CN1262058C - 电池组件充电装置及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可对电池组件进行充电的充电装置及充电方法。选择电池组件充电时，能通过充电控制电路(22)设定恒流充电方式或恒压充电方式。检测该电池组件的电压及充电电流，同时，通过电池组件安装检测电路(24)实时检测电池组件的安装状况。充电中的电池组件充电结束后，根据上述电池组件安装检测电路检测到的安装状态及电池组件的检测电压值，决定此后进行充电的电池组件及充电方法，例如从恒流充电还是恒压充电进行等。当充电中装卸其他电池或新装电池等时，能自动检测未充电电池，能进行充电，一直到全部未充电电池充电结束。大幅度减少充电装置内的控制电路，能实现充电装置小型化，降低成本。

Description

电池组件充电装置及充电方法
技术领域
本发明涉及可对若干锂离子电池等二次电池的组件(以下简记为“电池组件”)进行充电的充电方法。尤其提供对如携带电话、数字式照相机等那样、装置本体之外的携带的备用电池组件进行充电的最适充电装置及充电方法。
背景技术
将若干电池组件(battery pack)装到充电装置上顺序切换进行充电的方法，由于充电装置的电源容量小，在以往技术中得到使用，提出过许多专利申请。在下面文献中，使用“电池或蓄电池”技术用语，这种二次电池的各电池的电压低，一般，几个串联构成电池组件使用。
例如，特开昭56-110446公开了对于充电中呈现异常低电压的电池，通过跳越，对正常电池有效地充电。
在特开昭56-166731中，公开了顺序对若干电池个别充电，同时，通过使用充电控制机构控制各电池的充电，能对非活性电池与正常电池一样充电。
在实公平4-24759中，公开了一边检测若干电池是否完全充电，一边顺序切换进行充电的装置，检测装有未充电的电池，回到初始状态，可靠地对未充电电池进行充电。
在特开平7-130399中，公开了充电中电池温度超过所定值场合，中断充电，对后面电池进行充电，若该电池的温度超过所定值，再开始对以前的电池进行充电，能缩短充电时间。
在特开昭56-110446及特开昭56-166731中，在充电中不能检测新连接的电池，因此，必须等全部电池充电结束后，重新装上未充电电池，开始充电。
在实公平4-24759中，若装上未充电的电池，充电装置回到初始状态，再次从第一个电池开始充电，进行未充电电池的充电，存在对于可以不充电的电池也进行再充电的问题。
在特开平7-130399中，对若干电池全部进行充电场合，具有缩短充电时间的效果，但是，与按照一个个顺序进行充电场合相比，到达最初电池充电结束的时间长。另外，由于不检测未充电电池，与上述特开昭56-166731等一样，存在必须等全部电池充电结束后重新装上未充电电池开始充电的问题。
而且，在以往的充电装置中，将用于控制充电的控制电路全部内藏在充电装置中，因此，充电装置本身体积大，同时，装置成本高。
发明内容
本发明就是为解决上述先有技术所存在的问题而提出来的，本发明的第一目的在于，当充电中装卸其他电池或新装电池等场合，能自动检测未充电电池，能进行充电，一直到全部未充电电池充电结束。
本发明的第二目的在于，大幅度减少充电装置内的控制电路，能实现充电装置小型化，降低成本。
为了实现上述目的，本发明提出以下方案：
(1)一种电池组件充电装置，装有若干电池组件，顺序切换进行充电，其特征在于：
该电池组件充电装置包括：
用于选择充电电池组件的开关装置；
用于对所选择的电池组件进行充电的充电电路；
充电控制电路，通过上述充电电路充电时，设定采用恒流充电方式还是恒压充电方式；
检测所选择的电池组件电压的电池组件电压检测电路；
检测充电时电流的充电电流检测电路；
实时检测电池组件安装状况的电池组件安装检测电路；
存储装置，根据上述电池组件安装检测电路检测到的安装状况，存储电池组件的装卸履历；
上述充电中的电池组件充电结束后，根据上述存储装置的内容以及上述电池组件电压检测电路的检测电压值，决定此后进行充电的电池组件以及充电方法。
(2)在上述本发明(1)的电池组件充电装置中，其特征在于：
在上述电池组件的充电中，当该电池组件的电压比设定电压V1低时，进行预充电工序，直到该电池组件的电压达到设定电压V1；
当该电池组件的电压达到或高于设定电压V1时，进行恒流充电工序，直到该电池组件的电压达到设定电压V2；
当该电池组件的电压达到设定电压V2后，进行恒压充电工序，直到向该电池组件的充电电流成为设定电流以下的值。
(3)在上述本发明(1)或(2)的电池组件充电装置中，充电中的上述电池组件(X)结束充电后，当在上述充电装置中装有其他电池组件(Y)时，用上述开关装置选择该其他电池组件(Y)，再从上述存储装置读取上述其他电池组件(Y)的装卸信息，若该电池组件(Y)是新装上的，从判断该电池组件(Y)的电压比设定电压V1高还是低的工序开始进行充电。
(4)在上述本发明(1)-(3)中任一个的电池组件充电装置中，充电中的上述电池组件(X)结束充电后，为了充电，安装有其他电池组件(Y)时，用上述开关装置选择该其他电池组件(Y)，再从上述存储装置读取上述其他电池组件(Y)的装卸信息，若该电池组件(Y)以前安装的，当该电池组件(Y)的电压比设定电压V3低时，进行恒流充电。
(5)在上述本发明(1)-(4)中任一个的电池组件充电装置中，充电中的上述电池组件(X)结束充电后，为了充电，安装有其他电池组件(Y)时，用上述开关装置选择该其他电池组件(Y)，再从上述存储装置读取上述其他电池组件(Y)的装卸信息，若该电池组件(Y)以前安装的，当该电池组件(Y)的电压等于或高于设定电压V3时，不进行充电，再检测是否装有其他电池组件。
(6)在上述本发明(2)的电池组件充电装置中，充电中的上述电池组件(X)结束充电后，通过上述电池组件安装检测电路实时监视其他电池组件(Y)的安装状况，没有安装其他电池组件(Y)时，检测已结束充电的上述电池组件(X)的电压，该检测电压比上述设定电压V3低时，对该电池组件(X)，再次从上述恒流充电工序开始进行充电。
(7)在上述本发明(1)-(6)中任一个的电池组件充电装置中，上述若干电池组件内，一个是内藏在设备本体中的电池组件，其他电池组件是本体内藏的电池组件的备用电池。
(8)在上述本发明(7)的电池组件充电装置中，首先对上述内藏在设备本体中的电池组件进行充电。
(9)在上述本发明(1)-(8)中任一个的电池组件充电装置中，上述充电控制电路设在上述设备本体侧。
(10)一种电池组件充电方法，通过充电装置，对安装着的若干电池组件，顺序切换进行充电，其特征在于：
上述充电装置包括：
用于选择充电电池组件的开关装置；
用于对所选择的电池组件进行充电的充电电路；
充电控制电路，通过上述充电电路充电时，设定采用恒流充电方式还是恒压充电方式；
检测所选择的电池组件电压的电池组件电压检测电路；
检测充电时电流的充电电流检测电路；
实时检测电池组件安装状况的电池组件安装检测电路；
存储装置，根据上述电池组件安装检测电路检测到的安装状况，存储电池组件的装卸履历；
上述充电中的电池组件充电结束后，根据上述存储装置的内容以及上述电池组件电压检测电路的输出电压值，决定此后进行充电的电池组件以及充电方法。
下面说明本发明的效果。
按照本发明，即使在充电中，也实时监视装在充电装置中的全部电池组件的装卸，因此，对充电中被装卸的电池组件也能自动进行充电。另外，进行此后的充电时，能根据该电池组件的装卸信息以及电池组件的电压值选择最适的充电方法。
再有，充电控制电路组装在设备本体内作为设备电路的一部分，几乎不会增加设备侧的成本，而且，充电装置侧没有必要另外准备充电控制电路，能大幅度降低充电装置成本，实现小型化。还有，将电池插入设备本体状态下进行充电，能在不停止设备功能状态下充电。
附图说明
图1是表示本发明充电装置一实施例的电路图；
图2是表示图1充电装置动作的流程图；
图3表示用于检测电池组件安装状况的子程序；
图4是表示本发明充电装置另一实施例的电路图。
具体实施方式
下面参照附图，详细说明本发明。
图1是表示本发明充电装置一实施例的电路图，图2和图3表示本发明充电方法的流程。
图1的充电装置50为三个电池组件(P1-P3)例，粗略分的话，其由实行充电的充电控制用场效应晶体管(field effect transistor，以下简记为“FET”)1、用于控制充电的充电控制电路2、开关装置3及4构成。充电装置50本身的电源由AC插座供给。
充电控制用FET1的各FET(M1-M3)的源极分别通过防止逆流用二极管(D1-D3)及电阻(R1-R3)与AC插座的正电位接续。漏极与各电池的正极端子接续。栅极通过开关装置3(S21-S23)，与充电控制电路2内的充电FET控制电路22接续。各电池组件的负极端子相互连接，与充电装置的GND电位接续。
充电控制电路2由充电电流检测电路21、充电FET控制电路22、电池组件电压检测电路23、电池组件安装检测电路24、控制电路25及存储装置26构成。上述充电电流检测电路21检测充电时的电流；上述充电FET控制电路22为了进行恒流充电、恒压充电及预充电，控制上述充电控制用FET1；上述电池组件电压检测电路23检测安装着的电池组件的电压；上述电池组件安装检测电路24检测电池组件是否安装在充电装置50上；上述控制电路25控制上述全部电路以及上述开关装置3，4；任意电池组件安装在充电装置50上，对上述任意电池进行充电，周期性地切换开关装置4的接续，通过上述电池组件安装检测电路24实时监视电池组件的安装状态，上述存储装置26根据上述监视状况，存储电池组件的装卸履历。
上述开关装置3，4由机械式开关或半导体开关构成。开关装置3的开关(S11-S13)的一端分别与电阻(R1-R3)和防止逆流用二极管(D1-D3)的连接点接续，另一端相互连接，与上述充电电流检测电路21相接续。开关(S21-S23)的一端分别如上所述与充电控制用FET1的FET(M1-M3)的栅极接续，另一端相互连接，与上述充电FET控制电路22接续。开关(S31-S33)的一端分别与电池组件的正极端子接续，另一端相互连接，与上述电池组件电压检测电路23接续。
开关装置4的开关(S41-S43)的一端分别与端子T接续，若电池组件装到充电装置上，该端子T输出信号，开关(S41-S43)的另一端相互连接，与上述电池组件安装检测电路24相接续。包含在开关装置3中的开关(S11)，(S21)，(S31)同时接通或断开，同样，开关(S12)，(S22)，(S32)也同时接通或断开，开关(S13)，(S23)，(S33)也同时接通或断开。开关装置4的开关(S41-S43)的动作与开关装置3没有关系。
从控制电路25输出用于控制开关装置3的SW控制信号A以及用于控制开关装置4的SW控制信号B。SW控制信号A是切换对电池组件充电顺序的信号，充电中的电池组件充电结束时，为了对此后的电池组件进行充电，切换开关装置3。SW控制信号B是用于调查装在充电装置中的电池组件的信号，不管充电中还是等待充电的状态，从开关(S41)到(S43)顺序接通。若将从充电装置50卸下电池组件，然后到再次装上的一般时间设为T，则从开关(S41)到(S43)轮流接通一次的时间设定为比上述一般时间T充分短的时间，例如设定为数十mS。
下面，参照图2和图3的流程图说明充电装置50的充电方法。若从AC插座供给电源，则充电装置开始充电(步骤ST1)。先通过开关装置4选择最初进行充电的电池组件P1，测定电池组件P1的电池电压(步骤ST2)。电池组件P1是内藏在各种设备本体中的电池组件，从该电池组件P1开始充电。
在步骤ST3，判断该电池组件P1的电压是否为所定的设定电压V1以上，若该电池组件P1的电压为所定的设定电压V1以下(步骤ST3的“否”)，则进入步骤ST13，进行预充电。预充电是以比此后进行的恒流充电小的电流进行充电。锂离子电池场合，上述设定电压为每单电池约2.5V。这是由于二次电池处于过放电状态场合，若马上以大电流充电，很危险，必须减小充电电流进行充电。因此，预充电时的充电电流通常为数mA-数十mA程度的电流值。
通过预充电，电池组件电压P1上升，达到设定电压V1场合，或最初就达到设定电压V1以上场合(步骤ST3的“是”)，就进入步骤ST4，进行恒流充电。该恒流充电是以根据电池组件容量设定的比较大的电流进行充电，因此，能快速进行充电。接着，在步骤ST5，判断该电池组件P1的电压是否为所定的设定电压V2以上，若电池组件电压达到设定电压V2(步骤ST5的“是”)，则进入步骤ST6，切换为恒压充电。
若充电电压变高，锂离子电池的内部会析出金属锂，很危险，因此，在充电进行到某种程度阶段，切换为恒压充电是惯例，以便不使充电电压高。锂离子电池场合，进行恒压充电的电压设定为每单电池约4.2V。在步骤ST7，对恒压充电中的充电电流进行监视，若充电电流为设定电流以下(步骤ST7的“以下”)，则进入步骤ST8，结束充电。
电池组件P1充电结束后，在步骤ST9，从存储装置26的信息调查是否有其他连接的电池组件，若有其他连接的电池组件场合(步骤ST9的“是”)，则进入步骤ST10，将开关装置3切换到该电池组件(设为P2)上。然后，在步骤ST11，根据来自存储装置26的信息，判断该电池组件P2是不是新安装的，若是新安装的电池组件场合(步骤ST11的“是”)，则返回步骤ST3，判断设定电压比V1高还是低。
若该电池组件P2不是新安装场合(步骤ST11的“否”)，则进入步骤ST12，调查该电池组件P2的电压是否达到设定电压V3或大于设定电压V3，若该电池组件P2的电压达到设定电压V3或大于设定电压V3(步骤ST12的“是”)，则不对该电池组件P2充电，返回步骤ST9，再搜索其他安装的电池组件；另一方面，若该电池组件P2的电压在设定电压V3以下(步骤ST12的“否”)，则返回步骤ST4，对该电池组件P2进行恒流充电。上述设定电压V3是电池组件自然放电而电压低下场合判断为必须再次充电的电压值，设定为此设定电压高的电压值。
上述充电结束后，在步骤ST9，若没有其他安装着的电池组件场合(步骤ST9的“否”)，则进入步骤ST14，测定充电结束的电池电压，判断该电池组件的电压是否达到设定电压V3或大于设定电压V3，若达到设定电压V3或大于设定电压V3(步骤ST14的“是”)，则返回步骤ST9，在安装电池组件前，反复该循环。另一方面，若在设定电压V3以下(步骤ST14的“否”)，则返回步骤ST4，对先前充电的电池组件(在此场合为电池组件P1)进行恒流充电。
图3表示用于检测电池组件安装状况的子程序，用于说明开关装置4的动作。在步骤ST15，判断是否与AC插座接续，若与AC插座接续，充电控制电路接入电源(步骤ST15的“是”)，则在步骤ST16-S18，为了得到安装在充电装置50上的电池组件的信息，按电池组件P1、电池组件P2、电池组件P3顺序，反复使开关装置4的(S41)-(S42)接通。反复周期设定为比电池组件装卸时间充分短，如上所述，设定为数十mS。
图4是表示本发明充电装置另一实施例的电路图。在该充电装置51中，将图1中各电池组件设有的电阻、防止逆流二极管、充电控制用FET作为一系统，使得FET(M1)的漏极通过开关装置5(S01-S03)与任一个电池组件接续。该电路结构与图1相比，能减少零件数。该充电装置51的电路动作及充电方法与上述内容相同，说明省略。
上面参照附图说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于上述实施例。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池组件充电装置，装有若干电池组件，顺序切换进行充电，其特征在于：
该电池组件充电装置包括：
用于选择充电电池组件的开关装置(3)；
用于对所选择的电池组件进行充电的充电电路；
充电控制电路(22)，通过上述充电电路充电时，设定采用恒流充电方式还是恒压充电方式；
检测所选择的电池组件电压的电池组件电压检测电路(23)；
检测充电时电流的充电电流检测电路(21)；
实时检测电池组件安装状况的电池组件安装检测电路(24)；
存储装置(26)，根据上述电池组件安装检测电路检测到的安装状况，存储电池组件的装卸履历；
上述充电中的电池组件充电结束后，根据上述存储装置所存储的内容以及上述电池组件电压检测电路的检测电压值，决定此后进行充电的电池组件并控制对其充电。
2.根据权利要求1中所述的电池组件充电装置，其特征在于：
在上述电池组件的充电中，当该电池组件的电压比第一设定电压(V1)低时，进行预充电工序，直到该电池组件的电压达到第一设定电压(V1)；
当该电池组件的电压达到或高于第一设定电压(V1)时，进行恒流充电工序，直到该电池组件的电压达到第二设定电压(V2)；
当该电池组件的电压达到第二设定电压(V2)后，进行恒压充电工序，直到向该电池组件的充电电流成为设定电流以下的值。
3.根据权利要求1或2中所述的电池组件充电装置，其特征在于，充电中的上述选择的电池组件(X)结束充电后，当在上述充电装置中装有其他电池组件(Y)时，用上述开关装置选择该其他电池组件(Y)，再从上述存储装置读取上述其他电池组件(Y)的装卸信息，若该其它电池组件(Y)是新装上的，从判断该其它电池组件(Y)的电压比第一设定电压(V1)高还是低的工序开始进行充电。
4.根据权利要求1或2中所述的电池组件充电装置，其特征在于，充电中的上述选择的电池组件(X)结束充电后，为了充电，当在上述充电装置中装有其他电池组件(Y)时，用上述开关装置选择该其他电池组件(Y)，再从上述存储装置读取上述其他电池组件(Y)的装卸信息，若该其它电池组件(Y)是以前安装的，当该其他电池组件(Y)的电压比第三设定电压(V3)低时，进行恒流充电。
5.根据权利要求1或2中所述的电池组件充电装置，其特征在于，充电中的上述选择的电池组件(X)结束充电后，为了充电，当在上述充电装置中装有其他电池组件(Y)时，用上述开关装置选择该其他电池组件(Y)，再从上述存储装置读取上述其他电池组件(Y)的装卸信息，若该其他电池组件(Y)是以前安装的，当该其他电池组件(Y)的电压等于或高于第三设定电压(V3)时，不进行充电，再检测是否装有其他电池组件。
6.根据权利要求2所述的电池组件充电装置，其特征在于，充电中的上述选择的电池组件(X)结束充电后，通过上述电池组件安装检测电路实时监视其他电池组件(Y)的安装状况，若没有安装其他电池组件(Y)，检测已结束充电的上述选择的电池组件(X)的电压，该检测电压比上述第三设定电压(V3)低时，对该选择的电池组件(X)，再次从上述恒流充电工序开始进行充电。
7.根据权利要求1或2中所述的电池组件充电装置，其特征在于，上述若干电池组件内，一个是内藏在待充电设备本体中的电池组件，其他电池组件是待充电设备本体内藏的电池组件的备用电池。
8.根据权利要求7所述的电池组件充电装置，其特征在于，首先对上述内藏在待充电设备本体中的电池组件进行充电。
9.根据权利要求1或2中所述的电池组件充电装置，其特征在于，上述充电控制电路设在上述待充电设备本体侧。
10.一种电池组件充电方法，通过充电装置，对安装着的若干电池组件，顺序切换进行充电，其特征在于：
上述充电装置包括：
用于选择充电电池组件的开关装置；
用于对所选择的电池组件进行充电的充电电路；
充电控制电路，通过上述充电电路充电时，设定采用恒流充电方式还是恒压充电方式；
检测所选择的电池组件电压的电池组件电压检测电路；
检测充电时电流的充电电流检测电路；
实时检测电池组件安装状况的电池组件安装检测电路；
存储装置，根据上述电池组件安装检测电路检测到的安装状况，存储电池组件的装卸履历；
上述充电中的电池组件充电结束后，根据上述存储装置的内容以及上述电池组件电压检测电路的输出电压值，决定此后进行充电的电池组件并控制对其充电。
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