(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルと、該電池セルのセル電圧を測定する電圧測定回路と、該電圧測定回路が測定した読み取り電圧が過電圧設定値に到達したときに前記電池セルに対する充電を停止させる過電圧保護回路とを備える充電システムであって、
フィードバック電圧を受け取る電圧フィードバック入力と設定電圧を受け取る設定値入力を備え定電流定電圧制御で前記電池セルを充電する充電器と、
制御電圧を前記充電器に供給して前記充電器の出力電圧をフィードバック制御する制御部とを有し、
前記制御部は定電圧制御期間に、前記制御電圧の現在値を前記読み取り電圧と前記設定電圧を用いて修正した修正制御電圧を前記制御電圧の新たな現在値として前記充電器に供給して前記読み取り電圧が前記過電圧設定値に到達しないように前記充電器の出力電圧を制御する充電システム。
【請求項２】
前記制御部は定電流制御期間に、前記充電器の定格電圧を前記制御電圧として前記充電器に供給する請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記制御部は前記読み取り電圧が前記過電圧設定値に接近したときに接近していないときに比べて前記出力電圧を一層降下させる前記修正制御電圧を生成する請求項１に記載の充電システム。
【請求項４】
前記制御電圧が前記充電器の前記電圧フィードバック入力に供給され基準電圧源が前記設定値入力に接続される請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電システム。
【請求項５】
前記制御電圧が前記充電器の前記設定値入力に供給され前記出力電圧が前記電圧フィードバック入力に供給される請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電システム。
【請求項６】
前記出力電圧の前記設定電圧に対する出力誤差の範囲と前記読み取り電圧の前記セル電圧に対する前記過電圧設定値に対応する誤差の範囲がオーバラップする部分を含むように前記設定電圧と前記過電圧設定値を設定した請求項１から請求項５のいずれかに記載の充電システム。
【請求項７】
電池パックと、該電池パックが装着される電子機器とで構成される充電システムであって、
前記電池パックが、
電池セルと、
前記電池セルのセル電圧を測定する電圧測定回路と、
前記電圧測定回路が測定した読み取り電圧が過電圧設定値に到達したときに前記電池セルに対する充電を停止させる過電圧保護部を含むプロセッサと
を有し、
前記電子機器が、
フィードバック電圧を受け取る電圧フィードバック入力と設定電圧を受け取る設定値入力とを備え定電流定電圧制御で前記電池セルを充電する充電器と、
前記電池パックから受け取った読み取り電圧に基づいて生成した制御電圧を前記充電器に供給して前記充電器の出力電圧をフィードバック制御するコントローラとを有し、
前記コントローラは定電圧制御期間に、前記制御電圧の現在値を前記読み取り電圧と前記設定電圧を用いて修正した修正制御電圧を前記制御電圧の新たな現在値として前記充電器に供給して前記読み取り電圧が前記過電圧設定値に到達しないように前記充電器の出力電圧を制御する充電システム。
【請求項８】
前記電池パックが前記電池パック内の温度を測定する温度素子を含み、前記設定電圧が前記温度素子が測定した温度に基づいて変更される請求項７に記載の充電システム。
【請求項９】
電池パックと、該電池パックが装着される電子機器とで構成される充電システムであって、
前記電池パックが、
電池セルと、
前記電池セルのセル電圧を測定する電圧測定回路と、
前記電圧測定回路が測定した読み取り電圧が過電圧設定値に到達したときに前記電池セルに対する充電を停止させる過電圧保護部を含み、前記読み取り電圧に基づいて制御電圧を生成するプロセッサと
を有し、
前記電子機器が、
フィードバック電圧を受け取る電圧フィードバック入力と設定電圧を受け取る設定値入力とを備え定電流定電圧制御で前記電池セルを充電する充電器と、
前記プロセッサから受け取った前記制御電圧を前記充電器に供給し前記充電器の出力電圧をフィードバック制御するコントローラとを有し、
前記プロセッサは定電圧制御期間に、前記制御電圧の現在値を前記読み取り電圧と前記設定電圧を用いて修正した修正制御電圧を前記制御電圧の新たな現在値として前記充電器に供給して前記読み取り電圧が前記過電圧設定値に到達しないように前記充電器の出力電圧を制御する充電システム。
【請求項１０】
フィードバック電圧を受け取る電圧フィードバック入力と設定電圧を受け取る設定値入力を備え定電流定電圧制御で前記電池セルを充電する充電器を搭載する電子機器に装着が可能な電池パックであって、
電池セルと、
前記電池セルの電圧を測定する電圧測定回路と、
前記電圧測定回路が測定した読み取り電圧が過電圧設定値に到達したときに前記電池セルに対する充電を停止させる過電圧保護回路を含み、前記充電器の出力電圧をフィードバック制御するための制御電圧を生成するプロセッサとを有し、
前記プロセッサは定電圧制御期間に、前記制御電圧の現在値を前記読み取り電圧と前記設定電圧を用いて修正した修正制御電圧を前記制御電圧の新たな現在値として前記充電器に供給して前記読み取り電圧が前記過電圧設定値に到達しないように前記充電器の出力電圧を制御する電池パック。
【請求項１１】
電池セルと、該電池セルのセル電圧を測定する電圧測定回路と、該電圧測定回路が測定した読み取り電圧が過電圧設定値に到達したときに前記電池セルに対する充電を停止させる過電圧保護回路とを備える電池パックの装着が可能な電子機器であって、
フィードバック電圧を受け取る電圧フィードバック入力と設定電圧を受け取る設定値入力とを備え定電流定電圧制御で前記電池セルを充電する充電器と、
前記電池パックから受け取った前記読み取り電圧に基づいて生成した制御電圧を前記充電器に供給して前記充電器の制御電圧をフィードバック制御するコントローラとを有し、
前記コントローラは定電圧制御期間に、前記制御電圧の現在値を前記設定電圧と前記電池パックから受け取った前記読み取り電圧を用いて修正した修正制御電圧を前記制御電圧の新たな現在値として前記充電器に供給して前記読み取り電圧が前記過電圧設定値に到達しないように前記充電器の出力電圧を制御する電子機器。
【請求項１２】
電池セルと、該電池セルのセル電圧を測定する電圧測定回路と、該電圧測定回路が測定した読み取り電圧が過電圧設定値に到達したときに前記電池セルに対する充電を停止させる過電圧保護回路とを備える電池パックを、フィードバック電圧を受け取る電圧フィードバック入力と設定電圧を受け取る設定値入力とを備える充電器で充電する方法であって、
前記電池セルを充電するステップと、
前記電圧測定回路が前記電池セルのセル電圧を測定して読み取り電圧を出力するステップと、
制御電圧を定電圧制御期間に前記電圧フィードバック入力に供給するステップと、
前記読み取り電圧の変化に応答して、前記読み取り電圧が前記過電圧設定値に到達しないように前記制御電圧の現在値を前記読み取り電圧と前記設定電圧を用いて修正した修正制御電圧を前記制御電圧の新たな現在値として前記充電器の前記電圧フィードバック入力に供給するステップと
を有する充電方法。
【請求項１３】
電池セルと、該電池セルのセル電圧を測定する電圧測定回路と、該電圧測定回路が測定した読み取り電圧が過電圧設定値に到達したときに前記電池セルに対する充電を停止させる過電圧保護回路とを備える電池パックを、フィードバック電圧を受け取る電圧フィードバック入力と設定電圧を受け取る設定値入力とを備える充電器で充電する方法であって、
前記電池セルを充電するステップと、
前記電圧測定回路が前記電池セルのセル電圧を測定して読み取り電圧を出力するステップと、
制御電圧を定電圧制御期間に前記設定値入力に供給するステップと、
前記読み取り電圧の変化に応答して、前記読み取り電圧が前記過電圧設定値に到達しないように前記制御電圧の現在値を前記読み取り電圧と前記設定電圧を用いて修正した修正制御電圧を前記制御電圧の新たな現在値として前記充電器の前記設定値入力に供給するステップと
を有する充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルに対する過電圧保護回路の設定値を低くしながら充電器の設定電圧を高い値に維持する充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型電子機器の一例であるノート型パーソナル・コンピュータ（以後ノートＰＣという。）では、ＣＰＵの動作周波数の高速化などに伴う消費電力が増加していく一方で、モバイル環境での長時間動作や小型軽量化などが要求されている。よってノートＰＣに搭載する蓄電池は、エネルギー密度の高いリチウム・イオン蓄電池からなる電池セルを複数用意して、これらを直列接続および並列接続によって組み合わせてハウジングに収納した電池パックの形態をとっている場合が多い。
【０００３】
リチウム・イオン蓄電池を充放電するときには、充放電電流および充放電電圧を精密に制御する必要があり、特に定電圧制御期間の充電電圧の制御は厳密に行う必要がある。このため、リチウム・イオン蓄電池を使用する電池パックでは、電池パックの内部にＭＰＵ（マイクロ・プロセッサ）を設け、ＭＰＵが充電および放電中に電池パック内部の状態を監視してノートＰＣ本体に情報を送ったり、保護回路を動作させたりするスマート・バッテリと呼ばれる仕組みが一般的に採用されている。スマート・バッテリは、米国インテル社および米国デュラセル社によって提唱されたスマート・バッテリ・システム（Smart Battery System、ＳＢＳ)と呼ばれる規格に準拠したバッテリ装置である。同規格に準拠した電池パックは、インテリジェント電池とも呼ばれる。
【０００４】
インテリジェント電池は、ＭＰＵ、電流測定回路、電圧測定回路および温度センサなどを基板に実装した電気回路部と複数の電池セルが１つのハウジングに収納されており、ＭＰＵはデータ回線を介してノートＰＣ本体のエンベデッド・コントローラと通信を行うことができる。インテリジェント電池には保護回路も設けられており、使用中に電池セルに何らかの異常が生じた場合には、保護回路を動作させて充放電を停止することが可能である。異常の項目としては、充放電中の電流、電圧、温度、および電池セル間の電圧バランスに関する事項が含まれる。
【０００５】
インテリジェント電池に対する現状の充電システムでは、電池パックと、ノートＰＣがそれぞれ電圧測定回路を保有する。電池パックに内蔵された電圧測定回路の測定値は、充電中に電池セルの電圧が所定の値を超えた場合に充電を停止させるためにも使用される。これに対してノートＰＣに実装された電圧測定回路は充電器の出力電圧を測定し、その測定値は充電器のフィードバック制御に使用される。
【０００６】
インテリジェント電池に対して正確な充電電圧を出力する技術については、以下の文献がある。特許文献１は、充電開始前にインテリジェント電池から電圧情報を取得し、それを充電器側で取得した電圧情報と比較することにより、充電器側の電圧情報を校正して、より正確な充電電圧を電池パックに供給するという技術について記載している。
【特許文献１】特開平１１−９８７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
充電器の出力電圧には設定電圧に対して出力誤差が生じ、電池パックの電圧測定回路の読み取り値にも計測誤差が生ずる。また、充電器の出力と電池セルとの間には配線、端子、および回路素子による抵抗が介在するので、出力電圧とセル電圧とは一致せず、また充電電流により差は変動する。さらに、充電システムは周囲温度の変化や充電器のドリフトによりセル電圧が突然変化する場合がある。電池セルに対する正常な充電が行われている場合には、電池パックの過電圧保護回路が誤動作しないように充電器の設定電圧の値と過電圧保護回路の過電圧設定値の間に十分なマージンを設ける必要がある。
【０００８】
従来過電圧保護回路の誤動作を防止するために、充電器の設定電圧に対する出力電圧の誤差（以下出力誤差という。）により変動する出力電圧の上限と、電圧測定回路が計測誤差でセル電圧を低めに読み取るときの下限とがオーバラップしないように設定電圧の値と過電圧設定値との間に幅を設けていた。たとえば、電圧測定回路に±０．０５Ｖの読み取り誤差がある場合は、過電圧設定値で動作する過電圧保護回路は実際にはセル電圧に対して同じ誤差で動作することになるので、過電圧設定値を４．３５Ｖに設定すると４．３０Ｖが動作の最低値となり、４．４０Ｖが過電圧保護の保証値となる。また、充電器はたとえば±０．０３Ｖの出力誤差があり、設定電圧を４．２０Ｖにしたときに、４．２３Ｖが出力電圧の上限値となる。したがって、過電圧保護回路が動作する最低電圧（４．３０Ｖ）と、出力電圧の最大電圧（４．２３Ｖ）との間には０．０７Ｖのマージンをとることができるので、充電中に過電圧保護回路が誤動作することはなかった。
【０００９】
近年、リチウム・イオン蓄電池の使用については一層の安全性の確保が求められている。そのため、関連業界団体などの間で、リチウム・イオン蓄電池の安全基準をさらに強化する動きがある。具体的には、従来は過電圧保護回路の保証値を４．４０Ｖにすることを標準としてきたが、この標準を４．２５Ｖに改訂することが検討されている。過電圧保護回路の保証値を４．２５Ｖにした場合にも、セル電圧が正常な範囲にある限り過電圧保護回路が誤動作しないように充電器を設定する必要がある。
【００１０】
この場合は、保証値を下げた分（０．１５Ｖ）だけ過電圧設定値と設定電圧の値を下げることで対応することができる。しかし、充電器の設定電圧を下げると満充電容量が少なくなったり、満充電容量に到達するまでの時間が長くなったりするので好ましくない。特許文献１のように、電池パックから受け取った電池セルの電圧で充電器のフィードバック制御に使用する電圧測定回路を校正したとしても、充電器の出力誤差をすべて解消することはできず、また、充電器のドリフト、充電器と電池セル間の抵抗、および環境温度の変化などに起因するセル電圧の変化に対応するために、過電圧設定値と設定電圧との間にはかなりの幅を設ける必要があり、充電器の設定電圧を保証値が４．４０Ｖの場合と同程度（４．２０Ｖ）にすることはできない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、過電圧保護回路を備える電池パックの過電圧保護の保証値を下げても充電器の設定電圧を維持することができる充電システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、過電圧保護回路を備える電池パックの過電圧保護の保証値を下げても、満充電容量が小さくならない充電システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、過電圧保護回路を備える電池パックの過電圧保護の保証値を下げても、満充電までの時間が長くならない充電システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような充電システムに対応した電子機器、および電池パックを提供することにある。さらに本発明の目的はそのような充電システムにおける電池セル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】
【００１２】
充電システムは電池セルと、電池セルのセル電圧を測定する電圧測定回路と、電圧測定回路が測定した読み取り電圧が過電圧設定値に接近したときに電池セルに対する充電を停止させる過電圧保護回路とを備えている。このような充電システムは、内部にプロセッサ、電圧測定回路、および過電圧保護回路を搭載するスマート・バッテリィといわれる電池パックや、内部にそれらを搭載しないダム・バッテリィといわれる電池パックを含んで構成することができる。電圧測定回路はセル電圧に対して測定誤差があるため、過電圧保護回路が過電圧設定値で動作するときのセル電圧は、過電圧設定値とは異なる値になる。充電器はフィードバック電圧を受け取る電圧フィードバック入力と設定電圧を受け取る設定値入力を備える。充電器には出力誤差があるため、設定電圧とフィードバック電圧が等しくなっても通常は、出力電圧は設定電圧と一致しない。
【００１３】
制御部は、読み取り電圧と設定電圧に基づいて生成した制御電圧を充電器に供給して充電器の出力電圧をフィードバック制御する。制御電圧と過電圧保護回路に供給する電圧とはともに電池セルの近辺で測定された読み取り電圧から生成されるため、充電電流と抵抗で変動する出力電圧とセル電圧の差を、過電圧保護回路の過電圧設定値と充電器の設定電圧との間のマージンに見込む必要がなくなる。このような制御方式は、厳密な電圧管理が要求される定電流定電圧制御方式の定電圧制御期間に採用すると効果的である。
【００１４】
制御部が、定電圧制御期間に、制御電圧の現在値を読み取り電圧と設定電圧で修正した修正制御電圧を制御電圧の新たな現在値として充電器に供給するようにすると、過電圧設定値と設定電圧との間のマージンを小さくしても充電器の出力誤差、環境温度の変化、充電器のドリフト、および出力電圧とセル電圧との差の変動などにより読み取り電圧が過電圧設定値に到達しないように充電器を制御することができる。制御部が、読み取り電圧が過電圧設定値に接近したときに接近していないときに比べて出力電圧を一層降下させる修正制御電圧を生成すると、過電圧保護回路の誤動作をより確実に防止することができる。
【００１５】
設定電圧は、電池パック内の温度に応じて変更することで、充電の安全性を向上することができる。この充電システムでは、制御電圧を充電器のフィードバック入力に供給し基準電圧源を設定値入力に接続してもよい。あるいは、制御電圧を充電器の設定値入力に供給し出力電圧をフィードバック入力に供給してもよい。本発明にかかる充電システムでは、出力電圧の設定電圧に対する出力誤差の範囲と読み取り電圧のセル電圧に対する過電圧設定値に対応する誤差の範囲がオーバラップする部分を含むように設定電圧と過電圧設定値を設定することができる。このように設定することで、過電圧保護回路の動作保証の上限値が低くなったとしても、設定電圧を低くしないで充電することができ、満充電容量の確保と充電時間の短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、過電圧保護回路を備える電池パックの過電圧保護の保証値を下げても充電器の設定電圧を維持することができる充電システムを提供することができた。さらに本発明により、過電圧保護回路を備える電池パックの過電圧保護の保証値を下げても、満充電容量が小さくならない充電システムを提供することができた。さらに本発明により、過電圧保護回路を備える電池パックの過電圧保護の保証値を下げても、満充電までの時間が長くならない充電システムを提供することができた。さらに本発明により、そのような充電システムに対応した電子機器、および電池パックを提供することができた。さらに本発明によりそのような充電システムにおける電池セルの充電方法を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態にかかるＳＢＳ規格に準拠した電池パック１０およびノートＰＣ１００からなる充電システムを示すブロック図である。ただし、本発明は、ダム・バッテリィに適用することもできる。電池パック１０には、リチウム・イオン蓄電池で構成された３本の電池セル１１〜１３が直列に接続されている他に、センス抵抗１５、放電ＦＥＴ１７、充電ＦＥＴ１９、ＡＦＥ（アナログ・フロント・エンド）２１、ＭＰＵ（マイクロ・プロセッシング・ユニット）２３、電圧調整器２５、サーミスタ２７などの電子部品が設けられている。電池パック１０とノートＰＣ１００との間は、＋端子３１、Ｃ端子３３、Ｄ端子３５、Ｔ端子３７、および−端子３９の５つの端子で接続されている。電池セル１１〜１３からの放電電流および電池セル１１〜１３に対する充電電流は、＋端子３１および−端子３９を通じてノートＰＣ１００との間を流れる。Ｃ端子３３とＤ端子３５はそれぞれＭＰＵ２３のクロック端子およびデータ端子に接続され、Ｔ端子３７は電池セル１１周辺の温度を測定するサーミスタ２７に接続される。
【００１８】
ＡＦＥ２１およびＭＰＵ２３は、電圧調整器２５から供給される一定電圧によって動作する集積回路である。ＡＦＥ２１とＭＰＵ２３との間は相互にデータ交換が行われる。ＡＦＥ２１は、電池セル１１〜１３のそれぞれの電位差を取得するアナログ入力端子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびセンス抵抗１５の両端の電位差を取得するアナログ入力端子Ｉ１、Ｉ２を備える。ＡＦＥ２１はさらに放電ＦＥＴ１７および充電ＦＥＴ１９をオン・オフ制御する信号を出力するアナログ出力端子Ｄ−ＣＴＬおよびＣ−ＣＴＬを備える。ＡＦＥ２１は、電圧測定回路、電流測定回路を備えている。電圧測定回路は、電池セル１１〜１３のそれぞれの電圧を測定してディジタル値に変換してＭＰＵ２３に送る。ＭＰＵ２３は電池セル１１〜１３の各電圧を合計して読み取り電圧を計算する。電圧測定回路には誤差があるために、読み取り電圧は実際の電池セル全体のセル電圧Ｖｃとは異なる値になるがこれに関する詳細は後述する。
【００１９】
電流測定回路は、センス抵抗１５が検出した電圧から電池セル１１〜１３に流れる充電電流および放電電流を測定してディジタル値に変換しＭＰＵ２３に送る。ＭＰＵ２３は、８〜１６ビット程度のＣＰＵの他に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、タイマなどを１個のパッケージの中に備えた集積回路である。ＭＰＵ２３は、電圧保護部および電流保護部を備え、ＡＦＥ２１から送られた電圧値および電流値に基づいて、充放電中の電池パックの状態を監視し、異常を検出したときにはＡＦＥを経由して放電ＦＥＴ１７および充電ＦＥＴ１９をオフにして充放電を停止する。電圧保護部および電流保護部はＭＰＵ２３で実行されるプログラムで構成される。なお、ＡＦＥ２１とＭＰＵ２３とを合わせて１個の集積回路で構成してもよい。
【００２０】
ＭＰＵ２３からはクロック・ラインとデータ・ラインが、それぞれＣ端子３３とＤ端子３５を介してノートＰＣ１００側のエンベデッド・コントローラ（ＥＣ）１０１に接続され、ＭＰＵ２３とＥＣ１０１との間での通信が可能になっている。ＭＰＵ２３は、ＥＣ１０１に対してデータ・ラインを通じて充電開始および充電停止の制御コマンドを送り、ＥＣ１０１はこの制御コマンドを処理して電池セル１１〜１３の充電を開始したり停止したりする。そして、ＭＰＵ２３は電池セル１１〜１３の読み取り電圧および電池セル１１〜１３に流れる充電電流Ｉoｔの値をクロック・ラインおよびデータ・ラインを介して、約１〜２秒程度の周期で定期的にＥＣ１０１に対して送信する。さらにＥＣ１０１は、電池セル１１〜１３の近辺の温度に応じて変化するサーミスタ２７の抵抗値を検出してＭＰＵ２３に通知し、その温度に異常があったときにＭＰＵ２３は放電ＦＥＴ１７および充電ＦＥＴ１９をオフにして充放電を停止する。
【００２１】
ノートＰＣ１００の電源管理機能は、ＥＣ１０１を中心として充電器１０３およびＤＣ−ＤＣコンバータ１２１などで構成される。ＥＣ１０１は、電源以外にもノートＰＣ１００を構成する多くのハードウェア要素を制御する集積回路である。ＥＣ１０１は、電池セル１１〜１３の現在の電流値および電圧値についての情報をＭＰＵ２３との通信によって取得することができる。ＥＣ１０１はＭＰＵ２３からの充電開始および充電停止の制御コマンドに基づき、充電器１０３を制御して電池セル１１〜１３の充電を行う。
【００２２】
充電器１０３は、ＦＥＴ１０５およびＦＥＴ１０７によるスイッチング回路と、インダクタ１０９およびキャパシタ１１１による平滑回路とを備える。充電器１０３は、スイッチング回路を駆動して出力された電流を平滑回路によって脈動を低減して、ＡＣアダプタ１５１から入力された直流電圧を電池セル１１〜１３の充電に適した直流電圧に変換して電池パック１０に出力する。充電器１０３は、定電流定電圧方式（ＣＣ−ＣＶ：Constant Current Constant Voltage）で電池セル１１〜１３を充電する。充電器１０３の電流設定値入力Ｉｓｅｔ、電圧設定値入力Ｖｓｅｔには、ノートＰＣ１００の内部で生成された一定電圧を分圧した基準電圧源１２３からの電圧が入力される。
【００２３】
ＡＣアダプタ１５１は、１次側がＡＣコード１５３で商用電源に接続され、２次側がＤＣケーブル１５５でノートＰＣ１００に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２１は、ＡＣアダプタ１５１から入力されたＤＣ電圧または電池セル１１〜１３から放電されるときのＤＣ電圧を必要な電圧に変換してノートＰＣ１００内のシステム負荷（図示せず）に供給する。
【００２４】
ノートＰＣ１００の充電器１０３は、ＦＥＴ１０５およびＦＥＴ１０７によるスイッチング回路と、インダクタ１０９およびキャパシタ１１１による平滑回路とを備えるが、従来のような電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖおよび電流フィードバック入力ＦＢ−Ｉに対するフィードバック電圧およびフィードバック電流を生成するための分圧抵抗およびセンス抵抗は存在しない。それに代えてＥＣ１０１から出力されるアナログ信号が、充電器１０３の電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖおよび電流フィードバック入力ＦＢ−Ｉに入力される。
【００２５】
ＥＣ１０１は、ＭＰＵ２３から取得したフィードバック電圧およびフィードバック電流の値をアナログ値に変換して、充電器１０３の電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖにフィードバック電圧を送り、電流フィードバック入力ＦＢ−Ｉにフィードバック電流を送る。このときＥＣ１０１は、フィードバック電圧を読み取り電圧および設定電圧で修正して充電器１０３の電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖに送るがこれに関する詳細は後述する。充電器１０３は、定電流制御期間はＦＢ−Ｉに入力されたフィードバック電流で定電流動作をし、定電圧制御期間はＦＢ−Ｖに入力されたフィードバック電圧で定電圧動作をする。この構成においては、電池パック１０の内部で検出された読み取り電圧および充電電流Ｉｏｔを利用して、充電中にフィードバック制御を行うことになる。
【００２６】
なお、図１は本実施の形態を説明するために、主要なハードウェアの構成および接続関係を簡素化して記載したに過ぎないものである。たとえば磁気ディスク、光学ディスク、キーボードなど、電池パック１０およびノートＰＣ１００を構成するためには多くの電気回路および装置が使われるが、それらは当業者には周知であるので記載を省略し、詳しく言及しない。図で記載した複数のブロックを１個の集積回路としたり、逆に１個のブロックを複数の集積回路に分割して構成したりすることも、当業者が任意に選択することができる範囲においては本発明の範囲に含まれる。
【００２７】
図２は、図１の充電システムのうちで、電圧フィードバック系を詳しく説明するためのブロック図である。図２では、説明を簡単にするために１電池セル当たりの電圧を例にして説明する。充電器１０３の電圧設定値入力Ｖｓｅｔには、基準電圧源１２３から４．２０Ｖの設定電圧Ｖｏが入力されている。充電器１０３の電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖには、ＥＣ１０１からアナログのフィードバック電圧Ｖｆｂが入力されている。充電器１０３は、設定電圧Ｖｏとフィードバック電圧Ｖｆｂとの間に差があるときにその差をゼロにするような出力電圧Ｖｏｔを生成するように動作する。
【００２８】
具体的には、充電器１０３は、フィードバック電圧Ｖｆｂが設定電圧Ｖｏよりも高い場合は、出力電圧Ｖｏｔを降下させるように動作し、フィードバック電圧Ｖｆｂが設定電圧Ｖｏよりも低い場合は、出力電圧Ｖｏｔを上昇させるように動作する。この例では、充電器１０３は、フィードバック電圧Ｖｆｂが設定電圧Ｖｏに等しい場合に出力電圧Ｖｏｔが設定電圧Ｖｏに対して最大±０．０３Ｖの出力誤差ε２を含む。したがって充電器１０３は、フィードバック電圧Ｖｆｂが設定電圧Ｖｏ（４．２０Ｖ）に等しくなったときに４．１７Ｖ〜４．２３Ｖの範囲のいずれかの出力電圧を生成する。
【００２９】
充電器１０３と電池セル１１との間には配線、＋端子３１、−端子３５などによりもたらされる抵抗１０４が接続されていると考えることができる。したがって、充電器１０３から電池セル１１に流れる充電電流に応じて出力電圧Ｖｏｔとセル電圧Ｖｃとの間には電位差が発生する。電圧測定回路５１は、セル電圧Ｖｃを測定してディジタル値に変換した後の読み取り電圧ＶｂをＭＰＵ２３に送る。この例では、セル電圧Ｖｃと読み取り電圧Ｖｂとの間には最大で±０．０３Ｖの電圧測定回路の読み取り誤差ε１がある。ＭＰＵ２３には、過電圧保護部（ＯＶＰ）５３がプログラムで構成されている。ＯＶＰ５３には過電圧設定値Ｖｏｐが４．２２Ｖに設定されており、読み取り電圧Ｖｂが過電圧設定値Ｖｏｐに到達したときに、ＭＰＵ２３はＡＦＥ２１を経由して放電ＦＥＴ１７および充電ＦＥＴ１９をオフにして充電を停止する。ＭＰＵ２３のＯＶＰ５３、ＡＦＥ２１、ＦＥＴ１７、１９およびＡＦＥ２１の関連回路を過電圧保護回路という。
【００３０】
読み取り電圧Ｖｂには、セル電圧Ｖｃに対して±０．０３Ｖの誤差があるので、４．２２Ｖに設定されたＯＶＰ５３が動作するときには、セル電圧Ｖｃは４．１９Ｖ〜４．２５Ｖの範囲のいずれかの値になっている。読み取り電圧Ｖｂは、ＭＰＵ２３からＥＣ１０１に定期的に送られる。ＥＣ１０１はフィードバック電圧Ｖｆｂを格納する設定部５５を備える。設定部５５は、具体的にはＥＣ１０１のレジスタであり、設定部５５に設定されたフィードバック電圧Ｖｆｂがアナログ値に変換されて充電器１０３の電圧フィードバック入力に供給される。設定部５５には、フィードバック電圧Ｖｆｂとして現在充電器１０３に供給している現在フィードバック電圧Ｖ１が格納される。ＥＣ１０１は、設定電圧Ｖｏおよび定期的にＭＰＵ２３から送られてくる読み取り電圧Ｖｂを利用して現在フィードバック電圧Ｖ１を修正し修正フィードバック電圧値Ｖ２を生成する。
【００３１】
修正フィードバック電圧Ｖ２は、設定部５５に格納された現在フィードバック電圧Ｖ１を置換してフィードバック電圧Ｖｆｂとして充電器１０３に供給される。修正フィードバック電圧Ｖ２の計算はＭＰＵ２３が行って、ＥＣ１０１を経由して充電器１０３に供給するようにしてもよい。修正フィードバック電圧Ｖ２の計算方法および設定部５５へのフィードバック電圧Ｖｆｂの格納については後述する。
【００３２】
図３は、図２の電圧フィードバック系における充電器の設定電圧ＶｏとＯＶＰ５３の過電圧設定値Ｖｏｐとの関係を示す図である。図３（ａ）は、過電圧保護の保証値を４．４０Ｖにしたときに、ＥＣ１０１側からフィードバック電圧Ｖｆｂを受け取って制御する場合を示している。この場合は、読み取り電圧Ｖｂの誤差が±０．０５Ｖあり、出力誤差が±０．０３Ｖある充電器を使用したときにその設定電圧Ｖｏを４．２０Ｖにすることができる。図３（ｂ）は、過電圧保護の保証値を４．２５ＶにしたときにＥＣ１０１側からフィードバック電圧Ｖｆｂを受け取って制御する場合を示している。
【００３３】
読み取り誤差が±０．０３Ｖある電圧測定回路から読み取り電圧Ｖｂを受け取って動作するＯＶＰ５３の過電圧設定値Ｖｏｐを４．２２Ｖに設定し、出力誤差が±０．０３Ｖの充電器を使用して、４．２５Ｖの過電圧保護を保証しながら正常な充電中にＯＶＰ５３を動作させないためには、充電器の設定電圧Ｖｏを４．１５Ｖに設定する必要があり、４．４０Ｖの過電圧保護を保証する場合よりも設定電圧Ｖｏが０．０５Ｖ低くなる。
【００３４】
設定電圧Ｖｏを下げることは満充電容量の低下および充電時間の長期化につながり望ましくない。本実施の形態では、過電圧保護の保証値を４．２５Ｖにしたとしても、従来のように充電器の設定電圧Ｖｏを４．２０Ｖにしながら、ＯＶＰ５３の誤動作を防ぐことができる。図３（ｃ）は、本実施の形態にかかる設定電圧Ｖｏと過電圧設定値Ｖｏｐとの関係を示している。この例では、過電圧設定値Ｖｏｐを４．２２Ｖに設定し設定電圧Ｖｏを４．２０Ｖに設定する。ＯＶＰ５３が動作するときのセル電圧Ｖｃの範囲（４．１７Ｖ〜４．２３Ｖ）と、出力電圧Ｖｏｔの範囲（４．１９Ｖ〜４．２５Ｖ）にはオーバラップする部分があり、セル電圧Ｖｃと出力電圧Ｖｏｔは充電電流が少ないときには接近した値になるが、本実施の形態にかかる充電システムは、以下に説明する制御方法によりＯＶＰ５３の誤動作を防いでいる。
【００３５】
図４は、は充電開始後の充電器１０３から出力される出力電圧Ｖｏｔおよび充電電流Ｉｏｔの時間的な変化を説明する図である。充電器１０３は、定電流定電圧充電方式によって電池セル１１〜１３を充電しており、充電制御電圧Ｖｃｈｇは充電器の設定電圧Ｖｏに対応する。時刻０で充電を開始すると、充電器１０３は充電電流Ｉｏｔが充電制御電流ＩｃｈｇになるようにＦＥＴ１０５およびＦＥＴ１０７を動作させて出力電圧Ｖｏｔを制御する。充電器１０３の出力電圧Ｖｏｔと電池セル１１〜１３との間には抵抗があるため、セル電圧Ｖｃは出力電圧Ｖｏｔよりも低い値になる。
【００３６】
充電開始から時刻ｔ１までは定電流制御期間で時刻ｔ１から時刻ｔ２までは定電圧制御期間である。充電器１０３に供給されるフィードバック電圧Ｖｆｂが設定電圧Ｖｏに等しくなると、充電器１０３は定電圧制御期間に入り、フィードバック電圧Ｖｆｂが設定電圧Ｖｏに等しくなるようにＦＥＴ１０５およびＦＥＴ１０７を動作させて出力電圧Ｖｏｔを制御する。定電圧制御期間に充電電流Ｉｏｔが放電終了電流Ｉｃｈｇ１に到達した時点で充電が終了する。充電が終了する時点では、セル電圧Ｖｃは出力電圧Ｖｏｔにほぼ等しくなっている。時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間に充電された電気量が電池セル１１〜１３の満充電容量となる。したがって、充電制御電圧Ｖｃｈｇを許容される範囲で高く設定した方が満充電容量は大きくなる。
【００３７】
図５は、図３に示した電圧フィードバック制御系の動作を説明する図である。電圧測定回路５１の読み取り誤差ε１は最大で±０．０３Ｖで、充電器１０３の出力誤差ε２は最大で±０．０３Ｖである。充電システムの構築においては通常、電圧測定回路５１と充電器１０３は任意に組み合わせられるので、読み取り誤差ε１と出力誤差ε２も任意に組み合わせられる。したがって、それぞれの最大の誤差からなる４つの組合せの場合について、図３（ｃ）に示すように設定電圧Ｖｏを４．２０Ｖにし、過電圧設定値Ｖｏｐを４．２２Ｖにしたときの動作を説明する。
【００３８】
＃１〜＃５の制御系は、読み取り誤差ε１が−０．０３Ｖの電圧測定回路５１と、出力誤差ε２が＋０．０３Ｖの充電器で構成されている。読み取り電圧Ｖｂ、修正フィードバック電圧値Ｖ２、充電器１０３の目標出力電圧値Ｖｔ、および充電器１０３の実際の出力電圧値Ｖｏｔはそれぞれ以下の式（１）〜式（５）で計算する。なお、定電圧制御期間では充電電流が小さいので、計算を簡単にするために抵抗１０４による電圧降下を無視している。目標出力電圧Ｖｔは、充電器１０３の出力誤差ε２がないとした場合に、設定電圧Ｖｏとフィードバック電圧Ｖｆｂに基づいて充電器が出力しようとする電圧である。αは、ＯＶＰ５３の誤動作を防ぐように修正フィードバック電圧Ｖ２を計算して充電器１０３の出力電圧をフィードバック制御するための加重係数である。
Ｖｂ＝Ｖｃ＋ε１                        （１）
Ｖ２＝Ｖ１＋（Ｖｂ−Ｖｏ）              （２）
Ｖ２＝Ｖ１＋（Ｖｂ−Ｖｏ）＊α          （３）
Ｖｔ＝Ｖｏ＋（Ｖｏ−Ｖｆｂ）            （４）
Ｖｏｔ＝Ｖｔ＋ε２                      （５）
【００３９】
定電流制御期間は、ＥＣ１０１の設定部５５には現在フィードバック電圧Ｖ１として設定電圧Ｖｏ（４．２０Ｖ）が設定され、フィードバック電圧Ｖｆｂとして充電器１０３に出力されている。この設定電圧Ｖｏは充電器１０３の定格電圧に相当する。しかし、定電流制御期間は、充電電流Ｉｏｔが充電制御電流値Ｉｃｈｇと等しくなるように充電器１０３が動作するため、電圧フィードバックは機能していない。＃１に示すようにセル電圧Ｖｃが４．２３Ｖまで上昇して読み取り電圧Ｖｂがフィードバック電圧Ｖｆｂ（４．２０Ｖ）に等しくなると充電器１０３は定電圧制御期間に入り、式（４）に示すようにフィードバック電圧Ｖｆｂと設定電圧Ｖｏとの間の差をゼロにする目標出力電圧Ｖｔを生成するように動作する。この制御系では、式（４）と式（５）で計算されるように、フィードバック電圧Ｖｆｂが４．２０Ｖのときに、出力電圧Ｖｏｔとセル電圧Ｖｃが４．２３Ｖになり安定する。このとき読み取り電圧Ｖｂは、過電圧設定値Ｖｏｐ（４．２２Ｖ）より低いのでＯＶＰ５３は動作しない。
【００４０】
＃１では、セル電圧Ｖｃが４．２３Ｖのときに出力電圧Ｖｏｔも４．２３Ｖになって安定しているが、環境温度の変化や充電器１０３のドリフトなどによりセル電圧Ｖｃが＃２に示すように４．２２Ｖに下がる場合がある。ＥＣ１０１はこの状態を読み取り電圧Ｖｂが４．１９Ｖに低下したことを検知して、設定部５５に格納されていた現在フィードバック電圧Ｖ１（４．２０Ｖ）を式（２）で計算して修正フィードバック電圧Ｖ２（４．１９Ｖ）で置換し充電器の電圧設定値入力Ｖｓｅｔに供給する。充電器１０３は、式（４）に示すように動作して目標出力電圧Ｖｔを４．２１Ｖにするように動作する。しかし、実際には充電器１０３に出力誤差ε２があるため、出力電圧Ｖｏｔは式（５）で計算されるように４．２４Ｖになりセル電圧Ｖｃは上昇する。
【００４１】
＃３は＃１の状態からセル電圧Ｖｃが４．２１Ｖに下がったときの状態を示しており、＃２と同様にしてＥＣ１０１が修正フィードバック電圧Ｖ２を計算して出力電圧Ｖｏｔを決定する。＃４は、セル電圧Ｖｃが４．２４Ｖに変動したときの様子を示している。このとき読み取り電圧Ｖｂは４．２１Ｖになり、過電圧設定値Ｖｏｐ（４．２２Ｖ）に到達してはいないが接近しているので、ＥＣ１０１は式（３）で修正フィードバック電圧Ｖ２を計算してフィードバック電圧Ｖｆｂとして充電器１０３に出力する。式（３）では、充電器１０３が、設定電圧値Ｖｏに対して出力電圧Ｖｔを修正する値であるＶｂ−Ｖｏに加重係数α（１．２）で重み付けをしてフィードバックの効果を大きくしている。
【００４２】
その結果、充電器の出力電圧Ｖｏｔは４．２１８Ｖになり、セル電圧Ｖｃは４．２１８Ｖに向かって降下する。式（２）でフィードバック電圧Ｖｆｂを計算した場合には、出力電圧Ｖｏｔは４．２２Ｖになり、セル電圧Ｖｃを４．２２Ｖに向かって降下させることができるが、式（３）を使用した場合には、より短時間で電圧を降下させることができるので、急激に競る電圧Ｖｃが上昇するような場合でもより確実にＯＶＰ５３の誤動作を防ぐことができる。＃５は、＃４の状態からセル電圧Ｖｃが４．２０Ｖまで下がったときの様子を示している。設定部５５には、＃４で計算された修正フィードバック電圧Ｖ２（４．２１２Ｖ）が現在フィードバック電圧Ｖ１として格納されている。そして、ＥＣ１０１は、修正フィードバック電圧Ｖ２を式（２）で計算してフィードバック電圧値Ｖｆｂとして充電器に送る。充電器１０３は、充電器出力Ｖｏｔが４．２４８Ｖになってセル電圧Ｖｃが上昇する。
【００４３】
つぎに、＃６〜＃９について説明する。この制御系は、読み取り誤差ε１が＋０．０３Ｖの電圧測定回路５１と出力誤差ε２が−０．０３Ｖの充電器１０３で構成されている。この制御系は、セル電圧Ｖｃが４．１７Ｖのときに読み取り電圧Ｖｂが４．２Ｖとなって定電圧制御に移行し、充電器１０３は出力電圧Ｖｏｔを４．１７Ｖにして安定する。＃７、＃８では、＃６の状態からセル電圧Ｖｃが変化したときの修正フィードバック電圧Ｖ２がＥＣ１０１によりそれぞれ式（２）で計算され、式（４）、式（５）で計算された出力電圧Ｖｏｔが示されている。＃９では、＃６の状態からセル電圧Ｖｃが４．１８Ｖに変動し、読み取り電圧Ｖｂが４．２１Ｖに到達したために、ＥＣ１０１は式（３）を使って修正フィードバック電圧Ｖ２（４．２１２Ｖ）を計算して充電器１０３にフィードバック電圧Ｖｆｂとして供給する。充電器１０３は式（４）、式（５）で計算されるように出力電圧Ｖｏｔを４．１５８Ｖまで低下させてセル電圧Ｖｃを降下させる動作をする。
【００４４】
つぎに、＃１０〜＃１５について説明する。この制御系は、読み取り誤差ε１が−０．０３Ｖの電圧測定回路５１と出力誤差ε２が−０．０３Ｖの充電器１０３で構成されている。この制御系では、＃１０に示すように現在フィードバック電圧Ｖ１が設定電圧Ｖｏ（４．２Ｖ）に設定されている定電流制御期間にセル電圧Ｖｃと出力電圧Ｖｏｔがともに４．１７Ｖになる。しかし、読み取り電圧Ｖｂ（４．１４Ｖ）は設定電圧Ｖｏ（４．２０Ｖ）に到達していないので、定電流制御が継続して行われ＃１１に示すように読み取り電圧Ｖｂが４．２３Ｖに到達するまでセル電圧Ｖｃが上昇する。このとき読み取り電圧Ｖｂが設定電圧Ｖｏに等しくなるので充電器１０３は定電圧制御に移行する。
【００４５】
＃１１で定電圧制御に移行したときには、セル電圧Ｖｃは４．２３Ｖに到達しているが、出力電圧Ｖｏｔは４．１７Ｖまで下がっているため、セル電圧Ｖｃは降下し＃１４に示すように修正フィードバック電圧Ｖ２が４．１７Ｖのときにセル電圧Ｖｃと出力電圧Ｖｏｔが４．２０Ｖになるように充電器１０３が動作して安定する。＃１４では、現在フィードバック電圧Ｖ１を４．２Ｖとしてセル電圧Ｖｃが＃１０の状態から＃１４の状態に移行したように示しているが、実際にはセル電圧Ｖｃが様々な変動を示し、その都度修正フィードバック電圧Ｖ２が計算されて出力電圧Ｖｏｔがフィードバック制御され、＃１４のセル電圧Ｖｃ（４．２０Ｖ）、読み取り電圧Ｖｂ（４．１７Ｖ）、修正フィードバック電圧Ｖ２（４．１７Ｖ）、および出力電圧Ｖｏｔ（４．２０Ｖ）の関係に収束する。
【００４６】
この制御系では、安定状態の読み取り電圧Ｖｂが４．１７Ｖであり、過電圧設定値Ｖｏｐ（４．２２Ｖ）に比べて十分低いので、実際には読み取り電圧Ｖｂが４．２１Ｖに到達して式（３）で修正フィードバック電圧を計算する必要はないが、何らかの要因でそのような変動が発生した場合には、式（３）で修正フィードバック電圧Ｖ２を計算してもよい。
【００４７】
つぎに、＃１６〜＃２０について説明する。この制御系は、読み取り誤差ε１が＋０．０３Ｖの電圧測定回路５１と出力誤差ε２が＋０．０３Ｖの充電器１０３で構成されている。この制御系は、＃１６に示すように、セル電圧Ｖｃが４．１７Ｖのときに読み取り電圧Ｖｂが４．２０Ｖに到達し定電圧制御に移行する。しかしこの時点では充電器出力が４．２３Ｖであるため、セル電圧Ｖｃはさらに上昇する。そして、充電器１０３は＃１９に示すように修正フィードバック電圧Ｖ２が４．２３Ｖのときにセル電圧Ｖｃと出力電圧Ｖｏｔが４．２０Ｖになって安定するように動作する。しかし、セル電圧Ｖｃが４．２０Ｖのときは読み取り電圧Ｖｂがすでに過電圧設定値Ｖｏｐ（４．２２Ｖ）を超えているために、この制御系はそのような状態で動作することはできない。
【００４８】
この制御系では、＃２０に示すようにセル電圧Ｖｃが４．１８Ｖに到達して読み取り電圧Ｖｂが４．２１Ｖになったときに、式（３）に基づいて修正フィードバック電圧Ｖ２を計算し、出力電圧Ｖｏｔを同じ読み取り電圧Ｖｂである＃１７で計算された出力電圧Ｖｏｕｔ（４．２２Ｖ）よりさらに低い４．２１８Ｖまで下げて、ＯＶＰ５３が動作するのを防ぐことができる。
【００４９】
図２に示した４つの充電システムでは、読み取り誤差ε１と出力誤差ε２の大きさとそれらの組合せにより実際に安定する出力電圧Ｖｏｔは異なるが、いずれの場合でも定格電圧Ｖｏを４．２０Ｖに設定することができる。本実施の形態では、電池パックの電圧測定回路５１が測定した電圧が、ＯＶＰ５３が動作する値に近づいたときにＥＣ１０１がフィードバック電圧Ｖｆｂを修正して出力電圧Ｖｏｔを下げているため、読み取り誤差ε１と出力誤差ε２により当該充電システムで許容される最大の出力電圧Ｖｏｔで電池セルを充電することができる。図５の例では、読み取り誤差ε１が最大で±０．０３Ｖの電圧測定回路と出力誤差が最大で±０．０３Ｖの充電器からなる充電システムにおいて、＃１〜＃５の充電システムのセル電圧が最も高くなり、＃６〜＃９の充電システムのセル電圧が最も低くなるが、いずれの充電システムに対しても設定電圧Ｖｏを４．２０ＶにしてＯＶＰ５３の保証値を４．２５Ｖにすることができる。
【００５０】
また図２に示した充電システムでは、充電の所要時間を短縮する副次的効果もある。充電器１０３の電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖに供給するフィードバック電圧Ｖｆｂを電池パック側で測定した場合とノートＰＣ１０側で測定した場合とでは、その間に数々の電子部品、配線、およびコネクタなどの抵抗１０４に起因する電圧降下があるので、前者の測定値に比べて後者の測定値がやや高い電圧となる。そのため、読み取り電圧Ｖｂが設定電圧Ｖｏに到達したときに充電器１０３が定電流制御から定電圧制御に切り替わるとした場合に、従来のようにフィードバック電圧ＶｆｂをノートＰＣ側で測定すると、電池パック側で測定するよりも早く定電圧制御に切り替わる。これは、定電流制御によって充電される時間が短くなるので、満充電容量まで充電する時間が長くなることになる。この点で本実施の形態にかかる充電システムは従来方式よりも充電時間を短縮することができる。
【００５１】
図６は、従来方式と本実施の形態の充電システムについて、充電所要時間について実験した結果について示している。ライン７１、７３は図３（ａ）に示した従来の充電システムで電池セルを充電した場合の充電電流と充電容量を示し、ライン７５、７７は図２に示した充電システムで同じ電池セルを充電した場合の充電電流と充電容量を示している。ライン７１に示すように従来方式では、時刻ｔ１ｂで充電器１０３の動作が定電流制御から定電圧制御に切り替わり、ライン７３に示すように時刻ｔ２ｂで満充電容量に到達している。これに対して本実施の形態の方式では、ライン７５に示すように時刻ｔ１ｂより長い時間が経過した時刻ｔ１ａで充電器１０３の動作が定電流制御から定電圧制御に切り替わり、ライン７７に示すように時刻ｔ２ｂより短い時間で到達する時刻ｔ２ａで満充電容量に到達した。図２の充電システムでは、満充電までの所要時間が従来方式に比べて約２０分短縮できたことになる。
【００５２】
図７は、社団法人電池工業会および社団法人電子情報技術産業協会によって推奨されるリチウム・イオン蓄電池の安全基準における、使用温度範囲に対する設定電圧と過電圧設定値を示す図である。Ｔ２〜Ｔ３（１０〜４５℃）の温度範囲が標準温度域とされ、リチウム・イオン蓄電池が最も良好な性能を安全に発揮することができるとされる温度域である。前述の設定電圧Ｖｏ（４．２０Ｖ）および過電圧設定値Ｖｏｐ（４．２５Ｖ）の値は、この標準温度域での充電条件に基づいている。
【００５３】
リチウム・イオン蓄電池を標準温度域から外れる温度において使用する場合は、安全性の見地から、標準温度域よりも低い充電電圧で充電することが望ましいとされる。具体的にはＴ１〜Ｔ２（０〜１０℃）が低温域、またＴ３〜Ｔ４（４５〜５０℃）が高温域とされ、低温域および高温域では、いずれも設定電圧Ｖｏを４．１０Ｖにして過電圧設定値Ｖｏｐを４．１５Ｖにすることが推奨される。標準温度域、低温域、高温域のいずれからも外れる０℃以下および５０℃以上の温度域では、リチウム・イオン蓄電池は充電禁止とされる。なお、ここで示したＴ１〜Ｔ４の各々の温度値と、それぞれの温度域における設定電圧Ｖｏおよび過電圧設定値Ｖｏｐは、限定的な意味ではなく、他の値が推奨されるようになった場合はそれで置換される。
【００５４】
そこで、本実施の形態にかかる充電システムでは、設定電圧Ｖｏと過電圧設定値Ｖｏｐを、電池パック１０が使用される環境における温度に応じて切り替えることが可能である。図７では、実線のラインが設定電圧Ｖｏを示し、波線のラインが過電圧設定値Ｖｏｐを示している。環境温度に応じてＥＣ１０１は基準電圧源１２３の出力を変更して電圧設定値入力Ｖｓｅｔの設定電圧Ｖｏを切り替え、ＭＰＵ２３はプログラムにより過電圧設定値Ｖｏｐを変更する。
【００５５】
ＥＣ１０１は、電池パック１０の内部で電池セル１１〜１３の近辺に配置されたサーミスタ２７によって、電池セル１１〜１３周辺の温度を検出する。ＥＣ１０１が、サーミスタ２７で検出した温度が高温域または低温域の温度であると判断したら、まずＥＣ１０１が基準電圧源１２３の出力を変更して電圧設定値入力Ｖｓｅｔの設定電圧Ｖｏを切り替える。次いで、ＥＣ１０１は設定部５５に格納されていた現在フィードバック電圧Ｖ１を切り替えられた設定電圧Ｖｏに変更して定電流制御から定電圧制御に移行する電圧を下げる。ＭＰＵ１０３はＥＣ１０１から温度のデータを受け取ると、過電圧設定値Ｖｏｐを切り替えられた設定電圧Ｖｏに対応する値に変更する。図７に示すように、標準温度域では、Ｖｏｐ＝４．２５Ｖ、Ｖｏ＝４．２０Ｖの設定となり、低温域および高温域では、Ｖｏｐ＝４．１５Ｖ、Ｖｏ＝４．１０Ｖの設定となる。
【００５６】
リチウム・イオン蓄電池を充電する際には充電制御電圧Ｖｃｈｇを高い精度で管理する必要がある一方、充電制御電流Ｉｃｈｇは充電制御電圧Ｖｃｈｇほどの精度で制御する必要はなくノートＰＣ１００側で測定しても電池パック１０側で測定してもほぼ同じ値になる。したがって、図１では電圧フィードバック入力Ｖｓｅｔと電流フィードバック入力Ｉｓｅｔの両方を、電池パック１０から供給しているが、電流フィードバック入力Ｉｓｅｔに対する充電電流Ｉｏｔは従来の構成のようにノートＰＣ１００側にセンス抵抗を設けてそこから充電器１０３にフィードバックするようにしてもよい。
【００５７】
図８は、本発明の別の実施形態にかかるＳＢＳ規格に準拠した電池パック１０およびノートＰＣ１００の概略構成を示すブロック図である。図９は、図８の充電システムのうちで、電圧フィードバック系を詳しく説明するためのブロック図である。図８、図９において、図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付け説明を省略する。この充電システムでは、電池パック１０から受け取った充電電流と読み取り電圧Ｖｂとを、ＥＣ１０１は充電器１０３の電流設定値入力Ｉｓｅｔおよび電圧設定値入力Ｖｓｅｔに送る。充電器１０３の電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖおよび電流フィードバック入力ＦＢ−Ｉには、ノートＰＣ側に用意された分圧抵抗１１３、１１５とセンス抵抗１１７からの出力が接続される。電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖには、フィードバック電圧Ｖｆｂが入力される。
【００５８】
この充電システムでは、ＥＣ１０１の設定部５５に現在設定電圧Ｖ３または修正設定電圧Ｖ４が格納される。修正設定電圧Ｖ４は、ＥＣ１０１が式（２）、式（３）に準じた式で計算する。修正設定電圧Ｖ４は一旦設定部５５に格納されると現在設定電圧Ｖ３になり、設定部５５からは現在設定電圧Ｖ３が充電器１０３の電圧設定値入力Ｖｓｅｔに設定電圧Ｖｏとして供給される。定電流制御期間は現在設定電圧Ｖ３が定格電圧の４．２０Ｖとなるように設定され、フィードバック電圧Ｖｆｂが４．２０Ｖに到達したときに充電器１０３は定電圧制御に切り替わる。定電圧制御期間に充電器１０３は、フィードバック電圧Ｖｆｂの値と設定電圧Ｖｏの値が等しくなるように動作する。
【００５９】
ＥＣ１０１は、図２の充電システムの場合とは逆に、読み取り電圧Ｖｂの値が大きくなると、修正設定電圧Ｖ４が大きくなるように修正して出力電圧Ｖｏｔを下げ、読み取り電圧Ｖｂの値が小さくなると修正設定電圧Ｖ４が小さくなるように修正して出力電圧Ｖｏｔを上げる。そして、読み取り電圧Ｖｂが過電圧設定値Ｖｏｐに接近してきたときには、式（３）に準じた式で加重係数を用いて現在設定電圧Ｖ３を修正した修正設定電圧Ｖ４を充電器１０３に送り、ＯＶＰ５３の誤動作を防ぐ。
【００６０】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではない。本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることは言うまでもないことである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
ダム・バッテリィやスマート・バッテリィなどの電池パックを充電する蓄電池の充電システムにおいて利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態にかかる電池パックおよびノートＰＣで構成された充電システムを示すブロック図である。
【図２】図１の充電システムのうちで、電圧フィードバック系を詳しく説明するためのブロック図である。
【図３】図２の電圧フィードバック系における充電器の設定電圧と過電圧設定値との関係を示す図である。
【図４】充電開始後の充電器から出力される充電電圧および充電電流の時間的な変化を説明する図である。
【図５】図３に示した充電システムの電圧フィードバック制御系の動作を説明する図である。
【図６】充電所要時間を示す図である。
【図７】リチウム・イオン電池の使用温度範囲に対する設定電圧と過電圧設定値の関係を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態にかかる電池パックおよびノートＰＣで構成された充電システムを示すブロック図である。
【図９】図８の充電システムのうちで、電圧フィードバック系を詳しく説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０、２０１…電池パック
１１、１２、１３、２０５…電池セル
１５…センス抵抗
２１…ＡＦＥ
２３…ＭＰＵ
２７…サーミスタ
１００…ノートＰＣ
１０１…エンベデッド・コントローラ（ＥＣ）
１０３…充電器
１０５、１０７…ＦＥＴ
１２３…基準電圧源
【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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【図９】
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