JP5575441B2 - 充電制御装置、充電制御方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、充電制御装置、充電制御方法、プログラム及び記録媒体に関し、特に電池の膨張に対処した充電制御装置、充電制御方法、プログラム及び記録媒体に関する。

近年、携帯電話機やデジタルカメラ、携帯型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等を駆動する電池パックには、高容量の二次電池が用いられている。高容量の二次電池は、過充電になると膨張する。また、充放電が繰り返された場合にも、パッケージ内部でガスが発生して累積的に膨張することがある。そして、二次電池が過度に膨張すると、特性劣化や故障を招いたり、安全性が低下したりする。このように問題となる二次電池の膨張に対し、以下のような技術が提案されている。

クッション材を用いて、膨張による外装部（筐体など）への影響を軽減する。この手法は、電池そのものが膨らむことは許容した上で、外装部への影響を及ぼさないようにするものである。想定される膨らみ量に相当するクッション材などを電池と外装部との間に挟み込み、電池が膨らんでもクッション材がその膨らみを吸収する。

充電電圧の低減や定電圧充電時間の短縮によって、電池の膨らみを軽減する。この手法は、電池が膨らむ要因の１つである高い電圧の継続、維持時間を減らすため充電電圧そのものを下げたり、定電圧充電時間そのものを短縮したりする。

また、圧力センサや歪みゲージを用いて二次電池の膨張を検出することで、二次電池が膨張した場合には充電を停止させる技術も知られている（特許文献１参照）。

二次電池の膨張を検出する圧力センサや歪みゲージには、例えば半導体センサが用いられる。しかしながら半導体センサは高価なため、電池パックのコストが上昇する。

そこで、コストを低減しつつ二次電池の過度の膨張を容易に検知する技術が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２では、過電流保護素子と称したいわゆるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子が用いられ、所定の遮断電流値を超える電流が流れて発熱すると、抵抗値が増大して流れる電流を実質的に遮断する。

特開平６−５２９０１号公報 特開２００９−７６２６５号公報

しかしながら、上記のような技術には、以下の問題点がある。

クッション材で膨らみを吸収する技術においては、膨らみ量をあらかじめ踏まえた上で設計しなければならず、装置サイズを、膨らむ前の電池サイズより大きなサイズを想定して設計する必要があり、装置（筐体）の大型化を招く。さらに、膨らみ量を事前に想定することは比較的困難であり、想定以上の膨らみが発生した場合には、外装部まで電池膨らみが達してしまい、障害となる。

充電電圧そのものを下げたり、定電圧充電時間そのものを短縮したりする手法は、膨らみ量は抑えることが出来るが、電池容量を減量することに他ならず動作時間の低減というデメリットを生み出す。さらに言えば、電池電圧だけでは膨らみを完全に防ぐことは困難であり、この手法でも電池膨張の問題を完全に解決することは出来ない。

上記いずれの二次電池膨張を検出する技術においても、膨張を検出した場合に充放電を中止していることは同様である。しかしながら、単に膨張を検出した場合に充放電を中止することは画一的であり、電池の膨張状態に柔軟に対処して、より安全に少しでも利用を継続することが求められている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、電池が膨張した場合でも、安全に少しでも利用を継続することを目的としている。

本発明に係る充電制御装置は、二次電池の膨らみを検出する膨らみ検出手段と、膨らみが閾値を超えた場合は、二次電池の充電を抑制する抑制制御を行う充電制御手段と、を備え、充電制御手段は、膨らみが閾値に至るまでの時間に応じて、抑制制御の度合いを決定することを特徴とする。

本発明に係る充電制御方法は、二次電池の膨らみを検出するステップと、膨らみが閾値を超えた場合は、二次電池の充電を抑制する抑制制御を行うステップと、膨らみが閾値に至るまでの時間に応じて、抑制制御の度合いを決定するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る充電制御プログラムは、二次電池の膨らみを検出する処理と、膨らみが閾値を超えた場合は、二次電池の充電を抑制する抑制制御を行う処理と、膨らみが閾値に至るまでの時間に応じて、抑制制御の度合いを決定する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明に係る記録媒体は、上記本発明に係る充電制御プログラムの処理を記録するコンピュータ読取り可能な記録媒体である。

本発明によれば、電池が膨張した場合でも、安全に少しでも利用を継続することが出来る。

本発明の実施形態に係る充電制御装置のブロック構成図である。 本発明の実施形態に係る充電制御の動作処理を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る充電制御装置を備えたＰＣのブロック構成図である。 本発明の他の実施形態に係る充電制御装置のブロック構成図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な実施形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

以下に説明する各実施形態においては、電池容量を出来る限り最大容量を確保した上で、電池膨らみに適切に対処することで、少しでも長く利用を継続することを特徴とする。

〔第１の実施形態〕
（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る充電制御装置のブロック構成図である。本実施形態に係る充電制御装置は、中央処理装置（以下、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と称す）１、二次電池２、充電電圧制御部３、電池膨らみ検出部４、メモリ５、から構成される。

ＣＰＵ１は、電圧検出部６及び電池膨らみ検出部４から検出結果を受け取り、充電電圧制御部３の制御を制御し、二次電池２の充電電圧の時間や電圧値を制御する。

二次電池２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である。

充電電圧制御３は、二次電池２の充電時間や電圧値の制御を行う。電池膨らみ検出部４は、二次電池２の膨らみを検出する。電池膨らみ検出部４の構成については特に限定せず、二次電池２がどの程度膨張したかを検知出来れば良い。

メモリ５は、本実施形態に係る充電制御処理を実行させるプログラムや、各種必要なデータ値を格納し得る記憶手段である。

（動作処理）
本実施形態に係る充電制御の動作処理は、膨らみに応じて二次電池充電の抑制制御を決定し、次回の二次電池充電の際に生かし、結果として少しでも長く利用を継続させることを特徴とする。抑制制御を決定する膨らみ閾値は、複数でも良い。そこで、以下に説明する実施形態では、閾値を２つ（Ｘ，Ｙ）定め、２段階の抑制制御決定処理を一例として説明する。閾値のデータは、メモリ５に予め格納されている。

図２は、本実施形態に係る充電制御の動作処理を示すフローチャートである。膨らみ検出部４により検出した（ステップＳ１）二次電池２の膨らみが、閾値Ｘ以上の場合（ステップＳ２／Ｙｅｓ）、第１段階の抑制制御（抑制制御Ｉ）を決定する（ステップＳ３）。その後、電池膨らみが、閾値Ｙ（Ｙ＞Ｘ）以上に達した場合は（ステップＳ４、ステップＳ５／Ｙｅｓ）、第２段階の抑制制御（抑制制御ＩＩ）を決定する（ステップＳ６）。抑制制御の種類は特に限定せず、閾値に応じて決定すれば良い。

図２のフローチャートでは、膨らみ検出が２回行われている（Ｓ１、Ｓ４）が、定期的に膨らみを検出する他、膨らみ検出部４が常に二次電池２を監視し、所定の閾値に達した時点でＣＰＵ１に検出結果を通知するようにしても良い。この場合、閾値Ｘに達した時点で抑制制御Ｉを決定し、閾値Ｙに達した時点で抑制制御ＩＩを決定することとなる。

ここで、膨らみの抑制制御には、例えば充電時間の短縮や、充電電圧の低減が考えられる。上記２段階の抑制制御の決定においては、抑制制御Ｉとして充電時間の短縮、抑制制
御ＩＩとして充電電圧の低減、とすることが好ましい。充電電圧低減を行った場合よりも、充電時間短縮を行った場合の方が、比較的、電池容量が小さくならないためである。充電時間短縮により、膨らみを抑制しつつも電池容量を出来る限り多く確保することが出来る。

そこで、膨らみが閾値Ｙ（Ｙ＞Ｘ）以上の場合は、充電電圧を制限（低減）することを決定する。時間短縮及び充電電圧の低減を行うことで、より強い抑制制御となる。

なお、閾値Ｘ以上の場合は充電電圧を低減し、閾値Ｙ以上の場合は低減した充電電圧でさらに充電時間を短縮するという抑制制御に決定しても良い。

また、膨らみ閾値（Ｘ，Ｙ）に到るまでの時間を考慮して抑制制御の詳細を決定することも考え得る。すなわち、単位時間当りの膨らみ量により、抑制の度合い（どの程度充電時間を縮小するか、どの程度充電電圧を低減するか、など）を調整することも可能である。ＣＰＵ１は内部にタイマーを有し、時間経過を計測できる。

以上のように決定された抑制制御についてメモリ５に記憶し、次回充電の際は、決定された抑制制御が行われる。二次電池の膨張が検出された際に、画一的に充電を禁止するのではなく、充電方式を変更（充電を抑制）することで、少しでも長く安全に利用することが可能となる。

また、次回充電の際は、決定された抑制制御が実行されるが、抑制制御決定後に、二次電池２の膨らみが閾値を下回った場合は、抑制制御を取り止め、初期値（抑制制御前の値）に戻すことも可能である。また、閾値Ｙを超えたため、抑制制御ＩＩ（強い抑制）が決定された後、閾値Ｙを下回り、閾値Ｘ以上の膨らみになった場合、抑制制御Ｉ（ＩＩより弱い抑制）に変更しても良い。

〔第２の実施形態〕
主に充電制御を行うＣＰＵ１とは別に本体ＣＰＵ１０やメモリ１１を設けても良い（図３参照）。例えば本体ＣＰＵ１０はメモリ１１と連帯してＰＣ全体の制御を行い、ＣＰＵ１は充電制御のみを行う。図３に示す構成において、ＰＣの電源ＯＦＦ時に、充電制御を行うＣＰＵ１のみ非常に低電力で動作させ、常に二次電池の膨張に対応出来るようにしても良い。

また、ＰＣの表示部１２に、二次電池膨張の警告や、充電を抑制している旨等を通知することも可能である。

〔第３の実施形態〕
二次電池が膨張する虞がある場合に、放電を行うよう制御することも可能である。電池の膨張は、特に以下の２条件が重なった時に最も膨らむ。
・高い電圧（充電中や充電完了時が、高い電圧になりやすい）
・高い温度
例えば、充電完了状態の電池をそのまま（放電せず）高い温度で保管するケースや、高い温度で充電が維持されるケースなどである。

図４は、本実施形態に係る充電制御装置のブロック構成図である。本実施形態に係る充電制御装置は、図１に示す構成に加えて、電圧検出部６、温度検出部７、放電用負荷９、放電のスイッチ８、を有する。時間計測は、ＣＰＵ１が内部に有するタイマー（図示せず）により計測する。

電圧検出部６は、二次電池２の電圧を検出する。温度検出部７は、二次電池２の温度を検出する。

予め定めた電圧、温度で、一定時間以上経過した場合は、ＣＰＵ１は、スイッチ８をＯＮし、負荷９で放電させることで、電池膨張を予め防ぐことが可能である。

なお、図２のフローチャートに示す処理を、ＣＰＵが実行するためのプログラムは本発明によるプログラムを構成する。このプログラムを記録する記録媒体としては、半導体記憶部や光学的及び／又は磁気的な記憶部等を用いることができる。このようなプログラム及び記録媒体を、前述した各実施形態とは異なる構成のシステム等で用い、そこのＣＰＵで上記プログラムを実行させることにより、本発明と実質的に同じ効果を得ることができる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１ ＣＰＵ
２ 二次電池
３ 充電電圧制御部
４ 電池膨らみ検出部
５ メモリ
６ 電圧検出部
７ 温度検出部
８ スイッチ
９ 放電用負荷
１０ 本体ＣＰＵ
１１ メモリ
１２ 表示部

Claims (8)

1. 二次電池の膨らみを検出する膨らみ検出手段と、
   前記膨らみが閾値を超えた場合は、前記二次電池の充電を抑制する抑制制御を行う充電制御手段と、を備え、
   前記充電制御手段は、前記膨らみが閾値に至るまでの時間に応じて、前記抑制制御の度合いを決定することを特徴とする充電制御装置。
2. 前記充電制御手段による抑制制御は、前記二次電池の充電時間の短縮、あるいは充電電圧の低減、の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
3. 前記充電制御手段は、前記膨らみが前記閾値を下回った場合は、前記抑制制御を取り止めることを特徴とする請求項１又は２記載の充電制御装置。
4. 前記閾値は複数定め、
   前記充電制御手段は、各閾値に応じて、複数ある抑制制御から決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の充電制御装置。
5. 前記充電制御手段は、前記膨らみが、第１の閾値を超えた場合は前記充電時間を短縮し、前記第１の閾値より膨らみが大きい値である第２の閾値を越えた場合は、前記充電時間を短縮してさらに充電電圧を低減する抑制制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の充電制御装置。
6. 二次電池の膨らみを検出するステップと、
   前記膨らみが閾値を超えた場合は、前記二次電池の充電を抑制する抑制制御を行うステップと、
   前記膨らみが閾値に至るまでの時間に応じて、前記抑制制御の度合いを決定するステップと、
   を備えることを特徴とする充電制御方法。
7. 二次電池の膨らみを検出する処理と、
   前記膨らみが閾値を超えた場合は、前記二次電池の充電を抑制する抑制制御を行う処理と、
   前記膨らみが閾値に至るまでの時間に応じて、前記抑制制御の度合いを決定する処理と、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする充電制御プログラム。
8. 請求項７記載の充電制御プログラムの処理を記録するコンピュータ読取り可能な記録媒体。

Images