(57)【要約】【課題】電池を理想的な状態で充電することによって、最初の実質容量を大きくしながら、寿命を長くする。【解決手段】電池の充電方法は、電池を所定の設定電圧で充電して満充電する。電池の充電方法は、電池の充放電を繰り返すにしたがって、電池を充電する設定電圧を低くして満充電する。【効果】最初の実質容量を大きくしながら、電池の劣化を効果的に防止して、互いに相反する特性である実質容量を増加しながら寿命を長くできる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を所定の設定電圧で充電して満充電する電池の充電方法であって、電池の充放電を繰り返すにしたがって、電池を充電する設定電圧を低くして満充電することを特徴とする電池の充電方法。
【請求項２】
電池を電圧が設定電圧に上昇するまで定電流充電した後、設定電圧で定電圧充電する請求項１に記載される電池の充電方法。
【請求項３】
充電する電池がリチウムイオン二次電池である請求項１に記載される電池の充電方法。
【請求項４】
電池を充放電させる充電容量または放電容量を積算し、積算された容量が増加するにしたがって、設定電圧を低下させる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の充電方法。
【請求項５】
電池を充放電させる回数をカウントし、カウントされた充放電回数が増加するにしたがって、設定電圧を低下させる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の充電方法。
【請求項６】
充放電させるにしたがって、設定電圧を低下させる設定電圧低下工程で充電した後、設定電圧を変化させずに一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の充電方法。
【請求項７】
電池を寿命が尽きるまで設定電圧を低下させながら充電する設定電圧低下工程で充電する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の充電方法。
【請求項８】
設定電圧低下工程において、設定電圧を低下させる電圧値を一定電圧とする請求項６又は７に記載される電池の充電方法。
【請求項９】
設定電圧低下工程において、設定電圧を低下させる電圧値を次第に小さくする請求項６又は７に記載される電池の充電方法。
【請求項１０】
設定電圧低下工程において、電池を充放電させる充放電容量が電池の定格容量になると、設定電圧を０．１ｍＶないし１０ｍＶ低下させる請求項６又は７に記載される電池の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の充電方法に関し、とくに電池の最大充電容量を大きくしながら寿命を長くできる電池の充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、所定の設定電圧で満充電する電池の充電方法は、リチウムイオン二次電池の充電に利用される。リチウムイオン二次電池は、最初に定電流充電し、その後、定電圧充電して満充電される。最初の定電流充電は、電池の電圧が設定電圧に上昇するまで行われる。電池の電圧が設定電圧まで上昇すると、電池電圧が上昇しないように、定電圧充電に切り換えられる。充電している電池の電圧が設定電圧よりも高くなるのを防止するためである。電池の電圧を設定電圧に保持して充電する定電圧充電によって、電池の充電電流は次第に減少する。充電電流が設定値よりも小さくなると、満充電されたと判定して充電を終了する。リチウムイオン二次電池は、満充電された電池電圧が、たとえば４．１Ｖ／セル〜４．２Ｖ／セルとなるように設定電圧を設定している。
【０００３】
以上のように、電池を設定電圧に制限して満充電する方法は、設定電圧の高低が、電池を現実に放電できる実質容量と、寿命に影響を与える。図１は、リチウムイオン二次電池の実質容量とサイクル寿命を示すグラフである。この図は、横軸を充放電サイクル、縦軸を実質容量とする。この図から明らかなように、電池の初期の実質容量は、充電する電池の設定電圧を高くして大きくできる。ただ、設定電圧を高くして電池を高電圧に満充電すると、寿命が短くなる。図１において、特性Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、異なる設定電圧で充電されるリチウムイオン二次電池の特性を示している。特性Ａの電池は、設定電圧を高くして満充電されることから、初期の実質容量は大きくなるが、サイクル寿命が短くなる。反対に特性Ｄの電池は、設定電圧を低くして満充電することから、初期の実質容量は小さいが、サイクル寿命が長くなる。この図に示す特性から、電池の実質容量とサイクル寿命は互いに相反する特性となり、設定電圧を高くして実質容量を大きくするとサイクル寿命が短くなり、反対に設定電圧を低くしてサイクル寿命を長くすると実質容量が小さくなる。このため、実質容量とサイクル寿命は、一方を高くすると他方の特性が悪化し、両方を一緒に満足できない。
【０００４】
寿命特性を改善するために、充放電を繰り返すにしたがって、充電する電池の設定電圧を高くして、実質容量を増加させる充電方法は開発されている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開平９−１２０８４３号公報
【特許文献２】特開２０００−２７０４９１号公報
【特許文献３】特開２００５−２７８３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの特許文献に記載されるの充電方法は、充放電サイクルが多くなって、電池が劣化するにしたがって充電する電池の設定電圧を高くする。設定電圧を高くして充電されたリチウムイオン二次電池は、実質容量が増加する。ただ、充放電サイクルが多くなって、電気特性の低下した電池は劣化して寿命が尽きようとしている電池であるので、この電池をさらに設定電圧を高くして充電する方法は、電池が劣化するにしたがって、劣化を促進させる電圧に充電することになって、その後の寿命が極めて短くなる。それは、新しい電池であっても、高い電圧に充電すると劣化する傾向が強くなるのであるから、まして充放電サイクルが多くなって電気特性の低下した電池の設定電圧を高くすることは、電池の劣化を著しく加速して、その後の寿命を著しく短縮する。したがって、充放電サイクルが多くなった電池の設定電圧を高くすることは、一時的には実質容量を増加できるとしても、その後の電池の劣化は甚だしく、実質容量は急激に低下する。このため、電池を充放電するにしたがって設定電圧を高くする方法は、一時的に実質容量を増加できても、電池のトータル寿命をそれほど長くはできない。
【０００６】
本発明は、互いに相反する特性である実質容量を増加しながら寿命を長くするという極めて難しい課題を解決することを目的に開発されたものであって、本発明の重要な目的は、電池を理想的な状態で充電することによって、最初の実質容量を大きくしながら、寿命を長くできる電池の充電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電池の充電方法は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電池の充電方法は、電池を所定の設定電圧で充電して満充電する。電池の充電方法は、電池の充放電を繰り返すにしたがって、電池を充電する設定電圧を低くして満充電する。
【０００８】
本発明の電池の充電方法は、電圧が設定電圧に上昇するまで電池を定電流充電した後、設定電圧で定電圧充電することができる。
【０００９】
本発明の電池の充電方法は、充電する電池を、リチウムイオン二次電池とすることができる。
【００１０】
本発明の電池の充電方法は、電池を充放電させる充電容量または放電容量を積算し、積算された容量が増加するにしたがって、設定電圧を低下させることができる。
【００１１】
本発明の電池の充電方法は、電池を充放電させる回数をカウントし、カウントされた充放電回数が増加するにしたがって、設定電圧を低下させることができる。
【００１２】
本発明の電池の充電方法は、充放電させるにしたがって設定電圧を低下させる設定電圧低下工程で充電した後、設定電圧を変化させずに一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電することができる。
【００１３】
本発明の電池の充電方法は、電池を、寿命が尽きるまで設定電圧を低下させながら充電する設定電圧低下工程で充電することができる。
【００１４】
本発明の電池の充電方法は、設定電圧低下工程において、設定電圧を低下させる電圧値を一定電圧とすることができる。また、本発明の電池の充電方法は、設定電圧低下工程において、設定電圧を低下させる電圧値を次第に小さくすることができる。
【００１５】
本発明の電池の充電方法は、設定電圧低下工程において、電池を充放電させる充放電容量が電池の定格容量になると、設定電圧を０．１ｍＶないし１０ｍＶ低下させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電池の充電方法は、電池を理想的な状態で充電することによって、最初の実質容量を大きくしながら寿命を長くでき、互いに相反する特性である実質容量を増加しながら寿命を長くできる特長がある。それは、電池の充電方法が、電池の充放電を繰り返すにしたがって、電池を充電する設定電圧を低くして満充電するからである。本発明の充電方法は、従来のように、充電を繰り返すにしたがって電池を充電する設定電圧を高くするのではない。本発明では、従来の方法とは反対に、充放電を繰り返すにしたがって、電池を充電する設定電圧を低くする。このため、新しくて劣化し難い電池については、設定電圧を高くして実質容量を大きくし、反対に充放電を繰り返して電気特性が低下して劣化しやすい電池については、設定電圧を低くして劣化を防止する。したがって、最初の実質容量を大きくしながら、電池の劣化を効果的に防止して寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池の充電方法を例示するものであって、本発明は充電方法を以下に特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１８】
本発明の電池の充電方法は、従来のように充放電を繰り返すにしたがって、充電する電池の設定電圧を高くするのではない。本発明の充電方法は、従来の方法とは反対に、電池の充放電を繰り返すにしたがって、設定電圧を低下させる。すなわち、本発明の充電方法は、新しくて劣化し難い電池の設定電圧を高くして実質容量を大きくするが、充放電を繰り返して電気特性が低下して劣化しやすい電池の設定電圧を低くして劣化を防止する。この方法は、劣化に強い新しい電池の実質容量を大きくするが、劣化に弱い電池は劣化を防止する電圧で充電する。
【００１９】
充電できる電池は、満充電されるまで充電されるが、電池の満充電を検出する方法は、大別して二種ある。第１の方法は、ニッケル−水素電池やニッケルカドミウム電池のように、充電される電池の電圧のピーク値を検出し、あるいはピーク値からΔＶ低下したことを検出して満充電と判定する方法である。第２の方法は、リチウムイオン二次電池のように、電池の電圧を制限して充電するために、設定電圧で定電圧充電し、充電電流が減少した状態を満充電と判定する方法である。本発明は、充電する電池の電圧を設定電圧に制限して満充電するので、第２の方法で満充電を検出するリチウムイオン二次電池の充電に適している。ただし、本発明は、充電する電池をリチウムイオン二次電池には特定しない。電池の充電電圧を設定電圧として定電圧充電する全ての電池に利用できるからである。
以下、現実の充電電圧を例示して理解しやすくするために、充電する電池をリチウムイオン二次電池として具体例を詳述する。
【００２０】
図２は、本発明の充電方法で充電されるパック電池１０を示す。図２は、パック電池１０を電子機器３０に装着している。電子機器３０は携帯機器ＰＣである。パック電池１０は、装着される電子機器３０の携帯機器ＰＣで充電され、また携帯機器ＰＣに電力を供給する。携帯機器ＰＣは、ノート型のような携帯型パーソナルコンピュータである。パック電池１０は、通常、携帯機器ＰＣに着脱自在に装着される。ただ、パック電池は、携帯機器ＰＣの電源として脱着しない構造で内蔵されるものもある。携帯機器ＰＣは、コンセントからの交流商用電力を直流電力に変換するアダプター４０に接続される。アダプター４０は、携帯機器ＰＣに直流電力を供給する。携帯機器ＰＣは、アダプター４０から供給される電力を制御する電源回路（図示せず）を備えている。電源回路の出力は、パック電池１０を充電し、また携帯機器ＰＣの負荷に電力を供給する。また、アダプター４０から電力が供給されない状態で、パック電池１０は携帯機器ＰＣに電力を供給する。
【００２１】
パック電池１０は、リチウムイオン二次電池からなる充電できる電池１１と、電池１１の充放電時の電流を検出する電流検出抵抗１２Ａを備える電流検出部１２と、電池１１の充放電を監視、制御するマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと記す）を備える制御回路１３と、この制御回路１３でオンオフに切り換えられて、電池１１に流れる電流をコントロールするスイッチング素子１４と、携帯機器ＰＣとの間で通信する通信回路１５を備える。さらに、図のパック電池１０は、電池１１に熱結合している温度センサ１６Ａであるサーミスタを含む温度検出部１６を備える。
【００２２】
制御回路１３は、Ａ／Ｄコンバータ１７と演算回路１８を内蔵する。Ａ／Ｄコンバータ１７は、電池１１の電圧と、電流検出部１２からの出力と、温度検出部１６からの出力を、アナログ信号からデジタル信号に変換して演算回路１８に入力する。演算回路１８は、Ａ／Ｄコンバータ１７から出力されるデジタル信号を演算処理して、スイッチング素子１４をオンオフに切り換える。演算回路１８は、電池１１の充電電流と放電電流を積算して残容量を演算処理し、また、電池１１の電圧から満充電を検出してスイッチング素子１４を制御する。また、演算回路１８は、電池１１に流れる異常電流、異常温度、異常電圧の検出時等に、スイッチング素子１４をオフに切り換え、電流を遮断して電池１１を保護する。
【００２３】
スイッチング素子１４はＦＥＴである。ＦＥＴは寄生ダイオードを有する。寄生ダイオードのあるＦＥＴは、オフ状態で逆向きの電流を寄生ダイオードで流すことができる。ＦＥＴからなるスイッチング素子１４は、電池１１の放電電流を遮断する放電用のスイッチング素子１４Ａと、充電電流を遮断する充電用のスイッチング素子１４Ｂとを直列に接続している。
【００２４】
放電用のスイッチング素子１４Ａは、放電している電池１１の電圧が最低電圧まで低下すると、制御回路１３でオンからオフに切り換えられて、電池１１の放電電流を遮断する。オフ状態となった放電用のスイッチング素子１４Ａは、寄生ダイオードで充電電流を流すことができる。したがって、充電電流が流れて電池１１の電圧が上昇すると、放電用のスイッチング素子１４Ａはオフからオンに切り換えられて、放電できる状態とする。
【００２５】
充電用のスイッチング素子１４Ｂは、制御回路１３でオンからオフに切り換えられて、電池１１の充電電流を制御して満充電する。電池１１が満充電されると、充電用のスイッチング素子１４Ｂはオフに保持される。オフ状態の充電用のスイッチング素子１４Ｂは、寄生ダイオードで放電電流を流すことができる。したがって、放電電流が流れて電池１１の電圧が低下すると、充電用のスイッチング素子１４Ｂはオフからオンに切り換えられる。オン状態の充電用のスイッチング素子１４Ｂは、寄生ダイオードよりも内部抵抗が小さい。従って、放電電流の電圧降下が小さく、充電用のスイッチング素子１４Ｂの発熱を防止しながら、電池１１の電力を有効に負荷である携帯機器ＰＣに供給する。
【００２６】
制御回路１３は、電池１１を充電する状態で、充電用のスイッチング素子１４Ｂを制御する。制御回路１３は、電池１１の電圧が設定電圧よりも低いとき、充電用のスイッチング素子１４Ｂをオン状態に保持して電池１１を定電流充電する。その後、電池１１の電圧が設定電圧まで上昇すると、制御回路１３は、充電用のスイッチング素子１４Ｂをオンオフに切り換えて、電池１１をパルス充電で満充電する。また、制御回路１３は、下記のように、充電電圧の設定電圧を低下させることができる機能を備えている。パルス充電は、電池１１の充電電圧の実効値がが設定電圧を超えないように、充電用のスイッチング素子１４Ｂをオンオフに切り換えて定電圧充電して満充電する。すなわち、パルス充電は、電池１１の電圧が高い所定電圧まで上昇すると充電用のスイッチング素子１４Ｂをオフに切り換え、その後、電池１１の電圧が低い所定電圧まで低下し、あるいは所定の時間が経過すると充電用のスイッチング素子１４Ｂをオンに切り換える動作を繰り返して、電池１１を満充電する。この充電状態を図３と図４に示す。
【００２７】
図３は、電池電圧が高い所定電圧まで上昇すると充電用のスイッチング素子１４Ｂをオフに切り換え、その後、電池電圧が低い所定電圧まで低下すると、スイッチング素子１４Ｂをオンに切り換えて充電する状態を示している。これにより、充電電圧の実効値は、大まかには、高い所定電圧と低い所定電圧との中間の値となり、高い所定電圧と低い所定電圧との略平均値となる。つまり、充電電圧の実効値である設定電圧で、電池１１は充電される。このようなパルス充電を利用するなら、高い所定電圧と低い所定電圧とを共に、同じ電圧値分だけ低下させることで、充電電圧の設定値を下げることができる。例えば、充電電圧の設定電圧を、１ｍＶ低減させるには、高い所定電圧と低い所定電圧とを共に、１ｍＶ低減させて設定すれば良い。図４は、電池電圧が高い所定電圧まで上昇すると充電用のスイッチング素子１４Ｂをオフに切り換え、所定の時間が経過すると充電用のスイッチング素子１４Ｂをオンに切り換えて、電池１１の充電電圧の実効値が設定電圧となるように充電する状態を示している。
【００２８】
充電用のスイッチング素子１４Ｂをオンオフに切り換えてパルス充電すると、電池１１が満充電されるにしたがって、平均電流が減少する。平均電流が所定の値まで小さくなると、制御回路１３は電池１１が満充電されたと判定して、充電を終了する。図２に示すように、複数の電池１１を直列に接続しているパック電池１０は、電池電圧が最も高くなる電池の電圧が設定電圧を超えないように、あるいは直列に接続している電池１１のトータル電圧、すなわちパック電池１０の出力電圧が設定電圧を超えないように、制御回路１３が充電用のスイッチング素子１４Ｂを制御して充電する。このように、パルス充電することにより、電池１１に印加される充電電圧の実効値を低減させることができ、即ち、電池１１を充電する設定電圧を低減させることができる。
【００２９】
制御回路１３は、前述したように、電池電圧が低い状態であって、設定電圧まで上昇しない状態では、定電流充電して短時間に効率よく充電する。したがって、本発明の充電方法は、好ましくは、充電を開始する初期、すなわちの電池電圧が設定電圧に上昇するまでは定電流充電し、その後に定電圧充電して満充電して、短時間に効率よく満充電できる。ただし、本発明の充電方法は、充電を開始する最初から定電圧充電して満充電することもできる。
【００３０】
制御回路１３が、電池１１を満充電する電圧を高く設定すると、電池１１を完全に放電するまでの実質容量を大きくできるが、電池１１の寿命を短くする。図５は、満充電される電池の電圧によってサイクル寿命が変化する状態を示すグラフである。この図は、電池が充放電を繰り返すと実質容量が低下することを示している。この図において、曲線Ｅは、満充電される電池の電圧を一定とする従来の充電方法で充電される電池のサイクル寿命を示す。曲線Ｆは、満充電する電池の電圧を変化させながら充電する本発明の充電方法で充電される電池のサイクル寿命を示す。曲線Ｆは、充放電を繰り返すにしたがって満充電される電池の電圧を低くする、すなわち、定電圧充電で充電する電池の設定電圧を低くする方法で充電される電池の実質容量の変化を示す。この図の曲線Ｆが示すように、本発明の充電方法は、満充電される電池の電圧を一定に保持して充電する従来の方法（曲線Ｅ）に比較して、電池の寿命を著しく長くできる。
【００３１】
制御回路は、図６ないし図９に示すように、電池が充放電を繰り返すにしたがって、満充電する電池の設定電圧を変化させる。これらの図は、電池が充放電を繰り返した状態を、電池の充放電サイクルで特定する。制御回路は、完全に放電された電池、言い換えると残容量を０％とする電池を満充電して完全に放電した状態を１サイクルとカウントする。
【００３２】
図６に示すように、満充電する電池の設定電圧を変化させる制御回路は、充放電を繰り返すにしたがって、すなわち充放電サイクルのカウント値が増加するにしたがって、設定電圧を低下させる設定電圧低下工程で充電した後、設定電圧を変化させずに一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で満充電する。
【００３３】
この充電方法は、充放電サイクルが設定されたカウント値、たとえば１００サイクルとなるまでは、設定電圧を次第に低下させる設定電圧低下工程で電池を満充電する。設定電圧低下工程は、最初の設定電圧を４．２Ｖとし、その後は、充放電サイクルが１カウント増加する毎に、設定電圧を１ｍＶ低下させる。すなわち、設定電圧低下工程において、１ｍＶ／サイクルの割合で、設定電圧を低下させる。この設定電圧低下工程は、充放電サイクルが１００サイクル経過すると、設定電圧は１００ｍＶ低下して、４．１Ｖに低下する。設定された充放電サイクルを経過した後は、設定電圧を低下させない一定電圧充電工程で電池を満充電する。したがって、一定電圧充電工程において、電池は設定電圧を４．１Ｖに固定して満充電される。この充放電は、充電を開始してから次第に設定電圧を低くするので、スタート時の実質容量を大きくしながら、電池の劣化を効果的に防止して寿命を長くできる。
【００３４】
図７に示す充電方法は、最初に一定電圧充電工程で電池を充電し、その後、設定された充放電サイクルになると、設定電圧低下工程で電池を充電する。さらに、設定電圧低下工程で電池を充放電して、設定された充放電サイクルが経過すると、一定電圧充電工程で電池を充電する。この充電方法は、充放電を繰り返すにしたがって、すなわち充放電サイクルが多くなるにしたがって、一定電圧充電工程、設定電圧低下工程、一定電圧充電工程の順番で電池を満充電する。
【００３５】
この充電方法は、充放電サイクルが設定されたカウント値となるまで、たとえば５０サイクルとなるまでは、一定電圧充電工程で充電する。この工程において電池は設定電圧を４．２Ｖと高くして満充電されるので、実質容量を大きくできる。充放電サイクルが設定されたカウント値の５０サイクルを経過した後、充放電サイクルが１００サイクルとなるまで、設定電圧低下工程として電池を満充電する。この設定電圧低下工程は、最初の設定電圧を４．２Ｖとし、その後は、充放電サイクルが１カウント増加する毎に、設定電圧を２ｍＶ低下させる。すなわち、この設定電圧低下工程において、２ｍＶ／サイクルの割合で、設定電圧を低下させるので、充放電サイクルが１００サイクルになると、設定電圧は１００ｍＶ低下して、４．１Ｖに低下する。設定された充放電サイクルの１００サイクルを経過した後は、設定電圧を低下させない一定電圧充電工程で電池を満充電する。したがって、最後の一定電圧充電工程において、電池は設定電圧を４．１Ｖに固定して満充電される。この充放電は、充電を開始する初期に設定電圧を高くし、その後、次第に設定電圧を低くするので、スタート時の一定の充放電サイクルにおいて実質容量を大きくしながら、電池の劣化を効果的に防止して寿命を長くできる。
【００３６】
図８に示す充電方法は、充放電を繰り返すにしたがって、すなわち充放電サイクルのカウント値が増加するにしたがって設定電圧を低下させる設定電圧低下工程で、最初から寿命が尽きるまで充電する。
【００３７】
この充電方法は、充放電を開始してから最後まで、設定電圧を次第に低下させる設定電圧低下工程で電池を満充電する。設定電圧低下工程は、最初の設定電圧を４．２Ｖとし、その後は、充放電サイクルが１カウント増加する毎に、０．３ｍＶの割合で設定電圧を低下させる。この設定電圧低下工程は、充放電サイクルが３３３サイクル経過すると、設定電圧は１００ｍＶ低下して、４．１Ｖに低下する。この充電方法は、充電を開始してから次第に設定電圧を低くするので、スタート時の実質容量を大きくしながら、電池の劣化を効果的に防止して寿命を長くできる。
【００３８】
以上の充電方法は、設定電圧低下工程において、充放電を繰り返すにしたがって一定の電圧値を低下させるが、本発明の充電方法は、充放電を繰り返すにしたがって、必ずしも一定の電圧値を低下させる必要はなく、たとえば、図９の実線で示すように、設定電圧低下工程において、充放電を繰り返すにしたがって、設定電圧を低下させる電圧値を次第に小さくすることもできる。また、図９の鎖線で示すように、設定電圧低下工程において、充放電を繰り返すにしたがって、設定電圧を低下させる電圧値を次第に大きくすることもできる。そして、図９においては、設定電圧低下工程の後、設定電圧を変化させずに一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で満充電する。
【００３９】
制御回路は、図６ないし図９において、充放電の繰り返しを示す充放電サイクルの１サイクルを、必ずしも満充電した電池を完全に放電した状態のみでなく、充電容量又は放電容量を積算してカウントすることもできる。充電容量からカウントする方法は、充放電される電池の充電容量の積算値を累積する。充電容量の累積量が、その時点での電池の実質容量に達する毎に１サイクルとカウントし、カウントに基づいて、劣化カウンタを増加させている。たとえば、現在の電池の実質容量が１０００ｍＡｈである場合、１回目の充電で５００ｍＡｈ、２回目に２００ｍＡｈ、３回目に３００ｍＡｈの充電を行ったとき、充電容量の累積量が１０００ｍＡｈに達するので、１サイクルの充電を行ったと判定する。この間、電池は、放電を行うこともでき、また、満充電にすることもできる。これらの充電を繰り返し、積算量がその時点での電池の実質容量に達する毎に、劣化カウンタを増加させる。
【００４０】
また、制御回路は、充電容量に代わって、放電容量の累積量から１サイクルをカウントすることもできる。この方法は、実際の放電容量を累積し、この累積量がその時点での電池の実質容量に達する毎に１サイクルとカウントし、カウントに基づいて、劣化カウンタを増加させている。たとえば、現在の電池の実質容量が１０００ｍＡｈである場合、１回目の放電で５００ｍＡｈ、２回目に２００ｍＡｈ、３回目に３００ｍＡｈの放電を行ったとき、放電容量の累積量が１０００ｍＡｈに達するので、１サイクルの放電を行ったと判定する。この間、電池は、充電を行うこともでき、また、完全に放電することもできる。これらの放電を繰り返し、積算量がその時点での電池の実質容量に達する毎に、劣化カウンタを増加させている。
【００４１】
また、制御回路は、充電容量又は放電容量に代わって、充電容量と放電容量の累積量から１サイクルをカウントすることもできる。この方法は、実際の充電容量と放電容量を累積し、この累積量がその時点での電池の実質容量の２倍に達する毎に１サイクルとカウントし、カウントに基づいて、劣化カウンタを増加させている。たとえば、現在の電池の実質容量が１０００ｍＡｈである場合、１回目の充電で８００ｍＡｈ、この充電に続く１回目の放電で５００ｍＡｈ、２回目の放電で２００ｍＡｈ、２回目の充電で２００ｍＡｈ、その後に３回目の放電で３００ｍＡｈの充放電を行ったとき、充電容量の累積値が１０００ｍＡｈ、放電容量の累積量が１０００ｍＡｈに達するので、充放電の累積値が２０００ｍＡｈとなって、１サイクルの充放電を行ったと判定する。
【００４２】
以上の方法は、完全放電や満充電の有無に関わらず、電池の充電容量や放電容量を累積し、この累積量がそのときの電池の実質容量やその二倍になる毎に１サイクルとカウントして、カウントに基づいて劣化カウンタを増加させている。電池の実質容量は、充放電サイクルが増加すると減少するので、劣化カウンターのカウント値から実質容量を特定することができる。
【００４３】
制御回路は、以上の方法によって、電池が充放電された状態を「充放電サイクル」でカウントし、このカウント値で設定電圧を変更する。この方法は、カウント値で充放電による電池の劣化状態を正確に検出して設定電圧を変更できる。このため、好ましい状態で設定電圧を変更して、電池の寿命を特に長くできる。ただ、制御回路は、電池充放電の繰り返し状態を、充放電サイクルのカウント値で検出することに特定しない。たとえば、電池が充電又は放電される回数をカウントし、このカウント値で、電池の充放電の繰り返し状態を検出して、カウント値で設定電圧を変更することもできる。また、電池が充放電される時間を検出し、この時間から電池の充放電の繰り返し状態を検出し、充放電の時間で設定電圧を変更することもできる。
【００４４】
以上の方法は、パック電池１０に内蔵される制御回路１３で充電用のスイッチング素子１４Ｂを制御して電池１１を満充電する。ただし、本発明の充電方法は、パック電池１０を装着する携帯機器ＰＣなどの電子機器３０に内蔵する充電回路（図示せず）でもって、パック電池１０の充電用のスイッチング素子１４Ｂを制御して満充電することもできる。また、携帯機器ＰＣに、電池を満充電するための充電回路を内蔵し、これでもってパック電池に内蔵される電池の充電を制御して満充電することもできる。また、携帯機器ＰＣの充電回路で電池を満充電する装置にあっては、携帯機器ＰＣとパック電池の両方で充電を制御しながら、電池を満充電することができる。この場合、携帯機器ＰＣの充電回路が電池の満充電を検出して充電を停止する設定電圧を、パック電池の制御回路が電池の満充電を検出して充電を停止する電圧よりも低くする。この方式は、携帯機器ＰＣの充電回路に異常が発生しても、パック電池の制御回路と充電用のスイッチング素子とで電池を設定電圧に保持して満充電できる。
【００４５】
電子機器３０の充電回路が、パック電池１０の充電用のスイッチング素子１４Ｂを制御するシステムにあっては、パック電池１０と携帯機器ＰＣとを通信回線１９で接続する。図のパック電池１０は、通信回路１５を内蔵している。パック電池１０の通信回路１５は、通信回線１９を介して携帯機器ＰＣに接続される。携帯機器ＰＣは、通信回線１９と通信回路１５を介してパック電池１０の充電用のスイッチング素子１４Ｂを制御する。通信回路１５は、充電用のスイッチング素子１４Ｂを制御する信号を制御回路１３に入力する。さらに、通信回路１５は、電子機器３０の充電回路が充電用のスイッチング素子１４Ｂをオンオフに制御する情報、すなわち電池電圧、電池１１の充放電の電流などを電子機器３０である携帯機器ＰＣに伝送する。携帯機器ＰＣの充電回路は、通信回路１５を介して伝送される情報で、充電用のスイッチング素子１４Ｂを制御し、あるいは充電回路に内蔵される充電用のスイッチング素子（図示せず）を制御して電池を満充電する。
また、電池を充電する設定電圧を低減させることについて、上述のように、パルス充電を行うことで設定電圧を低減することを説明したが、これに代わって、上述の通信回路１５を利用して、電子機器３０の充電回路における充電電圧の設定電圧を低減させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】リチウムイオン二次電池の実質容量とサイクル寿命を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施例にかかる電池の充電方法で充電されるパック電池の一例を示す回路図である。
【図３】充電用のスイッチング素子をオンオフに切り換えて電池を満充電する一例を示す図である。
【図４】充電用のスイッチング素子をオンオフに切り換えて電池を満充電する他の一例を示す図である。
【図５】満充電される電池電圧によってサイクル寿命が変化する状態を示すグラフである。
【図６】電池の充放電を繰り返すにしたがって設定電圧を低くする一例を示す図である。
【図７】電池の充放電を繰り返すにしたがって設定電圧を低くする他の一例を示す図である。
【図８】電池の充放電を繰り返すにしたがって設定電圧を低くする他の一例を示す図である。
【図９】電池の充放電を繰り返すにしたがって設定電圧を低くする他の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…パック電池
１１…電池
１２…電流検出部            １２Ａ…電流検出抵抗
１３…制御回路
１４…スイッチング素子      １４Ａ…放電用のスイッチング素子
１４Ｂ…充電用のスイッチング素子
１５…通信回路
１６…温度検出部            １６Ａ…温度センサ
１７…Ａ／Ｄコンバータ
１８…演算回路
１９…通信回線
３０…電子機器
４０…アダプター
【図１】
2008005644.tif 000003
【図２】
2008005644.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008005644.tif 000009
【図８】
2008005644.tif 000010
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月28日(2006.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を所定の設定電圧で充電して満充電する電池の充電方法であって、電池の充放電を繰り返すにしたがって、電池を充電する設定電圧を低くして満充電することを特徴とする電池の充電方法。
【請求項２】
電池を電圧が設定電圧に上昇するまで定電流充電した後、設定電圧で定電圧充電する請求項１に記載される電池の充電方法。
【請求項３】
充電する電池がリチウムイオン二次電池である請求項１に記載される電池の充電方法。
【請求項４】
電池を充放電させる充電容量または放電容量を積算し、積算された容量が増加するにしたがって、設定電圧を低下させる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の充電方法。
【請求項５】
電池を充放電させる回数をカウントし、カウントされた充放電回数が増加するにしたがって、設定電圧を低下させる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の充電方法。
【請求項６】
充放電させるにしたがって、設定電圧を低下させる設定電圧低下工程で充電した後、設定電圧を変化させずに一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の充電方法。
【請求項７】
電池を寿命が尽きるまで設定電圧を低下させながら充電する設定電圧低下工程で充電する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池の充電方法。
【請求項８】
設定電圧低下工程において、設定電圧を低下させる電圧値を一定電圧とする請求項６又は７に記載される電池の充電方法。
【請求項９】
設定電圧低下工程において、設定電圧を低下させる電圧値を次第に小さくする請求項６又は７に記載される電池の充電方法。
【請求項１０】
設定電圧低下工程において、電池を充放電させる充放電容量が電池の定格容量になると、設定電圧を０．１ｍＶないし１０ｍＶ低下させる請求項６又は７に記載される電池の充電方法。
【請求項１１】
電池を所定の設定電圧で充電して満充電する電池の充電方法であって、
一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電を行い、電池の充放電を繰り返した後、前記設定電圧より低い第２の一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電を行うことを特徴とする電池の充電方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の電池の充電方法は、設定電圧低下工程において、電池を充放電させる充放電容量が電池の定格容量になると、設定電圧を０．１ｍＶないし１０ｍＶ低下させることができる。
また、本発明は、電池を所定の設定電圧で充電して満充電する電池の充電方法であって、一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電を行い、電池の充放電を繰り返した後、前記設定電圧より低い第２の一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電を行うことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の電池の充電方法は、電池を理想的な状態で充電することによって、最初の実質容量を大きくしながら寿命を長くでき、互いに相反する特性である実質容量を増加しながら寿命を長くできる特長がある。それは、電池の充電方法が、電池の充放電を繰り返すにしたがって、電池を充電する設定電圧を低くして満充電するからである。本発明の充電方法は、従来のように、充電を繰り返すにしたがって電池を充電する設定電圧を高くするのではない。本発明では、従来の方法とは反対に、充放電を繰り返すにしたがって、電池を充電する設定電圧を低くする。このため、新しくて劣化し難い電池については、設定電圧を高くして実質容量を大きくし、反対に充放電を繰り返して電気特性が低下して劣化しやすい電池については、設定電圧を低くして劣化を防止する。したがって、最初の実質容量を大きくしながら、電池の劣化を効果的に防止して寿命を長くできる。
また、一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電を行い、電池の充放電を繰り返した後、前記設定電圧より低い第２の一定の設定電圧で充電する一定電圧充電工程で充電を行う電池の充電方法においても、上述の効果と同様な効果を備える。