专利名称：电池的充电方法
技术领域：
本发明涉及将相互串联连接而成的电池进行充电的方法，特别涉及一边使各电池的电压平衡一边进行充电的方法。
背景技术：
串联连接有多个电池的组合电池应用于各种用途。特别是，由于这种类型的组合电池可通过增加串联连接的电池个数来提高输出电压，故适合高输出要求的用途。但是，若使多个电池串联连接后进行充电，则尽管所有电池中流过相同的电流，但逐渐在各电池中产生不平衡。这是因为所有电池的电气特性或充放电时的环境(例如温度的波动)不能完全一致的缘故。串联连接时电容减小的电池与其他电池相比，过充电或过放电的倾向增强。在串联连接的组合电池中，与外观电容的减少紧密相关。
为了消除该缺点，开发了在串联连接的电池中连接放电回路，用放电回路使电池电压一致的方法(参照专利文献1)。
含有上述公报中记载的电压平衡电路的充电电路如图1所示，在组合电池25的+-电池输出端子26上连接有由其他用途准备的电源(图中未示出)供电且与串联连接着的电池21并联的放电回路22。放电回路22串联连接着放电电阻27和开关元件28。放电回路22将开关元件28切换为导通状态，用放电电阻27使连接着的电池21放电。开关元件28由将电池电压与设定电压进行比较的比较器23的输出控制导通/截止。比较器23为了防止开关元件28的接点振动(chattering)而具有滞后特性(hysteresis)。即，使将切换为截止的第2设定电压比将开关元件28切换为导通的第1设定电压还相当低。
含有上述电压平衡电路的充电回路对电池21进行充电，若任何一个电池21的电压比第1设定电压都高，则连接着该电池21的比较器23将开关元件28切换为导通状态。连接着电压不比第1设定电压还高的电池21的比较器23不用将开关元件28切换至导通，呈截止状态。若任何一个开关元件28切换为导通，则充电停止。一旦成为该状态，则被切换为导通状态的开关元件28介由放电电阻27使电池21放电。开关元件28未被切换为导通状态的放电回路22不将连接其的电池21放电。用开关元件28和放电电阻27进行过放电的电池21，电压逐渐降低，当比停止放电的第2设定电压还低时，开关元件28由导通切换至截止，放电停止。放电一停止，就再度开始充电，串联连接的所有电池21被充电。
反复以上动作，使各电池的电压平衡，同时将所有电池充满电。但是，如用以上方法给电池充电，则存在不能使所有电池电压一致的缺点。这是因为在比较器中设有滞后特性的缘故。即，在充电时，电池电压比第1设定电压还高的电池放电，一直降低到第2设定电压，成为恒定的电压，但由于电压不高于第1设定电压而比第2设定电压还高的电池不放电，故成为第2设定电压和第1设定电压之间的电压。即，由于通过放电回路放电的电池电压被统一为恒定的电压，而未经放电回路放电的电池电压处于第2设定电压和第1设定电压之间，未被统一，故结果，存在只剩余最大滞后部分的差，不能使所有电池电压非常平衡地一致的缺点。
发明内容
本发明是以解决上述缺点为目的而开发的。本发明的重要目的在于提供一种使所有电池电压一致，可平衡为理想状态的电池的充电方法。
本发明的电池的充电方法，其中将多个二次电池1串联连接，进行充电，其特征在于，检测各电池电压，将超过设定电压的电池1放电，一边使多个电池1平衡一边充电。该充电方法检测正在充电的各电池1的电压，若任一电池1的电压超过设定电压，则之后在所设定的恒定时间充电后，不将未超过设定电压的电池1放电，仅将超过设定电压的电池1放电至电池电压低于设定电压，一边使各电池1的电压平衡一边充电。
另外，本发明的充电方法，其中检测各电池电压，若即使任何一个电池的电压经过延迟时间也仍超过设定电压，则在设定过的恒定时间电池充电后，不将未超过设定电压的电池放电，而仅将超过设定电压的电池1放电至电池电压低于设定电压，可以使各电池1的电压平衡。
此外，本发明的充电方法，其中在将超过设定电压的电池1放电时，可使所有的电池1停止充电。电池1可以是锂离子电池。
再有，本发明的充电方法，其中将串联连接放电电阻7和开关元件8的放电回路2并联连接到所有电池1上，若任何一个电池1的电压超过设定电压，则可使与该电池1并联连接的放电回路2的开关元件8导通，旁路部分充电电流。
本发明的充电方法具有使各电池的电压大小一致，可一边平衡到理想的状态一边充电的特点。这是因为本发明的充电方法不像原来的方法有电压滞后，而是对电压超过了设定电压的电池进行恒定时间充电后放电，放电中的电池的电压一降低到设定电压就停止放电，以使电压平衡的缘故。用该方法充电的各电池由于可将电压充电调整到设定电压，故可在消除电压的不平衡的同时充满电。
尤其是，本发明的技术方案2的充电方法具有如下特点由于为了检测任一电池电压是否超过设定电压而设置了延迟时间，若即使经过该延迟时间也仍超过设定电压，则判定为该电池电压超过设定电压，故可有效防止因短时间的电压上升而引起的检测误差，可以正确地检测电压上升。
图1是表示包含现有的充电方法中使用的电压平衡电路的充电电路一例的电路图。
图2是表示包含本发明的一实施例的充电方法中使用的电压平衡电路的充电电路一例的电路图。
图3是表示用本发明的一实施例的充电方法充电的电池的电压特性的图。
图4是表示用本发明的一实施例的充电方法将电池充电的流程图。
图中1...电池，2...放电回路，3...电压比较部，4...控制部，5...充电控制开关，6...充电电源部，7...放电电阻，8...开关元件，9...输入电路，10..输入FET，11..缓冲器FET，12..直流控制FET，15..组合电池，16..电池输出端子，17..充电端子，21..电池，22..放电回路，23..比较器，25..组合电池，26..电池输出端子，27..放电电阻，28..开关元件。
具体实施例方式
以下根据
本发明的实施例。但是，以下所示的实施例列举了将本发明的技术思想具体化用的充电方法，本发明并非将充电方法特定为以下方法。
而且，本说明书为了易于理解技术方案的范围，将对应实施例中所示的部件号附注在“技术方案范围”及“解决课题用的方法栏”所示的部件上。但是，决非将显示在技术方案范围内的部件特定为实施例的部件。
图2示出了包含本发明的充电方法中使用的电压平衡电路的充电电路。包含该电压平衡电路的充电电路内置有组合电池15。包含该电压平衡电路的充电电路串联连接多个二次电池并充电。二次电池1为锂离子电池。但是，二次电池1可用镍氢电池和镍镉电池等可充电的所有电池替换锂电池。
组合电池15用电池+-输出端子16与充电电源部6的+-充电端子17电接触，装卸自由地安装在充电电源部6上。代替装卸自由的组合电池，作为内置于电气设备(图中未示出)中的组合电池，在向电气设备供电时，也可由充电电源部电切断，向电气设备供电。
包含该图的电压平衡电路的充电电路具备与各2次电池1并联连接的放电回路2；控制该放电回路2导通/截止的电压比较部3；由电压比较部3的输出控制充电控制开关5导通/截止的控制部4；由控制部4切换到导通/截止，以控制电池1充放电的充电控制开关5；和介由该充电控制开关5而连接电池1的充电电源部6。
放电回路2串联连接着放电电阻7和开关元件8。该放电回路2将开关元件8切换至导通状态，将电池1放电。在开关元件8为截止状态下电池1不放电。放电回路2用放电电阻7的电阻值特定使电池1放电的电流。电池1放电的电流比电池1充电的电流还小。若放电电阻7使电池1放电的电流比电池1充电的电流还小，则可以一边将电池1充电一边使放电回路2的开关元件8为截止状态，总体充电。放电回路2用从电压比较部3输入的信号将切换开关元件8切换为导通/截止，将电池1放电或停止放电。若从电压比较部3输入电压上升信号，则放电回路2将开关元件8切换为导通状态，将电池1放电。此外，若从电压比较部3输入电压下降信号，则放电回路2将开关元件8切换为截止状态，停止电池1的放电。
电压比较部3具备将电池电压与设定电压进行比较的比较电路(图中未示出)，和防止比较电路因杂音等而误检测，使开关元件8接点振动的延迟电路(图中未示出)。比较电路是将电池电压与设定电压进行比较的比较器。比较器在一输入端上连接基准电压，向另一输入端输入电池电压。向正输入端输入基准电压、向负输入端输入电池电压的比较器，若电池电压比设定电压还高，则将“Low”作为电压上升信号输出，若比设定电压还低，则将“High”作为电压下降信号输出。若将基准电压和电池电压输入到相反的输入端，则输出“Low”和“High”相反。连接于比较器的基准电压成为设定电压。图3示出了将锂离子电池1充电的电压特性，作为一例，将设定电压设定为4.23V。设电压上升信号为“Low”的电压比较部3，在电池1的电压比设定电压还高时输出“Low”，若电池1的电压比设定电压还低则输出“High”。
电压比较部3的比较电路只有在比延迟电路的延迟时间还长，即即使经过在延迟电路中设定的延迟时间，电池电压也仍比设定电压高时，输出电压上升信号。若电池电压超过设定电压的时间比延迟电路的延迟时间还短，则不输出电压上升信号。具备延迟电路的电压比较部3可以正确地检测电池电压的上升。这是因为即使检测电压因杂音影响而暂时变高，也不会判定为电池电压比设定电压还高的缘故。因此，电压比较部3的延迟电路的延迟时间设定为防止因杂音等误动作使开关元件8接点振动的时间。由于延迟电路的延迟时间短，故图3的表示电压特性的曲线未记载延迟时间。
控制部4用从电压比较部3输入的信号将充电控制开关5控制为导通/截止。该控制部4介由输入电路9连接到电压比较部3。输入电路9具备连接到各电压比较部3的输入FET10；和连接所有输入FET10的输出端的缓冲器FET11。输入FET10将作为输入端的栅极连接到电压比较部3的输出端，将作为输出端的漏极介由二极管和电阻连接到作为缓冲器FET11的输入端的栅极上。若任何一个电压比较部3输出电压上升信号“Low”，则该输入电路9的缓冲器FET11的栅极成为“High”，缓冲器FET11呈导通状态。若缓冲器FET11由截止切换为导通，则作为电压上升信号向控制部4输入“Low”信号。图2的输入电路9，若电池电压比设定电压还高，电压比较部3输出电压上升信号“Low”，则向控制部4中输入“Low”，但也可设计为在控制部和电压比较部间设置反相电路，在电压比较部输出电压上升信号“Low”时，向控制部输入“High”。
控制部4备有定时器(图中未示出)。即使从电压比较部3输入上升信号，控制部4也不会立即将充电控制开关5由导通切换为截止，以停止充电。从电压比较部3输入的电压上升信号使定时器计数开始。计数器一旦计数完毕，控制部4就将充电控制部开关5由导通切换为截止，停止电池1的充电。其后，若从电压比较部3输入电压下降信号，则控制部4将充电控制开关5由截止切换为导通，开始充电。电压下降信号立即将充电控制开关5由截止切换为导通。
定时器如图3所示，存储恒定的充电时间(T)。该充电时间(T)也依存于充电电流。若充电电流大，则以不成为过充电的方式通过兼顾充电电流、并联电池数、电池容量来决定。
充电控制开关5是由从控制部4输入的信号来控制导通/截止的FET。但是，在该充电控制开关中，也可使用其他半导体开关元件。图中的充电控制开关5介由直流控制FET12连接到控制部4。该电路在控制部4输出“High”时将直流控制FET12导通。直流控制FET12一导通，充电控制开关5的FET就将栅极接地，呈导通状态。若控制部4输出“Low”，则充电控制开关5呈截止状态。
充电电源部6是将输入的交流商用电源作为可使互相串联连接的电池1充电的电压和电流输出的电源。
包含以上电压平衡电路的充电电路使如下串联连接的电池1充电。在以下工序中，被充电的电池1的电压如图3所示地变化。但是，该图示出了两个电池A、B的电压变化特性。此外，假设两个电池A、B预先存在电压差(电池A的电压＞电池B的电压)的状态。
(1)使充电控制开关5导通，开始充电。串联连接的电池A和电池B被充电，电池电压上升。
(2)若电池A的电压即使经过延迟时间也仍超过设定电压4.23V，则控制电池A的电压比较部3作为上升信号输出“Low”。从电压比较部3输出的电压上升信号输入到放电回路2和输入电路9。
(3)输入到放电回路2的电压上升信号将与电池A并联连接的开关元件8切换至导通状态。成为导通状态的开关元件8将放电电阻7并联连接到电压比设定电压还高的电池A上。在该状态下，由于电池A充电，故放电电阻7旁路充电电流。即，电池A的充电电流相当于流过放电电阻7的电流而变小。由于流过放电电阻7的电流比充电电流还小，故电池A减少充电电流而被充电。这时，电压未超过设定电压的电池B未并联连接放电电阻7，流过所有充电电流而被充电。因此，超过设定电压的电池A以比未超过设定电压的电池B还小的电流进行充电。
(4)输入了电压上升信号的输入电路9作为电压上升信号将“Low”输出到控制部4。输入了电压上升信号的控制部4使定时器开始计数，到该定时器计数结束前，在恒定的充电时间(T)内继续充电。若定时器计数结束，则将充电控制开关5由导通切换至截止，而停止充电。
在该状态下，超过设定电压的电池A由于放电回路2处于导通状态，故被放电而电压逐渐降低。未超过设定电压的电池B既未充电又未放电，电压无变化。即，仅电池A的电压降低。
(5)被放电的电池A电压逐渐降低，若降低设定电压，则电压比较部3作为电压降低信号输出“High”。
(6)若电压比较部3输出电压降低信号，则放电回路2的开关元件8由导通切换为截止，放电停止。
而且，该电压降低信号介由输入电路9输入到控制部4。输入了电压降低信号的控制部4将充电控制开关5由截止切换至导通，再度开始充电。
此后，若重复(2)～(6)的工序，则所有电池电压接近设定电压而被充满电。若所有电池1被充满电，则使充电电源部6的输出截止，充电结束。
将如上所述地进行充电控制的控制部4的流程在图4中示出，其说明如下所示[n＝1的步骤]
在电压比较部3中，判定任何一个电池是否达到设定电压。
使定时器在达到设定电压的时间动作，开始计数。
判定计数的定时器达到恒定的充电时间(T)否。
使充电控制开关5截止。
复位定时器。
使充电控制开关5导通。
在以上的充电方法中，若任何一个电池的电压超过设定电压，则充电了一定时间后(充电量X)停止充电，仅使超过设定电压的电池一直放电到低于设定电压为止(放电量Y)。因此，未超过设定电压的低电压电池增加充电量X，超过设定电压电池的充电量为零(充电量X＝放电量Y)，故最终所有电池设定电压值变成一致，可一边取得各电池的平衡一边进行充电。
权利要求
1.一种电池的充电方法，其是将多个二次电池(1)串联连接并进行充电的充电方法，其中检测各电池电压，将超过设定电压的电池(1)放电，一边使多个电池单元平衡一边进行充电，其特征在于，检测正在充电的各电池(1)的电压，若任何一个电池(1)的电压超过设定电压，则之后在所设定的恒定时间充电后，不将未超过设定电压的电池(1)放电，仅将超过设定电压的电池(1)放电至电池电压降低到设定电压，一边使各电池(1)的电压平衡一边进行充电。
2.根据权利要求1所述的电池的充电方法，其中，若任何一个电池电压即使经过延迟时间也仍超过设定电压，则之后在所设定的恒定时间充电后，不将未超过设定电压的电池(1)放电，仅将超过设定电压的电池(1)放电至电池电压降低到设定电压，一边使各电池(1)的电压平衡一边进行充电。
3.根据权利要求1或2所述的电池的充电方法，其中，在将超过设定电压的电池(1)放电时，停止所有电池(1)的充电。
4.根据权利要求1或2所述的电池的充电方法，其中，电池(1)是锂离子电池。
5.根据权利要求1或2所述的电池的充电方法，其中，将放电电阻(7)和开关元件(8)串联连接着的放电回路(2)并联连接于所有电池(1)上，若任何一个电池(1)的电压超过设定电压，则使并联连接到该电池(1)的放电回路(2)的开关元件(8)导通，以旁路部分充电电流。
全文摘要
本发明提供一种使所有电池的电压均匀一致，一边平衡到理想的状态一边进行充电的电池的充电方法。电池的充电方法为将多个二次电池(1)串联连接并充电的充电方法。检测各电池的电压，将超过设定电压的电池(1)放电，一边使多个电池(1)平衡一边充电。该充电方法为检测正在充电的各电池(1)的电压，若任何一个电池(1)的电压超过设定电压，则之后在所设定的恒定时间充电后，不将未超过设定电压的电池(1)放电，仅将超过设定电压的电池(1)放电至电池电压降低到设定电压，一边使各电池(1)的电压平衡一边充电。
文档编号H01M10/42GK1627592SQ20041009793
公开日2005年6月15日 申请日期2004年12月6日 优先权日2003年12月11日
发明者山本洋由, 山口昌男, 玉井干隆 申请人:三洋电机株式会社