JPH06253463A - 電池の充電方法 - Google Patents

電池の充電方法

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JPH06253463A
JPH06253463A JP5036702A JP3670293A JPH06253463A JP H06253463 A JPH06253463 A JP H06253463A JP 5036702 A JP5036702 A JP 5036702A JP 3670293 A JP3670293 A JP 3670293A JP H06253463 A JPH06253463 A JP H06253463A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直列に接続された電池の電圧バランスを揃え
て充電し、特定の電池が過電圧になって電池性能が低下
するのを防止する。 【構成】 電池の電圧を検出してバランス充・放電して
電池電圧の差を少なくする。バランス充・放電は、電圧
の高い電池を放電して電圧を低下させ、あるいは電圧の
低い電池を充電して電圧を上昇させる。 【効果】 直列に接続した電池電圧の差を少なくして満
充電するので、電池性能の差によって特定の電池が過電
圧になるのを防止できる。このため、電池が過電圧にな
って性能が低下し、また、サイクル寿命が短くなるのを
防止、さらに内圧の異常な上昇を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の電池を直列に接
続して充電する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の電池を内蔵するパック電池は、内
蔵する電池を直列に接続した状態で充電される。電池に
非水系二次電池を使用するパック電池は、最初に定電流
充電した後、定電圧充電して満充電している。例えば、
リチウムイオン二次電池は約4.2Vで満充電になるの
で、2個のリチウムイオン二次電池を直列に接続したパ
ック電池は、定電圧充電の設定電圧を8.4Vに設定す
る。2個の電池が正常であるとき、同じ電圧で満充電さ
れる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、2個の
電池の容量に差があると、一方の電池が4.5V、他方
の電池が3.9Vとなって電圧に差ができることがあ
る。この場合、4.5Vに電圧が上昇した電池は過充電
となって電池性能が著しく低下する。定電圧充電の設定
電圧を低くして、小容量の電池の電圧が4.2Vよりも
上昇しないようにできるが、このように設定すると、正
常な電池を満充電できなくなる。このため、定電圧充電
する設定電圧を低くすることはできず、容量差によって
過充電されるのを防止できない。
【0004】このように、内蔵する電池に容量差のある
パック電池は、充、放電サイクルを重ねるにしたがって
何回も過充電が繰り返され、これが累積されて著しく劣
化する性質がある。とくに、リチウムイオン二次電池等
の非水系二次電池は、過充電して電圧が上昇すると、電
解液を電気分解する副反応がおこる。副反応は電池性能
を低下させるに止まらず、内圧を異常に上昇させる。内
圧の異常上昇は、弁作動を引き起こし、電解液漏れを発
生させる。このため、非水系二次電池は、過充電による
弊害が大きく、これを防止することが極めて大切であ
る。
【0005】この欠点は、内蔵する個々の電池を並列に
接続して充電することによって解消できる。このことを
実現するためには、充電するときに電池の接続を変更す
る必要がある。電池の接続を変更するためには、切換ス
イッチを必要とする。このため、使用中に接触不良等の
故障が発生しやすくなる。また、充電電流が大きくなっ
て充電器のコストアップや発熱の問題が発生し、回路の
信頼性が劣る欠点がある。
【0006】したがって、この欠点を避けるために、個
々の電池電圧を検出して、電池電圧差が設定値になると
異常表示して、充電を停止する方法がとられている。こ
の方法は、電圧差のある電池の充電を停止できるが、劣
化するのを防止して充電することはできない。
【0007】本発明は、この欠点を解決することを目的
に開発されたものである。本発明の重要な目的は、直列
に接続された電池の電圧バランスを揃えて充電できる充
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】本発明の電池の充電方法
は、前述の目的を達成するために下記のようにして電池
を充電する。本発明の充電方法は、複数の電池を直列に
接続して充電する充電方法を改良したもので、充電中
に、あるいは充電が完了したときに、各電池の電圧を検
出する。検出した電池電圧に差があると、高い電池の電
圧を低下させ、あるいは、低い電池の電圧を上昇させて
各電池の電圧差を少なくする。このことを実現するため
に、電圧の高い電池を放電し、あるいは電圧の低い電池
の充電電流を電圧の高い電池の充電電流よりも多くする
バランス充・放電を行う。電圧の高い電池を放電する場
合、電圧の低い電池は放電しない。ただ、電圧の高い電
池の放電電流を、電圧の低い電池の放電電流よりも多く
して、電池の電圧差を少なくすることもできる。バラン
ス充・放電によって各電池の電圧差を少なくして充電す
る。バランス充・放電は充電の途中で行い、あるいは、
充電の終期で行うことができる。充電の途中でバランス
充・放電をする方法は、バランス充・放電の後さらに充
電して満充電できる。
【0009】
【作用】本発明の電池の充電方法は、複数の電池を直列
に接続して充電する。充電するときに電池電圧に差がで
きると、バランス充・放電によって電圧差を少なくす
る。バランス充・放電は、電圧の高い電池を放電して電
圧を低下し、あるいは、電圧の低い電池を充電して電圧
を高くする。たとえば、リチウムイオン二次電池を2個
直列に接続したパック電池は下記のようにして電圧差を
少なくする。 設定電圧を8.4Vとして、2個の電池を直列に接
続して定電圧充電する。 充電電流が設定値に減少して電池が満充電され、あ
るいは、満充電に近づくと各電池の電圧を検出する。 電圧の高い電池を放電し、電池電圧を設定電圧まで
低下させる。このとき、電圧が低い電池は放電しない。 その後、必要ならばさらに設定電圧を8.4Vとし
てパック電池を充電する。
【0010】以上の例は、電池を放電するバランス充・
放電によって電圧差を少なくしている。ただ、一方の電
池を充電するバランス充・放電によって電圧差を少なく
することもできる。電池を充電するバランス充・放電
は、電池を満充電する前にするのがよい。それは、満充
電した電池をさらに充電すると過充電となるからであ
る。
【0011】本発明の電池の充電方法は、このように電
池の電圧差を少なくして満充電するので、電圧が過電圧
に上昇してサイクル寿命が短くなったり、あるいは、内
圧が異常に上昇するのを防止できる。
【0012】
【実施例】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方法を例示するものであって、本発
明の充電方法は、充電条件、充電回路、電池の形式等を
下記のものに特定するものでない。本発明の充電方法
は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で変更することが
できる。
【0013】本発明の電池の充電方法に使用する充電回
路を図1に示し、この充電回路を使用して電池を充電す
る方法を詳述する。さらに、本発明の電池の充電方法
は、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池の充電
に最適であるので、以下リチウムイオン二次電池を充電
する回路と方法とを詳述する。ただ、非水系二次電池に
限らず、ニッケルカドミウム電池等の二次電池にも使用
できるのは言うまでもない。
【0014】図1に示す充電回路は、充電用の直流電源
1と、電池の充電電流を制御し、また、パック電池6の
電圧を検出し、パック電池6の電圧が設定電圧以上に上
昇するのを監視して充電する充電回路2と、電池が満充
電されると充電を停止するメインスイッチSWmと、電
池をバランス充・放電する放電手段4A、4Bと、メイ
ンスイッチSWmと放電手段4A、4Bとを制御するマ
イコン5とを備えている。
【0015】充電回路2は、最初にパック電池6を定電
流充電し、パック電池6の電圧が設定電圧に上昇する
と、定電圧充電する。したがって、定電流充電回路と、
定電圧充電回路とを内蔵している。
【0016】メインスイッチSWmは、マイコン5で制
御される。マイコン5は、電池を充電するときにメイン
スイッチSWmをオンとし、パック電池6が満充電され
ると、オフに切り換えて充電を停止する。
【0017】放電手段4A、4Bは、互いに直列に接続
されている放電抵抗7A、7Bと放電スイッチ8A、8
Bとで構成される。放電手段4A、4Bは、2個の非水
系二次電池に並列に接続されて、それぞれの電池を単独
で放電できるようになっている。したがって、2個の電
池を直列に接続したパック電池6を充電する回路は、2
組の放電手段4A、4Bを備える。放電手段4A、4B
の電池の放電電流は、放電抵抗7A、7Bで調整され
る。放電抵抗7A、7Bを小さくすると放電電流は大き
くなる。放電電流が小さ過ぎると、電池の電圧を低下す
るのに必要な時間が長くなる。反対に、電池の放電電流
が大き過ぎると電池特性を低下させる。したがって、電
池の放電電流は、電池の容量と放電時間とを考慮して最
適値に設定される。
【0018】放電手段4A、4Bの放電スイッチ8A、
8Bは、マイコン5で制御される。マイコン5は、放電
スイッチ8A、8Bを制御するために、2個の電池電圧
を検出する。したがって、マイコン5は、電圧検出端子
9を2個の電池の+側に接続している。マイコン5は、
電池検出端子9に入力された電圧をデジタル信号に変換
するために、A/Dコンバータ(図示せず)を内蔵す
る。A/Dコンバータでデジタル信号に変換された電圧
値は、マイコン5の演算回路で演算される。マイコン5
は、2個の電池電圧を比較し、一方の電池電圧が設定電
圧よりも高いと判断したときに、高いと判定した電池に
接続した放電スイッチ8Aまたは8Bをオンとして放電
する。電池を放電して、電圧が設定電圧に低下すると、
放電スイッチ8Aまたは8Bをオフに切り換えて、電池
の放電を停止する。
【0019】図1に示す充電回路2は、図2に示すフロ
ーチャートで、リチウムイオン二次電池等の非水系二次
電池を内蔵するパック電池を充電する。 [N1のステップ]マイコン5が、メインスイッチSW
mをオンにして、パック電池6の充電をスタートする。 [N2のステップ]パック電池6は、最初に定電流充電
し、その後に定電圧充電されて、通常充電がおこなわれ
る。
【0020】[N3のステップ]パック電池6が満充電
されると、マイコン5がそのことを検出して、メインス
イッチSWmをオフにして充電を停止する。マイコン5
は、パック電池6の充電電流を検出して満充電を検出す
る。非水系二次電池を内蔵するパック電池は、定電圧充
電されると、満充電に近づくにしたがって充電電流が減
少する性質がある。このため、パック電池は、満充電に
なると、充電電流は極めて小さくなってほとんど0とな
る。マイコン5は、充電電流が設定値以下になると満充
電したと判断して、メインスイッチSWmをオフにす
る。図1に示す充電回路2は、パック電池6の充電電流
を検出する回路を省略して図示していない。パック電池
の充電電流を検出する回路は、すでに使用されている全
ての回路を使用できる。たとえば、パック電池の直列に
電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗の両端の電圧
を検出して充電電流を検出できる。
【0021】[N4のステップ]マイコン5が、パック
電池6に内蔵される2個の電池A、Bの電圧V1、V2を
検出する。 [N5のステップ]検出した電池電圧V1、V2が、V1
>V2の条件を満足するかどうかを判断する。すなわ
ち、電池Aの電圧が、電池Bよりも高いかどうかを判定
する。 [N6のステップ]電圧V1、V2が、V1>V2の条件を
満足するとき、すなわち、電池Aの電圧が電池Bよりも
高いとき、マイコン5は、放電手段4Aの放電スイッチ
8Aをオンに切り換える。このとき、放電スイッチ8B
はオフに保持される。この状態で、電圧V1の高い電池
Aが放電される。電圧V2が低い電池Bは放電されな
い。したがって、電池Aの電圧が低下される。 [N7のステップ]電池Aを放電した後、マイコン5
は、再び電池AとBの、電圧V1、V2を検出する。 [N8のステップ]検出した電圧V1、V2が電圧V1=
V2を満足するかどうかを判定する。すなわち、電池A
を放電して、両方の電池電圧が等しくなったかどうかを
判定する。電池電圧V1、V2が等しくないとき、N6の
ステップにループして、電池Aの放電を継続する。 [N9のステップ]両方の電池A、Bの電圧が等しくな
って、V1=V2となると、マイコン5は放電スイッチ8
Aをオフに切り換える。したがって、電池Aの放電は停
止される。この状態で、電池A、Bの電圧は等しく調整
される。
【0022】[N10のステップ]N5のステップで、
V1>V2でないと判定されると、マイコン5は、V1<
V2であるかどうか、すなわち、電池Bの電圧が電池A
よりも高いかどうかを判定する。電池電圧が、V1>V2
でなく、また、V1<V2でもないときは、両方の電池
A、Bの電圧が等しいので、放電手段4A、4Bで放電
することなく終了する。 [N11のステップ]電池電圧がV1<V2を満足すると
きは、電池Bの電圧が電池Aよりも高いので、放電スイ
ッチ8Bをオンにして、電池Bを放電する。このとき、
放電スイッチ8A、はオフに保持される。この状態で、
電圧V2の高い電池Bが放電される。電圧が低い電池A
は放電されない。したがって、電池Bの電圧が低下す
る。 [N12のステップ]電池Bを放電した後、マイコン5
は、再び電池電圧V1、V2を検出する。 [N13のステップ]検出した電圧V1、V2が電圧V1
=V2を満足するかどうかを判定する。すなわち、電池
Bを放電して、両方の電池電圧が等しくなったかどうか
を判定する。電池電圧V1、V2が等しくないとき、N1
1のステップにループして、電池Bの放電を継続する。 [N14のステップ]電池Aと電池Bの電圧が等しくな
って、V1=V2となると、マイコン5は放電スイッチ8
Bをオフに切り換える。したがって、電池Bの放電は停
止される。この状態で、電池A、Bの電圧は等しく調整
される。
【0023】以上の電池の充電放電は、電池を満充電し
た後、一方の電池を放電するバランス充・放電して電圧
差を0とする。ただ、電池を充電する途中でバランス充
・放電して電池電圧を等しくした後、再び充電すること
もできるのはいうまでもない。また、充電の途中で複数
回バランス充・放電して電池電圧を等しくしながら充電
することもできる。
【0024】さらに、電池を放電して電圧を等しくする
方法として、それぞれの電池を異なる放電電流で放電し
て電圧を等しくすることもできる。それは、一方の電池
を他方のの電池よりも大電流で放電すると、大電流で放
電する電池の電圧が、小電流で放電する電池よりも低く
なるからである。
【0025】図3には、一方の電池を充電して、電池電
圧を等しくする充電回路を示している。この充電回路
は、マイコン5に制御される2組の充電手段10A、1
0Bを備える。2組の充電手段10A、10Bは、独立
して2個の電池を充電する。すなわち、電池Aと電池B
とを単独で充電する。したがって、充電手段10A、1
0Bは、独立電源11A、11Bと充電スイッチ12
A、12a、12Bとを備えている。充電手段10A
は、独立電源11Aを二つの充電スイッチ12A、12
aを介して電池Aの+−極に接続している。充電手段1
0Bは、ひとつの充電スイッチ12Bを介して電池Bの
+側に接続している。電池Bの−側は、常に充電手段1
0Bの−側に接続している。
【0026】この充電回路、充電手段10Aの充電スイ
ッチ12A、12aがオンになると、電池Aが充電さ
れ、充電手段10Bの充電スイッチ12Bがオンになる
と、電池Bが充電される。一方の電池を充電するとき、
他方の電池は充電されない。この充電回路は、電池を充
電するバランス充・放電によって電池電圧を等しく制御
する。この充電回路は、パック電池を満充電する前に、
バランス充・放電して電池電圧を等しくする。それは、
パック電池を満充電してさらに、一方の電池を満充電す
ると、過充電するからである。この充電回路は、パック
電池を定電圧充電する設定電圧を低くして充電し、充電
電流が減少した状態でバランス充・放電して電池電圧を
揃え、その後に設定電圧を高くしてパック電池を満充電
することもできる。
【0027】図3の充電回路は図4に示す下記のフロー
チャートで非水系二次電池のパック電池を充電する。 [N1のステップ]マイコン5がメインスイッチSWm
をオンにして、パック電池6の充電をスタートする。 [N2のステップ]パック電池6は、最初に定電流充電
し、その後に定電圧充電して通常充電する。定電圧充電
する設定電圧は、満充電する設定電圧よりも低く設定す
る。 [N3のステップ]パック電池6が所定量充電される
と、マイコン5がそのことを検出して、メインスイッチ
SWmをオフにして充電を停止する。マイコン5は、パ
ック電池6の充電電流を検出し、充電電流が設定値以下
になると充電を停止する。 [N4のステップ]マイコン5が、パック電池6に内蔵
される2個の電池A、Bの電圧V1、V2を検出する。
【0028】[N5のステップ]検出した電池電圧V
1、V2が、V1>V2の条件を満足するかどうかを判断す
る。 [N6のステップ]電圧V1、V2が、V1>V2の条件を
満足するとき、すなわち、電池Aの電圧が電池Bより高
いとき、マイコン5は、充電手段10Bの充電スイッチ
12Bをオンに切り換える。このとき、充電スイッチ1
2A、12aはオフに保持される。この状態で、電圧V
2の低い電池Bが充電される。電圧が高い電池Aは充電
されない。したがって、電池Bの電圧が上昇する。 [N7のステップ]電池Bを充電した後、マイコン5
は、再び電池電圧V1、V2を検出する。 [N8のステップ]検出した電圧V1、V2が電圧V1=
V2を満足するかどうかを判定する。すなわち、電池B
を充電して、両方の電池電圧が等しくなったかどうかを
判定する。電池電圧V1、V2が等しくないとき、N6の
ステップにループして、電池Bの充電を継続する。 [N9のステップ]両方の電池Aと電池Bの電圧が等し
くなって、V1=V2となると、マイコン5は充電スイッ
チ12Bをオフに切り換える。この状態で、電池A、B
の電池は等しく調整される。
【0029】[N10のステップ]N5のステップで、
V1>V2でないと判定されると、マイコン5は、V1<
V2であるかどうか、すなわち、電池Bの電圧が電池A
よりも高いかどうかを判定する。電池電圧が、V1>V2
でなく、また、V1<V2でもないとときは、両方の電池
A、Bの電圧が等しいので、充電手段10A、10Bで
充電することなく、N15のステップにジャンプする。 [N11のステップ]電池電圧がV1<V2を満足すると
き、電池Aの電圧が電池Bよりも低いので、充電スイッ
チ12A、12aをオンにして、電池Aを充電する。こ
のとき、充電スイッチ12Bはオフに保持される。この
状態で、電圧V1の低い電池Aが充電される。電圧V2が
高い電池Bは充電されない。したがって、電池Aの電圧
が上昇する。 [N12のステップ]電池Aを充電した後、マイコン5
は、再び電池電圧V1、V2を検出する。 [N13のステップ]検出した電圧V1、V2が電圧V1
=V2を満足するかどうかを判定する。すなわち、電池
Aを充電して、両方の電池電圧が等しくなったかどうか
を判定する。電池電圧V1、V2が等しくないとき、N1
1のステップにループして、電池Aの充電を継続する。 [N14のステップ]両方の電池A、Bの電圧が等しく
なって、V1=V2となると、マイコン5は充電スイッチ
12A、12aをオフに切り換える。したがって、電池
Aの充電は停止される。この状態で、電池A、Bの電圧
は等しく調整される。
【0030】[N15のステップ]電圧を等しく調整し
た電池A、Bは、メインスイッチSWmをオンにして再
び充電を開始する。このときの設定電圧は、N2のステ
ップにおける設定電圧よりも高く設定する。 [N16のステップ]パック電池6が満充電になると、
メインスイッチSWmをオフにして充電を終了する。
【0031】
【発明の効果】本発明の電池の充電方法は、バランス充
・放電によって電池の電圧差を少なくして満充電する。
このため、電池を充電するときに、容量差の有る複数の
電池の性能が低下するのを防止できる特長がある。複数
の電池を直列に接続して充電するとき、充、放電のサイ
クル数が多くなると、各電池に電圧のバラツキができ
る。充、放電を繰返すとこれが累積されて、高電圧に充
電される電池の性能が加速度的に低下する。また、高電
圧に充電される電池は内圧が異常に上昇することもあ
る。本発明の充電方法は、電池の電圧差を少なくして満
充電するので、何れかの電池が異常に高い電圧に上昇し
て、過充電されるのを防止できる。毎回、本発明の方法
で電池を充電すると、電圧差を等しくして満充電できる
ので、サイクル寿命を延長して、電池性能の低下を少な
くし、さらに、内圧の異常な上昇も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用する充電回路の一例を示す回路図
【図2】図1に示す充電回路を使用してパック電池を充
電するフローチャート図
【図3】本発明に使用する他の充電回路を示す回路図
【図4】図3に示す充電回路を使用してパック電池を充
電するフローチャート図
【符号の説明】
1………………………………直流電源 2………………………………充電回路 4A、4B……………………放電手段 5………………………………マイコン 6………………………………パック電池 7A、7B……………………放電抵抗 8A、8B……………………放電スイッチ 9………………………………電圧検出端子 10A、10B………………充電手段 11A、11B………………独立電源 12A、12a、12B……充電スイッチ SWm………………………… メインスイッチ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電池を直列に接続して充電する充
    電方法において、各電池の電圧を検出し、電圧の高い電
    池を放電し、あるいは電圧の低い電池の充電電流を電圧
    の高い電池の充電電流よりも多くするバランス充・放電
    を行い、バランス充・放電によって各電池の電圧差を少
    なくして充電することを特徴とする電池の充電方法。
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