(57)【要約】【課題】  電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電を不要にすることで充電時間の短縮を可能にすると共に、無駄な消費電力を抑制することができるようにする。【解決手段】  二次電池１６の各電圧セル２８，３０、３２の電圧を検出する電圧検出部３４、各電圧セル２８，３０、３２に対し充電電流が供給される充電回路をオンオフする充電制御スイッチ３６、各電圧セル２８，３０、３２の電圧が基準値を満たしているか否かを判別する電圧判別部４４、及び、電圧判別部４４により各電圧セル２８，３０、３２の電圧が基準値を満たしていると判別された場合に充電制御スイッチ３６をオンにし、各電圧セル２８，３０、３２のうちの少なくとも１の電圧セルの電圧が基準値を満たしていないと判別された場合に充電制御スイッチ３６をオフにするスイッチ制御部４８を備える。【選択図】      図１
2007014091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電を制御する充電制御回路であって、前記二次電池を構成する電池セルの電圧を検出する電圧検出部と、前記電池セルに対し充電電流が供給される充電回路をオンオフする充電制御スイッチと、前記電池セルの電圧が基準値を満たしているか否かを判別する電圧判別部と、この電圧判別部により前記電池セルの電圧が基準値を満たしていると判別された場合に前記充電制御スイッチをオンにし、前記電池セルの電圧が基準値を満たしていないと判別された場合に前記充電制御スイッチをオフにするスイッチ制御部とを備えたことを特徴とする二次電池の充電制御回路。
【請求項２】
前記二次電池は、複数の電池セルが直列接続されて構成されたものであり、前記電圧検出部は、各電池セルの電圧を検出するものであって、前記電圧判別部は、各電池セルの電圧が基準値を満たしているか否かを判別するものであり、前記スイッチ制御部は、各電池セルの電圧が基準値を満たしている場合に前記充電制御スイッチをオンにし、少なくとも１の電池セルの電圧が基準値を満たしていない場合に前記充電制御スイッチ部をオフにするものであることを特徴とする請求項１記載の二次電池の充電制御回路。
【請求項３】
前記電圧判別部は、前記電池セルの電圧が前記基準値である第１の基準値を満たしているか否かを判別すると共に、当該第１の基準値よりも大きい第２の基準値を満たしているか否かを判別するものであり、前記スイッチ制御部は、前記電圧判別部により前記電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていると判別された場合に前記充電制御スイッチをオンにし、前記電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていないと判別された場合に前記充電制御スイッチをオフにするものであり、前記電池セルに対し供給される充電電流を調節する電流調節部と、前記電圧判別部により前記電池セルの電圧が第１の基準値を満たしており、かつ、第２の基準値を満たしていないと判別された場合に前記電流調節部を制御して所定値の充電電流とし、前記電圧判別部により前記電池セルの電圧が第２の基準値を満たしていると判別された場合に前記電流調節部を制御して前記所定値よりも大きい充電電流にする電流制御部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の二次電池の充電制御回路。
【請求項４】
前記二次電池は、複数の電池セルが直列接続されて構成されたものであり、前記電圧検出部は、各電池セルの電圧を検出するものであって、前記電圧判別部は、各電池セルの電圧が第１の基準値を満たしているか否かを判別すると共に、各電池セルの電圧が第２の基準値を満たしているか否かを判別するものであり、前記スイッチ制御部は、各電池セルの電圧が第１の基準値を満たしている場合に前記充電制御スイッチをオンにし、少なくとも１の電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていない場合に前記充電制御スイッチをオフにするものであり、前記電流制御部は、各電池セルの電圧が第１の基準値を満たしており、かつ、第２の基準値を満たしていないと判別された場合に前記電流調節部を制御して所定値の充電電流とし、各電池セルの電圧が第２の基準値を満たしていると判別された場合に前記電流調節部を制御して前記所定値よりも大きい充電電流にするものであることを特徴とする請求項３記載の二次電池の充電制御回路。
【請求項５】
前記第１の基準値は、充電を行うことにより電圧復帰の可能な充電可能状態の下限電圧値に設定されるものであることを特徴とする請求項３又は４記載の二次電池の充電制御回路。
【請求項６】
前記スイッチ制御部は、二次電池を充電するための充電装置から供給される電力により作動するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の二次電池の充電制御回路。
【請求項７】
充電装置に接続可能に構成された電池パックであって、負荷装置に対し電力を供給するための二次電池と、請求項１乃至６のいずれかに記載の二次電池の充電制御回路とを一体に備えたことを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電を制御する充電制御回路及び充電制御回路を備えた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機、デジタルカメラ、電動工具、ロボットなどの種々の機器を駆動するための電源として電池パックが汎用されている。この電池パックは、リチウムイオン二次電池などの複数の電池セルが直列接続されて構成された充電可能なものであり、各電池セルの電圧が低くなり過ぎても単に放置期間が長かったことによる充電可能状態にある二次電池については充電を行うことができる。しかしながら、各電池セルの電圧がある特定の電圧を下回った充電不能状態になると、電池セルを構成する電池ケースが溶解して孔が開き漏液に至る場合や、負極板の集電体に用いている銅箔が非水電解液中に銅イオンの形で溶出すると共に、充電により針状結晶の状態で負極板上に析出し、正極板と微小短絡状態に至る場合がある。
【０００３】
このような充電不能状態になった二次電池については、充電を行ったとしても微小短絡状態では充電エネルギーを消費してしまうので、十分な充電ができない場合が生じる可能性や電池が短絡状態で充電されると不安全状態に至る可能性もある。
【０００４】
このように、二次電池が如何なる状態にあるかにより充電状況が異なるため、充電を行うにあたっては、最初に通常の充電電流よりも低い充電電流でトリクル充電することにより電圧復帰の可能性があるかどうかを確認し、電圧復帰の可能性がある充電可能状態にある場合には急速充電に切り換えて短時間で充電できるようにする一方、電圧復帰の可能性がない充電不能状態にある場合には充電回路を遮断するようにした充電制御回路が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平８−１４０２８１号公報
【特許文献２】特開平１１−２６２１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記充電制御回路によれば、充電可能状態にある二次電池については充電を行うことで電圧復帰されるとはいうものの、トリクル充電を行う時間が必要になることから充電時間の短縮化に限界が生じると共に、電圧復帰の可能性のない充電不能状態にあるものについてもトリクル充電を行うことで不要な電力を消費するだけでなく、電池が短絡状態で充電されると不安全状態に至る可能性や、充電装置に大きな負荷を掛けることにもなる場合も生じ得るという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、充電可能状態にある二次電池に対する充電を可能にし、充電不能状態にある二次電池に対する充電を禁止し得るようにしたものであり、充電時間の短縮を可能にすると共に、無駄な消費電力を抑制することと不安全状態を回避できる二次電池の充電制御回路及び電池パック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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、二次電池の充電を制御する充電制御回路であって、前記二次電池を構成する電池セルの電圧を検出する電圧検出部と、前記電池セルに対し充電電流が供給される充電回路をオンオフする充電制御スイッチと、前記電池セルの電圧が基準値を満たしているか否かを判別する電圧判別部と、この電圧判別部により前記電池セルの電圧が基準値を満たしていると判別された場合に前記充電制御スイッチをオンにし、前記電池セルの電圧が基準値を満たしていないと判別された場合に前記充電制御スイッチをオフにするスイッチ制御部とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記二次電池は、複数の電池セルが直列接続されて構成されたものであり、前記電圧検出部は、各電池セルの電圧を検出するものであって、前記電圧判別部は、各電池セルの電圧が基準値を満たしているか否かを判別するものであり、前記スイッチ制御部は、各電池セルの電圧が基準値を満たしている場合に前記充電制御スイッチをオンにし、少なくとも１の電池セルの電圧が基準値を満たしていない場合に前記充電制御スイッチ部をオフにするものであることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記電圧判別部は、前記電池セルの電圧が前記基準値である第１の基準値を満たしているか否かを判別すると共に、当該第１の基準値よりも大きい第２の基準値を満たしているか否かを判別するものであり、前記スイッチ制御部は、前記電圧判別部により前記電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていると判別された場合に前記充電制御スイッチをオンにし、前記電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていないと判別された場合に前記充電制御スイッチをオフにするものであり、前記電池セルに対し供給される充電電流を調節する電流調節部と、前記電圧判別部により前記電池セルの電圧が第１の基準値を満たしており、かつ、第２の基準値を満たしていないと判別された場合に前記電流調節部を制御して所定値の充電電流とし、前記電圧判別部により前記電池セルの電圧が第２の基準値を満たしていると判別された場合に前記電流調節部を制御して前記所定値よりも大きい充電電流にする電流制御部とをさらに備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３に係るものにおいて、前記二次電池は、複数の電池セルが直列接続されて構成されたものであり、前記電圧検出部は、各電池セルの電圧を検出するものであって、前記電圧判別部は、各電池セルの電圧が第１の基準値を満たしているか否かを判別すると共に、各電池セルの電圧が第２の基準値を満たしているか否かを判別するものであり、前記スイッチ制御部は、各電池セルの電圧が第１の基準値を満たしている場合に前記充電制御スイッチをオンにし、少なくとも１の電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていない場合に前記充電制御スイッチをオフにするものであり、前記電流制御部は、各電池セルの電圧が第１の基準値を満たしており、かつ、第２の基準値を満たしていないと判別された場合に前記電流調節部を制御して所定値の充電電流とし、各電池セルの電圧が第２の基準値を満たしていると判別された場合に前記電流調節部を制御して前記所定値よりも大きい充電電流にするものであることを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項３又は４に係るものにおいて、前記第１の基準値は、充電を行うことにより電圧復帰の可能な充電可能状態の下限電圧値に設定されるものであることを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに係るものにおいて、前記スイッチ制御部は、二次電池を充電するための充電装置から供給される電力により作動するものであることを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明は、充電装置に接続可能に構成された電池パックであって、負荷装置に対し電力を供給するための二次電池と、請求項１乃至６のいずれかに記載の二次電池の充電制御回路とを一体に備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、電池セルの電圧が基準値を満たしている場合に充電制御スイッチをオンにし、電池セルの電圧が基準値を満たしていない場合に充電制御スイッチをオフにするようにしているので、この基準値を二次電池が充電可能状態にあるか充電不能状態にあるかを判別するための所定値に設定しておくことにより、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電が不要になる。このため、従来のようなトリクル充電に要する時間が不要となる結果、二次電池に対する充電時間を短縮することが可能になると共に、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、各電池セルの電圧が基準値を満たしている場合に充電制御スイッチをオンにし、少なくとも１の電池セルの電圧が基準値を満たしていない場合に充電制御スイッチをオフにするようにしているので、この基準値を二次電池が充電可能状態にあるか充電不能状態にあるかを判別するための所定値に設定しておくことにより、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電が不要になる。このため、従来のようなトリクル充電に要する時間が不要となる結果、二次電池に対する充電時間を短縮することが可能になると共に、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、電池セルの電圧が第１の基準値を満たしている場合に充電制御スイッチをオンにし、電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていない場合に充電制御スイッチをオフにするようにしているので、この第１の基準値を二次電池が充電可能状態にあるか充電不能状態にあるかを判別するための所定値に設定しておくことにより、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電が不要になる。このため、従来のようなトリクル充電に要する時間が不要となる結果、二次電池に対する充電時間を短縮することが可能になると共に、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１７】
また、電池セルの電圧が第１の基準値を満たしており、かつ、第１の基準値よりも大きい第２の基準値を満たしていない場合に所定値の充電電流とし、電池セルの電圧が第２の基準値を満たしている場合に第２の基準値を満たしていない場合の所定値よりも大きい充電電流にするようにしているので、電池セルの電圧が低い場合に電池セルに大きな負担を掛けないようにすることができる結果、電池寿命に悪影響を与えないようにすることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、各電池セルの電圧が第１の基準値を満たしている場合に充電制御スイッチをオンにし、少なくとも１の電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていない場合に充電制御スイッチをオフにするようにしているので、この第１の基準値を二次電池が充電可能状態にあるか充電不能状態にあるかを判別するための所定値に設定しておくことにより、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電が不要になる。このため、従来のようなトリクル充電に要する時間が不要となる結果、二次電池に対する充電時間を短縮することが可能になると共に、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１９】
また、各電池セルの電圧が第１の基準値を満たしており、かつ、各電池セルの電圧が第１の基準値よりも大きい第２の基準値を満たしていない場合に所定値の充電電流とし、各電池セルの電圧が第２の基準値を満たしている場合に第２の基準値を満たしていない場合の所定値よりも大きい充電電流にするようにしているので、電池セルの電圧が低い場合に電池セルに大きな負担を掛けないようにすることができる結果、電池寿命に悪影響を与えないようにすることができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、第１の基準値が充電を行うことにより電圧復帰の可能な充電可能状態の下限電圧値に設定されるので、電池セルの電圧が第１の基準値を満たしている場合に充電を行い、第１の基準値を満たしていない場合に充電を行わないようにすることにより、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電が不要になる。このため、従来のようなトリクル充電に要する時間が不要となる結果、二次電池に対する充電時間を短縮することが可能になると共に、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００２１】
また、電池セルの電圧が第１の基準値を満たしていない場合には、電池セルの負極板の集電体に用いている銅箔などの金属が充電により針状結晶の状態で析出して電極板を短絡させる場合があることから、第１の基準値を満たしていない場合に充電を行わないようにすることで安全を確保することができる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、スイッチ制御部が二次電池を充電するための充電装置から供給される電力により作動するものであるので、二次電池を構成している電池セルの電圧が低くなり過ぎた場合でもスイッチ制御部を確実に機能させることができる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、電池セルの電圧が基準値を満たしている場合に充電制御スイッチをオンにし、電池セルの電圧が基準値を満たしていない場合に充電制御スイッチをオフにするようにしているので、この基準値を二次電池が充電可能状態にあるか充電不能状態にあるかを判別するための所定値に設定しておくことにより、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電が不要になる。このため、従来のようなトリクル充電に要する時間が不要となる結果、二次電池に対する充電時間を短縮することが可能になると共に、無駄な電力消費を効果的に抑制することができる電池パックが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る充電制御回路を用いた電池パックの回路構成を説明するための図である。この図において、電池パック１０は、携帯電話機、デジタルカメラ、電動工具、ロボットなどの種々の負荷装置を駆動するためのものであり、一対の外部端子１２、１４と、二次電池１６と、一対の外部端子１２、１４と二次電池１６との間に配設された充電制御回路１８とから構成されたものである。
【００２５】
ここで、一対の外部端子１２、１４は、二次電池１６に対して充電を行う充電装置２０の一対の出力端子２２、２４に接続されるものである。二次電池１６は、リチウムイオン二次電池からなる充電可能なものであり、複数（本実施形態では３個）の電池セル２８、３０、３２が直列接続されて構成されたものである。このリチウムイオン二次電池からなる二次電池１６は、アルミニウムやアルミニウム合金などの電池ケース内に、正極板と負極板とがセパレータを介して絶縁された状態で扁平状に巻回されてなる極板群が収納され、非水電解液が注入されて構成されたものである。
【００２６】
この正極板は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などの箔やラス加工もしくはエッチング処理された厚み１０〜６０μｍの正極集電体の片面又は両面に正極ペーストを塗布して乾燥させ、圧延して正極活物質層を形成することにより作製されたものである。また、負極板は、例えば、普通の銅箔やラス加工もしくはエッチング処理された銅箔からなる厚み１０〜５０μｍの負極集電体の片面又は両面に負極ペーストを塗布して乾燥させ、圧延して負極活物質層を形成することにより作製されたものである。
【００２７】
充電制御回路１８は、二次電池１６を構成する各電池セル２８、３０、３２の電圧を検出する電圧検出部３４と、各電池セル２８、３０、３２に対し充電電流が供給される充電回路をオンオフするものであり、一方の外部端子１２と二次電池１６との間に配設された充電制御スイッチ３６と、電圧検出部３４から出力される検出信号が入力され、この検出信号のレベルに対応して充電制御スイッチ３６をオンオフ制御する充電制御部３８とを備えている。
【００２８】
ここで、電圧検出部３４は、第１の電圧検出部４０と第２の電圧検出部４２とを備えている。第１の電圧検出部４０は、二次電池１６が電圧復帰の可能性のある充電可能状態（過放電状態）にあるか、電圧復帰の可能性のない充電不能状態（深放電状態）にあるかを検出するためのもので、各電池セル２８、３０、３２の電圧を分圧する分圧抵抗回路と、この分圧抵抗回路により得た各電池セル２８、３０、３２の分圧電圧を基準値と比較し、その比較結果をハイ信号又はロー信号である検出信号として出力するコンパレータとから構成されたものである。このコンパレータは、充電装置２０から供給される電力により駆動される。
【００２９】
すなわち、本発明は、電圧復帰の可能性のある充電可能状態にある二次電池１６と、電圧復帰の可能性のない充電不能状態にある二次電池１６とでは、各電池セル２８、３０、３２の電圧値に差異があることを実験的に見出したことに基づくものであり、この臨界的な電圧値を満たしているか否かで充電可能状態にある二次電池１６であるか、充電不能状態にある二次電池１６であるかを検出しようとするものである。
【００３０】
このため、電圧復帰の可能性のある充電可能状態にある二次電池１６と電圧復帰の可能性のない充電不能状態にある二次電池１６とを判別し得る各電池セル２８、３０、３２の臨界値としての電圧値Ｖｒを実験的に求めておき、この臨界値としての電圧値Ｖｒを各電池セル２８、３０、３２の電圧値と比較するための基準値（臨界基準値）Ｖｒとして設定したものである。
【００３１】
この基準値Ｖｒは、本実施形態では０．５〜１．３Ｖ（Ｖｒ＝０．５〜１．３Ｖ）としているが、電池セルの特性ばらつきなどを考慮すると、０．６〜１．３Ｖ（Ｖｒ＝０．６〜１．３Ｖ）とすることがより高い安全性を確保する上で好ましい。このように基準値Ｖｒに幅を持たせているのは、電池パックが用いられる機器の用途などにより同じ二次電池であっても基準値を異ならせる必要があることが実験的に確認されていることによるものであり、このため機器の用途などに応じて上記範囲内の所定値が選択されて設定されることになる。なお、コンパレータに入力される基準値としては、上記基準値Ｖｒから分圧抵抗回路による分圧比に対応して求めた値に設定される。
【００３２】
また、第２の電圧検出部４２は、二次電池１６が充電装置２０から充電電流が供給されることで満充電になったか否かを検出するためのもので、第１の電圧検出部４０と同様に、各電池セル２８、３０、３２の電圧を分圧する分圧抵抗回路と、この分圧抵抗回路により得た各電池セル２８、３０、３２の分圧電圧を基準値と比較し、その比較結果をハイ信号又はロー信号である検出信号として出力するコンパレータとから構成されたものである。このコンパレータは、充電装置２０から供給される電力により駆動される。
【００３３】
すなわち、この第２の電圧検出部４２は、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃを満充電か否かを判別するための基準値（満充電基準値）Ｖｆと比較し、その比較結果を検出信号として出力するものである。なお、コンパレータに入力される基準値としては、上記基準値Ｖｆから分圧抵抗回路による分圧比に対応して求めた値に設定される。
【００３４】
充電制御スイッチ３６は、例えば、電界効果型トランジスタにより構成されたものであり、充電制御部３８によりオンにされることで充電装置２０から二次電池１６に対して充電電流を供給して充電を行い、充電制御部３８によりオフにされることで二次電池１６に対する充電電流の供給を遮断して充電を禁止するものである。
【００３５】
充電制御部３８は、演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御処理プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭ（Read-Only Memory）、及び、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を備えたマイクロコンピュータなどで構成されたものであり、充電装置２０から供給される電力により駆動されるものである。
【００３６】
充電制御部３８には、電圧判別部４４、満充電判別部４６及びスイッチ制御部４８としての機能実現部を備えている。この電圧判別部４４は、第１の電圧検出部４０から出力される検出信号がハイ信号であるかロー信号であるかを判別するものである。すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしているか否かを判別するものである。
【００３７】
満充電判別部４６は、第２の電圧検出部４２から出力される検出信号がハイ信号であるかロー信号であるかを判別するものである。すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｆに達したか否かを判別するものである。
【００３８】
スイッチ制御部４８は、充電制御スイッチ３６をオンオフ制御するものであり、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしている場合（Ｖｃ≧Ｖｒ）に制御信号により充電制御スイッチ３６をオンにし、電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルの電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしていない場合（Ｖｃ＜Ｖｒ）に制御信号により充電制御スイッチ３６をオフにするものである。
【００３９】
すなわち、充電制御スイッチ３６が電界効果型トランジスタで構成される場合では、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしている場合にゲートにハイ信号を供給して電界効果型トランジスタをオンにし、電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルの電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしていない場合にゲートにロー信号を供給して電界効果型トランジスタをオフにする。
【００４０】
また、このスイッチ制御部４８は、充電装置２０により二次電池１６に対して充電が行われることで満充電となり、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｆに達した場合（Ｖｃ＝Ｖｆ）に制御信号により充電制御スイッチ３６をオフにする。すなわち、充電制御スイッチ３６が電界効果型トランジスタで構成される場合では、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｆに達した場合にゲートにロー信号を供給して電界効果型トランジスタをオフにし、二次電池１６に対する充電電流の供給を中止する。
【００４１】
図２は、上記のように構成された電池パック１０を充電装置２０に接続した場合の充電制御回路１８の制御動作を説明するためのフローチャートである。まず、第１の電圧検出部４０により各電池セル２８、３０、３２の電圧が検出され、この検出信号が充電制御部３８に供給される（ステップＳ１）。この電圧検出部３４における検出信号は、監視情報として常に充電制御部３８に供給される。
【００４２】
次いで、第１の電圧検出部４０から出力される各電池セル２８、３０、３２に対する検出信号がハイ信号であるか否か、すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしているか否かが電圧判別部４４により判別される（ステップＳ３）。
【００４３】
このステップＳ３での判別が肯定されると（各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしている場合）、スイッチ制御部４８の制御信号により充電制御スイッチ３６がオンにされ、充電装置２０から二次電池１６に充電電流が供給されて二次電池１６に対する充電が実行される（ステップＳ５）。このように、本発明では、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしている場合に充電が実行されることになることから、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電に要する時間が不要となり、二次電池１６に対する充電時間を効果的に短縮することができる。このステップＳ５においては、急速充電を行うことができる。
【００４４】
次いで、第２の電圧検出部４２からの検出信号がハイ信号であるか否か、すなわち、所定時間が経過することで二次電池１６が満充電になったか否かが満充電判別部４６により判別される（ステップＳ７）。このステップＳ７での判別が肯定されると、スイッチ制御部４８の制御信号により充電制御スイッチ３６がオフにされることで充電回路が遮断される（ステップＳ９）。なお、ステップＳ７での判別が否定されると、ステップＳ５に移行して充電動作が継続される。
【００４５】
一方、ステップＳ３での判別が否定されると（各電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルであっても電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしていない場合）、ステップＳ９に移行する。すなわち、スイッチ制御部４８の制御信号により充電制御スイッチ３６がオフにされることで充電回路が遮断される。このように、各電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルの電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしていない場合は充電が開始されないことから、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電が不要となって無駄な消費電力を抑制することができる。
【００４６】
また、電池セル２８、３０、３２の電圧が基準値Ｖｒを満たしていない場合、電池セル２８、３０、３２の負極板の集電体に用いている銅箔などの金属が非水電解液中にイオンの形で溶出し、充電により針状結晶の状態で析出して電極板を短絡させる場合があるため、基準値Ｖｒを満たしていない場合に充電を行わないようにすることで安全を確保することができる。また、電池セル２８、３０、３２の電極板が短絡している場合のように充電装置２０に大きな負荷を掛けることがないので、充電装置２０の小型化を図ることも可能になる。
【００４７】
なお、各電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルであっても電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしていない場合に充電制御スイッチ３６をオフにして充電回路を遮断するのは、１つの電池セルであっても電極板上に金属が針状結晶の状態で析出していると、充電電流が流れた場合にその電池セルが破壊に至るなどの危険を伴う虞があるからである。
【００４８】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る充電制御回路を用いた電池パックの回路構成を説明するための図である。この第２の実施形態に係る充電制御回路１８を用いた電池パック１０は、第１の実施形態に係る充電制御回路１８を用いた電池パック１０と基本的には同一の構成要素からなるものであるため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には第１の実施形態に係る充電制御回路１８を用いた電池パック１０との相違点を中心に説明する。
【００４９】
この第２の実施形態に係る充電制御回路１８を用いた電池パック１０は、電圧検出部３４の第１の電圧検出部４０の構成、充電制御部３８の電圧判別部４４の構成、及び、充電制御部３８のスイッチ制御部４８の構成が第１の実施形態に係る充電制御回路１８を用いた電池パック１０のものと相違すると共に、充電回路に介挿された電流調整部５０を備え、充電制御部３８に電流調整部５０の動作を制御する電流制御部５２としての機能を備えた点で相違している。
【００５０】
すなわち、第２の実施形態における第１の電圧検出部４０は、基準値として第１の基準値Ｖｒ１と第１の基準値よりも所定値だけ高い第２の基準値Ｖｒ２とを設定しておき、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしているか否かにより二次電池１６が電圧復帰の可能性のある充電可能状態（過放電状態）にあるか、電圧復帰の可能性のない充電不能状態（深放電状態）にあるかを検出すると共に、電圧復帰の可能性のある充電可能状態にある場合に各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしているか否かにより急速充電を行う急速充電可能状態にあるか、緩速充電を行う方が好ましい充電許容状態にあるかを検出するようにしたものである。
【００５１】
このため、第２の実施形態における第１の電圧検出部４０は、各電池セル２８、３０、３２の電圧を分圧する分圧抵抗回路と、この分圧抵抗回路により得た各電池セル２８、３０、３２の分圧電圧を第１の基準値と比較し、その比較結果をハイ信号又はロー信号である検出信号として出力する第１のコンパレータと、分圧抵抗回路により得た各電池セル２８、３０、３２の分圧電圧を第２の基準値と比較し、その比較結果をハイ信号又はロー信号である検出信号として出力する第２のコンパレータとから構成されたものである。これらのコンパレータは、充電装置２０から供給される電力により駆動される。
【００５２】
すなわち、この第２の実施形態の発明は、第１の実施形態における場合と同様に、電圧復帰の可能性のある充電可能状態にある二次電池１６と電圧復帰の可能性のない充電不能状態にある二次電池１６とを判別し得る各電池セル２８、３０、３２の臨界値としての電圧値Ｖｒ１を実験的に求めておき、この臨界値としての電圧値Ｖｒ１を各電池セル２８、３０、３２の電圧値と比較するための第１の基準値（第１の臨界基準値）Ｖｒ１として設定したものである。
【００５３】
また、充電可能状態にある二次電池１６であっても、急速充電を行うことが可能な急速充電可能状態にある二次電池１６と、緩速充電を行う方が好ましい充電許容状態にある二次電池１６とが存在することから、これらの状態を判別し得る各電池セル２８、３０、３２の臨界値としての電圧値Ｖｒ２を実験的に求めておき、この臨界値としての電圧値Ｖｒ２を各電池セル２８、３０、３２の電圧値と比較するための第２の基準値（第２の臨界基準値）Ｖｒ２として設定したものである。
【００５４】
本実施形態では、第１の基準値Ｖｒ１を０．５〜１．３Ｖ（Ｖｒ１＝０．５〜１．３Ｖ）とし、第２の基準値Ｖｒ２を２．０〜３．０Ｖ（Ｖｒ２＝２．０〜３．０Ｖ）としている。すなわち、図４に示すように、電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが０．５〜１．３Ｖ未満の範囲（Ｖｃ＜０．５〜１．３Ｖ）を充電不許可範囲とし、電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが０．５〜１．３Ｖを満たし、かつ、２．０〜３．０Ｖを満たしていない範囲（０．５〜１．３Ｖ≦Ｖｃ＜２．０〜３．０Ｖ）を緩速充電許可範囲とし、電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが２．０〜３．０Ｖを満たしている範囲（Ｖｃ≧２．０〜３．０Ｖ）を急速充電許可範囲としている。
【００５５】
なお、電池セルの特性ばらつきなどを考慮すると、０．６〜１．３Ｖ未満の範囲を充電不許可範囲として設定することがより高い安全性を確保する上で好ましい。このように、第１の基準値Ｖｒ１及び第２の基準値Ｖｒ２にそれぞれ幅を持たせているのは、電池パックが用いられる機器の用途などにより同じ二次電池であっても第１の基準値Ｖｒ１及び第２の基準値Ｖｒ２基準値をそれぞれ異ならせる必要があることが実験的に確認されていることによるものであり、このため機器の用途などに応じて上記範囲内の所定値が選択されて設定されることになる。また、各コンパレータに入力される基準値としては、これら第１の基準値Ｖｒ１及び第２の基準値Ｖｒ２から分圧抵抗回路による分圧比に対応して求めた値に設定される。
【００５６】
また、第２の実施形態における電圧判別部４４は、第１の電圧判別部４４ａ及び第２の電圧判別部４４ｂとを備えている。この第１の電圧判別部４４ａは、第１の電圧検出部４０の第１のコンパレータから出力される検出信号がハイ信号であるかロー信号であるかを判別するものである。すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしているか否かを判別するものである。第２の電圧判別部４４ｂは、第１の電圧検出部４０の第２のコンパレータから出力される検出信号がハイ信号であるかロー信号であるかを判別するものである。すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしているか否かを判別するものである。
【００５７】
また、第２の実施形態におけるスイッチ制御部４８は、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしている場合（Ｖｃ≧Ｖｒ１）に制御信号により充電制御スイッチ３６をオンにし、電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルであっても電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしていない場合（Ｖｃ＜Ｖｒ１）に制御信号により充電制御スイッチ３６をオフにするものである。
【００５８】
また、第２の実施形態における電流調整部５０は、二次電池１６に対する充電電流を調整するものであり、例えば、充電回路に介挿された抵抗素子と、この抵抗素子を短絡するスイッチ素子とで構成されたものである。すなわち、充電回路に抵抗素子が介挿された状態では抵抗素子が介挿されていない場合よりも小さい所定値の充電電流に設定されると共に、スイッチ素子により抵抗素子が短絡された状態では抵抗素子が介挿された場合の所定値よりも大きい充電電流に設定される。
【００５９】
また、第２の実施形態における電流制御部５２は、電流調整部５０の動作を制御するものである。すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしており、かつ、第２の基準値Ｖｒ２を満たしていない場合に小さい所定値の充電電流に設定することで二次電池１６に対し緩速充電を行わせると共に、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしている場合に第２の基準値Ｖｒ２を満たしていない場合の所定値よりも大きい充電電流に設定することで二次電池１６に対し急速充電を行わせるものである。
【００６０】
図５は、上記のように構成された第２の実施形態における充電制御回路１８を用いた電池パック１０を充電装置２０に接続した場合の充電制御回路１８の制御動作を説明するためのフローチャートである。まず、電圧検出部３４の第１の電圧検出部４０により各電池セル２８、３０、３２の電圧が検出され、この検出信号が充電制御部３８に供給される（ステップＳ２１）。この電圧検出部３４における検出信号は、監視情報として常に充電制御部３８に供給される。
【００６１】
次いで、第１の電圧検出部４０を構成する第１のコンパレータから出力される各電池セル２８、３０、３２に対する検出信号がハイ信号であるか否か、すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしているか否かが第１の電圧判別部４４ａにより判別される（ステップＳ２３）。
【００６２】
このステップＳ２３での判別が肯定されると（各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしている場合）、第１の電圧検出部４０を構成する第２のコンパレータから出力される各電池セル２８、３０、３２に対する検出信号がハイ信号であるか否か、すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしているか否かが第２の電圧判別部４４ｂにより判別される（ステップＳ２５）。
【００６３】
このステップＳ２５での判別が否定されると（各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしていない場合）、スイッチ制御部４８の制御信号により充電制御スイッチ３６がオンにされると共に、電流制御部５２の制御信号により電流調整部５０が作動されて各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしている場合よりも小さい充電電流が供給されて二次電池１６に対する充電（緩速充電）が実行される（ステップＳ２７）。
【００６４】
このように、本発明では、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしている場合に充電が実行されることになることから、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電に要する時間が不要となり、二次電池１６に対する充電時間を効果的に短縮することができる。また、小さい充電電流で充電が行われることで電池セルに対し大きな負担を掛けることがなくなる結果、電池セルに対し悪影響を及ぼすことがない。
【００６５】
次いで、第１の電圧検出部４０を構成する第２のコンパレータから出力される各電池セル２８、３０、３２に対する検出信号がハイ信号であるか否か、すなわち、各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしているか否かが第２の電圧判別部４４ｂにより判別される（ステップＳ２９）。
【００６６】
このステップＳ２９での判別が肯定されると、電流制御部５２の制御信号により電流調整部５０が作動されて各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしていない場合よりも大きい充電電流が供給されて二次電池１６に対する充電（急速充電）が実行される（ステップＳ３１）。
【００６７】
次いで、第２の電圧検出部４２からの検出信号がハイ信号であるか否か、すなわち、所定時間が経過することで二次電池１６が満充電になったか否かが満充電判別部４６により判別される（ステップＳ３３）。このステップＳ３３での判別が肯定されると、スイッチ制御部４８の制御信号により充電制御スイッチ３６がオフにされることで充電回路が遮断される（ステップＳ３５）。
【００６８】
一方、ステップＳ２３での判別が否定されると（各電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルであっても電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしていない場合）、ステップＳ３５に移行する。すなわち、スイッチ制御部４８の制御信号により充電制御スイッチ３６がオフにされることで充電回路が遮断される。このように、各電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルであっても電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしていない場合は充電が開始されないことから、従来のような電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電が不要となって無駄な消費電力を抑制することができる。
【００６９】
また、電池セル２８、３０、３２の電圧が第１の基準値Ｖｒ１を満たしていない場合、電池セル２８、３０、３２の負極板の集電体に用いている銅箔などの金属が非水電解液中にイオンの形で溶出し、充電により針状結晶の状態で析出して電極板を短絡させる場合があるため、第１の基準値Ｖｒ１を満たしていない場合に充電を行わないようにすることで安全を確保することができる。また、電池セル２８、３０、３２の電極板が短絡している場合のように充電装置２０に大きな負荷を掛けることがないので、充電装置２０の小型化を図ることも可能になる。
【００７０】
なお、各電池セル２８、３０、３２のうちの少なくとも１の電池セルの電圧値Ｖｃが第１の基準値Ｖｒ１を満たしていない場合に充電制御スイッチ３６をオフにして充電回路を遮断するのは、１つの電池セルであっても電極板上に金属が針状結晶の状態で析出していると、充電電流が流れた場合にその電池セルが破壊に至るなどの危険を伴う虞があるからである。
【００７１】
また、ステップＳ２５での判別が肯定されると（各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしている場合）、ステップＳ３１に移行して以降の各ステップが実行される。また、ステップＳ２９での判別が否定されると（各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが第２の基準値Ｖｒ２を満たしていない場合）、ステップＳ２７に移行して小さい充電電流での充電（緩速充電）が継続される。また、ステップＳ３３での判別が否定されると、ステップＳ３１に移行して大きい充電電流での充電（急速充電）が継続される。
【００７２】
本発明に係る充電制御回路１８及び充電制御回路１８を用いた電池パック１０は、上記第１の実施形態又は第２の実施形態のように構成されているので、二次電池１６を充電する場合でも電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電を不要にすることで充電時間の短縮を可能にすると共に、無駄な消費電力を抑制することができる。なお、本発明に係る充電制御回路１８及び充電制御回路１８を用いた電池パック１０は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、以下に述べるような種々の変形態様を必要に応じて採用することができる。
【００７３】
（１）上記第１、第２の実施形態では、二次電池１６は、リチウムイオン二次電池からなるものであるが、これに限るものではない。例えば、二次電池１６は、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池などからなるものであってもよい。
【００７４】
（２）上記第１、第２の実施形態では、二次電池１６は複数の電池セル２８、３０、３２が直列接続されて構成されたものであるが、これに限るものではない。例えば、１つの電池セルのみで構成されたものであってもよい。また、二次電池１６が１つの電池セルから構成される場合及び複数の電池セルが直列接続されて構成される場合のいずれの場合であっても、複数の電池セルが並列接続されて１つの電池セルを構成していてもよい。
【００７５】
（３）上記第１、第２の実施形態では、電圧検出部３４（第１の電圧検出部４０及び第２の電圧検出部４２）は、各電池セル２８、３０、３２の電圧を検出するようにしたものであるが、これに限るものではない。例えば、各電池セル２８、３０、３２が直列接続されて構成された二次電池１６の両端電圧を検出するようにしてもよい。この場合、各基準値Ｖｒ、Ｖｒ１、Ｖｒ２、Ｖｆは、それに対応したものとして設定すればよい。
【００７６】
（４）上記第１の実施形態では、充電開始時に各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしている場合、充電制御スイッチ３６がオンにされることで充電装置２０から二次電池１６に充電電流が供給されて二次電池１６に対し急速充電が行われるが、これに限るものではない。例えば、充電開始時に各電池セル２８、３０、３２の電圧値Ｖｃが基準値Ｖｒを満たしている場合でも、満充電になるまで大きな充電電流を流さないようにして緩速充電を行うようにしてもよい。
【００７７】
（５）上記第１、第２の実施形態では、充電を行うことで二次電池１６が満充電になった場合、充電制御スイッチ３６をオフにして充電回路を遮断するようにしているが、これに限るものではない。例えば、充電装置２０に液晶表示部などの適宜の表示部を設けておき、二次電池１６が満充電になった場合でも充電回路を遮断しないで、満充電になった旨のメッセージを表示部に表示させるようにしてもよい。また、充電回路を遮断することに加え、満充電になった旨のメッセージを表示部に表示することも可能である。なお、満充電になった後に定電圧充電を行うことも可能である。
【００７８】
（６）上記第１、第２の実施形態では、電池パック１０は、充電制御回路１８のみを一体に備えたものであるが、これに限るものではない。例えば、充電制御回路１８に加え、二次電池１６を過充電や深放電などから保護する保護回路などを一体に備えていてもよい。
【００７９】
（７）上記第１、第２の実施形態では、電圧検出部３４（第１の電圧検出部４０及び第２の電圧検出部４２）を分圧抵抗回路とコンパレータとから構成されたものとして説明しているが、これに限るものではない。例えば、電圧検出部３４（第１の電圧検出部４０及び第２の電圧検出部４２）を分圧抵抗回路のみで構成し、コンパレータとしての機能を充電制御部３８に持たせるようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係る充電制御回路１８及び充電制御回路１８を用いた電池パック１０は、二次電池１６を充電する場合に電圧復帰の可能性があるか否かを確認するためのトリクル充電を行わないので、充電時間を短縮することができて充電制御回路１８あるいは充電制御回路１８を用いた電池パック１０を構成する上で有用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る充電制御回路を用いた電池パックの回路構成を示す図である。
【図２】図１に示す電池パックにおける充電制御回路の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る充電制御回路を用いた電池パックの回路構成を示す図である。
【図４】図３に示す電池パックにおける充電不許可範囲、緩速充電許可範囲及び急速充電許可範囲の各充電範囲を示す図である。
【図５】図３に示す電池パックにおける充電制御回路の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１０  電池パック
１６  二次電池
１８  充電制御回路
２０  充電装置
２８、３０、３２  電池セル
３４  電圧検出部
３６  充電制御スイッチ
３８  充電制御部
４０  第１の電圧検出部
４２  第２の電圧検出部
４４  電圧判別部
４６  満充電判別部
４８  スイッチ制御部
５０  電流調整部
５２  電流制御部
【図１】
2007014091.tif 000003
【図２】
2007014091.tif 000004
【図３】
2007014091.tif 000005
【図４】
2007014091.tif 000006
【図５】
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