JP2007028745A - 2次電池の充電方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 充電時間を長くすることなく、充電時の温度上昇を抑制することができると共に高周波ノイズの発生を抑制することができる2次電池の充電方法を得る。
【解決手段】 充電制御回路3が、充電電流生成回路4に対して、温度検出回路2で検出された温度が所定の第1の温度T1以上になると第2の充電電流値ic2の充電電流icを2次電池7に供給させ、第2の充電電流値ic2の充電電流icを2次電池7に供給させてから所定時間td内における第1の充電電流値ic1への切り換えを禁止するようにした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、2次電池の充電方法に関し、特に充電時の温度上昇を抑制すると共に高周波ノイズの発生を抑制することができる2次電池の充電方法に関する。
従来、2次電池を急速充電するために所定の電流値による定電流充電が行われており、この場合、充電電流は比較的大きいため充電回路の温度上昇が発生する。特に、温度上昇の大きい部品としては充電電流を直接制御する出力トランジスタがあり、充電回路をIC化した場合は、発熱の大きい該出力トランジスタはICに外付けにする方式が一般的であった。しかし、比較的小容量で携帯機器に用いられる充電装置においては、小型軽量化のために、1チップICに充電回路と出力トランジスタを内蔵する要求が強くなってきた。
出力トランジスタを内蔵した場合、ICチップの温度上昇に対する対策が必要である。回路の温度変動は、環境温度や系の熱抵抗等にも依存することから、あらゆる場合を想定して充電回路の温度設計を行うことは困難であった。そこで、ICに限らず、充電回路の温度上昇を抑制する方法が数多く提案されてきた。
例えば、電源回路の発熱部品の温度を温度センサで検出し、検出温度が設定値以上になると充電電流を減少させ、減少させたときには、2次電池の満充電の検出を中断するものがあった(例えば、特許文献1参照。)。また、充電回路部の温度が第1の温度以上になったときに充電電流を変化させ、更に充電回路部の温度が第2の温度以下になったとき前記充電電流値に戻す方式があった(例えば、特許文献2参照。)。
特開平7−222370号公報 特開平11−103405号公報
しかし、前者の場合、一旦、温度センサが作動して充電電流を減少させると、以後は減少した電流値で満充電まで充電を行うため、充電時間が長くなるという問題があった。また、後者の場合、第1の温度と第2の温度を検出するたびに充電電流を変化させるため、第1の温度と第2の温度との温度差が小さい場合は、頻繁に充電電流が切り換わり、高周波ノイズ及び高調波ノイズを発生する。これはシステムに対してのEMIノイズとなり、システムに耐ノイズ部品等を付加する必要があり、2次電池を電源とする携帯機器の小型軽量化に障害になるという問題があった。また、充電電流が頻繁に切り換わらないようにするため、第1の温度と第2の温度との温度差を5℃以上にしているため、システムの放熱性によっては、一旦充電電流が減少すると長時間充電電流が元に戻らない状態が継続することから、やはり満充電までの充電時間が長くなってしまうという問題があった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、第1の温度と第2の温度との温度差を小さくしても、充電電流が頻繁に切り換わることがなくなり、充電時間を長くすることなく、充電時の温度上昇を抑制することができると共に高周波ノイズの発生を抑制することができる2次電池の充電方法を得ることを目的とする。
この発明に係る2次電池の充電方法は、2次電池の充電を行う充電回路の充電時の発熱による温度変化の検出を行い、該検出した温度に応じて、所定の第1の充電電流値又は該第1の充電電流値よりも小さい第2の充電電流値のいずれかを前記2次電池に供給して前記2次電池の充電を行う前記充電回路における2次電池の充電方法において、
前記検出した温度が所定の第1の温度以上になると前記第2の充電電流値の充電電流を前記2次電池に供給し、該第2の充電電流値の充電電流を前記2次電池に供給してから第1の所定時間内における前記第1の充電電流値への切り換えを禁止するようにした。
具体的には、前記検出した温度が前記第1の温度よりも小さい第2の温度以下になると共に前記第2の充電電流値の充電電流を前記2次電池に供給してから第1の所定時間経過した場合、前記第1の充電電流値の充電電流を前記2次電池に供給するようにした。
また、前記2次電池への充電電流を前記第2の充電電流値から前記第1の充電電流値に増加させる場合、第2の所定時間をかけて該充電電流を増加させるようにした。
また、前記2次電池の電圧が第1の電圧以下の場合は、前記第1の充電電流値未満の電流で充電する予備充電を行うようにした。
本発明の2次電池の充電方法によれば、2次電池の充電時の発熱による急速な温度変化が生じても、2次電池への充電電流が第2の充電電流値になると第1の所定時間以上経過しないと第1の充電電流値に戻らないようにした。このため、第1の温度と第2の温度との温度差を小さくしても、頻繁に第1の充電電流値と第2の充電電流値が切り換わることがなくなり、充電時間を長くすることなく、充電時の温度上昇を抑制することができると共に高周波ノイズの発生を抑制できる。また、2次電池への充電電流を第2の充電電流値から第1の充電電流値に増加させる場合は、第2の所定時間をかけて該充電電流を増加させるようにしたことから、高調波ノイズの発生を抑制することができる。
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における2次電池の充電方法を行う充電回路の例を示したブロック図である。
図1において、充電回路1は、2次電池7の充電を行うものであり、温度検出回路2、充電制御回路3及び充電電流生成回路4で構成されている。なお、温度検出回路2は温度検出回路部を、充電制御回路3は充電制御回路部を、充電電流生成回路4は充電電流生成回路部をそれぞれなす。
温度検出回路2は、充電回路1の温度の検出を行い、検出した温度が第1の温度T1以上になるとハイレベルの検出信号Toを、検出した温度が第1の温度T1より低い第2の温度T2以下になるとローレベルの検出信号Toをそれぞれ生成して出力する。
充電制御回路3は、温度検出回路2が第1の温度T1以上であることを検出してハイレベルの検出信号Toを出力すると、所定時間tdのパルス幅を有するハイレベルのパルス信号Do(図示せず)を生成する。なお、所定時間tdは第1の所定時間をなす。充電制御回路3は、温度検出回路2からの検出信号Toと、パルス信号Doが共にローレベルの場合はハイレベルの信号Coを出力する。また、充電制御回路3は、温度検出回路2からの検出信号Toがハイレベルであるか、又はパルス信号Doがハイレベルである場合はローレベルの信号Coを出力する。また、充電制御回路3は、2次電池7の電圧をモニタし、2次電池7の電圧が所定の電圧以下の場合は定電流充電を行うための制御信号Scを充電電流生成回路4に出力し、2次電池7の電圧が所定の電圧を超えると定電圧充電を行うための制御信号Scを充電電流生成回路4に出力する。
充電電流生成回路4は、2次電池7への充電電流icを増加する際に、所定時間をかけて該充電電流icを徐々に増加させるようにするソフトスタート回路15を備えている。なお、該所定の時間は第2の所定時間をなす。充電制御回路3からの制御信号Scが定電流充電を行うことを示している場合、充電電流生成回路4は、充電制御回路3からハイレベルの出力信号Coが入力されると2次電池7に供給する充電電流icを第1の充電電流値ic1に設定し、出力信号Coがローレベルの場合は、充電電流icを第2の充電電流値ic2に設定する。第1の充電電流値ic1は2次電池7を急速充電するための電流値であり、第2の充電電流値ic2は第1の充電電流値ic1より小さい電流値、例えば第1の充電電流値ic1の10%程度の電流値である。また、充電制御回路3から定電圧充電を行うための信号Scが出力されている場合、充電電流生成回路4は、充電制御回路3の出力信号Coに応じた充電電流icの電流値変更を行わないようにする。
次に、図2は、図1の充電回路1の動作例を示したタイミングチャートであり、図2を参照しながら図1の充電回路1の動作についてもう少し詳細に説明する。なお、以下、充電回路1は1つのICに集積され、温度検出回路2は該ICの半導体チップの温度検出を行う場合を例にして説明する。
2次電池7への充電が開始され、半導体チップの温度が上昇し、該温度がA点で第1の温度T1を超えると、温度検出回路2からの検出信号Toはローレベルからハイレベルに反転すると共に、充電制御回路3はパルス幅tdのハイレベルのパルス信号Doを生成する。このため、充電制御回路3の出力信号Coは、前記A点でハイレベルからローレベルに反転する。
充電電流生成回路4は、充電制御回路3の出力信号Coがローレベルの場合は、前記したように2次電池7に第2の充電電流値ic2の充電電流icを供給して2次電池7を充電する。半導体チップの温度を低下させるために、第2の充電電流値ic2は第1の充電電流値ic1よりも十分小さい電流値に設定されており、図2で示すようにA点以降は半導体チップの温度は低下する。半導体チップの温度が低下し、B点で第2の温度T2以下になると、温度検出回路2からの検出信号Toはハイレベルからローレベルに反転する。この時点では、すでに所定時間td以上経過していることから、充電制御回路3のパルス信号Doはローレベルに立ち下がっている。このため、温度検出回路2からの検出信号Toがハイレベルからローレベルに反転しても、充電制御回路3のパルス信号Doはローレベルのまま変化しない。
充電制御回路3は、温度検出回路2からの検出信号To及びパルス信号Doが共にローレベルである場合、ハイレベルの出力信号Coを出力することから、出力信号CoはB点でローレベルからハイレベルに反転する。充電電流生成回路4は、充電制御回路3の出力信号Coがハイレベルの場合は、前記したように第1の充電電流値ic1の充電電流icを供給して2次電池7を充電する。ただし、2次電池7に対する充電電流が増加する場合は、前記したソフトスタート回路15が作動し、図2の充電電流icの波形に示すように、充電電流icが第2の充電電流値ic2から第1の充電電流値ic1まで増加する際は、充電電流icは所定の時間をかけて徐々に増加するため、高調波ノイズの発生を抑えることができる。
充電電流icが第1の充電電流値ic1になると再び半導体チップの温度が上昇し、C点で第1の温度T1以上になると、前記と同様、温度検出回路2からの検出信号Toと充電制御回路3内のパルス信号Doは、それぞれ反転してハイレベルになる。また、充電制御回路3の出力信号Coはローレベルになり、充電電流icは第2の充電電流値ic2に減少する。この結果、再び半導体チップの温度は低下する。半導体チップの温度がD点で第2の温度T2以下になると、温度検出回路2からの検出信号Toは反転してローレベルになるが、充電制御回路3内のパルス信号Doは、まだ所定時間tdが経過していないことからハイレベルのままである。このため、充電制御回路3の出力信号Coはローレベルで保持されることから、充電電流icも第2の充電電流ic2のままである。所定時間tdが経過して、充電制御回路3内のパルス信号DoがE点でローレベルになると、充電制御回路3の出力信号Coは反転してハイレベルになり、充電電流icは第1の充電電流値ic1に戻る。
このように、半導体チップの温度が急速に変化しても、一旦、充電電流icが第2の充電電流値ic2になると、充電制御回路3に設定された時間td以上経過しないと充電電流icが第1の充電電流値ic1に戻らないようにした。このため、第1の温度T1と第2の温度T2との温度差を小さくしても、充電電流icが頻繁に第1の充電電流値ic1と第2の充電電流値ic2とに切り換わることがなくなり、高周波ノイズの発生を抑制することができる。更に、充電電流icを増加させる場合は、ソフトスタート回路15を作動させるようにしたことから、高調波ノイズの発生を抑制することができる。
次に、図3は、図1の充電回路1における充電方法の例を示したフローチャートである。図2及び図3を参照しながら充電回路1の充電動作の流れについてもう少し詳細に説明する。
図3において、2次電池7の充電を開始すると、まず最初に、充電制御回路3は、2次電池7の電圧が所定の第1の電圧V1以上であるか否かを調べ(ステップS1)、2次電池7の電圧が第1の電圧V1以上であれば(YES)、定電流充電を行うための制御信号Scを充電電流生成回路4に出力する(ステップS2)。なお、第1の電圧V1は、例えばリチウムイオン電池の場合、単位セルあたり約2.5Vに設定されている。
また、充電制御回路3は、ステップS1で、2次電池7の電圧が第1の電圧V1未満であれば(NO)、2次電池7は過放電状態にあると判断して、2次電池7に対して所定の予備充電を行うように制御信号Scを充電電流生成回路4に出力し、充電電流生成回路4が、2次電池7に対して前記予備充電を行って(ステップS12)、ステップS1に戻る。ここで、前記予備充電は、定電流充電時よりも小さい電流、すなわち第1の充電電流値ic1未満の電流で2次電池7の充電を行うものである。このようにする理由は、2次電池7が過放電状態にあるときに、いきなり大電流で充電を行うと2次電池7に不具合が発生する可能性があるためであり、充電電流を絞って充電を行う必要があることから、予備充電時の充電電流は通常数mA〜数十mA程度である。
ステップS2の処理を行った後、充電電流生成回路4は、所定時間をかけて2次電池7に対する充電電流icを徐々に増加させるソフトスタート充電を行い(ステップS3)、充電電流icを第1充電電流値ic1まで上昇させた後、引き続き2次電池7に対して第1充電電流値ic1で充電を行う(ステップS4)。次に、充電制御回路3は、2次電池7の電圧が第2の電圧V2以下であるか否かを調べ(ステップS5)、第2の電圧V2以下でない場合(NO)は、後述するステップS13に進む。また、充電制御回路3は、ステップS5で、2次電池7の電圧が第2の電圧V2以下である場合(YES)、温度検出回路2からの検出信号Toから、温度が第1の温度T1以上であるか否かを調べる(ステップS6)。充電制御回路3は、ステップS6で、第1の温度T1未満であることを検出すると(NO)、ステップS4に戻り、図2のA点又はC点のように第1の温度T1以上であることを検出すると(YES)、出力信号Coをローレベルに立ち下げると共にパルス信号Doをハイレベルにし、パルス信号Doをハイレベルにしてからの経過時間を計測する(ステップS7)。
充電電流生成回路4は、充電制御回路3の出力信号Coがローレベルに立ち下がったことから、2次電池7に対して第2充電電流値ic2の充電電流icで充電を行う(ステップS8)。次に、充電制御回路3は、2次電池7の電圧が第2の電圧V2以下であるか否かを調べ(ステップS9)、第2の電圧V2以下でない場合(NO)は、定電圧充電を行うための制御信号Scを充電電流生成回路4に出力し、充電電流生成回路4は、2次電池7に対して定電圧充電を行う(ステップS13)。
リチウムイオン電池は、電池電圧が定格電圧以上に高くなると、電池内部に金属リチウムが析出して危険なため、電池電圧が高くならないように、充電がある程度進んだ段階でステップS13の定電圧充電に切り換えるようにすることが一般的である。定電圧充電を行う電圧は、例えばリチウムイオン電池の場合、単位セルあたり約4.2Vに設定する。また、定電圧充電時の充電電流icは、第1充電電流値ic1と比較してはるかに小さく、しかも充電電流icは次第に減少することから、温度に伴う充電電流icの電流値切り換えは行わない。
次に、充電電流生成回路4は、充電電流icが第1の充電電流値ic1以下であるか否かを調べ(ステップS14)、充電電流icが第1の充電電流値ic1以下でないならば(NO)、ステップS13に戻り、充電電流icが第1の充電電流値ic1以下であれば(YES)、本フローは終了する。
一方、ステップS9で第2の電圧V2以下である場合(YES)、充電制御回路3は、温度検出回路2からの検出信号Toから、温度が第2の温度T2以下であるか否かを調べる(ステップS10)。充電制御回路3は、ステップS10で、第2の温度T2を超えていることを検出すると(NO)、ステップS8に戻る。また、充電制御回路3は、ステップS10で、図2のB点又はD点のように第2の温度T2以下であることを検出すると(YES)、パルス信号Doをハイレベルにしてからの経過時間が所定時間td以上であるか否かを調べ(ステップS11)、図2のE点のように所定時間td以上であれば(YES)、ステップS3に戻り、所定時間td未満であれば(NO)、ステップS8に戻る。
このように、本第1の実施の形態における充電方法は、半導体チップの温度が急速に変化しても、一旦、第2の充電電流値ic2になると所定時間td以上経過しないと第1充電電流値ic1に戻らないようにしたことから、第1の温度T1と第2の温度T2の温度差を小さくしても、充電電流icが頻繁に第1の充電電流値ic1と第2の充電電流値ic2に切り換わることがなくなり、充電時間を長くすることなく、充電時の温度上昇を抑制することができると共に高周波ノイズの発生を抑制することができる。更に、充電電流icを増加させる場合は、充電電流icが所定の時間をかけて徐々に増加するようにしたことから、高調波ノイズの発生を抑制することができる。これにより、システムの放熱性や環境温度等の多くのパラメータについて検討をすることなく、ノイズの低減を図ることができ、温度上昇を抑えた充電回路を実現することができる。
本発明の第1の実施の形態における充電方法を行う充電回路の例を示したブロック図である。 図1の充電回路1の動作例を示したタイミングチャートである。 図1の充電回路1における充電方法の例を示したフローチャートである。
符号の説明
1 充電回路
2 温度検出回路
3 充電制御回路
4 充電電流生成回路
7 2次電池
15 ソフトスタート回路

Claims (4)

  1. 2次電池の充電を行う充電回路の充電時の発熱による温度変化の検出を行い、該検出した温度に応じて、所定の第1の充電電流値又は該第1の充電電流値よりも小さい第2の充電電流値のいずれかを前記2次電池に供給して前記2次電池の充電を行う前記充電回路における2次電池の充電方法において、
    前記検出した温度が所定の第1の温度以上になると前記第2の充電電流値の充電電流を前記2次電池に供給し、該第2の充電電流値の充電電流を前記2次電池に供給してから第1の所定時間内における前記第1の充電電流値への切り換えを禁止することを特徴とする2次電池の充電方法。
  2. 前記検出した温度が前記第1の温度よりも小さい第2の温度以下になると共に前記第2の充電電流値の充電電流を前記2次電池に供給してから第1の所定時間経過した場合、前記第1の充電電流値の充電電流を前記2次電池に供給することを特徴とする請求項1記載の2次電池の充電方法。
  3. 前記2次電池への充電電流を前記第2の充電電流値から前記第1の充電電流値に増加させる場合、第2の所定時間をかけて該充電電流を増加させることを特徴とする請求項1又は2記載の2次電池の充電方法。
  4. 前記2次電池の電圧が第1の電圧以下の場合は、前記第1の充電電流値未満の電流で充電する予備充電を行うことを特徴とする請求項1、2又は3記載の2次電池の充電方法。
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