JP2007288889A - 充電方法ならびに電池パックおよびその充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】セルが過充電になることを確実に防止しつつ、多くの電荷を注入して、充電時間を短縮する。
【解決手段】トリクル充電から定電流定電圧充電を行うようにした電池パックおよびその充電器において、トリクル充電の初期には従来通りの微小電流Ｉ１１によるトリクル充電を行い、トリクル充電の終了電圧Ｖｍよりも低い所定の切換え電圧Ｖｍａに達すると、トリクル充電時よりも大きな中電流Ｉ１２で充電を行う。これによって終了電圧Ｖｍに達すると定電流（ＣＣ）充電に切換わり、終止電圧ＶｆをＯＣＶ電圧として、その終止電圧Ｖｆよりも高い過電圧Ｖｆａ１を充電端子間に印加して大電流Ｉ１３で超急速充電を行う。充電電流がレベルＩ１４以下に垂下すると、定電圧（ＣＶ）充電に切換わり、過電圧Ｖｆａ２を印加し、さらにレベルＩ１５以下に垂下すると終止電圧Ｖｆへ低下する。
【選択図】図２

Description

本発明は、充電方法ならびに電池パックおよびその充電器に関し、特に充電時間を短縮するための手法に関する。

図７は、上述のように充電時間を短縮することができる典型的な従来技術による充電電圧および電流の管理方法を説明するためのグラフである。図７はリチウムイオン電池の場合のグラフであり、参照符号α１は二次電池の電圧の変化を示し、参照符号α２は二次電池へ供給される充電電流の変化を示す。

先ず前記電圧についてみれば、充電開始からトリクル充電領域となり、微小な定電流Ｉ１、たとえば５０ｍＡの充電電流が供給され、１または複数の各セルのセル電圧が何れもトリクル充電の終了電圧Ｖｍ、たとえば２．５Ｖに達するまでこのトリクル充電が継続される。

前記セル電圧が終了電圧Ｖｍに達すると、定電流（ＣＣ）充電領域に切換わり、電池パックの充電端子の端子電圧がセル当り４．２Ｖの予め定める終止電圧Ｖｆ（したがって、たとえば３セル直列の場合は、１２．６Ｖ）となるまで、前記充電端子に前記終止電圧Ｖｆが印加されるとともに、予め定める定電流Ｉ２、たとえば公称容量値ＮＣを定電流放電して、１時間で放電できるレベルを１Ｃとして、その７０％に、並列セル数Ｐを乗算した充電電流が供給され、定電流（ＣＣ）充電が行われる。

これによって、前記充電端子の端子電圧が終止電圧Ｖｆとなると、定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わり、その終止電圧Ｖｆを超えないように充電電流値が減少されてゆき、前記充電電流値が温度によって設定される電流値Ｉ３まで低下すると満充電と判定して充電電流の供給が停止される。このようにして、定電流（ＣＣ）充電領域での電流値を大きくする程、短時間で充電できるようになっている。一方、充電電流だけでなく、充電電圧を高くすることでも、同じ時間に注入できる電荷量を多くすることができる。そこで、特許文献１では、超過電圧で定電流充電するにあたって、充電を開始する前に残量を検出し、残量が小さいものに限って行うことで、過充電を防止している。
特開平６−７８４７１号公報

しかしながら、上述の従来技術は、充電前に残量を計らなければならないという問題がある。また、影響は少ないと言うものの、二次電池には超過電圧が加わってしまう。

本発明の目的は、二次電池に超過電圧が加わることなく、充電時間を短縮することができる充電方法ならびに電池パックおよびその充電器を提供することである。

本発明の充電方法は、予め設定される終止電圧に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行う充電方法において、前記終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記定電流充電時には前記電池パックの充電端子の電圧を前記終止電圧よりも高い過電圧に設定して充電を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、定電圧充電に切換わると、または前記充電端子の充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させることを特徴とする。

上記の構成によれば、リチウムイオン電池などの二次電池を充電するための方法において、充電初期に微弱な電流で充電を行うトリクル充電などに続いて、最終的な目標電圧である予め設定される終止電圧（たとえば前記リチウムイオン電池で４．２Ｖ）に向けて、二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流（ＣＣ）充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧（ＣＶ）充電を行うにあたって、前記終止電圧を充電電流が０の場合（流さない場合）の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記定電流（ＣＣ）充電時には前記電池パックの充電端子の電圧を前記終止電圧よりも高い過電圧に設定して充電を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、定電圧充電に切換わると、または前記充電端子の充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させる。

したがって、定電流（ＣＣ）充電時に、前記充電端子には終止電圧より高い電圧が加わるものの、二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、それらの差分は、安全制御や充放電制御のためのスイッチおよび電流検出抵抗類による電圧低下で消費される。これによって、満充電に近い二次電池であっても、定電流（ＣＣ）充電時の充電電流は一瞬で絞られ、すぐに定電圧（ＣＶ）充電へ移行するので、充電前にどれだけ残量があるかを検知する必要がなくなるなど、どのような状況の二次電池にも対応が可能になるとともに、二次電池に超過電圧が加わったり、二次電池が過充電になったりすることを確実に防止、すなわち二次電池にダメージを与えることなく、定電流（ＣＣ）充電時に、従来と同じ電流値で充電しても、印加電圧を大きくして短時間に多くの電荷を注入することができ、最終の満充電条件である充電電圧と検出垂下電流を従来と同じにすることにより、満充電で入る容量は同じで、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の充電方法は、定電流充電時における充電電流値を、公称容量値を定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値を１Ｃとしたとき、０．８Ｃ〜４Ｃに設定することを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のようにどのような状況の二次電池であっても、定電流（ＣＣ）充電時に二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、過充電が確実に防止されているので、さらに充電電流値を、公称容量値を定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値を１Ｃとしたとき、従来の０．７Ｃ程度に対して、０．８Ｃ〜４Ｃに設定する。

したがって、定電流（ＣＣ）充電時における、前記充電端子の電圧を終止電圧より高くすることに加えて、充電電流も大きくするので、より一層多くの電荷を注入することができ、充電時間を短縮することができる。

さらにまた、本発明の充電方法は、二次電池の充電初期に行われるトリクル充電の方法において、従来のトリクル充電の終了電圧よりも低い電圧に切換え電圧を設定し、充電開始から従来のトリクル充電電流による充電を行い、前記切換え電圧に達すると、前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行い、前記従来のトリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了することを特徴とする。

上記の構成によれば、リチウムイオン電池などの二次電池の充電初期に行われるトリクル充電の方法において、トリクル充電の終了電圧は従来と同じまま、従来のトリクル充電領域を、従来のトリクル充電電流による充電を行う前半の領域と、その従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行う後半の領域とに区分するとともに、従来のトリクル充電の終了電圧よりも低い電圧に切換え電圧を設定する。そして、充電開始から前記前半の領域となって従来のトリクル充電電流による充電を行い、前記二次電池のセル電圧が前記切換え電圧に達すると、前記後半の領域となって前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行い、前記セル電圧が前記従来のトリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了する。すなわち、従来のトリクル充電電流による充電を早期に切り上げ、トリクル充電期間（領域）の後半は、従来のトリクル充電電流よりも大きい電流で充電を行う。

前記切換え電圧は、前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流の電流値と関連して、二次電池にダメージを与えない範囲で、可能な限り、前記切換え電圧は低く、前記電流値は大きく設定される。トリクル充電の終了後は、定電流定電圧充電などの通常の充電制御が行われる。

したがって、二次電池の残量があまり減っていなければ速やかに後半の領域に切換わり、二次電池のセル電圧が前記切換え電圧より低く残量が殆ど無い状態では、前記従来のトリクル充電電流で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の充電方法は、二次電池の充電初期にトリクル充電を行い、その後予め設定される終止電圧に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行う充電方法において、前記トリクル充電時には、従来のトリクル充電の終了電圧よりも低い電圧に切換え電圧を設定し、充電開始から従来のトリクル充電電流による充電を行い、前記切換え電圧に達すると、前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行い、前記従来のトリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了し、前記定電流充電時には、前記終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧を前記終止電圧よりも高い過電圧に設定して充電を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、定電圧充電に切換わると、または前記充電端子の充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させることを特徴とする。

上記の構成によれば、前述のようなトリクル充電時における充電時間の短縮と、定電流定電圧充電時における充電時間の短縮とを併せて実現することができ、充電時間を一層短縮することができる。

さらにまた、本発明の電池パックは、二次電池、電流検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで、予め設定される終止電圧に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、前記充電制御手段は、前記終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記定電流充電時には前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように、前記通信手段を介して充電器へ前記充電電圧の要求を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記電流検出手段で充電電流が所定レベル以下に垂下したことが検出されると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように充電電圧の要求を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を要求することを特徴とする。

上記の構成によれば、リチウムイオン電池などの二次電池に、その二次電池の充電のために、電流検出手段、通信手段および充電制御手段を備えて構成される電池パックにおいて、前記充電制御手段が、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで、予め設定される終止電圧（たとえば前記リチウムイオン電池で４．２Ｖ）に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流（ＣＣ）充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧（ＣＶ）充電を行うにあたって、前記充電制御手段は、前記終止電圧を充電電流が０の場合（流さない場合）の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記定電流（ＣＣ）充電時には前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように、前記通信手段を介して充電器へ前記充電電圧の要求を行う。これに対して、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記電流検出手段で充電電流が所定レベル以下に垂下したことが検出されると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ、段階的に或いは連続して低下させるように充電電圧の要求を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を要求する。

したがって、定電流（ＣＣ）充電時に、前記充電端子には終止電圧より高い電圧が加わるものの、二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、それらの差分は、安全制御や充放電制御のためのスイッチおよび電流検出抵抗類による電圧低下で消費される。これによって、満充電に近い二次電池であっても、定電流（ＣＣ）充電時の充電電流は一瞬で絞られ、すぐに定電圧（ＣＶ）充電へ移行するので、充電前にどれだけ残量があるかを検知する必要がなくなるなど、どのような状況の二次電池にも対応が可能になるとともに、二次電池に超過電圧が加わったり、二次電池が過充電になったりすることを確実に防止、すなわち二次電池にダメージを与えることなく、定電流（ＣＣ）充電時に、従来と同じ電流値で充電しても、印加電圧を大きくして短時間に多くの電荷を注入することができ、最終の満充電条件である充電電圧と検出垂下電流を従来と同じにすることにより、満充電で入る容量は同じで、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の電池パックでは、前記充電制御手段は、前記定電流充電時における充電電流値を、０．８Ｃ〜４Ｃで要求することを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のようにどのような状況の二次電池であっても、定電流（ＣＣ）充電時に二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、過充電が確実に防止されているので、さらに充電電流値を、従来の０．７Ｃ程度に対して、０．８Ｃ〜４Ｃに設定する。

したがって、定電流（ＣＣ）充電時における、前記充電端子の電圧を終止電圧より高くすることに加えて、充電電流も大きくするので、より一層多くの電荷を注入することができ、充電時間を短縮することができる。

さらにまた、本発明の電池パックは、二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始から、前記電圧検出手段で検出される二次電池のセル電圧が予め設定されるトリクル充電の終了電圧となるまで、前記トリクル充電回路に充電器からの充電電流を制限させて前記二次電池を充電させるトリクル充電を行うことができる電池パックにおいて、前記トリクル充電回路は、前記二次電池への充電電流を変化させることができ、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が前記トリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記トリクル充電回路に充電電流を増加させ、前記トリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了させることを特徴とする。

上記の構成によれば、リチウムイオン電池などの二次電池に、その二次電池の充電のために、トリクル充電回路、電圧検出手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始から、前記電圧検出手段で検出される二次電池のセル電圧が予め設定されるトリクル充電の終了電圧となるまで、前記トリクル充電回路に充電器からの充電電流を制限させて前記二次電池を充電させるトリクル充電を行うことができる電池パックにおいて、トリクル充電時に、充電器からは一定の電流値のトリクル充電電流が供給されるのに対して、前記トリクル充電回路は、それを制限する電流制限抵抗と、そのまま通過させるスイッチング素子との並列回路などで構成されることで、前記二次電池への充電電流を変化可能とする。そして、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が前記トリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記トリクル充電回路に充電電流を増加させ、前記トリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了させる。すなわち、トリクル充電の終了電圧は従来と同じまま、従来のトリクル充電領域を、従来のトリクル充電電流による充電を行う前半の領域と、その従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行う後半の領域とに区分するとともに、従来のトリクル充電電流による充電を早期に切り上げ、トリクル充電期間（領域）の後半は、従来のトリクル充電電流よりも大きい電流で充電を行う。

したがって、二次電池の残量があまり減っていなければ速やかに後半の領域に切換わり、二次電池のセル電圧が前記切換え電圧より低く残量が殆ど無い状態では、前記従来のトリクル充電電流で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の電池パックは、前記トリクル充電回路は、２つの限流抵抗と、それに対を成すＦＥＴとを備え、前記充電制御手段は、前記ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ制御することで抵抗値を切換えて、前記トリクル充電電流を切換えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記トリクル充電電流として、従来のトリクル充電電流に、それよりも大きな電流を供給可能とするにあたって、前記トリクル充電回路を２つの限流抵抗と、それに対を成すＦＥＴとを備えて構成する。前記限流抵抗とＦＥＴとは、直並列の任意の回路で構成されてもよく、たとえば相互に異なる抵抗値の限流抵抗と、それに対を成すＦＥＴとの直列回路を相互に並列に接続し、前記充電制御手段が、充電開始当初は抵抗値の高い方の限流抵抗に対応したＦＥＴをＯＮし、前記切換え電圧に達すると抵抗値の低い方の限流抵抗に対応したＦＥＴをＯＮする択一的な制御によってトリクル充電電流を増加させることができ、または相互に異なる或いは相互に等しい抵抗値の限流抵抗と、それに対を成すＦＥＴとの直列回路を相互に並列に接続し、前記充電制御手段が、充電開始当初は一方の限流抵抗に対応したＦＥＴのみをＯＮして高い抵抗値とし、前記切換え電圧に達すると両方の限流抵抗に対応したＦＥＴを共にＯＮして低い抵抗値とすることによってトリクル充電電流を増加させることができ、さらにまた２つの限流抵抗および１つのＦＥＴを直列に接続するとともに、一方の限流抵抗のバイパス用にもう１つのＦＥＴを設け、前記充電制御手段が、充電開始当初は直列のＦＥＴのみをＯＮして高い抵抗値とし、前記切換え電圧に達するとバイパス用のＦＥＴをＯＮして低い抵抗値とすることによってトリクル充電電流を増加させることができる。

したがって、前記トリクル充電回路の一例を構成することができる。

さらにまた、本発明の電池パックは、二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始から、前記電圧検出手段で検出される二次電池のセル電圧が予め設定されるトリクル充電の終了電圧となるまで、前記トリクル充電回路に充電器からの充電電流を制限させて前記二次電池を充電させるトリクル充電を行い、前記トリクル充電の終了電圧となると、前記トリクル充電回路には充電器からの充電電流を二次電池へそのまま出力させるとともに、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで前記二次電池に定電流定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が前記トリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記通信手段を介して充電器へ、前記トリクル充電時の電流値よりも大きく、かつ前記定電流定電圧充電時の定電流値よりも小さい電流値の充電電流を要求するとともに、前記トリクル充電回路には充電器からの充電電流を二次電池へそのまま出力させ、前記トリクル充電の終了電圧となると、前記定電流定電圧充電に切換わり、その定電流値の充電電流を要求することを特徴とする。

上記の構成によれば、リチウムイオン電池などの二次電池に、その二次電池の充電のために、トリクル充電回路、電圧検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始から、前記電圧検出手段で検出される二次電池のセル電圧が予め設定されるトリクル充電の終了電圧となるまで、前記トリクル充電回路に充電器からの充電電流を制限させて前記二次電池を充電させるトリクル充電を行い、前記トリクル充電の終了電圧となると、前記トリクル充電回路には充電器からの充電電流を二次電池へそのまま出力させるとともに、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで前記二次電池に定電流定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、トリクル充電時に充電器に要求する電流値を、従来の電流値と、その電流値よりも大きく、かつ前記定電流定電圧充電時の定電流値よりも小さいもう１つの電流値の２つとする。そして、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が前記トリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記通信手段を介して充電器へ、前記もう１つの電流値の充電電流を要求するとともに、前記トリクル充電回路には充電器からの充電電流を二次電池へそのまま出力させ、前記トリクル充電の終了電圧となると、前記定電流定電圧充電に切換わり、その定電流値の充電電流を要求する。すなわち、トリクル充電の終了電圧は従来と同じまま、従来のトリクル充電領域を、従来のトリクル充電の電流値による充電を行う前半の領域と、その従来のトリクル充電電流よりも大きいもう１つの電流値による充電を行う後半の領域とに区分するとともに、従来のトリクル充電電流による充電を早期に切り上げ、トリクル充電期間（領域）の後半は、従来のトリクル充電の電流値よりも大きい電流値で充電を行う。

したがって、二次電池の残量があまり減っていなければ速やかに後半の領域に切換わり、二次電池のセル電圧が前記切換え電圧より低く残量が殆ど無い状態では、前記従来のトリクル充電電流で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の電池パックは、二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段、電流検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始からトリクル充電を行い、その後定電流定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、前記トリクル充電回路は、前記二次電池への充電電流を変化させることができ、トリクル充電時には、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧がトリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記トリクル充電回路に充電電流を増加させ、前記トリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了させ、定電流充電時には、前記充電制御手段は、終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧の要求を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記電流検出手段で充電電流が所定レベル以下に垂下したことが検出されると、前記充電制御手段は、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように充電電圧の要求を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を要求することを特徴とする。

上記の構成によれば、前述のようなトリクル充電時における充電時間の短縮と、定電流定電圧充電時における充電時間の短縮とを併せて実現することができ、充電時間を一層短縮することができる。

さらにまた、本発明の充電器は、充電電流供給回路、充電電流供給回路、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、前記通信手段を介して入力される電池パックからの要求に応答して前記充電電流供給回路からの充電電流を制御することで、予め設定される終止電圧に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行うようにした充電器において、前記充電制御手段は、前記定電流充電時には、前記通信手段を介して入力される電池パックからの要求に応答して、前記終止電圧をＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように、前記充電電流供給回路の充電電圧を制御するとともに、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記定電圧充電に切換えると、または充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように前記充電電流供給回路の制御を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を供給させることを特徴とする。

上記の構成によれば、充電電流供給回路、通信手段および充電制御手段を備え、電池パックにおけるリチウムイオン電池などの二次電池に、予め設定される終止電圧に向けて一定の充電電流を供給する定電流（ＣＣ）充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧（ＣＶ）充電を行うようにした充電器において、電池パック側では、前記終止電圧をＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように充電電圧を要求し、これを前記通信手段で受信すると、前記充電制御手段は、前記充電電流供給回路にその充電電圧を出力させ、前記定電圧（ＣＶ）充電に切換えると、または充電電流が所定レベル以下に垂下して電池パックが前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように前記充電電圧を要求するとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を要求し、これを前記通信手段で受信すると、前記充電制御手段は、前記充電電流供給回路にその充電電圧および充電電圧を出力させる。

したがって、定電流（ＣＣ）充電時に、前記充電端子には終止電圧より高い電圧が加わるものの、二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、それらの差分は、二次電池自体の内部抵抗、安全制御や充放電制御のためのスイッチおよび電流検出抵抗類による電圧低下で消費される。これによって、満充電に近い二次電池であっても、定電流（ＣＣ）充電時の充電電流は一瞬で絞られ、すぐに定電圧（ＣＶ）充電へ移行するので、充電前にどれだけ残量があるかを検知する必要がなくなるなど、どのような状況の二次電池にも対応が可能になるとともに、二次電池に超過電圧が加わったり、二次電池が過充電になったりすることを確実に防止、すなわち二次電池にダメージを与えることなく、定電流（ＣＣ）充電時に、従来と同じ電流値で充電しても、印加電圧を大きくして短時間に多くの電荷を注入することができ、最終の満充電条件である充電電圧と検出垂下電流を従来と同じにすることにより、満充電で入る容量は同じで、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の充電器では、前記充電制御手段は、前記充電電流供給回路に、前記定電流充電時における充電電流値を、公称容量値を定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値を１Ｃとしたとき、０．８Ｃ〜４Ｃで供給させることを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のようにどのような状況の二次電池であっても、定電流（ＣＣ）充電時に二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、過充電が確実に防止されているので、さらに充電電流値を、従来の０．７Ｃ程度に対して、０．８Ｃ〜４Ｃに設定する。

したがって、定電流（ＣＣ）充電時における、前記充電端子の電圧を終止電圧より高くすることに加えて、充電電流も大きくするので、より一層多くの電荷を注入することができ、充電時間を短縮することができる。

さらにまた、本発明の充電器は、充電電流供給回路、トリクル充電回路、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、前記通信手段を介して入力される電池パックからの要求に応答して前記充電電流供給回路からの充電電流を前記トリクル充電回路に制限させて前記電池パックの二次電池のトリクル充電を行うとともに、前記トリクル充電の終了電圧となり、前記通信手段を介して充電電流および充電電圧の要求が入力されると、前記充電電流供給回路にその充電電流および充電電圧で定電流定電圧充電を行わせるようにした充電器において、前記充電制御手段は、前記トリクル充電中に、前記通信手段へトリクル充電電流の切換えが入力されると、前記充電電流供給回路からの充電電流をそのまま電池パックへ出力させるとともに、前記充電電流供給回路に、前記トリクル充電電流よりも大きく、前記定電流定電圧充電時における定電流値よりも小さい電流値の充電電流を供給させることを特徴とする。

上記の構成によれば、充電電流供給回路、トリクル充電回路、通信手段および充電制御手段を備え、電池パックにおけるリチウムイオン電池などの二次電池に、トリクル充電から定電流定電圧充電を行うようにした充電器において、電池パック側では、トリクル充電の終了電圧よりも低い電圧で切換え電圧を設定し、その切換え電圧となると充電器側に充電電流の切換えを要求し、その要求に応答して、前記充電制御手段は、前記充電電流供給回路からの充電電流をそのまま電池パックへ出力させるとともに、前記充電電流供給回路に、トリクル充電電流よりも大きく、定電流定電圧充電時における定電流値よりも小さい電流値の充電電流を供給させる。すなわち、トリクル充電の終了電圧は従来と同じまま、従来のトリクル充電領域を、従来のトリクル充電の電流値による充電を行う前半の領域と、その従来のトリクル充電電流よりも大きいもう１つの電流値による充電を行う後半の領域とに区分するとともに、従来のトリクル充電電流による充電を早期に切り上げ、トリクル充電期間（領域）の後半は、従来のトリクル充電の電流値よりも大きい電流値で充電を行う。

したがって、二次電池の残量があまり減っていなければ速やかに後半の領域に切換わり、二次電池のセル電圧が前記切換え電圧より低く残量が殆ど無い状態では、前記従来のトリクル充電電流で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

本発明の充電方法は、以上のように、定電流定電圧充電を行うにあたって、終止電圧をＯＣＶ電圧として、定電流充電時には電池パックの充電端子の電圧を前記終止電圧よりも高い過電圧に設定して充電を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、定電圧充電に切換わると、または前記充電端子の充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させる。

それゆえ、定電流充電時に、前記充電端子には終止電圧より高い電圧が加わるものの、二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、それらの差分は、安全制御や充放電制御のためのスイッチおよび電流検出抵抗類による電圧低下で消費される。これによって、満充電に近い二次電池であっても、定電流充電時の充電電流は一瞬で絞られ、すぐに定電圧充電へ移行するので、どのような状況の二次電池にも対応が可能になるとともに、二次電池に超過電圧が加わったり、二次電池が過充電になったりすることを確実に防止しつつ、定電流充電時に従来と同じ電流値で充電しても、印加電圧を大きくして短時間に多くの電荷を注入することができ、最終の満充電条件である充電電圧と検出垂下電流を従来と同じにすることにより、満充電で入る容量は同じで、充電時間を短縮することができる。

さらにまた、本発明の充電方法は、以上のように、二次電池の充電初期に行われるトリクル充電の方法において、従来のトリクル充電の終了電圧よりも低い電圧に切換え電圧を設定し、充電開始から従来のトリクル充電電流による充電を行い、前記切換え電圧に達すると、前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行い、前記従来のトリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了する。

それゆえ、二次電池の残量があまり減っていなければ速やかに電流値が大きくなり、二次電池のセル電圧が前記切換え電圧より低く残量が殆ど無い状態では、前記従来のトリクル充電電流で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の充電方法は、以上のように、二次電池の充電初期にトリクル充電を行い、その後定電流定電圧充電を行う充電方法において、前記トリクル充電時には、従来のトリクル充電の終了電圧よりも低い電圧に切換え電圧を設定し、充電開始から従来のトリクル充電電流による充電を行い、前記切換え電圧に達すると、前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行い、前記従来のトリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了し、定電流充電時には、終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧を前記終止電圧よりも高い過電圧に設定して充電を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、定電圧充電に切換わると、または前記充電端子の充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させる。

それゆえ、前述のようなトリクル充電時における充電時間の短縮と、定電流定電圧充電時における充電時間の短縮とを併せて実現することができ、充電時間を一層短縮することができる。

また、本発明の電池パックは、以上のように、二次電池、電流検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、定電流定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、充電制御手段は、終止電圧をＯＣＶ電圧として、定電流充電時には電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように通信手段を介して充電器へ充電電圧の要求を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、電流検出手段で充電電流が所定レベル以下に垂下したことが検出されると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように充電電圧の要求を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を要求する。

それゆえ、定電流充電時に、前記充電端子には終止電圧より高い電圧が加わるものの、二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、それらの差分は、安全制御や充放電制御のためのスイッチおよび電流検出抵抗類による電圧低下で消費される。これによって、満充電に近い二次電池であっても、定電流充電時の充電電流は一瞬で絞られ、すぐに定電圧充電へ移行するので、どのような状況の二次電池にも対応が可能になるとともに、二次電池に超過電圧が加わったり、二次電池が過充電になったりすることを確実に防止しつつ、定電流充電時に従来と同じ電流値で充電しても、印加電圧を大きくして短時間に多くの電荷を注入することができ、最終の満充電条件である充電電圧と検出垂下電流を従来と同じにすることにより、満充電で入る容量は同じで、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の電池パックは、以上のように、二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段および充電制御手段を備え、充電開始からトリクル充電を行うことができる電池パックにおいて、トリクル充電回路は、二次電池への充電電流を変化させることができ、充電制御手段は、電圧検出手段で検出されるセル電圧が前記トリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記トリクル充電回路に充電電流を増加させ、前記トリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了させる。

それゆえ、二次電池の残量があまり減っていなければ速やかに電流値が大きくなり、二次電池のセル電圧が前記切換え電圧より低く残量が殆ど無い状態では、前記従来のトリクル充電電流で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の電池パックは、以上のように、二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、充電開始からトリクル充電を行い、トリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電回路には充電器からの充電電流を二次電池へそのまま出力させるとともに、通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで二次電池に定電流定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、充電制御手段は、電圧検出手段で検出されるセル電圧が前記トリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記通信手段を介して充電器へ、前記トリクル充電時の電流値よりも大きく、かつ定電流定電圧充電時の定電流値よりも小さい電流値の充電電流を要求するとともに、前記トリクル充電回路には充電器からの充電電流を二次電池へそのまま出力させ、前記トリクル充電の終了電圧となると、前記定電流定電圧充電に切換わり、その定電流値の充電電流を要求する。

それゆえ、二次電池の残量があまり減っていなければ速やかに電流値が大きくなり、二次電池のセル電圧が前記切換え電圧より低く残量が殆ど無い状態では、前記従来のトリクル充電電流で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の電池パックは、以上のように、二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段、電流検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始からトリクル充電を行い、その後定電流定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、前記トリクル充電回路は、前記二次電池への充電電流を変化させることができ、トリクル充電時には、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧がトリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記トリクル充電回路に充電電流を増加させ、前記トリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了させ、定電流充電時には、前記充電制御手段は、終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧の要求を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記電流検出手段で充電電流が所定レベル以下に垂下したことが検出されると、前記充電制御手段は、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように充電電圧の要求を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を要求する。

それゆえ、前述のようなトリクル充電時における充電時間の短縮と、定電流定電圧充電時における充電時間の短縮とを併せて実現することができ、充電時間を一層短縮することができる。

さらにまた、本発明の充電器は、以上のように、充電電流供給回路、通信手段および充電制御手段を備え、電池パックからの要求に応答した充電電流および充電電圧を供給し、定電流定電圧充電を行うようにした充電器において、充電制御手段は、定電流充電時には通信手段を介して入力される電池パックからの要求に応答して、終止電圧をＯＣＶ電圧として電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように充電電流供給回路の充電電圧を制御するとともに、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記定電圧充電に切換わると、または充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように前記充電電流供給回路の制御を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を供給させる。

それゆえ、定電流充電時に、前記充電端子には終止電圧より高い電圧が加わるものの、二次電池には前記終止電圧より高い電圧が加わらず、それらの差分は、安全制御や充放電制御のためのスイッチおよび電流検出抵抗類による電圧低下で消費される。これによって、満充電に近い二次電池であっても、定電流充電時の充電電流は一瞬で絞られ、すぐに定電圧充電へ移行するので、どのような状況の二次電池にも対応が可能になるとともに、二次電池に超過電圧が加わったり、二次電池が過充電になったりすることを確実に防止しつつ、定電流充電時に従来と同じ電流値で充電しても、印加電圧を大きくして短時間に多くの電荷を注入することができ、最終の満充電条件である充電電圧と検出垂下電流を従来と同じにすることにより、満充電で入る容量は同じで、充電時間を短縮することができる。

さらにまた、本発明の充電器は、以上のように、充電電流供給回路、トリクル充電回路、通信手段および充電制御手段を備え、電池パックからの要求に応答して、トリクル充電から定電流定電圧充電を行うようにした充電器において、充電制御手段は、トリクル充電中に通信手段へトリクル充電電流の切換えが入力されると、充電電流供給回路からの充電電流をそのまま電池パックへ出力させるとともに、前記充電電流供給回路に、前記トリクル充電電流よりも大きく前記定電流定電圧充電時における定電流値よりも小さい電流値の充電電流を供給させる。

それゆえ、二次電池の残量があまり減っていなければ速やかに電流値が大きくなり、二次電池のセル電圧が前記切換え電圧より低く残量が殆ど無い状態では、前記従来のトリクル充電電流で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る充電方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。この充電システムは、電池パック１に、それを充電する充電器２を備えて構成されるが、電池パック１から給電が行われる図示しない負荷機器をさらに含めて電子機器システムが構成されてもよい。その場合、電池パック１は、図１では充電器２から充電が行われるけれども、該電池パック１が前記負荷機器に装着されて、負荷機器を通して充電が行われてもよい。電池パック１および充電器２は、給電を行う直流ハイ側の端子Ｔ１１，Ｔ２１と、通信信号の端子Ｔ１２，Ｔ２２と、給電および通信信号のためのＧＮＤ端子Ｔ１３，Ｔ２３とによって相互に接続される。前記負荷機器が設けられる場合も、同様の端子が設けられる。

前記電池パック１内で、前記の端子Ｔ１１から延びる直流ハイ側の充電経路１１には、充電用と放電用とで、相互に導電形式が異なるＦＥＴ１２，１３が介在されており、その充電経路１１が組電池１４のハイ側端子に接続される。前記組電池１４のロー側端子は、直流ロー側の充電経路１５を介して前記ＧＮＤ端子Ｔ１３に接続され、この充電経路１５には、充電電流および放電電流を電圧値に変換し、電流検出手段である電流検出抵抗１６が介在されている。

前記組電池１４は、複数の二次電池のセルが直並列に接続されて成り、そのセルの温度は温度センサ１７によって検出され、制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。また、前記各セルの端子間電圧は電圧検出回路２０によって読取られ、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。さらにまた、前記電流検出抵抗１６によって検出された電流値も、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。前記アナログ／デジタル変換器１９は、各入力値をデジタル値に変換して、充電制御判定部２１へ出力する。

充電制御判定部２１は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路などを備えて成り、前記アナログ／デジタル変換器１９からの各入力値に応答して、充電器２に対して、出力を要求する充電電流の電圧値、電流値、およびパルス幅（デューティ）を演算し、通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器２へ送信する。また、前記充電制御判定部２１は、前記アナログ／デジタル変換器１９からの各入力値から、端子Ｔ１１，Ｔ１３間の短絡や充電器２からの異常電流などの電池パック１の外部における異常や、組電池１４の異常な温度上昇などに対して、前記ＦＥＴ１２，１３を遮断するなどの保護動作を行う。

充電制御判定部２１は、前記ＦＥＴ１２，１３と共に充電制御手段を構成し、正常に充放電が行われているときには、前記ＦＥＴ１２，１３をＯＮして充放電を可能にし、異常が検出されるとＯＦＦして充放電を不可とする。

充電器２では、前記の要求を制御ＩＣ３０の通信部３２で受信し、充電制御部３１が充電電流供給回路３３を制御して、前記の電圧値、電流値、およびパルス幅で、充電電流を供給させる。充電電流供給回路３３は、ＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどから成り、入力電圧を、前記充電制御部３１で指示された電圧値、電流値、およびパルス幅に変換して、端子Ｔ２１，Ｔ１１；Ｔ２３，Ｔ１３を介して、充電経路１１，１５へ供給する。前記充電制御部３１および充電電流供給回路３３は、充電制御手段を構成する。前記電池パック１から通信によって得られる残量のデータは、表示パネル３４に表示される。

そして、電池パック１において、前記直流ハイ側の充電経路１１には、通常（急速）充電用のＦＥＴ１２と並列に、トリクル充電回路２５が設けられている。このトリクル充電回路２５は、限流抵抗２６とＦＥＴ２７との直列回路から成り、前記充電制御判定部２１は、充電の初期に、および満充電近くで補充電を行う場合は、放電用のＦＥＴ１３をＯＮしたまま、急速充電用のＦＥＴ１２をＯＦＦし、このトリクル充電用のＦＥＴ２７をＯＮしてトリクル充電を行い、通常充電時および放電時には、前記ＦＥＴ１３をＯＮしたまま、前記ＦＥＴ１２をＯＮし、このＦＥＴ２７をＯＦＦして、通常電流による充放電を行う。

注目すべきは、本実施の形態では、前記トリクル充電回路２５にはまた、限流抵抗２８とＦＥＴ２９とから成るもう１つの直列回路が、前記限流抵抗２６とＦＥＴ２７との直列回路と並列に設けられていることである。そして、前記充電制御判定部２１は、トリクル充電領域を前半と後半とに分割し、前半では、ＦＥＴ２７をＯＮし、ＦＥＴ２９をＯＦＦして、限流抵抗２６を使用して従来と同様のトリクル充電を行い、後半では、ＦＥＴ２９をＯＮし、ＦＥＴ２７をＯＦＦして、前記限流抵抗２６よりも抵抗値の小さい限流抵抗２８を使用して、従来のトリクル充電電流以上の電流を供給することである。また、注目すべきは、本実施の形態では、前記充電制御判定部２１は、定電流定電圧充電を行うにあたって、終止電圧をＯＣＶ電圧として、定電流充電時には充電端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧を前記終止電圧よりも高い過電圧に設定して充電を行い、前記充電端子Ｔ１１，Ｔ１３の電圧が前記過電圧に達して定電圧充電に切換わり、充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子Ｔ１１，Ｔ１３の電圧を前記終止電圧へ低下させてゆくことである。

図２は、上述のような本実施の形態による充電電圧および電流の管理方法を説明するためのグラフである。この図２も、前述の図７の従来技術と同様に、リチウムイオン電池の場合のグラフであり、参照符号α１１は電池パック１や組電池１４の各セルに関する電圧の変化を示し、参照符号α１２は電池パック１へ供給される充電電流の変化を示す。

先ず前記電圧についてみれば、充電開始から従来と同様のトリクル充電領域となり、前記充電制御判定部２１は、通信部２２，３２を介して充電制御部３１へトリクル充電電流を要求し、放電用のＦＥＴ１３をＯＮし、充電用のＦＥＴ１２をＯＦＦするとともに、上述のようにＦＥＴ２７をＯＮし、ＦＥＴ２９をＯＦＦして、限流抵抗２６を使用して従来と同様の微小な定電流Ｉ１１、たとえば５０ｍＡの充電電流でトリクル充電が開始される。この後、本実施の形態で新たに設定された切換え電圧Ｖｍａ、たとえば１．０Ｖに対して、１または複数の各セルのセル電圧の総てが到達したことが前記電圧検出回路２０によって検出されるまで、このトリクル充電が継続される。

各セルのセル電圧が何れも前記切換え電圧Ｖｍａに達すると、本実施の形態では、中速電流充電領域となり、前記充電制御判定部２１は、上述のようにＦＥＴ２９をＯＮし、ＦＥＴ２７をＯＦＦして、限流抵抗２６よりも抵抗値の小さい限流抵抗２８を使用して、従来のトリクル充電電流以上の電流Ｉ１２で充電が行われるようになる。前記電流Ｉ１２は、たとえば公称容量値ＮＣを定電流放電して、１時間で放電できるレベルを１Ｃとして、その５〜２０％に、並列セル数Ｐを乗算した電流値に設定される（たとえば、ＮＣ＝２０００ｍＡｈで、２個並列であるとき、５％で２００ｍＡ）。この後、１または複数の各セルのセル電圧の総てが従来と同様のトリクル充電の終了電圧Ｖｍ、たとえば２．５Ｖに達したことが前記電圧検出回路２０によって検出されるまでこのトリクル充電が継続される。

すなわち、トリクル充電の終了電圧Ｖｍは従来と同じまま、従来のトリクル充電領域を、従来のトリクル充電の電流値Ｉ１１による充電を行う前半の領域と、その従来の電流値Ｉ１１よりも大きいもう１つの電流値Ｉ１２による充電を行う後半の領域とに区分するとともに、従来の電流値Ｉ１１によるトリクル充電を早期に切り上げ、トリクル充電期間（領域）の後半は前記中速電流充電領域として、その電流値Ｉ１１よりも大きい電流値Ｉ１２で充電を行う。

トリクル充電の電流値Ｉ１１，Ｉ１２は、端子Ｔ１１，Ｔ１３間に印加される電圧と組電池１４の端子電圧との差、ならびに前記限流抵抗２６，２８およびＦＥＴ２７，２９の抵抗値などによって決定され、充電器２の充電電流供給回路３３は、トリクル充電時において、従来の電流値Ｉ１１よりも大きい電流値Ｉ１２を供給可能となっていれば、トリクル充電領域と中速電流充電領域とで要求する電流は同じであってもよいが、それぞれ個別の電流を要求することで、トリクル充電時の限流抵抗２６などによる損失を小さくすることができる。

前記セル電圧が終了電圧Ｖｍに達すると、定電流（ＣＣ）で充電する超急速充電領域に切換わり、前記充電制御判定部２１は、通信部２２，３２を介して充電制御部３１へ、大きな充電電流Ｉ１３、たとえば１Ｃおよび本実施の形態で新たに設定される過電圧Ｖｆａ１、たとえばセル当り４．３Ｖを要求するとともに、放電用のＦＥＴ１３および充電用のＦＥＴ１２をＯＮし、さらにトリクル充電回路２５のＦＥＴ２７，２９を共にＯＦＦして、前記超急速充電が開始される。

この後、端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧が上昇して充電電流が前記充電電流Ｉ１３よりも小さい所定レベルＩ１４、たとえば０．９Ｃ以下に垂下したことが電流検出抵抗１６によって検出されると、充電制御判定部２１は、定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わったものと判定し、通信部２２，３２を介して充電制御部３１へ、前記レベルＩ１４以上の電流で、過電圧Ｖｆａ２、たとえばセル当り４．２５Ｖを要求し、急速充電が継続される。

さらに、そのように充電電流を絞っても、再び端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧が上昇して充電電流が所定レベルＩ１５、たとえば０．８Ｃ以下に垂下したことが電流検出抵抗１６によって検出されると、充電制御判定部２１は、通信部２２，３２を介して充電制御部３１へ、前記レベルＩ１５以上の電流および従来の定電圧（ＣＶ）充電と同様の終止電圧Ｖｆ、たとえばセル当り４．２Ｖを要求する。

そして、最終の満充電条件である充電電圧を４．２Ｖとし、従来と同様に充電電流Ｉ１６、たとえば０．１Ｃ以下に垂下したことが電流検出抵抗１６によって検出されると、充電制御判定部２１は、満充電になったことを判定し、通信部２２，３２を介して充電制御部３１へ、充電電流が０Ａ、充電電圧が０Ｖを要求し、充電電流の供給を停止させる。

前記電流値Ｉ１３としては、たとえば１Ｃ〜４Ｃに設定することができ、前記電流値Ｉ１４としては、たとえば０．９Ｃ〜１．５Ｃに設定することができ、前記電流値Ｉ１５としては、たとえば０．７Ｃに設定することができ、前記電流値Ｉ１６は、０．１５Ｃ〜０．０３Ｃに設定することができ、温度などに応じて、適宜定められればよい。また、過電圧Ｖｆａも、さらに細分化されていてもよい。

以上のように本実施の形態の電池パック１および充電器２によれば、トリクル充電回路２５を、従来の限流抵抗２６とＦＥＴ２７との直列回路と並列に、限流抵抗２８とＦＥＴ２９とから成るもう１つの直列回路を設けて充電電流を変化させることができるようにし、充電制御判定部２０は、電圧検出回路２０で検出されるセル電圧がトリクル充電の終了電圧Ｖｍよりも低い予め設定される切換え電圧Ｖｍａに達すると、前記トリクル充電回路２５に充電電流を増加させるので、組電池１４の残量があまり減っていなければ速やかに電流値が大きくなり、組電池１４のセル電圧が前記切換え電圧Ｖｍａより低く残量が殆ど無い状態では従来のトリクル充電電流Ｉ１１で緩やかに充電を行って前記セル電圧を立上げ、立上がると前記従来のトリクル充電電流Ｉ１１よりも大きい電流Ｉ１２による充電が行われることになる。これによって、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

また、本実施の形態の電池パック１および充電器２によれば、終止電圧ＶｆをＯＣＶ電圧として、充電制御判定部２０は、定電流（ＣＣ）充電時には電池パック１の充電端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧が前記終止電圧Ｖｆよりも高い過電圧Ｖｆａ１，Ｖｆａ２となるように、通信部２２，３２を介して充電制御部３１へ充電電圧の要求を行い、電流検出抵抗１６で充電電流Ｉ１３が所定レベルＩ１４以下に垂下したことが検出されると、定電圧（ＣＶ）充電に切換わったものと判定し、前記充電端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧を前記終止電圧Ｖｆへ低下させるように充電電圧の要求を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流Ｉ１５を要求するので、定電流（ＣＣ）充電時に、前記充電端子Ｔ１１，Ｔ１３間には終止電圧Ｖｆより高い電圧Ｖｆａ１，Ｖｆａ２が加わるものの、各セルには前記終止電圧Ｖｆより高い電圧が加わらず、それらの差分は、ＦＥＴ１２，１３のＯＮ抵抗、電流検出抵抗１６、充電経路１１，１５の配線抵抗などによる電圧低下で消費される。これによって、満充電に近い電池パックであっても、定電流（ＣＣ）充電時の充電電流は一瞬で絞られ、すぐに定電圧（ＣＶ）充電へ移行するので、どのような状況の電池パックにも対応が可能になるとともに、各セルに超過電圧が加わったり、各セルが過充電になったりすることを確実に防止しつつ、印加電圧を大きくして短時間に多くの電荷を注入することができ、最終の満充電条件である充電電圧と検出垂下電流を従来と同じにすることにより、満充電で入る容量は同じで、充電時間を短縮することができる。

さらにまた、本実施の形態の電池パック１および充電器２によれば、上述のようにどのような状況の電池パックであっても、定電流（ＣＣ）充電時に各セルには前記終止電圧Ｖｆより高い電圧が加わらず、過充電が確実に防止されているので、充電電流供給回路３３は、さらに充電電流Ｉ１３の電流値を、従来の０．７Ｃ程度に対して、１Ｃ〜４Ｃの超急速充電を行う。これによって、一層充電時間を短縮することができる。前記超急速充電領域における電流値の下限では、従来よりも大きな電流値であればよく、０．８Ｃ程度以上であればよい。

上述のトリクル充電回路２５は、相互に異なる抵抗値の限流抵抗２６，２８と、それに対を成すＦＥＴ２７，２９との直列回路を相互に並列に接続し、充電制御判定部２１が、充電開始当初は抵抗値の高い方の限流抵抗２６に対応したＦＥＴ２７をＯＮし、前記切換え電圧Ｖｍａに達すると抵抗値の低い方の限流抵抗２８に対応したＦＥＴ２９をＯＮする択一的な制御によってトリクル充電電流を増加させるようにした一構成例である。このような構成以外にも、たとえば図３で示すトリクル充電回路２５ａや、図４で示すトリクル充電回路２５ｂのような他の形態が用いられてもよい。

図３で示すトリクル充電回路２５ａは、相互に異なる或いは相互に等しい抵抗値の限流抵抗２６ａ，２８ａと、それに対を成すＦＥＴ２７，２９との直列回路を相互に並列に接続し、前記充電制御判定部２１が、充電開始当初は一方の限流抵抗、たとえば２６ａに対応したＦＥＴ２７のみをＯＮして高い抵抗値とし、前記切換え電圧Ｖｍａに達すると両方の限流抵抗２６ａ，２８ａに対応したＦＥＴ２７，２９を共にＯＮして低い抵抗値とすることによってトリクル充電電流を増加させるものである。

また、図４で示すトリクル充電回路２５ｂは、２つの限流抵抗２６ｂ，２８ｂおよび１つのＦＥＴ２７を直列に接続するとともに、一方の限流抵抗２８ｂのバイパス用にもう１つのＦＥＴ２９を設け、前記充電制御判定部２１が、充電開始当初は直列のＦＥＴ２７のみをＯＮして高い抵抗値とし、前記切換え電圧Ｖｍａに達するとバイパス用のＦＥＴ２９をＯＮして低い抵抗値とすることによってトリクル充電電流を増加させるものである。これら以外にも、従来のトリクル充電電流Ｉ１１に、それよりも大きな電流Ｉ１２を供給可能とするにあたって、限流抵抗とＦＥＴとは、直並列の任意の回路で構成されればよい。

上述の例では、電池パック１側で、Ｉ１４への電流垂下から定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わったものと判定し、充電器２側へ過電圧Ｖｆａ２および電流を要求しているけれども、充電器２側で、同様に充電電流の垂下から、定電圧（ＣＶ）充電に切換えを行い、設定された電圧および電流を出力するようにしてもよい。

また、充電器２側では、端子Ｔ２１，Ｔ２３間の電圧が前記過電圧Ｖｆａ１まで上昇したことから、定電圧（ＣＶ）充電に切換えを行い、設定された電圧および電流を出力するようにしてもよい。この場合の充電電圧および電流の管理方法は、図５で示すようになる。この図５と前述の図２とを比較して、図２の方が、過電圧Ｖｆａ１で充電する時間が若干長くなるので、その間に満充電までの残りの容量が少なくなり、充電時間を短縮することができる。しかしながら、図５のように前記端子Ｔ２１，Ｔ２３間の電圧から定電圧（ＣＶ）充電への切換えを判定し、過電圧Ｖｆａ１から過電圧Ｖｆａ２へ低下させても、図７で示す従来技術よりも、定電流（ＣＣ）充電領域を短くし、充電時間を短縮することができる。

なお、前述のように、この電池パック１および充電器２に、該電池パック１から給電が行われる負荷機器を含めて電子機器システムが構成される場合、充電中であっても、その負荷機器の動作によって電流垂下が発生することがある。その場合、前記定電圧（ＣＶ）充電への切換わり判定を、所定の電圧以上で行うことで、誤判定を防止することができる。すなわち、負荷機器の動作によって端子Ｔ２１，Ｔ２３間の電圧も低下するので、前記所定の電圧未満に低下すると前記電流垂下の判定を行わないようにすればよい。

図１は、本発明の実施の一形態に係る充電方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。この充電システムは、電池パック１に、それを充電する充電器２を備えて構成されるが、電池パック１から給電が行われる図示しない負荷機器をさらに含めて電子機器システムが構成されてもよい。その場合、電池パック１は、図１では充電器２から充電が行われるけれども、該電池パック１が前記負荷機器に装着されて、負荷機器を通して充電が行われてもよい。電池パック１および充電器２は、給電を行う直流ハイ側の端子Ｔ１１，Ｔ２１と、通信信号の端子Ｔ１２，Ｔ２２と、給電および通信信号のためのＧＮＤ端子Ｔ１３，Ｔ２３とによって相互に接続される。前記負荷機器が設けられる場合も、同様の端子が設けられる。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の他の形態に係る充電方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。この充電システムは、図１で示す充電システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この充電システムでは、電池パック１ａのトリクル充電回路２５ａには、従来の限流抵抗２６とＦＥＴ２７との直列回路が設けられているだけであり、代りに充電器２ａの充電電流供給回路３３ａが、前記中速電流充電領域における電流Ｉ１２を供給可能となっていることである。

このため、制御ＩＣ１８ａの充電制御判定部２１ａは、充電開始当初は、前述のようにＦＥＴ１３，２７をＯＮし、限流抵抗２６を使用して従来通りのトリクル充電を行い、前記切換え電圧Ｖｍａに達すると、前記通信部２２，３２を介して充電器２ａの制御ＩＣ３０ａの充電制御部３１ａに、前記トリクル充電時の電流値Ｉ１１よりも大きく、かつ定電流定電圧充電時の定電流値Ｉ１３よりも小さい電流値Ｉ１２の充電電流を要求するとともに、前記トリクル充電回路２５ａには、前記ＦＥＴ２６をＯＦＦさせるとともに、充電用のＦＥＴ１２をＯＮさせて充電器２ａからの充電電流を組電池１４へそのまま出力させる。充電制御部３１ａは、要求に応答して、充電電流供給回路３３ａに前記電流値Ｉ１２の充電電流を供給させる。前記トリクル充電の終了電圧Ｖｍとなると、前記定電流定電圧充電の超急速充電に切換わり、充電制御判定部２１ａは定電流値Ｉ１３の充電電流を要求し、充電制御部３１ａは、要求に応答して、充電電流供給回路３３ａに前記電流値Ｉ１３の充電電流を供給させる。

このように構成してもまた、トリクル充電の期間が短くなり、充電時間を短縮することができる。

本発明は、どのような状況の電池パックにも対応が可能になるとともに、セルに超過電圧が加わったり、セルが過充電になったりすることを確実に防止しつつ、多くの電荷を注入することができ、充電時間を短縮することができるので、トリクル充電から定電流定電圧充電を行うようにした電池パックおよびその充電器に好適に実施することができる。

本発明の実施の一形態に係る充電方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。 本実施の形態による充電電圧および電流の管理方法を説明するためのグラフである。 トリクル充電回路の他の例を示すブロック図である。 トリクル充電回路のさらに他の例を示すブロック図である。 本実施の形態による充電電圧および電流の他の管理方法を説明するためのグラフである。 本発明の実施の他の形態に係る充電方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。 典型的な従来技術による充電電圧および電流の管理方法を説明するためのグラフである。

符号の説明

１，１ａ 電池パック
２，２ａ 充電器
１１，１５ 充電経路
１２，１３，２７，２９ ＦＥＴ
１４ 組電池
１６ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
１８，１８ａ，３０，３０ａ 制御ＩＣ
１９ アナログ／デジタル変換器
２０ 電圧検出回路
２１，２１ａ 充電制御判定部
２２，３２ 通信部
２５，２５ａ，２５ｂ トリクル充電回路
２６，２６ａ，２６ｂ；２８，２８ａ，２８ｂ 限流抵抗
３１，３１ａ 充電制御部
３３，３３ａ 充電電流供給回路
３４ 表示パネル
Ｔ１１，Ｔ２１；Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３ 端子

Claims (13)

1. 予め設定される終止電圧に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行う充電方法において、
   前記終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記定電流充電時には前記電池パックの充電端子の電圧を前記終止電圧よりも高い過電圧に設定して充電を行い、
   前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、定電圧充電に切換わると、または前記充電端子の充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させることを特徴とする充電方法。
2. 定電流充電時における充電電流値を、公称容量値を定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値を１Ｃとしたとき、０．８Ｃ〜４Ｃに設定することを特徴とする請求項１記載の充電方法。
3. 二次電池の充電初期に行われるトリクル充電の方法において、
   従来のトリクル充電の終了電圧よりも低い電圧に切換え電圧を設定し、
   充電開始から従来のトリクル充電電流による充電を行い、
   前記切換え電圧に達すると、前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行い、
   前記従来のトリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了することを特徴とする充電方法。
4. 二次電池の充電初期にトリクル充電を行い、その後予め設定される終止電圧に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行う充電方法において、
   前記トリクル充電時には、
   従来のトリクル充電の終了電圧よりも低い電圧に切換え電圧を設定し、
   充電開始から従来のトリクル充電電流による充電を行い、
   前記切換え電圧に達すると、前記従来のトリクル充電電流よりも大きい電流による充電を行い、
   前記従来のトリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了し、
   前記定電流充電時には、前記終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧を前記終止電圧よりも高い過電圧に設定して充電を行い、
   前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、定電圧充電に切換わると、または前記充電端子の充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させることを特徴とする充電方法。
5. 二次電池、電流検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで、予め設定される終止電圧に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、
   前記充電制御手段は、前記終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記定電流充電時には前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように、前記通信手段を介して充電器へ前記充電電圧の要求を行い、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記電流検出手段で充電電流が所定レベル以下に垂下したことが検出されると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように充電電圧の要求を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を要求することを特徴とする電池パック。
6. 前記充電制御手段は、前記定電流充電時における充電電流値を、０．８Ｃ〜４Ｃで要求することを特徴とする請求項５記載の電池パック。
7. 二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始から、前記電圧検出手段で検出される二次電池のセル電圧が予め設定されるトリクル充電の終了電圧となるまで、前記トリクル充電回路に充電器からの充電電流を制限させて前記二次電池を充電させるトリクル充電を行うことができる電池パックにおいて、
   前記トリクル充電回路は、前記二次電池への充電電流を変化させることができ、
   前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が前記トリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記トリクル充電回路に充電電流を増加させ、前記トリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了させることを特徴とする電池パック。
8. 前記トリクル充電回路は、２つの限流抵抗と、それに対を成すＦＥＴとを備え、前記充電制御手段は、前記ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ制御することで抵抗値を切換えて、前記トリクル充電電流を切換えることを特徴とする請求項７記載の電池パック。
9. 二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始から、前記電圧検出手段で検出される二次電池のセル電圧が予め設定されるトリクル充電の終了電圧となるまで、前記トリクル充電回路に充電器からの充電電流を制限させて前記二次電池を充電させるトリクル充電を行い、前記トリクル充電の終了電圧となると、前記トリクル充電回路には充電器からの充電電流を二次電池へそのまま出力させるとともに、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧および充電電流の要求を送信することで前記二次電池に定電流定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、
   前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧が前記トリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記通信手段を介して充電器へ、前記トリクル充電時の電流値よりも大きく、かつ前記定電流定電圧充電時の定電流値よりも小さい電流値の充電電流を要求するとともに、前記トリクル充電回路には充電器からの充電電流を二次電池へそのまま出力させ、前記トリクル充電の終了電圧となると、前記定電流定電圧充電に切換わり、その定電流値の充電電流を要求することを特徴とする電池パック。
10. 二次電池、トリクル充電回路、電圧検出手段、電流検出手段、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、充電開始からトリクル充電を行い、その後定電流定電圧充電を行うようにした電池パックにおいて、
    前記トリクル充電回路は、前記二次電池への充電電流を変化させることができ、トリクル充電時には、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段で検出されるセル電圧がトリクル充電の終了電圧よりも低い予め設定される切換え電圧に達すると、前記トリクル充電回路に充電電流を増加させ、前記トリクル充電の終了電圧となるとトリクル充電を終了させ、
    定電流充電時には、前記充電制御手段は、終止電圧を、充電電流が０の場合の電圧であるＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように、前記通信手段を介して充電器へ充電電圧の要求を行い、
    前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記電流検出手段で充電電流が所定レベル以下に垂下したことが検出されると、前記充電制御手段は、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように充電電圧の要求を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を要求することを特徴とする電池パック。
11. 充電電流供給回路、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、前記通信手段を介して入力される電池パックからの要求に応答して前記充電電流供給回路からの充電電流を制御することで、予め設定される終止電圧に向けて二次電池へ一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、前記終止電圧に達すると、その終止電圧を維持するように、前記充電電流を減少させてゆく定電圧充電を行うようにした充電器において、
    前記充電制御手段は、前記定電流充電時には、前記通信手段を介して入力される電池パックからの要求に応答して、前記終止電圧をＯＣＶ電圧として、前記電池パックの充電端子の電圧が前記終止電圧よりも高い過電圧となるように、前記充電電流供給回路の充電電圧を制御するとともに、前記充電端子の電圧が前記過電圧に達し、前記定電圧充電に切換わると、または充電電流が所定レベル以下に垂下すると、前記充電端子の電圧を前記終止電圧へ低下させるように前記充電電流供給回路の制御を行うとともに、その低下させた電圧を維持するような充電電流を供給させることを特徴とする充電器。
12. 前記充電制御手段は、前記充電電流供給回路に、前記定電流充電時における充電電流値を、公称容量値を定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値を１Ｃとしたとき、０．８Ｃ〜４Ｃで供給させることを特徴とする請求項１１記載の充電器。
13. 充電電流供給回路、トリクル充電回路、通信手段および充電制御手段を備え、前記充電制御手段が、前記通信手段を介して入力される電池パックからの要求に応答して前記充電電流供給回路からの充電電流を前記トリクル充電回路に制限させて前記電池パックの二次電池のトリクル充電を行うとともに、前記トリクル充電の終了電圧となり、前記通信手段を介して充電電流および充電電圧の要求が入力されると、前記充電電流供給回路にその充電電流および充電電圧で定電流定電圧充電を行わせるようにした充電器において、
    前記充電制御手段は、前記トリクル充電中に、前記通信手段へトリクル充電電流の切換えが入力されると、前記充電電流供給回路からの充電電流をそのまま電池パックへ出力させるとともに、前記充電電流供給回路に、前記トリクル充電電流よりも大きく、前記定電流定電圧充電時における定電流値よりも小さい電流値の充電電流を供給させることを特徴とする充電器。

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