JP3268866B2 - 二次電池の充電方法 - Google Patents

二次電池の充電方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池の充電方法に
関し、特に、非水系二次電池を定電圧充電する場合に好
適である。
【0002】
【従来の技術】ビデオカメラやパーソナルコンピュータ
の電源として、二次電池が注目されており、その中でも
リチウムイオン二次電池は、小型化、高容量化が可能で
あるため、脚光を浴びている。
【0003】ところで、前述のようなリチウムイオン二
次電池にあっては、高温度雰囲気中で長時間にわたって
充電されたり、あるいは、高電圧状態で高温雰囲気中に
放置されると、電解液や活物質の劣化により、その後の
サイクル特性(即ち、寿命)が低下してしまう。
【0004】そこで、特開平4−137371号公報に
おいては、充電後に高電圧状態で高温雰囲気中に放置さ
れると、二次電池を自動的に放電して低電圧状態とする
ことにより、二次電池の劣化を防止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術は、充電終了後の二次電池の劣化対策を行っているに
留まり、二次電池の劣化を防止するための充電方法を開
示するものではない。
【0006】そこで、本発明は、高温雰囲気中で充電さ
れても、二次電池が劣化することがないようにすること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、二次電池を定
電圧充電し、充電電流が所定値まで低下すると充電を終
了する充電方法において、充電中の二次電池の充電電流
減少度合と周囲温度との対照表を用いて周囲温度を求
め、当該周囲温度が高いほど前記所定値を大きく設定す
る。
【0008】更に、本発明は、二次電池を定電圧充電
し、充電時間が所定時間に達すると充電を終了する充電
方法において、充電中の二次電池の充電電流の減少度合
と周囲温度との対照表を用いて周囲温度を求め、当該
囲温度が高いほど前記所定時間を短く設定する。
【0009】
【作用】本発明においては、充電中の二次電池の周囲温
度を検出する。そして、検出温度が高い程、充電終了の
ための充電電流の設定値を大きく、または充電時間を短
くする。従って、二次電池は、高温雰囲気中では低電圧
に充電され、逆に低温雰囲気中では高電圧に充電され
る。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の充電方法を用いて、リチウ
ムイオン二次電池からなる二次電池Bを定電流、定電圧
充電するための充電回路を示すブロック回路図である。
この充電回路は、電源回路1と、電源回路1の出力を制
御して二次電池Bの充電状態を制御する充電制御回路2
とからなる。
【0011】電源回路1は、AC100Vの商用交流電
源に含まれる雑音を除去する入力フィルタ3と、入力さ
れた交流を直流に変換する整流回路4と、整流回路4の
直流を高周波の交流に変換するスイッチング部5と、高
周波の交流を所定の電圧に変換する変換トランス6と、
変換トランス6の交流出力を整流して平滑な直流に変換
する整流平滑回路7と、スイッチング部5を制御して直
流出力を制御するPWM制御回路8と、充電制御回路2
からの制御信号をPWM制御回路8に入力するフォトカ
プラ9とを備えている。
【0012】充電制御回路2は、電源回路1の出力を調
整して二次電池Bの充電電圧及び充電電流を制御する定
電圧充電回路10及び定電流充電回路11と、演算回路
12と、電流検出回路13と、充電時間を制御するタイ
マー回路14と、電源回路1と二次電池Bとの間に設け
られた充電制御スイッチ15とを備えている。
【0013】定電圧充電回路10を構成する差動アンプ
10Aは、+側入力端子を、分圧抵抗を介して二次電池
Bに接続し、−側入力端子を、演算回路12よりのデジ
タル信号をアナログ信号に変換し、それを基準電圧とし
て出力するD/A変換器10Bに接続している。
【0014】差動アンプ10Aは、+側入力端子の電
圧、即ち、二次電池Bの分圧電圧と、−側入力端子のD
/A変換器10Bが発生する基準電圧とを比較する。分
圧電圧(即ち、電池電圧)が基準電圧よりも高くなる
と、差動アンプ10Aの出力は+となり、フォトカプラ
9の発光ダイオードを逆バイアスする。よって、発光ダ
イオードは発光しなくなり、PWM制御回路8は、スイ
ッチング部5のスイッチング素子を制御して出力を低下
させる。
【0015】斯る動作を行うことにより、定電圧充電回
路10は、演算回路12から出力され、D/A変換器1
0Bにて出力される基準電圧に応じた電圧でもって、二
次電池Bを定電圧充電する。
【0016】一方、定電流充電回路11を構成する差動
アンプ11Aは、+側入力端子を、二次電池Bに直列接
続された電流検出抵抗Rに接続し、−側入力端子を基準
電源11Bに接続している。
【0017】差動アンプ11Aは、+側入力端子の電
圧、即ち、二次電池Bに流れる電流値に基づいて電流検
出抵抗Rに発生する電圧と、−側入力端子の基準電源1
1Bの電圧とを比較する。電流検出抵抗Rに発生する電
圧が基準電源電圧よりも高くなる(言い換えれば、二次
電池Bを流れる電流値が所定値より大きくなる)と、差
動アンプ11Aの出力は+となって、フォトカプラ9の
発光ダイオードを逆バイアスし、発光ダイオードは発光
しなくなる。この状態となると、PWM制御回路8は、
スイッチング部5のスイッチング素子を制御し、出力を
低下させる。即ち、定電流充電回路11は、二次電池B
の充電電流が一定となるように制御して充電を行う。
【0018】演算回路12は、マイコンからなる。演算
回路12は、A/D変換器からなる電流検出回路13の
出力を演算して、二次電池Bの満充電を検出し、充電制
御スイッチ15の開閉動作を制御する。
【0019】更に、演算回路12は、斯る周囲温度検出
のために、図4に基づいたテーブルを記憶している。即
ち、図4は、種々の温度雰囲気中における二次電池Bの
充電電流特性であり、実線、一点鎖線、破線の順に高
温、中温、低温を示している。同図から明らかなよう
に、二次電池Bの充電電流は、周囲温度が高いほど急速
に減少する特性を備えており、演算回路12は、斯る特
性をテーブルの形(即ち、充電電流の減少度合と周囲温
度との対照表)で記憶している。
【0020】そして、演算回路12は、電流検出回路1
3の出力演算を下に前記テーブルを参照して、充電中の
二次電池Bの周囲温度を検出し、斯る検出結果に基づい
て、前記満充電の検出動作、D/A変換器10Bへの出
力(即ち、差動アンプ10Aの基準電圧)及びタイマー
回路14の動作を制御する。
【0021】図2は、本実施例回路における充電の全体
動作を示しており、まず、ステップS1において、定電
流充電回路11の制御の下に、定電流充電が行われる。
【0022】ステップS2において、二次電池Bの電池
電圧VBが、所定値V0に到達したか否かが判断され、到
達したと判断されると、次のステップS3に進む。な
お、所定値V0は、例えば、リチウムイオン二次電池か
なる二次電池Bでは、4.0V/セルである。
【0023】ステップS3において、定電流充電が終了
し、定電圧充電回路10の制御の下に、所定電圧V1で
の定電圧充電が行われる。
【0024】ステップS4において、二次電池Bの電池
電流が所定値I0にまで低下したか否かが判断され、低
下したと判断されると、ステップS5において、充電制
御スイッチ15が開かれ、充電が終了する。一方、低下
したと判断されない場合、ステップS6において、充電
開始からの充電時間をカウントするタイマー回路14の
出力に基づいて、所定時間T0が経過したか否かが判断
され、所定時間経過した場合、ステップS5において充
電が終了する。そうでない場合、ステップS3における
定電圧充電が継続される。
【0025】以上の充電動作において、所定電圧V1、
所定値I0及び所定時間T0の条件は、充電中の二次電池
Bの周囲温度に基づいて適宜に設定される。図3は斯る
設定動作を示すフローチャートである。
【0026】まず、ステップS11において、ある時間
Taが経過したかどうかが判断され、時間Taが経過す
ると、ステップS12に進む。この時間Taは、充電開
始時の不安定状態における誤動作を防止するための時間
であり、3〜10分程度とすればよい。
【0027】ステップS12において、充電電流Ibが
検出され、続いて、ステップS13において、検出され
た充電電流IbがA<Ib<Bを満足する値であるか否
かが判断される。ここで、値A及びBは、図4に示すよ
うに、充電動作が定電流充電から定電圧充電に移行した
直後の電流を測定するべく設定されている。
【0028】ステップS13において、充電電流Ib
が、A<Ib<Bであると判断されると、ステップS1
4において、その充電電流Ibが、第1の電流値I1と
して記憶保持される。そして、ステップS15及びステ
ップS16において、第1の電流値I1検出から時間T
b(この時間は、数分程度に設定される)経過後の第2
の電流値I2が検出され、記憶保持される。
【0029】ステップS17において、第1の電流値と
第2の電流値との差(I1−I2)、即ち、充電電流の減
少度合が算出され、続いて、ステップS18において、
充電電流の減少度合を下に前述の参照テーブルを参照し
て、充電中の二次電池Bの周囲温度が求められる。
【0030】ステップS19において、周囲温度の算出
が3回行われたか否かが判断され、3回行われるまで、
ステップS12〜S19のループを回る。
【0031】斯る算出が3回行われると、ステップS2
0において、演算回路12は、充電中の二次電池Bの周
囲温度に基づいて、適宜の充電条件を設定する。即ち、
演算回路12は、周囲温度が高い程、D/A変換器10
Bへの出力値が小さくなるように制御する。これによ
り、定電圧充電回路10は、定電圧充電時の定電圧値V
1が低くなるように制御する。
【0032】また、演算回路12は、図5に示すよう
に、周囲温度が高い程、二次電池Bの満充電検出のため
の充電電流の所定値I0を大きな値(I1>I2>I3)と
する。
【0033】更に、演算回路12は、図6に示すよう
に、周囲温度が高い程、二次電池Bの充電を強制的に終
了するための所定時間T0を短い値(T1<T2)とす
る。この場合、高温状態で長時間にわたり、二次電池B
が充電されることはなく、二次電池Bの劣化が抑制され
る。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、二次電池の充電条件
を、二次電池の周囲温度に応じて適宜に設定するので、
二次電池を高温雰囲気中で高電圧まで充電したり、直時
間にわたって充電することがなくなる。従って、周囲温
度に応じて最適な充電を行うことができ、二次電池の劣
化を防止することができる。
【0035】更に、本発明によれば、二次電池の充電中
の周囲温度は、二次電池の充電電流の変化度合いを検出
することにより測定しているので、特別な温度検出器を
設ける必要がなく、構造の簡略化、コストの低減化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック回路図であ
る。
【図2】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図3】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図4】充電電流の特性を示す特性図である。
【図5】本発明の動作を説明するための特性図である。
【図6】本発明の動作を説明するための特性図である。
【符号の説明】
1 電源回路 2 充電制御回路 10 定電圧充電回路 11 定電流充電回路 12 演算回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−50720(JP,A) 特開 昭56−74930(JP,A) 特開 平1−156477(JP,A) 特開 平4−35635(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/10 H02J 7/34 - 7/35

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次電池を定電圧充電し、充電電流が所
    定値まで低下すると充電を終了する充電方法において、
    充電中の二次電池の充電電流の減少度合と周囲温度との
    対照表を用いて周囲温度を求め、当該周囲温度が高いほ
    ど前記所定値を大きく設定することを特徴とする二次電
    池の充電方法。
  2. 【請求項2】 二次電池を定電圧充電し、充電時間が所
    定時間に達すると充電を終了する充電方法において、充
    電中の二次電池の充電電流の減少度合と周囲温度との対
    照表を用いて周囲温度を求め、当該周囲温度が高いほど
    前記所定時間を短く設定することを特徴とする二次電池
    の充電方法。
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