JP5336820B2 - 充電式リチウム電池の充電システム - Google Patents

Description

本発明は、充電式リチウム電池の充電システムに関し、特に各リチウム電池に対して独自の電流を供給して充電電圧を微調整する充電システムに関する。

リチウム電池は、軽量で、エネルギー密度が高く、環境に対する衝撃が少ないため、近年来、電池の開発傾向がリチウム電池に傾いているが、充電状態で、リチウム電池の充電電圧が４．３ボルトを超えるような状態が繰り返されると、発煙、発火、時には爆発にいたるリスクがある。
また、リチウム電池の電圧が２．０ボルトより低い状態で長時間放置されると、使用や充電できなくなる。
また、過度の充電や放電（使用）されると、リチウム電池の寿命が短縮されるか、予期しない事故（例えば爆発）が発生する恐れがある。

図１及び図２を参照しながら説明する。
理想状態の充電は、充電器１２で、三つの直列に接続されるリチウム電池１４と、リチウム電池１６及びリチウム電池１８に対して、充電し、充電器１２は、『充電式リチウム電池に対して各電池の電圧が４．２ボルトになるまで充電して』から、充電を停止するように設定される。

実際の充電方式は図３が示すように、充電器１２が、リチウム電池１４と、リチウム電池１６及びリチウム電池１８に対して充電する時、図３のように、充電の目標は同じく3つの充電式リチウム電池の電圧を４．２ボルトになるようにすることで、充電器１２は、実質的に、合計１２．６ボルトになっている。
しかし、リチウム電池の個別の特性の差、或いは使用環境の差等によってリチウム電池１４の電圧が、他の電池のより早く上昇するとリチウム電池１４は過充電（４．３ボルト）、他の電池１６、１８は未充電（４．１５ボルト）となる。このように、過充電（４．３ボルト）を繰り返すと、リチウム電池１４はリチウム金属の析出が成長し、発煙、発火或いは爆発の原因となる。

上記の背景技術は、既存のごく普通の背景技術で、技術と安全を願慮するため、リチウム電池の危険性と電池容量の低減が同居していることになる。

上記の背景技術の解決できない電池電圧のアンバランスを解消するため、背景技術は、図４のような方法が考案され、充電器２２を、リチウム電池２４と２４’を並列に、リチウム電池２６，２６’を並列に、リチウム電池２８、２８’を並列に接続した電池を三個直列に接続する。
また、リチウム電池２４と２４’と並列にMOS1(電界効果とトランジスタ）及び第一抵抗Ｒ１が並列に接続され、リチウム電池２６と２６’、MOS2及び第二抵抗Ｒ２が、並列に接続され、リチウム電池２８と２８’に、MOS3及び第三抵抗Ｒ３が、並列に接続される。

上記回路において、充電器２２がリチウム電池に対して充電する時、何らかの理由でリチウム電池２４，２４’の電圧が他の電池よりも早く上昇し、４．２ボルトの達するとMOS1をオンにして、第一抵抗Ｒ１で決定される電流I2を総合充電電流Icより分流する。したがって、リチウム電池２４，２４’を充電する電流は減少することになり、リチウム電池２４，２４’の電圧上昇は減少する。
リチウム電池２６，２６’、リチウム電池２８，２８’の充電電流は変わらないので電圧の上昇は持続する。
このように、他の電池より早く満充電電圧（４．２ボルト）に達した電池の充電電流を減少させ、他の電池の充電電流を持続させることによって、結果的に、充電末に直列に接続された電池電圧を同電圧とするような回路は一般的に用いられている。
しかし、この方法では、図４のように、リチウム電池２４，２４’の充電電流を分流することによりリチウム電池２４，２４’の内部インピーダンスの電圧降下が減るので、電池電圧が下がり結果として総合充電電流Icが増えることになり、せっかく分流電流により電圧上昇を減少させても再び電圧は上昇することになる。また、リチウム電池２４と２４’に内部インピーダンスの差があるときは図４のようにリチウム電池間にILOOP(ループ電流)が流れ、この電圧アンバランス補正回路をより複雑にする。
これらを解消するにはMOSスイッチをオンにするタイミング、分流電流の大きさ、また分流電流を可変にするなど複雑な動作が必要である。

そのため、本発明は、上記の問題点を解消できる充電式リチウムの充電システムを提案した。

本発明の主な目的は、背景技術のような複雑な微調整を必要とする技術の問題を解消でき、より便利な方式により、少なくとも背景技術より以上の効果が得られる充電式リチウム電池の充電システムを提供する。

本発明の他の目的は、背景技術の分段や複数回分けての電流を供給して微調整する方式と異なり、各リチウム電池に対して。独自の小電流を供給することにより、リチウム電池の充電電圧を微調整する
充電式リチウム電池の充電システムを提供する。

本発明に係る充電式リチウム電池の充電システムは、電源を供給する電源端と、それぞれ、電源端の両端に接続される第一スイッチ手段と保護回路が含有される。第二スイッチ手段は第一スイッチ手段とカップリングされ、また、第一スイッチ手段と第二スイッチ手段が、ともに、保護回路にカップリングされる。充電部は、保護回路と第二スイッチ手段にカップリングされ、また、複数の充電槽（リチウム電池群）を有し、各充電槽は、定電圧充電器に並列に接続され、また、各充電槽に収納されるリチウム電池に対して充電する。直流−直流変換器は、それらの定電圧充電器にカップリングされ充電電力を供給する。また、コントローラーにより、それぞれ、上記直流−直流変換器と充電部及び保護回路にカップリングされる。リチウム電池に充電をする時、外部充電器からの電源端で、リチウム電池に対して、直列に接続されたリチウム電池のいずれかの電圧が４．２ボルトに達すると第二スイッチ手段をオフにして外部充電器の充電電流を切断すると同時に、直流−直流変換器をオンにして内部定電圧充電回路に電力を供給する。
定電圧充電器は充電槽のリチウム電池のそれぞれの電圧に応じて４．２ボルトのなるまで充電を持続する。

本発明に係る充電式リチウム電池の充電システムは、背景技術の分段や風数回分けて電流を供給して微調整する方式と異なり、各リチウム電池に対して、独自の小電流を供給することにより、リチウム電池に対する充電電圧を微調整し、背景技術に比較するとより容易に微調整を実現し、少なくとも、背景技術以上の効果が得られる。

以下、図面を参照しながら、具体的な実施例を挙げて、本発明の目的や技術内容、特長及びその効果を詳しく説明する。

本発明に係る充電式リチウム電池の充電システムは、移動式コンピュータや移動式メディア再生装置、携帯電話及びリチウムイオン充電器等に適応される。図５を参照しながら、本発明に係る充電式リチウム電池の充電式システムを説明する。

本システムは、電源を供給する電源端３２を有する。第一スイッチ手段３４と第二スイッチ手段３６とがカップリングされ、第一スイッチ手段３４の一端が、保護回路３８にカップリングされる。 また、第一スイッチ手段３４と第二スイッチ手段３６は、電流を切り替えるためのもので、本実施例において、第一スイッチ手段３４と第二スイッチ手段３６はMOS電界効果トランジスタであり、充電システムが充電する時第一スイッチ手段３４と第二スイッチ手段３６はともにオンである。また、第一スイッチ手段３４と第二スイッチ手段３６に、トランジスタを使っても良いし、他のスイッチ機能を有する素子を使っても良い。

充電部４０は、保護回路３８と該第二スイッチ手段３６にカップリングされ、複数の充電槽を構成している。リチウム電池に対して、充電し、本実施例において、充電槽は、三つある。充電槽４２、充電槽４４、充電槽４６は、それぞれ内部の４．２ボルト定電圧充電器４８，５０，５２に並列に接続される。

直流−直流変換器５４は、それらの定電圧充電器（４．２ボルト定電圧充電器４８と４．２ボルト定電圧充電器５０及び４．２ボルト定電圧充電器５２）にカップリングされる。コントローラー５６は、直流−直流変換器５４と充電部４０及び保護回路３８にカップリングされ、例えば、本充電システムを移動式コンピュータに適応するとき、コントローラー５６が、移動式コンピュータに接続され、また、移動式コンピュータのスクリーンに、リチウム電池の電力量が表示される。
また、コントローラ５６は、充電槽４２と充電槽４４及び充電槽４６内のリチウム電池の電圧を測定して、直流−直流変換器５４がリチウム電池に対して充電するように制御できる。

充電システム３０は、充電槽４２や充電槽４４及び充電槽４６にセットされたリチウム電池に対して充電する時、電源端３２から、リチウム電池を充電して、いずれかの電池が４．２ボルトに達したら第二スイッチ手段３６をオフにして充電をとめると同時に、直流−直流変換器を駆動して内部の４．２ボルト定電圧充電器４２、４４、４６、によってリチウム電池の充電を持続する。
図６及び図７が示すように、比較的電池電圧が低い時は、大きな充電電流（６図のXの斜線部分）を外部の充電器３２によって充電し、いずれかの電池電圧が４．２ボルトに達するようなとき（６図のY点）は、充電電流は、比較的小さく推移しており内部の定電圧充電器で充電を持続しても電池パック内の熱の発生は低く、抑えることができる。
その後は、各電池の電圧に応じた充電電流がながれ（Z領域）充電時間は異なるがいずれも４．２ボルトの満充電で充電を停止する。

本発明と、分段や複数回分けて電流を供給して微調整する背景技術と比較すると、本発明に係る充電システムは、４．２ボルト定電圧充電器４８と４．２ボルト定電圧充電器５０及び４．２ボルト定電圧充電器５２で、リチウム電池を微調整し、それぞれの各リチウム電池が４．２ボルトになるまで、独自の電流を供給して充電する。本発明によれば、より容易に微調整を実現し、少なくとも背景技術よりよい効果が得られるため、本発明は、より進歩的活より実用的で、法に従って特許請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

背景技術の一実施例の理想状態の概念図 背景技術の一実施例の実際状態の概念図 リチウム電池が電気エネルギーを貯蓄する時の充電電流の対応関係概念図 他の背景技術の実施概念図 本発明の一実施例のシステム構造図 本発明の実施例の実際状態の概念図 本発明において、リチウム電池が電気エネルギーを貯蓄する時、実際の電圧と電流の対応関係概念図

符号の説明

１２ 充電器
１４ リチウム電池
１６ リチウム電池
１８ リチウム電池
２２ 充電器
２４ リチウム電池
２４’ リチウム電池
２６ リチウム電池
２６’ リチウム電池
２８ リチウム電池
２８’ リチウム電池
３０ 充電システム
３２ 充電器
３４ 第一スイッチ手段
３６ 第二スイッチ手段
３８ 保護回路
４０ 充電部
４２ 充電槽
４４ 充電槽
４６ 充電槽
４８ 定電圧充電器
５０ 定電圧充電器
５２ 定電圧充電器
５４ 直流−直流変換器
５６ コントローラ

Claims (7)

1. 電源を供給する電源端と、
   第二スイッチ手段と該電源端とにカップリングされ、また、該第二スイッチ手段とともに保護回路にカップリングされる、第一スイッチ手段と、
   該保護回路と該第二スイッチ手段にカップリングされ、複数の充電槽を有し、各充電槽が、定電圧充電器に並列に接続され、各充電槽に、収納されたリチウム電池に対して充電する充電部と、
   それらの定電圧充電器にカップリングされる直流−直流変換器と、
   それぞれ、該直流−直流変換器や該充電部及び該保護回路にカップリングされるコントローラーと、が含有され、
   リチウム電池に対して充電する時、電源端が、リチウム電池に対して、いずれかのリチウム電池が４．２ボルトに達するまで充電してから、それぞれのリチウム電池に対応した内部定電圧充電器によって持続的に充電し、それぞれのリチウム電池が４．２ボルトで充電を終了する、
   リチウム電池の充電システム。
2. 移動式コンピューターや移動式メディア再生装置、携帯電話及びリチウム電池充電器に適応することを特徴とする請求項１に記載の充電式リチウム電池の充電システム。
3. 該コントローラーは、該移動式コンピュータに連結され、該移動式コンピュータのスクリーンに、リチウム電池の電力量が表示されることを特徴とする請求項２に記載の充電式リチウム電池の充電システム。
4. 該第一スイッチ手段と該第二スイッチ手段は、ともに、MOS電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の充電式リチウム電池の充電システム。
5. 各充電槽に電池が接続されることを特徴とする請求項１に記載の充電式リチウム電池の充電システム。
6. 各充電槽は、直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の充電式リチウム電池の充電システム。
7. リチウム電池の電圧が、比較的低い時は、電池パックに接続された外部の充電器で充電し、いずれかの電池が満充電電圧（４．２ボルト）に達したら、リチウム電池に、それぞれに個別に接続された内部の充電器で、充電を継続するようにした充電式リチウム電池の充電システム。

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