CN101272060A - 二次电池的充电装置 - Google Patents

Abstract

提供一种可以在充电结束后判断是否正确地进行了充电的二次电池的充电装置。包括：电池连接确认用的连接信号线(19)，电压检测部(18)，电流检测部(17)，充电电压、充电电流控制用的控制部(16)。控制部(16)包括恒流充电部和恒压充电部。控制部(16)包括在恒压充电中当电池(13)的电流低于充电电流确认值时停止充电的充电停止部。控制部(16)包括异常处理部，在充电停止后，在电池(13)的电压处于正常电压范围的范围以外、并且连接有电池(13)的情况下进行异常处理。

Description

二次电池的充电装置

技术领域

本发明涉及可以在充电结束后判断是否正确地进行了充电的二次电池的充电装置。

背景技术

以往作为这种二次电池的充电装置，例如有专利文献1中记载的充电装置。

专利文献1公开的二次电池的充电装置用于对在汽车上配备的铅蓄电池进行充电。该充电装置如下构成：在充电开始后充电电压达到规定的电压(充电电压的最大值Vmax)以后，在该电压下以规定的时间进行恒压充电。

另外，该充电装置在充电开始后经过预先规定的时间后充电电压未达到所述规定电压时停止充电。这是由于上述充电电压不上升而已经经过了规定时间的铅蓄电池为劣化了的不良品。即，通过使用以往的充电装置，仅能够将无法进行通常充电的铅蓄电池判断为不良品。

另一方面，例如，作为电动两轮车等电动车辆的电源而使用的二次电池，除了上述的铅蓄电池以外，还包括镍镉电池、镍氢电池等。

专利文献1：日本专利文献2001-15176号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在上述以往的充电装置中，在充电结束后，铅蓄电池的电压有时不处于允许范围内。这是由于仅以固定时间进行恒压充电而造成的。公知铅蓄电池会由于劣化、内部短路越来越严重而导致充电所需的时间变长。

即，开始劣化的铅蓄电池由于不能通过固定时间的恒压充电而充分地充电，因此存在充电结束后的电压不处于所述允许范围内的情况。此外，如果将恒压充电的充电时间设定得相对较长，以使劣化了的铅蓄电池也能充分地充电，则在对未劣化的铅蓄电池进行充电的情况下，会过长时间地进行恒压充电，从而使铅蓄电池的劣化加剧。

上述不良状况在将铅蓄电池换成镍镉电池或镍氢电池等时也同样会产生。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种可以在充电结束后判断是否正确地进行了充电的二次电池的充电装置。

用于解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明的二次电池的充电装置包括：用于判断是否连接有二次电池的连接确认单元；用于检测所述二次电池的电压的电压检测装置；用于检测流过所述二次电池的电流的电流检测装置；以及用于控制充电电压和充电电流的充电控制装置；所述充电控制装置包括：恒流充电部，使充电电流为预先确定的恒定值，在由所述电压检测装置检测到的电压达到预先确定的设定电压之前进行恒流充电；恒压充电部，使充电电压为等于所述设定电压的恒定值而接在所述恒流充电之后进行恒压充电；充电停止部，在所述恒压充电中，在由所述电流检测装置检测到的电流低于预先确定的充电电流确认值时停止充电；以及异常处理部，在所述充电停止部使所述恒压充电停止后，在由所述电压检测装置检测到的电压处于预先确定的正常电压范围的范围以外、并且通过所述连接确认单元判断为连接有二次电池的情况下，进行异常处理。

本发明的第二方面的二次电池的充电装置如下，在第一方面的二次电池的充电装置中，充电控制装置还包括最终充电部，在所述充电停止部使恒压充电停止后，在由所述电压检测装置检测到的电压处于预先确定的正常电压范围以内的情况下，再次对二次电池进行充电，设定该最终充电部充电时的充电电流，使其不超过最终充电电流，该最终充电电流小于所述恒流充电时的电流值，设定该最终充电部充电时的充电电压，使其不超过最终充电电压，该最终充电电压小于所述恒压充电时的电压值。

本发明的第三方面的二次电池的充电装置如下，在第二方面的二次电池的充电装置中，所述充电控制装置的所述充电停止部在所述最终充电部的充电中，在通过所述连接确认单元判断为未连接二次电池的情况下也停止充电，所述充电控制装置的所述异常处理部在通过所述充电停止部使所述最终充电部的充电停止后，在由所述电压检测装置检测到二次电池的电压的情况下也进行异常处理。

发明的效果

根据本发明，在充电结束后的二次电池的电压不处于正常电压范围以内的情况下进行异常处理。因此，可以提供一种二次电池的充电装置，通过该二次电池的充电装置，在充电结束后可以判断是否正常地进行了充电，并且可以向使用二次电池的使用者通知二次电池为不良品。这里所谓的不良品除了劣化了的电池以外，还包含单元结构不同而不适合该充电装置的二次电池。

即，根据本发明，可以防止如下问题：在对种类与预先确定的二次电池不同的二次电池错误地进行了充电时，由于过度充电而引起劣化或者电池破损。

根据本发明的第二方面，由于以低电压、低电流进一步向接近满充电状态的二次电池充电，因此可以使二次电池进一步接近满充电。当进行该第二次的充电时，是在确认了二次电池的电压处于正常电压范围内之后，因而不会对劣化了的二次电池或不合适的二次电池进行不必要的充电，因此可以正确地进行充电，不会加速二次电池的劣化。

根据本发明的第三方面，在检测到从充电装置上取下了二次电池后停止充电，在充电停止后检测到二次电池的电压的情况下进行异常处理。因此，也可以检测出充电装置和二次电池的连接部分的异常、充电电路的异常等。

附图说明

图1是表示本发明的二次电池的充电装置的图；

图2是表示本发明的二次电池的充电装置的结构的框图；

图3是表示控制部的结构的框图；

图4是用于说明本发明的二次电池的充电装置的动作的流程图；

图5是用于说明本发明的二次电池的充电装置的动作的流程图；

图6是表示充电时的电流和电压的变化的曲线图；

图7是表示将连接信号线设置在正极一侧的其他实施方式的框图。

具体实施方式

(第一实施方式)

下面，通过图1～图6来详细地说明本发明的二次电池的充电装置的一个实施方式。

图1是表示本发明的二次电池的充电装置的图，图中的(A)为平面图，图中的(B)为侧面图，图中的(C)为电源输入用插头的正面图，图中的(D)为充电用插头的正面图。图2是表示本发明的二次电池的充电装置的结构的框图，图3是表示控制部的结构的框图，图4和图5是用于说明本发明的二次电池的充电装置的动作的流程图。图6是表示充电时的电流和电压的变化的曲线图。

在上述图中，标号1表示本发明的二次电池用充电装置。如图1所示，该充电装置1包括：具有上壳体2和下壳体3的充电装置壳体4；容纳在所述壳体4中的、包括电子电路的充电装置主体5(参照图2)；以及与该充电装置主体5连接的电源输入用插头6和充电用插座(socket)7等。

所述插头6、插座7均包括3个极。电源输入用插头6插入未图示的商用电源的插座(consent)。如图2所示，充电用插座7具有被突出设置在电池组11上的3个雄端子11a～11c可插拔地插入的结构。在本实施方式中，由所述电池组11构成了本发明中的二次电池。

电池组11用作未图示的电动两轮车的电源。如图2所示，本实施方式的电池组11采用以下结构：串联连接4个铅蓄电池单元12，并将这些电池单元12容纳在未图示的壳体中。各个电池单元12的电压为12V。以下将由4个电池单元12的组合体形成的二次电池简称为电池13。

所述电池组11包括1个正极用雄端子11a和2个负极用雄端子11b、11c。所述2个负极用雄端子11b、11c中的一个雄端子11b用于接地，另一个雄端子11c用于判断电池组11是否连接。正极用雄端子11a与所述充电插座7的雌端子7a连接，负极用雄端子11b、11c与充电插座7的雌端子7b、7c连接。

如图2所示，充电装置主体5包括与所述电源输入用插头6连接的电源部14，连接在该电源部14上的输出开关15、控制部16、以及电流检测部17，连接在所述控制部16上的电压检测部18、连接信号线19、以及显示部20等。

所述电源部14包括AC-DC转换器(未图示)，向后述的控制部16供电，并且向电池13提供充电电能。通过后述的控制部6来控制充电时的充电电流和充电电压。

所述输出开关15设置在连接电源部14和所述充电插座7的雌端子7a的电源供应线21上，通过控制部16来进行接通、断开的切换。

所述控制部16进行所述输出开关15的接通、断开的切换以及充电电压、充电电流的控制等，并包括具有CPU(未图示)的电子电路。如图3所示，本实施方式的控制部16包括后述的连接确认部22、恒流充电部23、恒压充电部24、充电停止部25、异常处理部26、最终充电部27、存储器28、以及定时器29等。由该控制器16构成了本发明中的充电控制装置。

所述电流检测部17用于检测流过所述电池13的电流。由该电流检测部17构成了本发明的电流检测装置。

所述电压检测部18用于检测所述电池13的电压。如图2所示，所述电压检测部18设置在输出开关15与所述雌端子7a之间的所述电源供应线21与接地线30之间。由该电压检测部18构成了本发明的电压检测装置。所述电流检测部17和所述电压检测部18在图2所示的电路图中表示为单纯的电阻，但实际上由电压检测用电路、电流检测用电路构成。

所述连接信号线19用于检测电池组11(电池13)是否连接在充电装置1上，连接控制部16和充电插座7的雌端子7c，并被施加控制电压。

在电池组11的雄端子11c未与雌端子7c连接的状态下和所述雄端子11c与雌端子7c连接的状态下，从该连接信号线19施加给控制部16的电压是不同的。控制部16通过检测该电压的变化来判断是否连接了电池13。通过该连接信号线19和所述用于施加控制电压的电路构成了本发明的连接确认单元。

所述显示部20用于通知使用者发生了充电异常等，如图1(B)所示，包括安装成在所述壳体4的一侧露出的LED。

所述控制部16的连接确认部22检测从所述连接信号线19施加的电压，判断是否连接了电池13。

所述恒流充电部23进行恒流充电，以使预先确定的恒定电流流过电池13。

该恒流充电部23在电池13连接在充电装置1上之后将输出开关15切换为接通状态并开始进行恒流充电，在电池13的电压达到了预先确定的设定电压时停止恒流充电。恒流充电中的充电电流由所述电流检测部17检测，电池13的电压由所述电压检测部18检测。

本实施方式的恒流充电部23将充电电流的上限值设定为1.7A，在恒流充电中控制充电电流，以不超过所述充电电流上限值。该恒流充电部23进行恒流充电时的充电电流被设定为1.7A。另外，结束恒流充电时的所述设定电压被设定为58V。该电压被设定为高于电池13的额定电压(55V)。

表示该电压值和所述电流值的数值数据存储在控制部16内的存储器28中。

在电池13的电压通过上述的恒流充电而达到所述设定电压时(恒流充电结束时)，所述恒压充电部24开始恒压充电。通过后述的充电停止部25使该恒压充电停止。

按照将恒定的电压施加在电池13上的方式来进行该恒压充电。在本实施方式中，恒压充电部24进行恒压充电时的充电电压被设定为所述恒流充电停止时的电压，即58V。

本实施方式的恒压充电部24将充电电压的上限值设定为58V，在恒压充电中控制充电电压，以不超过所述充电电压上限值。恒压充电中的电池13的电压也由所述电压检测部18检测。

当上述恒压充电中流过电池13的电流低于预先确定的充电电流确认值时，所述充电停止部25停止恒压充电部24的恒压充电，并将所述输出开关15从接通状态切换为断开状态。本实施方式中的所述充电电流确认值被设定为360mA。该电流也由所述电流检测部17检测。另外，表示充电电流确认值的数值数据也存储在存储器28中。

所述充电停止部25如下构成：除了如上所述根据充电电流来停止恒压充电以外，当从充电装置1上取下了电池组11时，也会停止此时进行的充电并将输出开关15切换至断开状态。所述连接确认部22判断是否从充电装置1上取下了电池13。

所述异常处理部26检测电池13的异常或充电装置1的内部电路的异常等，在检测到异常时进行异常处理。所述异常处理是指：如果是在充电中，则停止充电动作，并为了向使用者通知异常而使所述显示部20闪烁。

在1次充电结束之前的过程中，该异常处理部26在以下说明的第一～第四检测点检测异常。

第一异常检测点在使电池组11与充电装置1连接之后、恒流充电开始之前。

在该第一异常检测点，异常处理部26检测电池13的电压，判断该电压是否处于预先确定的范围内。该电压范围被设定为41.2V～60V。异常处理部26在电池13的电压处于所述范围以外的情况下进行所述异常处理。表示所述电压范围的数值数据存储在存储器28中。

第二异常检测点是正在进行恒流充电、恒压充电时。在该第二异常检测点，异常处理部26首先通过控制部16的计时器29计算从充电开始经过的时间，当恒流充电、恒压充电超过了预先确定的时间时进行异常处理。该预先确定的时间被设定为10小时～15小时之间的某个时间。

另外，异常处理部26在第二异常检测点检测充电电流和充电电压，当充电电流超过1.95A时或者充电电压处于41.2～60V的范围以外时进行异常处理。

第三异常检测点在恒压充电结束之后。在该第三异常检测点，异常处理部26在电池13的电压处于预先确定的正常电压范围以外、并且通过所述连接确认部22判断连接了电池13的情况下进行异常处理。所述正常电压范围被设定为48V～58V的范围。表示该正常电压范围的数值数据也存储在存储器28中。

第四异常检测点是在后述的最终充电部27的充电刚结束之后。在该第四异常检测点，异常处理部26在通过所述电压检测部18检测到电池13的电压的情况下进行异常处理。

在所述充电停止部25停止恒压充电后电池13的电压处于所述正常电压范围以内的情况下，所述最终充电部27再次通过恒压充电对电池13进行充电。

直至从充电装置1上取下电池组11为止，持续通过该最终充电部27来进行恒压充电。

按照以下方式来设定该最终充电部27进行恒压充电时的充电电压：不超过最终充电电压值，该最终充电电压值被预先设定为小于由恒压充电部24进行的恒压充电的电压值(58V)。在本实施方式中，此时的充电电压被设定为电池13的额定上限电压(55V)。

按照以下方式来设定该最终充电部27进行所述恒压充电时的充电电流：不超过最终充电电流，该最终充电电流被预先设定为小于所述恒流充电时的恒定电流值(1.7A)。

下面，使用图4和图5所示的流程图、以及图6所示的曲线图来说明所述控制部16的动作。

首先，在商用电源的插座上插入充电装置1的电源输入用插头6，向控制部16供电。在该状态下，如图4的流程图的步骤P1所示，连接确认部22判断是否连接了电池组11(电池13)。

当电池组11安装在充电装置1上时，从步骤P1进入步骤P2，由异常处理部26判断电池13的电压是否处于规定的范围(41.2V～60V)内。此时，在电池13的电压处于所述范围外的情况下进入步骤P3，异常处理部26进行异常处理。

在电池13的电压处于所述范围内的情况下，在步骤P4中恒流充电部23将输出开关15切换为接通状态并开始恒流充电。如图6所示，当开始恒流充电后，电池13的电压随着时间的经过而上升。

在本实施方式中，在电池13的电压达到58V的时刻T1(参照图6)，从恒流充电切换至恒压充电而继续充电。

在进行该恒流充电和恒压充电时，如步骤P5、P6所示，经常地通过异常处理部26来进行异常判断。在步骤P5中，检测充电开始后经过的时间是否小于阈值(10小时～15小时的某个时间)，当经过时间大于所述阈值时进入步骤P3，进行异常处理。

在步骤P6中，判断充电电流是否小于1.95A、以及充电电压是否处于41.2V～60V的范围内。充电电流超过1.95A的情况为异常，充电电压处于41.2V～60V的范围外的情况为异常。在所述充电电流和充电电压中的至少一个异常的情况下，进入步骤P3，进行异常处理。

不满足上述异常判断的条件则进行充电，在充电电流小于充电电流确认值(360mA)的情况下，从步骤P7进入步骤P8，充电停止部25停止恒压充电，并且将输出开关15从接通状态切换至断开状态。在图6中用符号T2表示恒压充电结束的期间，或者说图6中表示为过电压控制区域的第一次的充电结束的时期。

在所述恒压充电结束后，进入图5所示的流程图中的步骤的P9，异常处理部26检测电池13的电压，判断此时的电压是否处于正常电压范围(48V～58V)以外。在电池13的电压处于正常电压范围以外的情况下，进入步骤P10，判断是否有电池连接信号。

在步骤P10中，在判断为有电池连接信号(连接有电池组11)的情况下，由于电池13的电压异常，因此进入步骤P11，进行异常处理。

在步骤P10中，在判断为无电池连接信号(未连接电池组11)的情况下，进入步骤P12，转移至连接待机状态。

在所述步骤P9中，在判断电池13的电压处于所述正常电压范围内的情况下，进入步骤P13，最终充电部27将输出开关15切换为接通状态，再次进行恒压充电。该充电时的充电电压被设定为作为电池13的额定上限电压的55V，充电电流被设定为0.5A以下。

直至从充电装置1上取下电池组11为止，持续通过该最终充电部27来进行恒压充电。即，当从充电装置1上取下电池组11后，通过连接确认部22检测出该情况(步骤P14)，充电停止部25在步骤P15中将输出开关15切换至断开状态，停止最终充电部27的充电。在图6中用符号T3表示该最终充电部27的充电结束的时期，或者说图6中表示为电池额定控制区域的第二次的充电结束的时期。

在步骤P15中输出开关15被切换至断开状态后，在步骤P16中，判断异常处理部26是否通过电压检测部18检测到电池13的电压。在该步骤P16中，在判断检测到电池13的电压的情况下，处于尽管未与电池组11连接但却施加了电池13的电压的异常状态或者输出开关15短路的异常状态，因此在步骤P17中进行异常处理。另一方面，在步骤P16中，在判断为未施加电池13的电压的情况下，进入步骤P18，转换至连接待机状态。

通过上述结构的充电装置1，在第一次的充电结束后的电池13的电压不处于正常电压范围以内的情况下，进行所述异常处理。因此，通过使用该充电装置1，可以在所述第一次的充电结束后判断是否正确地进行了充电，在电池13为不良品的情况下，可以向使用者通知该情况。这里所谓的不良品除了劣化的电池以外，还包含单元结构不同而不适合该充电装置的电池。

结果，根据本实施方式，可以防止如下问题：在对种类与预先确定的电池13不同的电池错误地进行了充电时，由于过度充电而引起劣化或者电池破损。

该实施方式的充电装置1由于在第一次的充电结束后，以低电压(电池额定上限电压55V以下)、低电流(0.5A以下)进一步向接近满充电状态的电池13充电，因此可以使电池13进一步接近满充电。当进行该第二次的充电时，是在确认了电池13的电压处于正常电压范围内之后，因而不会对劣化了的电池或不合适的电池进行不必要的充电，因此可以正确地进行充电，不会加速电池13的劣化。

本实施方式的充电装置1在第二次的充电中检测到取下了电池13后停止第二次的充电，在充电停止后检测到电池13的电压的情况下进行异常处理。因此，通过该充电装置1，也可以检测出充电装置1和电池13的连接部分的异常、充电电路的异常等。

(第二实施方式)

在上述实施方式中，以连接信号线设置在负极一侧为例进行了说明，但连接信号线也可以如图7所示设置在正极一侧。

图7是表示将连接信号设置在正极一侧的其他实施方式的框图。在该图中，对与通过所述图1～图6说明的部件相同或等同的部件标注相同的标号并适当地省略详细的说明。

图7所示的电池组11包括两个正极用雄端子11a、11c、一个负极用雄端子11b。正极用雄端子11a与充电插座7的雌端子7a连接，正极用雄端子11c与充电插座7的雌端子7c连接。另外，负极用雄端子11b与充电插座7的雌端子7b连接。

充电插座7的雌端子7c经由连接信号线19与电压检测部18连接。本实施方式的电压检测部18经由连接信号线19、雌端子7c、雄端子11c与电池13的正极连接，由此来检测电池13的电压。

本实施方式的连接确认部22对充电装置1与电池组11连接、电池13的电压施加在连接信号线19上的情况进行检测，判断是否连接了电池组11。

在采用图7所示的方式的情况下，也可以取得与采用第一实施方式时相同的效果。

在上述各实施方式中示出了作为二次电池而使用铅蓄电池的例子，作为由本发明的充电装置1进行充电的二次电池，也可以使用镍镉电池或镍氢电池等。

另外，在上述各实施方式中，为了使发明易于理解，将控制部16区分为发明的每一个构成要素(恒流充电部23、恒压充电部24、充电停止部25、异常处理部26、最终充电部27等)而进行了说明。但是，当通过电子电路来实现控制部16时，不限定于上述说明，除了按照发明的每个构成要素来形成电子电路以外，也可以使成为发明的构成要素的电路的一部分包含在成为其他构成要素的电路中(共有)。例如，可以利用构成恒流充电部23的电子电路的一部分或构成恒压充电部24的电子电路的一部分中的至少一者来形成最终充电部27的电子电路的一部分。

Claims (3)

1.一种二次电池的充电装置，其特征在于，

包括：

用于判断是否连接有二次电池的连接确认单元；

用于检测所述二次电池的电压的电压检测装置；

用于检测流过所述二次电池的电流的电流检测装置；以及

用于控制充电电压和充电电流的充电控制装置；

所述充电控制装置包括：

恒流充电部，使充电电流为预先确定的恒定值，在由所述电压检测装置检测到的电压达到预先确定的设定电压之前进行恒流充电；

恒压充电部，使充电电压为等于所述设定电压的恒定值而接在所述恒流充电之后进行恒压充电；

充电停止部，在所述恒压充电中，在由所述电流检测装置检测到的电流低于预先确定的充电电流确认值时停止充电；以及

异常处理部，在所述充电停止部使所述恒压充电停止后，在由所述电压检测装置检测到的电压处于预先确定的正常电压范围的范围以外、并且通过所述连接确认单元判断为连接有二次电池的情况下，进行异常处理。

2.根据权利要求1所述的二次电池的充电装置，其特征在于，

充电控制装置还包括最终充电部，在所述充电停止部使恒压充电停止后，在由所述电压检测装置检测到的电压处于预先确定的正常电压范围以内的情况下，再次对二次电池进行充电，

设定该最终充电部充电时的充电电流，使其不超过最终充电电流，该最终充电电流小于所述恒流充电时的电流值，

设定该最终充电部充电时的充电电压，使其不超过最终充电电压，该最终充电电压小于所述恒压充电时的电压值。

3.根据权利要求2所述的二次电池的充电装置，其特征在于，

所述充电控制装置的所述充电停止部在所述最终充电部的充电中，在通过所述连接确认单元判断为未连接二次电池的情况下也停止充电，

所述充电控制装置的所述异常处理部在通过所述充电停止部使所述最终充电部的充电停止后，在由所述电压检测装置检测到二次电池的电压的情况下也进行异常处理。

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