JP4928099B2

JP4928099B2 - バッテリパック、モバイル機器およびバッテリパックの充電方法

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Publication number: JP4928099B2
Application number: JP2005236309A
Authority: JP
Inventors: 義弘戸高; 佐藤　　淳
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-08-17
Also published as: JP2007052968A

Description

本発明は、携帯型の音楽機器やＰＤＡ等のいわゆるモバイル機器に用いられる電源に関するものであり、更に詳しくは、リチウムイオン電池を備えた急速充電対応のバッテリパックとそれを備えたモバイル機器、およびそのバッテリパックの充電方法に関するものである。

近年、携帯電話や携帯音楽再生機器、ＰＤＡ等のモバイル機器では、機器の使用時間や再生時間の長時間化が競われており、それがセールスポイントの一つとなっている。このような長時間化を実現する為には、機器の消費電力の低減化を進めると共に、機器に内蔵される二次電池の高容量化も進めていく必要がある。更に、このような長時間化は、機器の小型軽量化が求められている中で行なわれており、回路ではＳＯＣ（システムオンチップ）の為のＬＳＩ化や回路動作電圧の低電圧化により消費電力を削減すると共に、二次電池では軽量で高容量であるリチウムイオン電池の採用や、その電極材料の改良による更なる高容量化が進められている。

そのような状況において、モバイル機器の携帯性も重要なポイントであり、この点を配慮した二次電池の充電方法の一例として、パーソナルコンピュータ（以下ＰＣと略する）のＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）接続端子を利用する提案がなされている（特許文献１）。特許文献１では、携帯電話等のモバイル機器をＰＣに繋いでデータ通信等を行なわせる構成において、ＰＣを充電の為の給電元として利用し、ＰＣのＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）端子とモバイル機器の接続ポートを、充電手段を備えたケーブルで繋ぎ、モバイル機器に内蔵された二次電池の充電を行なうことができる。

また、ユーザーが使用条件によって充電方式を選択できるようにした提案もあり（特許文献２）、専用充電器による充電と、電子機器に内蔵された充電回路による充電とを、ユーザーの都合により使い分けできるようにしたものである。

特開２０００−３３９０６７号公報特開２００３−１８９４８１号公報

ところで、上記のような高容量の二次電池を採用し、機器の作動時間の長時間化を図ることは、同時に、充電に要する充電時間も長くなるということを意味する。すなわち、同一出力容量の充電器で充電を行なう場合、二次電池の容量が大きくなるに従い、充電時間も長くなってくる。モバイル機器においては、携帯性が最優先されるため、充電器の出力容量の増大は望めず、早いもので２時間、遅いもので８時間の充電時間を要するものが大半である。しかしながら、充電時間の短縮化、急速充電への対応の要求は大きく、二次電池自体、あるいは、その使いこなしであるバッテリパックや充電方法の双方で対応が検討されてきている。

二次電池自体への対応としては、近年、急速充電対応のリチウムイオン電池の開発が進められており、特許文献３によれば、リチウムチタン酸化物を使う等により急速充電や高出力放電に対応し、２Ａｈ程度の容量で５Ｃ程度の高出力充放電を繰り返し、１０００サイクル以上の性能を確認したことが記載されている。また、時間率で６０Ｃ以上の充電電流による急速充電に対応するリチウムイオン電池に関する発表もなされている（非特許文献１）。

特開２００５−１２３１８３号公報「１分間で充電可能な新型の充電式電池を開発」、［平成１７年７月２１日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｓｈｉｂａ．ｃｏ．ｊｐ／ａｂｏｕｔ／ｐｒｅｓｓ／２００５＿０３／ｐｒ＿ｊ２９０１．ｈｔｍ＞

このように、電池自体の急速充電や高出力放電に対しての対応の検討がなされ、発表されてきているが、その様な電池をモバイル機器に利用し、使いこなす際のバッテリパックや充電方法に対しては十分な配慮がなされていない。

上記のような状況下において、モバイル機器の携帯性を考慮した前記特許文献１および２に記載の充電方式では、以下の問題を生じることになる。充電に際し、ＰＣのＵＳＢ端子を利用する特許文献１の方式では、ＵＳＢ端子の給電能力が高くないため、急速充電に対応することができない。すなわち、ＵＳＢ端子は１００ｍＡを一単位として、通常、５００ｍＡを限度として給電が設定されており、その為、無制限に充電能力を高めることが出来ず、充電時間の短縮化が困難である。

また、特許文献２の方式では、専用充電器として、急速充電可能な充電回路を設定することもできるが、モバイル機器に搭載される二次電池として一般化しつつあるリチウムイオン電池の場合は、電池内部に引火性の高い有機電解液を有しているため、過放電、過充電、過電流等に対する仕様が厳しく定められており、急速充電可能な電池として知られているアルカリ蓄電池の充電回路をそのまま適用することはできない。

リチウムイオン電池を充電する場合、まず、一定の電流値で充電を行う定電流充電（ＣＣ充電）を行い、電池電圧が設定電圧（例えば、４．２Ｖ）に達した後は、その設定電圧を保つよう、一定電圧で充電を行う定電圧充電（ＣＶ充電）に切り替えて充電を行うのが一般的である。すなわち、決して、電池が一定電圧以上にならないよう充電が行なわれる。特に、リチウムイオン電池を使用して電池パックを構成する場合、過放電や過充電に対する保護を行なう為、保護回路を備えた構成とされるが、前記特許文献１および２に記載の充電方式では、そのような保護回路を備えた電池パックの急速充電にはとうてい対応できない。

従来、保護回路付きの電池パックでは、電池容量に対して、それに応じた過大電流の阻止機能等を搭載し、充電もそれに応じて制限されているが、急速充電に対応するためには、上記過大電流の設定値を、通常の充電に比べて数倍以上に引き上げる必要があり、そのような保護回路の設計変更に対応して充放電を行なわせる必要がある。

また、急速充電により充電されたとしても、放電は、１時間率（１Ｃ）程度で使用される場合も多く、充電電流値に合わせた保護回路構成をとる場合は、放電に対しては過大な仕様となるため、充電と放電の電流値を考慮した保護回路構成をとるのが望ましい。

従って、本発明は、上記問題点を解決し、急速充電に対応できる能力を有する電池を使いこなすべき周辺機器を開発し、その能力を充分に発揮させることを目的としてなされたものである。

本発明のバッテリパックは、リチウムイオン電池のように充電可能な電池と、前記電池への過大電流に対する保護回路とを備えたバッテリパックであって、前記電池に対して、通常充電が可能な充放電経路および前記充放電経路に接続された接触端子と、急速充電が可能な充電電流経路および前記充電電流経路に接続された接触端子とを備え、かつ、前記保護回路は、前記通常充電が可能な充放電経路に対して設けられており、さらに、前記急速充電が可能な充電電流経路とは異なる電圧検出経路が設けられており、急速充電時に、前記電圧検出経路を用いて前記電池の電圧検出を可能としたことを特徴とする。

また、本発明のモバイル機器は、前記バッテリパックを備えたモバイル機器であって、前記急速充電が可能な充電電流経路と接続され、前記充電電流経路に充電電流を供給するための外部電流端子と、前記電圧検出経路と接続され、急速充電時に前記電池の電圧を検出することのできる外部電圧端子とを備えたことを特徴とする。

なお、本発明において、通常充電は、電池に対する充電電流が０．５Ｃ〜３Ｃ程度の定電流充電を含む充電（例えば、定電流−定電圧充電）のことを指し、急速充電は、これよりも大きな充電電流（例えば、５Ｃ〜２０Ｃ程度）の定電流充電を含む充電ことを指す。

本発明によれば、通常充電および急速充電のいずれにも対応した電池パックおよびそれを内蔵したモバイル機器を構成することができ、充電時間の短縮化と、充電効率の向上を実現することができる。特に、急速充電での充電電流経路とは別に電圧検出経路を設けることにより、電池電圧検出における充電電流の影響が少なくなるため、充電制御の精度を向上させることができる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる電池パックの構成を示す回路構成図である。同図において、１はバッテリパック（Ａ）、１０１はリチウムイオン電池であり、特に急速充電対応の電池である。１０２はバッテリ保護回路であり、ここでは、通常の充放電を想定し、例えば１Ｃ放電率の電流等に対応した１Ｃ対応バッテリ保護とする。１０３は保護の為のＳＷ用ＦＥＴ、１０４は保護の為のＰＴＣ、１０５はバッテリ温度監視の為のサーミスタである。更に、１１１はパックの外部端子が短絡した場合などに対する保護の為のダイオード、１１２はバッテリ充電等で電池１０１の電圧を検出する為に外部に電圧を伝達する端子の間に挿入した保護の為の抵抗（ＲＳ＋）である。１２１は電池１０１の＋側の電圧を検出する為のＳ＋端子、１２２は充放電電流が流れる電池１０１の正極側のＢ＋端子、１２３はサーミスタ１０５の一端を出力するＴＨ端子、１２４は１Ｃ対応バッテリ保護１０２の保護を受けて電池１０１の−側の充放電を行なう為のＢ−端子、１２５は電池１０１の急速充電用の充電電流を流す為のＣ−端子である。

本例では、１Ｃ対応の充放電電流はＢ＋端子１２２とＢ−端子１２４を通じて流れ、この端子は通常のモバイル機器の動作による放電、通常充電器による充電に使用する。急速充電はＢ＋端子１２２とＣ−端子１２５を通じて行なう。その場合、電池１０１の両端の電圧は、Ｓ＋端子１２１とＢ−端子１２４を通じて電圧検出を行なうことにより、充電経路の接触状態に無関係に正確な電池電圧検出が可能となり、大電流を伴ったＣＣＣＶ充電（定電流−定電圧充電）でも、電池１０１の充電容量を十分確保できる充電制御状態に維持できる。

大電流を必要としない通常充電では、電流が少なく接触部の電圧低下も殆どないので、Ｂ＋端子１２２とＢ−端子１２４の両端電圧を検出すれば、ＣＣＣＶ充電の制御精度を保つことができるので、通常充電はＢ＋端子１２２とＢ−端子１２４を使用して行なうことが出来る。なお、上記通常充電の例として１時間率（１Ｃ）の電流値を記載したが、使用する機器や目的により適宜変更することが可能である。

一方、急速充電に対応しない従来の充電方法を以下に記載する。従来汎用のバッテリパック（Ｃ）を図１６に示し、これを汎用の充電ＩＣ（例えば、ＭＡＸＩＭ社製：ＭＡＸ８８０８）と組み合わせた回路構成図を図１７に示す。なお、図１７は、上記ＭＡＸ８８０８のデータシート中に記載されているアプリケーション例を元にして作成した回路構成図であり、ＩＣ動作等の詳細な説明は省略した。

図１７において、５９はＡＣ−ＤＣアダプタ、２９はモバイル機器、３は充電ＩＣ、４９はモバイル機器の中の機器回路であり充電制御等も行なう。１６はバッテリパックであり従来の１Ｃ放電等を想定した入出力仕様を有するものとする。本構成では、ＡＣ−ＤＣアダプタ５９から充電ＩＣ３を通じてバッテリパック１６に充電され、その制御は機器回路４９によりＡＣ−ＤＣアダプタ５９からの電源供給が実施されていることを示すＡＣＯＫ信号の入力に基づき、充電ＩＣ３を動作させるＥＮ信号を出力することによりバッテリパック１６を充電する。ＡＣ−ＤＣアダプタ５９からの給電の代りに、ＵＳＢケーブルからの給電を使用すれば、モバイル機器に適した充電システムとなる。しかし、この構成において、バッテリパック１６を急速充電に対応させようとした場合、大電流を流す経路がなく、急速充電を行なうことは非常に困難である。

これに対し、図１で示したバッテリパック（Ａ）をモバイル機器の中に装着し、従来の充電方法による充電も可能としつつ、急速充電に対応したシステム構成の実施例を図２に示す。同図において、５は急速充電対応クレードルであり、この上にモバイル機器を載せた場合、モバイル機器の急速充電が可能となる。５０１はＵＳＢケーブルであり、これを電力供給源としてもバッテリパック（Ａ１）を充電できる構成としているが、この動作自体は図１７を用いた従来例で概略を説明したので省略する。

６は急速充電器、６０１は急速充電対応ＡＣ−ＤＣアダプタであり、急速充電に必要な電力を急速充電器６に供給する。２はモバイル機器、３は充電ＩＣ，４はモバイル機器内の機器回路である。２１１は機器保護ダイオードＤＣＡであり、バッテリパック（Ａ１）のＢ＋端子が外部に出力されているので、その短絡保護を行なう。

以上、モバイル機器２や急速充電対応クレードル５等の構成の実施例を示したが、この構成における充電動作を、急速充電器６の構成例を示すことにより説明する。図３は、この構成における急速充電器６の一実施例であり、６１１は急速充電におけるＣＣ充電を行なう電流源、６１２は急速充電に於けるＣＶ充電を行なう電圧源、６１３はこれらを切り替えるＳＷ、６１４はバッテリの状態を検出することによりＳＷ６１３を切り替える電圧検出切替えの手段である。６２１は充電を行なう為の正極側の端子であるＣ＋端子、６２２は＋側の電圧検出の為のＳ＋端子、６２３は−側の電圧検出の為のＳ−端子、６２４は充電を行なう為の負極側の端子であるＣ−端子である。電圧検出切替え６１４は、Ｓ＋端子６２２とＳ−端子６２３の電圧を検出し、ＳＷ６１３を切り替えることにより、急速充電対応のＣＣＣＶ充電制御を行なう。

なお、電圧検出切替え６１４は、電池電圧が殆ど無い場合は、充電を禁止する０Ｖ充電禁止機能を備えるものとし、これを利用することにより充電制御を行なうことが出来る。

なお、このような充電制御自体は、必要に応じ検出や制御の端子を増設すればよいことは言うまでも無いが、本発明の説明では、出来るだけ端子数の増加を抑えつつ制御を行なうことを想定しており、それに沿った実施例を示すものとしている。

０Ｖ充電禁止機能の充電制御への利用方法例を以下説明する。ここで、例えば、機器回路４のＲＣＤ端子の入力電圧を検出することにより、急速充電器６のＣ＋端子６２１からの充電出力が無いことを検出した場合や、或いは、バッテリパック（Ａ）の電圧を監視していて、バッテリ充電を行なう必要が無いことが判明した場合等において、バッテリパックのＳ＋端子６２２の電圧をＲＣＥ端子の電流引き込みにより低下させることにより、０Ｖ充電禁止機能を働かせ、急速充電器６の充電動作を停止させることが出来る。

この場合、Ｓ＋端子６２２には抵抗ＲＳ＋１１２が挿入されている為、先に述べた電流引き込みを行なうことによりＳ＋端子１２１の電圧を低下させることが出来る。以上説明したように、このような構成により、別途制御端子を設けることなく、急速充電の制御をモバイル機器６の側から行なうことが可能となる。

なお、上記構成に於いて、バッテリパック（Ａ１）からモバイル機器２の外部端子までの接続状況を抽出し、回路図のバッテリからの接続の要点を示す回路構成図を図４に示し、かつ、モバイル機器の外部端子が短絡した場合の回路挙動の状況を表１に示した。すなわち、表１は、各々の外部端子間で短絡が生じた際の挙動を示したものである。

図４における回路の構成要素は、図１、図２に示したものと同一である。なお、表１から分かるように、外部短絡による過大電流、過放電等の現象は発生しないので、安全を確保し、且つ、モバイル機器の急速充電が可能である。

また、電池端子電圧を検出しつつ充電を行なう、いわゆる４端子構成の充電制御が行なえるため、正確なＣＣＣＶ充電制御が可能であり、従来法に比べ充電時間の短縮化が可能である。

次に、バッテリパック（Ａ１）自体の外部短絡等に対する安全確認をチェックした表を表２に示す。回路図自体は、既に図１に示しているので再度の図示は行なわない。表２から判明するように、バッテリパック自体の外部端子の短絡でも過大電流、過放電は発生せず、安全なバッテリパックとなっている。ただし、１Ｃ対応バッテリ保護１０２で保護されている１Ｃ充放電に対応した過大電流は許容する構成であるので、１Ｃ対応の電源供給を必要とするモバイル機器に対しては、十分なバッテリパックの電流出力容量を確保している。

このように、保護の詳細を表１および表２に示したが、図１および図２の構成により、バッテリパックやモバイル機器は外部短絡や徐々に放電する準短絡等から保護されており、専用のクレードルを利用した急速充電とＵＳＢからの通常充電の双方に対応した急速充電対応電池パックと充電方法を安全に実現できることがわかる。

更に、別の実施形態等を、図や表により以下に示す。なお、詳細な動作説明等は、図１〜図３の動作の説明と同様である為、適宜省略する。

図５に、本発明の別の実施形態にかかるシステム構成の例を示し、以下説明する。本例は、モバイル機器の中の機器保護ダイオード（ＤＣＡ）２１１を省略し、低コスト化を図ったものである。図中の構成要素は図２で示した同一番号の構成要素と同一である。本例では機器保護ダイオードを削除した為、１Ｃ対応の電源供給路がモバイル機器の端子に表れるが、保護回路により過大電流等からは保護されているので、安全性は確保されている。バッテリの接続状況を図６に示し、その場合の短絡等に対する挙動の説明を表３で行った。

次に、本発明の、別の実施の形態にかかるシステム構成の例を図７に示し、以下説明する。本例は、グランドを共通としてＳ＋端子の接続を無くすことにより、配線数を削減した例である。図中の構成要素において、図２の構成要素と同一番号を有する構成要素は、図２の構成要素と同一作用を有する。６１５はスイッチ、６１６はアダプタ検出切替えの手段である。この検出切替えにより、ＵＳＢ５０１の電源供給を検出し、供給を検出した場合にスイッチ６１１をオフとし、ＵＳＢの電源供給ラインを停止させ、このグランド端子に充電電流が流れるのを禁止する。このように構成すれば、電圧検出の動作を、グランドラインを通じてＳ／Ｎ良く行なうことが可能となり、配線を削減できる。

次に、本発明の、別の実施の形態にかかるバッテリパックの回路構成図を、バッテリパック（Ｂ）として図８に示した。同図において、１２６はＣ＋端子であり、これを通じて急速充電電流を流入させる。１１３で示すパック保護ダイオード（ＤＰＢ）を、Ｃ＋端子１２６と電池１０１の＋側に接続している。図中の構成要素において、図１の構成要素と同一番号を有する構成要素は、同一作用を有する構成要素である。

本例では、１２２のＢ＋端子と１２５のＣ−端子間に、１０６で示すヒューズ（Ｆ）を挿入し、バッテリパックの短絡保護を行なっている。ただし、このヒューズ（Ｆ）１０６は必ずしも必要ではなく、バッテリパックが外部に取り出しにくくなる場合は、このヒューズ（Ｆ）１０６を設けなくてもよい。

このようなバッテリパックを搭載したモバイル機器の構成を、システム構成（Ｂ）として、図９に示し、以下説明する。同図において、２１２は機器保護ダイオード（ＤＣＢ）、２１３は保護抵抗（ＲＣＢ）であり、また、図２の構成要素と同一番号を有する構成要素は、同一作用を有する構成要素である。

このシステム構成（Ｂ）に於いて、モバイル機器の外部端子が短絡した場合の保護状況を説明する為に、回路接続状況を示す回路構成図を図１０に示し、その場合の短絡挙動を説明する表を表４に示す。詳細は表４に示しているので省略するが、図８に示したような、電池の＋側にパック保護ダイオード１１３を接続した場合でも、急速充電が可能であり、且つ、安全性にも配慮した構成を実現できる。

なお、バッテリパック単独でバッテリ外部端子を短絡させた場合の安全状況を表５に示す。この場合、説明に示したように、過放電の問題点が生ずる為、バッテリ単独取り扱いには注意が必要であるが、モバイル機器に組み込んだ場合はこの問題は回避されるので、実用上全く問題の無いシステム構成となる。

なお、図８のバッテリパック（Ｂ）を単独で扱う場合、ヒューズ（Ｆ）１０６を使用しても過放電に至る場合があり、単独での仕様には注意を要することを述べたが、ヒューズの代わりに保護ダイオードを挿入した例を、図１１のバッテリパック（Ｂ２）に示す。同図において、１１４はパック保護ダイオード（ＤＰＢ２）である。なお、同図の他の構成要素において、図８に示した構成要素と同一番号を有する構成要素素は、同一作用を有する構成要素である。このパック保護ダイオード１１４を設けることにより、Ｂ＋端子１２２とＣ−端子１２５とを通じた放電の経路が無くなり、過放電から保護される。

なお、このような構成でＣ＋端子のパック保護ダイオード１１３を削除しても、同様な安全な電池パックを構成できるが、それを図１２のバッテリパック（Ｂ３）に示す。しかし、これは、図１で示したバッテリパックと基本的には同じであり、詳細説明は省略する。

次に、本発明の別の実施形態にかかるバッテリパックの回路構成図を図１３に示し、以下説明する。本例は、リチウムイオン電池に保護ダイオード等を挿入せず、単なる配線を追加して、電流端子、電圧端子として、４端子の出力端子を設けた実施例である。
同図に示す構成要素に於いて、図１で示した構成図の構成要素と同一番号を有する構成要素は、同一作用を有する構成要素である。

このバッテリパック（Ｂ４）１５を使用した場合のモバイル機器等の構成方法を図１４に示す。同図中に於いて、１５はバッテリパック（Ｂ４）であり、図９で示す構成要素と同一番号を有する構成要素は、同一機能を有する構成要素である。なお、このバッテリパック（Ｂ４）を使用した部分が図９と異なっている。

このシステム構成に於けるモバイル機器の外部端子の短絡に対する挙動を説明する為、短絡に関係する部分のみを抜き出して示した回路構成図を図１５に示す。同図中の構成要素に於いて、図１０に示した構成要素と同一番号を有する構成要素は、同一機能を有する構成要素である。この構成図を元に、短絡の挙動を記述した表を表６に示す。

同表に示す通り、外部短絡に対して、１Ｃ対応バッテリ保護で遮断されるまでの大きな電流は流れるが、過放電等に対する安全性は確保されている。詳細な動作等は前述の例と同様であり、省略する。

なお、バッテリパック（Ｂ４）自体の短絡に対する挙動を纏めた表を表７に示す。同表に示すように、電流を制限するものが無い経路があり、バッテリの短絡の状況が発生するので、パック単独でのユーザーの取り扱いは危険性を伴うが、モバイル機器に組み込む場合には過放電等の安全性は確保されている。

なお、図１５からも分かるように、モバイル機器２のＣ＋の端子は、直接、電池１０１の＋側に接続されており、モバイル機器２のＣ＋端子とＳ−端子が短絡した場合、１Ｃ対応バッテリ保護１０２で保護されているとはいえ、大きな電流が流れる。従って、このようなことを防ぐ為には、バッテリパック（Ｂ４）１２のＳ＋とモバイル機器２のＣ＋との間に、図２で示すような機器保護ダイオード（ＤＣＡ）２１１を挿入すればよいことは言うまでも無い。

以上述べた例は、急速充電時に用いる充電電流経路と電圧検出経路とを、完全に分離するか、あるいは、前記電圧検出経路を、電池に近い位置で前記充電電流経路から分離させ、急速充電の電流による電池電圧検出への影響を極力少なくしようとしたものである。一方、例えば図１３に示すバッテリパック（Ｂ４）において、電池１０１からＢ＋端子１２２に繋がる経路と、Ｃ＋端子１２６に繋がる経路との分岐が、Ｂ＋端子１２２あるいはＣ＋端子１２６に近い位置であったとしても、上記例に比べ多少精度は劣るものの、実用的な精度の確保は可能であり、本発明はこのような構成も含み得る。

上記バッテリパックの作製および動作確認について、以下に実施例を示し、より具体的に説明する。

（実施例）
急速充電に対応できるリチウムイオン電池を以下のようにして作製した。
＜電池の作製＞
正極の作製：
活物質であるＬｉＣｏＯ_２：９５質量部に、導電助剤であるケッチェンブラック：３質
量部、および結着剤であるＰＶＤＦ：２質量部を加え、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に分散させて正極合剤含有ペーストを調製し、これを１２μｍの厚みのアルミニウム箔（集電体）表面に塗布し、乾燥させることにより活物質含有層を形成した。その後、７２μｍの厚みにプレスした後、スリットして、この場合は厚み４ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍの角形電池(４６３４５０タイプ)の中に入るべく幅４３ｍｍにし、長さを調整した正極を得た。正極合剤含有ペーストの塗布量は、活物質含有量形成後の電気容量（単位面積当たりの放電容量）が１．４ｍＡｈ/ｃｍ^２となるように調整した。更に、正極活物質には、粒子径が、Ｄ５０＝６μｍの活物質を使用した。集電タブについては、幅３ｍｍ、厚み０．１ｍｍのアルミニウムリボンを電極に超音波溶接して、正極リード部分との接続を行った。

負極の作製：
活物質である黒鉛：９６質量部に、結着剤であるＰＶＤＦ：４部を加え、ＮＭＰに分散させて負極合剤含有ペーストを調製し、これを厚み６μｍの銅箔（集電体）表面に塗布し、乾燥させることにより所定電気量の活物質含有層を形成した。その後、７２μｍの厚みにプレスした後、スリットして、幅４４ｍｍ、長さを正極同様調整した負極を得た。負極合剤含有ペーストの塗布量は、活物質含有量形成後の電気容量（単位面積当たりの放電容量）が１．４ｍＡｈ/ｃｍ^２となるように調整した。更に、負極活物質には、平均粒子径（Ｄ５０）が１２μｍのものを使用した。負極タブには幅３ｍｍ、厚み０．１ｍｍの銅リボンを、負極に超音波溶接しタブと負極リード端子の間も超音波溶接した。

電池組み立て：
セパレータに、厚み２０μｍのポリエチレン製微孔性フィルムを、幅４６ｍｍにスリットして用い、正極と負極とをこのセパレータを介して重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回電極体を得た。これを、アルミ製の外装缶（電池容器）に挿入し、電解液を２．３ｍｌ注入し、封止して、厚み４ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍの４６３４５０タイプ（電池体積が約７．８ｃｍ^３）の非水電解質二次電池を得た。なお、電解液には、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートの体積比が１：２の混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させた溶液を用いた。
こうして作製した４６３４５０タイプのリチウムイオン電池を、図１に示すバッテリパック（Ａ）の電池として用い、２０℃で、定電流−定電圧充電（定電流：１Ｃ（７００ｍＡ）、定電圧：４．２Ｖ、総充電時間：３時間）を行い、１Ｃ（７００ｍＡ）の定電流で終止電圧を３Ｖとして放電した際の放電容量を測定した結果、７００ｍＡｈが得られた。

＜急速充電性能＞
次に、上記定電流−定電圧充電において、定電流充電での電流値を１０Ｃ（７Ａ）とし、総充電時間を６分間に変更した条件で、上記バッテリパックに対して急速充電を行い、１Ｃ（７００ｍＡ）の定電流で終止電圧を３Ｖとして放電した際の放電容量を測定した結果、６３０ｍＡｈの放電容量が得られた。従って、本発明のバッテリパックの充電効率〔１０Ｃ充電での容量／１Ｃ充電での容量〕は９０％であり、急速充電において、効率の高い充電を行うことのできるバッテリパックを構成することができた。

（比較例）
上記実施例で作製したリチウムイオン電池を、図１６に示すバッテリパックの電池として用い、バッテリパック（Ｃ）を構成した。このバッテリパックに対し、上記実施例と同じ急速充電を行おうとしたが、過電流保護機能のため、充電できなかった。

本発明にかかるバッテリパックの構成方法の一例を示す回路構成図である。本発明にかかる充電方法等の一例を示す回路構成図である。本発明にかかる急速充電回路の構成方法等の一例を示す回路構成図である。本発明にかかるモバイル機器の外部短絡等に対する安全性を説明する為の回路構成図である。本発明にかかる充電方法等の一例を示す回路構成図である。本発明にかかるモバイル機器の外部短絡等に対する安全性を説明する為の回路構成図である。本発明にかかる充電方法等の一例を説明する為の構成例を説明する回路構成図である。本発明にかかるバッテリパックの構成方法の一例を示す回路構成図である。本発明にかかる充電方法等の一例を示す回路構成図である。本発明にかかるモバイル機器の外部短絡等に対する安全性を説明する為の回路構成図である。本発明にかかるバッテリパックの構成方法の一例を示す回路構成図である。本発明にかかるバッテリパックの構成方法の一例を示す回路構成図である。本発明にかかるバッテリパックの構成方法の一例を示す回路構成図である。本発明にかかる充電方法等の一例を示す回路構成図である。本発明にかかるバッテリパックの構成方法の一例を示す回路構成図である。従来のバッテリパックの構成方法の一例を示す回路構成図である。従来のバッテリパックの充電方法等の一例を示す回路構成図である。

符号の説明

１バッテリパック−Ａ
１２バッテリパック−Ｂ
１３バッテリパック−Ｂ２
１４バッテリパック−Ｂ３
１５バッテリパック−Ｂ４
１６バッテリパック−Ｃ
１０１リチウムイオン電池
１０２１Ｃ対応バッテリ保護
１０３ＦＥＴ
１０４ＰＴＣ
１０５サーミスタ
１０６ヒューズＦ
１１１パック保護ダイオードＤＰＡ
１１２抵抗ＲＳ＋
１１３パック保護ダイオードＤＰＢ
１１４パック保護ダイオードＤＰＢ２
１２１Ｓ＋端子
１２２Ｂ＋端子
１２３ＴＨ端子
１２４Ｂ−端子
１２５Ｃ−端子
１２６Ｃ＋端子
２モバイル機器
２１１機器保護ダイオードＤＣＡ
２１２機器保護ダイオードＤＣＢ
２１３ＲＣＢ
２１４ＲＣＣ
２１５スイッチＣ
２１６ＲＣＤ
３充電ＩＣ
４機器回路
５急速充電対応クレードル
５０１ＵＳＢ
６急速充電器
６０１急速充電対応ＡＣ−ＤＣアダプタ
６１１電流源
６１２電圧源
６１３ＳＷ
６１４電圧検出切替え
６１５スイッチ
６１６アダプタ検出切替え
６１７スイッチＢ
６２１Ｃ＋
６２２Ｓ＋
６２３Ｓ−
６２４Ｃ−

Claims

充電可能な電池と、前記電池への過大電流に対する保護回路とを備えたバッテリパックであって、
前記電池に対して、通常充電が可能な充放電経路および前記充放電経路に接続された接触端子と、急速充電が可能な充電電流経路および前記充電電流経路に接続された接触端子とを備え、かつ、前記保護回路は、前記通常充電が可能な充放電経路に対して設けられており、
さらに、前記急速充電が可能な充電電流経路とは異なる電圧検出経路が設けられており、
急速充電時に、前記電圧検出経路を用いて前記電池の電圧検出を可能としたことを特徴とするバッテリパック。
前記急速充電が可能な充電電流経路に、外部短絡保護手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のバッテリパック。
前記電圧検出経路として、前記通常充電が可能な充放電経路を利用する請求項１または２に記載のバッテリパック。
請求項１ないし３のいずれかに記載のバッテリパックを備えたモバイル機器であって、前記急速充電が可能な充電電流経路と接続され、前記充電電流経路に充電電流を供給するための外部電流端子と、前記電圧検出経路と接続され、急速充電時に前記電池の電圧を検出することのできる外部電圧端子とを備えたモバイル機器。