CN100471000C - 二次电池控制充电的方法和*** - Google Patents

Abstract

一种对二次电池(电池)控制充电而不存在电池充/放电特性退化的方法。结合使用进行第一充电控制的常规充电部分以及进行第二充电控制的刷新充电部分，第一充电控制指定在小于满充电量的充电量下停止充电，第二充电控制指定在大于满充电量的充电量下停止充电。当由常规充电部分进行的充电持续重复例如10次时，切换部分切换从而由刷新充电部分继续进行充电。当由刷新充电部分进行的充电结束时计数器重置，该计数器用来判定重复充电的次数是否达到10。该计数器可以由具有如下功能的装置所取代，如果由随机数产生器产生的随机数是某一特定值，该装置向切换部分输出切换命令。

Description

二次电池控制充电的方法和***

相关申请的交叉引用

本非临时申请基于35 USC 119要求2002年1月10日提交的日本专利申请2002-003616、2002年1月17日提交的日本专利申请2002-008962以及2002年1月17日提交的日本专利申请2002-008964的优先权，并在此以引用形式引入上述专利申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及二次电池控制充电的方法和***，尤其涉及适于提高二次电池的耐用性、也就是说将二次电池的初始充/放电性能保持很长时间的二次电池控制充电方法和***。

背景技术

在对采用氧化镍作为阴极(正极)材料的二次电池充电时，例如镍镉电池或镍氢电池，当电池充电至满充电量(full-charge level)时，在正极产生氧气。如果持续产生氧气，二次电池的内压就升高。因此，产生的氧气要由在阳极(负极)表面上的本地电池反应消耗掉。通常，考虑到负极容量由于本地电池反应逐渐减小，负极的容量设定成大于正极的容量。例如，负极容量对正极容量的比值(NP比值)在大约1.65到2.0之间的范围取值。然而，由于电池的充电容量随作为比值限制因子的正极而增大，因此负极容量增加使二次电池变大，但没有对电池充电容量的增大作出贡献。

日本专利特许公开平5-111175提出一种通过在小于满充电量之前例如满充电量的97％时停止充电从而能够抑制氧气产生的充电方法。这种充电方法的优点是，由于抑制了氧气的产生，可以防止由于本地电池反应导致负极容量的减少，结果可以减少负极的容量，从而使二次电池小型化，也就是说，提高充电容量。

上述在充电至满充电量之前停止充电的充电控制从二次电池的耐用性的角度来看是可取的。但是，如果总是在满充电量之前停止充电，百分之几的电极板没有得到利用的状态就会重复。结果，未利用的电极板就会退化，从而不会对充电量作出贡献。

通过设置电压基准值(断开电压)表示在尽可能接近满充电量的充电量停止充电的基准充电量，可以减少没有对充电量作出贡献的电极板数目。然而，由于二次电池的电压决定于电池温度和环境温度，检测二次电池的电压是否达到断开电压并不容易，因此，不能期望精确控制二次电池的充电。

发明内容

考虑到上述问题获得了本发明，本发明的目的是提供一种二次电池控制充电的方法和***，能够防止由于反复改变低于满充电量的充电量而使满充电量减少。

可以考虑在高于满充电量的充电量对二次电池进行周期性充电。然而，如果象传统的那样简单地将电池充电至高于满充电量的充电量，可能会发生将电池充电至低于满充电量的充电量和将电池充电至高于满充电量的充电量之间的差别。二者之间充电时间的这种差别使得使用者感觉不舒服。

考虑到上述问题，本发明提供一种二次电池控制充电的***和方法，可以防止由于反复在低于满充电量的充电量下充电而使满充电量减少，并且可以借助于充电时间总是保持为近似不变进行简单的控制。

为了实现上述目的，本发明提供一种二次电池控制充电的方法，包括以下步骤：通过采用第一充电控制和第二充电控制来控制二次电池的充电，第一充电控制指定为在小于满充电量的充电量下停止充电，第二充电控制指定为在等于或大于满充电量的充电量下停止充电；其中在由第一充电控制进行的充电持续重复指定次数之后，随后的充电由第二充电控制进行，并且，如果在第二充电控制中第二充电控制的状态满足特定刷新放电基准，在二次电池充电之前对二次电池放电。

根据本发明的第二特征，提供一种控制二次电池充电的***，包括：用于在小于满充电量的充电量下停止充电的第一充电控制装置；用于在等于或大于满充电量的充电量下停止充电的第二充电控制装置，以及判定由第一充电控制装置进行的充电是否持续重复指定次数的判定装置。提供控制装置切换装置，如果判定装置判定由第一充电控制装置进行的充电持续重复指定次数，将第一充电控制装置切换到第二充电控制装置，从而由第二充电控制装置进行随后的充电。

根据本发明的另一特征，提供一种用于控制二次电池充电的***，包括：用于在小于满充电量的充电量下停止充电的第一充电控制装置；用于在等于或大于满充电量的充电量下停止充电的第二充电控制装置，以及用于在每次由第一充电控制装置进行的一次充电时产生一个随机数的随机数产生装置。提供控制装置切换装置，如果由随机数产生装置产生的随机数对应于等于或小于所产生随机数中最大值的特定值，将第一充电控制装置切换到第二充电控制装置，从而由第二充电控制装置进行随后的充电。

根据本发明的另一特征，上述控制装置切换装置设置成由第一充电控制进行的充电重复的特定次数小于20。

根据本发明的进一步特征，小于满充电量、由第一充电控制装置进行的充电要停止时的电池容量由两级电池容量(two-stepbattery capacities)组成。提供选择装置，选择两级电池容量中的任一个。

根据本发明的又一特征，该***还包括显示装置，其中当选择装置选择两级电池容量中的较低者并且控制装置切换装置选择第二充电控制装置时，显示装置显示指示取消选择的信号。

根据上述特征，指定在小于满充电量的充电量下停止充电的第一充电控制重复特定次数之后，进行指定在大于满充电量的充电量下停止充电的第二充电控制。特别地，根据第四特征，进行该控制从而由第一充电控制进行的充电不会持续重复20次以上。

根据本发明特征的一方面，选择充电控制，从而使得在小于并远离满充电量的电池容量下停止充电，该电池容量在充电达到小于并接近满充电量的电池容量之前设定。根据本发明的特征，在尽管由第五特征选择较低电池容量但必须由第二充电控制进行充电时，可以显示这样的状态，从而消除使用者怀疑该状态的不便之处。

根据本发明特征的一方面，在二次电池的剩余容量小于特定值时上述刷新放电基准判定为满足。根据本发明的进一步特征，在每次由第二充电控制进行的充电重复特定次数时刷新充电基准判定为满足。

如果在小于满充电量充电量下对二次电池重复充电，由于记忆效应不可能确保二次电池的初始充电/放电特性。为了解决这一问题，根据本发明的特征，指定在小于满充电量的充电量下停止的第一充电控制持续重复特定次数之后，进行指定在大于满充电量的充电量下停止充电的第二充电控制。进而，如果二次电池的状态满足刷新放电基准，在将二次电池充电至大于满充电量的充电量之前进行刷新放电。结果就可能有效消除记忆效应。特别地，根据本发明的特征，可能基于简单的刷新放电基准判定二次电池的放电时间。此外，由第二充电控制进行的充电之前，在大于第一充电电流的第二充电电流下进行充电，在第二充电控制进行的充电之后，在小于第一充电电流的充电电流下进行充电。

根据本发明的特征，提供一种二次电池控制充电的***，包括：用于设定断开电压的断开电压存贮装置，该断开电压对应于小于二次电池满充电量的特定容量；第一充电控制装置，用于在第一充电电流下对二次电池充电，并在二次电池的充电电压达到断开电压时停止充电；第二充电控制装置，用于在大于第一充电电流的第二充电电流下对二次电池充电，直到二次电池的充电电压达到断开电压，然后在小于第一充电电流的第三充电电流下对二次电池充电，直到二次电池的充电量达到满充电量；以及用于选择第一充电控制装置或第二充电控制装置中任一个的切换装置。

根据本发明的特征，上述***进一步包括满充电电压存贮装置，用于在由第二充电控制装置进行的充电结束时存贮二次电池的满充电电压；以及校正装置，基于存贮在满充电电压存贮装置中存贮的满充电电压值校正断开电压的退化比例(deterioratedproportion)。

根据本发明的第四特征，上述***包括满充电电压存贮装置，用于在由第二充电控制装置进行的充电结束时存贮二次电池的满充电电压；设定装置，用于设定二次电池的特定温度下的基准满充电电压，以及温度存贮装置，用于存贮在满充电电压存贮在满充电电压存贮装置时二次电池的温度。提供校正装置，用于基于存贮在满充电电压存贮装置中的满充电电压值、存贮在温度存贮装置中的二次电池温度值和基准满充电电压来校正断开电压的退化比例。

如果重复将电池充电至小于满充电量的充电量，由于记忆效应就不可能确保电池的初始充/放电特征。为了解决这一问题，根据本发明的特征，指定在小于满充电量的充电量下停止的第一充电控制持续重复特定次数之后，进行指定在大于满充电量的充电量下停止的第二充电控制。

特别地，根据本发明的特征，在第二充电控制中，由于先前的充电在大电流下进行，因此缩短充电时间，随后在接近满充电量的充电量下进行的充电缓慢进行，结果总充电时间可以近似等于第一充电控制所需的时间。

根据本发明的特征，由于第二充电控制中的充电电流切换时间可以基于第一充电控制中的断开电压值，因此可以简单地进行控制而不必提供任何特殊的判定装置。

根据本发明的其它特征，为了克服第二充电控制进行的满充电电压由于二次电池的退化而改变所引起的不便，基于满充电电压的存贮值来判定二次电池的退化度，并且判定结果可以反映在基准满充电电压上。特别地，根据本发明的特征，可以基于满充电电压的存贮值以及在将电池充电至满充电量时二次电池的温度存贮值来校正断开电压。

下文的详细描述将揭示本发明的适用范围。然而，应该理解的是，在表明本发明优选实施方式时，详细描述和特定实例只是以示例形式给出，从这样的详细描述中本领域的技术人员很容易得到本发明的精神和范围之内的变化和修改。

附图说明

从下文给出的详细描述和附图可以更完全地理解本发明，这些附图只是以示例形式给出，而不是对本发明的限制，其中：

图1是表示包括根据本发明一个实施例的电池充电控制的电机驱动车辆***结构的框图；

图2是表示常规充电的第一必要过程的流程图；

图3是表示常规充电的第二必要部分的流程图；

图4是表示刷新充电的第一必要过程的流程图；

图5是表示刷新充电的第二必要过程的流程图；

图6是表示在刷新充电时随充电时间电池电压和电池温度变化图；

图7是表示常规充电次数和充电量变化之间的关系图；

图8是表示环境温度和充电停止电压之间的关系图；

图9表示电池放电曲线图；

图10是电池退化之前剩余容量显示部分的正视图；

图11是电池退化之后剩余容量显示部分的正视图；

图12是退化前电池剩余容量分段显示实例的视图；

图13是表示退化后电池剩余容量分段显示实例的视图；

图14是表示本发明实施方式第一必要功能的框图；

图15是表示本发明实施方式第二必要功能的框图。

具体实施方式

在下文中将参照附图描述本发明的一个实施方式。图1是表示包括二次电池(下文中简称为“电池”)及其充电器的电机驱动车辆的***结构框图。参照图1，连同充电器2和车体4一起示出了电池单元1。电池单元1包括电池11、电池温度检测部分12、电池容量计算部分13和存储器14。充电器2包括环境温度检测部分21、充电电流检测部分22、充电电压检测部分23、放电器24、充电控制部分25、AC/DC转换器26、显示部分27和包括微型计算机的ECU28。从电源3例如家用电源(100V)经由AC/DC转换器26向充电器2提供电流。车体4包括为车体产生动力的电机41、用于控制电机41的电机驱动器42和用于显示电池11剩余容量的剩余容量显示部分43。电流从电池11提供给电机驱动器42。

例如，电池11是具有24V/5Ah电压/容量的电池，例如该电池可由一组例如20片1.2V Ni-MH(Ni-金属氢化物)电池获得。这些Ni-MH电池各自具有C尺寸以及大约1.2的NP比值，能够达到5Ah(安培×小时)的电池容量。因此实现了高能量密度的小型电池。

上述***各元件的配置不限于图1所示，而是决定于电机驱动车辆等的结构可进行修改。例如，充电电流检测部分22、充电电压检测部分23、充电控制部分25和ECU 28可以不是配置在充电器2中，而是配置在电池单元1中；剩余容量显示部分43可以不是配置在车体4中，而是配置在电池单元1中，或者两个剩余容量显示部分43可以是配置在车体4和电池单元1中。

在上述***中电池11的充电控制包括第一充电控制(在下文中称作“常规充电”)和第二充电控制(在下文中称作“刷新充电”)。电池11的常规充电特征在于在接近并小于满充电量(等于电池额定容量的100％)的充电量下停止充电，例如满充电量的97％。电池的刷新充电特征在于在比满充电量大特定量的充电量下停止充电。通常，电池的刷新充电在电池的常规充电重复多次之后进行。更具体地，每一次当重复常规充电的次数达到特定次数或为每一常规充电发生的随机数对应于特定值时进行刷新充电。

电池11的充电控制将参照图2到5所示流程图进行详细描述。图2是表示常规充电第一必要过程的流程图。在步骤S101到S108中，在充电前执行判定温度的过程。在步骤S101中，在显示部分27上显示提醒信号“正在充电”。在步骤S102中，由电池温度检测部分12检测电池温度TB0。在步骤S103中，判定电池温度TB0是否等于或小于预定充电开始温度Tmax，例如，Tmax在40℃到50℃之间取值。每一特定休止时间重复步骤S103中的处理直到步骤S103中的回答变为肯定(YES)。如果步骤S103的回答变为肯定(YES)，该过程进入步骤S104。在步骤S104中，由环境检测部分21检测环境温度TA0。在步骤S105中，用于对重复常规充电次数计数的计数器N1数值增加1(N1，N1+1)。电池11重复常规充电的总次数可从计数器N1的数值检测到。在步骤S106中，判定环境温度TA0和电池温度TB0之间的差别是否等于或小于预定充电开始温度差ΔTOK，例如，该温度差在0℃到10℃之间取值。

如果环境温度TA0和电池温度TB0之间的差别等于或小于充电开始温度差ΔTOK，该过程进入步骤S109。在步骤S109，判定计数器N2的值是否等于或大于基准值Nref。计数器N2不同于计算电池11重复常规充电总次数的计数器N1，并且用于对一次刷新充电和下次刷新充电之间的重复常规充电次数进行计数。因此，每一次停止刷新充电时计数器N2重置为“1”(参见步骤S138)。

如果计数器N2的值等于或大于基准值Nref，该过程进入步骤S121(图4所示)，开始刷新充电过程。同时，如果计数器N2的数值小于基准值Nref该过程从步骤S109进入步骤S113(图3所示)，开始常规充电过程。这样，如果先前的刷新充电之后常规充电重复的次数变为特定数或更大，选择刷新充电。基准值Nref可以设定为小于20的数值。其原因将参照图7在稍后进行描述。

应当注意的是充电模式的选择不是一定要基于计数器N2的数值，而是可以基于判定对于每一常规充电所发生的随机数Nran是否对应于基准值Nref。在每一次常规充电重复10次时想要进行刷新充电的情形下，基准值Nref可以预定在0到9的任一个上，随机数可以按从0到9随机选择的方式发生。按这样的设置，如果随机数Nran对应于基准值Nref，该过程进入步骤S121(参见图4)，从而使得在每一次常规充电重复大约10次时选择刷新充电。

如果环境温度TA0和电池温度TB0之间的差别大于充电开始温度差ΔTOK，该过程进入步骤S107。在步骤S107中，判定是否已经给出“快速充电”的指示。电池的快速充电是一种用于满足在很短时间内结束充电需要的特殊模式，特征在于在小于基准充电量的充电量上停止充电。基准充电量是上述常规充电要停止的充电量，设定为稍小于满充电量。例如，可以在充电器2上提供快速充电开关，在这种情形下，基于开关是闭合还是断开来判定步骤S107的回答。应当注意的是快速充电模式的提供是可选的。

作为判定基准的充电量可以由电池11的温度上升率来表示，基于该判定基准停止快速充电。更具体地说，对应于作为判定基准的充电量的温度上升基准率可以预先设定，如果检测到对应于温度上升基准率的电池11温度上升率，就可以停止快速充电(参见步骤S120)。

如果选择快速充电，步骤S107的回答变为肯定(YES)，该过程进入步骤S110。在步骤S110中，判定计数器N2的值是否等于或大于基准值Nref。应当注意的是如上所述，计数器N2用于对一次刷新充电和下一次刷新充电之间重复常规充电的次数进行计数。如果计数器N2的数值小于基准值Nref，该过程从步骤S110进入步骤S112(如图3所示)，开始快速充电过程。同时，如果计数器N的值等于或大于基准值Nref，该过程进入步骤S111。在步骤S111中在显示部分27上显示提醒信号“禁止快速充电”，然后该过程进入步骤S121(如图4所示)，开始刷新充电过程。应当注意的是，如同步骤S109的判定功能，步骤S110的判定功能可以被基于比较随机数和预定基准值的判定功能所取代。

如果步骤S107的回答是否定(NO)，也就是说，如果没有选择快速充电，该过程进入步骤S108。在步骤S108中，判定环境温度TA0和电池温度TB0之间的差别是否等于或小于开始温度差ΔTOK。如果步骤S108的回答是否定(NO)，步骤S108中的判定每次重复特定休止时间，如果步骤S108中的回答是肯定(YES)，该过程进入步骤S109。

图3是表示常规充电第二必要过程的流程图。在步骤S113中，基于以下计算公式计算断开电压Vc。

Vc＝V0-(TA0-25)×α+β                     (1)

应当注意的是随后将详细描述用于计算断开电压的公式(1)。在步骤S114中，开始常规充电。常规充电通过提供恒定充电电流来进行，例如1.6安培。

在步骤S115中，判定电池电压V是否等于或大于断开电压Vc。如果电池电压V等于或大于断开电压Vc，则判定电池充电至等价于满充电量特定比值例如97％的充电量，在这种情形下，该过程进入步骤S116，其中停止常规充电。在步骤S117中，计数器N2的值增加1(N2→N2+1)。在步骤S109和S110中的每一个基于比较随机数和预定基准值进行比较的情形下，可以忽略步骤S117的处理。该过程进入步骤S118，其中在显示部分27上显示提醒信号“充电结束”。

如果步骤S115的回答是否定，也就是说判定为电池还没有充电至特定充电量，该过程进入步骤S119。在步骤S119中，判定环境温度TA0和电池温度TB0之间的差别是否等于或小于预定充电开始温度差ΔTOK。如果环境温度TA0和电池温度TB0之间的差别等于或小于预定充电开始温度差ΔTOK，该过程回到步骤S115，其中再次判定电池电压V是否等于或大于断开电压Vc。同时，如果环境温度TA0和电池温度TB0之间的差别大于预定充电开始温度差ΔTOK，该过程进入步骤S120。在步骤S120中，判定电池温度变化率ΔT/Δt是否等于或大于特定值，例如该特定值设定为1℃/min。在充电量达到满充电量90％到95％时，电池的温度上升率很快变大。因此可以通过检查电池的温度上升率是否变为特定值或更高来判定充电量是否达到满充电量的90％或更高。如果步骤S120的回答是肯定(YES)，则判定为获得足以快速充电的充电量，该过程进入步骤S116，其中停止快速充电。

在本实施方式中，基于电池的温度上升率来判定是否获得足以快速充电的充电量。然而，用于判定足以快速充电的充电量基准并不限于此，而是可以被专用于快速充电的充电断开电压所取代。更具体地，可以设定两种充电断开电压，其中较低的断开电压用作判定快速充电结束的基准，较高的断开电压用作判定不同于快速充电的常规充电结束的基准。

在下文中将参照图4和图5描述刷新充电过程。图4是表示刷新充电第一必要过程的流程图。在步骤S121中，由容量计算部分13检测电池11的剩余容量C。在步骤S122中，判定剩余容量C是否等于或小于充电基准剩余容量ΔC。由于反复进行常规充电，特定充电电压下的充电量由于“充电记忆效应”而减少，放电容量也减少。由于这一原因，在刷新充电之前检测电池的剩余容量。在这种情形下，如果电池的剩余容量等于或小于放电基准容量ΔC，电池11的放电曲线通过对电池进行放电恢复到初始状态。

如果步骤S122的回答是肯定(YES)，该过程进入步骤S123，开始附加放电，也就是说“刷新放电”。在步骤S124中，判定电池电压V是否等于或小于特定放电断开电压Vd。如果电池电压V等于或小于特定断开电压Vd，该过程进入步骤S125，其中判定电池温度TB0是否等于或小于预定充电开始温度Tmax。执行步骤S125中处理的理由是因为电池温度由于对电池充电而升高，在电池温度下降到特定充电开始温度之后，放电操作必须转换(be shifted)到充电操作。

如果判定为电池温度变为等于或小于预定充电开始温度Tmax，该过程进入步骤S126，其中计数器N3重置为“1”。提供计数器N3用于判定刷新放电之后重复刷新充电的次数。

如果步骤S122的回答是否定，该过程进入步骤S127。在步骤S127中，判定计数器N3的值是否等于或小于放电基准计数器数Ndis。如果步骤S127的回答是否定(NO)，该过程进入步骤S123。也就是说，在重复刷新放电的次数没有超过特定数Ndis的情形下，即使电池11的剩余容量C大于放电基准剩余容量ΔC也进行刷新放电。

如果步骤S127的回答是肯定(YES)，该过程进入步骤S128，其中计数器N3的值增加1(N3→N3+1)。在刷新放电结束后，输出容量指示数据“0”，用于校正剩余容量显示部分43中剩余容量的零指示。

图5是表示刷新充电第二必要过程的流程图。该过程从图4所示的步骤S128进入图5所示的步骤S129。在步骤S129中，基于公式(1)计算断开电压Vc，在步骤S130中开始刷新充电过程。刷新充电按两种不同充电电流的两步进行。其原因将在下文中参照图6详细描述。第一阶段充电在较高电流下开始，例如2.5安培。在步骤S131中判定电池电压V是否等于或大于断开电压Vc。如果电池电压等于或大于断开电压Vc，判定为电池充电至特定比值的充电量，例如满充电量的97％，在这种情形下，该过程进入步骤S132，其中停止第一阶段刷新充电。在步骤S133中，第二刷新充电在低于第一阶段刷新充电充电电流的电流下开始，例如1.0安培。

在步骤S134中，判定电池11的电压变化Vdrp是否是基准下降电压-ΔV或更高。基准下降电压-ΔV是在某一特定处理时间周期dt中的电压变化，例如设定为-50mV。换句话说，在步骤S134中，判定电池电压是否变为拖尾状态(trailing state)。如果电池电压变为拖尾状态，则判定为充电量饱和或超过满充电量，在这种情形下，该过程进入步骤S135，其中停止刷新充电。

在步骤S136中，记录下最大电池电压Vmax(n)和最大电池温度Tmax(n)。在记录下电池电压和电池温度之后，也就是说，在结束刷新充电之后，输出容量指示数据“100”用于校正剩余容量显示部分43中剩余容量的满充电指示。

在步骤S137中，计算断开电压的电池退化系数β。由于电池11退化，如果断开电压仍为固定值也就是说不进行校正，则不能够精确控制充电量。在下文中将连同公式(1)一起描述校正计算公式。在步骤S138中，计数器N2重置为“1”(N2＝1)。在步骤S109和S110中的每一个基于比较随机数和预定基准值进行判定的情形下，可以忽略步骤S138的处理。该过程进入步骤S139，其中在显示部分27上显示提醒信号“充电结束”。

图6是表示在刷新充电时电池电压V和电池温度TB1随充电时间的变化，其中在上述两种电流下的两阶段刷新充电的数据与在一恒定电流下的一阶段刷新充电的数据进行比较。两阶段刷新充电时的电池电压V由线V(2)来表示，一阶段刷新充电的电池电压V由线V(1)来表示，两阶段刷新充电时的电池温度TB1由线T(2)表示，一阶段刷新充电的电池温度TB1由线T(1)来表示。

如图6所示，在两阶段刷新充电中，由于第一阶段刷新充电在较高电流(2.5安培)下进行，可以将电池充电至接近满充电量的充电量，更具体地，在相当短的时间周期里达到满充电量的97％。结果，尽管第一阶段刷新充电转换到以较低电流(1.0安培)进行的第二阶段刷新充电，总体上电池最终可在短时间充电至大于满充电量的充电量。

在一阶段刷新充电中，由于刷新充电在与常规充电(1.6安培)相同的电流下进行，用于完成一阶段刷新充电所需的总时间变得比用于完成二阶段刷新充电所需的总时间长得多。此外，如图6所示，在花费较长时间的一阶段刷新充电时的电池温度TB1和花费较短时间的两阶段刷新充电时的电池温度TB1之间存在着温度差Δt。

根据上述两步刷新充电方法，对电池刷新充电至高于满充电量的充电量花费很短的时间，接近于常规充电所需时间。结果，对于使用者而言刷新充电不会引起任何由于充电时间不同而造成的与常规充电不相容的感觉，使用者不会觉察到常规充电和刷新充电之间的不同。此外，由于电池温度TB1的升高程度很小，因此有可能提高电池的耐用性。

图7是表示重复常规充电次数和充电量变化之间的关系图。在初始状态，重复常规充电的次数等于或小于10(参见线A)充电量随初始充电特性曲线增加到很高的数值。然而，在重复常规充电的次数大于10时，充电特性会发生变化，结果即使在对应于满充电量的电池电压V上也不能获得初始状态。在重复常规充电的次数等于或小于20(参见线B)的情形下，在电池电压V处的充电量变为5Ah，小于初始状态但保持在近似实用的程度。在重复常规充电的次数等于或大于25(参见线C)的情形下，在电池电压V处的充电量减小到4.7Ah，从实用角度来看，这是不希望的数值。根据本实施方式，由于随机数Nran设定为从0到9随机选择，要与计数器N2比较的基准值Nref设定为10，即使经常进行快速充电，至少在充电重复10之前进行一次刷新充电。

图8是表示环境温度TA0和充电结束电压V1之间的关系图。如图中所示，充电结束电压V1取决于环境温度TA0而变化。具体而言，当环境温度TA0升高时，充电结束电压V1变低。因此，如同充电结束电压V1，用作判定充电是否应当结束的基准的断开电压Vc应当取决于环境温度TA0而变化。上述公式(1)基于充电结束电压V1的特性而决定。

在图8中，在环境温度为25℃时的充电结束电压取基准电压V0，例如设定该基准电压为29.6V。如果环境温度偏离25℃，充电结束电压V1随环境温度的偏离量成比例变化。因此，如以下公式(1a)所示，对应于环境温度TA0的断开电压Vc可以通过从基准电压V0减去环境温度TA0和基准环境温度25℃之间的差值乘以校正系数α(例如0.01)来获得。

Vc＝V0-(TA0-25)×α                    (1a)

上述公式(1)通过在基于公式(1a)计算的断开电压Vc上加上系数β来给出。系数β是考虑在每一次充电重复时电池特性退化的退化系数。在步骤S137中退化系数β按以下公式计算：

β＝{(V max(1)/V max(R))-(T max(1)-25)×γ}-

{(V max(n)/V max(R))-(T max(n)-25)×γ}            (2)

在公式(2)中，Vmax是每次充电时电池的最大电压(满充电电压)，Tmax是每次充电时电池的最高温度；字符“(1)”表示初始值，也就是说初始充电时的数值，字符“(n)”表示当前值，字符”(R)”表示在基准环境温度25℃下的基准值。由于电池的退化，在公式(2)中电池电压Vmax(n)低于电池电压Vmax(1)，电池温度Tmax(n)高于电池温度Tmax(1)。因此当重复充电次数很大时，系数β变大，从而将断开电压Vc设定为较高的数值以补偿电池的退化。应当注意的是γ表示温度补偿系数。

在下文中将描述使用剩余容量显示部分43来显示电池剩余容量的方法。图9是表示电池放电的曲线图。如该图所示，在电池的初始状态特定电池电压V0下的放电容量取为放电容量AH1。当电池退化时，特定电池电压V0下的放电容量V0变为放电容量AH2(<AH1)。换句话说，退化状态的电池比初始状态的电池更早用光。结果，如果刻度也就是说剩余容量显示部分43的显示范围设定成在对应于初始状态下电池满充电量的位置处放置标记“满“，在对应于初始状态下电池空的位置处放置标记”空“，则在电池退化时，在电池的剩余容量变空时剩余容量指示器不指示标记”空“。如图9所示，在退化状态电池的剩余容量空相对于初始状态偏移。在这种情形下，如果使用者没有认识到电池的退化，他或她将错误地认为电池的容量还有，尽管实际上电池的剩余容量已用光。

为了解决这样的不便之处，根据本实施方式，如果对应于特定电压的放电容量由于电池退化而变小，剩余容量显示部分43的刻度设定为相对较窄。

图10是电池退化之前剩余容量显示部分43的正视图，图11是电池退化之后剩余容量显示部分43的正视图。在图10和图11的每一个中，剩余容量显示部分43的显示区由剩余容量显示区431和报警区432组成。剩余容量指示器433在包括剩余容量显示区431和报警区432的整个区域上移动，从而指示对应于电池剩余容量的位置。扇形板50是用于显示报警区432的部分圆盘，与用于显示剩余容量显示区的部分环形窗口51具有相同的曲率。扇形板50可以沿部分环形窗口51的曲率移动，到达重叠在部分环形窗口51的位置上。扇形板50包括第一颜色部分501和第二颜色部分502。第一颜色部分501指示报警区432。第二颜色部分502提供有一个指示剩余容量为满充电量一半位置的标记和字符“1/2“。颜色部分501和502之间的边界提供有指示剩余容量处于空位置的标记以及字符”E“。剩余容量显示区431提供有指示剩余容量为满充电量位置的标记以及字符”F“。

根据具有上述结构的剩余容量显示部分43，在电池没有退化的状态，如图10所示，与剩余容量指示器433具有相同偏转中心的扇形板50以图10中的逆时钟方向偏移一定位置。在这种状态下，字符“E“和指示空的标记位于部分环形窗口51的左端。因此，字符”1/2“和指示半程度的标记位于部分环形窗口51的中心位置。

在电池的退化状态，如图11所示，扇形板50对应于电池的退化量顺时钟偏移。更具体地说，计算刷新充电时检测的满充电容量(相对容量)相对电池绝对容量的比值，扇形板50顺时钟偏移对应于电池的相对容量/绝对容量计算比值的量。因此，在这种状态下，字符“E”和指示空的标记从左端移至部分环形窗口51的中心。结果，由于报警区432移至覆盖剩余容量显示区431的低剩余容量范围，剩余容量显示区431变窄。换句话说，显示刻度减小。尽管由于报警区432移至覆盖剩余容量显示区431的低剩余容量范围而使显示刻度减小，报警区432本身的大小却没有变化。结果，在电池的退化状态，显示刻度减小的剩余容量显示部分43使得能够在保持功能的同时告诉使用者电池11的退化，如果电池11用光就在报警区432给使用者一个警告。

这样，通过移动表示电池用光的字符“E”以及指示空的标记从而减小显示刻度，对于使用者而言就有可能很容易的识别电池的退化以及退化的程度。此外，电池刻度的减小在本实施方式中由字符“E”的位置移动来实现，但也可由在空一侧字符“F”的位置移动来实现，字符“F”表示电池的满充电量。

在如图10和图11所示的实例中，剩余容量显示部分43采用模拟显示方式，其中显示刻度基于电池退化的程度减小。然而，也可以采用数字分段显示方式。图12和图13表示剩余容量显示部分43的数字分段显示方式，其中非退化状态电池的剩余容量采用图12中的段显示，退化状态的电池剩余容量采用图13中的段来显示。在非退化状态，如图12所示，剩余容量的显示范围由10段形成的区域来设定。另一方面，在退化状态，如图13所示，剩余容量显示范围减小到8段形成的区域，剩下的两段用作报警区。

图14是表示本实施方式的第一必要功能的框图。常规充电部分6进行第一充电控制从而在小于满充电量的充电量中止充电，刷新充电部分7进行第二充电控制从而在大于满充电量的充电量下充电特定次数后中止充电。

刷新充电部分6采用两步充电电流，每一充电电流都与常规充电部分6所采用的充电电流不同。因此，常规充电部分6和刷新充电部分7中的每一个提供有用于将从电源3的提供电流设定在特定数值的装置。

电源3提供的电流通过常规充电部分6或刷新充电部分7提供给电池。提供切换部分8来选择常规充电部分6或刷新充电部分7。更具体地说，当用于对重复常规充电次数进行计数的计数器9的数值N2变为某一特定值(优选地，在小于20的范围内)时，切换部分8工作从而选择刷新充电部分7。当刷新充电部分7结束后，重置计数器9。

计数器9的功能可以由这样的功能所取代，即在随机数产生器产生的随机数是某一特定值时该功能指示切换部分8选择刷新充电部分7。采用这样的功能使得可以仅由基于微计算机中存贮的程序来选择充电部分，从而减少硬件部件的数目。

常规充电部分6使得快速充电可以在缩短的时间内进行，也就是说，缩短的充电。为了实现这一功能，在常规充电部分6中设定两种断开电压作为充电停止的基准。一种断开电压是由断开电压计算部分15计算出的第一断开电压，另一种是低于第一断开电压的第二断开电压，该第二断开电压由缩短断开电压设定部分16来设定。采用第二断开电压，快速充电可以在相对较短的时间内结束。尽管快速充电应当结束的时间点基于本实施方式中的特定电压，它也可以基于电池温度的上升率。在这种情形下，当电池温度的上升率超过特定值时，结束快速充电。

当快速充电开关(未示出)工作从而由断开电压指定部分17来指定上述第二断开电压时，进行快速充电。在这种情形下，如果计数器9累加计数，就选择由刷新充电部分7进行的刷新充电，结果，提醒信号，例如“禁止快速充电”显示在作为显示部分27一种功能的缩短充电禁止显示部分18上。

常规充电部分6和刷新充电部分7中的每一个所采用的断开电压通过采用由环境温度检测部分21检测到的环境温度TA0校正基准电压V0来确定。电池11的退化基于基准满充电电压、初始满充电电压Vmax(1)，当前满充电电压Vmax(n)、初始最大电池温度Tmax(1)、当前最大电池温度Tmax(n)来校正。初始满充电电压Vmax(1)和当前满充电电压Vmax(n)由充电电压检测部分23来检测，初始最大电池温度Tmax(1)和当前最大电池温度Tmax(n)由电池温度检测部分12来检测。

电压下降检测部分29检测在充电时，电池电压的增加趋势转为下降趋势。如果电池的增加趋势转为下降趋势，则判定电池容量饱和，停止刷新充电。这样，刷新充电不是在电池电压达到特定断开电压时停止而是在检测到电池容量饱和时停止。

图15是表示本实施方式第二必要功能的框图。在进行用于刷新的放电之后在特定条件下进行刷新充电。作为充电器24的一种功能，刷新放电部分32工作从而恢复电池11的放电特性。剩余容量判定部分33判定电池11的剩余容量是否等于或小于基准剩余容量，并且如果剩余容量等于或小于基准剩余容量，则向刷新放电部分32输出放电命令。如果由于剩余容量判定部分33的判定而导致没有输出刷新放电命令，则计数器34递增。也就是说，计数器34的数值表示一次刷新放电和下次刷新放电之间的间隔。如果计数器34的数值达到用于判定刷新放电的预定基准值，则计数器34累加计数。即使电池11的剩余容量大于基准剩余容量，刷新放电部分32也会响应计数器34的累加计数进行刷新电池11的放电。

从以上描述可以看出，根据本发明，当指定在小于满充电量停止的充电重复直至重复充电次数或随机数对应于特定值时，进行指定在大于满充电量下停止的充电。因此，就可以防止在小于满充电量的充电量下对电池过度地反复充电，从而刷新电池的退化电极板并且消除电池中的退化差异。这对于提高电池的耐用性是有利的。进而，由于电池在小于满充电量的充电量下充电是主要的，因此不需要提供电极板的裕量。这使得可以进行临界设计(criticaldesign)，而不必考虑负极容量由于本地电池反应而减少。结果，就可能提供高容量，小尺寸的电池，这样的电池能够保持负极的小容量从而减小NP比值。

根据本发明，由于随机数产生装置可以设置成计算机程序，就有可能消除对提供作为硬件的计数器的需要，从而简化硬件结构。

根据本发明，由于可在小于满充电量的充电容量下停止充电，就可能满足在短时间内结束电池充电的需要。根据本发明，当尽管充电控制选择为在短时间内停止充电然而对电池充电至大于满充电量的充电量时，可以显示这样的状态，从而消除使用者不信任该状态的不便之处。

特别地，可以基于由二次电池的剩余容量或在大于满充电量的充电量下对二次电池重复充电的次数所确定的简单判定基准来进行二次电池的刷新充电，因而可以有效地恢复二次电池的充/放电特性。

特别地，不同于将电池充电至小于满充电量的充电量，通过采用选择性地切换两步电流的装置在两步电流下将电池充电至大于满充电量的充电量。因此，在接近满充电量缓慢对电池充电的同时可以在短时间内结束充电。因此，就有可能减小指定在小于满充电量的充电量下停止充电的控制和指定在大于满充电量的充电量下停止充电的控制之间充电时间差异，从而可以消除由于充电时间不同造成使用者不愉快感觉的不便之处。此外，由于在第二充电控制中充电电流切换时间可以基于第一充电控制中的断开电压值，因此可以简单地进行控制而不必提供任何判定装置。

根据本发明，有可能检测二次电池的退化并基于二次电池的退化度来校正用于判定停止充电的断开电压。结果，有可能将二次电池充电到特定的充电容量而不管二次电池的退化如何。

因此，本发明如上所述，显然同样的发明可以在很多方面不同。这样的不同之处不应认为是偏离了本发明的精神和范围，所有这样的修改对于本领域的技术人员是显而易见的，应当包括在权利要求的范围之内。

Claims (21)

1.一种二次电池控制充电的方法，包括以下步骤：

通过采用第一充电控制和第二充电控制来控制二次电池的充电，第一充电控制指定为在小于满充电量的充电量下停止充电，第二充电控制指定为在等于或大于满充电量的充电量下停止充电；并且

在由所述第一充电控制进行的充电持续重复特定次数之后，随后由所述第二充电控制进行充电。

2.一种二次电池控制充电的***，包括：

第一充电控制装置，用于在小于满充电量的充电量下停止充电；

第二充电控制装置，用于在等于或大于满充电量的充电量下停止充电；

判定装置，用于判定由第一充电控制装置进行的充电持续重复特定次数；以及

控制切换装置，用于基于判定装置的输入即由所述第一充电控制装置进行的充电持续重复特定次数来进行切换，将所述第一充电控制装置切换到所述第二充电控制装置，从而由所述第二充电控制装置进行随后的充电。

3.根据权利要求2所述的二次电池控制充电的***，其中由所述第一充电控制装置进行的重复充电特定次数设定为小于20。

4.根据权利要求3所述的二次电池控制充电的***，其中小于满充电量、由所述第一充电控制装置进行的充电要停止的电池容量由两级电池容量组成；并且

提供选择装置，用于选择两级电池容量之中的任一个。

5.根据权利要求2所述的二次电池控制充电的***，其中小于满充电量、由所述第一充电控制装置进行的充电要停止的电池容量由两级电池容量组成；并且

提供选择装置，用于选择两级电池容量之中的任一个。

6.根据权利要求5所述的二次电池控制充电的***，其中在所述选择装置选择两级电池容量中的较低者并且所述判定装置确定充电至小于满充电量的充电量的充电重复了特定次数时，所述第一充电控制装置被切换到所述第二充电控制装置。

7.根据权利要求6所述的二次电池控制充电的***，还包括：

显示装置，用于在选择所述第二充电控制装置时显示表示所述选择被取消的信号。

8.一种二次电池控制充电的***，包括

第一充电控制装置，用于在小于满充电量的充电量下停止充电；

第二充电控制装置，用于在等于或大于满充电量的充电量下停止充电；

随机数产生装置，用于在每次由所述第一充电控制装置进行的充电时产生随机数；以及

控制切换装置，用于在由所述随机数产生装置产生的随机数对应于等于或小于所产生的随机数中最大值的特定值时进行切换，将所述第一充电控制装置切换到所述第二充电控制装置，从而由所述第二充电控制装置进行随后的充电。

9.根据权利要求8所述的二次电池控制充电的***，其中由所述随机数产生装置产生的随机数小于20。

10.根据权利要求9所述的二次电池控制充电的***，其中小于满充电量、由所述第一充电控制装置进行的充电要停止的电池容量由两级电池容量组成；并且

提供选择装置，用于选择两级电池容量之中的任一个。

11、根据权利要求8所述的二次电池控制充电的***，其中小于满充电量、由所述第一充电控制装置进行的充电要停止的电池容量由两级电池容量组成；并且

提供选择装置，用于选择两级电池容量之中的任一个。

12.一种二次电池控制充电的方法，包括以下步骤：

通过采用第一充电控制和第二充电控制来控制所述二次电池的充电，第一充电控制指定为在小于满充电量的充电量下停止充电，第二充电控制指定为在等于或大于满充电量的充电量下停止充电；

在由所述第一充电控制进行的充电持续重复特定次数之后，随后的充电由所述第二充电控制进行；并且

如果在所述第二充电控制中所述二次电池的状态满足特定刷新放电基准，在对所述二次电池充电之前对所述二次电池放电。

13.根据权利要求12所述的二次电池控制充电的方法，其中在所述二次电池的剩余容量小于特定值时确定为满足特定刷新放电基准。

14.根据权利要求12所述的二次电池控制充电的方法，其中在每次由所述第二充电控制的充电重复特定次数时确定为满足特定刷新放电基准。

15.一种二次电池控制充电的***，包括：

第一充电控制装置，用于在小于满充电量的充电量下停止充电；

第二充电控制装置，用于在等于或大于满充电量的充电量下停止充电；

判定装置，用于判定由第一充电控制装置进行的充电持续重复特定次数；

用于切换的控制切换装置，在所述判定装置判定为由所述第一充电控制装置进行的充电持续重复特定次数时，将所述第一充电控制装置切换到所述第二充电控制装置，从而由所述第二充电控制装置进行随后的充电；以及

刷新放电装置，用于在所述二次电池充电之前，在所述二次电池在由所述第二充电控制装置进行的控制中满足特定刷新放电基准时对所述二次电池进行放电。

16.根据权利要求15所述的二次电池控制充电的***，其中所述刷新放电装置设置成在所述二次电池的剩余容量小于特定值时对所述二次电池进行放电。

17.根据权利要求15所述的二次电池控制充电的***，其中，所述刷新放电装置设置成在每次由所述第二充电控制装置进行的充电重复了特定次数时对所述二次电池进行放电。

18.一种二次电池控制充电的方法，包括以下步骤：

通过采用第一充电控制和第二充电控制来控制所述二次电池的充电，第一充电控制指定为在小于满充电量的充电量下停止充电，第二充电控制指定为在等于或大于满充电量的充电量下停止充电；

由所述第一充电控制在第一充电电流下进行充电；

在由所述第一充电控制进行的充电持续重复特定次数之后，随后的充电由所述第二充电控制进行；并且

由所述第二充电控制进行充电，先在大于第一充电电流的第二充电电流下进行充电，随后在小于第一充电电流的第三充电电流下进行充电。

19.一种二次电池控制充电的***，包括：

断开电压存贮装置，用于设定对应于小于所述二次电池满充电量的特定容量的断开电压；

第一充电控制装置，用于在第一充电电流下对所述二次电池进行充电并且在所述二次电池的充电电压达到所述断开电压时停止充电；

第二充电控制装置，用于在大于第一充电电流的第二充电电流下对所述二次电池进行充电，直至二次电池的充电电压达到断开电压，然后在小于第一充电电流的第三充电电流下对所述二次电池进行充电，直至所述二次电池的充电量达到满充电量；以及

切换装置，用于选择所述第一充电控制装置或所述第二充电控制装置中的任一个。

20.根据权利要求19所述的二次电池控制充电的***，还包括：

满充电电压存贮装置，用于存贮所述二次电池在由所述第二充电控制进行的充电结束时的满充电电压；以及

校正装置，用于基于存贮在所述满充电电压存贮装置中的满充电电压值对所述断开电压的退化部分进行校正。

21.根据权利要求19所述的二次电池控制充电的***，还包括：

满充电电压存贮装置，用于存贮所述二次电池在由所述第二充电控制装置进行的充电结束时的满充电电压；

设定装置，用于设定所述二次电池在特定温度下的基准满充电电压；

温度存贮装置，用于存贮在所述满充电电压存贮装置中存贮满充电电压时所述二次电池的温度；以及

校正装置，用于基于存贮在所述满充电电压存贮装置中的满充电电压值、存贮在所述温度存贮装置中的所述二次电池的温度值和基准满充电电压来对所述断开电压的退化比例进行校正。

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