(57)【要約】【課題】バッテリーセルの物理的変化に応じた急速充電を行なう。【解決手段】充電システム１はバッテリー２と充電装置３とから成る。バッテリー２はバッテリーセル２１の歪を検知する歪検知部２２ａ，２２ｂを備える。充電装置３は充電時に歪検知部２２ａ，２２ｂによって検知された歪の値に基づきバッテリーセル２１の充電制御信号を発生する制御部３１を備える。制御部３１はバッテリーセル２１の充電回数を利用して前記充電制御信号を発生する機能も有するようにしてもよい。歪検知部２２ａ，２２ｂはバッテリーセル２１の歪による圧力変化を検出する圧電素子や前記歪を検出する歪ゲージが例示される。バッテリー２にはバッテリーセル２１の温度を検知する温度検知部を具備させ、充電装置３の制御部３１が前記歪に加えて前記温度検知部によって検出されたバッテリーセル２１の温度を利用して充電制御信号を発生させるようにしてもよい。【選択図】図１
2008109742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーセルの歪を検知する歪検知部を備えたバッテリーと、
充電時に前記バッテリーから供給された前記歪検知部によって検知された歪の値に基づき前記バッテリーセルの充電制御信号を発生する制御部を備えた充電装置と
を有すること
を特徴とする充電システム。
【請求項２】
前記充電装置の制御部は前記バッテリーセルの充電回数を前記充電制御信号の発生に利用すること
を特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記バッテリーは前記バッテリーセルの温度を検知する温度検知部を備え、
前記充電装置の制御部は前記温度検知部から供給されたバッテリーセルの温度を前記充電制御信号の発生に利用すること
を特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項４】
バッテリーセルと、
充電時に前記バッテリーセルの歪を検知する歪検知部と、
前記バッテリーセルの充電とその停止を行なう制御部と
を備えたバッテリーであって、
前記制御部は前記バッテリーセルの充電時に前記歪検知部によって検知された歪の信号を前記バッテリーの充電制御を行う充電装置に出力すること
を特徴とするバッテリー。
【請求項５】
前記制御部は前記バッテリーセルの充電の回数を前記充電装置に出力すること
を特徴とする請求項４に記載のバッテリー。
【請求項６】
前記バッテリーセルはバッテリーセルの温度を検知する温度検知部を備え、
前記制御部は前記温度検知部によって検知された温度の信号を前記充電装置に出力すること
を特徴とする請求項４に記載のバッテリー。
【請求項７】
前記歪検知部は前記バッテリーセルの歪による圧力変化を検出する圧電素子であること
を特徴とする請求項４に記載のバッテリー。
【請求項８】
前記歪検知部は前記バッテリーセルの歪を検出する歪ゲージであること
を特徴とする請求項４に記載のバッテリー。
【請求項９】
バッテリーセルを備えたバッテリーの充電装置であって、
前記充電装置は前記バッテリーセルの充電制御を行う制御部を備え、
前記制御部は前記バッテリー充電時にバッテリーセルの歪の値に基づき前記バッテリーセルの充電制御信号を発生すること
を特徴とする充電装置。
【請求項１０】
前記制御部は前記バッテリーセルの充電回数を前記充電制御信号の発生に利用すること
を特徴とする請求項９に記載の充電装置。
【請求項１１】
前記制御部は前記バッテリーセルの温度を前記充電制御信号の発生に利用すること
を特徴とする請求項９に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子装置に直流電源を供給するバッテリーの充電を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置に直流電力を供給するバッテリーとしては例えば特許文献１に示されたバッテリーがある。また、その充電システムとしては特許文献２に例示された充電システムがある。この充電システムはバッテリーの充電時にバッテリーの温度を検知し、この温度の検出結果に基づき充電装置が充電を停止する等の充電の制御を行なう。この充電制御の際に起こりうるバッテリーセルの外形の変化（膨張現象）は、バッテリーやこれを使用する電子装置側の外形寸法の制約だけでなく、バッテリーセルの有効電気容量の制約となる。
【特許文献１】特開２００３−８６１５５
【特許文献２】特開平１１−１５０８８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
バッテリーを急速に充電する場合、前記バッテリーのバッテリーセルに印加される電圧や充電電流が高めに設定される。このとき、前記バッテリーセルに対して負荷がかかり、バッテリーセルの発熱や変形が発生する。特に、変形の原因の多くはバッテリーセルの膨張にある。したがって、急速充電できるようにするためにはバッテリーセルの膨張現象を考慮したバッテリーの設計が必要となり、バッテリーはその有効電気容量の低下と大型化が避けられない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明の充電システムは、バッテリーセルの歪を検知する歪検知部を備えたバッテリーと、充電時に前記バッテリーから供給された前記歪検知部によって検知された歪の値に基づき前記バッテリーセルの充電制御信号を発生する制御部を備えた充電装置とを有する。
【０００５】
本発明のバッテリーは、バッテリーセルと、充電時に前記バッテリーセルの歪を検知する歪検知部と、前記バッテリーセルの充電とその停止を行なう制御部とを備えたバッテリーであって、前記制御部は前記バッテリーセルの充電時に前記歪検知部によって検知された歪の信号を前記バッテリーの充電制御を行う充電装置に出力する。
【０００６】
本発明の充電装置は、バッテリーセルを備えたバッテリーの充電装置であって、前記充電装置は前記バッテリーセルの充電制御を行う制御部を備え、前記制御部は前記バッテリー充電時にバッテリーセルの歪の値に基づき前記バッテリーセルの充電制御信号を発生する。
【０００７】
以上の発明によれば、充電時のバッテリーセル内の化学的変化に起因するバッテリーセル自身の物理的な変化を検知し、この検知した情報を充電の制御因子として利用しているので、前記バッテリーセルの物理的変化の限界を考慮しながら急速かつ多様な充電制御が行なえる。したがって、バッテリーセルに対するダメージを最小限に抑えながらより急速な充電が可能となる。
【０００８】
前記充電装置の制御部は前記バッテリーセルの充電回数を利用して前記充電制御信号を発生するようにすると、バッテリーセルの劣化状態に応じた充電を行なうことができる。劣化の進んだバッテリーセルほどその物理的変化が大きいので、前記バッテリーセルの歪に加えて充電の回数を制御因子とした充電制御を行なうようにすることで、バッテリーの寿命を延ばすことができる。
【０００９】
また、前記バッテリーには前記バッテリーセルの温度を検知する温度検知部が具備され、そして、前記充電装置の制御部が前記歪の信号に加えて前記温度検知部から供給されたバッテリーセルの温度を利用して前記バッテリーセルの充電制御信号を発生させるようにすると、充電時のバッテリーセル内の化学的変化に伴う温度の変化に起因する前記バッテリーセルの物理的変化の限界を考慮しながら急速かつ多様な充電制御が行なえる。
【００１０】
前記歪検知部としては前記バッテリーセルの歪による圧力変化を検出する圧電素子や前記歪を検出する歪ゲージが例示される。特に歪ゲージを適用するとバッテリーセルの歪に加えて外的な衝撃も検知しながら充電制御が行なえる。
【発明の効果】
【００１１】
以上の発明によれば充電時にバッテリーセルの歪の信号に基づき充電が制御されるのでバッテリーセルの物理的変化に応じた最適且つ急速な充電を行なえる。このことはバッテリーとその充電機能を備えた電子装置の小型化にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は発明の一実施形態に係る充電システムを示したブロック図である。
【００１３】
充電システム１はバッテリー２と充電装置３とを有する。バッテリー２は携帯端末や携帯ＡＶ機器に例示されるような電子装置に電力を供給するための直流電源であって前記電子装置に着脱自在に装着されるかまたは内蔵される。充電装置３はバッテリー２から供給された信号に基づきバッテリー２の充電制御を行なう。充電装置３は、前記電子装置から独立した単体の装置の形態に限定されることなく、前記電子装置に内蔵される形態で構成してもよい。
【００１４】
バッテリー２は少なくともバッテリーセル２１と歪検知部２２ａ，２２ｂと制御部２３と充電スイッチ回路２４と制御端子２５と正極端子２６と負極端子２７とを備える。
【００１５】
歪検知部２２ａ，２２ｂはバッテリーセル２１の歪が顕著に現れる箇所に設置される。歪検知部２２ａは例えばバッテリーセル２１の主面の歪を検出する。歪検出部２２ｂは例えばバッテリーセル２１の端面の歪を検出する。歪検出部２２ａ，２２ｂには前記歪によって圧力変化を受ける歪ゲージや圧電素子を適用すればよい（後述の歪検知部４１ａ，４１ｂについても同様）。
【００１６】
制御部２３は充電スイッチ回路２４を動作するための充電制御信号を発生させる機能を有する。また、制御部２３は歪検出部２２から供給された歪の信号を数値化して外部に出力する機能を有する。さらに、制御部２３は充電回数の信号を発生させる機能も有する。充電スイッチ回路２４は前記充電制御信号に基づきバッテリーセル２１と正極端子２６との電気的な接続及びその遮断を行なう。
【００１７】
制御端子２５は充電時に充電装置３の制御端子３３と接触して充電装置３の制御部３１から出力されたデータ信号を受ける。正極端子２６は充電に充電装置３の正極端子３４と接触する。負極端子２７は充電に充電装置３の負極端子３５と接触する。
【００１８】
一方、充電装置３は制御部３１と充電回路３２と制御端子３３と正極端子３４と負極端子３５とを備える。
【００１９】
制御部３１はバッテリー２から供給されたバッテリーセル２１の歪データ及び充電回数に基づき充電制御信号を発生させる。また、制御部３１は前記充電制御信号を発生させるための前記歪データに対する最適な充電電流値を予め格納している。前記充電電流値はバッテリーセル２１の電気容量に適宜規定される。充電回路３２は充電制御信号に基づき充電のＯＮ（開始）／ＯＦＦ（停止）及び電流等の制御を行なう。
【００２０】
制御端子３３は充電時にバッテリー２の制御端子２５と接触してバッテリー２の制御部２３から出力されたデータ信号を受ける。正極端子３４は充電にバッテリー２の正極端子２６と接触する。負極端子３５は充電にバッテリー２の負極端子２７と接触する。
【００２１】
バッテリーの具体的な形態としては例えば図３に示したようなバッテリー４が挙げられる。バッテリー４はバッテリーセル４０を収納ケース４２に収納させている。バッテリーセル４０が収納された収納ケース４２は封止キャップ４３によって封止されている。歪検知部４１ａはバッテリーセル４０の主面に付されている。歪検知部４１ｂはバッテリーセル４０の端面に付されている。
【００２２】
封止キャップ４３には正極タブ４４、サーミスタ４５、負極タブ４６が収納されている。正極タブ４４はバッテリーセル４０の正極４０１を基板４８の正極端子４８２と電気的に接続させる。負極タブ４６は図示省略されたバッテリーセル４０の負極を基板４８の負極端子４８３と電気的に接続させる。
【００２３】
また、封止キャップ４３には絶縁シート４７を介して基板４８が収納されている。基板４８は制御端子４８１、正極端子４８２、負極端子４８３と共に図１を参照しながら説明した制御部２３及び充電スイッチ回路２４の機能を有する回路を備えている。制御端子４８１は歪検知部４１ａ，４１ｂの出力信号を受信できるようになっている。
【００２４】
封止キャップ４３に収納された基板４８はフロントキャップ４９によって封止されている。フロントキャップ４９には開口部４９１，４９２，４９３が形成されている。開口部４９１，４９２，４９３は基板４８上の制御端子４８１、正極端子４８２、負極端子４８３をそれぞれ露出させている。
【００２５】
図１及び図２を参照しながら充電システム１の動作例について説明する。
【００２６】
ステップＳ１では充電装置３の制御部３１は制御端子２５，３３を介してバッテリー２の制御部２３から充電回数（Ｎ）の信号を受ける。
【００２７】
ステップＳ２では充電装置３の制御部３１は制御端子２５，３３を介してバッテリー２の制御部２３からバッテリーセル２１の歪の値（Ｆ）を示した信号を受ける。前記歪の値（Ｆ）は充電の過程でバッテリーセル２１が膨張するときに歪検知部２２ａ，２２ｂにかかる圧力変化が検知されたものである。
【００２８】
ステップＳ３では充電回路３２が制御部２３から供給された充電回数（数値Ｎ）と歪の値（数値Ｆ）とに基づく充電制御信号によって設定した充電電流値の電流をバッテリー２に出力する。
【００２９】
ステップＳ４では充電装置３の制御部３１によってバッテリーセル２１の歪の値が閾値α以下か否かが判断される。
【００３０】
歪の値（Ｆ）が閾値α以下の場合にはステップＳ５に移行する。一方、歪の値（Ｆ）が閾値αを超える場合にはステップＳ６に移行する。すなわち、バッテリーセル２１の歪がバッテリー２の外形に影響を及ぼさない場合、制御部３１は急速充電を行うための充電電流が出力されるように充電回路３２を制御する。一方、バッテリーセル２１の歪がバッテリー２の外形に変化を及ぼす圧力変化に達した時点で充電電流値を低減させ、その後、歪の値が許容範囲に戻るまで継続される。歪の値が許容範囲に入った時点で再び充電電流値が高く設定されて、急速充電に戻る。
【００３１】
ステップＳ５ではバッテリーセル２１において所定の充電量が充電されたと判断されるとバッテリー２の充電スイッチ回路２４が通電をＯＦＦに設定されて、充電が完了する。充電が完了しない場合はステップＳ４に戻り充電過程が継続される。
【００３２】
一方、ステップＳ４で歪の値（Ｆ）が閾値αを越えた判断された場合にはステップＳ６に移行する。ステップＳ６では充電装置３の制御部３１が現状の歪の値（Ｆ）に基づく充電制御信号を充電回路３２に供給する。そして、この充電制御信号に基づき充電回路３２によって再設定された充電電流値の電流は正極端子３４を介してバッテリー２に出力される。その後、ステップＳ４に戻る。
【００３３】
以上の充電システム１によれば、バッテリーセル２１の歪を直接かつリアルタイムで検知しているので、前記歪に応じた電流制御が適宜に可能となり、充電電流を低減させる時間を短縮できる。そして、このことによりバッテリーセル２１の温度による影響を極力少なくした急速充電を行なうことが可能となる。
【００３４】
特に、充電システム１では充電回数が充電制御に供されているので劣化したバッテリーセル２１に対する急速充電への制御による劣化の進行が防止される。すなわち、バッテリー２の劣化が進んだ場合（充電回数等で規定）、バッテリーセル２１の膨らみが顕著になるため、この物理的変化が検知されることでバッテリーセル２１の劣化の状況を認識できる。これによりバッテリーセル２１の劣化状態に応じた充電を行なうことが可能となりさらなる劣化の進行が防止される。
【００３５】
また、前記歪と共にバッテリーセル２１の温度を充電システム１の充電制御の制御因子に利用できるようにすると、バッテリーセル２１の物理的変化と温度変化に応じた最適且つ急速な充電を可能となり、バッテリーセル２１の劣化の防止をより一層促す。前記温度を検知するための温度検知部は歪検出部２２ａ，２２ｂと同様にバッテリーセル２１の主面や端面に付帯すればよい。制御部３１には前記充電制御を行うための前記温度に対する最適な充電電流値を予め格納するとなおよい。尚、前記温度検知部は精密機器に採用されている既知の温度センサーを適用すればよい。
【００３６】
さらに、歪検知部２２ａ，２２ｂに歪ゲージを適用するとバッテリーセル２１の歪に加えてバッテリー２の落下等の外的な衝撃を検知しながら充電制御が行なえる。このとき、その履歴が制御部２３，３１に記録されるようにすれば、バッテリー２の不良原因の解析に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】発明の一実施形態に係る充電システムのブロック図。
【図２】発明の一実施形態に係る充電システムの動作例を説明したフローチャート。
【図３】発明の一実施形態に係るバッテリーの構成を示した分解図。
【符号の説明】
【００３８】
１…充電システム
２，４…バッテリー
３…充電装置
２２ａ，２２ｂ…歪検出部、２３…制御部、２４…充電スイッチ回路、２５…制御端子、２６…正極端子、２７…負極端子
３１…制御部、３２…充電回路、３３…制御端子、３４…正極端子、３５…負極端子
４０…バッテリーセル、４１ａ，４１ｂ…歪検出部、４２…収納フレーム、４３…封止キャップ、４４…正極タブ、４５…サーミスタ、４６…負極タブ、４７…絶縁シート、４８…基板、４９…フロントキャップ
４０１…正極
４８１…制御端子、４８２…正極端子、４８３…負極端子
４９１，４９２，４９３…開口部
【図１】
2008109742.tif 000003
【図２】
2008109742.tif 000004
【図３】
2008109742.tif 000005