专利名称：二次电池的充电方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池的充电方法。
背景技术：
以往，以下专利文献公开了快速充电二次电池的充电方法。该充电方法是指在检测出电池温度并控制平均充电电流的充电方法中，具有利用使电池温度上升的大电流来充电，并且使电池温度上升到保持设定温度的温度上升充电步骤，以及在该步骤后，控制平均充电电流使电池温度变为保持设定温度，并且一边将电池温度保持在保持设定温度一边进行充电的温度保持充电步骤。
专利文献1日本专利特开第2005-65476号公报专利文献2日本专利特开第2005-80373号公报发明内容(发明要解决的课题)在这种充电方法中，为使电池温度变为固定，需控制平均充电电流，导致控制变得复杂。此外，为控制电池温度变为固定，必须正确测量电池温度，因此稳定测量电池温度较为困难。此外，根据温度进行的充电控制易受到周围温度的影响，要稳定地进行充电较为困难。尤其，难以将这种充电方法利用在装卸式电池的充电上，例如圆筒状的单个3号型电池的充电时，在装载于充电器的状态下，使充电器的温度测量元件与电池密接，且稳定地测量电池温度。例如，只要在充电器的温度测量元件与电池间产生间隙，或者在充电器的温度测量元件与电池间存在异物时，便难以正常地测量电池的温度并进行充电。
此外，利用大电流值(＝约3.5C，最好为3C(或It)以上)取代上述方法进行充电时，如图4的特性曲线图所示，比-ΔV的检测更能充满电(full charge)。然而，该充电方法在即将充满电前，温度会急剧上升，从而对二次电池造成不良影响。此外，使用大电流进行的充电，充电效率不佳，且在上升到高温时，充电效率也很低，无法得到充分的充电容量。并且，对电池进行放电并确认此时的充电量时，是规定容量的79.8％。
此外，在图4中，尽管利用风扇冷却二次电池，但在即将充满电前温度仍然会急剧上升。
本发明是为解决上述问题而研创的，其目的是提供一种能不容易受到周围状况影响、且减低电池性能的降低以及在短时间进行充电的充电方法。
(解决课题的手段)本发明是以恒定电流对二次电池进行充电的二次电池的充电方法，其特征在于具有在以预定电流值检测出二次电池的输出电压的峰值后，以低于上述预定电流值的电流来充电，并检测出上述输出电压的峰值或从峰值降低，来控制充电。
此外，本发明的上述预定电流值为3C以上。而且，在检测出上述二次电池的输出电压的峰值后，与利用低于上述预定电流值的电流进行充电的步骤的期间，设置充电的停歇时间。
再者，上述峰值的检测在输出电压的电压上升斜率小于设定斜率时进行，之前的上述峰值检测的设定斜率大于之后的上述峰值检测的设定斜率。
(发明的效果)本发明的充电方法，由于检测出输出电压的峰值，因此可以不受周围温度的影响而进行充电，同时，相较于利用大电流检测出从峰值降低(＝-ΔV)的情形，上升温度小且对电池的不良影响也小。而且检测出输出电压的峰值后，由于利用比上述预定电流值还低的电流来充电，因此尤其能够消除因利用即将充满电前的大电流进行充电导致的效率不佳，并且由于使用降低的电流值来充电，因此能提高充电量。
此外，由于设置停歇时间，因此可以抑制电池温度的上升。
再者，通过使之前的上述峰值检测的设定斜率比之后的上述峰值检测的设定斜率还大，由于提前进行之前的峰值检测，因此可以减低因利用即将充满电前的大电流来充电所导致的充电效率不佳与温度上升。
图1是显示根据本发明实施例的充电器的充电电路的一个例子的电路图；图2是显示使用根据本发明实施例的充电器对电池充电时的温度特性与电压特性的曲线图；图3是显示使用根据本发明其它实施例的充电器对电池充电时的温度特性与电压特性的曲线图；图4是显示在公知实例中对电池充电时的温度特性与电压特性的曲线图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施例。但是，以下所示的实施例是用于具体化本发明技术思想的充电方法的示例，本发明并未将充电方法限定为以下的方法。
图1所示的充电电路具有对电池41提供充电电流并进行充电的电源电路42；连接在电源电路42与电池41之间并调整电池41的平均充电电流的切换元件43；将该切换元件43切换为导通关断(on/off)并调整充电电流的控制电路44；检测出电池温度并将温度信号输入到控制电路44的温度传感器45，其中在电池温度超过保护温度(60至65℃左右)时等，停止充电。
电池41是在使用规格上的单个1到4号型电池等的情形下，在充电器(未示出)设置电池41时，配置成使温度传感器45与电池41密接。此外，电池41为电池组(Battery Pack)时，温度传感器45是密接配置在电池组内的单元电池(Unit cell)。此外，控制电路44虽未示出，但从电池41正极侧的测量点测量电压，并进行电池的峰值检测以及从峰值降低(＝-ΔV)的检测，并且进行各种控制。控制电路44在相当充满电的检测时，停止充电或进行补充电的控制。
此外，本实施例的充电器由控制电路44控制，并且具有用以使周围的空气接触电池41并冷却电池41的冷却风扇25。
电源电路42在使切换元件43导通的状态下，具有使用平均电流1.5C到10C、较好为2C到8C，最优为2C到5C的大电流对电池41进行充电的输出。电源电路可以作为与控制电路不同的配接器(adapter)并经由导线连接到控制电路。也能将电源电路容纳在与控制电路相同的箱体中。
切换元件43是用晶体管或FET在控制电路44切换并对电池41进行脉冲充电。切换元件43在未被切换时保持在导通状态，首先使用大电流对电池41进行充电。此外，切换元件43可以导通关断并调整占空比(duty ratio)，而使用平均电流值大的大电流与降低的电流值的电流对电池41进行充电。切换元件43利用切换为导通关断的占空比而调整对电池41进行脉冲充电的平均充电电流。控制电路44使切换元件43进行导通关断切换的周期是1msec到10sec，较好为10msec到2sec，最优为50msec至2sec。
图2的曲线图示出该充电电路对电池41充电时的电池温度上升的特性与电池电压变化的特性。在图2中，曲线A是显示电池温度(开始充电时的电池温度约27℃)上升的特性，曲线B是显示电池电压变化的特性。
在本实施例中，依照以下的顺序，如图2的特性曲线图所示进行充电。充电开始时，以预定电流值(＝4C，较好为3C以上)作为恒定电流进行充电。而且，随着持续充电，一边判定输出电压是否达到峰值一边进行充电。
该峰值的检测是以输出电压的电压上升斜率是否小于设定斜率来进行判定。在图2中，输出电压变成小于设定斜率时，停止充电。依据该停歇时间，能抑制电池温度的上升。该停歇时间可设为10到60秒左右，在本实施中设置为30秒。为了使电池41的温度以不超过保护温度(60到65℃左右，较好为约63℃，最优为约60℃)，该停歇时间是考虑到预定电流值、之后降低的电流值、风扇25的风量的方式适当地设定。使用停歇时间之后降低的电流值(2.9C，较好为低于3C)再次进行充电。而且，随着持续充电，一边判定输出电压是否达到峰值或从峰值降低(＝-ΔV)一边进行充电。
在图2中，约15分钟，输出电压达到峰值，并停止充电。对电池41进行放电并确认此时的充电量是规定容量的81.9％，大于后面所述图4比较例的79.8％。而关于电池温度，在第一次之前的峰值检测后、第二次之后的峰值检测后，仅上升到约60℃，因此也可以抑制电池温度上升。
为与本实施例比较，得到上述公知图4的特性曲线图。详细情形为，进行与本实施例相同的充电，曲线A是显示电池温度(开始充电时的电池温度约27℃)上升的特性，曲线B是显示电池电压变化的特性。
图4的特性曲线图是依照以下顺序进行充电。充电开始时，以预定的大电流值(＝约3.5C。较好为3C(或It)以上)进行充电。从-ΔV(例如20mV/cell(单元)的降低)的检测来检测出充满电且停止充电。充电开始后，在15分钟检测出-ΔV，而成为充满电。在图4中，在即将充满电前温度急剧上升到大略63℃左右，从而对二次电池带来不良影响。此外，利用大电流进行的充电，其充电效率不佳，此外，在上升的高温时充电效率也很低，无法得到充分的充电容量。此外，将电池41进行放电并确认此时的充电量是规定容量的79.8％。而且，在图4中，虽然利用风扇25冷却二次电池，但在即将充满电前温度仍然会急剧上升。
图3是显示本发明的其它实施例，依照以下的顺序，如图3的特性曲线所示进行充电。在图3中，曲线A是显示电池温度上升的特性，曲线B是显示电池电压(开始充电时的电池温度约27℃)变化的特性。在本实施例中，在开始充电时，以预定电流值(＝3.8C，较好为3C以上)进行充电。此外，随着持续充电，一边判定输出电压是否达到峰值一边进行充电。该峰值的检测是以输出电压的电压上升斜率是否变为小于设定斜率来进行判定。检测出输出电压变为小于设定斜率后，使用降低的电流值(2.5C，较好为低于3C)继续充电。在使用降低的电流值进行的充电中，检测出输出电压的峰值或从峰值降低(＝-ΔV)，并充满电。
在图3中，由于没有检测出峰值或-ΔV，因此在开始充电后，利用计时器，在经过15分钟的时间点结束充电。在图3的实施例中，在第一次之前的峰值检测后，为最高电池温度(约60℃左右)，在使用降低的电流值进行的充电中，温度会缓缓地降低。在公知的充电方法中，如图4所示，检测出充电开始经过15分钟时的-ΔV时，与电池温度达到63℃的情形相比，在本实施例的图3中，检测出峰值后为约60℃，且最高温度会降低并且减低了对电池41造成的热影响。此外，对电池41进行放电并确认此时的充电量是规定容量的79.2％。在上述的公知例中，由于充电量为79.8％，因此可以确认得到大致相等的充电量。
在本实施例中，峰值的检测是以电压上升斜率是否小于设定斜率来进行判定(＝小于设定斜率时检测出峰值)，即利用以下的方法。此外，在本实施例中，如下所示，将第一次之前的峰值检测的设定斜率设成大于之后的峰值检测的设定斜率。
峰值的检测是在相对于输出电压上升规定电压(10mV)的测量时间T(n-1)，下一次电池电压上升10mV的时间T(n)成为规定倍率(大致1.7以上，较好为例如2倍)以上时进行。此外，将之前的上述峰值检测的规定倍率设为小于之后的上述峰值检测的规定倍率。例如，将之前的峰值检测的规定倍率设为1.8倍，将之后的峰值检测的倍率设为2倍。借此，提前进行之前的峰值检测，防止电池温度不必要地上升。
而且，在输出电压中，如同能在图2、3、4中确认，充电初期或图2停歇后的再充电后，输出电压急剧上升后，绘出大略平坦的弧线，之后持续上升，因此为不使该略平坦的弧线充满电，在充电开始后，在2到6分钟期间、停歇后的1到2分钟期间，不进行峰值检测与-ΔV的检测。
此外，在图3中，变为使用降低的电流值进行充电时，输出电压大幅降低后，持续上升，而控制电路44在峰值检测时，在不区别输出电压的上升与下降的情形下，当相对于规定电压(10mV)变动的测量时间T(n-1)，在下一次电池电压上升10mV的时间T(n)变为大于规定倍率时进行峰值检测。于是，利用降低的电流值进行充电时，即使输出电压大幅降低后再上升，由于检测出峰值，因此在利用降低的电流值进行充电时，1到2分钟期间不进行峰值检测。
此外，也能利用以下方法进行峰值检测。峰值检测是在以预定时间的输出电压的上升值未达到设定值时进行。此外，将之前的上述峰值检测的设定值设为大于之后的上述峰值检测的设定值。借此，提前进行之前的峰值检测，防止电池温度不必要地上升。也就是说，即使是该峰值检测方法，与上述峰值检测方法同样，峰值的检测是在输出电压的电压上升斜率小于设定斜率时进行，且将之前的上述峰值检测的设定斜率设为大于之后的上述峰值检测的设定斜率。
权利要求
1.一种二次电池的充电方法，是利用恒定电流对二次电池进行充电的方法，其特征在于利用预定电流值检测出二次电池的输出电压的峰值后，以比上述预定电流值还低的电流进行充电，并检测出上述输出电压的峰值或从峰值的降低来控制充电。
2.如权利要求1所述的二次电池的充电方法，其中，所述预定电流值为3C以上。
3.如权利要求1所述的二次电池的充电方法，其中，在检测出所述二次电池的输出电压的峰值后，与使用比上述预定电流值还低的电流进行充电的步骤的期间，设置充电的停歇时间。
4.如权利要求1所述的二次电池的充电方法，其中，所述峰值的检测是在输出电压的电压上升斜率小于设定斜率时进行，之前的上述峰值检测的设定斜率大于之后的上述峰值检测的设定斜率。
全文摘要
本发明的目的是提供一种在不降低电池性能的情形下，能在短时间内快速充电，同时不容易受到周围状况的影响，而能短时间充电的充电方法。本发明的二次电池的充电方法是以恒定电流对二次电池41充电，以预定电流值检测出二次电池41的输出电压的峰值后，使用比上述预定电流值还低的电流进行充电，且检测出上述输出电压的峰值或从峰值降低，来控制充电。
文档编号H01M10/44GK1941546SQ20061015956
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者福田智也 申请人:三洋电机株式会社