JP2002367681A - 二次電池装置および電池保護制御方法 - Google Patents

二次電池装置および電池保護制御方法

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JP2002367681A
JP2002367681A JP2001171875A JP2001171875A JP2002367681A JP 2002367681 A JP2002367681 A JP 2002367681A JP 2001171875 A JP2001171875 A JP 2001171875A JP 2001171875 A JP2001171875 A JP 2001171875A JP 2002367681 A JP2002367681 A JP 2002367681A
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battery
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ambient temperature
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Shizuo Morioka
静夫 森岡
Hirohito Motomiya
裕仁 本宮
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は二次電池を長期保存する際に電池特性
の劣化を少なくすることが可能な二次電池装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】リチウムイオン電池３の温度を測定する温
度測定部７により、二次電池の温度を測定し、温度に応
じて、制御部６が充電制御部４及び放電制御部８を介し
て充放電制御を行なうことで、二次電池の充電容量の調
節を行なう。また、充電完了後にタイマ９により、充電
完了後からの期間を計測し、期間に応じて所定電圧値以
下となるように放電制御部８により放電を行なうこと
で、長期保存の際に二次電池の特性劣化を少なくするこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の保存方
法及び充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】近年、ノート型パーソナルコンピュータ
（以後、パソコンと称す）や携帯電話等の普及に伴っ
て、これらの機器を駆動させる電源として、くり返し充
放電可能な二次電池が用いられている。
【０００４】このような二次電池としては、近年リチウ
ムイオン二次電池が特に普及している。
【０００５】リチウムイオン二次電池は、水が関与して
起こる電気化学反応によって電気を生成する他の二次電
池と異なり、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。
このため、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り、また繰
返しの充電にも強いという利点もある。
【０００６】しかし、このようなリチウムイオン二次電
池は、満充電に近い状態のままで長期間保存した場合、
特性劣化を引き起こし、その後は、十分な充電を行なっ
たとしても、最初の容量のまで充電容量が回復しないと
いう問題がある。
【０００７】このような現象を解決するために、特開平
７−１３０３９７号公報には、長期間保存に伴う二次電
池の保護方法及び保護装置の技術が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】しかし、上記従来技術では、二次電池が、
一定以上の容量を保持したまま保存された場合に、強制
的に放電を行なうものであり、使用者にとっては、期待
した駆動時間が得られないといった問題があった。
【００１０】また、充電中の二次電池容量については、
考慮されておらず、充電時に満充電またはそれに近い充
電量を保持した状態が高温の環境下にある場合、二次電
池の特性劣化を抑制することができないと言った問題が
あった。
【００１１】上記課題を解決するために、本発明は二次
電池を長期保存する際に電池特性の劣化を少なくするこ
とが可能な二次電池装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１３】上記目的を達成するために、請求項１に係
る発明では、二次電池と、二次電池を充電するための充
電電圧を供給する電圧供給手段と、二次電池の周囲温度
を測定する手段と、測定手段によって測定された周囲温
度に応じて、二次電池の放電を行なう手段とを具備する
ことを特徴とする。
【００１４】このような構成により、電池の周囲温度に
応じて二次電池の充電量を調整可能であるため、長期保
存時の二次電池の劣化を防ぐことが可能な二次電池装置
を提供することが可能である。
【００１５】また、請求項４に係る発明では、二次電池
と、二次電池を充電するための充電電圧を供給する電圧
供給手段と、二次電池の周囲温度を測定する手段と、充
電電圧により充電を終了した場合に、時間を計測する計
測手段と、計測手段により、所定時間経過したと判断し
た場合に、二次電池の電池電圧を検出し、電池電圧が第
１の電圧値以上か否か判断する手段と、判断手段により
電池電圧が第１の電圧値以上であると判断された場合、
二次電池の放電を行なう手段とを具備することを特徴と
する。
【００１６】このような構成により、電池の周囲温度に
応じて二次電池の充電量を調整可能であるため、長期保
存時の二次電池の劣化を防ぐことが可能でかつ、保存期
間に応じて二次電池の充電量を調節可能な二次電池装置
二次電池装置を提供することが可能である。
【００１７】また、請求項７に係る発明では、二次電池
を充放電する電池保護制御方法において、二次電池の周
囲温度を測定し、測定した周囲温度を参照して、二次電
池の充電電圧を設定し、この充電電圧で二次電池を充電
し、二次電池が充電完了した場合、充電完了からの時間
を計測し、所定時間経過したと判断した場合に、二次電
池の電池電圧を検出し、電池電圧が第１の電圧値以上か
否か判断し、電池電圧が第１の電圧値以上であると判断
された場合、二次電池の放電を行なうことを特徴とす
る。
【００１８】このような構成により、電池の周囲温度に
応じて二次電池の充電量を調整可能であるため、長期保
存時の二次電池の劣化を防ぐことが可能な電池保護制御
方法を提供することが可能である。
【００１９】また、請求項８に係る発明では、二次電池
を充電する電池保護制御方法において、二次電池の周囲
温度を測定し、測定した周囲温度を参照して、二次電池
の充電電圧を設定し、充電電圧で二次電池を充電し、二
次電池が充電完了した場合、充電完了からの時間を計測
し、所定時間経過したと判断した場合に、二次電池の電
池電圧を検出し、電池電圧が第１の電圧値以上か否か判
断し、電池電圧が第１の電圧値以上であると判断された
場合、二次電池の放電を行ない、さらに、電池電圧が第
２の電圧値より小さくなったか否か判断し、電池電圧が
第２の電圧値より小さくなった場合に、放電を停止する
ことを特徴とする。
【００２０】このような構成により、電池の周囲温度に
応じて二次電池の充電量を調整可能であるため、長期保
存時の二次電池の劣化を防ぐことが可能でかつ、保存期
間に応じて二次電池の充電量を調節可能な電池保護制御
方法を提供することが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下本発明に係る実施形態を、図
面を参照して説明する。
【００２２】図１に、本発明に係る充電装置のブロック
図を示す。また、図２にに、本充電装置が内蔵される電
子機器の斜視図を示す。
【００２３】充電装置１は、電源部２と、この電源部２
と接続し、リチウムイオン二次電池３を充電制御する充
電制御部４と、リチウムイオン二次電池（以後、二次電
池と称す）３と接続し、二次電池３の充放電電流を検出
する電流検出部５と、この充電装置１全体の制御を司る
制御部６と、二次電池３周辺の温度を測定し、制御部６
へ電池周囲温度の情報を伝える温度測定部７と、二次電
池３の放電制御を行なう放電制御部８と、制御部６から
の指示により経過時間を測定するタイマ９とを有する。
【００２４】電源部２は、二次電池３を充電するために
必要な電源を供給するものである。
【００２５】二次電池３は、この充電装置１に着脱自在
に脱着可能であり、充電制御部４により充電される。
【００２６】制御部６は、この充電装置１全体の制御を
行なうものであり、充電制御部４への指示を出したり、
温度測定部７からの温度情報を取得し、放電制御部８へ
放電制御の指示を行なう。
【００２７】充電制御部４は、制御部６からの指示に従
い、二次電池３の充電をオン／オフするとともに、二次
電池３の充電制限電圧、充電制限電流を制御する。充電
制限電圧および充電制限電流は制御部６からの信号によ
り決定する。この充電制限電圧については、後述する。
【００２８】電流検出部５は、二次電池３の充電／放電
電流を検出する。この電流検出部で検出された電流デー
タは、制御部６へ出力される。
【００２９】温度測定部７は、二次電池３の周囲温度を
測定し、制御部６へ出力するものである。
【００３０】放電制御部８は、制御部６からの信号に応
じて二次電池３の強制放電を行なう。
【００３１】タイマ９は、充電を停止してからの経過時
間の測定を行なう。経過時間データは、制御部６へ出力
する。
【００３２】次に、二次電池の電圧と、充電容量との関
係を図２に示す。
【００３３】図２は、横軸に、二次電池の充電容量を示
し、縦軸に、二次電池の電池電圧を示す。図２に示すよ
うに、この二次電池３は満充電（横軸で１００％）の状
態で、電池電圧が４．２Ｖである。
【００３４】続いて、図３に、二次電池の保存期間と放
電容量との関係図を示し、図４に、二次電池の周囲温度
による保存期間と放電容量との関係図を示す。
【００３５】図３は、横軸に保存期間を示し、縦軸に保
存開始時の容量に対するその保存期間での容量をパーセ
ンテージを示す。各、曲線は、保存開始時の電池容量を
変動させ、たものである。
【００３６】図３に示すように、保存開始時の電池容量
が、１００％に近い（満充電状態に近い）ほど、保存期
間による劣化が大きくなり、保存開始時の電池容量が少
ないほど、容量劣化が少ない事を示している
【００３７】また図４において、縦軸、横軸は、上述の
図３と同様であり、二次電池の周囲温度を変化させた場
合の電池容量の劣化を示す図である。
【００３８】図４に示すように、二次電池の周囲温度が
高い状態で、二次電池を保存すると、二次電池の特性劣
化が激しいことが分かる。
【００３９】周囲温度２５度では、ほとんど劣化が無い
のに対し、周囲温度が４０度では、約３０％電池容量が
劣化する。
【００４０】次に、上記の二次電池の特性劣化を踏まえ
た本発明に係る充電装置の充電制御を行なう二次電池の
充放電制御のパラメータを図５及び図６を用いて説明す
る。
【００４１】図５に、電池周囲温度と充電する際の充電
制限電圧との関係図を示し、図６に、電池周囲温度と、
二次電池の電池電圧との関係図を示す。
【００４２】図５は、電池周囲温度と二次電池へ充電す
る充電制御電圧との関係を示す一例であり、縦軸に充電
制限電圧を示し、横軸に、二次電池の周囲温度を示す。
この図５に示すように、前述の図４に示した二次電池３
の特性を考慮して、周囲温度が約２５度を超えると、二
次電池の特性劣化が激しくなるため、充電制御電圧を低
下させる特性とし、この関係から定まる充電制限電圧に
より、二次電池３の充電を行なう。このように、充電制
限電圧は、周囲温度が高くなるほど、充電制限電圧を低
下するように制御する。
【００４３】また、図６は、充電後の電池周囲温度と、
二次電池の電池電圧との関係を示す。
【００４４】ここで、二次電池の電池電圧と電池周囲温
度との関係により、V1は充電時の最大電圧を示し、充電
時には、二次電池の電池電圧が、このV1を超えないよう
に制御され、二次電池保存時には、電池電圧V2を超えな
いように制御される。
【００４５】次に図７に、本発明にかかる、充放電制御
のフローチャートを示す。
【００４６】まず、充電時に、温度測定部７が、電池周
囲温度を測定し（ステップＳ１０１）、その温度データ
を制御部６へ送出する（ステップＳ１０２）。
【００４７】制御部６は、温度データを受けとると、図
５に示す関係図から温度データに応じた充電制御電圧V
０を定め、充電制御部４に、充電電圧をＶ０に設定する
よう指示を出す（ステップＳ１０３）。
【００４８】つぎに、充電制御部４は、制御部６から受
け取った指示に基づいて充電制御電圧V０で二次電池３
の充電を開始する（ステップＳ１０４）。
【００４９】次に、電流検出部５が、二次電池の電流を
検出し、制御部６に電流値を伝え（ステップＳ１０
５）、制御部６が二次電池３が満充電状態になったか否
かを判断する（ステップＳ１０６）。
【００５０】満充電状態になったと判断すれば（ステッ
プＳ１０６のYEＳ）、充電を停止する（ステップＳ１０
７）。
【００５１】また、満充電状態ではない場合（ステップ
Ｓ１０６のNO）は、図６に示したデータを参照して、二
次電池３の電池電圧Vbatが、そのときの電池周囲温度
（Tbat）に対応した電池電圧V1以上であるか否かを判断
する（ステップＳ１０８）。
【００５２】VbatがV１以上であった場合（ステップＳ
１０８のYEＳ）は、その時点で充電を停止する（ステッ
プＳ107）。例えば、周囲温度が２５度の場合はV1が
４．１Vとなり、二次電池の電圧が４．１V以上になって
いる場合には、充電を停止するが、図２に示したよう
に、この状態でも二次電池は９０％以上の充電を完了し
ていることになる。
【００５３】VbatがV1より小さい場合（ステップＳ108
のNO）には、継続して充電を続ける。充電を停止した
後、タイマ９は、保存期間を計測する。図３に示したよ
うに、二次電池の保存期間がある一定の期間を超える
と、性能劣化が起こるため、タイマ９が保存期間を計測
し、所定期間（例えば１週間）を経過した場合（ステッ
プＳ１０９のYEＳ）、そのときの二次電池の周囲温度に
応じた電池電圧V１と、二次電池の電池電圧V0とを比較
し、V０がV1以上であるか否か判断する（ステップＳ１
１０）。
【００５４】電池電圧がV1以上であった場合は、このV1
より小さくなるように、制御部６は、放電制御部８に対
して、二次電池３を放電するよう指示を出す。
【００５５】放電制御部８は、制御部６の指示に従い、
二次電池３の放電を開始する（ステップＳ１１１）。
【００５６】放電開始後も、電流検出部５では、二次電
池の電流を検出し、制御部６へデータを送出する。制御
部６では、電流検出部５からのデータを基に二次電池３
の電池容量を検出し、電池電圧（Vbat）が、そのときの
二次電池周辺温度における第２の電池電圧（V2）より小
さくなったか否かを判断する（ステップＳ１１２）。
【００５７】VbatがV2未満になった場合、制御部６は放
電制御部８へ放電停止の指示を出し、放電制御部８は二
次電池３の放電を停止する。
【００５８】このように、二次電池３は、二次電池の周
囲温度および保存期間に適した充電電圧になるように制
御される。
【００５９】上述のように周囲温度に対応した電池電圧
で二次電池を保存可能であり、電池の劣化を防ぐことが
可能である。
【００６０】次に第２の実施形態について説明する。
【００６１】本例は、ハードウェア的に上記の充電制御
を行なう例である。図８に第２の実施形態にかかる充電
装置の構成図を示す。
【００６２】電源１２に、充電制御部１３が接続し、こ
の充電制御部１３に放電制御部１４が接続し、放電制御
部１３と定電圧制御部１５とが接続し、充電制御部１４
と定電流制御部１６とが接続している。
【００６３】定電圧制御部１５は、抵抗３１と、抵抗３
１に接続するサーミスタ３２、コンデンサ３４、抵抗３
５、ダイオード３６、オペアンプ３７、基準電圧源３８
等から構成している。
【００６４】ここで、基準電圧源３８の電圧をVcv、抵
抗３１の抵抗値をRa、サーミスタ３２の抵抗値をR(Tba
t)、抵抗３３の抵抗値をRbとしたとき、定電圧制御部１
５は、充電制限電圧Vが、V=（（Ra+R(Tbat)＋Rb）／R
b）×Vcvとなるように動作する。
【００６５】なおサーミスタ３２は温度に対して負の特
性を持っている。このため、温度が高くなると充電制限
電圧は低くなる。
【００６６】また、定電流制御部１６は、抵抗４１、コ
ンデンサ４２、抵抗４３、オペアンプ４４、ダイオード
４５、基準電圧源４６から構成しており、基準電圧源４
６の電圧をVcc、抵抗４１の抵抗値をRcとしたとき、充
電制限電流Iが、I=Vcc/Rcで表されるように動作する。
【００６７】充電制御部１３は、トランジスタ２１と、
抵抗２２とを有しており、定電圧制御部１５及び定電流
制御部１６からの信号をダイオード３６、及びダイオー
ド４５で論理和をとって充電制御を行なう。
【００６８】放電制御部１４には、トランジスタ２４と
抵抗２５で構成しており、定電圧制御部１５からの信号
に応じて、第１の実施形態で述べたように、電池周辺の
温度によって電池周辺温度に応じた電池電圧となるよう
に二次電池３を放電する。
【００６９】上記のように、第２の実施形態ではハード
的に二次電池の充放電を制御する場合であり、電池の温
度に応じて、充放電を行なうため、電池温度に応じて最
適な電池容量を保つことが可能となる。
【００７０】本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であ
れば、上記の実施形態に限定されるものではなく、上述
の充電装置はパソコンに内蔵される場合や、ＰＤＡ（Pe
rsonal Digital Assistants）等の機器に内蔵するこ
とも可能である。
【００７１】
【発明の効果】以上詳述した発明によれば、二次電池を
長期保存する際に、電池の温度によって放電し、適切な
電池容量で保存することが可能とするため、長期保存の
際の電池特性の劣化を少なくすることが可能な二次電池
装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る充電装置の構成図。
【図２】第１の実施形態に係る電池電圧と電池容量との
関係図。
【図３】第１の実施形態に係る保存開始電池容量による
電池劣化と保存期間との関係図
【図４】第１の実施形態に係る電池温度による電池容量
と保存期間との関係図。
【図５】第１の実施形態に係る充電電圧と電池温度との
関係図。
【図６】第１の実施形態に係る電池電圧と電池温度との
関係図。
【図７】第１の実施形態に係る充放電制御のフローチャ
ート。
【図８】第２の実施形態に係る充電装置のハードウェア
構成図。
【符号の説明】
１…充電装置 ２…電源 ３…リチウムイオン二次電 ４…充電制御部 ５…電流検出部 ６…制御部 ７…温度測定部 ８…放電制御部 ９…タイマ １２…電源 １３…充電制御部 １４…放電制御部 １５…定電圧制御部 １６…定電流制御部 ２１、２４…トランジスタ ２２、２５、３１、３３、３５、４１、４３…抵抗 ３２…サーミスタ ３４、４２…コンデンサ ３６、４５…ダイオード ３７、４４…オペアンプ ３８、４６…基準電圧源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H030 AA10 BB01 BB21 FF27 FF43

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】二次電池と、前記二次電池を充電するため
    の充電電圧を供給する電圧供給手段と、前記二次電池の
    周囲温度を測定する手段と、前記測定手段によって測定
    された周囲温度に応じて、前記二次電池の放電を行なう
    手段とを具備することを特徴とする二次電池装置。
  2. 【請求項２】前記測定手段によって測定された周囲温度
    に応じて、前記電圧供給手段の前記充電電圧を変化させ
    る手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の二
    次電池装置。
  3. 【請求項３】前記二次電池は、前記充電電圧変化手段お
    よび、前記放電手段により、前記二次電池の電池電圧が
    所定電圧値を超えないように制御されることを特徴とす
    る請求項１に記載の二次電池装置
  4. 【請求項４】二次電池と、前記二次電池を充電するため
    の充電電圧を供給する電圧供給手段と、前記二次電池の
    周囲温度を測定する手段と、前記充電電圧により充電を
    終了した場合に、充電終了からの時間を計測する計測手
    段と、前記計測手段により、所定時間経過したと判断し
    た場合に、前記二次電池の電池電圧を検出し、前記電池
    電圧が第１の電圧値以上か否か判断する手段と、前記判
    断手段により、前記電池電圧が前記第１の電圧値以上で
    あると判断された場合、前記二次電池の放電を行なう手
    段とを具備することを特徴とする二次電池装置。
  5. 【請求項５】前記判断手段はさらに、前記電池電圧が第
    ２の電圧値より小さくなったか否か判断し、前記放電手
    段は、前記電池電圧が前記第２の電圧値より小さくなっ
    た場合に、放電を停止することを特徴とする請求項３に
    記載の二次電池装置。
  6. 【請求項６】前記第１の電圧値および前記第２の電圧値
    は、前記周囲温度に応じて変化することを特徴とする請
    求項３に記載の二次電池装置。
  7. 【請求項７】二次電池を充放電する電池保護制御方法に
    おいて、二次電池の周囲温度を測定し、前記測定した周
    囲温度を参照して、前記二次電池の充電電圧を設定し、
    前記充電電圧で前記二次電池を充電し、前記二次電池が
    充電完了した場合、充電完了からの時間を計測し、所定
    時間経過したと判断した場合に、前記二次電池の電池電
    圧を検出し、前記電池電圧が第１の電圧値以上か否か判
    断し、前記電池電圧が前記第１の電圧値以上であると判
    断された場合、前記二次電池の放電を行なうことを特徴
    とする電池保護制御方法。
  8. 【請求項８】二次電池を充電する電池保護制御方法にお
    いて、二次電池の周囲温度を測定し、前記測定した周囲
    温度を参照して、前記二次電池の充電電圧を設定し、前
    記充電電圧で前記二次電池を充電し、前記二次電池が充
    電完了した場合、充電完了からの時間を計測し、所定時
    間経過したと判断した場合に、前記二次電池の電池電圧
    を検出し、前記電池電圧が第１の電圧値以上か否か判断
    し、前記電池電圧が前記第１の電圧値以上であると判断
    された場合、前記二次電池の放電を行ない、さらに、前
    記電池電圧が第２の電圧値より小さくなったか否か判断
    し、前記電池電圧が前記第２の電圧値より小さくなった
    場合に、放電を停止することを特徴とする電池保護制御
    方法。
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