專(zhuān)利名稱(chēng)：電池組、給蓄電池充電的方法以及電池充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)蓄電池的損耗系數(shù)來(lái)控制充電條件的電池組、給蓄電池充電 的方法以及電池充電器。
背景技術(shù)：
恒流充電和恒壓充電的組合(恒流恒壓法)作為 一種給蓄電池充電的方法 而為人們所知道。結(jié)合圖9描述該充電方法，在該圖上4黃坐標(biāo)表示充電時(shí)間， 縱坐標(biāo)表示單元電壓和充電電流。在圖9中，箭頭L和k指示的區(qū)域(以下稱(chēng) 為"區(qū)域a-b，，)是恒流充電的范圍，箭頭^和i指示的區(qū)域(以下稱(chēng)為"區(qū) 域c-d，，)是恒壓充電的范圍。箭頭I指示充電電流，箭頭V指示單元電壓。 用于充電的電源部分在區(qū)域a-b中執(zhí)行恒流控制的操作，并且在區(qū)域c-d中 執(zhí)行恒壓控制的操作。
如圖9中所示，在區(qū)域a-b期間通過(guò)預(yù)定電流值執(zhí)行恒流充電，于是單 元電壓上升。在該例子中，充電電流保持在例如3300mA。當(dāng)充電繼續(xù)進(jìn)行， 使得單元電壓達(dá)到預(yù)定電壓值，例如4100mV，那么發(fā)生從恒流充電到恒壓充 電的切換。在區(qū)域c-d期間，充電電流逐漸降低，單元電壓升向電源部分的 輸出電壓(如4200mV)。其后，當(dāng)充電電流變得小于預(yù)定值(充電終止時(shí)的電 流值)時(shí)，充電結(jié)束。
如上所述，隨著充放電周期的次數(shù)的增加，蓄電池逐漸損耗，其中每個(gè) 周期由充電、放電和暫停組成。蓄電池?fù)p耗由充放電周期的計(jì)數(shù)、實(shí)際放電 量或充電時(shí)間來(lái)決定。例如，在使用充放電周期的計(jì)數(shù)的方法中，通過(guò)使用 充電量或放電量來(lái)計(jì)算充放電周期的次數(shù)，并且從充放電周期的次數(shù)獲得損耗系數(shù)。當(dāng)使用實(shí)際放電量時(shí)，通過(guò)使用計(jì)算等式損耗系數(shù)=設(shè)計(jì)值容量/ 實(shí)際放電量，而根據(jù)實(shí)際放電量和設(shè)計(jì)容量值得到損耗系數(shù)。
日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)H11-174136公開(kāi)了包括以下步驟的方法測(cè) 量電池組中的有效電阻并通過(guò)測(cè)量值來(lái)確定其損耗。當(dāng)使用有效電阻時(shí)，可 以在較短的時(shí)間中確定損耗。

發(fā)明內(nèi)容
在上述的通過(guò)恒流恒壓來(lái)充電的方法中，分別將恒流充電期間的充電電 流值以及充電電壓值設(shè)置為固定值。因此，當(dāng)電池組損耗增長(zhǎng)使得內(nèi)阻提高 時(shí)，電壓的上升與內(nèi)阻的上升基本成比例。結(jié)果，如圖10中所示，恒流充電 的范圍區(qū)域a-b的時(shí)間變得較短，而恒壓充電的范圍區(qū)域c-d的時(shí)間變得較 長(zhǎng)。
當(dāng)恒壓充電的范圍的長(zhǎng)度增加時(shí)，那么蓄電池具有例如410 OmV及以上的 高壓的時(shí)間段變得較長(zhǎng)，使得蓄電池?fù)p耗加速。因此，期望根據(jù)蓄電池?fù)p耗 的進(jìn)程來(lái)控制充電條件。
然而，確定蓄電池?fù)p耗的已知方法沒(méi)有準(zhǔn)確地計(jì)算損耗系數(shù)。例如，在 使用充放電周期的計(jì)數(shù)的方法中沒(méi)有反映由于保存(即，當(dāng)蓄電池被保存了很 長(zhǎng)時(shí)間)引起的損耗，使得難于精確計(jì)算損耗系數(shù)。此外，在基于放電量和充 電時(shí)間來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)的方法中，設(shè)計(jì)容量和蓄電池的實(shí)際容量之間可能出 現(xiàn)誤差。而且這種方法受到諸如放電、持續(xù)時(shí)間(standing)及充電之類(lèi)的電 池狀態(tài)和溫度條件的顯著影響。這些使得難于獲得精確的損耗系數(shù)。因此， 很難依據(jù)蓄電池?fù)p耗來(lái)獲得準(zhǔn)確的充電條件。
因此，期望提供能夠通過(guò)依據(jù)蓄電池?fù)p耗來(lái)精確計(jì)算損耗系數(shù)以抑制蓄 電池?fù)p耗的進(jìn)程、并且能夠基于所計(jì)算的損耗系數(shù)來(lái)控制充電條件的電池組、 給蓄電池充電的方法以及電池充電器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了包括包含多個(gè)單元塊的蓄電池、測(cè)量部 分、控制器、充放電控制開(kāi)關(guān)、保護(hù)電路以及存儲(chǔ)器的電池組。測(cè)量部分檢 測(cè)該蓄電池的電壓、電流和內(nèi)阻。控制器監(jiān)控該蓄電池的電壓和電流，并且 輸出指示充電條件的請(qǐng)求信號(hào)以根據(jù)所設(shè)置的充電條件來(lái)給該蓄電池充電。 充放電控制開(kāi)關(guān)防止過(guò)充電和過(guò)放電。保護(hù)電路監(jiān)控該多個(gè)單元塊的電壓。 存儲(chǔ)器寄存該蓄電池的初始內(nèi)阻?？刂破魍ㄟ^(guò)該測(cè)量部分所檢測(cè)到的內(nèi)阻與該存儲(chǔ)器中所寄存的初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)，并且依據(jù)該損耗系數(shù) 來(lái)改變充電條件。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明，提供了包括以下步驟的給蓄電池充電的方法
沖企測(cè)蓄電池的電壓、電流和內(nèi)阻；以及監(jiān)控該蓄電池的電壓和電流并且輸出 指示充電條件的請(qǐng)求信號(hào)以根據(jù)所設(shè)置的充電條件來(lái)給該蓄電池充電。在輸 出請(qǐng)求信號(hào)的步驟中，通過(guò)所檢測(cè)到的內(nèi)阻與該存儲(chǔ)器中所寄存的初始內(nèi)阻 的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)，并且依據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變充電條件。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了包括蓄電池、測(cè)量部分、控制器、存儲(chǔ) 器以及充電控制器的電池充電器。測(cè)量部分檢測(cè)該蓄電池的電壓、電流和內(nèi) 阻?？刂破鞅O(jiān)控該蓄電池的電壓和電流，并且輸出指示充電條件的請(qǐng)求信號(hào) 以根據(jù)所設(shè)置的充電條件來(lái)給該蓄電池充電。存儲(chǔ)器寄存該蓄電池的初始內(nèi) 阻。充電控制器根據(jù)從該控制器輸出的請(qǐng)求信號(hào)來(lái)控制該蓄電池的充電電流 和充電電壓的輸出?？刂破魍ㄟ^(guò)該測(cè)量部分所檢測(cè)到的內(nèi)阻與該存儲(chǔ)器中所 寄存的初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)，并且依據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變充電條 件。
優(yōu)選地，充電條件包括恒流充電中的充電電流值，并且依據(jù)損耗系數(shù)來(lái) 文變?cè)摮潆婋娏?直。
優(yōu)選地，充電條件包括充電電壓值，并且依據(jù)損耗系數(shù)來(lái)改變?cè)摮潆婋?壓值。
優(yōu)選地，在制造之后的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)測(cè)量該初始內(nèi)阻。
優(yōu)選地，控制器通過(guò)該多個(gè)單元塊中的最大內(nèi)阻與呈現(xiàn)該最大內(nèi)阻的單 元塊的初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，根據(jù)蓄電池的初始內(nèi)阻與所測(cè)當(dāng)前內(nèi)阻的比值來(lái) 計(jì)算損耗系數(shù)，使得依據(jù)蓄電池?fù)p耗來(lái)計(jì)算準(zhǔn)確的損耗系數(shù)成為可能。
因此，依據(jù)蓄電池?fù)p耗可計(jì)算準(zhǔn)確的損耗系數(shù)，并且基于所計(jì)算的損耗 系數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)地控制蓄電池的充電條件。所以，其能夠抑制長(zhǎng)時(shí)間在高壓狀態(tài) 中給蓄電池充電，從而抑制了蓄電池?fù)p耗的進(jìn)程。
本發(fā)明的上述內(nèi)容并非旨在描述本發(fā)明的每個(gè)圖解實(shí)施例或每個(gè)實(shí)現(xiàn)。 以下的附圖及詳細(xì)描述更具體地示例了這些實(shí)施例。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池組結(jié)構(gòu)的例子的示意圖2是示出當(dāng)500個(gè)周期之后固定電池組中的充電條件時(shí)，充電電流和 單元電壓的變化的例子的圖形；
圖3是示出當(dāng)500個(gè)周期之后改變電池組中的充電電流時(shí)，充電電流和 單元電壓的變化的例子的圖形；
圖4是示意性圖解用于獲得實(shí)施例中的蓄電池的初始內(nèi)阻值的過(guò)程的流
程圖5是示意性圖解依據(jù)實(shí)施例中的蓄電池?fù)p耗的充電電流的可變控制過(guò) 程中的步驟的流程圖6是示出當(dāng)500個(gè)周期之后固定電池組中的充電條件時(shí)，充電電流和 單元電壓的變化的另 一個(gè)例子的圖形；
圖7是示出當(dāng)500個(gè)周期之后改變電池組中的充電電壓時(shí)，充電電流和 單元電壓的變化的例子的圖形；
圖8是示意性圖解依據(jù)實(shí)施例中的蓄電池?fù)p耗的充電電壓的可變控制過(guò) 程中的步驟的流程圖9是用于解釋恒流恒壓充電的圖形；以及
圖IO是用于解釋當(dāng)給已損耗的蓄電池充電時(shí)的充電電流和單元電壓的 圖形。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例 的電池組20以及連接至電池組20的筆記本型的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC) 30的配置例 子的方框圖。
電池組20的正端1與負(fù)端2分別連接至筆記本型PC 30的正端31和負(fù) 端32。電池組20的時(shí)鐘端3a與通信端3b分別連接至筆記本型PC 30的時(shí) 鐘端33a和通信端33b。電池組20是所謂的智能電池，其能夠通過(guò)通信端3b 執(zhí)行與筆記本型PC 30的通信以發(fā)送關(guān)于電池組20的狀態(tài)的信息。當(dāng)接收到 該信息時(shí)，筆記本型PC 30依據(jù)電池組20的狀態(tài)來(lái)控制電流值或電壓值的輸 出，并且通過(guò)恒流恒壓充電法給蓄電池7充電。在圖1中，為了簡(jiǎn)化筆記本 型PC 30的配置，只示出了涉及充電的配置。
電池組20主要包括蓄電池7、溫度^r測(cè)元件8、保護(hù)電路9、熔絲10、測(cè)量部分ll、電流檢測(cè)電阻器12、 CPU 13以及充放電控制開(kāi)關(guān)4。電池組 20的正端1通過(guò)充放電開(kāi)關(guān)4和熔絲10而連接至蓄電池7的正端。負(fù)端2 通過(guò)電流檢測(cè)電阻器12連接至蓄電池7的負(fù)端。
作為本發(fā)明的構(gòu)成要件的、用于檢測(cè)電壓的測(cè)量部分對(duì)應(yīng)于測(cè)量部分 11，用于檢測(cè)電流和內(nèi)阻的測(cè)量部分對(duì)應(yīng)于CPU 13。輸出指示充電條件的請(qǐng) 求信號(hào)的控制器對(duì)應(yīng)于CPU 13。寄存初始內(nèi)阻的存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器14。
蓄電池7是諸如鋰離子電池之類(lèi)的蓄電池，并且具有串聯(lián)連接的單元塊 7a、單元塊7b和單元塊7c的配置，其中每個(gè)單元塊具有例如以并聯(lián)方式排 列的兩個(gè)電池單元。例如，可使用其每個(gè)電池單元的滿(mǎn)充電電壓(full charge voltage)為4. 2V的蓄電池作為蓄電池7。
測(cè)量部分11測(cè)量電池組中所包括的單元塊7a、 7b和7c的每個(gè)電壓，并 且將測(cè)量值提供給CPU 13。在下面，每個(gè)都具有兩個(gè)電池單元的單元塊7a、 7b和7c的各自電壓被稱(chēng)作"單元電壓"。測(cè)量部分ll還具有作為調(diào)節(jié)器的 功能，該調(diào)節(jié)器通過(guò)穩(wěn)定蓄電池7的電壓來(lái)產(chǎn)生電源電壓。
當(dāng)這些單元塊7a、 7b和7c中的任何一個(gè)的單元電壓變?yōu)檫^(guò)充電檢測(cè)電 壓時(shí)，或者當(dāng)單元電壓中的任何一個(gè)低于過(guò)放電檢測(cè)電壓時(shí)，測(cè)量部分ll通 過(guò)向充放電控制開(kāi)關(guān)4發(fā)送控制信號(hào)來(lái)防止過(guò)充電和過(guò)放電。在鋰離子電池 的情況中，將過(guò)充電檢測(cè)電壓設(shè)置為例如4. 2V士 0. 5V，并且將過(guò)放電檢測(cè)電 壓^殳置為例如2. 4V ± 0. IV。
充放電控制開(kāi)關(guān)4由充電控制FET(場(chǎng)效應(yīng)管)5和放電控制FET 6構(gòu)成。 在充電控制FET 5的漏極和源極之間存在寄生二極管5a，并且在放電控制FET 6的漏極和源極之間存在寄生二極管6a。寄生二極管5a具有相對(duì)于從正端1 至蓄電池7的方向中流動(dòng)的充電電流的反向極性(backward polarity)，以及 相對(duì)于從負(fù)端2至蓄電池7的方向中流動(dòng)的放電電流的正向極性(forward polarity)。寄生二極管6a具有相對(duì)于充電電流的正向極性，以及具有相對(duì) 于放電電流的反向極性。
來(lái)自測(cè)量部分11的控制信號(hào)提供給充電控制FET 5和放電控制FET 6 的各自的柵極。在正常的充放電操作中，把控制信號(hào)設(shè)置在低電平以將充電 控制FET 5和放電控制FET 6轉(zhuǎn)為開(kāi)啟狀態(tài)。由于充電控制FET 5和放電控 制FET6是P溝道型的，因此，通過(guò)低于源級(jí)電勢(shì)預(yù)定值或之上的柵極電勢(shì)， 兩者均變成開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)電池電壓變?yōu)檫^(guò)充電檢測(cè)電壓時(shí)，充電控制FET 5被關(guān)斷以控制使得 沒(méi)有充電電流流動(dòng)。當(dāng)電池電壓變?yōu)檫^(guò)放電檢測(cè)電壓時(shí)，放電控制FET6被 關(guān)斷以控制使得沒(méi)有放電電流流動(dòng)。
保護(hù)電路9監(jiān)控單元塊7a、 7b和7c的電壓，并且當(dāng)單元電壓超過(guò)充電 禁止電壓(如4. 30V)時(shí)，為了電池組20的安全，其熔斷連接至保護(hù)電路9的 熔絲IO。當(dāng)熔絲10被熔斷，電池組20變?yōu)槠渲屑炔豢赡艹潆娨膊豢赡芊烹?的永久故障模式。
CPU 13使用電流檢測(cè)電阻器12來(lái)測(cè)量電流的大小和方向。此外，CPU 13 捕獲由熱敏電阻器等形成的溫度檢測(cè)元件8所測(cè)量的電池溫度。CPU 13通過(guò) 測(cè)量部分11所提供給的電壓值和所測(cè)電流值來(lái)計(jì)算各個(gè)單元塊的內(nèi)阻值以 及溫度。這些測(cè)量值存儲(chǔ)在CPU 13中所包括的存儲(chǔ)器14中。存儲(chǔ)器14可由 例如非易失性的電可擦除及可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)等構(gòu)成。
單元塊7a、 7b和7c的初始內(nèi)阻寄存在存儲(chǔ)器14中。每個(gè)初始內(nèi)阻都是 在使用電池組20之前所測(cè)量的內(nèi)阻，并且通過(guò)在制造電池組20之后的預(yù)定 時(shí)間段內(nèi)(例如，三個(gè)月內(nèi))測(cè)量該單元塊的內(nèi)阻而得到。寄存初始內(nèi)阻的特 定步驟將在稍后描述。
CPU 13使用存儲(chǔ)器14中所寄存的各個(gè)單元塊的初始內(nèi)阻作為參考值， 通過(guò)使用這些初始內(nèi)阻以及從測(cè)量部分11所提供的單元塊7a、 7b和7c的內(nèi) 阻，基于下面的等式(1)來(lái)計(jì)算蓄電池7的損耗系數(shù)。
損耗系數(shù)=初始內(nèi)阻/所測(cè)內(nèi)阻 (1)
在等式(l)中，使用單元塊7a、化和7c的內(nèi)阻中的最大值作為所測(cè)內(nèi)阻， 使用呈現(xiàn)最大內(nèi)阻的單元塊的初始內(nèi)阻作為初始內(nèi)阻。在具有高內(nèi)阻的單元 塊中，該單元電壓很可能上升。從而，通過(guò)經(jīng)使用具有高內(nèi)阻的單元塊值來(lái) 獲得損耗系數(shù)而減小過(guò)充電的可能性變?yōu)榭赡堋?br> 此外，CPU 13基于所獲得的蓄電池7的損耗系數(shù)來(lái)獲得蓄電池7的適當(dāng) 的充電條件，這將在稍后描述。蓄電池7的充電條件包括充電電流值、充電 電壓值等，并且這些值依據(jù)損耗系數(shù)而被改變。充電條件也存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器14 中，并且每當(dāng)獲得合適的充電條件時(shí)被更新。
CPU 13監(jiān)控蓄電池的電壓和電流，并且通過(guò)通信端3a和通信端33a將 指示充電條件的請(qǐng)求信號(hào)輸出至筆記本型PC 30以在所設(shè)置的充電條件下準(zhǔn) 確地給蓄電池7充電。筆記本型PC 30的控制器34根據(jù)CPU 13所提供的充電條件來(lái)控制充電 部分35的輸出電壓和輸出電流。確切地，在充電之初，控制器34執(zhí)行恒流 控制以將充電部分35的輸出電流保持在CPU 13所要求的充電電流值。當(dāng)從 CPU 13接收到單元電壓已達(dá)到預(yù)定電壓的通知，控制器34從恒流充電切換 至恒壓充電，并且將來(lái)自充電部分35的輸出電壓保持在CPU 13所要求的充 電電壓值。當(dāng)從CPU 13接收到充電電流值已下降至充電終止的電流值的通知， 控制器34停止蓄電池7的充電。
充電部分35通過(guò)AC連接器36連接至商用電源，并且通過(guò)AC-DC轉(zhuǎn)換將 DC電源輸出至正端31和負(fù)端32。在控制器34的控制下，充電部分35所輸 出的電流和電壓穩(wěn)定地保持在電池組20所要求的預(yù)定電壓值和預(yù)定電流值。
下面將具體描述依據(jù)蓄電池7的損耗系數(shù)的充電條件的可變控制。
a)第一個(gè)例子
第一個(gè)例子圖解在恒流充電期間依據(jù)蓄電池7的損耗系數(shù)來(lái)變更充電電 流值的情況。
圖2和3是示出在分別重復(fù)充放電500個(gè)周期之后的電池組中執(zhí)行恒流 恒壓法的充電時(shí)，充電電流和單元電壓中的變化的例子的圖形。在圖2和3 中，橫坐標(biāo)表示充電時(shí)間，縱坐標(biāo)表示充電電流和單元電壓。當(dāng)電池組由如 圖1中所示的多個(gè)單元塊構(gòu)成時(shí)，圖2和3中的單元電壓指示這些單元塊中 的最大單元電壓值。在圖2和3中，箭頭I指示充電電流，箭頭V指示單元 電壓。
圖2是其中將充電條件固定且在初始設(shè)置中的充電條件下執(zhí)行充電的例 子。這里，充電條件如下初始設(shè)置中的恒流充電期間的充電電流值為3300mA (以下稱(chēng)為某些情況中的初始充電電流)，初始:^殳置中的恒壓充電期間的充電 電壓值為4200mV(以下稱(chēng)為某些情況中的初始充電電壓)。
電流和內(nèi)阻產(chǎn)生單元電壓的上升，如等式所表達(dá)電壓上升-充電電流x 內(nèi)阻。所以，由于充放電周期的重復(fù)，蓄電池7損耗，并且內(nèi)阻上升，電壓 上升與內(nèi)阻的上升成比例。所以，在圖2中所示的例子中，具有不少于4100mV 的高壓區(qū)域占據(jù)了全部充電時(shí)間2.9小時(shí)中的2. 8小時(shí)。這意味著在充電期 間，蓄電池7的97%受控于不少于4100mV的高壓狀態(tài)，因此蓄電池7的損耗 增長(zhǎng)。
因而，通過(guò)依據(jù)蓄電池7的損耗系數(shù)來(lái)執(zhí)行充電電流的可變控制抑制了單元電壓的急劇上升。
根據(jù)上面提到的等式(l)可獲得損耗系數(shù)。例如，當(dāng)初始內(nèi)阻為65mQ, 在重復(fù)充放電500周期之后所測(cè)內(nèi)阻為128mQ, #>據(jù)下面的等式獲得損耗系 數(shù)
損耗系數(shù)=65mQ/128mQ-0.507
根據(jù)所獲得的損耗系數(shù)計(jì)算恒流充電期間的新的充電電流值(以下稱(chēng)為 某些情況中的可變充電電流)。根據(jù)下面的等式(2)可獲得可變充電電流值。
可變充電電流=初始充電電流x損耗系數(shù) (2)
例如，當(dāng)初始充電電流為3. 3A，損耗系數(shù)為O. 5，根據(jù)下面的等式可獲 得可變充電電流。
可變充電電流=3. 3A x 0. 5 = 1.65A
圖3示出當(dāng)通過(guò)如此所獲得的可變充電電流來(lái)執(zhí)行充電時(shí)的例子。如圖 3中所示，可以通過(guò)控制恒流充電期間的充電電流4吏之為1650mA來(lái)抑制單元 電壓中的急劇上升。在圖3中所示的例子中，具有不少于4100mV的高壓區(qū)域 占據(jù)了全部充電時(shí)間3. 7小時(shí)中的2. 1小時(shí)。即，在充電期間蓄電池7變?yōu)?不少于4100mV的高壓狀態(tài)的比率是57%。
根據(jù)圖2和3顯而易見(jiàn)，通過(guò)依據(jù)損耗來(lái)改變充電電流可以提高蓄電池 7進(jìn)入高壓狀態(tài)的時(shí)間比，例如，從97%到57%。因此，其能夠抑制蓄電池7 的損耗的進(jìn)程。
在下文將結(jié)合圖4和5,描述用于寄存初始內(nèi)阻的過(guò)程以及用于依據(jù)蓄 電池7的損耗的充電電流的可變控制處理的過(guò)程中的步驟。
圖4是示意性圖解用于寄存初始內(nèi)阻的過(guò)程的流程圖。圖4中所示的過(guò) 程針對(duì)于使用之前(例如，當(dāng)從工廠發(fā)貨的時(shí)候)的電池組20。在圖4中所示 的過(guò)程中，電池組20處于與能夠輸出電流和電壓的電源設(shè)備相連接的狀態(tài)或 類(lèi)似的狀態(tài)之中。除非另有說(shuō)明，否則由CPU 13執(zhí)行以下過(guò)程。
首先，在步驟S1中，測(cè)量單元11測(cè)量單元塊7a、 7b和/c的每個(gè)電壓。 測(cè)量值^L提供給CPU 13。
其次，在步驟S2中測(cè)量電池組20的電流的大小。在步驟S3中測(cè)量草;^r 塊7a、 7b和7c的每個(gè)電池溫度。
隨后，在步驟S4中，通過(guò)使用測(cè)量部分11提供的電壓及所測(cè)電流和電 池溫度來(lái)計(jì)算這些單元塊的初始內(nèi)阻。然后，在步驟S5中，判斷步驟S4中所獲得的每個(gè)單元塊的初始內(nèi)阻值 偏差是否在所定義的范圍之內(nèi)。如果判斷初始內(nèi)阻值偏差大于所定義的范圍， 那么過(guò)程進(jìn)入步驟S6。
在步驟S6中，通過(guò)例如向電池組20所連接的電源設(shè)備發(fā)送拒絕消息來(lái) 告知每個(gè)單元塊的初始內(nèi)阻值偏差均大于所定義的范圍的事實(shí)。由于不滿(mǎn)足 產(chǎn)品可接受性標(biāo)準(zhǔn)，將不交付并且撤回被告知了拒絕消息的電池組20。
另一方面，如果判斷初始內(nèi)阻值偏差在所定義的范圍之內(nèi)，那么過(guò)程進(jìn) 入步驟S7。在步驟S7中，步驟S4中所計(jì)算的初始內(nèi)阻作為參考電阻值而寄 存在存儲(chǔ)器14中。從而，初始內(nèi)阻的寄存過(guò)程結(jié)束。
接下來(lái)，結(jié)合圖5描述依據(jù)蓄電池7的損耗的充電電流的可變控制過(guò)程 中的步驟。在圖5中所示的過(guò)程中，電池組20連4妄至例如筆記本型PC 30， 并且處于可通過(guò)恒流恒壓法充電的狀態(tài)中。除非另有說(shuō)明，否則由CPU13執(zhí) 行以下過(guò)程。
首先，在步驟Sll中，測(cè)量單元11測(cè)量單元塊7a、孔和7c的每個(gè)電壓。 測(cè)量值提供給CPU 13。
其次，在步驟S12中測(cè)量電池組20的電流的大小。在步驟S13中測(cè)量每 個(gè)單元塊7a、 7b和:7c的電池溫度。
隨后，在步驟S14中，通過(guò)使用測(cè)量部分11提供的電壓及所測(cè)電流和電 池溫度來(lái)計(jì)算這些單元塊的當(dāng)前內(nèi)阻。
然后，在步驟S15中，獲得步驟14中所獲得的各個(gè)單元塊的內(nèi)阻中的最 大內(nèi)阻。
然后，在步驟S16中，根據(jù)步驟S14中所獲得的單元塊的最大內(nèi)阻與呈 現(xiàn)該最大內(nèi)阻的單元塊的初始內(nèi)阻的比值來(lái)獲得蓄電池7的損耗系數(shù)。使用 上面提到的等式(l)計(jì)算損耗系數(shù)。
然后，在步驟S17中，根據(jù)步驟S16中獲得的損耗系數(shù)和初始充電電流 來(lái)計(jì)算可變充電電流值。使用上面提到的等式(2)計(jì)算可變充電電流值。
在步驟S18中，通過(guò)向筆記本型PC30的控制器34輸出可變充電電流值 來(lái)執(zhí)行關(guān)于可變充電電流的請(qǐng)求。筆記本型PC 30的控制器34根據(jù)來(lái)自CPU 13的關(guān)于可變充電電流的請(qǐng)求，控制執(zhí)行蓄電池7的恒流充電，同時(shí)將來(lái)自 充電部分35的輸出電流保持為可變充電電流值。(2) 第二個(gè)例子
第二個(gè)例子圖解依據(jù)蓄電池7的損耗系數(shù)來(lái)變更充電電壓的情況。
圖6和7示出在分別重復(fù)充放電500個(gè)周期之后的電池組中執(zhí)行恒流恒 壓法的充電時(shí)，充電電流和單元電壓中的變化的例子。在圖6和7中，橫坐 標(biāo)表示充電時(shí)間，縱坐標(biāo)表示充電電流和單元電壓。當(dāng)電池組由如圖l中所 示的多個(gè)單元塊構(gòu)成時(shí)，圖6和7中的單元電壓指示這些單元塊中的最大單 元電壓值。在圖6和7中，箭頭I指示充電電流，箭頭V指示單元電壓。
圖6是當(dāng)固定充電條件且在初始設(shè)置中的充電條件下執(zhí)行充電的例子。 這里，初始充電電流設(shè)置為2400mA，初始充電電壓;殳置為4200mV。
如圖6中所示，當(dāng)蓄電池7由于充放電周期的重復(fù)而損耗時(shí)，那么內(nèi)阻 上升，出現(xiàn)蓄電池7的電壓急劇上升。因而，單元電壓在開(kāi)始充電之后迅速 進(jìn)入超過(guò)4100mV的高壓區(qū)域，使得蓄電池7的損耗增長(zhǎng)。
因而，通過(guò)依據(jù)蓄電池7的損耗系數(shù)來(lái)執(zhí)行充電電壓的可變控制抑制了 高壓充電區(qū)域中的蓄電池7的充電。
如在第一個(gè)例子的情況中，根據(jù)等式(l)獲得損耗系數(shù)。例如，當(dāng)初始內(nèi) 阻為65mQ，在重復(fù)充放電500周期之后所測(cè)內(nèi)阻為85mQ，根據(jù)下面的等式
獲得損耗系數(shù)
損耗系數(shù)=65mQ / 85mQ - 0.764
根據(jù)所獲得的損耗系數(shù)計(jì)算新的充電電壓值(以下稱(chēng)為某些情況中的可 變充電電壓)。例如，々i設(shè)可變充電電壓的偏差范圍的上限值是初始充電電壓 值4. 2V,并且其下限是4. 0V，根據(jù)等式(3)獲得可變充電電壓值。
可變充電電壓=4. 0V + (0. 2V x ( 1 -損誶毛系凄t ) ) (3) 例如，假設(shè)損耗系數(shù)是O. 76，根據(jù)下面的等式獲得可變充電電壓。 可變充電電壓=4. 0V + ( 0. 2V x ( 1 - 0. 76 ) ) = 4. 05V 圖7示出當(dāng)通過(guò)如此所獲得的可變充電電壓來(lái)執(zhí)行充電時(shí)的例子。如圖 7中所示，通過(guò)控制充電電壓使之為40S0mV,阻止了單元電壓進(jìn)入不少于 4100mV的劇烈損耗區(qū)域。
沖艮據(jù)圖6和7顯而易見(jiàn)，通過(guò)依據(jù)損耗來(lái)改變充電電壓，可抑制高壓充 電區(qū)域中的蓄電池7的充電。因此，其能夠抑制蓄電池7的損耗的進(jìn)程。
接下來(lái)將結(jié)合圖8，描述依據(jù)損耗的充電電壓的可變控制的過(guò)程中的步 驟。用于獲得初始內(nèi)阻的過(guò)程與結(jié)合圖4所描述的過(guò)程一致，因此其描述略過(guò)。
圖8是示意性圖解依據(jù)蓄電池7的損耗的充電電壓的可變控制過(guò)程中的
步驟的流程圖。在圖8中所示的過(guò)程中，電池組20連接至例如筆記本型PC 30, 并且處于可通過(guò)恒流恒壓充電法充電的狀態(tài)中。除非另有說(shuō)明，否則由CPU 13 執(zhí)行以下過(guò)程。
首先，在步驟S21中，測(cè)量單元11測(cè)量單元塊7a、 7b和7c的每個(gè)電壓。 該測(cè)量值提供給CPU 13。
其次，在步驟S22中測(cè)量電池組20的電流的大小。在步驟S23中測(cè)量單 元塊7a、 7b和7c的每個(gè)電池溫度。
隨后，在步驟S24中，通過(guò)使用測(cè)量部分11提供的電壓及所測(cè)電流和電 池溫度來(lái)計(jì)算單元塊的當(dāng)前內(nèi)阻。
然后，在步驟S25中，獲得步驟24中所獲得的這些單元塊的內(nèi)阻中的最 大內(nèi)阻。
然后，在步驟S26中，根據(jù)步驟S24中所獲得的單元塊的最大內(nèi)阻值以 及呈現(xiàn)該最大內(nèi)阻值的單元塊的初始內(nèi)阻值來(lái)獲得蓄電池7的損耗系數(shù)。使 用等式(l)計(jì)算損耗系數(shù)。
然后，在步驟S27中，根據(jù)步驟S26中獲得的損耗系數(shù)以及初始充電電 壓值來(lái)計(jì)算可變充電電壓值。^使用等式(3)計(jì)算可變充電電壓值。
然后，在步驟S28中，通過(guò)向連接至電池組20的筆記本型PC 30的控制 器34提供可變充電電壓值來(lái)執(zhí)行關(guān)于可變充電電壓的請(qǐng)求。筆記本型PC 30 的控制器34根據(jù)來(lái)自CPU 13的關(guān)于可變充電電流的請(qǐng)求，控制蓄電池7的 充電，同時(shí)將來(lái)自充電部分35的輸出電流保持為可變充電電壓值。
如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)使用各個(gè)單元塊的初始內(nèi)阻作為 參考值來(lái)計(jì)算蓄電池7的損耗系數(shù)。這使得反映由于保存引起的損耗(例如， 當(dāng)蓄電池7被保存了很長(zhǎng)時(shí)間)以及計(jì)算期望時(shí)間處的損耗系數(shù)成為可能。其 也能夠減小由蓄電池7的使用條件中的差異所引起的損耗系數(shù)計(jì)算的誤差。 這使得能夠準(zhǔn)確且高頻地計(jì)算蓄電池7的損耗系數(shù)。
蓄電池7的損耗系數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算提供了準(zhǔn)確的充電條件。在所獲得的充 電條件下，可以準(zhǔn)確地給蓄電池7恒流恒壓充電。所以，可避免長(zhǎng)時(shí)間地在 高壓狀態(tài)中給蓄電池7充電，因而抑制了蓄電池7的損耗的進(jìn)程。
此外，通過(guò)使用具有多個(gè)單元塊中的最高內(nèi)阻的單元的內(nèi)阻，可計(jì)算蓄電池7的損耗系數(shù)。所以，即使單元塊的內(nèi)阻中出現(xiàn)偏差，具有高內(nèi)阻的單 元塊的蓄電池7也可防止過(guò)充電。因而，可進(jìn)一步提升電池組20的穩(wěn)定性。
雖然這里已示出并描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是在不限制上面的實(shí)施例 的情況下，可基于本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做各種修改。
例如，上述實(shí)施例中的數(shù)值僅通過(guò)例子的方式未加限制地進(jìn)行了引用， 如果需要，可使用不同的數(shù)值。
在不脫離本發(fā)明的要旨的情況下可以將上述實(shí)施例的各個(gè)配置組合在一起。
雖然上述實(shí)施例中根據(jù)下面的等式計(jì)算了損耗系數(shù)損耗系數(shù)-初始內(nèi)阻 值/所測(cè)內(nèi)阻值，但是也可根據(jù)下面的等式來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)損耗系數(shù)=(所測(cè) 內(nèi)阻值-初始內(nèi)阻值)/初始內(nèi)阻值。在這種情況中，使用所獲得的損耗系數(shù)， 通過(guò)下面的等式獲得內(nèi)阻的增長(zhǎng)率內(nèi)阻的增長(zhǎng)率-l-損耗系數(shù)。然后，可使 用所獲得的內(nèi)阻的上升率以及初始充電電流或初始充電電壓來(lái)計(jì)算可變充電 電流或可變充電電壓。
雖然上述實(shí)施例中使用鋰離子電池作為蓄電池7，但是不限于蓄電池7， 諸如Ni-Cd(鎳-鎘)電池、Ni-MH(鎳金屬氫)電池之類(lèi)的各種類(lèi)型的電池也是 可適用的。
雖然在上述實(shí)施例中，兩個(gè)并聯(lián)的蓄電池串聯(lián)的排列在三個(gè)塊中，但是 對(duì)于電池組中包括的蓄電池的數(shù)量和配置沒(méi)有強(qiáng)加特殊的限制。
權(quán)利要求
1. 一種電池組，包含蓄電池，其包括多個(gè)單元塊；測(cè)量部分，其配置為檢測(cè)該蓄電池的電壓、電流和內(nèi)阻；控制器，其配置為監(jiān)控該蓄電池的電壓和電流并且輸出指示充電條件的請(qǐng)求信號(hào)以根據(jù)所設(shè)置的充電條件來(lái)給該蓄電池充電；充放電控制開(kāi)關(guān)，其配置為防止過(guò)充電和過(guò)放電；保護(hù)電路，其配置為監(jiān)控該多個(gè)單元塊的電壓；以及存儲(chǔ)器，其寄存該蓄電池的初始內(nèi)阻，其中，該控制器通過(guò)該測(cè)量部分所檢測(cè)到的內(nèi)阻與該存儲(chǔ)器中所寄存的初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)，并且根據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變充電條件。
2. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中 該充電條件包括恒流充電中的充電電流值，以及 依據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變?cè)摮潆婋娏髦怠?br> 3. 如根據(jù)要求1所述的電池組，其中 該充電條件包括充電電壓值，以及 依據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變?cè)摮潆婋妷褐怠?br> 4. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中，在制造之后的預(yù)定時(shí)間段內(nèi)測(cè) 量該初始內(nèi)阻。
5. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中 該充放電控制開(kāi)關(guān)由充電控制FET和放電控制FET構(gòu)成，以及 在正常的充放電操作中，把控制信號(hào)設(shè)置在低電平以將該充電控制FET和該放電控制FET轉(zhuǎn)為開(kāi)啟狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求5所述的電池組，其中當(dāng)電池電壓變成過(guò)充電檢測(cè)電壓時(shí)，控制該充放電控制開(kāi)關(guān)以將該充電 控制FET關(guān)斷，使得充電電流不流動(dòng)，以及當(dāng)電池電壓變成過(guò)放電檢測(cè)電壓時(shí)，控制該充放電控制開(kāi)關(guān)以將該放電 控制FET關(guān)斷，使得放電電流不流動(dòng)。
7. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中當(dāng)該單元塊的單元電壓超過(guò)充電禁止電壓時(shí)，該保護(hù)電路熔斷連接至該2保護(hù)電路的熔絲以變成永久故障模式。
8. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中 該存儲(chǔ)器包括在CPU中，以及該CPU通過(guò)使用電流檢測(cè)電阻器來(lái)測(cè)量電流的大小和方向，并且捕獲溫 度才企測(cè)元件所測(cè)量的電池溫度。
9. 如權(quán)利要求1所述的電池組，其中，該控制器通過(guò)該多個(gè)單元塊中 的最大內(nèi)阻與呈現(xiàn)該最大內(nèi)阻的單元塊的初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)。
10. —種給蓄電池充電的方法，其包含以下步驟 才全測(cè)蓄電池的電壓、電流和內(nèi)阻；以及監(jiān)控該蓄電池的電壓和電流，并且輸出指示充電條件的請(qǐng)求信號(hào)以根據(jù) 所設(shè)置的充電條件來(lái)給該蓄電池充電，其中，在輸出該請(qǐng)求信號(hào)的步驟中，通過(guò)所檢測(cè)到的內(nèi)阻與該存儲(chǔ)器中 所寄存的該蓄電池的初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)，并且依據(jù)該損耗系數(shù) 來(lái)改變充電條件。
11. 如權(quán)利要求IO所述的給蓄電池充電的方法，其中 該充電條件包括恒流充電中的充電電流值，以及依據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變?cè)摮潆婋娏髦怠?br> 12. 如權(quán)利要求IO所述的給蓄電池充電的方法，其中 該充電條件包括充電電壓值，以及 依據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變?cè)摮潆婋妷褐怠?br> 13. 如權(quán)利要求10所述的給蓄電池充電的方法，其中，在制造之后的 預(yù)定時(shí)間,殳內(nèi)測(cè)量該初始內(nèi)阻。
14. 如權(quán)利要求IO所述的給蓄電池充電的方法，其中 該蓄電池包括多個(gè)單元塊，以及該控制器通過(guò)該多個(gè)單元塊中的最大內(nèi)阻與呈現(xiàn)該最大內(nèi)阻的單元塊的 初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)。
15. —種電池充電器，包含 蓄電池；測(cè)量部分，其配置為4企測(cè)該蓄電池的電壓、電流和內(nèi)阻； 控制器，其配置為監(jiān)控該蓄電池的電壓和電流并且輸出指示充電條件的 請(qǐng)求信號(hào)以根據(jù)所設(shè)置的充電條件來(lái)給該蓄電池充電；存儲(chǔ)器，其寄存該蓄電池的初始內(nèi)阻；以及充電控制器，其配置為根據(jù)從該控制器輸出的請(qǐng)求信號(hào)來(lái)控制該蓄電池 的充電電流和充電電壓的輸出，其中，該控制器通過(guò)該測(cè)量部分所檢測(cè)到的內(nèi)阻與該存儲(chǔ)器中所寄存的 初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)，并且依據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變充電條件。
16. 如權(quán)利要求15所述的電池充電器，其中 該充電條件包括恒流充電中的充電電流值，以及 依據(jù)該損^^系^t來(lái)改變?cè)摮潆婋娏髦怠?br> 17. 如權(quán)利要求15所述的電池充電器，其中 該充電條件包括充電電壓值，以及 依據(jù)該損耗系lt來(lái)改變?cè)摮潆婋妷褐怠?br> 18. 如權(quán)利要求15所述的電池充電器，其中，在制造之后的預(yù)定時(shí)間 ^歐內(nèi)測(cè)量該初始內(nèi)阻。
19. 如權(quán)利要求15所述的電池充電器，其中 該蓄電池包括多個(gè)單元塊，以及該控制器通過(guò)該多個(gè)單元塊中的最大內(nèi)阻與呈現(xiàn)該最大內(nèi)阻的單元塊的 初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)。
全文摘要
提出電池組、給蓄電池充電的方法以及電池充電器。該電池組包括蓄電池，其包括多個(gè)單元塊；測(cè)量部分；充放電控制開(kāi)關(guān)；保護(hù)電路；以及存儲(chǔ)器。測(cè)量部分檢測(cè)該蓄電池的電壓、電流和內(nèi)阻?？刂破鞅O(jiān)控該蓄電池的電壓和電流，并且輸出指示充電條件的請(qǐng)求信號(hào)以根據(jù)所設(shè)置的充電條件來(lái)給蓄電池充電。保護(hù)電路監(jiān)控該多個(gè)單元塊的電壓。存儲(chǔ)器寄存該蓄電池的初始內(nèi)阻?？刂破魍ㄟ^(guò)測(cè)量部分所檢測(cè)到的內(nèi)阻與存儲(chǔ)器中所寄存的初始內(nèi)阻的比值來(lái)計(jì)算損耗系數(shù)，并且根據(jù)該損耗系數(shù)來(lái)改變充電條件。
文檔編號(hào)H01M10/44GK101425698SQ200810174758
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者鈴木功 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社