(57)【要約】【課題】二次電池、とりわけリチウム二次電池を効率よく、発熱を抑制しながら短時間で充電するとともに、電池やモバイル機器の安全性を確保するための充電制御方法及び充電制御回路を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、モバイル電子機器に用いられる二次電池の充電制御方法であって、充電時における充電データをあらかじめ記録保持し、充電時にあらかじめ記録保持した前回の充電データを読み取り、所定のしきい値との比較により充電禁止を判定することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池へ充電電流を供給して充電を実行する充電制御工程と、
前記充電制御工程において実行された充電に関する情報を取得する充電情報取得工程と、
前記充電情報取得工程において取得された情報を充電データとして記憶する記憶工程と、
前記充電制御工程における充電が完了した後、再び前記充電制御工程における充電が開始される際に、前記記憶工程において記憶されている前回の充電データに基づいて、当該充電制御工程における充電を禁止するか否かを判定する充電禁止判定工程と
を含むことを特徴とする二次電池の充電制御方法。
【請求項２】
前記充電情報取得工程は、
前記充電制御工程における前記充電の開始から完了までの充電時間を計時する計時工程を含み、
前記記憶工程は、
前記計時工程において計時された充電時間を、前記充電データとして記憶し、
前記充電禁止判定工程は、
前記記憶工程において充電データとして記憶された前回の充電時間が、前記充電制御工程において前記二次電池を、ＳＯＣが０％の状態から満充電にするのに必要な時間以上に予め設定された充電時間を超える場合、前記充電制御工程における充電を禁止すること
を特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電制御方法。
【請求項３】
前記充電情報取得工程は、
前記充電制御工程における前記充電期間中の前記二次電池の温度を検出する温度検出工程を含み、
前記記憶工程は、
前記温度検出工程において検出された温度を、前記充電データとして記憶し、
前記充電禁止判定工程は、
前記記憶工程において充電データとして記憶された前回の温度が、前記二次電池が劣化するおそれのある温度として予め設定された判定温度を超える場合、前記充電制御工程における充電を禁止すること
を特徴とする請求項１又は２記載の二次電池の充電制御方法。
【請求項４】
前記充電情報取得工程は、
前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出工程を含み、
前記記憶工程は、
前記充電制御工程による充電が完了したときに、前記ＳＯＣ算出工程によって算出された二次電池のＳＯＣを、前記充電データとして記憶し、
前記充電禁止判定工程は、
前記記憶工程において充電データとして記憶された前回の充電完了時のＳＯＣが、正常な状態において前記二次電池が取り得るＳＯＣの範囲の上限値として設定された判定値を超える場合、前記充電制御工程における充電を禁止すること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法。
【請求項５】
前記充電情報取得工程は、
前記充電制御工程における前記充電期間中の前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出工程を含み、
前記記憶工程は、
前記電圧検出工程において検出された端子電圧を、前記充電データとして記憶し、
前記充電禁止判定工程は、
前記記憶工程において充電データとして記憶された端子電圧に基づき、前回の充電期間中における端子電圧の最高値である充電最高電圧が、前記二次電池が劣化するおそれのある電圧として予め設定された判定電圧を超える場合、前記充電制御工程における充電を禁止すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法。
【請求項６】
前記充電制御工程は、
前記二次電池に一定の充電電流を供給し、当該二次電池の端子電圧が、当該二次電池が満充電のときの開路電圧より高い電圧に設定された上限電圧以上になると前記充電電流の供給を停止し、当該二次電池の端子電圧が、当該二次電池が満充電のときの開路電圧以上に設定された下限電圧以下になると前記充電電流の供給を行うことで、充電電流をパルス状にして二次電池を充電すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法。
【請求項７】
前記二次電池は、
リチウム二次電池であること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法。
【請求項８】
二次電池へ充電電流を供給して充電を実行する充電制御部と、
前記充電制御部によって実行された充電に関する情報を取得する充電情報取得部と、
前記充電情報取得部によって取得された情報を充電データとして記憶する記憶部と、
前記充電制御部による充電が完了した後、再び前記充電制御部による充電が開始される際に、前記記憶部に記憶されている前回の充電データに基づいて、当該充電制御部による充電を禁止するか否かを判定する充電禁止判定部と
を備えることを特徴とする充電制御回路。
【請求項９】
前記充電情報取得部は、
前記充電制御部による前記充電の開始から完了までの充電時間を計時する計時部を含み、
前記記憶部は、
前記計時部によって計時された充電時間を、前記充電データとして記憶し、
前記充電禁止判定部は、
前記記憶部に充電データとして記憶されている前回の充電時間が、前記充電制御部によって前記二次電池を、ＳＯＣが０％の状態から満充電にするのに必要な時間以上に予め設定された充電時間を超える場合、前記充電制御部による充電を禁止すること
を特徴とする請求項８に記載の充電制御回路。
【請求項１０】
前記充電情報取得部は、
前記充電制御部による前記充電期間中における前記二次電池の温度を検出する温度検出部を含み、
前記記憶部は、
前記温度検出部によって検出された温度を、前記充電データとして記憶し、
前記充電禁止判定部は、
前記記憶部に充電データとして記憶されている前回の温度が、前記二次電池が劣化するおそれのある温度として予め設定された判定温度を超える場合、前記充電制御部による充電を禁止すること
を特徴とする請求項８又は９記載の充電制御回路。
【請求項１１】
前記充電情報取得部は、
前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部を含み、
前記記憶部は、
前記充電制御部による充電が完了したときに、前記ＳＯＣ算出部によって算出された二次電池のＳＯＣを、前記充電データとして記憶し、
前記充電禁止判定部は、
前記記憶部に充電データとして記憶されている前回の充電完了時のＳＯＣが、正常な状態において前記二次電池が取り得るＳＯＣの範囲の上限値として設定された判定値を超える場合、前記充電制御部による充電を禁止すること
を特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の充電制御回路。
【請求項１２】
前記充電情報取得部は、
前記充電制御部による前記充電期間中における前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部を含み、
前記記憶部は、
前記電圧検出部によって検出された端子電圧を、前記充電データとして記憶し、
前記充電禁止判定部は、
前記記憶部に充電データとして記憶されている端子電圧に基づき、前回の充電期間中における端子電圧の最高値である充電最高電圧が、前記二次電池が劣化するおそれのある電圧として予め設定された判定電圧を超える場合、前記充電制御部による充電を禁止すること
を特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の充電制御回路。
【請求項１３】
前記充電制御部は、
前記二次電池に一定の充電電流を供給し、当該二次電池の端子電圧が、当該二次電池が満充電のときの開路電圧より高い電圧に設定された上限電圧以上になると前記充電電流の供給を停止し、当該二次電池の端子電圧が、当該二次電池が満充電のときの開路電圧以上に設定された下限電圧以下になると前記充電電流の供給を行うことで、充電電流をパルス状にして二次電池を充電すること
を特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の充電制御回路。
【請求項１４】
前記二次電池は、
リチウム二次電池であること
を特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の充電制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイル電子機器等に幅広く用いられる二次電池の充電制御方法及び充電制御回路に関し、特に、二次電池をパルス充電する際に好適な充電制御方法及び充電制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコンなどの電子機器の小型化および軽量化に伴い、これらモバイル電子機器の電源である二次電池の高容量化が求められている。二次電池としては、リチウムイオン電池とも呼ばれるリチウム二次電池が他のニッケル水素電池などに比べて高エネルギー密度であるために、モバイル電子機器には幅広く用いられている。
【０００３】
一方、リチウム二次電池は充電制御を精度よく行わなければ発熱を生じ、充電効率が低下してしまうため、比較的短時間で充電可能な充電方法としてはパルス充電が広く用いられてきている。
【０００４】
しかしながら、リチウム二次電池に用いられる活物質はその表面に生成させたＳＥＩ（Solid Electrolyte Interface）と呼ばれる固体電解質膜により安定性を保っているため、充電時の発熱やいわゆるサーマルランナウェーとよばれる熱暴走に対しては注意が必要で、安全に短時間で充電する方法が求められていた。そのため、従来からリチウム二次電池の充電方法には様々なパルス充電方法における充電制御の方法や手段が検討されてきた。
【０００５】
特許文献１には、電池を充電する時の周囲温度を検出することにより、パルス充電電圧を低くするか、もしくはパルス充電電流を少なくして充電する充電方法が開示されている。さらに、設定温度よりも電池温度が高い場合は、パルス充電電圧を４．２Ｖ〜４．４Ｖ／セルとすることが示されている。
【０００６】
特許文献２には、推奨される推奨充電電圧と推奨充電電圧以上の電圧とを交互にパルス充電し、電池の劣化を防ぎ、信頼性の高い充電を提供することが開示されている。また、パルス充電において、パルス周波数を固定する方法と印加デューティーを変化させる二種類の方法が述べられ、さらに推奨充電電圧以上の電圧印加のデューティーを変化させることが示されている。
【０００７】
特許文献３には、電池電圧が低い時はオフ時間を長くし、電池電圧が上昇するにつれてオフ時間を短くする充電方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１６７９５号公報
【特許文献２】特開平９−１１７０７５号公報
【特許文献３】特許第３３９１０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
二次電池において、十分な安全性を確保しながら短時間で充電するためには、充電時の副反応を抑制し、効率よく充電を行う必要がある。また、充電時、二次電池は発熱するために、電池の温度を検知するとともに、充電電圧の変化を制御しなければならない。
【０００９】
二次電池を繰り返しモバイル機器などで用いた場合、電池は徐々に劣化し、その結果電池の内部インピーダンス（内部抵抗）が増大していく。電池を電圧制御で充電した場合、充電電圧は、内部インピーダンス（内部抵抗）と充電電流の積で表される電圧である充電過電圧が、二次電池の起電力に加算された電圧となる。そのため、まだ二次電池が劣化していない初期において内部インピーダンス（内部抵抗）が低いときと、二次電池が劣化して内部抵抗が増大したときとで同じ充電電圧で充電すると、内部抵抗が増大したときの方が、充電過電圧が大きくなる結果、充電電圧のうち充電に寄与する電圧成分である二次電池の起電力、すなわち二次電池の開路電圧（Open circuit voltage）が低くなる。従って、一定の充電電圧で二次電池を充電すると、二次電池の内部抵抗が大きいときは、実質的には、内部抵抗が小さいときに低い充電電圧で充電したのと同様となる。
【００１０】
すなわち、二次電池が劣化して内部抵抗が増大すると、実質的に充電電圧が低下するため充放電効率は低下し、充放電のサイクルにおいて充電完了後に放電可能な放電容量が減少していく。つまり、電池の容量が減少し、電池を寿命と判断してしまうことになる。
【００１１】
これらの現象を抑制し、比較的短時間で充電するためには上述のように一定の電圧で充電を行う電圧制御による充電方法よりも、パルス充電方法が効果的であることが知られている。しかしながら、パルス充電方法では、充電パルスを印加することにより、充電中の電池温度が上昇するという課題が伴うため、電池の温度上昇を抑制しながら効率よく充電することが求められていた。また、電池が外部からのダメージや、充放電の繰り返しによる内部のダメージを生じた場合には、電池の内部抵抗が増加したり、ダメージが著しい場合には電池の内部短絡を生じたりする恐れがある。このような、ダメージを受けた異常な電池を無理に充電することを避けなければならない。
【００１２】
すなわち、パルス充電方法においては、二次電池に定電流を流す（オン）ことによって端子電圧が上昇し、当該端子電圧が所定の上限電圧に達すると電流を停止（オフ）する。これによって、端子電圧が低下して所定の下限電圧に達すると再び定電流を流す（オン）。この繰り返しによってパルス状の充電電流を二次電池に供給することで、パルス充電を行うようになっている。
【００１３】
ところが、内部短絡を生じた異常な電池を無理に定電流にてパルス充電すると、端子電圧が上昇しないために端子電圧が上限電圧に達しない。そうすると、二次電池に定電流が供給されたままの状態が継続することになって、定電流にて長時間充電され、電池が著しい発熱を生ずるという課題を有していた。
【００１４】
特許文献１には、電池を充電する時の周囲温度を検出することにより、パルス充電電圧を低くするか、もしくはパルス充電電流を低くして充電する充電方法が開示されている。さらに、設定温度よりも電池温度が高い場合は、パルス充電電圧を４．２Ｖ〜４．４Ｖ／セルとすることが示されている。しかしながら、これらの方法だけでは十分ではなく、温度以外の要件により充電効率が低下したり、電池や機器に何らかの問題が生じて充電制御以上の電圧が印加されたり、定められた電流以上の電流が流れた場合、温度の検出だけでは過充電状態が連続する可能性があり、電池の充電時の安全性に課題がみられた。
【００１５】
特許文献２には、推奨される推奨充電電圧と推奨充電電圧以上の電圧とを交互にパルス充電し、電池の劣化を防ぎ、信頼性の高い充電を提供することが開示されている。また、パルス充電において、パルス周波数を固定する方法と印加デューティーを変化させる二種類の方法が述べられ、さらに推奨充電電圧以上の電圧印加のデューティーを変化させることが示されている。しかしながら、開示された方法では、電池や充電機器が正常である限りは信頼性の高い充電方法であるが、電池や充電機器に何らかの異常が生じた場合には正常な充電を行っても電池の発熱が生じ、充電中の安全性に課題を有していた。
【００１６】
特許文献３には、電池電圧が低い時はオフ時間を長くし、電池電圧が上昇するにつれてオフ時間を短くする充電方法が開示されている。開示された方法においても、電池や充電機器が正常である限りは信頼性の高い充電方法であるが、電池や充電機器に何らかの異常が生じた場合には正常な充電を行っても電池の発熱が生じ、充電中の安全性に課題を有していた。
【００１７】
本発明は、上記を鑑み、二次電池、とりわけリチウム二次電池の安全性を確保するための二次電池の充電制御方法、及び充電制御回路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】
【００１８】
即ち、本発明に係る充電制御方法は、二次電池へ充電電流を供給して充電を実行する充電制御工程と、前記充電制御工程において実行された充電に関する情報を取得する充電情報取得工程と、前記充電情報取得工程において取得された情報を充電データとして記憶する記憶工程と、前記充電制御工程における充電が完了した後、再び前記充電制御工程における充電が開始される際に、前記記憶工程において記憶されている前回の充電データに基づいて、当該充電制御工程における充電を禁止するか否かを判定する充電禁止判定工程とを含む。
【００１９】
また、本発明に係る充電制御回路は、二次電池へ充電電流を供給して充電を実行する充電制御部と、前記充電制御部によって実行された充電に関する情報を取得する充電情報取得部と、前記充電情報取得部によって取得された情報を充電データとして記憶する記憶部と、前記充電制御部による充電が完了した後、再び前記充電制御部による充電が開始される際に、前記記憶部に記憶されている前回の充電データに基づいて、当該充電制御部による充電を禁止するか否かを判定する充電禁止判定部とを備える。
【００２０】
この構成によれば、前回の充電時に取得された充電データが、何らかの異常を示す場合、再度の充電を禁止することで、異常な二次電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池の安全性を確保することが可能となる。
【００２１】
また、前記充電情報取得工程は、前記充電制御工程における前記充電の開始から完了までの充電時間を計時する計時工程を含み、前記記憶工程は、前記計時工程において計時された充電時間を、前記充電データとして記憶し、前記充電禁止判定工程は、前記記憶工程において充電データとして記憶された前回の充電時間が、前記充電制御工程において前記二次電池を、ＳＯＣが０％の状態から満充電にするのに必要な時間以上に予め設定された充電時間を超える場合、前記充電制御工程における充電を禁止することが好ましい。
【００２２】
また、前記充電情報取得部は、前記充電制御部による前記充電の開始から完了までの充電時間を計時する計時部を含み、前記記憶部は、前記計時部によって計時された充電時間を、前記充電データとして記憶し、前記充電禁止判定部は、前記記憶部に充電データとして記憶されている前回の充電時間が、前記充電制御部によって前記二次電池を、ＳＯＣが０％の状態から満充電にするのに必要な時間以上に予め設定された充電時間を超える場合、前記充電制御部による充電を禁止することが好ましい。
【００２３】
前回充電時の充電時間が、二次電池をＳＯＣが０％の状態から満充電にするのに必要な時間以上に設定された充電時間を超える場合、前回充電時に何らかの異常が生じていたと考えられる。そこで、この構成によれば、前回の充電時間が、ＳＯＣが０％の状態から満充電にするのに必要な時間以上に予め設定された充電時間を超える場合、再度の充電を禁止することで、異常な二次電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池の安全性を確保することが可能となる。
【００２４】
また、前記充電情報取得工程は、前記充電制御工程における前記充電期間中の前記二次電池の温度を検出する温度検出工程を含み、前記記憶工程は、前記温度検出工程において検出された温度を、前記充電データとして記憶し、前記充電禁止判定工程は、前記記憶工程において充電データとして記憶された前回の温度が、前記二次電池が劣化するおそれのある温度として予め設定された判定温度を超える場合、前記充電制御工程における充電を禁止することが好ましい。
【００２５】
また、前記充電情報取得部は、前記充電制御部による前記充電期間中における前記二次電池の温度を検出する温度検出部を含み、前記記憶部は、前記温度検出部によって検出された温度を、前記充電データとして記憶し、前記充電禁止判定部は、前記記憶部に充電データとして記憶されている前回の温度が、前記二次電池が劣化するおそれのある温度として予め設定された判定温度を超える場合、前記充電制御部による充電を禁止することが好ましい。
【００２６】
前回充電中に、二次電池の温度が判定温度を超えていた場合、二次電池は、例えば内部短絡を生じて発熱したり、熱的に劣化したりして異常状態になっている可能性が高い。そこで、この構成によれば、前回充電時の二次電池の温度が、判定温度を超える場合、再度の充電を禁止することで、異常な二次電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池の安全性を確保することが可能となる。
【００２７】
また、前記充電情報取得工程は、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出工程を含み、前記記憶工程は、前記充電制御工程による充電が完了したときに、前記ＳＯＣ算出工程によって算出された二次電池のＳＯＣを、前記充電データとして記憶し、前記充電禁止判定工程は、前記記憶工程において充電データとして記憶された前回の充電完了時のＳＯＣが、正常な状態において前記二次電池が取り得るＳＯＣの範囲の上限値として設定された判定値を超える場合、前記充電制御工程における充電を禁止することが好ましい。
【００２８】
また、前記充電情報取得部は、前記二次電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部を含み、前記記憶部は、前記充電制御部による充電が完了したときに、前記ＳＯＣ算出部によって算出された二次電池のＳＯＣを、前記充電データとして記憶し、前記充電禁止判定部は、前記記憶部に充電データとして記憶されている前回の充電完了時のＳＯＣが、正常な状態において前記二次電池が取り得るＳＯＣの範囲の上限値として設定された判定値を超える場合、前記充電制御部による充電を禁止することが好ましい。
【００２９】
前回の充電が完了したときに、二次電池のＳＯＣが、正常な状態におけるＳＯＣの範囲の上限値として設定された判定値を超えていたとすれば、二次電池は、何らかの異常状態になっている可能性が高い。そこで、この構成によれば、前回の充電が完了したときの二次電池のＳＯＣが、判定値を超える場合、再度の充電を禁止することで、異常な二次電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池の安全性を確保することが可能となる。
【００３０】
また、前記充電情報取得工程は、前記充電制御工程における前記充電期間中の前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出工程を含み、前記記憶工程は、前記電圧検出工程において検出された端子電圧を、前記充電データとして記憶し、前記充電禁止判定工程は、前記記憶工程において充電データとして記憶された端子電圧に基づき、前回の充電期間中における端子電圧の最高値である充電最高電圧が、前記二次電池が劣化するおそれのある電圧として予め設定された判定電圧を超える場合、前記充電制御工程における充電を禁止することが好ましい。
【００３１】
また、前記充電情報取得部は、前記充電制御部による前記充電期間中における前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部を含み、前記記憶部は、前記電圧検出部によって検出された端子電圧を、前記充電データとして記憶し、前記充電禁止判定部は、前記記憶部に充電データとして記憶されている端子電圧に基づき、前回の充電期間中における端子電圧の最高値である充電最高電圧が、前記二次電池が劣化するおそれのある電圧として予め設定された判定電圧を超える場合、前記充電制御部による充電を禁止することが好ましい。
【００３２】
前回の充電期間中における端子電圧の最高値である充電最高電圧が、二次電池が劣化するおそれのある電圧として設定された判定電圧を超える場合、二次電池に劣化が生じて何らかの異常が生じている可能性が高い。そこで、この構成によれば、前回の充電期間中における端子電圧の最高値である充電最高電圧が、判定電圧を超える場合、再度の充電を禁止することで、異常な二次電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池の安全性を確保することが可能となる。
【００３３】
また、前記充電制御工程は、前記二次電池に一定の充電電流を供給し、当該二次電池の端子電圧が、当該二次電池が満充電のときの開路電圧より高い電圧に設定された上限電圧以上になると前記充電電流の供給を停止し、当該二次電池の端子電圧が、当該二次電池が満充電のときの開路電圧以上に設定された下限電圧以下になると前記充電電流の供給を行うことで、充電電流をパルス状にして二次電池を充電することが好ましい。
【００３４】
また、前記充電制御部は、前記二次電池に一定の充電電流を供給し、当該二次電池の端子電圧が、当該二次電池が満充電のときの開路電圧より高い電圧に設定された上限電圧以上になると前記充電電流の供給を停止し、当該二次電池の端子電圧が、当該二次電池が満充電のときの開路電圧以上に設定された下限電圧以下になると前記充電電流の供給を行うことで、充電電流をパルス状にして二次電池を充電することが好ましい。
【００３５】
この構成によれば、二次電池の充電が開始されると、二次電池の端子電圧が上限電圧以上になると充電電流の供給が停止され、当該端子電圧が下限電圧以下になると充電電流が供給されることで、パルス状に充電電流が供給されて二次電池が供給される。そうすると、もし仮に満充電状態の二次電池に対して充電を開始すると、端子電圧がすぐ上限電圧に達して充電電流の供給が停止するので、充電済みの二次電池を再び充電して過充電状態にしてしまうおそれが低減される。
【００３６】
また、前記二次電池は、リチウム二次電池であることが好ましい。
【００３７】
リチウム二次電池は、高エネルギー密度であるため、安全性を確保する必要性が高い。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によると、前回の充電時に取得された充電データが、何らかの異常を示す場合、再度の充電を禁止することで、異常な二次電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池の安全性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明に係る充電制御方法は、モバイル電子機器に用いられる二次電池の充電制御方法であって、充電完了時の充電データをあらかじめ記録保持し、充電開始時にあらかじめ記録保持した前回の充電データを読み取り、所定のしきい値と比較することにより充電禁止を判定することを特徴とし、電池や充電機器に何らかの異常が生じても充電を終了させ、電池や充電機器の異常な発熱を防止し、安全性を確保することができる。
【００４０】
また、充電のたびに充電時の充電データを記録保持するものである。ここで、前回充電データは、充電制御回路もしくは電池パックのいずれに記録保持されてもよい。さらには充電制御回路は、モバイル電子機器に内蔵されてもよいし、専用の充電アダプターなどと呼ばれる外部充電器に内蔵されていても良い。なお、電池パックに記録保持する場合には、電池パックを別のモバイル電子機器や外部充電器に接続して充電しようとしても、電池パックに前回の充電データが記録保持されているため、新たな充電がなされずより電池の安全性を高めることができる。
【００４１】
さらに、充電のたびに充電時の充電データを、充電制御回路もしくは電池パックに記録し、次回充電時に前回充電時のデータを読み取り、その充電時間、電池温度、充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）および充電最高電圧の少なくとも一つを充電時のしきい値判定に用いることを特徴とする。
【００４２】
また本発明において、一定電流にてあらかじめ設定された上限電圧と下限電圧の範囲内でパルス充電を行い、前記上限電圧と下限電圧のいずれもが二次電池の開路電圧以上とすると、充電直後の二次電池を繰り返して充電し、過剰な充電を行うことを防ぐことができるため好ましい。
【００４３】
さらに本発明における二次電池をリチウム二次電池とすることで、高エネルギー密度の二次電池を異常発熱などの不安全現象から防止することができて好ましい。
【００４４】
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。ただし、以下に示す実施の形態は本発明の技術思想を具体化するための二次電池の充電制御方法、及び構成を例示するものであり、本発明は以下の方法及び構成に特定されるものではない。
【００４５】
図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の充電制御方法を用いた充電制御回路を含む電池パック１０の構成の一例を示すブロック図である。図１において、充電は、電池パック１０内の充電制御回路１１によって実行される。図１におけるＡＣアダプタ３０は充電用電源として安定した特性を有しており、充電電流ＩＣＨＧを定電流で供給する。
【００４６】
充電制御回路１１には、二次電池３が接続されている。二次電池３としては、例えばリチウムイオン二次電池等、種々の二次電池を用いることができる。
【００４７】
ＡＣアダプタ３０は、モバイル電子機器２０と接続され、モバイル電子機器２０は、電池パック１０と接続されている。モバイル電子機器２０は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等、電池によって駆動される種々の電子機器である。
【００４８】
そして、ＡＣアダプタ３０から出力された電圧から、例えばモバイル電子機器２０内の定電流回路で一定の充電電流ＩＣＨＧが生成されて、電池パック１０内の充電制御回路１１に供給され、充電制御回路１１でパルス状にされて二次電池３へ供給されることで、二次電池３がパルス充電されるようになっている。
【００４９】
充電制御回路１１は、充電電流のオン／オフを行うスイッチ部１と、電池電圧を検出する電圧検出部２と、二次電池３に流れる電流を検出する電流検出部４と、二次電池３の温度を検出する温度検出部６と、パルス充電の全体制御を司る制御部５とを備えている。なお、充電制御回路１１は、電池パック１０に内蔵される例に限られず、例えば、モバイル電子機器２０や、専用の充電器等に内蔵されていてもよい。
【００５０】
スイッチ部１は、例えば二次電池３の充電方向の電流を開閉する充電スイッチと、二次電池３の放電方向の電流を開閉する放電スイッチとを用いて構成してもよい。スイッチ部１（充電スイッチ、放電スイッチ）としては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子を用いることができる。
【００５１】
電圧検出部２は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されている。
【００５２】
電流検出部４は、例えば二次電池３と直列接続されたシャント抵抗や電流変成器等と、アナログデジタルコンバータ等を用いて構成されており、二次電池３を流れる電流の電流値を充放電電流値Ｉｄとして検出し、充放電電流値Ｉｄを示す信号を制御部５へ出力する。充放電電流値Ｉｄは、例えば、二次電池３の充電方向の電流をプラス（正）の値で示し、二次電池３の放電方向の電流をマイナス（負）の値で示すようになっている。
【００５３】
制御部５は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶素子を用いて構成された記憶部５４と、タイマ回路５５（計時部）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。
【００５４】
そして、制御部５は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、充電制御部５１、充電禁止判定部５２、及びＳＯＣ算出部５３として機能する。また、タイマ回路５５、温度検出部６、ＳＯＣ算出部５３、及び電圧検出部２が、充電情報取得部の一例に相当している。
【００５５】
ＳＯＣ算出部５３は、電流検出部４から出力された充放電電流値Ｉｄを、継続的に積算することによって、積算電荷量Ｑを算出する。この積算の際、充放電電流値Ｉｄは、充電方向が正の値、放電方向が負の値を有するので、充電時は充電電荷が加算され、放電値は放電電荷が減算されて、二次電池３に充電されている積算電荷量Ｑが算出されるようになっている。そして、ＳＯＣ算出部５３は、二次電池３の満充電容量に対する積算電荷量Ｑの比率を算出することで、二次電池３のＳＯＣを算出する。
【００５６】
充電制御部５１は、スイッチ部１をオン、オフすることで、パルス状の充電電流を二次電池３へ供給してパルス充電を実行する。そして、例えばＳＯＣ算出部５３によって算出されたＳＯＣが基準値（例えば１００％）以上になると、充電制御部５１は、スイッチ部１をオフしてパルス充電を終了する。なお、充電制御部５１は、スイッチ部１をオン、オフすることで充電電流をパルス状にする例に限られず、例えばモバイル電子機器２０等の充電装置へ指示信号を出力することで、充電電流をオン、オフさせるようにしてもよい。また、充電制御部５１は、パルス充電を実行するものに限られず、例えば定電流充電や、定電圧充電を実行するものであってもよい。
【００５７】
充電制御部５１により定電流パルス充電が実行される際の充電電池電圧と充電電流の挙動を図２に示す。充電は定電流にて行い、パルス制御電圧の上限電圧ＶＨとパルス制御電圧の下限電圧ＶＬの間でスイッチ部１がオン、オフされて、二次電池３の充電電流がオン−オフされる。上限電圧ＶＨと下限電圧ＶＬとは、いずれも二次電池３の満充電時における開路電圧Ｖｆより高い電圧に設定されている。
【００５８】
具体的には、充電制御部５１によってスイッチ部１がオンされて、定電流にて充電が開始されると、電池電圧は上限電圧ＶＨに到達する（図２の符号Ｖ１で示す点）。このとき、二次電池３はまだ満充電になっていないので、このときの開路電圧は、満充電時の開路電圧Ｖｆより低い。しかしながら二次電池３の内部抵抗を充電電流が流れることで生じる電圧降下が加算されて、電池電圧（充電電圧）は満充電時の開路電圧Ｖｆより高くなる。
【００５９】
充電制御部５１は、電圧検出部２で検出された電池電圧が上限電圧ＶＨ以上になると、スイッチ部１をオフして充電電流を遮断する。そうすると、二次電池３が開回路状態となって、電池電圧が徐々に低下する。そして、電池電圧が下限電圧ＶＬ以下になると、充電制御部５１は、スイッチ部１をオンして充電電流を流す。そうすると、再び電池電圧が上限電圧ＶＨに到達するまで充電電流が流れ続けて二次電池３が充電される。
【００６０】
このようにして充電電流がオン、オフされて、パルス充電が実行される。そして、ＳＯＣ算出部５３によって算出された二次電池３のＳＯＣが予め設定された基準値、例えば１００％になると、充電制御部５１は、二次電池３が満充電になったと判定してスイッチ部１をオフし、パルス充電を終了する。
【００６１】
また、充電制御部５１は、パルス充電の開始から完了までの充電時間をタイマ回路５５によって充電時間として計時させ、その充電時間を、充電データとして記憶部５４に記憶させる。さらに、充電制御部５１は、ＳＯＣ算出部５３によって算出された二次電池３のＳＯＣが基準値（例えば１００％）になる前に、タイマ回路５５によって計時された充電時間が、二次電池３をＳＯＣが０％の状態から満充電にするのに必要な時間として予め設定された充電時間（ｔＬ）を超えたとき、パルス充電を終了する。
【００６２】
また、充電制御部５１は、パルス充電の実行期間中において、温度検出部６によって検出された温度も、充電データとして記憶部５４に記憶させる。なお、充電制御部５１は、充電中に温度検出部６によって検出された温度の最高値のみを記憶部５４に記憶させるようにしてもよい。
【００６３】
そして、充電制御部５１は、パルス充電が完了したときに、ＳＯＣ算出部５３によって算出された二次電池３のＳＯＣも、充電データとして記憶部５４に記憶させる。
【００６４】
さらに、充電制御部５１は、電圧検出部２によって検出された二次電池３の端子電圧も、充電データとして記憶部５４に記憶させる。なお、充電制御部５１は、充電中に電圧検出部２によって検出された端子電圧の最高値のみを記憶部５４に記憶させるようにしてもよい。また、通常、充電終了時の端子電圧が最も高くなるので、充電制御部５１は、充電終了時において、電圧検出部２によって検出された端子電圧を充電中の最高電圧とみなして記憶部５４に記憶させるようにしてもよい。
【００６５】
充電禁止判定部５２は、充電制御部５１によるパルス充電が完了した後、再び充電制御部５１によるパルス充電が開始される際に、記憶部５４に記憶されている前回の充電データに基づいて、充電制御部５１による充電を禁止するか否かを判定する。
【００６６】
具体的には、充電禁止判定部５２は、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の充電時間が、充電制御部５１によって二次電池３を、ＳＯＣが０％の状態から満充電にするのに必要な時間以上に予め設定された充電時間（ｔＬ）を超える場合、充電制御部５１による充電を禁止する。
【００６７】
例えば二次電池３が、内部抵抗が増大したりオープン故障したりする等の異常状態にある場合、充電電流が流れないため、ＳＯＣ算出部５３で算出されるＳＯＣの値が増大せず、充電が終了しないまま充電時間が延びてしまう。従って、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の充電時間が、充電時間（ｔＬ）を超える場合、前回充電時に内部抵抗の増大等の異常が二次電池３に生じていたものと考えられる。
【００６８】
そこで、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の充電時間が、充電時間（ｔＬ）を超える場合、充電制御部５１による充電を禁止することで、異常な電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池３の安全性を確保することが可能となる。
【００６９】
また、充電禁止判定部５２は、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の温度が、二次電池３が劣化するおそれのある温度として予め設定された判定温度（ＴＬ）を超える場合、充電制御部５１による充電を禁止する。判定温度（ＴＬ）としては、例えば二次電池３の劣化が生じない温度や、熱暴走が発生する温度に対してマージンを見込んだ温度が設定され、例えば８０℃程度の温度が設定されている。
【００７０】
記憶部５４に、前回充電中における最高温度が充電データとして記憶されている場合、充電禁止判定部５２は、当該最高温度を判定温度（ＴＬ）と比較することで、充電を禁止するか否かを判定するようにしてもよい。また、記憶部５４に、前回充電中における二次電池３の温度が時系列的に複数充電データとして記憶されている場合、充電禁止判定部５２は、当該温度の最高値を判定温度（ＴＬ）と比較することで、充電を禁止するか否かを判定するようにしてもよい。
【００７１】
前回充電中に、二次電池３の最高温度が判定温度を超えていた場合、二次電池３は、例えば内部短絡を生じて発熱したり、熱的に劣化したりして異常状態になっている可能性が高い。そこで、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の二次電池３の温度が、判定温度（ＴＬ）を超える場合、充電制御部５１による充電を禁止することで、異常な電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池３の安全性を確保することが可能となる。
【００７２】
また、充電禁止判定部５２は、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の充電完了時のＳＯＣが、予め設定された判定値を超える場合、充電制御部５１による充電を禁止する。判定値は、上記基準値（例えば１００％）に設定されている。
【００７３】
充電制御部５１は、ＳＯＣ算出部５３によって算出された二次電池３のＳＯＣが基準値になると、パルス充電を終了するはずであるから、基準値は、正常な状態において二次電池３が取り得るＳＯＣの範囲の上限値に相当している。
【００７４】
そうすると、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の充電完了時のＳＯＣが判定値を超えていたとすれば、前回充電時に何らかの異常が発生したものと考えられる。そこで、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の二次電池３の充電終了時のＳＯＣが、判定値を超える場合、充電制御部５１による充電を禁止することで、異常な電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池３の安全性を確保することが可能となる。
【００７５】
また、充電禁止判定部５２は、記憶部５４に充電データとして記憶されている端子電圧に基づき、前回の充電期間中における端子電圧の最高値である充電最高電圧が、二次電池３が劣化するおそれのある電圧として予め設定された判定電圧を超える場合、充電制御部５１による充電を禁止する。この判定電圧としては、例えば上限電圧ＶＨ以上の電圧が用いられる。
【００７６】
充電制御部５１は、電圧検出部２で検出された電池電圧が上限電圧ＶＨ以上になると、スイッチ部１をオフして充電電流を遮断するから、正常であれば電池電圧は判定電圧以下となり、判定電圧を超えないはずである。そこで、記憶部５４に充電データとして記憶されている前回の充電期間中における充電最高値が判定電圧を超える場合、充電制御部５１による充電を禁止することで、異常な電池を無理に充電することを避けることができる結果、二次電池３の安全性を確保することが可能となる。
【００７７】
なお、記憶部５４に、前回充電中における最高電圧が充電データとして記憶されている場合、充電禁止判定部５２は、当該最高電圧を判定電圧と比較することで、充電を禁止するか否かを判定するようにしてもよい。また、記憶部５４に、前回充電中における二次電池３の端子電圧が時系列的に複数充電データとして記憶されている場合、充電禁止判定部５２は、当該端子電圧の最高値を判定電圧と比較することで、充電を禁止するか否かを判定するようにしてもよい。
【００７８】
本発明の形態による充電制御のフローチャートを図３に示す。それぞれの充電制御のステップを対比させながら以下に説明する。まず初めに、充電制御回路１１を内蔵する電池パック１０が、モバイル電子機器２０や専用の充電器などに接続される（Ｓ１）と、充電禁止判定部５２は、記憶部５４に記憶されている前回の充電データを確認し（Ｓ２）、その前回の充電データと所定のしきい値との比較を行う（Ｓ３〜Ｓ６）。すなわち、充電禁止判定部５２は、前回充電完了時の電池電圧が上限電圧ＶＨよりも低いこと（Ｓ３）、前回充電時間があらかじめ定めた充電時間（ｔＬ）よりも短いこと（Ｓ４）、前回充電時の電池温度があらかじめ定めた温度（ＴＬ）よりも低いこと（Ｓ５）、前回充電完了時の充電状態（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）があらかじめ定めたＳＯＣ（判定値）よりも低いこと（Ｓ６）を判定し、要求される条件が満たされると充電制御部５１によって充電が開始され、この段階で電池に対して充電電流が流される。
【００７９】
その後、充電制御部５１によって二次電池３の充電が継続され（Ｓ７〜Ｓ９）、二次電池３の定格容量を基にした電気量からＳＯＣを判定し、ＳＯＣが例えば１００％すなわち完全充電状態となったときを充電停止（Ｓ１０）とする。そして、電池電圧（V）、充電時間（ｔ）、電池温度（Ｔ）、ＳＯＣ（Ｓ）を記録保持した後に充電完了とする（Ｓ１１〜Ｓ１２）。
【００８０】
一方、Ｓ３からＳ６の各種判定条件において、いずれかひとつの判定条件により条件に合致しない場合は電池の異常と判定して充電禁止（Ｓ２０）とする。このため、一度「充電禁止」と判定された電池は別の異なったモバイル電子機器や充電器などを用いた場合であっても充電時には（Ｓ２）で異常が確認されるため充電することはできなくなり、不安全な充電が行われることはない。
【００８１】
以上のように、本発明に係る充電制御方法によれば、モバイル電子機器に用いられる二次電池の充電時における充電データをあらかじめ記録保持し、充電時に前回の充電データを読み取り、所定のしきい値との比較により充電禁止を判定することにより、電池が落下や衝撃などの機械的なストレスを受けて内部短絡を生じたり、充電機器において充電制御の基準電圧などの基準となる定数を定める回路素子が経年変化や劣化などにより変化して、あらかじめ設定された充電電圧などの制御定数より逸脱した制御が行われるなどの異常時においても電池の安全性を確保でき、高エネルギー密度の二次電池をモバイル電子機器などに使用するにあたり、効率よく、安全に二次電池の充電制御を行える。
【００８２】
これにより、二次電池が外部からのダメージや、充放電の繰り返しによる内部のダメージにより、二次電池の内部抵抗が増加したり、ダメージが著しい場合には電池の内部短絡を生じたりした場合において異常な電池を無理に充電することを避けることができ、電池やモバイル電子機器に対する安全性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る充電制御方法、及び充電制御回路は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等のモバイル電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等、種々の電池搭載装置、システムにおいて好適に利用することができ、特にモバイル電子機器に用いられる二次電池での利用に適する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の充電制御方法を用いた充電制御回路の一例を示すブロック図である。
【図２】二次電池をパルス充電した際の充電電圧と充電電流との関係を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に示す充電制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
１  スイッチ部
２  電圧検出部
３  二次電池
４  電流検出部
５  制御部
６  温度検出部
１０  電池パック
１１  充電制御回路
２０  モバイル電子機器
３０  ＡＣアダプタ
５１  充電制御部
５２  充電禁止判定部
５３  ＳＯＣ算出部
５４  記憶部
５５  タイマ回路
ＶＨ  上限電圧
ＶＬ  下限電圧
【図１】
2009106147.tif 000003
【図２】
2009106147.tif 000004
【図３】
2009106147.tif 000005