專利名稱：充電設備和充電控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于對可再充電(二次)電池進行充電的充電設備和充電控制方法。
背景技術：
在電動工具領域中，要求驅(qū)動無線工具的電池具有更高的容量和減輕的重量。為 了滿足這些需求，在一些情況下采用高功率密度的鋰離子電池。在鋰離子電池中，主要通過 恒定電流和恒定電壓控制來進行充電。檢測完全充電的一種方法涉及利用一旦鋰離子電池 的充電電壓達到最大電壓則充電電流就減小的屬性。例如，專利文獻1提出了一種方法，其 中在充電期間檢測充電電流，并且當所檢測到的充電電流下降到預定電流值以下時確定電 池被完全充電。專利文獻1 未審查的日本專利申請KOKAI公開No. H2-192670。

發(fā)明內(nèi)容
如果使用過高的充電電壓來對如上所述鋰離子電池進行充電，則會發(fā)生過電壓。 因此，充電設備必須以高精確度持續(xù)地監(jiān)測充電電壓。例如，在由多個單元組成的電池組 中，充電設備監(jiān)測每個單元的電壓。如果有一個單元的電壓超過預定電壓(下文中稱其為 過電壓值)，則充電設備確定過電壓存在并且必須終止充電，其中所述預定電壓用于確定所 述多個單元中的任意一個單元是否已達到過電壓狀態(tài)。但是，如果充電設備僅被配置成當任意單元的電壓超過過電壓值時就終止充電， 則在電池仍然處于低容量狀態(tài)的情況下充電就可能被終止。因此，上述過電壓值必須被設 置成電源電壓容差范圍的上限。例如，考慮這種情況，其中充電期間設置的每個單元的電壓 (下文中稱其為恒定電壓值)為4. 2V，從而整個電池組的電壓為4. 2V乘單元數(shù)量。在這 種情況下，例如，必須將過每個單元的過電壓值設置為約+50mV，或每個單元的電壓值為約 4. 25V，從而整個電池組的電壓值約為4. 25V乘單元數(shù)量。此時，也可以將電壓值設置為低 于恒定電壓值4. 2V乘單元數(shù)量的值，例如4. 15V乘單元數(shù)量。在這種情況下，盡管在過電 壓值與電源電壓容差范圍之間產(chǎn)生了裕度，但是電池容量也自然地減小。因此，如前所述， 終止充電的過電壓值必須被設置在每單元50mV的非常小的范圍內(nèi)。在電池單元間的電壓幾乎沒有波動的狀態(tài)下，甚至不將過電壓確定為50mV的非 常小的裕度范圍內(nèi)。但是，電池單元間由于使用頻率而產(chǎn)生電壓差是不可避免的。這種電 壓差是由于各單元間損耗程度、電池單元自身特性中諸如分鐘變化(minute variations) 之類的因子的不同或者由于由電池組中單元布置而引起的熱效應的不同而產(chǎn)生的。與其他 單元相比，損耗程度強的單元具有增大的內(nèi)部電阻，因此充電期間的電壓升高也增大。這種 電壓升高增大到充電電流很大的程度。因此，在充電期間，充電電流可能僅引起損耗程度大 的單元達到上述過電壓值。在這種情況下，即使只有一個單元達到過電壓值也終止充電，因 此在容量還很小的情況下就終止充電。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種充電設備，即使對各單元間具有損耗程度差異的可再充電電池進行充電，其也可以安全可靠地達到充足的容量。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的充電設備通過恒定電壓和恒定電流 控制來對由多個串聯(lián)連接的單元組成的電池進行充電。所述充電設備包括充電電流配置 電源，其配置流入電池的充電電流的設置值；充電電流控制器，其基于由充電電流配置單元 配置的設置值來控制充電電流；單元電壓檢測器，其檢測施加到每個單元的單元電壓；以 及電壓確定單元，其確定是否由單元電壓檢測器所檢測到的單元電壓中的至少一個超過了 閾值電壓。如果電壓確定單元確定至少一個單元電壓超過了閾值電壓，則充電電流配置單 元將設置值切換至較小值。如果切換設置值的操作重復了預定次數(shù)或更多，則充電電流配置單元也可以終止 對電池進行充電。所述充電設備還可以包括充電電流檢測器，其檢測充電電流；終止電流配置單 元，其針對充電電流配置單元配置的充電電流的每個設置值來配置閾值電流；以及完全充 電確定單元，其確定充電電流檢測器所檢測到的充電電流是否等于或小于終止電流配置單 元所配置的閾值電流。如果完全充電確定單元確定充電電流等于或小于閾值電流，則終止 對電池進行充電。為了實現(xiàn)上述目的，由通過恒定電壓或恒定電流控制對由多個串聯(lián)連接的單元組 成的電池進行充電的充電設備執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第二方面的充電控制方法。所述充電設備 包括充電電流配置單元、充電電流控制器、單元電壓檢測器、以及電壓確定單元。所述充電 控制方法包括以下步驟使充電電流配置單元配置流入電池的充電電流的設置值；使充電 電流控制器基于充電電流配置單元所配置的設置值來控制充電電流；使單元電壓檢測器檢 測施加到每個單元的單元電壓；使電壓確定單元確定是否單元電壓檢測器所檢測到的單元 電壓的至少一個超過了閾值電壓；以及如果電壓確定單元確定至少一個單元電壓超過了閾 值電壓，則使充電電流配置單元將設置值切換為較小值。所述充電控制方法還可以包括以下步驟，S卩，如果切換設置值的操作重復預定次 數(shù)或更多，則使充電電流配置單元終止對電池進行充電。所述充電設備還可以包括充電電流檢測器、終止電流配置單元、以及完全充電確 定單元。所述充電控制方法還可以包括以下步驟使充電電流檢測器檢測充電電流；使終 止電流配置單元針對充電電流配置單元所配置的充電電流的每個設置值來配置閾值電流； 使完全充電確定單元確定充電電流檢測器所檢測到的充電電流是否等于或小于終止電流 配置單元所配置的閾值電流；以及如果完全充電確定單元確定充電電流等于或小于閾值電 流，則終止對電池進行充電。根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電設備，即使對單元間具有損耗程度差異的可再充電電 池進行充電，也可以安全可靠地達到充足的容量。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電設備的電路圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電設備的充電控制操作的流程圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電設備中充電電流和充電電壓的改變；圖4示出了現(xiàn)有技術的充電設備中充電電流和充電電壓的改變；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電設備中充電電流和充電電壓的改變。
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖1至圖5來描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電設備。圖1是示出了根據(jù) 本發(fā)明的實施例的充電電路200的電路圖。充電電路200處于與AC電源1連接的狀態(tài)，并 且對電池組加進行充電。充電電路200具有諸如整流平滑電路10、開關電路20、整流平滑 電路30、充電電壓控制電路100、充電電流檢測元件3、充電電流控制電路60、充電電流配置 電路70、光耦合器5、電池電壓檢測電路90、光耦合器4、以及微控制器50之類的部件。整流平滑電路10由全波整流電路11和平滑電容器12組成，并且對從AC電源1 輸入的交流電進行整流和平滑。開關電路20由高頻變壓器21、MOSFET 22、以及PWM控制 IC (開關電源)23組成。PWM控制IC是開關電源IC，其通過根據(jù)從光耦合器5輸入的控制 信號改變MOSFET 22的驅(qū)動脈沖寬度來調(diào)節(jié)整流平滑電路30的輸出電壓。光耦合器5是 充電電流信號傳輸電路。整流平滑電路30由二極管31、平滑電容器32、以及放電電阻器33組成。整流平滑 電路30對開關電路20的輸出進行整流和平滑，并且將結(jié)果輸出至充電電壓控制電路100。充電電壓控制電路100 由電阻器 101、103、105、106、107、108、109、110、111、112、 113、114和115、電位器102、電容器104、分路調(diào)節(jié)器116、整流二極管117、以及FET 118、 119和120組成。在由電阻器101和電位器102組成的串聯(lián)電阻與由電阻器105和電阻器 106、電阻器109或電阻器112組成的并聯(lián)電阻之間存在充電電壓的部分電壓值。確定該部 分電壓值以作為分路調(diào)節(jié)器116的參考值。通過使FET 118、119和120導通或斷開，由來自 微控制器50的輸出端口 51b的信號來分別選擇電阻器106、109和112。電位器102是可變 電阻器，其用于微調(diào)各部件間的各電阻值(即，電阻器105、106、109和112的各電阻值)的 波動。電阻器101和電阻器103、105、106、109和112的電阻值分別確定為符合以下參數(shù)。例如，通過由電阻器101和電位器102組成的串聯(lián)電阻器以及電阻器105確定的 值可以被確定為用于對兩個單元的鋰離子電池進行充電的值。通過由電阻器101和電位器 102組成的串聯(lián)電阻器以及由電阻器105和電阻器106組成的并聯(lián)電阻器(即，通過使FET 118導通形成的并聯(lián)電阻器)確定的值可以被確定為用于對三個單元的鋰離子電池進行充 電的值。另外，通過由電阻器101和電位器102組成的串聯(lián)電阻器以及由電阻器105和電阻 器109組成的并聯(lián)電阻器(S卩，通過使FET 119導通形成的并聯(lián)電阻器)確定的值可以被確 定為用于對四個單元的鋰離子電池進行充電的值。通過由電阻器101和電位器102組成的 串聯(lián)電阻器以及由電阻器105和電阻器112組成的并聯(lián)電阻器(S卩，通過使FET 120導通 形成的并聯(lián)電阻器)確定的值可以被確定為用于對五個單元的鋰離子電池進行充電的值。另外，電位器102的輸出端經(jīng)由電容器104、電阻器103、電阻器115、以及二極管 117連接至光耦合器5。通過將取決于充電電壓控制電路100的輸出電壓的信號傳輸至PWM 控制IC 23，充電電壓控制電路100根據(jù)單元數(shù)量來輸出充電電壓。電流檢測元件3是檢測流入電池組加的充電電流的電阻器。電流檢測元件3連 接在電池組加與整流平滑電路30的輸出側(cè)之間。充電電流控制電路60由運算放大器61和65、電阻器62、63、64、66和67、以及二 極管68組成。電阻器62連接在整流平滑電路30與運算放大器61的反相輸入端之間，而電阻器63連接在運算放大器61的反相輸入端與輸出端之間。運算放大器61的正相輸入 端接地，而輸出端連接至微控制器50和電阻器64。電阻器64還連接至運算放大器65的反 相輸入端。電阻器66連接在運算放大器65的反相輸入端和輸出端之間。運算放大器65 的正相輸入端連接至充電電流配置電路70，而輸出端經(jīng)由電阻器67和二極管68連接至光 耦合器5。充電電流控制電路60通過向光耦合器5輸出信號來控制充電電流，該信號取決 于充電電流檢測元件3所檢測到的充電電流的檢測值與充電電流配置電路70所配置的充 電電流的設置值的比較結(jié)果。充電電流配置電路70由電阻器71至76組成。參考電壓Vcc是使用由電阻器71 和72進行分壓產(chǎn)生的值設置充電電流時的參考值。電阻器73、74、75和76連接至微控制 器50的輸出端口 51b，并且視情況從各電阻器所連接的輸出端口 51b輸出低電平信號。這 樣，當設置充電電流時，改變參考值，從而也可以改變充電電流。例如，如果沒有從任何端口輸出輸出信號，則由電阻器71和電阻器72進行分壓的 參考電壓Vcc的部分值被輸出到充電電流控制電路60，并且成為設置充電電流的參考值。 從充電電流控制電路60向光耦合器5輸出取決于該參考值的信號，并且通過控制PWM控制 IC23來改變充電電流。此時的充電電流被視為電流II。如果已經(jīng)從連接到電阻器73的輸 出端口輸出了低電平信號，則由電阻器71、電阻器72和電阻器73組成的并聯(lián)電阻器進行 分壓得到的部分值成為設置充電電流時的參考值。例如，此時的充電電流被視為電流12。 類似地，將從連接到電阻器74、75和76的各輸出端口輸出各低電平信號時的充電電流視為 13、14 和 15(其中 Il > 12 > 13 > 14 > 15)。微控制器50是由輸出端口 51a和51b、A/D輸入端口 52、以及復位端口 53組成的 控制電路。輸出端口 51a向光耦合器4和顯示電路130輸出信號。輸出端口 51b向充電電 流配置電路70輸出用于設置充電電流的信號，并且向充電電壓控制電路100輸出用于設置 充電電壓的信號。A/D輸入端口 52從單元數(shù)確定元件7、溫度檢測電路80、以及電池電壓檢 測電路90接收信號作為輸入。光耦合器4是充電控制信號傳輸電路。一旦從微控制器50的輸出端口 51a接收 到用于啟動充電的控制信號，光耦合器4就通過將該控制信號傳輸至PWM控制IC 23來開 始開關操作。接著，一旦接收到用于終止充電的控制信號，光耦合器4就通過將該控制信號 傳輸至PWM控制IC 23來終止開關操作。顯示電路130是用于顯示充電狀態(tài)的顯示裝置，并且由LED 131以及電阻器132 和133組成。LED 131被配置成發(fā)出紅、綠、黃(amber)三種顏色的光。此處，紅色表示充電 之前的狀態(tài)，紅色表示充電期間的狀態(tài)，綠色表示充電完成后的狀態(tài)。另外，充電電路200具有電源40以及整流平滑電路6，電源40作為諸如微控制器 50以及運算放大器61和65之類的部件的電源，整流平滑電路6作為PWM控制IC 23的電 源。電源40由變壓器41a至41c、開關元件42、控制元件43、整流二極管44、電容器45和 47、調(diào)節(jié)器46、以及復位IC 48組成。整流平滑電路6是作為PWM控制IC 23的電源的整流 平滑電路，并且由變壓器6a、整流二極管6b、以及平滑電容器6c組成。電池組加由多個串聯(lián)連接的單元(也被稱為單元電池)組成。在本實施例中，假 設為鋰離子電池。電池組加連接至保護IC 2b、單元數(shù)確定元件7、以及電池溫度檢測元 件8。電池組加的每個單元都連接到保護IC 2b。保護IC 2b基于每個單元來監(jiān)測電池電
7壓，并且如果確定構成電池組加的多個單元中的任意一個處于過電壓或過放電狀態(tài)，則保 護IC 2b經(jīng)由充電設備和電池之間的端子向微控制器50輸出表示過電壓或過放電的信號。 此處，過電壓是指其中確定了單元電壓高于用于確定是否存在過電壓狀態(tài)的預定電壓(下 文中稱其為過電壓值)的情況。另一方面，過放電是指其中確定了單元電壓低于用于確定 是否存在過放電狀態(tài)的預定電壓(不同于過電壓值)的情況。在充電電路200中，鄰近電池組加布置有單元數(shù)確定電阻器7。單元數(shù)確定電阻 器7和單元數(shù)確定電路9的電阻對參考電壓Vcc的值進行分壓。部分值輸入到微控制器50 的A/D輸入端口 52。然后，微控制器50通過使FET 118、119和120導通或斷開來根據(jù)單元 數(shù)量設置充電電壓。在充電電路200中，鄰近電池組加還布置有熱敏電阻器或類似的溫度敏感元件8。 溫度敏感元件8向電池溫度檢測電路80傳輸取決于電池組加的溫度的信號。電池溫度檢測電路80由電阻器81和82組成。通過由溫度敏感元件8和電阻器 82組成的并聯(lián)電阻器以及通過電阻器81對參考電壓Vcc進行分壓。然后，將該部分值輸出 到微控制器50的A/D輸入端口 52作為電池溫度信息。電池電壓檢測電路90由電阻器91和92組成。電池電壓檢測電路90連接至電池 組加的正極側(cè)。電池電壓被電阻器91和92分壓。然后，該部分值輸入到微控制器50的 A/D輸入端口 52作為電池電壓信息。現(xiàn)在，使用圖2中的流程圖來描述本發(fā)明的實施例中充電控制的操作示例。首先，當電源接通時，微控制器50執(zhí)行輸出端口 51a和51b的初始化設置。接下 來，微控制器50控制顯示電路130來顯示充電之前的狀態(tài)。在本實施例中，微控制器50通 過從連接到顯示電路130的電阻器133的微控制器50的輸出端口 51a輸出高電平信號來 顯示充電之前的狀態(tài)，從而使顯示電路130點亮為紅燈(步驟S201)。接下來，微控制器50 確定電池是否連接到充電器(步驟S202)。例如，如果經(jīng)由電池溫度檢測電路80輸入微控 制器50的A/D輸入端口 52中的值具有變化，則可以確定電池與充電器連接。如果微控制器 50確定了電池沒有連接到充電器(步驟S202 否)，則再次執(zhí)行步驟S202中的處理。相反， 如果微控制器50確定電池連接到了充電器(步驟S202 是)，則微控制器50隨后根據(jù)經(jīng)由 單元數(shù)確定電路9輸入微控制器50的A/D輸入端口 52中的值來確定單元數(shù)(步驟S203)。 接下來，微控制器50根據(jù)在步驟S203中確定的單元數(shù)來設置輸出電壓(步驟S204)。確定通過由電阻器101和電位器102組成的串聯(lián)電阻器以及由電阻器105和電阻 器106、電阻器109或電阻器112組成的并聯(lián)電阻器進行分壓的輸出電壓的部分值，以使其 等于分路調(diào)節(jié)器116的參考值。例如，在本實施例中，通過由電阻器101和電位器102組成 的串聯(lián)電阻器以及電阻器105確定的值被視為用于對兩個單元的鋰離子電池進行充電的 值。通過由電阻器101和電位器102組成的串聯(lián)電阻器以及由電阻器105和電阻器106組 成的并聯(lián)電阻器(即，由于從微控制器50的輸出端口 51b輸出信號使FET 118導通而形成 的并聯(lián)電阻器)確定的值被視為用于對三個單元的鋰離子電池進行充電的值。另外，通過 由電阻器101和電位器102組成的串聯(lián)電阻器以及由電阻器105和電阻器109組成的并聯(lián) 電阻器(即，由于從微控制器50的輸出端口 51b輸出信號使FET 119導通而形成的并聯(lián)電 阻器)確定的值被視為用于對四個單元的鋰離子電池進行充電的值。通過由電阻器101和 電位器102組成的串聯(lián)電阻器以及由電阻器105和電阻器112組成的并聯(lián)電阻器(即，由于從微控制器50的輸出端口 51b輸出信號使FET 120導通而形成的并聯(lián)電阻器)確定的 值被視為用于對五個單元的鋰離子電池進行充電的值。接下來，微控制器50將用于充電的充電電流設置為11(步驟S205)。可以不通過 從連接到電阻器73、74、75和76的輸出端口輸出信號來將充電電流設置為II。下文中，在 適當情況下，將充電電流的設置值稱為電流設置值。另外，微控制器50還設置對應于充電電流Il的結(jié)束電流的值(步驟S206)。在本 實施例中，假設通過恒定電流和恒定電壓控制來對鋰離子電池進行充電，因此，在恒定電壓 控制期間，當充電電流下降到預定電流(結(jié)束電流)以下時，則確定為完全充電。在充電電 流為電流Il的情況下，例如，將電流IlO確定為相應結(jié)束電流的設置值。換句話說，如果充 電電流變得小于被設置為結(jié)束電流的電流110，則認為充電完成，并且結(jié)束充電。這利用了 以下優(yōu)勢，即，盡管在開始充電后的一段時間內(nèi)充電電流保持在電流Il的設置值，但是充 電電流隨著充電接近完成而逐漸減小。接著，微控制器50通過從輸出端口 51a輸出高電平信號來啟動充電，其使該信號 經(jīng)由光耦合器4傳輸至PWM控制IC 23(步驟S207)。一旦開始充電，微控制器50就控制顯 示電路130顯示充電期間的狀態(tài)(步驟S208)。例如，微控制器50可以通過從連接到顯示 電路130的電阻器132和電阻器133的輸出端口輸出高電平信號來顯示充電期間的狀態(tài)， 從而使顯示電路130點亮為黃燈。然后，微控制器50確定是否存在單元處于過電壓狀態(tài)(步驟S209)。更具體地，微 控制器50確定是否輸入了過充電信號。此處，過充電信號是在多個單元中的任意一個呈現(xiàn) 等于或大于過電壓值的電壓的情況下從電池組內(nèi)的保護IC 2b輸出的表示過充電的信號。如果確定了存在過電壓的單元(步驟S209 是)，則微控制器50確定充電電流是 否為Il (步驟S210)。可以根據(jù)充電電流的設置值、或者根據(jù)來自電流檢測元件3的檢測 值來確定充電電流是否為II。如果確定了充電電流為Il (步驟S210 是)，則微控制器50 將充電電流降低到12(其中12 < II)(步驟S211 ；圖5中的時刻t3)。微控制器50可以通 過從連接到電阻器73的輸出端口 51b輸出低電平信號來將充電電流設置為12。通過降低 充電電流，電池電壓暫時地下降，從而停止了從電池組內(nèi)的保護IC 2b輸出過充電信號。此 后，電池電壓再次開始升高。接下來，微控制器50設置對應于充電電流12的結(jié)束電流的值(步驟S212)。在充 電電流為12的情況下，例如，微控制器50將電流120確定為相應結(jié)束電流的設置值。如果在步驟S210中確定充電電流不為Il (步驟S210 否)，則微控制器50確定充 電電流是否為12 (步驟S213)。如果確定充電電流為12 (步驟S213 是)，則微控制器50將 充電電流降低到13 (其中13 < 12)(步驟S214 ；圖5中的時刻t4)。微控制器50可以通過 從連接到電阻器74的輸出端口 51b輸出低電平信號來將充電電流設置為13。通過降低充 電電流，電池電壓暫時地下降，從而停止從電池組內(nèi)的保護IC 2b輸出過充電信號。此后， 電池電壓再次開始升高。接下來，微控制器50設置對應于充電電流13的結(jié)束電流的值(步驟S215)。在充 電電流為13的情況下，例如，微控制器50將電流130確定為相應結(jié)束電流的設置值。如果在步驟S213中確定了充電電流不為12(步驟S213 否)，則微控制器50確 定充電電流是否為13(步驟S216)。如果確定充電電流為13(步驟S216 是)，則微控制器50將充電電流降低到14(其中14 < 13)(步驟S217 ；圖5中的時刻t5)。微控制器50可 以通過從連接到電阻器75的輸出端口 51b輸出低電平信號來將充電電流設置為14。通過 降低充電電流，電池電壓暫時地下降，從而停止從電池組內(nèi)的保護IC 2b輸出過充電信號。 此后，電池電壓再次開始升高。接下來，微控制器50設置對應于充電電流14的結(jié)束電流的值(步驟S218)。在充 電電流為14的情況下，例如，微控制器50將電流140確定為相應結(jié)束電流的設置值。如果在步驟S216中確定充電電流不為13 (步驟S216 否)，則微控制器50確定充 電電流是否為14(步驟S219)。如果確定充電電流為14(步驟S219 是)，則微控制器50將 充電電流降低到15 (其中15 < 14)(步驟S220 ；圖5中的時刻t6)。微控制器50可以通過 從連接到電阻器76的輸出端口 51b輸出低電平信號來將充電電流設置為15。通過降低充 電電流，電池電壓暫時地下降，從而停止從電池組內(nèi)的保護IC 2b輸出過充電信號。此后， 電池電壓再次開始升高。接下來，微控制器50設置對應于充電電流15的結(jié)束電流的值(步驟S221)。在充 電電流為15的情況下，例如，微控制器50將電流150確定為相應結(jié)束電流的設置值。如果在步驟S219中確定了充電電流不為14(步驟S219 否)，則微控制器50認為 通過充電電流15對電池組進行充電，并且結(jié)束充電(步驟S223 ；圖5中的時刻t7)。此外，如果確定不存在過電壓的單元(步驟S209 否)，或者一旦完成步驟S212、 S215、S218或S221，則微控制器50確定電池組是否被完全充電(步驟S222)。更具體地， 微控制器50基于例如來自電流檢測元件3的檢測值來確定充電電流是否小于或等于結(jié)束 電流。如前所述，在本實施例中，假設通過恒定電流和恒定電壓控制來對鋰離子電池進行充 電，因此，在恒定電壓控制期間，當充電電流下降到結(jié)束電流以下時，確定為完全充電。從 而，如果確定充電電流小于或等于結(jié)束電流，則微控制器50確定電池組被完全充電。此處， 在步驟S206、S212、S215、S218和S221中針對每個電流設置所設置的值被用作結(jié)束電流。如果確定電池組被完全充電(步驟S222:是)，則微控制器50結(jié)束充電(步驟 S223)。更具體地，微控制器50通過從連接到光耦合器4的輸出端口 51a中的端口輸出高 電平信號來使PWM控制IC 23處于暫停狀態(tài)。充電暫停后，微控制器50使顯示電路130的 顯示器點亮為綠燈(步驟S2M)。更具體地，為了使顯示電路130點亮為綠燈，微控制器50 從連接到顯示電路130的電阻器113的輸出端口 51a輸出高電平信號。接著，微控制器50 確定電池是否已從充電器移除(步驟S225)。如果確定電池還未從充電器移除(步驟S225 否)，則微控制器50再次執(zhí)行步驟S225中的處理。相反，如果確定電池已從充電器移除(步 驟S225 是)，則微控制器50返回到步驟S201。接下來，參考圖3到圖5詳細地描述通過前述控制方法進行充電時的充電期間電 流和電壓的變化。圖3示出了本實施例中在充電設備的正常操作期間(S卩，多個單元中無一 被確定為過電壓的時)的充電波形的示例。橫軸表示時間t，而縱軸表示充電電流I、每單元 電壓Vc、以及電池組電壓Vp (下文中稱其為電池電壓)。在本實施例中，使用每單元電壓Vc 來確定過電壓，而使用整個電池組加的電池電壓Vp來確定恒定電壓。為了容易理解，每單 元電壓Vc和電池電壓Vp在圖3中都以單一曲線表示，但是應該理解的是，電池電壓Vp約 為電壓Vc乘以單元數(shù)量的值。換句話說，圖3示出了其中電池組由單個單元組成的情況、 或者可替換地，示出了其中電池組由各自特性沒有展示出波動的多個單元組成的情況。
一旦充電開始，則首先使用恒定電流(在本實施例中，為充電電流II)進行充電。 隨著電流流動，每單元電壓Vc和電池電壓Vp開始升高。在某一時刻，電池電壓Vp達到恒定 電壓控制電路100設置的恒定電壓值。例如，此處恒定電壓值為事先確定為等于4. 2V每單 元的電壓值。在電池組加由四個單元組成的情況下，恒定電壓值變成4. 2V乘4 (或16. 8V)。 當電池電壓Vp達到恒定電壓值(例如，在時刻t0，Vp = 16. 8V)時，充電電流I開始減小。 接著，當充電電流I達到結(jié)束電流(在充電電流為Il的情況下為110)時，確定為完全充電， 并且終止充電(時刻tl)。另一方面，考慮了如圖4中所示其中單元間的電壓平衡關系被打破的情況，以及 多個單元中的一個達到了過電壓值(在此過電壓值時確定了過充電)。圖4示出了充電由 于多個單元中的一個達到了等于或大于過電壓值的電壓而終止情況下的充電波形的示例。 橫軸表示時間t，而縱軸表示充電電流I、每單元電壓Vc、以及電池電壓Vp。如圖4中的虛 線所示，損耗程度強的單元的電壓在時刻t2達到過電壓值。相反，其他單元的電壓在時刻 t2都沒有達到過電壓值。因此，電池電壓Vp在時刻t2沒有達到恒定電壓值。此刻，將通過 相關技術的充電設備的控制來終止充電，因為電池組加中的多個單元中恰好有一個單元 達到了等于或大于過電壓值的電壓。在這種控制中，如果單元間小電壓的波動較大，則在不足的階段就停止了充電。從 而，電池組沒有被充電到其適當?shù)某潆娏俊＿@種現(xiàn)象在圖1所示充電電壓控制電路100中 的過電壓值與用于確定充電的恒定電壓值之間的差異較小的情況下更容易發(fā)生。例如，如 果恒定電壓值被取為4. 20V乘單元數(shù)量，則如前所述在過電壓值被設置為4. 25V每單元而 不是4. 35V每單元的情況下，將更容易發(fā)生充電暫停。換句話說，可靠消除由于過充電而造 成的電池損耗和保證電池容量成為對立因素。圖5示出了在多個單元中的一個達到等于或大于過電壓值的電壓的情況下本實 施例的充電設備中充電波形的示例。橫軸表示時間t，而縱軸表示充電電流I、每單元電壓 Vc、以及電池電壓Vp。在本實施例中，當給定單元(S卩，損耗程度強的單元)達到等于或大于 過電壓值的電壓時，充電電流(嚴格地說，是用于充電電壓的設置值的設置電流)降低(時 刻t3)。當充電電流降低時，電池電壓暫時地下降到過電壓值以下，從而繼續(xù)進行充電。接 著，電池電壓再次升高，并且一旦達到過電壓值，充電電流進一步降低(時刻t4)。接著，重 復該操作(時刻t4、t5和t6)，并且在重復預定次數(shù)之后，終止充電(時刻t7)。通過以該 方式進行控制，即使為了安全來相對于恒定電壓值將過電壓值設置在非常窄的范圍內(nèi)(諸 如每單元+1.2% )，也可以進行適當?shù)某潆?，而不會導致容量過度不足。作為一個示例，考慮容量為1. 5Ah的電池。當進行如圖4所示的控制時，這種電池 被充電到0. 7Ah，而當根據(jù)如圖5所示的本實施例進行控制時，電池可以被充電到1. 3Ah。應該理解的是，此處，微控制器50和充電電流配置電路70等效于充電電流配置單 元。另外，充電電流控制電路60等效于充電電流控制器。保護IC 2b和微控制器50等效 于單元電壓檢測器。此外，微控制器50等效于電壓確定單元、結(jié)束電流配置單元、以及完全 充電確定單元。此外，充電電流檢測元件3等效于充電電流檢測器。如上所述，根據(jù)依照本實施例的充電設備，檢測構成電池組的多個單元的各電壓 值。在甚至有一個檢測電壓值超過預定的過電壓值的情況下，通過將充電電流切換至較低 的電流值來暫時地解決過充電狀態(tài)，并且繼續(xù)充電。通過重復這種電流值切換操作，可以在避免電池損耗和不產(chǎn)生過電壓的同時增大電池容量。因此，即使當單元間的損耗程度不同 時，也可以安全可靠地確保容量。另外，通過在重復充電電流切換操作預定次數(shù)之后停止充電，在沒有使充電時間 過長的情況下確保了充足的容量。此外，在沒有任何單元的電壓達到過電壓值的情況下，當 充電電流達到結(jié)束電流時，或者當切換操作之后設置的充電電流達到根據(jù)當時的電流設置 而設置的結(jié)束電流時，可以確定為完全充電。因此可以有效地確保充足的容量。根據(jù)本發(fā)明的充電設備不限于上述實施例，并且各種變型和改變都是可能的。例 如，盡管在本實施例中假設了對鋰離子電池進行充電，但是本發(fā)明可廣泛地應用于通過恒 定電流和恒定電壓控制進行充電的電池。特別地，本發(fā)明對具有過電壓值與恒定電壓值之 間幾乎沒有空隙的屬性的電池有效。過電壓值和恒定電壓值的設置值不限于上述值，也可以使用其他設置值。在這種 情況下，本發(fā)明的優(yōu)勢增大，這是因為在過電壓值與恒定電壓值之間的差異較小的情況下， 在恒定電壓和很定電流控制下的電池容量的確保變得更困難。另外，由于電池損耗程度的 波動可能隨著構成電池組的單元數(shù)量的變大而增大，因此本發(fā)明的優(yōu)勢也增大。當達到過電壓值時切換電流的設置值的切換操作不限于上述方式，并且優(yōu)選地， 根據(jù)充電時間和所得容量來適當?shù)卮_定。其他布置也可以用于充電設備的電路布置，只要這種布置具有類似的行為和效果。本申請基于日本專利申請No. 2008-230477。因此，日本專利申請No. 2008-230447 的說明書、權利要求書、以及附圖整體并入本說明書中。工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電設備可以用來對各種可再充電電池(諸如鋰離子電 池)進行充電。
權利要求
1.一種充電設備，其通過恒定電壓或恒定電流控制的方式對由多個串聯(lián)連接的單元組 成的電池進行充電，其特征在于，所述充電設備包括充電電流配置單元，其配置流入電池的充電電流的設置值； 充電電流控制器，其根據(jù)充電電流配置單元所配置的設置值來控制充電電流； 單元電壓檢測器，其檢測施加到每個單元的單元電壓；以及電壓確定單元，其確定是否由單元電壓檢測器所檢測到的單元電壓中的至少一個已超 過閾值電壓；其中，如果電壓確定電源確定單元電壓中的至少一個已超過閾值電壓，則充電電流配置單元 將設置值切換為更小的值。
2.根據(jù)權利要求1所述的充電設備，其特征在于，如果切換設置值的操作被重復預定 次數(shù)或更多，則充電電流配置單元終止對電池進行充電。
3.根據(jù)權利要求1所述的充電設備，其特征在于，所述充電設備還包括 充電電流檢測器，其檢測充電電流；結(jié)束電流配置單元，其針對充電電流配置單元所配置的充電電流的每個設置值來配置 閾值電流；以及完全充電確定單元，其確定充電電流檢測器所檢測到的充電電流是否等于或小于結(jié)束 電流配置單元所配置的閾值電流；其中，如果完全充電確定單元確定充電電流等于或小于閾值電流，則終止對電池進行充電。
4.一種由充電設備執(zhí)行的充電控制方法，所述充電設備通過恒定電壓和恒定電流控制 對由多個串聯(lián)連接的單元組成的電池進行充電，所述充電設備包括充電電流配置單元、充電電流控制器、單元電壓檢測器、和電壓確定 單元，并且其特征在于，所述充電控制方法包括以下步驟使充電電流配置單元配置流入電池的充電電流的設置值；使充電電流控制器根據(jù)充電電流配置單元所配置的設置值來控制充電電流；使單元電壓檢測器檢測施加到每個單元的單元電壓；使電壓確定單元確定是否單元電壓檢測器所檢測到的單元電壓中的至少一個已超過 閾值電壓；以及如果電壓確定單元確定了單元電壓中的至少一個已超過閾值電壓，則使充電電流配置 單元將設置值切換為更小的值。
5.根據(jù)權利要求4所述的充電控制方法，其特征在于，所述充電控制方法還包括以下 步驟如果切換設置值的操作被重復預定次數(shù)或更多，則使充電電流配置單元終止對電池進 行充電。
6.根據(jù)權利要求4所述的充電控制方法，所述充電設備還包括充電電流檢測器、結(jié)束電流配置單元、和完全充電確定單元，并且 其特征在于，所述充電控制方法還包括以下步驟 使充電電流檢測器檢測充電電流；使結(jié)束電流配置單元針對充電電流配置單元所配置的充電電流的每個設置值來配置閾值電流；使完全充電確定單元確定充電電流檢測器所檢測到的充電電流是否等于或小于結(jié)束 電流配置單元所配置的閾值電流；以及如果完全充電確定單元確定充電電流等于或小于閾值電流，則終止對電池進行充電。
全文摘要
一種充電設備(200)，其可以安全可靠地確保容量。所述充電設備(200)包括充電電流配置單元(70)，其配置流入電池(2a)的充電電流的設置值；充電電流控制器(60)，其根據(jù)充電電流配置單元(70)所配置的設置值來控制充電電流；單元電壓檢測器，其檢測施加到每個單元(2b)的單元電壓；以及電壓確定單元(2b)，其確定是否單元電壓檢測器所檢測到的單元電壓中的至少一個已超過閾值電壓。如果電壓確定單元確定了單元電壓中的至少一個已超過閾值電壓，則充電電流配置單元(70)將設置值切換為更小的值。
文檔編號H02J7/00GK102144346SQ20098013466
公開日2011年8月3日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權日2008年9月9日
發(fā)明者船橋一彥, 荒館卓央 申請人:日立工機株式會社