CN101335461A - 充电系统、电子设备以及充电方法 - Google Patents

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Abstract

提供即使过电压保护电路的动作保证值降低，也可以提高充电器的设定电压的充电系统。电池组具备电池电芯(11)；测定电池电芯的电芯电压(Vc)的电压测定电路(51)；在电压测定电路测定到的读取电压(Vb)达到过电压设定值(Vop)时停止对电池电芯充电的过电压保护电路(OVP53)。充电器(103)具备取得反馈电压的电压反馈输入(FB－V)和取得设定电压的设定值输入(Vset)。控制器(51)对充电器提供根据读取电压和设定电压生成的控制电压(Vfb)，来对充电器的输出电压进行反馈控制。结果，即使在电压测定电路中存在读取误差，在充电器中存在输出误差，也可以降低过电压设定值并且提高设定电压。

Description

充电系统、电子设备以及充电方法
技术领域
本发明涉及在降低针对电池电芯的过电压保护电路的设定值的同时，将充电器的设定电压维持在较高值的充电系统。
背景技术
在作为便携式电子设备的一例的笔记本型个人计算机(以后称为笔记本PC)中，随着CPU的工作频率的高速化等，消耗功率不断增加，另一方面，要求在移动的环境下可以长时间工作以及小型轻量化等。因此，笔记本PC配备的蓄电池很多时候采取准备多个由高能量密度的锂离子蓄电池构成的电池电芯，通过串联连接以及并联连接对它们进行组合，然后将其收容在壳体中而得到的电池组的形式。
在对锂离子蓄电池进行充放电时，需要精密地控制充放电电流以及充放电电压，特别是需要周密地进行恒定电压控制期间的充电电压的控制。因此，在使用锂离子蓄电池的电池组中，一般采用在电池组的内部设置MPU(微处理器)，MPU在充电以及放电的过程中监视电池组内部的状态，向笔记本PC主体发送信息或者使保护电路动作的被称为聪明电池的构造。聪明电池是基于美国英特尔(Intel)公司和美国金霸王(Duracell)公司所倡导的、被称为聪明电池系统(Smart Battery System，SBS)的标准的电池装置。基于该标准的电池组也被称为智能电池。
在智能电池中，将MPU、电流测定电路、电压测定电路和温度传感器等安装在电路基板上所得到的电路部分和多个电池电芯被容纳在一个壳体中，MPU可以经由数据线与笔记本PC主体的嵌入式控制器进行通信。在智能电池中还设有保护电路，当使用过程中在电池电芯中发生了某种异常时，可以使保护电路工作来停止充放电。作为异常的项目，包含与充放电过程中的电流、电压、温度以及电池电芯之间的电压平衡有关的事项。
在针对智能电池的现有的充电系统中，电池组和笔记本PC各自具有电压测定电路。电池组中内置的电压测定电路的测定值，用于在充电过程中当电池电芯的电压超过了规定的值时停止充电。与此相对，笔记本PC中安装的电压测定电路测定充电器的输出电压，将其测定值用于充电器的反馈控制。
关于对智能电池输出准确的充电电压的技术，具有以下的文献。专利文献1记载了以下技术：在充电开始之前从智能电池取得电压信息，将其与在充电器一侧取得的电压信息进行比较，由此，对充电器一侧的电压信息进行校正，来对电池组提供更加准确的充电电压。
在充电器的输出电压中相对于设定电压产生输出误差，在电池组的电压测定电路的读取值中还产生测量误差。此外，在充电器的输出和电池电芯之间存在由配线、端子以及电路元件产生的电阻，所以输出电压和电芯电压不一致，此外，该差根据充电电流发生变化。而且，充电系统有时由于周围温度的变化或充电器的漂移，电芯电压突然发生变化。在对电池电芯进行正常的充电时，为使电池组的过电压保护电路不进行误动作，需要在充电器的设定电压的值和过电压保护电路的过电压设定值之间设置足够的余量(margin)。
目前，为了防止过电压保护电路的误动作，在设定电压值和过电压设定值之间设置余量，以使由于输出电压相对于充电器的设定电压的误差(以下称为输出误差)而变化的输出电压的上限、和电压测定电路由于测量误差而较低地读取电芯电压时的下限不发生重叠。例如，在电压测定电路具有±0.05V的读取误差时，按照过电压设定值进行动作的过电压保护电路实际上以相同误差对电芯进行动作，所以当把过电压设定值设定为4.35V时，4.30V成为动作的最低值，4.40V成为过电压保护的保证值。此外，充电器例如具有±0.03V的输出误差，在使设定电压为4.20V时，4.23V成为输出电压的上限值。从而，因为可以在过电压保护电路进行动作的最低电压(4.30V)和输出电压的最大电压(4.23V)之间取0.07V的余量，所以在充电过程中过电压保护电路不会进行误动作。
近年来，对于锂离子蓄电池的使用要求确保更高的安全性。因此，在相关的业界团体等之间，进一步强化锂离子蓄电池的安全基准。具体地说，目前以把过电压保护电路的保证值设为4.40V作为标准，但是正在研究将该标准修改为4.25V。但即使在使过电压保护电路的保证值为4.25V的情况下，也需要对充电器进行设定，以便只要电芯电压处于正常的范围内，过电压保护电路就不会进行误动作。
此时，可以通过与保证值的降低量(0.15V)相等地降低过电压设定值和设定电压的值来进行对应。但是，当降低充电器的设定电压时满充电容量减小，或者达到满充电容量所需要的时间变长，所以并非理想。如专利文献1那样，虽然通过从电池组取得的电池电芯的电压，对用于充电器的反馈控制的电压测定电路进行了校正，但无法完全消除充电器的输出误差，此外，为了与因充电器的漂移、充电器和电池电芯之间的电阻、以及环境温度的变化等引起的电芯电压变化相对应，需要在过电压设定值和设定电压之间设置相当大的余量，无法使充电器的设定电压成为与保证值为4.40V的情况相同的程度(4.20V)。
【专利文献1】特开平11-98714号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供即使降低具备过电压保护电路的电池组的过电压保护的保证值，也可以维持充电器的设定电压的充电系统。而且，本发明的目的还在于提供即使降低具备过电压保护电路的电池组的过电压保护的保证值，满充电容量也不会减小的充电系统。而且，本发明的目的还在于提供即使降低具备过电压保护电路的电池组的过电压保护的保证值，到充满电为止的时间也不会变长的充电系统。而且，本发明的目的还在于提供与这样的充电系统相对应的电子设备以及电池组。而且，本发明的目的还在于提供这样的充电系统中的电池电芯的充电方法。
充电系统具备：电池电芯；电压测定电路，其测定电池电芯的电芯电压；以及过电压保护电路，其在电压测定电路测定到的读取电压接近过电压设定值时，停止对电池电芯的充电。这样的充电系统可以如下构成：包含在内部配备处理器、电压测定电路、以及过电压保护电路的被称为聪明电池的电池组，或者包含在内部没有配备这些的被称为哑电池(dumb battery)的电池组。电压测定电路对于电芯电压具有测定误差，所以过电压保护电路以过电压设定值进行动作时的电芯电压成为与过电压设定值不同的值。充电器具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入。因为在充电器中存在输出误差，所以即使设定电压与反馈电压相等，通常输出电压与设定电压也不一致。
控制部对充电器提供根据读取电压和设定电压生成的控制电压，来对充电器的输出电压进行反馈控制。控制电压和提供给过电压保护电路的电压一同根据在电池电芯附近测定到的读取电压而生成，所以无需在过电压保护电路的过电压设定值和充电器的设定电压之间的余量中估计因为充电电流和电阻而发生变化的输出电压和电芯电压的差。当在要求周密的电压管理的恒流恒压控制方式的恒压控制期间采用这样的控制方式时，具有效果。
控制部在恒压控制期间，当把通过读取电压和设定电压对控制电压的当前值进行修正而得到的修正控制电压作为控制电压的新的当前值提供给充电器时，即使减小过电压设定值和设定电压之间的余量，也可控制充电器以便不会因为充电器的输出误差、环境温度的变化、充电器的漂移以及输出电压和电芯电压的差的变化等而使读取电压达到过电压设定值。当控制部在读取电压接近过电压设定值时生成与没有接近时相比进一步降低输出电压的修正控制电压时，可以更加可靠地防止过电压保护电路的误动作。
设定电压根据电池组内的温度进行变更，由此可以提高充电的安全性。在该充电系统中，可以将控制电压提供给充电器的反馈输入，将基准电压源与设定值输入连接。或者可以将控制电压提供给充电器的设定值输入，将输出电压提供给反馈输入。在本发明的充电系统中，可以对设定电压和过电压设定值进行设定，以使输出电压相对于设定电压的输出误差的范围、和读取电压与针对电芯电压的过电压设定值相对应的误差的范围具有重叠的部分。通过如此进行设定，即使过电压保护电路的动作保证的上限值降低，也可以不降低设定电压地进行充电，可以确保满充电容量以及缩短充电时间。
根据本发明，可以提供即使降低具备过电压保护电路的电池组的过电压保护的保证值，也可以维持充电器的设定电压的充电系统。而且，根据本发明，可以提供即使降低具备过电压保护电路的电池组的过电压保护的保证值，满充电容量也不会减小的充电系统。而且，根据本发明，可以提供即使降低具备过电压保护电路的电池组的过电压保护的保证值，到充满电为止的时间也不会变长的充电系统。而且，根据本发明，可以提供与这样的充电系统相对应的电子设备以及电池组。而且，根据本发明，可以提供这样的充电系统中的电池电芯的充电方法。
附图说明
图1是表示由本发明的实施方式的电池组以及笔记本PC构成的充电系统的方框图。
图2是用于在图1的充电系统中详细说明电压反馈系统的方框图。
图3表示图2的电压反馈系统中的充电器的设定电压和过电压设定值的关系。
图4说明充电开始后从充电器输出的充电电压以及充电电流的随时间的变化。
图5说明图3所示的充电系统的电压反馈控制系统的动作。
图6表示充电所需要的时间。
图7表示与锂离子电池的使用温度范围对应的设定电压和过电压设定值的关系。
图8是表示由本发明其他实施方式的电池组以及笔记本PC构成的充电系统的方框图。
图9是用于在图8的充电系统中详细说明电压反馈系统的方框图。
符号说明
10、201电池组；11、12、13、205电池电芯；15感应电阻；21AFE；23MPU；27热敏电阻；100笔记本PC；101嵌入式控制器(EC)；103充电器；105、107FET；123基准电压源
具体实施方式
图1是表示由本发明实施方式的基于SBS标准的电池组10以及笔记本PC100构成的充电系统的方框图。但是，本发明也可适用于哑电池。在电池组10中，除了串联连接由锂离子蓄电池构成的三个电池电芯11～13之外，还设置有感应电阻15、放电FET17、充电FET19、AFE(模拟前端)21、MPU(微处理器)23、电压调整器25、热敏电阻27等电子部件。在电池组10和笔记本PC100之间通过+端子31、C端子33、D端子35、T端子37以及-端子39这5个端子进行连接。来自电池电芯11～13的放电电流以及对于电池电芯11～13的充电电流经由+端子31以及-端子39在与PC100之间流动。C端子33和D端子35分别与MPU23的时钟端子以及数据端子连接，T端子37与检测电池电芯11周围的温度的热敏电阻27连接。
AFE21以及MPU23是通过从电压调整器25提供的恒定电压进行工作的集成电路。AFE21以及MPU23之间相互进行数据交换。AFE21具有：取得电池电芯11～13各自的电位差的模拟输入端子V1、V2、V3；以及取得感应电阻15两端的电位差的模拟输入端子I1、I2。AFE21还具备模拟输出端子D-CTL以及C-CTL，其用于输出对放电FET17以及充电FET19进行导通/截止控制的信号。AFE21具备电压测定电路和电流测定电路。电压测定电路测定电池电芯11～13各自的电压，将其转换为数字值之后发送给MPU23。MPU23对电池电芯11～13的各个电压进行合计，来计算读取电压。因为在电压测定电路中存在误差，所以读取电压成为与实际的全部电池电芯的电芯电压Vc不同的值，将在后面对其进行详细叙述。
电流测定电路根据感应电阻15检测到的电压对电池电芯11～13中流动的充电电流以及放电电流进行测定，将其转换为数字值之后发送给MPU23。MPU23是除了8～16位程度的CPU之外，在一个封装中还具备RAM、ROM、闪速存储器以及计时器等的集成电路。MPU23具备电压保护部以及电流保护部，根据从AFE21发送的电压值以及电流值，监视充放电过程中的电池组的状态，在检测到异常时经由AFE使放电FET17以及充电FET19截止来停止充放电。电压保护部以及电流保护部由在MPU23中执行的程序构成。此外，可以将AFE21和MPU23合并来构成一个集成电路。
时钟线和数据线从MPU23分别经由C端子33以及D端子35，与笔记本PC100一侧的嵌入式控制器(EC)101连接，MPU23和EC101之间的通信成为可能。MPU23经由数据线对EC101发送充电开始以及充电停止的控制命令，EC101对该控制命令进行处理，开始或者停止电池电芯11～13的充电。而且，MPU23经由时钟线以及数据线，按照大约1～2秒左右的周期定期地对EC101发送电池电芯11～13的读取电压以及电池电芯11～13中流动的充电电流Iot的值。而且，EC101检测根据电池电芯11～13周围的温度而发生变化的热敏电阻27的电阻值，然后将其通知给MPU23，在该温度存在异常时MPU23使放电FET17以及充电FET19截止来停止充放电。
笔记本PC100的电源管理功能以EC101为中心，由充电器103以及DC-DC转换器121等构成。EC101是除了电源之外，还对构成笔记本PC100的多个硬件要素进行控制的集成电路。EC101可以通过与MPU23的通信而取得有关电池电芯11～13当前的电流值以及电压值的信息。EC101根据来自MPU23的充电开始以及充电停止的控制命令，对充电器103进行控制来进行电池电芯11～13的充电。
充电器103具备由FET105以及FET107构成的开关电路；由电感器109以及电容器111构成的平滑电路。充电器103驱动开关电路，然后通过平滑电路降低输出的电流的脉动，把从AC适配器151输入的直流电压转换为适合于对电池电芯11～13进行充电的直流电压，然后输出给电池组10。充电器103通过恒流恒压方式(CC-CV Constant Current Constant Voltage)对电池电芯11～13进行充电。对充电器103的电流设定值输入Iset、电压设定值输入Vset，输入来自对笔记本PC100内部生成的恒定电压进行分压而得的基准电压源123的电压。
AC适配器151的初级侧通过AC电源线(cord)153与工业电源连接，次级侧通过DC电缆155与笔记本PC100连接。DC-DC转换器121把从AC适配器151输入的DC电压或者从电池电芯11～13放电时的DC电压转换为需要的电压，然后提供给笔记本PC100内的系统负载(未图示)。
笔记本PC100的充电器103具备由FET105以及FET107构成的开关电路、和由电感器109以及电容器111构成的平滑电路，但是不存在现有的用于针对电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入FB-I生成反馈电压以及反馈电流的分压电阻以及感应电阻。取而代之，将从EC101输出的模拟信号输入充电器103的电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入FB-I。
EC101把从MPU23取得的反馈电压以及反馈电流的值转换为模拟值，然后对充电器103的电压反馈输入FB-V发送反馈电压，对电流反馈输入FB-I发送反馈电流。此时，EC101通过读取电压以及设定电压对反馈电压进行修正，然后将其发送给充电器103的电压反馈输入FB-V，将在后面对其进行详细的叙述。充电器103在恒流控制期间通过在FB-I输入的反馈电流进行恒流动作，在恒压控制期间通过在FB-V输入的反馈电压进行恒压动作。在该结构中，利用在电池组10的内部检测到的读取电压以及充电电流Iot，在充电过程中进行反馈控制。
此外，图1只不过为了说明本实施方式而简要记载了主要的硬件结构以及连接关系。例如，为了构成电池组10以及笔记本PC 100，使用磁盘、光盘、键盘等很多的电气电路以及装置，但这些对于本领域的技术人员来说是公知的，所以省略记载不进行详细的记述。将图中记载的多个方框构成为1个集成电路，或者相反将1个框分割为多个集成电路，也在本领域的技术人员可以任意选择的范围内，包含在本发明的范围中。
图2是用于在图1的充电系统中详细说明电压反馈系统的方框图。在图2中，为了简化说明，以1个电池电芯的电压为例来进行说明。在充电器103的电压设定值输入Vset，从基准电压源123输入了4.20V的设定电压Vo。在充电器103的电压反馈输入FB-V，从EC101输入了模拟的反馈电压Vfb。充电器103在设定电压Vo和反馈电压Vfb之间存在差时进行动作，以便生成使该差成为0的输出电压Vot。
具体地说，充电器103在反馈电压Vfb高于设定电压Vo时，进行动作使输出电压Vot降低，在反馈电压Vfb低于设定电压Vo时，进行动作使输出电压Vot上升。在该例子中，在反馈电压Vfb等于设定电压Vo时，充电器103的输出电压Vot包含相对于设定电压Vo最大±0.03V的输出误差ε2。因此，充电器103在反馈电压Vfb变为等于设定电压Vo(4.20V)时，生成4.17V～4.23V的范围中的某个输出电压。
可以认为在充电器103和电池电芯11之间连接由配线、+端子31、-端子39等带来的电阻104。因此，对应从充电器103流向电池电芯11的充电电流，在输出电压Vot和电芯电压Vc之间产生电位差。电压测定电路51测定电芯电压Vc，把转换为数字值之后的读取电压Vb发送给MPU23。在该例子中，在电芯电压Vc和读取电压Vb之间具有最大±0.03V的电压测定电路的读取误差ε1。在MPU23中通过程序构成过电压保护部(OVP)53。在OVP53中将过电压设定值Vop设定为4.22V，在读取电压Vb达到过电压设定值Vop时，MPU23经由AFE21使放电FET17以及充电FET19截止来停止充电。把MPU23的OVP53、AFE21、FET17、19以及AFE21的关联电路称为过电压保护电路。
在读取电压Vb中相对于电芯电压Vc具有±0.03V的误差，所以当被设定为4.22V的OVP53进行动作时，电芯电压Vc成为4.19～4.25V的范围内的某个值。从MPU23向EC101定期地发送读取电压Vb。EC101具备存储反馈电压Vfb的设定部55。具体地说，设定部55是EC101的寄存器，将设定部55中设定的反馈电压Vfb转换为模拟值后提供给充电器103的电压反馈输入。在设定部55中，作为反馈电压Vfb存储当前提供给充电器103的当前反馈电压V1。EC101使用设定电压Vo以及定期从MPU23发送来的读取电压Vb修正当前反馈电压V1，生成修正反馈电压值V2。
修正反馈电压V2替换设定部55中存储的当前反馈电压V1，作为反馈电压Vfb提供给充电器103。修正反馈电压V2的计算可以由MPU23进行，经由EC101提供给充电器103。将在后面叙述修正反馈电压V2的计算方法以及反馈电压Vfb向设定部55的存储。
图3表示图2的电压反馈系统的充电器的设定电压Vo和OVP53的过电压设定值Vop的关系。图3(a)表示在使过电压保护的保证值为4.40V时，从充电器103一侧收到反馈电压Vfb来进行控制的情况。此时，读取电压Vb的误差为±0.05V，在使用输出误差为±0.03V的充电器时，可以使该设定电压Vo为4.20V。图3(b)表示在使过电压保护的保证值为4.25V时，从充电器103一侧取得反馈电压Vfb来进行控制的情况。
把从读取误差为±0.03V的电压测定电路取得读取电压Vb来进行动作的OVP53的过电压设定值Vop设定为4.22V，使用输出误差为±0.03V的充电器，为了在保证4.25V的过电压保护的同时在正常的充电过程中不使OVP53进行动作，需要将充电器的设定电压Vo设定为4.15V，与保证4.40V的过电压保护的情况相比，设定电压Vo降低0.05V。
降低设定电压Vo关系到满充电容量的降低以及充电时间延长，是不希望发生的情况。在本实施方式中，即使将过电压保护的保证值设为4.25V，也可以像目前那样将充电器的设定电压Vo设为4.20V，同时可以防止OVP53的误动作。图3(c)表示本实施方式的设定电压Vo和过电压设定值Vop的关系。在该例子中，将过电压设定值Vop设定为4.22V，将设定电压Vo设定为4.20V。在OVP53进行动作时的电芯电压Vc的范围(4.17V～4.23V)和输出电压Vot的范围(4.19V～4.25V)中具有重叠的部分，电芯电压Vc和输出电压Vot在充电电流小时成为接近的值，但本实施方式的充电系统通过以下说明的控制方法防止了OVP53的误动作。
图4说明充电开始后从充电器103输出的输出电压Vot以及充电电流Iot随时间的变化。充电器103通过恒流恒压充电方式对电池电芯11～13进行充电，充电控制电压Vchg与充电器的设定电压Vo相对应。当在时刻0开始充电时，充电器103为了使充电电流Iot成为充电控制电流Ichg，使FET105以及FET107动作来控制输出电压Vot。因为在充电器103的输出电压Vot和电池电芯11～13之间存在电阻，所以电芯电压Vc成为低于输出电压Vot的值。
从充电开始到时刻t1为恒流控制期间，从时刻t1到时刻t2为恒压控制期间。当提供给充电器103的反馈电压Vfb等于设定电压Vo时，充电器103进入恒压控制期间，为了使反馈电压Vfb等于设定电压Vo，使FET105以及FET107进行动作来控制输出电压Vot。在恒压控制期间当充电电流Iot达到放电结束电流Ichg1的时刻，充电结束。在充电结束的时刻，电芯电压Vc变为大体等于输出电压Vot。在从时刻0到时刻t2之间充电的电量成为电池电芯11～13的满充电容量。因此，在允许范围内将充电控制电压Vchg设定得越高，满充电容量越大。
图5说明图3所示的电压反馈控制系统的动作。电压测定电路51的读取误差ε1最大为±0.03V，充电器103的输出误差ε2最大为±0.03V。在充电系统的构造中，通常电压测定电路51和充电器103任意地组合，所以读取误差ε1和输出误差ε2也任意地组合。因此，关于由各个最大误差组成的4个组合的情况，说明如图3(c)所示将设定电压Vo设定为4.20V，将过电压设定值Vop设定为4.22V时的动作。
#1～#5的控制系统由读取误差ε1为-0.03V的电压测定电路51；和输出误差ε2为+0.03V的充电器构成。读取电压Vb、修正反馈电压值V2、充电器103的目标输出电压值Vt、以及充电器103实际的输出电压值Vot分别通过以下的式(1)～式(5)来计算。此外，在恒压控制期间充电电流小，所以为了简化计算而忽略由电阻104引起的电压降。在假设不存在充电器103的输出误差ε2时，目标输出电压Vt为根据设定电压Vo和反馈电压Vfb使充电器进行输出的电压。α是为了防止OVP53的误动作而计算修正反馈电压V2，对充电器103的输出电压进行反馈控制的加权系数。
Vb＝Vc+ε1        (1)
V2＝V1+(Vb-Vo)    (2)
V2＝V1+(Vb-Vo)*α (3)
Vt＝Vo+(Vo-Vfb)   (4)
Vot＝Vt+ε2       (5)
在恒流控制期间，在EC101的设定部55中作为当前反馈电压V1而设定设定电压Vo(4.20V)，并且作为反馈电压Vfb输出给充电器103。该设定电压Vo相当于充电器103的额定电压。但是，在恒流控制期间，充电器103进行动作以使充电电流Iot等于充电控制电流值Ichg，所以电压反馈不起作用。如#1所示，当电芯电压Vc上升到4.23V、读取电压Vb等于反馈电压Vfb(4.20V)时，充电器103进入恒压控制期间而进行动作，来生成如式(4)所示使反馈电压Vfb和设定电压Vo之间的差成为0的目标输出电压Vt。在该控制系统中，如通过式(4)和式(5)计算的那样，在反馈电压Vfb为4.20V时，输出电压Vot和电芯电压Vc成为4.23V并稳定。此时，读取电压Vb低于过电压设定值Vop(4.22V)，所以OVP53不进行动作。
在#1中，在电芯电压Vc为4.23V时输出电压Vot也成为4.23V而稳定，但是由于环境温度的变化或充电器103的漂移等，有时如#2所示电芯电压Vc下降到4.22V。EC101将该状态检测为读取电压Vb降低到4.19V，通过式(2)对设定部55中存储的当前反馈电压V1(4.20V)进行计算，由修正反馈电压V2(4.19V)进行置换，并提供给充电器的电压设定值输入Vset。充电器103如式(4)那样进行动作，为了使目标输出电压Vt为4.21V而进行动作。但是，实际上，在充电器103中存在输出误差ε2，所以输出电压Vot如通过式(5)计算的那样成为4.24V，电芯电压Vc上升。
#3表示从#1的状态，电芯电压Vc下降到4.21V时的状态，与#2相同，EC101计算修正反馈电压V2来决定输出电压Vot。#4表示电芯电压Vc变化为4.24V时的状态。此时，读取电压Vb成为4.21V，没有达到但接近过电压设定值Vop(4.22V)，所以EC101通过式(3)计算修正反馈电压V2，作为反馈电压Vfb输出给充电器103。在式(3)中，充电器103通过加权系数α(1.2)对Vb-Vo进行加权，加大反馈的效果。Vb-Vo是对于设定电压值Vo修正输出电压Vt的值。
结果，充电器的输出电压Vot成为4.218V，电芯电压Vc向4.218V降低。当通过式(2)计算出反馈电压Vfb时，输出电压Vot成为4.22V，可以使电芯电压Vc向4.22V降低，但是在使用式(3)时，可以以更短的时间降低电压，所以即使在电压Vc急剧上升的情况下，也可以更可靠地防止OVP53的误动作。#5表示从#4的状态，电芯电压Vc下降到4.20V时的状态。在设定部55中，作为当前反馈电压V1，存储有在#4中计算出的修正反馈电压V2(4.212V)。而且，EC101通过式(2)计算修正反馈电压V2，作为反馈电压值Vfb发送给充电器。充电器103的充电器输出Vot成为4.248V，电芯电压Vc上升。
然后，对于#6～#9进行说明。该控制系统由读取误差ε1为+0.03V的电压测定电路51和输出误差ε2为-0.03V的充电器103构成。该控制系统在电芯电压Vc成为4.17V时，读取电压Vb成为4.2V而转移至恒压控制，并且充电器103使输出电压Vot为4.17V而稳定。在#7、#8中表示由EC101分别通过式(2)计算从#6的状态电芯电压Vc发生了变化时的修正反馈电压V2，以及通过式(4)、式(5)计算出的输出电压Vot。在#9中，由于从#6的状态电芯电压Vc变化为4.18V、读取电压Vb达到4.21V，因此EC101使用式(3)计算修正反馈电压V2(4.212V)，作为反馈电压Vfb提供给充电器103。充电器103如通过式(4)、式(5)计算的那样，进行使输出电压Vot下降到4.158V，来使电芯电压Vc下降的动作。
然后，对#10～#15进行说明。该控制系统由读取误差ε1为-0.03V的电压测定电路51和输出误差ε2为-0.03V的充电器103构成。在该控制系统中，如#10所示，在将当前反馈电压V1设定为设定电压Vo(4.2V)的恒流控制期间，电芯电压Vc和输出电压Vot一同成为4.17V。但是，读取电压Vb(4.14V)没有达到设定电压Vo(4.20V)，所以继续进行恒流控制，并且如#11所示在读取电压Vb达到4.23V之前电芯电压Vc上升。此时，读取电压Vb变得等于设定电压Vo，所以充电器103转移至恒压控制。
当在#11中转移至恒压控制时，电芯电压Vc达到了4.23V，但输出电压Vot下降到4.17V，所以充电器103进行动作以使电芯电压Vc下降，并且如#14所示在修正反馈电压V2为4.17时电芯电压Vc和输出电压Vo成为4.20V而稳定。在#14中，表示了使当前反馈电压V1为4.2V，电芯电压Vc从#10的状态转移至#14的状态，但实际上表示电芯电压Vc的各种变化，计算每次的修正反馈电压V2来对输出电压Vot进行反馈控制，收敛于#14的电芯电压Vc(4.20V)、读取电压Vb(4.17V)、修正反馈电压V2(4.17V)以及输出电压Vot(4.20V)的关系。
在该控制系统中，稳定状态的读取电压Vb为4.17V，与过电压设定值Vop(4.22V)相比足够低，实际上读取电压Vb达到4.21V不需要使用式(3)计算修正反馈电压，但在由于某种原因产生了那样的变化时，可以通过式(3)计算修正反馈电压V2。
然后，对#16～#20进行说明。该控制系统由读取误差ε1为+0.03V的电压测定电路51和输出误差ε2为+0.03V的充电器103构成。在该控制系统中，如#16所示，在电芯电压Vc为4.17V时读取电压Vb达到4.20V转移至恒压控制。但是，在该时刻充电器输出为4.23V，所以电芯电压Vc进一步上升。然后，如#19所示，充电器103在修正反馈电压V2为4.23V时进行动作，以使电芯电压Vc和输出电压Vot成为4.20V而稳定。但是，在电芯电压Vc为4.20V时，读取电压Vb已经超过了过电压设定值Vop(4.22V)，所以该控制系统在该状态下无法进行动作。
在该控制系统中，如#20所示，可以在电芯电压Vc达到4.18V、读取电压Vb成为4.21V时，根据式(3)计算修正反馈电压V2，使输出电压Vot降低至比在读取电压Vb相同的#17中计算出的输出电压Vot(4.22V)低的4.218V，来防止OVP53进行动作。
在图2所示的4个充电系统中，根据读取电压ε1和输出误差ε2的大小以及它们的组合，实际稳定的输出电压Vot不同，但无论在哪种情况下都可以将额定电压Vo设定为4.20V。在本实施方式中，在电池组的电压测定电路51测定到的电压接近OVP53进行动作的值时，EC101对反馈电压Vfb进行修正使输出电压Vot降低，所以可以通过根据读取电压ε1和输出误差ε2而在该充电系统中所允许的最大的输出电压Vot来对电池电芯进行充电。在图5的例子中，在由读取误差ε1最大为±0.03V的电压测定电路和输出误差最大为±0.03V的充电器构成的充电系统中，#1～#5的充电系统的电芯电压成为最高，#6～#9的充电系统的电芯电压成为最低，但无论对于哪个充电系统，都可以使设定电压Vo为4.20V，使OVP53的保证值为4.25V。
此外，在图2所示的充电系统中，还具有缩短充电所需要的时间的次要效果。在电池组一侧对提供给充电器103的电压反馈输入FB-V的反馈电压Vfb进行测定的情况和在笔记本PC一侧进行测定的情况下，由于其间存在由多个电子部件、配线以及连接器等的电阻104导致的电压下降，所以与前者的测定值相比，后者的测定值为略高的电压。因此，在读取电压Vb达到设定电压Vo时将充电器103从恒流控制切换为恒压控制的情况下，如目前那样当在笔记本PC一侧测定反馈电压Vfb时，与在电池组一侧进行测定相比更早地切换为恒压控制。这样，由于通过恒流控制进行充电的时间变短，所以到满充电容量为止进行充电的时间变长。在这一点上，本实施方式的充电系统与现有方式相比可以缩短充电时间。
图6针对现有方式和本实施方式的充电系统，表示了关于充电需要时间的实验结果。线71、73表示在图3(a)所示的现有的充电系统中对电池电芯进行充电时的充电电流和充电容量，线75、77表示在图2所示的充电系统中对相同的电池电芯进行充电时的充电电流和充电容量。如线71所示，在现有方式中，在时刻t1b充电器103的动作从恒流控制切换为恒压控制，如线73所示在时刻t2b达到满充电容量。与此相对，在本实施方式中，如线75所示在比时刻t1b经过更长时间的时刻t1a，充电器103的动作从恒流控制切换为恒压控制，如线77所示，在时间上比时刻t2b更早达到的时刻t2a，达到满充电容量。在图2的充电系统中，到充满电为止所需要的时间与现有方式相比缩短了约20分钟。
图7表示由社团法人电池工业会以及社团法人电子信息技术产业协会所推荐的锂离子蓄电池的安全基准中的，与使用温度范围对应的设定电压和过电压设定值。将T2～T3(10～45℃)的温度范围作为标准温度区，是可以使锂离子蓄电池安全地发挥最佳性能的温度区。上述的设定电压Vo(4.20V)以及过电压设定值Vop(4.25V)的值基于该标准温度区中的充电条件。
在标准温度区以外的温度下使用锂离子蓄电池时，从安全性的角度出发希望通过与标准温度区相比低的充电电压进行充电。具体地说，设T1～T2(0～10℃)为低温区，此外设T3～T4(45～50℃)为高温区，在低温区以及高温区中，都推荐将设定电压Vo设为4.10V，将过电压设定值Vop设为4.15V。在标准温度区、低温区、高温区以外的0℃以下以及50℃以上的温度区中，禁止对锂离子蓄电池进行充电。此外，在此所示的T1～T4的各个温度值以及各个温度区中的设定电压Vo以及过电压设定值Vop没有进行限定的意思，在推荐其他值的情况下可以由该推荐值进行替换。
因此，在本实施方式的充电系统中，可以根据电池组10的使用环境的温度切换设定电压Vo和过电压设定值Vop。在图7中，实线表示设定电压Vo，虚线表示过电压设定值Vop。根据环境温度，EC101变更基准电压源123的输出来切换电压设定值输入Vset的设定电压Vo，MPU23通过程序变更过电压设定值Vop。
EC101在电池组10的内部通过在电池电芯11～13的附近配置的热敏电阻27检测电池电芯11～13周围的温度。EC101如果将热敏电阻27检测到的温度判断为高温区或者低温区的温度，则首先，EC101变更基准电压源123的输出来切换电压设定值输入Vset的设定电压Vo。然后，EC101将设定部55中存储的当前反馈电压V1变更为切换后的设定电压Vo来降低从恒流控制转移至恒压控制的电压。MPU23当从EC101取得温度的数据时，将过电压设定值Vop变更为与切换后的设定电压Vo对应的值。如图7所示，在标准温度区中成为Vop＝4.25V、Vo＝4.20V的设定，在低温区以及高温区中成为Vop＝4.15V、Vo＝4.10V的设定。
在对锂离子蓄电池进行充电时需要以高精度管理充电控制电压Vchg，另一方面，不需要以充电控制电压Vchg那样的精度控制充电控制电流Ichg，无论在笔记本PC100一侧进行测定还是在电池组10一侧进行测定都成为几乎相同的值。因此，在图1中从电池组10提供电压反馈输入Vset和电流反馈输入Iset双方，但也可以如同现有结构那样，在笔记本PC100一侧设置感应电阻，从此对充电器103反馈针对电流反馈输入Iset的充电电流Iot。
图8是表示本发明其他实施方式的基于SBS标准的电池组10以及笔记本PC100的概要结构的方框图。图9是用于在图8的充电系统中详细说明电压反馈系统的方框图。在图8、图9中，对于与图1相同的构成要素赋予相同的参照符号并省略说明。在该充电系统中，EC101把从电池组10收到的充电电流和读取电压Vb发送给充电器103的电流设定值输入Iset以及电压设定值输入Vset。对充电器103的电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入FB-I连接来自在笔记本PC100一侧准备的分压电阻113、115和感应电阻117的输出。对电压反馈输入FB-V输入反馈电压Vfb。
在该充电系统中，在EC101的设定部55中存储当前设定电压V3或修正设定电压V4。修正设定电压V4由EC101通过基于式(2)、式(3)的式子进行计算。修正设定电压V4一旦被存储到设定部55中时，成为当前设定电压V3，从设定部55将当前设定电压V3作为设定电压Vo提供给充电器103的电压设定值输入Vset。在恒流控制期间进行设定使当前设定电压V3成为额定电压4.20V，在反馈电压Vfb达到4.20V时充电器103切换为恒压控制。在恒压控制期间，充电器103进行动作以使反馈电压Vfb的值和设定电压Vo的值相等。
EC101与图2的充电系统的情况相反地，当读取电压Vb的值变大时，进行修正使修正设定电压V2变大来降低输出电压Vot，当读取电压Vb的值变小时，进行修正使修正设定电压V2变小来提高输出电压Vot。并且，在读取电压Vb接近过电压设定值Vop时，对充电器103发送修正设定电压V4，防止VOP53的误动作，所述修正设定电压V4是通过基于式(3)的式子使用加权系数对当前设定电压V3进行修正后而得到的。
至此，通过图示的特定的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限于图示的实施方式。只要起到本发明的效果，可以采用任何目前已知的结构。
本发明可用于对哑电池或聪明电池等电池组进行充电的蓄电池的充电系统。

Claims (15)

1.一种充电系统，具有电池电芯、测定该电池电芯的电芯电压的电压测定电路、在该电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护电路，其特征在于，
具有：充电器，其具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，对所述电池电芯进行充电；以及
控制部，其对所述充电器提供根据所述读取电压和所述设定电压生成的控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，
所述充电器对所述电池电芯进行恒流恒压控制，所述充电器在恒压控制期间根据所述控制电压对所述输出电压进行反馈控制。
3.根据权利要求2所述的充电系统，其特征在于，
所述控制部在恒压控制期间，把使用所述读取电压和所述设定电压对所述控制电压的当前值进行修正后所得到的修正控制电压作为所述控制电压的新的当前值，提供给所述充电器。
4.根据权利要求2所述的充电系统，其特征在于，
所述控制部在恒流控制期间将所述充电器的额定电压作为所述控制电压提供给所述充电器。
5.根据权利要求3所述的充电系统，其特征在于，
所述控制部在所述读取电压接近所述过电压设定值时，生成与不接近时相比进一步降低所述输出电压的所述修正控制电压。
6.根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，
将所述控制电压提供给所述充电器的电压反馈输入，将基准电压源与所述设定值输入相连接。
7.根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，
将所述控制电压提供给所述充电器的设定值输入，将所述输出电压提供给所述电压反馈输入。
8.根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，
设定所述设定电压和所述过电压设定值，以使所述输出电压相对于所述设定电压的输出误差的范围、和读取电压与针对所述电芯电压的所述过电压设定值相对应的误差的范围具有重叠的部分。
9.一种充电系统，其由电池组和安装该电池组的电子设备构成，其特征在于，
所述电池组具有：电池电芯；
电压测定电路，其测定所述电池电芯的电芯电压；以及
处理器，其包含当所述电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护部，
所述电子设备具有：充电器，其具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，对所述电池电芯进行充电；以及
控制器，其对所述充电器提供根据从所述电池组取得的所述读取电压生成的控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
10.根据权利要求9所述的充电系统，其特征在于，
所述电池组包含测定所述电池组内的温度的温度元件，根据所述温度元件测定到的温度变更所述设定电压。
11.一种充电系统，其由电池组和安装该电池组的电子设备构成，其特征在于，
所述电池组具有：电池电芯；
电压测定电路，其测定所述电池电芯的电芯电压；以及
处理器，其包含当所述电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护部，根据所述读取电压生成控制电压；
所述电子设备具有：充电器，其具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，对所述电池电芯进行充电；以及
控制器，其对所述充电器提供从所述处理器取得的所述控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
12.一种电池组，其可以安装在配备有以恒流恒压方式进行动作的充电器的电子设备中，该电池组的特征在于，
具有：电池电芯；
电压测定电路，其测定所述电池电芯的电压；以及
处理器，其包含当所述电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护电路，对所述充电器提供根据所述读取电压生成的控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
13.一种电子设备，其可以安装电池组，所述电池组具有电池电芯；测定该电池电芯的电芯电压的电压测定电路；以及在该电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护电路，该电子设备的特征在于，
具有：充电器，其具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，对所述电池电芯进行充电；以及
控制器，其对所述充电器提供根据从所述电池组取得的所述读取电压生成的控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
14.一种充电方法，其使用充电器对电池组进行充电，所述充电器具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，所述电池组具有电池电芯；测定该电池电芯的电芯电压的电压测定电路；以及在该电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护电路，该充电方法的特征在于，
具有以下的步骤：
通过恒流控制对所述电池电芯进行充电；
在恒压控制期间对所述电压反馈输入提供根据所述读取电压生成的控制电压；以及
对所述读取电压的变化进行响应来修正所述控制电压，将修正后的所述控制电压提供给所述电压反馈输入。
15.一种充电方法，其使用充电器对电池组进行充电，所述充电器具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，所述电池组具有电池电芯；测定该电池电芯的电芯电压的电压测定电路；以及在该电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护电路，该充电方法的特征在于，
具有以下的步骤：
通过恒流控制对所述电池电芯进行充电；
在恒压控制期间对所述设定值输入提供根据所述读取电压生成的控制电压；以及
对所述读取电压的变化进行响应来修正所述控制电压，将修正后的所述控制电压提供给所述设定值输入。
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