WO2006134722A1

WO2006134722A1 - 充電方法及び充電装置

Info

Publication number: WO2006134722A1
Application number: PCT/JP2006/308333
Authority: WO
Inventors: Hidetoshi Hamai; Naoto Ueo
Original assignee: Mitsumi Electric Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2006-12-21
Also published as: JP2006353037A

Abstract

　超急速充電が可能とされた電池に充電を行なう充電装置は、前記電池の電気量を測定する測定部と、前記測定部で測定された電気量に応じて第１充電レートでの超急速充電又は該第１充電レートより低い第２充電レートでの急速充電により前記電池の充電を行なう充電制御部とを有する。

Description

明細書

充電方法及び充電装置

技術分野

[0001] 本発明は超急速充電が可能とされた電池に充電を行なうための充電方法及び充電装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、携帯機器の発展にともなって、その電源として充電池が発展している。その中でも、充電池としては、 Ni— Cd又は Ni— MH電池に比べて充電密度が高ぐ軽量で、放電が大き、リチウムイオン電池が注目されて、る。

[0003] しかし、リチウムイオン電池の充電時間は、通常で 8時間、急速充電でも 1時間から

3時間程度かかる。このため、リチウムイオン電池の性能として、数分で充電が完了する超急速充電が望まれて、た。

[0004] この要望に答えるベぐ容量 600mAh、 IOCレート充電で、充電時間 6分、放電深度 100%まで充電可能なリチウムイオン電池が開発されている。また、例えば、容量 6

OOmAhのリチウムイオン電池で、 1分間で、 50Cレート充電で満充電の 80%を達成するリチウムイオン電池が開発されている。

[0005] しかし、通常のリチウムイオン電池の急速充電では、電流レート 0. 3C〜1C (Cは定格放電容量値)で充電が行なわれている (特許文献 1参照)。したがって、超急速充電が可能なリチウムイオン電池の性能を十分に生かすことはできない。

特許文献 1 :特開 2002— 135990号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 従来の充電装置では、数 Cレート充電が主流であり、充電電流レート 10C、 50Cなど超急速充電に対応するものはなぐ充電電流レート 10C、 50Cなど超急速充電に対応する充電装置が求められて、る。

[0007] そこで本発明の実施形態としては、超急速充電に対応できる充電方法及び充電装置を提供する。課題を解決するための手段

[0008] 本発明の具体的な一形態は、超急速充電が可能とされた電池に充電を行なう充電方法であって、

前記電池の電気量を測定する測定手順と、

前記測定手順で測定された電気量に応じて第 1充電レートでの超急速充電又は該第 1充電レートより低い第 2充電レートでの急速充電により前記電池の充電を行なう充電手順を有することを特徴とする。

[0009] 本発明の好適な一形態にお!、て、前記充電手順は、前記超急速充電を前記電池が略満充電となるまで行なう。

[0010] 本発明の更なる好適な一形態にぉ、て、前記充電手順は、前記超急速充電により前記電池が所定の電気量となった後、前記急速充電により前記電池を略満充電となるまで充電する。

[0011] 本発明の更なる好適な一形態において、前記充電手順は、前記測定手順で測定された前記電池の電気量が所定レベルより小さいときには、前記超急速充電により充電を行なヽ、前記測定手順で測定された前記電池の電気量が所定レベル以上のときには、前記急速充電により充電を行なう。

[0012] 本発明の更なる好適な一形態において、前記充電手順は、周辺温度に応じて前記第 1充電レート及び前記第 2充電レートのうちの少なくとも一方を制御する。

[0013] 本発明の更なる好適な一形態にぉ、て、前記充電手順は、前記電池が略満充電となった後にトリクル充電を行なう。

[0014] 本発明の更なる好適な一形態において、前記超急速充電は、 10cレート以上である前記第 1充電レートで充電を行なう。

[0015] 本発明の更なる好適な一形態において、前記急速充電は、 1Cレート程度である前記第 2充電レートで充電を行なう。

[0016] また本発明の更なる具体的な一形態として、超急速充電が可能とされた電池に充電を行なう充電装置であって、

前記電池の電気量を測定する測定部と、

前記測定部で測定された電気量に応じて第 1充電レートでの超急速充電又は該第 1充電レートより低い第 2充電レートでの急速充電により前記電池の充電を行なう充電制御部を有する充電装置を提供する。

[0017] 本発明の更なる好適な一形態にぉ、て、前記充電制御部は、前記超急速充電を前記電池が略満充電となるまで行なう。

[0018] 本発明の更なる好適な一形態にぉ、て、前記充電制御部は、前記超急速充電により前記電池が所定の電気量となった後、前記急速充電により前記電池を略満充電となるまで充電する。

[0019] 本発明の更なる好適な一形態にお!、て、前記充電制御部は、前記測定部で測定された前記電池の電気量が所定レベルより小さいときには、前記超急速充電により充電を行な!ヽ、前記測定部で測定された前記電池の電気量が所定レベル以上のときには、前記急速充電により充電を行なう。

[0020] 本発明の更なる好適な一形態において、前記充電制御部は、周辺温度に応じて前記第 1充電レート及び前記第 2充電レートのうちの少なくとも一方を制御する。

[0021] 本発明の更なる好適な一形態にぉ、て、前記充電制御部は、前記電池が略満充電となった後にトリクル充電を行なう。

[0022] 本発明の更なる好適な一形態において、前記超急速充電は、 10cレート以上である前記第 1充電レートで充電を行なう。

[0023] 本発明の更なる好適な一形態において、前記急速充電は、 1Cレート程度である前記第 2充電レートで充電を行なう。

発明の効果

[0024] 本発明によれば、超急速充電が可能とされた電池に充電を行なう充電装置であつて、電池の電気量を測定し、測定された電気量に応じて超急速充電又は急速充電を行なうことにより、超急速充電が可能な充電池に超急速充電を行なうことが可能となる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]本発明の一形態による充電システムのブロック構成図である。

[図 2]図 1の充電システムにおける充電装置のブロック構成図である。

[図 3]本発明の第 1実施例による充電処理のフローチャートである。 [図 4]本発明の第 2実施例による充電処理のフローチャートである。

符号の説明

[0026] 100、 200、 300 充電システム

111 電源装置、 112 充電装置、 113 電池、 114 商用電源

121 充電制御 IC、 122 超急速充電電流設定部、 123 サーミスタ

131 充電部、 132 測定部、 133 制御部

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下にぉヽて本発明の好適な実施例の説明をする。

[0028] 〔第 1実施例〕

図 1は本発明の第 1実施例のブロック構成図を示す。

[0029] 本実施例の充電システム 100は、電源装置 111、充電装置 112、電池 113から構成されている。

[0030] 電源装置 111は、例えば、商用電源 114から直流電源 Vccを生成する。電源装置 1 11で生成された直流電源 Vccは、充電装置 112に供給される。充電装置 112は、電池 113の電気量を測定して、測定された電気量に応じて電池 113を電源装置 111から供給された直流電源 Vccを用いて充電する。なお、電池 113は、いわゆる、電池本体と保護 ICなどをケースに収納した電池パックであってもよい。また、このとき、電池ノックには、温度検出を行なうためのサーミスタを内蔵してもよ、。

[0031] 図 2は充電装置 112のブロック構成図を示す。

[0032] 充電装置 112は、充電制御 IC 121及び超急速充電電流設定部 122、並びに、サ一ミスタ 123から構成されている。

[0033] 充電制御 IC121は、電源装置 111から供給される直流電源 Vccにより電池 113を充電するための ICである。充電制御 IC121は、充電部 131、測定部 132、制御部 13 3、及び端子 P11〜P18から構成されており、端子 Pll、 P12に電源装置 111から直流電源 Vccが印加され、端子 P13、 P14に電池 113が接続され、端子 P15、 P16に超急速充電電流設定部 122が接続され、端子 P17、 P18にサーミスタ 123が接続されている。

[0034] 超急速充電電流設定部 122は、例えば、抵抗から構成されており、抵抗を変えることにより、超急速充電時の充電電流レートを設定できる。また、サーミスタ 123は、周囲温度に応じて抵抗が変化する。

[0035] 充電制御 IC121は、周囲温度が上昇し、サーミスタ 123の抵抗が変化することにより超急速充電時の充電電流レートを低減又は急速充電を停止させる。

[0036] なお、このとき、サーミスタ 123は、電池パックに内蔵されたサーミスタを用いるようにしてもよい。この場合には、電池パックを充電装置 112に接続した際に、電池パックに内蔵されたサーミスタが充電制御 IC121に接続される。これによつて、電池 113の温度上昇によって超急速充電時の充電電流レートを迅速に低減又は急速充電を停止させることがでさる。

[0037] また、サーミスタ 123は、充電装置 112の電池 113が接続された際に電池 113に近接した位置となるように配置してもよい。これにより、電池 113の温度上昇に対して応答しやすくなるとともに、充電装置 112の温度上昇に対しても応答しやすくできる。

[0038] さらに、電源装置 111、及び、充電装置 112、並びに、電池 113は、いずれも近接して設けられているので、サーミスタ 123をどこに搭載した場合でも（すなわち電源装置 111、充電装置 112、電池 113のいずれに配置しても）、電源装置 111、充電装置 112、電池 113のいずれの温度上昇に対しても容易に応答できる。要は、サーミスタ 123は、温度上昇の影響が大きい位置に配置すればよい。これによつて、充電システム 100における各構成部の温度上昇に対して充電電流などを応答させることができる。

[0039] 充電部 131は、端子 Pll、 P12に接続されており、直流電源 Vccが供給されている。

充電部 131は、制御部 133により直流電源 Vccを制御して、端子 P13、 P14に供給する。

[0040] 測定部 132は、端子 P13、 P14に接続されており、電池 113の電圧及び電池 113に供給される電流など電池 113の電気量を測定する。測定部 132で測定された測定データは、制御部 133に供給される。

[0041] 制御部 133は、測定部 132から供給された測定データに基づ、て充電部 131を制御する。

[0042] 図 3は本発明の第 1実施例による制御部 133の充電処理フローチャートを示す。 [0043] 制御部 133は、ステップ SI— 1で測定部 132による端子 P13、 P14間の電圧測定結果により電池 113の有無を判断する。制御部 133はステップ S1— 1で電池 113が端子 TP13、 P14との間に接続されると、ステップ S 1—2で測定部 132から測定データを取り込む。

[0044] 制御部 133はステップ S 1 3で測定部 132から取り込んだ測定データにより、電池 113の測定電圧 XVが第 1の電圧 NVより小さいか否かを判断する。制御部 133は、ステツプ S1— 3で、電池 113の測定電圧 XVが第 1の電圧 NVより小さい場合には、電池 113に十分に電力が蓄積されて、な、と判断して、ステップ S 1 - 4で充電部 131を制御して超急速充電を開始する。

[0045] 超急速充電は、充電電流レートが 10Cレートで、電池 113が略満充電となるまで行なわれる充電である。充電時間は、電池 113の電圧及び充電電流レートから算出される。このとき、充電電流レートは超急速充電電流設定部 122、及び、サーミスタ 123 によって決定されている。

[0046] 制御部 133は、ステップ S1— 4で超急速充電が開始されると、ステップ S1— 5でサ一ミスタ 123の印加電圧を検出することにより周囲温度を検出する。制御部 133は、ステップ S 1 6でサーミスタ 123により検出した周囲温度が規定範囲内にあるか否かを判定する。

[0047] 制御部 133は、ステップ S1— 6で周囲温度が規定範囲内にあるときには、ステップ S1— 7で充電時間が終了した力否かを判定する。制御部 133は、ステップ S1— 7で充電時間が終了していなければ、ステップ S1— 4に戻って超急速充電を続行する。

[0048] また、制御部 133は、ステップ S 1—6で周囲温度が規定範囲を超えている場合には、ステップ S 1—8で超急速充電の充電電流レートを、例えば、 1ステップ、低減する。充電電流レートが低減することにより、周囲温度の低下が期待できる。

[0049] 制御部 133は、充電電流レートの低減後、ステップ S1— 7で充電時間が終了したか否かを判定し、充電時間が終了していなければ、ステップ S1— 4に戻って、低減された充電電流レートで超急速充電を続行する。なお、このとき、周囲温度が規定範囲内となるまで、ステップ S 1—8で充電電流レートが 1ステップずつ低減される。なお、ここでは、周囲温度が規定範囲を超えたときに、充電電流レートを低減するようにした力即座に停止するようにしてもよい。

[0050] 制御部 133は、ステップ S1— 7で所定の充電時間が経過すると、ステップ S1— 9でトリクル充電を開始する。なお、トリクル充電とは、微小電流により電池 113の自己放電を補う充電である。

[0051] また、制御部 133は、ステップ S 1—3で電池 113の測定電圧 XVが第 1の電圧 NVより大きければ、ステップ S1— 10で電池 113の測定電圧 XVが第 2の電圧 MV以上であるか否かを判断する。制御部 133は、ステップ S1— 10で電池 113の測定電圧 XVが第 2の電圧 MVより大きい場合にはステップ S1— 11で急速充電を開始する。

[0052] 急速充電は、充電電流レートが 1Cレートで、電池 113が略満充電となるまで行なわれる充電である。充電時間は、電池 113の電圧及び充電電流レートから算出される。

[0053] 制御部 133は、ステップ S1— 11で急速充電が開始されて、所定の充電時間が経過すると、電池 113は略満充電状態であると判断して、ステップ S 1—9でトリクル充電を開始する。

[0054] さらに、制御部 133は、ステップ S1— 10で電池 113の測定電圧 XVが第 2の電圧 M V以下である場合には電池 113は略満充電であると判断できるため、ステップ S1— 9 でトリクル充電を開始する。なお、ステップ S1— 11の急速充電及びステップ S1— 9のトリクル充電時にも超急速充電時のステップ S 1 5〜S 1— 8と同様に周囲温度が規定範囲を超えたときに、充電電流レートを低減、あるいは、充電を停止するようにしてちょい。

[0055] 本実施例によれば、電池 113の充電量が少ない場合には、電流レート 10Cの超急速充電により略満充電となるまで充電を行なうことにより、電池 113を高速に充電することができる。

[0056] 〔第 2実施例〕

本実施例は、制御部 133の充電処理が第 1実施例とは相違する。よって、構成についてはその説明を省略する。

[0057] 図 4は本発明の第 2実施例の制御部 133の充電処理フローチャートを示す。

[0058] 制御部 133は、ステップ S2— 1で測定部 132による端子 P13、 P14間の電圧測定結果により電池 113の有無を判断する。制御部 133はステップ S2—1で電池 113が端子 TP13、 P14との間に接続されると、ステップ S2— 2で測定部 132から測定データを取り込む。

[0059] 制御部 133はステップ S 2 3で測定部 132から取り込んだ測定データにより、電池 113の測定電圧 XVが第 1の電圧 NVより小さいか否かを判断する。制御部 133は、ステツプ S2— 3で、電池 113の測定電圧 XVが第 1の電圧 NVより小さい場合には、電池 113に十分に電力が蓄積されて、な、と判断して、ステップ S2— 4で充電部 131を制御して超急速充電を開始する。

[0060] 本実施例の超急速充電は、充電電流レートが 50Cレートで、電池 113が略満充電の略 80%となるまで行なわれる。このときの、充電時間は、電池 113の電圧及び充電電流レートから算出される。このとき、充電電流レートは超急速充電電流設定部 122 、及び、サーミスタ 123によって決定されている。

[0061] 制御部 133は、ステップ S2— 4で超急速充電が開始されると、ステップ S2— 5でサ一ミスタ 123の印加電圧を検出することにより周囲温度を検出する。制御部 133は、ステップ S2— 6でサーミスタ 123により検出した周囲温度が規定範囲内にあるか否かを判定する。

[0062] 制御部 133は、ステップ S2— 6で周囲温度が規定範囲内にあるときには、ステップ S2— 7で充電時間が終了した力否かを判定する。制御部 133は、ステップ S2— 7で充電時間が終了していなければ、ステップ S2— 4に戻って超急速充電を続行する。

[0063] また、制御部 133は、ステップ S2— 6で周囲温度が規定範囲を超えている場合には、ステップ S2— 8で超急速充電の充電電流レートを、例えば、 1ステップ、低減する。充電電流レートが低減することにより、周囲温度の低下が期待できる。

[0064] 制御部 133は、充電電流レートの低減後、ステップ S2— 7で充電時間が終了したか否かを判定し、充電時間が終了していなければ、ステップ S2— 4に戻って、低減された充電電流レートで超急速充電を続行する。なお、このとき、周囲温度が規定範囲内となるまで、ステップ S2— 8で充電電流レートが 1ステップずつ低減される。なお、ここでは、周囲温度が規定範囲を超えたときに、充電電流レートを低減するようにした力即座に停止するようにしてもよい。

[0065] 制御部 133は、ステップ S2— 7で所定の充電時間が経過すると、電池 113の満充電の略 80%の充電が完了する。制御部 133は、次に、電池 113を略満充電となるようにステップ S2— 9で急速充電を行なう。このとき、急速充電は、充電電流レートが 1 C程度で、電池 113が略満充電となるまで行なわれる。充電時間は、電池 113の電圧及び充電電流レートから算出される。

[0066] 制御部 133は、ステップ S2— 9で急速充電の充電時間が終了すると、ステップ S2

10でトリクル充電を開始する。なお、トリクル充電とは、微小電流により電池 113の自己放電を補う充電である。

[0067] また、制御部 133は、ステップ S 2— 3で電池 113の測定電圧 XVが第 1の電圧 NVより大きければ、ステップ S2— 11で電池 113の測定電圧 XVが第 2の電圧 MV以上であるか否かを判断する。制御部 133は、ステップ S2— 11で電池 113の測定電圧 XVが第 2の電圧 MVより大きい場合にはステップ S2— 9で急速充電を開始する。

[0068] さらに、制御部 133は、ステップ S2— 11で電池 113の測定電圧 XVが第 2の電圧 M V以下である場合には電池 113は略満充電であると判断できるため、ステップ S2— 1 0でトリクル充電を開始する。なお、ステップ S2— 9の急速充電及びステップ S2— 10 のトリクル充電時にも超急速充電時のステップ S2— 5〜S2— 8と同様に周囲温度が規定範囲を超えたときに、充電電流レートを低減、あるいは、充電を停止するようにしてもよい。

[0069] このように、本実施例によれば、電池 113の充電量が少ない場合には、電流レート 50Cの超急速充電により満充電の略 80%の充電を行い、次に 1C程度の充電レートの急速充電により電池 113が略満充電となるまで充電を行なうことにより、電池 113を高速に充電することができる。

[0070] 〔その他〕

なお、本発明は上述の好適な実施例に限定されることはなぐ本発明の請求範囲を逸脱することなく様々な変形例や変更例を構想することが可能である。

[0071] 例えば本実施例では、超急速充電及び急速充電は、電池 113の電気量を検出し、その結果及び電流レートに基づいて充電時間を算出し、算出された充電時間だけ行なわれるようにしているが、電池 113の電気量を常時検出して、検出された電気量に応じて充電を停止するようにしてもよ!、。 [0072] また、本実施例では、充電制御 IC121にサーミスタ 123を外付けで接続することにより、周囲温度を検出するようにした力周囲温度の検出は、サーミスタ 123に限定されるものではなぐ充電制御 IC121に内蔵された PN接合素子の温度による電圧変化を検出して、周囲温度を検出するようにしてもよぐ要は周囲温度が検出できれば、検出方法は限定されない。

[0073] また、本願は 2005年 6月 17日に出願した日本国特許出願 2005— 177937号に基づく優先権を主張するものであり同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。

Claims

請求の範囲

[1] 超急速充電が可能とされた電池に充電を行なう充電方法であって、

前記電池の電気量を測定する測定手順と、

前記測定手順で測定された電気量に応じて第 1充電レートでの超急速充電又は該第 1充電レートより低い第 2充電レートでの急速充電により前記電池の充電を行なう充電手順を有することを特徴とする充電方法。

[2] 前記充電手順は、前記超急速充電を前記電池が略満充電となるまで行なうことを特徴とする請求項 1記載の充電方法。

[3] 前記充電手順は、前記超急速充電により前記電池が所定の電気量となった後、前記急速充電により前記電池を略満充電となるまで充電することを特徴とする請求項 1 記載の充電方法。

[4] 前記充電手順は、前記測定手順で測定された前記電池の電気量が所定レベルより小さいときには、前記超急速充電により充電を行ない、前記測定手順で測定された前記電池の電気量が所定レベル以上のときには、前記急速充電により充電を行なうことを特徴とする請求項 1記載の充電方法。

[5] 前記充電手順は、周辺温度に応じて前記第 1充電レート及び前記第 2充電レートのうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか一項記載の充電方法。

[6] 前記充電手順は、前記電池が略満充電となった後にトリクル充電を行なうことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか一項記載の充電方法。

[7] 前記超急速充電は、 10cレート以上である前記第 1充電レートで充電を行なうことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか一項記載の充電方法。

[8] 前記急速充電は、 1Cレート程度である前記第 2充電レートで充電を行なうことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか一項記載の充電方法。

[9] 超急速充電が可能とされた電池に充電を行なう充電装置であって、

前記電池の電気量を測定する測定部と、

前記測定部で測定された電気量に応じて第 1充電レートでの超急速充電又は該第 1充電レートより低い第 2充電レートでの急速充電により前記電池の充電を行なう充電制御部を有することを特徴とする充電装置。

[10] 前記充電制御部は、前記超急速充電を前記電池が略満充電となるまで行なうことを特徴とする請求項 9記載の充電装置。

[11] 前記充電制御部は、前記超急速充電により前記電池が所定の電気量となった後、前記急速充電により前記電池を略満充電となるまで充電することを特徴とする請求項 9記載の充電装置。

[12] 前記充電制御部は、前記測定部で測定された前記電池の電気量が所定レベルより小さいときには、前記超急速充電により充電を行ない、前記測定部で測定された前記電池の電気量が所定レベル以上のときには、前記急速充電により充電を行なうことを特徴とする請求項 9記載の充電装置。

[13] 前記充電制御部は、周辺温度に応じて前記第 1充電レート及び前記第 2充電レートのうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項 9乃至 12のいずれか一項記載の充電装置。

[14] 前記充電制御部は、前記電池が略満充電となった後にトリクル充電を行なうことを特徴とする請求項 9乃至 12のいずれか一項記載の充電装置。

[15] 前記超急速充電は、 10cレート以上である前記第 1充電レートで充電を行なうことを特徴とする請求項 9乃至 12のいずれか一項記載の充電装置。

[16] 前記急速充電は、 1Cレート程度である前記第 2充電レートで充電を行なうことを特徴とする請求項 9乃至 12のいずれか一項記載の充電装置。