JP4660523B2 - 電池セルの表面温度で充電制御する充電システム - Google Patents

Description

本発明は、表面温度が上限を超えないように二次電池を充電する技術に関する。

携帯型電子機器の一例であるノート型パーソナル・コンピュータ（以後ノートＰＣという。）には、リチウム・イオン電池を収納した電池パックが使用されている。近年複数の電池パックの発火事故が報告されたこともあって、社団法人電池工業会（Battery Association of Japan）と社団法人電子情報技術産業協会（Japan Electronic and Information Technology Industries Association）の協業によりリチウム・イオン電池を使用するための安全指針が発表されている。安全指針はそれらのインターネット・ホーム・ページから入手することができる。

その安全指針では、リチウム・イオン電池を充電するときは、電池セルの表面温度に応じて充電電流および充電電圧またはそのいずれか一方の最大値を制限することを推奨している。図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、同指針に示されている電池セルの表面温度と充電電流および充電電圧の最大値との関係を表している。同指針では、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、電池セルの表面温度に対して、Ｔ１〜Ｔ２の低温度域、Ｔ２〜Ｔ３の標準温度域、およびＴ３〜Ｔ４の高温度域が定義されている。同指針では、各温度域を規定する値は、メーカが所定の試験および検証を行って定めるものとしているが、現在では下限充電温度値Ｔ１が０度、標準温度域の下限値（低温度域の上限値）Ｔ２が１０度、標準温度域の上限値（高温度域の下限値）Ｔ３が４５度、および上限充電温度値Ｔ４が５５度に規定されている。

同指針では、各温度域に対して最大充電電流と上限充電電圧が規定されている。標準温度域は、最大充電電流および上限充電電圧に最も高い値を適用することが可能な電池セルの表面温度領域である。同指針は標準温度域での標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１を０．７ＩｔＡとし、標準上限充電電圧Ｖｍａｘ１を４．２５Ｖに設定することを提唱している。ここにＩｔＡという単位は、充放電時に二次電池に流れる電流の単位を表し、ＩｔＡ＝定格容量（Ａｈ）／１（ｈ）として定義される。低温度域および高温度域での最大充電電流および上限充電電圧はメーカにより決定される。

低温度域は、標準温度域より低い温度域であり、かつ安全性の見地から、標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１および標準上限充電電圧値Ｖｍａｘ１またはいずれか一方を低減することにより許容可能な充電時の電池セルの表面温度領域である。一例では、低温度域での低温最大充電電流値Ｉｍａｘ２は０．３ＩｔＡに設定され、低温上限充電電圧値Ｖｍａｘ２は４．１５Ｖに設定されている。高温度域は、標準温度域より高い温度域であり、かつ安全性の見地から、標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１および標準上限充電電圧値Ｖｍａｘ１またはいずれか一方を変えることにより許容可能な充電時の電池セルの表面温度領域である。一例では、高温度域での高温最大充電電流値Ｉｍａｘ３は０．３ＩｔＡに設定され、高温上限充電電圧値Ｖｍａｘ３は４．２０Ｖに設定されている。

特許文献１は、電池温度が異常にならないように、充電開始からＸ秒後の電池温度を予想し、予想温度に基づいて充電電流を制御する技術を開示する。特許文献２は、二次電池の周辺温度が許容値を超えると充電が停止して満充電までの時間が長くなってしまうという課題を解決するために、あらかじめ充電電流値と二次電池の周辺の上昇温度との関係をデータベース化しておき、充電中に環境等の影響で周辺の温度が上昇した場合に、二次電池への充電電流値を制御することで二次電池の温度上昇を抑えて中断することなく充電を完了させる技術を開示する。

特許文献３は、ＮｉＭＨ電池の温度が充電許容温度範囲の上限付近で充電が開始された場合でも満充電を可能にするために、現在の電池温度が充電許容温度の上限付近にさしかかったときに、電池温度に対応した電流値を計算し、その計算した電流値まで充電電流を下げることで電池温度が上限を超えないように制御する技術を開示する。特許文献４は、充電中にＮｉＭＨ電池が危険温度に到達しないようにするために、温度の時間上昇率（ΔＴ／Δｔ）が一定になるように充電レートを制御する技術を開示する。
特開２００６−２０４４６号公報 特開２００５−２４５０７８号公報 特開平１０−１４１２５号公報 特開２００２−１６５３８０号公報

電池セルは、充電および放電の際に発熱し、充電末期には約７度程度電池セルの筐体の表面温度（以後、単に表面温度という。）が上昇する。ノートＰＣに装着される電池パックでは、通常の温度環境に置かれたノートＰＣがＡＣ／ＤＣアダプタから電力の供給を受けながら動作しているときには、表面温度は約３０度になる。この状態でＡＣ／ＤＣアダプタを外して、ノートＰＣに電池パックから電力の供給をすると、放電末期には表面温度が約４５度に達する。その後、ＡＣ／ＤＣアダプタを接続して電池セルを充電すると、充電が完了する前に表面温度が高温度域に入る可能性がある。

標準温度域で充電している間に電池セルの表面温度が高温度域に入ったときには、安全指針に基づくと標準上限充電電圧値Ｖｍａｘ１を高温上限充電電圧値Ｖｍａｘ３まで下げる必要があるため満充電容量まで充電できなくなり、携帯使用時のノートＰＣの動作時間が短くなってしまう。また、安全指針に基づいて標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１を高温最大充電電流値Ｉｍａｘ３まで下げると、満充電に到達するまでの時間が長くなってしまい、ＡＣ／ＤＣアダプタを外してノートＰＣを携帯使用する時点では満充電容量までの充電が完了しない可能性がある。

そこで本発明の目的は、二次電池の表面温度が上限温度値を超えないようにして満充電容量まで充電できる充電システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、充電電流を動的に変化させて表面温度が上限温度値を超えないように充電する充電システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、充電中に環境温度が変化した場合でも表面温度が上限温度値を超えないように充電する充電システムを提供することにある。さらに本発明の目的はそのような充電システムを実現する機器、充電方法、電池パック、およびコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明にかかる充電システムは、二次電池の表面温度が上限温度値を超えないように充電する。したがって、表面温度が上限温度値を超えた場合に充電電流および充電電圧またはそのいずれか一方を制限しなければならないような場合は、上限温度値を超えないように充電することで満充電容量まで充電することができる。充電器は、充電中に設定電流の変更が可能である。温度素子は、二次電池の表面温度を測定する。制御部は、温度素子からの出力を受け取って二次電池を現在の充電電流値で所定の充電量まで充電すると仮定した場合の表面温度に相当する予測温度値を定期的に計算する。上限温度値よりも低い温度範囲には、目標温度域が設定されている。制御部は、予測温度値と目標温度域とを定期的に比較した結果に基づいて充電器の設定電流を変更する。

表面温度が上限温度値を超えないように二次電池を充電するには、充電電流を十分小さい値にすればよいが、それでは、充電時間が極端に長くなってしまい、実質的に満充電容量まで充電できないことになる。本発明においては、定期的に計算された予測温度値は現在の充電電流値で充電を継続すると仮定した場合の表面温度に相当しており、充電器の設定電流は予測温度値を目標温度域と定期的に比較した結果に基づいて動的に変更される。制御部は、充電の途中で環境温度が変化しても定期的に予測温度値の計算と比較を行いながら設定電流を修正する。したがって、本発明にかかる充電システムは、充電開始時の表面温度および充電中の環境温度によって許容される最も大きな充電電流で上限温度値を超えないように充電することができる。

所定の充電量として、現在の充電電流値で充電した場合に表面温度が最大になるときの充電量を選択すれば、確実に表面温度が上限温度値を超えないように二次電池を充電することができる。表面温度が最大になる充電量は、充電器が定電流制御から定電圧制御に切り替わる時点での充電量ということもできる。所定の充電量は、標準最大充電電流で充電したときに表面温度が最大になるときのＲＳＯＣ（Relative State Of Charge）（％）で示すことができる。この場合、最大表面温度に対応するＲＳＯＣ（％）は充電電流により変わるので、充電電流の大きさに応じて最大表面温度になるＲＳＯＣ（％）を設定した修正テーブルを設けることが望ましい。

この充電システムでは、上限温度値に上限値が一致し、標準最大充電電流値未満で充電することを許容する標準温度域を定義することができる。この場合、充電器は定電流制御期間の全体を通じて標準最大充電電流値未満の充電電流値で二次電池を充電して定電圧制御期間に移行することができるため、充電開始時の表面温度が高い場合でも充電を完了するまで表面温度が上限温度値を超えることはない。なお、ここでの定電流制御期間には、定電流制御期間の全体を通じて設定電流が一定である場合だけでなく、充電器の設定電流が動的に変更され、変更されたそれぞれの設定電流で充電器が定電流制御をする場合の期間も含んでいる。

目標温度域の上限値を上限温度値より１度〜３度低い値に選定し、目標温度域の幅を１度〜３度の範囲で選定すると、環境温度が突然変化しても対応することができ、かつ、充電電流が低めに設定されて充電時間が長くなるような事態を防ぐことができる。制御部は、予測温度値が目標温度域より高いときは設定電流を低減させ、目標温度域に入っているときは現在の設定電流を維持し、目標温度域を下回っているときは設定電流を増大させる。制御部は、予測温度値が上限温度値を超えたときは現在の充電電流で充電を継続すると現実に上限温度値を超えることになるので、充電器の設定電流を最小充電電流値に設定する。最小充電電流値は、この充電システムが設定することになっている最小の充電電流値に相当する。

予測温度値は、所定の監視時間に対する表面温度の時間上昇率と、所定の充電量まで充電するのに必要な充電時間から計算することができる。所定の充電量まで充電するのに必要な充電時間を、監視時間に流れる充電電流の平均値に基づいて計算すると、負荷の消費電力の増大により実際の充電電流が充電器の設定電流未満になるような場合でも、正確に予測温度値を計算することができる。充電を開始してから充電を終了するまでの間に設定電流は、充電開始時の表面温度や環境温度の変化により様々な変化をする。制御部は、実際に充電を行ったときの表面温度や環境温度の履歴を記憶して、その履歴に基づいて次回充電を開始するときに最初に設定する最小充電電流値を選定することができる。

本発明により、二次電池の表面温度が上限温度値を超えないようにして満充電容量まで充電できる充電システムを提供することができた。さらに本発明により、充電電流を動的に変化させて表面温度が上限温度値を超えないように充電する充電システムを提供することができた。さらに本発明により、充電中に環境温度が変化した場合でも表面温度が上限温度値を超えないように充電する充電システムを提供することができた。さらに本発明によりそのような充電システムを実現する機器、充電方法、電池パック、およびコンピュータ・プログラムを提供することができた。

図１は、本実施形態にかかる電池パックと電池パックを搭載するノートＰＣで構成された充電システムの概要を示すブロック図である。充電システムは、ノートＰＣ１０、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１、電池パック１００、１０１で構成されている。電池パック１００は主電池パックとして使用され、電池パック１０１は補助電池パックとして使用される。電池パック１００と電池パック１０１は本発明との関連では同じ構成になっており、電池パック１０１が装着されていない場合でも電池パック１００だけで充電システムを構成することができる。ノートＰＣ１０は、本発明に関連する主要な部分の構成だけを示している。ＡＣ／ＤＣアダプタ１１はノートＰＣ１０の電源端子に接続が可能であり、電池パック１００、１０１はノートＰＣ１０の電池ベイに着脱可能に装着される。ＡＣ／ＤＣアダプタ１０１は、交流電圧を直流電圧に変換する。

充電器５１は、定電流定電圧特性を備えている。充電器５１は、ＦＥＴ２９およびＦＥＴ３１をＰＷＭ方式でオン／オフ制御するスイッチング制御回路と、インダクタ３３およびキャパシタ３４による平滑回路とを備える。充電器５１は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１から入力された直流電圧を電池パックの充電に適した直流電圧に変換して出力する。充電器５１は、スイッチング制御回路を駆動して生成した直流の充電電流の脈動を平滑回路によって低減して定電流を生成する。充電器５１の電圧フィードバック入力ＦＢ−Ｖおよび電流フィードバック入力ＦＢ−Ｉには、分圧抵抗３７、３９と電流センス抵抗３５からの出力がそれぞれ接続され、充電器５１から出力された出力電圧および出力電流に対応した電圧がフィードバック制御のために入力される。

ここで充電器５１の出力電圧は、充電器から電池セット１０６の端子までの配線抵抗による電圧降下を無視すれば電池セット１０６の充電電圧に一致する。充電器５１は定電圧制御期間においては、出力電圧が設定電圧Ｖｃｈｇに一致するように動作する。また、充電器５１の出力電流と電池セット１０６に流れる充電電流は等しい。充電器５１は定電流制御期間においては、出力電流が設定電流Ｉｃｈｇに一致するように動作する。ノートＰＣ１０の消費電力が小さい場合は、定電流制御期間において、充電器５１の出力電流と設定電流Ｉｃｈｇは等しくなるが、ノートＰＣ１０の消費電力が大きくなる電源投入時や特定の作業のときには、出力電流は設定電流Ｉｃｈｇより小さくなる場合がある。本明細書においては電池セット１０６に流れる電流に関し、充電器５１に着目するときは出力電流という用語を使用し、電池セット１０６に着目するときは充電電流という用語を使用する。

充電器５１の電流設定値入力Ｉｓｅｔおよび電圧設定値入力Ｖｓｅｔには、ノートＰＣ１０の内部で生成された一定電圧を分圧した基準電圧源５５からの電圧が入力される。基準電圧源５５は、エンベデッド・コントローラ（ＥＣ）１３からの指示に基づいて電圧設定値入力Ｖｓｅｔには設定電圧Ｖｃｈｇを入力し、電流設定値入力Ｉｓｅｔには設定電流Ｉｃｈｇを入力する。充電器５１は出力電圧が設定電圧Ｖｃｈｇを超えないように、および出力電流が設定電流Ｉｃｈｇを超えないように動作する。したがって充電器５１は、充電電流の大きな充電初期には出力電流が設定電流Ｉｃｈｇに一致するように定電流制御で動作するが、充電が進行して充電電圧が上昇すると出力電圧を設定電圧Ｖｃｈｇに一致させるように定電圧制御で動作する。定電圧制御で動作しているときに何らかの原因で出力電流が設定電流Ｉｃｈｇよりも増大するような場合は、出力電流を設定電流Ｉｃｈｇに一致させるように定電流制御で動作する。

充電器５１は、ＥＣ１３からの指示により充電中に動的に設定電流Ｉｃｈｇおよび設定電圧Ｖｃｈｇが変更される。ただし、いかなる場合でも設定電流Ｉｃｈｇが標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１を超えることはなく、また設定電圧Ｖｃｈｇが標準上限充電電圧値Ｖｍａｘ１を超えることはない。したがって、充電器５１による定電流制御とは、一旦ある設定電流Ｉｃｈｇに設定されたときには、それに応じた出力電流値で定電流制御を行い、別の設定電流Ｉｃｈｇに変更されたときには、変更された出力電流値で定電流制御を行うことを意味している。

ＥＣ１３は、電源以外にもノートＰＣ１０を構成する多くのハードウェア要素を制御する集積回路である。ＥＣ１３は、電池パック１００、１０１と通信して、電池パック１００、１０１が生成した電池セルの表面温度、電池電圧、充電電流、充電電力、放電電力、残存容量および充電器に設定する設定電圧Ｖｃｈｇおよび設定電流Ｉｃｈｇなどの情報を取得することができる。ＥＣ１３は、電池パック１００、１０１から受け取った指示に基づいて、充電器５１を動作させたり停止させたりするように基準電圧源５５に指示を送る。たとえば、電池パックが設定電圧Ｖｃｈｇおよび設定電流ＩｃｈｇをゼロにするようにＥＣ１３に指示をすると、電圧設定値入力Ｖｓｅｔ、電流設定値入力Ｉｓｅｔにゼロが設定され充電器５１は動作を停止する。充電器５１の動作を開始するときは、電池パック１００、１０１から指示を受けたＥＣ１３が、電圧設定値入力Ｖｓｅｔおよび電流設定値入力Ｉｓｅｔに、設定電圧Ｖｃｈｇおよび設定電流Ｉｃｈｇを設定する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１または電池パック１００、１０１から受け取った直流電圧を所定の電圧に変換してノートＰＣ１０内のシステム負荷に供給する。システム負荷には、ＣＰＵ、液晶ディスプレイ、無線モジュール、ハードディスク装置、およびコントローラなどの様々なデバイスを含む。ＦＥＴ−ＡおよびＦＥＴ−Ｂは、主電池パック１００に対する充放電を制御するためのスイッチであり、主電池パック１００の充放電回路に接続されている。ＦＥＴ−ＣおよびＦＥＴ−Ｄは、電池パック１０１に対する充放電を制御するためのスイッチであり、電池パック１０１の充放電回路に接続されている。

ＦＥＴ−Ｅは、電池パック１００、１０１とＤＣ／ＤＣコンバータ５３との間に接続され、電池パック１００、１０１からＤＣ／ＤＣコンバータ５３に対する放電回路を形成するためのスイッチである。ＦＥＴ−Ｆは、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１からＤＣ／ＤＣコンバータ５３に電力を供給する回路に接続され、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１からＤＣ／ＤＣコンバータ５３に電力を供給している際、交流電力源からの電力の受け取りを中断して交流電力源のピークを緩和させるいわゆるピーク・シフトを行うために、一時的に電池パック１００、１０１からＤＣ／ＤＣコンバータ５３に電力を供給するためのスイッチである。ＦＥＴ駆動回路１５は、ＥＣ１３からの指示に基づいてＦＥＴ−Ａ〜ＦＥＴ−Ｆを制御する。

図２は、本発明の実施形態にかかるスマート・バッテリィ・システム（ＳＢＳ）規格に準拠した電池パック１００の内部構成を示すブロック図である。電池パック１０１も電池パック１００と同じ構成になっている。電池パック１００は、電源ライン１３１、通信ライン１３３、およびグランド・ライン１３５がそれぞれＰ端子、Ｄ端子、およびＧ端子でノートＰＣ１０に接続される。電源ライン１３１には、それぞれｐ型ＭＯＳ−ＦＥＴで構成された充電保護スイッチＣ−ＦＥＴｂと放電保護スイッチＤ−ＦＥＴｂが直列に接続されている。放電保護スイッチＤ−ＦＥＴｂには、３本のリチウム・イオン電池セル１０３〜１０５で構成された電池セット１０６が直列に接続されている。電池セット１０６からの放電電流および電池セット１０６に対する充電電流は、電源ライン１３１およびグランド・ライン１３５で構成される充放電回路を通じてノートＰＣ１０との間を流れる。

電池セット１０６の各電池セル１０３〜１０５の電圧側の端子はアナログ／インターフェース１０７のアナログ入力Ｖ１〜Ｖ３端子に接続されている。電池セット１０６の表面には、１個〜複数個のサーミスタなどの温度素子１１１が貼り付けられている。温度素子１１１は電池セル１０３〜１０５の表面温度を測定し、その出力はＭＰＵ１１３のＴ端子に接続されている。なお、表面温度は、センサを電池セル１０３〜１０５の筐体に接触させる接触式または筐体から離す非接触式のいずれの方式で測定してもよい。電池セル１０５の負端子とＧ端子との間のグランド・ライン１３５には、電流センス抵抗１０９が接続されている。電流センス抵抗１０９の両端は、アナログ／インターフェース１０７のＩ１、Ｉ２端子に接続されている。

アナログ／インターフェース１０７は、電池セル１０３〜１０５のそれぞれのセル電圧を取得するアナログ入力端子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、および電流センス抵抗１０９の両端の電位差を取得するアナログ入力端子Ｉ１、Ｉ２を備える。アナログ／インターフェース１０７はさらに充電保護スイッチＣ−ＦＥＴｂおよび放電保護スイッチＤ−ＦＥＴｂをオン／オフ制御する信号を出力するアナログ出力端子Ｃ−ＣＴＬおよびＤ−ＣＴＬを備える。アナログ／インターフェース１０７は、電池セット１０６のセル電圧を測定してディジタル値に変換しＭＰＵ１１３に送る。

アナログ／インターフェース１０７は、電流センス抵抗１０９が検出した電圧から電池セット１０６に流れる充電電流および放電電流の値を測定してディジタル値に変換しＭＰＵ１１３に送る。ＭＰＵ１１３は、８〜１６ビット程度のＣＰＵの他に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、タイマなどを１個のパッケージの中に備えた集積回路である。ＭＰＵ１１３は、アナログ／インターフェース１０７と通信が可能になっており、アナログ／インターフェース１０７から送られた電池セット１０６に関する電圧および電流に基づいて充電量や放電量を計算し、さらに満充電容量を計算してフラッシュ・メモリに記憶しておく。

ＭＰＵ１１３はまた、過電流保護機能、過電圧保護機能（過充電保護機能ともいう。）、および低電圧保護機能（過放電保護機能ともいう。）を備え、アナログ／インターフェース１０７から受け取った電圧や電流から電池セル１０３〜１０５に異常を検出した場合に、アナログ／インターフェース１０７を通じて充電保護スイッチＣ−ＦＥＴｂおよび放電保護スイッチＤ−ＦＥＴｂまたはそのいずれかをオフにする。過電流保護機能、過電圧保護機能、および低電圧保護機能はＭＰＵ１１３で実行されるプログラムで構成される。

ＭＰＵ１１３からはＤ端子を通じて通信ライン１３３がノートＰＣ１０のＥＣ１３に接続され、ＭＰＵ１１３とＥＣ１３との間での通信が可能になっている。通信ライン１３３にはクロック・ラインも含まれている。ＭＰＵ１１３は、ＥＣ１３に対して充電器５１に設定する設定電流Ｉｃｈｇおよび設定電圧Ｖｃｈｇを送る。ＥＣ１３は基準電圧源１２３を経由してこの設定値を充電器５１にセットし、充電器５１の動作を開始させたり停止させたりする。

図３は、表面温度が標準温度域に入っているときに充電器５１が設定電流Ｉｃｈｇを標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１に設定して電池セット１０６を充電するときの様子を示す図である。ライン２０１は、充電器５１から電池セット１０６に供給する充電電流を示す。ライン２０３は、電池セル１０３〜１０５の表面温度を示し、ライン２０５は充電量を示す。充電量（Ａｈ）とは、電池セット１０６に蓄積されている電気量で、充電前に残存していた電気量と充電により注入された電気量の合計値である。充電により注入された電気量は、充電中の充電電流を充電時間により時間積分した値である。

充電器５１は、いずれの値に設定電流Ｉｃｈｇおよび設定電圧Ｖｃｈｇが設定されていても、出力電流および出力電圧のいずれも設定電流Ｉｃｈｇおよび設定電圧Ｖｃｈｇを超えないようにスイッチング動作を行う。充電初期は電池セット１０６に大きな充電電流が流れるので、充電器５１は、ライン２０１に示すように時刻０で充電を開始すると、標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１の出力電流で定電流制御をする。充電が進行するに伴って電池セル１０３〜１０５の表面温度がライン２０３に示すように上昇し充電量がライン２０５に示すように上昇する。さらに、電池セット１０６の端子電圧が上昇して時刻ｔ１で充電器５１の出力電圧が設定電圧Ｖｃｈｇに到達すると、充電器５１は出力電圧を設定電圧Ｖｃｈｇに一致させるように定電圧制御に切り替わる。

以後、充電電流は充電の進行に伴い低下していくが、ＭＰＵ１１３は充電電流があらかじめ定めた充電終了電流値Ｉｓに到達したことを検知すると充電器５１に指示して時刻ｔ２で充電を停止させる。時刻ｔ２において電池セット１０６に蓄積されている充電量を満充電容量という。満充電容量は、現時点で当該電池セット１０６が蓄積できる最大の放電電気量にも相当する。満充電容量は経年劣化により低下する値である。電池セルの表面温度は、定電流制御から定電圧制御に切り替わる時刻ｔ１の時点で最大になり充電開始前に比べて約７度上昇する。標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１で充電したときに定電流制御から定電圧制御に切り替わる時刻ｔ１における充電量はほぼ一定しており満充電容量の約７０％になる。

満充電容量に対して実際に電池セット１０６が蓄積している充電量の割合をＲＳＯＣ（％）（Relative State Of Charge）という。図３では、ＲＳＯＣ（％）が７０％のときに電池セルの表面温度が最大表面温度値Ｔｍａｘに到達することが示されている。そして最大表面温度値Ｔｍａｘに到達するときに電池セル１０３〜１０５の表面温度が最も標準温度域の上限値Ｔ３を超えて高温度域に入りやすくなる。ただし、ＲＳＯＣ（％）が７０％のときに電池セル１０３〜１０５が最大表面温度値Ｔｍａｘに到達するのは、充電電流が標準最大充電電流値Ｉｍａｘのときである。設定電流Ｉｃｈｇが変更されて充電器５１が、標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１以外の出力電流で充電するときは、最大表面温度値Ｔｍａｘに対応するＲＳＯＣ（％）は７０％とは異なる値となる。

また、図１に示すように、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１はＤＣ／ＤＣコンバータ５３を経由してシステム負荷に電力を供給しながら、充電器５１にも電力を供給して電池セット１０６を充電することができる。この場合、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１の容量によっては、システム負荷の消費電力が大きい場合には、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１の出力電圧が低下して、充電器５１の電流設定値入力Ｉｓｅｔに０．７ＩｔＡの設定電流Ｉｃｈｇが設定されていても、実際には充電器５１からは、０．７ＩｔＡ未満の出力電流しか流れなくなる。このような原因で充電電流が変化する場合にも、最大表面温度値Ｔｍａｘに対応するＲＳＯＣ（％）の値が変化する。

図４（Ａ）は、充電電流の変化と最大表面温度値Ｔｍａｘに到達するときのＲＳＯＣ（％）との関係を説明する図である。ライン４０１は、設定電流Ｉｃｈｇを０．７ＩｔＡに設定したときの充電電流の時間特性を示し、ライン４０３は設定電流Ｉｃｈｇを０．５ＩｔＡに設定したときの充電電流の時間特性を示す。ライン４０５は、ライン４０１に対応する充電量の時間特性を示し、ライン４０７は、ライン４０３に対応する充電量の時間特性を示す。ライン４０１では、時刻ｔ１で定電流制御から定電圧制御に移行して時刻ｔ３で充電が完了しているが、ライン４０３では時刻ｔ１よりも遅い時刻ｔ２で定電流制御から定電圧制御に移行して時刻ｔ３よりも遅い時刻ｔ４で充電が完了している。

図３で説明したように、定電流定電圧方式で充電したときは定電流制御から定電圧制御に切り替わる時刻ｔ１で最大表面温度値Ｔｍａｘに到達する。時刻ｔ１でのＲＳＯＣ（％）は７０％となっている。しかし、０．５ＩｔＡの充電電流で充電したときは、充電器５１が定電流制御している期間が長く、最大表面温度値Ｔｍａｘに到達する時刻ｔ２は時刻ｔ１よりも遅くなっている。そして、時刻ｔ２でのＲＳＯＣ（％）は８０％になっている。このように、定電流制御期間の充電電流が小さくなると定電圧制御への移行時期が遅れ、最大表面温度値Ｔｍａｘに到達するときのＲＳＯＣ（％）の値が大きくなる。

したがって、最大表面温度値Ｔｍａｘに対応するＲＳＯＣ（％）の値は標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１と異なる充電電流で充電する場合には修正する必要がある。充電電流に応じて修正された最大表面温度値Ｔｍａｘに対応するＲＳＯＣ（％）を以後修正ＲＳＯＣ（％）ということにする。図４（Ｂ）は、標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１で充電したときの最大表面温度値Ｔｍａｘに対応するＲＳＯＣ（％）を、実際に流れる充電電流値で修正した結果を格納する修正テーブル４０９の一例を示す。修正テーブル４０９には、充電電流が０．７ＩｔＡより下がるにつれて、修正ＲＳＯＣ（％）は大きくなることが示されている。修正テーブル４０９は、ＭＰＵ１１３のＲＯＭに格納されており、ＭＰＵ１１３が参照することができる。

ここで充電電流が小さいほど修正ＲＳＯＣ（％）は大きくなるが、修正ＲＳＯＣ（％）に対応する最大表面温度値Ｔｍａｘは小さくなる。これは、電池セット１０６の内部抵抗値をＲとしたときに、電池セットからの発熱量は、内部抵抗値Ｒに充電電流の二乗を乗じた値となり、充電電流が小さいほど発熱量が小さくなるからである。

電池セル１０３〜１０５の表面温度が高温度域に入ったときに、安全指針に従って設定電圧Ｖｃｈｇを高温上限充電電圧値Ｖｍａｘ３まで下げるとすれば、充電器５１は電池セット１０６を満充電容量まで充電することができなくなる。また、標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１で定電流充電をしている間に電池セル１０３〜１０５の表面温度が高温度域に入り、設定電流Ｉｃｈｇを高温最大充電電流値Ｉｍａｘ３まで下げるとすれば、それ以降の充電電流が不足して充電時間が長くなってしまうため携帯使用をする時点では満充電容量に至っていない場合がある。

ここで、図９に示した各温度域の上限充電電圧値は各電池セル１０３〜１０５の電圧であり、充電器５１の設定電圧Ｖｃｈｇは、直列に接続された電池セルの数と充電器５１の誤差を考慮して決定される。本明細書では、充電器５１の設定電圧Ｖｃｈｇを標準上限充電電圧値Ｖｍａｘ１に設定するという表現は、各電池セル１０３〜１０５の上限充電電圧値が標準上限充電電圧値Ｖｍａｘ１未満に維持されるように充電器５１の誤差を考慮して選択した値に設定することを意味する。他の温度域についても同様である。

図５、図６は、高温上限充電電圧値Ｖｍａｘ３および高温最大充電電流値Ｉｍａｘ３またはそのいずれか一方が標準温度域の値よりも制限されることにより、満充電容量まで充電できなかったり充電時間が長くなってしまったりするという問題を解決することができるノートＰＣ１０と電池パック１００による充電手順を示すフローチャートである。図５、図６の手順はＭＰＵ１１３のＲＯＭに格納された充電プログラムが主体となって実行する。図７は、図６の充電手順を実行したときの充電電流の変化の一例を示す図である。

図５において、ブロック２００では、ノートＰＣ１０にＡＣ／ＤＣアダプタ１１が接続され、さらに電池パック１００が電池ベイに装着された状態で、ＭＰＵ１１３がＥＣ１３に対して充電要求をすることにより充電器５１が充電を開始する。充電器５１に対する充電の開始および停止の制御、設定電流Ｉｃｈｇおよび設定電圧Ｖｃｈｇの設定は、すべてＭＰＵ１１３がＥＣ１３に対して行う。ノートＰＣ１０のシステム負荷の消費電力は、図５、図６の手順とは無関係に変動してもよい。この時点での設定電流Ｉｃｈｇおよび設定電圧Ｖｃｈｇは、それぞれ標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１および標準上限充電電圧値Ｖｍａｘ１に設定する。

ブロック２０１では、ＭＰＵ１１３が電池セル１０３〜１０５の表面温度Ｔを計測して下限充電温度値Ｔ１未満であるか否かを判断し、下限充電温度値Ｔ１未満の場合は、ブロック２０５で充電を停止して待機する。表面温度Ｔが下限充電温度値Ｔ１以上の場合は、ブロック２０３に移行してＭＰＵ１１３は表面温度Ｔが上限充電温度値Ｔ４以上であるか否かを判断し、上限充電温度Ｔ４以上の場合は、ブロック２０５で充電を停止して待機する。表面温度Ｔが上限充電温度値Ｔ４未満の場合はブロック２０７に移行してＭＰＵ１１３は表面温度Ｔが低温度域に入っているか否かを判断する。

表面温度Ｔが低温度域に入っている場合は、ブロック２０９に移行してＭＰＵ１１３は、設定電流Ｉｃｈｇおよび設定電圧Ｖｃｈｇとしてそれぞれ図９に示した低温最大充電電流値Ｉｍａｘ２、低温上限充電電圧値Ｖｍａｘ２を選択して充電器５１に設定し充電器５１を動作させる。表面温度Ｔが低温度域から外れている場合は、ブロック２１１に移行してＭＰＵ１１３は、表面温度Ｔが高温度域に入っているか否かを判断する。表面温度Ｔが高温度域に入っている場合は、ブロック２１３に移行してＭＰＵ１１３は設定電流Ｉｃｈｇおよび設定電圧Ｖｃｈｇとしてそれぞれ図９に示した高温最大充電電流値Ｉｍａｘ３および高温上限充電電圧値Ｖｍａｘ３を選択して充電器５１に設定し充電器５１を動作させる。ブロック２１１で表面温度Ｔが高温度域から外れている場合は表面温度Ｔが標準温度域に入っていることになるのでＭＰＵ１１３はブロック２１５に移行して図６の手順を開始する。

図６のブロック２５０において、ＭＰＵ１１３が表面温度Ｔは標準温度域に入っていると判断したとしても、充電開始時の表面温度ＴおよびノートＰＣ１０の動作状態による電池パックの内部温度などの充電条件は様々であり、それにより充電中の表面温度Ｔは影響を受ける。そして、先に説明したように充電電流が大きいほど充電による温度上昇値は大きくなる。図６に示した手順は、どのような充電条件であっても、また充電条件が突然変化しても表面温度Ｔが標準温度域の上限値Ｔ３以上にならないようにＭＰＵ１１３が充電器５１の設定電流Ｉｃｈｇを動的に変更する。

標準温度域の上限値Ｔ３を超えないように充電するために、本実施の形態では、図７に示すように、標準温度域の範囲に上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈと下限目標温度値ＴＧＴ−Ｌにより境界が画定された目標温度域を設けている。一例では、標準温度域の上限値Ｔ３が４５度のときに上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈを４４〜４３度に設定し、下限目標温度値ＴＧＴ−Ｌを４２〜４１度に設定する。

上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈが標準温度域の上限値Ｔ３に近づきすぎると、突然システム負荷の消費電力が増大して電池パックの筐体内の環境温度が上昇したときに、標準温度域の上限値Ｔ３を超える可能性が高まるので好ましくない。また、上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈが標準温度域の上限値Ｔ３から離れすぎると、必要以上に充電電流が低減されて充電時間が長くなるので好ましくない。さらに目標温度域の幅が狭すぎると頻繁に設定電流Ｉｃｈｇが変更され、目標温度域の幅が広すぎると必要以上に低減された充電電流による充電が継続することになりいずれも好ましくない。

したがって、上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈは、標準温度域の上限値Ｔ３より１〜３度低い範囲で選択し、目標温度域の幅は１〜３度の範囲で選択することが望ましい。上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈおよび下限目標温度値ＴＧＴ−Ｌは、ＭＰＵ１１３が実行する充電プログラムの中に組み込んだり、フラッシュ・メモリにテーブルとして格納したりしてＭＰＵ１１３が利用できるようになっている。

ブロック２５１では、ＭＰＵ１１３は充電器５１の設定電流Ｉｃｈｇをあらかじめ定められた最小充電電流値Ｉｍｉｎに設定し、設定電圧Ｖｃｈｇを標準上限充電電圧値Ｖｍａｘ１に設定する。最小充電電流値Ｉｍｉｎは、通常の充電条件では表面温度Ｔが標準温度域の上限値Ｔ３を超えることがないほど小さい値で、たとえば、０．２ＩｔＡ〜０．３ＩｔＡの間で選定することができる。

ブロック２５３では、最小充電電流値Ｉｍｉｎで監視時間Δｔとして設定した１分間の間充電状態を監視し、ＭＰＵ１１３は監視時間Δｔの間の充電電流の平均値を計算して、平均充電電流値Ｉｍｅａｎに対応する修正ＲＳＯＣ（％）の値を修正テーブル４０９を参照して求める。この修正ＲＳＯＣ（％）は、計算された平均充電電流値Ｉｍｅａｎで充電を継続すると仮定したときに最大表面温度値Ｔｍａｘに到達するときの充電量に対応する。ＭＰＵ１１３はそれ以降も平均充電電流値Ｉｍｅａｎで充電を継続すると仮定した場合に、修正ＲＳＯＣ（％）まで充電したときの最大表面温度値Ｔｍａｘを予測する。修正ＲＳＯＣ（％）までは、表面温度Ｔはほぼ直線的に上昇していくことがわかっているため、監視時間Δｔあたりの表面温度Ｔの時間上昇率ΔＴ／Δｔを計算し、さらに修正ＲＳＯＣ（％）に対応する充電量まで充電する時間を計算して最大表面温度値Ｔｍａｘを予測することができる。

ＭＰＵ１１３は、過去の充電量および放電量に基づいて現在の満充電容量および現在蓄積されている充電量をフラッシュ・メモリに記憶している。ＭＰＵ１１３は、図４の修正テーブル４０９から得た修正ＲＳＯＣ（％）に現在の満充電容量を乗じることで、修正ＲＳＯＣ（％）での充電量を計算することができる。現在の充電量をＣ１（Ａｈ）、修正ＲＳＯＣ（％）における充電量をＣ２（Ａｈ）とすれば、平均充電電流値Ｉｍｅａｎで充電する場合に修正ＲＳＯＣ（％）まで充電するのに必要な充電時間ｔは、ｔ＝（Ｃ２−Ｃ１）／Ｉｍｅａｎで計算することができる。

さらに監視時間Δｔの始期における表面温度Ｔと終期における表面温度Ｔの差をΔＴとすれば、表面温度Ｔの時間上昇率ΔＴ／Δｔを計算できる。そして、時間上昇率ΔＴ／Δｔに充電時間ｔを乗じ、これに予測時点での表面温度値を加えることで、平均充電電流値Ｉｍｅａｎで修正ＲＳＯＣ（％）まで充電したときの最大表面温度値Ｔｍａｘを予測することができる。ＭＰＵ１１３が予測した最大表面温度値Ｔｍａｘを予測温度値Ｔａということにする。

このときの様子を図７（Ａ）、図７（Ｂ）を参照して説明する。図７（Ａ）は、充電開始時の表面温度Ｔが低いために、標準温度域において標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１で充電する場合を示す。図７（Ｂ）は充電開始時の表面温度Ｔが高くて、標準温度域において標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１では充電できず、それより小さい充電電流で充電する場合を示す。図６の手順を実行すると、図３に示したように定電流期間において充電器５１に一定の設定電流Ｉｃｈｇが設定されるのとは異なり、設定電流Ｉｃｈｇが動的に変更される。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）には、ライン３０１で示した標準温度域の上限値Ｔ３のわずか下にライン３０３で示した上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈとライン３０５で示した下限目標温度値ＴＧＴ−Ｌで境界が画定された目標温度域が設定されている。ライン３０７、３２１は、図６の手順を実行したときに電池セット１０６に流れる充電電流を示す。時刻ｔ１〜時刻ｔ４のそれぞれの間隔が監視時間Δｔの一例に相当する。図７（Ａ）において、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間にＭＰＵ１１３が測定した平均充電電流値Ｉｍｅａｎは０．５ＩｔＡである。

ＭＰＵ１１３は、時刻ｔ２で、直前の監視時間Δｔの間の温度上昇値ΔＴを時刻ｔ２での表面温度値と時刻ｔ１での表面温度値との差から計算する。時刻ｔ６は０．５ＩｔＡで充電したときに修正ＲＳＯＣ（％）に到達する時刻であり、ＭＰＵ１１３は、修正ＲＳＯＣ（％）まで充電するときの充電時間をｔ６−ｔ２で計算し、満充電容量から修正ＲＳＯＣ（％）に相当する充電量を計算して時刻ｔ６における予測温度値Ｔａ（ｔ２）を計算する。

ライン３１３は、時刻ｔ２における現在の表面温度値を通過し、表面温度Ｔの時間上昇率ΔＴ／Δｔを傾きとする直線で、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の監視時間Δｔの間に実測した平均充電電流値Ｉｍｅａｎで時刻ｔ６まで充電したときに予想される表面温度Ｔの時間特性を示している。予測温度値Ｔａ（ｔ２）は、目標温度域よりも低い値になっている。図７（Ａ）は、同様にＭＰＵ１１３が時刻ｔ３で計算した予測温度値Ｔａ（ｔ３）をライン３１１の先端に示しており、時刻ｔ４で計算した予測温度値Ｔａ（ｔ４）をライン３０９の先端に示している。ライン３１１では時刻ｔ３の直前の監視時間Δｔ中の平均充電電流値Ｉｍｅａｎが０．６ＩｔＡになったため、予測温度値Ｔａ（ｔ３）は予測温度値Ｔａ（ｔ２）よりも大きな値になっている。

ライン３０９では時刻ｔ４の直前の監視時間Δｔ中の平均充電電流値Ｉｍｅａｎが０．７ＩｔＡになったため、予測温度値Ｔａ（ｔ４）は予測温度値Ｔａ（ｔ３）よりも大きな値になっている。図７（Ｂ）も同様にＭＰＵ１１３が時刻ｔ２で計算した予測温度値Ｔａ（ｔ２）をライン３２３の先端に示し、時刻ｔ３で計算した予測温度値Ｔａ（ｔ３）をライン３２７の先端に示し、時刻ｔ４で計算した予測温度値Ｔａ（ｔ４）をライン３２５の先端に示している。

続くブロック２５７では、ＭＰＵ１１３は、予測温度値Ｔａが標準温度域の上限値Ｔ３以上であるか否かを判断する。図６の手順を継続していくと、周囲温度やシステムの消費電力が突然変化して予測温度値Ｔａが標準温度域の上限値Ｔ３を超える場合もあり得るので、ＭＰＵ１１３が予測温度値Ｔａが標準温度域の上限値Ｔ３以上であると判断したときは、ブロック２５１に戻り、ＭＰＵ１１３は充電器５１の設定電流Ｉｃｈｇを最小充電電流値Ｉｍｉｎに設定する。その結果、予測温度値Ｔａは低下し、表面温度Ｔが標準温度域の上限値Ｔ３を超える事態を回避することができる。

ＭＰＵ１１３が、予測温度値Ｔａは標準温度域の上限値Ｔ３未満であると判断したときは、ブロック２５９に移行する。ブロック２５９はＭＰＵ１１３の判断ではなく、充電器５１の設定電流Ｉｃｈｇと設定電圧Ｖｃｈｇに基づく動作を示す。充電器５１は、電池セット１０６に対する充電が進行して出力電圧が設定電圧Ｖｃｈｇに一致すると、ブロック２６１に移行し出力電圧を設定電圧Ｖｃｈｇに一致させる定電圧制御を行う。そして、ＭＰＵ１１３は充電電流が充電終了電流値Ｉｓに到達したことを判断すると、ブロック２６３で充電器５１の動作を停止させる。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）では、いずれも時刻ｔ５で充電器５１が定電流制御から定電圧制御に移行している。図７（Ａ）では、標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１で充電した後に定電圧制御に移行しているが、図７（Ｂ）では、定電流制御期間の全体に渡って標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１より小さい充電電流値で充電した後に定電圧制御に移行している。定電圧制御に移行した後は、充電電流が小さくなるので、図３に示したように表面温度Ｔは低下する。図８に、図６の手順で判断した予測温度値Ｔａの範囲を示している。温度範囲３５１は、ブロック２５７からブロック２５９に移行するときの予測温度値Ｔａの範囲である。

続いてブロック２６７に移行し、ＭＰＵ１１３は、予測温度値Ｔａが目標温度域の範囲に入っているか否かを判断する。目標温度域は、標準温度域の上限値Ｔ３のわずか下の位置に設定されているため、予測温度値Ｔａが上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈよりも小さいことは、現在の充電電流値Ｉｍｅａｎで修正ＲＳＯＣ（％）まで充電したときに電池セル１０３〜１０５が最大表面温度値Ｔｍａｘに到達しても、その最大表面温度は標準温度域の上限値Ｔ３を超えないことを意味しており、かつ、予測温度値Ｔａは下限目標温度値ＴＧＴ−Ｌよりも大きいため充電電流が小さすぎないことを意味する。

したがって、ブロック２６７の条件が満たされている限り現在の設定電流Ｉｃｈｇによる充電を継続することが最適であるため、ＭＰＵ１１３はブロック２５３に移行する。この様子は、図７（Ａ）のライン３０９、図７（Ｂ）のライン３２５が示している。図７（Ａ）の時刻ｔ４および図７（Ｂ）の時刻ｔ４以降では、ＭＰＵ１１３がブロック２５３に移行しているために充電電流が変化していない。ＭＰＵ１１３はブロック２６７で予測温度値Ｔａが目標温度域から外れていると判断したときはブロック２６９に移行し、予測温度値Ｔａが上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈ以上であるか否かを判断する。図８の温度範囲３５３は、ブロック２６７からブロック２６９に移行するときの予測温度値Ｔａの範囲である。

ＭＰＵ１１３が、予測温度値Ｔａは上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈ以上であると判断したときは、予測温度値Ｔａは、上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈと高温度域の下限値Ｔ３の間に入っていることになる。この場合、この監視時間Δｔにおける平均充電電流値Ｉｍｅａｎで充電していくと環境温度の変化やシステムの消費電力の変動により最大表面温度値Ｔｍａｘが標準温度域の上限値Ｔ３を超えることも予想される。よって、ＭＰＵ１１３は、ブロック２７１に移行して充電器５１の設定電流Ｉｃｈｇを変更して充電電流を低減した後にブロック２５３に移行する。図８の温度範囲３５５は、ブロック２６９からブロック２７１に移行するときの予測温度値Ｔａの範囲である。

充電電流値は、充電器５１の設定電流Ｉｃｈｇに対して複数のステップを設定して所定のステップ数だけ低減するようにしてもよい。この様子は、図７（Ｂ）のライン３２３に示している。ライン３２３では、時刻ｔ２での予測温度値Ｔａ（ｔ２）が上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈと標準温度域の上限値Ｔ３の間に入っている。したがって、ＭＰＵ１１３は、時刻ｔ２において充電器５１の設定電流Ｉｃｈｇを低減している。

ブロック２６９で、ＭＰＵ１１３が、予測温度値Ｔａは上限目標温度値ＴＧＴ−Ｈ未満であると判断したときは、予測温度値Ｔａは、下限目標温度値ＴＧＴ−Ｌと標準温度域の下限値Ｔ２の範囲に入っていることになる。この場合は、充電電流が小さすぎて充電時間が長くなりすぎるので、ＭＰＵ１１３はブロック２７３に移行して、充電器５１の設定電流Ｉｃｈｇを変更して充電電流を増大した後にブロック２５３に移行する。図８の温度範囲３５７は、ブロック２６９からブロック２７３に移行するときの予測温度値Ｔａの範囲である。

この様子は、図７（Ａ）のライン３１１、３１３、図７（Ｂ）のライン３２７に示している。ライン３１１では、時刻ｔ３での予測温度値Ｔａ（ｔ３）が下限目標温度値ＴＧＴ−Ｌと標準温度域の下限値Ｔ２（図示せず。）の間に入っている。したがって、充電電流は時刻ｔ３においてＭＰＵ１１３により増大させられている。図６の手順を繰り返して監視時間Δｔごとに予測温度値Ｔａを計算しその結果に応じて充電電流を動的に変更することで、修正ＲＳＯＣ（％）まで充電しても、表目温度値が標準温度域の上限値Ｔ３を超えることはない。しかも、設定電流Ｉｃｈｇには、充電開始時の電池セル１０３〜１０５の表面温度Ｔと充電中の環境温度により許容される範囲で最大値に近い値を設定することができるので充電時間が長くならない。

ブロック２５１では、最小充電電流値Ｉｍｉｎに設定している。図７（Ａ）に示すように、最初は最小充電電流値Ｉｍｉｎで充電を開始するが、充電開始時の表面温度Ｔが低くて環境温度も高くない場合は、その後は充電電流が増大していき、定電流制御期間の大部分の時間は標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１で充電することになる。したがってこの場合は、当初から標準最大充電電流値Ｉｍａｘ１で充電すれば、必要以上に充電電流を抑制した期間を設けて充電時間の延長をもたらすことがなくなる。

そのために、ＭＰＵ１１３は、過去に充電したときの充電開始時の表面温度Ｔと環境温度とを組にしたパラメータと、そのパラメータの下で安定して充電できた充電電流値とに関するデータを充電履歴としてフラッシュ・メモリに格納しておく。そして次回充電を開始するときに同一または近似したパラメータが観測できたときは、最小充電電流値Ｉｍｉｎに代えて安定して充電できた充電電流値を設定電流Ｉｃｈｇに設定するようにしてもよい。

これまで、電池パック１００に実装されたＭＰＵ１１３が充電器を制御する実施例を説明してきたが、本発明は、プロセッサを実装していない電池パックが装着されたノートＰＣにおいて、ノートＰＣに実装されたプロセッサがその手順を実行して充電器を制御するようにしてもよい。この場合、充電プログラムは、ノートＰＣのフラッシュ・メモリまたはハードディスク装置に格納する。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることは言うまでもないことである。

表面温度を管理しながら二次電池を充電する充電システムに適用できる。

本実施形態にかかる電池パックと電池パックを搭載するノートＰＣで構成される充電システムの概要を示すブロック図である。 本実施の形態にかかる電池パックのブロック図である。 最大表面温度を説明する図である。 修正ＲＳＯＣ（％）を説明する図である。 電池パックを充電する手順を示すフローチャートである。 電池パックを充電する手順を示すフローチャートである。 予測温度値と充電電流の変化の一例を示す図である。 温度範囲を説明する図である。 電池セルの表面温度と充電電圧および充電電流の最大値を説明する図である。

符号の説明

Ｉｍａｘ１…標準最大充電電流値
Ｉｍａｘ２…低温最大充電電流値
Ｉｍａｘ３…高温最大充電電流値
Ｖｍａｘ１…標準上限充電電圧値
Ｖｍａｘ２…低温上限充電電圧値
Ｖｍａｘ３…高温上限充電電圧値
Ｔａ…予測温度値
Ｔ１…下限充電温度値
Ｔ２…標準温度域の下限値（低温度域の上限値）
Ｔ３…標準温度域の上限値（高温度域の下限値）
Ｔ４…上限充電温度値
ＴＧＴ−Ｈ…上限目標温度値
ＴＧＴ−Ｌ…下限目標温度値
Ｉｍｉｎ…最小充電電流値
Ｔｍａｘ…最大表面温度値
Ｉｓ…充電終了電流値

Claims (16)

1. リチウム・イオン電池の表面温度が上限温度値を超えないように前記リチウム・イオン電池を充電する充電システムであって、
   定電流定電圧特性を備え充電中に設定電流の変更が可能な充電器と、
   前記リチウム・イオン電池の表面温度を測定する温度素子と、
   前記充電器が定電流制御している間に、前記温度素子からの出力を受け取って前記リチウム・イオン電池を現在の充電電流値で満充電容量よりも小さい所定の充電量まで充電すると仮定した場合の前記表面温度に相当する予測温度値を定期的に計算し、前記上限温度値よりも低い温度範囲に設定した目標温度域と前記予測温度値とを定期的に比較した結果に基づいて前記充電器の設定電流を変更する制御部と
   を有する充電システム。
2. 前記所定の充電量が、現在の充電電流値で充電した場合に前記表面温度が最大になるときの充電量に対応する請求項１に記載の充電システム。
3. 前記所定の充電量が、前記充電器が定電流制御から定電圧制御に切り替わる時点での充電量に対応する請求項１または請求項２に記載の充電システム。
4. 前記所定の充電量が、前記表面温度が最大になるときのＲＳＯＣ（％）に相当する充電量に対応し、さらに前記制御部が前記予測温度値を計算するために参照可能なように充電電流ごとに前記ＲＳＯＣ（％）を設定した修正テーブルを有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電システム。
5. 標準最大充電電流値未満で充電することを許容する標準温度域が定義され前記上限温度値に前記標準温度域の上限値が一致し、前記充電器は定電流制御期間の全体を通じて前記標準最大充電電流値未満の充電電流値で前記リチウム・イオン電池を充電して定電圧制御に移行する請求項１から請求項４のいずれかに記載の充電システム。
6. 前記目標温度域の上限値が前記上限温度値より１度〜３度低い値に選定されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の充電システム。
7. 前記制御部は、前記予測温度値が前記目標温度域を超えたときには前記設定電流を低下させ、前記予測温度値が前記目標温度域に入っているときは前記設定電流を維持し、前記予測温度値が前記目標温度域を下回ったときは前記設定電流を増大させる請求項１から請求項６のいずれかに記載の充電システム。
8. 前記制御部は、前記予測温度値が前記上限温度値を超えたときは前記充電器の設定電流を最小充電電流値に設定する請求項１から請求項７のいずれかに記載の充電システム。
9. 前記制御部は、所定の監視時間に対する前記表面温度の時間上昇率と、前記所定の充電量まで充電するのに必要な充電時間から前記予測温度値を計算する請求項１から請求項８のいずれかに記載の充電システム。
10. 定電流定電圧特性を備え充電中に設定電流の変更が可能な充電器とリチウム・イオン電池を含む充電システムにおいて前記充電器が定電流制御している間に前記リチウム・イオン電池の表面温度が上限温度値を超えないように充電する方法であって、
    前記充電器が最小充電電流値で前記リチウム・イオン電池の充電を開始するステップと、
    前記リチウム・イオン電池の表面温度を測定するステップと、
    前記上限温度値よりも低い温度範囲に目標温度域を提供するステップと、
    前記リチウム・イオン電池を現在の充電電流値で満充電容量よりも小さい所定の充電量まで充電すると仮定した場合の前記表面温度に相当する予測温度値を定期的に計算するステップと、
    前記予測温度値と前記目標温度域とを定期的に比較するステップと、
    前記比較するステップに応答して前記充電器の設定電流を変更するステップと
    を有する充電方法。
11. 前記設定電流の変更履歴を記憶するステップと、
    前記記憶した変更履歴に基づいて前記最小充電電流値を決定するステップと
    を有する請求項１０に記載の充電方法。
12. 前記所定の充電量が、前記表面温度が最大になるときのＲＳＯＣ（％）に相当する充電量に対応し、前記予測温度値を定期的に計算するステップが充電電流ごとに前記ＲＳＯＣ（％）を設定した修正テーブルを利用して計算するステップを含む請求項１０または請求項１１に記載の充電方法。
13. リチウム・イオン電池と該リチウム・イオン電池の表面温度を測定する温度素子とを収納する電池パックの装着が可能で、前記リチウム・イオン電池の表面温度が上限温度値を超えないように充電する充電システムを搭載した機器であって、
    定電流定電圧特性を備え充電中に設定電流の変更が可能な充電器と、
    前記リチウム・イオン電池から電力の供給を受けて動作する負荷と、
    前記充電器が定電流制御している間に、前記温度素子からの出力を受け取って前記リチウム・イオン電池を現在の充電電流値で満充電容量よりも小さい所定の充電量まで充電すると仮定した場合の前記表面温度に相当する予測温度値を定期的に計算し、前記上限温度値よりも低い温度範囲に設定した目標温度域と前記予測温度値とを定期的に比較した結果に基づいて前記充電器の設定電流を変更する制御部と
    を有する機器。
14. 前記所定の充電量が、前記表面温度が最大になるときのＲＳＯＣ（％）に相当する充電量に対応し、さらに前記制御部が前記予測温度値を計算するために参照可能なように充電電流ごとに前記ＲＳＯＣ（％）を設定した修正テーブルを有する請求項１３に記載の機器。
15. 定電流定電圧特性を備え充電中に設定電流の変更が可能な充電器を搭載する機器に装着されリチウム・イオン電池の表面温度が上限温度値を超えないように充電される電池パックであって、
    リチウム・イオン電池と、
    前記リチウム・イオン電池の表面温度を測定する温度素子と、
    前記充電器が定電流制御している間に、前記温度素子からの出力を受け取って前記リチウム・イオン電池を現在の充電電流値で満充電容量よりも小さい所定の充電量まで充電すると仮定した場合の前記表面温度に相当する予測温度値を定期的に計算し、前記上限温度値よりも低い温度範囲に設定した目標温度域と前記予測温度値とを定期的に比較した結果に基づいて前記充電器の設定電流を変更するプロセッサと
    を有する電池パック。
16. 前記所定の充電量が、前記表面温度が最大になるときのＲＳＯＣ（％）に相当する充電量に対応し、さらに前記プロセッサが前記予測温度値を計算するために参照可能なように充電電流ごとに前記ＲＳＯＣ（％）を設定した修正テーブルを有する請求項１５に記載の電池パック。

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