JP3311500B2 - How to charge a lithium ion secondary battery - Google Patents
How to charge a lithium ion secondary batteryInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はリチウムイオン二次電池
を充電する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
The relates to a method for charging.
【０００２】[0002]
【従来の技術】リチウムイオン二次電池を急速充電する
方法として、定電流充電した後、定電圧電流に切り換え
る方法が特開平３−２５１０５４号公報に記載される。
この公報に記載される充電方法は、電池電圧が設定値に
なるまでは定電流充電し、電圧が設定値に上昇した後
は、電池の電圧が設定値以上に上昇しないように、定電
圧充電に切り換えるものである。この充電方法は、定電
流充電する充電電流を大きくすることによって満充電す
る時間を短くできる。しかしながら、電池の最大充電電
流は、電池性能を低下させない値に制限されるので、充
電電流をそれほど大きくできない。2. Description of the Related Art As a method of rapidly charging a lithium ion secondary battery, a method of switching to a constant voltage / current after charging at a constant current is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-251504.
In the charging method described in this publication, constant-current charging is performed until the battery voltage reaches a set value, and after the voltage rises to the set value, constant-voltage charging is performed so that the battery voltage does not rise above the set value. Is switched to This charging method can shorten the time for full charging by increasing the charging current for constant current charging. However, since the maximum charging current of the battery is limited to a value that does not degrade the battery performance, the charging current cannot be so large.
【０００３】この欠点を解消する充電方法が、特開平２
−１１９５３９号公報に記載されている。この公報に記
載される充電方法は、最初に定電流充電するときの電池
の最終電圧である設定電圧を、その後に定電圧充電する
設定電圧よりも高くすることによって、二次電池を満充
電する時間を短くするものである。この充電方法は、最
初に設定電圧を高くして定電流充電するので、定電流充
電するときの充電量を多くして、トータルの充電時間を
短縮できる。さらにこの充電方法は、定電流充電すると
きの設定電圧を高くするほど充電時間を短くできる。し
かしながら、定電流充電するときに設定電圧を高くする
と、副反応によって、リチウムイオン二次電池の電池性
能を低下させる弊害が発生する。A charging method for overcoming this drawback is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
It is described in -119439. In the charging method described in this publication, a secondary battery is fully charged by setting a set voltage that is a final voltage of a battery at the time of first constant-current charging to be higher than a set voltage for constant-voltage charging thereafter. This is to shorten the time. In this charging method, since the set voltage is first increased to perform constant current charging, the amount of charge at the time of constant current charging can be increased, and the total charging time can be reduced. Further, in this charging method, the charging time can be shortened as the set voltage for the constant current charging is increased. However, if the set voltage is increased at the time of constant current charging, a side reaction causes a problem of deteriorating the battery performance of the lithium ion secondary battery.
【０００４】充電を開始した最初から、リチウムイオン
二次電池を定電圧充電すると、副反応による弊害を防止
できるが、トータルの充電時間が長くなる。したがっ
て、この充電方法も、充電時間を短縮することと、電池
性能の低下を防止することとは互いに相反する性質であ
って両者を満足することができない。[0004] If the lithium ion secondary battery is charged at a constant voltage from the beginning of charging, adverse effects due to side reactions can be prevented, but the total charging time becomes longer. Therefore, also in this charging method, shortening the charging time and preventing deterioration of the battery performance are mutually contradictory properties, and cannot satisfy both of them.
【０００５】本発明者は、この欠点を解決することを目
的に、充電と停止とを繰り返すパルス充電によって、電
池性能の低下を防止して、充電時間を短縮する技術を開
発した（特開平６−１１３４７４号公報）。この充電方
法は、充電を開始した最初は、電池電圧が第１の電圧に
上昇するまでは定電流充電し、その後、第１の電圧に規
制してパルス充電することによって、短い時間で充電量
を多くするものである。パルス充電の後に第２の電圧で
定電圧充電して満充電する。この充電方法は、パルス充
電する工程において、電池の電圧を第１の電圧に規制し
て充電するが、充電と休止とを繰り返すので、副反応に
よる電池性能の低下を防止できる。また、第２の電圧よ
りも高い電圧である第１の電圧に規制して充電するの
で、充電時間を短くできる。パルス充電した後、電池の
設定電圧を低くして第２の電圧で定電圧充電する。The inventor of the present invention has developed a technique for solving this drawback, in which pulse charging is repeated between charging and stopping to prevent the battery performance from deteriorating and shorten the charging time (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6 (1994)). -113474). In this charging method, at the beginning of charging, constant-current charging is performed until the battery voltage rises to the first voltage, and thereafter, charging is performed in a short time by regulating to the first voltage and performing pulse charging. Is to increase. After the pulse charging, the battery is charged at a constant voltage with the second voltage to be fully charged. In this charging method, in the step of pulse charging, charging is performed while regulating the voltage of the battery to the first voltage. However, since charging and rest are repeated, deterioration of battery performance due to side reactions can be prevented. In addition, since charging is restricted to the first voltage which is higher than the second voltage, the charging time can be shortened. After the pulse charge, the set voltage of the battery is lowered and the battery is charged at a constant voltage at the second voltage.
【０００６】しかしながら、この充電方法は、充電を開
始した最初に定電流充電し、その後にパルス充電し、さ
らに最後には定電圧充電して満充電するので、充電回路
が複雑になる欠点がある。定電流充電回路と、パルス充
電回路と、定電圧充電回路とを必要とするからである。However, this charging method has a drawback that the charging circuit is complicated because charging is performed at a constant current at the beginning of charging, followed by pulse charging, and finally at a constant voltage to perform full charging. . This is because a constant current charging circuit, a pulse charging circuit, and a constant voltage charging circuit are required.
【０００７】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、極めて簡単な充電回路で、電池性能の低下を防止し
て短時間で充電できるリチウムイオン二次電池の充電方
法を提供することにある。[0007] The present invention has been developed for the purpose of further solving this drawback. An important object of the present invention is to provide a very simple charging circuit, charging method of a lithium ion secondary battery can be charged in a short time to prevent the deterioration of the cell performance.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のリチウムイオン
二次電池の充電方法は、前述の目的を達成するために下
記のようにしてリチウムイオン二次電池を充電する。本
発明の充電方法は、充電と休止とを繰り返してリチウム
イオン二次電池をパルス充電する方法を改良したもので
ある。本発明の充電方法は、従来の充電方法のように、
充電を開始した最初に定電流充電することなく、電池の
充電を開始した最初から一定の周期で電池電圧を検出
し、検出電圧を設定電圧に比較して充電と、休止とを切
り換え、あるいはパルス充電を開始する。 Charging method of a lithium ion secondary battery of the present invention, in order to solve the problems] charges the lithium ion secondary battery as follows in order to achieve the foregoing objects. Charging method of the present invention is an improvement of the method for pulse charging a lithium ion secondary battery is repeatedly charged a rest and. Charging method of the present invention, unlike the conventional charging method,
Instead of constant current charging at the beginning of charging, battery voltage is detected at regular intervals from the beginning of battery charging, and the detected voltage is compared with the set voltage to switch between charging and pausing, or to pulse. Start charging.
【０００９】さらに、本発明の請求項１に記載するリチ
ウムイオン二次電池の充電方法は、充電を開始した最初
から、一定の周期でリチウムイオン二次電池の電池電圧
を検出し、検出電圧が設定電圧以上であると次回に電池
電圧を検出するまでは充電を休止し、検出電圧が設定電
圧よりも低いと次回に電池電圧を検出するまでは充電を
継続し、一定の周期で電池の電圧を検出して検出電圧を
設定電圧に比較して充電と休止を繰り返して充電する。
さらに、本発明の充電方法は、リチウムイオン二次電池
の電池電圧を検出する周期を、１周期の充電量を電池の
満充電容量の５％以下とする時間に設定している。Furthermore, charging method of a lithium ion secondary battery according to claim 1 of the present invention, the first that initiated the charge, detecting the battery voltage of the lithium ion secondary battery with a constant period, the detection voltage If the detected voltage is equal to or higher than the set voltage, the charging is suspended until the next time the battery voltage is detected, and if the detected voltage is lower than the set voltage, the charging is continued until the next time the battery voltage is detected. The voltage is detected, the detected voltage is compared with a set voltage, and charging and rest are repeated to perform charging.
Furthermore, charging method of the present invention, the period for detecting the battery voltage of the lithium ion secondary battery is set to a time that the charge amount of one period and less than 5% of the full charge capacity of the battery.
【００１０】[0010]
【００１１】[0011]
【作用】請求項１のリチウムイオン二次電池の充電方法
は、一定の周期で電池電圧を検出し、検出電圧を設定電
圧に比較して、充電と休止とを制御する。検出電圧が設
定電圧以上であると充電を休止し、検出電圧が設定電圧
よりも低いと充電する。この方法は、電池電圧を検出す
る周期でリチウムイオン二次電池がパルス充電される。
充電中にリチウムイオン二次電池の電圧を検出すると、
検出電圧は設定電圧よりも高くなるので、検出電圧を設
定電圧に比較した後に、充電は休止される。充電を休止
しているときに、電池の検出電圧を設定電圧に比較する
と、電池が満充電されるまでは検出電圧が設定電圧より
も低くなる。このため、電池電圧を検出した後に、充電
が再開される。電池が満充電になると、検出電圧が設定
電圧以上になって充電は再開されない。[Action] charging method of a lithium ion secondary battery according to claim 1 detects the battery voltage at a fixed period, by comparing the detected voltage to the set voltage, to control the charging and rest and. When the detected voltage is equal to or higher than the set voltage, the charging is stopped, and when the detected voltage is lower than the set voltage, the charging is performed. In this method, a lithium ion secondary battery is pulse-charged at a cycle for detecting a battery voltage.
When the voltage of the lithium ion secondary battery is detected during charging,
Since the detection voltage becomes higher than the set voltage, the charging is stopped after comparing the detected voltage with the set voltage. When the detected voltage of the battery is compared with the set voltage while charging is paused, the detected voltage is lower than the set voltage until the battery is fully charged. Therefore, charging is restarted after detecting the battery voltage. When the battery is fully charged, the detection voltage becomes equal to or higher than the set voltage, and charging is not restarted.
【００１２】検出電圧が設定電圧以上になった後、複数
回は電池電圧を検出し、検出電圧が複数回設定電圧以上
になったときに、リチウムイオン二次電池が満充電され
たと判定して充電を完了することもできる。The battery voltage is detected a plurality of times after the detected voltage becomes equal to or higher than the set voltage, and when the detected voltage becomes more than the set voltage a plurality of times, it is determined that the lithium ion secondary battery is fully charged. Charging can also be completed.
【００１３】[0013]
【００１４】さらに、請求項１に記載する本発明のリチ
ウムイオン二次電池の充電方法は、定電流充電した後に
パルス充電するのではなく、充電を開始した最初から電
池電圧を検出して充電状態と休止状態とを切り換え、あ
るいは強制的にパルス充電を開始する。Furthermore, charging method of a lithium ion secondary battery of the present invention according to claim 1, instead of pulse charging after constant current charging, the charging from the beginning that started the charge by detecting a battery voltage It switches between the state and the sleep state, or forcibly starts pulse charging.
【００１５】請求項１に記載する充電方法は、リチウム
イオン二次電池を充電する電圧が設定電圧になるまで
は、一定の周期で電池電圧を検出するが連続して充電さ
れる。充電状態で電池電圧を検出しても、電池電圧が設
定電圧よりも低いからである。充電状態における電池電
圧が設定電圧よりも高くなると、パルス充電に移行す
る。充電状態で設定電圧よりも高くなると、充電が休止
されるからである。この状態を図１に示している。The charging how to claim 1, to a voltage for charging the lithium ion secondary battery reaches the set voltage is detected the battery voltage at a constant cycle is charged in succession. This is because even if the battery voltage is detected in the charged state, the battery voltage is lower than the set voltage. When the battery voltage in the charged state becomes higher than the set voltage, the operation shifts to pulse charging. This is because if the voltage becomes higher than the set voltage in the charging state, the charging is stopped. This state is shown in FIG.
【００１６】[0016]
【００１７】パルス充電するときの、１回の充電量、す
なわち１周期の充電量は、電池の満充電容量の５％以下
となるように設定している。このようにしてリチウムイ
オン二次電池を充電する本発明の方法は、定電流充電回
路と定電圧充電回路を使用することなく、極めて簡単な
充電回路で、リチウムイオン二次電池を短時間に充電で
きる。The amount of charge per pulse charge, that is, the amount of charge in one cycle is set to be 5% or less of the full charge capacity of the battery. The method of the present invention in this way to charge the lithium ion secondary battery is, without the use of constant-current charging circuit and a constant voltage charging circuit, in a very simple charging circuit, a short time a lithium ion secondary battery It can be charging.
【００１８】[0018]
【実施例】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充電方法を例示するものであって、
本発明は、充電の方法を下記の方法に特定しない。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the following examples illustrate a charging method for embodying the technical idea of the present invention,
The present invention does not specify a method of charging to the following methods.
【００１９】図３は、直列接続された２個のリチウムイ
オン二次電池を内蔵するパック電池３の充電回路を示
す。この充電回路は、直流電源１と、スイッチング部材
（ＳＷ1）と、制御回路２とを備える。直流電源１は、
入力される商用電圧である交流１００Ｖを、パック電池
３の充電に適した電圧の直流に変換する。スイッチング
部材（ＳＷ1）は、トランジスターやＦＥＴ等の半導体
スイッチング素子である。スイッチング部材（ＳＷ1）
がオンのとき、リチウムイオン二次電池は充電され、ス
イッチング部材（ＳＷ1）がオフのときにリチウムイオ
ン二次電池の充電は休止される。スイッチング部材（Ｓ
Ｗ1）が一定の周期でオンオフに切り換えられて、リチ
ウムイオン二次電池が充電される。制御回路２は、スイ
ッチング部材（ＳＷ1）をオンオフに切り換えて、リチ
ウムイオン二次電池をパルス充電する。FIG. 3 shows a charging circuit of a battery pack 3 containing two lithium ion secondary batteries connected in series. This charging circuit includes a DC power supply 1, a switching member (SW1), and a control circuit 2. DC power supply 1
The input commercial voltage of AC 100 V is converted to DC of a voltage suitable for charging the battery pack 3. The switching member (SW1) is a semiconductor switching element such as a transistor or an FET. Switching member (SW1)
Is on, the lithium ion secondary battery is charged, and when the switching member (SW1) is off, charging of the lithium ion secondary battery is stopped. Switching member (S
W1) is switched on and off at regular intervals, and the lithium ion secondary battery is charged. The control circuit 2 switches the switching member (SW1) on and off to pulse-charge the lithium ion secondary battery.
【００２０】この充電回路は下記のステップで図４に示
すフローチャートでパック電池３を充電する。このフロ
ーチャートで充電されるリチウムイオン二次電池の電圧
変化を図１と図５に示す。図５は図１の時間軸を長くし
た状態を示している。This charging circuit charges the battery pack 3 in the following steps according to the flowchart shown in FIG. FIGS. 1 and 5 show voltage changes of the lithium ion secondary battery charged in this flowchart. FIG. 5 shows a state where the time axis of FIG. 1 is extended.
【００２１】(1) 制御回路２は、リチウムイオン二次
電池の電圧（Ｖｃ）を周期ｘで検出する。図５は、制御
回路２が３ｍｓｅｃの周期で電池電圧を検出して、スイ
ッチング部材（ＳＷ1）をオンオフする状態を示してい
る。(1) The control circuit 2 detects the voltage (Vc) of the lithium ion secondary battery at a cycle x. FIG. 5 shows a state in which the control circuit 2 detects the battery voltage at a cycle of 3 msec and turns on and off the switching member (SW1).
【００２２】制御回路２が電池電圧を検出する周期ｘ
は、１周期の充電量を電池の満充電容量の５％以下とす
る値に設定される。１周期の充電量を、電池の満充電容
量の５％以下に設定するのは、リチウムイオン二次電池
が過充電されると、電池のサイクル寿命が著しく低下す
るからである。本発明のリチウムイオン二次電池の充電
方法は、特別な状態を除いて、パルス充電する周期を変
化させない。したがって、満充電されないと判定して充
電を開始すると、１周期の充電途中で過充電充電となっ
ても充電は停止しない。この状態でリチウムイオン二次
電池をパルス充電するとき、充電を開始した直後に満充
電になったときに、リチウムイオン二次電池はもっとも
過充電される。パルス充電する周期を短くすると、１周
期の充電量が少なくなって過充電量を少なくできる。Cycle x in which control circuit 2 detects battery voltage
Is set to a value that makes the charge amount in one cycle 5% or less of the full charge capacity of the battery. The reason why the charge amount in one cycle is set to 5% or less of the full charge capacity of the battery is that when the lithium ion secondary battery is overcharged, the cycle life of the battery is significantly reduced. The charging method of the lithium ion secondary battery of the present invention does not change the pulse charging cycle except for a special state. Therefore, if it is determined that the battery is not fully charged and the charging is started, the charging is not stopped even if the overcharging is performed during the charging in one cycle. When pulse charging the lithium ion secondary battery in this state, the lithium ion secondary battery is most overcharged when it is fully charged immediately after starting charging. When the pulse charging cycle is shortened, the charge amount in one cycle is reduced, and the overcharge amount can be reduced.
【００２３】リチウムイオン二次電池を過充電するとサ
イクル寿命が急激に低下する状態を図６に示している。
この図から明かなように、リチウムイオン二次電池は、
過充電量を５％以下とする範囲においては、それほどサ
イクル寿命は低下しないが、これ以上に過充電すると急
激に電池性能が低下する。さらに、リチウムイオン二次
電池は、過充電量を満充電容量の３％以下にするとほと
んど電池性能が低下せず、さらにまた、過充電量を１％
以下にすると電池性能の低下はほとんど無視できる値に
なる。FIG. 6 shows a state where the cycle life sharply decreases when the lithium ion secondary battery is overcharged.
As is clear from this figure, the lithium ion secondary battery is
In the range where the overcharge amount is set to 5% or less, the cycle life does not decrease so much. However, when the overcharge is performed more than this, the battery performance rapidly decreases. Further, in the lithium ion secondary battery, when the overcharge amount is set to 3% or less of the full charge capacity, the battery performance hardly decreases, and the overcharge amount is further reduced by 1%.
Below, the reduction in battery performance is almost negligible.
【００２４】したがって、本発明のリチウムイオン二次
電池の充電方法は、パルス充電する１周期の充電量を、
電池の満充電容量の５％以下に設定するが、好ましくは
満充電容量の３％以下とし、さらに好ましくは１％以下
に設定する。[0024] Thus, charging method of a lithium ion secondary battery of the present invention, the charge amount of one period of the pulse charging,
It is set to 5% or less of the full charge capacity of the battery, preferably 3% or less of the full charge capacity, and more preferably 1% or less.
【００２５】仮に、リチウムイオン二次電池の満充電容
量を１０００ｍＡｈとするとき、１周期の充電量を満充
電容量の５％に設定するとすれば、１周期の充電量は５
０ｍＡｈとなる。充電量の５０ｍＡｈは、充電電流を２
Ａとして９０秒の充電量に相当する。したがって、１０
００ｍＡｈのリチウムイオン二次電池を２Ａで充電し、
１周期の充電量を満充電容量の５％に設定するとき、パ
ルス充電の１周期は９０秒となる。このリチウムイオン
二次電池をパルス充電する１周期の充電量を、満充電容
量の１％とするとき、１周期の時間は１８秒となる。If the full charge capacity of the lithium ion secondary battery is 1000 mAh, if the charge amount in one cycle is set to 5% of the full charge capacity, the charge amount in one cycle is 5
0 mAh. The charge amount of 50 mAh means that the charge current is 2
A corresponds to a charge amount of 90 seconds. Therefore, 10
A lithium ion secondary battery of 00 mAh is charged at 2 A,
When the charge amount in one cycle is set to 5% of the full charge capacity, one cycle of the pulse charge is 90 seconds. When the charge amount in one cycle of pulse-charging the lithium ion secondary battery is set to 1% of the full charge capacity, the time in one cycle is 18 seconds.
【００２６】さらにパルス充電する周期を短くすること
は、リチウムイオン二次電池の過充電量を効果的に少な
くできる。ただ、パルス充電の周期が短過ぎると、制御
回路２やスイッチング部材（ＳＷ1）に高速処理が要求
されて部品コストが高くなる。また、図５に示すよう
に、リチウムイオン二次電池の電圧は、スイッチング部
材（ＳＷ1）をオンオフに切り換えた瞬間には変化せ
ず、所定の電圧になるまでに約１ｍｓｅｃを必要とす
る。したがって、パルス充電する最少の１周期は、好ま
しくは、１ｍｓｅｃよりも長くするのがよい。Further, shortening the pulse charging cycle can effectively reduce the amount of overcharge of the lithium ion secondary battery. However, if the cycle of the pulse charging is too short, high-speed processing is required for the control circuit 2 and the switching member (SW1), and the component cost increases. Further, as shown in FIG. 5, the voltage of the lithium ion secondary battery does not change at the moment when the switching member (SW1) is turned on and off, and it takes about 1 msec to reach a predetermined voltage. Therefore, the minimum one cycle of pulse charging is preferably longer than 1 msec.
【００２７】(2) 検出電圧（Ｖｃ）を設定電圧（Ｙ）
に比較する。設定電圧は、２個のリチウムイオン二次電
池を電池に接続したパック電池３においては、８．４Ｖ
に設定される。検出電圧（Ｖｃ）が設定電圧（Ｙ）より
も小さいと、スイッチング部材（ＳＷ1）をオンにす
る。図１と図５の領域Ａで示す充電を開始して最初の時
間帯は、充電中に電池電圧を検出しても、検出電圧（Ｖ
ｃ）が設定電圧（Ｙ）である８．４Ｖよりも低いので、
スイッチング部材（ＳＷ1）はオフ状態に切り換えられ
ることはなく、連続的にオン状態となってリチウムイオ
ン二次電池を充電する。(2) The detection voltage (Vc) is changed to the set voltage (Y)
Compare to The set voltage is 8.4 V in the battery pack 3 in which two lithium ion secondary batteries are connected to the battery.
Is set to When the detection voltage (Vc) is lower than the set voltage (Y), the switching member (SW1) is turned on. In the first time zone after the start of charging shown in the area A in FIGS. 1 and 5, even if the battery voltage is detected during charging, the detection voltage (V
c) is lower than the set voltage (Y) of 8.4 V,
Switching element (SW1) is not being switched off, to charge the lithium ion secondary battery continuously turned on.
【００２８】(3) 検出電圧（Ｖｃ）が設定電圧（Ｙ）
以上であると、スイッチング部材（ＳＷ1）をオフにす
る。スイッチング部材（ＳＷ1）がオフに切り換えられ
て、連続充電からパルス充電に移行するのは、図１と図
５において領域Ｂの時間帯である。この時間帯になる
と、充電中の検出電圧（Ｖｃ）は設定電圧（Ｙ）よりも
高く、充電を休止するときの検出電圧（Ｖｃ）は設定電
圧（Ｙ）よりも低くなる。したがって、電池電圧を検出
する毎に、スイッチング部材（ＳＷ1）がオンオフに切
り換えられてパルス充電に移行する。(3) The detection voltage (Vc) is equal to the set voltage (Y)
With the above, the switching member (SW1) is turned off. The switching from the continuous charging to the pulse charging when the switching member (SW1) is turned off is a time zone of the region B in FIGS. In this time zone, the detected voltage (Vc) during charging is higher than the set voltage (Y), and the detected voltage (Vc) when pausing charging is lower than the set voltage (Y). Therefore, every time the battery voltage is detected, the switching member (SW1) is switched on and off to shift to pulse charging.
【００２９】(4) スイッチング部材（ＳＷ1）がオフに
切り換えられると、カウンターがカウント値をプラス１
とする。カウンターは、図示しないが制御回路２に設け
られている。(4) When the switching member (SW1) is turned off, the counter increases the count value by one.
And Although not shown, the counter is provided in the control circuit 2.
【００３０】(5) カウンターのカウント値が、記憶さ
れる設定回数（Ａ）に比較される。カウンターのカウン
ト値が、設定回数（Ａ）よりも少ないと、(1)のステッ
プにジャンプする。充電を休止する状態で、電池の検出
電圧（Ｖｃ）が設定電圧（Ｙ）以上であると、(1)、
(2)、(3)、(4)、(5)のステップにループされ、１回ルー
プされる毎に、カウンターのカウント値が多くなり、つ
いにはカウンターのカウント値が設定回数（Ａ）よりも
大きくなって、充電が終了する。(5)のステップから(1)
のステップにジャンプされて、電池の検出電圧（Ｖｃ）
が設定電圧（Ｙ）よりも低くなると、スイッチング部材
（ＳＷ1）がオンになって、カウンターがリセットされ
る。(5) The count value of the counter is compared with the set number of times (A) stored. If the count value of the counter is smaller than the set number (A), the process jumps to the step (1). If the detected voltage (Vc) of the battery is equal to or higher than the set voltage (Y) in a state where charging is suspended, (1),
(2), (3), (4), and (5) are looped, and each time the loop is repeated, the counter value increases, and finally the counter value increases from the set number (A). And the charging ends. From step (5) to (1)
Is jumped to the step, and the detected voltage of the battery (Vc)
Becomes lower than the set voltage (Y), the switching member (SW1) is turned on, and the counter is reset.
【００３１】以上のようにしてリチウムイオン二次電池
を充電する方法は、設定回数（Ａ）電池電圧を検出し
て、設定電圧（Ｙ）以上であるときに充電を終了する。
ただし、本発明の充電方法は、検出電圧（Ｖｃ）が設定
電圧（Ｙ）よりも低くなると、いつでも充電を再開して
充電することもできる。As described above, the lithium ion secondary battery
How to charge the detects a set number (A) the battery voltage, charging is terminated when it is set voltage (Y) or more.
However, charging method of the present invention, when the detection voltage (Vc) becomes lower than the set voltage (Y), it may be charged at any time to resume charging.
【００３２】さらに、図３に示す充電回路は、図７に示
すステップでリチウムイオン二次電池を充電することも
できる。この充電方法は、充電を開始した最初からリチ
ウムイオン二次電池をパルス充電するもので、下記のス
テップで充電する。充電されるリチウムイオン二次電池
の電圧は、図２と図８に示す状態で変化する。図８は図
２の時間軸を長くした図である。Furthermore, the charging circuit shown in FIG. 3 can also charge the lithium ion secondary battery in steps shown in FIG. Charging method This is intended to be pulsed initially charged lithium ion secondary from battery begins charging, charging in the following step. The voltage of the charged lithium ion secondary battery changes in the state shown in FIGS. FIG. 8 is a diagram in which the time axis of FIG. 2 is extended.
【００３３】(1) 電池電圧を検出する。 (2) 検出電圧（Ｖｃ）を設定電圧（Ｙ）である８．４
Ｖに比較する。充電を開始したリチウムイオン二次電池
は、満充電されていないかぎり検出電圧（Ｖｃ）は設定
電圧（Ｙ）よりも高くなることはない。充電を開始した
リチウムイオン二次電池が満充電電池であると、検出電
圧（Ｖｃ）が設定電圧（Ｙ）よりも高くなるので、充電
を終了する。(1) The battery voltage is detected. (2) The detection voltage (Vc) is set to 8.4 which is the set voltage (Y).
Compare to V. As long as the lithium ion secondary battery that has started charging is not fully charged, the detection voltage (Vc) does not become higher than the set voltage (Y). If the lithium ion secondary battery that has started charging is a fully charged battery, the detection voltage (Vc) becomes higher than the set voltage (Y), and thus the charging ends.
【００３４】(3) 検出電圧（Ｖｃ）が設定電圧（Ｙ）
よりも低いと、スイッチング部材（ＳＷ1）をオンに切
り換える。この状態でリチウムイオン二次電池は充電さ
れる。 (4) 制御回路２に内蔵されるオンタイマーが、スイッ
チング部材（ＳＷ1）をオンにする時間をカウントし、
オン時間が経過するまでこのステップをループする。(3) The detected voltage (Vc) is equal to the set voltage (Y)
If lower, the switching member (SW1) is switched on. In this state, the lithium ion secondary battery is charged. (4) The on-timer built in the control circuit 2 counts the time for turning on the switching member (SW1),
This step is looped until the ON time elapses.
【００３５】(5) オン時間が経過するとスイッチング
部材（ＳＷ1）を強制的にオフに切り換える。 (6) 制御回路２に内蔵されるオフタイマーが、スイッ
チング部材（ＳＷ1）をオフにする時間をカウントし、
オフ時間が経過するまでこのステップをループする。(5) When the ON time elapses, the switching member (SW1) is forcibly switched off. (6) The off timer incorporated in the control circuit 2 counts the time for turning off the switching member (SW1),
This step is looped until the off time elapses.
【００３６】その後、(1)〜(6)のステップをループし
て、リチウムイオン二次電池がパルス充電される。パル
ス充電されるリチウムイオン二次電池は、充電状態と休
止状態とが一定の周期で繰り返される。充電時間と休止
時間は、オンタイマーと、オフタイマーの設定時間で調
整される。たとえば、オンタイマーとオフタイマーは、
設定時間を１．５ｍｓｅｃとする。オン時間とオフ時間
とを１．５ｍｓｅｃに設定すると、前記の充電方法と同
じように３ｍｓｅｃの周期でリチウムイオン二次電池を
充電できる。ただし、オン時間とオフ時間とは、前記の
方法と同じように、１周期の充電量を、電池の満充電容
量の５％以下、好ましくは３％以下、さらに好ましくは
１％以下とする値に設定することもできる。１周期の充
電量を、電池の満充電容量の５％以下に設定するのは、
前に述べたように、リチウムイオン二次電池を過充電し
て電池性能が低下するのを防止するためである。Thereafter, the steps (1) to (6) are looped, and the lithium ion secondary battery is pulse-charged. In a lithium ion secondary battery that is pulse-charged, a charge state and a sleep state are repeated at a constant cycle. The charging time and the pause time are adjusted by the set time of the ON timer and the OFF timer. For example, the on timer and the off timer
The set time is 1.5 msec. When setting the on-time and off-time to 1.5 msec, it can charge a lithium ion secondary battery just as in the period of 3msec the charging method of the. However, the on-time and the off-time are, as in the above-described method, a value in which the amount of charge in one cycle is 5% or less, preferably 3% or less, more preferably 1% or less of the full charge capacity of the battery. Can also be set to The reason for setting the charge amount in one cycle to 5% or less of the full charge capacity of the battery is
As described above, this is for preventing the lithium ion secondary battery from being overcharged and the battery performance is reduced.
【００３７】充電を休止する状態で、電池の検出電圧
（Ｖｃ）が設定電圧（Ｙ）よりも高くなると、スイッチ
ング部材（ＳＷ1）がオン状態となることなく、充電が
終了される。この充電方法も、前記の方法と同じよう
に、検出電圧（Ｖｃ）が設定電圧（Ｙ）以上になる回数
をカウントし、設定回数（Ａ）検出電圧（Ｖｃ）が設定
電圧（Ｙ）以上になると、充電を終了するようにするこ
ともできる。When the detected voltage (Vc) of the battery becomes higher than the set voltage (Y) in a state where the charging is stopped, the charging is terminated without turning on the switching member (SW1). Charging method of this also, like the above method, counts the number of times the detected voltage (Vc) becomes the set voltage (Y) above, setting the number (A) detected voltage (Vc) is set voltage (Y) At this point, charging can be terminated.
【００３８】以上の充電方法は、パック電池に内蔵され
た２個のリチウムイオン二次電池全体の電圧を検出し
て、充電状態を制御しているが、それぞれのリチウムイ
オン二次電池の電圧を検出して充電状態を制御すること
もできる。複数のリチウムイオン二次電池の電圧を検出
して充電状態を制御する充電方法は、電圧が最大となる
電池電圧で充電状態を制御する。In the charging method described above, the state of charge is controlled by detecting the voltages of the entire two lithium ion secondary batteries built in the battery pack. The state of charge can be detected to control the state of charge. In a charging method of controlling the state of charge by detecting the voltage of a plurality of lithium ion secondary batteries, the state of charge is controlled by the battery voltage at which the voltage is maximized.
【００３９】以上のステップで充電されるパック電池３
は、直列に接続された２つのリチウムイオン二次電池の
電圧を検出して電池の過充電を防止する過充電禁止回路
を内蔵している。過充電禁止回路４は、図３に示すよう
に、電池電圧を基準電圧に比較する差動アンプ５と、差
動アンプ５の出力でオンオフされるＭＯＳＦＥＴと、Ｍ
ＯＳＦＥＴと並列に接続されたコンデンサーＣと、コン
デンサーＣとＭＯＳＦＥＴに電力を供給する定電流源６
と、コンデンサーＣの両端の電圧が入力されるインバー
ター７とを備える。インバーター７の出力信号は、スイ
ッチング部材（ＳＷ1）をオン状態から強制的にオフに
切り換える。スイッチング部材（ＳＷ1）は、インバー
ター７の出力信号が”Ｌｏｗ”になると強制的にオフに
切り換えられる。The battery pack 3 charged in the above steps
Has a built-in overcharge prohibition circuit that detects the voltage of two lithium ion secondary batteries connected in series to prevent overcharge of the batteries. As shown in FIG. 3, the overcharge prohibition circuit 4 includes a differential amplifier 5 that compares the battery voltage with a reference voltage, a MOSFET that is turned on / off by the output of the differential amplifier 5,
A capacitor C connected in parallel with the OSFET, and a constant current source 6 for supplying power to the capacitor C and the MOSFET
And an inverter 7 to which a voltage across the capacitor C is input. The output signal of the inverter 7 forcibly switches the switching member (SW1) from the on state to the off state. The switching member (SW1) is forcibly switched off when the output signal of the inverter 7 becomes "Low".
【００４０】過充電禁止回路４は下記の動作をして、リ
チウムイオン二次電池の過充電を防止する。 (1) リチウムイオン二次電池の電圧が、基準電圧であ
る８．６Ｖよりも低いとき、差動アンプ５の出力は”Ｈ
ｉｇｈ”となる。＋側の入力電圧が、−側の入力電圧よ
りも高くなるからである。 (2) 差動アンプ５の”Ｈｉｇｈ”信号は、ＭＯＳＦＥ
Ｔをオン状態とする。 (3) オン状態のＭＯＳＦＥＴは、コンデンサーＣの両
端をショートする。したがって、コンデンサーＣの両端
電圧は０Ｖ、すなわち”Ｌｏｗ”となる。 (4) コンデンサー両端の”Ｌｏｗ”信号は、インバー
ター７に入力され、インバーター７は”Ｈｉｇｈ”信号
を出力する。 (5) インバーター７の”Ｈｉｇｈ”信号は、スイッチ
ング部材（ＳＷ1）をオフ状態とすることがない。スイ
ッチング部材（ＳＷ1）は、インバーターから”Ｌｏ
ｗ”信号が入力されたときに、オフ状態に切り換えられ
るように設計されている。したがって、スイッチング部
材（ＳＷ1）は、制御回路２の出力信号でオフ状態に切
り換えられることはない。The overcharge prohibition circuit 4 performs the following operation to prevent overcharge of the lithium ion secondary battery. (1) When the voltage of the lithium ion secondary battery is lower than the reference voltage of 8.6 V, the output of the differential amplifier 5 becomes “H”.
This is because the + input voltage becomes higher than the − input voltage. (2) The “High” signal of the differential amplifier 5 is MOSFE
T is turned on. (3) The MOSFET in the ON state short-circuits both ends of the capacitor C. Therefore, the voltage between both ends of the capacitor C becomes 0 V, that is, “Low”. (4) The "Low" signal at both ends of the capacitor is input to the inverter 7, and the inverter 7 outputs a "High" signal. (5) The "High" signal of the inverter 7 does not turn off the switching member (SW1). The switching member (SW1) is switched from the inverter to "Lo"
The switching member (SW1) is designed to be switched to the off state when the w "signal is input. Therefore, the switching member (SW1) is not switched to the off state by the output signal of the control circuit 2.
【００４１】(6) リチウムイオン二次電池の電圧が基
準電圧である８．６Ｖよりも高くなると、差動アンプ５
の出力は”Ｌｏｗ”となる。差動アンプ５の−側入力電
圧が、＋側入力電圧よりも高くなるからである。 (7) 差動アンプ５の”Ｌｏｗ”信号は、ＭＯＳＦＥＴ
をオフ状態とする。 (8) ＭＯＳＦＥＴがオフになると、定電流源６はコン
デンサーＣを充電し、コンデンサーＣ両端の電圧は次第
に上昇する。コンデンサーＣの電圧上昇は、定電流源６
の電流とコンデンサーＣの容量で変化する。定電流源６
の電流が小さく、コンデンサーＣの容量が大きいと、コ
ンデンサーＣ両端の電圧上昇は遅くなる。コンデンサー
Ｃの容量と、定電流源６の電流は、例えば、ＭＯＳＦＥ
Ｔがオフになって約１０ｍｓｅｃ後に、インバーター７
の入力が”Ｌｏｗ”から”Ｈｉｇｈ”となる値に設計さ
れる。 (9) コンデンサーＣの電圧が上昇してインバーター７
に”Ｈｉｇｈ”が入力されるようになると、インバータ
ー７の出力は”Ｈｉｇｈ”から”Ｌｏｗ”となる。 (10) インバーター７の”Ｌｏｗ”は、スイッチング部
材（ＳＷ1）を強制的にオフ状態として、リチウムイオ
ン二次電池の充電を停止する。(6) When the voltage of the lithium ion secondary battery becomes higher than the reference voltage of 8.6 V, the differential amplifier 5
Is "Low". This is because the negative input voltage of the differential amplifier 5 becomes higher than the positive input voltage. (7) The “Low” signal of the differential amplifier 5 is
Is turned off. (8) When the MOSFET is turned off, the constant current source 6 charges the capacitor C, and the voltage across the capacitor C gradually increases. The voltage rise of the capacitor C is caused by the constant current source 6
And the capacitance of the capacitor C. Constant current source 6
When the current of the capacitor C is small and the capacitance of the capacitor C is large, the voltage rise across the capacitor C becomes slow. The capacity of the capacitor C and the current of the constant current source 6 are, for example, MOSFE
About 10 msec after T is turned off, the inverter 7
Is designed to have a value from "Low" to "High". (9) The voltage of the capacitor C rises and the inverter 7
When "High" is input to the inverter 7, the output of the inverter 7 changes from "High" to "Low". (10) "Low" of the inverter 7 forcibly turns off the switching member (SW1) to stop charging the lithium ion secondary battery.
【００４２】この過充電禁止回路４は、リチウムイオン
二次電池の電圧が、１０ｍｓｅｃ以上の時間連続して、
８．６Ｖ以上になると、スイッチング部材（ＳＷ1）を
強制的にオフにして過充電を防止する。電圧が８．６Ｖ
以上になっても、その時間が連続して１０ｍｓｅｃを越
えないときには、コンデンサーＣ両端の電圧がインバー
ター７の入力を”Ｈｉｇｈ”としないので、スイッチン
グ部材（ＳＷ1）はオフにならない。過充電禁止回路４
は、基準電圧を調整して、スイッチング部材（ＳＷ1）
をオフにする異常電圧値を調整できる。また、コンデン
サーＣの容量と、定電流源６の電流とを調整して、リチ
ウムイオン二次電池が異常電圧値に上昇したときに作動
させる時間を調整できる。The overcharge prohibition circuit 4 continuously operates when the voltage of the lithium ion secondary battery is 10 msec or more.
When the voltage exceeds 8.6 V, the switching member (SW1) is forcibly turned off to prevent overcharging. Voltage is 8.6V
Even if the above occurs, if the time does not exceed 10 msec continuously, the voltage across the capacitor C does not make the input of the inverter 7 "High", so that the switching member (SW1) is not turned off. Overcharge prohibition circuit 4
Adjusts the reference voltage and sets the switching member (SW1)
Turn off the abnormal voltage value can be adjusted. Further, by adjusting the capacity of the capacitor C and the current of the constant current source 6, the time during which the lithium ion secondary battery is activated when it rises to an abnormal voltage value can be adjusted.
【００４３】図３の過充電禁止回路４は、パック電池全
体の電圧を検出して、スイッチング部材（ＳＷ1）を制
御する。過充電禁止回路は、それぞれの電池の電圧を検
出し、何れかの電池の電圧が一定時間以上に渡って基準
電圧よりも高くなると、スイッチング部材（ＳＷ1）を
強制的にオフとすることもできる。The overcharge prohibition circuit 4 shown in FIG. 3 detects the voltage of the whole battery pack and controls the switching member (SW1). The overcharge prohibition circuit detects the voltage of each battery, and can forcibly turn off the switching member (SW1) when the voltage of any one of the batteries becomes higher than the reference voltage for a certain time or more. .
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明のリチウムイオン二次電池の充電
方法は、極めて簡単な充電回路で、電池電圧が高くなる
と電池性能の低下しやすいリチウムイオン二次電池を、
電池性能を低下させることなく短時間で充電できる特長
がある。それは、本発明の充電方法が、従来のように、
充電を開始した最初は定電流充電し、電池電圧が設定電
圧になると、定電流充電を定電圧充電に切り換えて満充
電するのにかわって、一定の周期で電池電圧を検出して
検出電圧を設定電圧に比較して、充電状態と休止状態と
に切り換えるからである。この充電方法は、従来のよう
に定電流充電回路と、定電圧充電回路を必要としない。
電池電圧を検出してスイッチング部材をオンオフに制御
する、極めて簡単な回路でリチウムイオン二次電池を充
電できる特長がある。 Charging method of a lithium ion secondary battery of the present invention exhibits, in a very simple charging circuit, the reduction tends lithium ion secondary battery of the battery performance when the battery voltage becomes higher,
It has a feature that can be charging in a short period of time without lowering the battery performance. It charging method of the present invention, as in the prior art,
At the beginning of charging, constant-current charging is performed, and when the battery voltage reaches the set voltage, instead of switching from constant-current charging to constant-voltage charging to full charging, the battery voltage is detected at regular intervals and the detected voltage is detected. compared to the set voltage, because Ru switched to the charging state and the resting state. The method of charging this does not require a constant current charging circuit as in the prior art, the constant voltage charging circuit.
There is a feature that the lithium ion secondary battery can be charged with an extremely simple circuit that detects the battery voltage and controls the switching member to be turned on and off.
【００４５】さらに、本発明のリチウムイオン二次電池
の充電方法は、一定の周期で電池電圧を検出する１周期
の充電量を、電池の満充電容量の５％以下となるように
設定して充電するので、極めて簡単な充電回路で充電で
きるにもかかわらず、リチウムイオン二次電池の過充電
による電池性能の低下を防止して充電できる特長があ
る。Further, the lithium ion secondary battery of the present invention
The charging method, the charging amount of one period for detecting the battery voltage at a constant cycle, since the charging set to be less than 5% of the full charge capacity of the battery, charging in a very simple charging circuit Despite it, there is a feature that can be charging to prevent deterioration of the cell performance due to overcharging of the lithium ion secondary battery.
【図１】本発明の充電方法で充電されるリチウムイオン
二次電池の電圧変化を示すグラフGraph showing a voltage change of the lithium ion secondary battery that is charged by the charging method of the present invention; FIG
【図２】本発明の充電方法で充電されるリチウムイオン
二次電池の電圧変化を示すグラフGraph showing a voltage change of the lithium ion secondary battery that is charged by the charging method of the present invention; FIG
【図３】本発明の充電方法に使用する充電器の回路図Circuit diagram of a battery charger for use in charging method of the present invention; FIG
【図４】本発明の充電方法でリチウムイオン二次電池を
充電するフローチャート図Flowchart for charging the lithium ion secondary battery charging method of the present invention; FIG
【図５】本発明の充電方法で充電されるリチウムイオン
二次電池の電圧変化を示すグラフGraph showing a voltage change of the lithium ion secondary battery that is charged by the charging method of the present invention; FIG
【図６】リチウムイオン二次電池の過充電に対するサイ
クル寿命の低下を示すグラフFIG. 6 is a graph showing a decrease in cycle life of a lithium ion secondary battery with respect to overcharge.
【図７】本発明の充電方法でリチウムイオン二次電池を
充電するフローチャート図Flowchart for charging the lithium ion secondary battery charging method of [7] The present invention
【図８】本発明の充電方法で充電されるリチウムイオン
二次電池の電圧変化を示すグラフGraph showing a voltage change of the lithium ion secondary battery that is charged by the charging method of the present invention; FIG
１…直流電源 ２…制御回路 ３…パック電池 ４…過充電禁止回路 ５…差動アンプ ６…定電流源 ７…インバーター ＳＷ1…スイッチング部材 Ｃ……コンデンサー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power supply 2 ... Control circuit 3 ... Pack battery 4 ... Overcharge prohibition circuit 5 ... Differential amplifier 6 ... Constant current source 7 ... Inverter SW1 ... Switching member C ...... Capacitor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/48 H02J 7/00 - 7/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 10/42-10/48 H02J 7 /00-7/12
Claims (1)
ン二次電池をパルス充電する方法において、 充電の最初から一定の周期でリチウムイオン二次電池の
電池電圧を検出し、検出電圧が設定電圧以上であると次
回に電池電圧を検出するまでは充電を休止し、検出電圧
が設定電圧よりも低いと次回に電池電圧を検出するまで
は充電を継続し、一定の周期で電池の電圧を検出して検
出電圧を設定電圧に比較して充電と休止を繰り返してパ
ルス充電し、さらに、リチウムイオン二次電池の電池電
圧を検出する周期を、１周期の充電量が電池の満充電容
量の５％以下となるように設定することを特徴とするリ
チウムイオン二次電池の充電方法。1. A method for pulse-charging a lithium ion secondary battery by repeating charging and resting, comprising detecting a battery voltage of the lithium ion secondary battery at a constant cycle from the beginning of charging, and detecting the detected voltage at or above a set voltage. If, the charging is paused until the next time the battery voltage is detected, and if the detected voltage is lower than the set voltage, the charging is continued until the next time the battery voltage is detected, and the battery voltage is detected at regular intervals. The detection voltage is compared with the set voltage to perform pulse charging by repeating charging and resting. Further, the cycle for detecting the battery voltage of the lithium ion secondary battery is such that the charge amount in one cycle is 5% of the full charge capacity of the battery. charging method of a lithium ion secondary battery, characterized in that set to be less.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP17843194A JP3311500B2 (en) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | How to charge a lithium ion secondary battery |
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| US08/498,610 US5640080A (en) | 1994-07-29 | 1995-07-06 | Secondary battery charger |
| DE19527787A DE19527787B4 (en) | 1994-07-29 | 1995-07-28 | Method and device for charging a secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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Country Status (1)
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| JP4087343B2 (en) | 2004-02-25 | 2008-05-21 | Ｔｄｋ株式会社 | Lithium ion secondary battery and method for charging lithium ion secondary battery |
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| US9570931B2 (en) | 2011-12-22 | 2017-02-14 | Panasonic Intellectual Property Corporation Of America | Electronic device and electronic device charging system |
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1994
- 1994-07-29 JP JP17843194A patent/JP3311500B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH0845550A (en) | 1996-02-16 |
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