JP2009225632A - 充電制御回路、電池パック、及び充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】組電池にされた二次電池の充電電圧の最大値が規定値を超えるおそれを低減することができる充電制御回路、電池パック、及び充電システムを提供する。
【解決手段】端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を、各々検出する電圧検出回路１５と、電圧検出回路１５により検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうちの最大値が、充電終止電圧Ｖｆ以上である場合、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を合計し、当該合計電圧Ｖｔを充電装置３から組電池１４の充電電圧として出力させる電圧制御充電を実行する充電制御部２１２とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電を制御する充電制御回路、及びこれを備えた電池パック、充電システムに関する。

従来から、二次電池を充電する際に、まず始めに一定の電流値で充電を行う定電流充電を実行し、二次電池の端子電圧が予め設定された充電終止電圧に達すると、当該充電終止電圧を二次電池に印加して、一定の充電電圧で充電を行う定電圧充電を実行するＣＣＣＶ（定電流定電圧）充電方式が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ＣＣＣＶ充電方式では、二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）が１００％である満充電になったときの開路電圧（ＯＣＶ）、すなわち満充電電圧が、充電終止電圧として設定されている。二次電池には内部抵抗Ｒがあるから、定電流充電によって二次電池の端子電圧が充電終止電圧になったときは、当該端子電圧には、内部抵抗Ｒに充電電流Ｉが流れることにより生じる電圧降下ＩＲが含まれており、二次電池の開路電圧はまだ充電終止電圧（＝満充電電圧）に達していない。従って、二次電池はまだ満充電になっていない。

そこで、さらに定電圧充電を行うと、徐々に充電電流が減少して電圧降下ＩＲが減少し、電圧降下ＩＲが減少した分だけ二次電池の開放電圧が上昇する。そして、充電電流が予め微小な電流値に設定された充電終止電流値以下になり、電圧降下ＩＲが無視できる程度に小さくなったとき、すなわち二次電池の開放電圧がほぼ満充電電圧に等しくなったときに充電を終了することで、二次電池を満充電にできるようになっている。
特開平６−７８４７１号公報

ところで、二次電池の充電電圧は、過電圧になると安全性の低下を招くため、上限電圧が厳しく規定されている。特に、近年エネルギー密度の向上が著しいリチウムイオン二次電池については、社団法人電池工業会（ＢＡＪ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｊａｐａｎ）によって、充電電圧の最大値がセルあたり４．２５Ｖ以下（活物質にコバルト酸リチウムを用いた場合）にすることが推奨されており、高精度の電圧制御が必要となる。

一方、二次電池が直列接続された組電池を定電圧充電する場合、充電装置は、組電池を構成する二次電池の直列回路の両端に充電電圧を印加することになる。この場合、充電装置は、セルあたりの端子電圧が満充電電圧、例えば４．２Ｖ（活物質にコバルト酸リチウムを用いた場合）になるように、４．２Ｖに直列セル数ＳＮを乗じた電圧を、二次電池の直列回路の両端に充電電圧として印加する。

そうすると、各セルの端子電圧が等しければ、各セルが満充電電圧で充電されるので、充電電圧の最大値がＢＡＪの規定値を超えることはないが、各セルの充電深度が異なっていたり、各セルの劣化度合いが異なっていたりするアンバランスが生じていると、各セルの端子電圧がばらついて、最も端子電圧が高いセルの充電電圧が規定値を超えるおそれがあるという、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、組電池にされた二次電池の充電電圧の最大値が規定値を超えるおそれを低減することができる充電制御回路、電池パック、及び充電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る充電制御回路は、複数の二次電池が直列接続された組電池の両端に充電電圧を供給する充電部の、動作を制御する充電制御回路であって、前記複数の二次電池の端子電圧を、各々検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、所定の基準電圧以上である場合、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧の合計電圧に基づき要求充電電圧を取得し、当該取得した要求充電電圧を前記充電部から前記充電電圧として出力させる電圧制御充電を実行する充電制御部とを備える。

この構成によれば、充電制御部によって、組電池を構成する複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、所定の基準電圧以上である場合、複数の二次電池における端子電圧の合計計電圧に基づく要求充電電圧が充電部から組電池の充電電圧として出力されるように、充電部の動作が制御される。この場合、充電に伴い各二次電池の端子電圧が上昇し、各二次電池における端子電圧のうちの最大値が基準電圧に達すると、各二次電池の端子電圧の合計電圧が、充電部から組電池の充電電圧として出力されて、組電池が定電圧充電される。

そうすると、各二次電池における端子電圧のうちの最大値が基準電圧に達したときの端子電圧の合計電圧で組電池が定電圧充電されるのであるから、前記最大値は基準電圧に維持されたまま、各二次電池が定電圧充電される。従って、例え各二次電池にアンバランスが生じていても、組電池にされた二次電池の充電電圧の最大値が規定値を超え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、前記電圧制御充電の実行中に、前記電圧検出部によって前記複数の二次電池における端子電圧を検出させ、当該新たに検出された端子電圧に基づき前記最大値及び前記合計電圧を更新し、前記基準電圧と当該更新された最大値との差に前記二次電池の直列数を乗じた値を前記更新された合計電圧に加算して前記要求充電電圧を算出し、当該新たな要求充電電圧を前記充電部から前記充電電圧として出力させる更新処理を繰り返し実行することが好ましい。

二次電池の内部抵抗が増大するＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合、電圧制御充電の実行中に、充電電流の減少に伴い各端子電圧の最大値は低下していく。そこで、この構成によれば、最大値が低下した分を補うように要求充電電圧を更新する更新処理が繰り返し実行されるので、組電池にされた二次電池の充電電圧の最大値が規定値を超えるおそれを低減しつつ、ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合における充電容量を増大させることが可能となる。

また、前記充電制御部は、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、前記基準電圧に満たない場合、前記充電部によって、予め設定された設定電流値の充電電流を前記組電池に供給させて定電流充電を実行させ、前記充電部による定電流充電の実行中に、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が前記基準電圧以上になった場合、当該充電部による前記定電流充電を終了させて、前記電圧制御充電を実行することが好ましい。

この構成によれば、複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が基準電圧に達するまで定電流充電を行うことで、過電流による二次電池の劣化を抑制しつつ適宜設定電流値を設定することで、充電時間を短縮することが容易となる。

また、前記組電池の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、当該組電池の充電に適した温度範囲として設定された好適温度範囲の上限を超えた場合、前記基準電圧を、前記好適温度範囲における基準電圧として予め設定された好適基準電圧より低くなるように設定する基準電圧設定部とをさらに備えることが好ましい。

二次電池は、充電に適した好適温度範囲の上限を超える温度になると、劣化が増大して好ましくない。そこで、この構成によれば、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えると、基準電圧設定部によって、基準電圧が、好適温度範囲における基準電圧として予め設定された好適基準電圧より低くなるように設定される。そうすると、上述の電圧制御充電における充電電圧が、好適温度範囲における充電電圧より低減される結果、二次電池の劣化が低減される。

また、前記基準電圧設定部は、前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、前記好適温度範囲の上限を超えた場合、当該温度が高いほど前記基準電圧が低くなるように、当該基準電圧を設定することが好ましい。

二次電池は、充電に適した好適温度範囲の上限を超える温度では、温度が高くなるほど劣化が増大して好ましくない。そこで、この構成によれば、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えると、当該温度が高いほど基準電圧が低くなるように設定される。そうすると、上述の電圧制御充電における充電電圧が、好適温度範囲における充電電圧より低く、かつ温度が高くなるほど低くされる結果、二次電池の劣化が低減される。

また、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、所定の過充電電圧以上になった場合、前記組電池の充電を禁止する過充電保護部と、前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、前記好適温度範囲の上限を超えた場合、前記過充電電圧を、前記基準電圧設定部により当該温度に応じて設定される基準電圧を超え、かつ前記好適温度範囲における過充電電圧として予め設定された標準過充電電圧より低くなるように、当該過充電電圧を設定する過充電電圧設定部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、所定の過充電電圧以上になった場合、過充電保護部によって組電池の充電が禁止されるので、組電池が過充電から保護される。また、組電池の温度が、好適温度範囲の上限を超えた場合、過充電電圧設定部によって、過充電電圧が、基準電圧設定部により当該温度に応じて設定される基準電圧を超え、かつ標準過充電電圧より低くなるように設定されるので、好適温度範囲の上限を超えた温度では、好適温度範囲内より低い電圧で組電池の充電が禁止される結果、安全性が向上する。

また、前記過充電電圧設定部は、前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、前記好適温度範囲の上限を超えた場合、前記過充電電圧を、前記基準電圧設定部により当該温度に応じて設定される基準電圧を超え、かつ当該温度が高いほど前記過充電電圧が低くなるように、当該過充電電圧を設定することが好ましい。

二次電池は、充電に適した好適温度範囲の上限を超える温度では、温度が高くなるほど安全性が低下する。そこで、この構成によれば、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えると、当該温度が高いほど過充電電圧が低くなるように設定されるので、安全性が向上する。

また、前記過充電電圧設定部は、前記組電池の温度に応じて前記過充電電圧を前記標準過充電電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、前記好適温度範囲の上限より予め設定された第１温度分だけ低い第２温度を超えているとき、当該温度が低下する直前に設定された過充電電圧を維持し、当該温度が、前記第２温度を下回ったとき、前記標準過充電電圧を前記過充電電圧として設定することが好ましい。

この構成によれば、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えて、過充電電圧が標準過充電電圧より低い電圧に設定された後、温度が低下した場合、当該温度が好適温度範囲の上限より第１温度だけ低い第２温度を下回るまでは、過充電電圧が変化されることなく維持される。そして、組電池の温度が第２温度を下回ると、標準過充電電圧が過充電電圧として設定されて、標準過充電電圧が上昇される。

この場合、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えた領域で、過充電電圧が標準過充電電圧より低くされたために二次電池の端子電圧より過充電電圧が低くなって、充電が禁止されている場合において、組電池の温度が好適温度範囲に低下するまで過充電電圧がそのまま維持されて充電が開始されることがなく、温度が好適温度範囲になってから過充電電圧が標準過充電電圧に上昇されて、充電を開始することが可能となる。従って、充電に適した温度で充電を開始することが可能となるので、二次電池の劣化を低減することができる。また、第１温度によって、ヒステリシスが得られるので、充電が再開されることによる温度上昇で再び好適温度範囲の上限を超えて充電が禁止され、また好適温度範囲に温度が下がって充電が再開される、といった繰り返し動作が生じるおそれが低減される。

また、前記過充電電圧設定部は、前記組電池の温度に応じて前記過充電電圧を前記標準過充電電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、低下する直前に前記過充電電圧が設定されたときの前記組電池の温度より予め設定された第１温度分だけ低い第２温度を超えているとき、当該温度が低下する直前に設定された過充電電圧を維持し、当該温度が、前記第２温度を下回ったとき、前記過充電電圧を上昇させるようにしてもよい。

この構成によれば、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えた領域で、過充電電圧が標準過充電電圧より低くされたために二次電池の端子電圧より過充電電圧が低くなって、充電が禁止されている場合において、組電池の温度が好適温度範囲に低下するまで待つことなく、温度が低下する直前に過充電電圧が設定されたときの組電池の温度より第１温度低い温度を下回ったとき、過充電電圧が上昇されて、充電を開始することが可能となる。したがって、組電池の温度が好適温度範囲まで低下しない場合であっても、充電を開始することが可能となる。また、第１温度によって、ヒステリシスが得られるので、充電が再開されることによる温度上昇で再び過充電電圧が低下されて充電が禁止され、また温度が下がって過充電電圧が上昇されて充電が再開される、といった繰り返し動作が生じるおそれが低減される。

また、前記基準電圧設定部は、前記組電池の温度に応じて前記基準電圧を前記好適基準電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、前記好適温度範囲の上限より予め設定された第３温度分だけ低い第４温度を超えているとき、当該温度が低下する直前に設定された基準電圧を維持し、当該温度が、前記第４温度を下回ったとき、前記好適基準電圧を前記基準電圧として設定することが好ましい。

この構成によれば、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えて、基準電圧が好適基準電圧より低い電圧に設定された後、温度が低下した場合、当該温度が好適温度範囲の上限より第３温度だけ低い第４温度を下回るまでは、基準電圧が変化されることなく維持される。そして、組電池の温度が第４温度を下回ると、好適基準電圧が基準電圧として設定される結果、上述の電圧制御充電における充電電圧を好適基準電圧まで上昇させることが可能となる結果、組電池の充電深度を増大させることが容易となる。また、第３温度によって、ヒステリシスが得られるので、基準電圧の増減が繰り返されるおそれが低減される。

また、前記基準電圧設定部は、前記組電池の温度に応じて前記基準電圧を前記好適基準電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、低下する直前に前記基準電圧が設定されたときの前記組電池の温度より予め設定された第３温度分だけ低い第４温度を超えているとき、当該温度が低下する直前に設定された基準電圧を維持し、当該温度が、前記第４温度を下回ったとき、前記基準電圧を上昇させることが好ましい。

この構成によれば、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えて、基準電圧が好適基準電圧より低い電圧に設定された後、温度が低下した場合において、組電池の温度が好適温度範囲に低下するまで待つことなく、温度が低下する直前に基準電圧が設定されたときの組電池の温度より第３温度低い温度を下回ったとき、基準電圧が上昇されて、充電電圧を上昇させることが可能となる。したがって、組電池の温度が好適温度範囲まで低下しない場合であっても、充電電圧を上昇させることが可能となる。また、第３温度によって、ヒステリシスが得られるので、基準電圧の増減が繰り返されるおそれが低減される。

また、前記組電池の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、当該組電池の充電に適した温度範囲として設定された好適温度範囲の上限を超えた場合、前記基準電圧を、前記好適温度範囲における基準電圧として予め設定された好適基準電圧より低く、かつ前記組電池の温度が高いほど低くなるように、設定する基準電圧設定部と、前記組電池を流れる充電電流を検出する電流検出部とをさらに備え、前記基準電圧設定部は、前記組電池の温度に応じて前記基準電圧を前記好適基準電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、前記好適温度範囲の上限を下回ったとき、前記好適基準電圧を前記基準電圧として設定し、前記充電制御部は、前記基準電圧として前記好適基準電圧が設定された場合における前記電圧制御充電の実行中に、前記電流検出部で検出された充電電流が、予め設定された充電終止電流値を下回ったとき、前記充電部による組電池の充電を終了させ、前記基準電圧として前記好適基準電圧より低い電圧が設定された場合における前記電圧制御充電の実行中に、前記電流検出部で検出された充電電流が、前記充電終止電流値を下回ったとき、前記充電部による組電池の充電を停止させ、当該充電の停止中に、前記基準電圧として前記好適基準電圧が設定されたとき、当該充電部による組電池の充電を再開させることが好ましい。

この構成によれば、組電池の温度が好適温度範囲の上限を超えた場合、基準電圧が好適基準電圧より低くなるように設定されるので、電圧制御充電における充電電圧が好適基準電圧より低下する。そうすると、充電が進むに従って充電電流が減少し、充電電流が充電終止電流値を下回ると、充電部による組電池の充電が停止される。この状態では、充電電圧が好適基準電圧より低いので、組電池の充電深度が低い。そこで、充電を終了することなく停止状態にされている。そして、組電池の温度が低下して、好適温度範囲の上限を下回ると、基準電圧が好適基準電圧まで上昇されると共に、充電部による組電池の充電が再開される。そうすると、好適基準電圧で組電池が充電されるので、組電池の充電深度を増大させることができる。

また、本発明に係る電池パックは、上述の充電制御回路と、前記二次電池とを備える。

また、本発明に係る充電システムは、上述の充電制御回路と、前記組電池と、前記充電部とを備える。

この構成によれば、充電制御部によって、組電池を構成する複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、所定の基準電圧以上である場合、複数の二次電池の端子電圧が合計されて、当該合計電圧が充電部から組電池の充電電圧として出力されるように、充電部の動作が制御される。この場合、充電に伴い各二次電池の端子電圧が上昇し、各二次電池における端子電圧のうちの最大値が基準電圧に達すると、各二次電池の端子電圧の合計電圧が、充電部から組電池の充電電圧として出力されて、組電池が定電圧充電される。

そうすると、各二次電池における端子電圧のうちの最大値が基準電圧に達したときの端子電圧の合計電圧で組電池が定電圧充電されるのであるから、前記最大値は基準電圧に維持されたまま、各二次電池が定電圧充電される。従って、例え各二次電池にアンバランスが生じていても、組電池にされた二次電池の充電電圧の最大値が規定値を超えるおそれを低減することができる。

このような構成の充電制御回路、電池パック、及び充電システムによれば、組電池にされた二次電池の充電電圧の最大値が規定値を超えるおそれを低減することができる。

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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る充電制御回路を備えた電池パック、及び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に示す充電システム１は、電池パック２と充電装置３（充電部）とが組み合わされて構成されている。

なお、この充電システム１は、電池パック２から給電が行われる図示しない負荷装置をさらに含めて、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電子機器システムとして構成されてもよい。その場合、電池パック２は、図１では充電装置３から充電が行われるけれども、該電池パック２が前記負荷装置に装着されて、負荷装置を通して充電が行われてもよい。

電池パック２は、接続端子１１，１２，１３、組電池１４、電流検出抵抗１６（電流検出部）、充電制御回路４、通信部２０３、及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備えている。また、充電制御回路４は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０１、制御部２０２、電圧検出回路１５（電圧検出部）、及び温度センサ１７（温度検出部）を備えている。

なお、充電システム１は、必ずしも電池パック２と充電装置３とに分離可能に構成されるものに限られず、充電システム１全体で一つの充電制御回路４が構成されていてもよい。また、充電制御回路４を、電池パック２と充電装置３とで分担して備えるようにしてもよい。

充電装置３は、接続端子３１，３２，３３、制御ＩＣ３４、及び充電電流供給部３５を備えている。制御ＩＣ３４は、通信部３６と制御部３７とを備えている。充電電流供給部３５は、制御部３７からの制御信号に応じた電流を、接続端子３１，３２を介して電池パック２へ供給する電源回路である。制御部３７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成された制御回路である。

電池パック２及び充電装置３は、給電を行う直流ハイ側の接続端子１１，３１と、通信信号用の接続端子１３，３３と、給電および通信信号のための接続端子１２，３２とによって相互に接続される。通信部２０３，３６は、接続端子１３，３３を介して互いにデータ送受信可能に構成された通信インターフェイス回路である。

電池パック２では、接続端子１１は、充電用のスイッチング素子Ｑ２と放電用のスイッチング素子Ｑ１とを介して組電池１４の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばｐチャネルのＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１は、寄生ダイオードのカソードが組電池１４の方向にされている。また、スイッチング素子Ｑ２は、寄生ダイオードのカソードが接続端子１１の方向にされている。

また、接続端子１２は、電流検出抵抗１６を介して組電池１４の負極に接続されており、接続端子１１からスイッチング素子Ｑ２，Ｑ１、組電池１４、及び電流検出抵抗１６を介して接続端子１２に至る電流経路が構成されている。なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、ｎチャネルのＦＥＴを用いてもむろんよい。

電流検出抵抗１６は、組電池１４の充電電流および放電電流を電圧値に変換する。組電池１４は、複数、例えば三個の二次電池１４１，１４２，１４３（セル）が直列に接続された組電池である。二次電池１４１，１４２，１４３は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池である。なお、組電池１４は、例えば単電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。

温度センサ１７は、二次電池１４１，１４２，１４３の温度を検出する温度センサである。そして、二次電池１４１，１４２，１４３の温度は温度センサ１７によって検出され、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。また、二次電池１４１，１４２，１４３の各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は電圧検出回路１５によってそれぞれ検出され、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１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充放電電流Ｉｃの電流値も、充電制御回路４内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。

電圧検出回路１５は、二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を検出してアナログデジタル変換器２０１へ出力する。なお、電圧検出回路１５は、さらに端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の合計電圧Ｖｔを直接検出してアナログデジタル変換器２０１へ出力してもよい。

アナログデジタル変換器２０１は、各入力値をデジタル値に変換して、制御部２０２へ出力する。

制御部２０２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ている。そして、制御部２０２は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、保護制御部２１１（過充電保護部）、充電制御部２１２、基準電圧設定部２１３、及び過充電電圧設定部２１４として機能する。

保護制御部２１１は、アナログデジタル変換器２０１からの各入力値から、接続端子１１，１２間の短絡及び充電装置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、組電池１４の異常な温度上昇等の異常を検出する。具体的には、例えば、電流検出抵抗１６によって検出された電流値が、予め設定された異常電流判定閾値を超えると、接続端子１１，１２間の短絡や充電装置３からの異常電流に基づく異常が生じたと判定し、例えば温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が予め設定された異常温度判定閾値を超えると、組電池１４の異常が生じたと判定する。そして、保護制御部２１１は、このような異常を検出した場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフさせて、過電流や過熱等の異常から、組電池１４を保護する保護動作を行う。

また、保護制御部２１１は、例えば電圧検出回路１５により検出された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のいずれかが、二次電池の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧Ｖｏｆｆ以下になった場合、スイッチング素子Ｑ１をオフさせて、過放電による二次電池１４１，１４２，１４３の劣化を防止するようになっている。放電禁止電圧Ｖｏｆｆは、例えば２．５０Ｖに設定されている。

さらに、保護制御部２１１は、電圧検出回路１５により検出された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうちの最大値が、過充電電圧設定部２１４により設定された過充電電圧Ｖｏｖｐ以上になった場合、スイッチング素子Ｑ２をオフさせて組電池１４の充電を禁止する。

充電制御部２１２は、アナログデジタル変換器２０１からの各入力値に応答して、充電装置３に対して、出力を要求する充電電流の電圧値、電流値を演算し、通信部２０３から接続端子１３，３２を介して充電装置３へ送信することで、組電池１４の充電を行う。

具体的には、充電制御部２１２は、まず、予め設定された電流値Ｉｃｃ（設定電流値）の充電電流Ｉｃを、充電装置３から供給させることにより定電流充電を実行する。電流値Ｉｃｃは、例えば、０．７Ｉｔ程度に設定されている。１Ｉｔ（電池容量（Ａｈ）／１（ｈ））は、二次電池１４１，１４２，１４３の公称容量値ＮＣを定電流で放電して、１時間で二次電池１４１，１４２，１４３の残容量がゼロとなる電流値である。

なお、複数のセルが並列接続されて組電池１４が構成されている場合、例えば、０．７Ｉｔに並列セル数ＰＮを乗算した電流値が、電流値Ｉｃｃとして用いられる。具体的には、電流値Ｉｃｃは、例えば公称容量値ＮＣ＝２６００ｍＡｈで、２個並列であるとき、７０％で３６４０ｍＡに設定されている。

また、充電制御部２１２は、電圧検出回路１５により検出された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち最大の電圧が、基準電圧設定部２１３によって設定された充電終止電圧Ｖｆ（基準電圧）以上になったとき、電圧検出回路１５により検出された各セルの端子電圧を合計して得られた合計電圧Ｖｔを、要求充電電圧Ｖｒｑとして算出し、これを充電電圧として要求する指示を、通信部２０３から充電装置３へ送信させる（電圧制御充電）。これにより、定電流充電が終了し、充電装置３によって、合計電圧Ｖｔが組電池１４に印加されることにより、電圧制御充電が実行される。この場合、電圧制御充電は、合計電圧Ｖｔを組電池１４の充電電圧として用いる定電圧充電となる。

そして、充電制御部２１２は、充電終止電圧Ｖｆとして後述する好適基準電圧Ｖｒｓが設定されている状態における電圧制御充電の実行中に、電流検出抵抗１６によって検出された充電電流Ｉｃが充電終止電流値Ｉａ以下になると、組電池１４が満充電になったものと判定して充電を終了する。また、充電制御部２１２は、充電終止電圧Ｖｆとして好適基準電圧Ｖｒｓより低い電圧が設定されている状態における電圧制御充電の実行中に、電流検出抵抗１６によって検出された充電電流Ｉｃが充電終止電流値Ｉａ以下になると、一時的に組電池１４の充電を停止する。充電終止電流値Ｉａは、例えば、０．０２Ｉｔ程度に設定されている。

基準電圧設定部２１３は、温度センサ１７により検出された組電池１４の温度ｔが、二次電池１４１，１４２，１４３の充電に適した好適温度範囲の一例である標準温度域（１０℃以上４５℃以下）の上限を超える場合、標準温度域における充電終止電圧Ｖｆとして予め設定された好適基準電圧Ｖｒｓより低くなるように、かつ組電池１４の温度ｔが高いほど低くなるように、充電終止電圧Ｖｆを設定する。

好適基準電圧Ｖｒｓとしては、例えば二次電池１４１，１４２，１４３の満充電電圧が用いられる。満充電電圧は、二次電池１４１，１４２，１４３がリチウムイオン二次電池の場合、例えば、二次電池１４１，１４２，１４３の負極電位が実質的に０Ｖになったときの、正極電位と負極電位との電位差すなわち二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が用いられる。満充電電圧は、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いたときに約４．２Ｖ、正極活物質としてマンガン酸リチウムを用いたときに約４．３Ｖとなる。

過充電電圧設定部２１４は、温度センサ１７により検出された組電池１４の温度ｔが、標準温度域（１０℃以上４５℃以下）の上限を超える場合、過充電電圧Ｖｏｖｐを、標準温度域における過充電電圧Ｖｏｖｐとして予め設定された標準過充電電圧Ｖｏｖｓより低く、かつ組電池１４の温度ｔが高いほど過充電電圧Ｖｏｖｐが低くなるように、過充電電圧Ｖｏｖｐを設定する。

充電装置３では、制御部２０２からの要求を、制御ＩＣ３４において、通信部３６で受信し、制御部３７が充電電流供給部３５を制御して、制御部２０２からの要求に応じた電圧値、及び電流値で、充電電流供給部３５から充電電流を出力させる。充電電流供給部３５は、例えばＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等のスイッチング電源回路を用いて構成され、例えば商用交流電源電圧から、制御部３７で指示された充電電圧及び充電電流を生成し、接続端子３１，１１；３２，１２を介して電池パック２へ供給する。

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２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。また、図４は、図１に示す組電池１４の温度ｔと、充電終止電圧Ｖｆと、過充電電圧Ｖｏｖｐとの関係を示す説明図である。

まず、温度センサ１７によって、組電池１４の温度ｔが検出される。そして、温度ｔが４５℃以下の標準温度域のとき、基準電圧設定部２１３によって充電終止電圧Ｖｆが好適基準電圧Ｖｒｓである４．２００Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって過充電電圧Ｖｏｖｐが標準過充電電圧Ｖｏｖｓである４．２２５Ｖに設定される。

また、温度ｔが４５℃を超えて５０℃以下（高温度域１）のとき、基準電圧設定部２１３によって充電終止電圧Ｖｆが４．１００Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって過充電電圧Ｖｏｖｐが４．１２５Ｖに設定される。そして、温度ｔが５０℃を超えて６０℃以下（高温度域２）のとき、基準電圧設定部２１３によって充電終止電圧Ｖｆが４．０５０Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって過充電電圧Ｖｏｖｐが４．０７５Ｖに設定される。図２は、充電終止電圧Ｖｆが４．２００Ｖに設定された場合の動作例を示している。

このように、基準電圧設定部２１３は、温度センサ１７により検出された組電池１４の温度ｔが、標準温度域の上限である４５℃を超える場合、標準温度域における充電終止電圧Ｖｆとして予め設定された好適基準電圧Ｖｒｓより低くなるように、かつ組電池１４の温度ｔが高いほど低くなるように、充電終止電圧Ｖｆを設定する。

そして、過充電電圧設定部２１４は、温度センサ１７により検出された組電池１４の温度ｔが、標準温度域の上限である４５℃を超える場合、過充電電圧Ｖｏｖｐを、基準電圧設定部２１３で設定された充電終止電圧Ｖｆを超え、かつ標準過充電電圧Ｖｏｖｓ（４．２２５Ｖ）より低く、かつ組電池１４の温度ｔが高いほど過充電電圧Ｖｏｖｐが低くなるように、設定する。

なお、温度範囲を三つの領域に分け、充電終止電圧Ｖｆと過充電電圧Ｖｏｖｐとを三段階に設定する例を示したが、例えば充電終止電圧Ｖｆと過充電電圧Ｖｏｖｐとは二段階でもよく、例えば温度範囲をさらに細かな領域に分けて充電終止電圧Ｖｆと過充電電圧Ｖｏｖｐとをきめ細かく設定することで、温度ｔの変化に対して充電終止電圧Ｖｆと過充電電圧Ｖｏｖｐとを徐々に、なめらかに変化させるようにしてもよい。

二次電池は、高温で充電を行うと、劣化が増大して好ましくない。また、安全性向上の観点で、電池工業会（BAJ : Battery Association of Japan）によって、充電に適した標準温度域（１０℃以上４５℃以下）を超える温度では、二次電池の充電電圧を低下させることが推奨されている。そこで、基準電圧設定部２１３によって、組電池１４の温度ｔが充電に適した標準温度域（１０℃以上４５℃以下）の上限を超える場合、温度ｔが高いほど、充電終止電圧Ｖｆが低くなるように充電終止電圧Ｖｆが設定されて充電電圧が低下されるようにされている。これにより、二次電池の安全性を向上しつつ劣化を低減することができる。

次に、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃを要求する要求信号が送信される。そうすると、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃが充電電流供給部３５から出力されて組電池１４が定電流充電される（タイミングＴ１）。なお、充電装置３は、充電制御部２１２からの要求信号に応じて定電流充電を開始する例に限られず、例えば充電装置３は自律的に定電流充電を開始し、充電制御部２１２は、充電装置３による定電流充電を許容することにより、充電装置３による定電流充電を実行させるようにしてもよい。

そして、充電に伴い二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が上昇する。ここで、二次電池１４１，１４２，１４３間で充電深度が異なっていたり、各セルの劣化度合いが異なっていたりするアンバランスが生じていると、各セルの端子電圧にばらつきが生じる。そして、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち最大の電圧（例えば端子電圧Ｖ１）が充電終止電圧Ｖｆである４．２０Ｖ以上になると（タイミングＴ２）、充電制御部２１２は、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の合計値である合計電圧Ｖｔを、要求充電電圧Ｖｒｑとして算出する。なお、充電制御部２１２は、電圧検出回路１５で検出された合計電圧Ｖｔをそのまま用いてもよい。

以下、端子電圧Ｖ１は、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち最大の電圧を意味するものとして説明する。

そして、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、要求充電電圧Ｖｒｑの充電電圧を要求する要求信号が送信される。そうすると、合計電圧Ｖｔの充電電圧が充電装置３から出力されて、組電池１４の両端間に印加され、電圧制御充電に移行する。そして、組電池１４の両端間に、合計電圧Ｖｔが印加されると、充電が進むにつれて組電池１４に流れる充電電流Ｉｃが徐々に減少する。

ここで、電圧検出回路１５で検出される端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３には、二次電池１４１，１４２，１４３の内部抵抗に充電電流Ｉｃが流れることにより生じた電圧降下ＩＲが含まれている。そのため、充電電流Ｉｃが減少すると、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に含まれる電圧降下ＩＲが減少する。一方で、充電装置３は、充電制御部２１２からの要求信号に応じて、組電池１４に印加する電圧を合計電圧Ｖｔで一定にする定電圧制御を行っているから、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の合計電圧は一定のまま維持される。

ところで、二次電池の劣化のモードには、電池容量が減少する容量劣化と、電池の内部抵抗が増大するＩＲ劣化とがある。図２は、二次電池１４１，１４２，１４３のアンバランスが、主に容量劣化のバラツキにより生じている場合を示している。容量劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合、二次電池１４１，１４２，１４３で生じる電圧降下ＩＲは、ほぼ等しい。

従って、電圧制御充電中の充電電流Ｉｃの減少により生じる電圧降下ＩＲの減少は、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のいずれにおいてもほぼ等しい。そうすると、電圧降下ＩＲが減少した分だけ端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３における開路電圧（ＯＣＶ：Open circuit voltage）が、同じように上昇するから、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、図２に示すように一定のまま維持される。

この場合、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が一定に維持されたまま電圧制御充電が実行されるから、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち最大の電圧である端子電圧Ｖ１が、セル毎の充電終止電圧Ｖｆを超えるおそれが低減されるので、例え二次電池１４１，１４２，１４３にアンバランスが生じていても、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の最大値が規定値を超えるおそれを低減することができる。

次に、電圧制御充電の実行中は、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の合計が一定に維持されたまま、徐々に充電電流Ｉｃが減少して電圧降下ＩＲが減少し、電圧降下ＩＲが減少した分だけ端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３にそれぞれ含まれる各セルの開放電圧が上昇する。そして、電流検出抵抗１６により検出された充電電流Ｉｃが、充電終止電流値Ｉａ以下になり、電圧降下ＩＲが無視できる程度に小さくなったとき、すなわち最も端子電圧の高い二次電池１４１の開放電圧がほぼ満充電電圧に等しくなったとき、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、充電電流Ｉｃをゼロにする要求信号が送信される。そうすると、充電装置３によって充電電流Ｉｃがゼロにされて、充電が終了する（タイミングＴ３）。

これにより、最も端子電圧の高い二次電池１４１の開放電圧がほぼ満充電電圧に等しくなるまで充電される。

図３は、ＩＲ劣化が支配的である場合の充電システムの動作の一例を示す説明図である。ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合であっても、充電制御回路４は、図２に示すタイミングＴ１〜Ｔ３と同様に動作する。しかしながら、電圧制御充電中における端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の挙動が異なる。

すなわち、ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合、二次電池１４１，１４２，１４３の電池容量にはほとんど差がないから、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に含まれる開路電圧ＯＣＶは、ほぼ等しい。そして、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に含まれる電圧降下ＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３に差が生じている。ここで、Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＝ＯＣＶ×３＋ＩＲ１＋ＩＲ２＋ＩＲ３となる。

従って、電圧制御充電中に、充電電流Ｉｃが減少すると、ＩＲ劣化が進んでいる二次電池ほど電圧降下ＩＲの減少が大きくなる。その一方で、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に含まれる各開路電圧ＯＣＶの上昇量は、ほぼ等しい。そうすると、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の合計電圧が一定に保たれたまま、端子電圧Ｖ１は低下し、端子電圧Ｖ３は上昇して端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３がそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３の平均電圧に向かって変化する。

そして、タイミングＴ３において、充電電流Ｉｃが充電終止電流値Ｉａ以下の微小電圧になると、電圧降下ＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３がゼロになり、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が開路電圧ＯＣＶと一致してほぼ等しくなった状態で、充電を終了する。

この場合、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち最大の電圧である端子電圧Ｖ１は、充電終止電圧Ｖｆより低下するから、例え二次電池１４１，１４２，１４３にアンバランスが生じていても、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の最大値が規定値を超えるおそれを低減することができる。また、タイミングＴ２において、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の平均値より端子電圧が低い二次電池は、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の平均値まで端子電圧が引き上げられて充電を終了するので、最も充電容量が少ない二次電池１４３において、充電容量が底上げされる。

組電池は、放電した場合、最も充電容量が少ない二次電池の端子電圧が、最も早く低下するから、最も充電容量が少ない二次電池の充電容量が底上げされることにより、組電池全体の充電容量が底上げされることとなる。

次に、充電中に組電池１４の温度ｔが変化した場合の充電システム１の動作について説明する。図５は、充電中に組電池１４の温度ｔが変化した場合の充電システム１の動作について説明するための説明図である。なお、以下の説明において、温度ｔが変化した場合については、二次電池１４１，１４２，１４３のアンバランスが主に容量劣化のバラツキにより生じている場合の例を示しているが、ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合であっても、充電制御回路４は同様に動作する。

定電流充電及び電圧制御充電の実行中、基準電圧設定部２１３及び過充電電圧設定部２１４は、充電制御部２１２と並行動作しており、随時、温度センサ１７で検出された温度ｔに応じて、充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐの設定を変更するようになっている。

まず、タイミングＴ１では、例えば温度ｔが４５℃を超えて５０℃以下の高温度域１であり、基準電圧設定部２１３によって充電終止電圧Ｖｆが４．１００Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって過充電電圧Ｖｏｖｐが４．１２５Ｖに設定されている。そして、温度ｔが上昇し、５０℃を超えて高温度域２になると、基準電圧設定部２１３によって充電終止電圧Ｖｆが４．０５０Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって過充電電圧Ｖｏｖｐが４．０７５Ｖに設定される（タイミングＴ４）。

タイミングＴ４において、端子電圧Ｖ１が例えば４．０６Ｖであった場合、端子電圧Ｖ１は、温度ｔに応じて設定された充電終止電圧Ｖｆ以上になるので、充電制御部２１２によって、制御部３７へ、合計電圧Ｖｔの充電電圧を要求する要求信号が送信される。そうすると、合計電圧Ｖｔの充電電圧が充電装置３から出力されて、組電池１４の両端間に印加され、電圧制御充電に移行する。そして、組電池１４の両端間に、合計電圧Ｖｔが印加されると、充電が進むにつれて組電池１４に流れる充電電流Ｉｃが徐々に減少する。

なお、温度ｔが上昇して充電終止電圧Ｖｆが低下したことによって、端子電圧Ｖ１が、充電終止電圧Ｖｆ以上、過充電電圧Ｖｏｖｐ未満になった場合、定電流充電から電圧制御充電に移行する例を示したが、この場合、電圧制御充電に移行することなく充電を停止するようにしてもよい。

次に、温度ｔが低下した場合において、標準温度域の上限より２℃（第１，第３温度）低い４３℃（第２，第４温度）を超えているとき、温度ｔが低下する直前に設定された充電終止電圧Ｖｆ（４．０５０Ｖ）及び過充電電圧Ｖｏｖｐ（４．０７５Ｖ）が維持される。そして、温度ｔが、４３℃を下回ったとき、基準電圧設定部２１３によって、充電終止電圧Ｖｆが、好適基準電圧Ｖｒｓである４．２００Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって、過充電電圧Ｖｏｖｐが、標準過充電電圧Ｖｏｖｓである４．２２５Ｖに設定される（タイミングＴ５）。

そうすると、端子電圧Ｖ１が、充電終止電圧Ｖｆを下回るので、充電制御部２１２から制御部３７へ、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃを要求する要求信号が送信される。そうすると、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃが充電電流供給部３５から出力されて組電池１４が定電流充電される。

これにより、温度ｔが低下して充電に適した標準温度域になると、充電電圧を低下させた電圧制御充電から電流値Ｉｃｃの定電流充電に切り替わるので、高温度域における充電電流を減少させて二次電池の劣化を低減しつつ、温度が低下すると再び定電流充電を行うことで、充電時間を短縮することが可能となる。以後、図２に示す場合と同様に、タイミングＴ２〜Ｔ３の動作が実行される。

この場合、温度ｔが低下して、高温度域２から高温度域１に変化したときに、すぐに充電終止電圧Ｖｆと過充電電圧Ｖｏｖｐとを増大させて定電流充電を再開してもよいが、標準温度域になってから充電電流が大きい定電流充電に移行することで、二次電池の劣化を低減することができる。

なお、タイミングＴ４において、端子電圧Ｖ１が４．０７５Ｖを超えて、例えば４．０９０Ｖであった場合、端子電圧Ｖ１は、高温度域２の温度ｔに応じて設定された過充電電圧Ｖｏｖｐを超えるので、保護制御部２１１によって、スイッチング素子Ｑ２がオフされて、組電池１４の充電が禁止される。このとき、充電装置３による充電電流出力も停止させるようにしてもよい。そして、タイミングＴ５において、保護制御部２１１によって、スイッチング素子Ｑ２がオンされて、組電池１４の充電が再開される。

この場合、温度ｔが低下して、高温度域２から高温度域１に変化したときに、すぐに充電終止電圧Ｖｆと過充電電圧Ｖｏｖｐとを増大させて充電を再開してもよいが、標準温度域になってから充電を再開することで、二次電池の劣化を低減することができる。

図６は、電圧制御充電中に、温度ｔが変化したときの動作の一例を説明するための説明図である。まず、図１におけるタイミングＴ１〜Ｔ２と同様の動作により、充電終止電圧Ｖｆが、好適基準電圧Ｖｒｓである４．２００Ｖに設定され、過充電電圧Ｖｏｖｐが、標準過充電電圧Ｖｏｖｓである４．２２５Ｖに設定された状態で、電圧制御充電が実行されている。このとき、端子電圧Ｖ１は、４．２００Ｖになっている。

そして、温度ｔが上昇して高温度域１になると、基準電圧設定部２１３によって充電終止電圧Ｖｆが４．１００Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって過充電電圧Ｖｏｖｐが４．１２５Ｖに設定される（タイミングＴ６）。そうすると、タイミングＴ６において、端子電圧Ｖ１は、温度ｔに応じて設定された過充電電圧Ｖｏｖｐを超えるので、保護制御部２１１によって、スイッチング素子Ｑ２がオフされて、組電池１４の充電が禁止される。このとき、充電装置３による充電電圧出力も停止させるようにしてもよい。

次に、温度ｔが低下した場合において、標準温度域の上限より２℃（第１，第３温度）低い４３℃（第２，第４温度）を超えているとき、温度ｔが低下する直前に設定された充電終止電圧Ｖｆ（４．１００Ｖ）及び過充電電圧Ｖｏｖｐ（４．１２５Ｖ）が維持される。そして、温度ｔが、４３℃を下回ったとき、基準電圧設定部２１３によって、充電終止電圧Ｖｆが、好適基準電圧Ｖｒｓである４．２００Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって、過充電電圧Ｖｏｖｐが、標準過充電電圧Ｖｏｖｓである４．２２５Ｖに設定される（タイミングＴ７）。

そうすると、タイミングＴ７において、端子電圧Ｖ１が標準過充電電圧Ｖｏｖｓを下回るので、保護制御部２１１によって、スイッチング素子Ｑ２がオンされて、電圧制御充電が再開される。なお、温度ｔが標準温度域の上限温度以下になったとき、すぐに充電終止電圧Ｖｆと過充電電圧Ｖｏｖｐとを増大させて充電を再開してもよいが、この場合、充電が再開されることで温度ｔが上昇する結果、温度ｔが高温度域１に移行してしまい、再び充電が禁止されて、充電の禁止と再開とが繰り返されることとなる。

この場合、組電池１４に、パルス状に充電電圧が印加されるので、標準温度域と高温度域１との境界でパルス充電が継続されるおそれがある。また、パルス状に充電電圧が繰り返し印加されると、パルスのオン時に組電池１４に突入電流が流れるため、突入電流によって、組電池１４が劣化するおそれがある。

一方、図１に示す充電システム１は、温度ｔが標準温度域の上限温度より２℃低い４３℃を下回ってから、充電が再開されるので、充電の再開に温度のヒステリシスが設けられる結果、パルス充電が継続されたり突入電流によって組電池１４が劣化したりするおそれが低減される。

図７は、電圧制御充電中に、温度ｔが変化したときの動作の他の一例を説明するための説明図である。タイミングＴ１では、例えば温度ｔが、５０℃を超えて６０℃以下の高温度域２であり、基準電圧設定部２１３によって充電終止電圧Ｖｆが４．０５０Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって過充電電圧Ｖｏｖｐが４．０７５Ｖに設定されている。

そして、充電に伴い二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が上昇し、端子電圧Ｖ１が充電終止電圧Ｖｆである４．０５Ｖ以上になると（タイミングＴ２）、充電制御部２１２は、合計電圧Ｖｔを充電電圧として要求する要求信号を、充電装置３へ送信する。そうすると、合計電圧Ｖｔの充電電圧が充電装置３から出力されて、組電池１４の両端間に印加され、電圧制御充電に移行する。そして、組電池１４の両端間に、合計電圧Ｖｔが印加されると、充電が進むにつれて組電池１４に流れる充電電流Ｉｃが徐々に減少する。

そして、電流検出抵抗１６により検出された充電電流Ｉｃが、充電終止電流値Ｉａ以下になり、電圧降下ＩＲが無視できる程度に小さくなったとき、充電制御部２１２によって、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、充電電流Ｉｃをゼロにする要求信号が送信される。そうすると、充電装置３によって充電電流Ｉｃがゼロにされて、充電が停止する（タイミングＴ８）。

このとき、充電終止電圧Ｖｆは、二次電池１４１，１４２，１４３の満充電電圧である好適基準電圧Ｖｒｓ（４．２０Ｖ）より低い４．０５０Ｖに設定されているので、二次電池１４１は、満充電電圧より低い４．０５０Ｖで定電圧充電される結果、充電電流Ｉｃが充電終止電流値Ｉａ以下になっても、二次電池１４１はまだ満充電になっていない。

そこで、充電制御部２１２は、充電終止電圧Ｖｆが好適基準電圧Ｖｒｓより低い電圧に設定されている場合、充電を終了させずに停止状態にしておき、温度センサ１７で検出される温度ｔの監視を継続する。

そして、温度ｔが低下した場合において、標準温度域の上限より２℃（第１，第３温度）低い４３℃（第２，第４温度）を下回ったことにより、基準電圧設定部２１３によって、充電終止電圧Ｖｆが好適基準電圧Ｖｒｓである４．２００Ｖに設定され、過充電電圧設定部２１４によって、過充電電圧Ｖｏｖｐが標準過充電電圧Ｖｏｖｓである４．２２５Ｖに設定されたとき（タイミングＴ１１）、充電制御部２１２は、充電を再開して図１におけるタイミングＴ１〜Ｔ３と同様の動作を実行する（タイミングＴ１１〜１３）。

これにより、組電池１４の温度ｔが標準温度域の上限を超えているために、端子電圧が最大の二次電池１４１が満充電になることなく電圧制御充電が停止された場合であっても、温度ｔが標準温度域の上限より２℃低い温度になったとき、充電を再開して二次電池１４１が満充電になるまで充電することができるので、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が既定値を超えない範囲で最大限、充電容量を確保することが可能となる。

なお、基準電圧設定部２１３及び過充電電圧設定部２１４は、温度ｔが低下した場合であっても、標準温度域の上限より２℃（第１，第３温度）低い４３℃（第２，第４温度）を下回るまで、温度ｔが低下する直前に設定された充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐを維持する例を示したが、基準電圧設定部２１３及び過充電電圧設定部２１４は、必ずしも標準温度域の上限より低い温度になるまで充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐを維持するものに限らない。

例えば、基準電圧設定部２１３及び過充電電圧設定部２１４は、充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐが、好適基準電圧Ｖｒｓ及び標準過充電電圧Ｖｏｖｓより低い電圧に設定されている場合において、温度ｔが低下すると、当該温度ｔが低下する直前に、充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐが設定されたときの温度ｔより２℃（第１，第３温度）低い温度（第２，第４温度）を下回るまで、当該温度ｔが低下する直前に設定された充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐを維持し、当該温度ｔがその温度（第２，第４温度）を下回ったとき、充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐを増大させるようにしてもよい。

具体的には、図４において、高温度域２で充電終止電圧Ｖｆが４．０５０Ｖ、過充電電圧Ｖｏｖｐが４．０７５Ｖに設定されている場合、当該温度ｔが低下する直前に、充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐが設定されたときの温度ｔ、すなわち５０℃より２℃低い４８℃を下回るまで、当該温度ｔが低下する直前に設定された充電終止電圧Ｖｆ（４．０５０Ｖ）、及び過充電電圧Ｖｏｖｐ（４．０７５Ｖ）を維持し、温度ｔが４８℃を下回ったとき、充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐを高温度域１に対応する４．１００Ｖ、及び４．１２５Ｖにそれぞれ増大させるようにしてもよい。

基準電圧設定部２１３及び過充電電圧設定部２１４が、温度ｔが低下した場合であっても、標準温度域の上限より２℃（第１，第３温度）低い４３℃（第２，第４温度）を下回るまで、温度ｔが低下する直前に設定された充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐを維持するようにした場合、組電池１４の温度が標準温度域、すなわち充電に適した温度になってから充電を再開することができるので、二次電池の劣化を低減することができる一方で、温度ｔが高温度域２から高温度域１に低下した後、標準温度域まで低下しないときは、高温度域２から高温度域１に温度が低下することにより充電を再開できる余地が有るにもかかわらず、充電を再開することができないおそれがある。

そこで、当該温度ｔが低下する直前に、充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐが設定されたときの温度ｔより２℃（第１，第３温度）低い温度（第２，第４温度）を下回ったとき、充電終止電圧Ｖｆ及び過充電電圧Ｖｏｖｐを増大させることで、温度ｔが標準温度域まで低下しないときであっても、充電を再開することが可能となる。

また、組電池１４の放電により、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が、過充電保護を解除すべき電圧として予め設定された解除電圧Ｖｏｖｒを下回った場合も、充電を再開するようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る充電制御回路４ａを備えた電池パック２ａ、及び充電システム１ａの構成の一例を示すブロック図である。充電制御回路４ａ、電池パック２ａ、及び充電システム１ａは、第１実施形態と同様図１で示される。充電システム１ａは、充電システム１とは、充電制御部２１２ａの動作が下記の点で充電制御部２１２と異なる。

ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合、図３に示すように、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が充電終止電圧Ｖｆより低い電圧で充電を終了する。そこで、充電制御部２１２ａは、図２、図３、図５、図６、図７におけるタイミングＴ２、Ｔ１２において、電圧検出回路１５により検出された、組電池１４における直列接続された各セルの端子電圧のうち最大の電圧Ｖｍａｘが、基準電圧設定部２１３によって設定された充電終止電圧Ｖｆ（基準電圧）以上になった場合、図８に示すように、電圧検出回路１５により検出された各セルの端子電圧を合計して得られた合計電圧Ｖｔと、充電終止電圧Ｖｆと電圧Ｖｍａｘとの差に直列セル数ＳＮを乗じた電圧との加算値を、要求充電電圧Ｖｒｑとして算出し、この要求充電電圧Ｖｒｑを、繰り返し更新しつつ充電電圧として要求する指示を、通信部２０３から充電装置３へ送信させることにより、電圧制御充電を実行するようにしてもよい。この場合、要求充電電圧Ｖｒｑは、以下の式（１）で表される。

Ｖｒｑ＝（Ｖｆ−Ｖｍａｘ）×ＳＮ＋Ｖｔ ・・・（１）
これにより、定電流充電が終了し、充電装置３によって、要求充電電圧Ｖｒｑが組電池１４に印加されることにより、この要求充電電圧Ｖｒｑを組電池１４の充電電圧として用いる電圧制御充電が実行される。

その他の点では充電システム１と同様であるのでその説明を省略する。

図８は、ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合において、式（１）に基づき得られた要求充電電圧Ｖｒｑを用いた場合の充電システムの動作の一例を示す説明図である。まず、タイミングＴ１〜Ｔ２については、図２に示す動作と同様である。そして、タイミングＴ２において、充電制御部２１２ａによって、式（１）に基づき算出された要求充電電圧Ｖｒｑを要求する要求信号が、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ送信される。そうすると、要求充電電圧Ｖｒｑの充電電圧が充電装置３から出力されて、組電池１４の両端間に印加され、電圧制御充電に移行する。

ここで、タイミングＴ２においては、電圧Ｖｍａｘは充電終止電圧Ｖｆと等しいから、要求充電電圧Ｖｒｑは合計電圧Ｖｔと等しい。しかしながら、ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合は、充電が進むにつれて組電池１４に流れる充電電流Ｉｃが減少すると、上述したように、ＩＲ劣化が進んでいる二次電池ほど電圧降下ＩＲの減少が大きくなるので、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の合計電圧が一定に保たれたまま、端子電圧Ｖ１は低下し、端子電圧Ｖ３は上昇して端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３がそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３の平均電圧に向かって変化する。

以後、電圧検出回路１５によって新たに検出された端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて、充電制御部２１２ａによって、新たに合計電圧Ｖｔ及び電圧Ｖｍａｘが算出される。そして、この合計電圧Ｖｔ、電圧Ｖｍａｘ、及び式（１）に基づいて要求充電電圧Ｖｒｑが更新され、この要求充電電圧Ｖｒｑを要求する要求信号が、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ繰り返し送信される。そうすると、充電装置３から出力される充電電圧が新たな要求充電電圧Ｖｒｑに上昇する（タイミングＴ２１）。

このようにして、タイミングＴ２１における要求充電電圧Ｖｒｑ及び充電電圧の更新が繰り返し実行されることにより、ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合においても、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が充電終止電圧Ｖｆ近くに上昇するまで引き上げられて、充電を終了する（タイミングＴ３）。

タイミングＴ３において、充電終止電流値Ｉａは、微小な電流値（０．０２Ｉｔ）であり、また、二次電池１４１，１４２，１４３の内部抵抗は通常一個あたり５０〜７０ｍΩであるため、二次電池１４１，１４２，１４３で生じる電圧降下、すなわち端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の差は微小になっている。従って、タイミングＴ３で充電が終了するときには、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が充電終止電圧Ｖｆに非常に近いレベルになっている。

また、要求充電電圧Ｖｒｑは、充電終止電圧Ｖｆと電圧Ｖｍａｘ（端子電圧Ｖ１）との差を補うように更新されるから、端子電圧Ｖ１が充電終止電圧Ｖｆを超えることもない。

これにより、ＩＲ劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合においても、組電池にされた二次電池の充電電圧の最大値が規定値を超えるおそれを低減しつつ、可能な範囲で、各二次電池を満充電に近づけるように充電することができる。

なお、容量劣化のバラツキがアンバランスの主な原因である場合には、充電システム１ａにおいても、電圧制御充電中における端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３及び充電電流Ｉｃの挙動は図２と同様になる。

また、図８においては、説明を判り易くするため、タイミングＴ２１の間隔を大きく開けた例を示したが、要求充電電圧Ｖｒｑ及び充電電圧の更新の繰り返し間隔を小さくすれば、端子電圧Ｖ１をほぼ充電終止電圧Ｖｆで一定に維持したまま、端子電圧Ｖ２，Ｖ３が上昇するように充電を行うことが可能となる。

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、携帯電話機等の電子機器、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、二次電池の充電を制御する充電制御回路、及びこれを備えた電池パック、充電システムとして好適に利用することができる。

本発明の第１実施形態に係る充電制御回路を備えた電池パック、及び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に示す充電システムの動作の一例を示す説明図である。 ＩＲ劣化が支配的である場合の充電システムの動作の一例を示す説明図である。 図１に示す組電池の温度と、充電終止電圧と、過充電電圧との関係を示す説明図である。 充電中に組電池の温度が変化した場合の充電システムの動作の一例について説明するための説明図である。 電圧制御充電中に、温度が変化したときの動作の一例を説明するための説明図である。 電圧制御充電中に、温度が変化したときの動作の他の一例を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係る充電システムの動作の一例について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 充電装置
４ 充電制御回路
１４ 組電池
１５ 電圧検出回路
１６ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
１４１，１４２，１４３ 二次電池
２０２ 制御部
２１１ 保護制御部
２１２ 充電制御部
２１３ 基準電圧設定部
２１４ 過充電電圧設定部
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｉａ 充電終止電流値
Ｉｃ 充電電流
Ｉｃｃ 電流値
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 端子電圧
Ｖｆ 充電終止電圧
Ｖｏｖｐ 過充電電圧
Ｖｏｖｓ 標準過充電電圧
Ｖｒｓ 好適基準電圧
Ｖｒｑ 要求充電電圧
Ｖｔ 合計電圧

Claims (14)

1. 複数の二次電池が直列接続された組電池の両端に充電電圧を供給する充電部の、動作を制御する充電制御回路であって、
   前記複数の二次電池の端子電圧を、各々検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、所定の基準電圧以上である場合、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧の合計電圧に基づき要求充電電圧を取得し、当該取得した要求充電電圧を前記充電部から前記充電電圧として出力させる電圧制御充電を実行する充電制御部と
   を備えることを特徴とする充電制御回路。
2. 前記充電制御部は、
   前記電圧制御充電の実行中に、前記電圧検出部によって前記複数の二次電池における端子電圧を検出させ、当該新たに検出された端子電圧に基づき前記最大値及び前記合計電圧を更新し、前記基準電圧と当該更新された最大値との差に前記二次電池の直列数を乗じた値を前記更新された合計電圧に加算して前記要求充電電圧を算出し、当該新たな要求充電電圧を前記充電部から前記充電電圧として出力させる更新処理を繰り返し実行すること
   を特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
3. 前記充電制御部は、
   前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、前記基準電圧に満たない場合、前記充電部によって、予め設定された設定電流値の充電電流を前記組電池に供給させて定電流充電を実行させ、
   前記充電部による定電流充電の実行中に、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が前記基準電圧以上になった場合、当該充電部による前記定電流充電を終了させて、前記電圧制御充電を実行すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の充電制御回路。
4. 前記組電池の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、当該組電池の充電に適した温度範囲として設定された好適温度範囲の上限を超えた場合、前記基準電圧を、前記好適温度範囲における基準電圧として予め設定された好適基準電圧より低くなるように設定する基準電圧設定部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御回路。
5. 前記基準電圧設定部は、
   前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、前記好適温度範囲の上限を超えた場合、当該温度が高いほど前記基準電圧が低くなるように、当該基準電圧を設定すること
   を特徴とする請求項４記載の充電制御回路。
6. 前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池における端子電圧のうちの最大値が、所定の過充電電圧以上になった場合、前記組電池の充電を禁止する過充電保護部と、
   前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、前記好適温度範囲の上限を超えた場合、前記過充電電圧を、前記基準電圧設定部により当該温度に応じて設定される基準電圧を超え、かつ前記好適温度範囲における過充電電圧として予め設定された標準過充電電圧より低くなるように、当該過充電電圧を設定する過充電電圧設定部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項４又は５に記載の充電制御回路。
7. 前記過充電電圧設定部は、
   前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、前記好適温度範囲の上限を超えた場合、前記過充電電圧を、前記基準電圧設定部により当該温度に応じて設定される基準電圧を超え、かつ当該温度が高いほど前記過充電電圧が低くなるように、当該過充電電圧を設定すること
   を特徴とする請求項６記載の充電制御回路。
8. 前記過充電電圧設定部は、
   前記組電池の温度に応じて前記過充電電圧を前記標準過充電電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、前記好適温度範囲の上限より予め設定された第１温度分だけ低い第２温度を超えているとき、当該温度が低下する直前に設定された過充電電圧を維持し、当該温度が、前記第２温度を下回ったとき、前記標準過充電電圧を前記過充電電圧として設定すること
   を特徴とする請求項６又は７記載の充電制御回路。
9. 前記過充電電圧設定部は、
   前記組電池の温度に応じて前記過充電電圧を前記標準過充電電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、低下する直前に前記過充電電圧が設定されたときの前記組電池の温度より予め設定された第１温度分だけ低い第２温度を超えているとき、当該温度が低下する直前に設定された過充電電圧を維持し、当該温度が、前記第２温度を下回ったとき、前記過充電電圧を上昇させること
   を特徴とする請求項６又は７記載の充電制御回路。
10. 前記基準電圧設定部は、
    前記組電池の温度に応じて前記基準電圧を前記好適基準電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、前記好適温度範囲の上限より予め設定された第３温度分だけ低い第４温度を超えているとき、当該温度が低下する直前に設定された基準電圧を維持し、当該温度が、前記第４温度を下回ったとき、前記好適基準電圧を前記基準電圧として設定すること
    を特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の充電制御回路。
11. 前記基準電圧設定部は、
    前記組電池の温度に応じて前記基準電圧を前記好適基準電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、低下する直前に前記基準電圧が設定されたときの前記組電池の温度より予め設定された第３温度分だけ低い第４温度を超えているとき、当該温度が低下する直前に設定された基準電圧を維持し、当該温度が、前記第４温度を下回ったとき、前記基準電圧を上昇させること
    を特徴とする請求項４〜７、及び９のいずれか１項に記載の充電制御回路。
12. 前記組電池の温度を検出する温度検出部と、
    前記温度検出部により検出された前記組電池の温度が、当該組電池の充電に適した温度範囲として設定された好適温度範囲の上限を超えた場合、前記基準電圧を、前記好適温度範囲における基準電圧として予め設定された好適基準電圧より低く、かつ前記組電池の温度が高いほど低くなるように、設定する基準電圧設定部と、
    前記組電池を流れる充電電流を検出する電流検出部とをさらに備え、
    前記基準電圧設定部は、
    前記組電池の温度に応じて前記基準電圧を前記好適基準電圧より低い電圧に設定した後、当該温度が低下した場合において、当該温度が、前記好適温度範囲の上限を下回ったとき、前記好適基準電圧を前記基準電圧として設定し、
    前記充電制御部は、
    前記基準電圧として前記好適基準電圧が設定された場合における前記電圧制御充電の実行中に、前記電流検出部で検出された充電電流が、予め設定された充電終止電流値を下回ったとき、前記充電部による組電池の充電を終了させ、
    前記基準電圧として前記好適基準電圧より低い電圧が設定された場合における前記電圧制御充電の実行中に、前記電流検出部で検出された充電電流が、前記充電終止電流値を下回ったとき、前記充電部による組電池の充電を停止させ、当該充電の停止中に、前記基準電圧として前記好適基準電圧が設定されたとき、当該充電部による組電池の充電を再開させること
    を特徴とする請求項３記載の充電制御回路。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の充電制御回路と、
    前記組電池と
    を備えることを特徴とする電池パック。
14. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の充電制御回路と、
    前記組電池と、
    前記充電部と
    を備えることを特徴とする充電システム。

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