(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池、通信手段および充放電制御手段を備える電池パックと、充電電流供給手段、通信手段および充電制御手段を備える充電器とを備えて構成され、前記電池パックの充放電制御手段が、該電池パックに内蔵される二次電池の充電にあたって要求すべき少なくとも充電電圧および充電電流の情報を前記通信手段を介して充電器の充電制御手段へ送信し、前記充電器の充電制御手段が、前記充電電流供給手段に、その要求に応答した前記充電電圧および充電電流を電池パックへ供給させることで、電池パックでは、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように一定の充電電流を供給する定電流充電が行われ、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電が行われる充電システムにおいて、
前記電池パックは、
電圧検出手段と、
温度センサと、
前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、
前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、
前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する前記終止電圧を予め定める電圧だけ低下させるとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする設定手段とを含むことを特徴とする充電システム。
【請求項２】
二次電池、通信手段および充放電制御手段を備え、前記充放電制御手段が、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで、充電器から供給される充電電圧および充電電流によって、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電が行われ、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電が行われる電池パックにおいて、
電圧検出手段と、
温度センサと、
前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、
前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、
前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する前記終止電圧を予め定める電圧だけ低下させるとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする設定手段とを含むことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
二次電池、通信手段および充放電制御手段を備え、前記充放電制御手段が、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで、充電器から供給される充電電圧および充電電流によって、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電が行われ、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電が行われる電池パックにおいて、
電圧検出手段と、
温度センサと、
前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、
前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、
前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記二次電池に印加される電圧を低下するとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする電圧低下手段とを含むことを特徴とする電池パック。
【請求項４】
二次電池、通信手段および充放電制御手段を備える電池パックと、充電電流供給手段、通信手段および充電制御手段を備える充電器とを備えて構成され、前記電池パックの充放電制御手段が、該電池パックに内蔵される二次電池の充電にあたって要求すべき少なくとも充電電圧および充電電流の情報を前記通信手段を介して充電器の充電制御手段へ送信し、前記充電器の充電制御手段が、前記充電電流供給手段に、その要求に応答した前記充電電圧および充電電流を電池パックへ供給させることで、電池パックでは、前記充放電制御手段が、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、前記充電電流をＯＦＦし、所定期間内に前記セル電圧が前記終止電圧より低い予め設定される充電再開電圧となると前記充電電流をＯＮし、所定期間内に前記セル電圧が前記充電再開電圧まで降下しなくなると満充電と判定して充電を停止するパルス充電を行うようにした充電システムにおいて、
前記電池パックは、
電圧検出手段と、
温度センサと、
前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、
前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、
前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する前記終止電圧と、前記充電再開電圧との少なくとも一方を予め定める電圧だけ低下させるとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする設定手段とを含むことを特徴とする充電システム。
【請求項５】
二次電池および充放電制御手段を備え、前記充放電制御手段が、充電器から供給される充電電圧および充電電流によって、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、前記充電電流をＯＦＦし、所定期間内に前記セル電圧が前記終止電圧より低い予め設定される充電再開電圧となると前記充電電流をＯＮし、所定期間内に前記セル電圧が前記充電再開電圧まで降下しなくなると満充電と判定して充電を停止するパルス充電を行うようにした電池パックにおいて、
電圧検出手段と、
温度センサと、
前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、
前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、
前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記充電再開電圧を予め定める電圧だけ低下させるとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする設定手段とを含むことを特徴とする電池パック。
【請求項６】
前記二次電池は、複数のセルが直列に接続されて成ることを特徴とする請求項２，３または５記載の電池パック。
【請求項７】
二次電池へ予め設定される終止電圧に向けて一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行う充電方法において、
前記二次電池が過充電状態または過温度状態となると、その回数をそれぞれカウントしてゆき、
前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記終止電圧を低下するとともに、前記過充電となった回数および過温度となった回数のカウント値を共にリセットすることを特徴とする充電方法。
【請求項８】
二次電池へ予め設定される終止電圧に向けて一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するようにパルス充電を行う充電方法において、
前記二次電池が過充電状態または過温度状態となると、その回数をそれぞれカウントしてゆき、
前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記パルス充電に用いる充電再開電圧または充電電圧の少なくとも一方を低下するとともに、前記過充電となった回数および過温度となった回数のカウント値を共にリセットす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、電池パックおよ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７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７はリチウムイオン電池の場合のグラフであり、参照符号α１は二次電池の電圧の変化を示し、参照符号α２は二次電池へ供給される充電電流の変化を示す。
【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、複数の各セル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２．５Ｖ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（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となると、定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わり、その終止電圧Ｖｆ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】
一方、過充電になると、特に前記リチウム二次電池では安全性が低下するので、特許文献２では、過充電を検出すると、その後の充電は禁止するが、放電を許容することで、過充電に伴う安全性の低下を抑えつつ、緊急時の対応（負荷機器の使用を）可能とする充放電制御回路が提案されている。
【０００７】
また、特許文献３には、充放電に伴う情報、特に過充電情報を自己診断によって検出して、メモリに記憶しており、後にメーカ側でそのデータを解析することで、改良や設計に役立てるようにした電池パックが提案されている。
【特許文献１】特開平６−７８４７１号公報
【特許文献２】特許第３４６９７１１号公報
【特許文献３】特開２００３−１７１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の従来技術では、安全性が極めて高いものの、一度でも過充電を生じた電池パックは使用不能となり、無駄が多いという問題がある。また、特許文献３の従来技術では、過充電状態が解消される（セル電圧が低下する）と、再度充電が可能なように復帰するが、過充電の情報が充電時に反映されず、過充電を繰返し、電池パックの寿命が短くなるという問題がある。
【０００９】
特に近年では、容量一杯に充電することが望まれるので、前記終止電圧Ｖｆが過充電検出電圧、たとえば４．３５Ｖに近接しており、また大電流での放電の要望から、過温度の判定条件は、従来の７５〜８０℃程度から、８０〜８５℃程度にまで上昇しており、過充電、過温度の異常が生じ易い状況にある。
【００１０】
また、複数のセルが直列に接続されて成る二次電池の場合、充電器は前記充電端子の端子電圧を、直列セル数のトータル電圧で制御するので、たとえば前記終止電圧Ｖｆは、３セル直列の場合は１２．６Ｖとなるように制御される。このため、前記充電端子の端子電圧が、正確にその終止電圧Ｖｆに制御されたとしても、特定のセルの劣化が進み、セルバランスが崩れると、そのセルにだけ大きな電圧が加わって過充電となり、一層劣化が進むという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、安全性を確保しつつ、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる充電システム、電池パックおよびその充電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の充電システムは、二次電池、通信手段および充放電制御手段を備える電池パックと、充電電流供給手段、通信手段および充電制御手段を備える充電器とを備えて構成され、前記電池パックの充放電制御手段が、該電池パックに内蔵される二次電池の充電にあたって要求すべき少なくとも充電電圧および充電電流の情報を前記通信手段を介して充電器の充電制御手段へ送信し、前記充電器の充電制御手段が、前記充電電流供給手段に、その要求に応答した前記充電電圧および充電電流を電池パックへ供給させることで、電池パックでは、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように一定の充電電流を供給する定電流充電が行われ、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電が行われる充電システムにおいて、前記電池パックは、電圧検出手段と、温度センサと、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する前記終止電圧を予め定める電圧だけ低下させるとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする設定手段とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電池パックは、二次電池、通信手段および充放電制御手段を備え、前記充放電制御手段が、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで、充電器から供給される充電電圧および充電電流によって、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電が行われ、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電が行われる電池パックにおいて、電圧検出手段と、温度センサと、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する前記終止電圧を予め定める電圧だけ低下させるとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする設定手段とを含むことを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、上記の過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであり、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する終止電圧を、設定手段が低く設定させる。
【００１５】
したがって、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００１６】
さらにまた、過充電状態または過温度状態となった回数、すなわち劣化度合いが高くなる程、終止電圧を低下させてゆくので、常にその時の実容量まで一杯に充電を行うことができる。ここで、前記設定手段が直接終止電圧を要求するのではなく、単に前記過充電状態または過温度状態となったこと、或いはその回数を前記通信手段を介して充電器の充電制御手段へ通知し、その充電制御手段に、最適な終止電圧を判定させるようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の電池パックは、二次電池、通信手段および充放電制御手段を備え、前記充放電制御手段が、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで、充電器から供給される充電電圧および充電電流によって、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電が行われ、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電が行われる電池パックにおいて、電圧検出手段と、温度センサと、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記二次電池に印加される電圧を低下するとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする電圧低下手段とを含むことを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、上記の過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであり、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、電圧低下手段が、充電器から与えられる定電圧充電の終止電圧を低下する。
【００１９】
したがって、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００２０】
さらにまた、過充電状態または過温度状態となった回数、すなわち劣化度合いが高くなる程、二次電池に印加される電圧を低下させてゆくので、常にその時の実容量まで一杯に充電を行うことができる。
【００２１】
また、本発明の充電システムは、二次電池、通信手段および充放電制御手段を備える電池パックと、充電電流供給手段、通信手段および充電制御手段を備える充電器とを備えて構成され、前記電池パックの充放電制御手段が、該電池パックに内蔵される二次電池の充電にあたって要求すべき少なくとも充電電圧および充電電流の情報を前記通信手段を介して充電器の充電制御手段へ送信し、前記充電器の充電制御手段が、前記充電電流供給手段に、その要求に応答した前記充電電圧および充電電流を電池パックへ供給させることで、電池パックでは、前記充放電制御手段が、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、前記充電電流をＯＦＦし、所定期間内に前記セル電圧が前記終止電圧より低い予め設定される充電再開電圧となると前記充電電流をＯＮし、所定期間内に前記セル電圧が前記充電再開電圧まで降下しなくなると満充電と判定して充電を停止するパルス充電を行うようにした充電システムにおいて、前記電池パックは、電圧検出手段と、温度センサと、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する前記終止電圧と、前記充電再開電圧との少なくとも一方を予め定める電圧だけ低下させるとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする設定手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、上記の過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであり、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、設定手段が、充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する終止電圧を低く設定させ、または充放電制御手段がパルス充電を行う際の充電再開電圧を低下する。
【００２３】
したがって、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００２４】
さらにまた、本発明の電池パックは、二次電池および充放電制御手段を備え、前記充放電制御手段が、充電器から供給される充電電圧および充電電流によって、前記二次電池のセル電圧が予め設定される終止電圧となるように二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、前記充電電流をＯＦＦし、所定期間内に前記セル電圧が前記終止電圧より低い予め設定される充電再開電圧となると前記充電電流をＯＮし、所定期間内に前記セル電圧が前記充電再開電圧まで降下しなくなると満充電と判定して充電を停止するパルス充電を行うようにした電池パックにおいて、電圧検出手段と、温度センサと、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が過充電状態となったか否かを判定する過充電判定部と、前記温度センサによって検出される温度が過温度状態となったか否かを判定する過温度判定部と、前記過充電判定部および過温度判定部の判定結果に応答し、過充電となった回数および過温度となった回数をそれぞれカウントするカウンタと、前記カウンタのカウント結果に応答し、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記充電再開電圧を予め定める電圧だけ低下させるとともに、前記カウンタにおける過充電となった回数および過温度となった回数を共にリセットする設定手段とを含むことを特徴とする。
【００２５】
上記の構成によれば、上記の過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであり、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、設定手段が、充放電制御手段がパルス充電を行う際の充電再開電圧を低下する。
【００２６】
したがって、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００２７】
また、本発明の電池パックでは、前記二次電池は、複数のセルが直列に接続されて成ることを特徴とする。
【００２８】
上記の構成によれば、前記充電電圧の要求に対して、充電器が複数のセルが直列に接続されて成る二次電池をトータルで電圧制御して充電を行っても、二次電池の劣化によるセルバランスの崩れに対して、特定のセルが過充電になることのないように充電を行うことができ、本発明が特に好適である。
【００２９】
さらにまた、本発明の充電方法は、二次電池へ予め設定される終止電圧に向けて一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行う充電方法において、前記二次電池が過充電状態または過温度状態となると、その回数をそれぞれカウントしてゆき、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記終止電圧を低下するとともに、前記過充電となった回数および過温度となった回数のカウント値を共にリセットすることを特徴とする。
【００３０】
上記の構成によれば、上記の過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであり、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、定電圧充電の終止電圧を低く設定する。
【００３１】
したがって、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００３２】
また、本発明の充電方法は、二次電池へ予め設定される終止電圧に向けて一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するようにパルス充電を行う充電方法において、前記二次電池が過充電状態または過温度状態となると、その回数をそれぞれカウントしてゆき、前記過充電となった回数または過温度となった回数の何れか一方が、予め定められる閾値回数を超えると、前記パルス充電に用いる充電再開電圧または充電電圧の少なくとも一方を低下するとともに、前記過充電となった回数および過温度となった回数のカウント値を共にリセットすることを特徴とする。
【００３３】
上記の構成によれば、上記の過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであり、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、パルス充電の充電再開電圧または充電電圧の少なくとも一方を低く設定する。
【００３４】
したがって、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の充電システムおよび電池パックは、以上のように、過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであることを利用して、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、充放電制御手段が充電器に終止電圧として要求する充電電圧を、設定手段が低く設定させる。
【００３６】
それゆえ、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００３７】
また、本発明の電池パックは、以上のように、過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであることを利用して、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、電圧低下手段が、充電器から二次電池へ与えられる定電圧充電の終止電圧を低下する。
【００３８】
それゆえ、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００３９】
また、本発明の充電システムは、以上のように、過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであることを利用して、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、設定手段が、充放電制御手段が充電器へ充電電圧として要求する終止電圧を低く設定させ、または充放電制御手段がパルス充電を行う際の充電再開電圧を低下する。
【００４０】
それゆえ、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００４１】
また、本発明の電池パックは、以上のように、過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであることを利用して、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、設定手段が、充放電制御手段がパルス充電を行う際の充電再開電圧を低下する。
【００４２】
それゆえ、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００４３】
さらにまた、本発明の充電方法は、以上のように、過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであることを利用して、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、定電圧充電の終止電圧を低く設定する。
【００４４】
それゆえ、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００４５】
さらにまた、本発明の充電方法は、以上のように、過充電状態および過温度状態は、二次電池の劣化を表すパラメータであることを利用して、それらを使用して二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、パルス充電の充電再開電圧または充電電圧の少なくとも一方を低く設定する。
【００４６】
それゆえ、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
［実施の形態１］
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電気的構成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１に、それを充電する充電器２を備えて構成されるが、電池パック１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。
【００４８】
前記電池パック１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ＦＥＴ１２，１３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が介在されている。
【００４９】
前記組電池１４は、複数の二次電池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、前記各セルの端子間電圧は電圧検出回路２０によって読取られ、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、充電制御判定部２１へ出力する。
【００５０】
充電制御判定部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成り、前記アナログ／デジタル変換器１９からの各入力値に応答して、充電器２に対して、出力を要求する充電電流の電圧値、電流値、およびパルス幅（デューティ）を演算し、通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器２へ送信する。また、前記充電制御判定部２１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２からの異常電流などの電池パック１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。
【００５１】
充電器２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。
【００５２】
そして、電池パック１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、前記充電制御判定部２１は、充電の初期に、および満充電近くで補充電を行う場合は、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。
【００５３】
注目すべきは、本実施の形態では、前記充電制御判定部２１は、通信手段である通信部２２を介して充電器２へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで、前記図７で示すようなトリクル充電、定電流（ＣＣ）充電および定電圧（ＣＶ）充電の充電制御を行うにあたって、電圧検出手段である電圧検出回路２０で検出されたセル電圧が過充電状態となると、および温度検出手段である温度センサ１７によって検出された温度が過温度状態となると、それらの情報を記憶しておき、その記憶しておいた情報に基づいて、前記終止電圧Ｖｆを設定することである。
【００５４】
図２は、前記制御ＩＣ１８の充電制御判定部２１の具体的な一構成例を示すブロック図である。充電制御判定部２１は、充放電制御部４１と、設定部４２と、カウンタ４３と、過充電判定部４４と、過温度判定部４５とを備えて構成される。
【００５５】
充放電制御手段である充放電制御部４１は、充放電の制御および異常に対する保護動作を行うものであり、前記アナログ／デジタル変換器１９から入力されるセル電圧、充放電電流およびセル温度の情報に基づいて、充電器２に対して要求する充電電流の電圧値、電流値、パルス幅（デューティ）および異常の有無を通信部２２から端子Ｔ１２を介して送信したり、前記ＦＥＴ１２，１３，２７のＯＮ／ＯＦＦ制御等を行う。
【００５６】
また、前記アナログ／デジタル変換器１９からの各入力値の内、前記セル電圧およびセル温度は、それぞれ過充電判定部４４および過温度判定部４５にも入力される。過充電判定部４４は、電圧検出回路２０で検出されたセル電圧が予め定める電圧、たとえば４．３５Ｖ以上となると過充電状態と判定し、カウンタ４３内の過充電回数のカウント値を加算して更新させる。また、過温度判定部４５は、温度センサ１７によって検出されたセル温度が予め定める温度、たとえば、充電時の温度では０℃未満、或いは６０℃以上、放電時の温度では８０℃以上となると過温度状態と判定し、カウンタ４３内の過温度回数のカウント値を加算して更新させる。
【００５７】
前記過充電判定部４４によって充電中に過充電状態であることが判定されると、前記充放電制御部４１は、ＦＥＴ１２，２７をＯＦＦして充電動作を停止し、セル電圧が低下して過充電状態が解消されると、充電可能な状態に復帰する。同様に、前記過温度判定部４５によって、充放電中に過温度状態であることが判定されると、前記充放電制御部４１は、ＦＥＴ１２，１３，２７をＯＦＦして充放電を停止し、セルの温度が低下または上昇して過温度状態が解消されると、充放電可能な状態に復帰する。過充電状態の解消閾値および過温度状態の解消閾値は、上記の判定閾値と同一であってもよいが、より厳しい値とされて、ヒステリシスを有するように設定されてもよい。
【００５８】
一方、設定手段である設定部４２は、記憶手段である前記カウンタ４３内の過充電回数および過温度回数のカウント値から、セルの劣化が判定されると、前記充放電制御部４１における前記定電圧（ＣＶ）充電時の前記終止電圧Ｖｆを低下させる。これによって、充放電制御部４１は、通信部２２から充電器２へ、新たな終止電圧Ｖｆで充電電圧の要求を行う。また、その終止電圧Ｖｆの変更時に、前記カウンタ４３内の過充電回数および過温度回数のカウント値をリセットさせて、再度、過充電および過温度の回数をカウント可能とする。
【００５９】
図３は、上述のような設定部４２の動作を説明するための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、前記カウンタ４３から過充電回数Ｎｏｖｐおよび過温度回数Ｎｏｔｐのカウント値が読出され、ステップＳ２では、それぞれ閾値の３回および２回を超えているか否かが判断され、何れも超えていないときには終止電圧Ｖｆの変更は行われずに処理を終了する。
【００６０】
これに対して、前記ステップＳ２において、過充電回数Ｎｏｖｐおよび過温度回数Ｎｏｔｐのカウント値の何れか一方でも閾値を超えている場合にはステップＳ３に移り、現在の終止電圧Ｖｆｎが充放電制御部４１から読出される。ステップＳ４では、その終止電圧Ｖｆｎから、直列セル当り５０ｍＶが減算された値が新たな終止電圧Ｖｆｎ＋１として求められ、ステップＳ５で、前記充放電制御部４１に設定され、充電器２への要求が行われる。その後、ステップＳ６で前記カウンタ４３がリセットされて、処理を終了する。
【００６１】
以上のように、本実施の形態の充電方法では、過充電状態および過温度状態は二次電池の劣化を表すパラメータとなることから、安全制御に必須のこれらの過充電判定および過温度判定の結果を用いて二次電池の劣化の有無を判定し、劣化と判定されると、設定部４２が充放電制御部４１から充電器２へ、定電圧（ＣＶ）充電の終止電圧Ｖｆを低く設定させるので、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器２側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００６２】
さらにまた、前記設定部４２は、前記過充電状態または過温度状態となった回数Ｎｏｖｐ，Ｎｏｔｐ、すなわち劣化度合いが高くなる程、前記終止電圧Ｖｆを低く設定するので、常に二次電池のその時の実容量まで一杯に充電を行うことができる。
【００６３】
また、組電池１４が複数のセルが直列に接続されて成る場合、前記充電電圧の要求に対して、充電器２が充電端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧をトータルで電圧制御して充電を行っても、二次電池の劣化によるセルバランスの崩れに対して、特定のセルが過充電になることのないように充電を行うことができ、本発明が特に好適である。
【００６４】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の他の形態に係る充電方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。この充電システムは、図１で示す充電システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この充電システムでは、電池パック１ａでは、前記トリクル充電回路２５と並列に、減圧回路５１が設けられていることである。この減圧回路５１は、可変抵抗５２に、ＦＥＴ５３が直列に接続されて成り、可変抵抗５２の抵抗値およびＦＥＴ５３のＯＮ／ＯＦＦは、制御ＩＣ１８ａの充電制御判定部２１ａによって制御される。
【００６５】
図５は、前記制御ＩＣ１８ａの充電制御判定部２１ａの具体的な一構成例を示すブロック図である。充電制御判定部２１ａは、充放電制御部４１ａと、抵抗調整部４６と、カウンタ４３と、過充電判定部４４と、過温度判定部４５とを備えて構成される。
【００６６】
充放電制御手段である充放電制御部４１ａは、前記充放電制御部４１と同様に、充放電の制御および異常に対する保護動作を行うものであり、前記アナログ／デジタル変換器１９から入力されるセル電圧、充放電電流およびセル温度の情報に基づいて、充電器２に対して要求する充電電流の電圧値、電流値、パルス幅（デューティ）および異常の有無を通信部２２から端子Ｔ１２を介して送信したり、前記ＦＥＴ１２，１３，２７のＯＮ／ＯＦＦ制御等を行う。
【００６７】
一方、抵抗調整部４６は、前記カウンタ４３内の過充電回数および過温度回数のカウント値から、セルの劣化が判定されると、前記充放電制御部４１ａに、前記定電圧（ＣＶ）充電時の充電経路であるＦＥＴ１２をＯＦＦさせ、代りに減圧回路５１のＦＥＴ５３をＯＮさせるとともに、可変抵抗５２の抵抗値を、前記カウンタ４３のカウント値に応じた値に設定する。
【００６８】
具体的には、前記図７で示すような充電制御中に、充放電制御部４１ａは、電流検出抵抗１６によって検出される充電電流が前記定電流Ｉ２を維持できなくなり、定電流（ＣＣ）充電領域から定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わったことを検出すると、抵抗調整部４６は、充放電制御部４１ａに充電用のＦＥＴ１２をＯＦＦさせ、代りに減圧回路５１のＦＥＴ５３をＯＮさせる。そして、その時の電流値に対応して、前記終止電圧Ｖｆから低下させるべき電圧、たとえば過去に３回異常判定が行われ、組電池１４として３セルが直列に接続されている場合、５０ｍＶ×３×３＝４５０ｍＶだけ低下するように、前記可変抵抗５２の抵抗値を制御する。このとき、充放電制御部４１ａが充電器２へ要求する充電電圧は、前記終止電圧Ｖｆのままである。したがって、抵抗調整部４６および減圧回路５１は、電圧低下手段を構成する。
【００６９】
このように構成してもまた、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器２側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。
【００７０】
なお、一般に、前記定電流（ＣＣ）充電領域では、前述のように０．７Ｃ以上の大電流で充電が行われており、二次電池の内部抵抗によって、実際に各セルに加わる電圧は、端子間に印加される電圧よりかなり小さくなる。このため、上述の説明では、異常電池に対しても、定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わった後に減圧回路５１のＦＥＴ５３をＯＮし、印加電圧を減圧しているが、定電流（ＣＣ）充電領域の後半から減圧するようにしてもよい。
【００７１】
［実施の形態３］
図６は、本発明の実施のさらに他の形態に係る充電方法を説明するためのグラフである。この充電方法には、前述の図１で示す充電システムを用いることができる。前述の電池パック１ａでは、組電池１４の容量が大きくなる程、前記減圧回路５１の可変抵抗５２が制限しなければならない電流値、したがって電圧降下を発生させなければならない電圧値が大きくなる。そこで、本実施の形態で注目すべきは、前記減圧回路５１によるのではなく、前記図１で示す構成において、定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わると、充電制御判定部２１の充放電制御部４１が、前記定電圧（ＣＶ）充電を、充電用のＦＥＴ１２をＯＮ／ＯＦＦするパルス充電で行うようにし、ＯＦＦ中に電圧検出回路２０によって検出されたセル電圧が所定の充電再開電圧Ｖｒとなると充電を再開するにあたって、前記設定部４２が、その充電再開電圧Ｖｒを前記過充電回数および過温度回数によって低下させてゆくことである。
【００７２】
図６を用いて、これを詳しく説明する。充電を開始すると、前述の図７で説明したように、トリクル充電領域から定電流（ＣＣ）充電領域で、前記終止電圧Ｖｆ（＝定電圧（ＣＶ）充電に切換わる電圧Ｖｃｖ、或いはパルス充電に切換わる電圧Ｖｐｕｌｓｅ）に向けて急速充電が行われる。図６では、定電流（ＣＣ）充電領域以降の電圧および電流波形を、それぞれ（ａ）および（ｂ）で示している。電圧検出回路２０によって検出されるセル電圧が時刻ｔ１で前記終止電圧Ｖｆとなると、前記充放電制御部４１は、この終止電圧Ｖｆを維持する定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わり、充電用のＦＥＴ１２を一旦ＯＦＦする。このとき、充電器２へ要求する充電電圧は前記終止電圧Ｖｆで一定のまま維持する。要求する充電電流は、一定のままであってもよく、小さい値であってもよい。
【００７３】
その後、充電電流の停止によって内部抵抗による電圧降下分が小さくなって前記セル電圧が低下してゆき、前記時刻ｔ１での充電電流の停止から所定の時間Ｗが経過する時刻ｔ３までの時刻ｔ２において、充電再開電圧Ｖｒとなると、充放電制御部４１は、前記時刻ｔ３のタイミングでＦＥＴ１２を再びＯＮする。これによって、前記時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３と同様の動作を時刻ｔ４，ｔ５，ｔ６・・・で繰返し、時刻ｔ７でＦＥＴ１２をＯＦＦした後、前記時間Ｗが経過する時刻ｔ８までの間にセル電圧が前記充電再開電圧Ｖｒまで低下しなければ満充電と判定し、充電動作を終了する。
【００７４】
このような充電動作を行うにあたって、前記充電再開電圧Ｖｒを前記過充電回数および過温度回数によって低下させてゆくことで、前述と同様に、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができる。また、充電器２側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができる。さらにまた、本構成によれば、パルス充電を行う電池パックであれば、充電器２側は従来のままで、電池パック１側のみで対応することができる。
【００７５】
さらにまた、同じパルス充電を行う構成において、前記電池パック１と同様に充電電圧を電池パック２側へ要求する場合、前記過充電回数および過温度回数によって、設定部４２が、前記終止電圧Ｖｆの方を低下させてゆくようにしてもよく、好ましくは終止電圧Ｖｆおよび充電再開電圧Ｖｒの両方を低下させてゆくようにしてもよい。このようなパルス充電の種々の態様については、本件出願人が先に提案した特許第３５８０８２８号公報で詳しく説明されている。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、二次電池の劣化の進んだ電池パックにも、二次電池が過充電になることのないように充電を行うことができ、安全性を向上することができるとともに、特性劣化を抑制することにより、電池寿命を延ばすことができ、また充電器側の出力電圧が高くなってしまう故障に対しても、過充電を防止することができるので、定電流定電圧充電を行うようにした充電システムおよび電池パックに好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態の充電方法を実現する充電制御判定部の具体的な一構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の一形態の充電方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の他の形態に係る充電方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の他の形態の充電方法を実現する充電制御判定部の具体的な一構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態の充電方法を説明するためのグラフである。
【図７】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。
【符号の説明】
【００７８】
１，１ａ    電池パック
２    充電器
１１，１５    充電経路
１２，１３，２７，５３    ＦＥＴ
１４    組電池
１６    電流検出抵抗
１７    温度センサ
１８，１８ａ，３０    制御ＩＣ
１９    アナログ／デジタル変換器
２０    電圧検出回路
２１，２１ａ    充電制御判定部
２２，３２    通信部
２５    トリクル充電回路
２６    限流抵抗
３１    充電制御部
３３    充電電流供給回路
４１，４１ａ    充放電制御部
４２    設定部
４３    カウンタ
４４    過充電判定部
４５    過温度判定部
４６    抵抗調整部
５１    減圧回路
５２    可変抵抗
Ｔ１１，Ｔ２１；Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３    端子
【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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