JP2003333758A

JP2003333758A - 二次電池の充電方法

Info

Publication number: JP2003333758A
Application number: JP2002142606A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Takaoka; 浩実高岡; Masaru Inai; 優井内; Shigetomo Matsui; 繁朋松井
Original assignee: Techno Core International Co Ltd
Current assignee: Techno Core International Co Ltd
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電池の種類や、その充電状態に関わら
ず、二次電池を過充電することなく確実に、かつ短時間
で充電することが可能な二次電池の充電方法を提供す
る。【解決手段】電源部２に並列接続された二次電池１と
コンデンサ３とを結ぶ回路を遮断した状態で、コンデン
サ３に電源電圧を一定時間印加して蓄電した後、二次電
池１とコンデンサ３とを結ぶ回路を接続し、コンデンサ
３に蓄電された電荷を二次電池１に転送することによっ
て、二次電池１の充電を行う。また、上記コンデンサ３
との回路を遮断した状態で二次電池１に所定電圧を印加
し、このとき流れる電流値ｉを検出すると共に、上記電
流値ｉを所定の判定基準値Ｊと比較して、電流値ｉが判
定基準値Ｊよりも大きいときは、上記蓄電、転送制御を
繰り返し行う一方、電流値ｉが判定基準値Ｊ以下のとき
は、二次電池１の充電を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鉛蓄電池、ニッ
ケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、リチ
ウムイオン電池等の二次電池の充電方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディジタルカメラ、ディジタルム
ービー、ノートパソコン等の電子機器、携帯電話等の通
信機器、電動工具、掃除機といった動力機器等の電源
に、二次電池を使用するケースが著しく増加してきてい
る。上記二次電池とは、充放電を繰り返し行うことがで
きる電池をいい、電気エネルギーを化学エネルギーに変
換して蓄え、また逆に蓄えた化学エネルギーを電気エネ
ルギーに変換して利用される。上記二次電池のうちで実
用的に使用されている代表的なものとしては、ニッケル
−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、リチウム
イオン電池、ＮＡＳ電池等が挙げられる。

【０００３】ところで、上記二次電池の内部で生じる起
電反応、放電反応は、化学的反応や、電気的反応、及び
これら両反応が相互に関わる複雑なエネルギー変換、及
び授受が伴い、また、そこにはこれら種々の反応に対す
る時間的要素が介在する。従ってこれらの反応を考慮し
ながら充電を行う必要があり、過度に電流を流して充電
を行えば、意図しない発熱反応や、膨潤等の異常で、電
池の内部構造を破壊してしまう場合がある。また、そこ
までには至らないにしても、上記二次電池の内部構造を
劣化させ、電池寿命は縮まり、サイクル使用回数を減少
させてしまうことになる。

【０００４】そこで、従来では上記二次電池が適切に充
電されるように、上記二次電池の充電装置の制御部に、
充電時間の進行に伴い印加電圧を変化させるようなプロ
グラムを組み込み、上記プログラムによる制御に従って
二次電池に電圧を印加するように構成している。また、
上記充電装置に二次電池の電圧を検出する電池電圧検出
部を設け、上記電池電圧を制御量として、被充電電池の
充電終了を判定制御する充電装置も数多く出願されてい
る。

【０００５】例えば、特開平８−９５６３号公報におけ
る二次電池充電装置は、被充電電池の定電流による充電
電圧の負の電位差を検出する電圧検出回路と、上記被充
電電池の定電流に伴う単位時間当りの電池温度の変化
（温度微分値）を検出する温度検出回路と、上記電圧検
出回路で検出した負の電位差及び温度微分値と予め設定
した各基準値とをそれぞれ対比して、充電スイッチを制
御する充電制御回路とで構成され、検出された負の電位
差及び温度微分値が、予め選択設定した基準となる負の
電位差及び温度微分値に到達したときを充電の終了とし
て制御している。このように公知技術においては、充電
装置の制御部で、電池電圧の検出値、あるいはその温度
値を制御量として被充電電池の状態を監視し、充電終了
状態を判定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな充電終了検出方法を二次電池の状態を無視して単純
に適用していくと以下に示すような種々の不都合が生じ
ることになる。すなわち、その電極種や、電解質種の違
い、また電池構造の違い等、二次電池の種類によって充
電時における特性は異なり、また同一種、同型番の二次
電池であっても、受電時の環境条件の違い、上記二次電
池の使用履歴、電気化学的遍歴等によってその特性が大
きく異なる。このため、従来のような同一パターンでの
充電は結果的に過充電となることがあり、これによっ
て、二次電池内部で異常な化学反応を引き起こして発熱
し、電気エネルギーが熱エネルギーに変換されるため充
電効率が低下するといった問題がある。また、ガスの発
生により二次電池の内圧が上昇して漏液する危険性もあ
る。この結果、充電／放電の繰り返しに必要な二次電池
の内部構造に欠陥が生じ、そのサイクル寿命が縮まって
しまうという問題が生じている。

【０００７】また、上記二次電池の充電時間は出来る限
り短いことが望ましいが、上記したような同一パターン
での充電では、二次電池の種類によっては充電時におけ
る印加電圧がその定格値よりも低いことがあり、この場
合は特に、充電が完了するまでにかなりの時間を要する
という問題がある。

【０００８】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、二次電池の種類
や、その充電状態に関わらず、二次電池を過充電するこ
となく確実に、かつ短時間で充電することが可能な二次
電池の充電方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の二次電
池の充電方法は、二次電池１の充電制御方法において、
電源部２に並列接続された上記二次電池１とコンデンサ
３とを結ぶ回路を遮断した状態で、コンデンサ３に電源
電圧を一定時間印加して蓄電した後、上記二次電池１と
コンデンサ３とを結ぶ回路を接続し、上記コンデンサ３
に蓄電された電荷を二次電池１に転送することによっ
て、二次電池１を充電するように構成したことを特徴と
している。

【００１０】上記請求項１の二次電池の充電方法では、
コンデンサ３に蓄えた電荷を二次電池１に転送すること
によって、二次電池１を充電するように構成している。
この方法によれば、二次電池１への電荷の注入量がカウ
ントし易くなると共に、大容量のコンデンサ３を媒体と
すれば、短時間に多くの電荷を二次電池１に注入するこ
と、すなわち大電流を流すことができるため、充電時間
の短縮化を図ることができる。また、高額な大電流回路
を必要とせず、しかも制御は極めて容易であるため、低
コストで実施可能であると共に、信頼性の向上を図るこ
ともできる。

【００１１】また請求項２の二次電池の充電方法は、上
記コンデンサ３との回路を遮断した状態で二次電池１に
所定電圧を印加し、このとき流れる電流値ｉを検出する
と共に、上記電流値ｉを所定の判定基準値Ｊと比較し
て、上記電流値ｉが判定基準値Ｊよりも大きいときは、
上記蓄電、転送制御を繰り返し行う一方、上記電流値ｉ
が判定基準値Ｊ以下のときは、二次電池１の充電を停止
するように構成したことを特徴としている。

【００１２】上記請求項２の二次電池の充電方法では、
二次電池１に流れる電流値ｉを検出することで、二次電
池１の充電状態を定期的に観測するようにしたことによ
って、過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすこ
となく、満充電状態まで適正に充電が行え、二次電池１
の内部構造に損傷を与えるのを防止することができるた
め、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。

【００１３】さらに請求項３の二次電池の充電方法は、
上記電源部２とは別のチェック電源部６を設け、このチ
ェック電源部６から上記二次電池１に所定電圧を印加す
るように構成したことを特徴としている。

【００１４】上記請求項３の二次電池の充電方法では、
電源部２とは別のチェック電源部６を設けることによっ
て、上記コンデンサ３の蓄電期間中に、二次電池１の充
電状態の観測を行うことができるため、一段と充電時間
の短縮化を図ることができる。

【００１５】また請求項４の二次電池の充電方法は、上
記所定電圧は、満充電平衡電圧（Ｅeq）であることを特
徴としている。

【００１６】上記請求項４の二次電池の充電方法では、
上記所定電圧に、満充電平衡電圧Ｅeqを用いれば、いか
なる二次電池１に対しても、検出された電流値ｉがゼロ
以下となれば満充電状態に達していると判断することが
できるため、容易かつ正確に満充電か否かを判断するこ
とができる。

【００１７】さらに請求項５の二次電池の充電方法は、
上記コンデンサ３との回路を遮断した状態で、二次電池
１の開放電圧Ｅを検出すると共に、上記開放電圧Ｅを満
充電平衡電圧Ｅeqと比較して、上記開放電圧Ｅが満充電
平衡電圧Ｅeqよりも小さいときは、上記蓄電、転送制御
を繰り返し行う一方、上記開放電圧Ｅが満充電平衡電圧
Ｅeq以上のときは、二次電池１の充電を停止するように
構成したことを特徴としている。

【００１８】上記請求項５の二次電池の充電方法では、
二次電池１の開放電圧Ｅを検出することで、二次電池１
の充電状態を定期的に観測するようにしたことによっ
て、過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすこと
なく、満充電状態まで適正に充電が行え、二次電池１の
内部構造に損傷を与えるのを防止することができるた
め、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。
またこの方法によれば、上記コンデンサ３の蓄電期間中
に、二次電池１の充電状態の観測を行うことができるた
め、一段と充電時間の短縮化を図ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、この発明の二次電池の充電
方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図１はこの発明の第１実施形態にお
ける二次電池の充電装置の回路構成を示すブロック図で
ある。図において、１は二次電池、２は電源部であり、
上記電源部２は商用交流電気を直流に変換する変圧、整
流回路を含んでいる。また３は大容量のコンデンサ（電
解コンデンサ、電気二重層コンデンサ等）であり、電源
部２に並列に上記コンデンサ３と二次電池１とが接続さ
れている。さらに上記電源部２とコンデンサ３とを結ぶ
回路にはスイッチＳＷ１が、また上記コンデンサ３と二
次電池１とを結ぶ回路にはスイッチＳＷ２がそれぞれ介
設されている。また４は上記二次電池１の電流を検出す
るための電流検出部であり、この電流検出部４で検出さ
れた電流値ｉを制御部５に送信するように構成してい
る。ここで、上記制御部５では、上記各スイッチＳＷ
１、ＳＷ２の開閉操作や、上記二次電池１が満充電に達
したか否かの判断等が行われる。また６は上記制御部５
からの指令に基づいて上記二次電池１にチェック電圧を
印加するためのチェック電源部である。

【００２０】上記に示すような充電装置を用いて二次電
池１を充電する方法としては、まず、図１に示す回路中
のスイッチＳＷ１を閉、スイッチＳＷ２を開とした状態
でコンデンサ３に所定の電源電圧を印加して蓄電を行
い、その後スイッチＳＷ１を開、スイッチＳＷ２を閉に
切り替えて、上記コンデンサ３に蓄電された電荷を二次
電池１に転送するという制御を繰り返し行うことによっ
て、二次電池１を充電するように構成している。この
際、上記二次電池１が満充電状態に達しているか否かを
判断する方法としては、上記コンデンサ３の蓄電時、す
なわち上記コンデンサ３と二次電池１とを結ぶ回路が遮
断された状態において、上記二次電池１にチェック電圧
Ｅｃを印加し、このとき二次電池１に流れる電流値ｉを
検出することによって、二次電池の満充電状態を把握す
るように構成している。以下では、上記判断方法を説明
する上で基本となる二次電池１の各充電率に対する充電
電圧と充電電流の特性について説明する。

【００２１】図２は上記二次電池１の充電率ごとの電流
−電圧特性を示すグラフである。図２において、グラフ
の横軸には電池端子電圧を、また縦軸には充電電流をと
っており、充電率が異なる各二次電池１の電圧−電流特
性をそれぞれ示している。すなわち図における破線で示
す曲線は、二次電池１の充電率が略０％の状態（電池が
なくなった状態）を示しており、この場合は標準電圧Ｅ
₀（公称電圧）より低い電圧を印加しても充電電流が流
れ出す。ここで上記標準電圧Ｅ₀は、二次電池１の正
極、負極を構成する物質によって決まる定数で、例え
ば、ニッケル−カドミウム二次電池の場合は約１．２Ｖ
となる。また、上記印加電圧を上昇させていくにつれ
て、略それに比例して充電電流も増大するが、所定の電
圧を過ぎると、印加電圧に対する充電電流の増加率は減
少し、上に凸の曲線を辿り、さらに昇圧すると、充電電
流はほとんど上昇しなくなり、さらには電流ピーク値を
経て充電電流が減少し始める。

【００２２】また、同図の一点鎖線で示す充電率が約５
０％の状態では、充電率が略０％のときよりも充電電圧
の立ち上がり電圧（開放電圧Ｅ）が高くなり、上記電流
ピーク値の電圧は逆に低くなる。そして、同図の二点鎖
線で示す充電率が約９０％の状態では、充電率が約５０
％のときよりもさらに充電電圧の立ち上がり電圧が高く
なり、電流ピーク値の電圧もさらに低くなる。そして、
同図の実線で示す１００％の状態では、充電率が約９０
％のときよりもさらに充電電圧の立ち上がり電圧が高く
なり、電流ピーク値の電圧もさらに低くなる。一方、上
記充電率に対する立ち上がり電圧の上昇率については、
満充電状態に近づくにつれて減少する傾向にある。

【００２３】さらに図２において、斜線で示す領域Ｄ、
すなわち上記電流ピーク値を連ねた境界線よりも電圧の
高い領域では、活物質の酸化還元反応がさらに進んで、
電気分解反応を引き起こす不可逆化学反応領域Ｄとな
る。この不可逆化学反応領域Ｄでは、意図しない発熱反
応や、膨潤等の異常により、ともすれば二次電池１の内
部構造の破壊に繋がる恐れがある。またそこまでには至
らないにしても、不可逆反応が伸展し、二次電池１のサ
イクル寿命に大きな影響を与えてしまうため、上記不可
逆化学反応領域Ｄに達しないように充電制御することが
必要となる。

【００２４】ところで、上記二次電池１の蓄電容量は、
充電電流と充電時間との積で求められる。これより充電
時間を短くしようとすれば、充電電流を増やすことが必
要である。そこで、図２に示す上記充電率が略０％の二
次電池１の端子電圧を、比較的に高い充電電流を流すこ
とが可能な充電印加電圧値Ｅｓに固定して充電を行った
場合について検討する。同図において、上記充電電流は
時間と共にIsoからIsdに減少し、このIsdで上記不可逆
化学反応領域Ｄの上限に達し、ここで満充電となる。し
かしながら、上記所定の充電印加電圧値Ｅｓにおいて満
充電となるときの充電電流の値Isdは、必ずしも一定値
をとるわけではなく、同一メーカにおける同一機種の二
次電池１同士でも３０％程度の差が生じることがある。
まして他メーカにおける同一機種においては、５０％程
度、あるいはそれ以上の差が生じることがあるため、実
際の充電では、このIsdで満充電状態を判断して充電を
終了するとなると、機種によっては過度に充電が進ん
で、不可逆化学反応領域Ｄに達するものもあり、適切で
はない。これに対して、上記二次電池１の端子電圧を、
満充電平衡電圧Ｅeqに固定して充電するようにすると、
この場合は満充電状態で充電電流が略０となるため、充
電終了の判定が行いやすく、また不可逆化学反応領域Ｄ
に達することもないため、二次電池１の内部構造に損傷
を与える心配がない。しかしながら、上記充電印加電圧
値Ｅｓで充電する場合に比べて、充電電流が低いため、
上記充電時間が桁違いに長くなってしまう。

【００２５】そこでこの第１実施形態では、上記二次電
池１の充電特性に鑑み、上記したような制御、すなわ
ち、上記二次電池１に定期的にチェック電圧Ｅｃを印加
し、このとき流れる電流値ｉを検出することで、二次電
池の充電状態を把握することによって、上記二次電池１
に損傷を与えることなく、急速充電を行うように構成し
た。

【００２６】図３に、上記第１実施形態における二次電
池１の充電方法についての制御フローチャートを示す。
まず上記ステップＳ１において、ユーザが何等かの充電
開始操作を行うと、制御部５からの指令に基づいて、図
１に示す回路中のスイッチＳＷ１を閉じて、スイッチＳ
Ｗ２を開くように制御される（ステップＳ２）。次にス
テップＳ３において、上記大容量のコンデンサ３に所定
の電源電圧、例えば満充電平衡電圧Ｅeq以上の電圧がＴ
₁時間継続して印加され、これによってコンデンサ３に
電荷が蓄電される。またこの際、ステップＳ４におい
て、上記コンデンサ３との接続が遮断された状態にある
二次電池１に、チェック電源部６によるチェック電圧、
すなわちこの実施形態においては満充電平衡電圧Ｅeqが
印加され、このとき二次電池１に流れる電流値ｉが電流
検出部５で検出される（ステップＳ５）。ここで、上記
満充電平衡電圧Ｅeqとは、ニッケルカドミウム、ニッケ
ル水素、リチウムイオン二次電池等の種類と型番によっ
て予め設定される値であり、例えば、ニッケルカドミウ
ム二次電池の場合は約１．４Ｖが選択される。次にステ
ップＳ６では、予め定められた判定基準値Ｊ（充電完了
時に検出されると考えられる電流値）と検出された上記
電流値ｉとを比較して、検出された電流値ｉが判定基準
値Ｊよりも大きければ、ステップＳ７に移行して、今度
は回路中のスイッチＳＷ１を開いて、スイッチＳＷ２を
閉じるように制御される。すると、上記コンデンサ３に
蓄えられていた電荷が二次電池１に転送され、これによ
って二次電池１の充電が行われる（ステップＳ８）。そ
して、Ｔ₂時間経過後、再びステップＳ２に戻ってスイ
ッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉切り替えを行い、コンデンサ
３への蓄電、転送等の上記制御が繰り返し行われる。一
方、上記ステップＳ６において、検出された電流値ｉが
判定基準値Ｊ以下となれば、上記二次電池１は満充電状
態にあるとして、ここで充電が停止されるように制御さ
れている。

【００２７】ところで、上記チェック電圧に満充電平衡
電圧Ｅeqを用いた場合、図２のグラフに示したように、
充電率１００％（満充電状態）で電流値ｉが略ゼロにな
るため、判定が行い易く実施に好適である。しかしなが
らこの場合も、実際には電池によって極僅かながらバラ
ツキが生じるため、これによる過充電を防止しようとす
れば、上記判定基準値Ｊの値としては０ｍＡよりもやや
大きな値、例えば、１０ｍＡ程度で設定するのが好まし
い。

【００２８】以上のように上記第１実施形態における二
次電池１の充電方法によれば、一旦コンデンサ３に蓄え
た電荷を、二次電池１に転送することで充電を行うよう
に構成したことによって、二次電池１への電荷の注入量
がカウントし易くなると共に、大容量のコンデンサ３を
媒体としているため、短時間に多くの電荷を二次電池１
に注入すること、すなわち大電流を流すことができ、こ
れによって充電時間の短縮化を図ることができる。ま
た、上記二次電池１には定期的に満充電平衡電圧Ｅeq
（チェック電圧）が印加され、この際に流れる電流値ｉ
を検出することで、二次電池１の充電状態を把握するよ
うに構成されているため、二次電池１が過充電となって
過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすことな
く、満充電状態まで適正に充電することができる。この
結果、二次電池１の内部構造に損傷を与えるのを防止す
ることができるため、サイクル寿命を飛躍的に向上させ
ることができる。またこの際、上記二次電池１には、上
記電源部２とは別に設けられたチェック電源部６から上
記チェック電圧が印加されるように構成されているた
め、上記コンデンサ３の蓄電期間中に二次電池１の充電
状態の観測を行うことが可能となり、一段と充電時間の
短縮化を図ることができる。さらにこの充電方法によれ
ば、高額な大電流回路を必要とせず、回路構成が簡単で
あると共に、その制御方法も極めて容易であるため、信
頼性の向上を図ることもできる。

【００２９】次に、この発明の第２実施形態における二
次電池の充電方法について説明する。この実施形態にお
いては、上記第１実施形態における図１のチェック電源
部６を削除すると共に、上記電流検出部４の替わりに電
圧検出部を設け、上記二次電池１の電圧を測定すること
によって二次電池１が満充電状態に達しているか否かを
判断するように構成した点が異なる。具体的な判断方法
としては、上記コンデンサ３の蓄電時、すなわち上記コ
ンデンサ３と二次電池１とを結ぶ回路が遮断された状態
において、二次電池１の開放電圧Ｅ（Ｅα、Ｅβ、Ｅγ
等）を検出し、このとき検出された開放電圧Ｅが満充電
平衡電圧Ｅeqよりも小さければ充電を継続し、満充電平
衡電圧Ｅeq以上であれば、充電を停止するように構成し
ている。

【００３０】図４は、上記第２実施形態における二次電
池１の充電方法についての制御フローチャートを示して
いる。まず上記ステップＳ１において、ユーザが何等か
の充電開始操作を行うと、制御部５からの指令に基づい
て、図１に示す回路中のスイッチＳＷ１を閉じて、スイ
ッチＳＷ２を開くように制御される（ステップＳ２）。
次にステップＳ３において、上記大容量のコンデンサ３
に所定の電源電圧、例えば満充電平衡電圧Ｅeq以上の電
圧がＴ₁時間継続して印加され、これによってコンデン
サ３に電荷が蓄電される。またこの際、上記コンデンサ
３との接続が遮断された状態にある二次電池１の開放電
圧Ｅ（Ｅα、Ｅβ、Ｅγ等）が電圧検出部で検出される
（ステップＳ４）。次にステップＳ５では、検出された
上記開放電圧Ｅと満充電平衡電圧Ｅeqとを比較して、上
記開放電圧Ｅが満充電平衡電圧Ｅeqよりも小さければ、
ステップＳ６に移行して、今度は回路中のスイッチＳＷ
１を開いて、スイッチＳＷ２を閉じるように制御され
る。すると、上記コンデンサ３に蓄えられていた電荷が
二次電池１に転送され、これによって二次電池１の充電
が行われる（ステップＳ７）。そして、Ｔ₂時間経過
後、再びステップＳ２に戻ってスイッチＳＷ１、ＳＷ２
の開閉切り替えを行い、コンデンサ３への蓄電、転送等
の上記制御が繰り返し行われる。一方、上記ステップＳ
５において、検出された開放電圧Ｅが満充電平衡電圧Ｅ
eq以上となれば、上記二次電池１は満充電状態にあると
して、ここで充電が停止されるように制御されている。
なお、この実施形態におけるその他の構成、及び作用効
果は、上記第１実施形態と略同様であるため、その説明
を省略する。

【００３１】以上にこの発明の二次電池１の充電方法の
具体的な実施の形態について説明をしたが、この発明は
上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の
範囲内で種々変更して実施することが可能である。すな
わち、上記第１実施形態においては、上記二次電池１に
満充電平衡電圧Ｅeqを印加したときの電流値ｉを検出す
るように構成したが、印加する電圧は上記満充電平衡電
圧Ｅeqに限定するものではない。さらに、上記第１実施
形態のように、電源部２とは別にチェック電源部６を設
ければ、コンデンサ３の蓄電期間を利用して、二次電池
１の充電状態の観測を行うことができるため好ましい
が、上記二次電池１に電源部２で制御された電圧を印加
するように構成することも可能である。

【００３２】

【実施例】次に、この発明における二次電池１の充電の
基本回路の構成を示した図５（ａ）〜（ｃ）の各等価回
路をもとに、過渡現象理論に従って、１回の蓄電で二次
電池１に転送される電荷量と、満充電までに要する充電
時間とを理論的に求めた。その結果を以下に示す。ここ
で図５（ａ）は、上記図１のブロック図における充電の
基本回路構成を示した等価回路であり、（ｂ）は上記回
路中のスイッチＳＷ１を閉、スイッチＳＷ２を開とし
て、コンデンサ３の蓄電をＴ₁時間行う場合の等価回路
を、また（ｃ）はスイッチＳＷ１を閉、スイッチＳＷ２
を開として、上記コンデンサ３に蓄えられた電荷を二次
電池１にＴ₂時間転送する場合の等価回路を示してい
る。また、図におけるＥは電源電圧、ｒは電源２の内部
抵抗、Ｃはコンデンサ３の静電容量、Ｒは二次電池１の
内部抵抗であり、コンデンサ３の残留電荷による初期電
圧をＶとすると、１回目の蓄電で二次電池１に転送され
る電荷量Ｑ₁は次式（数１）で表される。

【００３３】

【数１】

【００３４】また、同様に２回目の蓄電で二次電池１に
転送される電荷量Ｑ₂を数２に示す。

【００３５】

【数２】

【００３６】さらに、同様に３回目の蓄電で二次電池１
に転送される電荷量Ｑ₃を数３に示す。

【００３７】

【数３】

【００３８】上記数１〜数３に示す式から、一般にｎ回
目の蓄電で二次電池１に転送される電荷量Ｑ_nを数４に
示す。

【００３９】

【数４】

【００４０】ここで、上数４式におけるα＝Ｔ₁／ｒ
Ｃ、β＝Ｔ₂／ＲＣを示している。これより、電源２の
内部抵抗ｒを１Ω、電源電圧Ｅを５０Ｖ、二次電池１の
内部抵抗Ｒを１Ω、コンデンサ３の静電容量Ｃを１Ｆ、
コンデンサ３の初期電圧Ｖを０Ｖ、時間Ｔ₁、Ｔ₂をそれ
ぞれ１ｓｅｃと仮定した場合における各電荷量Ｑ₁、
Ｑ₂、Ｑ₃を求めと、Ｑ₁＝１１.６３Ｃ（クーロン）、Ｑ
₂＝１０.００Ｃ、Ｑ₃＝１０.２６Ｃという値が得られ
る。これより、二次電池１に転送される平均電荷量を２
ｓｅｃ当り約１０.００Ｃと仮定すると、１６００ｍＡ
ｈの二次電池を充電するのに要する時間は、約５分で充
電完了となる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように上記請求項１の二次電池の
充電方法によれば、二次電池への電荷の注入量がカウン
トし易くなると共に、大容量のコンデンサを媒体とすれ
ば、短時間に多くの電荷を二次電池に注入すること、す
なわち大電流を流すことができるため、充電時間の短縮
化を図ることができる。また、高額な大電流回路を必要
とせず、しかも制御は極めて容易であるため、低コスト
で実施可能であると共に、信頼性の向上を図ることもで
きる。

【００４２】上記請求項２の二次電池の充電方法によれ
ば、過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすこと
なく、満充電状態まで適正に充電が行え、二次電池の内
部構造に損傷を与えるのを防止することができるため、
サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。

【００４３】上記請求項３の二次電池の充電方法によれ
ば、上記コンデンサの蓄電期間中に、二次電池の充電状
態の観測を行うことができるため、一段と充電時間の短
縮化を図ることができる。

【００４４】上記請求項４の二次電池の充電方法によれ
ば、いかなる二次電池に対しても、検出された電流値が
ゼロ以下となれば満充電状態に達していると判断するこ
とができるため、容易かつ正確に満充電か否かを判断す
ることができる。

【００４５】上記請求項５の二次電池の充電方法によれ
ば、過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすこと
なく、満充電状態まで適正に充電が行え、二次電池の内
部構造に損傷を与えるのを防止することができるため、
サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。ま
た、上記コンデンサの蓄電期間中に、二次電池の充電状
態の観測を行うことができるため、一段と充電時間の短
縮化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態における二次電池の充
電装置の回路構成を示すブロック図である。

【図２】上記二次電池の充電率ごとの電流−電圧特性を
示すグラフである。

【図３】上記第１実施形態における二次電池の充電方法
を示す制御フローチャートである。

【図４】第２実施形態における二次電池の充電方法を示
す制御フローチャートである。

【図５】上記二次電池の充電装置の基本構成を示す等価
回路である。

【符号の説明】

１二次電池２電源部３コンデンサ４電流検出部５制御部６チェック電源部ＳＷ１スイッチＳＷ２スイッチｉ電流値Ｊ判定基準値Ｅ開放電圧Ｅeq 満充電平衡電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松井繁朋兵庫県神戸市中央区港島南町１丁目５番２号財団法人新産業創造研究機構内Ｆターム(参考） 5G003 AA08 BA01 CA04 CA16 CC08 5H030 AA02 AA03 AS11 BB01 BB08 FF43 FF44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池（１）の充電制御方法におい
て、電源部（２）に並列接続された上記二次電池（１）
とコンデンサ（３）とを結ぶ回路を遮断した状態で、コ
ンデンサ（３）に電源電圧を一定時間印加して蓄電した
後、上記二次電池（１）とコンデンサ（３）とを結ぶ回
路を接続し、上記コンデンサ（３）に蓄電された電荷を
二次電池（１）に転送することによって、二次電池
（１）を充電するように構成したことを特徴とする二次
電池の充電方法。
【請求項２】上記コンデンサ（３）との回路を遮断し
た状態で二次電池（１）に所定電圧を印加し、このとき
流れる電流値(ｉ)を検出すると共に、上記電流値（ｉ）
を所定の判定基準値（Ｊ）と比較して、上記電流値
（ｉ）が判定基準値（Ｊ）よりも大きいときは、上記蓄
電、転送制御を繰り返し行う一方、上記電流値（ｉ）が
判定基準値（Ｊ）以下のときは、二次電池（１）の充電
を停止するように構成したことを特徴とする請求項１の
二次電池の充電方法。
【請求項３】上記電源部（２）とは別のチェック電源
部（６）を設け、このチェック電源部（６）から上記二
次電池（１）に所定電圧を印加するように構成したこと
を特徴とする請求項２の二次電池の充電方法。
【請求項４】上記所定電圧は、満充電平衡電圧（Ｅe
q）であることを特徴とする請求項２又は請求項３の二
次電池の充電方法。
【請求項５】上記コンデンサ（３）との回路を遮断し
た状態で、二次電池（１）の開放電圧（Ｅ）を検出する
と共に、上記開放電圧（Ｅ）を満充電平衡電圧（Ｅeq）
と比較して、上記開放電圧（Ｅ）が満充電平衡電圧（Ｅ
eq）よりも小さいときは、上記蓄電、転送制御を繰り返
し行う一方、上記開放電圧（Ｅ）が満充電平衡電圧（Ｅ
eq）以上のときは、二次電池（１）の充電を停止するよ
うに構成したことを特徴とする請求項１の二次電池の充
電方法。