(57)【要約】【課題】二次電池パック内の充電器において、単電池を直列に組み合わせた複数電池トータルの電池電圧を検出し、充電電圧値を制御している二次電池パックの充電器の定電圧制御電圧値は、前述した二次電池パック内で単電池毎に検出している検出電圧値以下に設定する必要性があるため、充電される二次電池の充電容量値が低くなる課題があった。【解決手段】本発明では充電電池の電圧値および温度を検出し、温度に応じて充電電池を保護するための過電圧保護値を可変することができるようにし、充電電池の電圧値が過電圧保護値に到達すると二次電池パックは信号を送信し、充電器はその信号を検出する事により、充電器の充電電流を切替え、また検出した温度に応じて、電池の発熱を抑えるために充電電流を切替えるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の充電電池を組み合わせた電池群と前記電池群の温度を検出する温度検出装置と前記充電電池の個々の電圧値および前記温度検出装置により検出した温度を検出し、前記電池群の充電や放電を制御する電池パック制御ＩＣを備える二次電池パックと、この二次電池パックを充電端子により接続し、電源供給回路からの電力を充電制御ＩＣによって制御しながら二次電池パックを充電する充電器からなる充電装置において、前記二次電池パックの温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電電池を保護するための過電圧保護値を可変し、また、前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した前記電池パック制御ＩＣは信号を充電器の充電制御ＩＣに通信し、この信号によって充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を充電制御ＩＣに設け、また、前記温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を設け、さらに前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことにより充電電流を切り替える切替用定電流回路と前記検出した温度に応じて充電電流を切り替える切替用定電流回路を同一の回路で実現する事を特徴とした充電装置。
【請求項２】
複数の充電電池を組み合わせた電池群と前記電池群の温度を検出する温度検出装置と前記充電電池の個々の電圧値および前記温度検出装置により検出した温度を検出し、前記電池群の充電や放電を制御する電池パック制御ＩＣと前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した電池パック制御ＩＣからの信号により前期温度検出装置を短絡するスイッチを備える二次電池パックと、この二次電池パックを充電端子により接続し、電源供給回路からの電力を充電制御ＩＣによって制御しながら二次電池パックを充電する充電器からなる充電装置において、前記二次電池パックの温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電電池を保護するための過電圧保護値を可変し、また、前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した電池パック制御ＩＣは前期温度検出装置を短絡するスイッチを短絡し、充電器は前記温度検出装置が短絡されたことを検知することによって充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を充電制御ＩＣに設け、また、前記温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を設け、さらに前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことにより充電電流を切り替える切替用定電流回路と前記検出した温度に応じて充電電流を切り替える切替用定電流回路を同一の回路で実現する事を特徴とした請求項１記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明では、充電電池を組み合わせた複数電池の二次電池パックおよび二次電池パックを充電する充電器で構成される充電装置において、充電電池の電圧値および温度を検出し、温度に応じて充電電池を保護するための過電圧保護値を可変することができるようにし、充電電池の電圧値が過電圧保護値に到達すると二次電池パックは信号を送信し、充電器はその信号を検出する事により、充電器の充電電流を切替え、また検出した温度に応じて、電池の発熱を抑えるために充電電流を切替え、かつ、これらの充電電流切替の定電流回路を同一の回路で実現する事を特徴とした充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、充電により再利用可能な二次電池、特に軽量で高容量なリチウムイオン電池は、本体機器使用時にＣＯ２を排出しないなど環境にやさしい電源として、ポータブルオーディオやデジタルスチルカメラといった携帯電子機器だけでなく、電動アシスト自転車や自動二輪車等にリチウムイオン電池を搭載する動きが活発化している。市場の動向として、搭載機器を長時間駆動させることができるように、リチウムイオン電池は電池容量を増加させる傾向が強くなっている。しかしながら、リチウムイオン電池の容量を増加させる事はリチウムイオン電池の安全性にも大きく影響するため、日本国内では、そのリチウムイオン電池の安全性を確保するため、従来の電気用品安全法にリチウムイオン電池に関する新たな技術基準を追加し、新しい規制が施行される予定である。この規制では、４５℃以上の充電は充電制御電圧が制限される。
【０００３】
新しい技術基準が施行された場合、直列に充電電池を組み合わせたリチウムイオンの二次電池パックを充電する場合において、充電電池の個々の電圧を検出し、その電圧値が一定電圧値以上とならない制御方式にしなければ、技術基準を満足する事ができないと考えられている。さらに、充電電池の検出温度に応じて、その電圧値を可変させなければならないことも考えられている。
【０００４】
また、複数の充電電池を組み合わせた二次電池パックにおいて、使用サイクルが増え、寿命末期になると、充電電池は個々の特性は均一ではく、劣化状態に差が生じるため、充電電池の電圧にアンバランスが生じる。この場合、ある特定の充電電池のみ過充電になったり、過放電になったりしてしまい、リチウムイオン電池の安全性に大きく影響を与えてしまう。特にリチウムイオン電池の劣化は熱により大きく影響され、充電時、放電時に個々のリチウムイオン電池の発熱に温度差があると、リチウムイオン電池の劣化状態に差が生じてしまう。このため、リチウムイオン電池の劣化状態に差が生じないように、充電中や放電中のリチウムイオン電池の発熱は極力抑えなければならない。
【０００５】
新しい技術基準に対応するため、直列に充電電池を組み合わせた複数電池の二次電池パックを充電する充電装置については、充電電池の個々の電圧値を検出し、その電圧値に対して、充電保護を行うといった技術が知られている（例えば、特許文献１）。また、リチウムイオン電池の発熱を抑えるために、充電電池の上昇温度を検出し、充電電流を低減させ、リチウムイオン電池および充電器の発熱を抑制する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３４６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
二次電池パック内に、充電電池の個々の電圧を検出する機能を設け、その検出機能にて充電電池の個々の電圧を検出し、検知した電圧が設定値に達した場合に充電を停止する方法では、充電電池を直列に組み合わせた複数電池のトータル電圧を検出し、充電電圧を定電圧制御している充電器の定電圧制御電圧値は、前述した二次電池パック内で充電電池毎に検出している検出電圧値以下に設定する必要があるため、充電される充電電池の充電容量値は低くなり、搭載する電子機器の駆動時間は従来と比較し短くなってしまう課題がある。
【０００８】
さらに周囲環境や充電器の煽り熱による充電電池の発熱を抑えるために充電電流を低減させるには、従来は低減させる充電電流だけの定電流回路を追加しており、回路の複雑化、部品点数の増加に繋がる。
【０００９】
本発明は上記課題を鑑みたものであり、直列に充電電池を組み合わせた二次電池パックを充電する充電装置において、充電電池の個々の電圧および電池温度を検出する機能を設け、充電電池の電圧値および温度を検出し、充電電池を保護するための過電圧保護値に充電電池の電圧値が到達した時に信号を出力する二次電池パックの信号を検出する事により、充電装置の充電電流を低減させ、充電電池の電圧値を低減する制御を行い、その動作を繰り返す事によって、充電電池の個々の電圧が過電圧保護電圧値を越えない様に、徐々に電池容量を増加させ、充電されるリチウムイオン電池をより満充電に近い状態まで充電する事ができる。また検出した充電電池の温度に応じて充電制御電圧を可変させ、その温度に応じた最適な充電制御電圧値で充電することができる。
【００１０】
また、充電電池の温度が検出し、規定温度に達すると、充電電池の温度を下げるために充電電流を低減する。これにより満充電に近い状態まで充電ことができ、かつ充電電池の発熱を抑え、発熱による充電電池の劣化を抑える充電装置を提供することを目的とする。
【００１１】
さらに充電電池の電圧値を下げることを目的として低減する充電電流と充電電池の温度を下げることを目的として低減する充電電流の切替用定電流回路を共用することにより、簡単で安価な回路で実現できることを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
複数の充電電池を組み合わせた電池群と前記電池群の温度を検出する温度検出装置と前記充電電池の個々の電圧値および前記温度検出装置により検出した温度を検出し、前記電池群の充電や放電を制御する電池パック制御ＩＣを備える二次電池パックと、この二次電池パックを充電端子により接続し、電源供給回路からの電力を充電制御ＩＣによって制御しながら二次電池パックを充電する充電器からなる充電装置において、前記二次電池パックの温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電電池を保護するための過電圧保護値を可変し、また、前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した前記電池パック制御ＩＣは信号を充電器の充電制御ＩＣに通信し、この信号によって充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を充電制御ＩＣに設け、また、前記温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を設け、さらに前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことにより充電電流を切り替える切替用定電流回路と前記検出した温度に応じて充電電流を切り替える切替用定電流回路を同一の回路で実現する事を特徴とした充電装置である。
【００１３】
また、複数の充電電池を組み合わせた電池群と前記電池群の温度を検出する温度検出装置と前記充電電池の個々の電圧値および前記温度検出装置により検出した温度を検出し、前記電池群の充電や放電を制御する電池パック制御ＩＣと前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した電池パック制御ＩＣからの信号により前期温度検出装置を短絡するスイッチを備える二次電池パックと、この二次電池パックを充電端子により接続し、電源供給回路からの電力を充電制御ＩＣによって制御しながら二次電池パックを充電する充電器からなる充電装置において、前記二次電池パックの温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電電池を保護するための過電圧保護値を可変し、また、前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した電池パック制御ＩＣは前期温度検出装置を短絡するスイッチを短絡し、充電器は前記温度検出装置が短絡されたことを検知することによって充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を充電制御ＩＣに設け、また、前記温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を設け、さらに前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことにより充電電流を切り替える切替用定電流回路と前記検出した温度に応じて充電電流を切り替える切替用定電流回路を同一の回路で実現する事を特徴とした充電装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、電気用品安全法にリチウムイオン電池に関して追加される新たな技術基準を満たしながらも二次電池パックの充電容量を十分に確保する事ができる。同時に、充電電池の発熱を抑え、発熱による充電電池の劣化を抑える充電装置を提供するものである。また、充電電池の電圧値を下げるために低減する充電電流の切替用定電流回路と充電電池の温度下げるために低減する充電電流の切替用定電流回路を共用することにより、簡単で安価な回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の充電装置の実施の形態１の回路構成図
【図２】本発明の充電電流と充電容量の相関図
【図３】温度と充電制御電圧値のプロファイル図
【図４】本発明における充電電流と温度のプロファイル図
【図５】本発明の充電装置の実施の形態２の回路構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
複数の充電電池を組み合わせた電池群と前記電池群の温度を検出する温度検出装置と前記充電電池の個々の電圧値および前記温度検出装置により検出した温度を検出し、前記電池群の充電や放電を制御する電池パック制御ＩＣを備える二次電池パックと、この二次電池パックを充電端子により接続し、電源供給回路からの電力を充電制御ＩＣによって制御しながら二次電池パックを充電する充電器からなる充電装置において、前記二次電池パックの温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電電池を保護するための過電圧保護値を可変し、また、前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した前記電池パック制御ＩＣは信号を充電器の充電制御ＩＣに通信し、この信号によって充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を充電制御ＩＣに設け、また、前記温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を設け、さらに前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことにより充電電流を切り替える切替用定電流回路と前記検出した温度に応じて充電電流を切り替える切替用定電流回路を同一の回路で実現する事を特徴とした充電装置である。
【００１８】
また、複数の充電電池を組み合わせた電池群と前記電池群の温度を検出する温度検出装置と前記充電電池の個々の電圧値および前記温度検出装置により検出した温度を検出し、前記電池群の充電や放電を制御する電池パック制御ＩＣと前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した電池パック制御ＩＣからの信号により前期温度検出装置を短絡するスイッチを備える二次電池パックと、この二次電池パックを充電端子により接続し、電源供給回路からの電力を充電制御ＩＣによって制御しながら二次電池パックを充電する充電器からなる充電装置において、前記二次電池パックの温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電電池を保護するための過電圧保護値を可変し、また、前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことを検知した電池パック制御ＩＣは前期温度検出装置を短絡するスイッチを短絡し、充電器は前記温度検出装置が短絡されたことを検知することによって充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を充電制御ＩＣに設け、また、前記温度検出装置により検出した温度を充電器の充電制御ＩＣが検知し、検出した温度に応じて充電器の充電電流を切り替える切替用定電流回路を設け、さらに前記電池群のいずれかの充電電池の電圧値が規定電圧に到達したことにより充電電流を切り替える切替用定電流回路と前記検出した温度に応じて充電電流を切り替える切替用定電流回路を同一の回路で実現する事を特徴とした充電装置である。
【００１９】
本発明により、電気用品安全法にリチウムイオン電池に関して追加される新たな技術基準を満たしながらも二次電池パックの充電容量を十分に確保する事ができる。同時に、充電電池の発熱を抑え、発熱による充電電池の劣化を抑える充電装置を提供することができる。また、充電電池の電圧値を下げるために低減する充電電流の切替用定電流回路と充電電池の温度下げるために低減する充電電流の切替用定電流回路を共用することにより、簡単で安価な回路を提供することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明を具体的に説明するものであって、本発明は充電装置、充電方法を以下のものに特定しない。
【００２１】
図１は請求項１記載の充電器および充電器に接続される二次電池パックの電気的構成を簡略的に示したブロック図である。
【００２２】
本実施例では、充電電池を２本直列に接続し、１つを充電電池１１、他方を充電電池１２とした二次電池パックで説明を行うが、もちろん、充電電池の本数は何本でも良い。また、充電電池の温度を検出する温度検出装置には温度を抵抗値に変換するサーミスタを使用するが、これに限ったものではない。
【００２３】
二次電池パック８は、充電電池１１、充電電池１２、充電器に装着するための二次電池パックの充電端子９、充電電池の充電・放電制御や各種保護機能を内蔵する二次電池パック制御ＩＣ１０、充電電池の温度を検出するサーミスタ１３で構成されており、二次電池パック制御ＩＣ１０は充電電池１１、充電電池１２のそれぞれの電圧も検出している。
【００２４】
次に充電器１の構成について説明する。充電器１は充電電力を供給する電源供給回路２、充電制御を行う充電制御ＩＣ３、基準電圧を出力する基準電圧レギュレータ４、分圧抵抗５、充電電流を検出するための検出抵抗６、充電端子７で構成されている。
【００２５】
充電端子７のうちの一つである信号用端子１４は、電池パック制御ＩＣ１０が充電電池１１および充電電池１２の電圧を検出し、その電圧のどちらか一方が充電電池を保護するための過電圧保護値を越えると送信する信号を受信する端子であり、充電制御ＩＣ３と接続されている。
【００２６】
充電制御ＩＣ３は、充電電池１１および充電電池１２のトータル電圧、すなわち電池パックのプラスとマイナス間の電圧を定電圧で制御するための充電制御電圧１６の検出、定電流制御のために検出抵抗６によって充電電流１７の検出をしている。
【００２７】
また、二次電池パック８の温度により充電電流や充電制御電圧を変更するために、二次電池パック８に内蔵されているサーミスタ１３の抵抗値を充電端子７の端子を介して充電器で検出し、サーミスタ１３と分圧抵抗５により、基準電圧レギュレータ４の出力電圧を分圧し、この分圧値により、温度を検知している。また、充電制御ＩＣ３は、二次電池パック制御ＩＣ１０が充電電池を保護するための過電圧保護値を越えると送信する信号を受信し充電電流を低減するため、および、充電電池の温度が規定値を越えたことにより充電電流を低減するための切替用定電流回路１８も内蔵している。
【００２８】
本充電器１は、二次電池パック８が充電器１に接続され、充電制御ＩＣ３がサーミスタ１３と分圧抵抗５により基準電圧レギュレータ４の出力電圧を分圧した電圧を検出することにより、装着された二次電池パック８の充電を開始する。
【００２９】
充電が進むと、充電電池１１および充電電池１２の電池電圧は上昇していくが、充電電池１１および充電電池１２の個々の電圧を二次電池パック制御ＩＣ１０にて検出し、検出された電圧値のどちらか一方が、二次電池パック制御ＩＣ１０内で設定された過電圧保護値に到達した時、二次電池パック制御ＩＣ１０は信号端子１４を介し、充電器１へ充電電池１１あるいは充電電池１２が過電圧保護電圧に到達した事を信号により送信する。充電器１は、その信号を受信すると、充電制御電圧１６を低減させる事により、充電電池の電圧値を下げる。このように二次電池パック８と充電器１の通信で充電電流を低減し、充電電池の個々の電圧が二次電池パック制御ＩＣ１０で設定された過電圧保護値を越えない様に制御する事が可能となる。
【００３０】
さらに、前述した制御を繰り返し、段階的に充電電流を低減させて、充電電池１１および充電電池１２が過電圧保護値を越えない様に、電池の容量を上昇させていく事によって、充電している二次電池パックの充電容量値を十分に確保する事が可能となる。この様子を示した図が図２である。
【００３１】
また、二次電池パック８に搭載されているサーミスタ１３の温度を検出する事により、充電器１の充電制御電圧値を可変する事ができる。
【００３２】
図３は、上述した制御方法の温度と充電制御電圧値のプロファイルである。充電装置は、充電電池の温度が４５℃以下では、８．４００Ｖで充電制御を行い、充電電池の温度が４５℃〜５０℃では８．２００Ｖで充電制御を行い、５０℃以上では８．１００Ｖで充電制御を行う。この制御により、充電電池の温度によって充電制御電圧を変化させることができる為、４５℃以上でも充電を行う事が可能となる。
【００３３】
また、充電電池の発熱を抑制するため、二次電池パック８に搭載されているサーミスタ１３の温度を検出する事によっても充電電流を可変させる。この様子を示した図が図４である。充電電池の温度が高温になると充電電流を低減し、充電電池の温度上昇を抑制することができる。
【００３４】
充電電池の個々の電圧が二次電池パック制御ＩＣ１０で設定された過電圧保護値を越えない様に低減する充電電流の切替定電流回路と充電電池の温度が高温にならないように低減する充電電流の切替定電流回路を充電制御ＩＣ３に内蔵されている切替用定電圧回路１８で共用することにより、簡単で安価な回路を実現している。
【００３５】
（実施の形態２）
上記実施例では、充電電池１１あるいは充電電池１２が設定された過電圧保護値を越えたことを二次電池パック制御ＩＣ１０が検出し、送信した信号を信号用端子１４を介して充電器１は充電電池が過電圧保護値を越えたことを検出したが、サーミスタ１３を短絡するスイッチを追加し、充電電池１１あるいは充電電池１２が過電圧保護値を越えたことを検出し、二次電池パック８内部のサーミスタショートスイッチ１５を短絡する事により、充電器１へ充電電池の電圧が過電圧保護電圧に到達した事を伝達する事も可能である。これが請求項２記載の内容であり、その実施形態を示したのが図５である。充電器１の充電制御ＩＣ３は、サーミスタ１３が短絡したことを検出し、充電制御電圧１６を低減させる事によって、充電電池の電圧値を下げる。
【００３６】
このように二次電池パック８のサーミスタ１３の短絡を充電器１が検出する事によって充電器１は充電電流を低減し、充電電池の個々の電圧を二次電池パック制御ＩＣ１０内部で設定された過電圧保護値を越えない様に制御する事が可能となる。
【００３７】
さらに、前述した制御を繰り返し、段階的に充電電流を低減させて、単電池電圧が過電圧保護値を越えない様に、電池の容量を上昇させていく事によって、信号用追加端子１４を追加する事なく、充電している二次電池パックの充電容量値を、十分に確保する事が可能となる。この実施例においても充電電池の個々の電圧を二次電池パック制御ＩＣ１０で設定された過電圧保護値を越えない様に低減する充電電流の切替用回路と充電電池の温度が高温にならないように低減する充電電流の切替用回路を充電制御ＩＣ３に内蔵されている切替用定電圧回路１８で共用することにより、簡単で安価な回路を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明により、電気用品安全法にリチウムイオン電池に関して追加される新たな技術基準を満たしながらも二次電池パックの充電容量を十分に確保する事ができる。同時に、充電電池の発熱を抑え、発熱による充電電池の劣化を抑える充電装置を提供することができる。また、充電電池の電圧値を下げるために充電電流を低減する切替用定電流回路と充電電池の温度下げるために充電電流を低減する切替用定電流回路を共用することにより、簡単で安価な回路を提供することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    充電器
２    電源供給回路
３    充電制御ＩＣ
４    基準電圧レギュレータ
５    分圧抵抗
６    検出抵抗
７    充電端子
８    二次電池パック
９    二次電池パックの充電端子
１０  二次電池パック制御ＩＣ
１１  充電電池１１
１２  充電電池１２
１３  サーミスタ
１４  信号用端子
１５  サーミスタショートスイッチ
１６  充電制御電圧
１７  充電電流
１８  切替用定電流回路
【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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