CN102326313A - 充电控制电路、电池组件以及充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的充电控制电路包括:控制对二次电池充电的充电部的动作的充电控制部;以及检测所述二次电池的端子电压的电压检测部,所述充电控制部,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压低于被预先设定为比作为所述二次电池达到满充电时的端子电压的满充电电压低的电压值的第一阈值电压时,通过向所述充电部请求指定的第一电流值的充电电流,让该充电部向所述二次电池供应该充电电流以执行恒流充电,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压超过所述第一阈值电压、但并未达到所述满充电电压时,通过向所述充电部请求小于所述第一电流值的第二电流值的充电电流,让该充电部向所述二次电池供应该充电电流以执行恒流充电,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压达到所述满充电电压以上时,让所述充电部将该满充电电压作为充电电压供应给所述二次电池以执行恒压充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制二次电池的充电的充电控制电路、以及具备该充电控制电路的电池组件、充电系统。
背景技术
目前已知有一种CCCV(恒流恒压)充电方式,在对二次电池进行充电时,首先执行以一定的电流值进行充电的恒流充电,当二次电池的端子电压达到预先设定的充电终止电压时,对二次电池施加该充电终止电压,执行以一定的充电电压进行充电的恒压充电(例如,参照专利文献1)。
在CCCV充电方式中,将二次电池的SOC(State Of Charge,充电状态)为100%的满充电时的开路电压(OCV)、即满充电电压设定为充电终止电压。由于二次电池具有内阻R,因此,当通过恒流充电而使二次电池的端子电压达到充电终止电压时,该端子电压中包含有因充电电流I流过内阻R而产生的压降(voltage drop)IR。因此,二次电池的开路电压尚未达到充电终止电压(=满充电电压)。所以,二次电池未达到满充电。
因此,当进一步进行恒压充电时,随着充电电流逐渐减小压降IR减小,二次电池的开路电压上升压降IR减小的程度。然后,当充电电流减小到被预先设定为微小的电流值的充电终止电流值以下、压降IR减小到可以忽视的程度时,即二次电池的开放电压几乎等于满充电电压时结束充电,从而能够对二次电池进行满充电。
在这种CCCV充电方式中,通过以比较大的电流值、例如0.7It左右的一定的电流值对二次电池进行充电,直到二次电池的闭路时的端子电压达到满充电电压为止,从而缩短充电时间。这里,1It(电池容量(Ah)/1(h))是在以恒流放电二次电池的标称容量值时,1小时内二次电池的残存容量成为零时的电流值。
而且,在CCCV充电方式中,当二次电池的闭路时的端子电压达到满充电电压时,以满充电电压进行恒压充电,从而充电电流自然减小,因此不会致使二次电池过充电而导致劣化。
但是,在CCCV充电方式中,当在二次电池的闭路时的端子电压尚未达到满充电电压的状态下进行恒流充电时,在二次电池的SOC增加而使闭路时的端子电压达到满充电电压附近的状态下,与二次电池的SOC较小时相比,容易发生因流过充电电流而导致的劣化。因此,如果从SOC接近0%的状态到接近满充电的状态为止以相同的电流值进行恒流充电,存在导致二次电池劣化的危险。尤其在低温或高温下该现象更为显著。
专利文献1:日本专利公开公报特开平6-78471号
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够减轻CCCV充电中的恒流充电时的二次电池的劣化的充电控制电路、电池组件以及充电系统。
本发明所提供的充电控制电路包括:控制对二次电池充电的充电部的动作的充电控制部;以及检测所述二次电池的端子电压的电压检测部,所述充电控制部,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压低于被预先设定为比作为所述二次电池达到满充电时的端子电压的满充电电压低的电压值的第一阈值电压时,通过向所述充电部请求指定的第一电流值的充电电流,让该充电部向所述二次电池供应该充电电流以执行恒流充电,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压超过所述第一阈值电压、但并未达到所述满充电电压时,通过向所述充电部请求小于所述第一电流值的第二电流值的充电电流,让该充电部向所述二次电池供应该充电电流以执行恒流充电,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压达到所述满充电电压以上时,让所述充电部将该满充电电压作为充电电压供应给所述二次电池以执行恒压充电。
另外,本发明所提供的电池组件包括上述的充电控制电路以及所述二次电池。
另外,本发明所提供的充电系统包括上述的充电控制电路、所述二次电池以及所述充电部。
附图说明
图1是表示具备本发明的一个实施方式所涉及的充电控制电路的电池组件以及充电系统的结构的一例的方框图。
图2是表示图1所示的充电系统的动作的一例的说明图。
图3是表示在执行恒流充电的期间中组电池的温度发生了变化时充电系统的动作的一例的说明图。
图4是用于说明充电控制部执行的第一异常应对处理的一例的说明图。
图5是用于说明充电控制部执行的第二异常应对处理的说明图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明所涉及的实施方式。在各图中标注有相同符号的结构表示相同的结构,省略其说明。图1是表示具备本发明的一个实施方式所涉及的充电控制电路的电池组件以及充电系统的结构的一例的方框图。图1所示的充电系统1组合有电池组件2和充电装置3(充电部)。
此外,该充电系统1还可以进一步包括由电池组件2供电的未图示的负载装置,构成作为便携式个人计算机或数码相机、移动电话等电子设备、电动汽车或混合动力汽车等车辆等的电子设备系统。在这种情况下,电池组件2在图1中从充电装置3直接进行充电,但也可以将该电池组件2安装在所述负载装置中,通过负载装置对其进行充电。
电池组件2包括连接端子11、12、13、组电池14(二次电池)、检流电阻(currentdetection resistor)16(电流检测部)、充电控制电路4、通信部203以及开关元件Q1、Q2。另外,充电控制电路4包括模拟数字(A/D)转换器201、电压检测部(应删除)、控制部202、电压检测电路15(电压检测部)以及温度传感器17(温度检测部)。
此外,充电系统1并不一定限于电池组件2与充电装置3可分离的结构,也可以是充电系统1整体构成一个充电控制电路4。另外,还可以由电池组件2和充电装置3分担具备充电控制电路4。另外,组电池14并不一定被设成电池组件,并且,例如保护电路(应为充电控制电路)4也可以构成为车载用的ECU(Electric Control Unit,电子控制单元)。
充电装置3具备连接端子31、32、33、控制IC34以及充电电路35。控制IC34包括通信部36和控制部37。充电电路35与供电用的连接端子31、32连接,通信部36与连接端子33连接。另外,当电池组件2被安装在充电装置3上时,电池组件2的连接端子11、12、13与外部电路(应为充电装置)3的连接端子31、32、33分别连接。
充电部(应为充电电路)35是经由连接端子31、32向电池组件2供应与来自控制部37的控制信号相应的电流、电压的电源电路。通信部203、36是经由连接端子13、33能够互相发送接收数据的通信接口电路。
控制部37是例如利用微型计算机而构成的控制电路。当由通信部36接收到从电池组件2中的控制部201(应为202)通过通信部203发送来的请求指示后,控制部37按照由通信部36接收到的请求指示控制充电部35,从而从充电部35向连接端子11、12输出与从电池组件2发送的请求指示相应的电流或电压。
由此,充电装置3向电池组件2输出与来自电池组件2的控制部202的请求相应的电流和电压。此外,充电装置3并不限于包括控制部37的例子,也可以通过组合恒流电路与恒压电路而构成。
在电池组件2中,连接端子11通过充电用的开关元件Q2(充电禁止部)和放电用的开关元件Q1而与组电池14的正极连接。作为开关元件Q1、Q2,例如可以使用p沟道(p-channel)的FET(Field Effect Transistor,场效应晶体管)。使开关元件Q1的寄生二极管的阴极(parasitic-diode cathode)朝着组电池14的方向。另外,使开关元件Q2的寄生二极管的阴极朝着连接端子11的方向。
另外,连接端子12通过检流电阻16与组电池14的负极连接,从而构成从连接端子11经由开关元件Q1、Q2、组电池14、以及检流电阻16直至连接端子12的电流路径。此外,作为开关元件Q1、Q2当然也可以使用n沟道的FET。
组电池14是多个、例如三个二次电池141、142、143(cell:电池)串联连接而成的组电池。二次电池141、142、143例如是锂离子二次电池或镍氢二次电池等二次电池。此外,组电池14例如也可以是单电池(电池),还可以是例如多个二次电池并联连接的组电池,也可以是二次电池串联和并联组合连接的组电池。
检流电阻16将组电池14的充电电流和放电电流转换为电压值。
温度传感器17是检测组电池14的温度t的温度传感器。而且,由温度传感器17检测出的组电池14的温度t被输入到充电控制电路4内的模拟数字转换器201。
进一步,由检流电阻16检测出的充放电电流Ic的电流值也被输入到充电控制电路4内的模拟数字转换器201。
电压检测电路15检测二次电池141、142、143的端子电压V1、V2、V3以及组电池14的端子电压Vt,并向模拟数字转换器201输出。此外,控制部202也可以合计端子电压V1、V2、V3从而计算出端子电压Vt。
模拟数字转换器201将各输入值转换为数字值,并向控制部202输出。在这种情况下,检流电阻16与模拟数字转换器201构成电流检测部的一例,电压检测电路15与模拟数字转换器201构成电压检测部的一例。
控制部202例如具备执行指定的运算处理的CPU(Central Processing Unit,中央处理器)、存储有指定的控制程序的ROM(Read Only Memory,只读存储器)、临时存储数据的RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)以及它们的周边电路等。并且,控制部202通过执行存储在ROM中的控制程序,从而作为保护控制部211、充电控制部212以及电流值设定部213而发挥功能。
保护控制部211根据来自模拟数字转换器201的各输入值,检测连接端子11、12之间的短路以及来自充电装置3的异常电流等电池组件2外部的异常、或组电池14的异常的温度上升等异常。具体而言,例如当由检流电阻16检测出的电流值超过预先设定的异常电流判定阈值时,判断发生基于连接端子11、12之间的短路或来自充电装置3的异常电流的异常,例如当由温度传感器17检测出的组电池14的温度超过预先设定的异常温度判定阈值时,判断组电池14发生异常。并且,保护控制部211在检测出这种异常时,让开关元件Q1、Q2断开(OFF),进行保护组电池14免受过电流或过热等异常的保护动作。
另外,当例如由电压检测电路15检测出的二次电池141、142、143的端子电压V1、V2、V3的其中之一在为了防止二次电池的过放电而预先设定的放电禁止电压Voff以下时,保护控制部211让开关元件Q1断开以防止过放电造成的二次电池141、142、143的劣化。放电禁止电压Voff例如被设定为2.50V。
进一步,当由电压检测电路15检测出的二次电池141、142、143的端子电压V1、V2、V3中的最大值达到预先设定的过充电电压Vovp以上时,保护控制部211让开关元件Q2断开以禁止对组电池14的充电。
当由电压检测电路15检测出的端子电压Vt低于被预先设定为比组电池14达到满充电时的端子电压Vt即满充电电压Vfull低的电压值的第一阈值电压Vth1时,充电控制部212通过利用通信部203向充电装置3请求指定的第一电流值I1的充电电流,让充电装置3向组电池14供应第一电流值I1的充电电流以执行恒流充电。
这里,在锂离子二次电池的情况下,二次电池的一个电池的满充电电压,当使用钴酸锂作为正极活性物质时约为4.2V,当使用锰酸锂作为正极活性物质时约为4.3V。因此,例如,当二次电池141、142、143分别为使用钴酸锂作为各自的正极活性物质的锂离子二次电池的单电池时,组电池14的满充电电压即满充电电压Vfull约为4.2V×3=12.6V。
另外,当由电压检测电路15检测出的端子电压Vt超过第一阈值电压Vth1、但并未达到满充电电压Vfull时,充电控制部212通过向充电装置3请求小于第一电流值I1的第二电流值I2的充电电流,让充电装置3向组电池14供应第二电流值I2的充电电流以执行恒流充电。
另外,当由电压检测电路15检测出的端子电压Vt达到满充电电压Vfull以上时,充电控制部212让充电装置3将满充电电压Vfull作为充电电压供应给组电池14以执行恒压充电。
此外,上述示出了将组电池14达到满充电时的端子电压Vt作为满充电电压Vfull来使用、并根据组电池14的合计的端子电压即端子电压Vt来控制恒流充电的电流值的例子,但充电控制部212例如也可以使用组电池14所包含的电池达到满充电时的一个电池的端子电压作为满充电电压Vfull,并使用端子电压V1、V2、V3之中最大的电压来代替端子电压Vt。
在这种情况下,当二次电池141、142、143(各电池)例如为使用钴酸锂作为正极活性物质的锂离子二次电池时,满充电电压Vfull为4.2V。这里,各电池也可以是多个电池并联连接而成的电池块(cell block)。
而且,充电控制部212也可以在恒压充电中,让充电装置3向组电池14供应充电电压,以使分配给组电池14所包含的各电池的每个电池的施加电压达到各自电池的满充电电压Vfull。具体而言,充电控制部212在恒压充电时,通过从充电装置3输出一个电池的满充电电压Vfull(例如4.2V)乘以组电池14的串联电池数(例如3)的电压(例如4.2V×3=12.6V),使分配给组电池14所包含的各电池的每个电池的施加电压为各自电池的满充电电压Vfull。
而且,充电控制部212,作为第一异常应对处理,当由检流电阻16检测出的电流值Ic超过被设定为大于向充电装置3请求的电流值的值的异常电流阈值Ith时,如果端子电压Vt达到被预先设定为低于满充电电压Vfull的电压值的第二阈值电压Vth2以上,则让充电装置3将第二阈值电压Vth2作为充电电压供应给组电池14以执行恒压充电。
此外,虽然第二阈值电压Vth2例如可以被设定为与第一阈值电压Vth1相同的电压值,也可以由合计电压来控制,但也可以作为电池(电池块)电压相当值,判断各电池(电池块)的最大电压值是否超过该阈值电压。
而且,充电控制部212在恒压充电的执行过程中,当由检流电阻16检测出的电流值Ic变为充电终止电流值Ia以下时,判断组电池14达到满充电从而结束充电。充电终止电流值Ia例如被设定为0.02It左右。
此外,充电控制部212,作为第二异常应对处理,在第一异常应对处理中,当由电压检测电路15检测出的端子电压Vt超过异常电压阈值Vte时,让开关元件Q2断开以禁止对组电池14的充电,该异常电压阈值Vte被设定为超过向充电装置3请求的第二阈值电压Vth2的值。
当由温度传感器17检测出的组电池14的温度t处在作为适于组电池14的充电的温度而被预先设定的适宜温度范围之外时,电流值设定部213减小第一电流值I1和第二电流值I2。适宜温度范围例如被设定为10℃以上45℃以下。
具体而言,如果组电池14的温度t例如在10℃至45℃的适宜温度范围内,则电流值设定部213将第一电流值I1和第二电流值I2设定为在适宜温度范围内适于组电池14的充电的电流值。例如第一电流值I1被设定为0.7It,第二电流值I2被设定为小于第一电流值I1的电流值例如0.35It。
另外,当温度t例如在10℃至45℃的适宜温度范围外、即为低于10℃的低温(例如0℃以上且低于10℃的低温)或超过45℃的高温(例如超过45℃而在60℃以下的高温)时,电流值设定部213例如将第一电流值I1设定为0.35It,将第二电流值I2设定为0.20It。
此外,当温度t处在适宜温度范围之外时,电流值设定部213未必一定要减小第一电流值I1和第二电流值I2两者,也可以仅减小其中之一。
另外,恒流充电的电流值并不限于第一电流值I1和第二电流值I2这两个值,也可以细密地设定电流值,使端子电压Vt越大电流值越小。
另外,电流值设定部213也可以细密地设定电流的减小量,使温度t越远离适宜温度范围第一电流值I1和第二电流值I2越小。
另外,电流值设定部213也可以在温度t例如为低于0℃的低温、或超过60℃的高温时,将恒流充电的充电电流值设定为零。由此,在过度的低温、高温状态下停止充电,从而提高组电池14的安全性。
下面,对如上述那样构成的充电系统1的动作进行说明。图2是表示图1所示的充电系统1的动作的一例的说明图。横轴表示时间的经过,左边的纵轴表示组电池14的端子电压Vt,右边的纵轴表示流过组电池14的充电电流Ic。另外,在以下的说明中,将适宜温度范围内的第一电流值I1记载为I1A、将适宜温度范围外的第一电流值I1记载为I1B、将适宜温度范围内的第二电流值I2记载为I2A、将适宜温度范围外的第二电流值I2记载为I2B。
首先,由温度传感器17检测出组电池14的温度t。如果温度t例如在10℃至45℃的适宜温度范围内,则由电流值设定部213将第一电流值I1设定为例如0.70It(I1A),将第二电流值I2设定为例如0.35It(I2A)。
接着,由充电控制部212经由通信部203、36向控制部37发送请求第一电流值I1(I1A)的电流的请求信号。于是,第一电流值I1(I1A)的充放电电流Ic从充电电路35输出,组电池14被恒流充电(时间T1)。
然后,伴随着充电,组电池14的端子电压Vt上升。当由电压检测电路15检测出的端子电压Vt达到第一阈值电压Vth1以上,组电池14处于容易因充电电流而劣化的状态时,由充电控制部212经由通信部203、36向控制部37发送使充电电流Ic从第一电流值I1(I1A)向第二电流值I2(I2A)变更的请求信号。
于是,由充电电路35将恒流充电中的电流值从第一电流值I1(I1A)变更为第二电流值I2(I2A),充电电流减小(时间T2)。此时,由于当组电池14的端子电压Vt上升到第一阈值电压Vth1以上的满充电电压Vfull附近的电压,组电池14处于容易因充电电流而劣化的状态时充电电流减小,因此恒流充电中的组电池14的劣化得以减轻。
这里,组电池14的温度t在适宜温度范围外时与温度t在适宜温度范围内时相比,组电池14更容易因充电电流而劣化。
但是,当组电池14的温度t在适宜温度范围外时,通过电流值设定部213,第一电流值I1例如被减小到0.35It(I1B),第二电流值I2例如被减小到0.20It(I2B),因此,与温度t在适宜温度范围内时相比,温度t在适宜温度范围外时恒流充电中的充电电流减小,其结果与不使用电流值设定部213时相比能够减轻组电池14的劣化。
然后,组电池14以第二电流值I2的恒流而被充电,当由电压检测电路15检测出的端子电压Vt达到满充电电压Vfull以上时(时间T3),充电控制部212经由通信部203、36向控制部37发送请求满充电电压Vfull的充电电压的请求信号。于是,满充电电压Vfull的充电电压从充电装置3输出,被施加在组电池14的两端之间,充电转移至恒压充电。然后,随着恒压充电的推进,流过组电池14的充电电流Ic逐渐地减小。
然后,当由检流电阻16检测出的充电电流Ic变为充电终止电流值Ia以下、组电池14的开路电压几乎等于满充电电压Vfull时,通过充电控制部212经由通信部203、36向控制部37发送使充电电流Ic为零的请求信号。于是,充电装置3使充电电流Ic为零,结束CCCV充电(时间T4)。
此外,第一电流值I1和第二电流值I2在恒流充电的执行期间中,通过电流值设定部213而被实时更新。图3是表示在执行恒流充电的期间中温度t发生了变化时充电系统1的动作的一例的说明图。
例如,在时间T5,当温度t因上升等而到达适宜温度范围外时,通过电流值设定部213,第一电流值I1例如被减小到0.35It(I1B),第二电流值I2例如被减小到0.20It(I2B),因此,由充电控制部212向充电装置3发送请求0.35It(I1B)的充电电流的信号,以执行0.35It(I1B)的恒流充电。
然后,伴随着充电,组电池14的端子电压Vt上升,当达到第一阈值电压Vth1以上时,由充电控制部212向控制部37发送使充电电流Ic从第一电流值I1B(0.35It)向第二电流值I2B(0.20It)变更的请求信号。于是,通过充电电路35,恒流充电中的电流值向第二电流值I2B变更,充电电流减小(时间T6)。
进而,在时间T7,例如当组电池14的温度t因下降等而到达适宜温度范围内时,通过电流值设定部213,第一电流值I1例如被增大到0.70It(I1A),第二电流值I2例如被增大到0.35It(I2A)。于是,由充电控制部212向充电装置3发送请求0.35It(I2A)的充电电流的信号,以执行0.35It(I2A)的恒流充电(时间T7)。
如此,由于当组电池14的温度t从适宜温度范围外变化到适宜温度范围内时,充电电流增大,因此与按照原样维持一度被减小的充电电流的情况相比缩短了充电时间。
另外,如果充电装置3发生了什么故障、例如输出电流值的控制电路发生故障,与充电控制部212向充电装置3请求的电流值相比,实际从充电装置3向组电池14供应的电流值增大,可能导致组电池14劣化。
因此,如果例如由检流电阻16或模拟数字转换器201检测的电流检测误差为电流误差值Δi,充电控制部212,作为第一异常应对处理,在向充电装置3请求第一电流值I1时,将该第一电流值I1加上电流误差值Δi所得的值作为针对第一电流值I1的异常电流阈值Ith(I1)来设定,在向充电装置3请求第二电流值I2时,将该第二电流值I2加上电流误差值Δi所得的值作为针对第二电流值I2的异常电流阈值Ith(I2)来设定。
这样,如果充电装置3正常则由检流电阻16检测出的电流值Ic不应该超过异常电流阈值Ith,因此,如果电流值Ic超过异常电流阈值Ith时,则可以认为充电装置3发生了什么异常,可能导致组电池14劣化。
因此,充电控制部212,当由检流电阻16检测出的电流值Ic超过异常电流阈值Ith时,如果在端子电压Vt上升至满充电电压Vfull之前,端子电压Vt便达到被预先设定为低于满充电电压Vfull的电压值的第二阈值电压Vth2以上,则让充电装置3将第二阈值电压Vth2作为充电电压,即以低于满充电电压Vfull的电压恒压充电组电池14。
图4是用于说明例如由于充电装置3中的充电电路35等的电流控制电路的故障,充电装置3的输出电流大于充电控制部212的请求电流时的第一异常应对处理的一例的说明图。在图4所示的例子中,第二阈值电压Vth2被设定为低于满充电电压Vfull、且高于第一阈值电压Vth1的电压值。
在图4所示的例子中,在充电控制部212向充电装置3请求第一电流值I1A的时间T1至T2,由检流电阻16检测出的电流值Ic超过异常电流阈值Ith(I1)。
这样,充电控制部212在由电压检测电路15检测出的端子电压Vt达到第二阈值电压Vth2以上的时间T8,向充电装置3请求第二阈值电压Vth2的电压输出之后,切换成恒压充电。
这种情况下,假如尽管超过充电控制部212请求的电流值(第一电流值I1A),充电装置3还是继续恒流充电直到端子电压Vt达到满充电电压Vfull,则超过充电控制部212的请求电流的充电电流会流过组电池14,直至组电池14容易发生劣化的满充电电压Vfull附近,从而存在劣化的危险。
但是,由于充电控制部212在端子电压Vt达到第二阈值电压Vth2以上的时间T8,向充电装置3请求第二阈值电压Vth2的电压输出并切换成恒压充电,因此时间T8以后的充电电流减小,其结果,组电池14劣化的可能性得以降低。
如此,由于即使充电装置3的电流控制电路发生故障,电压控制也能够正常进行,因此通过从恒流充电切换到在低于满充电电压Vfull的第二阈值电压Vth2下的恒压充电,从而能够降低组电池14劣化的可能性,并且能够继续使用组电池14。
例如,当组电池14作为电动汽车等的电源而被使用时,如果发生什么异常便立即禁止使用,则可能发生故障。因此,最好是即使充电装置3可能发生故障,也能在可能的范围内继续使用组电池14,充电控制电路4适于这种用途。
此外,本实施方式示出了第二阈值电压Vth2被设定为高于第一阈值电压Vth1的电压值的例子,但第二阈值电压Vth2也可以被设定为第一阈值电压Vth1以下的电压值。
另外,本实施方式示出了异常电流阈值Ith根据请求电流值而变化的例子,但异常电流阈值Ith也可以被固定设定为例如充电控制电路4有可能向充电装置3请求的最大的电流值即大于第一电流值I1A的电流值。
这里,如果例如出现充电装置3的输出电压值的控制电路也发生故障等情况,导致实际从充电装置3向组电池14供应的电压值比充电控制部212向充电装置3请求的电压值大,则可能导致组电池14劣化或安全性降低。
对此,充电控制部212执行第二异常应对处理。图5是用于说明充电控制部212执行的第二异常应对处理的说明图。
首先,如果例如由电压检测电路15或模拟数字转换器201检测的电压检测误差为电压误差值Δv,则充电控制部212,作为第二异常应对处理,将向充电装置3请求的电压值例如第二阈值电压Vth2加上电压误差值Δv所得的值作为异常电压阈值Vte来设定。
充电控制部212在时间T1至T8执行上述的第一异常应对处理。而且,在将充电电压(请求电压)作为第二阈值电压Vth2执行恒压充电的期间中,端子电压Vt的上升也继续,当端子电压Vt超过异常电压阈值Vte时,可以认为充电装置3发生了什么异常。
因此,充电控制部212在端子电压Vt超过异常电压阈值Vte时(时间T9),让开关元件Q2断开以禁止充电,从而降低因充电装置3的异常引起组电池14劣化、安全性下降的可能性。
此外,异常电压阈值Vte并不限于第二阈值电压Vth2加上电压误差值Δv所得的值,也可以被设定为例如与满充电电压Vfull相同的电压值。
同样,较为理想的是通过将各控制阈值(Vth1、Vth2、Vte)设定为与电池(电池块)电压相当的电压值来进行上述的控制。即,由于可以推定在充电时电池电压最大的电池劣化最严重,因此,为了抑制劣化,最好是测定各电池块的电压,并根据其最大电压值是否超过该阈值电压来进行控制。
另外,保护电路(应为充电控制电路)4也可以采用不具备电流值设定部213的结构。另外,充电控制部212也可以采用不执行第一异常应对处理或第二异常应对处理的结构。
即,本发明所提供的充电控制电路包括:控制对二次电池充电的充电部的动作的充电控制部;以及检测所述二次电池的端子电压的电压检测部,所述充电控制部,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压低于被预先设定为比作为所述二次电池达到满充电时的端子电压的满充电电压低的电压值的第一阈值电压时,通过向所述充电部请求指定的第一电流值的充电电流,让该充电部向所述二次电池供应该充电电流以执行恒流充电,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压超过所述第一阈值电压、但并未达到所述满充电电压时,通过向所述充电部请求小于所述第一电流值的第二电流值的充电电流,让该充电部向所述二次电池供应该充电电流以执行恒流充电,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压达到所述满充电电压以上时,让所述充电部将该满充电电压作为充电电压供应给所述二次电池以执行恒压充电。
二次电池具有SOC增加而使闭路时的端子电压达到满充电电压附近时,与二次电池的SOC较小时相比容易发生因充电电流引起的劣化的性质。因此,根据该结构,当二次电池的端子电压低于被预先设定为比满充电电压低的电压值的第一阈值电压,即由于二次电池的SOC较小而难以发生因充电电流引起的劣化时,充电控制部让充电部以第一电流值的充电电流执行恒流充电。
另一方面,当二次电池的端子电压超过第一阈值电压、且低于满充电电压时,即二次电池的SOC增加而容易发生因充电电流引起的劣化时,充电控制部让充电部以小于第一电流值的第二电流值的充电电流执行恒流充电。由此,在容易发生因充电电流引起的劣化时能够减小充电电流,因此能够减轻二次电池的劣化。而且,在难以发生因充电电流引起的劣化时,由于以大于第二电流值的第一电流值执行恒流充电,因此,与时常以第二电流值进行恒流充电时相比能够缩短充电时间。此外,当二次电池的闭路时的端子电压达到满充电电压以上时,充电控制部让充电部将满充电电压作为充电电压执行恒压充电,从而能够执行CCCV充电。
另外,较为理想的是,上述的充电控制电路还包括:检测所述二次电池的温度的温度检测部;以及当由所述温度检测部检测出的温度处在作为适于所述二次电池的充电的温度而被预先设定的适宜温度范围之外时,减小所述第一和第二电流值的至少其中之一的电流值设定部。
二次电池具有如下性质:存在适于充电的适宜温度范围,在该适宜温度范围外的低温或高温状态下进行充电时容易劣化。但是,根据该结构,当二次电池的温度处在适宜温度范围之外时,进行恒流充电时的电流值即第一和第二电流值的至少其中之一被减小,因此适宜温度范围外的二次电池的劣化得到减轻。
另外,较为理想的是,上述的充电控制电路还包括检测流过所述二次电池的电流的电流检测部,所述充电控制部,在由所述电流检测部检测出的电流值超过被设定为大于向所述充电部请求的电流值的值的异常电流阈值的情况下,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压达到被预先设定为低于所述满充电电压的电压值的第二阈值电压以上时,执行向所述充电部请求该第二阈值电压的充电电压,并供应给所述二次电池以执行恒压充电的第一异常应对处理。
如果充电部的动作正常,则由电流检测部检测出的电流值应该不超过被设定为大于充电控制部向充电部请求的电流值的值的异常电流阈值。可是,如果由电流检测部检测出的电流值超过异常电流阈值,则可以认为充电部的输出电流的控制发生异常。在这种状态下继续恒流致使充电SOC增加,当变成容易发生二次电池的劣化的状态时,有可能导致二次电池劣化。
因此,当二次电池的端子电压达到低于满充电电压的第二阈值电压以上而容易发生二次电池的劣化时,充电控制部让充电部执行第二阈值电压的充电电压的恒压充电。转移至恒压充电后,即使例如充电部的输出电流控制存在异常,也由于充电电流随着充电的推进而自然减小,因此在容易发生二次电池的劣化的状态下也能够降低致使二次电池劣化的可能性。
另外,较为理想的是,所述异常电流阈值为向所述充电部请求的电流值加上作为表示由所述电流检测部检测的电流值的检测误差的值而被预先设定的电流误差值所得的值。
根据该结构,充电部的输出电流的控制发生异常的判断精度提高。
另外,较为理想的是,上述的充电控制电路还包括禁止所述二次电池的充电的充电禁止部,所述充电控制部,在所述第一异常应对处理中,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压超过被设定为大于向所述充电部请求的所述第二阈值电压的值的异常电压阈值时,执行让所述充电禁止部禁止所述二次电池的充电的第二异常应对处理。
如上所述,即使在认为充电部的输出电流控制存在异常时切换到恒压充电,如果充电部的输出电压的控制也存在异常,则也可能因过充电或过电压致使二次电池劣化。因此,根据该结构,当二次电池的端子电压超过被设定为大于充电控制部向充电部请求的第二阈值电压的值的异常电压阈值时,即认为充电部的输出电压的控制也存在异常时,充电控制部让充电禁止部禁止二次电池的充电。由此,能够降低因充电部的异常造成二次电池劣化的可能性。
另外,较为理想的是,所述异常电压阈值为所述第二阈值电压加上作为表示由所述电压检测部检测的电压值的检测误差的值而被预先设定的电压误差值所得的值。
根据该结构,充电部的输出电压的控制发生异常的判断精度提高。
另外,较为理想的是,所述二次电池为多个电池组合而成的组电池,所述电压检测部分别检测所述多个电池的端子电压,所述充电控制部,将所述组电池达到满充电时分配给所述各电池的每个电池的端子电压作为所述满充电电压,将由所述电压检测部检测出的所述各电池的端子电压中最大的电压作为所述二次电池的端子电压,在所述恒压充电中,让所述充电部向所述二次电池供应充电电压,以使分配给所述二次电池所包含的一个电池的施加电压达到所述每个电池的满充电电压。
根据该结构,即使在构成组电池的各电池的SOC产生不均衡、劣化的程度产生偏差时,也可以按照各电池的端子电压中的最大值、即SOC最大的、或被认为劣化最严重的电池的端子电压,调节恒流充电中的充电电流的电流值。另外,按照SOC最大的电池的端子电压,开始恒压充电。由此,即使在构成组电池的各电池的SOC产生不均衡、劣化的程度产生偏差时,也能够以最容易因充电而劣化、或者劣化最严重的电池为基准,进行充电电流的设定和恒压充电的开始,因此,构成二次电池的一部分电池的劣化更加严重的可能性得以降低。
另外,本发明所提供的电池组件包括上述的充电控制电路以及所述二次电池。
根据该结构,在电池组件中,能够减轻在CCCV充电情况下的恒流充电时的二次电池的劣化。
另外,本发明所提供的充电系统包括上述的充电控制电路、所述二次电池以及所述充电部。
根据该结构,在对二次电池进行CCCV充电的充电系统中,能够减轻恒流充电时的二次电池的劣化。
这种结构的充电控制电路、电池组件以及充电系统能够减轻CCCV充电中的恒流充电时的二次电池的劣化。
本申请以2009年6月18日提出的日本专利申请特愿2009-145264为基础,其内容包含在本申请中。
此外,在发明的详细说明的项目中描述的具体实施方式或实施例只是为了明确本发明的技术内容,不应仅限定于这样的具体例而狭义解释,在本发明的精神和文中记载的技术方案的范围内,能够进行各种变更并实施。
产业上的利用可能性
本发明作为控制二次电池的充电的充电控制电路、以及具备该充电控制电路的电池组件、充电系统能够适合用于便携式个人计算机或数码相机、移动电话等电子设备、电动汽车或混合动力汽车等车辆等的电池搭载装置中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种充电控制电路,其特征在于包括:
充电控制部,控制对二次电池充电的充电部的动作;
电压检测部,检测所述二次电池的端子电压;以及
电流检测部,检测流过所述二次电池的电流,其中,
所述充电控制部,在由所述电流检测部检测出的电流值超过被设定为大于向所述充电部请求的电流值的值的异常电流阈值的情况下,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压达到被预先设定为低于所述满充电电压的电压值的第二阈值电压以上时,执行第一异常应对处理,即向所述充电部请求所述第二阈值电压的充电电压,并通过将该充电电压供应给所述二次电池以执行恒压充电。
2.根据权利要求1所述的充电控制电路,其特征在于还包括:
温度检测部,检测所述二次电池的温度;以及
电流值设定部,当由所述温度检测部检测出的温度处在作为适于所述二次电池的充电的温度而被预先设定的适宜温度范围之外时,减小所述第一电流值和第二电流值中的至少其中之一。
3.根据权利要求1所述的充电控制电路,其特征在于:
所述充电控制部,
当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压低于被预先设定为比作为所述二次电池达到满充电时的端子电压的满充电电压低的电压值的第一阈值电压时,通过向所述充电部请求指定的第一电流值的充电电流,让所述充电部向所述二次电池供应所述充电电流以执行恒流充电,
当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压超过所述第一阈值电压、但并未达到所述满充电电压时,通过向所述充电部请求小于所述第一电流值的第二电流值的充电电流,让所述充电部向所述二次电池供应所述充电电流以执行恒流充电,
当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压达到所述满充电电压以上时,让所述充电部将所述满充电电压作为充电电压供应给所述二次电池以执行恒压充电。
4.根据权利要求1所述的充电控制电路,其特征在于:所述异常电流阈值为向所述充电部请求的电流值加上作为表示由所述电流检测部检测的电流值的检测误差的值而被预先设定的电流误差值所得的值。
5.根据权利要求1所述的充电控制电路,其特征在于还包括:禁止所述二次电池的充电的充电禁止部,其中,
所述充电控制部,在所述第一异常应对处理中,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压超过被设定为大于向所述充电部请求的所述第二阈值电压的值的异常电压阈值时,执行让所述充电禁止部禁止所述二次电池的充电的第二异常应对处理。
6.根据权利要求5所述的充电控制电路,其特征在于:所述异常电压阈值为所述第二阈值电压加上作为表示由所述电压检测部检测的电压值的检测误差的值而被预先设定的电压误差值所得的值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的充电控制电路,其特征在于:
所述二次电池为多个电池组合而成的组电池,
所述电压检测部,分别检测所述多个电池的端子电压,
所述充电控制部,
将所述组电池达到满充电时分配给所述各电池的每个电池的端子电压作为所述满充电电压,
将由所述电压检测部检测出的所述各电池的端子电压中最大的电压作为所述二次电池的端子电压,
在所述恒压充电中,让所述充电部向所述二次电池供应充电电压,使分配给所述二次电池所包含的一个电池的施加电压达到所述每个电池的满充电电压。
8.一种电池组件,其特征在于包括:
如权利要求1至7中任一项所述的充电控制电路;以及
所述二次电池。
9.一种充电系统,其特征在于包括:
如权利要求1至7中任一项所述的充电控制电路;
所述二次电池;以及
所述充电部。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
基于条约第19条的修改说明书
对权利要求1以修改前的权利要求3的记载为修改的依据进行了修改。
对权利要求3以修改前的权利要求1的记载为修改的依据进行了修改。并且,将权利要求3的引用权利要求从权利要求1或2修改为权利要求1。
伴随对权利要求1和3的修改,将权利要求4的引用权利要求从权利要求3修改为权利要求1。
伴随对权利要求1和3的修改,将权利要求5的引用权利要求从权利要求3或4修改为权利要求1。
Claims (9)
1.一种充电控制电路,其特征在于包括:
充电控制部,控制对二次电池充电的充电部的动作;以及
电压检测部,检测所述二次电池的端子电压,其中,
所述充电控制部,
当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压低于被预先设定为比作为所述二次电池达到满充电时的端子电压的满充电电压低的电压值的第一阈值电压时,通过向所述充电部请求指定的第一电流值的充电电流,让所述充电部向所述二次电池供应所述充电电流以执行恒流充电,
当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压超过所述第一阈值电压、但并未达到所述满充电电压时,通过向所述充电部请求小于所述第一电流值的第二电流值的充电电流,让所述充电部向所述二次电池供应所述充电电流以执行恒流充电,
当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压达到所述满充电电压以上时,让所述充电部将所述满充电电压作为充电电压供应给所述二次电池以执行恒压充电。
2.根据权利要求1所述的充电控制电路,其特征在于还包括:
温度检测部,检测所述二次电池的温度;以及
电流值设定部,当由所述温度检测部检测出的温度处在作为适于所述二次电池的充电的温度而被预先设定的适宜温度范围之外时,减小所述第一电流值和第二电流值之中的至少其中之一。
3.根据权利要求1或2所述的充电控制电路,其特征在于还包括:检测流过所述二次电池的电流的电流检测部,其中,
所述充电控制部,在由所述电流检测部检测出的电流值超过被设定为大于向所述充电部请求的电流值的值的异常电流阈值的情况下,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压达到被预先设定为低于所述满充电电压的电压值的第二阈值电压以上时,执行向所述充电部请求所述第二阈值电压的充电电压、并供应给所述二次电池以执行恒压充电的第一异常应对处理。
4.根据权利要求3所述的充电控制电路,其特征在于:所述异常电流阈值为向所述充电部请求的电流值加上作为表示由所述电流检测部检测的电流值的检测误差的值而被预先设定的电流误差值所得的值。
5.根据权利要求3或4所述的充电控制电路,其特征在于还包括:禁止所述二次电池的充电的充电禁止部,其中,
所述充电控制部,在所述第一异常应对处理中,当由所述电压检测部检测出的二次电池的端子电压超过被设定为大于向所述充电部请求的所述第二阈值电压的值的异常电压阈值时,执行让所述充电禁止部禁止所述二次电池的充电的第二异常应对处理。
6.根据权利要求5所述的充电控制电路,其特征在于:所述异常电压阈值为所述第二阈值电压加上作为表示由所述电压检测部检测的电压值的检测误差的值而被预先设定的电压误差值所得的值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的充电控制电路,其特征在于:
所述二次电池为多个电池组合而成的组电池,
所述电压检测部,分别检测所述多个电池的端子电压,
所述充电控制部,
将所述组电池达到满充电时分配给所述各电池的每个电池的端子电压作为所述满充电电压,
将由所述电压检测部检测出的所述各电池的端子电压中最大的电压作为所述二次电池的端子电压,
在所述恒压充电中,让所述充电部向所述二次电池供应充电电压,使分配给所述二次电池所包含的一个电池的施加电压达到所述每个电池的满充电电压。
8.一种电池组件,其特征在于包括:
如权利要求1至7中任一项所述的充电控制电路;以及
所述二次电池。
9.一种充电系统,其特征在于包括:
如权利要求1至7中任一项所述的充电控制电路;
所述二次电池;以及
所述充电部。
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