充电系统、电子设备以及充电方法

专利名称：充电系统、电子设备以及充电方法
技术领域：
本发明涉及在降低针对电池电芯的过电压保护电路的设定值的同时，将充 电器的设定电压维持在较高值的充电系统。
技术背景在作为便携式电子设备的一例的笔记本型个人计算机(以后称为笔记本PC)中，随着CPU的工作频率的高速化等，消耗功率不断增加，另一方面， 要求在移动的环境下可以长时间工作以及小型轻量化等。因此，笔记本PC配备的蓄电池很多时候采取准备多个由高能量密度的锂离子蓄电池构成的电池 电芯，通过串联连接以及并联连接对它们进行组合，然后将其收容在壳体中而 得到的电池组的形式。在对锂离子蓄电池进行充放电时，需要精密地控制充放电电流以及充放电 电压，特别是需要周密地进行恒定电压控制期间的充电电压的控制。因此，在使用锂离子蓄电池的电池组中， 一般采用在电池组的内部设置MPU (微处理 器)，MPU在充电以及放电的过程中监视电池组内部的状态，向笔记本PC主 体发送信息或者使保护电路动作的被称为聪明电池的构造。聪明电池是基于美 国英特尔(Intel)公司和美国金霸王(Duracell)公司所倡导的、被称为聪明 电池系统(Smart Battery System, SBS )的标准的电池装置。基于该标准的电 池组也被称为智能电池。在智能电池中，将MPU、电流测定电路、电压测定电路和温度传感器等 安装在电路基板上所得到的电路部分和多个电池电芯被容纳在一个壳体中， MPU可以经由数据线与笔记本PC主体的嵌入式控制器进行通信。在智能电 池中还设有保护电路，当使用过程中在电池电芯中发生了某种异常时，可以使 保护电路工作来停止充放电。作为异常的项目，包含与充放电过程中的电流、 电压、温度以及电池电芯之间的电压平衡有关的事项。在针对智能电池的现有的充电系统中，电池组和笔记本PC各自具有电压测定电路。电池组中内置的电压测定电路的测定值，用于在充电过程中当电池 电芯的电压超过了规定的值时停止充电。与此相对，笔记本PC中安装的电压 测定电路测定充电器的输出电压，将其测定值用于充电器的反馈控制。关于对智能电池输出准确的充电电压的技术，具有以下的文献。专利文献 l记载了以下技术在充电开始之前从智能电池取得电压信息，将其与在充电 器一侧取得的电压信息进行比较，由此，对充电器一侧的电压信息进行校正， 来对电池组提供更加准确的充电电压。在充电器的输出电压中相对于设定电压产生输出误差，在电池组的电压测 定电路的读取值中还产生测量误差。此外，在充电器的输出和电池电芯之间存 在由配线、端子以及电^各元件产生的电阻，所以输出电压和电芯电压不一致，此外，该差根据充电电流发生变化。而且，充电系统有时由于周围温度的变化 或充电器的漂移，电芯电压突然发生变化。在对电池电芯进行正常的充电时， 为使电池组的过电压保护电路不进行误动作，需要在充电器的设定电压的值和过电压保护电路的过电压设定值之间设置足够的余量(margin )。目前，为了防止过电压保护电路的误动作，在设定电压值和过电压设定值 之间设置余量，以使由于输出电压相对于充电器的设定电压的误差(以下称为 输出误差)而变化的输出电压的上限、和电压测定电路由于测量误差而较低地 读取电芯电压时的下限不发生重叠。例如，在电压测定电路具有土0.05V的读电芯进行动作，所以当把过电压设定值设定为4.35V时，4.30V成为动作的最 低值，4.40V成为过电压保护的保证值。此外，充电器例如具有士0.03V的输 出误差，在使设定电压为4.20V时，4.23V成为输出电压的上限值。从而，因 为可以在过电压保护电路进行动作的最低电压(4.30V)和输出电压的最大电 压(4.23V)之间取0.07V的余量，所以在充电过程中过电压保护电路不会进 行误动作。近年来，对于锂离子蓄电池的使用要求确保更高的安全性。因此，在相关 的业界团体等之间，进一步强化锂离子蓄电池的安全基准。具体地说，目前以 把过电压保护电路的保证值设为4.40V作为标准，但是正在研究将该标准修改 为4.25V。但即使在使过电压保护电路的保证值为4.25V的情况下，也需要对充电器进行设定，以便只要电芯电压处于正常的范围内，过电压保护电路就不 会进行误动作。此时，可以通过与保证值的降低量(0.15V)相等地降低过电压设定值和 设定电压的值来进行对应。但是，当降低充电器的设定电压时满充电容量减小， 或者达到满充电容量所需要的时间变长，所以并非理想。如专利文献l那样， 虽然通过从电池组取得的电池电芯的电压，对用于充电器的反馈控制的电压测 定电路进行了校正，但无法完全消除充电器的输出误差，此外，为了与因充电 器的漂移、充电器和电池电芯之间的电阻、以及环境温度的变化等引起的电芯 电压变化相对应，需要在过电压设定值和设定电压之间设置相当大的余量，无 法使充电器的设定电压成为与保证值为4.40V的情况相同的程度(4.20V)。专利文献1特开平11-98714号公报 发明内容因此，本发明的目的在于提供即使降低具备过电压保护电路的电池组的过 电压保护的保证值，也可以维持充电器的设定电压的充电系统。而且，本发明证值，满充电容量也不会减小的充电系统。而且，本发明的目的还在于提供即时间也不会变长的充电系统。而且，本发明的目的还在于提供与这样的充电系 统相对应的电子设备以及电池组。而且，本发明的目的还在于提供这样的充电 系统中的电池电芯的充电方法。充电系统具备电池电芯；电压测定电if各，其测定电池电芯的电芯电压； 以及过电压保护电路，其在电压测定电路测定到的读取电压接近过电压设定值 时，停止对电池电芯的充电。这样的充电系统可以如下构成包含在内部配备 处理器、电压测定电路、以及过电压保护电路的被称为聪明电池的电池组，或 者包含在内部没有配备这些的被称为哑电池(dumb battery)的电池组。电压 测定电路对于电芯电压具有测定误差，所以过电压保护电路以过电压设定值进 行动作时的电芯电压成为与过电压设定值不同的值。充电器具备取得反馈电压 的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入。因为在充电器中存在输出误 差，所以即使设定电压与反馈电压相等，通常输出电压与设定电压也不一致。控制部对充电器提供根据读取电压和设定电压生成的控制电压，来对充电 器的输出电压进行反馈控制。控制电压和提供给过电压保护电路的电压一同根据在电池电芯附近测定到的读:f又电压而生成，所以无需在过电压保护电^^的过电压设定值和充电器的设定电压之间的余量中估计因为充电电流和电阻而发 生变化的输出电压和电芯电压的差。当在要求周密的电压管理的恒流恒压控制 方式的恒压控制期间采用这样的控制方式时，具有效果。控制部在恒压控制期间，当把通过读取电压和设定电压对控制电压的当前 值进行修正而得到的修正控制电压作为控制电压的新的当前值提供给充电器 时，即使减小过电压设定值和设定电压之间的余量，也可控制充电器以便不会 因为充电器的输出误差、环境温度的变化、充电器的漂移以及输出电压和电芯 电压的差的变化等而使读取电压达到过电压设定值。当控制部在读取电压接近 过电压设定值时生成与没有接近时相比进一 步降低输出电压的修正控制电压 时，可以更加可靠地防止过电压保护电路的误动作。设定电压根据电池组内的温度进行变更，由此可以提高充电的安全性。在 该充电系统中，可以将控制电压提供给充电器的反馈输入，将基准电压源与设 定值输入连接。或者可以将控制电压提供给充电器的设定值输入，将输出电压 提供给反馈输入。在本发明的充电系统中，可以对设定电压和过电压设定值进 行设定，以使输出电压相对于设定电压的输出误差的范围、和读取电压与针对 电芯电压的过电压设定值相对应的误差的范围具有重叠的部分。通过如此进行 设定，即使过电压保护电路的动作保证的上限值降低，也可以不降低设定电压 地进行充电，可以确保满充电容量以及缩短充电时间。护的保证值，也可以维持充电器的设定电压的充电系统。而且，根据本发明，电容量也不会减小的充电系统。而且，根据本发明，可以提供即使降低具备过 电压保护电路的电池组的过电压保护的保证值，到充满电为止的时间也不会变 长的充电系统。而且，根据本发明，可以提供与这样的充电系统相对应的电子 设备以及电池组。而且，根据本发明，可以提供这样的充电系统中的电池电芯 的充电方法。


图1是表示由本发明的实施方式的电池组以及笔记本PC构成的充电系统 的方框图。图2是用于在图1的充电系统中详细说明电压反馈系统的方框图。图3表示图2的电压反馈系统中的充电器的设定电压和过电压设定值的关系。图4说明充电开始后从充电器输出的充电电压以及充电电流的随时间的变化。图5说明图3所示的充电系统的电压反馈控制系统的动作。 图6表示充电所需要的时间。图7表示与锂离子电池的使用温度范围对应的设定电压和过电压设定值 的关系。图8是表示由本发明其他实施方式的电池组以及笔记本PC构成的充电系 统的方框图。图9是用于在图8的充电系统中详细说明电压反馈系统的方框图。 符号说明10、 201电池组；11、 12、 13、 205电池电芯；15感应电阻；21 AFE; 23 MPU; 27热敏电阻；100笔记本PC; 101嵌入式控制器(EC); 103充电器； 105、 107FET; 123基准电压源具体实施方式
图1是表示由本发明实施方式的基于SBS标准的电池组10以及笔记本 PC100构成的充电系统的方框图。但是，本发明也可适用于哑电池。在电池组 10中，除了串联连接由锂离子蓄电池构成的三个电池电芯11 13之外，还设 置有感应电阻15、放电FET17、充电FET19、 AFE(模拟前端)21、 MPU (凝: 处理器)23、电压调整器25、热敏电阻27等电子部件。在电池组10和笔记 本PC100之间通过+端子31、 C端子33、 D端子35、 T端子37以及-端子39 这5个端子进行连接。来自电池电芯11~13的放电电流以及对于电池电芯 11-13的充电电流经由+端子31以及-端子39在与PC100之间流动。C端子 33和D端子35分别与MPU23的时钟端子以及数据端子连接，T端子37与检测电池电芯11周围的温度的热敏电阻27连接。AFE21以及MPU23是通过/人电压调整器25提供的恒定电压进行工作的 集成电路。AFE21以及MPU23之间相互进行数据交换。AFE21具有取得电 池电芯11 13各自的电位差的模拟输入端子VI、 V2、 V3;以及取得感应电阻 15两端的电位差的模拟输入端子II、 12。 AFE21还具备模拟输出端子D-CTL 以及C-CTL，其用于输出对放电FET17以及充电FET19进行导通/截止控制的 信号。AFE21具备电压测定电路和电流测定电路。电压测定电路测定电池电 芯11-13各自的电压，将其转换为数字值之后发送给MPU23。 MPU23对电池 电芯11 13的各个电压进行合计，来计算读取电压。因为在电压测定电路中存将在后面对其进行详细名又述。电流测定电^各#4居感应电阻15冲企测到的电压对电池电芯11~13中流动的 充电电流以及放电电流进行测定，将其转换为数字值之后发送给MPU23。 MPU23是除了 8~16位程度的CPU之外，在一个封装中还具备RAM、 ROM、 闪速存储器以及计时器等的集成电路。MPU23具备电压保护部以及电流保护 部，根据从AFE21发送的电压值以及电流值，监视充放电过程中的电池组的 状态，在斗企测到异常时经由AFE使放电FET17以及充电FET19截止来停止充 放电。电压保护部以及电流保护部由在MPU23中执行的程序构成。此外，可 以将AFE21和MPU23合并来构成一个集成电路。时钟线和数据线从MPU23分别经由C端子33以及D端子35，与笔记本 PC100—侧的嵌入式控制器(EC) 101连接，MPU23和EC101之间的通信成 为可能。MPU23经由数据线对EC101发送充电开始以及充电停止的控制命令， EC101对该控制命令进行处理，开始或者停止电池电芯11~13的充电。而且， MPU23经由时钟线以及数据线，按照大约1~2秒左右的周期定期地对EC101 发送电池电芯11 13的读耳又电压以及电池电芯11 13中流动的充电电流Iot的 值。而且，EC101检测根据电池电芯11~13周围的温度而发生变化的热敏电阻 27的电阻值，然后将其通知给MPU23,在该温度存在异常时MPU23使放电 FET17以及充电FET19截止来停止充放电。笔记本PC100的电源管理功能以EC101为中心，由充电器103以及DC-DC转换器121等构成。EC101是除了电源之外，还对构成笔记本PCTOO的多个 硬件要素进行控制的集成电路。EC101可以通过与MPU23的通信而取得有关 电池电芯11 13当前的电流值以及电压值的信息。EC101根据来自MPU23的 充电开始以及充电停止的控制命令，对充电器103进行控制来进行电池电芯 11 13的充电。充电器103具备由FET105以及FET107构成的开关电路；由电感器109 以及电容器111构成的平滑电路。充电器103驱动开关电路，然后通过平滑电 路降低输出的电流的脉动，把从AC适配器151输入的直流电压转换为适合于 对电池电芯11 13进行充电的直流电压，然后输出给电池组10。充电器103 通过恒流恒压方式(CC-CV Constant Current Constant Voltage)对电池电芯 11 13进行充电。对充电器103的电流设定值输入Iset、电压设定值输入Vset， 输入来自对笔记本PC100内部生成的恒定电压进行分压而得的基准电压源123 的电压。AC适配器151的初级侧通过AC电源线(cord) 153与工业电源连接，次 级侧通过DC电缆155与笔记本PC100连接。DC-DC转换器121把从AC适 配器151输入的DC电压或者从电池电芯11 13放电时的DC电压转换为需要 的电压，然后提供给笔记本PC100内的系统负载(未图示)。和由电感器109以及电容器111构成的平滑电路，但是不存在现有的用于针对 电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入FB-I生成反馈电压以及反馈电流的分 压电阻以及感应电阻。取而代之，将从EC101输出的模拟信号输入充电器103 的电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入FB-I。EClOl把从MPU23取得的反馈电压以及反馈电流的值转换为模拟值，然 后对充电器103的电压反馈输入FB-V发送反馈电压，对电流反馈输入FB-I 发送反馈电流。此时，EClOl通过读取电压以及设定电压对反馈电压进行修正， 然后将其发送给充电器103的电压反馈输入FB-V,将在后面对其进行详细的 叙述。充电器103在恒流控制期间通过在FB-I输入的反馈电流进行恒流动作， 在恒压控制期间通过在FB-V输入的反馈电压进行恒压动作。在该结构中，利 用在电池组10的内部检测到的读取电压以及充电电流Iot,在充电过程中进行反馈控制。此外，图1只不过为了说明本实施方式而筒要记载了主要的硬件结构以及 连4姿关系。例如，为了构成电池组10以及笔记本PC100,使用》兹盘、光盘、 键盘等很多的电气电路以及装置，但这些对于本领域的技术人员来说是公知 的，所以省略记载不进^f亍详细的记述。将图中记载的多个方框构成为1个集成 电路，或者相反将1个框分割为多个集成电路，也在本领域的技术人员可以任 意选择的范围内，包含在本发明的范围中。图2是用于在图1的充电系统中详细说明电压反馈系统的方框图。在图2中，为了简化说明，以1个电池电芯的电压为例来进行说明。在充电器103 的电压设定值输入Vset，从基准电压源123输入了 4.20V的设定电压Vo。在 充电器103的电压反馈输入FB-V,从EC101输入了模拟的反馈电压Vfb。充 电器103在设定电压Vo和反馈电压Vfb之间存在差时进行动作，以便生成使 该差成为0的输出电压Vot。具体地说，充电器103在反馈电压Vfb高于设定电压Vo时，进行动作使 输出电压Vot降低，在反馈电压Vfb低于设定电压Vo时，进行动作使输出电 压Vot上升。在该例子中，在反馈电压Vft等于设定电压Vo时，充电器103 的输出电压Vot包含相对于设定电压Vo最大士0.03V的输出误差s2。因此， 充电器103在反馈电压Vfb变为等于设定电压Vo( 4.20V )时，生成4.17V 4.23V 的范围中的某个输出电压。可以认为在充电器103和电池电芯11之间连接由配线、+端子31、 -端 子39等带来的电阻104。因此，对应从充电器103流向电池电芯11的充电电 流，在输出电压Vot和电芯电压Vc之间产生电位差。电压测定电^各51测定电 芯电压Vc,把转换为数字值之后的读取电压Vb发送给MPU23。在该例子中， 在电芯电压Vc和读取电压Vb之间具有最大土0.03V的电压测定电路的读取误 差sl。在MPU23中通过程序构成过电压保护部(OVP) 53。在OVP53中将 过电压设定值Vop设定为4.22V，在读取电压Vb达到过电压设定值Vop时， MPU23经由AFE21使放电FET17以及充电FET19截止来停止充电。把MPU23 的OVP53、 AFE21、 FET17、 19以及AFE21的关联电路称为过电压保护电路。在读取电压Vb中相对于电芯电压Vc具有± 0.03V的误差，所以当被设定为4.22V的OVP53进行动作时，电芯电压Vc成为4.19 4.25V的范围内的莱 个值。从MPU23向EC101定期地发送读取电压Vb。 EC101具备存储反馈电 压Vfb的设定部55。具体地说，设定部55是EClOl的寄存器，将设定部55 中设定的反馈电压Vfb转换为模拟值后提供给充电器103的电压反馈输入。在 设定部55中，作为反馈电压Vfb存储当前提供给充电器103的当前反馈电压 VI。 EC101使用设定电压Vo以及定期从MPU23发送来的读取电压Vb修正 当前反馈电压V1，生成修正反馈电压值V2。修正反馈电压V2替换设定部55中存储的当前反馈电压VI,作为反馈电 压Vfb提供给充电器103。修正反馈电压V2的计算可以由MPU23进行，经 由EC101提供给充电器103。将在后面叙述修正反馈电压V2的计算方法以及 反馈电压Vfb向设定部55的存储。图3表示图2的电压反馈系统的充电器的设定电压Vo和OVP53的过电压 设定值Vop的关系。图3 (a)表示在使过电压保护的保证值为4.40V时，从 充电器103—侧收到反馈电压Vfb来进行控制的情况。此时，读取电压Vb的 误差为土0.05V，在使用输出误差为±0.03V的充电器时，可以使该设定电压 Vo为4.20V。图3 (b)表示在使过电压保护的保证值为4.25V时，从充电器 103 —侧取得反^t电压Vfb来进行控制的情况。把从读取误差为±0.03V的电压测定电路取得读取电压Vb来进行动作的 OVP53的过电压设定值Vop设定为4.22V，使用输出误差为土0.03V的充电器，动作，需要将充电器的设定电压Vo设定为4.15V，与保证4.40V的过电压保 护的情况相比，设定电压Vo降低0.05V。降低设定电压Vo关系到满充电容量的降低以及充电时间延长，是不希望 发生的情况。在本实施方式中，即使将过电压保护的保证值设为4.25V,也可 以像目前那样将充电器的设定电压Vo设为4.20V,同时可以防止OVP53的误 动作。图3 (c)表示本实施方式的设定电压Vo和过电压设定值Vop的关系。 在该例子中，将过电压设定值Vop设定为4.22V,将设定电压Vo设定为4.20V。 在OVP53进行动作时的电芯电压Vc的范围(4.17V 4.23V)和输出电压Vot 的范围(4.19V 4.25V)中具有重叠的部分，电芯电压Vc和输出电压Vot在充电电流小时成为接近的值，但本实施方式的充电系统通过"、下说'明的控制方汰 防止了 OVP53的误动作。图4说明充电开始后从充电器103输出的输出电压Vot以及充电电流Iot 随时间的变化。充电器103通过恒流恒压充电方式对电池电芯11 13进行充电， 充电控制电压Vchg与充电器的设定电压Vo相对应。当在时刻0开始充电时， 充电器103为了使充电电流lot成为充电控制电流Ichg,使FET105以及FET107 动作来控制输出电压Vot。因为在充电器103的输出电压Vot和电池电芯11 13 之间存在电阻，所以电芯电压Vc成为低于输出电压Vot的值。从充电开始到时刻tl为恒流控制期间，从时刻tl到时刻t2为恒压控制期 间。当提供给充电器103的反馈电压Vfb等于设定电压Vo时，充电器103进 入恒压控制期间，为了使反馈电压Vfb等于设定电压Vo，使FET105以及 FET107进行动作来控制输出电压Vot。在恒压控制期间当充电电流lot达到放 电结束电流Ichgl的时刻，充电结束。在充电结束的时刻，电芯电压Vc变为 大体等于输出电压Vot。在AU于刻0到时刻t2之间充电的电量成为电池电芯 11 13的满充电容量。因此，在允许范围内将充电控制电压Vchg设定得越高， 满充电容量越大。图5说明图3所示的电压反馈控制系统的动作。电压测定电路51的读取 误差sl最大为土0.03V,充电器103的输出误差s2最大为土0.03V。在充电系 统的构造中，通常电压测定电路51和充电器103任意地组合，所以读取误差 sl和输出误差s2也任意地组合。因此，关于由各个最大误差组成的4个组合 的情况，说明如图3 (c)所示将设定电压Vo设定为4.20V,将过电压设定值 Vop设定为4.22V时的动作。#1~#5的控制系统由读取误差sl为-0.03V的电压测定电路51;和输出 误差s2为+0.03V的充电器构成。读取电压Vb、修正反馈电压值V2、充电器 103的目标输出电压值Vt、以及充电器103实际的^T出电压值Vot分别通过以 下的式(1) ~式(5)来计算。此外，在恒压控制期间充电电流小，所以为了 简化计算而忽略由电阻104引起的电压降。在假设不存在充电器103的输出误 差s2时，目标输出电压Vt为根据设定电压Vo和反馈电压Vfb使充电器进行 输出的电压。a是为了防止OVP53的误动作而计算修正反馈电压V2,对充电器103的输出电压进行反馈控制的加权系数。Vb=Vc+sl ( 1 )V2=V1+ ( Vb - Vo ) ( 2 )V2=V1+ ( Vb-Vo) *ot (3 ) Vt=Vo+ ( Vo-Vfb) (4) Vot=Vt+s2 ( 5 )在恒流控制期间，在EC101的设定部55中作为当前反^t贵电压VI而设定 设定电压Vo (4.20V),并且作为反馈电压Vfb输出给充电器103。该设定电 压Vo相当于充电器103的额定电压。但是，在恒流控制期间，充电器103进 行动作以使充电电流iot等于充电控制电流值Ichg,所以电压反馈不起作用。 如#1所示，当电芯电压Vc上升到4.23V、读取电压Vb等于反馈电压Vfb (4.20V)时，充电器103进入恒压控制期间而进行动作，来生成如式(4)所 示使反馈电压Vfb和设定电压Vo之间的差成为0的目标输出电压Vt。在该控 制系统中，如通过式(4)和式(5)计算的那样，在反馈电压Vfb为4.20V时， 输出电压Vot和电芯电压Vc成为4.23V并稳定。此时，读取电压Vb低于过 电压i殳定值Vop ( 4.22V ),所以OVP53不进行动作。在#1中，在电芯电压Vc为4.23V时输出电压Vot也成为4.23V而稳定， 但是由于环境温度的变化或充电器103的漂移等，有时如#2所示电芯电压Vc 下降到4.22V。 EC101将该状态检测为读取电压Vb降低到4.19V,通过式(2 ) 对设定部55中存储的当前反馈电压VI (4.20V)进行计算，由修正反馈电压 V2 (4.19V)进行置换，并提供给充电器的电压设定值输入Vset。充电器103 如式(4)那样进行动作，为了使目标输出电压Vt为4.21V而进行动作。但是， 实际上，在充电器103中存在输出误差s2,所以输出电压Vot如通过式(5) 计算的那样成为4.24V,电芯电压Vc上升。#3表示从#1的状态，电芯电压Vc下降到4.21V时的状态，与#2相同， EC101计算修正反馈电压V2来决定输出电压Vot。 #4表示电芯电压Vc变化 为4.24V时的状。此时，读取电压Vb成为4.21V,没有达到但接近过电压 设定值Vop ( 4.22V )，所以EC101通过式(3 )计算修正反馈电压V2,作为反 馈电压Vfb输出给充电器103。在式(3)中，充电器103通过加权系数a(1.2)对Vb-Vo进行加权，加大反馈的效果。Vb-Vo是对于设定电压值Vo修正输 出电压Vt的值。结果，充电器的输出电压Vot成为4.218V，电芯电压Vc向4.218V降低。 当通过式(2)计算出反馈电压Vfb时，输出电压Vot成为4.22V,可以使电 芯电压Vc向4.22V降低，但是在使用式(3)时，可以以更短的时间降低电 压，所以即^f吏在电压Vc急剧上升的情况下，也可以更可靠地防止OVP53的 误动作。#5表示从#4的状态，电芯电压Vc下降到4.20V时的状态。在设定 部55中，作为当前反馈电压VI,存储有在#4中计算出的修正反馈电压V2 (4.212V)。而且，EC101通过式(2)计算修正反馈电压V2,作为反馈电压 值Vfb发送给充电器。充电器103的充电器输出Vot成为4.248V,电芯电压 Vc上升。然后，对于#6~#9进行说明。该控制系统由读取误差sl为+0.03V的电压 测定电^各51和l命出误差s2为-0.03V的充电器103构成。该控制系统在电芯 电压Vc成为4.17V时，读取电压Vb成为4.2V而转移至恒压控制，并且充电 器103使输出电压Vot为4.17V而稳定。在#7、 #8中表示由EC101分别通过 式(2)计算从#6的状态电芯电压Vc发生了变化时的修正反馈电压V2,以及 通过式(4)、式(5)计算出的输出电压Vot。在#9中，由于从#6的状态电芯 电压Vc变化为4.18V、读取电压Vb达到4.21V,因此EC101使用式(3 )计 算修正反^t电压V2 (4.212V),作为反馈电压Vfb提供给充电器103。充电器 103如通过式(4)、式(5)计算的那样，进行使输出电压Vot下降到4.158V， 来使电芯电压Vc下降的动作。然后，对#10~#15进行说明。该控制系统由读取误差sl为-0.03V的电压 测定电路51和输出误差s2为-0.03V的充电器103构成。在该控制系统中， 如#10所示，在将当前反馈电压Vl设定为设定电压Vo (4.2V)的恒流控制期 间，电芯电压Vc和输出电压Vot—同成为4.17V。但是，读取电压Vb(4.14V) 没有达到设定电压Vo (4.20V),所以继续进行恒流控制，并且如#11所示在读 取电压Vb达到4.23V之前电芯电压Vc上升。此时，读取电压Vb变得等于设 定电压Vo,所以充电器103转移至恒压控制。当在#11中转移至恒压控制时，电芯电压Vc达到了 4.23V,但输出电压Vot下降到4.17V,所以充电器103进行动作以使电芯电压Vc下T争，并且如M4 所示在修正反馈电压V2为4.17时电芯电压Vc和输出电压Vo成为4.20V而 稳定。在#14中，表示了使当前反馈电压VI为4.2V，电芯电压Vc从M0的状 态转移至#14的状态，但实际上表示电芯电压Vc的各种变化，计算每次的修 正反馈电压V2来对输出电压Vot进行反馈控制，收敛于#14的电芯电压Vc (4.20V)、读取电压Vb (4.17V)、修正反馈电压V2 (4.17V)以及输出电压 Vot ( 4.20V )的关系。在该控制系统中，稳定状态的读取电压Vb为4.17V,与过电压设定值Vop (4.22V)相比足够低，实际上读取电压Vb达到4.21V不需要使用式(3)计 算修正反馈电压，但在由于某种原因产生了那样的变化时，可以通过式(3) 计算修正反馈电压V2。然后，对#16~#20进行说明。该控制系统由读取误差sl为+0.03V的电压 测定电路51和输出误差s2为+0.03V的充电器103构成。在该控制系统中， 如#16所示，在电芯电压Vc为4.17V时读取电压Vb达到4.20V转移至恒压控 制。但是，在该时刻充电器输出为4.23V,所以电芯电压Vc进一步上升。然 后，如#19所示，充电器103在修正反馈电压V2为4.23V时进行动作，以使 电芯电压Vc和输出电压Vot成为4.20V而稳定。但是，在电芯电压Vc为4.20V 时，读取电压Vb已经超过了过电压设定值Vop ( 4.22V ),所以该控制系统在 该状态下无法进行动作。在该控制系统中，如#20所示，可以在电芯电压Vc达到4.18V、读取电 压Vb成为4.21V时，根据式(3 )计算修正反馈电压V2,使输出电压Vot降 低至比在读取电压Vb相同的#17中计算出的输出电压Vot (4.22V)低的 4.218V，来防止OVP53进行动作。在图2所示的4个充电系统中，根据读取电压sl和输出误差s2的大小以 及它们的组合，实际稳定的输出电压Vot不同，但无论在哪种情况下都可以将 额定电压Vo设定为4.20V。在本实施方式中，在电池组的电压测定电路51测 定到的电压接近OVP53进行动作的值时，EC101对反馈电压Vfb进行修正使 输出电压Vot降低，所以可以通过才艮据读取电压sl和输出误差e2而在该充电 系统中所允许的最大的输出电压Vot来对电池电芯进行充电。在图5的例子中，在由读取误差sl最大为士0.03V的电压测定电路和输出误差最大为:eC):03V韵充 电器构成的充电系统中，#1~#5的充电系统的电芯电压成为最高，#6 #9的充 电系统的电芯电压成为最低，但无论对于哪个充电系统，都可以使设定电压 Vo为4.20V,使OVP53的保证值为4.25V。此外，在图.2所示的充电系统中，还具有缩短充电所需要的时间的次要效 果。在电池组一侧对提供给充电器103的电压反馈输入FB-V的反馈电压Vfb 进行测定的情况和在笔记本PC —侧进行测定的情况下，由于其间存在由多个 电子部件、配线以及连接器等的电阻104导致的电压下降，所以与前者的测定 值相比，后者的测定值为略高的电压。因此，在读耳又电压Vb达到设定电压Vo 时将充电器103从恒流控制切换为恒压控制的情况下，如目前那样当在笔记本 PC —侧测定反^t电压Vfb时，与在电池组一侧进ff测定相比更早地切换为恒 压控制。这样，由于通过恒流控制进行充电的时间变短，所以到满充电容量为 止进行充电的时间变长。在这一点上，本实施方式的充电系统与现有方式相比 可以缩4豆充电时间。图6针对现有方式和本实施方式的充电系统，表示了关于充电需要时间的 实验结果。线71、 73表示在图3 (a)所示的现有的充电系统中对电池电芯进 行充电时的充电电流和充电容量，线75、 77表示在图2所示的充电系统中对 相同的电池电芯进行充电时的充电电流和充电容量。如线71所示，在现有方 式中，在时刻tlb充电器103的动作从恒流控制切换为恒压控制，如线73所 示在时刻t2b达到满充电容量。与此相对，在本实施方式中，如线75所示在 比时刻tlb经过更长时间的时刻tla，充电器103的动作从恒流控制切换为恒 压控制，如线77所示，在时间上比时刻t2b更早达到的时刻t2a，达到满充电 容量。在图2的充电系统中，到充满电为止所需要的时间与现有方式相比缩短 了约20分钟。图7表示由社团法人电池工业会以及社团法人电子信息技术产业协会所 推荐的锂离子蓄电池的安全基准中的，与使用温度范围对应的设定电压和过电 压设定值。将T2 T3 (10~45°C)的温度范围作为标准温度区，是可以使锂离 子蓄电池安全地发挥最佳性能的温度区。上述的设定电压Vo (4.20V)以及过 电压设定值Vop (4.25V)的值基于该标准温度区中的充电条件。在标准温度区以外的温度下使用锂离子蓄电池时，从安全'除的角度出发希(0~10。C)为低温区，此外设T3 T4 (45~50°C)为高温区，在低温区以及高 温区中，都推荐将设定电压Vo设为4.10V,将过电压设定值Vop设为4.15V。 在标准温度区、4氐温区、高温区以外的0°C以下以及50。C以上的温度区中， 禁止对锂离子蓄电池进行充电。此外，在此所示的T1 T4的各个温度值以及 各个温度区中的设定电压Vo以及过电压设定值Vop没有进行限定的意思，在 推荐其他值的情况下可以由该推荐值进行替换。因此，在本实施方式的充电系统中，可以根据电池组10的使用环境的温 度切换设定电压Vo和过电压设定值Vop。在图7中，实线表示设定电压Vo, 虚线表示过电压设定值Vop。根据环境温度，EC101变更基准电压源123的输 出来切换电压设定值输入Vset的设定电压Vo,MPU23通过程序变更过电压设 定值Vop。EC101在电池組10的内部通过在电池电芯11-13的附近配置的热^:电阻 27检测电池电芯11 13周围的温度。EC101如果将热敏电阻27检测到的温度 判断为高温区或者低温区的温度，则首先，EC101变更基准电压源123的输出 来切换电压设定值输入Vset的设定电压Vo。然后，EC101将设定部55中存 储的当前反馈电压VI变更为切换后的设定电压Vo来降低从恒流控制转移至 恒压控制的电压。MPU23当从EC101取得温度的数据时，将过电压设定值Vop 变更为与切换后的设定电压Vo对应的值。如图7所示，在标准温度区中成为 Vop=4.25V、 Vo=4.20V的设定，在低温区以及高温区中成为Vop=4.15V、 Vo=4.10V的设定。在对锂离子蓄电池进行充电时需要以高精度管理充电控制电压Vchg,另 一方面，不需要以充电控制电压Vchg那样的精度控制充电控制电流Ichg，无 论在笔记本PC100 —侧进行测定还是在电池组10 —侧进行测定都成为几乎相 同的值。因此，在图1中从电池组10提供电压反馈输入Vset和电流反馈输入 Iset双方，但也可以如同现有结构那样，在笔记本PC100—侧设置感应电阻， 从此对充电器103反馈针对电流反馈输入Iset的充电电流Iot。图8是表示本发明其他实施方式的基于SBS标准的电池组10以及笔记本PC100的概要结构的方框图。图9是用于在图8的充电系统中详细说明龟压反 馈系统的方框图。在图8、图9中，对于与图l相同的构成要素赋予相同的参 照符号并省略i兌明。在该充电系统中，EC101 4e^人电池组10收到的充电电流 和读取电压Vb发送给充电器103的电流设定值输入Iset以及电压设定值输入 Vset。对充电器103的电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入FB-I连接来自在 笔记本PC100—侧准备的分压电阻113、 115和感应电阻117的输出。对电压 反馈输入FB-V输入反馈电压Vfb 。在该充电系统中，在EC101的设定部55中存储当前设定电压V3或修正 设定电压V4。修正设定电压V4由EC101通过基于式(2 )、式(3 )的式子进 行计算。修正设定电压V4 —旦被存储到设定部55中时，成为当前设定电压 V3,从设定部55将当前设定电压V3作为设定电压Vo提供给充电器103的电 压设定值输入Vset。在恒流控制期间进行设定使当前设定电压V3成为额定电 压4.20V,在反^t电压Vfb达到4.20V时充电器103切换为恒压控制。在恒压 控制期间，充电器103进行动作以使反馈电压Vfb的值和设定电压Vo的值相 等。EC101与图2的充电系统的情况相反地，当读取电压Vb的值变大时，进 行修正使修正设定电压V2变大来降低输出电压Vot，当读取电压Vb的值变小 时，进行修正使修正设定电压V2变小来提高输出电压Vot。并且，在读取电 压Vb接近过电压设定值Vop时，对充电器103发送修正设定电压V4，防止 VOP53的误动作，所述修正设定电压V4是通过基于式(3)的式子使用加权 系数对当前设定电压V3进行修正后而得到的。至此，通过图示的特定的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限 于图示的实施方式。只要起到本发明的效果，可以采用任何目前已知的结构。本发明可用于对哑电池或聪明电池等电池组进行充电的蓄电池的充电系统。
权利要求
1.一种充电系统，具有电池电芯、测定该电池电芯的电芯电压的电压测定电路、在该电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护电路，其特征在于，具有充电器，其具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，对所述电池电芯进行充电；以及控制部，其对所述充电器提供根据所述读取电压和所述设定电压生成的控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
2. 根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述充电器对所述电池电芯进行恒流恒压控制，所述充电器在恒压控制期 间根据所述控制电压对所述输出电压进行反馈控制。
3. 根据权利要求2所述的充电系统，其特征在于，所述控制部在恒压控制期间，把使用所述读取电压和所述设定电压对所述 控制电压的当前值进行修正后所得到的修正控制电压作为所述控制电压的新 的当前值，提供给所述充电器。
4. 根据权利要求2所述的充电系统，其特征在于，所述控制部在恒流控制期间将所述充电器的额定电压作为所述控制电压 提供给所述充电器。
5. 根据权利要求3所述的充电系统，其特征在于，所述控制部在所述读取电压接近所述过电压设定值时，生成与不接近时相 比进一步降低所述输出电压的所述修正控制电压。
6. 根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，将所述控制电压提供给所述充电器的电压反馈输入，将基准电压源与所述 设定值输入相连接。
7. 根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于， 将所述控制电压提供给所述充电器的设定值输入，将所述输出电压提供给所述电压反馈输入。
8. 根据权利要求1或2所述的充电系统，其特征在于，设定所述设定电压和所述过电压设定值，以使所述输出电压坤ir对于所述设 定电压的输出误差的范围、和读取电压与针对所述电芯电压的所述过电压设定 值相对应的误差的范围具有重叠的部分。
9. 一种充电系统，其由电池组和安装该电池组的电子设备构成，其特征在于，所述电池纟且具有电池电芯；电压测定电^各，其测定所述电池电芯的电芯电压；以及处理器，其包含当所述电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护部，所述电子设备具有充电器，其具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，对所述电池电芯进行充电；以及的控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
10. 根据权利要求9所述的充电系统，其特征在于，所述电池组包含测定所述电池组内的温度的温度元件，根据所述温度元件 测定到的温度变更所述设定电压。
11. 一种充电系统，其由电池组和安装该电池组的电子设备构成，其特征 在于，所述电池组具有电池电芯；电压测定电^各，其测定所述电池电芯的电芯电压；以及处理器，其包含当所述电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护部，根据所述读取电压生成控制电压；所述电子设备具有充电器，其具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得 设定电压的设定值输入，对所述电池电芯进行充电；以及控制器，其对所述充电器提供从所述处理器取得的所述控制电压，来对所 述充电器的输出电压进行反馈控制。
12. —种电池组，其可以安装在配备有以恒流恒压方式进行动作的充电器 的电子设备中，该电池组的特征在于，具有电池电芯；电压测定电路，其测定所述电池电芯的电压；以及处理器，其包含当所述电压测定电路测定到的读取电压达到过电压设定值 时停止对所述电池电芯充电的过电压保护电路，对所述充电器提供根据所述读 取电压生成的控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
13. —种电子设备，其可以安装电池组，所述电池组具有电池电芯；测定 该电池电芯的电芯电压的电压测定电路；以及在该电压测定电3各测定到的读取 电压达到过电压设定值时停止对所述电池电芯充电的过电压保护电路，该电子 设备的特征在于，具有充电器，其具备取得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设 定值输入，对所述电池电芯进行充电；以及的控制电压，来对所述充电器的输出电压进行反馈控制。
14. 一种充电方法，其使用充电器对电池组进行充电，所述充电器具备取 得反馈电压的电压反馈输入和取得设定电压的设定值输入，所述电池组具有电 池电芯；测定该电池电芯的电芯电压的电压测定电3各；以及在该电压测定电3各 测定到的读取电压达到i3 护电路，该充电方法的特征在于，具有以下的步骤通过恒流控制对所述电池电芯进行充电； 在恒压控」 电压；以及对所述读取电压的变化进行响应来修正所述控制电压，将修正后的所述控 制电压提供给所述电压反馈输入。
15. —种充电方法，其使用充电器对电池组进行充电，所述充电器具备取池电芯；测定该电池电芯的电芯电压的电压测定电^各；以及在该电压测定电^各 测定到的读取电压达到i: 护电路，该充电方法的特征在于，具有以下的步冬聚通过恒流控制对所述电池电芯进行充电；在恒压控制期间对所述设定值输入提供根据所述读取电压生成的控制电 压；以及对所述读取电压的变化进行响应来修正所述控制电压，将修正后的所述控 制电压提供给所述设定值输入。
全文摘要
提供即使过电压保护电路的动作保证值降低，也可以提高充电器的设定电压的充电系统。电池组具备电池电芯(11)；测定电池电芯的电芯电压(Vc)的电压测定电路(51)；在电压测定电路测定到的读取电压(Vb)达到过电压设定值(Vop)时停止对电池电芯充电的过电压保护电路(OVP53)。充电器(103)具备取得反馈电压的电压反馈输入(FB-V)和取得设定电压的设定值输入(Vset)。控制器(51)对充电器提供根据读取电压和设定电压生成的控制电压(Vfb)，来对充电器的输出电压进行反馈控制。结果，即使在电压测定电路中存在读取误差，在充电器中存在输出误差，也可以降低过电压设定值并且提高设定电压。
文档编号H02J7/00GK101335461SQ200810131918
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者织田大原重文 申请人:联想(新加坡)私人有限公司