专利名称：对多个电池充电的方法及放电的方法
技术领域：
本发明涉及一种顺次切换多个电池来加以充电，并且顺次切换多个电池使其放电来向使用电池的设备供电的方法。
背景技术：
一般除了主电池外另外搭载有预备电池的使用电池的设备，通常在将主电池完全放电之后，切换至预备电池而继续使用。为了增加使用时间，业已开发出一种搭载有多个电池的使用电池的设备(参照专利文献1)。
专利文献1特开平10-16869号公报该专利公报公开了一种将多个电池予以同时充电，并顺次切换该多个电池而使用的充放电方法。将预备电池与主电池予以同时充电的方法，具有可在短时间内将双方的电池充满电(满充電)的优点。但是，充电电流将增大为1个电池的充电电流的2倍，而须使用大容量的充电器，故充电器亦随增大而变得昂贵。为了解决此种缺点，有一种将多个电池顺次切换而充电的方法。
该充电方法可凭借充电1个电池的较小容量的充电器，将多个电池顺次充电。因此，可将充电器小型化且较为廉价。但是，在该充放电方法中，却需要相当的时间才能将所有的电池充满电。这是因为所有电池的充电时间，是将1个电池的充电时间×电池个数(数量)的时间的缘故。
以电池而言，经常会有限制充电时间，而在充电的中途将充电中断而使用的情况。亦即，没有将所有的电池充满电的时间而在充满电之前将充电中断而使用的情形。此种情形时极重要的是以较短的充电时间而尽可能地长期使用。例如，将充电时间限制为将所有电池充满电的时间的一半时，如能充电超过所有电池的充电容量的50％，则具有在较短的限定时间进行充电，而之后可长时间使用的特征。[本文中所谓「电池的充电容量」及「残存容量」的「容量」系电池的充放电能力，通常以安倍小时(Ampere-Hour)表示。充电器的「容量」表示充电器在充电电压下的供电能力，通常以电流大小表示]发明内容本发明的第1个目的在于实现上述特征为目的而开发。本发明的重要目的则在于提供一种多个电池的充电方法，无须增大充电器的容量，即可在有限时间内将充电容量增大。
此外，当将电池在较高温度环境下进行充电时，会有电池本身温度异常增高的情况。这是由于充电时在电池的内部发热所致。电池异常高温时则电池性能将降低，因此，当电池温度异常增高时，则须中断充电而将电池加以冷却。由于在将电池冷却时无法充电，因此在该状态下会有使总充电时间变长的缺点。
本发明的第2目的在于解决该缺点。亦即，本发明的第2目的在于提供一种多个电池的充电方法，可一面减少电池的温度上升，一面连续地对电池充电，并缩短高温环境下所有电池的充满电时间，同时有效防止温度障碍(阻碍)。
再者，搭载有多个电池的膝上型电脑(lap top computer)等使用电池的设备，当所使用的电池残存容量减少时，则得以切换电池而继续使用。但是，会有在所使用的电池完成切换前即已变成无法放电的情况。在此状态下，膝上型电脑等会在切换的中途关机(shut down)，而导致无法连续使用。
此状态例如在以下的状态下使用时发生。
膝上型电脑搭载有第1电池与第2电池。假设第1电池的残存容量为0％，第2电池的残存容量为80％。将AC适配器连接于膝上型电脑，AC适配器向第1电池充电，从所充电的第1电池对于膝上型电脑供电。在第1电池被充分充电前，亦即在第1电池的残存容量几乎接近0％的状态下卸除AC适配器。因为膝上型电脑的第1电池的残存容量减少，欲将电源从第1电池切换至第2电池。但是，由于第1电池几乎无残存容量，因此无法驱动膝上型电脑，膝上型电脑势必于切换电池之前关机。此时，即使第2电池有残存容量，而在可驱动膝上型电脑的状态，但膝上型电脑还是会在切换之前关机。
本发明的第3目的在于解决上述缺点，提供一种能够将多个电池予以放电的方法，即，一面有效防止任一电池的残存容量减少而致使使用电池的设备无法使用的情况，一面能将多个电池予以放电。
本发明的技术方案1的多个电池充电的方法，是包括顺次切换多个电池而一个一个进行充电的步骤的充电方法，是对电池以恒定电流充电直到电池电压达到设定电压，然后，一面限制电池电压一面进行电压限制充电。此充电方法，在最初充电的电池的电压比设定电压低时，进行恒定电流充电直到电池电压达到设定电压，而进行恒定电流充电的电池的电压达到设定电压时，即切换所充电的电池，而对下一个电池进行恒定电流充电直到电池电压达到设定电压，并陆续切换进行恒定电流充电的电池，从而将所有的电池充电到设定电压，其后，将电池的充电条件从恒定电流充电切换到电压限制充电从而充满电。
本发明的技术方案2的多个电池充电的方法，其是包括顺次切换多个电池而一个一个进行充电的步骤的充电方法，是对电池以恒定电流充电直到电池残存容量达到设定容量，然后，一面限制电池电压一面进行电压限制充电。此充电方法，在最初充电的电池的残存容量比设定容量小时，进行恒定电流充电直到达到设定容量，而进行恒定电流充电的电池的残存容量达到设定容量时，即切换要充电的电池，而对下一个电池进行恒定电流充电直到残存容量达到设定容量，并陆续切换进行恒定电流充电的电池，从而将所有的电池充电到设定电压，然后，将电池的充电条件从恒定电流充电切换到电压限制充电从而充满电。
再者，本发明的技术方案3的充电方法，检测出电池温度，并且当电池温度达到最高温度时切换要充电的电池。再者，本发明的技术方案4的充电方法，所充电的电池为锂离子电池。
本发明的技术方案5的充电的方法，是包括顺次切换多个电池而一个一个进行充电的步骤的充电方法，凭借在最初充电的电池被充满电之前停止该电池的充电并切换至下一个电池而开始下一个电池的充电，而陆续切换要充电的电池，从而将所有的电池充电至充满电之前的状态。
本发明的技术方案6的多个电池放电的方法，是将多个电池一个一个顺次放电从而对使用电池的设备供电的方法。此放电方法，在对使用电池的设备供电的放电侧电池的残存容量比最低容量小、或电池电压比最低电压低时，即由残存容量比最低容量大、或电池电压比最低电压高的另外的电池，来对供电至使用电池的设备的放电侧电池供电从而进行充电的。
图1是使用于本发明的一实施例的多个电池充放电方法的电源电路电路图。
图2是表示在将1个电池充满电后，将下一个电池充满电时的充电时间与电池容量的关系图。
图3是表示以本发明的一实施例的充电方法将2个电池充电时的充电时间与电池容量的关系图。
图4是表示以本发明的一实施例的充电方法将2个电池充电时的电池温度的变化图。
符号说明1电池；1A第1电池；1B第2电池；2开关；2A第1开关2B第2开关；3电压检测电路；3A第1电压检测电路；3B第2电压检测电路；4残存容量检测电路；4A第1残存容量检测电路；4B第2残存容量检测电路；5A第1温度传感器；5B第2温度传感器；6恒定电流·电压限制充电电路；7控制电路8输出端子；9使用电池的设备具体实施方式
以下，根据
本发明的实施例。但是，以下所示的实施例仅是例示将本发明的技术思想加以具体化用的对多个电池充电及放电的方法例子，本发明并不特别限定于以下所述的电池的充电方法与放电方法。
图1表示切换多个第1电池1A、第2电池1B进行充电或者放电的电源电路。该电源电路具备对电池1进行恒定电流充电，或者电压限制充电的恒定电流·电压限制充电电路6；2个第1电池1A、第2电池1B；将各个电池1连接在输出端子8上的第1开关2A以及第2开关2B；检测出各个电池电压的第1电压检测电路3A以及第2电压检测电路3B；计算各个电池1的残存容量的第1残存容量检测电路4A及第2残存容量检测电路4B；检测出各个电池1的温度的第1温度传感器5A及第2温度传感器5B；第1电压检测电路3A及第2电压检测电路3B；第1残存容量检测电路4A及第2残存容量检测电路4B；以及以第1温度传感器5A及第2温度传感器5B所输入的信号，控制恒定电流·电压限制充电电路6，并且将第1开关2A及第2开关2B切换成导通切断(on-off)，再切换所充电的电池1与所放电的电池1，或是控制从其中一方的电池1对另一方的电池1予以充电的控制电路7。
该图中的电源电路，凭借控制电路7控制第1开关2A与第2开关2B的导通切断(on-off)。控制电路7在充电中将任一方的开关2导通，且将另一方的开关2切断，再对连接着导通的开关2的电池1充电。将设成导通的开关2切换，而切换所充电的电池1。此外，在放电中，将任一方的开关2导通，且将另一方的开关2切断，从而将连接着导通的开关2的电池1放电。将设成导通的开关2切换，从而切换所放电的电池1。此外，以一方的电池1对另一方的电池1充电时，将第1开关2A与第2开关2B设成导通，并以残存容量较大的电池1来对残存容量较小的电池1充电。
再者，图中的电源电路，是以控制电路7控制恒定电流·电压限制充电电路6，再对电池1恒定电流充电，或电压限制充电。控制电路7是以电池电压、或电池1的残存容量来控制恒定电流·电压限制充电电路6，从而令电池1充电的状态，切换成恒定电流充电与电压限制充电的。电池电压是由电压检测电路3输入到控制电路7，而电池1的残存容量是由残存容量检测电路4输入到控制电路7的。当充电的电池电压比设定电压低时，或电池1的残存容量比设定容量少时，控制电路7即控制恒定电流·电压限制充电电路6，而对电池1定电充流充电。当电池电压比设定电压高，或残存容量比设定容量大时，则控制电路7即控制恒定电流·电压限制充电电路6，而对电池1电压限制充电。
图1所示电源电路，适合于将电池1设定为锂离子电池。但是，电池也可设定为锂离子电池以外的二次电池，例如镍氢电池或镍镉电池。锂离子电池为了一边防止电池性能的降低而一边充满电，以恒定电流充电直到电池电压上升到设定电压，而当电池电压达到设定电压时，一面限制电池电压一面予以电压限制充电。该方法可充满电而不致降低锂离子电池的性能。镍氢电池或镍镉电池也可凭借此方法而充满电，可一面将电池性能的降低抑制到最小，一面充满电。
控制电路7控制恒定电流·电压限制充电电路6，从而完成定电流充电的设定电压，被设定成最适合于电池1的种类的电压。该设定电压，设定成以短时间将电池1快速充电，并且电池性能不会降低的电压。例如，以锂离子电池为例，将设定电压设定为4.1～4.3V。以镍氢电池或镍镉电池为例，则设定为1.5～2.0V。设定电压被存储在控制电路7的存储电路(未图示)。
从恒定电流充电到电压限制充电的切换，也可以检测电池1的残存容量而非检测电池电压来进行。该方法以残存容量检测电路4来检测电池1的残存容量，且所检测出的残存容量增加到设定容量时，即将恒定电流充电切换至电压限制充电。残存容量检测电路4是从电池1的充电容量减去放电容量而演算出残存容量的。充电容量由充电电流的累计值来演算出，而放电容量由放电电流的累计值来演算出。用以切换充电状态的设定容量，被设定为最适合于电池1的种类的残存容量。该设定容量，被设定为以短时间将电池1快速充电，并电池性能不会降低的残存容量。例如，以锂离子电池为例，设定为充满电容量的60～85％，以镍氢电池或镍镉电池为例，则设定为80～90％。设定容量被存储在控制电路7的存储电路(未图示)中。
本发明的充电方法，并非将多个电池1同时充电，而是顺次切换要充电的电池1，而一个一个地进行恒定电流充电的。电池1被恒定电流充电直到其电压成为设定电压，或残存容量达到设定容量，然后进行电压限制充电从而被充满电。恒定电流充电由于充电电流较大，因此被一个一个充电。电压限制充电由于充电电流会逐渐减小，因此充电电流变小时，可将多个电池1予以一并充电。在将多个电池1予以一并充电时，控制电路7即将第1开关2A与第2开关2B予以同时导通。
恒定电流·电压限制充电电路6在恒定电流充电中，一面将充电电流保持为恒定，一面对电池1充电。电压限制充电是以定电压充电的方式对电池1充电。定电压充电是以使电池电压不会超过限制电压的方式控制充电电流而将电池1充满电的。但是，本发明并不将电压限制充电限定为定电压充电。恒定电流·电压限制充电电路6可在电压限制充电时，凭借电压检测电路3来检测电池电压，且以使电池电压不超过规定电压的方式控制充电电流或充电状态而予以充电的所有的方法来进行充电。例如，也可一面检测电池电压，一面使电池电压不超过规定电压地进行脉冲充电而予以充满电。规定电压可设定成与完成恒定电流充电的设定电压相等，或较此设定电压低，或高。规限电压被设定为在电池1被充满电之前限定于此电压而予以充电，不使电池性能降低的电压。
图2表示相对于充电时间，电池的残存容量增加的状态图。但是，此图并非表示以本发明的方法将2个电池予以充电的状态，而是显示将1个电池充满电之后，将所充电的电池予以切换，再将下一个电池充满电的状态。如该图所示，恒定电流充电与电压限制充电，可将电池在单位时间内充电的容量会变化。恒定电流充电由于与电池电压无关系而以恒定的电流充电，因此单位时间的充电容量较大。电压限制充电由于是使电池电压不超过规定电压地限制充电电流，因此，相对于单位时间的充电容量变小。尤其是，随着电池接近充满电，单位时间的充电容量变小。因此，将1个电池充满电的时间如为2小时，则要将2个电池充满电就需要4小时。而且，在开始对于完全放电的2个电池进行充电，并经过2小时之后，由于1个电池将会被充满电，因此，如将两方电池累加的总容量设为100％，则总容量的50％即会被充电。
图3表示以本发明的方法将2个电池1充电的特性图。此图以横轴为时间，纵轴为总容量。本发明的充电方法如此图所示，在最初充电的第1电池1A的电压比设定电压低时，则进行恒定电流充电[领域a]直到此电池1的电压达到设定电压。恒定电流充电的电池1的电压达到设定电压时，则切换所充电的电池1，将下一个充电的第2电池1B施以恒定电流充电[领域b]直到电池电压达到设定电压。
图3虽表示将2个电池予以充电的状态，但将3个以上的电池充电时，是将恒定电流充电的电池予以顺次切换，而将所有的电池予以充电至设定电压。
其后，将电池1的充电条件从恒定电流充电切换到电压限制充电，再充满电。图3在最初将第1电池1A电压限制充电再充满电[领域c]，之后，再将第2电池1B电压限制充电再充满电[领域d]，从而将所有的电池1充满电。图3虽表示将2个电池电压限制充电，再充满电的状态，但是在将3个以上的电池充电的方法上，是在每次电池被充满电，即切换所充电的电池，并顺次将所有的电池电压限制充电并充满电。再者，虽未图示，但在电压限制充电中，在充电电流减少的状态下，亦可将多个电池1并联连接而一并充满电。
图3表示2个电池1的总容量在最初急遽增加的情况。亦即，此图表示以将两方电池1予以充满电的一半的时间，即可将两方电池1的总容量充电到80％。这是由于在图2中，在将第1电池1A电压限制充电的时间带，能够将第2电池1B恒定电流充电从而能高效地充电的缘故。
图4表示一面检测2个电池1的温度一面切换所充电的电池A、B并加以充电的状态。此图在所充电的电池的温度上升到最高温度的45℃时，即从充电的电池A切换到电池B，又从电池B切换到电池A。温度上升到最高温度的电池，则将充电停止而使温度逐渐降低。之后，所充电的电池的温度每一上升到最高温度，即切换所充电的电池A、B。如此一来，将多个电池充电时，即可使电池的温度低于最高温度，而防止电池变高温而导致性能下降。电池在恒定电流充电的步骤中容易温度上升。这是由于充电电流较大所致。因此，在恒定电流充电的步骤中，当充电的电池的温度达到最高温度时，即切换所充电的电池，而可使电池的温度上升低于最高温度。在将电池电压限制充电的步骤中，如电池的温度达到最高温度时，即切换所充电的电池，而可防止电池的温度障碍(故障)所导致的恶化(劣化)。
再者，第1图的电源电路，以控制电路7控制第1电池1A与第2电池1B，再1个1个顺次将第1电池1A、第2电池1B放电，而供电至作为负载的使用电池的设备9。在此状态下供电至使用电池的设备9的放电电池1的残存容量如少于最低容量，或者电池电压低于最低电压时，则会由残存容量大于最低容量，或是电池电压高于最低电压的其它的电池1，来对供电至使用电池的设备9的电池1供电并予以充电。
例如，在将第2开关2B设成切断，第1开关2A设成导通，并将第1电池1A设成放电侧电池的状态下，当第1电池1A的残存容量小于最低容量，或第1电池1A的电压低于最低电压时，则控制电路7即将第1开关2A与第2开关2B设成导通，并由第2电池1B将第1电池1A充电。但是，此时，控制电路7检测第2电池1B的残存容量是否大于最低容量，或第2电池1B的电压是否高于最低电压，而仅限定于残存容量大于最低容量，或是电池电压高于最低电压时，才会将第1开关2A与第2开关2B设为导通，并由第2电池1B将第1电池1A充电。当第1开关2A与第2开关2B双方被切换成导通时，由于第1电池1A残存容量比第2电池1B小，或电压低于第2电池1B，因此，充电电流即从第2电池1B流至第1电池1A，从而第1电池1A被充电。
从第2电池1B向第1电池1A充电的充电容量，设定为可从第1电池1A切换到第2电池1B的容量，或是第1电池1A可将使用电池的设备9的电源切断的预先所设定的最低使用容量。当第2电池1B将作为放电侧电池的第1电池1A充电至最低使用容量时，控制电路7即将第2开关2B设为切断，停止对第1电池1A的充电。
如上所述，将第1电池1A充电到最低使用容量的电源电路，在以下的状态下被正常使用。
(1)第1开关2A与第2开关2B被切换为导通，从而将第1电池1A充电到最低使用容量。
(2)在此状态下，如将AC适配器连接至使用电池的设备9时，即开始对第1电池1A充电。在此状态下，第2开关2B是在切断的状态，而第2电池1B不会被充电。
(3)在第1电池1A未被充分充电的状态下，当AC适配器被卸除时，电力即从第1开关2A供给至使用电池的设备9。此时，如第1电池1A的残存容量较小时，则在从第1电池1A切换到第2电池1B之前，无法供电至使用电池的设备9，而膝上型电脑等的使用电池的设备9将关机。但是，在第1电池1A中由第2电池1B正被充电到最低使用容量，因此，第1电池1A能将电力供给至使用电池的设备9直到切换到第2电池1B。因此，即从第1电池1A切换为第2电池1B，而膝上型电脑等不致会有关机情况。
(4)之后，从第2电池1B供电至使用电池的设备9。
发明的效果本发明的技术方案第1、2项的对多个电池充电的方法，具有无须增大充电器的容量，即可增大在有限时间内可充电的容量的特征。因此，具有短时间充电而可长时间使用的特征。这是由于本发明的充电方法，并非顺次将电池充满电，而是当电池电压达到设定电压，或是残存容量达到设定容量之前，切换所有的电池并进行恒定电流充电，从而以较大的电流高效地充电的缘故。
此外，本发明的技术方案第3项的充电方法，具有可一面减小电池的温度上升，一面连续地对电池充电，而且，可一面缩短高温环境下所有电池的充满电时间，而一面有效防止温度故障的特征。这是由于该方法为检测电池的温度，而当电池的温度达到最高温度时则切换要充电的电池进行充电的缘故。
再者，本发明的技术方案第5项的充电方法，具有如下特征顺次切换多个电池并予以一个一个地进行充电，同时最初充电的电池被充满电之前，即停止所充电的电池的充电，并切换到下一个电池，而开始下一个电池的充电，且陆续切换所充电的电池并予以充电。亦即，并非是将1个电池连续充电到充满电，而是一面将所充电的电池切换一面进行充电，因此在即使并无时间将所有电池充满电时，亦即，即使是充电到尚未充满电的状态的情况下，也可对所有电池充电可将总充电容量增大。
再者，本发明的技术方案第6项的多个电池放电的方法，具有可有效防止供电至使用电池的设备的电池的残存容量减少，致使使用电池的设备关机等而造成无法使用的情况的特征。这是由于，当供电至使用电池的设备的放电侧电池的残存容量低于最低容量，或是电池电压低于最低电压时，即从残存容量大于最低容量，或是电池电压高于最低电压的其它的电池，对供电至使用电池的设备的放电侧电池供电而予以充电的缘故。
权利要求
1.一种对多个电池充电的方法，是包括顺次切换多个电池而一个一个进行充电的步骤的充电方法，是对电池以恒定电流充电直到电池电压达到设定电压，然后，一面限制电池电压一面进行电压限制充电的方法，其特征在于，在最初充电的电池的电压比设定电压低时，进行恒定电流充电直到电池电压达到设定电压，而进行恒定电流充电的电池的电压达到设定电压时，即切换所充电的电池，而对下一个电池进行恒定电流充电直到电池电压达到设定电压，并陆续切换进行恒定电流充电的电池，从而将所有的电池充电到设定电压，其后，将电池的充电条件从恒定电流充电切换到电压限制充电从而充满电。
2.一种对多个电池充电的方法，其是包括顺次切换多个电池而一个一个进行充电的步骤的充电方法，是对电池以恒定电流充电直到电池残存容量达到设定容量，然后，一面限制电池电压一面进行电压限制充电的方法，其特征为在于，在最初充电的电池的残存容量比设定容量小时，进行恒定电流充电直到达到设定容量，而进行恒定电流充电的电池的残存容量达到设定容量时，即切换要充电的电池，而对下一个电池进行恒定电流充电直到残存容量达到设定容量，并陆续切换进行恒定电流充电的电池，从而将所有的电池充电到设定电压，然后，将电池的充电条件从恒定电流充电切换到电压限制充电从而充满电。
3.如权利要求1或2所述的对多个电池充电的方法，其特征在于，检测出电池温度，并且当电池温度达到最高温度时切换要充电的电池。
4.如权利要求1所述的对多个电池充电的方法，其特征在于，所充电的电池为锂离子电池。
5.一种对多个电池充电的方法，是包括顺次切换多个电池而一个一个进行充电的步骤的充电方法，其特征在于，凭借在最初充电的电池被充满电之前停止该电池的充电并切换至下一个电池而开始下一个电池的充电，而陆续切换要充电的电池，从而将所有的电池充电至充满电之前的状态。
6.一种对多个电池放电的方法，是将多个电池一个一个顺次放电从而对使用电池的设备供电的方法，其特征在于，在对使用电池的设备供电的放电侧电池的残存容量比最低容量小、或电池电压比最低电压低时，即由残存容量比最低容量大、或电池电压比最低电压高的另外的电池，来对供电至使用电池的设备的放电侧电池供电从而进行充电的。
全文摘要
本发明提供一种对多个电池充电及放电的方法，无须增大充电器容量，即可增大在有限时间内的充电量，可有效防止因任一电池的残存容量减少而致使使用电池的设备无法使用的情况。其包括顺次切换多个电池而一个一个充电的步骤，将电池以恒定电流充电直到电池电压达到设定电压后，再一面限制电池电压一面进行电压限制充电。是在最初充电的电池的电压比设定电压低时进行恒定电流充电直到设定电压，而恒定电流充电的电池的电压达到设定电压时，即切换所充电的电池，对下一个电池恒定电流充电直到电池电压达到设定电压，并陆续切换恒定电流充电的电池，从而将所有电池充电到设定电压。然后，将电池的充电条件从恒定电流充电切换到电压限制充电从而充满电。
文档编号H02J7/02GK1574447SQ20041004732
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月31日 优先权日2003年5月30日
发明者川角笃史, 板垣真一 申请人:三洋电机株式会社