JP4379480B2

JP4379480B2 - 充電器および充電方法

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Publication number: JP4379480B2
Application number: JP2007061060A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　正直; 浩二梅津; 修長島
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Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2009-12-09
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Description

この発明は、二次電池の電池パックを充電する充電器および充電方法に関する。

近年、ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants) 等の携帯型電子機器が普及し、その電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン二次電池を用いた電池パックが広く使用されている。このような電池パックは、使用機器や用途に応じて様々な容量や充電レートのものが作製されている。なお、本明細書において、電池パックの用語は、二次電池と二次電池の充電または放電を制御する回路部と充電器との通信を行う通信部とが一体的に構成されたものを指すものとして使用する。

従来、これらの電池パックを充電するための充電器は、電池パックの容量や充電レートなどの特性に応じて、対応する充電器がそれぞれ作製されていた。しかしながら、新たな電池パックを作製する毎に対応する充電器を作製することは、コストがかかってしまう。また、例えば、形状が略同一で特性が異なる電池パックを、その電池パックに対応していない充電器に接続してしまった場合には、発熱や発火などの危険な状態となるおそれがある。

そのため、最近では、複数種類の電池パックに対応して充電することができる充電器が使用されている。このような充電器を用いることにより、例えば、電池容量が異なる電池パックであっても、新たに充電器を作製することなく、１つの充電器を用いて充電することができる。複数種類の電池パックを充電可能な充電器は、通常、対応する電池パックのうち低容量の電池パックや充電レートの低い電池パックを充電することができるように設計されている。そのため、例えば、充電の際に充電器から電池パックに流れる充電電流は、低容量の電池パックに対応するように低く設定されている。

二次電池例えばリチウムイオン二次電池の急速充電方式として定電流充電と定電圧充電とを組合せたＣＣＣＶ(Constant Current Constant Voltage:定電流定電圧)充電方式が用いられる。ＣＣＣＶ充電方式では、図９に示すように、電池パックの電池電圧が所定の電圧に達するまでは定電流で充電し、所定の電圧に達した後は定電圧で充電する。そして、充電電流が略０［Ａ］に収束した時点で充電が終了となる。

例えば電池電圧Ｖが４．１Ｖ以下の領域では、Ａ＝５００ｍＡによって定電流充電を行う。充電によって二次電池の電池電圧（内部起電力）が上昇し、電池電圧Ｖが４．１Ｖより大きくなると、充電電源部が定電圧制御の動作に切り換わり、次第に充電電流Ａが減少する。電池電圧Ｖが電源部の出力電圧（４．２Ｖ）に向かって上昇する。そして、充電電流がほぼ０に近づくと、充電が完了する。充電が完了したことを検出する方法として、電流検出方式と、ΔＶ検出方式とが知られている。

一般的に、高容量化された電池パックに対して急速充電を行う場合には、低容量の電池パックの充電電流に比べてより高い充電電流で充電することができる。しかしながら、従来の複数種類の電池パックを充電可能な充電器を用いて高容量化された電池パックを充電する場合、充電器に予め設定された、低容量の電池パックを充電するための低い充電電流で充電を行うことになる。そのため、高容量化された電池パックを充電する場合には、図１０に示すように定電流充電領域が長くなり、充電に時間がかかってしまう。

すなわち、従来の充電器を用いて高容量化された電池パックや充電レートの高い電池パックを充電する場合には、その特性に合わせて適切に充電することができず、充電に時間がかかってしまうという問題点があった。

そこで、上述の問題を解決するために、例えば下記の特許文献１に記載されているように、電池パックの特性に応じて充電電流を変化させ、それぞれの電池パックに対して適切に充電を行うことができる充電器が提案されている。特許文献１に記載の充電器では、例えば、電池パックから最大充電電流や最大充電電圧の情報を取得する。そして、充電器は、取得した最大充電電流や最大充電電圧の情報に基づき、定電流領域における充電電流を変化させるようにしている。

具体的には、例えば図１１に示すように、高容量化された電池パックの定電流領域における充電電流を、低容量の電池パックに比べてより高い電流値で充電電流を流すように設定する。こうすることにより、高容量化された電池パックに対して適切に充電することができ、従来の充電器を用いた充電に比べて、充電時間を短縮することができる。

このように、電池パックから受け取った最大充電電流の情報に基づき充電電流を変化させることにより、様々な特性の電池パックに対して適切に充電し、充電時間を短縮することができる。

特開平９−２８５０２６号公報

ところで、電池パックの電池電圧が所定の電圧以下となっている場合に急速充電を行い、電池パックに対して通常の充電電流を流してしまうと、発熱などの異常を引き起こすおそれがある。そのため、通常は、急速充電の前に、電池パックに対して例えば１００ｍＡ〜２００ｍＡ程度の小さい充電電流を流し、電池パックの電池電圧が所定の電圧となるまで初期充電を行うようにされている。

充電器には、初期充電から急速充電に切り替えるための電圧しきい値としての所定電圧（以下、切替電圧と適宜称する）が予め設定されており、初期充電の際に、電池パックの電池電圧が切替電圧に達すると、急速充電が行われる。また、充電器には、タイマが設けられており、電池パックの電池電圧が所定時間以内に切替電圧に達しない場合には、電池パックが異常であると判断して充電を中止するためのタイムアウト時間が設定されている。

ここで、従来の充電器を用いて、高容量化された電池パックを充電する場合について考える。充電器には、例えば、従来の低容量の電池パックに合わせてタイムアウト時間および切替電圧が設定されている。

高容量化された電池パックは、図１２に示すように、低容量の電池パックに比べて電圧の上昇速度が遅く、電池パックの電池電圧が切替電圧に達するまでに時間がかかり、充電器のタイマに設定されたタイムアウト時間を超えてしまう場合がある。そのため、このような場合には、高容量化された電池パックが正常な状態であっても、異常と判断されて充電を中止してしまう。

また、電池パックには、例えば、電極に用いられる材料などを変更することによって、図１３に示すように従来の電池パックに比べて低い電圧まで放電可能なように高性能化されたものがある。高性能化された電池パックは、従来の電池パックに比べて低い電圧まで放電可能であるため、より多くの放電量を引き出すことが可能とされている。

高性能化によって高容量化された電池パックは、上述の高容量化された電池パックと同様に、低容量の電池パックに比べて電圧の上昇速度が遅いため、従来の電池パックに合わせて切替電圧が設定された充電器を用いて充電した場合、電池パックが正常な状態であっても、測定時間がタイムアウト時間を超えてしまうことにより、充電を制御するプロセッサによって異常と判断され、充電が中止されてしまう。

さらに、高性能化された電池パックは、従来の電池パックに比べて低い電圧から急速充電を行うことができる。初期充電から急速充電に切り替わる切替電圧が従来の電池パックに合わせて設定された従来の充電器を用いて、高性能化された電池パックを充電した場合、図１４に示すように、電池パックの電池電圧が、急速充電に切替可能な電圧に達した後であっても初期充電が行われるため、充電に要する時間が長くなってしまう。

このように、従来の充電器では、初期充電から急速充電の切替に関連するタイムアウト時間や切替電圧が低容量の電池パックに合わせて設定されているため、高容量の電池パックや充電レートの高い電池パックに対して適切に充電することができないという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、複数種類の電池パックに対して適切に充電を行う充電器および充電方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、電池パックに対する充電器において、
電池パックと通信を行い、電池パックから二次電池の満充電容量値の情報を受け取る通信部と、
初期値としてのタイムアウト時間と、初期充電から急速充電への切替電圧である初期値としての所定電圧と、電池パックが高容量電池であるか否かを判定するための容量値と、タイムアウト時間の延長量とを記憶する記憶部と、
充電時に、タイムアウト時間を使用して電池パックに対する初期充電を行い、満充電容量値と容量値とを比較し、満充電容量値が容量値以上である場合に、二次電池が高容量電池であると判定し、タイムアウト時間を延長量だけ延長させ、電池パックの電圧が所定電圧に達すると、急速充電を行い、初期充電が開始されてから延長されたタイムアウト時間内に、電圧が所定電圧に達しない場合には、電池パックを異常と判定する充電制御部と
を有する充電器である。
また、この発明は、電池パックから受け取った満充電容量値と容量値とを比較し、満充電容量値が容量値以上である場合に、二次電池が高容量電池であると判定し、タイムアウト時間を延長量だけ延長させ、延長されたタイムアウト時間に基づいて判定する充電方法である。

上述したように、この発明では、電池パックが満充電容量値の情報を充電器側に知らせるので、充電器側は、満充電容量値に基づき適切なタイムアウト時間を使用して初期充電時に電池パックが異常か否かを判定することができる。また、この発明では、電池パックが所定電圧の情報を充電器側に知らせるので、充電器側は、適切な所定電圧を使用して初期充電と急速充電の切替を制御することができる。

この発明は、二次電池の種類に応じてタイムアウト時間を適切に設定するようにしているため、二次電池に対して適切に初期充電を行うことができ、正常であるにもかかわらず異常と判断されて充電が停止するのを防ぐことができるという効果がある。

また、この発明は、二次電池の種類に応じて初期充電から急速充電に切り替わる所定電圧を適切に設定するようにしているため、二次電池に対して適切に充電を行うことができ、充電時間を短縮することができるという効果がある。

以下、この発明の第１の実施形態について説明する。この発明の第１の実施形態では、リチウムイオン二次電池を有する電池パックを充電器によって充電するようになされ、急速充電方式として、ＣＣＣＶ充電方式が使用される。また、急速充電の前段階として初期充電がなされる。充電時に、二次電池の電圧（電池パックの出力電圧）がしきい値としての切替電圧に達すると、初期充電から急速充電に切り替えられる。初期充電が開始されてからタイムアウト時間内に切替電圧に達しない場合には、充電器によってその電池パックが異常と判定される。タイムアウト時間は、初期充電から急速充電に切り替わる切替電圧に達するまでの時間の限度を示す。タイムアウト時間が電池パックの種類に応じて変化されることにより、電池パックを適切に充電することができる。

この発明の第１の実施形態による充電器１の一例の構成について、図１を参照して説明する。充電器１は、電源供給端子２、電源回路３、充電制御部４および定電流定電圧制御部５を備え、電池パック１０が接続されることによって電池パック１０に対して充電が行われる。電池パック１０は、二次電池例えばリチウムイオン二次電池と、二次電池の充電おいて放電を制御するスイッチ素子例えばＦＥＴと、スイッチ素子を制御する制御部と、充電器との通信を行う通信部を有している。制御部は、マイクロプロセッサによって構成されている。さらに、電池パック１０は、不揮発性メモリ例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ）を有し、不揮発性メモリに対して、二次電池に適切なタイムアウト時間が記憶されている。

充電器１の電源供給端子２は、例えば、家庭用交流電源の外部電源に接続されるコンセントであり、電源回路３に交流電力を供給する。電源回路３は、主に、入力フィルタ２１、整流回路２２、トランス２３、整流回路２４およびＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御回路２５で構成され、電源供給端子２から供給される交流電力を電池パック１０を充電するための直流電力に変換する。

充電制御部４は、充電の際に電流が逆流するのを防ぐための逆流防止スイッチ６や、充電のＯＮ／ＯＦＦを行う充電スイッチ７を制御して、接続された電池パック１０の充電制御を行う。また、充電制御部４は、電池パック１０の電池電圧を所定時間毎に検出する。充電制御部４は、主に、メモリ１１、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）１２、タイマ１３および通信部１４で構成される。

メモリ１１は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリと、書き換え可能なメモリとの両方を含み、不揮発性メモリには、初期値としてのタイムアウト時間、並びに、初期充電から急速充電に切り替わる電池電圧を示す切替電圧が予め記憶されている。また、メモリ１１が接続された電池パック１０から取得したタイムアウト時間を記憶する。なお、充電器１が初期値を記憶する代わりに、電池パック１０から送信されるタイムアウト時間および切替電圧を充電器１のメモリに記憶しても良い。

ＣＰＵ１２は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されたプログラムに従い、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）をワークメモリとして各部を制御する。ＣＰＵ１２は、接続された電池パック１０から通信部１４を介してタイムアウト時間を取得し、タイマ１３にセットする。タイマ１３は、測定時間がタイムアウト時間に達すると、タイムアウトの判定出力をＣＰＵ１２に供給する。さらに、ＣＰＵ１２は、メモリ１１に記憶されている切替電圧を読み出し、検出した電池パック１０の電池電圧との比較を行う。

通信部１４は、接続された電池パック１０と有線または無線による通信を行い、電池パック１０からタイムアウト時間の情報を受け取り、ＣＰＵ１１に供給する。

定電流定電圧制御部５は、電池パック１０に対する充電電圧や充電電流を検出し、検出結果に基づいて電池パック１０に対して適切に充電するように電源回路３を制御する。

この発明の第１の実施形態による充電方法について説明する。背景技術の項で説明したように、高容量化された電池パックは、低容量の電池パックに比べて初期充電の際の電池電圧の上昇度合が小さく、初期充電から急速充電に切り替わる切替電圧に達するまでの時間が長い。低容量の電池パックに対応したタイムアウト時間が設定されている充電器を用いて高容量化された電池パックを充電した場合には、タイムアウト時間内に電池パックの電池電圧が切替電圧に達しないため、高容量化された電池パックは、正常な状態であっても異常と判断され、充電を行うことができなくなってしまう。

そこで、この第１の実施形態では、高容量化された電池パックを適切に充電することができるように、タイムアウト時間を高容量化された電池パックに適した時間に変更する。

例えば、図２に示すように、低容量の電池パックＡが切替電圧に達する時間（以下、切替時間と適宜称する）を示す時点ａよりも所定時間経過した時点ａ_out にタイムアウト時間が予め設定された充電器を用いて、高容量化された電池パックＢを充電する場合について考える。

この充電器に対して高容量化された電池パックＢを接続した場合、充電器は、電池パックＢからタイムアウト時間を取得し、新たにタイマに設定し直す。こうすることにより、電池パックＢの切替時間を示す時点ｂから所定時間経過した時点ｂ_out に、新たなタイムアウト時間が設定され、電池パックＢを適切に充電することができ、電池パックＢの電池電圧が切替電圧に達するまで、正常に初期充電を行うことができる。

この発明の第１の実施形態の充電器１による充電処理の流れについて、図３に示すフローチャートを参照して説明する。なお、特別な記載がない限り、以下の処理は、ＣＰＵ１２の制御の下で行われるものとする。

充電器１に電池パック１０が接続され、電池パック１０が検出されることにより充電処理が開始されると、ステップＳ１１で初期充電が開始され、タイマ１３が時間の測定を開始する。そして、ステップＳ１２において、メモリ１１に記憶された基準となるタイムアウト時間がタイマ１３にセットされる。初期充電の開始とタイムアウト時間のセットは、同時になされる。

ステップＳ１３では、タイマ１３の測定時間がセットされたタイムアウト時間に達したか否かが判断される。タイマ１３は、測定時間がタイムアウト時間に達すると、達したことを示す出力信号を発生する。タイマ１３の測定時間がタイムアウト時間に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ１４に移行する。一方、タイマ１３の測定値がタイムアウト時間に達したと判断された場合には、電池パック１０が異常であると判断し、一連の処理が終了する。

ステップＳ１４では、電池パック１０との通信が可能か否かが判断される。電池パック１０との通信が可能であると判断された場合には、処理がステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、電池パック１０との通信が開始され、ステップＳ１６において、電池パック１０からタイムアウト時間の情報を取得し、新たなタイムアウト時間としてタイマ１３にセットする。一方、ステップＳ１４において、電池パック１０との通信が不可能であると判断された場合には、処理がステップＳ１３に戻る。

ステップＳ１７では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、予めセットされた切替電圧とを比較し、電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達したか否かが判断される。電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達したと判断された場合には、処理がステップＳ１８に移行する。一方、電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ１３に戻る。

ステップＳ１８では、充電方式が初期充電から急速充電に切り替わり、急速充電が開始される。ステップＳ１９では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、充電器の出力電圧とを比較することにより、充電が完了したか否かが判断される。充電が完了したと判断された場合には、一連の処理が終了する。一方、充電が完了していないと判断された場合、処理がステップＳ１８に戻る。充電完了を充電電流から検出するようにしても良い。

なお、ステップＳ１３におけるタイムアウト時間に達したかどうかの処理は、ステップＳ１６とステップＳ１７の間に行うようにしてもよい。こうすることにより、ステップＳ１７の処理においてステップＳ１３に戻った際に、タイムアウト時間を再度取得する処理を省略できる。

このように、この発明の第１の実施形態では、接続された電池パック１０から取得したタイムアウト時間をタイマ１３にセットするようにしているため、電池パック１０に対して初期充電を適切に行うことができ、タイムアウトにより異常と判断されて充電が停止するのを防ぐことができる。

次に、この発明の第２の実施形態について説明する。この発明の第２の実施形態では、電池パック１０からタイムアウト時間を取得する代わりに、電池パック１０の満充電容量値を取得し、取得した満充電容量値に基づいてタイムアウト時間を算出するものである。電池パック１０の不揮発性メモリには、満充電容量値が記憶されており、満充電容量値の情報が充電器に対して送信される。

第２の実施形態に適用される充電器は、上述の第１の実施形態で説明した図１に示す充電器と同様の構成で実現可能である。なお、以下では、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

ＣＰＵ１２は、接続された電池パック１０から通信部１４を介して満充電容量値を取得する。そして、ＣＰＵ１２は、取得した満充電容量値に基づき所定の計算式に従ってタイムアウト時間を算出し、算出されたタイムアウト時間をタイマ１３にセットする。タイマ１３は、測定時間がタイムアウト時間に到達すると、ＣＰＵ１２に対してその旨を示す信号を出力する。

この発明の第２の実施形態の充電器１による充電処理の流れについて、図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、特別な記載がない限り、以下の処理は、ＣＰＵ１２で行われるものとする。充電器１に電池パック１０が接続され、電池パック１０が検出されることにより充電処理が開始されると、ステップＳ２１で初期充電が開始され、タイマ１３が時間の測定を開始する。そして、ステップＳ２２において、メモリ１１に記憶された基準（初期値）となるタイムアウト時間がタイマ１３にセットされる。

ステップＳ２３では、タイムアウト時間に達したか否かが判断される。タイマ１３の測定値がタイムアウト時間に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ２４に移行する。一方、タイマ１３の測定値がタイムアウト時間に達したと判断された場合には、電池パックが異常であると判断し、一連の処理が終了する。

ステップＳ２４では、電池パック１０との通信が可能であるか否かが判断される。電池パック１０との通信が可能であると判断された場合には、処理がステップＳ２５に移行する。一方、電池パック１０との通信が不可能であると判断された場合には、処理がステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２５では、電池パック１０との通信が開始され、ステップＳ２６において、電池パック１０から満充電容量値を取得する。ステップＳ２７では、ステップＳ２６で取得した電池パック１０の満充電容量値に基づき、例えば所定の計算式に従ってタイムアウト時間を算出し、タイマ１３にセットする。

ステップＳ２８では、電池パックの電池電圧１０を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、予めセットされた切替電圧とを比較し、電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達したか否かが判断される。電池パックの電池電圧が切替電圧に達したと判断された場合には、処理がステップＳ２９に移行する。一方、電池パックの電池電圧が切替電圧に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２９では、充電方式が初期充電から急速充電に切り替わり、急速充電が開始される。ステップＳ３０では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、充電器の出力電圧とを比較することにより、充電が完了したか否かが判断される。充電電流から充電が完了したか否かを判断しても良い。充電が完了したと判断された場合には、一連の処理が終了する。一方、充電が完了していないと判断された場合には、処理がステップＳ２９に戻る。

なお、この例では、ステップＳ２７において、タイムアウト時間を容量値に基づき算出するように説明したが、これはこの例に限られない。例えば、満充電容量値とタイムアウト時間との関係を示すテーブルを予めメモリ１１に記憶させておき、取得した満充電容量値に基づき、テーブルを参照してタイムアウト時間を決定するようにしてもよい。

また、ステップＳ２３におけるタイムアウト時間に達したかどうかの処理は、ステップＳ２７とステップＳ２８の間に行われるようにしてもよい。

このように、この発明の第２の実施形態では、接続された電池パック１０から取得した満充電容量値に基づき得られたタイムアウト時間をタイマ１３にセットするようにしているため、電池パック１０に対して初期充電を適切に行うことができ、異常と判断されて充電が停止するのを防ぐことができる。

次に、この発明の第３の実施形態について説明する。初期充電において電池パックの電池電圧が上昇している場合、この電池パックは、正常に充電が行われていると考えられる。しかしながら、低容量の電池パックに対応したタイムアウト時間がタイマにセットされた充電器に、高容量化された電池パックを接続して充電を行った場合には、正常に充電が行われている場合であっても、電池パックの電池電圧が切替電圧に達する前にタイムアウト時間となってしまい、充電が中止されてしまう場合がある。

そこで、この発明の第３の実施形態では、電池パックが正常であると判断できる場合には、電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達する前にタイムアウト時間となっても、切替電圧に達するまで初期充電を継続できるように、タイムアウト時間を延長させることにより、電池パックに対して適切に充電を行うことができるようにした。具体的には、所定時間内の電池パック１０の電池電圧の変動量を算出し、算出された電池電圧の変動量に基づきタイムアウト時間を延長させるようにした。

第３の実施形態に適用される充電器は、上述の第１の実施形態で説明した図１に示す充電器と同様の構成で実現可能である。なお、以下では、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

メモリ１１には、基準となるタイムアウト時間や切替電圧の他に、接続された電池パック１０が高容量化された電池パックであるかどうかを判断するための容量値と、タイムアウト時間の延長量とが予め記憶されている。

ＣＰＵ１２は、接続された電池パック１０から通信部１４を介して満充電容量値を取得する。また、ＣＰＵ１２は、前回検出された電池パック１０の電池電圧と今回検出された電池電圧とに基づき電圧の変動量を算出する。

この発明の第３の実施形態の充電器１による充電処理の流れについて、図５に示すフローチャートを参照して説明する。なお、特別な記載がない限り、以下の処理は、ＣＰＵ１２で行われるものとする。充電器１に電池パック１０が接続され、電池パック１０が検出されることにより充電処理が開始されると、ステップＳ３１で初期充電が開始され、タイマ１３が時間の測定を開始する。そして、ステップＳ３２において、メモリ１１に記憶された基準（初期値）となるタイムアウト時間がタイマ１３にセットされる。

ステップＳ３３では、タイマ１３によって、測定時間がタイムアウト時間に達したか否かが判断される。タイマ１３の測定値がタイムアウト時間に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ３４に移行する。一方、タイマ１３の測定値がタイムアウト時間に達したと判断された場合には、電池パック１０が異常であると判断し、一連の処理が終了する。

ステップＳ３４では、電池パック１０との通信が可能であるか否かが判断される。電池パック１０との通信が可能であると判断された場合には、処理がステップＳ３５に移行する。一方、電池パック１０との通信が不可能であると判断された場合には、処理がステップＳ３３に戻る。ステップＳ３５では、電池パック１０との通信が開始され、ステップＳ３６において、電池パック１０から満充電容量値を取得する。

ステップＳ３７では、接続された電池パック１０の電池電圧を検出する。ステップＳ３８では、前回検出された電池パック１０の電池電圧および今回検出された電池電圧に基づき電池電圧の変動量を算出し、算出された変動量に基づき電池電圧が上昇しているか否かが判断される。電池電圧の変動量に基づき電池電圧が上昇していると判断された場合には、処理がステップＳ３９に移行する。

ステップＳ３９では、ステップＳ３６で取得した満充電容量値とメモリ１１に予め記憶された容量値とを比較して、接続された電池パック１０が高容量化された電池パックであるか否かが判断される。満充電容量値がメモリ１１に記憶された容量値以上である場合には、接続された電池パック１０が高容量化された電池パックであると判断し、処理がステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０では、メモリ１１に記憶された延長量の時間だけ延長させたタイムアウト時間をタイマ１３にセットする。

一方、ステップＳ３８において、電池電圧の変動量に基づき電池電圧が上昇していないと判断された場合には、処理がステップＳ４１に移行する。また、ステップＳ３９において、満充電容量値が所定の容量値未満である場合には、電池パック１０が高容量化された電池パックでないと判断し、処理がステップＳ４１に移行する。

ステップＳ４１では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、予めセットされた切替電圧とを比較し、電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達したか否かが判断される。電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達したと判断された場合には、処理がステップＳ４２に移行する。一方、電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ３３に戻る。

ステップＳ４２では、充電方式が初期充電から急速充電に切り替わり、急速充電が開始される。ステップＳ４３では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、充電器の出力電圧とを比較することにより、充電が完了したか否かが判断される。充電が完了したと判断された場合には、一連の処理が終了する。一方、充電が完了していないと判断された場合には、処理がステップＳ４２に戻る。

なお、ステップＳ３３におけるタイムアウト時間に達したかどうかの処理は、ステップＳ４０とステップＳ４１の間に行われるようにしてもよい。

このように、この発明の第３の実施形態では、電池パック１０の電池電圧の変動量に基づき、電池パックの電池電圧が上昇している場合には、正常に充電されていると判断し、タイムアウト時間を延長させるようにしている。そのため、電池パック１０に対して初期充電を適切に行うことができ、異常と判断されて停止するのを防ぐことができる。

次に、この発明の第４の実施形態について説明する。この発明の第４の実施形態では、初期充電から急速充電に切り替わる切替電圧を、電池パックの種類に応じて変化させることにより、電池パックに対して適切に充電を行うようにした。

第４の実施形態に適用される充電器は、上述の第１の実施形態で説明した図１に示す充電器と同様の構成で実現可能である。なお、以下では、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

電池パック１０の不揮発性メモリには、その電池パックに適合した切替電圧の情報が記憶されている。ＣＰＵ１２は、接続された電池パック１０から通信部１４を介して切替電圧の情報を取得し、メモリ１１に記憶する。また、ＣＰＵ１２は、メモリ１１に記憶された切替電圧を読み出し、検出した電池パック１０の電池電圧との比較を行う。

この発明の第４の実施形態による充電方法について説明する。背景技術の項で説明したように、例えば、電極に用いられる材料などを変更して高性能化されることにより、従来の電池パックと比べて高容量化された電池パックは、従来の電池パックと比べて低い充電電圧で急速充電を行うことができる。ところが、従来の低容量の電池パックに対応した切替電圧が予め設定されている充電器を用いて高性能化された電池パックを充電した場合、予め設定された切替電圧が高いため、本来急速充電が可能な電池電圧となっても初期充電が継続され、充電に時間を要してしまう。

そこで、この第４の実施形態では、高性能化されることによって高容量化された電池パックを適切に充電することができるように、切替電圧を高容量化された電池パックに適した電圧に変更する。

例えば、図６に示すように、従来の低容量の電池パックＸの切替電圧Ｖ_x が予め設定された充電器を用いて、高性能化されることによって高容量化された電池パックＹを充電する場合について考える。この充電器に対して高容量化された電池パックＹを接続した場合、充電器は、電池パックＹから切替電圧の情報を取得する。そして、取得した切替電圧の情報に基づき、切替電圧Ｖ_y を新たに設定し直す。こうすることにより、電池パックＹに適した切替電圧が設定されるため、初期充電から急速充電に適切に切り替わるようにすることができ、電池パックＹに対する充電時間を短縮することができる。

この発明の第４の実施形態の充電器１による充電処理の流れについて、図７に示すフローチャートを参照して説明する。なお、特別な記載がない限り、以下の処理は、ＣＰＵ１２で行われるものとする。充電器に電池パックが接続され、電池パックが検出されることにより充電処理が開始されると、ステップＳ５１で初期充電が開始され、ステップＳ５２において、初期充電から急速充電に切り替わる電圧しきい値としての切替電圧の初期値がメモリ１１に記憶される。

ステップＳ５３では、電池パック１０との通信が可能であるか否かが判断される。電池パック１０との通信が可能であると判断された場合には、処理がステップＳ５４に移行する。ステップＳ５４では、電池パック１０との通信が開始され、ステップＳ５５において、電池パック１０から切替電圧の情報を取得し、取得した切替電圧の情報に基づいて新たな切替電圧をメモリ１１に記憶する。一方、ステップＳ５３において、電池パック１０との通信が不可能であると判断された場合には、再度ステップ５３の処理が行われる。

ステップＳ５６では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、メモリ１１に記憶された切替電圧とを比較し、電池パックの電池電圧１０が切替電圧に達したか否かが判断される。電池パックの電池電圧が切替電圧に達したと判断された場合には、処理がステップＳ５７に移行する。一方、電池パックの電池電圧が切替電圧に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ５３に戻る。

ステップＳ５７では、充電方式が初期充電から急速充電に切り替わり、急速充電が開始される。ステップＳ５８では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、充電器の出力電圧とを比較することにより、充電が完了したか否かが判断される。充電が完了したと判断された場合には、一連の処理が終了する。充電電流から充電完了を検出しても良い。一方、充電が完了していないと判断された場合には、処理がＳ５７に戻る。

このように、この発明の第４の実施形態では、接続された電池パック１０から取得した切替電圧の情報に基づいて切替電圧を設定するので、電池パック１０に応じて初期充電から急速充電に適切に切り替わるようにすることができ、電池パック１０に対する充電時間を短縮することができる。

次に、この発明の第５の実施形態について説明する。この発明の第５の実施形態は、第２の実施形態および第４の実施形態を統合したものである。すなわち、この発明の第５の実施形態では、充電器に接続された電池パックから取得した満充電容量値および切替電圧に基づきタイムアウト時間および切替電圧を設定し、電池パックを適切に充電するようになされる。

この発明の第５の実施形態の充電器１による充電処理の流れについて、図８に示すフローチャートを参照して説明する。なお、特別な記載がない限り、以下の処理は、ＣＰＵ１２で行われるものとする。充電器１に電池パック１０が接続され、電池パックが検出されることにより充電処理が開始されると、ステップＳ６１で初期充電が開始され、タイマ１３が時間の測定を開始する。そして、ステップＳ６２において、初期充電から急速充電に切り替わる電圧値としての切替電圧の初期値がメモリ１１に記憶され、ステップＳ６３において、基準となるタイムアウト時間の初期値がタイマ１３にセットされる。

ステップＳ６４では、電池パック１０との通信が可能であるか否かが判断される。電池パック１０との通信が可能であると判断された場合には、処理がステップＳ６５に移行する。一方、電池パック１０との通信が不可能であると判断された場合には、処理がステップＳ６９に移行する。

ステップＳ６５では、電池パック１０との通信が開始され、ステップＳ６６において、電池パック１０から切替電圧を取得し、取得した切替電圧を新たな切替電圧としてメモリ１１に記憶する。ステップＳ６７では、電池パック１０から満充電容量値を取得し、ステップＳ６８では、取得した電池パック１０の満充電容量値に基づき、例えば所定の計算式に従ってタイムアウト時間を算出し、算出されたタイムアウト時間をタイマ１３にセットする。

ステップＳ６９では、タイマ１３により測定時間がタイムアウト時間に達したか否かが判断される。タイマ１３の測定値がタイムアウト時間に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ７０に移行する。ステップＳ７０では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パックの電池電圧１０と、メモリ１１に記憶された切替電圧とを比較し、電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達したか否かが判断される。電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達したと判断された場合には、処理がステップＳ７１に移行する。一方、電池パック１０の電池電圧が切替電圧に達していないと判断された場合には、処理がステップＳ６９に戻る。

ステップＳ７１では、充電方式が初期充電から急速充電に切り替わり、急速充電が開始される。ステップＳ７２では、電池パック１０の電池電圧を検出し、検出された電池パック１０の電池電圧と、充電器の出力電圧とを比較することにより、充電が完了したか否かが判断される。充電が完了したと判断された場合には、一連の処理が終了する。充電が完了していないと判断された場合には、処理がＳ７１に戻る。充電電流の値から充電完了を検出しても良い。

一方、ステップＳ６９において、タイマ１３の測定値がタイムアウト時間に達したと判断された場合には、電池パック１０が異常であると判断し、処理がステップＳ７３に移行する。ステップＳ７３では、充電を停止するなどの異常処理が行われ、一連の処理が終了する。

このように、この発明の第５の実施形態では、接続された電池パック１０から満充電容量値および切替電圧を取得し、満充電容量値に基づき得られたタイムアウト時間をタイマ１３にセットするとともに、取得した切替電圧を設定するようにしている。そのため、電池パック１０に対して初期充電を適切に行うことができ、誤って異常と判断されるのを防ぐとともに、電池パック１０に応じて初期充電から急速充電に適切に切り替わるようにすることができ、電池パック１０に対する充電時間を短縮することができる。

なお、上述の例では、電池パック１０から取得した満充電容量値に基づきタイムアウト時間を算出するようにしているが、これはこの例に限られず、例えば、電池パック１０からタイムアウト時間を直接取得するようにしてもよい。

この発明の第１〜第５の実施形態によれば、接続された電池パックからタイムアウト時間や切替電圧などの情報を取得し、取得した情報に基づき電池パックに対して適切に充電することができる。そのため、例えば、充電器が発売された以降に作製された高容量の電池パックや高性能の電池パックであっても、適切な充電を行うことができる。

なお、電池パックとの通信ができずに、タイムアウト時間や切替電圧などの情報を取得することができない場合には、メモリ１１に予め記憶されている初期値としてのタイムアウト時間や切替電圧を用いて制御される。

以上、この発明の第１〜第５の実施形態について説明したが、この発明は、上述したこの発明の第１〜第５の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば充電器１は、ノート型ＰＣ、携帯電話等の装置内に構成されたものでも良い。

この発明の第１の実施形態による充電器の一例の構成を示すブロック図である。電池パックの充電特性に応じたタイムアウト時間の設定の変更を説明するための略線図である。この発明の第１の実施形態の充電器による充電処理の流れを説明するためのフローチャートである。この発明の第２の実施形態の充電器による充電処理の流れを説明するためのフローチャートである。この発明の第３の実施形態の充電器による充電処理の流れを説明するためのフローチャートである。電池パックの充電特性に応じた切替電圧の設定の変更を説明するための略線図である。この発明の第４の実施形態の充電器による充電処理の流れを説明するためのフローチャートである。この発明の第５の実施形態の充電器による充電処理の流れを説明するためのフローチャートである。ＣＣＣＶ充電方式による充電特性の一例を示す略線図である。従来の充電器において、低容量の電池パックと高容量化された電池パックとを充電した場合について説明するための略線図である。電池パックの充電特性に応じた充電電流の設定の変更を説明するための略線図である。初期充電から急速充電への切り替わりを説明するための略線図である。電池パックの放電特性を説明するための略線図である。初期充電から急速充電への切り替わりを説明するための略線図である。

符号の説明

１充電器
２電源供給端子
３電源回路
４充電制御部
５定電流定電圧制御部
１０二次電池
１１メモリ
１２ＣＰＵ
１３タイマ
１４通信部

Claims

電池パックに対する充電器において、
上記電池パックと通信を行い、上記電池パックから二次電池の満充電容量値の情報を受け取る通信部と、
初期値としてのタイムアウト時間と、初期充電から急速充電への切替電圧である初期値としての所定電圧と、電池パックが高容量電池であるか否かを判定するための容量値と、上記タイムアウト時間の延長量とを記憶する記憶部と、
充電時に、上記タイムアウト時間を使用して上記電池パックに対する初期充電を行い、上記満充電容量値と上記容量値とを比較し、上記満充電容量値が上記容量値以上である場合に、上記二次電池が高容量電池であると判定し、上記タイムアウト時間を上記延長量だけ延長させ、上記電池パックの電圧が上記所定電圧に達すると、急速充電を行い、上記初期充電が開始されてから上記延長されたタイムアウト時間内に、上記電圧が上記所定電圧に達しない場合には、上記電池パックを異常と判定する充電制御部と
を有する充電器。
上記通信部は、
さらに、上記電池パックから所定電圧の情報を受け取り、
上記充電制御部は、
上記電池パックから受け取った上記所定電圧を使用して上記初期充電から上記急速充電への切り替えを行う請求項１に記載の充電器。
上記充電制御部は、
前回取得した電池電圧および今回取得した電池電圧に基づき、上記二次電池の電池電圧が上昇しているかどうかを判断し、
上記二次電池が高容量電池であり、かつ上記電池電圧が上昇していると判断した場合に、上記タイムアウト時間を上記延長量だけ延長させる請求項１に記載の充電器。
電池パックに対する充電方法において、
上記電池パックと通信を行い、上記電池パックから二次電池の満充電容量値の情報を受け取る通信ステップと、
初期値としてのタイムアウト時間と、初期充電から急速充電への切替電圧である初期値としての所定電圧と、電池パックが高容量電池であるか否かを判定するための容量値と、上記タイムアウト時間の延長量とを記憶部に記憶するステップと、
充電時に、上記タイムアウト時間を使用して上記電池パックに対する初期充電を行い、上記満充電容量値と上記容量値とを比較し、上記満充電容量値が上記容量値以上である場合に、上記二次電池が高容量電池であると判定し、上記タイムアウト時間を上記延長量だけ延長させ、上記電池パックの電圧が上記所定電圧に達すると、急速充電を行い、上記初期充電が開始されてから上記延長されたタイムアウト時間内に、上記電圧が上記所定電圧に達しない場合には、上記電池パックを異常と判定する充電制御ステップと
を有する充電方法。
上記通信ステップは、
さらに、上記電池パックから所定電圧の情報を受け取り、
上記充電制御ステップは、
上記電池パックから受け取った上記所定電圧を使用して上記初期充電から上記急速充電への切り替えを行う請求項４に記載の充電方法。
上記充電制御ステップは、
前回取得した電池電圧および今回取得した電池電圧に基づき、上記二次電池の電池電圧が上昇しているかどうかを判断し、
上記二次電池が高容量電池であり、かつ上記電池電圧が上昇していると判断した場合に、上記タイムアウト時間を上記延長量だけ延長させる請求項４に記載の充電方法。