JP2008136330A - 充電システム、充電装置、及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の内部抵抗に起因して二次電池が劣化するおそれを低減することができる充電システム、充電装置、及び電池パックを提供する。
【解決手段】二次電池１４と、二次電池１４に充電用の電流を供給する充電電流供給回路３３と、二次電池１４の内部抵抗Ｒｉを算出する内部抵抗算出部２１２と、内部抵抗算出部２１２により算出された内部抵抗Ｒｉが小さくなるほど充電電流供給回路３３によって二次電池１４へ供給される電流を増大させる充放電制御部２１１とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を充電する充電システム、充電装置、及び二次電池を備えた電池パックに関する。

図６は、背景技術に係る定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電による二次電池の充電動作を説明するための説明図である。図６は、二次電池、例えばリチウムイオン電池を充電する場合の二次電池の閉路電圧ＣＣＶと、二次電池の開路電圧ＯＣＶと、充電電流Ｉｃと、二次電池の充電深度ＳＯＣと、二次電池の内部抵抗Ｒｉとを示している。また、図７は、二次電池１００の等価回路を示す概念図である。

図７に示す二次電池１００の等価回路は、電圧源Ｅと内部抵抗Ｒｉとの直列回路で表される。そうすると、閉路電圧ＣＣＶは、電圧源Ｅと内部抵抗Ｒｉとの直列回路の両端電圧に相当し、開路電圧ＯＣＶは、電圧源Ｅの両端電圧に相当する。二次電池１００は、例えばリチウムイオン電池の素電池が複数直並列に接続された組電池であってもよい。

ＣＣＣＶ充電では、先ず定電流（ＣＣ）充電が行われ、充電電流Ｉｃが予め定める一定の電流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。

そして、閉路電圧ＣＣＶが終止電圧Ｖｆ（×直列セル数）となると、定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わり、その終止電圧Ｖｆ（×直列セル数）を超えないように充電電流Ｉｃが減少されてゆき、充電電流Ｉｃが温度に応じ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。上述のような充電制御方法は、たとえば特許文献１から読取ることができる。

このようなＣＣＣＶ充電では、充電開始から充電終了までの間で、充電電流Ｉｃの最大値は、定電流（ＣＣ）充電中に二次電池１００に流れる電流Ｉ２となる。
特開平６−７８４７１号公報

ところで、電池の内部抵抗Ｒｉは、電池内部の化学反応による電荷の移動に起因して生じる反応抵抗と、電解液や電極の抵抗である電子抵抗とが合算されて生じている。二次電池１００、例えばリチウムイオン二次電池では、充電深度ＳＯＣ（State Of Charge、以下、ＳＯＣと略す）が浅いと電極表面の活物質が収縮して電子抵抗が増大し、充電深度が深いと電極表面の活物質が膨張して電子抵抗が低下するため、内部抵抗Ｒｉは、ＳＯＣが浅いほど大きく、充電が進んでＳＯＣが深くなるほど小さくなる性質がある。

そうすると、定電流（ＣＣ）充電が開始された充電初期において、活物質が収縮して最も内部抵抗Ｒｉが大きいときに電流Ｉ２が内部抵抗Ｒｉを流れるため、内部抵抗Ｒｉによる電圧降下が増大する。そして、閉路電圧ＣＣＶは、開路電圧ＯＣＶと内部抵抗Ｒｉによる電圧降下とが加算されたものであるから、充電初期において開路電圧ＯＣＶと閉路電圧ＣＣＶとの差が最も大きくなり、充電が進んで内部抵抗Ｒｉが減少するにつれて閉路電圧ＣＣＶと開路電圧ＯＣＶとの差が徐々に小さくなる。内部抵抗Ｒｉは、二次電池１００の負極側に生じる内部抵抗Ｒｉｍと正極側に生じる内部抵抗Ｒｉｐとに分けて考えることができる。

図８は、開路電圧ＯＣＶ及び閉路電圧ＣＣＶと、リチウム基準に対する正極及び負極の電位との関係を説明するための説明図である。図８において、電圧Ｖ１は、負極側に生じる内部抵抗Ｒｉｍに充電電流Ｉｃが流れることにより生じる電圧降下を示しており、Ｖ１＝Ｒｉｍ×Ｉｃとなる。また、電圧Ｖ２は、正極側に生じる内部抵抗Ｒｉｐに充電電流Ｉｃが流れることにより生じる電圧降下を示しており、Ｖ２＝Ｒｉｐ×Ｉｃとなる。

ここで、充電開始時、すなわちＳＯＣが略ゼロである状態において、内部抵抗Ｒｉが仮にゼロ、すなわち内部抵抗Ｒｉｍがゼロであれば、閉路電圧ＣＣＶは開路電圧ＯＣＶに等しく、二次電池１００のリチウム基準に対する負極電位は０Ｖより大きい正の値を持っている。しかし、実際には内部抵抗Ｒｉはゼロではなく、従って、ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｖ１＋Ｖ２＝ＯＣＶ＋Ｒｉｍ×Ｉｃ＋Ｒｉｐ×Ｉｃとなる。そうすると、二次電池１００の負極電位はＶ１＝Ｒｉｍ×Ｉｃだけ低くなる。ここで、充電開始時にはＳＯＣが最も浅いためにＲｉｍが増大し、かつ定電流（ＣＣ）充電により、充電開始から充電終了までの間で、充電電流Ｉｃが最大の電流Ｉ２となるため、Ｖ１もまた充電開始から充電終了までの間で最大となり、二次電池１００の負極電位が０Ｖ以下となってしまうおそれがある。負極電位が０Ｖ以下となると、負極においてリチウムが析出し、二次電池１００が劣化してしまうという不都合があった。

本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、二次電池の内部抵抗に起因して二次電池が劣化するおそれを低減することができる充電システム、充電装置、及び電池パックを提供することを目的とする。

本発明に係る充電システムは、二次電池と、前記二次電池に充電電流を供給する充電電流供給部と、前記二次電池の内部抵抗の抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、前記内部抵抗検出部により検出された抵抗値が小さくなるほど前記充電電流供給部によって前記二次電池へ供給される充電電流を増大させる充電制御部とを備える。

この構成によれば、二次電池の内部抵抗が小さくなるほど充電電流が増大され、内部抵抗が大きいほど充電電流が減少される。そうすると、充電初期のように二次電池の内部抵抗が大きくなっている場合には、充電電流が減少されて二次電池の内部抵抗による電圧降下や自己発熱が低減される結果、二次電池の内部抵抗に起因して二次電池が劣化するおそれを低減することができる。また、充電が進んで二次電池の内部抵抗が小さくなると、充電電流を増大することができるので、充電電流を増大して充電時間が増大することを抑制したり、充電時間を短縮したりすることが容易となる。

また、前記充電制御部は、前記充電電流供給部によって前記二次電池へ供給される充電電流の電流値と前記内部抵抗検出部により検出される抵抗値とを乗じた値が、予め設定された一定の設定値になるように、前記充電電流供給部によって前記二次電池へ電流を供給させることが好ましい。

この構成によれば、充電制御部によって、二次電池へ供給される電流と二次電池の内部抵抗とを乗じた値、すなわち二次電池の内部抵抗により生じる電圧降下が一定の設定値になるように、二次電池へ供給される電流が調節されるので、二次電池の内部抵抗により生じる電圧降下が過度に増大して二次電池が劣化するおそれを低減することができる。

また、前記充電制御部は、前記充電電流供給部によって供給される充電電流の電流値の二乗値と前記内部抵抗検出部により検出された抵抗値とを乗じた値が、予め設定された一定の設定値になるように、前記充電電流供給部によって前記二次電池へ充電電流を供給させるようにしてもよい。

この構成によれば、充電制御部によって、二次電池へ供給される電流の二乗と二次電池の内部抵抗とを乗じた値、すなわち二次電池の内部抵抗で消費される消費電力が一定の設定値になるように、二次電池へ供給される電流が調節されるので、二次電池の内部抵抗により生じる発熱が過度に増大して二次電池が劣化するおそれを低減することができる。

また、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部とをさらに備え、前記内部抵抗検出部は、前記充電電流供給部が所定の第１内部抵抗検出用電流を前記二次電池へ供給したときに前記電圧検出部により検出される端子電圧と、前記充電電流供給部が前記第１内部抵抗検出用電流とは異なる第２内部抵抗検出用電流を前記二次電池へ供給したときに前記電圧検出部により検出される端子電圧との差を、前記第１内部抵抗検出用電流と前記第２内部抵抗検出用電流との差で除算することによって、前記内部抵抗の抵抗値を算出することが好ましい。

この構成によれば、第１内部抵抗検出用電流が二次電池に供給されたときに電圧検出部により検出される端子電圧と、第２内部抵抗検出用電流が二次電池に供給されたときに電圧検出部により検出される端子電圧との差が、第１内部抵抗検出用電流と第２内部抵抗検出用電流との差で除算されて内部抵抗が算出されるので、実際に使用されている二次電池の内部抵抗を取得することができ、二次電池が劣化するなどして内部抵抗が変化した場合であっても、実際の内部抵抗の値を取得することができる。

また、前記二次電池の充電深度ＳＯＣを検出する充電深度検出部と、前記二次電池の前記充電深度ＳＯＣと内部抵抗の抵抗値とを対応付けて予め記憶する記憶部とをさらに備え、前記内部抵抗検出部は、前記充電深度検出部によって検出された前記二次電池の前記充電深度ＳＯＣと対応付けて前記記憶部に記憶されている抵抗値を、前記二次電池の内部抵抗の抵抗値として取得するようにしてもよい。

この構成によれば、二次電池の充電深度ＳＯＣと内部抵抗とを予め対応付けて記憶部に記憶させておくことで、内部抵抗検出部は、充電深度検出部によって検出された二次電池の充電深度ＳＯＣと対応付けて記憶部に記憶されている内部抵抗を、二次電池の内部抵抗として取得することができるので、二次電池の内部抵抗を取得するために、二次電池への供給電流をゼロにさせて電圧検出部により端子電圧を取得することで開路電圧を取得する必要が無く、簡素な処理で内部抵抗を検出することができる。

また、前記二次電圧の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出される端子電圧が、予め設定された終止電圧以上となった場合、前記二次電池に前記終止電圧が印加されて定電圧で充電されるように、前記充電電流供給部によって前記充電用の電流を供給させる定電圧充電部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、充電電流供給部によって充電用の電流が供給されることにより二次電池の端子電圧が上昇し、予め設定された終止電圧に達すると、二次電池に終止電圧が印加されて定電圧で充電される。そうすると、二次電池の充電が進むにつれて二次電池の充電電流が減少するので、二次電池が過充電されるおそれが低減される。

また、本発明に係る充電装置は、二次電池に接続するための接続端子と、前記接続端子に前記二次電池の充電用の電流を供給する充電電流供給部と、前記接続端子に接続された二次電池の内部抵抗の抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、前記内部抵抗検出部により検出された抵抗値が小さくなるほど前記充電電流供給部によって前記接続端子へ供給される電流を増大させる充電制御部とを備える。

この構成によれば、接続端子に接続された二次電池の内部抵抗が小さくなるほど充電電流が増大され、内部抵抗が大きいほど充電電流が減少される。そうすると、充電初期のように二次電池の内部抵抗が大きくなっている場合には、充電電流が減少されて二次電池の内部抵抗による電圧降下や自己発熱が低減される結果、二次電池の内部抵抗に起因して二次電池が劣化するおそれを低減することができる。また、充電が進んで二次電池の内部抵抗が小さくなると、充電電流を増大することができるので、充電電流を増大して充電時間が増大することを抑制したり、充電時間を短縮したりすることが容易となる。

また、本発明に係る電池パックは、外部からの指示に応じて二次電池の充電用の電流を出力する充電装置と接続される電池パックであって、二次電池と、前記二次電池の内部抵抗の抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、前記内部抵抗検出部により検出された抵抗値が小さくなるほど前記充電装置によって前記二次電池へ供給される電流を増大させるように、前記充電装置へ前記指示を出力することにより前記二次電池を充電する充電制御部とを備える。

この構成によれば、充電制御部からの指示に応じて、充電装置によって、二次電池の内部抵抗が小さくなるほど充電電流が増大され、内部抵抗が大きいほど充電電流が減少される。そうすると、充電初期のように二次電池の内部抵抗が大きくなっている場合には、充電電流が減少されて二次電池の内部抵抗による電圧降下や自己発熱が低減される結果、二次電池の内部抵抗に起因して二次電池が劣化するおそれを低減することができる。また、充電が進んで二次電池の内部抵抗が小さくなると、充電電流を増大することができるので、充電電流を増大して充電時間が増大することを抑制したり、充電時間を短縮したりすることが容易となる。この場合、充電装置は、電池パックからの指示に応じて電流を出力すればよいので、特性が異なる二次電池を備えた電池パックを充電する場合であっても同じ充電装置を用いることができる。

このような構成の充電システム、充電装置、及び電池パックによれば、二次電池の内部抵抗が小さくなるほど充電電流が増大され、内部抵抗が大きいほど充電電流が減少される。そうすると、充電初期のように二次電池の内部抵抗が大きくなっている場合には、充電電流が減少されて二次電池の内部抵抗による電圧降下や自己発熱が低減される結果、二次電池の内部抵抗に起因して二次電池が劣化するおそれを低減することができる。また、充電が進んで二次電池の内部抵抗が小さくなると、充電電流を増大することができるので、充電電流を増大して充電時間が増大することを抑制したり、充電時間を短縮したりすることが容易となる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の実施の一形態に係る充電システムの構成の一例を示すブロック図である。この充電システム１は、電池パック２に、それを充電する充電器３を備えて構成されるが、電池パック２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２は、図１では充電器３から充電が行われるけれども、該電池パック２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２および充電器３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。

電池パック２内で、端子Ｔ１１から延びる直流ハイ側の充電経路１１には、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）やリレースイッチ等からなるスイッチング素子１２が介在されており、その充電経路１１が二次電池１４のハイ側端子に接続される。二次電池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する電流検出抵抗１６（電流検出部）が介在されている。

二次電池１４としては、例えばリチウムイオン二次電池が用いられる。また、二次電池１４は、複数の二次電池が直並列に接続されて構成された組電池であってもよい。

二次電池１４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、二次電池１４の端子電圧Ｖｂは電圧検出回路２０（電圧検出部）によって読取られ、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、電流検出抵抗１６によって検出された電流値も、制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。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、制御部２１へ出力する。

制御部２１は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成され、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、充放電制御部２１１（充電制御部）、内部抵抗算出部２１２（内部抵抗検出部）、及び定電圧充電部２１３として機能する。

充放電制御部２１１は、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３に対して、出力を指示する充電電流の電圧値、電流値を演算し、通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器３へ送信する。また、充放電制御部２１１は、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３からの異常電流などの電池パック２の外部における異常や、二次電池１４の異常な温度上昇などに対して、スイッチング素子１２を遮断するなどの保護動作を行う。

また、充放電制御部２１１は、内部抵抗算出部２１２により算出された二次電池１４の内部抵抗Ｒｉが小さくなるほど充電器３によって二次電池１４へ供給される充電電流Ｉｃを増大させる。

内部抵抗算出部２１２は、二次電池１４の内部抵抗Ｒｉを検出する。図２は、内部抵抗算出部２１２の動作を説明するための説明図である。（ａ）は二次電池１４に流れる電流を示し、（ｂ）は二次電池１４の端子電圧Ｖｂを示している。まず、内部抵抗算出部２１２は、内部抵抗検出用電流Ｉｓの出力指示を通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器３へ送信し、充電器３によって内部抵抗検出用電流Ｉｓ（第１内部抵抗検出用電流）を二次電池１４へ供給させる。そして、内部抵抗算出部２１２は、アナログ／デジタル変換器１９で得られた二次電池１４の端子電圧Ｖｂ、すなわち閉路電圧ＣＣＶを取得し、さらに充電器３の供給電流をゼロ（第２内部抵抗検出用電流を０Ａに設定した場合に相当）にする旨の指示を通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器３へ送信し、二次電池１４に流れる電流をゼロにさせたときにアナログ／デジタル変換器１９で得られた二次電池１４の端子電圧Ｖｂ、すなわち開路電圧ＯＣＶを取得する。そして、内部抵抗算出部２１２は、以下の式（１）によって、内部抵抗Ｒｉを算出する。

Ｒｉ＝（ＣＣＶ−ＯＣＶ）／Ｉｓ ・・・（１）
図２（ｂ）において、図２（ａ）の電流パルスと同時に生じる電圧Ｖ３は、電子抵抗に起因する電圧成分であり、図２（ａ）の電流パルスより遅れて徐々に変化する電圧成分Ｖ４は、反応抵抗に起因する電圧成分である。

なお、第２内部抵抗検出用電流は、第１内部抵抗検出用電流と異なる電流値に設定されていればよく、０Ａに限らない。例えば第１内部抵抗検出用電流をＩｓ_１、第１内部抵抗検出用電流Ｉｓ_１を二次電池１４へ供給した場合にアナログ／デジタル変換器１９で得られた二次電池１４の端子電圧ＶｂをＣＶ_１、第２内部抵抗検出用電流をＩｓ_２、第２内部抵抗検出用電流Ｉｓ_２を二次電池１４へ供給した場合にアナログ／デジタル変換器１９で得られた二次電池１４の端子電圧ＶｂをＣＣＶ_２とした場合、内部抵抗算出部２１２は、以下の式（２）によって内部抵抗Ｒｉを算出するようにしてもよい。また、第１内部抵抗検出用電流Ｉｓ_１、及び第２内部抵抗検出用電流Ｉｓ_２は、互いに異なった電流値であればよいので、例えばパルス充電で充電を目的とした電流値を変化させて第１内部抵抗検出用電流Ｉｓ_１、及び第２内部抵抗検出用電流Ｉｓ_２として用いるようにしてもよい。

Ｒｉ＝｜ＣＣＶ_１−ＣＣＶ_２｜／｜Ｉｓ_１−Ｉｓ_２｜ ・・・（２）
この場合、充電電流をゼロにすることなく内部抵抗Ｒｉを測定することができるので、内部抵抗Ｒｉの測定のために充電時間が延びるおそれを低減することができる。

また、図２（ｂ）においては、電流パルスの立上り、立下りの後、電圧成分Ｖ４の値が定常に達してから、すなわち端子電圧Ｖｂが定常に達してから、端子電圧Ｖｂを閉路電圧ＣＣＶ、及び開路電圧ＯＣＶとして取得する例を示している。しかし、電圧の安定にはかなりの時間がかかるため、端子電圧Ｖｂが定常値になる前に、例えば電流パルスの立上り、立下りの後、予め設定された時間△ｔが経過したときの端子電圧Ｖｂを閉路電圧ＣＣＶ、及び開路電圧ＯＣＶとして取得するようにしてもよい。同様に、二次電池１４へ供給する電流値をＩｓ_１，Ｉｓ_２に変化させた後、予め設定された時間△ｔが経過したときの端子電圧Ｖｂを、ＣＣＶ_１，ＣＣＶ_２として取得するようにしてもよい。この場合、電圧成分Ｖ４の変化途中での端子電圧Ｖｂを検出することになるが、時間△ｔが一定の値に設定されていれば、このようにして取得された閉路電圧ＣＣＶ及び開路電圧ＯＣＶ（ＣＣＶ_１及びＣＣＶ_２）は、内部抵抗Ｒｉが反映された値として取得されるので、このようにして得られた内部抵抗Ｒｉに基づいて充電電流を設定することができる。

なお、例えば図３に示すように、記憶部２１５をさらに備え、制御部２１の代わりに制御部２１ａを用いてもよい。制御部２１ａは、二次電池１４のＳＯＣを検出する充電深度検出部２１４としてさらに機能する。

充電深度検出部２１４は、例えばアナログ／デジタル変換器１９で取得された充電電流Ｉｃを積算することにより、二次電池１４のＳＯＣを算出する。記憶部２１５は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶素子を用いて構成されており、二次電池１４のＳＯＣと内部抵抗Ｒｉとが対応付けて予め記憶されている。そして、内部抵抗算出部２１２ａは、充電深度検出部２１４によって算出された二次電池１４のＳＯＣと対応付けて記憶部２１５に記憶されている内部抵抗Ｒｉを、二次電池１４の内部抵抗Ｒｉとして取得するようにしてもよい。

定電圧充電部２１３は、アナログ／デジタル変換器１９で取得された端子電圧Ｖｂが、例えば４．２Ｖに設定された終止電圧Ｖｆ以上となった場合、充電器３の出力電圧を終止電圧Ｖｆで一定にさせる旨の指示を出力し、二次電池１４に終止電圧Ｖｆが印加されるように、充電電流供給回路３３によって充電電流Ｉｃを供給させることにより定電圧充電を実行する。

充電器３では、電池パック２からの指示を、制御ＩＣ３０において、通信手段である通信部３２で受信し、充電制御部３１が充電電流供給回路３３（充電電流供給部）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Ｉｃ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、充電制御部３１から指示された電圧値、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。

なお、制御ＩＣ１８を電池パック２に備える例に限られず、充電器３に制御ＩＣ１８を備えるようにしてもよい。

次に、上述のように構成された充電システム１の動作について説明する。図４は、図１に示す充電システム１の動作の一例を示す説明図である。図５は、図１に示す充電システム１の動作の一例を示すフローチャートである。まず、内部抵抗算出部２１２によって、二次電池１４の内部抵抗Ｒｉが算出される（ステップＳ１、タイミングＴ１）。

次に、充放電制御部２１１によって、充電電流Ｉｃと内部抵抗Ｒｉとを乗じた値が、予め設定された一定の設定値Ｖａになるように充電電流Ｉｃの目標値が算出される。具体的には、充電電流Ｉｃの目標値は、以下の式（３）で与えられる。

Ｉｃ＝Ｖａ／Ｒｉ ・・・（３）
そして、充放電制御部２１１によって、充電制御部３１へ、式（３）で与えられる充電電流Ｉｃを出力すべき旨の指示が送信され、充電制御部３１からの制御信号に応じて充電電流供給回路３３から式（３）で与えられる充電電流Ｉｃが出力される（ステップＳ２，タイミングＴ２）。

この場合、設定値Ｖａは、図８に示す閉路電圧ＣＣＶと開路電圧ＯＣＶとの差に相当しており、すなわちＶａ＝Ｖ１＋Ｖ２に相当している。そして、二次電池１４の負極側に生じる電圧降下、すなわち電圧Ｖ１が大きくなりすぎて負極電位が０Ｖ以下になってしまわないように、設定値Ｖａの値が設定されている。

そうすると、二次電池１４に流れる充電電流Ｉｃが、式（３）で与えられる電流値に設定されることにより、負極電位が０Ｖ以下になるおそれが低減される結果、負極においてリチウムが析出して二次電池１４が劣化してしまうおそれが低減される。

そして、二次電池１４が充電電流Ｉｃで充電され、ＳＯＣ及び端子電圧Ｖｂが徐々に増大する。

次に、ステップＳ３において、充放電制御部２１１によって、終止電圧Ｖｆと端子電圧Ｖｂとが比較され、端子電圧Ｖｂが終止電圧Ｖｆに達していなければ（ステップＳ３でＮＯ）再びステップＳ１〜Ｓ３を繰り返し、端子電圧Ｖｂが終止電圧Ｖｆ以上であれば定電圧充電に移行するべくステップＳ４へ移行する。

ステップＳ１〜Ｓ３の処理により、充電電流Ｉｃと内部抵抗Ｒｉとを乗じた値が、予め設定された一定の設定値Ｖａになるように、充電電流Ｉｃの電流値が調節されるので、充電により負極電位が０Ｖ以下になるおそれが低減される結果、負極においてリチウムが析出して二次電池１４が劣化してしまうおそれが低減される。また、ステップＳ１〜Ｓ３の処理により、内部抵抗Ｒｉが小さくなるほど充電電流Ｉｃが増大され、内部抵抗Ｒｉが大きいほど充電電流Ｉｃが減少される。そうすると、充電初期において内部抵抗Ｒｉが大きいときには、充電電流Ｉｃが小さい電流値にされるので、内部抵抗Ｒｉに電流が流れることにより生じる自己発熱が低減され、自己発熱により過度に温度が上昇して二次電池１４が劣化するおそれが低減される。また、充電が進んで内部抵抗Ｒｉが小さくなると、充電電流Ｉｃを増大することができるので、二次電池１４が劣化するおそれを低減しつつ、充電電流Ｉｃを増大して充電時間が増大することを抑制したり、充電時間を短縮したりすることが容易となる。

次に、ステップＳ４において、定電圧充電部２１３によって、充電制御部３１へ、終止電圧Ｖｆを出力すべき旨の指示が行われ、充電制御部３１からの制御信号に応じて充電電流供給回路３３から終止電圧Ｖｆの電圧が出力されて、定電圧充電が開始される（タイミングＴ３）。そうすると、二次電池１４の両端に終止電圧Ｖｆの電圧が印加されて、充電電流Ｉｃが徐々に低下しつつ二次電池１４の充電深度ＳＯＣが徐々に増大する。

そして、定電圧充電部２１３によって、アナログ／デジタル変換器１９で得られた充電電流Ｉｃの電流値と電流値Ｉ３とが比較され、充電電流Ｉｃが電流値Ｉ３を超えていれば（ステップＳ５でＮＯ）ステップＳ４へ戻って定電圧充電が継続される一方、充電電流Ｉｃが電流値Ｉ３以下であれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、定電圧充電部２１３によって、充電制御部３１へ充電電流をゼロにすべき指示が出力され、充電制御部３１により充電電流供給回路３３の出力電流がゼロにされて充電を終了する（ステップＳ６、タイミングＴ４）。

なお、充放電制御部２１１は、ステップＳ２において、充電電流Ｉｃの二乗と内部抵抗Ｒｉとを乗じた値が、予め設定された一定の設定値Ｗａになるように充電電流Ｉｃの目標値を算出するようにしてもよい。この場合、充電電流Ｉｃは、（Ｗａ／Ｒｉ）の平方根で与えられる。また、充電電流Ｉｃの二乗と内部抵抗Ｒｉとを乗じた値は、内部抵抗Ｒｉにおける消費電力である。そして、設定値Ｗａは、内部抵抗Ｒｉが自己発熱によって劣化しない程度の値が設定されている。

ステップＳ１〜Ｓ３において、充電電流Ｉｃの二乗と内部抵抗Ｒｉとを乗じた値、すなわち内部抵抗Ｒｉの自己発熱が一定の設定値Ｗａになるように充電電流Ｉｃが調節されると、内部抵抗Ｒｉの自己発熱によって過度に温度が上昇して二次電池１４が劣化するおそれが低減される。また、充電が進んで内部抵抗Ｒｉが小さくなると、充電電流Ｉｃを増大することができるので、二次電池１４が劣化するおそれを低減しつつ、充電電流Ｉｃを増大して充電時間が増大することを抑制したり、充電時間を短縮したりすることが容易となる。

本発明は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載装置において用いられる充電システムや電池パック、及び二次電池を充電する充電装置に好適に利用することができる。

本発明の実施の一形態に係る充電システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す内部抵抗算出部の動作を説明するための説明図である。（ａ）は二次電池に流れる電流を示し、（ｂ）は二次電池の端子電圧を示している。 図１に示す充電システムの変形例を示すブロック図である。 図１に示す充電システムの動作の一例を示す説明図である。 図１に示す充電システムの動作の一例を示すフローチャートである。 背景技術に係る定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電による二次電池の充電動作を説明するための説明図である。 二次電池の等価回路を示す概念図である。 開路電圧ＯＣＶ及び閉路電圧ＣＣＶと、リチウム基準に対する正極及び負極の電位との関係を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 充電システム
２ 電池パック
３ 充電器
１２ スイッチング素子
１４ 二次電池
１６ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
１８，３０ 制御ＩＣ
１９ アナログ／デジタル変換器
２０ 電圧検出回路
２１，２１ａ 制御部
２２，３２ 通信部
３１ 充電制御部
３３ 充電電流供給回路
２１１ 充放電制御部
２１２，２１２ａ 内部抵抗算出部
２１３ 定電圧充電部
２１４ 充電深度検出部
２１５ 記憶部
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３ 端子
Ｉｃ 充電電流
Ｒｉ 内部抵抗
Ｖｂ 端子電圧
Ｖｆ 終止電圧

Claims (8)

1. 二次電池と、
   前記二次電池に充電電流を供給する充電電流供給部と、
   前記二次電池の内部抵抗の抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、
   前記内部抵抗検出部により検出された抵抗値が小さくなるほど前記充電電流供給部によって前記二次電池へ供給される充電電流を増大させる充電制御部と
   を備えることを特徴とする充電システム。
2. 前記充電制御部は、前記充電電流供給部によって前記二次電池へ供給される充電電流の電流値と前記内部抵抗検出部により検出される抵抗値とを乗じた値が、予め設定された一定の設定値になるように、前記充電電流供給部によって前記二次電池へ電流を供給させること
   を特徴とする請求項１記載の充電システム。
3. 前記充電制御部は、前記充電電流供給部によって供給される充電電流の電流値の二乗値と前記内部抵抗検出部により検出された抵抗値とを乗じた値が、予め設定された一定の設定値になるように、前記充電電流供給部によって前記二次電池へ充電電流を供給させること
   を特徴とする請求項１記載の充電システム。
4. 前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部とをさらに備え、
   前記内部抵抗検出部は、前記充電電流供給部が所定の第１内部抵抗検出用電流を前記二次電池へ供給したときに前記電圧検出部により検出される端子電圧と、前記充電電流供給部が前記第１内部抵抗検出用電流とは異なる第２内部抵抗検出用電流を前記二次電池へ供給したときに前記電圧検出部により検出される端子電圧との差を、前記第１内部抵抗検出用電流と前記第２内部抵抗検出用電流との差で除算することによって、前記内部抵抗の抵抗値を算出すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電システム。
5. 前記二次電池の充電深度ＳＯＣを検出する充電深度検出部と、
   前記二次電池の前記充電深度ＳＯＣと内部抵抗の抵抗値とを対応付けて予め記憶する記憶部とをさらに備え、
   前記内部抵抗検出部は、前記充電深度検出部によって検出された前記二次電池の前記充電深度ＳＯＣと対応付けて前記記憶部に記憶されている抵抗値を、前記二次電池の内部抵抗の抵抗値として取得すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電システム。
6. 前記二次電圧の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部によって検出される端子電圧が、予め設定された終止電圧以上となった場合、前記二次電池に前記終止電圧が印加されて定電圧で充電されるように、前記充電電流供給部によって前記充電用の電流を供給させる定電圧充電部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電システム。
7. 二次電池に接続するための接続端子と、
   前記接続端子に前記二次電池の充電用の電流を供給する充電電流供給部と、
   前記接続端子に接続された二次電池の内部抵抗の抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、
   前記内部抵抗検出部により検出された抵抗値が小さくなるほど前記充電電流供給部によって前記接続端子へ供給される電流を増大させる充電制御部と
   を備えることを特徴とする充電装置。
8. 外部からの指示に応じて二次電池の充電用の電流を出力する充電装置と接続される電池パックであって、
   二次電池と、
   前記二次電池の内部抵抗の抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、
   前記内部抵抗検出部により検出された抵抗値が小さくなるほど前記充電装置によって前記二次電池へ供給される電流を増大させるように、前記充電装置へ前記指示を出力することにより前記二次電池を充電する充電制御部と
   を備えることを特徴とする電池パック。

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