CN101656426B

CN101656426B - 充电装置和充电方法

Info

Publication number: CN101656426B
Application number: CN2009101658879A
Authority: CN
Inventors: 长岛修; 田代圭; 宮岛洋一; 竹下俊夫
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-08-12
Also published as: CN101656426A; US20100045242A1; JP4735683B2; JP2010051128A; US8207705B2

Abstract

本发明提供一种能够考虑到电力消耗而有效地对电池进行充电的充电装置和充电方法。该充电装置包括：充电单元，对电池进行充电；剩余容量检测单元，检测电池的剩余容量；必要充电容量取得单元，取得电池充电完成后的使用所必要的充电容量；追加充电容量计算单元，根据电池的剩余容量和必要充电容量，计算对电池进行追加充电的追加充电容量；充电电流确定单元，根据在对追加充电容量进行充电时产生的电力消耗，计算充电单元对追加充电容量进行充电时的充电电流；和控制单元，根据所确定的充电电流，控制充电单元。

Description

充电装置和充电方法

技术领域

本发明涉及一种充电装置和充电方法。

背景技术

在现有技术中，包括锂离子电池、NiCd电池或镍氢电池等二次电池在内的电池组是公知的。

公知的电池组具有：计算电池剩余容量并与使用电池作为电源的电子设备通信的微型计算机；微型计算机的外围电路；以及检测用于通过微型计算机计算电池剩余容量的电池单元(battery cell)的状态的电路。日本专利申请公开No.9-247864公开了一种在计算电池单元的剩余容量时，根据充电/放电时的电流累计量来检测电池单元的剩余容量的技术。

发明内容

近年来，人们常常关注原油等能源的枯竭问题，节能在我们的生活中变得很重要。当对锂离子二次电池进行充电时，充电电流被设定得很高来进行充电，从而由于充电路径的阻抗而导致发热量增加。由于发热而在充电时无用地消耗了电力。

本发明鉴于上述问题而作出，希望提供一种新的改进的充电装置和充电方法，能够考虑到电力消耗而有效地对电池进行充电。

根据本发明的实施方式，提供一种充电装置，包括：充电单元，对电池进行充电；剩余容量检测单元，检测电池的剩余容量；必要充电容量取得单元，取得电池充电完成后的使用所必要的充电容量；追加充电容量计算单元，根据电池的剩余容量和必要充电容量，计算对电池进行追加充电的追加充电容量；充电电流确定单元，根据在对追加充电容量进行充电时产生的电力消耗，计算充电单元对追加充电容量进行充电时的充电电流；和控制单元，根据所确定的充电电流，控制充电单元。

充电装置可以包括：充电时间计算单元，根据所确定的充电电流和追加充电容量，计算对追加充电容量进行充电所需的充电时间。

充电装置可以包括：充电时间输出单元，输出所计算的充电时间。

充电装置可以包括：希望充电时间取得单元，取得对追加充电容量进行充电时的希望充电时间，充电电流确定单元可以根据电力消耗和希望充电时间，确定充电电流。

必要充电容量取得单元可以取得电池的预期使用时间，从而计算电池充电完成后的使用所必要的充电容量。

而且，根据本发明的另一实施方式，提供一种充电方法，包括以下步骤：对电池进行充电；检测电池的剩余容量；取得电池充电完成后的使用所必要的充电容量；根据电池的剩余容量和必要充电容量，计算对电池进行追加充电的追加充电容量；根据在对追加充电容量进行充电时产生的电力消耗，计算充电单元对追加充电容量进行充电时的充电电流；以及根据所确定的充电电流，控制充电单元。

根据本发明的实施方式，可以考虑到电力消耗而有效地对电池进行充电。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的电池组的结构的电路图。

图2是示出本实施方式的电池组的充电装置的结构的框图。

图3是示出本实施方式的由于充电路径的阻抗而产生的电力消耗百分比与充电率之间、以及充电时间与充电率之间的关系的曲线图。

图4是示出本实施方式的充电装置的充电操作的流程图。

图5是示出本实施方式的充电装置根据剩余容量的充电操作的流程图。

图6是示出本实施方式的充电装置根据剩余容量的充电操作的流程图。

图7是示出本实施方式的充电装置根据剩余容量的充电操作的流程图。

图8是示出本实施方式的充电装置充电时的显示例的说明图。

图9是示出以往的充电装置的充电操作的流程图。

图10是示出以往的充电装置充电时的显示例的说明图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的优选实施方式。注意，在该说明书以及附图中，具有基本相同的功能和结构的结构要素被标注相同的附图标记，省略对这些结构要素的重复说明。

(电池组的结构)

说明本发明的一个实施方式的电池组的结构。图1是示出本发明的实施方式的电池组的结构的电路图。

电池单元20例如是锂离子二次电池。图1所示的本实施方式的电池组1具有被充电和放电的电池单元20、电流检测单元80和微型计算机10。电流检测单元80检测电池单元20的充电/放电电流i[mA]，并且将其放大预定的增益G[V/mA]，以输出电压e[V]。

微型计算机10具有A/D转换部件和运算部件。A/D转换部件以量化步长(quantizing step)q[V/LSB]对来自电流检测单元80的电流检测电压e[V]进行A/D转换，以得到数字值x。运算部件使用来自A/D转换部件的数字值x，在每个恒定周期t[h：小时]计算电池单元20的剩余容量Y[mAh]。

在本实施方式的电池组1中，电池单元20的正极与电池组1的正端子TM+连接，电池单元20的负极经由电流电压检测电阻R7与电池组1的负端子TM-连接。

来自包括串联稳压器和复位电路的微型计算机电源16的电源被提供给包含在电池组1中的微型计算机10，微型计算机10利用从微型计算机电源16提供的电源而进行操作。微型计算机10的充电电流检测输入端子DI1与用于检测充电电流的运算放大器13的输出端子连接。放电电流检测输入端子DI2与用于检测放电电流的运算放大器14的输出端子连接。而且，微型计算机10的中断输入端子与两个输入端子被分别连接到运算放大器13和14的输出端子的两输入NAND门15的输出端子连接。两输入NAND门15的输出端子经由上拉电阻R8与微型计算机电源16连接。

微型计算机10的温度检测输入端子与检测电池单元20的周边温度的温度传感器19的输出端子连接。电压检测输入端子与检测电池单元20的端子间电压的电压检测电路18的输出端子连接。接地端子与电池单元20的负极连接。用于通信的输入端子(SIN端子)和输出端子(SOUT端子)分别与缓冲放大器11和12连接。

进行模拟输入的所有充电电流检测输入端子DI1、放电电流检测输入端子DI2、温度检测输入端子和电压检测输入端子都是A/D输入端口。因此，微型计算机10包含将模拟信号转换成数字信号的A/D转换器。

运算放大器13的非反转输入端子经由电阻R3和用于检测电流和电压的电阻R7与电池单元20的负极连接，反转输入端子与用于设定增益的负反馈电阻R2和电阻R1连接。因此，通过根据电阻R1和R2的值之比(R2/R1)来放大在电池组1中流动的电流值(充电时的电流值)而得到的电压值从运算放大器13的输出端子输出。

另一方面，运算放大器14的非反转输入端子经由电阻R6与电池单元20的负极连接，反转输入端子与负反馈电阻R5和电阻R4连接。因此，通过根据电阻R4和R5的值之比(R5/R4)来放大在电池组1中流动的电流值(放电时的电流值)而得到的电压值从运算放大器14的输出端子输出。

(电池剩余容量的计算)

以下说明微型计算机10中的电池剩余容量的计算，即，基于运算放大器13和14的输出值的充电/放电电流值的累计运算。运算放大器13和14用作电流检测单元80的充电电流检测放大器和放电电流检测放大器。

电流检测单元80检测在电阻R7中流动的充电/放电电流i[mA]。电流检测单元80执行电流-电压转换，从而使用预定的增益G[V/mA]放大充电/放电电流i[mA]，输出电压e＝iG[V]。电流检测单元80将该电压e[V]发送到作为运算部件的微型计算机10的A/D输入端口，即充电电流检测输入端子DI1和放电电流检测输入端子DI2。

微型计算机10中的A/D转换部件(A/D转换器)使用预定的量化宽度或量化步长q[V/LSB]对输入电压e[V]进行量化，以将其转换成数字值x＝e/q(＝iG/q)。微型计算机10中的运算部件根据数字值x，在每个恒定运算周期T[h：小时]进行计算。

由于在运算周期T期间电流i的流动而导致的电池剩余容量的增加/减少ΔY成为iT＝(xq/G)·T[mAh]。当增加/减少ΔY用通过A/D转换得到的数字数据x表达时，ΔY＝(qT/G)·x。当值q、T和G被设定成使得此时的乘数系数qT/G成为2ⁿ时，ΔY＝2ⁿ·x，从而可以简单地通过位移动(bit shift)来计算电池的剩余容量的增加/减少ΔY。

电流i的正(+)对应于充电，负(-)对应于放电。此时，在图1的例子中，运算放大器13检测在电阻R7中流动的充电/放电电流中的充电电流i₁，运算放大器14检测放电电流i₂，从而将它们作为正电压e₁和e₂发送到微型计算机10的充电电流检测输入端子DI1和放电电流检测输入端子DI2。

因此，每个运算周期T中的电池剩余容量数据Y[mAh]的增加/减少ΔY[mAh]成为：

ΔY＝(i₁-i₂)×T

＝(e₁-e₂)×T/G

＝(x₁-x₂)×qT/G

x1是通过利用微型计算机10中的A/D转换器对发送到充电电流检测输入端子DI1的电压e₁进行数字转换而得到的数字值。x2是通过利用微型计算机10中的A/D转换器对发送到放电电流检测输入端子DI2的电压e₂进行数字转换而得到的数字值。

当qT/G＝2ⁿ时，

ΔY＝(x₁-x₂)×2ⁿ

可以通过位移动容易地进行计算。

(电池剩余容量的运算操作)

以下说明基于微型计算机10中的充电/放电电流值的累计的、电池剩余容量的运算操作。

在第一步骤中，将电池剩余容量数据Y[mAh]设定为剩余容量初始值Y₀[mAh]。这用Y←Y₀来表达。

在第二步骤中，将增加/减少ΔY、即(x₁-x₂)×2ⁿ加到之前的电池剩余容量数据Y[mAh]上，并将所得到的值作为新的电池剩余容量数据Y[mAh]存储在微型计算机10的未示出的内部存储器中。这用Y←Y+(x₁-x₂)×2ⁿ来表达。

在第三步骤中，在处理等待运算周期的一定时间T后，处理返回到第一步骤。

包括电流检测单元80的电流-电压转换在内的增益G[V/mA]、微型计算机10的A/D转换时的量化步长q[V/LSB]、以及微型计算机10中的充电/放电电流值的累计运算的周期、即电池剩余容量的更新周期T[h]之间的关系被选择为qT/G＝2ⁿ。结果，电流值累计量或电池剩余容量无需进行系数的累计而通过位移动即可计算。

构成电流检测单元80的运算放大器13的放大增益如上所述由电阻R1与R2之比确定，运算放大器14的放大增益如上所述由电阻R4与R5之比确定。电流-电压转换比由电阻R7确定。用于检测充电电流的运算放大器13的放大增益与用于检测放电电流的运算放大器14的放大增益相同，但是也可以彼此不同。微型计算机10中的A/D转换的量化步长q大多数由IC固定。运算周期T可以通过软件任意改变。

例如，当q/G＝2^k[mA/LSB]、T[h]＝1/2^m[h](k和m为整数)时，每个运算周期T中的增加/减少ΔY[mAh]变成：

ΔY＝(x₁-x₂)×qT/G

＝(x₁-x₂)×2^k-m

由于每个运算周期T中的电池剩余容量数据Y[mAh]可以按照Y←Y+(x₁-x₂)×2^k-m进行更新，因此，可以仅通过加法和减法运算以及(n-m)次的位移动就可以计算电流量累计值。

在本发明的实施方式的电池组和电池剩余容量数据输出方法中，检测出要充电或放电的电池单元的充电/放电电流i[mA]，并且将其放大预定的增益G[V/mA]，从而输出电压e[V]。以量化步长q[V/LSB]对该电流检测电压e[V]进行A/D转换，从而得到数字值x。在每个恒定周期T[h：小时]计算电池单元剩余容量Y[mAh]，从而使用在每个恒定周期T得到的数字值x，将用于计算电池单元剩余容量Y的增加/减少ΔY表达为：

ΔY＝(xq/G)×T

＝(qT/G)×x

电流检测单元的增益G[V/mA]、A/D转换时的量化步长q[V/LSB]、以及运算部件的运算周期T[h]的关系表达为：

qT/G＝2ⁿ(n为整数)

电池剩余容量的增加/减少ΔY如下计算：

ΔY＝2ⁿ×x

根据本实施方式，设定增益G[V/mA]、量化步长q[V/LSB]、以及运算周期t[h]的关系，使得通过对电流检测电压e[V]进行数字转换而得到的数字值的LSB为2ⁿ。结果，通过简单的运算即可得到电流累计量，从而可以防止微型计算机的软件量的增加和运算时间的增加。

(通常操作模式和省电模式)

进一步说明本实施方式的图1所示的电池组1。本实施方式的图1所示的电池组1还具有晶体管开关Tr1和晶体管开关Tr2。

晶体管开关Tr1由场效应晶体管构成，其栅极与微型计算机10的切换控制输出端子SW1连接，插入电阻R1以连接在其漏极和源极之间。

因此，当来自微型计算机10的切换控制输出端子SW1的信号电平为高(H)电平时，晶体管开关Tr1接通。结果，电阻R1的值几乎为0(仅晶体管开关Tr1的内部电阻)，根据电阻R1和R2的值之比(R2/R1)设定的运算放大器13的放大增益变大。

另一方面，当来自微型计算机10的切换控制输出端子SW2的信号电平为低(L)电平时，晶体管开关Tr1断开。结果，运算放大器13的放大增益成为按照电阻R1和R2的值之比(R2/R1)的放大增益，即，小于晶体管开关Tr1接通时的放大增益。

同样，晶体管开关Tr2由场效应晶体管构成，其栅极与微型计算机10的切换控制输出端子SW2连接，插入电阻R4以连接在其漏极和源极之间。

因此，当来自微型计算机10的切换控制输出端子SW2的信号电平为高(H)电平时，晶体管开关Tr2接通。结果，电阻R4的值几乎为0(仅晶体管开关Tr2的内部电阻)，运算放大器14的放大增益变大。

另一方面，当来自微型计算机10的切换控制输出端子SW2的信号电平为低(L)电平时，晶体管开关Tr2断开。结果，运算放大器14的放大增益变小。

微型计算机10在通常操作模式(Run)下，始终监视充电电流检测输入端子DI1和放电电流检测输入端子DI2的电平。当端子DI1和DI2处于一定电平以上时，切换控制输出端子SW1和SW2的信号电平都处于低电平。结果，晶体管开关Tr1和Tr2都断开，运算放大器13和14的放大增益都变小。

因此，通常操作模式(Run)下的微型计算机10可以使用放大增益小的运算放大器13和14的输出值来测量电池组1的电流值(充电时的电流值或放电时的电流值)。因此，微型计算机10能够识别充电和放电时的电流值，从而能够计算充电/放电电流累计值。

相反，在通常操作模式(Run)时，当电池组1中的充电/放电电流值成为不大于预定值的微小电流值时，使放大增益较小，从而运算放大器13和14的输出值变小。即，微型计算机10的充电电流检测输入端子DI1和放电电流检测输入端子DI2的电平变小。这时，端子DI1和DI2的电平变得不大于一定值，如果该状态持续一定时间以上，则微型计算机10确定处于无负载状态，进入节能模式(睡眠模式)。在该节能模式下，电力消耗小于通常操作模式下的电力消耗，从而可以节省电路的能量。

该节能模式(睡眠模式)下的微型计算机10使切换控制输出端子SW1和SW2的信号电平都成为高电平。结果，晶体管开关Tr1和Tr2都接通，运算放大器13和14的放大增益变大。因此，节能模式(睡眠模式)下的微型计算机10可以使用放大增益大的运算放大器13和14的输出值来测量电池组1的微小电流值(充电时的微小电流值或放电时的微小电流值)。

在节能模式下，当电池组1中的充电/放电电流值变成不小于预定值的值时，放大增益小的运算放大器13和14的输出值都变大。即，两输入NAND门15的两个输入端子的电平处于高电平，从而，两输入NAND门15的输出处于低电平。当提供给中断输入端子的两输入NAND门15的输出电平变成低电平时，微型计算机10取消节能模式而进入通常操作模式。

如上所述，根据图1的结构，由于节能模式下的电力消耗小于通常操作模式下的电力消耗，因此可以节省电路的能量。根据图1的结构，微型计算机10在切换控制输出SW1和SW2上控制晶体管Tr1和Tr2的接通/断开状态，从而能够切换运算放大器13和14的放大增益。结果在该结构中可以检测出节能模式下的微小电流值，并且可以测量通常操作模式下的电流值。

(电池组1和充电装置之间的通信)

向电池组1至少设置微型计算机10、电池单元20和电流检测单元80。微型计算机10包括与充电装置100通信的通信电路和生成表示电池组1的状态的信息的信息生成电路。

信息生成电路生成电池剩余容量信息、充电/放电电流检测信息、电池单元电压检测信息、温度检测信息和达到最大充电/放电周期时的标志，作为表示电池组1的状态的信息。电池组1的微型计算机10与充电装置100之间的通信经由电池组1侧的缓冲放大器11和12以及控制端子TMc建立。

充电装置100经由控制端子109c从电池组1接收表示电池组1的状态的信息。充电装置100将接收到的信息发送给充电控制电路113，充电控制电路113执行各种计算，将要显示的信息被发送给显示单元117。从将要显示在显示单元117上的信息生成显示信号，显示单元117显示电池剩余容量和最大充电/放电周期的超过，作为电池组1的电池状态。能够进行有线或无线信息交换的电路用于充电装置100与电池组1之间的通信。

(充电装置的结构)

以下说明本实施方式的电池组1的充电装置100的结构。图2是示出本实施方式的电池组1的充电装置100的结构的框图。充电装置100具有一次电路和控制恒定电压/恒定电流的充电控制电路113，其中，一次电路包括输入滤波器102、整流电路103和107以及PWM控制电路106。

向充电装置100设置插头101，并且例如向插头101提供AC100V的商用电源。提供给插头101的商用电源经由输入滤波器102被提供给整流电路103。

在整流电路103的输出侧得到的整流和平滑后的DC电压被提供给变压器104的初级绕组104a的一端。初级绕组104a的另一端连接到构成切换元件的npn型晶体管105的集电极。晶体管105的发射极接地。在脉冲宽度调制(PWM)控制电路106的输出侧获得的脉冲宽度调制信号被提供给晶体管105的基极。脉冲宽度调制(PWM)控制电路106的输出切换晶体管105，从而控制在变压器104的次级绕组104b获得的输出信号。

变压器104的次级绕组104b的一端连接到整流电路107的输入侧，次级绕组104b的另一端接地。整流电路107向连接到电池组1的正极的正极充电端子109a提供在变压器104的次级绕组104b上得到的用于充电的DC电压，从而对电池组1进行充电。

连接到电池组1的负极的负极充电端子109b经由包括防止回流开关110、充电开关111和电流检测电阻112的串联电路接地。

防止回流开关110和充电开关111由充电控制电路113控制，从而以一定间隔重复充电期间t0和开路期间t1。这种情况下，充电期间t0是较长的预定期间，开路期间t1是足够用于计算电池组1的规定电压、例如锂离子二次电池的上限电压Vh与锂离子二次电池8的电池开路电压Vt之间的差电压ΔV的较短的时间。

充电控制电路113在充电期间t0使防止回流开关110和充电开关111接通。充电控制电路113在开路期间t1使防止回流开关110接通并使充电开关111断开。充电控制电路113得到充电开关111断开时的防止回流开关110和充电开关111之间的连接中点处的电池组1的电池开路电压Vt。结果，充电控制电路113检测出锂离子二次电池的上限电压Vh与电池开路电压Vt等规定电压之间的差电压ΔV(＝Vh-Vt)。

恒定电流/恒定电压控制电路114以电池组1的上限电压Vh内的较高的第一设定电压Vc1，以恒定电流将电池组1充电到由差电压ΔV预设的切换差电压ΔV1。当差电压ΔV低于切换差电压ΔV1时，恒定电流/恒定电压控制电路114将设定电压切换成低于第一设定电压Vc1的第二设定电压Vc2，从而以恒定电压对电池组1进行充电。第一设定电压Vc1是电池组1的上限电压Vh或上限电压Vh附近的电压。第二设定电压Vc2是低于第一设定电压Vc1的电压。

当差电压ΔV低于预设的切换差电压ΔV1时，充电控制电路113生成设定电压切换信号。设定电压切换信号是用于将设定电压从第一设定电压Vc1切换到第二设定电压Vc2的信号。当差电压ΔV在低于预设的切换差电压ΔV1的完成差电压ΔV0内时，充电控制电路113完成充电。

另外，在本实施方式中，在整流电路107的输出侧得到的充电电压a被提供给恒定电流/恒定电压控制电路114，在电流检测电阻112上得到的充电电流b被提供给恒定电流/恒定电压控制电路114。设定电压切换信号进一步从充电控制电路113提供给恒定电流/恒定电压控制电路114。

恒定电流/恒定电压控制电路114经由光电耦合器115将用于恒定电流充电的控制信号提供给脉冲宽度调制控制电路106。恒定电流/恒定电压控制电路114经由光电耦合器115将用于恒定电压充电的控制信号提供给脉冲宽度调制控制电路106。该控制信号控制脉冲宽度调制控制电路106。

根据本实施方式，由于以电池组1的上限电压Vh内的较高的第一设定电压Vc1并以恒定电流对电池组1进行充电，直到电池组1的规定电压(例如电池组1的上限电压Vh)与电池开路电压Vt之间的差电压ΔV成为切换差电压ΔV1。结果，在本实施方式的充电装置100中，可以延长恒定电流充电时间，可以缩短充电完成之前的充电时间。而且，当差电压ΔV小于预定的切换差电压ΔV1时，将设定电压切换成低于第一设定电压Vc1的第二设定电压Vc2，从而以恒定电压对电池组1进行充电。结果，在本实施方式的充电装置100中，不会生成过度的电压，从而电池组1不会有劣化的危险。

(计算推荐充电时间的方法)

以下说明本实施方式的充电装置100中的计算推荐充电时间的方法。

本实施方式的充电装置100的充电控制电路例如具有剩余容量检测单元、必要充电容量取得单元、附加充电容量计算单元、充电电流确定单元、充电时间计算单元、充电时间输出单元和希望充电时间取得单元。

剩余容量检测单元检测电池组1的剩余容量。必要充电容量取得单元取得电池组1的充电完成之后的使用所必要的充电容量。必要充电容量取得单元经由操作单元116的用户操作而取得电池组1的期望使用时间，可以计算在电池组1的充电完成之后的使用所必要的充电容量。

追加充电容量计算单元根据电池组1的剩余容量和电池组1的充电完成之后的使用所必要的充电容量，计算对电池组1进行追加充电的追加充电容量。充电电流确定单元根据对追加充电容量进行充电时产生的电力消耗，确定通过充电装置100对追加充电容量进行充电时的充电电流。

充电时间计算单元根据所确定的充电电流和追加充电容量，计算对追加充电容量进行充电所需的充电时间。充电时间输出单元例如向显示单元117输出所计算的充电时间。希望充电时间取得单元经由操作单元116的用户操作取得在对追加充电容量进行充电时的希望充电时间。此时，充电电流确定单元根据电力消耗和希望充电时间确定充电电流。

锂离子二次电池的充电电流通常具有1C的上限值。1C是当具有标称容量值的容量的电池单元以恒定电流放电并且在1小时内完成放电时的电流值。例如，具有1000mAh的标称容量的电池单元的1C为1000mA。当使1C为1000mA的电池组的充电率为一半时，0.5C＝500mA。

图3是示出由于充电路径的阻抗而产生的电力消耗百分比与充电率之间、以及充电时间与充电率之间的关系的曲线图。在图3中，理论地计算出当改变充电率时由于充电路径的阻抗(假定为恒定值)而产生的电力消耗的百分比的变化。图3中的第一纵坐标轴(曲线上的左侧)表示在以1C充电时由于充电路径的阻抗(假定为恒定值)而产生的电力消耗的百分比为100％。

计算公式：P＝R×I²

P是电力消耗，R是充电路径的阻抗，I是充电电流。

图3是示出当充电率改变时，电池组从0％充电到100％时的充电时间的代表性例子的曲线图。图3中的第二纵坐标轴(曲线上的右侧)表示电池组从0％充电到100％时的充电时间的代表性例子。

(1)当充电时充电电流低时，理论上可以抑制自身发热。因此，可以将推荐充电电流设定成使得由于充电电流而产生的自身发热被抑制。

(2)当充电率(充电电流)降低时，可以减轻由于充电/放电周期而导致的容量劣化。在代表性例子中，当将1个周期后的某个样本的放电容量与300个周期后的放电容量相比较时，以0.7C充电时的容量劣化为-20％，而以0.2C充电时的容量劣化为-7％，即，极大减轻了容量劣化。因此，目标推荐充电电流可以是能够减轻由于充电/放电周期导致的容量劣化的0.2C左右。

(3)当考虑到用户的便利时，可以将推荐充电电流设定成在一个晚上(大约6小时)完成剩余容量从0％到100％的充电的电流值。

由于下述原因，在本实施方式的代表性例子中，以0.2C充电的时间是推荐充电时间。

(1)自身发热的观点：当1C充电时的自身发热为100％时，以0.2C充电时的发热约为4％，从而可以抑制由于发热而产生的电力消耗。

(2)容量劣化的观点：在0.2C充电的情况下，即使在300个周期后，容量劣化也减轻到-7％。

(3)充电时间的观点：以0.1C充电时，充电时间为大约8小时30分钟，从而没有在一个晚上完成充电，但是以0.2C充电时，充电时间为大约4小时15分钟，从而在一个晚上完成充电，

推荐充电时间不限于以0.2C充电的时间，可以从上述3个观点出发，以其它充电率来确定。

追加充电时间按照公式1计算：

追加充电时间＝{(由用户设定的剩余容量)-(充电前的剩余容量)}÷充电电流......(公式1)

最大充电电流由于电池单元的电压(剩余容量)与来自充电装置100的充电电压之差而变化，并且在每种类型的电池单元中得到几乎恒定的值。因此，事先调查剩余容量与最大充电电流之间的关系，并将该数据保持在电池组1或充电装置100中。

当用户指定了希望的预期使用时间(或预期使用剩余容量)时，在充电装置100的显示单元117上显示保存在电池组1或充电装置100中的0.2C充电时的估计充电时间，作为推荐充电时间。

推荐充电时间由于充电前的剩余容量而变化。图5～图7中的流程图示出在用户选择了必要的剩余容量后如何能够选择充电时间的例子。图5～图7是示出本实施方式的充电装置100根据剩余容量的充电操作的流程图。

参照图5说明充电操作。将电池组1连接到充电装置100(步骤S201)。检测剩余容量并显示可使用时间(剩余容量)(步骤S202)。

当确定剩余容量大于90％且小于100％时(步骤S203)，执行步骤S204～步骤S211的操作。首先，用户指定希望的充电剩余容量(时间)(步骤S204)。充电装置100根据该希望的充电剩余容量而显示推荐充电时间(步骤S205)。当用户确定所显示的推荐充电时间可以时(步骤S206)，充电装置100选择0.2C充电(步骤S207)，从而开始0.2C充电(步骤S208)。将电池组1充电到在步骤S204中指定的容量(步骤S211)。

另一方面，当用户确定所显示的推荐充电时间不可以、充电时间可以更长时(步骤S206)，充电装置100选择0.1C充电(步骤S209)，从而开始0.1C充电(步骤S210)。将电池组1充电到在步骤S204中指定的容量(步骤S211)。在步骤S209和S210中，充电时间比步骤S207和S208中的充电时间长，但是可以减少电力消耗。

当剩余容量大于90％且小于100％时，由于电池组的性能，充电装置100不进行0.3C充电，从而将0.3C充电从选项中省略。

参照图6说明充电操作。当根据所检测的剩余容量确定剩余容量大于等于80％且小于等于90％时(步骤S301)，执行步骤S302～步骤S309的操作。用户指定希望的充电剩余容量(时间)(步骤S302)。结果，充电装置100根据该希望的充电剩余容量而显示推荐充电时间(步骤S303)。当用户确定所显示的推荐充电时间可以时(步骤S304)，充电装置100选择0.2C充电(步骤S305)，从而开始0.2C充电(步骤S306)。将电池组1充电到在步骤S302中指定的容量(步骤S309)。

另一方面，当用户确定所显示的推荐充电时间不可以、最好是更短的充电时间时(步骤S304)，充电装置100选择0.3C充电(步骤S307)，从而开始0.3C充电(步骤S308)。将电池组1充电到在步骤S302中指定的容量(步骤S309)。在步骤S307和S308中，充电时间比步骤S305和S306中的充电时间短，但电力消耗变得略高。

在步骤S304之后，可以提供用于选择和开始0.1C充电的选项。此时，充电时间比步骤S305和S306中的充电时间长，但可以降低电力消耗。

参照图7说明充电操作。当根据所检测的剩余容量确定剩余容量为100％时(步骤S401)，不需要充电操作从而结束充电操作。另一方面，当根据所检测的剩余容量确定剩余容量小于80％时(步骤S401)，执行步骤S402～步骤S412的操作。首先，用户指定希望的充电剩余容量(时间)(步骤S402)。结果，充电装置100根据该希望的充电剩余容量而显示推荐充电时间(步骤S403)。当用户确定所显示的推荐充电时间可以时(步骤S404)，充电装置100选择0.2C充电(步骤S405)，从而开始0.2C充电(步骤S406)。将电池组1充电到在步骤S402中指定的容量(步骤S412)。

另一方面，当用户确定由于所显示的推荐充电时间慢，所显示的推荐充电时间不可以、最好是更短的充电时间时(步骤S407)，充电装置100接收操作单元116的用户操作，选择0.3C充电～1C充电的充电(步骤S408)，从而以所选择的充电率开始充电(步骤S409)。将电池组1充电到在步骤S402中指定的容量(步骤S412)。在步骤S408和S409中，充电时间比步骤S405和S406中的充电时间短，但电力消耗变得略高。

另一方面，当用户确定所显示的推荐充电时间不可以、最好是更长的充电时间时(步骤S407)，充电装置100选择0.1C充电(步骤S410)，从而开始0.1C充电(步骤S411)。将电池组1充电到在步骤S402中指定的容量(步骤S412)。在步骤S410和S411中，充电时间比步骤S405和S406中的充电时间长，但是可以减少电力消耗。

(设定剩余容量和充电时间的方法)

当电池组1连接到充电装置100时，充电装置100显示检测剩余容量的结果作为可使用时间(剩余容量)。因此，用户通过操作单元116的操作来设定使剩余容量比当前的剩余容量高多少。

对于充电时间，当电池组1连接到充电装置100时，充电装置100显示推荐充电时间。因此，用户通过操作单元116的操作来设定充电时间比推荐充电时间快还是慢(用户希望的可使用时间(剩余容量))。

接收用户操作的操作单元116例如是数字键(ten key)或上下按钮。在显示单元117上显示由用户设定的必要充电容量和充电时间。操作单元116具有接收确定的按下按钮。用于接收确定的按下按钮还可以用作用于开始充电的触发按钮，但触发按钮也可以单独设置。

(用于切换充电电流的方法)

在用户选择了必要的剩余容量并且确定了充电时间后，根据公式2来确定充电电流。

充电电流＝{(由用户设定的剩余容量)-(充电前的剩余容量)}÷充电时间......(公式2)

充电装置100使用下述方法以所计算的充电电流来进行充电。可以通过利用通过阻抗分割而将充电装置100的充电电流分割成多个电流的部件、PWM或D/A转换，线性地改变电流，来切换对电池组1的充电电流(见图2)。

(充电装置的充电操作和充电时的显示)

作为比较例说明以往的充电装置的充电操作和从充电开始到结束的充电显示的例子。图9是示出以往的充电装置的充电操作的流程图。图10是示出以往的充电装置充电时的显示例的说明图。

说明以往的充电装置的显示例。在充电装置接通电源后，当没有连接电池组时，显示如图10A所示。在电池组连接到充电装置上后(步骤S11)，紧接充电开始之后如图10B所示(步骤S12)。当充电装置正在检查电池组的充电量时，如图10C所示显示“-”作为充电时间。当充电装置检查了电池组的充电量时，如图10F所示，显示可使用时间(步骤S13)。在充电期间，充电灯打开。

从图10F的状态开始，当按下一次充电装置的显示切换按钮时(步骤S14)，如图10D所示，显示到实用充电(大约满充电的90％)的充电完成的时间(步骤S15)。从图10D的状态开始，当按下一次充电装置的显示切换按钮时，如图10E所示，显示满充电完成的时间(步骤S15)。从图10E的状态开始，当按下一次充电装置的显示切换按钮时，显示返回到图10F的状态，显示可使用时间。当完成满充电时，如图10G所示，例如在电池标记上显示“FULL”(步骤S16)。

以下说明本实施方式的充电装置的充电操作和显示例。图4是示出本实施方式的充电装置的充电操作的流程图。图8是示出本实施方式的充电装置100充电时的显示例的说明图。

在充电装置100接通电源后，当没有连接电池组1时，显示如图8A所示。在电池组1连接到充电装置100上后(步骤S101)，当充电装置100确认电池组1的充电量时，如图8B所示显示可使用时间(步骤S102)。如图8C所示，充电装置100要求用户输入希望的可使用时间。当用户输入并确定了希望的可使用时间时，显示如图8D所示(步骤S103)。

如图8E所示，充电装置100显示用于指定的希望可使用时间的充电的推荐充电时间(步骤S104)。当用户确定所显示的推荐充电时间可以时(步骤S105)，通过按下按钮确定该推荐充电时间(步骤S106)，按下充电开始按钮(步骤S108)，开始充电(步骤S109)。

另一方面，当确定所显示的推荐充电时间不合适(步骤S105)并且按下了显示切换按钮时，将显示切换到可以输入希望充电时间的显示。当用户输入了希望充电时间时，显示如图8F所示。当用户确定了希望充电时间(步骤S107)并且按下充电开始按钮(步骤S108)时，开始充电(步骤S109)。在开始充电后，充电灯打开，显示可使用时间(剩余容量)，并且如图8G所示以倒计时的方式按分钟显示充电完成之前的时间(步骤S110)。将电池组1充电到指定的剩余容量(步骤S111)。当完成满充电时，如图8H所示，例如在电池标记上显示“FULL”。

以下说明本实施方式的效果。

(1)当对电池组1充电时，由于电池组1中的充电路径具有阻抗，因此电池组1由于充电电流的流动而自身发热。由于该发热而使从充电装置100提供的电力被无用地消耗。

发热量(电力消耗)可以根据电路内的阻抗和充电电流而按照以下公式计算：

计算公式：P＝R×I²

P是电力消耗，I是充电电流，R是充电路径的阻抗。

因此，当用户急于以必要的充电量对电池组1进行充电时，相对于在如图4所示指定了必要的剩余容量后显示的推荐充电时间，通过操作单元116减慢充电时间(使其更长)，从而可以将充电装置100的充电电流设定得较低。当抑制了由于电池组1的充电电流而产生的自身发热时，可以降低额外的电力消耗。

(2)当在通常温度环境下以高的剩余容量(每个电池单元大约4.2V)将包含在电池组1中的电池单元20放置了3个月时，剩余容量由于自身放电而减少大约10％。因此，当不需要大量的剩余容量并且满充电的电池组用得很少并被放置时，由于自身放电而无用地耗能。

但是，如图9中的以往的充电装置的充电操作的流程图所示，当电池组一直在以往的充电装置的控制下进行充电时，只要用户不在充电过程中将电池组1从充电装置上取下，电池组就会满充电。并且，用户难以选择必要的剩余容量。

另一方面，根据本实施方式，如图4中的本实施方式的充电操作的流程图所示，当电池组1连接到充电装置100时，电池组1的充电前的剩余容量作为可使用时间显示在显示单元117上。用户可以使用数字键等操作单元116来增加所显示的可使用时间，从而指定必要的可使用时间(充电量的增加)。

(3)在现有技术中，由于用户不能指定剩余容量而将电池组满充电，因此仅显示满充电或大约90％的充电所需的充电时间。另一方面，在本实施方式中，如图4中的本实施方式的充电操作的流程图所示，在用户指定了更好的可使用时间(剩余容量)后，在充电装置100的显示单元117上显示推荐充电时间。当用户希望比推荐充电时间更快或更慢地充电时，用户可以经由操作单元116改变充电时间。

用于计算推荐充电时间的充电电流应当根据包含在电池组1中的电池单元20的剩余容量和种类来切换。预先检查电池单元20的充电特性，将剩余容量与充电电流之间的关系存储在充电装置100的内部存储器中。将该充电电流用于计算推荐充电时间。

本发明包含与2008年8月22日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2008-214617中记载的主题相关的主题，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

本领域技术人员应当理解，只要在所附权利要求及其等同技术方案的范围内，取决于设计需要和其它因素，可以进行各种变形、组合、子组合和改换。

上述实施方式说明了对电池组1进行充电的装置是充电装置100，但本发明不限于此。例如，该装置可以是摄像机、数字照相机、移动电话或个人计算机，只要其能够对电池组1进行充电、能够从电池组1取得与充电有关的信息并且能够显示与充电有关的信息即可。

Claims

1.一种充电装置，包括：

充电单元，对电池进行充电；

剩余容量检测单元，检测电池的剩余容量；

必要充电容量取得单元，取得电池充电完成后的使用所必要的充电容量；

追加充电容量计算单元，根据电池的剩余容量和必要充电容量，计算对电池进行追加充电的追加充电容量；

充电电流确定单元，根据在对追加充电容量进行充电时充电路径的阻抗产生的电力消耗，确定充电单元对追加充电容量进行充电时的充电电流；和

控制单元，根据所确定的充电电流，控制充电单元。

2.如权利要求1所述的充电装置，包括：充电时间计算单元，根据所确定的充电电流和追加充电容量，计算对追加充电容量进行充电所需的充电时间。

3.如权利要求2所述的充电装置，包括：充电时间输出单元，输出所计算的充电时间。

4.如权利要求1所述的充电装置，包括：

希望充电时间取得单元，取得对追加充电容量进行充电时的希望充电时间，

其中，充电电流确定单元根据电力消耗和希望充电时间，确定充电电流。

5.如权利要求1所述的充电装置，其中，必要充电容量取得单元取得电池的预期使用时间，从而计算电池充电完成后的使用所必要的充电容量。

6.一种充电方法，包括以下步骤：

对电池进行充电；

检测电池的剩余容量；

取得电池充电完成后的使用所必要的充电容量；

根据电池的剩余容量和必要充电容量，计算对电池进行追加充电的追加充电容量；

根据在对追加充电容量进行充电时充电路径的阻抗产生的电力消耗，确定充电单元对追加充电容量进行充电时的充电电流；以及

根据所确定的充电电流，控制充电单元。