JP3989107B2

JP3989107B2 - How to balance the charge of secondary batteries

Info

Publication number: JP3989107B2
Application number: JP30431098A
Authority: JP
Inventors: 幹隆玉井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2018-10-26
Also published as: JP2000106220A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに直列に接続している複数の二次電池の充電量をバランスさせる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の二次電池を直列に接続して充放電する時、全ての電池を同じ状態で充放電できない。例えば、自己放電の差で電圧バランスが崩れることがある。自己放電の大きい電池は、自己放電の小さい電池に比較して電池電圧が低下する。電圧バランスが崩れた状態で、複数の電池を直列に接続して充放電すると、電圧の低い電池は過放電となり、電圧の高い電池は過充電される。電池は、過充電しても、また過放電させても電池性能が著しく低下する。電池性能の低下を少なくするために、複数の電池を直列に接続して使用する時には、各電池をバランス良く充放電することが大切である。
【０００３】
また、複数の電池を直列に接続したパック電池が、マイコン等の電子機器の電源に使用されるとき、別の問題が発生することがある。電気機器は、パック電池の出力電圧がシャットダウン電圧になるまで放電されると、強制的に電源スイッチをオフにして、放電を停止させる機能を備える。このとき、パック電池の出力電圧がシャットダウン電圧になる前に、パック電池に内蔵される過放電保護回路が働いて、出力電圧を０Ｖにすることがある。
【０００４】
例えば、２個の電池を直列に接続しているパック電池のシャットダウン電圧を６Ｖとする。そして、パック電池に内蔵される過放電保護回路は、各電池の電圧が、２．５Ｖ以下になった時に強制的に放電を停止するように設計しているとする。前述した自己放電の差により、一方の電池電圧が３．６Ｖ、他方の電池電圧が２．５Ｖになると、過放電保護回路が働いて、パック電池の出力電圧を０Ｖにしてしまう。この時、パック電池の出力電圧はシャットダウン電圧よりも高いので、電子機器側では、データを保存するなど、電源をオフにする準備ができていないことがある。この弊害は、過放電保護電圧を低くして回避できる。しかし乍ら、過放電保護電圧を低くすると、電池が過放電されて電池特性が劣化する弊害がある。
【０００５】
この弊害を避けるために、直列に接続している複数の電池をバランスさせる技術が、特開平５−１１１１７７号公報に記載されている。この公報に記載されている方法は、保護回路の過充電保護や過放電保護と連動させて電圧バランスを取っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の公報に記載されているように、過充電時に電圧バランスを取る方法は、何れかの電池電圧がカット電圧まで上昇した時に、充電量の大きい電池を放電させて、全体の電池電圧を等しくする。この方法では、各電池の充電量を実質的に均等にするのが難しい。それは、満充電されるに従って、電池電圧の変化が緩やかになるからである。特に、グラファイト系のリチウムイオン二次電池等においては、満充電される時の電圧変化は極めて小さい。
【０００７】
反対に、過放電時に電圧バランスを取る方法は、電圧が高い電池を放電させる。この方法は、全ての電池電圧を低くして電圧バランスを取るので、その後に、長期に放置されると、全ての電池が過放電されて性能が低下する。このため、電圧バランスを取らないで、長期に放置させるよりも、更に劣化する電池の個数が多くなる弊害である。
【０００８】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、理想的な状態で、直列に接続された電池の充電量のバランスをとることができる、二次電池の充電量をバランスさせる方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の重要な目的は、各電池を保護回路で過放電から保護するようにして、電子機器の電源に使用しても、シャットダウン電圧の前に保護回路が働くのを有効に防止できる、二次電池の充電量をバランスさせる方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の重要な目的は、実質的な充電量をより均等にでき、しかも、長期に放置された時の電池性能の低下を有効的に防止できる、二次電池の充電量をバランスさせる方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直列に接続された複数の二次電池の充電量をバランスさせるものである。特に、本発明の方法は、電池電圧が放電末期に近い末期電圧よりも低いことを検出して、二次電池をトリクル充電して夫々の電池電圧を検出し、所定のバランス電圧よりも低い電圧の二次電池を放電させないで、バランス電圧より高い二次電池をバランス放電させることを特徴とする。
【００１２】
放電末期に近い末期電圧とは、二次電池を放電させる放電電圧カーブにおいて、電池電圧の低下が、緩やかな傾斜から急峻な傾斜に変化する電圧よりの低い電圧、例えば、リチウムイオン二次電池においては、３．５Ｖ／セル以下、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池にあっては、１．１５Ｖ／セル以下の電圧である。
【００１３】
本発明の請求項２の方法は、直列に接続している複数の二次電池のトータル電圧を検出して、放電末期に近い末期電圧よりも低いかどうかを判定する。
【００１４】
本発明の請求項３の方法は、バランス電圧が夫々の電位電圧の最も高い値に設定される。
【００１５】
本発明の請求項４の方法は、バランス放電電流を、トリクル充電電流よりも大きくする。
【００１６】
本発明の請求項５の方法は、全ての電池電圧がバランス電圧よりも高くなると、急速充電を開始する。更に、本発明の請求項６の方法は、全ての電池電圧がバランス電圧に等しくなると、急速充電を開始する。
【００１７】
本発明の請求項７の方法は、バランス放電電流を、トリクル充電電流よりも小さく設定する。本発明の請求項８の方法は、直列接続している電池のトータル電圧が、予め設定している充電開始電圧よりも高くなると、急速充電を開始する。
【００１８】
更に、本発明の請求項９の方法は、夫々の電池電圧がある第１設定電圧まで、または複数の電池のトータル電圧がある第２設定電圧まで低下すると直列接続された二次電池からの放電を遮断する遮断回路を備えている。そして、この遮断回路により二次電池の放電を遮断した状態で二次電池の充電を行い、所定のバランス電圧よりも低い電圧の二次電池を放電させないで、バランス電圧より高い二次電池を該電池に並列接続されたスイッチをオンにしてバランス放電させることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１０の方法は、二次電池の放電を遮断した状態において、二次電池がトリクル充電されるものである。
【００２０】
本発明の請求項１１の方法は、全ての電池電圧がバランス電圧よりも高くなると、二次電池の放電遮断を解除するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。但し、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、本発明の方法を以下のものに限定しない。図１は本発明の方法に使用する充電回路を示す。この充電回路は、３個の電池１を直列に接続して充電量をバランスさせる。但し、本発明の方法は、２個、あるいは４個以上の電池を直列に接続して充電量を同じようにバランスさせることもできる。
【００２２】
直列に接続された各電池１Ａ、１Ｂ、１Ｃには、バランス放電させるための放電回路２を並列に接続している。放電回路２の各々は、放電抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と放電スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬとを直列に接続している。放電抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はバランス放電させる放電電流を決定する。バランス放電電流は、トリクル充電電流に略等しく、あるいは、トリクル充電電流よりも多少は大きく、あるいは多少は小さく（この場合、電池１は実質的にバランス放電電流とトリクル充電電流との差電流で充電される）設定される。バランス放電電流は、トリクル充電電流の０．２〜５倍、好ましくは０．３〜３倍、より好ましくは０．５〜１．５倍に設定される。放電スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬは、制御回路３に制御されて、オンオフに切り換えられる。
【００２３】
充電回路は、電池１をトリクル充電するトリクル充電スイッチＳＷ２と、急速充電する急速充電スイッチＳＷ１とを備える。トリクル充電スイッチＳＷ２にはトリクル充電抵抗Ｒｔｒを直列に接続し、トリクル充電スイッチＳＷ２と急速充電スイッチＳＷ１とは、並列に接続している。急速充電スイッチＳＷ１がオフで、トリクル充電スイッチＳＷ２がオンになると、電池１はトリクル充電される。急速充電スイッチＳＷ１がオンになると、電池１は急速充電される。
【００２４】
トリクル充電スイッチＳＷ２と急速充電スイッチＳＷ１とは、電池１と充電電源との間に接続されている。充電電源は、電池１を定電流定電圧で充電する電源である。トリクル充電スイッチＳＷ２と急速充電スイッチＳＷ１は、制御回路３により制御されてオンオフに切り換えられる。制御回路３は、各電池１の電圧を独立して検出し、更に、直列に接続している電池１のトータル電圧も検出して、放電スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬと、トリクル充電スイッチＳＷ２と、急速充電スイッチＳＷ１とをオンオフに制御する。制御回路３は、電池１の充電量をバランスさせるときに、トリクル充電スイッチＳＷ２をオン、急速充電スイッチＳＷ１をオフとして、電池１をトリクル充電する。電池１の充電量のバランスが終了した後、トリクル充電スイッチＳＷ２をオフ、急速充電スイッチＳＷ１をオンにして、電池１を急速充電する。急速充電する時、トリクル充電スイッチＳＷ２はオンにしておいても良い。
【００２５】
制御回路３は、トリクル充電している時に、各電池１の電圧を検出し、検出した電圧をバランス電圧に比較する。バランス電圧よりも高い電圧の電池１に並列接続された放電スイッチをオンにして、この電池１をバランス放電させる。バランス電圧よりも低い電圧の電池１に並列に接続している放電スイッチは、オフに保持されてバランス放電させない。各電池１の電圧がバランス電圧よりも高くなり、あるいは、トータル電圧が充電開始電圧よりも高くなると、充電量のバランスが取れたとして、急速充電を開始する。
【００２６】
図１の回路は、図２に示すフローチャートで、複数の二次電池の充電量をバランスさせる。
【００２７】
ｎ＝１のステップにおいて、直列接続している電池１のトータル電圧が、放電末期に近い末期電圧よりも低いかどうかを判定する。この例では、放電末期に近い末期電圧を９Ｖとしている。３個の電池１を直列に接続しているので、３Ｖ／セルとしている。トータル電圧が、末期電圧よりも高い場合、放電末期に近い状態でないと判定して、急速充電スイッチＳＷ１をオンにして急速充電を開始する。トータル電圧が末期電圧よりも低い電池１は、放電末期に近い状態として次のステップに進む。
【００２８】
ｎ＝２のステップでは、トリクル充電スイッチＳＷ２をオンにし、急速充電スイッチＳＷ１をオフにして、直列に接続している全ての電池１をトリクル充電する。
【００２９】
ｎ＝３以下のステップでは、順番に各電池１の電圧を検出して、バランス電圧に比較する。まず、ｎ＝３のステップでは、第１の電池１Ａの電圧ＶＨを検出して、バランス電圧に比較する。バランス電圧は３Ｖに設定している。
【００３０】
ｎ＝４のステップでは、第１の電池１Ａの電圧ＶＨが、バランス電圧よりも高くない、即ち３Ｖ以下であると、第１の電池１Ａに並列に接続している放電スイッチＳＷＨをオフにして、第１の電池１Ａをバランス放電させないようにする。
【００３１】
ｎ＝５のステップでは、第１の電池１Ａの電圧ＶＨが、バランス電圧である３Ｖよりも高い時、第１の電池１Ａに並列に接続している放電スイッチＳＷＨをオンにして、第１の電池１Ａをバランス放電させる。
【００３２】
ｎ＝６のステップは、第２の電池１Ｂの電圧でＶＭを検出して、バランス電圧（即ち、３Ｖ）に比較する。
【００３３】
ｎ＝７のステップでは、第２の電池１Ｂの電圧ＶＭが、バランス電圧よりも高くない、即ち３Ｖ以下であると、第２の電池１Ｂに並列に接続している放電スイッチＳＷＭをオフにして、第２の電池１Ｂをバランス放電させないようにする。
【００３４】
ｎ＝８のステップでは、第２の電池１Ｂの電圧ＶＭが、バランス電圧である３Ｖよりも高い時、第２の電池１Ｂに並列に接続している放電スイッチＳＷＭをオンにして、第２の電池１Ｂをバランス放電させる。
【００３５】
ｎ＝９のステップは、第３の電池１Ｃの電圧ＶＬを検出して、バランス電圧３Ｖに比較する。ｎ＝１０のステップでは、第３の電池１Ｃの電圧ＶＬが、バランス電圧よりも高くない、即ち３Ｖ以下であると、第３の電池１Ｃに並列に接続している放電スイッチＳＷＬをオフにして、第３の電池１Ｃをバランス放電させないようにする。
【００３６】
ｎ＝１１のステップでは、第３の電池１Ｃの電圧ＶＬが、バランス電圧である３Ｖよりも高い時、第３の電池１Ｃに並列に接続している放電スイッチＳＷＬをオンにして、第３の電池１Ｃをバランス放電させる。
【００３７】
その後、ｎ＝１のステップにジャンプして、トータル電圧を末期電圧である９Ｖに比較する。トータル電圧が末期電圧以上になるまで、ｎ＝１〜ｎ＝１１のステップをループし、トータル電圧が末期電圧以上になると、急速充電を開始する。この時、放電スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬはオフにして、電池１のバランス制御は終了する。
【００３８】
以上のステップで、複数の二次電池の充電量をバランスさせた時に、各電池の電圧が変化する特性を図３に示す。この図は、最初に、第１と第２の電池１Ａ、１Ｂの電圧がバランス電圧よりも高く、第３の電池１Ｃの電圧がバランス電圧よりも低い状態を示している。更に、この図は、トリクル充電電流よりもバランス放電電流を大きくして、充電量をバランスさせる方法を示している。
【００３９】
電池電圧がバランス電圧よりも高い第１と第２の電池１Ａ、１Ｂは、トリクル充電しながらバランス放電されるが、トリクル充電電流よりのバランス放電電流が大きいので、電池電圧が次第に低下する。第３の電池１Ｃは、電池電圧がバランス電圧よりも低いのでバランス放電されることなく、トリクル充電されて電池電圧が次第に上昇する。第３の電池１Ｃの電圧が上昇して、トータル電圧が末期電圧である９Ｖより高くなると、放電スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てをオフにして、第１〜第３の電池の１Ａ〜１Ｃバランス放電を終了し、トリクル充電から急速充電に切り換えられて、電池電圧は急激に上昇する。
【００４０】
図４は、バランス放電電流をトリクル充電電流よりも小さくして、複数の二次電池の充電量をバランスさせる状態を示す。この図は、最初に、第１の電池１Ａの電圧がバランス電圧よりも高く、第２と第３の電池１Ｂ、１Ｃの電圧がバランス電圧よりも低い状態を示している。特に、第３の電池１Ｃは、第２の電池１Ｂよりも更に電圧が低い状態を示している。
【００４１】
電池電圧がバランス電圧よりも高い第１の電池１Ａは、トリクル充電しながらバランス放電される。バランス放電電流がトリクル充電電流よりも小さいので、第１の電池１Ａは結果的に充電されて、電圧はゆっくりと上昇する。第２の電池１Ｂは、バランス電圧よりも低いので、バランス放電されることなくトリクル充電されて、電圧が上昇する。電圧がバランス電圧まで上昇すると、トリクル充電しながらバランス放電されるようになって、電池電圧の上昇は緩やかになる。また、第３の電池１Ｃは、電池電圧がバランス電圧よりも低いのでバランス放電されることなく、トリクル充電されて電池電圧が次第に上昇する。第１〜第３の電池１Ａ〜１Ｃの電圧が上昇して、トータル電圧が末期電圧である９Ｖより高くなると、放電スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てをオフにして、第１〜第３の電池の１Ａ〜１Ｃバランス放電を終了し、トリクル充電から急速充電に切り換えられて、電池電圧は急激に上昇する。
【００４２】
図１の回路は、図５に示すフローチャートで、以下のようにして、複数の二次電池の充電量をバランスさせることもできる。
【００４３】
ｎ＝１のステップにおいて、直列に接続している電池１のトータル電圧が、放電末期に近い末期電圧よりも低いかどうかを判定する。この例では、放電末期に近い末期電圧を１０Ｖとしている。トータル電圧が、末期電圧よりも高いと、電池１が放電末期に近い状態でないと判定して、急速充電スイッチＳＷ１をオンにして急速充電を開始する。トータル電圧が末期電圧よりも低いと、電池１が放電末期に近い状態として次のステップに進む。
【００４４】
ｎ＝２〜１１のステップでは、図２のステップと同じようにして、各電池１の充電量をバランスさせる。
【００４５】
ｎ＝１２のステップでは、全ての電池１の電圧がバランス電圧（即ち、３Ｖ）以上であるかどうかを判定する。全ての電池１の電圧がバランス電圧以上であると、急速充電スイッチＳＷ１をオンにして急速充電を開始する。何れかの電池１の電圧がバランス電圧よりも低いと、ｎ＝３のステップにジャンプして、各電池１の電圧がバランス電圧以上になるまでトリクル充電する。
【００４６】
図５に示すフローチャートで電池１の充電量をバランスさせる方法は、ｎ＝１２のステップで、全ての電池１の電圧がバランス電圧に等しくなった時に、急速充電を開始するようにするか、あるいは、全ての電池１の電圧がバランス電圧よりも高くなった時に、急速充電を開始するようにすることができる。
【００４７】
全ての電池１の電圧がバランス電圧に等しくなった時に、急速充電を開始する方法は、バランス放電電流をトリクル充電電流よりも大きくする。バランス電圧よりも高い電池の電圧をバランス電圧まで低下する必要があるからである。
【００４８】
図６と図７は、全ての電池電圧がバランス電圧になった時に急速充電を開始する方法における各電池電圧の変化を示すグラフである。図６は、最初に、第１と第２の電池１Ａ、１Ｂの電圧がバランス電圧よりも高く、第３の電池１Ｃの電圧がバランス電圧よりも低い状態を示している。バランス電圧よりも高い第１と第２の電池１Ａ、１Ｂは、トリクル充電しながらバランス放電されるので、電池電圧が次第に低下する。電池電圧がバランス電圧になると、この電圧に保持させる。正確には、バランス電圧になった第１と第２の電池１Ａ、１Ｂは、バランス放電が断続されて、バランス電圧に保持される。第３の電池１Ｃの電圧は、バランス電圧よりも低いのでバランス放電されることなく、トリクル充電されて電池電圧が次第に上昇する。第３の電池１Ｃの電圧が上昇して、全ての電池１Ａ、１Ｂ、１Ｃの電圧がバランス電圧以上になると、トリクル充電から急速充電に切り換えられて、電池電圧は急激に上昇する。
【００４９】
更に、図７は、全ての電池の電圧がバランス電圧よりも低い状態で、充電量をバランスさせる時の電池電圧の変化を示している。全ての電池の電圧がバランス電圧よりも低いので、各電池はバランス放電されることなくトリクル充電されて、電池電圧が次第に上昇する。電池電圧は第１の電池１Ａ、第２の電池１Ｂ、第３の電池１Ｃと次第に低いので、最初に第１の電池１Ａの電圧がバランス電圧まで上昇する。バランス電圧になると、断続的にバランス放電されて、電池電圧はバランス電圧に保持される。第１の電池１Ａがバランス電圧に上昇した後、第２の電池１Ｂがバランス電圧となり、続いて第３の電池１Ｃがバランス電圧になる。そして、全ての電池１Ａ、１Ｂ、１Ｃの電圧ＶＨ、ＶＭ、がバランス電圧になると、トリクル充電から急速充電に切り換えられて、電池電圧は急激に上昇する。
【００５０】
図８と図９は、全ての電池の電圧がバランス電圧よりも高くなった時に急速充電を開始する方法における各電池の電圧の変化を示すグラフである。図８は、バランス放電電流をトリクル充電電流より小さくし、図９はバランス放電電流をトリクル充電電流よりも大きくした状態を示す。図８は、最初に、第１の電池電圧がバランス電圧よりも高く、第２と第３の電池電圧がバランス電圧よりも低い状態を示している。バランス電圧よりも高い第１の電池１Ａは、トリクル充電しながらバランス放電されるので、電池電圧は緩やかに上昇する。バランス放電電流がトリクル充電電流よりも小さいので、バランス放電電流とトリクル充電電流との差電流で充電されるからである。第２と第３の電池１Ｂ、１Ｃは、バランス電圧よりも低いので、バランス放電されることなくトリクル充電され、電池電圧が第１の電池１Ａよりも早く、急勾配で上昇する。第２の電池電圧は第３の電池電圧よりも高いので、第２の電池１Ｂは第３の電池１Ｃよりも早くバランス電圧まで上昇する。バランス電圧に到達した第２の電池１Ｂは、バランス放電されながらトリクル充電されるので、電池電圧の上昇は緩やかになる。第３の電池１Ｃは、電池電圧が最も低いので、バランス放電されることなく、バランス電圧になるまで充電される。第３の電池１Ｃの電圧が上昇し、全ての電池１Ａ、１Ｂ、１Ｃの電圧がバランス電圧よりも高くなると、トリクル充電から急速充電に切り換えられて、電池電圧は急激に上昇する。
【００５１】
更に、図９は、第１と第２の電池電圧がバランス電圧よりも高く、第３の電池電圧がバランス電圧よりも低い状態で、充電量をバランスさせる時の電池電圧の変化を示している。第１と第２の電池１Ａ、１Ｂの電圧は、バランス電圧よりも高いので、バランス放電されて電池電圧は次第に低下する。トリクル充電電流とバランス放電電流との差に相当する電流で放電されるからである。第３の電池１Ｃの電圧は、バランス電圧よりも低いので、バランス放電されることなく速やかに上昇する。第３の電池１Ｃの電圧がバランス電圧まで上昇すると、全ての電池電圧がバランス電圧よりも高くなるので、トリクル充電から急速充電に切り換えられて、電池電圧は急激に上昇する。
【００５２】
以上の方法は、電池１をトリクル充電している状態でバランス放電させて、電池電圧を調整する。この方法は、各電池１に放電回路２を並列に接続して、電池電圧を調整できるので、簡単な回路で充電量をバランスできる特徴がある。ただ、本発明の方法は、バランス放電させる時に、必ずしもトリクル充電する必要はない。バランス放電させる電池は、トリクル充電を中断し、バランス放電させない電池のみをトリクル充電して、充電量をバランスさせることもできる。電池１の充放電サイクルが所定回数（例えば、５０回）に達すると、または、各電池１の電池電圧の差が所定値以上になると、あるいは、任意の特に、充電電源が接続されると、最初に全ての電池を一旦放電し（例えば、全ての電池電圧がバランス電圧以下になるまで放電し）、その後、本発明によるバランスを取るようにしても良い。
【００５３】
更に、図１０は、本発明の方法に使用する他の充電回路を示している。この充電回路も、３個の電池１０１を直列に接続して充電量をバランスさせる。但し、本発明の方法は、２個、あるいは４個以上の電池を直列に接続して充電量を同じにバランスさせることもできる。
【００５４】
直列に接続された各電池１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃには、バイパス回路１０２を並列に接続している。バイパス回路１０２は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３とスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬとを直列に接続している。スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬは、制御回路１０３に制御されて、オンオフに切り換えられる。
【００５５】
充電回路は、電池１０１の放電をオンオフする放電制御スイッチＴＲ１を備える。放電制御スイッチＴＲ１はＭＯＳＦＥＴからなり、このスイッチＴＲ1がオンになると、電池１０１は放電される。放電制御スイッチＴＲ１がオフになると、電池１０１の放電は停止される。但し、放電制御スイッチＴＲ１の寄生ダイオードを通して、電池１０１の充電は可能である。
【００５６】
放電制御スイッチＴＲ１は、電池１０１と充電電源との間に接続されている。充電電源は、電池１０１を定電流定電圧で充電する電源である。放電制御スイッチＴＲ１は、制御回路１０３により制御されてオンオフに切り換えられる。
【００５７】
制御回路１０３は、各電池１０１の電圧を独立して検出し、更に、直列に接続しているトータル電圧も検出して、放電制御スイッチＴＲ１と、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬとをオンオフに制御する。制御回路１０３は、各電池１０１の放電時において、各電池１０１の電圧がある設定電圧まで低下すると、または電池１０１のトータル電圧がある設定電圧まで低下すると、放電制御スイッチＴＲ１をオフとする。
【００５８】
制御回路１０３は、放電制御スイッチＴＲ１がオフ状態にあり、各電池１０１の放電が遮断された状態で、各電池１０１をトリクル充電している時に、各電池１０１の電圧を検出し、検出した電圧をバランス電圧に比較する。バランス電圧よりも高い電圧の電池１０１に並列接続されたスイッチをオンにして、この電池１０１をバランス放電させる。バランス電圧よりも低い電圧の電池１０１に並列に接続しているスイッチは、オフに保持されてバランス放電されない。各電池１０１の電圧がバランス電圧よりも高くなると、充電量のバランスが取れたとして、放電制御スイッチＴＲ１をオンとして、放電の遮断を解除する。
【００５９】
更に、制御回路１０３は、放電制御スイッチＴＲ１の両端電圧ＶＴＲ１を検出することにより、電池１０１の放電が遮断（即ち、放電制御スイッチＴＲ１がオフ）された状態で、電池１０１の充電が開始されたか否かを検出する。
【００６０】
図１１は、図１０に示す回路における充電量のバランスを取るためのフローチャートを示している。
【００６１】
ｎ＝１のステップでは、放電制御スイッチＴＲ１はオンされており、各電池１０１は放電可能な状態にある。この時、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬはオフとされている。
【００６２】
ｎ＝２のステップでは、電池１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃの各電池電圧ＶＨ、ＶＭ、ＶＬが２Ｖ以下になったか、または各電池１０１のトータル電圧ＶＴＯＴが７．８Ｖ以下になったかどうかを判定する。各電池電圧またはトータル電圧の何れかが所定の設定電圧以下になると、次のステップに進む。
【００６３】
ｎ＝３のステップでは、各電池１０１の過放電を防止するために、放電制御スイッチＴＲ１がオフされて、各電池１０１の放電を遮断する。
【００６４】
ｎ＝４のステップでは、放電制御スイッチＴＲ１の両端電圧ＶＴＲ１が０．１Ｖ以上であるか否かが判定される。電池１０１の放電が遮断（即ち、放電制御スイッチＴＲ１がオフ）された状態で、電池１０１の充電が開始されると、充電電流は放電制御スイッチＴＲ１の寄生ダイオードを通じて流れるため、放電制御スイッチＴＲ１に約０．６Ｖの両端電圧ＶＴＲ１が発生する。従って、両端電圧ＶＴＲ１が０．１Ｖ以上であると判定されたことは、電池１０１の充電が行われていることを表わしている。なお、この時の充電電流はトリクル充電電流である。
【００６５】
ｎ＝５以下のステップでは、順番に各電池１０１の電圧を検出して、バランス電圧に比較する。ｎ＝５のステップでは、第１の電池１０１Ａの電圧であるＶＨを検出して、バランス電圧に比較する。バランス電圧は３Ｖに設定している。そして、第１の電池１０１Ａの電圧ＶＨが、３Ｖ以下であると、第１の電池１０１Ａに並列に接続しているスイッチＳＷＨのオフを維持して、第１の電池１０１Ａのバランス制御を行わない。
【００６６】
ｎ＝６のステップでは、第１の電池１０１Ａの電圧ＶＨが、バランス電圧である３Ｖよりも高い時、第１の電池１０１Ａに並列に接続しているスイッチＳＷＨをオンにして、第１の電池１０１Ａのバランス制御を行う。
【００６７】
ｎ＝７のステップは、第２の電池１０１Ｂの電圧であるＶＭを検出して、バランス電圧である３Ｖに比較する。第２の電池１０１Ｂの電圧ＶＭが、バランス電圧よりも高くない、即ち３Ｖ以下であると、第２の電池１０１Ｂに並列に接続しているスイッチＳＷＭのオフを維持して、第２の電池１０１Ｂのバランス制御を行わない。
【００６８】
ｎ＝８のステップでは、第２の電池１０１Ｂの電圧ＶＭが、バランス電圧である３Ｖよりも高い時、第２の電池１０１Ｂに並列に接続しているスイッチＳＷＭをオンにして、第２の電池１０１Ｂのバランス制御を行う。
【００６９】
ｎ＝９のステップは、第３の電池１０１Ｃの電圧であるＶＬを検出して、バランス電圧である３Ｖに比較する。第３の電池１０１Ｃの電圧ＶＬが、バランス電圧よりも高くない、即ち３Ｖ以下であると、第３の電池１０１Ｃに並列に接続しているスイッチＳＷＬをオフに維持して、第３の電池１０１Ｃのバランス制御は行わない。
【００７０】
ｎ＝１０のステップでは、第３の電池１０１Ｃの電圧ＶＬが、バランス電圧である３Ｖよりも高い時、第３の電池１０１Ｃに並列に接続しているスイッチＳＷＬをオンにして、第３の電池１０１Ｃのバランス制御を行う。
【００７１】
ｎ＝１１のステップでは、各電池１０１の電圧ＶＨ、ＶＭ、ＶＬをバランス電圧である３Ｖに比較する。全ての電圧がバランス電圧以上になると、ｎ＝１のステップにジャンプし、放電制御スイッチＴＲ１をオンして電池１０１の放電遮断状態を解除すると共に、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬを全てオフしてバランス制御を終了する。更に、電池１０１の急速充電を開始する。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の方法は、理想的な状態で、直列に接続された電池の充電量のバランスを取ることができる。それは、本発明の方法が、放電末期に近い末期電圧の状態にある時に、電池をトリクル充電して、あるいは電池の充電を行い、バランス電圧に調整するからである。放電末期に近い末期電圧にある電池は、充電量に対する電圧の変化が大きい。従って、この部分で電池電圧をバランスさせる方法は、充電量をより均等にできる特徴がある。
【００７３】
このため、本発明の方法は、保護回路で各電池を過放電から保護するようにして、電子機器の電源に使用する構成においては、従来のように、保護回路が動作するよりも前に、シャットダウンするのを防止することができる。各電池の電圧バランスをより均等にできるからである。
【００７４】
更に、本発明の方法は、単に電池を放電して充電量をバランスさせるのではなく、放電末期に近い末期電圧の電池をトリクル充電して、あるいは電池の充電を行い、充電量をバランスさせるために、実質的な充電量をより均等にできることに加えて、長期にわたって放置された時の電池性能の低下を有効に防止できる特徴も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の方法に使用される充電回路の回路図
【図２】図１に示す充電回路を使用して電池の充電量をバランスさせる工程を示すフローチャート図
【図３】図２のフローチャートで充電量をバランスさせるときの電池電圧の変化を示すグラフ
【図４】図２のフローチャートで充電量をバランスさせるときの電池電圧の変化を示すグラフ
【図５】図１に示す充電回路を使用して電池の充電量をバランスさせる他の工程を示すフローチャート図
【図６】図５のフローチャートで充電量をバランスさせるときの電池電圧の変化を示すグラフ
【図７】図５のフローチャートで充電量をバランスさせるときの電池電圧の変化を示すグラフ
【図８】図５のフローチャートで充電量をバランスさせるときの電池電圧の変化を示すグラフ
【図９】図５のフローチャートで充電量をバランスさせるときの電池電圧の変化を示すグラフ
【図１０】本発明の実施例の方法に使用される他の充電回路の回路図
【図１１】図１０に示す充電回路を使用して電池の充電量をバランスさせる工程を示すフローチャート図
【符号の説明】
１、１０１電池
２、１０２放電回路
３、１０３制御回路
ＳＷ２トリクル充電スイッチ
ＳＷ１急速充電スイッチ
ＴＲ１放電制御スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for balancing the charge amounts of a plurality of secondary batteries connected in series with each other.
[0002]
[Prior art]
When charging and discharging a plurality of secondary batteries connected in series, all the batteries cannot be charged and discharged in the same state. For example, voltage balance may be lost due to differences in self-discharge. A battery with a large self-discharge has a lower battery voltage than a battery with a small self-discharge. When a plurality of batteries are connected in series in a state where the voltage balance is lost, a battery having a low voltage is overdischarged, and a battery having a high voltage is overcharged. Even if the battery is overcharged or overdischarged, the battery performance is significantly reduced. In order to reduce deterioration of battery performance, it is important to charge and discharge each battery in a balanced manner when using a plurality of batteries connected in series.
[0003]
Another problem may occur when a battery pack in which a plurality of batteries are connected in series is used as a power source for an electronic device such as a microcomputer. When the electric device is discharged until the output voltage of the battery pack reaches the shutdown voltage, the electric device has a function of forcibly turning off the power switch to stop the discharge. At this time, before the output voltage of the battery pack reaches the shutdown voltage, an overdischarge protection circuit built in the battery pack may be activated to set the output voltage to 0V.
[0004]
For example, the shutdown voltage of a battery pack in which two batteries are connected in series is 6V. The overdischarge protection circuit built in the battery pack is designed to forcibly stop discharging when the voltage of each battery becomes 2.5V or less. Due to the self-discharge difference described above, when one battery voltage becomes 3.6V and the other battery voltage becomes 2.5V, the overdischarge protection circuit is activated and the output voltage of the battery pack becomes 0V. At this time, since the output voltage of the battery pack is higher than the shutdown voltage, the electronic device may not be ready to turn off the power, such as storing data. This problem can be avoided by lowering the overdischarge protection voltage. However, if the overdischarge protection voltage is lowered, the battery is overdischarged and the battery characteristics deteriorate.
[0005]
In order to avoid this harmful effect, a technique for balancing a plurality of batteries connected in series is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-111177. The method described in this publication takes voltage balance in conjunction with overcharge protection and overdischarge protection of the protection circuit.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described in the above publication, the method of balancing the voltage at the time of overcharging is that when any battery voltage rises to the cut voltage, the battery with a large charge amount is discharged and the entire battery voltage is made equal. To do. In this method, it is difficult to make the charge amount of each battery substantially equal. This is because the battery voltage changes gradually as the battery is fully charged. In particular, in a graphite-based lithium ion secondary battery or the like, the voltage change when fully charged is extremely small.
[0007]
On the other hand, a method of balancing the voltage during overdischarge discharges a battery having a high voltage. In this method, since all the battery voltages are lowered to balance the voltage, if the battery is left for a long time after that, all the batteries are overdischarged and the performance is deteriorated. For this reason, there is an adverse effect that the number of batteries that deteriorate further increases rather than leaving them for a long time without balancing the voltage.
[0008]
The present invention has been developed for the purpose of solving such drawbacks. An important object of the present invention is to provide a method for balancing the charge amounts of secondary batteries, which can balance the charge amounts of batteries connected in series in an ideal state.
[0009]
Another important object of the present invention is that each battery is protected from overdischarge by a protection circuit, and even when used as a power source for electronic equipment, the protection circuit can be effectively prevented from working before the shutdown voltage. An object of the present invention is to provide a method for balancing the amount of charge of a secondary battery.
[0010]
In addition, another important object of the present invention is to increase the amount of charge of the secondary battery, which can make the substantial amount of charge more even, and can effectively prevent the deterioration of the battery performance when left for a long time. It is to provide a method of balancing.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention balances the charge amounts of a plurality of secondary batteries connected in series. In particular, the method of the present invention detects that the battery voltage is lower than the end voltage near the end of discharge, trickle-charges the secondary battery to detect each battery voltage, and the voltage lower than a predetermined balance voltage. The secondary battery having a voltage higher than the balance voltage is balanced and discharged without discharging the secondary battery.
[0012]
The end voltage near the end of discharge is a voltage lower than the voltage at which the battery voltage decreases from a gentle slope to a steep slope in a discharge voltage curve for discharging the secondary battery, for example, in a lithium ion secondary battery. Is 3.5 V / cell or less, and in a nickel-hydrogen battery or nickel-cadmium battery, the voltage is 1.15 V / cell or less.
[0013]
The method of claim 2 of the present invention detects the total voltage of a plurality of secondary batteries connected in series, and determines whether or not the voltage is lower than the end voltage near the end of discharge.
[0014]
According to the method of claim 3 of the present invention, the balance voltage is set to the highest value of each potential voltage.
[0015]
In the method of claim 4 of the present invention, the balance discharge current is made larger than the trickle charge current.
[0016]
The method of claim 5 of the present invention starts rapid charging when all the battery voltages become higher than the balance voltage. Furthermore, the method of claim 6 of the present invention starts a quick charge when all the battery voltages are equal to the balance voltage.
[0017]
According to the method of claim 7 of the present invention, the balance discharge current is set smaller than the trickle charge current. The method according to claim 8 of the present invention starts rapid charging when the total voltage of the batteries connected in series becomes higher than a preset charging start voltage.
[0018]
  Furthermore, the method of claim 9 of the present invention is such that each battery voltage is reduced to a certain first set voltage or a total voltage of a plurality of batteries to a certain second set voltage.Connected in seriesSecondary batteryFromIt has a cutoff circuit that cuts off the discharge. Then, the secondary battery is charged in a state where the discharge of the secondary battery is cut off by this cutoff circuit, and the secondary battery having a voltage higher than the balance voltage is not discharged without discharging the secondary battery having a voltage lower than the predetermined balance voltage.Turn on the switch connected in parallel to the batteryIt is characterized by a balanced discharge.
[0019]
According to a tenth aspect of the present invention, the secondary battery is trickle charged in a state where the discharge of the secondary battery is cut off.
[0020]
According to the eleventh aspect of the present invention, when all battery voltages become higher than the balance voltage, the discharge interruption of the secondary battery is released.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples shown below exemplify methods for embodying the technical idea of the present invention, and the methods of the present invention are not limited to the following. FIG. 1 shows a charging circuit used in the method of the present invention. This charging circuit balances the amount of charge by connecting three batteries 1 in series. However, in the method of the present invention, two or four or more batteries can be connected in series to balance the amount of charge in the same manner.
[0022]
A discharge circuit 2 for performing balanced discharge is connected in parallel to each of the batteries 1A, 1B, and 1C connected in series. In each of the discharge circuits 2, discharge resistors R1, R2, and R3 and discharge switches SWH, SWM, and SWL are connected in series. The discharge resistors R1, R2, and R3 determine a discharge current that causes a balance discharge. The balance discharge current is substantially equal to the trickle charge current, or slightly larger or slightly smaller than the trickle charge current (in this case, the battery 1 is charged with a difference current between the balance discharge current and the trickle charge current. Set). The balance discharge current is set to 0.2 to 5 times, preferably 0.3 to 3 times, more preferably 0.5 to 1.5 times the trickle charge current. The discharge switches SWH, SWM, SWL are controlled by the control circuit 3 and switched on / off.
[0023]
The charging circuit includes a trickle charge switch SW2 for trickle charging the battery 1 and a quick charge switch SW1 for rapid charging. A trickle charge resistor Rtr is connected in series to the trickle charge switch SW2, and the trickle charge switch SW2 and the quick charge switch SW1 are connected in parallel. When fast charge switch SW1 is off and trickle charge switch SW2 is on, battery 1 is trickle charged. When the quick charge switch SW1 is turned on, the battery 1 is rapidly charged.
[0024]
The trickle charge switch SW2 and the quick charge switch SW1 are connected between the battery 1 and the charging power source. The charging power source is a power source that charges the battery 1 with a constant current and a constant voltage. The trickle charge switch SW2 and the quick charge switch SW1 are controlled by the control circuit 3 to be turned on / off. The control circuit 3 detects the voltage of each battery 1 independently, and also detects the total voltage of the batteries 1 connected in series, and discharge switches SWH, SWM, SWL, trickle charge switch SW2, The quick charge switch SW1 is controlled to be turned on / off. When the charge amount of the battery 1 is balanced, the control circuit 3 turns on the trickle charge switch SW2 and turns off the quick charge switch SW1 to trickle charge the battery 1. After the balance of the charge amount of the battery 1 is completed, the trickle charge switch SW2 is turned off and the quick charge switch SW1 is turned on to rapidly charge the battery 1. When fast charging is performed, trickle charge switch SW2 may be turned on.
[0025]
The control circuit 3 detects the voltage of each battery 1 during trickle charging, and compares the detected voltage with the balance voltage. A discharge switch connected in parallel to the battery 1 having a voltage higher than the balance voltage is turned on to cause the battery 1 to perform a balance discharge. The discharge switch connected in parallel to the battery 1 having a voltage lower than the balance voltage is held off and does not cause a balance discharge. When the voltage of each battery 1 becomes higher than the balance voltage or the total voltage becomes higher than the charge start voltage, rapid charge is started on the assumption that the charge amount is balanced.
[0026]
The circuit of FIG. 1 is a flowchart shown in FIG. 2, and balances the charge amounts of a plurality of secondary batteries.
[0027]
In the step of n = 1, it is determined whether or not the total voltage of the batteries 1 connected in series is lower than the end voltage near the end of discharge. In this example, the end voltage near the end of discharge is 9V. Since three batteries 1 are connected in series, 3V / cell is set. When the total voltage is higher than the end voltage, it is determined that the state is not close to the end of discharge, and the quick charge switch SW1 is turned on to start quick charge. The battery 1 whose total voltage is lower than the end voltage proceeds to the next step as a state close to the end of discharge.
[0028]
In the step of n = 2, the trickle charge switch SW2 is turned on and the quick charge switch SW1 is turned off to trickle charge all the batteries 1 connected in series.
[0029]
In the step of n = 3 or less, the voltage of each battery 1 is detected in order and compared with the balance voltage. First, in the step of n = 3, the voltage VH of the first battery 1A is detected and compared with the balance voltage. The balance voltage is set to 3V.
[0030]
In the step of n = 4, if the voltage VH of the first battery 1A is not higher than the balance voltage, that is, 3V or less, the discharge switch SWH connected in parallel to the first battery 1A is turned off. The first battery 1A is prevented from being subjected to balanced discharge.
[0031]
In the step of n = 5, when the voltage VH of the first battery 1A is higher than the balance voltage 3V, the discharge switch SWH connected in parallel to the first battery 1A is turned on, The battery 1A is balance-discharged.
[0032]
In the step of n = 6, VM is detected by the voltage of the second battery 1B and compared with the balance voltage (ie, 3V).
[0033]
In the step of n = 7, if the voltage VM of the second battery 1B is not higher than the balance voltage, that is, 3V or less, the discharge switch SWM connected in parallel to the second battery 1B is turned off. The second battery 1B is prevented from being subjected to balanced discharge.
[0034]
In the step of n = 8, when the voltage VM of the second battery 1B is higher than the balance voltage 3V, the discharge switch SWM connected in parallel to the second battery 1B is turned on, The battery 1B is balance-discharged.
[0035]
In the step of n = 9, the voltage VL of the third battery 1C is detected and compared with the balance voltage 3V. In the step of n = 10, if the voltage VL of the third battery 1C is not higher than the balance voltage, that is, 3V or less, the discharge switch SWL connected in parallel to the third battery 1C is turned off. The third battery 1C is prevented from being subjected to balanced discharge.
[0036]
In the step of n = 11, when the voltage VL of the third battery 1C is higher than the balance voltage 3V, the discharge switch SWL connected in parallel to the third battery 1C is turned on, The battery 1C is balance-discharged.
[0037]
Thereafter, the process jumps to the step of n = 1, and the total voltage is compared with 9V which is the final voltage. The steps of n = 1 to n = 11 are looped until the total voltage becomes equal to or higher than the end voltage, and when the total voltage becomes equal to or higher than the end voltage, rapid charging is started. At this time, the discharge switches SWH, SWM, SWL are turned off, and the balance control of the battery 1 ends.
[0038]
FIG. 3 shows characteristics in which the voltage of each battery changes when the charge amounts of the plurality of secondary batteries are balanced in the above steps. This figure first shows a state in which the voltages of the first and second batteries 1A and 1B are higher than the balance voltage, and the voltage of the third battery 1C is lower than the balance voltage. Further, this figure shows a method of balancing the charge amount by making the balance discharge current larger than the trickle charge current.
[0039]
The first and second batteries 1A and 1B whose battery voltage is higher than the balance voltage are balanced and discharged while trickle charging. However, since the balance discharge current is larger than the trickle charging current, the battery voltage gradually decreases. Since the battery voltage is lower than the balance voltage, the third battery 1 </ b> C is trickle charged without causing a balance discharge, and the battery voltage gradually increases. When the voltage of the third battery 1C rises and the total voltage becomes higher than the final voltage of 9V, all the discharge switches SWH, SWM and SWL are turned off, and the 1A to 1C balance of the first to third batteries The discharge is terminated and the trickle charge is switched to the quick charge, and the battery voltage rapidly increases.
[0040]
FIG. 4 shows a state in which the balance discharge current is made smaller than the trickle charge current to balance the charge amounts of a plurality of secondary batteries. This figure first shows a state in which the voltage of the first battery 1A is higher than the balance voltage and the voltages of the second and third batteries 1B and 1C are lower than the balance voltage. In particular, the third battery 1C shows a state in which the voltage is lower than that of the second battery 1B.
[0041]
The first battery 1A whose battery voltage is higher than the balance voltage is balance-discharged while trickle charging. Since the balance discharge current is smaller than the trickle charge current, the first battery 1A is charged as a result, and the voltage rises slowly. Since the second battery 1B is lower than the balance voltage, it is trickle-charged without being subjected to balance discharge, and the voltage rises. When the voltage rises to the balance voltage, balance discharge is performed while trickle charging, and the battery voltage rises gradually. Further, since the battery voltage is lower than the balance voltage, the third battery 1 </ b> C is trickle charged without causing a balance discharge, and the battery voltage gradually increases. When the voltage of the first to third batteries 1A to 1C rises and the total voltage becomes higher than 9V which is the final voltage, all of the discharge switches SWH, SWM and SWL are turned off, and the first to third batteries The 1A to 1C balanced discharge is terminated and the trickle charge is switched to the rapid charge, and the battery voltage rapidly rises.
[0042]
The circuit of FIG. 1 is a flowchart shown in FIG. 5 and can also balance the charge amounts of a plurality of secondary batteries as follows.
[0043]
In the step of n = 1, it is determined whether or not the total voltage of the batteries 1 connected in series is lower than the end voltage near the end of discharge. In this example, the end voltage near the end of discharge is 10V. When the total voltage is higher than the end voltage, it is determined that the battery 1 is not in a state near the end of discharge, and the quick charge switch SW1 is turned on to start quick charge. If the total voltage is lower than the end voltage, the battery 1 is in a state near the end of discharge and proceeds to the next step.
[0044]
In the step of n = 2 to 11, the charge amount of each battery 1 is balanced in the same manner as in the step of FIG.
[0045]
In the step of n = 12, it is determined whether or not the voltages of all the batteries 1 are equal to or higher than the balance voltage (that is, 3V). When the voltages of all the batteries 1 are equal to or higher than the balance voltage, the quick charge switch SW1 is turned on to start the quick charge. If the voltage of any battery 1 is lower than the balance voltage, the process jumps to a step of n = 3, and trickle charging is performed until the voltage of each battery 1 becomes equal to or higher than the balance voltage.
[0046]
In the flowchart shown in FIG. 5, the method of balancing the charge amount of the battery 1 is to start rapid charging when the voltage of all the batteries 1 becomes equal to the balance voltage in the step of n = 12. When the voltages of all the batteries 1 become higher than the balance voltage, the quick charge can be started.
[0047]
The method of starting rapid charging when the voltages of all the batteries 1 are equal to the balance voltage makes the balance discharge current larger than the trickle charge current. This is because the battery voltage higher than the balance voltage needs to be reduced to the balance voltage.
[0048]
FIG. 6 and FIG. 7 are graphs showing changes in each battery voltage in the method of starting rapid charging when all the battery voltages reach the balance voltage. FIG. 6 first shows a state in which the voltages of the first and second batteries 1A and 1B are higher than the balance voltage and the voltage of the third battery 1C is lower than the balance voltage. Since the first and second batteries 1A and 1B that are higher than the balance voltage are subjected to balance discharge while trickle charging, the battery voltage gradually decreases. When the battery voltage reaches the balance voltage, the voltage is maintained. Precisely, the first and second batteries 1A, 1B that have reached the balance voltage are held at the balance voltage, with the balance discharge intermittently. Since the voltage of the third battery 1C is lower than the balance voltage, the battery voltage gradually rises as a result of trickle charging without being balanced discharged. When the voltage of the third battery 1C increases and the voltages of all the batteries 1A, 1B, and 1C become equal to or higher than the balance voltage, the battery voltage is rapidly increased by switching from trickle charging to rapid charging.
[0049]
Furthermore, FIG. 7 shows the change in battery voltage when the amount of charge is balanced in a state where the voltages of all the batteries are lower than the balance voltage. Since the voltages of all the batteries are lower than the balance voltage, each battery is trickle charged without being subjected to balance discharge, and the battery voltage gradually increases. Since the battery voltage is gradually lower than that of the first battery 1A, the second battery 1B, and the third battery 1C, the voltage of the first battery 1A first increases to the balance voltage. When the balance voltage is reached, the balance is intermittently discharged, and the battery voltage is held at the balance voltage. After the first battery 1A rises to the balance voltage, the second battery 1B becomes the balance voltage, and then the third battery 1C becomes the balance voltage. When the voltages VH and VM of all the batteries 1A, 1B, and 1C become the balance voltage, the battery voltage is rapidly increased by switching from trickle charging to rapid charging.
[0050]
FIG. 8 and FIG. 9 are graphs showing changes in the voltage of each battery in the method of starting rapid charging when the voltages of all the batteries become higher than the balance voltage. FIG. 8 shows a state in which the balance discharge current is made smaller than the trickle charge current, and FIG. 9 shows a state in which the balance discharge current is made larger than the trickle charge current. FIG. 8 first shows a state in which the first battery voltage is higher than the balance voltage and the second and third battery voltages are lower than the balance voltage. Since the first battery 1A having a voltage higher than the balance voltage is subjected to balance discharge while trickle charging, the battery voltage gradually increases. This is because the balance discharge current is smaller than the trickle charge current, and charging is performed with a difference current between the balance discharge current and the trickle charge current. Since the second and third batteries 1B and 1C are lower than the balance voltage, they are trickle charged without being subjected to balance discharge, and the battery voltage rises faster and steeply than the first battery 1A. Since the second battery voltage is higher than the third battery voltage, the second battery 1B rises to the balance voltage earlier than the third battery 1C. The second battery 1B that has reached the balance voltage is trickle-charged while being subjected to balance discharge, so the battery voltage rises gradually. Since the third battery 1C has the lowest battery voltage, the third battery 1C is charged until it reaches the balance voltage without being subjected to balance discharge. When the voltage of the third battery 1C rises and the voltages of all the batteries 1A, 1B, and 1C become higher than the balance voltage, the trickle charge is switched to the quick charge, and the battery voltage rises rapidly.
[0051]
Further, FIG. 9 shows a change in the battery voltage when the charge amount is balanced in a state where the first and second battery voltages are higher than the balance voltage and the third battery voltage is lower than the balance voltage. . Since the voltages of the first and second batteries 1A and 1B are higher than the balance voltage, the battery voltage is gradually lowered due to the balance discharge. This is because the battery is discharged at a current corresponding to the difference between the trickle charge current and the balance discharge current. Since the voltage of the third battery 1C is lower than the balance voltage, it quickly rises without being subjected to balance discharge. When the voltage of the third battery 1C rises to the balance voltage, all the battery voltages become higher than the balance voltage, so that the battery voltage rapidly rises by switching from trickle charge to quick charge.
[0052]
In the above method, the battery voltage is adjusted by performing a balance discharge while the battery 1 is trickle charged. This method is characterized in that the amount of charge can be balanced with a simple circuit because the battery voltage can be adjusted by connecting the discharge circuit 2 to each battery 1 in parallel. However, the method of the present invention does not necessarily require trickle charging when performing balanced discharge. A battery to be balanced discharge can also stop the trickle charge and trickle charge only the batteries that are not to be balanced discharged to balance the amount of charge. When the charging / discharging cycle of the battery 1 reaches a predetermined number of times (for example, 50 times), or when the difference between the battery voltages of the batteries 1 exceeds a predetermined value, or in particular, when a charging power source is connected, First, all the batteries may be discharged once (for example, discharged until all the battery voltages are equal to or less than the balance voltage), and then the balance according to the present invention may be achieved.
[0053]
Further, FIG. 10 shows another charging circuit used in the method of the present invention. This charging circuit also connects three batteries 101 in series to balance the amount of charge. However, according to the method of the present invention, two or four or more batteries can be connected in series to balance the charge amount.
[0054]
A bypass circuit 102 is connected in parallel to each battery 101A, 101B, 101C connected in series. The bypass circuit 102 connects resistors R101, R102, R103 and switches SWH, SWM, SWL in series. The switches SWH, SWM, SWL are controlled by the control circuit 103 and switched on / off.
[0055]
The charging circuit includes a discharge control switch TR1 that turns on / off the discharge of the battery 101. The discharge control switch TR1 is composed of a MOSFET, and when the switch TR1 is turned on, the battery 101 is discharged. When the discharge control switch TR1 is turned off, the discharge of the battery 101 is stopped. However, the battery 101 can be charged through the parasitic diode of the discharge control switch TR1.
[0056]
The discharge control switch TR1 is connected between the battery 101 and the charging power source. The charging power source is a power source that charges the battery 101 with a constant current and a constant voltage. The discharge control switch TR1 is controlled by the control circuit 103 to be turned on / off.
[0057]
The control circuit 103 detects the voltage of each battery 101 independently, and also detects the total voltage connected in series, and controls the discharge control switch TR1 and the switches SWH, SWM, and SWL to be turned on and off. . When each battery 101 is discharged, the control circuit 103 turns off the discharge control switch TR1 when the voltage of each battery 101 decreases to a certain setting voltage or when the total voltage of the battery 101 decreases to a certain setting voltage.
[0058]
The control circuit 103 detects the voltage of each battery 101 when the discharge control switch TR1 is in the OFF state and the battery 101 is in a trickle charge state while the discharge of each battery 101 is cut off, and the detected voltage Is compared to the balance voltage. A switch connected in parallel to the battery 101 having a voltage higher than the balance voltage is turned on, and the battery 101 is balance-discharged. The switch connected in parallel to the battery 101 having a voltage lower than the balance voltage is held off and is not subjected to balance discharge. When the voltage of each battery 101 becomes higher than the balance voltage, the discharge control switch TR1 is turned on to cancel the interruption of the discharge because the charge amount is balanced.
[0059]
Further, the control circuit 103 detects the voltage VTR1 across the discharge control switch TR1 to determine whether the battery 101 has started to be charged while the discharge of the battery 101 is cut off (that is, the discharge control switch TR1 is turned off). Detect whether or not.
[0060]
FIG. 11 shows a flowchart for balancing the amount of charge in the circuit shown in FIG.
[0061]
In the step of n = 1, the discharge control switch TR1 is turned on, and each battery 101 is in a dischargeable state. At this time, the switches SWH, SWM, and SWL are turned off.
[0062]
In the step of n = 2, it is determined whether or not the battery voltages VH, VM, and VL of the batteries 101A, 101B, and 101C are 2V or less, or the total voltage VTOT of each battery 101 is 7.8V or less. When either one of the battery voltages or the total voltage falls below a predetermined set voltage, the process proceeds to the next step.
[0063]
In the step of n = 3, in order to prevent the overdischarge of each battery 101, the discharge control switch TR1 is turned off to interrupt the discharge of each battery 101.
[0064]
In the step of n = 4, it is determined whether or not the voltage VTR1 across the discharge control switch TR1 is 0.1V or higher. When charging of the battery 101 is started in a state where the discharge of the battery 101 is cut off (that is, the discharge control switch TR1 is turned off), the charging current flows through the parasitic diode of the discharge control switch TR1, and thus the discharge control switch TR1 A voltage VTR1 between both ends of about 0.6V is generated. Therefore, it is determined that the both-end voltage VTR1 is 0.1 V or higher, indicating that the battery 101 is being charged. The charging current at this time is a trickle charging current.
[0065]
In the step of n = 5 or less, the voltage of each battery 101 is detected in order and compared with the balance voltage. In the step of n = 5, VH that is the voltage of the first battery 101A is detected and compared with the balance voltage. The balance voltage is set to 3V. If the voltage VH of the first battery 101A is 3V or less, the switch SWH connected in parallel to the first battery 101A is kept off and balance control of the first battery 101A is not performed. .
[0066]
In the step of n = 6, when the voltage VH of the first battery 101A is higher than 3V which is the balance voltage, the switch SWH connected in parallel to the first battery 101A is turned on, and the first battery 101A balance control is performed.
[0067]
In the step of n = 7, VM which is the voltage of the second battery 101B is detected and compared with 3V which is the balance voltage. If the voltage VM of the second battery 101B is not higher than the balance voltage, that is, 3 V or less, the switch SWM connected in parallel to the second battery 101B is kept off, and the second battery 101B The balance control is not performed.
[0068]
In the step of n = 8, when the voltage VM of the second battery 101B is higher than the balance voltage of 3V, the switch SWM connected in parallel to the second battery 101B is turned on and the second battery 101B is turned on. 101B balance control is performed.
[0069]
In the step of n = 9, VL that is the voltage of the third battery 101C is detected and compared with 3V that is the balance voltage. If the voltage VL of the third battery 101C is not higher than the balance voltage, that is, 3V or less, the switch SWL connected in parallel to the third battery 101C is kept off, and the third battery 101C The balance control is not performed.
[0070]
In the step of n = 10, when the voltage VL of the third battery 101C is higher than the balance voltage 3V, the switch SWL connected in parallel to the third battery 101C is turned on, and the third battery 101C is turned on. 101C balance control is performed.
[0071]
  In the step of n = 11, the voltages VH, VM and VL of each battery 101 are compared with 3V which is a balance voltage. When all the voltages are equal to or higher than the balance voltage, the process jumps to a step of n = 1, turns on the discharge control switch TR1 to release the discharge cut-off state of the battery 101, and turns off all the switches SWH, SWM, SWL and performs baluning.Terminates the control. Further, the battery 101 starts to be rapidly charged.
[0072]
[The invention's effect】
  The method of the present invention can balance the amount of charge of batteries connected in series in an ideal state. That is, when the method of the present invention is in a state of an end voltage close to the end of discharge, the battery is trickle charged,Or charge the battery,This is because the balance voltage is adjusted. A battery at an end voltage close to the end of discharge has a large change in voltage with respect to the amount of charge. Therefore, the method of balancing the battery voltage in this portion has a feature that the charge amount can be made more uniform.
[0073]
For this reason, the method of the present invention protects each battery from overdischarge with a protection circuit, and in the configuration used for the power source of the electronic device, before the protection circuit operates as in the prior art, A shutdown can be prevented. This is because the voltage balance of each battery can be made more uniform.
[0074]
  Furthermore, the method of the present invention does not simply discharge the battery to balance the charge amount, but trickle charge the battery at the end voltage close to the end of discharge,Or charge the battery,In order to balance the amount of charge, in addition to being able to make the substantial amount of charge more uniform, it is possible to realize a feature that can effectively prevent a decrease in battery performance when left for a long time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a charging circuit used in a method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a process of balancing the amount of charge of a battery using the charging circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a graph showing changes in battery voltage when the charge amount is balanced in the flowchart of FIG. 2;
FIG. 4 is a graph showing changes in battery voltage when the charge amount is balanced in the flowchart of FIG. 2;
FIG. 5 is a flowchart showing another process of balancing the charge amount of the battery using the charging circuit shown in FIG.
6 is a graph showing a change in battery voltage when the charge amount is balanced in the flowchart of FIG. 5;
7 is a graph showing a change in battery voltage when the charge amount is balanced in the flowchart of FIG. 5;
FIG. 8 is a graph showing changes in battery voltage when the charge amount is balanced in the flowchart of FIG.
9 is a graph showing changes in battery voltage when balancing the charge amount in the flowchart of FIG. 5;
FIG. 10 is a circuit diagram of another charging circuit used in the method of the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing a process of balancing the charge amount of the battery using the charging circuit shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1,101 battery
2,102 Discharge circuit
3, 103 Control circuit
SW2 trickle charge switch
SW1 quick charge switch
TR1 Discharge control switch

Claims

In the method of balancing the charge amounts of a plurality of secondary batteries connected in series, the battery voltage is detected to be lower than the end voltage near the end of discharge, and the secondary battery is trickled to charge each battery voltage. A method for balancing the charge amount of a secondary battery, characterized in that the secondary battery having a voltage higher than the balance voltage is discharged in a balanced manner without discharging the secondary battery having a voltage lower than a predetermined balance voltage.

The method of balancing the charge amount of the secondary battery according to claim 1, wherein a total voltage of a plurality of secondary batteries connected in series is detected to determine whether the voltage is lower than an end voltage near the end of discharge.

The method according to claim 1, wherein the balance voltage is set to the highest value of each battery voltage.

The method of balancing the charge amount of the secondary battery according to claim 1, wherein a discharge current for balanced discharge is larger than a trickle charge current.

The method of balancing the charge amount of the secondary battery according to claim 1, wherein rapid charging is started when all the battery voltages become higher than the balance voltage.

The method of balancing the charge amount of the secondary battery according to claim 1, wherein rapid charging is started when all the battery voltages are equal to the balance voltage.

The method of balancing the charge amount of the secondary battery according to claim 1, wherein a discharge current for balanced discharge is smaller than a trickle charge current.

The method of balancing the charge amount of the secondary battery according to claim 1, wherein rapid charging is started when the total voltage becomes higher than a preset charging start voltage.

In the method of balancing the charge amounts of a plurality of secondary batteries connected in series, when each battery voltage drops to a certain first set voltage or a total voltage of a plurality of batteries falls to a certain second set voltage, they are connected in series. includes a blocking circuit for blocking the discharge from the secondary battery, it charges the secondary battery in a state of blocking the discharge of the secondary battery by the blocking circuit, the secondary of the voltage lower than the predetermined balance voltage A method for balancing the amount of charge of a secondary battery, wherein a secondary battery having a voltage higher than the balance voltage is balanced and discharged by turning on a switch connected in parallel to the battery without discharging the battery.

The method for balancing the charge amount of the secondary battery according to claim 9, wherein the charge of the secondary battery in a state where the discharge of the secondary battery is interrupted is trickle charge.

The method for balancing the charge amount of the secondary battery according to claim 9, wherein the discharge interruption of the secondary battery is released when all the battery voltages become higher than the balance voltage.