JP4093205B2 - 充電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に用いられる二次電池を充電するための充電制御装置に関する。

近年、充電可能な二次電池としてリチウムイオン二次電池が開発され、ノート型パーソナルコンピュータ（以下ノートパソコン）等の携帯可能な情報機器，デジタルビデオカメラ，デジタルスチルカメラ及び携帯電話機等に多く用いられている。

このリチウムイオン二次電池の充電制御装置としては種々のものが開発されている。たとえば、充電方式の異なる複数種の二次電池を充電できるものとしては特許文献１に示されている。また、リチウムイオン二次電池に関しては、特許文献２に示されているように、電池寿命を伸ばす目的で利用者の明示的指示によって充電条件を選択するものが知られている。
特開平１１−１８７５８７号公報 特開２００２−５１４７８号公報

特許文献１には、充電方式の異なるニッケル水素二次電池とリチウムイオン二次電池の両方の電池に用いられる充電制御回路が示されている。その中で、リチウムイオン二次電池の充電の方法として、充電初期段階では充電電流値が一定になるように制御して定電流充電（以降ＣＣ充電に略す）を行う。このＣＣ充電によって電池の端子電圧が一定の電圧、たとえば、１セル当たり４．２Ｖまたは４．１Ｖに達した後は、定電圧充電（以降ＣＶ充電に略す）に移行する（特許文献１の段落番号０００６参照）。

リチウムイオン二次電池の特性として、ＣＶ充電時の充電電圧が高いと充電における充足率が高くなる。１回の充電によって長時間の機器使用が可能になる代わりに、電池寿命が短くなる。充電電圧が低いと電池寿命が長くなるが、充足率が低く１回の充電における機器使用可能時間が短くなる（特許文献２の段落番号００１７〜００２２参照）。

機器製造者の立場としては、少しでも長時間の使用が可能であることを謳いたいが、一方利用者の立場としては電池寿命の長いことも望んでいる。

本発明は、初期的には１回の充電による長時間の機器使用が可能であるとともに電池寿命の長期化も併せて果たせる二次電池の充電制御装置を提供することを目的とする。

本発明はまた、リチウムイオン二次電池が、充電回数だけでなく使用を開始してからの期間によっても劣化が進行する点を考慮する。また、リチウムイオン二次電池は電池電圧が高い状態の方が劣化が早いことも勘案して、初期的には長時間の機器使用が可能であるとともに、電池寿命の長期化も併せて果たせる二次電池の充電制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の充電制御装置は、
二次電池に充電電流を供給する充電回路と、
二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、
二次電池への充電電流を検出する電流検出回路と、
満充電された回数を記録するエリアを備え、二次電池への充電回数または総充電積算量を記録するメモリと、
充電回路を制御して二次電池に定電流充電した後に定電圧充電に切り換え、この定電圧充電時の電圧をメモリに記録された充電回数または総充電積算量の何れかと満充電された回数との比に応じて低減する制御手段とを備える。

本発明は、上述の構成によって、二次電池に定電流充電した後に定電圧充電に切り換え、この定電圧充電時の電圧をメモリに記録された充電回数または総充電積算量に応じて低減する。また、定電圧充電時の電圧をメモリに記録された充電回数と満充電された回数の比、またはメモリに記録された総充電積算量と満充電された回数の比に応じて低減する、また定電圧充電時の電圧を二次電池の使用開始後の時間に応じて低減することにより、初期的には高い充足率の充電ができるとともに充電サイクル寿命も長くすることができるという両立した効果を得ることができる。

本発明の充電制御装置のメモリは、さらに二次電池の電圧が所定電圧以下になったことを記録するエリアを有する構成であってもよく、制御手段はメモリの二次電池の電圧が所定電圧以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に二次電池の電圧が所定電圧以下になったかどうかによって定電圧充電時の電圧を下げるか、維持するか、上昇させるかを制御する。

上記構成におけるメモリの二次電池の電圧が所定電圧以下になったことを記録するエリアは、さらに電池電圧の第１の所定電圧と、第１の所定電圧より低い第２の所定電圧とを記録するエリアをそれぞれ有してもよく、制御手段はメモリの二次電池の電圧が第１の所定電圧以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に二次電池の電圧が第１の所定電圧以下にならなかったときには、定電圧充電時の電圧を低下させる。所定時間内に二次電池の電圧が第１の所定電圧以下になったときには定電圧充電時の電圧を維持する。
また、メモリの二次電池の電圧が第２の所定電圧以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に二次電池の電圧が第２の所定電圧以下になったときには定電圧充電時の電圧を上昇させるよう制御する。メモリはさらに二次電池の残量が所定残量以下になったことを記録するエリアを有する。

本発明の充電制御装置のメモリは、さらに二次電池の残量が所定残量以下になったことを記録するエリアを有する構成であってもよく、制御手段はメモリの二次電池の残量が所定残量以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に二次電池の残量が所定残量以下になったかどうかによって定電圧充電時の電圧を下げるか、維持するか、上昇させるかを制御する。

上記構成におけるメモリの二次電池の残量が所定残量以下になったことを記録するエリアは、さらに、電池電圧の第１の所定残量と第１の所定残量より低い第２の所定残量とを記録するエリアをそれぞれ有してもよい。この構成において、制御手段はメモリの二次電池の残量が第１の所定残量以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に二次電池の残量が第１の所定残量以下にならなかったときには定電圧充電時の電圧を低下させ、所定時間内に二次電池の残量が第１の所定残量以下になったときには定電圧充電時の電圧を維持する。
また、メモリの二次電池の残量が第２の所定残量以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に二次電池の残量が第２の所定残量以下になったときには定電圧充電時の電圧を上昇させるよう制御する。

なお、本発明の充電制御装置は、上記のそれぞれの構成において、温度検出素子を含む温度検出回路をさらに備え、制御手段は温度検出回路が検出した温度が所定の温度より高い場合は定電圧充電時の電圧値が低くなるよう制御することができる。

また、本発明の充電制御装置は、上記のそれぞれの構成において、温度検出素子を含む温度検出回路をさらに備える。制御手段は温度検出回路が検出した温度が所定の温度より高い場合は定電圧充電時の充電打ち切り電流の値が高くなるよう制御することもできる。

上述の温度検出素子を含む温度検出回路を備えることにより、制御手段は温度検出回路が検出した温度が所定の温度より高い場合は定電圧充電時の電圧値が低くなるよう制御する。また、定電圧充電時の充電打ち切り電流の値が高くなるよう制御することにより充電サイクル寿命を長くすることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の充電制御装置に係る実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。図１は充電制御装置のブロック図、図２は同じくリチウムイオン二次電池の充電特性図、図３は同じく実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池の充電電圧の違いによる電池の充放電サイクル特性図、図４は同じくそのリチウムイオン二次電池の充放電サイクルカウント方法を示す説明図である。

図１は大別すると、充電制御装置の本体１と電池パック２とに分かれている。両者は本体１側の端子１ａ〜１ｆ、電池パック２側の対応する端子２ａ〜２ｆで相互に着脱可能に接続されている。

充電制御装置の本体１には交流商用電源３から電源装置４を経て本体１に所定の電圧が供給される。電源装置４はトランスで電圧降下させるものでも、またはスイッチング電源を用いたものでもよく、その構成，構造は特に限定されない。

本体１において、マイクロコントローラ５は制御手段の機能を有する。その内部に図示しない制御プログラムをもち、後述の各部からのデータを受け取り、かつ各部の動作を制御する。

充電回路６は、入力電流の流入経路に直列に介在されていて、その入力電流を制御する電界効果型トランジスタ（以下ＦＥＴ）７，ＦＥＴ７がオフしたときの電流経路を生成するダイオード８，端子１ａに平滑化した入力電流を与えるコイル９とコンデンサ１０，マイクロコントローラ５の充電制御信号５ａ（ＣＨＧＣＴＲＬ）の制御を受けてＦＥＴ７を制御する充電ＩＣ１１とを備える。

電圧検出回路１２はオペアンプ１３を備え、端子１ｂから二次電池の端子電圧を検出してマイクロコントローラ５の端子５ｂ（Ａ／Ｄ）に電圧検出信号１２ａを与える。

温度検出回路１４は抵抗器１５を備え、端子１ｃから電池パック２の温度を検出してマイクロコントローラ５の端子５ｄ（Ａ／Ｄ）に温度検出信号１４ａを与える。

電流検出回路１６は端子１ｆからの充電電流が検出する抵抗器１７と、抵抗器１７の両端電圧を検出してマイクロコントローラ５の端子５ｃ（Ａ／Ｄ）に電流検出信号１６ａを与えるオペアンプ１８とを備える。

ＦＥＴ７の入力側と、コイル９の出力側から、ダイオード１９，２０を介して負荷２１に接続する。すなわち、ダイオード１９とダイオード２０を互いに逆向きに接続し、ダイオード１９，２０の共通カソード接続点を負荷２１に結合する。これによって電池パック２を充電しながら、負荷２１を作動させることができる。交流商用電源３に接続されているときはダイオード１９を介して負荷２１に電源を与える。交流商用電源３が切断されたときはダイオード２０を介して二次電池２４，２５及び二次電池２６から電源を供給する。もちろん電池パック２の充電が完了後、電池パック２を本体１から分離して、負荷２１に接続してもよい。

電池パック２において、端子２ａからの入力電流の流入経路にＦＥＴ２２，２３を直列に配して二次電池２４のプラス（＋）極に接続する。ＦＥＴ２２は充電時の電流を制御し、ＦＥＴ２３は放電時の電流を制御する。

二次電池２４，２５及び二次電池２６は直列に接続されている。そしてそれぞれの二次電池２４，２５及び二次電池２６の両端２７，２８，２９及び両端３０の電圧を検出して、二次電池２４，２５及び二次電池２６のいずれかのセルが規定の電圧より高くなったこと（過充電）を検出してＦＥＴ２２を制御する。ＦＥＴ２２は、端子２ａから流入する入力電流を遮断する目的を有する。また、二次電池２４，２５及び二次電池２６の両端の電圧が規定の電圧より低くなったこと（過放電）を検出してＦＥＴ２３を制御して通電を遮断するための保護ＩＣ３１を備えている。

充電ＩＣ１１に加えて、保護ＩＣ３１を設けたのは、ＦＥＴ７の故障や充電ＩＣ１１の誤動作、または電池パック２が不正規な本体に接続されることで電池が過充電状態になったときにＦＥＴ２２を制御して通電を停止して二次電池を保護するためである。

また、電池パック２を本体１または負荷２１に接続して長期間放置するような場合、本体１または負荷２１から供給される微少な放電電流によって、二次電池２４，２５及び二次電池２６が過放電になるのを避けるためにＦＥＴ２３により放電経路を遮断して二次電池を保護する。

また、二次電池２４，２５及び二次電池２６の電池端子が短絡する等して、所定値を超える電流が流れたときも、ＦＥＴ２３を制御してオフにして短絡保護機能を果たす。ＦＥＴ２３のオフ状態は次に充電が行われるまで保持される。

さらに電池パック２内には、温度検出回路１４の抵抗器１５と直列回路を形成して、温度検出回路１４の素子の一部として近接した二次電池２４，２５及び二次電池２６の温度を検出するサーミスタ３２，マイクロコントローラ５の端子５ｅ，５ｆを介して与えられる充電サイクルカウントまたは総充電積算量を記憶するメモリであるＥＥＰＲＯＭ３３を備えている。

次にその動作を説明する。電圧検出回路１２は端子１ｂから二次電池両端の電圧を検出し、アナログ値の電圧検出信号１２ａを出力し、端子５ｂから入力されてデジタル値に変換される。温度検出回路１４は温度により抵抗値が変化するサーミスタ３２と抵抗器１５との分圧比によりアナログ値の温度検出信号１４ａを出力し、端子５ｄから入力されてデジタル値に変換される。

電流検出回路１６は抵抗器１７の両端電圧よりオペアンプ１８で電流値を演算してアナログ値の電流検出信号１６ａを出力し、端子５ｃから入力されてデジタル値に変換される。

充電回路６の一部を構成する充電ＩＣ１１は、電圧検出信号１２ａ，温度検出信号１４ａ及び電流検出信号１６ａを演算したマイクロコントローラ５の充電制御信号５ａ（ＣＨＧＣＴＲＬ）に基づいてＦＥＴ７を制御して二次電池への充電電流を一定に制御する。

図２にリチウムイオン二次電池の充電特性を示す。図２において、曲線ａ及び曲線ｂは充電時間に対する充電電流の変化を示す特性である。曲線ａは１セル当たり４．２Ｖ充電時の特性、曲線ｂは１セル当たり４．１Ｖ充電時の特性をそれぞれ示す。また曲線ｃ及び曲線ｄは充電時間に対する充電電圧の変化を示す。曲線ｃは１セル当たり４．２Ｖ充電時の特性、曲線ｄは１セル当たり４．１Ｖ充電時の特性をそれぞれ示している。

マイクロコントローラ５は、充電の初期には充電制御信号５ａを設定して充電ＩＣ１１に入力することにより、充電回路６からの出力電流、すなわち充電電流値を所定の一定値、たとえば図２に示した各曲線の平坦部分にあたるように制御してＣＣ充電を行う。この場合の所定充電電流値は、充電される電池の充電条件や、充電状態等の特性によって、マイクロコントローラ５の制御プログラム内にあらかじめ設定しておく。

マイクロコントローラ５は充電ＩＣ１１を介してＦＥＴ７を制御して、ＣＣ充電中に電圧検出信号１２ａと電流検出信号１６ａをモニタし、電池電圧がある一定値（たとえば１セル当たり４．２Ｖ）に達したとき、その一定電圧値を維持しながら、充電制御信号５ａを多段階または連続的に切り換え制御してＦＥＴ７の出力である充電電流を図２の曲線ａに示すように段階的に減少させていく（ＣＶ充電）。

そして充電電流が所定の電流値以下になったとき、満充電状態と判断して、充電制御信号５ａにより充電ＩＣ１１を介してＦＥＴ７をオフにして充電電流をゼロにして充電を終了する。

以上が、実施の形態１におけるＣＣ充電からＣＶ充電に移行する時点を判断する１セル当たりの特定の電圧（この場合４．２Ｖ）を固定した充電方法である。ところが前述のように、ＣＶ充電時の充電電圧が高いほど、充電における充足率が高くなり、１回の充電によって長時間の機器使用が可能になる代わりに、電池寿命が短くなる。他方充電電圧が低いと電池寿命が長くなるが、充足率が低く１回の充電による機器使用可能時間が短くなる。

図３にリチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性図をコンピュータでシミュレーションしたものを示す。図３において、曲線ａはＣＶ充電時の電圧を４．２Ｖとした場合である。電池容量が仮に５０％になるときを寿命とすれば、約６５０サイクルとなる。

他方、曲線ｂはＣＶ充電時の電圧を４．０Ｖとした場合で、最初の充足率は８０％しかないが、寿命は１，０００サイクルを遙かに超える。

図３に示した曲線ｃの場合は、曲線ｄのように最初の１００サイクルの充電はＣＶ充電時の充電電圧を４．２Ｖ、次の１００サイクルのＣＶ充電電圧を１／３Ｖ低下させ、次の１００サイクルのＣＶ充電電圧をさらに１／３Ｖ低下させる、というように、充電サイクルの進行に伴い充電電圧を下げていく場合の、充足率の低下状態を示したものである。

曲線ａと比べて初期の頃の充足率は大差なく、曲線ａがサイクル数に伴って急激に落ち込む中、１，０００サイクル以上の寿命が得られるであろうことが予測される。

図４にサイクル数のカウント方法を示す。サイクルカウントは「充電積算量」が「満充電容量」を超えるたびに１ずつカウントアップする。実際の充放電は、満充電にした後、ほとんど空になるまで使用するということは少ない。図４（ａ）のようにポイント４１から充電を始めて途中ポイント４２まで充電した後に、ポイント４３からポイント４４まで少し放電し、空になる前に使用を止めてポイント４４からポイント４５まで充電するというように繰り返しを行う。

この場合の充電サイクルのカウントの実効的な値は、ポイント４１からポイント４２間での充電は図４（ｂ）のポイント６１からポイント６２までに対応する。放電分を無視してポイント４４からポイント４５間での充電分は図４（ｂ）のポイント６３からポイント６４までの分に加えてポイント６５からポイント６６までの分とし、ポイント６４の時点で図４（ｃ）のようにサイクルカウントが１回カウントアップされるものとする。同様に図４（ａ）のポイント５０からポイント５１に至る中間のポイントで図４（ｂ）のポイント７０に達し、この時点でサイクルカウントが２に達するものとする。ポイント５１のポイントでは図４（ｂ）のポイント７２に達する。

このようにカウントしても、寿命に大差ないことが判明したので、実施の形態１ではこのようなカウントの仕方でサイクル数をカウントし、このサイクルカウントに従ってマイクロコントローラ５は端子５ｅ（ＤＡＴＡ），５ｆ（ＣＬＫ）からＥＥＰＲＯＭ３３のカウント数をインクリメントする。

または図４におけるカウント数に代えて、総充電積算量を求めて、１回当たりの充電量で割ってもよい。この場合ＥＥＰＲＯＭ３３の記憶値は、カウント数でなく、総充電積算量となる。いずれにしても充電サイクルが重なるごとに実際の充電量は減っていくので、誤差は起こるが、このカウント数とは、充電時の電圧設定の目安である。

実施の形態１において、マイクロコントローラ５は、二次電池への充電に際して、このカウント数または総充電積算量を参照しながら、カウント数、またはカウント数を導ける総充電積算量に対応して図３に示す曲線ｄのようにＣＶ充電時の充電電圧を徐々に低減して充電を行い、初期の充足率を高めながら、長期的には充電サイクル寿命も伸ばすという所期の目的を達することができる。

温度検出回路１４は、電池パック２の二次電池２４，２５及び二次電池２６が所定以上の温度になっていることを検出し、マイクロコントローラ５が制御するＣＶ充電時の電池電圧の一定値を、通常温度のときに比べて低い値になるように設定して、サイクル寿命の劣化を抑えるように制御することができる。

または温度検出回路１４は、電池パック２の二次電池２４〜２６が所定以上の温度になっていることを検出し、ＣＶ充電時の充電打ち切り電流の値を高くするようにしても同様の効果が得られる。

なお、このＥＥＰＲＯＭ３３の代わりにフラッシュメモリ等、記憶状態を保持できるメモリであれば何であってもよい。

また、実施の形態１ではリチウムイオン二次電池の場合を例として説明したが、リチウムイオン二次電池と同様な充電特性のある二次電池に適用することもできる。

さらに、充放電電流の制御用として、ＭＩＳ型のＦＥＴを用いたが、バイポーラトランジスタでもよく、他の形式の半導体制御素子であっても差し支えない。

（実施の形態２）
以下、本発明の充電制御装置の実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。図５は充電制御装置のブロック図、図６は同じくその充電電池の使用状態を説明するための説明図である。実施の形態２においては、図４のリチウムイオン二次電池の充放電サイクルカウント方法を示す説明図も説明に用いる。

リチウムイオン二次電池の特性として、余り使用されなくとも、すなわち充放電の回数が少なくても、充電したままでも劣化が進行する。特に電池電圧が高い状態で維持されるときには劣化の進行が早い。たとえばＡＣ電源に接続して、充電しながら使用するという、いわゆるＡＣフローティング状態で使用する場合等は、図６に示したＡ点から、たとえば電池容量５０％を示したＢ点の範囲で使用され、電池に常時高い印加電圧が加わるので劣化が早い。また過放電状態で放置しても同様に劣化が進行する。このため、リチウムイオン二次電池は、製造後に約３０％程度の充足率になるように充電した後、出荷している。すなわち、この程度の充電が、最も電池の寿命に悪影響を及ぼさないとされている。

実施の形態２は充放電を小刻みに、かつ、頻繁に繰り返して行われる使用形態に対応する充電制御に関する。たとえばＡＣフローティング状態で使用したり、満充電した後、少し放電して、また充電するというような使用形態の充放電制御に関する。すなわち、常時高い充足率の状態が続いて、電池にとっては劣化が進行しやすい使用状態においても、初期的には高い充足率の充電ができるとともに長期的には充電サイクル寿命も長くできるという両立した効果を得ようとするものである。

図５において、実施の形態１で採用した図１と異なる点は、本体５１のマイクロコントローラ５５と、電池パック５２のＥＥＰＲＯＭ３３ａの機能である。他の部分の構成と機能は図１と同様のため同じ符号を付けて説明を省く。

図５において、電池パック５２のＥＥＰＲＯＭ３３ａには、実施の形態１における図４（ｃ）に示した総合的な充電回数（サイクルカウント）を記憶するエリアに加え、図４（ａ）における小刻みな充電において、満充電点に達した回数、たとえばポイント４５、ポイント４８をそれぞれ１回としてカウントし、この例では２カウントを満充電回数として記憶するエリアを有する。

図４（ａ）の満充電された回数の２カウントに対して、実施の形態１で定義したように、「充電積算量」が「満充電容量」を超えるたびにカウントした図４（ｃ）のサイクルカウントは、図４（ａ）のポイント５０を過ぎるまでは１なので、満充電された回数をｎとし、完全なサイクルカウントをｍとすれば、ｎ／ｍ＝２／１＝２となる。この比が大きいほど小刻みな充電が多いことになり、電池容量を使い切ることが少なく、常時高い電池電圧を維持するということがわかり、このような場合にはＣＣ充電からＣＶ充電に移行する充電電圧値を早い目に低減させるように制御する。

ここで、図３を用いて、たとえばＣＣ充電からＣＶ充電に移行する充電電圧値を総合的な充電回数（サイクルカウント）の１００サイクルで１段階下げる場合、たとえばそれよりも早めの３０サイクルでｎ／ｍの比を計算して、それがたとえば３以上であれば、そこで充電電圧値を１段階下げる。

ｎ／ｍの比が３以下であれば、５０サイクルの時点で再度ｎ／ｍの比を計算して２以上であれば、そこで充電電圧値を１段階低減する。

ｎ／ｍの比が２以下であれば、１００サイクルの時点で充電電圧値を１段階下げる、というようにｎ／ｍの比によって充電電圧値を１段階低減する間隔を変えるようにする。

または、充電電圧値を変える段階の幅を狭くして、ｎ／ｍの比に対応して一度に変える段階数を多くしてもよい。

このように実施の形態２においては、小刻みに、かつ、頻繁に充放電を繰り返すような使用状態に対応して、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行する充電電圧値を早めに低減していくか、または充電電圧値を下げる段階の幅を広げていくことにより、初期の充足率を高く取りながら、使用実態に合わせて電池寿命を長くすることができる。

なお、実施の形態２の構成を、実施の形態１の、充電サイクル数、または総充電積算量に応じて充電電圧を低下させる構成と組み合わせて用いることにより、さらに使用状態に沿ったきめ細かい制御が可能になるものである。

（実施の形態３）
本発明の充電制御装置の実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。図７は充電制御装置のブロック図、図８は同じくその使用時間に対応してＣＣ充電からＣＶ充電に移行する電圧値の設定の一例を示す説明図である。

リチウムイオン二次電池の特性として、前述のように、余り使用されなくとも、すなわち充放電の回数が少なくても、充電したままでも劣化が進行する。このような、リチウムイオン二次電池の特性に着目し、実施の形態３においては、二次電池の使用開始後の期間に応じてＣＣ充電からＣＶ充電に移行する電圧値を徐々に段階的に低減させることによって、初期的には高い充足率の充電ができるとともに長期的には充電サイクル寿命も長くできるという両立した効果を得ようとするものである。

図７において、実施の形態１で採用した図１と異なる点は、本体７１におけるマイクロコントローラ７５と、電池パック７２におけるＥＥＰＲＯＭ３３ｂの機能である。他の部分の構成と機能は図１と同様のため同じ符号を付けて説明を省く。

電池パック７２のＥＥＰＲＯＭ３３ｂは時刻情報を記憶する第１の特定のエリアと、電池電圧が所定の電圧より低下したかどうかを記憶する第２及び第３の特定のエリアとを有する。本体７１のマイクロコントローラ７５は、時計機能を有し、かつＥＥＰＲＯＭ３３ｂの第１の特定のエリアに時刻情報を書き込み、第２の特定のエリアに所定時間の範囲内で第１の所定の電圧より低下したかどうかを書き込む。第３の特定のエリアに所定時間の範囲内で第２の所定の電圧より低下したかどうかを書き込み、かつそれらを読み出す機能を有する。

充電制御装置の本体７１に電池パック７２が装着されたとき、マイクロコントローラ７５はＥＥＰＲＯＭ３３ｂの第１の特定のエリアを見にいく。特定のエリアに時刻情報が書き込まれていなかった場合は、未使用の新しい電池パックであると判断して、この第１の特定のエリアに時刻情報を書き込む。

マイクロコントローラ７５は常時このＥＥＰＲＯＭ３３ｂの時刻情報を参照し、記憶された時刻情報と現在時刻とから使用開始後の時間（期間）を算出する。同時に電圧検出回路１２の検出結果から、電池電圧が所定時間の範囲内に第１の所定の電圧以下になったかどうかを検出する。所定の電圧以下に１回でも到達していない場合には、その情報をＥＥＰＲＯＭ３３ｂの第２の特定のエリアに書き込む。

マイクロコントローラ７５は所定の時間、電池電圧が第１の所定の電圧以上を維持している場合、図示しないテーブルと対比して所定時間ごとにＣＣ充電からＣＶ充電に移行する充電電圧値を所定の幅ずつ低下させていく。

第１の所定の電圧は、たとえば電池容量が５０％となる図６に示したＢ点の電圧とする。すなわち、この点は電池電圧を示すとともに電池の第１の所定残量を示すことにもなる。電池電圧が、所定の時間だけ第１の所定の電圧以上を維持していることをＥＥＰＲＯＭ３３ｂの第２の特定エリアに記録がないことが判明したならば、第２の特定エリアの記録をクリアするとともに充電電圧値を一段階低下させる。この所定時間と所定電圧値の低下幅は、電池の特性や機器における使用条件に応じて、最適な値を実験的に求めるのがよい。

図８において、ポイント８１において充電電圧値は４．２Ｖから始まり、ポイント８２で所定時間が経過し、マイクロコントローラ７５が、この間に電池電圧が第１の電圧以上を維持していることをＥＥＰＲＯＭ３３ｂの特定エリアから知ると、充電電圧を１段階低下させる。ポイント８３〜８７の範囲も、電池電圧が第１の電圧以上を維持していたために充電電圧を段階的に低下させる。

このように、電池電圧が所定の時間内において所定の値以上を維持しておれば、充電電圧を時間とともに段階的に低下させることにより電池寿命の長期化を図る。

次にマイクロコントローラ７５はＥＥＰＲＯＭ３３ｂの第２の特定エリアの記録から、所定の時間内に第１の所定の電圧以下、または第１の所定残量以下になったことを知ったならば、第２の特定エリアの記録をクリアするとともに充電電圧値を維持させる。

すなわち、図８においてポイント８７から８８においては、所定時間内に第１の電圧以下、または第１の所定の残量に低下したことを検出したため、ポイント８９までは充電電圧を維持させる。

次にマイクロコントローラ７５は電圧検出回路１２の検出値から、所定時間の範囲内に電池電圧が、第１の所定電圧より低い図６の第２の所定電圧、たとえばＣ点の放電終止電圧３Ｖ以下に低下したことを１回でも検出すると、ＥＥＰＲＯＭ３３ｂの第３の特定エリアに書き込む。すなわち、この点は電池電圧を示すとともに電池の第２の所定残量を示すことにもなる。

マイクロコントローラ７５はＥＥＰＲＯＭ３３ｂの第３の特定エリアの記録から、所定の時間内に第２の所定の電圧以下、または第２の所定の残量以下になったことを知ったならば、第３の特定エリアの記録をクリアするとともに、充電電圧値を１段階上げる。

すなわち図８においてポイント８８から８９の所定時間内に、第２の所定電圧以下を検出したため、ポイント８９で充電電圧を１段階上昇させる。

これは使用状態がＡＣフローティング状態から通常の二次電池駆動状態に変化したか、または長期間充電がされなかったものと判断する。

ポイント９０から９１の間で、電池電圧が第１の電圧以上を維持していることを検出したので、充電電圧を１段階低下させている。以下同様に充電電圧の低下、維持、上昇を繰り返す。

なお、図６に示したＣ点の放電終止電圧は、たとえば電池容量が残り１０％の点に設定したが、この設定点は温度と使用電流によって変化が大きいので、マイクロコントローラ７５は温度検出回路１４、電流検出回路１６の検出結果から図示しないテーブルを見て補正する。

実施の形態３における所定時間は、電池使用開始後の期間に従い、次第に長くしていってもよい。

また、所定時間内に第１の電圧以下と第２の電圧以下とを検出したならば、後者が優先することとなる。

あるいは、第２の電圧以下を検出したときは使用者が十分な充電量を必要としていると判断して、充電電圧を初期の４．２Ｖまで即座に上昇させてもよい。

このように実施の形態３では、電池の使用開始時刻を記録して使用開始後、所定の時間内に電池電圧が第１の所定電圧以上であったときは、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行する充電電圧値を段階的に低減させる。電池電圧が所定の時間内に第１の所定電圧以下になったときは、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行する充電電圧値を維持させる。

電池電圧が所定の時間内に第２の所定電圧以下になったときは、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行する充電電圧値を上昇させる制御を繰り返していく。これによって、初期の充足率を高く取りながら、使用実態に合わせて電池寿命を長くすることができる。

なお、実施の形態３の構成を、実施の形態１の、充電サイクル数、または総充電積算量に応じて充電電圧を低下させる構成と組み合わせて用いることにより、さらに使用状態に沿ったきめ細かい制御が可能になるものである。なお、実施の形態１において説明した、温度検出回路１４の動作として、電池パック２の二次電池２４〜２６が所定以上の温度になっていることを検出したら、マイクロコントローラ５が制御するＣＶ充電時の電池電圧の一定値を、通常温度のときに比べて低い値になるように設定して、サイクル寿命の劣化を抑えるように制御する構成は実施の形態２，３にも適用することができる。

また、実施の形態１において説明した、温度検出回路１４の動作として、電池パック２の二次電池２４〜２６が所定以上の温度になっていることを検出したら、ＣＶ充電時の充電打ち切り電流の値を高くするように制御する構成は、実施の形態２，３にも適用することができる。

さらに、上記各実施の形態では、ＣＣ充電からＣＶ充電に移行する充電電圧を段階的に制御する例で説明したが、連続的に制御することができるのは当然である。

以上説明したように本発明の充電制御装置によれば、リチウムイオン二次電池または同等の充電特性をもつ二次電池において、ＣＣ充電から移行したＣＶ充電のときの充電電圧を、充電サイクルの初期には高く、一定充電サイクルごとに低下させるように制御する。また小刻みに充放電するかどうかの程度に応じてＣＣ充電から移行したＣＶ充電のときの充電電圧を低下させる度合いを大きくする。また、二次電池の使用開始後の時間に対応した充電電圧の制御、詳しくは二次電池の使用開始後の所定時間内に、所定の電圧以上で推移したかどうかによって、ＣＣ充電から移行したＣＶ充電のときの充電電圧を低下させるか、維持するか、逆に上げるかという制御を行う。これらの方法や手段によってリチウム二次電池の初期の充足率を高めながら、長期的には充電サイクル寿命を長くできるという有利な効果が得られる。すなわち、本発明の充電制御装置は、二次電池の充足率とサイクル寿命の長寿命化を併せて実現することができるので、その産業上の利用可能性は高い。

本発明の実施の形態１に係る充電制御装置のブロック図 同じくリチウムイオン二次電池の充電特性図 同じく実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池の充電電圧の違いによる電池の充放電サイクル特性図 同じくそのリチウムイオン二次電池の充放電サイクルカウント方法を示す説明図 本発明の実施の形態２に係る充電制御装置のブロック図 同じくその充電電池の使用状態を説明するための説明図 本発明の実施の形態３に係る充電制御装置のブロック図 同じくその使用時間に対応してＣＣ充電からＣＶ充電に移行する電圧値の設定の一例を示す説明図

符号の説明

１，５１，７１ 本体
２，５２，７２ 電池パック
３ 交流商用電源
４ 電源装置
５，５５，７５ マイクロコントローラ
６ 充電回路
７，２２，２３ ＦＥＴ
１１ 充電ＩＣ
１２ 電圧検出回路
１４ 温度検出回路
１６ 電流検出回路
２４，２５，２６ 二次電池
３１ 保護ＩＣ
３２ サーミスタ
３３，３３ａ，３３ｂ ＥＥＰＲＯＭ

Claims (6)

1. 二次電池に充電電流を供給する充電回路と、
   前記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記二次電池への充電電流を検出する電流検出回路と、
   満充電された回数を記録するエリアを備え、前記二次電池への充電回数を記録するメモリと、
   前記充電回路を制御して前記二次電池に定電流充電した後に定電圧充電に切り換え、前記定電圧充電時の電圧を前記メモリに記録された満充電された回数と充電回数との比に応じて低減する制御手段とを備えた充電制御装置。
2. 二次電池に充電電流を供給する充電回路と、
   前記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記二次電池への充電電流を検出する電流検出回路と、
   満充電された回数を記録するエリアを備え、前記二次電池への総充電積算量を記録するメモリと、
   前記充電回路を制御して前記二次電池に定電流充電した後に定電圧充電に切り換え、前記定電圧充電時の電圧を前記メモリに記録された満充電された回数と総充電積算量との比に応じて低減する制御手段とを備えた充電制御装置。
3. 前記メモリはさらに前記二次電池の電圧が所定電圧以下になったことを記録するエリアを有し、
   前記制御手段は前記メモリの前記二次電池の電圧が所定電圧以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に前記二次電池の電圧が所定電圧以下になったかどうかによって前記定電圧充電時の電圧を下げるか、維持するか、上昇させるかを制御する請求項１または２何れかに記載の充電制御装置。
4. 前記メモリの前記二次電池の電圧が所定電圧以下になったことを記録するエリアは、さらに電池電圧の第１の所定電圧と第１の所定電圧より低い第２の所定電圧とを記録するエリアをそれぞれ有し、
   前記制御手段は前記メモリの前記二次電池の電圧が第１の所定電圧以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に前記二次電池の電圧が第１の所定電圧以下にならなかったときには前記定電圧充電時の電圧を低下させ、所定時間内に前記二次電池の電圧が第１の所定電圧以下になったときには前記定電圧充電時の電圧を維持し、
   前記メモリの前記二次電池の電圧が第２の所定電圧以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に前記二次電池の電圧が第２の所定電圧以下になったときには前記定電圧充電時の電圧を上昇させるよう制御する請求項３に記載の充電制御装置。
5. 前記メモリはさらに前記二次電池の残量が所定残量以下になったことを記録するエリアを有し、
   前記制御手段は前記メモリの前記二次電池の残量が所定残量以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に前記二次電池の残量が所定残量以下になったかどうかによって前記定電圧充電時の電圧を下げるか、維持するか、上昇させるかを制御する請求項１または２何れかに記載の充電制御装置。
6. 前記メモリの前記二次電池の残量が所定残量以下になったことを記録するエリアは、さらに電池電圧の第１の所定残量と第１の所定残量より低い第２の所定残量とを記録するエリアをそれぞれ有し、
   前記制御手段は前記メモリの前記二次電池の残量が第１の所定残量以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に前記二次電池の残量が第１の所定残量以下にならなかったときには前記定電圧充電時の電圧を低下させ、所定時間内に前記二次電池の残量が第１の所定残量以下になったときには前記定電圧充電時の電圧を維持し、
   前記メモリの前記二次電池の残量が第２の所定残量以下になったことを記録するエリアの記録から所定時間内に前記二次電池の残量が第２の所定残量以下になったときには前記定電圧充電時の電圧を上昇させるよう制御する請求項５に記載の充電制御装置。

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