(57)【要約】【課題】劣化が進んでいる二次電池の劣化を促進することなく、各二次電池の端子電圧の差を縮小し、組電池の電池容量を有効活用することができる充電システム、電池パック、及びその充電方法を提供する。【解決手段】二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧α１，α２，α３が、所定の判定条件を満たした場合に充電状態に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部２１４と、不均衡検出部２１４によって不均衡が生じていると判定された場合、二次電池１４１，１４２，１４３のうち、端子電圧が最大の二次電池への充電電流の供給を停止させると共に、端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへの、充電電流の供給を行う補充電制御部２１５とを備えた。【選択図】図１
2008125158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池が直列接続された組電池と、
前記組電池に、充電用の電流を供給する充電電流供給部と、
前記複数の二次電池の端子電圧を、それぞれ検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たした場合に前記複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部と、
前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへの、前記充電電流供給部による電流の供給を行わせる補充電制御部と
を備えることを特徴とする充電システム。
【請求項２】
前記充電電流供給部から、予め設定された一定の電流を前記組電池に供給させることにより、定電流充電を実行させる定電流充電部をさらに備え、
前記不均衡検出部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となる条件を、前記判定条件として前記判定を行い、
前記補充電制御部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記端子電圧が最大の二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、当該端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池へ、前記複数の二次電池の端子電圧が一致するまで前記充電電流供給部により電流を供給させること
を特徴とする請求項１記載の充電システム。
【請求項３】
前記不均衡検出部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となった場合であって、さらに前記端子電圧の最大値が予め設定された閾値電圧以上となる条件を、前記判定条件として前記判定を行うこと
を特徴とする請求項２記載の充電システム。
【請求項４】
前記充電電流供給部から、予め設定された一定の電流を前記組電池に供給させることにより、定電流充電を実行させる定電流充電部をさらに備え、
前記不均衡検出部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値が、前記二次電池一つあたりの充電電圧の目標値である目標電圧値を超える条件を、前記判定条件として前記判定を行い、
前記補充電制御部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記端子電圧が最大の二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、当該端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池へ、当該他の二次電池の端子電圧が前記目標電圧値に達するまで前記充電電流供給部により電流を供給させること
を特徴とする請求項１記載の充電システム。
【請求項５】
前記各二次電池に、予め設定された一定の終止電圧が印加されるように、前記充電電流供給部によって前記充電用の電流を供給させることにより定電圧充電を実行する定電圧充電部をさらに備え、
前記不均衡検出部は、前記定電圧充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となる条件を、前記判定条件として前記判定を行い、
前記補充電制御部は、前記定電圧充電の実行期間中に、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧を超えている二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧以下である二次電池への、前記定電圧充電部による定電圧充電を継続させること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項６】
前記各二次電池に、それぞれ予め設定された一定の終止電圧が印加されるように、前記充電電流供給部によって前記充電用の電流を供給させることにより定電圧充電を実行する定電圧充電部をさらに備え、
前記不均衡検出部は、前記定電圧充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値が、前記二次電池一つあたりの充電電圧の目標値である目標電圧値を超える条件を、前記判定条件として前記判定を行い、
前記補充電制御部は、前記定電圧充電の実行期間中に、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧を超えている二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧以下である二次電池への、前記定電圧充電部による定電圧充電を継続させること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項７】
前記組電池に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記定電圧充電部は、前記電流検出部により検出された電流が、予め設定された満充電判定電流以下になった場合、前記定電圧充電部による定電圧充電を停止させ、
前記補充電制御部は、さらに、前記定電圧充電が停止された後、前記複数の二次電池のうち前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧に満たない二次電池へ、前記充電電流供給部によって、前記充電用の電流を供給させること
を特徴とする請求項５又は６記載の充電システム。
【請求項８】
前記不均衡検出部は、前記判定条件が、予め設定された期間、継続して満たされた場合に前記複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定すること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項９】
複数の二次電池が直列接続された組電池と、
前記組電池を充電するための電流を受電する接続端子と、
前記接続端子により受電された電流を前記複数の二次電池に供給することにより充電する制御部と、
前記複数の二次電池の端子電圧を、それぞれ検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たした場合に前記複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部と、
前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池への、前記充電制御部による電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへの、前記制御部による電流の供給を行わせる補充電制御部と
を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項１０】
複数の二次電池が直列接続された組電池に、充電用の電流を供給して充電する充電工程と、
前記複数の二次電池の端子電圧を、それぞれ検出する電圧検出工程と、
前記複数の二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たした場合に前記複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定する不均衡検出工程と、
前記不均衡検出工程において前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出工程において検出された端子電圧が最大の二次電池への、前記充電用の電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出工程において検出された端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへ、前記充電用の電流を供給する補充電工程と
を備えることを特徴とする充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システム、電池パック、及びその充電方法に関し、特に複数のセルが直列に接続されて成る二次電池の劣化によるセルバランス崩れに対する充電手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、二次電池の充電時における一般的な充電電圧および電流の管理方法を説明するためのグラフである。図８は３個の二次電池、例えばリチウムイオン電池が直列接続された組電池を充電する場合のグラフであり、参照符号α１１，α１２，α１３は、各二次電池の電圧の変化を示し、参照符号β１１は二次電池へ供給される充電電流の変化を示す。また、γ１１は、組電池の充電深度（ＳＯＣ）を示している。
【０００３】
先ず前記電圧についてみれば、充電開始からトリクル充電領域となり、微小な定電流Ｉ１、たとえば５０ｍＡの充電電流が供給され、複数の各二次電池のセル電圧が何れもトリクル充電の終了電圧Ｖｍ、たとえば２．３Ｖに達するまでこのトリクル充電が継続される。
【０００４】
前記セル電圧が終了電圧Ｖｍに達すると、定電流（ＣＣ）充電領域に切換わり、電池パックの充電端子の端子電圧が、セル当り４．２Ｖの予め定める終止電圧Ｖｆに組電池の直列セル数を乗じた電圧（したがって、たとえば３セル直列の場合は、１２．６Ｖ）となるまで、前記充電端子に前記終止電圧Ｖｆ×直列セル数の電圧が印加されるとともに、予め定める定電流Ｉ２、たとえば公称容量値ＮＣを定電流放電して、１時間で放電できるレベルを１Ｃとして、その７０％に、並列セル数Ｐを乗算した充電電流が供給され、定電流（ＣＣ）充電が行われる。
【０００５】
これによって、前記充電端子の端子電圧が終止電圧Ｖｆ×直列セル数となると、定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わり、その終止電圧Ｖｆ×直列セル数を超えないように充電電流値が減少されてゆき、前記充電電流値が温度によって設定される電流値Ｉ３まで低下すると満充電と判定して充電電流の供給が停止される。上述のような充電制御方法は、たとえば特許文献１から読取ることができる。
【０００６】
ところで、二次電池は、劣化すると内部抵抗が増大するため、複数の二次電池を直列接続してその直列回路の両端に充電電圧を印加すると、内部抵抗の大きい二次電池、すなわち劣化している二次電池の端子電圧が劣化していない他の電池より大きくなるため、充電電圧が各二次電池に均等に分圧されなくなる。そのため、上述のように、電池パックの充電端子の端子電圧、すなわち複数の二次電池が直列接続された組電池の端子電圧が終止電圧Ｖｆ×直列セル数（３セル直列の場合は、１２．６Ｖ）になるように充電を行う場合、図８に示すように、劣化している二次電池の端子電圧α１１は、４．２Ｖを超え、劣化していない二次電池の端子電圧α１２，α１３は、４．２Ｖに満たない電圧になってしまう。
【０００７】
このような二次電池のアンバランス状態が生じると、劣化している二次電池には、４．２Ｖを超える電圧が印加されるためにさらに劣化が促進されるという問題があった。
【０００８】
そこで、二次電池のアンバランス状態を解消するために、図８に示すように端子電圧の高い二次電池を放電させて、端子電圧α１１を低下させることにより、他の二次電池の端子電圧α１２，α１３との差を縮小し、二次電池の充電状態をバランスさせる技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平６−７８４７１号公報
【特許文献２】特開２００５−１７６５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のように、端子電圧の高い二次電池を放電させて、他の二次電池の端子電圧との差を縮小する技術では、劣化が進んで電池容量が最も少なくなっている二次電池をさらに放電させることになる。そうすると、最も劣化の進んでいる二次電池の放電回数が増加して充放電サイクル数が増加する結果、最も劣化の進んでいる二次電池の劣化をさらに促進してしまうという不都合があった。
【００１０】
また、アンバランス解消のための放電を行っていなくても、使用による放電によって最も劣化している二次電池が他の二次電池より早く電圧低下するところ、さらに充電の際に劣化している二次電池を放電させることになるので、ますます劣化している二次電池の電圧低下が他の二次電池より早くなり、劣化している二次電池の劣化をさらに促進してしまい、ますます複数の二次電池間でのバランスを崩してしまうという不都合があった。
【００１１】
さらに、定電圧充電では、組電池全体の電圧が終止電圧Ｖｆ×直列セル数（３セル直列の場合は、１２．６Ｖ）になるように充電が行われるので、劣化した二次電池の端子電圧α１１が４．２Ｖを超えると、劣化していない他の二次電池の端子電圧α１２，α１３は４．２Ｖに達しない。そのため、図８に示すように、定電圧充電の終了時には、劣化していない二次電池の端子電圧α１２，α１３が４．２Ｖに満たないために、組電池のＳＯＣは１００％に達せず、例えば９７％程度になっている。さらに、劣化した二次電池を放電させて端子電圧α１１を低下させるので、組電池のＳＯＣはさらに低下し、例えば９６％程度になってしまう。このように、端子電圧の高い二次電池を放電させて他の二次電池の端子電圧との差を縮小する技術では、組電池の電池容量を有効活用できないという不都合があった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、劣化が進んでいる二次電池の劣化を促進することなく、各二次電池の端子電圧の差を縮小し、組電池の電池容量を有効活用することができる充電システム、電池パック、及びその充電方法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】
【００１３】
本発明に係る充電システムは、複数の二次電池が直列接続された組電池と、前記組電池に、充電用の電流を供給する充電電流供給部と、前記複数の二次電池の端子電圧を、それぞれ検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たした場合に前記複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部と、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへの、前記充電電流供給部による電流の供給を行わせる補充電制御部とを備える。
【００１４】
この構成によれば、充電電流供給部により供給された充電用の電流によって、直列接続された複数の二次電池が充電される。そして、各二次電池の端子電圧が、電圧検出部によってそれぞれ検出される。そうすると、仮に各二次電池の劣化の程度に差異があれば、充電が進むにつれて各二次電池の端子電圧に差異が生じる不均衡状態が生じることとなる。そこで、不均衡検出部によって、電圧検出部により検出された各二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たすか否かが確認され、当該判定条件を満たしていれば、複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定される。そして、不均衡検出部によって不均衡が生じていると判定された場合、補充電制御部によって、複数の二次電池のうち、電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池、すなわち最も劣化が進んでいると考えられる二次電池への電流の供給が停止されると共に、電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへ電流が供給されて充電されることで端子電圧が上昇される。これにより、最も劣化が進んでいると考えられる二次電池を放電させることなく、従って劣化が進んでいる二次電池の劣化をさらに促進することなく、組電池に含まれる二次電池の端子電圧の差を縮小することができる。そして、端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池、すなわちまだ満充電に達していないと考えられる二次電池のうち少なくとも一つをさらに充電することができるので、組電池の電池容量を有効活用することができる。
【００１５】
また、前記充電電流供給部から、予め設定された一定の電流を前記組電池に供給させることにより、定電流充電を実行させる定電流充電部をさらに備え、前記不均衡検出部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となる条件を、前記判定条件として前記判定を行い、前記補充電制御部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記端子電圧が最大の二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、当該端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池へ、前記複数の二次電池の端子電圧が一致するまで前記充電電流供給部により電流を供給させることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、定電流充電部が、充電電流供給部から一定の電流を組電池に供給させることによって定電流充電が実行される。また、定電流充電の実行期間中に、電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上になると、不均衡検出部によって、不均衡が生じていると判定される。そして、不均衡検出部によって不均衡が生じていると判定されると、補充電制御部によって、端子電圧が最大の二次電池、すなわち最も劣化が進んでいると考えられる二次電池への電流の供給が停止されると共に、当該端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池へ、前記複数の二次電池の端子電圧が一致するまで充電電流供給部により電流が供給されて充電され、端子電圧が上昇される。これにより、最も劣化が進んでいると考えられる二次電池を放電させることなく、従って劣化が進んでいる二次電池の劣化をさらに促進することなく、定電流充電の実行期間中に、組電池に含まれる二次電池の端子電圧の差を縮小することができる。そうすると、定電流充電の実行途中であっても、不均衡が生じて各二次電池の端子電圧の最大値と最小値との差が差分判定値以上になると、二次電池の端子電圧の差が縮小されるので、仮にユーザが定電流充電による組電池の充電が終了する前に充電を中断させた場合であっても、二次電池の不均衡を低減することができる。
【００１７】
また、前記不均衡検出部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となった場合であって、さらに前記端子電圧の最大値が予め設定された閾値電圧以上となる条件を、前記判定条件として前記判定を行うことが好ましい。
【００１８】
二次電池は、充電深度が浅いと各二次電池の容量差による端子電圧のバラツキが増大する傾向がある。そのため、充電深度が浅い場合には、各二次電池の端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となる条件のみで不均衡が生じていると判定すると、各二次電池の容量差による端子電圧のバラツキを誤って不均衡が生じていると判定してしまうおそれがある。そこで、不均衡検出部は、定電流充電の実行期間中に、電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となり、かつ端子電圧の最大値が予め設定された閾値電圧以上となり、すなわち充電がある程度進んで各二次電池の容量差による端子電圧のバラツキが低減された状態になっている場合に、不均衡が生じていると判定することで、各二次電池の容量差による端子電圧のバラツキを誤って不均衡が生じていると判定してしまうおそれを低減することができる。
【００１９】
また、前記充電電流供給部から、予め設定された一定の電流を前記組電池に供給させることにより、定電流充電を実行させる定電流充電部をさらに備え、前記不均衡検出部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値が、前記二次電池一つあたりの充電電圧の目標値である目標電圧値を超える条件を、前記判定条件として前記判定を行い、前記補充電制御部は、前記定電流充電の実行期間中に、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記端子電圧が最大の二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、当該端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池へ、当該他の二次電池の端子電圧が前記目標電圧値に達するまで前記充電電流供給部により電流を供給させるようにしてもよい。
【００２０】
この構成によれば、定電流充電部が、充電電流供給部から一定の電流を組電池に供給させることによって定電流充電が実行される。また、定電流充電の実行期間中に、電圧検出部により検出される端子電圧の最大値が、二次電池一つあたりの充電電圧の目標値である目標電圧値を超えた場合に不均衡検出部によって、不均衡が生じていると判定される。そして、不均衡検出部によって不均衡が生じていると判定されると、補充電制御部によって、端子電圧が最大の二次電池への充電電流の供給が停止されると共に、当該端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池へ、当該他の二次電池の端子電圧が前記目標電圧値に達するまで電流が供給されて充電される。この場合、各二次電池の端子電圧の差が小さく、上述のように、各二次電池の端子電圧の最大値と最小値との差が差分判定値以上になっていない場合であっても、各二次電池の端子電圧の最大値が目標電圧値を超えた場合に当該端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池にのみ、端子電圧が目標電圧値に達するまで電流が供給されて充電される結果、各二次電池の端子電圧の最大値と最小値との差が差分判定値に満たない場合であっても、各二次電池の端子電圧の差を縮小することができる。
【００２１】
また、前記各二次電池に、予め設定された一定の終止電圧が印加されるように、前記充電電流供給部によって前記充電用の電流を供給させることにより定電圧充電を実行する定電圧充電部をさらに備え、前記不均衡検出部は、前記定電圧充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となる条件を、前記判定条件として前記判定を行い、前記補充電制御部は、前記定電圧充電の実行期間中に、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧を超えている二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧以下である二次電池への、前記定電圧充電部による定電圧充電を継続させることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、定電圧充電部によって、各二次電池にそれぞれ予め設定された終止電圧が印加されるように一定の電圧が印加されることにより、定電圧充電が実行される。また、定電圧充電の実行期間中に、電圧検出部により検出される端子電圧の最大値と最小値との差が、予め設定された差分判定値以上となった場合に、不均衡検出部によって不均衡が生じていると判定され、補充電制御部によって、複数の二次電池のうち、電圧検出部により検出された端子電圧が終止電圧を超えている二次電池への、充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、電圧検出部により検出された端子電圧が終止電圧以下である二次電池への、定電圧充電部による定電圧充電が継続されるので、定電圧充電の実行途中であっても、不均衡が生じて各二次電池の端子電圧の最大値と最小値との差が差分判定値以上になると、二次電池の端子電圧の差が縮小される結果、仮にユーザが定電流充電による組電池の充電が終了する前に充電を中断させた場合であっても、二次電池の不均衡を低減することができる。
【００２３】
また、前記各二次電池に、それぞれ予め設定された一定の終止電圧が印加されるように、前記充電電流供給部によって前記充電用の電流を供給させることにより定電圧充電を実行する定電圧充電部をさらに備え、前記不均衡検出部は、前記定電圧充電の実行期間中に、前記電圧検出部により検出される端子電圧の最大値が、前記二次電池一つあたりの充電電圧の目標値である目標電圧値を超える条件を、前記判定条件として前記判定を行い、前記補充電制御部は、前記定電圧充電の実行期間中に、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧を超えている二次電池への、前記充電電流供給部による電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧以下である二次電池への、前記定電圧充電部による定電圧充電を継続させるようにしてもよい。
【００２４】
この構成によれば、定電圧充電部によって、各二次電池にそれぞれ予め設定された終止電圧が印加されるように一定の電圧が印加されることにより、定電圧充電が実行される。また、定電圧充電の実行期間中に、電圧検出部により検出される端子電圧の最大値が、二次電池一つあたりの充電電圧の目標値である目標電圧値を超えた場合に不均衡検出部によって、不均衡が生じていると判定される。そして、不均衡検出部によって不均衡が生じていると判定されると、補充電制御部によって、端子電圧が終止電圧を超えている二次電池への電流の供給が停止されて充電が停止されると共に、端子電圧が終止電圧以下である二次電池への定電圧充電が継続される。この場合、各二次電池の端子電圧の差が小さく、上述のように、各二次電池の端子電圧の最大値と最小値との差が差分判定値以上になっていない場合であっても、各二次電池の端子電圧の最大値が目標電圧値を超えた場合に端子電圧が終止電圧以下である二次電池にのみ、定電圧充電が継続される結果、各二次電池の端子電圧の最大値と最小値との差が差分判定値に満たない場合であっても、各二次電池の端子電圧の差を縮小することができる。
【００２５】
また、前記組電池に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、前記定電圧充電部は、前記電流検出部により検出された電流が、予め設定された満充電判定電流以下になった場合、前記定電圧充電部による定電圧充電を停止させ、前記補充電制御部は、さらに、前記定電圧充電が停止された後、前記複数の二次電池のうち前記電圧検出部により検出された端子電圧が前記終止電圧に満たない二次電池へ、前記充電電流供給部によって、前記充電用の電流を供給させることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、定電圧充電部によって、組電池に流れる電流が満充電判定電流以下になった場合、定電圧充電が停止される。そして、定電圧充電が停止された後、補充電制御部によって、複数の二次電池のうち端子電圧が終止電圧に満たない二次電池へ、充電電流供給部により充電用の電流が供給されて充電が行われるので、定電圧充電の終了後に、端子電圧が終止電圧に満たず、従ってまだ満充電になっていないと考えられる二次電池を充電して端子電圧を上昇させることができる結果、組電池に含まれる二次電池の端子電圧の差を縮小しつつ、組電池の電池容量を有効活用することができる。
【００２７】
また、前記不均衡検出部は、前記判定条件が、予め設定された期間、継続して満たされた場合に前記複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定することが好ましい。この構成によれば、不均衡検出部によって、前記判定条件が予め設定された期間、継続して満たされた場合に複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定されるので、電源環境の変動やノイズによって誤って不均衡が生じていると判定されるおそれを低減することができる。
【００２８】
また、本発明に係る電池パックは、複数の二次電池が直列接続された組電池と、前記組電池を充電するための電流を受電する接続端子と、前記接続端子により受電された電流を前記複数の二次電池に供給することにより充電する制御部と、前記複数の二次電池の端子電圧を、それぞれ検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たした場合に前記複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定する不均衡検出部と、前記不均衡検出部によって前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池への、前記充電制御部による電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへの、前記制御部による電流の供給を行わせる補充電制御部とを備える。
【００２９】
この構成によれば、電池パックの外部から接続端子により受電された電流によって、直列接続された複数の二次電池が充電される。そして、各二次電池の端子電圧が、電圧検出部によってそれぞれ検出される。そうすると、仮に各二次電池の劣化の程度に差異があれば、充電が進むにつれて各二次電池の端子電圧に差異が生じる不均衡状態が生じることとなる。そこで、不均衡検出部によって、電圧検出部により検出された各二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たすか否かが確認され、当該判定条件を満たしていれば、複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定される。そして、不均衡検出部によって不均衡が生じていると判定された場合、補充電制御部によって、複数の二次電池のうち、電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池、すなわち最も劣化が進んでいると考えられる二次電池への電流の供給が停止されると共に、電圧検出部により検出された端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへ電流が供給されて充電されることで端子電圧が上昇される。これにより、最も劣化が進んでいると考えられる二次電池を放電させることなく、従って劣化が進んでいる二次電池の劣化をさらに促進することなく、組電池に含まれる二次電池の端子電圧の差を縮小することができる。そして、端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池、すなわちまだ満充電に達していないと考えられる二次電池のうち少なくとも一つをさらに充電することができるので、組電池の電池容量を有効活用することができる。
【００３０】
また、本発明に係る充電方法は、複数の二次電池が直列接続された組電池に、充電用の電流を供給して充電する充電工程と、前記複数の二次電池の端子電圧を、それぞれ検出する電圧検出工程と、前記複数の二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たした場合に前記複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定する不均衡検出工程と、前記不均衡検出工程において前記不均衡が生じていると判定された場合、前記複数の二次電池のうち、前記電圧検出工程において検出された端子電圧が最大の二次電池への、前記充電用の電流の供給を停止させると共に、前記電圧検出工程において検出された端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへ、前記充電用の電流を供給する補充電工程とを備える。
【００３１】
この構成によれば、直列接続された複数の二次電池が、充電用の電流によって充電される。そして、各二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たしていれば、複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定され、複数の二次電池のうち、端子電圧が最大の二次電池、すなわち最も劣化が進んでいると考えられる二次電池への電流の供給が停止されると共に、端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへ電流が供給されて充電されることで端子電圧が上昇される。これにより、最も劣化が進んでいると考えられる二次電池を放電させることなく、従って劣化が進んでいる二次電池の劣化をさらに促進することなく、組電池に含まれる二次電池の端子電圧の差を縮小することができる。そして、端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池、すなわちまだ満充電に達していないと考えられる二次電池のうち少なくとも一つをさらに充電することができるので、組電池の電池容量を有効活用することができる。
【発明の効果】
【００３２】
このような構成の充電システム、電池パック、及び充電方法によれば、直列接続された複数の二次電池が、充電用の電流によって充電される。そして、各二次電池の端子電圧が、予め設定された所定の判定条件を満たしていれば、複数の二次電池における充電状態に不均衡が生じていると判定され、複数の二次電池のうち、端子電圧が最大の二次電池、すなわち最も劣化が進んでいると考えられる二次電池への電流の供給が停止されると共に、端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一つへ電流が供給されて充電されることで端子電圧が上昇される。これにより、最も劣化が進んでいると考えられる二次電池を放電させることなく、従って劣化が進んでいる二次電池の劣化をさらに促進することなく、組電池に含まれる二次電池の端子電圧の差を縮小することができる。そして、端子電圧が最大の二次電池を除く他の二次電池、すなわちまだ満充電に達していないと考えられる二次電池のうち少なくとも一つをさらに充電することができるので、組電池の電池容量を有効活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の実施の一形態に係る充電方法を用いる充電システムの構成の一例を示すブロック図である。この充電システムは、電池パック２に、それを充電する充電器３を備えて構成されるが、電池パック２から給電が行われる図示しない負荷機器をさらに含めて電子機器システムが構成されてもよい。その場合、電池パック２は、図１では充電器３から充電が行われるけれども、該電池パック２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２および充電器３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】
前記電池パック２内で、前記の端子Ｔ１１から延びる直流ハイ側の充電経路１１には、充電用と放電用とで、相互に導電形式が異なるＦＥＴ（Field Effect Transistor）１２，１３が介在されており、その充電経路１１が組電池１４のハイ側端子に接続される。前記組電池１４のロー側端子は、直流ロー側の充電経路１５を介して前記ＧＮＤ端子Ｔ１３に接続され、この充電経路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（電流検出部）が介在されている。
【００３５】
前記組電池１４は、直列に接続された複数の二次電池１４１，１４２，１４３を備え、各二次電池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、複数の二次電池１４１，１４２，１４３の各端子電圧α１，α２，α３は電圧検出回路２０（電圧検出部）によってそれぞれ読取られ、前記制御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、前記電流検出抵抗１６によって検出された電流値も、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。前記アナログ／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】
図２は、組電池１４の詳細な構成の一例を示す回路図である。図２に示す組電池１４は、二次電池１４１と直列用スイッチング素子４１１との直列回路と並列に並列用スイッチング素子４１２が接続された組回路４１と、二次電池１４２と直列用スイッチング素子４２１との直列回路と並列に並列用スイッチング素子４２２が接続された組回路４２と、二次電池１４３と直列用スイッチング素子４３１との直列回路と並列に並列用スイッチング素子４３２が接続された組回路４３とが直列接続されて構成されている。直列用スイッチング素子４１１，４２１，４３１、及び並列用スイッチング素子４１２，４２２，４３２としては、例えばＦＥＴ等の半導体スイッチング素子や、リレースイッチ等を用いることができる。補充電制御部２１５による補充電が行われる場合を除いて、直列用スイッチング素子４１１，４２１，４３１はオンされ、並列用スイッチング素子４１２，４２２，４３２はオフされている。
【００３７】
制御部２１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、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、充放電制御部２１１、定電流充電部２１２、定電圧充電部２１３、不均衡検出部２１４、及び補充電制御部２１５として機能する。
【００３８】
充放電制御部２１１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、充電器３に対して、出力を要求する充電電流の電圧値、電流値を演算し、通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器３へ送信する。また、充放電制御部２１１は、前記アナログ／デジタル変換器１９からの各入力値から、端子Ｔ１１，Ｔ１３間の短絡や充電器３からの異常電流などの電池パック２の外部における異常や、組電池１４の異常な温度上昇などに対して、前記ＦＥＴ１２，１３を遮断するなどの保護動作を行う。
【００３９】
定電流充電部２１２は、充電器３から、予め設定された一定の電流値Ｉ２の電流β１を供給させることにより、定電流充電を実行する。定電圧充電部２１３は、充電器３から、予め設定された一定の終止電圧Ｖｆ（目標電圧値）に直列セル数である３を乗じた電圧を出力させることにより、定電圧充電を実行する。
【００４０】
不均衡検出部２１４は、アナログ／デジタル変換器１９から入力された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧α１，α２，α３が、予め設定された所定の判定条件を満たした場合に二次電池１４１，１４２，１４３における充電状態に不均衡が生じていると判定する。
【００４１】
補充電制御部２１５は、不均衡検出部２１４によって不均衡が生じていると判定された場合、複数の二次電池１４１，１４２，１４３のうち、端子電圧が最大のものを除く他の二次電池を含む前記組回路の、直列用スイッチング素子をオン、並列用スイッチング素子をオフさせると共に、前記他の二次電池を含まない前記組回路の、直列用スイッチング素子をオフ、並列用スイッチング素子をオンさせることにより、端子電圧が最大のものを除く他の二次電池のうち少なくとも一つを充電する。
【００４２】
充電器３では、前記の要求を、制御ＩＣ３０において、通信手段である通信部３２で受信し、充電制御手段である充電制御部３１が充電電流供給手段である充電電流供給回路３３（充電電流供給部）を制御して、前記の電圧値、電流値、およびパルス幅で、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成り、入力電圧を、前記充電制御部３１で指示された電圧値、電流値、およびパルス幅に変換して、端子Ｔ２１，Ｔ１１；Ｔ２３，Ｔ１３を介して、充電経路１１，１５へ供給する。
【００４３】
なお、制御部２１を電池パック２に備える例に限られず、充電器３に制御部２１を備えるようにしてもよい。また、制御部２１を電池パック２と充電器３で分担して備えるようにしてもよい。
【００４４】
そして、電池パック２において、前記直流ハイ側の充電経路１１には、通常（急速）充電用のＦＥＴ１２と並列に、トリクル充電回路２５が設けられている。このトリクル充電回路２５は、限流抵抗２６とＦＥＴ２７との直列回路から成り、充放電制御部２１１は、充電の初期に、放電用のＦＥＴ１３をＯＮしたまま、急速充電用のＦＥＴ１２をＯＦＦし、このトリクル充電用のＦＥＴ２７をＯＮしてトリクル充電を行い、通常充電時および放電時には、前記ＦＥＴ１３をＯＮしたまま、前記ＦＥＴ１２をＯＮし、このＦＥＴ２７をＯＦＦして、通常電流による充放電を行う。
【００４５】
注目すべきは、本実施の形態では、補充電制御部２１５は、不均衡検出部２１４によって不均衡が生じていると判定された場合、端子電圧が最大の二次電池、すなわち最も劣化が進んでいる二次電池を放電させることなく、端子電圧が最大のものを除く他の二次電池のうち少なくとも一つを充電することで、劣化が進んでいる二次電池の劣化を促進することなく、各二次電池の端子電圧の差を縮小することである。
【００４６】
次に、上述のように構成された充電システム１の動作について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る充電方法を用いた充電システム１の動作の一例を示す説明図である。また、図４、図５は、本発明の一実施形態に係る充電方法を用いた充電システム１の動作の一例を示すフローチャートである。トリクル充電から定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）充電に切換わると、ステップＳ１で、定電流充電部２１２によって、充電器３へ、定電流充電用の電流として予め設定された電流値Ｉ２の電流を出力すべき旨の要求が行われ、充電制御部３１からの制御信号に応じて充電電流供給回路３３から電流値Ｉ２の電流β１が組電池１４に供給されて、定電流充電が開始される（タイミングＴ１）。
【００４７】
そうすると、電流値Ｉ２により組電池１４が充電され、組電池１４の充電深度γ１が徐々に増大する。このとき、二次電池１４１，１４２，１４３の劣化の度合いが異なり、例えば二次電池１４１の劣化が最も進んでおり、次いで二次電池１４２，１４３の順に劣化が進んでいるとすると、二次電池１４１の端子電圧α１が最も高くなり、次いで端子電圧α２，α３の順に端子電圧が高くなる。そして、充電が進むにつれて、端子電圧α１，α２，α３の差が増大していく。
【００４８】
次に、不均衡検出部２１４によって、アナログ／デジタル変換器１９で得られた端子電圧α１，α２，α３のうち最大の電圧と予め設定された閾値電圧Ｖ１とが比較され、端子電圧α１，α２，α３のうち最大の電圧が閾値電圧Ｖ１以上であれば、最大の電圧と最小の電圧との差に基づき不均衡の有無を判断するべくステップＳ３へ移行し（ステップＳ２でＹＥＳ）、最大の電圧が閾値電圧Ｖ１に満たなければ（ステップＳ２でＮＯ）最大の電圧と最小の電圧との差に基づく不均衡の判断を行うことなくステップＳ４へ移行する。
【００４９】
端子電圧α１，α２，α３は、電池の放電末期、すなわち低電圧の状態では、容量差による電圧のバラツキが大きくなるため、ある程度充電が進んで容量差による端子電圧α１，α２，α３のバラツキがある程度小さくできる電圧値が、閾値電圧Ｖ１として設定されており、例えば３．８Ｖに設定されている。これにより、ステップＳ２では、端子電圧α１，α２，α３のうち最大の電圧が閾値電圧Ｖ１以上となり、容量差による端子電圧α１，α２，α３のバラツキがある程度抑制された場合にのみ、ステップＳ３へ移行して不均衡の有無を判断するので、ステップＳ３において容量差による端子電圧のバラツキを、電池のバランスが崩れたものとして誤検出するおそれを低減することができる。
【００５０】
次に、不均衡検出部２１４によって、アナログ／デジタル変換器１９で得られた端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧と最小の電圧との差が、予め設定された差分判定値Ｖｄｉｆｆと比較される（ステップＳ３）。差分判定値Ｖｄｉｆｆは、例えば４０ｍＶ程度の電圧に設定されている。この場合、端子電圧α１，α２，α３は、二次電池１４１，１４２，１４３を流れる電流値によって異なるので、差分判定値Ｖｄｉｆｆは、電流値Ｉ２に応じて適宜設定される。
【００５１】
そして、端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧と最小の電圧との差が差分判定値Ｖｄｉｆｆに満たなければ（ステップＳ３でＮＯ）、端子電圧の最大値に基づき不均衡を判定すべくステップＳ４へ移行し、最大の電圧と最小の電圧との差が差分判定値Ｖｄｉｆｆ以上であれば（ステップＳ３でＹＥＳ、タイミングＴ２）、不均衡が生じていると判定されてステップＳ５へ移行する。
【００５２】
なお、ステップＳ３における不均衡の判定処理は、例えば１０秒程度、継続して不均衡が生じていると判定された場合、例えば２秒毎に５回連続して不均衡が生じていると判定された場合に、ステップＳ５へ移行して補充電処理を行うようにしてもよい。これにより、充電中の電流変動に対しての応答速度の違いや測定速度違いに起因して、二次電池のアンバランスを誤検出してしまうおそれを低減することができる。充電中に電流変動が生じる要因としては、例えば充電システム１が、ＡＣアダプタによって電力が供給されるパーソナルコンピュータに内蔵されている場合のように、ＡＣアダプタによって供給される電力が本体負荷によって消費され、電池パック２のフル電流充電ができなくなるような場合、いわゆるフロート充電の場合等がある。
【００５３】
次に、ステップＳ５において、補充電制御部２１５によって、直列用スイッチング素子４１１がオフ、並列用スイッチング素子４１２がオンされて端子電圧が最大である二次電池１４１への電流の供給が停止されると共に、直列用スイッチング素子４２１，４３１がオン、並列用スイッチング素子４２２，４３２がオフされて、端子電圧α２，α３が端子電圧α１と一致するまで二次電池１４２，１４３への電流供給が行われ、二次電池１４２，１４３が充電される。
【００５４】
そうすると、最も劣化が進んでいる二次電池１４１を放電させることなく、二次電池１４２，１４３を充電することで、二次電池１４１の劣化を促進させることなく二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差を縮小することができる。また、定電流充電の実行中に、二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差を縮小することで、充電終了時における二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差が縮小するので、各二次電池の充電深度のバラツキが縮小される結果、組電池の電池容量を有効活用することができる。さらに、定電流充電の実行中に、二次電池１４１，１４２，１４３の不均衡が生じると、補充電制御部２１５によって、二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差が縮小されるので、例えばユーザが電池パック２の充電終了を待たずに定電流充電の途中で電池パック２の充電を中止した場合であっても、二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差を縮小することができる。
【００５５】
以下、最も劣化が進んでいる二次電池を除く他の二次電池のうち少なくとも一部を充電する充電動作を補充電と称する。
【００５６】
次に、補充電制御部２１５によって、直列用スイッチング素子４１１，４２１，４３１がオン、並列用スイッチング素子４１２，４２２，４３２がオフされて、二次電池１４１，１４２，１４３への定電流充電が再開される（ステップＳ６、タイミングＴ３）。
【００５７】
次に、ステップＳ４において、補充電制御部２１５によって、アナログ／デジタル変換器１９で得られた端子電圧α１，α２，α３のうち最大の電圧と、終止電圧Ｖｆとが比較される（ステップＳ４）。そして、端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧が終止電圧Ｖｆ以下であれば（ステップＳ４でＮＯ）、不均衡は生じていないと判定されてステップＳ７へ移行し、端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧が終止電圧Ｖｆを超え、例えば４．２１Ｖ以上であれば（ステップＳ４でＹＥＳ、タイミングＴ４）、不均衡が生じていると判定されてステップＳ８へ移行する。
【００５８】
次に、ステップＳ８において、補充電制御部２１５によって、直列用スイッチング素子４１１がオフ、並列用スイッチング素子４１２がオンされて端子電圧α１が終止電圧Ｖｆに達した二次電池１４１への電流の供給が停止されると共に、直列用スイッチング素子４２１，４３１がオン、並列用スイッチング素子４２２，４３２がオフされて、端子電圧α２，α３が終止電圧Ｖｆに達するまで二次電池１４２，１４３への電流供給が行われ、二次電池１４２，１４３が定電流充電される。
【００５９】
そうすると、最も劣化が進んでいる二次電池１４１を放電させることなく、二次電池１４２，１４３を定電流充電することで、二次電池１４１の劣化を促進させることなく二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差を縮小することができる。また、端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧と最小の電圧との差が、予め設定された差分判定値Ｖｄｉｆｆ以上になっていなくても、定電流充電を終了して定電圧充電に移行する直前に、二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差を縮小することができるので、充電終了時における二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差が縮小されて各二次電池の充電深度のバラツキが縮小される結果、組電池の電池容量を有効活用することができる。さらに、定電流充電を終了して定電圧充電に移行する直前に、補充電制御部２１５によって、二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差が縮小されるので、例えばユーザが電池パック２の充電終了を待たずに定電圧充電の途中で電池パック２の充電を中止した場合であっても、二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差を縮小することができる。
【００６０】
次に、ステップＳ７において、定電流充電部２１２によって、終止電圧Ｖｆと端子電圧α１，α２，α３とが比較され、端子電圧α１，α２，α３のいずれかが終止電圧Ｖｆに達していなければ（ステップＳ７でＮＯ）再びステップＳ１〜Ｓ８を繰り返し、端子電圧α１，α２，α３がすべて終止電圧Ｖｆ以上であれば定電圧充電に移行するべくステップＳ９へ移行する。
【００６１】
次に、ステップＳ９において、定電圧充電部２１３によって、充電器３へ、終止電圧Ｖｆに二次電池の数を乗じた電圧を出力すべき旨の要求が行われ、充電制御部３１からの制御信号に応じて充電電流供給回路３３から終止電圧Ｖｆ×３の電圧が出力されて、定電圧充電が開始される（タイミングＴ５）。
【００６２】
そうすると、組電池１４の両端に終止電圧Ｖｆ×３の電圧が印加されて、充電電流β１が徐々に低下しつつ組電池１４の充電深度γ１が徐々に増大する。このとき、二次電池１４１，１４２，１４３の劣化の度合いが異なり、例えば二次電池１４１の劣化が最も進んでおり、次いで二次電池１４２，１４３の順に劣化が進んでいるとすると、二次電池１４１の端子電圧α１が最も高くなり、次いで端子電圧α２，α３の順に端子電圧が高くなる結果、再び端子電圧α１，α２，α３の間に差異が生じる。この場合、端子電圧α１，α２，α３の合計電圧は終止電圧Ｖｆと等しいから、例えば二次電池１４２，１４３の劣化の程度が同程度であれば、端子電圧α１のみ終止電圧Ｖｆを上回り、端子電圧α２，α３は終止電圧Ｖｆを下回ることとなる。そして、充電が進むにつれて、端子電圧α１，α２，α３の差が増大していく。
【００６３】
次に、不均衡検出部２１４によって、アナログ／デジタル変換器１９で得られた端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧と最小の電圧との差が、予め設定された差分判定値Ｖｄｉｆｆと比較される（ステップＳ１０）。そして、端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧と最小の電圧との差が差分判定値Ｖｄｉｆｆに満たなければ（ステップＳ１０でＮＯ）、定電圧充電の終了条件を確認するべくステップＳ１１へ移行し、最大の電圧と最小の電圧との差が差分判定値Ｖｄｉｆｆ以上であれば（ステップＳ１０でＹＥＳ）、不均衡が生じていると判定されてステップＳ１２へ移行する。
【００６４】
なお、ステップＳ１０における不均衡の判定処理は、ステップＳ２の場合と同様に、例えば１０秒程度、継続して不均衡が生じていると判定された場合、例えば２秒毎に５回連続して不均衡が生じていると判定された場合に、ステップＳ１２へ移行して補充電処理を行うようにしてもよい。
【００６５】
また、ステップＳ１０において、あるいはステップＳ１０とステップＳ１１との間で、ステップＳ４と同様に、端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧が終止電圧Ｖｆ以下であれば、不均衡は生じていないと判定してステップＳ１１へ移行し、端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧が終止電圧Ｖｆを超え、例えば４．２１Ｖ以上であれば不均衡が生じていると判定してステップＳ１２へ移行するようにしてもよい。
【００６６】
ステップＳ１１では、定電流充電部２１２によって、アナログ／デジタル変換器１９で得られた電流β１と電流値Ｉ３とが比較され、電流β１が電流値Ｉ３を超えていれば（ステップＳ１１でＮＯ）ステップＳ９へ戻って定電圧充電が継続される一方、電流β１が電流値Ｉ３以下であれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、定電圧充電を終了して補充電領域へ移行するべくステップＳ１４へ移行する（タイミングＴ７）。
【００６７】
一方、ステップＳ１２において、補充電制御部２１５によって、直列用スイッチング素子４１１がオフ、並列用スイッチング素子４１２がオンされて端子電圧が終止電圧Ｖｆを超えている二次電池１４１への電流の供給が停止されると共に、直列用スイッチング素子４２１，４３１がオン、並列用スイッチング素子４２２，４３２がオフされて、端子電圧が終止電圧Ｖｆに満たない二次電池１４２，１４３への電圧供給が行われる。この場合、充電電流供給回路３３の出力電圧が終止電圧Ｖｆ×３のままであると、二次電池１４２，１４３への印加電圧が終止電圧Ｖｆを超えてしまうので、定電圧充電部２１３によって、充電器３へ、終止電圧Ｖｆ×２の電圧を出力すべき旨の要求が行われ、充電制御部３１からの制御信号に応じて充電電流供給回路３３から終止電圧Ｖｆ×２の電圧が出力されて、二次電池１４２，１４３への定電圧充電が実行される（タイミングＴ６）。
【００６８】
なお、ステップＳ１２において、充電電流供給回路３３からの出力電圧を変更して定電圧充電を行う例に限られず、例えば、組電池１４の代わりに図６に示す組電池１４ａを用いて充電電流供給回路３３からの出力電圧を終止電圧Ｖｆ×３のまま維持する構成としてもよい。具体的には、図６に示す組電池１４ａは、スイッチング素子ＳＷ１と抵抗Ｒ１とが直列に接続されたバイパス回路と二次電池１４１とが並列に接続された組回路４１ａと、スイッチング素子ＳＷ２と抵抗Ｒ２とが直列に接続されたバイパス回路と二次電池１４２とが並列に接続された組回路４２ａと、スイッチング素子ＳＷ３と抵抗Ｒ３とが直列に接続されたバイパス回路と二次電池１４３とが並列に接続された組回路４３ａとが直列接続されて構成されている。
【００６９】
そして、補充電制御部２１５は、端子電圧が終止電圧Ｖｆを超えた二次電池１４１を含む組回路４１ａのスイッチング素子ＳＷ１をオンさせる共に、二次電池１４１を含まない組回路４２ａ，４３ａのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオフさせることにより、抵抗Ｒ１，二次電池１４２，１４３の分圧により、充電電流供給回路３３からの出力電圧を終止電圧Ｖｆ×３のまま、二次電池１４２，１４３にそれぞれ終止電圧Ｖｆを印加するようにしてもよい。この場合、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値を適宜設定することにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と直列接続されたスイッチング素子がオンされても、スイッチング素子がオンされた組回路の二次電池に、当該二次電池と並列接続された抵抗の電圧降下により終止電圧Ｖｆを印加させて当該二次電池が放電されて劣化が促進されることを低減することができる。
【００７０】
また、ステップＳ１２において、微小な電流による定電流充電を行って、二次電池１４２，１４３への補充電を実行するようにしてもよい。
【００７１】
次に、ステップＳ１３では、定電流充電部２１２によって、アナログ／デジタル変換器１９で得られた電流β１と電流値Ｉ４とが比較され、電流β１が電流値Ｉ４を超えていれば（ステップＳ１３でＮＯ）ステップＳ１２へ戻って二次電池１４２，１４３の定電圧充電が継続される一方、電流β１が電流値Ｉ４以下であれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、定電圧充電を終了して補充電領域へ移行するべくステップＳ１４へ移行する（タイミングＴ７）。
【００７２】
ステップＳ１３では、充電されている二次電池は二個だけなので、三個定電圧充電する場合よりも、電流β１が低下する。そこで、電流値Ｉ４は、電流値Ｉ３よりも小さい値に設定されている。
【００７３】
ここで、ステップＳ１２では、二次電池１４２，１４３の直列回路に終止電圧Ｖｆ×２の電圧が印加されているので、二次電池１４２と二次電池１４３とで劣化の程度が異なれば、劣化の進んでいる例えば二次電池１４２の端子電圧α２は終止電圧Ｖｆを超え、二次電池１４３の端子電圧α３は終止電圧Ｖｆを下回る。そうすると、定電圧充電を終了した時点（タイミングＴ７）において、二次電池１４３の端子電圧α３は終止電圧Ｖｆを下回っていることになる。
【００７４】
そこで、ステップＳ１４において、補充電制御部２１５によって、直列用スイッチング素子４１１，４２１がオフ、並列用スイッチング素子４１２，４２２がオンされて端子電圧が終止電圧Ｖｆを超えている二次電池１４１，１４２への電流の供給が停止されると共に、直列用スイッチング素子４３１がオン、並列用スイッチング素子４３２がオフされて、端子電圧が終止電圧Ｖｆに満たない二次電池１４３への電圧供給が行われる。この場合、充電電流供給回路３３の出力電圧が終止電圧Ｖｆ×２のままであると、二次電池１４２，１４３への印加電圧が終止電圧Ｖｆを超えてしまうので、定電圧充電部２１３によって、充電器３へ、終止電圧Ｖｆの電圧を出力すべき旨の要求が行われ、充電制御部３１からの制御信号に応じて充電電流供給回路３３から終止電圧Ｖｆの電圧が出力されて、二次電池１４３への定電圧充電が実行される。
【００７５】
次に、ステップＳ１５では、定電流充電部２１２によって、アナログ／デジタル変換器１９で得られた電流β１と電流値Ｉ５とが比較され、電流β１が電流値Ｉ５を超えていれば（ステップＳ１５でＮＯ）ステップＳ１４へ戻って二次電池１４３の定電圧充電が継続される一方、電流β１が電流値Ｉ５以下であれば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、充電を終了するべくステップＳ１６へ移行する。ステップＳ１５では、充電されている二次電池は一個だけなので、２個定電圧充電する場合よりも、電流β１が低下する。そこで、電流値Ｉ５は、電流値Ｉ４よりも小さい値に設定されている。
【００７６】
次に、ステップＳ１６において、定電圧充電部２１３によって、充電器３へ充電電流をゼロにすべき要求が出力され、充電制御部３１により充電電流供給回路３３の出力電流がゼロにされて充電を終了する（タイミングＴ８）。
【００７７】
以上、ステップＳ１４，Ｓ１５の処理により、端子電圧α１，α２，α３のうち、最大の電圧と最小の電圧との差が差分判定値Ｖｄｉｆｆに満たないためにステップＳ３やステップＳ１０で二次電池の不均衡が検出されず、ステップＳ５，Ｓ１２の補充電が実行されない場合であっても、端子電圧が終止電圧Ｖｆに満たず、従って満充電状態になっていない二次電池のみ、さらに補充電を行うことで、劣化が進んでいる二次電池の劣化を促進することなく各二次電池の端子電圧の差を縮小しつつ、すべての二次電池を満充電状態にすることができるので、組電池の電池容量を有効活用することができる。
【００７８】
なお、ステップＳ１４では、ステップＳ１２と同様、充電電流供給回路３３からの出力電圧を変更して定電圧充電を行う例に限られず、例えば、組電池１４の代わりに図６に示す組電池１４ａを用いて充電電流供給回路３３からの出力電圧を終止電圧Ｖｆ×３のまま維持する構成としてもよい。この場合、補充電制御部２１５は、端子電圧が終止電圧Ｖｆを超えた二次電池１４１，１４２を含む組回路４１ａ，４２ａのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオンさせる共に、二次電池１４１，１４２を含まない組回路４３ａのスイッチング素子ＳＷ３をオフさせることにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２、二次電池１４３の分圧により、充電電流供給回路３３からの出力電圧を終止電圧Ｖｆ×３のまま、二次電池１４３に終止電圧Ｖｆを印加するようにしてもよい。この場合、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値を適宜設定することにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と直列接続されたスイッチング素子がオンされても、スイッチング素子がオンされた組回路の二次電池に終止電圧Ｖｆを印加させて当該二次電池が放電されて劣化が促進されることを低減することができる。また、ステップＳ１４において、微小な電流による定電流充電を行って、二次電池１４３への補充電を実行するようにしてもよい。
【００７９】
以上、ステップＳ１〜Ｓ１６の処理により、最も劣化が進んでいる二次電池１４１を放電させることなく、二次電池１４２，１４３を充電することで、二次電池１４１の劣化を促進させることなく二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差を縮小することができる。また、充電終了時における二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧の差が縮小するので、各二次電池の充電深度のバラツキが縮小される結果、組電池の電池容量を有効活用することができる。
【００８０】
なお、タイミングＴ６以降において、α２が終止電圧Ｖｆに到達した時点でＶｆ×２の充電からα３だけの充電に切り替えて、α３が終止電圧Ｖｆに到達するまで充電を行う方法を用いてもよい。
【００８１】
さらに、タイミングＴ６以降において定電圧充電完了（タイミングＴ７）までに、α２とα３との差が閾値以上の差になった場合には、その時点で電圧の高いα２の充電を停止し、電圧の低いα３だけの充電に切り替えて、α３が終止電圧Ｖｆに到達するまで充電する方法を用いてもよい。
【００８２】
なお、例えばステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６の処理を行わない構成としてもよく、ステップＳ４，Ｓ８の処理を行わない構成としてもよい。
【００８３】
また、図７に示すように、例えばステップＳ２〜Ｓ６，Ｓ８、Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１３の処理を実行せず、すなわち定電流充電領域及び定電圧充電領域では補充電を行わず、定電圧充電の終了後に、ステップＳ１４，Ｓ１５の処理により補充電を行って、各二次電池の端子電圧の差を縮小する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載装置の電源として用いられる電池パック、及びこのような電池パックを充電する電池システムや充電方法に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の一形態に係る充電方法を用いる充電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す組電池の詳細な構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る充電方法を用いた充電システムの動作の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る充電方法を用いた充電システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る充電方法を用いた充電システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す組電池の他の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る充電方法を用いた充電システムの動作の一例を示す説明図である。
【図８】背景技術に係る充電方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  充電システム
２  電池パック
３  充電器
１４，１４ａ  組電池
１６  電流検出抵抗
１７  温度センサ
１９  アナログ／デジタル変換器
２０  電圧検出回路
２１  制御部
３１  充電制御部
３３  充電電流供給回路
４１，４１ａ，４２，４２ａ，４３，４３ａ  組回路
１４１，１４２，１４３  二次電池
２１１  充放電制御部
２１２  定電流充電部
２１３  定電圧充電部
２１４  不均衡検出部
２１５  補充電制御部
４１１，４２１，４３１  直列用スイッチング素子
４１２，４２２，４３２  並列用スイッチング素子
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３  端子
Ｖ１  閾値電圧
Ｖｄｉｆｆ  差分判定値
Ｖｆ  終止電圧
α１，α２，α３  端子電圧
β１  電流
γ１  充電深度
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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