JP2009261174A - 充電システム、充電装置、その制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】直列に接続された複数のセルのそれぞれに対して過充電保護電圧値を超えないように充電電圧を制御すること。
【解決手段】充電制御マイコン１１５は、バッテリーパック１の温度に応じてセルの充電電圧設定値（過充電保護電圧値）を決定する。また、充電制御マイコン１１５は、中点端子３，８の電圧（中点電圧）を検出して、充電中のバッテリーパック１の電圧と、各セル１４１，１４２のセル電圧を算出する。そして、充電制御マイコン１１５は、高い方のセル電圧（充電電圧）がセルの過充電保護電圧値を超えないように、バッテリーパック１の充電電圧を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続された複数のセル（二次電池）を内蔵するバッテリーパックの充電を行う充電システム及び充電装置に関する。

直列に接続された複数のセルを内蔵するバッテリーパックの充電を行う充電装置が知られている（特許文献１参照）。
特開平１１−２７５７７２号公報

特許文献１に開示されている充電装置では、直列に接続された複数のセル全体として過充電保護電圧値を超えないように充電電圧を制御している。すなわち、複数のセルのそれぞれに対して充電電圧を監視していないので、複数のセルの電圧バランスが崩れている場合には、過充電保護電圧値を超えてしまうセルが出てしまう可能性がある。

本発明は、このような背景技術の下になされたもので、その目的は、直列に接続された複数のセルのそれぞれに対して過充電保護電圧値を超えないように充電電圧を制御することが可能な充電システム及び充電装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の充電システムは、直列に接続された複数のセルを有するバッテリーパックを充電する充電システムであって、前記複数のセル間の中点電圧を出力する中点端子と、前記セルの過充電保護電圧値を決定する決定手段と、充電中の前記バッテリーパックの電圧を測定するバッテリーパック電圧測定手段と、充電中の前記中点端子の前記中点電圧を測定する中点電圧測定手段と、前記バッテリーパック電圧測定手段にて測定された充電中の前記バッテリーパックの電圧及び前記中点電圧測定手段にて測定された前記中点電圧に基づいて、前記複数のセルの中で最大のセル電圧を算出する算出手段と、前記最大のセル電圧が前記過充電保護電圧値を超えないように、前記バッテリーパックの充電電圧を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

本発明の充電装置は、直列に接続された複数のセルを有し、前記複数のセル間の中点電圧を出力する中点端子を有するバッテリーパックの充電装置であって、前記セルの過充電保護電圧値を決定する決定手段と、充電中の前記バッテリーパックの電圧を測定するバッテリーパック電圧測定手段と、充電中の前記中点端子の前記中点電圧を測定する中点電圧測定手段と、前記バッテリーパック電圧測定手段にて測定された充電中の前記バッテリーパックの電圧及び前記中点電圧測定手段にて測定された前記中点電圧に基づいて、前記複数のセルの中で最大のセル電圧を算出する算出手段と、前記最大のセル電圧が前記過充電保護電圧値を超えないように、前記バッテリーパックの充電電圧を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、バッテリーパック内部で直列に接続された複数のセルのうち、最大のセル電圧となるセルが過充電保護電圧値を超えないように、バッテリーパックの充電電圧を制御することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１，第２の実施の形態に係る充電装置の外観図である。図１に示した充電装置６は、中点端子付きのバッテリーパックを充電する充電装置である。

バッテリーパック１は、＋端子（＋）２、中点端子（Ｃ）３、温度端子（Ｔ）４、−端子（−）５を有している。充電装置６は、バッテリーパック１の各端子に対応する端子として、＋端子（＋）７、中点端子（Ｃ）８、温度端子（Ｔ）９、−端子（−）１０を有している。バッテリーパック１は、２つのセルが直列接続されている。

中点端子（Ｃ）３と中点端子（Ｃ）８は、バッテリーパック１のセル間の中点電圧を出力する出力端子として機能する。また、温度端子（Ｔ）４と温度端子（Ｔ）９は、バッテリーパック１の温度を出力する出力端子として機能する。

これら対応する各端子は、バッテリーパック１を充電装置６の装着部１１に装着することにより、互いに接続される。充電装置６が充電を行うための電力は、ＡＣコード１２、ＡＣプラグ１３を介して商用電源から供給することができる。

バッテリーパック１が充電装置６に装着されると、充電装置６は、バッテリーパック１の充電を開始する。充電装置６にバッテリーパック１が接続されているかどうかは温度端子９にサーミスタ１３５が接続されているかどうかによって判別している。このサーミスタ１３５は、バッテリーパック１の温度端子４と−端子５との間に接続され、後述するように、バッテリーパック１の温度測定手段として機能する（図２，図１１参照）。

充電中のバッテリーパック１の電圧（充電電圧）は、充電装置６に内蔵された充電制御マイコン１１５又は２０７（図２、図１１参照）により検出される。また、バッテリーパック１の中点端子３からは、直列接続された２つのセル１４１，１４２（（図２、図１１参照）の中点電圧が出力される。充電制御マイコン１１５又は２０７は、充電中にバッテリーパック１の＋端子２の電圧（直列接続された２つのセル全体の電圧）と中点端子３の中点電圧に基づいて、各セル１４１，１４２の電圧を算出する。

そして、充電制御マイコン１１５又は２０７は、セルの最大充電電圧がセルの過充電保護電圧値を超えないように、充電電圧を制御する。このセルの過充電保護電圧値は、温度情報と対応付けて充電制御マイコン１１５又は２０７内のメモリに予め記憶されている。

［第１の実施の形態］
図２は、図１に示した充電装置６とバッテリーパック１の電気回路の構成を示すブロック図である。なお図２では、本発明の説明に必要のない一般的な構成については、図示省略した。

図２に示した充電装置６の構成要素に付した符号は、次の要素を示している。すなわち、１０２はＡＣ入力部、１０３は一次電源回路、１０４はトランス、１０５はフォトカプラ、１０６は二次平滑回路、１０７はレギュレータを示している。１０８、１１１、１１２、１１６、１１８、１１９、１２０、１２１、１２２、１２３及び１４０は抵抗器を示している。

１０９、１１０はオペアンプ、１１３はボリューム、１１４は急速充電スイッチを示している。１１５は充電制御マイコン、１１７はトリクル充電スイッチ、１２４、１３８及び１３９はスイッチを示している。７は前述の充電装置６の＋端子、８は充電装置６の中点端子、９は充電装置６の温度端子、１０は充電装置６の−端子を示している。

図２に示したバッテリーパック１の構成要素の符号は、次の要素を示している。すなわち、２はバッテリーパック１の＋端子、３はバッテリーパック１の中点端子、４はバッテリーパック１の温度端子、５はバッテリーパック１の−端子を示している。１３４は電池保護回路、１３５はサーミスタ、１３６は充電保護ＦＥＴ、１３７は放電保護ＦＥＴ、１４１及び１４２はセルを示している。

ＡＣ入力部１０２にＡＣ電力が入力されると、そのＡＣ電力は、一次電源回路１０３を介してトランス１０４に供給される。トランス１０４は、一次側の高電圧から二次側の低電圧に電圧変換すると共に、一次側と二次側のＧＮＤラインを分離する。

トランス１０４の二次側出力は、二次平滑回路１０６で整流されて後段の充電制御回路に出力される。レギュレータ１０７は、二次平滑回路１０６からの出力電圧を、バッテリーパック１の各セル１４１，１４２の最大充電電圧の規格値（過充電保護電圧値）である４．２Ｖに変換して出力する。このレギュレータ１０７からの４．２Ｖの電圧の電力は、バッテリーパック１のセル電圧を調整するための電力として利用される。

また、トランス１０４の二次側電圧は、電圧帰還用の抵抗器１１２と、充電電圧の最大値を調整するボリューム１１３によって分圧される。このトランス１０４の二次側電圧は、充電制御マイコン１１５により、オペアンプ１０９、及びフォトカプラ１０５を介して制御される。充電装置６の温度端子９には、レギュレータ１０７の出力電圧が抵抗器１１９を介して供給される。

バッテリーパック１のスイッチ１３８及び１３９は、セル１４１とセル１４２の電圧の不均衡、及びセル１４２の過放電を防止するためのスイッチである。バッテリーパック１の温度端子４に電圧が発生していない場合、すなわち充電装置６が接続されていないとき、スイッチ１３８及び１３９はＯＦＦとなっている。このとき、バッテリーパック１の中点端子３には、セル１４１とセル１４２の間の中点電圧は出力されない。この状態でバッテリーパック１の中点端子３が＋端子２又は−端子５と短絡しても、セル１４１又はセル１４２からは放電されないため、セルの不均衡、及びセルの過放電を防止することが可能になる。

充電装置６にバッテリーパック１が接続されると、バッテリーパック１の温度端子４には、レギュレータ１０７の出力電圧を抵抗器１１９とサーミスタ１３５により分圧した電圧が発生する。充電制御マイコン１１５は、抵抗器１１９とサーミスタ１３５により分圧された電圧を温度端子９を介して検出することにより、バッテリーパック１の装着を検出して、バッテリーパック１への充電制御を開始する。

バッテリーパック１のスイッチ１３８及びスイッチ１３９は、温度端子４に電圧が発生することによりＯＮする。スイッチ１３８，１３９がＯＮすることにより、セル１４１とセル１４２との間の中点電圧が、抵抗器１４０を介して中点端子３に出力される。

サーミスタ１３５の抵抗値は、バッテリーパック１の内部温度によって変化するので、サーミスタ１３５は、バッテリーパック１の内部温度を検知するセンサとして利用される。

充電装置６は、基本的には、サーミスタ１３５により検知されたバッテリーパック１の内部温度に基づいてバッテリーパック１を充電する際の充電電圧及び充電電流を決定している。この充電制御の詳細は、後述する。

充電装置６の充電制御マイコン１１５は、温度端子９の電圧レベルにより、バッテリーパック１の装着及び内部温度を検出する。また、充電制御マイコン１１５は、抵抗器１２０及び１２１を介して充電電圧を測定する。充電制御マイコン１１５は、温度端子９の電圧によりバッテリーパック１の装着を検出した場合に、バッテリーパック１の充電電圧及び中点端子３の中点電圧を測定する。すなわち、充電制御マイコン１１５は、バッテリーパック電圧測定手段、及び中点電圧測定手段として機能する。測定した中点電圧は、セル１４１，１４２の充電電圧を個別に算出するために利用される。

充電制御マイコン１１５は、バッテリーパック１の電圧が予め設定された規定値（Ｖａｄｊ）より低く、且つセル１４１とセル１４２との間の電位差が閾値（ＶＤ）より高い場合、すなわちセル間の電圧バランスが崩れた場合に、セル電圧調整を行う。このセル電圧調整は、セル１４１とセル１４２との間の電位差を充電前に解消するものである。これにより、バッテリーパック１の充電を好適に行うことができる。

セル電圧調整は、バッテリーパック１の−極側のセル１４２を充放電することによって行う。すなわち、セル１４２の電圧がセル１４１の電圧より高い場合は、スイッチ１２４をＯＮして抵抗器１４０及び１２３を介して、中点端子８からセル１４２の放電を行う。セル１４２の電圧がセル１４１の電圧より低い場合は、抵抗器１２２及び１４０を介して、中点端子８からセル１４２の充電を行う。本実施形態のセル電圧調整では、バッテリーパック１の＋極側のセル１４１に対しては充放電は行わない。

本実施形態のセル電圧調整に代えて、＋端子７と中点端子８との間に抵抗器及びスイッチ（図示省略）を設け、−極側のセル１４２の充電を行うと共に＋極側のセル１４１の放電を行うことにより、セル電圧調整の時間短縮を図ることも可能である。

セル電圧調整中に中点端子８から充放電を行っている状態では、抵抗器１４０により、セル１４１，１４２間の実際の中点電圧と中点端子８の測定電圧との間に電位差が生じる。このため、中点端子８の電圧、すなわち中点電圧の測定は、セル電圧調整を一時的に休止して行い、その後、セル電圧調整を再開するようにしている。

なお、予め設定された周期毎に中点電圧の測定を行い、必要に応じて、電圧、温度環境等により測定周期を変更しても良い。

セル電圧調整は、セル１４１とセル１４２の間に電位差が予め設定された値以下になった場合、或いは規定時間を経過した場合に終了し、トリクル充電に移行する。トリクル充電は、抵抗器１１６によって制限された充電電流をバッテリーパック１に供給することにより行う。このトリクル充電は、バッテリーパック１の電圧が急速充電可能な電圧に満たない場合に行われ、急速充電可能な電圧に達した場合に終了する。

急速充電は、充電初期の段階では、バッテリーパック１に一定の充電電流を供給する定電流充電を行い、その後、バッテリーパック１に一定の充電電圧を供給する定電圧充電に移行する。充電電流値は、抵抗器１１８を介して電圧レベルに変換される。充電電流値の設定は、レギュレータ１０７の出力電圧を抵抗器１０８及び１１１で分圧した分圧値で決定される。充電電流値は、オペアンプ１１０、及びフォトカプラ１０５を介して制御される。

充電電流が流れることにより、充電装置６の＋端子７とバッテリーパック１の＋端子２の間の接触抵抗、充電装置６の−端子１０とバッテリーパック１の−端子５の間の接触抵抗に対して電位差が発生する。また、セル１４１と＋端子２との間の回路抵抗、セル１４２と−端子５との間の回路抵抗、セル１４１とセル１４２との間の回路抵抗等の抵抗成分に対しても、充電電流が流れることによる電位差が発生する。

そこで、充電制御マイコン１１５は、バッテリーパック１の充電電圧と中点端子８の中点電圧に基づいて、セル１４１及びセル１４２の電圧を算出する際に、上述の電位差を補正する。充電電流値が十分小さいときには、上述の電位差も僅かであるので、充電電流値が予め設定した値よりも小さい場合には、補正する必要がない。

充電制御マイコン１１５は、セルの適切な充電電圧値を内蔵のメモリ（図示省略）に記憶している。この適切な充電電圧値は、過充電保護のための電圧値（過充電保護電圧値）であり、温度によって異なるものである。本実施の形態では、メモリ容量を節約するために、小さな温度差の単位で多数の過充電保護電圧値を記憶するのではなく、表１のように５つの温度範囲毎に過充電保護電圧値を記憶している。

なお、充電制御マイコン１１５は、５つの温度範囲毎に充電電流値も変更する。表１は充電制御マイコン１１５のメモリに記憶されている温度範囲−過充電保護電圧値テーブルおよび温度範囲−充電電流値テーブルである。このテーブルは温度範囲毎に設定された過充電保護電圧値と充電電流値とを示している。

すなわち、充電制御マイコン１１５は、急速充電中のバッテリーパック１の内部温度を検出し、検出した内部温度に応じて、過充電保護電圧値、及び充電電流値を決定する。

充電中の充電制御マイコン１１５は、充電電圧の高い方のセルの充電電圧が、セルの過充電保護電圧値を超えないように、バッテリーパック１の充電電圧を制御する。この充電電圧制御は、抵抗器１１２と充電電圧の最大値を調整するボリューム１１３の中点に、充電制御マイコン１１５の充電電圧調整出力から充電電圧調整用のＤＣ電圧を供給することによって行われる。すなわち、充電電圧を上げる場合、充電制御マイコン１１５はオペアンプ１０９の−入力の電圧を下げ、充電電圧を下げる場合、充電制御マイコン１１５はオペアンプ１０９の−入力の電圧を上げる。

充電中の充電制御マイコン１１５は、バッテリーパック１の内部温度に応じて、充電電流値を変更する。この充電電流値の変更は、抵抗器１０８と１１１の中点に、充電制御マイコン１１５の充電電流調整出力から急速充電電流調整用のＤＣ電圧を出力することによって行われる。すなわち、充電電流を上げる場合、充電制御マイコン１１５はオペアンプ１１０の＋入力の電圧を上げ、充電電流を下げる場合、充電制御マイコン１１５はオペアンプ１１０の＋入力の電圧を下げる。

本実施の形態では、充電電流及び充電電圧を制御する方法として、充電制御マイコン１１５が直接ＤＣ電圧を出力する例を示した。これに代えて充電制御マイコン１１５がＰＷＭ出力を行い、平滑するための素子を用いてＤＣ電圧を作成しても良い。また、充電制御マイコン１１５がデジタルデータを出力し、Ｄ／Ａコンバータを介してＤＣ電圧を作成しても良い。さらに、図２に示したフォトカプラ１０５を直接的に制御する方法で、充電電圧及び充電電流を制御することも可能である。このフォトカプラ１０５を直接的に制御する方法では、ＰＷＭ出力を平滑して作成しても、或いは、制御出力のデジタルデータをＤ／Ａコンバータを介して作成しても良い。

充電制御マイコン１１５は、充電電流値を電圧レベルに変換する抵抗１１８の電位差を検出することにより充電電流を測定する。充電制御マイコン１１５は、急速充電中の充電電圧の上昇と充電電流の減少を検出し、その上昇及び減少の程度により急速充電を完了するか否かを判定する。

次に、急速充電制御のフローの概要を図３のフローチャートに基づいて説明する。

充電制御マイコン１１５は、バッテリーパック１が装着されているかどうかを判断する（ステップＳ１）。具体的には、レギュレータ１０７の出力電圧を抵抗器１１９とサーミスタ１３５により分圧した電圧が温度端子９に発生するかどうかによって、バッテリーパック１の装着を判断している。バッテリーパック１が装着されている場合には、そのバッテリーパック１の温度、中点端子８の電圧（中点電圧）、バッテリーパック１の電圧（Ｖ７：＋端子７の充電電圧）を、順次検出する（ステップＳ２〜Ｓ４）。バッテリーパック１の電圧検出処理の詳細は、後述する。

次に、充電制御マイコン１１５は、検出した中点端子８の中点電圧、バッテリーパック１の電圧に基づいて、セル１４１及び１４２のセル電圧を算出する（ステップＳ５）。このセル電圧算出処理の詳細は、後述する。

次に、充電制御マイコン１１５は、検出したバッテリーパック１の電圧（Ｖ７）が規定値（Ｖａｄｊ）より低いか否かを判別する（ステップＳ６）。その結果、バッテリーパック１の電圧（Ｖ７）が規定値（Ｖａｄｊ）より低ければ、充電制御マイコン１１５は、セル電圧調整処理を行う（ステップＳ７）。

上記の規定値（Ｖａｄｊ）は、放電末期のセル電圧を揃えるためにセル電圧調整処理を行うようにする意義を有する。このように、放電末期のセル電圧を揃えるようにしたのは、次の理由からである。すなわち、セル電圧が高い状態でセル電圧を揃えると、放電末期でセル電圧の低下が急峻になり、電子機器の使用電圧範囲を上げる必要が生じて電子機器の使用可能時間が減少することになるからである。このセル電圧調整処理の詳細は、後述する。

バッテリーパック１の電圧（Ｖ７）が規定値（Ｖａｄｊ）以上に高い場合には、充電制御マイコン１１５は、検出したバッテリーパック１の温度に基づいて、セル充電電圧設定値を決定する（ステップＳ８）。このセル充電電圧設定値の決定処理の詳細は後述するが、本実施の形態では、前述の過充電保護電圧値をセル充電電圧値として決定している。

次に、充電制御マイコン１１５は、検出したバッテリーパック１の温度に基づいて、充電電流値（Ｉｃｈｇ）を決定し、急速充電を開始する（ステップＳ９，Ｓ１０）。充電電流値の決定処理の詳細は、後述する。

充電制御マイコン１１５は、急速充電を開始すると、セル１４１，１４２の何れかのセル電圧（セル充電電圧）が、ステップＳ８で決定されたセル充電電圧の設定値、すなわち過充電保護電圧値に達したか否かを判別する（ステップＳ１１）。充電装置６は、セル１４１，１４２の何れも過充電保護電圧値に達していなければ、定電流制御を行う（ステップＳ１２）。この定電流制御処理の詳細は、後述する。

なお、ステップＳ７の調整処理でセル１４１，１４２のセル電圧の不均衡が解消されているので、セル１４１，１４２の充電電圧が上記の過充電保護電圧値に達するタイミングのズレは、小さくなっている。

一方、セル１４１，１４２の何れかのセル充電電圧が過充電保護電圧に達した場合は、充電制御マイコン１１５は、その過充電保護電圧値を超えることなく維持するように、充電電圧の制御を行う。そして、充電制御マイコン１１５は、充電電流の低下によりセル１４１及び１４２の充電量が所定値に達したか否かを判別し（ステップＳ１３）、充電量が所定値に達していなければステップＳ１に戻り、所定値に達していれば、本急速充電制御を終了する。

次に、充電制御マイコン１１５の充電制御に対応するバッテリーパック１の動作を、図４のフローチャートに基づいて説明する。

バッテリーパック１の温度端子４に電圧が供給されていない場合、スイッチ１３８，１３９はＯＦＦしている（ステップＳ１６）。充電装置６が温度端子４に電圧を供給する（ステップＳ１７）。この温度端子４への電圧供給により、充電制御マイコン１１５は、バッテリーパック１が充電装置６に装着されたことを検出する（図３のステップＳ１参照）。

また、充電装置６が温度端子４に電圧を供給すると、バッテリーパック１の温度端子４には、前述のように電圧が発生し（ステップＳ１８）、充電制御マイコン１１５が図４のステップＳ２でバッテリーパック１の温度を検出可能となる。

次に、温度端子４に電圧が供給されると、スイッチ１３８，１３９がＯＮして中点端子３に中点電圧が出力される（ステップＳ１９，Ｓ２０）。これにより、充電制御マイコン１１５は、図３のステップＳ３での中点電圧検出処理を行うことが可能となる。

次に、図３のステップＳ２におけるバッテリーパック１の温度検出処理の詳細を、図５のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

この温度検出処理では、充電制御マイコン１１５は、先ず、温度端子９の電圧を測定する（ステップＳ２１）。そして、充電制御マイコン１１５は、その温度端子９の電圧に対応するバッテリーパック１の温度をメモリに登録された温度／電圧テーブルを参照する（ステップＳ２２）。次に、充電制御マイコン１１５は、参照した温度端子９の電圧に対応するサーミスタ１３５の温度を、バッテリーパック１の温度として判断し（ステップＳ２３）、図３のフローにリターンする。

次に、図３のステップＳ５におけるセル電圧算出処理の詳細を、図６のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

このセル電圧算出処理では、充電制御マイコン１１５は、先ず、バッテリーパック１の電圧（Ｖ７）と中点端子８の電圧（Ｖ８）を参照する（ステップＳ５１、Ｓ５２）。そして、充電制御マイコン１１５は、セル１４２の−接点から−端子１０までの電位差Ｖｚ２を算出する（ステップＳ５３）。具体的には、充電制御マイコン１１５が充電電流値（Ｉｃｈｇ）を検出するとともに、充電制御マイコン１１５の内蔵メモリに記憶されているセル１４２の−接点から−端子１０までの抵抗成分の総和（Ｚ２）を読み出して、Ｖｚ２＝（Ｉｃｈｇ×Ｚ２）なる演算式により算出される。

この電位差Ｖｚ２は、上記の演算式に示したように、ＧＮＤラインの抵抗成分と充電電流値により算出される。すなわち、電位差Ｖｚ２は、−端子１０と−端子５との間の接触抵抗、充電保護用のＦＥＴ１３６と放電保護用のＦＥＴ１３７のドレイン−ソース間抵抗Ｒｄｓ（ＯＮ）、及びパターン抵抗の総和（Ｚ２）に、充電電流値（Ｉｃｈｇ）を乗算して求められる。

次に、充電制御マイコン１１５は、セル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）を算出する（ステップＳ５４）。このセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）は、中点端子８の電圧（Ｖ８）から上記のセル１４２の−接点から―端子１０までの電位差Ｖｚ２を減算して求められる。

次に、充電制御マイコン１１５は、セル１４１の＋接点から＋端子７までの電位差Ｖｚ１を算出する（ステップＳ５５）。具体的には、充電制御マイコン１１５が充電電流値（Ｉｃｈｇ）を検出するとともに、充電制御マイコン１１５の内蔵メモリに記憶されているセル１４１の＋接点から＋端子７までの抵抗成分の総和（Ｚ１）を読み出して、Ｖｚ１＝（Ｉｃｈｇ×Ｚ１）なる演算式により算出される。すなわち、この電位差Ｖｚ１は、＋端子７と＋端子２の間の接触抵抗、及びパターン抵抗の総和（Ｚ１）に充電電流値（Ｉｃｈｇ）を乗算して求められる。

次に、充電制御マイコン１１５は、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）を算出して（ステップＳ５６）、図３のフローにリターンする。このセル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）は、＋端子７の電圧（Ｖ７）からＶｚ１、セル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）及びＶｚ２を減算して求められる。

次に、図３のステップＳ７におけるセル電圧調整処理の詳細を、図７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

このセル電圧調整処理では、充電制御マイコン１１５は、先ず、タイマーをスタートさせ（ステップＳ７１）、タイマー時間（Ｔｍ）はカウントアップされていく。次に、セル１４１及びセル１４２への充放電を停止する（ステップＳ７２）。充放電を停止した後、バッテリーパック１の電圧（Ｖ７）と中点端子８の電圧（Ｖ８）を検出する（ステップＳ７３、ステップＳ７４）。ステップＳ７３、ステップＳ７４にて検出したバッテリーパック１の電圧（Ｖ７）及び中点端子８の電圧（Ｖ８：中点電圧）から、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）を算出する（ステップＳ７５）。ステップＳ７５で算出されるセル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）はセル１４１、セル１４２への充放電を停止した状態での電圧であるので、ステップＳ５にて算出したル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）とは一致しない。また、充放電を停止した状態でバッテリーパック１の電圧（Ｖ７）及び中点端子８の中点電圧（Ｖ８）を検出しているので、図３のステップＳ５でのセル電圧算出とは異なり接触抵抗や回路抵抗による電位差は考慮しない。

充電制御マイコン１１５は、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）との差が閾値（ＶＤ）より小さいかどうかを判別する（ステップＳ７６）。セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）との差が閾値（ＶＤ）より小さい場合、すなわちセル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）とがほぼ同じ電圧の場合には、セル電圧調整処理を行わず図３のフローにリターンする。一方、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）との差が閾値（ＶＤ）以上である場合には、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）とのうち、どちらの電圧が高いかを判断する（ステップＳ７７）。

そして、充電制御マイコン１１５は、セル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）の方がセル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）より高い場合は、セル１４２を放電する（ステップＳ７８）。

このセル１４２の放電は、スイッチ１２４をＯＮして抵抗器１２３及び１４０を介して行う。

一方、セル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）の方がセル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）より低い場合は、充電制御マイコン１１５は、セル１４２を充電する（ステップＳ７９）。
このセル１４２の充電は、スイッチ１２４をＯＦＦしスイッチ１３９をＯＮして、抵抗器１２２及び１４０を介して行う。

充電制御マイコン１１５は、再度、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）との差が閾値（ＶＤ）より小さいかどうかを判別する（ステップＳ８０−１）。セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）との差が閾値（ＶＤ）より小さい場合、すなわちセル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）とがほぼ同じ電圧の場合には、セル電圧調整処理を行わず、図３のフローにリターンする。一方、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）との差が閾値（ＶＤ）以上である場合には、タイマー時間（Ｔｍ）が予め設定された限界時間（ＴＬ）以上となるかどうかを判断する（ステップＳ８０−２）。タイマー時間（Ｔｍ）が限界時間（ＴＬ）以上となった場合には、図３のフローにリターンする。タイマー時間（Ｔｍ）が限界時間（ＴＬ）となっていない場合には、ステップＳ７２に戻る。このようにして、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）との差が閾値（ＶＤ）より小さくなるまで設電圧調整処理は実行される。

次に、図３のステップＳ８におけるセル充電電圧設定値の決定処理の詳細を、図８のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

このセル充電電圧設定値の決定処理では、充電制御マイコン１１５は、先ず、ステップＳ２で検出したバッテリーパック１の温度を参照する（ステップＳ８１）。そして、充電制御マイコン１１５は、当該充電制御マイコン１１５内のメモリに登録された温度範囲−過充電保護電圧値テーブルを参照する（ステップＳ８２）。このテーブルに登録された過充電保護電圧値は、温度範囲に対応する過充電保護のための上限電圧値である。

次に、充電制御マイコン１１５は、この温度範囲に対応する過充電保護のための上限電圧値として登録された過充電保護電圧値を読出し、この過充電保護電圧値をセル充電電圧設定値として決定し（ステップＳ８３）、図３のフローにリターンする。

次に、図３のステップＳ９における充電電流値の決定処理の詳細を、図９のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

この充電電流値の決定処理では、充電制御マイコン１１５は、先ず、ステップＳ２で検出したバッテリーパック１の温度を参照する（ステップＳ９１）。そして、充電制御マイコン１１５は、当該充電制御マイコン１１５内のメモリに登録された温度範囲−充電電流値テーブルを参照し、バッテリーパック１の充電電流値を決定し（ステップＳ９２）、図３のフローにリターンする。

次に、図３のステップＳ１２における充電電圧制御処理の詳細を、図１０のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

この充電電圧制御処理では、充電制御マイコン１１５は、先ず、前述の算出したセル１４１の電圧（Ｖｃ１４１：セル充電電圧）とセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２：セル充電電圧）を参照する（ステップＳ１２０１）。次に、充電制御マイコン１１５は、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）がセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）よりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ１２０２）。セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）がセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）よりも大きい場合には、セル１４１が過充電保護電圧値を超えないように充電電圧を制御する（ステップＳ１２０３）。一方、セル１４１の電圧（Ｖｃ１４１）がセル１４２の電圧（Ｖｃ１４２）よりも小さい場合には、セル１４２が過充電保護電圧値を超えないように充電電圧を制御し（ステップＳ１２０４）、図３のフローにリターンする。

以上説明したように、充電制御マイコン１１５は、バッテリーパック１に中点端子３を設け、バッテリーパック１の温度に応じて過充電保護電圧値を決定し、中点端子３の中点電圧を検出して、充電中のバッテリーパック１の電圧と、各セル１のセル電圧を算出している。そして、充電制御マイコン１１５は、高い方のセル電圧（充電電圧）が過充電保護電圧値を超えないように、バッテリーパック１の充電電圧を制御している。

すなわち、本実施の形態では、バッテリーパック１に中点端子３を設けるという安価な構成で、バッテリーパック１の過充電を防止することが可能となる。

［第２の実施の形態］
図１１は、図１に示した充電装置とバッテリーパックの第２の実施の形態に係る電気回路の構成を示すブロック図である。図１１では、第１の実施の形態に係る図２と共通する構成要素については、同一の符号を付している。ここでは、第２の実施の形態に特有な点を中心に説明する。

図１１に示した２０１、２０３、２０５は抵抗器、２０２、２０４、２０６はスイッチ、２０７は充電制御マイコンである。

充電電流の設定値は、レギュレータ１０７の出力電圧を抵抗器１０８及び１１１で分圧した分圧値として設定される。

第２の実施の形態では、充電電流の設定値を低減する手段（電流制御手段）として、上記の抵抗器１１１に並列に抵抗器２０１を接続し、この抵抗器２０１に直列にスイッチ２０２を接続している。このスイッチ２０２をＯＮすることにより、上記の分圧値が変更され、これにより充電電流の設定値が変更されることとなる。

充電電圧の設定値、すなわち過充電保護電圧値は、抵抗器１１２とボリューム１１３で分圧された分圧値として設定される。

第２の実施の形態では、充電電圧を第１の設定値に変更する手段として、ボリューム１１３に並列に抵抗器２０３を接続し、この抵抗器２０３に直列にスイッチ２０４を接続している。このスイッチ２０４をＯＮすることにより、上記の分圧値が変更され、これにより過充電保護電圧値が変更されることとなる。

同様に、第２の実施の形態では、充電電圧を第２の設定値（過充電保護電圧値）に変更する手段として、ボリューム１１３に並列に抵抗器２０３とは異なる抵抗値の抵抗２０５を接続し、この抵抗器２０５に直列にスイッチ２０６を接続している。このスイッチ２０６をＯＮすることにより、上記の分圧値が変更され、これにより過充電保護電圧値が変更されることとなる。

なお、上記の構成では、スイッチ２０４及び２０６を同時にＯＮすることにより、充電電圧を第３の設定値に変更できることは言うまでもない。さらに、上記のような抵抗器とスイッチをより多く設けることにより、より精細に充電電圧（過充電保護電圧値）及び充電電流を変更することが可能になる。

本発明は、上記の第１、第２の実施の形態に限定されることなく、例えば、３つ以上のセルが直列接続されたバッテリーパックに上記の第１、第２の実施の形態に係る技術を適用することも可能である。この場合は、（セル数−１）の個数の中点端子を設けて、各セル間の中点電圧を検出することになる。

また、セル電圧調整は、充電開始時に１回のみ行っても、或いは充電中に予め設定した条件に達した場合に複数回行ってもよい。また、充電制御マイコンの代わりに専用ＩＣを用いることも可能である。また、バッテリーパックの温度は、サーミスタではなく温度検出ＩＣを用いて検出してもよい。

更に、バッテリーパックと充電装置の間で通信を行う端子を設け、バッテリーパックから各セルの充電電圧情報を入手し、充電電圧を調整・制御することも可能である。また、バッテリーパック内にマイコンを搭載し、このマイコンが充電電圧を調整・制御する情報を充電制御マイコンに伝達し、この情報を受けて充電制御マイコンが充電電圧を調整・制御するように構成してもよい。

さらに、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコード（コンピュータ実行可能なプログラム）を記録（記憶）したコンピュータ読取可能な記憶媒体によっても達成される。すなわち、この記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出して実行することによって達成される。

この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、次のものを用いることができる。例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク等を用いることができる。また、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、本発明は、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、上記の各実施の形態の機能が実現される場合だけに限定されるものではない。その他、例えば、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれることにより各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。この場合、当該書込みの後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行うこととなる。

本発明の第１，第２の実施の形態に係る充電装置の外観図である。 図１に示した充電装置とバッテリーパックの電気回路の構成を示すブロック図である（第１の実施の形態）。 上記の充電装置の急速充電制御のフローの概要を示すフローチャートである。 上記のバッテリーパックの急速充電中の動作を示すフローチャートである。 図３のステップＳ３におけるバッテリーパック温度検出処理の詳細を示すフローチャートである。 図３のステップＳ６におけるセル電圧算出処理の詳細を示すフローチャートである。 図３のステップＳ８におけるセル電圧調整処理の詳細を示すフローチャートである。 図３のステップＳ９におけるセル充電電圧設定値の決定処理の詳細を示すフローチャートである。 図３のステップＳ１０における充電電流値の決定処理の詳細を示すフローチャートである。 図３のステップＳ１３における充電電圧制御処理の詳細を示すフローチャートである。 図１に示した充電装置とバッテリーパックの電気回路の構成を示すブロック図である（第２の実施の形態）。

符号の説明

１…バッテリーパック
３…バッテリーパックの中点端子
６…充電装置
８…充電装置の中点端子
１０５…フォトカプラ
１１３…ボリューム
１１４…急速充電スイッチ
１１５，２０７…充電制御マイコン
１３４…電池保護回路
１３５…温度検出素子（サーミスタ）
１４１，１４２…セル

Claims (8)

1. 直列に接続された複数のセルを有するバッテリーパックを充電する充電システムであって、
   前記複数のセル間の中点電圧を出力する中点端子と、
   前記セルの過充電保護電圧値を決定する決定手段と、
   充電中の前記バッテリーパックの電圧を測定するバッテリーパック電圧測定手段と、
   充電中の前記中点端子の前記中点電圧を測定する中点電圧測定手段と、
   前記バッテリーパック電圧測定手段にて測定された充電中の前記バッテリーパックの電圧及び前記中点電圧測定手段にて測定された前記中点電圧に基づいて、前記複数のセルの中で最大のセル電圧を算出する算出手段と、
   前記最大のセル電圧が前記過充電保護電圧値を超えないように、前記バッテリーパックの充電電圧を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする充電システム。
2. 前記バッテリーパックの温度を測定する温度測定手段とを有し、
   前記決定手段は、前記温度測定手段で測定された前記バッテリーパックの温度に基づいて、前記過充電保護電圧値を決定することを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
3. 前記バッテリーパックの温度を測定する温度測定手段とを有し、
   前記温度測定手段で測定された前記バッテリーパックの温度に基づいて、前記バッテリーパックの充電電流を制御する電流制御手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の充電システム。
4. 直列に接続された複数のセルを有し、前記複数のセル間の中点電圧を出力する中点端子を有するバッテリーパックを充電する充電装置であって、
   前記セルの過充電保護電圧値を決定する決定手段と、充電中の前記バッテリーパックの電圧を測定するバッテリーパック電圧測定手段と、
   充電中の前記中点端子の前記中点電圧を測定する中点電圧測定手段と、
   前記バッテリーパック電圧測定手段にて測定された充電中の前記バッテリーパックの電圧及び前記中点電圧測定手段にて測定された前記中点電圧に基づいて、前記複数のセルの中で最大のセル電圧を算出する算出手段と、
   前記最大のセル電圧が前記過充電保護電圧値を超えないように、前記バッテリーパックの充電電圧を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする充電装置。
5. 前記バッテリーパックの温度端子に接続されることで、前記バッテリーパックの温度を測定する温度測定手段と、
   前記決定手段は、前記温度測定手段で測定された前記バッテリーパックの温度に基づいて、前記過充電保護電圧値を決定することを特徴とする請求項４に記載の充電装置。
6. 前記バッテリーパックの温度端子に接続されることで、前記バッテリーパックの温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段で測定された前記バッテリーパックの温度に基づいて、前記バッテリーパックの充電電流を制御する電流制御手段を有することを特徴とする請求項４または５に記載の充電装置。
7. 直列に接続された複数のセルを有し、前記複数のセル間の中点電圧を出力する中点端子を有するバッテリーパックを充電する充電装置の制御方法であって、
   前記セルの過充電保護電圧値を決定する決定工程と、
   充電中の前記バッテリーパックの電圧を測定するバッテリーパック電圧測定工程と、
   充電中の前記中点端子の前記中点電圧を測定する中点電圧測定工程と、
   前記バッテリーパック電圧測定工程にて測定された充電中の前記バッテリーパックの電圧及び前記中点電圧測定工程にて測定された前記中点電圧に基づいて、前記複数のセルの中で最大のセル電圧を算出する算出工程と、
   前記最大のセル電圧が前記過充電保護電圧値を超えないように、前記バッテリーパックの充電電圧を制御する制御工程と、
   を有することを特徴とする充電装置の制御方法。
8. 請求項７に記載の制御方法の各工程に係る処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータ実行可能なプログラム。

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