CN105379057A - 二次电池的充电系统以及充电方法 - Google Patents

Abstract

充电系统对二次电池供给恒定值Icc的充电电流，在利用该充电电流进行恒流充电直至二次电池的CCV到达规定的阈值电压Vcc之后，反复进行规定次数(N次)的使当前供给的充电电流减少规定的电流减少量ΔIc而将减少后的充电电流作为新的充电电流，并利用该新的充电电流进行恒流充电直至二次电池的CCV上升规定的电压上升量ΔVx的处理，然后停止充电电流的供给。电流减少量ΔIc被设定为使当前供给的充电电流减少了该ΔIc时的二次电池的CCV超过二次电池的满充电电压Vfull。

Description

二次电池的充电系统以及充电方法

技术领域

本发明涉及二次电池的充电系统以及充电方法。

背景技术

作为一般的二次电池的充电方法，一般是首先进行恒流充电(CC充电)而使二次电池的闭路电压(CCV)上升到规定的电压，然后进行恒压充电(CV充电)来使二次电池成为满充电状态的方法。然而，在进行二次电池的恒压充电时，需要随着接近满充电状态而使充电电流连续地减少，与此相伴，由于单位时间的充电量也逐渐减少，所以导致充电时间变长。

为了解决上述的问题，专利文献1记载有一种对二次电池供给恒定的充电电流而进行恒流充电，若二次电池的CCV到达规定的切换电压，则反复进行使充电电流减少规定的电流量并将减少后的充电电流作为新的充电电流，且利用该新的充电电流进一步进行恒流充电的处理，由此使二次电池成为满充电状态的方法(参照专利文献1的图6)。在该方法中，也随着二次电池接近满充电状态而使充电电流阶段性地减少，但由于在各恒流充电的期间中不减少电流，所以与上述方法相比，能够增多单位时间的充电量，可将充电时间缩短到某一程度。

专利文献1：日本特开平08－203563号公报

然而，在专利文献1所记载的方法中，由于在充电电流的切换时使充电电流大幅减少到二次电池的CCV低于满充电状态下的电压(图6的V3)的程度，所以单位时间的充电量减少相应量，无法将充电时间充分缩短。本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，提供能够充分缩短充电时间的二次电池的充电系统以及充电方法。

发明内容

为了解决上述的课题，本发明所涉及的二次电池的充电系统通过电流供给单元对二次电池供给恒定值的充电电流，在利用该充电电流进行恒流充电直至二次电池的闭路电压到达规定的阈值电压之后，通过反复进行规定次数的使由电流供给单元当前供给的充电电流减少规定的电流减少量而将减少后的充电电流作为新的充电电流，并利用该新的充电电流进行恒流充电直至二次电池的闭路电压上升规定的电压上升量的处理，由此进行二次电池的充电，该充电系统的特征在于，规定的次数的反复中的各规定的电流减少量被设定为使由电流供给单元当前供给的充电电流减少该规定的电流减少量时的二次电池的闭路电压超过二次电池的满充电电压。

另外，本发明所涉及的二次电池的充电方法对二次电池供给恒定值的充电电流，在利用该充电电流进行恒流充电直至二次电池的闭路电压到达规定的阈值电压之后，通过反复进行规定次数的使当前供给至二次电池的充电电流减少规定的电流减少量而将减少后的充电电流作为新的充电电流，并利用该新的充电电流进行恒流充电直至二次电池的闭路电压上升规定的电压上升量的处理，由此进行二次电池的充电，该充电方法的特征在于，规定的次数的反复中的各规定的电流减少量被设定为使当前供给至二次电池的充电电流减少该规定的电流减少量时的二次电池的闭路电压超过二次电池的满充电电压。

根据本发明所涉及的二次电池的充电系统以及充电方法，能够充分地缩短二次电池的充电时间。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的二次电池的充电系统的构成的图。

图2是表示由本发明的实施方式所涉及的二次电池的充电系统执行的充电处理的流程图。

图3(a)是表示二次电池的CCV与OCV的时间变化的图，图3(b)是表示供给至二次电池的充电电流的时间变化的图。

图4是对在本发明的实施方式所涉及的二次电池的充电系统中，考虑电池的极化效应的情况与不考虑的情况的比较进行表示的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

实施方式.

图1示出本发明的实施方式所涉及的二次电池的充电系统100的构成。充电系统100由二次电池1、对二次电池1供给充电电流的电流控制型的电源2、测定二次电池1的电压的电压传感器3、设置于二次电池1与电源2之间的开关4、以及控制单元5构成。

控制单元5由微型计算机构成，通过获取由电压传感器3测定的二次电池1的电压，并且控制电源2的输出电流以及开关4的开闭状态，来控制图2的流程图所示的二次电池1的充电处理。以下，对图2的流程图所示的充电处理中的各步骤的详细依次进行说明。其中，在充电处理开始时，电源2不输出电流，另外，开关4是开状态。

首先，在步骤S1中，控制单元5获取由电压传感器3测定的二次电池1的开路电压(OCV)，并与预先测定出的二次电池1的满充电状态下的OCV(满充电电压Vfull)进行比较。而且，在二次电池1的OCV小于满充电电压Vfull的情况下，执行步骤S2～S12的各步骤。另一方面，在二次电池1的OCV为Vfull以上而已经是满充电状态的情况下，结束充电处理。

在步骤S2中，控制单元5在时刻t0使开关4成为闭状态，并且从电源2输出恒定值Icc的充电电流，利用该充电电流开始二次电池1的恒流充电(CC充电)(参照图3(b))。由此，由于二次电池1的充电量随着时间的经过而逐渐增加，在充电量与闭路电压(CCV)之间有相关关系，所以由电压传感器3测定的二次电池1的CCV也随着时间的经过而逐渐上升(参照图3(a))。

在步骤S3中，控制单元5推断二次电池1的内部电阻R。详细而言，根据在步骤S2中刚刚开始从电源2向二次电池1的充电电流的供给之前之后由电压传感器3测定的二次电池1的电压，按照下式推断内部电阻R。

R＝(V2－V1)/Icc

其中，在上式中，V1是即将开始供给电流之前的OCV，V2是刚刚开始供给电流之后的CCV。

在步骤S4中，控制单元5维持继续从电源2向二次电池1供给充电电流的状态，待机至二次电池1的CCV到达规定的阈值电压Vcc。其中，阈值电压Vcc被设定为大于满充电电压Vfull，并且二次电池1的CCV＝Vcc的状态下的OCV(图3(a)的Vo1)小于满充电电压Vfull。

若在上述步骤S4中判定为二次电池1的CCV到达了阈值电压Vcc，则在步骤S5中，控制单元5根据下式推断该状态下的二次电池1的OCV(图3(a)的Vo1)。

Vo1＝(Vcc－R×Icc)

其中，在上式中，不考虑二次电池1的极化效应。通常，在OCV的推断时考虑电池的极化效会更加准确，该情况下，OCV的推断值小于通过上式而得到的值。然而，在本发明中硬是忽视极化效应，将OCV的推断值估算得比实际的值大。对于该理由将在后面描述。

在步骤S6中，控制单元5根据下式来决定在以后的步骤S8中使用的规定的电流减少量ΔIc。

ΔIc＝Icc/(N+1)

其中，在上式中N是正整数，图3(b)中示出了N＝3的例子。在本发明中，通过以在以后的步骤S8中使充电电流减少ΔIc时的二次电池1的CCV(图3(a)的Vd1、Vd2、Vd3)超过满充电电压Vfull的方式设定N的值，由此尽量增多单位时间的充电量。具体而言，为了使充电电流减少ΔIc时的CCV超过满充电电压Vfull，

需要满足R×ΔIc＜Vcc－Vfull的关系，

考虑到ΔIc＝Icc/(N+1)，

N的值被设定为满足关系

N＞(R×Icc)/(Vcc－Vfull)－1。

在步骤S7中，控制单元5根据下式来决定在以后的步骤S10中使用的规定的电压上升量ΔVx。

ΔVx＝(Vfull－Vo1)/N

＝(Vfull－(Vcc－R×Icc))/N

在上式中，ΔVx被定义为将图3(a)中的满充电电压Vfull与OCV推断值Vo1之间的偏差(gap)分割成N个而得到的电压。

接下来，在步骤S8中，控制单元5使电源2当前供给的充电电流减少在上述步骤S6中决定的电流减少量ΔIc，并将减少后的充电电流作为新的充电电流，利用该新的充电电流进行二次电池1的恒流充电(图3(b)的时刻t1)。

在步骤S9中，控制单元5获取在步骤S8中使充电电流减少ΔIc时由电压传感器3测定的二次电池1的CCV(图3(a)的Vd1)。

在步骤S10中，控制单元5在维持继续从电源2向二次电池1供给充电电流的状态下，待机至二次电池1的CCV到达Vd1+ΔVx。即，待机至二次电池1的CCV上升了在上述步骤S7中决定的电压上升量ΔVx为止。

若在上述步骤S10中判定为二次电池1的CCV上升了电压量上升ΔVx，则在步骤S11中，控制单元5调查步骤S8～S10是否反复进行了N次。而且，在步骤S8～S10的反复执行小于N次的情况下，返回到步骤S8。另一方面，在完成了N次的反复执行的情况下，前进到步骤S12，使开关4成为开状态，并且使从电源2向二次电池1的充电电流的供给停止，结束二次电池1的充电处理。

通过反复进行N次上述步骤S8～S10(在该实施方式的例子中为3次)，二次电池1的OCV渐近于满充电电压Vfull，来进行二次电池1的充电(图3(a)的虚线)。在该过程中，从电源2供给至二次电池1的充电电流阶段性地逐次减少ΔIc(图3(b))，二次电池1的CCV一边反复在充电电流的减少时先减少然后上升ΔVx，一边逐渐下降(图3(a)的实线)。此时，由于如上所述，二次电池1的CCV不低于满充电电压Vfull，所以与在充电电流的切换时使充电电流减少到CCV低于满充电电压的程度的专利文献1的方法相比，能够增多单位时间的充电量，充电时间被充分缩短。

如以上说明那样，在该实施方式涉及的二次电池的充电系统100中，对二次电池1供给恒定值Icc的充电电流，在利用该充电电流进行恒流充电直至二次电池1的CCV到达规定的阈值电压Vcc之后，反复进行规定次数(N次)的使当前供给的充电电流减少规定的电流减少量ΔIc并将减少后的充电电流作为新的充电电流，利用该新的充电电流进行恒流充电直至二次电池1的CCV上升规定的电压上升量ΔVx的处理之后，停止充电电流的供给。此时，电流减少量ΔIc被设定为使当前供给的充电电流减少该ΔIc时的二次电池1的CCV超过二次电池1的满充电电压Vfull。由此，与专利文献1的方法相比，能够增多单位时间的充电量，能够充分地缩短充电时间。

其中，在图2的步骤S5中当推断二次电池1的OCV时不考虑电池的极化效应是由于以下的理由。

在上述的实施方式中，在图2的步骤S7中，将电压上升量ΔVx定义为将图3(a)的满充电电压Vfull与OCV推断值Vo1之间的偏差分割成N个而得到的电压。然而，若严格地将Vfull与Vo1之间分割成N个而完全不留余量，则如图4的虚线(电压上升量ΔVx’)所示，存在充电结束时二次电池1的OCV超过满充电电压Vfull的可能性。因此，通过在步骤S5中推断OCV时忽视极化效应，从而将Vo1的值有意地推断得比实际大，调整为电压上升量ΔVx比将Vfull与Vo1之间严格地分割成N个而得到的值稍小。由此，如图4的实线(电压上升量ΔVx)所示，充电结束时二次电池1的OCV能够可靠地低于满充电电压Vfull。

其他的实施方式.

在上述的实施方式中，在图2的步骤S8～S10的N次反复执行中，各电流减少量ΔIc与各电压上升量ΔVx分别被设定为全部相等的值，但也可以按每个反复对它们设定不同的值。

Claims (4)

1.一种二次电池的充电系统，通过电流供给单元对二次电池供给恒定值的充电电流，在利用该充电电流进行恒流充电直至上述二次电池的闭路电压到达规定的阈值电压之后，通过反复进行规定次数的使由上述电流供给单元当前供给的充电电流减少规定的电流减少量而将减少后的充电电流作为新的充电电流，并利用该新的充电电流进行恒流充电直至上述二次电池的闭路电压上升规定的电压上升量的处理，来进行上述二次电池的充电，该充电系统的特征在于，

上述规定的次数的反复中的各规定的电流减少量被设定为使由上述电流供给单元当前供给的充电电流减少了该规定的电流减少量时的上述二次电池的闭路电压超过上述二次电池的满充电电压。

2.根据权利要求1所述的二次电池的充电系统，其特征在于，

上述规定的次数的反复中的各规定的电流减少量全部相等，若将该规定的电流减少量设为ΔIc，将最初供给至上述二次电池的充电电流的恒定值设为Icc，将上述规定的次数设为N，则规定的电流减少量由下式决定：

ΔIc＝Icc/(N+1)，

若将上述二次电池的内部电阻设为R，将上述满充电电压设为Vfull，将上述规定的阈值电压设为Vcc，则上述N的值被设定为满足关系：

N＞(R×Icc)/(Vcc－Vfull)－1。

3.根据权利要求2所述的二次电池的充电系统，其特征在于，

上述规定的次数的反复中的各规定的电压上升量全部相等，若将该规定的电压上升量设为ΔVx，则该规定的电压上升量由下式决定：

ΔVx＝(Vfull－(Vcc－R×Icc))/N。

4.一种二次电池的充电方法，对二次电池供给恒定值的充电电流，在利用该充电电流进行恒流充电直至上述二次电池的闭路电压到达规定的阈值电压之后，通过反复进行规定次数的使当前供给至上述二次电池的充电电流减少规定的电流减少量而将减少后的充电电流作为新的充电电流，并利用该新的充电电流进行恒流充电直至上述二次电池的闭路电压上升规定的电压上升量的处理，来进行上述二次电池的充电，该充电方法的特征在于，

上述规定的次数的反复中的各规定的电流减少量被设定为使当前供给至上述二次电池的充电电流减少了该规定的电流减少量时的上述二次电池的闭路电压超过上述二次电池的满充电电压。