(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを有する二次電池の充電方法において、
前記セル間のアンバランスが第１の基準設定値以上になった場合に、充電方式を定電流−定電圧充電方式からパルス充電方式へ変更し、
前記パルス充電方式により充電を行う場合には、前記複数のセルのうち電圧が最も高いセルの電圧が充電オフ電圧に達したときに全てのセルの充電を中止し、前記電圧が最も高いセルの電圧が充電オン電圧まで下降したときに全てのセルの充電を再開する動作を繰り返し行うことを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項２】
前記アンバランスは前記複数のセル間の電圧差であり、
前記第１の基準設定値は１００ｍＶ以上３００ｍＶ未満の値を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電方法。
【請求項３】
前記定電流−定電圧充電方式で充電した際の満充電条件は、
セルの電圧が設定された所定の電圧値以上であり、かつ、
充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池の充電方法。
【請求項４】
前記アンバランスが前記第１の基準設定値未満の場合は、定電流−定電圧充電方式で充電を行うことを特徴とする請求項２に記載の二次電池の充電方法。
【請求項５】
前記アンバランスが第２の基準設定値以上の場合は、電気的経路が遮断されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池の充電方法。
【請求項６】
前記第２の基準設定値は３００ｍＶ以上５００ｍＶ以下の値を有することを特徴とする請求項５に記載の二次電池の充電方法。
【請求項７】
前記パルス充電方式で充電した際の満充電条件は、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電方法。
【請求項８】
複数のセルを定電流−定電圧方式で充電する充電ステップと、
前記複数のセル電圧を測定する電圧測定ステップと、
前記測定されたセル間の電圧を比較する電圧比較ステップと、
を含み、
前記比較されたセル間の電圧差が第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満である場合には、充電方式をパルス充電方式に変更し、
前記パルス充電方式により充電を行う場合には、前記複数のセルのうち電圧が最も高いセルの電圧が充電オフ電圧に達したときに全てのセルの充電を中止し、前記電圧が最も高いセルの電圧が充電オン電圧まで下降したときに全てのセルの充電を再開する動作を繰り返し行うことを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項９】
前記比較されたセル間の電圧差が前記第２の基準設定値以上の場合は、電気的経路を遮断し、
前記比較されたセル間の電圧差が前記第１の基準設定値未満の場合は、引き続き定電流−定電圧方式で充電することを特徴とする請求項８に記載の二次電池の充電方法。
【請求項１０】
前記測定された電圧を利用して満充電されたか否かを確認するステップと、
前記測定された電圧が満充電条件を満足したら充電を終了するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の二次電池の充電方法。
【請求項１１】
前記満充電条件は、
定電流−定電圧方式で充電を行う場合には、セルの電圧が設定された所定の電圧値以上であり、かつ、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であり、
パルス充電方式で充電を行う場合には、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であることを特徴とする請求項１０に記載の二次電池の充電方法。
【請求項１２】
定電流−定電圧方式により二次電池を充電する充電装置において、
前記充電装置は各セルの電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部から印加された各セルの電圧を比較する電圧比較部と、
前記電圧比較部から印加された信号に応答してセル間にアンバランスが発生したか否かを確認するアンバランス検出部と、
前記アンバランス検出部から印加された信号に応答して異なる信号を出力する充電制御部と、
前記充電制御部から印加された信号に応答して異なる充電方式で充電を行う充電設定部とを含み、
前記充電制御部は、セル間に第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満の電圧差が発生したとの信号を前記アンバランス検出部から印加された場合に、第３の信号を出力し、
前記充電設定部は、前記第３の信号に応答してパルス充電方式で充電を行うパルス充電部をさらに含み、
前記パルス充電部は、前記各セルのうち電圧が最も高いセルの電圧が充電オフ電圧に達したときに全てのセルの充電を中止し、前記電圧が最も高いセルの電圧が充電オン電圧まで下降したときに全てのセルの充電を再開する動作を繰り返し行うことを特徴とする充電装置。
【請求項１３】
前記充電制御部は、セル間に上記第２の基準設定値以上の電圧差が発生したとの信号を前記アンバランス検出部から印加された場合に、第１の信号を出力することを特徴とする請求項１２に記載の充電装置。
【請求項１４】
前記充電制御部は、セル間に上記第１の基準設定値未満の電圧差が発生したとの信号を前記アンバランス検出部から印加された場合に、第２の信号を出力することを特徴とする請求項１２または１３のいずれかに記載の充電装置。
【請求項１５】
前記充電設定部は、
前記第１の信号に応答して電流を遮断する電流遮断部と、
前記第２の信号に応答して定電流−定電圧方式で充電を行う定電流−定電圧充電部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の充電装置。
【請求項１６】
前記第１の基準設定値は１００ｍＶ以上３００ｍＶ未満であることを特徴とする請求項１２または１４に記載の充電装置。
【請求項１７】
前記第２の基準設定値は３００ｍｖ以上５００ｍＶ以下であることを特徴とする請求項１２、１３または１６に記載の充電装置。
【請求項１８】
前記充電装置は、
前記充電設定部の信号を印加されて動作する第１の満充電検出部及び第２の満充電検出部を含む満充電検出部と、
前記第１の満充電検出部及び前記第２の満充電検出部の信号に応答して動作するＦＥＴ駆動部と、
前記ＦＥＴ駆動部の信号に応答してオンまたはオフされるＦＥＴ素子部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の充電装置。
【請求項１９】
前記第１の満充電検出部は、前記定電流−定電圧充電部から印加される信号に応答し、満充電されたか否かを判定して信号を出力することを特徴とする請求項１８に記載の充電装置。
【請求項２０】
前記第２の満充電検出部は、前記パルス充電部から印加される信号に応答し、満充電されたか否かを判定して信号を出力することを特徴とする請求項１８に記載の充電装置。
【請求項２１】
前記定電流−定電圧充電方式で充電した際の満充電条件は、
セルの電圧が設定された所定の電圧値以上であり、かつ、
充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であることを特徴とする請求項１９に記載の充電装置。
【請求項２２】
前記パルス充電方式で充電した際の満充電条件は、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であることを特徴とする請求項２０に記載の充電装置。
【請求項２３】
前記ＦＥＴ駆動部は、前記第１の満充電検出部または前記第２の満充電検出部から満充電信号を印加した場合はＦＥＴ素子部をオフさせ、非満充電信号を印加した場合はＦＥＴ素子部をオンさせることを特徴とする請求項１８に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電方法及び充電装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｏｆ  ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｂａｔｔｅｒｙ  ａｎｄ  ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、ＰＤＡなどの携帯可能な電子機器の普及及び拡散に伴い、これらの電子機器の電力源として用いられる二次電池の開発が活発に行われている。このような二次電池の種類としては、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池などの多様な種類の電池が知られている。
【０００３】
一般的に、二次電池には、安全性が高く、薄厚で、携帯しやすいといった特性が求められる。また、二次電池には、急速に満充電にすることが可能であり、更に、短時間の充電で長時間使用することができるといった特性が求められる。
【０００４】
二次電池は、セルを含み、保護回路と結合してバッテリパックとして構成される。そして、バッテリパックに備えられた外部端子を介して外部電源または負荷と接続されて充電または放電を行う。
【０００５】
バッテリパックを構成するセルは、一つまたは複数からなることができる。一つのセルからなる低容量電池は、一般に、携帯電話、ＰＤＰ、ノートパソコン、カメラなどの、携帯が可能な小型電子機器に用いられる。一方、複数のセルからなる大容量電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として広く使用されている。
【０００６】
二次電池は、外部端子に外部電源が接続されると、外部端子と保護回路を介して供給される外部電源によってセルが充電される充電動作を行う。そして、外部端子に負荷が接続されると、充電されたセルから電源が保護回路と外部端子を介して負荷に供給される放電動作を行う。
【０００７】
典型的な二次電池の充電方法としては、定電流（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）−定電圧（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｖｏｌｔａｇｅ）充電方法（ＣＣ−ＣＶ充電方法ともう。）が知られている。定電流−定電圧充電方法では、先ず、所定の定電流で充電を行い、セルの電圧がフル充電時の電位に近い所定の電圧に達した後は、所定の電圧を印加する定電圧充電で充電を行う方法である。上記のような定電流−定電圧充電方法において、満充電されるまでの時間を短縮するには、定電流充電時に充電電流を大きくしなければならない。しかしながら、充電電流を大きくすると電池性能が低下するので好ましくない。
【０００８】
一方、定電流−定電圧充電方法以外に、充電と休止を繰り返すパルス充電によって充電時間を短縮することのできるパルス充電方法も知られている。
【０００９】
一般的に、二次電池は、充放電が繰り返されることによってセルの劣化が進行する。この場合、生じる劣化の程度は各セルの特性により異なり、時間が経過するにつれてセル間の劣化程度も異なってくる。
【００１０】
したがって、複数のセルが接続されて構成される二次電池の場合、各セル間の劣化度の差によって、充放電動作時のセル間の充放電時間や充放電量に差が生じる。すなわち、劣化が最も進んだセルほど、より早く充電及び放電が行われる。
【００１１】
複数のセルが接続されて構成される二次電池の場合、各セルは同時に充電され、また、同時に放電される。このように同時に充電または放電されるように制御する場合、複数のセルのうち最初に満充電状態または満放電状態になった一セルの状態によって、充放電制御を行うことになる。
【００１２】
したがって、劣化が最も進んだセルの充放電時間は短くなるので、最初に満充電または満放電状態になり、したがって、他のセルは満充電または満放電でない状態で引き続いて充放電が行われることになる。
【００１３】
このような状態が継続すると、劣化が最も進んだセルは充放電時間が短くなるので、他のセルと比べてさらに劣化程度が激しくなり、そのための内部ガスが発生したり、発火したり、爆発が発生したりする恐れがある。
【００１４】
このようなことを防止するために、満充電状態または満放電状態で、各セル間の電圧差が３００ｍＶを超えた場合には、充放電が行われないように電気の流れを遮断する回路が保護回路として実現されている。（例えば、特許文献１〜４参照。）
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−１６９４７４号公報
【特許文献２】特開２００２−１８６１９２号公報
【特許文献３】大韓民国特許公開第２００５−００４１０８３号
【特許文献４】大韓民国特許公開第２００７−００１４７９６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、このような従来の技術によれば、劣化によるセル間の電圧差が３００ｍＶ以上の場合にはセル間の劣化不均衡による安全性の問題などを解決することができるが、セル間の電圧差が３００ｍＶ未満の場合にはセル間の劣化不均衡により発生する問題を解決することができない。
【００１７】
セル間の電圧差が３００ｍＶ以上の場合には、安全上深刻な問題が発生する可能性があるが、一方で、電圧差が３００ｍＶ未満の場合においても、セル間の劣化不均衡による安全上の危険がないと保障することはできない。
【００１８】
しかしながら、充放電を終了させる電圧差の条件をあまり低く設定してしまうと、すぐに充電終了の条件を満たすようになってしまい、充分に使用可能なセルを廃棄することになって経済的な損失が生じることになる。
【００１９】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、安全性を向上させつつ、電池の寿命を延長させることのできる二次電池の充電方法及び充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数のセルを有する二次電池の充電方法において、上記セル間のアンバランスが第１の基準設定値以上になった場合に、充電方式を定電流−定電圧充電方式からパルス充電方式へ変更し、上記パルス充電方式により充電を行う場合には、上記複数のセルのうち電圧が最も高いセルの電圧が充電オフ電圧に達したときに全てのセルの充電を中止し、上記電圧が最も高いセルの電圧が充電オン電圧まで下降したときに全てのセルの充電を再開する動作を繰り返し行うことを特徴とする二次電池の充電方法が提供される。
【００２１】
このような本発明にかかる二次電池の充電方法によれば、複数のセル間に第１の基準設定値以上の電圧差が生じてアンバランス（不均衡または、ばらつき）が生じた場合に、充電方式を変更することにより、二次電池を安全に充電することができる。
【００２２】
このとき、上記アンバランスは上記複数のセル間の電圧差であり、上記第１の基準設定値は１００ｍＶ以上３００ｍＶ未満の値を有するのがよい。このように、セル間の電圧差が１００ｍＶ以上３００ｍＶ未満の場合に、充電方式を変更して充電することにより、セル間に所定以上の電圧差が発生することを防止して安全性を向上させると共に、セル間の劣化差が大きくなることを防止して、電池の寿命を延長することができる。
【００２３】
上記充電方式の変更は、定電流−定電圧充電方式からパルス充電方式への変更であるのがよい。
【００２４】
上記定電流−定電圧充電方式で充電した際の満充電条件は、セルの電圧が設定された所定の電圧値以上であり、かつ、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であるのがよい。一方、上記パルス充電方式で充電した際の満充電条件は、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であるのがよい。
【００２５】
一方、上記アンバランスが前記第１の基準設定値未満の場合は、定電流−定電圧充電方式で充電を行うことができる。すなわち、複数のセル間の電圧差が小さいため、定電流−定電圧充電方式で充電を行っても安全に充電を行うことができる。
【００２６】
そして、上記アンバランスが第２の基準設定値以上の場合は、電気的経路が遮断されるようにするのがよい。すなわち、複数のセル間の電圧差が大きくなると、内部ガスが発生したり、発火したり、爆発が発生したりするなどの恐れがあり、安全性が確保できなくなるため、電気経路を遮断するのがよい。このとき、上記第２の基準設定値は３００ｍＶ以上５００ｍＶ以下の値を有するのがよい。そして、上記アンバランスが上記第１の基準設定値以上で上記第２の基準設定値未満の場合に、充電方式はパルス充電方式に変更されるのがよい。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数のセルを定電流−定電圧方式で充電する充電ステップと、上記複数のセル電圧を測定する電圧測定ステップと、上記測定されたセル間の電圧を比較する電圧比較ステップと、を含み、上記比較されたセル間の電圧差が第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満である場合には、充電方式をパルス充電方式に変更し、上記パルス充電方式により充電を行う場合には、上記複数のセルのうち電圧が最も高いセルの電圧が充電オフ電圧に達したときに全てのセルの充電を中止し、上記電圧が最も高いセルの電圧が充電オン電圧まで下降したときに全てのセルの充電を再開する動作を繰り返し行うことを特徴とする二次電池の充電方法が提供される。
【００２８】
このような本発明にかかる二次電池の充電方法によれば、セル間の電圧差が第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満の場合に、充電方式をパルス充電方式に変更して充電することにより、セル間に所定以上の電圧差が発生することを防止して安全性を向上させると共に、セル間の劣化差が大きくなることを防止して、電池の寿命を延長することができる。
【００２９】
このとき、上記比較されたセル間の電圧差が上記第２の基準設定値以上の場合は、電気的経路を遮断し、上記比較されたセル間の電圧差が上記第１の基準設定値未満の場合は、引き続き定電流−定電圧方式で充電することができる。すなわち、複数のセル間の電圧差が上記第２の基準設定値以上の場合は、内部ガスが発生したり、発火したり、爆発が発生したりするなどの恐れがあり、安全性が確保できなくなるため、電気経路を遮断するのがよい。一方、複数のセル間の電圧差が上記第１の基準設定値未満の場合は、定電流−定電圧充電方式で充電を行っても安全に充電を行うことができる。
【００３０】
上記二次電池の充電方法は、上記測定された電圧を利用して満充電されたか否かを確認するステップと、上記測定された電圧が満充電条件を満足したら充電を終了するステップと、をさらに含むことができる。このとき、上記満充電条件は、定電流−定電圧方式で充電を行う場合には、セルの電圧が設定された所定の電圧値以上であり、かつ、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であり、パルス充電方式で充電を行う場合には、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であるのがよい。
【００３１】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、定電流−定電圧方式により二次電池を充電する充電装置において、上記充電装置は各セルの電圧を測定する電圧測定部と、上記電圧測定部から印加された各セルの電圧を比較する電圧比較部と、上記電圧比較部から印加された信号に応答してセル間にアンバランスが発生したか否かを確認するアンバランス検出部と、上記アンバランス検出部から印加された信号に応答して異なる信号を出力する充電制御部と、上記充電制御部から印加された信号に応答して異なる充電方式で充電を行う充電設定部とを含み、上記充電制御部は、セル間に第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満の電圧差が発生したとの信号を上記アンバランス検出部から印加された場合に、第３の信号を出力し、上記充電設定部は、上記第３の信号に応答してパルス充電方式で充電を行うパルス充電部をさらに含み、上記パルス充電部は、上記各セルのうち電圧が最も高いセルの電圧が充電オフ電圧に達したときに全てのセルの充電を中止し、上記電圧が最も高いセルの電圧が充電オン電圧まで下降したときに全てのセルの充電を再開する動作を繰り返し行うことを特徴とする充電装置が提供される。
【００３２】
このような本発明にかかる充電装置によれば、セル間にアンバランスが発生したか否かによって充電方式を異ならせているため、セル間に所定以上の電圧差が発生することを防止して安全性を向上させると共に、セル間の劣化差が大きくなることを防止して、電池の寿命を延長させることができる。
【００３３】
このとき、上記充電装置は、上記充電設定部の信号を印加されて動作する第１の満充電検出部及び第２の満充電検出部を含む満充電検出部と、上記第１の満充電検出部及び上記第２の満充電検出部の信号に応答して動作するＦＥＴ駆動部と、上記ＦＥＴ駆動部の信号に応答してオンまたはオフされるＦＥＴ素子部と、をさらに含むことができる。
【００３４】
このとき、上記充電制御部は、セル間に第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満の電圧差が発生したとの信号を上記アンバランス検出部から印加された場合に第３の信号を出力し、セル間に上記第２の基準設定値以上の電圧差が発生したとの信号を上記アンバランス検出部から印加された場合に第１の信号を出力し、セル間に上記第１の基準設定値未満の電圧差が発生したとの信号を上記アンバランス検出部から印加された場合に第２の信号を出力することができる。このとき、上記第１の基準設定値は１００ｍＶ以上３００ｍＶ未満であり、上記第２の基準設定値は３００ｍｖ以上５００ｍＶ以下であるのがよい。
【００３５】
そして、上記充電設定部は、上記第１の信号に応答して電流を遮断する電流遮断部と、上記第２の信号に応答して定電流−定電圧方式で充電を行う定電流−定電圧充電部と、上記第３の信号に応答してパルス充電方式で充電を行うパルス充電部と、をさらに含むことができる。すなわち、複数のセル間の電圧差が上記第２の基準設定値以上の場合は、安全性を確保するために上記電流遮断部により電気経路が遮断される。一方、複数のセル間の電圧差が上記第１の基準設定値未満の場合は、定電流−定電圧充電方式でも安全に充電を行うことができるため、上記定電流−定電圧充電部により定電流−定電圧充電方式で充電が行われる。そして、複数のセル間の電圧差が上記第１の基準設定値以上で上記第２の基準設定値未満の場合には、セル間に所定以上の電圧差が発生することを防止して安全性を向上させるために、上記パルス充電部によりパルス充電方式で充電が行われる。
【００３６】
また、上記第１の満充電検出部は、上記定電流−定電圧充電部から印加される信号に応答し、満充電されたか否かを判定して信号を出力するようにするのがよい。一方、上記第２の満充電検出部は、上記パルス充電部から印加される信号に応答し、満充電されたか否かを判定して信号を出力するようにするのがよい。
【００３７】
ここで、上記定電流−定電圧充電方式で充電した際の満充電条件は、セルの電圧が設定された所定の電圧値以上であり、かつ、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であるのがよい。また、上記パルス充電方式で充電した際の満充電条件は、充電電流がセルの規定容量である１Ｃの１／２０以下であるのがよい。
【００３８】
そして、上記ＦＥＴ駆動部は、上記第１の満充電検出部または上記第２の満充電検出部から満充電信号を印加した場合はＦＥＴ素子部をオフさせ、非満充電信号を印加した場合はＦＥＴ素子部をオンさせるように動作するのがよい。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように本発明によれば、セル間に所定以上の電圧差が発生することを防止して安全性を向上すると共に、セル間の劣化差が大きくなることを防止して電池の寿命を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、図面において、層及び領域の、距離や厚みなどは、本発明をより明確に説明するために、誇張して図示される場合もあり得る。
【００４１】
図１は、本発明の実施の形態にかかる二次電池の充電方法において、通常の充電処理が行われる場合の（正常動作時の）充電電流と充電電圧との関係を示す波形図である。
【００４２】
本発明の実施の形態では、二次電池が二つのセルを含んで構成される場合について説明するが、二次電池を構成するセルの数は二つ以外であってもよい。また、以下に説明する本発明の実施の形態では、二次電池に含まれる二つのセルは、それぞれ理想的に動作するものとし、また、それぞれの特性は、セルの劣化の度合いによる影響を受ける以外は、他の条件による影響は受けないものと仮定する。
【００４３】
図１を参照すると、本発明の実施の形態にかかる二次電池の充電方法では、通常の充電処理が行われる場合には（正常動作時には）定電流−定電圧充電方式により充電が行われる。すなわち、所定の電圧Ｖｃｃ／ｃｖに達するまでのＡ区間では定電流方式で充電を行い、所定の電圧Ｖｃｃ／ｃｖに達した後のＢ区間では定電圧方式で充電を行う。ここで、正常動作時とは、二次電池を構成する各セル間の電圧差が所定の電圧差よりも小さい場合をいう。
【００４４】
以下、定電流方式で充電するＡ区間を定電流区間といい、定電圧方式で充電するＢ区間を定電圧区間と言うこととする。
【００４５】
二次電池は、充電器と接続されると、先ず、所定の電流Ｉｃｃを印加されて定電流方式で充電される。上記のような定電流による充電を行う際の充電電流としては、一般に０．５Ｃ以上〜１Ｃ未満の電流が印加されるのがよい。１Ｃ以上の充電電流が印加された場合、二次電池の寿命が短くなり、場合によっては電池が破壊される恐れがあるため、１Ｃ以上の充電電流を設定しないことが好ましい。
【００４６】
次に、定電流充電によりセルの電圧が所定の設定電圧まで上昇すると、設定電圧に達した時点ｔｏ以後からは、充電方法が定電圧充電に変更される。
【００４７】
図１では、二つのセルＣ１、Ｃ２の電圧曲線が同一である場合を示しているが、二つのセルの電圧曲線が異なった場合においても、二つのセルの電圧差が第１の基準設定値未満の範囲であれば、定電流−定電圧方式で充電を行う。
【００４８】
また、本発明は、セルの数が二つの場合に限定されず、三個以上のセルを有する場合にも適用されることができる。
【００４９】
本発明の実施の形態においては、セルの電圧がＶｃｃ／ｃｖ以上で、充電電流がＣ／２０以下となった場合に、満充電（フル充電）されたものとして充電を終了する。すなわち、定電流充電方式から定電圧充電方式に充電方式が変更される際の電圧Ｖｃｃ／ｃｖ以上でありながら、充電電流がＣ／２０として測定されたら、満充電したものとして判定し、充電は終了する。
【００５０】
ここで、１Ｃは、セルの正規の容量と同じ電流で充電することを意味し、Ｃ／２０はセルの正規の容量の１／２０の電流が印加されたことを意味する。例えば、セルの規格容量が１０００ｍＡｈである場合、１Ｃは１０００ｍＡの電流で充電することを意味し、Ｃ／２０はセルの正規の容量の１／２０に相当する５０ｍＡの電流が印加されたことを意味する。
【００５１】
図２Ａは、二次電池の充電方法において、正常な動作時とは異なり、例外的な方法により充電を行う異常動作時の充電電圧及び充電電流を示す波形図である。本発明の実施の形態にかかる二次電池の充電方法は、二次電池を構成するセル間の電圧差が所定値以上となった場合に、正常動作時の定電流−定電圧方式による充電は行わずに、通常とは異なる方式にて充電を行う。図２Ｂは、充電電流の平均値の変化を時間変化に従って示した波形図である。
【００５２】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、定電流−定電圧方式で充電している際中に、第１のセルＣ１と第２のセルＣ２との間の電圧差が第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満となれば、上記電圧差が発生したｔｏ’時点以降は、充電方法を定電流−定電圧方式からパルス充電方式に変更して充電を行う。
【００５３】
すなわち、第１の基準設定値以上の電圧差が発生する前の区間ｔ１では定電流−定電圧充電方式で充電を行い、第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満の電圧差が発生した後の区間ｔ２ではパルス充電方式で充電を行う。一方、第１のセルＣ１と第２のセルＣ２との間で第２の基準設定値以上の電圧差が発生した場合には、充電を継続すると、セル間の劣化不均衡による内部ガスの発生や、発火、爆発などの、安全上問題となる現象が生じる恐れがあるため、充電を終了する。
【００５４】
劣化が最も進んでいる第１のセルＣ１は、第２のセルＣ２よりも充電が早く行われ、第１のセルＣ１が第２のセルＣ２よりも先に充電オフ電圧である電圧Ｖｏｆｆに達することになる。
【００５５】
パルス充電方式による充電では、第１のセルＣ１が充電オフ電圧Ｖｏｆｆまで充電されると、充電は一旦中止され、充電が中止された状態で第１のセルＣ１の電圧は充電オン電圧である電圧Ｖｏｎまで低下する。そして、第１のセルＣ１の電圧が充電オン電圧Ｖｏｎに達すると、再び充電が行われる。パルス充電方式では、このような、充電が行われる期間である充電Ｔｏｎと、充電が行われない期間である休止Ｔｏｆｆとの繰り返し動作によってセルを充電する。
【００５６】
第２のセルＣ２は、第１のセルＣ１が充電オフ電圧Ｖｏｆｆに達する瞬間まで充電が行われ、第１のセルＣ１が充電オフ電圧Ｖｏｆｆまで充電されて充電が中止されると、第２のセルＣ２の充電も同時に中止される。そして、第１のセルＣ１の電圧が低下して充電オン電圧Ｖｏｎとなり再び充電が行われると、第２のセルＣ２でも再び充電が行われることになる。
【００５７】
このように、充電処理は、充電オン電圧Ｖｏｎ及び充電オフ電圧Ｖｏｆｆの設定値に応じて行われる。このとき、充電オン電圧Ｖｏｎと充電オフ電圧Ｖｏｆｆとの平均が第１のセルＣ１の充電電圧となる。
【００５８】
したがって、充電オン電圧Ｖｏｎ及び充電オフ電圧Ｖｏｆｆをあまり高く設定すると、第１のセルＣ１に過電圧が充電されることになるため、充電オン電圧Ｖｏｎ及び充電オフ電圧Ｖｏｆｆは、セルの容量によって好適に選択がなされるべきである。
【００５９】
上記のように、充電Ｔｏｎと休止Ｔｏｆｆとが繰り返されることによりセルの充電が行われる。そして、上記パルス充電方式で充電している最中に、測定された充電電流がＣ／２０以下となったら、満充電されたものと判断して充電を終了させる。
【００６０】
図３は、本発明の実施の形態にかかる二次電池の充電方法を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態にかかる充電装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００６１】
図３及び図４を参照すると、充電装置は、セル電圧を測定する電圧測定部１０と、測定されたセル間の電圧を比較する電圧比較部２０と、セルのアンバランスを検出するアンバランス検出部３０と、アンバランス検出部３０から印加された信号により制御を行う充電制御部４０と、充電制御部４０の信号により動作する充電設定部５０と、満充電検出部６０と、満充電検出部６０の制御信号により動作するＦＥＴ駆動部７０と、ＦＥＴ駆動部７０の信号によりオン／オフされるＦＥＴ素子部８０と、を含む。
【００６２】
充電設定部５０は、電流遮断部５１、定電流−定電圧充電部５３、及びパルス充電部５５を含む。満充電検出部６０は、第１の満充電検出部６１及び第２の満充電検出部６３を含む。
【００６３】
電圧測定部１０は、二次電池の各セルの電圧を測定する電圧測定ステップ（ステップＳ０１）を実行し、電圧比較部２０にその結果を送出する。
【００６４】
電圧比較部２０は、電圧測定部１０により測定された各セル間の電圧を比較する電圧比較ステップ（ステップＳ０２）を実行し、その結果をアンバランス検出部３０に送出する。
【００６５】
アンバランス検出部３０は、電圧比較部２０から印加された信号により、セル間にアンバランスが発生したか否かを確認する（ステップＳ０３）。すなわち、各セル間の電圧にばらつきが生じて不均衡となっていないかを確認する。先ず、アンバランス検出部３０は、セル間の電圧差が第２の基準設定値以上であるか否かを確認（ステップＳ１３）し、セル間の電圧差が第２の基準設定値以上であれば、充電制御部４０にセル間に第２の基準設定値以上の電圧差が発生したとの第１の信号を送出する。一方、セル間の電圧差が第２の基準設定値未満であれば、アンバランス検出部３０は、セル間の電圧差が第１の基準設定値以上であるか否かを確認（ステップＳ２３）する。そして、セル間の電圧差が第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満であれば、充電制御部４０にセル間に第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満の電圧差が発生したとの第３の信号を送出する。また、セル間の電圧差が第１の基準設定値未満であれば、充電制御部４０にセル間に第１の基準設定値未満の電圧差が発生したとの第２の信号を送出する。
【００６６】
充電制御部４０は、アンバランス検出部３０から印加されたセル間の電圧差によって充電設定部５０を制御する。充電制御部４０は、アンバランス検出部３０から第２の基準設定値以上のセル間の電圧差が発生したとの信号を印加されたら、充電設定部５０の電流遮断部５１を制御する。充電制御部４０は、アンバランス検出部３０から第１の基準設定値未満のセル間の電圧差が発生したとの信号を印加されたら、充電設定部５０の定電圧−定電流充電部５３を制御する。充電制御部４０は、アンバランス検出部３０から第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満のセル間の電圧差が発生したとの信号を印加されたら、充電設定部５０のパルス充電部５５を制御する。
【００６７】
充電設定部５０は、充電制御部４０から制御信号を印加されて動作する。充電設定部５０は、電流遮断部５１、定電流−定電圧充電部５３及びパルス充電部５５を含む。
【００６８】
電流遮断部５１は、充電制御部４０から制御信号を印加されて、大電流経路を遮断（ステップＳ０４）することによって、それ以上の充電動作が行われないようにする。
【００６９】
定電流−定電圧充電部５３は、充電制御部４０から制御信号を印加されて、定電流−定電圧方式でセルの充電が行われるように動作（ステップＳ０５）する。また、定電流−定電圧充電部５３は、満充電検出部６０の第１の満充電検出部６１に制御信号を印加する。
【００７０】
パルス充電部５５は、充電制御部４０から制御信号を印加されて、パルス方式でセルの充電が行われるように動作（ステップＳ０６）する。また、パルス充電部５５は、満充電検出部６０の第２の満充電検出部６３に制御信号を印加する。
【００７１】
満充電検出部６０は、充電設定部５０から制御信号を印加されて動作する。満充電検出部６０は、第１の満充電検出部６１及び第２の満充電検出部６３を含む。
【００７２】
第１の満充電検出部６１は、充電設定部５０の定電流−定電圧充電部５３から印加される制御信号により動作し、定電流−定電圧充電方式における満充電条件によってセルの満充電状態を確認する（ステップＳ０７）。第１の満充電検出部６１は、セルが定電流−定電圧充電方式における満充電条件を満たしているか否の制御信号をＦＥＴ駆動部７０に印加する。ここで、本発明の実施の形態においては、定電流−定電圧充電方式における満充電条件は、セルの電圧が定電流充電方式から定電圧充電方式に充電方式が変更される際の電圧Ｖｃｃ／ｃｖ以上であり、かつ、充電電流がセルの正規の容量Ｃの１／２０であるＣ／２０である場合、とすることができる。
【００７３】
第２の満充電検出部６３は、充電設定部５０のパルス充電部５５から印加される制御信号により動作し、パルス充電方式における満充電条件によってセルの満充電状態を確認する（ステップＳ０８）。第２の満充電検出部６３は、セルがパルス充電方式における満充電条件を満たしているか否の制御信号をＦＥＴ駆動部７０に印加する。ここで、本発明の実施の形態においては、パルス充電方式における満充電条件は、充電電流がセルの正規の容量Ｃの１／２０であるＣ／２０である場合、とすることができる。
【００７４】
ＦＥＴ駆動部（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）７０は、第１の満充電検出部６１または第２の満充電検出部６３からセルが満充電であるか否かの制御信号を印加されて、ＦＥＴ素子部８０にオン信号またはオフ信号を印加する。すなわち、ＦＥＴ駆動部７０は、ＦＥＴ素子部８０を駆動して充電が行われるようにするか、または充電を終了（ステップＳ０９、ステップＳ１０）させるようにすることができる。
【００７５】
ＦＥＴ素子部８０は、大電流経路上に位置し、ＦＥＴ駆動部７０からオン信号を印加されると、大電流経路を形成して電流が流れるようにする。一方、ＦＥＴ素子部８０は、ＦＥＴ駆動部７０からオフ信号を印加されると、大電流経路を遮断して電流が流れないようにする。
【００７６】
本発明が解決しようとする課題では、従来の問題点を提示しながらセル間の電圧差が３００ｍＶの場合について言及しているが、本発明はこれに限定された問題だけを解決するものではない。本実施形態における第１の基準設定値及び第２の基準設定値は、セルの容量、セルの特性、セルの位置する条件などに伴って当業者により選択される値であるため、第１の基準設定値及び第２の基準設定値は数値として限定しない。例えば、第１の基準設定値は１００ｍＶ以上３００ｍＶ未満の値を有し、第２の基準設定値は３００ｍＶ以上５００ｍＶ以下の値を有すれば、安定性を十分確保することができる。
【００７７】
本発明の実施の形態によれば、セル間の電圧差が第１の基準設定値未満である場合には、セルは定電流−定電圧方式による満充電条件まで充電されてから充電を終了し、セル間の電圧差が第１の基準設定値以上第２の基準設定値未満である場合には、セルはパルス方式による満充電条件まで充電されてから充電が終了するので安全性を向上させることができる。また、セル間の劣化差が少なく、電池の寿命を延長させることができる。
【００７８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、二次電池の充電方法及び充電装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる二次電池の充電方法において、セル間にアンバランスが発生していない場合の正常動作時の充電電流と充電電圧の関係を示す波形図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態にかかる二次電池の充電方法における、セル間にアンバランスが発生した場合の異常動作時の充電電圧及び充電電流を示す波形図である。
【図２Ｂ】図２Ａの充電電流の平均を時間変化によって示した波形図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる二次電池の充電方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態にかかる二次電池の充電装置の構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０    電圧測定部
２０    電圧比較部
３０    アンバランス検出部
４０    充電制御部
５０    充電設定部
５１    電流遮断部
５３    定電流−定電圧充電部
５５    パルス充電部
６０    満充電検出部
６１    第１の満充電検出部
６３    第２の満充電検出部
７０    ＦＥＴ駆動部
８０    ＦＥＴ素子部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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