JP4145010B2 - Battery pulse charging method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池をパルス充電する方法に関し、とくに電池の劣化を防止しながらパルス充電する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電池をパルス充電する充電方法は、短時間に大きな電流を流して、急速充電できる。パルス充電は、電池電圧や充電電流を検出しながら短い周期で充電する。図1は、パルス充電するときの電池電圧が変化する特性を示している。この図に示すように、充電スイッチがオンになると電池電圧は上昇し、充電スイッチをオフにすると電池電圧が低下する。この図に示すパルス充電は、充電している電池の電圧が第1設定電圧よりも高くなる時間が、第1設定時間(T1)よりも長くなると充電スイッチをオフにする。また、充電スイッチをオフにして電池の電圧が第2設定電圧よりも低下する時間が第2設定時間(T2)よりも長くなると、充電スイッチをオンに切り換えてパルス充電する。
【0003】
たとえば、電池電圧を125msecのサンプリング周期で検出して、電池電圧が第1設定電圧よりも高くなる第1設定時間(T1)が500msecになると、充電スイッチをオフに切り換える。125msecのサンプリング周期は、4回目の計測時間が500msecとなるので、4回連続して検出する電池電圧が、第1設定電圧よりも高いと充電スイッチをオフに切り換える。また、4回連続して検出する電池電圧が第2設定電圧よりも低いと、充電スイッチをオンに切り換える。
【0004】
以上のようにして、パルス充電される電池は、満充電に接近するにしたがって、電池電圧の低下がゆっくり遅くなる。したがって、充電スイッチがオフになる時間を検出して満充電を検出できる。また、充電スイッチをオンオフに切り換えるデューティー比から平均電流を検出して満充電を検出して充電を終了することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにしてパルス充電する方法は、短時間で電池を満充電できる特長はあるが、電池の温度が低いときに電池電圧が異常に高くなって電池を劣化させる欠点がある。温度の低い電池をパルス充電すると、充電スイッチをオンに充電しているときに、図1の鎖線で示すように、電池電圧が急激に上昇するからである。この弊害は、充電スイッチのオン時間を短くして防止できる。しかしながら、この方法は、1パルスで電池を充電する容量が少なくなるので、満充電するまでに時間がかかる欠点がある。
【0006】
パルス充電は、リチウムイオン二次電池のように、電池電圧の最高電圧を制限しながら電池を短時間で満充電できる特長があるので、このタイプの電池の充電に好んで使用される。リチウムイオン二次電池は、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池のように、満充電されるまで大きな電流で定電流充電すると、電池電圧が異常に高くなって電池を劣化させる。このため、満充電になるにしたがって充電電流を小さくする必要があり、満充電するまでの時間が長くなる。充電時間の長い電池を短時間で満充電するためにパルス充電が使用される。このため、パルス充電で充電時間が長くなることは、パルス充電の最大の特長が失われる。したがって、パルス充電は、いかにして満充電できる時間を短縮できるかが特に大切である。ただ、充電時間を短くするために、1パルスの充電時間を長くすると、温度が低い電池の電圧が異常に高くなって、電池性能を著しく低下させる。このため、1パルスの充電時間を短くする必要があるが、これを短くすると充電時間が長くなる。このように、パルス充電において、満充電する時間を短くすることと、電池性能を低下させないことは、互いに相反する特性であって、短時間で劣化させることなく充電するのは極めて難しい。
【0007】
本発明は、この極めて難しい課題を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、電池性能を低下させることなく短時間で満充電できる電池のパルス充電方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池のパルス充電方法は、充電している電池1の電圧を検出して、電池電圧が第1設定電圧よりも高くなる時間が第1設定時間(T1)よりも長くなると充電スイッチ9をオフにして充電を中断し、充電を中断している電池電圧が、第1設定電圧よりも低い電圧に設定している第2設定電圧よりも低くなる時間が第2設定時間(T2)よりも長くなると充電スイッチ9をオンにしてパルス充電する。さらに、本発明のパルス充電方法は、電池温度を検出して、電池温度が低いときの第1設定時間(T1)を、電池温度が高いときよりも短く設定している。
【0009】
本発明の電池のパルス充電方法は、電池電圧が上昇する電圧上昇勾配を検出して、電圧上昇勾配が大きいときの第1設定時間(T1)を、電圧上昇勾配が小さいときよりも短く設定することもできる。このパルス充電方法は、第2設定電圧から第1設定電圧に上昇するまでの時間を検出して、電圧上昇勾配を検出することができる。
【0010】
さらに、本発明の電池のパルス充電方法は、充電している電池1の電圧を所定のサンプリング周期で検出し、電池電圧が第1設定電圧よりも高くなる第1設定時間(T1)をサンプリングする回数でカウントすることができる。電池温度を検出するパルス充電方法は、電池温度が低いときのサンプリング周期を、電池温度が高いときよりも短く設定して、第1設定時間(T1)を短くすることができる。電圧上昇勾配を検出するパルス充電方法は、電圧上昇勾配が大きいときのサンプリング周期を、電圧上昇勾配が小さいときよりも短く設定して、第1設定時間(T1)を短くすることができる。
【0011】
さらに、電池温度を検出するパルス充電方法は、検出した電池温度を設定温度に比較し、設定温度よりも高いときと低いときとで第1設定時間(T1)を変更することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。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電池のパルス充電方法を例示するものであって、本発明は充電方法を以下のものに特定しない。
【0013】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0014】
本発明の充電方法は、図1に示すように、充電スイッチをオンオフに切り換えて、電池をパルス充電する。充電スイッチは、電池の電圧で切り換えられる。充電している電池の電圧が第1設定電圧よりも高くなる時間が第1設定時間(T1)よりも長くなると、充電スイッチはオンからオフに切り換えられる。充電を中断して電池電圧が、第2設定電圧よりも低くなる時間が第2設定時間(T2)よりも長くなると、充電スイッチはオフからオンに切り換えられる。第2設定電圧は、第1設定電圧よりも低く設定された電圧である。
【0015】
充電スイッチをオフに切り換えるタイミングを決定する第1設定時間(T1)は一定ではない。第1設定時間(T1)は、1パルスの充電時間を特定する。第1設定時間(T1)を長くすると、1パルスの充電時間は長くなる。第1設定時間(T1)は、電池の温度、または、充電している電池の電圧上昇勾配で変化させる。図2は、電池の温度で第1設定時間(T1)を変化させる特性を示すグラフである。この図は、電池温度が設定温度よりも高いか低いかで、第1設定時間(T1)を長短に切り換える。図2は、設定温度を10℃に設定している。第1設定時間(T1)は、図3に示すように、複数の設定温度で段階的に変化させることもできる。また、図4に示すように、第1設定時間(T1)を、温度をパラメーターとする関数で連続的に変更することもできる。
【0016】
図5は、充電している電池の電圧上昇勾配で第1設定時間(T1)を切り換える特性を示している。充電スイッチをオンに切り換えると、図1に示すように電池の電圧は次第に上昇する。電圧上昇勾配は、第1設定電圧と第2設定電圧の差電圧(ΔV)と、第2設定電圧から第1設定電圧まで上昇する時間(ΔT)で演算できる。電圧上昇勾配は、電池温度が低くなると大きくなる。電圧上昇勾配が大きい電池を長い時間連続して充電すると、電池電圧が異常に高くなって劣化する。したがって、電圧上昇勾配の大きい電池は、第1設定時間(T1)を短くする。図5は、電圧上昇勾配が設定勾配よりも大きいか小さいかで、第1設定時間(T1)を長短に切り換えている。電圧上昇勾配が設定勾配よりも大きくなると、第1設定時間(T1)を短くしている。
【0017】
電圧上昇勾配で第1設定時間(T1)を切り換える方法も、図6に示すように、複数の設定勾配を設けて段階的に第1設定時間(T1)を変更し、あるいは図7に示すように、電圧上昇勾配をパラメーターとする関数で第1設定時間(T1)を変更することもできる。
【0018】
充電スイッチをオフからオンに切り換えるタイミングを特定する第2設定時間(T2)も、電池の温度または電圧上昇勾配で変更することができる。第2設定時間(T2)は、第1設定時間(T1)と同じように、たとえば、図2ないし図7に示すように、電池の温度や電圧上昇勾配で変更することができる。ただ、第2設定時間(T2)は、必ずしも電池の温度や電圧上昇勾配で変更する必要はない。
【0019】
本発明のパルス充電方法は、リチウムイオン二次電池を充電するのに最適であるから、以下リチウムイオン二次電池の充電方法を詳述する。ただし、本発明のパルス充電方法は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池、たとえば、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等も充電できる。
【0020】
図8は、本発明のパルス充電方法に使用する充電回路の回路図である。この図の充電回路は、二次電池1の温度を検出して電圧に変換する温度検出回路2と、温度検出回路2の出力信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換する温度A/Dコンバータ3の出力信号を設定温度に比較する温度測定回路4と、電池1の電圧を検出する電圧検出回路5と、この電圧検出回路5の出力信号をデジタル信号に変換する電圧A/Dコンバータ6と、電圧A/Dコンバータ6の出力信号を第1設定電圧と第2設定電圧に比較する電圧測定回路7と、温度A/Dコンバータ3と電圧A/Dコンバータ6がアナログ信号をデジタル信号に変換するタイミングを特定するタイマー8と、電圧測定回路7と温度測定回路4の出力信号でもって充電スイッチ9をオンオフに切り換える制御信号を出力するパルス充電制御回路10と、パルス充電制御回路10の出力信号でオンオンに切り換えられて電池1をパルス充電する充電スイッチ9と、この充電スイッチ9を介して電池1に接続される充電電源11とを備えている。
【0021】
温度検出回路2は、電池1に接触して電池1の温度を検出する温度センサー(図示せず)を備える。温度センサーは、温度によって抵抗が変化する素子であるサーミスタ、バリスタ、PTC等が使用できる。温度検出回路2は、温度センサーの抵抗変化を電圧の変化に変換して出力する。
【0022】
温度A/Dコンバータ3と電圧A/Dコンバータ6は、タイマー8からサンプリングのためのトリガー信号が入力されるときに、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。タイマー8は、標準サンプリング周期と、標準サンプリング周期よりも短い周期の短縮サンプリング周期に切り換えてトリガー信号を出力する。標準サンプリング周期は、たとえば125msecとする。ただ、標準サンプリング周期は30〜250msecとすることもできる。短縮サンプリング周期は、標準サンプリング周期の30〜80%の時間とする。
【0023】
本発明のパルス充電方法は、後に述べるように、サンプリング周期を変更して、第1設定時間(T1)を変更することができる。この方法においては、標準サンプリング周期と短縮サンプリング周期の比率が、第1設定時間(T1)を変更する割合となる。したがって、この方法においては、第1設定時間(T1)が最適時間となるように、短縮サンプリング周期を特定する。
【0024】
温度測定回路4は、温度A/Dコンバータ3から出力される温度信号を設定温度に比較する。温度信号が設定温度よりも高いときは、”高温”信号を、低いときは、”低温”信号を出力する。設定温度は、図2に示すように、たとえば10℃に設定する。ただ、本発明のパルス充電方法は、設定温度を10℃には特定しない。設定温度は0℃〜15℃の範囲で最適値とすることもできる。
【0025】
電圧測定回路7は、電圧A/Dコンバータ6から出力される電圧信号を第1設定電圧及び第2設定電圧に比較し、電圧信号が第1設定電圧よりも高いと”高電圧”の信号を、第2設定電圧よりも低いと”低電圧”の信号を、第1設定電圧と第2設定電圧の間の電圧であるときは、”中間電圧”の信号を出力する。
【0026】
パルス充電制御回路10は、電圧測定回路7から入力される信号で充電スイッチ9をオンオフに切り換える。電池電圧が第1設定電圧よりも高くなる時間が第1設定時間(T1)よりも長くなると、充電スイッチ9をオンからオフに切り換え、第2設定電圧よりも低くなる時間が第2設定時間(T2)よりも長くなると、充電スイッチ9をオフからオンに切り換える信号を充電スイッチ9に出力する。
【0027】
パルス充電制御回路10は、第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)を記憶している。本発明のパルス充電方法は、第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)をつねに一定にしない。第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)を「電池の温度」、あるいは電池電圧が上昇する「電圧上昇勾配」で変化させる。したがって、パルス充電制御回路10は、電池の温度、または電圧上昇勾配に対する第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)を記憶している。
【0028】
パルス充電制御回路10が、電池温度等で変化される第1設定時間(T1)と第2設定時間(T1)を記憶する方法はふたつある。第1の方法は、電圧測定回路7からパルス充電制御回路10に連続して入力される”高電圧”または”低電圧”をカウント値として記憶する。この方法は、電池温度または電圧上昇勾配でサンプリング周期を変更して、第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)を変化させる。この方法は、電池温度や電圧上昇勾配で、記憶しているカウント値を変更する必要がない。第2の方法は第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)を電池温度と電圧上昇勾配によって異なる時間として記憶する。この方法は、連続して出力される”高電圧”または”低電圧”信号をカウント値として記憶することもできる。この方法は、サンプリング周期を電池の温度や電圧上昇勾配で変更する必要がない。ただ、この方法は、電池の温度や電圧上昇勾配によって、第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)を異なる時間として記憶する必要がある。
【0029】
パルス充電制御回路10が、電池の温度や電圧上昇勾配でサンプリング周期を変更する方法は、電池温度が設定温度よりも低くなり、あるいは電圧上昇勾配が設定勾配よりも大きくなると、サンプリング周期を、標準サンプリング周期から短縮サンプリング周期に変更する。サンプリング周期が標準サンプリング周期から短縮サンプリング周期に変更されると、1回のサンプリング周期が短くなるので、カウント値が同じであっても時間は短くなる。この方法は、パルス充電制御回路10が記憶しているカウント値から1を減算した値とサンプリング周期の積が第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)になる。
【0030】
たとえば、電圧A/Dコンバータ6の標準サンプリング周期を125msecとし、パルス充電制御回路10が第1設定時間(T1)のカウント値として”高電圧”が連続して出力される回数を5回と記憶していると、第1設定時間(T1)は500msecとなる。また、第2設定時間(T2)のカウント値として”低電圧”が連続して出力される回数を5回として記憶していると、第2設定時間(T2)も500msecとなる。電池の温度が設定温度よりも高くなり、あるいは電圧上昇勾配が設定勾配よりも高くなって、サンプリング周期を、標準サンプリング周期の125msecから短縮サンプリング周期の40msecに短縮すると、第1設定時間(T1)と第2設定時間(T2)は、500msecから160msecに短縮される。
【0031】
さらに、パルス充電制御回路10は、電圧測定回路7から入力される信号から、充電している電池1の電圧上昇勾配を演算する。電圧上昇勾配は、第1設定電圧と第2設定電圧の電圧差(ΔV)を、第2設定電圧から第1設定電圧に上昇するまでの上昇時間(ΔT)で割って演算される。上昇時間(ΔT)は、電圧測定回路7から出力される信号が、”低電圧”から”中間電圧”に変わったときをスタート時間として”中間電圧”から”高電圧”に変わったときまでの時間で検出できる。
【0032】
以上の充電回路は、以下の動作で第1設定時間を変更しながら電池をパルス充電する。
[電池温度で第1設定時間を切り換える方法]
(1) 温度センサーが電池温度を検出して温度検出回路2が温度信号を出力し、この温度信号が温度A/Dコンバータ3でデジタル信号に変換される。
(2) 温度A/Dコンバータ3の出力信号が温度測定回路4に入力される。
(3) 温度測定回路4は、入力される温度信号を設定温度に比較し、温度信号が設定温度よりも高いと”高温”、低いと”低温”の信号を出力し、この信号がパルス充電制御回路10に入力される。
(4) パルス充電制御回路10は、”高温”信号が入力されると、タイマー8のサンプリング周期を標準サンプリング周期とし、”低温”信号が入力されるとサンプリング周期を短縮サンプリング周期に設定する。
(5) パルス充電制御回路10は、電圧をサンプリングする回数で第1設定時間(T1)を記憶しているので、サンプリング周期が変更されると、第1設定時間(T1)は変更される。電池温度が低下して、サンプリング周期が短くなると、第1設定時間(T1)はサンプリング周期に比例して短くなる。
【0033】
[電圧上昇勾配で第1設定時間を切り換える方法]
(1) 電圧検出回路7が充電している電池1の電圧を検出し、この電圧信号が電圧A/Dコンバータ6でデジタル信号に変換される。
(2) 電圧A/Dコンバータ6の電圧信号が電圧測定回路7に入力される。
(3) 電圧測定回路7は、入力される温度信号を第1設定電圧と第2設定電圧に比較し、電圧信号が第1設定電圧よりも高いと”高電圧”、第2設定電圧より低いと”低電圧”、第2設定電圧と第1設定電圧との間の電圧であると”中間電圧”の信号を出力し、この信号がパルス充電制御回路10に入力される。
(4) パルス充電制御回路10は、”低電圧”から”中間電圧”に切り換えられるタイミングから、”中間電圧”から”高電圧”が出力されるまでの時間、言いかえると”中間電圧”を出力している時間(ΔT)と、第1設定電圧と第2設定電圧の差電圧(ΔV)から、電圧上昇勾配を演算し、この電圧上昇勾配を記憶している設定勾配に比較する。電圧上昇勾配が設定勾配よりも小さいときは、タイマー8のサンプリング周期を標準サンプリング周期とし、設定勾配よりも大きいときは、サンプリング周期を短縮サンプリング周期に設定する。
(5) パルス充電制御回路10は、電圧をサンプリングする回数で第1設定時間(T1)を記憶しているので、サンプリング周期が変更されると、第1設定時間(T1)は変更される。電池温度が低下して、サンプリング周期が短くなると、第1設定時間(T1)はサンプリング周期に比例して短くなる。
【0034】
以上の方法は、サンプリング周期で第1設定時間(T1)を変更する方法であるが、サンプリング周期によらず、パルス充電制御回路10に記憶している第1設定時間(T1)を変更することもできる。
【0035】
以上のようにして、第1設定時間(T1)が変更される充電回路は、以下のようにして電池をパルス充電する。
(1) パルス充電制御回路10は、電圧測定回路7から入力される信号が、”中間電圧”または”低電圧”の信号であることを確認して、充電スイッチ9をオンにする。電圧測定回路7から”高電圧”の信号が入力されるときは、充電スイッチ9をオフ状態に保持し、”中間電圧”または”低電圧”となるまで待機して充電スイッチ9をオンにする。
(2) 電圧検出回路5は、電池電圧を電圧A/Dコンバータ6に連続して出力している。電圧A/Dコンバータ6は、タイマー8からトリガー信号が入力される毎に、電圧信号をデジタル信号に変換して電圧測定回路7に出力する。タイマー8は、サンプリング周期に同期してトリガー信号を電圧A/Dコンバータ6に出力する。したがって、電圧測定回路7には、サンプリング周期に同期して電圧信号が入力される。電圧測定回路7は、電圧信号を第1設定電圧と第2設定電圧に比較して、”高電圧”、”中間電圧”、”低電圧”のいずれかの信号をパルス充電制御回路10に出力する。
(3) 充電している電池1の電圧が上昇して、電池電圧が第1設定電圧よりも高くなって、”高電圧”の信号がパルス充電制御回路10に入力されると、パルス充電制御回路10は、”高電圧”の信号が入力される回数を記憶している回数に比較し、入力される回数が記憶している回数になると、充電スイッチ9をオフにする信号を充電スイッチ9に出力する。
(4) 充電スイッチ9がオフに切り換えられて、電池1の充電が中断される。
(5) 充電が中断された電池1は、電圧が低下する。電池電圧が低下すると、電圧測定回路7の出力信号は、”高電圧”から”中間電圧”を経過して”低電圧”となる。
(6) パルス充電制御回路10は、”低電圧”の信号が入力される回数を記憶している回数に比較し、入力される回数が記憶している回数になると、充電スイッチ9をオンにする信号を充電スイッチ9に出力する。
(7) 充電スイッチ9がオンに切り換えられて、電池1の充電が再開される。
(8) その後、(3)〜(7)の工程で電池1が充電されて満充電になると、充電スイッチ9をオフにする時間が長くなる。したがって、充電スイッチ9がオフになる時間、あるいはオンとオフのデューティ比を検出して、電池1の満充電を検出する。電池1が満充電されると、パルス充電を終了する。
【0036】
【発明の効果】
本発明の電池のパルス充電方法は、電池性能を低下させることなく短時間で満充電できる特長がある。それは、本発明のパルス充電方法が、充電している電池の電圧を検出して、電池電圧が第1設定電圧よりも高くなる時間が第1設定時間(T1)よりも長くなると充電を中断し、充電を中断している電池電圧が第2設定電圧よりも低くなる時間が第2設定時間(T2)よりも長くなると充電を再開しており、この第1設定時間(T1)を、電池温度、あるいは、電池電圧が上昇する電圧上昇勾配を検出して変更しているからである。
【0037】
本発明のパルス充電方法は、電池温度を検出して、電池温度が低いときの第1設定時間(T1)を、電池温度が高いときよりも短くし、あるいは、電池電圧が上昇する電圧上昇勾配を検出して、電圧上昇勾配が大きいときの第1設定時間(T1)を、電圧上昇勾配が小さいときよりも短くしている。このように、本発明のパルス充電方法は、電池温度が低いとき、あるいは、電圧上昇勾配が大きいときに充電する第1設定時間(T1)を短くするので、電池電圧が急激に上昇して電池を劣化させるのを有効に回避できる。したがって、本発明のパルス充電方法は、電池性能を低下させることなく、短時間で充電できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】パルス充電するときの電池電圧が変化する特性を示すグラフ
【図2】電池温度で第1設定時間を変化させる一例を示すグラフ
【図3】電池温度で第1設定時間を変化させる他の一例を示すグラフ
【図4】電池温度で第1設定時間を変化させる他の一例を示すグラフ
【図5】電圧上昇勾配で第1設定時間を変化させる一例を示すグラフ
【図6】電圧上昇勾配で第1設定時間を変化させる他の一例を示すグラフ
【図7】電圧上昇勾配で第1設定時間を変化させる他の一例を示すグラフ
【図8】本発明の実施例のパルス充電方法に使用する充電回路の回路図
【符号の説明】
1…電池
2…温度検出回路
3…温度A/Dコンバータ
4…温度測定回路
5…電圧検出回路
6…電圧A/Dコンバータ
7…電圧測定回路
8…タイマー
9…充電スイッチ
10…パルス充電制御回路
11…充電電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for pulse charging a battery, and more particularly to a method for pulse charging while preventing deterioration of the battery.
[0002]
[Prior art]
A charging method for charging a battery in a pulsed manner allows rapid charging by flowing a large current in a short time. In pulse charging, charging is performed in a short period while detecting battery voltage and charging current. FIG. 1 shows the characteristic that the battery voltage changes during pulse charging. As shown in this figure, the battery voltage increases when the charge switch is turned on, and the battery voltage decreases when the charge switch is turned off. In the pulse charging shown in this figure, the charging switch is turned off when the time during which the voltage of the battery being charged becomes higher than the first set voltage becomes longer than the first set time (T1). Further, when the time during which the charge switch is turned off and the battery voltage falls below the second set voltage becomes longer than the second set time (T2), the charge switch is turned on to perform pulse charging.
[0003]
For example, when the battery voltage is detected at a sampling period of 125 msec and the first set time (T1) when the battery voltage becomes higher than the first set voltage becomes 500 msec, the charging switch is turned off. In the sampling period of 125 msec, the measurement time of the fourth time is 500 msec, so that the charging switch is turned off when the battery voltage detected four times continuously is higher than the first set voltage. Further, when the battery voltage detected continuously four times is lower than the second set voltage, the charging switch is turned on.
[0004]
As described above, in a battery that is pulse-charged, the battery voltage decreases slowly as it approaches full charge. Therefore, the full charge can be detected by detecting the time when the charge switch is turned off. Further, the charging can be terminated by detecting the average current from the duty ratio at which the charging switch is turned on and off to detect the full charge.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The method of pulse charging as described above has a feature that the battery can be fully charged in a short time, but has a drawback that the battery voltage is abnormally high when the battery temperature is low, and the battery is deteriorated. This is because when a battery having a low temperature is pulse-charged, the battery voltage rapidly increases as shown by a chain line in FIG. This problem can be prevented by shortening the on-time of the charging switch. However, this method has a drawback that it takes time to fully charge the battery because the capacity for charging the battery with one pulse is reduced.
[0006]
Pulse charging is preferred for charging this type of battery because it has the feature of being able to fully charge the battery in a short time while limiting the maximum voltage of the battery as in the case of a lithium ion secondary battery. A lithium ion secondary battery, like a nickel-hydrogen battery or a nickel-cadmium battery, is charged with a constant current with a large current until it is fully charged, the battery voltage becomes abnormally high and the battery deteriorates. For this reason, it is necessary to reduce the charging current as the battery is fully charged, and the time until the battery is fully charged becomes longer. Pulse charging is used to fully charge a battery having a long charging time in a short time. For this reason, the long characteristic of the pulse charging loses the maximum feature of the pulse charging. Therefore, it is particularly important how pulse charging can shorten the time for full charge. However, if the charging time of one pulse is lengthened in order to shorten the charging time, the voltage of the battery having a low temperature becomes abnormally high, and the battery performance is significantly lowered. For this reason, it is necessary to shorten the charging time of one pulse, but if this is shortened, the charging time becomes longer. Thus, in pulse charging, shortening the full charge time and not degrading the battery performance are mutually contradictory characteristics, and it is extremely difficult to charge without deterioration in a short time.
[0007]
The present invention was developed for the purpose of solving this extremely difficult problem, and an important object of the present invention is to provide a battery pulse charging method that can be fully charged in a short time without deteriorating battery performance. There is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The battery pulse charging method of the present invention detects the voltage of the
[0009]
According to the battery pulse charging method of the present invention, a voltage rising gradient at which the battery voltage increases is detected, and the first set time (T1) when the voltage rising gradient is large is set shorter than when the voltage rising gradient is small. You can also In this pulse charging method, it is possible to detect a voltage rising gradient by detecting the time until the voltage rises from the second set voltage to the first set voltage.
[0010]
Further, the battery pulse charging method of the present invention detects the voltage of the
[0011]
Further, in the pulse charging method for detecting the battery temperature, the detected battery temperature is compared with the set temperature, and the first set time (T1) can be changed depending on whether the temperature is higher or lower than the set temperature.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples described below exemplify battery pulse charging methods for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the following charging methods.
[0013]
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, the numbers corresponding to the members shown in the examples are referred to as “the scope of claims” and “the means for solving the problems”. It is added to the member shown by. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
[0014]
In the charging method of the present invention, as shown in FIG. 1, the charging switch is turned on and off to charge the battery in pulses. The charge switch is switched by the battery voltage. When the time during which the voltage of the battery being charged becomes higher than the first set voltage becomes longer than the first set time (T1), the charge switch is switched from on to off. When charging is interrupted and the battery voltage becomes lower than the second set voltage for a longer time than the second set time (T2), the charge switch is switched from OFF to ON. The second set voltage is a voltage set lower than the first set voltage.
[0015]
The first set time (T1) for determining the timing for switching the charging switch off is not constant. The first set time (T1) specifies the charging time of one pulse. When the first set time (T1) is increased, the charging time for one pulse is increased. The first set time (T1) is changed by the temperature of the battery or the voltage increase gradient of the battery being charged. FIG. 2 is a graph showing the characteristic of changing the first set time (T1) with the battery temperature. In this figure, the first set time (T1) is switched between long and short depending on whether the battery temperature is higher or lower than the set temperature. In FIG. 2, the set temperature is set to 10 ° C. As shown in FIG. 3, the first set time (T1) can be changed step by step at a plurality of set temperatures. Further, as shown in FIG. 4, the first set time (T1) can be continuously changed by a function using temperature as a parameter.
[0016]
FIG. 5 shows the characteristic of switching the first set time (T1) with the voltage rise gradient of the battery being charged. When the charging switch is switched on, the voltage of the battery gradually increases as shown in FIG. The voltage rise gradient can be calculated by the difference voltage (ΔV) between the first set voltage and the second set voltage and the time (ΔT) during which the voltage rises from the second set voltage to the first set voltage. The voltage increase gradient increases as the battery temperature decreases. If a battery having a large voltage rise gradient is continuously charged for a long time, the battery voltage becomes abnormally high and deteriorates. Therefore, the battery having a large voltage increase gradient shortens the first set time (T1). In FIG. 5, the first set time (T1) is switched between long and short depending on whether the voltage increase gradient is larger or smaller than the set gradient. When the voltage increase gradient becomes larger than the set gradient, the first set time (T1) is shortened.
[0017]
As shown in FIG. 6, the method of switching the first set time (T1) with the voltage rising gradient is also provided with a plurality of set gradients, and the first set time (T1) is changed stepwise, or as shown in FIG. In addition, the first set time (T1) can be changed by a function using the voltage rise gradient as a parameter.
[0018]
The second set time (T2) for specifying the timing for switching the charging switch from OFF to ON can also be changed by the battery temperature or the voltage increase gradient. Similar to the first set time (T1), the second set time (T2) can be changed by, for example, the battery temperature or the voltage increase gradient as shown in FIGS. However, it is not always necessary to change the second set time (T2) according to the battery temperature or the voltage increase gradient.
[0019]
Since the pulse charging method of the present invention is optimal for charging a lithium ion secondary battery, a method for charging a lithium ion secondary battery will be described in detail below. However, the pulse charging method of the present invention can charge a secondary battery other than the lithium ion secondary battery, for example, a nickel-hydrogen battery or a nickel-cadmium battery.
[0020]
FIG. 8 is a circuit diagram of a charging circuit used in the pulse charging method of the present invention. The charging circuit in this figure includes a
[0021]
The
[0022]
When the trigger signal for sampling is input from the
[0023]
As described later, the pulse charging method of the present invention can change the first set time (T1) by changing the sampling period. In this method, the ratio between the standard sampling period and the shortened sampling period is a ratio for changing the first set time (T1). Therefore, in this method, the shortened sampling period is specified so that the first set time (T1) becomes the optimum time.
[0024]
The temperature measurement circuit 4 compares the temperature signal output from the temperature A /
[0025]
The
[0026]
The pulse
[0027]
The pulse
[0028]
There are two methods by which the pulse
[0029]
The method in which the pulse charging
[0030]
For example, the standard sampling period of the voltage A /
[0031]
Further, the pulse
[0032]
The above charging circuit performs pulse charging of the battery while changing the first set time in the following operation.
[Method of switching the first set time by battery temperature]
(1) The temperature sensor detects the battery temperature, the
(2) The output signal of the temperature A /
(3) The temperature measurement circuit 4 compares the input temperature signal with the set temperature, and outputs a “high temperature” signal when the temperature signal is higher than the set temperature, and a “low temperature” signal when the temperature signal is lower. Input to the
(4) When the “high temperature” signal is input, the pulse charging
(5) Since the pulse
[0033]
[Method of switching the first set time with the voltage ramp up]
(1) The
(2) The voltage signal of the voltage A /
(3) The
(4) The pulse
(5) Since the pulse
[0034]
The above method is a method of changing the first set time (T1) in the sampling cycle. However, the first set time (T1) stored in the pulse
[0035]
As described above, the charging circuit in which the first set time (T1) is changed charges the battery in the following manner.
(1) The pulse
(2) The
(3) When the voltage of the
(4) The charging switch 9 is turned off, and the charging of the
(5) The voltage of the
(6) The pulse
(7) The charging switch 9 is turned on, and the charging of the
(8) After that, when the
[0036]
【The invention's effect】
The battery pulse charging method of the present invention has a feature that it can be fully charged in a short time without deteriorating battery performance. The pulse charging method of the present invention detects the voltage of the battery being charged, and stops charging when the time when the battery voltage becomes higher than the first set voltage becomes longer than the first set time (T1). When the time during which the battery voltage during which charging is interrupted is lower than the second set voltage becomes longer than the second set time (T2), the charging is resumed, and the first set time (T1) is determined as the battery temperature. Alternatively, the voltage rising gradient at which the battery voltage increases is detected and changed.
[0037]
In the pulse charging method of the present invention, the battery temperature is detected, and the first set time (T1) when the battery temperature is low is shorter than when the battery temperature is high, or the voltage increase gradient at which the battery voltage increases. , And the first set time (T1) when the voltage increase gradient is large is made shorter than when the voltage increase gradient is small. As described above, the pulse charging method of the present invention shortens the first set time (T1) for charging when the battery temperature is low or when the voltage increase gradient is large. It is possible to effectively avoid the deterioration. Therefore, the pulse charging method of the present invention can be charged in a short time without degrading the battery performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a characteristic of battery voltage change during pulse charging. FIG. 2 is a graph showing an example of changing a first set time with battery temperature. FIG. 3 is a first change with battery temperature. FIG. 4 is a graph showing another example of changing the first set time with the battery temperature. FIG. 5 is a graph showing an example of changing the first set time with the voltage rising gradient. FIG. FIG. 7 is a graph showing another example of changing the first set time with a rising gradient. FIG. 8 is a graph showing another example of changing the first set time with a voltage rising gradient. FIG. 8 is a pulse charging method according to an embodiment of the present invention. Schematic diagram of the charging circuit used for the test [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
電池温度を検出し、電池温度が低いときの第1設定時間(T1)を、電池温度が高いときよりも短く設定することを特徴とする電池のパルス充電方法。When the voltage of the battery (1) being charged is detected, and the time when the battery voltage becomes higher than the first set voltage becomes longer than the first set time (T1), the charging switch (9) is turned off for charging. When the time when the battery voltage at which the battery is interrupted and charging is lower than the second set voltage set to a voltage lower than the first set voltage becomes longer than the second set time (T2), the charge switch ( 9) In the pulse charging method that turns on and charges the pulse,
A battery pulse charging method, wherein the battery temperature is detected, and the first set time (T1) when the battery temperature is low is set shorter than when the battery temperature is high.
電池電圧が上昇する電圧上昇勾配を検出し、電圧上昇勾配が大きいときの第1設定時間(T1)を、電圧上昇勾配が小さいときよりも短く設定することを特徴とする電池のパルス充電方法。When the voltage of the battery (1) being charged is detected, and the time when the battery voltage becomes higher than the first set voltage becomes longer than the first set time (T1), the charging switch (9) is turned off for charging. When the time when the battery voltage at which the battery is interrupted and charging is lower than the second set voltage set to a voltage lower than the first set voltage becomes longer than the second set time (T2), the charge switch ( 9) In the pulse charging method that turns on and charges the pulse,
A battery pulse charging method characterized by detecting a voltage rising gradient at which the battery voltage increases and setting a first set time (T1) when the voltage rising gradient is large to be shorter than when the voltage rising gradient is small.
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