JP2011004509A5 - - Google Patents

Description

充電制御回路、電池パック、及び充電システム

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。

このようなＣＣＣＶ充電方式では、二次電池の閉路時の端子電圧が満充電電圧になるまで、比較的大きな電流値、例えば０．７Ｉｔ程度の一定の電流値で二次電池を充電することで、充電時間を短縮するようになっている。ここで、１Ｉｔ（電池容量（Ａｈ）／１（ｈ））は、二次電池の公称容量値を定電流で放電した場合に、１時間で二次電池の残容量がゼロとなるその電流値である。

そして、ＣＣＣＶ充電方式では、二次電池の閉路時の端子電圧が満充電電圧に達すると、満充電電圧で定電圧充電することで、自然に充電電流が減少していくので、二次電池を過充電して劣化させてしまうことがないようにされている。

特開平６−７８４７１号公報

しかしながら、ＣＣＣＶ充電方式において、二次電池の閉路時の端子電圧がまだ満充電電圧に達しておらず、定電流充電を行っているとき、二次電池のＳＯＣが増大して閉路時の端子電圧が満充電電圧付近に達した状態では、二次電池のＳＯＣが小さいときと比べて充電電流が流れることによる劣化が生じやすい状態になっている。そのため、ＳＯＣが０％に近い状態から満充電に近い状態まで同じ電流値で定電流充電を行うと、二次電池を劣化させてしまうおそれがあるという、不都合があり、特に、低温や高温においてはその現象がより顕著であった。

本発明の目的は、ＣＣＣＶ充電における定電流充電時の二次電池の劣化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である。

本発明に係る充電制御回路は、二次電池を充電する充電部の動作を制御する充電制御部と、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備え、前記充電制御部は、前記電流検出部によって検出される電流値が、前記充電部へ要求した電流値を超える値に設定された異常電流閾値を超える場合において、前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が、前記二次電池が満充電になったときの端子電圧である満充電電圧より低い電圧値に予め設定された第２閾値電圧以上になると、当該第２閾値電圧の充電電圧を前記充電部へ要求し、前記二次電池に供給させて定電圧充電を実行させる第１異常対応処理を実行する。

充電部の動作が正常であれば、電流検出部によって検出される電流値が、充電制御部が充電部に要求した電流値を超える値に設定された異常電流閾値を超えることはないはずである。にもかかわらず、電流検出部によって検出される電流値が異常電流閾値を超える場合、充電部の出力電流の制御に異常が生じていると考えられる。このような状態で定電流充電を継続してＳＯＣが増大し、二次電池の劣化が生じやすい状態になると、二次電池を劣化させてしまうおそれがある。

そこで、二次電池の端子電圧が、満充電電圧より低い第２閾値電圧以上になって、二次電池の劣化が生じやすくなると、充電制御部が、充電部によって第２閾値電圧の充電電圧による定電圧充電を実行させる。定電圧充電に移行すると、例え充電部の出力電流制御に異常があっても、充電が進むにつれて自然に充電電流が減少していくから、二次電池の劣化が生じやすい状態においても、二次電池を劣化させてしまうおそれを低減することができる。

また、前記充電制御部は、前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が、前記二次電池が満充電になったときの端子電圧である満充電電圧より低い電圧値に予め設定された第１閾値電圧より低いとき、所定の第１電流値の充電電流を前記充電部に要求することにより、当該充電部によって当該充電電流を前記二次電池へ供給させて定電流充電を実行させ、前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が前記第１閾値電圧を超え、かつ前記満充電電圧に満たないとき、前記第１電流値より少ない第２電流値の充電電流を前記充電部に要求することにより、当該充電部によって当該充電電流を前記二次電池へ供給させて定電流充電を実行させ、前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が前記満充電電圧以上になると、前記充電部によって、当該満充電電圧を充電電圧として前記二次電池に供給させて定電圧充電を実行させることが好ましい。

二次電池は、ＳＯＣが増大して閉路時の端子電圧が満充電電圧付近になると、二次電池のＳＯＣが小さいときと比べて充電電流に起因する劣化が生じ易くなる性質がある。そこで、この構成によれば、二次電池の端子電圧が満充電電圧より低い電圧値に予め設定された第１閾値電圧より低く、すなわち二次電池のＳＯＣが小さいために充電電流に起因する劣化が生じ難いときは、充電制御部が、充電部によって第１電流値の充電電流による定電流充電を実行させる。

一方、二次電池の端子電圧が第１閾値電圧を超え、かつ満充電電圧に満たないとき、すなわち二次電池のＳＯＣが増大して充電電流に起因する劣化が生じ易いときは、充電制御部が、充電部によって第１電流値より少ない第２電流値の充電電流で定電流充電を実行させる。これにより、充電電流に起因する劣化が生じ易いときに、充電電流を減少させ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。そして、充電電流に起因する劣化が生じ難いときは、第２電流値より大きい第１電流値で定電流充電が実行されるので、常時第２電流値で定電流充電を行う場合と比べて充電時間を短縮できる。さらに、二次電池の閉路時の端子電圧が満充電電圧以上になると、充電制御部が、充電部によって、満充電電圧を充電電圧とする定電圧充電を実行させることで、ＣＣＣＶ充電を実行することができる。

また、前記二次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って検出される温度が、前記二次電池の充電に適した温度として予め設定された好適温度範囲の範囲外になったとき、前記第１及び第２電流値のうち少なくとも一方を減少させる電流値設定部とをさらに備えることが好ましい。

二次電池には、充電に適した好適温度範囲が存在し、この好適温度範囲外の低温や高温状態で充電を行うと、劣化しやすくなる性質がある。しかしながら、この構成によれば、二次電池の温度が好適温度範囲の範囲外になったとき、定電流充電を行う際の電流値である第１及び第２電流値のうち少なくとも一方が減少されるので、好適温度範囲外における二次電池の劣化が低減される。

また、前記二次電池の充電を禁止する充電禁止部をさらに備え、前記充電制御部は、前記第１異常対応処理において、前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が、前記充電部へ要求した前記第２閾値電圧を超える値に設定された異常電圧閾値を超える場合、前記充電禁止部によって、前記二次電池の充電を禁止させる第２異常対応処理を実行することが好ましい。

上述のように充電部の出力電流制御に異常があると考えられる場合に定電圧充電に切り替えたとしても、充電部の出力電圧の制御にも異常があった場合には、過充電や過電圧によって二次電池を劣化させてしまうおそれがある。そこで、この構成によれば、二次電池の端子電圧が、充電制御部が充電部へ要求した第２閾値電圧を超える値に設定された異常電圧閾値を超える場合、すなわち充電部の出力電圧の制御にも異常があると考えられる場合、充電制御部は、充電禁止部によって二次電池の充電を禁止させる。これにより、充電部の異常により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、前記二次電池は、複数のセルが組み合わされた組電池であり、前記電圧検出部は、前記複数のセルの端子電圧をそれぞれ検出し、前記充電制御部は、前記組電池が満充電になったときの１セルあたりの端子電圧を、前記満充電電圧として用い、前記電圧検出部によって検出された前記各セルの端子電圧のうち、最大の電圧を、前記二次電池の端子電圧として用い、前記定電圧充電においては、前記二次電池に含まれるセルあたりの印加電圧が、前記１セルあたりの満充電電圧となるように、前記充電部によって前記二次電池へ充電電圧を供給させることが好ましい。

この構成によれば、組電池を構成する各セルのＳＯＣに不均衡が生じたり、劣化の程度にバラツキが生じたりした場合であっても、各セルの端子電圧のうちの最大値、すなわち最もＳＯＣが大きい、あるいは最も劣化が進んでいると考えられるセルの端子電圧、に応じて、定電流充電における充電電流の電流値が調節される。また、最もＳＯＣが大きいセルの端子電圧に応じて、定電圧充電が開始される。これにより、組電池を構成する各セルのＳＯＣに不均衡が生じたり劣化の程度にバラツキが生じたりした場合であっても、最も充電によって劣化し易い、あるいは最も劣化が進んでいるセルを基準にして、充電電流の設定と定電圧充電の開始とが行われるので、二次電池を構成する一部のセルの劣化が進んでしまうおそれが低減される。

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。

この構成によれば、電池パックにおいて、ＣＣＣＶ充電された場合における定電流充電時の二次電池の劣化を低減することができる。

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、前記二次電池と、前記充電部とを備える。

この構成によれば、二次電池をＣＣＣＶ充電する充電システムにおいて、定電流充電時の二次電池の劣化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、及び充電システムは、ＣＣＣＶ充電における定電流充電時の二次電池の劣化を低減することができる。

本発明の一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。 定電流充電の実行期間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を示す説明図である。 充電制御部による第１異常対応処理の一例を説明するための説明図である。 充電制御部による第２異常対応処理を説明するための説明図である。

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、本発明の一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てい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（二次電池）、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。また、組電池１４は、電池パックにされている必要はなく、例えば保護回路４が、車載用のＥＣＵ（Electric Control Unit）として構成されていてもよい。

充電装置３は、接続端子３１，３２，３３、制御ＩＣ３４、及び充電回路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。充電回路３５は、給電用の接続端子３１，３２に接続され、通信部３６は、接続端子３３に接続されている。また、電池パック２が、充電装置３に取り付けられると、電池パック２の接続端子１１，１２，１３と、外部回路３の接続端子３１，３２，３３とが、それぞれ接続されるようになっている。

充電部３５は、制御部３７からの制御信号に応じた電流、電圧を、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。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。

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。そして、電池パック２における制御部２０１から通信部２０３によって送信された要求指示が、通信部３６によって受信されると、制御部３７は、通信部３６によって受信された要求指示に応じて充電部３５を制御することにより、電池パック２から送信された要求指示に応じた電流や電圧を、充電部３５から接続端子１１，１２へ出力させる。

これによって、充電装置３は、電池パック２の制御部２０２からの要求に応じた電流及び電圧を電池パック２へ出力するようになっている。なお、充電装置３は、制御部３７を備える例に限られず、定電流回路と定電圧回路とが組み合わされて構成されていてもよい。

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（充電禁止部）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。

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。

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。

温度センサ１７は、組電池１４の温度ｔを検出する温度センサである。そして、温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度ｔは、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、及び組電池１４の端子電圧Ｖｔを検出してアナログデジタル変換器２０１へ出力する。なお、制御部２０２が、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を合計して端子電圧Ｖｔを算出するようにしてもよい。

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、充電制御部２１２、及び電流値設定部２１３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、予め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、電圧検出回路１５によって検出される端子電圧Ｖｔが、組電池１４が満充電になったときの端子電圧Ｖｔである満充電電圧Ｖｆｕｌｌより低い電圧値に予め設定された第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低いとき、所定の第１電流値Ｉ１の充電電流を、通信部２０３を用いて充電装置３に要求することにより、充電装置３によって第１電流値Ｉ１の充電電流を組電池１４へ供給させて定電流充電を実行させる。

ここで、二次電池のセルあたりの満充電電圧は、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。従って、例えば二次電池１４１，１４２，１４３が正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池である場合、満充電電圧Ｖｆｕｌｌは、およそ４．２Ｖ×３＝１２．６Ｖとなる。

また、充電制御部２１２は、電圧検出回路１５によって検出される端子電圧Ｖｔが、第１閾値電圧Ｖｔｈ１を超え、かつ満充電電圧Ｖｆｕｌｌに満たないとき、第１電流値Ｉ１より少ない第２電流値Ｉ２の充電電流を充電装置３に要求することにより、充電装置３によって第２電流値Ｉ２の充電電流を組電池１４へ供給させて定電流充電を実行させる。

また、充電制御部２１２は、電圧検出回路１５によって検出される端子電圧Ｖｔが満充電電圧Ｖｆｕｌｌ以上になると、充電装置３によって満充電電圧Ｖｆｕｌｌを充電電圧として組電池１４へ供給させて定電圧充電を実行させる。

なお、組電池１４が満充電になったときの端子電圧Ｖｔを満充電電圧Ｖｆｕｌｌとして用い、組電池１４のトータルの端子電圧である端子電圧Ｖｔに基づいて定電流充電の電流値を制御する例を示したが、充電制御部２１２は、例えば、満充電電圧Ｖｆｕｌｌとして組電池１４に含まれるセルが満充電になったときのセルの端子電圧を満充電電圧Ｖｆｕｌｌとして用い、端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうち、最大の電圧を、端子電圧Ｖｔの代わりに用いるようにしてもよい。

この場合、二次電池１４１，１４２，１４３（各セル）が、例えば正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池であった場合、満充電電圧Ｖｆｕｌｌは、４．２Ｖとなる。ここで、各セルは、複数のセルが並列接続されたセルブロックであってもよい。

そして、充電制御部２１２は、定電圧充電においては、組電池１４に含まれるセルあたりの印加電圧が、１セルあたりの満充電電圧Ｖｆｕｌｌとなるように、充電装置３によって組電池１４に充電電圧を供給させるようにしてもよい。具体的には、充電制御部２１２は、定電圧充電において、１セルあたりの満充電電圧Ｖｆｕｌｌ（例えば４．２Ｖ）に、組電池１４の直列セル数（例えば３）を乗じた電圧（例えば４．２Ｖ×３＝１２．６Ｖ）を、充電装置３から出力されることによって、組電池１４に含まれるセルあたりの印加電圧が、１セルあたりの満充電電圧Ｖｆｕｌｌとなる。

そして、充電制御部２１２は、第１異常対応処理として、電流検出抵抗１６によって検出される電流値Ｉｃが充電装置３に要求した電流値を超える値に設定された異常電流閾値Ｉｔｈを超える場合において、端子電圧Ｖｔが、満充電電圧Ｖｆｕｌｌより低い電圧値に予め設定された第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上になると、第２閾値電圧Ｖｔｈ２を充電電圧として組電池１４に供給させて定電圧充電を実行させる。

なお、第２閾値電圧Ｖｔｈ２は、例えば第１閾値電圧Ｖｔｈ１と同じ電圧値に設定されていてもよく、トータル電圧で制御してもよいが、セル（セルブロック）電圧相当値とし、各セル（セルブロック）の最大電圧値がこの閾値電圧を超えるか否かを判定するようにしてもよい。

そして、充電制御部２１２は、定電圧充電の実行中に、電流検出抵抗１６によって検出された電流値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。充電終止電流値Ｉａは、例えば、０．０２Ｉｔ程度に設定されている。

さらに、充電制御部２１２は、第２異常対応処理として、第１異常対応処理において、電圧検出回路１５によって検出される端子電圧Ｖｔが、充電装置３に要求した第２閾値電圧Ｖｔｈ２を超える値に設定された異常電圧閾値Ｖｔｅを超える場合、スイッチング素子Ｑ２をオフして組電池１４の充電を禁止させる。

電流値設定部２１３は、温度センサ１７によって検出される組電池１４の温度ｔが、組電池１４の充電に適した温度として予め設定された好適温度範囲の範囲外になったとき、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２を減少させる。好適温度範囲は、例えば１０℃以上４５℃以下に設定されている。

具体的には、電流値設定部２１３は、組電池１４の温度ｔが例えば１０℃〜４５℃の好適温度範囲内であれば、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２を、好適温度範囲内における組電池１４の充電に適した電流値に設定する。例えば、第１電流値Ｉ１は０．７Ｉｔに設定され、第２電流値Ｉ２は第１電流値Ｉ１より小さな電流値、例えば０．３５Ｉｔに設定される。

また、温度ｔが例えば１０℃〜４５℃の好適温度範囲外、すなわち１０℃に満たない低温（例えば０℃以上１０℃未満の低温）や４５℃を超える高温（例えば４５℃を超え６０℃以下の高温）になった場合、電流値設定部２１３は、例えば、第１電流値Ｉ１を０．３５Ｉｔに設定し、第２電流値Ｉ２を０．２０Ｉｔに設定する。

なお、電流値設定部２１３は、温度ｔが好適温度範囲の範囲外になったとき、必ずしも第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２の両方を減少させる必要はなく、いずれか一方のみを減少させてもよい。

また、定電流充電の電流値は、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２の２段階に限られず、端子電圧Ｖｔが大きくなるほど小さくなるように、きめ細かく電流値が設定されるようになっていてもよい。

また、電流値設定部２１３は、温度ｔが好適温度範囲から離れるほど第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２が小さくなるように、電流の減少量をきめ細かく設定するようにしてもよい。

また、電流値設定部２１３は、温度ｔが例えば０℃未満の低温や、６０℃を超える高温になった場合は、定電流充電の充電電流値をゼロに設定するようにしてもよい。これにより、過度な低温、高温状態においては充電が停止され、組電池１４の安全性が向上する。

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。横軸は時間の経過を示し、左の縦軸は組電池１４の端子電圧Ｖｔを示し、右の縦軸は組電池１４に流れる充電電流Ｉｃを示している。また、以下の説明において、好適温度範囲内における第１電流値Ｉ１をＩ１Ａ、好適温度範囲外における第１電流値Ｉ１をＩ１Ｂ、好適温度範囲内における第２電流値Ｉ２をＩ２Ａ、好適温度範囲外における第２電流値Ｉ２をＩ２Ｂと記載する。

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が例えば１０℃〜４５℃の好適温度範囲内であれば、電流値設定部２１３によって、第１電流値Ｉ１が例えば０．７０Ｉｔ（Ｉ１Ａ）に設定され、第２電流値Ｉ２が例えば０．３５Ｉｔ（Ｉ２Ａ）に設定される。

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、第１電流値Ｉ１（Ｉ１Ａ）の電流を要求する要求信号が送信される。そうすると、第１電流値Ｉ１（Ｉ１Ａ）の充放電電流Ｉｃが充電回路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）。

そして、充電に伴い組電池１４の端子電圧Ｖｔが上昇する。そして、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上になって、組電池１４が充電電流により劣化しやすい状態になると、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を第１電流値Ｉ１（Ｉ１Ａ）から第２電流値Ｉ２（Ｉ２Ａ）へ変更させる要求信号が送信される。

そうすると、充電回路３５によって、定電流充電における電流値が第１電流値Ｉ１（Ｉ１Ａ）から第２電流値Ｉ２（Ｉ２Ａ）へ変更されて、充電電流が減少される（タイミングＴ２）。この場合、組電池１４の端子電圧Ｖｔが、第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上の満充電電圧Ｖｆｕｌｌ付近の電圧まで上昇して、組電池１４が充電電流により劣化しやすい状態になったときに充電電流が減少するので、定電流充電における組電池１４の劣化が低減される。

ここで、組電池１４の温度ｔが好適温度範囲外であった場合、温度ｔが好適温度範囲内である場合と比べて、充電電流により組電池１４が劣化し易くなる。

しかしながら、組電池１４の温度ｔが好適温度範囲外であった場合、電流値設定部２１３によって、第１電流値Ｉ１が例えば０．３５Ｉｔ（Ｉ１Ｂ）に減少され、第２電流値Ｉ２が例えば０．２０Ｉｔ（Ｉ２Ｂ）に減少されるので、温度ｔが好適温度範囲内である場合よりも好適温度範囲外である場合の方が定電流充電における充電電流が減少される結果、電流値設定部２１３を用いない場合と比べて組電池１４の劣化を低減することができる。

そして、第２電流値Ｉ２による定電流充電で組電池１４が充電されて、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが満充電電圧Ｖｆｕｌｌ以上になると（タイミングＴ３）、充電制御部２１２は、通信部２０３，３６を介して制御部３７へ、満充電電圧Ｖｆｕｌｌの充電電圧を要求する要求信号を送信する。そうすると、満充電電圧Ｖｆｕｌｌ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、定電圧充電に移行する。そして、定電圧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、組電池１４の開路電圧がほぼ満充電電圧Ｖｆｕｌｌ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、ＣＣＣＶ充電が終了する（タイミングＴ４）。

なお、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２は、定電流充電の実行期間中において、電流値設定部２１３によってリアルタイムに更新される。図３は、定電流充電の実行期間中に温度ｔが変化した場合の充電システム１の動作の一例を示す説明図である。

例えば、タイミングＴ５において、温度ｔが上昇するなどして好適温度範囲外になった場合、電流値設定部２１３によって、第１電流値Ｉ１が例えば０．３５Ｉｔ（Ｉ１Ｂ）に減少され、第２電流値Ｉ２が例えば０．２０Ｉｔ（Ｉ２Ｂ）に減少されるので、充電制御部２１２によって、充電装置３へ０．３５Ｉｔ（Ｉ１Ｂ）の充電電流を要求する信号が送信されて、０．３５Ｉｔ（Ｉ１Ｂ）による定電流充電が実行される。

そして、充電に伴い組電池１４の端子電圧Ｖｔが上昇し、第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上になると、充電制御部２１２によって、制御部３７へ、充電電流Ｉｃを第１電流値Ｉ１Ｂ（０．３５Ｉｔ）から第２電流値Ｉ２Ｂ（０．２０Ｉｔ）へ変更させる要求信号が送信される。そうすると、充電回路３５によって、定電流充電における電流値が第２電流値Ｉ２Ｂへ変更されて、充電電流が減少される（タイミングＴ６）。

さらに、タイミングＴ７において、例えば組電池１４の温度ｔが低下するなどして好適温度範囲内になった場合、電流値設定部２１３によって、第１電流値Ｉ１が例えば０．７０Ｉｔ（Ｉ１Ａ）に増大され、第２電流値Ｉ２が例えば０．３５Ｉｔ（Ｉ２Ａ）に増大される。そうすると、充電制御部２１２によって、充電装置３へ０．３５Ｉｔ（Ｉ２Ａ）の充電電流を要求する信号が送信されて、０．３５Ｉｔ（Ｉ１Ｂ）による定電流充電が実行される（タイミングＴ７）。

このように、組電池１４の温度ｔが好適温度範囲外から好適温度範囲内に変化した場合、充電電流が増大されるので、一旦減少された充電電流がそのまま維持される場合と比べて充電時間が短縮される。

ところで、充電装置３に何らかの故障、例えば出力電流値の制御回路に故障が生じると、充電制御部２１２が充電装置３に要求した電流値より、実際に充電装置３から組電池１４へ供給される電流値が増大して組電池１４を劣化させてしまうおそれがある。

そこで、例えば電流検出抵抗１６やアナログデジタル変換器２０１による電流検出誤差が△ｉであった場合、充電制御部２１２は、第１異常対応処理として、充電装置３に第１電流値Ｉ１を要求したときは、その第１電流値Ｉ１に△ｉを加算した値を第１電流値Ｉ１に対する異常電流閾値Ｉｔｈ（Ｉ１）として設定し、充電装置３に第２電流値Ｉ２を要求したときは、その第２電流値Ｉ２に△ｉを加算した値を第２電流値Ｉ２に対する異常電流閾値Ｉｔｈ（Ｉ２）として設定する。

そうすると、電流検出抵抗１６によって検出される電流値Ｉｃは、充電装置３が正常であれば異常電流閾値Ｉｔｈを超えないはずであるから、もし電流値Ｉｃが異常電流閾値Ｉｔｈを超えた場合、充電装置３に何らかの異常が生じていると考えられ、組電池１４を劣化させてしまうおそれがある。

そこで、充電制御部２１２は、電流検出抵抗１６によって検出される電流値Ｉｃが異常電流閾値Ｉｔｈを超える場合、端子電圧Ｖｔが満充電電圧Ｖｆｕｌｌまで上昇する前に、端子電圧Ｖｔが、満充電電圧Ｖｆｕｌｌより低い電圧値に予め設定された第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上になると、第２閾値電圧Ｖｔｈ２を充電電圧として、すなわち満充電電圧Ｖｆｕｌｌより低い電圧で、充電装置３によって組電池１４を定電圧充電させる。

図４は、例えば充電装置３における充電回路３５等の電流制御回路の故障によって、充電制御部２１２の要求電流より充電装置３の出力電流が多くなった場合の第１異常対応処理の一例を説明するための説明図である。図４に示す例では、第２閾値電圧Ｖｔｈ２は、満充電電圧Ｖｆｕｌｌより低く、かつ第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い電圧値に設定されている。

図４に示す例では、充電制御部２１２が第１電流値Ｉ１Ａを充電装置３に要求しているタイミングＴ１〜Ｔ２において、電流検出抵抗１６によって検出される電流値Ｉｃが、異常電流閾値Ｉｔｈ（Ｉ１）を超えている。

そうすると、充電制御部２１２は、電圧検出回路１５によって検出された端子電圧Ｖｔが、第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上になったタイミングＴ８において、充電装置３に第２閾値電圧Ｖｔｈ２の電圧出力を要求して以後、定電圧充電に切り替える。

この場合、もし仮に、充電装置３が、充電制御部２１２が要求している電流値（第１電流値Ｉ１Ａ）を超えているにもかかわらず、端子電圧Ｖｔが満充電電圧Ｖｆｕｌｌになるまで定電流充電を継続したとすれば、組電池１４の劣化が生じやすい満充電電圧Ｖｆｕｌｌ付近まで充電制御部２１２の要求電流を超える充電電流が組電池１４に流れて劣化するおそれがある。

しかしながら、充電制御部２１２は、端子電圧Ｖｔが第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上になったタイミングＴ８において、充電装置３に第２閾値電圧Ｖｔｈ２の電圧出力を要求して定電圧充電に切り替えるので、タイミングＴ８以後の充電電流が減少する結果、組電池１４が劣化するおそれが低減される。

このように、充電装置３の電流制御回路が故障していても、電圧制御は正常にできる場合があるので、定電流充電から、満充電電圧Ｖｆｕｌｌより低い第２閾値電圧Ｖｔｈ２での定電圧充電に切り替えることにより、組電池１４が劣化するおそれを低減しつつ、組電池１４を使い続けることが可能となる。

例えば、組電池１４が、電気自動車等の電源として使用されている場合、何らかの異常があっても直ちに使用を禁止してしまうと支障を生じるおそれがある。そこで、例え充電装置３が故障しているおそれがあっても、可能な範囲で組電池１４の使用を継続するようにすることが望ましく、充電制御回路４は、このような用途に好適である。

なお、第２閾値電圧Ｖｔｈ２が第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い電圧値に設定される例を示したが、第２閾値電圧Ｖｔｈ２は第１閾値電圧Ｖｔｈ１以下の電圧値に設定されていてもよい。

また、異常電流閾値Ｉｔｈが、要求電流値に応じて変化する例を示したが、異常電流閾値Ｉｔｈは、例えば充電制御回路４が充電装置３に要求する可能性のある最大の電流値である第１電流値Ｉ１Ａより大きい電流値に固定的に設定されていてもよい。

ここで、例えば充電装置３の出力電圧値の制御回路にも故障が生じる等して充電制御部２１２が充電装置３に要求した電圧値より、実際に充電装置３から組電池１４へ供給される電圧値が大きくなると、組電池１４を劣化させたり、安全性が低下したりするおそれがある。

そこで、充電制御部２１２は、第２異常対応処理を実行する。図５は、充電制御部２１２による第２異常対応処理を説明するための説明図である。

まず、例えば電圧検出回路１５やアナログデジタル変換器２０１による電圧検出誤差が△ｖであった場合、充電制御部２１２は、第２異常対応処理として、充電装置３に要求した電圧値、例えば第２閾値電圧Ｖｔｈ２に△ｖを加算した値を異常電圧閾値Ｖｔｅとして設定する。

そして、充電制御部２１２は、タイミングＴ１〜Ｔ８において、上述の第１異常対応処理を実行する。そして、充電電圧（要求電圧）を第２閾値電圧Ｖｔｈ２とする定電圧充電が実行されている期間中においても端子電圧Ｖｔの上昇が継続し、端子電圧Ｖｔが異常電圧閾値Ｖｔｅを超えた場合、充電装置３に何らかの異常が生じていると考えられる。

そこで、充電制御部２１２は、端子電圧Ｖｔが異常電圧閾値Ｖｔｅを超えると（タイミングＴ９）、スイッチング素子Ｑ２をオフして充電を禁止することで、充電装置３の異常に起因して組電池１４が劣化したり、安全性が低下したりするおそれを低減する。

なお、異常電圧閾値Ｖｔｅは、第２閾値電圧Ｖｔｈ２に△ｖを加算した値に限られず、例えば満充電電圧Ｖｆｕｌｌと同じ電圧値に設定されていてもよい。

同様に、各制御閾値（Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２，Ｖｔｅ）をセル（セルブロック）電圧相当で制御することが望ましい。即ち、充電時にはセル電圧が最大のセルが最も劣化していることが推定できるので、各セルブロックの電圧を測定しその最大電圧値が、この閾値電圧を超えるか否かで制御することが劣化抑制には望ましい。

また、保護回路４は、電流値設定部２１３を備えない構成としてもよい。また、充電制御部２１２は、第１異常対応処理や第２異常対応処理を実行しない構成としてもよい。

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。

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
１１，１２，１３，３１，３２，３３ 接続端子
１４ 組電池
１５ 電圧検出回路
１６ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
３５ 充電回路
３６，２０３ 通信部
３７，２０２ 制御部
１４１，１４２，１４３ 二次電池
２０１ アナログデジタル変換器
２１１ 保護制御部
２１２ 充電制御部
２１３ 電流値設定部
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｉ１，Ｉ１Ａ，Ｉ１Ｂ 第１電流値
Ｉ２，Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂ 第２電流値
Ｉａ 充電終止電流値
Ｉｔｈ 異常電流閾値
Ｖｔ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 端子電圧
Ｖｆｕｌｌ 満充電電圧
Ｖｔｅ 異常電圧閾値
Ｖｔｈ１ 第１閾値電圧
Ｖｔｈ２ 第２閾値電圧

Claims (7)

1. 二次電池を充電する充電部の動作を制御する充電制御部と、
   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備え、
   前記充電制御部は、
   前記電流検出部によって検出される電流値が、前記充電部へ要求した電流値を超える値に設定された異常電流閾値を超える場合において、前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が、前記二次電池が満充電になったときの端子電圧である満充電電圧より低い電圧値に予め設定された第２閾値電圧以上になると、当該第２閾値電圧の充電電圧を前記充電部へ要求し、前記二次電池に供給させて定電圧充電を実行させる第１異常対応処理を実行する充電制御回路。
2. 前記充電制御部は、
   前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が、前記二次電池が満充電になったときの端子電圧である満充電電圧より低い電圧値に予め設定された第１閾値電圧より低いとき、所定の第１電流値の充電電流を前記充電部に要求することにより、当該充電部によって当該充電電流を前記二次電池へ供給させて定電流充電を実行させ、
   前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が前記第１閾値電圧を超え、かつ前記満充電電圧に満たないとき、前記第１電流値より少ない第２電流値の充電電流を前記充電部に要求することにより、当該充電部によって当該充電電流を前記二次電池へ供給させて定電流充電を実行させ、
   前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が前記満充電電圧以上になると、前記充電部によって、当該満充電電圧を充電電圧として前記二次電池に供給させて定電圧充電を実行させる請求項１記載の充電制御回路。
3. 前記二次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って検出される温度が、前記二次電池の充電に適した温度として予め設定された好適温度範囲の範囲外になったとき、前記第１及び第２電流値のうち少なくとも一方を減少させる電流値設定部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項２記載の充電制御回路。
4. 前記二次電池の充電を禁止する充電禁止部をさらに備え、
   前記充電制御部は、
   前記第１異常対応処理において、前記電圧検出部によって検出される二次電池の端子電圧が、前記充電部へ要求した前記第２閾値電圧を超える値に設定された異常電圧閾値を超える場合、前記充電禁止部によって、前記二次電池の充電を禁止させる第２異常対応処理を実行すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御回路。
5. 前記二次電池は、
   複数のセルが組み合わされた組電池であり、
   前記電圧検出部は、
   前記複数のセルの端子電圧をそれぞれ検出し、
   前記充電制御部は、
   前記組電池が満充電になったときの１セルあたりの端子電圧を、前記満充電電圧として用い、
   前記電圧検出部によって検出された前記各セルの端子電圧のうち、最大の電圧を、前記二次電池の端子電圧として用い、
   前記定電圧充電においては、前記二次電池に含まれるセルあたりの印加電圧が、前記１セルあたりの満充電電圧となるように、前記充電部によって前記二次電池へ充電電圧を供給させること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の充電制御回路。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電制御回路と、
   前記二次電池と、
   を備えることを特徴とする電池パック。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電制御回路と、
   前記二次電池と、
   前記充電部と
   を備えることを特徴とする充電システム。