JP3213432B2 - 二次電池の充電方法 - Google Patents

二次電池の充電方法

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  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池の充電方法に
関し、特に、非水系二次電池を急速充電する場合に有効
な充電方法に関する。
【0002】
【従来の技術】繰り返し使用できる二次電池の中でも、
非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、電池
電圧が高く(例えば4.2V)、高エネルギー密度が得
られ、かつサイクル特性に優れている。このような非水
系二次電池を充電する方法として、特開平2−1926
70号公報に示されたように、定電流(または準定電
流)・定電圧充電方法がある。
【0003】斯る充電方法によれば、まず、二次電池の
電池電圧が充電電源の定電圧値より低い場合、定電流
(または準定電流)により、二次電池の充電が行われ、
電池電圧は次第に上昇する。そして、電池電圧が所定電
圧(例えば、4.2V)に達すると、以後、この電圧値
により制限された定電圧充電が行われる。この定電圧充
電が進むと、充電電流は次第に減少し、そして、充電電
流が所定値まで減少すると、充電が終了する。
【0004】こうした非水系二次電池の充電において、
急速充電を行う場合には、初期における定電流(または
準定電流)充電の電流値を大きくすることが考えられ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電流値
を大きくして急速充電を行う場合には、電流値の増加に
伴って、充電器側の定格出力を大きくする必要があり、
充電器の大型化及びコストアップを招く。更に、熱的要
因による充電器及び二次電池の信頼性の低下等の悪影響
も生じる。また、大電流の印加により、二次電池の性能
劣化が生じる恐れもある。
【0006】そこで、本発明は、こうした充電器の大型
化、コストアップ及び信頼性低下と、二次電池の信頼性
低下及び性能劣化を招くことなく、非水系二次電池の急
速充電を行うことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の二次電池
の充電方法は、電池電圧が第1の電圧に達するまで定電
流充電または準定電流充電し、その後、定電流充電と前
記第1の電圧での定電圧充電とを繰り返し行い、前記定
電圧充電時の充電電流が所定値以下になると、前記第1
の電圧で定電圧充電を行うことを特徴とする。
【0008】また、本発明の第2の二次電池の充電方法
は、電池電圧が第1の電圧に達するまで定電流充電また
は準定電流充電し、その後、定電流充電と充電休止とを
繰り返し行い、前記充電休止時の電池電圧が設定電圧以
上になると、前記第1の電圧で定電圧充電を行うことを
特徴とする。
【0009】
【作用】本発明による二次電池の充電方法では、まず、
電池電圧が第1の電圧に達するまで、定電流充電(また
は準定電流充電)を行う。そして、第1の電圧に達する
と、定電流充電と第1の電圧での定電圧充電(または充
電休止)とを、繰り返し行う。
【0010】ここで、第1の電圧は、二次電池に最適な
電圧である。従って、二次電池を第1の電圧に到達後も
更に定電流充電することは、二次電池を第1の電圧より
高い電圧まで充電することとなり、二次電池にとって、
副反応が生じる好ましくないことである。そこで、本発
明では、斯る充電動作を二次電池の充電初期に行うと共
に、第1の電圧で定電圧充電する期間(または充電休止
する期間)を設けることにより、前記副反応を十分に抑
制している。
【0011】そして、定電圧充電時の充電電流が所定値
以下になると(または充電休止時の電池電圧が設定電圧
以上になると)、二次電池を、第1の電圧により定電圧
充電して、確実に満充電とする。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の充電方法を用いて、リチウ
ムイオン二次電池からなる二次電池Bを充電するための
充電回路を示すブロック回路図である。
【0013】電源回路1は、AC100Vの商用交流電
源に含まれる雑音を除去する入力フィルタと、入力され
た交流を直流に変換する整流回路と、整流回路の直流を
高周波の交流に変換するスイッチング部と、高周波の交
流を所定の電圧に変換する変換トランスと、変換トラン
スの交流出力を整流して平滑な直流に変換する整流平滑
回路等の周知の直流電源回路からなる。
【0014】充電制御回路2は、電源回路1の出力を調
整して二次電池Bの充電電圧及び充電電流を制御する定
電圧充電回路10及び定電流充電回路11と、演算回路
12と、電流検出回路13と、電圧検出回路14と、電
源回路1と二次電池Bとの間に設けられた充電制御スイ
ッチ15と、二次電池Bに並列に接続された放電抵抗1
6及び放電制御スイッチ17とからなる。
【0015】定電圧充電回路10を構成する差動アンプ
10Aは、−側入力端子を、分圧抵抗を介して二次電池
Bに接続し、+側入力端子を、切替スイッチSW1を介
して第1基準電圧E1(本実施例では4.5V)または
第2基準電圧E2(本実施例では4.2V)に接続して
いる。
【0016】差動アンプ10Aは、−側入力端子の電
圧、即ち、二次電池Bの分圧電圧と、+側入力端子の基
準電圧E1またはE2とを比較する。分圧電圧(即ち、
電池電圧)が基準電圧E1またはE2よりも高くなる
と、差動アンプ10Aの出力は−となり、制御トランジ
スタTR1のベース電流を引き込む。よって、制御トラ
ンジスタTR1を経て供給される出力を低下させる。
【0017】斯る動作を行うことにより、定電圧充電回
路10は、基準電圧E1またはE2に応じた電圧でもっ
て充電電圧を規制して、二次電池Bを定電圧充電する。
【0018】一方、定電流充電回路11を構成する差動
アンプ11Aは、−側入力端子を、二次電池Bに直列接
続された電流検出抵抗Rに接続し、+側入力端子を基準
電圧E3に接続している。
【0019】差動アンプ11Aは、−側入力端子の電
圧、即ち、二次電池Bに流れる電流値に基づいて電流検
出抵抗Rに発生する電圧と、+側入力端子の基準電圧E
3の電圧とを比較する。電流検出抵抗Rに発生する電圧
が、基準電圧E3よりも高くなる(言い換えれば、二次
電池Bを流れる電流値が所定値より大きくなる)と、差
動アンプ11Aの出力は−となって、制御トランジスタ
TR1のベース電流を引き込み、充電電流を低下させ
る。即ち、定電流充電回路11は、二次電池Bの充電電
流が一定となるように制御して充電を行う。
【0020】演算回路12は、マイコンからなる。演算
回路12は、A/D変換器からなる電流検出回路13の
出力及び電圧検出回路14の出力を演算して、二次電池
Bの充電状態を検出し、充電制御スイッチ15、放電制
御スイッチ17及び切替スイッチSW1の開閉動作を制
御する。
【0021】まず、本発明の充電方法の第1実施例を、
図2のフローチャート及び図3のグラフを参照して説明
する。ステップS1において、充電制御スイッチ15を
オン状態に、放電制御スイッチ17をオフ状態に、及び
切替スイッチSW1を基準電圧E1側とし、定電流充電
回路11の制御の下に、充電電流IAでの定電流充電を
行う。
【0022】ステップS2において、二次電池Bの電池
電圧Vcを検出し、ステップS3において、斯る電池電
圧Vcが、所定値Vtに到達したか否かを判断する。そし
て、到達したと判断すると、次のステップS4に進む。
なお、所定値Vtは、例えば4.2Vである。
【0023】ステップS4において、定電流充電回路1
1の制御の下に、所定時間Ta(例えば、数秒〜数分)
の定電流充電を行い、所定時間Taが経過すると、次の
ステップS5に移行する。
【0024】ステップS5において、切替スイッチSW
1を基準電圧E2とし、定電圧充電回路10の制御の下
に、基準電圧E2(即ち、4.2V)での定電圧充電を
行う。この時、二次電池Bの電池電圧は、所定時間Ta
における定電流充電により、所定値Vt(即ち、基準電
圧E2=4.2V)を越えている。従って、放電制御ス
イッチ17をオン状態として、二次電池Bを4.2Vま
で放電して定電圧充電を行うことにより、二次電池Bの
過充電を確実に防止する。
【0025】ステップS6において、ステップS5にお
ける定電圧充電の開始から、所定時間Tb(例えば、数
秒〜数分)が経過したか否かを判断する。そして、所定
時間Tbが経過したと判断すると、ステップS7におい
て、二次電池Bの充電電流Icを検出する。
【0026】ステップS8においては、ステップS7に
て検出した充電電流Icが所定値It(定電流値IAより
も十分に小さい値)以下であるか否かを判断する。所定
値It以下でない場合、ステップS1に戻り、以後、ス
テップS1からステップS8の動作、即ち、所定時間T
aの定電流充電と所定時間Tbの定電圧充電とを、繰り返
し行う。
【0027】そして、ステップS8において、充電電流
Icが所定値It以下になると、ステップS9において、
充電開始から所定時間Tcが経過するまで、基準電圧E
2(即ち、4.2V)での定電圧充電を継続して行い、
その後、ステップS10において、充電制御スイッチ1
5及び放電制御スイッチ17をオフ状態として、二次電
池Bの充電を終了する。
【0028】次に、本発明の充電方法の第2実施例を、
図4のフローチャート及び図5のグラフを参照して説明
する。同実施例は、図2に示す第1実施例のステップS
3及びステップS4に替えて、ステップS21を行って
いる点で、第1実施例と異なる。
【0029】即ち、第1実施例では、ステップS3にお
いて、二次電池Bの電池電圧Vcが、所定値Vt(4.2
V)に到達したと判断すると、次のステップS4におい
て、定電流充電回路11の制御の下に、所定時間Ta
(例えば、数秒〜数分)の定電流充電を行っている。従
って、二次電池Bは、所定時間Taの間、必ず適宜であ
る所定値Vt(即ち、4.2V)以上の電圧に曝される
こととなり、わずかながらも劣化する可能性がある。
【0030】そこで、第2実施例では、二次電池Bが適
宜である所定値Vt(即ち、4.2V)以上の電圧に曝
される時間をできるだけ短時間とするために、ステップ
S21において、二次電池Bの電池電圧が規定値VT
(本実施例では、4.4V)に達したか否かを判断して
いる。そして、到達したと判断すると、次のステップS
5において、切替スイッチSW1を基準電圧E2とし、
定電圧充電回路10の制御の下に、基準電圧E2(即
ち、4.2V)での定電圧充電を行うようにしている。
【0031】これにより、二次電池Bが所定値Vtを越
えて充電される時間をできるだけ短時間として、二次電
池Bの劣化をより確実に防止しつつ、二次電池Bを急速
充電するようにしている。
【0032】更に、本発明の充電方法の第3実施例を、
図6のフローチャート及び図7のグラフを参照して説明
する。ステップS31において、放電制御スイッチ17
をオフ状態に及び切替スイッチSW1を基準電圧E1側
とし、続いてステップS32において、充電制御スイッ
チ15をオン状態とし、定電流充電回路11の制御の下
に、充電電流IAでの定電流充電を行う。
【0033】ステップS33において、二次電池Bの電
池電圧Vcを検出し、ステップS34において、斯る電
池電圧Vcが、所定値Vtに到達したか否かを判断し、到
達したと判断すると、次のステップS35に進む。な
お、所定値Vtは、例えば4.2Vである。
【0034】ステップS35において、定電流充電回路
11の制御の下に、所定時間Ta(例えば、数秒〜数
分)の定電流充電を行い、所定時間Taが経過すると、
次のステップS36に移行する。
【0035】ステップS36において、充電制御スイッ
チ15をオフ状態として、二次電池Bの充電を休止す
る。そして、ステップS37において、ステップS36
における充電休止の開始から、所定時間Tb(例えば、
数秒〜数分)が経過したか否かを判断する。そして、所
定時間Tbが経過したと判断すると、ステップS38に
おいて、二次電池Bの電池電圧Vcを検出する。
【0036】ステップS39においては、ステップS3
8にて検出された電池電圧Vcが所定値Vt(即ち、4.
2V)以上であるか否かを判断する。所定値Vt以上で
ない場合、ステップS32に戻り、以後、ステップS3
2からステップS39の動作、即ち、所定時間Taの定
電流充電と所定時間Tbの充電休止とを、繰り返し行
う。
【0037】そして、ステップS39において、電池で
圧Vcが所定値Vt以上になると、ステップS40におい
て、充電制御スイッチ15をオン状態に、放電制御スイ
ッチ17をオン状態に、及び切替スイッチSW1を基準
電圧E2側とし、二次電池Bを4.2Vまで放電できる
ようにする。そして、ステップS41において、定電圧
充電回路10の制御の下に、充電開始から所定時間Tc
が経過するまで、基準電圧E2(即ち、4.2V)での
定電圧充電を行い、その後、ステップS42において、
充電制御スイッチ15及び放電制御スイッチ17をオフ
状態として、二次電池Bの充電を終了する。
【0038】なお、本発明は前述の3つに実施例に限ら
れるものではない。例えば、実施例3において、所定時
間Taの定電流充電に代え、所定値Vtに達するまでの定
電流充電を行ってもよい。
【0039】
【発明の効果】本発明における二次電池の充電方法は、
電池電圧が第1の電圧に達するまで定電流充電または準
定電流充電し、その後、定電流充電と前記第1の電圧で
の定電圧充電(または充電休止)とを繰り返し行い、前
記定電圧充電時の充電電流が所定値以下になると(また
は前記充電休止時の電池電圧が設定電圧以上になる
と)、前記第1の電圧で定電圧充電を行うので、過充電
によって二次電池の電池性能を低下させることなく、二
次電池の急速充電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するための回路図である。
【図2】本発明の第1実施例を示すフローチャートであ
る。
【図3】本発明の第1実施例における電池電圧及び充電
電流を示すグラフである。
【図4】本発明の第2実施例を示すフローチャートであ
る。
【図5】本発明の第2実施例における電池電圧及び充電
電流を示すグラフである。
【図6】本発明の第3実施例を示すフローチャートであ
る。
【図7】本発明の第3実施例における電池電圧及び充電
電流を示すグラフである。
【符号の説明】
2 充電制御回路 10 定電圧充電回路 11 定電流充電回路 12 演算回路 15 充電制御スイッチ 16 放電抵抗 17 放電制御スイッチ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−121722(JP,A) 特開 平2−119538(JP,A) 特開 平3−145935(JP,A) 特開 昭51−114646(JP,A) 特開 平3−251054(JP,A) 実開 平2−129147(JP,U) 実開 平3−11337(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/10 H01M 10/44

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池電圧が第1の電圧に達するまで定電
    流充電または準定電流充電し、その後、第1の所定時間
    定電流充電と第2の所定時間の前記第1の電圧での定
    電圧充電とを繰り返し、前記定電圧充電終了時の充電電
    流が所定値以下であると、前記第1の電圧で定電圧充電
    を行うことを特徴とする二次電池の充電方法。
  2. 【請求項2】 電池電圧が第1の電圧に達するまで定電
    流充電または準定電流充電し、その後、電池電圧が前記
    第1の電圧より高い第2の電圧になるまでの定電流充電
    と第2の所定時間の前記第1の電圧での定電圧充電とを
    繰り返し、前記定電圧充電終了時の充電電流が所定値以
    下になると、前記第1の電圧で定電圧充電を行うことを
    特徴とする二次電池の充電方法。
  3. 【請求項3】 前記定電圧充電は、前記電池電圧が前記
    第1の電圧になるように放電して行うことを特徴とする
    請求項1または請求項2の二次電池の充電方法。
  4. 【請求項4】 電池電圧が第1の電圧に達するまで定電
    流充電または準定電流充電し、その後、第3の所定時間
    定電流充電と第4の所定時間の充電休止とを繰り返
    し、前記充電休止終了時の電池電圧が設定電圧以上であ
    と、前記第1の電圧で定電圧充電を行うことを特徴と
    する二次電池の充電方法。
  5. 【請求項5】 電池電圧が第1の電圧に達するまで定電
    流充電または準定電流充電し、その後、電池電圧が前記
    第1の電圧より高い第2の電圧になるまでの定電流充電
    と第4の所定時間の充電休止とを繰り返し、前記充電休
    止終了時の電池電圧が設定電圧以上であると、前記第1
    の電圧で定電圧充電を行うことを特徴とする二次電池の
    充電方法。
  6. 【請求項6】 前記定電圧充電は、前記電池電圧が前記
    第1の電圧になるように放電して行うことを特徴とする
    請求項4または請求項5の二次電池の充電方法。
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