JP2004055432A

JP2004055432A - 二次電池の充電方法及び使用方法

Info

Publication number: JP2004055432A
Application number: JP2002213625A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Takaoka; 高岡　浩実; Masaru Inai; 井内　優; Shigetomo Matsui; 松井　繁朋
Original assignee: New Industry Research Organization NIRO; Techno Core International Co Ltd
Current assignee: New Industry Research Organization NIRO; Techno Core International Co Ltd
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】複数の二次電池が直列に接続されてパック化されたものにおいて、各二次電池のサイクル寿命を延ばすことができ、しかも、短時間での充電を可能とする二次電池の充電方法を提供し、また、負荷に応じて使い分けることが可能な二次電池の使用方法を提供する。
【解決手段】満充電平衡電圧Ｅｅｑ以上の電圧値Ｅｓを一定時間印加した後、満充電平衡電圧Ｅｅｑを印加し、そのときの電流を検知して、この電流値ｉに基づいて充電完了を判定し、満充電まで満充電平衡電圧の印加を継続することによって、充電を行う。複数の二次電池１が直列に接続されて二次電池群１１が構成される。ある一つの二次電池１が満充電となれば、次の未充電の二次電池１の充電を行う。複数の二次電池群１１の直列使用と並列使用とを可能とした。
【選択図】　　　図１

Description

【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及び使用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。ここで、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及び放電反応は、化学的反応、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】
ところで、二次電池内部における化学反応は、正極と負極との間で電子を授受する酸化還元反応であり、その反応速度は電荷の移動量、すなわち、被充電電池内部を流れる電流の多少によって左右される。
【０００８】
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。さらに、充電しようとする二次電池がどれだけ蓄電されているのか、また充電にどれだけの時間を要するのかを知る方法もなく、ユーザーにとっては極めて不便であるという問題もある。
【０００９】
さらに、近年、出力電圧を高めるために複数の二次電池を直列に接続して（パック電源として）、各種の上記機器を動作させる場合もある。このような場合には、直列に接続されたまま充電される場合が多い。しかしながら、この直列のまま充電電圧が印加されると、各二次電池の僅な特性の違いにより、各二次電池の充電の深度にばらつきが現われ、充電し過ぎのものや未充電のものが現われる。そして、このようなばらつきが生じたままで、負荷に接続して使用（上記各種の機器の電源として使用）すると、二次電池の本来の性能を出せないばかりか、さらにはばらつきが助長され、一個の二次電池が寿命に達するとパック電源そのものが使用不可となったりしていた。
【００１０】
このように、パック電源に対する充電方法に種々の問題を有するのにかかわらず、従来の充電方法は、多くは単体の二次電池の充電に関するものであり、上記のように、複数の二次電池が直列に接続されてパック化され、パックごと充電するものについては、例えば、代表の二次電池を充電制御するか、平均値を検知して制御するような方法であり、このようなものでも、充電の深度にばらつきが現われ、充電し過ぎのものや未充電のものが現われていた。すなわち、単一の二次電池充電でも、従来の各種の方式では上記したような不合理が存在し、さらにパック化されたものでは、各二次電池を適正に充電することは極めて困難であった。
【００１１】
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、複数の二次電池が直列に接続されてパック化されたものにおいて、各二次電池を満充電状態まで適正に充電が行えて、サイクル寿命を延ばすことができ、しかも、短時間での充電を可能とする二次電池の充電方法を提供し、また、負荷に応じて使い分けることが可能な二次電池の使用方法を提供することにある。
【００１２】
【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、満充電平衡電圧Ｅｅｑ以上の所定の電圧値Ｅｓを一定時間印加した後、満充電平衡電圧Ｅｅｑを印加し、そのときの電流を検知して、この電流値Ｉｃに基づいて充電完了を判定し、満充電まで満充電平衡電圧の印加を継続することによって、充電を行う二次電池の充電方法であって、複数の二次電池１・・が直列に接続されて二次電池群１１が構成され、ある一つの二次電池１が満充電となれば、次の未充電の二次電池１の充電を行って、この二次電池群１１の複数の二次電池１・・の充電を順次行うことを特徴としている。
【００１３】
上記請求項１の二次電池の充電方法では、ある一つの二次電池１が満充電となれば、次の未充電の二次電池１の充電を行うものであるので、二次電池１毎に特性の違いがあっても、各二次電池１を適正に充電することができ、充電し過ぎのものや未充電のものが現われるのを防止できる。特に、過度な充電による酸化還元反応を引起すことなく、満充電状態まで適正に行え、二次電池１の内部構造を傷めない。また、満充電平衡電圧Ｅｅｑ以上の所定の電圧値Ｅｓを時間印加するものであるので、比較的に大きな充電電流を二次電池１に流すことができ、これによって１個当りの充電時間の短縮化を図ることができ、複数個の二次電池１・・有するパック電源であっても全体としての充電時間を短くすることができる。
【００１４】
請求項２の二次電池の充電方法は、ある一つの二次電池群１１の各二次電池１の充電を行った後に、この二次電池群１１と並列に接続された次の二次電池群１１の各二次電池１・・の充電を行うことを特徴としている。
【００１５】
上記請求項２の二次電池の充電方法では、複数の並列に接続された二次電池群１１、１１の各二次電池の充電を行うことができ、大きな出力電圧を得ることができるパック化されたパック電源の充電を行うことができる。
【００１６】
請求項３の二次電池の充電方法は、複数の二次電池群１１の並行した充電を可能としたことを特徴としている。
【００１７】
上記請求項３の二次電池の充電方法では、複数の二次電池群１１の並行した充電を可能としたので、複数の二次電池群１１の充電完了をほぼ同時とすることが可能となり、全体としての充電時間の短縮を図ることができる。
【００１８】
請求項４の二次電池の使用方法は、上記請求項１〜請求項３のいずれかの充電方法によって充電された二次電池の使用方法であって、複数の二次電池群１１・・の直列使用と並列使用とを可能としたことを特徴としている。
【００１９】
上記請求項４の二次電池の使用方法では、複数の二次電池群１１・・の直列使用と並列使用とが可能であるので、負荷に応じて使い分けることができる。しかも、各二次電池１は二次電池の本来の性能を十分出すことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の二次電池の充電方法及び使用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はこの発明の二次電池の充電方法に使用される充電装置の構成を示すブロック図である。充電装置は、複数の二次電池１・・をパック化したパック電源１０の各二次電池１・・を充電するものである。この場合、パック電源１０は、複数個の二次電池１・・が直列に接続された複数（図では２個）の二次電池群１１・・を備え、各二次電池群１１、１１は並列に接続されている。
【００２１】
ところで、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。
【００２２】
以下、各実施形態に使用するニッケル−カドミウム電池について説明する。ニッケル−カドミウム電池はオキシ水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＯＨ））を用いる正極と、カドミウム（Ｃｄ）を用いる負極とを、合成樹脂製のセパレータで隔離して、アルカリ電解液とともに密閉式の電池容器に収納した蓄電池である。電解質は導電率の高い水酸化カリウムを主成分とする水溶液であり、正極の特性を向上させるため、必要に応じて水酸化リチウムや水酸化ナトリウム等が添加される。
【００２３】
このニッケル−カドミウム電池の起電反応式であるが、正極の反応は、次の化１の一般式（化学反応式）で表される。また、負極の反応は、次の化２の一般式（化学反応式）で表される。
【００２４】
【化１】

【００２５】
【化２】

【００２６】
放電において上記正極の反応ではオキシ水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＯＨ）と水（Ｈ_２Ｏ）、及び正極からの電子（ｅ⁻）が反応して、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）_２）が生成し、一方、負極の反応ではカドミウム（Ｃｄ）が、正極で生成されセパレータを透過した水酸化イオン（ＯＨ⁻）と反応して、水酸化カドミウム（Ｃｄ（ＯＨ）_２）と電子（ｅ⁻）を生成し、この電子（ｅ⁻）は外部負荷を通過して正極へ供給される。
【００２７】
上記サイクルで電子（ｅ⁻）が外部負荷を通過する過程で仕事として利用される。従って、このサイクルが上手く回るということは、正極に水（Ｈ_２Ｏ）が豊富にあり、生成物である水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）_２）の濃度が低く、負極では水酸化カドミウム（Ｃｄ（ＯＨ）_２）の濃度が低いことである。これを数式で表現すると次の数１となる。
【００２８】
【数１】

【００２９】
ここで、Ｅ^０は標準起電力であり、正極、負極を構成する物質によって決まる定数で、それらの量には依存しない。ニッケル−カドミウム電池の場合、この標準起電力Ｅ^０は約１．２Ｖ（ボルト）である。また、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデー数である。
【００３０】
上記数式が示すように、正極では水（Ｈ_２Ｏ）の濃度Ｃａｑが高く、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）_２）の濃度ＣＮが低い程、起電力Ｅｅｍｆは大きくなり、負極では水酸化カドミウム（Ｃｄ（ＯＨ）_２）の濃度ＣＣが低い程、起電力Ｅｅｍｆは大きくなる。起電力Ｅｅｍｆが大きいことは、蓄電量が大きいことである。
【００３１】
ここで、二次電池１の内部に着目すると、起電反応及び放電反応は、化学的反応、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、膨潤等で、電池の内部構造を破壊してしまう場合もあり、そこまで至らないにしても、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。
【００３２】
次に、本願における充電方法を説明する上で基本となる二次電池１の充電電圧と充電電流の特性について、図２のグラフに基づいて説明する。図２における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２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Ｅαを印加しても充電電流が流れ出す。ここで上記標準電圧Ｅ^０は、上記したように、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。
【００３３】
また、図２の一点鎖線で示す充電率が約５０％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Ｅβ）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、図２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、図２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Ｅγ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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。このため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。以下、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。図２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。
【００３６】
そこでこの実施形態では、上記二次電池１の充電特性に鑑み、以下のような制御を行うことによって、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。すなわち、各二次電池１を充電する場合、まず、満充電平衡電圧Ｅｅｑ以上の所定の充電印加電圧Ｅｓを一定時間Ｔ_１印加する大電流充電を行った後、今度は上記印加電圧Ｅｓをそれよりも低いチェック電圧Ｅｃに切換えて、このチェック電圧Ｅｃを微小時間Ｔ_２印加する。ここで、上記チェック電圧Ｅｃには満充電平衡電圧Ｅｅｑを用いるのが好ましい。そして、上記チェック電圧Ｅｃ印加時における電流値Ｉｃを検出し、この電流値Ｉｃと予め設定した判定基準値Ｊ（すなわち、充電完了時に検出されると考えられる電流値）とを比較することによって、上記電流値Ｉｃの方が大きければ再び上記充電印加電圧Ｅｓでの充電を行い、上記電流値Ｉｃが判定基準値Ｊ以下であれば、満充電状態にあるとして二次電池１の充電を停止する。
【００３７】
そのため、この充電装置は、図１に示す構成としている。すなわち、電源部２と、充電電圧制御部３と、チェック電圧制御部４と、プロセッサー８（制御部）等を備える。また、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。プロセッサー８は、切替部６に指示して、充電電圧制御部３から各二次電池群１１に充電電圧を供給したり、チェック電圧制御部４からチェック電圧（二次電池１の充電状態を把握する際に印加する電圧）を各二次電池群１１に供給したりする。この際、充電時間とチェック時間とに応じて切替えられる。さらに、チェック時間内では電流検知部７（上記チェック電圧印加時における二次電池１の電流等を検出する検知部）の電流信号がプロセッサー８に入力される。そして、このプロセッサー８では、電流検知部７の電流が検知される限り切替部６によって、充電、チェックの時間繰返し行う指定を出し、この二次電池１の充電が完了したことを検知（例えば、検出した電流値Ｉｃが判定基準値Ｊ以下であることを検知）すれば、後述するように、プロセッサー８の指示によって次の二次電池１への電圧印加状態とする。また、表示部９は、パック電源１０及びプロセッサー８からの状態信号を受けて充電中あるいは充電完了等を表示する。なお、表示部９はＬＥＤあるいはＬＣＤ等にて構成することができる。
【００３８】
また、このパック電源１０は、▲１▼の二次電池群１１の各二次電池１・・に充電電圧を供給するための第１回路１２と、▲２▼の二次電池群１１の各二次電池１・・に充電電圧を供給するための第２回路１３とを備える。回路１２は、Ａ１１、Ａ１２、・・Ａ１ｎのトランジスタＴｒと、Ｂ１１、Ｂ１２、・・Ｂ１ｎのトランジスタＴｒとを有し、回路１３は、Ａ２１、Ａ２２、・・Ａ２ｎのトランジスタＴｒ・・と、Ｂ２１、Ｂ２２、・・Ｂ２ｎのトランジスタＴｒ・・とを有する。このため、制御部８としてのプロセッサーは、各二次電池群１１・・の第１・第２回路１２、１３のＡ１１、Ａ１２・・及びＢ２１、Ｂ２２・・のトランジスタＴｒ・・を制御することができ、さらには、第３〜第ｍ回路のトランジスタＴｒ・・を制御することができる。
【００３９】
そして、この充電装置では、各二次電池群１１枚の複数の二次電池１・・を、個別に一個一個充電するように構成している。▲１▼の二次電池群１１を充電する場合を説明すれば、例えば、この二次電池群１１のＩＩの電池１を充電する場合、Ａ１２
、Ｂ１２のトランジスタＴｒがＨｉ信号を受け、これによりこのＩＩの電池１
に電源供給され、充電される。この場合、他のトランジスタＴｒはＬｏｗ状態である。そして、このＩＩの電池１が満充電となれば、次のＩＩＩの電池１に移行する。この
ＩＩＩの電池１の充電時には、Ａ１３、Ｂ１３のトランジスタＴｒがＨｉ信号
を受けることになる。ここで、トランジスタＴｒがＨｉ信号を受けるとは、上記のように、満充電平衡電圧Ｅｅｑ以上の所定の充電印加電圧Ｅｓを一定時間Ｔ_１印加する大電流充電を行った後、上記印加電圧Ｅｓをそれよりも低いチェック電圧Ｅｃに切換えて、このチェック電圧Ｅｃを微小時間Ｔ_２印加する状態をいう。
【００４０】
このため、一つの二次電池１の充電が完了すれば、制御部８からの指示により次の未充電の二次電池１に回路を切換えて、上記と同様の充電制御を行うことになり、この充電制御が、Ｎ個（二次電池群１１の二次電池１の数）の二次電池１・・全てが充電完了となるまで繰り返し行われるように構成されている。また、▲１▼の二次電池群１１の充電が終了すれば、▲２▼の二次電池群１１側に回路が切替って、▲２▼の二次電池群１１の二次電池１が上記のように順次充電される。
【００４１】
次に、上記実施形態における二次電池１の充電方法について図３に示す制御フローチャートを使用してより詳しく説明する。この場合、まず▲１▼の二次電池群１１について説明する。ステップＳ１において、充電された二次電池１の個数を示すｎの値に初期値として１を代入する。次にステップＳ２において上記ｎの値にｎ＋１を代入し、ステップＳ３に移行する。このステップＳ３では、充電された二次電池１の数ｎがＮであるか否かを判定する。ここで、Ｎとはこの二次電池群１１の二次電池１の数である。そして、このステップＳ３で、ｎ＝Ｎであれば、この二次電池群１１の全ての二次電池１の充電が完了しているので、この二次電池群１１の充電が終了する。また、このステップＳ３で、ｎ＝Ｎでなければ、ステップＳ４へ移行する。
【００４２】
ステップＳ４において、充電が行われることになり、二次電池１に所定の充電印加電圧ＥｓがＴ_１時間継続して印加される（ステップＳ５）。ここで、上記充電印加電圧Ｅｓ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、上記ニッケル−カドミウム又はニッケル−水素型の場合、上記充電印加電圧Ｅｓは約１．６５Ｖ±０．０２が選択される。また、上記印加時間Ｔ_１の設定に関しては、上記充電印加電圧Ｅｓを印加した場合における充電電流の時間変化から割出される。すなわち、二次電池１の容量、構造、形状等によって異なり、化学反応論の推察に従って決めることができ、例えば、単三型のニッケル−カドミウム、ニッケル−水素二次電池の場合には、約１２０秒が選ばれる。そして上記Ｔ_１時間経過後、ステップＳ６において、上記充電電圧をチェック電圧Ｅｃ（例えば、満充電平衡電圧Ｅｅｑ）に切換える。そして、上記チェック電圧Ｅｃを二次電池１にＴ_２時間印加している間に、上記二次電池１に流れる電流値Ｉｃを電流検出部７で検出する（ステップＳ７）。また、チェック電圧Ｅｃを二次電池１に印加するＴ_２としては、例えば、約０．１秒が選ばれる。
【００４３】
次にステップＳ８において、上記判定基準値Ｊ（充電完了時に検出されると考えられる電流値）と検出された電流値Ｉｃとを比較して、上記検出された電流値Ｉｃが判定基準値Ｊよりも大きければ、ステップＳ４に戻って、上記充電印加電圧Ｅｓを二次電池１に印加する上記充電制御を繰り返し行う一方、上記電流値Ｉｃが判定基準値Ｊ以下であれば、二次電池１は満充電状態にあることを意味しているため、ステップＳ２に戻る。すなわち、これでこの二次電池１の充電が終了し、この終了でこの二次電池群１１の全ての二次電池１が終了したか否かの判断に戻ることになる。以下、同様のフローを行うことによって、▲１▼の二次電池群１１のＩの二次電池
１から全ての二次電池１・・の充電を終了させることができる。
【００４４】
ところで、上記チェック電圧Ｅｃに満充電平衡電圧Ｅｅｑを用いた場合、図２に示すように、充電率１００％（満充電状態）で電流値Ｉｃが略ゼロになるため、判定が行い易く好適である。しかしこの場合も、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程度で設定するとより好ましい。また、ステップＳ４となって充電が開始されれば、上記表示部８による充電中表示が開始される。
【００４５】
次に、この▲１▼の二次電池群１１の全ての二次電池１・・の充電が終了すれば、次の▲２▼の二次電池群１１の充電が開始される。すなわち、▲１▼の二次電池群１１の充電が終了した場合、上記図３のステップＳ３での判断がｎ＝Ｎであるので、このｎ＝Ｎとなったときに、制御部８では▲２▼の二次電池群１１の充電を開始するように指令する。この▲２▼の二次電池群１１でも上記した▲１▼の二次電池群１１と同様の制御でもって各二次電池群１・・の充電が行われる。このため、各▲１▼▲２▼の二次電池群１１の充電が終了する。そして、この充電が終了すれば、上記表示部９は充電中表示から充電完了表示となる。
【００４６】
このように、上記充電方法では、二次電池１の電流値ｉ（Ｉｃ）を検出することで、その充電状態を定期的に観測するように構成したことによって、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を行うことができる。またこれによって、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。さらに、この方法での主なる充電は、満充電平衡電圧Ｅｅｑ以上の所定の充電印加電圧Ｅｓで行われるため、比較的に大きな充電電流が二次電池１に流されることとなり、これによって充電時間の短縮化を図ることができる。
【００４７】
また、一つの二次電池１の充電が完了すると、自動的に次の未充電の二次電池１に回路が切り替わって、１個ずつ個別に充電が行われるように構成されているため、全ての二次電池１・・を確実に充電することができ、未充電の二次電池１を有するまま二次電池群１１の充電動作が終了することがなくなり、二次電池群１１の充電の信頼性に優れる。
【００４８】
さらに、▲１▼の二次電池群１１の充電が完了した後、▲２▼の二次電池群１１の充電が開始され、この▲２▼の二次電池群１１の充電も完了するので、このパック電源１０の全ての各二次電池１・・を満充電状態まで適正に充電が行えて、サイクル寿命を延ばすことができ、しかも、全体として短時間での充電が可能である。
【００４９】
また、表示部９にて充電中あるいは充電完了等が表示されるので、ユーザーは充電中あるいは充電完了を把握することができ、例えば充電完了後、直ちにこの電源を使用した各種の機器を駆動させることができる。なお、表示部９において、充電中と充電完了とは、点灯色を相違させて区別したり、充電中と充電完了のどちらかの場合を点灯させずに区別したりすることができる。さらには、「充電中」の文字や「充電完了」の文字等を表示するようにしてもよい。
【００５０】
ところで、図１に示すように、二次電池群１１を複数個有するパック電源１０である場合に、上記実施形態では、一つの二次電池群１１の充電が終了した後に次の二次電池群１１の充電を開始していたが、複数の二次電池群１１、１１の並行充電を可能として、各二次電池群１１、１１の充電を同時に開始してもよい。これによって、各二次電池群１１、１１の充電完了時間がほぼ同時となって、このパック電源１０の全体の充電時間の大幅な短縮を図ることができる。また、並行充電として、同時でなく多少ずれて開始されてもよい。例えば、▲１▼の二次電池群１１の充電が開始された後、所定時間経過した後（この▲１▼の二次電池群１１の充電が終了しない範囲）に▲２▼の二次電池群１１の充電が開始されるようにしてもよい。なお、並行充電を行わずに、例えば、▲１▼の二次電池群１１の充電が終了した後、連続して▲２▼の二次電池群１１の充電を開始させずに、所定時間経過後に、▲２▼の二次電池群１１の充電を開始するようにしてもよい。
【００５１】
また、このようなパック電源１０を使用する場合、複数の二次電池群１１を有するので、▲１▼又は▲２▼の二次電池群１１のみを負荷に接続したり、▲１▼と▲２▼の二次電池群１１、１１を直列又は並列として負荷に接続したりすることができるようにするのが好ましい。これによって、接続される種々の負荷に対応する電源となって、汎用性に優れるものとなる。この場合、このパック電源１０の回路部に切替手段を設け、この切替手段を切替えることによって、直列使用可能状態としたり、並列使用可能状態としたりすることができる。
【００５２】
ところで、満充電までの所要充電時間ｔ（つまり充電時間）は、図４に示すように、電流値ｉと所要充電時間ｔとの関係を示したグラフから求めることができる。このグラフは、満充電平衡電圧Ｅｅｑ印加時に検出される電流値ｉと、満充電までに要する充電時間ｔとの関係を示しており、充電率が０％の二次電池１に、満充電平衡電圧Ｅｅｑを印加したときに検出される電流値ｉをＩｅｑｏ（図２参照）とすると、上記グラフは、充電が進むにつれて所要充電時間ｔが短くなると共に、これに伴って検出される電流値も小さくなることを示している。そしてこの場合は、上記電流値がｉ＝０になったとき、充電率１００％の満充電状態となるため、所要充電時間もｔ＝０となる。
【００５３】
従って、このようなグラフ、又は上記グラフから導出される関係式を予め作成しておけば、検出される電流値ｉから満充電までの所要充電時間ｔを簡単に求めることができる。このため、この所要充電時間ｔを算出して、この時間が経過した後に、二次電池１の充電を停止するようにしてもよい。また、満充電までの所要充電時間ｔを検出することによって、表示部９にその充電時間ｔを表示するようにすることも可能である。このように、充電時間ｔが表示されれば、充電中の二次電池１の充電完了時刻をユーザーは把握することができる。
【００５４】
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。例えば、パック電源１０の二次電池群１１の数の増減は自由であり、さらには、各二次電池群１１・・の二次電池１の数の増減も自由である。また、各二次電池１を充電する際には、チェック電圧を印加させる前に微小時間だけ、この二次電池１を短絡させてもよい。これによって、二次電池１の電極界面にチャージした電荷を除去して、電極界面をクリーンな状態にすることができる。従って、二次電池１を短絡させれば、満充電電位への電圧印加がスムーズに行え、さらに、この満充電電位への切換え直後の充電電流が安定し、その結果、電流値の測定が正確に行え、適正な充電を図ることができる。
【００５５】
また、一つの二次電池１の充電を終了する場合、検出される電流値ｉ（Ｉｃ）から図２に示すグラフ等を用いて、この電流値ｉ（Ｉｃ）の検出時点における二次電池１の充電率を求め、この充電率が所定値に達したときに充電を停止するようにしてもよい。さらに、各二次電池１の充電を行う場合、二次電池１の開放電圧Ｅを使用してもよい。すなわち、上記満充電平衡電圧Ｅｅｑと開放電圧Ｅ（Ｅα、Ｅβ、Ｅγ等）との差電圧Δを使用し、この差電圧Δを、予め設定した判定基準値ＪＥと比較し、上記差電圧Δの方が大きければ上記充電印加電圧Ｅｓでの充電を継続する一方、上記差電圧Δが判定基準値ＪＥ以下であれば、満充電状態にあるとして上記二次電池１の充電を停止するようにしてもよい。この判定基準値ＪＥは、充電印加電圧Ｅｓと、上記二次電池１が満充電状態にあるときの開放電圧Ｅ＝Ｅｅｑ（満充電平衡電圧）との差、すなわちＪＥ＝Ｅｓ−Ｅｅｑの値として構成される。この場合、満充電平衡電圧Ｅｅｑと開放電圧Ｅとの差電圧Δから所要充電時間ｔを求めて、これを表示部９に表示するように構成することができる。
【００５６】
ところで、充電完了時には表示部９にてその旨が表示されるが、この際完了を知らせる完了音（例えば、ブザー音）を発生させるようにしてもよい。また、複数の二次電池群１１・・を有する場合、表示部９にて、全二次電池群１１の充電完了と、各二次電池群１１の充電の終了（完了）とを表示するようにしてもよい。このように、各二次電池群１１の充電の終了（完了）が表示されれば、この完了した二次電池群１１のみでもって、負荷接続が可能な場合に、他の二次電池群１１の充電完了を待つことなく、この電源を使用することができ、利用性の向上を図ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１の二次電池の充電方法によれば、二次電池毎に特性の違いがあっても、各二次電池を充電することができ、充電し過ぎのものや未充電のものが現われるのを防止できる。これにより、二次電池の本来の性能を十分出せることになり、この電池（パック電源）の寿命を延ばすことができると共に、パック電源が使用される機器を安定して駆動させることができる。また、各二次電池は過度な充電が防止されて満充電状態まで適正に充電が行えるので、各二次電池にとってはいわゆる優しい充電となって、内部構造を傷めることが防止される。これによって、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができ、コスト面での負担の軽減を図ることができる。さらに、各二次電池を充電する場合、比較的に大きな充電電流を各二次電池に流すことができるので、１個当りの充電時間の短縮化を図ることができる。このため、このような複数個の二次電池を有するパック電源において、全体としての充電時間を極めて小さくすることができ、この電源が使用される各種機器がバッテリ不足でもって駆動できない時間を少なくすることができ、この機器の利用（使用）性の向上を図ることができる。
【００５８】
請求項２の二次電池の充電方法によれば、複数の並列に接続された二次電池群の各二次電池の充電を行うことができ、大きな出力電圧を得ることができるパック化されたパック電源の充電を行うことができる。
【００５９】
請求項３の二次電池の充電方法によれば、複数の二次電池群の並行した充電を可能としたので、例えば、各二次電池群の充電を同時に開始することができる。これにより、全体としての充電時間の短縮を一層図ることができ、このパック電源が使用される機器のバッテリ不足による使用不可時間の短縮を図ることができ、ユーザーにとって利用性に優れる。
【００６０】
請求項４の二次電池の使用方法によれば、複数の二次電池群の直列使用と並列使用とが可能であるので、負荷に応じて使い分けることができ、汎用性に優れる。しかも、各二次電池群の二次電池は、上記請求項１〜請求項３のいずれかの方法で充電され、充電し過ぎのものや未充電のものが現われるのを防止でき、二次電池の本来の性能を十分出せることになり、電池として安定した機能を発揮し、かつ長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の充電方法に使用する充電装置の実施形態を示す簡略図である。
【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】この発明の充電方法を示すフローチャート図である。
【図４】満充電平衡電圧印加時に検出される電流値と、満充電までに要する充電時間との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　　二次電池
１１　　二次電池群
Ｅｅｑ　満充電平衡電圧
Ｅｓ　　印加電圧
Ｉｃ　　電流値

Claims

満充電平衡電圧（Ｅｅｑ）以上の所定の電圧値（Ｅｓ）を一定時間印加した後、満充電平衡電圧（Ｅｅｑ）を印加し、そのときの電流を検知して、この電流値（Ｉｃ）に基づいて充電完了を判定し、満充電まで満充電平衡電圧（Ｅｅｑ）の印加を継続することによって、充電を行う二次電池の充電方法であって、複数の二次電池（１・・）が直列に接続されて二次電池群（１１）が構成され、ある一つの二次電池（１）が満充電となれば、次の未充電の二次電池（１）の充電を行って、この二次電池群（１１）の複数の二次電池（１・・）の充電を順次行うことを特徴とする二次電池の充電方法。
ある一つの二次電池群（１１）の各二次電池（１）の充電を行った後に、この二次電池群（１１）と並列に接続された次の二次電池群（１１）の各二次電池（１）の充電を行うことを特徴とする請求項１の二次電池の充電方法。
複数の二次電池群（１１・・）の並行した充電を可能としたことを特徴とする請求項１の二次電池の充電方法。
上記請求項１〜請求項３のいずれかの充電方法によって充電された二次電池の使用方法であって、複数の二次電池群（１１・・）の直列使用と並列使用とを可能としたことを特徴とする二次電池の使用方法。