JP3229696B2 - 電池の充電方法 - Google Patents
電池の充電方法Info
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Description
続して充電する方法に関する。
蔵する電池を直列に接続した状態で充電される。電池に
非水系二次電池を使用するパック電池は、最初に定電流
充電した後、定電圧充電して満充電している。例えば、
リチウムイオン二次電池は約4.2Vで満充電になるの
で、2個のリチウムイオン二次電池を直列に接続したパ
ック電池は、定電圧充電の設定電圧を8.4Vに設定す
る。2個の電池が正常であるとき、同じ電圧で満充電さ
れる。
電池の容量に差があると、一方の電池が4.5V、他方
の電池が3.9Vとなって電圧に差ができることがあ
る。この場合、4.5Vに電圧が上昇した電池は過充電
となって電池性能が著しく低下する。定電圧充電の設定
電圧を低くして、小容量の電池の電圧が4.2Vよりも
上昇しないようにできるが、このように設定すると、正
常な電池を満充電できなくなる。このため、定電圧充電
する設定電圧を低くすることはできず、容量差によって
過充電されるのを防止できない。
パック電池は、充、放電サイクルを重ねるにしたがって
何回も過充電が繰り返され、これが累積されて著しく劣
化する性質がある。とくに、リチウムイオン二次電池等
の非水系二次電池は、過充電して電圧が上昇すると、電
解液を電気分解する副反応がおこる。副反応は電池性能
を低下させるに止まらず、内圧を異常に上昇させる。内
圧の異常上昇は、弁作動を引き起こし、電解液漏れを発
生させる。このため、非水系二次電池は、過充電による
弊害が大きく、これを防止することが極めて大切であ
る。
接続して充電することによって解消できる。このことを
実現するためには、充電するときに電池の接続を変更す
る必要がある。電池の接続を変更するためには、切換ス
イッチを必要とする。このため、使用中に接触不良等の
故障が発生しやすくなる。また、充電電流が大きくなっ
て充電器のコストアップや発熱の問題が発生し、回路の
信頼性が劣る欠点がある。
々の電池電圧を検出して、電池電圧差が設定値になると
異常表示して、充電を停止する方法がとられている。こ
の方法は、電圧差のある電池の充電を停止できるが、劣
化するのを防止して充電することはできない。
に開発されたものである。本発明の重要な目的は、直列
に接続された電池の電圧バランスを揃えて充電できる充
電方法を提供することにある。
は、前述の目的を達成するために下記のようにして電池
を充電する。本発明の充電方法は、複数の電池を直列に
接続して充電する充電方法を改良したもので、充電中
に、あるいは充電が完了したときに、各電池の電圧を検
出する。検出した電池電圧に差があると、高い電池の電
圧を低下させ、あるいは、低い電池の電圧を上昇させて
各電池の電圧差を少なくする。このことを実現するため
に、電圧の高い電池を放電し、あるいは電圧の低い電池
の充電電流を電圧の高い電池の充電電流よりも多くする
バランス充電又はバランス放電を行う。電圧の高い電池
を放電する場合、電圧の低い電池は放電しない。ただ、
電圧の高い電池の放電電流を、電圧の低い電池の放電電
流よりも多くして、電池の電圧差を少なくすることもで
きる。バランス充電又はバランス放電によって各電池の
電圧差を少なくして充電する。バランス充電又はバラン
ス放電は充電の途中で行い、あるいは、充電の終期で行
うことができる。充電の途中でバランス充電又はバラン
ス放電をする方法は、バランス充電又はバランス放電の
後さらに充電して満充電できる。
に接続して充電する。充電するときに電池電圧に差がで
きると、バランス充電又はバランス放電によって電圧差
を少なくする。バランス充電又はバランス放電は、電圧
の高い電池を放電して電圧を低下し、あるいは、電圧の
低い電池を充電して電圧を高くする。たとえば、リチウ
ムイオン二次電池を2個直列に接続したパック電池は下
記のようにして電圧差を少なくする。 設定電圧を
8.4Vとして、2個の電池を直列に接続して定電圧充
電する。 充電電流が設定値に減少して電池が満充電
され、あるいは、満充電に近づくと各電池の電圧を検出
する。 電圧の高い電池を放電し、電池電圧を設定電
圧まで低下させる。このとき、電圧が低い電池は放電し
ない。 その後、必要ならばさらに設定電圧を8.4
Vとしてパック電池を充電する。
によって電圧差を少なくしている。ただ、一方の電池を
充電するバランス充電によって電圧差を少なくすること
もできる。電池を充電するバランス放電は、電池を満充
電する前にするのがよい。それは、満充電した電池をさ
らに充電すると過充電となるからである。
池の電圧差を少なくして満充電するので、電圧が過電圧
に上昇してサイクル寿命が短くなったり、あるいは、内
圧が異常に上昇するのを防止できる。
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための方法を例示するものであって、本発
明の充電方法は、充電条件、充電回路、電池の形式等を
下記のものに特定するものでない。本発明の充電方法
は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で変更することが
できる。
路を図1に示し、この充電回路を使用して電池を充電す
る方法を詳述する。さらに、本発明の電池の充電方法
は、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池の充電
に最適であるので、以下リチウムイオン二次電池を充電
する回路と方法とを詳述する。ただ、非水系二次電池に
限らず、ニッケルカドミウム電池等の二次電池にも使用
できるのは言うまでもない。
1と、電池の充電電流を制御し、また、パック電池6の
電圧を検出し、パック電池6の電圧が設定電圧以上に上
昇するのを監視して充電する充電回路2と、電池が満充
電されると充電を停止するメインスイッチSWmと、電
池をバランス放電する放電手段4A、4Bと、メインス
イッチSWmと放電手段4A、4Bとを制御するマイコ
ン5とを備えている。
流充電し、パック電池6の電圧が設定電圧に上昇する
と、定電圧充電する。したがって、定電流充電回路と、
定電圧充電回路とを内蔵している。
御される。マイコン5は、電池を充電するときにメイン
スイッチSWmをオンとし、パック電池6が満充電され
ると、オフに切り換えて充電を停止する。
されている放電抵抗7A、7Bと放電スイッチ8A、8
Bとで構成される。放電手段4A、4Bは、2個の非水
系二次電池に並列に接続されて、それぞれの電池を単独
で放電できるようになっている。したがって、2個の電
池を直列に接続したパック電池6を充電する回路は、2
組の放電手段4A、4Bを備える。放電手段4A、4B
の電池の放電電流は、放電抵抗7A、7Bで調整され
る。放電抵抗7A、7Bを小さくすると放電電流は大き
くなる。放電電流が小さ過ぎると、電池の電圧を低下す
るのに必要な時間が長くなる。反対に、電池の放電電流
が大き過ぎると電池特性を低下させる。したがって、電
池の放電電流は、電池の容量と放電時間とを考慮して最
適値に設定される。
8Bは、マイコン5で制御される。マイコン5は、放電
スイッチ8A、8Bを制御するために、2個の電池電圧
を検出する。したがって、マイコン5は、電圧検出端子
9を2個の電池の+側に接続している。マイコン5は、
電池検出端子9に入力された電圧をデジタル信号に変換
するために、A/Dコンバータ(図示せず)を内蔵す
る。A/Dコンバータでデジタル信号に変換された電圧
値は、マイコン5の演算回路で演算される。マイコン5
は、2個の電池電圧を比較し、一方の電池電圧が設定電
圧よりも高いと判断したときに、高いと判定した電池に
接続した放電スイッチ8Aまたは8Bをオンとして放電
する。電池を放電して、電圧が設定電圧に低下すると、
放電スイッチ8Aまたは8Bをオフに切り換えて、電池
の放電を停止する。
ーチャートで、リチウムイオン二次電池等の非水系二次
電池を内蔵するパック電池を充電する。 [N1のステップ] マイコン5が、メインスイッチSWmをオンにして、パ
ック電池6の充電をスタートする。 [N2のステップ] パック電池6は、最初に定電流充電し、その後に定電圧
充電されて、通常充電がおこなわれる。
を検出して、メインスイッチSWmをオフにして充電を
停止する。マイコン5は、パック電池6の充電電流を検
出して満充電を検出する。非水系二次電池を内蔵するパ
ック電池は、定電圧充電されると、満充電に近づくにし
たがって充電電流が減少する性質がある。このため、パ
ック電池は、満充電になると、充電電流は極めて小さく
なってほとんど0となる。マイコン5は、充電電流が設
定値以下になると満充電したと判断して、メインスイッ
チSWmをオフにする。図1に示す充電回路2は、パッ
ク電池6の充電電流を検出する回路を省略して図示して
いない。パック電池の充電電流を検出する回路は、すで
に使用されている全ての回路を使用できる。たとえば、
パック電池の直列に電流検出抵抗を接続し、この電流検
出抵抗の両端の電圧を検出して充電電流を検出できる。
A、Bの電圧V1、V2を検出する。 [N5のステップ] 検出した電池電圧V1、V2が、V1>V2の条件を満足す
るかどうかを判断する。すなわち、電池Aの電圧が、電
池Bよりも高いかどうかを判定する。 [N6のステップ]電圧V1、V2が、V1>V2の条件を
満足するとき、すなわち、電池Aの電圧が電池Bよりも
高いとき、マイコン5は、放電手段4Aの放電スイッチ
8Aをオンに切り換える。このとき、放電スイッチ8B
はオフに保持される。この状態で、電圧V1の高い電池
Aが放電される。電圧V2が低い電池Bは放電されな
い。したがって、電池Aの電圧が低下される。 [N7のステップ] 電池Aを放電した後、マイコン5は、再び電池AとB
の、電圧V1、V2を検出する。 [N8のステップ]検出した電圧V1、V2が電圧V1=
V2を満足するかどうかを判定する。すなわち、電池A
を放電して、両方の電池電圧が等しくなったかどうかを
判定する。電池電圧V1、V2が等しくないとき、N6の
ステップにループして、電池Aの放電を継続する。 [N9のステップ] 両方の電池A、Bの電圧が等しくなって、V1=V2とな
ると、マイコン5は放電スイッチ8Aをオフに切り換え
る。したがって、電池Aの放電は停止される。この状態
で、電池A、Bの電圧は等しく調整される。
イコン5は、V1<V2であるかどうか、すなわち、電池
Bの電圧が電池Aよりも高いかどうかを判定する。電池
電圧が、V1>V2でなく、また、V1<V2でもないとき
は、両方の電池A、Bの電圧が等しいので、放電手段4
A、4Bで放電することなく終了する。 [N11のステップ] 電池電圧がV1<V2を満足するときは、電池Bの電圧が
電池Aよりも高いので、放電スイッチ8Bをオンにし
て、電池Bを放電する。このとき、放電スイッチ8A、
はオフに保持される。この状態で、電圧V2の高い電池
Bが放電される。電圧が低い電池Aは放電されない。し
たがって、電池Bの電圧が低下する。 [N12のステップ] 電池Bを放電した後、マイコン5は、再び電池電圧V
1、V2を検出する。 [N13のステップ] 検出した電圧V1、V2が電圧V1=V2を満足するかどう
かを判定する。すなわち、電池Bを放電して、両方の電
池電圧が等しくなったかどうかを判定する。電池電圧V
1、V2が等しくないとき、N11のステップにループし
て、電池Bの放電を継続する。 [N14のステップ] 電池Aと電池Bの電圧が等しくなって、V1=V2となる
と、マイコン5は放電スイッチ8Bをオフに切り換え
る。したがって、電池Bの放電は停止される。この状態
で、電池A、Bの電圧は等しく調整される。
た後、一方の電池を放電するバランス放電して電圧差を
0とする。ただ、電池を充電する途中でバランス充電又
はバランス放電して電池電圧を等しくした後、再び充電
することもできるのはいうまでもない。また、充電の途
中で複数回バランス充電又はバランス放電して電池電圧
を等しくしながら充電することもできる。
方法として、それぞれの電池を異なる放電電流で放電し
て電圧を等しくすることもできる。それは、一方の電池
を他方の電池よりも大電流で放電すると、大電流で放電
する電池の電圧が、小電流で放電する電池よりも低くな
るからである。
圧を等しくする充電回路を示している。この充電回路
は、マイコン5に制御される2組の充電手段10A、1
0Bを備える。2組の充電手段10A、10Bは、独立
して2個の電池を充電する。すなわち、電池Aと電池B
とを単独で充電する。したがって、充電手段10A、1
0Bは、独立電源11A、11Bと充電スイッチ12
A、12a、12Bとを備えている。充電手段10A
は、独立電源11Aを二つの充電スイッチ12A、12
aを介して電池Aの+−極に接続している。充電手段1
0Bは、ひとつの充電スイッチ12Bを介して電池Bの
+側に接続している。電池Bの−側は、常に充電手段1
0Bの−側に接続している。
ッチ12A、12aがオンになると、電池Aが充電さ
れ、充電手段10Bの充電スイッチ12Bがオンになる
と、電池Bが充電される。一方の電池を充電するとき、
他方の電池は充電されない。この充電回路は、電池を充
電するバランス充電によって電池電圧を等しく制御す
る。この充電回路は、パック電池を満充電する前に、バ
ランス充電して電池電圧を等しくする。それは、パック
電池を満充電してさらに、一方の電池を満充電すると、
過充電するからである。この充電回路は、パック電池を
定電圧充電する設定電圧を低くして充電し、充電電流が
減少した状態でバランス充電して電池電圧を揃え、その
後に設定電圧を高くしてパック電池を満充電することも
できる。
チャートで非水系二次電池のパック電池を充電する。 [N1のステップ] マイコン5がメインスイッチSWmをオンにして、パッ
ク電池6の充電をスタートする。 [N2のステップ] パック電池6は、最初に定電流充電し、その後に定電圧
充電して通常充電する。定電圧充電する設定電圧は、満
充電する設定電圧よりも低く設定する。 [N3のステップ] パック電池6が所定量充電されると、マイコン5がその
ことを検出して、メインスイッチSWmをオフにして充
電を停止する。マイコン5は、パック電池6の充電電流
を検出し、充電電流が設定値以下になると充電を停止す
る。 [N4のステップ] マイコン5が、パック電池6に内蔵される2個の電池
A、Bの電圧V1、V2を検出する。
るかどうかを判断する。 [N6のステップ] 電圧V1、V2が、V1>V2の条件を満足するとき、すな
わち、電池Aの電圧が電池Bより高いとき、マイコン5
は、充電手段10Bの充電スイッチ12Bをオンに切り
換える。このとき、充電スイッチ12A、12aはオフ
に保持される。この状態で、電圧V2の低い電池Bが充
電される。電圧が高い電池Aは充電されない。したがっ
て、電池Bの電圧が上昇する。 [N7のステップ] 電池Bを充電した後、マイコン5は、再び電池電圧V
1、V2を検出する。 [N8のステップ] 検出した電圧V1、V2が電圧V1=V2を満足するかどう
かを判定する。すなわち、電池Bを充電して、両方の電
池電圧が等しくなったかどうかを判定する。電池電圧V
1、V2が等しくないとき、N6のステップにループし
て、電池Bの充電を継続する。 [N9のステップ] 両方の電池Aと電池Bの電圧が等しくなって、V1=V2
となると、マイコン5は充電スイッチ12Bをオフに切
り換える。この状態で、電池A、Bの電池は等しく調整
される。
イコン5は、V1<V2であるかどうか、すなわち、電池
Bの電圧が電池Aよりも高いかどうかを判定する。電池
電圧が、V1>V2でなく、また、V1<V2でもないとと
きは、両方の電池A、Bの電圧が等しいので、充電手段
10A、10Bで充電することなく、N15のステップ
にジャンプする。 [N11のステップ] 電池電圧がV1<V2を満足するとき、電池Aの電圧が電
池Bよりも低いので、充電スイッチ12A、12aをオ
ンにして、電池Aを充電する。このとき、充電スイッチ
12Bはオフに保持される。この状態で、電圧V1の低
い電池Aが充電される。電圧V2が高い電池Bは充電さ
れない。したがって、電池Aの電圧が上昇する。 [N12のステップ] 電池Aを充電した後、マイコン5は、再び電池電圧V
1、V2を検出する。 [N13のステップ] 検出した電圧V1、V2が電圧V1=V2を満足するかどう
かを判定する。すなわち、電池Aを充電して、両方の電
池電圧が等しくなったかどうかを判定する。電池電圧V
1、V2が等しくないとき、N11のステップにループし
て、電池Aの充電を継続する。 [N14のステップ] 両方の電池A、Bの電圧が等しくなって、V1=V2とな
ると、マイコン5は充電スイッチ12A、12aをオフ
に切り換える。したがって、電池Aの充電は停止され
る。この状態で、電池A、Bの電圧は等しく調整され
る。
Wmをオンにして再び充電を開始する。このときの設定
電圧は、N2のステップにおける設定電圧よりも高く設
定する。[N16のステップ] パック電池6が満充電になると、メインスイッチSWm
をオフにして充電を終了する。
電又はバランス放電によって電池の電圧差を少なくして
満充電する。このため、電池を充電するときに、容量差
の有る複数の電池の性能が低下するのを防止できる特長
がある。複数の電池を直列に接続して充電するとき、
充、放電のサイクル数が多くなると、各電池に電圧のバ
ラツキができる。充、放電を繰返すとこれが累積され
て、高電圧に充電される電池の性能が加速度的に低下す
る。また、高電圧に充電される電池は内圧が異常に上昇
することもある。本発明の充電方法は、電池の電圧差を
少なくして満充電するので、何れかの電池が異常に高い
電圧に上昇して、過充電されるのを防止できる。毎回、
本発明の方法で電池を充電すると、電圧差を等しくして
満充電できるので、サイクル寿命を延長して、電池性能
の低下を少なくし、さらに、内圧の異常な上昇も防止で
きる。
電するフローチャート図
電するフローチャート図
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の電池を直列に接続して充電する充
電方法において、 各電池の電圧を検出し、電圧の高い電池を放電して各電
池の電圧差を少なくするバランス放電を行い、充電の途
中でバランス放電して各電池の電圧差を少なくした後、
さらに充電することを特徴とする電池の充電方法。 - 【請求項2】 複数の電池を直列に接続して充電する充
電方法において、 各電池の電圧を検出し、電圧の高い電池の放電電流を、
電圧の低い電池の放電電流よりも多くして各電池の電圧
差が少なくなるようにバランス放電した後、さらに充電
することを特徴とする電池の充電方法。 - 【請求項3】 複数の電池を直列に接続しているパック
電池を充電する充電方法において、パック電池を満充電
した後、充電を停止して、各電池の電圧を検出し、電圧
の高い電池を放電して電池の電圧差を少なくするバラン
ス放電を行うことを特徴とする電池の充電方法。 - 【請求項4】 複数の電池を直列に接続して充電する充
電方法において、 各電池の電圧を検出し、電圧の低い電池の充電電流を電
圧の高い電池の充電電流よりも多くして各電池の電圧差
を少なくするバランス充電を行い、充電の途中でバラン
ス充電して各電池の電圧差を少なくした後、さらに充電
することを特徴とする電池の充電方法 。
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