WO2015141003A1

WO2015141003A1 - 二次電池充電システムおよび二次電池充電方法

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Publication number: WO2015141003A1
Application number: PCT/JP2014/057859
Authority: WO
Inventors: 侑樹平松
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-09-24
Also published as: JPWO2015141003A1

Abstract

　充電対象である二次電池と、前記二次電池を充電する充電電源部と、前記二次電池の電圧または電流を計測する計測部と、前記計測部において計測された計測結果に基づいて前記充電電源部による前記二次電池の充電を命令する充電命令情報および前記充電電源部による前記二次電池の充電の停止を命令する充電停止命令情報を生成して前記二次電池の充電を制御する制御部と、前記充電命令情報および前記充電停止命令情報に基づいて前記二次電池と前記充電電源部との電気的接続を切り換えて前記充電電源部による前記二次電池の充電の実行および停止を切り換える切り換え部と、備え、前記制御部は、前記充電命令情報として、前記二次電池の満充電電圧よりも低い既定の電圧までの第１充電を命令する第１充電命令情報と、前記既定の電圧まで充電された前記二次電池に対する前記二次電池の満充電電圧までの第２充電を命令する第２充電命令情報と、を生成する。

Description

二次電池充電システムおよび二次電池充電方法

　本発明は、二次電池充電システムおよび二次電池充電方法に関する。

　例えばリチウムイオン二次電池などの二次電池は、小型、軽量、高エネルギー密度、高出力等の特徴を有しているため、デジタルカメラ、携帯電話、パーソナルコンピュータ等のアプリケーション機器の電源として広く使用されている。このような二次電池は、充電と放電とを繰り返して使用される。しかし、二次電池は、満充電状態あるいはこれに近い状態で長時間放置されると、電池性能の１つである放電容量が低下し、寿命が短くなる性質がある。

　例えば、リチウムイオン二次電池を４．１Ｖまたは４．２Ｖでそれぞれ充電後、この高電圧状態で所定の時間だけ放置した後に３．０Ｖまで放電させるような充放電を繰り返す。この場合、４．１Ｖで充電されて放置されたリチウムイオン二次電池においては、充放電が３００サイクルを超えても放電容量の低下がそれほど認められない。これに対して、４．２Ｖで充電されて放置されたリチウムイオン二次電池においては、充放電が２００サイクルを超えると放電容量が減少し始め、充放電が２５０サイクルを超えると放電容量が急激に低下していく。このように、二次電池として特にリチウムイオン二次電池は、電池電圧が高い状態で長時間放置されると放電容量が急激に低下してしまう場合がある。

　リチウムイオン二次電池の充電は、一般的に定電流充電と定電圧充電とを組み合わせた方法で行われる。これはリチウムイオン二次電池を充電していくと、満充電を過ぎても電池電圧が上昇し続けて過充電状態となり、発火・発熱の危険性が生じるためである。定電流定電圧充電においては、まず電池電圧が所定の電圧以下、例えばＶ_ｂ＝４．１Ｖ以下の領域では、所定の電流、例えばＩ_ｂ＝５００ｍＡによって定電流充電が行われる。そして、二次電池の電圧が４．１Ｖより大きくなると、充電電源部が定電圧となるよう制御が行われ、次第に充電電流Ｉ_ｂが減少する。そして、二次電池の電圧Ｖ_ｂが充電電源部の所定の出力電圧、例えばＶ_ｏ＝４．２Ｖに向かって上昇し、充電が完了する。

　ここで、二次電池の充電状態を検出する方法について説明する。二次電池の充電状態の検出方法としては、たとえば電流検出方式とΔＶ検出方式とが知られている。電流検出方式は、充電末期の定電圧制御時に充電電流Ｉ_ｂが減少することを利用している。すなわち、電流検出方式では、充電電流Ｉ_ｂを抵抗によって電圧Ｅ_ｘに変換し、この電圧Ｅ_ｘと検知電圧Ｅ_ｉとを比較することで充電状態の判別が行われる。そして、電圧Ｅ_ｘが検知電圧Ｅ_ｉと等しくなると、満充電状態と判定される。抵抗には充電電流Ｉ_ｂによる損失が発生する。このため、電流検出方式は、比較的充電電流Ｉ_ｂが小さい装置に対して特に有効である。

　一方、ΔＶ検出方式は、充電電源部の出力電圧Ｖ_ｏと二次電池の電池電圧Ｖ_ｂとを測定し、その差であるΔＶが所定の電圧値、例えば数ｍＶになると、満充電状態と判定される。ΔＶ方式では、電圧測定により充電状態が判別される。このため、ΔＶ方式は、充電電流Ｉ_ｂの大きな装置に対しても有効である。

　そして、これらの検出方法により二次電池の満充電状態が検出されると、充電が停止される。なお、本明細書においては、上述の方式により満充電状態と判定された状態を、「満充電状態」と定義する。

　通常、二次電池には、二次電池の充放電を制御する充放電制御ＦＥＴおよび二次電池の監視と充放電制御ＦＥＴの制御とを行うＩＣ等を含む保護回路が設けられている。この保護回路の機能の一つとして、過充電保護機能がある。たとえば充電回路の故障等により二次電池が過充電され、電池電圧が過充電検出電圧値以上、例えば４．３Ｖ以上になったことが検出されると、保護回路が例えばＦＥＴからなる充電制御スイッチ素子をＯＦＦにし、充電電流を遮断する。これが過充電保護機能である。

　上述のように、一般的に二次電池には、該二次電池の電圧を監視して過充電を回避する手法が施されている。一方、二次電池には、該二次電池が満充電状態で長時間保存されることに対する対策はなされていない。すなわち、電池電圧が高い状態で長時間放置されることによる二次電池の放電容量の低下に対する対策はなされていない。

　これに対して、二次電池の電圧がしきい値以上での不使用状態の経過時間がしきい値以上になった場合に、通常より消費電圧の大きいモードに移行させて、高電圧状態での長期保存を回避する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。また、二次電池の満充電電圧以上で過充電検出電圧未満の電圧値を電圧しきい値とし、測定された二次電池の電圧値が電圧しきい値を超える場合にはマイクロコンピュータを消費電流の大きいノーマルモードで動作させることにより、無負荷状態においても電池パックの電圧値を早期に低下させる方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００８－２２６５９６号公報特開２００８－１２５２６８号公報

　しかしながら、特許文献１および特許文献２の方法では、消費電流の大きいモードで動作した後の二次電池の電圧は満充電状態から低下しており、電力供給時間、すなわち電圧供給時間が短くなる、という問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高電圧状態で放置されることに起因した二次電池の電池特性の劣化を防止し、且つ二次電池の電力供給時間を延長させることが可能な二次電池充電システムおよび二次電池充電方法を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる二次電池充電システムは、充電対象である二次電池と、前記二次電池を充電する充電電源部と、前記二次電池の電圧または電流を計測する計測部と、前記計測部において計測された計測結果に基づいて前記充電電源部による前記二次電池の充電を命令する充電命令情報および前記充電電源部による前記二次電池の充電の停止を命令する充電停止命令情報を生成して前記二次電池の充電を制御する制御部と、前記充電命令情報および前記充電停止命令情報に基づいて前記二次電池と前記充電電源部との電気的接続を切り換えて前記充電電源部による前記二次電池の充電の実行および停止を切り換える切り換え部と、を備え、前記制御部は、前記充電命令情報として、前記二次電池の満充電電圧よりも低い既定の電圧までの第１充電を命令する第１充電命令情報と、前記既定の電圧まで充電された前記二次電池に対する前記二次電池の満充電電圧までの第２充電を命令する第２充電命令情報と、を生成する。

　本発明によれば、高電圧状態で放置されることに起因した二次電池の電池特性の劣化を防止し、且つ二次電池の電力供給時間を延長させることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる二次電池充電システムの構成を示す図である。図２は、ＰＬＣの構成の一例を説明する図である。図３は、本実施の形態にかかる二次電池充電システムの動作の手順を示すフローチャートである。

　以下に、本発明にかかる二次電池充電システムおよび二次電池充電方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態にかかる二次電池充電システムの構成を示す図である。本実施の形態では、二次電池充電システムがプログラマブルロジックコントローラ（Programmable　Logic　Controller：ＰＬＣ）に適用された場合について説明する。

　図２は、ＰＬＣの構成の一例を説明する図である。ＰＬＣは、中央処理装置（Central　Processing　Unit：ＣＰＵ）２１、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）２２、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）２３、通信Ｉ／Ｆ２４、電源バックアップ部２５を備える。ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３および通信Ｉ／Ｆ２４はそれぞれバスを介して接続されている。また、ＰＬＣには、外部電源３１から電力が供給される。

　ＲＯＭ２２は、ユーザプログラム２７と、該ユーザプログラム２７を動作させるほかにＰＬＣ全体の基本的な動作の制御を実行するシステムプログラム２６とを記憶している。

　ＲＡＭ２３は、外部電源３１からの電力の供給がなくなると記憶内容が失われる、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリにより構成される。システムプログラム２６、ユーザプログラム２７は、ＣＰＵ２１によりＲＯＭ２２から読み出されてＲＡＭ２３へロードされる。ユーザプログラム２７の実行時には、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３に展開されているユーザプログラム２７をシステムプログラム２６の制御の下で実行して、被制御装置との間の入出力データであるデバイスデータの書き込み／読み出しを実行する。デバイスデータは、例えばＲＡＭ２３に確保された所定の領域に格納される。

　通信Ｉ／Ｆ２４は、外部機器と通信するための通信インタフェースである。

　電源バックアップ部２５は、外部電源３１からＰＬＣへの電力供給が停止されたときに揮発性メモリであるＲＡＭ２３のデータを保持するためにＲＡＭ２３に電力を供給する。本実施の形態では、以下に説明する二次電池充電システムが電源バックアップ部２５として機能する。

　本実施の形態にかかる二次電池充電システムは、主として、二次電池１、充放電切り換え部２、マイクロコンピュータ３、計測部４、放電調整部５、表示部６、充電電源部７、入力部８を備えて構成される。また、二次電池充電システムにおける各部間は、電気的に接続され、または情報を通信可能に接続されている。

　二次電池１は、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時に、マイクロコンピュータ３から出力される放電命令情報に基づいて放電を行い、メモリ１１および二次電池充電システムの各部に電力を供給する。二次電池１は、メモリ１１および二次電池充電システムの各部に対して直接または二次電池充電システムにおける他構成部を介して間接的に電力を供給する。すなわち、二次電池１は、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時におけるメモリ１１のメモリバックアップ用バッテリとして機能する。そして、二次電池１は、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時における二次電池充電システムの各部のバッテリとして機能する。

　二次電池１の正極は、メモリ１１および二次電池充電システムの各部の＋端子に電気的に接続されている。二次電池１の正極は、メモリ１１および二次電池充電システムの各部の＋端子に対して、直接または二次電池充電システムにおける他構成部を介して間接的に電気的に接続される。また、二次電池１の負極は、メモリ１１および二次電池充電システムの各部の－端子に電気的に接続されている。二次電池１の負極は、メモリ１１および二次電池充電システムの各部の－端子に対して、直接または二次電池充電システムにおける他構成部を介して間接的に電気的に接続される。

　二次電池１としては、例えば満充電電圧が４．２Ｖ、長時間放置された際に放電容量が劣化する電圧のしきい値である劣化しきい値電圧が４．１Ｖであるリチウムイオン電池が用いられる。二次電池１の電圧が、劣化しきい値電圧の４．１Ｖを超えた状態で長時間放置された場合に、該二次電池１の放電容量が劣化する。また、二次電池１の電圧が劣化しきい値電圧を超えた状態で放置された場合に、該二次電池１の放電容量の劣化が始まる時間を劣化しきい値時間と呼ぶ。

　二次電池１は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、マイクロコンピュータ３から出力される充電命令情報に基づいて、充放電切り換え部２を介して充電電源部７による劣化しきい値電圧までの充電が行われる。また、二次電池１は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、マイクロコンピュータ３から出力される再充電命令情報に基づいて、充放電切り換え部２を介して充電電源部７による満充電状態、すなわち満充電電圧までの再充電が行われる。

　二次電池１は、二次電池単体に限らず、複数の二次電池が電気的に並列に接続された構成とされてもよい。複数の二次電池を並列に接続することにより、各々の二次電池から同時に放電させることができる。

　充放電切り換え部２は、マイクロコンピュータ３から出力される制御命令に応じて二次電池１と他部との電気的接続を切り換えて充放電処理を制御する。すなわち、充放電切り換え部２は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、マイクロコンピュータ３から出力される充電の命令情報である充電命令情報に応じて、充電電源部７による劣化しきい値電圧までの二次電池１の充電を制御する。また、充放電切り換え部２は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、マイクロコンピュータ３から出力される再充電の命令情報である再充電命令情報に応じて、充電電源部７による満充電状態までの二次電池１の再充電を制御する。また、充放電切り換え部２は、充電停止命令情報を充放電切り換え部２に出力して二次電池１の充電の停止を制御する。また、充放電切り換え部２は、再充電停止命令情報を充放電切り換え部２に出力して二次電池１の再充電の停止を制御する。

　また、充放電切り換え部２は、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時に、マイクロコンピュータ３から出力される放電命令情報に応じて二次電池１の放電処理を制御する。したがって、充放電切り換え部２は、命令情報に応じて二次電池１と他部との電気的接続を切り換えて充放電処理の実行および停止を切り換える切り換え部として機能する。充放電切り換え部２は、たとえば集積回路（Integrated　Circuit：ＩＣ）等により構成される。

　マイクロコンピュータ３は、二次電池の充放電の制御を含む二次電池充電システム全体の制御を行う制御部として機能する。マイクロコンピュータ３は、たとえばＰＬＣの中央処理装置（ＣＰＵ）の内部のマイクロコンピュータである。なお、マイクロコンピュータ３は、ＰＬＣのＣＰＵの内部のマイクロコンピュータとは独立した、二次電池充電システム専用のマイクロコンピュータにより構成されてもよい。

　マイクロコンピュータ３は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、二次電池１の充電を制御する。マイクロコンピュータ３は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、二次電池１の劣化しきい値電圧までの充電として行われる第１充電の命令情報である充電命令情報として第１充電命令情報を充放電切り換え部２に出力して、劣化しきい値電圧までの二次電池１の充電を制御する。また、マイクロコンピュータ３は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、二次電池１の満充電状態までの再充電として行われる第２充電の命令情報である充電命令情報として第２充電命令情報を充放電切り換え部２に出力して、満充電状態までの二次電池１の再充電を制御する。また、マイクロコンピュータ３は、二次電池１の電圧が既定の電圧に達したことを検知すると、充電停止命令情報を充放電切り換え部２に出力して二次電池１の充電の停止を制御する。また、マイクロコンピュータ３は、再充電停止命令情報を充放電切り換え部２に出力して二次電池１の再充電の停止を制御する。

　また、マイクロコンピュータ３は、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時に、二次電池１の放電を制御する。すなわち、マイクロコンピュータ３は、ＰＬＣの電源がＯＦＦになると、二次電池１の放電の命令情報である放電命令情報を充放電切り換え部２に出力して、二次電池１の放電を制御し、メモリ１１および二次電池充電システムの各部への電力の供給を制御する。

　また、複数の二次電池が使用される場合には、マイクロコンピュータ３は、二次電池の放電時の各二次電池の放電電圧の調整を命令する命令情報である放電電圧調整情報を生成して放電調整部５に出力する。マイクロコンピュータ３は、放電調整部５から出力される、二次電池１から供給される供給電流および供給電圧の計測値に基づいて、各二次電池１の放電量が適切であるか否か、すなわち二次電池１の放電量が既定の条件を満たしているか否かの判定として二次電池１の放電量が既定の数値または許容範囲に入っているか否かを判定する。そして、マイクロコンピュータ３は、その判定結果に基づいて、放電電圧調整情報を生成する。

　計測部４は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、二次電池１の電流または電圧としての端子電圧を連続的にまたは所定の間隔で断続的に計測し、計測した計測値をマイクロコンピュータ３へ出力する。計測部４は、たとえば集積回路（ＩＣ）等により構成される。なお、マイクロコンピュータ３への計測値の供給は、充放電切り換え部２を経由しなくてもよい。

　放電調整部５は、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時に、二次電池１の放電により供給される供給電流および供給電圧を連続的にまたは所定の間隔で断続的に計測し、計測した計測値をマイクロコンピュータ３へ出力する。また、放電調整部５は、複数の二次電池を使用する場合には、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時にマイクロコンピュータ３から出力される放電電圧調整情報に応じて、各二次電池の放電電圧を調整して放電量を調整する。放電電圧調整情報は、各二次電池の放電電圧の調整を命令する命令情報である。放電調整部５は、たとえばＩＣ等により構成される。

　二次電池１として複数の二次電池を使用する場合、各々の二次電池の放電電圧を調整することにより、たとえば第１～第４の４個の二次電池を使用する場合は、充放電切り換え部２の制御により、第１および第２の２個の二次電池を充放電させ、残りの第３および第４の２個の二次電池を保存しておくことができる。まず、第１および第２の二次電池のみを充放電させる。そして、該２個の二次電池が劣化してきた場合に、充放電切り換え部２の制御により第３および第４の二次電池を充放電させるよう切り換える。これにより、２個の二次電池のみを使用する場合に比べて、電池交換を行うことなく２倍の電池寿命が実現できる。また、第１～第４の４個の二次電池をすべて充放電させることで、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時の電力供給時間、すなわち電圧供給時間を延長させることもできる。このように、放電調整部５を備えることにより、使用形態に応じて電池寿命や電力供給時間すなわち電圧供給時間に特化させた充電システムが実現できる。

　表示部６は、マイクロコンピュータ３からの表示命令情報に応じて点灯、点滅等して、二次電池１の状態を使用者へフィードバックする。表示部６は、たとえばＬＥＤ等の表示デバイスにより構成される。たとえば二次電池１の残量が少なくなってきた場合は、ＬＥＤは表示命令情報に応じて点灯する。また、たとえば二次電池１が劣化してきた場合は、ＬＥＤは表示命令情報に応じて点滅する。なお、表示部６における表示形態は、用いられる表示デバイスの機能により適宜設定されればよい。

　充電電源部７は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、二次電池１を充電する。充電電源部７は、たとえばＰＬＣに電力を供給するＡＣ電源等であり、外部電源３１が使われてもよい。

　入力部８は、二次電池１の充電処理に必要な各種情報が入力される入力手段である。入力部８は、たとえば二次電池充電システムにおける入力部としての機能を兼ねたＰＬＣの入力部により構成される。

　また、メモリ１１は、ＰＬＣに設けられたＲＡＭ２３である。メモリ１１は、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時に、二次電池１の放電により電力が供給される被電力供給部である。

　つぎに、本実施の形態にかかる二次電池充電システムの動作について説明する。図３は、本実施の形態にかかる二次電池充電システムの動作の手順を示すフローチャートである。

　まず、マイクロコンピュータ３が、ＰＬＣの電源状態がＯＦＦであるか否かを既定の周期で判定する（ステップＳ１０）。ＰＬＣの電源がＯＦＦでない場合、すなわちＯＮの場合には（ステップＳ１０、Ｎｏ）、マイクロコンピュータ３は、二次電池１の電圧が劣化しきい値電圧未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。

　二次電池１の電圧が劣化しきい値電圧未満である場合は（ステップＳ２０、Ｙｅｓ）、二次電池１の充電が行われる（ステップＳ３０）。マイクロコンピュータ３は、二次電池１の劣化しきい値電圧までの充電の命令情報である充電命令情報を充放電切り換え部２に出力して、劣化しきい値電圧までの二次電池１の充電を制御する。

　充放電切り換え部２は、マイクロコンピュータ３から出力された充電命令情報に応じて、充電電源部７による劣化しきい値電圧までの二次電池１の充電を制御する。すなわち、充放電切り換え部２は、二次電池１と充電電源部７とを該充放電切り換え部２を介して電気的に接続して、充電電源部７により二次電池１を充電させる。

　充電命令情報に応じた二次電池１の充電は、マイクロコンピュータ３が該二次電池１の充電状態を検知しながら、劣化しきい値電圧まで行われる。計測部４は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、二次電池１の電流または電圧を計測し、計測した計測値をマイクロコンピュータ３へ出力する。マイクロコンピュータ３には、二次電池１の劣化しきい値電圧としてたとえば４．１Ｖが予め入力部８により入力されている。マイクロコンピュータ３は、計測部４から出力された二次電池１の電圧の計測値を監視する。そして、マイクロコンピュータ３は、二次電池１の電圧が劣化しきい値電圧に達したことを検知すると、充電停止命令情報を充放電切り換え部２に出力する。

　また、マイクロコンピュータ３は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に計測部４から供給された二次電池１の電圧の計測値から、劣化しきい値電圧を１００％とした場合に劣化しきい値電圧まであと何％充電する必要があるかを算出する。これにより、満充電状態までの電圧残量を、使用者へ視覚的にフィードバックすることができる。

　充放電切り換え部２は、マイクロコンピュータ３から出力された充電停止命令情報に応じて、充電電源部７による二次電池１の充電の停止を制御する。すなわち、充放電切り換え部２は、該充放電切り換え部２を介した二次電池１と充電電源部７との電気的な接続を解除して、充電電源部７による二次電池１の充電を停止させる。

　そして、二次電池１の充電の開始後は、ステップＳ１０に戻ってＰＬＣの電源状態がＯＦＦであるか否かの判定が既定の周期で行われる。

　また、充電停止命令情報の出力後、マイクロコンピュータ３は、二次電池１を劣化しきい値電圧から満充電状態まで再充電するために必要な時間である再充電時間を算出する。マイクロコンピュータ３には、二次電池１に電力を供給する外部電源との接続が切断される時刻である切断時刻に関する情報として切断時刻関連情報が予め入力部８により入力される。すなわち、マイクロコンピュータ３には、ＰＬＣの電源がＯＦＦになる時刻であるＰＬＣ電源ＯＦＦ時刻に関する情報としてＰＬＣ電源ＯＦＦ時刻関連情報が予め入力される。切断時刻関連情報およびＰＬＣ電源ＯＦＦ時刻関連情報は、時刻そのものであってもよく、時刻およびその時刻からの間隔を示す情報等であってもよい。また、切断時刻およびＰＬＣ電源ＯＦＦ時刻は、二次電池１からメモリ１１へ放電が開始される放電開始時刻である。

　マイクロコンピュータ３は、ＰＬＣが電源ＯＦＦになった際に二次電池１が満充電状態から放電できるように、切断時刻関連情報であるＰＬＣ電源ＯＦＦ時刻関連情報から再充電時間を逆算して、再充電の開示時刻を算出する。そして、マイクロコンピュータ３は、算出した再充電の開始時刻またはその前のタイミングで、再充電命令情報を生成して充放電切り換え部２に出力する。すなわち、マイクロコンピュータ３は、再充電時間と放電開始時刻とに基づいて、放電開始時刻までに再充電が終了するタイミングで充電命令情報を生成して充放電切り換え部２に出力する。

　ここで、再充電により二次電池１が満充電状態になる時刻とＰＬＣの電源がＯＦＦになる時刻との差が、劣化しきい値時間未満となるようにする。再充電により二次電池１が満充電状態になる時刻とＰＬＣの電源がＯＦＦになる時刻との差が劣化しきい値時間以上である場合には、二次電池１の放電容量の劣化が始まる。

　二次電池１の電圧が劣化しきい値電圧未満でない場合、すなわち二次電池１の電圧が劣化しきい値電圧である場合において（ステップＳ２０、Ｎｏ）、マイクロコンピュータ３から再充電命令情報が出力されていない場合には（ステップＳ４０、Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻ってＰＬＣの電源状態がＯＦＦであるか否かの判定が既定の周期で行われる。

　また、二次電池１の電圧が劣化しきい値電圧未満でない場合、すなわち二次電池１の電圧が劣化しきい値電圧である場合において（ステップＳ２０、Ｎｏ）、マイクロコンピュータ３から再充電命令情報が出力されて充放電切り換え部２に入力された場合には（ステップＳ４０、Ｙｅｓ）、二次電池１の再充電が行われる（ステップＳ５０）。マイクロコンピュータ３は、二次電池１の満充電状態までの再充電の命令情報である再充電命令情報を充放電切り換え部２に出力して、満充電状態までの二次電池１の再充電を制御する。

　充放電切り換え部２は、マイクロコンピュータ３から出力された再充電命令情報に応じて、充電電源部７による満充電状態までの二次電池１の再充電を制御する。すなわち、充放電切り換え部２は、二次電池１と充電電源部７とを該充放電切り換え部２を介して電気的に接続して、充電電源部７により二次電池１を再充電させる。

　再充電命令情報に応じた二次電池１の再充電は、マイクロコンピュータ３が該二次電池１の充電状態を検知することにより、満充電状態まで行われる。計測部４は、ＰＬＣの電源ＯＮ時に、二次電池１の電流または電圧を計測し、計測した計測値をマイクロコンピュータ３へ出力する。二次電池１の再充電の開始後、マイクロコンピュータ３は、計測部４から出力された二次電池１の電流または電圧の計測値から、電流検出方式またはΔＶ検出方式により充電状態を検知する。マイクロコンピュータ３には、二次電池１の満充電電圧が予め入力部８により入力されている。そして、マイクロコンピュータ３は、二次電池１の電圧が満充電状態、すなわち満充電電圧に達したか否かを判定する（ステップＳ６０）。

　二次電池１の電圧が満充電状態、すなわち満充電電圧に達していない場合には（ステップＳ６０、Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻ってＰＬＣの電源状態がＯＦＦであるか否かの判定が既定の周期で行われる。

　二次電池１の電圧が満充電状態、すなわち満充電電圧に達した場合には（ステップＳ６０、Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ３は、再充電停止命令情報を充放電切り換え部２に出力する。

　充放電切り換え部２は、マイクロコンピュータ３から出力された再充電停止命令情報に応じて、充電電源部７による二次電池１の再充電の停止を制御する。すなわち、充放電切り換え部２は、該充放電切り換え部２を介した二次電池１と充電電源部７との電気的な接続を解除して、充電電源部７による二次電池１の再充電を停止させる（ステップＳ７０）。

　その後、ステップＳ１０に戻って、マイクロコンピュータ３が、ＰＬＣの電源状態がＯＦＦであるか否かを既定の周期で判定する。

　ＰＬＣの電源がＯＦＦである場合には（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ３は、二次電池１の放電の命令情報である放電命令情報を生成して充放電切り換え部２に出力して、二次電池１の放電を制御する。

　充放電切り換え部２は、マイクロコンピュータ３から出力された放電命令情報に応じて、二次電池１の放電を制御する。すなわち、充放電切り換え部２は、二次電池１とメモリ１１とを該充放電切り換え部２を介して電気的に接続して、二次電池１からメモリ１１に電力を供給させる（ステップＳ８０）。

　また、充放電切り換え部２は、マイクロコンピュータ３から出力された放電命令情報に応じて、二次電池１と二次電池充電システムの各部とを該充放電切り換え部２を介して電気的に接続して、二次電池１から二次電池充電システムの各部に電力を供給させる（ステップＳ８０）。

　つぎに、放電調整部５は、二次電池１から供給される供給電力の供給電流および供給電圧を連続的にまたは所定の間隔で断続的に計測し、計測した計測値をマイクロコンピュータ３へ出力する。

　マイクロコンピュータ３は、複数の二次電池が使用される場合には、放電調整部５からの出力である、二次電池１から供給される供給電流および供給電圧の計測値に基づいて、各二次電池１の放電量が適切であるか否かの判定として二次電池１の放電量が既定の数値または許容範囲に入っているか否かを判定する（ステップＳ９０）。二次電池を複数使用する場合、マイクロコンピュータ３には、充放電させる二次電池を設定する情報が予め入力部８により入力されて、設定されている。各二次電池１の放電量が適切である場合には（ステップＳ９０、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０に戻って、マイクロコンピュータ３が、ＰＬＣの電源状態がＯＦＦであるか否かを既定の周期で判定する。

　一方、各二次電池１の放電量が適切でない場合には（ステップＳ９０、Ｎｏ）、マイクロコンピュータ３は、各二次電池の放電電圧の調整を命令する命令情報である放電電圧調整情報を生成して、放電調整部５に出力する。

　放電調整部５は、マイクロコンピュータ３から出力される放電電圧調整情報に応じて、各二次電池の放電電圧を調整して放電量を調整する（ステップＳ１００）。

　また、マイクロコンピュータ３は、放電調整部５が計測した二次電池１からの供給電流値・供給電圧値から、二次電池１の残容量および劣化度合いの情報を算出し、放電調整部５に出力する。放電調整部５は、二次電池１の残容量および劣化度合いの情報を表示部６に出力して該表示部６に表示させる。

　二次電池１の残容量を検出する方法として、たとえば電圧法による検出方法、積算法による検出方法などが挙げられる。電圧法による検出方法は、二次電池１の端子電圧を測定し、二次電池１の電圧と残容量率の相関性に基づいて残容量を算出する。

　積算法による検出方法は、たとえば電流積算法、電力積算法などが挙げられる。電流積算法は、二次電池１の放電電流を測定し、一定時間毎に積算し、放電電流量を求める。そして、二次電池１の有する使用可能な電流量との割合から二次電池１の残容量を求める。電力積算法は、電圧と電流を測定し、これらを掛け合わせることで電力量を算出し、さらに一定時間毎に電力量を積算して放電電力量を求める。そして、二次電池１の有する使用可能な電力量との割合から二次電池１の残容量を求める。

　放電調整部５による二次電池の放電量の調整後は、ステップＳ１０に戻って、マイクロコンピュータ３が、ＰＬＣの電源状態がＯＦＦであるか否かを既定の周期で判定する。

　上述したように、本実施の形態においては、二次電池１の電圧を満充電状態よりも低くした状態で長時間放置できる。これにより、高電圧状態で長時間放置されることに起因した二次電池１の放電容量の劣化を防止できる。

　また、本実施の形態においては、ＰＬＣの電源ＯＦＦ時における二次電池１の放電前に、二次電池１を満充電状態よりも低くした状態から満充電状態まで再充電することができる。これにより、高電圧状態で長時間放置されることに起因した二次電池１の放電容量の劣化を防止しつつ、ＰＬＣが電源ＯＦＦになった際に二次電池１が満充電状態から放電することが可能となり、二次電池１の放電時間を延長できる。

　また、本実施の形態においては、放電調整部５により二次電池１の放電量を調整できる。これにより、複数の二次電池１を用いた場合に任意の二次電池１を放電させないように制御できるなど、使用形態に応じて二次電池１の使い方を制御できる。

　また、本実施の形態においては、放電調整部５は二次電池１が放電している間に、二次電池１の供給電流・供給電圧を測定してマイクロコンピュータ３に出力する。これにより、マイクロコンピュータ３は、二次電池１の供給電流・供給電圧の測定値から二次電池１の残容量、劣化度合いを算出して、使用者へフィードバックすることができる。

　また、本実施の形態においては、二次電池を電気的に並列に接続することで各々の二次電池から同時に放電することができるため、複数の二次電池を使用した場合でも、各二次電池が高電圧状態で保存されることを回避できる。

　したがって、本実施の形態によれば、高電圧状態で長時間放置されることに起因した二次電池１の放電容量の劣化を防止し、且つ二次電池１の電力供給時間、すなわち電圧供給時間を延長させることができる。

　なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の思想に基づく様々な変形が可能である。たとえば、劣化しきい値電圧や二次電池の電圧検出方法は二次電池の諸条件に合わせて上記と異なる数値、手法を用いてもよい。

　また、上述した二次電池充電システムから放電に関する機能を除いた状態でＰＬＣから独立した二次電池充電システム単体として構成することができることは言うまでもない。

　以上のように、本発明にかかる二次電池充電システムおよび二次電池充電方法は、高電圧状態で放置されることに起因した二次電池の電池特性の劣化を防止し、および二次電池の電力供給時間、すなわち電圧供給時間の延長に有用である。

　１　二次電池、２　充放電切り換え部、３　マイクロコンピュータ、４　計測部、５　放電調整部、６　表示部、７　充電電源部、８　入力部、１１　メモリ、２１　中央処理装置（ＣＰＵ）、２２　ＲＯＭ、２３　ＲＡＭ、２４　通信Ｉ／Ｆ、２５　電源バックアップ部、２６　システムプログラム、２７　ユーザプログラム、３１　外部電源。

Claims

　充電対象である二次電池と、
　前記二次電池を充電する充電電源部と、
　前記二次電池の電圧または電流を計測する計測部と、
　前記計測部において計測された計測結果に基づいて前記充電電源部による前記二次電池の充電を命令する充電命令情報および前記充電電源部による前記二次電池の充電の停止を命令する充電停止命令情報を生成して前記二次電池の充電を制御する制御部と、
　前記充電命令情報および前記充電停止命令情報に基づいて前記二次電池と前記充電電源部との電気的接続を切り換えて前記充電電源部による前記二次電池の充電の実行および停止を切り換える切り換え部と、
　を備え、
　前記制御部は、前記充電命令情報として、前記二次電池の満充電電圧よりも低い既定の電圧までの第１充電を命令する第１充電命令情報と、前記既定の電圧まで充電された前記二次電池に対する前記二次電池の満充電電圧までの第２充電を命令する第２充電命令情報と、を生成すること、
　を特徴とする二次電池充電システム。
　前記既定の電圧は、前記二次電池の劣化しきい値電圧であること、
　を特徴とする請求項１に記載の二次電池充電システム。
　前記制御部は、前記二次電池の放電により電力が供給される被電力供給部への放電を命令する放電命令情報を生成し、
　前記切り換え部は、前記放電命令情報に基づいて前記二次電池と前記被電力供給部とを電気的に接続させて前記二次電池から前記被電力供給部への放電を実行すること、
　を特徴とする請求項１または２に記載の二次電池充電システム。
　前記制御部は、
　前記既定の電圧まで充電された前記二次電池に対する前記第２充電に必要な再充電時間を算出し、
　前記再充電時間と、前記二次電池から前記被電力供給部への放電が開始される放電開始時刻とに基づいて、前記放電開始時刻までに前記第２充電が終了するタイミングで前記第２充電命令情報を生成すること、
　を特徴とする請求項３に記載の二次電池充電システム。
　複数の前記二次電池が電気的に並列に接続されて前記複数の二次電池から前記被電力供給部へ放電が行われ、
　前記複数の二次電池の放電時における前記複数の二次電池のそれぞれから供給される供給電力の供給電流および供給電圧を計測して、計測結果を前記制御部に出力するとともに、前記複数の二次電池のそれぞれからの放電量を調整する放電調整部を備え、
　前記制御部は、前記放電調整部における計測結果に基づいて、前記複数の二次電池の放電量が既定の条件を満たしていない場合に前記複数の二次電池の放電電圧の調整を命令する放電電圧調整情報を生成し、
　前記放電調整部は、前記放電電圧調整情報に応じて前記複数の二次電池の放電電圧を調整すること、
　を特徴とする請求項３または４に記載の二次電池充電システム。
　二次電池の電圧または電流を計測する第１工程と、
　前記第１工程において計測された計測結果に基づいて前記二次電池の充電を命令する充電命令情報および前記二次電池の充電の停止を命令する充電停止命令情報を生成する第２工程と、
　前記充電命令情報および前記充電停止命令情報に基づいて前記二次電池と前記二次電池を充電する充電電源部との電気的接続を切り換えて前記充電電源部による前記二次電池の充電を行う第３工程と、
　を含み、
　前記第２工程では、前記充電命令情報として、前記二次電池の満充電電圧よりも低い既定の電圧までの第１充電を命令する第１充電命令情報と、前記既定の電圧まで充電された前記二次電池に対する前記二次電池の満充電電圧までの第２充電を命令する第２充電命令情報と、を生成すること、
　を特徴とする二次電池充電方法。
　前記既定の電圧は、前記二次電池の劣化しきい値電圧であること、
　を特徴とする請求項６に記載の二次電池充電方法。