JP2009183105A - 充電制御回路、電池パック、及び充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池を充電に適した温度を超えて高温にさせないことにより劣化を低減すると共に、充電電圧の低下により充電容量が充分に得られなくなるおそれを低減することができる充電制御回路、電池パック、及び充電システムを提供する。
【解決手段】組電池１４の温度を検出する温度センサ１７と、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が、当該組電池１４の充電に適した温度である標準温度域の範囲内であるとき、組電池１４の温度が当該標準温度域の上限温度を超えないように、充電装置３から組電池１４へ供給させる充電電流Ｉｃを調節する電流設定部２１３を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電を制御する充電制御回路、及びこれを備えた電池パック、充電システムに関する。

二次電池には、充電に適した好適な温度範囲が存在する。そして、このような好適な温度範囲外で充電を行うと、二次電池の劣化が促進される。特に、好適な温度範囲を超える高温時に充電を行った場合において、二次電池の劣化が顕著となる。そこで、電池温度がこのような好適な温度範囲を超えて高温状態にあるときは、充電電流を減少させることで、二次電池の劣化を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、二次電池の中でも、特にリチウムイオン二次電池については、電池工業会（BAJ : Battery Association of Japan）によって、安全性の観点から、充電に適した標準温度域として１０℃以上４５℃以下が規定され、この標準温度域を超えた高温度域においては、充電電圧を低下させることが推奨されている（非特許文献１参照。）。
特開平９−１６３６１８号公報 社団法人電池工業会発行「ノート型ＰＣにおけるリチウムイオン二次電池の安全利用に関する手引き書」

しかしながら、例えば特許文献１に記載の技術では、充電電流を減少させることで二次電池の劣化を低減できるものの、充電に好適な温度範囲を超えて二次電池の温度が上昇した状態で充電される場合があり、好ましくない。また、安全性の観点から、標準温度域外において充電電圧を低下させると、二次電池を満充電にすることができず、充電容量が低下してしまうという不都合があった。

本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、二次電池を充電に適した温度を超えて高温にさせないことにより劣化を低減すると共に、充電電圧の低下により充電容量が充分に得られなくなるおそれを低減することができる充電制御回路、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。

本発明に係る充電制御回路は、二次電池を充電する充電部の動作を制御する充電制御回路であって、前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度が、当該二次電池の充電に適した温度として予め設定された好適温度の範囲内であるとき、前記二次電池の温度が当該好適温度範囲の上限温度を超えないように、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を調節する制御部とを備える。

二次電池に流れる充電電流が増減すると、二次電池の発熱量も増減する。従って、この構成によれば、制御部によって、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えないように充電電流が調節されるので、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えた状態で充電されることがなくなる結果、二次電池の劣化を低減することができる。また、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えなければ充電電圧を低下させる必要がないので、充電電圧の低下により充電容量が充分に得られなくなるおそれを低減することができる。

また、前記制御部は、前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度が、前記好適温度の範囲内であって、かつ当該好適温度範囲の上限温度との差が予め設定された予備温度差以下である予備高温領域の範囲外であった場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を予め設定された標準電流値に設定し、当該二次電池の温度が当該予備高温領域の範囲内であった場合、当該充電電流を前記標準電流値より少ない電流値に設定する電流設定部を備えることが好ましい。

この構成によれば、二次電池の温度が好適温度の範囲内であって、かつ予備高温領域の範囲外である場合、すなわち二次電池の温度と好適温度範囲の上限温度との間に予備温度差を超える温度差が存在し、二次電池の温度が当該上限温度を超えるおそれが少ないと考えられる場合には、二次電池の温度が予備高温領域の範囲内である場合より大きい電流値である標準電流値で二次電池が充電されるので、二次電池の充電時間が増大するおそれが低減される。また、二次電池の温度が予備高温領域の範囲内であり、すなわち二次電池の温度と好適温度範囲の上限温度との差が予備温度差以下であるために二次電池の温度が当該上限温度を超えるおそれが高いと考えられる場合には、充電電流が減少されて二次電池の発熱が低減される結果、二次電池の温度が当該好適温度範囲の上限温度を超えないように、二次電池の充電電流が調節される。

また、前記二次電池に流れる電流値と当該二次電池の温度上昇値との関係を示す温度上昇情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記充電部による前記二次電池の充電を開始する際に、前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度と前記上限温度との差に相当する前記温度上昇値に対応する電流値を、前記記憶部に記憶されている温度上昇情報に基づいて取得すると共に前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流として設定する充電電流設定部を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、充電電流設定部によって、二次電池の充電が開始される際に、実際の二次電池の温度と上限温度との差に相当する温度上昇を生じる電流値が、二次電池の充電電流として設定されるので、二次電池の温度が上限温度を超えて上昇するおそれが低減される。

また、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記制御部は、前記充電電流設定部により設定された充電電流を、前記充電部によって前記二次電池へ供給させる定電流充電を実行し、当該定電流充電の実行中に前記電圧検出部により検出された二次電池の端子電圧が予め設定された基準電圧値以上になった場合、前記充電部によって当該基準電圧値の充電電圧を前記二次電池へ供給させる定電圧充電を実行する定電流定電圧充電制御部をさらに備え、前記温度上昇情報は、充電深度が０％の前記二次電池を所定の電流値で充電した場合に、当該充電を開始してから当該二次電池の端子電圧が前記基準電圧値になるまでの温度上昇値を、当該電流値と対応付けたものであることが好ましい。

この構成によれば、温度上昇情報によって、充電深度が０％の二次電池を、所定の電流値で充電した場合に当該充電を開始してから二次電池の端子電圧が基準電圧になるまでの温度上昇値が、当該電流値と対応付けられている。そして、充電部により二次電池の充電が開始される際には、例えば長期間使用機器に装着されたままで、二次電池の完全放電状態を示す充電深度０％よりも低い過放電状態から充電する場合も考えられるが、過放電状態から充電深度０％までの充電量は僅かであるため過放電状態から充電深度０％までの充電に伴う温度上昇は極めて少なく、考慮する必要がない。従って、電流設定部によって、二次電池が充電深度０％以上の充電深度から充電が開始される際に、温度上昇情報により二次電池の温度と上限温度との差に相当する温度上昇値と対応付けられた電流値が、電流設定部によって、二次電池の充電電流として設定される結果、二次電池の端子電圧が基準電圧値以上になって定電圧充電が開始されるまでに、温度上昇値二次電池の温度が上限温度を超えて上昇するおそれが低減される。

そして、定電圧充電に移行すると、充電が進むにつれて充電電流は徐々に減少し、二次電池の発熱も徐々に減少するので、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えることない。そうすると、充電電圧を低下させることなく定電圧充電を実行することができるので、充電電圧の低下により充電容量が充分に得られなくなるおそれを低減することができる。

また、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記温度検出部によって検出された二次電池の温度が前記好適温度範囲の下限値に満たず、かつ前記電圧検出部により検出された二次電池の端子電圧が予め設定された制限電圧値に満たない場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を予め設定された設定電流値に設定し、当該温度が前記好適温度範囲の下限値に満たず、かつ当該端子電圧が前記制限電圧値を超える場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を前記設定電流値より少ない制限電流値に設定する低温用電流設定部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、二次電池の温度が好適温度範囲の下限値に満たないものの、二次電池の端子電圧が制限電圧値に満たない低電圧であるために二次電池の劣化が少ないと考えられるときは、制限電流値より大きな設定電流値で二次電池が充電される。そして、二次電池の温度が好適温度範囲の下限値に満たず、かつ二次電池の端子電圧が制限電圧値を超え、二次電池の劣化が生じるおそれが大きいと考えられる場合には、二次電池の充電電流が設定電流値から制限電流値に減少されて、充電が行われる。これにより、二次電池の劣化が少ないと考えられるときは、充電電流を増大させて充電時間を短縮しつつ、二次電池の劣化が生じるおそれが大きいと考えられるときは、充電電流を減少させて二次電池の劣化を低減することができる。

また、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池に流れる電流値と当該二次電池の温度上昇値との関係を示す温度上昇情報を記憶する記憶部と、前記温度検出部によって検出された二次電池の温度が前記好適温度範囲の下限値に満たず、かつ前記電圧検出部により検出された二次電池の端子電圧が予め設定された制限電圧値に満たない場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を予め設定された設定電流値に設定し、当該温度が前記好適温度範囲の下限値に満たず、かつ当該端子電圧が前記制限電圧値を超える場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を前記設定電流値より少ない制限電流値に設定する低温用電流設定部とをさらに備え、前記制御部は、前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度が、前記好適温度の範囲外から範囲内になったとき、当該検出された温度と前記好適温度範囲の上限温度との差に相当する前記温度上昇値に対応する電流値を、前記記憶部に記憶されている温度上昇情報に基づいて取得すると共に前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流として設定する充電電流設定部を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、二次電池の温度が好適温度範囲の下限値に満たないものの、二次電池の端子電圧が制限電圧値に満たない低電圧であるために二次電池の劣化が少ないと考えられるときは、制限電流値より大きな設定電流値で二次電池が充電される。そして、二次電池の温度が好適温度範囲の下限値に満たず、かつ二次電池の端子電圧が制限電圧値を超え、二次電池の劣化が生じるおそれが大きい場合には、二次電池の充電電流が設定電流値から制限電流値に減少されて、充電が行われる。これにより、二次電池の劣化が少ないと考えられるときは、充電電流を増大させて充電時間を短縮しつつ、二次電池の劣化が生じるおそれが大きいときは、充電電流を減少させて二次電池の劣化を低減することができる。さらに、二次電池の温度が、前記好適温度の範囲外から範囲内になったとき、実際の二次電池の温度と上限温度との差に相当する温度上昇を生じる電流値が、二次電池の充電電流として設定されるので、二次電池の温度が上限温度を超えて上昇するおそれが低減される。

また、本発明に係る電池パックは、上述の充電制御回路と、前記二次電池とを備える。

また、本発明に係る充電システムは、上述の充電制御回路と、前記二次電池と、前記充電部とを備える。

この電池パック及び充電システムによれば、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えないように、充電電流が調節されるので、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えた状態で充電されることがなくなる結果、二次電池の劣化を低減することができる。また、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えなければ充電電圧を低下させる必要がないので、充電電圧の低下により充電容量が充分に得られなくなるおそれを低減することができる。

このような構成の充電制御回路、電池パック、及び充電システムによれば、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えないように、充電電流が調節されるので、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えた状態で充電されることがなくなる結果、二次電池の劣化を低減することができる。また、二次電池の温度が好適温度範囲の上限温度を超えなければ充電電圧を低下させる必要がないので、充電電圧の低下により充電容量が充分に得られなくなるおそれを低減することができる。

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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る充電制御回路を備えた電池パック、及び充電システムの構成の一例を示すブロック図である。図１に示す充電システム１は、電池パック２と充電装置３（充電部）とが組み合わされて構成されている。なお、この充電システム１は、電池パック２から給電が行われる図示しない負荷装置をさらに含めて、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、等の電子機器システムとして構成されてもよい。その場合、電池パック２は、図１では充電装置３から充電が行われるけれども、該電池パック２が前記負荷装置に装着されて、負荷装置を通して充電が行われてもよい。

電池パック２は、接続端子１１，１２，１３、組電池１４（二次電池）、電流検出抵抗１６（電流検出部）、充電制御回路４、通信部２０３、及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備えている。また、充電制御回路４は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０１、制御部２０２、電圧検出回路１５（電圧検出部）、及び温度センサ１７（温度検出部）を備えている。

なお、充電システム１は、必ずしも電池パック２と充電装置３とに分離可能に構成されるものに限られず、充電システム１全体で一つの充電制御回路４が構成されていてもよい。また、充電制御回路４を、電池パック２と充電装置３とで分担して備えるようにしてもよい。

充電装置３は、接続端子３１，３２，３３、制御ＩＣ３４、及び充電電流供給部３５を備えている。制御ＩＣ３４は、通信部３６と制御部３７とを備えている。充電電流供給部３５は、制御部３７からの制御信号に応じた電流を、接続端子３１，３２を介して電池パック２へ供給する電源回路である。制御部３７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成された制御回路である。

電池パック２及び充電装置３は、給電を行う直流ハイ側の接続端子１１，３１と、通信信号用の接続端子１３，３３と、給電および通信信号のための接続端子１２，３２とによって相互に接続される。通信部２０３，３６は、接続端子１３，３３を介して互いにデータ送受信可能に構成された通信インターフェイス回路である。

電池パック２では、接続端子１１は、充電用のスイッチング素子Ｑ２と放電用のスイッチング素子Ｑ１とを介して組電池１４の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばｐチャネルのＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１は、寄生ダイオードのカソードが組電池１４の方向にされている。また、スイッチング素子Ｑ２は、寄生ダイオードのカソードが接続端子１１の方向にされている。

また、接続端子１２は、電流検出抵抗１６を介して組電池１４の負極に接続されており、接続端子１１からスイッチング素子Ｑ２，Ｑ１、組電池１４、及び電流検出抵抗１６を介して接続端子１２に至る電流経路が構成されている。

電流検出抵抗１６は、組電池１４の充電電流および放電電流を電圧値に変換する。組電池１４は、複数、例えば三個の二次電池１４１，１４２，１４３が直列に接続された組電池である。二次電池１４１，１４２，１４３は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池である。なお、組電池１４は、例えば単電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。

温度センサ１７は、二次電池１４１，１４２，１４３の温度を検出する温度センサである。そして、二次電池１４１，１４２，１４３の温度は温度センサ１７によって検出され、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。また、組電池１４の端子電圧Ｖｔ、及び二次電池１４１，１４２，１４３の各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は電圧検出回路１５によってそれぞれ検出され、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。

さらにまた、電流検出抵抗１６によって検出された充放電電流Ｉｃの電流値も、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。アナログデジタル変換器２０１は、各入力値をデジタル値に変換して、制御部２０２へ出力する。

制御部２０２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、制御部２０２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、保護制御部２１１、充電制御部２１２（定電流定電圧充電制御部）、電流設定部２１３、及び低温用電流設定部２１４として機能する。

保護制御部２１１は、アナログデジタル変換器２０１からの各入力値から、接続端子１１，１２間の短絡及び充電装置３からの異常電流などの電池パック２の外部における異常や、組電池１４の異常な温度上昇等の異常を検出する。具体的には、例えば、電流検出抵抗１６によって検出された電流値が、予め設定された異常電流判定閾値を超えると、接続端子１１，１２間の短絡や充電装置３からの異常電流に基づく異常が生じたと判定し、例えば温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が予め設定された異常温度判定閾値を超えると、組電池１４の異常が生じたと判定する。そして、保護制御部２１１は、このような異常を検出した場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフさせて、過電流や過熱等の異常から、組電池１４を保護する保護動作を行う。

また、保護制御部２１１は、例えば電圧検出回路１５により検出された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のいずれかが、二次電池の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧Ｖｏｆｆ以下になった場合、スイッチング素子Ｑ１をオフさせて、過放電による二次電池１４１，１４２，１４３の劣化を防止するようになっている。放電禁止電圧Ｖｏｆｆは、例えば２．５０Ｖに設定されている。

充電制御部２１２は、アナログデジタル変換器２０１からの各入力値に応答して、充電装置３に対して、出力を要求する充電電流の電圧値、電流値を演算し、通信部２０３から接続端子１３，３２を介して充電装置３へ送信することで、例えばＣＣＣＶ（定電流定電圧）充電を行う。

具体的には、充電制御部２１２は、例えば、電流設定部２１３及び低温用電流設定部２１４によって設定された電流値の充電電流Ｉｃを、充電装置３から供給させることにより定電流充電を実行する。そして、組電池１４の端子電圧Ｖｔが予め設定された充電終止電圧Ｖｆ（基準電圧値）に達すると、充電装置３から充電終止電圧Ｖｆを充電電圧として印加させることで組電池１４を充電する定電圧充電に切り替える。そして、充電制御部２１２は、組電池１４に流れる充電電流Ｉｃが充電終止電流値Ｉａ以下になると、組電池１４が満充電になったものと判定して充電を終了する。

充電終止電流値Ｉａは、二次電池の公称容量値ＮＣを定電流で放電して、１時間で当該二次電池の残容量がゼロとなる電流値を１Ｉｔ（＝電池容量（Ａｈ）／１（ｈ））とすると、例えば、０．０５Ｉｔ程度に設定されている。

充電終止電圧Ｖｆは、二次電池１４１，１４２，１４３がリチウムイオン二次電池の場合、例えば、二次電池１４１，１４２，１４３の負極電位が実質的に０Ｖになったときの、正極電位と負極電位との電位差すなわち二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を基準電圧Ｖｅとしたとき、基準電圧Ｖｅに直列セル数ＳＮを乗じた電圧が用いられる。基準電圧Ｖｅは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いたときに約４．２Ｖ、正極活物質としてマンガン酸リチウムを用いたときに約４．３Ｖとなる。例えば基準電圧Ｖｅが約４．２Ｖであれば、充電終止電圧Ｖｆとして、例えば４．２Ｖ×３＝１２．６Ｖが予め設定されている。

なお、充電制御部２１２の充電方法はＣＣＣＶ充電に限られず、定電流充電の後にパルス状に充電電流を供給するパルス充電を行うものや、定電流充電の後に微少電流により充電を行うトリクル充電等を行うもの等、種々の充電方式を用いることができる。また、図略の負荷回路へ負荷電流を供給しながら組電池１４を充電する構成であってもよい。

図２は、組電池１４の温度と充電電流Ｉｃとの関係を示す説明図である。電流設定部２１３は、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が、例えばＢＡＪにより推奨されている標準温度域（好適温度範囲）である１０℃以上４５℃以下の範囲内であって、かつ当該標準温度域の上限温度（４５℃）との差が予め設定された予備温度差（例えば５℃）以下である予備高温領域（４０℃以上４５℃以下）の範囲外であった場合、充電制御部２１２による定電流充電における充電電流Ｉｃを、電流値Ｉｃｃ（標準電流値）に設定する（図２におけるグラフＧ１）。

電流値Ｉｃｃは、例えば０．７Ｉｔに設定されている。なお、複数のセルが並列接続されて組電池１４が構成されている場合、例えば、０．７Ｉｔに並列セル数ＰＮを乗算した電流値が、電流値Ｉｃｃとして用いられる。具体的には、電流値Ｉｃｃは、例えば公称容量値ＮＣ＝２６００ｍＡｈで、２個並列であるとき、７０％で３６４０ｍＡに設定されている。

また、電流設定部２１３は、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が、予備高温領域（４０℃以上４５℃以下）の範囲内であった場合、定電流充電における充電電流Ｉｃを、例えば０．２Ｉｔに設定された予備高温用電流値Ｉｘ１に減少させる（図２におけるグラフＧ２）。予備高温用電流値Ｉｘ１としては、例えば、予備高温用電流値Ｉｘ１で充電されることによる組電池１４の発熱量と、組電池１４の放熱量とがバランスして組電池１４の温度が、４５℃を超える高温領域に達しない電流値が予め設定されている。

低温用電流設定部２１４は、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が標準温度域（１０℃以上４５℃以下）の下限値（１０℃）に満たず、かつ電圧検出回路１５により検出された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が予め設定された制限電圧値Ｖｘ（例えば４．０５Ｖ）に満たない場合、定電流充電における充電電流Ｉｃを、予め設定された設定電流値Ｉｃｃ（例えば０．７Ｉｔ）に設定する（図２におけるグラフＧ３）。

また、低温用電流設定部２１４は、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が標準温度域（１０℃以上４５℃以下）の下限値（１０℃）に満たず、かつ電圧検出回路１５により検出された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち少なくとも一つが制限電圧値Ｖｘ（例えば４．０５Ｖ）を超える場合、定電流充電における充電電流Ｉｃを、設定電流値Ｉｃｃ（例えば０．７Ｉｔ）より少ない制限電流値Ｉｘ２に設定する（図２におけるグラフＧ４）。

制限電流値Ｉｘ２としては、例えば予備高温用電流値Ｉｘ１と同じ電流値（例えば０．２Ｉｔ）を制限電流値Ｉｘ２として設定してもよく、予備高温用電流値Ｉｘ１とは異なる電流値（例えば０．３５Ｉｔ）を制限電流値Ｉｘ２として設定してもよい。また、制限電圧値Ｖｘとしては、充電に適さない低温域（０℃以上１０℃未満）において、二次電池の劣化が大きな問題にならない程度の電圧値が予め設定されている。制限電圧値や制限電流値としては、例えばＢＡＪの推奨値を用いることができる。

充電装置３では、制御部２０２からの要求を、制御ＩＣ３４において、通信部３６で受信し、制御部３７が充電電流供給部３５を制御して、制御部２０２からの要求に応じた電圧値、及び電流値で、充電電流供給部３５から充電電流を出力させる。充電電流供給部３５は、ＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどを用いて構成され、例えば商用交流電源電圧から、制御部３７で指示された充電電圧及び充電電流を生成し、接続端子３１，１１；３２，１２を介して電池パック２へ供給する。

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の動作の一例を示す説明図である。まず、例えば温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が、１０℃に満たない低温度域であり、かつ電圧検出回路１５により検出された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が予め設定された制限電圧値Ｖｘ（例えば４．０５Ｖ）に満たない場合、低温用電流設定部２１４により例えば０．７Ｉｔの電流値Ｉｃｃが充電電流Ｉｃとして設定され、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃを要求する要求信号が送信される。そうすると、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃが充電電流供給部３５から出力されて組電池１４が定電流充電される（タイミングＴ１）。

そして、充電に伴い組電池１４の端子電圧Ｖｔが上昇し、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが制限電圧値Ｖｘ（例えば４．０５Ｖ×ＳＮ、セルあたりの端子電圧が４．０５Ｖ）を超えると、低温用電流設定部２１４により例えば０．３５Ｉｔの制限電流値Ｉｘ２が充電電流Ｉｃとして設定され、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、制限電流値Ｉｘ２の充電電流Ｉｃを要求する要求信号が送信される。そうすると、充電電流供給部３５によって、充電電流Ｉｃが制限電流値Ｉｘ２に減少されて、定電流充電が実行される（タイミングＴ２）。

これにより、組電池１４の温度が、充電に適さない低温域（０℃以上１０℃未満）において、端子電圧Ｖｔが制限電圧値Ｖｘ以下の場合は、充電電流Ｉｃを増大させて充電時間を短縮しつつ、端子電圧Ｖｔが制限電圧値Ｖｘを超えると、充電電流Ｉｃを減少させて組電池１４の劣化を低減することができる。

そして、充電電流Ｉｃが組電池１４を流れることにより温度が上昇し、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が標準温度域の下限である１０℃に達すると、電流設定部２１３により例えば０．７Ｉｔの電流値Ｉｃｃが充電電流Ｉｃとして設定され、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃを要求する要求信号が送信される。そうすると、充電電流供給部３５によって、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃが供給されて、定電流充電が実行される（タイミングＴ３）。これにより、充電に適した標準温度域内における予備高温領域外の温度範囲では、充電電流Ｉｃを増大させて充電時間を短縮することができる。

なお、タイミングＴ２において、組電池１４の温度が１０℃以上になる前に、端子電圧Ｖｔが制限電圧値Ｖｘを超える例を示したが、端子電圧Ｖｔが制限電圧値Ｖｘを超える前に組電池１４の温度が１０℃以上になった場合には、タイミングＴ２〜Ｔ３においても充電電流Ｉｃは電流値Ｉｃｃのまま維持される。

さらに、充電電流Ｉｃが組電池１４を流れることにより温度が上昇し、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が４０℃になって予備高温領域（４０℃以上４５℃以下）の下限である４０℃に達すると、電流設定部２１３により例えば予備高温用電流値Ｉｘ１が充電電流Ｉｃとして設定され、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、予備高温用電流値Ｉｘ１の充電電流Ｉｃを要求する要求信号が送信される。そうすると、充電電流供給部３５によって、充電電流Ｉｃが予備高温用電流値Ｉｘ１に減少されて、定電流充電が実行される（タイミングＴ４）。

予備高温用電流値Ｉｘ１は、組電池１４の温度が、４５℃を超える高温領域に達しない電流値が予め設定されているから、タイミングＴ４以降、組電池１４の温度上昇が抑制されて、組電池１４の温度が標準温度域（１０℃以上４５℃以下）内に維持される。そうすると、例えばＢＡＪで推奨されているように組電池１４の温度が標準温度域外になって充電電圧を低下させる必要が生じないので、端子電圧Ｖｔが充電終止電圧Ｖｆになるまで定電流充電を継続することが可能となる。

そして、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが充電終止電圧Ｖｆに達すると、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、充電終止電圧Ｖｆの充電電圧を要求する要求信号が送信される。そうすると、充電電流供給部３５によって、充電終止電圧Ｖｆが出力されて、定電圧充電が開始される（タイミングＴ５）。

定電圧充電に移行すると、充電が進むにつれて充電電流Ｉｃは徐々に減少し、組電池１４の発熱も徐々に減少するので、以後、組電池１４の温度は標準温度域内に維持される。そうすると、定電圧充電において、充電電圧を低下させることなく充電終止電圧Ｖｆで充電を継続することが可能となる。

そして、電流検出抵抗１６で検出された充電電流Ｉｃが充電終止電流値Ｉａ以下になると、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、充電の終了を要求する要求信号が送信される。そうすると、充電電流供給部３５によって、充電電流Ｉｃがゼロにされて充電動作が終了する（タイミングＴ６）。

このとき、組電池１４の温度が標準温度域で維持されるので、充電電圧を低下させることなく充電終止電圧Ｖｆで満充電になるまで充電することができる結果、充電電圧の低下により充電容量が充分に得られなくなるおそれを低減することができる。

充電電流Ｉｃが０．７Ｉｔ、０．５Ｉｔ、０．４Ｉｔ、０．３Ｉｔ、０．２Ｉｔに対する充電完了までの温度上昇の一例を示すと、それぞれ７．５℃、４．８℃、３．５℃、２．８℃、２．０℃なので、予備高温領域として、例えば４０℃以上４３℃未満の第１予備高温領域と、４３℃以上４５℃未満の第２予備高温領域とを設け、第１予備高温領域においては充電電流Ｉｃを０．５Ｉｔとし、第２予備高温領域においては充電電流Ｉｃを０．２Ｉｔとする、というように、段階的に予備高温用電流値を減少させるようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る充電制御回路を備えた電池パック、及び充電システムについて説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る充電制御回路４ａを備えた電池パック２ａ、及び充電システム１ａの構成の一例を示すブロック図である。図４に示す充電システム１ａと図１に示す充電システム１とでは、制御部２０２ａが、電流設定部２１３の代わりに充電電流設定部２１５を備える点、及び記憶部２１６を備える点で異なる。

記憶部２１６は、例えばＲＯＭを用いて構成されている。記憶部２１６には、充電深度が０％の組電池１４を、所定の電流値で充電した場合に当該充電を開始してから組電池１４の端子電圧Ｖｔが充電終止電圧Ｖｆ（基準電圧）になるまでの温度上昇値を、当該電流値と対応付けた温度上昇情報が、例えば実験的に求められて、予め記憶されている。

充電電流設定部２１５は、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が、標準温度域の範囲外から範囲内になったとき、当該検出された組電池１４の温度と標準温度域の上限温度（例えば４５℃）との差に相当する温度上昇値に対応する電流値を、記憶部２１６に記憶されている温度上昇情報に基づいて制限電流値Ｉｙとして取得すると共に、充電装置３から供給させる充電電流Ｉｃを制限電流値Ｉｙに設定する。

その他の構成は図１に示す充電システム１と同様であるのでその説明を省略し、以下図４に示す充電システム１ａの特徴的な動作について説明する。図５は、図４に示す充電システム１ａの動作の一例を示す説明図である。また、図６は、充電システム１ａにおける組電池１４の温度と充電電流Ｉｃとの関係を示す説明図である。

まず、タイミングＴ１、Ｔ２における低温用電流設定部２１４の動作は、図１に示す低温用電流設定部２１４における動作と同様であるので、その説明を省略する。

そして、充電電流Ｉｃが組電池１４を流れることにより温度が上昇し、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度ｔが１０℃に達して標準温度域内になると、充電電流設定部２１５によって、標準温度域の上限温度（例えば４５℃）と温度ｔとの差（この場合３５℃）に相当する温度上昇値に対応する電流値が制限電流値Ｉｙとして、記憶部２１６に記憶されている温度上昇情報に基づいて取得される。

なお、図５においては、温度上昇情報が、図６に示すグラフＧ５で示される場合の例を、示している。一方、例えば、温度上昇情報が図６に示すグラフＧ６で示される場合、タイミングＴ３１〜Ｔ５においても、充電電流Ｉｃは電流値Ｉｃｃとなる。

さらに充電電流設定部２１５によって、制限電流値Ｉｙが、充電電流Ｉｃとして設定され、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、制限電流値Ｉｙの充電電流Ｉｃを要求する要求信号が送信される。そうすると、充電電流供給部３５によって、制限電流値Ｉｙの充電電流Ｉｃが供給されて、定電流充電が実行される（タイミングＴ３１）。

ここで、記憶部２１６に記憶されている温度上昇情報によれば、充電深度が０％の組電池１４を、所定の電流値で充電した場合に当該充電を開始してから組電池１４の端子電圧Ｖｔが充電終止電圧Ｖｆ（基準電圧）になるまでの温度上昇値が、当該電流値と対応付けられている。そして、タイミングＴ３１における組電池１４の充電深度は、０％を下回ることはなく、必ず０％以上である。

従って、タイミングＴ３１において、温度上昇情報によって標準温度域の上限温度と温度ｔとの差に相当する温度上昇値に対応付けられている電流値を、制限電流値Ｉｙとして設定すれば、以降、制限電流値Ｉｙの充電電流Ｉｃで組電池１４を充電しても、端子電圧Ｖｔが充電終止電圧Ｖｆに達して充電制御部２１２により定電圧充電が開始されるタイミングＴ５までの期間に、組電池１４の温度が標準温度域の上限値を超えることはない。

これにより、タイミングＴ３１以降、組電池１４の温度が標準温度域（１０℃以上４５℃以下）内に維持される。そうすると、例えばＢＡＪで推奨されているように組電池１４の温度が標準温度域外になって充電電圧を低下させる必要が生じないので、端子電圧Ｖｔが充電終止電圧Ｖｆになるまで定電流充電を継続することが可能となる。

そして、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが充電終止電圧Ｖｆに達すると、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、充電終止電圧Ｖｆの充電電圧を要求する要求信号が送信される。そうすると、充電電流供給部３５によって、充電終止電圧Ｖｆが出力されて、定電圧充電が開始される（タイミングＴ５）。

定電圧充電に移行すると、充電が進むにつれて充電電流Ｉｃは徐々に減少し、組電池１４の発熱も徐々に減少するので、以後、組電池１４の温度は標準温度域内に維持される。そうすると、定電圧充電において、充電電圧を低下させることなく充電終止電圧Ｖｆで充電を継続することが可能となる。

そして、電流検出抵抗１６で検出された充電電流Ｉｃが充電終止電流値Ｉａ以下になると、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、充電の終了を要求する要求信号が送信される。そうすると、充電電流供給部３５によって、充電電流Ｉｃがゼロにされて充電動作が終了する（タイミングＴ６）。

このとき、組電池１４の温度が標準温度域で維持されるので、充電電圧を低下させることなく充電終止電圧Ｖｆで満充電になるまで充電することができる結果、充電電圧の低下により充電容量が充分に得られなくなるおそれを低減することができる。

なお、充電電流設定部２１５は、組電池１４の温度が標準温度域の範囲外から範囲内になったときに制限電流値Ｉｙの設定を行う例に限られず、組電池１４の充電を開始する際に、温度上昇情報に基づいて制限電流値Ｉｙを取得すると共に制限電流値Ｉｙを充電電流Ｉｃとして設定するようにしてもよい。そうすることにより、標準温度域での充電を継続することができる。

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、等の電池搭載装置において、二次電池の充電を制御する充電制御回路、及びこれを備えた電池パック、充電システムとして好適に利用することができる。

本発明の第１実施形態に係る充電制御回路を備えた電池パック、及び充電システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す組電池の温度と充電電流との関係を示す説明図である。 図１に示す充電システムの動作の一例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る充電制御回路を備えた電池パック、及び充電システムの構成の一例を示すブロック図である。 図４に示す充電システムの動作の一例を示す説明図である。 図４に示す充電システムにおける組電池の温度と充電電流との関係を示す説明図である。

符号の説明

１，１ａ 充電システム
２，２ａ 電池パック
３ 充電装置
４，４ａ 充電制御回路
１４ 組電池
１５ 電圧検出回路
１６ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
３５ 充電電流供給部
１４１，１４２，１４３ 二次電池
２０２，２０２ａ 制御部
２１１ 保護制御部
２１２ 充電制御部
２１３ 電流設定部
２１４ 低温用電流設定部
２１５ 充電電流設定部
２１６ 記憶部

Claims (8)

1. 二次電池を充電する充電部の動作を制御する充電制御回路であって、
   前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度が、当該二次電池の充電に適した温度として予め設定された好適温度の範囲内であるとき、前記二次電池の温度が当該好適温度範囲の上限温度を超えないように、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を調節する制御部と
   を備えることを特徴とする充電制御回路。
2. 前記制御部は、
   前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度が、前記好適温度の範囲内であって、かつ当該好適温度範囲の上限温度との差が予め設定された予備温度差以下である予備高温領域の範囲外であった場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を予め設定された標準電流値に設定し、当該二次電池の温度が当該予備高温領域の範囲内であった場合、当該充電電流を前記標準電流値より少ない電流値に設定する電流設定部を備えること
   を特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
3. 前記二次電池に流れる電流値と当該二次電池の温度上昇値との関係を示す温度上昇情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記充電部による前記二次電池の充電を開始する際に、前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度と前記上限温度との差に相当する前記温度上昇値に対応する電流値を、前記記憶部に記憶されている温度上昇情報に基づいて取得すると共に前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流として設定する充電電流設定部を備えること
   を特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
4. 前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記充電電流設定部により設定された充電電流を、前記充電部によって前記二次電池へ供給させる定電流充電を実行し、当該定電流充電の実行中に前記電圧検出部により検出された二次電池の端子電圧が予め設定された基準電圧値以上になった場合、前記充電部によって当該基準電圧値の充電電圧を前記二次電池へ供給させる定電圧充電を実行する定電流定電圧充電制御部をさらに備え、
   前記温度上昇情報は、
   充電深度が０％の前記二次電池を所定の電流値で充電した場合に、当該充電を開始してから当該二次電池の端子電圧が前記基準電圧値になるまでの温度上昇値を、当該電流値と対応付けたものであること
   を特徴とする請求項３記載の充電制御回路。
5. 前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記温度検出部によって検出された二次電池の温度が前記好適温度範囲の下限値に満たず、かつ前記電圧検出部により検出された二次電池の端子電圧が予め設定された制限電圧値に満たない場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を予め設定された設定電流値に設定し、当該温度が前記好適温度範囲の下限値に満たず、かつ当該端子電圧が前記制限電圧値を超える場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を前記設定電流値より少ない制限電流値に設定する低温用電流設定部をさらに備えること
   を特徴とする請求項１又は２記載の充電制御回路。
6. 前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記二次電池に流れる電流値と当該二次電池の温度上昇値との関係を示す温度上昇情報を記憶する記憶部と、
   前記温度検出部によって検出された二次電池の温度が前記好適温度範囲の下限値に満たず、かつ前記電圧検出部により検出された二次電池の端子電圧が予め設定された制限電圧値に満たない場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を予め設定された設定電流値に設定し、当該温度が前記好適温度範囲の下限値に満たず、かつ当該端子電圧が前記制限電圧値を超える場合、前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流を前記設定電流値より少ない制限電流値に設定する低温用電流設定部とをさらに備え、
   前記制御部は、
   前記温度検出部によって検出された前記二次電池の温度が、前記好適温度の範囲外から範囲内になったとき、当該検出された温度と前記好適温度範囲の上限温度との差に相当する前記温度上昇値に対応する電流値を、前記記憶部に記憶されている温度上昇情報に基づいて取得すると共に前記充電部から前記二次電池へ供給させる充電電流として設定する充電電流設定部を備えること
   を特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電制御回路と、
   前記二次電池と
   を備えることを特徴とする電池パック。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電制御回路と、
   前記二次電池と、
   前記充電部と
   を備えることを特徴とする充電システム。
   

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