JP2001327094A - Charger and charging method for alkaline secondary battery - Google Patents
Charger and charging method for alkaline secondary batteryInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル・カドミ
ウム二次電池やニッケル・水素二次電池等のアルカリ二
次電池用の充電器および充電方法に関する。The present invention relates to a charger and a charging method for an alkaline secondary battery such as a nickel-cadmium secondary battery and a nickel-hydrogen secondary battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】ニッケル・カドミウム二次電池、ニッケ
ル・水素二次電池等のアルカリ二次電池の急速充電方法
には、大別して電池電圧により満充電を検出して制御す
る方法と電池温度により満充電を検出して制御する方法
がある。電池電圧により満充電を検出して制御する方法
の代表的なものは、満充電後の電池電圧の低下を検出す
る、いわゆる−ΔV方式であり、周囲温度による影響を
受けることなく電池に対する過充電量が少なく、誤検出
が少ないという利点を有している。2. Description of the Related Art A rapid charging method for an alkaline secondary battery such as a nickel-cadmium secondary battery and a nickel-hydrogen secondary battery is roughly classified into a method of detecting and controlling full charge by a battery voltage and a method of full charge by a battery temperature. There is a method of detecting and controlling charging. A typical method of detecting and controlling the full charge based on the battery voltage is a so-called -ΔV method that detects a decrease in the battery voltage after the full charge, and overcharges the battery without being affected by the ambient temperature. There is an advantage that the amount is small and erroneous detection is small.
【0003】電池温度により満充電を検出して制御する
方法は、−ΔVの比較的小さいニッケル・水素二次電池
において良く用いられる方法であるが、充電開始時から
の温度上昇値または温度上昇速度を検出する方法であ
り、電池の過充電量を−ΔV方式よりも少なくすること
ができるという利点を有している。The method of detecting and controlling the full charge based on the battery temperature is a method often used for a nickel-hydrogen secondary battery having a relatively small -ΔV. And has the advantage that the amount of overcharge of the battery can be made smaller than that of the -ΔV method.
【0004】また、充電電流や周囲温度の大きさに影響
されて誤差が生じるという上記充電方法の欠点を解消し
て、より満充電状態検知の精度を上げる充電方法とし
て、電池電圧変化速度の時間変化率(電圧曲線の2階微
分値)が正から負に転じる点を検知して電流を小さく
し、こののちさらに電池電圧変化速度が0ないし負にな
ることを検知して満充電状態を検知する方法が知られて
いる(例えば特開平4−217826)。[0004] Further, as a charging method for eliminating the drawback of the above-mentioned charging method in which an error is caused by the magnitude of the charging current or the ambient temperature and improving the accuracy of detection of the full charge state, the time of the battery voltage change rate Detects the point where the rate of change (the second derivative of the voltage curve) changes from positive to negative, reduces the current, and then detects that the battery voltage change rate becomes 0 or negative, and detects the fully charged state A known method is known (for example, JP-A-4-217826).
【0005】さらに、急速充電時の過充電を防ぐため
に、電池電圧変化速度の最大時点以後の一定の緩やかな
傾きになった時点を満充電状態として充電を停止する方
法が知られている(例えば特開平7−240234)。Further, in order to prevent overcharging at the time of rapid charging, a method is known in which charging is stopped at a time when a certain gentle slope after the maximum time of the battery voltage change speed is set to a full charge state (for example, see, for example). JP-A-7-240234).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】電池の充電は短時間で
行えれば行えるほど便利であるが、このためには、充電
電流を大きくする必要がある。しかしながら、大電流で
過充電を行った場合、電池内圧が上昇して安全弁からガ
スが外部に放出されて電解液が減少する等して、電池の
劣化を早めることになりやすい。The more convenient the battery can be charged in a short time, the more convenient it is. However, for this purpose, it is necessary to increase the charging current. However, when overcharging is performed with a large current, the battery internal pressure rises, gas is released from the safety valve to the outside, and the electrolyte decreases, and the battery is likely to deteriorate faster.
【0007】そこで、満充電状態をより正確に検知して
充電を停止し過充電を防止する事が必要となるが、従来
の方法では、いずれも充電電流を大きくした場合に満充
電状態を検知する時期が満足できる程度には早くなく、
過充電による負担を電池に強いることになる場合があっ
た。Therefore, it is necessary to detect the full charge state more accurately and stop charging to prevent overcharge. However, in the conventional methods, the full charge state is detected when the charging current is increased. It ’s not early enough to be happy,
In some cases, the burden of overcharging was imposed on the battery.
【0008】例えば、満充電状態をより正確に検知して
的確に充電を停止する方法として、電池電圧のサンプリ
ング時間をできるだけ短くする方法があるが、上記電池
電圧変化速度の時間変化率が正から負に転じる点を検出
しようとする場合、電池電圧のふらつきを検知してしま
い2回微分が正と負の間をいったりきたりしてしまって
検知が難しかったり、充電電流が3C以上と大きい場合
には、負に転じるのを待つと次の制御に入る時期が遅す
ぎることになってしまうという問題があった。For example, as a method of detecting the full charge state more accurately and stopping charging accurately, there is a method of shortening the sampling time of the battery voltage as much as possible. When trying to detect a point that turns negative, the battery voltage fluctuation is detected, and the two-time differentiation goes between positive and negative, making it difficult to detect, or when the charging current is as large as 3 C or more. However, there is a problem in that if the user waits for the value to turn negative, the timing for entering the next control is too late.
【0009】そこで、本発明は、充電電流を大きくして
急速充電を行っても、過充電が生じるのを抑制すること
ができ、電池への負担を軽減することの可能なアルカリ
二次電池用の充電器と充電方法を提供することを目的と
する。Accordingly, the present invention is directed to an alkaline secondary battery capable of suppressing overcharging even if the charging current is increased and performing rapid charging, thereby reducing the burden on the battery. It is an object of the present invention to provide a charger and a charging method.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本願第1の発明は、充電回路と、充電回路と充電され
る電池との接続の切換を行う切換手段と、検出した電池
電圧をデジタル信号に変換するA/D変換器と、該A/
D変換器から入力されるデジタル信号に基づき上記充電
回路と上記切換手段とを制御する制御装置とからなる充
電器であって、上記制御装置が電圧上昇速度の最大点を
検知するように動作し、最大点を検知した場合に充電電
流を小さくするように上記充電回路を制御することを特
徴とするアルカリ二次電池用充電器である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a charging circuit, switching means for switching a connection between a charging circuit and a battery to be charged, and detecting a battery voltage. An A / D converter for converting into a digital signal;
A charger comprising a control device for controlling the charging circuit and the switching means based on a digital signal input from a D converter, wherein the control device operates to detect a maximum point of a voltage rising rate. A charging circuit for controlling the charging circuit so as to reduce a charging current when a maximum point is detected.
【0011】電圧上昇速度の時間変化率が正から負に転
じるのを検知するのではなく、電圧上昇速度の最大点を
検知することによって、より早く満充電に近づいた状態
を検知することが可能となり、早くこの状態を検知して
電流を小さくすることによって、大電流での急速充電を
行った場合でも、最終的な満充電状態をより正確に検知
することができるようになり、過充電を抑制できるよう
になる。尚、上記「最大点」は、厳密な最大点である必
要はなく、好ましくは最大点または最大点の直前近傍で
あるのが良い。By detecting the maximum point of the voltage rising speed instead of detecting that the time rate of change of the voltage rising speed changes from positive to negative, it is possible to detect a state in which the battery is approaching full charge sooner. By quickly detecting this state and reducing the current, even if rapid charging with a large current is performed, the final fully charged state can be detected more accurately, and overcharging can be performed. It can be suppressed. The “maximum point” does not need to be a strict maximum point, and is preferably the maximum point or a point immediately before the maximum point.
【0012】そして、電圧上昇速度の最大点を検知する
には、電池電圧のサンプリングタイムを短く、好ましく
は1秒以下とし、上昇速度を算出するための比較点をこ
れより長い時間、好ましくはサンプリングタイムの30
倍以上、または30秒以上前のサンプリングデータと比
較して検知するようにするのがよい。なお、本発明の充
電器では、電流を小さくした後、従来用いられてきた方
法等により満充電状態が検知され、充電が停止またはト
リクル充電状態にされる。In order to detect the maximum point of the voltage rise rate, the sampling time of the battery voltage is shortened, preferably 1 second or less, and the comparison point for calculating the rise rate is set to a longer time, preferably sampling. 30 of time
It is preferable to detect by comparing with the sampling data more than twice or more than 30 seconds ago. In the charger of the present invention, after the current is reduced, the full charge state is detected by a conventionally used method or the like, and the charging is stopped or the trickle state is set.
【0013】本願第2の発明は、上記第1の発明におい
て、さらに電池温度検知手段を備え、上記制御装置が該
電池温度検知手段の検知した温度に基づき温度上昇速度
を検知するように動作し、上記電圧上昇速度の最大点を
検知する前に温度上昇速度が所定の値を超えた場合には
充電電流を小さくするように上記充電回路を制御し、上
記電圧上昇速度の最大点を検知した後に温度上昇速度が
所定の値を超えた場合には充電を停止するように上記充
電回路を制御することを特徴とするアルカリ二次電池用
充電器である。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a battery temperature detecting means is further provided, and the control device operates to detect a temperature rise rate based on the temperature detected by the battery temperature detecting means. If the temperature rising rate exceeds a predetermined value before detecting the maximum point of the voltage rising rate, the charging circuit is controlled so as to reduce the charging current, and the maximum point of the voltage rising rate is detected. An alkaline secondary battery charger characterized in that the charging circuit is controlled so that charging is stopped when the temperature rise rate exceeds a predetermined value later.
【0014】温度検知による制御を併用することによ
り、より正確に満充電状態と満充電に近づいた状態とを
検知することが可能となり、また、過充電をより精度良
く防止できる。さらに、電圧上昇より温度上昇が顕著に
現れるニッケル・水素電池に対してより効果的に過充電
を防止することができるようになる。充電電流を小さく
する所定の値と充電停止の所定の値とは、異なる値とす
るのが良く、前者を大きくするのが良い。これは、前者
が満充電に近づいた状態を検知するためのもの、後者が
満充電状態を検知するためのものであるからである。ま
た、電池温度そのものを検知して電流を小さくする制御
を加えても良く、この場合、電流値は上記小さくされた
電流値より大きく設定するのが良い。By using the control based on the temperature detection together, it is possible to more accurately detect the fully charged state and the state approaching the fully charged state, and it is possible to more accurately prevent overcharge. Further, overcharge can be more effectively prevented for a nickel-metal hydride battery in which a temperature rise is more remarkable than a voltage rise. The predetermined value for reducing the charging current is preferably different from the predetermined value for stopping charging, and the former is preferably increased. This is because the former is for detecting a state approaching full charge, and the latter is for detecting a fully charged state. Further, control for reducing the current by detecting the battery temperature itself may be added. In this case, the current value is preferably set to be larger than the reduced current value.
【0015】本願第3の発明は、上記第1または第2の
発明において、さらに、上記制御装置は、はじめ電圧上
昇速度を検知し、該電圧上昇速度が所定の大きさとなっ
た場合に電圧上昇速度の最大点を検知するように動作す
ることを特徴とするアルカリ二次電池用充電器である。[0015] In a third aspect of the present invention based on the first or second aspect, the control device detects a voltage rising speed at first, and increases the voltage rising speed when the voltage rising speed reaches a predetermined magnitude. An alkaline secondary battery charger that operates to detect a maximum point of speed.
【0016】このようにすることで、不必要な時点での
制御を省くことが可能となり、また、誤検知により満充
電状態から離れた状態で電流を小さくしてしまい、充電
時間が長くなってしまうのを防ぐことが可能となる。By doing so, it is possible to omit the control at an unnecessary time, and to reduce the current in a state away from the full charge state due to erroneous detection, which increases the charge time. Can be prevented.
【0017】本願第4の発明は、上記第1、第2または
第3の発明において、さらに、上記制御装置は、所定時
間の間、電圧上昇速度の時間変化率が0以下となった場
合に電圧上昇速度の最大点となったと判定することを特
徴とするアルカリ二次電池用充電器である。According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, the control device further comprises the step of determining that a time change rate of the voltage rising rate becomes 0 or less for a predetermined time. An alkaline secondary battery charger characterized in that it is determined that the maximum point of the voltage rising rate has been reached.
【0018】このようにすることで、特に電池電圧のサ
ンプリングタイムを短くした場合に、時間変化率が負に
なるのを待たずに時間変化率の最大を検知することがで
きる。なお、上記所定時間は、例えば、実験的に求める
ことができ、この場合、予め設定されるIn this way, the maximum time change rate can be detected without waiting for the time change rate to become negative especially when the battery voltage sampling time is shortened. The predetermined time can be determined experimentally, for example, and in this case, the predetermined time is set in advance.
【0019】本願第5の発明は、上記第4の発明におい
て、さらに、電圧上昇速度を算出するための比較基準時
間が電圧上昇速度の変化率を算出するための比較基準時
間より長いことを特徴とするアルカリ二次電池用充電器
である。In a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the comparison reference time for calculating the voltage rising speed is longer than the comparison reference time for calculating the rate of change of the voltage rising speed. Is a charger for an alkaline secondary battery.
【0020】このようにすることで、最大点または最大
点の直前を検知することが可能となる。時間変化率算出
のための比較基準時間は、サンプリングタイムと同じ
か、例えばこの数倍程度の、これに近い時間長さとする
のが良い。By doing so, it is possible to detect the maximum point or immediately before the maximum point. It is preferable that the comparison reference time for calculating the time change rate is the same as the sampling time, or a time length close to this, for example, about several times this.
【0021】本願第6の発明は、上記第1、第2、第
3、第4または第5の発明において、さらに、上記制御
装置は、電圧上昇速度を検出するための比較基準時間を
二つ以上有していることを特徴とするアルカリ二次電池
用充電器である。According to a sixth aspect of the present invention, in the first, second, third, fourth or fifth aspect, the control device further comprises two comparison reference times for detecting a voltage rising speed. A battery charger for an alkaline secondary battery having the above.
【0022】A/D変換器を用いて電池電圧をデジタル
信号に変換した場合、電池電圧のサンプリングタイムを
短くすると、直前のサンプリングデータとの比較では電
圧上昇速度を算出することができなくなってしまうため
に、所定時間前のサンプリングデータと比較する必要が
ある。この所定時間をここでは比較基準時間というが、
この時間はできるだけ短い方が急激な電池電圧の変化に
対応できる。しかしながら、短すぎると電圧上昇速度を
判定できなくなる場合が生じてしまう。そこで、この基
準時間を二つ以上持たせて両方で判定を行い、判定が可
能となる短い方の比較基準時間を採用することにより、
より迅速で的確な判定を行うことができる。When the battery voltage is converted into a digital signal by using an A / D converter, if the sampling time of the battery voltage is shortened, it becomes impossible to calculate the voltage rising speed by comparison with the immediately preceding sampling data. Therefore, it is necessary to compare with the sampling data before a predetermined time. This predetermined time is referred to herein as a comparison reference time,
If this time is as short as possible, it can respond to a rapid change in the battery voltage. However, if it is too short, it may not be possible to determine the voltage rising speed. Therefore, by giving two or more of these reference times, making a judgment with both, and adopting the shorter comparison reference time that enables the judgment,
Faster and more accurate determination can be made.
【0023】本願第7の発明は、上記第1、第2、第
3、第4、第5または第6の発明において、さらに、上
記制御装置は、電圧上昇速度の最大点を検知した場合に
充電電流を3C以下の大きさとなるように上記充電回路
を制御することを特徴とするアルカリ二次電池用充電器
である。According to a seventh aspect of the present invention, in the first, second, third, fourth, fifth or sixth aspect of the present invention, the control device further comprises the step of detecting the maximum point of the voltage rising speed. A charger for an alkaline secondary battery, characterized in that the charging circuit is controlled so that a charging current is 3 C or less.
【0024】3C以下とすることで、電流そのものの発
熱を除外した負極の酸素ガス吸収反応による温度上昇に
伴う電圧や温度の変化のみを検知できるようになり、充
電電流を小さくした後に正確に満充電を検知できる。By setting the temperature to 3 C or less, it becomes possible to detect only a change in voltage or temperature due to a temperature rise due to the oxygen gas absorption reaction of the negative electrode, excluding heat generation of the current itself, and to accurately detect a change in charge current after reducing the charging current. Charge can be detected.
【0025】本願第8の発明は、上記第1、第2、第
3、第4、第5、第6または第7の発明において、さら
に、上記制御装置は、電圧上昇速度の時間変化率の最大
を検知して充電電流を小さくした後、電圧上昇速度が0
となったことを検知すると充電を停止またはトリクル充
電状態とするように上記充電回路を制御することを特徴
とするアルカリ二次電池用充電器である。In an eighth aspect of the present invention, in the first, second, third, fourth, fifth, sixth or seventh aspect of the invention, the control device further comprises: After detecting the maximum and reducing the charging current, the voltage
The battery charger for an alkaline secondary battery is characterized in that the charging circuit is controlled so that charging is stopped or a trickle charging state is detected when the charging is detected.
【0026】本願第9の発明は、はじめに3Cより大き
な電流で充電を行い、その後、電圧上昇速度の最大点を
検知して3C以下の電流となるように充電電流を小さく
し、さらにこの後、電池の満充電状態を検知して充電を
停止またはトリクル充電状態とすることを特徴とするア
ルカリ二次電池用充電方法である。According to the ninth invention of the present application, charging is performed with a current larger than 3 C first, and thereafter, the maximum point of the voltage rising speed is detected, and the charging current is reduced to a current of 3 C or less. A charging method for an alkaline secondary battery, characterized in that charging is stopped or a trickle charging state is detected by detecting a fully charged state of the battery.
【0027】このように最初大きな電流で充電すること
により充電時間を短縮でき、時間変化率の最大を検知し
て電流を小さくすることで制御が追いつかないことによ
る過充電を防止する事ができ、さらに、正確な満充電時
点を検知することが可能となる。As described above, the charging time can be reduced by initially charging with a large current, and by detecting the maximum time change rate and reducing the current, it is possible to prevent overcharging due to control being unable to keep up. Further, it is possible to detect an accurate time of full charge.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、実施例と共に本願発明の実
施形態について説明する。図1は、本願発明に係る充電
器の概略構成を示すブロック図である。本例の充電器
は、商用交流電源6を整流し、所定の直流電流を出力す
る充電回路3と、充電回路3から二次電池への通電と切
断の切換を行うスイッチング素子4と、二次電池の端子
電圧をデジタル値に変換するA/D変換器2と、A/D
変換器2からの出力データを入力し、二次電池に対する
所定の充電制御動作を行う制御装置1とからなる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described together with examples. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the charger according to the present invention. The charger of the present embodiment includes a charging circuit 3 that rectifies a commercial AC power supply 6 and outputs a predetermined DC current, a switching element 4 that switches between energization and disconnection from the charging circuit 3 to the secondary battery, and a secondary element. An A / D converter 2 for converting a battery terminal voltage into a digital value;
The control device 1 receives the output data from the converter 2 and performs a predetermined charge control operation on the secondary battery.
【0029】制御装置1は、CPUからなる演算部11
とデータ記憶部12と制御出力部13とから構成された
ワンチップマイクロコンピュータであり、ROM内に予
め記憶されたプログラムにより動作する。充電回路3は
定電流源であって、制御装置1から入力される制御信号
に応じて出力電流を変更する。スイッチング素子4は、
リレーや半導体スイッチ等からなり、制御装置1から入
力される制御信号に応じて回路をオンオフし、通電時期
を制御する。A/D変換器2は、所定のサンプリングタ
イムで二次電池5の端子電圧を検知し、これをデジタル
信号に変換して制御装置1に入力する。下記に示す動作
例では、サンプリングタイムを0.4秒に、デジタル信
号に変換する際のビット幅を30mVに設定してある。The control device 1 includes an arithmetic unit 11 composed of a CPU.
And a one-chip microcomputer including a data storage unit 12 and a control output unit 13, and operates according to a program stored in a ROM in advance. The charging circuit 3 is a constant current source, and changes an output current according to a control signal input from the control device 1. The switching element 4 is
The circuit includes a relay, a semiconductor switch, and the like, and turns on and off a circuit in accordance with a control signal input from the control device 1 to control an energization timing. The A / D converter 2 detects the terminal voltage of the secondary battery 5 at a predetermined sampling time, converts this to a digital signal, and inputs the digital signal to the control device 1. In the operation example described below, the sampling time is set to 0.4 seconds, and the bit width when converting to a digital signal is set to 30 mV.
【0030】本例の充電器では、電池温度検知手段が備
えられていないが、例えば、電池温度検出手段を備える
場合には温度センサー等により直接または間接的に電池
温度を測定し、この測定値を御装置1に入力するように
する。そして、電圧検知の場合と同様にマイクロコンピ
ュータにより制御するようにする。Although the battery charger of this embodiment is not provided with the battery temperature detecting means, for example, when the battery temperature detecting means is provided, the battery temperature is directly or indirectly measured by a temperature sensor or the like. Is input to the control device 1. Then, similarly to the case of voltage detection, control is performed by a microcomputer.
【0031】次に、本例充電器の動作を、電池電圧上昇
速度の最大値を検知する流れ図を示す図2と、デジタル
信号の変換の様子を概念的に説明する図3の検出信号説
明図とを参照にしながら説明する。充電が開始される
と、A/D変換器2は、所定のサンプリングタイムでは
連続して変化する二次電池の端子電圧(図3(A))を
取り込み、これを所定のビット幅で区切ってデジタル信
号(Vn)に変換する。ビット幅内にある電圧はすべて
同じ電圧とされるので、これによって電池電圧は階段状
の不連続な電圧変化として認識される(図3(B))。Next, the operation of the battery charger of this embodiment will be described with reference to FIG. 2 showing a flow chart for detecting the maximum value of the battery voltage rising rate, and FIG. 3 showing the detection signal conceptually illustrating the conversion of a digital signal. This will be described with reference to FIGS. When charging is started, the A / D converter 2 takes in the terminal voltage of the secondary battery (FIG. 3A) that changes continuously at a predetermined sampling time, and divides the voltage by a predetermined bit width. Convert to a digital signal (Vn). Since all voltages within the bit width are set to the same voltage, the battery voltage is recognized as a step-like discontinuous voltage change (FIG. 3B).
【0032】そして、この信号Vnが演算部11に入力
されると、演算部11において、比較基準時間(下記動
作例では60秒)前に入力されデータ記憶部12に記憶
された信号Vn-60と引き算されて電圧上昇速度ΔVnが
算出され、さらにこの値が所定の値Vth以上かどうか
比較される。下記に示す動作例では、Vthは3に設定
してある。つめり、3ビット分の変化が生じたかどうか
が判断されることになり、すなわち、90mV/分以上
の電圧上昇速度となったかどうかが判断されることにな
る。When the signal Vn is input to the arithmetic unit 11, the signal V n− input in the arithmetic unit 11 before the comparison reference time (60 seconds in the following operation example) and stored in the data storage unit 12. The voltage increase speed ΔVn is calculated by subtracting 60 from the current value, and further, whether or not this value is equal to or greater than a predetermined value Vth is compared. In the following operation example, Vth is set to 3. In other words, it is determined whether or not a change of three bits has occurred, that is, whether or not the voltage rise rate is 90 mV / min or more.
【0033】Vth以上にならない場合には、上記動作
だけが繰り返されるが、Vth以上となった場合、所定
の比較基準時間(下記動作例では0.4秒)前に算出さ
れてデータ記憶部12に記憶されたΔVn-60と引き算さ
れて電圧上昇速度ΔVnの時間変化率Δ2 Vnが算出さ
れ、電圧上昇速度の時間変化率を検知する動作に入る。When the voltage does not exceed Vth, only the above operation is repeated. However, when the voltage exceeds Vth, it is calculated before a predetermined comparison reference time (0.4 seconds in the following operation example), and the data is stored in the data storage unit 12. Is subtracted from the ΔV n−60 stored in the step S1 to calculate the time rate of change Δ 2 Vn of the voltage rising rate ΔVn, and the operation starts to detect the time rate of change of the voltage rising rate.
【0034】このように、電圧上昇速度がある一定以上
の大きさになるまでは、時間変化率の検知を行わないの
は、充電末期の急激な電圧上昇期間に入る前の誤検知を
防ぐためである。図3(D)のL点では、時間変化率Δ
2 Vnが0となっており、このような処理を行わなけれ
ば、この時点で充電末期に近づいたと判断して電流を小
さくしてしまう恐れがあるが、充電末期では電圧上昇率
が大きくなることを利用して、このように電圧上昇速度
が所定の大きさとなった場合に電圧上昇速度の最大点を
検知するように動作させることで、誤動作が防止され
る。この図では、(C)のK点から最大点検知動作に入
ることになる。As described above, the detection of the time rate of change is not performed until the voltage rising rate becomes a certain value or more, in order to prevent erroneous detection before entering a sharp voltage rising period at the end of charging. It is. At the point L in FIG. 3D, the time change rate Δ
2 Vn is 0, and if such processing is not performed, it may be judged that the end of charging has been approached at this point and the current may be reduced, but the rate of voltage increase may increase at the end of charging. In this manner, malfunction is prevented by detecting the maximum point of the voltage rising speed when the voltage rising speed reaches a predetermined value. In this figure, the maximum point detecting operation starts from the point K in FIG.
【0035】なお、図2の流れ図では省略してあるが、
Vth以上となったことが所定回数(下記動作例では1
0回)連続して検知されたかどうかもあわせて判断され
るようになっており、所定回数連続して検知されて初め
て時間変化率算出のステップに移るようになっている。
これは、ノイズによる誤検知を防止するためである。Although omitted in the flowchart of FIG. 2,
A predetermined number of times (in the following operation example, 1
It is also determined whether the detection has been performed continuously (0 times), and the process proceeds to the time change rate calculation step only after the detection is continuously performed a predetermined number of times.
This is to prevent erroneous detection due to noise.
【0036】次に、時間変化率Δ2 Vnが算出される
と、この値が所定の値ΔVthより小さいかどうか比較
される。ΔVthの大きさを変化させることで、充電電
流切換のタイミングを変えることができ、Δ2 Vn算出
の比較基準時間とサンプリングタイムにもよるが、大き
くすれば切換のタイミングが早くなる。下記、動作例で
は、ΔVthは1(ビット)に設定されており、Δ2 V
n算出の比較基準時間を短くすることとあわせて、この
ように設定することで電圧上昇速度の最大点またはその
直前近傍を検知することができる。すなわち、所定時間
の間、電圧上昇速度の時間変化率が0以下となったかど
うかが検出される。Next, when the time change rate Δ 2 Vn is calculated, it is compared whether this value is smaller than a predetermined value ΔVth. By changing the magnitude of ΔVth, the timing of the switching of the charging current can be changed. Depending on the comparison reference time for calculating Δ 2 Vn and the sampling time, the timing of the switching becomes earlier with a larger value. In the following operation example, ΔVth is set to 1 (bit), and Δ 2 V
By setting in this way together with shortening the comparison reference time for n calculation, it is possible to detect the maximum point of the voltage rising speed or the vicinity immediately before it. That is, it is detected whether or not the time rate of change of the voltage rising speed has become 0 or less during the predetermined time.
【0037】そして、ΔVthより小さければ、この条
件を満たした回数がカウントされ、このカウントが所定
回数以上(下記動作例では5回以上)となると演算部は
制御出力部13に電流絞り込みのタイミングであること
を知らせる信号を入力し、制御出力部13が充電回路3
に電流を小さくすることを指令する電流絞り込み制御信
号を出力し、この信号の入力を受けて充電回路3は電流
を小さくし、好ましくは3C以下の電流にする。なお、
上記カウントはΔVth未満という条件が連続して満た
された場合にカウントが積み上げられるが、連続しなか
った場合にはリセットされるようになっている。ノイズ
による誤検知を防止するためである。If it is smaller than ΔVth, the number of times satisfying this condition is counted. If the count becomes a predetermined number or more (five or more in the following operation example), the arithmetic unit outputs the current to the control output unit 13 at the timing of current reduction. The control output unit 13 inputs a signal notifying that there is
The charging circuit 3 receives the input of this signal to reduce the current, and preferably reduces the current to 3 C or less. In addition,
The count is accumulated when the condition of less than ΔVth is continuously satisfied, but is reset when the condition is not continuous. This is to prevent erroneous detection due to noise.
【0038】図3(D)では、時間変化率Δ2 Vnが正
の値から一気に負の値に変化しているため、電圧上昇速
度の最大値を越えたところで最大値としての検出信号が
出るようになっているが、これは、この図では図をわか
りやすくするためにサンプリングタイムを非常にながく
とっているためで、実際には、サンプリングタイムを短
くするので、同図(D)のJ点でΔ2 Vnが0となるこ
とを検出することが可能であり、電圧上昇速度の最大点
を正確に検知することが可能となる。In FIG. 3D, since the time rate of change Δ 2 Vn changes from a positive value to a negative value at once, a detection signal as the maximum value is output when the voltage rise rate exceeds the maximum value. This is because, in this figure, the sampling time is very short in order to make the figure easy to understand, and in fact, the sampling time is shortened. It is possible to detect that Δ 2 Vn becomes 0 at a point, and it is possible to accurately detect the maximum point of the voltage rising speed.
【0039】例えば、図4に示すように、電圧上昇速度
の時間変化率は、その値を徐々に大きくして行くが、最
大点前後では0近傍となる。このため、比較基準時間を
十分に短くすることで、例えば、サンプリングタイムを
十分に短くした直前の値と比較することで、Δ2 Vnを
0,1,―1だけにすることができ、時間変化率の大き
いところは1が短い時間間隔で現れ、時間変化率の小さ
いところは長い時間間隔で現れるようにすることができ
る。そこで、これを利用して、所定の時間の間、0が検
出されることを検知することで(図中P点)、最大点直
前を検知できるようになる。すなわち、比較基準時間と
0検出のための所定時間を適宜調節すれば良い。For example, as shown in FIG. 4, the time rate of change of the voltage rising rate is gradually increased, but becomes close to 0 before and after the maximum point. For this reason, by making the comparison reference time sufficiently short, for example, by comparing with a value immediately before the sampling time is made sufficiently short, Δ 2 Vn can be made only 0, 1, −1, Where the rate of change is large, 1 appears at short time intervals, and where the rate of time change is small, it appears at long time intervals. Therefore, by utilizing this, it is possible to detect immediately before the maximum point by detecting that 0 is detected for a predetermined time (point P in the figure). That is, the comparison reference time and the predetermined time for detecting 0 may be appropriately adjusted.
【0040】以上のような動作をすることにより、電圧
上昇速度の最大点が検知され、最大点が検知されると充
電電流が小さくされる。そしてこの後は、電圧上昇速度
が0または負となったことを検知すると充電を停止また
はトリクル充電状態とするように制御装置1が動作し、
過充電状態を防ぎながら二次電池5の充電が行われるよ
うに本例充電器が動作する。By performing the above operation, the maximum point of the voltage rising speed is detected, and when the maximum point is detected, the charging current is reduced. After that, when detecting that the voltage rising rate is 0 or negative, the control device 1 operates so as to stop charging or to set a trickle charging state,
The charger of this example operates so that the secondary battery 5 is charged while preventing the overcharge state.
【0041】次に、具体的な動作例について説明する。
図4はニッケル・カドミウム二次電池を本発明に係る充
電器により充電した場合の、電池電圧変化、電池温度変
化および充電電流値の変化を示す動作説明図であり、図
5はニッケル・水素二次電池を本発明に係る充電器によ
り充電した場合の、電池電圧変化、電池温度変化および
充電電流値の変化を示す動作説明図である。Next, a specific operation example will be described.
FIG. 4 is an operation explanatory diagram showing a change in battery voltage, a change in battery temperature and a change in charge current value when a nickel-cadmium secondary battery is charged by the charger according to the present invention, and FIG. FIG. 9 is an operation explanatory diagram showing a change in battery voltage, a change in battery temperature, and a change in a charging current value when a secondary battery is charged by the charger according to the present invention.
【0042】この動作例で用いた充電器は、上記充電器
の構成に加え、サーミスタからなる電池温度検出手段を
備え、制御装置には電池温度上昇速度を検知し、この値
が所定の値以上となった場合に充電電流を小さくするよ
うに充電回路を制御するプログラムが組み込まれてい
る。そして、電池電圧上昇速度が0または温度上昇速度
が所定の値以上となった場合に、スイッチング素子を切
断して充電電流が0となるように制御するよう設定され
ている。さらに、電圧上昇速度の最大点を検知する前に
温度上昇速度が所定の値を超えた場合には充電電流を小
さくするように上記充電回路を制御するようにしてい
る。さらに、電池温度が所定の温度以上となった場合
に、電流を小さくするような機能も備えており、下記に
示すニッケル・水素二次電池の場合に用いた充電器で
は、温度が42℃を越えた場合に、電流を小さくする動
作を行うようにしている。この絶対温度検知は、電池の
過昇温を防ぐための制御であり、充電中に電池の限界温
度を超えないように、この温度より所定の小さい値を設
定する。The charger used in this operation example has a battery temperature detecting means comprising a thermistor in addition to the configuration of the above charger, and the control device detects a battery temperature rising speed, and this value is equal to or more than a predetermined value. In this case, a program for controlling the charging circuit so as to reduce the charging current in the case of is installed. When the battery voltage rise rate is 0 or the temperature rise rate is equal to or more than a predetermined value, the switching element is turned off to control the charging current to be 0. Further, when the temperature rising speed exceeds a predetermined value before detecting the maximum point of the voltage rising speed, the charging circuit is controlled so as to reduce the charging current. Furthermore, the battery has a function of reducing the current when the battery temperature becomes equal to or higher than a predetermined temperature, and the charger used in the case of the nickel-hydrogen secondary battery described below has a temperature of 42 ° C. When it exceeds, an operation to reduce the current is performed. This absolute temperature detection is a control for preventing the battery from overheating, and a value smaller than the temperature is set so as not to exceed the limit temperature of the battery during charging.
【0043】本例充電器では、サンプリングタイムが
0.4秒に、デジタル信号に変換する際のビット幅が3
0mVに設定されており、温度上昇速度算出時の比較基
準時間としては60秒と30秒の2種類が設定されてお
り、それぞれの比較基準時間に基づいて並列に同様の制
御処理が制御装置内で行われるようになっている。60
秒と30秒による制御信号の出される時期が異なる場合
または一方からしか制御信号が出ない場合には、先に出
た方の信号で制御され、同時に二つの信号が出た場合に
は、急激な変化に素早く対応するために、30秒の方の
制御信号を優先するようになっている。電圧上昇速度の
変化率を算出する場合の比較基準時間は0.4秒に設定
されている。In the present charger, the sampling time is 0.4 seconds, and the bit width at the time of converting to a digital signal is 3 seconds.
0 mV, and two types of comparison reference times for calculating the temperature rise speed, 60 seconds and 30 seconds, are set. Based on each comparison reference time, similar control processing is performed in parallel in the control device. It is to be performed in. 60
If the control signal is issued at a different time from the second and 30 seconds, or if the control signal is output from only one of them, the control is performed by the earlier signal. In order to quickly respond to such a change, the control signal for 30 seconds is prioritized. The comparison reference time for calculating the rate of change of the voltage rising speed is set to 0.4 seconds.
【0044】また、温度上昇速度での判定に用いられる
所定値は、2℃/分と1℃/分の二つの値が用意されて
おり、電圧上昇速度の最大点が検知されて電流が小さく
される前の判断基準となる所定値は2℃/分、電流が小
さくされた後の所定値は1℃/分と設定されている。こ
のように温度上昇速度の検知を併用する場合には、電圧
上昇速度の最大点が検知されて電流が小さくされる前の
判断基準となる所定値はより大きな値、電流が小さくさ
れた後の所定値はより小さな値とするのが良い。これは
電流が小さくされた後では、温度上昇速度が小さくなる
ためであり、これをより正確に検知して過充電を防ぐた
めである。また、電流が小さくなる前の温度上昇速度の
判定は、電圧上昇速度の最大点の検知と同じ目的で行う
からである。As the predetermined value used for the determination at the temperature rising rate, two values of 2 ° C./minute and 1 ° C./minute are prepared. When the maximum point of the voltage rising rate is detected, the current becomes small. The predetermined value serving as a criterion before the determination is set at 2 ° C./min, and the predetermined value after the current is reduced is set at 1 ° C./min. When the detection of the temperature rise rate is used in this way, the predetermined value serving as a criterion before the maximum point of the voltage rise rate is detected and the current is reduced is a larger value, and the predetermined value after the current is reduced is reduced. The predetermined value may be a smaller value. This is because, after the current is reduced, the temperature rise rate is reduced, and this is more accurately detected to prevent overcharging. Also, the determination of the temperature rising speed before the current becomes small is performed for the same purpose as the detection of the maximum point of the voltage rising speed.
【0045】さらに、充電開始時の充電電流は10アン
ペア、電圧上昇速度の最大点が検知された後の充電電流
と、電圧上昇速度の最大点が検知される前に温度上昇速
度が2℃/分を越えた場合の充電電流は、共に3アンペ
アとなるように設定されている。このようにこれらの設
定電流は同じにするのがよい。また、電圧上昇速度の最
大点および温度上昇速度の所定値が検知される前に電池
温度が所定の値以上となった場合の充電電流は、6アン
ペアに設定されている。この電流は、充電速度を早くす
るために、このように前者より大きく設定するのがよ
い。Further, the charging current at the start of charging is 10 amps, the charging current after the maximum point of the voltage rising rate is detected, and the temperature rising rate is 2 ° C./sec before the maximum point of the voltage rising rate is detected. The charging current in the case of exceeding the minute is set to be 3 amps. Thus, these set currents should be the same. Further, the charging current when the battery temperature becomes equal to or higher than the predetermined value before the maximum point of the voltage increasing speed and the predetermined value of the temperature increasing speed are detected is set to 6 amps. This current is preferably set to be larger than the former in order to increase the charging speed.
【0046】図5の動作説明図では、電池電圧12Vで
公称容量1900mAのニッケル・カドミウム二次電池
が用いられている。この場合、温度上昇速度および温度
による電流制御動作は入らずに、電圧上昇速度による電
流制御動作だけが行われた。充電時間は約19分であっ
た。10アンペアで定電流充電を行い、電池電圧上昇速
度が0となる時点を検知して充電を停止する従来の方法
に比べて、充電終了までの時間は約2分程度増えたが、
充電終了後の電池温度は従来の場合よりも約5℃低くな
り、サイクル寿命も延びた。In the operation explanatory diagram of FIG. 5, a nickel-cadmium secondary battery having a battery voltage of 12 V and a nominal capacity of 1900 mA is used. In this case, the current control operation based on the temperature rising speed and the temperature was not performed, and only the current controlling operation based on the voltage rising speed was performed. The charging time was about 19 minutes. Compared to the conventional method of performing constant current charging at 10 amps and detecting the time point at which the battery voltage rise rate becomes zero to stop charging, the time until the end of charging is increased by about 2 minutes.
The battery temperature after the completion of charging was about 5 ° C. lower than in the conventional case, and the cycle life was extended.
【0047】図6の動作説明図では、電池電圧12Vで
公称容量3000mAのニッケル・水素二次電池が用い
られている。この場合、最初に電池温度が42℃を越え
たために温度上昇を検知したことによる電流制御動作が
入り、充電電流が10アンペアから6アンペアに切り替
わり、その後、電圧上昇速度の最大点が検出されて3ア
ンペアに切り替わっている。充電時間は約25分であっ
た。10アンペアで定電流充電を行い、電池電圧上昇速
度が0となる時点を検知して充電を停止する従来の方法
に比べて、充電終了までの時間は少し長くなったが、充
電終了後の電池電圧は従来の場合よりも低くなり、サイ
クル寿命も延びた。In the operation explanatory diagram of FIG. 6, a nickel-hydrogen secondary battery having a battery voltage of 12 V and a nominal capacity of 3000 mA is used. In this case, a current control operation is performed by detecting a temperature rise because the battery temperature first exceeds 42 ° C., and the charging current is switched from 10 amps to 6 amps. Thereafter, the maximum point of the voltage increasing rate is detected. It has been switched to 3 amps. The charging time was about 25 minutes. Compared with the conventional method of performing constant current charging at 10 amps and detecting the time point at which the battery voltage rise rate becomes zero to stop charging, the time until the end of charging is slightly longer. The voltage was lower than in the conventional case, and the cycle life was extended.
【0048】[0048]
【発明の効果】本願発明によれば、充電電流を大きくし
て急速充電を行っても、過充電が生じるのを抑制するこ
とができ、電池への負担を軽減することの可能な電池に
優しいアルカリ二次電池用の充電器と充電方法を提供す
ることができる。According to the present invention, overcharging can be suppressed even when rapid charging is performed by increasing the charging current, and the battery is easy to use, which can reduce the burden on the battery. A charger and a charging method for an alkaline secondary battery can be provided.
【図1】この発明であるアルカリ二次電池用充電器およ
び充電方法の充電器の概略構成を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a charger for an alkaline secondary battery and a charger of a charging method according to the present invention.
【図2】電池温度上昇速度の最大値を検知する流れ図で
ある。FIG. 2 is a flowchart for detecting a maximum value of a battery temperature rising speed.
【図3】検出信号説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a detection signal.
【図4】検出信号説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a detection signal.
【図5】ニッケル・カドミウム二次電池を充電した場合
の動作説明図である。FIG. 5 is an operation explanatory diagram when a nickel-cadmium secondary battery is charged.
【図6】ニッケル・水素二次電池を充電した場合の動作
説明図である。FIG. 6 is an operation explanatory diagram when a nickel-hydrogen secondary battery is charged.
1 制御装置 2 A/D変換器 3 充電回路 4 スイッチング素子 5 二次電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control apparatus 2 A / D converter 3 Charging circuit 4 Switching element 5 Secondary battery
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02J 7/04 H02J 7/04 L ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02J 7/04 H02J 7/04 L
Claims (9)
との接続の切換を行う切換手段と、検出した電池電圧を
デジタル信号に変換するA/D変換器と、該A/D変換
器から入力されるデジタル信号に基づき上記充電回路と
上記切換手段とを制御する制御装置とからなる充電器で
あって、上記制御装置が電圧上昇速度の最大点を検知す
るように動作し、最大点を検知した場合に充電電流を小
さくするように上記充電回路を制御することを特徴とす
るアルカリ二次電池用充電器。1. A charging circuit, switching means for switching connection between a charging circuit and a battery to be charged, an A / D converter for converting a detected battery voltage into a digital signal, and the A / D converter And a controller that controls the charging circuit and the switching means based on the digital signal input from the controller, wherein the controller operates to detect the maximum point of the voltage rising speed, and A battery charger for an alkaline secondary battery, wherein the charger circuit is controlled so as to reduce a charging current when detecting a battery.
が該電池温度検知手段の検知した温度に基づき温度上昇
速度を検知するように動作し、上記電圧上昇速度の最大
点を検知する前に温度上昇速度が所定の値を超えた場合
には充電電流を小さくするように上記充電回路を制御
し、上記電圧上昇速度の最大点を検知した後に温度上昇
速度が所定の値を超えた場合には充電を停止するように
上記充電回路を制御することを特徴とする請求項1記載
のアルカリ二次電池用充電器。2. A battery temperature detecting means, wherein the control device operates to detect a temperature rising rate based on the temperature detected by the battery temperature detecting means, and detects a maximum point of the voltage rising rate before detecting the maximum point. When the temperature rising speed exceeds a predetermined value, the charging circuit is controlled to reduce the charging current, and when the temperature rising speed exceeds the predetermined value after detecting the maximum point of the voltage rising speed, 2. The charger for an alkaline secondary battery according to claim 1, wherein the controller controls the charging circuit so as to stop charging.
検知し、該電圧上昇速度が所定の大きさとなった場合に
電圧上昇速度の最大点を検知するように動作することを
特徴とする請求項1または2記載のアルカリ二次電池用
充電器。3. The control device according to claim 1, wherein the control device detects a voltage rising speed at first, and detects a maximum point of the voltage rising speed when the voltage rising speed becomes a predetermined magnitude. Item 3. The charger for an alkaline secondary battery according to Item 1 or 2.
昇速度の時間変化率が0以下となった場合に電圧上昇速
度の最大点となったと判定することを特徴とする請求項
1,2または3記載のアルカリ二次電池用充電器。4. The control device according to claim 1, wherein the controller determines that the maximum point of the voltage rising speed has been reached when the time rate of change of the voltage rising speed has become 0 or less for a predetermined time. 4. The charger for an alkaline secondary battery according to 2 or 3.
時間が電圧上昇速度の変化率を算出するための比較基準
時間より長いことを特徴とする請求項4記載のアルカリ
二次電池用充電器。5. The charger for an alkaline secondary battery according to claim 4, wherein the comparison reference time for calculating the voltage rising rate is longer than the comparison reference time for calculating the rate of change of the voltage rising rate. .
るための比較基準時間を二つ以上有していることを特徴
とする請求項1,2,3,4または5記載のアルカリ二
次電池用充電器。6. The alkaline secondary battery according to claim 1, wherein the control device has two or more comparison reference times for detecting a voltage rising speed. Battery charger.
を検知した場合に充電電流を3C以下の大きさとなるよ
うに上記充電回路を制御することを特徴とする請求項
1,2,3,4,5または6記載のアルカリ二次電池用
充電器。7. The control device according to claim 1, wherein the control device controls the charging circuit so that the charging current becomes 3 C or less when a maximum point of the voltage rising speed is detected. 7. The charger for an alkaline secondary battery according to claim 4, 4, 5, or 6.
を検知して充電電流を小さくした後、電圧上昇速度が0
または負となったことを検知すると充電を停止またはト
リクル充電状態とするように上記充電回路を制御するこ
とを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6または7
記載のアルカリ二次電池用充電器。8. The control device detects the maximum point of the voltage rising speed and reduces the charging current.
The charging circuit is controlled so that charging is stopped or a trickle charging state is detected when the charging becomes negative.
The charger for an alkaline secondary battery according to the above.
い、その後、電圧上昇速度の最大点を検知して3C以下
の電流となるように充電電流を小さくし、さらにこの
後、電池の満充電状態を検知して充電を停止またはトリ
クル充電状態とすることを特徴とするアルカリ二次電池
用充電方法。9. First, charging is performed with a current larger than 3C, thereafter, the maximum point of the voltage rising speed is detected, the charging current is reduced so as to be a current of 3C or less, and then the battery is fully charged. A charging method for an alkaline secondary battery, wherein charging is stopped or trickle charging is detected.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000137987A JP2001327094A (en) | 2000-05-11 | 2000-05-11 | Charger and charging method for alkaline secondary battery |
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