JP2002325375A - 二次電池パック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多種類の二次電池を混在可能にした二次電池パ
ックを提供する。 【解決手段】異なる特性の二次電池で構成した１つの二
次電池パックに収納された各々の電池セルグループに、
該各々の電池セルグループに流入する充電電流を該電池
セルグループを構成する該電池セルの許容充電電流値に
制限し、該充電電流が該電池セルに設定された満充電判
定電流を下回った場合に該充電電流の流入を停止させる
電流制限手段とを各々設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータをはじめとする携帯機器に使用される、異なる二
種類以上の電池セルの混合構成による二次電池パック装
置の改良に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、パーソナルコンピュータを移動先で
使用する、いわゆる“モバイルコンピューティング”は
広く浸透し、小型軽量のノートパソコンへの要求、期待
は高まりつつある。具体的には、電池による駆動時間
（以下「バッテリライフ」と言う）の延長やコンピュー
タの小型化、軽量化などの改善が求められている。

【０００３】バッテリライフの延長には大容量の二次電
池パックを使用するのがもっとも効果的であるが、小型
化の要求を満たすためには従来からある円筒型の二次電
池セルでは搭載出来る空間が限られており、近年は角形
やシート状の各種寸法の電池セルが製品化されている。
これらの電池セルの中で製品内部に存在する空間に適合
する種類を選択して搭載することで、外形寸法を拡大す
ることなく搭載出来る電池容量を拡大している。

【０００４】例えば、近年実用化されたリチウムポリマ
ー電池は薄型であり、従来からあるリチウムイオン電池
などに加えて、パーソナルコンピュータ内部のＬＣＤと
筐体の隙間など従来デッドスペースであった場所に実装
して電池駆動時間を改善した従来装置が知られている。

【０００５】また、標準用電池コネクタと増設用電池コ
ネクタの双方を備えるパーソナルコンピュータにおい
て、標準電池は高さ制限のため角形のリチウムイオン電
池を、増設用電池には容量／コスト比の優れる円筒型電
池を用いる従来装置も知られている。

【０００６】しかし、このように多種類の電池セルを使
用する場合、各電池セルの充電電圧が同一(基本的な化
学変化が同一であることに起因する)であっても、異な
る電池セルを一つの二次電池パックに組み込むことは出
来ない不都合がある。

【０００７】即ち、図１に示す様に、一つの二次電池パ
ック１に各電池セルの充電特性がそれぞれ異なる電池セ
ル２及び３からなる電池セルグループＡ及びＢを図示の
如く並列に接続した場合、片方の電池セルが定格を越え
た電流もしくは電圧で充電される恐れがあるためであ
る。このため、図２に示す様に電池セル２、３の種類だ
け二次電池パック４及び５を用意する必要があり、外見
上１つの二次電池パックと見えても内部的には２つの二
次電池パックからなる複合二次電池パックとなってい
た。

【０００８】従って、これらの二次電池パックに充電を
行う場合は、各々の二次電池パックを切替えて充電を行
っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一つの二次電池パック
内部に使用されるリチウムイオン電池の種類が一種類に
限定される従来の二次電池パックの構成では、各々の二
次電池パックを切替えて充電を行う為、すべての充電を
完了するのには二次電池パックの種類に比例して充電時
間が必要とされていた。例えば、充電電圧が同一で特性
の異なる２種類の電池セルからなる複合型の二次電池パ
ック４及び５があった場合は、充電の手順はまず二次電
池パック４を満充電まで充電し、次に二次電池パック５
を満充電まで充電しなけばならない。

【００１０】この従来の充電方式では、バッテリの数に
比例して充電時間が増加する。充電の経過を図示すると
図３となる。具体的な数字を挙げれば一般的にリチウム
イオン二次電池であれば、１つの二次電池パックを充電
するのに約２時間から約３時間が必要とされている。二
次電池パックの構成によりこの時間が２倍となれば商品
性(充電時間に対する放電時間の比率、充電時間の絶対
値)を大きく損なうことになる。

【００１１】また、従来の充電方式では、充電を行って
いる途中、満充電に至る前にユーザが充電を中断し放電
を開始する場合が実使用の中では想定されるが、この場
合取り出せるエネルギは充電率から期待される値を下回
る可能性がある。

【００１２】電池の蓄積出来るエネルギは一般に公称容
量として表されるが、この値は種々の条件で変化する。
この要因の一つに放電電流量があることはよく知られて
いる。同一の条件で充電した電池であっても放電電流量
が増加すると取り出せるエネルギは低下する。

【００１３】具体的には、０．２Ｃ（Ｃはセルの定格電
流容量に対する比率を表す）の放電容量を１００％とす
ると、１Ｃ放電では９５％以上、２Ｃでは約９０％程度
でというデータがある。

【００１４】このため、２つの二次電池パックを並列に
放電するとそれぞれの二次電池パックが供給する電流値
はそれぞれ単独の場合の約１／２となり、取り出せるエ
ネルギの容量が増加する。このことは”パラレル効果”
などの名称で知られている。

【００１５】更に、従来の充電方式では、二次電池パッ
ク５よりも先に充電される二次電池パック４の方から多
くエネルギが取り出される可能性が高いことから電池の
サイクル劣化（充放電を繰り返す事による容量の劣化）
も二次電池パック４の方が二次電池パック５よりも早く
進行することが予想される。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の点を改
良するもので、 複合構成の二次電池パック内部を第１の電池セルか
らなる第１の電池セルグループと、第２の電池セルから
なる第２の電池セルグループに分割し、 該第１の電池セルグループと該第２の電池セルグル
ープにそれぞれ電流制限回路を設け、 該電流制限手段は各電池セルグループの規定された
充電電流以下になるように構成する。

【００１７】

【作用】この様に構成した本発明は、外部の充電回路は
二次電池パック内部で異なる２種類以上の電池セルによ
って構成されていても、１種類の電池セルだけで構成さ
れた二次電池パックと同様に切替え動作を伴うことな
く、一度の充電で充電動作を完了することが出来る。こ
のとき、複合構成の二次電池パック内部では充電電流制
限回路を通して、すべての電池セルグループに電圧が印
加される為、同時に充電が進行し、各電池セルグループ
の満充電到達に要する時間は電池セルの特性により厳密
には同時ではないが、大差ない時間で完了する。

【００１８】この為、現在用いられているリチウムイオ
ン二次電池の三種類の円筒型（体積容量比率は非常に優
れているが、軸方向に長く、厚み＝円筒の直径も大き
い）、角形（体積容量比率が優れており、厚みも薄い
が、底面積が広い）及び、シート型（厚みは非常に薄い
が、体積容量比率が劣っており、底面積が広い）電池セ
ルが二次電池パックに混在可能になり、二次電池パック
の空間の利用効率が向上し、例えばノートパーソナルコ
ンピュータの薄型化を促進出来る。

【００１９】

【発明の実施形態】発明の一実施の形態を図に基づいて
説明する。図４は、本発明の実施の形態の要部構成図を
示す。

【００２０】該実施の形態では、説明を簡略化するため
電池セルのグループが２種類の場合であるが、ｎ個(ｎ
＝２，３，４，．．．)の場合でも同様である。図４に
おいて電池セル２と電池セル３は、充電電圧が同一でそ
れぞれ容量、充電電流、内部抵抗など充電特性の異なる
電池セルである。この電池セル２を複数個直列に接続し
て電池セルグループＡを構成する。同様に、この電池セ
ル３を複数個直列に接続して電池セルグループＢを構成
する。但し、各電池セルグループＡ及びＢの充電電圧は
同一（すなわち直列の段数は同一）である。

【００２１】この各々の電池セルグループには、各電池
セルグループに流入する充電電流を、その電池セルの許
容充電電流値に制限し、更に、各電池セルグループに流
入する充電電流が、その電池セルに設定された満充電判
定電流を下回った場合に充電電流の流入を停止させる電
流制限回路８、９がそれぞれ設けられている。これは、
本発明の特徴の一つである。

【００２２】また、図４において、１０は、保護・残量
計回路を示し、従来の保護・残量計回路と同様に、過充
電、過放電、過電流などから電池セルを保護し、また、
充電／放電の状況から電池の残量を推測する回路であ
り、１１はコネクタを示し、二次電池パックと充電器、
或いは充電器兼負荷(パーソナルコンピュータなど)とを
接続、分離するための端子である。

【００２３】これらの電池セルグループＡ，Ｂ、保護・
残量計回路１０、コネクタ１１が一つの二次電池パック
１２内に備えられている。また、図４で１４は、充電回
路を示し、二次電池パック定格の充電電圧を発生する。
この充電回路１４は、二次電池パックと分離して、パー
ソナルコンピュータ本体に内蔵される。

【００２４】この様な構成の本発明の実施の形態の動作
を説明する。まず、一般的なリチウムイオン電池を充電
状態を図５に示す。充電の半ば過ぎまでは充電電流は充
電回路が規制する最大充電電流値となり、時間の経過に
比例して、充電電圧と充電量が上昇する。この領域をＣ
ｏｎｓｔａｎｔＣｕｒｒｅｎｔ充電領域(以後、「ＣＣ
充電領域」と言う)と呼ぶ。

【００２５】更に、充電時間が経過すると、充電電圧が
ほぼ一定となり、電池セル自身の内部抵抗の上昇により
充電電流が０ｍＡに漸近する。この領域をＣｏｎｓｔａ
ｎｔＶｏｌｔａｇｅ充電領域(以後、「ＣＶ充電領域」
と言う)と呼ぶ。

【００２６】まず、充電動作を説明する。充電回路１４
から充電電圧が２つの電池セルグループＡ及びＢに共通
に印加される。

【００２７】電池セルグループの片方、若しくはいずれ
もがＣＣ充電領域にあった場合、充電回路１４は、ＣＣ
充電状態にある電池セルグループに適した電流に規制す
ることができない。しかし、二次電池パック内部の電流
制限回路が最大充電電流を最大充電電流に規制するの
で、ＣＣ領域にある電池セルグループは適切な充電が行
われる。すなわち、ＣＣ充電領域にある電池セルグルー
プの充電は外部の充電回路１４と電流制限回路８、９に
より協調して制御されている。これは、本願発明の特徴
の一つである。

【００２８】次に、電池セルグループの片方、若しくは
いずれもがＣＶ充電領域にあった場合、電流制限回路
８、９は制限動作を行わない。これは、電池の内部抵抗
の上昇のため、電流が電池セルにより自己的に制限され
る為である。すなわち、ＣＶ充電領域にある電池セルグ
ループの充電は外部の充電回路１４のみによって制御さ
れている。これは、本願発明の特徴の一つである。

【００２９】次に、充電の完了動作を説明する。リチウ
ムイオン二次電池は、充電電流がある閾値以下となった
場合に満充電と判定される。複数の電池セルグループで
構成される本発明を用いた二次電池パックの場合、次の
手順で満充電の判定が行なわれる。

【００３０】前提条件１：充電回路１４には二次電池パ
ックに応じた二次電池パックとしての満充電判定電流値
があらかじめ設定してあり、この閾値を下回ると充電動
作を終了する。

【００３１】前提条件２：本発明の二次電池パックは各
電池セルグループに流入する充電電流が、その電池セル
に設定された満充電判定電流を下回った場合に、充電電
流の流入を停止させる電流制限回路８、９を有している
ので、各電池セルグループ毎に満充電条件を満たせばそ
の電池セルグループへの充電電流は停止する。 満充電判定手順：充電回路１４は各電池セルグループの
満充電判定電流の最小値を満充電判定電流値と設定して
おく。これにより、二次電池パック内のすべての電池セ
ルグループの満充電条件が満たされた場合に、充電回路
は本発明の二次電池パックの満充電を認識し充電動作を
終了する。

【００３２】この動作を図６に示す。なお、充電を停止
する条件は、電池セル温度の上昇、タイムアウトなどが
あるがこれは正常でない充電状態との認識によるエラー
処理であり、本発明の場合でも従来同様に判定が可能で
ある。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明は、共通の充
電回路に接続される、一つの二次電池パック内に並列接
続された、各々の電池セルグループの充電電圧が等しく
設定された少なくとも２個の電池セルグループと、該各
々の電池セルグループに各々設けられた、該各々の電池
セルグループに流入する充電電流を該電池セルグループ
を構成する該電池セルの許容充電電流値に制限し、該充
電電流が該電池セルに設定された満充電判定電流を下回
った場合に該充電電流の流入を停止させる電流制限手段
と、を備え、前記各々の電池セルグループが、１個又は
複数の同一特性の二次電池を電気的に接続して構成さ
れ、該二次電池は各々電池セルグループ毎に異なること
を特徴とする。

【００３４】従って、外部の充電手段は二次電池パック
内部で異なる２種類以上の電池セルによって構成されて
いても、１種類の電池セルだけで構成された二次電池パ
ックと同様に切替え動作を伴うことなく、一度の充電で
充電動作を完了することが出来る。

【００３５】この為、現在用いられている異なる種類の
二次電池セルが二次電池パックに混在可能になり、充電
時間も短縮され、バッテリライフも著しく向上し、然も
二次電池パックの空間の利用効率が向上し、ノートパー
ソナルコンピュータ等の薄型化を著しく促進出来る等の
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、異なる電池セルグループから構成され
る二次電池パックの説明図。

【図２】図２は、従来の複合型の二次電池パックの説明
図。

【図３】図３は、２つの二次電池パックからなる複合二
次電池パックの充電率と時間経過に伴う推移図。

【図４】図４は、本発明の一実施の形態の要部回路構成
図。

【図５】図５は、リチウムイオン二次電池の充電電圧、
充電電流、充電率の時間経過に伴う推移図。

【図６】電流制限回路の動作フローチャート。

【符号の説明】

１、４、５、１２ 二次電池パック ２、３ 電池セル ８、９ 電流制限回路 １０ 保護・残量計回路 １１ コネクタ １４ 充電回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通の充電回路に接続される、一つの二
   次電池パック内に並列接続された、各々の電池セルグル
   ープの充電電圧が等しく設定された少なくとも２個の電
   池セルグループと、 該各々の電池セルグループに各々設けられた、該各々の
   電池セルグループに流入する充電電流を該電池セルグル
   ープを構成する該電池セルの許容充電電流値に制限し、
   該充電電流が該電池セルに設定された満充電判定電流を
   下回った場合に該充電電流の流入を停止させる電流制限
   手段と、 を備え、 前記各々の電池セルグループが、 １個又は複数の同一特性の二次電池を電気的に接続して
   構成され、 該二次電池は各々電池セルグループ毎に充電特性が異な
   ること、 を特徴とした二次電池パック。
2. 【請求項２】 前記二次電池パックが、携帯可能な前記
   電池セルにより駆動される被動作本体に着脱可能に結合
   されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池パッ
   ク。