JP6537886B2 - 定電流充電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池などの充電可能な電池を充電するための充電装置に関し、より詳しくは、急速充電に適した定電流充電装置に関する。
二次電池を充電する方法には、いくつかの方法がある。代表的な充電方法の１つとして定電流充電があげられる。図４は、従来の定電流充電における充電電流Ｉ及び電池電圧ＶBATを示す図である。
充電初期は、二次電池を大きい電流で充電する。電池電圧ＶBATが上昇し、充電完了電圧ＶEND（例えば、４．２Ｖ）に到達すると、充電電流を次第に低い電流に切り換える。最終的に、所定の最小電流で充電して、充電完了電圧ＶENDに到達したら、充電を完了する。
特開平８−２０３５６３号公報
近年、小型低コストのリチウムイオン二次電池は、内部インピーダンスが他のリチウムイオン二次電池に比べると増加傾向にある。
従来の定電流充電は、内部インピーダンスが高いと、充電電流切り換えのタイミングｔ１、ｔ２などで電池電圧のドロップ電圧が大きくなり、充電電流が切り替わってからの充電する電圧量が増加する。そのため各定電流値での充電時間が長くなり、総充電時間が長くなる。また、内部インピーダンスが高くなると、二次電池の電圧検出は外来ノイズの影響を受けやすくなる。外来ノイズによって二次電池の電圧が瞬間的に充電完了電圧ＶENDを超えることにより、充電完了電圧ＶENDに到達していないにも関わらず充電電流が切り替わってしまい、充電完了するまでの時間が長くなる。
本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、二次電池の内部インピーダンスが高くても、充電時間を短縮することができる定電流充電装置を提案するものである。
従来の課題を解決するために、本発明の二次電池を急速充電する定電流充電装置は以下のような構成とした。
二次電池の電圧が所定の充電完了電圧に達したことを検出する充電完了電圧検出器と、充電完了電圧より低い検出電圧で二次電池の電圧の低下を検出する電池電圧低下検出器と、充電完了電圧検出器の検出信号を受けるとデータを加算し、電池電圧低下検出器の検出信号を受けるとデータを減算し、データを出力するアップダウンカウンタと、アップダウンカウンタの出力するデータに応じて二次電池への充電電流を切り換える定電流発生回路と、を備えた定電流充電装置。
本発明の定電流充電装置は、上述のように構成したので、二次電池の内部インピーダンスに関わらず、充電時間を短縮することが可能となる。
本実施形態の定電流充電装置のブロック図である。 本実施形態の定電流充電における充電電流及び電池電圧を示す図である。 本実施形態の定電流充電装置の他の例を示すブロック図である。 従来の定電流充電における充電電流及び電池電圧を示す図である。
以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の定電流充電装置のブロック図である。
定電流充電装置１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源回路１０３と、定電流発生回路１０２と、分圧回路１０９と、基準電圧発生回路１０８と、充電完了電圧検出器１０６と、電池電圧低下検出器１０７と、アップダウンカウンタ１０５と、を備える。
定電流発生回路１０２は、電源回路１０３の出力電圧ＶINが入力され、二次電池１０１に電流を供給する。分圧回路１０９は、二次電池１０１の両端に接続され、電池電圧ＶBATを分圧する。基準電圧発生回路１０８は、基準電圧ＶREFを発生する。充電完了電圧検出器１０６は、分圧回路１０９のノードＤ１の電圧ＶＤ１と基準電圧ＶREFが入力され、それらを比較し充電完了電圧ＶENDを検出する。電池電圧低下検出器１０７は、分圧回路１０９のノードＤ２の電圧ＶＤ２と基準電圧ＶREFが入力され、それらを比較し充電完了電圧ＶENDよりも低い電圧ＶSTPを検出する。アップダウンカウンタ１０５は、充電完了電圧検出器１０６の検出信号によりアップカウントし、電池電圧低下検出器１０７の検出信号によりダウンカウントし、出力信号を定電流発生回路１０２の入力端子に入力する。
アップダウンカウンタ１０５の出力信号は、切り換える電流のステップ数Ｎ（Ｎは２以上の自然数）に応じた信号となっており、Ｎ本の信号、または二進数表記されたバス信号などである。定電流発生回路１０２は、入力信号がＮに近付く毎に電流値を低くなるように制御する。
次に、本実施形態の定電流充電装置における定電流充電の動作を説明する。
図２は、本実施形態の定電流充電における充電電流及び電池電圧を示す図である。本実施形態の定電流充電装置は、充電電流のステップ数Ｎを５とする。
充電開始の初期（ｔｐ１までの時間）には、アップダウンカウンタ１０５はデータ「１」を出力しているので、定電流発生回路１０２は充電電流Ｉ１で二次電池１０１を充電する。二次電池１０１は、充電電流Ｉ１で充電されて、電池電圧ＶBATは徐々に上昇していく。時間ｔｐ１で、電池電圧ＶBATが充電完了電圧ＶENDに到達すると、充電完了電圧検出器１０６は検出信号（例えばＨｉレベル）を出力する。充電完了電圧検出器１０６の検出信号をうけ、アップダウンカウンタ１０５はデータに１を加算してデータ「２」を出力する。定電流発生回路１０２は、データ「２」を受け、それに相当する充電電流Ｉ２に切り換え、充電電流Ｉ２を二次電池１０１へ供給する。
充電電流が減少すると、内部インピーダンスの影響により二次電池１０１の電池電圧ＶBATはドロップする。電池電圧ＶBATが検出電圧ＶSTPを下回ると、電池電圧低下検出器１０７は検出信号（例えばＨｉレベル）を出力する。電池電圧低下検出器１０７の検出信号をうけ、アップダウンカウンタ１０５はデータから１を減算してデータ「１」を出力する。定電流発生回路１０２は、データ「１」を受け、それに相当する充電電流Ｉ１に切り換え、再び充電電流Ｉ１を二次電池１０１へ供給する。
時間ｔｐ２で、再び電池電圧ＶBATが充電完了電圧ＶENDに到達すると、同様に、アップダウンカウンタ１０５はデータ「２」を出力し、定電流発生回路１０２は充電電流Ｉ１から充電電流Ｉ２へ減少させる。そして、電池電圧ＶBATがドロップして、検出電圧ＶSTPを下回ると、充電電流はＩ１に切り換わる。
時間ｔｐ３において、電池電圧ＶBATが充電完了電圧ＶENDに到達し、充電電流がＩ２に減少したとき、電池電圧ＶBATは検出電圧ＶSTPを下回らないため、電池電圧低下検出器１０７は検出信号を出力しないので、定電流発生回路１０２は充電電流Ｉ２で二次電池へ充電を続ける。
時間ｔｐ４で、再び電池電圧ＶBATが充電完了電圧ＶENDに到達すると、同様に、アップダウンカウンタ１０５はデータ「３」を出力し、定電流発生回路１０２は充電電流Ｉ２から充電電流Ｉ３へ減少させる。そして、電池電圧ＶBATがドロップして、検出電圧ＶSTPを下回ると、充電電流はＩ２に切り換わる。
時間ｔｐ５において、電池電圧ＶBATが充電完了電圧ＶENDに到達し、充電電流がＩ３に減少したとき、電池電圧ＶBATは検出電圧ＶSTPを下回らないため、電池電圧低下検出器１０７は検出信号を出力しないので、定電流発生回路１０２は充電電流Ｉ３で二次電池１０１へ充電を続ける。
時間ｔｐ６において、電池電圧ＶBATが再び充電完了電圧ＶENDに到達し、充電電流がＩ４に減少したとき、電池電圧ＶBATは検出電圧ＶSTPを下回らないため、電池電圧低下検出器１０７は検出信号を出力しないので、定電流発生回路１０２は充電電流Ｉ４で二次電池１０１へ充電を続ける。
時間ｔｐ７において、電池電圧ＶBATは再び充電完了電圧ＶENDに到達し、充電電流Ｉ５に減少したとき、電池電圧ＶBATは検出電圧ＶSTPを下回らないため、電池電圧低下検出器１０７は検出信号を出力しないので、定電流発生回路１０２は充電電流Ｉ５で二次電池１０１へ充電を続ける。
本実施形態の定電流充電装置は、充電電流Ｉ５を最終の充電電流として、充電電流Ｉ５で充電を続け、電池電圧ＶBATが充電完了電圧ＶENDに到達することで充電を完了させる。
図３は、本実施形態の定電流充電装置の他の例を示すブロック図である。
定電流充電装置２００は、更に、充電完了電圧検出器１０６の出力端子とアップダウンカウンタ１０５の入力端子の間に遅延回路１１０を、電池電圧低下検出器１０７の出力端子とアップダウンカウンタ１０５の入力端子の間に遅延回路１１１を備えている。遅延回路１１０は、充電完了電圧検出器１０６の出力する検出信号を所定の時間遅延させ、アップダウンカウンタ１０５に入力する。遅延回路１１０は、電池電圧低下検出器１０７の出力する検出信号を所定の時間遅延させ、アップダウンカウンタ１０５に入力する。
遅延回路１１０、１１１は、定電流発生回路１０２の充電電流の切り換え制御を安定させる働きがある。遅延回路１１０の遅延時間を、遅延回路１１１の遅延時間より長く設定することで、より定電流発生回路１０２の充電電流の切り換え制御を安定させることが出来る。
以上説明したように、本実施形態の定電流充電装置によれば、充電完了電圧ＶENDよりも低い検出電圧ＶSTPを設け、充電電流を減らした時に電池電圧ＶBATが検出電圧ＶSTPを下回った場合には、充電電流を前段階の電流値に戻す手順を追加したことにより、内部インピーダンスの特性に関わらず二次電池を充電する時間を短縮することが可能となる。
なお、電池電圧低下検出器１０７は、定電流発生回路１０２の充電電流に応じて、検出電圧ＶSTPを変更するように構成しても良い。充電電流が小さくなると、電池電圧ＶBATの低下も小さくなるので、それに応じて検出電圧ＶSTPを変更することで、更に充電時間を短縮することが可能になる。
１０１ 二次電池
１０２ 定電流発生回路
１０３ 電源回路
１０５ アップダウンカウンタ
１０６ 充電完了電圧検出器
１０７ 電池電圧低下検出器
１０８ 基準電圧回路
１１０、１１１ 遅延回路

Claims (4)

  1. 二次電池の電圧が所定の充電完了電圧に達したことを検出する充電完了電圧検出器と、
    前記充電完了電圧より低い検出電圧で前記二次電池の電圧の低下を検出する電池電圧低下検出器と、
    前記充電完了電圧検出器の検出信号を受けるとデータを加算（減算）し、前記電池電圧低下検出器の検出信号を受けると前記データを減算（加算）し、前記データを出力するアップダウンカウンタと、
    前記アップダウンカウンタの出力する前記データを受けて、前記データが増加（減少）すると前記二次電池への充電電流を減少させ、前記データが減少（増加）すると前記二次電池への充電電流を増加させる定電流発生回路と、
    を備えたことを特徴とする定電流充電装置。
  2. 前記充電完了電圧検出器の出力端子と前記アップダウンカウンタの入力端子の間に設けられた第一遅延回路と、
    前記電池電圧低下検出器の出力端子と前記アップダウンカウンタの入力端子の間に設けられた第二遅延回路と、
    を備えたことを特徴とする請求項１に記載の定電流充電装置。
  3. 前記第一遅延回路の遅延時間は、前記第二遅延回路の遅延時間よりも長い
    ことを特徴とする請求項２に記載の定電流充電装置。
  4. 前記電池電圧低下検出器は、前記アップダウンカウンタのデータに応じて前記検出電圧を変更する
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定電流充電装置。
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