JP5454070B2 - 充電式電池装置 - Google Patents

Description

この発明は、二次電池を用いた充電式電池装置に関する。

周知のように、従来の充電式電池装置は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池と充電回路を内蔵する。そして充電回路は、二次電池の出力電圧や温度を監視しながら、外部接続される充電器から供給される電力を二次電池に与えて充電を行っている（例えば、特許文献１参照）。

また充電式電池装置は、充電に要する時間短縮が求められているが、急速充電は、二次電池の寿命や安全性に影響するため、充電回路に高精度の制御が要求される。しかしながら、充電式電池装置は、広範な機器に多用されるようになり、充電時間の短縮化が求められている。

特開２００９−１７８０１４公報

従来の充電式電池装置は、二次電池の寿命や安全性への配慮から、充電時間の短縮化が難しいという問題があった。
この発明は上記の問題を解決すべくなされたもので、二次電池の寿命や安全性への配慮しても、充電時間を短縮化することが可能な充電式電池装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明は、電子機器に電力を供給する充電式電池装置
において、第１の二次電池と、この第１の二次電池に比して、短時間で多くの電力を充電
可能な第２の二次電池と、充電器を接続する接続手段と、この接続手段に接続された充電
器から供給される電力で、第１の二次電池および第２の二次電池を充電する第１充電手段
と、第２の二次電池で、第１の二次電池を充電する第２充電手段とを具備し、さらに、前記接続手段に充電器が接続されたことを検出する接続検出手段を備え、前記第２充電手段は、前記接続検出手段が、前記充電器が接続されていないことを検出した場合に、前記第２の二次電池で、前記第１の二次電池を充電するようにした。

以上述べたように、この発明では、第１の二次電池と、この第１の二次電池に比して、短時間で多くの電力を充電可能な第２の二次電池を備え、充電器によって充電する以外に、第２の二次電池によって第１の二次電池を充電する機能を備えるようにしている。
したがって、この発明によれば、従来と同様に二次電池の寿命や安全性への配慮しても、充電時間を短縮化することが可能な充電式電池装置を提供できる。

この発明に係わる充電式電池装置の第１の実施の形態の構成を示す回路ブロック図。 図１に示した充電式電池装置に充電器を接続した場合の動作を説明するためのフローチャート。 図１に示した充電式電池装置に充電器を接続しない場合の動作を説明するためのフローチャート。 この発明に係わる充電式電池装置の第２の実施の形態の構成を示す回路ブロック図。 図４に示した充電式電池装置に充電器を接続した場合の動作を説明するためのフローチャート。 図４に示した充電式電池装置に充電器を接続しない場合の動作を説明するためのフローチャート。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１の実施形態に係わる充電式電池装置の構成を示すものである。この充電式電池装置は、入出力端子１０，１１と、リチウムイオン電池パック（LIB-P）１００と、電圧検出部（Det.V_LIB）１１０と、電圧検出部（Det.V_P1）１２０と、電流検出部（Det.I_P）１３０と、スイッチ（SW1）１４０と、DC/DCコンバータ（4.2V出力）１５０と、スイッチ（SW4）１６０と、ダイオード１７０と、SCiB(Super Charge ion Battery)（登録商標）２００と、電圧検出部（Det.V_P2）２１０と、スイッチ（SW2）２２０と、DC/DCコンバータ（2.8V出力）２３０と、電流検出部（Det.I_SC）２４０と、電圧検出部（Det.V_SC）２５０と、スイッチ（SW3）２６０と、DC/DCコンバータ（2.8V入力／4.2V出力）２７０と、制御部４００と、温度検出部３００，３０１とを備えている。

入出力端子１０，１１は、商用交流電源などから直流電力を得る充電器（AC/DCアダプタ）を接続して電力の供給を受けたり、電子機器に電力を供給するための端子である。入出力端子１０は、プラス端子であり、入出力端子１１は、マイナス端子である。
リチウムイオン電池パック（LIB-P）１００は、リチウムイオン電池を搭載した二次電池である。

電圧検出部（Det.V_LIB）１１０は、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧V_LIBを検出し、制御部４００に通知する。
電圧検出部（Det.V_P1）１２０は、入出力端子１０から供給される電力の電圧V_P1を検出し、制御部４００に通知する。

電流検出部（Det.I_P）１３０は、入出力端子１０から供給される電力の電流I_Pを検出し、制御部４００に通知する。
スイッチ（SW1）１４０は、電流検出部１３０を介して、入出力端子１０とDC/DCコンバータ１５０の入力端を接続するためのスイッチであり、制御部４００によって制御される。

DC/DCコンバータ（4.2V出力）１５０は、スイッチ１４０を介して入出力端子１０から供給される直流電力の電圧を、4.2Vの直流電力に変圧するものであり、この4.2Vの直流電力をリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給する。

スイッチ（SW4）１６０は、リチウムイオン電池パック１００のプラス端子とダイオード１７０のアノード端を接続するためのスイッチであり、制御部４００によって制御され、リチウムイオン電池パック１００の電力を入出力端子１０から出力する場合にだけ、短絡される。

ダイオード１７０は、アノード端がリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に接続され、カソード端が入出力端子１０に接続されて、リチウムイオン電池パック１００の電力を入出力端子１０から出力する。

SCiB(Super Charge ion Battery)２００は、リチウムイオン電池パック１００に比べて、短時間で多くの電力を充電可能なリチウムイオン電池である。また、以下の説明では、リチウムイオン電池パック１００に比べて、出力電圧が低く、またエネルギー密度が低いために、容量が小さいものを想定する。

電圧検出部（Det.V_P2）２１０は、SCiB２００に与えられる電力の電圧V_P2を検出し、制御部４００に通知する。
スイッチ（SW2）２２０は、電流検出部１３０を介して、入出力端子１０とDC/DCコンバータ２３０の入力端を接続するためのスイッチであり、制御部４００によって制御される。

DC/DCコンバータ（2.8V出力）２３０は、スイッチ２２０を介して入出力端子１０から供給される直流電力の電圧を、2.8Vの直流電力に変圧するものであり、この2.8Vの直流電力をSCiB２００のプラス端子に供給する。

電流検出部（Det.I_SC）２４０は、SCiB２００から供給される電力の電流I_SCを検出し、制御部４００に通知する。
電圧検出部（Det.V_SC）２５０は、SCiB２００から供給される電力の電圧V_SCを検出し、制御部４００に通知する。

スイッチ（SW3）２６０は、電流検出部２４０を介して、SCiB２００のプラス端子とDC/DCコンバータ２７０の入力端を接続するためのスイッチであり、制御部４００によって制御される。

DC/DCコンバータ（2.8V入力／4.2V出力）２７０は、スイッチ２６０を介してSCiB２００から供給される直流電力の電圧（2.8V）を、4.2Vの直流電力に変圧（昇圧）するものであり、この4.2Vの直流電力をリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給する。

温度検出部３００は、リチウムイオン電池パック１００の温度を検出し、制御部４００に通知する。同様に、温度検出部３０１は、SCiB２００の温度を検出し、制御部４００に通知する。

制御部４００は、当該充電式電池装置の各部を統括して制御するものであって、電圧検出部１１０の検出結果に基づいて、入出力端子１０，１１に充電器が接続されているか否かを判断し、充電器が接続されてことを検出した場合には、図２に示す処理を実行し、一方、上記充電器が接続されていない場合には、図３に示す処理を実行する。

また制御部４００は、リチウムイオン電池パック１００またはSCiB２００に対して断続的な充電を行い、充電を休止する間に各電池の温度と出力電圧の検出を監視することで、過充電による電池寿命の短縮化を防止するとともに、安全性を確保する。以下の説明では、単に充電として記すが、充電を行う場合には、制御部４００の制御により、上述したような電池温度と出力電圧の監視を行いながら、充電を断続的に行っているものとする。

次に、上記構成の充電式電池装置の動作について説明する。
図２を参照して、入出力端子１０，１１に充電器を接続している場合の動作について説明する。図２に示す処理は、制御部４００が行うものであって、電圧検出部１２０が所定の電圧を検出した場合に、入出力端子１０，１１に充電器が接続されたものと判断し、開始される。

まず、ステップ２ａにおいて制御部４００は、電圧検出部１１０が検出した電圧V_LIBが、予め設定された閾値電圧値V_th1以上であるか否かを判定する。すなわち、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1以上であり、十分な電力をリチウムイオン電池パック１００が蓄え、充電が不要な状態にあるか否かを判断する。閾値電圧値V_th1は、リチウムイオン電池パック１００の性能を考慮し、例えば過充電による二次電池寿命の短縮化や安全性に配慮した値に設定される。

ここで、電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1以上である場合には、ステップ２ｂに移行し、一方、電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1未満の場合には、引き続きステップ２ａにて、電圧検出部１２０が検出した電圧V_LIBの値を監視する。

ステップ２ｂにおいて制御部４００は、電圧検出部１２０が検出した電圧V_P1が、予め設定された閾値電圧値V_th2以上であるか否かを判定する。すなわち、充電器から供給される電力の電圧V_P1が閾値電圧値V_th2以上であるか否かを判断する。ここで、電圧V_P1が閾値電圧値V_th2以上である場合には、ステップ２ｃに移行し、一方、電圧V_P1が閾値電圧値V_th2未満の場合には、ステップ２ｍに移行する。

ステップ２ｃにおいて制御部４００は、スイッチ１４０をＯＮにし、充電器から供給される電力をDC/DCコンバータ１５０および電圧検出部２１０に与え、ステップ２ｄに移行する。これによりDC/DCコンバータ１５０は、スイッチ１４０を介して供給される直流電力の電圧を、4.2Vの直流電力に変圧し、これをリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給して、リチウムイオン電池パック１００を充電する。

ステップ２ｄにおいて制御部４００は、電圧検出部２１０が検出した電圧V_P2が、予め設定された閾値電圧値V_th3以上であるか否かを判定する。すなわち、DC/DCコンバータ１５０によってリチウムイオン電池パック１００を充電している際に、DC/DCコンバータ２３０に与えられる電圧V_P2を検出し、上記充電器にSCiB２００を充電する余力があるか否かを判断する。ここで、電圧V_P2が閾値電圧値V_th3以上である場合には、ステップ２ｅに移行し、一方、電圧V_P2が閾値電圧値V_th3未満の場合には、ステップ２ｈに移行する。

ステップ２ｅにおいて制御部４００は、スイッチ２２０をＯＮにし、充電器から供給される電力をDC/DCコンバータ２３０に与え、ステップ２ｆに移行する。これによりDC/DCコンバータ２３０は、スイッチ２２０を介して供給される直流電力の電圧を、2.8Vの直流電力に変圧し、これをSCiB２００のプラス端子に供給して、SCiB２００を充電する。

ステップ２ｆにおいて制御部４００は、電流検出部１３０が検出した電流I_Pが、予め設定された閾値電流値I_th1+I_th2以下であるか否かを判定する。ここで、閾値電流値I_th1は、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことを確認するための閾値であり、同様に、閾値電流値I_th2は、SCiB２００の充電が完了したことを確認するための閾値である。

すなわち、ステップ２ｆでは、リチウムイオン電池パック１００およびSCiB２００の充電が完了したことを確認する。ここで、電流I_Pが閾値電流値I_th1+I_th2より大きい場合には、再びステップ２ｆに移行して電流I_Pの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_Pが閾値電流値I_th1+I_th2以下の場合には、ステップ２ｇに移行する。

ステップ２ｇにおいて制御部４００は、リチウムイオン電池パック１００およびSCiB２００の充電が完了したことより、スイッチ１４０およびスイッチ２２０をＯＦＦにし、これにより充電器からDC/DCコンバータ１５０およびDC/DCコンバータ２３０への電力供給を停止し、ステップ２ａに移行する。ステップ２ａでは、自然放電などにより、リチウムイオン電池パック１００の充電電力が低下したか否かを監視する。

一方、ステップ２ｈにおいて制御部４００は、電流検出部１３０が検出した電流I_Pが、閾値電流値I_th1以下であるか否かを判定する。すなわち、ステップ２ｈでは、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことを確認する。ここで、電流I_Pが閾値電流値I_th1より大きい場合には、再びステップ２ｈに移行して電流I_Pの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_Pが閾値電流値I_th1以下の場合には、ステップ２ｉに移行する。

ステップ２ｉにおいて制御部４００は、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことより、スイッチ１４０をＯＦＦにし、これにより充電器からDC/DCコンバータ１５０への電力供給を停止し、ステップ２ｊに移行する。

ステップ２ｊにおいて制御部４００は、スイッチ２２０をＯＮにし、充電器から供給される電力をDC/DCコンバータ２３０に与え、ステップ２ｋに移行する。これによりDC/DCコンバータ２３０は、スイッチ２２０を介して供給される直流電力の電圧を、2.8Vの直流電力に変圧し、これをSCiB２００のプラス端子に供給して、SCiB２００を充電する。

ステップ２ｋにおいて制御部４００は、電流検出部１３０が検出した電流I_Pが、閾値電流値I_th2以下であるか否かを判定する。すなわち、ステップ２ｋでは、SCiB２００の充電が完了したことを確認する。ここで、電流I_Pが閾値電流値I_th2より大きい場合には、再びステップ２ｋに移行して電流I_Pの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_Pが閾値電流値I_th2以下の場合には、ステップ２ｌに移行する。

ステップ２ｌにおいて制御部４００は、SCiB２００の充電が完了したことより、スイッチ２２０をＯＦＦにし、これにより充電器からDC/DCコンバータ２３０への電力供給を停止し、ステップ２ａに移行する。

一方、ステップ２ｍにおいて制御部４００は、電圧検出部２５０が検出した電圧V_SCが、予め設定された閾値電圧値V_th4以上であるか否かを判定する。すなわち、SCiB２００がリチウムイオン電池パック１００を充電することができる電力を蓄えているか否かを判断する。ここで、電圧V_SCが閾値電圧値V_th4以上である場合には、ステップ２ｎに移行し、一方、電圧V_SCが閾値電圧値V_th4未満の場合には、ステップ２ｇに移行する。

ステップ２ｎにおいて制御部４００は、スイッチ２６０をＯＮにし、SCiB２００が蓄える電力をDC/DCコンバータ２７０に与え、ステップ２ｏに移行する。これによりDC/DCコンバータ２７０は、スイッチ２６０を介して供給される直流電力の電圧2.8Vを、4.2Vの直流電力に変圧し、これをリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給して、リチウムイオン電池パック１００を充電する。

ステップ２ｏにおいて制御部４００は、電流検出部２４０が検出した電流I_SCが、予め設定された閾値電流値I_th3以下であるか否かを判定する。ここで、閾値電流値I_th3は、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了した、もしくはSCiB２００による充電が行えなくなったことを確認するための閾値である。すなわち、ステップ２ｏでは、SCiB２００によるリチウムイオン電池パック１００の充電を完了する。ここで、電流I_SCが閾値電流値I_th3より大きい場合には、再びステップ２ｏに移行して電流I_SCの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_SCが閾値電流値I_th3以下の場合には、ステップ２ｐに移行する。

ステップ２ｐにおいて制御部４００は、SCiB２００によるリチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことより、スイッチ２６０をＯＦＦにし、これによりSCiB２００からDC/DCコンバータ２７０への電力供給を停止し、ステップ２ｑに移行する。

ステップ２ｑにおいて制御部４００は、電圧検出部１２０（もしくは２１０）が検出した電圧V_P1（もしくは電圧V_P2）が、予め設定された閾値電圧値V_th5以上であるか否かを判定する。すなわち、充電器から供給される電力の電圧V_P1（もしくは電圧V_P2）が、SCiB２００を充電する能力があるか否かを判断する。ここで、電圧V_P1（もしくは電圧V_P2）が閾値電圧値V_th5以上である場合には、ステップ２ｊに移行し、一方、電圧V_P1（もしくは電圧V_P2）が閾値電圧値V_th5未満の場合には、当該処理を終了する。

次に、図３を参照して、入出力端子１０，１１に充電器を接続していない場合の動作について説明する。図３に示す処理は、制御部４００が行うものであって、電圧検出部１２０が所定の電圧を検出しない場合に、入出力端子１０，１１に充電器が接続されていないものと判断し、開始される。

まず、ステップ３ａにおいて制御部４００は、電圧検出部１１０が検出した電圧V_LIBが、予め設定された閾値電圧値V_th1以上であるか否かを判定する。すなわち、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1以上であり、十分な電力をリチウムイオン電池パック１００が蓄え、充電が不要な状態にあるか否かを判断する。

ここで、電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1以上である場合には、ステップ３ｂに移行し、一方、電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1未満の場合には、引き続きステップ３ａにて、電圧検出部１２０が検出した電圧V_LIBの値を監視する。すなわち、自然放電などにより、リチウムイオン電池パック１００が蓄える電力が低下したかを監視する。

ステップ３ｂにおいて制御部４００は、電圧検出部２５０が検出した電圧V_SCが、予め設定された閾値電圧値V_th4以上であるか否かを判定する。すなわち、SCiB２００がリチウムイオン電池パック１００を充電することができる電力を蓄えているか否かを判断する。ここで、電圧V_SCが閾値電圧値V_th4以上である場合には、ステップ３ｃに移行し、一方、電圧V_SCが閾値電圧値V_th4未満の場合には、当該処理を終了する。

ステップ３ｃにおいて制御部４００は、スイッチ２６０をＯＮにし、SCiB２００が蓄える電力をDC/DCコンバータ２７０に与え、ステップ３ｄに移行する。これによりDC/DCコンバータ２７０は、スイッチ２６０を介して供給される直流電力の電圧を、4.2Vの直流電力に変圧し、これをリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給して、リチウムイオン電池パック１００を充電する。

ステップ３ｄにおいて制御部４００は、電流検出部２４０が検出した電流I_SCが、予め設定された閾値電流値I_th3以下であるか否かを判定する。ここで、閾値電流値I_th3は、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了した、もしくはSCiB２００による充電が行えなくなったことを確認するための閾値である。すなわち、ステップ３ｄでは、SCiB２００によるリチウムイオン電池パック１００の充電を完了する。ここで、電流I_SCが閾値電流値I_th3より大きい場合には、再びステップ３ｄに移行して電流I_SCの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_SCが閾値電流値I_th3以下の場合には、ステップ３ｅに移行する。

ステップ３ｅにおいて制御部４００は、SCiB２００によるリチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことより、スイッチ２６０をＯＦＦにし、これによりSCiB２００からDC/DCコンバータ２７０への電力供給を停止し、当該処理を終了する。

以上のように、上記構成の充電式電池装置では、リチウムイオン電池パック１００と、リチウムイオン電池パック１００より急速充電が可能なSCiB２００を並列に接続して備え、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧や温度を監視しながら充電を行い、充電の必要が生じたリチウムイオン電池パック１００に対して充電器による充電が行えない場合には、SCiB２００によって充電を行うようにしている。

したがって、上記構成の充電式電池装置によれば、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧や温度を監視しながら充電を行うことで、二次電池の寿命や安全性への配慮し、また急速充電が可能なSCiB２００を併用し、リチウムイオン電池パック１００を充電するようにしているので、充電時間を短縮化することができる。

また、上記構成の充電式電池装置では、接続された充電器がリチウムイオン電池パック１００を充電しながら、SCiB２００を充電する能力が有る場合には、リチウムイオン電池パック１００の充電に並行して、SCiB２００についても充電するようにしている。このため、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了する前に、充電器を取り外しても、リチウムイオン電池パック１００よりも早く充電が完了するSCiB２００に蓄えられた電力で、リチウムイオン電池パック１００を充電することができるので、充電器に接続する時間が短くても、リチウムイオン電池パック１００に対して、ある程度の充電を行うことができる。

そしてまた、接続された充電器がリチウムイオン電池パック１００を充電しながら、SCiB２００を充電する能力が無い場合には、リチウムイオン電池パック１００の充電完了後に、SCiB２００を充電するようにしている。このため、充電器を取り外した後、リチウムイオン電池パック１００に充電の必要が生じた場合に、SCiB２００に蓄えた電力によりリチウムイオン電池パック１００を充電することができる。

さらに、上記構成の充電式電池装置では、接続された充電器がリチウムイオン電池パック１００を充電する能力は無いが、SCiB２００を充電する能力が有る場合には、リチウムイオン電池パック１００の充電は行わず、SCiB２００について充電するようにしている。このため、リチウムイオン電池パック１００よりも早く充電が完了するSCiB２００に蓄えられた電力で、リチウムイオン電池パック１００を充電することができるので、充電器に接続する時間を短くても、リチウムイオン電池パック１００に対して、ある程度の充電を行うことができる。

（第２の実施形態）
図３は、この発明の第２の実施形態に係わる充電式電池装置の構成を示すものである。この充電式電池装置は、入出力端子１０，１１と、リチウムイオン電池パック（LIB-P）１００と、電圧検出部（Det.V_LIB）１１０と、電圧検出部（Det.V_P1）１２０と、電流検出部（Det.I_P）１３０と、スイッチ（SW1）１４０と、DC/DCコンバータ（4.2V出力）１５０と、スイッチ（SW4）１６０と、ダイオード１７０と、SCiB(Super Charge ion Battery)（登録商標）２００，２０１と、電圧検出部（Det.V_P2）２１０と、スイッチ（SW2）２２０と、DC/DCコンバータ（5.6V出力）２３０ａと、電流検出部（Det.I_SC）２４０と、電圧検出部（Det.V_SC）２５０と、スイッチ（SW3）２６０と、DC/DCコンバータ（5.6V入力／4.2V出力）２７０ａと、制御部４００と、温度検出部３００，３０１とを備えている。

なお、図１に示した第１の実施形態に係わる充電式電池装置と同様の構成には、同じ番号を付している。そして、以下の説明では、第１の実施形態の充電式電池装置と異なる点を中心に説明する。

すなわち、第２の実施形態に係わる充電式電池装置は、第１の実施形態に係わる充電式電池装置に比して、DC/DCコンバータ２３０に代わってDC/DCコンバータ２３０ａを採用し、またSCiB２００に加えてSCiB（登録商標）２０１を直列に接続し、さらにDC/DCコンバータ２７０に代わって、トランジスタ２７１および電圧制御部２７２を備える。また制御部４００に代わって、制御部４００ａを備える。

DC/DCコンバータ２３０ａは、スイッチ２２０を介して入出力端子１０から供給される直流電力の電圧を、5.6Vの直流電力に変圧するものであり、この5.6Vの直流電力をSCiB２００のプラス端子に供給する。

トランジスタ２７１は、エミッタにスイッチ２６０を介してSCiB２００，２０１から供給される直流電力の電圧（5.6V）が与えられ、コレクタ出力を電圧制御部２７２およびリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給する。またベースには、電圧制御部２７２の出力が与えられる。

電圧制御部２７２は、トランジスタ２７１のベース−コレクタ間の電流を制御して、コレクタ出力が4.0Vとなるように降圧する。第１の実施形態のような4.2Vではなく、4.0Vとしたのは、リチウムイオン電池パック１００に対する供給を常に4.2Vに維持することで、リチウムイオン電池パック１００が劣化してしまうことに配慮したものである。

また、温度検出部３０１は、SCiB２００およびSCiB２０１の温度を検出し、制御部４００ａに通知する。
制御部４００ａは、当該充電式電池装置の各部を統括して制御するものであって、電圧検出部１１０の検出結果に基づいて、入出力端子１０，１１に充電器が接続されているか否かを判断し、充電器が接続されてことを検出した場合には、図５に示す処理を実行し、一方、上記充電器が接続されていない場合には、図６に示す処理を実行する。

また制御部４００ａは、リチウムイオン電池パック１００またはSCiB２００，２０１に対して断続的な充電を行い、充電を休止する間に各電池の温度と出力電圧の検出を監視することで、過充電による電池寿命の短縮化を防止するとともに、安全性を確保する。以下の説明では、単に充電として記すが、充電を行う場合には、制御部４００ａの制御により、上述したような電池温度と出力電圧の監視を行いながら、充電を断続的に行っているものとする。

次に、上記構成の充電式電池装置の動作について説明する。
図５を参照して、入出力端子１０，１１に充電器を接続している場合の動作について説明する。図５に示す処理は、制御部４００が行うものであって、電圧検出部１２０が所定の電圧を検出した場合に、入出力端子１０，１１に充電器が接続されたものと判断し、開始される。

まず、ステップ５ａにおいて制御部４００は、電圧検出部１１０が検出した電圧V_LIBが、予め設定された閾値電圧値V_th1以上であるか否かを判定する。すなわち、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1以上であり、十分な電力をリチウムイオン電池パック１００が蓄え、充電が不要な状態にあるか否かを判断する。閾値電圧値V_th1は、リチウムイオン電池パック１００の性能を考慮し、例えば過充電による二次電池寿命の短縮化や安全性に配慮した値に設定される。

ここで、電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1以上である場合には、ステップ５ｂに移行し、一方、電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1未満の場合には、引き続きステップ５ａにて、電圧検出部１２０が検出した電圧V_LIBの値を監視する。すなわち、自然放電などにより、リチウムイオン電池パック１００が蓄える電力が低下したかを監視する。

ステップ５ｂにおいて制御部４００は、電圧検出部１２０が検出した電圧V_P1が、予め設定された閾値電圧値V_th2以上であるか否かを判定する。すなわち、充電器から供給される電力の電圧V_P1が閾値電圧値V_th2以上であるか否かを判断する。ここで、電圧V_P1が閾値電圧値V_th2以上である場合には、ステップ５ｃに移行し、一方、電圧V_P1が閾値電圧値V_th2未満の場合には、ステップ５ｍに移行する。

ステップ５ｃにおいて制御部４００は、スイッチ１４０をＯＮにし、充電器から供給される電力をDC/DCコンバータ１５０および電圧検出部２１０に与え、ステップ５ｄに移行する。これによりDC/DCコンバータ１５０は、スイッチ１４０を介して供給される直流電力の電圧を、4.2Vの直流電力に変圧し、これをリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給して、リチウムイオン電池パック１００を充電する。

ステップ５ｄにおいて制御部４００は、電圧検出部２１０が検出した電圧V_P2が、予め設定された閾値電圧値V_th3以上であるか否かを判定する。すなわち、DC/DCコンバータ１５０によってリチウムイオン電池パック１００を充電している際に、DC/DCコンバータ２３０に与えられる電圧V_P2を検出し、上記充電器にSCiB２００を充電する余力があるか否かを判断する。ここで、電圧V_P2が閾値電圧値V_th6以上である場合には、ステップ５ｅに移行し、一方、電圧V_P2が閾値電圧値V_th6未満の場合には、ステップ５ｈに移行する。

ステップ５ｅにおいて制御部４００は、スイッチ２２０をＯＮにし、充電器から供給される電力をDC/DCコンバータ２３０ａに与え、ステップ５ｆに移行する。これによりDC/DCコンバータ２３０ａは、スイッチ２２０を介して供給される直流電力の電圧を、5.6Vの直流電力に変圧し、これをSCiB２００のプラス端子に供給して、SCiB２００およびSCiB２０１を充電する。

ステップ５ｆにおいて制御部４００は、電流検出部１３０が検出した電流I_Pが、予め設定された閾値電流値I_th1+I_th2以下であるか否かを判定する。ここで、閾値電流値I_th1は、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことを確認するための閾値であり、同様に、閾値電流値I_th2は、SCiB２００およびSCiB２０１の充電が完了したことを確認するための閾値である。

すなわち、ステップ５ｆでは、リチウムイオン電池パック１００およびSCiB２００，２０１の充電が完了したことを確認する。ここで、電流I_Pが閾値電流値I_th1+I_th2より大きい場合には、再びステップ５ｆに移行して電流I_Pの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_Pが閾値電流値I_th1+I_th2以下の場合には、ステップ５ｇに移行する。

ステップ５ｇにおいて制御部４００は、リチウムイオン電池パック１００およびSCiB２００，２０１の充電が完了したことより、スイッチ１４０およびスイッチ２２０をＯＦＦにし、これにより充電器からDC/DCコンバータ１５０およびDC/DCコンバータ２３０への電力供給を停止し、ステップ５ａに移行する。ステップ５ａでは、自然放電などにより、リチウムイオン電池パック１００の充電電力が低下したか否かを監視する。

一方、ステップ５ｈにおいて制御部４００は、電流検出部１３０が検出した電流I_Pが、閾値電流値I_th1以下であるか否かを判定する。すなわち、ステップ５ｈでは、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことを確認する。ここで、電流I_Pが閾値電流値I_th1より大きい場合には、再びステップ５ｈに移行して電流I_Pの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_Pが閾値電流値I_th1以下の場合には、ステップ５ｉに移行する。

ステップ５ｉにおいて制御部４００は、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことより、スイッチ１４０をＯＦＦにし、これにより充電器からDC/DCコンバータ１５０への電力供給を停止し、ステップ５ｊに移行する。

ステップ５ｊにおいて制御部４００は、スイッチ２２０をＯＮにし、充電器から供給される電力をDC/DCコンバータ２３０ａに与え、ステップ５ｋに移行する。これによりDC/DCコンバータ２３０ａは、スイッチ２２０を介して供給される直流電力の電圧を、5.6Vの直流電力に変圧し、これをSCiB２００のプラス端子に供給して、SCiB２００およびSCiB２０１を充電する。

ステップ５ｋにおいて制御部４００は、電流検出部１３０が検出した電流I_Pが、閾値電流値I_th2以下であるか否かを判定する。すなわち、ステップ５ｋでは、SCiB２００およびSCiB２０１の充電が完了したことを確認する。ここで、電流I_Pが閾値電流値I_th2より大きい場合には、再びステップ５ｋに移行して電流I_Pの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_Pが閾値電流値I_th2以下の場合には、ステップ５ｌに移行する。

ステップ５ｌにおいて制御部４００は、SCiB２００およびSCiB２０１の充電が完了したことより、スイッチ２２０をＯＦＦにし、これにより充電器からDC/DCコンバータ２３０ａへの電力供給を停止し、ステップ５ａに移行する。

一方、ステップ５ｍにおいて制御部４００は、電圧検出部２５０が検出した電圧V_SCが、予め設定された閾値電圧値V_th7以上であるか否かを判定する。すなわち、SCiB２００およびSCiB２０１がリチウムイオン電池パック１００を充電することができる電力を蓄えているか否かを判断する。ここで、電圧V_SCが閾値電圧値V_th7以上である場合には、ステップ５ｎに移行し、一方、電圧V_SCが閾値電圧値V_th7未満の場合には、ステップ５ｇに移行する。

ステップ５ｎにおいて制御部４００は、スイッチ２６０をＯＮにし、SCiB２００およびSCiB２０１が蓄える電力をトランジスタ２７１のエミッタに与え、ステップ５ｏに移行する。これによりトランジスタ２７１および電圧制御部２７２は、スイッチ２６０を介して供給される直流電力の電圧5.6Vを、4.0Vの直流電力に変圧し、これをリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給して、リチウムイオン電池パック１００を充電する。

ステップ５ｏにおいて制御部４００は、電流検出部２４０が検出した電流I_SCが、予め設定された閾値電流値I_th3以下であるか否かを判定する。ここで、閾値電流値I_th3は、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了した、もしくはSCiB２００およびSCiB２０１による充電が行えなくなったことを確認するための閾値である。すなわち、ステップ５ｏでは、SCiB２００およびSCiB２０１によるリチウムイオン電池パック１００の充電を完了する。ここで、電流I_SCが閾値電流値I_th3より大きい場合には、再びステップ５ｏに移行して電流I_SCの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_SCが閾値電流値I_th3以下の場合には、ステップ５ｐに移行する。

ステップ５ｐにおいて制御部４００は、SCiB２００およびSCiB２０１によるリチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことより、スイッチ２６０をＯＦＦにし、これによりSCiB２００およびSCiB２０１からトランジスタ２７１への電力供給を停止し、ステップ５ｑに移行する。

ステップ５ｑにおいて制御部４００は、電圧検出部１２０（もしくは２１０）が検出した電圧V_P1（もしくは電圧V_P2）が、予め設定された閾値電圧値V_th5以上であるか否かを判定する。すなわち、充電器から供給される電力の電圧V_P1（もしくは電圧V_P2）が、SCiB２００およびSCiB２０１を充電する能力があるか否かを判断する。ここで、電圧V_P1（もしくは電圧V_P2）が閾値電圧値V_th5以上である場合には、ステップ５ｊに移行し、一方、電圧V_P1（もしくは電圧V_P2）が閾値電圧値V_th5未満の場合には、当該処理を終了する。

次に、図６を参照して、入出力端子１０，１１に充電器を接続していない場合の動作について説明する。図６に示す処理は、制御部４００が行うものであって、電圧検出部１２０が所定の電圧を検出しない場合に、入出力端子１０，１１に充電器が接続されていないものと判断し、開始される。

まず、ステップ６ａにおいて制御部４００は、電圧検出部１１０が検出した電圧V_LIBが、予め設定された閾値電圧値V_th1以上であるか否かを判定する。すなわち、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1以上であり、十分な電力をリチウムイオン電池パック１００が蓄え、充電が不要な状態にあるか否かを判断する。

ここで、電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1以上である場合には、ステップ６ｂに移行し、一方、電圧V_LIBが閾値電圧値V_th1未満の場合には、引き続きステップ６ａにて、電圧検出部１２０が検出した電圧V_LIBの値を監視する。

ステップ６ｂにおいて制御部４００は、電圧検出部２５０が検出した電圧V_SCが、予め設定された閾値電圧値V_th4以上であるか否かを判定する。すなわち、SCiB２００およびSCiB２０１がリチウムイオン電池パック１００を充電することができる電力を蓄えているか否かを判断する。ここで、電圧V_SCが閾値電圧値V_th7以上である場合には、ステップ６ｃに移行し、一方、電圧V_SCが閾値電圧値V_th7未満の場合には、当該処理を終了する。

ステップ６ｃにおいて制御部４００は、スイッチ２６０をＯＮにし、SCiB２００およびSCiB２０１が蓄える電力をトランジスタ２７１のエミッタに与え、ステップ６ｄに移行する。これによりトランジスタ２７１および電圧制御部２７２は、スイッチ２６０を介して供給される直流電力の電圧5.6Vを、4.0Vの直流電力に変圧し、これをリチウムイオン電池パック１００のプラス端子に供給して、リチウムイオン電池パック１００を充電する。

ステップ６ｄにおいて制御部４００は、電流検出部２４０が検出した電流I_SCが、予め設定された閾値電流値I_th3以下であるか否かを判定する。ここで、閾値電流値I_th3は、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了した、もしくはSCiB２００およびSCiB２０１による充電が行えなくなったことを確認するための閾値である。すなわち、ステップ６ｄでは、SCiB２００およびSCiB２０１によるリチウムイオン電池パック１００の充電を完了する。ここで、電流I_SCが閾値電流値I_th3より大きい場合には、再びステップ６ｄに移行して電流I_SCの監視を継続し、これにより充電が継続される。一方、電流I_SCが閾値電流値I_th3以下の場合には、ステップ６ｅに移行する。

ステップ６ｅにおいて制御部４００は、SCiB２００およびSCiB２０１によるリチウムイオン電池パック１００の充電が完了したことより、スイッチ２６０をＯＦＦにし、これによりSCiB２００およびSCiB２０１からトランジスタ２７１への電力供給を停止し、当該処理を終了する。

以上のように、上記構成の充電式電池装置では、リチウムイオン電池パック１００と、リチウムイオン電池パック１００より急速充電が可能なSCiB２００およびSCiB２０１を並列に接続して備え、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧や温度を監視しながら充電を行い、充電の必要が生じたリチウムイオン電池パック１００に対して充電器による充電が行えない場合には、SCiB２００およびSCiB２０１によって充電を行うようにしている。

したがって、上記構成の充電式電池装置によれば、リチウムイオン電池パック１００の出力電圧や温度を監視しながら充電を行うことで、二次電池の寿命や安全性への配慮し、また急速充電が可能なSCiB２００およびSCiB２０１を併用し、リチウムイオン電池パック１００を充電するようにしているので、充電時間を短縮化することができる。

また、上記構成の充電式電池装置では、接続された充電器がリチウムイオン電池パック１００を充電しながら、SCiB２００およびSCiB２０１を充電する能力が有る場合には、リチウムイオン電池パック１００の充電に並行して、SCiB２００およびSCiB２０１についても充電するようにしている。このため、リチウムイオン電池パック１００の充電が完了する前に、充電器を取り外しても、リチウムイオン電池パック１００よりも早く充電が完了するSCiB２００およびSCiB２０１に蓄えられた電力で、リチウムイオン電池パック１００を充電することができるので、充電器に接続する時間が短くても、リチウムイオン電池パック１００に対して、ある程度の充電を行うことができる。

そしてまた、接続された充電器がリチウムイオン電池パック１００を充電しながら、SCiB２００およびSCiB２０１を充電する能力が無い場合には、リチウムイオン電池パック１００の充電完了後に、SCiB２００およびSCiB２０１を充電するようにしている。このため、充電器を取り外した後、リチウムイオン電池パック１００に充電の必要が生じた場合に、SCiB２００およびSCiB２０１に蓄えた電力によりリチウムイオン電池パック１００を充電することができる。

さらに、上記構成の充電式電池装置では、接続された充電器がリチウムイオン電池パック１００を充電する能力は無いが、SCiB２００およびSCiB２０１を充電する能力が有る場合には、リチウムイオン電池パック１００の充電は行わず、SCiB２００およびSCiB２０１について充電するようにしている。このため、リチウムイオン電池パック１００よりも早く充電が完了するSCiB２００およびSCiB２０１に蓄えられた電力で、リチウムイオン電池パック１００を充電することができるので、充電器に接続する時間を短くても、リチウムイオン電池パック１００に対して、ある程度の充電を行うことができる。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その一例として例えば、上記実施の形態では、制御部４００は、スイッチ２２０よりもスイッチ１４０を先にＯＮにすることで（ステップ２ｃおよびステップ５ｃ）、リチウムイオン電池パック１００の充電を、SCiB２００（およびSCiB２０１）の充電よりも優先して行うようにしたが、これに代わって、制御部４００は、スイッチ１４０よりもスイッチ２２０を先にＯＮにすることで、SCiB２００（およびSCiB２０１）の充電を、リチウムイオン電池パック１００の充電よりも優先して行うようにしてもよい。

すなわち、ステップ２ｃおよびステップ５ｃでスイッチ２２０をＯＮにし、ステップ２ｅ、２ｊおよびステップ５ｅ、５ｊでスイッチ１４０をＯＮにするようにしてもよい。これによれば、SCiB２００（およびSCiB２０１）が、リチウムイオン電池パック１００よりも優先的に充電されるので、短時間だけ充電器を接続した場合でも、SCiB２００（およびSCiB２０１）については充電を完了することができ、後の制御（図３あるいは図６）により、リチウムイオン電池パック１００の充電を行うことができる。

また上記実施の形態では、リチウムイオン電池パック１００よりも短時間で充電が行える二次電池の例として、SCiB(Super Charge ion Battery)を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。またリチウムイオン電池パック１００に限定されるものでもない。

すなわち、単位時間あたりに充電できる電力が相対的に異なる２つの二次電池であればよい。そして、２つの二次電池のうち、相対的に充電に要する時間がかかり、蓄えられる電力量の大きな二次電池を、リチウムイオン電池パック１００の代わりに用い、一方、相対的に充電に要する時間が短く、蓄えられる電力量が小さな二次電池を、SCiB２００の代わりに用いれば、同様の効果を奏する。

また充電電圧の例として、4.2V、4.0V、2.8V、5.6Vなどを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、採用する二次電池に合わせて、好適する電圧を適宜設定するようにしてもよい。
その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を施しても同様に実施可能であることはいうまでもない。

１０，１１…入出力端子、１００…リチウムイオン電池パック、１１０，１２０，２１０，２５０…電圧検出部、１３０，２４０…電流検出部、１４０，１６０，２２０，２６０…スイッチ、１５０…DC/DCコンバータ、１７０…ダイオード、２００…SCiB、２３０，２３０ａ，２７０…DC/DCコンバータ、２７１…トランジスタ、２７２…電圧制御部、３００，３０１…温度検出部、４００，４００ａ…制御部。

Claims (9)

1. 電子機器に電力を供給する充電式電池装置において、
   第１の二次電池と、
   この第１の二次電池に比して、短時間で多くの電力を充電可能な第２の二次電池と、
   充電器を接続する接続手段と、
   この接続手段に接続された充電器から供給される電力で、前記第１の二次電池および前
   記第２の二次電池を充電する第１充電手段と、
   前記第２の二次電池に蓄積される電力で、前記第１の二次電池を充電する第２充電手段
   とを具備し、
   さらに、前記接続手段に充電器が接続されたことを検出する接続検出手段を備え、
   前記第２充電手段は、前記接続検出手段が、前記充電器が接続されていないことを検出
   した場合に、前記第２の二次電池で、前記第１の二次電池を充電することを特徴とする充電式電池装置。
2. さらに、前記接続手段に接続された充電器の充電能力を検出する能力検出手段を備え、
   前記第２充電手段は、前記能力検出手段が、前記充電器が前記第１の二次電池を充電す
   る能力を持たないことを検出した場合に、前記第２の二次電池で、前記第１の二次電池を
   充電することを特徴とする請求項１に記載の充電式電池装置。
3. さらに、前記第１充電手段が前記第１の二次電池を充電している間に、前記充電器によ
   って前記第２の二次電池に印加可能な電圧を検出し、この検出した電圧に基づいて、前記
   充電器が、前記第１の二次電池と前記第２の二次電池を同時に充電する能力を持つか検出
   する能力検出手段を備え、
   前記第１充電手段は、前記能力検出手段が、前記充電器が前記第１の二次電池と前記第
   ２の二次電池を同時に充電する能力を持つことを検出した場合に、前記第１の二次電池と
   前記第２の二次電池の充電を同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の充電式電池装
   置。
4. さらに、前記第１充電手段が前記第２の二次電池を充電している間に、前記充電器によ
   って前記第１の二次電池に印加可能な電圧を検出し、この検出した電圧に基づいて、前記
   充電器が、前記第１の二次電池と前記第２の二次電池を同時に充電する能力を持つか検出
   する能力検出手段を備え、
   前記第１充電手段は、前記能力検出手段が、前記充電器が前記第１の二次電池と前記第
   ２の二次電池を同時に充電する能力を持つことを検出した場合に、前記第１の二次電池と
   前記第２の二次電池の充電を同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の充電式電池装
   置。
5. 前記第１充電手段は、前記第２の二次電池よりも、前記第１の二次電池を優先して充電
   することを特徴とする請求項１に記載の充電式電池装置。
6. 前記第１充電手段は、前記第１の二次電池よりも、前記第２の二次電池を優先して充電
   することを特徴とする請求項１に記載の充電式電池装置。
7. 前記第１の二次電池の出力電圧は、前記第２の二次電池の出力電圧よりも高く、
   前記第２充電手段は、前記第２の二次電池の出力電圧を昇圧して、前記第１の二次電池
   を充電することを特徴とする請求項１に記載の充電式電池装置。
8. 前記第１の二次電池の出力電圧は、前記第２の二次電池の出力電圧よりも低く、
   前記第２充電手段は、前記第２の二次電池の出力電圧を降圧して、前記第１の二次電池
   を充電することを特徴とする請求項１に記載の充電式電池装置。
9. 前記第２充電手段は、前記第２の二次電池の出力電圧を、前記充電器で充電する場合の
   電圧よりも低い電圧に降圧して、前記第１の二次電池を充電することを特徴とする請求項
   １に記載の充電式電池装置。

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