TWI707519B - 定電流充電裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種定電流充電裝置，即使二次電池的內部阻抗變高，亦可縮短二次電池的總充電時間。定電流充電裝置包括：充電完成電壓檢測器；電池電壓下降檢測器；可逆計數器，當收到充電完成電壓檢測器的檢測信號時，對資料進行加法運算，當收到電池電壓下降檢測器的檢測信號時，對資料進行減法運算，並輸出資料；以及定電流產生電路，根據可逆計數器輸出的資料，切換對二次電池的充電電流。

Description

定電流充電裝置
本發明是有關於一種用於對鋰離子(lithium ion)二次電池等可充電的電池進行充電的充電裝置，更詳細而言，是有關於一種適合於急速充電的定電流充電裝置。
對二次電池進行充電的方法有若干種方法。作為代表性的充電方法之一，可列舉定電流充電。圖4是表示以往的定電流充電時的充電電流I及電池電壓VBAT的圖。
充電初期是以大電流對二次電池進行充電。當電池電壓VBAT上升而達到充電完成電壓VEND(例如4.2V)時，將充電電流逐漸切換為低電流。最終，以規定的最小電流進行充電，當達到充電完成電壓VEND時，完成充電。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平8-203563號公報
近年來，小型低成本的鋰離子二次電池的內部阻抗與其他鋰離子二次電池相比存在增加傾向。
在以往的定電流充電中，若內部阻抗高，則在充電電流切換的時刻(timing)t1、t2等時，電池電壓的下降(drop)電壓將變大，充電電流切換後進行充電的電壓量增加。因此，各定電流值下的充電時間變長，總充電時間變長。而且，若內部阻抗變高，則二次電池的電壓檢測容易受到外來雜訊(noise)的影響。 因外來雜訊，二次電池的電壓會瞬間超過充電完成電壓VEND，由此，儘管未達到充電完成電壓VEND，但充電電流將會進行切換，從而導致直至充電完成為止的時間變長。
本發明是為了解決如上所述的課題而創作，提出一種即使二次電池的內部阻抗變高亦可縮短充電時間的定電流充電裝置。
為了解決以往的課題，本發明的對二次電池進行急速充電的定電流充電裝置採用了如下所述的結構。
一種定電流充電裝置，包括：充電完成電壓檢測器，檢測二次電池的電壓已達到規定的充電完成電壓；電池電壓下降檢測器，以比充電完成電壓低的檢測電壓來檢測二次電池的電壓的下降；可逆計數器(up-down counter)，當收到充電完成電壓檢測器的檢測信號時，對資料進行加法運算，當收到電池電壓下降檢測器的檢測信號時，對資料進行減法運算，並輸出資料；以及定 電流產生電路，根據可逆計數器輸出的資料，來切換對二次電池的充電電流。
本發明的定電流充電裝置如上所述般構成，因此無論二次電池的內部阻抗如何，均可縮短充電時間。
100、200:定電流充電裝置
101:二次電池
102:定電流產生電路
103:電源電路
105:可逆計數器
106:充電完成電壓檢測器
107:電池電壓下降檢測器
108:基準電壓產生電路
109:分壓電路
110、111:延遲電路
D1、D2:節點
I、I1~I5:充電電流
t1、t2:時刻
tp1~tp7:時間
VBAT:電池電壓
VEND:充電完成電壓
VIN:輸出電壓
VREF:基準電壓
VSTP:檢測電壓
圖1是本實施形態的定電流充電裝置的方塊圖。
圖2是表示本實施形態的定電流充電時的充電電流及電池電壓的圖。
圖3是表示本實施形態的定電流充電裝置的另一例的方塊圖。
圖4是表示以往的定電流充電時的充電電流及電池電壓的圖。
以下，參照圖式來說明本實施形態。
圖1是本實施形態的定電流充電裝置的方塊圖。
定電流充電裝置100具備直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)轉換器(converter)等電源電路103、定電流產生電路102、分壓電路109、基準電壓產生電路108、充電完成電 壓檢測器106、電池電壓下降檢測器107以及可逆計數器105。
定電流產生電路102輸入電源電路103的輸出電壓VIN，對二次電池101供給電流。分壓電路109連接於二次電池101的兩端，對電池電壓VBAT進行分壓。基準電壓產生電路108產生基準電壓VREF。充電完成電壓檢測器106輸入分壓電路109的節點(node)D1的電壓VD1與基準電壓VREF，對它們進行比較，以檢測充電完成電壓VEND。電池電壓下降檢測器107輸入分壓電路109的節點D2的電壓VD2與基準電壓VREF，對它們進行比較，以檢測比充電完成電壓VEND低的檢測電壓VSTP。可逆計數器105根據充電完成電壓檢測器106的檢測信號來進行升值計數(up count)，根據電池電壓下降檢測器107的檢測信號來進行降值計數(down count)，將輸出信號輸入至定電流產生電路102的輸入端子。
可逆計數器105的輸出信號成為與切換的電流的步驟數N(N為2以上的自然數)相應的信號，為N個信號或以二進制數表示的匯流排(bus)信號等。定電流產生電路102以每當輸入信號接近N時降低電流值的方式進行控制。
接下來，對本實施形態的定電流充電裝置中的定電流充電的動作進行說明。
圖2是表示本實施形態的定電流充電時的充電電流及電池電壓的圖。本實施形態的定電流充電裝置將充電電流的步驟數N設為5。
在充電開始的初期(直至tp1為止的時間)，可逆計數器105輸出資料「1」，因此定電流產生電路102以充電電流I1來對二次電池101進行充電。二次電池101以充電電流I1受到充電，電池電壓VBAT逐漸上升。在時間tp1，當電池電壓VBAT達到充電完成電壓VEND時，充電完成電壓檢測器106輸出檢測信號(例如高位準(level))。收到充電完成電壓檢測器106的檢測信號後，可逆計數器105將資料加1而輸出資料「2」。定電流產生電路102收到資料「2」，切換為與此相當的充電電流I2，將充電電流I2供給至二次電池101。
當充電電流減少時，因內部阻抗的影響，二次電池101的電池電壓VBAT下降。當電池電壓VBAT低於檢測電壓VSTP時，電池電壓下降檢測器107輸出檢測信號(例如高位準)。收到電池電壓下降檢測器107的檢測信號後，可逆計數器105從資料減1而輸出資料「1」。定電流產生電路102收到資料「1」，切換為與此相當的充電電流I1，再次將充電電流I1供給至二次電池101。
在時間tp2，當電池電壓VBAT再次達到充電完成電壓VEND時，同樣地，可逆計數器105輸出資料「2」，定電流產生電路102從充電電流I1減少至充電電流I2。並且，當電池電壓VBAT下降而低於檢測電壓VSTP時，充電電流切換為I1。
在時間tp3，當電池電壓VBAT達到充電完成電壓VEND而充電電流減少至I2時，電池電壓VBAT不會低於檢測電壓VSTP，因此電池電壓下降檢測器107不輸出檢測信號，因此定電流產生 電路102以充電電流I2繼續對二次電池進行充電。
在時間tp4，當電池電壓VBAT再次達到充電完成電壓VEND時，同樣地，可逆計數器105輸出資料「3」，定電流產生電路102從充電電流I2減少至充電電流I3。並且，當電池電壓VBAT下降而低於檢測電壓VSTP時，充電電流切換為I2。
在時間tp5，當電池電壓VBAT達到充電完成電壓VEND而充電電流減少至I3時，電池電壓VBAT不低於檢測電壓VSTP，因此電池電壓下降檢測器107不輸出檢測信號，因此定電流產生電路102繼續以充電電流I3對二次電池101進行充電。
在時間tp6，當電池電壓VBAT再次達到充電完成電壓VEND而充電電流減少至I4時，電池電壓VBAT不低於檢測電壓VSTP，因此電池電壓下降檢測器107不輸出檢測信號，因此定電流產生電路102繼續以充電電流I4對二次電池101進行充電。
在時間tp7，當電池電壓VBAT再次達到充電完成電壓VEND而減少至充電電流I5時，電池電壓VBAT不低於檢測電壓VSTP，因此電池電壓下降檢測器107不輸出檢測信號，因此定電流產生電路102繼續以充電電流I5對二次電池101進行充電。
本實施形態的定電流充電裝置將充電電流I5作為最終的充電電流，以充電電流I5繼續充電，藉由電池電壓VBAT達到充電完成電壓VEND而完成充電。
圖3是表示本實施形態的定電流充電裝置的另一例的方塊圖。
定電流充電裝置200進而在充電完成電壓檢測器106的輸出端子與可逆計數器105的輸入端子之間具備延遲電路110，在電池電壓下降檢測器107的輸出端子與可逆計數器105的輸入端子之間具備延遲電路111。延遲電路110使充電完成電壓檢測器106輸出的檢測信號延遲規定時間後輸入至可逆計數器105。延遲電路111使電池電壓下降檢測器107輸出的檢測信號延遲規定時間後輸入至可逆計數器105。
延遲電路110、111具有使定電流產生電路102的充電電流的切換控制變得穩定的作用。藉由將延遲電路110的延遲時間設定得長於延遲電路111的延遲時間，從而可使定電流產生電路102的充電電流的切換控制更為穩定。
如以上所說明般，根據本實施形態的定電流充電裝置，設置比充電完成電壓VEND低的檢測電壓VSTP，在減少充電電流時電池電壓VBAT低於檢測電壓VSTP的情況下，追加使充電電流恢復至前階段的電流值的流程，從而無論內部阻抗的特性如何，皆可縮短對二次電池進行充電的時間。
另外，電池電壓下降檢測器107亦可構成為，根據定電流產生電路102的充電電流來變更檢測電壓VSTP。若充電電流變小，則電池電壓VBAT的下降亦變小，因此藉由與此相應地變更檢測電壓VSTP，從而可進一步縮短充電時間。
100‧‧‧定電流充電裝置
101‧‧‧二次電池
102‧‧‧定電流產生電路
103‧‧‧電源電路
105‧‧‧可逆計數器
106‧‧‧充電完成電壓檢測器
107‧‧‧電池電壓下降檢測器
108‧‧‧基準電壓產生電路
109‧‧‧分壓電路
D1、D2‧‧‧節點
VBAT‧‧‧電池電壓
VIN‧‧‧輸出電壓
VREF‧‧‧基準電壓

Claims (4)

  1. 一種定電流充電裝置，其特徵在於包括： 充電完成電壓檢測器，檢測二次電池的電壓已達到規定的充電完成電壓； 電池電壓下降檢測器，以比所述充電完成電壓低的檢測電壓來檢測所述二次電池的電壓的下降； 可逆計數器，當收到所述充電完成電壓檢測器的檢測信號時，對資料進行加法運算，當收到所述電池電壓下降檢測器的檢測信號時，對所述資料進行減法運算，並輸出所述資料；以及 定電流產生電路，根據所述可逆計數器輸出的所述資料，來切換對所述二次電池的充電電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的定電流充電裝置，包括： 第一延遲電路，設置在所述充電完成電壓檢測器的輸出端子與所述可逆計數器的輸入端子之間；以及 第二延遲電路，設置在所述電池電壓下降檢測器的輸出端子與所述可逆計數器的輸入端子之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的定電流充電裝置，其中 所述第一延遲電路的延遲時間長於所述第二延遲電路的延遲時間。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的定電流充電裝置，其中 所述電池電壓下降檢測器根據所述可逆計數器的所述資料來變更所述檢測電壓。
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