JP2011109840A - Charging system which guarantees lifespan of secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池の寿命期間を保証する技術に関する。 The present invention relates to a technique for guaranteeing the lifetime of a secondary battery.
携帯型電子機器の一例であるノートブック型パーソナル・コンピュータ(以後ノートPCという。)には、リチウム・イオン電池を内蔵した電池パックが使用されている。リチウム・イオン電池に限らず二次電池は使用時間が経過するに伴って劣化して容量が低下する。二次電池の寿命期間は使用環境や充電方法により変化するが、リチウム・イオン電池の劣化モードは2つに大別することができる。1つは、リチウム・イオン電池の充放電サイクルを繰り返す間に生ずる電気化学的変化および物理的変化に起因するサイクル劣化で、他の1つはリチウム・イオン電池が一定の充電状態を持続する間に生ずる電気化学的変化に起因するストレージ劣化またはカレンダー劣化である。 A battery pack incorporating a lithium ion battery is used in a notebook personal computer (hereinafter referred to as a notebook PC), which is an example of a portable electronic device. Secondary batteries, not limited to lithium-ion batteries, deteriorate as the usage time elapses, resulting in a reduction in capacity. Although the lifetime of the secondary battery varies depending on the use environment and the charging method, the deterioration mode of the lithium ion battery can be roughly divided into two. One is cycle degradation due to electrochemical and physical changes that occur during repeated charge / discharge cycles of the lithium ion battery, and the other is while the lithium ion battery maintains a constant charge state. Storage degradation or calendar degradation due to electrochemical changes that occur in
特許文献1は、リチウム・イオン電池のサイクル寿命を長くする発明を開示する。同文献の発明は、使用するリチウム電池の充放電可能容量が大きいうちは実際の充電電圧を上限より低くしかつ放電電圧を下限より高くする。また、充放電可能容量が小さくなるにつれて充電電圧を上限に近くしていきかつ放電電圧を下限に近くしていく。そして、寿命の末期は充電電圧を上限に設定しかつ放電電圧を下限に設定することで充放電可能容量の低下を少なくして寿命を長くしている。
特許文献2は、電池パックの性能劣化や短命化を抑制する発明を開示する。同文献には、リチウム・イオン電池は満充電の状態またはそれに近い状態で放置または保管されると容量劣化が大幅に進行するという性質を有していることが記載されている。さらに、リチウム・イオン電池は、満充電の状態またはそれに近い状態での放置時間が長くなるほど、また、高温になるほどその容量劣化は一層加速し一旦容量劣化した電池は、その容量を回復させることができないと記載されている。そして同文献の発明は、電池パックの温度が比較的高い場合には、電池パックの目標充電容量を比較的小さく設定し、電池パックの温度が比較的低い場合には、目標充電容量を比較的大きく設定することで、電池パックを満充電まで充電させないようにしている。
近年電気機器に搭載されるリチウム・イオン電池の寿命期間を、電気機器の製造者が3年間あるいは5年間といったような所定期間だけ保証するシステムが開始されようとしている。寿命期間を保証するためには、充放電サイクル数(以下、サイクル数という。)、電池温度、および電池電圧といった容量劣化に強い影響を及ぼす要因に関連する使用条件を標準使用条件として設定する。しかし、ユーザが標準使用条件どおりに使用すれば寿命期間を保証することができるが、実際には、ユーザが標準使用条件から外れて使用することがあるため寿命期間を保証できない場合が生ずる。そこで、標準使用条件から外れて使用されることがあってもリチウム・イオン電池の寿命期間を保証することができる充電システムが望まれる。 In recent years, a system for guaranteeing the lifetime of a lithium ion battery mounted on an electric device for a predetermined period such as three years or five years by an electric device manufacturer is about to be started. In order to guarantee the lifetime, the usage conditions related to factors that strongly affect the capacity deterioration such as the number of charge / discharge cycles (hereinafter referred to as the cycle number), the battery temperature, and the battery voltage are set as standard usage conditions. However, the lifetime can be guaranteed if the user uses it in accordance with the standard usage conditions. However, since the user may actually use the standard usage conditions, the lifetime may not be guaranteed. Therefore, there is a demand for a charging system that can guarantee the lifetime of a lithium ion battery even if it is used outside the standard use conditions.
そこで本発明の目的は、二次電池の寿命期間を保証することが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そのような充電システムを搭載する電気機器またはコンピュータ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電池パックを提供することにある。さらに本発明の目的は二次電池の寿命期間を保証する方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a charging system that can guarantee the lifetime of a secondary battery. It is a further object of the present invention to provide an electric device or computer equipped with such a charging system. Furthermore, the objective of this invention is providing the battery pack which implement | achieves such a charging system. It is a further object of the present invention to provide a method for guaranteeing the lifetime of a secondary battery.
本発明は二次電池の寿命期間を保証できる充電システムを提供する。本発明が対象にする二次電池は寿命期間が電池温度と電池電圧を主要因とするストレージ劣化に大きく支配される。具体的には、電池温度が所定値以上高くかつ電池電圧が所定値以上高い場合にストレージ劣化が激しく進行するような二次電池を対象にしている。電池温度は二次電池が使用される環境温度で決まるため充電システムは制御できない。本発明にかかる充電システムは容量劣化が進行していると判断したときに電池電圧を下げることで寿命期間を保証する。充電制御回路は、充電器に第1の充電電圧値を設定して充放電サイクルを繰り返しながら所定の時間が経過したときの二次電池の容量劣化の大きさに関連する劣化特性値を閾値と比べて充電電圧の切り替えが必要であるか否かを判断する。充放電サイクルには、充電期間および放電期間に加えて二次電池が充放電回路から切り離されて自然放電している期間を含んでもよい。充電制御回路は劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに充電器に第1の充電電圧値より低い第2の充電電圧値を設定する。 The present invention provides a charging system that can guarantee the lifetime of a secondary battery. The lifetime of the secondary battery targeted by the present invention is largely governed by storage degradation mainly due to battery temperature and battery voltage. Specifically, it is intended for a secondary battery in which the storage deterioration is severe when the battery temperature is higher than a predetermined value and the battery voltage is higher than a predetermined value. Since the battery temperature is determined by the environmental temperature at which the secondary battery is used, the charging system cannot be controlled. The charging system according to the present invention guarantees the lifetime by reducing the battery voltage when it is determined that the capacity deterioration is progressing. The charge control circuit sets, as a threshold, a deterioration characteristic value related to the magnitude of capacity deterioration of the secondary battery when a predetermined time has elapsed while setting a first charging voltage value in the charger and repeating a charge / discharge cycle. In comparison, it is determined whether it is necessary to switch the charging voltage. The charge / discharge cycle may include a period in which the secondary battery is spontaneously discharged after being disconnected from the charge / discharge circuit in addition to the charge period and the discharge period. The charging control circuit sets a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger when determining that the deterioration characteristic value has reached the threshold value.
第1の充電電圧値は、寿命期間を保証する前提として設定した標準使用条件における充電電圧値とすることができる。第2の充電電圧値を電池温度が標準使用条件より高くてもストレージ劣化がほとんど進行せず、かつ定格容量を確保できる値に設定すれば、充電電圧を変更したあとのストレージ劣化を標準使用条件の場合よりも抑制して寿命期間が保証できるようになる。本発明にかかる二次電池は正極がコバルト系リチウムで形成されたリチウム・イオン電池とすることが好適であるが、寿命期間がストレージ劣化に強く支配されかつ充電電圧で制御可能なタイプの二次電池一般に適用することが可能である。 The first charging voltage value can be a charging voltage value under standard use conditions set as a premise for guaranteeing the lifetime. If the second charging voltage value is set to a value that will cause little storage degradation even when the battery temperature is higher than the standard usage conditions and the rated capacity can be secured, the storage degradation after changing the charging voltage will be In this case, the lifetime can be assured with less suppression. The secondary battery according to the present invention is preferably a lithium ion battery in which the positive electrode is formed of cobalt-based lithium. However, the secondary battery is of a type in which the lifetime is strongly controlled by storage deterioration and can be controlled by the charging voltage. It can be applied to batteries in general.
劣化特性値には、電池温度が第1の温度値以上でかつ電池電圧が所定値以上である第1の劣化促進状態の時間または累積時間を選定することができる。また劣化特性値には、二次電池の劣化の大きさを示す劣化量を選択することも可能である。劣化量は、満充電容量、二次電池の内部インピーダンス、および二次電池を放電したときの単位容量当たりの電池電圧の変化値から選択することができる。また複数選択した劣化特性値と対応する閾値との関係に論理演算を加えて充電電圧を切り替えるようにしてもよい。 As the deterioration characteristic value, it is possible to select a time in the first deterioration promoting state or a cumulative time in which the battery temperature is equal to or higher than the first temperature value and the battery voltage is equal to or higher than a predetermined value. As the deterioration characteristic value, a deterioration amount indicating the degree of deterioration of the secondary battery can be selected. The amount of deterioration can be selected from the full charge capacity, the internal impedance of the secondary battery, and the change value of the battery voltage per unit capacity when the secondary battery is discharged. Further, the charging voltage may be switched by adding a logical operation to the relationship between the plurality of selected deterioration characteristic values and the corresponding threshold value.
充電制御回路は、電池温度が第2の温度値以上でかつ電池電圧が所定値以上である第2の劣化促進状態が所定時間継続したときに、二次電池を充電開始電圧よりも高い所定の電圧まで放電させることができる。第2の劣化促進状態を、第2の温度値が第1の温度値よりも高いといったように第1の劣化促進状態よりも厳しくなるような状態に設定しておけば、急激な劣化の進行を強制放電により緩和させることができる。 When the second deterioration promotion state in which the battery temperature is equal to or higher than the second temperature value and the battery voltage is equal to or higher than the predetermined value continues for a predetermined time, the charge control circuit It can be discharged to a voltage. If the second deterioration promoting state is set to a state that is more severe than the first deterioration promoting state such that the second temperature value is higher than the first temperature value, the rapid deterioration progresses. Can be relaxed by forced discharge.
本発明により、二次電池の寿命期間を保証することが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そのような充電システムを搭載する電気機器またはコンピュータ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電池パックを提供することができた。さらに本発明により二次電池の寿命期間を保証する方法を提供することができた。 According to the present invention, a charging system capable of guaranteeing the lifetime of the secondary battery can be provided. Furthermore, according to the present invention, an electric device or a computer equipped with such a charging system can be provided. Further, according to the present invention, a battery pack that realizes such a charging system can be provided. Furthermore, the present invention can provide a method for guaranteeing the lifetime of the secondary battery.
[リチウム・イオン電池の寿命期間]
二次電池の寿命期間は、使用開始時の満充電容量に対して所定の割合以上の満充電容量が残存している期間として定義することができる。リチウム・イオン電池の寿命期間を保証するには、使用中に容量劣化の程度を判断して制御因子を適切に制御する必要がある。発明者の実験によれば、リチウム・イオン電池は正極の材料により劣化に大きな影響を与える要因が異なることがわかった。現在、リチウム・イオン電池の正極材料にはコバルト系リチウムと、ニッケル系リチウムが主に採用されている。コバルト系リチウムとしては、コバルト酸リチウムまたはコバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムを混合した材料が主として使用されている。ニッケル系リチウムとしては、ニッケル酸リチウムとコバルト酸リチウムまたはマンガン酸リチウムを混合した材料が主として使用されている。
[Lifetime of lithium-ion batteries]
The lifetime of the secondary battery can be defined as a period in which a full charge capacity of a predetermined ratio or more remains with respect to the full charge capacity at the start of use. In order to guarantee the lifetime of the lithium ion battery, it is necessary to determine the degree of capacity deterioration during use and to appropriately control the control factor. According to the inventor's experiment, it has been found that the lithium-ion battery has different factors that greatly affect the deterioration depending on the material of the positive electrode. Currently, cobalt-based lithium and nickel-based lithium are mainly used as positive electrode materials for lithium-ion batteries. As the cobalt-based lithium, lithium cobaltate or a material obtained by mixing lithium cobaltate and lithium manganate is mainly used. As nickel-based lithium, a material in which lithium nickelate and lithium cobaltate or lithium manganate are mixed is mainly used.
そして正極材料と容量劣化の関係を調べていくと、正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池では、電池の表面温度である電池温度が高くかつ充放電回路から切り離したときの端子電圧である電池電圧が高い状態が続くと容量劣化が激しくなり、ストレージ劣化が支配的であることがわかった。また、電池温度が高くても電池電圧を下げることでサイクル劣化を抑制することができることもわかった。これに対して、正極にニッケル酸リチウムを使用したリチウム・イオン電池では、想定サイクル数を越えると容量劣化が激しくなりサイクル劣化が支配的であることがわかった。また、電池温度が高くてもストレージ劣化は少なく、さらに、電池電圧を下げてもサイクル劣化を抑制することができないこともわかった。 When examining the relationship between positive electrode material and capacity deterioration, lithium ion batteries using cobalt-based lithium as the positive electrode have a high battery temperature, which is the surface temperature of the battery, and the terminal voltage when disconnected from the charge / discharge circuit. It was found that when a certain battery voltage continues to be high, the capacity deterioration becomes severe, and the storage deterioration is dominant. It was also found that cycle deterioration can be suppressed by lowering the battery voltage even when the battery temperature is high. On the other hand, in lithium ion batteries using lithium nickelate as the positive electrode, it was found that when the number of cycles exceeded the capacity deterioration, the capacity deterioration became severe and the cycle deterioration was dominant. It was also found that storage degradation was small even when the battery temperature was high, and that cycle degradation could not be suppressed even when the battery voltage was lowered.
電池は、使用開始後にさまざまな要因で劣化していくが、劣化要因のなかには充電電圧に支配される電池電圧のように充電システムで制御できる因子と、環境温度に支配される電池温度のように制御できない因子がある。使用条件を過剰に制約することなく寿命期間を確実に保証するためには、あらかじめ適切な制御因子を特定する必要がある。本実施の形態では、正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池を例示して、適切に使用条件を制御して寿命期間を保証することができる充電システムを説明する。 The battery deteriorates due to various factors after the start of use. Among the deterioration factors, there are factors that can be controlled by the charging system, such as the battery voltage governed by the charging voltage, and the battery temperature governed by the environmental temperature. There are factors that cannot be controlled. In order to reliably guarantee the lifetime without excessively restricting the use conditions, it is necessary to specify an appropriate control factor in advance. In the present embodiment, a lithium-ion battery using cobalt-based lithium as a positive electrode will be exemplified, and a charging system capable of appropriately controlling usage conditions and guaranteeing a lifetime will be described.
[寿命期間を保証する方法の概要]
図1は、正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池の寿命期間を保証する方法の概要を説明する図である。ライン11、13、15は、いずれも初期の満充電容量に対する経過時間ごとに測定した満充電容量の比を表している。以後、満充電容量の初期値に対する所定の経過時間後の値の割合を満充電容量比という。満充電容量は、その時点で電池が蓄積できる最大の電気量をいいリチウム・イオン電池の物理的変化および化学的変化により経年的に低下する値である。リチウム・イオン電池は、定電流定電圧(CCCV)方式で充電する。定電流定電圧方式では、定電流充電で充電を開始し電池電圧が所定値まで上昇したときに定電圧充電に切り替える。定電圧充電を継続すると充電電流が次第に減少する。そして充電電流が放電終止電流に到達した時点で充電を終了する。
[Overview of how to guarantee the lifetime]
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of a method for guaranteeing the lifetime of a lithium ion battery using cobalt-based lithium as a positive electrode.
したがって電池電圧は充電を停止する直前の電圧である充電電圧に支配される。満充電容量は放電終止電圧またはその近辺から放電終止電流まで充電する間に電池に蓄積される総電気量として計測することができる。なお、複数の電池を直列に接続している場合の電池電圧は、単体の電池(電池セル)の電圧をいう。本実施の形態では、リチウム・イオン電池の寿命期間を2年あるいは3年といった所定期間として保証するために標準使用条件を設定する。標準使用条件を構成する項目は、充電電圧、電池温度、およびサイクル数に集約されるが正極がコバルト系リチウムのリチウム・イオン電池では充電電圧と電池温度が特に重要である。充電電圧を低くすると寿命期間が長くなることは一般に知られているが、充電電圧を下げると満充電容量まで充電しないことになり放電により利用できる電気量が低下するため寿命期間を保証する前の充電電圧はこれまで4.2Vにしていた。ここに、満充電容量に対して実際に電池が蓄積している電気量の割合をRSOC(%)(Relative State Of Charge)という。 Therefore, the battery voltage is governed by the charging voltage, which is the voltage immediately before stopping charging. The full charge capacity can be measured as the total amount of electricity accumulated in the battery while charging from the discharge end voltage or near it to the discharge end current. The battery voltage when a plurality of batteries are connected in series refers to the voltage of a single battery (battery cell). In the present embodiment, standard use conditions are set in order to guarantee the lifetime of the lithium ion battery as a predetermined period of 2 years or 3 years. The items constituting the standard use conditions are summarized in the charge voltage, the battery temperature, and the number of cycles, but the charge voltage and the battery temperature are particularly important in a lithium ion battery having a positive electrode of cobalt-based lithium. It is generally known that if the charging voltage is lowered, the lifetime will be longer. However, if the charging voltage is lowered, the battery will not be charged up to its full charge capacity, and the amount of electricity available for discharge will decrease, so the lifetime is not guaranteed. The charging voltage has been 4.2V so far. Here, the ratio of the amount of electricity actually stored in the battery with respect to the full charge capacity is referred to as RSOC (%) (Relative State Of Charge).
充電電圧は定電流定電圧方式の充電において、定電圧領域で充電している間に各電池セルに印加される電圧に対応する。充電電圧を4.2Vにすると電池温度およびサイクル数を標準使用条件の範囲に納めても3年間の寿命期間を満たすことは困難であるため、本実施の形態では初期の充電電圧を一例として4.1Vにする。そして、充電電圧として4.1V、時間的に平均的した電池温度として25度、寿命期間中の合計のサイクル数として800回を標準使用条件とする。電池の定格容量は、4.1Vで充電したときのRSOC(%)で規定している。本実施の形態では寿命期間である3年の終期tfにおける満充電容量比が60%以上になるように設定している。ただし、寿命期間の終期tfでの満充電容量比および寿命期間に他の値を採用することもできる。 The charging voltage corresponds to the voltage applied to each battery cell during charging in the constant voltage region in the constant current / constant voltage charging. When the charging voltage is set to 4.2 V, it is difficult to satisfy the life span of 3 years even if the battery temperature and the number of cycles are within the range of the standard use conditions. Therefore, in this embodiment, the initial charging voltage is 4 as an example. Set to 1V. The standard use conditions are 4.1 V as the charging voltage, 25 degrees as the battery temperature averaged over time, and 800 times as the total number of cycles during the lifetime. The rated capacity of the battery is defined by RSOC (%) when charged at 4.1V. In this embodiment, the full charge capacity ratio at the end tf of 3 years, which is the lifetime, is set to be 60% or more. However, other values may be employed for the full charge capacity ratio and the life period at the end tf of the life period.
電池温度は、リチウム・イオン電池が充電中、放電中または充放電回路からの開放状態のいずれかの状態におかれているときに電池セルの表面で測定した値を時間的に平均した温度である。ただし、安全上電池温度が所定値を越えた場合は充電が制限されるので、その場合は放電中または開方状態のいずれかの状態で測定することになる。ライン11は標準使用条件のときの満充電容量比の経年変化を示しており、寿命期間が保証されていることを示している。ライン13は電池温度を40度でかつ電池電圧を4.1Vにしたときの満充電容量比の経年変化を示しており寿命期間を保証することができないことを示している。ライン15は、電池温度を60度でかつ電池電圧を4.1Vにしたときの満充電容量比の経年変化を示しており、この使用状態では時刻txでリチウム・イオン電池が寿命に到達している。
The battery temperature is a temperature obtained by averaging the values measured on the surface of the battery cell when the lithium ion battery is being charged, discharged, or opened from the charge / discharge circuit. is there. However, for safety reasons, when the battery temperature exceeds a predetermined value, charging is limited. In that case, measurement is performed in either a discharging state or an open state. Line 11 shows the secular change of the full charge capacity ratio under the standard use condition, and shows that the lifetime is guaranteed.
点線で示したライン17は、時期t1で充電電圧を初期の充電電圧より下げて4.05Vにしたときの満充電容量比の経年変化を示している。時刻t1のときのライン15の満充電容量比がライン11の満充電容量比よりも小さい場合は、標準使用条件で使用した場合よりも劣化が進行していることになるため、それ以降に標準使用条件で使用しても寿命期間を保証することはできなくなる。正極にコバルト系リチウムを使用したリチウム・イオン電池では、電池電圧を4.05V程度以下に下げると電池温度が高くても標準使用条件の場合よりもそれ以降のストレージ劣化の進行が少ないことが実験でわかっている。
A
よって、本実施の形態では上記の特質を利用して容量劣化が標準使用条件の場合よりも所定量以上進行していることが判明した場合には、それ以降の充電電圧を低下させてストレージ劣化を抑制し寿命期間を保証する。ライン17における時刻t1以降の充電電圧(4.05V)を劣化抑制電圧といい、充電電圧を変更する時刻t1を充電電圧の切替時期という。劣化抑制電圧は、リチウム・イオン電池が搭載される電気機器に許容される最大の環境温度においても標準使用状態のときよりもストレージ劣化の進行を抑制することができる充電電圧ということができる。
Therefore, in the present embodiment, when it is found that the capacity deterioration has progressed by a predetermined amount or more than in the standard use condition using the above characteristics, the storage voltage is deteriorated by lowering the subsequent charging voltage. Suppresses and guarantees the lifetime. A charging voltage (4.05 V) after time t1 in the
[充電システム]
図2は、本実施の形態にかかる基本的な充電システムの機能ブロック図である。充電システム50は、電気機器、情報機器、電動工具、または自動車などの電力機器に搭載することができる。直流電源51は、充電器55および負荷65に直流電圧の電力を供給する。直流電源51は、常時充電システム50の一部を構成して充電できる状態にしておく必要はなく、リチウム・イオン電池57の充電が必要なときだけスイッチ53に接続するようにしてもよい。充電器55は、直流電源51から供給された直流電圧をスイッチング制御して所定の直流電圧に変換し定電流定電圧制御でリチウム・イオン電池57を充電する。充電器55は、直流電源51が供給する電圧を検知して充電制御回路61に直流電源51が接続されていることを知らせる。リチウム・イオン電池57は正極にコバルト系リチウムを採用している。
[Charging system]
FIG. 2 is a functional block diagram of a basic charging system according to the present embodiment. The charging
電流測定回路54は、リチウム・イオン電池57に流れる充電電流または放電電流を測定してその値を充電制御回路61に送る。電圧測定回路56は、リチウム・イオン電池57を構成する電池セルの電圧を測定して充電制御回路61に送る。温度測定回路59はリチウム・イオン電池57の表面温度を測定して充電制御回路61に送る。
The
充電制御回路61は、電流測定回路54、電圧測定回路56および温度測定回路59から受け取ったデータに基づいて充電器55の動作を制御する。充電制御回路61は、充電器55に定電圧領域で動作するときの充電電圧および定電流領域で動作するときの充電電流を設定する。充電制御回路61は、電流測定回路54から受け取ったデータに基づいてリチウム・イオン電池57の使用を開始してから実行されたサイクル数をカウントする。充電制御回路61は、リチウム・イオン電池57の使用を開始してからの経過時間を計測する。
The
充電制御回路61は、所定のサイクル数ごとまたは所定の経過時間ごとに充電器55に電圧が印加されていることを確認してから、リチウム・イオン電池57を放電終止電圧またはその近辺まで強制的に放電させ、その後充電終了電流まで充電するときの全電気量から満充電容量を計算する。充電制御回路61は、リチウム・イオン電池57の劣化量に関する劣化特性値を測定して切替時期が到来したことを判断し、充電器55に設定する充電電圧を変更する。充電制御回路61は、電池電圧が所定値以上でかつ電池温度が所定値以上である劣化促進状態が継続している時間、およびその累積時間を劣化特性値として測定する。劣化促進状態とその継続時間は切替時期を判断したり強制放電の時期を判断したりするために利用される。
The
充電制御回路61は、EEPROM62を備えている。EEPROM62には、リチウム・イオン電池57の充放電に関する固有情報、劣化特性値の閾値、累積のサイクル回数、および経過時間などのデータが書き込まれる。充電制御回路61は、充電器55を通じて直流電源51がスイッチ53に接続されていることを認識する。負荷65は、リチウム・イオン電池57または直流電源51から電力の供給を受けて動作する。
The
[劣化特性値]
つぎに、リチウム・イオン電池57の劣化特性値について説明する。リチウム・イオン電池が標準使用条件からはずれて使用されると、寿命期間を保証するときに予定していたよりも容量劣化が進行し、所定の寿命期間を保証できなくなる。本実施の形態では、使用を開始してから所定の時間ごとまたは所定のサイクル数ごとにリチウム・イオン電池57の劣化特性値を計測して劣化の程度を判断し必要な場合に充電電圧を変更する。あるいは、使用を開始してから劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに充電電圧を変更する。劣化特性値は、リチウム・イオン電池57の容量劣化の大きさに関連する劣化量とすることができる。劣化特性値は、使用開始時の劣化値に対する使用開始後の劣化値の割合で表すことができる。満充電容量比は使用開始時の劣化量をゼロとしたときに直接容量劣化を示す劣化特性値となる。
[Deterioration characteristic value]
Next, the deterioration characteristic value of the
満充電容量と電池セルの内部インピーダンスは相関関係がある。また、放電させたときの単位容量当たりの電池電圧の変化値(以下、容量電圧変化率(ΔV/ΔC)という。)も満充電容量と相関関係がある。満充電容量が低下するに伴って内部インピーダンスは上昇し、また、容量電圧変化率も上昇するので、それぞれの初期値に対する割合として内部インピーダンス比または容量電圧変化率の比を計算し、満充電容量比に代えてそれらを劣化特性値として採用することができる。内部インピーダンス比と容量電圧変化率の比は逆数を使用して、満充電容量比と同じように経過時間とともに低下する値として利用することもできる。 There is a correlation between the full charge capacity and the internal impedance of the battery cell. Further, the change value of the battery voltage per unit capacity when discharged (hereinafter referred to as the capacity voltage change rate (ΔV / ΔC)) is also correlated with the full charge capacity. As the full charge capacity decreases, the internal impedance rises and the capacity voltage change rate also rises. Therefore, the ratio of the internal impedance ratio or the capacity voltage change rate is calculated as a ratio to each initial value, and the full charge capacity is calculated. Instead of the ratio, they can be adopted as deterioration characteristic values. The ratio between the internal impedance ratio and the capacity voltage change rate can also be used as a value that decreases with elapsed time in the same manner as the full charge capacity ratio by using the reciprocal.
リチウム・イオン電池57の劣化特性値としては、電池の劣化の大きさを直接示す劣化量以外に劣化をもたらす要因に関連する情報を採用することもできる。リチウム・イオン電池57は、電池温度が所定値以上でかつ電池電圧が所定値以上の劣化促進状態が継続すると容量劣化が激しくなる。したがって、あらかじめ、リチウム・イオン電池57が所定の電池温度および所定の電池電圧で規定される劣化促進状態におかれている継続時間または累積時間を劣化特性値として採用することもできる。
As the deterioration characteristic value of the lithium-
[寿命期間の保証方法]
つぎに、劣化特性値として満充電容量比を選択して寿命期間を保証する方法を、図3を参照して説明する。図3のライン21は、寿命期間の終期tfに60%以上の満充電容量比を保証するために標準使用条件(電池温度25度、電池電圧4.1V)で使用したときの満充電量容量比の経年変化を示している。ライン23−1は、電池温度が60度で電池電圧を4.05Vまで下げたときの満充電量容量比の経年変化を示している。ライン23−2は、寿命期間の終期tfにおける満充電容量比がライン21のそれと一致するようにライン23−1を下方向に平行移動させたものである。
[Lifetime warranty]
Next, a method for guaranteeing the lifetime by selecting the full charge capacity ratio as the deterioration characteristic value will be described with reference to FIG. The
ライン25−1は電池電圧が4.1Vで電池温度が60度の満充電容量比の経年変化を示し、ライン25−2は電池電圧が4.1Vで電池温度が55度のときの満充電容量比の経年変化を示している。なお、電池温度が55度を超えるときはリチウム・イオン電池に対する充電が禁止されているので、ライン23−1、25−1、25−2は、リチウム・イオン電池57が充電以外の状態におかれているときの特性である。時刻t1ではライン21が示す標準使用条件では満充電容量比がC1%であるが、ライン25−1が示す電池温度が60度のときはC2%まで低下している。
Line 25-1 shows the change of the full charge capacity ratio when the battery voltage is 4.1V and the battery temperature is 60 degrees, and line 25-2 is the full charge when the battery voltage is 4.1V and the battery temperature is 55 degrees. It shows the secular change of capacity ratio. When the battery temperature exceeds 55 ° C., charging to the lithium ion battery is prohibited, so the lines 23-1, 25-1, and 25-2 are not in a state where the
しかし、時刻t1で充電電圧を劣化抑制電圧である4.05Vに変更するとその後はライン23−2にしたがって容量が低下するため、寿命期間の終期tfにおいて60%の満充電容量比を維持することができる。なお、時刻t1以前に充電電圧を劣化抑制電圧に変更することでも寿命期間を満たすことはできるが、劣化抑制電圧で充電すると蓄積できる電気量が減るので時刻t1で変更することが望ましい。また、ライン25−1に従って容量が低下した場合は、時刻t1が経過してから充電電圧を劣化抑制電圧に変更するとライン23−2がさらに下方向にシフトすることになり寿命期間を満たすことができなくなる。 However, if the charge voltage is changed to 4.05 V, which is the deterioration suppression voltage, at time t1, the capacity decreases according to the line 23-2, so that the full charge capacity ratio of 60% is maintained at the end tf of the lifetime. Can do. Although the lifetime can be satisfied by changing the charging voltage to the deterioration suppressing voltage before time t1, it is desirable to change the charging voltage at time t1 because the amount of electricity that can be stored decreases when charging with the deterioration suppressing voltage. In addition, when the capacity decreases according to the line 25-1, if the charging voltage is changed to the deterioration suppression voltage after the time t1 has elapsed, the line 23-2 further shifts downward and the lifetime is satisfied. become unable.
時刻t2では、ライン21が示す標準使用条件では満充電容量比がC3%であるが、ライン25−2が示す電池温度が55度のときはC4%まで低下している。しかし、時刻t2で充電電圧を劣化抑制電圧である4.05Vに変更するとその後はライン23−2にしたがって容量が低下するため、寿命期間の終期tfにおいて60%の満充電容量比を満たすことができる。なお、時刻t2以前に充電電圧を劣化抑制電圧に変更することでも寿命期間を満たすことはできるが、ライン25−1の場合と同様に劣化抑制電圧で充電すると蓄積できる電気量が減るのでライン25−2で劣化した場合は時刻t2で切り替えることが望ましい。これらのことから、最適な切替時期は各時刻において満充電容量比がライン23−2まで低下した時期として決定できることがわかる。
At the time t2, the full charge capacity ratio is C3% under the standard usage conditions indicated by the
内部インピーダンス比または容量電圧変化率の比を劣化特性値として採用する場合は、あらかじめそれらの値と満充電容量の関係を実験で求めておく。そして満充電容量比の場合と同様にそれぞれの値について標準使用条件で使用したときの経年変化と劣化抑制電圧で充電したときの経年変化を実験で求めて切替時期を決定することができる。 When the internal impedance ratio or the capacity voltage change rate ratio is adopted as the deterioration characteristic value, the relationship between these values and the full charge capacity is obtained in advance by experiments. As in the case of the full charge capacity ratio, it is possible to determine the switching time by experimentally determining the secular change when using each value under the standard use condition and the secular change when charging with the deterioration suppression voltage.
劣化特性値として、電池温度と電池電圧で規定する劣化促進状態の継続時間を採用する場合は、劣化促進状態の累積時間としての閾値を満充電容量比がライン23−2に近づくように決定することで最適な切替時期を決定することができる。図4は、劣化特性値として劣化促進状態の継続時間を選択した場合に寿命期間を保証するための累積時間の閾値を決定する方法を説明する図である。図4のライン23−2は、図3で説明したものと同じである。劣化促進状態は、たとえば電池温度が45度以上でかつ電池電圧が4.1V以上と設定することができる。 When the duration of the deterioration promotion state defined by the battery temperature and the battery voltage is adopted as the deterioration characteristic value, the threshold value as the accumulation time of the deterioration promotion state is determined so that the full charge capacity ratio approaches the line 23-2. Thus, the optimum switching time can be determined. FIG. 4 is a diagram for explaining a method of determining a cumulative time threshold value for guaranteeing the lifetime when the deterioration promotion state duration is selected as the deterioration characteristic value. The line 23-2 in FIG. 4 is the same as that described in FIG. The deterioration promoting state can be set, for example, such that the battery temperature is 45 degrees or higher and the battery voltage is 4.1 V or higher.
劣化促進状態はリチウム・イオン電池57の使用環境により、連続的に発生する場合もあるし間欠的に発生する場合もある。したがって、劣化促進状態が所定の累積時間に到達するときの経過時間は使用環境により変化する。ライン23−2が示すように、寿命期間の保証のために許容できる劣化量は、経過時間が長くなるほど大きくなる。したがって、累積時間の閾値に対応する満充電容量比がライン23−2であるとすれば、経過時間が長いほど閾値を大きくすることができる。
The deterioration promoting state may occur continuously or intermittently depending on the usage environment of the
たとえば、時刻t1では劣化量Δ1を許容でき時刻t2では劣化量Δ2(Δ2>Δ1)を許容できる。したがって、劣化促進状態の累積時間に対する閾値は、経過時間の関数として定めてもよい。一例として、劣化促進状態が連続して発生するような場合では経過時間t1が2400時間のときの累積時間の閾値は2400時間とし、経過時間t2が12000時間のときの累積時間の閾値は3000時間にするといったように、各経過時間において満充電容量比がライン23−2にできるだけ近づくように閾値を設定することが望ましい。 For example, the deterioration amount Δ1 can be allowed at time t1, and the deterioration amount Δ2 (Δ2> Δ1) can be allowed at time t2. Therefore, the threshold for the accumulated time in the deterioration promotion state may be determined as a function of the elapsed time. As an example, in the case where the deterioration promotion state occurs continuously, the threshold of the accumulated time when the elapsed time t1 is 2400 hours is 2400 hours, and the threshold of the accumulated time when the elapsed time t2 is 12000 hours is 3000 hours. It is desirable to set the threshold value so that the full charge capacity ratio is as close as possible to the line 23-2 at each elapsed time.
劣化特性値に劣化促進状態の継続時間を採用する場合は電池温度、電池電圧および累積時間を計算するだけでよく劣化量を測定する必要がないため実現が容易である。また切替時期は、劣化量および劣化促進状態を複数設定しそれらと閾値との関係に論理和または論理積などの演算を施して決定するようにしてもよい。たとえば、満充電容量比と劣化促進状態の累積時間がともに閾値に到達したときに充電電圧を切り替えたり、劣化促進状態を構成する電池温度を複数設定して設定した各電池温度で構成される劣化促進状態と劣化量との間で論理演算をして切替時期を判断したりすることができる。 When the duration of the deterioration promoting state is adopted as the deterioration characteristic value, it is easy to realize because it is only necessary to calculate the battery temperature, the battery voltage, and the accumulated time, and it is not necessary to measure the amount of deterioration. Further, the switching time may be determined by setting a plurality of deterioration amounts and deterioration promoting states and performing an operation such as logical sum or logical product on the relationship between the deterioration amount and the threshold value. For example, the deterioration configured by each battery temperature set by switching the charging voltage when the full charge capacity ratio and the cumulative time of the deterioration promotion state both reach the threshold, or by setting multiple battery temperatures constituting the deterioration promotion state It is possible to perform a logical operation between the acceleration state and the deterioration amount to determine the switching time.
[寿命期間を保証する手順]
つぎに充電システム50において、劣化特性値に基づいてリチウム・イオン電池57の寿命期間を保証する手順を図5のフローチャートに基づいて説明する。ブロック101からブロック105までは切替時期を決定するために劣化特性値に適用する閾値を求めて充電制御回路61のEEPROM62に格納する手順を示し、ブロック107からブロック121までは充電システム50の実際の動作の手順を示している。ブロック101では、図3のライン23−1に示したような電池電圧を劣化抑制電圧に一致させたときの劣化特性値の経年変化に関する実験データを取得する。実験中の電池温度は、リチウム・イオン電池57が搭載される電気機器に許容される範囲で予測しえる最大の温度とする。
[Procedure for guaranteeing the lifetime]
Next, a procedure for assuring the lifetime of the
ブロック103では、寿命期間の終期tf、初期の充電電圧、および電池温度を設定して、図3のライン21に示したような標準使用条件での劣化特性値の実験データを取得する。ブロック105では、ブロック101で取得した実験データの寿命終期における劣化特性値をブロック103で取得した実験データの寿命終期における劣化特性値に一致させるように実験データを修正して図3のライン23−2に示したような修正データを取得する。劣化量を劣化特性値に選択した場合は、修正データが切替時期を判定するための閾値となる。劣化促進状態の継続時間を劣化特性値に選択した場合は、図4で示した手順に基づいて累積時間に対する閾値を設定する。修正データおよび累積時間の閾値は、充電制御回路61のEEPROM62に格納する。
In
ブロック107ではリチウム・イオン電池57の使用を開始する。スイッチ53は通常オンになっている。充電制御回路61は、充電器55に初期の充電電圧(4.1V)と充電電流を設定する。直流電源51がスイッチ53に接続されると充電器55が電圧を検知して充電制御回路61がそれを認識しスイッチ63をオフにする。負荷65には直流電源51から電力が供給され、自然放電で充電開始電圧まで低下した電池電圧を電圧測定回路56が検出すると、充電制御回路61は充電器55を動作させて充電を開始させる。充電制御回路61は、電流測定回路54が測定する充電電流が充電終了電流に到達したと判断したときに充電器55の動作を停止させる。
In
直流電源51が停止したり、スイッチ53から外されたりしたときには、充電制御回路61はスイッチ63をオンにして負荷65にリチウム・イオン電池57から電力を供給する。そして、つぎに直流電源51が接続されたことを認識したときに充電制御回路61は充電器55を動作させて充電を開始させ、かつ、直流電源51から負荷65に電力を供給させる。このような一連のサイクルで充電システム50の動作が継続する。
When the DC power supply 51 is stopped or disconnected from the
ブロック109では充電制御回路61が、温度測定回路59が測定した電池温度、電圧測定回路56が測定した電池電圧、および電流測定回路54が測定した充電電流に基づいて、所定時間ごとまたは所定のサイクル数ごとに劣化特性値を測定する。ブロック111では、充電制御回路61はリチウム・イオン電池57が強制放電を必要とするような劣化促進状態におかれているか否かを判断する。
In
強制放電は、リチウム・イオン電池57が電池温度および電池電圧が高い劣化促進状態が所定時間継続したときに、一旦負荷65を通じて電荷を放電させて電池電圧を低下させ劣化促進状態から解放する操作である。強制放電は、劣化を抑制することを目的とする点で充電電圧を切り替える操作と一致するが、劣化が著しく進行し易い状況になっていると判断したときに一時的に行う点で相違する。そして、強制放電の必要性の判断の一例として、劣化特性値として電池温度が60度以上でかつ電池電圧が4.1V以上で規定される劣化促進状態の継続時間を採用し、それに対する閾値として連続する2時間を設定する。
Forced discharge is an operation in which when the lithium-
充電制御回路61は、直流電源51が接続されていることを確認し、さらに強制放電のための劣化促進状態が閾値に到達したことを確認すると、ブロック113でスイッチ53をオフにし、スイッチ63をオンにして、負荷65を通じてリチウム・イオン電池57を強制的に放電させて電池電圧を低下させる。放電は、電池電圧が充電を開始する電圧よりは大きな値であって、たとえば3.75V程度まで行う。強制放電が終了したあとは、充電制御回路61はスイッチ53をオンにしてスイッチ63をオフにすることで、負荷65に直流電源51から電力を供給する。その後自然放電で電池電圧が充電開始電圧まで下がったときに充電器55により充電が再開される。再充電までの時間は1週間〜2週間といった比較的長い時間となるように放電を停止する電圧を設定することで、リチウム・イオン電池57はその間劣化促進状態から解放される。強制放電は、常に直流電源51が接続されてリチウム・イオン電池57が満充電状態に維持されているような充電システムにおける劣化の抑制に特に適している。
When the
ブロック115では、劣化測定値として劣化量を採用した場合は、充電制御回路61は劣化特性値が切替時期を決定するための閾値に到達したか否かを所定のサイクル数ごとまたは所定の経過時間ごとに判断する。このとき充電制御回路61は劣化量がブロック105で取得しEEPROM105に格納しておいた修正データに到達したか否かを判断する。劣化特性値に劣化促進状態を採用した場合は、充電制御回路61は切り替え時期の決定のための劣化促進状態の累積時間がEEPROM62に保存しておいた閾値に到達したか否かを判断する。いずれの場合であっても、閾値に到達したと判断したときはブロック117に移行し、閾値に到達していないと判断したときはブロック109に戻る。
In
ブロック117では、充電制御回路61が充電器55に劣化抑制電圧(4.05V)を設定する。ブロック119では、充電制御回路61は、経過時間が寿命期間の終期tfに到達したか否かを判断し、終期に到達した場合はブロック121で寿命期間の保証のための手順を終了する。終期に到達していない場合はブロック109に戻る。この手順では充電電圧をブロック117で一度だけ切り替えているが、劣化抑制電圧をステップ状に設定して劣化特性値に基づいて2回以上変更するようにしてもよい。また、これまで正極がコバルト系リチウムの材料で形成されたリチウム・イオン電池を例にして寿命期間を保証する手順を説明したが、本発明は寿命期間を電池温度と電池電圧を主要因とするストレージ劣化が支配している他のタイプの二次電池に適用することも可能である。
In
[ノートPCへの適用]
本発明にかかる充電システムはノートPCに適用することができる。図6は、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機能ブロック図である。充電システムは、ノートPC200、ACアダプタ201、および電池パック300で構成されている。ノートPC200は、充電システムに関連する部分だけを示している。
[Application to notebook PC]
The charging system according to the present invention can be applied to a notebook PC. FIG. 6 is a functional block diagram showing an outline of a charging system including a battery pack and a notebook PC on which the battery pack is mounted. The charging system includes a
電池パック300はスマート・バッテリィ・システム(SBS)の規格に適合しておりノートPC200の筐体に着脱可能に装着される。ACアダプタ201は交流電圧を直流電圧に変換しノートPC200の電源端子に接続される。充電器209は、定電流定電圧特性を備えている。充電器209は入力電圧をPWM方式でオン/オフ制御するスイッチング制御回路と平滑回路とを備える。充電器209は、ACアダプタ201から入力された直流電圧を電池パック300の充電に適した直流電圧に変換して出力する。充電器209は、出力電流または出力電圧を設定された充電電流または充電電圧に一致させるためのフィードバック回路を備えている。充電器209は定電圧制御期間においては、出力電圧が充電電圧に一致するように動作する。また、充電器209は定電流制御期間においては、出力電流が充電電流に一致するように動作する。
The
充電器209には、エンベデッド・コントローラ(EC)211により充電電圧および充電電流が設定される。充電器209は出力電圧が充電電圧を超えないように、および出力電流が充電電流を超えないように動作する。したがって充電器209は、充電初期には出力電流が充電電流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充電電圧に一致させるように定電圧制御で動作する。 A charging voltage and a charging current are set in the charger 209 by an embedded controller (EC) 211. The charger 209 operates so that the output voltage does not exceed the charging voltage and the output current does not exceed the charging current. Therefore, the charger 209 operates at constant current control so that the output current matches the charging current in the initial stage of charging, but the constant voltage is set so that the output voltage matches the charging voltage when charging proceeds and the charging voltage rises. Operates with control.
EC211は、電源以外にもノートPC200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。EC211は、電池パック300と通信して、電池パック300が生成した電池の表面温度、電池電圧、充電電流、残存容量、満充電容量および充電器に設定する充電電圧および充電電流などの情報を取得することができる。EC211は、電池パック300から受け取った指示に基づいて、充電器209を動作させたり停止させたりする。
The EC 211 is an integrated circuit that controls many hardware elements constituting the
DC/DCコンバータ215は、ACアダプタ201または電池パック300から受け取った直流電圧を所定の直流電圧に変換してノートPC200内のシステム負荷に電力を供給する。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。FET205およびFET207は、電池パック300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300の充放電回路に接続されている。
The DC /
FET208は、電池パック300とDC/DCコンバータ215との間に接続され、電池パック300からDC/DCコンバータ215に対する放電回路を形成するためのスイッチである。FET203は、ACアダプタ201からDC/DCコンバータ215に電力を供給する回路に接続されている。AC/DCアダプタ201からDC/DCコンバータ215に電力を供給している際、電池が劣化促進状態に入った場合にFET203を一時的にオフにして電池パック300からDC/DCコンバータ215に電力を供給して強制放電することができる。FET駆動回路213は、EC211からの指示に基づいてFET203、205、207、208を制御する。
The
[電池パック]
図7は、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300の内部構成を示す機能ブロック図である。電池パック300は、電源ライン301、通信ライン303、およびグランド・ライン305がそれぞれP端子、D端子、およびG端子でノートPC200に接続される。電源ライン301には、それぞれp型MOS−FETで構成された充電保護スイッチ307と放電保護スイッチ309が直列に接続されている。放電保護スイッチ309には、3本のリチウム・イオン電池セル311、313、315で構成された電池セット317の正極が直列に接続されている。電池セット317からの放電電流および電池セット317に対する充電電流は、電源ライン301およびグランド・ライン305で構成される充放電回路を通じてノートPC200との間を流れる。
[Battery pack]
FIG. 7 is a functional block diagram showing an internal configuration of the
電池セット317を構成する電池セル311〜315の電圧側の端子はアナログ/インターフェース319のアナログ入力V1〜V3端子に接続されている。電池セット317の表面には、1個〜複数個のサーミスタなどの温度素子321が貼り付けられている。温度素子321は電池セル311〜315の表面温度を測定し、MPU323のT端子に出力する。なお、表面温度は、センサを電池セル311〜315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315の負端子とG端子との間のグランド・ライン305には、電流センス抵抗325が接続されている。電流センス抵抗325の両端は、アナログ/インターフェース319のI1、I2端子に接続されている。
The voltage side terminals of the
アナログ/インターフェース319は、電池セル311〜315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325の両端の電位差を検出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319はさらに充電保護スイッチ307および放電保護スイッチ309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319は、電池セット317のセル電圧を測定してディジタル値に変換しMPU323に送る。
The analog /
アナログ/インターフェース319は、電流センス抵抗325が検出した電圧から電池セット317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MPU323に送る。MPU323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。MPU323は、アナログ/インターフェース319と通信が可能になっており、アナログ/インターフェース319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電気量や放電電気量を計算し、さらに満充電容量比を計算してフラッシュ・メモリに記憶しておく。
The analog /
MPU323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319から受け取った電圧や電流から電池セル311〜315に異常を検出した場合に、アナログ/インターフェース319を通じて充電保護スイッチ307および放電保護スイッチ309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MPU323で実行されるプログラムで構成される。
The
MPU323からはD端子を通じて通信ライン303がノートPC200のEC211に接続され通信が可能になっている。通信ライン303にはクロック・ラインも含まれている。MPU323は、EC211に対して充電器209に設定する充電電流および充電電圧を送る。MPU323が充電電圧および充電電流のデータをレジスタに記憶しておくと、EC211が定期的にそれを読み取ることでデータが転送される。EC211は図示しない基準電圧源を経由してこの設定値を充電器209に設定し、充電器209の動作を開始させたり停止させたりする。
From the
MPU323はROMに、図5の手順で説明した方法で充電電圧を切り替えるための閾値および強制放電の必要性を判断するための閾値を格納している。MPU323は使用開始後のサイクル数および経過時間を計算してデータをROMに格納する。MPU323は、電池セット317の表面温度およびセル電圧に基づいて充電器209に対する充電電圧の切り替えまたは強制放電のための劣化促進状態が閾値に到達したか否かを判断する。MPU323は、劣化量が閾値に到達したか否かを判断する。
The
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いうまでもないことである。 Although the present invention has been described with the specific embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and is known so far as long as the effects of the present invention are achieved. It goes without saying that any configuration can be adopted.
50…充電システム
200…ノートPCの充電システム
300…電池パック
50 ...
Claims (15)
前記二次電池を充電する充電器と、
前記二次電池の容量劣化の大きさに関連する劣化特性値を測定する測定回路と、
第1の充電電圧値が設定された前記充電器による充電期間および放電期間を含む充放電サイクルを繰り返しながら所定の時間が経過したときの前記劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに前記充電器に前記第1の充電電圧値より低い第2の充電電圧値を設定する充電制御回路と
を有する充電システム。 A rechargeable battery charging system,
A charger for charging the secondary battery;
A measurement circuit for measuring a deterioration characteristic value related to the magnitude of capacity deterioration of the secondary battery;
When it is determined that the deterioration characteristic value has reached a threshold value when a predetermined time has elapsed while repeating a charging / discharging cycle including a charging period and a discharging period by the charger in which the first charging voltage value is set A charging system comprising: a charging control circuit that sets a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger.
前記充電器により充電される二次電池と、
前記二次電池の容量劣化の大きさに関連する劣化特性値を測定する測定回路と、
前記電気機器と通信する通信回路と、
第1の充電電圧値が設定された前記充電器による前記二次電圧の充電期間および放電期間を含む充放電サイクルを繰り返しながら所定の時間が経過したときの前記劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに、前記通信回路を通じて前記充電器に前記第1の充電電圧値より低い第2の充電電圧値を設定するプロセッサと
を有する電池パック。 A battery pack that can be attached to an electrical device equipped with a charger,
A secondary battery charged by the charger;
A measurement circuit for measuring a deterioration characteristic value related to the magnitude of capacity deterioration of the secondary battery;
A communication circuit for communicating with the electrical device;
The deterioration characteristic value when a predetermined time has elapsed while repeating a charging / discharging cycle including a charging period and a discharging period of the secondary voltage by the charger in which the first charging voltage value is set has reached a threshold value A battery pack comprising: a processor that sets a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger through the communication circuit when determined.
ACアダプタまたは二次電池から電力の供給を受けるシステム負荷と、
前記二次電池の容量劣化の大きさに関連する劣化特性値を測定する測定回路と、
第1の充電電圧値が設定された前記充電器による充電期間および前記システム負荷による放電期間を含む充放電サイクルを繰り返しながら所定の時間が経過したときの前記劣化特性値が閾値に到達したと判断したときに前記充電器に前記第1の充電電圧値より低い第2の充電電圧値を設定するコントローラと
を有する携帯式コンピュータ。 A portable computer with a charger,
A system load receiving power from an AC adapter or a secondary battery; and
A measurement circuit for measuring a deterioration characteristic value related to the magnitude of capacity deterioration of the secondary battery;
It is determined that the deterioration characteristic value has reached a threshold value when a predetermined time has elapsed while repeating a charging / discharging cycle including a charging period by the charger set with a first charging voltage value and a discharging period by the system load. And a controller that sets a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger.
前記二次電池の満充電容量の低下に関連する劣化特性値に基づいて前記充電器に設定する充電電圧を変更するための閾値を提供するステップと、
前記充電器に第1の充電電圧値を設定して充放電サイクルを繰り返すステップと、
使用開始から所定の時間が経過した時点での前記劣化特性値が前記閾値に到達したか否かを判断するステップと、
前記劣化特性値が前記閾値に到達したときに前記充電器に前記第1の充電電圧値よりも低い第2の充電電圧値を設定して充放電サイクルを繰り返すステップと
を有する方法。 A method for guaranteeing the lifetime of a secondary battery by controlling the operation of a charger in a charging system,
Providing a threshold for changing a charging voltage set in the charger based on a deterioration characteristic value associated with a decrease in the full charge capacity of the secondary battery;
Setting a first charging voltage value in the charger and repeating a charge / discharge cycle;
Determining whether or not the deterioration characteristic value at the time when a predetermined time has elapsed from the start of use has reached the threshold;
And a step of setting a second charging voltage value lower than the first charging voltage value in the charger and repeating a charging / discharging cycle when the deterioration characteristic value reaches the threshold value.
前記電池電圧が低下してから充電を開始するまで前記二次電池を自然放電させるステップと
を有する請求項12から請求項14のいずれかに記載の方法。 Lowering the battery voltage when a deterioration promoting state in which the battery temperature of the secondary battery is equal to or higher than a predetermined value and the battery voltage is equal to or higher than a predetermined value continues for a predetermined time;
The method according to claim 12, further comprising a step of spontaneously discharging the secondary battery until charging starts after the battery voltage decreases.
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