(57)【要約】【課題】個々のセルの容量のバラツキうや組込み時の充電量差に影響されることなく、且つ充電回路を増やすことなく全ての電池セルを適切に充電することが可能なコネクタ付き二次電池パック及びその充電方法を提供する。【解決手段】複数のリチウムイオン二次電池を一体に構成したコネクタ付き二次電池パックであって、前記リチウムイオン二次電池の各々の正極及び負極を個別に前記電池パック外に取出し得る電池側コネクタを備えるコネクタ付き二次電池パック。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリチウムイオン二次電池を一体に構成したコネクタ付き二次電池パックであって、
前記リチウムイオン二次電池の各々の正極及び負極を個別に前記電池パック外に取出し得る電池側コネクタを備えることを特徴とするコネクタ付き二次電池パック。
【請求項２】
前記電池側コネクタは、前記リチウムイオン二次電池に対して並列充電が実行される接続構成された充電器側コネクタと着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ付き二次電池パック。
【請求項３】
前記電池側コネクタは、前記リチウムイオン二次電池から直列放電が実行される接続構成された負荷器側コネクタと着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ付き二次電池パック。
【請求項４】
前記電池側コネクタは、前記リチウムイオン二次電池から直並列放電が実行される接続構成された負荷器側コネクタと着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ付き二次電池パック。
【請求項５】
複数のリチウムイオン二次電池の各々の正極及び負極を個別に前記電池パック外に取出し得る電池側コネクタを備えたコネクタ付き二次電池パックの前記電池側コネクタに対して、
前記リチウムイオン二次電池に対する並列充電が実行される接続構成された充電器側コネクタを備えた充電器の充電器側コネクタを挿入することによって、
前記複数のリチウムイオン電池の並列充電を実行することを特徴とする充電方法。
【請求項６】
複数のリチウムイオン二次電池の各々の正極及び負極を個別に前記電池パック外に取出し得る電池側コネクタを備えたコネクタ付き二次電池パックの前記電池側コネクタに対して、
前記リチウムイオンから負荷に対して直列放電が実行される接続構成された負荷側コネクタを備えた負荷装置の負荷側コネクタを挿入することによって、
前記複数のリチウムイオン電池から前記負荷に対して直列放電を実行することを特徴とする放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
使用時には少なくとも２セル以上のリチウムイオン電池を直列に接続して負荷に放電させると共に、充電時には容易に並列充電が可能なリチウムイオン二次電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から小形電子装置などを駆動するのに電池が利用されてきた。
単セルの電池は、その電池の種類によって固有の（公称）出力電圧を持っている。
例えば、ニッケル−カドミウム電池においてはセル当たり１．２ボルト程度、リチウムイオン電池においてはセル当たり３．６ボルト程度である。
【０００３】
そこで、より大きな電圧を発生したいときは単セル電池を直列に接続して使用することが広く行われている。
また、単セルでは電池の容量が不足している場合は単セル電池を並列に接続し、容量を増加させて使用することもまた広く行われている。
よって、電子装置等の駆動電源として電池を使用する場合、複数の単セル電池を直並列に接続して、組電池を形成し、あたかも１個の電池のように使用している例が多い。
【０００４】
図５は、従来の組電池１００の構成を示す一例である。
図５では、例として３直列２並列の組電池の例を挙げた。
図示の組電池１００において、１０１〜１０６はそれぞれの単セル電池、１０７は正電極、１０８は負電極である。
【０００５】
従来これらの組電池を充放電（電力の取り込み、取り出し）するときは、組電池全体での正極１０７と負極１０８を用いることにより一つのユニットとして行われている。
しかしながら、上述したように一つのユニットとして組電池を使用する際には、組電池を構成する個々の単セル電池に不具合が起きた場合、その影響が組電池全体に波及するという欠点があった。
【０００６】
例えば、組電池を充電中に単セル電池の１つに異常（短絡、解放）が起きると、その影響で、他の単セル電池が過電力（過電圧もしくは過電流）充電の状態に陥る。これは、電池の破裂、液漏れ、引火の原因となり大変に危険である。
【０００７】
また、単セル電池は、放電するにつれてその電圧が低下するという性質を持つ。すなわち、放電開始の際の電圧（放電開始電圧）に対し放電が終了する電圧（放電終止電圧）は低くなっている。
この単セル電池を組電池として使用する際は、全体の放電終止電圧は、（単セルの放電終止電圧）×（組電内部で直列接続となっている単セルの数）となる。
【０００８】
しかしながら、現実にはそれぞれの単セル電池の放電終止電圧には、バラツキがある。
これは、各単セル電池間の性能バラツキに起因するもので、同じ放電電流をもって放電をしても、電池容量の目減りの速度がセルによって異なるために起こる現象である。
よって、組電池内の単セル電池で、放電終止電圧に達したものと、そうでないまま放電を終了してしまったものが混在するという事態がしばしば生ずる。
【０００９】
このような状態で充放電サイクルを繰り返すと、バッテリの種類によってはメモリ効果という現象を引き起こしてしまうことがある。この現象は、浅い充放電サイクル（完全に充放電をしない充放電サイクルを）繰り返すと、満充電状態まで充電できなくなったり、放電可能な容量が低下したりするものであり、組電池ユニットを組み込んだ装置に、無用のトラブルを引き起こすおそれがある。
【００１０】
従来、組電池としては例えば特許文献１に記載のもの等が知られている。
複数の単セル電池の構成として、１個の組電池として使用する場合には個々の単セル電池の電極を所定の組み合わせで接続し、充電する際には個々の単セル電池の電極が互いに非接続状態となるべく、個々の単セル電池の電極を外部に露出させてなる。
すなわち、組電池の外部に露出した個々の単セル電池の電極に対して、それぞれ充電電圧を印加する充電電圧印加手段と、個々の単セル電池の容量を検出する検出手段と、前記充電電圧印加手段、前記検出手段を統括し、十分な充電が完了した単セル電池に対しては、前記充電電圧印加手段による充電電圧の印加を停止する制御手段とを備える。
かかる組電池の構造によれば、１つの組電池として使用する際には、個々の単セル電池から取り出した電極を所定の組み合わせで接続する。そして、充電する場合には、個々の単セル電池単位に充電を行う。
【００１１】
このような個々の単セル電池の特性の違いによる充放電を最適なものとするため、例えば特許文献２に示されるように、コンデンサやバイパス回路等を用いた複雑な回路構成を備える必要があった。
【特許文献１】特開平７−３２２５１２号公報（（００１２）〜（００１５））
【特許文献２】特開２００３−１３４６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の如き、従来のリチウムイオン二次電池を使用した電池パック（組電池）では、各セルは直列に接続されて最上位電位と最下位電位を出力として構成され、定電流定電圧充電で充電され、その際、各セルの電圧は異常電圧にならないように保護回路によって監視される。
しかし、直列接続されたリチウムイオン二次電池は、組立時の初期容量の違いや、各セルの特性のバラツキによる容量差が生じると、最も容量の大きいセルで過充電が検出され、最も容量の小さなセルで過放電が検出されるために、本来の電池パックの容量が得られないという問題があった。
そこで、上記問題を解決するためには、電池パックを組立てる際には、容量の揃った電池を同一の電池パックに組立てる必要があり、電池の選別が不可欠であった。
また、多セルを連結した電池パックでは、外部から各セルの状態を確認することができず、通常、各電池はニッケル(Ni)板などの電気抵抗溶接で連結されているため、異常なセルだけを交換することができなかった。特に、リチウム二次電池の充電は定電流定電圧充電とする必要があり、直列接続されたリチウム二次電池に対して定電流定電圧充エデンを行うと、個々の電池を設定した電圧まで充電することや、個々の電池の容量ずれを修正することが極めて困難であった。
【００１３】
本発明の課題（目的）は、個々のセルの容量のバラツキや組込み時の充電量差に影響されることなく、且つ充電回路を増やすことなく全ての電池セルを適切に充電することが可能なリチウムイオン二次電池パック及びその充電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、複数のリチウムイオン二次電池を一体に構成したコネクタ付き二次電池パックであって、前記リチウムイオン二次電池の各々の正極及び負極を個別に前記電池パック外に取出し得る電池側コネクタを備える構成とする。（請求項１）
また、前記電池側コネクタは、前記リチウムイオン二次電池に対して並列充電が実行される接続構成された充電器側コネクタと着脱可能に構成する。（請求項２）
また、前記電池側コネクタは、前記リチウムイオン二次電池から直列放電が実行される接続構成された負荷器側コネクタと着脱可能に構成する。（請求項３）
また、前記電池側コネクタは、前記リチウムイオン二次電池から直並列放電が実行される接続構成された負荷器側コネクタと着脱可能に構成する。（請求項４）
【００１５】
複数のリチウムイオン二次電池の各々の正極及び負極を個別に前記電池パック外に取出し得る電池側コネクタを備えたコネクタ付き二次電池パックの前記電池側コネクタに対して、前記リチウムイオン二次電池に対する並列充電が実行される接続構成された充電器側コネクタを備えた充電器の充電器側コネクタを挿入することによって、前記複数のリチウムイオン電池の並列充電を実行する。（請求項５）
【００１６】
複数のリチウムイオン二次電池の各々の正極及び負極を個別に前記電池パック外に取出し得る電池側コネクタを備えたコネクタ付き二次電池パックの前記電池側コネクタに対して、前記リチウムイオンから負荷に対して直列放電が実行される接続構成された負荷側コネクタを備えた負荷装置の負荷側コネクタを挿入することによって、前記複数のリチウムイオン電池から前記負荷に対して直列放電を実行する。（請求項６）
【発明の効果】
【００１７】
上記請求項１〜６に記載の構成によって、リチウムイオン二次電池の充電時と放電時において特殊な回路構成を用いることなく、回路切換、容量調節、及び充電制御が不要になる。
また、電池パックを形成するためのリチウムイオン電池の選別の手間を軽減することができる。
また、充電を並列で実行するため充電器の低電圧化が可能になって、安全性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態を図１を用いて説明する。
図１において、２は電池パックコネクタ(CN1)であり、１ａ〜１ｄは前記電池パックコネクタに接続されたリチウムイオン二次電池であり、全体としてコネクタ付き二次電池パックを構成している。
図１のコネクタ付き二次電池パックにおいて、各リチウムイオン二次電池の正極端子及び負極端子は電池パック内で接続されておらず、充電又は放電のための出力端子として構成されている。
【００１９】
次に、図１のコネクタ付き二次電池パックの専用充電器（充電回路）による充電時の接続形態を図２に示す。
図２において、３は専用充電器に接続された充電用コネクタ(CN2)であって、図１の電池パックコネクタ(CN1)２に接続されている。１ａ〜１ｄは充電用コネクタ（CN2）３に接続されたリチウムイオン二次電池である。
図２では、各リチウムイオン二次電池１ａ〜１ｄの正極及び負極は充電回路に並列に接続されて、各リチウムイオン二次電池は並列充電される。
この図２の構成では、電池パックコネクタ（CN1）に充電用コネクタ（CN2）は差込み等の手段で簡単に着脱が可能に構成されている。
【００２０】
図２の状態で、リチウムイオン二次電池１ａ〜１ｄは、充電回路４に並列接続されて並列充電が実行される。
このように、各リチウムイオン二次電池１ａ〜１ｄは並列充電されることによって、同じ電圧でそれぞれのリチウムイオン二次電池の最大容量まで充電することが可能になる。
【００２１】
次に、図１のコネクタ付き二次電池パックによる第1の負荷に対する放電時の接続形態を図３に示す。
図３において、５は図１の電池パックコネクタ(CN1)２に接続された第1の負荷６に対する第1の負荷用コネクタ(CN3)であって、１ａ〜１ｄは第1の負荷用コネクタ（CN3）５に接 続されたリチウムイオン二次電池である。
図３では、各リチウムイオン二次電池１ａ〜１ｄの全ての正極及び負極は充電回路に直列に接続されて、第1の負荷６に対して直列に放電される。
この図３の構成でも、電池パックコネクタ（CN1）に第1の負荷用コネクタ（CN3）は差込み等の手段で簡単に着脱が可能に構成されている。
【００２２】
また、図１のコネクタ付き二次電池パックによる第２の負荷に対する放電時の接続形態を図４に示す。
図４において、７は図１の電池パックコネクタ(CN1)２に接続された第２の負荷６に対する第２の負荷用コネクタ(CN4)であって、１ａ〜１ｄは第２の負荷用コネクタ（CN4）７に接続されたリチウムイオン二次電池である。
図４では、リチウムイオン二次電池１ａと１ｄの正極及び負極が直列に接続されたブロックと、リチウムイオン二次電池１ｂと１ｃの正極及び負極が直列に接続されたブロックとが並列に接続されて、第２の負荷８に対して直列に放電される。（この場合の負荷電圧は図３の場合の約半分になる。）
この図４の構成でも、電池パックコネクタ（CN1）に第1の負荷用コネクタ（CN3）は差込み等の手段で簡単に着脱が可能に構成されている。
【００２３】
なお、図２の充電状態では、全ての電池を全て並列に接続して並列充電を実行しているが、リチウムイオン二次電池の数が多い場合には、図４の如く、いくつかのリチウムイオン二次電池を直列に接続したブロックを一つのユニットとして、各ユニットを並列に充電することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
請求項１〜６に記載の発明では、リチウムイオン二次電池の充電時と放電時において、特許文献１に記載された従来技術のように個々の単セル単位に充電を行う必要がなく、並列接続により充電することができるので、充電器が一台で済み、且つ、個々の電池が設定した電圧まで充電され、個々の電池の容量ずれが修正されるので、特許文献２等に示された従来技術のような特殊な回路構成を用いることなく、回路切換、容量調節、及び充電制御が不要になる。また、電池パックを形成するためのリチウムイオン電池の選別の手間を軽減することができる。
また、充電を並列で実行するため充電器の低電圧化が可能になって、安全性を高めることができるという特有の効果を奏するので、産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のコネクタ付き二次電池パックの構成を示す図である。
【図２】図１のコネクタ付き二次電池パックの専用充電器（充電回路）による充電時の接続形態を示す図である。
【図３】図１のコネクタ付き二次電池パックによる第１の負荷に対する放電時の接続形態を示す図である。
【図４】図１のコネクタ付き二次電池パックによる第２の負荷に対する放電時の接続形態を示す図である。
【図５】従来の組電池の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ａ〜１ｄ    リチウムイオン電池
２            電池側コネクタ
３            充電器側コネクタ
４     充電回路（充電器）
５，７        負荷側コネクタ
６，８ 負荷
【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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