专利名称：充电方法和充电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及2次电池的充电方法及充电装置，特别是涉及适用于锂离子电池等必须恒压充电的2次电池的优异的充电方法及充电装置。
背景技术：
迄今，作为可以充电的电池即2次电池，且作为必须恒压充电的2次电池，已开发出锂离子电池。该锂离子电池按照例如
图1所示的特性进行充电。图1是一般的锂离子电池的充电电流、电压与时间的关系特性曲线图，从充电开始到电池电压达到规定电位为止，使充电电流为一恒定电流进行充电。进行该恒流充电时，电池电压V上升，电压超过规定值时，切换成恒压充电。这时，供给例如与锂离子电池满充电时(即100％充电时)的电池电压相当的电压V1。对锂离子电池进行这种恒压充电，电池电压上升到电压V1，但随着该充电的进行，充电电流I逐渐减小。当该充电电流I减小到规定值时，便断定锂离子电池已100％地被充电(已充电到接近100％的状态)，停止供给充电电流。
这样进行充电，锂离子电池能高效地充电到100％。
可是，如上所述，开始进行恒流充电，然后切换成恒压充电，这是锂离子电池几乎没有充电余量的状态，电池有充电余量时，在不使充电电流减小的状态下进行恒压充电，必须防止用大电流进行快速充电时造成2次电池的特性恶化。
因此，在开始充电前，需要检测充电电池的状态，检测其余量。为了进行该余量的检测，在充电开始时进行称为预充电的小电流充电，检测这时的电池电压等，进行检测电池余量的处理。
图2是表示现有的能进行这种预充电的充电装置的电路结构之一例图，将二极管2的阳极连接在构成开关电源的开关用变压器1的2次侧(1次侧省略)的一端，用电容器3连接该二极管2的阴极和变压器1的2次侧的另一端，得到用二极管2进行整流和用电容器3进行平滑的规定电压的直流电源。
而且将二极管2的阴极通过通断开关SW1连接在该充电装置上安装的2次电池(锂离子电池)4的一端(正极)上，将该2次电池4的另一端(负极)连接在开关用变压器1的2次侧的另一端。另外，将通断开关SW2和电阻器5的串联电路与通断开关SW1并联连接起来。
这时，由控制电路6控制开关SW1及SW2的通断。该控制电路6从开关用变压器1的2次侧供电，利用该电源进行工作。而且该控制电路可利用图中未示出的任何一种方法(例如检测电池电压)来检测2次电池4的状态。
其次，说明由控制电路6进行的控制，假定充电开始时开关SW2处于闭合状态，开关SW1处于断开状态。这样一来，电阻器5呈串联在2次电池4上的状态，于是从开关用变压器1的2次侧供电，向2次电池4供给的充电电流减少相当于该电阻器5损失的部分，用小电流进行预充电。而且，控制电路6检测在该预充电状态下2次电池4的电池电压等的电池状态，当断定该检测到的状态是余量已减小到能进行快速充电的程度的状态时，使开关SW1呈关闭状态，使开关SW2呈断开状态，在没有电阻器5产生的损失的状态下向2次电池4供给充电电流，开始用大电流进行快速充电。
这里，将开关SW1闭合时的充电特性和将开关SW2闭合时的充电特性示于图3，作为将开关SW1闭合时的充电特性能以一定的电压流过较大的电流。而且，作为将开关SW2闭合时的充电特性呈能将电流值抑制在小值的特性。
这样，设置多个使充电电流流过的路径，使充电电流变化进行预充电，存在充电装置的结构变得复杂的不理想情况。
作为现有的能进行预充电的另一充电装置的结构有如图4所示的电路结构。在该电路的情况下，将该二极管2的阴极通过通断开关SW3连接在该充电装置上安装的2次电池(锂离子电池)4的一端(正极)上，将该2次电池4的另一端(负极)连接在开关用变压器1的2次侧的另一端。
而且，由控制电路7控制开关SW3的通断。该控制电路7从开关用变压器1的2次侧供电。而且该控制电路可利用图中未示出的任何一种方法(例如检测电池电压)来检测2次电池4的状态，根据该检测状态，控制开关SW3的通断。
其次，说明开关SW3的控制状态，在进行通常的充电(快速充电等)时，使开关SW3连续处于闭合状态，用小电流进行预充电时，反复进行开关SW3的通断。即，例如如图5所示，充电开始时进行预充电时，反复进行开关SW3的通断，用规定的电流值I断续地向2次电池4供电，使平均充电电流下降，呈用小电流进行预充电Pre的状态。然后，从预充电切换到通常的充电时，使开关SW3连续处于闭合状态，连续地用规定的电流值I进行充电。
如果使开关这样断续地通断进行充电，则只设1个开关就能进行通常的充电和预充电，但由该开关的通断进行预充电时，开关在通断切换时的峰值电流传给控制电路7，使得控制电路7的工作受到不良影响的可能性变大。因此，这种使开关反复通断进行的预充电不好。
发明的公开本发明就是鉴于这样的问题而开发的，其第1个目的在于不使电池劣化，能有效地利用电池容量。
第2个目的在于用简单的结构良好地进行充电等时电池状态的检测。
第3个目的在于即使有电池状态的检测误差，也不会使电池劣化而能良好地充电。
第4个目的在于在2次电池满充电状态下，能防止从2次电池进行无用的放电。
发明的第1方面一种充电方法，其特征在于包括以下工序在将低压充电用电源供给上述2次电池的状态下，检测控制向上述2次电池供给充电用电源的开始及停止的开关装置的一端及另一端之间的电位或上述2次电池的一端及另一端之间的电位的工序，根据该检测的电位，设定上述开关装置处于接通状态，同时使供给上述2次电池的充电用电源达到规定电位，开始对上述2次电池充电的工序。
本发明的第2方面是在本发明的第1方面的充电方法中，其特征在于作为上述开关装置，使用场效应晶体管，使该场效应晶体管的一端及另一端之间的阻抗值高，进行上述电位的检测本发明的第3方面是在本发明的第1方面的充电方法中，其特征在于将检测上述电位时的上述充电用电源的电位设定为在控制上述开关装置所必要的最低电压值附近的值。
本发明的第4方面是在本发明的第1方面的充电方法中，其特征在于随着上述充电开始后的上述2次电池的一端及另一端之间的电位的上升，使上述充电用电源的电位上升。
本发明的第5方面是在本发明的第1方面的充电方法中，其特征在于随着上述充电开始后的上述2次电池的一端及另一端之间的电位的上升，使上述充电用电源的电位按多个阶段变化上升。
本发明的第6方面是在本发明的第1方面的充电方法中，其特征在于使检测上述电位时的上述充电用电源的电位降低到控制上述开关装置所必要的最低电压以下，同时用电荷蓄积装置蓄积该充电用电源，用上述开关装置确保进行对应的控制所必要的电位。
本发明的第7方面的一种充电装置，其特征在于备有将规定的充压用电源供给上述2次电池的电源电路、连接在上述电源电路和上述2次电池之间用来控制充电的开始及停止的开关装置、在从上述电源电路供给低压的充压用电源的状态下检测上述开关装置的一端和另一端之间的电位或上述2次电池的一端和另一端之间的电位的检测装置、以及根据上述检测装置检测到的电位设定上述开关装置处于接通状态，同时使上述电源电路的输出电压成为规定电位，开始对上述2次电池充电的充电控制装置。
本发明的第8方面是在本发明的第7方面的充电装置中，其特征在于作为上述开关装置，使用场效应晶体管，使该场效应晶体管的一端及另一端之间的阻抗值高，用上述检测装置检测电位。
本发明的第9方面是在发明的第7方面的充电装置中，其特征在于将用上述检测装置进行检测时的上述电源电路的输出电位设定在上述充电控制装置工作时的最低电压值附近的值。
本发明的第10方面是在发明的第7方面的充电装置中，其特征在于随着上述充电开始后的上述2次电池的一端及另一端之间的电位的上升，使上述电源电路的输出电压上升。
本发明的第11方面是在发明的第7方面的充电装置中，其特征在于随着上述充电开始后的上述2次电池的一端及另一端之间的电位的上升，使上述电源电路的输出电压按多个阶段变化上升。
本发明的第12方面是在发明的第7方面的充电装置中，其特征在于将电荷蓄积装置连接在上述电源电路和上述充电控制装置之间，将用上述检测装置进行检测时的上述电源电路的输出电位降低到上述充电控制装置工作时的最低电压以下。
附图的简单说明图1是表示锂离子电池的充电特性例的说明图。
图2是表示现有的充电装置之一例的结构图。
图3是表示图2中所示的充电装置的充电特性的特性曲线图。
图4是表示现有的充电装置的另一例的结构图。
图5是表示图4中所示的充电装置的充电特性的特性曲线图。
图6是表示本发明的第1实施例的充电装置的结构图。
图7是表示第1实施例的充电处理的流程图。
图8是表示本发明的第2实施例的充电装置的结构图。
图9是表示第2实施例的充电处理的流程图。
图10是表示第3实施例的充电处理的流程图。
图11是表示本发明的第4实施例的充电装置的结构图。
图12是表示第4实施例的充电处理的流程图。
图13是表示第4实施例的充电状态的特性曲线图。
图14是表示本发明的第5实施例的充电装置的结构图。
图15是表示第5实施例的充电状态的特性曲线图。
图16是表示本发明的第6实施例的充电装置的结构图。
实施发明用的最佳形态以下参照图6-图7说明本发明的第1实施例。
图6是本例中的充电装置的结构框图，将来自工业交流电源41的交流电供给由二极管电桥构成的整流电路42，将其作为直流电源。而且，将该直流电源供给1次侧控制电路43，用该1次侧控制电路43进行规定的处理后供给开关用变压器44的1次侧线圈44a。而且，在该开关用变压器44的2次侧线圈44b上获得低压的被变换成规定电压的直流低压电源。这时在开关用变压器44的1次侧设有控制开关状态用的辅助线圈44c。控制信号从后文所述的2次侧的控制电路50通过光电耦合器52被供给1次侧的控制电路43，根据该控制信号控制输出电压。
而且，将该开关用变压器44的2次线圈44b的一端连接在开关用二极管45的阳极上，用开关用电容器46连接在该二极管45的阴极和2次线圈44b的另一端之间，获得能给出规定电压的直流低压电源。
将能获得该直流低压电源的二极管45的阳极连接在该充电装置上安装的2次电池(这里使用锂离子电池作为2次电池)47的一端(正极)上，将2次电池47的另一端(负极)通过充电控制用开关装置即场效应晶体管(FET)48的源·漏间连接在开关用变压器44的2次线圈44b的另一端上。这时，作为场效应晶体管48的源·漏间的连接方向是这样一种连接方向，即当使该晶体管48呈导通状态时，电流从2次电池47流向2次线圈44b的另一端侧，当呈非导通状态时，从2次电池47流向2次线圈44b的另一端侧的电流受到限制。在该场效应晶体管48的源·漏间生成电流沿着与控制电流流动的方向相反的方向(即电流从2次线圈44b的另一端侧流向2次电池47的负极的方向)流的寄生二极管49。
而且，设置充电控制电路50作为控制该晶体管48的栅极的电路。该充电控制电路50由集成电路构成，且这样连接，即在开关用变压器44的2次侧得到的信号被作为电源供给。即，二极管45的阴极及2次线圈44b的另一端侧分别连接在充电控制电路50上。而且将开关控制信号从该充电控制电路50供给晶体管48的栅极，进行上述电流流动的控制(即导通、非导通的控制)，同时在呈非导通状态时能将源·漏间控制成高阻抗状态。
在本例中，设有检测场效应晶体管48的充电电流路径的一端和另一端之间的电位即源·漏间的电位的电压检测电路51，将该电压检测电路51检测的源·漏间的电位数据供给充电控制电路50。
在充电控制电路50中，根据该电压检测电路51的检测数据控制晶体管48的状态。另外，充电控制电路50将电压控制信号(即与控制的电压值成比例地变化的信号)供给构成光电耦合器52的发光二极管52a。而且，接收来自该光电耦合器52的发光二极管52a的光的受光元件52b连接在1次侧控制电路43上，充电控制电路50输出的电压控制信号被传递给1次侧控制电路43。在1次侧控制电路43中，根据该电压控制信号控制开关用变压器44的2次线圈44b上得到的电源电压。
其次，以充电开始时的预充电工作为中心，参照图7中的流程说明用图6所示结构的充电装置使2次电池47充电时的工作情况。
在对锂离子电池即2次电池47充电时，首先进行称为预充电的处理，进行检测2次电池47的状态的处理(步S201)。作为本例情况下的预充电处理，首先根据从充电控制电路36供给场效应晶体管48的栅极的控制信号，使该晶体管48的源·漏间呈高阻抗状态。在本例情况下，2次电池47满充电时的电池电压为4.2V，预充电时将开关用变压器44的2次线圈44b上获得的电源(以下简称输入电源)的电压设定为4.2V或比4.2V低一些的电压值。
在该状态下，由电压检测电路51检测场效应晶体管48的源·漏间的电位(步S202)。然后，由充电控制电路36判断检测的电压值，判断该电压值是否在控制电路50中预先设定的基准电压值以上(步S203)。当电压在基准值以上时，根据从充电控制电路50通过光电耦合器52供给1次侧控制电路43的电压控制信号，进行使输入电源电压下降的处理(步S204)，在该状态下继续进行预充电工作(步S205)。
然后，当由电压检测电路51检测的电压值小于基准电压值时，仍然用输入电源电压继续进行预充电工作。
然后，从使该预充电开始起，检测2次电池47的状态(电池电压等)，当该电池电压等达到规定状态时，使晶体管48的源·漏间从高阻抗状态变成导通状态，用电流值较大(例如1A)的输入电源使2次电池47充电，进行所谓快速充电。
如果这样使用本例的充电装置，则使控制充电开始的开关装置即场效应晶体管48呈高阻抗状态，使充电电流流过，用小电流进行预充电，能准确地检测所安装的2次电池47的状态。而且，作为高阻抗状态，使电源电压下降，使充电电流流过，进行预充电，在降低场效应晶体管48中的损失的状态下进行预充电，使效果良好的预充电成为可能。
其次，参照图8及图9说明本发明的第2实施例。在表示第2实施例的充电装置的结构的图8中，与上述第1实施例的结构图即图6对应的部分标以相同的符号，其详细说明从略。
以下，说明第2实施例的结构，如图8所示，在该例中将获得开关用变压器44的2次侧的电源输出的二极管45的阳极连接在被安装在该充电装置上的2次电池(锂离子电池)47的一端(正极)上，将该2次电池47的另一端(负极)通过充电控制用开关装置即场效应晶体管(FET)48的源·漏间连接在开关用变压器44的2次线圈44b的另一端上。这时，作为场效应晶体管48的源·漏间的连接方向是这样一种连接方向，即当使该晶体管48呈导通状态时，电流从2次电池47流向2次线圈44b的另一端侧，当呈非导通状态时，从2次电池47流向2次线圈44b的另一端侧的电流受到限制。
而且，设置充电控制电路54作为控制该晶体管48的栅极的电路。该充电控制电路54由集成电路构成，且这样连接，即在开关用变压器44的2次侧得到的信号被作为电源供给。即，二极管45的阴极及2次线圈44b的另一端侧分别连接在充电控制电路54上。而且将开关控制信号从该充电控制电路54供给晶体管48的栅极，进行上述电流流动的控制(即导通、非导通的控制)，同时在呈非导通状态时能将源·漏间控制成高阻抗状态。
在本例中，设有检测所安装的2次电池47的一个极和另一极之间的电位即电池电压的电压检测电路53，将该检测电路53检测的电池电压的数据供给充电控制电路54。
在充电控制电路54中，根据该电压检测电路53的检测数据控制晶体管48的状态。另外，充电控制电路54通过光电耦合器52将电压控制信号供给1次侧控制电路43。在1次侧控制电路43中，根据该电压控制信号控制从开关用变压器44的2次线圈44b上得到的电源的电压。其它部分与图6所示的充电装置的结构相同。
其次，以充电开始时的预充电工作为中心，参照图9中的流程说明用图8所示结构的充电装置使2次电池47充电时的工作情况。
用本例中的电路对锂离子电池即2次电池47充电时，根据从充电控制电路54供给场效应晶体管48的栅极的控制信号，在使该场效应晶体管48的源·漏间为高阻抗的状态下，进行用电压检测电路53检测电池电压的处理(步S211)。
然后，用充电控制电路54判断该检测的电压值，判断该电压值是否为0V或接近0V的值(步S212)。当为0V或接近0V的值时，根据从充电控制电路54通过光电耦合器52供给1次侧控制电路43的电压控制信号，进行使输入电源电压下降的处理(步S213)，在该状态下继续进行预充电工作(步S214)。
然后，当由电压检测电路53检测的电压值为不接近0V的电压值时，进行仍然用输入电源电压继续进行预充电工作的处理。
然后，从使该预充电开始起，检测2次电池47的状态(电池电压等)，当该电池电压等达到规定状态时，使晶体管48的源·漏间从高阻抗状态变成导通状态，用电流值较大(例如1A)的输入电源使2次电池47充电，进行所谓快速充电。
如果这样使用本例的充电装置，则与上述的第1实施例一样，使控制充电开始的开关装置即场效应晶体管48呈高阻抗状态，使充电电流流过，用小电流进行预充电，能准确地检测所安装的2次电池47的状态，同时在降低场效应晶体管48中的损失的状态下进行预充电，使效果良好的预充电成为可能。
其次，参照图10中的流程说明本发明的第3实施例。在该第3实施例的情况下，用上述第1实施例所述电路结构的充电装置进行2次电池(锂离子电池)的充电，所以如图10中的流程所示，进行由充电控制电路50进行的预充电时的处理。
即，开始充电时，首先使控制充电开始的开关装置即场效应晶体管48呈高阻抗状态，开始预充电工作(步S221)。这时，在充电控制电路50的控制下，使在开关用变压器44的2次线圈44b一侧得到的电源电压呈低电压(步S222)。这时的电压值为能使由集成电路构成的充电控制电路50工作的最低电压(例如3.0V)或比该电压稍高一些的电压值。
在该状态下进行预充电(步S223)，用电压检测电路51检测高阻抗状态下的晶体管48的一端和另一端之间的电位(步S224)，同时使充电控制电路50内的计时器工作(步S231)。然后，判断这时检测的电压值是否在基准电压以上(步S225)。当在基准电压以下时，便断定电池电压低，返回步S223中的预充电。
当在步S225中断定在基准电压以上时，使在步S231中工作的计时器停止后(步S226)，使场效应晶体管48呈导通状态，增加充电电流，进行快速充电(步S227)。
然后，当继续呈在步S225中检测的在基准电压以下的状态时，判断从在步S231中使计时器工作开始是否经贵了1小时(步S232)，如果经过了1小时，则断定这时的2次电池47有某种异常，使晶体管48呈非导通状态，停止充电(步S233)。
这样进行充电开始时的处理时，与第1实施例一样，在进行快速充电前，使控制该充电的开关装置即场效应晶体管呈高阻抗状态，能检测所安装的2次电池的状态，能有效地进行电池状态的检测处理。在本例中，将检测电池状态的预充电时的电源电路(开关电源)的输出电压降低到能使集成电路即充电控制电路50工作的最低电压，在能由充电控制电路50进行充电控制的状态下，用最低的电压进行预充电，能在加在2次电池上的电压为最低的状态下进行预充电。因此，能在使2次电池或电路的负担为最小的状态下检测2次电池的状态，能在良好的状态下进行2次电池的状态检测。
在该第3实施例中，虽然采用检测在第1实施例中说明过的场效应晶体管48的一端和另一端之间的电位、检测电池状态的结构，但也可以采用在第4实施例中说明过的检测电池电压的结构。即，在第4实施例中说明过的图8所示的结构中，使预充电时的电源电压为充电控制电路54工作的最低电压即可。
其次，参照图11～图13说明本发明的第4实施例。在该第4实施例的情况下，用图11所示电路的充电装置进行2次电池(锂离子电池)的充电，另外，在表示第4实施例的充电装置结构的图23中，与上述第1、第2实施例的结构图即图6、图8对应的部分标以相同的符号，其详细说明从略。
参照图11说明本例的充电装置，在该图11的电路中，将有关开关用变压器44的1次侧省略，由连接在2次侧线圈44b上的二极管45和电容器46获得作为开关电源的电源输出。将电源输出端的一个极即二极管45的阴极连接在该充电装置上安装的2次电池(锂离子电池)47的正极侧，将该2次电池47的负极侧通过充电控制用开关装置即场效应晶体管48连接在2次线圈44b的另一端侧(不连接二极管45的一侧)。
而且设有检测2次电池47的端子间的电压并根据该检测的电压控制充电的电压检测·充电控制电路55。该电压检测·充电控制电路55连接着该电池47的一端及另一端，以便能检测2次电池47的端子之间的电压，同时连接得能供给开关电源的输出。根据检测的电池电压进行场效应晶体管48的栅极的控制，进行使该场效应晶体管48呈导通状态、非导通状态、高阻抗状态这3种状态中的一种的控制，进行充电控制。在图11中省略了场效应晶体管48的寄生二极管。至此与上述第4实施例的结构相同。
在本例中，与当时的电池电压成比例地由电压检测·充电控制电路55进行开关电源的电压控制。现说明其结构，用电阻器56、57的串联电路将能获得开关电源的输出的一端和另一端之间连接起来，将该电阻器56、57的连接中点连接在NPN型的晶体管58的基极上。而且，将二极管45的阴极通过光电耦合器52的发光二极管52a连接在晶体管48的集电极上，将2次线圈44b的另一端侧通过齐纳二极管59连接在晶体管58的发射极上。
用电阻器60、61的串联电路将二极管45的阴极和电压检测·充电控制电路55的电压控制端子之间连接起来，将该电阻器60、61的连接中点连接在PNP型的晶体管62的基极上。而且，将二极管45的阴极连接在该晶体管62的发射极上，将该晶体管62的集电极通过电阻器63连接在晶体管58的基极上。
在这种电路结构中，在预充电时通过使从电压控制端输出的电压控制信号的电压值与电压检测·充电控制电路55检测的电池电压成比例地变化，而使图中未示出的开关电源的1次侧的控制电路中的电压控制状态变化，从而供给2次电池47的电源电压变化。
这里，参照图12中的流程及图13中的电压特性曲线，说明该例中的预充电时的处理，首先使晶体管34呈高阻抗状态后，使电源电压Va为最低电压(例如能使电压检测·充电控制电路55工作的最低电压)，开始预充电工作(步S241)。然后检测电池电压Vb(步S242)。这时，通过该预充电，电池47慢慢地被充电，如图13所示，电池电压VB慢慢地上升。这时，如图13所示，通过电压检测·充电控制电路55的控制，与该上升成比例地进行使电源电压VA上升的控制(步S243)。
然后，判断电池电压VB是否变成预先确定的基准电压值V21以上的值(步S244)，当低于基准电压值V21时，进行使与步S242、S223中的电池电压成比例的电源电压上升的控制。然后，在步S224中当断定变成基准电压值V21以上的值时，使晶体管48从高阻抗状态变成导通状态，使充电电流增加，同时使电源电压VA达到快速充电用的电压值V22，开始快速充电(步S245)。
这样进行预充电时的控制，在预充电过程中能经常使加在场效应晶体管48上的功率大体上相同，能良好地保持开关装置即场效应晶体管48的状态。
在该例中，虽然是在预充电过程中检测电池电压，但也可以用其它方法代替，如第3实施例所示，检测场效应晶体管48的源·漏间的电压即可。
其次，参照图14及图15说明本发明的第5实施例。在该第5实施例的情况下，用图14所示电路的充电装置进行2次电池(锂离子电池)的充电，另外，在表示第5实施例的充电装置结构的图14中，与上述第3、第4、第6实施例的结构图即图6、图8、图11对应的部分标以相同的符号，其详细说明从略。
参照图14说明本例的充电装置，该图26中的电路与图11中的电路相同，将有关开关用变压器44的1次侧省略，由连接在2次侧线圈44b上的二极管45和电容器46获得作为开关电源的电源输出。将电源输出端的一个极即二极管45的阴极连接在该充电装置上安装的2次电池(锂离子电池)47的正极侧，同时将该2次电池47的负极侧通过充电控制用开关装置即场效应晶体管48连接在2次线圈44b的另一端侧(不连接二极管45的一侧)。
而且设有检测2次电池47的端子间的电压并根据该检测的电压控制充电的电压检测·充电控制电路55，它根据检测的电池电压进行场效应晶体管48的栅极的控制，进行使该场效应晶体管48呈导通状态、非导通状态、高阻抗状态这3种状态中的一种的控制。至此与图23所示的第6实施例的充电装置的结构相同。
在本例中，与当时的电池电压成比例地由电压检测·充电控制电路55进行使开关电源的电压分多个阶段变化的控制。现说明其结构，用电阻器56、57的串联电路将能获得开关电源的输出的一端和另一端之间连接起来，将该电阻器56、57的连接中点连接在NPN型的晶体管58的基极上。而且，将二极管45的阴极通过光电耦合器52的发光二极管52a连接在晶体管48的集电极上，将2次线圈44b的另一端侧通过齐纳二极管59连接在晶体管58的发射极上。
将电阻器60的一端连接在二极管45的阴极上，将该电阻器60的另一端连接在NPN型的晶体管62的基极上。而且，将二极管45的阴极连接在该晶体管62的发射极上，将该晶体管62的集电极通过电阻器63连接在晶体管58的基极上。
而且，准备电压特性各不相同的齐纳二极管64、65、66，将这3个齐纳二极管64、65、66的阴极连接在电阻器56和晶体管62的基极的连接点上。而且将各齐纳二极管64、65、66的阳极通过切换开关67连接在2次线圈44b的另一端侧，根据切换开关67的切换状态，只将某一个齐纳二极管64、65、66的阳极连接在2次线圈44b的另一端侧。该切换开关67的切换是通过从电压检测·充电控制电路55的电压控制端输出的电压控制信号进行控制的。
在这种电路结构中，在预充电时通过使从电压控制端输出的电压控制信号的电压值与电压检测·充电控制电路55检测的电池电压成比例地分多个阶段变化，而使图中未示出的开关电源的1次侧的控制电路中的电压控制状态分多个阶段变化，从而供给2次电池47的电源电压分多个阶段变化。
这里，参照图15中的电压特性曲线，说明该例中的预充电时的处理，首先使晶体管48呈高阻抗状态后，使电源电压VA为最低电压(例如能使电压检测·充电控制电路55工作的最低电压)，开始预充电工作。即，通过切换开关67连接电压为最低的齐纳二极管(例如齐纳二极管64)。然后，通过该预充电，电池47慢慢地被充电，如图15所示，电池电压VB慢慢地上升。这时，当电池电压VB上升到某值时，通过电压检测·充电控制电路55的控制，使切换开关67进行切换，使电源电压VA上升一段。然后，当电池电压VB再上升到某值时，通过电压检测·充电控制电路55的控制，使切换开关67进行切换，使电源电压VA再上升一段。
然后，当电池电压VB变成预先确定的基准电压值V21以上的值时，使晶体管48从高阻抗状态变成导通状态，使充电电流增加，同时使电源电压VA达到快速充电用的电压值V22，进行快速充电。
这样进行预充电时的控制，在预充电过程中能使加在场效应晶体管48上的功率保持在一定的范围内，能良好地保持开关装置即场效应晶体管48的状态。这时，在第7实施例的情况下，电源电压的控制分多个阶段进行，如第6实施例所示，与几乎连续地进行控制的情况相比，能用简单的结构进行控制。
在该第5实施例的情况下，虽然也是在预充电过程中检测电池电压，但也可以用其它方法代替，如第1实施例所示，检测场效应晶体管48的源·漏间的电压即可。
另外，在该第5实施例中，虽然是使预充电时的电源电压分3个阶段变化，但也可以分2个阶段或3个以上的阶段变化。
其次，参照图16说明本发明的第6实施例。在该第6实施例的情况下，用图16所示电路的充电装置进行2次电池(锂离子电池)47的充电。
参照图16说明本例的充电装置，图16是将电源电压的供给源方块化而进行简略的表示，这里准备了产生预充电时的电压用的第1恒压电源71，及产生快速充电时的电压用的第2恒压电源72这样两种电源。这时，作为第1恒压电源71的输出电压比使后文所述的充电控制电路75工作所必要的最低电压还低。而且，由切换开关73将这两个恒压电源71、72的输出有选择地供给2次电池(锂离子电池)47的正极侧。这时，由充电控制电路75控制切换开关73的切换。
而且，将作为控制充电的开关装置的场效应晶体管48连接在2次电池33的负极侧和恒压电源71、72之间。由用集成电路构成的充电控制电路75进行该场效应晶体管48的控制，控制成导通状态、非导通状态、高阻抗状态这3种状态。而且，检测2次电池47的电压的电压检测电路77的检测信号被供给充电控制电路75。
由开关73选择的电源作为充电控制电路75的电源供给路径，通过二极管74供给。容量较大的电容器76与充电控制电路75的电源供给路径并联连接。
进行预充电时，由充电控制电路75进行的充电控制在使晶体管48呈高阻抗状态后，随时切换开关73，随时切换第1恒压电源71和第2恒压电源72。作为其切换周期以能使电容器76维持蓄积足够容量的电荷的状态为准。
快速充电时，使晶体管48呈导通状态后，将第2恒压电源72的输出连续地供给2次电池47。根据由电压检测电路77的电池电压检测结果进行该预充电和快速充电的切换。
通过这样控制，预充电时在将第1恒压电源71的输出供给2次电池33的状态下，虽然得不到使充电控制电路75工作所必要的电压，但在从第2恒压电源72供电(该电源的电压呈使充电控制电路75工作所必要的足够电压)期间，能使电容器76充电。因此，在供给第1恒压电源71的输出期间，利用使电容器76充电的电荷，能获得使充电控制电路75工作所必要的足够电压，能用充电控制电路75进行适当的预充电控制。
由于这样能使预充电时的电源电压比使充电装置内的电路工作所需要的电压低，所以能使预充电时供给2次电池47的电源电压低很多，能用非常低的电压进行良好的预充电。即，由于能使预充电时供给2次电池47的电源电压低，所以不管因为什么原因而使2次电池47异常时(例如端子间短路时)，都能将由此造成的充电电路一侧的损伤抑制在最小限度。
另外，在该第6实施例的情况下，虽然设有2个恒压电源进行切换，但如在其它实施例中所述，也可以通过开关电源的1次侧等的控制来改变电源电压。另外，虽然也和第4实施例的情况一样，通过检测电池电压来检测电池状态，但也可以检测开关装置(场效应晶体管48)的一端和另一端之间的电位。
另外，在上述各实施例中说明了使2次电池即锂离子电池充电的情况，但当然也适用于必须以其他同样特性对二次电池进行充电的充电装置。另外，也可以根据所使用的电池的电压特性等，适当地选择充电到满充电的电压、电流等的值和用计时电路设定的时间等，不受上述各实施例中的值的限制。
权利要求
1.一种充电方法，其特征在于包括以下工序在将低压充电用电源供给上述2次电池的状态下，检测控制向上述2次电池供给充电用电源的开始及停止的开关装置的一端及另一端之间的电位或上述2次电池的一端及另一端之间的电位的工序，根据该检测的电位，设定上述开关装置处于接通状态，同时使供给上述2次电池的充电用电源达到规定电位，开始对上述2次电池充电的工序。
2.根据权利要求1所述的充电方法，其特征在于作为上述开关装置，使用场效应晶体管，使该场效应晶体管的一端及另一端之间的阻抗值高，进行上述电位的检测。
3.根据权利要求1所述的充电方法，其特征在于将检测上述电位时的上述充电用电源的电位设定为在控制上述开关装置所必要的最低电压值附近的值。
4.根据权利要求1所述的充电方法，其特征在于随着上述充电开始后的上述2次电池的一端及另一端之间的电位的上升，使上述充电用电源的电位上升。
5.根据权利要求1所述的充电方法，其特征在于随着上述充电开始后的上述2次电池的一端及另一端之间的电位的上升，使上述充电用电源的电位按多个阶段变化上升。
6.根据权利要求1所述的充电方法，其特征在于使检测上述电位时的上述充电用电源的电位降低到控制上述开关装置所必要的最低电压以下，同时用电荷蓄积装置蓄积该充电用电源，用上述开关装置确保进行对应的控制所必要的电位。
7.一种充电装置，其特征在于备有将规定的充压用电源供给上述2次电池的电源电路、连接在上述电源电路和上述2次电池之间用来控制充电的开始及停止的开关装置、在从上述电源电路供给低压的充压用电源的状态下检测上述开关装置的一端和另一端之间的电位或上述2次电池的一端和另一端之间的电位的检测装置、以及根据上述检测装置检测到的电位设定上述开关装置处于接通状态，同时使上述电源电路的输出电压成为规定电位，开始对上述2次电池充电的充电控制装置。
8.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于作为上述开关装置，使用场效应晶体管，使该场效应晶体管的一端及另一端之间的阻抗值高，用上述检测装置检测电位。
9.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于将用上述检测装置进行检测时的上述电源电路的输出电位设定在上述充电控制装置工作时的最低电压值附近的值。
10.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于随着上述充电开始后的上述2次电池的一端及另一端之间的电位的上升，使上述电源电路的输出电压上升。
11.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于随着上述充电开始后的上述2次电池的一端及另一端之间的电位的上升，使上述电源电路的输出电压按多个阶段变化上升。
12.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于将电荷蓄积装置连接在上述电源电路和上述充电控制装置之间，将用上述检测装置进行检测时的上述电源电路的输出电位降低到上述充电控制装置工作时的最低电压以下。
全文摘要
对必须恒压充电的锂离子电池等2次电池进行充电时,在规定状态下检测2次电池的电压和充电电流等,根据该检测状态控制进行充电的电压、其充电时间或充电中止时间、或充电电路的连接状态等,能将2次电池良好地充电到满充电或接近满充电的状态,同时能良好地进行该被充电的电池的再充电,能有效地防止2次电池特性的劣化。
文档编号H02J7/00GK1357957SQ0112109
公开日2002年7月10日 申请日期2001年6月15日 优先权日1995年8月10日
发明者永井民次, 小泽和典, 铃木邦治, 山崎和夫 申请人:索尼公司