(57)【要約】【課題】充電に使用する直流電圧値の異なる電源が複数あっても、各々の電源に対し、最適なシーケンスで充電できるようにすることを目的とする。【解決手段】夫々別々の直流電圧が供給される複数の外部直流電圧入力端子３ａ、３ｃと、２次電池１ａ、１ｂと、直流電圧を所定の電圧に変換し、この２次電池１ａ、１ｂを定電圧、定電流充電する充電回路２と、この複数の外部直流電圧入力端子３ａ、３ｃに供給される直流電圧に応じて充電電流及び充電時間を制御する制御回路２０と、この２次電池の保護回路１３とを設けたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々別々の直流電圧が供給される複数の外部直流電圧入力端子と、２次電池と、直流電圧を所定の電圧に変換し、前記２次電池を定電圧、定電流充電する充電回路と、前記複数の外部直流電圧入力端子に供給される直流電圧に応じて充電電流及び充電時間を制御する制御回路と、前記２次電池の保護回路とを設けたことを特徴とするバッテリーパック。
【請求項２】
請求項１記載のバッテリーパックにおいて、
前記制御回路を充電時以外は切断するようにしたことを特徴とするバッテリーパック。
【請求項３】
請求項１記載のバッテリーパックにおいて、
温度検出手段を設けたことを特徴とするバッテリーパック。
【請求項４】
請求項１記載のバッテリーパックにおいて、
前記２次電池はリチウムイオン２次電池であることを特徴とするバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば種々の携帯型の電子機器に適用して好適なバッテリーパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、携帯型の電子機器においては、電源として、図４に示す如く、例えばリチウムイオン２次電池が２本直列接続された２次電池１ａ、１ｂと、この２次電池１ａ、１ｂを充電する充電回路２とが内蔵されたバッテリーパックが使用されている。
【０００３】
即ち、図４において、３ａ及び３ｂは、例えばＡＣ１００Ｖの商用電源を整流して例えば１２Ｖの直流電圧を得る専用のＡＣアダプタからの１２Ｖの直流電圧が供給される一方及び他方の外部直流電圧入力端子を示し、この外部直流電圧入力端子３ａ及び３ｂに供給される直流電圧を充電回路２の一方及び他方の入力端子２ａ及び２ｂに供給する。
【０００４】
この充電回路２は、図５に示す如く、一方及び他方の入力端子２ａ及び２ｂ間に平滑用コンデンサ４を接続し、この一方の入力端子２ａを電流制御素子５、高周波阻止用のチョークコイル６及び電流検出用の抵抗器７の直列回路を介して一方の出力端子８ａに接続し、他方の入力端子２ｂを他方の出力端子８ｂに接続する。
【０００５】
この電流制御素子５及びチョークコイル６の接続点を電圧制御素子９を介して他方の出力端子８ｂに接続し、また、一方の出力端子８ａを電圧検出用の抵抗器１０及びコンデンサ１１の並列回路を介して他方の出力端子８ｂに接続する。
【０００６】
この電流制御素子５及び電圧制御素子９を汎用の充電制御ＩＣ１２で制御する如くする。この汎用の充電制御ＩＣ１２は、ステップダウンコンバータの機能を有し、例えば１２Ｖの直流電圧を所定の直流電圧に変換すると共に定電流制御及び定電圧制御を行うようにしたものである。
【０００７】
この充電回路２の一方及び他方の出力端子８ａ及び８ｂをバッテリー保護回路１３を介して直列接続されたリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの正極端子及び負極端子に接続する。
【０００８】
このバッテリー保護回路１３はリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂに必要な回路で、過充電、過放電及び過大放電電流の保護を目的とする一般的な回路である。
【０００９】
このリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの正極及び負極より電子機器の直流電源を供給する正極及び負極放電端子１４ａ及び１４ｂを導出する。一般に、バッテリーパックにおいては、図４に示す構成を例えばプラスチック等の合成樹脂で所定形状に形成された外筐に内蔵すると共にこの外筐に一方及び他方の外部直流電圧入力端子３ａ及び３ｂと正極及び負極放電端子１４ａ及び１４ｂとを露呈して設ける。
【００１０】
斯かる、図４に示す如き、バッテリーパックにおいて、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂを充電するときは、図６に示す如き充電シーケンスに従って充電を行う。
【００１１】
この充電回路２にリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂが接続され、このリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂを充電するときは、充電制御ＩＣ１２は、タイマーのカウントを開始すると共に初期充電タイマーを例えば３０分、総充電タイマーを例えば８時間と設定する（ステップＳ１）。
【００１２】
次に、このリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの１セル毎の電圧を確認し（ステップＳ２）、この１セル毎の電圧が３．０Ｖ以下のときは、初期充電を行う（ステップＳ３）。この初期充電を初期充電タイマーの３０分以上行ってもリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの１セル毎の電圧が３．０Ｖ以上にならないときは、充電が異常であると判断し、この充電を終了する。
【００１３】
ステップＳ２でリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの１セル毎の電圧が３．０Ｖ以上及びステップＳ３でリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの１セル毎の電圧が３．０Ｖ以上となったときは、ステップＳ４に移行し、急速充電を行う。この急速充電は、１セル毎の充電電圧４．２Ｖ及び充電電流１．０Ｃで充電を行う。
【００１４】
この急速充電を行っているときに、充電電流がＣ／１０となったときに満充電と判断して充電を完了する。このステップＳ４の急速充電を行って、総充電タイマーの８時間以上経過しても充電電流がＣ／１０とならないときは、充電が異常であると判断し、この充電を終了する。
【００１５】
また、ステップＳ４の急速充電時において、周囲の温度が０℃以下及び４５℃以上となったときは、リチウムイオン２次電池１ａ，１ｂを保護するため、充電を一時停止する（ステップＳ５）。この周囲の温度が０℃以上及び４５℃以下となったときは、再びステップＳ４に戻り急速充電を行う。
【００１６】
上述同様のバッテリーパックの構成が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平６−２７５３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
然しながら、上述従来のバッテリーパックにおいて、充電しようとする入力電源が、ＡＣアダプタよりの電源の直流電圧例えば１２Ｖの外の直流電圧値の異なる例えば直流電圧９．５Ｖの自動車の電源により、このバッテリーパック充電しようとしたときには、充電電流や初期充電タイマー時間、総充電タイマー時間が一定となるため、各々の入力電源の条件における最適な充電シーケンスから外れた状態で使わざるを得なかった。
【００１８】
本発明は、斯かる点に鑑み、充電に使用する直流電圧値の異なる電源が複数あっても、各々の電源に対し、最適なシーケンスで充電できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明バッテリーパックは、夫々別々の直流電圧が供給される複数の外部直流電圧入力端子と、２次電池と、直流電圧を所定の電圧に変換し、この２次電池を定電圧、定電流充電する充電回路と、この複数の外部直流電圧入力端子に供給される直流電圧に応じて充電電流及び充電時間を制御する制御回路と、この２次電池の保護回路とを設けたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の外部直流電圧入力端子に供給される直流電圧に応じて充電電流及び充電時間を制御する制御回路を設けたので、充電に使用する直流電圧値の異なる電源が複数あっても、各々の電源に対し、最適なシーケンスで充電できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜図３を参照して、本発明バッテリーパックを実施するための最良の形態の例につき説明する。この図１、図２において、図４、図５に対応する部分には同一符号を付して示す。
【００２２】
本例においては、バッテリーパックの外筐内に、図１に示す構成を内蔵すると共にこの外筐に複数例えば２つの直流電圧が供給される外部直流電圧入力端子３ａ、３ｂ及び３ｃと正極及び負極放電端子１４ａ及び１４ｂとを露呈して設ける。
【００２３】
このバッテリーパックの外筐は、例えばプラスチック等の合成樹脂で所定形状に形成する。
【００２４】
本例においては、外部直流電圧入力端子３ａ及び３ｂに例えばＡＣ１００Ｖの商用電源を整流して例えば１２Ｖの直流電圧を得る専用のＡＣアダプタからの１２Ｖの第１の直流電圧を供給する如くし、外部直流電圧入力端子３ｃ及び３ｂに例えば自動車の電源の例えば９.５Ｖの第２の直流電圧を供給する如くする。この第１及び第２の直流電圧を逆流防止用のダイオード１５ａ及び１５ｂを介して充電回路２の一方及び他方入力端子２ａ及び２ｂに供給する。
【００２５】
この本例の充電回路２は、図２に示す如く、一方及び他方の入力端子２ａ及び２ｂ間に平滑用コンデンサ４を接続し、この一方の入力端子２ａを電流制御素子５、高周波阻止用のチョークコイル６及び電流検出用の抵抗器７の直列回路を介して一方の出力端子８ａに接続し、他方の入力端子２ｂを他方の出力端子８ｂに接続する。
【００２６】
本例においては、電流検出用の抵抗器７に並列に接続スイッチ１６及び抵抗器１７の直列回路を接続する。この場合、接続スイッチ１６をオンしたときは、オフ時に比較し、電流検出用の抵抗器７に並列に抵抗器１７が接続され、抵抗値が小さくなるので充電電流が大となる。
【００２７】
この電流制御素子５及びチョークコイル６の接続点を電圧制御素子９を介して他方の出力端子８ｂに接続し、また、一方の出力端子８ａを電圧検出用の抵抗器１０ａ及び１０ｂの直列回路とコンデンサ１１との並列回路を介して他方の出力端子８ｂに接続する。
【００２８】
本例においては、電圧検出用の抵抗器１０ｂに並列に抵抗器１８及び接続スイッチ１９の直列回路を接続する。この場合、接続スイッチ１９をオンしたときは、オフしたときに比較し、抵抗器１８が抵抗器１０ｂに並列に接続されるので電圧検出用の抵抗値が小さくなり、充電電圧が小さくなる。
【００２９】
この電流制御素子５及び電圧制御素子９を汎用の充電制御ＩＣ１２で制御する如くする。この汎用の充電制御ＩＣ１２は、ステップダウンコンバータの機能を有し、例えば１２Ｖ又は９．５Ｖの直流電圧を所定の直流電圧に変換すると共に定電流制御及び定電圧制御を行うようにしたものである。
【００３０】
本例においては、図１に示す如く、複数例えば２つの外部直流電圧入力端子３ａ及び３ｃに供給される第１及び第２の直流電圧に応じて充電電圧、充電電流及び充電時間を制御するマイコンより成る制御回路２０を設ける。
【００３１】
本例においては、２つの外部直流電圧入力端子３ａ及び３ｃを夫々逆流防止用のダイオード１５ｃ及び１５ｄを介して制御回路２０の所定の端子に接続する。
【００３２】
即ち、この制御回路２０は外部直流電圧入力端子３ａ、３ｃのいずれかに直流電圧が供給され、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂが充電状態のときのみ動作し、それ以外の放電時や待機時には、一方の出力端子８ａとこの制御回路２０との間に設けた接続スイッチ２１をオフとし、回路的に切断された状態とし、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂからの漏れ電流を低減させ、長期保存状態でのリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの容量の自己放電を少なくする如くしている。
【００３３】
本例においては、このマイコンより成る制御回路２０により外部直流電圧入力端子３ａ、３ｃからの直流電圧により、充電電流の切り替えを行い、その充電電流で、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの充電電圧を監視しながら、この汎用の充電制御ＩＣ１２の機能によらないで、充電時間等のタイマーの設定、開始タイミングといった充電シーケンスを制御する。
【００３４】
この汎用の充電制御ＩＣ１２として、本例においては、リセット端子もしくはディセイブル端子が付いたものを使用し、この端子を使いマイコンより成る制御回路２０のクロックにより、初期充電タイマー、充電タイマー等のタイマーの設定、タイマーのカウントをこの制御回路２０にて制御する。
【００３５】
具体的には、このマイコンより成る制御回路２０から出力するリセット信号をこの充電制御ＩＣ１２が受け取り、この充電制御ＩＣ１２自体のタイマーをリセットすることで、この充電制御ＩＣ１２のタイマーを無効化し、この充電制御ＩＣ１２の充電シーケンスよらずに充電する如くする。
【００３６】
本例においては、充電回路２を図２に示す如く、この制御回路２０により制御し、外部直流電圧入力端子３ａに例えば１２Ｖの直流電圧が供給されたときは、接続スイッチ１６をオフとし、充電電流が例えば１．０Ｃと成る如くし、また、外部直流電圧入力端子３ｃに例えば９．５Ｖの直流電圧が供給されたときは、接続スイッチ１６をオンとし、充電電流が例えば１．５Ｃとする如くする。
【００３７】
この充電回路２の一方及び他方の出力端子８ａ及び８ｂをバッテリー保護回路１３を介して直列接続されたリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの正極端子及び負極端子に接続する。
【００３８】
このバッテリー保護回路１３はリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂに必要な回路で、過充電、過放電及び過大放電電流の保護を目的とする一般的な回路である。
【００３９】
このリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの正極及び負極より電子機器の直流電源を供給する正極及び負極放電端子１４ａ及び１４ｂを導出する。
【００４０】
また、本例においては、図１に示す如く、バッテリーパック内に温度検出用のサーミスタ２２を設け、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの周囲温度を監視する如くする。
【００４１】
図１、図２に示す如き、本例のバッテリーパックにおいて、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂを充電するときには、図３に示す如き充電シーケンスに従って充電を行う。
【００４２】
外部直流電圧入力端子３ａ又は３ｃに第１又は第２の直流電圧が供給されたときは、制御回路２０のタイマーａに初期充電時間例えば５０分を設定すると共に１セル当りの充電電圧を例えば４．２Ｖ、充電電流を例えば１．０Ｃとする（ステップＳ１０）。
【００４３】
その後、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの１セル当り３．０Ｖ以上であるかどうかを確認する（ステップＳ１１）。１セル当り３．０Ｖ以下のときは、初期充電を行う（ステップＳ１２）。初期充電をタイマーａの５０分を経過しても、１セル当り３．０Ｖ以上にならないときは、充電が異常であると判断して、この充電を終了する。
【００４４】
ステップＳ１１でリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの１セル毎の電圧が３．０Ｖ以上及びステップＳ１２の初期充電でリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの１セル毎の電圧が３．０Ｖ以上となったときは、外部直流電圧入力端子３ａ、３ｃよりの直流電圧が第１の直流電圧か第２の直流電圧かを確認する（ステップＳ１３）。
【００４５】
ステップＳ１３で外部直流電圧が第１の直流電圧のときは、ステップＳ１４の第１の急速充電に移行し、制御回路20のタイマーｂを１０時間に設定すると共に１セル当りの充電電圧を例えば４．２Ｖ、充電電流を例えば１．０Ｃとして充電を行う。
【００４６】
このとき１分経過毎に２秒間、このリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂのバックオープン電圧が１セル当り４Ｖになったかどうかを確認する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５で、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂのバックオープン電圧が１セル当り４Ｖ以上となったときは、ステップＳ１６の最終充電に移行する。
【００４７】
ステップＳ１５で、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂのバックオープン電圧が１セル当り４Ｖ以上でないときは、タイマーｂの時間をチェックし（ステップＳ１７）、１０時間以上にならないときは、第１の急速充電を継続し、このステップＳ１７で、１０時間以上となったときは、充電が異常であると判断して、この充電を終了する。
【００４８】
ステップＳ１６の最終充電においては、タイマーｃに１５０分を設定し、１セル当りの充電電圧を例えば４．２Ｖ、充電電流を例えば１．０Ｃとして充電を行う。次に、ステップＳ１８に移行し、タイマーｃが１５０分を経過したかどうかをチェックし、タイマーｃが１５０分を経過していないときは、タイマーｂが１０時間を経過したかどうかをチェック氏（ステップＳ１９）、このタイマーｂが１０時間を経過していないときは、最終充電を続行し、このステップＳ１９でタイマーｂが１０時間を経過しているときは、充電が異常であると判断して、この充電を終了する。
【００４９】
このステップＳ１８で、タイマーｃが１５０分を経過したときは、満充電として充電を完了する。
【００５０】
上述のステップＳ１４の第１の急速充電において、周囲の温度が０℃以下及び４５℃以上となったときは、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂを保護するため、充電を一時停止する（ステップＳ２０）。この周囲の温度が０℃以上及び４５℃以下となったときは、再びステップＳ１４に戻り第１急速充電を行う。
【００５１】
また、ステップＳ１３で外部直流電圧が第２の直流電圧のときは、ステップＳ２１の第２の急速充電に移行し、制御回路２０のタイマーｂを１０.５時間に設定すると共に１セル当りの充電電圧を例えば４．２Ｖ、充電電流を例えば１．５Ｃとして充電を行う。
【００５２】
このとき１分経過毎に２秒間、このリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂのバックオープン電圧が１セル当り４Ｖになったかどうかを確認する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２で、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂのバックオープン電圧が１セル当り４Ｖ以上となったときは、前述ステップＳ１６の最終充電に移行する。
【００５３】
ステップＳ２２で、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂのバックオープン電圧が１セル当り４Ｖ以上でないときは、タイマーｂの時間をチェックし（ステップＳ２３）、１０.５時間以上にならないときは、第２の急速充電を継続し、このステップＳ２３で、１０.５時間以上となったときは、充電が異常であると判断して、この充電を終了する。
【００５４】
上述ステップＳ２１の第２の急速充電において、周囲の温度が０℃以下及び４５℃以上となったときは、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂを保護するため、充電を一時停止する（ステップＳ２０）。この周囲の温度が０℃以上及び４５℃以下となったときは、再びステップＳ２１に戻り第２急速充電を行う。
【００５５】
本例によれば、複数例えば２つの外部直流電圧入力端子３ａ、３ｃに供給される直流電圧に応じて充電電圧、充電電流及び充電時間を制御する制御回路２０を設けたので、充電に使用する直流電圧値の異なる電源が複数例えば２つであっても、各々の電源に対し、最適なシーケンスで充電することができる。
【００５６】
尚、上述において、サーミスタ２２によりリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの周囲の温度を検出し、周囲の温度が所定の温度より低温時又は所定の温度より高温時に制御回路２０により電流検出回路の接続スイッチ１６をオフとして電流検出用の抵抗値を大として、充電電流を小としたり、接続スイッチ１８をオンとして電圧検出用の抵抗値を小として、充電電圧を小としたりし、充電時の周囲温度におけるリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂの劣化を低減させながら充電ができる。
【００５７】
一般に、高温においての充電や、低温での充放電の繰り返しを行うとリチウムイオン２次電池の安全面や、容量の劣化に問題があるが、充電電流や充電電圧を小さくすることで、安全性の向上や容量劣化の軽減が図れる。
【００５８】
この場合、温度により、充電電流や充電電圧を変更したときは、この変更にあわせて充電時間を変更するようにすれば良い。
【００５９】
また、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明バッテリーパックを実施するための最良の形態の例を示す回路構成図である。
【図２】本発明の要部の充電回路の例を示す構成図である。
【図３】本発明の説明に供する線図である。
【図４】従来のバッテリーパックの例を示す回路構成図である。
【図５】従来の充電回路の例を示す構成図である。
【図６】図４の説明に供する線図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ、１ｂ…リチウムイオン２次電池、２…充電回路、３ａ、３ｃ…外部直流電圧入力端子、５…電流制御素子、７、１０ａ、１０ｂ、１７、１８…抵抗器、９…電圧制御素子、１２…充電制御ＩＣ、１３…バッテリー保護回路、１６、１９、２１…接続スイッチ、２０…制御回路、２２…サーミスタ
【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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