JP3433010B2 - パック電池のパルス充電方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パック電池をパル
ス充電する充電方法に関し、とくに、充電器がパック電
池の充電状態を検出しながらパルス充電する充電方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池の充電方法には、定電流で充電
する方法、定電圧で充電する方法、パルス充電する方
法、さらにこれ等を組み合わせた充電方法がある。これ
等の充電方法は、電池の種類によって最適な方法が選択
される。たとえば、ニッケル−カドミウム電池は、定電
流充電して短時間に急速充電できる。リチウムイオン二
次電池は、定電流定電圧充電した後、パルス充電して、
電池性能を低下させないで、短時間に満充電できる特長
がある。

【０００３】リチウムイオン二次電池をパルス充電する
方法は、たとえば、特開平６−１１８４７４号公報に記
載される。この公報に記載される充電方法は、充電を開
始した最初は、電池電圧が第１の電圧（例えば、４．４
０Ｖ）に上昇するまで定電流充電する。その後、第１の
電圧での定電圧充電と充電休止とを繰り返すパルス充電
を行う。パルス充電後は、第１の電圧より低い第２の電
圧（４．２０Ｖ）で定電圧充電して満充電する。

【０００４】この充電方法は、パルス充電する工程にお
いて、二次電池の満充電電圧より高い第１の電圧での充
電を行うが、充電と休止とを繰り返すので、電池性能の
低下を防止できる。また、第２の電圧より高い第１の電
圧による充電を行うので、充電時間を短くできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ただ、この充電方法
は、充電を開始した最初に定電流充電し、その後パルス
充電し、最後に定電圧充電して電池を満充電するため、
充電回路が複雑になる欠点がある。この欠点を解消する
ために、本願出願人は、パック電池に内蔵される保護回
路を、パルス充電のスイッチング素子に併用した、パル
ス充電方法を開発した（特願平７−９２４７０号）。こ
のパルス充電方法は、パック電池の保護回路をスイッチ
ング素子に併用するので、簡単な充電回路でパック電池
を充電できる特長がある。しかしながら、パルス充電の
スイッチング素子に、パック電池の保護回路を使用す
る、いいかえると、充電器側でパルス充電させないの
で、充電器側では、正常なパルス充電が行われているか
どうかが判別できない。

【０００６】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、パック電池の端子電圧を検出し、この検出電圧を基
準電圧に比較する極めて簡単な方法で、パルス充電状態
を検出しながらパルス充電できるパック電池のパルス充
電方法を提供することにある。

【０００７】本発明のパック電池のパルス充電方法は、
定電圧定電流電源１と、充電オンオフスイッチ３と、電
源１及びスイッチ３を制御する制御回路５とを内蔵する
充電器にパック電池１を接続して、パック電池１に内蔵
される保護回路４のスイッチング素子４Ａをオンオフに
制御して、パック電池１に内蔵される二次電池をパルス
充電する。充電器は、パック電池１の充電状態を検出し
ながらパルス充電する。

【０００８】さらに、本発明のパック電池のパルス充電
方法は、充電器の制御回路５でもって、パック電池１の
端子電圧を検出し、検出電圧を基準電圧に比較して、パ
ック電池１が満充電されるまでは、端子電圧が基準電圧
よりも高いときにパルス充電がオフ、端子電圧が基準電
圧よりも低いときにパルス充電がオン状態となるパルス
充電が行われていると判定して充電オンオフスイッチ３
をオン状態に保持し、パック電池１が満充電された後
は、充電オンオフスイッチ３をオンオフに切り換え、オ
フ時の端子電圧に基づいてパック電池１の状態を判定す
ることを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項２のパルス充電方法は、リ
チウムイオン二次電池を内蔵するパック電池をパルス充
電する。

【００１０】

【発明の実施の形態】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パルス充電方法を例示す
るものであって、本発明はパルス充電方法を下記のもの
に特定しない。

【００１１】本発明のパック電池のパルス充電方法に使
用する充電器の充電回路と、パック電池の回路図を図１
に示す。この充電回路は、リチウムイオン二次電池を内
蔵するパック電池１の充電回路を示す。この充電回路
は、入力される商用電源を、二次電池であるリチウムイ
オン二次電池の充電に適した電圧と電流を出力する定電
圧定電流電源２と、この定電圧定電流電源２の出力側に
接続された充電オンオフスイッチ３と、充電オンオフス
イッチ３と定電圧定電流電源２の充電電流を制御する制
御回路５と、パック電池１の満充電を表示する満充電の
表示回路６とを備える。

【００１２】定電圧定電流電源２は、たとえば、安定化
して出力する電圧を４．５Ｖ／セルに設定する。出力電
流は、たとえば、急速充電電流を１〜２Ｃとし、トリク
ル充電電流を０．１〜０．２Ｃに設定される。充電オン
オフスイッチ３は、パック電池１を充電するときにオ
ン、その他のときにオフに切り換えられる。

【００１３】制御回路５は、パック電池１の端子電圧と
充電電流を検出して、充電オンオフスイッチ３と定電圧
定電流電源２の充電電流を制御する。

【００１４】パック電池１は保護回路４を内蔵してい
る。保護回路４は、パック電池１の電圧を検出して、内
蔵される電池の電圧が設定電圧よりも高くなると充電を
休止させる。保護回路４は、電池と直列に接続されたス
イッチング素子４ＡであるＦＥＴと、電池の電圧を検出
してスイッチング素子４Ａをオンオフに制御するパルス
制御回路４Ｂとを備える。

【００１５】パルス制御回路４Ｂは、電池電圧が設定電
圧を越えると、ＦＥＴをオフに切り換える。ただ、パル
ス制御回路４Ｂは、電池電圧が設定電圧を越えても直ち
にＦＥＴをオフに切り換えない。電池電圧が設定電圧を
越えて一定時間経過すると、ＦＥＴをオフに切り換え
る。電池電圧が設定電圧を越えて、ＦＥＴがオフになる
までの短い時間は、電池が充電される。電池がパルス充
電される時間は、スイッチング素子４ＡのＦＥＴがオフ
に切り換えられる時間で調整される。ＦＥＴがオフにな
ると、電池は充電されなくなって、電池の開放電圧は次
第に低下する。パルス制御回路４Ｂは、低下する電池の
開放電圧を検出して、開放電圧が設定電圧以下になる
と、再びＦＥＴをオンにして二次電池をパルス充電す
る。この充電が繰り返されて、二次電池はパルス充電さ
れる。

【００１６】図１に示す充電回路は、パック電池１の保
護回路４を、パルス充電させる回路に併用する。このた
め、充電器には、電池をパルス充電させるための回路を
必要とせず、簡単な回路にできる。

【００１７】図１に示す充電回路は、図２に示すタイミ
ングチャートで、パック電池１を充電する。この図は、
上から順番に、 ａ 保護回路スイッチング素子のオンオフ ｂ 充電電流の切り換え状態 ｃ 充電オンオフスイッチのオンオフ ｄ パック電池の有無 ｅ 定電圧定電流電源の出力端子の電圧 を示している。

【００１８】図３は、図１に示す充電回路が、図２のタ
イミングチャートでパック電池を充電するフローチャー
トを示す。図３のフローチャートにおいて、〜の工
程は図２の〜のタイミングを示している。図３のフ
ローチャートは、下記の工程でパック電池を満充電す
る。

【００１９】のステップ このステップにおいて、制御回路は定電圧定電流電源を
トリクル充電状態（充電電流を８０ｍＡに設定）とす
る。充電オンオフスイッチは、一定の周期でオンオフさ
れる（Ｓ１）。制御回路は、充電オンオフスイッチをオ
フとする状態で、パック電池の端子電圧を検出し、検出
した端子電圧が０Ｖであるか否かを判断して、電池の有
無を検出する（Ｓ２）。パック電池が接続されている
と、端子電圧は０Ｖよりも高くなる。パック電池が接続
されていないと、端子電圧は０Ｖとなる。電池が装着さ
れるまで、このステップ（Ｓ１、Ｓ２）をループする。

【００２０】のステップ このステップにおいて、パック電池は予備充電され、不
良電池は識別される。このステップにおいて、制御回路
が定電圧定電流電源をトリクル充電状態として、充電オ
ンオフスイッチをオンとする（Ｓ３）。この状態で、充
電状態にあることを表示する。パック電池がトリクル充
電されて、端子電圧が検出され、検出された端子電圧が
最低電圧に比較される（Ｓ４）。最低電圧は、たとえば
２．９Ｖに設定される。端子電圧は、電池をトリクル充
電する状態で検出される。端子電圧が最低電圧である
２．９Ｖよりも高くなると次のステップに進む。パック
電池をトリクル充電して１５０分経過しても、端子電圧
が最低電圧である２．９Ｖ以上に上昇しない電池は、不
良電池と判定される（Ｓ５）。不良電池と判定される
と、充電オンオフスイッチをオフに切り換える。（Ｓ
６）。トリクル充電しても電池電圧が２．９Ｖ以上にな
らない電池は、たとえば、内部ショートした不良電池で
ある。パック電池が不良電池であると判定された後は、
不良電池であると判断されたパック電池が除去されたか
どうかを判定し、パック電池が除去されるとＳ１のステ
ップにジャンプする。

【００２１】のステップ このステップにおいて、パック電池はパルス充電され
る。制御回路は定電圧定電流電源を急速充電電流に切り
換えて、充電オンオフスイッチをオンに制御する（Ｓ
７）。急速充電スイッチがオンになると、電池電圧は設
定電圧よりも高くなる。定電圧定電流電源の出力電圧が
設定電圧よりも高いからである。定電圧定電流電源の出
力電圧は、たとえば４．３Ｖに、電池の保護回路の設定
電圧は例えば４．２Ｖに設定される。電池電圧が設定電
圧よりも高くなると、保護回路のパルス制御回路はこの
ことを検出し、一定時間後にスイッチング素子であるＦ
ＥＴをオフに切り換える。ＦＥＴがオフになると、電池
の充電が休止され、電池の開放電圧は次第に低下する。
電池の開放電圧が設定電圧よりも低くなると、パルス制
御回路はＦＥＴをオンに切り換える。その後、この状態
が繰り返されて、電池はパルス充電される。

【００２２】保護回路のスイッチング素子がオンオフさ
れて、電池がパルス充電されるとき、制御回路は、パル
ス充電のトータル時間をあらかじめ設定されている設定
時間に比較する（Ｓ８）。タイマーの設定時間を経過す
ると、充電オンオフスイッチをオフにして充電を終了さ
せる（Ｓ９）。

【００２３】のステップ さらに、制御回路は、充電オンオフスイッチをオンにす
る状態で、４００ミリ秒の間に１６回端子電圧を検出し
（Ｓ１０）、検出した全ての端子電圧が基準電圧である
４．４Ｖ／セルよりも大きいかどうか、すなわちパック
電池のスイッチング素子がオフ状態にあるかどうかを判
定する（Ｓ１１）。１６回の端子電圧がすべて基準電圧
よりも高くなるまで、このステップをループする（Ｓ１
０、Ｓ１１）。１６回の端子電圧のすべてが基準電圧よ
りも高くないとき、すなわち、パルス充電の休止時間が
４００ミリ秒より短いときは、カウンターのカウント値
を０にリセットして（Ｓ１２）、このステップをループ
する。

【００２４】１６回検出した端子電圧がすべて基準電圧
よりも高いと、充電オンオフスイッチを一時的に所定時
間（３９０ｍ秒）の間オフにして、電池の開放電圧を検
出する。開放電圧を最低電圧（２．８Ｖ）に比較する
（Ｓ１３）。電池の開放電圧が２．８Ｖよりも高いとき
は、充電オンオフスイッチをオンにして、カウンターの
カウント値に１をプラスする（Ｓ１４）。開放電圧が
２．８Ｖより低いときは、電池がないと判定して、充電
オンオフスイッチをオフに保持して、Ｓ１のステップに
ジャンプする。

【００２５】カウンターのカウント値が３かどうかを判
定する（Ｓ１５）。４００ミリ秒の間に１６回検出して
全ての端子電圧が基準電圧よりも高くなる回数が３回に
なると、電池が満充電されたとして満充電を表示する
（Ｓ１６）。

【００２６】のステップ 満充電されると、さらにＳ７のステップにジャンプし、
タイマーの経過時間を経過すると、Ｓ９のステップにジ
ャンプして充電を終了する。

【００２７】Ｓ９のステップで満充電されたパック電池
は、端子電圧が１Ｖより低下するとＳ１のステップにジ
ャンプして、再充電が開始される（Ｓ１７）。

【００２８】以上の充電方法は、一定の周期でパック電
池の端子電圧を検出して、休止時間が設定時間よりも長
いかどうかを検出している。本発明のパルス充電方法
は、休止時間を検出して設定時間に比較する方法を前記
の方法に特定しない。たとえば、端子電圧が基準電圧よ
りも高くなるとカウントを開始し、端子電圧が基準電圧
よりも低くなるとカウントを停止してカウント値をリセ
ットするタイマーを使用して、休止時間を設定時間に比
較することもできる。このタイマーを使用する方法は、
タイマーのカウント値が設定時間になると、信号を出力
して休止時間が設定時間になったことを検出する。

【００２９】以上のパルス充電方法は、二次電池をリチ
ウムイオン二次電池とする実施例を詳述した。ただ、本
発明の充電方法は、パルス充電する二次電池をリチウム
イオン二次電池に特定せず、たとえば、ニッケルカドミ
ウム電池やニッケル水素電池等のパルス充電にも利用で
きる。

【００３０】

【発明の効果】本発明のパック電池のパルス充電方法
は、パック電池に内蔵される保護回路を、パルス充電の
スイッチング素子に併用するので、充電回路を簡単にし
て、パック電池を短時間で急速充電でき、しかも、パッ
ク電池の端子電圧を検出し、この端子電圧を基準電圧に
比較して、パック電池の充電状態を制御するので、充電
回路は簡単な回路でパック電池のパルス充電状態を検出
しながら、最適な環境で満充電できる特長がある。

【００３１】とくに、本発明の充電方法は、パック電池
のパルス充電状態を、充電電流を検出して判定する方法
に比較して、電圧を検出する簡単な回路で正確に検出で
きる特長がある。充電電流でパルス充電状態を検出する
には、パック電池と直列に電流検出抵抗を接続し、この
電流検出抵抗の両端に発生する微小電圧をアンプで増幅
して、その電圧値を検出する必要がある。ところが、本
発明の方法は、パック電池の端子電圧を検出して、その
検出電圧を基準電圧に比較するので、電流検出抵抗や、
この抵抗の両端の微小電圧を増幅するアンプを必要とし
ない。端子電圧を、基準電圧に比較し、基準電圧よりも
大きいときに、充電オフ、小さいときに充電中と判定し
て、簡単な回路でパルス充電状態を判定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のパルス充電方法に使用する充
電回路の回路図

【図２】図１の充電回路でパック電池をパルス充電する
タイミングチャート図

【図３】図１の充電回路でパック電池をパルス充電する
フローチャート図

【符号の説明】

１…パック電池 ２…定電圧定電流電源 ３…充電オンオフスイッチ ４…保護回路 ４Ａ…スイッチング素子 ４Ｂ…パルス制御回路 ５…制御回路 ６…表示回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定電圧定電流電源(2)と、充電オンオフ
   スイッチ(3)と、電源(2)及びスイッチ(3)を制御する制
   御回路(5)とを内蔵する充電器にパック電池(1)を接続
   し、パック電池(1)に内蔵される保護回路(4)のスイッチ
   ング素子(4A)をオンオフに制御して、パック電池(1)に
   内蔵される二次電池をパルス充電し、充電器がパック電
   池(1)の充電状態を検出しながらパルス充電する方法に
   おいて、制御回路(5)は、パック電池(1)の端子電圧を検
   出し、検出電圧を基準電圧に比較し、パック電池(1)が
   満充電されるまでは、端子電圧が基準電圧よりも高いと
   きにパルス充電がオフ、端子電圧が基準電圧よりも低い
   ときにパルス充電がオン状態となるパルス充電が行われ
   ていると判定して充電オンオフスイッチ(3)をオン状態
   に保持し、パック電池(1)が満充電された後は、充電オ
   ンオフスイッチ(3)をオンオフに切り換え、オフ時の端
   子電圧に基づいてパック電池(1)の状態を判定すること
   を特徴とするパック電池のパルス充電方法。
2. 【請求項２】 リチウムイオン二次電池を内蔵するパッ
   ク電池(1)をパルス充電する請求項１に記載されるパッ
   ク電池のパルス充電方法。