CN101459348B - 充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明解决方法为，充电方法，在第1充电步骤与第2充电步骤对锂离子二次电池进行充电。第1充电步骤，检测出相对于正对电池充电中的电流的电池温度上升梯度，并根据所检测出的温度上升梯度预测已充电至第1设定容量状态下的电池温度，并且根据预测温度控制充电电流，然后以将电池的温度设得比设定温度低的电流进行充电并充电至第1设定容量。第2充电步骤，在充电至第1设定容量之后，检测出相对于正对电池充电中的电流的电池温度上升梯度，并根据温度上升梯度预测已充电至第2设定容量状态下的电池温度，并且根据预测温度控制充电电流，然后以将电池的温度设得比设定温度低的电流进行充电并充电至第2设定容量。

Description

充电方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池的充电方法，特别涉及一种一边检测电池温度一边控制充电电流的充电方法。

本说明书中，“锂离子二次电池”，使用在包含锂聚合物电池(lithiumpolymer battery)在内。

背景技术

锂离子二次电池，从提高安全性的方面考虑，根据电池温度来控制充电电流或充电电压。图1是表示相对于锂离子二次电池的温度的充电电流与最大电压的一例。如该图所示，锂离子二次电池虽然在标准温度区中会提高电压与电流，但是在低温度区或高温度区中，却会将充电电压与电流二者都限制得较小。因此，当电池温度因充电而上升至高温度区时，由于会降低充电电压而造成无法充满电。此外，以往的锂离子电池的恒流恒压充电中，特别是，当开始充电时，在电池为高温的情况下等，如图1所示，一旦电池温度从标准温度区上升至高温度区，则在高温度区中，会因充电电压与电流变得比标准温度区小，而有充电量变小、充电时间变长、在无法降低充电电压的充电电路中因停止充电而使充电量变小的问题。

已经开发出一种防止充电中的电池温度异常变高的方法(参照专利文献1)。该方法，将镍氢电池维持在10至40℃进行充电。而且，该充电方法为，测定电池温度上升值ΔT，并且根据温度T、及ΔT/Δt之值预测充电结束预定时刻的温度，当判断被预测的电池温度超过40℃时，就冷却电池。

而且，也已开发一种检测电池温度来控制充电电流的方法(参照专利文献2)。该方法也是对镍氢电池进行充电的方法，其检测温度上升梯度，并且根据被检测出的温度上升梯度预测温度，来控制充电电流。

(专利文献1)日本特开平7-73907号公报

(专利文献2)日本特开平7-222374号公报

发明内容

专利文献1的充电方法，需要强制地冷却电池的机构。因此，会有充电器制造成本变高的缺点。此外，由于要强制送风来冷却电池，所以也有冷却电池的风扇等的噪音程度(level)变高的缺点。而且，由于风扇等的机械零件比电子电路容易发生故障所以也有容易发生故障的缺点。此外，专利文献2的充电方法，由于以温度上升梯度来控制充电电流，所以虽然可以降低正在充电中的电池的温度，但是当以该方法对锂离子二次电池进行充电时，会有到充满电为止的时间显著地变长的缺点。

本发明以解决以上的缺点为目的而开发完成。本发明的重要目的在于提供一种充电方法，该充电方法即使在未强制性地冷却电池的状态下，也可防止锂离子二次电池的温度上升，并在较短时间内充满电。

本发明的充电方法为，对锂离子二次电池进行恒流恒压充电的方法，并且在第1充电步骤与第2充电步骤对锂离子二次电池进行充电。第1充电步骤，检测出相对于正对电池充电中的电流的电池的温度上升梯度，并根据所检测出的温度上升梯度预测已充电至第1设定容量状态下的电池温度，并且根据预测温度控制充电电流，然后以将电池的温度设得比设定温度低的电流进行充电并充电至第1设定容量。第2充电步骤，在充电至第1设定容量之后，检测出相对于正对电池充电中的电流的电池的温度上升梯度，并根据温度上升梯度预测已充电至第2设定容量状态下的电池温度，并且根据预测温度控制充电电流，然后以将电池的温度设得比设定温度低的电流进行充电并充电至第2设定容量。

本发明的技术方案2的充电方法，是将第1设定容量设为充满电池容量的60％至90％。而且，本发明的技术方案3的充电方法，是将第2设定容量设为充满电池容量。而且，本发明的技术方案4的充电方法，是将设定温度设为40℃至45℃。

再有，本发明的技术方案5的充电方法，是在第1充电步骤中，以被检测出的温度上升梯度一边增加充电电流一边进行充电。

再有，本发明的技术方案6的充电方法，是在第1充电步骤中对电池进行定电流充电，并且在第2充电步骤中进行定电压充电。

再有，本发明的技术方案7的充电方法，是检测电池电压并控制充电电流，并且当电池的电压上升至设定电压时就减少充电电流来进行充电，并且在电池的电压上升至设定电压并减少充电电流的步骤中，在检测出电池电压已上升至设定电压之后，预先设定的设定时间会中断检测电池电压的动作。

更再有，本发明的技术方案8的充电方法，是检测电池电压并控制充电电流，并且当电池的电压上升至设定电压时就减少充电电流，并且以检测电压而控制的充电电流与根据预测温度而控制的充电电流中之较小的充电电流，来对电池进行充电。

本发明的特征在于，不用强制性地冷却电池，而可一边防止锂离子二次电池的温度上升，一边在较短时间内充满电。这是因为本发明的充电方法，在第1充电步骤中，检测出相对于充电电流的电池的温度上升梯度来预测已充电至第1设定容量时的电池温度，并且根据预测温度控制充电电流，然后以电池的温度成为比设定温度低的电流进行充电并以第1充电步骤充电至第1设定容量，然后，在第2充电步骤中，检测出电池的相对于充电电流的电池的温度上升梯度，并根据温度上升梯度预测已充电至第2设定容量时的电池温度，并且根据预测温度控制充电电流，然后以电池的温度成为比设定温度低的电流进行充电的缘故。特别是，本发明的特征在于，以第1充电步骤充电至第1设定容量，然后，以第2充电步骤充电至第2设定容量。由于本发明是以变更设定容量的多个步骤来进行充电，所以可在短时间内充满电。

图2是显示以本发明的充电方法充电锂离子二次电池的状态。在此图中，曲线A显示充电电流，曲线B显示此时的电池温度产生变化的状态。从此图中也可明白，由于本发明是在第1充电步骤与第2充电步骤中，根据从温度上升梯度中所预测的预测温度来一边控制充电电流一边对电池进行充电，所以在第1充电步骤中，可一边增大对电池进行充电的电流，一边以将预测温度设得比设定温度低的电流进行充电，而在短时间内充电至第1设定容量。因此，本发明可缩短充满电为止的时间。此外，在第1充电步骤与第2充电步骤二者中，由于以成为比设定温度低的方式控制充电电流，所以电池的温度不会变得比设定温度高。

附图说明

图1是表示锂离子二次电池的相对于温度的充电电流与最大电压之一例的示意图。

图2是表示以本发明一实施例的充电方法所充电的电池的充电电流与电池温度的曲线图。

图3是表示以本发明一实施例的充电方法所充电的电池组的一例的电路图。

图4是表示本发明的一实施例的充电方法的流程图。

图5是表示运算电路以电池电压控制充电电流的状态的曲线图。

图6是表示本发明的另一实施例涉及的充电方法的流程图。

附图标记说明

10电池组          11电池

12运算电路        13电压检测电路

14温度检测电路    15剩余容量检测电路

16存储器          17温度传感器

18通信端子        19消除电路

20主体机器        21充电电路

22恒流恒压电源    23电流调整电路

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施例。其中，下面所示的实施例为例示用以具体化本发明的技术思想的充电方法，本发明并未将充电方法限定于如下实施例。而且，本说明书并非将技术方案所示的构件，限定于实施例的构件。

图3是以本发明的充电方法进行充电的电池组10的电路图。该电池组10被装到主体机器20上，并由主体机器20的充电电路21进行充电。电池组10具备运算电路12，该运算电路12检测由锂离子二次电池所构成的电池11的电压与温度，并根据所检测出的电压与温度控制电池11的电流。主体主体机器20的充电电路21，具备恒流恒压电源22、及控制从该恒流恒压电源22输出的电池的充电电流的电流调整电路23。电流调整电路23以从电池组10的运算电路12输入的控制信号来控制电池的充电电流，并对电池11进行充满电。

运算电路12具备：检测电池11的电压的电压检测电路13；检测电池11的温度的温度检测电路14；检测电池11的剩余容量的剩余容量检测电路15；以及储存相对于电池11的温度的设定电压的存储器16。

电压检测电路13检测电池11两端的电压来检测出电池电压。检测电池11的温度的温度检测电路14根据热耦合于电池11的温度传感器17的电阻检测电池温度。剩余容量检测电路15根据电池11的电压或电流的积算值与电压检测剩余容量。存储器16，储存着低温度区中的低温设定电压、标准温度区中的标准设定电压、及高温度区中的高温设定电压。

运算电路12，检测充电中的电池11的温度来检测出单位时间的温度梯度，并且根据温度梯度预测被充电至第1设定容量的电池温度。第1设定容量中的电池温度，以如下的方法预测。

电池温度………………………………15℃

充电电流………………………………0.2C

正在充电中的电池的温度梯度…………0.1℃/分

当前的电池的剩余容量……………………10％

第1设定容量…………………………70％

电池的额定容量………………………600mAh

剩余容量为10％的电池，之后充电60％即可使剩余容量成为70％。因而，将该电池充电至使剩余容量成为70％的充电容量为额定容量的60％，即360mAh。由于0.2C时1小时的充电容量为120mAh，所以1分钟的充电容量为120mAh/60分。即，将充电电流设为0.2C时的电池的1分钟的充电容量为2mAh。因而，为了要以该充电容量来充电360mAh的容量就要花180分钟。由于温度梯度为0.1℃，所以当在该温度梯度下经过180分钟时温度上升18℃。由于原来显示为15℃的电池的温度上升18℃，所以就可预测为该电池被充电至第1设定容量即70％电池温度为33℃。

而且，运算电路12，检测正充电中的电池11的温度并检测单位时间的温度梯度，并且根据温度梯度预测被充电至第2设定容量的电池温度。第2设定容量中的电池的温度，以如下方法预测。

电池温度………………………………33℃

充电电流………………………………0.2C

正充电中的电池的温度梯度…………0.1℃/分

现在的电池的剩余容量……………………70％

第2设定容量…………………………100％

电池的额定容量………………………600mAh

剩余容量为70％的电池，然后充电30％即可将剩余容量充电至100％。因而，将该电池充电至剩余容量成为100％的充电容量为额定容量的30％，即180mAh。由于在0.2C时1小时的充电容量为120mAh，所以1分钟的充电容量为120mAh/60分。即，将充电电流设为0.2C的电池的1分钟的充电容量为2mAh。因而，要以该充电容量来充电180mAh的容量就要花90分钟。由于温度梯度为0.1℃，所以当在该温度梯度下经过90分钟时，温度会上升9℃。由于原来温度为33℃的电池的温度上升9℃，所以就可预测为该电池被充电至第2设定容量的100％的电池的温度为42℃。

运算电路12储存着控制电池11的充电电流的温度区。例如，如图2所示，运算电路12储存着第1设定温度T1(图中为45℃)、第2设定温度T2(图中为44℃)、及第3设定温度T3(图中为42℃)。运算电路12，根据第1、第2及第3设定温度，分割成如下的第1至第4温度区，来控制充电电流。第1温度区为比第1设定温度T1高的温度区；第2温度区为第1设定温度T1与第2设定温度T2之间的温度区；第3温度区为第2设定温度T2与第3设定温度T3之间的温度区；第4温度区为比第3设定温度T3低的温度区。当正充电中的电池的预测温度处于第1温度区时就将充电电流设为最小电流，当处于第2温度区时就以固定的比例减少充电电流，当处于第3温度区时就不变更充电电流来进行充电，当处于第4温度区时就以固定的比例增加充电电流。

上面的运算电路12将温度区划分成4个区域来控制充电电流。但是，运算电路并不一定必须将温度区划分成4个区域，并以如上的方法来控制充电电流。运算电路例如可以设置一个设定温度，当比该设定温度高时就减少电流，当比设定温度低时就增加电流，而且，也可随着设定温度与预测温度的温度差变大，来把电流变更为减少或增加来控制充电电流。

上面的充电方法，是以图4所示的流程来对电池进行充电。

[n＝1、2的步骤]

将最小电流Imin设定为0.2C。将充电电流I设为最小电流Imin的0.2C并开始充电。

[n＝3、4的步骤]

经过1分钟之后，检测出电池的剩余容量。

[n＝5、6的步骤]

判定电池是否已被充电至第1设定容量即剩余容量为70％。当电池未被充电至剩余容量为70％时，就前进至n＝6的步骤，并且根据电池的温度上升梯度运算电池被充电至70％的状态下的预测温度Ta。

[n＝7至9的步骤]

当电池的剩余容量为70％以上时，就前进至n＝7之步骤，并且判定电池是否被充电至第2设定容量即充满电容量。当电池被充满电时，就前进至n＝8的步骤，并结束充电。当电池未被充满电时，就前进至n＝9的步骤，并且根据电池的温度上升梯度运算电池被充满电状态下的预测温度Ta。

[n＝10的步骤]

判定电池的预测温度Ta是否处于第2设定温度T2与第3设定温度T3之间，即判定预测温度Ta是否处于第3温度区。

当预测温度Ta处于第3温度区时，就返回n＝3的步骤，并不变更充电电流I而继续充电。

[n＝11、12的步骤]

当预测温度Ta并未处于第3温度区时，就在n＝11的步骤中，判定电池的预测温度Ta是否大于或等于第1设定温度T1，即判定预测温度Ta是否处于第1温度区。

当预测温度Ta处于第1温度区时，就前进至n＝12的步骤，并且将充电电流I变更成最小电流Imin即0.2C。然后，返回n＝3的步骤，并以经变更的充电电流I继续充电。

[n＝13至15之步骤]

当预测温度Ta并未处于第1温度区时，就前进至n＝13的步骤，且判定电池的预测温度Ta是否大于或等于第2设定温度T2。

当预测温度Ta大于或等于第2设定温度T2时，由于从n＝11的步骤得知，预测温度Ta比第1设定温度T1小，所以判定预测温度Ta处于第2温度区，并前进至n＝14的步骤，使充电电流I减少0.1C。然后，返回n＝3的步骤，并以经变更的充电电流I继续充电。

当预测温度Ta小于第2设定温度T2时，由于从n＝10的步骤得知，预测温度Ta比第3设定温度T3小，所以判定预测温度Ta处于第4温度区，并前进至n＝15的步骤，使充电电流I增加0.1C。然后，返回n＝3的步骤，并以经变更的充电电流I继续充电。

另外，在本实施例中，根据以恒流恒压进行充电来推进充电，且在恒压充电区域充电时，以上述的流程进行充电，但是当因电池本身的充电特性，而使充电电流在恒压充电区域以比上述流程所规定的电流值还小的电流值来进行充电时，就会以该较小的电流值来充电。

此外，在此，本实施例中，为了以使电池温度成为比设定温度低的电流来进行充电，而预测在第1设定容量(70％)下的电池温度(第1充电步骤)，并且预测在第2设定容量(100％)下的电池温度(第2充电步骤)。在此，第1设定容量(70％)为在进行恒流恒压充电时从恒流充电切换至恒压充电时的大致容量，并且在恒压充电中，由于充电电流慢慢地降低，从而使电池温度之上升的情况较少。然而，从恒流充电切换至恒压充电的容量，因受到温度、电池劣化等影响而非为固定。因而，即使如此地进行第1设定容量(70％)以上的充电时，有时也会进行恒流充电，该种情况，或者会因其它的理由等，而使电池温度上升。如图1所示，当电池温度从标准温度区上升至高温度区时，在高温度区中，充电电压、电流会变得比标准温度区小，因此就有充电量变小、充电时间变长、在无法降低充电电压的充电电路中停止充电的充电量变小的问题。另一方面，在本实施例中，当进行大于或等于第1设定容量(70％)的充电时，即使在进行恒流充电的情况下等，由于预测第2设定容量(100％)的电池的温度(第2充电步骤)，并控制充电电流来进行充电，所以可消除上述问题，并可增大充电量，并且缩短充电时间。

而且，运算电路12检测电池11的电压，并将该检测电压与设定值作比较，来控制充电电流。图5是表示运算电路12以电池电压控制充电电流的状态的曲线图。以图5的方法来控制电流的运算电路12，每次在电池11的电压上升至设定电压(例如，4.20V，图1的标准温度区中，可设定在4.25V以下)时会减少充电电流。因而，当电池11的单元电压(在以电池经串联连接的多个电池所构成的情况为最大的电池电压)超过设定电压时，运算电路12就会经由通信端子18在主体机器20的电流调整电路23，输出用于减少电流的电流减少信号。主体机器20的电流调整电路23根据该电流减少信号来减少充电电流。但是，在电池组10输出电流减少信号之后，直至电流调整电路23减少充电电流为止会有延迟时间。在该延迟时间内，电池11的电流不会被减少，而电池11的电压会上升。电池的充电，由于当超过上限电压时会被停止，所以在该延迟时间内当电池电压超过上限电压时充电会被停止。为了防止此弊端，运算电路12，具备如下功能：在电流调整电路23使充电电流减少之前，使充电开关(未图示)断开来暂时停止充电。由此，就可防止在延迟时间内电池电压超过上限电压。此外，运算电路12为了防止在延迟时间内充电被停止，也可具备消除电路19，该消除电路19在延迟时间内中断电池11的电压的检测，或是即使检测电压，也不会输出停止充电的信号。

电池的充电电流，虽然由预测温度与电池电压这二者所控制，此时控制为，充电电流成为由预测温度与电池电压所确定的电流值中较小的电流值。

该充电方法，图6所示的如下流程而对电池进行充电。

[n＝1的步骤]

开始充电。

[n＝2的步骤]

运算电路12根据电池的预测温度Ta确定充电电流IT。如前所述，该充电电流IT，被确定为：检测相对于对电池进行充电中的电流的电池的温度上升梯度，根据该温度上升梯度预测已充电至预定设定容量状态下的电池的温度，使该预测温度Ta比设定温度低。

[n＝3的步骤]

运算电路12根据电池电压确定充电电流IV。该充电电流IV被确定为，当电池的电压上升至设定电压时被减少，并使电池电压不超过该设定电压。

[n＝4至6的步骤]

比较根据预测温度Ta而确定的充电电流IT与根据电池电压而确定的充电电流IV，将充电电流IT与充电电流IV中较小的电流值作为充电电流I，对电池进行充电。

[n＝7的步骤]

判定电池是否被充满电。当电池未被充满电时，就返回n＝2的步骤，并继续充电。当电池被充满电时，前进至n＝8的步骤并结束充电。

Claims (8)

1.一种对锂离子二次电池进行恒流恒压充电的方法，

该充电方法通过第1充电步骤与第2充电步骤对锂离子二次电池进行充电，其中

在所述第1充电步骤中，检测出相对于正在对电池进行充电的电流的电池的温度上升梯度，根据所检测出的温度上升梯度预测充电至第1设定容量的状态下的电池温度，并根据预测温度控制充电电流，从而用使得电池的温度比设定温度低的电流进行充电，并充电至第1设定容量，

在第2充电步骤中，在充电至第1设定容量之后，检测出相对于正在对电池进行充电的电流的电池的温度上升梯度，根据温度上升梯度预测充电至第2设定容量的状态下的电池温度，并根据预测温度控制充电电流，从而用使得电池的温度比设定温度低的电流进行充电，并充电至第2设定容量。

2.如权利要求1所述的充电方法，其中，第1设定容量为充满电池容量的60％至90％。

3.如权利要求1所述的充电方法，其中，第2设定容量为充满电池容量。

4.如权利要求1所述的充电方法，其中，设定温度为40℃至45℃。

5.如权利要求1所述的充电方法，其中，在第1充电步骤中，依据被检测出的温度上升梯度，一边增加充电电流且一边进行充电。

6.如权利要求1所述的充电方法，其中，在第1充电步骤中对电池进行恒流充电，并且在第2充电步骤中进行恒压充电。

7.如权利要求1所述的充电方法，其中，检测出电池的电压并控制充电电流，并且，当电池的电压上升至设定电压时就减少充电电流来进行充电，并且在电池的电压上升至设定电压并减少充电电流的步骤中，在检测出电池的电压已上升至设定电压之后，事先设定的设定时间会中断检测电池的电压的动作。

8.如权利要求1所述的充电方法，其中，检测出电池的电压来控制充电电流，并且，当电池的电压上升至设定电压时就减少充电电流，并且以检测出电压来进行控制的充电电流与根据预测温度控制的充电电流中较小的充电电流，对电池进行充电。

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