JP2002010513A

JP2002010513A - 二次電池の充電方法と充電器

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Publication number: JP2002010513A
Application number: JP2000190771A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Mabuchi; 信広馬渕
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-01-11
Anticipated expiration: 2020-06-26
Also published as: JP3691360B2

Abstract

(57)【要約】【課題】種々の電池をより好ましい環境で充電して、
電池性能を低下させることなく大電流で急速充電する。【解決手段】二次電池の充電方法は、電池の温度上昇
で二次電池１の充電電流を変更して充電する。二次電池
の充電方法は、充電を開始するときの電池温度である充
電開始温度と、充電している二次電池１の温度が上昇す
る温度上昇勾配とを検出し、充電開始温度と温度上昇勾
配によって、充電電流を変化させる電流切換温度を変更
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の温度上昇を
検出して、充電電流を変更しながら充電する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は、電池の状態に応じて充電電
流を最適値に調整することにより、電池性能を低下させ
ることなく、大きな電流で短時間に満充電できる。この
ことを実現する充電方法として、以下のステップで、ニ
ッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池を充電す
る方法が開発されている。 (1) 充電を開始するときに電池の温度を検出する。こ
のとき、検出した電池の温度を２０℃と仮定する。 (2) たとえば、３Ａで予備充電して、満充電した電池
や不良電池を判別する。 (3) その後、充電電流を７Ａに切り換えて急速充電を
開始する。 (4) 電池の温度を検出し、検出温度が２５℃となっ
て、充電開始温度よりも５℃高くなると、充電電流を１
０Ａに増加させる。 (5) さらに、電池温度を検出し、電池温度が５０℃と
なって１０Ａの充電を開始したときの温度からさらに２
５℃高くなると、充電電流を３Ａに減少する。 (6) 電池電圧から満充電を検出し、あるいは電池温度
が６０℃になると満充電と判定し、あるいはまた、充電
を開始してから６０分経過すると満充電と判定して充電
を終了する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上の充電方法は、電
池温度が低いときには大電流では充電せず、電池温度が
上昇して、充電のための化学反応を速やかにできる状態
になると充電電流を増加し、さらに、電池が満充電に近
付くと充電電流を少なくするので、電池の性能低下を極
減しながら、短時間で急速充電でる特長がある。ただ、
この充電方法は、電池の温度上昇が設定値になるときに
充電電流を変更するので、温度特性が異なる電池を必ず
しも理想的な環境では充電できず、電池性能を低下させ
たり、あるいは充電時間が長くなる等の弊害が発生す
る。このため、ニッケル−水素電池とニッケル−カドミ
ウムの両方を充電する充電器、あるいは、電池の種類は
同じであっても、温度特性が異なる電池を充電するとき
に、特定の電池の性能を低下し、あるいは充電時間が長
くなる等の弊害が発生する。さらに、単三電池や単二電
池のように、規格寸法の二次電池の充電器は、異なるメ
ーカーの二次電池が充電される。充電器の取扱説明書
は、メーカーに専用の充電器を使用するように記載して
いる。ただ、消費者は、現実には、違うメーカーの電池
を充電しているのが実状である。さらに、同じメーカー
の電池であっても、電池は日進月歩に改良されて容量や
電気特性、さらに温度特性も変化する。さらにまた、同
じメーカーの電池であって同じ外形寸法であっても、用
途によって容量や温度特性が異なる。たとえば、容量が
できるかぎり大きくなるように設計している電池と、で
きるかぎり大電流で放電できるように設計している電池
では、温度特性が異なる。

【０００４】したがって、電池温度を検出して充電電流
を変更して充電する方法は、必ずしも全ての電池を理想
に近い環境で充電できない。本発明は、さらにこの欠点
を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重
要な目的は、種々の電池をより好ましい環境で充電する
ことにより、電池性能を低下することなく大電流で急速
充電できる二次電池の充電方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の充電
方法は、電池の温度上昇で二次電池１の充電電流を変更
して充電する。二次電池の充電方法は、充電を開始する
ときの電池温度である充電開始温度と、充電している二
次電池１の温度が上昇する温度上昇勾配とを検出し、充
電開始温度と温度上昇勾配によって、充電電流を変化さ
せる電流切換温度を変更する。

【０００６】本発明の二次電池の充電方法は、好ましく
は、電池温度が第１電流切換温度まで上昇すると充電電
流を増加して充電し、その後、電池温度が第２電流切換
温度までに上昇すると充電電流を減少する。

【０００７】さらに、本発明の充電方法は、好ましく
は、温度上昇勾配が小さくなると、充電電流を増加させ
る第１電流切換温度を低くする。さらにまた、本発明の
充電方法は、好ましくは、電池温度が充電停止温度まで
上昇すると充電を停止する。温度上昇勾配は、たとえ
ば、電池温度が所定の温度上昇する時間で検出すること
ができる。さらに、本発明の充電方法は、好ましくは、
充電開始温度が所定の温度よりも低いとき、温度上昇勾
配が低くなるにしたがって第２電流切換温度を低くす
る。

【０００８】本発明の充電器は、電池の温度が上昇する
と二次電池１の充電電流を変更して充電する。充電器
は、充電している電池の温度上昇勾配と充電開始温度か
ら、充電電流を切り換える電池の温度を特定する温度テ
ーブルを記憶している記憶回路１０と、この記憶回路１
０に記憶される温度テーブルにしたがって、充電電流を
切り換える電流制御回路３とを備える。電流制御回路３
は、充電開始温度と温度上昇勾配を検出し、検出した充
電開始温度と温度上昇勾配から、記憶回路１０に記憶し
ている温度テーブルによって充電電流を特定し、特定さ
れた充電電流で二次電池１を充電するようにしている。

【０００９】本発明の充電器は、好ましくは、記憶回路
１０が、充電開始温度と温度上昇勾配からテーブル値を
特定する温度テーブルと、テーブル値から電流切換温度
を特定する温度テーブルとを記憶している。さらに、本
発明の充電器は、好ましくは、記憶回路１０が、充電開
始温度と温度上昇勾配から充電を停止させる充電停止温
度（ＴＣＯ）を特定する温度テーブルを記憶している。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための充電方法と充電器を例示
するものであって、本発明は充電方法と充電器を以下の
ものに特定しない。

【００１１】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。

【００１２】図１は本発明の充電方法に使用する充電回
路のブロック図を示す。この図の回路は、入力される商
用の交流を二次電池１を充電する直流電圧とする電源回
路２と、この電源回路２を制御して、二次電池１の充電
電流を変更する電流制御回路３と、二次電池１を充電す
る電流値を記憶している記憶回路１０とを備える。

【００１３】図の電源回路２はスイッチング電源で、入
力される商用の交流を直流に変換する第１整流回路４
と、第１整流回路４から出力される直流をスイッチング
して交流に変換するスイッチング素子５と、このスイッ
チング素子５でスイッチングされる交流を、二次電池１
を充電する電圧に変更するトランス６と、トランス６の
二次側に出力される交流を整流して直流に変換する第２
整流回路７とを備える。この図の電源回路２は、スイッ
チング素子５をオンオフにするデューティーを変更し
て、二次電池１を充電する電流を変更する。スイッチン
グ素子５のオフ時間に対するオン時間を長くすると、充
電電流は増加し、オン時間を短くすると充電電流は減少
する。スイッチング素子５のオン時間を長くすると、第
１整流回路４からトランス６に供給される電力が増加し
て、トランス６の出力が大きくなるからである。したが
って、この電源回路２は、スイッチング素子５をオンオ
フにするデューティーを制御して、二次電池１の充電電
流を調整できる。

【００１４】図示しないが、電源回路は、出力側に電流
を制御する出力制御回路を設けて、二次電池の充電電流
を調整することができる。出力制御回路は、トランジス
ターやＦＥＴ等の半導体素子で実現できる。出力制御回
路の半導体素子は、内部抵抗を変更して二次電池の充電
電流を制御する。

【００１５】電流制御回路３は、充電している二次電池
１の温度を検出する温度センサー８から入力される電池
温度から二次電池１の充電電流を演算する演算回路９
と、演算回路９から入力される制御信号と、電池と直列
に接続している電流検出抵抗１１から入力される電流検
出電圧でスイッチング素子５をオンオフにする信号を出
力するＣＶ−ＣＣ制御回路１２と、ＣＶ−ＣＣ制御回路
１２の出力でスイッチング素子５をオンオフに切り換え
るフォトカップラ１３とを備える。

【００１６】温度センサー８は、充電する二次電池１の
表面に配設されて、二次電池１の温度を検出する。図１
は、バッテリーパック１５に内蔵している二次電池１を
充電する回路を示している。バッテリーパック１５は、
二次電池１の温度を検出する温度センサー８を内蔵して
いる。温度センサー８は、サーミスタのように電池温度
で抵抗が変化する素子である。図の回路図に示す充電器
は、充電器の内部温度を検出する充電器温度センサー１
４も内蔵している。充電器温度センサー１４の信号は演
算回路９に入力される。演算回路９は、充電器の温度が
設定温度よりも高くなることを検出すると、充電を中断
し、あるいは充電電流を減少させる。

【００１７】演算回路９は、温度センサー８から入力さ
れる信号を演算して、二次電池１を充電する電流を制御
する。演算回路９が充電電流を変更する電池温度は、記
憶回路１０に記憶している。演算回路９は、記憶回路１
０に記憶しているテーブルにしたがって、二次電池１の
充電電流を変更する。演算回路９は、充電を開始した最
初に、所定の電流で二次電池１を予備充電して、満充電
された電池と不良電池を識別する。不良電池でなく、ま
た満充電された電池でないと判定されると、その後、所
定の電流で充電し、電池の温度が第１電流切換温度まで
上昇すると充電電流を増加させる。電池が満充電に近付
いて、電池温度が第２電流切換温度まで上昇すると、充
電電流を減少させて満充電する。

【００１８】演算回路９から出力される充電電流を切り
換える信号はＣＶ−ＣＣ制御回路１２に入力される。Ｃ
Ｖ−ＣＣ制御回路１２は、演算回路９が特定した充電電
流で二次電池１を充電するように、フォトカップラ１３
を介してスイッチング素子５のオンオフを制御する。Ｃ
Ｖ−ＣＣ制御回路１２は、電流検出抵抗１１の出力信号
で、二次電池１の充電電流を検出する。電流検出抵抗１
１で検出した充電電流が、演算回路９で特定された電流
となるように、フィードバックをかけてスイッチング素
子５を制御する。たとえば、充電電流が演算回路９から
特定される充電電流よりも小さくなると、ＣＶ−ＣＣ制
御回路１２は、スイッチング素子５をオンにする時間を
長くして、充電電流を増加させる。ＣＶ−ＣＣ制御回路
１２から出力されるオンオフのスイッチング信号は、フ
ォトカップラ１３で絶縁されてスイッチング素子５に入
力される。

【００１９】記憶回路１０は、二次電池１を充電する電
流値を記憶しており、電流制御回路３の演算回路９に接
続されている。記憶回路１０は、表１と表２に示す温度
テーブルを記憶している。演算回路９は、記憶回路１０
に記憶している表１と表２から、充電電流を切り換える
電池温度を特定する。演算回路９は、表１の温度テーブ
ルから表２のテーブル値を特定する。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】表１は、充電開始温度と温度上昇勾配から
テーブル値を特定する温度テーブルである。この表にお
いて温度上昇勾配は、電池温度が１℃上昇する時間で特
定される。温度上昇勾配は、単位時間に電池温度が上昇
する勾配であるから、上昇温度（℃）／時間（秒）で計
算される。したがって、上昇温度を１℃とする場合、温
度上昇勾配は１℃／時間（秒）となって時間の逆数で計
算される。このことから、表１において、１℃温度が上
昇する時間の長い電池は、温度上昇勾配が小さく温度が
ゆっくりと上昇する電池となる。この表は、予備充電し
た後、７Ａで充電して電池温度が１℃上昇する時間で温
度上昇勾配を特定している。本発明の充電方法は、所定
の温度上昇する時間ではなくて、時間を一定として電池
の上昇温度で温度上昇勾配を検出することもできる。

【００２３】表２は、Ａ〜Ｈのテーブル値において、充
電電流を７Ａから１０Ａに切り換える第１電流切換温度
と、１０Ａから３Ａに切り換える第２電流切換温度と、
充電を終了する充電停止温度（ＴＣＯ）とを特定する温
度テーブルである。この温度テーブルにおいて、第２電
流切換温度は、充電開始温度を基準としているが、第１
電流切換温度を基準として、第１電流切換温度からの上
昇する温度とすることもできる。充電停止温度（ＴＣ
Ｏ）は、充電開始温度から上昇した温度差ではなくて、
電池自体の温度である。

【００２４】図１に示す充電回路は、以下のステップで
二次電池１を充電する。充電するステップを図２に示し
ている。［ｎ＝１のステップ］充電器に二次電池１がセットされ
たかどうか、さらにセットされた二次電池１の種別を判
別する。二次電池１がセットされたかどうかは、電圧を
検出して判別する。また、二次電池１の種別は、セット
された二次電池１の出力電圧で判別する。［ｎ＝２のステップ］電池の温度を検出する。このステ
ップで電池の充電開始温度が検出される。［ｎ＝３のステップ］電池温度が異常に高い場合、充電
電流を０．１Ａに減少して充電を待機させる。電池温度
が設定温度まで低下すると、前のステップにもどる。電
池を急速充電しているときも、電池温度が異常に高くな
ると、このステップで充電電流を少なくして、電池温度
が低下するまで充電を待機させる。［ｎ＝４のステップ］３Ａの定電流で二次電池１を予備
出力する。このステップで、満充電した電池と、異常な
電池を識別する。電池が異常であると識別され、あるい
は満充電電池と識別されると、次のステップに進まな
い。

【００２５】［ｎ＝５〜７のステップ］充電電流を７Ａ
として急速充電を開始する。このステップにおいて、演
算回路９は電池の温度を検出し、電池温度が１℃上昇す
る時間を検出する。電池温度が１℃上昇する時間が検出
されると、検出された時間と充電開始温度から、表１に
したがって、テーブル値Ａ〜Ｈを選択する。たとえば、
電池温度が１℃上昇する時間が１８秒で、充電開始温度
が２１℃であると、表１からテーブル値Ｃが選択され
る。テーブル値Ｃは、表２に示すように、電池温度が２
７℃になって充電開始温度から６℃上昇して第１電流切
換温度になると、充電電流を７Ａから１０Ａに切り換え
る。１０Ａで充電して、電池温度が５１℃になって充電
開始温度から３０℃上昇して第２電流切換温度になる
と、充電電流を１０Ａから３Ａに切り換える。

【００２６】表２は、各々のテーブル値Ａ〜Ｈにおい
て、充電を停止させる電池温度として充電停止温度（Ｔ
ＣＯ）を特定している。電池の温度がこの温度になる
と、充電電流に関係なく、充電を停止させる。充電開始
温度が２５℃である電池は、１０Ａから３Ａに切り換え
る第２電流切換温度が、充電開始温度＋３０℃であるか
ら、第２電流切換温度からすれば、５５℃で充電電流を
１０Ａから３Ａに切り換える。ただ、電池温度が５５℃
になると充電を停止させるので、この電池は１０Ａから
３Ａに切り換えることなく、電池温度が５２℃になると
充電を停止する。したがって、１０Ａで充電して充電を
終了する。

【００２７】

【発明の効果】本発明の二次電池の充電方法と充電器
は、温度特性が異なる電池を、より好ましい環境で充電
して、電池性能を低下することなく大電流で急速充電で
きる特長がある。それは、本発明の充電方法と充電器
が、電池の充電開始温度と温度上昇勾配を検出して、充
電開始温度と温度上昇勾配の両方で、充電電流を切り換
える電流切換温度を最適値に変更しているからである。
電池は化学反応して充電されるので、温度が低いときに
大電流で急速充電すると電池性能を低下させる原因とな
る。従来の充電方法は、充電電流を切り換える温度を一
定に特定しているので、温度特性が異なる電池を同じ充
電方法や充電器で充電すると、電池性能が低下したり、
あるいは短時間で急速充電できなくなる欠点があった。
本発明の充電方法と充電器は、充電開始温度と温度上昇
勾配の両方で、充電電流を切り換える温度を変更するの
で、たとえば、充電を開始したときに温度の高い電池、
いいかえると、化学反応を速やかにできる電池を短時間
で大電流の急速充電に移行し、温度が低い電池、いいか
えると化学反応が緩慢な電池は、大電流に切り換える時
間を遅くして大電流による電池性能の低下を有効に防止
できる。さらに、充電中に温度がゆっくりと上昇する電
池と早く上昇する電池を、同じ温度で充電電流の切り換
えを行うと、電池性能を低下したり満充電できなくなっ
たりするが、本発明の充電方法と充電器は、温度上昇勾
配によっても充電電流を切り換える温度を最適値に変更
するので、温度が上昇する割合が異なる電池も、より理
想に近い状態で満充電できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の二次電池の充電方法に使用す
る充電回路のブロック図

【図２】図１に示す充電回路が二次電池を充電する工程
を示すフローチャート図

【符号の説明】

１…二次電池２…電源回路３…電流制御回路４…第１整流回路５…スイッチング素子６…トランス７…第２整流回路８…温度センサー９…演算回路１０…記憶回路１１…電流検出抵抗１２…ＣＶ−ＣＣ制御回路１３…フォトカップラ１４…充電器温度センサー１５…バッテリーパック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池の温度上昇で二次電池(1)の充電電
流を変更して充電する充電方法において、充電を開始するときの電池温度である充電開始温度と、
充電している二次電池(1)の温度が上昇する温度上昇勾
配とを検出し、充電開始温度と温度上昇勾配によって、
充電電流を変化させる電流切換温度を変更する二次電池
の充電方法。
【請求項２】電池温度が第１電流切換温度まで上昇す
ると充電電流を増加して充電し、その後、電池温度が第
２電流切換温度までに上昇すると充電電流を減少する請
求項１に記載の二次電池の充電方法。
【請求項３】温度上昇勾配が小さくなると、充電電流
を増加させる第１電流切換温度を低くする請求項１に記
載の二次電池の充電方法。
【請求項４】電池温度が充電停止温度まで上昇すると
充電を停止する請求項１に記載の二次電池の充電方法。
【請求項５】温度上昇勾配を、電池温度が所定の温度
上昇する時間で検出する請求項１に記載の二次電池の充
電方法。
【請求項６】充電開始温度が所定の温度よりも低いと
き、温度上昇勾配が低くなるにしたがって第２電流切換
温度を低くする請求項１に記載の二次電池の充電方法。
【請求項７】電池の温度が上昇すると二次電池(1)の
充電電流を変更して充電する充電器において、充電している電池の温度上昇勾配と充電開始温度から、
充電電流を切り換える電池の温度を特定する温度テーブ
ルを記憶している記憶回路(10)と、この記憶回路(10)に
記憶される温度テーブルにしたがって、充電電流を切り
換える電流制御回路(3)とを備え、電流制御回路(3)が、充電開始温度と温度上昇勾配を検
出し、検出した充電開始温度と温度上昇勾配から、記憶
回路(10)に記憶している温度テーブルによって充電電流
を特定し、特定された充電電流で二次電池(1)を充電す
るようにしてなることを特徴とする充電器。
【請求項８】記憶回路(10)が、充電開始温度と温度上
昇勾配からテーブル値を特定する温度テーブルと、テー
ブル値から電流切換温度を特定する温度テーブルとを記
憶している請求項７に記載される充電器。
【請求項９】記憶回路(10)が、充電開始温度と温度上
昇勾配から充電を停止させる充電停止温度（ＴＣＯ）を
特定する温度テーブルを記憶している請求項７に記載さ
れる充電器。