JP2002199605A

JP2002199605A - 充電方法および充電装置

Info

Publication number: JP2002199605A
Application number: JP2000393676A
Authority: JP
Inventors: Kaname Okuno; 要奥野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】定電流充電とパルス充電とを組み合わせた二次
電池の充電方法において急速充電を可能とする。【解決手段】電源回路１から二次電池Ｂへの充電経路
に、充電電流を決める定電流制御回路２と、充電電流を
流す状態と遮断する状態とを選択するスイッチ要素３と
が挿入される。定電流制御回路２の電流値およびスイッ
チ要素３の開閉は充電制御手段９が決定する。充電制御
回路９は、二次電池Ｂの充電開始から二次電池Ｂの電池
電圧が最大の電池電圧として許容された規制電圧に達す
るまでは一定値の充電電流を連続的に流す定電流充電を
行う。充電制御回路９は、二次電圧Ｂの電池電圧が規制
電圧に達した後は充電電流を間欠的に流すパルス充電を
行うようにし、パルス充電の期間においては充電率の増
加に伴って単位時間当たりの充電電気量を減少させるよ
うに充電条件を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池とくにリ
チウムイオン電池に対する充電方法および充電装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、二次電池を充電する際の二次電
池の端子電圧（以下、電池電圧という）には二次電池の
構造により制限される上限値（以下、規制電圧という）
があり、規制電圧を超えると性能劣化の原因になり、場
合によっては過熱や漏液が生じることになる。とくにリ
チウムイオン電池は、電池電圧が規制電圧を超えると障
害を生じやすいことが知られており、規制電圧以下で充
電することが重要である。

【０００３】一方、二次電池の充電時間を短くするには
充電電流を大きくしなければならないから、急速充電を
行うには二次電池に可能な限り高い電圧を印加すること
が要求される。そこで、充電時間を比較的短くしながら
も二次電池に障害を与えないようにする充電方法とし
て、二次電池に規制電圧を印加して充電する定電圧充電
方式、充電開始直後には定電流で充電し、電池電圧が規
制電圧に達した後には定電圧で充電を行う定電流・定電
圧充電方式（ＣＣ−ＣＶ方式）が広く採用されている。
定電流・定電圧充電方式は充電開始直後における充電電
流が定電圧方式よりも大きいから、定電圧方式よりも短
い時間で二次電池を充電することが可能になる。

【０００４】さらに、特開平６−１１３４７４号公報に
は、充電開始から二次電池の電池電圧が規定電圧に達す
るまでは定電流で充電し、その後、定電流充電の最終電
圧である第１の規定電圧で充電電流を間欠的に流すパル
ス充電を行い、充電電流が設定値以下になるか、充電電
流を流していない期間の二次電池の電池電圧が設定値以
上になるか、パルス充電を開始してから規定時間を経過
するかのいずれかの条件が成立すると、第１の規定電圧
よりも低い第２の規定電圧で定電圧充電を行うようにし
た充電方法が記載されている。このような方法で充電す
ると、パルス充電の期間において、充電と休止とを交互
に繰り返すから、副反応による電池の性能劣化を防止し
ながらも定電圧充電の際の第２の規定電圧よりも高い第
１の規定電圧でパルス充電を行うことによって、比較的
大きい充電電流を流すことができるから、定電流・定電
圧充電方式よりも充電時間を短縮することが可能にな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の技術では、パルス充電の期間において充電と
休止との周期は一定周期であり、また二次電池に印加す
る電圧も一定電圧であるから、パルス充電が必ずしも効
率よく行われておらず、二次電池の性能劣化を防止しな
がらも、さらに短時間で満充電に到達させる可能性が十
分に考慮されてはいない。

【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、定電流充電とパルス充電とを組み合
わせた二次電池の充電方法において、従来技術よりもさ
らに短時間で満充電に到達させる急速充電を可能とした
充電方法および充電装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、二次
電池の充電開始から二次電池の電池電圧が最大の電池電
圧として許容された規制電圧に達するまでは一定値の充
電電流を連続的に流す定電流充電を行い、二次電圧の電
池電圧が規制電圧に達した後は充電電流を間欠的に流す
パルス充電を行うようにし、パルス充電の期間において
は充電率の増加に伴って単位時間当たりの充電電気量を
減少させるように充電条件を変化させることを特徴とす
る。この方法によれば、パルス充電の期間において充電
率の増加に伴って充電電気量を減少させるように充電条
件を変化させていることによって、パルス充電の期間に
おける前半部分では充電電流を比較的大きく流すことが
でき、結果的にパルス充電の期間において充電電流が一
定である従来技術に比較して、より短時間での急速充電
が可能になる。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記パルス充電の期間における充電条件は、充電電
流の電流値と、間欠的に充電電流を流す周波数と、充電
電流のオンデューティとの少なくとも１つにより規定さ
れていることを特徴とする。この方法では、単位時間当
たりの充電電気量を変化させるパラメータを充電電流の
電流値と周波数とオンデューティとから選択するので制
御が容易である。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記パルス充電の期間において前記二次電池の電池
電圧が前記規制電圧に達したときには充電を停止させる
とともに、充電を停止している間に前記規制電圧よりも
低く設定されている充電再開電圧まで電池電圧が低下す
ると充電を再開させるようにし、前記パルス充電の期間
における充電条件は、充電電流の電流値と、間欠的に充
電電流を流す周波数と、充電再開電圧との少なくとも１
つにより規定されていることを特徴とする。この方法で
は、単位時間当たりの充電電気量を変化させるパラメー
タを充電電流の電流値と周波数と充電再開電圧とから選
択しており、二次電池への充電停止後の電池電圧の低下
率に関連して充電再開電圧を設定することにより、二次
電池の充電率に関連付けた充電制御が可能になる。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記充電率の目安として充電開始か
らの経過時間が計時されることを特徴とする。この方法
によれば、充電率の目安として充電開始からの経過時間
が計時されるから、充電中に充電率を求める演算を行う
必要がなく、充電条件を変化させるタイミングを簡便に
規定することができる。

【００１１】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記充電率の目安として単位時間当
たりのパルス数が計数され、設定した充電電流の電流値
およびオンデューティと計数したパルス数とを用いて充
電率が求められることを特徴とする。この方法によれ
ば、充電率を比較的よい精度で求めることを可能としな
がらも単位時間当たりのパルス数を計数するだけで充電
率を求めることができるから、充電条件を変化させるタ
イミングを比較的簡便に規定することができる。

【００１２】請求項６の発明は、請求項３の発明におい
て、前記パルス充電の期間において前記電池電圧が前記
規制電圧に達すると前記二次電池の一部の電荷を放電さ
せることを特徴とする。この方法によれば、二次電池の
一部の電荷を放出させることによって二次電池の内部に
おける分極効果を低減することが可能になり、充電再開
後の充電の効率が高くなり、結果的に充電時間を短縮す
ることが可能になる。

【００１３】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
６の発明において、温度センサにより検出される周囲温
度が高いほど充電時間を短縮するように充電条件を補正
することを特徴とする。一般に周囲温度は充電効率に影
響するから、温度センサによって周囲温度を検出すると
ともに、検出した周囲温度に応じて充電条件を補正する
ことにより、充電時間の短縮に寄与することになる。

【００１４】請求項８の発明は、二次電池への充電電流
の電流値を規定する定電流制御回路と、二次電池に充電
電流を流す状態と充電電流を遮断する状態とを選択する
スイッチ要素と、二次電池の電池電圧を検出する電圧検
出回路と、最大の電池電圧として許容された規制電圧と
電圧検出回路により検出された電池電圧とを比較する比
較手段と、電圧検出回路により検出された電池電圧が規
制電圧以下になるように比較手段の出力に基づいて定電
流制御回路による充電電流の電流値とスイッチ要素の開
閉のタイミングとを制御する充電制御手段とを備え、前
記充電制御手段では、二次電池の充電開始から電池電圧
が規制電圧に達するまではスイッチ要素をオンにして一
定値の充電電流を連続的に流す定電流充電を行い、二次
電圧の電池電圧が規制電圧に達した後はスイッチ要素を
開閉させることにより充電電流を間欠的に流すパルス充
電を行うようにし、パルス充電の期間においては充電率
の増加に伴って単位時間当たりの充電電気量を減少させ
るように充電条件を変化させるものである。この構成に
よれば、パルス充電の期間において充電率の増加に伴っ
て充電電気量を減少させるように充電条件を変化させて
いることによって、パルス充電の期間における前半部分
では充電電流を比較的大きく流すことができ、結果的に
パルス充電の期間において充電電流が一定である従来技
術に比較して、より短時間での急速充電が可能になる。

【００１５】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、前記充電制御手段では、前記パルス充電の期間にお
いて前記二次電池の電池電圧が前記規制電圧に達したと
きには前記スイッチ要素をオフにして充電を停止させる
とともに、充電を停止している間に前記規制電圧よりも
低く設定されている充電再開電圧まで電池電圧が低下す
ると充電を再開させるようにし、前記パルス充電の期間
における充電条件は、充電電流の電流値と、間欠的に充
電電流を流す周波数と、充電再開電圧との少なくとも１
つにより規定されており、第２のスイッチ要素と抵抗と
の直列回路が前記二次電池に並列に接続されるととも
に、前記充電制御手段では、前記パルス充電の期間にお
いて前記電池電圧が前記規制電圧に達すると前記二次電
池の一部の電荷を放電させるように前記第２のスイッチ
要素を一時的にオンにするものである。この構成によれ
ば、単位時間当たりの充電電気量を変化させるパラメー
タを充電電流の電流値と周波数と充電再開電圧とから選
択しており、二次電池への充電停止後の電池電圧の低下
率に関連して充電再開電圧を設定することにより、二次
電池の充電率に関連付けた充電制御が可能になる。ま
た、二次電池の一部の電荷を放出させることによって二
次電池の内部における分極効果を低減することが可能に
なり、充電再開後の充電の効率が高くなり、結果的に充
電時間を短縮することが可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本実施形態
は基本的には定電流充電の後にパルス充電を行うように
したものであって、パルス充電の期間において二次電池
の状態に応じて充電条件を変化させるようにしたもので
ある。二次電池としてはリチウムイオン電池を想定す
る。

【００１７】二次電池Ｂを充電する充電回路は、図１に
示すように構成されており、商用電源を降圧整流するよ
うな電力供給源としての電源回路１を備え、電源回路１
から二次電池Ｂへの充電経路には、二次電池Ｂへの充電
電流を設定された定電流に維持する定電流制御回路２
と、二次電池Ｂへの充電電流を断続させるスイッチ要素
３とが挿入され、さらに二次電池Ｂに供給される充電電
流が充電電流検出手段４により監視される。スイッチ要
素３はパルス制御手段５により開閉制御され、パルス制
御手段５では、スイッチ要素３を開閉させる周波数およ
びオンデューティ（周期に対するオン期間の比率）を制
御する。

【００１８】また、二次電池Ｂの電池電圧は電圧検出回
路６により監視されており、電圧検出回路６により検出
された二次電池Ｂの電池電圧は比較手段７に入力され、
規制電圧生成回路８において生成された一定電圧である
規制電圧と比較される。比較手段７はコンパレータを用
いて構成されており、電圧検出回路６により検出された
二次電池Ｂの電池電圧が規制電圧生成回路８により生成
された規制電圧を超える期間には、充電制御手段９に対
してスイッチ要素３をオフにするように指示し、二次電
池Ｂへの充電電流を停止させる。つまり、二次電池Ｂの
電池電圧が規制電圧を超えるのを防止して二次電池Ｂの
劣化を防止している。充電制御手段９は、比較手段７の
出力のほか充電電流検出手段４の出力も入力されてお
り、充電電流検出手段４により検出される充電電流が一
定に保たれるように定電流制御回路２を制御する。な
お、充電電流検出手段４は、たとえば電源回路１と二次
電池Ｂとの間の充電経路に挿入される抵抗からなり、こ
の抵抗の両端電圧を充電電流に比例する電圧として充電
制御手段９に与える。

【００１９】ところで、充電制御手段９はマイコンを主
構成とするものであって、充電電流検出手段４および比
較手段７の出力を受けて定電流制御回路２およびパルス
制御手段５を制御する。以下では、本実施形態における
充電制御手段９の動作について説明する。

【００２０】本実施形態では、図２に示すように、充電
を開始した直後においてはスイッチ要素３を連続的にオ
ンにして比較的大きい定電流で二次電池Ｂの定電流充電
を行う。充電が進むと二次電池Ｂの電池電圧が上昇し、
やがて二次電池Ｂの電池電圧が規制電圧生成回路８によ
り生成された規制電圧に達する。二次電池Ｂの電池電圧
が規制電圧に達したことを比較手段７が検出すると、充
電制御手段９ではパルス制御手段５を通してスイッチ要
素３を間欠的に開閉させるパルス充電に移行させる。ま
た、必要に応じて定電流制御回路２に対して充電電流の
変更を指示する。したがって、パルス充電の際の充電条
件としては、パルス制御手段５によりスイッチ要素３を
開閉する周波数およびオンデューティが変更可能であ
り、定電流制御回路２により充電電流の電流値が変更可
能になっている。要するに充電条件として３種類のパラ
メータが変更可能である。

【００２１】いま、充電制御回路９によって定電流制御
回路２に対して指示可能な電流値が１．２６Ａ、０．９
７Ａ、０．７８Ａであって、パルス制御手段４に指示可
能な周波数が１００Ｈｚ、５００Ｈｚ、１０００Ｈｚで
あり、さらにパルス制御手段４に指示可能なオンデュー
ティが７０％、８０％、９０％であるものとする。パル
ス充電の際の充電条件は、これらの組合せにより設定さ
れる。また、パルス充電の期間において二次電池Ｂの状
態としては充電率を考慮し、充電率に応じて充電条件を
変化させる。充電率は二次電池Ｂの完全充電時の容量に
対する残存容量と充電電気量との和の百分率として表さ
れる（すなわち、充電率＝（（残存容量＋充電電気量）
／完全充電時の容量）×１００）。

【００２２】充電率の定義から明らかなように充電率を
知るには充電電気量を求める必要がある。充電電気量は
単位時間（たとえば１秒）当たりのパルス数、充電電流
の電流値、オンデューティを用いれば求めることができ
る。充電電流の電流値は充電電流検出手段４による検出
値を用いてもよいが、充電電気量を簡易に求めるには定
電流制御回路２により設定されている電流値を用いるこ
とも可能である。また同様に、オンデューティはパルス
制御手段５により制御しているオンデューティを用いれ
ばよい。したがって、充電制御手段７においては、単位
時間当たりのパルス数を計数するのみで、充電電流の電
流値およびオンデューティについては既知の値を用いる
ことによって充電電気量を簡易的に求めることができ、
これによって充電率を求めることができる。

【００２３】いま、充電率について、６５％、７５％、
８５％を閾値として設定しているものとする。ここで、
充電開始時には充電率が６５％よりも小さく、１．２６
Ａで定電流充電を行うことによって二次電池Ｂの電池電
圧（電圧検出回路６により検出される電圧）が規制電圧
（たとえば、４．２５Ｖ）に達したとする。このときの
充電率はたとえば５５％になる。上述したように二次電
池Ｂの電池電圧が規制電圧に達するとパルス充電に移行
し、充電率が６５％に達するまでは定電流制御回路２の
出力電流は１．２６Ａに保たれるが、スイッチ要素３を
開閉する周波数が１００Ｈｚ、オンデューティが９０％
に設定される。このようにパルス充電を行うと充電率が
増加するから、充電率が６５％に達すると７５％になる
までは、充電電流を０．９７Ａに設定し、スイッチ要素
３を開閉する周波数を５００Ｈｚ、オンデューティを８
０％に設定する。さらに、充電率が７５％に達した後に
は８５％に達するまでの間に、充電電流を０．７８Ａ、
周波数を５００Ｈｚ、オンデューティを７０％とし、充
電率が８５％以上になると充電電流を０．７８Ａ、周波
数を１０００Ｈｚ、オンデューティを７０％とする。要
するに、充電率が増加するほど単位時間当たりの充電電
気量を段階的に低下させることになる。ここにおいて、
完全充電時の容量は二次電池Ｂの仕様によって決まり、
残存容量は充電開始時の電池電圧によって推定でき、充
電電気量は充電条件によって推定することができるか
ら、充電率を推定することができる。そこで、充電制御
手段９を構成するマイコンにおいて充電率を演算すると
ともに、上述した閾値と比較することにより上述の制御
を行うことが可能になる。

【００２４】充電率に関する閾値および充電条件は上例
に限定されるものではなく、たとえば充電率に関して５
８％、７８％を閾値として設定してもよい。ここで、充
電開始からの定電流充電では１．２６Ａの充電電流を流
し、パルス充電に移行した後にはスイッチ要素３の開閉
の周波数は５００Ｈｚ、オンデューティを８０％とし、
充電率が５８％に達するまでは充電電流を１．２６Ａ、
充電率が５８〜７８％である間には充電電流を０．９７
Ａ、充電率が７８％以上になると充電電流を０．７８Ａ
とするというように、周波数およびオンデューティは変
更せずに充電電流のみを変更するようにしてもよい。こ
の場合も単位時間当たりの充電電気量は段階的に低減さ
れることになる。

【００２５】ちなみに、従来方法のように、定電流充電
からパルス充電に移行した後に単位時間当たりの充電電
気量を一定に保つように制御した場合にはパルス充電に
移行してから１時間後の充電率が８５％であったのに対
して、他の条件を等しくして本実施形態の方法を採用し
た場合には９２％の充電率を得ることができた。すなわ
ち、従来方法と本実施形態の方法とにおいて、充電率が
１００％に達するまでの時間を比較すれば本実施形態の
ほうが従来方法よりも短くなり、結果的に本実施形態の
方法を採用すればより一層の急速充電が可能になる。

【００２６】なお、上述した具体的な数値は一例であっ
て、二次電池Ｂの仕様に応じて最適と考えられる充電条
件を設定すればよい。いずれにしても、定電流充電から
パルス充電に移行した後には、単位時間当たりの充電電
気量を段階的に低減させることになる。要するに、図２
に示すように、充電開始から二次電池Ｂの電池電圧が規
制電圧Ｖｓに達するまでは定電流充電を行い、二次電池
Ｂの電池電圧が規制電圧Ｖｓに達した後にはパルス充電
を行う。また、パルス充電の期間においては、充電電
流、スイッチ要素３の開閉の周波数、オンデューティの
うちの少なくとも１つのパラメータを変化させることに
よって（図示例ではオンデューティは変化させず、充電
電流と周波数を変化させている）、単位時間当たりの充
電電気量を段階的に低下させるのである。その結果、パ
ルス充電の前半期間では充電電気量を比較的大きくとる
ことができ、結果的に充電時間の短縮につながるのであ
る。

【００２７】（第２の実施の形態）本実施形態は、図３
に示すように、図１に示した第１の実施の形態の構成に
加えて、電圧検出回路６で検出される二次電池Ｂの電池
電圧が充電再開電圧まで低下したときに充電制御手段９
に対して充電の再開を指示する充電再開電圧比較手段１
１と、充電再開電圧を決める充電再開電圧生成回路１２
とを設け、さらに二次電池Ｂの両端間に接続される１０
Ω程度の比較的小さい抵抗１３とスイッチ要素１４との
直列回路を付加したものである。また、図示していない
が、充電再開電圧生成回路１２は充電制御手段９からの
指示によって充電再開電圧が変更可能になっている。ス
イッチ要素１４は充電制御手段９により開閉制御され
る。他の構成は図１に示した第１の実施の形態と同様で
ある。

【００２８】本実施形態は、二次電池Ｂの充電率が大き
いほど充電電流の停止後における二次電池の電池電圧の
低下率が小さくなるという知見に基づいてなされてお
り、充電率に閾値を設定するとともに充電率が大きいほ
ど充電再開電圧を引き上げるようにしたものである。た
とえば、充電率の閾値として６５％、７５％、８５％を
設定しておき、６５％以下では充電再開電圧を４．００
Ｖ、６５〜７５％では４．０５Ｖ、７５〜８５％では
４．１０Ｖ、８５％以上では４．１５Ｖなどと設定して
おけばよい。ここに、二次電池Ｂの規制電圧は４．２５
Ｖと想定している。

【００２９】図４に示すように、本実施形態においても
第１の実施の形態と同様に、充電開始直後において充電
率が６５％に達していなければ定電流充電を行い、定電
流充電によって二次電池Ｂの電池電圧が規制電圧Ｖｓに
達した後にはパルス充電に移行する。ただし、パルス充
電においてはオンデューティについては制御せず、充電
電流が停止した後に二次電池Ｂの電池電圧が充電再開電
圧Ｖｒまで低下すると充電電流を再び流すようにしてあ
る。また、上述のように充電率に応じて充電再開電圧Ｖ
ｒを変化させるようにしてある。

【００３０】図示例ではパルス充電の期間において二次
電池Ｂの電池電圧が規制電圧に達するまでは一定周波数
で充電しており、充電電流を１回流す間には二次電池Ｂ
の電池電圧が規制電圧Ｖｓに達しない程度に充電電流を
設定してある。ただし、充電電流を複数回流す間に二次
電池Ｂの電池電圧は徐々に上昇して規制電圧Ｖｓに達す
るから、このときには二次電池Ｂの電池電圧が低下して
充電再開電圧Ｖｒになるまでは充電電流を停止させる。
充電再開電圧Ｖｒは充電率が上昇するのに伴って段階的
に上昇させている。

【００３１】しかして、充電率が小さい間にはパルス充
電によって二次電池Ｂの電池電圧が規制電圧Ｖｓに達し
ても、充電電流を停止させると比較的短い時間で二次電
池Ｂの電池電圧が充電再開電圧Ｖｒまで低下するから、
二次電池Ｂの電池電圧が規制電圧Ｖｓに到達して充電電
流が停止した後に、比較的短い時間の経過後にパルス充
電が再開され、二次電池Ｂの充電が進むことになる。一
方、充電率が大きくなると規制電圧Ｖｓに達して充電電
流を停止させた後に二次電圧Ｂの電池電圧が充電再開電
圧Ｖｒまで低下するには比較的長い時間を要するように
なるから、充電再開電圧Ｖｒを引き上げても充電電流の
休止する期間を比較的長くとることができる。つまり、
第１の実施の形態と同様に、パルス充電が開始された後
において充電率が小さい期間には単位時間当たりの充電
電気量を大きくし、充電率が高くなると単位時間当たり
の充電電気量を段階的に低減させることが可能になるの
である。

【００３２】ところで、上述したように、充電率が上昇
すると規制電圧Ｖｓに到達した後に二次電池Ｂの電池電
圧が充電再開電圧Ｖｒに低下するまでは充電が再開され
ないのであって、上述のように充電率の上昇に伴って充
電再開電圧Ｖｒを段階的に引き上げていることによって
充電電流が停止している期間の増加を抑制することがで
きる。本実施形態では、充電電流の停止期間をさらに短
くするとともに、比較的大きな充電電流を流すことを可
能とするために、抵抗１３とスイッチ要素１４との直列
回路を二次電池Ｂに並列接続するとともに、スイッチ要
素１４を充電制御手段９により適宜タイミングで開閉可
能としてある。すなわち、二次電池Ｂの電池電圧が規制
電圧Ｖｓに達することによって充電電流が停止するとス
イッチ要素１４をごく短時間だけオンにすることによっ
て、二次電池Ｂの電荷の一部を放電させ、これによって
充電再開電圧Ｖｒに短時間で到達させるとともに、二次
電池Ｂの充電電荷の一部を放出させることによって、次
に充電が再開されたときに比較的大きい充電電流を流す
ことが可能になる。言い換えると、二次電池Ｂの一部の
電荷を放出させることによって二次電池Ｂの内部におけ
る分極効果を低減することになり、充電再開後の充電の
効率が高くなる。その結果、スイッチ要素１４を開閉し
ない場合に比較して、より短い時間で二次電池Ｂを満充
電に到達させることが可能になる。抵抗１３の抵抗値と
スイッチ要素１４を開閉する時間とは二次電池Ｂの仕様
に応じて適宜に設定すればよい。また、この構成は第１
の実施の形態において適用することも可能である。他の
構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

【００３３】さらに、図示していないが、充電制御手段
９に温度センサを接続しておき、周囲温度に応じて充電
条件を補正するのが望ましい。この種の目的の温度セン
サとしてはサーミスタを用いることができる。使用可能
な温度範囲では周囲温度が高いほど充電電気量に対する
充電率の上昇率が大きくなる傾向があるから、２５℃を
基準の充電率として、たとえば、温度センサにより検出
される周囲温度が３０℃であるときには充電率を１０％
増とし、周囲温度が２０℃であるときには充電率を１０
％減とするように充電条件を変化させるタイミングを調
節するのが望ましい。温度センサにより検出される周囲
温度に応じて充電条件を変化させるタイミングを調節す
る方法として、充電率を変化させるのではなく充電再開
電圧を変化させるようにすることも可能である。たとえ
ば、温度センサにより検出される周囲温度が２５℃であ
るときの充電再開電圧の設定値を基準として、周囲温度
が３０℃のときには１０％増とし、２０℃のときには１
０％減としても、周囲温度に応じた充電制御が可能にな
る。このように温度センサにより検出される周囲温度に
応じて充電条件を補正する技術は、第１の実施の形態に
おいても適用可能であることは言うまでもない。なお、
二次電池Ｂは充電中に発熱するから温度センサを二次電
池Ｂの近傍に配置することによって二次電池Ｂの温度を
検出するようにしてもよい。

【００３４】（第３の実施の形態）上述した実施形態で
は充電制御手段９により充電電気量を求めて充電率を推
定し、推定した充電率に基づいて充電条件（つまり、単
位時間当たりの充電電気量）を段階的に切り換えるよう
にしているが、本実施形態は、充電開始からの経過時間
のみを用いて充電条件を段階的に切り換えるようにした
ものである。

【００３５】経過時間の条件は二次電池Ｂの仕様や充電
条件によって適宜に設定される。いま、第１の実施の形
態と同様にパルス充電の期間における充電電流と周波数
とオンデューティとをパラメータとするものとし、充電
開始からの経過時間については、５分後、９分後、１２
分後、１４分後でそれぞれ充電条件を変化させるものと
する。つまり、充電開始から最初の５分間は定電流充電
を行い、５分経過後にパルス充電を開始する。パルス充
電の期間における充電条件の一例を示すと、パルス充電
の開始時点では充電電流を１．２６Ａ、周波数を１００
Ｈｚ、オンデューティを９０％とし、充電開始から９分
経過後に充電電流を０．９７Ａ、周波数を５００Ｈｚ、
オンデューティを８０％とし、充電開始から１２分経過
後には充電電流を０．７８Ａ、周波数を５００Ｈｚ、オ
ンデューティを７０％とし、充電開始から１４分後に充
電電流を０．７８Ａ、周波数を１０００Ｈｚ、オンデュ
ーティを７０％とする。

【００３６】上述のように、パルス充電の期間において
時間経過に伴って単位時間当たりの充電電気量を減少さ
せるように充電条件を変更することによって、第１の実
施の形態と同様に、単位時間当たりの充電電気量を充電
率に応じて変化させたことと等価になり比較的短時間で
満充電に到達させることが可能になる。

【００３７】第２の実施の形態のように充電再開電圧を
設定している場合には、オンデューティを設定する代わ
りに、充電開始からの時間経過に伴って充電再開電圧を
段階的に上昇させるように充電条件を変更すればよい。
この場合も上述の例と同様に、充電開始から５分後、９
分後、１２分後、１４分後でそれぞれ充電条件を変化さ
せるものとする。充電開始から最初の５分間は定電流充
電を行い、５分経過後にパルス充電を開始する。パルス
充電の期間における充電条件を一例として示すと、パル
ス充電の開始時点では充電電流を１．２６Ａ、周波数を
１００Ｈｚ、充電再開電圧を４．００Ｖとし、充電開始
から９分経過後に充電電流を０．９７Ａ、周波数を５０
０Ｈｚ、充電再開電圧を４．０５ボルトとし、充電開始
から１２分経過後には充電電流を０．７８Ａ、周波数を
５００Ｈｚ、充電再開電圧を４．１０Ｖとし、充電開始
から１４分後に充電電流を０．７８Ａ、周波数を１００
０Ｈｚ、充電再開電圧を４．１５Ｖとする。

【００３８】本実施形態のように、充電開始からの経過
時間によって充電時間を変化させる場合には、二次電池
Ｂの状態を反映する充電率によって充電条件を変化させ
ているのではないから、二次電池Ｂの状態と充電条件を
変化させるタイミングとに若干のずれは生じる可能性が
あるが、本実施形態の場合も充電条件の変化は充電率の
増加には対応しているから、従来構成に比較すれば満充
電に達するまでの充電時間を短縮できることになる。つ
まり、充電時間を計時することによって充電率の目安を
簡便に得ることが可能になる。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明は、二次電池の充電開始
から二次電池の電池電圧が最大の電池電圧として許容さ
れた規制電圧に達するまでは一定値の充電電流を連続的
に流す定電流充電を行い、二次電圧の電池電圧が規制電
圧に達した後は充電電流を間欠的に流すパルス充電を行
うようにし、パルス充電の期間においては充電率の増加
に伴って単位時間当たりの充電電気量を減少させるよう
に充電条件を変化させることを特徴としており、パルス
充電の期間において充電率の増加に伴って充電電気量を
減少させるように充電条件を変化させていることによっ
て、パルス充電の期間における前半部分では充電電流を
比較的大きく流すことができ、結果的にパルス充電の期
間において充電電流が一定である従来技術に比較して、
より短時間での急速充電が可能になる。

【００４０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記パルス充電の期間における充電条件は、充電電
流の電流値と、間欠的に充電電流を流す周波数と、充電
電流のオンデューティとの少なくとも１つにより規定さ
れていることを特徴としており、単位時間当たりの充電
電気量を変化させるパラメータを充電電流の電流値と周
波数とオンデューティとから選択するので制御が容易で
ある。

【００４１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記パルス充電の期間において前記二次電池の電池
電圧が前記規制電圧に達したときには充電を停止させる
とともに、充電を停止している間に前記規制電圧よりも
低く設定されている充電再開電圧まで電池電圧が低下す
ると充電を再開させるようにし、前記パルス充電の期間
における充電条件は、充電電流の電流値と、間欠的に充
電電流を流す周波数と、充電再開電圧との少なくとも１
つにより規定されていることを特徴としており、単位時
間当たりの充電電気量を変化させるパラメータを充電電
流の電流値と周波数と充電再開電圧とから選択してお
り、二次電池への充電停止後の電池電圧の低下率に関連
して充電再開電圧を設定することにより、二次電池の充
電率に関連付けた充電制御が可能になる。

【００４２】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記充電率の目安として充電開始か
らの経過時間が計時されることを特徴としており、充電
率の目安として充電開始からの経過時間が計時されるか
ら、充電中に充電率を求める演算を行う必要がなく、充
電条件を変化させるタイミングを簡便に規定することが
できる。

【００４３】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記充電率の目安として単位時間当
たりのパルス数が計数され、設定した充電電流の電流値
およびオンデューティと計数したパルス数とを用いて充
電率が求められることを特徴としており、充電率を比較
的よい精度で求めることを可能としながらも単位時間当
たりのパルス数を計数するだけで充電率を求めることが
できるから、充電条件を変化させるタイミングを比較的
簡便に規定することができる。

【００４４】請求項６の発明は、請求項３の発明におい
て、前記パルス充電の期間において前記電池電圧が前記
規制電圧に達すると前記二次電池の一部の電荷を放電さ
せることを特徴としており、二次電池の一部の電荷を放
出させることによって二次電池の内部における分極効果
を低減することが可能になり、充電再開後の充電の効率
が高くなり、結果的に充電時間を短縮することが可能に
なる。

【００４５】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
６の発明において、温度センサにより検出される周囲温
度が高いほど充電時間を短縮するように充電条件を補正
することを特徴としており、一般に周囲温度は充電効率
に影響するから、温度センサによって周囲温度を検出す
るとともに、検出した周囲温度に応じて充電条件を補正
することにより、充電時間の短縮に寄与することにな
る。

【００４６】請求項８の発明は、二次電池への充電電流
の電流値を規定する定電流制御回路と、二次電池に充電
電流を流す状態と充電電流を遮断する状態とを選択する
スイッチ要素と、二次電池の電池電圧を検出する電圧検
出回路と、最大の電池電圧として許容された規制電圧と
電圧検出回路により検出された電池電圧とを比較する比
較手段と、電圧検出回路により検出された電池電圧が規
制電圧以下になるように比較手段の出力に基づいて定電
流制御回路による充電電流の電流値とスイッチ要素の開
閉のタイミングとを制御する充電制御手段とを備え、前
記充電制御手段では、二次電池の充電開始から電池電圧
が規制電圧に達するまではスイッチ要素をオンにして一
定値の充電電流を連続的に流す定電流充電を行い、二次
電圧の電池電圧が規制電圧に達した後はスイッチ要素を
開閉させることにより充電電流を間欠的に流すパルス充
電を行うようにし、パルス充電の期間においては充電率
の増加に伴って単位時間当たりの充電電気量を減少させ
るように充電条件を変化させるものであり、パルス充電
の期間において充電率の増加に伴って充電電気量を減少
させるように充電条件を変化させていることによって、
パルス充電の期間における前半部分では充電電流を比較
的大きく流すことができ、結果的にパルス充電の期間に
おいて充電電流が一定である従来技術に比較して、より
短時間での急速充電が可能になる。

【００４７】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、前記充電制御手段では、前記パルス充電の期間にお
いて前記二次電池の電池電圧が前記規制電圧に達したと
きには前記スイッチ要素をオフにして充電を停止させる
とともに、充電を停止している間に前記規制電圧よりも
低く設定されている充電再開電圧まで電池電圧が低下す
ると充電を再開させるようにし、前記パルス充電の期間
における充電条件は、充電電流の電流値と、間欠的に充
電電流を流す周波数と、充電再開電圧との少なくとも１
つにより規定されており、第２のスイッチ要素と抵抗と
の直列回路が前記二次電池に並列に接続されるととも
に、前記充電制御手段では、前記パルス充電の期間にお
いて前記電池電圧が前記規制電圧に達すると前記二次電
池の一部の電荷を放電させるように前記第２のスイッチ
要素を一時的にオンにするものであり、単位時間当たり
の充電電気量を変化させるパラメータを充電電流の電流
値と周波数と充電再開電圧とから選択しており、二次電
池への充電停止後の電池電圧の低下率に関連して充電再
開電圧を設定することにより、二次電池の充電率に関連
付けた充電制御が可能になる。また、二次電池の一部の
電荷を放出させることによって二次電池の内部における
分極効果を低減することが可能になり、充電再開後の充
電の効率が高くなり、結果的に充電時間を短縮すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図２】同上の動作説明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図４】同上の動作説明図である。

【符号の説明】

１電源回路２定電流制御回路３スイッチ要素４充電電流検出手段５パルス制御手段６電圧検出回路７比較手段８規制電圧生成回路９充電制御手段１１充電再開電圧比較手段１２充電再開電圧生成回路１３抵抗１４（第２の）スイッチ要素Ｂ二次電池

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池の充電開始から二次電池の電池
電圧が最大の電池電圧として許容された規制電圧に達す
るまでは一定値の充電電流を連続的に流す定電流充電を
行い、二次電圧の電池電圧が規制電圧に達した後は充電
電流を間欠的に流すパルス充電を行うようにし、パルス
充電の期間においては充電率の増加に伴って単位時間当
たりの充電電気量を減少させるように充電条件を変化さ
せることを特徴とする充電方法。
【請求項２】前記パルス充電の期間における充電条件
は、充電電流の電流値と、間欠的に充電電流を流す周波
数と、充電電流のオンデューティとの少なくとも１つに
より規定されていることを特徴とする請求項１記載の充
電方法。
【請求項３】前記パルス充電の期間において前記二次
電池の電池電圧が前記規制電圧に達したときには充電を
停止させるとともに、充電を停止している間に前記規制
電圧よりも低く設定されている充電再開電圧まで電池電
圧が低下すると充電を再開させるようにし、前記パルス
充電の期間における充電条件は、充電電流の電流値と、
間欠的に充電電流を流す周波数と、充電再開電圧との少
なくとも１つにより規定されていることを特徴とする請
求項１記載の充電方法。
【請求項４】前記充電率の目安として充電開始からの
経過時間が計時されることを特徴とする請求項１ないし
請求項３のいずれか１項に記載の充電方法。
【請求項５】前記充電率の目安として単位時間当たり
のパルス数が計数され、設定した充電電流の電流値およ
びオンデューティと計数したパルス数とを用いて充電率
が求められることを特徴とする請求項１ないし請求項３
のいずれか１項に記載の充電方法。
【請求項６】前記パルス充電の期間において前記電池
電圧が前記規制電圧に達すると前記二次電池の一部の電
荷を放電させることを特徴とする請求項３記載の充電方
法。
【請求項７】温度センサにより検出される周囲温度が
高いほど充電時間を短縮するように充電条件を補正する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１
項に記載の充電方法。
【請求項８】二次電池への充電電流の電流値を規定す
る定電流制御回路と、二次電池に充電電流を流す状態と
充電電流を遮断する状態とを選択するスイッチ要素と、
二次電池の電池電圧を検出する電圧検出回路と、最大の
電池電圧として許容された規制電圧と電圧検出回路によ
り検出された電池電圧とを比較する比較手段と、電圧検
出回路により検出された電池電圧が規制電圧以下になる
ように比較手段の出力に基づいて定電流制御回路による
充電電流の電流値とスイッチ要素の開閉のタイミングと
を制御する充電制御手段とを備え、前記充電制御手段で
は、二次電池の充電開始から電池電圧が規制電圧に達す
るまではスイッチ要素をオンにして一定値の充電電流を
連続的に流す定電流充電を行い、二次電圧の電池電圧が
規制電圧に達した後はスイッチ要素を開閉させることに
より充電電流を間欠的に流すパルス充電を行うように
し、パルス充電の期間においては充電率の増加に伴って
単位時間当たりの充電電気量を減少させるように充電条
件を変化させることを特徴とする充電装置。
【請求項９】前記充電制御手段では、前記パルス充電
の期間において前記二次電池の電池電圧が前記規制電圧
に達したときには前記スイッチ要素をオフにして充電を
停止させるとともに、充電を停止している間に前記規制
電圧よりも低く設定されている充電再開電圧まで電池電
圧が低下すると充電を再開させるようにし、前記パルス
充電の期間における充電条件は、充電電流の電流値と、
間欠的に充電電流を流す周波数と、充電再開電圧との少
なくとも１つにより規定されており、第２のスイッチ要
素と抵抗との直列回路が前記二次電池に並列に接続され
るとともに、前記充電制御手段では、前記パルス充電の
期間において前記電池電圧が前記規制電圧に達すると前
記二次電池の一部の電荷を放電させるように前記第２の
スイッチ要素を一時的にオンにすることを特徴とする請
求項８記載の充電装置。