(57)【要約】  充電の制御を柔軟に行えるようにした電池パック等を提供する。  充電経路に印加される充電電圧を検出するための充電電圧検出部（１８）と、充電経路上に直列に配置され、充電経路に流れる充電電流を制御するための充電第一トランジスタ（２１）と、充電第一トランジスタの動作を制御する充電第二トランジスタ（２２）と、充電第一トランジスタ及び充電第二トランジスタの動作を制御するためのコントローラ部（３）とを備える電池パックであって、コントローラ部が、充電電流検出部（１６）で検出された充電電流、及び充電電圧検出部で検出された充電電圧に基づいて、充電第二トランジスタの線形領域において充電第二トランジスタのＯＮ抵抗である第二ＯＮ抵抗を制御し、第二ＯＮ抵抗を用いて、充電第一トランジスタの線形領域において充電第一トランジスタのＯＮ抵抗である第一ＯＮ抵抗を制御することで、電池ブロックを充電する充電電流を調整可能としている。
2019187692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルを互いに直列及び／又は並列に接続している電池ブロックと、
前記電池ブロックに充電を行う充電経路と、
前記充電経路に流れる充電電流を検出するための充電電流検出部と、
前記充電経路に印加される充電電圧を検出するための充電電圧検出部と、
前記充電経路上に直列に配置され、該充電経路に流れる充電電流を制御するための充電第一トランジスタと、
前記充電第一トランジスタの動作を制御する充電第二トランジスタと、
前記充電第一トランジスタ及び充電第二トランジスタの動作を制御するためのコントローラ部と
を備える電池パックであって、
前記コントローラ部が、前記充電電流検出部で検出された充電電流、及び前記充電電圧検出部で検出された充電電圧に基づいて、前記充電第二トランジスタの線形領域において当該充電第二トランジスタのＯＮ抵抗である第二ＯＮ抵抗を制御し、該第二ＯＮ抵抗を用いて、前記充電第一トランジスタの線形領域において当該充電第一トランジスタのＯＮ抵抗である第一ＯＮ抵抗を制御することで、前記電池ブロックを充電する充電電流を調整可能としてなる電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックであって、さらに、
前記充電第二トランジスタのゲート側に接続された低域通過回路を備えてなる電池パック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電池パックであって、さらに、
前記充電第二トランジスタのソース−ドレイン間と並列に接続された第三抵抗器と、
前記第三抵抗器と直列に接続された充電第三トランジスタと
を備えてなる電池パック。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池パックであって、
前記コントローラ部が、前記充電第一トランジスタを定電力制御して、前記電池ブロックの充電電流を調整するよう制御してなる電池パック。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池パックであって、さらに、
前記充電経路上で前記充電第一トランジスタと直列に配置され、該充電経路に流れる充電電流を制御するための充電用半導体素子と、
を備える電池パック。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池パックであって、
前記充電第一トランジスタ及び／又は充電第二トランジスタが、ＦＥＴで構成されてなる電池パック。
【請求項７】
複数の二次電池セルを互いに直列及び／又は並列に接続している電池ブロックと、
前記電池ブロックに充電を行う充電経路と、
前記充電経路に流れる充電電流を検出するための充電電流検出部と、
前記充電経路に印加される充電電圧を検出するための充電電圧検出部と、
前記充電経路上に直列に配置され、該充電経路に流れる充電電流を制御するための充電第一トランジスタと、
前記充電第一トランジスタの動作を制御する充電第二トランジスタと、
前記充電第一トランジスタ及び充電第二トランジスタの動作を制御するためのコントローラ部と
を備える電池パックの充電制御方法であって、
前記電池ブロックを充電する充電電流を、前記充電電流検出部で検出すると共に、前記電池ブロックを充電する充電電圧を、前記充電電圧検出部で検出し、
該検出された充電電流及び充電電圧に基づいて、前記コントローラ部が、前記充電第二トランジスタの線形領域において当該充電第二トランジスタのＯＮ抵抗である第二ＯＮ抵抗を制御し、該第二ＯＮ抵抗を用いて、前記充電第一トランジスタの線形領域において当該充電第一トランジスタのＯＮ抵抗である第一ＯＮ抵抗を制御することで、前記電池ブロックを充電する充電電流を調整する工程とを含む電池パックの充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パック及びその充電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の二次電池セルを直列や並列に接続して出力や容量を高めた電池パックが、電動車椅子やアシスト自転車などの動力源として利用されている。このような電池パックは、複数本の二次電池セルを直列や並列に接続して、容量や電圧を増やしている。また充電器に接続して、充電可能として再利用することができる。【０００３】
しかしながら、電池パックが使用により経年劣化してくると、充電器に接続しても、保護回路が働いて満充電となる前に充電が完了してしまい、初期に比べて容量が相対的に低下してしまう。例えば、当初の電池パックでは容量のほぼ１００％が充電できて使用可能であったところ、経年劣化によって残容量が９０％程度しか充電できないといった状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９６８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、充電の制御を柔軟に行えるようにした電池パック及びその充電制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の形態に係る電池パックによれば、複数の二次電池セルを互いに直列及び／又は並列に接続している電池ブロックと、前記電池ブロックに充電を行う充電経路と、前記充電経路に流れる充電電流を検出するための充電電流検出部と、前記充電経路に印加される充電電圧を検出するための充電電圧検出部と、前記充電経路上に直列に配置され、該充電経路に流れる充電電流を制御するための充電第一トランジスタと、前記充電第一トランジスタの動作を制御する充電第二トランジスタと、前記充電第一トランジスタ及び充電第二トランジスタの動作を制御するためのコントローラ部とを備える電池パックであって、前記コントローラ部が、前記充電電流検出部で検出された充電電流、及び前記充電電圧検出部で検出された充電電圧に基づいて、前記充電第二トランジスタの線形領域において当該充電第二トランジスタのＯＮ抵抗である第二ＯＮ抵抗を制御し、該第二ＯＮ抵抗を用いて、前記充電第一トランジスタの線形領域において当該充電第一トランジスタのＯＮ抵抗である第一ＯＮ抵抗を制御することで、前記電池ブロックを充電する充電電流を調整可能とできる。上記構成により、コントローラ部で直接、充電第一トランジスタを制御するのでなく、充電第二トランジスタを介して、かつこの充電第二トランジスタの第二ＯＮ抵抗を線形領域で変化させることにより、充電第一トランジスタの第一ＯＮ抵抗を同じく線形領域で変化させて充電電流を制御したことで、従来のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦによる制御よりも負荷を軽減した微細な充電制御が可能となる。【０００７】
また、第２の形態に係る電池パックによれば、上記構成に加えて、さらに前記充電第二トランジスタのゲート側に接続された低域通過回路を備えることができる。上記構成により、コントローラ部からのＰＷＭ制御によるリップル電圧の変動の影響を、低域通過回路でもって低減することが可能となる。【０００８】
さらに、第３の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、さらに前記充電第二トランジスタのソース−ドレイン間と並列に接続された第三抵抗器と、前記第三抵抗器と直列に接続された充電第三トランジスタとを備えることができる。上記構成により、充電第二トランジスタの第二ＯＮ抵抗の線形領域を拡張することで、充電電流のリップル変動を抑制できる利点が得られる。【０００９】
さらにまた、第４の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記コントローラ部が、前記充電第一トランジスタを定電力制御して、前記電池ブロックの充電電流を調整するよう制御できる。上記構成により、充電第一トランジスタの損失を一定に抑制して、発熱量を抑えることが可能となる。【００１０】
さらにまた、第５の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、さらに、前記充電経路上で前記充電第一トランジスタと直列に配置され、該充電経路に流れる充電電流を制御するための充電用半導体素子を備えることができる。【００１１】
さらにまた、第６の形態に係る電池パックによれば、上記何れかの構成に加えて、前記充電第一トランジスタ及び／又は充電第二トランジスタを、ＦＥＴで構成することができる。【００１２】
さらにまた、第７の形態に係る電池パックの充放電制御方法によれば、複数の二次電池セルを互いに直列及び／又は並列に接続している電池ブロックと、前記電池ブロックに充電を行う充電経路と、前記充電経路に流れる充電電流を検出するための充電電流検出部と、前記充電経路に印加される充電電圧を検出するための充電電圧検出部と、前記充電経路上に直列に配置され、該充電経路に流れる充電電流を制御するための充電第一トランジスタと、前記充電第一トランジスタの動作を制御する充電第二トランジスタと、前記充電第一トランジスタ及び充電第二トランジスタの動作を制御するためのコントローラ部とを備える電池パックの充電制御方法であって、前記電池ブロックを充電する充電電流を、前記充電電流検出部で検出すると共に、前記電池ブロックを充電する充電電圧を、前記充電電圧検出部で検出し、該検出された充電電流及び充電電圧に基づいて、前記コントローラ部が、前記充電第二トランジスタの線形領域において当該充電第二トランジスタのＯＮ抵抗である第二ＯＮ抵抗を制御し、該第二ＯＮ抵抗を用いて、前記充電第一トランジスタの線形領域において当該充電第一トランジスタのＯＮ抵抗である第一ＯＮ抵抗を制御することで、前記電池ブロックを充電する充電電流を調整する工程とを含むことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電池パック及びその充電制御方法によれば、コントローラ部で直接、充電第一トランジスタを制御するのでなく、充電第二トランジスタを介して、かつこの充電第二トランジスタの第二ＯＮ抵抗を線形領域で変化させることにより、充電第一トランジスタの第一ＯＮ抵抗を同じく線形領域で変化させて充電電流を制御したことで、従来のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦによる制御よりも負荷を軽減した微細な充電制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る電池パックのブロック図である。
【図２】ＦＥＴのゲート−ソース間電圧とドレイン−ソース間ＯＮ抵抗の関係を示すグラフである。
【図３】定電流充電及び定電圧充電で電池パックを充電する理想状態を示すグラフである。
【図４】定電流充電の領域を省略した充電方法による電流、電圧の時間変化を示すグラフである。
【図５】充電回路の一例を示す回路図である。
【図６】図５の充電回路を用いた充電電流波形を示すグラフである。
【図７】緩和回路を付加した充電回路の一例を示す回路図である。
【図８】図７の充電回路を用いた充電電流波形を示すグラフである。
【図９】定電力充電制御で電池パックを充電する様子を示すグラフである。
【図１０】実施例１に係る電池パックを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態乃至実施例を図面に基づいて説明する。ただ、以下に示す実施形態乃至実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
［実施形態１］
【００１６】
以下、本発明の一実施形態として、複数の充放電可能な二次電池セルを直列に接続してなる電池ブロックを備える電池パックについて詳述する。図１の回路図に示す電池パック１００は、複数の充放電可能な二次電池セル１を直列に接続してなる電池ブロック１０と、この電池ブロック１０の出力側に直列に接続してなる入出力スイッチ２と、電池ブロック１０を構成してなる各二次電池セル１の電圧を検出して入出力スイッチ２をＯＮ／ＯＦＦに制御するコントローラ部３とを備えている。さらに、電池パック１００は、電池ブロック１０と直列に接続されて、二次電池セル１の異常時に溶断されて電池ブロック１０の電流を遮断するヒューズ５を備えている。さらにまた、電池パック１００は、充電経路ＣＬに流れる充電電流を検出する充電電流検出部として、電流検出抵抗器１６と、電池ブロック１０等に印加される充電電圧を検出する充電電圧検出部として、電圧検出抵抗器１８を備えている。
（二次電池セル１）
【００１７】
二次電池セル１は、充放電できる二次電池である。電池パック１００は、二次電池セル１としてリチウムイオン二次電池を使用している。リチウムイオン二次電池は、容量と重量に対する充放電容量が大きく、電池パックの外形を小さく、また軽量にして充放電容量を大きくできる。ただし、本発明の電池パックは、リチウムイオン二次電池に代わって、他の充放電できる全ての二次電池も使用できる。
（電池ブロック１０）
【００１８】
電池パック１００は、複数の二次電池セル１を備えており、これらの二次電池セル１を直列に接続して電池ブロック１０としている。図１に示す電池パック１００は、３個の二次電池セル１を直列に接続している。ただ、本発明は、互いに直列に接続する二次電池セルの個数を３個には限定せず、２個とすることも、４個以上とすることもできる。
（入出力スイッチ２）
【００１９】
入出力スイッチ２は、充電している二次電池セル１の過充電と、放電している二次電池セル１の過放電とを防止するためにＯＮ／ＯＦＦに切り換えられるスイッチで、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子が使用される。この入出力スイッチ２は、二次電池セル１の充放電電流を制御する充放電スイッチで、充電電流を遮断して二次電池セル１の過充電を防止する充電スイッチ１１と、放電電流を遮断して二次電池セル１の過放電を防止する放電スイッチ１２とで構成されている。これらの充電スイッチ１１及び放電スイッチ１２には、ＦＥＴやバイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子が使用される。
【００２０】
図１に示す入出力スイッチ２は、２組のＦＥＴを直列に接続して、一方のＦＥＴを充電用半導体素子１１として、他方のＦＥＴを放電用半導体素子１２としている。充電用半導体素子１１は二次電池セル１の充電を停止する状態でＯＦＦ、放電用半導体素子１２は二次電池セル１の放電を停止する状態でＯＦＦに切り換えられる。二次電池セル１を充放電する状態では、放電用半導体素子１１と充電用半導体素子１２はＯＮ状態に保持される。各ＦＥＴは、ＯＦＦ状態で逆方向に通電するダイオードを並列に接続している。したがって、残容量が最大容量となって充電用半導体素子１１をＯＦＦ状態として充電できない状態で放電電流を流すことができ、放電用半導体素子１２のＯＦＦ状態、すなわち残容量が最低容量となって充電を停止する状態においても充電電流を流すことができる。放電用半導体素子１２と充電用半導体素子１１は、コントローラ部３でＯＮ／ＯＦＦに制御される。
（コントローラ部３）
【００２１】
コントローラ部３は、電池パックを正常に使用できる状態で入出力スイッチ２をＯＮ状態に切り換える保護回路である。このコントローラ部３は、二次電池セル１の電圧、電流、温度等を検出する検出部１３と、この検出部１３で検出する電池情報で入出力スイッチ２をＯＮ／ＯＦＦに制御する制御部１４と、本体機器側に電池情報を伝送する通信部１５とを備える。検出部１３は、電池ブロック１０と直列に接続している電流検出抵抗器１６の電圧を検出して充放電の電流を検出する。また、検出部１３は、二次電池セル１に熱結合状態に配置している温度センサ１７から入力される信号から二次電池セル１の温度を検出する。
【００２２】
制御部１４は、検出部１３で検出される二次電池セル１の電圧や温度などから二次電池セル１の状態を判定して、二次電池セル１を正常に充放電できる状態で、入出力スイッチ２をＯＮ状態に切り換え、二次電池セル１を正常に使用できない状態で入出力スイッチ２をＯＦＦ状態に切り換える。たとえば、制御部１４は、検出部１３で検出される二次電池セル１の電圧や温度等の検出値、さらに検出電流や電圧から演算する残容量を、あらかじめ設定している設定範囲に比較し、検出値が設定範囲を越えると入出力スイッチ２をＯＦＦ状態に切り換える。また、制御部１４は、検出部１３で検出される電池情報を、通信部１５を介して本体機器側に通信する。
【００２３】
互いに直列に接続している充電用半導体素子１１と放電用半導体素子１２とをコントローラ部３でＯＮ／ＯＦＦに制御する電池パック１００は、二次電池セル１の充電状態において、充電している二次電池セル１の電圧があらかじめ設定された第１過充電検出電圧よりも高くなると、あるいは残容量が最大容量よりも大きくなると、充電用半導体素子１１をＯＦＦ状態に切り換えて充電電流を遮断する。また、二次電池セル１の放電状態において、二次電池セル１の電圧が最低電圧よりも低くなると、あるいは残容量が最低容量よりも小さくなると、放電用半導体素子１２をＯＦＦ状態に切り換えて放電電流を遮断する。また、二次電池セル１の温度が最高温度よりも高く、あるいは最低温度よりも低くなると、充電用半導体素子１１と放電用半導体素子１２をＯＦＦ状態に切り換えて、充放電を停止する。
（ヒューズ５）
【００２４】
ヒューズ５は、電池ブロック１０に直列に接続されて、二次電池セル１に過大な電流が流れるのを保護する。ヒューズ５は、過電流が流れるとジュール熱で発熱して溶断される溶融金属である。
（充電電流制限部２０）
【００２５】
さらに電池パックは、充電電流を制限する充電電流制限部２０を備えている。充電電流制限部２０は、充電経路ＣＬ上に直列に配置されて、この充電経路ＣＬに流れる充電電流を制御するための充電第一トランジスタと、この充電第一トランジスタの動作を制御する充電第二トランジスタを有する。充電第二トランジスタの動作は、コントローラ部３で制御される。またコントローラ部３で制御された充電第二トランジスタを介して、充電第一トランジスタの動作が制御される。コントローラ部３は、充電電流検出部で検出された充電電流、及び充電電圧検出部で検出された充電電圧に基づいて、充電電流を制限する。
【００２６】
具体的には、充電第二トランジスタの線形領域において、この充電第二トランジスタのＯＮ抵抗である第二ＯＮ抵抗を制御する。ここで、充電第一トランジスタ及び充電第二トランジスタとしてＦＥＴを用いた場合の、ＦＥＴのゲート−ソース間電圧ＶGSとドレイン−ソース間ＯＮ抵抗ＲDSの関係を図２のグラフに示す。この図に示すように、ドレイン−ソース間ＯＮ抵抗ＲDSは、線形領域と呼ばれる勾配を有している。この線形領域を利用することで、充電第二トランジスタである第二ＦＥＴ２２の第二ＯＮ抵抗値を可変でき、単なるＯＮ／ＯＦＦのスイッチング、すなわち０か１でない中間値での制御が可能となる。
【００２７】
そして、この第二ＯＮ抵抗を制御することで、充電第一トランジスタを制御する。具体的には、充電第一トランジスタである第一ＦＥＴ２１の線形領域において、同様に第一ＦＥＴ２１のＯＮ抵抗である第一ＯＮ抵抗を可変できるので、第一ＦＥＴ２１を流れる電流値、すなわち電池ブロック１０を充電する充電電流を制限できる。このように、コントローラ部３で直接、充電第一トランジスタを制御するのでなく、充電第二トランジスタを介して、かつこの充電第二トランジスタの第二ＯＮ抵抗を線形領域で変化させることにより、充電第一トランジスタの第一ＯＮ抵抗を同じく線形領域で変化させて充電電流を制御したことで、従来のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦによる制御よりも、抵抗値を可変とした微細な充電制御が可能となる。
【００２８】
また、コントローラ部で直接ＦＥＴを駆動する構成と比べて、回路側への負荷も軽減できる。すなわち、ＦＥＴを直接ＰＷＭ制御する場合は、充電電流がパルス状となり、デューティー比の変更によりパルス電流の平均値を制御することとなるため、ピーク電流値が大きくなる。このため、例えば二次電池セルの充電末期など、劣化した状態においては、許容される電圧値を越えてしまう可能性があり、好ましくない。これに対して、本実施形態によればＯＮ抵抗の調整によって充電電流を制限できるため、ピーク電流値を抑制して、二次電池セルへの負荷を低減して安全性を高めることができる。
（定電流・定電圧充電制御）
【００２９】
ここで、従来の充電制御方法との対比で本実施形態を説明する。電池パックの充電の制御は、一般に電池パックを充電する充電器側で行われる。理想的な充電方法を図３のグラフに示す。この図に示すように、当初は定電流充電（ＣＣ）を行い、定電圧充電（ＣＶ）に切り替えて充電を継続する。
【００３０】
しかしながら、この充電制御方法では、二次電池セルの容量が１００％近くになるまで充電することができなくなる場合があった。例えば、二次電池セルが経年劣化等によって何らかの異常や状態の変化が生じた場合に、二次電池セルの充電完了電圧を下げる必要が生じた場合を考える。このような場合において、従来の充放電方法では充電電圧が固定値であるため、二次電池セルに許容された最大電圧で充電を継続しようとするが、それが不可能であるため充電ＦＥＴをＯＦＦして充電が停止されてしまう。この結果、図４に示すように満充電前に定電流充電が中止されてしまい、充電された電池容量が少なくなってしまうという問題があった。
【００３１】
これに対して本実施形態によれば、上述の通り充電電流を制限できるため、充電の途中で充電制御が中止される事態を避けてより多くの電池容量まで充電することが可能となる。この様子を、図５〜図６に基づいて説明する。これらの図において、図５は電池パック１００の内、充電回路の部分のみを抽出した回路図、図６はこの充電回路を用いた充電電流波形を、それぞれ示している。図５の回路図に示すように、電池パックの充電回路は、充電用半導体素子である充電用ＦＥＴ１１と、充電第一トランジスタである第一ＦＥＴ２１と、充電第二トランジスタである第二ＦＥＴ２２と、コントローラ部３とを備える。この充電回路を用いて、充電電流を制限する場合は、コントローラ部３でもって第二ＦＥＴ２２をＰＷＭ制御し第二ＦＥＴ２２の抵抗値を制御する。すなわち、第一ＦＥＴ２１の駆動電圧を制御することとなり、第一ＦＥＴ２１の抵抗値を制御することで、実効電流値を低減させる。この結果、図６に示すように充電電流を制限しながら電池ブロック１０を充電できる。
（緩和回路２５）
【００３２】
さらに電池パックは、より充電電流のリップルを抑制する緩和回路２５を付加することもできる。このような緩和回路２５を付加した充電回路の例を、図７に示す。この図に示す電池パックの充電回路は、第二ＦＥＴ２２のＯＮ抵抗の変化量を緩和する緩和回路２５を付加している。ここでは、第二ＦＥＴ２２のドレイン−ソース間に並列に、第二ＦＥＴ２２のＯＮ抵抗の変動を緩和させる第三抵抗器２４を接続している。第三抵抗器２４を負荷したことで、図２において第二ＦＥＴ２２の線形領域を、破線で示すように急峻な勾配から緩やかに変化させることができる。この結果、線形領域が相対的に拡大されて、さらに充電電流の変動を抑制することが可能となる。充電電流の時間変化を示す図８のグラフから明らかなとおり、充電制限電流の変動する幅が図６のグラフよりもさらに抑制されていることが確認できる。このように、充電電流の微小な変動がさらに抑制された、ばたつきの小さい波形とでき、これによってＦＥＴの電力損失を抑制して発熱量も更に抑えることが可能となる。
【００３３】
また緩和回路２５は、充電時に動作させることが好ましい。例えば第三抵抗器２４と直列にスイッチを設けることができる。図７の回路例では、緩和回路２５は、第三抵抗器２４と、第三ＦＥＴ２３で構成されており、第三抵抗器２４は、第三ＦＥＴ２３のドレイン側に接続されている。これによって、充電時に第三ＦＥＴ２３をコントローラ部３でＯＮさせて、第三抵抗器２４を機能させつつ、充電時以外には第三ＦＥＴ２３をＯＦＦさせることで、緩和回路２５を切り離すことが可能となる。
【００３４】
なお、充電第二トランジスタとしてＦＥＴに代えてバイポーラトランジスタを用いる場合は、緩和回路を不要とすることもできる。
（低域通過回路２６）
【００３５】
さらに、充電回路に低域通過回路２６を付加することもできる。図７の充電回路の例では、低域通過回路２６として、抵抗器２６ａとコンデンサ２６ｂを第二ＦＥＴ２２のゲート−ソース間にそれぞれ並列に設けている。このような低域通過回路２６を付加したことで、コントローラ部３からのＰＷＭ制御によるリップル電圧の変動の影響を低減することが可能となる。
（定電力充電制御）
【００３６】
また本実施形態に係る電池パックによれば、定電力充電制御を行うこともできる。ここで、図７の充電回路を用いて定電力充電制御を行う様子を、図９のグラフに基づいて説明する。この充電制御方法では、図３や図４の充電制御方法と比べて、定電流充電と定電圧充電の間に、定電力充電（ＣＰ）を介在させている。例えば電池ブロックの経年劣化等により充電完了電圧を下げる必要が生じた場合、図４に示すように満充電に至る前に定電流充電が中止されてしまう。一方、図９に示すように定電流充電から定電力充電制御に切り替えることで、充電を継続でき、さらに定電力充電から定電圧充電に切り替えて、より多くの充電電流を電池ブロックに供給しかつ早く充電容量を高めることができる。図２の例を理想充電、すなわち充電容量１００％（５Ａ充電、２００ｍＡで充電終了）とした場合、図４の定電流充電では充電容量９２．３％（５Ａ充電、５Ａ（４．１Ｖ）で充電終了）に対し、図９の定電力充電を組み合わせることで９９．９％（５Ａ充電、２００ｍＡで充電終了）の充電が可能となった。このように充電完了電圧を下げた状態においても、定電力充電を組み合わせることでほぼ１００％の充電が可能となる。なお、この例では未劣化の新しい電池パックに対して試験を行っているところ、劣化の進んだ電池パックでは、さらに充電容量の差が顕著になると予想される。
【００３７】
実施形態１に係る電池パックの具体的な回路例を図１０に示す。この図に示す電池パック１００は、電池ブロック１０の電圧に応じて充電電流を調整可能な充電電流制限部２０を備えている。具体的には、電池パック１００は、電池ブロック１０と、充電用半導体素子である充電用ＦＥＴ１１と、放電用半導体素子である放電用ＦＥＴ１２と、第一ＦＥＴ２１と、第二ＦＥＴ２２と、第三ＦＥＴ２３と、第三抵抗器２４と、コントローラ部３と、低域通過回路２６と、充放電経路上に配置された電流検出抵抗器１６と、充電電圧検出部である電圧検出抵抗器１８を備えている。コントローラ部３は、ＭＰＵなどで構成される。
【００３８】
この電池パックは、充電端子Ｃ＋、Ｃ−を充電器と接続することで、この充電端
Ｔ２２の第二ＯＮ抵抗を制御する。これにより、第二ＦＥＴ２２のドレイン側と接続された第一ＦＥＴ２１のゲート電圧を制御することができ、もって第一ＦＥＴ２１の第一ＯＮ抵抗を制御する。また、この第一ＦＥＴ２１の第一ＯＮ抵抗は、充電経路ＣＬ上に配置された電流検出抵抗器１６によって電流値を計測することで監視される。コントローラ部３は、充電電流が所望の値となるようにフィードバック制御することで、定電流充電が実現される。
【００３９】
コントローラ部３は、第二ＦＥＴ２２のゲート電圧をＰＷＭ制御することで、第二ＦＥＴ２２の第二ＯＮ抵抗を制御する。これにより、第二ＦＥＴ２２のドレイン側と接続された第一ＦＥＴ２１のゲート電圧を制御することができ、もって第一ＦＥＴ２１の第一ＯＮ抵抗を制御する。また、この第一ＦＥＴ２１の第一ＯＮ抵抗は、充電経路ＣＬ上に配置された電流検出抵抗器１６によって電流値を計測することで監視される。コントローラ部３は、充電電流が所望の値となるようにフィードバック制御することで、定電流充電が実現される。
【００４０】
一方、第二ＦＥＴ２２のゲート側には、低域通過回路２６が設けられる。この低域通過回路２６により、コントローラ部３からのＰＷＭ制御によるリップル電圧の変動による影響が軽減される。低域通過回路２６は、ＣＲ回路等のローパスフィルタで構成できる。
（第二ＯＮ抵抗の線形領域の拡張）
【００４１】
ＦＥＴのゲート−ソース間電圧ＶGSとドレイン−ソース間ＯＮ抵抗ＲDSの関係を図２のグラフに示す。この図に示すように、ドレイン−ソース間ＯＮ抵抗ＲDSは、線形領域と呼ばれる急峻な勾配を有している。この線形領域を破線で示すように拡張するために、いいかえると勾配が緩やかとなるように、図１０の回路図において第一ＦＥＴ２１のドレインーソース間に対して並列に、第三抵抗器２４を配置している。この第三抵抗器２４は、第一ＦＥＴ２１のゲート側と第三ＦＥＴ２３のドレイン側との間に接続されている。これにより、第二ＦＥＴ２２の第二ＯＮ抵抗の線形領域を広げて、充電電流のリップル変動を小さくできる。なお、この第三抵抗器２４は、第二ＦＥＴ２２をＰＷＭ制御する際に必要となる一方で、第二ＦＥＴ２２を完全にＯＮ又はＯＦＦさせた際には不要となる。このため、第三抵抗器２４を必要に応じて機能させるように、第三ＦＥＴ２３を設けている。
（熱制御）
【００４２】
このように第一ＦＥＴ２１を抵抗体として機能させることで、充電電流制限を行うことができる。その一方で、第一ＦＥＴ２１が発熱した場合に、所期の充電電流を流せないことが考えられる。例えば二次電池セルが寿命に近付き、その電圧値が充電電圧に対して相
当低い場合に、第一ＦＥＴ２１の電圧が高くなって発熱することが考えられる。そこで、図１０の例においては、第一ＦＥＴ２１での損失を一定にする定電力充電を行うことで、このような場合でも第一ＦＥＴ２１の能力を最大限に引き出すことが可能となる。
【００４３】
ここで第一ＦＥＴ２１の損失Ｐは、充電器が出力する電圧Ｖinと二次電池セルの電圧Ｖbatとの差に、充電電流Ｉchを乗じることで算出できる。それぞれの値は、電圧検出抵抗器１８を用いた電圧計側、分圧抵抗器による電圧計測、電流検出抵抗器１６による電流検出によって測定できる。
【００４４】
以上のように本実施形態に係る電池パックでは、充電電流と二次電池電圧と充電電源電圧を計測しフィードバック制御を行うことで、任意の状態で、任意の充電電流に制御することができる。また、電流制限を担う充電ＦＥＴの能力を最大限に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る電池パック及びその充電制御方法は、ノート型パソコン、携帯電話、携帯型ＤＶＤプレーヤ、携帯型カーナビ、携帯音楽プレーヤ、電動工具、アシスト自転車等の電池で駆動される機器用の、充放電可能な電池パックとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１００…電池パック
１…電池
２…入出力スイッチ
３…コントローラ部
５…ヒューズ
１０…電池ブロック
１１…充電スイッチ（充電用ＦＥＴ）
１２…放電スイッチ（放電用ＦＥＴ）
１３…検出部
１４…制御部
１５…通信部
１６…電流検出抵抗
１７…温度センサ
１８…電圧検出抵抗器
２０…充電電流制限部
２１…第一ＦＥＴ
２２…第二ＦＥＴ
２３…第三ＦＥＴ
２４…第三抵抗器
２５…緩和回路
２６…低域通過回路
２６ａ…抵抗器
２６ｂ…コンデンサ
ＣＬ…充電経路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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