(57)【要約】【課題】複数の二次電池が直列接続された組電池を備えた電池パックにおける、二次電池の満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差を減少して安全性を向上させつつ、充電装置の正常な充電動作中に電池パックの過充電保護動作が行われるおそれを低減することができる電池パック、及び充電システムを提供する。【解決手段】電池パック２は、組電池Ｂと、充電経路を遮断するスイッチング素子Ｑ１と、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３のいずれかが過充電検知電圧Ｖｃを超える場合、スイッチング素子Ｑ１をオフさせる比較器ＣＭＰ１３，２３，３３及びアンドゲートＡＮＤ３と、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３のいずれかが二次電池の満充電電圧より高くかつ過充電検知電圧Ｖｃより低い事前検知電圧Ｖｐを超える場合、充電電流の減少を指示する比較器ＣＭＰ１２，２２，２３及びアンドゲートＡＮＤ２を備えた。【選択図】図１
2009038960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池が直列に接続された組電池を含む電池パックと、
前記組電池に当該組電池を充電するためのエネルギーを供給する充電装置とを備える充電システムであって、
前記電池パックは、
前記組電池の充電経路を遮断する遮断部と、
前記複数の二次電池の端子電圧を検出すると共に、当該検出された複数の端子電圧のうち、少なくとも一つが予め設定された過充電検知電圧を超える場合、前記遮断部によって、前記充電経路を遮断させる遮断制御部と、
前記複数の二次電池の端子電圧を検出すると共に、当該検出された複数の端子電圧のうち少なくとも一つが、前記各二次電池が満充電になったときの端子電圧より高く、かつ前記過充電検知電圧より低い電圧値に設定された事前検知電圧を超える場合、前記充電装置からの供給エネルギーの減少を指示する事前保護制御部とを備え、
前記充電装置は、
前記事前保護制御部によって、前記供給エネルギーの減少が指示された場合、前記供給エネルギーを減少させること
を特徴とする充電システム。
【請求項２】
前記事前保護制御部は、
前記各二次電池の端子電圧と予め設定された基準電圧とに基づいて、当該各二次電池の端子電圧が前記事前検知電圧を超えるか否かをそれぞれ判定し、当該判定結果を示す判定信号をそれぞれ出力する複数の比較器と、
前記複数の比較器から出力される複数の判定信号のうち少なくとも一つが、前記二次電池の端子電圧が前記事前検知電圧を超えることを示す場合、前記充電装置からの供給エネルギーの減少を指示する指示信号を出力する論理回路とを備えること
を特徴とする請求項１記載の充電システム。
【請求項３】
前記遮断部は、
前記充電経路を遮断する温度ヒューズと、
前記温度ヒューズを溶断させるヒータとを備え、
前記遮断制御部は、
前記ヒータによって前記温度ヒューズを溶断させることにより、前記遮断部による前記充電経路の遮断を行わせること
を特徴とする請求項１又は２記載の充電システム。
【請求項４】
前記電池パックは、
前記組電池の温度を検出するサーミスタと、
前記サーミスタの両端を、前記充電装置へ接続する第１及び第２接続端子と、
前記事前保護制御部によって、前記充電装置からの供給エネルギーの減少が指示された場合、前記第１接続端子と前記第２接続端子とを短絡するスイッチング素子とを備え、
前記充電装置は、
前記第１接続端子と前記第２接続端子との間の抵抗値を検出する抵抗検出部をさらに備え、
前記抵抗検出部によって検出された抵抗値が、予め設定された抵抗閾値以下となった場合に前記供給エネルギーの減少が指示されたものとして前記供給エネルギーを減少させること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項５】
前記充電装置は、
前記抵抗検出部によって検出された抵抗値が実質的にゼロとなった場合に前記供給エネルギーの減少が指示されたものとして前記供給エネルギーを減少させること
を特徴とする請求項４記載の充電システム。
【請求項６】
前記充電装置は、
充電電流を検出する電流検出抵抗と、
可変の基準電圧源と、
前記電流検出抵抗の検出電圧と前記基準電圧源の基準電圧とを比較する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器からの出力に応答し、前記検出電圧が前記基準電圧を超えると前記充電電流を停止させる充電制御部とを備えて構成され、
前記充電制御部は、前記供給エネルギーの減少が指示されると、前記基準電圧源の基準電圧を低下させることで前記充電電流を減少させること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項７】
前記基準電圧源は、
前記充電制御部からの目標充電電流に対応したデータをデコードするカウンタと、
前記カウンタのデコード値に対応した電圧を発生するデジタル／アナログ変換器とを備えて構成されること
を特徴とする請求項６記載の充電システム。
【請求項８】
複数の二次電池が直列に接続された組電池と、
前記組電池を充電するためのエネルギーを供給すると共に当該供給エネルギーを減少させる指示を受け付けた場合に当該供給エネルギーを減少させる充電装置と接続するための接続端子と、
前記組電池の充電経路を遮断する遮断部と、
前記複数の二次電池の端子電圧を検出すると共に、当該検出された複数の端子電圧のうち、少なくとも一つが予め設定された過充電検知電圧を超える場合、前記遮断部によって、前記充電経路を遮断させる遮断制御部と、
前記複数の二次電池の端子電圧を検出すると共に、当該検出された複数の端子電圧のうち少なくとも一つが、前記各二次電池が満充電になったときの端子電圧より高く、かつ前記過充電検知電圧より低い電圧値に設定された事前検知電圧を超える場合、前記接続端子に接続される充電装置へ前記供給エネルギーの減少を指示する事前保護制御部と
を備える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、複数の二次電池が直列に接続された組電池を含む電池パック、及びこのような電池パックを充電する充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、背景技術に係る充電システムの構成を示すブロック図である。図６に示す充電システム１００は、電池パック１０１と充電装置１０２とから構成されている。電池パック１０１は、二次電池１０５，１０６，１０７が直列接続された組電池１０８を備えている。そして、接続端子１０３が、スイッチング素子１０９と、組電池１０８とを介して接続端子１０４に接続されている。
【０００３】
電池パック１０１と充電装置１０２とが接続されると、電池パック１０１の接続端子１０３，１０４は、充電装置１０２の接続端子１２１，１２２と接続される。接続端子１２１は、充電電流供給回路１２３と電流検出回路１２４とを介して接続端子１２２に接続されている。これにより、電池パック１０１と充電装置１０２とが接続されると、充電電流供給回路１２３から出力された電流が、組電池１０８に供給されて充電が行われるようになっている。
【０００４】
また、充電装置１０２は、電圧検出回路１２５と充電制御部１２６とを備えている。電圧検出回路１２５は、接続端子１２１，１２２間の電圧を検出する。充電制御部１２６は、電流検出回路１２４により検出された充電電流と、充電制御部１２６により検出された充電電圧とに基づいて、充電電流供給回路１２３の出力電流値を制御することで、例えば定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電方式によって、組電池１０８を充電する。
【０００５】
ところで、充電制御部１２６や充電電流供給回路１２３の故障等、何らかの要因で二次電池１０５，１０６，１０７が過充電されると、二次電池１０５，１０６，１０７の劣化や発熱等を生じるおそれがある。そのため、電池パック１０１は、過充電保護回路として、例えばコンパレータ１１１，１１２，１１３と、ＮＯＲゲート１１４と、スイッチング素子１０９とを備えている。
【０００６】
コンパレータ１１１は、二次電池１０５の端子電圧を、二次電池の過充電を検出するための過充電検知電圧である４．３５Ｖと比較する。コンパレータ１１２は、二次電池１０６の端子電圧を４．３５Ｖと比較し、コンパレータ１１３は二次電池１０７の端子電圧を４．３５Ｖと比較する。
【０００７】
そして、コンパレータ１１１，１１２，１１３の出力信号が、ＮＯＲゲート１１４によって論理和されて反転され、二次電池１０５，１０６，１０７のうちいずれか一つであっても４．３５Ｖを超えると、ＮＯＲゲート１１４によってスイッチング素子１０９がオフされて、充電経路が遮断されるようになっている。
【０００８】
図７は、図６に示す充電システム１００によって、組電池１０８を充電する場合の充電方法を説明するための説明図である。図７は、組電池１０８を定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電する場合の、充電電流と、二次電池１０５，１０６，１０７の各端子電圧α１，α２，α３とを示している。まず、定電流充電が開始されると、二次電池１０５，１０６，１０７の端子電圧α１，α２，α３が徐々に上昇する。そして、充電制御部１２６は、電圧検出回路１２５の検出電圧に基づいて、二次電池１０５，１０６，１０７の端子電圧α１，α２，α３が、それぞれ予め設定された充電終止電圧（例えば４．２Ｖ）になったとき、定電流充電を終了して定電圧充電に移行する。
【０００９】
このとき、電池パック１０１からは、端子電圧α１，α２，α３を示す情報が出力されないので、電圧検出回路１２５は、組電池１０８の端子電圧Ｖｔ、すなわち端子電圧α１，α２，α３の合計電圧を検出することとなる。従って、充電制御部１２６は、電圧検出回路１２５により検出された組電池１０８の端子電圧Ｖｔ、すなわち端子電圧α１，α２，α３の合計が、４．２Ｖ×３＝１２．６Ｖになったとき、端子電圧α１，α２，α３が充電終止電圧になったものとみなして定電流充電を終了し、充電電圧を１２．６Ｖとする定電圧充電を行うようになっている。
【００１０】
このような過充電の保護方法や充電方法は、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１６６３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、二次電池の劣化を低減したり、二次電池の安全性を向上させたりするためには、二次電池の満充電時の端子電圧と、過充電検知電圧との差がなるべく小さいことが望ましい。例えば、正極にコバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池では、満充電時の端子電圧は４．２Ｖとなるので、過充電検知電圧は、４．２５Ｖ程度が望ましい。
【００１２】
しかしながら、二次電池は、劣化すると内部抵抗が増大するため、複数の二次電池を直列接続してその直列回路の両端に充電電圧を印加すると、内部抵抗の大きい二次電池、すなわち劣化している二次電池の端子電圧が劣化していない他の電池より大きくなるため、充電電圧が各二次電池に均等に分圧されなくなる。そのため、上述のように、組電池１０８の端子電圧Ｖｔ、すなわち複数の二次電池が直列接続された組電池１０８の端子電圧が充電終止電圧Ｖｆ×直列セル数（例えば１２．６Ｖ）になるように充電を行う場合、図８に示すように、例えば端子電圧α１，α２，α３が４．１Ｖ、４．２Ｖ、４．３Ｖとなる。すなわち、劣化が進んでいる二次電池ほど端子電圧が高くなって、劣化が進んでいる二次電池１０７の端子電圧α３は、４．２Ｖを超えることとなる。
【００１３】
このように、各二次電池間の端子電圧がばらつくアンバランスは、組電池の充放電を繰り返すにつれて増大していくこととなる。そのため過充電検知電圧を、４．２Ｖに近い４．２５Ｖ程度に設定していると、充電装置１０２による電池パック１０１の充電中において、組電池１０８の端子電圧が充電終止電圧である１２．６Ｖになる前に、すなわち充電装置１０２の正常な充電動作中に、過充電保護回路による保護動作が容易に発生してしまう。
【００１４】
そうすると、定電流定電圧充電では、定電流充電中に過充電保護回路により充電が停止されてしまうから、定電圧充電を行うことができず、充電深度が浅いまま、充電が終了してしまうこととなる。特に、定電流充電中に、過充電保護回路によってスイッチング素子１０９が突然オフされると、充電電流供給回路１２３が一定の電流を維持しようとして接続端子１２１，１２２間の電圧が急激に上昇し、充電電流供給回路１２３の劣化を招くおそれがある。
【００１５】
そのため、このようなアンバランスの発生を考慮すると、満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差を減少させることが容易でなく、満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との間のマージンを大きめに設定せざるを得ず、例えば過充電検知電圧を４．３５Ｖ程度に設定せざるを得ないという不都合があった。
【００１６】
また、このように、アンバランスの発生を考慮して満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との間のマージンを大きめに設定すると、アンバランスが発生した際には、劣化の進んでいる二次電池は、充電が繰り返される都度、４．３５Ｖに近い電圧まで充電されることとなって、安全性の低下を招くおそれがあるという不都合があった。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、複数の二次電池が直列接続された組電池を備えた電池パックにおける、二次電池の満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差を減少して安全性を向上させつつ、充電装置の正常な充電動作中に電池パックの過充電保護動作が行われるおそれを低減することができる電池パック、及び充電システム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】
本発明に係る充電システムは、複数の二次電池が直列に接続された組電池を含む電池パックと、前記組電池に当該組電池を充電するためのエネルギーを供給する充電装置とを備える充電システムであって、前記電池パックは、前記組電池の充電経路を遮断する遮断部と、前記複数の二次電池の端子電圧を検出すると共に、当該検出された複数の端子電圧のうち、少なくとも一つが予め設定された過充電検知電圧を超える場合、前記遮断部によって、前記充電経路を遮断させる遮断制御部と、前記複数の二次電池の端子電圧を検出すると共に、当該検出された複数の端子電圧のうち少なくとも一つが、前記各二次電池が満充電になったときの端子電圧より高く、かつ前記過充電検知電圧より低い電圧値に設定された事前検知電圧を超える場合、前記充電装置からの供給エネルギーの減少を指示する事前保護制御部とを備え、前記充電装置は、前記事前保護制御部によって、前記供給エネルギーの減少が指示された場合、前記供給エネルギーを減少させる。
【００１９】
この構成によれば、充電装置から供給された供給エネルギーによって、複数の二次電池が直列に接続された組電池が充電される。そして、各二次電池が満充電になったときの端子電圧より高く、かつ過充電検知電圧より低い電圧値に設定された事前検知電圧を超えると、事前保護制御部によって、充電装置から供給エネルギーの減少が指示される。そうすると、充電装置によって、供給エネルギーが減少されるので、複数の二次電池における端子電圧のうち少なくとも一つが過充電検知電圧を超えて充電経路が遮断される前に、各二次電池の端子電圧の上昇が抑制される。
【００２０】
この場合、事前保護制御部や充電装置が正常に動作していれば、各二次電池の端子電圧が過充電検知電圧を超えて充電経路が遮断される過充電保護動作が行われることはないので、充電装置の正常な充電動作中に電池パックの過充電保護動作が行われるおそれを低減することができる。さらに、事前保護制御部や充電装置が正常に動作していれば、各二次電池の端子電圧が過充電検知電圧を超えて充電経路が遮断されることはないので、二次電池の満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差（いわゆるマージン）を減少しても、二次電池のアンバランス等の要因で過充電保護動作が行われることがなくなる結果、二次電池の満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差を減少して安全性を向上させることが容易となる。
【００２１】
また、前記事前保護制御部は、前記各二次電池の端子電圧と予め設定された基準電圧とに基づいて、当該各二次電池の端子電圧が前記事前検知電圧を超えるか否かをそれぞれ判定し、当該判定結果を示す判定信号をそれぞれ出力する複数の比較器と、前記複数の比較器から出力される複数の判定信号のうち少なくとも一つが、前記二次電池の端子電圧が前記事前検知電圧を超えることを示す場合、前記充電装置からの供給エネルギーの減少を指示する指示信号を出力する論理回路とを備えることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、事前保護制御部は、複数の比較器によって、各二次電池の端子電圧と予め設定された基準電圧とに基づいて、当該各二次電池の端子電圧が事前検知電圧を超えるか否かをそれぞれ判定させる。そして、事前保護制御部は、論理回路によって、複数の比較器から出力される当該判定結果を示す判定信号のうち少なくとも一つが、二次電池の端子電圧が事前検知電圧を超えることを示す場合、充電装置からの供給エネルギーの減少を指示する指示信号を出力させる。この場合、アナログデジタルコンバータやマイクロコンピュータを用いず、簡素な回路で事前保護制御部を構成することができるので、コストを低減することが容易となる。
【００２３】
また、前記遮断部は、前記充電経路を遮断する温度ヒューズと、前記温度ヒューズを溶断させるヒータとを備え、前記遮断制御部は、前記ヒータによって前記温度ヒューズを溶断させることにより、前記遮断部による前記充電経路の遮断を行わせることが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、前述のように過充電検知電圧より低い事前検知電圧で事前の保護動作が行われているので、その上で、さらに複数の二次電池の端子電圧のうち、少なくとも一つが当該過充電検知電圧を超える場合、事前保護制御部や充電装置が故障するなどして正常に動作していない可能性が極めて高いと考えられる。そこで、遮断制御部が、ヒータによって温度ヒューズを溶断させることにより、充電経路を永続的に遮断する。これにより、事前保護制御部や充電装置が故障するなどして正常に動作していないおそれがある場合に、遮断部が再び導通して過充電が行われてしまうおそれが低減される結果、安全性が向上する。
【００２５】
また、前記電池パックは、前記組電池の温度を検出するサーミスタと、前記サーミスタの両端を、前記充電装置へ接続する第１及び第２接続端子と、前記事前保護制御部によって、前記充電装置からの供給エネルギーの減少が指示された場合、前記第１接続端子と前記第２接続端子とを短絡するスイッチング素子とを備え、前記充電装置は、前記第１接続端子と前記第２接続端子との間の抵抗値を検出する抵抗検出部をさらに備え、前記抵抗検出部によって検出された抵抗値が、予め設定された抵抗閾値以下となった場合に前記供給エネルギーの減少が指示されたものとして前記供給エネルギーを減少させることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、組電池の温度を検出するサーミスタが、第１及び第２接続端子によって、充電装置と接続される。また、事前保護制御部によって、充電装置からの供給エネルギーの減少が指示された場合、スイッチング素子によって、第１接続端子と第２接続端子とが短絡される。そして、充電装置において、抵抗検出部によって、第１接続端子と第２接続端子との間の抵抗値が検出される。さらに、抵抗検出部によって検出された抵抗値が、抵抗閾値以下となった場合に供給エネルギーの減少が指示されたものとして、充電装置によって、組電池への供給エネルギーが減少される。
【００２７】
この場合、サーミスタにより検出された組電池の温度と、事前保護制御部による供給エネルギーの減少指示とが、第１及び第２接続端子によって充電装置へ伝達されるので、温度伝達用の接続端子と供給エネルギーの減少指示伝達用の接続端子とを別途設ける必要がなく、接続端子数を減少させることが容易となる。
【００２８】
また、前記充電装置は、前記抵抗検出部によって検出された抵抗値が実質的にゼロとなった場合に前記供給エネルギーの減少が指示されたものとして前記供給エネルギーを減少させることが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、スイッチング素子がオンして第１及び第２接続端子が短絡されることにより、第１接続端子と第２接続端子との間の抵抗値が実質的にゼロとなった場合に、充電装置によって、供給エネルギーが減少される。この場合、第１接続端子と第２接続端子との間の抵抗値が実質的にゼロか否かによって、前記供給エネルギーの減少指示の有無を判定することができるので、供給エネルギーの減少指示の検出が容易となる。
【００３０】
また、前記充電装置は、充電電流を検出する電流検出抵抗と、可変の基準電圧源と、前記電流検出抵抗の検出電圧と前記基準電圧源の基準電圧とを比較する誤差増幅器と、前記誤差増幅器からの出力に応答し、前記検出電圧が前記基準電圧を超えると前記充電電流を停止させる充電制御部とを備えて構成され、前記充電制御部は、前記供給エネルギーの減少が指示されると、前記基準電圧源の基準電圧を低下させることで前記充電電流を減少させることが好ましい。
【００３１】
この構成によれば、前記の供給エネルギーの減少が指示されたときに、供給エネルギーである充電電流を減少させる一構成例を実現することができる。
【００３２】
また、前記基準電圧源は、前記充電制御部からの目標充電電流に対応したデータをデコードするカウンタと、前記カウンタのデコード値に対応した電圧を発生するデジタル／アナログ変換器とを備えて構成されることが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、前記のように減少が指示される供給エネルギーである充電電流の制御目標値を、簡単な構成で、精度よく設定することができる。
【００３４】
また、本発明に係る電池パックは、複数の二次電池が直列に接続された組電池と、前記組電池を充電するためのエネルギーを供給すると共に当該供給エネルギーを減少させる指示を受け付けた場合に当該供給エネルギーを減少させる充電装置と接続するための接続端子と、前記組電池の充電経路を遮断する遮断部と、前記複数の二次電池の端子電圧を検出すると共に、当該検出された複数の端子電圧のうち、少なくとも一つが予め設定された過充電検知電圧を超える場合、前記遮断部によって、前記充電経路を遮断させる遮断制御部と、前記複数の二次電池の端子電圧を検出すると共に、当該検出された複数の端子電圧のうち少なくとも一つが、前記各二次電池が満充電になったときの端子電圧より高く、かつ前記過充電検知電圧より低い電圧値に設定された事前検知電圧を超える場合、前記接続端子に接続される充電装置へ前記供給エネルギーの減少を指示する事前保護制御部とを備える。
【００３５】
この構成によれば、接続端子を介して充電装置から供給された供給エネルギーによって、複数の二次電池が直列に接続された組電池が充電される。そして、各二次電池が満充電になったときの端子電圧より高く、かつ過充電検知電圧より低い電圧値に設定された事前検知電圧を超えると、事前保護制御部によって、供給エネルギーの減少が指示される。そうすると、接続端子に接続される充電装置によって、供給エネルギーが減少されるので、複数の二次電池における端子電圧のうち少なくとも一つが過充電検知電圧を超えて充電経路が遮断される前に、各二次電池の端子電圧の上昇が抑制される。
【００３６】
この場合、事前保護制御部や充電装置が正常に動作していれば、各二次電池の端子電圧が過充電検知電圧を超えて充電経路が遮断される過充電保護動作が行われることはないので、正常な充電中に電池パックの過充電保護動作が行われるおそれを低減することができる。さらに、事前保護制御部や充電装置が正常に動作していれば、各二次電池の端子電圧が過充電検知電圧を超えて充電経路が遮断されることはないので、二次電池の満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差（いわゆるマージン）を減少しても、二次電池のアンバランス等の要因で過充電保護動作が行われることがなくなる結果、二次電池の満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差を減少して安全性を向上させることが容易となる。
【発明の効果】
【００３７】
このような構成の充電システム及び電池パックは、事前保護制御部や充電装置が正常に動作していれば、各二次電池の端子電圧が過充電検知電圧を超えて充電経路が遮断される過充電保護動作が行われることはないので、充電装置の正常な充電動作中に電池パックの過充電保護動作が行われるおそれを低減することができる。さらに、事前保護制御部や充電装置が正常に動作していれば、各二次電池の端子電圧が過充電検知電圧を超えて充電経路が遮断されることはないので、二次電池の満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差（いわゆるマージン）を減少しても、二次電池のアンバランス等の要因で過充電保護動作が行われることがなくなる結果、二次電池の満充電時の端子電圧と過充電検知電圧との差を減少して安全性を向上させることが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００３９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池パック２と充電装置３とを備えた充電システム１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す充電装置３は、単体の充電器であってもよく、電池で駆動される携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電池駆動機器に内装されて構成されていてもよい。
【００４０】
図１に示す電池パック２は、接続端子１１，１２，１３、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３、アンドゲートＡＮＤ１，ＡＮＤ２，ＡＮＤ３、比較器（コンパレータ）ＣＭＰ１１，ＣＭＰ１２，ＣＭＰ１３，ＣＭＰ２１，ＣＭＰ２２，ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３１，ＣＭＰ３２，ＣＭＰ３３、基準電圧源ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４、及びサーミスタＴＨを備えて構成されている。
【００４１】
二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、特に限定しないが、例えばリチウムイオン二次電池である。二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は直列接続されて、組電池Ｂにされている。なお、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、それぞれ複数の二次電池が並列接続されたものであってもよい。二次電池の直列数も、三個に限らない。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子である。ここで、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の出力電圧をそれぞれＶｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３とし、組電池Ｂの出力電圧、すなわちＶｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３の合計をＶｂとする。
【００４２】
接続端子１１，１２，１３は、電池パック２に組電池Ｂを充電するための充電装置３を接続したり、組電池Ｂからの放電電流により駆動される携帯電話機やデジタルカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ等の電池駆動機器を接続したりするための接続端子である。
【００４３】
接続端子１１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して組電池Ｂの正極に接続され、接続端子１２は、組電池Ｂの負極、すなわち回路グラウンドに接続されている。接続端子１３は、サーミスタＴＨを介して接続端子１２と接続されている。また、接続端子１３は、スイッチング素子Ｑ３（スイッチング素子）を介して接続端子１２と接続されている。この場合、接続端子１３は第１接続端子の一例に相当し、接続端子１２は第２接続端子の一例に相当している。
【００４４】
スイッチング素子Ｑ１は、寄生ダイオードのアノードが組電池Ｂ側になる方向にされており、スイッチング素子Ｑ２は、寄生ダイオードのアノードが接続端子１１側になる方向にされている。そして、スイッチング素子Ｑ１（遮断部）は、組電池Ｂが過充電になった場合に充電電流を遮断する過充電保護用のスイッチとして用いられ、スイッチング素子Ｑ２は、組電池Ｂが過放電状態になった場合に放電電流を遮断する過放電保護用のスイッチとして用いられる。
【００４５】
抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４は、二次電池Ｂ１の端子電圧Ｖｂ１を分圧する分圧抵抗である。そして、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４の直列回路が二次電池Ｂ１の両端に接続されている。同様に、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４は、二次電池Ｂ２の端子電圧Ｖｂ２を分圧する分圧抵抗である。そして、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４の直列回路が二次電池Ｂ２の両端に接続されている。また、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４は、二次電池Ｂ３の端子電圧Ｖｂ３を分圧する分圧抵抗である。そして、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４の直列回路が二次電池Ｂ３の両端に接続されている。
【００４６】
抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１は例えば１２８４ｋΩ、抵抗Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２は例えば１１３３ｋΩ、抵抗Ｒ１３，Ｒ２３，Ｒ３３は例えば７ｋΩ、抵抗Ｒ１４，Ｒ２４，Ｒ３４は例えば１０００ｋΩにされている。
【００４７】
基準電圧源ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３は、それぞれ基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２，Ｖｒｅｆ３を出力する定電圧回路である。基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２，Ｖｒｅｆ３は、例えば１．２５Ｖにされている。
【００４８】
比較器ＣＭＰ１１，ＣＭＰ２１，ＣＭＰ３１は、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が予め設定された過放電検知電圧Ｖｄ以下になった場合、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の過放電を検出する検出回路である。
【００４９】
比較器ＣＭＰ１１には、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続点の電圧Ｖ１１と、基準電圧Ｖｒｅｆ１とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ１１は、電圧Ｖ１１が基準電圧Ｖｒｅｆ１以下になると、二次電池Ｂ１が過放電になったと判定してローレベルの信号Ｓ１１をアンドゲートＡＮＤ１へ出力する。
【００５０】
同様に、比較器ＣＭＰ２１には、抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２との接続点の電圧Ｖ２１と、基準電圧Ｖｒｅｆ２とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ２１は、電圧Ｖ２１が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下になると、二次電池Ｂ２が過放電になったと判定してローレベルの信号Ｓ２１をアンドゲートＡＮＤ１へ出力する。
【００５１】
また、比較器ＣＭＰ３１には、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２との接続点の電圧Ｖ３１と、基準電圧Ｖｒｅｆ３とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ３１は、電圧Ｖ３１が基準電圧Ｖｒｅｆ３以下になると、二次電池Ｂ３が過放電になったと判定してローレベルの信号Ｓ３１をアンドゲートＡＮＤ１へ出力する。
【００５２】
アンドゲートＡＮＤ１は、信号Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１のうち少なくとも一つがローレベルになると、すなわち比較器ＣＭＰ１１，ＣＭＰ２１，ＣＭＰ３１によって、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のうち少なくとも一つが過放電になったと判定されると、スイッチング素子Ｑ２をオフさせて組電池Ｂの放電を禁止する。
【００５３】
この場合、抵抗Ｒ１１が１２８４ｋΩ、抵抗Ｒ１２が１１３３ｋΩ、抵抗Ｒ１３が７ｋΩ、抵抗Ｒ１４が１０００ｋΩであれば、電圧Ｖ１１＝Ｖｂ１×２１４０／３４２４＝Ｖｂ１×５／８となる。そうすると、電圧Ｖ１１が基準電圧Ｖｒｅｆ１、例えば１．２５Vになるのは、端子電圧Ｖｂ１が、１．２５×８／５＝２Ｖとなるときである。すなわち、比較器ＣＭＰ１１において、過放電検知電圧Ｖｄは、２Ｖに設定されている。同様に、比較器ＣＭＰ２１，ＣＭＰ３１においても、過放電検知電圧Ｖｄは、２Ｖに設定されている。
【００５４】
比較器ＣＭＰ１３，ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３３は、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が予め設定された過充電検知電圧Ｖｃ以上になった場合、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の過充電を検出する検出回路である。
【００５５】
比較器ＣＭＰ１３には、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４との接続点の電圧Ｖ１３と、基準電圧Ｖｒｅｆ１とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ１３は、電圧Ｖ１３が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上になると、二次電池Ｂ１が過充電になったと判定してローレベルの信号Ｓ１３をアンドゲートＡＮＤ３へ出力する。
【００５６】
同様に、比較器ＣＭＰ２３には、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４との接続点の電圧Ｖ２３と、基準電圧Ｖｒｅｆ２とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ２３は、電圧Ｖ２３が基準電圧Ｖｒｅｆ２以上になると、二次電池Ｂ２が過充電になったと判定してローレベルの信号Ｓ２３をアンドゲートＡＮＤ３へ出力する。
【００５７】
また、比較器ＣＭＰ３３には、抵抗Ｒ３３と抵抗Ｒ３４との接続点の電圧Ｖ３３と、基準電圧Ｖｒｅｆ３とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ３３は、電圧Ｖ３３が基準電圧Ｖｒｅｆ３以上になると、二次電池Ｂ３が過充電になったと判定してローレベルの信号Ｓ３３をアンドゲートＡＮＤ３へ出力する。
【００５８】
アンドゲートＡＮＤ３は、信号Ｓ１３，Ｓ２３，Ｓ３３のうち少なくとも一つがローレベルになると、すなわち比較器ＣＭＰ１３，ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３３によって、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のうち少なくとも一つが過充電になったと判定されると、スイッチング素子Ｑ１をオフさせて組電池Ｂの充電経路を遮断することにより充電を禁止する。
【００５９】
この場合、比較器ＣＭＰ１３，ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３３、及びアンドゲートＡＮＤ３が遮断制御部の一例に相当している。
【００６０】
ここで、抵抗Ｒ１１が１２８４ｋΩ、抵抗Ｒ１２が１１３３ｋΩ、抵抗Ｒ１３が７ｋΩ、抵抗Ｒ１４が１０００ｋΩであれば、電圧Ｖ１３＝Ｖｂ１×１０００／３４２４となる。そうすると、電圧Ｖ１３が基準電圧Ｖｒｅｆ１、例えば１．２５Ｖになるのは、端子電圧Ｖｂ１が、１．２５×３４２４／１０００＝４．２８Ｖとなるときである。すなわち、比較器ＣＭＰ１３において、過充電検知電圧Ｖｃは、４．２８Ｖに設定されている。同様に、比較器ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３３においても、過充電検知電圧Ｖｃは、４．２８Ｖに設定されている。
【００６１】
比較器ＣＭＰ１２，ＣＭＰ２２，ＣＭＰ３２は、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が満充電になったときの端子電圧、例えば４．２Ｖより高く、かつ過充電検知電圧Ｖｃより低い電圧値に設定された事前検知電圧Ｖｐを超えた場合、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が過充電に近い状態であることを検出する検出回路である。
【００６２】
比較器ＣＭＰ１２には、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３との接続点の電圧Ｖ１２と、基準電圧Ｖｒｅｆ１とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ１２は、電圧Ｖ１２が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上になると、二次電池Ｂ１が過充電に近い状態になったと判定してローレベルの判定信号Ｓ１２をアンドゲートＡＮＤ２（論理回路）へ出力する。
【００６３】
同様に、比較器ＣＭＰ２２には、抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３との接続点の電圧Ｖ２２と、基準電圧Ｖｒｅｆ２とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ２２は、電圧Ｖ２２が基準電圧Ｖｒｅｆ２以上になると、二次電池Ｂ２が過充電に近い状態になったと判定してローレベルの判定信号Ｓ２２をアンドゲートＡＮＤ２へ出力する。
【００６４】
また、比較器ＣＭＰ３２には、抵抗Ｒ３２と抵抗Ｒ３３との接続点の電圧Ｖ３２と、基準電圧Ｖｒｅｆ３とが入力される。そして、比較器ＣＭＰ３２は、電圧Ｖ３２が基準電圧Ｖｒｅｆ３以上になると、二次電池Ｂ３が過充電に近い状態になったと判定してローレベルの判定信号Ｓ３２をアンドゲートＡＮＤ２へ出力する。
【００６５】
アンドゲートＡＮＤ２は、判定信号Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２のうち少なくとも一つがローレベルになると、すなわち比較器ＣＭＰ１２，ＣＭＰ２２，ＣＭＰ３２によって、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のうち少なくとも一つが過充電に近い状態になったと判定されると、指示信号Ｓ２をローレベルでスイッチング素子Ｑ３のゲートへ出力し、スイッチング素子Ｑ３をオンさせて接続端子１３と接続端子１２とを短絡させる。
【００６６】
ここで、抵抗Ｒ１１が１２８４ｋΩ、抵抗Ｒ１２が１１３３ｋΩ、抵抗Ｒ１３が７ｋΩ、抵抗Ｒ１４が１０００ｋΩであれば、電圧Ｖ１２＝Ｖｂ１×１００７／３４２４となる。そうすると、電圧Ｖ１２が基準電圧Ｖｒｅｆ１、例えば１．２５Ｖになるのは、端子電圧Ｖｂ１が、１．２５×３４２４／１００７＝４．２５Ｖとなるときである。すなわち、比較器ＣＭＰ１２において、事前検知電圧Ｖｐは、４．２５Ｖに設定されている。同様に、比較器ＣＭＰ２２，ＣＭＰ３２においても、事前検知電圧Ｖｐは、４．２５Ｖに設定されている。
【００６７】
この場合、比較器ＣＭＰ１２，ＣＭＰ２２，ＣＭＰ３２、及びアンドゲートＡＮＤ２が事前保護制御部の一例に相当している。
【００６８】
図２は、図１に示す充電装置３の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す充電装置３は、接続端子３１，３２，３３、直流電源回路３５、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６、充電制御部３７、Ａ／Ｄコンバータ３８、誤差増幅器（エラーアンプ）３９，４０、基準電圧源４１，４２，４３、抵抗Ｒ１、及び電流検出抵抗ＲＳを備えている。接続端子３１，３２，３３は、電池パック２の接続端子１１，１２，１３とそれぞれ接続される。
【００６９】
基準電圧源４１，４２，４３は、予め設定された基準電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２，Ｖｅ３を出力する定電圧回路である。
【００７０】
接続端子３３と接続端子３２との間には、基準電圧源４３と抵抗Ｒ１との直列回路が接続されている。また、接続端子３３は、Ａ／Ｄコンバータ３８の電圧入力端子に接続されている。これにより、充電装置３に電池パック２が接続され、接続端子３３，３２と接続端子１３，１２とが接続されると、接続端子３３と接続端子３２との間の電圧Ｖｔｈは、基準電圧Ｖｅ３が、抵抗Ｒ１と、接続端子１３，１２間の抵抗値とによって分圧されて得られた電圧値となる。そうすると、スイッチング素子Ｑ３がオフしていれば、接続端子１３，１２間には、サーミスタＴＨの抵抗値が現れるので、電圧Ｖｔｈは、サーミスタＴＨの抵抗値を示すこととなる。
【００７１】
従って、サーミスタＴＨによって検出された組電池Ｂの温度が、電圧Ｖｔｈとして示される。さらに、電圧ＶｔｈがＡ／Ｄコンバータ３８によってデジタル値に変換されて充電制御部３７へ出力される。これにより、充電制御部３７は、組電池Ｂの温度を示す情報を取得するようにされている。
【００７２】
また、スイッチング素子Ｑ３がオンすると、接続端子１３，１２間の抵抗値、すなわち接続端子３３，３２間の抵抗値は実質的にゼロになるから、電圧Ｖｔｈもまた実質的にゼロとなる。従って、充電制御部３７は、Ａ／Ｄコンバータ３８から出力された電圧値が実質的にゼロとなって、接続端子３３，３２間の抵抗値が実質的にゼロとなったことを示す場合、スイッチング素子Ｑ３がオンしたと判定することができる。そして、充電制御部３７は、接続端子３３，３２間の抵抗値が実質的にゼロとなると、電池パック２から充電電流Ｉｃを減少させる旨の指示を受け付ける。
【００７３】
この場合、基準電圧源４３、抵抗Ｒ１、及びＡ／Ｄコンバータ３８が抵抗検出部の一例に相当し、充電電流Ｉｃが供給エネルギーの一例に相当している。供給エネルギーは、電流、電圧、電力等であってもよい。
【００７４】
なお、接続端子３３，３２間の抵抗値が実質的にゼロとなる状態とは、例えばスイッチング素子Ｑ３のオン抵抗や接続端子３３，３２と接続端子１３，１２との間の接触抵抗等の微小な抵抗が存在している状態を含む意であり、電圧Ｖｔｈが実質的にゼロとなる状態とは、接続端子３３，３２間にこのような微小抵抗が残存している場合において、このような残存抵抗で生じる微小な電圧降下が存在している状態を含む意である。
【００７５】
また、充電制御部３７は、接続端子３３，３２間の抵抗値Ｒｔｈが、予め設定された抵抗閾値Ｒｔｈ以下となった場合に電池パック２から充電電流Ｉｃを減少させる旨の指示を受け付ける構成としてもよい。抵抗閾値Ｒｔｈとしては、例えば、通常の使用状態におけるサーミスタＴＨの抵抗値範囲の下限値を下回る抵抗値が設定される。例えば、組電池Ｂの温度が、正常時において到達するはずのない温度、例えば６０℃になったときのサーミスタＴＨを、抵抗閾値Ｒｔｈとして用いることができる。
【００７６】
また、電池パック２は、スイッチング素子Ｑ３を備えず、代わりにアンドゲートＡＮＤ２の出力信号を、充電電流Ｉｃを減少させる旨の指示信号Ｓ２として充電制御部３７へ伝達する接続端子を設けてもよい。しかしながら、図１に示す充電システム１のように、サーミスタＴＨが接続された接続端子１３，３３を用いて、充電電流Ｉｃを減少させる旨の指示を伝達することで、接続端子の数を減少させることができる。
【００７７】
直流電源回路３５は、例えば商用交流電源電圧を直流電圧に変換して出力する。そして、直流電源回路３５の高電位側出力端子がスイッチング素子Ｑ４、及びコイルＬ１を介して接続端子３１に接続され、低電位側出力端子がグラウンドに接続されると共に、電流検出抵抗ＲＳを介して接続端子３２に接続されている。
【００７８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３６は、例えばＦＥＴのスイッチング素子Ｑ４、コイルＬ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、及びＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号生成回路３６１を備えて構成されている。スイッチング素子Ｑ４とコイルＬ１との接続点は、ダイオードＤ１のカソードに接続され、ダイオードＤ１のアノードがグラウンドに接続されている。また、ダイオードＤ１とコイルＬ１との直列回路と並列に、コンデンサＣ１が接続されている。そして、ＰＷＭ信号生成回路３６１は、充電制御部３７からの制御信号に応じてパルス幅を変化させたＰＷＭ制御信号をスイッチング素子Ｑ４のゲートへ出力してスイッチング素子Ｑ４をオン、オフさせることにより、充電制御部３７からの制御信号に応じた直流電流を生成し、接続端子３１，３２を介して電池パック２へ供給する。
【００７９】
充電制御部３７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、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、充電制御部３７は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、接続端子３１，３２，３３に接続された電池パック２を充電するための充電電圧、及び充電電流を制御して、例えばＣＣＣＶ（定電流定電圧）充電を行う。
【００８０】
誤差増幅器４０は、電流検出抵抗ＲＳの両端電圧と、基準電圧源４１から出力される基準電圧Ｖｅ１とを比較し、電流検出抵抗ＲＳの両端電圧が基準電圧Ｖｅ１以下であればローレベル、電流検出抵抗ＲＳの両端電圧が基準電圧Ｖｅ１を超えれば、過電流を表すハイレベルの信号を充電制御部３７へ出力する。
【００８１】
基準電圧源４１は、前記充電制御部３７からの出力に応答して、前記基準電圧Ｖｅ１を可変に出力する回路である。この基準電圧Ｖｅ１は、初期状態では、定電流充電の充電電流Ｉｃとして予め設定された電流値Ｉ１の電流が電流検出抵抗ＲＳに流れた場合の電流検出抵抗ＲＳの両端電圧に設定されている。前記組電池Ｂ（二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）を満充電の状態から放電させた場合に１時間で残量が０となる定電流値を１Ｃとすると、たとえば、Ｉ１＝０．８Ｃである。この基準電圧源４１は、電源５１に、デジタル／アナログ変換器５２およびカウンタ５３を備えて構成される。カウンタ５３は、たとえば４ビットのカウンタであり、その場合、前記充電電流Ｉｃを、０．８Ｃ÷２４＝０．０５Ｃの精度で制御することができる。前記充電制御部３７は、前記充電電流Ｉｃに所望とする値に対応したデータをカウンタ５３に与えることで、該カウンタ５３はそのデータを前記４ビットのデータにデコードして、デジタル／アナログ変換器５２に設定する。デジタル／アナログ変換器５２は、前記電源からの電圧で駆動され、前記４ビットのデータに対応した前記基準電圧Ｖｅ１を作成し、誤差増幅器４０に与える。こうして、充電電流Ｉｃの制御目標値を、簡単な構成で、精度よく設定することができる。特に、前記基準電圧源４１における可変の基準電圧Ｖｅ１を作成するにあたって、該基準電圧源４１自体を充電制御部３７などとともに、集積回路化することができる。
【００８２】
そして、充電制御部３７は、誤差増幅器３９の出力電圧がローレベルであれば、ＰＷＭ信号生成回路３６１へ制御信号を出力してＤＣ−ＤＣコンバータ３６の出力電流を増大させる一方、誤差増幅器３９の出力電圧がハイレベルであれば、ＰＷＭ信号生成回路３６１へ制御信号を出力してＤＣ−ＤＣコンバータ３６の出力電流を低下させることで、電池パック２へ供給する充電電流Ｉｃを電流値Ｉ１で一定にして定電流充電を行う。
【００８３】
また、充電制御部３７は、基準電圧源４１から出力される基準電圧Ｖｅ１を調節することにより、充電電流Ｉｃを調節する。
【００８４】
誤差増幅器３９は、組電池Ｂの充電電圧となる接続端子３１，３２間の電圧Ｖｏｕｔと、基準電圧源４２から出力される基準電圧Ｖｅ２とを比較し、電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｅ２以下であればローレベル、電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｅ２を超えればハイレベルの信号を充電制御部３７へ出力する。基準電圧Ｖｅ２は、例えば定電流充電を終了する充電終止電圧であると共に、定電圧充電の充電電圧が予め設定されており、充電電圧の上限値となっている。リチウムイオン二次電池の場合、充電電圧の上限値、すなわち定電圧充電での充電電圧は、セルあたり例えば４．２Ｖであるため、基準電圧Ｖｅ２は、４．２Ｖにセル数３を乗じた１２．６Ｖが予め設定されている。
【００８５】
そして、充電制御部３７は、定電流充電中に誤差増幅器３９の出力電圧がハイレベルとなれば、定電圧充電に移行する。充電制御部３７は、定電圧充電に移行すると、誤差増幅器３９の出力電圧がローレベルであれば、ＰＷＭ信号生成回路３６１へ制御信号を出力してＤＣ−ＤＣコンバータ３６の出力電流を増大させる。一方、充電制御部３７は、誤差増幅器３９の出力電圧がハイレベルであれば、ＰＷＭ信号生成回路３６１へ制御信号を出力してＤＣ−ＤＣコンバータ３６の出力電流を低下させることで、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖｅ２で一定になるように制御して、定電圧充電を実行する。基準電圧源４２は、出力電圧が可変にされており、充電制御部３７からの制御信号に応じて基準電圧Ｖｅ２を変更する。
【００８６】
充電制御部３７は、接続端子３３，３２間の抵抗値が実質的にゼロになったことを検知し、電池パック２から充電電流Ｉｃを減少させる旨の指示を受け付けると、基準電圧Ｖｅ１や基準電圧Ｖｅ２を低下させて、定電流充電における充電電流Ｉｃや、定電圧充電における充電電圧を低下させる。
【００８７】
さらに、充電制御部３７は、サーミスタＴＨによって検出された組電池Ｂの温度が、予め設定された温度を超えて上昇すると、ＰＷＭ信号生成回路３６１へ制御信号を出力してＤＣ−ＤＣコンバータ３６の出力電流をゼロにさせることで、組電池Ｂの過熱を抑制する。これにより、安全性が向上する。
【００８８】
次に、上述のように構成された充電システム１の動作について説明する。図３は図１に示す充電システム１の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図４はフローチャートである。ここで、組電池Ｂにおいて、二次電池Ｂ１が最も劣化が少なく、二次電池Ｂ３が最も劣化が進んでいるものとする。まず、タイミングＴ１およびステップＳ１において、充電制御部３７によって定電流充電が開始され、充電制御部３７から充電電流Ｉｃの電流値を電流値Ｉ１に設定する制御信号が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６へ出力される。
【００８９】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６によって、充電制御部３７からの制御信号に応じて電流値Ｉ１の充電電流Ｉｃが組電池Ｂへ供給される。そうすると、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が、充電深度の増大に伴い徐々に増大する。このとき、劣化が進んでいる二次電池ほど、端子電圧が高くなる。
【００９０】
そうすると、電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧である１２．６Ｖに達する前に、端子電圧Ｖｂ３が事前検知電圧Ｖｐ（４．２５Ｖ）に達する（タイミングＴ２）。そうすると、比較器ＣＭＰ３２の出力信号がローレベルになって、アンドゲートＡＮＤ２の出力信号がローレベルになる結果、スイッチング素子Ｑ３がオンする。
【００９１】
スイッチング素子Ｑ３がオンすると、接続端子１３，１２間の抵抗値、すなわち接続端子３３，３２間の抵抗値は実質的にゼロになり、電圧Ｖｔｈが実質的にゼロになる。そうすると（ステップＳ２でＹＥＳ）、充電制御部３７によって、充電電流Ｉｃを減少させる旨の指示が受け付けられる。そして、充電制御部３７からの制御信号に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６によって、充電電流Ｉｃが減少されるとともに、カウンタ５３へ出力されるデータも１ステップ低下される。
【００９２】
充電電流Ｉｃが減少すると、端子電圧Ｖｂ３が低下して事前検知電圧Ｖｐ（４．２５Ｖ）を下回り、比較器ＣＭＰ２２の出力信号がハイレベルになって、アンドゲートＡＮＤ２の出力信号がハイレベルになる結果、スイッチング素子Ｑ３がオフする。スイッチング素子Ｑ３がオフすると、接続端子３３，３２間の抵抗値がサーミスタＴＨの抵抗値となって増大し、充電制御部３７によって、充電電流Ｉｃを減少させる旨の指示が受け付けられなくなるので、充電電流Ｉｃが減少後の電流値で維持される。
【００９３】
充電電流Ｉｃが維持されると、さらに二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が、充電深度の増大に伴い徐々に増大するので、再び端子電圧Ｖｂ３が事前検知電圧Ｖｐ（４．２５Ｖ）に達する結果、上述と同様の動作が繰り返されて、充電電流Ｉｃが減少される。このように、二次電池Ｂ３の端子電圧Ｖｂ３が事前検知電圧Ｖｐ（４．２５Ｖ）以上にならないように、徐々に充電電流Ｉｃが減少されることにより、タイミングＴ２以降、二次電池Ｂ３の端子電圧Ｖｂ３を略事前検知電圧Ｖｐ（４．２５Ｖ）で一定に維持する定電圧充電が行われることとなる。
【００９４】
そして、充電電流Ｉｃが、前記定電圧充電の充電を終了するための判定値として予め設定された充電終止電流Ｉ２、たとえば前記０．０５Ｃ以下になると、充電制御部３７によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６から出力される充電電流Ｉｃがゼロにされ、定電圧充電が終了する（タイミングＴ３、ステップＳ４でＹＥＳ）。前記ステップＳ２，Ｓ４でＮＯの場合は、ステップＳ５で、システムを安定させるためのウエイトを行い、ステップＳ２に戻る。
【００９５】
このように構成することで、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３にアンバランスが発生していても、最も劣化が進んでいる二次電池Ｂ３の端子電圧Ｖｂ３が、過充電検知電圧Ｖｃより低い事前検知電圧Ｖｐに達すると充電電流Ｉｃが減少されて、端子電圧Ｖｂ３の増大が抑制される。そうすると、二次電池の端子電圧が事前検知電圧Ｖｐに達した場合であっても、充電電流Ｉｃが減少されて定電圧充電が継続されるので、背景技術に係る過充電保護回路のように、充電装置の正常な定電流充電中に充電電流が突然遮断されて充電電流供給回路の出力電圧が急激に上昇したり、充電が途中で中断されて充分に充電できなかったりすることがない。
【００９６】
従って、二次電池の端子電圧が事前検知電圧Ｖｐに達したとしても、不都合が生じないので、二次電池の満充電時の端子電圧（例えば４．２Ｖ）と事前検知電圧Ｖｐとの差を小さい値に設定することが容易となる。従って、事前検知電圧Ｖｐを例えば４．２５Ｖに設定することで、アンバランスが生じた場合であっても、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が満充電時の端子電圧（例えば４．２Ｖ）に近似して設定された４．２５Ｖを超えないように抑制することができる結果、二次電池の劣化を低減しつつ、安全性を向上させることができる。
【００９７】
この場合、充電システム１になんらかの故障が生じない限り、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３は、事前検知電圧Ｖｐを超えることがないので、過充電検知電圧Ｖｃと事前検知電圧Ｖｐとの間には、大きなマージンを設ける必要がない。従って、過充電検知電圧Ｖｃを、事前検知電圧Ｖｐより僅かに高い電圧、例えば４．２８Ｖに設定することが容易である。そうすると、二次電池の満充電時の端子電圧（４．２Ｖ）と過充電検知電圧Ｖｃとの差を低減することができるので、故障等の異常発生時における安全性を向上させることができる。また、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の個別の端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３から、比較器ＣＭＰ１１，ＣＭＰ２１，ＣＭＰ３１；ＣＭＰ１２，ＣＭＰ２２，ＣＭＰ３２が判定した結果を、アンドゲートＡＮＤ１，ＡＮＤ２で統合して出力するので、直列セル数が変化してもシステムの設計を変更する必要はなく、経済的である。
【００９８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電池パックについて説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る電池パック２ａの構成の一例を示すブロック図である。図５に示す電池パック２ａと図１に示す電池パック２とでは、電池パック２ａが、スイッチング素子Ｑ１の代わりに温度ヒューズＦ１，Ｆ２、ヒータＴｈ、スイッチング素子Ｑ５、及びインバータ２１を備える点で異なる。
【００９９】
温度ヒューズＦ１，Ｆ２は、接続端子１１とスイッチング素子Ｑ２との間に直列に接続されている。また、温度ヒューズＦ１と温度ヒューズＦ２との接続点は、ヒータＲｈとスイッチング素子Ｑ５とを介して組電池Ｂの負極に接続されている。そして、アンドゲートＡＮＤ３の出力端子は、インバータ２１を介してスイッチング素子Ｑ５のゲートに接続されている。
【０１００】
そして、比較器ＣＭＰ１３，ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３３のうちいずれかによって、過充電が検知されてアンドゲートＡＮＤ３の出力信号がローレベルになると、インバータ２１によってスイッチング素子Ｑ５のゲートがハイレベルにされて、スイッチング素子Ｑ５がオンされる。スイッチング素子Ｑ５がオンすると、ヒータＲｈが発熱して温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断するようになっている。
【０１０１】
過充電が検知された場合に充電経路を遮断するスイッチング素子としては、過充電が解消した場合に再びオンさせることができるように、図６に示す電池パック１０１のように、ＦＥＴのような復帰可能な半導体スイッチを用いることが一般的である。そして、従来、組電池が過熱した場合に溶断する非復帰の温度ヒューズを、組電池の充放電経路にさらに設けることで、安全性を向上した電池パックが知られている。
【０１０２】
一方、図５に示す電池パック２ａでは、図１に示す電池パック２と同様、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３が過充電検知電圧Ｖｃより低い事前検知電圧Ｖｐに達すると充電電流Ｉｃが低減され、端子電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３の上昇が抑制される事前の保護動作が行われているので、電池パック２や充電装置３に何らかの故障等の異常が発生しない限り、比較器ＣＭＰ１３，ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３３、及びアンドゲートＡＮＤ３によって、過充電が検出されることはない。
【０１０３】
従って、その上で、比較器ＣＭＰ１３，ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３３のうちいずれかによって過充電が検知された場合は、電池パック２に何らかの故障が発生している可能性が極めて高いと考えられる。そこで、このような場合に温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断させて永続的に組電池Ｂの充放電経路を遮断することにより、安全性が向上する。
【０１０４】
また、図１に示す電池パック２に、スイッチング素子Ｑ１とは別に温度ヒューズを設ける場合と比べて、図５に示す電池パック２ａでは、スイッチング素子Ｑ１が不要となるので、コストを低減することが容易となる。
【０１０５】
また、一般に、ＦＥＴのオン抵抗より温度ヒューズの方が抵抗値が小さいので、電池パック２におけるスイッチング素子Ｑ１を温度ヒューズＦ１，Ｆ２に置き換えることにより、組電池Ｂを充放電させる際の電力損失を低減することが容易となる。
【０１０６】
なお、二次電池Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が、正極にコバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池であって満充電時の端子電圧が４．２Ｖとなる場合に、事前検知電圧Ｖｐが４．２５Ｖ、過充電検知電圧Ｖｃが４．２８Ｖに設定される例を示したが、例えば事前検知電圧Ｖｐは４．２３Ｖ、過充電検知電圧Ｖｃは４．２５Ｖ程度に設定されていてもよく、事前検知電圧Ｖｐ及び過充電検知電圧Ｖｃは、適宜設定すればよい。
【０１０７】
また、例えば正極にマンガン酸リチウムを用いた場合のように、満充電時の端子電圧が異なる他の二次電池を用いる場合は、各二次電池の特性に応じて適宜、事前検知電圧Ｖｐ及び過充電検知電圧Ｖｃを設定するようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載装置として使用される充電システム、これら電池搭載装置の電源として用いられる電池パックとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電池パックと充電装置とを備えた充電システムの構成の一例を示す回路図である。
【図２】図１に示す充電装置３の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す充電システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図１に示す充電システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電池パックの構成の一例を示す回路図である。
【図６】背景技術に係る充電システムの構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す充電システムによって、組電池を充電する場合の充電方法を説明するための説明図である。
【図８】二次電池にアンバランスが生じている場合における、図６に示す充電システムの動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  充電システム
２，２ａ  電池パック
３  充電装置
１１，１２，１３，３１，３２，３３  接続端子
２１  インバータ
３５  直流電源回路
３６  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３７  充電制御部
３８  Ａ／Ｄコンバータ
３９，４０  誤差増幅器
４１，４２，４３  基準電圧源
３６１  ＰＷＭ信号生成回路
５１  電源
５２  デジタル／アナログ変換器
５３  カウンタ
ＡＮＤ１，ＡＮＤ２，ＡＮＤ３  アンドゲート
Ｂ  組電池
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３  二次電池
ＣＭＰ１１，ＣＭＰ１２，ＣＭＰ１３，ＣＭＰ２１，ＣＭＰ２２，ＣＭＰ２３，ＣＭＰ３１，ＣＭＰ３２，ＣＭＰ３３  比較器
Ｆ１，Ｆ２  温度ヒューズ
Ｉｃ  充電電流
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５  スイッチング素子
Ｒ１，抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４  抵抗
ＲＥＦ１，ＲＥＦ２，ＲＥＦ３  基準電圧源
ＲＳ  電流検出抵抗
Ｒｈ  ヒータ
Ｓ２  指示信号
Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２  判定信号
Ｖｂ１，Ｖｂ２，Ｖｂ３  端子電圧
Ｖｃ  過充電検知電圧
Ｖｄ  過放電検知電圧
Ｖｆ  充電終止電圧
Ｖｐ  事前検知電圧
Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２，Ｖｒｅｆ３  基準電圧
【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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【図７】
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【図８】
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