【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を充電する際に、パルス波形をなす充電電流Ｉｃを印加する二次電池の充電方法及びこの方法を用いた装置に関し、特に、安定した満充電を短時間で検出することができる二次電池の充電方法及びこの方法を用いた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の二次電池の充電装置では、図１に示されるように、二次電池１に充電器２により充電する際、両者の間に充放電制御部１０を挿入している。この充放電制御部１０は充電器２に内蔵されている場合もある。
【０００３】
また、携帯用機器の電源として用いられる二次電池１には、例えばアルカリ電池、ニッケルカドミウム電池などがあるが、これらの電池では、浅い放電深度で充放電を繰返した場合に放電初期に電圧が急降下するメモリー効果が生じる。
【０００４】
ここで、図示される充放電制御部１０における二次電池１の放電回路１４と二次電池１への充電回路を形成するＳＷ（スイッチ回路）１５とのそれぞれは、当初、回路切断されている。
【０００５】
図２に示されるように、充電開始の際にマイコン（マイクロコンピュータ）１２は、電圧計測回路１１により二次電池１の電池電圧を計測（手順Ｓ１）し、この計測電圧値が充電開始のための基準電圧より高い場合（手順Ｓ２のＹＥＳ）には、充放電制御回路１３を制御して放電回路１４を二次電池１に接続して上記基準電圧まで低下させるため放電（手順Ｓ３）させる。十分に放電した結果として電池電圧が低下し、手順Ｓ２が「ＮＯ」となった際に、充放電制御回路１３によりＳＷ１５が制御されて充電器２が二次電池１に接続され、充電が開始（手順Ｓ４）される（例えば、特許技術１参照）。
【０００６】
通常の各種電池では、このような技術を用いてもメモリ効果の状態から十分に回復されない。また、充電特性が異なるため、一つの充電装置でそれぞれの電池に適した充電を行なうことは困難であることが判明した。このような問題に対応できる、各種の二次電池のメモリ効果を低減する充電装置として、パルス波形をなす充電電流とパルス波形をなす放電電流とを組合せ、パルス充電した後にこの充電電気量よりも小さな電気量でパルス放電させる充電手段を備えた充電装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
特許文献２では、図１に示されるマイコン１２の制御により、充放電制御回路１３が、ＳＷ１５を制御して、例えば図３に示されるように、充電時間ｔ１（＝７ｍｓ）を有するパルス波形の充電電流を、３ｍｓ間隔を置いて二次電池１へ充電器２から供給する。一方、充放電制御回路１３の制御を受ける放電回路１４により、３ｍｓ間隔の充電休止区間の中央で放電時間ｔ３（＝１ｍｓ）を有する放電パルスが発生する。また、休止を含む充放電のサイクルは１０ｍｓと一定である。このような構成の実施により、二次電池の充電の際に放電を加えることがメモリー効果の低減をもたらすということが確認されている。
【０００８】
また、この特許文献２では、このパルス充電により所定の充電量が確保された後、微小電流によるトリクル充電を行なうことが提案されている。勿論、トリクル充電を省略することもできる。また、充電電流に対する充電区間での電池電圧Ｖｏｎと充電休止区間での電池電圧Ｖｏｆｆとの電圧値から二次電池の内部インピーダンスＺを演算し、満充電に近づいて、求められた内部インピーダンスＺが大きければ放電区間に対する充電区間の割合（ｔ３／ｔ１）を小さくするという処置が行なわれている。また、この充電停止条件のうち電圧変化については、毎回の充電休止区間での電池電圧Ｖｏｆｆの電圧値から求めた降下電圧Ｖｃが予め定められた所定電圧値Ｖａに達した際とされている。
【０００９】
図４にそのアルゴリズムをフローチャートで示し、図１を併せ参照して、電池電圧に基づく充電手順について次に説明する。
【００１０】
図２に示された手順により上述した充電条件が満たされたのち、第一充電が開始（手順Ｓ１１）され、ＳＷ１５により充電電流がオン（手順Ｓ１２）することにより、充電パルスが立ち上がる。次いで、電圧計測回路１１により電池電圧Ｖｏｎが測定（手順Ｓ１３）される。充電電流がオフ（手順Ｓ１４）された際には充電休止区間での電池電圧Ｖｏｆｆが測定（手順Ｓ１５）され、前回の電圧値Ｖｏｆｆとの比較により降下電圧Ｖｃが演算（手順Ｓ１６）される。降下電圧Ｖｃが所定値Ｖａに達するか越えた（手順Ｓ１７のＹＥＳ）場合には、この第一充電は停止（手順Ｓ１８）され、所定の第二充電としてトリクル充電が実行（手順Ｓ１９）される。
【００１１】
一方、上記手順Ｓ１７が「ＮＯ」で充電が未完了のため降下電圧Ｖｃが所定値Ｖａを越えていない場合、放電オン（手順Ｓ２１）及び放電オフ（手順Ｓ２２）により放電パルスが発生する。この後、電池電圧Ｖｏｎ及び電池電圧Ｖｏｆｆ、並びに充電電流Ｉｃから二次電池の内部インピーダンスＺが演算（手順Ｓ２３）され、充放電比率の設定値が調整（手順Ｓ２４）されて、手順は上記手順Ｓ１２に戻り繰返される。
【００１２】
他方、近年ではメモリー効果を生じないリチウムイオン電池などがノート型パソコン（パーソナルコンピュータ）などに広く用いられている。このような二次電池にも、一旦十分に放電した後、所定量の充電を繰返すことが電池寿命延長のため必要であるとされている。この充電に、上述したパルス充電は有効である。
【００１３】
【特許文献１】
特開平５−２２７６７１号公報（図１、図２）
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−１４９７０９号公報（図１、図４、図１３）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の二次電池の充電装置におけるパルス充電は、メモリー効果を生じないリチウムイオン電池を含め、種々の二次電池に対して広く有効である。
【００１６】
しかしながら、上記特許文献２の問題として、マイクロコンピュータに、充電のための複雑な制御がアルゴリズムとして必要とされる点が挙げられる。
【００１７】
その理由は、同一周期で充電パルスを供給しているこの技術の場合、二次電池が充電されるにしたがってその内部インピーダンスが上昇するので、上述したように、供給する充電パルスの幅を増加させて充電量を増加させている。このために、マイクロコンピュータは内部インピーダンスを演算して充放電比率を調整することを必要とするからである。
【００１８】
この問題を解決するため、例えば、充電電流と充電区間の電池電圧値とにより充電電流パルスの間隔を決定し、この間隔が所定値を越えた場合を充電終了時点とすることができる。このような充電終了時点の決定によりパルス充電の制御を簡略化することができる。
【００１９】
しかし、この場合、図５に示されるように、満充電に近づくにしたがって、二次電池の内部インピーダンスが増加するので、充電電流パルスの間隔が非常に長くなる。従って、充電休止間隔を計測して充電が停止される充電手順終了の時期を判定するまでに、判定所要時間の大幅な増加を必要とし、充電終了の決定が遅れることになる。すなわち、充電終了までの期間短縮が求められるという第二の問題が発生する。
【００２０】
本発明の課題は、このような問題点を解決し、単純なアルゴリズムで、全体的な充電時間を短縮できる二次電池の充電方法及びこの方法を用いた装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明による二次電池の充電方法は、二次電池を充電する際に充電パルスによりパルス波形をなす充電電流Ｉｃを印加する充電方法に関している。
【００２２】
すなわち、本発明による二次電池の充電方法は、充電電流Ｉｃを同一パルス幅を有する充電パルスに形成し、充電パルス周期Ｐを前記二次電池の内部インピーダンス値Ｚに基づいて決定し、所定の条件でこのパルス充電を停止すると共に、前記所定の条件に達するまで、前記二次電池へ前記充電パルスを供給したのち次に続く充電パルス供給までの間隔である充電休止区間の初期に、同一パルス波形を有する放電電流ｉを前記二次電池に供給している。
【００２３】
このように、パルス充電の後、パルス放電を加えることにより、過充電を回避できると共に次の充電パルス印加までの充電休止区間を短縮できる。従って、一定時間内では短時間周期の充電パルスによる充電回数を増加することができる。この際、一回の充電量が減少しても、所定時間内の充電回数が増加するので、適切なパルス放電量の設定により、全体の充電時間を短縮することが可能になる。
【００２４】
ここで、前記所定の条件が二次電池の電池電圧又は充電パルス周期が所定値を越えた際であることが、充電の制御を単純化して複雑化を回避することができるので、望ましい。また、充電終了に充電パルス周期を採用することは、充電休止区間の短縮を明確にしているので、充電終了の検出が容易であり、この検出までの時間を更に短縮させることができる。また、放電電流ｉの印加は、充電パルス周期がある程度長くなった時点の予め定められた時間値Ｐｌを越えた際に開始されることが、望ましい。
【００２５】
次いで、本発明による二次電池の充電装置は、二次電池を充電する際に、パルス波形をなす充電電流Ｉｃを印加する充電装置において、電圧計測回路（２１）とマイコン（マイクロコンピュータ）（２２）と充放電制御回路（２３）と放電回路（２４）とＳＷ（切換回路）（２５）とを備えている。
【００２６】
電圧計測回路（２１）は二次電池の両極端子を接続して二次電池電圧Ｖを計測する。マイコン（２２）は、タイマ及びメモリを有し、二次電池の両極端子を接続して得られる前記二次電池の内部インピーダンス値Ｚに基づいて前記充電パルスの印加周期を計測して前記メモリに設定し、かつ、同一波形の充電電流Ｉｃによる充電パルス及び同一波形の放電電流ｉによる放電パルスそれぞれを形成し、設定された充電パルス周期Ｐに基づいて前記充放電制御回路（２３）に、前記充電パルスＣｈの供給を指示すると共に所定の条件でこのパルス充電を停止し、かつ前記所定の条件に達するまで、前記二次電池へ前記充電パルスを供給したのち次に続く充電パルス供給までの間隔である充電休止区間の初期に、放電パルスの供給を指示するプログラムを前記メモリに有している。
【００２７】
充放電制御回路（２３）は、マイコン（２２）の制御を受けて前記充電パルスＣｈの供給をＳＷ（２５）に指示し、かつ前記放電パルスＤｃの供給を放電回路（２４）に指示する。放電回路（２４）は前記充放電制御回路の指示を受けて二次電池の両極端子を接続し放電電流の供給をオン／オフする。また、ＳＷ（２５）は充放電制御回路の指示を受けて充電電流供給をオン／オフする。
【００２８】
また、全ての機能要素を前記充電器に内蔵することができる。
【００２９】
上記括弧内の符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３１】
図６は、本発明に採用される充電電流と二次電池電圧とのパルス波形における実施の一形態を示す図である。
【００３２】
図示される実施の形態では、同一のパルス波形を有する充電電流を充電パルス電流として二次電池に供給している。充電パルス電流の周期Ｐは、二次電池の内部インピーダンスＺの影響で徐々に長引くが、ある時間値を越えた充電パルス周期Ｐｌに達した際に、充電パルス電流に続いて、放電パルス電流が二次電池に供給されている。放電パルス電流は、充電パルスの電流量より小さな電流量となるパルス幅の同一のパルス波形を有する。
【００３３】
更に、二次電池の充電量が十分となって、充電パルス電流の周期Ｐが予め定められた充電パルス周期Ｐｃを越えた際に、このパルス充電は終了する。
【００３４】
すなわち、十分な放電が行われた場合には、充電開始当初での充電パルス周期Ｐはそれほど大きくない。従って、充電パルス電流に続く放電パルス電流は二次電池に供給されない。しかし、所定の充電量が確保された場合には、二次電池の内部インピーダンスが増加して充電パルス電流の印加周期が延長される。
【００３５】
従って、パルス充電の延長された各周期で、充電パルス電流に続き放電パルス電流が供給される。この結果、充電パルス電流の供給後、充電量はパルス放電により削減されるが、充電パルス周期が短縮されるので、充電パルス電流の供給回数が増加し、結果として所定時間内における充電量は増加する。このことは、放電パルスによる放電量を適切に設定すれば、充電終了までの時間が短縮できることを意味する。
【００３６】
図７は本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図である。
【００３７】
図７に示された二次電池の充電装置では、二次電池１に充電器２により充電する際、両者の間に充放電制御部２０を挿入している。充放電制御部２０は、電圧計測回路２１、マイコン（マイクロコンピュータ）２２、充放電制御回路２３、放電回路２４、及びＳＷ（切換回路）２５を備えている。これらは、図１に示されたものと構成要素の名称が同一であるが、その機能は従来の技術で説明したものと、マイコン２２及び充放電制御回路２３において相違している。
【００３８】
電圧計測回路２１は二次電池の両極端子を接続して二次電池１の電池電圧Ｖを計測するものであり、その構成及び機能は従来と同様でよい。
【００３９】
マイコン２２は、図示されないメモリにプログラムを有し、図示されないプロセッサにより各種演算を実行し機能を発揮する。また、マイコン２２は、タイマを有し、各種のタイミングを計測している。更に、本発明の特徴である充電パルス周期Ｐを保持する充電パルス周期メモリを有している。更に、マイコン２２は電圧計測回路２１から電池電圧Ｖの通知を受けている。
【００４０】
マイコン２２は、二次電池１で図８（Ａ）に示される電池電圧Ｖの変化情報を得るため、図８（Ｂ）に示される制御信号Ｃｏを作成している。すなわち、マイコン２２は、二次電池１に接続して得られる二次電池１の内部インピーダンス値Ｚに基づいて次の充電パルス供給の時期を計測して演算し、充電パルス周期メモリに充電パルス周期値Ｐとして保存する。充電パルス周期値Ｐは、充電パルス幅を有する充電区間と充電パルスに続く放電パルスによる電圧変動を避けるための不感応区間とを考慮して計測される。従って、放電パルスの供給は充電パルスの消滅に続く、充電休止区間のできる限り早い時期が望ましい。
【００４１】
また、マイコン２２は、充分な充電量が得られパルス充電を終了するだけの充電量による充電パルス周期Ｐｃを予め保有しており、計測して得られる充電パルス周期Ｐがこの周期値Ｐｃを越えた際に、充電の終了を判断して充放電制御部２０の回路を初期状態に戻す。この判定条件は、不感応区間を除く充電休止区間で計測される二次電池電圧Ｖｏｆｆが所定の電圧値を越えた時点としてもよい。
【００４２】
マイコン２２の主要機能によるその動作手順は図９を参照して後に説明する。
【００４３】
充放電制御回路２３は、マイコン２２から受ける制御信号Ｃｏに含まれる図８（Ｃ）に示される放電パルスＤｃ及び図８（Ｄ）に示される充電パルスＣｈそれぞれで、同時に受ける充電パルス周期値Ｐにより周期的に、同一波形の充電パルスＤｃをＳＷ２５、また同一波形の放電パルスＤｃを放電回路２４、それぞれに送って導通回路をオン／オフする。
【００４４】
この結果、充電電流Ｉｃ及び放電電流ｉは、図６に示されるように、二次電池１に供給されてパルス状の充電電圧Ｖｏｎを有する二次電池電圧Ｖを発生する。
【００４５】
放電回路２４及びＳＷ２５は従来の技術で説明したものと機能的にほぼ等しい。放電回路２４は、例えば図７に示されるように、抵抗器Ｒとトランジスタ（ＳＷ−ＦＥＴ：スイッチング・電界効果トランジスタ）Ｑとを直列接続した回路である。トランジスタＱはゲートに充放電制御回路２３から図８（Ｃ）に示される放電パルスＤｃを受けて放電回路２４の導通路を形成し、二次電池１に対して短時間放電を行なわせる。また、ＳＷ２５は、充放電制御回路２３から充電パルスＣｈの指示を受けて切換えスイッチを駆動し、充電器２から供給される定電流値Ｉｃを有する充電電流Ｉｃをオン／オフすることにより二次電池１に対してパルス充電を実行する。
【００４６】
次に、図９に図７及び図８を併せ参照して、充放電制御部２０における動作手順の一形態について説明する。
【００４７】
マイコン２２では、充電パルス周期Ｐの初期状態として、図８に示されるような充電区間と不感応区間との和が設定されており、充電パルスＣｈ及び放電パルスＤｃを含む制御信号Ｃｏが作成されるものとする。
【００４８】
まず、充電開始に伴い、マイコン２２は、この制御信号Ｃｏに基づいて充電パルスＣｈのオン信号を充放電制御回路２３に送る。充放電制御回路２３は、充電パルスＣｈのオン信号を受けてＳＷ２５に指示し、充電電流Ｉｃを二次電池１に供給（手順Ｓ３１）したのち充電区間のタイミングの後、これを充電パルスＣｈのオフ信号で断（手順Ｓ３２）とする。
【００４９】
マイコン２２は、充電パルスＣｈの送出に続いて充電パルス周期Ｐを充電パルス周期メモリから索引（手順Ｓ３３）し切換設定値Ｐｌと比較（手順Ｓ３４）する。初期では、手順Ｓ３４が「ＮＯ」で索引された充電パルス周期Ｐが切換設定値Ｐｌより小さいので、電圧計測回路２１から電池電圧Ｖとして充電休止区間の電池電圧Ｖｏｆｆが計測（手順Ｓ３５）される。
【００５０】
次いで、再度、充電パルス周期Ｐが、充電パルス周期メモリから索引（手順Ｓ３６）され、終了設定値Ｐｃと比較（手順Ｓ３７）される。
【００５１】
この時点ではまだ、手順Ｓ３７は「ＮＯ」で、充電パルス周期Ｐは終了設定値Ｐｃに未達である。この充電休止区間にマイコン２２は、二次電池を接続する回路で、二次電池の内部インピーダンスＺを含み充電パルス周期値Ｐを計測（手順Ｓ３８）する。マイコン２２は、この計測値から充電パルス周期値Ｐを得て充電パルス周期メモリの設定を更新（手順Ｓ３９）し、手順は上記手順Ｓ３１に戻り次の充電パルスＣｈを充放電制御回路２３に送る。
【００５２】
充電パルス周期Ｐが充電により延長され、上記手順Ｓ３４が「ＹＥＳ」となって、切換設定値Ｐｌを越えた時点で、マイコン２２は、図８（Ｂ）の制御信号Ｃｏに基づいて放電パルスＤｃのオン信号を充放電制御回路２３に送る。充放電制御回路２３は、放電パルスＤｃのオン信号を受けて放電回路２４のトランジスタＱのゲートを制御してこの放電回路を通電状態にし、二次電池１に放電電流−ｉを供給（手順Ｓ４１）し放電させたのち放電区間のタイミングの後、これを放電パルスのオフ信号で断（手順Ｓ４２）とする。
【００５３】
次いで、マイコン２２は、タイマにより上記不感応区間を計測（手順Ｓ４３）し、上記手順Ｓ３５の電池電圧Ｖの計測手順に接続する。従って、充放電パルスによるパルス充電が手順Ｓ３５から手順Ｓ３９、及び手順Ｓ３１から手順Ｓ３４の「ＹＥＳ」、次いで手順Ｓ４１からＳ４３まで、それぞれを繰返す。この手順により次第に充電パルス周期は延長される。
【００５４】
上記手順Ｓ３７が「ＹＥＳ」で、設定されていた充電パルス周期Ｐが終了設定値Ｐｃを越えた時点でこのパルス充電は終了し、マイコン２２は充電パルス周期メモリの設定を解除（手順Ｓ５１）すると共に、充放電制御部２０の全ての設定を初期値に戻す。
【００５５】
上記説明では、放電パルス供給の切換とパルス充電の終了とを充電パルス周期Ｐにより設定しているが、他の設定値、例えば、充電休止区間の二次電池電圧Ｖｏｆｆによる設定でもよい。このような終了条件は、充電アルゴリズムの簡素化を図ることができるので好ましい。また、上述した特許文献２で提案された設定条件でもよいことは勿論である。更に、上記説明では、マイコンが殆どの制御機能を負っているが、充放電制御回路に機能を分散して持たせてもよい。
【００５６】
このように、上記説明では、図示された機能ブロックおよび手順を参照しているが、機能の分離併合による配分または手順の前後入替えなどの変更は上記機能を満たす限り自由であり、上記説明が本発明を限定するものではなく、更に、二次電池に対する充電装置の全般に適用可能なものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、単純なアルゴリズムで、全体的な充電時間を短縮できるという効果を得ることができる。
【００５８】
その理由は、二次電池の内部インピーダンスＺを用いたタイマで充電パルスＣｈの周期Ｐを設定し、かつこの設定された充電パルス周期Ｐで放電パルスＤｃの供給及びパルス充電の終了を決定しているからである。更に、放電パルスＤｃのパルス幅による放電量の適切な設定で、繰返し数の増加した充電パルスにより全体のパルス充電量が短時間で満充電に到達できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】従来の放電効果における手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】従来のパルス充電の一例を示すタイムチャートである。
【図４】従来のパルス充電における主要手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】図３とは異なる従来のパルス充電の簡便化した一例を示すタイムチャートである。
【図６】本発明によるパルス充電の実施の一形態を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図である。
【図８】本発明のパルス充電における充電パルス周期の実施の一形態を示すタイムチャートである。
【図９】本発明のパルス充電における主要手順の実施の一形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 二次電池
２ 充電器
２０ 充放電制御部
２１ 電圧計測回路
２２ マイコン（マイクロコンピュータ）
２３ 充放電制御回路
２４ 放電回路
２５ ＳＷ（切換回路）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of charging a secondary battery, which applies a charging current Ic having a pulse waveform when charging the secondary battery, and an apparatus using the method. In particular, the present invention detects a stable full charge in a short time. And a device using the method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in this type of secondary battery charging apparatus, as shown in FIG. 1, when charging a secondary battery 1 with a charger 2, a charge / discharge control unit 10 is inserted between the two. The charge / discharge control unit 10 may be built in the charger 2 in some cases.
[0003]
The secondary battery 1 used as a power source for a portable device includes, for example, an alkaline battery and a nickel cadmium battery. In these batteries, when charging / discharging is repeated at a shallow depth of discharge, a voltage is initially increased. A steep memory effect occurs.
[0004]
Here, each of the discharge circuit 14 of the secondary battery 1 and the SW (switch circuit) 15 forming a charging circuit for the secondary battery 1 in the illustrated charge / discharge control unit 10 is initially disconnected. .
[0005]
As shown in FIG. 2, at the time of starting charging, the microcomputer (microcomputer) 12 measures the battery voltage of the secondary battery 1 by the voltage measuring circuit 11 (procedure S1). If the voltage is higher than the reference voltage (YES in step S2), the charge / discharge control circuit 13 is controlled to connect the discharge circuit 14 to the secondary battery 1 and discharge the battery to lower the reference voltage (step S3). When the battery voltage drops as a result of the sufficient discharge and the procedure S2 becomes "NO", the charging / discharging control circuit 13 controls the SW15 to connect the charger 2 to the secondary battery 1 and start charging. (Step S4) is performed (for example, see Patent Literature 1).
[0006]
With various kinds of ordinary batteries, even if such a technique is used, the state of the memory effect cannot be sufficiently recovered. In addition, it has been found that it is difficult to perform charging suitable for each battery with one charging device due to different charging characteristics. As a charging device capable of coping with such a problem and reducing the memory effect of various secondary batteries, a charging current having a pulse waveform and a discharging current having a pulse waveform are combined. A charging device including a charging unit that performs pulse discharge with a small amount of electricity has been disclosed (for example, see Patent Document 2).
[0007]
In Patent Document 2, under the control of the microcomputer 12 shown in FIG. 1, the charge / discharge control circuit 13 controls the SW 15 to generate a pulse waveform having a charge time t1 (= 7 ms) as shown in FIG. 3, for example. A charging current is supplied from the charger 2 to the secondary battery 1 at intervals of 3 ms. On the other hand, the discharge circuit 14 under the control of the charge / discharge control circuit 13 generates a discharge pulse having a discharge time t3 (= 1 ms) at the center of the charge pause section at 3 ms intervals. The charge / discharge cycle including a pause is constant at 10 ms. By implementing such a configuration, it has been confirmed that adding discharge when charging the secondary battery results in a reduction in the memory effect.
[0008]
Further, Patent Literature 2 proposes performing trickle charging with a small current after a predetermined charge amount is secured by the pulse charging. Of course, trickle charging can be omitted. Further, the internal impedance Z of the secondary battery is calculated from the voltage value of the battery voltage Von in the charging section with respect to the charging current and the battery voltage Voff in the charging pause section. A measure is taken to reduce the ratio of the charging section to the discharging section (t3 / t1) if it is larger. The voltage change in the charging stop condition is defined as when the drop voltage Vc obtained from the voltage value of the battery voltage Voff in each charging suspension interval reaches a predetermined voltage value Va.
[0009]
FIG. 4 is a flowchart showing the algorithm, and the charging procedure based on the battery voltage will be described next with reference to FIG.
[0010]
After the charging condition described above is satisfied by the procedure shown in FIG. 2, the first charging is started (step S11), and the charging current is turned on by SW15 (step S12), whereby the charging pulse rises. Next, the battery voltage Von is measured by the voltage measurement circuit 11 (step S13). When the charging current is turned off (procedure S14), the battery voltage Voff in the charging suspension section is measured (procedure S15), and the drop voltage Vc is calculated by comparing with the previous voltage value Voff (procedure S16). When the drop voltage Vc reaches or exceeds the predetermined value Va (YES in step S17), the first charge is stopped (step S18), and trickle charge is executed as a predetermined second charge (step S19). .
[0011]
On the other hand, when the step S17 is “NO” and the charging is not completed and the drop voltage Vc does not exceed the predetermined value Va, a discharge pulse is generated by the discharge on (step S21) and the discharge off (step S22). Thereafter, the internal impedance Z of the secondary battery is calculated from the battery voltage Von and the battery voltage Voff and the charging current Ic (step S23), and the set value of the charge / discharge ratio is adjusted (step S24). It returns to S12 and is repeated.
[0012]
On the other hand, in recent years, a lithium ion battery or the like which does not produce a memory effect has been widely used for notebook personal computers (personal computers) and the like. It is said that it is necessary for such a secondary battery to be discharged once and then repeatedly charged for a predetermined amount in order to extend the battery life. The pulse charging described above is effective for this charging.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-5-227671 (FIGS. 1 and 2)
[0014]
[Patent Document 2]
JP-A-8-149709 (FIGS. 1, 4, and 13)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The pulse charging in the above-described conventional secondary battery charger is widely effective for various secondary batteries including a lithium ion battery which does not cause a memory effect.
[0016]
However, the problem of Patent Document 2 is that a microcomputer requires complicated control for charging as an algorithm.
[0017]
The reason is that in the case of this technique in which the charging pulse is supplied in the same cycle, the internal impedance of the secondary battery increases as the secondary battery is charged. To increase the charge. For this reason, the microcomputer needs to calculate the internal impedance to adjust the charge / discharge ratio.
[0018]
In order to solve this problem, for example, the interval of the charging current pulse is determined based on the charging current and the battery voltage value in the charging section, and the case where this interval exceeds a predetermined value can be regarded as the charging end point. Such determination of the charging end point can simplify the control of pulse charging.
[0019]
However, in this case, as shown in FIG. 5, the internal impedance of the secondary battery increases as the battery approaches full charge, so that the interval between charging current pulses becomes very long. Therefore, a significant increase in the time required for the determination is required before the timing of the charging procedure in which the charging is stopped by measuring the charging pause interval, and the determination of the charging end is delayed. That is, a second problem occurs in that the period until the end of charging is required to be shortened.
[0020]
It is an object of the present invention to solve such a problem and to provide a method of charging a secondary battery and a device using the method, which can shorten the overall charging time with a simple algorithm.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
First, the charging method of a secondary battery according to the present invention relates to a charging method of applying a charging current Ic having a pulse waveform by a charging pulse when charging a secondary battery.
[0022]
That is, in the method for charging a secondary battery according to the present invention, the charging current Ic is formed into charging pulses having the same pulse width, the charging pulse period P is determined based on the internal impedance value Z of the secondary battery, The pulse charging is stopped under the condition, and the same pulse is supplied at the beginning of the charging pause section, which is an interval between the supply of the charging pulse to the secondary battery and the supply of the next charging pulse until the predetermined condition is reached. A discharge current i having a waveform is supplied to the secondary battery.
[0023]
In this way, by applying pulse discharge after pulse charging, overcharging can be avoided and the charging pause period until the next application of the charging pulse can be shortened. Therefore, within a certain time, the number of times of charging by the charging pulse having a short period can be increased. At this time, even if the amount of charge at one time decreases, the number of times of charging within a predetermined time increases, so that by setting an appropriate amount of pulse discharge, the entire charging time can be shortened.
[0024]
Here, it is desirable that the predetermined condition is when the battery voltage or the charging pulse period of the secondary battery exceeds a predetermined value, because the charging control can be simplified and the complication can be avoided. In addition, adopting the charging pulse cycle for the end of charging makes it clear that the charging pause period is shortened, so that the end of charging can be easily detected and the time until this detection can be further reduced. Further, it is desirable that the application of the discharge current i be started when a predetermined time value Pl at the time when the charge pulse cycle becomes longer to some extent is exceeded.
[0025]
Next, the charging device for a secondary battery according to the present invention is a charging device for applying a charging current Ic having a pulse waveform when charging the secondary battery. ), A charge / discharge control circuit (23), a discharge circuit (24), and a SW (switching circuit) (25).
[0026]
The voltage measurement circuit (21) connects the bipolar terminals of the secondary battery and measures the secondary battery voltage V. The microcomputer (22) has a timer and a memory, and measures an application cycle of the charging pulse based on an internal impedance value Z of the secondary battery obtained by connecting both pole terminals of the secondary battery, and stores the measurement in the memory. The charging / discharging control circuit (23) sets the charging pulse by the charging current Ic having the same waveform and the discharging pulse by the discharging current i having the same waveform. Instructs the supply of the charging pulse Ch and stops the pulse charging under a predetermined condition, and until the predetermined condition is reached, the interval between the supply of the charging pulse to the secondary battery and the supply of the next charging pulse. The memory has a program for instructing the supply of the discharge pulse at the beginning of the charging pause section.
[0027]
The charge / discharge control circuit (23) instructs the supply of the charge pulse Ch to the SW (25) and the supply of the discharge pulse Dc to the discharge circuit (24) under the control of the microcomputer (22). The discharge circuit (24) receives the instruction from the charge / discharge control circuit, connects the bipolar terminals of the secondary battery, and turns on / off the supply of the discharge current. The SW (25) turns on / off the charging current supply in response to an instruction from the charge / discharge control circuit.
[0028]
Also, all the functional elements can be built in the charger.
[0029]
The symbols in the parentheses are provided for easy understanding, are merely examples, and the present invention is not limited to these.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of a pulse waveform of a charging current and a secondary battery voltage employed in the present invention.
[0032]
In the illustrated embodiment, a charging current having the same pulse waveform is supplied to the secondary battery as a charging pulse current. The period P of the charging pulse current gradually increases due to the influence of the internal impedance Z of the secondary battery. However, when the charging pulse period Pl exceeding a certain time value is reached, the discharging pulse current follows the charging pulse current. It is supplied to the secondary battery. The discharge pulse current has the same pulse waveform with a pulse width that is smaller than the current amount of the charging pulse.
[0033]
Further, when the charge amount of the secondary battery becomes sufficient and the cycle P of the charge pulse current exceeds a predetermined charge pulse cycle Pc, the pulse charge ends.
[0034]
That is, when sufficient discharging is performed, the charging pulse period P at the beginning of charging is not so large. Therefore, the discharge pulse current following the charge pulse current is not supplied to the secondary battery. However, when a predetermined amount of charge is secured, the internal impedance of the secondary battery increases, and the application cycle of the charge pulse current is extended.
[0035]
Therefore, in each extended cycle of the pulse charging, the discharging pulse current is supplied following the charging pulse current. As a result, after the supply of the charging pulse current, the charging amount is reduced by pulse discharge, but the charging pulse period is shortened, so that the number of times of supplying the charging pulse current increases, and as a result, the charging amount within a predetermined time increases. I do. This means that the time until the end of charging can be shortened by appropriately setting the amount of discharge by the discharge pulse.
[0036]
FIG. 7 is a functional block diagram showing an embodiment of the present invention.
[0037]
In the secondary battery charging device shown in FIG. 7, when charging the secondary battery 1 with the charger 2, the charge / discharge control unit 20 is inserted between the two. The charge / discharge control unit 20 includes a voltage measurement circuit 21, a microcomputer (microcomputer) 22, a charge / discharge control circuit 23, a discharge circuit 24, and an SW (switching circuit) 25. These components have the same component names as those shown in FIG. 1, but their functions are different from those described in the related art in the microcomputer 22 and the charge / discharge control circuit 23.
[0038]
The voltage measurement circuit 21 connects the bipolar terminals of the secondary battery and measures the battery voltage V of the secondary battery 1, and its configuration and function may be the same as those in the related art.
[0039]
The microcomputer 22 has a program in a memory (not shown) and executes various operations by a processor (not shown) to exhibit functions. Further, the microcomputer 22 has a timer and measures various timings. Further, a charge pulse cycle memory that holds a charge pulse cycle P, which is a feature of the present invention, is provided. Further, the microcomputer 22 has received a notification of the battery voltage V from the voltage measurement circuit 21.
[0040]
The microcomputer 22 generates the control signal Co shown in FIG. 8B in order to obtain the change information of the battery voltage V shown in FIG. That is, the microcomputer 22 measures and calculates the timing of supplying the next charging pulse based on the internal impedance value Z of the secondary battery 1 obtained by connecting to the secondary battery 1, and stores the charging pulse cycle in the charging pulse cycle memory. Save as value P. The charge pulse cycle value P is measured in consideration of a charge section having a charge pulse width and an insensitive section for avoiding voltage fluctuation due to a discharge pulse following the charge pulse. Therefore, it is desirable that the supply of the discharge pulse be performed at the earliest possible time of the charge suspension period following the disappearance of the charge pulse.
[0041]
Further, the microcomputer 22 has a charge pulse period Pc based on a charge amount sufficient to obtain a sufficient charge amount and terminate the pulse charge, and the measured charge pulse period P exceeds the cycle value Pc. Then, the end of charging is determined, and the circuit of the charge / discharge control unit 20 is returned to the initial state. This determination condition may be a time point when the secondary battery voltage Voff measured in the charging suspension section excluding the insensitive section exceeds a predetermined voltage value.
[0042]
The operation procedure of the main functions of the microcomputer 22 will be described later with reference to FIG.
[0043]
The charge / discharge control circuit 23 receives the charge pulse cycle value P simultaneously received by the discharge pulse Dc shown in FIG. 8C and the charge pulse Ch shown in FIG. 8D included in the control signal Co received from the microcomputer 22. Accordingly, the charge pulse Dc having the same waveform is sent to the SW 25 and the discharge pulse Dc having the same waveform is sent to the discharge circuit 24 periodically to turn on / off the conduction circuit.
[0044]
As a result, the charging current Ic and the discharging current i are supplied to the secondary battery 1 to generate a secondary battery voltage V having a pulsed charging voltage Von, as shown in FIG.
[0045]
The discharge circuit 24 and the SW 25 are functionally substantially the same as those described in the related art. The discharge circuit 24 is a circuit in which a resistor R and a transistor (SW-FET: switching / field effect transistor) Q are connected in series, for example, as shown in FIG. Transistor Q receives a discharge pulse Dc shown in FIG. 8C from charge / discharge control circuit 23 at its gate, forms a conduction path of discharge circuit 24, and causes secondary battery 1 to discharge for a short time. Further, the SW 25 drives the changeover switch in response to the instruction of the charging pulse Ch from the charge / discharge control circuit 23, and turns on / off the charging current Ic having the constant current value Ic supplied from the charger 2 to perform the secondary operation. The battery 1 is pulse-charged.
[0046]
Next, an embodiment of an operation procedure in the charge / discharge control unit 20 will be described with reference to FIGS.
[0047]
In the microcomputer 22, as the initial state of the charging pulse period P, the sum of the charging section and the insensitive section as shown in FIG. 8 is set, and the control signal Co including the charging pulse Ch and the discharging pulse Dc is generated. Shall be.
[0048]
First, with the start of charging, the microcomputer 22 sends an ON signal of the charging pulse Ch to the charge / discharge control circuit 23 based on the control signal Co. The charge / discharge control circuit 23 receives the ON signal of the charging pulse Ch and instructs the SW 25 to supply the charging current Ic to the secondary battery 1 (step S31). The disconnection is determined by the OFF signal (procedure S32).
[0049]
After sending the charging pulse Ch, the microcomputer 22 looks up the charging pulse period P from the charging pulse period memory (step S33) and compares it with the switching set value Pl (step S34). In the initial stage, the charging pulse period P indexed by “NO” in step S34 is smaller than the switching set value Pl, so the battery voltage Voff in the charging pause section is measured as the battery voltage V from the voltage measurement circuit 21 (step S35). .
[0050]
Next, the charging pulse period P is indexed again from the charging pulse period memory (step S36) and compared with the end set value Pc (step S37).
[0051]
At this time, the procedure S37 is still “NO”, and the charging pulse period P has not reached the end set value Pc. The microcomputer 22 measures the charging pulse period value P including the internal impedance Z of the secondary battery in a circuit for connecting the secondary battery during the charging suspension section (step S38). The microcomputer 22 obtains the charge pulse cycle value P from the measured value and updates the setting of the charge pulse cycle memory (step S39), and the procedure returns to the step S31 to send the next charge pulse Ch to the charge / discharge control circuit 23. .
[0052]
When the charging pulse period P is extended by charging and the above step S34 becomes "YES" and exceeds the switching set value Pl, the microcomputer 22 determines the discharging pulse Dc based on the control signal Co of FIG. 8B. Is sent to the charge / discharge control circuit 23. The charge / discharge control circuit 23 receives the ON signal of the discharge pulse Dc, controls the gate of the transistor Q of the discharge circuit 24 to make the discharge circuit conductive, and supplies the discharge current -i to the secondary battery 1 (step S41). ) And after the discharge interval timing, this is cut off by the discharge pulse off signal (procedure S42).
[0053]
Next, the microcomputer 22 measures the insensitive section using a timer (step S43), and connects to the procedure for measuring the battery voltage V in step S35. Therefore, the pulse charging by the charging / discharging pulse repeats “YES” in steps S35 to S39, steps S31 to S34, and then steps S41 to S43. This procedure gradually extends the charging pulse period.
[0054]
When the above step S37 is "YES" and the set charging pulse period P exceeds the end set value Pc, this pulse charging is ended, and the microcomputer 22 releases the setting of the charging pulse period memory (step S51). At the same time, all the settings of the charge / discharge control unit 20 are returned to the initial values.
[0055]
In the above description, the switching of the supply of the discharge pulse and the end of the pulse charge are set by the charge pulse period P, but may be set by another set value, for example, the secondary battery voltage Voff in the charge suspension section. Such an end condition is preferable because the charging algorithm can be simplified. In addition, it is needless to say that the setting conditions proposed in the above-mentioned Patent Document 2 may be used. Further, in the above description, most of the control functions are performed by the microcomputer. However, the functions may be distributed to the charge / discharge control circuit.
[0056]
As described above, in the above description, the illustrated functional blocks and procedures are referred to. However, changes such as allocation or separation and replacement of functions by separating and merging functions are free as long as the above functions are satisfied. The present invention is not limited to the present invention, and is further applicable to a general charging device for a secondary battery.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the effect that the overall charging time can be reduced with a simple algorithm can be obtained.
[0058]
The reason is that the cycle P of the charge pulse Ch is set by a timer using the internal impedance Z of the secondary battery, and the supply of the discharge pulse Dc and the end of the pulse charge are determined by the set charge pulse cycle P. Because there is. Furthermore, with the appropriate setting of the discharge amount based on the pulse width of the discharge pulse Dc, the entire pulse charge amount can reach full charge in a short time by the charge pulse whose repetition number is increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of the related art.
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a procedure in a conventional discharge effect.
FIG. 3 is a time chart showing an example of conventional pulse charging.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a main procedure in a conventional pulse charging.
FIG. 5 is a time chart showing a simplified example of conventional pulse charging different from FIG. 3;
FIG. 6 is a time chart showing an embodiment of pulse charging according to the present invention.
FIG. 7 is a functional block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a time chart showing an embodiment of a charging pulse cycle in pulse charging according to the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing an embodiment of a main procedure in pulse charging according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Secondary battery 2 Charger 20 Charge / discharge control part 21 Voltage measurement circuit 22 Microcomputer
23 charge / discharge control circuit 24 discharge circuit 25 SW (switching circuit)
