JP2005218238A

JP2005218238A - 二次電池の充電制御方法および充電制御装置

Info

Publication number: JP2005218238A
Application number: JP2004022859A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Ayusawa; 智行鮎澤
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】二次電池の電池容量の大きなものを使用することなく、充電完了表示中は、いつでも仕様書に示されている動作可能時間の規格値以上の動作を実現することができ、また、性能の劣化した二次電池を使用したときに発生する充電中表示と充電完了表示を繰り返す表示の点滅動作を防止することができる二次電池の充電制御方法および充電制御装置を提供する。
【解決手段】二次電池の充電完了を検出して充電を停止させた後、充電開始を制限する所定時間の時間計測を開始させ、この時間計測の開始から所定時間を経過し、かつ満充電時の電池電圧と差の少ない所定の再充電開始電圧を検出したときに、二次電池の充電を再開させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯情報端末の内部電源として用いた二次電池の充電制御方法および充電制御装置に関し、特に、リチウムイオン電池などの定電圧充電制御を必要とする二次電池に適用して好適な充電制御方法および充電制御装置に関する。

従来、携帯情報端末などの内部電源として、充電が可能な電池である二次電池のリチウムイオン電池が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

上記リチウムイオン電池へ充電を行なう充電制御装置としては、例えば、図３に示す携帯情報端末Ａに内蔵した充電制御装置を用いて、携帯情報端末Ａに接続されたリチウムイオン電池Ｂへ充電を行っていた。

この図３に示す携帯情報端末Ａに内蔵した充電制御装置は、外部電源１から交流電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）を直流低圧電源とする変圧・整流回路からなるＡＣアダプタ２と、スタンドアローン動作の充電制御ＩＣを内蔵し、ＡＣアダプタ２の直流低圧電源が供給される充電回路３と、マイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵという）で構成された制御回路４と、充電電圧などを監視し、検出した電圧値データなどを制御回路４へ供給するＡ／Ｄコンバータ５とを備えていた。

このように構成した充電制御装置においては、外部電源１が携帯情報端末Ａに接続されたとき、充電回路３に設けたスタンドアローン動作の充電制御ＩＣがリチウムイオン電池Ｂへの充電の全ての制御を行なうように構成していた。

このリチウムイオン電池Ｂは、充電開始から電池電圧が所定の電位になるまでは、充電電流を一定電流として充電を行なっている。このように、定電流充電を行なうことで電池電圧が上昇し、所定値を超えたときに、定電圧充電に切り替えるように構成していた。このときには、例えば、リチウムイオン電池の満充電時、即ち１００％充電されたときの電池電圧に相当する電圧を供給する。この定電圧充電を行なうことで、リチウムイオン電池Ｂが充電されて、電池電圧に相当する電圧まで上昇するが、この充電が行なわれるにしたがって、充電電流は次第に減少する。

ここで、この充電電流が所定値まで減少したとき、リチウムイオン電池Ｂが１００％充電（あるいは、１００％に近い状態に充電）されたと判断して、満充電状態であることを検出し、充電停止を行なうと同時に、満充電表示を行なうように構成している。このように、充電制御を行なうことで、定電圧充電が必要な特性を有するリチウムイオン電池Ｂをほぼ１００％まで効率よく充電することができる。

ところで、このように、ほぼ１００％まで充電されたリチウムイオン電池Ｂは、以後の充電状態により、特性を劣化させてしまうことがある。即ち、リチウムイオン電池Ｂの満充電時の電池電圧に相当する電圧を、１００％充電されているリチウムイオン電池Ｂに充電電圧として常時印加し、小電力の充電を繰り返し行なうようにすると、自己放電などがあっても、充電状態をほぼ１００％の状態に保つことができる。

ところが、このように、ほぼ１００％の状態が継続すると、リチウムイオン電池Ｂは、充電できる電池容量がしだいに減少する特性をもっているため、二次電池としての特性を劣化させてしまう。そこで、一般的には、リチウムイオン電池Ｂの満充電後は、充電を停止するように構成していた。

リチウムイオン電池Ｂの充電完了後は、外部電源１を接続した状態のままで、携帯情報端末Ａを動作させた場合、負荷回路への放電により電圧がしだいに低下する。ここで、電池電圧があらかじめ決めた電圧になると、充電を再開させるように充電回路３を設定しておく。この充電回路３の制御ＩＣがあらかじめ決めた電圧を検出すると、充電が再開され、電池電圧が再び上昇して、満充電状態となる。

このように、再充電を行なう電池電圧は、充電回路３の内部で固定値として持っており、その電圧の時の電池容量は、約７０％である。この充電電圧を再開する時の電池容量を約７０％としている理由は、リチウムイオン電池Ｂの特性からくる要求である（リチウムイオン電池Ｂのメーカ側の推奨は、約６０％）。

この結果、リチウムイオン電池Ｂを使用した携帯情報端末Ａでは、その携帯情報端末Ａの使用者が、充電完了後の電池の状態を示す充電表示などを見た場合、充電が停止しているため、満充電状態にあると認識するが、再充電を再開する直前では、リチウムイオン電池Ｂの実際の電池容量は、自己放電、あるいは負荷回路への放電により、約７０％しか電池の残量がない場合もあった。
特開平１０−２２３２６１号公報（第１−３頁、第１図）

従来の二次電池の充電制御装置にあっては、携帯情報端末の仕様書に示された動作可能時間の規定値に対して、電池容量が１００％のときは充分対応可能であるが、再充電を行なう直前の状態では、上述したように、充電完了の表示がなされていても、実際の電池容量は約７０％しかない場合もあり、動作可能時間の規格値を満足することができない不具合が発生する虞があった。

また、電池容量が約７０％の場合であっても、仕様書に示された動作可能時間を満足させるためには、リチウムイオン電池の電池容量の大きなものを使用する必要があるため、電池パック自体のサイズが大きくなり、小型化、軽量化を図る際の大きな制約となり、同時に、携帯情報端末のデザインの変更も必要になるという問題点があった。

本発明は、従来の二次電池の充電制御装置の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二次電池の電池容量の大きなものを使用することなく、充電完了表示中は、いつでも仕様書に示されている動作可能時間の規格値以上の動作を実現することができ、また、性能の劣化した二次電池を使用したときに発生する充電中表示と充電完了表示を繰り返す表示の点滅動作を防止することができる二次電池の充電制御方法および充電制御装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の二次電池の充電制御方法においては、二次電池の充電完了を検出して充電を停止させた後、充電開始を制限する所定時間の時間計測を開始させ、この時間計測の開始から所定時間を経過し、かつ満充電時の電池電圧と差の少ない所定の再充電開始電圧を検出したときに、二次電池の充電を再開させるようにしたものである。

また、本発明の二次電池の充電制御装置においては、二次電池に充電電圧を供給する外部電源手段と、外部電源手段による充電を制御する充電制御手段と、二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、電池状態検出手段による二次電池の充電完了の検出にもとづき充電制御手段が二次電池の充電を停止させたとき、再充電開始を制限する所定時間の時間計測を開始するタイマー手段と、タイマー手段の時間計測開始から所定時間を経過し、かつ電池状態検出手段が満充電時の電池電圧と差の少ない所定の再充電開始電圧を検出したとき、充電制御手段に対して外部電源手段による二次電池への再充電開始を制御する再充電制御手段とを備えたものである。

さらに、上記二次電池の充電制御装置は、少なくとも、充電中と充電完了を表示する表示手段を備えることが好ましい。

本発明の二次電池の充電制御方法および充電制御装置は、二次電池の電池容量の大きなものを使用することなく、充電完了表示中は、いつでも仕様書に示されている動作可能時間の規格値以上の動作を実現することができる。また、性能の劣化した二次電池を使用したときに発生する可能性のある充電中表示と充電完了表示を繰り返す表示の点滅動作を防止することができる。

二次電池の充電制御装置において、二次電池に充電電圧を供給する外部電源手段と、外部電源手段による充電を制御する充電制御手段と、二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、電池状態検出手段による二次電池の充電完了の検出にもとづき充電制御手段が二次電池の充電を停止させたとき、再充電開始を制限する所定時間の時間計測を開始するタイマー手段と、タイマー手段の時間計測開始から所定時間を経過し、かつ電池状態検出手段が満充電時の電池電圧と差の少ない所定の再充電開始電圧を検出したとき、充電制御手段に対して外部電源手段による二次電池への再充電開始を制御する再充電制御手段とを備える。

本発明に係る二次電池の充電制御装置の実施例を図１および図２を参照して説明する。
図１は、二次電池の充電制御装置の構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示す実施例による再充電処理を示すフローチャートである。なお、図３にもとづき説明した従来例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の詳細な説明は重複するため省略する。

まず、図１に示す携帯情報端末Ａに内蔵した充電制御装置の構成について説明する。
充電回路３の内部に設けたスタンドアローン動作の充電制御ＩＣの周辺回路に、再充電を開始するための再充電制御回路６を設ける。この際充電制御回路６は、携帯情報端末Ａの仕様書に示された動作可能時間の規格以上に動作するのに必要な電池容量のときの電圧、即ち、充電回路３の充電制御ＩＣが再充電を開始する電圧より高い所定の再充電開始電圧を制御回路４のＣＰＵがＡ／Ｄコンバータ５を用いて監視し、その所定の再充電開始電圧を検出したとき、再充電制御回路６を使って、充電回路３の充電制御ＩＣに対して、充電を再開するように制御し、リチウムイオン電池Ｂへの再充電を行なうように構成している。

このように、制御回路４のＣＰＵ制御による所定の再充電開始電圧は、携帯情報端末Ａの仕様書に示された動作可能時間の規定以上に動作するのに必要な電池容量のときの電圧、即ち、充電回路３の充電制御ＩＣが再充電を開始するよりも高い電圧に設定している。

例えば、ここで使用されるリチウムイオン電池Ｂがほぼ１００％充電（満充電）としたときの電池電圧が４．２０Ｖになる特性のものとしたとき、充電回路３の充電制御ＩＣが充電を再開するときの電池電圧は、２．９４Ｖ（電池容量が約７０％）であるのに対して、再充電制御回路６を用いたＣＰＵ制御による所定の再充電開始電圧は、４．０５Ｖと高く設定している。

このように、再充電制御回路６を用いた制御回路４のＣＰＵ制御による再充電開始電圧４．０５Ｖを充電回路３の充電制御ＩＣによる再充電開始電圧２．９４Ｖよりも高く設定したことによって、充電電圧４．２０Ｖと、所定の再充電開始電圧４．０５Ｖとの差が少なくなるため、充電完了後の電圧降下による再充電開始のタイミングを検出することが容易となる。さらに、リチウムイオン電池Ｂが低温状態に置かれたとき、あるいは、電池の性能が劣化している場合の充電完了後の電圧降下を検出することが容易となる。

しかし、上述したように、充電完了後の満充電状態の電池電圧と、所定の再充電開始電圧との差が少ないため、充電後直ちに電圧降下が検出され、再充電が開始されるが、短時間で再度、充電完了を検出するため、充電開始と充電完了動作を繰り返す可能性が高くなる。この結果、充電中表示と充電完了表示とを繰り返す虞がある。この表示点滅動作は、携帯情報端末Ａの使用者には、異常動作として見える不具合が生じる。

そこで、本発明の二次電池の充電制御装置においては、この不具合を改善するために、充電完了後に、制御回路４のＣＰＵ制御による再充電開始電圧を検出しても、充電回路３が直ちに再充電を開始しないように構成している。このように、直ちに再充電を開始しないようにするために、リチウムイオン電池Ｂの充電完了を検出して充電を停止させた後、再充電を開始するまでの時間を制限するタイマーを制御回路４のＣＰＵに設定している。

このタイマーは、充電が完了すると同時に、充電開始を制限する所定時間の計測を開始するように設定している。したがって、このタイマーが充電開始を制限する所定時間計測の開始から所定時間を経過し、かつ制御回路４が再充電開始電圧を確認したときに、リチウムイオン電池Ｂへの充電を再開するように構成することによって、充電中表示と充電完了表示の表示点滅状態が発生しないようにしている。

次に、上述した図１に示す構成の二次電池の充電制御装置の実施例を使用して、リチウムイオン電池Ｂを再充電する充電処理を、図２のフローチャートを参照して説明する。

図１の実施例における再充電開始制御は、制御回路４のＣＰＵ制御にもとづいて行なわれるもので、充電動作が開始されると、この充電中の電池電圧値をＡ／Ｄコンバータ５が監視し、検出する。その検出された電池電圧値データにもとづき、充電回路３の充電制御ＩＣがスタンドアローンでリチウムイオン電池Ｂが満充電状態になったか否かを判断する。ここで、充電回路３の充電制御ＩＣのスタンドアローンで満充電状態になったと判断した時は、充電回路３からのリチウムイオン電池Ｂへの４．２０Ｖの出力を停止させて充電を停止させる。

このとき、制御回路４のＣＰＵは、電池電圧値データと、充電回路３の充電制御ＩＣから出力される充電状態表示用のＬＥＤ駆動端子電圧とを監視し、リチウムイオン電池Ｂの充電状態を把握する。ここで、制御回路４のＣＰＵが満充電電圧４．２０Ｖの電圧を確認して、充電完了を検出（ステップＳ１）すると、その充電完了の検出と同時に再充電を制限する所定時間のタイマーをスタートさせる（ステップＳ２）。

また、充電の開始を制限するタイマーをスタートさせ、再充電の開始を制限する所定時間の時間計測の開始と同時に、リチウムイオン電池Ｂの電池電圧値の測定を実行する（ステップＳ３）。ここで検出した電池電圧値が予め設定された再充電開始電圧以下の電圧値か否かを判断する（ステップＳ４）。ここでは、再充電開始電圧４．０５Ｖとし、ステップＳ４の処理として、制御回路４で判断させる。そして、４．０５Ｖ以下でない場合は、ステップＳ３での電池電圧の測定を繰り返して実行させる。

なお、このステップＳ４での検出した電圧の比較処理としては、充電回路３から出力される４．２０Ｖ（満充電状態の電池電圧値）を基準となる電圧として、この４．２０ＶとＡ／Ｄコンバータ５で検出した電池電圧との差が０．１５Ｖを超えたか否かで判断、即ち、電池電圧が４．０５Ｖ以下になったか否かを判断する処理を行なっている。

ステップＳ４で、電池電圧が４．０５Ｖ以下であると判断したときには、再充電開始を制御する所定時間の時間計測を開始していたタイマーが所定時間を経過したか否か判断する（ステップＳ５）。ここで、制御回路４が再充電の開始を制限する時間を超えていないと判断した場合は、ステップＳ３以降の処理を繰り返して実行させる。一方、制御回路４が所定の時間が経過したと判断すると、タイマークリアー動作を実施し（ステップＳ６）、再充電制御回路６を通じて、充電回路３に対して充電再開の制御を行なう。充電回路３は、この制御にもとづき、リチウムイオン電池Ｂへ４．２０Ｖを出力して定電圧充電を再開する。

このようにして、リチウムイオン電池Ｂが再充電されることで、再充電が開始されるタイミングが良好に設定される。したがって、性能の劣化したリチウムイオン電池Ｂを使用したときに、発生する可能性のある充電表示中と充電完了表示を繰り返す表示の点滅動作を防止することができる。

なお、再充電開始の電池電圧値の監視は、上述の実施例のように制御回路４のＣＰＵとＡ／Ｄコンバータ５を用いずに、電圧検出器を回路構成するだけでも実現は可能である。また、制御回路４のＣＰＵに設定した再充電を開始するまでの時間を制限するタイマーは、時定数回路、または集積回路（ＩＣ）を用いることによっても、実現することが可能である。

本発明に係る二次電池の充電制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示す実施例による再充電処理を示すフローチャートである。従来の二次電池の充電制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

Ａ携帯情報端末
Ｂリチウムイオン電池（二次電池）
１外部電源
２ＡＣアダプタ
３充電回路
４制御回路（ＣＰＵ）
５Ａ／Ｄコンバータ
６再充電制御回路

Claims

二次電池の充電制御方法において、
二次電池の充電完了を検出して充電を停止させた後、充電開始を制限する所定時間の時間計測を開始させ、
この時間計測の開始から所定時間を経過し、かつ満充電時の電池電圧と差の少ない所定の再充電開始電圧を検出したときに、
二次電池の充電を再開させるようにしたことを特徴とする二次電池の充電制御方法。
二次電池の充電制御装置において、
二次電池に充電電圧を供給する外部電源手段と、
外部電源手段による充電を制御する充電制御手段と、
二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
電池状態検出手段による二次電池の充電完了の検出にもとづき充電制御手段が二次電池の充電を停止させたとき、再充電開始を制限する所定時間の時間計測を開始するタイマー手段と、
タイマー手段の時間計測開始から所定時間を経過し、かつ電池状態検出手段が満充電時の電池電圧と差の少ない所定の再充電開始電圧を検出したとき、充電制御手段に対して外部電源手段による二次電池への再充電開始を制御する再充電制御手段と
を備えたことを特徴とする二次電池の充電制御装置。
少なくとも、充電中と充電完了を表示する表示手段を備えたことを特徴する請求項２記載の二次電池の充電制御装置。