JP2006353037A

JP2006353037A - 充電方法及び充電装置

Info

Publication number: JP2006353037A
Application number: JP2005177937A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Hamai; 英敏濱井; Naoto Ageo; 直人上尾
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28
Also published as: WO2006134722A1

Abstract

【課題】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し、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ことを目的とする。
【解決手段】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、電池の電気量を測定する測定部と、測定部で測定された電気量に応じて超急速充電又は超急速充電より充電レートが小さい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。
【選択図】図２

Description

本発明は充電方法及び充電装置に係り、特に、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。

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用いられている。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く、軽量で、放電が大きいリチウムイオン電池が注目されている。

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いた。

この要望に答えるべく、容量６００ｍＡｈ、１０Ｃ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６００ｍＡｈ、１分間で、満充電の８０％を達成したリチウムイオン電池では、５０Ｃレート充電が可能となる。

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。
特開２００２−１３５９９０号公報

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く、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いる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、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ことを目的とする。

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充電方法であって、電池の電気量を測定する測定手順（Ｓ１−２；Ｓ２−２）と、測定手順（Ｓ１−２；Ｓ２−２）で測定された電気量に応じて超急速充電又は超急速充電より充電レートが小さい急速充電により電池（１１３）の充電を行なう充電手順（Ｓ１−３〜Ｓ１−９；Ｓ２−３〜Ｓ２−１１）を有することを特徴とする。

また、充電手順（Ｓ１−３〜Ｓ１−９）は、超急速充電を電池が略満充電となるまで行なうことを特徴とする。

充電手順（Ｓ２−３〜Ｓ２−１１）は、超急速充電により電池が所定の電気量となった後、超急速充電の充電レートより小さい急速充電により電池を略満充電となるまで充電することを特徴とする。

充電手順（Ｓ１−３〜Ｓ１−９；Ｓ２−３〜Ｓ２−１１）は、測定手順（Ｓ１−２；Ｓ２−２）で測定された電池の電気量が所定レベルより小さいときには、超急速充電により充電を行ない、測定手順（Ｓ１−２、Ｓ２−２）で測定された電池の電気量が所定レベルより大きいときには、急速充電により充電を行なうことを特徴とする。

充電手順（Ｓ１−３〜Ｓ１−９；Ｓ２−３〜Ｓ２−１１）は、周辺温度に応じて充電レートを制御することを特徴とする。

充電手順（Ｓ１−３〜Ｓ１−９；Ｓ２−３〜Ｓ２−１１）は、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。

超急速充電は、１０ｃレート以上の充電レートで充電を行なうことを特徴とする。

急速充電は、１Ｃレート程度の充電レートで充電を行なうことを特徴とする。

また、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充電装置であって、電池の電気量を測定する測定部（１３２）と、測定部（１３２）で測定された電気量に応じて超急速充電を行なう充電制御部（１３１、１３３）を有することを特徴とする。

充電制御部（１３１、１３３）は、超急速充電を電池が略満充電となるまで行なうことを特徴とする。

充電制御部（１３１、１３３）は、超急速充電により電池が所定の電気量となった後、超急速充電の充電レートより小さい急速充電により電池を略満充電となるまで充電することを特徴とする。

充電制御部（１３１、１３３）は、測定部（１３２）で測定された電池の電気量が所定レベルより小さいときには超急速充電により充電を行ない、測定部（１３２）で測定された電池の電気量が所定レベルより大きいときには急速充電により充電を行なうことを特徴とする。

充電制御部（１３１、１３３）は、周辺温度に応じて前記充電レートを制御することを特徴とする。

充電制御部（１３１、１３３）は、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。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲が限定されるものではない。

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って、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。

〔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。

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。

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１１１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、電池パックには、温度保護を行なうためのサーミスタを内蔵してもよい。

図２は充電装置１１２のブロック構成図を示す。

充電装置１１２は、充電制御ＩＣ１２１及び超急速充電電流設定部１２２、並びに、サーミスタ１２３から構成されている。

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１３３から構成されており、端子Ｐ11、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。

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可能できる。また、サーミスタ１２３は、周囲温度に応じて抵抗が変化する。

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。

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。これによって、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きる。

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。

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をいずれの装置に搭載した場合であっても、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。これによって、各装置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。

充電部１３１は、端子Ｐ11、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。

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。

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

〔制御部１３３〕
図３は制御部１３３の充電処理フローチャートを示す。

制御部１３３は、ステップＳ１−１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Ｓ１−２で測定部１３２から測定データを取り込む。

制御部１３３はステップＳ１−３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、ステップ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いないと判断して、ステップＳ１−４で充電部１３１を制御して超急速充電を開始する。

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。

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でサーミスタ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Ｓ１−６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。

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か否かを判定する。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。

また、制御部１３３は、ステップＳ１−６で周囲温度が規定範囲を超えている場合には、ステップＳ１−８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。

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Ｓ１−８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が、即座に停止するようにしてもよい。

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。

また、制御部１３３は、ステップＳ１−３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より大きいか否かを判断する。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。

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。

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Ｓ１−９でトリクル充電を開始する。

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MVより小さい場合には電池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Ｓ１−５〜Ｓ１−８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。

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。

〔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。

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。

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。

制御部１３３はステップＳ２−３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、ステップ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いないと判断して、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。

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。

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でサーミスタ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。

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Ｓ１−７で充電時間が終了したか否かを判定する。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。

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。

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が、即座に停止するようにしてもよい。

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１Ｃ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。

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。

また、制御部１３３は、ステップＳ２−３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より大きいか否かを判断する。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Ｓ２−９で急速充電を開始する。

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MVより小さい場合には電池１１３は略満充電であると判断できるため、ステップＳ２−１０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。

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。

〔その他〕
なお、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い。

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が、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く、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く、要は周囲温度が検出できれば、検出方法は限定されない。

本発明の第１実施例のブロック構成図である。制御部１３３の充電処理フローチャートである。本発明の第２実施例の充電処理フローチャートである。本発明の第３実施例の充電処理フローチャートである。

符号の説明

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

Claims

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超急速充電又は該超急速充電より充電レートが小さい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。
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。
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。
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より大きいときには、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。
前記充電手順は、周辺温度に応じて前記充電レート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。
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５のいずれか一項記載の充電方法。
前記超急速充電は、１０ｃレート以上の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６のいずれか一項記載の充電方法。
前記急速充電は、１Ｃレート程度の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７のいずれか一項記載の充電方法。
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超急速充電又は該超急速充電より充電レートが小さい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。
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記載の充電方法。
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８記載の充電装置。
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より大きいときには、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。
前記充電制御部は、周辺温度に応じて前記充電レート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。
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１３のいずれか一項記載の充電装置。
前記超急速充電は、１０ｃレート以上の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１４のいずれか一項記載の充電装置。
前記急速充電は、１Ｃレート程度の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１５のいずれか一項記載の充電装置。