JP2004248476A

JP2004248476A - Charger and method for charging battery

Info

Publication number: JP2004248476A
Application number: JP2003038727A
Authority: JP
Inventors: Masanao Sato; 佐藤　　正直
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charger and a method for charging a battery wherein insufficient charging is prevented which insufficient charging can occur when a battery in inactive state is charged in which such a peak value as occurs in the end stage of charging occurs in the initial stage of charging. <P>SOLUTION: When a battery 30 is quickly charged, and when it is judged that the charging voltage V<SB>in</SB>-V<SB>min</SB>for the battery 30 has reached +ΔV after the minimum value of the charging voltage for the battery 30 is detected after start of charging, second charging mode is established. Only when it is judged that the charging voltage V<SB>max</SB>-V<SB>in</SB>for the battery 30 has reached -ΔV after the maximum value of the charging voltage for the battery 30 is detected, the battery is judged to have been fully charged. Thus, even if there is such voltage drop that V<SB>max</SB>-V<SB>in</SB>is judged to have reached -ΔV in the initial stage of charging, charging is not stopped and carried out until the battery is fully charged. Consequently, insufficient charging is prevented. Therefore, not only batteries having normal charging characteristics but also inactive batteries wherein the battery voltage drops in the initial stage of charging can be appropriately charged to the full. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池を短い時間で充電させることが可能な充電装置、及びこの充電装置を用いた電池の充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、例えば携帯電話機、ノート型パーソナルコンピューター等のポータブル化された電子機器等の進歩に伴い、これら電子機器の電源である二次電池に対する高性能化の要求が高まっている。具体的には、電池の高容量化と長寿命化である。前者については、例えば従来から使用されているＮｉ−Ｃｄ二次電池において、従来の焼結式電池の電極基板に代えて、非焼結式の３次元構造の電極を有する非焼結式Ｎｉ−Ｃｄ二次電池等が開発されている。しかし、必ずしも顕著な容量の増加は達成されていない。
【０００３】
そこで、最近では、負極として水素吸蔵合金粉末を集電体に固定した構造のものを使用したアルカリ二次電池、いわゆるＮｉ−水素二次電池が提案され、注目されている。このＮｉ−水素二次電池では、水素吸蔵合金を使用した負極により、従来の代表的なアルカリ二次電池の負極材料であるカドミウム（Ｃｄ）等を用いた場合に比べ、単位重量当りまたは単位容量当りのエネルギー密度を大きくできる。これにより、Ｎｉ−水素二次電池では、高容量化をできる他、Ｃｄ等による環境汚染の虞が防止される等といった優れた特徴を有している。
【０００４】
このＮｉ−水素二次電池を例えば電池定格容量の０．５Ｃ〜１Ｃ程度の電流により短時間で急速充電する場合、図７に示すように、Ｎｉ−水素二次電池は、満充電状態になると電池電圧がピーク値から低下する性質を示す。このような性質を示すＮｉ−水素二次電池の充電方法では、例えば充電末期の電池電圧のピーク値を過ぎてから、電池電圧における所定時間当たりの低下分を検出することで満充電状態に達したと判断して充電を停止させるようにしている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２８８７４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したＮｉ−水素二次電池においては、長期間、例えば一年以上放置されたり、過放電等が行われたりした後に急速充電を行った場合、図８に示すように、充電初期に充電末期で発生するような電圧降下が発生する、いわゆる不活性な状態になってしまう。また、Ｎｉ−水素二次電池においては、例えば浅い深度（放電終止電圧が１．１２Ｖ以上程度。）の放電を繰り返した後に深い深度の放電（放電終止電圧が１Ｖ程度。）を行うことでメモリー効果等が生じてしまい、不活性な状態に陥ることもある。
【０００７】
このような不活性な状態に陥ったＮｉ−水素二次電池を特許文献１に示す充電方法で充電した場合、充電初期に充電電圧の低下を検出して充電が停止されてしまうことから充電不足になることがある。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、充電初期に充電末期で発生するようなピーク値が発生するような不活性状態の電池を充電した場合の充電不足を防止できる優れた充電装置、及び電池の充電方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る充電装置は、電池を充電する充電手段と、電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段が検出する電池電圧における充電を開始してからの最低値を検出する第１の検出手段と、第１の検出手段が電池電圧の最低値を検出した後に、電圧検出手段が検出する電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したかどうかを判定する第１の判定手段と、第１の判定手段により電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後に、電圧検出手段が検出する電池電圧の最高値を検出する第２の検出手段と、第２の検出手段が電池電圧の最高値を検出した後に、電圧検出手段が検出する電池電圧の降下分が所定の電圧に達したかどうかを判定する第２の判定手段とを有していることを特徴とする。
【００１０】
この充電装置では、第１の検出手段が充電を開始してからの電池電圧の最低値を検出し、第１の検出手段による検出の後に第１の判定手段が電池電圧の上昇分が所定電圧に達したと判定し、第１の判定手段による判定の後に第２の検出手段が電池電圧の最高値を検出し、第２の検出手段による検出の後に第２の判定手段が電池電圧の降下分が所定電圧に達したと判定したときに初めて電池が満充電であると判定し、電池の充電を停止又は制御する。
【００１１】
これにより、この充電装置では、充電初期に充電末期に発生する電池電圧の降下が電池に発生しても、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと第１の判定手段が判定した後でなければ充電の停止や制御が行われることがないことから、充電初期で電池電圧の降下分が所定の電圧に達して満充電になったと判定されることにより充電が停止又は制御されて起こる充電不足を防止できる。
【００１２】
本発明に係る電池の充電方法は、電池を充電する際に、電池の電池電圧を検出し、電池電圧における充電を開始してからの最低値を検出し、電池電圧の最低値を検出した後に、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したかどうかを判定し、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後に、電池電圧の最高値を検出し、電池電圧の最高値を検出した後に、電池電圧の降下分が所定の電圧に達したかどうかを判定することを特徴としている。
【００１３】
この電池の充電方法では、充電を開始してからの電池電圧の最低値を検出し、電池電圧の最低値を検出した後に電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したかどうかを判定し、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後に電池電圧の最高値を検出し、電池電圧の最高値を検出した後に電池電圧の降下分が所定の電圧に達した判定されたときに初めて電池が満充電されたと判定し、充電の停止や制御を行う。
【００１４】
これにより、この方法では、充電初期に充電末期に発生するような電池電圧の降下が電池に発生しても、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後でなければ充電の停止や制御が行われることがないことから、充電初期で電池電圧の降下分が所定の電圧に達して満充電になったと判定されることにより充電が停止又は制御されて起こる充電不足を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した電池の充電装置、及び電池の充電方法について、図１に示す充電装置１を参照にして説明する。この充電装置１は、例えばアルカリ二次電池（以下、電池を記す。）３０に対し、電池定格容量の０．５Ｃ〜１Ｃ程度の充電電流により短時間で充電する、いわゆる急速充電を行うものである。そして、この充電装置１は、電池３０に対して充電を行う電源回路部２と、電源回路部２による電池３０の充電を制御する充電制御部３と、電池３０を保持する電池保持部４とを備えている。
【００１６】
電源回路部２は、例えばスイッチング電源回路であり、家庭用交流電源等の外部電源から交流電圧を供給させるコンセント等の電源供給端子に接続される入力フィルタ５と、入力フィルタ５に接続される整流回路６と、整流回路６より供給された充電のための交流電圧の昇圧／降圧させるＰＷＭ（パルス幅変調）コンバータ７と、ＰＷＭコンバータ７より電池３０に供給される出力電圧を検出する出力検出部８と、出力検出部８が検出した情報に基づいてＰＷＭコンバータ７を制御するＰＷＭ制御回路９とを備えている。
【００１７】
入力フィルタ５は、電源供給端子等から入力された所定の周波数帯域の交流電流を除去し、必要な周波数帯域の交流電流だけを透過する。
【００１８】
整流回路６は、例えば入力フィルタ５によって必要な周波数帯域だけにされた交流電流を所定の直流電流に変換し、安定した電圧を有する直流電流に整える。
【００１９】
ＰＷＭコンバータ７は、一対のコイル１０ａ，１０ｂを有するトランス１０と、トランス１０に接続されてＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりオン／オフすることでＰＷＭコンバータ７に供給される直流電圧を制御するスイッチング素子１１とを備えている。
【００２０】
トランス１０は、整流回路６が電気的に接続されている一次コイル１０ａと、電池３０が電気的に接続されている二次コイル１０ｂとからなり、整流回路６より一次コイル１０ａに電流が供給されることで二次コイル１０ｂが電圧を誘起して電池３０に充電電流を供給する。
【００２１】
スイッチング素子１１は、例えばトランジスタ等であり、一次コイル１０ａとＰＷＭ制御回路９との間に配置され、ＰＷＭ制御回路９から供給されるパルス信号に基づいてオン／オフを切り換える。スイッチング素子１１は、オンの状態ではトランス１０に電流が供給されるようにし、オフの状態ではトランス１０に電流が流れないようにする。
【００２２】
なお、ＰＷＭコンバータ７においては、トランス１０やスイッチング素子１１の他に、例えば二次コイル１０ｂから電池３０に供給される充電電流の電圧を平滑化させる平滑コンデンサ１２や、平滑コンデンサ１２を充電するための電流が急激に平滑コンデンサ１２に供給されることを防止するダイオード１３等を二次コイル１０ｂと電池保持部４との間に備えている。
【００２３】
このような構成のＰＷＭコンバータ７は、ＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりスイッチング素子１１がオンになると、外部電源等から供給された交流電圧を入力フィルタ５、整流回路６を介して直流電圧に変換された状態でトランス１０の一次コイル１０ａに供給する。そして、ＰＷＭコンバータ７は、一次コイル１０ａに直流電圧の電流が供給されることにより二次コイル１０ｂで電圧が誘起されて二次コイル１０ｂに直流電圧の電流が発生し、ダイオード１３を介して平滑コンデンサ１２により平滑化された直流電圧の充電電流を電池３０に供給する。また、ＰＷＭコンバータ７は、ＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりスイッチング素子１１がオフになると、トランス１０の一次コイル１０ａに対する電流の供給が停止されることになり、電池３０に供給される充電電流を抑制する。
【００２４】
出力検出部８は、発光素子１４ａ及び受光素子１４ｂを備えるフォトカプラ１４と、ＰＷＭコンバータ７から電池３０に供給される充電電流の電圧を検出する作動増幅回路１５とを備えている。
【００２５】
フォトカプラ１４は、ＰＷＭコンバータ７と電池３０との間の電圧を検出するように接続される発光ダイオード等からなる発光素子１４ａと、発光素子１４ａからの光信号を受光し、受光した光信号を電気信号に変換してＰＷＭ制御回路９に供給するフォトトランジスタ等からなる受光素子１４ｂをと備えている。そして、フォトカプラ１４は、発光素子１４ａがＰＷＭコンバータ７と電池３０との間に流れる充電電流の電圧に対応した明暗レベルの光を発光し、発光素子１４ａからの光を受光した受光素子１４ｂが受光した光信号の明暗レベルに対応した電圧レベルの電気信号をＰＷＭ制御回路９に対して出力する。
【００２６】
作動増幅回路１５は、フォトカプラ１４の発光素子１４ａに電気的に接続され、発光素子１４ａに供給される電流の電圧を制御する。具体的に、作動増幅回路１５は、所定の電圧を有する基準電圧源１５ａを備え、充電電流の電圧と基準電圧源１５ａの電圧との誤差によりフォトカプラ１４の発光素子１４ａに供給される電流の電圧を制御する。フォトカプラ１４は、作動増幅回路１５によって制御された電圧レベルに則った明暗レベルの光を発光素子１４ａが発光する。
【００２７】
このような構成の出力検出部８は、電池３０に供給される充電電流の電圧に対応して制御された電圧レベルの電気信号をＰＷＭ制御回路９に出力する。すなわち、出力検出部８は、電池３０に供給される充電電流の出力状態を検出し、この検出した情報に基づいた電気信号をＰＷＭ制御回路９に出力する。
【００２８】
ＰＷＭ制御回路９は、出力検出部８から供給される電気信号の電圧レベルに対応してパルス幅を変えたパルス信号をＰＷＭコンバータ７のスイッチング素子１１に出力する。
【００２９】
以上のような構成の電源回路部２は、電源供給端子から交流電圧が入力フィルタ５、整流回路６等を介して直流電圧にされた状態でＰＷＭコンバータ７におけるトランス１０の一次コイル１０ａに供給されると、二次コイル１０ｂが誘起されて直流電圧の充電電流が生じ、この充電電流を電池３０に供給する。そして、電源回路部２は、ＰＷＭコンバータ７から供給される充電電流の出力状態を出力検出部８が検出し、その検出した情報に基づいた電圧レベルの電気信号をフォトカプラ１４がＰＷＭ制御回路９に出力する。そして、電源回路部２は、ＰＷＭ制御回路９が出力検出部８からの電気信号の電圧レベルに対応したパルス幅のパルス信号をＰＷＭコンバータ７のスイッチング素子１１に出力し、パルス信号のパルス幅に応じてスイッチング素子１１のオン／オフが制御されてトランス１０の一次コイル１０ａに供給される電流を制御する。そして、電源回路部２は、一次コイル１０ａに供給される制御された状態の電流に対応した状態の充電電流を二次コイル１０ｂから電池保持部４を介して電池３０に供給する。このように、電源回路部２は、充電電流の出力状態を確認しながら、整流回路６や平滑コンデンサ１２等で整流された直流電圧の充電電流を安定した状態で電池３０に供給する。
【００３０】
充電制御部３は、電池３０の電圧を検出する電圧検出回路１６と、電池３０と電源回路部２との間の電気的な接続のオン／オフを切り換えるスイッチング素子１７と、電源回路部２やスイッチング素子１７等を制御する制御回路１８と、使用者が充電電流値等の条件を充電装置に入力する入力部１９を備えている。
【００３１】
電圧検出回路１６は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１６ａを備え、充電中の電池３０の電圧を検出し、その結果をＡ／Ｄ変換器１６ａでデジタル変換された電気信号を制御回路１８等に出力する。
【００３２】
スイッチング素子１７は、例えばトランジスタ素子等であり、制御回路１８から出力された切換信号に基づいて、電池３０と電源回路部２との間の電気的な接続のオン／オフを切り換える。
【００３３】
制御回路１８は、コンピュータプログラム等が記録されているリード・オンリ・メモリ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ：以下、単にＲＯＭという。）２０と、ＲＯＭ２０からコンピュータプログラム等がロードされて記録されるランダム・アクセス・メモリ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ：以下、単にＲＡＭという。）２１と、ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）チップ、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップ等の集積回路等からなる中央演算処理装置（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ：以下、ＣＰＵという。）２２とを備えている。
【００３４】
ＲＯＭ２０は、例えば、後述する第１の充電モード及び第２の充電モードを実行するためのコンピュータプログラム等が記録され、ＣＰＵ２２からの命令に応じてコンピュータプログラムをＲＡＭ２１にロードする。
【００３５】
ＲＡＭ２１は、ＲＯＭ２０からのコンピュータプログラム等がロードされると共に、後述する判定フラグ等も記録される。ＲＡＭ２１は、ＣＰＵ２２で演算処理されたデータ等を書き換え可能に記録する記録手段であり、ＣＰＵ２２からの命令に応じて記録されているデータをＣＰＵ２２に出力したり、書き換えたりする。
【００３６】
ＣＰＵ２２は、電圧検出回路１６から送信されたデジタル信号を、上述した集積回路等で演算処理し、命令信号や情報信号等にして電源回路部２、スイッチング素子１９、ＲＯＭ２０、ＲＡＭ２１等に出力する。
【００３７】
そして、このようなＲＯＭ２０、ＲＡＭ２１、ＣＰＵ２２で構成される制御回路１８は、入力部１９等から送信された操作信号に従って電源装置１全体を制御する。
入力部１９は、充電装置１における電池３０に供給される充電電流や、電池３０にかかる充電電圧や、電池３０が充電されている時間等の条件を使用者がキー操作等で入力するためのスイッチや、充電を開始させるための充電開始スイッチ等を備えている。そして、この入力部１９は、使用者により入力された操作信号を、例えば電源回路部２や制御回路１８等に出力する。
【００３８】
電池保持部４は、充電装置１で電池３０を充電する際に、電池３０を脱着可能な状態で保持させ、保持された電池３０の端面に位置する正極外部端子に接触させることで接続される正極端子２３と、正極外部端子とは反対側の端面に位置する負極外部端子に接触させることで接続される負極端子２４とを有している。正極端子２３は、スイッチング素子１７を介して充電回路部２に電気的に接続されており、電池３０に充電電流を供給する。そして、正極端子２３及び負極端子２４には、接続された電池３０の正極外部端子及び負極外部端子の接触面に対して略垂直に押圧させた状態で接触させるようにする例えばコイルばね等の弾性手段が備えられている。
【００３９】
この電池保持部４は、電池３０の正極外部端子に正極端子２３を押圧させ、電池３０の負極外部端子に負極端子２４を押圧させることで、電池３０を正極端子２３と負極端子２４とに挟持させるようにして脱着可能に保持する。
【００４０】
次に、上述した構成の充電装置１で充電される電池３０について図２を参照して説明する。電池３０は、電解液にアルカリ水溶液を用いた、いわゆるＮｉ−水素二次電池やＮｉ−Ｃｄ二次電池等のアルカリ二次電池である。この電池３０は、発電要素となる電池素子３１と、電池内部でイオンを移動させる際の媒体となる電解液３２と、これら電池素子３１や電解液３４等を収納する有底筒状の外装容器３３と、外装容器３３を封口する封口蓋体３４とを備えている。
【００４１】
電池素子３１は、シート状の正極３５と、シート状の負極３６と、これら正極３５と負極３６とがセパレータ３７を介した状態で積層され、長手方向に巻回されたものである。
【００４２】
正極３５は、正極活物質の粉末が正極支持体に固着されてなるもので、シート状の正極支持体である導電性金属等からなるパンチングメタルの両主面に、正極活物質を含有する正極電極層が形成されている。
【００４３】
正極３５において、正極電極層は、水酸化ニッケルを主成分とする粒子に導電層が被覆されてなる正極活物質の粉末と、この正極活物質の粉末同士を結着させる例えばテトラフルオロエチレン等の樹脂材料等からなる結着剤をと含有しており、必要に応じて例えばＮｉ粉、黒鉛、カーボンブラック等の導電助材を含有させることも可能である。正極電極層においては、正極活物質の粉末が結着剤を介して結着され、正極活物質の表面にある導電層同士が接触して高次構造の、金属電気伝導を示す導電性ネットワークが形成される。そして、この正極電極層は、正極支持体の両主面上に積層形成されて固着されることにより、正極支持体と電気的に接続される。
【００４４】
負極３６は、負極活物質の粉末が負極支持体に固着されてなるもので、シート状の負極支持体の両主面に、負極活物質を含有する負極電極層が形成されている。負極３６において、負極電極層は、負極活物質の粉末と、この負極活物質の粉末同士を結着させる例えばテトラフルオロエチレン等の樹脂材料等からなる結着剤とを含有しており、必要に応じて例えばＮｉ粉、黒鉛、カーボンブラック等の導電助材を含有させることも可能である。負極活物質には、例えば水素吸蔵合金、水酸化カドミウム等を用いる。また、負極支持体には、正極３５の場合と同様に、シート状の導電性金属等からなるパンチングメタル等を用いる。
【００４５】
セパレータ３７には、例えばポリアミド樹脂、ポリプロピレン等からなる不織布を用いることができる。
【００４６】
以上のような構成の電池素子３１は、最外周に負極３６が露出するように巻回されることで、外装容器３３に収納した際に外装用器３３の内周面に負極３６が接触により接続されることになる。
【００４７】
電解液３２は、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物のうちの何れか一種、又はこれらの混合物を水に溶解させ、必要に応じてアルカリ土類金属イオン等を添加させたものである。
【００４８】
外装容器３３は、例えば導電性金属等からなる有底筒状容器であり、底部が円状にされている。なお、外装容器３３には、例えば矩形状、扁平円状等の底部を有する有底筒状容器を用いることもできる。この外装容器３３は、負極３６が内周面で電気的に接触されることで電池３０の外部負極端子となる。
【００４９】
封口蓋体３４は、外装容器３３に収納された電池素子３１の正極３５と例えば導電性金属等からなるリード端子３５ａを介して電気的に接続され、電池３０の外部正極端子となる。
【００５０】
そして、以上のような構成の電池３０は、外装容器３３に電池素子３１及び電解液３２が収納され、外装容器３３の開口部に封口蓋体３４が樹脂材料等からなるガスケット３８を介して圧入された状態で、外装容器３３の開口部付近を内側に曲げ加工、いわゆるかしめ加工されることで封口蓋体３４が強固に固定されて電池素子３１及び電解液３２を密閉封入させたものである。また、電池３０は、外装容器３３をかしめ加工した際に、外装容器３３の開口部の縁部全周でガスケット３８がはみ出るようにされており、外部負極端子となる外装容器３３と外部正極端子となる封口蓋体３４とが接触しないようにされている。
【００５１】
次に、このような構成の電池３０を充電装置１で急速充電する方法について、図３に示すフローチャートを参照にして説明する。電池３０を急速充電する際は、先ず、使用者が、ステップＳ１において、例えば家庭用交流電源等にコンセント等の電源供給端子を接続させたり、入力部１９装置全体の電源スイッチ等をオンしたりして、充電装置１を使用可能の状態にする。このとき、充電制御部３において、制御回路１８は、ＲＡＭ２１に第１の充電モードで充電させることを示す判定フラグとして「ΔＶ」をセットする。また、制御回路１８は、前回充電を行ったとき等にＲＡＭ２１に記録された充電電圧最低値（Ｖ_ｍｉｎ）等のデータを所定のＶ_ｍｉｎにリセットする。なお、制御回路１８においては、Ｖ_ｍｉｎのデータを例えば使用者が入力部１９より入力することにより所定値としてＲＡＭ２１に記録させることもできる。
【００５２】
次に、使用者は、ステップＳ２において、電池３０を電池保持部４に保持する。電池３０を電池保持部４に保持する際は、電池３０の正極外部端子を正極端子２３で押圧させ、電池３０の負極外部端子を負極端子２４で押圧させるようにして電池３０を脱着可能に保持する。
【００５３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ３において、電圧検出回路１６が正極端子２３と負極端子２４との間の電圧を所定の時間間隔で検出し、検出した電圧のデータをＡ／Ｄ変換器１６ａでアナログ信号からデジタル信号に変換して制御回路１８のＣＰＵ２２に所定の時間間隔で出力する。すなわち、充電制御部３は、充電電圧を所定の時間間隔でサンプリングする。以下、電圧検出回路１６より次々とサンプリングされて制御回路１８のＣＰＵ２２に入力される電圧データのことをＶ_ｉｎと記す。
【００５４】
次に、充電装置１は、ステップＳ４において、電池３０が電池保持部４に保持されているか、いないかを電圧検出回路１６でサンプリングされたＶ_ｉｎに基づいて制御回路１８が判定する。このとき、制御回路１８は、電池保持部４に電池３０が保持されているか、いないかの判定の他に、保持されている場合は正負極等が正確に保持されているかも判定する。そして、制御回路１８は、電池３０が電池保持部４に正確に保持されていると判定したとき、ステップＳ５に進む。一方、制御回路１８は、電池３０が電池保持部４に保持されていないと判断、若しくは正確に保持されていないと判定したとき、ステップＳ３及びステップＳ４の処理を繰り返す。
【００５５】
次に、制御回路１８は、ステップＳ５において、ＲＡＭ２１にセットされた判定フラグを判定する。そして、制御回路１８は、判定フラグを「ΔＶ」と判定した場合は、ステップＳ６に進んでＲＯＭ２０に記録されている第１の充電モードのプログラムに則った充電が電池３０に行われるように充電装置１を制御する。一方、判定フラグを「−ΔＶ」と判定した場合は、ステップＳ１２に進み、ＲＯＭ２０に記録されている第２の充電モードのプログラムに則った充電が電池３０に行われるように充電装置１を制御する。
【００５６】
制御回路１８が判定フラグを「ΔＶ」と判定すると、充電装置１は、ステップＳ６において、ＲＡＭ２１に記録されているＶ_ｍｉｎと、電圧検出回路１６により検出されてＣＰＵ２２に送信された最新のＶ_ｉｎとを比較し、Ｖ_ｍｉｎとＶ_ｉｎの大小を判定する。そして、充電装置１は、Ｖ_ｍｉｎがＶ_ｉｎよりも大きいと判定、すなわち「Ｖ_ｍｉｎ＞Ｖ_ｉｎ」と判定したときはステップＳ７に進み、一方、Ｖ_ｍｉｎとＶ_ｉｎとが同じか、若しくはＶ_ｍｉｎがＶ_ｉｎより小さいと判定、すなわち「Ｖ_ｍｉｎ≦Ｖ_ｉｎ」と判定したときはステップＳ１０に進む。
【００５７】
次に、充電装置１は、ステップＳ６で「Ｖ_ｍｉｎ＞Ｖ_ｉｎ」と判定したとき、ステップＳ７において、ＲＡＭ２１に記録されている今までのＶ_ｍｉｎを、電圧検出回路１６よりＣＰＵ２２に送信された最新のＶ_ｉｎに書き換えて新たなＶ_ｍｉｎとして更新した後に、ステップＳ８に進む。
【００５８】
次に、充電装置１は、ステップＳ８において、充電を開始してからの経過時間が予め設定された充電時間に達したか、達していないかを制御回路１８が判定する。そして、充電装置１は、充電経過時間が予め設定された充電時間に達したと判定したとき、ステップＳ９に進む。一方、制御回路１は、充電経過時間が予め設定された充電時間に達していないと判定したとき、ステップＳ３に進み、ステップＳ３以降の処理が再び行われる。なお、充電制御部３において、予め設定された充電時間は、使用者が入力部１９から入力することで所定値としてＲＡＭ２１等に記録される。
【００５９】
次に、充電装置１は、ステップ９において、電池３０の充電状態に係わらず、電池３０が満充電の状態になったと判断し、制御回路１８がスイッチング素子１７を制御して電源回路部２と電池３０との間の電気的な接続をオフの状態にして充電を強制的に終了するか、若しくは電池３０にトリクル充電が行われるように電源回路部２等を制御する。
【００６０】
そして、充電装置１は、ステップＳ６で「Ｖ_ｍｉｎ＞Ｖ_ｉｎ」であると判定する限り、ステップＳ８で所定の充電時間に達するまでステップＳ３〜ステップＳ８の処理を繰り返す。
【００６１】
次に、ステップＳ６で「Ｖ_ｍｉｎ≦Ｖ_ｉｎ」であると判定してステップＳ１０に進んだ場合について説明する。
【００６２】
充電装置１は、ステップＳ１０において、制御回路１８が予め設定された電圧（＋ΔＶ）と、所定時間当たりの電圧上昇分（Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎ）とを比較して大小を判定する。そして、充電装置１は、Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎが＋ΔＶより小さい、すなわち「Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎ＜＋ΔＶ」と判定した場合、ステップＳ８に進み、上述したステップＳ８以降の処理を行う。そして、充電装置１は、ステップ１０で「Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎ＜＋ΔＶ」であると判定する限り、ステップＳ８で所定の時間に達するまでステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ１０、ステップＳ８の処理を順次繰り返す。
【００６３】
一方、充電装置１は、Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎと＋ΔＶとが同じか、若しくはＶ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎが＋ΔＶより大きい、すなわち「Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎ≧＋ΔＶ」と判定したとき、ステップＳ１１に進む。なお、充電装置１において、＋ΔＶは、使用者が入力部１９から入力することで所定値としてＲＡＭ２１等に記録される。
【００６４】
次に、充電装置１は、ステップＳ１１において、ＣＰＵ２２がＲＡＭ２１にセットされている「ΔＶ」の判定フラグを第２の充電モードで充電させることを示す「−ΔＶ」に置き換えた後に、ステップＳ８に進み、上述したステップＳ８以降の処理を行う。このとき、制御回路１８は、ＣＰＵ２２がＲＡＭ２１に前回充電を行ったとき等に記録された充電電圧最高値（Ｖ_ｍａｘ）等のデータを所定のＶ_ｍａｘにリセットする。なお、充電制御部３においては、Ｖ_ｍｉｎと同様、Ｖ_ｍａｘのデータを例えば使用者が入力部１９より入力することにより所定値としてＲＡＭ２１に記録される。
【００６５】
そして、充電装置１は、ステップＳ１１からステップＳ８、ステップＳ３、ステップＳ４を介してステップＳ５に進んだ場合、ステップＳ５において、制御回路１８がＲＡＭ２１にセットされた判定フラグを「−ΔＶ」と判定することから、ステップＳ１２に進んでＲＯＭ２０に記録されている第２の充電モードのプログラムに則って電池３０を充電する。
【００６６】
以上で説明したように、充電装置１は、充電が開始されると、図４に示すような充電特性を有する正常な電池３０や、図５に示すような充電特性を有する不活性な状態の電池３０に関係なく、充電制御部３の判定フラグが「ΔＶ」でセットされることから、先ず第１の充電モードで急速充電を行う。なお、図４及び図５は、電池３０を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図であり、縦軸に充電時の電池電圧を示し、横軸に充電経過時間を示している。
【００６７】
充電装置１は、正常な電池３０を急速充電する場合、充電が開始されると、充電を開始してから充電電圧が低下することがなくステップＳ６で「Ｖ_ｍｉｎ≦Ｖ_ｉｎ」と判定してステップＳ１０に進み、ステップＳ１０で「Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎ≧＋ΔＶ」と判定したらステップＳ１１で判定フラグが「−ΔＶ」にセットされた状態でステップＳ８に進み、ステップＳ８で所定の充電時間に達していなければステップＳ３、ステップＳ４を介してステップＳ５に進み、ステップＳ５以降、第２の充電モードで電池３０を充電する。なお、正常な電池３０の場合、充電開始時の電圧がＶ_ｍｉｎとなる。
【００６８】
一方、充電装置１は、不活性な状態の電池３０を急速充電する場合、充電が開始されると、充電開始から充電電圧が低下することからステップＳ６で「Ｖ_ｍｉｎ＞Ｖ_ｉｎ」と判定してステップＳ７に進み、ステップＳ７でＶ_ｉｎを順次新たなＶ_ｍｉｎに更新してステップＳ８に進み、ステップＳ８で所定の充電時間に達していなければステップＳ３に進み、図７中に示す電圧最低点Ａに達するまでステップＳ３〜ステップＳ８の処理を繰り返す充電を行う。そして、充電装置１は、不活性な状態の電池３０の電圧最低点Ａが検出されてからは電池電圧が上昇していくことから、正常な電池３０を急速充電する場合と同様の充電を行う。
【００６９】
すなわち、この充電装置１は、正常な電池３０、不活性な状態の電池３０に関係なく、Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されるまで第１の充電モードで電池３０を急速充電し、Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定したら充電方法を第２の充電モードに切り換えて急速充電する。
【００７０】
ここで、ステップＳ５で判定フラグを「−ΔＶ」と判定してステップＳ１２に進み、電池３０を第２の充電モードで充電する場合について説明する。
【００７１】
判定フラグを「−ΔＶ」と判定すると、充電回路１は、ステップＳ１２において、制御回路１８がＲＡＭ２１に記録されているＶ_ｍａｘと、ＣＰＵ２２に送信された最新のＶ_ｉｎとを比較して大小を判定する。
【００７２】
そして、充電回路１は、Ｖ_ｉｎがＶ_ｍａｘより大きいと判定、すなわち「Ｖ_ｍａｘ＜Ｖ_ｉｎ」と判定したときはステップＳ１３に進み、Ｖ_ｉｎとＶ_ｍａｘと同じか、Ｖ_ｉｎがＶ_ｍａｘより小さいと判定、すなわち「Ｖ_ｍａｘ≧Ｖ_ｉｎ」と判定したときはステップＳ１４に進む。なお、充電制御部３では、ステップＳ１２において、制御回路１８が「Ｖ_ｍａｘ≧Ｖ_ｉｎ」であると判定した場合、電池３０の充電電圧の最高値が電圧検出回路１６によって検出されたことになる。
【００７３】
次に、充電装置１は、ステップＳ１２で「Ｖ_ｍａｘ＜Ｖ_ｉｎ」であると判定したとき、ステップＳ１３において、ＲＡＭ２１に記録されている今までのＶ_ｍａｘを、ＣＰＵ２２に送信された最新のＶ_ｉｎに書き換えて新たなＶ_ｍａｘとして更新し、ステップＳ８に進み、ステップＳ８以降の処理を行う。そして、充電装置１は、ステップＳ１２で「Ｖ_ｍａｘ＜Ｖ_ｉｎ」であると判定する限り、ステップＳ８で所定の充電時間に達するまでステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ８の処理を順次繰り返す。
【００７４】
次に、ステップＳ１２で「Ｖ_ｍａｘ≧Ｖ_ｉｎ」であると判定してステップＳ１４の処理を行った場合について説明する。
【００７５】
充電装置１は、ステップＳ１４において、制御回路１８がＲＡＭ２１に予め設定された所定の電圧（−ΔＶ）と、所定時間当たりの電圧降下分（Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎ）とを比較して大小を判定する。
【００７６】
そして、充電装置１は、Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎが−ΔＶより小さいと判定、すなわち「Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎ＜−ΔＶ」と判定したとき、ステップＳ８に進み、上述したステップＳ８以降の処理を行う。なお、充電回路１は、ステップＳ１４で「Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎ＜−ΔＶ」であると判定する限り、ステップＳ８で所定の充電時間に達するまでステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ８の処理を順次繰り返す。
【００７７】
一方、充電装置１は、Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎと−ΔＶとが同じか、若しくはＶ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎが−ΔＶより大きいと判定、すなわち「Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎ≧−ΔＶ」と判定したときはステップＳ９に進み、電池３０が満充電の状態になったと判断する。
【００７８】
このように、充電装置１は、第１の充電モードの処理で電池３０が充電されて充電制御部３の判定フラグが「−ΔＶ」にセットされた場合、正常な電池３０や、不活性な状態の電池３０に関係なく、第２の充電モードで充電を行う。
【００７９】
すなわち、この充電装置１では、第１の充電モードで判定フラグが「−ΔＶ」がセットされると、ステップＳ１２で「Ｖ_ｍａｘ≧Ｖ_ｉｎ」と判定されることでステップＳ１４に進み、ステップＳ１４で「Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎ≧−ΔＶ」と判定されることでステップＳ９に進み、電池３０の急速充電を終了するか、電池３０をトリクル充電する。具体的には、電池３０の充電電圧における最高値以降、Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎが−ΔＶに達したと判定されるまで電池３０を急速充電する。
【００８０】
以上で説明した充電方法では、充電開始以降、充電電圧の最低値を検出した後に、電池３０の充電電圧のＶ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されることで第１の充電モードが第２の充電モードに切り替わり、充電電圧の最高値を検出した後に、電池３０の充電電圧のＶ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎが−ΔＶに達したと判定されたときに初めて満充電と判断して、電池３０の充電の停止又は制御を行う。
【００８１】
したがって、この方法によれば、上述した図５に示すような充電特性を有する不活性な状態の電池３０のように、充電初期に充電末期に発生するような電圧降下が発生しても、電池３０の充電電圧のＶ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定された後でなければ充電の停止や制御が行われないことから、従来にような不活性な状態の電池を急速充電した際に充電初期でＶ_ｍａｘ−Ｖ_ｉｎが−ΔＶに達して満充電になったと判断されて起こる充電不足を防止できる。
【００８２】
すなわち、この方法によれば、図４に示すような充電特性を有する正常な電池３０はもとより、不活性な状態の電池３０にも適切に満充電の状態まで急速充電することができる。
【００８３】
以上では、充電初期に充電電圧が降下していく不活性な状態の電池３０を充電する場合について説明したが、不活性な電池３０の中には、図６に示すように、例えば充電初期で電圧が上昇した後に降下するような充電特性と有するものもある。
【００８４】
このような特性を有する電池３０では、充電初期の電圧上昇が小さいものが多いことから、上述した充電方法で急速充電する場合、例えば＋ΔＶの値を大きく設定することにより充電初期で電圧上昇した際に、Ｖ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されないようにして急速充電させる。これにより、図６に示すような充電特性を有する不活性な状態の電池３０でも、適切に満充電の状態まで急速充電することができる。
【００８５】
また、その他の方法としては、例えば充電を開始してから一定の時間帯はタイマ制御にし、充電初期ではＶ_ｉｎ−Ｖ_ｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されないようにして急速充電する方法等がある。具体的には、例えば上述した充電装置１の充電制御部３等にタイマ回路等を配置し、タイマ回路が作動している充電開始から一定の時間帯においては電池３０の電圧変化に関係なく連続して充電させるようにし、タイマ回路が停止した後、すなわち充電開始から一定の時間帯を経過した後は上述した充電方法で急速充電させる。これにより、図６に示すような充電特性を有する不活性な状態の電池３０でも、適切に満充電の状態まで急速充電することができる。
【００８６】
なお、上述した実施の形態においては、外形形状が略円筒状の電池３０を例に挙げて説明しているが、このことに限定されることはなく、例えばコイン型、ボタン型、ガム型等、様々な形状の二次電池にも適用可能である。さらに、アルカリ二次電池に限らず、リチウムイオン二次電池、ニッケル−亜鉛電池等の二次電池にも適用可能である。
【００８７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電池を充電する際に、電池電圧の最低値を検出し、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定し、電池電圧の最高値を検出した後に、電池電圧の降下分が所定の電圧に達したと判定されたときに初めて満充電と判断され、電池の充電を停止又は制御する。
【００８８】
これにより、本発明によれば、充電初期に充電末期に発生するような電池電圧の降下が発生しても、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後でなければ充電の停止や制御が行われないことから、充電初期で電池電圧が降下する不活性な状態の電池を充電した際に起こる充電不足を防止できる。
【００８９】
したがって、本発明によれば、正常な充電特性を有する電池はもとより、充電初期で電池電圧の降下が発生する不活性な電池にも満充電の状態まで適切に充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した充電装置を示す模式図である。
【図２】同充電装置で充電されるアルカリ二次電池の内部構造を示す斜視図である。
【図３】同充電装置でアルカリ二次電池を急速充電する際のフローチャートである。
【図４】アルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図５】不活性な状態のアルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図６】不活性な状態のアルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図７】アルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図８】不活性な状態のアルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１充電装置、２電源回路部、３充電制御部、４電池保持部、５入力フィルタ、６整流回路、７パルス幅変調コンバータ、８出力検出部、９パルス幅変調制御回路、１０トランス、１１，１７スイッチング素子、１２平滑コンデンサ、１３ダイオード、１４フォトカプラ、１５作動増幅回路、１６電圧検出回路、１６ａアナログ／デジタル変換器、１８制御回路、１９入力部、２０リード・オンリ・メモリ、２１ランダム・アクセス・メモリ、２２中央演算処理装置、２３正極端子、２４負極端子、３０アルカリ二次電池、３１電池素子、３２電解液、３３外装容器、３４封口蓋体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device capable of charging a battery in a short time, and a method for charging a battery using the charging device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, for example, with the progress of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, demands for higher performance of secondary batteries, which are power sources of these electronic devices, are increasing. Specifically, it is to increase the capacity and the life of the battery. Regarding the former, for example, in a conventionally used Ni-Cd secondary battery, a non-sintered Ni-Cd secondary battery having an electrode of a non-sintered three-dimensional structure instead of the electrode substrate of the conventional sintered battery is used. Cd secondary batteries and the like have been developed. However, a significant increase in capacity has not always been achieved.
[0003]
Therefore, recently, an alkaline secondary battery using a structure in which a hydrogen storage alloy powder is fixed to a current collector as a negative electrode, that is, a so-called Ni-hydrogen secondary battery has been proposed and attracted attention. In this Ni-hydrogen secondary battery, a negative electrode using a hydrogen storage alloy is used, compared with a conventional negative electrode material of a typical alkaline secondary battery using cadmium (Cd) or the like, in terms of unit weight or unit capacity. The energy density per hit can be increased. As a result, the Ni-hydrogen secondary battery has excellent features such as being able to increase the capacity and preventing the possibility of environmental pollution due to Cd and the like.
[0004]
When this Ni-hydrogen secondary battery is rapidly charged with a current of, for example, about 0.5 C to 1 C of the battery rated capacity in a short time, as shown in FIG. 7, the Ni-hydrogen secondary battery becomes fully charged. It shows the property that the battery voltage drops from the peak value. In the method of charging a Ni-hydrogen secondary battery exhibiting such properties, for example, after the peak value of the battery voltage at the end of charging has passed, a full charge state is reached by detecting a decrease in the battery voltage per predetermined time. It is determined that the charging has been performed, and the charging is stopped (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-61-288740
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned Ni-hydrogen secondary battery, when rapid charging is performed after being left for a long time, for example, one year or more, or overdischarged, or the like, as shown in FIG. A so-called inactive state occurs in which a voltage drop occurs at the end of charging. In the Ni-hydrogen secondary battery, for example, the memory is formed by repeating the discharge at a shallow depth (the discharge end voltage is about 1.12 V or more) and then performing the deep depth discharge (the discharge end voltage is about 1 V). An effect or the like may be caused, and an inactive state may occur.
[0007]
When the Ni-hydrogen secondary battery falling into such an inactive state is charged by the charging method disclosed in Patent Literature 1, the charging is stopped due to the detection of a decrease in the charging voltage at the beginning of charging, and thus the charging is insufficient. It may be.
[0008]
Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and the charging in the case of charging an inactive battery in which a peak value occurs at the end of charging at the beginning of charging. An object of the present invention is to provide an excellent charging device capable of preventing shortage and a method for charging a battery.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A charging apparatus according to the present invention that achieves the above-described object includes a charging unit that charges a battery, a voltage detection unit that detects a battery voltage of the battery, and a charging unit that starts charging at a battery voltage detected by the voltage detection unit. First detecting means for detecting the lowest value, and determining whether or not the rise in the battery voltage detected by the voltage detecting means has reached a predetermined voltage after the first detecting means detects the lowest value of the battery voltage. A first judging means for detecting the maximum value of the battery voltage detected by the voltage detecting means after the first judging means judges that the rise of the battery voltage has reached a predetermined voltage. Means, and second determination means for determining whether a drop in the battery voltage detected by the voltage detection means has reached a predetermined voltage after the second detection means has detected the maximum value of the battery voltage. It is characterized by doing.
[0010]
In this charging device, the first detecting means detects the minimum value of the battery voltage after the start of charging, and after the detection by the first detecting means, the first determining means determines that the rise in the battery voltage is equal to the predetermined voltage. Has been reached, the second detecting means detects the maximum value of the battery voltage after the determination by the first determining means, and the second determining means detects the drop in the battery voltage after the detection by the second detecting means. The battery is determined to be fully charged only when it is determined that the minute has reached the predetermined voltage, and charging of the battery is stopped or controlled.
[0011]
Thus, in this charging apparatus, even if the battery voltage drops at the end of charging at the beginning of charging, the first determining unit determines that the amount of increase in the battery voltage has reached the predetermined voltage Otherwise, the charging is not stopped or controlled, and the charging is stopped or controlled by determining that the drop in the battery voltage has reached a predetermined voltage and is fully charged at the initial stage of charging. Insufficient charging can be prevented.
[0012]
The battery charging method according to the present invention, when charging the battery, detects the battery voltage of the battery, detects the lowest value from the start of charging at the battery voltage, after detecting the lowest value of the battery voltage It is determined whether the amount of increase in the battery voltage has reached a predetermined voltage, and after it is determined that the amount of increase in the battery voltage has reached the predetermined voltage, the maximum value of the battery voltage is detected, and the maximum value of the battery voltage is detected. After detecting the value, it is characterized in that it is determined whether or not the drop of the battery voltage has reached a predetermined voltage.
[0013]
In this battery charging method, the minimum value of the battery voltage after the start of charging is detected, and after detecting the minimum value of the battery voltage, it is determined whether the amount of increase in the battery voltage has reached a predetermined voltage, The maximum value of the battery voltage is detected after it is determined that the increase in the battery voltage has reached the predetermined voltage, and it is determined that the drop amount of the battery voltage has reached the predetermined voltage after detecting the maximum value of the battery voltage. For the first time, it is determined that the battery is fully charged, and charging is stopped and control is performed.
[0014]
Thus, in this method, even if the battery voltage drops such as occurs at the end of charging at the beginning of charging, the charging is performed only after it is determined that the increase in the battery voltage has reached the predetermined voltage. Since no battery stop or control is performed, it is determined that the battery voltage drop reaches a predetermined voltage at the initial stage of charging and the battery is fully charged, thereby preventing insufficient charging caused by stopping or controlling charging. it can.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a battery charging device and a battery charging method to which the present invention is applied will be described with reference to a charging device 1 shown in FIG. The charging device 1 performs so-called rapid charging, for example, by charging an alkaline secondary battery (hereinafter, referred to as a battery) 30 with a charging current of about 0.5 C to 1 C, which is a battery rated capacity, in a short time. is there. The charging device 1 includes a power supply circuit unit 2 that charges the battery 30, a charge control unit 3 that controls charging of the battery 30 by the power supply circuit unit 2, and a battery holding unit 4 that holds the battery 30. It has.
[0016]
The power supply circuit unit 2 is, for example, a switching power supply circuit, and has an input filter 5 connected to a power supply terminal such as an outlet for supplying an AC voltage from an external power supply such as a home AC power supply, and a rectifier connected to the input filter 5. Circuit 6, a PWM (pulse width modulation) converter 7 for increasing / decreasing an AC voltage for charging supplied from the rectifier circuit 6, and an output detecting unit for detecting an output voltage supplied from the PWM converter 7 to the battery 30. 8 and a PWM control circuit 9 for controlling the PWM converter 7 based on the information detected by the output detection unit 8.
[0017]
The input filter 5 removes an alternating current in a predetermined frequency band input from a power supply terminal or the like, and transmits only an alternating current in a necessary frequency band.
[0018]
The rectifier circuit 6 converts, for example, an AC current made only in a necessary frequency band by the input filter 5 into a predetermined DC current, and prepares the DC current to have a stable voltage.
[0019]
The PWM converter 7 controls a DC voltage supplied to the PWM converter 7 by being turned on / off by an electric signal from a PWM control circuit 9 connected to the transformer 10 and a transformer 10 having a pair of coils 10a and 10b. And a switching element 11.
[0020]
The transformer 10 includes a primary coil 10a to which the rectifier circuit 6 is electrically connected, and a secondary coil 10b to which the battery 30 is electrically connected, and a current is supplied from the rectifier circuit 6 to the primary coil 10a. As a result, the secondary coil 10b induces a voltage to supply a charging current to the battery 30.
[0021]
The switching element 11 is, for example, a transistor, and is disposed between the primary coil 10a and the PWM control circuit 9, and switches on / off based on a pulse signal supplied from the PWM control circuit 9. The switching element 11 supplies current to the transformer 10 when it is on, and prevents current from flowing through the transformer 10 when it is off.
[0022]
In the PWM converter 7, in addition to the transformer 10 and the switching element 11, for example, a smoothing capacitor 12 for smoothing a voltage of a charging current supplied from the secondary coil 10 b to the battery 30, and for charging the smoothing capacitor 12. Is provided between the secondary coil 10b and the battery holding unit 4 to prevent the current from being suddenly supplied to the smoothing capacitor 12.
[0023]
When the switching element 11 is turned on by an electric signal from the PWM control circuit 9, the PWM converter 7 having such a configuration converts an AC voltage supplied from an external power supply or the like into a DC voltage via the input filter 5 and the rectifier circuit 6. In the converted state, it is supplied to the primary coil 10a of the transformer 10. When a DC voltage current is supplied to the primary coil 10a, the PWM converter 7 induces a voltage in the secondary coil 10b to generate a DC voltage current in the secondary coil 10b. The charging current of the DC voltage smoothed by the capacitor 12 is supplied to the battery 30. When the switching element 11 is turned off by the electric signal from the PWM control circuit 9, the PWM converter 7 stops supplying the current to the primary coil 10a of the transformer 10, and the charging current supplied to the battery 30 Suppress.
[0024]
The output detection unit 8 includes a photocoupler 14 including a light emitting element 14a and a light receiving element 14b, and an operation amplifier circuit 15 that detects a voltage of a charging current supplied from the PWM converter 7 to the battery 30.
[0025]
The photocoupler 14 receives a light signal from the light emitting element 14a, such as a light emitting diode and the like, which is connected to detect a voltage between the PWM converter 7 and the battery 30, and receives the received light signal. A light receiving element 14b including a phototransistor or the like which converts the electric signal into an electric signal and supplies it to the PWM control circuit 9 is provided. Then, the photocoupler 14 emits light of a light / dark level corresponding to the voltage of the charging current flowing between the PWM converter 7 and the battery 30 by the light emitting element 14a, and the light receiving element 14b receiving the light from the light emitting element 14a An electric signal having a voltage level corresponding to the light / dark level of the received light signal is output to the PWM control circuit 9.
[0026]
The operation amplifier circuit 15 is electrically connected to the light emitting element 14a of the photocoupler 14, and controls the voltage of the current supplied to the light emitting element 14a. Specifically, the operation amplification circuit 15 includes a reference voltage source 15a having a predetermined voltage, and detects an error in the current supplied to the light emitting element 14a of the photocoupler 14 due to an error between the voltage of the charging current and the voltage of the reference voltage source 15a. Control the voltage. In the photocoupler 14, the light emitting element 14a emits light of a light / dark level according to the voltage level controlled by the operation amplifier circuit 15.
[0027]
The output detection unit 8 having such a configuration outputs an electric signal of a voltage level controlled according to the voltage of the charging current supplied to the battery 30 to the PWM control circuit 9. That is, the output detection unit 8 detects the output state of the charging current supplied to the battery 30, and outputs an electric signal based on the detected information to the PWM control circuit 9.
[0028]
The PWM control circuit 9 outputs a pulse signal whose pulse width has been changed in accordance with the voltage level of the electric signal supplied from the output detection unit 8 to the switching element 11 of the PWM converter 7.
[0029]
In the power supply circuit unit 2 having the above configuration, the AC voltage is supplied from the power supply terminal to the primary coil 10a of the transformer 10 in the PWM converter 7 in a state where the AC voltage is converted into the DC voltage via the input filter 5, the rectifier circuit 6, and the like. Then, the secondary coil 10b is induced to generate a charging current of a DC voltage, and the charging current is supplied to the battery 30. Then, in the power supply circuit section 2, the output detection section 8 detects the output state of the charging current supplied from the PWM converter 7, and the photocoupler 14 outputs the electric signal of the voltage level based on the detected information to the PWM control circuit 9 Output to Then, the power supply circuit unit 2 outputs the pulse signal of the pulse width corresponding to the voltage level of the electric signal from the output detection unit 8 to the switching element 11 of the PWM converter 7 by the PWM control circuit 9, In response, on / off of the switching element 11 is controlled to control the current supplied to the primary coil 10a of the transformer 10. Then, the power supply circuit unit 2 supplies a charging current in a state corresponding to the controlled current supplied to the primary coil 10a from the secondary coil 10b to the battery 30 via the battery holding unit 4. As described above, the power supply circuit unit 2 supplies the charging current of the DC voltage rectified by the rectifier circuit 6 and the smoothing capacitor 12 to the battery 30 in a stable state while checking the output state of the charging current.
[0030]
The charge control unit 3 includes a voltage detection circuit 16 that detects the voltage of the battery 30, a switching element 17 that switches on / off an electrical connection between the battery 30 and the power supply circuit unit 2, the power supply circuit unit 2, A control circuit 18 for controlling the switching element 17 and the like, and an input unit 19 for the user to input conditions such as a charging current value to the charging device are provided.
[0031]
The voltage detection circuit 16 includes an A / D (analog / digital) converter 16a, detects the voltage of the battery 30 being charged, and converts the result into an electric signal digitally converted by the A / D converter 16a. 18 and so on.
[0032]
The switching element 17 is, for example, a transistor element or the like, and switches on / off of an electrical connection between the battery 30 and the power supply circuit unit 2 based on a switching signal output from the control circuit 18.
[0033]
The control circuit 18 includes a read-only memory (hereinafter, simply referred to as a ROM) 20 in which a computer program and the like are recorded, and a random access memory in which the computer program and the like are loaded from the ROM 20 and recorded. (Random Access Memory: hereinafter simply referred to as RAM) 21 and a central processing unit (Central Processing Unit), which includes an integrated circuit such as an integrated circuit (IC) chip and a large-scale integrated circuit (LSI) chip. 22).
[0034]
The ROM 20 stores, for example, a computer program for executing a first charging mode and a second charging mode, which will be described later, and loads the computer program into the RAM 21 in accordance with an instruction from the CPU 22.
[0035]
The RAM 21 is loaded with a computer program and the like from the ROM 20, and also records a determination flag and the like described later. The RAM 21 is a recording unit that rewritably records data and the like processed by the CPU 22, and outputs or rewrites the recorded data to the CPU 22 according to a command from the CPU 22.
[0036]
The CPU 22 performs an arithmetic process on the digital signal transmitted from the voltage detection circuit 16 by the above-described integrated circuit or the like, and outputs it to the power supply circuit unit 2, the switching element 19, the ROM 20, the RAM 21, and the like as an instruction signal and an information signal.
[0037]
The control circuit 18 including the ROM 20, the RAM 21, and the CPU 22 controls the entire power supply device 1 in accordance with an operation signal transmitted from the input unit 19 and the like.
The input unit 19 is used by the user to input conditions such as a charging current supplied to the battery 30 in the charging device 1, a charging voltage applied to the battery 30, and a time during which the battery 30 is being charged by a key operation or the like. A switch and a charge start switch for starting charging are provided. The input unit 19 outputs an operation signal input by the user to, for example, the power supply circuit unit 2, the control circuit 18, and the like.
[0038]
When charging the battery 30 with the charging device 1, the battery holding unit 4 holds the battery 30 in a detachable state, and is connected by contacting a positive external terminal located on an end surface of the held battery 30. It has a positive electrode terminal 23 and a negative electrode terminal 24 connected by being brought into contact with a negative electrode external terminal located on the end face opposite to the positive electrode external terminal. The positive electrode terminal 23 is electrically connected to the charging circuit unit 2 via the switching element 17, and supplies a charging current to the battery 30. Then, the positive electrode terminal 23 and the negative electrode terminal 24 are brought into contact with the contact surfaces of the connected positive electrode external terminal and negative electrode external terminal of the battery 30 while being pressed substantially perpendicularly. Means are provided.
[0039]
The battery holder 4 holds the battery 30 between the positive terminal 23 and the negative terminal 24 by pressing the positive terminal 23 against the positive external terminal of the battery 30 and pressing the negative terminal 24 against the negative external terminal of the battery 30. And detachably hold it.
[0040]
Next, the battery 30 charged by the charging device 1 having the above-described configuration will be described with reference to FIG. The battery 30 is an alkaline secondary battery such as a so-called Ni-hydrogen secondary battery or Ni-Cd secondary battery using an alkaline aqueous solution as an electrolytic solution. The battery 30 includes a battery element 31 serving as a power generating element, an electrolytic solution 32 serving as a medium for moving ions inside the battery, and a bottomed cylindrical outer container for storing the battery element 31 and the electrolytic solution 34 and the like. 33 and a lid 34 for closing the outer container 33.
[0041]
The battery element 31 includes a sheet-shaped positive electrode 35, a sheet-shaped negative electrode 36, and a stack of the positive electrode 35 and the negative electrode 36 with a separator 37 interposed therebetween and wound in the longitudinal direction.
[0042]
The positive electrode 35 is formed by fixing powder of a positive electrode active material to a positive electrode support. A positive electrode containing a positive electrode active material is formed on both main surfaces of a sheet-shaped positive electrode support made of a punching metal made of a conductive metal or the like. An electrode layer is formed.
[0043]
In the positive electrode 35, the positive electrode layer is made of a powder of a positive electrode active material in which a conductive layer is coated on particles mainly composed of nickel hydroxide, and a powder of the positive electrode active material such as tetrafluoroethylene that binds the powders. It contains a binder made of a resin material or the like, and may contain a conductive aid such as Ni powder, graphite, or carbon black, if necessary. In the positive electrode layer, a powder of the positive electrode active material is bound via a binder, and the conductive layers on the surface of the positive electrode active material come into contact with each other to form a higher-order structure, a conductive network exhibiting metal electric conduction. It is formed. The positive electrode layer is electrically connected to the positive electrode support by being laminated and fixed on both main surfaces of the positive electrode support.
[0044]
The negative electrode 36 is obtained by fixing negative electrode active material powder to a negative electrode support. A negative electrode layer containing a negative electrode active material is formed on both main surfaces of a sheet-shaped negative electrode support. In the negative electrode 36, the negative electrode layer contains a negative electrode active material powder and a binder made of a resin material such as tetrafluoroethylene that binds the negative electrode active material powder to each other. Accordingly, a conductive auxiliary material such as Ni powder, graphite, and carbon black can be included. As the negative electrode active material, for example, a hydrogen storage alloy, cadmium hydroxide, or the like is used. Further, as in the case of the positive electrode 35, a punching metal or the like made of a sheet-like conductive metal or the like is used for the negative electrode support.
[0045]
For the separator 37, a non-woven fabric made of, for example, polyamide resin, polypropylene, or the like can be used.
[0046]
The battery element 31 having the above configuration is wound so that the negative electrode 36 is exposed on the outermost periphery, so that the negative electrode 36 contacts the inner peripheral surface of the outer container 33 when stored in the outer container 33. Will be connected.
[0047]
The electrolytic solution 32 is formed by dissolving any one of alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, and lithium hydroxide, or a mixture thereof in water, and optionally dissolving alkaline earth metal ions. And the like.
[0048]
The outer container 33 is, for example, a bottomed cylindrical container made of a conductive metal or the like, and has a circular bottom. In addition, as the outer container 33, for example, a bottomed cylindrical container having a bottom portion such as a rectangular shape or a flat circular shape may be used. The outer container 33 becomes an external negative terminal of the battery 30 when the negative electrode 36 is electrically contacted on the inner peripheral surface.
[0049]
The sealing lid 34 is electrically connected to the positive electrode 35 of the battery element 31 accommodated in the outer container 33 via a lead terminal 35 a made of, for example, a conductive metal, and serves as an external positive electrode terminal of the battery 30.
[0050]
In the battery 30 configured as described above, the battery element 31 and the electrolytic solution 32 are stored in the outer container 33, and the sealing lid 34 is press-fitted into the opening of the outer container 33 via a gasket 38 made of a resin material or the like. In this state, the vicinity of the opening of the outer container 33 is bent inward, so-called caulking, so that the sealing lid 34 is firmly fixed, and the battery element 31 and the electrolytic solution 32 are hermetically sealed. . Also, when the outer container 33 is caulked, the gasket 38 protrudes over the entire periphery of the opening of the outer container 33, and the outer container 33 and the outer positive terminal Is prevented from coming into contact with the sealing lid 34 to be formed.
[0051]
Next, a method for rapidly charging the battery 30 having such a configuration using the charging device 1 will be described with reference to a flowchart shown in FIG. When the battery 30 is rapidly charged, first, in step S1, the user connects a power supply terminal such as an outlet to a household AC power supply or turns on a power switch of the entire input unit 19, for example. Then, the charging device 1 is put into a usable state. At this time, in the charging control unit 3, the control circuit 18 sets “ΔV” as a determination flag indicating that the RAM 21 is charged in the first charging mode. Further, the control circuit 18 controls the charging voltage minimum value (V _min ) And other data _min Reset to. In the control circuit 18, V _min Can be recorded in the RAM 21 as a predetermined value by the user inputting the data from the input unit 19, for example.
[0052]
Next, the user holds the battery 30 in the battery holding unit 4 in step S2. When the battery 30 is held in the battery holding unit 4, the battery 30 is detachably held by pressing the positive external terminal of the battery 30 with the positive terminal 23 and pressing the negative external terminal of the battery 30 with the negative terminal 24. I do.
[0053]
Next, in step S3, the charging control unit 3 detects the voltage between the positive terminal 23 and the negative terminal 24 at predetermined time intervals by the voltage detection circuit 16, and converts the data of the detected voltage into an A / D converter. At 16a, the signal is converted from an analog signal to a digital signal and output to the CPU 22 of the control circuit 18 at predetermined time intervals. That is, the charging control unit 3 samples the charging voltage at predetermined time intervals. Hereinafter, the voltage data sampled one after another by the voltage detection circuit 16 and input to the CPU 22 of the control circuit 18 will be referred to as V _in It is written.
[0054]
Next, in step S4, the charging device 1 determines whether or not the battery 30 is held in the battery holding _in Is determined by the control circuit 18 based on At this time, the control circuit 18 determines whether the battery 30 is held in the battery holding unit 4 or not, and also determines whether the positive and negative electrodes and the like are correctly held when the battery 30 is held. When the control circuit 18 determines that the battery 30 is accurately held in the battery holding unit 4, the process proceeds to step S5. On the other hand, when the control circuit 18 determines that the battery 30 is not held in the battery holding unit 4 or determines that the battery 30 is not accurately held, the processes of step S3 and step S4 are repeated.
[0055]
Next, the control circuit 18 determines the determination flag set in the RAM 21 in step S5. Then, when the control circuit 18 determines that the determination flag is “ΔV”, the process proceeds to step S6 to charge the battery 30 so that the battery 30 is charged according to the first charging mode program recorded in the ROM 20. The device 1 is controlled. On the other hand, when it is determined that the determination flag is “−ΔV”, the process proceeds to step S12, and the charging device 1 is controlled so that the battery 30 is charged according to the second charging mode program recorded in the ROM 20. I do.
[0056]
When the control circuit 18 determines that the determination flag is “ΔV”, the charging device 1 determines in step S6 that the V _min And the latest V detected by the voltage detection circuit 16 and transmitted to the CPU 22. _in And V _min And V _in Is determined. Then, the charging device 1 _min Is V _in Is determined to be larger than _min > V _in ", The process proceeds to step S7, while V _min And V _in Is the same or V _min Is V _in Is smaller than, that is, "V _min ≤V _in ", The process proceeds to step S10.
[0057]
Next, the charging device 1 determines “V” in step S6. _min > V _in Is determined in step S7, the current V _min With the latest V transmitted from the voltage detection circuit 16 to the CPU 22. _in Rewrite to new V _min Then, the process proceeds to step S8.
[0058]
Next, in step S8, the control circuit 18 of the charging device 1 determines whether the elapsed time from the start of charging has reached a preset charging time. When the charging device 1 determines that the elapsed charging time has reached the charging time set in advance, the charging device 1 proceeds to step S9. On the other hand, when the control circuit 1 determines that the elapsed charging time has not reached the charging time set in advance, the process proceeds to step S3, and the processes after step S3 are performed again. In the charging control unit 3, the preset charging time is recorded as a predetermined value in the RAM 21 or the like by the user inputting from the input unit 19.
[0059]
Next, in step 9, the charging device 1 determines that the battery 30 is fully charged, regardless of the state of charge of the battery 30, and the control circuit 18 controls the switching element 17 to communicate with the power supply circuit unit 2. Either the electric connection to the battery 30 is turned off and the charging is forcibly terminated, or the power supply circuit unit 2 and the like are controlled so that trickle charging is performed on the battery 30.
[0060]
Then, the charging device 1 determines “V” in step S6. _min > V _in Is repeated until the predetermined charging time is reached in step S8.
[0061]
Next, in step S6, "V _min ≤V _in Is described and the process proceeds to step S10.
[0062]
In step S10, the charging device 1 sets the voltage (+ ΔV) preset by the control circuit 18 to the voltage increase (V) per predetermined time. _in -V _min ) To determine the magnitude. Then, the charging device 1 _in -V _min Is smaller than + ΔV, that is, “V _in -V _min If it is determined to be <+ ΔV ”, the process proceeds to step S8, and the processing after step S8 is performed. Then, the charging device 1 determines in step 10 that “V _in -V _min As long as it is determined to be <+ ΔV ”, the processing of steps S3, S4, S5, S6, S10, and S8 is sequentially repeated until a predetermined time is reached in step S8.
[0063]
On the other hand, the charging device 1 _in -V _min And + ΔV are the same or V _in -V _min Is larger than + ΔV, that is, “V _in -V _min When it is determined that ≧ + ΔV ”, the process proceeds to step S11. In the charging device 1, + ΔV is recorded in the RAM 21 or the like as a predetermined value when the user inputs the value from the input unit 19.
[0064]
Next, in step S11, the charging device 1 replaces the determination flag of “ΔV” set in the RAM 21 with “−ΔV” indicating that charging is performed in the second charging mode, and then proceeds to step S8. Then, the processing after step S8 is performed. At this time, the control circuit 18 determines the highest charging voltage value (V) recorded when the CPU 22 lastly charged the RAM 21. _max ) And other data _max Reset to. In addition, in the charge control unit 3, V _min As well as V _max Is recorded in the RAM 21 as a predetermined value when the user inputs the data through the input unit 19, for example.
[0065]
When the charging device 1 proceeds to step S5 from step S11 via steps S8, S3, and S4, in step S5, the control circuit 18 determines that the determination flag set in the RAM 21 is “−ΔV”. Therefore, the process proceeds to step S12 to charge the battery 30 in accordance with the second charge mode program recorded in the ROM 20.
[0066]
As described above, when the charging is started, the charging device 1 enters the normal battery 30 having the charging characteristics shown in FIG. 4 or the inactive state having the charging characteristics shown in FIG. Regardless of the battery 30, since the determination flag of the charge control unit 3 is set to "ΔV", quick charge is first performed in the first charge mode. 4 and 5 are characteristic diagrams showing the relationship between the battery voltage and the elapsed charging time when the battery 30 is rapidly charged, in which the vertical axis indicates the battery voltage during charging, and the horizontal axis indicates the elapsed charging time. Is shown.
[0067]
When the normal charging of the normal battery 30 is started, the charging device 1 starts charging and then starts charging. _min ≤V _in And proceeds to step S10. In step S10, "V _in -V _min If it is determined that ≧ + ΔV, the process proceeds to step S8 with the determination flag set to “−ΔV” in step S11. If the predetermined charging time has not been reached in step S8, the process proceeds to step S5 via steps S3 and S4. Then, the battery 30 is charged in the second charging mode after step S5. In the case of a normal battery 30, the voltage at the start of charging is V _min It becomes.
[0068]
On the other hand, when rapidly charging the battery 30 in an inactive state, the charging device 1 determines that “V _min > V _in And proceeds to step S7, where V _in To a new V _min Then, the process proceeds to step S8. If the predetermined charging time has not been reached in step S8, the process proceeds to step S3, and charging is performed by repeating the processes of steps S3 to S8 until the voltage reaches the lowest voltage point A shown in FIG. . Then, since the battery voltage rises after the lowest voltage point A of the battery 30 in the inactive state is detected, the charging device 1 performs the same charging as in the case where the normal battery 30 is rapidly charged. .
[0069]
In other words, the charging device 1 has the V V regardless of the normal battery 30 and the inactive battery 30. _in -V _min Until the battery voltage reaches + ΔV, the battery 30 is rapidly charged in the first charging mode. _in -V _min Is determined to have reached + ΔV, the charging method is switched to the second charging mode, and rapid charging is performed.
[0070]
Here, a case will be described in which the determination flag is determined to be “−ΔV” in step S5, the process proceeds to step S12, and the battery 30 is charged in the second charging mode.
[0071]
If the determination flag is determined to be “−ΔV”, the charging circuit 1 determines in step S12 that the control circuit 18 _max And the latest V transmitted to the CPU 22. _in Are compared to determine the magnitude.
[0072]
Then, the charging circuit 1 _in Is V _max Is determined to be greater than _max <V _in ", The process proceeds to step S13, and V _in And V _max Same as V _in Is V _max Is smaller than, that is, "V _max ≧ V _in ", The process proceeds to step S14. In the charging control unit 3, in step S12, the control circuit 18 sets “V _max ≧ V _in , It means that the maximum value of the charging voltage of the battery 30 has been detected by the voltage detection circuit 16.
[0073]
Next, the charging device 1 determines “V” in step S12. _max <V _in Is determined in step S13, the current V stored in the RAM 21 is determined in step S13. _max Is the latest V transmitted to the CPU 22. _in Rewrite to new V _max Then, the process proceeds to step S8, and the processes after step S8 are performed. Then, the charging device 1 determines “V” in step S12. _max <V _in Is repeated until the predetermined charging time is reached in step S8, steps S3, S4, S5, S12, S13, and S8 are sequentially repeated.
[0074]
Next, in step S12, "V _max ≧ V _in "And the processing of step S14 is performed.
[0075]
In step S <b> 14, in the charging device 1, the control circuit 18 determines whether a predetermined voltage (−ΔV) preset in the RAM 21 and a voltage drop per predetermined time (V _max -V _in ) To determine the magnitude.
[0076]
Then, the charging device 1 _max -V _in Is smaller than −ΔV, that is, “V _max -V _in If it is determined that the difference is less than -ΔV, the process proceeds to step S8, and the processes after step S8 are performed. Note that the charging circuit 1 determines that “V _max -V _in As long as it is determined that <−ΔV ”, the processing of step S3, step S4, step S5, step S12, step S14, and step S8 is sequentially repeated until the predetermined charging time is reached in step S8.
[0077]
On the other hand, the charging device 1 _max -V _in And -ΔV are the same, or V _max -V _in Is larger than −ΔV, that is, “V _max -V _in If it is determined that ≧ −ΔV ”, the process proceeds to step S9, and it is determined that the battery 30 is fully charged.
[0078]
As described above, when the battery 30 is charged in the process of the first charging mode and the determination flag of the charging control unit 3 is set to “−ΔV”, the charging device 1 determines whether the battery 30 is normal or inactive. Regardless of the battery 30 in the state, charging is performed in the second charging mode.
[0079]
That is, in the charging device 1, when the determination flag is set to “−ΔV” in the first charging mode, “V” is set in step S12. _max ≧ V _in ", The process proceeds to step S14, and in step S14," V _max -V _in If it is determined that ≧ −ΔV, the process proceeds to step S9, in which the quick charging of the battery 30 is terminated or the battery 30 is trickle charged. Specifically, after the highest value of the charging voltage of the battery 30, V _max -V _in Battery 30 is rapidly charged until it is determined that has reached −ΔV.
[0080]
In the charging method described above, after detecting the lowest value of the charging voltage after the start of charging, the charging voltage V _in -V _min Is determined to have reached + ΔV, the first charging mode is switched to the second charging mode, and after detecting the maximum value of the charging voltage, the charging voltage V _max -V _in Is determined to have reached −ΔV, it is determined that the battery is fully charged, and the charging of the battery 30 is stopped or controlled.
[0081]
Therefore, according to this method, even if a voltage drop that occurs at the end of charging at the initial stage of charging occurs as in the inactive battery 30 having the charging characteristics as shown in FIG. V of charge voltage of 30 _in -V _min Is determined to have reached + ΔV, charging is not stopped or control is not performed. Therefore, when a battery in an inactive state is rapidly charged, V _max -V _in Can be prevented from occurring when it is determined that the battery has reached -ΔV and is fully charged.
[0082]
That is, according to this method, not only the normal battery 30 having the charging characteristics as shown in FIG. 4 but also the inactive battery 30 can be appropriately rapidly charged to a fully charged state.
[0083]
In the above, the case of charging the inactive battery 30 in which the charging voltage drops at the initial stage of charging has been described. However, as shown in FIG. Some have charge characteristics such that the voltage rises and then falls.
[0084]
In many of the batteries 30 having such characteristics, the voltage rise at the initial stage of charging is small. Therefore, when the battery is rapidly charged by the charging method described above, for example, when the voltage is increased at the initial stage of charging by setting a large value of + ΔV. And V _in -V _min Is charged not to be determined to have reached + ΔV. Thus, even the inactive battery 30 having the charging characteristics as shown in FIG. 6 can be rapidly charged to a fully charged state.
[0085]
As another method, for example, timer control is performed for a certain time period after starting charging, and V _in -V _min There is a method of rapidly charging the battery so that it is not determined that the voltage has reached + ΔV. Specifically, for example, a timer circuit or the like is arranged in the charging control unit 3 or the like of the above-described charging device 1 and continuously operates regardless of the voltage change of the battery 30 in a certain time zone from the start of charging when the timer circuit operates. After the timer circuit stops, that is, after a certain time period has elapsed from the start of charging, rapid charging is performed by the above-described charging method. Thus, even the inactive battery 30 having the charging characteristics as shown in FIG. 6 can be rapidly charged to a properly fully charged state.
[0086]
In the above-described embodiment, the battery 30 having a substantially cylindrical outer shape has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a coin type, a button type, a gum type, etc. It is also applicable to secondary batteries of various shapes. Further, the present invention is not limited to an alkaline secondary battery, and can be applied to a secondary battery such as a lithium ion secondary battery and a nickel-zinc battery.
[0087]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, when charging the battery, the minimum value of the battery voltage is detected, the increase in the battery voltage is determined to have reached a predetermined voltage, and the battery voltage is determined. After detecting the maximum value, it is determined that the battery is fully charged only when it is determined that the drop of the battery voltage has reached a predetermined voltage, and the battery charging is stopped or controlled.
[0088]
Thus, according to the present invention, even if a battery voltage drop that occurs at the end of charging at the beginning of charging occurs, charging is performed only after it is determined that the amount of increase in battery voltage has reached a predetermined voltage. Since no stop or control is performed, shortage of charge that occurs when charging an inactive battery in which the battery voltage drops at the initial stage of charging can be prevented.
[0089]
Therefore, according to the present invention, not only a battery having normal charging characteristics but also an inactive battery in which the battery voltage drops at the initial stage of charging can be appropriately charged to a fully charged state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a charging device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective view showing an internal structure of an alkaline secondary battery charged by the charging device.
FIG. 3 is a flowchart when the alkaline secondary battery is rapidly charged by the charging device.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between battery voltage and elapsed charging time when an alkaline secondary battery is rapidly charged.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between battery voltage and elapsed charging time when an alkaline secondary battery in an inactive state is rapidly charged.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a battery voltage and an elapsed charging time when an inactive alkaline secondary battery is rapidly charged.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between battery voltage and charging elapsed time when an alkaline secondary battery is rapidly charged.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between battery voltage and elapsed charging time when an alkaline secondary battery in an inactive state is rapidly charged.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 charging device, 2 power supply circuit unit, 3 charge control unit, 4 battery holding unit, 5 input filter, 6 rectifier circuit, 7 pulse width modulation converter, 8 output detection unit, 9 pulse width modulation control circuit, 10 transformer, 11, 17 switching element, 12 smoothing capacitor, 13 diode, 14 photocoupler, 15 operation amplifying circuit, 16 voltage detection circuit, 16a analog / digital converter, 18 control circuit, 19 input section, 20 read only memory, 21 random Access memory, 22 Central processing unit, 23 Positive electrode terminal, 24 Negative electrode terminal, 30 Alkaline secondary battery, 31 Battery element, 32 Electrolyte, 33 Outer container, 34 Sealing lid

Claims

Charging means for charging the battery;
Voltage detection means for detecting the battery voltage of the battery,
First detection means for detecting a minimum value from the start of charging at the battery voltage detected by the voltage detection means,
After the first detecting means detects the lowest value of the battery voltage, first determining means for determining whether or not the rise of the battery voltage detected by the voltage detecting means has reached a predetermined voltage;
A second detection unit that detects a maximum value of the battery voltage detected by the voltage detection unit after the first determination unit determines that the increase in the battery voltage has reached a predetermined voltage;
After the second detecting means detects the maximum value of the battery voltage, a second determining means for determining whether a drop of the battery voltage detected by the voltage detecting means has reached a predetermined voltage. Having a charging device.

The charging device according to claim 1, wherein the battery is a nickel-metal hydride secondary battery.

When charging the battery,
Detecting the battery voltage of the battery,
Detect the lowest value after starting charging at the battery voltage,
After detecting the minimum value of the battery voltage, determine whether the amount of increase in the battery voltage has reached a predetermined voltage,
After it is determined that the increase in the battery voltage has reached a predetermined voltage, the highest value of the battery voltage is detected,
A method of charging a battery, comprising: determining whether a drop in the battery voltage has reached a predetermined voltage after detecting the maximum value of the battery voltage.

The battery charging method according to claim 3, wherein the battery is a nickel-metal hydride secondary battery.