CN113424354A - 电池组的充电方法、电池组以及电源装置 - Google Patents

电池组的充电方法、电池组以及电源装置 Download PDF

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Abstract

将电池充电至理想的容量，延长电池的充放电循环寿命。电池组的充电方法将电池组(10)与充电器(20)连接而对电池组(10)进行恒电压恒电流充电，在该充电方法中，电池组(10)检测电池(11)的劣化度和充电器(20)对电池组(10)进行充电的供给电压，根据充电器(20)的供给电压和电池(11)的劣化度这两者来确定充电终止电流并进行充电。

Description

电池组的充电方法、电池组以及电源装置
技术领域
本发明涉及将电池组与充电器连接进行充电的电池组的充电方法、电池组以及包括电池组和充电器的电源装置，特别涉及内置锂离子二次电池的电池组的充电方法、电池组以及电源装置。
背景技术
锂离子二次电池等非水系电解液二次电池可进行恒电压恒电流充电而被充满电。在恒电压恒电流充电中，直到正充电的电池的电压上升至预先设定的电压例如上升至4.2V/单体为止，都以固定的电流进行充电，在上升至设定电压后，进行恒电压充电而将电池充满电。被恒电压充电的电池由于电流逐渐减少，因此若正充电的电流降低至预先设定的充电终止电流，就判定为充满电而结束充电。充电终止电流能够设定得小、换言之能够延长充电时间而增大充电至电池的容量。但是，减小充电终止电流而增大电池的充电量会成为加大电池的劣化而缩短寿命的原因。
为了防止以上的弊病，开发了考虑电池的温度、内部电阻来决定充电终止电流的电池组(参照专利文献1)。
由于电池随着劣化而内部电阻增加，因此以内部电阻来变更充电终止电流的方法能够随着因劣化而内部电阻增加来增大电池的充电终止电流，从而逐渐减小对电池进行充电的容量来减少电池的劣化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开平10-145981号公报
发明内容
发明想要解决的课题
如专利文献1记载的那样，增加因劣化而内部电阻而变大了的电池的充电终止电流来结束充电的电池组能够减少电池的劣化度，特别是能够在对劣化进展了的电池的劣化进行抑制的状态下结束充电。但是，电子设备的电源中使用的电池组、特别是包含劣化进展了的电池的电池组若与输出电压高的充电器、换言之与对电池进行充电的充电电压高的充电器连接而被充电，则即使以电池的劣化度来变更充电终止电流，被充电的容量也会变大而充电至劣化要进展的状态，从而使充放电循环寿命缩短。相反，若用输出电压低的充电器对包含劣化进展了的电池的电池组进行充电，则实质可被充电的容量就会变少，存在用户能使用的时间变短这样的缺点。
本发明以进一步消除以上的弊病为目的而开发，本发明的目的之一是提供一种能够将电池充电至理想的容量从而延长电池的充放电循环寿命的电池组的充电方法、电池组以及电源装置。
用于解决课题的手段
本发明的某方式涉及的电池组的充电方法是将电池组10与充电器20连接而对电池组10进行恒电压恒电流充电的充电方法，在该充电方法中，电池组10检测电池11的劣化度和充电器20对电池组10进行充电的供给电压，根据充电器20的供给电压和电池11的劣化度这两者来确定充电终止电流并进行充电。
本发明的其他方式涉及的电池组是与充电器20连接而被恒电压恒电流充电的电池组，该电池组具备：检测来自充电器20的充电电压和电池11的劣化度的检测电路12；根据由检测电路12检测的充电电压和劣化度来运算充电终止电流运算电路13；以及检测由运算电路13运算的充电终止电流并将充电停止信号输出到充电器20的信号端子17。
本发明的其他方式涉及的电源装置包括：充电器20；和与充电器20连接而被恒电压恒电流充电的电池组10。电池组10具备：检测来自充电器20的充电电压和电池11的劣化度的检测电路12；根据由检测电路12检测的充电电压和劣化度来运算充电终止电流运算电路13；以及检测由运算电路13运算的充电终止电流并将充电停止信号输出到充电器20的信号端子17。充电器20具备：与信号端子17连接并以从信号端子17输入的充电停止信号来停止电池组10的充电的充电停止电路22。
发明效果
本发明具有如下特征：能够在将劣化了的电池充电至理想的容量并延长用户的使用时间的同时，将被充电的电池的劣化抑制成最小从而延长充放电循环寿命的特征。
附图说明
图1是具备本发明的一实施方式涉及的电池组和充电器的电源装置的框图。
图2是表示充电器对电池组进行恒电压恒电流充电的特性的一例的曲线图。
图3是表示根据电池的劣化度和充电电压来确定充电终止电流的查找表的一例的表。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明。另外，在以下的说明中，虽然根据需要而使用表示特定的方向、位置的用语(例如，“上”、“下”、以及包含这些用语的其他用语)，但这些用语的使用是为了使参照附图对发明的理解容易，而不是用这些用语的含义来限制本发明的技术范围。此外，多个附图中表现的同一附图标记的部分表示相同或者同等的部分或构件。
进一步地，以下所示的实施方式表示本发明的技术思想的具体例，并不将本发明限定为以下。此外，以下记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特定的记载，主旨就不是将本发明的范围仅限定于此，其意图是例示。此外，一个实施方式、实施例中说明的内容也能够应用到其他实施方式、实施例中。此外，附图所示的构件的大小、位置关系等有时会为了明确说明而夸张。
本发明的第1发明的电池组的充电方法是将电池组与充电器连接并对电池组进行恒电压恒电流充电的充电方法，在该充电方法中，电池组检测电池的劣化度和充电器对电池组进行充电的供给电压，根据充电器的供给电压和电池的劣化度这两者来确定充电终止电流从而进行充电。
以上的充电方法具有以下特征：能够在将劣化了的电池与充电电压不同的充电器连接的同时，始终将电池充电至最适合电池的劣化度的容量来延长用户的使用时间，并且能够将被充电的状态下的电池的劣化抑制成最小来延长充放电循环寿命。这是由于，以上的充电方法检测电池的劣化度和充电器对电池组进行充电的供给电压，以充电器的供给电压和电池的劣化度这两者来确定充电终止电流并结束充电。恒电压恒电流充电在电池电压比设定电压低的状态下进行恒电流充电，在电池电压上升至设定电压后，进行控制以使得电池的电池电压不会比设定电压高来进行充电。被恒电压充电的电池由于电池电压逐渐上升而充电电流逐渐降低，因此若充电电流降低至充电终止电流就结束充电。电池具有劣化的程度根据剩余容量而变化且在充满了电的状态下劣化变大这样的特性。电池的劣化虽然能够通过减小要充电的容量来进行抑制，但充电容量小的电池有用户的使用时间变短这样的缺点。因此，对于电池来说，重要的是在尽可能抑制劣化的同时使用户的使用时间最大。电池能够随着劣化而减小要充电的容量从而减少劣化的进展，并且还能够确保安全性。但是，对于电池来说，抑制劣化和能够延长用户的使用时间是相互相反的特性，很难满足这两者，重要的是将两者控制成最适合的状态。电池的充电容量能够以充电终止电流来调整，能够降低充电终止电流来进行长时间的充电从而增大充电容量，相反，能够提高充电终止电流来缩短电池的充电时间而减小充电容量。进一步地，即使将充电终止电流设定成相同的电流值，充电容量也会还根据电池的充电电压而变化。若充电电压高，则即使将充电终止电流设定成相同的值，充电容量也会变大，相反，若电池的充电电压降低，则即使充电终止电流相同，被充电的容量也会变小。因此，即使将充电终止电流设定成相同的电流值来对电池进行充电，若充电电压高，则劣化了的电池的充电容量也会变大，从而被充电的状态下的劣化会变得很厉害，相反，若充电电压低，则充电容量会变小，存在用户的使用时间会变短这样的弊病。
以上的充电方法除了以电池的劣化度来调整充电终止电流而控制充电容量以外，还进一步考虑充电电压，以劣化度和充电电流这两者来将充电终止电流设定成最适合值。因此，能够进行如下这样的真正理想的状态下的充电，即，能够在将劣化了的电池充电至用户能最大使用的状态的同时，将被充电的状态下的电池的劣化抑制成最小从而延长充放电循环寿命。
进一步地，以上的充电方法由于能够在将电池组与充电电压不同的多个充电器连接并充电至理想的容量的同时将劣化抑制成最小，因此能够用充电电压不同的旧型号的充电器和新的型号的充电器这两种充电器来进行充电。因此，具有如下特征：用户能够使用多个充电器便利地使用电池组，并且能够在用两种充电器进行充电的同时将电池的劣化抑制成最小，并充电至理想的容量。因此，具有能够在将电池组的劣化抑制成最小的同时、安全地增大充电容量从而延长用户能够用作电子设备的电源的时间这样的特征。
在本发明的第2发明的电池组的充电方法中，随着电池组中包含的电池的劣化度变大，增大充电终止电流，进而，随着供给电压变高，增大充电终止电流。
在以上的充电方法中，随着电池的劣化度变大，增大充电终止电流来缩短充电时间，进而，随着电池的充电电压变高，也增大充电终止电流来缩短电池的充电时间，因此能够减小劣化了的电池的充电容量，将充满了电的状态下的电池的劣化抑制成最小。
在本发明的第3发明的电池组的充电方法中，电池组将相对于电池的劣化度和供给电压的充电终止电流存储在查找表中，按照查找表的存储，根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流。
在本发明的第4发明的电池组的充电方法中，电池组存储有根据电池的劣化度和供给电压来确定充电终止电流的函数，基于该函数，根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流。
在本发明的第5发明的电池组的充电方法中，电池组内置锂离子二次电池。
本发明的第6发明的电池组是与充电器连接而被恒电压恒电流充电的电池组，该电池组具备：检测来自充电器的充电电压和电池的劣化度的检测电路；根据由检测电路检测的充电电压和劣化度来运算充电终止电流的运算电路；以及检测由运算电路运算的充电终止电流并将充电停止信号输出到充电器的信号端子。
以上的电池组具有如下特征：即使用充电电压不同的充电器进行充电，也能够充电至最适合劣化度的容量从而延长用户的使用时间，并且，能够将被充电的状态下的劣化抑制成最小从而延长充放电循环寿命。这是由于，以上的电池组检测电池的劣化度和充电器对电池组进行充电的供给电压，以充电器的供给电压和电池的劣化度这两者来确定充电终止电流并结束充电。对于电池组来说，重要的是在尽可能抑制劣化的同时使用户的使用时间最大。以上的电池组能够在如下真正理想的状态下充电，即，在将劣化了的电池充电至用户能够最大使用的状态的同时，将被充电的状态下的电池的劣化抑制成最小从而延长充放电循环寿命。
在本发明的第7发明的电池组中，运算电路具备存储根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流的查找表的存储器，基于存储于存储器的查找表，根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流。
在本发明的第8发明的电池组中，运算电路具备存储根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流的函数的存储器，基于存储于存储器的函数，根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流。
本发明的第9发明的电池组内置锂离子二次电池。
本发明的第10发明的电源装置具备：充电器；和与充电器连接而被恒电压恒电流充电的电池组，电池组具备：检测来自充电器的充电电压和电池的劣化度的检测电路；根据由检测电路检测的充电电压和劣化度来运算充电终止电流的运算电路；以及检测由运算电路运算的充电终止电流并将充电停止信号输出到充电器的信号端子，充电器具备：与信号端子连接并以从信号端子输入的充电停止信号来停止电池组的充电的充电停止电路。
以上的电源装置具有如下特征，即，即使用充电电压不同的充电器对电池组进行充电，也能够将电池充电至最适合电池的劣化度的容量，从而延长电池组的使用时间，并且，能够将被充电的状态下的电池组的劣化抑制成最小从而延长充放电循环寿命。这是由于，以上的电源装置检测电池组中包含的电池的劣化度和充电器对电源装置进行充电的供给电压，根据充电器的供给电压和电池组中包含的电池的劣化度这两者来确定充电终止电流并结束充电。对于电池组来说，重要的是在尽可能抑制劣化的同时使用户的使用时间最大，但是以上的电源装置能够在如下这样真正理想的状态下使用劣化了的电池组，即，在将电池充电至用户能够最大使用的状态的同时，将被充电的电池组的劣化抑制成最小而延长充放电循环寿命。
在本发明的第11发明的电源装置中，运算电路具备存储根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流的查找表的存储器，基于存储于存储器的查找表，根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流。
在本发明的第12发明的电源装置中，运算电路具备存储根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流的函数的存储器，基于存储于存储器的函数，根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流。
在本发明的第13发明的电源装置中，电池组内置锂离子二次电池。
(实施方式1)
图1的电源装置100包括充电器20和与充电器20连接而被恒电压恒电流充电的电池组10。电池组10具备：检测来自充电器20的充电电压和电池11的劣化度的检测电路12；根据由检测电路12检测的充电电压和劣化度来运算充电终止电流的运算电路13；以及检测由运算电路13运算的充电终止电流并将充电停止信号输出到充电器20的信号端子17。
充电器20具备与电池组10的信号端子17连接并以从信号端子17输入的充电停止信号来停止电池组10的充电的充电停止电路22。充电器20具备对电池组10进行恒电压恒电流充电的充电电路21。图2示出充电电路21对电池组10进行恒电压恒电流充电的特性的一例。在该图中，横轴表示时间，纵轴表示充电电流和充电电压。在该图中，充电电路21将电池组10的充电电压限制成固定的电压以下，并且将充电电流限制成固定的电流以下来进行充电。由于在开始充电的状态下电池组10的电压比充电电压低，因此以固定的电流进行恒电流充电。若被恒电流充电而电池电压上升至充电电压，则切换成恒电压充电来进行充电，使得电池电压不上升。被恒电压充电的电池组10由于充电电流逐渐减少，因此若充电电流降低至充电终止电流，充电电路21就停止充电。充电终止电流由电池组10根据电池11的劣化度和充电电压来运算。电池组10为了运算充电终止电流而运算电池11的劣化度，进而检测充电电压。电池组10将运算出的充电终止电流传送至充电电路21。充电电路21以从电池组10传送的充电终止电流来停止充电。但是，在充电电路21不能正常地停止充电的情况下，用设置于电池组10的开关元件(未图示)来停止充电。
将电池11设为锂离子二次电池的电池组10的充电器20使充电电压例如为4.2V/单体，使充电电流与电池11的容量对应，例如，以0.5C～10C、优选以0.5C～3C、进而优选以约1C的充电电流进行充电。将2个锂离子二次电池串联连接的电池组10的充电电路21将充电电压设为8.4V进行充电。如从电池组10输入充电终止信号，充电器20就将电池11的充电电压设为0V而结束充电。充电器20具有从电池组10输入充电终止信号的信号端子27，将该信号端子27与电池组10的信号端子17连接。
电池组10还具备：检测电池的劣化度和充电电压的检测电路12；以及根据由检测电路12检测的参数来运算充电终止电流的CPU14。检测电路12检测电池11的内部电阻、充放电的次数、被充放电的电流、环境温度等来运算电池11的劣化度。对于电池11来说，由于若充电放电的次数增加，被充放电的电流的累计值增加，并且环境温度变得比设定值高或低，就会劣化，因此能够检测这些等来判定劣化度。进一步地，若电池11劣化，内部电阻就会增加，因此能够根据以上的参数、内部电阻来运算电池11的劣化度。
进一步地，检测电路12为了检测电池组10的充电电压并将其变换成数字信号而具备A/D转换器15。检测电路12在将电池组10与充电器20连接的状态下检测充电电压。运算电路13能够在将电池组10装到充电器20的状态下，将电池组10从充电电路21切断，并检测充电电压。电池组10内置有与电池11串联连接的充电开关(未图示)，因此能够将该充电开关(未图示)设为断开状态，将电池11从充电电路21切断来检测充电电压。充电电压由A/D转换器15变换成数字信号并输入至CPU14。充电开关在对电池组10进行充电的状态下被切换成接通状态。
CPU14根据由检测电路12检测的电池电压和电池11的劣化度来运算充电终止电流。根据电池电压和劣化度来确定充电终止电流的数据作为查找表而存储于电池组10的存储器16。其中，电池组并不一定将根据电池电压和劣化度来确定充电终止电流的数据作为查找表存储，还能够作为函数而存储于存储器16。CPU14基于存储器16的查找表、函数，根据电池电压和劣化度来运算充电终止电流。
CPU14随着电池11的劣化度变大而增大充电终止电流，并且，随着供给电压变高而增大充电终止电流。即，CPU14随着电池的劣化度变大，进而随着充电器20的充电电压变高，而将充电终止电流设定得大，逐渐减少对电池11进行充电的容量，来抑制电池11的劣化。这是由于，若以高的充电电压对劣化了的电池11进行充电，则充电容量就会变大，从而劣化会变得很厉害。CPU14随着电池11的劣化度变大而增大充电终止电流从而缩短充电时间，进一步地，随着电池11的充电电压变高而增大充电终止电流从而缩短电池11的充电时间，将劣化了的电池的充电容量限制得小，将充满了电的状态下的电池11的劣化抑制成最小限。
图3表示根据充电电压和劣化度来确定充电终止电流的查找表的具体例。该图的查找表将电池11的劣化度随着劣化的进展而确定为劣化度0至5这6个阶段，将充电电压确定为4.23V/单体以上至4.14～4.15V的电压这10个阶段。用将充电电压设为4.23V以上的充电器20充电的电池组10若电池电压上升至4.23V，即若恒电流充电结束，就停止充电。用充电电压为4.22～4.23V的充电器20充电的电池组10在劣化度0的状态下，将充电终止电流设为230mA，在劣化度5的状态下，设为620mA，来抑制充电状态下的劣化。
工业可利用性
本发明能够作为对于用输出电压不同的多个充电器进行充电来说最适合的电池组而有效利用。
附图标记说明
100…电源装置
10…电池组
11…电池
12…检测电路
13…运算电路
14…CPU
15…A/D转换器
16…存储器
17…信号端子
20…充电器
21…充电电路
22…充电停止电路
27…信号端子

Claims (13)

1.一种电池组的充电方法，将电池组与充电器连接而对电池组进行恒电压恒电流充电，
所述电池组检测电池的劣化度和所述充电器对所述电池组进行充电的供给电压，根据所述充电器的供给电压和所述电池的劣化度这两者来确定充电终止电流，并进行充电。
2.根据权利要求1所述的电池组的充电方法，其中，
随着所述电池的劣化度变大，增大充电终止电流，进而，随着供给电压变高，增大充电终止电流。
3.根据权利要求1或2所述的电池组的充电方法，其中，
所述电池组将相对于电池的劣化度和供给电压的充电终止电流存储在查找表中，
按照所述查找表的存储，根据所述电池的劣化度和所述充电器的供给电压来确定充电终止电流。
4.根据权利要求1或2所述的电池组的充电方法，其中，
所述电池组存储有根据电池的劣化度和供给电压来确定充电终止电流的函数，
基于所述函数，根据所述电池的劣化度和所述充电器的供给电压来确定充电终止电流。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电池组的充电方法，其中，
所述电池组内置锂离子二次电池。
6.一种电池组，与充电器连接而被恒电压恒电流充电，所述电池组具备：
检测来自所述充电器的充电电压和电池的劣化度的检测电路；
根据由所述检测电路检测的充电电压和劣化度来运算充电终止电流的运算电路；以及
检测由所述运算电路运算的充电终止电流并将充电停止信号输出到所述充电器的信号端子。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，
所述运算电路具备存储根据电池的劣化度和所述充电器的供给电压来确定充电终止电流的查找表的存储器，基于存储于所述存储器的查找表，根据所述电池的劣化度和所述充电器的供给电压来确定充电终止电流。
8.根据权利要求6所述的电池组，其中，
所述运算电路具备存储根据电池的劣化度和所述充电器的供给电压来确定充电终止电流的函数的存储器，基于存储于所述存储器的函数，根据所述电池的劣化度和所述充电器的供给电压来确定充电终止电流。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的电池组，其中，
所述电池组内置锂离子二次电池。
10.一种电源装置，包括：充电器；和与所述充电器连接而被恒电压恒电流充电的电池组，所述电池组具备：
检测来自所述充电器的充电电压和电池的劣化度的检测电路；
根据由所述检测电路检测的充电电压和劣化度来运算充电终止电流的运算电路；以及
检测由所述运算电路运算的充电终止电流并将充电停止信号输出到所述充电器的信号端子，
所述充电器具备：与所述信号端子连接并以从所述信号端子输入的充电停止信号来停止所述电池组的充电的充电停止电路。
11.根据权利要求10所述的电源装置，其中，
所述运算电路具备存储根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流的查找表的存储器，基于存储于所述存储器的查找表，根据电池的劣化度和充电器的供给电压来确定充电终止电流。
12.根据权利要求10所述的电源装置，其中，
所述运算电路具备存储根据电池的劣化度和所述充电器的供给电压来确定充电终止电流的函数的存储器，基于存储于所述存储器的函数，根据所述电池的劣化度和所述充电器的供给电压来确定充电终止电流。
13.根据权利要求10～12中任一项所述的电源装置，其中，
所述电池组内置锂离子二次电池。
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