JPH09215209A

JPH09215209A - 二次電池パックを用いた電源装置

Info

Publication number: JPH09215209A
Application number: JP8021340A
Authority: JP
Inventors: Masanori Isshiki; 正憲一色; Noriyuki Ito; 紀幸伊藤; Nobuo Shiojima; 信雄塩島; Kazuo Mukai; 和夫向
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd; A&T Battery Corp
Current assignee: A&T Battery Corp; FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-08-15
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: JP3228668B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安全性を損なうことなく二次電池を定電流充電
および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。【解決手段】二次電池１１とこれを過電圧充電から保護
するための保護回路１２を有する電池パック１０と、電
池１１を充電当初は定電流充電し、定電流充電時に電池
電圧が第１の設定値に到達したとき定電流間欠充電に切
り替える充電器２０とにより構成される電源装置におい
て、保護回路１２は電池電圧を検出する電圧検出回路１
４と、検出された電池電圧が保護回路１２に設定された
充電禁止電圧に達したとき充電を禁止するスイッチ回路
１３と、電圧検出回路１４に対して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定する不感応時間設
定回路１５を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
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。

【０００２】

【従来の技術】非水溶媒系二次電池、例えば３．６Ｖ定
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。

【０００３】リチウムイオン二次電池のような非水溶媒
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
て使用して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。

【０００４】この定電流定電圧充電方式では、定電圧充
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。

【０００５】また、この充電方式による従来の充電器で
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。

【０００６】しかしながら、このような保護動作を禁止
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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、定電
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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
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。

【０００９】このように本発明では、保護回路での電圧
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。

【００１０】また、本発明は定電流間欠充電の間欠オフ
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。

【００１１】さらに、本発明は定電流間欠充電の間欠オ
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。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
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。

【００１３】ここで、不感応時間設定回路１５は電圧検
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。

【００１４】一方、充電器２０は充電用電源２１と、定
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。

【００１５】次に、本実施形態の動作を図２に示す充電
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。

【００１６】二次電池１１の充電時には、電池パック１
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。

【００１７】すなわち、充電初期には充電用電源２１〜
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。

【００１８】この定電流充電中、充電器２０内の電圧検
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。

【００１９】この定電流間欠充電を続けていくと、図２
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。

【００２０】そして、この定電流間欠充電時に万一、不
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。

【００２１】定電流間欠充電は、二次電池１１のＯＶ値
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。

【００２２】第２の設定値Ｖ₂ は、二次電池１１の充電
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。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１は、二次電池１１にリチウムイオン二
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。

【００２５】この表１から、間欠オン時間３．５秒以下
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。

【００２６】次に、定電流間欠充電によって得られる放
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。

【００２７】（２）放電容量は、充電終了後休止電圧Ｏ
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。

【００２８】（３）以上から、定電流間欠充電で定電流
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。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば電
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。

【００３０】従って、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
という利点がある。

【００３１】また、本発明では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をより
短い充電時間で得ることができる。

【００３２】さらに、本発明では定電流間欠充電の間欠
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電池パックおよび充
電器を有する電源装置の構成を示すブロック図

【図２】同実施形態の動作を示す充電特性図

【符号の説明】

１０…電池パック１１…二次電池１２…保護回路１３…スイッチ回路１４…電圧検出回路１５…不感応時間設定回路２０…充電器２１…充電用電源２２…定電流回路２３…スイッチ回路２４…電圧検出回路２５…電流検出用抵抗２６…電流検出回路２７…制御回路２８…タイマＶ…二次電池の端子電圧Ｖ₀ …第１の設定値（基準動作電圧）Ｖ₁ …充電禁止電圧Ｖ₂ …第２の設定値（充電終了電圧）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩島信雄東京都品川区南品川３丁目４番10号東芝電池株式会社内 (72)発明者向和夫神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社エイ・ティーバッテリー内

Claims

【特許請求の範囲】

【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請求項１に記載の二次電池パ
ックを用いた電源装置。
【請求項３】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ま
たは２に記載の二次電池パックを用いた電源装置。