JP2009077499A - Charging method of battery pack - Google Patents
Charging method of battery pack Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009077499A JP2009077499A JP2007242823A JP2007242823A JP2009077499A JP 2009077499 A JP2009077499 A JP 2009077499A JP 2007242823 A JP2007242823 A JP 2007242823A JP 2007242823 A JP2007242823 A JP 2007242823A JP 2009077499 A JP2009077499 A JP 2009077499A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charging
- voltage
- battery
- time
- switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[Step of n = 1]
The assembled
[Step of n = 2]
In a state where the assembled
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
[Step n = 5]
It is determined whether any one of the battery voltages detected by the
[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
[Steps n = 8, 9]
After the charging
[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
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
[Steps n = 14-16]
If the forced off time (t1) has elapsed in step n = 13, the charging
[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
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
[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
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
[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
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
Claims (8)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007242823A JP4925984B2 (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | How to charge the battery pack |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007242823A JP4925984B2 (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | How to charge the battery pack |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009077499A true JP2009077499A (en) | 2009-04-09 |
JP4925984B2 JP4925984B2 (en) | 2012-05-09 |
Family
ID=40611948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007242823A Expired - Fee Related JP4925984B2 (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | How to charge the battery pack |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4925984B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012005172A (en) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Toyota Industries Corp | Charge control system for charging car |
JP2012019681A (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-26 | Samsung Sdi Co Ltd | Battery pack having boosting charge function and method thereof |
KR20160024589A (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery charging method and battery pack using the method |
KR101776517B1 (en) * | 2016-07-22 | 2017-09-08 | 현대자동차주식회사 | Method and system for charging battery |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04123771A (en) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Charging method |
JP2000092737A (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Toshiba Battery Co Ltd | Device for charging secondary battery |
JP2002233069A (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Charging method and combination battery |
-
2007
- 2007-09-19 JP JP2007242823A patent/JP4925984B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04123771A (en) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Charging method |
JP2000092737A (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Toshiba Battery Co Ltd | Device for charging secondary battery |
JP2002233069A (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Charging method and combination battery |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012005172A (en) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Toyota Industries Corp | Charge control system for charging car |
JP2012019681A (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-26 | Samsung Sdi Co Ltd | Battery pack having boosting charge function and method thereof |
US8698458B2 (en) | 2010-07-08 | 2014-04-15 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack having boosting charge function and method thereof |
KR20160024589A (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery charging method and battery pack using the method |
KR102273766B1 (en) | 2014-08-26 | 2021-07-06 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery charging method and battery pack using the method |
KR101776517B1 (en) * | 2016-07-22 | 2017-09-08 | 현대자동차주식회사 | Method and system for charging battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4925984B2 (en) | 2012-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5322395B2 (en) | How to charge the battery pack | |
US7816889B2 (en) | Method of charging rechargeable battery and protection circuit for rechargeable battery | |
US5576608A (en) | Method for charging secondary battery and charger used therefor | |
US20160149430A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CHARGING RECHARGEABLE CELLS (As Amended) | |
JP2004226185A (en) | Overcurrent detection circuit and its delay circuit | |
JP2013096752A (en) | Abnormality determination method for battery pack and battery pack | |
JP2005176520A (en) | Charging method for battery | |
JP5036341B2 (en) | Pack battery | |
JP2011176941A (en) | Secondary battery charging method, secondary battery charge controlling device, and battery pack | |
JP2007215310A (en) | Battery pack control method | |
JPH104635A (en) | Battery device | |
JP2007325324A (en) | Charging system, battery pack and its charging method | |
JP4925984B2 (en) | How to charge the battery pack | |
JP2008005693A (en) | Battery device | |
JP3190597B2 (en) | Charge / discharge control circuit and rechargeable power supply | |
JP5064776B2 (en) | Pack battery | |
JP3989107B2 (en) | How to balance the charge of secondary batteries | |
JP2004127532A (en) | Battery pack | |
JP2007110877A (en) | Battery pack and its charger, and charging method | |
JP2016103937A (en) | Battery pack | |
JP4626369B2 (en) | Battery unit | |
JP2005080347A (en) | Overcharge protection circuit of battery, packed battery and method of protecting overcharge of battery | |
KR101032866B1 (en) | protecting circuit for lithium thionyl chloride battery | |
JP2002204534A (en) | Protective device for secondary cell | |
KR102134570B1 (en) | Apparatus for preventing over discharge in non-rechargeble lithium batteries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100830 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120110 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120207 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |