JP2007267559A - Charging method for secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2次電池の開放端に、負荷および充電器のいずれか一方を接続するよう構成され、放電時には負荷に供給される電流を測定し、充電時には充電電流を測定する電流センサを2次電池と開放端との間に具えた2次電池システムを用いて、定電圧充電を行うに際し、充電電流が所定の電流下限値を下回ったとき充電を終了させる2次電池の充電方法に関し、特に、過充電させることなくより満充電状態に近づけることができるものに関する。 The present invention is configured to connect either one of a load and a charger to the open end of a secondary battery, measure a current supplied to the load at the time of discharging, and provide a current sensor for measuring a charging current at the time of charging. A secondary battery charging method using a secondary battery system provided between the secondary battery and the open end to terminate the charging when the charging current falls below a predetermined current lower limit value when performing constant voltage charging. In particular, the present invention relates to a device that can be brought closer to a fully charged state without being overcharged.
従来から、リチウムイオン電池のような2次電池の開放端に、負荷および充電器のいずれか一方を接続するよう構成され、放電時には負荷に供給される電流を測定し、充電時には充電電流を測定する電流センサを2次電池と開放端との間に具えた2次電池システムを用いて、一定の電圧で充電する定電圧充電を行うに際し、充電電流か所定の電流下限値を下回ったとき充電を終了させる2次電池の充電方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, either a load or a charger is connected to the open end of a secondary battery such as a lithium ion battery, and the current supplied to the load is measured during discharging and the charging current is measured during charging. Using a secondary battery system with a current sensor between the secondary battery and the open end, when charging at a constant voltage, charging is performed when the charging current falls below a predetermined current lower limit. There is known a method for charging a secondary battery that terminates (see, for example, Patent Document 1).
図1は、このような2次電池システム90を示す概念回路図であり、図1(a)は、開放端に負荷を接続した状態を、図1(b)は、開放端に充電器を接続した状態をそれぞれ表し、2次電池システム90は、例えば複数のセルを組み合わせた2次電池91と、充放電制御部92と、電流センサ93と開放端94とを具えて構成され、開放端94は、放電時には負荷96を接続し、2次電池91を充電する充電時には、充電器97を接続でできるよう構成されている。
FIG. 1 is a conceptual circuit diagram showing such a
このような2次電池システム90において、その開放端に充電器を接続して2次電池を充電するに際しては、充電電流を一定に制御して充電する定電流充電を行ったあと、開放端の電圧が所定電圧に達すると、充電電圧を一定に制御して充電する定電圧充電を行い、この時、時間の経過とともに減少する充電電流を監視して、この電流値が所定の値を下回ると充電を停止することが行われている。
In such a
図2は、このようにして行う充電時の開放端間の充電電圧と、充電電流とを表すグラフであり、横軸に充電開始からの時間をとり、縦軸に充電電圧、および充電電流をとって示し、図中、Iは充電電流の時間変化を示すカーブであり、Eappは開放端間の電圧の時間変化を示すカーブである。充電開始から時間t1までは、定電流充電を行う。この間、開放端間の電圧Eappは、二次電池の両端に現れる実際の電圧Erealに回路の電圧降下分ERIをプラスしたものとなるので、Eappが(Ereal+ERI)となった時点で充電を停止すれば、二次電池の両端はErealとなり満充電状態を得ることができるが、実際には、ERIが不明であり、しかも、過充電されると温度の異常上昇等を招いて事故を起こしかねないので、確実に満充電状態の電圧を下回る安全サイドの電圧値E1に達した時刻t1において、定電流充電を停止することが行われている。 FIG. 2 is a graph showing the charging voltage between the open ends and the charging current at the time of charging performed in this way. The horizontal axis represents time from the start of charging, and the vertical axis represents the charging voltage and charging current. In the figure, I is a curve showing the time change of the charging current, and E app is a curve showing the time change of the voltage between the open ends. From the start of charging up to time t 1, it performs the constant current charging. During this time, the voltage E app between the open ends becomes the actual voltage E real appearing at both ends of the secondary battery plus the circuit voltage drop E RI , so E app becomes (E real + E RI ). If the charging is stopped at the same time, both ends of the secondary battery become E real and a full charge state can be obtained, but in reality, the E RI is unknown and the temperature rises abnormally when overcharged Therefore, the constant current charging is stopped at the time t 1 when the voltage value E 1 on the safe side, which is surely lower than the fully charged voltage, is reached.
しかし、それでは、満充電状態にはほど遠いので、できるだけ満充電に近い状態が得られるよう、そのあと引き続いて、定電圧充電を行う。この過程を継続すると電池91は満充電に近づいてゆくので充電電流Iの電流値は徐々に低下してゆく。これをどこまでも継続し続けると2次電池91は過充電状態となって危険なので、充電電流が所定の値Iminを下回った時刻t2に充電を終了することがおこなわれている。
しかしながら、上記の充電方法は、例えば、電動自転車駆動用バッテリのように充電電流に対して放電電流の大きい2次電池を充電する場合には、2次電池の充電状態を満充電に近づけることができず、改良が求められていた。すなわち、従来の方法において、充電を終了した場合には、満充電状態の電圧と充電終了時の電圧E2との電圧差ΔE1(図2参照)を小さくすることが難しかった。 However, in the above charging method, for example, when charging a secondary battery having a large discharge current with respect to the charging current, such as an electric bicycle driving battery, the charging state of the secondary battery may be close to full charge. It was not possible to improve it. That is, in the conventional method, when charging is terminated, it is difficult to reduce the voltage difference ΔE 1 (see FIG. 2) between the fully charged voltage and the voltage E 2 at the end of charging.
これは、図1に示すように、充電電流が所定の値Iminを下回ったが否かを検出する電流センサ94は、放電電流と充電電流とを測定するよう用いられており、電流の大きい放電時にレンジオーバしないようその測定レンジは広く設定されおり、充電時にも電流センサ94の、放電時と同じレンジを用いて最低電流値Imin付近の電流を検知しようとすれば、その誤差は大きく見積もらざるをえず、過電流にならないようかなり安全サイドで充電を停止するためには、最低電流値Iminを大きく設定して満充電状態のかなり手前で充電を終了しなければならなかったからである。
This is because, as shown in FIG. 1, the
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、2次電池の開放端に、負荷および充電器のいずれか一方を接続するよう構成され、放電時には負荷に供給される電流を測定し、充電時には充電電流を測定する電流センサを2次電池と開放端との間に具えた2次電池システムを用いて、定電圧充電を行うに際し、充電電流か所定の電流下限値を下回ったとき充電を終了させる2次電池の充電方法において、より満充電に近い状態を得ることにできる充電方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and is configured to connect either the load or the charger to the open end of the secondary battery, and measures the current supplied to the load during discharging. When charging with constant voltage using a secondary battery system that has a current sensor for measuring the charging current between the secondary battery and the open end during charging, the charging current falls below a predetermined current lower limit value. An object of the present invention is to provide a charging method that can obtain a state that is closer to a full charge in a charging method of a secondary battery that terminates charging sometimes.
<1>は、2次電池の開放端に、負荷および充電器のいずれか一方を接続するよう構成され、放電時には負荷に供給される電流を測定し、充電時には充電電流を測定する電流センサを2次電池と開放端との間に具えた2次電池システムを用いて、一定の電圧で充電する定電圧充電を行うに際し、充電電流が所定の電流下限値を下回ったとき充電を終了させる2次電池の充電方法において、
前記電流センサとして、測定レンジのスパンが、広いものと狭いものとの2段階に切換可能なものを用いるとともに、放電時はスパンの広い測定レンジを使用し、充電時はスパンの狭い測定レンジを使用する2次電池の充電方法である。
<1> is a current sensor configured to connect either the load or the charger to the open end of the secondary battery, measure the current supplied to the load during discharging, and measure the charging current during charging. When performing constant voltage charging using a secondary battery system provided between the secondary battery and the open end and charging at a constant voltage, the charging is terminated when the charging current falls below a predetermined current
As the current sensor, one that can be switched between a wide and narrow measurement range span is used, and a wide measurement range is used during discharging, and a narrow measurement range is used during charging. This is a charging method of a secondary battery to be used.
<2>は、<1>において、前記一定電圧充電に先だって、一定の電流で充電する定電流充電を行い、定電流充電において所定電圧に達したとき、前記定電圧充電に移行する2次電池の充電方法である。 <2> is a secondary battery that performs constant-current charging that charges at a constant current prior to the constant-voltage charging in <1> and shifts to the constant-voltage charging when a predetermined voltage is reached in constant-current charging. The charging method.
<3>は、<1>もしくは<2>において、充電を終了させるのに用いる前記電流下限値を、放電時定格電流値の10分の1以下とする2次電池の充電方法である。 <3> is a secondary battery charging method in which the current lower limit value used for terminating charging in <1> or <2> is set to 1/10 or less of the rated current value during discharge.
<4>は、<1>〜<3>のいずれかにおいて、前記電流センサとして、抵抗値の異なる一対のシャント抵抗が並列配置されるとともに抵抗値の小さい側のシャント抵抗に充電方向の電流を遮断する整流器が直列接続されてなる合成回路の両端の電圧を検出して電流値とするものを用いる2次電池の充電方法である。 <4> In any one of <1> to <3>, as the current sensor, a pair of shunt resistors having different resistance values are arranged in parallel, and a current in a charging direction is supplied to the shunt resistor having a smaller resistance value. This is a method of charging a secondary battery using a current value obtained by detecting the voltage at both ends of a composite circuit in which rectifiers to be disconnected are connected in series.
<5>は、<1>〜<3>のいずれかにおいて、前記電流センサとして、前記開放端に充電器に接続されたときの充電電圧を検知してスイッチングを行うFETにより前記測定レンジを切換えるよう構成されたものを用いる2次電池の充電方法である。 <5> in any one of <1> to <3>, wherein the current sensor switches the measurement range by an FET that performs switching by detecting a charging voltage when the open end is connected to a charger. This is a method of charging a secondary battery using the one configured as described above.
<6>は、<1>〜<5>のいずれかにおいて、前記2次電池を、電動自転車用に用いる2次電池の充電方法である。 <6> is a method for charging a secondary battery in which the secondary battery is used for an electric bicycle in any one of <1> to <5>.
<1>によれば、電流センサとして、測定レンジのスパンが、広いものと狭いものとの2段階に切換可能なものを用いるとともに、放電時はスパンの広い測定レンジを使用し、充電時はスパンの狭い測定レンジを使用するので、定電圧充電時の電流を精密に測定することができ、このことによって、充電を停止するときの電流下限値を極めて低く設定することができ、過充電を防止するとともに満充電に極めて近い状態を得ることができる。 <1> According to <1>, a current sensor having a measurement range span that can be switched between a wide range and a narrow range is used. At the time of discharge, a measurement range with a wide span is used. Since the measurement range with a narrow span is used, it is possible to accurately measure the current during constant voltage charging, which makes it possible to set the current lower limit value when stopping charging to be extremely low and to prevent overcharging. In addition to preventing, it is possible to obtain a state very close to full charge.
<2>によれば、前記一定電圧充電に先だって、一定の電流で充電する定電流充電を行い、定電流充電において所定電圧に達したとき、前記定電圧充電に移行するので、充電時間を短縮することができる。 <2> According to <2>, constant current charging is performed at a constant current prior to the constant voltage charging, and when the predetermined voltage is reached in constant current charging, the constant voltage charging is performed, so the charging time is shortened. can do.
<3>によれば、充電を終了させるのに用いる前記電流下限値を、放電時定格電流値の
10分の1以下としたので、満充電により一層近い状態を得ることができる。
According to <3>, since the current lower limit value used for terminating the charging is set to 1/10 or less of the rated current value during discharging, a state closer to full charging can be obtained.
<4>によれば、前前記電流センサとして、抵抗値の異なる一対のシャント抵抗が並列配置されるとともに抵抗値の小さい側のシャント抵抗に充電方向の電流を遮断する整流器が直列接続されてなる合成回路の両端の電圧を検出して電流値とするものを用いて測定レンジを切換えるので、レンジ切換回路を簡易に構成することができ、コスト等を低く抑えて実現することができる。 According to <4>, as the current sensor, a pair of shunt resistors having different resistance values are arranged in parallel, and a rectifier that cuts off current in a charging direction is connected in series to a shunt resistor having a smaller resistance value. Since the measurement range is switched by using the voltage detected at both ends of the synthesis circuit to obtain the current value, the range switching circuit can be simply configured and can be realized with low cost.
<5>によれば、電流センサとして、前記開放端に充電器に接続されたときの充電電圧を検知してスイッチングを行うFETにより前記測定レンジを切換えるよう構成されたものを用いたので、レンジ切換の電流下限値をさらに高精度に設定することができる。 <5> According to <5>, since the current sensor is configured to switch the measurement range by the FET that performs switching by detecting the charging voltage when connected to the charger at the open end, the range The switching current lower limit value can be set with higher accuracy.
<6>によれば、前記2次電池を、電動自転車用に用いるので、充電方法の改善効果を有利に活用することができる。 According to <6>, since the secondary battery is used for an electric bicycle, the effect of improving the charging method can be advantageously used.
本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図3は、本発明に係る2次電池の充電方法に用いられる2次電池システムを示す概念回路図であり、2次電池システム10は、2次電池1と、この電池1の充放電を制御する充放電制御部2と、放電時には放電電流を、充電時には充電電流を検知する電流センサ3と、負荷6もしくは充電器7を接続するための開放端4とを具えて構成される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a conceptual circuit diagram showing a secondary battery system used in the method for charging a secondary battery according to the present invention. The
電流センサ3は、合成抵抗部15を有し、合成抵抗部15は、抵抗値の小さい第一シャント抵抗11と抵抗値の大きい第二シャント抵抗12とを並列に接続するとともに、第一シャント抵抗11には、充電電流だけを遮断する整流器13を直列接続して構成され、電流センサ3は、合成抵抗部15の両端に生起された電圧を、この電圧に比例する物理量に変換する変換部14を介して電流値として検出するよう構成されている。
The current sensor 3 includes a combined
そして、電流センサ14からの出力は、充放電制御部2に入力され、充放電制御部2は、この値が、予め設定された電流Iminを下回ったとき充電を終了するよう機能する。
The output from the
ここで、充電時は、抵抗値の大きい第二シャント抵抗12しか電流を通過させないので充電電流が小さくても、合成抵抗15の両端間の電圧Vは大きく、一方、電流の大きな放電時は、抵抗の小さな第一シャント抵抗11を通過する電流が支配的となるので、電流が大きくても合成抵抗15の両端間の電圧Vは小さく、このことによって、充電時の最大電流に対する合成抵抗15の両端間と、放電時の最大電流に対する合成抵抗15の両端間電圧Vとをほほ同じ値にすることができ、このことは、この両端間電圧Vを、一定の分解能を有する変換器14を介して電流値として充放電制御部2に入力するに際して、充電時にはスパンの狭い測定レンジで測定し、放電時にはスパンの広い測定レンジで測定することを意味し、このことによって、充電時には電流値が小さくても高い精度を確保することができ、しかも、放電時には、電流値が大きくてもレンジオーバとなるのを防止することができる。
Here, at the time of charging, only the
従来は、充電時にもスパンの広い測定レンジで小さな電流を測定していたのに対して、本発明においては、このように、スパンの狭い測定レンジに切換えて電流の測定を行うことができ、より高精度な電流測定が可能となり、その結果、前記電流下限値Iminに対しての大小比較における誤差が小さくなり、電流下限値Iminを従来のものよりずっと小さくしても過充電を招く危険性がなくなり、例えば、充電時の電流の測定レンジのフルスパンを従来の1/10とすることができた場合には、誤差も1/10となり、それに応じて、Iminも従来の1/10とすることができ、図4に、本発明における充電時の電圧値変化および電流値変化をグラフで示すように、図2に示した従来の場合に対して、過充電を招くことなく長時間充電することができ、その分、満充電時の電圧との差ΔE2を極めて小さくし、満充電に近い状態を得ることができる。 Conventionally, while charging, a small current was measured in a wide span measurement range, in the present invention, the current can be measured by switching to a narrow span measurement range in this way, More accurate current measurement is possible, and as a result, the error in the magnitude comparison with the current lower limit value Imin becomes smaller, and there is a risk of overcharging even if the current lower limit value Imin is much smaller than the conventional one For example, when the full span of the current measurement range during charging can be reduced to 1/10 of the conventional one, the error is also reduced to 1/10, and accordingly, Imin is also reduced to 1/10 of the conventional one. FIG. 4 is a graph showing the voltage value change and the current value change during charging in the present invention, as compared with the conventional case shown in FIG. Can be fully charged at that time Very small difference Delta] E 2 of the voltage, it is possible to obtain a state close to the full charge.
図3に示した電流センサに代えて、図5に示す構成の電流センサ3Aを用いることもでき、この電流センサ3Aは、充電器7が開放端4に接続されたとき、充電器7からの電圧によってスイッチとして機能するFET21が導通状態となり、内部抵抗が切換可能に構成されたIC回路22の内部抵抗を大きな抵抗値のものに切換えるようなっていて、このことにより、充電時は、IC回路22の大きな内部抵抗に電流を流した時の両端間電圧Vを電流値として充放電制御部2に入力し、放電時には、IC回路22の小さな内部抵抗に電流を流した時の両端間電圧Vを電流値として充放電制御部2に入力することにより、先に説明したのと同様に、放電時の電流値を測定レンジ内に抑えるとともに、電流値が小さい充電時にも高い精度を担持させることができる。
In place of the current sensor shown in FIG. 3, a current sensor 3 </ b> A having the configuration shown in FIG. 5 can be used. This current sensor 3 </ b> A is connected to the open end 4 from the charger 7. The
そして、前記電流下限値Iminを、放電時定格電流値の10分の1以下とした場合には、満充電に一層近い状態まで2次電池1を充電することができる。なお、このようにして充電することの2次電池としては、リチウムイオン電池、鉛蓄電池等をあげることができる。
And when the said current lower limit Imin is made into 1/10 or less of the rated current value at the time of discharge, the
そして、このような2次電池システムを用いて充電方法を電動自転車のモータ駆動用バッテリに適用した場合には、従来、充電量が満充電にほど遠い状態までしか充電できなった従来の方法に対比して、その充電量を大幅に増大することができ、充電周期が長くなることによって、充電に要する煩わしさを大幅に低減することができる。 And when the charging method is applied to the motor drive battery of an electric bicycle using such a secondary battery system, it is compared with the conventional method in which the charging amount can be charged only to a state far from being fully charged. Thus, the amount of charge can be greatly increased, and the troublesomeness required for charging can be greatly reduced by extending the charging cycle.
本発明は、特に、定格容量が大きな2次電池の充電に用いることができる。 The present invention can be used particularly for charging a secondary battery having a large rated capacity.
1 2次電池
2 充放電制御部
3、3A 電流センサ
4 開放端
6 負荷
7 充電器
10 2次電池システム
11 抵抗が小さい方のシャント抵抗
12 抵抗が大きい方のシャント抵抗
13 整流器
14 変換部
15 合成抵抗部
21 FET
22 IC回路
DESCRIPTION OF
22 IC circuit
Claims (6)
前記電流センサとして、測定レンジのスパンが、広いものと狭いものとの2段階に切換可能なものを用いるとともに、放電時はスパンの広い測定レンジを使用し、充電時はスパンの狭い測定レンジを使用する2次電池の充電方法。 It is configured to connect either the load or the charger to the open end of the secondary battery. A current sensor that measures the current supplied to the load during discharging and measures the charging current during charging is opened with the secondary battery. Rechargeable battery charging method that terminates charging when charging current falls below a predetermined current lower limit value when performing constant voltage charging with a constant voltage using a secondary battery system provided between the two ends In
As the current sensor, one that can be switched between a wide and narrow measurement range span is used, and a wide measurement range is used during discharging, and a narrow measurement range is used during charging. The charging method of the secondary battery to be used.
The secondary battery charging method according to claim 1, wherein the secondary battery is used for an electric bicycle.
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