CN102144346A - 充电设备和充电控制方法 - Google Patents

Abstract

一种充电设备(200)，其可以安全可靠地确保容量。所述充电设备(200)包括：充电电流配置单元(70)，其配置流入电池(2a)的充电电流的设置值；充电电流控制器(60)，其根据充电电流配置单元(70)所配置的设置值来控制充电电流；单元电压检测器，其检测施加到每个单元(2b)的单元电压；以及电压确定单元(2b)，其确定是否单元电压检测器所检测到的单元电压中的至少一个已超过阈值电压。如果电压确定单元确定了单元电压中的至少一个已超过阈值电压，则充电电流配置单元(70)将设置值切换为更小的值。

Description

充电设备和充电控制方法

技术领域

本发明涉及用于对可再充电(二次)电池进行充电的充电设备和充电控制方法。

背景技术

在电动工具领域中，要求驱动无线工具的电池具有更高的容量和减轻的重量。为了满足这些需求，在一些情况下采用高功率密度的锂离子电池。在锂离子电池中，主要通过恒定电流和恒定电压控制来进行充电。检测完全充电的一种方法涉及利用一旦锂离子电池的充电电压达到最大电压则充电电流就减小的属性。例如，专利文献1提出了一种方法，其中在充电期间检测充电电流，并且当所检测到的充电电流下降到预定电流值以下时确定电池被完全充电。

专利文献1：未审查的日本专利申请KOKAI公开No.H2-192670。

发明内容

如果使用过高的充电电压来对如上所述锂离子电池进行充电，则会发生过电压。因此，充电设备必须以高精确度持续地监测充电电压。例如，在由多个单元组成的电池组中，充电设备监测每个单元的电压。如果有一个单元的电压超过预定电压(下文中称其为过电压值)，则充电设备确定过电压存在并且必须终止充电，其中所述预定电压用于确定所述多个单元中的任意一个单元是否已达到过电压状态。

但是，如果充电设备仅被配置成当任意单元的电压超过过电压值时就终止充电，则在电池仍然处于低容量状态的情况下充电就可能被终止。因此，上述过电压值必须被设置成电源电压容差范围的上限。例如，考虑这种情况，其中充电期间设置的每个单元的电压(下文中称其为恒定电压值)为4.2V，从而整个电池组的电压为4.2V乘单元数量。在这种情况下，例如，必须将过每个单元的过电压值设置为约+50mV，或每个单元的电压值为约4.25V，从而整个电池组的电压值约为4.25V乘单元数量。此时，也可以将电压值设置为低于恒定电压值4.2V乘单元数量的值，例如4.15V乘单元数量。在这种情况下，尽管在过电压值与电源电压容差范围之间产生了裕度，但是电池容量也自然地减小。因此，如前所述，终止充电的过电压值必须被设置在每单元50mV的非常小的范围内。

在电池单元间的电压几乎没有波动的状态下，甚至不将过电压确定为50mV的非常小的裕度范围内。但是，电池单元间由于使用频率而产生电压差是不可避免的。这种电压差是由于各单元间损耗程度、电池单元自身特性中诸如分钟变化(minute variations)之类的因子的不同或者由于由电池组中单元布置而引起的热效应的不同而产生的。与其他单元相比，损耗程度强的单元具有增大的内部电阻，因此充电期间的电压升高也增大。这种电压升高增大到充电电流很大的程度。因此，在充电期间，充电电流可能仅引起损耗程度大的单元达到上述过电压值。在这种情况下，即使只有一个单元达到过电压值也终止充电，因此在容量还很小的情况下就终止充电。

因此，本发明的一个目的是提供一种充电设备，即使对各单元间具有损耗程度差异的可再充电电池进行充电，其也可以安全可靠地达到充足的容量。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面的充电设备通过恒定电压和恒定电流控制来对由多个串联连接的单元组成的电池进行充电。所述充电设备包括：充电电流配置电源，其配置流入电池的充电电流的设置值；充电电流控制器，其基于由充电电流配置单元配置的设置值来控制充电电流；单元电压检测器，其检测施加到每个单元的单元电压；以及电压确定单元，其确定是否由单元电压检测器所检测到的单元电压中的至少一个超过了阈值电压。如果电压确定单元确定至少一个单元电压超过了阈值电压，则充电电流配置单元将设置值切换至较小值。

如果切换设置值的操作重复了预定次数或更多，则充电电流配置单元也可以终止对电池进行充电。

所述充电设备还可以包括：充电电流检测器，其检测充电电流；终止电流配置单元，其针对充电电流配置单元配置的充电电流的每个设置值来配置阈值电流；以及完全充电确定单元，其确定充电电流检测器所检测到的充电电流是否等于或小于终止电流配置单元所配置的阈值电流。如果完全充电确定单元确定充电电流等于或小于阈值电流，则终止对电池进行充电。

为了实现上述目的，由通过恒定电压或恒定电流控制对由多个串联连接的单元组成的电池进行充电的充电设备执行根据本发明的第二方面的充电控制方法。所述充电设备包括充电电流配置单元、充电电流控制器、单元电压检测器、以及电压确定单元。所述充电控制方法包括以下步骤：使充电电流配置单元配置流入电池的充电电流的设置值；使充电电流控制器基于充电电流配置单元所配置的设置值来控制充电电流；使单元电压检测器检测施加到每个单元的单元电压；使电压确定单元确定是否单元电压检测器所检测到的单元电压的至少一个超过了阈值电压；以及如果电压确定单元确定至少一个单元电压超过了阈值电压，则使充电电流配置单元将设置值切换为较小值。

所述充电控制方法还可以包括以下步骤，即，如果切换设置值的操作重复预定次数或更多，则使充电电流配置单元终止对电池进行充电。

所述充电设备还可以包括充电电流检测器、终止电流配置单元、以及完全充电确定单元。所述充电控制方法还可以包括以下步骤：使充电电流检测器检测充电电流；使终止电流配置单元针对充电电流配置单元所配置的充电电流的每个设置值来配置阈值电流；使完全充电确定单元确定充电电流检测器所检测到的充电电流是否等于或小于终止电流配置单元所配置的阈值电流；以及如果完全充电确定单元确定充电电流等于或小于阈值电流，则终止对电池进行充电。

根据本发明的实施例的充电设备，即使对单元间具有损耗程度差异的可再充电电池进行充电，也可以安全可靠地达到充足的容量。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的充电设备的电路图；

图2是示出了根据本发明的实施例的充电设备的充电控制操作的流程图；

图3示出了根据本发明的实施例的充电设备中充电电流和充电电压的改变；

图4示出了现有技术的充电设备中充电电流和充电电压的改变；

图5示出了根据本发明的实施例的充电设备中充电电流和充电电压的改变。

具体实施方式

现在参考图1至图5来描述根据本发明的实施例的充电设备。图1是示出了根据本发明的实施例的充电电路200的电路图。充电电路200处于与AC电源1连接的状态，并且对电池组2a进行充电。充电电路200具有诸如整流平滑电路10、开关电路20、整流平滑电路30、充电电压控制电路100、充电电流检测元件3、充电电流控制电路60、充电电流配置电路70、光耦合器5、电池电压检测电路90、光耦合器4、以及微控制器50之类的部件。

整流平滑电路10由全波整流电路11和平滑电容器12组成，并且对从AC电源1输入的交流电进行整流和平滑。开关电路20由高频变压器21、MOSFET 22、以及PWM控制IC(开关电源)23组成。PWM控制IC是开关电源IC，其通过根据从光耦合器5输入的控制信号改变MOSFET 22的驱动脉冲宽度来调节整流平滑电路30的输出电压。光耦合器5是充电电流信号传输电路。

整流平滑电路30由二极管31、平滑电容器32、以及放电电阻器33组成。整流平滑电路30对开关电路20的输出进行整流和平滑，并且将结果输出至充电电压控制电路100。

充电电压控制电路100由电阻器101、103、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114和115、电位器102、电容器104、分路调节器116、整流二极管117、以及FET 118、119和120组成。在由电阻器101和电位器102组成的串联电阻与由电阻器105和电阻器106、电阻器109或电阻器112组成的并联电阻之间存在充电电压的部分电压值。确定该部分电压值以作为分路调节器116的参考值。通过使FET 118、119和120导通或断开，由来自微控制器50的输出端口51b的信号来分别选择电阻器106、109和112。电位器102是可变电阻器，其用于微调各部件间的各电阻值(即，电阻器105、106、109和112的各电阻值)的波动。电阻器101和电阻器103、105、106、109和112的电阻值分别确定为符合以下参数。

例如，通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及电阻器105确定的值可以被确定为用于对两个单元的锂离子电池进行充电的值。通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及由电阻器105和电阻器106组成的并联电阻器(即，通过使FET 118导通形成的并联电阻器)确定的值可以被确定为用于对三个单元的锂离子电池进行充电的值。另外，通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及由电阻器105和电阻器109组成的并联电阻器(即，通过使FET 119导通形成的并联电阻器)确定的值可以被确定为用于对四个单元的锂离子电池进行充电的值。通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及由电阻器105和电阻器112组成的并联电阻器(即，通过使FET 120导通形成的并联电阻器)确定的值可以被确定为用于对五个单元的锂离子电池进行充电的值。

另外，电位器102的输出端经由电容器104、电阻器103、电阻器115、以及二极管117连接至光耦合器5。通过将取决于充电电压控制电路100的输出电压的信号传输至PWM控制IC 23，充电电压控制电路100根据单元数量来输出充电电压。

电流检测元件3是检测流入电池组2a的充电电流的电阻器。电流检测元件3连接在电池组2a与整流平滑电路30的输出侧之间。

充电电流控制电路60由运算放大器61和65、电阻器62、63、64、66和67、以及二极管68组成。电阻器62连接在整流平滑电路30与运算放大器61的反相输入端之间，而电阻器63连接在运算放大器61的反相输入端与输出端之间。运算放大器61的正相输入端接地，而输出端连接至微控制器50和电阻器64。电阻器64还连接至运算放大器65的反相输入端。电阻器66连接在运算放大器65的反相输入端和输出端之间。运算放大器65的正相输入端连接至充电电流配置电路70，而输出端经由电阻器67和二极管68连接至光耦合器5。充电电流控制电路60通过向光耦合器5输出信号来控制充电电流，该信号取决于充电电流检测元件3所检测到的充电电流的检测值与充电电流配置电路70所配置的充电电流的设置值的比较结果。

充电电流配置电路70由电阻器71至76组成。参考电压Vcc是使用由电阻器71和72进行分压产生的值设置充电电流时的参考值。电阻器73、74、75和76连接至微控制器50的输出端口51b，并且视情况从各电阻器所连接的输出端口51b输出低电平信号。这样，当设置充电电流时，改变参考值，从而也可以改变充电电流。

例如，如果没有从任何端口输出输出信号，则由电阻器71和电阻器72进行分压的参考电压Vcc的部分值被输出到充电电流控制电路60，并且成为设置充电电流的参考值。从充电电流控制电路60向光耦合器5输出取决于该参考值的信号，并且通过控制PWM控制IC23来改变充电电流。此时的充电电流被视为电流I1。如果已经从连接到电阻器73的输出端口输出了低电平信号，则由电阻器71、电阻器72和电阻器73组成的并联电阻器进行分压得到的部分值成为设置充电电流时的参考值。例如，此时的充电电流被视为电流I2。类似地，将从连接到电阻器74、75和76的各输出端口输出各低电平信号时的充电电流视为I3、I4和I5(其中I1＞I2＞I3＞I4＞I5)。

微控制器50是由输出端口51a和51b、A/D输入端口52、以及复位端口53组成的控制电路。输出端口51a向光耦合器4和显示电路130输出信号。输出端口51b向充电电流配置电路70输出用于设置充电电流的信号，并且向充电电压控制电路100输出用于设置充电电压的信号。A/D输入端口52从单元数确定元件7、温度检测电路80、以及电池电压检测电路90接收信号作为输入。

光耦合器4是充电控制信号传输电路。一旦从微控制器50的输出端口51a接收到用于启动充电的控制信号，光耦合器4就通过将该控制信号传输至PWM控制IC 23来开始开关操作。接着，一旦接收到用于终止充电的控制信号，光耦合器4就通过将该控制信号传输至PWM控制IC 23来终止开关操作。

显示电路130是用于显示充电状态的显示装置，并且由LED 131以及电阻器132和133组成。LED 131被配置成发出红、绿、黄(amber)三种颜色的光。此处，红色表示充电之前的状态，红色表示充电期间的状态，绿色表示充电完成后的状态。

另外，充电电路200具有电源40以及整流平滑电路6，电源40作为诸如微控制器50以及运算放大器61和65之类的部件的电源，整流平滑电路6作为PWM控制IC 23的电源。电源40由变压器41a至41c、开关元件42、控制元件43、整流二极管44、电容器45和47、调节器46、以及复位IC 48组成。整流平滑电路6是作为PWM控制IC 23的电源的整流平滑电路，并且由变压器6a、整流二极管6b、以及平滑电容器6c组成。

电池组2a由多个串联连接的单元(也被称为单元电池)组成。在本实施例中，假设为锂离子电池。电池组2a连接至保护IC 2b、单元数确定元件7、以及电池温度检测元件8。电池组2a的每个单元都连接到保护IC 2b。保护IC 2b基于每个单元来监测电池电压，并且如果确定构成电池组2a的多个单元中的任意一个处于过电压或过放电状态，则保护IC 2b经由充电设备和电池之间的端子向微控制器50输出表示过电压或过放电的信号。此处，过电压是指其中确定了单元电压高于用于确定是否存在过电压状态的预定电压(下文中称其为过电压值)的情况。另一方面，过放电是指其中确定了单元电压低于用于确定是否存在过放电状态的预定电压(不同于过电压值)的情况。

在充电电路200中，邻近电池组2a布置有单元数确定电阻器7。单元数确定电阻器7和单元数确定电路9的电阻对参考电压Vcc的值进行分压。部分值输入到微控制器50的A/D输入端口52。然后，微控制器50通过使FET 118、119和120导通或断开来根据单元数量设置充电电压。

在充电电路200中，邻近电池组2a还布置有热敏电阻器或类似的温度敏感元件8。温度敏感元件8向电池温度检测电路80传输取决于电池组2a的温度的信号。

电池温度检测电路80由电阻器81和82组成。通过由温度敏感元件8和电阻器82组成的并联电阻器以及通过电阻器81对参考电压Vcc进行分压。然后，将该部分值输出到微控制器50的A/D输入端口52作为电池温度信息。

电池电压检测电路90由电阻器91和92组成。电池电压检测电路90连接至电池组2a的正极侧。电池电压被电阻器91和92分压。然后，该部分值输入到微控制器50的A/D输入端口52作为电池电压信息。

现在，使用图2中的流程图来描述本发明的实施例中充电控制的操作示例。

首先，当电源接通时，微控制器50执行输出端口51a和51b的初始化设置。接下来，微控制器50控制显示电路130来显示充电之前的状态。在本实施例中，微控制器50通过从连接到显示电路130的电阻器133的微控制器50的输出端口51a输出高电平信号来显示充电之前的状态，从而使显示电路130点亮为红灯(步骤S201)。接下来，微控制器50确定电池是否连接到充电器(步骤S202)。例如，如果经由电池温度检测电路80输入微控制器50的A/D输入端口52中的值具有变化，则可以确定电池与充电器连接。如果微控制器50确定了电池没有连接到充电器(步骤S202：否)，则再次执行步骤S202中的处理。相反，如果微控制器50确定电池连接到了充电器(步骤S202：是)，则微控制器50随后根据经由单元数确定电路9输入微控制器50的A/D输入端口52中的值来确定单元数(步骤S203)。接下来，微控制器50根据在步骤S203中确定的单元数来设置输出电压(步骤S204)。

确定通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及由电阻器105和电阻器106、电阻器109或电阻器112组成的并联电阻器进行分压的输出电压的部分值，以使其等于分路调节器116的参考值。例如，在本实施例中，通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及电阻器105确定的值被视为用于对两个单元的锂离子电池进行充电的值。通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及由电阻器105和电阻器106组成的并联电阻器(即，由于从微控制器50的输出端口51b输出信号使FET 118导通而形成的并联电阻器)确定的值被视为用于对三个单元的锂离子电池进行充电的值。另外，通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及由电阻器105和电阻器109组成的并联电阻器(即，由于从微控制器50的输出端口51b输出信号使FET 119导通而形成的并联电阻器)确定的值被视为用于对四个单元的锂离子电池进行充电的值。通过由电阻器101和电位器102组成的串联电阻器以及由电阻器105和电阻器112组成的并联电阻器(即，由于从微控制器50的输出端口51b输出信号使FET 120导通而形成的并联电阻器)确定的值被视为用于对五个单元的锂离子电池进行充电的值。

接下来，微控制器50将用于充电的充电电流设置为I1(步骤S205)。可以不通过从连接到电阻器73、74、75和76的输出端口输出信号来将充电电流设置为I1。下文中，在适当情况下，将充电电流的设置值称为电流设置值。

另外，微控制器50还设置对应于充电电流I1的结束电流的值(步骤S206)。在本实施例中，假设通过恒定电流和恒定电压控制来对锂离子电池进行充电，因此，在恒定电压控制期间，当充电电流下降到预定电流(结束电流)以下时，则确定为完全充电。在充电电流为电流I1的情况下，例如，将电流I10确定为相应结束电流的设置值。换句话说，如果充电电流变得小于被设置为结束电流的电流I10，则认为充电完成，并且结束充电。这利用了以下优势，即，尽管在开始充电后的一段时间内充电电流保持在电流I1的设置值，但是充电电流随着充电接近完成而逐渐减小。

接着，微控制器50通过从输出端口51a输出高电平信号来启动充电，其使该信号经由光耦合器4传输至PWM控制IC 23(步骤S207)。一旦开始充电，微控制器50就控制显示电路130显示充电期间的状态(步骤S208)。例如，微控制器50可以通过从连接到显示电路130的电阻器132和电阻器133的输出端口输出高电平信号来显示充电期间的状态，从而使显示电路130点亮为黄灯。

然后，微控制器50确定是否存在单元处于过电压状态(步骤S209)。更具体地，微控制器50确定是否输入了过充电信号。此处，过充电信号是在多个单元中的任意一个呈现等于或大于过电压值的电压的情况下从电池组内的保护IC 2b输出的表示过充电的信号。

如果确定了存在过电压的单元(步骤S209：是)，则微控制器50确定充电电流是否为I1(步骤S210)。可以根据充电电流的设置值、或者根据来自电流检测元件3的检测值来确定充电电流是否为I1。如果确定了充电电流为I1(步骤S210：是)，则微控制器50将充电电流降低到I2(其中I2＜I1)(步骤S211；图5中的时刻t3)。微控制器50可以通过从连接到电阻器73的输出端口51b输出低电平信号来将充电电流设置为I2。通过降低充电电流，电池电压暂时地下降，从而停止了从电池组内的保护IC 2b输出过充电信号。此后，电池电压再次开始升高。

接下来，微控制器50设置对应于充电电流I2的结束电流的值(步骤S212)。在充电电流为I2的情况下，例如，微控制器50将电流I20确定为相应结束电流的设置值。

如果在步骤S210中确定充电电流不为I1(步骤S210：否)，则微控制器50确定充电电流是否为I2(步骤S213)。如果确定充电电流为I2(步骤S213：是)，则微控制器50将充电电流降低到I3(其中I3＜I2)(步骤S214；图5中的时刻t4)。微控制器50可以通过从连接到电阻器74的输出端口51b输出低电平信号来将充电电流设置为I3。通过降低充电电流，电池电压暂时地下降，从而停止从电池组内的保护IC 2b输出过充电信号。此后，电池电压再次开始升高。

接下来，微控制器50设置对应于充电电流I3的结束电流的值(步骤S215)。在充电电流为I3的情况下，例如，微控制器50将电流I30确定为相应结束电流的设置值。

如果在步骤S213中确定了充电电流不为I2(步骤S213：否)，则微控制器50确定充电电流是否为I3(步骤S216)。如果确定充电电流为I3(步骤S216：是)，则微控制器50将充电电流降低到I4(其中I4＜I3)(步骤S217；图5中的时刻t5)。微控制器50可以通过从连接到电阻器75的输出端口51b输出低电平信号来将充电电流设置为I4。通过降低充电电流，电池电压暂时地下降，从而停止从电池组内的保护IC 2b输出过充电信号。此后，电池电压再次开始升高。

接下来，微控制器50设置对应于充电电流I4的结束电流的值(步骤S218)。在充电电流为I4的情况下，例如，微控制器50将电流I40确定为相应结束电流的设置值。

如果在步骤S216中确定充电电流不为I3(步骤S216：否)，则微控制器50确定充电电流是否为I4(步骤S219)。如果确定充电电流为I4(步骤S219：是)，则微控制器50将充电电流降低到I5(其中I5＜I4)(步骤S220；图5中的时刻t6)。微控制器50可以通过从连接到电阻器76的输出端口51b输出低电平信号来将充电电流设置为I5。通过降低充电电流，电池电压暂时地下降，从而停止从电池组内的保护IC 2b输出过充电信号。此后，电池电压再次开始升高。

接下来，微控制器50设置对应于充电电流I5的结束电流的值(步骤S221)。在充电电流为I5的情况下，例如，微控制器50将电流I50确定为相应结束电流的设置值。

如果在步骤S219中确定了充电电流不为I4(步骤S219：否)，则微控制器50认为通过充电电流I5对电池组进行充电，并且结束充电(步骤S223；图5中的时刻t7)。

此外，如果确定不存在过电压的单元(步骤S209：否)，或者一旦完成步骤S212、S215、S218或S221，则微控制器50确定电池组是否被完全充电(步骤S222)。更具体地，微控制器50基于例如来自电流检测元件3的检测值来确定充电电流是否小于或等于结束电流。如前所述，在本实施例中，假设通过恒定电流和恒定电压控制来对锂离子电池进行充电，因此，在恒定电压控制期间，当充电电流下降到结束电流以下时，确定为完全充电。从而，如果确定充电电流小于或等于结束电流，则微控制器50确定电池组被完全充电。此处，在步骤S206、S212、S215、S218和S221中针对每个电流设置所设置的值被用作结束电流。

如果确定电池组被完全充电(步骤S222：是)，则微控制器50结束充电(步骤S223)。更具体地，微控制器50通过从连接到光耦合器4的输出端口51a中的端口输出高电平信号来使PWM控制IC 23处于暂停状态。充电暂停后，微控制器50使显示电路130的显示器点亮为绿灯(步骤S224)。更具体地，为了使显示电路130点亮为绿灯，微控制器50从连接到显示电路130的电阻器113的输出端口51a输出高电平信号。接着，微控制器50确定电池是否已从充电器移除(步骤S225)。如果确定电池还未从充电器移除(步骤S225：否)，则微控制器50再次执行步骤S225中的处理。相反，如果确定电池已从充电器移除(步骤S225：是)，则微控制器50返回到步骤S201。

接下来，参考图3到图5详细地描述通过前述控制方法进行充电时的充电期间电流和电压的变化。图3示出了本实施例中在充电设备的正常操作期间(即，多个单元中无一被确定为过电压的时)的充电波形的示例。横轴表示时间t，而纵轴表示充电电流I、每单元电压Vc、以及电池组电压Vp(下文中称其为电池电压)。在本实施例中，使用每单元电压Vc来确定过电压，而使用整个电池组2a的电池电压Vp来确定恒定电压。为了容易理解，每单元电压Vc和电池电压Vp在图3中都以单一曲线表示，但是应该理解的是，电池电压Vp约为电压Vc乘以单元数量的值。换句话说，图3示出了其中电池组由单个单元组成的情况、或者可替换地，示出了其中电池组由各自特性没有展示出波动的多个单元组成的情况。

一旦充电开始，则首先使用恒定电流(在本实施例中，为充电电流I1)进行充电。随着电流流动，每单元电压Vc和电池电压Vp开始升高。在某一时刻，电池电压Vp达到恒定电压控制电路100设置的恒定电压值。例如，此处恒定电压值为事先确定为等于4.2V每单元的电压值。在电池组2a由四个单元组成的情况下，恒定电压值变成4.2V乘4(或16.8V)。当电池电压Vp达到恒定电压值(例如，在时刻t0，Vp＝16.8V)时，充电电流I开始减小。接着，当充电电流I达到结束电流(在充电电流为I1的情况下为I10)时，确定为完全充电，并且终止充电(时刻t1)。

另一方面，考虑了如图4中所示其中单元间的电压平衡关系被打破的情况，以及多个单元中的一个达到了过电压值(在此过电压值时确定了过充电)。图4示出了充电由于多个单元中的一个达到了等于或大于过电压值的电压而终止情况下的充电波形的示例。横轴表示时间t，而纵轴表示充电电流I、每单元电压Vc、以及电池电压Vp。如图4中的虚线所示，损耗程度强的单元的电压在时刻t2达到过电压值。相反，其他单元的电压在时刻t2都没有达到过电压值。因此，电池电压Vp在时刻t2没有达到恒定电压值。此刻，将通过相关技术的充电设备的控制来终止充电，因为电池组2a中的多个单元中恰好有一个单元达到了等于或大于过电压值的电压。

在这种控制中，如果单元间小电压的波动较大，则在不足的阶段就停止了充电。从而，电池组没有被充电到其适当的充电量。这种现象在图1所示充电电压控制电路100中的过电压值与用于确定充电的恒定电压值之间的差异较小的情况下更容易发生。例如，如果恒定电压值被取为4.20V乘单元数量，则如前所述在过电压值被设置为4.25V每单元而不是4.35V每单元的情况下，将更容易发生充电暂停。换句话说，可靠消除由于过充电而造成的电池损耗和保证电池容量成为对立因素。

图5示出了在多个单元中的一个达到等于或大于过电压值的电压的情况下本实施例的充电设备中充电波形的示例。横轴表示时间t，而纵轴表示充电电流I、每单元电压Vc、以及电池电压Vp。在本实施例中，当给定单元(即，损耗程度强的单元)达到等于或大于过电压值的电压时，充电电流(严格地说，是用于充电电压的设置值的设置电流)降低(时刻t3)。当充电电流降低时，电池电压暂时地下降到过电压值以下，从而继续进行充电。接着，电池电压再次升高，并且一旦达到过电压值，充电电流进一步降低(时刻t4)。接着，重复该操作(时刻t4、t5和t6)，并且在重复预定次数之后，终止充电(时刻t7)。通过以该方式进行控制，即使为了安全来相对于恒定电压值将过电压值设置在非常窄的范围内(诸如每单元+1.2％)，也可以进行适当的充电，而不会导致容量过度不足。

作为一个示例，考虑容量为1.5Ah的电池。当进行如图4所示的控制时，这种电池被充电到0.7Ah，而当根据如图5所示的本实施例进行控制时，电池可以被充电到1.3Ah。

应该理解的是，此处，微控制器50和充电电流配置电路70等效于充电电流配置单元。另外，充电电流控制电路60等效于充电电流控制器。保护IC 2b和微控制器50等效于单元电压检测器。此外，微控制器50等效于电压确定单元、结束电流配置单元、以及完全充电确定单元。此外，充电电流检测元件3等效于充电电流检测器。

如上所述，根据依照本实施例的充电设备，检测构成电池组的多个单元的各电压值。在甚至有一个检测电压值超过预定的过电压值的情况下，通过将充电电流切换至较低的电流值来暂时地解决过充电状态，并且继续充电。通过重复这种电流值切换操作，可以在避免电池损耗和不产生过电压的同时增大电池容量。因此，即使当单元间的损耗程度不同时，也可以安全可靠地确保容量。

另外，通过在重复充电电流切换操作预定次数之后停止充电，在没有使充电时间过长的情况下确保了充足的容量。此外，在没有任何单元的电压达到过电压值的情况下，当充电电流达到结束电流时，或者当切换操作之后设置的充电电流达到根据当时的电流设置而设置的结束电流时，可以确定为完全充电。因此可以有效地确保充足的容量。

根据本发明的充电设备不限于上述实施例，并且各种变型和改变都是可能的。例如，尽管在本实施例中假设了对锂离子电池进行充电，但是本发明可广泛地应用于通过恒定电流和恒定电压控制进行充电的电池。特别地，本发明对具有过电压值与恒定电压值之间几乎没有空隙的属性的电池有效。

过电压值和恒定电压值的设置值不限于上述值，也可以使用其他设置值。在这种情况下，本发明的优势增大，这是因为在过电压值与恒定电压值之间的差异较小的情况下，在恒定电压和很定电流控制下的电池容量的确保变得更困难。另外，由于电池损耗程度的波动可能随着构成电池组的单元数量的变大而增大，因此本发明的优势也增大。

当达到过电压值时切换电流的设置值的切换操作不限于上述方式，并且优选地，根据充电时间和所得容量来适当地确定。

其他布置也可以用于充电设备的电路布置，只要这种布置具有类似的行为和效果。

本申请基于日本专利申请No.2008-230477。因此，日本专利申请No.2008-230447的说明书、权利要求书、以及附图整体并入本说明书中。

工业实用性

根据本发明的实施例的充电设备可以用来对各种可再充电电池(诸如锂离子电池)进行充电。

Claims (6)

1.一种充电设备，其通过恒定电压或恒定电流控制的方式对由多个串联连接的单元组成的电池进行充电，其特征在于，所述充电设备包括：

充电电流配置单元，其配置流入电池的充电电流的设置值；

充电电流控制器，其根据充电电流配置单元所配置的设置值来控制充电电流；

单元电压检测器，其检测施加到每个单元的单元电压；以及

电压确定单元，其确定是否由单元电压检测器所检测到的单元电压中的至少一个已超过阈值电压；其中，

如果电压确定电源确定单元电压中的至少一个已超过阈值电压，则充电电流配置单元将设置值切换为更小的值。

2.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，如果切换设置值的操作被重复预定次数或更多，则充电电流配置单元终止对电池进行充电。

3.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述充电设备还包括：

充电电流检测器，其检测充电电流；

结束电流配置单元，其针对充电电流配置单元所配置的充电电流的每个设置值来配置阈值电流；以及

完全充电确定单元，其确定充电电流检测器所检测到的充电电流是否等于或小于结束电流配置单元所配置的阈值电流；其中，

如果完全充电确定单元确定充电电流等于或小于阈值电流，则终止对电池进行充电。

4.一种由充电设备执行的充电控制方法，所述充电设备通过恒定电压和恒定电流控制对由多个串联连接的单元组成的电池进行充电，

所述充电设备包括充电电流配置单元、充电电流控制器、单元电压检测器、和电压确定单元，并且

其特征在于，所述充电控制方法包括以下步骤：

使充电电流配置单元配置流入电池的充电电流的设置值；

使充电电流控制器根据充电电流配置单元所配置的设置值来控制充电电流；

使单元电压检测器检测施加到每个单元的单元电压；

使电压确定单元确定是否单元电压检测器所检测到的单元电压中的至少一个已超过阈值电压；以及

如果电压确定单元确定了单元电压中的至少一个已超过阈值电压，则使充电电流配置单元将设置值切换为更小的值。

5.根据权利要求4所述的充电控制方法，其特征在于，所述充电控制方法还包括以下步骤：

如果切换设置值的操作被重复预定次数或更多，则使充电电流配置单元终止对电池进行充电。

6.根据权利要求4所述的充电控制方法，

所述充电设备还包括充电电流检测器、结束电流配置单元、和完全充电确定单元，并且

其特征在于，所述充电控制方法还包括以下步骤：

使充电电流检测器检测充电电流；

使结束电流配置单元针对充电电流配置单元所配置的充电电流的每个设置值来配置阈值电流；

使完全充电确定单元确定充电电流检测器所检测到的充电电流是否等于或小于结束电流配置单元所配置的阈值电流；以及

如果完全充电确定单元确定充电电流等于或小于阈值电流，则终止对电池进行充电。

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