充電控制設備和充電控制方法

充電控制設備和充電控制方法
【專利摘要】一種充電控制設備，包括輸出電壓可變的充電器(120)，并且電池(105A，105B)與所述充電器(120)并聯。該充電控制設備還包括：電流檢測裝置(105A，105B)，分別檢測流向電池(105A，105B)的充電電流以及輸出所檢測到的電流值；最大值檢測器(130)，選擇電流檢測裝置(105A，105B)的輸出值之中的最大值并輸出該最大值；以及控制裝置(140)，控制所述充電器(120)的輸出電壓，以使得所述最大值檢測裝置(130)的所述輸出值等于設置值。
【專利說明】充電控制設備和充電控制方法

【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及對多個電池進行充電的技術。

【背景技術】
[0002]已知能夠基于化學反應反復地充電和放電的電池。這種類型的電池具有可允許的上限電流。從電池中流過在上限以上的充電電流會對電池造成損害。因此，當使用充電器對電池進行充電時，需要對充電電流進行控制，以使得其不超過上限電流。
[0003]在對電池進行充電的情況下，需要使用在不超過相應的上限電流的范圍之內的充電電流對電池充電。因此,需要針對每個電池控制充電電流。
[0004]專利文獻I描述了逐個對電池進行依次切換和充電的充電控制設備。
[0005]圖1示出了充電控制設備的配置。圖1中示出的充電控制設備包括以恒定電流和恒定電壓執行控制的充電器120、要被充電的電池1lA和101B、用于切換要被充電的電池的開關103A和103B、檢測電池1lA和1lB的電壓的電壓檢測器102A和102B、以及根據所檢測到的電壓值控制開關103A和103B并切換要被充電的電池的控制器110。電池、電壓檢測器和開關的數量可以增加，以支持將要被充電的電池的數量。
[0006]控制器110控制開關103A和103B將電池1lA或1lB連接到充電器120，并通過充電器120進行恒定電流控制。這里，假定電池1lA連接到充電器120。
[0007]當由電壓檢測器102A檢測到的電池10IA的電壓值達到設置電壓值時，控制器110控制開關103A和103B把要被充電的電池從電池1lA切換到電池101B，并且通過充電器120執行恒定電流控制。
[0008]當由電壓檢測器102B檢測到的電池1lB的電壓值達到設置電壓值時，控制器110控制開關103A和103B把要被充電的電池從電池1lB切換到電池101A，并且通過充電器120執行恒定電壓控制。該恒定電壓控制對電池1lA進行充電，直到該電池完全充電為止。
[0009]當電池1lA完全充電時，控制器110控制開關103A和103B把要被充電的電池從電池1lA切換到電池101B，并且通過充電器120執行恒定電壓控制。該恒定電壓控制對電池1lB進行充電，直到該電池完全充電為止。
[0010]專利文獻2描述了對包括串聯的單位電芯的組裝鋰離子電池進行充電的充電系統。
[0011]專利文獻2中描述的充電系統包括測量相應單位電芯的電壓并輸出表示測量結果的信號的電芯電壓調節器、基于來自電芯電壓調節器的信號監控單位電芯的電壓并控制流入單位電芯的充電電流的電池監控控制器以及調節流入組裝的鋰離子電池的充電電流的充電電流限制器。
[0012]當至少一個單位電芯的電壓達到基準值時，電池監控控制器使得充電電流限制器逐步降低流入組裝的鋰離子電池的充電電流。電芯電壓調節器包括充電電流旁路電路，該充電電流旁路電路將流入并聯的單位電芯中具有達到基準值的電壓的單位電芯的充電電流旁路。這一充電電流旁路電路防止單位電芯過充。
[0013]引用文獻列表
[0014]專利文獻
[0015]專利文獻I JP2004-357481A
[0016]專利文獻2 JP2011-182479A


【發明內容】

[0017]專利文獻I中描述的充電控制設備具有逐個對電池進行依次切換和充電的配置。該配置帶來的問題是，所需的充電時間與要被充電的電池的數量成比例地增大。
[0018]此外，需要針對相應的電池提供用于切換要被充電的電池的開關，由此帶來設備的成本和尺寸增加的問題。
[0019]在專利文獻2中描述的充電系統具有這樣的配置，其中包括串聯的單位電芯的整個組裝的鋰離子電池都被充電。因此，所需充電時間的增量(與要被充電的單位電芯的數量成比例的增加)較小。
[0020]但是，在專利文獻2中描述的充電系統中，電芯電壓調節器不只包括測量每個單位電芯的電壓的功能，還包括將流入具有達到基準值的電壓的單位電芯的充電電流旁路的充電電流旁路電路。這一配置導致設備的成本和尺寸增加的問題。
[0021 ] 注意到，將電池并聯連接到一個充電器允許一次對每個電池進行充電。然而，在這種情況中，具有相同值的電壓施加到各個電池并對這些電池進行充電。因此,流入各個電池的充電電流的幅值彼此不同。這一不同導致以下問題，用于將來自充電器的輸出電流維持在恒定值的恒定電流控制導致具有超出可允許充電電流值的值的電流流入某些電池，由此對電池造成損害。
[0022]本發明的一個目的在于提供允許一個充電器一次對多個電池進行充電、不對電池造成損害并且能夠防止所需的充電時間的增加、設備成本的增加以及設備尺寸的增加的充電控制設備和充電控制方法。
[0023]為了實現這一目的，本發明的一個方面提供了一種充電控制設備，包括輸出電壓可變的充電器，多個電池并聯連接到所述充電器，所述設備還包括:針對所述電池中的每一個設置的多個電流檢測裝置，每個電流檢測裝置被配置為檢測流向每個電池的充電電流以及輸出所檢測到的電流值；最大值檢測裝置，選擇所述多個電流檢測裝置的輸出值之中的最大值并輸出所選擇的值；以及控制裝置，控制所述充電器的輸出電壓，以使得所述最大值檢測裝置的所述輸出值與設置值相匹配。
[0024]本發明的另一方面提供了一種充電控制設備，包括輸出電壓可變的充電器，多個電池并聯連接到所述充電器，所述設備還包括:針對所述電池中的每一個設置的多個電流檢測裝置，每個電流檢測裝置被配置為檢測流向每個電池的充電電流以及輸出所檢測到的電流值；針對所述多個電流檢測裝置中的每一個設置的多個電流誤差輸出裝置，每個電流誤差輸出裝置被配置為輸出通過從每個電流檢測裝置的所述輸出值減去設置值所得到的值；最大值檢測裝置，選擇所述多個電流誤差輸出裝置的所述輸出值之中的最大值并輸出所選擇的值；以及控制裝置，控制所述充電器的輸出電壓，以使得所述最大值檢測裝置的所述輸出值為零。
[0025]本發明的另一方面提供了一種由充電控制設備執行的充電控制方法，其中所述充電控制設備包括輸出電壓可變的充電器，多個電池并聯連接到所述充電器，所述方法包括:檢測流向所述電池中的每一個的充電電流；以及控制所述充電器的輸出電壓，以使得所述電池的所述充電電流的檢測值之中的最大值與設置值相匹配。
[0026]本發明的另一方面提供了一種由充電控制設備執行的充電控制方法，其中所述充電控制設備包括輸出電壓可變的充電器，多個電池并聯連接到所述充電器，所述方法包括:檢測流向所述電池中的每一個的充電電流；通過從所述充電電流的檢測值減去設置值得到電流誤差值；以及控制所述充電器的輸出電壓，以使得所述電池的所述電流誤差值之中的最大值為零。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是示出了專利文獻I所描述的充電控制設備的配置的框圖；
[0028]圖2是示出了本發明的第一示例實施例的充電控制設備的配置的框圖；
[0029]圖3是示出了由圖2所示的充電控制設備執行的充電控制的過程的流程圖；
[0030]圖4是示出了充電電流如何由于圖2中所示的充電控制設備進行的充電控制而發生改變的特性圖；
[0031]圖5是示出了本發明的第二示例性實施例的充電控制設備的配置的框圖；
[0032]圖6是示出了由圖5中所示的充電控制設備執行的充電控制的過程的流程圖；以及
[0033]圖7是示出了本發明的一個示例中的充電控制設備中所采用的最大值檢測器的配置的電路圖。
[0034]附圖標記列表
[0035]10 ΙΑ、1lB 電池
[0036]105AU05B 電流檢測器
[0037]106AU06B 電流檢測電阻器元件
[0038]120充電器
[0039]121AU21B 反向電流保護器
[0040]130最大值檢測器
[0041]140、143充電控制器
[0042]141AU41B 誤差放大器
[0043]142AU42B 電流設置器
[0044]201下拉電阻器元件
[0045]202A、202B 運算放大器
[0046]203A>203B 二極管

【具體實施方式】
[0047]接下來，結合附圖描述本發明的示例性實施例。
[0048](第一示例性實施例)
[0049]圖2是示出了本發明的第一示例實施例的充電控制設備的配置的框圖。
[0050]參見圖2，充電控制設備對兩個電池1lA和1lB進行充電，并且包括電流檢測器105A和105B、電流檢測電阻器元件106A和106B、反向電流保護器121A和121B、充電器120、最大值檢測器130和控制器140。
[0051]電池1lA和1lB與具有可變輸出電壓的充電器120并聯。
[0052]充電器120的輸出線連接到反向電流保護器121A的一端，并且連接到反向電流保護器121B的一端。
[0053]反向電流保護器121A的另一端經由電流檢測電阻器元件106A連接到電池101A。反向電流保護器121B的另一端經由電流檢測電阻器元件106B連接到電池101B。
[0054]反向電流保護器121A和121B使得電流能夠只沿一個方向流動，并且防止反向電流從電池1lA和1lB流向充電器120。
[0055]電流檢測器105A檢測流經電流檢測電阻器元件106A的電流(即針對電池1lA的充電電流)，并將檢測值提供給最大值檢測器130。更具體地，電流檢測器105A通過測量電流檢測電阻器元件106A兩端之間的電壓來檢測充電電流。
[0056]電流檢測器105B檢測流經電流檢測電阻器元件106B的電流(即針對電池1lB的充電電流)，并將檢測值提供給最大值檢測器130。具體地，電流檢測器105B通過測量電流檢測電阻器元件106B兩端之間的電壓來檢測充電電流。
[0057]最大值檢測器130從提供自電流檢測器105A和105B的充電電流的檢測值之中選擇最大值并輸出所選的值。
[0058]控制器140根據最大值檢測器130的輸出值(充電電流的檢測值之中的最大值)控制充電器120的輸出電壓(充電電壓)。更具體地，控制器140控制充電器120的輸出電壓，以使得最大值檢測器130的輸出值與預設設置值相匹配。
[0059]充電器120被配置為使得輸出電壓在不超出預設最大電壓值的范圍之內根據控制器140的控制發生改變。
[0060]電池1lA和1lB是能夠反復進行充電和放電的次級電池(例如鋰離子電池和鋰聚合物電池)或高電容電容器(例如電雙層電容器和鋰離子電容器)。
[0061]電池1lA和1lB分別具有反向電流保護器121A和121B。因此，即使電池1lA和1lB的電壓彼此不同，電流也絕不會從具有高電壓的電池流向具有低電壓的電池。
[0062]圖2中示出的示例是在對兩個電池進行充電的情況下的可配置示例。在圖2中示出的配置中，在對至少三個電池進行充電的情況下，針對每個電池適當地提供電流檢測電阻器元件、電流檢測器和反向電流保護器。在這種情況下，最大值檢測器130從電流檢測器的輸出值之中選擇最大值，并輸出所選的值。
[0063]接下來，描述這一示例性實施例的充電控制設備的操作。
[0064]圖3是示出了充電控制的過程的流程圖。下文中，參照圖2和3對充電控制的操作進行描述。
[0065]在充電的開始，控制器140增大充電器120的輸出電壓(步驟S10)。
[0066]接下來，電流檢測器105A和105B檢測各個電池1lA和1lB的充電電流，并且最大值檢測器130向控制器140提供來自電流檢測器105A和105B的充電電流的檢測值之中的較高值(最大值)(步驟Sll)。
[0067]接下來，控制器140確定來自最大值檢測器130的充電電流的最大值是否與最初建立的設置值相匹配(步驟S12)。
[0068]如果步驟S12中的確定結果是“是”，則控制器140將充電器120的輸出電壓的幅值維持在當前值，并且以恒定電流執行充電(步驟S13)。在步驟S13之后，執行步驟Sll中的處理。
[0069]如果步驟S12中的確定結果是“否”，則執行步驟SlO中的處理。S卩，由控制器140控制增大充電器120的輸出電壓。
[0070]重復步驟SlO至S13中的處理。在充電器120的輸出電壓值達到最大電壓值之后，充電器120以最大電壓值執行恒壓充電。
[0071]圖4是示出了充電電流如何由于充電控制而隨時間推移發生改變的特性圖。在圖4中，由長虛線指示的充電電流I是針對電池10IA的充電電流，而由短虛線指示的充電電流2是針對電池1lB的充電電流。這里，假定電池1lA的電壓低于電池1lB的電壓。
[0072]控制器140增大充電器120的輸出電壓。更具體地，控制器140逐漸增大充電器120的輸出電壓，同時允許反饋能夠跟上。
[0073]當充電器120的輸出電壓值達到電池1lA(其電壓值低于電池1lB的電壓值)的電壓值時，充電電流開始流向電池101A。圖4中的時刻“a”是當充電電流開始流向電池1lA的時間點。
[0074]當充電電流開始流向電池1lA時，電流檢測器105A檢測電池1lA的充電電流。此時，充電電流不流向電池101B。因此，最大值檢測器130向控制器140提供電流檢測器105A處的充電電流的檢測值作為最大值。控制器140然后執行針對充電器120的輸出電壓的反饋控制，以使得來自最大值檢測器130的充電電流的最大值(其是針對電池1lA的充電電流的幅值)與設置值相匹配。
[0075]根據反饋控制，電流檢測器105A的充電電流的幅值與設置值相匹配。圖4中的時刻“b”是當電流檢測器105A的充電電流的幅值與設置值相匹配時的時間點。
[0076]當電流檢測器105A的充電電流的幅值與設置值相匹配時，控制器140將充電器120的輸出電壓值維持在當前值，并以恒流執行充電。
[0077]如果充電器120的輸出電壓增大到高于在充電電流開始流向電池1lA時的時間點(時刻“a”)處的值，則充電電流有時也可以開始流向電池101B。在這種情況下，來自電流檢測器105A和105B的充電電流的檢測值被提供給最大值檢測器130。最大值檢測器130向控制器140輸出來自電流檢測器105A和105B的充電電流的檢測值之中的較高值。
[0078]在圖4中的時刻“C”，電池1lB的充電電流的幅值(電流檢測器105B處的充電電流的檢測值)超出針對電池1lA的充電電流的幅值(電流檢測器105A處的充電電流的檢測值)。在這種情況下，最大值檢測器130將來自電流檢測器105B的充電電流的檢測值輸出到控制器140。控制器140然后執行針對充電器120的輸出電壓的反饋控制，以使得來自最大值檢測器130的充電電流的最大值(其是針對電池1lB的充電電流的幅值)與設置值相匹配。
[0079]根據反饋控制，如果針對電池1lA的充電電流(充電電流I)較大，則針對電池1lA的充電電流值將被選擇，并且將執行恒流充電；如果針對電池1lB的充電電流(充電電流2)較大，則針對電池1lB的充電電流值將被選擇，并且將執行恒流充電。
[0080]這一示例性實施例的充電控制設備使得一個充電器能夠一次對具有不同充電容量和充電狀態的電池進行充電。
[0081]此外，流入每個電池的電流的幅值不超過充電上限電流值，并且能夠以等同于用于對一個電池進行充電的充電時間對每個電池進行充電。
[0082]此外，不需要在專利文獻I中描述的裝置中所采用的開關和在專利文獻2中描述的系統中所采用的充電電流旁路電路。
[0083]通常，充電器的尺寸越大，每單位充電容量的體積和重量越小。此外,尺寸越大,充電器的將簡單產生的功率效率越高。因此，與其中具有一個電池的容量的充電器被提供用于每個電池的情況和其中提供了具有多個電池的容量的大型充電器的情況相比，能夠實現尺寸和重量的減小、效率的提高和成本的降低。
[0084](第二示例性實施例)
[0085]圖5是示出了本發明的第二示例性實施例的充電控制設備的配置的框圖。
[0086]這一示例性實施例中的充電控制設備不只包括圖2中示出的配置元件，而且還包括電流設置器142A和142B以及誤差放大器141A和141B。在這一點，該設備與第一示例性實施例中的設備不同。在圖5中，對于與第一示例性實施例中的元件相同的元件指派相同的標記。將其描述略去。
[0087]電流設置器142A輸出針對電池1lA的充電電流的上限值。電流設置器142B輸出針對電池1lB的充電電流的上限值。如果針對各個電池1lA和1lB的充電電流的上限值相同，則電流設置器142A和142B的輸出值相同。如果針對電池1lA的充電電流的上限值與針對電池1lB的充電電流的上限值不同，則電流設置器142A和142B輸出彼此不同的相應值。
[0088]誤差放大器141A接收電流設置器142A的輸出作為輸入，同時接收電流檢測器105A的輸出作為另一輸入，并且輸出這兩個輸入之差。具體地，誤差放大器141A輸出通過從電流檢測器105A的輸出值(針對電池1lA的充電電流的檢測值)減去電流設置器142A的輸出值(上限值)所得到的值。
[0089]如果針對電池1lA的充電電流的檢測值高于上限值，則誤差放大器141A的輸出值是正值。作為對比，如果針對電池1lA的充電電流的檢測值小于上限值，則誤差放大器141A的輸出值是負值。
[0090]誤差放大器141B接收電流設置器142B的輸出作為輸入，同時接收電流檢測器105B的輸出作為另一輸入，并且輸出這兩個輸入之差。更具體地，誤差放大器141B輸出通過從電流檢測器105B的輸出值(針對電池1lB的充電電流的檢測值)減去電流設置器142B的輸出值(上限值)所得到的值。
[0091]如果針對電池1lB的充電電流的檢測值高于上限值，則誤差放大器141B的輸出值是正值。作為對比，如果針對電池1lB的充電電流的檢測值小于上限值，則誤差放大器141B的輸出值是負值。
[0092]最大值檢測器130向控制器143輸出誤差放大器141A和141B的輸出值之中的較高值作為差的最大值。在選擇最大值時，考慮輸出值的符號。例如，如果所有值都是負的，則最接近正值(具有最小絕對值)的值被確定為最大值。
[0093]控制器143控制充電器120的輸出電壓，以使得最大值檢測器130的輸出值(最大值)是零。
[0094]圖5中的示出的示例是對兩個電池進行充電的情況下的配置示例。在根據圖5中所示的配置對至少三個電池進行充電的情況下，針對每個電池適當地提供電流檢測電阻器元件、電流檢測器、反向電流保護器、電流設置器以及誤差放大器。在這種情況下，最大值檢測器130從誤差放大器的輸出值之中選擇最高值(最大值)并輸出所選擇的值。
[0095]分離地提供電流設置器和誤差放大器。可替換地，電流設置器和誤差放大器可被配置為一個功能塊(電流誤差輸出裝置)。在這種情況下，電流誤差輸出裝置可以取代電流設置器并簡單地保持充電電流的上限值。
[0096]接下來，描述這一示例性實施例的充電控制設備的操作。
[0097]圖6是示出了充電控制的過程的流程圖。下文中，參照圖5和6對充電控制的操作進行描述。
[0098]在充電的開始，控制器143增大充電器120的輸出電壓(步驟S20)。
[0099]接下來，電流檢測器105A和105B檢測各個電池1lA和1lB的充電電流。誤差放大器141A和141B輸出通過從電流檢測器105A和105B的相應輸出值減去電流設置器142A和142B的輸出值(上限值)所得到的值。最大值檢測器130然后選擇誤差放大器141A和141B的輸出值之中的較高值(最大值)并輸出所選擇的值(步驟S21)。
[0100]接下來，控制器143確定來自最大值檢測器130的最大值是否等于零(步驟S22)。
[0101]如果步驟S22中的確定結果是“是”，則控制器143將充電器120的輸出電壓值維持在當前值，并且以恒定電流執行充電(步驟S23)。在步驟S23之后，執行步驟S21中的處理。
[0102]如果步驟S22中的確定結果是“否”，則執行步驟S20中的處理。更具體地，由控制器143控制增大充電器120的輸出電壓。
[0103]當重復步驟S20至S23中的處理并且充電器120的輸出電壓達到最大電壓值時，充電器120以最大電壓值執行恒壓充電。
[0104]這一示例性實施例的充電控制設備還可以實現與第一示例性實施例中的效果類似的操作效果。
[0105]示例 I
[0106]第一不例性實施例中的充電控制設備的不例被描述為本發明的第一不例。
[0107]該示例的充電控制設備具有圖2所示的配置。按如下對配置元件進行配置。
[0108]充電器120能夠提供的最大電壓值是4.2V。充電器120的電流供應容量最大為10A。
[0109]反向電流保護器121A和121B中的每一個由使用FET構造的理想二極管電路制成。
[0110]電池1lA和1lB中的每一個由具有1Ah的容量和5A的可允許充電電流的鋰離子電池制成，且其內阻為1m Ω。電池1lA的開路電壓是3.50V，且電池1lB的開路電壓是 3.55V。
[0111]電流檢測電阻器元件106A和106B的電阻器值均為1m Ω。電流檢測器105A和105B將電流檢測電阻器元件106A和106B兩端之間的相應電壓乘以100，并且每安培檢測到IV的電壓。
[0112]最大值檢測器130由電壓跟隨器電路制成。圖7是示出了最大值檢測器130的示例。
[0113]參見圖7，最大值檢測器130包括運算放大器202A和202B、二極管203A和203B和上拉電阻器兀件201。
[0114]運算放大器202A和202B中的每一個都是電壓增益為一的放大器，并且配置電壓跟隨器電路。運算放大器202A的一個輸入端(“ + ”側輸入端)連接到最大值檢測器130的輸入端子204A。運算放大器202B的一個輸入端(“ + ”側輸入端)連接到最大值檢測器130的輸入端子204B。
[0115]運算放大器202A的輸出端連接到二極管203A的一端。二極管203A的另一端連接到運算放大器202A的另一輸入端(側輸入端)和最大值檢測器130的輸出端子205。
[0116]運算放大器202B的輸出端連接到二極管203B的一端。二極管203B的另一端連接到運算放大器202B的另一輸入端(側輸入端)并且連接到連接二極管203A的另一端和輸出端子205的線路。
[0117]將二極管203A和203B兩者的另一端都連接到輸出端子205的線路經由上拉電阻器元件201接地。
[0118]在圖7所示的最大值檢測器130中，輸入端子204A和204B連接到電流檢測器105A和105B的相應輸出端。最大值檢測器130輸出提供給輸入端子204A和204B的輸入電壓之中的最高電壓。
[0119]控制器140由PID控制電路制成，并且控制充電器120的輸出電壓，以使得最大值檢測器130的輸出是5V的電壓值，其等效于5A的設置充電電流。這里，PID控制組合了比例控制、積分控制和差分控制，并且實現到設置值的收斂。
[0120]當這一示例的充電控制設備加電時，充電器120的輸出電壓根據來自控制器140的命令值逐漸增加。
[0121]當充電器120的輸出電壓達到3.50V(等于電池1lA的開路電壓)時，充電電流開始流向電池101A。此時，沒有任何充電電流流向電池101B。
[0122]電流檢測器105A檢測針對電池1lA的充電電流。充電電流的檢測值經由最大值檢測器130提供到控制器140。充電電流的檢測值小于設置充電電流值。因此，控制器140進一步增大充電器120的輸出電壓。
[0123]當充電器120的輸出電壓達到3.55V(等于電池1lB的開路電壓)時，充電電流也開始流向電池101B。此時，電流檢測電阻器元件106A的電阻器值和電池內阻值之和是20πιΩ。因此，2.5Α的充電電流流入電池101Α。
[0124]針對電池1lA的充電電流(2.5Α)大于針對電池1lB的充電電流。因此，最大值檢測器130向控制器140提供來自電流檢測器105Α的充電電流的檢測值(2.5Α)。2.5Α (等于充電電流的檢測值)小于設置電流值。因此，控制器140進一步增大充電器120的輸出電壓。
[0125]當充電器120的輸出電壓達到3.60V時，針對電池1lA的充電電流是5Α。此時，針對電池1lB的充電電流是2.5Α，而且來自充電器120的總輸出電流值是7.5Α。最大值檢測器130向控制器140提供5Α (等于電池1lA和1lB的充電電流的檢測值之中的最大值)的檢測值。
[0126]由于電池1lA的充電電流的檢測值與設置電流值相匹配，控制器140將充電器120的輸出電壓維持恒定并以恒流執行充電。
[0127]隨著充電的進行以及電池1lA的開路電壓的增大，充電電流開始降低。然而，控制器140增大充電器120的輸出電壓，以使得充電電流的最大值與設置電流值相匹配。
[0128]隨著充電的進行，針對電池1lA的充電電流變大。因此，電池1lA的充電狀態有時會趕上電池101B。在這種情況下，電池1lA和1lB的開路電壓基本上彼此匹配，并且充電電流也基本上彼此匹配。最大值檢測器130從針對電池1lA和1lB的充電電流的檢測值之中選擇較大的值(即使差相當小也是這樣)，并向控制器140輸出所選擇的值。
[0129]針對電池1lA和1lB的充電電流的幅值大約變為5A，并且以恒流執行充電。此時，充電器120的總輸出電流的幅值是1A0
[0130]當充電器120的輸出電壓達到4.2V時，充電電流值落至5A以下，控制器140向充電器120提供用于進一步增大輸出電壓的命令值。然而，即使充電器120從控制器140接收命令值，該充電器也不能輸出高于4.2V的電壓。因此，以4.2V的恒壓對電池1lA和1lB進行充電。
[0131]如果在針對電池1lB的充電電流的幅值達到針對電池1lA的充電電流的幅值之前充電器120的輸出電壓值達到4.2V，則充電電壓將不會再增大。以4.2V的恒壓對電池1lA和1lB進行充電。在這種情況下，針對電池1lB的充電電流的幅值永不達到設置電流值，并且狀態轉變到恒壓充電。
[0132]在每種情況下，對電池進行充電所需的時間基本上與對處于電量低狀態中的充電電池1lA進行充電所需的時間相匹配。因此，對電池進行充電不會增加充電時間。
[0133]示例 2
[0134]第二示例性實施例的充電控制設備的示例被描述為本發明的第二示例。
[0135]該示例的充電控制設備具有圖5所示的配置。按如下對配置元件進行配置。
[0136]充電器120能夠提供的最大電壓值是4.2V。充電器120的電流供應能力最大為10A。
[0137]反向電流保護器121A和121B中的每一個由使用FET構造的理想二極管電路構成。
[0138]電池1lA由具有1Ah的容量和5A的可允許充電電流的鋰離子電池構成，且其內阻為1mΩ。電池1lA的開路電壓是3.50V。
[0139]電池1lB由具有5Ah的容量和2.5A的可允許充電電流的鋰離子電池構成，且其內阻為20mΩ。電池1lB的開路電壓是3.55V。
[0140]電流檢測電阻器元件106A和106B的電阻值均為1m Ω。電流檢測器105A和105B將電流檢測電阻器元件106A和106B兩端之間的相應電壓乘以100，并每安培檢測到IV的電壓。
[0141]最大值檢測器130由圖7所示的電壓跟隨電路構成。
[0142]電流設置器142A輸出等同于電池1lA的可允許充電電流值的5V電壓。電流設置器142B輸出等同于電池1lB的可允許充電電流值的2.5V電壓。
[0143]控制器143由PID控制電路構成，并且控制充電器120的輸出電壓，以使得最大值檢測器130的輸出值是0V。
[0144]當這一示例的充電控制設備加電時，充電器120的輸出電壓根據來自控制器143的命令值逐漸增大。
[0145]當充電器120的輸出電壓達到3.50V(等于電池1lA的開路電壓)時，充電電流開始流向電池101A。此時，沒有任何充電電流流向電池101B。
[0146]當充電器120的輸出電壓達到3.50V(等于電池1lA的開路電壓)時，電流檢測器105A和105B均輸出對應于等于零的充電電流值的OV電壓。
[0147]誤差放大器141A輸出通過從電流檢測器105A的輸出值(OV)減去電流設置器142A的輸出值(5V)所得到的值(-5V)。與此同時，誤差放大器141B輸出通過從電流檢測器105B的輸出值(OV)減去電流設置器142B的輸出值(2.5V)所得到的值(_2.5V)。
[0148]最大值檢測器130將誤差放大器141A的輸出值(_5V)與誤差放大器141B的輸出值(-2.5V)進行比較，選擇-2.5V的最大值，并且將所選擇的值提供給控制器143。
[0149]由于最大值檢測器130的輸出值是負值(-2.5V)，所以控制器143進一步增大充電器120的輸出電壓。
[0150]當充電器120的輸出電壓值達到3.55V(等于電池1lB的開路電壓)時，充電電流也開始流向電池101B。此時，電流檢測電阻器元件106A的電阻值(1mΩ)和電池1lA的電池內阻值(1m Ω)之和是20m Ω。因此，2.5A的充電電流流入電池101A。
[0151]當充電器120的輸出電壓達到3.55V(等于電池1lB的開路電壓)時，電流檢測器105A輸出對應于2.5A的充電電流值的2.5V電壓，但電流檢測器105B輸出對應于等于零的充電電流值的OV電壓。
[0152]誤差放大器141A輸出通過從電流檢測器105A的輸出值(2.5V)減去電流設置器142A的輸出值(5V)所得到的值(-2.5V)。與此同時，誤差放大器141B輸出通過從電流檢測器105B的輸出值(OV)減去電流設置器142B的輸出值(2.5V)所得到的值(-2.5V)。
[0153]誤差放大器141A和141B的輸出值均為_2.5V。因此，最大值檢測器130選擇誤差放大器141A和141B的輸出值之一，并且將所選擇的值提供給控制器143。
[0154]由于最大值檢測器130的輸出值是負值(-2.5V)，所以控制器143進一步增大充電器120的輸出電壓。
[0155]當充電器120的輸出電壓達到3.60V時，5A的充電電流流入電池101A。此時，電流檢測電阻器元件106B的電阻器值(1mΩ)和電池1lB的電池內阻值(20mΩ)之和是30πιΩ。因此，約為1.7Α的充電電流流入電池101Β。充電器120的輸出電流值是6.7Α。
[0156]當充電器120的輸出電壓達到3.60V時，電流檢測器105Α輸出對應于5Α的充電電流值的5V電壓，但電流檢測器105Β輸出對應于1.7Α的充電電流值的1.7V電壓。
[0157]誤差放大器141Α輸出通過從電流檢測器105Α的輸出值(5V)減去電流設置器142Α的輸出值(5V)所得到的值(OV)。與此同時，誤差放大器141Β輸出通過從電流檢測器105Β的輸出值(1.7V)減去電流設置器142Β的輸出值(2.5V)所得到的值(-0.8V)。
[0158]最大值檢測器130將誤差放大器141Α的輸出值(OV)與誤差放大器141Β的輸出值(-0.8V)進行比較，選擇OV的最大值，并且將所選擇的值提供給控制器143。
[0159]由于最大值檢測器130的輸出值是0V，所以控制器143將充電器120的輸出電壓維持在當前值并以恒流執行充電。
[0160]隨著充電的進行以及電池1lA的開路電壓的增大，充電電流開始降低。然而，控制器143增大充電器120的輸出電壓，以使得充電電流的最大值與設置電流值相匹配。
[0161]隨著充電的進行以及電池1lA的開路電壓的進一步增大，電池1lB的充電電流有時達到2.5A的設置值。此時，誤差放大器141A和誤差放大器141B的輸出電壓均為0V。最大值檢測器130選擇誤差放大器141A和141B的輸出值(OV)之一，并將所選擇的值輸出到控制器143。
[0162]隨著充電的進行，針對電池1lB的充電電流超過2.5A的設置值，并且最大值檢測器130選擇誤差放大器141B的輸出值并將所選擇的值輸出到控制器143。控制器143控制充電器120的輸出電壓，以使得誤差放大器141B的輸出值是0V。在這種控制中，電池1lA的充電電流落至5A的設置值以下。
[0163]當充電器120的輸出電壓達到4.2V時，充電電流值落至設置值以下，控制器143向充電器120提供用于進一步增大輸出電壓的命令值。然而，即使充電器120從控制器143接收命令值，該充電器也不能輸出高于4.2V的電壓。因此，以4.2V的恒壓對電池1lA和1lB進行充電。
[0164]如果在針對電池1lB的充電電流達到設置值之前充電器120的輸出電壓值達到
4.2V，則充電電壓將不會再增大。以4.2V的恒壓對電池1lA和1lB進行充電。在這種情況下，針對電池1lB的充電電流的幅值永不達到設置電流值，并且狀態轉變到恒壓充電。
[0165]在針對電池1lB的充電電流達到設置值并且最大值檢測器130的輸入端在充電過程中被切換的情況下的充電時間長于分別以恒流和恒壓對電池1lA和1lB中的每一個獨立進行充電的情況下的充電時間,但短于獨立充電的情況下電池1lA和1lB的充電時間的總和。
[0166]本發明的充電控制設備適用于包括多個并聯的電池的大容量電池。這種電池有時會發生電池容量和特性的改變。然而，本發明的充電控制設備能夠在不超出每個電池的充電上限電流的情況下在短充電周期期間一次對具有不同充電容量和充電狀態的電池進行充電。
[0167]上文中已經參照了示例性實施例和示例對本發明進行了描述。然而，本發明并不限于上述示例性實施例和示例。在不偏離本發明的精神的情況下，可通過使本領域技術人員能夠理解的各種方式對本發明的配置和操作進行修改。
[0168]本申請要求享有提交于2012年4月24日的日本專利申請N0.2012-98645的優先權，其全部公開內容通過引用包含于此。
【權利要求】
1.一種充電控制設備，包括輸出電壓可變的充電器，多個電池并聯連接到所述充電器，所述設備還包括: 針對所述電池中的每一個設置的多個電流檢測裝置，每個電流檢測裝置被配置為檢測流向每個電池的充電電流以及輸出所檢測到的電流值； 最大值檢測裝置，選擇所述多個電流檢測裝置的輸出值之中的最大值并輸出所選擇的值；以及 控制裝置，控制所述充電器的輸出電壓，以使得所述最大值檢測裝置的所述輸出值與設置值相匹配。
2.一種充電控制設備，包括輸出電壓可變的充電器，多個電池并聯連接到所述充電器，所述設備還包括: 針對所述電池中的每一個設置的多個電流檢測裝置，每個電流檢測裝置被配置為檢測流向每個電池的充電電流以及輸出所檢測到的電流值； 針對所述多個電流檢測裝置中的每一個設置的多個電流誤差輸出裝置，每個電流誤差輸出裝置被配置為輸出通過從每個電流檢測裝置的所述輸出值減去設置值所得到的值； 最大值檢測裝置，選擇所述多個電流誤差輸出裝置的所述輸出值之中的最大值并輸出所選擇的值；以及 控制裝置，控制所述充電器的輸出電壓，以使得所述最大值檢測裝置的所述輸出值為零。
3.根據權利要求2所述的充電控制設備，其中將所述充電電流的上限值設為所述電池中的每一個的所述設置值。
4.根據權利要求1-3中的任一項所述的充電控制設備，還包括針對多條線路中的每一條設置的多個反向電流保護裝置，所述多條線路中的每一條將所述充電器的輸出線連接到所述電池，并且所述多個反向電流保護裝置防止電流從所述電池反向流動。
5.根據權利要求1-4中的任一項所述的充電控制設備，其中所述多個電池中的每一個包括以下各項中的任一項:鋰離子電池、鋰聚合物電池、電雙層電容器和鋰離子電容器。
6.一種由充電控制設備執行的充電控制方法，其中所述充電控制設備包括輸出電壓可變的充電器，多個電池并聯連接到所述充電器，所述方法包括: 檢測流向所述電池中的每一個的充電電流；以及控制所述充電器的輸出電壓，以使得所述電池的所述充電電流的檢測值之中的最大值與設置值相匹配。
7.一種由充電控制設備執行的充電控制方法，其中所述充電控制設備包括輸出電壓可變的充電器，多個電池并聯連接到所述充電器，所述方法包括: 檢測流向所述電池中的每一個的充電電流；通過從所述充電電流的檢測值減去設置值得到電流誤差值；以及控制所述充電器的輸出電壓，以使得所述電池的所述電流誤差值之中的最大值為零。
【文檔編號】H01M10/48GK104247200SQ201380021234
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月29日 優先權日:2012年4月24日
【發明者】橋本康史 申請人:Nec能源元器件株式會社