JPH06233468A - 二次電池の充電方法及び充電装置 - Google Patents
二次電池の充電方法及び充電装置Info
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- JPH06233468A JPH06233468A JP5014751A JP1475193A JPH06233468A JP H06233468 A JPH06233468 A JP H06233468A JP 5014751 A JP5014751 A JP 5014751A JP 1475193 A JP1475193 A JP 1475193A JP H06233468 A JPH06233468 A JP H06233468A
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Abstract
際し、各電池の電池電圧が検出可能なものもそうでない
ものも、過充電することなく、しかも、各々の電池を満
充電に近付けて充電する。 【構成】 複数の二次電池を直列に接続して充電するに
際し、各電池の電池電圧の検出が可能な場合には、何れ
かの電池が設定電圧になるまで通常充電し、何れかの電
池が設定電圧に到達した後は、各電池の電池電圧が設定
電圧以下となるように充電電流を制御して充電を行い、
前記検出が不可能な場合には、電池全体の電池電圧が所
定電圧を越えないように充電を制御する。
Description
に接続して充電する方法及び装置に関し、特に、非水系
二次電池を充電する方法及び装置として好適である。
二次電池は、過充電すると電池の性能が著しく低下する
性質がある。そこで、二次電池の1つであるリチウムイ
オン二次電池を充電する場合には、過充電を防止して充
電時間を短くするために、初期は定電流充電し、電圧が
設定値に近くなると定電圧充電に切り替える。電池電圧
が低いときには過充電とならないので、定電流充電して
所定の電流で急速充電し、電池電圧が設定値に近くなる
と、定電流から定電圧に切り替えて過充電を防止する。
の定電圧充電する充電方法は、特開平4−183232
号公報に記載されている。
用して複数の電池を直列に接続して充電する場合、全て
の電池の容量あるいは内部抵抗が、常に同じであると、
バランス良く充電できる。しかしながら、実際には、電
池の容量あるいは内部抵抗には若干のバラツキが存在
し、更に、初期において同じ内部抵抗であったとして
も、充電サイクルが進んでいくうちに電池の内部特性が
変化し、内部抵抗も変化する。その結果、各電池の電圧
バランスが崩れ、電池の過充電が生じてしまう。
4.2Vで満充電になる。2個のリチウムイオン二次電
池を直列に接続して充電する場合、定電圧充電の設定電
圧を8.4Vとすることによって、正常な電池を満充電
できる。しかしながら、2個の電池の容量が同じでない
場合、一方の電池が4.5Vに、他方の電池が3.9V
となることがある。この場合、4.5Vに電圧が上昇し
た二次電池は過充電となっており、電池性能が著しく低
下する。
場合、内部抵抗の大きい電池は充電過電圧(内部抵抗×
充電電流)が大きいため、充電するに従って内部抵抗の
小さい電池より電池電圧は上昇し、過充電される。この
電池は充電される毎にますます内部抵抗が上昇して過充
電され、電池性能が低下する。
二次電池は、設定された定電圧を越えて過充電を行う
と、副反応である電解液の分解に伴ってガスが発生し、
電池性能が低下すると共に、内圧を上昇させる。この内
圧上昇は、密閉構造であるリチウムイオン二次電池のケ
ーシング破裂の原因となる。このため、非水系二次電池
は、過充電による弊害が極めて大きく、これを防止する
ことが極めて大切である。
おいては、複数の電池の各々の電池電圧を検出しながら
充電を行い、何れかの電池が設定電圧に到達すると、充
電を停止するようにしている。
電圧に到達すると、充電を停止するため、設定電圧に達
していない残りの電池は充電不足のままとなる。
する回路とした場合、各々の電池の電池電圧を検出する
端子に異常が発生したり、各電池の電圧の検出が不可能
な電池の場合には、的確な充電の制御ができない。
あり、本発明の目的は、複数の二次電池を直列に接続し
て充電するに際し、各電池の電池電圧が検出可能なもの
もそうでないものも、過充電することなく、しかも各々
の電池を満充電に近付けて充電でき、更にサイクル特性
の優れた二次電池の充電方法及び充電装置を提供するこ
とにある。
池を直列に接続して充電する方法において、各電池の電
池電圧の検出が可能な場合には、何れかの電池が設定電
圧になるまで通常充電し、何れかの電池が設定電圧に到
達した後は、各電池の電池電圧が設定電圧以下となるよ
うに充電電流を制御して充電を行い、前記検出が不可能
な場合には、電池全体の電池電圧が所定電圧を越えない
ように充電を制御することを特徴とする。
接続して充電する充電装置において、各電池の電池電圧
を検出する第1検出手段と、電池全体の電池電圧を検出
する第2検出手段と、前記第1検出手段により何れかの
電池が設定電圧に到達したことが検出されると、各電池
の電池電圧が設定電圧以下となるように充電電流を制御
する第1制御手段と、第2検出手段により電池全体の電
池電圧が所定電圧に達したことが検出されると、この所
定電圧を越えないように充電を制御する第2制御手段と
を備えたことを特徴とする。
能か否かに基づいて、充電を適宜に制御する。
は、各々の電池の電圧を監視し、最も容量の小さい二次
電池の電圧が設定電圧に到達した後は、電池電圧が設定
電圧を越えないように充電電流を制御して充電する。即
ち、まず、最も容量の小さい二次電池の電圧が設定電圧
になるまでは、一定の電流で定電流する。
と、この二次電池の電圧が設定電圧を越えないように、
充電電流を制御する。充電電流の制御は、電流を減少
し、あるいは、充電と休止(または充電と休止と放電)
とを繰り返すデューティを変更して実質的な平均電流を
減少する。
二次電池の電圧を監視して、この電池電圧が設定電圧以
上にならないように監視しながら、更に充電を継続す
る。従って、他の二次電池の電圧も次第に上昇して満充
電に近づいて充電される。
場合には、複数の電池の全体の電池電圧を監視し、この
電池電圧が所定電圧を越えないように充電電流を制御し
て充電を行う。
るパック電池1を充電する第1実施例を示しており、充
電用の電源2と、二次電池B1、B2の充電電流を制御
する定電流充電回路3と、二次電池B1、B2の各々の
電圧を検出して電池電圧が設定電圧(E)以上に上昇す
るのを監視する第1定電圧充電回路4と、二次電池B
1、B2の全体の電圧を検出して電池電圧が所定電圧
(設定電圧の2倍である2E)以上に上昇するのを監視
する第2定電圧充電回路5と、第1定電圧充電回路4及
び第2定電圧充電回路5のいずれかを選択して切り替え
を行うスイッチ素子6とを備えている。
水系二次電池B1、B2を内蔵しており、図1に示すよ
うに、二次電池B1、B2の両端の充電端子T1、T2
及び二次電池B1、B2の接続中点よりバッファ1Aを
介して設けられた電圧検出端子T3を備えるもの(以
下、3端子パック電池という)と、充電端子T1、T2
のみを備えるもの(図に示していないが、以下、2端子
パック電池という)がある。
TR1、TR2と、2個の抵抗R1R2とで構成されて
おり、パック電池1と電源2との直列回路に介挿されて
いる。この定電流充電回路2は、トランジスタTR1の
エミッタに直列接続された抵抗R1の電圧降下が約0.
6Vとなる電流に調整する。従って、充電電流Iは、I
=0.6/R1となる。この定電流充電回路3は、下記
の動作により二次電池B1、B2を定電流充電する。
と、抵抗R1の電圧降下が大きくなり、トランジスタT
R2のベース電流を増加させる。それは、エミッタに対
するベース電圧が高くなるからである。
ると、トランジスタTR2は、コレクタとエミッタ間の
抵抗が減少し、トランジスタTR1のベース電圧が低下
する。よって、トランジスタTR1のコレクタとエミッ
タ間の抵抗を増加し、二次電池B1、B2の充電電流が
減少する。
減少すると、トランジスタTR1のコレクタとエミッタ
間の抵抗が減少して電流を増加させる。従って、この定
電流充電回路3は、抵抗R1の両端の電圧降下を一定電
圧とするように、言い換えると、充電電流を一定に制御
する。
B2の各々の電圧を検出して充電電流を制御するもので
あり、一方の二次電池B1の電池電圧を検出し、これを
増幅して出力する2段のオペアンプ4A、4B及びオペ
アンプ4Bの出力端子に接続されたダイオード4Cと、
他方の二次電池B2の電池電圧を検出し、これを増幅し
て出力する2段のオペアンプ4D、4E及びオペアンプ
4Eの出力端子に接続されたダイオード4Fと、スイッ
チ素子6を介してダイオード4C、4Fの出力を入力
し、これを基準電圧素子10の基準電圧(具体的には設
定電圧E)と比較するオペアンプ11と、オペアンプ1
1の出力及びトランジスタTR1のベースの間に接続さ
れたダイオード12とから構成されている。
B2の全体の電池電圧を検出して充電電流を制御するも
のであり、二次電池B1、B2の全体の電池電圧を1/
2に分圧して出力する2個の分圧抵抗R3、R4と、ス
イッチ素子6を介してこの分圧値と基準電圧素子10の
設定電圧(E)とを比較するオペアンプ11と、ダイオ
ード12とからなる。即ち、第2定電圧充電回路5は、
基準電圧素子10、オペアンプ11及びダイオード12
を第1定電圧充電回路4と共用している。
または第2定電圧充電回路5のいずれを用いて充電電流
を制御するかを選択するものであり、パック電池1の検
出端子T3に電池電圧が出力されているかどうかを判断
するコンパレータ13の出力に応答して切り替えられ
る。即ち、検出端子T3から二次電池B1、B2の接続
点の電圧が出力され、コンパレータ13がそれを検出す
ると、スイッチ素子6は接点A側(即ち、第1定電圧充
電回路4側)に接続され、そうでない場合には、スイッ
チ素子6は接点B側(即ち、第2定電圧充電回路5側)
に接続される。
ち、図1に示すパック電池1)の充電を行う場合、コン
パレータ13によって検出端子T3に電池電圧が出力さ
れていることが検出され、スイッチ素子6がA側に接続
される。従って、第1定電圧充電回路4は、下記の動作
により、図2に示すように、夫々の二次電池B1、B2
の電圧が設定電圧以上に上昇しないように、充電電流を
制御し、二次電池B1、B2の充電を行う。
1、B2の電池電圧V1、V2を出力し、オペアンプ1
1の−入力端子には、二次電池B1、B2の電池電圧V
1、V2の大きい方の電圧、言い換えれば、いずれかの
二次電池B1、B2の電池電圧が設定電圧(E)に達す
ると、その電圧が入力されることとなる。
1、V2が、いずれも基準電圧素子10の設定電圧
(E)以下であると、オペアンプ11の出力は+とな
る。
オード12が逆バイアスされ、トランジスタTR1のベ
ース電流を引き込まない。即ち、定電流充電回路3は、
第1定電圧充電回路4の影響を受けないで、一定の電流
で二次電池B1、B2の全てを充電する。この状態は、
図2において、いずれかの二次電池B1、B2の電圧V
1、V2が設定電圧(E)に上昇するまで続く。
に上昇すると、オペアンプ11の出力電圧が0Vとな
る。これにより、トランジスタTR1のベース電流が、
ダイオード12からオペアンプ11に引き込まれる。
流が減少し、トランジスタTR1のコレクタとエミッタ
間の抵抗が増加し、充電電流を減少する。即ち、トラン
ジスタTR1によって制御される充電電流は、二次電池
B1の電池電圧V1が設定電圧(E)を越えないように
制御される。充電電流が減少すると、二次電池B1の電
池電圧V1が低下し、再び充電電流が増加するが、二次
電池B1の電池電圧V1が設定電圧(E)を越えないよ
うに制御される。
電流は次第に減少するが、充電電流は0とならないの
で、残りの二次電池B2の電池電圧V2は次第に上昇
し、設定電圧(E)に近づくように充電される。
合であっても、何らかの異常で検出端子T3に電池電圧
が出力されない場合、及び2端子パック電池の充電を行
う場合、コンパレータ13によって検出端子T3の電池
電圧が出力されていないことが検出され、スイッチ素子
6がB側に接続される。従って、第2定電圧充電回路5
の制御の下に、二次電池B1、B2の充電が行われる。
B2の全体の電池電圧を2個の分圧抵抗R3、R4にて
1/2に分圧し、これをスイッチ素子6を介してオペア
ンプ11に出力する。
が、所定電圧(2E)以下であると、オペアンプ11の
出力は+となる。一方、二次電池B1、B2全体の電池
電圧が所定電圧(2E)に上昇すると、オペアンプ11
の出力電圧が0Vとなる。このオペアンプ11の出力電
圧により、前述と同様に、充電電流が制御され、二次電
池B1、B2は、全体の電池電圧が所定電圧(2E)を
越えないように充電される。
り、第1実施例とは、第1定電圧充電回路4と、第2定
電圧充電回路5と、スイッチ素子6との構成において若
干異なるものである。
ド4C、4Fの出力が、スイッチ素子6を介することな
く、オペアンプ11の−端子に入力される構成となって
いる。また、第2定電圧充電回路5は、第1定電圧充電
回路4と個別に、基準電圧素子14、オペアンプ15及
びダイオード16を備えている。そして、第1定電圧充
電回路4のダイオード12はスイッチ素子6を介して、
及び第2定電圧充電回路5のダイオード16は直接、ト
ランジスタTR1のベースに夫々接続されている。
充電を行う場合、コンパレータ13によって検出端子T
3に電池電圧が出力されていることが検出され、スイッ
チ素子6が接続される。従って、二次電池B1、B2
は、第1定電圧充電回路4により、第1実施例と同様
に、夫々の電池電圧が設定電圧(E)以上に上昇しない
ように、充電電流が制御されると共に、第2定電圧充電
回路5により、全体の電池電圧も所定電圧(2E)以上
に上昇しないように充電電流が制御される。
電池電圧及び全体の電池電圧のいずれにおいても、設定
電圧及び所定電圧を越えないように充電電流が制御され
る、所謂2重の制御が行われる。
合であっても、何らかの異常で検出端子T3に電池電圧
が出力されない場合、及び2端子パック電池の充電を行
う場合は、第1実施例と全く同様にして、第2定電圧充
電回路5の制御の下に、二次電池B1、B2全体の電池
電圧が所定電圧を越えないように充電電流が制御され
る。
ており、第2実施例とは、第2定電圧充電回路5と、ス
イッチ素子6との構成において若干異なるものであり、
第2定電圧充電回路5は、分圧抵抗R3、R4の分圧を
増幅して出力する2段のオペアンプ5A、5B及びダイ
オード5Cを備え、その出力は直接、オペアンプ11に
印加されている。そして、ダイオード12は直接、トラ
ンジスタTR1のベースに接続されている。
電池1の充電を行う場合、二次電池B1、B2は、第1
定電圧充電回路4により、第1実施例と同様に、夫々の
電池電圧が設定電圧(E)以上に上昇しないように、充
電電流が制御されると共に、第2定電圧充電回路5によ
り、全体の電池電圧も所定電圧(2E)以上に上昇しな
いように充電電流が制御される。
合であっても、何らかの異常で検出端子T3に電池電圧
が出力されない場合、及び2端子パック電池の充電を行
う場合は、第1実施例や第2実施例と全く同様にして、
第2定電圧充電回路5の制御の下に、二次電池B1、B
2全体の電池電圧が所定電圧を越えないように充電電流
が制御される。
り、本実施例は、第3実施例における第1定電圧充電回
路4と第2定電圧充電回路5とを、1つの定電圧充電回
路40として構成し、回路の簡略化を図ったものであ
る。
2の充電端子T1、T2間に直列接続された2つの抵抗
R5、R6(なお、これらの抵抗値は等しい)を備え
る。そして、図に示す3端子パック電池1の場合にあっ
ては、これら抵抗R5、R6の接続中点に、バッファ1
Aの出力端子T3が接続される。
両端電圧、即ち二次電池B1の電池電圧を増幅して出力
するオペアンプ40A及びダイオード40Bと、抵抗R
6の両端電圧、即ち二次電池B2の電池電圧を増幅して
出力するオペアンプ40C及びダイオード40Dとを備
え、ダイオード40B及び40Dの出力が、オペアンプ
11に印加されている。
充電を行う場合、二次電池B1、B2の各々の電池電圧
は、定電圧充電回路40のオペアンプ40A、40Cに
より検出され、オペアンプ11に印加される。従って、
第1実施例と同様に、夫々の電池電圧が設定電圧(E)
以上に上昇しないように、充電電流が制御される。
合であっても、何らかの異常で端子T3に電池電圧が出
力されない場合、及び2端子パック電池の充電を行う場
合、オペアンプ40A、40Cの夫々は、二次電池B
1、B2全体の電池電圧の1/2の電圧を検出して出力
する。従って、前記各実施例と全く同様にして、二次電
池B1、B2全体の電池電圧が所定電圧を越えないよう
に、充電電流が制御される。
り、第1定電圧充電回路4は、第4実施例と同様の抵抗
R5、R6と、各抵抗R5、R6の両端電圧、即ち、二
次電池B1、B2の電池電圧を検出して出力するオペア
ンプ4A、4Dと、オペアンプ4A、4Dの出力を個別
に入力して基準電圧素子10A、10Bの設定電圧
(E)と比較するオペアンプ11A、11B及びダイオ
ード12A、12Bとからなる。また、第2定電圧充電
回路5は、二次電池B1、B2全体の電池電圧を1/2
に分圧して出力する分圧抵抗R3、R4と、この分圧出
力と基準電圧素子10Cの設定電圧(E)とを比較する
オペアンプ11C及びダイオード12Cとからなる。
様に充電を制御する。即ち、3端子パック電池1の充電
を行う場合、二次電池B1、B2は、第1定電圧充電回
路4により、夫々の電池電圧が設定電圧(E)以上に上
昇しないように、充電電流が制御されると共に、第2定
電圧充電回路5により、全体の電池電圧も所定電圧(2
E)以上に上昇しないように充電電流が制御される。
圧が検出されない場合には、第2定電圧充電回路5の制
御の下に、二次電池B1、B2全体の電池電圧が所定電
圧を越えないように充電電流が制御される。
に接続して充電するに際し、各電池の電池電圧の検出が
可能な場合には、何れかの電池が設定電圧になるまで通
常充電し、何れかの電池が設定電圧に到達した後は、各
電池の電池電圧が設定電圧を越えないように充電電流を
制御して充電を行うので、いずれの電池の電圧も異常に
高く上昇させることなく、即ち、副反応による電池の性
能を低下させることなく、各電池を満充電できる。
合にあっても、電池全体の電池電圧が所定電圧を越えな
いように充電を制御するので、この場合も異常な電池の
劣化を招くことなく、電池を充電することができる。
が検出可能なものもそうでないものも、適宜に充電電流
を制御して充電を行うことができ、汎用性荷富んだもの
とすることができる。
特性を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 複数の二次電池を直列に接続して充電す
る方法において、各電池の電池電圧の検出が可能な場合
には、何れかの電池が設定電圧になるまで通常充電し、
何れかの電池が設定電圧に到達した後は、各電池の電池
電圧が設定電圧以下となるように充電電流を制御して充
電を行い、前記検出が不可能な場合には、電池全体の電
池電圧が所定電圧を越えないように充電を制御すること
を特徴とする二次電池の充電方法。 - 【請求項2】 複数の二次電池を直列に接続して充電す
る充電装置において、各電池の電池電圧を検出する第1
検出手段と、電池全体の電池電圧を検出する第2検出手
段と、前記第1検出手段により何れかの電池が設定電圧
に到達したことが検出されると、各電池の電池電圧が設
定電圧以下となるように充電電流を制御する第1制御手
段と、第2検出手段により電池全体の電池電圧が所定電
圧に達したことが検出されると、この所定電圧を越えな
いように充電を制御する第2制御手段とを備えたことを
特徴とする充電装置。 - 【請求項3】 前記第1制御手段及び第2制御手段のい
ずれかを選択する選択手段を備えたことを特徴とする請
求項2の充電装置。
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ID=11869819
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