JP3291405B2 - 電池の充電方法 - Google Patents
電池の充電方法Info
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Description
ン二次電池等の非水系二次電池の充電に最適である電池
の充電方法に関する。
電池は、最初に定電流充電して電池電圧を設定電圧まで
上昇させる。その後、定電圧充電して満充電している。
最後に定電圧充電して満充電するのは、電池電圧がある
電圧よりも高くなると、電池性能が著しく低下すること
が理由である。この充電方法は、電池の満充電に時間が
かかる欠点がある。それは、電池を定電圧充電して満充
電すると、満充電に近付くにしたがって、充電電流が次
第に少なくなってしまうからである。さらに、電池電圧
を高い精度で制御して充電する定電圧充電は、充電回路
が高価になる欠点がある。それは、充電回路の出力電圧
を極めて高精度に制御するために、誤差の少ない電子パ
ーツを必要とするからである。
る充電電流を次第に減少して電池を満充電する方法が開
発されている(特開昭61−26438号公報)。この
公報に記載される充電方法は、図1に示すように、最初
に大電流で定電流充電する。定電流充電するときに、電
池電圧が、電流切換電圧まで上昇すると、次第に定電流
充電の充電電流を減少させる。
池の充電電圧が電流切換電圧に上昇する毎に充電電流を
少なくする定電流の充電方法は、定電流充電した後に定
電圧充電する従来の方法に比較して、短時間で満充電で
きる特長がある。定電流充電は、定電圧充電のように電
池が満充電に近付いても充電電流が減少しないので、時
間当りの充電容量を大きくできるからである。さらに、
定電流充電回路は、定電圧充電回路のように高精度に出
力電圧を制御する必要がないので、充電回路を安価に設
計できる特長もある。
池が満充電に近付いたときに電池に悪影響を与えて電池
性能を低下させる欠点がある。それは、充電される電池
に印加される実質的な充電電圧が、充電電流を減少させ
るにしたがって高くなるからである。電池の充電電圧
は、充電回路の出力電圧から回路インピーダンスの電圧
ロスを引いた電圧になる。回路インピーダンスの電圧ロ
スは、充電電流が少なくなると小さくなる。このため、
電流切換電圧を同じに設定しても、充電電流が小さくな
ると、電池の充電電圧が次第に高くなってしまう弊害が
ある。とくに、困ったことに、図1に示す充電方法は、
電池の充電電圧が電流切換電圧に上昇する毎に、定電流
充電の充電電流を減少させるので、電池が満充電に近付
くにしたがって、電池の充電電圧も高くなってしまう。
池は、満充電に近い状態で過電圧になると、電池性能が
著しく低下する特性がある。この弊害を防止するために
は、電流切換電圧を低く設定する必要がある。しかしな
がら、電流切換電圧を低く設定すると、充電電流が少な
くなって、充電時間が長くなり、短時間で急速充電でき
る定電流充電の特長がなくなってしまう。したがって、
図1に示す充電方法は、電池性能が低下することを有効
に防止して、しかも短時間で急速充電するのが難しい欠
点がある。
を目的に開発されたものである。本発明の重要な目的
は、電池性能の低下を有効に防止して、しかも短時間で
急速充電できる電池の充電方法を提供することにある。
は、前述の目的を達成するために下記の構成を備える。
本発明の請求項1に記載される電池の充電方法は、電池
を定電流充電し、電池の充電電圧があらかじめ設定され
ている電流切換電圧に上昇すると充電電流を減少して定
電流充電し、さらに、電池の満充電電圧を検出して電池
の充電を終了する充電方法を改良したものである。
切り換える電流切換電圧と、電池の満充電を検出する満
充電電圧とを異なる電圧値に設定する。つまり、満充電
電圧を電流切換電圧よりも低く設定する。この方法は、
電池を定電流充電しながら検出した電池電圧を電流切換
電圧に比較して定電流充電する電流値を変更する。電池
の満充電は、電流切換電圧では検出しない。定電流充電
する途中で電池の充電を所定の周期で一時的に中断して
充電を中断するときに電池の開放電圧を検出し、この開
放電圧を満充電電圧に比較して、開放電圧が満充電電圧
まで上昇すると満充電と判断して定電流充電を終了させ
る。
の充電方法は、電池電圧が一時的に高くなっても、充電
されるパック電池に内蔵される過充電保護回路が動作し
ないように、定電流充電するときに、電池の充電電流を
短周期でパルス状に0とするパルス充電とする。パルス
充電において、充電電流を0にする周期は、例えば1〜
100msecに設定される。
る電池の充電方法は、電池を定電流充電し、電池の充電
電圧があらかじめ設定されている電流切換電圧に上昇す
ると充電電流を減少してさらに定電流充電する充電方法
を改良したものである。この充電方法は、電池が満充電
に近付くにしたがって、定電流充電の充電電流を減少さ
せる電流切換電圧の設定電圧を低く設定することを特徴
としている。
示すように、定電流充電の充電電流を切り換える電流切
換電圧と、電池の満充電を検出する満充電電圧とを異な
る電圧値に設定している。電池を定電流充電して充電電
圧が電流切換電圧まで上昇すると、充電電流を次第に減
少させる。電池の満充電を検出するために、定電流充電
を一定の周期で一時的に中断して、電池の開放電圧を検
出する。開放電圧を満充電電圧に比較し、電池の開放電
圧が満充電電圧になると満充電になったとして定電流充
電を終了する。開放電圧は、定電流充電を中断して検出
するので、定電流充電の充電電流に影響を受けない。
充電電流に関係なく、正確に電池の満充電を検出でき
る。したがって、電池性能の低下を防止するために、電
流切換電圧を低くする必要がなく、電池性能の低下を防
止して、短時間で急速充電できる。
池の充電方法は、定電流充電するときに、電池の充電電
流を短周期でパルス状に0とするパルス充電とする。こ
のため、パック電池に内蔵される過充電保護回路を作動
させることなく、電池を短時間に満充電できる。
の充電方法は、電池が満充電に近付くにしたがって、電
流切換電圧の設定電圧を低く変更するので、電池が満充
電に近付いても、過電圧になって電池性能が低下するの
を防止できる。とくに、電流切換電圧を低下させる割合
を、回路のインピーダンスによる電圧ロスを考慮して設
計すると、電池の充電電圧を同じにして異なる充電電流
として定電流充電できる特長がある。
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充電方法を例示するものであって、
本発明は電池の充電方法を下記のものに特定しない。以
下、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池の充
電に付いて詳述する。
回路を示す。この充電回路は、充電用電源1と、充電用
電源1と充電される電池との間に接続されている充電制
御スイッチSW1と、電池電圧を検出する検出回路2
と、検出回路2の検出電圧を演算して充電用電源1と充
電制御スイッチSW1を制御するマイクロコンピュータ
3とを備える。
電圧に変換して直流に変換する電源回路と、この電源回
路の出力電流を制御して、電池を定電流充電する定電流
充電回路を内蔵している。定電流充電回路はマイクロコ
ンピュータ3に制御されて、電池を定電流充電する充電
電流を制御する。
るときにオン、充電しないときにオフに切り換えられ
る。充電制御スイッチSW1は、マイクロコンピュータ
3に制御される。充電制御スイッチSW1は、トランジ
スタやFET等の半導体スイッチング素子が最適である
が、リレー等も使用できる。
2から入力される電圧信号を演算処理して、充電制御ス
イッチSW1と、充電用電源1を制御する。マイクロコ
ンピュータ3は、電池を充電するときに充電制御スイッ
チSW1をオンとし、電池が満充電されて充電を完了す
ると充電制御スイッチSW1をオフにする。また、マイ
クロコンピュータ3は、電圧検出回路2から入力される
電圧信号を演算し、電池電圧が電流切換電圧になる毎
に、定電流充電の充電電流を小さくするように充電用電
源1を制御する。さらに、マイクロコンピュータ3は、
充電する電池の開放電圧を検出するために、定電流充電
を一定の周期で中断させるタイマー(図示せず)を内蔵
している。さらに、マイクロコンピュータ3は、定電流
充電するときに、電池の充電電流を短周期でパルス状に
0とするタイマー(図示せず)も内蔵している。
流特性でもって、図4のフローチャートで下記のように
して電池を充電する。 [S1のステップ]マイクロコンピュータ3が充電用電
源1を制御し、電池を定電流充電する充電電流をI1に
設定する。I1は、例えば1.2Aに設定する。 [S2のステップ]マイクロコンピュータ3が充電制御
スイッチSW1を制御して、充電制御スイッチSW1をオ
ンに切り換える。この状態で、充電用電源1は電池に接
続されて電池の定電流充電が開始される。
後、一定の周期で充電を中断して電池の開放電圧を検出
するために、タイマーがTa経過したかどうかを判定す
る。タイマーの設定時間Taは、充電を中断して電池の
開放電圧を検出する周期であって、たとえば10秒〜3
分、好ましくは15秒〜2分、さらに好ましくは20〜
60秒に設定される。 [S4のステップ]タイマーの設定時間Taが経過して
いないとき、いいかえると、定電流充電を開始してタイ
マーの設定時間Ta経過するまでは、電池の充電電圧を
検出して、検出した充電電圧を電流切換電圧V1に比較
する。電池の充電電圧が電流切換電圧V1まで上昇しな
いときは、S2のステップにループする。電池の電流切
換電圧は、リチウムイオン二次電池の場合、例えば4.
5V/セルに設定される。
切換電圧V1まで上昇すると、マイクロコンピュータ3
が充電用電源1を制御して、充電電流を切り換える。充
電電流がI1のときはI2に、I2のときはI3に切り換え
る。I2は例えば0.6Aに、I3は0.3Aに設定され
る。S2〜S5のステップをループして電池は定電流充
電される。これ等のステップで定電流充電される電池
は、電池の充電電圧が電流切換電圧V1に上昇する毎
に、充電電流がI1→I2→I3と次第に減少される
の設定時間であるTa経過すると、マイクロコンピュー
タ3は充電制御スイッチSW1を制御して、これを一時
的にオフに切り換える。電池の開放電圧を検出するため
である。
3は、内蔵するタイマーがTb経過したかどうかを判定
し、Tb経過するまで、このステップをループする。タ
イマーTbの設定時間は、開放電圧を検出するために電
池の充電を中断する時間であって、例えば1〜5秒に設
定される。
ュータ3は電池の開放電圧を検出し、検出した開放電圧
をメモリに記憶する満充電電圧V2に比較する。満充電
電圧V2は、例えばリチウムイオン二次電池の場合に、
4.1V/セルに設定する。電池の開放電圧が満充電電
圧V2まで上昇すると、満充電されたと判定して、充電
を終了する。電池の開放電圧が満充電電圧V2まで上昇
していないとき、S2のステップにジャンプして定電流
充電を継続する。
大図に示すように、電池の充電電流を短周期でパルス状
に0とするパルス充電とすることもできる。この充電方
法のフローチャートを図5に示す。この図のフローチャ
ートは、図4のフローチャートにおいて、S2のステッ
プをパルス充電とする以外は図4のフローチャートと同
じようにして電池を充電する。パルス充電は図2の拡大
図に示すように、一定の短い周期で、パルス状に充電電
流を0とする。
に0とする周期は、パック電池に内蔵される過充電保護
回路が作動する周期よりも短く、例えば、1〜300m
secに、好ましくは10〜100msecに設定され
る。
電池を充電するときに、電池電圧が設定電圧よりも高く
なると、過充電保護回路が動作して、電池の充電を強制
的に停止する。本発明の充電方法において、定電流充電
する充電電流を切り換える電圧である電流切換電圧を、
パック電池の過充電保護回路が動作する電圧よりも高く
設定すると、電池電圧が電流切換電圧に上昇する前に過
充電保護回路が動作して、電池が充電できなくなる。こ
のことを防止するために、図2の拡大図に示すように、
定電流充電をパルス充電として、短周期でパルス状に充
電電流を0とする。パック電池の過充電保護回路は、電
池電圧が一定時間以上に設定電圧よりも高くならないと
動作しないように設計される。このため、パルス充電に
おいて、充電電流を0とする短周期を、過充電保護回路
が動作するよりも短い時間に設定すると、過充電保護回
路が動作するのを阻止できる。
池を充電すると、電池が過充電されて性能が低下するこ
とが心配される。しかしながら、本発明の充電方法は、
独得の方法でこの問題を解消する。つまり、本発明の充
電方法は、従来の充電方法のように、満充電に近付いた
電池を定電圧充電するのではなく、所定の電圧になるま
で定電流充電するので、電池電圧が高くなっても、それ
は一時的に高くなるにすぎず、このことによって、電池
性能の低下を防止する。
電圧、電流特性で電池を充電することもできる。この充
電方法のフローチャートを図7に示す。図6に示す電
圧、電流特性は、電池が満充電に近付くにしたがって、
定電流充電する充電電流を少なくすると共に、充電電流
を切り換える電流切換電圧も次第に低く設定する。電流
切換電圧は、好ましくは、定電流充電する充電電流に起
因する回路インピーダンスの電圧ロスを考慮して決定す
る。
圧は、電池が満充電に近付くに従って、順番に下記の電
圧に設定する。 V1=8.44V(1.2A→0.6A) V2=8.32V(0.6A→0.3A) V3=8.26V(0.3A→0A) 回路インピーダンス……0.2Ω、 定電流充電する充電電流I1、I2、I3を順番に、 I1=1.2A I2=0.6A I3=0.3A 充電するパック電池は直列に接続された2個のリチ
ウムイオン二次電池を内蔵
と、2個の電池に実質的に作用する電圧、いいかえる
と、電流切換電圧から回路インピーダンスに起因する電
圧降下を引いた電圧値を正確に8.20Vに設定でき
る。以上のパック電池は、2個のリチウムイオン二次電
池を内蔵するので、電池1個に換算すると、図6に示す
ように、電流切換電圧V1、V2、V3は、順番に下記の
電圧値となる。 V1=4.22V/セル(1.2A→0.6A) V2=4.16V/セル(0.6A→0.3A) V3=4.13V/セル(0.3A→0A)
充電されるパック電池の電池電圧が三番目の電流切換電
圧V3まで上昇すると、電池が満充電されたと判断し
て、充電を終了している。ただし、電池の満充電検出
は、図4と図5に示すフローチャートで示す方法と同じ
ようにすることもできる。すなわち、電池の充電を一定
の周期で一時的に停止して電池の開放電圧を検出し、開
放電圧が満充電電圧になったときに満充電されたとし充
電を終了することもできる。
パック電池を充電する方法も、電流切換電圧をパック電
池に内蔵される過充電保護回路が動作する電圧よりも高
く設定して充電するときは、図2の拡大図に示すよう
に、定電流充電をパルス充電として、過充電保護回路が
動作しないようにすることもできる。
電するフローチャートである。このフローチャートは図
3の充電回路を使用して、下記のステップで電池を満充
電する。 [S1のステップ]マイクロコンピュータ3が、充電用
電源1を制御して、電池を定電流充電する充電電流をI
1に設定する。I1は、例えば1.2Aである。さらに、
マイクロコンピュータ3は、充電用電源1を制御して、
定電流充電の電流電流を切り換える電流切換電圧V1
を、たとえば4.22Vに設定する。 [S2のステップ]マイクロコンピュータ3が充電制御
スイッチSW1を制御して、充電制御スイッチSW1をオ
ン状態に切り換える。この状態で、充電用電源1が電池
に接続されて電池の定電流充電が開始される。
3が、定電流充電している電池の充電電圧を検出する。
検出した充電電圧は、電流切換電圧V1に比較される。
充電電圧が電流切換電圧V1になるまでは、このステッ
プをループする。 [S4のステップ]電池の充電電圧がV1まで上昇する
と、マイクロコンピュータ3は、充電用電源1を制御し
て、電池を定電流充電する充電電流をI1からI2に変更
する。I2は、例えば0.6Aである。さらに、マイク
ロコンピュータ3は、充電用電源1を制御して定電流充
電の電流電流を切り換える電流切換電圧V2を、たとえ
ば4.16Vに変更する。
3が、定電流充電している電池の充電電圧を検出する。
検出した充電電圧は、電流切換電圧V2に比較される。
充電電圧が電流切換電圧V2になるまでは、このステッ
プをループする。 [S6のステップ]電池の充電電圧がV2まで上昇する
と、マイクロコンピュータ3は、充電用電源1を制御し
て、電池を定電流充電する充電電流をI2からI3に変更
する。I3は、例えば0.3Aである。さらに、マイク
ロコンピュータ3は、充電用電源1を制御して定電流充
電の電流電流を切り換える電流切換電圧V3を、たとえ
ば4.13Vに変更する。
3が、定電流充電している電池の充電電圧を検出する。
検出した充電電圧は、電流切換電圧V3に比較される。
充電電圧が電流切換電圧V3になるまでは、このステッ
プをループする。 [S8、S9のステップ]電池の充電電圧が電流切換電
圧V3まで上昇すると、マイクロコンピュータ3は充電
制御スイッチSW1をオフにして、電池の充電を終了す
る。
低下を有効に防止して、短時間で急速充電できる優れた
特長がある。とくに、電池電圧の上昇によって性能が著
しく低下する物性を有するリチウムイオン二次電池等の
非水系二次電池を、急速充電して電池性能の低下を有効
に防止できる極めて優れた特長がある。それは、本発明
の充電方法が、電池の充電電圧を電流切換電圧に比較し
ながら定電流充電し、電池電圧が電流切換電圧に上昇す
ると次第に充電電流を少なく変更することに加えて、定
電流充電する充電を一時的に中断して開放電圧を検出し
てこれを電流切換電圧よりも低く設定されている満充電
電圧に比較して電池の満充電を検出し、あるいは、電池
が満充電に近付くにしたがって電流切換電圧を低く設定
して過電圧に起因する電池性能の低下を防止しているか
らである。
この開放電圧を満充電電圧に比較する方法は、電池の満
充電を検出する満充電電圧と、定電流充電の充電電流を
切り換える電流切換電圧とを異なる電圧値に設定でき
る。このため、満充電電圧は、電池が満充電されたこと
を正確に検出できる電圧に設定し、電流切換電圧は、電
池性能を低下させることなく、電池を短時間で急速充電
できる電圧値に設定することができる。
て電流切換電圧を低く設定する方法は、電池電圧が高く
なって電池性能が低下しやすい満充電に近付くにしたが
って、電流切換電圧を低く設定できるので、電池が過電
圧に上昇して電池性能が低下するのを有効に防止して、
急速充電できる特長がある。とくに、電池を定電流充電
する充電電流を次第に低く制御する本発明の充電方法
は、充電電流を少なくすると回路インピーダンスに起因
する電圧降下が小さくなって、実際に電池に印加される
電圧が高くなることがあるが、電池が満充電に近付くに
したがって、電流切換電圧を低く変更する本発明の充電
方法は、このような弊害を極めて有効に防止して、電池
性能の低下を確実に阻止できる極めて優れた特長があ
る。
圧電源を必要とせず、安価な充電回路でもって、電池を
急速充電できる特長も実現できる。それは、電池電圧を
検出しながら、定電流充電して電池を満充電するからで
ある。電池を定電流充電する回路は、出力電圧を高精度
に制御して定電圧充電する充電回路のように、極めて高
い精度の電子パーツを必要としない。定電流充電回路
は、電池を充電する電流に多少の誤差があっても、電池
性能を著しく低下させることはない。これに対して、電
池を定電圧充電する回路は、出力電圧に少しでも誤差が
あると電池性能を著しく低下させる欠点がある。
電流特性を示すグラフ
ロック線図
示すフローチャート図
程を示すフローチャート図
圧、電流特性を示すグラフ
程を示すフローチャート図
Claims (3)
- 【請求項1】 電池を定電流充電し、電池の充電電圧が
あらかじめ設定されている電流切換電圧に上昇すると充
電電流を減少して定電流充電し、さらに、電池の満充電
電圧を検出して電池の充電を終了する充電方法におい
て、 電池を満充電したと判定する満充電電圧を、定電流充電
の充電電流を切り換える電流切換電圧よりも低く設定す
ると共に、電池を定電流充電しながら検出した充電電圧
を電流切換電圧に比較して定電流充電する電流値を変更
し、定電流充電する途中で電池の充電を所定の周期で一
時的に中断して充電を中断するときに検出した電池の開
放電圧を満充電電圧に比較し、開放電圧が満充電電圧ま
で上昇すると定電流充電を終了させることを特徴とする
電池の充電方法。 - 【請求項2】 定電流充電するときに、電池の充電電流
を短周期でパルス状に0とするパルス充電とする請求項
1に記載の電池の充電方法。 - 【請求項3】 電池を定電流充電し、電池の充電電圧が
あらかじめ設定されている電流切換電圧に上昇すると充
電電流を減少して定電流充電する充電方法において、 電池が満充電に近付くにしたがって、定電流充電の充電
電流を減少させる電流切換電圧の設定電圧を低く設定す
ることを特徴とする電池の充電方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP01434895A JP3291405B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 電池の充電方法 |
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JP01434895A JP3291405B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 電池の充電方法 |
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JPH08203563A JPH08203563A (ja) | 1996-08-09 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP01434895A Expired - Lifetime JP3291405B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 電池の充電方法 |
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1995
- 1995-01-31 JP JP01434895A patent/JP3291405B2/ja not_active Expired - Lifetime
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