JP2000510997A - バッテリの充電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バッテリ又はバッテリ・パック（２０６）を充電する方法を提供する。この方法は、温度及び電圧の両者がしきい値を越えた後に限り、急速充電を終了させる。このため、（充電に関連性のない）外的条件によりバッテリの温度が急速に上昇したとしても、バッテリは急速充電を行い続けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 バッテリの充電方法 産業上の利用可能性 本発明は一般にバッテリの充電方法に関し、特に、バッテリを効率的に充電す る方法に関する。 背景技術 今日使用されているバッテリの多くは、２つの速度を有する充電シーケンスを 使用している。これは、充電下においてバッテリがある期間の間は急速に充電さ れ、バッテリが所定の充電レベルに達するとその後はゆっくりとした速度で又は 少しずつ(tricle)充電を行うものである。ニッケル・カドミウム，ニッケル・メ タル・ハイドライドまたはリチウム・バッテリのような再充電可能なバッテリを 充電する場合、急速充電を終了させるシーケンスの多くは、所定の期間にわたっ てバッテリの温度が上昇したことを検出する手法（ΔＴ法）、または所与の期間 にわたってバッテリ電圧が上昇したことを検出する手法（ΔＶ法）のいずれかを 採用している。充電速度を切り替えるΔＴ法およびΔＶ法の両者は市場において 広く受け入れられている。しかしながらある環境の下では両者は、不正確さおよ びエラーに委ねられることになる。 たとえばバッテリ充電器が自動車内で使用される場合、たとえば警察のパトロ ールカー，消防車や、セルラ電話機用の車載用充電器等として使用される場合、 日光，夏の日差し等により自動車の内部環境の温度が上昇し、ΔＴ法では時期尚 早の切替を行ってしまう。これはΔＴ法が所定の期間にわたる温度により過充電 を検出しようとすることに起因する。温度が極めて高くなると（例えば、８月頃 のアメリカ合 衆国フェニックスにおける車の中）、充電するバッテリ・パックの温度は所定の しきい値を早く上回るものの十分な充電がなされておらず、この場合単に高い温 度環境下にさらされているに過ぎないこととなる。すなわち、充電器が急速充電 モードから低速充電モードに早く移行してしまうのである。 完全にバッテリを充電するには９０分を要する場合、シミュレーション上の環 境では、急速充電の期間は１５分弱で終了してしまう。このためユーザの側から すれば、充電されたバッテリは無線機や電話機を適切に動作させるには適切なも のではない場合がある。 したがって、このような問題を解決する充電方法が必要とされる。特に、適切 な時にモード切替を行う周囲温度を考慮した急速充電を終了させる方法が望まれ る。さらに、その方法は温度変化を監視するだけでなく、急速充電をいつ終了さ せるかを適切に判断するための他の基準をも考慮するものである。 図面の簡単な説明 図１は本発明による充電シーケンスを示すフローチャートである。 図２は本発明による充電シーケンスを実行するバッテリ・パックおよびバッテ リ充電器のブロック図を示す。 発明を実施するための最良の形態 図１は本発明によるバッテリの充電方法およびシーケンスを示すフローチャー トを示す。ステップ１２は充電の最初のステップを示す。ステップ１２は、充電 器が標準電圧を取得し、充電機内に挿入されたバッテリ・パックの温度チェック した後、急速充電シーケンスが初期化されることを示す。その後ステップ１４に おいて、バッテリ充電器はバッテリの初期温度（Ｒｔ１）を調べ、充電器に与え るバッテリの 基準温度を設定する。ステップ１６において、バッテリ充電器は３分タイマを初 期化する。３分タイマは、バッテリの温度を充電シーケンスにおいて適切な間隔 でサンプリングするために使用される。したがってステップ１６では、バッテリ の温度は急速充電期間の間３分ごとに測定される。ステップ１６で３分タイマを 準備するが、バッテリの温度をそれ以上又はそれ以下の間隔でサンプルすること も可能である。３分間という時間は説明の便宜上採用されているに過ぎず、必要 に応じて他の時間を採用することも可能である。 ステップ１８において、バッテリ充電器は３分間が経過したかどうかを監視し 続ける。３分間が経過していない場合、充電器は急速充電を継続する。３分間を 敬した場合はステップ２０に進み、バッテリの温度が調べられ、新しい温度（Ｒ ｔ２）が設定される。この場合において、３分タイマはリセットされ次の３分が 始まる。 温度（Ｒｔ２）を測定すると、バッテリ充電器はステップ２２においてＲｔ１ とＲｔ２とを比較する。充電器は、前の３分間における温度変化が予め選択され た温度しきい値を越えているかどうかを調べる。これは温度Ｒｔ２と温度Ｒｔ１ を比較することにより行われ、温度変化どのようであったかを調べ、それを予め 選択された温度しきい値と比較する。図１の好適実施例では、温度を調べる間隔 は３分間であり、予め選択された温度しきい値は摂氏１．６°程度である。これ らの数値については、必要に応じて他の数値を採用することも可能である。 ステップ２２において、Ｒｔ２−Ｒｔ１が予め選択された温度しきい値より大 きくない場合、充電器はＲｔ１をリセットし、ステップ２４においてＲｔ１を最 新の温度すなわちＲｔ２に設定する。充電器は直ちにステップ１８の前に戻り、 新たな３分間の経過を待ち、バッテステップ１８，２０，２２を行う。 ステップ２２においてＲｔ２−Ｒｔ１が予め選択された温度しきい値より大き い場合、充電器は、ステップ２６において現在のバッテリ電圧（Ｖ１）を調べる 。バッテリの技術の分野で良く知られているよ うに、バッテリがフル充電に向かうにつれて、バッテリの電圧はかなり劇的に上 昇し始める。同様に、バッテリがフル充電に達するとバッテリの温度も劇的に上 昇する。しかしながら既に述べたように、バッテリの充電に関係なく温度が上昇 してしまう状況では、バッテリ充電器の急速充電をその充電が完了する前に終了 させてしまう虞があった。したがって、バッテリが高温の自動車内に置かれてい るような場合、その温度上昇に起因してバッテリは充電器に対してフル充電であ るかのようになる。しかしながら、この温度上昇は、自動車の温度がバッテリの 温度より大きいという事実によるものである。本実施例ではステップ２６，２８ ，３０によりその課題を解決する。 ステップ２２において予め選択された温度しきい値を上回る場合、バッテリ充 電器はステップ２６において現在のバッテリ電圧Ｖ１を調べる。ステップ２８に おいてバッテリの電圧が予め選択された電圧以下である場合、充電器はその温度 上昇が何らかの環境的な要素によるものであり実質的にフル充電の状態に達した ものではないことを判断する。ステップ２４において、バッテリ充電器がＲｔ１ をＲｔ２でリセットすると、バッテリ充電器は急速充電モードにとどまることが できる。そして、ステップ１８の前に戻る。測定されるバッテリの電圧がステッ プ２８において予め選択された電圧しきい値より大きくなるまで、バッテリ充電 器は急速充電モードでバッテリを充電し続ける。しきい値より大きくなると、バ ッテリ充電器は、そのバッテリが実質的にフル充電の状態に達したことを判断し 、ステップ３０において急速充電モードを終了する。そして、充電器は低速の充 電モードになり、バッテリを実質的にそのフル充電状態に維持する。予め選択さ れたしきい値は、ニッケル系の再充電可能なバッテリの場合（例えば、ＮｉＣｄ ，ニッケル・メタル・ハイドライド・バッテリ）、９ないし１０ボルトが一般的 であるが、必要に応じて他の値を採用することも可能である。 図１に示すフローちゃーで表される方法は他の種類のバッテリ充電 器にも使用することが可能である。今日の市場に存在する多くの充電器は、温度 変化や電圧変化を測定することができる。しかしながら、コストその他の要因に より、１つの評価基準のみが測定されている。多くのバッテリでは、充電してい る間に温度を測定し、その情報を充電器に渡す手段を有する。温度の測定はバッ テリ・サーミスタの機能であり、これはしばしばバッテリ・パックに内蔵され、 １以上のコンタクトを介して充電器に結合される。 図２は本発明による、充電器２０２およびバッテリ・パック２０６から成るバ ッテリ充電システム２００のブロック図を示す。バッテリ・パック２０６は１以 上のバッテリ・セル２０８を含み、そのセルはバッテリ・パック２０６の電圧お よび充電容量を決定するものである。バッテリ・パック２０６は、充電されるバ ッテリの温度を調べるサーミスタ２１２のようなバッテリ温度インジケータを含 む。サーミスタ２１２は、バッテリ充電器がバッテリの温度変化の測定を可能に し、急速充電を終了させるか否かを判定するために使用される。サーミスタはバ ッテリ充電器２０２内に配置して挿入されるバッテリ・パックに隣接して設ける ことも可能である。 充電器２０２は充電器モニタ回路２２８から成り、これはマイクロプロセッサ ，マイクロコントローラその他の急速充電を終了させる方法を実行することので きる装置である。充電器モニタ回路２２８は、充電制御回路２３０を制御し、こ れはバッテリ・セル２０８を充電するためバッテリ・パック２０６に電流を供給 する。充電制御回路２３０は、当該技術の分野で良く知られたプログラム可能な 可変電流源等により構成される。制御信号が充電器モニタ回路２２８から充電制 御回路２３０にバス２４０を介して送られる。制御信号は充電制御回路２３０に 与えられ、バッテリ・パック２０６に対してライン２２９に与える電流量を知ら せる。 充電器モニタ回路２２８は３つのアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）ポート２２ ０，２２４，２２６を有する。Ａ／Ｄポート２２０はＢ ＋ラインの電圧をモニタし、Ａ／Ｄポート２２４はバッテリの温度変化をモニタ するためサーミスタ２１２の抵抗を感知する。Ａ／Ｄポート２２４は外部プルア ップ抵抗２１６に結合され、Ａ／Ｄポート２２４の電圧レベルを調べることによ りサーミスタの抵抗２１２を測定するために使用される。図２に示すようなバッ テリを有するバッテリ充電器は、図１の急速充電方法を実行することができる回 路の１つである。 本発明は効率的なバッテリ充電方法を提供し、バッテリの状態に依存してバッ テリの充電レベルを異ならせる。さらに、バッテリにおける温度変化が予め選択 された温度しきい値のレベルより大きい場合はバッテリの急速充電を継続させる 。これにより、温度が外部要因又は環境状態の関数として変化し、充電そのもの の関数ではなくなる。本発明は、優れた効率的なバッテリ充電方法を教示するに 止まらず、バッテリが無線機や電話機において使用される前に不完全に充電され た場合とは異なり、バッテリを当初から適切に充電するのでバッテリの消耗を削 減することも可能である。

【手続補正書】 【提出日】平成１０年１２月１６日（１９９８．１２．１６） 【補正内容】 請求の範囲 １．電気化学セルを充電する方法であって、当該方法は： セルの初期温度および電圧レベルを調べる段階； 急速充電モードで充電を開始する段階； 前記急速充電モードを開始した後、所定の時間間隔で前記セルの温度を測定 し、前記時間間隔における前記セルの温度上昇を調べる段階； 前記温度上昇が予め選択された温度しきい値を越えている場合にバッテリの 電圧を測定する段階；および 測定されたバッテリの電圧が予め選択された電圧しきい値を越える場合に、 前記急速充電モードを終了する段階； から構成されることを特徴とする方法。 ２．前記バッテリの温度が３分の時間間隔で測定されることを特徴とする請求項 １記載の方法。 ３．前記温度上昇が摂氏１．６°を越える場合に前記バッテリの電圧を測定する ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ４．前記予め選択された電圧のしきい値が９ないし１０ボルトであることを特徴 とする請求項１記載の方法。 ５．バッテリ充電器におけるバッテリ・セルの急速充電期間の終了する方法であ って、当該方法は： 前記急速充電期間において所定の時間間隔で前記バッテリ・セルの温度上昇 を調べる段階； 前記バッテリの温度上昇が予め選択された温度しきい値を越える場合にバッ テリの電圧を測定する段階；および 測定されたバッテリの電圧が予め選択された電圧しきい値を越える場合に前 記急速充電期間を終了する段階； から構成されることを特徴とする方法。 ６．前記バッテリの温度が３分の時間間隔で測定されることを特徴と する請求項５記載の方法。７ ．前記温度上昇が摂氏１．６°を越える場合に前記バッテリの電圧を測定する ことを特徴とする請求項５記載の方法。８ ．前記予め選択された電圧のしきい値が９ないし１０ボルトであることを特徴 とする請求項５記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲレン，マイケル・ディー アメリカ合衆国ジョージア州ダラス、アー ボア・ドライブ815 (72)発明者 ウィリアムス，ウィリアム・アール アメリカ合衆国フロリダ州コーラル・スプ リングス、ノース６ストリート8293

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気化学セルを充電する方法であって、当該方法は： セルの初期温度および電圧レベルを調べる段階； 急速充電モードで充電を開始する段階； 前記急速充電モードを開始した後、所定の時間間隔で前記セルの温度を測定 し、前記時間間隔における前記セルの温度上昇を調べる段階； 前記温度上昇が予め選択された温度しきい値を越えている場合にバッテリの 電圧を測定する段階；および 測定されたバッテリの電圧が予め選択された電圧しきい値を越える場合に、 前記急速充電モードを終了する段階； から構成されることを特徴とする方法。 ２．前記バッテリの温度が３分の時間間隔で測定されることを特徴とする請求項 １記載の方法。 ３．前記温度上昇が摂氏１．６°を越える場合に前記バッテリの電圧を測定する ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ４．前記予め選択された電圧のしきい値が９ないし１０ボルトであることを特徴 とする請求項１記載の方法。 ５．バッテリ充電器におけるバッテリ・セルの急速充電期間の終了する方法であ って、当該方法は： 前記急速充電期間において所定の時間間隔で前記バッテリ・セルの温度上昇 を調べる段階； 前記バッテリの温度上昇が予め選択された温度しきい値を越える場合にバッ テリの電圧を測定する段階；および 測定されたバッテリの電圧が予め選択された電圧しきい値を越える場合に前 記急速充電期間を終了する段階； から構成されることを特徴とする方法。 ６．前記バッテリの温度が３分の時間間隔で測定されることを特徴と する請求項５記載の方法。 ３．前記温度上昇が摂氏１．６°を越える場合に前記バッテリの電圧を測定する ことを特徴とする請求項５記載の方法。 ４．前記予め選択された電圧のしきい値が９ないし１０ボルトであることを特徴 とする請求項５記載の方法。