JPH10304586A - 二次電池の充電装置 - Google Patents

二次電池の充電装置

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JPH10304586A
JPH10304586A JP9107559A JP10755997A JPH10304586A JP H10304586 A JPH10304586 A JP H10304586A JP 9107559 A JP9107559 A JP 9107559A JP 10755997 A JP10755997 A JP 10755997A JP H10304586 A JPH10304586 A JP H10304586A
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JP
Japan
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charging
battery
current
batteries
voltage
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP9107559A
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English (en)
Inventor
Kenji Takahashi
健司 高橋
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Resonac Corp
Original Assignee
Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10304586A publication Critical patent/JPH10304586A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の二次電池を組み合わせて充放電を繰り返
していると、箇々の二次電池の特性の差により、電圧差
や充電状態に差が生じてくる。この状態で充放電を繰り
返していると過充電となり電池の劣化を招く電池や、充
電不足となり電池の容量を十分出せないものがでてくる
のを無くすこと。 【解決手段】複数個の二次電池が直列に接続されて二次
電池の直列回路を構成し、該直列回路が複数個並列に接
続されて二次電池の並列回路を構成し、前記直列回路の
二次電池箇々の電池電圧を検出する手段と、前記並列回
路毎の充電電流を検出する手段と、前記直列回路の二次
電池の箇々の電池毎に充電電流を制御する手段と、前記
並列回路毎の充電出力を制御する手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばリチウムイ
オン電池のように、充電方式として定電流定電圧充電方
式が使用される二次電池の充電装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般に携帯電話やコードレス電話機など
の移動通信機をはじめ、ビデオカメラやヘッドホンステ
レオなどでは、電源として二次電池が使用されている。
この二次電池には種々のものがあるが、最近、リチウム
イオン電池が注目されている。このリチウムイオン電池
は、ニッケルカドミウム電池に比べて体積エネルギー密
度及び重量エネルギー密度がそれぞれ高いため、携帯用
機器のより一層の小型軽量化が期待できる。一般にこの
リチウムイオン電池を充電する場合には、定電流定電圧
充電方式によって充電される。この充電方式は最初に定
電流充電し電池電圧を設定値まで上昇させる。その後、
定電圧充電して満充電にしている。いつまでも定電流充
電していると、電池電圧が異常に上昇して電池性能を低
下させるからである。一定の電圧に設定して電池を定電
圧充電すると、満充電に近付くにしたがって充電電流は
次第に減少する。電池電圧が低いときには過充電となら
ないので、定電流充電にて所定の電流で急速充電し、電
池電圧が設定値に近くなると定電流から定電圧に切り替
えて過充電を防止する。最初から定電圧充電すると、充
電の初期に過大な充電電流が流れ、一方最後まで定電流
充電すると、過充電する弊害がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記、定電流定電圧充
電方式によって、複数の電池を直並列に接続して充電す
る場合、すべての電池の容量あるいは内部抵抗が、常に
同じであるとバランスよく充電できる。しかしながら、
実際には、二次電池の容量あるいは内部抵抗には若干の
ばらつきが存在し、更に初期において同じ内部抵抗であ
ったとしても、充放電サイクルが進んでいくうちに電池
の内部特性が変化し内部抵抗も変化する。その結果、各
電池の電圧バランスがくずれ、過充電が生じてしまう電
池がでる可能性がある。このように、初期、二次電池間
に存在する最小の性能の相違が、使用するにつれて、二
次電池の性能のばらつきが増大する傾向にあり、こうし
てできた低性能な二次電池単体の性能損失は、多少とも
他の二次電池の性能損失を引き起こす。
【0004】このような電池間にばらつきが生じた電池
を充電する方法として、特開平6−165399号公報
に直列接続した電池の充電方法が記載されている。この
方法は、直列接続された各電池の電池電圧を検出する手
段を持ち、二次電池を迂回して充電電流を供給するため
のバイパス回路が配置され、ある電池が充電停止電圧に
達すると、この電池に対してバイパス回路が形成され、
この電池には充電電流が流れず、バイパス回路を介して
他の電池に対してのみ充電がされるというものである。
しかしながら上記方法においては、充電停止電圧に達し
た時点で充電が停止するため、電池は満充電にはなら
ず、また直列に接続された電池毎で充電停止までの時間
が異なってくる。また、並列接続された電池間において
も、電池間の特性の違いから充電量が異なり、上記のよ
うな問題が生じる。そこで本発明の目的は、定電流定電
圧方式によって充電する複数の電池を直並列に接続した
二次電池を、過充電することなく、しかも箇々の電池を
満充電に近づけて充電することができる充電装置を提供
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、複数個の二次電池が直列に接続
されて二次電池の直列回路を構成し、該直列回路が複数
個並列に接続されて二次電池の並列回路を構成し、前記
直列回路の二次電池箇々の電池電圧を検出する手段と、
前記並列回路毎の充電電流を検出する手段と、前記直列
回路の二次電池毎に充電電流を制御する手段と、前記並
列回路毎の充電出力を制御する手段とを設けた。また、
前記充電電流を制御する手段は、定電流充電時におい
て、前記直列回路の二次電池箇々の電池電圧を検出する
手段によって検出された電池電圧の変化量に応じて、各
二次電池毎の充電電流を制御し、前記充電出力を制御す
る手段は、定電圧充電時において、前記並列回路毎の充
電電流を検出する手段によって検出された充電電流の変
化量に応じて、充電出力を制御するようにした。
【0006】図3はリチウムイオン電池を直列に接続し
定電流定電圧充電したときの電池電圧の変化を示したも
のである。図に示すように、電池電圧はA、Bの二次電
池によって異なる場合がある。これは、電池の特性が容
量、内部抵抗等によりA、Bで異なるためであり、Bの
電池は設定電圧に達しないうちに定電圧充電に移行して
しまっている。そこで定電流充電時において、図3の場
合、二次電池の電池電圧の変化を検出し、Aの二次電池
の充電電流を減らし、Bの二次電池の充電電流を増やす
ことにより、二次電池A、Bのバランスがとれる。図4
はリチウムイオン電池を並列に接続し定電流定電圧充電
したときの充電電流の変化を示したものである。図に示
すように、充電電流はC、Dも二次電池によって異なる
場合がある。これも電池電圧と同様に、電池の特性が容
量、内部抵抗等により異なるためである。そこで定電圧
充電時においては、充電電流を検出し、図4の場合はC
の二次電池の充電出力を増やし、Dの二次電池の充電出
力を減らすようにしている。これにより二次電池C、D
がバランスよく充電できる。一方、上記定電圧充電時に
おける充電出力を制御する手段は、充電出力をパルスに
して行う。これにより、電池間のバランスをとるととも
に、充電電流を流していない状態での電池電圧検出が可
能であり、正確な充電完了検出ができるようになる。
【0007】
【発明実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の充電装置の構成例を
示すブロック図である。1は二次電池に充電電流を供給
するための電源、21、…2mは並列回路を構成する二
次電池の直列回路毎の充電出力を制御する手段、31
1、…3mnは二次電池個々への充電電流を制御する手
段、41、…4mは並列回路を構成する二次電池の直列
回路毎の充電電流を検出する電流センサ、5は充電装置
を制御するマイクロコンピュータ、B11、…Bmnは
充電される二次電池である。マイクロコンピュータ5
は、各二次電池B11、…Bmnの電池電圧を検出し、
図3に示すようにその変化量を算出する。この算出した
電池電圧の変化量にもとづき、マイクロコンピュータ5
は充電電流制御手段311…3mnを制御する。また、
電流センサ41、…4mにより各二次電池の直列回路に
流れる充電電流を検出し、マイクロコンピュータ5に読
み込む。マイクロコンピュータ5は図4に示すように、
充電電流の変化量を算出し、充電出力制御手段21、…
2mを制御する。
【0008】図2は図1における回路の具体的な構成の
一例を示した図である。図は二次電池を4本を直並列に
接続した場合の例である。マイクロコンピュータ5は、
まずトランジスタTR2、TR8に出力信号を出す。す
るとトランジスタTR1,TR7がONとなり二次電池
B1、B2、B3、B4に充電電流が流れ、定電流充電
が開始される。次にマイクロコンピュータ5は箇々の電
池電圧を検出し電池電圧の変化量を算出する。そして直
列接続された二次電池B1、B2の電圧変化量の大きい
電池に対して、充電電流をバイパスさせる。すなわち、
電圧変化量の大きい電池の充電電流を少なくする。例え
ば、B1の二次電池の電圧変化量が大きかったとする
と、マイクロコンピュータ5はトランジスタTR4に出
力信号を送り、トランジスタTR3をONし二次電池B
1に流れる電流を抵抗R1を介して分流される。反対に
B2の二次電池の電圧変化量が大きかったとすると、マ
イクロコンピュータ5はトランジスタTR6に出力信号
を送り、トランジスタTR5をONし二次電池B2に流
れる電流が抵抗R2を介して分流される。よって、直列
接続されたB1、B2の電池は、電池電圧の変化量によ
りバランスを取りながら充電される。二次電池B3、B
4についても同様である。
【0009】次に充電が定電流充電から定電圧充電に移
行した場合後は、マイクロコンピュータ5は抵抗R5、
R6により充電電流を検出し、オペアンプ61、62に
より増幅して読み込む。そして充電電流の変化量を算出
し、トランジスタTR2、TR8に制御信号を出しトラ
ンジスタTR1、TR7をON/OFFし、並列回路を
構成する接続された二次電池B1、B2の直列回路と二
次電池B3、B4の直列回路毎の充電出力を制御する。
つまり、充電電流の減衰率が大きい方の充電出力を増や
してやる。例えば二次電池B1、B2の直列回路の充電
電流の減衰率が大きかったとすると、トランジスタTR
2、TR8に制御信号を出し、トランジスタTR1、T
R7をON/OFFさせるが、トラスタTR7に比べト
ラスタTR1のON時間を長くしてやり、二次電池B
1、B2の直列回路と二次電池B3、B4の直列回路を
バランスよく充電電流をながす。つまり、充電電流の減
衰率が大きい方の充電出力を増やしてやる。例えば、ト
ランジスタTR1のON時間とOFF時間の比を7:
3、トランジスタTR7ON時間とOFF時間の比を
5:5とすると、二次電池B3、B4の直列回路に比べ
二次電池B1、B2の直列回路の充電出力が大きくな
る。よって、定電流充電時、定電圧充電時ともに電池の
バランスを取りながら充電することができる。また、ト
ランジスタTR1、TR7をON/OFFすることによ
り、電源1より二次電池B1、B2、B3、B4への充
電電流はパルスになるため、充電電流が供給されない期
間があり、この期間の電池電圧の測定が可能であり、電
池電圧の高精度の測定が可能である。なお、本発明の充
電装置は、定電流定電圧充電方式に限らない。
【0010】
【発明の効果】以上述べたように本発明の二次電池の充
電装置によれば、直並列に接続された複数個の二次電池
に対して、箇々に電池電圧を検出する手段と、二次電池
の直列回路によって構成される並列回路毎の充電電流を
検出する手段をもうけ、これら検出された電池電圧ある
いは充電電流に基づいて、箇々の電池毎に充電電流を制
御する手段と並列回路毎に充電出力を制御する手段を設
けており、定電流定電圧充電したときは、二次電池毎の
電池電圧の変化を検出し、二次電池毎の充電電流を制御
し、並列回路毎の充電電流の変化を検出し並列回路毎の
充電出力を制御するため、複数の電池を直並列に接続し
た二次電池を、過充電することなく、しかも箇々の電池
を満充電に近づけて充電することができる。また、上記
定電圧充電時における充電出力を制御する手段は、充電
出力をパルスにして行う場合には、電池間のバランスを
とるとともに、充電電流を流していない状態での二次電
池毎の電池電圧検出が可能であり、正確な充電完了検出
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の充電装置を実施する構成例を示すブロ
ック図である。
【図2】図1における充電装置の具体的な構成の一例を
示した図である。
【図3】リチウムイオン電池を直列に接続し定電流定電
圧充電したときの電池電圧の変化を示したものである。
【図4】リチウムイオン電池を並列に接続し定電流定電
圧充電したときの充電電流の変化を示したものである。
【符号の説明】
1:電源 21、2m:充電出力制御手段 311、312、31n、3m1、3m2、3mn:充
電電流制御手段 41、4m:電流センサ 5マイクロコンピュータ 61、62:オペアンプ B1、B2、B3、B4、B11、B12、B1n、B
m1、Bm2、Bmn:二次電池

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数個の二次電池が直列に接続されて二次
    電池の直列回路を構成し、該直列回路が複数個並列に接
    続されて二次電池の並列回路を構成してなり、 前記直
    列回路の二次電池箇々の電池電圧を検出する手段と、 前記並列回路毎の充電電流を検出する手段と、 前記直列回路の二次電池の箇々の電池毎に充電電流を制
    御する手段と、 前記並列回路毎の充電出力を制御する手段とを備えたこ
    とを特徴とする二次電池の充電装置。
  2. 【請求項2】前記充電電流を制御する手段は、定電流充
    電時において、前記直列回路の二次電池箇々の電池電圧
    を検出する手段によって検出された電池電圧の変化量に
    応じて、各二次電池毎の充電電流を制御し、 前記充電出力を制御する手段は、定電圧充電時におい
    て、前記並列回路毎の充電電流を検出する手段によって
    検出された充電電流の変化量に応じて、充電出力を制御
    することを特徴とする請求項1記載の二次電池の充電装
    置。
  3. 【請求項3】前記充電出力を制御する手段において、前
    記並列回路毎の充電電流を検出する手段によって検出さ
    れた充電電流の変化量に応じて充電出力を制御する方法
    は、充電出力をパルスにすることを特徴とする請求項2
    記載の二次電池の充電装置。
JP9107559A 1997-04-24 1997-04-24 二次電池の充電装置 Abandoned JPH10304586A (ja)

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