JP3638369B2

JP3638369B2 - 二次電池の充電制御方法

Info

Publication number: JP3638369B2
Application number: JP07040796A
Authority: JP
Inventors: 浩二山田
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH09261886A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池の充電制御方法に係り、さらに詳しくは定電流充電＋定電圧充電方式の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−水素二次電池、ニッケル−カドミウムあるいはリチウムイオン二次電池などに代表される二次電池は、充電による電力の貯蔵、この貯蔵した電力を負荷の駆動源（放電）とする繰り返し動作が可能な電源として、たとえば携帯用電話機や携帯型撮像機など各種の機器システムに組み込まれたりして実用されている。
【０００３】
ところで、二次電池はいずれの場合も、前記したように、充電および放電が主要な機能であり、また効率および安全性の点から充電の終止電圧，放電の終止電圧をそれぞれ限界とし、この限界範囲内の電圧で充電や放電を行っている。そして、二次電池の充電制御方法として、定電流充電（定電流モード）および定電圧充電（定電圧モード）を組み合わせた方式が知られている。
【０００４】
この定電流充電＋定電圧充電方式では、図３に模式的に示すごとく、定電流モードでの充電を終了するための設定電池電圧値Ｖ_cvがあり、定電流モードで充電を進め、電池電圧が上昇して設定電池電圧値Ｖ_cvに到達した後は、定電圧で充電を行う定電圧モードに切り換え、所要の充電が行われる。そして、この定電流充電＋定電圧充電方式においては、電池の充電が満充電状態に近付くと充電電流値が低減化するので、充電電流値が所定の値以下になったときを充電終了時点としている。
【０００５】
なお、この充電制御方法の場合は、設定電池電圧値Ｖ_cvが高いと定電流モードでの充電が長時間継続して過充電状態となり易く、逆に、設定電池電圧値Ｖ_cvが低いと十分な充電容量が得られない（放電容量が低下）。こうした問題を踏まえて、通常定電流モードで90％程度までの充電を行い、残りの10％程度を定電圧モードで充電するように、設定電池電圧値Ｖ_cvを設定している。また、前記設定電池電圧値Ｖ_cvによる充電容量の変化を（左右されるのを）防止するため、定電流・定電圧フィードバック制御することも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の定電流充電＋定電圧充電方式では、実際上いろいろの問題がある。第１に、定電流充電＋定電圧充電方式は、一般的に、図４に回路構成の概略を示す充電電流検知回路部を有する充電手段で実施されている。図４において、1a，1bは入力端子、２は定電流・定電圧制御回路３で制御されるスィッチ、４は充電電流検知回路部である。ここで、充電電流検知回路部４は、増幅器4aおよびＡ／Ｄコンバータ4bを備えた構成を成しており、検知した充電電流をマイコン５側に出力・表示する。また、６は被充電体としての電池パックで、電池セル6aおよび電池セル6aの温度検知用素子（たとえばサーミスタ素子）6bを具備した構成を成しており、充電端子7a，7bを介して充電手段（充電器）側に接続する。
【０００７】
上記のように、使用する充電手段は、充電電流検知回路部４を具備するため、構成が複雑化するだけでなく、コストアップを招来するので、結果的に二次電池の充放電繰り返し使用が割高になるという問題がある。
【０００８】
第２に、定電流モードでの充電電流が所定の電流値以下に達したときを充電終了時点と決めることは、定電流モードの電流値や充電雰囲気の温度などによって、満充電状態もしくはそれに近い状態における電流値の低下傾向も異なる。つまり、所要の充電を再現性よく行うには、多くの経験ないし熟練を必要とするので、実際的には、二次電池の効率的な使用（利用）が困難視される。
【０００９】
本発明は上記事情に対処してなされたもので、充電電流の検出回路の簡略化が図られる一方、効率よく所要の充電を達成できる二次電池の充電制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、二次電池に設定電池電圧値まで定電流モードで充電した後、定電圧モードに移行して充電する二次電池の充電制御方法であって、
前記定電圧モード切り替え時の電池温度Ｔ₀に対する定電圧モードによる充電過程での電池温度上昇△Ｔが所定の値Ｔ₁より大きくなった時点を充電終了とすることを特徴とする二次電池の充電制御方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、二次電池に設定電池電圧値まで定電流モードで充電した後、定電圧モードに移行して充電する二次電池の充電制御方法であって、
前記定電圧モードでの充電時間における単位時間当たりの電池温度上昇値ｄＴ／ｄｔ（温度微分値）が所定の値以上になった時点を充電終了とすることを特徴とする二次電池の充電制御方法である。
【００１２】
すなわち、本発明の充電制御方法は、定電流充電＋定電圧充電方式において、充電の進行に伴う電池温度を検知し、この温度の上昇割合もしくは温度変化（温度勾配）値を目安として、その温度上昇値が所定の値以上になったときを、充電終了時点とすることを骨子としている。
【００１３】
上記本発明は、次のような実験に基づいて成されたものである。すなわち、二次電池に対し、設定電池電圧値まで定電流モードで充電した後、定電圧モードに移行して充電する二次電池の充電制御方法において、その充電終了時までの電池温度を追随的に検知したところ、図１に模式的に示すような傾向が認められる。図１から分かるように、定電流モード領域では電池電圧の上昇に伴って電池温度も徐々に上昇し、定電流モードから定電圧モードに切り替えた時点の電池温度をＴ₀としたとき、その後の定電圧充電領域ではほとんど温度上昇が認められないが、さらに定電圧モードでの充電が進行し、満充電に近い充電電圧に達すると電池温度がＴ₁へ急激に上昇する。つまり、定電圧充電開始時の電池温度Ｔ₀に対して△Ｔの変化が認められるので、この変化値△Ｔが一定値を超えた時点を満充電時として検知し、充電を終了すればよいことになる。
【００１４】
また、上記定電圧モードでの充電進行に伴う電池温度Ｔ₁への上昇傾向、換言すると単位時間当たりの電池温度上昇値ｄＴ／ｄｔ（温度微分値）を検知し、この電池温度上昇値ｄＴ／ｄｔが所定の値以上になった時点を充電終了としてもよいことになる。
【００１５】
なお、本発明においては、充電用の電力源として、商用の交流電源を適切な電圧を持った直流に変換したものが使用されるが、その他に、たとえば燃料電池からなる電源を使用してもよいし、あるいはガソリンエンジンないしはディーゼルエンジンなどから発電される電力を用いてもよい。
【００１６】
請求項１および２の発明では、定電圧充電開始時の電池温度を基準として、定電圧モードでの充電に伴う電池温度の上昇・変化が予め設定した一定の値以上に達した時点を充電終了とする。すなわち、被充電電池（たとえば電池パック）が具備している温度検知素子による定電圧充電に伴う電池温度を測定し、その温度変化値によって、充電の続行もしくは終了を決めるので、充電手段の充電電流検知回路部も不要となり、充電操作などなども大幅に簡略化することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図１および図２を参照して実施の形態を説明する。
【００１８】
図２は、本発明の実施に使用した充電手段の概略構成を示す回路図である。図２において、1a，1bは入力端子、２は定電流・定電圧制御回路３で制御されるスィッチ、６は被充電体としての電池パックで、電池セル6aおよび電池セル6aの温度検知用素子（たとえばサーミスタ素子）6bを具備した構成を成しており、充電端子7a，7bを介して充電手段（充電器）側に接続する。上記のように、この実施例で使用する充電手段は、前記図４に図示した従来の充電手段に比べて、充電電流検知回路部が省略され、構成の複雑化が解消されているだけでなく、コストアップも回避されている。
【００１９】
次に、上記充電手段によって、リチウム・イオン二次電池パックに、定電流モードおよび定電圧モードで順次充電する例を、前記図１を参照して説明する。
【００２０】
先ず、充電手段に被充電電池（リチウム・イオン二次電池パック）６をセットし、たとえば 0.625Ａの定電流で充電を開始する。なお、この定電流充電開始時の被充電電池６温度は約35℃であった。上記定電流充電の進行に伴って、被充電電池６の電池電圧が上昇する一方、電池温度も徐々に上昇して定電流モードで充電を行う設定電池電圧値に到達した時点で、充電電圧 5.900Ｖの定電圧モード充電に切り替えて充電を行った。なお、この定電流モードから定電圧モードに切り替えたときの電池温度Ｔ₀は 38.75℃であった。
【００２１】
その後の定電圧モードによる充電では、電池温度の変化がほとんど見られなかったが、定電圧モード充電の進行に伴って電池温度が上昇をし始め、 40.50℃に電池温度Ｔ₁がに急上昇して、定電圧モード充電切り替え時の電池温度Ｔ₀に対する急上昇温度値Ｔ₁との温度差△Ｔが1.75℃になった。この温度差△Ｔが1.75℃は、被充電電池の種類や電池容量などによって決まる一定値を超えているので、この時点で、前記定電圧モードによる充電を停止（充電終了）した。上記充電終了後の被充電電池の充電電圧は、満充電状態に到達しており、それ以上充電を続行すると過充電を起こす恐れが認められた。
【００２２】
上記では、定電圧モード充電切り替え時の電池温度Ｔ₀に対する電池温度Ｔ₁の変化が一定の値を超えたときを充電の終了時点としたが、満充電状態に近付くに従って電池温度が上昇するその変化率から充電電圧が満充電状態に到達したか否かを判定することもできる。すなわち、定電圧モード充電における一定の時間ｄｔ当たりの電池温度上昇ｄＴを検知し、ｄＴ／ｄｔが一定の値（たとえば 1℃／min ）を超えた時点を充電終了としても、所要の満充電状態の充電が行なわれる。
【００２３】
上記例示のごとく、対応する設定電池電圧値Ｖ_cvを考慮し、定電流モード充電から定電圧モード充電に切り換えて充電を行う方式において、定電流モード充電から定電圧モード充電に切り替えるときの電池温度を目安（基準）として、その後の定電圧モード充電過程での電池温度上昇を追跡し、その温度上昇値や温度上昇率の急激な変化を充電終了の時点とするため、適正な充電を効率よく行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明から分かるように、請求項１および２の発明によれば、被充電用の二次電池に対する定電流モードの充電および低電圧モードの充電の実施において、被充電用二次電池に対して、過充電など起こす恐れもなく、効率よく満充電状態に近い充電を行うことができる。つまり、充電電流検知回路を不要とし、構成や操作など簡略化した充電手段によって適正な充電を確実に、また、定コストで行うことができる。ここで、過充電など回避して所要の充電が行われることは、二次電池の寿命，耐久性に寄与し、また、効率よく満充電状態の充電をなし得ることと相俟って信頼性の高い電源の提供に大きく寄与することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の実施態様を模式的に示す説明図。
【図２】実施例に用いた充電手段の概略構成を示す回路図。
【図３】定電流モード充電−低電圧モード充電の一般的な実施態様を模式的に示す説明図。
【図４】一般的な定電流モード充電−低電圧モード充電に用いる充電手段の概略構成を示す回路図。
【符号の説明】
1a，1b……電源端子
２……スイッチ
３……低電流・定電圧制御素子
４……充電電流検知回路部
4a……増幅器
4b…… A/Dコンバータ
５……マイコン
６……電池パック
6a……電池セル
6b……温度検出素子
7a，7b……充電接続端子

Claims

二次電池に設定電池電圧値まで定電流モードで充電した後、定電圧モードに移行して充電する二次電池の充電制御方法であって、
前記定電圧モード切り替え時の電池温度Ｔ₀に対する定電圧モードによる充電過程での電池温度上昇△Ｔが所定の値Ｔ₁より大きくなった時点を充電終了とすることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
二次電池に設定電池電圧値まで定電流モードで充電した後、定電圧モードに移行して充電する二次電池の充電制御方法であって、
前記定電圧モードでの充電時間における単位時間当たりの電池温度上昇値ｄＴ／ｄｔ（温度微分値）が所定の値以上になった時点を充電終了とすることを特徴とする二次電池の充電制御方法。