(57)【要約】【課題】リチウム系二次電池を急速充電する。【解決手段】充電電流は予め定める一定の急速充電電流に維持し（Ｓ１）、満充電の判定を端子電圧Ｖ１（Ｓ６）が充電終了電圧Ｖｆ’に達した時点とし（Ｓ７）、その充電終了電圧Ｖｆ’を、予め定められる初期充電終了電圧Ｖｆに、二次電池の温度Ｔ（Ｓ２）から推定した内部抵抗値（Ｓ３）に急速充電電流値を乗算した電圧降下量ＶＤ（Ｓ４）を加算した電圧（Ｓ５）とする。したがって、従来のＣＣ−ＣＶ充電に代わって、過充電となることを防止しつつ、始めから終わりまで一定の大電流を供給し、満充電まで急速充電を行うことができる。【選択図】図３
2008253129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム系二次電池と、
前記リチウム系二次電池を急速充電するための充電電流供給部と、
前記充電電流供給部による充電電流を制御する充電制御部と、
前記リチウム系二次電池の温度を検出する温度検出部と、
前記リチウム系二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記充電制御部における充電終了電圧を設定する設定部とを備え、
前記充電制御部は、
前記充電電流供給部によって前記リチウム系二次電池へ予め定める一定の急速充電電流を供給させて、前記電圧検出部で検出される前記端子電圧が、前記設定部により設定された充電終了電圧になると前記急速充電電流の供給を終了させ、
前記設定部は、
前記温度検出部で検出されたリチウム系二次電池の温度から前記二次電池の内部抵抗値を推定する内部抵抗推定部と、
前記内部抵抗推定部により推定された内部抵抗値および前記急速充電電流値から前記内部抵抗による電圧降下量を推定し、予め設定された基準電圧に前記電圧降下量を加算することにより前記充電終了電圧を算出する終了電圧算出部とを備えること
を特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記基準電圧は、
前記リチウム系二次電池が満充電になったときの開路電圧であること
を特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記リチウム系二次電池は、負極と正極との間に耐熱層を有する非水系電解質二次電池であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記耐熱層は、
樹脂結着剤と無機酸化物フィラーとを含む多孔性保護膜であること
を特徴とする請求項３記載の電子機器。
【請求項５】
前記リチウム系二次電池のＳＯＣを示す情報を取得するＳＯＣ取得部をさらに備え、
前記内部抵抗推定部は、
前記リチウム系二次電池の温度に加えて、前記ＳＯＣ取得部により取得されたＳＯＣを示す情報から、前記内部抵抗値を推定すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項６】
前記内部抵抗推定部は、
前記リチウム系二次電池の温度、及び前記ＳＯＣを示す情報と前記内部抵抗値との対応関係を示すデータテーブルを用いて、前記内部抵抗値を推定すること
を特徴とする請求項５記載の電子機器。
【請求項７】
前記リチウム系二次電池の劣化の程度を示す劣化度を検出する劣化検出部をさらに備え、
前記内部抵抗推定部は、
前記リチウム系二次電池の温度及び前記ＳＯＣを示す情報に加えて、前記劣化検出部により検出された劣化度から、前記内部抵抗値を推定すること
を特徴とする請求項５又は６に記載の電子機器。
【請求項８】
前記劣化検出部は、
前記充電電流供給部から前記リチウム系二次電池へ供給される電流がゼロのときに、前記電圧検出部により検出される端子電圧を開路端子電圧として取得するＯＣＶ取得部と、
前記充電電流供給部から前記リチウム系二次電池へ前記急速充電電流が供給されているときに、前記電圧検出部により検出される端子電圧を閉路端子電圧として取得するＣＣＶ取得部と、
前記ＣＣＶ取得部により取得された閉路端子電圧と前記ＯＣＶ取得部により取得された開路端子電圧との差を、前記急速充電電流値で除することにより、前記リチウム系二次電池の実際の内部抵抗値を実内部抵抗値として算出する実内部抵抗算出部と、
前記内部抵抗推定部によって推定された内部抵抗値と前記実内部抵抗算出部により算出された実内部抵抗値との差異が大きいほど、大きな劣化の程度を示すように前記劣化度を算出する劣化度算出部とを備え、
前記終了電圧算出部は、
前記劣化度算出部により算出された劣化度で示される劣化の程度が大きくなるほど、前記充電終了電圧が低下するように、当該充電終了電圧を補正すること
を特徴とする請求項５又は６記載の電子機器。
【請求項９】
前記ＳＯＣを示す情報は、
前記リチウム系二次電池の端子電圧であること
を特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項１０】
所定の充電終了電圧までリチウム系二次電池を急速充電するための方法において、
予め定める一定の急速充電電流を供給し続けるステップと、
前記二次電池の少なくとも温度を検出するステップと、
検出された温度から前記二次電池の内部抵抗値を推定するステップと、
推定された前記内部抵抗値および前記急速充電電流値から前記内部抵抗による電圧降下量を推定するステップと、
予め設定された基準電圧に前記電圧降下量を加算することにより前記充電終了電圧を算出するステップと
を含むことを特徴とするリチウム系二次電池の急速充電方法。
【請求項１１】
前記リチウム系二次電池は、負極と正極との間に耐熱層を有する非水系電解質二次電池であることを特徴とする請求項１０記載のリチウム系二次電池の急速充電方法。
【請求項１２】
前記リチウム系二次電池の劣化の程度を示す劣化度を検出するステップをさらに備え、
前記内部抵抗値を推定するステップは、前記リチウム系二次電池の温度に加えて、端子電圧および劣化度から前記内部抵抗値を推定することを特徴とする請求項１０又は１１記載のリチウム系二次電池の急速充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム系二次電池を急速充電するための方法およびそれを用いる電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム系二次電池の典型的な従来技術の充電方法としては、たとえば図７に示すようなＣＣＣＶ（定電流定電圧：Constant Current Constant Voltage）充電方式が知られている。ＣＣＣＶ充電方式では、まず、たとえば満充電状態の電池を１時間でＳＯＣ（State Of Charge）が０％になるまで放電可能な電流値を１Ｃとするとき、０．７〜１Ｃ程度の電流で、ＣＣ（定電流）充電を行う。そして、電池の端子電圧が予め定められる充電終了電圧、たとえば４．２Ｖになってからは、その充電終了電圧を維持するように充電電流を減少させてゆくＣＶ（定電圧）充電に切換わるのが標準的である。図７の（ａ）はセル電圧の変化を示すグラフであり、図７（ｂ）は充電電流の変化を示すグラフである。
【０００３】
しかしながら、前記のように４．２Ｖを印加しても、内部抵抗の影響で、実際に充電に寄与する電圧はそれより小さく、一杯（満充電）まで充電できないのが実状である。そこで、典型的な従来技術である特許文献１では、大電流（ＣＣ）充電でセル電圧が或る程度上がると、各セルに並列に設けたスイッチおよび抵抗から成る直列回路の前記スイッチをＯＮする。そして、充電が進むにつれてこのバイパス経路で電流が流れることで、内部抵抗の影響を小さくして、満充電にすることが示されている。一方、特許文献２には、電池パックの電圧が、Ｖf（電池本体の電圧）＋Ｒ（保護素子等の電池本体内以外の抵抗）×Ｉ（充電電流）の電圧に達する毎に、電流Iを減少させてゆくことが示されている。
【特許文献１】特開平１１−２８５１６２号公報
【特許文献２】特開２００５−１８５０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、いずれも充電末期に充電電流を大幅に減少させることで、過充電を防止しつつ、満充電まで充電を行うようになっており、充電時間の短縮が充分でないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、過充電となることを防止しつつ、満充電まで急速充電を行うことができるリチウム系二次電池の急速充電方法および電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電子機器は、リチウム系二次電池と、前記リチウム系二次電池を急速充電するための充電電流供給部と、前記充電電流供給部による充電電流を制御する充電制御部と、前記リチウム系二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記リチウム系二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記充電制御部における充電終了電圧を設定する設定部とを備え、前記充電制御部は、前記充電電流供給部によって前記リチウム系二次電池へ予め定める一定の急速充電電流を供給させて、前記電圧検出部で検出される前記端子電圧が、前記設定部により設定された充電終了電圧になると前記急速充電電流の供給を終了させ、前記設定部は、前記温度検出部で検出されたリチウム系二次電池の温度から前記二次電池の内部抵抗値を推定する内部抵抗推定部と、前記内部抵抗推定部により推定された内部抵抗値および前記急速充電電流値から前記内部抵抗による電圧降下量を推定し、予め設定された基準電圧に前記電圧降下量を加算することにより前記充電終了電圧を算出する終了電圧算出部とを備える。
【０００７】
また、本発明に係るリチウム系二次電池の急速充電方法は、所定の充電終了電圧までリチウム系二次電池を急速充電するための方法において、予め定める一定の急速充電電流を供給し続けるステップと、前記二次電池の少なくとも温度を検出するステップと、検出された温度から前記二次電池の内部抵抗値を推定するステップと、推定された前記内部抵抗値および前記急速充電電流値から前記内部抵抗による電圧降下量を推定するステップと、予め設定された基準電圧に前記電圧降下量を加算することにより前記充電終了電圧を算出するステップとを含む。
【０００８】
この構成によれば、従来は予め定められる充電終了電圧まではＣＣ（定電流）充電を行い、その充電終了電圧となってからはＣＶ（定電圧）充電に切換わるのが標準であったリチウムイオン電池などの二次電池の急速充電方法およびそれを用いる電子機器において、急速充電を実現するにあたって、充電制御部は、充電電流供給部から電池パックに供給する充電電流を予め定める一定の急速充電電流に維持する。
【０００９】
そして、前記充電制御部は、電圧検出部で検出される端子電圧が前記充電終了電圧に達したとき、二次電池が満充電になったと判定して充電電流供給部による急速充電電流の供給を終了させる。その充電終了電圧は、通常、固定値ではなく電池温度や環境温度などに応じて適宜設定されるが、本発明においては、内部抵抗による電圧降下分を考慮して充電終了電圧が設定される。さらにその内部抵抗は、温度による変化（温度が高くなる程小さくなる）が補償される。
【００１０】
具体的には、温度検出部で検出された二次電池の温度に基づいて、設定部は、二次電池の内部抵抗値を推定し、その推定された前記内部抵抗値および予め求められる急速充電電流値から前記内部抵抗による電圧降下量を推定し、予め設定された基準電圧に前記電圧降下量を加算することにより前記充電終了電圧を算出して設定する。
【００１１】
したがって、充電電流が二次電池の内部抵抗に流れることにより生じる電圧降下量相当の電圧だけ、二次電池の端子電圧が基準電圧より高くなるまで充電されることになる結果、二次電池の開路電圧が基準電圧を超えて過充電になることがない。これにより、過充電となることを防止しつつ、始めから終わりまで一定の大電流を供給し、急速充電を行うことができる。また、内部抵抗値は、二次電池の温度に基づいて推定されるので、内部抵抗値を測定するために充電を中断する必要がないので、内部抵抗値を測定するために充電時間が延びるおそれが低減される。
【００１２】
また、前記基準電圧は、前記リチウム系二次電池が満充電になったときの開路電圧であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、リチウム系二次電池は、満充電になるまで一定の充電電流で定電流充電されるので、充電時間を短縮することが可能となる。
【００１４】
また、前記リチウム系二次電池は、負極と正極との間に耐熱層を有する非水系電解質二次電池であることが好ましい。
【００１５】
また、前記耐熱層は、樹脂結着剤と無機酸化物フィラーとを含む多孔性保護膜であることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、負極と正極との間に樹脂結着剤と無機酸化物フィラーとを含む多孔性保護膜などから成る耐熱層を有する非水系電解質二次電池では、万が一、過充電状態となって金属リチウムが樹木状に析出することがあっても、前記耐熱層によって、それが負極と正極との間を短絡してしまうことを防止することができ、前記一定の電流による急速充電に好適である。
【００１７】
特に、リチウム系二次電池が満充電になったときの開路電圧である満充電電圧が、前記基準電圧として設定されている場合、リチウム系二次電池の閉路電圧が満充電電圧を超えて充電されることになるため、満充電電圧で定電圧充電する従来の充電方法より充電電圧が高くなる。しかし、耐熱層を備えることにより、充電電圧が従来の充電方法より高くなっても、充分な安全性を確保することが可能となる。
【００１８】
また、前記リチウム系二次電池のＳＯＣを示す情報を取得するＳＯＣ取得部をさらに備え、前記内部抵抗推定部は、前記リチウム系二次電池の温度に加えて、前記ＳＯＣ取得部により取得されたＳＯＣを示す情報から、前記内部抵抗値を推定することが好ましい。
【００１９】
リチウム系二次電池の内部抵抗値は、温度だけでなく、ＳＯＣにも依存して変化する。そこで、この構成によれば、内部抵抗推定部は、リチウム系二次電池の温度に加えて、ＳＯＣを示す情報を用いてリチウム系二次電池の内部抵抗値を推定することで、内部抵抗値の推定精度を向上することができる。
【００２０】
また、前記内部抵抗推定部は、前記リチウム系二次電池の温度、及び前記ＳＯＣを示す情報と前記内部抵抗値との対応関係を示すデータテーブルを用いて、前記内部抵抗値を推定することが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、内部抵抗推定部は、データテーブルにおいて、温度検出部で検出されたリチウム系二次電池の温度、及びＳＯＣ取得部により取得されたＳＯＣを示す情報と対応付けられている内部抵抗値を参照することにより、リチウム系二次電池の内部抵抗値を推定することができるので、内部抵抗値の推定が容易である。
【００２２】
また、前記リチウム系二次電池の劣化の程度を示す劣化度を検出する劣化検出部をさらに備え、前記内部抵抗推定部は、前記リチウム系二次電池の温度及び前記ＳＯＣを示す情報に加えて、前記劣化検出部により検出された劣化度から、前記内部抵抗値を推定することが好ましい。
【００２３】
リチウム系二次電池の内部抵抗値は、リチウム系二次電池の劣化の程度に応じて変化する。そこで、この構成によれば、内部抵抗推定部は、リチウム系二次電池の温度及びＳＯＣを示す情報に加えて、劣化度を用いてリチウム系二次電池の内部抵抗値を推定することで、内部抵抗値の推定精度を向上することができる。
【００２４】
また、前記劣化検出部は、前記充電電流供給部から前記リチウム系二次電池へ供給される電流がゼロのときに、前記電圧検出部により検出される端子電圧を開路端子電圧として取得するＯＣＶ取得部と、前記充電電流供給部から前記リチウム系二次電池へ前記急速充電電流が供給されているときに、前記電圧検出部により検出される端子電圧を閉路端子電圧として取得するＣＣＶ取得部と、前記ＣＣＶ取得部により取得された閉路端子電圧と前記ＯＣＶ取得部により取得された開路端子電圧との差を、前記急速充電電流値で除することにより、前記リチウム系二次電池の実際の内部抵抗値を実内部抵抗値として算出する実内部抵抗算出部と、前記内部抵抗推定部によって推定された内部抵抗値と前記実内部抵抗算出部により算出された実内部抵抗値との差異が大きいほど、大きな劣化の程度を示すように前記劣化度を算出する劣化度算出部とを備え、前記終了電圧算出部は、前記劣化度算出部により算出された劣化度で示される劣化の程度が大きくなるほど、前記充電終了電圧が低下するように、当該充電終了電圧を補正するようにしてもよい。
【００２５】
この構成によれば、リチウム系二次電池の開路電圧が、ＯＣＶ取得部によって取得され、リチウム系二次電池の閉路電圧が、ＣＣＶ取得部によって取得される。そうすると、開路電圧と閉路電圧との差は内部抵抗における電圧降下で生じているから、実内部抵抗算出部は、閉路端子電圧と開路端子電圧との差を急速充電電流値で除することにより、リチウム系二次電池の実際の内部抵抗値を実内部抵抗値として算出することができる。そして、リチウム系二次電池の劣化が進むほど、内部抵抗値は増大する。
【００２６】
一方、内部抵抗推定部が内部抵抗値を推定する際に用いるパラメータは、劣化を反映しないので、内部抵抗推定部によって推定される内部抵抗値は、劣化していないリチウム系二次電池の内部抵抗値となる。従って、リチウム系二次電池の劣化が進むほど、内部抵抗推定部によって推定される内部抵抗値と実内部抵抗算出部により算出される実内部抵抗値との差異が増大することになる。そこで、劣化度算出部によって、内部抵抗推定部によって推定された内部抵抗値と実内部抵抗算出部により算出された実内部抵抗値との差異が大きいほど、大きな劣化の程度を示すように劣化度が算出される。そして、終了電圧算出部によって、劣化度で示される劣化の程度が大きくなるほど、充電終了電圧が低下するように、当該充電終了電圧が補正される。
【００２７】
リチウム系二次電池は、劣化が進むほど充電電圧が増大したときに劣化が進みやすくなる。従って、もし仮に、リチウム系二次電池の劣化の程度に関わらず一定の端子電圧になるまで充電した場合には、劣化が進んでいる電池ほどさらに劣化の進行が増大し、劣化が加速されることになる。しかしながら、この構成によれば、劣化度で示される劣化の程度が大きくなるほど、充電終了電圧が低下するように、当該充電終了電圧が補正されるので、リチウム系二次電池の劣化が加速されるおそれが低減される。
【００２８】
また、本発明に係るリチウム系二次電池の急速充電方法は、前記リチウム系二次電池の劣化度を検出するステップをさらに備え、前記内部抵抗値を推定するステップは、前記リチウム系二次電池の温度に加えて、端子電圧および劣化度から前記内部抵抗値を推定することが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、たとえば予め格納しておいた３次元テーブルから、温度、端子電圧および劣化度に一致する内部抵抗値を読出したり、一致するデータが無い場合には補間演算によって求めたり、或いは温度に対応した内部抵抗値のデータを端子電圧および劣化度に応じて補正したりして、前記リチウム系二次電池の温度だけでなく、端子電圧および劣化度を考慮して内部抵抗値を求める。
【００３０】
したがって、リチウム系二次電池の内部抵抗値、すなわち充電終了電圧をより正確に求めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のリチウム系二次電池の急速充電方法およびそれを用いる電子機器は、以上のように、従来のＣＣ−ＣＶ充電に代わって、充電電流は予め定める一定の急速充電電流に維持するとともに、端子電圧が充電終了電圧に達したとき、充電を終了する。そして、その充電終了電圧を、二次電池の温度から推定した内部抵抗値に急速充電電流値を乗算した電圧降下量を、予め定められる基準電圧に加算した電圧とする。
【００３２】
それゆえ、過充電となることを防止しつつ、充電の始めから終わりまで一定の大電流を供給し、急速充電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る電子機器の電気的構成を示すブロック図である。この電子機器は、電池パック１に、それを充電する充電器２および図示しない負荷機器を備えて構成される。電池パック１は、図１では充電器２から充電が行われるけれども、該電池パック１が前記負荷機器に装着されて、負荷機器を通して充電が行われてもよい。電池パック１および充電器２は、給電を行う直流ハイ側の端子Ｔ１１，Ｔ２１と、通信信号の端子Ｔ１２，Ｔ２２と、給電および通信信号のためのＧＮＤ端子Ｔ１３，Ｔ２３とによって相互に接続される。前記負荷機器が設けられる場合も、同様の端子が設けられる。
【００３４】
電池パック１内で、端子Ｔ１１から延びる直流ハイ側の充放電経路１１には、充電用と放電用とで、相互に導電形式が異なるＦＥＴ１２，１３が介在されており、その充放電経路１１が二次電池１４のハイ側端子に接続される。二次電池１４のロー側端子は、直流ロー側の充放電経路１５を介してＧＮＤ端子Ｔ１３に接続され、この充放電経路１５には、充電電流および放電電流を電圧値に変換する電流検出抵抗１６が介在されている。
【００３５】
二次電池１４は、１または複数のセルが直並列に接続されて成り、そのセルの温度は温度センサ１７によって検出され、制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。また、各セルの端子間電圧は電圧検出回路２０によって検出され、制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。さらにまた、電流検出抵抗１６によって検出された電流値も、制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。アナログ／デジタル変換器１９は、各入力値をデジタル値に変換して、制御部２１へ出力する。
【００３６】
制御部２１は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路などを備えて構成されている。そして、制御部２１は、所定の制御プログラムを実行することにより、ＳＯＣ取得部として機能する。
【００３７】
そして、制御部２１は、アナログ／デジタル変換器１９からの各入力値に応答して、電流検出抵抗１６によって検出された電流値を積算したり、電圧検出回路２０によって検出された端子電圧をＳＯＣに換算したりすることにより、二次電池１４の残量（ＳＯＣ）を演算する。そして、制御部２１は、通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器２へ、各セルの電圧および温度に、異常の有無を送信する。制御部２１は、正常に充放電が行われているときには、ＦＥＴ１２，１３をＯＮして充放電を可能にし、異常が検出されるとＯＦＦして充放電を禁止する。
【００３８】
充電器２では、前記の温度や異常の有無を制御ＩＣ３０の通信部３２で受信し、充電制御部３１が充電電流供給回路３３を制御して、充電電流を供給させる。充電電流供給回路３３は、ＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどから構成されている。そして、充電電流供給回路３３は、外部から供給された入力電圧を、予め定める電圧値および電流値に変換して、端子Ｔ２１，Ｔ１１；Ｔ２３，Ｔ１３を介して、充放電経路１１，１５へ供給する。
【００３９】
充電制御部３１は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、充電制御部３１は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、内部抵抗推定部及び終了電圧算出部を含む設定部として機能する。
【００４０】
上述のように構成される電子機器において、注目すべきは、以下の点である。すなわち、本実施の形態では、充電制御部３１は、二次電池１４に急速充電を行うにあたって、充電電流供給回路３３によって、予め定める一定の急速充電電流Ｉを供給させつつ、アナログ／デジタル変換器３５を介して、電圧検出回路３４によって検出される端子Ｔ２１（Ｔ１１），Ｔ２３（Ｔ１３）間の電圧Ｖ１をモニタする。そして、電圧Ｖ１が予め定められる充電終了電圧Ｖｆ’となると、充電電流供給回路３３による急速充電電流Ｉの供給を終了させる。
【００４１】
すなわち、注目すべきは、従来のようにＣＣ（定電流）充電の後にＣＶ（定電圧）充電を行うことなく、ＣＣ（定電流）充電のままで充電を終了し、さらにその充電を終了する電圧Ｖｆ’を、温度センサ１７によって検出され、通信部２２，３２を介して入力されるセル温度Ｔに応じて決定することである。
【００４２】
具体的には、充電制御部３１は、図２で示すように、温度Ｔが高くなる程、小さくなる二次電池１４の内部抵抗値Ｒのデータを、例えばＲＯＭ等の不揮発性記憶素子に、データテーブルとして予め記憶している。そして、電池パック１側から温度データが入力されると、充電制御部３１は、それに対応した内部抵抗値Ｒを前記テーブルから読出す。このデータテーブルに該当するデータが無い場合には、前後のデータを補間して求めてもよく、或いは温度Ｔに対する内部抵抗値Ｒの変化を近似する式を格納しておき、温度データが入力される毎に、逐次演算によって内部抵抗値Ｒを求めるようにしてもよい。
【００４３】
そして、充電制御部３１（内部抵抗推定部）は、求められた内部抵抗値Ｒに急速充電電流値Ｉを乗算することで前記内部抵抗による電圧降下量ＶＤを推定する。さらに、充電制御部３１（終了電圧算出部）は、初期充電終了電圧Ｖｆ（基準電圧）に、電圧降下量ＶＤを加算した電圧Ｖｆ’を、充電終了電圧として設定する。
【００４４】
初期充電終了電圧Ｖｆとしては、二次電池１４が満充電になったときの開放電圧（ＯＣＶ）、すなわち満充電電圧が、予め設定されている。
【００４５】
満充電電圧は、二次電池１４がリチウムイオン二次電池の場合、例えば、二次電池１４の負極電位が実質的に０Ｖになったときの、正極電位と負極電位との電位差すなわち二次電池１４の端子電圧が用いられる。満充電電圧は、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いたときに約４．２Ｖ、正極活物質としてマンガン酸リチウムを用いたときに約４．３Ｖとなる。
【００４６】
図３は、充電制御部３１によるそのような充電動作を詳しく説明するためのフローチャートである。充電制御部３１は、先ずステップＳ１では、急速充電電流Ｉの供給を開始させ、ステップＳ２では電池パック１側から温度Ｔのデータを受信する。充電制御部３１は、ステップＳ３では、受信されたデータに対応した内部抵抗値Ｒを前記データテーブルから読出したり、演算したりすることにより求め、ステップＳ４ではＩ×Ｒから内部抵抗による電圧降下量ＶＤを求め、さらにステップＳ５ではＶｆ＋ＶＤから充電終了電圧Ｖｆ’を求める。
【００４７】
続いて、充電制御部３１は、ステップＳ６では実際の端子電圧Ｖ１を検出し、ステップＳ７で、その電圧Ｖ１が充電終了電圧Ｖｆ’以上となっているか否かを判断する。充電制御部３１は、ステップＳ７で、電圧Ｖ１が充電終了電圧Ｖｆ’以上となっていないときにはステップＳ１に戻って大電流Ｉによる充電を継続し、充電終了電圧Ｖｆ’以上となっているときにはステップＳ８に移って、充電電流Ｉの供給を停止するとともに、インジケータなどがある場合には、満充電表示を行う。
【００４８】
したがって、たとえばリチウムイオン二次電池の場合、初期充電終了電圧Ｖｆは、一般には、セル当り４．２Ｖや４．２５Ｖに設定されているのに対して、本実施の形態では、内部抵抗による電圧降下量ＶＤを考慮して、たとえばＩ＝２Ａ、Ｒ＝２５ｍΩの場合で、それが４．２５Ｖや４．３Ｖになる。このように構成することで、過充電となることを防止しつつ、始めから終わりまで一定の大電流Ｉを供給し、満充電まで急速充電を行うことができる。図４に、そのような本実施の形態による充電方法を示す。図７と同様に、図４（ａ）はセル電圧の変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は充電電流の変化を示すグラフである。
【００４９】
また、二次電池１４を、負極と正極との間に樹脂結着剤と無機酸化物フィラーとを含む多孔性保護膜などから成る耐熱層を有する非水系電解質二次電池とすることが好ましい。そのような二次電池は、たとえば特許第３３７１３０１号公報などに示されている。無機酸化物フィラーは、粒径が０．１μｍ〜５０μｍの範囲にあるアルミナ粉末またはＳｉＯ２粉末（シリカ）より選ばれる。また、前記多孔性保護膜の厚みは、０．１μｍ〜２００μｍに設定され、該多孔性保護膜は、樹脂結着剤と無機酸化物フィラーとを含む微粒子スラリーが、負極または正極の表面の少なくとも一方に塗布されて構成されている。
【００５０】
このような構成の二次電池を用いることで、万が一、過充電状態となって金属リチウムが樹木状に析出することがあっても、耐熱層によって、それが負極と正極との間を短絡してしまうことを防止することができるので、上述のような一定の大電流Ｉによる急速充電に特に好適である。
【００５１】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る電子機器における充電動作を詳しく説明するためのフローチャートである。本実施の形態には、前述の図１で示す電子機器の構成を用いることができ、この図５の処理において、前述の図３の処理に類似し、対応する部分には同一のステップ番号付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、前記充電終了電圧Ｖｆ’は、前記内部抵抗値Ｒだけでなく、端子電圧Ｖ１および二次電池１４の実容量Ｗを考慮して決定されることである。前記内部抵抗値Ｒ（ＤＣ−ＩＲ）は、図２で示すように、温度が高くなる程、小さくなるだけでなく、図６で示すように、ＳＯＣ（State  of  Charge）によって変化する。また、内部抵抗値Ｒは、充放電の繰返しによって劣化が進むと、増大する。
【００５２】
したがって、充電制御部３１は、ステップＳ２’において、セル温度Ｔのデータだけでなく、制御部２１が積算しているＳＯＣ（＝端子電圧）のデータ、および制御部２１が管理している充放電の繰返しによって減少した実容量（満充電状態でのＡｈ）Ｗ（＝劣化度）のデータも取込む。そして、充電制御部３１は、ステップＳ３’では、それらのデータの全部をパラメータとして対応する内部抵抗値が格納されたテーブルを読出したり、或いはそれらのデータの幾つかをパラメータとして対応する内部抵抗値が格納されたデータテーブルを読出した後、残りのパラメータで、読出した値を補正して以降に使用する値を作成するなどして、内部抵抗値Ｒが求められる。
【００５３】
このように内部抵抗値Ｒを推定するにあたって、前記セル温度Ｔだけでなく、ＳＯＣ（＝端子電圧）および実容量Ｗ（＝劣化度）も併せて考慮することで、前記内部抵抗値Ｒ、すなわち充電終了電圧Ｖｆ’をより正確に求めることができる。
【００５４】
なお、端子電圧Ｖ１は、電圧検出回路３４によって検出するのではなく、電池パック１側の電圧検出回路２０によって検出されたデータを充電器２側へ送信するようにしてもよい。また、リチウム系二次電池においては、ＳＯＣの増大に伴って、端子電圧Ｖ１が増大するので、ＳＯＣ値は、端子電圧Ｖ１を代用するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態では、電池パック１側にアナログ／デジタル変換器１９を実装し、通信部２２，３２を介して充電器２側の充電制御部３１へ電池温度や電池電圧の情報を送付しているが、充電制御部３１にアナログ／デジタル変換器を実装し、直接読み取ってもよい。さらにまた、上述の実施形態では、電池パック１とは別に充電制御部３１を設けているが、電池パック１に充電制御部３１を一体とした充電制御機能搭載電池パックとしてもよい。
【００５６】
ここで、特開２００５−２６１０２０号公報には、充電のたびに、ＯＣＶ（開放回路電圧），ＣＣＶ（閉回路電圧）の電圧差を求めておくとともに、定電流充電中にその差分の電圧だけ端子電圧が上昇する時間を計測しておき、予め定められる充電終了電圧に達しても、その時点から前記計測した時間だけ充電を継続することで、内部抵抗による影響を受けずに満充電まで急速充電することが示されている。また、この従来技術には、端子電圧が充電終了電圧に達する直前に前記ＯＣＶ，ＣＣＶを測定することで、充電による温度上昇に伴う内部抵抗値の変化に対応することが示されている。
【００５７】
しかしながら、この従来技術では、過充電となることを防止しつつ、満充電まで充電でき、また従来のＣＶ充電をＣＣ充電に切換えて充電時間を短縮することができるけれども、ＯＣＶ測定のために充電電流を流さない期間が必要であり、本実施の形態に比べて充電時間が長くなる。
【００５８】
その点、特開平１０−２１４６４３号公報では、充電電流を振ってみて、前後の電圧、電流値から内部抵抗を測定し、それによる電圧降下分の電圧を充電電圧に加えることが示されている。したがって、前記ＯＣＶ測定のために充電電流を完全に停止する必要は無くなり、或る程度充電時間を短縮できるが、充電電流をＣＣレベルより減少させているので、始めから終わりまで一定の前記ＣＣレベルで充電を行う本実施の形態に比べて、依然として充電時間は長い。
【００５９】
［実施の形態３］
図８は、本発明の実施の形態３に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。図８において、図１に示す電子機器と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に示す電子機器と図１に示す電子機器とでは、下記の点で異なる。すなわち、図８に示す電子機器では、制御部２１ａが、充電制御部２１０、内部抵抗推定部２１１、及び終了電圧算出部２１２として機能する。
【００６０】
また、充電制御部３１ａは、内部抵抗値Ｒの検出や、充電終了電圧の設定、充電終了の判定を行わない。また、端子Ｔ２１と端子Ｔ２３との間には、負荷機器４が接続されている。そして、二次電池４の放電電流や充電電流供給回路３３から出力された電流が、負荷機器４の駆動電流として供給されるようになっている。
【００６１】
図９は、図８に示す電子機器の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下のフローチャートにおいて、同一の動作には同一のステップ番号を付して、その説明を省略する。まず、終了電圧算出部２１２によって、初期充電終了電圧Ｖｆとして、例えば二次電池１４の満充電電圧が初期設定される（ステップＳ１１）。次に、内部抵抗推定部２１１は、電圧検出回路２０で検出された端子電圧Ｖ１を、開路電圧Ｖ１’として取得する（ステップＳ１２）。
【００６２】
次に、内部抵抗推定部２１１は、通信部２２，３２を介して充電制御部３１ａへ、予め設定された電流値Ｉ（急速充電電流）の電流出力を要求する。そうすると、充電制御部３１ａからの制御信号に応じて、充電電流供給回路３３から二次電池１４へ、電流値Ｉの充電電流が供給されて、定電流充電が開始される（ステップＳ１３）。
【００６３】
次に、内部抵抗推定部２１１は、電流検出抵抗１６によって検出された電流値Ｉと、電圧検出回路２０によって検出された端子電圧Ｖ１とを取得する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。そして、下記の式（１）に基づいて、内部抵抗値Ｒ’を算出する（ステップＳ１６）。
【００６４】
Ｒ’＝（Ｖ１−Ｖ１’）／Ｉ  ・・・（１）
【００６５】
次に、終了電圧算出部２１２は、下記の式（２）に基づいて、電圧降下量ＶＤを算出する（ステップＳ１７）。
【００６６】
ＶＤ＝Ｒ’×Ｉ  ・・・（２）
【００６７】
次に、終了電圧算出部２１２は、下記の式（３）に基づいて、充電終了電圧Ｖｆ’を算出し、設定する（ステップＳ１８）。
【００６８】
Ｖｆ’＝Ｖｆ＋ＶＤ  ・・・（３）
【００６９】
次に、充電制御部２１０は、端子電圧Ｖ１と充電終了電圧Ｖｆ’とを比較する（ステップＳ１９）。そして、端子電圧Ｖ１が充電終了電圧Ｖｆ’以上であれば（ステップＳ１９でＹＥＳ）、充電制御部２１０は、充電制御部３１ａへ、充電終了の指示信号を送信する。そうすると、充電制御部３１ａからの制御信号に応じて充電電流供給回路３３は、充電電流の供給を停止し、充電が終了する（ステップＳ２０）。
【００７０】
一方、ステップＳ１９において、端子電圧Ｖ１が充電終了電圧Ｖｆ’に満たなければ（ステップＳ１９でＮＯ）、充電制御部２１０は、１秒の時間待ちを行うと共に時間をカウントするための変数ｔに、１を加算する（ステップＳ２１）。
【００７１】
そして、１秒経過後、充電制御部２１０は、変数ｔと３００とを比較する（ステップＳ２２）。そして、変数ｔが３００に満たず（ステップＳ２２でＮＯ）、５分経過していなければ、再びステップＳ１４〜Ｓ１９を１分毎に繰り返し、充電終了電圧Ｖｆ’を更新しつつ、ステップＳ１９における充電終了判定を実行する。
【００７２】
一方、変数ｔが３００以上となって（ステップＳ２２でＹＥＳ）、５分以上経過した場合、充電制御部２１０は、変数ｔを初期化し（ステップＳ２３）、充電制御部３１ａへ、充電電流をゼロにすべき旨の指示信号を送信する。そうすると、充電制御部３１ａからの制御信号に応じて充電電流供給回路３３は、充電電流の供給を停止する（ステップＳ２４）。そして、再びステップＳ１２〜Ｓ１９を繰り返し、開路電圧Ｖ１’を測定し直すことで、例えば温度環境の変化などによる開路電圧Ｖ１’の変化を補正しつつ、充電終了電圧Ｖｆ’を更新し、ステップＳ１９における充電終了判定を実行する。
【００７３】
［実施の形態４］
図１０は、本発明の実施の形態４に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。図１０において、図１、図８に示す電子機器と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１０に示す電子機器と図８に示す電子機器とでは、下記の点で異なる。すなわち、図１０に示す電子機器では、制御部２１ｂが、さらに、ＳＯＣ取得部２１３、及び劣化検出部２１４として機能する。また、劣化検出部２１４は、ＯＣＶ取得部、ＣＣＶ取得部、及び実内部抵抗算出部として機能する。さらに、内部抵抗推定部２１１ｂ、及び終了電圧算出部２１２ｂの動作が異なる。また、制御部２１ｂは、二次電池１４の温度Ｔ、及びＳＯＣと、二次電池１４の内部抵抗値Ｒとの対応関係を示すデータテーブルが予め記憶されたＲＯＭ等の不揮発性記憶素子を備えている。
【００７４】
その他の構成は図９に示す電子機器と同様であるのでその説明を省略し、図１０に示す電子機器の特徴的な動作について説明する。図１１、図１２、図１３は、図１０に示す電子機器の動作の一例を示すフローチャートである。
【００７５】
まず、図８に示すフローチャートと同様、ステップＳ１１〜Ｓ１３が実行された後、劣化検出部２１４（実内部抵抗算出部）によって、二次電池１４の実際の内部抵抗値である実内部抵抗値Ｒ’が検出される。図１２は、実内部抵抗値Ｒ’の検出動作の一例を示すフローチャートである。
【００７６】
劣化検出部２１４は、電流検出抵抗１６によって検出された電流値Ｉを取得する（ステップＳ３１）。また、劣化検出部２１４（ＣＣＶ取得部）は、電圧検出回路２０によって検出された端子電圧Ｖ１を閉路端子電圧として取得する（ステップＳ３２）。また、劣化検出部２１４（ＯＣＶ取得部）は、ステップＳ１２において検出された開路電圧Ｖ１’を、開路端子電圧として取得する。
【００７７】
そして、劣化検出部２１４（実内部抵抗算出部）は、下記の式（４）に基づいて、内部抵抗値Ｒ’を算出し、実内部抵抗値Ｒ’の検出動作を終了する（ステップＳ３３）。
【００７８】
Ｒ’＝（Ｖ１−Ｖ１’）／Ｉ  ・・・（４）
【００７９】
次に、図１１に戻って劣化係数Ｐが算出される（ステップＳ４０）。図１３は、劣化係数Ｐの算出動作の一例を示すフローチャートである。まず、温度センサ１７によって、二次電池１４の温度Ｔが検出される（ステップＳ４１）。次に、ＳＯＣ取得部２１３によって、二次電池１４のＳＯＣが算出される（ステップＳ４２）。
【００８０】
ＳＯＣ取得部２１３は、例えば、電流検出抵抗１６で検出される充放電電流を常時積算することにより、二次電池１４のＳＯＣを算出してもよく、電圧検出回路２０で検出される二次電池１４の端子電圧Ｖ１をＳＯＣに換算することで、ＳＯＣを算出してもよい。
【００８１】
次に、内部抵抗推定部２１１ｂによって、例えばＲＯＭに記憶されているデータテーブルによって、ステップＳ４１，Ｓ４２において取得された温度Ｔ及びＳＯＣと対応付けられている内部抵抗値Ｒが取得される（ステップＳ４３）。
【００８２】
そうすると、内部抵抗値Ｒは、二次電池１４が劣化していないときの内部抵抗値に相当するから、二次電池１４の劣化が進むほど、内部抵抗値Ｒと実内部抵抗値Ｒ’との差異が増大することになる。
【００８３】
そこで、劣化度算出部２１４によって、内部抵抗値Ｒと実内部抵抗値Ｒ’との差異が大きいほど、例えばＲ／Ｒ’が小さくなるほど、大きな劣化の程度を示すように劣化度Ｐが算出される（ステップＳ４４）。
【００８４】
具体的には、劣化度Ｐは、例えば予め設定された関数やデータテーブルを用いて、”１”以下の数値であって、かつＲ／Ｒ’が小さくなるほど値が小さくなるように、取得される。
【００８５】
次に、図１１に戻って、終了電圧算出部２１２ｂによって、下記の式（５）に基づいて、充電終了電圧Ｖｆ’が算出される（ステップＳ５０）。
【００８６】
Ｖｆ’＝Ｐ×Ｖｆ＋ＶＤ  ・・・（５）
【００８７】
これにより、充電終了電圧Ｖｆ’は、劣化度Ｐで示される劣化の程度が大きくなるほど、充電終了電圧が低下するように、補正される。
【００８８】
リチウム系二次電池は、劣化が進むほど充電電圧が増大したときに劣化が進みやすくなる。従って、もし仮に、リチウム系二次電池の劣化の程度に関わらず一定の端子電圧になるまで充電した場合には、劣化が進んでいる電池ほどさらに劣化の進行が増大し、劣化が加速されることになる。しかしながら、図１０に示す電子機器によれば、劣化度Ｐで示される劣化の程度が大きくなるほど、充電終了電圧Ｖｆ’が低下するように、当該充電終了電圧Ｖｆ’が補正されるので、二次電池１４の劣化が加速されるおそれが低減される。
【００８９】
以下、ステップＳ１９〜Ｓ２４の動作は図９に示すフローチャートと同様であるのでその説明を省略する。
【００９０】
なお、例えば図１４に示すように、ＳＯＣ取得部２１３、劣化検出部２１４、内部抵抗推定部２１１（２１１ｂ）、及び終了電圧算出部２１２（２１２ｂ）の少なくとも一部を、充電器２ｃが備える構成としてもよい。
【００９１】
リチウム系二次電池を充電するにあたって、従来のＣＣ−ＣＶ充電に代わって、充電電流を予め定める一定の急速充電電流に維持するとともに、満充電の判定を端子電圧が充電終了電圧に達した時点とし、その充電終了電圧を、予め定められる充電終了電圧に、二次電池の温度から推定した内部抵抗値に急速充電電流値を乗算して得られる電圧降下量を加算した電圧とするので、過充電となることを防止しつつ、始めから終わりまで一定の大電流を供給し、満充電まで急速充電を行うことができ、前記リチウム系二次電池の急速充電に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電子機器の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】負極と正極との間に樹脂結着剤と無機酸化物フィラーとを含む多孔性保護膜から成る耐熱層を有する非水系電解質二次電池の温度変化に対する内部抵抗値の変化を説明するためのグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電子機器における充電動作を詳しく説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る充電方法を説明するためのグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電子機器における充電動作を詳しく説明するためのフローチャートである。
【図６】ＳＯＣ変化に対する内部抵抗値の変化を示すグラフである。
【図７】典型的な従来技術の充電方法を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の実施の形態３に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図８に示す電子機器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す電子機器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１０に示す電子機器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１０に示す電子機器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図８、図１０に示す電子機器の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９３】
１    電池パック
２    充電器
１１，１５    充放電経路
１２，１３    ＦＥＴ
１４    二次電池
１６    電流検出抵抗
１７    温度センサ
１８，３０    制御ＩＣ
１９，３５    アナログ／デジタル変換器
２０，３４    電圧検出回路
２１    制御部
２２，３２    通信部
３１    充電制御部
３３    充電電流供給回路
【図１】
2008253129.tif 000003
【図２】
2008253129.tif 000004
【図３】
2008253129.tif 000005
【図４】
2008253129.tif 000006
【図５】
2008253129.tif 000007
【図６】
2008253129.tif 000008
【図７】
2008253129.tif 000009
【図８】
2008253129.tif 000010
【図９】
2008253129.tif 000011
【図１０】
2008253129.tif 000012
【図１１】
2008253129.tif 000013
【図１２】
2008253129.tif 000014
【図１３】
2008253129.tif 000015
【図１４】
2008253129.tif 000016