(57)【要約】【課題】二次電池を短時間で充電することができる二次電池の充電装置を提供する。【解決手段】二次電池（５０）に定電流充電を行うための定電流回路と、二次電池の電圧を検出する電圧検出回路（３０）と、充電制御回路（４０）とを有している。充電制御回路（４０）は、電圧検出回路（３０）の検出結果に応じて、二次電池（５０）が満充電電圧になるまで定電流回路を二次電池に接続し続け、二次電池（５０）が満充電電圧になった時点で定電流回路を二次電池から切断し、二次電池（５０）の内部インピーダンスに基づく電圧降下による降下電圧ΔＶＺを取得し、降下電圧ΔＶＺを取得した時点で定電流回路を二次電池（５０）に再接続すると共に二次電池（５０）の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になるまで定電流回路を二次電池（５０）に接続し続ける。【選択図】      図５
2004282881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に定電流充電を行うための定電流回路を有する二次電池の充電装置において、
二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の検出結果に応じて、二次電池が満充電電圧になるまで前記定電流回路を二次電池に接続し続け、二次電池が満充電電圧になった時点で該定電流回路を二次電池から切断し、二次電池の内部インピーダンスに基づく電圧降下による降下電圧ΔＶＺを取得し、降下電圧ΔＶＺを取得した時点で該定電流回路を二次電池に再接続すると共に二次電池の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になるまで前記定電流回路を二次電池に接続し続ける充電制御回路とを有することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項２】
前記電圧検出回路は、二次電池の電圧を取得して第１の制御電圧として出力する第１のモードならびに電圧降下をサンプリングして降下電圧ΔＶＺを取得すると共に（満充電電圧−降下電圧ΔＶＺ）を第２の制御電圧として出力する第２のモードの二つの動作モードが可能なサンプル／ホールド回路を備えており、
前記充電制御回路は、
前記サンプル／ホールド回路から出力される前記第１の制御電圧または前記第２の制御電圧と二次電池の満充電電圧に等しい所定の基準電圧とを比較して該第１の制御電圧または該第２の制御電圧が基準電圧以上となったときに制御信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータから前記制御信号が入力されたときに前記定電流回路と二次電池との間を切断する切替器と、
前記サンプル／ホールド回路が前記第１のモードおよび前記第２のモードを引き続いて行うように制御する制御ロジック回路とを備えている請求項１に記載の二次電池の充電装置。
【請求項３】
前記制御ロジック回路は、前記サンプル／ホールド回路に対して前記第１のモードおよび前記第２のモードを引き続いて行う制御サイクルを複数回行うように制御するものである請求項２に記載の二次電池の充電装置。
【請求項４】
二次電池に定電圧充電を行うための定電圧回路をさらに有し、
前記充電制御回路は、前記電圧検出回路の検出結果に応じて、二次電池の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になった時点で前記定電流回路を二次電池から切断すると共に前記定電圧回路を二次電池に接続して二次電池の電圧が所定時間に亘って満充電電圧となるように該定電圧回路を二次電池に接続し続ける請求項２に記載の二次電池の充電装置。
【請求項５】
前記切替器は、半導体スイッチにより構成されている請求項２乃至４のいずれかに記載の二次電池の充電装置。
【請求項６】
二次電池に定電流充電を行うことが可能な二次電池の充電方法において、
二次電池が満充電電圧になるまで定電流充電を行う工程と、
二次電池が満充電電圧になった時点で充電を一旦停止する工程と、
二次電池の内部インピーダンスに基づく電圧降下ΔＶＺを取得する工程と、
電圧降下ΔＶＺを取得した時点で充電を再開する工程と、
二次電池の電圧が（満充電電圧＋ΔＶＺ）になるまで定電流充電を行う工程とを有することを特徴とする二次電池の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の充電装置に関し、特に、二次電池に負担をかけることなく短時間に充電を完了できる所謂急速充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、携帯電話機などの携帯用電子機器には、軽量、高容量、電池残量検出容易、サイクル寿命の長さなどの理由から、多くの場合に、リチウムイオン電池が二次電池として用いられる。
【０００３】
リチウムイオン電池等の二次電池の充電は、定電流・定電圧で行われるのが一般的である。この充電方法によれば、図１に示すように、充電開始から二次電池の電圧（電池電圧）が所定の電圧（＝定電圧制御電圧、満充電電圧ともいう。）に達するまでは定電流制御電流による定電流充電が行われ、電池電圧が所定の電圧に達した後は定電圧制御電圧で定電圧充電が行われる。
【０００４】
このような一般的な定電流・定電圧方法においては、定電流充電は、比較的短時間（例えば、４０分）で終了する（充電率９０％）。ところが、定電圧充電では、定電流充電に要する時間の何倍もの時間（例えば、３時間）を要する（充電率９９％以上）。これは、二次電池が満充電状態（充電完了）に近づくにしたがって二次電池へ流れる充電電流が減少し、充電率を僅かに上昇させるのに長時間を要するようになるからである。また、二次電池の内部抵抗による電圧低下を考慮して、定電圧充電による充電時間が長めに設定されるからである。
【０００５】
したがって、一般的な定電流・定電圧充電方法には、二次電池が満充電状態になるまでに長い時間を要するという問題点がある。
【０００６】
この問題点を解決しようと、二次電池の電池電圧が定電圧制御電圧よりも高い所定の電圧に達するまで定電流充電を継続するようにした充電制御装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この提案に係る充電制御装置は、例えば、図２に示すように構成される。即ち、この充電制御装置は、定電流回路１１と、第１の定電圧回路１２と、第２の定電圧回路１３と、定電流回路１１を第１の定電圧回路１２または第２の定電圧回路１３に選択的に接続するための切換スイッチ１４と、充電される二次電池の電圧を検出する電圧検出回路１５と、電圧検出回路１５が検出した検出電圧に基づいて切換スイッチ１４を切り替え制御する切換回路１６とを備えている。
【０００８】
定電流回路１１は、電源１７から供給される電流を定電流化する。
【０００９】
第１の定電圧回路１２は、二次電池１８の電池電圧が、定電圧制御電圧Ｖｃ（例えば、４．２Ｖ）を超えないように、二次電池１８の充電電流を制限する。
【００１０】
第２の定電圧回路１３は、二次電池１８の電池電圧が、定電圧制御電圧Ｖｃよりも所定の電圧Ｖ１だけ高い所定電圧Ｖｃ′（例えば、４．３５Ｖ）を超えないように充電電流を制限する。
【００１１】
電圧検出回路１５は、二次電池１８の電圧を検出して、検出した値に応じた出力信号を切換回路１６へ供給する。
【００１２】
切換回路１６は、二次電池１８の電池電圧が、所定電圧Ｖｃ′に達するまでは第２の定電圧回路１３を選択し、所定電圧Ｖｃ′に達した後は第１の定電圧回路１２を選択するよう切換スイッチ１４を制御する。
【００１３】
以下、図２および図３を参照して、この充電制御装置の動作について説明する。
【００１４】
まず、充電制御装置を電源１７に接続し、二次電池１８を接続すると、電圧検出回路１５が、二次電池１８の電池電圧を検出し、それに応じた検出信号を出力する。
【００１５】
切換回路１６は、検出回路１５からの出力信号に基づいて、二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′に達したか否を判断し、切換スイッチ１４を制御する。未充電状態または放電状態の二次電池１８が充電制御装置に接続された場合には、第２の定電圧回路１３が切換スイッチ１４を介して定電流回路１１に接続される。
【００１６】
定電流回路１１は、二次電池１８に定電流を供給する。定電流回路１１に接続された第２の定電圧回路１３は、二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′を超えないように二次電池１８の充電電流を制御する。その結果、充電開始から二次電池１８の電池電圧が所定電圧Ｖｃ′に達するまでは、二次電池１８は定電流充電される。
【００１７】
二次電池１８の電池電圧が所定の電圧Ｖｃ′に達すると、切換回路１６は、切換スイッチ１４を制御して、第２の定電圧回路１３に代えて第１の定電圧回路１２を定電流回路１１に接続する。第１の定電圧回路１２は、二次電池１８の電池電圧が定電圧制御電圧Ｖｃとなるように、二次電池１８の充電電流を制限する。これにより、二次電池１８は、定電圧充電される。
【００１８】
図３に、充電開始から満充電に至るまでの、二次電池１８の充電電流Ｉおよび電池電圧Ｖの時間変化を示す。従来の一般的な充電方法では、破線で示すように充電完了までに時間Ｔ′を要していたが、図２の充電制御装置によれば、時間Ｔ（＜Ｔ′）で二次電池の充電完了することができる。
【００１９】
【特許文献１】
特開平６−３２５７９４号公報（要約および図１）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の一般的な充電方法には、充電時間が長いという問題点がある。また、この問題点を解決することを目的とする充電制御装置が既に提案されているものの、依然として二次電池の充電に要する時間は長く、さらなる短縮が望まれている。
【００２１】
それ故、本発明の課題は、より短い時間でリチウムイオン電池等の二次電池を充電することができる二次電池の充電装置および二次電池の充電方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、二次電池（５０）に定電流充電を行う定電流回路を有する二次電池の充電装置において、二次電池の電圧を検出する電圧検出回路（３０）と、前記電圧検出回路の検出結果に応じて、二次電池が満充電電圧になるまで前記定電流回路を二次電池に接続し続け、二次電池が満充電電圧になった時点で該定電流回路を二次電池から切断し、二次電池の内部インピーダンスに基づく電圧降下による降下電圧ΔＶＺを取得し、降下電圧ΔＶＺを取得した時点で該定電流回路を二次電池に再接続すると共に二次電池の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になるまで前記定電流回路を二次電池に接続し続ける充電制御回路（４０）とを有することを特徴とする二次電池の充電装置が得られる。
【００２３】
本発明によればまた、前記電圧検出回路（３０）は、二次電池の電圧を取得して第１の制御電圧として出力する第１のモードならびに電圧降下をサンプリングして降下電圧ΔＶＺを取得すると共に（満充電電圧−降下電圧ΔＶＺ）を第２の制御電圧として出力する第２のモードの二つの動作モードが可能なサンプル／ホールド回路（３１）を備えており、前記充電制御回路（４０）は、前記サンプル／ホールド回路から出力される前記第１の制御電圧または前記第２の制御電圧と二次電池の満充電電圧に等しい所定の基準電圧とを比較して該第１の制御電圧または該第２の制御電圧が基準電圧以上となったときに制御信号を出力するコンパレータ（４１）と、前記コンパレータから前記制御信号が入力されたときに前記定電流回路と二次電池との間を切断する切替器（４２）と、前記サンプル／ホールド回路が前記第１のモードおよび前記第２のモードを引き続いて行うように制御する制御ロジック回路（４３）とを備えている前記二次電池の充電装置が得られる。
【００２４】
本発明によればさらに、前記制御ロジック回路（４３）は、前記サンプル／ホールド回路（３１）に対して前記第１のモードおよび前記第２のモードを引き続いて行う制御サイクルを複数回行うように制御する前記二次電池の充電装置が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、二次電池に定電圧充電を行う定電圧回路をさらに有し、前記充電制御回路は、前記電圧検出回路の検出結果に応じて、二次電池の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になった時点で前記定電流回路を二次電池から切断すると共に前記定電圧回路を二次電池に接続して二次電池の電圧が所定時間に亘って満充電電圧となるように該定電圧回路を二次電池に接続し続ける前記二次電池の充電装置が得られる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、前記切替器（４２）は、半導体スイッチにより構成されている前記二次電池の充電装置が得られる。
【００２７】
また、本発明によれば、二次電池に定電流充電を行うことが可能な二次電池の充電方法において、二次電池が満充電電圧になるまで定電流充電を行う工程と、二次電池が満充電電圧になった時点で充電を一旦停止する工程と、二次電池の内部インピーダンスに基づく電圧降下ΔＶＺを取得する工程と、電圧降下ΔＶＺを取得した時点で充電を再開する工程と、二次電池の電圧が（満充電電圧＋ΔＶＺ）になるまで定電流充電を行う工程とを有することを特徴とする二次電池の充電方法が得られる。
【００２８】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないことは勿論である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による二次電池の充電装置について説明する。
【００３０】
［実施の形態１］
図４を参照して、本発明の実施の形態１による二次電池の充電装置は、二次電池５０に定電流充電を行うための定電流回路と、二次電池の電圧を検出する電圧検出回路３０と、充電制御回路４０とを有している。尚、定電流回路は、通常、ＡＣアダプタとして構成される電源１０に含まれている。
【００３１】
図４および図５を参照して、充電制御回路４０は、電圧検出回路３０の検出結果に応じて、二次電池５０が満充電電圧になるまで定電流回路を二次電池５０に接続し続け、二次電池５０が満充電電圧になった時点で定電流回路を二次電池５０から切断し、二次電池５０の内部インピーダンスに基づく電圧降下による降下電圧ΔＶＺを取得し、降下電圧ΔＶＺを取得した時点で定電流回路を二次電池５０に再接続すると共に二次電池５０の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になるまで定電流回路を二次電池５０に接続し続けるものである。
【００３２】
より具体的には、電圧検出回路３０は、二次電池５０の電圧を取得して第１の制御電圧として出力する第１のモードならびに電圧降下をサンプリングして降下電圧ΔＶＺを取得すると共に（満充電電圧−降下電圧ΔＶＺ）を第２の制御電圧として出力する第２のモードの二つの動作モードが可能なサンプル／ホールド回路３１を備えている。
【００３３】
また、充電制御回路４０は、サンプル／ホールド回路３１から出力される第１の制御電圧または第２の制御電圧と二次電池５０の満充電電圧に等しい所定の基準電圧とを比較して第１の制御電圧または第２の制御電圧が基準電圧以上となったときに制御信号を出力するコンパレータ４１と、コンパレータ４１から制御信号が入力されたときに定電流回路と二次電池５０との間を切断する切替器４２と、サンプル／ホールド回路３１が第１のモードおよび第２のモードを引き続いて行うように制御すべく、当該制御ロジックを予め記憶している制御ロジック回路４３とを備えている。
【００３４】
切替器４２は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）による半導体スイッチにより構成されている。
【００３５】
次に、図４および図６を参照して、本装置の動作について説明する。
【００３６】
まず、サンプル／ホールド回路３１は、制御ロジック回路４３の指示に従って二次電池５０の電圧（Ａ点）を取得して第１の制御電圧（Ｂ点）として出力する（第１のモード）。コンパレータ４１は、サンプル／ホールド回路３１から出力される第１の制御電圧と二次電池５０の満充電電圧に等しい所定の基準電圧（Ｃ点）とを比較して、第１の制御電圧が基準電圧となったときに制御信号を出力する。切替器４２は、コンパレータ４１から制御信号に基づいて定電流回路と二次電池５０との間を切断する。
【００３７】
サンプル／ホールド回路３１は、制御ロジック回路４３の指示に従って電圧降下をサンプリング（降下電圧ΔＶＺがサンプル／ホールド回路３１によってチャージされる）して降下電圧ΔＶＺを取得する（降下電圧ΔＶＺが正負逆転されると共にＡ点の電位に加算され、Ｂ点電位、即ち、（Ａ点電位−降下電圧ΔＶＺ）が生成される）。
【００３８】
制御ロジック回路は、充電を再開させる。
【００３９】
サンプル／ホールド回路３１は、（Ａ点電圧−降下電圧ΔＶＺ）、即ち、（満充電電圧−降下電圧ΔＶＺ）を第２の制御電圧として出力する（第２のモード）。コンパレータ４１は、サンプル／ホールド回路３１から出力される第２の制御電圧と二次電池５０の満充電電圧に等しい所定の基準電圧（Ｃ点）とを比較して、第２の制御電圧が基準電圧以上となったときに制御信号を出力する。切替器４２は、コンパレータ４１から制御信号に基づいて定電流回路と二次電池５０との間を切断する。
【００４０】
かくして、二次電池５０は（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になるまで充電され、二次電池５０の充電が完了する。
【００４１】
その後、二次電池５０は、その内部インピーダンスに基づく電圧降下によって、満充電電圧となる。
【００４２】
サンプル／ホールド回路３１が電圧降下をサンプリング（降下電圧ΔＶＺがサンプル／ホールド回路３１によってチャージされる）に要する時間は、実際上、数秒〜数分と短く、したがって、サンプリング所要時間以外は全て定電流充電が行われるため、本装置によれば、非常に短い時間で二次電池を満充電状態に充電可能である。
【００４３】
また、一回の充電毎に二次電池の内部インピーダンスを間接的に測定することになるため、内部インピーダンスの変化として表れる二次電池の劣化に応じて充電を行うことになり、長期に亘って二次電池を正確に満充電状態に充電可能である。
【００４４】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２による二次電池の充電装置は、図４に示した実施の形態１による装置と同様に、二次電池に定電流充電を行うための定電流回路と、二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、充電制御回路とを有している。充電制御回路は、電圧検出回路の検出結果に応じて、二次電池が満充電電圧になるまで定電流回路を二次電池に接続し続け、二次電池が満充電電圧になった時点で定電流回路を二次電池から切断し、二次電池の内部インピーダンスに基づく電圧降下による降下電圧ΔＶＺを取得し、降下電圧ΔＶＺを取得した時点で定電流回路を二次電池に再接続すると共に二次電池の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になるまで定電流回路を二次電池に接続し続けるものである。
【００４５】
本実施の形態では特に、図７に示すように、制御ロジック回路は、サンプル／ホールド回路に対して第１のモードおよび第２のモードを引き続いて行う制御サイクルを、複数回行うように制御する。
【００４６】
尚、本装置においては、制御サイクルを行う度に、（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）充電終了電圧は、更新的に上昇される。
【００４７】
このような制御により、二次電池は、図７に示すように、充電完了後に内部インピーダンスに基づいて電圧降下しても、ほぼ確実に、満充電電圧を維持できる。
【００４８】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３による二次電池の充電装置は、図４に示した実施の形態１による装置と同様に、二次電池に定電流充電を行うための定電流回路と、二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、充電制御回路とを有している。充電制御回路は、電圧検出回路の検出結果に応じて、二次電池が満充電電圧になるまで定電流回路を二次電池に接続し続け、二次電池が満充電電圧になった時点で定電流回路を二次電池から切断し、二次電池の内部インピーダンスに基づく電圧降下による降下電圧ΔＶＺを取得し、降下電圧ΔＶＺを取得した時点で定電流回路を二次電池に再接続すると共に二次電池の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になるまで定電流回路を二次電池に接続し続けるものである。
【００４９】
本実施の形態では特に、二次電池に定電圧充電を行う定電圧回路をさらに有している。充電制御回路は、図８に示すように、電圧検出回路の検出結果に応じて、二次電池の電圧が（満充電電圧＋降下電圧ΔＶＺ）になった時点で定電流回路を二次電池から切断すると共に定電圧回路を二次電池に接続して二次電池の電圧が所定時間に亘って満充電電圧となるように定電圧回路を二次電池に接続し続ける。
【００５０】
このような制御により、二次電池は、図８に示すように、充電完了した後も、ほぼ確実に、満充電電圧を維持できる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態に係る二次電池の充電装置を用いれば、図から明らかなように、従来に比べてより短時間で充電を完了することができる。
【００５２】
以上、本発明について、実施の形態に即して説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、定電流回路および／または定電圧回路は、電源装置に内蔵するのではなく、本装置に一体に構成されてもよい。また、本装置の一部が電池パック内に設けられてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明による二次電池の充電装置は、二次電池の充電をより短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の充電制御装置を用いて二次電池を充電した場合の、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図２】従来の、満充電電圧よりも高い電圧まで定電流充電を行う充電制御装置のブロック図である。
【図３】図２の充電制御装置を用いて二次電池を充電した場合の、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１による二次電池の充電装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１による二次電池の充電装置の動作を説明するための、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１による二次電池の充電装置の動作を説明するための、電池電圧と装置内各所の電圧の時間変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２による二次電池の充電装置の動作を説明するための、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態３による二次電池の充電装置の動作を説明するための、電池電圧と充電電流の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    電源
３０    電圧検出回路
３１    サンプル／ホールド回路
４０    充電制御回路
４１    コンパレータ
４２    切替器
４３    制御ロジック回路
５０    二次電池
【図１】
2004282881.tif 000003
【図２】
2004282881.tif 000004
【図３】
2004282881.tif 000005
【図４】
2004282881.tif 000006
【図５】
2004282881.tif 000007
【図６】
2004282881.tif 000008
【図７】
2004282881.tif 000009
【図８】
2004282881.tif 000010