JPH1118314A - リチウムイオン二次電池の充電方法およびその充電装置 - Google Patents
リチウムイオン二次電池の充電方法およびその充電装置Info
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Abstract
チウムイオン二次電池の充電方法およびその充電装置を
提供する。 【解決手段】 充電器10に装着された電池パック12に対
する充電処理が開始され、始めに最大充電電圧の決まっ
ている定電流充電を行なって電池パック12に収容された
二次電池のセル温度が最大値から下降したことが検出さ
れると定電圧充電処理に移行するとともに、周囲温度に
応じた充電タイマの計数が開始され、この定電圧充電中
に現在のセル温度と充電前のセル温度との差ΔTcおよび
現在の周囲温度と充電前の周囲温度との差ΔTaがそれぞ
れ周期的に演算され、これらの差ΔTがあらかじめ設定
された値よりも小さく、さらに定電流充電時の充電電流
と現在の充電電流との比が、あらかじめ設定された値よ
りも小さくなっている場合に充電タイマが再設定され、
充電時間が延長または短縮に制御される。
Description
次電池を充電するリチウムイオン二次電池の充電方法お
よびその充電装置に関するものである。
びディジタルカメラ等の電子機器の小型・軽量化が進
み、それらの普及に伴って、電子機器を駆動する電源と
して繰り返し充放電することが可能な二次電池が用いら
れる機会が多くなってきた。このような二次電池として
は、ニッケルカドミウム(Ni-Cd) 電池、ニッケル水素(N
i-MH) 電池およびリチウムイオン電池などが一般に知ら
れている。
の電解液を用いて水が関与した電気化学反応によって電
気を作る他の二次電池とは異なって、たとえば電解質に
リチウム塩の有機溶媒を使用し、電子(リチウムイオ
ン)の移動による酸化還元反応によって電気を起こすよ
うに構成されている。このような非水系二次電池では、
他の二次電池と比べて、単一のセルでの電池端子間電圧
が高く、高容量および高出力であるという利点を有し、
その非水系二次電池自体の性能のアップと、非水系二次
電池をさらに有効に利用するための充電方法が検討され
ている。
水系二次電池を定電圧にて充電し、そのときの充電電流
が設定値より小さくなると充電電流を遮断する、もしく
はわずかな充電電流のみを流し続ける充電装置が開示さ
れている。また、特開平7-170669号公報には、充電回路
装置の周囲温度の上昇に応じて、充電電流の供給を停止
させる時間信号の発生をシフトする充電回路装置が開示
されている。
ムイオン二次電池を充電する従来の充電方法では、充電
時間をほぼ一定としたり、充電電流値が設定値になると
充電終了としていたために、様々な温度条件下にて充電
した場合、充電の結果得られる容量が、たとえ、放電時
の電池セル温度等の条件を等しくしても、ばらつくとい
う問題があった。
池セル以外の電気な充電条件が等しい場合であっても、
通常の室温時(常温)にて充電した後の放電容量に比較
して、それよりも低温時では容量が少なく充電され、高
温時では容量が増加して充電されるため、満充電とはな
らなかったり、サイクル劣化が激しく電池の寿命が短く
なって、単純な充電制御では、最適な充電容量を確保す
ることができないという問題があった。
し、充電環境下に応じて最適な充電容量を確保すること
のできるリチウムイオン二次電池の充電方法およびその
充電装置を提供することを目的とする。
決するために、リチウムイオン二次電池を充電するリチ
ウムイオン二次電池の充電方法において、この方法は、
充電開始時における二次電池の周囲温度と、充電中の二
次電池の周囲温度とを検出し、充電中の充電電流を検出
し、充電開始時および充電中の二次電池の周囲温度の変
化と、二次電池に対する充電電流の変化とに基づいて、
二次電池に対する充電処理を制御することを特徴とす
る。
周囲温度に応じた充電時間にて二次電池を充電する充電
制御を行なうとよい。
時間を計数して所定の充電時間となると充電を終了し、
二次電池に対する充電処理を制御する際には、計数時間
を再設定して充電時間を制御するとよい。
じて計数時間を再設定するとよい。
電によって二次電池を充電し、二次電池のセル温度が最
大値となったことを検出して定電圧充電に切り換えると
よい。
温度と充電中の温度との差を演算して充電中の二次電池
の温度変化を認識し、充電開始時の周囲温度と充電中の
周囲温度との差を演算して、充電中の周囲温度の変化を
認識し、充電中の二次電池の温度変化と周囲温度の変化
との差を演算して、この演算結果をあらかじめ設定され
た値と比較して、所定の値よりも小さい場合に充電処理
を制御するとよい。
周囲温度の変化との差があらかじめ設定された値とより
も小さい場合であって、現在充電中の充電電流値が定電
流充電における充電電流の設定値よりも小さい場合に充
電処理を制御するとよい。
周囲温度の変化との差があらかじめ設定された値とより
も小さく、現在充電中の充電電流値が定電流充電におけ
る充電電流の設定値よりも小さい場合に、計数時間を現
在の計数時間よりも長くなるように再設定するとよい。
度変化と周囲温度の変化との差があらかじめ設定された
値とよりも小さく、現在充電中の充電電流値が定電流充
電における充電電流の設定値よりも小さい場合に、計数
時間を現在の計数時間よりも短くなるように再設定する
とよい。
と充電中の周囲温度との差を演算して、充電中の周囲温
度の変化を認識し、この変化が許容範囲内であるか否か
を判定し、この判定結果に応じて、二次電池に対する充
電時間を短縮または延長させて充電処理を制御するとよ
い。
に、リチウムイオン二次電池を充電するリチウムイオン
二次電池の充電装置において、この装置は、二次電池を
定電圧定電流により充電するための電圧および電流を発
生する充電手段と、定電圧定電流充電手段の出力をオン
またはオフさせて、二次電池の電池端子に供給する充電
スイッチと、二次電池の開放電池端子電圧を検出する端
子電圧検出手段と、充電手段から供給される充電電流を
検出する電流検出手段と、二次電池のセル温度を検出す
るセル温度検出手段と、この充電装置の周囲温度を測定
する周囲温度検出手段と、充電スイッチのオン・オフを
制御する充電制御信号を生成して二次電池に対する充電
処理を制御する制御手段とを有し、制御手段は、端子電
圧検出手段にて検出される二次電池の開放端子電圧、お
よび充電手段の出力を監視し、セル温度および周囲温度
を検出する検出手段と、二次電池に対する充電時間を所
定の設定時間から減算する充電タイマ手段とを有し、二
次電池に対する充電電流、二次電池の開放電池端子電圧
およびセル温度の変化に基づいて、充電タイマ手段の計
数時間を設定して充電処理を制御することを特徴とす
る。
る二次電池の温度と充電中の温度との差を演算して充電
中の二次電池の温度変化を認識し、充電開始時の周囲温
度と充電中の周囲温度との差を演算して、充電中の周囲
温度の変化を認識し、充電中の二次電池の温度変化と周
囲温度の変化との差を演算して、演算結果をあらかじめ
設定された所定の値と比較し、所定の値よりも小さい場
合に充電処理を制御するとよい。
の温度変化と周囲温度の変化との差が所定の値よりも小
さい場合であって、充電中の充電電流値が定電流充電に
おける充電電流の設定値よりも小さい場合に、充電処理
を制御するとよい。
囲温度に応じた充電時間を充電タイマ手段に初期設定す
るとよい。
囲温度と充電中の周囲温度との差に基づいて計数時間を
再設定するとよい。
よるリチウムイオン二次電池の充電方法およびその充電
装置の実施例を詳細に説明する。
された充電器のブロック図が示されている。この充電器
10は、充電出力端子(BV,BGND) および温度検出端子(T)
に着脱可能に接続される電池パック12を、温度に応じて
適切に充電することのできる充電装置である。本実施例
における充電器10は、電池パック12に収容された二次電
池を充電する際に、はじめに最大充電電圧の決まってい
る定電流で充電し、その後二次電池のセル温度の変化に
応じて定電圧充電に切り替えて充電する定電流定電圧充
電機能を有し、とくに充電器10は、二次電池のセル温度
と、その充電環境下における周囲の温度とを監視し、ま
た二次電池に対する充電電圧と、二次電池の電池端子電
圧と、充電時の電流とを監視して、これら監視結果に応
じて適切な充電処理を行なう。なお、以下の説明におい
て、本発明に直接関係のない部分は、その図示および説
明を省略し、信号の現われる符号はその信号線の参照符
号で表わす。
ND)100b には、交流電源を所定の電圧に降圧して整流す
る不図示の直流電源装置が接続され、この直流電源装置
から供給される直流電源電圧が印加される。また、電源
入力端子100bはグランド(GND) に接続されている。ま
た、この直流電源装置の出力は、充電器10の各部に供給
され、動作用の電源として使用される。
00b に印加される直流電源を、定電圧にて出力する回路
である。定電圧制御回路14は、電池パック12の二次電池
を充電する充電出力を出力102a,100b に出力する。定電
圧制御回路14の出力102aは、充電スイッチとして機能す
るトランジスタ16のエミッタに接続され、出力102aはさ
らに抵抗R1を介して充電制御回路18の充電電圧入力(Vre
g)104 に接続されている。
充電出力をそのベース電位に応じてコレクタに接続し、
定電圧制御回路14から供給される充電出力をスイッチン
グする充電スイッチである。トランジスタ16のコレクタ
106 は、逆流防止用のダイオード20を介して出力端子(B
V)108 に接続されている。トランジスタ16のベースは、
接続線110 を介してトランジスタ22のコレクタに接続さ
れ、トランジスタ22のベース112 は、抵抗R2を介して充
電制御回路18の充電スイッチ出力114 に接続されるとと
もに、抵抗R3を介してそのエミッタおよびグランド(GN
D) に接続されている。
制限回路24に接続され、電流制限回路24は、バッテリグ
ランド端子(BGND)110 からの電流を制限して定電圧制御
回路14に戻すとともに、その電流値を検出する回路であ
る。電流制限回路24は、検出される電流に応じた電圧値
を示す電流値信号を接続線118 を介して接続された充電
制御回路18に供給する。
開始の初期には定電流充電を行ない、二次電池のセル温
度がピークとなったことを検出すると定電圧充電にて充
電処理を行なう制御回路である。充電制御回路18は、後
述の充電タイマに設定される期間には、二次電池を定電
圧充電する充電処理を継続する定電流定電圧充電方式に
よって、二次電池を充電する制御を行なう。本実施例に
おける充電制御回路18は、とくに定電圧充電処理中にお
ける二次電池の実質的なセル温度の変化および二次電池
への充電電流に応じて充電処理を制御する機能を有す
る。
タ16をオン/オフさせ、二次電池に対する充電電圧およ
び充電電流の供給を制御することによって、充電器出力
電圧(Vreg)と電池端子電圧(Vbat)とを確認し、これを一
定時間ごとに繰り返すことを、充電タイマにおける計数
値が減少して0となるまで継続する充電制御を行なう。
とくに、充電制御回路18は、充電電流値およびセル温度
値などの状況に応じて充電タイマにおける設定時間を再
設定する機能を有し、これによって適切な充電時間を確
保するようにして充電処理を制御する。このとき充電制
御回路18は、検出したセル温度を周囲の温度の変化に応
じて補正し、補正された実質的なセル温度に基づいてタ
イマ時間を再設定し、充電時間を最適な時間に制御す
る。また、充電制御回路18は、充電中における充電電圧
(Vreg)と電池端子電圧(Vbat)との低下を認識し、その異
常状況に応じて充電処理を停止または終了させる機能を
有している。また、充電制御回路18は、充電タイマにお
ける残時間がゼロとなるとトランジスタ16をオフさせ、
その後、電池パック12が充電器10から離脱されたこと
を、たとえば電池パック12に収容されたサーミスタの接
続の有無によって検出すると充電処理を終了させる。
流値と、定電流充電時に設定されて流れる充電電流との
比に応じた充電電流比率に応じて、定電圧充電処理にお
ける二次電池に対する充電処理を制御する機能を有して
いる。具体的には充電制御回路18は、現在の充電電流値
を定電流充電電流の設定値で除算して充電電流比率を算
出し、その充電電流比率が、設定値よりも小さいか否か
を比較判定する機能を有している。充電制御回路18は、
充電電流比率が設定値よりも小さい場合に、ある程度充
電が進んだと判定して充電タイマの設定時間を再設定す
る。
サ26が接続され、この温度センサ26は、充電器10の周囲
温度を検出する温度検出素子である。充電制御回路18
は、温度センサ26にて検出された温度値を認識して充電
開始時における周囲温度を記憶するとともに、この周囲
温度に応じた充電タイマ時間を設定する機能を有する。
また、温度センサ26は、充電中における周囲温度を継続
して検出し、充電制御回路18は、温度センサ26にて検出
される温度の変化に基づいて、二次電池に対する充電制
御を行なう機能を有している。温度センサ26は、充電器
10の内部回路や電池パック12にて発生する熱の影響を極
力受けない場所に配置される。
て説明すると、本実施例における充電制御回路18は、有
利にはマイクロコンピュータシステムにて構成され、各
種アナログ信号を入力104,108,116,118 および120 に入
力して検出し、これらを択一的に選択して出力200 に接
続する検出回路202 と、検出回路202 から出力される信
号200 の値をディジタル値に変換するA/D 変換部204
と、ディジタル値に変換されたデータを入力206 に受け
て、これらデータと、充電制御のための設定値とを所定
の記憶領域に格納する記憶部208 と、記憶部208 にて格
納されたデータおよび設定値を入力210 に入力して各種
演算を行なう演算処理部212 と、演算処理部212 におけ
る演算結果214 と記憶部208 から読み出される設定値21
6 とを比較し、その比較結果に応じて充電タイマ時間を
再設定するとともに、トランジスタ16のオン/オフを制
御するための制御信号を出力114 に出力する判定処理部
218と、充電開始時における周囲温度に応じて初期設定
した充電時間を減算して計数する充電タイマ220 であっ
て、判定処理部218 における判定結果に応じて充電時間
が再設定されて計数する充電タイマ220 とを含む。本実
施例では充電タイマ220 にはあらかじめ2.5 時間の基本
充電時間が設定され、充電開始時における周囲温度に応
じて、周囲温度が25度よりも高い場合には、この充電時
間を短縮し、逆に周囲温度が25度よりも低い場合には充
電時間を延長させるように充電時間を設定する。また、
定電圧充電の開始時からこの時間が減算され、さらに、
たとえば周囲温度の変化や充電電流比率の変化などの状
況に応じてこの充電時間が再設定される。
2 にて検出される充電電圧(Vreg)104 と、電池端子電圧
(Vbat)108 と、電池パック12から温度検出端子(T) を介
して供給されるセル温度値(Tc)116 と、温度センサ26に
て測定される周囲温度値(Ta)120 と、電流制限回路24に
て測定される電流値118 とをそれぞれ入力し、これらを
充電制御の精度に応じたディジタル値に順次変換するア
ナログ・ディジタル変換回路である。A/D 変換回路204
は、これら検出および変換されるディジタル信号を演算
処理部212 に供給し、さらに、充電開始時における周囲
温度を表わすディジタル信号を記憶部208 に供給する。
また、A/D 変換部204 は、充電電圧(Vreg)と、電池端子
電圧(Vbat)とを後述の判定部218 に供給し、判定処理部
218 にてこれら電圧の低下が検出される。また、A/D 変
換部204 は、温度検出端子(T)116を介して検出される抵
抗値の変化を判定処理部218 に供給し、電池パック12の
装着状態を判定させる。
10の環境温度として、充電器10の周囲温度を記憶すると
ともに、充電制御のための各種設定値を格納しておくメ
モリ回路である。本実施例における記憶部208 は、温度
センサ26にて検出されてディジタル値に変換される充電
開始時における周囲温度の測定値を格納する記憶領域を
有している。また、記憶部208 は、充電開始時の周囲温
度を基準とする実質的なセル温度の変化分を規定する設
定値と、充電電流比率の設定値とを格納する機能を有し
ている。本実施例における記憶部208 には、このセル温
度の変化分の設定値として、たとえば0.5 度を示すデー
タが格納され、また充電電流比率の設定値として0.1 を
示すデータがそれぞれ格納されている。記憶部208 は、
格納している情報を必要に応じて演算処理部212 に出力
する。
度の変化を、環境温度の変化に応じて補正演算する演算
回路である。具体的には、演算処理部212 は、現在のセ
ル温度値と充電開始時のセル温度値との差を表わす値Δ
Tcを算出する機能を有している。
始時の周囲温度値の差を表わす値ΔTaを算出する機能を
有している。
して、実質的なセル温度変化分を表わす値ΔTを算出す
る機能を有している。
流の値と、記憶部208にて記憶されている定電流充電設
定値との比を表わす充電電流比率rを算出する機能を有
し、算出された充電電流比率rを判定処理部218 に供給
する演算回路である。
電の設定値) 演算処理部212 は算出された値ΔTと充電電流比率とを
出力214 に接続された判定処理部218 に送る。
換される各種測定結果と、演算処理部212 における演算
結果と、記憶部208 に記憶された設定値および充電開始
時における周囲温度の測定値とによって、二次電池に対
する適切な充電処理を判定し、この判定結果に応じてト
ランジスタ16および22をオン/オフさせる充電制御信号
を生成することにより充電制御を行なう機能部である。
説明すると、判定処理部218 は、電池パック12が充電器
10に装着されたことを検出し、装着された電池パック12
の端子電圧(Vbat)が、充電可能な電圧の範囲内であるか
否かを判定する機能を有する。判定処理部218 は、たと
えば、電池パック12に配設されたサーミスタが温度検出
端子(T)116および出力端子(BGND)110 に接続されたこと
を、その端子間の抵抗値の変化によって認識し、これに
より電池パック12が充電器本体10へ着脱されたことを検
出する。これに限らず、電池パック12の着脱検出のため
の検出素子を装着部分に設けて、その検出結果に応じて
電池パック12を検出するようにしてもよい。
の差を演算し、この差が最大値よりも下降することを検
出すると、定電流充電から定電圧充電に切り替え、充電
開始時における周囲温度に応じたタイマ時間を設定して
充電タイマ220 を起動する。そして、判定処理部218
は、セル温度と周囲温度との差が、設定値よりも小さく
なったことを判定すると、そのときのタイマ経過時間に
応じて、充電電流を遮断しもしくは充電タイマ時間を再
設定する。
212 から供給される値ΔTと、記憶部208 に格納された
設定値との大小を比較演算する。また、判定処理部218
は、値ΔTと設定値との比較の結果、ΔTが設定値より
も小さい場合に、さらに、演算処理部212 にて算出され
た充電電流比率rと記憶部208 に格納された設定値との
大小を比較演算する。判定処理部218 は、充電電流比率
rと設定値との比較の結果、充電電流比率rが設定値よ
りも小さい場合に、充電タイマ220 における設定時間を
再設定する。充電タイマ220 の再設定時間は0を含み、
この場合、充電処理手順に従って充電完了処理に移行す
る。
従って充電制御信号114 をHighレベルまたは Lowレベル
に制御しトランジスタ22および16をオン/オフさせ、充
電電圧(Vreg)および電池端子電圧(Vbat)を検出する間に
はトランジスタ22および16をオフさせる。また、判定処
理部218 は、充電中の電圧低下を判定する際には、トラ
ンジスタ22および16をオン状態に制御した状態にてA/D
変換部204 からの電圧値を受けて充電電圧(Vreg)および
電池端子電圧(Vbat)の低下を判定する。この場合、判定
処理部218 は、充電電圧(Vreg)および電池端子電圧(Vba
t)が低下したことを判定すると充電スイッチ出力114 を
Lowレベルに制御してトランジスタ22および16をオフさ
せる。これにより判定処理部218 は、たとえば短絡等に
よって電池端子電圧(Vbat)が急激に低下したことを判定
して、充電出力(Vreg)を電池パック12から遮断すること
ができる。また、判定処理部218 は、充電出力電圧(Vre
g)が電池パック12を充電するのに十分な電圧値であるか
否かを判断し、充電不可の回数に応じて充電を停止させ
るとともに、充電異常を示す表示を出力させる機能を有
する。
って設定されたタイマ設定時間をカウントする時間計数
回路である。充電タイマ部220 は、充電環境に応じて設
定された時間を順次減算して、残時間が"0" となるまで
計数を継続する機能を有している。また、充電タイマ部
220 は判定処理部218 によってタイマの残り時間が再設
定される。この判定処理部218 が再設定する時間はゼロ
を含み、その場合、充電処理を直ちに終了させることが
できる。また、判定処理部218 がゼロを超える時間設定
を行なう場合には、充電時間を延長させることができ
る。本実施例の充電タイマ220 には、周囲温度がたとえ
ば25度の場合を基準とする2.5 時間を表わす基準時間が
設定され、周囲温度が25度よりも低い場合には基準時間
よりも長い時間が設定され、周囲温度が25度よりも高い
場合には基準時間よりも短い時間が設定される。これら
設定時間はさらに、周囲温度およびセル温度の変化と充
電電流比率の変化に応じて判定処理部218 によって再設
定される。
した分解構成図を参照して説明すると、電池パック12
は、複数本が直列に接続されたリチウムイオン(Lithium
-Ion)二次電池500 と、この二次電池を保護するための
回路基板502 と、リチウムイオン二次電池の表面温度を
セル温度として検出する検出素子504 と、これら構成部
を収納する上ケース506 および下ケース508 とを含む。
塩の有機溶媒を電解質に使用し、リチウムイオンの移動
による酸化還元反応によって電気を起こすように構成さ
れた非水系2次電池である。本実施例におけるリチウム
イオン二次電池500 は、円筒型の2本の電池セル500 が
接続板501 によって直列に接続され、その両端の正極お
よび負極は、回路基板の出力端子(+)510および出力端子
(-)512に接続されている。これにより電池パック12は、
単一セルの公称電圧、たとえば、4.2 ボルトの2倍の8.
4 ボルトの直流電圧を出力端子間に生成する。これら出
力端子510,512は、下ケース508 に配置された接続端子
(+)514,(-)516 にそれぞれ接続され、これら接続端子が
充電器10との接続点となっている。
特性表を図7に示す。この特性表は、充電器10の周囲の
温度を充放電それぞれにて25度にし、公称容量に基づく
充電電流値を1Cにて定電圧定電流充電を実行して2時
間30分間充電した二次電池を、1Cにて放電した場合の
放電容量を100 パーセントとした場合を基準とした各充
電温度に対する放電温度および放電容量の実験相対比較
表である。この実験結果から、充電時に基準温度(25
度)よりも低温であれば、公称容量を得るために充電時
間を一定時間延長する必要があり、高温であれば、充電
時間を一定時間短縮してよいことがわかる。ただし、充
電時間を延長する場合には、二次電池の電池特性に応じ
た最大充電時間範囲内に限定される。本実施例では、こ
のような結果に応じたデータが記憶部208 に格納され、
これに基づいて充電開始時の周囲温度に応じた充電時間
を充電タイマに設定し、その後の充電中における温度変
化に応じてさらに充電タイマ時間を再設定するように充
電器10が構成されている。
6 と電池セル500 との間には、電池セル500 に密着する
ようにして温度検出素子504 が配設されている。本実施
例における温度検出素子504 は、温度に応じてその抵抗
値が変化する薄型のサーミスタや半導体センサ等が有利
に適用される。なお、同図では、一方の電池セル500に
対し温度検出素子504 が配置されているが、2本の電池
セル500 に共通に接するように、たとえば2つの電池セ
ル500 間に温度検出素子504 を配置することができる。
このように、温度検出素子504 は、電池セル500 の発熱
による温度変化がすぐ現われるような場所に配置される
とよいが、これに限らず、電池パック12内の温度がセル
温度とほぼ等しくなる場合には、電池パック内温度が検
出される場所に配置されてもよい。温度検出端子500 の
一方のリードは、回路基板502 に設けられた温度検出用
の検出端子(T)518に接続され、他方のリードは、接続端
子(-)512に接続されている。この温度検出端子(T)518
は、下ケース508 の検出窓520 を通して充電器10の検出
端子(T) に接続されるように配設される。
ル500 の出力端子と、下ケース508の接続端子514,516
とを接続し、電池セル500 の端子間および電池パック12
の出力端子514,516 間の短絡などの異常時に、電池パッ
ク12の接続端子514,516 と電池セル500 とを切り離す遮
断機能を有している。
10本体は、図3にその外観を示すように、電池パック12
を装着するための取付部300 と、電池パック12の接続端
子514,516 に接続される出力端子108 およびバッテリグ
ランド端子110 と、電池パック12の検出端子518 に接続
される温度検出端子116 とを有している。また、充電器
10には、周囲温度を測定するための温度センサ26が、た
とえば、充電器10本体の後部側面の内部に配設されてい
る。
充電器10に装着されて、充電器10本体の出力端子108
と、バッテリグランド端子110 と、温度検出端子116 と
がそれぞれ、電池パック12の接続端子514,516 および検
出端子518 に接続される。その装着状態を図4に示す。
これら図3および4では、取り付けのための係合部、ロ
ック機構および取り外し機構は、図の煩雑化をさけるた
めに省略してある。また、充電器10の前面には、充電中
を示す充電ランプと、充電異常が発生した際に点灯して
異常を知らせる異常表示ランプ400 とを含む表示部が設
けられている。
12によって駆動される電子カメラなどの映像機器や、そ
の他コンピュータシステムを含む情報機器、さらには無
線および有線による通信機器などの電子機器を含むもの
でもよく、この場合、充電された電池パック12を電子機
器および充電器10に装着したまま、電池パック12からの
電力を電子機器に供給して作動させることができる。こ
の場合、電子機器の作動によって充電器本体10および電
池パック12自体がある程度発熱して暖まっている状態に
おいても、二次電池を充電する際にはその温度が周囲温
度として認識され、この周囲温度と二次電池のセル温度
とに応じて最適な充電処理を行なうことができる。
電器10の動作を図8〜図11を参照して説明する。まず不
図示の直流電源装置から直流電源が定電圧制御回路14の
端子100 および充電器10の各部に供給されて動作状態と
なる。この初期状態では、充電制御回路18の充電制御信
号104 が Lowレベルに制御されて、トランジスタ22およ
び16がそれぞれオフ状態となり、定電圧制御回路の14の
出力は、端子108 および110 と切り離されている。
ック12が充電器10に装着されたかどうかが、たとえば温
度検出端子(T) と端子(BGND)間の抵抗値の変化に基づい
て判定される。電池パック12が充電器10本体に装着され
ると、これが端子116,110 間の抵抗値の変化によって検
出されてステップ802 に進む。
atが充電可能な範囲か否かが、端子108,110 間の電圧に
よって判定される。この電圧値が充電可能な電圧範囲で
なければ充電不可と判断してステップ804 に進み、充電
可能な範囲であればステップ808 に進む。ステップ804
において、電圧Vreg104 が充電可能な電圧範囲か否かが
判定され、充電可能な電圧範囲であればステップ806 に
進み、そうでなければ充電不可と判断してステップ808
に進む。ステップ808 に進むと、ステップ802および804
にて充電不可として判断された回数が計数され、つい
でステップ810に進み、これら充電不可回数があらかじ
め設定されたN回となったか否かが判定される。充電不
可回数がN回である場合にはステップ812 に進み、充電
不可回数がN回でない場合にはステップ802 に戻る。
おいて、電圧Vregと電圧Vbatの値が比較演算されて、電
圧Vregの値が電圧Vbat以上である場合には図9に示すス
テップ900 に進み、それ以外の時にはステップ812 に進
む。
の値が電圧Vbat未満である場合のステップ812 におい
て、充電制御信号が Low状態に制御され充電スイッチが
OFF 状態に維持および制御され、不図示の充電異常表示
ランプ400 が点灯される。
設されたサーミスタの抵抗値が端子116 を介し計測さ
れ、二次電池のセル温度が検出される。続くステップ90
2 では、温度センサ26の抵抗値によって充電器10の周囲
温度が検出される。これら検出されたセル温度と周囲温
度を表わす、特に充電開始時のデータは充電制御回路18
の記憶部208 に格納される。
大値から下降に移ったか否かが判定され、セル温度が最
大値から下降状態となっている場合にはステップ906 に
進む。ステップ906 では、充電開始時に検出された周囲
温度に応じた充電時間が、記憶部208 に格納されている
各温度における充放電特性に応じたデータに基づいて求
められて設定される。たとえば、充電開始時の周囲温度
が25度であれば2時間30分に充電タイマ時間が設定さ
れ、それよりも低温の場合、たとえば0度の場合には2
時間30分を延長させた時間が設定される。逆に充電開始
時の周囲温度が25度よりも高温であった場合には、2時
間30分を短縮した充電時間が設定される。充電時間が設
定され充電タイマ220 における計数が開始されるとステ
ップ908 に進む。この場合、充電タイマ220 がすでに計
数中の場合にはその計数を続行し再開始はされない。ま
た、セル温度が最大となっていない場合にはステップ90
4 からステップ910 に進む。
定するか否かを判定する処理が行なわれる。詳しくは充
電タイマの時間演算処理は、図11に示すステップ1100に
おいて、現在のセル温度値と充電開始時のセル温度値と
の差が演算処理部212 にて算出されてその演算結果の値
ΔTcが求められる。続くステップ1102において、現在の
周囲温度値と充電開始時の周囲温度値との差が演算処理
部212 にて算出されてその演算結果の値ΔTaが求められ
る。次いでステップ1104において、値ΔTcと値ΔTaとの
差が演算処理部212 にて演算され、実質的なセル温度変
化分を表わす値ΔTが求められる。
求められたΔTが設定値よりも小さいか否かが判定処理
部212 にて判定され、小さい場合にはステップ1108に進
み、そうでない場合にはステップ906 に進む。
118 と記憶部208 にて記憶されている定電流充電設定値
との比を表わす充電電流比率rが演算処理部212 にて算
出され、算出された充電電流比率rが設定値よりも小さ
いか否かが判定処理部218 にて判定される。充電電流比
率rが設定とよりも小さい場合にはステップ1110に進
み、そうでない場合にはステップ906 に進む。ステップ
1110では、充電タイマ220 の計数時間がたとえば30分に
再設定される。
910 において、充電制御信号によってトランジスタ22お
よび16ががオン状態に制御され、定電圧制御回路14の出
力が端子108 および110 を介して電池パック12に供給さ
れる。次いでステップ912 に進み、電圧Vregが充電可能
な電圧の範囲内よりも低下したかどうか判定される。電
圧が低下したことが検出されるとステップ812 および81
4 に進んで充電スイッチ16がオフ状態となってさらに充
電異常表示ランプ400 が点灯され、そうでない場合には
ステップ912 に進んで電圧Vbatが充電可能な電圧のうち
最低電圧以下であるかどうかが判定され、最低電圧以下
であれば、トランジスタ16がオフ状態に制御されて充電
器10の充電出力が停止される(ステップ916 )。また、
ステップ914 にて電圧Vbatが充電可能な電圧である場合
には、図10に示すステップ1000に進む。
か否かが判定され、経過していない場合にはステップ10
04にて、さらに、電圧Vregと電圧Vbatの値が比較演算さ
れて、電圧Vregの値が電圧Vbat以上である場合にはステ
ップ802 に戻り、そうでない場合にはステップ1006に進
む。ステップ1006では、電圧Vregと電圧Vbatの値がほぼ
等しい値であるか否かが判定され、等しい場合にはステ
ップ1008に進み、等しくない場合にはステップ912 に戻
る。
時間が0となったかどうかが判定されて、計数時間が0
となっている場合にはステップ1010に進み、計数時間が
0ではない場合にはステップ802 に進む。ステップ1012
に進むと充電が完了したことが、電池パック12が充電器
から取り外されたことで検出されて、一連の充電制御処
理が終了する。
なったあと定電流充電から定電圧充電処理に移行し、こ
のとき充電タイマ220 の計数が開始される。この場合、
充電開始時における周囲温度に応じた適切な充電時間が
充電タイマ220 に設定される。そしてさらに、現在のセ
ル温度および充電開始時のセル温度の差と、現在の周囲
温度および充電開始時の周囲温度の差を求めて、これら
の差をさらに求めることによって、セル温度と周囲温度
との差が設定値よりも小さくなった場合に充電タイマ22
0 の計数時間を再設定して、充電処理を制御することが
できる。つまり、本実施例では、適切な充電時間を設定
して充電を行ない、さらにセル温度の変化と周囲温度の
変化に応じて充電を制御するので、充電環境に応じて最
適な充電容量を確保するようにして二次電池を充電する
ことができる。
が上昇した場合に充電時間を短縮させることができ、ま
た、周囲温度が一定の場合であっても、セル温度の上昇
に応じて充電時間を短縮させ、セル温度の下降に応じて
充電時間を延長させて、最適な充電容量を確保すること
ができる。なお、充電時間を延長する場合には、二次電
池の最大充電時間が規定されている場合には、その範囲
内にて充電時間が延長される。
御を行なう実施例を説明したが、セル温度の変化によら
ず充電タイマの時間演算処理を行なうことができる。具
体的には、図9に示した充電タイマ時間演算処理は、図
12に示すような手順にて行なわれる。このような充電タ
イマ時間演算処理を行なうために、図1に示した充電処
理回路18は、充電中における周囲温度の変化を、充電開
始時の周囲温度と現在の周囲温度との差を演算し、その
差が許容されるある程度よりも大きい場合に充電タイマ
時間を短縮し、逆にその差が許容されるある程度よりも
小さい場合に充電タイマ時間を短縮するように充電タイ
マ220 を再設定する充電制御を行なう。
の記憶部208 には、周囲温度の変化分の許容値を表わす
許容温度値が格納され、判定処理部218 は、この許容温
度値に基づいて周囲温度の変化分の大小を判定する。こ
のように構成された充電器のその他の部分については前
述の実施例と同様の構成でよく、この充電器の動作はメ
インの処理において先に示した図8〜10と同様の処理で
よい。この充電器の充電タイマ時間演算処理(ステップ
908 (図9))を図12を参照して以下に説明すると、ス
テップ1200において、現在の周囲温度値と充電開始時の
周囲温度値との差が演算処理部212 にて算出されてその
演算結果の値ΔTaが求められる。次いでステップ1202に
進み、ステップ1200にて算出された値ΔTaが記憶部208
に記憶されている許容温度範囲を超えて大きいか否かが
判定され、値ΔTaが許容温度範囲よりも大きい場合に
は、ステップ1204に進んで、タイマ時間を短縮するフラ
グがたてられる。逆に値ΔTaが許容温度範囲以下の場合
にはステップ1206に進んで、値ΔTaが許容温度範囲とほ
ぼ等しい場合にはステップ1210に進み、そうでない場合
にはステップ1208に進んでタイマ時間を延長するフラグ
がたてられる。
と記憶部208 にて記憶されている定電流充電設定値との
比を表わす充電電流比率rが演算処理部212 にて算出さ
れ、算出された充電電流比率rが設定値よりも小さいか
否かが判定処理部218 にて判定される。充電電流比率r
が設定とよりも小さい場合にはステップ1212に進み、そ
うでない場合には図9に示したステップ910 に進む。
08にてたてられた最新のフラグに従って、充電時間を再
設定するタイマ時間が決定され、これに応じて充電タイ
マ220 における計数時間が再設定される。この結果、本
実施例では、現在の周囲温度を充電前の周囲温度によっ
て補正した値ΔTaの上昇もしくは下降に基づいて充電タ
イマ時間が短縮または延長されるように充電制御が行な
われ、二次電池に対する適切な充電制御を行なうことが
でき、充電不足および過充電のない充電器が提供され
る。このため二次電池のサイクル劣化を適切に防止する
ことができる。
次電池の充電温度特性から、定電流定電圧した場合、定
電流領域から定電圧領域への変わり目でセル温度は最大
となり、定電圧充電領域で充電電流が減少するに従いセ
ル温度も下降する。そして、充電前の周囲温度に応じた
充電時間を設定して充電を開始し、セル温度と周囲温度
との差が設定値より小さくなったときに、充電タイマ時
間を延長するか短縮させるかを判断して充電を制御す
る。したがって、実際の周囲温度とセル温度と周囲温度
の差を比較しながら充電を制御しているため、リチウム
イオン二次電池をその充電環境にて最適な充電容量が得
られる。また、セル温度の変化を監視しない場合であっ
ても、周囲温度の変化の状態からタイマ時間を再設定し
て充電時間を制御することができる。この結果、たとえ
ば、周囲温度上昇時における過充電を防止されるので電
池セルの劣化を防止することができ、また、周囲温度下
降時には充電不足が発生することを防止することができ
る。従って、サイクル劣化を極力防止し電池パックを適
切に充電することができる充電器が提供される。また、
周囲温度の変化が微小であって、ほぼ一定であった場合
には、充電時間はセル温度が低下すると長く設定され、
逆にセル温度が上昇すると長く設定されて、こららの場
合も適切な充電制御機能が働く。また、充電時に電池パ
ックの温度を検出することができるため、たとえば、セ
ル内部にて異常が発生し、セルが高温となった場合、こ
の温度上昇が検出されて充電処理を直ちに停止すること
ができる。
における二次電池の周囲温度と、充電中の二次電池の周
囲温度と、充電中の充電電流とをそれぞれ検出し、充電
開始時において周囲温度に応じた適切な充電時間を制御
し、さらに充電開始時および充電中の二次電池の周囲温
度の変化と充電電流の変化とに応じて、二次電池に対す
る充電処理を初期の設定よりも延長または短縮するので
最適な充電処理を行なうことができる。この結果、過充
電など二次電池を痛めることを防止しつつ適切な満充電
を得ることができ、二次電池のサイクル寿命を適切に維
持することができる。
ブロック図である。
示すブロック図である。
観図である。
状態を示す図である。
解図である。
面温度との変化を示す図である。
電温度に応じた放電容量を相対的に示す表である。
ある。
ある。
である。
イマ時間演算処理を示すフロー図である。
フロー図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 リチウムイオン二次電池を充電するリチ
ウムイオン二次電池の充電方法において、該方法は、 充電開始時における前記二次電池の周囲温度と、充電中
の該二次電池の周囲温度とを検出し、充電中の充電電流
を検出し、 充電開始時および充電中の前記二次電池の周囲温度の変
化と、該二次電池に対する充電電流の変化とに基づい
て、該二次電池に対する充電処理を制御することを特徴
とするリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のリチウムイオン二次電
池の充電方法において、該方法は、前記充電開始時にお
ける前記二次電池の周囲温度に応じた充電時間にて該二
次電池を充電する充電制御を行なうことを特徴とするリ
チウムイオン二次電池の充電方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載のリチウムイオン二次電
池の充電方法において、該方法は、前記二次電池に対す
る充電時間を計数して所定の充電時間となると充電を終
了し、該二次電池に対する充電処理を制御する際には、
前記計数時間を再設定して充電時間を制御することを特
徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 【請求項4】 請求項3に記載のリチウムイオン二次電
池の充電方法において、該方法は、前記二次電池の周囲
温度の変化に応じて前記計数時間を再設定することを特
徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載のリチウムイオン二次電
池の充電方法において、該方法は、充電初期には定電流
充電によって前記二次電池を充電し、該二次電池のセル
温度が最大値となったことを検出して定電圧充電に切り
換えることを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電
方法。 - 【請求項6】 請求項1に記載のリチウムイオン二次電
池の充電方法において、該方法は、 前記充電開始の二次電池の温度と充電中の温度との差を
演算して前記充電中の二次電池の温度変化を認識し、 前記充電開始時の周囲温度と充電中の周囲温度との差を
演算して、前記充電中の周囲温度の変化を認識し、 前記充電中の二次電池の温度変化と前記周囲温度の変化
との差を演算して、該演算結果をあらかじめ設定された
値と比較して、所定の値よりも小さい場合に前記充電処
理を制御することを特徴とするリチウムイオン二次電池
の充電方法。 - 【請求項7】 請求項6に記載のリチウムイオン二次電
池の充電方法において、該方法は、前記充電中の二次電
池の温度変化と前記周囲温度の変化との差が前記あらか
じめ設定された値とよりも小さい場合であって、現在充
電中の充電電流値が定電流充電における充電電流の設定
値よりも小さい場合に前記充電処理を制御することを特
徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。 - 【請求項8】 請求項7に記載のリチウムイオン二次電
池の充電方法において、該方法は、前記充電中の二次電
池の温度変化と前記周囲温度の変化との差が前記あらか
じめ設定された値とよりも小さく、現在充電中の充電電
流値が定電流充電における充電電流の設定値よりも小さ
い場合に、前記計数時間を現在の計数時間よりも長くな
るように再設定することを特徴とするリチウムイオン二
次電池の充電方法。 - 【請求項9】 請求項7に記載のリチウムイオン二次電
池の充電方法において、該方法は、前記充電中の二次電
池の温度変化と前記周囲温度の変化との差が前記あらか
じめ設定された値とよりも小さく、現在充電中の充電電
流値が定電流充電における充電電流の設定値よりも小さ
い場合に、前記計数時間を現在の計数時間よりも短くな
るように再設定することを特徴とするリチウムイオン二
次電池の充電方法。 - 【請求項10】 請求項1に記載のリチウムイオン二次
電池の充電方法において、該方法は、前記充電開始時の
周囲温度と充電中の周囲温度との差を演算して、前記充
電中の周囲温度の変化を認識し、該変化が許容範囲内で
あるか否かを判定し、該判定結果に応じて、前記二次電
池に対する充電時間を短縮または延長させて前記充電処
理を制御することを特徴とするリチウムイオン二次電池
の充電方法。 - 【請求項11】 リチウムイオン二次電池を充電するリ
チウムイオン二次電池の充電装置において、該装置は、 前記二次電池を定電圧定電流により充電するための電圧
および電流を発生する充電手段と、 該定電圧定電流充電手段の出力をオンまたはオフさせ
て、前記二次電池の電池端子に供給する充電スイッチ
と、 前記二次電池の開放電池端子電圧を検出する端子電圧検
出手段と、 前記充電手段から供給される充電電流を検出する電流検
出手段と、 前記二次電池のセル温度を検出するセル温度検出手段
と、 該充電装置の周囲温度を測定する周囲温度検出手段と、 前記充電スイッチのオン・オフを制御する充電制御信号
を生成して前記二次電池に対する充電処理を制御する制
御手段とを有し、 該制御手段は、 前記端子電圧検出手段にて検出される前記二次電池の開
放端子電圧、および前記充電手段の出力を監視し、前記
セル温度および前記周囲温度を検出する検出手段と、 前記二次電池に対する充電時間を所定の設定時間から減
算する充電タイマ手段とを有し、 前記二次電池に対する充電電流、該二次電池の開放電池
端子電圧および前記セル温度の変化に基づいて、充電タ
イマ手段の計数時間を設定して充電処理を制御すること
を特徴とするリチウムイオン二次電池の充電装置。 - 【請求項12】 請求項11に記載のリチウムイオン二
次電池の充電装置において、前記制御手段は、 充電開始時における二次電池の温度と充電中の温度との
差を演算して前記充電中の二次電池の温度変化を認識
し、前記充電開始時の周囲温度と充電中の周囲温度との
差を演算して、前記充電中の周囲温度の変化を認識し、
前記充電中の二次電池の温度変化と前記周囲温度の変化
との差を演算して、該演算結果をあらかじめ設定された
所定の値と比較し、所定の値よりも小さい場合に前記充
電処理を制御することを特徴とするリチウムイオン二次
電池の充電装置。 - 【請求項13】 請求項12に記載のリチウムイオン二
次電池の充電装置において、前記制御手段は、前記充電
中の二次電池の温度変化と前記周囲温度の変化との差が
前記所定の値よりも小さい場合であって、充電中の充電
電流値が定電流充電における充電電流の設定値よりも小
さい場合に、前記充電処理を制御することを特徴とする
リチウムイオン二次電池の充電装置。 - 【請求項14】 請求項11に記載のリチウムイオン二
次電池の充電装置において、前記制御手段は、前記充電
開始時における周囲温度に応じた充電時間を前記充電タ
イマ手段に初期設定することを特徴とするリチウムイオ
ン二次電池の充電装置。 - 【請求項15】 請求項11に記載のリチウムイオン二
次電池の充電装置において、前記制御手段は、前記充電
開始時における周囲温度と充電中の周囲温度との差に基
づいて前記計数時間を再設定することを特徴とするリチ
ウムイオン二次電池の充電装置。 - 【請求項16】 請求項11ないし15のいずれかに記
載の充電装置を備え、該装置に装着される二次電池によ
り作動することを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP16368797A JP3774995B2 (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | リチウムイオン二次電池の充電方法およびその充電装置 |
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Cited By (9)
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