JP3228668B2 - 二次電池パックを用いた電源装置 - Google Patents
二次電池パックを用いた電源装置Info
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Description
ュータや携帯電話機その他の電子機器に用いられる二次
電池パックを用いた電源装置に係り、特に非水溶媒系二
次電池や鉛蓄電池などの二次電池を有する二次電池パッ
クを用いた電源装置に関する。
格のリチウムイオン二次電池は、出力電圧の大きさから
コンパクトな二次電池パックを構成するのに有利であ
り、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯用カメ
ラ一体型ビデオテープレコーダおよびAV機器等の各種
電子機器の電源として好適である。
系二次電池や鉛蓄電池では、充電方式として定電流定電
圧充電方式が多くとられている。これは電池電圧が設定
値に到達するまでは一定の大電流で充電し、電池電圧が
設定値に到達すると電池電圧を一定に保つように充電電
流を下げて充電を行う充電方式である。従って、この定
電流定電圧充電方式が適用される二次電池パックには、
充電制御系のトラブルや、充電用電源に異種電源を誤っ
て使用した場合等による過電圧充電を防ぐための保護回
路が組み込まれている。この保護回路は、電池電圧が所
定の充電禁止電圧に達したとき充電を停止させるように
構成される。
電の時間が長くかかるために急速充電が難しいという問
題があった。この問題を解決する充電方式として、定電
流充電中の電池電圧(閉回路電圧)CVが所定の設定値
に到達したときに、定電圧充電に切り替えるのではな
く、定電流を間欠的に供給する定電流間欠充電に切り替
え、定電流を供給していない状態における電池電圧(開
放電圧)OVが設定値に到達したとき充電を終了する方
式が提案されている(例えば特開平6−325795号
公報)。この充電方式によれば、定電流充電後の充電時
間が短くなり、定電流定電圧方式に比較して急速充電が
可能となる。
は、開放電圧OVが設定値に到達する前に閉回路電圧C
Vが電池の内部インピーダンス上昇等により保護回路に
設定された充電禁止電圧に到達してしまうことがあるた
め、定電流間欠充電時には予め保護動作を禁止する保護
動作制御回路が付加されている。
する保護動作制御回路を付加することは安全上問題があ
り、また定電流間欠充電時に充電器側から電池パック側
に保護制御回路を作動させるための識別信号を送る必要
があることから、制御が複雑になってしまうという問題
が新たに発生する。
流充電後に間欠充電に切り替える方式の従来の充電器で
は、二次電池の開放電圧が設定値に到達する前に閉回路
電圧が保護回路の充電禁止電圧に到達して充電が終了し
てしまうことを避ける目的で、定電流間欠充電時に予め
保護動作を禁止する保護動作制御回路を付加しているた
め、安全上問題があると共に、定電流間欠充電時に充電
器側から電池パック側に保護制御回路を作動させるため
の識別信号を送る必要があり、制御が複雑になってしま
うという問題があった。本発明は、安全性を損なうこと
なく二次電池を定電流間欠充電によって急速充電できる
二次電池パックを用いた電源装置を提供することを目的
とする。
め、本発明は二次電池および該二次電池の端子電圧が充
電禁止電圧に達したとき充電を禁止する保護回路を有す
る電池パックと、二次電池を充電当初は定電流充電し、
この定電流充電時に二次電池の端子電圧が第1の設定値
に到達したとき二次電池に定電流を間欠的に供給する定
電流間欠充電に切り替える充電器とにより構成される電
源装置において、電池パック内の保護回路は、二次電池
の端子電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手
段により検出された端子電圧が充電禁止電圧に達したと
き充電器による二次電池の充電を禁止するスイッチ手段
と、電圧検出手段に対して定電流間欠充電の間欠オン時
間より長い所定の不感応時間を設定する不感応時間設定
手段とを有することを特徴とする。
検出に不感応時間を設けたことにより、定電流間欠充電
時に二次電池の端子電圧が充電禁止電圧に達しても、不
感応時間の間は保護回路が働くことがなく、定電流間欠
充電が続行するので、高速充電が可能となる。そして万
一、不感応時間より長い時間にわたって閉回路電圧が充
電禁止電圧を越えた場合には、直ちに充電が禁止され
る。このため、従来のように定電流間欠充電時に保護回
路の保護動作を禁止する保護動作制御回路を付加する必
要がなく、急速充電時の安全性が確保されるとともに、
充電器側から電池パック側に保護動作制御回路を作動さ
せるための識別信号を送る必要がないので、制御も簡単
となる。
時間における二次電池の端子電圧が充電禁止電圧より低
くかつ第1の設定値より高い値に設定された第2の設定
値に達したとき、二次電池の充電を終了するように充電
器を構成したことを特徴とする。このように、充電終了
の開放電圧値を保護回路に設定された充電禁止電圧より
低く、かつ定電流充電から定電流間欠充電に切り替える
際の閉回路電圧である第1の設定値より高く設定するこ
とにより、定電流定電圧充電と同様の充電後休止電圧と
充電容量がより短い充電時間で得られる。
ン時間を間欠オフ時間と同等以上としたことを特徴とす
る。このようにすることにより、満充電を行わない場合
でも定電流定電圧充電より高速の充電が可能となる。
参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る
電池パック10および充電器20を有する電源装置の構
成図である。電池パック10は、二次電池11と保護回
路12からなる。保護回路12は二次電池11を過電圧
充電から保護する回路であり、電池パック10の外部接
続端子a−1,b−1間に二次電池11と直列に接続さ
れたスイッチ回路13と、二次電池11の端子電圧を検
出してスイッチ回路13を制御する電圧検出回路14
と、この電圧検出回路14に接続された不感応時間設定
回路15を有し、基本的には、二次電池11の充電時の
端子電圧(閉回路電圧)CVが充電禁止電圧に達したと
き、電圧検出回路14の出力によりスイッチ回路13を
オフとして充電器20から充電電流を遮断することによ
って、二次電池11を過電圧充電から保護する機能を有
する。
出回路14が二次電池11の端子電圧Vに感応しない不
感応時間、言い換えれば端子電圧Vが充電禁止電圧V1
に達してもスイッチ回路13をオフにさせない時間を設
定する。この不感応時間設定回路15により設定される
不感応時間は、予め充電器20による定電流間欠充電の
間欠オン時間より長い時間に定められている。従って、
電圧検出回路14は定電流間欠充電時の閉回路電圧CV
には感応しないが、不感応時間より長時間にわたる閉回
路電圧CVおよび開放電圧OVには感応し、定電流間欠
充電の間欠オン時間(定電流間欠充電において二次電池
11に充電電流を間欠的に流す単位時間)より長い時間
にわたって端子電圧Vが充電禁止電圧電圧V1 に達す
ると、スイッチ回路13がオフとなり、充電が禁止され
る。
電流回路22と、スイッチ回路23と、電圧検出回路2
4と、電流検出用抵抗25と、電流検出回路26と、制
御回路27およびタイマ28により構成される。定電流
回路22とスイッチ回路23および電流検出用抵抗25
は、充電器20の外部接続端子a−2,b−2間に充電
用電源21と直列に接続される。電圧検出回路24は、
外部接続端子a−2,b−2を介して二次電池11の端
子電圧Vを検出し、電流検出回路26は外部接続端子a
−2,b−2間を電流検出用抵抗25を通して流れる電
流、すなわち二次電池11の充電電流を電圧として検出
する。制御回路20は、これら電圧検出回路24および
電流検出回路26からの検出信号に基づいて定電流回路
22およびスイッチ回路23を制御する回路であり、例
えばマイクロコンピュータにより構成される。タイマ2
8は、制御回路27に付設されている。
特性図を参照して説明する。なお、図2は充電時の二次
電池11の充電電流Iおよび端子電圧Vの時間変化を示
している。
0の外部接続端子a−1,b−1と充電器20の外部接
続端子a−2,b−2とが接続される。充電初期には、
制御回路27からの制御によって定電流回路22が充電
用電源21からの供給される電力より定電流I0 を生成
し、これが制御回路27によりオン状態に制御されてい
る充電器20内のスイッチ回路23を介して、二次電池
11に充電電流Iとして供給される。このとき、電池パ
ック10内のスイッチ回路13も電圧検出回路14の出
力によりオン状態に制御されている。
定電流回路22〜スイッチ回路23〜端子a−2〜端子
a−1〜二次電池11〜スイッチ回路13〜端子b−1
〜端子b−2〜電流検出用抵抗25〜充電用電源21の
経路で電流が流れ、二次電池11は定電流回路22で生
成された定電流I0 によって充電される。図2に示すよ
うに、この定電流I0 による充電が開始されると、二次
電池11の端子電圧Vは徐々に増加する。
出回路24は、電池パック10内の二次電池11の端子
電圧Vを検出している。そして、この定電流I0 による
充電が進んで端子電圧Vが第1の設定値(基準動作電
圧)V0 に達すると、電圧検出回路24からの検出信号
に基づき制御回路27はスイッチ回路23をタイマ28
で予め設定した所定時間毎にオン・オフさせ、定電流回
路22により生成される定電流I0 が間欠的に二次電池
11に供給されるようにする。すなわち、二次電池11
の充電動作は、連続定電流充電から定電流間欠充電に移
行する。なお、この定電流間欠充電における電流オンお
よび電流オフの時間をそれぞれ間欠オン時間および間欠
オフ時間という。
に示されるように二次電池11の端子電圧Vは閉回路電
圧(CV値)、開放電圧(OV値)とも徐々に上がって
ゆくが、CV値が電池パック10内の保護回路12で設
定された充電禁止電圧V1 に到達しても、不感応時間設
定回路15で設定された不感応時間より短い間欠オン時
間の間欠充電であれば、電圧検出回路14はそのCV値
に感応しないため、定電流間欠充電は継続される。すな
わち、定電流間欠充電時に二次電池11の内部インピー
ダンスの上昇等の原因で端子電圧Vが一時的に充電禁止
電圧に達した場合には、充電が終了してしまうことはな
く、定電流間欠充電による急速充電が可能となる。
感応時間より長い時間にわたりCV値が充電禁止電圧V
1 を越えた場合には、直ちに充電が禁止されるので、安
全性が確保される。
が第1の設定値V0 と充電禁止電圧V1 の間に予め設定
された第2の設定値(充電終了電圧)V2 に到達した時
点で終了される。すなわち、充電器20内の電圧検出回
路24で検出される定電流間欠充電における間欠オフ時
の二次電池11の端子電圧(開放電圧)が第2の設定値
V2 になると、制御回路27によりスイッチ回路23が
オフとなり、充電が終了する。
終了後の休止電圧がほぼ第1の設定値V0 になるように
設定するか、あるいは二次電池11の充電容量が定電流
定電圧充電時の満充電容量に相当する充電容量に到達す
る程度の電圧に選べばよい。こうすることにより、定電
流定電圧充電と同様の充電後休止電圧と充電容量をより
短い充電時間で得ることができる。これらの制御は、制
御回路27にマイクロコンピュータを用いることでより
簡単に実現できる。次に、本実施形態による効果を表1
に示す具体的なデータに従って説明する。
次電池の代表例として、LSQ863448B(定格電
流900mAh)を用いた充電特性であり、定電流定電
圧充電と、定電流間欠充電の時間間隔および間欠オン時
間、間欠オフ時間を変えた定電流間欠充電を比較したデ
ータである。なお、いずれのデータも間欠オン時間を間
欠オフ時間と同等以上に設定している。また、不感応時
間設定回路15により設定される不感応時間は4秒とし
ている。
の間欠充電が可能であることが分かる。充電終了時閉回
路電圧CVEは、定電流間欠充電のいずれのデータでも
充電禁止電圧4.35Vを越えているが、充電禁止は起
こらなかった。また、充電時間は定電流定電圧充電に比
べ1/3〜1/2程度に短くなっている。予定した通り
の充電制御ができていることが分かる。
電容量に着目してみると、以下のことが分かる。 (1)いずれの条件でも、放電容量は充電容量にほぼ一
致し、充放電効率はほぼ100%であり、良好な充電が
なされている。
VE20(充電終了後20分休止)に依存しており、充
電終了時開放電圧OVEが同じ4.2Vであっても、定
電流間欠充電における間欠デューティ比(間欠オン時間
/[間欠オン時間+間欠オフ時間])が大きいほどOV
E20値が小さく、得られる放電容量が小さい。これ
は、間欠デューティ比が大きいほど早く開放電圧OVが
4.2Vに到達するので、充電終了時開放電圧OVEが
4.2Vであっても、定電流定電圧充電相当の満充電状
態にはならない傾向にある。それでも、表1中に示した
定電流定電圧充電時の放電容量Aに対する定電流間欠充
電時の放電容量Bの比B/Aのデータから分かるよう
に、約90%以上の放電容量が得られている。この振る
舞いは、電池内部の反応熱の影響と考えられる。すなわ
ち、定電流充電時の反応熱により上昇した電池温度は、
定電流定電圧充電では定電圧充電に切り替わると充電電
流の急激な減少にしたがって降下し、充電終了時にはほ
とんど周囲温度と同じになるが、定電流間欠充電では定
電流充電から間欠充電に切り替わっても電流値は変わら
ないため、間欠デューティ比が大きいほど、その電池温
度降下が小さくなると考えられる。
定電圧充電相当の放電容量を得るには、充電終了時開放
電圧OVEを4.20Vより大きく、充電禁止電圧の下
限である4.30Vより小さい値に設定することにより
可能であることが分かる。また、4.20Vで充電を終
了したときに比較しての充電時間の延長も5〜10分程
度で済んでいる。表1には、OVEが4.20V,4.
25V,4.28Vの例を示したが、装置の設定精度を
考慮すると、OVE=4.25V±0.05Vが適当で
ある。また、充放電効率がほぼ100%であるので、充
電容量管理としてはタイマによる時間管理も可能であ
り、充電容量相当の時間で充電を終了とすることができ
る。
池パック内に設けられる電池を過電圧充電から保護する
ための保護回路での電圧検出に定電流間欠充電の間欠オ
ン時間より長い不感応時間を設けたことによって、定電
流間欠充電時に二次電池の端子電圧が充電禁止電圧に達
しても、不感応時間の間は保護回路が働くことがなく、
定電流間欠充電が続行するので、高速充電が可能とな
り、不感応時間より長い時間にわたって閉回路電圧が充
電禁止電圧を越えた場合には、直ちに充電が禁止され
る。
護動作を禁止する保護動作制御回路を付加する必要がな
く、急速充電時の安全性が確保されるとともに、充電器
側から電池パック側に保護動作制御回路を作動させるた
めの識別信号を送る必要がないので、制御も簡単となる
という利点がある。
保護回路に設定された充電禁止電圧より低く、かつ定電
流充電から定電流間欠充電に切り替える際の閉回路電圧
である第1の設定値より高く設定することにより、定電
流定電圧充電と同様の充電後休止電圧と充電容量をより
短い充電時間で得ることができる。
オン時間を間欠オフ時間と同等以上に設定することによ
り、満充電を行わない場合でも定電流定電圧充電より高
速の充電が可能となる。
電器を有する電源装置の構成を示すブロック図
Claims (2)
- 【請求項1】二次電池および該二次電池の端子電圧が充
電禁止電圧に達したとき充電を禁止する保護回路を有す
る電池パックと、前記二次電池を充電当初は定電流充電
し、この定電流充電時に前記二次電池の端子電圧が第1
の設定値に到達したとき前記二次電池に定電流を間欠的
に供給する定電流間欠充電に切り替える充電器とにより
構成される電源装置において、 前記保護回路は、前記二次電池の端子電圧を検出する電
圧検出手段と、この電圧検出手段により検出された端子
電圧が充電禁止電圧に達したとき前記充電器による前記
二次電池の充電を禁止するスイッチ手段と、前記電圧検
出手段に対して前記定電流間欠充電の間欠オン時間より
長い所定の不感応時間を設定する不感応時間設定手段と
を有し、 前記充電器は、前記定電流間欠充電の間欠オフ時間にお
ける前記二次電池の端子電圧が前記充電禁止電圧より低
くかつ前記第1の設定値より高い値に設定された第2の
設定値に達したとき前記二次電池の充電を終了する こと
を特徴とする二次電池パックを用いた電源装置。 - 【請求項2】前記定電流間欠充電の間欠オン時間は間欠
オフ時間と同等以上であることを特徴とする請求項1に
記載の二次電池パックを用いた電源装置。
Priority Applications (1)
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JP02134096A JP3228668B2 (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | 二次電池パックを用いた電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP02134096A JP3228668B2 (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | 二次電池パックを用いた電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09215209A JPH09215209A (ja) | 1997-08-15 |
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Family
ID=12052387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP4557569B2 (ja) * | 2004-02-25 | 2010-10-06 | 株式会社マキタ | 電池パック |
JP5673470B2 (ja) * | 2011-09-21 | 2015-02-18 | 三菱自動車工業株式会社 | 充電装置 |
-
1996
- 1996-02-07 JP JP02134096A patent/JP3228668B2/ja not_active Expired - Fee Related
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