、全てのセルを満充電電圧に近づけることを目的とする二次電池の充電方法に用いる、二次電池の保温方法である。そして、放電素子にペルチェ素子を、二次電池の加熱冷却手段として用い、二次電池が設定温度範囲内の目標温度よりも高い場合には、ペルチェ素子を二次電池の冷却手段として作用させる方向に放電電流を流して、二次電池を冷却しつつ二次電池の電池ケースの外部に熱気を放出し、二次電池が目標温度よりも低い場合にはペルチェ素子を二次電池の加熱手段として作用させる方向に放電電流を流して、二次電池を加熱しつつ電池ケースの外部に冷気を放出することを特徴とする。
【０００９】
二次電池の電池ケースの外部に熱気や冷気を放出するので、二次電池の加熱冷却手段としてペルチェ素子が機能する。また、放電電流を流す際の基準となる「設定電圧」は特に限定されない。例えば、満充電電圧を超えている値（過充電限界電圧、過充電許容電圧）であっても良いし、満充電電圧、満充電電圧よりも低い値であっても良い。満充電電圧や満充電電圧よりも低い値の場合であっても、該当セルの両端電圧を下げて、全体のセルの両端電圧を揃えながら、満充電電圧に近づける充電も可能だからである。
【００１０】
請求項２の発明は、複数のセルを直列接続した二次電池が設定温度範囲の場合に電流を流して充電し、充電の進行に従って上昇するセルの両端電圧が設定電圧に該当する毎に、該当セルに並列接続された放電素子に該当セルから放電電流を流し、全てのセルを満充電電圧に近づけることを目的とする二次電池の充電装置に用いる、二次電池の保温装置である。そして、放電素子にペルチェ素子を二次電池の加熱冷却手段として用いると共に、二次電池を収容する電池ケースの表面にペルチェ素子を設け、セルとペルチェ素子の接続線中に極性切替スイッチを設け、極性切替スイッチを操作する制御部は、二次電池が設定温度内の目標温度よりも高い場合にはペルチェ素子を冷却手段として作用させ、目標温度よりも低い場合にはペルチェ素子を加熱手段として作用させるものであることを特徴とする。
【００１１】
二次電池が目標温度と一致する場合は、二次電池が理想とする温度なので、ペルチェ素子をそれまでの手段（例えば冷却手段であった場合には冷却手段）として作用させても良いし、それまでの手段とは別の手段として作用させても良い。また、「極性切替スイッチを操作する」とは、制御部が切替操作を必ずすることを意味するのではなく、目標温度との関係でペルチェ素子が冷却手段又は加熱手段として正しい状態にあるのであれば、切替操作をしないという操作（無操作）をすることも含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、放電用の放電素子にペルチェ素子を用い、設定温度内の目標温度よりも高い場合にはペルチェ素子を二次電池の冷却手段として用い、目標温度よりも低い場合にはペルチェ素子を二次電池の加熱手段として用いるので、従来までは廃棄していた放電時の電力が二次電池の加熱冷却エネルギーとして有効活用され、充電中であっても二次電池を充電開始時の設定温度範囲にできる限り保持する効果が見込める。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
二次電池１は図１に示すように複数のセルＣ、・・・、Ｃを直列接続したリチウム電池である。二次電池１の充電装置は、電源部２と充電管理部３から構成される。電源部２はＣＰＵが内蔵されたコントローラ４に各種の情報信号を取り込み、情報信号に基づいてコントローラ４が直流電流電源５の電流値を設定すると共に電源スイッチ（以下、スイッチ：ＳＷと略す。）６を開閉して二次電池１への通電を制御する。また、ここで各種の情報信号とは、電流検出回路７から得られる直流電流電源５の電流、総電圧検出回路８から得られる二次電池１の総電圧、充電管理部３のセル電圧検出回路９から得られる各セルＣの両端電圧、充電管理部３の温度センサ１０から得られる二次電池１の温度の各情報信号である。コントローラ４には充電開始時に二次電池１に流す定電流を初期設定しておく。
【００１４】
充電管理部３は電源部２からの電流を二次電池１の両端に導くと共に、各セルＣに対して放電装置１１を並列接続するものである。
【００１５】
放電装置(放電回路)１１は、放電素子（ペルチェ素子）１２と調整ＳＷ１３を直列接続してバイパス回路を形成すると共に、ＩＣからなるセル電圧検出回路９をバイパス回路に対して並列接続したものである。セル電圧検出回路９はセルＣの両端電圧を検出する機能だけでなく、コントローラ４と同様、制御機能も有し、並列接続されたセルＣの両端電圧が満充電電圧Ｖ１以上に該当するに至ると、調整ＳＷ１３を閉じて放電素子１２に電源部２からの電流を流し、その分だけ該当セルＣの両端電圧を低下させる。満充電電圧Ｖ１以上に該当するに至るセルＣが全くない場合には調整ＳＷ１３を開いて電源部２から供給される電流をセルＣに全部流して充電する。また、セル電圧検出回路９は、セルＣの両端電圧を検出してコントローラ４に送り、両端電圧が満充電電圧Ｖ１よりも高い過充電限界電圧Ｖ２以上に該当するに至ると、コントローラ４が直流電流電源５に指令を送って電流を設定分ΔＩだけ下げて、充電を継続する。同様にして全セルＣのうちいずれかが過充電限界電圧Ｖ２に達すると、電流を設定分ΔＩだけ下げる操作を繰り返す。設定分ΔＩは必ずしも毎回同じでなくても良い。なお、セル電圧検出回路９に電圧検出機能だけを持たせ、制御機能をコントローラ４に持たせるものであっても良い。従って、コントローラ４とセル電圧検出回路９の制御機能を合わせたものが制御部となる。
【００１６】
また、二次電池１の保温装置は、上述した放電回路１１（バイパス回路）の一部であって、放電素子１２にペルチェ素子を用いると共に、ペルチェ素子１２とセル電圧検出回路９との接続線中に、保温ＳＷ１４と、極性切替ＳＷ１５を介在し、二次電池１を収容する電池ケース１６の表面にペルチェ素子１２を接着して固定してある（熱伝導に優れた材質の接着剤で止める）。
【００１７】
保温ＳＷ１４は、二次電池１を充電する時に閉じてペルチェ素子１２に電流を流し、二次電池１を充電しない時に開いてペルチェ素子１２に電流が流れないようにする。
【００１８】
極性切替ＳＷ１５は、温度センサ１０から得られる二次電池１の温度に基づいて、コントローラ４がペルチェ素子１２を加熱するか、冷却するかを判断し、コントローラ４からの判断指令を受けて、ペルチェ素子１２に流れる電流の向きを決定する。なお、上述した各種ＳＷの一例としてはスイッチングトランジスタ、又はスイッチングトランジスタの組み合わせが挙げられる。
【００１９】
また、ペルチェ素子１２の近傍には放熱手段１７としてのファンを設けてあり、ペルチェ素子１２が冷却手段として用いられている場合に、コントローラ４からの指令によってファンを駆動してペルチェ素子１２から熱を奪って電池ケース１６を冷却し、ペルチェ素子１２が加熱手段として用いられている場合にはファンを停止しておく。ファンに流す電流は、電源部２とは別の電源から供給する。
【００２０】
電池ケース１６は熱伝導性の良好な材料を用いたもので、二次電池１だけでなく、温度センサ１０、セル電圧検出回路９、調整ＳＷ１３、保温ＳＷ１４、極性切替ＳＷ１５を外部とは隔絶して収容するものである。
【００２１】
二次電池１を充電する際の充電装置及び保温装置の動きを図２、図３のフローチャートに基づいて説明する。まず、二次電池１を充電しても良いか否かの初期チェックを行う。例えば、総電圧検出回路８から得られる二次電池１の総電圧が許容電圧範囲内にあるか否か、或いは温度センサ１０から得られる二次電池１の温度ｔが設定温度範囲（充電に適した温度、例えば０℃〜４０℃）内にあるか否かをコントローラ４が判定し、許容電圧範囲外の場合や設定温度範囲外の場合には、充電を行わない。反対に許容電圧範囲内で且つ設定温度範囲内の場合にはコントローラ４が保温ＳＷ１４を閉じて充電処理と保温処理に移行する。
【００２２】
充電処理は図３のフローチャートに示すように、コントローラ４が電源ＳＷ６を閉じて定充電工程を最初に行う。定充電工程では初期設定された定電流を流す。次に放電工程と多段充電工程に移行する。放電工程は、各セルＣの両端電圧をセル電圧検出回路９で検出する。満充電電圧Ｖ１未満のセルＣについては、そのまま定電流での充電を継続する。そして、例えば特定のセルＣが満充電電圧Ｖ１以上に該当するに至ると、該当セルＣ専用の調整ＳＷ１３を閉じて放電回路１１を作動し、ペルチェ素子１２に電流を導き、該当セルＣへの電流の減少に伴って該当セルＣの充電電圧が低下する。充電電圧が低下しても満充電電圧Ｖ１以上の場合にはそのままの状態を維持し、満充電電圧Ｖ１未満に落ちると、調整ＳＷ１３を開いて放電回路１１への通電を停止し、再度、該当セルＣを定充電で充電する。
【００２３】
多段充電工程では、セル電圧検出回路９からセルＣの両端電圧をコントローラ４が受けて、いずれかのセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒(例えば２秒）継続することを確認すると、コントローラ４から直流電流電源５に指令を送って、定電流の充電電流を設定分ΔＩだけ下げる。充電電流を下げてもセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＢ秒（＞Ａ例えば８秒）継続することを確認すると、コントローラ４が電源ＳＷ６を開いて充電を強制停止する。過充電限界電圧Ｖ２がＢ秒継続しない場合には、コントローラ４が充電電流を検出して、停止電流（初期設定された定電流よりもかなり小さい）未満にまで落ち込んだか否かを判定する。停止電流未満に落ち込んでいない場合には再度、セルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒(例えば２秒)継続することを確認するステップに戻る。次にいずれかのセルＣが過充電限界電圧Ｖ２以上をＡ秒継続することを確認すると、同様のループ処理が行われる。このループ処理を繰り返すうちに充電電流が停止電流未満に落ち込んだ場合には電源ＳＷ６を開いて充電を停止し、図２に示すように充電が停止されたか否かの判定処理に移る。なお、このように定電流を多段階で下げる処理を行うと、図４に示すようなギザギザの形状でセルＣが充電される。
【００２４】
一方、保温処理は図２に示すように、制御部のコントローラ４が極性切替ＳＷ１５を操作して、ペルチェ素子１２を加熱手段か、冷却手段として用いる処理である。まず、温度センサ１０から得られる二次電池１の温度が設定温度範囲内の目標温度（中間温度：２０℃（充電効率が最も良いと考えられる温度））ｔａ未満か否かをコントローラ４が判定する。目標温度ｔａ以上の場合には極性切替ＳＷ１５からの状態信号を受けて、コントローラ４によって極性切替ＳＷ１５の状態が加熱側か否かを判定し、加熱側の場合には極性切替ＳＷ１５を吸熱側に切り換える指令を出力し、吸熱側の場合にはそのままの状態を維持して、ペルチェ素子１２を二次電池１の冷却手段として用いる。一方、目標温度ｔａ未満の場合にはコントローラ４によって極性切替ＳＷ１５の状態が吸熱側か否かを判定し、吸熱側の場合には極性切替ＳＷ１５を加熱側に切り換える指令を出力し、加熱側の場合にはそのままの状態を維持して、ペルチェ素子１２を加熱手段として用いる。続いて、二次電池１の温度が目標温度ｔａ以上か否かをコントローラ４が判定し、目標温度ｔａ未満の場合には目標温度ｔａ以上になるまでこの温度判定処理を継続し、一方、目標温度ｔａ以上になると極性切替ＳＷ１５を吸熱側に切り換える指令を出力し、ペルチェ素子１２を冷却手段として用いる。続いて、充電が停止されたか否かの判定処理に移り、充電が継続している場合は保温処理を開始した直後の処理に戻って、二次電池１の温度が目標温度ｔａ未満か否かを判断する。一方、充電が停止している場合には保温ＳＷ１４を開いて、一連の処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】二次電池の充電装置、保温装置を示すブロック図である。
【図２】二次電池を充電する際の処理を示すフローチャートである。
【図３】図２中の充電処理の詳細を示すフローチャートである。
【図４】充電中の充電電流、セルの両端電圧の時間推移を示すグラフである。
【図５】セルの充電電流とセルの両端電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１二次電池、Ｃセル、２電源部、３充電管理部、４コントローラ、５直流電流電源、
６電源ＳＷ、７電流検出回路、８総電圧検出回路、９セル電圧検出回路、１０温度センサ、１１放電装置（放電回路）、１２放電素子（ペルチェ素子）、１３調整ＳＷ、
１４保温ＳＷ、１５極性切替ＳＷ、１６電池ケース、１７放熱手段、Ｖ１満充電電圧、Ｖ２過充電限界電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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