CN102959829A

CN102959829A - 二次电池的充电方法以及充电装置

Info

Publication number: CN102959829A
Application number: CN2011800325597A
Authority: CN
Inventors: 高田康作
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2013-03-06
Also published as: US20130110431A1; JP2012023849A; EP2595276A4; EP2595276A1; WO2012008247A1; RU2012158110A

Abstract

一种二次电池的充电方法，在对二次电池(21)进行充电时，检测二次电池(21)的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电，在该方法中，设定使峰值电压以及-ΔV检测无效的无效时间，用流到二次电池(21)的快速充电电流的电流累计量除以快速充电时的平均充电电流量来计算无效时间，在从开始对二次电池(21)进行充电后经过无效时间之后，检测二次电池(21)的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电。

Description

二次电池的充电方法以及充电装置

技术领域

本发明涉及一种二次电池的充电方法以及充电装置，特别是涉及一种在二次电池充电时对电池电压从峰值电压下降了ΔV的-ΔV进行检测来判断满充电的二次电池的充电方法以及充电装置。

背景技术

二次电池的充电需要适当地进行。其原因在于，在充电不足的情况下，由于电池容量不足而无法使设备充分地进行动作，另一方面，在过充电的情况下，有可能引起电池异常发热、性能劣化。

特别是，对于一般的二次电池，即使仅反复进行正常的充放电循环，也会导致能够充电的电池容量逐渐减少、容量劣化。除此以外，充电环境温度、过放电状态以及过充电状态等也成为加速二次电池的容量劣化的因素。

当在计时控制电路等的控制下使容量已经劣化的二次电池充入与电池初始状态相同的电池容量的电力时，会变成过充电而容易引起异常发热等。因此，需要在计时控制电路等之外，还施加判断二次电池是否已达到满充电来防止过充电的部件。

而作为利用比较大的充电电流进行快速充电的情况下的适当的充电方法，众所周知的是被称为-ΔV控制方式的方法。该方法利用了二次电池的充电电压特性如图1所示那样在满充电附近具有峰值电压VP这一点。即，为如下技术：检测峰值电压VP并存储该峰值电压VP，在电池电压达到峰值电压VP之后下降了规定的电压ΔV的时刻判断为满充电而停止充电动作(以下称为-ΔV控制)。此外，在切断充电电流之后，流通不会达到过充电程度的涓流充电电流。

另一方面，在长期放置的未充电状态的镍氢电池、镍镉电池等二次电池(以下称为长期保存电池)中，保存过程中在电池内部发生惰性化。当对惰性状态的长期保存电池进行充电时，在充电完成时产生如上所述的峰值电压VP，另一方面，有时如图2所示那样在充电完成之前也产生与之前的峰值电压VP不同的峰值电压(伪峰值电压)。

在对有可能产生伪峰值电压的长期保存电池进行充电时，当利用上述-ΔV控制方式判断满充电时，有可能会将伪峰值电压误检测为充电完成后的峰值电压VP。在这种情况下，有可能导致根据紧接在检测出伪峰值电压之后的电压下降来判断满充电而结束充电。其结果是二次电池充电不足，导致电池容量不足。

作为防止如上所述的误检测所引起的充电不足的技术，例如已知专利文献1中记载的技术。专利文献1中记载有如下一种技术：在-ΔV控制中，在充电开始后的规定时间内不进行峰值电压以及其后的-ΔV的检测。例如，在1It充电(一小时成为满充电状态的快速充电)的情况下，如图3所示那样，设定-ΔV控制的无效时间使得从充电开始起2~3分钟左右不进行峰值电压以及-ΔV的检测。

专利文献1：日本特开2007-252086号公报(JP2007-252086A)

发明内容

然而，例如，在1It充电的情况下，根据二次电池的惰性化状态不同，存在电压下降持续超过3分钟的情况，也设想电压下降持续30分左右的情况。在这种情况下，利用如上所述的-ΔV控制中的无效时间的设定有可能导致不能完全避免误检测这样的问题。

另一方面，如果将-ΔV控制中的无效时间设定得过长，则在对容量已经劣化的二次电池进行充电的情况下，根据二次电池的劣化状态不同，有可能如图4所示那样在满充电之后才开始-ΔV的控制。在这种情况下，难以正确地检测峰值电压VP、其后的-ΔV，有可能过充电。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够实现-ΔV控制中的无效时间的优化而满足避免过充电以及确保所需最低限度的电池容量这两个方面的二次电池的充电方法以及充电装置。

为了达成上述目的，本发明的第一技术侧面所涉及的二次电池的充电方法在对二次电池进行充电时，检测二次电池的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电，该方法包括以下步骤：计算流到二次电池的快速充电电流的电流累计量除以快速充电时的平均充电电流量而得到的值作为无效时间；设定使峰值电压以及-ΔV检测无效的无效时间；以及在开始对二次电池进行充电后经过无效时间之后，检测二次电池的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电。

另外，本发明的第二技术侧面所涉及的二次电池的充电装置在对二次电池进行充电时，检测二次电池的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电，该二次电池的充电装置具备：存储器，其存储用流到二次电池的快速充电电流的电流累计量除以快速充电时的平均充电电流量而计算出的无效时间；测量器，其测量二次电池开始充电后的充电经过时间；以及控制部，其在开始对二次电池进行充电后通过上述测量器测量出无效时间之后，检测二次电池的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电。

根据本发明的第一技术侧面所涉及的二次电池的充电方法以及本发明的第二技术侧面所涉及的充电装置，通过用流到二次电池的快速充电电流的电流累计量除以快速充电时的平均充电电流量来计算无效时间，能够实现无效时间的优化。其结果是，通过在开始充电后经过无效时间之后使-ΔV控制有效，能够确保所需的最低限度的电池容量，且避免过充电。

附图说明

图1示出对二次电池进行充电时的充电时间与电池电压之间的关系。

图2示出对惰性状态的二次电池进行充电时的充电时间与电池电压之间的关系。

图3示出对二次电池进行充电时的充电时间与电池电压之间的关系下的、-ΔV控制中的无效时间的设定。

图4示出正常的二次电池和容量已经劣化的二次电池的充电时间与电池电压之间的关系。

图5示出实施方式1所涉及的充电装置的结构。

图6示出实施方式1所涉及的充电时间与电池电压之间的关系。

具体实施方式

下面，使用附图说明实施方式。

(实施方式1)

图5所示的实施方式1所涉及的充电装置由充电器侧块1和主体侧块2构成。

充电器侧块1具备充电电源部11，且构成为相对于主体侧块2安装拆卸自如。充电电源部11构成为输入100V~240V左右的交流的商用电源来向主体侧块2供给恒压/恒流的恒压/恒流电源。充电电源部11构成为在无法对主体侧块2供给规定的最大电流时供给最大电流以下的电流。

主体侧块2构成充电装置，设置上述的-ΔV控制中的无效时间，并且对二次电池的满充电进行判断。主体侧块2的充电装置具备二次电池21、充电电流控制元件22、第一温度传感器23、第二温度传感器24、显示部25、充电控制部26以及负载27。

二次电池21由镍氢电池、镍镉电池等二次电池构成，基于由充电电源部11供给的电流进行充电。二次电池21为DC电动机等负载27的电源。二次电池21在图5中例如被图示为串联连接的两块电池，但是并不是对电池的个数进行限制。

充电电流控制元件22连接在充电电源部11与二次电池21之间，控制对二次电池21供给的充电电流。充电电流控制元件22由开关元件等构成，通过基于充电接通/断开信号对开关元件进行接通/断开控制的脉宽调制(PWM)控制，来控制调整对二次电池21供给的充电电流。

第一温度传感器23对二次电池21的温度进行检测，将电池温度信号输出到充电控制部26。

第二温度传感器24对室温进行检测，将室温温度信号输出到充电控制部26。

显示部25例如由发光二极管(LED)构成，例如通过点亮的LED的个数等来显示二次电池21的充电状态。

充电控制部26作为对充电装置的动作进行控制的控制中枢发挥功能，通过微计算机等来实现该充电控制部26，该微计算机具备基于程序来控制各种动作处理所需要的CPU、存储装置等硬件资源。通过利用构成充电控制部26的微计算机的CPU(运算处理部269)执行处理程序，来实现包括-ΔV控制在内的用于对二次电池21进行充电的各种功能。

充电控制部26具备充电连接输入部261、充电控制输出部262、电压状态输入部263、存储元件部264、计时控制部265、第一温度状态输入部266、第二温度状态输入部267、显示输出部268以及运算处理部269。

充电控制部26基于输入到充电连接输入部261的连接信号，来判断充电电源部11是否与主体侧块2相连接。充电控制部26若确认为充电电源部11已连接则能够控制二次电池21的充电动作。

充电控制部26经由充电控制输出部262将充电接通/断开信号提供给充电电流控制元件22，基于该充电接通/断开信号来对充电电流控制元件22进行接通/断开控制，由此以任意的占空比进行PWM控制。由此，充电控制部26生成期望的平均电流值的恒流(快速充电电流、涓流充电电流等)并供给到二次电池21。

在开始对二次电池21进行充电后经过预先设定的-ΔV控制中的无效时间之后，充电控制部26随时检测测量点a处的二次电池21的电池电压，并经由电压状态输入部263输入检测出的电池电压。如下面所述，以预先计算出并存储于存储元件部264(存储器)的方式准备-ΔV控制的无效时间。此外，也可以在充电控制部26内使用后述的计算式并从外部输入计算所需的与二次电池21的规格对应的各个量来计算-ΔV控制的无效时间。

在开始对二次电池21进行充电之后，通过计时控制部265(测量器)来测量-ΔV控制的无效时间。充电控制部26对电池电压的峰值电压VP以及从峰值电压VP起的ΔV的电压下降进行检测(-ΔV检测)。充电控制部26若在检测出峰值电压VP之后检测出-ΔV，则判断为二次电池21满充电，停止充电动作或者进行补充电。

充电控制部26基于经由第一温度状态输入部266输入的电池温度信号或者经由第二温度状态输入部267输入的室温温度信号，在室温、电池温度已脱离预先在规格等中设定的范围的情况下，从安全保护的观点出发停止充电动作。

充电控制部26经由显示输出部268，将对显示部25的LED进行点亮控制的控制信号输出到显示部25。充电控制部26通过由CPU构成的运算处理部269基于预先存储准备于存储元件部264的程序进行各种运算处理，来控制充电动作。

接着，说明在上述充电装置中计算-ΔV控制中的无效时间的最佳值的过程。

[所需容量的设定]

首先，在电池容量持续劣化而处于寿命末期的状态、例如满充电时的电池容量与正常情况相比为50%~70%左右的状态的二次电池中，或者在一年以上长期放置而处于惰性状态的二次电池中，将预先在规格等中设定的通过一次额定充电得到的设备的动作时间设为Tdis(h)。另外，将设备进行动作时的平均消耗电流设为Idis(mA)。平均消耗电流Idis根据设备所用的负载27等的种类不同而分别不同。

对于二次电池，一般实际能够取出的容量小于电池中所蓄积的容量，设可放电容量/存储容量=放电效率。将该放电效率设为y(0~1.00范围的常数)。使用上述各参数，通过下式(1)来计算寿命末期或者长期放置的二次电池要求的所需最低限度的电池容量(放电容量)Ccap(mAh)。

(数1)

Ccap=Tdis×Idis/y …(1)

[电池的充电效率]

在二次电池中，与放电时相同，充电时也存在充电效率x(=充电容量/充电电流累计量、0~1.00范围的常数)。因而，通过下式(2)计算充入上述Ccap的容量的电力时所需的电流累计量Is(mAh)。

(数2)

Is=Ccap/x …(2)

[深放电区域部分的容量(设备动作停止电压~0V为止的容量)]

为了防止二次电池过放电引起的劣化，在以二次电池为电源的设备中，一般在电池电压下降到规定的电压以下时进行控制使得动作停止，避免陷入到该动作停止的底线电压(undercutvoltage)以下的低电压状态(深放电状态)。

另一方面，在设备动作停止之后不充电而长期放置的情况下，由于设备内的微量的消耗电流以及自然放电等，电池电压(电池容量)继续进一步降低，最终成为深放电状态，容量完全放电。

在此，当将从底线电压起到深放电状态为止电池所保有的容量设为Cdep(mAh)时，通过下式(3)计算出在二次电池处于深放电状态时满足上述Tdis(h)所需要的电池容量Ccd(mAh)。

(数3)

Ccd=(Ccap/x)+Cdep …(3)

[-ΔV控制中的无效时间的最佳值的计算]

在二次电池例如由镍氢电池或者镍镉电池构成的情况下，一般将二次电池的充电动作分为快速充电动作和在快速充电动作之后补充进行的涓流充电动作。在此，将上述快速充电时的平均充电电流设为Irap(mA)，将涓流充电时的涓流充电电流设为Itrc(mA)。如果除去电池性能上的限制，则能够由设计者任意设定这些数值。

在镍氢电池、镍镉电池等二次电池由于长期放置而成为惰性状态的情况下，为了使其再次成为活性状态，一般在通常的快速充电之后进行规定时间的涓流充电。

因而，在二次电池的充电动作中，以通过快速充电和涓流充电双方的充电动作蓄积的电池容量来满足上述的通过一次额定充电得到的设备的动作时间Tdis。

当将进行涓流充电时推荐的涓流充电推荐时间设为Ttrc(h)时，使用上述各个量并通过下式(4)来计算快速充电时对惰性状态的二次电池供给的充电电流的电流累计量Srap(mAh)。

(数4)

Srap=(Ccap/x)+Cdep-(Itrc×Ttrc) …(4)

因而，为了满足上述的通过一次额定充电得到的设备的动作时间Tdis，根据通过上式(4)计算出的电流累计量Srap和快速充电时的平均充电电流Irap，通过下式(5)来计算快速充电时的充电最低时间Ttrmin(h)。

(数5)

Ttrmin=Srap/Irap …(5)

在对处于惰性状态的二次电池进行充电时，将充电时间设定为通过上式(5)计算出的充电最低时间Ttrmin，由此能够确保上述的所需最低限度的电池容量Ccap。因此，如图6所示那样，设定-ΔV控制中的无效时间，以在开始充电后充电最低时间Ttrmin的期间内使峰值电压的检测以及-ΔV的检测无效。由此，即使在针对上述充电最低时间Ttrmin设定的无效时间后误检测出电池电压的峰值电压以及-ΔV而结束充电动作的情况下，也能够确保所需最低限度的电池容量。另外，在无效时间后-ΔV控制有效，因此能够避免过充电。

二次电池持续劣化的情况下最终设想的电池容量是基于电池的特性和偏差、使用环境等复杂的因素而估算出的，根据二次电池的制造者、种类等来决定将寿命末期的电池容量设定为何种程度。

在此，当将持续劣化的二次电池的电池容量设为Clag时，在上述Ccap满足Ccap≤Clag的情况下能够通过上述计算式(5)来优化-ΔV控制的无效时间。

另一方面，在Ccap>Clag的关系成立的二次电池的情况下，由于在满充电后-ΔV控制有效，因此在利用上述无效时间的设定的情况下有可能会误检测。因而，在这种情况下，理想的是通过-ΔV控制之外的其它充电控制方法，例如通过利用二次电池每单位时间的温度上升的变化的控制方式等来判断满充电。

这样，在上述实施方式中，能够恰当地设定使-ΔV控制无效的无效时间。由此，对容量持续劣化的二次电池以及长期未使用的二次电池中的任一状态的二次电池，都能够适当地进行充电控制。即，能够防止过充电引起的发热以及抑制设备的使用时间、使用次数下降，且能够确保使设备动作规定时间所需的最低限度的电池容量。

另外，在利用由于噪声等而有可能产生-ΔV的误检测这样的装置结构对容量劣化、长期放置以外的正常二次电池进行充电的情况下，也能够确保使设备动作规定时间所需的最低限度的电池容量。

产业上的可利用性

实施方式所涉及的充电设备例如能够应用于电动剃刀、电动推子、脱毛器以及电动牙刷等小型电设备。实施方式所涉及的充电装置是对上述电动剃刀等小型电设备所具备的二次电池进行充电的装置。

Claims

1.一种二次电池的充电方法，在对二次电池进行充电时，检测上述二次电池的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电，该方法包括以下步骤：

计算流到上述二次电池的快速充电电流的电流累计量除以快速充电时的平均充电电流量而得到的值作为无效时间；

设定使峰值电压以及-ΔV的检测无效的上述无效时间；以及

在开始对上述二次电池进行充电后经过上述无效时间之后，检测上述二次电池的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电。

2.根据权利要求1所述的二次电池的充电方法，其特征在于，

还具备以下步骤：基于容量劣化状态或者长期放置状态的二次电池所要求的电池容量、充电时的充电效率、深放电区域部分的电池容量、涓流充电时的涓流充电电流量以及涓流充电时间，来计算流到上述二次电池的快速充电电流的上述电流累计量。

3.一种二次电池的充电装置，在对二次电池进行充电时，检测上述二次电池的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电，该二次电池的充电装置具备：

存储器，其存储用流到上述二次电池的快速充电电流的电流累计量除以快速充电时的平均充电电流量而计算出的无效时间；

测量器，其测量上述二次电池开始充电后的充电经过时间；以及

控制部，其在开始对上述二次电池进行充电后通过上述测量器测量出上述无效时间之后，检测上述二次电池的电池电压从峰值电压下降ΔV的-ΔV来判断为满充电。

4.根据权利要求3所述的二次电池的充电装置，其特征在于，

基于容量劣化状态或者长期放置状态的二次电池所要求的电池容量、充电时的充电效率、深放电区域部分的电池容量、涓流充电时的涓流充电电流量以及涓流充电时间，来计算流到上述二次电池的快速充电电流的电流累计量。