專利名稱：充電方法和充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及2次電池的充電方法及充電裝置，特別是涉及適用于鋰離子電池等必須恒壓充電的2次電池的優(yōu)異的充電方法及充電裝置。
背景技術(shù)：
迄今，作為可以充電的電池即2次電池，且作為必須恒壓充電的2次電池，已開發(fā)出鋰離子電池。該鋰離子電池按照例如
圖1所示的特性進(jìn)行充電。圖1是一般的鋰離子電池的充電電流、電壓與時間的關(guān)系特性曲線圖，從充電開始到電池電壓達(dá)到規(guī)定電位為止，使充電電流為一恒定電流進(jìn)行充電。進(jìn)行該恒流充電時，電池電壓V上升，電壓超過規(guī)定值時，切換成恒壓充電。這時，供給例如與鋰離子電池滿充電時(即100％充電時)的電池電壓相當(dāng)?shù)碾妷篤1。對鋰離子電池進(jìn)行這種恒壓充電，電池電壓上升到電壓V1，但隨著該充電的進(jìn)行，充電電流I逐漸減小。當(dāng)該充電電流I減小到規(guī)定值時，便斷定鋰離子電池已100％地被充電(已充電到接近100％的狀態(tài))，停止供給充電電流。
這樣進(jìn)行充電，鋰離子電池能高效地充電到100％。
可是，如上所述，開始進(jìn)行恒流充電，然后切換成恒壓充電，這是鋰離子電池幾乎沒有充電余量的狀態(tài)，電池有充電余量時，在不使充電電流減小的狀態(tài)下進(jìn)行恒壓充電，必須防止用大電流進(jìn)行快速充電時造成2次電池的特性惡化。
因此，在開始充電前，需要檢測充電電池的狀態(tài)，檢測其余量。為了進(jìn)行該余量的檢測，在充電開始時進(jìn)行稱為預(yù)充電的小電流充電，檢測這時的電池電壓等，進(jìn)行檢測電池余量的處理。
圖2是表示現(xiàn)有的能進(jìn)行這種預(yù)充電的充電裝置的電路結(jié)構(gòu)之一例圖，將二極管2的陽極連接在構(gòu)成開關(guān)電源的開關(guān)用變壓器1的2次側(cè)(1次側(cè)省略)的一端，用電容器3連接該二極管2的陰極和變壓器1的2次側(cè)的另一端，得到用二極管2進(jìn)行整流和用電容器3進(jìn)行平滑的規(guī)定電壓的直流電源。
而且將二極管2的陰極通過通斷開關(guān)SW1連接在該充電裝置上安裝的2次電池(鋰離子電池)4的一端(正極)上，將該2次電池4的另一端(負(fù)極)連接在開關(guān)用變壓器1的2次側(cè)的另一端。另外，將通斷開關(guān)SW2和電阻器5的串聯(lián)電路與通斷開關(guān)SW1并聯(lián)連接起來。
這時，由控制電路6控制開關(guān)SW1及SW2的通斷。該控制電路6從開關(guān)用變壓器1的2次側(cè)供電，利用該電源進(jìn)行工作。而且該控制電路可利用圖中未示出的任何一種方法(例如檢測電池電壓)來檢測2次電池4的狀態(tài)。
其次，說明由控制電路6進(jìn)行的控制，假定充電開始時開關(guān)SW2處于閉合狀態(tài)，開關(guān)SW1處于斷開狀態(tài)。這樣一來，電阻器5呈串聯(lián)在2次電池4上的狀態(tài)，于是從開關(guān)用變壓器1的2次側(cè)供電，向2次電池4供給的充電電流減少相當(dāng)于該電阻器5損失的部分，用小電流進(jìn)行預(yù)充電。而且，控制電路6檢測在該預(yù)充電狀態(tài)下2次電池4的電池電壓等的電池狀態(tài)，當(dāng)斷定該檢測到的狀態(tài)是余量已減小到能進(jìn)行快速充電的程度的狀態(tài)時，使開關(guān)SW1呈關(guān)閉狀態(tài)，使開關(guān)SW2呈斷開狀態(tài)，在沒有電阻器5產(chǎn)生的損失的狀態(tài)下向2次電池4供給充電電流，開始用大電流進(jìn)行快速充電。
這里，將開關(guān)SW1閉合時的充電特性和將開關(guān)SW2閉合時的充電特性示于圖3，作為將開關(guān)SW1閉合時的充電特性能以一定的電壓流過較大的電流。而且，作為將開關(guān)SW2閉合時的充電特性呈能將電流值抑制在小值的特性。
這樣，設(shè)置多個使充電電流流過的路徑，使充電電流變化進(jìn)行預(yù)充電，存在充電裝置的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜的不理想情況。
作為現(xiàn)有的能進(jìn)行預(yù)充電的另一充電裝置的結(jié)構(gòu)有如圖4所示的電路結(jié)構(gòu)。在該電路的情況下，將該二極管2的陰極通過通斷開關(guān)SW3連接在該充電裝置上安裝的2次電池(鋰離子電池)4的一端(正極)上，將該2次電池4的另一端(負(fù)極)連接在開關(guān)用變壓器1的2次側(cè)的另一端。
而且，由控制電路7控制開關(guān)SW3的通斷。該控制電路7從開關(guān)用變壓器1的2次側(cè)供電。而且該控制電路可利用圖中未示出的任何一種方法(例如檢測電池電壓)來檢測2次電池4的狀態(tài)，根據(jù)該檢測狀態(tài)，控制開關(guān)SW3的通斷。
其次，說明開關(guān)SW3的控制狀態(tài)，在進(jìn)行通常的充電(快速充電等)時，使開關(guān)SW3連續(xù)處于閉合狀態(tài)，用小電流進(jìn)行預(yù)充電時，反復(fù)進(jìn)行開關(guān)SW3的通斷。即，例如如圖5所示，充電開始時進(jìn)行預(yù)充電時，反復(fù)進(jìn)行開關(guān)SW3的通斷，用規(guī)定的電流值I斷續(xù)地向2次電池4供電，使平均充電電流下降，呈用小電流進(jìn)行預(yù)充電Pre的狀態(tài)。然后，從預(yù)充電切換到通常的充電時，使開關(guān)SW3連續(xù)處于閉合狀態(tài)，連續(xù)地用規(guī)定的電流值I進(jìn)行充電。
如果使開關(guān)這樣斷續(xù)地通斷進(jìn)行充電，則只設(shè)1個開關(guān)就能進(jìn)行通常的充電和預(yù)充電，但由該開關(guān)的通斷進(jìn)行預(yù)充電時，開關(guān)在通斷切換時的峰值電流傳給控制電路7，使得控制電路7的工作受到不良影響的可能性變大。因此，這種使開關(guān)反復(fù)通斷進(jìn)行的預(yù)充電不好。
發(fā)明的公開本發(fā)明就是鑒于這樣的問題而開發(fā)的，其第1個目的在于不使電池劣化，能有效地利用電池容量。
第2個目的在于用簡單的結(jié)構(gòu)良好地進(jìn)行充電等時電池狀態(tài)的檢測。
第3個目的在于即使有電池狀態(tài)的檢測誤差，也不會使電池劣化而能良好地充電。
第4個目的在于在2次電池滿充電狀態(tài)下，能防止從2次電池進(jìn)行無用的放電。
發(fā)明的第1方面一種充電方法，其特征在于包括以下工序在將低壓充電用電源供給上述2次電池的狀態(tài)下，檢測控制向上述2次電池供給充電用電源的開始及停止的開關(guān)裝置的一端及另一端之間的電位或上述2次電池的一端及另一端之間的電位的工序，根據(jù)該檢測的電位，設(shè)定上述開關(guān)裝置處于接通狀態(tài)，同時使供給上述2次電池的充電用電源達(dá)到規(guī)定電位，開始對上述2次電池充電的工序。
本發(fā)明的第2方面是在本發(fā)明的第1方面的充電方法中，其特征在于作為上述開關(guān)裝置，使用場效應(yīng)晶體管，使該場效應(yīng)晶體管的一端及另一端之間的阻抗值高，進(jìn)行上述電位的檢測本發(fā)明的第3方面是在本發(fā)明的第1方面的充電方法中，其特征在于將檢測上述電位時的上述充電用電源的電位設(shè)定為在控制上述開關(guān)裝置所必要的最低電壓值附近的值。
本發(fā)明的第4方面是在本發(fā)明的第1方面的充電方法中，其特征在于隨著上述充電開始后的上述2次電池的一端及另一端之間的電位的上升，使上述充電用電源的電位上升。
本發(fā)明的第5方面是在本發(fā)明的第1方面的充電方法中，其特征在于隨著上述充電開始后的上述2次電池的一端及另一端之間的電位的上升，使上述充電用電源的電位按多個階段變化上升。
本發(fā)明的第6方面是在本發(fā)明的第1方面的充電方法中，其特征在于使檢測上述電位時的上述充電用電源的電位降低到控制上述開關(guān)裝置所必要的最低電壓以下，同時用電荷蓄積裝置蓄積該充電用電源，用上述開關(guān)裝置確保進(jìn)行對應(yīng)的控制所必要的電位。
本發(fā)明的第7方面的一種充電裝置，其特征在于備有將規(guī)定的充壓用電源供給上述2次電池的電源電路、連接在上述電源電路和上述2次電池之間用來控制充電的開始及停止的開關(guān)裝置、在從上述電源電路供給低壓的充壓用電源的狀態(tài)下檢測上述開關(guān)裝置的一端和另一端之間的電位或上述2次電池的一端和另一端之間的電位的檢測裝置、以及根據(jù)上述檢測裝置檢測到的電位設(shè)定上述開關(guān)裝置處于接通狀態(tài)，同時使上述電源電路的輸出電壓成為規(guī)定電位，開始對上述2次電池充電的充電控制裝置。
本發(fā)明的第8方面是在本發(fā)明的第7方面的充電裝置中，其特征在于作為上述開關(guān)裝置，使用場效應(yīng)晶體管，使該場效應(yīng)晶體管的一端及另一端之間的阻抗值高，用上述檢測裝置檢測電位。
本發(fā)明的第9方面是在發(fā)明的第7方面的充電裝置中，其特征在于將用上述檢測裝置進(jìn)行檢測時的上述電源電路的輸出電位設(shè)定在上述充電控制裝置工作時的最低電壓值附近的值。
本發(fā)明的第10方面是在發(fā)明的第7方面的充電裝置中，其特征在于隨著上述充電開始后的上述2次電池的一端及另一端之間的電位的上升，使上述電源電路的輸出電壓上升。
本發(fā)明的第11方面是在發(fā)明的第7方面的充電裝置中，其特征在于隨著上述充電開始后的上述2次電池的一端及另一端之間的電位的上升，使上述電源電路的輸出電壓按多個階段變化上升。
本發(fā)明的第12方面是在發(fā)明的第7方面的充電裝置中，其特征在于將電荷蓄積裝置連接在上述電源電路和上述充電控制裝置之間，將用上述檢測裝置進(jìn)行檢測時的上述電源電路的輸出電位降低到上述充電控制裝置工作時的最低電壓以下。
附圖的簡單說明圖1是表示鋰離子電池的充電特性例的說明圖。
圖2是表示現(xiàn)有的充電裝置之一例的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示圖2中所示的充電裝置的充電特性的特性曲線圖。
圖4是表示現(xiàn)有的充電裝置的另一例的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示圖4中所示的充電裝置的充電特性的特性曲線圖。
圖6是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的充電裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是表示第1實(shí)施例的充電處理的流程圖。
圖8是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的充電裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示第2實(shí)施例的充電處理的流程圖。
圖10是表示第3實(shí)施例的充電處理的流程圖。
圖11是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的充電裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是表示第4實(shí)施例的充電處理的流程圖。
圖13是表示第4實(shí)施例的充電狀態(tài)的特性曲線圖。
圖14是表示本發(fā)明的第5實(shí)施例的充電裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖15是表示第5實(shí)施例的充電狀態(tài)的特性曲線圖。
圖16是表示本發(fā)明的第6實(shí)施例的充電裝置的結(jié)構(gòu)圖。
實(shí)施發(fā)明用的最佳形態(tài)以下參照圖6-圖7說明本發(fā)明的第1實(shí)施例。
圖6是本例中的充電裝置的結(jié)構(gòu)框圖，將來自工業(yè)交流電源41的交流電供給由二極管電橋構(gòu)成的整流電路42，將其作為直流電源。而且，將該直流電源供給1次側(cè)控制電路43，用該1次側(cè)控制電路43進(jìn)行規(guī)定的處理后供給開關(guān)用變壓器44的1次側(cè)線圈44a。而且，在該開關(guān)用變壓器44的2次側(cè)線圈44b上獲得低壓的被變換成規(guī)定電壓的直流低壓電源。這時在開關(guān)用變壓器44的1次側(cè)設(shè)有控制開關(guān)狀態(tài)用的輔助線圈44c。控制信號從后文所述的2次側(cè)的控制電路50通過光電耦合器52被供給1次側(cè)的控制電路43，根據(jù)該控制信號控制輸出電壓。
而且，將該開關(guān)用變壓器44的2次線圈44b的一端連接在開關(guān)用二極管45的陽極上，用開關(guān)用電容器46連接在該二極管45的陰極和2次線圈44b的另一端之間，獲得能給出規(guī)定電壓的直流低壓電源。
將能獲得該直流低壓電源的二極管45的陽極連接在該充電裝置上安裝的2次電池(這里使用鋰離子電池作為2次電池)47的一端(正極)上，將2次電池47的另一端(負(fù)極)通過充電控制用開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管(FET)48的源·漏間連接在開關(guān)用變壓器44的2次線圈44b的另一端上。這時，作為場效應(yīng)晶體管48的源·漏間的連接方向是這樣一種連接方向，即當(dāng)使該晶體管48呈導(dǎo)通狀態(tài)時，電流從2次電池47流向2次線圈44b的另一端側(cè)，當(dāng)呈非導(dǎo)通狀態(tài)時，從2次電池47流向2次線圈44b的另一端側(cè)的電流受到限制。在該場效應(yīng)晶體管48的源·漏間生成電流沿著與控制電流流動的方向相反的方向(即電流從2次線圈44b的另一端側(cè)流向2次電池47的負(fù)極的方向)流的寄生二極管49。
而且，設(shè)置充電控制電路50作為控制該晶體管48的柵極的電路。該充電控制電路50由集成電路構(gòu)成，且這樣連接，即在開關(guān)用變壓器44的2次側(cè)得到的信號被作為電源供給。即，二極管45的陰極及2次線圈44b的另一端側(cè)分別連接在充電控制電路50上。而且將開關(guān)控制信號從該充電控制電路50供給晶體管48的柵極，進(jìn)行上述電流流動的控制(即導(dǎo)通、非導(dǎo)通的控制)，同時在呈非導(dǎo)通狀態(tài)時能將源·漏間控制成高阻抗?fàn)顟B(tài)。
在本例中，設(shè)有檢測場效應(yīng)晶體管48的充電電流路徑的一端和另一端之間的電位即源·漏間的電位的電壓檢測電路51，將該電壓檢測電路51檢測的源·漏間的電位數(shù)據(jù)供給充電控制電路50。
在充電控制電路50中，根據(jù)該電壓檢測電路51的檢測數(shù)據(jù)控制晶體管48的狀態(tài)。另外，充電控制電路50將電壓控制信號(即與控制的電壓值成比例地變化的信號)供給構(gòu)成光電耦合器52的發(fā)光二極管52a。而且，接收來自該光電耦合器52的發(fā)光二極管52a的光的受光元件52b連接在1次側(cè)控制電路43上，充電控制電路50輸出的電壓控制信號被傳遞給1次側(cè)控制電路43。在1次側(cè)控制電路43中，根據(jù)該電壓控制信號控制開關(guān)用變壓器44的2次線圈44b上得到的電源電壓。
其次，以充電開始時的預(yù)充電工作為中心，參照圖7中的流程說明用圖6所示結(jié)構(gòu)的充電裝置使2次電池47充電時的工作情況。
在對鋰離子電池即2次電池47充電時，首先進(jìn)行稱為預(yù)充電的處理，進(jìn)行檢測2次電池47的狀態(tài)的處理(步S201)。作為本例情況下的預(yù)充電處理，首先根據(jù)從充電控制電路36供給場效應(yīng)晶體管48的柵極的控制信號，使該晶體管48的源·漏間呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。在本例情況下，2次電池47滿充電時的電池電壓為4.2V，預(yù)充電時將開關(guān)用變壓器44的2次線圈44b上獲得的電源(以下簡稱輸入電源)的電壓設(shè)定為4.2V或比4.2V低一些的電壓值。
在該狀態(tài)下，由電壓檢測電路51檢測場效應(yīng)晶體管48的源·漏間的電位(步S202)。然后，由充電控制電路36判斷檢測的電壓值，判斷該電壓值是否在控制電路50中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓值以上(步S203)。當(dāng)電壓在基準(zhǔn)值以上時，根據(jù)從充電控制電路50通過光電耦合器52供給1次側(cè)控制電路43的電壓控制信號，進(jìn)行使輸入電源電壓下降的處理(步S204)，在該狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行預(yù)充電工作(步S205)。
然后，當(dāng)由電壓檢測電路51檢測的電壓值小于基準(zhǔn)電壓值時，仍然用輸入電源電壓繼續(xù)進(jìn)行預(yù)充電工作。
然后，從使該預(yù)充電開始起，檢測2次電池47的狀態(tài)(電池電壓等)，當(dāng)該電池電壓等達(dá)到規(guī)定狀態(tài)時，使晶體管48的源·漏間從高阻抗?fàn)顟B(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)，用電流值較大(例如1A)的輸入電源使2次電池47充電，進(jìn)行所謂快速充電。
如果這樣使用本例的充電裝置，則使控制充電開始的開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管48呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，使充電電流流過，用小電流進(jìn)行預(yù)充電，能準(zhǔn)確地檢測所安裝的2次電池47的狀態(tài)。而且，作為高阻抗?fàn)顟B(tài)，使電源電壓下降，使充電電流流過，進(jìn)行預(yù)充電，在降低場效應(yīng)晶體管48中的損失的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)充電，使效果良好的預(yù)充電成為可能。
其次，參照圖8及圖9說明本發(fā)明的第2實(shí)施例。在表示第2實(shí)施例的充電裝置的結(jié)構(gòu)的圖8中，與上述第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖即圖6對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號，其詳細(xì)說明從略。
以下，說明第2實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如圖8所示，在該例中將獲得開關(guān)用變壓器44的2次側(cè)的電源輸出的二極管45的陽極連接在被安裝在該充電裝置上的2次電池(鋰離子電池)47的一端(正極)上，將該2次電池47的另一端(負(fù)極)通過充電控制用開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管(FET)48的源·漏間連接在開關(guān)用變壓器44的2次線圈44b的另一端上。這時，作為場效應(yīng)晶體管48的源·漏間的連接方向是這樣一種連接方向，即當(dāng)使該晶體管48呈導(dǎo)通狀態(tài)時，電流從2次電池47流向2次線圈44b的另一端側(cè)，當(dāng)呈非導(dǎo)通狀態(tài)時，從2次電池47流向2次線圈44b的另一端側(cè)的電流受到限制。
而且，設(shè)置充電控制電路54作為控制該晶體管48的柵極的電路。該充電控制電路54由集成電路構(gòu)成，且這樣連接，即在開關(guān)用變壓器44的2次側(cè)得到的信號被作為電源供給。即，二極管45的陰極及2次線圈44b的另一端側(cè)分別連接在充電控制電路54上。而且將開關(guān)控制信號從該充電控制電路54供給晶體管48的柵極，進(jìn)行上述電流流動的控制(即導(dǎo)通、非導(dǎo)通的控制)，同時在呈非導(dǎo)通狀態(tài)時能將源·漏間控制成高阻抗?fàn)顟B(tài)。
在本例中，設(shè)有檢測所安裝的2次電池47的一個極和另一極之間的電位即電池電壓的電壓檢測電路53，將該檢測電路53檢測的電池電壓的數(shù)據(jù)供給充電控制電路54。
在充電控制電路54中，根據(jù)該電壓檢測電路53的檢測數(shù)據(jù)控制晶體管48的狀態(tài)。另外，充電控制電路54通過光電耦合器52將電壓控制信號供給1次側(cè)控制電路43。在1次側(cè)控制電路43中，根據(jù)該電壓控制信號控制從開關(guān)用變壓器44的2次線圈44b上得到的電源的電壓。其它部分與圖6所示的充電裝置的結(jié)構(gòu)相同。
其次，以充電開始時的預(yù)充電工作為中心，參照圖9中的流程說明用圖8所示結(jié)構(gòu)的充電裝置使2次電池47充電時的工作情況。
用本例中的電路對鋰離子電池即2次電池47充電時，根據(jù)從充電控制電路54供給場效應(yīng)晶體管48的柵極的控制信號，在使該場效應(yīng)晶體管48的源·漏間為高阻抗的狀態(tài)下，進(jìn)行用電壓檢測電路53檢測電池電壓的處理(步S211)。
然后，用充電控制電路54判斷該檢測的電壓值，判斷該電壓值是否為0V或接近0V的值(步S212)。當(dāng)為0V或接近0V的值時，根據(jù)從充電控制電路54通過光電耦合器52供給1次側(cè)控制電路43的電壓控制信號，進(jìn)行使輸入電源電壓下降的處理(步S213)，在該狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行預(yù)充電工作(步S214)。
然后，當(dāng)由電壓檢測電路53檢測的電壓值為不接近0V的電壓值時，進(jìn)行仍然用輸入電源電壓繼續(xù)進(jìn)行預(yù)充電工作的處理。
然后，從使該預(yù)充電開始起，檢測2次電池47的狀態(tài)(電池電壓等)，當(dāng)該電池電壓等達(dá)到規(guī)定狀態(tài)時，使晶體管48的源·漏間從高阻抗?fàn)顟B(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)，用電流值較大(例如1A)的輸入電源使2次電池47充電，進(jìn)行所謂快速充電。
如果這樣使用本例的充電裝置，則與上述的第1實(shí)施例一樣，使控制充電開始的開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管48呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，使充電電流流過，用小電流進(jìn)行預(yù)充電，能準(zhǔn)確地檢測所安裝的2次電池47的狀態(tài)，同時在降低場效應(yīng)晶體管48中的損失的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)充電，使效果良好的預(yù)充電成為可能。
其次，參照圖10中的流程說明本發(fā)明的第3實(shí)施例。在該第3實(shí)施例的情況下，用上述第1實(shí)施例所述電路結(jié)構(gòu)的充電裝置進(jìn)行2次電池(鋰離子電池)的充電，所以如圖10中的流程所示，進(jìn)行由充電控制電路50進(jìn)行的預(yù)充電時的處理。
即，開始充電時，首先使控制充電開始的開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管48呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，開始預(yù)充電工作(步S221)。這時，在充電控制電路50的控制下，使在開關(guān)用變壓器44的2次線圈44b一側(cè)得到的電源電壓呈低電壓(步S222)。這時的電壓值為能使由集成電路構(gòu)成的充電控制電路50工作的最低電壓(例如3.0V)或比該電壓稍高一些的電壓值。
在該狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)充電(步S223)，用電壓檢測電路51檢測高阻抗?fàn)顟B(tài)下的晶體管48的一端和另一端之間的電位(步S224)，同時使充電控制電路50內(nèi)的計(jì)時器工作(步S231)。然后，判斷這時檢測的電壓值是否在基準(zhǔn)電壓以上(步S225)。當(dāng)在基準(zhǔn)電壓以下時，便斷定電池電壓低，返回步S223中的預(yù)充電。
當(dāng)在步S225中斷定在基準(zhǔn)電壓以上時，使在步S231中工作的計(jì)時器停止后(步S226)，使場效應(yīng)晶體管48呈導(dǎo)通狀態(tài)，增加充電電流，進(jìn)行快速充電(步S227)。
然后，當(dāng)繼續(xù)呈在步S225中檢測的在基準(zhǔn)電壓以下的狀態(tài)時，判斷從在步S231中使計(jì)時器工作開始是否經(jīng)貴了1小時(步S232)，如果經(jīng)過了1小時，則斷定這時的2次電池47有某種異常，使晶體管48呈非導(dǎo)通狀態(tài)，停止充電(步S233)。
這樣進(jìn)行充電開始時的處理時，與第1實(shí)施例一樣，在進(jìn)行快速充電前，使控制該充電的開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，能檢測所安裝的2次電池的狀態(tài)，能有效地進(jìn)行電池狀態(tài)的檢測處理。在本例中，將檢測電池狀態(tài)的預(yù)充電時的電源電路(開關(guān)電源)的輸出電壓降低到能使集成電路即充電控制電路50工作的最低電壓，在能由充電控制電路50進(jìn)行充電控制的狀態(tài)下，用最低的電壓進(jìn)行預(yù)充電，能在加在2次電池上的電壓為最低的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)充電。因此，能在使2次電池或電路的負(fù)擔(dān)為最小的狀態(tài)下檢測2次電池的狀態(tài)，能在良好的狀態(tài)下進(jìn)行2次電池的狀態(tài)檢測。
在該第3實(shí)施例中，雖然采用檢測在第1實(shí)施例中說明過的場效應(yīng)晶體管48的一端和另一端之間的電位、檢測電池狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，但也可以采用在第4實(shí)施例中說明過的檢測電池電壓的結(jié)構(gòu)。即，在第4實(shí)施例中說明過的圖8所示的結(jié)構(gòu)中，使預(yù)充電時的電源電壓為充電控制電路54工作的最低電壓即可。
其次，參照圖11～圖13說明本發(fā)明的第4實(shí)施例。在該第4實(shí)施例的情況下，用圖11所示電路的充電裝置進(jìn)行2次電池(鋰離子電池)的充電，另外，在表示第4實(shí)施例的充電裝置結(jié)構(gòu)的圖23中，與上述第1、第2實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖即圖6、圖8對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號，其詳細(xì)說明從略。
參照圖11說明本例的充電裝置，在該圖11的電路中，將有關(guān)開關(guān)用變壓器44的1次側(cè)省略，由連接在2次側(cè)線圈44b上的二極管45和電容器46獲得作為開關(guān)電源的電源輸出。將電源輸出端的一個極即二極管45的陰極連接在該充電裝置上安裝的2次電池(鋰離子電池)47的正極側(cè)，將該2次電池47的負(fù)極側(cè)通過充電控制用開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管48連接在2次線圈44b的另一端側(cè)(不連接二極管45的一側(cè))。
而且設(shè)有檢測2次電池47的端子間的電壓并根據(jù)該檢測的電壓控制充電的電壓檢測·充電控制電路55。該電壓檢測·充電控制電路55連接著該電池47的一端及另一端，以便能檢測2次電池47的端子之間的電壓，同時連接得能供給開關(guān)電源的輸出。根據(jù)檢測的電池電壓進(jìn)行場效應(yīng)晶體管48的柵極的控制，進(jìn)行使該場效應(yīng)晶體管48呈導(dǎo)通狀態(tài)、非導(dǎo)通狀態(tài)、高阻抗?fàn)顟B(tài)這3種狀態(tài)中的一種的控制，進(jìn)行充電控制。在圖11中省略了場效應(yīng)晶體管48的寄生二極管。至此與上述第4實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。
在本例中，與當(dāng)時的電池電壓成比例地由電壓檢測·充電控制電路55進(jìn)行開關(guān)電源的電壓控制。現(xiàn)說明其結(jié)構(gòu)，用電阻器56、57的串聯(lián)電路將能獲得開關(guān)電源的輸出的一端和另一端之間連接起來，將該電阻器56、57的連接中點(diǎn)連接在NPN型的晶體管58的基極上。而且，將二極管45的陰極通過光電耦合器52的發(fā)光二極管52a連接在晶體管48的集電極上，將2次線圈44b的另一端側(cè)通過齊納二極管59連接在晶體管58的發(fā)射極上。
用電阻器60、61的串聯(lián)電路將二極管45的陰極和電壓檢測·充電控制電路55的電壓控制端子之間連接起來，將該電阻器60、61的連接中點(diǎn)連接在PNP型的晶體管62的基極上。而且，將二極管45的陰極連接在該晶體管62的發(fā)射極上，將該晶體管62的集電極通過電阻器63連接在晶體管58的基極上。
在這種電路結(jié)構(gòu)中，在預(yù)充電時通過使從電壓控制端輸出的電壓控制信號的電壓值與電壓檢測·充電控制電路55檢測的電池電壓成比例地變化，而使圖中未示出的開關(guān)電源的1次側(cè)的控制電路中的電壓控制狀態(tài)變化，從而供給2次電池47的電源電壓變化。
這里，參照圖12中的流程及圖13中的電壓特性曲線，說明該例中的預(yù)充電時的處理，首先使晶體管34呈高阻抗?fàn)顟B(tài)后，使電源電壓Va為最低電壓(例如能使電壓檢測·充電控制電路55工作的最低電壓)，開始預(yù)充電工作(步S241)。然后檢測電池電壓Vb(步S242)。這時，通過該預(yù)充電，電池47慢慢地被充電，如圖13所示，電池電壓VB慢慢地上升。這時，如圖13所示，通過電壓檢測·充電控制電路55的控制，與該上升成比例地進(jìn)行使電源電壓VA上升的控制(步S243)。
然后，判斷電池電壓VB是否變成預(yù)先確定的基準(zhǔn)電壓值V21以上的值(步S244)，當(dāng)?shù)陀诨鶞?zhǔn)電壓值V21時，進(jìn)行使與步S242、S223中的電池電壓成比例的電源電壓上升的控制。然后，在步S224中當(dāng)斷定變成基準(zhǔn)電壓值V21以上的值時，使晶體管48從高阻抗?fàn)顟B(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)，使充電電流增加，同時使電源電壓VA達(dá)到快速充電用的電壓值V22，開始快速充電(步S245)。
這樣進(jìn)行預(yù)充電時的控制，在預(yù)充電過程中能經(jīng)常使加在場效應(yīng)晶體管48上的功率大體上相同，能良好地保持開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管48的狀態(tài)。
在該例中，雖然是在預(yù)充電過程中檢測電池電壓，但也可以用其它方法代替，如第3實(shí)施例所示，檢測場效應(yīng)晶體管48的源·漏間的電壓即可。
其次，參照圖14及圖15說明本發(fā)明的第5實(shí)施例。在該第5實(shí)施例的情況下，用圖14所示電路的充電裝置進(jìn)行2次電池(鋰離子電池)的充電，另外，在表示第5實(shí)施例的充電裝置結(jié)構(gòu)的圖14中，與上述第3、第4、第6實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖即圖6、圖8、圖11對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號，其詳細(xì)說明從略。
參照圖14說明本例的充電裝置，該圖26中的電路與圖11中的電路相同，將有關(guān)開關(guān)用變壓器44的1次側(cè)省略，由連接在2次側(cè)線圈44b上的二極管45和電容器46獲得作為開關(guān)電源的電源輸出。將電源輸出端的一個極即二極管45的陰極連接在該充電裝置上安裝的2次電池(鋰離子電池)47的正極側(cè)，同時將該2次電池47的負(fù)極側(cè)通過充電控制用開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管48連接在2次線圈44b的另一端側(cè)(不連接二極管45的一側(cè))。
而且設(shè)有檢測2次電池47的端子間的電壓并根據(jù)該檢測的電壓控制充電的電壓檢測·充電控制電路55，它根據(jù)檢測的電池電壓進(jìn)行場效應(yīng)晶體管48的柵極的控制，進(jìn)行使該場效應(yīng)晶體管48呈導(dǎo)通狀態(tài)、非導(dǎo)通狀態(tài)、高阻抗?fàn)顟B(tài)這3種狀態(tài)中的一種的控制。至此與圖23所示的第6實(shí)施例的充電裝置的結(jié)構(gòu)相同。
在本例中，與當(dāng)時的電池電壓成比例地由電壓檢測·充電控制電路55進(jìn)行使開關(guān)電源的電壓分多個階段變化的控制?，F(xiàn)說明其結(jié)構(gòu)，用電阻器56、57的串聯(lián)電路將能獲得開關(guān)電源的輸出的一端和另一端之間連接起來，將該電阻器56、57的連接中點(diǎn)連接在NPN型的晶體管58的基極上。而且，將二極管45的陰極通過光電耦合器52的發(fā)光二極管52a連接在晶體管48的集電極上，將2次線圈44b的另一端側(cè)通過齊納二極管59連接在晶體管58的發(fā)射極上。
將電阻器60的一端連接在二極管45的陰極上，將該電阻器60的另一端連接在NPN型的晶體管62的基極上。而且，將二極管45的陰極連接在該晶體管62的發(fā)射極上，將該晶體管62的集電極通過電阻器63連接在晶體管58的基極上。
而且，準(zhǔn)備電壓特性各不相同的齊納二極管64、65、66，將這3個齊納二極管64、65、66的陰極連接在電阻器56和晶體管62的基極的連接點(diǎn)上。而且將各齊納二極管64、65、66的陽極通過切換開關(guān)67連接在2次線圈44b的另一端側(cè)，根據(jù)切換開關(guān)67的切換狀態(tài)，只將某一個齊納二極管64、65、66的陽極連接在2次線圈44b的另一端側(cè)。該切換開關(guān)67的切換是通過從電壓檢測·充電控制電路55的電壓控制端輸出的電壓控制信號進(jìn)行控制的。
在這種電路結(jié)構(gòu)中，在預(yù)充電時通過使從電壓控制端輸出的電壓控制信號的電壓值與電壓檢測·充電控制電路55檢測的電池電壓成比例地分多個階段變化，而使圖中未示出的開關(guān)電源的1次側(cè)的控制電路中的電壓控制狀態(tài)分多個階段變化，從而供給2次電池47的電源電壓分多個階段變化。
這里，參照圖15中的電壓特性曲線，說明該例中的預(yù)充電時的處理，首先使晶體管48呈高阻抗?fàn)顟B(tài)后，使電源電壓VA為最低電壓(例如能使電壓檢測·充電控制電路55工作的最低電壓)，開始預(yù)充電工作。即，通過切換開關(guān)67連接電壓為最低的齊納二極管(例如齊納二極管64)。然后，通過該預(yù)充電，電池47慢慢地被充電，如圖15所示，電池電壓VB慢慢地上升。這時，當(dāng)電池電壓VB上升到某值時，通過電壓檢測·充電控制電路55的控制，使切換開關(guān)67進(jìn)行切換，使電源電壓VA上升一段。然后，當(dāng)電池電壓VB再上升到某值時，通過電壓檢測·充電控制電路55的控制，使切換開關(guān)67進(jìn)行切換，使電源電壓VA再上升一段。
然后，當(dāng)電池電壓VB變成預(yù)先確定的基準(zhǔn)電壓值V21以上的值時，使晶體管48從高阻抗?fàn)顟B(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)，使充電電流增加，同時使電源電壓VA達(dá)到快速充電用的電壓值V22，進(jìn)行快速充電。
這樣進(jìn)行預(yù)充電時的控制，在預(yù)充電過程中能使加在場效應(yīng)晶體管48上的功率保持在一定的范圍內(nèi)，能良好地保持開關(guān)裝置即場效應(yīng)晶體管48的狀態(tài)。這時，在第7實(shí)施例的情況下，電源電壓的控制分多個階段進(jìn)行，如第6實(shí)施例所示，與幾乎連續(xù)地進(jìn)行控制的情況相比，能用簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。
在該第5實(shí)施例的情況下，雖然也是在預(yù)充電過程中檢測電池電壓，但也可以用其它方法代替，如第1實(shí)施例所示，檢測場效應(yīng)晶體管48的源·漏間的電壓即可。
另外，在該第5實(shí)施例中，雖然是使預(yù)充電時的電源電壓分3個階段變化，但也可以分2個階段或3個以上的階段變化。
其次，參照圖16說明本發(fā)明的第6實(shí)施例。在該第6實(shí)施例的情況下，用圖16所示電路的充電裝置進(jìn)行2次電池(鋰離子電池)47的充電。
參照圖16說明本例的充電裝置，圖16是將電源電壓的供給源方塊化而進(jìn)行簡略的表示，這里準(zhǔn)備了產(chǎn)生預(yù)充電時的電壓用的第1恒壓電源71，及產(chǎn)生快速充電時的電壓用的第2恒壓電源72這樣兩種電源。這時，作為第1恒壓電源71的輸出電壓比使后文所述的充電控制電路75工作所必要的最低電壓還低。而且，由切換開關(guān)73將這兩個恒壓電源71、72的輸出有選擇地供給2次電池(鋰離子電池)47的正極側(cè)。這時，由充電控制電路75控制切換開關(guān)73的切換。
而且，將作為控制充電的開關(guān)裝置的場效應(yīng)晶體管48連接在2次電池33的負(fù)極側(cè)和恒壓電源71、72之間。由用集成電路構(gòu)成的充電控制電路75進(jìn)行該場效應(yīng)晶體管48的控制，控制成導(dǎo)通狀態(tài)、非導(dǎo)通狀態(tài)、高阻抗?fàn)顟B(tài)這3種狀態(tài)。而且，檢測2次電池47的電壓的電壓檢測電路77的檢測信號被供給充電控制電路75。
由開關(guān)73選擇的電源作為充電控制電路75的電源供給路徑，通過二極管74供給。容量較大的電容器76與充電控制電路75的電源供給路徑并聯(lián)連接。
進(jìn)行預(yù)充電時，由充電控制電路75進(jìn)行的充電控制在使晶體管48呈高阻抗?fàn)顟B(tài)后，隨時切換開關(guān)73，隨時切換第1恒壓電源71和第2恒壓電源72。作為其切換周期以能使電容器76維持蓄積足夠容量的電荷的狀態(tài)為準(zhǔn)。
快速充電時，使晶體管48呈導(dǎo)通狀態(tài)后，將第2恒壓電源72的輸出連續(xù)地供給2次電池47。根據(jù)由電壓檢測電路77的電池電壓檢測結(jié)果進(jìn)行該預(yù)充電和快速充電的切換。
通過這樣控制，預(yù)充電時在將第1恒壓電源71的輸出供給2次電池33的狀態(tài)下，雖然得不到使充電控制電路75工作所必要的電壓，但在從第2恒壓電源72供電(該電源的電壓呈使充電控制電路75工作所必要的足夠電壓)期間，能使電容器76充電。因此，在供給第1恒壓電源71的輸出期間，利用使電容器76充電的電荷，能獲得使充電控制電路75工作所必要的足夠電壓，能用充電控制電路75進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)充電控制。
由于這樣能使預(yù)充電時的電源電壓比使充電裝置內(nèi)的電路工作所需要的電壓低，所以能使預(yù)充電時供給2次電池47的電源電壓低很多，能用非常低的電壓進(jìn)行良好的預(yù)充電。即，由于能使預(yù)充電時供給2次電池47的電源電壓低，所以不管因?yàn)槭裁丛蚨?次電池47異常時(例如端子間短路時)，都能將由此造成的充電電路一側(cè)的損傷抑制在最小限度。
另外，在該第6實(shí)施例的情況下，雖然設(shè)有2個恒壓電源進(jìn)行切換，但如在其它實(shí)施例中所述，也可以通過開關(guān)電源的1次側(cè)等的控制來改變電源電壓。另外，雖然也和第4實(shí)施例的情況一樣，通過檢測電池電壓來檢測電池狀態(tài)，但也可以檢測開關(guān)裝置(場效應(yīng)晶體管48)的一端和另一端之間的電位。
另外，在上述各實(shí)施例中說明了使2次電池即鋰離子電池充電的情況，但當(dāng)然也適用于必須以其他同樣特性對二次電池進(jìn)行充電的充電裝置。另外，也可以根據(jù)所使用的電池的電壓特性等，適當(dāng)?shù)剡x擇充電到滿充電的電壓、電流等的值和用計(jì)時電路設(shè)定的時間等，不受上述各實(shí)施例中的值的限制。
權(quán)利要求
1.一種充電方法，其特征在于包括以下工序在將低壓充電用電源供給上述2次電池的狀態(tài)下，檢測控制向上述2次電池供給充電用電源的開始及停止的開關(guān)裝置的一端及另一端之間的電位或上述2次電池的一端及另一端之間的電位的工序，根據(jù)該檢測的電位，設(shè)定上述開關(guān)裝置處于接通狀態(tài)，同時使供給上述2次電池的充電用電源達(dá)到規(guī)定電位，開始對上述2次電池充電的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電方法，其特征在于作為上述開關(guān)裝置，使用場效應(yīng)晶體管，使該場效應(yīng)晶體管的一端及另一端之間的阻抗值高，進(jìn)行上述電位的檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電方法，其特征在于將檢測上述電位時的上述充電用電源的電位設(shè)定為在控制上述開關(guān)裝置所必要的最低電壓值附近的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電方法，其特征在于隨著上述充電開始后的上述2次電池的一端及另一端之間的電位的上升，使上述充電用電源的電位上升。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電方法，其特征在于隨著上述充電開始后的上述2次電池的一端及另一端之間的電位的上升，使上述充電用電源的電位按多個階段變化上升。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電方法，其特征在于使檢測上述電位時的上述充電用電源的電位降低到控制上述開關(guān)裝置所必要的最低電壓以下，同時用電荷蓄積裝置蓄積該充電用電源，用上述開關(guān)裝置確保進(jìn)行對應(yīng)的控制所必要的電位。
7.一種充電裝置，其特征在于備有將規(guī)定的充壓用電源供給上述2次電池的電源電路、連接在上述電源電路和上述2次電池之間用來控制充電的開始及停止的開關(guān)裝置、在從上述電源電路供給低壓的充壓用電源的狀態(tài)下檢測上述開關(guān)裝置的一端和另一端之間的電位或上述2次電池的一端和另一端之間的電位的檢測裝置、以及根據(jù)上述檢測裝置檢測到的電位設(shè)定上述開關(guān)裝置處于接通狀態(tài)，同時使上述電源電路的輸出電壓成為規(guī)定電位，開始對上述2次電池充電的充電控制裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電裝置，其特征在于作為上述開關(guān)裝置，使用場效應(yīng)晶體管，使該場效應(yīng)晶體管的一端及另一端之間的阻抗值高，用上述檢測裝置檢測電位。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電裝置，其特征在于將用上述檢測裝置進(jìn)行檢測時的上述電源電路的輸出電位設(shè)定在上述充電控制裝置工作時的最低電壓值附近的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電裝置，其特征在于隨著上述充電開始后的上述2次電池的一端及另一端之間的電位的上升，使上述電源電路的輸出電壓上升。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電裝置，其特征在于隨著上述充電開始后的上述2次電池的一端及另一端之間的電位的上升，使上述電源電路的輸出電壓按多個階段變化上升。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電裝置，其特征在于將電荷蓄積裝置連接在上述電源電路和上述充電控制裝置之間，將用上述檢測裝置進(jìn)行檢測時的上述電源電路的輸出電位降低到上述充電控制裝置工作時的最低電壓以下。
全文摘要
對必須恒壓充電的鋰離子電池等2次電池進(jìn)行充電時,在規(guī)定狀態(tài)下檢測2次電池的電壓和充電電流等,根據(jù)該檢測狀態(tài)控制進(jìn)行充電的電壓、其充電時間或充電中止時間、或充電電路的連接狀態(tài)等,能將2次電池良好地充電到滿充電或接近滿充電的狀態(tài),同時能良好地進(jìn)行該被充電的電池的再充電,能有效地防止2次電池特性的劣化。
文檔編號H02J7/00GK1357957SQ0112109
公開日2002年7月10日 申請日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月10日
發(fā)明者永井民次, 小澤和典, 鈴木邦治, 山崎和夫 申請人:索尼公司