二次电池的充电方法及充电装置 本发明涉及例如锂离子二次电池等非水相二次电池的充电方法及充电装置。
通常，铅蓄电池或锂离子二次电池等非水相二次电池充电时，最初，二次电池先要进行恒流充电。当二次电池的电压经恒流充电而达到最高充电电压后，再以设定的最高充电电压对二次电池进行恒压充电。然后，如果恒压充电时间经过了规定的时间、或者恒压充电时的充电电流降到规定值以下时，二次电池的充电便告结束。
如上所述，二次电池采用这种恒流充电、恒压充电的充电方法时，二次电池充足电需要数小时，不可能快速充电。
因此，在特开平2-119539号公报中记载了谋求缩短二次电池充电时间的充电方法。在该公报中公开的充电方法是在二次电池的电压达到比最高充电电压高的规定电压之前，继续对二次电池进行恒流充电，然后以最高充电电压进行恒压充电。
另一方向，如特开平4-331425号公报中所述，将锂离子二次电池连接在保护电路上以防止过度充电引起二次电池劣化。由该保护电路检测二次电池地电池电压。当电池电压超过规定的保护电压(例如设定比二次电池的最高充电电压高若干的电压)时，便切断二次电池的充电。
如上所述，在二次电池的电压达到比最高充电电压高的规定电压之前进行恒流充电，然后以最高充电电压进行恒压充电，这种充电方法可进行二次电池的快速充电。可是，在二次电池的电压达到规定电压之前继续进行恒流充电的充电方法至少是有些担心二次电池劣化，因而不希望继续进行这样的充电。
另外，采用上述充电方法对连接保护电路的二次电池充电时，在二次电池的电压达到比最高充电电压高的规定电压之前，保护电路动作而切断充电。结果不可能快速充电。
因此，本发明的第1个目的在于不使连接保护电路的二次电池劣化而进行快速充电。
特开平6-113474号公报中也记载了对二次电池进行快速充电的方法。该公报所述的充电方法是在达到比最高充电电压即第1电压高的第2电压(例如4.5V)之前，对二次电池进行恒流充电。然后，限定第2电压，进行脉冲充电，脉冲充电后，再用第1电压进行恒压充电，如此进行快速充电。
可是，前面已说过，有的非水相二次电池等二次电池要连接防止因过充电而引起二次电池劣化用的保护电路。例如特开平6-105457号公报也记载了这种情况。该公报中记载的保护电路是当电池电压超过比二次电池的最高充电电压即第1电压高的保护电压(例如4.2V)时，便停止二次电池的充电。因此，如上所述，为了对二次电池进行快速充电，既使要在达到比保护电压高的第2电压之前进行恒流充电，但在二次电池的电压达到第2电压之前，保护电路会动作，使二次电池的充电停止。结果二次电池仍不能进行快速充电。
因此，本发明的第2个目的在于将二次电池连接这样一种保护电路，即当二次电池的电压超过比二次电池的最高充电电压即第1电压高的保护电压达某一设定时间以上时，停止二次电池的充电，而在该设定时间以下不会发生因保护电路动作而停止对二次电池充电，因而可使二次电池快速充电。
下面通过根据附图进行的详细说明，能进一步理解本发明的上述和另外的目的及特征。
首先概述本发明。
本发明的第1个充电方法是对连接保护电路的二次电池进行充电的方法。当二次电池的电压达到比最高充电电压即第一电压高的第1保护电压时，保护电路便切断二次电池的充电。本发明的充电方法是在对二次电池进行恒流充电之后，为了快速充电，将电池电压充到高于第1保护电压。在达到这一状态之前，设法将保护电路的保护电压切换到比第一保护电压高的第2保护电压，被充电的二次电池不会使保护电路动作。
本发明的充电方法最好是在对二次电池进行恒流充电之后，为了快速充电，反复进行用第1电压进行的恒压充电和用比第1保护电压高的第2电压进行的恒压充电，在用第2电压进行恒压充电期间，将保护电路的保护电压切换到比第2电压高的第2保护电压并进行充电。
本发明的第2个充电方法最好是一种对连接保护电路的二次电池进行恒流充电及恒压充电的方法，在对二次电池进行恒流充电之后进行恒压充电。恒压充电是用比第1保护电压高的第2电压进行的恒压充电，恒压充电时，充电电路通过将第1切换信号发送给保护电路，而在用第2电压进行恒压充电期间，将保护电路的保护电压切换到比第2电压高的第2保护电压。
本发明的充电装置利用进行恒流充电及恒压充电的充电电路，对连接保护电路的二次电池进行充电。保护电路是一种当二次电池的电池电压达到比最高充电电压即第1电压高的第1保护电压时便切断二次电池的充电的电路。充电电路备有进行恒流充电的恒流充电装置，将二次电池充电到比第1保护电压高的电压的充电装置，以及将二次电池充电到比保护电压高的电压时，将第1切换信号发送给保护电路的第1发送装置。另一方面，保护电路备有第1切换装置，它响应第1切换信号并将保护电压切换到比上述第1保护电压高的第2保护电压。
该充电装置最好备有用第1电压进行恒压充电的第1恒压充电装置；用比第1保护电压高的第2电压进行恒压充电的第2恒压充电装置；控制充电的控制装置，用来在由恒流充电装置对二次电池进行恒流充电后，使由第1恒压充电装置进行的恒压充电和由第2恒压充电装置进行的恒压充电反复进行；以及在由第2恒压充电装置进行恒压充电时，将第1切换信号发送给保护电路的第1发送装置。保护电路备有第1切换装置，它响应第1切换信号而将第1保护电压切换成比第2电压高的第2保护电压。
该充电装置在二次电池的电压达到比最高充电电压即第1电压高的第1保护电压时对连接被用来切断二次电池的充电的保护电路的二次电池充电。该装置首先在对二次电池进行恒流充电后，反复进行用二次电池的最高充电电压即第1电压进行的恒压充电和用比第1保护电压高的第2电压进行的恒压充电。这时，在用第2电压进行恒压充电期间，将保护电路的保护电压从第1保护电压切换到比第2电压高的第2保护电压。
这样，二次电池不会由于保护电路动作而切断充电，能通过反复进行用第1电压进行的恒压充电和用第2电压进行的恒压充电而快速充电。
上述充电装置用第2电压进行的二次电池的恒压充电，不会由于保护电路的动作而发生所不希望的切断。也不会使二次电池过度充电，能对二次电池进行最佳的快速充电。
由充电电路将切换信号发送给保护电路后切换保护电路的保护电压的充电方法能可靠地切换保护电路的设定电压。
将以充电电流作为脉冲电流的切换信号传送给保护电路的充电电路，不需要用来发送切换信号的特别电路及控制端子，结构并不复杂。
本发明的对连接保护电路的二次电池的充电方式是，当二次电池的电压超过比二次电池的最高充电电压即第1电压高的保护电压达某一设定时间以上时，停止充电。本发明的充电方法包括下述过程：以比设定时间短的时间对二次电池进行脉冲充电的过程；超过设定时间后为了使二次电池的电压不超过保护电压而使二次电池进行脉冲放电的过程；暂时停止二次电池的充放电以检测二次电池电压的过程；以及根据该检测结果控制二次电池的充电的过程。
上述充电方法是在比保护电路动作的设定时间短的时间内对二次电池进行脉冲充电。然后，超过设定时间后，为了使二次电池的电压不超过保护电压而使二次电池进行脉冲放电。于是，二次电池的电压即使由于脉冲充电而暂时超过保护电压，但在设定时间内通过其后的脉冲放电而下降到保护电压以下，从而二次电池的保护电路不会动作。
此后，暂时停止二次电池的充放电，检测二次电池的电压，即检测二次电池的开路电压，该电压达到第1电压时，停止二次电池的快速充电。
上述充电方法在电池电压超过保护电压时不会使停止充电用的保护电路动作，因而能快速地对二次电池充电。
图1是本发明的一实施例的电路框图。
图2是本发明的一实施例的流程图。
图3是利用本发明充电的组合电池的一实施例的电路图。
图4是本发明的一实施例的电路图。
图5是本发明的一实施例的流程图。
图6是本发明的一实施例充电的二次电池的电池电压及充电电流的部分曲线图。
图中C：充电电路
1：充电电源
2：检测电阻
3：充电控制电路SW 1：充电控制开关
P：组合电池
4：二次电池
5：保护电路
6：第1比较电路
7：第2比较电路
8：控制电路SW 2：保护开关
38：二次电池
31：保护电路
21：直流电源
22：恒压、恒流充电电路
23：运算电路
26：放电电阻SW21：充电控制开关
SW22：放电控制开关
图1是本发明的实施例的电路框图。C表示充电电路。1是充电电源，内部装有以规定的恒定电流值I1进行恒流充电的恒流充电电路、以第1电压V1C进行恒压充电的第1恒压充电电路、以及以比第1电压V1C高的第2电压V2C进行恒压充电的第2恒压充电电路。SW1是进行充电电流的供给控制的充电控制开关，2是检测充电电流的检测电阻，3是控制充电电源1及充电控制开关SW1的动作的充电控制电路，它由微机构成。
另一方面，P表示可与充电电路C自由拆装的组合电池，4是锂离子二次电池(以下简称二次电池)，5是用来保护二次电池4的过充电的保护电路。SW2是与二次电池4串联、保护二次电池4的过充电的保护开关，它电FET(场效应晶体管)构成。6是将二次电池4的电压与第1保护电压V1B进行比较的第1比较电路，7是将二次电池4的电压与比第1保护电压V1B高的第二保护电压V2B进行比较的第2比较电路。第1比较电路6和第2比较电路7在二次电池4的电压高于第1保护电压V1B或第2保护电压V2B时，便使保护开关SW2呈断开状态，切断二次电池4的充电。
8是控制电路，它检测保护开关SW2的内阻产生的电压、并根据该检测结果控制第1比较电路6或第2比较电路7的动作，同时与控制这些比较电路6或7相独立地控制保护开关SW2的动作。
充电电源1的第1电压V1C是二次电池4的最高充电电压。而且，该第1电压V1C、第2电压V2C与保护电路5的第1保护电压V1B、第2保护电压V2B之间的关系，以及本实施例中的这些电压的具体数值例如下。
V1C(4.1V)＜V1B(4.2V)＜V2C(4.5V)＜V2B(4.6V)
下面根据图2所示的流程图说明根据本发明的二次电池的充电方法。该图中，左侧的流程表示充电控制电路3的控制动作，右侧的流程表示保护电路5的控制动作。
在步骤SC1～SC3中，充电控制电路3利用充电电流I1作为恒定电流对二次电池4进行恒流充电。这时选择充电电源1的恒流充电电路及第1恒压充电电路，并对二次电池4以第1电压V1C作为充电电压充电。
在该充电过程中，如步骤SB1～SB5所示，保护电路5由控制电路8控制，使第1比较电路6动作。因此，第1比较电路6判断二次电池4的电压是否超过第1保护电压V1B。如果由于第1恒压充电电路的异常，二次电池4的电压高于第1保护电压V1B，则在步骤SB5中，保护电路5使保护开关SW2呈断开状态，切断二次电池4的充电。
在步骤SC4中，充电控制电路3根据检测电阻2的输出判断二次电池4的充电电流是否低于恒定电流值I1(即二次电池4的电压是否达到第1电压V1C)。而且，如果断定低于I1(即已达到第1电压V1C)，则在步骤SC5中，充电控制电路3在规定时间内使充电控制开关SW1接通10ms后再断开10ms，如此反复进行，将供给二次电池4的充电电流作为第1脉冲电流(第1信号①)。
在步骤SB6中，控制电路8根据保护开关SW2的两端电压的检测结果，确认有无第1信号①。如果控制电路8确认第1信号①存在，则在步骤SB7中控制第2比较电路7，使其动作，使保护电路5中的保护电压取第2保护电压。
在步骤SB8中，控制电路8在规定时间内使保护开关SW2接通7ms后再断开13ms，如此反复进行，将供给二次电池4的充电电流作为第2脉冲信号(第2信号②)。
在步骤SC6中，充电控制电路3判断有无第2信号②。如果充电控制电路3检测出第2信号②的存在，则在步骤SC7～SC9中选择充电电源1的第2恒压充电电路，在预定的时间T1内用第2电压V2C对二次电池4进行恒压充电。这时，如上所述，由于保护电路5的保护电压变成比第2电压V2C高的第2保护电压V2B，所以在用第2电压V2C进行的恒压充电过程中不会被切断。
这时，对于保护电路5，则如步骤SB9～SB10所示，在保护电路5中的第2比较电路6动作，判断二次电池4的电压是否大于第2保护电压V2B。如果由于第2恒压充电电路异常，二次电池4的电压变成大于第2保护电压V2B，则在步骤SB10中，保护电路5使保护开关SW2呈断开状态，切断二次电池4的充电。
如果经过规定时间T1，用第2电压V2C进行的恒压充电结束，则在步骤SC10中充电控制电路3切换成用第1电压V1C进行的恒压充电，同时在步骤SC11中，在规定时间内反复地将充电控制开关SW1接通5ms、断开15ms。于是充电控制电路3将供给二次电池4的充电电流作为第3脉冲电流(第3信号③)。
在步骤SB11中，控制电路8确认有无第3信号③。如果控制电路8确认存在第3信号③，则在步骤SB12中控制第1比较电路6，使其动作。第1比较电路6将保护电路5中的二次电池4的保护电压切换成第1保护电压V1B，以后的处理返回步骤SB3。
可是，如步骤SC12～SC13所示，在规定时间T2内进行用第1电压V1C进行的恒压充电。此后，在步骤SC14中充电控制电路3判断二次电池4是否达到充足电的程度。该充足电的检测可这样进行，例如判断充电电流值是否变成规定值以下。然后，如果未达到充足电的程度，返回步骤SC5进行处理。
二次电池4在达到充足电的程度之前，充电控制电路3一直在各规定时间T1及T2内反复进行用第2电压V2C进行的恒压充电和用第1电压V1C进行的恒压充电。同时保护电路5反复进行按第2保护电压V2B进行的保护和按第1保护电压V1B进行的保护，因此在用第2电压V2C进行的恒压充电和用第1电压V1C进行的恒压充电过程中不会被切断，同时保护二次电池4不发生所不希望的过充电。
在步骤SC14中，如果检测出二次电池4的电已充足，则将充电控制开关SW1断开，充电结束。
上述实施例将步骤SC10中的第1电压V1C设定为4.1V，对二次电池充电。但在SC10过程中的第1电压V1C也可设定为二次电池的充电电流为零的状态，换句话说，可设定为暂停充电的电压。该充电方法是分别在时间T1及T2中的反复进行用第2电压V2C进行的恒压充电和充电暂停状态，将二次电池的电充足。
作为二次电池的充电方法也可以采用比上述第1保护电压高的电压对二次电池进行脉冲充电。例如，将二次电池充电到规定容量后，当二次电池的电压超过第1电压时，在降到第1电压以下之前反复进行暂停充电这样的脉冲充电。在这种情况下充电到规定容量时，将保护电路的保护电压切换到第2保护电压。
上述充电方法是变更使二次电池内装有的保护电路动作的保护电压，对二次电池快速充电。二次电池的保护电路也可以在缩短二次电池的电压值的上升时间的情况下不动作。下面给出其实施例。
图3表示用本发明的充电方法充电的组合电池P。该组合电池P备有这样的保护电路31，当由锂离子二次电池构成的二次电池38的电压超过比二次电池38的最高充电电压即第1电压V1(例如4.1V)高的保护电压E(例如4.2V))达某一设定时间以上时，停止二次电池38的充电。保护电路31备有对二次电池38的电压和保护电压E进行比较且使输出进行“高”、“低”反转的施密特触发电路32、使施密特触发电路32的输出反相的反相放大电路33、以及用反相放大电路33的输出进行通/断控制的开关电路34。开关电路34由晶体管35和备有寄生二极管37的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)36构成。保护电路31在二次电池38的电压超过保护电压达100msec以上时，将MOSFET36断开，停止二次电池38的充电。
另一方面，图4示出了对上述组合电池P充电的充电电路。电源电路21由消除AC100V的工业交流电源中含有的噪声的输入滤波器、将输入的交流变换成直流的整流电路、将整流电路的直流变换成高频交流的开关部、将高频交流变换成规定电压的变压器，以及对变压器的交流输出进行整流并变换成平滑的直流的整流平滑电路等众所周知的直流电源电路构成。
该充电电路由对电源电路21的输出进行调节并控制二次电池38的充电电压及充电电流的恒压恒流充电电路22、运算电路23、检测充电电流的电流检测电路24、检测电池电压的电压检测电路25、连接在电源电路21和二次电池38之间的充电控制开关SW21、以及与二次电池38并联的放电电阻26及放电控制开关SW22的放电电路构成。
恒压恒流充电电路22备有构成恒流电路的两个晶体管29、30、连接晶体管29的基极的差动放大器41、以及与差动放大器41的＋输入端连接的第2电压V2(例如4.5V)。差动放大器41控制电流控制晶体管29的基极电压，以限制充电电压、使充电电压不超过第2电压V2。
运算电路23由微机构成。运算电路23对由A/D转换器构成的电流检测电路24及电压检测电路25的输出进行运算从而检测二次电池38的充电状态，并控制充电控制开关SW21及放电控制开关SW22的通/断，进行二次电池38的脉冲充电及脉冲放电。为了控制该脉冲充电及脉冲放电的时间，运算电路23内部装有计时电路(图中未示出)。
下面参照图5中的流程图及图6中的曲线图，说明本发明的充电方法的实施例。
在步骤S1～S4中，使充电控制开关SW21呈接通状态，将二次电池38的充电电压控制在第2电压V2(4.5V)，换句话说，使二次电池38的电压不超过第2电压V2，在设定时间T1内(80msec)用1c～3c的恒定电流对二次电池38进行脉冲充电。
在步骤S5中，经过设定时间T1后，使充电控制开关SW21呈断开状态，中断二次电池38的脉冲充电。
在步骤S6～S8中，使放电控制开关SW22呈接通状态，在设定时间T2内(10msec)使二次电池38进行脉冲放电。从而，假定即使由于上述的脉冲充电致使二次电池38的电压超过保护电路31的保护电压，但伴随该脉冲放电，二次电池38的电压迅速下降到保护电压以下。即超过使保护电路31动作的100msec的时间后，二次电池38的电压不高于保护电压。
在步骤S9～S12中，使放电控制开关SW22呈断开状态，中断二次电池38的脉冲放电，经过设定时间T3(10msec)后，测定二次电池38的电压。该电池电压是开路电压，能测定不受二次电池38的内阻及组合电池P的安装部分的接触电阻等的影响的二次电池的电压。
在步骤S13中，判断所测定的二次电池38的电压是否达到设定电压V1(即最高充电电压4.1V)。如果未达到设定电压V1，则处理返回步骤S2，以后反复进行脉冲充电、脉冲放电及电池电压检测的处理。
然后，如果电池电压达到设定电压V1，在步骤S14中检测出电已充足，二次电池38的充电动作结束。在充足电的检测后，也可以不立刻结束二次电池38的充电，而用设定电压V1进行恒压充电，经过规定时间后，或充电电流下降到规定值以下后结束充电。
因本发明可用若干种形式具体实施而不脱离其基本特征主旨，所以列举的实施例是说明性的而非限制性的，由于本发明的范围由所附权利要求限定而不是由此前的说明限定，所以凡属与权利要求相符和属于权利要求界限之内的所有变更或与这类相符和界限相当者都包括在权利要求之内。