JP4943296B2

JP4943296B2 - 電池パック、二次電池の充電方法、および充電装置

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Publication number: JP4943296B2
Application number: JP2007281764A
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Inventors: 功鈴木
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Priority date: 2007-10-30
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Publication date: 2012-05-30
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Description

この発明は、電池パック、二次電池の充電方法、および充電装置に関し、詳しくは、二次電池の劣化係数に応じて充電条件を制御する電池パック、二次電池の充電方法、および充電装置に関する。

二次電池の充電方法として定電流充電と定電圧充電とを組合せたもの（定電流定電圧方式）が知られている。図９を参照して、この充電方式を説明する。横軸が充電時間であり、縦軸がセル電圧および充電電流である。（ａ−ｂ）領域が定電流充電の範囲であり、（ｃ−ｄ）領域が定電圧充電の範囲である。図中の矢印Ｉは充電電流を示し、矢印Ｖはセル電圧を示している。充電のための電源部が（ａ−ｂ）領域では、定電流制御の動作を行い、（ｃ−ｄ）領域では、定電圧制御の動作を行う。

図９に示すように、（ａ−ｂ）領域の間は所定の電流値によって定電流充電が行われ、セル電圧が上昇する。ここでは、充電電流が例えば３３００ｍＡに維持されている。充電が進み、セル電圧が所定の電圧値例えば４１００ｍＶに達すると、定電流充電から定電圧充電に切り換えられる。（ｃ−ｄ）領域の間は充電電流が次第に減少し、セル電圧が電源部の出力電圧（例えば４２００ｍＶ）に向かって上昇する。そして、充電電流が所定の値（充電終止電流値）より小さくなると、充電が完了する。

二次電池は、このような充電と放電乃至休止とを１サイクルとする充放電サイクル数の増大に伴い、徐々に劣化していく。従来では、二次電池の劣化は、充放電サイクル数のカウントや、実際の放電量あるいは充電時間などによって判定されている。例えば充放電サイクル数のカウントによる方法では、充電量または放電量を用いて充放電サイクル数を算出し、そのサイクル数から劣化率が求められる。また、実際の放電量を用いる場合は、実際の放電量と設計値容量とから、劣化率＝設計値容量／実際の放電容量、の計算式によって、劣化率が求められる。

下記特許文献１には、バッテリーパック内の実効抵抗を測定し、その測定値に基づいて劣化を判定する方法が開示されている。実効抵抗を用いる場合は、短時間で劣化の判定を行うことができる。

特開平１１−１７４１３６号公報

ところで、上述したような定電流定電圧方式による充電では、定電流充電期間おける充電電流値、および充電電圧値はそれぞれ固定値とされている。したがって、電池パックの劣化が進行して内部抵抗が増加した場合、内部抵抗の増加に比例して電圧の上昇も大きくなってしまう。その結果、図１０に示すように定電流充電の範囲である（ａ−ｂ）領域の時間が短くなり、定電圧充電の範囲である（ｃ−ｄ）領域の時間が長くなる。

定電圧充電の範囲が長くなると、二次電池が例えば４１００ｍＶ以上の高電圧となる時間が長くなり、二次電池の劣化が促進されてしまう。したがって、二次電池の劣化の進行に応じて、充電条件を制御することが望ましい。

しかしながら、従来の二次電池の劣化の判定方法では劣化率を適切に算出することができないという問題がある。例えば、充放電サイクル数のカウントによる方法では、二次電池が長期保存された場合の保存劣化が反映されないため、劣化率の算出を正確に行うことができない。また、放電量や充電時間などによる劣化率の算出では、例えば設計容量と実際の二次電池の容量との間に誤差が生じたり、放電、放置、充電などの電池の状態、および温度などの条件に大きく影響されたりするため、正確な劣化率を求めることができない。そのため、二次電池の劣化に応じて適切な充電条件を求めることが困難であった。

したがって、この発明の目的は、二次電池の劣化に応じて劣化係数を適切に算出し、算出された劣化係数に基づいて充電条件を制御することにより、二次電池の劣化の進行を抑制することができる電池パック、二次電池の充電方法、および充電装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、この発明は、複数のセルブロックにより構成された二次電池と、
二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定部と、
二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて二次電池の充電がなされるように、充電部に対して充電条件の要求信号を出力する制御部と、
二次電池のセルブロックのうちの最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を登録する不揮発性メモリと、
を備え、
制御部は、測定部によって検出された二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数のセルブロックのうちで最大の内部抵抗と、不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
充電条件は、定電圧充電における充電電圧値を含み、
可変後の充電電圧値の変動範囲を、上限値を初期設定の充電電圧値とし、下限値を初期設定の充電電圧値から所定の値低下させた下限電圧値とし、可変後の充電電圧値を｛下限電圧値＋（初期設定の充電電圧値−下限電圧値）×（１−劣化係数）｝から算出するようにした
ことを特徴とする電池パックである。
この発明は、複数のセルブロックにより構成された二次電池と、
二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定部と、
二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて二次電池の充電がなされるように、充電部に対して充電条件の要求信号を出力する制御部と、
二次電池のセルブロックのうちの最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を登録する不揮発性メモリと、
を備え、
制御部は、測定部によって検出された二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数のセルブロックのうちで最大の内部抵抗と、不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
充電条件は、定電流充電における充電電流値を含み、
可変後の充電電流値を（初期設定の充電電流値×劣化係数）から算出するようにした
ことを特徴とする電池パックである。

この発明は、予め複数のセルブロックにより構成された二次電池のセルブロックのうち最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を不揮発性メモリに登録するステップと、
二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定ステップと、
二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて二次電池の充電がなされるように、充電部に対して充電条件の要求信号を出力するステップと、
を有し、
測定ステップによって検出された二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数のセルブロックのうちで最大の内部抵抗と、不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
充電条件は、定電圧充電における充電電圧値を含み、
可変後の充電電圧値の変動範囲を、上限値を初期設定の充電電圧値とし、下限値を初期設定の充電電圧値から所定の値低下させた下限電圧値とし、可変後の充電電圧値を｛下限電圧値＋（初期設定の充電電圧値−下限電圧値）×（１−劣化係数）｝から算出するようにした
ことを特徴とする二次電池の充電方法である。
この発明は、予め複数のセルブロックにより構成された二次電池のセルブロックのうち最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を不揮発性メモリに登録するステップと、
二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定ステップと、
二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて二次電池の充電がなされるように、充電部に対して充電条件の要求信号を出力するステップと、
を有し、
測定ステップによって検出された二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数のセルブロックのうちで最大の内部抵抗と、不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
充電条件は、定電流充電における充電電流値を含み、
可変後の充電電流値を（初期設定の充電電流値×劣化係数）から算出するようにした
ことを特徴とする二次電池の充電方法である。

この発明は、複数のセルブロックにより構成された二次電池と、
二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定部と、
二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて二次電池の充電がなされるように、充電条件の要求信号を出力する制御部と、
二次電池のセルブロックのうち最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を登録する不揮発性メモリと、
制御部から出力される要求信号に応じて、二次電池の定電圧充電における充電電圧値を制御する充電部と、
を備え、
制御部は、測定部によって検出された二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数のセルブロックのうちで最大の内部抵抗と、不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
可変後の充電電圧値の変動範囲を、上限値を初期設定の充電電圧値とし、下限値を初期設定の充電電圧値から所定の値低下させた下限電圧値とし、可変後の充電電圧値を｛下限電圧値＋（初期設定の充電電圧値−下限電圧値）×（１−劣化係数）｝から算出する
ことを特徴とする充電装置である。
この発明は、複数のセルブロックにより構成された二次電池と、
二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定部と、
二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて二次電池の充電がなされるように、充電条件の要求信号を出力する制御部と、
二次電池のセルブロックのうち最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を登録する不揮発性メモリと、
制御部から出力される要求信号に応じて、二次電池の定電流充電における充電電流値を制御する充電部と、
を備え、
制御部は、測定部によって検出された二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出したセルブロックのうち最大の内部抵抗と、不揮発性メモリに登録されている初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
可変後の充電電流値を（初期設定の充電電流値×劣化係数）から算出する
ことを特徴とする充電装置である。

また、第１ないし第３の発明では、初期内部抵抗は、製造後から所定の期間内に測定されたものであることが好ましい。

この発明によれば、二次電池の劣化に応じて適切な劣化係数を算出し、算出された劣化係数に基づいて二次電池の充電条件を動的に制御するので、二次電池が高電圧状態で長時間充電されてしまうことを抑制することができる。したがって、二次電池の劣化の促進を抑えることができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の一実施の形態による電池パック２０、および電池パック２０に接続されているノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）３０の構成の一例を示すブロック図である。

電池パック２０の＋端子１と−端子２は、ノート型ＰＣ３０の＋端子３１と−端子３２にそれぞれ接続されている。また、電池パック２０のクロック端子３ａ、通信端子３ｂは、ノート型ＰＣ３０のクロック端子３３ａ、通信端子３３ｂに接続されている。この電池パック２０は、いわゆるスマートバッテリーと称されるもので、接続されるノート型ＰＣ３０との間で通信端子３ｂを介して通信を行い、電池パック２０の状態を知らせることができるようになされている。この情報を受け取ったノート型ＰＣ３０側では、電池パック２０の状態に応じて電流値あるいは電圧値の出力を制御し、定電流定電圧充電方式に従って二次電池７を充電する。なお、図１において、ノート型ＰＣ３０の構成は、簡単のため、充電に関する構成のみを示している。

電池パック２０は主に、二次電池７、温度検出素子８、保護回路９、ヒューズ１０、測定部１１、電流検出抵抗１２、ＣＰＵ１３、充放電制御スイッチ４で構成されている。電池パックの＋端子１は、充放電制御スイッチ４およびヒューズ１０を介して、二次電池７の＋端子と接続されている。一方、−端子２は、電流検出抵抗１２を介して、二次電池７の−端子と接続されている。

なお、この発明の構成要素である電圧を検出する測定部は測定部１１に対応し、電流および内部抵抗を検出する測定部はＣＰＵ１３に対応している。また、充電条件の要求信号を出力する制御部はＣＰＵ１３に対応している。また、初期内部抵抗を登録するメモリはメモリ１４に対応している。

二次電池７は、リチウムイオン電池などの二次電池で、例えば２個の電池セルを並列に接続したセルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃを直列に接続した構成である。二次電池７には、例えば、単電池セル当たりの満充電電圧が４．２Ｖの二次電池を用いることができる。

測定部１１は、電池パック内のセルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのそれぞれの電圧を測定し、ＣＰＵ１３に測定値を供給する。なお、以下では、２個の単電池セルからなるセルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのそれぞれの電圧をセル電圧と称する。また、測定部１１は、二次電池７の電圧を安定化して電源電圧を発生するレギュレータとしての機能も有する。

測定部１１は、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのうちいずれかのセル電圧が過充電検出電圧になったときや、いずれかのセル電圧が過放電検出電圧以下になったとき、充放電制御スイッチ４に制御信号を送ることにより、過充電、過放電を防止する。ここで、リチウムイオン電池の場合、過充電検出電圧が例えば４．２Ｖ±０．５Ｖと定められ、過放電検出電圧が２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。

充放電制御スイッチ４は、充電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor ：電界効果型トランジスタ）５および放電制御ＦＥＴ６とから構成されている。充電制御ＦＥＴ５および放電制御ＦＥＴ６のそれぞれのドレイン・ソース間には、寄生ダイオード５ａおよび６ａが存在する。寄生ダイオード５ａは、＋端子１から二次電池７の方向に流れる充電電流に対して逆方向で、−端子２から二次電池７の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。寄生ダイオード６ａは、充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。

充電制御ＦＥＴ５および放電制御ＦＥＴ６のそれぞれのゲートには、測定部１１からの制御信号がそれぞれ供給される。通常の充電および放電動作では、制御信号がローレベルとされ、充電制御ＦＥＴ５および放電制御ＦＥＴ６がＯＮ状態とされる。なお、充電制御ＦＥＴ５および放電制御ＦＥＴ６はＰチャンネル型であるので、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってＯＮ状態となる。

電池電圧が過充電検出電圧となったときは、充電制御ＦＥＴ５をＯＦＦとし、充電電流が流れないように制御される。また、電池電圧が過放電検出電圧となったときは、放電制御ＦＥＴ６をＯＦＦとし、放電電流が流れないように制御される。

保護回路９は、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃの電圧を監視し、セル電圧が充電禁止電圧（例えば４．３０Ｖ）以上になった場合、電池パック２０の安全のため、保護回路９に接続されているヒューズ１０を溶断する。ヒューズ１０が溶断されると、電池パック２０は充電も放電もできない永久故障モードになる。

ＣＰＵ１３は、電流検出抵抗１２を使用して電流の大きさおよび向きを測定する。また、サーミスタなどにより構成される温度検出素子８で測定した電池温度を取り込む。ＣＰＵ１３は、測定部１１から供給された電圧値、測定した電流値、温度を使用して、各セルブロックの内部抵抗を算出する。これらの測定値は、ＣＰＵ１３に内蔵されるメモリ１４に保存される。メモリ１４は、例えば、不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）などにより構成される。

また、メモリ１４には、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃの初期内部抵抗が登録されている。初期内部抵抗とは、電池パック２０の使用前に測定された内部抵抗であり、電池パック２０の製造後から所定の期間内（例えば３か月以内）に各セルブロックの内部抵抗を測定することにより求められる。なお、初期内部抵抗を登録する具体的な処理については後述する。

ＣＰＵ１３は、メモリ１４に登録されている各セルブロックの初期内部抵抗を基準値として、この初期内部抵抗と、測定部１１から供給されるセルブロック７ａ、７ｂ、および７ｃの内部抵抗とを用いて、下記の式（１）によって二次電池７の劣化係数を算出する。
劣化係数＝初期内部抵抗／測定された内部抵抗・・・（１）

なお、式（１）において、測定された内部抵抗には、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃの内部抵抗のうち最大の値が用いられ、初期内部抵抗には、最大の内部抵抗を示すセルブロックの初期内部抵抗の値が用いられる。内部抵抗の高いセルブロックではセル電圧が上昇しやすいため、内部抵抗の高いセルブロックの値を用いて劣化係数を求めることで、過充電になる危険性を低下させることができるからである。

また、ＣＰＵ１３は、求められた二次電池７の劣化係数に基づいて、後述するように二次電池７の適切な充電条件を求める。二次電池７の充電条件とは、充電電流値、充電電圧値などを含むものであり、これらの値が劣化係数に応じて変更される。充電条件もメモリ１４に保存されており、適切な充電条件が求められる度に更新される。

ＣＰＵ１３は、二次電池の電圧および電流を監視すると共に、設定されている充電条件に基づいて二次電池の充電が適切になされるように、充電条件の要求信号を通信端子３ａおよび通信端子３３ａを介してノート型ＰＣ３０の制御部３４に出力する。

ノート型ＰＣ３０の制御部３４は、ＣＰＵ１３から供給された充電条件に従い、充電部３５の出力電圧と出力電流とを制御する。具体的には、制御部３４は充電初期では定電流制御を実行し、充電部３５の出力電流を、ＣＰＵ１３から要求された充電電流値に維持する。セル電圧が所定の電圧に到達したことがＣＰＵ１３から通知されると、制御部３４は定電流充電を定電圧充電に切り替え、充電部３５からの出力電圧を、ＣＰＵ１３から要求された充電電圧値に維持する。充電電流値が充電終止電流値に降下したことがＣＰＵ１３から通知されると制御部３４は二次電池７の充電を終了させる。

充電部３５は、ＡＣコネクタ３６を介して商用電源に接続され、ＡＣ−ＤＣ変換によって、＋端子３１および−端子３２に直流電力を出力する。充電部３５から出力される電流および電圧は、制御部３４の制御の下で、電池パック２０の要求する所定の電圧値および電流値に安定的に維持される。

以下、二次電池７の劣化係数に応じた充電条件の可変制御について具体的に説明する。

（１）第１の例
第１の例では、二次電池７の劣化係数に応じて、定電流充電期間における充電電流値を可変させる例について説明する。

図２および図３に、５００サイクルの充放電を繰り返した電池パックにおいて定電流定電圧方式の充電を行ったときの充電電流およびセル電圧の変化の一例をそれぞれ示す。図２および図３において、横軸が充電時間であり、縦軸が充電電流およびセル電圧である。なお、図１に示すように複数のセルブロックからなる電池パックの場合、図２および図３中のセル電圧は、セルブロックのうち最大のセル電圧値を示している。図２および図３中の矢印Ｉは充電電流を示し、矢印Ｖはセル電圧を示している。

図２は、充電条件を固定させて、初期設定における充電条件で充電を行ったときの一例である。ここでは、初期設定における定電流充電期間の充電電流（以下、イニシャル充電電流と適宜称する）の値が３３００ｍＡ、初期設定における充電電圧の値（以下、イニシャル充電電圧と適宜称する）が４２００ｍＶの充電条件とされている。

セル電圧の上昇は、電圧上昇＝充電電流×内部抵抗の式に示されるように、電流および内部抵抗により発生する。したがって、充放電サイクルの繰り返しなどにより二次電池７が劣化して内部抵抗が増加した場合、内部抵抗の増加に比例して電圧上昇も大きくなる。そのため、図２に示す例では、総充電時間２．９時間のうち、２．８時間が４１００ｍＶ以上の高電圧領域となる。すなわち、充電中に二次電池７が４１００ｍＶ以上の高電圧状態にさらされる割合は９７％であり、二次電池７の劣化が進行してしまう。

そこで、二次電池７の劣化係数に応じて充電電流を可変制御することにより、セル電圧の急激な上昇を抑える。

劣化係数は、上述の式（１）により求められる。例えば、初期内部抵抗を６５ｍΩ、充放電を５００サイクル繰り返した後に測定された内部抵抗を１２８ｍΩとすると、次式により劣化係数が求められる
劣化係数＝６５［ｍΩ］／１２８［ｍΩ］
≒０．５０７

求められた劣化係数より、定電流充電期間における新しい充電電流（以下、可変充電電流と適宜称する）の値を算出する。可変充電電流の値は、下記の式（２）によって求められる。
可変充電電流＝イニシャル充電電流×劣化係数・・・（２）

例えば、イニシャル充電電流を３．３Ａ、劣化係数を０．５とすると、次式により可変充電電流が求められる。
可変充電電流＝３．３［Ａ］×０．５
＝１．６５［Ａ］

図３に、以上のようにして求められた可変充電電流によって充電を行ったときの一例を示す。図３に示すように、定電流充電期間における充電電流が１６５０ｍＡになるように制御することにより、セル電圧の急激な上昇を抑えることができる。図３に示す例では、総充電時間３．７時間のうち、２．１時間が４１００ｍＶ以上の高電圧領域となる。すなわち、充電中に二次電池７が４１００ｍＶ以上の高電圧状態となる割合は、５７％である。

図２および図３より、劣化に合わせて充電電流を変化させることで、二次電池７が高電圧状態になる時間の割合を例えば９７％から５７％に改善することができる。したがって、二次電池７の劣化の進行を抑制することができる。

以下、図４および図５を参照して、初期内部抵抗を登録するための処理、および二次電池７の劣化に応じた充電電流の可変制御処理の流れを説明する。

図４は、初期内部抵抗を登録するための処理の流れを概略的に示すフローチャートである。図４に示す処理は、使用前例えば工場出荷時における電池パック２０についてなされるものである。図４に示す処理において、電池パック２０は、電流および電圧を出力可能な電源装置などに接続された状態である。なお、特別な記載がない限り、以下の処理はＣＰＵ１３においてなされるものである。

まず、ステップＳ１において、測定部１１により、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのそれぞれの電圧が測定される。測定された値は、ＣＰＵ１３に供給される。

次に、ステップＳ２において、電池パック２０の電流の大きさを測定する。また、ステップＳ３において、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのそれぞれの電池温度を測定する。

続いて、ステップＳ４において、測定部１１から供給された電圧と、測定された電流および電池温度とを用いて、各セルブロックの初期内部抵抗を計算する。

次に、ステップＳ５において、ステップＳ４で求められた各セルブロックの内部抵抗値のばらつきが規定の範囲以内であるか否かが判断される。初期内部抵抗値のばらつきが規定の範囲より大きいと判断された場合は、処理がステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、例えば電池パックが接続されている電源装置にリジェクトメッセージを送信することにより、各セルブロックの内部抵抗値のばらつきが規定の範囲より大きいことを通知する。リジェクトメッセージが通知された電池パック２０は、製品の合格基準を満たしていないものとして、出荷されずに取り除かれる。

一方、ステップＳ５において初期内部抵抗値のばらつきが規定の範囲以内であると判断された場合は、処理がステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、ステップＳ４において算出された初期内部抵抗を、メモリ１４に基準抵抗値として登録する。以上により、初期内部抵抗の登録処理が終了する。

次に、図５を参照して、二次電池７の劣化に応じた充電電流の可変制御処理の流れを説明する。図５示す処理において、電池パック２０は、例えばノート型ＰＣ３０に接続され、定電流定電圧充電方式により充電可能な状態である。なお、特別な記載がない限り、以下の処理はＣＰＵ１３においてなされるものである。

まず、ステップＳ１１において、測定部１１により、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのそれぞれの電圧が測定される。測定された値は、ＣＰＵ１３に供給される。

次に、ステップＳ１２において、電池パック２０の電流の大きさを測定する。また、ステップＳ１３において、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのそれぞれの電池温度を測定する。

続いて、ステップＳ１４において、測定部１１から供給された電圧と、測定された電流および電池温度とを用いて、各セルブロックの現在の内部抵抗を計算する。

次に、ステップＳ１５において、ステップＳ１４で求められた各セルブロックの内部抵抗のうち、最大の内部抵抗が求められる。

次に、ステップＳ１６において、ステップＳ１４で求められたセルブロックの最大内部抵抗と、この最大内部抵抗を示すセルブロックの初期内部抵抗との比率により、二次電池７の劣化係数が求められる。劣化係数の算出には、上述の式（１）が用いられる。

続いて、ステップＳ１７において、ステップＳ１６で求められた劣化係数と、イニシャル充電電流とから、可変充電電流の値が算出される。可変充電電流の値の算出には、上述の式（２）が用いられる。

次に、ステップＳ１８において、ノート型ＰＣ３０の制御部３４に可変充電電流の値を出力することにより、可変充電電流の要求（リクエスト）を行う。ノート型ＰＣ３０の制御部３４は、ＣＰＵ１３からの可変充電電流のリクエストに従い、充電部３５からの出力電流を可変充電電流の値に維持した状態で、二次電池７の定電流充電がなされるように制御する。

（２）第２の例
第２の例では、二次電池７の劣化係数に応じて、充電電圧を可変させる例について説明する。

図６および図７に、５００サイクルの充放電を繰り返した電池パックにおいて定電流定電圧方式の充電を行ったときの充電電流およびセル電圧の変化の一例をそれぞれ示す。図６および図７において、横軸が充電時間であり、縦軸が充電電流およびセル電圧である。なお、図１に示すように複数のセルブロックからなる電池パックの場合、図６および図７中のセル電圧は、セルブロックのうち最大のセル電圧値を示している。図６および図７中の矢印Ｉは充電電流を示し、矢印Ｖはセル電圧を示している。

図６は、充電条件を固定させて、初期設定における充電条件で充電を行ったときの一例である。ここでは、イニシャル充電電流が２４００ｍＡ、イニシャル充電電圧が４２００ｍＶの充電条件とされている。

図６に示すように、充放電サイクルの繰り返しなどにより二次電池７が劣化して内部抵抗が増加した場合、二次電池７の充電電圧の上昇が急激に生じる。したがって、セル電圧は充電開始後すぐに４１００ｍＶを超える高電圧領域に入ってしまい、二次電池７の劣化が進行してしまう。

そこで、二次電池の劣化係数に応じて充電電圧を可変制御することにより、高充電領域での二次電池７の充電を抑える。

劣化係数は、第１の例と同様に、上述の式（１）により求められる。例えば、初期内部抵抗を６５ｍΩ、充放電を５００サイクル繰り返した後に測定された内部抵抗を８５ｍΩとすると、次式により劣化係数が求められる
劣化係数＝６５［ｍΩ］）／８５［ｍΩ］
≒０．７６４

求められた劣化係数より、新しい充電電圧（以下、可変充電電圧と適宜称する）の値を算出する。ここで、可変充電電圧の変動範囲を、上限値は例えばイニシャル充電電圧の値である４．２Ｖ、下限値は４．０Ｖの範囲とすると、可変充電電圧の値は下記の式（３）によって求められる。
可変充電電圧＝４．０［Ｖ］＋｛０．２［Ｖ］×（１−劣化係数）｝・・・（３）

例えば、劣化係数を０．７６とすると、次式により可変充電電圧が求められる。
変動充電電圧＝４．０［Ｖ］＋｛０．２［Ｖ］×（１−０．７６）
≒４．０５［Ｖ］

図７に、以上のようにして求められた可変充電電圧によって充電を行ったときの一例を示す。図７に示すように、充電電圧が４０５０ｍＶになるように制御することにより、セル電圧が４１００ｍＶ以上の劣化の激しい領域に入ってしまうことを抑えることができる。

図６および図７より、劣化に合わせて充電電圧を変化させることで、高充電圧領域での二次電池の充電を抑えることができる。したがって、二次電池７の劣化の進行を抑制することができる。

以下、図８を参照して、劣化に応じた充電電圧の可変制御処理の流れを説明する。なお、初期内部抵抗を得るための処理の流れは、図４を用いて説明した処理の流れと同様であるので、説明を省略する。

図８は、二次電池７の劣化に応じた充電電圧の可変制御処理の流れを概略的に示すフローチャートである。図８示す処理において、電池パック２０は、例えばノート型ＰＣ３０に接続されて定電流定電圧充電方式により充電可能な状態である。なお、特別な記載がない限り、以下の処理はＣＰＵ１３においてなされるものである。

まず、ステップＳ２１において、測定部１１により、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのそれぞれの電圧が測定される。測定された値は、ＣＰＵ１３に供給される。

次に、ステップＳ２２において、電池パック２０の電流の大きさを測定する。また、ステップＳ２３において、セルブロック７ａ、セルブロック７ｂ、セルブロック７ｃのそれぞれの電池温度を測定する。

続いて、ステップＳ２４において、測定部１１から供給された電圧と、測定された電流および電池温度とを用いて、各セルブロックの現在の内部抵抗値を計算する。

次に、ステップＳ２５において、ステップＳ２４で求められた各セルブロックの内部抵抗のうち、最大内部抵抗が求められる。

次に、ステップＳ２６において、ステップＳ２４で求められたセルブロックの最大内部抵抗値と、この最大内部抵抗値を示すセルブロックの初期内部抵抗値とから、二次電池７の劣化係数が求められる。劣化係数の算出には、上述の式（１）が用いられる。

続いて、ステップＳ２７において、ステップＳ２６で求められた劣化係数と、イニシャル充電電圧値とから、上述の式（３）を用いて可変充電電圧が求められる。

次に、ステップＳ２８において、電池パック２０に接続されているノート型ＰＣの制御部３３に可変充電電圧の値を供給することにより、可変充電電圧のリクエストを行う。ノート型ＰＣ３０の制御部３４は、ＣＰＵ１３からの可変充電電圧のリクエストに従い、充電部３５からの出力電圧を可変充電電圧に維持した状態で、二次電池７の充電がなされるように制御する。

以上説明したように、この発明の一実施の形態では、各セルブロックの初期内部抵抗を基準値として用いて二次電池７の劣化係数を算出するので、二次電池７が長期保存された場合などの保存による劣化を反映させることができると共に、劣化係数の算出を所望のタイミングで行うことも可能になる。また、二次電池７の使用状態の違いなどによって生じる劣化係数算出の誤差を小さくすることができる。したがって、二次電池７の劣化係数を適切に、かつ高頻度で算出することができる。

また、二次電池７の劣化係数を適切に算出することができるので、適切な充電条件を求めることができる。二次電池７は、求められた充電条件に基づいて適切に定電流定電圧充電される。したがって、二次電池７が高電圧状態で長時間充電されることを抑えることができ、二次電池７の劣化の進行を抑えることができる。

さらに、二次電池７の劣化係数の算出では、各セルブロックのうち内部抵抗の最も高いセルの内部抵抗が用いられるので、各セルブロックの内部抵抗にばらつきが生じた場合でも、内部抵抗の高いセルブロックの二次電池７が過充電になることを防止することができる。したがって、電池パック２０の安定性をより高めることができる。

以上、この発明の一実施の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の一実施の形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

また、上述の実施形態の各構成は、この発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

また、上述の一実施の形態では、劣化係数＝初期内部抵抗値／測定された内部抵抗値、の式により係数を算出したが、劣化係数＝（測定された内部抵抗値−初期内部抵抗値）／初期内部抵抗値、の式によって算出された値を劣化係数として用いてもよい。この場合、求められた劣化係数から、内部抵抗増加率＝１−劣化係数、の式によって内部抵抗増加率を求め、この内部抵抗増加率とイニシャル充電電流あるいはイニシャル充電電圧とを用いて、可変充電電流あるいは可変充電電圧を算出することができる。

また、上述の一実施の形態では、二次電池７としてリチウムイオン電池を用いたが、二次電池７はこれに限られるものではなく、例えば、Ｎｉ−Ｃｄ（ニッカド）電池、Ｎｉ−ＭＨ（ニッケル水素）電池など、種々の電池に適用可能である。

また、上述の一実施の形態では、電池パックに２本の並列の二次電池を３ブロック直列に設ける構成としたが、電池パックに設ける２次電池の数および構成は、特に限定されるものではない。

この発明の一実施の形態による電池パックの構造の一例を示す略線図である。５００サイクル後の電池パックにおいて、充電条件を固定した場合の充電電流およびセル電圧の変化の一例を示すグラフである。５００サイクル後の電池パックにおいて、充電電流を変化させた場合の充電電流およびセル電圧の変化の一例を示すグラフである。この発明の一実施の形態による二次電池の初期内部抵抗値を得るための処理の流れを概略的に示すフローチャートである。この発明の一実施の形態による二次電池の劣化に応じた充電電流の可変制御処理の流れを概略的に示すフローチャートである。５００サイクル後の電池パックにおいて、充電条件を固定した場合の充電電流およびセル電圧の変化の一例を示すグラフである。５００サイクル後の電池パックにおいて、充電電圧を変化させた場合の充電電流およびセル電圧の変化の一例を示すグラフである。この発明の一実施の形態による二次電池の劣化に応じた充電電圧の可変制御処理の流れを概略的に示すフローチャートである。定電流定電圧充電の説明に用いるためのグラフである。劣化した二次電池を充電したときの充電電流およびセル電圧について説明するためのグラフである。

符号の説明

１、３１・・・＋端子
２、３２・・・−端子
３ａ、３３ａ・・・通信端子
３ｂ、３３ｂ・・・クロック端子
４・・・充放電制御スイッチ
５・・・充電制御ＦＥＴ
６・・・放電制御ＦＥＴ
７・・・二次電池
８・・・温度検出素子
９・・・保護回路
１０・・・ヒューズ
１１・・・測定部
１２・・・電流検出抵抗
１３・・・ＣＰＵ
１４・・・メモリ
２０・・・電池パック
３０・・・ノート型ＰＣ
３４・・・制御部
３５・・・充電部
３６・・・ＡＣコネクタ

Claims

複数のセルブロックにより構成された二次電池と、
上記二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定部と、
上記二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて上記二次電池の充電がなされるように、充電部に対して上記充電条件の要求信号を出力する制御部と、
上記二次電池のセルブロックのうちの最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を登録する不揮発性メモリと、
を備え、
上記制御部は、上記測定部によって検出された上記二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数の上記セルブロックのうちで最大の内部抵抗と、上記不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの上記初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
上記充電条件は、定電圧充電における充電電圧値を含み、
可変後の充電電圧値の変動範囲を、上限値を初期設定の上記充電電圧値とし、下限値を初期設定の上記充電電圧値から所定の値低下させた下限電圧値とし、可変後の上記充電電圧値を｛下限電圧値＋（初期設定の充電電圧値−下限電圧値）×（１−劣化係数）｝から算出するようにした
ことを特徴とする電池パック。
複数のセルブロックにより構成された二次電池と、
上記二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定部と、
上記二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて上記二次電池の充電がなされるように、充電部に対して上記充電条件の要求信号を出力する制御部と、
上記二次電池のセルブロックのうちの最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を登録する不揮発性メモリと、
を備え、
上記制御部は、上記測定部によって検出された上記二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数の上記セルブロックのうちで最大の内部抵抗と、上記不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの上記初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
上記充電条件は、定電流充電における充電電流値を含み、
可変後の上記充電電流値を（初期設定の充電電流値×劣化係数）から算出するようにした
ことを特徴とする電池パック。
予め複数のセルブロックにより構成された二次電池のセルブロックのうち最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を不揮発性メモリに登録するステップと、
上記二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定ステップと、
上記二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて上記二次電池の充電がなされるように、充電部に対して上記充電条件の要求信号を出力するステップと、
を有し、
上記測定ステップによって検出された上記二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数の上記セルブロックのうちで最大の内部抵抗と、上記不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの上記初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
上記充電条件は、定電圧充電における充電電圧値を含み、
可変後の充電電圧値の変動範囲を、上限値を初期設定の上記充電電圧値とし、下限値を初期設定の上記充電電圧値から所定の値低下させた下限電圧値とし、可変後の上記充電電圧値を｛下限電圧値＋（初期設定の充電電圧値−下限電圧値）×（１−劣化係数）｝から算出するようにした
ことを特徴とする二次電池の充電方法。
予め複数のセルブロックにより構成された二次電池のセルブロックのうち最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を不揮発性メモリに登録するステップと、
上記二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定ステップと、
上記二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて上記二次電池の充電がなされるように、充電部に対して上記充電条件の要求信号を出力するステップと、
を有し、
上記測定ステップによって検出された上記二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数の上記セルブロックのうちで最大の内部抵抗と、上記不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの上記初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
上記充電条件は、定電流充電における充電電流値を含み、
可変後の上記充電電流値を（初期設定の充電電流値×劣化係数）から算出するようにした
ことを特徴とする二次電池の充電方法。
複数のセルブロックにより構成された二次電池と、
上記二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定部と、
上記二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて上記二次電池の充電がなされるように、上記充電条件の要求信号を出力する制御部と、
上記二次電池のセルブロックのうち最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を登録する不揮発性メモリと、
上記制御部から出力される上記要求信号に応じて、上記二次電池の定電圧充電における充電電圧値を制御する充電部と、
を備え、
上記制御部は、上記測定部によって検出された上記二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した複数の上記セルブロックのうちで最大の内部抵抗と、上記不揮発性メモリに登録されている、該最大の内部抵抗を示すセルブロックの上記初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
可変後の充電電圧値の変動範囲を、上限値を初期設定の上記充電電圧値とし、下限値を初期設定の上記充電電圧値から所定の値低下させた下限電圧値とし、可変後の上記充電電圧値を｛下限電圧値＋（初期設定の充電電圧値−下限電圧値）×（１−劣化係数）｝から算出する
ことを特徴とする充電装置。
複数のセルブロックにより構成された二次電池と、
上記二次電池の電圧、電流、および電池温度を検出する測定部と、
上記二次電池の電圧および電流を監視し、設定された定電流定電圧方式の充電条件に応じて上記二次電池の充電がなされるように、上記充電条件の要求信号を出力する制御部と、
上記二次電池のセルブロックのうち最大の初期内部抵抗を含むそれぞれの初期内部抵抗を登録する不揮発性メモリと、
上記制御部から出力される上記要求信号に応じて、上記二次電池の定電流充電における充電電流値を制御する充電部と、
を備え、
上記制御部は、上記測定部によって検出された上記二次電池の電圧、電流、および電池温度から算出した上記セルブロックのうち最大の内部抵抗と、上記不揮発性メモリに登録されている上記初期内部抵抗との比率によって劣化係数を算出し、
可変後の上記充電電流値を（初期設定の充電電流値×劣化係数）から算出する
ことを特徴とする充電装置。