JP2009077499A - Charging method of battery pack - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To speedily charge a battery pack formed of a plurality of lithium ion secondary batteries to be full with pulse charging while sufficient safety is secured. <P>SOLUTION: In a charging method of the battery pack, the battery pack 1 where a plurality of lithium ion secondary batteries 2 are connected in series is pulse-charged while respective battery voltages are detected. One of the battery voltages exceeds a second setting voltage, a charging switch 5 is changed over to OFF and charging current is interrupted. When all the battery voltages become lower than a first setting voltage which is set to be lower than the second setting voltage, the charging switch 5 is changed over to ON, charging current is made to flow and pulse charging is performed. When one of the battery voltages exceeds a third setting voltage which is set to be higher than the second setting voltage in a state where the charging switch 5 is changed over to ON and charging current is made to flow, the charging is terminated. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数のリチウムイオン二次電池を直列に接続している組電池を充電する方法に関し、とくに、特定の電池電圧が高くなると、この電池を保護しながら充電する充電方法に関する。   The present invention relates to a method for charging an assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series, and more particularly, to a charging method for charging a battery while protecting a specific battery voltage.

組電池をパルス充電する方法は開発されている。(特許文献1参照)パルス充電は、組電池を短時間で満充電できる。ただ、複数のリチウムイオン二次電池を直列に接続している組電池をパルス充電すると、各々の電池に電圧差が発生する。組電池は、各々の電池を直列に接続しているので、全ての電池に同じ充電電流が流れる。したがって、全ての電池の電気特性が同一であれば、全ての電池は同じように電圧が上昇する。しかしながら、充放電を繰り返して電池が劣化するにしたがって、各々の電池の電気特性はアンバランスになる。各々の電池の劣化がアンバランスになるからである。アンバランスな電池は、同じ電流で充電されても、電圧に差ができ、劣化した電池の電圧が高くなる。したがって、トータル電圧で充電をコントロールしながら組電池を充電する方法は、特定の電池の電圧が他の電池よりも高くなる。電圧が高くなる電池は過充電されやすく、過充電によってますます劣化する。   A method for pulse charging an assembled battery has been developed. (See Patent Document 1) Pulse charging can fully charge an assembled battery in a short time. However, when an assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series is pulse-charged, a voltage difference is generated between the batteries. In the assembled battery, since the respective batteries are connected in series, the same charging current flows through all the batteries. Therefore, if the electrical characteristics of all the batteries are the same, the voltages of all the batteries rise in the same way. However, as the batteries deteriorate due to repeated charge and discharge, the electrical characteristics of each battery become unbalanced. This is because the deterioration of each battery becomes unbalanced. Even if an unbalanced battery is charged with the same current, the voltage can be different, and the voltage of the deteriorated battery becomes high. Therefore, in the method of charging an assembled battery while controlling charging with the total voltage, the voltage of a specific battery is higher than that of other batteries. Batteries with higher voltages are more likely to be overcharged and are increasingly degraded by overcharging.

この欠点を解消するために、本出願人は、各々の電池電圧を検出しながらパルス充電する方法を開発した。この充電方法は、組電池をパルス充電する充電スイッチのオンオフを各々の電池の電圧を検出して制御する。すなわち、全ての電池電圧が、あらかじめ設定している電圧まで低下すると、充電スイッチをオンに切り換え、その後、一定時間経過すると、充電スイッチをオフに切り換える。この動作を繰り返して組電池をパルス充電する。パルス充電において、充電する平均電流が小さくなると、満充電されたとして充電を終了する。
特開2001−16795号公報
In order to eliminate this drawback, the present applicant has developed a method of pulse charging while detecting each battery voltage. In this charging method, the on / off state of a charging switch for pulse charging the assembled battery is controlled by detecting the voltage of each battery. That is, when all the battery voltages are reduced to a preset voltage, the charging switch is turned on, and after a predetermined time has elapsed, the charging switch is turned off. This operation is repeated to charge the assembled battery in pulses. In the pulse charging, when the average current to be charged becomes small, the charging is terminated as being fully charged.
JP 2001-16795 A

以上の充電方法は、各々の電池の電圧を監視しながらパルス充電するので、電池がアンバランスになった状態でも、充電終了時に、特定の電池の電圧を低くおさえることができる。しかしながら、この充電方法によっても、劣化した電池の電圧が異常に高くなって、十分な安全性を確保できなくなることがある。それは、全ての電池電圧が設定電圧まで低下した後、充電スイッチをオンにして一定時間は充電するからである。すなわち、充電スイッチを一定時間はオンに保持するので、この充電タイミングにおいて、劣化した電池の電圧が異常に高く上昇するのを阻止できないからである。   In the above charging method, pulse charging is performed while monitoring the voltage of each battery. Therefore, even when the battery is unbalanced, the voltage of a specific battery can be kept low at the end of charging. However, even with this charging method, the voltage of the deteriorated battery may become abnormally high and sufficient safety may not be ensured. This is because after all the battery voltages have dropped to the set voltage, the charging switch is turned on to charge for a certain period of time. That is, since the charge switch is kept on for a certain time, it is impossible to prevent the voltage of the deteriorated battery from rising abnormally high at this charge timing.

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数のリチウムイオン二次電池からなる組電池を十分な安全性を確保しながら、パルス充電によって速やかに満充電できる組電池の充電方法を提供することにある。   The present invention has been developed for the purpose of solving this drawback. An important object of the present invention is to provide a method of charging an assembled battery that can be quickly fully charged by pulse charging while ensuring sufficient safety of the assembled battery composed of a plurality of lithium ion secondary batteries.

本発明の組電池の充電方法は、複数のリチウムイオン二次電池からなる電池2を直列に接続している組電池1を、各々の電池電圧を検出しながらパルス充電する。この充電方法は、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超えると充電スイッチ5をオフに切り換えて充電電流を遮断し、第2の設定電圧よりも低く設定している第1の設定電圧を全ての電池電圧が下回ると充電スイッチ5をオンに切り換えて充電電流を流してパルス充電する。さらに、充電スイッチ5をオンに切り換えて充電電流を流す状態で、第2の設定電圧よりも高く設定している第3の設定電圧をいずれかの電池電圧が超えると充電を終了する。   In the assembled battery charging method of the present invention, the assembled battery 1 in which the batteries 2 composed of a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series is pulse-charged while detecting each battery voltage. In this charging method, when any battery voltage exceeds the second set voltage, the charge switch 5 is turned off to cut off the charging current, and the first set voltage is set lower than the second set voltage. When all of the battery voltages fall below, the charging switch 5 is switched on and a charging current is supplied to perform pulse charging. Further, in a state in which the charging switch 5 is turned on and the charging current is supplied, the charging is terminated when any one of the battery voltages exceeds the third setting voltage set higher than the second setting voltage.

本発明の請求項2の組電池の充電方法は、いずれかの電池電圧が第5の設定電圧に上昇するまでは、組電池1を定電圧・定電流充電し、いずれかの電池電圧が第5の設定電圧を超えた後、パルス充電に切り換えて充電する。   The charging method of the assembled battery according to claim 2 of the present invention charges the assembled battery 1 at a constant voltage / constant current until one of the battery voltages rises to the fifth set voltage. After the set voltage of 5 is exceeded, charge is switched to pulse charging.

本発明の請求項3の組電池の充電方法は、充電スイッチ5をオンとして、組電池1をパルス充電する状態において、所定の時間にわたって、いずれの電池も電圧が第2の設定電圧を超えない状態では、あらかじめ設定している強制オフ時間(t1)を経過すると充電スイッチ5をオフに切り換える。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for charging an assembled battery. In the state where the charging switch 5 is turned on and the assembled battery 1 is pulse-charged, the voltage of any battery does not exceed the second set voltage for a predetermined time. In the state, the charging switch 5 is turned off when a preset forced off time (t1) has elapsed.

本発明の請求項4の組電池の充電方法は、強制オフ時間(t1)を30秒以上で3分以下としている。   In the assembled battery charging method according to claim 4 of the present invention, the forced off time (t1) is set to 30 seconds or more and 3 minutes or less.

本発明の請求項5の組電池の充電方法は、充電スイッチ5をオンとして、組電池をパルス充電する状態において、充電スイッチ5を一定の時間はオフに切り換えない非オフ時間(t3)を設けており、この非オフ時間(t3)を強制オフ時間(t1)よりも短く設定している。   The assembled battery charging method according to claim 5 of the present invention provides a non-off time (t3) in which the charging switch 5 is turned on and the charging switch 5 is not switched off for a certain period of time when the assembled battery is pulse charged. The non-off time (t3) is set shorter than the forced off time (t1).

本発明の請求項6の組電池の充電方法は、所定のサンプリング周期(t2)で各々の電池電圧を検出しており、非オフ時間(t3)をサンプリング周期(t2)以上に設定している。   In the battery pack charging method according to claim 6 of the present invention, each battery voltage is detected at a predetermined sampling period (t2), and the non-off time (t3) is set to be equal to or greater than the sampling period (t2). .

本発明の請求項7の組電池の充電方法は、充電スイッチ5をオンに切り換えて充電電流を流す状態で、所定のサンプリング周期(t2)で各々の電池電圧を単数回もしくは複数回にわたって検出し、非オフ時間(t3)の経過後に、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えると充電スイッチ5をオフに切り換えて充電を終了し、あるいは、非オフ時間(t3)において、いずれかの電池電圧があらかじめ設定している設定回数第3の設定電圧を超えると充電スイッチをオフに切り換えて充電を終了する。   The battery charging method according to claim 7 of the present invention detects each battery voltage one or more times at a predetermined sampling period (t2) in a state in which the charging switch 5 is turned on and the charging current is supplied. When any battery voltage exceeds the third set voltage after the non-off time (t3) has elapsed, the charging switch 5 is turned off to terminate charging, or at the non-off time (t3), either When the battery voltage exceeds the preset third set voltage, the charging switch is turned off to end the charging.

本発明の請求項8の組電池の充電方法は、第3の設定電圧よりも高く設定している第4の設定電圧をいずれかの電池電圧が超えると、非復帰素子9を非通電状態として、復帰不可能な状態とする。   In the assembled battery charging method according to the eighth aspect of the present invention, when any battery voltage exceeds the fourth set voltage set higher than the third set voltage, the non-return element 9 is set in a non-energized state. In a state where it cannot be restored.

本発明の組電池の充電方法は、複数のリチウムイオン二次電池を直列に接続している組電池を、十分な安全性を確保しながら、パルス充電によって速やかに満充電できる特徴がある。それは、本発明の充電方法が、いずれかの電池電圧が、あらかじめ設定している第2の設定電圧を超えると充電スイッチをオフに切り換えて充電電流を遮断し、第2の設定電圧よりも低く設定している第1の設定電圧を全ての電池の電圧が下回ると充電スイッチをオンに切り換えて充電電流を流してパルス充電し、さらに、充電スイッチをオンに切り換えて充電電流を流す状態で、第2の設定電圧よりも高く設定している第3の設定電圧をいずれかの電池電圧が超えると充電を終了するからである。すなわち、本発明の充電方法は、充電スイッチをオフに切り換えてパルス充電のオフタイミングを特定する第2の設定電圧と、パルス充電を終了してその後の充電を禁止する第3の設定電圧とを設けている。この方法は、電池電圧が第2の設定電圧を超えると充電スイッチをオフに切り換えながらパルス充電するが、パルス充電している状態で、第2の設定電圧よりも高く設定している第3の設定電圧を超える電圧にいずれかの電池電圧が上昇すると充電を終了させる。このため、いずれかの電池の電圧が第3の設定電圧を超えて長く充電されることがなく、極めて安全に組電池をパルス充電できる特徴が実現される。   The battery pack charging method of the present invention is characterized in that a battery pack in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series can be quickly fully charged by pulse charging while ensuring sufficient safety. The charging method of the present invention switches off the charging switch by turning off the charging switch when any battery voltage exceeds a preset second setting voltage, and is lower than the second setting voltage. When the voltage of all the batteries falls below the first set voltage that is set, the charging switch is turned on to flow the charging current and pulse charging is performed, and further, the charging switch is turned on to flow the charging current, This is because charging is terminated when any one of the battery voltages exceeds the third set voltage that is set higher than the second set voltage. That is, in the charging method of the present invention, the second setting voltage for specifying the off timing of pulse charging by switching off the charging switch and the third setting voltage for ending pulse charging and prohibiting subsequent charging are provided. Provided. In this method, when the battery voltage exceeds the second set voltage, pulse charging is performed while the charging switch is turned off. In the state where pulse charging is performed, the third voltage set higher than the second set voltage is set. Charging is terminated when any battery voltage rises to a voltage exceeding the set voltage. For this reason, the voltage of any one of the batteries does not exceed the third set voltage and is not charged for a long time, and the feature that the assembled battery can be pulse-charged extremely safely is realized.

また、本発明の請求項2の充電方法は、いずれかの電池電圧が、あらかじめ設定している第5の設定電圧に上昇するまでは、組電池を定電圧・定電流充電し、いずれかの電池電圧が第5の設定電圧を超えた後、パルス充電に切り換えて充電するので、組電池をより安全に急速充電できる。   Further, according to the charging method of claim 2 of the present invention, the battery pack is charged at a constant voltage / constant current until any battery voltage rises to a preset fifth set voltage. After the battery voltage exceeds the fifth set voltage, charging is performed by switching to pulse charging, so that the assembled battery can be quickly charged more safely.

また、本発明の請求項3の充電方法は、組電池をパルス充電する状態で、所定の時間にわたって、全ての電池電圧が第2の設定電圧を超えない状態では、あらかじめ設定している強制オフ時間(t1)を経過すると充電スイッチをオフに切り換える。この方法により、充電終了後の電池電圧を第1の設定電圧以下に抑えることができる。とくに、本発明の請求項4の充電方法は、強制オフ時間(t1)を30秒以上で3分以下とするので、この時間は電池電圧が第2の設定電圧まで上昇しなくとも継続して充電する。このため、急速充電しながら安全に充電できる。   In addition, the charging method according to claim 3 of the present invention is a forced off which is set in advance in a state where all the battery voltages do not exceed the second set voltage for a predetermined time in a state where the assembled battery is pulse-charged. When the time (t1) elapses, the charging switch is turned off. By this method, the battery voltage after completion of charging can be suppressed to the first set voltage or lower. In particular, in the charging method of claim 4 of the present invention, the forced off time (t1) is set to 30 seconds or more and 3 minutes or less, so this time continues even if the battery voltage does not rise to the second set voltage. Charge. For this reason, it can be safely charged while rapidly charging.

さらに、本発明の請求項5の充電方法は、組電池をパルス充電する状態において、充電スイッチを一定の時間はオフに切り換えない非オフ時間(t3)を設けており、この非オフ時間(t3)を強制オフ時間(t1)よりも短く設定している。この充電方法は、充電スイッチをオンに切り換えた後、一定時間はオンに保持するので、電圧誤検出等による誤作動を確実に防止しながら、安定してパルス充電できる。   Furthermore, the charging method according to claim 5 of the present invention provides a non-off time (t3) in which the charge switch is not turned off for a certain time in a state where the assembled battery is pulse-charged. ) Is set shorter than the forced off time (t1). In this charging method, the charging switch is kept on for a certain period of time after the charging switch is turned on, so that stable pulse charging can be performed while reliably preventing malfunction due to erroneous voltage detection or the like.

さらにまた、本発明の請求項7の充電方法は、充電スイッチをオンに切り換えて充電電流を流す状態で、所定のサンプリング周期(t2)で各々の電池電圧を単数回または複数回にわたって検出し、非オフ時間(t3)の経過後にいずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えると充電スイッチをオフに切り換えて充電を終了し、あるいは、非オフ時間(t3)において、いずれかの電池電圧があらかじめ設定している設定回数第3の設定電圧を超えると充電スイッチをオフに切り換えて充電を終了するので、充電中の電池が第3の設定電圧を超えて長く充電されることがない。   Furthermore, in the charging method according to claim 7 of the present invention, each battery voltage is detected one or more times at a predetermined sampling period (t2) in a state in which the charging switch is turned on and the charging current flows. If any battery voltage exceeds the third set voltage after the non-off time (t3) elapses, the charging switch is turned off to terminate charging, or any battery voltage at the non-off time (t3). Exceeds the third set voltage set in advance, the charging switch is turned off and the charging is terminated, so that the battery being charged does not exceed the third set voltage for a long time.

また、本発明の請求項9の充電方法は、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧よりも高く設定している第4の設定電圧を超えると、非復帰素子を非通電状態として、復帰不可能な状態とするので、たとえば、いずれかの電池の電圧が異常に高くなると、ヒューズを溶断する等の方法でより安全に充電を禁止できる。   Further, according to the charging method of claim 9 of the present invention, when any battery voltage exceeds the fourth set voltage set higher than the third set voltage, the non-return element is set in a non-energized state and returned. Since it is impossible, for example, when the voltage of any battery becomes abnormally high, charging can be more safely prohibited by a method such as blowing a fuse.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池の充電方法を例示するものであって、本発明は組電池の充電方法を以下の方法に特定するものではない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples shown below exemplify an assembled battery charging method for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the assembled battery charging method as the following method. Absent. Further, this specification does not limit the members shown in the claims to the members of the embodiments.

図1の組電池1は、複数のリチウムイオン二次電池2を直列に接続している。この組電池1は、定電圧・定電流電源3で充電される。定電圧・定電流電源3は、出力電圧をあらかじめ設定している設定電圧以下に制限し、かつ出力電流を設定電流以下に制限して組電池1を充電する。放電された組電池1は、出力電圧が定電圧・定電流充電の設定電圧以下に低下している。この組電池1が定電圧・定電流電源3で充電されると、組電池1の電圧が定電圧・定電流電源3の設定電圧よりも低いので、電圧は制限されず、出力電流を設定電流に制限して、一定の電流で定電流充電される。充電されるにしたがって組電池1の出力電圧は上昇する。組電池1の出力電圧が定電圧・定電流電源3の設定電圧まで上昇すると、設定電圧に制限され、定電圧充電される。したがって、組電池1は、定電圧・定電流電源3によって、最初は定電流充電され、出力電圧が設定電圧になると、この電圧で定電圧充電される。   The assembled battery 1 in FIG. 1 has a plurality of lithium ion secondary batteries 2 connected in series. The assembled battery 1 is charged by a constant voltage / constant current power source 3. The constant voltage / constant current power source 3 charges the assembled battery 1 by limiting the output voltage to a preset voltage or less and limiting the output current to a preset current or less. The discharged assembled battery 1 has an output voltage lower than a set voltage for constant voltage / constant current charging. When the assembled battery 1 is charged by the constant voltage / constant current power source 3, the voltage of the assembled battery 1 is lower than the set voltage of the constant voltage / constant current power source 3, so the voltage is not limited and the output current is set to the set current. The battery is charged with a constant current at a constant current. As the battery is charged, the output voltage of the battery pack 1 increases. When the output voltage of the assembled battery 1 rises to the set voltage of the constant voltage / constant current power supply 3, it is limited to the set voltage and is charged at a constant voltage. Therefore, the assembled battery 1 is initially charged with a constant current by a constant voltage / constant current power source 3, and is charged with a constant voltage when the output voltage reaches a set voltage.

定電圧・定電流電源3の設定電圧は、たとえば、接続する電池の直列数×4.2V(所望定電圧)に設定される。したがって、3個のリチウムイオン二次電池2を直列に接続している組電池1は、定電圧充電する設定電圧(=所望電圧)を12.6Vに設定する。この設定電圧を高くして、組電池1の充電容量を大きくできる。ただ、設定電圧を高くすると電池の劣化が大きくなるので、電池の劣化と充電容量を考慮して最適値に設定される。また、設定電圧は、リチウムイオン二次電池2のタイプ、たとえば電極材料なども考慮して最適値に設定される。   The set voltage of the constant voltage / constant current power source 3 is set to, for example, the number of connected batteries in series × 4.2 V (desired constant voltage). Therefore, the assembled battery 1 in which the three lithium ion secondary batteries 2 are connected in series sets the setting voltage (= desired voltage) for constant voltage charging to 12.6V. By increasing this set voltage, the charge capacity of the assembled battery 1 can be increased. However, if the set voltage is increased, the deterioration of the battery increases, so the optimum value is set in consideration of the deterioration of the battery and the charge capacity. The set voltage is set to an optimum value in consideration of the type of the lithium ion secondary battery 2, for example, the electrode material.

さらに、定電圧・定電流電源3が組電池1を定電流充電する電流値を大きくして、組電池1の充電時間を短縮できる。ただ、充電電流を大きくすると、電池に与える影響が大きなって、劣化しやすくなる。したがって、定電流充電の電流値は、電池の寿命と充電時間を考慮して最適値に設定される。   In addition, the constant voltage / constant current power source 3 can increase the current value for charging the assembled battery 1 with constant current, thereby shortening the charging time of the assembled battery 1. However, increasing the charging current has a large effect on the battery and tends to deteriorate. Therefore, the current value of constant current charging is set to an optimum value in consideration of the battery life and charging time.

さらに、定電圧・定電流電源3は、組電池1の充電電流を検出して満充電を判定する満充電検出回路(図示せず)を備える。この満充電検出回路は、充電する組電池1の充電電流の平均値を検出して、満充電を判定できる。リチウムイオン二次電池2を直列に接続している組電池1は、最後の定電圧充電において、満充電になるにしたがって充電電流が減少する。したがって、満充電検出回路は、充電している組電池1の充電電流の平均値が満充電電流よりも小さくなると、満充電されたと判定して、充電を停止する。本発明の充電方法は、電池がアンバランスになるとパルス充電するので、満充電検出回路は、パルス充電における平均電流を検出して、組電池1の満充電を判定する。また、満充電検出回路は、電池2の電圧から組電池1の満充電を検出することもできる。   Furthermore, the constant voltage / constant current power source 3 includes a full charge detection circuit (not shown) that detects the charging current of the assembled battery 1 and determines full charge. This full charge detection circuit can determine the full charge by detecting the average value of the charging current of the assembled battery 1 to be charged. In the assembled battery 1 in which the lithium ion secondary batteries 2 are connected in series, the charging current decreases as the battery is fully charged in the last constant voltage charging. Therefore, when the average value of the charging current of the battery pack 1 being charged becomes smaller than the full charging current, the full charge detection circuit determines that the battery is fully charged and stops charging. Since the charging method of the present invention performs pulse charging when the battery is unbalanced, the full charge detection circuit detects the average current in pulse charging and determines whether the assembled battery 1 is fully charged. The full charge detection circuit can also detect full charge of the assembled battery 1 from the voltage of the battery 2.

直列に接続している全ての電池の特性が均一でアンバランスがなく、あるいはアンバランスが小さいとき、組電池1は、定電圧・定電流充電して満充電される。しかしながら、組電池1は、充放電を繰り返すにしたがって、各々の電池の電気特性がアンバランスになる。たとえば、充放電を100サイクル繰り返すことで、組電池1は電池の電気特性にアンバランスが発生する。電池にアンバランスが発生した組電池は、最後まで定電圧・定電流充電されない。この組電池は、いずれかの電池電圧が第5の設定電圧を超えると、パルス充電に切り換えられる。第5の設定電圧は、たとえば4.20Vに設定されるが、4.15Vないし4.25Vの範囲で変更することもできる。   When the characteristics of all the batteries connected in series are uniform and there is no unbalance or the unbalance is small, the assembled battery 1 is charged at a constant voltage / constant current and is fully charged. However, as the assembled battery 1 is repeatedly charged and discharged, the electric characteristics of each battery become unbalanced. For example, by repeating charging and discharging for 100 cycles, the battery pack 1 is unbalanced in the electric characteristics of the battery. A battery pack with an unbalanced battery is not charged with constant voltage or constant current until the end. This assembled battery is switched to pulse charging when any battery voltage exceeds the fifth set voltage. The fifth set voltage is set to, for example, 4.20V, but can be changed in the range of 4.15V to 4.25V.

図1の充電回路は、各々の電池電圧を電圧検出回路6で検出して、充電をコントロールする制御回路4と、この制御回路4でオンオフに切り換えられる充電スイッチ5と、電池2が異常な状態となると、制御回路4に制御されて組電池1の電流を遮断する非復帰素子9とを備えている。制御回路4は、直列に接続している各々の電池電圧を検出する電圧検出回路6と、この電圧検出回路6の出力で充電スイッチ5をオンオフに切り換えて、パルス充電する制御部7とを備える。充電スイッチ5は、たとえば、FET等のスイッチング素子である。さらに、制御部7は、電池2が異常な状態になったと判定されると、非復帰素子9を非通電状態として、復帰不可能な状態とする。非復帰素子9は、ヒューズやブレーカ等の素子である。   The charging circuit shown in FIG. 1 includes a control circuit 4 that controls the charging by detecting each battery voltage by the voltage detection circuit 6, a charging switch 5 that is turned on and off by the control circuit 4, and the battery 2 is in an abnormal state. Then, a non-return element 9 that is controlled by the control circuit 4 and cuts off the current of the assembled battery 1 is provided. The control circuit 4 includes a voltage detection circuit 6 that detects each battery voltage connected in series, and a control unit 7 that performs pulse charging by switching the charging switch 5 on and off with the output of the voltage detection circuit 6. . The charge switch 5 is a switching element such as an FET, for example. Further, when it is determined that the battery 2 is in an abnormal state, the control unit 7 sets the non-return element 9 to a non-energized state so that it cannot be returned. The non-returning element 9 is an element such as a fuse or a breaker.

制御部7は、電圧検出回路6から入力される各々の電池電圧を、あらかじめ記憶している第5の設定電圧に比較し、いずれかの電池電圧が第5の設定電圧よりも高くなると、定電圧・定電流充電をパルス充電に切り換える。図2は、定電圧・定電流充電がパルス充電に切り換えられる状態を示すグラフである。この図において、曲線Aは電圧上昇の大きい高電圧電池の電圧特性を示し、曲線Bは電圧上昇が小さい低電圧電池の電圧特性を示している。図1のように、電池2を3個利用するとき、電圧上昇の大きい電池は、曲線Aの特性を示し、他の2つの電池の特性は、曲線Bの特性を示す。   The control unit 7 compares each battery voltage input from the voltage detection circuit 6 with a fifth set voltage stored in advance, and when any battery voltage becomes higher than the fifth set voltage, Switch voltage / constant current charging to pulse charging. FIG. 2 is a graph showing a state in which constant voltage / constant current charging is switched to pulse charging. In this figure, curve A shows the voltage characteristics of a high voltage battery with a large voltage rise, and curve B shows the voltage characteristics of a low voltage battery with a small voltage rise. As shown in FIG. 1, when three batteries 2 are used, a battery with a large voltage rise shows the characteristics of curve A, and the characteristics of the other two batteries show the characteristics of curve B.

制御部7は、充電スイッチ5をオンオフに切り変えて組電池1をパルス充電する。制御部7が組電池1をパルス充電する状態を図2に示している。制御部7は、電圧検出回路6で各々の電池2の電圧を検出し、検出したいずれかの電池電圧が、第2の設定電圧を超えると充電スイッチ5をオフに切り換えて充電電流を遮断し、第2の設定電圧よりも低く設定している第1の設定電圧を全ての電池電圧が下回ると充電スイッチ5をオンに切り換えて充電電流を流してパルス充電する。第2の設定電圧は、たとえば4.25Vに設定する。ただし、第2の設定電圧は、リチウムイオン二次電池の種類によっては4.2Vないし4.3Vに設定することもできる。また、第1の設定電圧は、たとえば4.20Vに設定する。ただし、第1の設定電圧は、リチウムイオン二次電池の種類によっては4.15Vないし4.20Vに設定することもできる。   The control unit 7 switches the charging switch 5 on and off to charge the battery pack 1 in a pulse manner. FIG. 2 shows a state in which the controller 7 charges the assembled battery 1 in a pulse manner. The control unit 7 detects the voltage of each battery 2 with the voltage detection circuit 6, and when any of the detected battery voltages exceeds the second set voltage, the charging switch 5 is turned off to cut off the charging current. When all the battery voltages fall below the first set voltage set lower than the second set voltage, the charge switch 5 is turned on and a charge current is supplied to perform pulse charging. The second set voltage is set to 4.25 V, for example. However, the second set voltage can be set to 4.2 V to 4.3 V depending on the type of the lithium ion secondary battery. The first set voltage is set to 4.20 V, for example. However, the first set voltage can be set to 4.15V to 4.20V depending on the type of the lithium ion secondary battery.

定電圧・定電流充電からパルス充電に切り換えた最初は、充電スイッチ5をオンに切り換えてから、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧まで上昇するのに時間がかかる。図3のパルス充電は、充電スイッチ5をオンに切り換えて組電池をパルス充電する状態において、所定の時間にわたって全ての電池電圧が第2の設定電圧を超えない状態では、あらかじめ設定している強制オフ時間(t1)を経過すると充電スイッチ5をオフに切り換える。図3の波形Aで示すように、定電圧・定電流充電から切り換えられた初期のパルス充電において、強制オフ時間(t1)を経過後、充電スイッチ5をオフに切り換える。したがって、制御回路は強制オフ時間(t1)を記憶するタイマ8を備える。強制オフ時間(t1)は、たとえば60秒に設定される。ただし、強制オフ時間(t1)は、30秒以上で3分以下に設定することもできる。充電スイッチ5をオフに切り換えた後、第2の設定電圧よりも低く設定している第1の設定電圧を全ての電池の電圧が下回ると充電スイッチ5をオンに切り換えて充電電流を流してパルス充電する。この方法により、充電終了後の電池電圧を第1の設定電圧以下におさえることができる。   At the beginning of switching from constant voltage / constant current charging to pulse charging, it takes time for any battery voltage to rise to the second set voltage after the charging switch 5 is switched on. The pulse charging shown in FIG. 3 is performed in a state where all the battery voltages do not exceed the second set voltage over a predetermined time in a state where the charging switch 5 is turned on and the assembled battery is pulse charged. When the off time (t1) has elapsed, the charging switch 5 is switched off. As shown by the waveform A in FIG. 3, in the initial pulse charging switched from constant voltage / constant current charging, the charging switch 5 is switched off after the forced off time (t1) has elapsed. Therefore, the control circuit includes a timer 8 for storing the forced off time (t1). The forced off time (t1) is set to 60 seconds, for example. However, the forced off time (t1) can be set to 30 seconds or more and 3 minutes or less. After the charge switch 5 is turned off, when the voltage of all the batteries falls below the first set voltage that is set lower than the second set voltage, the charge switch 5 is turned on and the charge current flows to pulse. Charge. By this method, the battery voltage after completion of charging can be kept below the first set voltage.

さらに、図3のパルス充電は、所定のサンプリング周期(t2)で各々の電池電圧を検出して、検出電圧で充電スイッチ5を制御している。サンプリング周期(t2)は、たとえば200msecないし300msecとされる。ただし、サンプリング周期(t2)は、これよりも短く、あるいは長くすることもできる。サンプリング周期(t2)を短くすると電池の電圧変化を速やかに検出できるが部品コストが高くなる。したがって、サンプリング周期(t2)は、部品コストと電池の電圧変化から最適な時間に設定される。図3は、電池電圧を検出するタイミングを縦の鎖線で示している。さらに、図3のパルス充電は、充電スイッチ5をオンに切り換えた後、一定の時間は充電スイッチ5をオフに切り換えない非オフ時間(t3)を設けており、この非オフ時間(t3)を経過した後、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超えると充電スイッチ5をオフに切り換えている(図3の波形B及び波形C参照)。   Furthermore, in the pulse charging of FIG. 3, each battery voltage is detected at a predetermined sampling period (t2), and the charging switch 5 is controlled by the detected voltage. The sampling period (t2) is, for example, 200 msec to 300 msec. However, the sampling period (t2) can be shorter or longer than this. If the sampling period (t2) is shortened, a change in battery voltage can be detected quickly, but the cost of components increases. Therefore, the sampling period (t2) is set to an optimum time from the component cost and the battery voltage change. FIG. 3 shows the timing for detecting the battery voltage with vertical chain lines. Further, the pulse charging of FIG. 3 is provided with a non-off time (t3) in which the charging switch 5 is not switched off for a certain time after the charging switch 5 is turned on. After a lapse of time, when any battery voltage exceeds the second set voltage, the charging switch 5 is switched off (see waveform B and waveform C in FIG. 3).

以上の充電方法は、従来の方法(特許文献1参照)のように、一定時間、充電スイッチをオンに保持するパルス充電に移行するのではない。すなわち、充電スイッチをオンに切り換えた後、一定時間経過すると、充電スイッチをオフに切り換える制御を行うのではない。この充電方法は、強制オフ時間(t1)以内であれば、電池電圧が第2の設定電圧より高くなるまでは充電スイッチ5をオンに保持してオフに切り換えない。本発明では、この制御を続けることにより、充電時間を短縮することができる。   The above charging method does not shift to pulse charging in which the charging switch is kept on for a certain period of time as in the conventional method (see Patent Document 1). In other words, after the charging switch is turned on, the control for switching the charging switch to the off state is not performed when a certain time has elapsed. In this charging method, if it is within the forced off time (t1), the charging switch 5 is kept on and not turned off until the battery voltage becomes higher than the second set voltage. In the present invention, the charging time can be shortened by continuing this control.

図3において、非オフ時間(t3)は、サンプリング周期(t2)以上であって、強制オフ時間(t1)よりも短く設定している。このように、非オフ時間(t3)を設けることにより、充電スイッチ5をオンに切り換えた後、一定時間は充電スイッチ5をオンに保持するので、電圧誤検出等による誤作動を確実に防止しながら、安定してパルス充電できる。図3に示すパルス充電では、非オフ時間(t3)をサンプリング周期(t2)と等しくしている。ただ、非オフ時間(t3)は、サンプリング周期(t2)によって最適値に変更される。たとえば、図5に示すように、サンプリング周期(t2)が短く、電池電圧を頻繁に検出する方法にあっては、非オフ時間(t3)をサンプリング周期(t2)よりも大きく、例えば、サンプリング周期(t2)の複数倍(図の例では5倍)とすることもできる。   In FIG. 3, the non-off time (t3) is set to be longer than the sampling period (t2) and shorter than the forced off time (t1). In this way, by providing the non-off time (t3), the charging switch 5 is kept on for a certain period of time after the charging switch 5 is turned on, so that erroneous operation due to erroneous voltage detection or the like is reliably prevented. However, stable pulse charging is possible. In the pulse charging shown in FIG. 3, the non-off time (t3) is made equal to the sampling period (t2). However, the non-off time (t3) is changed to an optimum value by the sampling period (t2). For example, as shown in FIG. 5, in the method of detecting the battery voltage frequently with a short sampling period (t2), the non-off time (t3) is larger than the sampling period (t2). It can also be a multiple of (t2) (5 times in the example in the figure).

さらに、図3のパルス充電では、非オフ時間(t3)を経過時において、電池電圧が第2の設定電圧より高い場合であっても(図3の波形D参照)、充電スイッチ5をオフに切り換えることなく、さらにサンプリング周期(t2)後の電圧を確認している。そして、このときの電池電圧が第3の設定電圧以下の場合、充電スイッチ5をオフに切り換えるパルス充電を行っている。この方法は、サンプリング周期(t2)のうち、早いタイミングで電圧検出される電池2の電圧が、サンプリング周期(t2)の終わりのタイミングで、第3の設定電圧を超えている状態となるのを防ぐことができる。すなわち、図3の鎖線で示すように(波形E参照)、電圧の上昇傾向が急峻であって、第3の設定電圧を超える傾向にある電池が、サンプリングのタイミングによってこのことを検出されずに充電スイッチ5がオフに切り換えられて、パルス充電が繰り返されるのを確実に防止できる。   Further, in the pulse charging of FIG. 3, the charging switch 5 is turned off even when the battery voltage is higher than the second set voltage after the non-off time (t3) has elapsed (see waveform D in FIG. 3). Without switching, the voltage after the sampling period (t2) is further confirmed. When the battery voltage at this time is equal to or lower than the third set voltage, pulse charging for switching off the charging switch 5 is performed. In this method, the voltage of the battery 2 whose voltage is detected at an early timing in the sampling period (t2) is in a state where it exceeds the third set voltage at the end timing of the sampling period (t2). Can be prevented. That is, as indicated by the chain line in FIG. 3 (see waveform E), a battery whose voltage rises rapidly and tends to exceed the third set voltage is not detected by the sampling timing. It is possible to reliably prevent the charging switch 5 from being turned off and repeating the pulse charging.

さらに、パルス充電される組電池は、図4に示すように、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えることがある。この状態は、電池の劣化が進んで、電池のアンバランスが大きくなる状態、もしくは、定電圧・定電流電源3の出力が異常になることで発生する。第3の設定電圧は、第2の設定電圧よりもさらに高い電圧に設定され、たとえば、4.3Vに設定される。図4に示すように、非オフ時間(t3)の経過後に、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えると、制御部7は充電スイッチ5をオフに切り換え、その後、全ての電池の電圧が第1の設定電圧より低下しても充電スイッチ5をオンに切り換えることなくオフに保持して充電を終了する。ただ、第3の設定電圧は第2の設定電圧よりも高く設定しているので、非オフ時間を設けることなく、充電スイッチをオンに切り換えてからいずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えると、直ちに充電スイッチをオフに切り換えて充電を終了することもできる。   Furthermore, as shown in FIG. 4, any battery voltage of the assembled battery that is pulse-charged may exceed the third set voltage. This state occurs when the battery deteriorates and the battery imbalance increases, or when the output of the constant voltage / constant current power supply 3 becomes abnormal. The third set voltage is set to a voltage higher than the second set voltage, for example, 4.3V. As shown in FIG. 4, when any battery voltage exceeds the third set voltage after the non-off time (t3) has elapsed, the control unit 7 switches the charging switch 5 to OFF, and then all the batteries are Even if the voltage drops below the first set voltage, the charging switch 5 is kept off without being turned on, and charging is terminated. However, since the third set voltage is set higher than the second set voltage, any battery voltage is set to the third set voltage after the charge switch is turned on without providing a non-off time. If exceeded, the charging switch can be immediately turned off to terminate the charging.

さらに、図5に示すように、サンプリング周期(t2)が短く、電池電圧を頻繁に検出する方法にあっては、各々の電池電圧を複数回にわたって検出し、非オフ時間(t3)内において、いずれかの電池電圧があらかじめ設定している設定回数第3の設定電圧を超えると充電スイッチ5をオフに切り換えて充電を終了することもできる。ここでは、サンプリング周期(t2)を、非オフ時間(t3)に対して十分に短い時間、たとえば50msec以下に設定している。図5は、電池電圧があらかじめ設定している第3の設定電圧を超える回数が3回に達すると充電スイッチ5をオフに切り換えて充電を終了する状態を示している。ただし、この設定回数は、電池電圧を検出するサンプリング周期によって種々に変更される。設定回数は、たとえば、サンプリング周期が短くなると多くし、サンプリング周期が長くなると少なくすることができる。また、この設定回数は、少なく設定すると、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えたことを早く検出でき、反対に多く設定すると、誤検出をより確実に防止できる。したがって、この設定回数は、これらのことを考慮して、1〜5回、好ましくは2〜3回とすることができる。この充電方法は、非オフ時間(t3)内であっても、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超える回数が設定回数になると充電スイッチ5をオフに切り換えて充電を終了するので、電池電圧が第3の設定電圧を超えた状態で長く充電されるのを確実に阻止できる。また、設定回数を複数回とすることで、誤検出等による誤作動を確実に防止できる。   Furthermore, as shown in FIG. 5, in the method of frequently detecting the battery voltage with a short sampling period (t2), each battery voltage is detected multiple times, and within the non-off time (t3), When any one of the battery voltages exceeds the preset third set voltage, the charging switch 5 can be turned off to terminate the charging. Here, the sampling period (t2) is set to a time sufficiently short with respect to the non-off time (t3), for example, 50 msec or less. FIG. 5 shows a state in which the charging switch 5 is turned off and charging is terminated when the number of times that the battery voltage exceeds the preset third set voltage reaches three times. However, the set number of times is variously changed according to the sampling period for detecting the battery voltage. For example, the set number of times can be increased when the sampling period is shortened and can be decreased when the sampling period is increased. If the number of times of setting is set to be small, it is possible to quickly detect that any battery voltage has exceeded the third set voltage, and if it is set to be high on the contrary, erroneous detection can be prevented more reliably. Therefore, the set number of times can be set to 1 to 5 times, preferably 2 to 3 times in consideration of these matters. In this charging method, even within the non-off time (t3), when the number of times that any of the battery voltages exceeds the third set voltage reaches the set number of times, the charging switch 5 is turned off to complete the charging. It is possible to reliably prevent the battery voltage from being charged for a long time in a state where it exceeds the third set voltage. In addition, by setting the number of times of setting to a plurality of times, it is possible to reliably prevent malfunction due to erroneous detection or the like.

さらに、充電される組電池は、図6に示すように、第3の設定電圧よりも高く設定している第4の設定電圧をいずれかの電池電圧が超えることがある。第4の設定電圧は、たとえば第3の設定電圧よりも50mV高い4.35Vに設定される。ただし、第4の設定電圧は、第3の設定電圧よりも20mVないし80mV高く設定することもできる。この状態になると、制御回路4は、電池2または定電圧・定電流電源3が異常な状態になったと判定して、非復帰素子9を非通電状態として、復帰不可能な状態とする。非復帰素子9は、ヒューズやブレーカ等の素子である。ヒューズは溶断して非通電状態とし、ブレーカはオフに切り換えて非通電状態とする。   Furthermore, as shown in FIG. 6, any battery voltage of the assembled battery to be charged may exceed the fourth set voltage that is set higher than the third set voltage. For example, the fourth set voltage is set to 4.35 V, which is 50 mV higher than the third set voltage. However, the fourth set voltage can be set 20 mV to 80 mV higher than the third set voltage. In this state, the control circuit 4 determines that the battery 2 or the constant voltage / constant current power source 3 is in an abnormal state, and sets the non-return element 9 to a non-energized state so that it cannot be recovered. The non-returning element 9 is an element such as a fuse or a breaker. The fuse is blown and de-energized, and the breaker is switched off and de-energized.

以上の充電回路は、図7に示す以下のステップで組電池1を充電する。
[n=1のステップ]
組電池1は、定電圧・定電流電源3で充電される。定電圧・定電流電源3は、組電池1のトータル電圧を検出して、トータル電圧がトータル設定電圧になるまでは定電流充電し、トータル電圧がトータル設定電圧まで上昇すると、この電圧で定電圧充電する。
[n=2のステップ]
組電池1が定電流充電され、あるいは定電圧充電される状態で、各々の電池電圧と充電電流を検出する。各々の電池電圧は、制御回路4の電圧検出回路6で検出される。電圧検出回路6は、充電される状態で電池の電圧を検出する。すなわち、電圧検出回路6は、電池の充電電圧を検出する。電池の充電電流は、満充電検出回路(図示せず)で検出される
[n=3、4のステップ]
満充電検出回路は、検出した充電電流が満充電検出電流より大きいかどうかを判定する。充電電流が満充電検出電流以下であると、組電池1が満充電されたと判定して、n=4のステップに進み、満充電処理を行う。充電電流が満充電検出電流よりも大きいと、n=5のステップに進む。
[n=5のステップ]
電圧検出回路6で検出される各電池電圧のうち、いずれかの電池電圧が第5の設定電圧を超えるかどうかを判定する。第5の設定電圧は、例えば4.20Vに設定する。いずれかの電池電圧が第5の設定電圧を超えるまで、n=2、3、5のステップをループする。
The above charging circuit charges the assembled battery 1 in the following steps shown in FIG.
[Step of n = 1]
The assembled battery 1 is charged by a constant voltage / constant current power source 3. The constant voltage / constant current power supply 3 detects the total voltage of the assembled battery 1 and charges it at a constant current until the total voltage reaches the total set voltage. Charge.
[Step of n = 2]
In a state where the assembled battery 1 is charged with constant current or charged with constant voltage, each battery voltage and charging current are detected. Each battery voltage is detected by a voltage detection circuit 6 of the control circuit 4. The voltage detection circuit 6 detects the voltage of the battery while being charged. That is, the voltage detection circuit 6 detects the charging voltage of the battery. The charging current of the battery is detected by a full charge detection circuit (not shown) [n = 3, 4 steps]
The full charge detection circuit determines whether the detected charge current is larger than the full charge detection current. If the charging current is equal to or lower than the full charge detection current, it is determined that the assembled battery 1 is fully charged, the process proceeds to step n = 4, and a full charge process is performed. If the charging current is larger than the full charge detection current, the process proceeds to step n = 5.
[Step n = 5]
It is determined whether any one of the battery voltages detected by the voltage detection circuit 6 exceeds the fifth set voltage. For example, the fifth set voltage is set to 4.20V. Until any battery voltage exceeds the fifth set voltage, the steps of n = 2, 3, 5 are looped.

[n=6、7のステップ]
いずれかの電池電圧が第5の設定電圧を超えると、パルス充電制御を開始する。制御部7は充電スイッチ5をオン状態として、組電池1をパルス充電する。さらに、制御部7は、タイマ8のカウントを開始する。
[n=8、9のステップ]
充電スイッチ5をオンに切り換えた後、1回目のサンプリングにおける電池電圧を検出し、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超えたかどうかを判定する。いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超えていると、n=19のステップに進み、いずれの電池電圧も第2の設定電圧を超えていないと、n=10のステップに進む。
[n=10〜13のステップ]
n=10のステップで、各々の電池電圧と充電電流を検出する。ここで、満充電検出回路は、パルス充電における平均電流を充電電流として検出する。
n=11のステップにおいて、平均電流が満充電検出電流より大きいかどうかを判定して満充電を検出する。平均電流が満充電検出電流以下であると、組電池1が満充電されたと判定して、n=4のステップに進んで満充電処理を行う。充電電流が満充電検出電流よりも大きいと、n=12のステップに進んで、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超えたかどうかを判定する。
n=12のステップにおいて、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超えている判定されると、n=17のステップに進む。また、いずれの電池電圧も第2の設定電圧を超えていない判定されると、n=13のステップに進んで、強制オフ時間(t1)が経過したかどうかを判定する。
n=13のステップにおいて、強制オフ時間(t1)が経過していないと、n=10のステップに戻る。その後、充電電流が満充電検出電流以下となり、あるいは、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超え、あるいはまた、強制オフ時間(t1)が経過するまで、n=10〜13のステップをループする。
n=7〜13のステップにおけるパルス充電では、所定の時間である強制オフ時間(t1)だけ充電スイッチ5をオン状態として、組電池1をパルス充電する。この強制オフ時間(t1)は、例えば60秒に設定する。
[n=14〜16のステップ]
n=13のステップで、強制オフ時間(t1)が経過していると、n=14のステップにおいて、充電スイッチ5をオフに切り換えて、タイマ8をリセットする。その後、n=15のステップで各々の電池電圧を検出し、n=16のステップで、全ての電池電圧が第1の設定電圧より小さくなったかどうかを判定する。全ての電池電圧が第1の設定電圧より小さくなるまで、n=15と16のステップをループする。全ての電池電圧が第1の設定電圧より小さくなると、n=7のステップに戻って、パルス充電を再開する。
[Steps n = 6, 7]
When any battery voltage exceeds the fifth set voltage, pulse charge control is started. The controller 7 turns on the charging switch 5 to charge the battery pack 1 in a pulsed manner. Further, the control unit 7 starts counting of the timer 8.
[Steps n = 8, 9]
After the charging switch 5 is turned on, the battery voltage in the first sampling is detected, and it is determined whether any battery voltage exceeds the second set voltage. If any battery voltage exceeds the second set voltage, the process proceeds to step n = 19. If any battery voltage does not exceed the second set voltage, the process proceeds to step n = 10.
[Steps n = 10-13]
In step n = 10, each battery voltage and charging current are detected. Here, the full charge detection circuit detects an average current in pulse charging as a charging current.
In the step of n = 11, it is determined whether the average current is larger than the full charge detection current and full charge is detected. If the average current is equal to or less than the full charge detection current, it is determined that the assembled battery 1 is fully charged, and the process proceeds to a step of n = 4 to perform the full charge process. If the charging current is larger than the full charge detection current, the process proceeds to step n = 12, and it is determined whether any battery voltage exceeds the second set voltage.
If it is determined in step n = 12 that any battery voltage exceeds the second set voltage, the process proceeds to step n = 17. If it is determined that none of the battery voltages exceeds the second set voltage, the process proceeds to step n = 13, and it is determined whether or not the forced off time (t1) has elapsed.
If the forced off time (t1) has not elapsed in the step n = 13, the process returns to the step n = 10. Thereafter, the steps of n = 10 to 13 are performed until the charging current becomes equal to or lower than the full charge detection current, or any of the battery voltages exceeds the second set voltage, or the forced off time (t1) elapses. Loop.
In the pulse charging in the steps of n = 7 to 13, the battery pack 1 is pulse-charged by turning on the charging switch 5 for a predetermined off time (t1) that is a predetermined time. This forced off time (t1) is set to 60 seconds, for example.
[Steps n = 14-16]
If the forced off time (t1) has elapsed in step n = 13, the charging switch 5 is switched off and the timer 8 is reset in step n = 14. Thereafter, each battery voltage is detected in a step of n = 15, and in a step of n = 16, it is determined whether or not all the battery voltages are lower than the first set voltage. Steps n = 15 and 16 are looped until all battery voltages are less than the first set voltage. When all the battery voltages are lower than the first set voltage, the process returns to the step of n = 7 and the pulse charging is resumed.

[n=17、18のステップ]
n=12のステップで、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超えたと判定されると、n=17ステップで、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えたかどうかを判定する。ここで、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えていると、n=22のステップに進んで、充電を終了する。また、いずれの電池電圧も第3の設定電圧を超えていないと、n=18ステップに進んで、充電スイッチ5をオン状態とする時間が非オフ時間(t3)を経過したかどうかを判定する。この非オフ時間(t3)は、たとえば200msecないし300msecに設定される。
n=18ステップで、非オフ時間(t3)が経過していないと、n=10のステップに戻って充電を継続する。その後、平均電流が満充電検出電流以下となり、あるいは、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超え、あるいはまた、非オフ時間(t3)が経過するまで、n=10〜12、17、及び18のステップをループする。
n=18ステップで、非オフ時間(t3)が経過していると、n=14のステップに戻って、充電スイッチ5をオフに切り換えた後、全ての電池電圧が第1の設定電圧より小さくなるまで時間を経過し、その後、n=7のステップに戻ってパルス充電を再開する。
[Steps n = 17 and 18]
If it is determined in step n = 12 that any battery voltage has exceeded the second set voltage, it is determined in step n = 17 whether any battery voltage has exceeded the third set voltage. . If any one of the battery voltages exceeds the third set voltage, the process proceeds to step n = 22 and the charging is finished. If none of the battery voltages exceed the third set voltage, the process proceeds to step n = 18, and it is determined whether the time for turning on the charging switch 5 has passed the non-off time (t3). . The non-off time (t3) is set to 200 msec to 300 msec, for example.
If the non-off time (t3) has not elapsed in n = 18 steps, the process returns to the step of n = 10 and charging is continued. Thereafter, n = 10 to 12, 17, until the average current becomes the full charge detection current or less, or any of the battery voltages exceeds the third set voltage or the non-off time (t3) elapses. And 18 steps.
When the non-off time (t3) has elapsed in n = 18 steps, the process returns to the step of n = 14, and after the charge switch 5 is switched off, all the battery voltages are smaller than the first set voltage. After a certain time elapses, the process returns to the step of n = 7 to restart the pulse charging.

[n=19〜22のステップ]
n=9のステップで、いずれかの電池電圧が第2の設定電圧を超えたと判定されると、n=19ステップで、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えたかどうかを判定する。このステップにおいて、いずれの電池電圧も第3の設定電圧を超えていないと判定されると、n=20ステップで各々の電池電圧を検出した後、n=21ステップにおいて、再び、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えたかどうかを判定する。これは、充電スイッチ5をオンに切り換えた後、1回目のサンプリングにおいて第2の設定電圧を超えた電池の電圧が、サンプリングのタイミングによって第3の設定電圧を超えた状態となるかどうかを検出するためである。
ここで、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えていると、n=22のステップに進んで充電を終了する。また、いずれの電池電圧も第3の設定電圧を超えていないときは、n=14のステップに戻って、充電スイッチ5をオフに切り換えた後、全ての電池電圧が第1の設定電圧より小さくなるまで時間を経過し、その後、n=7のステップに戻ってパルス充電を再開する。
[n=23、24のステップ]
n=19のステップにおいて、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えていると判定されると、n=23のステップにおいて、さらに、いずれかの電池電圧が第4の設定電圧を超えたかどうかを判定する。第4の設定電圧は、いずれかの電池電圧がこれを超えると、電池が異常な状態になったと判定して電流を遮断して電池を保護する設定電圧である。この第4の設定電圧は、たとえば、4.35Vに設定される。
n=23のステップにおいて、いずれの電池電圧も第4の設定電圧を超えていないと、電池が異常な状態であるとは判定されない。ただ、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えているので、n=22のステップに進んで充電を終了する。
n=23のステップにおいて、いずれかの電池電圧が第4の電池電圧を超えていると、電池が異常な状態になったと判定して、n=24のステップに進する。n=24のステップでは、異常処理として、充電スイッチ5をオフに切り換えると共に、非復帰素子9を非通電状態として、復帰不可能な状態とする。
[Steps n = 19-22]
If it is determined in step n = 9 that any battery voltage has exceeded the second set voltage, it is determined in step n = 19 whether any battery voltage has exceeded the third set voltage. . In this step, if it is determined that none of the battery voltages exceeds the third set voltage, each battery voltage is detected in n = 20 steps, and then, in any one of the batteries again in n = 21 steps. It is determined whether the voltage has exceeded a third set voltage. This is to detect whether or not the voltage of the battery that has exceeded the second set voltage in the first sampling after the charge switch 5 is turned on exceeds the third set voltage at the sampling timing. It is to do.
Here, if any battery voltage exceeds the third set voltage, the process proceeds to step n = 22 and the charging is terminated. If none of the battery voltages exceeds the third set voltage, the process returns to the step of n = 14, and after the charge switch 5 is turned off, all the battery voltages are smaller than the first set voltage. After a certain time elapses, the process returns to the step of n = 7 to restart the pulse charging.
[Steps n = 23, 24]
If it is determined that any battery voltage exceeds the third set voltage in the step n = 19, any battery voltage exceeds the fourth set voltage in the step n = 23. Determine whether or not. The fourth set voltage is a set voltage that protects the battery by determining that the battery is in an abnormal state when any of the battery voltages exceeds this, and cutting off the current. The fourth set voltage is set to 4.35V, for example.
If any battery voltage does not exceed the fourth set voltage in the step of n = 23, it is not determined that the battery is in an abnormal state. However, since any one of the battery voltages exceeds the third set voltage, the process proceeds to step n = 22 and the charging is finished.
If any battery voltage exceeds the fourth battery voltage in the step n = 23, it is determined that the battery is in an abnormal state, and the process proceeds to the step n = 24. In the step of n = 24, the charging switch 5 is turned off and the non-returning element 9 is set in a non-energized state as an abnormal process so that it cannot be returned.

本発明の一実施例にかかる組電池の充電方法に使用する充電回路の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the charging circuit used for the charging method of the assembled battery concerning one Example of this invention. 本発明の一実施例にかかる充電方法で充電される電池の電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage characteristic of the battery charged with the charging method concerning one Example of this invention. パルス充電される電池の電圧特性の一例を示すグラフであって、電池電圧が第2の設定電圧を超える状態を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the voltage characteristic of the battery charged by pulse, Comprising: It is a graph which shows the state in which a battery voltage exceeds a 2nd setting voltage. パルス充電される電池の電圧特性の一例を示すグラフであって、電池電圧が第3の設定電圧を超える状態を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the voltage characteristic of the battery charged by pulse, Comprising: It is a graph which shows the state in which a battery voltage exceeds a 3rd setting voltage. パルス充電される電池の電圧特性の一例を示すグラフであって、サンプリング周期を短くする状態を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the voltage characteristic of the battery charged by pulse, Comprising: It is a graph which shows the state which shortens a sampling period. パルス充電される電池の電圧特性の一例を示すグラフであって、電池電圧が第4の設定電圧を超える状態を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the voltage characteristic of the battery charged by pulse, Comprising: It is a graph which shows the state in which a battery voltage exceeds a 4th setting voltage. 本発明の一実施例にかかる充電方法で組電池を充電するフローチャートである。It is a flowchart which charges an assembled battery with the charging method concerning one Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…組電池
2…電池
3…定電圧・定電流電源
4…制御回路
5…充電スイッチ
6…電圧検出回路
7…制御部
8…タイマ
9…非復帰素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery assembly 2 ... Battery 3 ... Constant voltage / constant current power supply 4 ... Control circuit 5 ... Charge switch 6 ... Voltage detection circuit 7 ... Control part 8 ... Timer 9 ... Non-return element

Claims (8)

複数のリチウムイオン二次電池からなる電池を直列に接続している組電池を、各々の電池電圧を検出しながらパルス充電する充電方法であって、
いずれかの電池電圧が、第2の設定電圧を超えると充電スイッチをオフに切り換えて充電電流を遮断し、第2の設定電圧よりも低く設定している第1の設定電圧を全ての電池電圧が下回ると充電スイッチをオンに切り換えて充電電流を流してパルス充電し、さらに、充電スイッチをオンに切り換えて充電電流を流す状態で、第2の設定電圧よりも高く設定している第3の設定電圧をいずれかの電池の電圧が超えると充電を終了する組電池の充電方法。
A charging method in which a battery pack comprising a plurality of lithium ion secondary batteries connected in series is pulse charged while detecting each battery voltage,
When any battery voltage exceeds the second set voltage, the charging switch is turned off to cut off the charging current, and the first set voltage set lower than the second set voltage is set to all battery voltages. If the charging voltage is lower than the second setting voltage, the charging switch is turned on and the charging current is supplied for pulse charging, and the charging switch is turned on and the charging current is supplied. A method for charging an assembled battery, wherein charging is terminated when a voltage of any battery exceeds a set voltage.
いずれかの電池電圧が第5の設定電圧に上昇するまでは、組電池を定電圧・定電流充電し、いずれかの電池電圧が第5の設定電圧を超えた後、パルス充電に切り換えて充電する請求項1に記載される組電池の充電方法。   Until one of the battery voltages rises to the fifth set voltage, the battery pack is charged at a constant voltage / constant current, and after one of the battery voltages exceeds the fifth set voltage, the charge is switched to pulse charging. The method for charging an assembled battery according to claim 1. 充電スイッチをオンとして、組電池をパルス充電する状態において、所定の時間にわたって全ての電池電圧が第2の設定電圧を超えない状態では、あらかじめ設定している強制オフ時間(t1)を経過すると充電スイッチをオフに切り換える請求項1に記載される組電池の充電方法。   In a state where the charging switch is turned on and the assembled battery is pulse-charged, if all the battery voltages do not exceed the second set voltage for a predetermined time, the charging is performed when a preset forced off time (t1) elapses. The method for charging an assembled battery according to claim 1, wherein the switch is turned off. 強制オフ時間(t1)を30秒以上で3分以下としている請求項3に記載される組電池の充電方法。   The method for charging an assembled battery according to claim 3, wherein the forced off time (t1) is 30 seconds or longer and 3 minutes or shorter. 充電スイッチをオンとして、組電池をパルス充電する状態において、充電スイッチを一定の時間はオフに切り換えない非オフ時間(t3)を設けており、この非オフ時間(t3)を前記強制オフ時間(t1)よりも短く設定している請求項3に記載される組電池の充電方法。   In a state in which the charge switch is turned on and the assembled battery is pulse-charged, a non-off time (t3) in which the charge switch is not turned off for a certain period of time is provided, and this non-off time (t3) The method for charging an assembled battery according to claim 3, wherein the charging method is set shorter than t1). 所定のサンプリング周期(t2)で各々の電池電圧を検出すると共に、前記非オフ時間(t3)をサンプリング周期(t2)以上に設定している請求項5に記載される組電池の充電方法。   The battery charging method according to claim 5, wherein each battery voltage is detected at a predetermined sampling period (t2), and the non-off time (t3) is set to be equal to or longer than the sampling period (t2). 充電スイッチをオンに切り換えて充電電流を流す状態で、所定のサンプリング周期(t2)で各々の電池電圧を単数回または複数回にわたって検出し、非オフ時間(t3)の経過後に、いずれかの電池電圧が第3の設定電圧を超えると充電スイッチをオフに切り換えて充電を終了し、あるいは、非オフ時間(t3)において、いずれかの電池電圧があらかじめ設定している設定回数第3の設定電圧を超えると充電スイッチをオフに切り換えて充電を終了する請求項5に記載される組電池の充電方法。   Each battery voltage is detected one or more times at a predetermined sampling period (t2) in a state in which the charging switch is turned on and a charging current flows, and any battery is detected after the non-off time (t3) has elapsed. When the voltage exceeds the third set voltage, the charging switch is turned off to end the charge, or in the non-off time (t3), any battery voltage is set a preset number of times the third set voltage 6. The method for charging an assembled battery according to claim 5, wherein the charging is terminated by switching the charging switch to OFF when exceeding. 前記第3の設定電圧よりも高く設定している第4の設定電圧をいずれかの電池電圧が超えると、非復帰素子を非通電状態として、復帰不可能な状態とする請求項1に記載される組電池の充電方法。   2. The device according to claim 1, wherein when any battery voltage exceeds a fourth set voltage set higher than the third set voltage, the non-return element is set in a non-energized state to be in a non-recoverable state. How to charge the assembled battery.
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