JP4112478B2

JP4112478B2 - 電池パックの充電装置

Info

Publication number: JP4112478B2
Application number: JP2003384744A
Authority: JP
Inventors: 俊彦市瀬; 克巳高津; 雅弘高田; 雅敏永山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP2005151683A

Description

本発明は、電池パックの充電装置に関する。

現在携帯用電子・電気機器においては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池が電源装置として使用されている。リチウムイオン電池の単位重量当たりのエネルギー密度は、ニッケル水素電池の単位重量当たりのエネルギー密度の約２倍に達する。このため、最近の携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータの電池パックはリチウムイオン電池が主流になりつつある。
電動工具用電池パックは、パーソナルコンピュータ、携帯電話用等の電池パックと比較して高圧である２４Ｖ〜３６Ｖの電圧を出力する。パーソナルコンピュータ等の電池パックとして多く使用されているニッケル水素電池は、電池セル当たりの発電電圧が小さい故に、３６Ｖの電圧を発生しようとすれば多くの電池セルを直列に接続する必要があり、実用的ではない。リチウムイオン電池１本（以下「セル」と呼ぶ。）当たりの出力電圧は高く（３．６〜３．７Ｖである。）、単位重量当たりのエネルギー密度も高い。従って、リチウムイオン電池を用いた電池パックは、電動工具用電池パックとして適している。

特許文献１（特開平６−１２１４６８号公報）に、従来例の二次電池の充電方法が開示されている。図９は、従来例の二次電池の充電方法における電流と電圧の変化を示す図である。図９において、横軸は充電時間（単位：分）を表し、縦軸は充電電流（単位：Ａ）及び充電電圧（単位：Ｖ）を表す。９０１は充電電流の変化を示し、９０２は電圧の変化を示す。
充電装置は、電流５Ｃで定電流充電を行う。二次電池の開放電圧が基準電圧５Ｐを越えると、充電装置は電流を３Ｃに切り換えて定電流充電を行う。二次電池の開放電圧が基準電圧３Ｐを越えると、充電装置は電流を２Ｃに切り換えて定電流充電を行う。二次電池の開放電圧が基準電圧２Ｐを越えると、充電装置は電流を１Ｃに切り換えて定電流充電を行う。二次電池の開放電圧が基準電圧１Ｐを越えると、充電装置は充電処置を終了する。

また、電池の温度により充電電圧−充電量の特性は変化する。これに対応した他の従来例の二次電池の充電方法がある。他の従来例において、基準電圧を常温では４．２Ｖ、高温では４．１Ｖ、低温では４．２５Ｖとする。これにより、電池の温度による充電電圧−充電量の特性を補正することができる。

特開平６−１２１４６８号公報

上記の様に、リチウムイオン電池のセルの公称電圧は３．６〜３．７Ｖである。一般に携帯用パーソナルコンピュータは１０〜１５Ｖ程度の電圧で駆動するため、リチウムイオン電池を３、４本を直列につないで所定の電圧を出力する。これに対して、電動工具は、２４Ｖ〜３６Ｖ程度の電圧で駆動されるため、電池を６〜１０本直列に接続した電池パックをその電源に使用する。

６〜１０本の電池を直列につないだ電池パックを従来例の二次電池の充電方法で充電した場合について考える。各電池の劣化具合や温度差等の条件により、各電池に係る負荷がばらつき、均等に充電されないという問題がある。また、リチウムイオン電池は過充電すると一気に劣化が進んでしまう。それ故に、リチウムイオン電池の過充電を絶対に防止する必要がある。
電池パックの中の個々の電池の充電状態は同一ではない。全体としてはまだまだ充電可能状態であるが（電池パック全体の開放電圧が所定値未満）、１つの電池が過充電状態になる場合もある。このような場合、従来例の充電方法によれば、電池パック全体として所定の電圧になるまで充電を継続する故に、一部のリチウムイオン電池の劣化が急速に進行してしまうという問題があった。
また、他の従来例の二次電池の充電方法において、基準電圧を温度によって変更する方法が用いられているがマイクロコンピュータを使って温度による各セル電圧の判定値を変えるため、電池パック内部の回路が複雑で高価になるという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、過充電による電池の劣化を防ぐことができる電池パックの充電装置を提供することを目的とする。
本発明は、温度によって基準電圧を可変させることなく、温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を提供することを目的とする。
本発明は、過充電による電池の劣化を防ぐことができる、複数のリチウムイオン電池を直列に接続した電池パックの充電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、
直列接続した複数の電池と、少なくとも１個の前記電池の電圧が所定値以上であるか否かを示す状態信号を出力する充電電圧情報生成部と、前記電池の温度を測定し前記温度の情報を出力する温度検出部と、を有する電池パックを充電するための充電電流を出力する電源と、前記充電電流を検出する電流検出器と、前記充電電流が目標電流に近づくように前記電源を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記電池の温度が所定値未満であれば充電を継続し、前記電池パックから送られた前記状態信号が少なくとも１個の前記電池の電圧が所定値以上であることを示す場合、前記目標電流を現在の値より小さな値に変更し、前記電池の温度が所定値以上であれば充電を停止し、その際、前記電池の温度の所定値を、充電電流が小さい程低くすることを特徴とする電池パックの充電装置である。

一般に劣化した電池は内部抵抗が大きい故に、大電流で劣化した電池を充電すると、その電池の両端電圧（電池の出力電圧をＥ、内部抵抗をＲｉｎ、充電電流をＩとすると、両端電圧Ｖは、Ｖ＝Ｅ＋Ｒｉｎ・Ｉになる。）は上限値を超え易い。又、その内部温度上昇は大きい（内部での単位時間当たりの発熱量ＷはＷ＝Ｒｉｎ・Ｉになる。）。しかし、小電流で電池パックを充電したのでは、充電に長時間かかり実用的ではない。最初は大電流で電池パックを充電し、その後定電圧で電池パックを充電する方法もある。しかし、電池パックを定電圧で充電すると、内部抵抗が大きい劣化した電池に、それ以外の正常な電池より大きな分圧が印加される。そのため、電池パック全体では適正な電圧に充電していても、内部抵抗が大きい劣化した電池は過充電になる恐れがある。これは、特に、過充電を絶対に防止する必要があるリチウムイオン電池の充電装置において問題である。

本発明においては、個々の電池の電圧を監視しつつ、１つでも電池の両端電圧が上限値を超えると、充電電流を順次小さな値に切り換える。充電電流の値を小さくすることにより電池の両端電圧は小さくなる故に、過充電を防止しつつ、短時間で電池を満充電状態まで充電することが出来る。特に内部抵抗の大きなリチウムイオン電池においては、過充電を防止する大きな効果が得られる。
本発明は、各電池の電圧を検出することにより、過充電による電池の劣化を防ぐ電池パックの充電装置を実現できるという作用を有する。
本発明は、順次電流値を減らしながら定電流で充電を行うことにより、各電池の劣化具合等にかかわらず全電池を均等に充電する電池パックの充電装置を実現できるという作用を有する。
本発明の充電装置が有する目標電流の値の数（順次減少させていく目標電流の段数）は任意である。少なくとも、複数の値の１つの目標電流と、それより小さな値であり且つ０でない他の目標電流とを有する。

リチウムイオン電池の開放端子電圧と充電された電気量との関係において温度依存性は少ない。しかし、内部抵抗は温度に依存するため、充電中の端子電圧の判定値は温度によって可変させる事が望ましい。本発明においては、所定の状態に達した後、温度に応じた時間だけ現在の電源電流を継続する。一般に、温度が高い程継続時間を短くする（即ち、温度が低い時は継続時間を長くし、所定の電圧より高い電圧まで充電する。）。本発明は、一定の目標電圧を用いて、温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を実現できるという作用を有する。

例えばリチウムイオン電池の場合、前述のように内部抵抗の温度依存性が大きい。充電量の管理は電池へ電流を流し込みながら端子電圧を測定するため、温度が低い場合内部抵抗が大きくなり充分に充電されない状態で充電が終了してしまう。そこで、充電電流をさらに減らして充電を継続することにより、充電時間は長くなるが内部抵抗の影響を減らすことができる。これにより、温度が低い場合でも常温の場合の充電量と同じ電気量を充電することができる。
また、温度が高い場合１００％所定の容量まで充電して放置すると電池が劣化してしまう。そこで、所定の温度以上では温度が低い場合とは逆に充電電流を減らしていくステップを早めに終了することによって故意に充電量を減らすことができる。

本発明においては、電池の温度を監視し、且つ充電電流が小さい程（電池が満充電に近づく程）、電池の温度の許容上限値を低くする。リチウムイオン電池は、満充電状態に近い程、電池の温度が上限値を超えた場合に劣化が進み易い。本発明は、電池の内部温度が上限値を超えることを防止する更に安全な充電装置を実現する。

請求項２に記載の発明は、前記電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの充電装置である。上記の様に、本発明は特にリチウムイオン電池の充電装置において大きな効果を奏する。
本発明は、過充電を防止し、リチウムイオン電池の性能が著しく低下することがない電池パックの充電装置を実現できるという作用を有する。

本発明によれば、各電池の充電電圧を検出することにより、過充電による電池の劣化を防止する電池パックの充電装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、温度によって基準電圧を可変させることなく、温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、過充電による電池の劣化を防ぐことができる、複数のリチウムイオン電池を直列に接続した電池パックの充電装置を実現できるという有利な効果が得られる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

《実施の形態１》
図１〜図３を用いて、実施の形態１の電池パックの充電方法及び装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の電池パック及び充電装置の構成を示すブロック図である。図１において、１０１は電池パック、１０２は充電装置である。電池パック１０１は、電動工具用の電池パック、充電装置１０２はその充電装置である。電池パック１０１は、１０個の二次電池１１１〜１２０、５個の電圧比較器１２１〜１２５、温度検知部（正特性サーミスタ）１２６、充電電圧情報生成部（５入力ＮＯＲ回路）１２７、安全回路１２８、抵抗１２９、ヒューズ１３０、１３１、第１の電源電圧端子１３２、温度情報出力端子１３３、充電電圧情報出力端子１３４、第２の電源電圧端子１３５を有する。充電装置１０２は、電源１４１、ダイオードブリッジ１４２、電流可変部１４３、電流検出器１４４、制御部１４５、スイッチング素子１４６、電圧検出器１４７、操作表示部１４８、第１の電源電圧端子１５２、温度情報入力端子１５３、充電電圧情報入力端子１５４、第２の電源電圧端子１５５を有する。本実施の形態においては、二次電池１１１〜１２０はリチウムイオン電池である。実施の形態１の電流可変部１４３は、降圧型スイッチング電源回路である。

充電装置１０２において、電源１４１は、交流電源である商用電源ＡＣ１００Ｖであり、ダイオードブリッジ１４２の入力端に接続される。ダイオードブリッジ１４２は、商用交流電源を入力して、直流電源（ＤＣ１４１Ｖ）に変換する。ダイオードブリッジ１４２の出力端に、電流可変部１４３が接続される。電流検出器１４４は、電流可変部１４３が電池パック１０１に供給する充電電流（直流電流）を検出する。制御部１４５は、操作部からのＯＮ／ＯＦＦ指令、電池パック１０１からの電池の温度及び各電池１１１〜１２０の充電電圧の情報に基づき、目標電流値を決定し、電流検出器１４４が検出する充電電流（電流可変部１４３の出力電流）が目標電流値に近づくように電流可変部１４３を制御する。電流可変部１４３が出力した直流電流は、充電装置１０２の出力電流として、電流検出器１４４、第１の電源電圧端子１５２、第１の電源電圧端子１３２を経由して電池パック１０１に供給される。
電圧検出器１４７は、充電装置１０２の出力電圧を検出する。スイッチング素子１４６は、通常導通状態である。制御部１４５は、電池パック１０１の出力電圧が異常電圧である場合、電池パック１０１の内部温度が異常に高温である場合、充電装置１０２の出力端子がグラウンドに短絡された場合等に、スイッチング素子１４６を遮断状態にする。

電池パック１０１において、１０個の電池１１１〜１２０は直列に接続されている。充電装置１０２から供給された電力により、１０個の電池１１１〜１２０は充電される。電圧比較器１２１は、２個の電池１１１、１１２のそれぞれの充電電圧が第１の所定値（通常の満充電電圧である。）以上になったか否かを判定する。実施の形態１においては、第１の所定値は４．２Ｖである。他の電圧比較器１２２〜１２５も、同様に２個の電池のそれぞれの充電電圧を判定する。電圧比較器１２１〜１２５はそれぞれ、２つの電池のいずれか１つが第１の所定値以上になればハイレベルの判定情報を出力し、２つの電池が両方とも第１の所定値未満であればロウレベルの判定情報を出力する。充電電圧情報生成部１２７は、５個の電圧比較器１２１〜１２５からの判定情報を入力し、それらの論理和信号（充電電圧情報）を出力する。充電電圧情報生成部１２７は、電圧比較器１２１〜１２５からの判定情報のうち１つでも第１の所定値以上の充電電圧の電池が存在するという情報であれば、ロウレベルの論理和信号を充電電圧情報出力端子１３４、充電電圧情報入力端子１５４を通じて、充電装置１０２に出力する。
温度検知部１２６は、電池の周辺温度を検知し、温度情報を温度情報出力端子１３３、温度情報入力端子１５３を通じて充電装置１０２の制御部１４５に出力する。
安全回路１２８は、電池１１１〜１２０の充電電圧が第２の所定値（第１の所定値より高い電圧であって、これ以上電圧が高くなると電池パック１０１が損傷する恐れがある電圧に絶対にならないための安全率を見込んだ閾値である。）以上になった場合、異常な事態と判断し、抵抗１２９を発熱させ、ヒューズ１３０、１３１を切る。実施の形態１においては、第２の所定値は４．４Ｖである。

図２を用いて、制御部１４５の制御方法を説明する。図２は、本発明の実施の形態１の電池パックの充電方法における電流と電圧の変化を示す図である。図２において、横軸は充電時間（単位：分）を表し、縦軸は充電電流（単位：Ａ）及び充電電圧（単位：Ｖ）を表す。２０１は電流変化を示し、２０２は電圧変化を示す。
１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになるまで（充電時間が０〜Ｔ_１（分）の間）、充電装置１０２は電流４Ｃで定電流充電を行う。１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになると（充電時間がＴ_１（分）の時）、充電装置１０２は出力電流を３Ｃ（現在の出力電流４Ｃより１Ｃ小さい）に変更する。

再び１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになるまで（充電時間がＴ_１〜Ｔ_２（分）の間）、充電装置１０２は電流３Ｃで定電流充電を行う。再び１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになると（充電時間がＴ_２（分）の時）、充電装置１０２は出力電流を２Ｃ（現在の出力電流３Ｃより１Ｃ小さい）に変更する。充電装置１０２はこの充電処理を繰り返す。

図３は、本発明の実施の形態１の電池パックの充電方法を示すフローチャートである。図３において、Ｉは充電電流（単位：Ａ）を表し、Ｖは充電電圧（単位：Ｖ）を表す。充電装置１０２に電池パック１０１をセットすると充電が開始される。ステップ３０１で、制御部１４５は充電電流Ｉに初期値４Ｃを設定する。ステップ３０２で、電流可変部１４３は制御部１４５に制御されて一定の直流電流Ｉ＝４Ｃを出力する。充電装置１０２は電流Ｉを出力する。電池パック１０１は一定の電流Ｉで充電される。

ステップ３０３で、制御部１４５は１０個の電池１１１〜１２０の中にどれか１つでも充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が存在するか否かを判断する。具体的には、電圧比較器１２１〜１２５が２個の電池のそれぞれの充電電圧が４．２Ｖ以上か否かを判定し、判定情報を出力する。充電電圧情報生成部１２７が５個の電圧比較器１２１〜１２５の判定情報に基づき１つでも充電電圧が４．２Ｖ以上の電池がある否かを判断する。充電電圧情報生成部１２７は、どれか１つでも充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池がある場合、充電装置１０２にロウレベルの論理和信号（充電電圧情報）を送信する。制御部１４５は、ロウレベルの論理和信号を受信しない時は、充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つもないと判断し、ロウレベルの論理和信号を受信した時は、充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つ以上あると判断する。

充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つもない間は、ステップ３０２に戻り、充電装置１０２は電池パック１０１の充電を現在の電流Ｉで継続する。
充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つ以上ある場合、ステップ３０４に進む。ステップ３０４で、制御部１４５は信号を受信すると、充電電流（目標電流）Ｉに現在の電流より１Ｃ小さい電流（Ｉ−１Ｃ）を設定する。ステップ３０５で、制御部１４５はＩが０か否かを判断する。Ｉが０になるまでの間は、ステップ３０２に戻り、充電処理を繰り返す。Ｉが０の場合（充電が完了した場合）、このフローチャートを終了する。

本実施の形態では１０個の電池を直列に接続しているが、１０個より多くの電池を直列に接続してもよいし、１０個より少ない電池を直列に接続してもよい。
本発明は、多段の定電流で（順次値を減らしながら定電流で）充電を行うことにより、電池の劣化具合にかかわらず全電池を均等に充電することができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
本発明は、１０個の電池の中のどれか１つでも充電電圧が第１の所定値以上になると、充電する電流値を小さくすることにより、過充電による電池の劣化を防ぐことができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。

《実施の形態２》
図１、図４〜図６を用いて、実施の形態２の電池パックの充電方法及び装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態２の電池パック及び充電装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２の電池パック及び充電装置の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。実施の形態２においては、第１の所定値は４．１Ｖ、第２の所定値は４．４Ｖである。

図４、図５は、本発明の実施の形態２の電池パックの充電方法における電流と電圧の変化を示す図である。図４は電池の温度が低い場合であり、図５は電池の温度が高い場合を表す。図４、図５において、横軸は充電時間（単位：分）を表し、縦軸は充電電流（単位：Ａ）及び充電電圧（単位：Ｖ）を表す。

電池の温度が低い場合（図４）について説明する。４０１は電流変化を示し、４０２は電圧変化を示す。
１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．１Ｖになるまで（充電時間が０〜Ｔ_L１（分）の間）、充電装置１０２は電流４Ｃで定電流充電を行う。１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．１Ｖになった時から時間ｔ_Ｌ１が経過するまで（充電時間がＴ_L１〜Ｔ_L２（分）の間）、充電装置１０２は電流４Ｃで定電流充電を継続する。時間ｔ_Ｌ１が経過すると（充電時間がＴ_L２（分）の時）、充電装置１０２は出力電流を３Ｃ（現在の出力電流４Ｃより１Ｃ小さい）に変更する。

再び１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．１Ｖになり、その時から時間ｔ_Ｌ２が経過するまで（充電時間がＴ_L２〜Ｔ_L４（分）の間）、充電装置１０２は電流３Ｃで定電流充電を行う。時間ｔ_Ｌ２が経過すると（充電時間がＴ_L４（分）の時）、充電装置１０２は出力電流を２Ｃ（現在の出力電流３Ｃより１Ｃ小さい）に変更する。充電装置１０２はこの充電処理を繰り返す。

電池の温度が高い場合（図５）について説明する。５０１は電流変化を示し、５０２は電圧変化を示す。
１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．１Ｖになるまで（充電時間が０〜Ｔ_Ｈ１（分）の間）、充電装置１０２は電流４Ｃで定電流充電を行う。１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．１Ｖになった時から時間ｔ_Ｈ１が経過するまで（充電時間がＴ_Ｈ１〜Ｔ_Ｈ２（分）の間）、充電装置１０２は電流４Ｃで定電流充電を継続する。時間ｔ_Ｈ１が経過すると（充電時間がＴ_Ｈ２（分）の時）、充電装置１０２は出力電流を３Ｃ（現在の出力電流４Ｃより１Ｃ小さい）に変更する。

再び１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．１Ｖになり、その時から時間ｔ_Ｈ２が経過するまで（充電時間がＴ_Ｈ２〜Ｔ_Ｈ４（分）の間）、充電装置１０２は電流３Ｃで定電流充電を行う。時間ｔ_Ｈ２が経過すると（充電時間がＴ_Ｈ４（分）の時）、充電装置１０２は出力電流を２Ｃ（現在の出力電流３Ｃより１Ｃ小さい）に変更する。充電装置１０２はこの処理を繰り返す。

時間ｔ_Ｌ１〜ｔ_Ｌ４または時間ｔ_Ｈ１〜ｔ_Ｈ４は、電池の温度により変化し、充電装置１０２の出力電流に応じて定められる時間である。制御部１４５は、タイマを内蔵し、１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．１Ｖになると、タイマに時間ｔ_Ｌ１〜ｔ_Ｌ４または時間ｔ_Ｈ１〜ｔ_Ｈ４を設定する。タイマは時間をカウントし、設定時間になると制御部１４５に通知する。電池パック１０１の温度検知部１２６で検知された電池の周辺温度は、充電装置１０２の制御部１４５に伝送される。制御部１４５は、電池の温度に対応するタイマデータを有する。電池の温度が高い程タイマの設定時間は短くなり、電池の温度が低い程タイマの設定時間は長くなる。リチウムイオン電池の満充電電圧は温度依存性を有する。実施の形態２の構成により、一定の目標電圧を用いて、温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を実現できる。

図６は、本発明の実施の形態２の電池パックの充電方法を示すフローチャートである。図６において、Ｉは充電電流（単位：Ａ）を表し、Ｖは充電電圧（単位：Ｖ）を表す。充電装置１０２に電池パック１０１をセットすると充電が開始される。ステップ６０１で、制御部１４５は充電電流Ｉに初期値４Ｃを設定する。ステップ６０２で、電流可変部１４３は制御部１４５に制御されて、充電電流Ｉを出力する。充電装置１０２は直流電流Ｉを出力する。電池パック１０１は一定の電流Ｉで充電される。

ステップ６０３で、制御部１４５は１０個の電池１１１〜１２０の中にどれか１つでも充電電圧Ｖが４．１Ｖ以上の電池が存在するか否かを判断する。具体的には、電圧比較器１２１〜１２５が２個の電池のそれぞれの充電電圧が４．１Ｖ以上か否かを判定し、判定情報を出力する。充電電圧情報生成部１２７が５個の電圧比較器１２１〜１２５の判定情報に基づき１つでも充電電圧が４．１Ｖ以上の電池がある否かを判断する。充電電圧情報生成部１２７は、どれか１つでも充電電圧Ｖが４．１Ｖ以上の電池がある場合、充電装置１０２にロウレベルの論理和信号（充電電圧情報）を送信する。制御部１４５は、ロウレベルの論理和信号を受信しない時は、充電電圧Ｖが４．１Ｖ以上の電池が１つもないと判断し、ロウレベルの論理和信号を受信した時は、充電電圧Ｖが４．１Ｖ以上の電池が１つ以上あると判断する。

充電電圧Ｖが４．１Ｖ以上の電池が１つもない間は、ステップ６０２に戻り、充電装置１０２は電池パック１０１の充電を現在の電流Ｉで継続する。
充電電圧Ｖが４．１Ｖ以上の電池が１つ以上ある場合、ステップ６０４に進む。ステップ６０４で、制御部１４５は信号を受信すると、温度検知部１２６からの電池の周辺温度に基づきタイマに時間を設定する。ステップ６０５で、充電装置１０２は電池パック１０１の充電を現在の電流Ｉで継続する。ステップ６０６で、制御部１４５はタイマが０になったか否かを判断する。タイマが０になるまでの間は、ステップ６０５に戻り、充電装置１０２は電池パック１０１の充電を現在の電流Ｉで継続する。タイマが０になると、ステップ６０７に進む。

ステップ６０７で、制御部１４５は充電電流Ｉに現在の電流より１Ｃ小さい電流（Ｉ−１Ｃ）を設定する。ステップ６０８で、制御部１４５はＩが０か否かを判断する。Ｉが０になるまでの間は、ステップ６０２に戻り、充電処理を繰り返す。Ｉが０の場合、このフローチャートを終了する。

実施の形態１において、第１の所定値は４．２Ｖであり、充電電圧が第１の所定値（４．２Ｖ）以上になると充電装置は出力電流を変更する。実施の形態２において、第１の所定値は４．１Ｖであり、充電電圧が第１の所定値（４．１Ｖ）以上になった後所定時間充電継続後充電装置は出力電流を変更する。よって、実際に出力電流を変更する時点での充電電圧は４．２Ｖの近傍となる。
本実施の形態では１０個の電池を直列に接続しているが、１０個より多くの電池を直列に接続してもよし、１０個より少ない電池を直列に接続してもよい。
本発明は、多段の定電流で充電を行うことにより、電池の劣化具合にかかわらず全電池を均等に充電することができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
本発明は、１０個の電池の中のどれか１つでも充電電圧が第１の所定値以上になると、充電する電流値を小さくすることにより、過充電による電池の劣化を防ぐことができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
本発明は、電池の温度により可変するタイマを設定することにより、一定の目標電圧を用いて、温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を実現できる。

《実施の形態３》
図１、図７、図８を用いて、実施の形態３の電池パックの充電方法及び装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態３の電池パック及び充電装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態３の電池パック及び充電装置の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。実施の形態３においては、第１の所定値は４．２Ｖ、第２の所定値は４．４Ｖである。

図７は、本発明の実施の形態３の電池パックの充電方法における電流と電圧の変化を示す図である。図７において、横軸は充電時間（単位：分）を表し、縦軸は充電電流（単位：Ａ）及び充電電圧（単位：Ｖ）を表す。点７１１から点７１２までの実線７０１、点７１３から点７１４までの実線７０２は、時刻Ｔ４における図８のステップ８０７において、電池の温度が第３の所定値以上である場合の電流変化、電圧変化を示す。点７１１から点７１５までの実線７０１と点７１５から点７１６までの波線７０３、点７１３から点７１４までの実線７０２と点７１４から点７１７までの波線７０４は、時刻Ｔ５における図８のステップ８１１において、電池の温度が第４の所定値（第４の所定値＜第３の所定値）以上である場合の電流変化、電圧変化を示す。点７１１から点７１５までの実線７０１と点７１５から点７１８までの波線７０３と点７１８から点７１９までの一点鎖線７０５、点７１３から点７１４までの実線７０２と点７１４から点７１７までの波線７０４と点７１７から点７２０までの一点鎖線７０６は、時刻Ｔ５における図８のステップ８１１において、電池の温度が第４の所定値（第４の所定値＜第３の所定値）未満である場合の電流変化、電圧変化を示す。

最初に、充電装置１０２は、１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになるまで（充電時間が０〜Ｔ_１（分）の間）、電流４Ｃで定電流充電を行う。１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになると（充電時間がＴ_１（分）の時）、充電装置１０２は出力電流を３Ｃ（現在の出力電流４Ｃより１Ｃ小さい）に変更する。

充電時間がＴ_４（分）の時、１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになり、充電装置１０２は出力電流を１Ｃから０．５Ｃに減少させて、充電を継続する（Ｔ_４〜Ｔ_５）。充電電流０．５Ｃで充電する時、電池の温度が第３の所定値以上になれば、充電装置１０２は充電処理を終了する。充電装置１０２は出力電流が０．５Ｃであって電池の温度が第３の所定値未満であり、１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになると（充電時間がＴ_５（分）の時）、充電装置１０２は充電電流Ｉを０．５Ｃから０．２５Ｃに減少させて、充電を継続する（Ｔ_５〜Ｔ_６）。
充電装置１０２は出力電流を０．２５Ｃにした時、電池の温度が第４の所定値（＜第３の所定値）以上であれば、充電処理を終了する。出力電流が０．２５Ｃであって電池の温度が第４の所定値未満であり、１０個の電池１１１〜１２０の中のどれか１つでも充電電圧が４．２Ｖになると（充電時間がＴ_５（分）の時）、充電装置１０２はこの充電処理を終了する。

図８は、本発明の実施の形態３の電池パックの充電方法を示すフローチャートである。図８において、Ｉは充電電流（単位：Ａ）を表し、Ｖは充電電圧（単位：Ｖ）、Ｔは電池の温度（単位：℃）を表す。充電装置１０２に電池パック１０１をセットすると充電が開始される。ステップ８０１で、制御部１４５は充電電流Ｉに初期値４Ｃを設定する。ステップ８０２で、電流可変部１４３は制御部１４５に制御されて、充電電流Ｉを出力する。充電装置１０２は直流電流Ｉを出力する。電池パック１０１は一定の電流Ｉで充電される。

ステップ８０３で、制御部１４５は１０個の電池１１１〜１２０の中にどれか１つでも充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が存在するか否かを判断する。具体的には、電圧比較器１２１〜１２５が２個の電池のそれぞれの充電電圧が４．２Ｖ以上か否かを判定し、判定情報を出力する。充電電圧情報生成部１２７が５個の電圧比較器１２１〜１２５の判定情報に基づき１つでも充電電圧が４．２Ｖ以上の電池がある否かを判断する。充電電圧情報生成部１２７はどれか１つでも充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池がある場合、充電装置１０２にロウレベルの論理和信号（充電電圧情報）を送信する。制御部１４５は、ロウレベルの論理和信号を受信しない時は、充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つもないと判断し、ロウレベルの論理和信号を受信した時は、充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つ以上あると判断する。

充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つもない間は、ステップ８０２に戻り、充電装置１０２は電池パック１０１の充電を現在の電流Ｉで継続する。
充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つ以上ある場合、ステップ８０４に進む。ステップ８０４で、制御部１４５は信号を受信すると、充電電流Ｉに現在の電流より１Ｃ小さい電流（Ｉ−１Ｃ）を設定する。ステップ８０５で、制御部１４５はＩが０か否かを判断する。Ｉが０になるまでの間は、ステップ３０２に戻り、充電処理を繰り返す。Ｉが０の場合（直前のステップ８０３においてＩ＝１Ｃである場合）、ステップ８０６に進む。

ステップ８０６で、制御部１４５は充電電流Ｉに現在の電流よりさらに小さい電流０．５Ｃを設定する。ステップ８０７で、制御部１４５は電池の温度が第３の所定値以上か否かを判断する。電池の温度Ｔが第３の所定値以上の場合、このフローチャートを終了する。電池の温度が第３の所定値未満の場合、ステップ８０８に進む。
ステップ８０８で、電流可変部１４３は制御部１４５に制御されて直流電流Ｉ＝０．５Ｃを出力する。充電装置１０２は電流Ｉ＝０．５Ｃを出力する。電池パック１０１は一定の電流Ｉ（０．５Ｃ）で充電される。ステップ８０９で、制御部１４５は１０個の電池１１１〜１２０の中にどれか１つでも充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が存在するか否かを判断する。充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つもない間は、ステップ８０７に戻り、充電装置１０２は電池の温度が第３の所定値以上か否かをチェックし、電池パック１０１の充電を現在の電流Ｉで継続する。ステップ８０９で、充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つ以上ある場合、ステップ８１０に進む。

ステップ８１０で、制御部１４５は充電電流Ｉに現在の電流よりさらに小さい電流０．２５Ｃを設定する。ステップ８１１で、制御部１４５は、電池の温度Ｔが第４の所定値以上か否かを判断する。電池の温度Ｔが第４の所定値以上の場合、このフローチャートを終了する。電池の温度が第４の所定値未満の場合、ステップ８１２に進む。
ステップ８１２で、電流可変部１４３は制御部１４５に制御されて直流電流Ｉ＝０．２５Ｃを出力する。充電装置１０２は電流Ｉ＝０．２５Ｃを出力する。電池パック１０１は一定の電流Ｉ（０．２５Ｃ）で充電される。ステップ８１３で、制御部１４５は１０個の電池１１１〜１２０の中にどれか１つでも充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が存在するか否かを判断する。充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つもない間は、ステップ８１１に戻り、充電装置１０２は電池の温度が第４の所定値以上か否かをチェックし、電池パック１０１の充電を現在の電流Ｉで継続する。ステップ８１３で、充電電圧Ｖが４．２Ｖ以上の電池が１つ以上ある場合、このフローチャートを終了する。

本実施の形態では１０個の電池を直列に接続しているが、１０個より多くの電池を直列に接続してもよし、１０個より少ない電池を直列に接続してもよい。
本発明は、多段の定電流で充電を行うことにより、電池の劣化具合にかかわらず全電池を均等に充電することができる電池パックの充電方法及び装置を実現する。
本発明は、１０個の電池の中のどれか１つでも充電電圧が第１の所定値以上になると、充電する電流値を小さくすることにより、過充電による電池の劣化を防ぐことができる電池パックの充電装置を実現する。
本発明は、電池の温度に基づいて充電を終了することにより、電池の温度に応じた適切な充電を行う電池パックの充電装置を実現する。
実施の形態において、充電電圧情報生成部１２７はＮＯＲ回路であった。充電電圧情報生成部１２７は、例えば各電池の電圧がそれぞれ所定値以上か否かという情報をシリアル信号として充電装置に送信する回路であっても良い。
実施の形態において、電池パック１０１は１つの温度検出部１２６を有していた。電池パック１０１は、各電池毎に１つの温度検出部１２６を有しても良い。

本発明の電池パックの充電装置は、例えば電動工具等の様々な機器の電池パックの充電装置として有用である。

本発明の実施の形態１〜３の電池パック及び充電装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態１の電池パックの充電方法における電流と電圧の変化を示す図本発明の実施の形態１の電池パックの充電方法を示すフローチャート本発明の実施の形態２の電池パックの充電方法における電流と電圧の変化を示す図（電池の温度が低い場合）本発明の実施の形態２の電池パックの充電方法における電流と電圧の変化を示す図（電池の温度が高い場合）本発明の実施の形態２の電池パックの充電方法を示すフローチャート本発明の実施の形態３の電池パックの充電方法における電流と電圧の変化を示す図本発明の実施の形態３の電池パックの充電方法を示すフローチャート従来例の二次電池の充電方法における電流と電圧の変化を示す図

符号の説明

１０１電池パック
１０２充電装置
１１１〜１２０電池
１２１〜１２５電圧比較器
１２６温度検知部
１２７充電電圧情報生成部
１２８安全回路
１２９抵抗
１３０、１３１ヒューズ
１４１電源
１４２ダイオードブリッジ
１４３電流可変部
１４４電流検出器
１４５制御部

Claims

直列接続した複数の電池と、少なくとも１個の前記電池の電圧が所定値以上であるか否かを示す状態信号を出力する充電電圧情報生成部と、前記電池の温度を測定し前記温度の情報を出力する温度検出部と、を有する電池パックを充電するための充電電流を出力する電源と、
前記充電電流を検出する電流検出器と、
前記充電電流が目標電流に近づくように前記電源を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記電池の温度が所定値未満であれば充電を継続し、前記電池パックから送られた前記状態信号が少なくとも１個の前記電池の電圧が所定値以上であることを示す場合、前記目標電流を現在の値より小さな値に変更し、前記電池の温度が所定値以上であれば充電を停止し、その際、前記電池の温度の所定値を、充電電流が小さい程低くすることを特徴とする電池パックの充電装置。
前記電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１に記載の電池パックの充電装置。