【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電制御回路に関し、特に、二次電池をパルス充電するための充電制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池等の二次電池の充電は、定電流・定電圧で行われるのが一般的である。この充電方法によれば、充電開始から二次電池の電池電圧が所定値（＝定電圧制御電圧）に達するまでは定電流充電が行われ、電池電圧が所定値に達した後は定電圧制御電圧での定電圧充電が行われる。
【０００３】
このような一般的な定電流・定電圧方法においては、定電流充電は、比較的短時間（例えば、３０分）で終了する（充電率９０％）。ところが、定電圧充電では、定電流充電に要する時間の何倍もの時間（例えば、３時間）を要する（充電率９５％以上）。これは、二次電池が満充電状態に近づくにしたがって二次電池へ流れる充電電流が減少し、充電率を僅かに上昇させるのに長時間を要するようになるからである。また、二次電池の内部抵抗による電圧低下を考慮して、定電圧充電による充電時間が長めに設定されるからである。
【０００４】
従って、一般的な定電流・定電圧充電方法には、二次電池が満充電状態になるまでに長時間を要するという問題点がある。
【０００５】
この問題点を解決するには、定電流充電を行う際の充電電流を大きくすればよいが、充電電流を大きくすると二次電池の性能劣化を招く。そこで、二次電池の性能劣化を招くことなく、より大きな電流での充電を可能にする充電方法として、パルス充電が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
パルス充電は、図１に実線で示されるように、一定の大きさの充電電流をパルス的に（周期的に、ここでは２秒周期で）二次電池に供給する充電方法である。パルス充電では、充電電流として、二次電池に関して規定されている充電最大電流を超える大きな電流を使用できるので、二次電池を短時間で充電することができる。
【０００７】
また、パルス充電では、電池電圧は、図１の点線で示されるように充電電流の供給による上昇と、供給停止による下降とを繰り返しながら、次第に上昇する。この充電方法では、充電電流の供給を停止してから所定時間後（ここでは、０．５秒後）の電池電圧が、満充電電圧（ここでは、４．２Ｖ）以上となったときに、充電完了とする。つまり、この充電方法では、定電圧充電を行う必要がないので、二次電池を短時間で充電することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１６９４７４号公報（段落０００２−０００３）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の一般的な定電流・定電圧充電方法には、充電時間が長いという問題点がある。また、パルス充電は、一般的な定電流・定電圧充電方法に比べ、充電時間を短縮できるが、より一層の短縮が望まれている。
【００１０】
本発明は、より短い時間でリチウムイオン電池等の二次電池をパルス充電することができる充電制御回路を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、二次電池（４０）へ定電流を供給するための定電流回路（２１）と、該定電流回路（２１）と前記二次電池（４０）との間を電気的に接続／切断するためのスイッチ（ＳＷ１）と、前記スイッチ（ＳＷ１）のオン／オフを繰り返し制御して前記定電流回路（２１）から前記二次電池（４０）へパルス電流を供給するためのスイッチ制御回路（２２，２３，２４）とを備え、該スイッチ制御回路（２２，２３，２４）が、前記二次電池（４０）の電池電圧に基づいて前記パルス電流のパルス幅を変化させるようにしたことを特徴とする充電制御回路が得られる。
【００１２】
具体的には、前記スイッチ制御回路（２２，２３，２４）は、所定周期・所定振幅の三角波パルス電圧を発生する三角波発生回路（２３）を含み、前記三角波パルス電圧と前記電池電圧とに基づいて前記パルス電流のパルス幅を変化させる。
【００１３】
また、前記スイッチ制御回路（２２，２３，２４）は、さらに、前記電池電圧と基準電圧との差を表す出力電圧を発生するエラーアンプ（２２）と、該エラーアンプ（２２）の出力電圧と前記電池電圧とを比較し、比較結果に応じて前記スイッチ（ＳＷ１）をオン又はオフさせるコンパレータ（２４）とを備えている。
【００１４】
なお、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするためのものであって、何ら本発明を限定するものではない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図２に、本発明の一実施の形態に係る充電制御回路２０を示す。この充電制御回路２０は、電源３０と二次電池（例えば、リチウムイオン電池）４０との間に介在し、二次電池４０の充電を制御する。
【００１７】
充電制御回路２０は、定電流回路２１と、スイッチＳＷ１と、エラーアンプ２２と、三角波発生回路２３と、コンパレータ２４と、電圧検出回路２５とを備えている。
【００１８】
定電流回路２１は、電源３０に接続され、電源３０から供給される電流を定電流化する。
【００１９】
スイッチＳＷ１は、定電流回路２１と二次電池４０との間に接続され、これらの間を電気的に接続し、また切断する。
【００２０】
エラーアンプ２２は、差動増幅器と抵抗器とで構成され、反転入力端子に入力される二次電池４０の電池電圧と、非反転入力端子に入力される基準電圧との差に応じた出力電圧を発生する。
【００２１】
三角波発生回路２３は、所定の周期の三角波パルス電圧を発生する。また、同周期の同期パルスを発生する。
【００２２】
コンパレータ２４は、その反転入力端子にエラーアンプ２２の出力端子が接続され、非反転入力端子に三角波発生回路２３が接続されている。コンパレータ２４は、エラーアンプ２２の出力電圧と三角波発生回路２３からの三角波パルス電圧とを比較し、その比較結果に基づいてスイッチＳＷ１を制御するためのスイッチ制御信号を発生する。
【００２３】
電圧検出回路２５は、スイッチＳＷ１の制御端子と、二次電池４０と、三角波発生回路２３とに接続されている。電圧検出回路２５は、三角波発生回路からの同期パルスに同期して、二次電池４０の電池電圧を検出し、検出した電池電圧が所定の電圧（満充電電圧、リチウムイオン電池の場合４．２Ｖ）以上の場合に、スイッチＳＷ１をオフする制御信号を発生する。
【００２４】
エラーアンプ２２、三角波発生回路２３、コンパレータ２４及び電圧検出回路２５は、協働してスイッチ制御回路として働く。
【００２５】
次に、図２に加え、図３をも参照して電圧検出回路２５の動作について説明する。
【００２６】
エラーアンプ２２は、二次電池４０の電池電圧に応じた出力電圧を出力する。例えば、電池電圧が、充電に伴って図３（ａ）のように変化するものとすると、エラーアンプ２２は、図３（ｂ）に曲線で示すような出力電圧を発生する。
【００２７】
一方、三角波発生回路２３は、図３（ｂ）に示すような所定周期・所定振幅の三角波パルス電圧を発生する。
【００２８】
エラーアンプ２２の出力及び三角波発生回路２３の出力を受けたコンパレータ２４は、図３（ｃ）に示すように、エラーアンプ２２の出力電圧が三角波パルス電圧より高い場合にハイレベルを、エラーアンプ２２の出力電圧が三角波パルス電圧以下の場合にローレベルを、出力する。図３から容易に理解されるように、コンパレータ２２の出力は、三角波パルス電圧の周期に従いハイレベル／ローレベルを繰り返す。また、コンパレータ２２の出力は、電池電圧が低いときは、コンパレータ２４のハイレベル期間が長くなり、電池電圧が高いときは、ローレベル期間が長くなる。このコンパレータ２４の出力は、スイッチ制御信号としてスイッチＳＷ１の制御端子に供給される。
【００２９】
スイッチＳＷ１は、コンパレータ２４からの出力がハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフする。つまり、スイッチＳＷ１のオン／オフは、三角波パルス電圧の周期に従って繰り返され、電池電圧が低いときは、オン期間が長くなり、電池電圧が高いときは、オフ期間が長くなる。
【００３０】
定電流回路２１は、電源３０から二次電池４０へ流れる充電電流を所定値以下に制限する。その結果、二次電池４０には、スイッチＳＷ１がオンしている間だけ所定の大きさの電流パルスが供給される。つまり、二次電池４０は、パルス充電される。
【００３１】
上述のように、コンパレータ２４の出力におけるハイレベル期間は、電池電圧に依存している。したがって、二次電池へ流れる充電電流も電池電圧に依存し、電池電圧が低いとき高いデューティ比を持ち、電池電圧が高いときは低いデューティー比を持つ。
【００３２】
三角波発生回路２３が発生する三角波パルス電圧の周期・振幅を適切に設定すれば、図４に示すように、充電初期においてほぼ定電流充電と同じ充電が可能となり、従来の周期一定のパルス充電に比べて短時間で充電を終えることができる。
【００３３】
電圧検出回路２５は、三角波発生回路２３に同期した同期パルスに応答して、電池電圧を検出する。つまり、電圧検出回路２５は、スイッチＳＷ１がオフした状態で、電池電圧を検出する。検出した電池電圧が満充電電圧よりも高い場合、電圧検出回路は、充電完了と判断してスイッチＳＷ１をオフさせる。
【００３４】
以上、本発明について一実施の形態に即して説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、満充電状態に近づくにしたがって、充電電流のパルスの幅が狭くなるが、所定の幅以下とならないように、エラーアンプ２２の出力を所定値以上に保つリミッタを設けるようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、充電電流パルスの幅を電池電圧に基づいて変化させるようにしたことで、より短時間で二次電池をパルス充電することができる。
【００３６】
また、一定周期の三角波パルスを利用するようにしたことで、周期変動に伴うノイズの発生がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のパルス充電方式による電池電圧及び充電電流の時間変化を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施の形態に係る充電制御回路のブロック図である。
【図３】図２の充電制御回路の各部の出力のタイムチャートである。
【図４】図２の充電制御回路を用いて充電を行った場合の電池電圧及び充電電流の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２０ 充電制御回路
２１ 定電流回路
ＳＷ１ スイッチ
２２ エラーアンプ
２３ 三角波発生回路
２４ コンパレータ
２５ 電圧検出回路
３０ 電源
４０ 二次電池[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge control circuit, and more particularly, to a charge control circuit for pulse charging a secondary battery.
[0002]
[Prior art]
Generally, a secondary battery such as a lithium ion battery is charged with a constant current and a constant voltage. According to this charging method, constant current charging is performed from the start of charging until the battery voltage of the secondary battery reaches a predetermined value (= constant voltage control voltage), and after the battery voltage reaches the predetermined value, constant voltage control is performed. Constant voltage charging with voltage is performed.
[0003]
In such a general constant current / constant voltage method, constant current charging is completed in a relatively short time (for example, 30 minutes) (charge rate 90%). However, the constant voltage charging requires many times (for example, 3 hours) the time required for the constant current charging (the charging rate is 95% or more). This is because the charging current flowing to the secondary battery decreases as the secondary battery approaches a fully charged state, and it takes a long time to slightly increase the charging rate. Also, charging time by constant voltage charging is set longer in consideration of voltage drop due to the internal resistance of the secondary battery.
[0004]
Therefore, the conventional constant current / constant voltage charging method has a problem that it takes a long time until the secondary battery is fully charged.
[0005]
In order to solve this problem, it is only necessary to increase the charging current when performing the constant current charging. However, if the charging current is increased, the performance of the secondary battery is deteriorated. Therefore, pulse charging is known as a charging method that enables charging with a larger current without causing performance degradation of the secondary battery (for example, see Patent Document 1).
[0006]
The pulse charging is a charging method in which a charging current of a fixed magnitude is supplied to the secondary battery in a pulsed manner (periodically, here, every two seconds), as shown by a solid line in FIG. In the pulse charging, a large current exceeding the maximum charging current specified for the secondary battery can be used as the charging current, so that the secondary battery can be charged in a short time.
[0007]
In pulse charging, the battery voltage gradually rises while repeating a rise due to the supply of the charging current and a fall due to the stop of the supply, as shown by the dotted line in FIG. In this charging method, when the battery voltage after a predetermined time (in this case, 0.5 seconds) after stopping the supply of the charging current becomes equal to or higher than the full charge voltage (here, 4.2 V), It is assumed that charging is completed. That is, in this charging method, there is no need to perform constant-voltage charging, so that the secondary battery can be charged in a short time.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-169474 A (paragraph 0002-0003)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional general constant current / constant voltage charging method has a problem that the charging time is long. Pulse charging can reduce the charging time as compared with a general constant current / constant voltage charging method, but further reduction is desired.
[0010]
An object of the present invention is to provide a charge control circuit that can pulse-charge a secondary battery such as a lithium ion battery in a shorter time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a constant current circuit (21) for supplying a constant current to the secondary battery (40), and an electrical connection between the constant current circuit (21) and the secondary battery (40). A switch (SW1) for connecting / disconnecting, and a switch for supplying a pulse current from the constant current circuit (21) to the secondary battery (40) by repeatedly controlling ON / OFF of the switch (SW1). Control circuit (22, 23, 24), and the switch control circuit (22, 23, 24) changes the pulse width of the pulse current based on the battery voltage of the secondary battery (40). As a result, a charge control circuit characterized by the following is obtained.
[0012]
Specifically, the switch control circuit (22, 23, 24) includes a triangular wave generating circuit (23) for generating a triangular wave pulse voltage having a predetermined period and a predetermined amplitude, and based on the triangular wave pulse voltage and the battery voltage. To change the pulse width of the pulse current.
[0013]
The switch control circuits (22, 23, 24) further include an error amplifier (22) for generating an output voltage representing a difference between the battery voltage and a reference voltage, and an output voltage of the error amplifier (22). A comparator (24) for comparing the battery voltage and turning on or off the switch (SW1) according to the comparison result.
[0014]
In addition, the code | symbol in the said parenthesis is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention at all.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 2 shows a charge control circuit 20 according to one embodiment of the present invention. The charge control circuit 20 is interposed between the power supply 30 and a secondary battery (for example, a lithium ion battery) 40 and controls charging of the secondary battery 40.
[0017]
The charge control circuit 20 includes a constant current circuit 21, a switch SW1, an error amplifier 22, a triangular wave generation circuit 23, a comparator 24, and a voltage detection circuit 25.
[0018]
The constant current circuit 21 is connected to the power supply 30 and converts a current supplied from the power supply 30 into a constant current.
[0019]
The switch SW1 is connected between the constant current circuit 21 and the secondary battery 40, and electrically connects and disconnects between them.
[0020]
The error amplifier 22 includes a differential amplifier and a resistor, and has an output voltage corresponding to a difference between a battery voltage of the secondary battery 40 input to the inverting input terminal and a reference voltage input to the non-inverting input terminal. Occurs.
[0021]
The triangular wave generating circuit 23 generates a triangular wave pulse voltage having a predetermined cycle. In addition, a synchronization pulse having the same period is generated.
[0022]
The comparator 24 has an inverting input terminal connected to the output terminal of the error amplifier 22, and a non-inverting input terminal connected to the triangular wave generating circuit 23. The comparator 24 compares the output voltage of the error amplifier 22 with the triangular wave pulse voltage from the triangular wave generation circuit 23, and generates a switch control signal for controlling the switch SW1 based on the comparison result.
[0023]
The voltage detection circuit 25 is connected to the control terminal of the switch SW1, the secondary battery 40, and the triangular wave generation circuit 23. The voltage detection circuit 25 detects the battery voltage of the secondary battery 40 in synchronization with the synchronization pulse from the triangular wave generation circuit, and detects the battery voltage at a predetermined voltage (full charge voltage, 4.2 V in the case of a lithium ion battery). In the above case, a control signal for turning off the switch SW1 is generated.
[0024]
The error amplifier 22, the triangular wave generation circuit 23, the comparator 24, and the voltage detection circuit 25 work together as a switch control circuit.
[0025]
Next, the operation of the voltage detection circuit 25 will be described with reference to FIG. 3 in addition to FIG.
[0026]
The error amplifier 22 outputs an output voltage according to the battery voltage of the secondary battery 40. For example, assuming that the battery voltage changes as shown in FIG. 3A with charging, the error amplifier 22 generates an output voltage as shown by a curve in FIG. 3B.
[0027]
On the other hand, the triangular wave generating circuit 23 generates a triangular wave pulse voltage having a predetermined period and a predetermined amplitude as shown in FIG.
[0028]
As shown in FIG. 3C, the comparator 24 receiving the output of the error amplifier 22 and the output of the triangular wave generation circuit 23 sets the high level when the output voltage of the error amplifier 22 is higher than the triangular wave pulse voltage, and sets the error amplifier 22 to the high level. Outputs a low level when the output voltage of is less than or equal to the triangular pulse voltage. As can be easily understood from FIG. 3, the output of the comparator 22 repeats high level / low level in accordance with the cycle of the triangular wave pulse voltage. When the battery voltage is low, the output of the comparator 22 has a long high-level period of the comparator 24, and when the battery voltage is high, the low-level period is long. The output of the comparator 24 is supplied to the control terminal of the switch SW1 as a switch control signal.
[0029]
The switch SW1 turns on when the output from the comparator 24 is at a high level, and turns off when the output is at a low level. That is, the ON / OFF of the switch SW1 is repeated in accordance with the cycle of the triangular wave pulse voltage. When the battery voltage is low, the ON period is long, and when the battery voltage is high, the OFF period is long.
[0030]
The constant current circuit 21 limits the charging current flowing from the power supply 30 to the secondary battery 40 to a predetermined value or less. As a result, a current pulse of a predetermined magnitude is supplied to the secondary battery 40 only while the switch SW1 is on. That is, the secondary battery 40 is pulse-charged.
[0031]
As described above, the high level period in the output of the comparator 24 depends on the battery voltage. Therefore, the charging current flowing to the secondary battery also depends on the battery voltage, and has a high duty ratio when the battery voltage is low, and has a low duty ratio when the battery voltage is high.
[0032]
If the cycle and amplitude of the triangular wave pulse voltage generated by the triangular wave generating circuit 23 are appropriately set, as shown in FIG. Charging can be completed in a shorter period of time.
[0033]
The voltage detection circuit 25 detects a battery voltage in response to a synchronization pulse synchronized with the triangular wave generation circuit 23. That is, the voltage detection circuit 25 detects the battery voltage while the switch SW1 is off. If the detected battery voltage is higher than the full charge voltage, the voltage detection circuit determines that charging is completed and turns off the switch SW1.
[0034]
As described above, the present invention has been described in accordance with one embodiment, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above-described embodiment, the limiter for keeping the output of the error amplifier 22 equal to or higher than a predetermined value is provided so that the width of the pulse of the charging current decreases as the state approaches the full charge state, but does not become lower than the predetermined width. You may do so.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, by changing the width of the charging current pulse based on the battery voltage, the secondary battery can be pulse-charged in a shorter time.
[0036]
Further, since a triangular wave pulse having a constant cycle is used, there is no generation of noise due to the periodic fluctuation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a time change of a battery voltage and a charging current according to a conventional pulse charging method.
FIG. 2 is a block diagram of a charge control circuit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart of the output of each unit of the charge control circuit of FIG. 2;
FIG. 4 is a graph showing a change over time of a battery voltage and a charging current when charging is performed using the charging control circuit of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 20 charge control circuit 21 constant current circuit SW1 switch 22 error amplifier 23 triangular wave generation circuit 24 comparator 25 voltage detection circuit 30 power supply 40 secondary battery
