JP4079590B2

JP4079590B2 - Pack battery and battery charging method

Info

Publication number: JP4079590B2
Application number: JP2000399966A
Authority: JP
Inventors: 哲也岡田; 武朗福田; 克洋鈴木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2002199606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパック電池と電池を充電する方法に関し、とくに電池の劣化を防止しながら充電するパック電池と充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池をパルス充電する充電方法は、短時間に大きな電流を流して、急速充電できる。パルス充電は、電池電圧や充電電流を検出しながら短い周期で充電する。図１は、パルス充電するときの電池電圧が変化する特性を示している。この図に示すように、充電スイッチがオンになると電池電圧は上昇し、充電スイッチをオフにすると電池電圧が低下する。この図に示すパルス充電は、充電している電池の電圧が第１設定電圧よりも高くなる時間が、第１設定時間（Ｔ1）よりも長くなると充電スイッチをオフにする。また、充電スイッチをオフにして電池の電圧が第２設定電圧よりも低下する時間が第２設定時間（Ｔ2）よりも長くなると、充電スイッチをオンに切り換えてパルス充電する。
【０００３】
たとえば、電池電圧を１２５ｍｓｅｃのサンプリング周期で検出して、電池電圧が第１設定電圧よりも高くなる第１設定時間（Ｔ1）が５００ｍｓｅｃになると、充電スイッチをオフに切り換える。１２５ｍｓｅｃのサンプリング周期は、４回目の計測時間が５００ｍｓｅｃとなるので、４回連続して検出する電池電圧が、第１設定電圧よりも高いと充電スイッチをオフに切り換える。また、４回連続して検出する電池電圧が第２設定電圧よりも低いと、充電スイッチをオンに切り換える。
【０００４】
以上のようにして、パルス充電される電池は、満充電に接近するにしたがって、電池電圧の低下がゆっくり遅くなる。したがって、充電スイッチがオフになる時間を検出して満充電を検出できる。また、充電スイッチをオンオフに切り換えるデューティー比から平均電流を検出して満充電を検出して充電を終了することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにしてパルス充電する方法は、短時間で電池を満充電できる特長はあるが、電池の温度が低いときに電池電圧が異常に高くなって電池を劣化させる欠点がある。温度の低い電池をパルス充電すると、充電スイッチをオンに充電しているときに、図１の鎖線で示すように、電池電圧が急激に上昇するからである。この弊害は、充電スイッチのオン時間を短くして防止できる。しかしながら、この方法は、１パルスで電池を充電する容量が少なくなるので、満充電するまでに時間がかかる欠点がある。
【０００６】
パルス充電は、リチウムイオン二次電池のように、電池電圧の最高電圧を制限しながら電池を短時間で満充電できる特長があるので、このタイプの電池の充電に好んで使用される。リチウムイオン二次電池は、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池のように、満充電されるまで大きな電流で定電流充電すると、電池電圧が異常に高くなって電池を劣化させる。このため、満充電になるにしたがって充電電流を小さくする必要があり、満充電するまでの時間が長くなる。充電時間の長い電池を短時間で満充電するためにパルス充電が使用される。このため、パルス充電で充電時間が長くなることは、パルス充電の最大の特長が失われる。したがって、パルス充電は、いかにして満充電できる時間を短縮できるかが特に大切である。ただ、充電時間を短くするために、１パルスの充電時間を長くすると、温度が低い電池の電圧が異常に高くなって、電池性能を著しく低下させる。このため、１パルスの充電時間を短くする必要があるが、これを短くすると充電時間が長くなる。このように、パルス充電において、満充電する時間を短くすることと、電池性能を低下させないことは、互いに相反する特性であって、短時間で劣化させることなく充電するのは極めて難しい。
【０００７】
本発明は、この極めて難しい課題を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、電池性能を低下させることなく短時間で充電できるパック電池と電池の充電方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載しているパック電池は、充電できる電池１と、この電池１の温度を検出する温度センサーと、温度センサーから入力される信号で電池１の充電を制御する制御回路１４を内蔵している。制御回路１４は、温度センサーで検出する検出温度が設定温度よりも高いときに限ってパルス充電する。電池温度が設定温度よりも低いときにパルス充電しないので、温度の低い電池をパルス充電して電池電圧を上昇させて性能を低下することがない。
【０００９】
パック電池に内蔵している制御回路１４は、電池温度が設定温度よりも低いときには、パルス充電することなく定電圧定電流充電する。パルス充電を開始するかしないかを判定する設定温度は、好ましくは５〜１５℃のいずれかの温度に特定する。制御回路１４は、温度センサーで検出する電池温度が設定温度よりも高いときは、満充電するまでパルス充電する。温度センサーで検出する電池温度が設定温度よりも低いときは、満充電するまで定電圧定電流充電し、あるいは、定電圧定電流充電した後、電池温度が充電切換温度よりも高くなるとパルス充電に切り換えて満充電する。
【００１０】
本発明の電池の充電方法は、電池１の充電を始めるときに、電池温度を検出して、電池温度が設定温度よりも高いときに限ってパルス充電を開始する。電池温度が設定温度よりも低いときには、パルス充電することなく、好ましくは、定電圧定電流充電する。
【００１１】
パルス充電を開始するか、あるいは定電圧定電流充電するかを判定する設定温度は、好ましくは、５〜１５℃のいずれかの温度に特定する。温度センサーで検出する電池温度が設定温度よりも高いときには、好ましくは、電池１が満充電されるまでパルス充電する。温度センサーで検出する電池温度が設定温度よりも低いときは、満充電するまで定電圧定電流充電し、あるいは、定電圧定電流充電した後、電池温度が充電切換温度よりも高くなるとパルス充電に切り換えて満充電する。
【００１２】
【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ック電池と電池の充電方法を例示するものであって、本発明はパック電池と電池の充電方法を以下に特定しない。
【００１３】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１４】
本発明は、リチウムイオン二次電池を内蔵するパック電池を充電するのに最適であるから、以下リチウムイオン二次電池のパック電池とその充電方法を詳述する。ただし、本発明の充電方法は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池、たとえば、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等も充電できる。
【００１５】
リチウムイオン二次電池を内蔵するパック電池は、充電スイッチをオンオフに切り換えてパルス充電される。ただ、パック電池は、充電を開始するときに温度を検出して、電池温度が設定温度よりも高いときに限ってパルス充電する。電池温度が設定温度よりも低いときはパルス充電しないで、定電圧定電流充電して満充電する。パルス充電しないときに定電圧定電流充電するのは、リチウムイオン二次電池の充電に適している。リチウムイオン二次電池のパック電池は、定電圧充電して満充電することもできる。また、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池を内蔵するパック電池は、パルス充電しないときに、必ずしも定電圧定電流充電する必要はなく、たとえば、定電流充電して満充電することができる。
【００１６】
電池温度が設定温度よりも低いとき、最初に定電圧定電流充電し、その後、電池温度が充電切換温度よりも高くなるとパルス充電に切り換えて満充電することもできる。充電切換温度は、パルス充電するかしないかを判別する設定温度と同じ温度に設定し、あるいは、設定温度よりも高く設定する。
【００１７】
図２は、定電圧定電流充電してリチウムイオン二次電池のパック電池を満充電する特性を示している。このパック電池は、約１時間で満充電容量の８０％まで充電され、約３時間で満充電される。図３は、パルス充電してパック電池を満充電する特性を示している。この図のパック電池は、約５０分で満充電容量の８０％まで充電され、約２時間で満充電される。この図に示すように、パルス充電は、パック電池の満充電時間を短くできる。
【００１８】
図４は、パック電池の回路図である。この図のパック電池は、二次電池１と、この電池１の充電を制御する制御回路１４を内蔵している。制御回路１４は、電池１の温度を検出して電圧に変換する温度検出回路２と、温度検出回路２の出力信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換する温度Ａ／Ｄコンバータ３の出力信号を設定温度に比較する温度測定回路４と、電池１の電圧を検出する電圧検出回路５と、この電圧検出回路５の出力信号をデジタル信号に変換する電圧Ａ／Ｄコンバータ６と、電圧Ａ／Ｄコンバータ６の出力信号を第１設定電圧と第２設定電圧に比較する電圧測定回路７と、温度Ａ／Ｄコンバータ３と電圧Ａ／Ｄコンバータ６がアナログ信号をデジタル信号に変換するタイミングを特定するタイマー８と、電圧測定回路７と温度測定回路４の出力信号でもって充電スイッチ９をオンオフに切り換える制御信号を出力するパルス充電制御回路１０と、パルス充電制御回路１０の出力信号でオンオンに切り換えられて電池１をパルス充電する充電スイッチ９と、この充電スイッチ９に接続している充電端子と、温度測定回路４の出力信号でパック電池を充電する電圧を切り換える充電電圧信号を出力する充電電圧判定回路１２と、この充電電圧判定回路１２の充電電圧信号をパック電池を装着している充電器やマイコン等に出力する通信データ処理回路１３とを備えている。
【００１９】
温度検出回路２は、パック電池に内蔵している電池１に接触して電池１の温度を検出する温度センサー（図示せず）を備える。温度センサーは、温度によって抵抗が変化する素子であるサーミスタ、バリスタ、ＰＴＣ等が使用できる。温度検出回路２は、温度センサーの抵抗変化を電圧の変化に変換して出力する。
【００２０】
温度Ａ／Ｄコンバータ３と電圧Ａ／Ｄコンバータ６は、タイマー８からサンプリングのためのトリガー信号が入力されるときに、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。サンプリング周期は、たとえば１２５ｍｓｅｃとする。
【００２１】
温度測定回路４は、温度Ａ／Ｄコンバータ３から出力される温度信号を設定温度に比較する。温度信号が設定温度よりも高いときは、”高温”信号を、低いときは、”低温”信号を出力する。設定温度は、たとえば１０℃に設定する。ただ、本発明のパルス充電方法は、設定温度を１０℃には特定しない。設定温度は５℃〜１５℃の範囲で最適値とすることもできる。
【００２２】
充電電圧判定回路１２は、温度測定回路４から入力される”高温”または”低温”の信号で、パック電池を充電する電圧を切り換える充電電圧切換信号を出力する。パック電池は、パルス充電するときと、定電圧定電流充電するときとで充電電圧が異なる。たとえば、リチウムイオン二次電池のパック電池は、４．２Ｖ／セルの充電電圧で定電圧定電流充電し、４．５Ｖ／セルの充電電圧でパルス充電する。
【００２３】
通信データ処理部１３は、充電電圧判定回路１２から出力される充電電圧切換信号を充電器やマイコンに出力するインターフェース回路である。この回路の出力は、たとえばＳＭＢｕｓ等のバスラインで充電器やマイコンに出力される。
【００２４】
電圧測定回路７は、電圧Ａ／Ｄコンバータ６から出力される電圧信号を第１設定電圧及び第２設定電圧に比較し、電圧信号が第１設定電圧よりも高いと”高電圧”の信号を、第２設定電圧よりも低いと”低電圧”の信号を、第１設定電圧と第２設定電圧の間の電圧であるときは、”中間電圧”の信号を出力する。
【００２５】
パルス充電制御回路１０は、電圧測定回路７から入力される信号で充電スイッチ９をオンオフに切り換える。電池電圧が第１設定電圧よりも高くなる時間が第１設定時間（Ｔ1）よりも長くなると、充電スイッチ９をオンからオフに切り換え、第２設定電圧よりも低くなる時間が第２設定時間（Ｔ2）よりも長くなると、充電スイッチ９をオフからオンに切り換える信号を充電スイッチ９に出力する。
【００２６】
パルス充電制御回路１０は、第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）を記憶している。第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）は、一定の値としている。
【００２７】
以上のパック電池は、制御回路が以下の動作で電池の充電を制御する。
(1) 温度センサーが電池温度を検出して温度検出回路２が温度信号を出力し、この温度信号が温度Ａ／Ｄコンバータ３でデジタル信号に変換される。
(2) 温度Ａ／Ｄコンバータ３の出力信号が温度測定回路４に入力される。
(3) 温度測定回路４は、入力される温度信号を設定温度に比較し、温度信号が設定温度よりも高いと”高温”、低いと”低温”の信号を出力し、この信号がパルス充電制御回路１０と充電電圧判定回路１２に入力される。
(4) パルス充電制御回路１０は、”高温”信号が入力されるとパルス充電して電池を満充電する。パルス充電制御回路１０は、”低温”の信号が入力されると電池１をパルス充電しない。電池１は、充電電源１１によって、定電圧定電流充電されて満充電される。
このとき、充電電圧判定回路１２は、入力される”高温”または”低温”の信号に対応した充電電圧切換信号を通信データ処理回路１３から充電器やマイコンに出力する。充電器やマイコンは、バスラインから入力される充電電圧切換信号で、パック電池を充電する電圧を切り換える。電池１を定電圧定電流充電するときは、充電電圧をたとえば４．２Ｖ／セルと低くし、パルス充電するときは充電電圧をたとえば４．５Ｖ／セルと高くする。
【００２８】
ただ、制御回路１４は、電池温度が設定温度よりも低いと、最初に定電圧定電流充電し、その後、電池温度が充電切換温度よりも高くなるとパルス充電に切り換えて満充電することもできる。充電切換温度は、設定温度と同じ温度に設定し、あるいは、設定温度よりも高く設定することができる。温度測定回路４は、電池１を定電圧定電流充電しているときに入力される温度信号を充電切換温度に比較し、温度信号が充電切換温度よりも高いと”切換高温”の信号を出力する。この信号は、パルス充電制御回路１０と充電電圧判定回路１２に入力される。パルス充電制御回路１０は、”切換高温”信号が入力されると、定電圧定電流充電からパルス充電に切り換えて電池１を満充電する。
このとき、充電電圧判定回路１２は、入力される”切換高温”の信号に対応した充電電圧切換信号を通信データ処理回路１３から充電器やマイコンに出力する。充電器やマイコンは、バスラインから入力される充電電圧切換信号で、出力電圧をパック電池をパルス充電する電圧に切り換える。
【００２９】
パルス充電して電池１を満充電するときは、充電スイッチ９を、電池１の電圧で切り換える。すなわち、充電している電池１の電圧が第１設定電圧よりも高くなる時間が第１設定時間（Ｔ1）よりも長くなると、充電スイッチ９をオンからオフに切り換える。充電を中断して電池電圧が、第２設定電圧よりも低くなる時間が第２設定時間（Ｔ2）よりも長くなると、充電スイッチ９をオフからオンに切り換える。第２設定電圧は、第１設定電圧よりも低く設定された電圧である。
【００３０】
以上のパック電池は、第１設定時間（Ｔ1）を一定の時間に特定して、電池をパルス充電しているが、第１設定時間（Ｔ1）を電池温度や充電している電池の電圧が上昇する勾配で変更しながらパルス充電することもできる。この充電方法は、後に述べるように、タイマー８のサンプリング周期を変更して、第１設定時間（Ｔ1）を変更することができる。この方法においては、標準サンプリング周期と短縮サンプリング周期の比率が、第１設定時間（Ｔ1）を変更する割合となる。したがって、この方法においては、第１設定時間（Ｔ1）が最適時間となるように、短縮サンプリング周期を特定する。
【００３１】
この充電方法に使用する電圧測定回路７は、電圧Ａ／Ｄコンバータ６から出力される電圧信号を第１設定電圧及び第２設定電圧に比較し、電圧信号が第１設定電圧よりも高いと”高電圧”の信号を、第２設定電圧よりも低いと”低電圧”の信号を、第１設定電圧と第２設定電圧の間の電圧であるときは、”中間電圧”の信号を出力する。
【００３２】
さらに、第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）をつねに一定にしない充電方法に使用するパック電池は、第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）を「電池の温度」、あるいは電池電圧が上昇する「電圧上昇勾配」で変化させるので、パルス充電制御回路１０に、電池の温度、または電圧上昇勾配に対する第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）を記憶させる。
【００３３】
パルス充電制御回路１０が、電池温度等で変化される第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）を記憶する方法はふたつある。第１の方法は、電圧測定回路７からパルス充電制御回路１０に連続して入力される”高電圧”または”低電圧”をカウント値として記憶する。この方法は、電池温度または電圧上昇勾配でサンプリング周期を変更して、第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）を変化させる。この方法は、電池温度や電圧上昇勾配で、記憶しているカウント値を変更する必要がない。第２の方法は第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）を電池温度と電圧上昇勾配によって異なる時間として記憶する。この方法は、連続して出力される”高電圧”または”低電圧”信号をカウント値として記憶することもできる。この方法は、サンプリング周期を電池の温度や電圧上昇勾配で変更する必要がない。ただ、この方法は、電池の温度や電圧上昇勾配によって、第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）を異なる時間として記憶する必要がある。
【００３４】
パルス充電制御回路１０が、電池の温度や電圧上昇勾配でサンプリング周期を変更する方法は、電池温度がパルス充電設定温度よりも低くなり、あるいは電圧上昇勾配が設定勾配よりも大きくなると、サンプリング周期を、標準サンプリング周期から短縮サンプリング周期に変更する。サンプリング周期が標準サンプリング周期から短縮サンプリング周期に変更されると、１回のサンプリング周期が短くなるので、カウント値が同じであっても時間は短くなる。この方法は、パルス充電制御回路１０が記憶しているカウント値から１を減算した値とサンプリング周期の積が第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）になる。
【００３５】
たとえば、電圧Ａ／Ｄコンバータ６の標準サンプリング周期を１２５ｍｓｅｃとし、パルス充電制御回路１０が第１設定時間（Ｔ1）のカウント値として”高電圧”が連続して出力される回数を５回と記憶していると、第１設定時間（Ｔ1）は５００ｍｓｅｃとなる。また、第２設定時間（Ｔ2）のカウント値として”低電圧”が連続して出力される回数を５回として記憶していると、第２設定時間（Ｔ2）も５００ｍｓｅｃとなる。電池の温度がパルス充電設定温度よりも低くなり、あるいは電圧上昇勾配が設定勾配よりも高くなって、サンプリング周期を、標準サンプリング周期の１２５ｍｓｅｃから短縮サンプリング周期の４０ｍｓｅｃに短縮すると、第１設定時間（Ｔ1）と第２設定時間（Ｔ2）は、５００ｍｓｅｃから１６０ｍｓｅｃに短縮される。
【００３６】
さらに、パルス充電制御回路１０は、電圧測定回路７から入力される信号から、充電している電池１の電圧上昇勾配を演算する。電圧上昇勾配は、第１設定電圧と第２設定電圧の電圧差（ΔＶ）を、第２設定電圧から第１設定電圧に上昇するまでの上昇時間（ΔＴ）で割って演算される。上昇時間（ΔＴ）は、電圧測定回路７から出力される信号が、”低電圧”から”中間電圧”に変わったときをスタート時間として”中間電圧”から”高電圧”に変わったときまでの時間で検出できる。
【００３７】
以上の充電回路は、以下の動作で第１設定時間を変更しながら電池をパルス充電する。
［電池温度で第１設定時間を切り換える方法］
(1) 温度センサーが電池温度を検出して温度検出回路２が温度信号を出力し、この温度信号が温度Ａ／Ｄコンバータ３でデジタル信号に変換される。
(2) 温度Ａ／Ｄコンバータ３の出力信号が温度測定回路４に入力される。
(3) 温度測定回路４は、入力される温度信号をパルス充電設定温度に比較し、温度信号がパルス充電設定温度よりも高いと”充電中高温”、低いと”充電中低温”の信号を出力し、この信号がパルス充電制御回路１０に入力される。
(4) パルス充電制御回路１０は、”充電中高温”信号が入力されると、タイマー８のサンプリング周期を標準サンプリング周期とし、”充電中低温”信号が入力されるとサンプリング周期を短縮サンプリング周期に設定する。
(5) パルス充電制御回路１０は、電圧をサンプリングする回数で第１設定時間（Ｔ1）を記憶しているので、サンプリング周期が変更されると、第１設定時間（Ｔ1）は変更される。電池温度が低下して、サンプリング周期が短くなると、第１設定時間（Ｔ1）はサンプリング周期に比例して短くなる。
【００３８】
［電圧上昇勾配で第１設定時間を切り換える方法］
(1) 電圧検出回路７が充電している電池１の電圧を検出し、この電圧信号が電圧Ａ／Ｄコンバータ６でデジタル信号に変換される。
(2) 電圧Ａ／Ｄコンバータ６の電圧信号が電圧測定回路７に入力される。
(3) 電圧測定回路７は、入力される電圧信号を第１設定電圧と第２設定電圧に比較し、電圧信号が第１設定電圧よりも高いと”高電圧”、第２設定電圧より低いと”低電圧”、第２設定電圧と第１設定電圧との間の電圧であると”中間電圧”の信号を出力し、この信号がパルス充電制御回路１０に入力される。
(4) パルス充電制御回路１０は、”低電圧”から”中間電圧”に切り換えられるタイミングから、”中間電圧”から”高電圧”が出力されるまでの時間、言いかえると”中間電圧”を出力している時間（ΔＴ）と、第１設定電圧と第２設定電圧の差電圧（ΔＶ）から、電圧上昇勾配を演算し、この電圧上昇勾配を記憶している設定勾配に比較する。電圧上昇勾配が設定勾配よりも小さいときは、タイマー８のサンプリング周期を標準サンプリング周期とし、設定勾配よりも大きいときは、サンプリング周期を短縮サンプリング周期に設定する。
(5) パルス充電制御回路１０は、電圧をサンプリングする回数で第１設定時間（Ｔ1）を記憶しているので、サンプリング周期が変更されると、第１設定時間（Ｔ1）は変更される。電圧上昇勾配が大きくなって、サンプリング周期が短くなると、第１設定時間（Ｔ1）はサンプリング周期に比例して短くなる。
【００３９】
以上の方法は、サンプリング周期で第１設定時間（Ｔ1）を変更する方法であるが、サンプリング周期によらず、パルス充電制御回路１０に記憶している第１設定時間（Ｔ1）を変更することもできる。
【００４０】
以上のようにして、第１設定時間（Ｔ1）が変更される充電回路は、以下のようにして電池をパルス充電する。
(1) パルス充電制御回路１０は、電圧測定回路７から入力される信号が、”中間電圧”または”低電圧”の信号であることを確認して、充電スイッチ９をオンにする。電圧測定回路７から”高電圧”の信号が入力されるときは、充電スイッチ９をオフ状態に保持し、”中間電圧”または”低電圧”となるまで待機して充電スイッチ９をオンにする。
(2) 電圧検出回路５は、電池電圧を電圧Ａ／Ｄコンバータ６に連続して出力している。電圧Ａ／Ｄコンバータ６は、タイマー８からトリガー信号が入力される毎に、電圧信号をデジタル信号に変換して電圧測定回路７に出力する。タイマー８は、サンプリング周期に同期してトリガー信号を電圧Ａ／Ｄコンバータ６に出力する。したがって、電圧測定回路７には、サンプリング周期に同期して電圧信号が入力される。電圧測定回路７は、電圧信号を第１設定電圧と第２設定電圧に比較して、”高電圧”、”中間電圧”、”低電圧”のいずれかの信号をパルス充電制御回路１０に出力する。
(3) 充電している電池１の電圧が上昇して、電池電圧が第１設定電圧よりも高くなって、”高電圧”の信号がパルス充電制御回路１０に入力されると、パルス充電制御回路１０は、”高電圧”の信号が入力される回数を記憶している回数に比較し、入力される回数が記憶している回数になると、充電スイッチ９をオフにする信号を充電スイッチ９に出力する。
(4) 充電スイッチ９がオフに切り換えられて、電池１の充電が中断される。
(5) 充電が中断された電池１は、電圧が低下する。電池電圧が低下すると、電圧測定回路７の出力信号は、”高電圧”から”中間電圧”を経過して”低電圧”となる。
(6) パルス充電制御回路１０は、”低電圧”の信号が入力される回数を記憶している回数に比較し、入力される回数が記憶している回数になると、充電スイッチ９をオンにする信号を充電スイッチ９に出力する。
(7) 充電スイッチ９がオンに切り換えられて、電池１の充電が再開される。
(8) その後、(3)〜(7)の工程で電池１が充電されて満充電になると、充電スイッチ９をオフにする時間が長くなる。したがって、充電スイッチ９がオフになる時間、あるいはオンとオフのデューティ比を検出して、電池１の満充電を検出する。電池１が満充電されると、パルス充電を終了する。
【００４１】
以上の充電方法は、パック電池に内蔵される制御回路で電池をパルス充電し、あるいは定電圧定電流充電して満充電する。このパック電池は、充電器やマイコンに装着され、充電器やマイコンから出力される電力で充電される。充電器やマイコンは、パック電池から出力される充電電圧切換信号で出力電圧を制御して、パック電池を満充電する。
【００４２】
本発明の充電方法は、電池の充電を制御する制御回路を、必ずしもパック電池に内蔵させる必要はない。制御回路は、パック電池を装着して充電する充電器やマイコンに内蔵して充電することもできるからである。また、制御回路の一部をパック電池に内蔵し、残りの一部を充電器やマイコンに内蔵して電池を充電することもできる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のパック電池と充電方法は、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、本発明のパック電池と充電方法が、充電される電池の電池温度を検出して、検出温度が設定温度よりも高いときに限ってパルス充電するようにしているからである。このように、本発明のパック電池と充電方法は、電池温度が設定温度よりも低いときにパルス充電しないので、温度の低い電池をパルス充電して電池電圧を上昇させることがなく、電池性能の低下を防止しながら理想的に充電できる。
【００４４】
さらに、本発明のパック電池と充電方法は、電池温度が設定温度よりも低いときに、電池を定電圧定電流充電することによってより理想的に充電できる。さらに、本発明のパック電池と充電方法は、電池温度が設定温度よりも低いときには定電圧定電流充電し、その後、電池温度が充電切換温度よりも高くなるとパルス充電に切り換えて満充電することによって、極めて理想的に、短時間で満充電できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パルス充電するときの電池電圧が変化する特性を示すグラフ
【図２】定電圧定電流充電して電池を満充電する特性を示すグラフ
【図３】パルス充電して電池を満充電する特性を示すグラフ
【図４】本発明の実施例のパック電池の回路図
【符号の説明】
１…電池
２…温度検出回路
３…温度Ａ／Ｄコンバータ
４…温度測定回路
５…電圧検出回路
６…電圧Ａ／Ｄコンバータ
７…電圧測定回路
８…タイマー
９…充電スイッチ
１０…パルス充電制御回路
１１…充電電源
１２…充電電圧判定回路
１３…通信データ処理回路
１４…制御回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack and a method for charging the battery, and more particularly to a battery pack and a charging method for charging while preventing deterioration of the battery.
[0002]
[Prior art]
A charging method for charging a battery in a pulsed manner allows rapid charging by flowing a large current in a short time. In pulse charging, charging is performed in a short period while detecting battery voltage and charging current. FIG. 1 shows the characteristic that the battery voltage changes during pulse charging. As shown in this figure, the battery voltage increases when the charge switch is turned on, and the battery voltage decreases when the charge switch is turned off. In the pulse charging shown in this figure, the charging switch is turned off when the time during which the voltage of the battery being charged becomes higher than the first set voltage becomes longer than the first set time (T1). Further, when the time during which the charge switch is turned off and the battery voltage falls below the second set voltage becomes longer than the second set time (T2), the charge switch is turned on to perform pulse charging.
[0003]
For example, when the battery voltage is detected at a sampling period of 125 msec and the first set time (T1) when the battery voltage becomes higher than the first set voltage becomes 500 msec, the charging switch is turned off. In the sampling period of 125 msec, the measurement time of the fourth time is 500 msec, so that the charging switch is turned off when the battery voltage detected four times continuously is higher than the first set voltage. Further, when the battery voltage detected continuously four times is lower than the second set voltage, the charging switch is turned on.
[0004]
As described above, in a battery that is pulse-charged, the battery voltage decreases slowly as it approaches full charge. Therefore, the full charge can be detected by detecting the time when the charge switch is turned off. Further, the charging can be terminated by detecting the average current from the duty ratio at which the charging switch is turned on and off to detect the full charge.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The method of pulse charging as described above has a feature that the battery can be fully charged in a short time, but has a drawback that the battery voltage is abnormally high when the battery temperature is low, and the battery is deteriorated. This is because when a battery having a low temperature is pulse-charged, the battery voltage rapidly increases as shown by a chain line in FIG. This problem can be prevented by shortening the on-time of the charging switch. However, this method has a drawback that it takes time to fully charge the battery because the capacity for charging the battery with one pulse is reduced.
[0006]
Pulse charging is preferred for charging this type of battery because it has the feature of being able to fully charge the battery in a short time while limiting the maximum voltage of the battery as in the case of a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery, like a nickel-hydrogen battery or a nickel-cadmium battery, is charged with a constant current with a large current until it is fully charged, the battery voltage becomes abnormally high and the battery deteriorates. For this reason, it is necessary to reduce the charging current as the battery is fully charged, and the time until the battery is fully charged becomes longer. Pulse charging is used to fully charge a battery having a long charging time in a short time. For this reason, the long characteristic of the pulse charging loses the maximum feature of the pulse charging. Therefore, it is particularly important how pulse charging can shorten the time for full charge. However, if the charging time of one pulse is lengthened in order to shorten the charging time, the voltage of the battery having a low temperature becomes abnormally high, and the battery performance is significantly lowered. For this reason, it is necessary to shorten the charging time of one pulse, but if this is shortened, the charging time becomes longer. Thus, in pulse charging, shortening the full charge time and not degrading the battery performance are mutually contradictory characteristics, and it is extremely difficult to charge without deterioration in a short time.
[0007]
The present invention was developed for the purpose of solving this extremely difficult problem. An important object of the present invention is to provide a battery pack and a battery charging method that can be charged in a short time without deteriorating battery performance. There is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The battery pack according to claim 1 of the present invention includes a battery 1 that can be charged, a temperature sensor that detects the temperature of the battery 1, and a control circuit that controls charging of the battery 1 using a signal input from the temperature sensor. 14 is built in. The control circuit 14 performs pulse charging only when the detected temperature detected by the temperature sensor is higher than the set temperature. Since the pulse charging is not performed when the battery temperature is lower than the set temperature, the battery voltage is increased by pulse charging a battery having a low temperature, and the performance is not deteriorated.
[0009]
When the battery temperature is lower than the set temperature, the control circuit 14 built in the battery pack performs constant voltage and constant current charging without pulse charging. The set temperature for determining whether or not to start pulse charging is preferably specified as any temperature of 5 to 15 ° C. When the battery temperature detected by the temperature sensor is higher than the set temperature, the control circuit 14 performs pulse charging until the battery is fully charged. When the battery temperature detected by the temperature sensor is lower than the set temperature, charge at constant voltage and constant current until it is fully charged, or after charging at constant voltage and constant current, if the battery temperature becomes higher than the charge switching temperature, pulse charging is performed. Switch to full charge.
[0010]
In the battery charging method of the present invention, when charging of the battery 1 is started, the battery temperature is detected, and pulse charging is started only when the battery temperature is higher than the set temperature. When the battery temperature is lower than the set temperature, it is preferably charged at constant voltage and constant current without pulse charging.
[0011]
The set temperature for determining whether to start pulse charging or charge at constant voltage and constant current is preferably specified as any temperature of 5 to 15 ° C. When the battery temperature detected by the temperature sensor is higher than the set temperature, pulse charging is preferably performed until the battery 1 is fully charged. When the battery temperature detected by the temperature sensor is lower than the set temperature, charge at constant voltage and constant current until it is fully charged, or after charging at constant voltage and constant current, if the battery temperature becomes higher than the charge switching temperature, pulse charging is performed. Switch to full charge.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples shown below exemplify the battery pack and battery charging method for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the battery pack and battery charging method below. .
[0013]
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, the numbers corresponding to the members shown in the examples are referred to as “the scope of claims” and “the means for solving the problems”. It is added to the member shown by. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
[0014]
Since the present invention is optimal for charging a battery pack containing a lithium ion secondary battery, a battery pack for a lithium ion secondary battery and a charging method thereof will be described in detail below. However, the charging method of the present invention can charge secondary batteries other than lithium ion secondary batteries, for example, nickel-hydrogen batteries and nickel-cadmium batteries.
[0015]
A battery pack incorporating a lithium ion secondary battery is pulse charged by switching a charge switch on and off. However, the battery pack detects the temperature when charging is started, and performs pulse charging only when the battery temperature is higher than the set temperature. When the battery temperature is lower than the set temperature, the battery is fully charged by constant voltage and constant current charging without pulse charging. Charging at constant voltage and constant current when not pulse charging is suitable for charging a lithium ion secondary battery. The battery pack of a lithium ion secondary battery can be fully charged by constant voltage charging. Further, a pack battery incorporating a nickel-hydrogen battery or a nickel-cadmium battery does not necessarily need to be charged at a constant voltage and a constant current when not pulse-charged. For example, the battery can be fully charged by a constant current charge.
[0016]
When the battery temperature is lower than the set temperature, it is possible to charge at constant voltage and constant current first, and then switch to pulse charging to fully charge when the battery temperature becomes higher than the charge switching temperature. The charge switching temperature is set to the same temperature as the set temperature for determining whether pulse charging is performed or is set higher than the set temperature.
[0017]
FIG. 2 shows the characteristic of fully charging the battery pack of the lithium ion secondary battery by charging with constant voltage and constant current. The battery pack is charged to 80% of the full charge capacity in about 1 hour and fully charged in about 3 hours. FIG. 3 shows the characteristic of fully charging the battery pack by pulse charging. The battery pack of this figure is charged to 80% of the full charge capacity in about 50 minutes and fully charged in about 2 hours. As shown in this figure, the pulse charge can shorten the full charge time of the battery pack.
[0018]
FIG. 4 is a circuit diagram of the battery pack. The battery pack in this figure includes a secondary battery 1 and a control circuit 14 that controls charging of the battery 1. The control circuit 14 detects the temperature of the battery 1 and converts the output signal of the temperature A / D converter 3 that converts an analog signal, which is an output signal of the temperature detection circuit 2, into a digital signal. A temperature measurement circuit 4 for comparing with the set temperature, a voltage detection circuit 5 for detecting the voltage of the battery 1, a voltage A / D converter 6 for converting the output signal of the voltage detection circuit 5 into a digital signal, and a voltage A / D The voltage measurement circuit 7 that compares the output signal of the converter 6 with the first set voltage and the second set voltage, and the timing at which the temperature A / D converter 3 and the voltage A / D converter 6 convert the analog signal into a digital signal are specified. A timer 8, a pulse charge control circuit 10 for outputting a control signal for switching the charging switch 9 on and off by output signals of the voltage measuring circuit 7 and the temperature measuring circuit 4, and a pulse charging A charging switch 9 that is switched on and on by the output signal of the control circuit 10 to pulse charge the battery 1, a charging terminal connected to the charging switch 9, and a voltage for charging the battery pack by the output signal of the temperature measuring circuit 4 A charging voltage determination circuit 12 for outputting a charging voltage signal for switching the charging voltage, and a communication data processing circuit 13 for outputting the charging voltage signal of the charging voltage determination circuit 12 to a charger or a microcomputer equipped with a battery pack. Yes.
[0019]
The temperature detection circuit 2 includes a temperature sensor (not shown) that detects the temperature of the battery 1 in contact with the battery 1 built in the battery pack. As the temperature sensor, a thermistor, a varistor, a PTC, or the like, which is an element whose resistance changes with temperature, can be used. The temperature detection circuit 2 converts the resistance change of the temperature sensor into a change in voltage and outputs it.
[0020]
When the trigger signal for sampling is input from the timer 8, the temperature A / D converter 3 and the voltage A / D converter 6 convert the input analog signal into a digital signal and output it. The sampling period is set to 125 msec, for example.
[0021]
The temperature measurement circuit 4 compares the temperature signal output from the temperature A / D converter 3 with the set temperature. When the temperature signal is higher than the set temperature, a “high temperature” signal is output, and when the temperature signal is low, a “low temperature” signal is output. The set temperature is set to 10 ° C., for example. However, the set temperature is not specified as 10 ° C. in the pulse charging method of the present invention. The set temperature may be an optimum value in the range of 5 ° C to 15 ° C.
[0022]
The charge voltage determination circuit 12 outputs a charge voltage switching signal for switching a voltage for charging the battery pack in response to a “high temperature” or “low temperature” signal input from the temperature measurement circuit 4. The charge voltage of the battery pack differs between when charging with a pulse and when charging with a constant voltage and a constant current. For example, a pack battery of a lithium ion secondary battery is charged at a constant voltage and a constant current at a charging voltage of 4.2 V / cell and is pulse-charged at a charging voltage of 4.5 V / cell.
[0023]
The communication data processing unit 13 is an interface circuit that outputs a charging voltage switching signal output from the charging voltage determination circuit 12 to a charger or a microcomputer. The output of this circuit is output to a charger or a microcomputer via a bus line such as SMBus.
[0024]
The voltage measurement circuit 7 compares the voltage signal output from the voltage A / D converter 6 with the first set voltage and the second set voltage. When the voltage signal is higher than the first set voltage, the voltage measurement circuit 7 outputs a “high voltage” signal. When the voltage is lower than the second set voltage, a “low voltage” signal is output. When the voltage is between the first set voltage and the second set voltage, an “intermediate voltage” signal is output.
[0025]
The pulse charge control circuit 10 switches the charge switch 9 on and off by a signal input from the voltage measurement circuit 7. When the time when the battery voltage becomes higher than the first set voltage becomes longer than the first set time (T1), the charging switch 9 is switched from on to off, and the time when the battery voltage becomes lower than the second set voltage is set to the second set time ( When longer than T2), a signal for switching the charging switch 9 from OFF to ON is output to the charging switch 9.
[0026]
The pulse charge control circuit 10 stores a first set time (T1) and a second set time (T2). The first set time (T1) and the second set time (T2) are constant values.
[0027]
In the above battery pack, the control circuit controls the charging of the battery by the following operation.
(1) The temperature sensor detects the battery temperature, the temperature detection circuit 2 outputs a temperature signal, and this temperature signal is converted into a digital signal by the temperature A / D converter 3.
(2) The output signal of the temperature A / D converter 3 is input to the temperature measurement circuit 4.
(3) The temperature measurement circuit 4 compares the input temperature signal with the set temperature, and outputs a “high temperature” signal when the temperature signal is higher than the set temperature, and a “low temperature” signal when the temperature signal is lower. Input to the control circuit 10 and the charging voltage determination circuit 12.
(4) When the “high temperature” signal is input, the pulse charge control circuit 10 performs pulse charge to fully charge the battery. When the “low temperature” signal is input, the pulse charge control circuit 10 does not pulse charge the battery 1. The battery 1 is charged at a constant voltage and a constant current by a charging power source 11 and is fully charged.
At this time, the charging voltage determination circuit 12 outputs a charging voltage switching signal corresponding to the input “high temperature” or “low temperature” signal from the communication data processing circuit 13 to the charger or the microcomputer. The charger and the microcomputer switch the voltage for charging the battery pack by a charge voltage switching signal input from the bus line. When the battery 1 is charged at a constant voltage and a constant current, the charging voltage is lowered to, for example, 4.2 V / cell, and when charged at a pulse, the charging voltage is increased to, for example, 4.5 V / cell.
[0028]
However, when the battery temperature is lower than the set temperature, the control circuit 14 can be charged at a constant voltage and constant current first, and then can be switched to pulse charging and fully charged when the battery temperature becomes higher than the charge switching temperature. The charge switching temperature can be set to the same temperature as the set temperature or higher than the set temperature. The temperature measurement circuit 4 compares the temperature signal input when the battery 1 is charged at constant voltage and constant current with the charge switching temperature, and outputs a “switching high temperature” signal when the temperature signal is higher than the charge switching temperature. To do. This signal is input to the pulse charge control circuit 10 and the charge voltage determination circuit 12. When the “switching high temperature” signal is input, the pulse charging control circuit 10 switches from constant voltage constant current charging to pulse charging to fully charge the battery 1.
At this time, the charging voltage determination circuit 12 outputs a charging voltage switching signal corresponding to the input “switching high temperature” signal from the communication data processing circuit 13 to the charger or the microcomputer. The charger and the microcomputer switch the output voltage to a voltage for pulse charging the battery pack by a charge voltage switching signal input from the bus line.
[0029]
When the battery 1 is fully charged by pulse charging, the charging switch 9 is switched by the voltage of the battery 1. That is, when the time during which the voltage of the battery 1 being charged is higher than the first set voltage is longer than the first set time (T1), the charging switch 9 is switched from on to off. When charging is interrupted and the battery voltage becomes lower than the second set voltage for a longer time than the second set time (T2), the charge switch 9 is switched from OFF to ON. The second set voltage is a voltage set lower than the first set voltage.
[0030]
In the above battery pack, the first set time (T1) is specified as a certain time and the battery is pulse-charged. The first set time (T1) is determined by the battery temperature and the voltage of the battery being charged. It is also possible to perform pulse charging while changing at an increasing gradient. In this charging method, the first set time (T1) can be changed by changing the sampling period of the timer 8, as will be described later. In this method, the ratio between the standard sampling period and the shortened sampling period is a ratio for changing the first set time (T1). Therefore, in this method, the shortened sampling period is specified so that the first set time (T1) becomes the optimum time.
[0031]
The voltage measurement circuit 7 used in this charging method compares the voltage signal output from the voltage A / D converter 6 with the first set voltage and the second set voltage, and when the voltage signal is higher than the first set voltage, When the signal is “high voltage”, lower than the second set voltage, the signal “low voltage” is output. When the voltage is between the first set voltage and the second set voltage, the signal “intermediate voltage” is output. .
[0032]
Furthermore, the battery pack used in the charging method in which the first set time (T1) and the second set time (T2) are not always constant, the first set time (T1) and the second set time (T2) are set to “battery capacity”. Since the temperature is changed by “temperature” or “voltage rise gradient” at which the battery voltage rises, the pulse charge control circuit 10 is supplied with the first set time (T1) and the second set time (T2) with respect to the battery temperature or voltage rise gradient. Remember.
[0033]
There are two methods by which the pulse charge control circuit 10 stores the first set time (T1) and the second set time (T2) that are changed by the battery temperature or the like. In the first method, “high voltage” or “low voltage” continuously input from the voltage measurement circuit 7 to the pulse charge control circuit 10 is stored as a count value. In this method, the first set time (T1) and the second set time (T2) are changed by changing the sampling period according to the battery temperature or the voltage increase gradient. In this method, it is not necessary to change the stored count value by the battery temperature or the voltage increase gradient. In the second method, the first set time (T1) and the second set time (T2) are stored as different times depending on the battery temperature and the voltage increase gradient. This method can also store a continuously output "high voltage" or "low voltage" signal as a count value. This method does not require the sampling period to be changed by the battery temperature or the voltage increase gradient. However, in this method, it is necessary to store the first set time (T1) and the second set time (T2) as different times depending on the battery temperature and the voltage rise gradient.
[0034]
The method in which the pulse charge control circuit 10 changes the sampling period based on the battery temperature or the voltage increase gradient is such that the sampling period is changed when the battery temperature becomes lower than the pulse charge set temperature or the voltage increase gradient becomes larger than the set gradient. Change from standard sampling period to shortened sampling period. When the sampling period is changed from the standard sampling period to the shortened sampling period, one sampling period is shortened, so that the time is shortened even if the count value is the same. In this method, the product of the value obtained by subtracting 1 from the count value stored in the pulse charge control circuit 10 and the sampling period becomes the first set time (T1) and the second set time (T2).
[0035]
For example, the standard sampling period of the voltage A / D converter 6 is set to 125 msec, and the pulse charge control circuit 10 stores the number of times “high voltage” is continuously output as the count value of the first set time (T1) as five times. In this case, the first set time (T1) is 500 msec. Further, if the number of times “low voltage” is continuously output as the count value of the second set time (T2) is stored as 5 times, the second set time (T2) is also 500 msec. When the battery temperature becomes lower than the pulse charge set temperature or the voltage rise gradient becomes higher than the set gradient, and the sampling period is shortened from the standard sampling period of 125 msec to the shortened sampling period of 40 msec, the first set time ( T1) and the second set time (T2) are shortened from 500 msec to 160 msec.
[0036]
Further, the pulse charge control circuit 10 calculates the voltage increase gradient of the battery 1 being charged from the signal input from the voltage measurement circuit 7. The voltage rise gradient is calculated by dividing the voltage difference (ΔV) between the first set voltage and the second set voltage by the rise time (ΔT) until it rises from the second set voltage to the first set voltage. The rise time (ΔT) is the time from when the signal output from the voltage measurement circuit 7 changes from “low voltage” to “intermediate voltage” until the time when it changes from “intermediate voltage” to “high voltage”. Can be detected by time.
[0037]
The above charging circuit performs pulse charging of the battery while changing the first set time in the following operation.
[Method of switching the first set time by battery temperature]
(1) The temperature sensor detects the battery temperature, the temperature detection circuit 2 outputs a temperature signal, and this temperature signal is converted into a digital signal by the temperature A / D converter 3.
(2) The output signal of the temperature A / D converter 3 is input to the temperature measurement circuit 4.
(3) The temperature measurement circuit 4 compares the input temperature signal with the pulse charge set temperature, and if the temperature signal is higher than the pulse charge set temperature, it outputs a “high temperature during charge” and a low signal during charge. This signal is input to the pulse charge control circuit 10.
(4) The pulse charge control circuit 10 sets the sampling period of the timer 8 as the standard sampling period when the “high temperature during charging” signal is input, and shortens the sampling period when the “low temperature during charging” signal is input. Set to.
(5) Since the pulse charge control circuit 10 stores the first set time (T1) by the number of times the voltage is sampled, the first set time (T1) is changed when the sampling period is changed. When the battery temperature decreases and the sampling period becomes shorter, the first set time (T1) becomes shorter in proportion to the sampling period.
[0038]
[Method of switching the first set time with the voltage ramp up]
(1) The voltage detection circuit 7 detects the voltage of the battery 1 being charged, and the voltage signal is converted into a digital signal by the voltage A / D converter 6.
(2) The voltage signal of the voltage A / D converter 6 is input to the voltage measurement circuit 7.
(3) The voltage measuring circuit 7 compares the input voltage signal with the first set voltage and the second set voltage. When the voltage signal is higher than the first set voltage, it is “high voltage” and lower than the second set voltage. When the voltage is between “low voltage” and between the second set voltage and the first set voltage, an “intermediate voltage” signal is output.
(4) The pulse charge control circuit 10 calculates the time from when “low voltage” is switched to “intermediate voltage” to when “high voltage” is output from “intermediate voltage”, in other words, “intermediate voltage”. A voltage increase gradient is calculated from the output time (ΔT) and the difference voltage (ΔV) between the first set voltage and the second set voltage, and this voltage increase gradient is compared with the stored set gradient. When the voltage increase gradient is smaller than the set gradient, the sampling period of the timer 8 is set as the standard sampling period, and when it is larger than the set gradient, the sampling period is set to the shortened sampling period.
(5) Since the pulse charge control circuit 10 stores the first set time (T1) by the number of times the voltage is sampled, the first set time (T1) is changed when the sampling period is changed. When the voltage rise gradient increases and the sampling period becomes shorter, the first set time (T1) becomes shorter in proportion to the sampling period.
[0039]
The above method is a method of changing the first set time (T1) in the sampling cycle. However, the first set time (T1) stored in the pulse charge control circuit 10 is changed regardless of the sampling cycle. You can also.
[0040]
As described above, the charging circuit in which the first set time (T1) is changed charges the battery in the following manner.
(1) The pulse charge control circuit 10 confirms that the signal input from the voltage measurement circuit 7 is an “intermediate voltage” or “low voltage” signal, and turns on the charge switch 9. When a “high voltage” signal is input from the voltage measuring circuit 7, the charging switch 9 is held in an off state, and the charging switch 9 is turned on after waiting until it becomes “intermediate voltage” or “low voltage”. .
(2) The voltage detection circuit 5 continuously outputs the battery voltage to the voltage A / D converter 6. The voltage A / D converter 6 converts the voltage signal into a digital signal each time a trigger signal is input from the timer 8 and outputs the digital signal to the voltage measurement circuit 7. The timer 8 outputs a trigger signal to the voltage A / D converter 6 in synchronization with the sampling period. Therefore, a voltage signal is input to the voltage measurement circuit 7 in synchronization with the sampling period. The voltage measurement circuit 7 compares the voltage signal with the first set voltage and the second set voltage, and outputs one of the signals “high voltage”, “intermediate voltage”, and “low voltage” to the pulse charge control circuit 10. To do.
(3) When the voltage of the battery 1 being charged rises, the battery voltage becomes higher than the first set voltage, and a “high voltage” signal is input to the pulse charge control circuit 10, pulse charge control is performed. The circuit 10 compares the number of times the “high voltage” signal is input with the stored number of times, and when the number of times of input reaches the stored number of times, the circuit 10 sends a signal to turn off the charge switch 9. Output to.
(4) The charging switch 9 is turned off, and the charging of the battery 1 is interrupted.
(5) The voltage of the battery 1 whose charging is interrupted decreases. When the battery voltage decreases, the output signal of the voltage measuring circuit 7 changes from “high voltage” to “intermediate voltage” and becomes “low voltage”.
(6) The pulse charge control circuit 10 compares the number of times the “low voltage” signal is input with the stored number of times, and turns on the charge switch 9 when the number of input times reaches the stored number. To the charging switch 9.
(7) The charging switch 9 is turned on, and the charging of the battery 1 is resumed.
(8) After that, when the battery 1 is charged and fully charged in the steps (3) to (7), the time for turning off the charging switch 9 becomes longer. Therefore, the full charge of the battery 1 is detected by detecting the time when the charging switch 9 is turned off or the duty ratio of ON and OFF. When the battery 1 is fully charged, the pulse charging is terminated.
[0041]
In the above charging method, the battery is pulse-charged by a control circuit built in the battery pack, or is charged at a constant voltage and a constant current for full charging. The battery pack is mounted on a charger or a microcomputer and is charged with electric power output from the charger or the microcomputer. The charger or the microcomputer controls the output voltage with a charging voltage switching signal output from the battery pack, and fully charges the battery pack.
[0042]
In the charging method of the present invention, it is not always necessary to incorporate a control circuit for controlling charging of the battery in the battery pack. This is because the control circuit can be charged by being built in a charger or a microcomputer that is charged by attaching a battery pack. Alternatively, a part of the control circuit can be built in the battery pack and the remaining part can be built in the charger or microcomputer to charge the battery.
[0043]
【The invention's effect】
The battery pack and the charging method of the present invention have the feature that they can be charged in a short time without degrading the battery performance. This is because the battery pack and the charging method of the present invention detect the battery temperature of the battery to be charged, and perform pulse charging only when the detected temperature is higher than the set temperature. As described above, the battery pack and the charging method of the present invention do not pulse charge when the battery temperature is lower than the set temperature. It can be charged ideally while preventing decline.
[0044]
Furthermore, the battery pack and the charging method of the present invention can be more ideally charged by charging the battery at constant voltage and constant current when the battery temperature is lower than the set temperature. Furthermore, the battery pack and charging method of the present invention performs constant voltage constant current charging when the battery temperature is lower than the set temperature, and then switches to pulse charging and fully charges when the battery temperature becomes higher than the charge switching temperature. It is extremely ideal and can be fully charged in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing characteristics of battery voltage change during pulse charging.
FIG. 2 is a graph showing characteristics of fully charging a battery by charging at a constant voltage and a constant current
FIG. 3 is a graph showing characteristics of fully charging a battery by pulse charging.
FIG. 4 is a circuit diagram of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Battery
2 ... Temperature detection circuit
3. Temperature A / D converter
4 ... Temperature measurement circuit
5 ... Voltage detection circuit
6 ... Voltage A / D converter
7 ... Voltage measurement circuit
8 ... Timer
9 ... Charge switch
10: Pulse charge control circuit
11 ... Charging power supply
12 ... Charging voltage determination circuit
13: Communication data processing circuit
14 ... Control circuit

Claims

It has a built-in battery (1) that can be charged, a temperature sensor that detects the temperature of the battery (1), and a control circuit (14) that controls the charging of the battery with a signal input from the temperature sensor. When the detected temperature to detect is higher than the set temperature, pulse charge ,
A battery pack in which the control circuit (14) charges the battery (1) at a constant voltage and a constant current when the battery temperature detected by the temperature sensor is lower than the set temperature .

The battery pack according to claim 1, wherein a preset temperature at which pulse charging is started is set to any one of 5 to 15 ° C.

The battery pack according to claim 1, wherein the control circuit (14) performs pulse charging until the battery is fully charged when the battery temperature detected by the temperature sensor is higher than the set temperature.

The battery pack according to claim 1, wherein the control circuit (14) performs constant voltage and constant current charging until the battery is fully charged when the battery temperature detected by the temperature sensor is lower than the set temperature.

When the battery temperature detected by the temperature sensor is lower than the set temperature, the control circuit (14) charges after charging at constant voltage and constant current and then switches to pulse charging when the battery temperature becomes higher than the charge switching temperature. Item 4. A battery pack according to item 1.

A battery charging method that detects battery temperature and starts pulse charging only when the battery temperature is higher than the set temperature .
A battery charging method that starts constant-voltage constant-current charging of a battery when a battery temperature detected by a temperature sensor is lower than a set temperature .

The battery charging method according to claim 6 , wherein the set temperature at which pulse charging is started is set to any one of 5 to 15 ° C.

The battery charging method according to claim 6 , wherein when the battery temperature detected by the temperature sensor is higher than a set temperature, pulse charging is performed until the battery is fully charged.

The battery charging method according to claim 6 , wherein when the battery temperature detected by the temperature sensor is lower than the set temperature, the battery is charged at a constant voltage and a constant current until it is fully charged.

7. The battery according to claim 6 , wherein when the battery temperature detected by the temperature sensor is lower than the set temperature, the battery is fully charged by switching to pulse charging when the battery temperature becomes higher than the charge switching temperature after charging at constant voltage and constant current. Charging method.