JP2004274849A - Method and device for charging battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent wrong charging of a primary battery or insufficient charging, in a charging device for a battery which controls charging at a voltage increase rate acquired from a voltage of the battery. <P>SOLUTION: At pulse-charging with a battery 30, a control circuit 18 discriminates whether the battery 30 is a primary battery or a secondary battery, based on the battery voltage in a charged state, and a charging control part 3 controls pulse-charging, based on the battery voltage under the condition with a pause state being released, preventing accidental charging of a primary battery or insufficient charging with the battery 30. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出した電池の電池電圧より得られる電圧上昇率で充電を制御する電池の充電装置及び充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等のポータブル化された電子機器の進歩に伴って、これら電子機器のポータブル電源となる二次電池に対する高容量化や長寿命化等の要求が高まっている。
【０００３】
例えば、従来から使用されているニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）二次電池では、高容量化を図るために、焼結式の電極板に代えて３次元構造を有する非焼結式の電極板を用いたものが開発されている。また、最近では、更なる高容量化を可能とするアルカリ二次電池として、負極に水素吸蔵合金を用いたニッケル水素（Ｎｉ−Ｈ）二次電池が注目されている。
【０００４】
このニッケル水素二次電池では、負極に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することで、従来のアルカリ二次電池において代表的な負極材料であるカドミウム（Ｃｄ）に比べて、単位重量当り又は単位容量当りのエネルギー密度を高めることが可能である。また、高容量化の他にも、Ｃｄ等のように環境を汚染する虞れがないといった優れた特徴を有している。
【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】
ところで、上述したニッケル水素二次電池は、一般的に充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電方式で充電が行われる。この方式では、電池電圧が安定している休止状態の開放された電池電圧を検出し、この検出された休止状態の電池電圧に基づいて充電を制御させる。
【０００７】
しかしながら、このような休止状態の電池電圧により充電を制御する方法では、図８に示すように、ニッケル水素二次電池と使用済みの一次電池（例えばアルカリ乾電池やマンガン乾電池等）との充電初期の電池電圧に差がないことから、誤って放電済みの一次電池を充電してしまう虞がある。なお、図８は、ニッケル水素二次電池及び一次電池をパルス充電した際の休止状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示しており、図８中１００はニッケル水素二次電池の電池電圧の変化を示し、図８中１０１は使用済みの一次電池の電圧変化を示し、図８中１０２は未使用の一次電池の電圧変化を示している。
【０００８】
このような問題を解決する方法としては、例えば充電状態の電池電圧で充電を制御する方法がある。このような制御方法では、図９に示すように、充電初期における電池電圧の差がニッケル水素二次電池と一次電池とで明確になることから一次電池に充電することを防ぐことができる。しかしながら、この場合、充電状態の電池電圧を検出する際に、充電電流によって検出される電池電圧に誤差が発生し、誤った充電制御を行ってしまう虞がある。なお、図９は、ニッケル水素二次電池及び一次電池をパルス充電した際の充電状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示しており、図９中２００はニッケル水素二次電池の電池電圧の変化を示し、図９中２０１は使用済みの一次電池の電圧変化を示し、図９中２０２は未使用の一次電池の電圧変化を示している。
【０００９】
また、上述したニッケル水素二次電池においては、パルス充電方式で充電する際に、充電電流を例えば電池定格容量の０．３Ｃ程度の高レートにして短時間（例えば３時間程度）で充電を行う、いわゆる急速充電で充電される。このような急速充電では、図１０に示すように、充電末期に電池電圧がピーク値から低下するニッケル水素二次電池の特性を生かし、例えば充電末期の電池電圧のピーク値を過ぎてからの所定時間当りの電圧低下（−ΔＶ）を検出し、この検出結果に基づいて満充電状態になったかどうかを判定して充電を停止又は制御させるようにしている（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１０】
しかしながら、この急速充電では、図１１に示すように、充電末期の電池電圧のピーク値を過ぎるまで充電を行うと、電池電圧のピーク値以降、電池温度が急激に上昇して高温となり、ニッケル水素二次電池が劣化して電池特性が低下することがある。なお、図１１では、横軸に充電経過時間を示し、２つの縦軸に充電電圧、充電時の電池温度をそれぞれ示している。また、図１１中３００は電池電圧の変化を示し、図１１中３０１は充電時の電池温度の変化を示している。
【００１１】
また、急速充電を行えるような充電装置は、充電を制御する電子回路等が非常に高価であり、装置自体の値段が高くなってしまう。
【００１２】
したがって、ニッケル水素二次電池においては、急速充電ではなく、例えば充電電流値を電池定格容量の０．１Ｃ以下と低レートにして長時間（８時間〜１２時間程度）かけてタイマ制御により充電させることも可能である。すなわち、電流値の低い一定の電流で所定の時間充電し、所定の時間に達したら充電を停止又は制御させる充電方法である。しかしながら、この充電方法では、充電末期の電池温度の急激な上昇は抑えられるものの、充電時間が長すぎてユーザの要求に適合していないのが現状である。
【００１３】
以上のような高レート及び低レートで充電した際に起こる問題を解決するために、例えば３時間〜７時間程度でニッケル水素二次電池が満充電状態になるような電流値で充電する方法等が考えられる。これにより、充電末期の電池温度の急激な上昇を抑えつつ、低レートで充電したときよりも充電時間を短縮することが可能となる。
【００１４】
しかしながら、この場合、図１２に示すように、充電末期に電池電圧がピーク値から低下するといったニッケル水素二次電池の特性が生じにくくなり、充電末期に電池電圧がピーク値を過ぎてからの電圧低下を検出して満充電状態になったかどうかを判定する充電制御を行うことが困難になる。また、充電末期のピーク値を過ぎてからの小さな電圧降下を検出できるように、電池電圧を検出する検出感度を高くすること等も考えられるが、この場合、電池電圧の他に外乱ノイズ等も検出してしまい、満充電状態になる前に充電を停止させる等、誤った充電制御を行ってしまう虞がある。
【００１５】
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、充電末期の急激な温度上昇を抑えつつ、比較的短時間で満充電状態まで充電できる優れた電池の充電装置及びその充電方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【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電池の充電装置は、電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う充電手段と、電池における充電状態の電池電圧と、休止状態の開放された電池電圧とを検出する電圧検出手段と、電圧検出手段が検出した電池の充電状態の電池電圧に基づいて、電池が一次電池又は二次電池のどちらであるかを判定する電池判定手段と、電池判定手段が二次電池であると判定したときに、電圧検出手段が検出した電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、パルス充電を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。
【００１７】
この電池の充電装置では、電池判定手段が、充電状態の電池電圧に基づいて一次電池と二次電池とを判定することで、電圧を印加することにより電池電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を利用することができることから、一次電池と二次電池とを容易且つ適切に判定できる。
【００１８】
また、この電池の充電装置では、制御手段が、休止状態の開放された電池電圧に基づいてパルス充電を制御することで、充電電流により生じる誤差が抑えられた電池電圧でパルス充電が制御されることから、パルス充電を容易且つ適切に制御できる。
【００１９】
本発明に係る電池の充電装置は、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した電池電圧に基づいて、電池の充電を開始してから電池電圧が上昇したかどうかを判定する電圧判定手段と、電圧判定手段で電池電圧が上昇したと判定されたときに、電圧検出手段が検出した電池電圧に基づいて、電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
この電池の充電装置では、電圧判定手段で電池電圧が上昇したと判定され、検出手段が電圧上昇率低下を検出したときに、電池が充電末期に近づいたと判定し、電池の充電を停止又は制御する。したがって、この電池の充電装置では、充電末期に小さな電圧降下しか示さないような電流値で充電した場合でも、充電末期を判定して満充電状態まで電池を充電できる。
【００２１】
また、この電池の充電装置では、従来のような充電電圧の最高値や、充電末期の電圧降下を検出する充電制御とは異なり、検出手段が電圧上昇率低下を検出することで充電を制御することから、充電末期の電池に起こる急激な温度上昇が起こる前に充電を停止又は制御することができる。
【００２２】
本発明に係る電池の充電方法は、電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う際に、電池における充電状態の電池電圧と、休止状態の開放された電池電圧とを検出し、電池の充電状態の電池電圧に基づいて、電池が一次電池又は二次電池のどちらであるかを判定し、電池が二次電池であると判定されたときに、電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、パルス充電を制御することを特徴としている。
【００２３】
この電池の充電方法では、充電状態の電池電圧に基づいて一次電池と二次電池とを判定することで、電圧を印加することで電池電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を利用することができることから、一次電池と二次電池とを容易且つ適切に判定できる。
【００２４】
また、この方法では、休止状態の開放された電池電圧に基づいてパルス充電を制御することで、充電電流により生じる誤差が抑えられた電池電圧でパルス充電が制御されることから、パルス充電を容易且つ適切に制御できる。
【００２５】
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、電池の充電を開始してから電池電圧が上昇したかどうかを判定し、電池電圧が上昇したと判定されたときに、電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出することを特徴としている。
【００２６】
この電池の充電方法では、電池電圧が上昇したと判定され、電圧上昇率低下が検出されたときに、電池が充電末期に近づいたと判定し、電池の充電を停止又は制御する。したがって、この方法によれば、充電末期に小さな電圧降下しか生じないような電流値で充電した場合でも、充電末期を判定して満充電状態まで電池を充電できる。
【００２７】
また、この方法では、従来のような充電電圧の最高値や、充電末期の電圧降下を検出して充電を制御する方法とは異なり、電圧上昇率低下を検出することで充電を制御している。したがって、この方法によれば、充電末期の電池に急激な温度上昇が起こる前に充電を停止又は制御することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した二次電池の充電装置及び充電方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、本発明を適用した充電装置について説明する。図１に示す充電装置１は、例えばアルカリ二次電池（以下、電池という。）３０に対し、電池定格容量の０．１Ｃ〜１Ｃ程度の充電電流、いわゆる低レート（０．１Ｃ）や高レート（１Ｃ）といわれる様々な電流値の充電電流でも適切に満充電状態まで充電できるものである。
【００２９】
この充電装置１は、電池３０に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う電源回路部２と、電源回路部２による電池３０のパルス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。
【００３０】
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より供給されたパルス充電のための交流電流を昇圧／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に供給されるパルス電流の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。
【００３１】
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パルス波形の交流電流だけを透過する。
【００３２】
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パルス波形の直流電流に整える。
【００３３】
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流を制御するスイッチング素子１１とを備えている。
【００３４】
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にパルス波形の充電電流を供給する。
【００３５】
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に直流電流が流れないようにする。
【００３６】
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。
【００３７】
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を介して直流電流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に対する直流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。
【００３８】
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に供給されるパルス波形の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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
このような構成の出力検出部８は、電池３０に供給されるパルス波形の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。
【００４２】
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。
【００４３】
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パルス波形を有する充電電流が生じ、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等で整流されたパルス波形を有する充電電流を安定した状態で電池３０に供給する。
【００４４】
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、制御回路１８からのセット信号によって所定の時間に達したときにスイッチング素子１７のオン／オフを切り換えるタイマ回路１９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２０を備えている。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：以下、単にＲＯＭという。）２１と、ＲＯＭ２１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（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：以下、単にＲＡＭという。）２２と、ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ等の集積回路等からなる中央演算処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：以下、ＣＰＵという。）２３とを備えている。
【００４８】
ＲＯＭ２１は、例えば、後述する電池３０の充電方法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、ＣＰＵ２３からの命令に応じてコンピュータプログラムをＲＡＭ２２にロードする。
【００４９】
ＲＡＭ２２は、ＲＯＭ２１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。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２３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、ＣＰＵ２３からの命令に応じて記録されているデータをＣＰＵ２３に出力したり、書き換えたりする。
【００５０】
ＣＰＵ２３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１７、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２等に出力する。
【００５１】
そして、このようなＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、ＣＰＵ２３で構成される制御回路１８は、入力部２０等から送信された操作信号に従って電源装置１全体を制御したり、タイマ回路１９にセット信号やリセット信号を送信したりする。
タイマ回路１９は、制御回路１８からセット信号を受信すると予め設定された時間の間だけタイマを作動させ、タイマの作動中はスイッチング素子１７をオンの状態で保持する。そして、タイマ回路１９は、予め設定された時間が過ぎたときにタイマが停止し、それと同時にスイッチング素子１７をオフの状態にする。また、タイマ回路１９は、制御回路１８からのリセット信号が入力されると予め設定された時間が過ぎて停止したタイマをリセットする。
【００５２】
入力部２０は、充電装置１における電池３０に供給されるパルス波形の充電電流や、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２０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。
【００５３】
電池保持部４は、充電装置１で電池３０をパルス充電する際に、電池３０を着脱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２４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２５とを有している。正極端子２４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にパルス波形の充電電流を供給する。そして、正極端子２４及び負極端子２５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。
【００５４】
この電池保持部４は、電池３０の正極外部端子に正極端子２４を押圧させ、電池３０の負極外部端子に負極端子２５を押圧させることで、電池３０を正極端子２４と負極端子２５とに挟持させるようにして着脱可能に保持する。
【００５５】
次に、上述した構成の充電装置１でパルス充電される電池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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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ポリ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。
【００５９】
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ポリ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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
次に、上述した充電装置１を用いた電池３０の充電方法について説明する。先ず、ステップＳ１〜ステップＳ９の処理について、図３に示すフローチャートを参照にしながら説明する。
【００６７】
使用者は、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２０装置全体の電源スイッチ等をオンしたりすることで各回路等を起動させ、充電装置１を電池３０の充電が可能な状態にする。
【００６８】
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２４で押圧させ、電池３０の負極外部端子を負極端子２５で押圧させるようにして電池３０を着脱可能に保持する。このとき、電池３０は、図４に示すように、充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス波形の直流電流が流れて、充電状態の電池電圧（以下、充電電圧と記す。）Ａと、休止状態の開放された電池電圧（以下、休止電圧と記す。）Ｂとを所定の周期で繰り返し示すことになる。なお、図４では、横軸に充電経過時間を示し、縦軸に充電電圧を示している。
【００６９】
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２４と負極端子２５との間の充電電圧Ａ及び休止電圧Ｂを所定の時間間隔で検出し、検出した充電電圧Ａ及び休止電圧Ｂ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ＣＰＵ２３に所定の時間間隔で出力する。そして、充電制御部３は、充電電圧Ａ及び休止電圧Ｂを所定の時間間隔でサンプリングしてＣＰＵ２３に入力された入力電圧データＶｉｎを例えばＲＯＭ２１やＲＡＭ２２等に出力する。
【００７０】
次に、充電制御部３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入力電圧データＶｉｎ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Ｓ４の処理を繰り返す。
【００７１】
次に、充電制御部３は、ステップＳ５において、電圧検出回路１６でサンプリングされた入力電圧データＶｉｎが充電電圧Ａのものか、休止電圧Ｂのものかを制御回路１８が判定する。そして、制御回路１８が休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎであると判定したときは、ステップＳ６に進み、制御回路１８が充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎであると判定したときは、ステップＳ９に進む。
【００７２】
次に、充電制御部３は、ステップＳ６において、制御回路１８が休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録されている予め設定された閾値となる電圧値と比較し、休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いか、低いかを判定する。
【００７３】
制御回路１８によって休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも低いと判定されたときは、電池３０が内部短絡していると制御回路１８が判断してステップＳ７に進む。一方、制御回路１８によって休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いと判定されたときは、電池３０が内部短絡してないと制御回路１８が判断して図５に示すステップＳ１０に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ６で用いられる閾値となる電圧値は、電池３０の内部短絡を判定する所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００７４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ７において、電池保持部４に保持されている電池３０がステップＳ６で内部短絡していると判定される等、異常のある電池３０であることを知らせるサインを例えばランプを点滅させる等して表示する。
【００７５】
次に、充電制御部３は、ステップ８において、ステップＳ６で内部短絡していると判定された電池３０が充電されることがないように、充電制御部３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パルス充電を強制的に終了する。
【００７６】
これにより、充電装置１では、例えば誤って内部短絡している電池３０を誤って保持させてしまった場合でも、内部短絡している電池３０がパルス充電されることなく電池保持部４より不具合のある電池３０を排出することができる。
【００７７】
次に、ステップＳ５で制御回路１８によって入力電圧データＶｉｎが充電電圧Ａのものであると判定されてステップＳ９に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ９において、制御回路１８が充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録されている予め設定された閾値となる電圧値と比較し、充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いか、低いかを判定する。
【００７８】
充電制御部３において、制御回路１８によって充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いと判定されたときは、電池３０が一次電池であると制御回路１８が判定してステップＳ７に進み、ステップＳ７で電池３０が一次電池であって異常であることを示すサインが表示されてステップＳ８に進み、ステップＳ８で一次電池である電池３０が充電されることがないようにパルス充電を強制的に終了する。一方、制御回路１８によって充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも低いと判定されたときは、電池３０が二次電池であると制御回路１８が判断したことになり、ステップＳ６で内部短絡していないと判定されたときと同様に、図５に示すステップＳ１０に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための制御を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ９で用いられる閾値となる電圧値は、電池３０が二次電池であるかどうかを判定する所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００７９】
これにより、充電装置１では、例えば誤って電池保持部４に一次電池を保持させてしまった場合でも、一次電池がパルス充電されることなく電池保持部４より一次電池を排出することができる。
【００８０】
以上で説明したステップＳ１〜ステップＳ９では、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎと休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎとをそれぞれ用途に応じて使い分けている。具体的に、充電装置１においては、電圧を印加することで電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を用いることで一次電池と二次電池とを容易且つ適切に判定できることから、充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎを電池３０が一次電池又は二次電池のどちらかであるかを判定するために利用している。また、充電電流により検出された入力電圧データＶｉｎに誤差が生じることのない休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎを電池３０の内部短絡の有無を判定するために利用している。そして、電池３０は、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎと休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎとにより、二次電池であり且つ内部短絡してないと判定されたものがステップＳ１０以降の処理に進み、満充電状態までパルス充電されることになる。
【００８１】
次に、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録する処理を行うステップＳ１０以降について、図５に示すフローチャートを参照にして説明する。
【００８２】
充電制御部３は、ステップＳ１０において、充電装置１のパルス充電を制御する際に、所定の時間間隔で繰り返される各充電操作の処理を行うための判定を下すときを判定タイミングとし、今このときが判定タイミングであるか否かを制御回路１８が判定する。そして、制御回路１８によって判定タイミングであると判定されたときは、ステップＳ１１に進み、制御回路１８によって判定タイミングでないと判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【００８３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１１において、電圧検出回路１６でサンプリングされた前回の休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎ（以下、電圧データＶｍ１と記す。）を、前々回の休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎ（以下、電圧データＶｍ２と記す。）がＲＡＭ２２の記録されていた領域に移し、新たな電圧データＶｍ２としてＲＡＭ２２に記録し、ステップＳ１２に進む。
【００８４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１２において、ＲＡＭ２２の電圧データＶｍ１が記録されていた領域に電圧検出回路１６でサンプリングされた休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎを新たな電圧データＶｍ１として記録し、ステップＳ１３に進む。
【００８５】
次に、充電制御部３は、ステップ１３において、制御回路１８が１回目の判定タイミングであるかどうかを判定する。制御回路１８によって判定タイミングが１回目であると判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。一方、制御回路１８によって判定タイミングが１回目ではないと判定されたときは、ステップＳ１４に進む。
【００８６】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１４において、ＲＡＭ２２に記録された電圧データＶｍ１、電圧データＶｍ２を制御回路１８が演算処理、すなわち電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１の式より得られる前回差分電圧（以下、差分電圧データＶｄ１と記す。）を、前々回差分電圧（以下、差分電圧データＶｄ２と記す。）がＲＡＭ２２に記録されていた領域に移し、新たな差分電圧データＶｄ２としてＲＡＭ２２に記録し、ステップＳ１５に進む。なお、差分電圧データＶｄ１は、電圧データＶｍ１が検出されてから電圧データＶｍ２が検出されるまでの所定の時間間隔当たりに電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１の分だけ電圧変化があったことを示しており、電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１が０より大きい場合は電圧上昇率であり、電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１が０より小さい場合は電圧低下率である。
【００８７】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１５において、ＲＡＭ２２の差分電圧データＶｄ１が記録されていた領域に、制御回路１８が演算処理を行い得られた最新の差分電圧を新たな差分電圧データＶｄ１として記録し、ステップＳ１６に進む。
【００８８】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１６において、制御回路１８が２回目の判定タイミングであるかどうかを判定する。充電制御部３においては、制御回路１８によって判定タイミングが２回目であると判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。一方、制御回路１８によって判定タイミングが２回目ではないと判定されたときは、図６に示すステップＳ１７に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための処理を行う。
【００８９】
次に、電圧上昇率低下を検出する処理を行うステップＳ１７以降について、図６に示すフローチャートを参照にして説明する。
【００９０】
充電制御部３は、ステップＳ１７において、充電末期の電池電圧の上昇があったことを示す判定フラグ等がＲＡＭ２２にセットされているかどうかを制御回路１８が判定する。そして、充電制御部３においては、制御回路１８が充電末期の電池電圧の上昇がないと判定したときはステップＳ１８に進み、制御回路１８が充電末期の電池電圧の上昇があったと判定したときはステップＳ２５に進む。
【００９１】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１８において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したことを示す判定フラグ等がＲＡＭ２２にセットされているかどうかを制御回路１８が判定する。そして、充電制御部３においては、制御回路１８よって充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息していないと判定されたときはステップＳ１９に進み、制御回路１８によって充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定されたときはステップＳ２３に進む。
次に、充電制御部３は、ステップＳ１９において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息しているかどうかを判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、差分電圧データＶｄ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９２】
充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値以下であると判定されたときは、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定し、ステップＳ２０に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値より大であると判定されたときは、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息していないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ１９で用いる閾値となる電圧値は、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息しているかどうかを判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００９３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２０において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したことを示す判定フラグ等を制御回路１８がＲＡＭ２２にセットし、ステップＳ２１に進む。
【００９４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２１において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息された電池３０が満充電状態であるか否かを判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている電圧データＶｍ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、電圧データＶｍ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９５】
充電制御部３においては、制御回路１８によって電圧データＶｍ１が閾値となる電圧値以上であると判定されたときは、電池３０が満充電状態であると判定し、ステップＳ２２に進む。一方、制御回路１８によって電圧データＶｍ１が閾値となる電圧値より小であると判定されたときは、電池３０が満充電状態ではないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ２１で用いる閾値となる電圧値は、電池３０が満充電状態であるかどうかを判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００９６】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２２において、満充電状態の電池３０に対し、これ以上、パルス充電が行われないように、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パルス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。
【００９７】
これにより、充電装置１では、例えば未充電状態か、充電状態かが判定できない電池３０をパルス充電した場合でも、電池３０が過充電されて劣化してしまうことを防止できる。
【００９８】
次に、ステップＳ２１でステップＳ３に進み、ステップＳ３以降の処理が繰り返された後に、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定された電池３０がステップＳ１８でステップＳ２３に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ２３において、充電末期の電池電圧の上昇の有無を判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、差分電圧データＶｄ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９９】
充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値以上であると判定されたときは、充電末期の電池電圧の上昇があったと判定し、ステップＳ２４に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値より小であると判定されたときは、充電末期の電池電圧の上昇がないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ２３で用いる閾値となる電圧値は、充電末期の電池電圧の上昇の有無を判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【０１００】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２４において、充電末期の電池電圧の上昇があったことを示す判定フラグ等を制御回路１８がＲＡＭ２２にセットし、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【０１０１】
次に、ステップＳ２４からステップＳ３に進み、ステップＳ３以降の処理が繰り返された後に、充電末期の電池電圧の上昇があったと判定された電池３０がステップＳ１７でステップＳ２５に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ２５において、充電末期の充電電圧の上昇で入力電圧データＶｉｎが最大値に達する前に電池３０のパルス充電を制御するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と差分電圧データＶｄ２とを比較し、差分電圧データＶｄ１と差分電圧データＶｄ２との大小を判定する。
【０１０２】
このとき、充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１の値が差分電圧データＶｄ２の値よりも小であると判定されたとき、充電末期の差分電圧データＶｄ１が直前の差分電圧データＶｄ２より低下した、すなわち電圧上昇率低下が検出されたと判定し、ステップＳ２６に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１の値が差分電圧データＶｄ２の値以上であると判定されたときは、充電末期の差分電圧データＶｄ１が直前の差分電圧データＶｄ２より上昇している、すなわち電圧上昇率低下がまだ検出されていないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【０１０３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出したと判定した制御回路１８がタイマ回路１９にセット信号を送信し、セット信号を受信したタイマ回路１９が予め設定された時間の間だけタイマを作動し、ステップＳ２７に進む。
【０１０４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２７において、タイマ回路１９がタイマの作動時間が予め設定された時間に達したかどうかを判定する。そして、充電制御部３において、タイマ回路１９によってタイマの作動時間が予め設定された時間に達したと判定されたときは、電池３０が満充電状態になったと判定してステップＳ２２に進み、制御回路１８が電池３０のパルス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。一方、タイマ回路１９によってタイマの作動時間が予め設定された時間に達してないと判定されたときは、電池３０がまだ満充電状態になっていないと判定し、ステップＳ２７の処理を繰り返す。
【０１０５】
以上で説明した電池の充電方法では、電圧検出回路１６が検出した充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎに基づいて電池３０を一次電池、二次電池の何れかであるかを判定することで、電圧を印加することで電池電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を利用できることから、電池３０が一次電池、二次電池の何れかであるかの判定を容易且つ適切に行うことができる。
【０１０６】
また、この方法では、電圧検出回路１６が検出した休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎに基づいてパルス充電を制御することで、充電電流により生じる電池電圧の誤差が抑えられ、誤差の無い電池電圧でパルス充電を適切に制御できることから、電池３０を過充電したり、充電不足にさせたりすることを防止できる。
【０１０７】
さらに、この方法では、ステップＳ１８で電池電圧が上昇したと判定され、ステップＳ２５で電圧上昇率低下が検出されたときに、電池が充電末期に近づいたと充電制御部３が判断することから、充電末期に小さな電圧降下しか生じないような、例えば電池定格容量の０．３Ｃよりも小さな電流値で充電した場合でも充電末期を適切に判定でき、電池３０を満充電状態までパルス充電することができる。
【０１０８】
さらにまた、この方法では、電圧上昇率低下の検出により充電末期を判定してパルス充電を制御することで、従来のような電池定格容量の０．３Ｃ〜１Ｃ程度の高レートな電流値で急速充電した場合に、充電末期における電池温度の急激な上昇が起こる前にパルス充電を制御できることから、充電末期に電池３０の温度が上昇して起こる電池特性の劣化を防止できる。
【０１０９】
ここで、電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図を図７に示す。図７中ｄｔは判定タイミングの時間間隔を示し、図７中ｄＶは判定タイミングの時間間隔当たりの電圧変化を示し、図７中５０は電圧変化を示し、図７中５１は温度変化を示している。なお、図７では、横軸に充電経過時間を示し、２つの縦軸に充電電圧、充電時の電池温度をそれぞれ示している。
【０１１０】
図７に示す評価結果から、充電末期の電圧上昇率低下が起こるポイントＣは、図７中の判定タイミングの時間間隔当たりの電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）Ｄ１と電圧変化率Ｄ２との間であり、この時点では電池温度の急激な上昇が起こっていないことがわかる。したがって、充電装置１においては、電圧上昇率低下を検出した際に、パルス充電を制御することで電池温度の急激な上昇を防止することができる。
【０１１１】
また、図７に示す評価結果から、充電末期の電圧上昇率低下は、充電電圧が最高となるポイントＥより前段側で起きていることがわかる。したがって、充電装置１においては、充電末期の電圧上昇率低下を検出することで、従来のような充電電圧最高値や充電末期の電圧降下等を検出しなくても充電末期に近づいたことを判定することができる。これにより、充電装置１においては、例えば充電末期に小さな電圧降下しか生じないような電流値で充電しても充電末期を適切に判定でき、満充電状態までパルス充電することができる。
【０１１２】
上述した充電方法では、ステップＳ１０以降もパルス波形を有する充電電流で電池３０の充電を行うことを例に挙げて説明しているが、このことに限定されず、上述した充電方法においてはステップＳ１０以降を、例えばパルス波形を有することのない直流電流で電池３０の充電を行うこともできる。
【０１１３】
また、上述した充電方法では、ステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出した後に、ステップＳ２６でタイマ回路１９のタイマが作動している間充電してからステップＳ２２に進んで充電を制御しているが、このことに限定されることはなく、例えばステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出した後、すぐにステップＳ２２に進んで充電を停止又は制御させることもできる。
【０１１４】
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、様々な形状のアルカリ二次電池にも適用可能である。また、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。
【０１１５】
【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、電池をパルス充電する際に、充電状態の電池電圧に基づいて電池を一次電池、二次電池の何れかであるかを判定し、休止状態の開放された電池電圧に基づいてパルス充電を制御する。このように、本発明によれば、充電状態の電池電圧及び休止状態の開放された電池電圧をそれぞれ用途に応じて使い分けることで、電池の判定や充電制御を容易且つ適切に行うことができる。
【０１１６】
また、本発明によれば、電池電圧が上昇した後に、電圧上昇率低下を検出することで電池が充電末期に近づいたと判定し、電池の充電を制御する。したがって、本発明によれば、例えば充電末期に小さな電圧降下しか生じないような電流値で充電しても満充電状態まで充電でき、充電不足等を防止できる。
【０１１７】
さらに、本発明によれば、電圧上昇率低下を検出することで充電末期を判定できることから、従来のような高レートな電流値で急速充電した場合に起こっていた充電末期における電池温度の急激な上昇が起こる前に充電を制御でき、電池が高温になって劣化することを防止できる。
【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充電する際の電池を判定する処理を説明するフローチャートである。
【図４】アルカリ二次電池をパルス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】同充電装置でアルカリ二次電池を充電する際の各判定タイミングにおける処理を説明するフローチャートである。
【図６】同充電装置でアルカリ二次電池を充電する際の電圧上昇率低下の検出する処理を説明するフローチャートである。
【図７】アルカリ二次電池を充電した際の電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図８】一次電池及びニッケル水素二次電池をパルス充電した際の休止状態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９】一次電池及びニッケル水素二次電池をパルス充電した際の充電状態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１０】ニッケル水素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１１】ニッケル水素二次電池を急速充電した際の電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図１２】ニッケル水素二次電池を３時間〜７時間かけて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 タイマ回路、２０ 入力部、２１ リード・オンリ・メモリ、２２ ランダム・アクセス・メモリ、２３ 中央演算処理装置、２４ 正極端子、２５ 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 battery charging device and a battery charging method for controlling charging at a voltage increase rate obtained from a detected battery voltage of a battery.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, demands for higher capacity, longer life, and the like for secondary batteries serving as portable power sources for these electronic devices have been increasing. .
[0003]
For example, in a conventional nickel cadmium (Ni-Cd) secondary battery, a non-sintered electrode plate having a three-dimensional structure is used in place of a sintered electrode plate in order to increase the capacity. The ones used have been developed. Recently, a nickel-hydrogen (Ni-H) secondary battery using a hydrogen-absorbing alloy for the negative electrode has attracted attention as an alkaline secondary battery capable of further increasing the capacity.
[0004]
In this nickel-metal hydride secondary battery, by using a structure in which the hydrogen storage alloy powder is fixed to the current collector for the negative electrode, compared to cadmium (Cd), which is a typical negative electrode material in the conventional alkaline secondary battery, Thus, the energy density per unit weight or per unit capacity can be increased. In addition to the high capacity, it has an excellent feature that there is no possibility of polluting the environment unlike Cd or the like.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-61-288740
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the above-described nickel-metal hydride secondary battery is generally charged by a pulse charging method in which a charging state and a sleep state are repeated at a predetermined cycle. In this method, an open battery voltage in a sleep state in which the battery voltage is stable is detected, and charging is controlled based on the detected battery voltage in the sleep state.
[0007]
However, in such a method of controlling charging by a battery voltage in a resting state, as shown in FIG. 8, the initial charge of a nickel-metal hydride secondary battery and a used primary battery (eg, an alkaline dry battery or a manganese dry battery) is started. Since there is no difference between the battery voltages, there is a possibility that the discharged primary battery is charged by mistake. FIG. 8 shows the relationship between the battery voltage in the rest state and the charging elapsed time when the nickel-metal hydride secondary battery and the primary battery are pulse-charged. In FIG. 8, 100 denotes the battery voltage of the nickel-metal hydride secondary battery. 8, 101 indicates the voltage change of the used primary battery, and 102 in FIG. 8 indicates the voltage change of the unused primary battery.
[0008]
As a method of solving such a problem, for example, there is a method of controlling charging with a battery voltage in a charged state. According to such a control method, as shown in FIG. 9, since the difference in battery voltage at the initial stage of charging becomes clear between the nickel-metal hydride secondary battery and the primary battery, it is possible to prevent the primary battery from being charged. However, in this case, when the battery voltage in the charged state is detected, an error may occur in the battery voltage detected by the charging current, and erroneous charging control may be performed. FIG. 9 shows the relationship between the battery voltage in the charged state and the elapsed charging time when the nickel-metal hydride secondary battery and the primary battery are pulse-charged. In FIG. 9, reference numeral 200 denotes the battery voltage of the nickel-metal hydride secondary battery. 9, 201 in FIG. 9 indicates a voltage change of a used primary battery, and 202 in FIG. 9 indicates a voltage change of an unused primary battery.
[0009]
In the above-described nickel-metal hydride secondary battery, when charging by the pulse charging method, the charging is performed in a short time (for example, about 3 hours) by setting the charging current to a high rate of, for example, about 0.3 C of the battery rated capacity. , So-called quick charging. In such rapid charging, as shown in FIG. 10, the characteristic of the nickel-metal hydride secondary battery in which the battery voltage decreases from the peak value at the end of charging is utilized, for example, a predetermined value after the peak of the battery voltage at the end of charging. A voltage drop per hour (−ΔV) is detected, and based on the detection result, it is determined whether or not the battery is fully charged, and charging is stopped or controlled (for example, see Patent Document 1). .
[0010]
However, in this rapid charging, as shown in FIG. 11, if charging is performed until the battery voltage reaches the peak value at the end of charging, the battery temperature rapidly rises to a high temperature after the battery voltage peak value, and the nickel hydride The secondary battery may be deteriorated and battery characteristics may be deteriorated. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the elapsed charging time, and the two vertical axes indicate the charging voltage and the battery temperature during charging, respectively. Also, 300 in FIG. 11 indicates a change in battery voltage, and 301 in FIG. 11 indicates a change in battery temperature during charging.
[0011]
Further, in a charging device capable of performing quick charging, an electronic circuit or the like for controlling charging is very expensive, and the price of the device itself increases.
[0012]
Therefore, the nickel-metal hydride secondary battery is charged by timer control over a long period of time (about 8 to 12 hours) by setting the charging current value to a low rate of, for example, 0.1 C or less of the battery rated capacity, instead of quick charging. It is also possible. That is, this is a charging method in which charging is performed for a predetermined time with a constant current having a low current value, and charging is stopped or controlled when the predetermined time is reached. However, in this charging method, although the rapid rise in the battery temperature at the end of charging can be suppressed, at present, the charging time is too long to meet the demands of the user.
[0013]
In order to solve the above-described problems that occur when charging at a high rate and a low rate, for example, a method of charging a nickel-metal hydride secondary battery with a current value that can be fully charged in about 3 hours to 7 hours, and the like. Can be considered. This makes it possible to reduce the charging time as compared to when charging at a low rate, while suppressing a rapid rise in battery temperature at the end of charging.
[0014]
However, in this case, as shown in FIG. 12, the characteristics of the nickel-metal hydride secondary battery such that the battery voltage decreases from the peak value at the end of charging are less likely to occur, and the voltage after the battery voltage has passed the peak value at the end of charging. It becomes difficult to perform charging control for detecting a drop and determining whether or not the battery is fully charged. It is also conceivable to increase the detection sensitivity of detecting the battery voltage so that a small voltage drop after the peak value at the end of charging can be detected.In this case, disturbance noise and the like in addition to the battery voltage may be considered. There is a possibility that erroneous charging control may be performed, for example, detection may be performed and charging may be stopped before the battery is fully charged.
[0015]
Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and is an excellent battery charging device that can charge a fully charged state in a relatively short time while suppressing a rapid temperature rise at the end of charging. And a charging method thereof.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A battery charging device according to the present invention that achieves the above-described object includes a charging unit that performs pulse charging that repeats a charging state and a sleep state with a predetermined cycle for a battery, a battery voltage in a charged state of the battery, and a sleep state. A voltage detecting means for detecting a battery voltage in an open state, and a battery for determining whether the battery is a primary battery or a secondary battery based on a battery voltage in a charged state of the battery detected by the voltage detecting means. Determining means, and control means for controlling pulse charging based on the open battery voltage of the battery in a rest state detected by the voltage detecting means when the battery determining means determines that the battery is a secondary battery. It is characterized by having.
[0017]
In this battery charging device, the battery determining means determines the primary battery and the secondary battery based on the battery voltage in the charged state, so that the application of the voltage causes a large difference in the battery voltage between the primary battery and the secondary battery. Since the characteristics of the secondary battery can be used, the primary battery and the secondary battery can be easily and appropriately determined.
[0018]
Further, in the battery charging device, the control unit controls the pulse charging based on the open battery voltage in the sleep state, so that the pulse charging is controlled with the battery voltage in which the error caused by the charging current is suppressed. Therefore, pulse charging can be easily and appropriately controlled.
[0019]
The battery charging device according to the present invention includes a charging unit that charges the battery, a voltage detection unit that detects the battery voltage of the battery, and a battery charging unit that starts charging the battery based on the battery voltage detected by the voltage detection unit. A voltage determining means for determining whether the battery voltage has risen, and, when the voltage determining means determines that the battery voltage has risen, based on the battery voltage detected by the voltage detecting means, the voltage of the battery is determined at predetermined time intervals. Detecting means for detecting a decrease in the voltage increase rate at which the voltage increase rate is lower than the immediately preceding voltage increase rate.
[0020]
In this battery charging device, when the voltage determination unit determines that the battery voltage has increased, and when the detection unit detects a decrease in the voltage increase rate, it determines that the battery is approaching the end of charging, and stops or controls charging of the battery. I do. Therefore, even when the battery is charged with a current value that shows only a small voltage drop at the end of charging, the battery charging device can determine the end of charging and charge the battery to a fully charged state.
[0021]
Also, in this battery charging device, unlike the conventional charge control that detects the maximum value of the charging voltage or the voltage drop at the end of charging, the detecting unit controls the charging by detecting a decrease in the voltage increase rate. Therefore, charging can be stopped or controlled before a sharp temperature rise occurs in the battery at the end of charging.
[0022]
The battery charging method according to the present invention is characterized in that, when performing pulse charging in which the charging state and the sleep state are repeated at a predetermined cycle with respect to the battery, the battery voltage of the battery in the charging state and the battery voltage of the sleeping state in the open state To determine whether the battery is a primary battery or a secondary battery, based on the battery voltage in the state of charge of the battery, and when it is determined that the battery is a secondary battery, It is characterized in that pulse charging is controlled based on the battery voltage in the released state.
[0023]
In this battery charging method, the primary battery and the secondary battery are determined based on the battery voltage in the charged state, and the characteristics of the primary battery and the secondary battery in which a large difference occurs in the battery voltage by applying the voltage are determined. Since it can be used, the primary battery and the secondary battery can be easily and appropriately determined.
[0024]
Further, in this method, the pulse charging is controlled based on the battery voltage that has been released in the dormant state, so that the pulse charging is controlled with the battery voltage in which the error caused by the charging current is suppressed, so that the pulse charging is easily performed. And it can be controlled appropriately.
[0025]
The method for charging a battery according to the present invention, when charging the battery, detects the battery voltage of the battery, determines whether the battery voltage has increased since the start of charging the battery, and that the battery voltage has increased. When the determination is made, a decrease in the voltage increase rate at which the voltage increase rate at a predetermined time interval of the battery is lower than the immediately preceding voltage increase rate is detected.
[0026]
In this battery charging method, it is determined that the battery voltage has risen, and when a decrease in the voltage increase rate is detected, it is determined that the battery is approaching the end of charging, and charging or stopping of the battery is stopped or controlled. Therefore, according to this method, even when the battery is charged with a current value that causes only a small voltage drop at the end of charging, it is possible to determine the end of charging and charge the battery to a fully charged state.
[0027]
Also, in this method, unlike the conventional method of controlling the charging by detecting the maximum value of the charging voltage or the voltage drop at the end of charging, the charging is controlled by detecting the decrease in the rate of voltage increase. . Therefore, according to this method, charging can be stopped or controlled before a sudden temperature rise occurs in the battery at the end of charging.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a charging device and a charging method for a secondary battery to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. First, a charging device to which the present invention is applied will be described. The charging device 1 shown in FIG. 1 is, for example, a charging current of about 0.1 C to 1 C of a battery rated capacity, that is, a so-called low rate (0.1 C) or high rate for an alkaline secondary battery (hereinafter, referred to as a battery) 30. Even a charging current of various current values referred to as (1C) can be appropriately charged to a fully charged state.
[0029]
The charging apparatus 1 includes a power supply circuit unit 2 that performs pulse charging of a battery 30 by repeating a charging state and a sleep state at a predetermined cycle, and a charging control unit 3 that controls pulse charging of the battery 30 by the power supply circuit unit 2. And a battery holder 4 for holding the battery 30.
[0030]
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 alternating current for pulse charging supplied from the rectifier circuit 6, and an output voltage of a pulse current supplied to the battery 30 from the PWM converter 7 is detected. And a PWM control circuit 9 for controlling the PWM converter 7 based on the information detected by the output detection unit 8.
[0031]
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 having a pulse waveform in a required frequency band.
[0032]
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 into a pulse waveform having a stable voltage.
[0033]
The PWM converter 7 controls a direct current supplied to the PWM converter 7 by being turned on / off by a transformer 10 having a pair of coils 10 a and 10 b and an electric signal from the PWM control circuit 9 connected to the transformer 10. And a switching element 11.
[0034]
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 having a pulse waveform to the battery 30.
[0035]
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 the switching element 11 is on, and prevents DC current from flowing to the transformer 10 when the switching element 11 is off.
[0036]
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.
[0037]
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 current 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 an electric signal from the PWM control circuit 9, the PWM converter 7 stops supplying DC current to the primary coil 10 a of the transformer 10, so that the charging supplied to the battery 30 is stopped. Suppress current.
[0038]
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 having a pulse waveform supplied from the PWM converter 7 to the battery 30.
[0039]
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.
[0040]
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.
[0041]
The output detection unit 8 having such a configuration outputs to the PWM control circuit 9 an electric signal of a voltage level controlled corresponding to the voltage of the charging current having a pulse waveform supplied to the battery 30. 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.
[0042]
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.
[0043]
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 having a pulse waveform 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 having the pulse waveform 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.
[0044]
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; a timer circuit 19 for switching on / off the switching element 17 when a predetermined time is reached by a set signal from the control circuit 18; An input unit 20 for inputting conditions to the charging device is provided.
[0045]
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.
[0046]
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.
[0047]
The control circuit 18 includes a read-only memory (hereinafter, simply referred to as a ROM) 21 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 21 and recorded. (Random Access Memory: hereinafter simply referred to as RAM) 22 and a central processing unit (Central Processing Unit), which includes an integrated circuit such as an integrated circuit (IC) chip, a large-scale integrated circuit (LSI) chip, and the like. 23).
[0048]
The ROM 21 stores, for example, a computer program for executing a method for charging the battery 30 described later, and loads the computer program into the RAM 22 according to an instruction from the CPU 23.
[0049]
The RAM 22 is loaded with a computer program and the like from the ROM 21 and also records a determination flag and the like described later. The RAM 22 is a recording unit that rewritably records data and the like that have been processed by the CPU 23, and outputs or rewrites the recorded data to the CPU 23 in response to a command from the CPU 23.
[0050]
The CPU 23 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 17, the ROM 21, the RAM 22, or the like as an instruction signal or an information signal.
[0051]
The control circuit 18 including the ROM 21, the RAM 22, and the CPU 23 controls the entire power supply 1 according to an operation signal transmitted from the input unit 20 or the like, or transmits a set signal or a reset signal to the timer circuit 19. Or
When the timer circuit 19 receives the set signal from the control circuit 18, the timer circuit 19 operates the timer only for a preset time, and keeps the switching element 17 in the ON state while the timer is operating. Then, the timer circuit 19 stops the timer when a preset time has elapsed, and at the same time, turns off the switching element 17. When a reset signal is input from the control circuit 18, the timer circuit 19 resets the timer that has stopped after a preset time has elapsed.
[0052]
The input unit 20 allows the user to input conditions such as a charging current of a pulse waveform 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 key operation or the like. And a charge start switch for starting charging. The input unit 20 outputs an operation signal input by the user to, for example, the power supply circuit unit 2, the control circuit 18, and the like.
[0053]
The battery holding unit 4 is connected by holding the battery 30 in a detachable state and making contact with a positive external terminal located on the end face of the held battery 30 when the battery 30 is pulse-charged by the charging device 1. A positive electrode terminal 24 and a negative electrode terminal 25 that is 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 24 is electrically connected to the charging circuit unit 2 via the switching element 17 and supplies a charging current having a pulse waveform to the battery 30. Then, the positive electrode terminal 24 and the negative electrode terminal 25 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.
[0054]
The battery holder 4 holds the battery 30 between the positive terminal 24 and the negative terminal 25 by pressing the positive terminal 24 against the positive external terminal of the battery 30 and pressing the negative terminal 25 against the negative external terminal of the battery 30. And detachably hold it.
[0055]
Next, the battery 30 pulse-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.
[0056]
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.
[0057]
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.
[0058]
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 polytetrafluoroethylene, which binds the powders. And a binder such as a Ni powder, graphite, carbon black, or the like, 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.
[0059]
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 powder of a negative electrode active material and a binder made of a resin material such as polytetrafluoroethylene, which binds the powders of the negative electrode active material. It is also possible to include a conductive aid such as Ni powder, graphite, carbon black, etc., according to the requirements. 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.
[0060]
For the separator 37, a non-woven fabric made of, for example, polyamide resin, polypropylene, or the like can be used.
[0061]
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.
[0062]
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.
[0063]
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.
[0064]
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.
[0065]
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.
[0066]
Next, a method of charging the battery 30 using the above-described charging device 1 will be described. First, the processing of steps S1 to S9 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0067]
In step S1, the user activates each circuit or the like by connecting a power supply terminal such as an outlet to a home AC power supply or the like, or turning on a power switch or the like of the entire input unit 20 to charge the battery. The device 1 is set in a state where the battery 30 can be charged.
[0068]
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 24 and pressing the negative external terminal of the battery 30 with the negative terminal 25. I do. At this time, as shown in FIG. 4, a direct current having a pulse waveform that repeats a charging state and a resting state at a predetermined cycle flows through the battery 30, and a battery voltage (hereinafter, referred to as a charging voltage) A in a charging state. And a battery voltage B (hereinafter, referred to as a pause voltage) in an idle state is repeatedly shown in a predetermined cycle. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the elapsed charging time, and the vertical axis indicates the charging voltage.
[0069]
Next, in step S3, the charging control unit 3 detects the charging voltage A and the pause voltage B between the positive terminal 24 and the negative terminal 25 at predetermined time intervals by the voltage detecting circuit 16, and detects the detected charging voltage A The A / D converter 16a converts the data of the pause voltage B from an analog signal to a digital signal, and outputs the digital signal to the CPU 23 of the control circuit 18 at predetermined time intervals. Then, the charging control unit 3 samples the charging voltage A and the pause voltage B at predetermined time intervals, and inputs the input voltage data V in Is output to, for example, the ROM 21 or the RAM 22.
[0070]
Next, in step S4, the charging control unit 3 determines whether the battery 30 is held in the battery holding unit 4 or not, by input voltage data V sampled by the voltage detection circuit 16. 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 correctly held, the process of step S4 is repeated.
[0071]
Next, in step S5, the charging control unit 3 sets the input voltage data V in Is the charge voltage A or the pause voltage B. Then, the control circuit 18 determines that the input voltage data V in When the control circuit 18 determines that the input voltage data V is the input voltage data V in If it is determined that the above condition is satisfied, the process proceeds to step S9.
[0072]
Next, in step S6, the charging control unit 3 determines that the control circuit 18 has set the input voltage data V in Is compared with a preset threshold voltage value recorded in the RAM 22, and the input voltage data V in Is higher or lower than a voltage value serving as a threshold.
[0073]
The input voltage data V of the quiescent voltage B is controlled by the control circuit 18. in Is smaller than the threshold voltage value, the control circuit 18 determines that the battery 30 is internally short-circuited, and proceeds to step S7. On the other hand, the control circuit 18 controls the input voltage data V in Is higher than the threshold voltage, the control circuit 18 determines that the battery 30 is not internally short-circuited, and proceeds to step S10 shown in FIG. 5, where the battery 30 is pulse-charged until it is fully charged. Perform processing to perform In the charging control unit 3, the voltage value serving as the threshold used in step S <b> 6 is recorded in the RAM 22 by the user inputting from the input unit 20 as a predetermined value for determining an internal short circuit of the battery 30.
[0074]
Next, in step S7, the charge control unit 3 determines that the battery 30 held in the battery holding unit 4 is short-circuited internally in step S6. Is displayed by blinking a lamp, for example.
[0075]
Next, in step 8, the charge control unit 3 controls the switching element 17 so that the battery 30 determined to be internally short-circuited in step S6 is not charged. The electrical connection between the circuit section 2 and the battery 30 is turned off to forcibly end the pulse charging.
[0076]
Thereby, in the charging device 1, for example, even when the battery 30 that is internally short-circuited is erroneously held, the battery 30 that is internally short-circuited is not pulse-charged and the battery A certain battery 30 can be discharged.
[0077]
Next, in step S5, the input voltage data V in Is determined to be the charging voltage A, and the process proceeds to step S9. In step S9, the charging control unit 3 determines that the control circuit 18 determines that the input voltage data V in Is compared with a preset threshold voltage value recorded in the RAM 22, and the input voltage data V in Is higher or lower than a voltage value serving as a threshold.
[0078]
In the charging control unit 3, the control circuit 18 controls the input voltage data V of the charging voltage A. in Is higher than the threshold voltage, the control circuit 18 determines that the battery 30 is a primary battery, and proceeds to step S7. In step S7, the battery 30 is a primary battery and is abnormal. Is displayed, the process proceeds to step S8, and in step S8, the pulse charging is forcibly terminated so that the battery 30 as the primary battery is not charged. On the other hand, the control circuit 18 controls the input voltage data V of the charging voltage A. in Is determined to be lower than the threshold voltage value, the control circuit 18 determines that the battery 30 is a secondary battery, similar to the case where it is determined in step S6 that no internal short circuit has occurred. Then, the process proceeds to step S10 shown in FIG. 5, and control for pulse-charging the battery 30 to a fully charged state is performed. In the charging control unit 3, the voltage value serving as the threshold value used in step S <b> 9 is a predetermined value for determining whether the battery 30 is a secondary battery, and is input to the RAM 22 by the user through the input unit 20. Be recorded.
[0079]
Thereby, in the charging device 1, for example, even when the primary battery is mistakenly held in the battery holding unit 4, the primary battery can be discharged from the battery holding unit 4 without pulse charging of the primary battery.
[0080]
In steps S1 to S9 described above, the input voltage data V of the charging voltage A sampled by the voltage detection circuit 16 is used. in And input voltage data V of the quiescent voltage B in And are used depending on the application. Specifically, in the charging device 1, the primary battery and the secondary battery can be easily and appropriately determined by using the characteristics of the primary battery and the secondary battery in which a large difference occurs in the voltage when the voltage is applied. Input voltage data V of charging voltage A in Is used to determine whether the battery 30 is a primary battery or a secondary battery. Also, the input voltage data V detected by the charging current in Voltage data V of the quiescent voltage B without causing an error in in Is used to determine the presence or absence of an internal short circuit in the battery 30. Then, the battery 30 receives the input voltage data V of the charging voltage A sampled by the voltage detection circuit 16. in And input voltage data V of the quiescent voltage B in As a result, the secondary battery that has been determined not to have an internal short circuit proceeds to the processing after step S10, and is pulse-charged to a fully charged state.
[0081]
Next, the input voltage data V of the charging voltage B sampled by the voltage detection circuit 16 in Step S10 and subsequent steps of performing the process of recording the data in the RAM 22 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0082]
When controlling the pulse charging of the charging device 1 in step S10, the charging control unit 3 sets the determination timing for performing the processing of each charging operation repeated at predetermined time intervals as a determination timing. Is a determination timing. When the control circuit 18 determines that the timing is the determination timing, the process proceeds to step S11. When the control circuit 18 determines that the timing is not the determination timing, the process proceeds to step S3 shown in FIG. Perform processing.
[0083]
Next, in step S11, the charging control unit 3 sets the input voltage data V in (Hereafter, the voltage data V m1 It is written. ) Is the input voltage data V of the pause voltage B two times before in (Hereafter, the voltage data V m2 It is written. ) Is moved to the recorded area of the RAM 22 and new voltage data V m2 Is recorded in the RAM 22, and the process proceeds to step S12.
[0084]
Next, in step S12, the charging control unit 3 sets the voltage data V m1 Is input voltage data V of the quiescent voltage B sampled by the voltage detection circuit 16 in the area where in To the new voltage data V m1 And proceeds to step S13.
[0085]
Next, in step 13, the charge control unit 3 determines whether or not the control circuit 18 is the first determination timing. When the control circuit 18 determines that the determination timing is the first time, the process proceeds to step S3 shown in FIG. 3 to perform the processing after step S3. On the other hand, when the control circuit 18 determines that the determination timing is not the first time, the process proceeds to step S14.
[0086]
Next, in step S14, the charging control unit 3 sets the voltage data V m1 , Voltage data V m2 Is processed by the control circuit 18, that is, the voltage data V m2 -Voltage data V m1 The last difference voltage (hereinafter, the difference voltage data V d1 It is written. ) Is converted to a differential voltage (hereinafter referred to as differential voltage data V d2 It is written. ) Is moved to the area recorded in the RAM 22 and new differential voltage data V d2 Is recorded in the RAM 22, and the process proceeds to step S15. Note that the differential voltage data V d1 Is the voltage data V m1 Is detected after the voltage data V m2 Voltage data V per a predetermined time interval until m2 -Voltage data V m1 Indicates that there has been a voltage change by the m2 -Voltage data V m1 Is greater than 0, the voltage rise rate, and the voltage data V m2 -Voltage data V m1 Is smaller than 0, it is a voltage drop rate.
[0087]
Next, the charge control unit 3 determines in step S15 that the difference voltage data V d1 Is recorded in the area where the control circuit 18 has performed the arithmetic processing, and the new differential voltage data V d1 And proceeds to step S16.
[0088]
Next, in step S16, the charging control unit 3 determines whether or not the control circuit 18 has reached the second determination timing. In the charging control section 3, when the control circuit 18 determines that the determination timing is the second time, the process proceeds to step S3 shown in FIG. 3 and performs the processing after step S3. On the other hand, when the control circuit 18 determines that the determination timing is not the second time, the process proceeds to step S17 shown in FIG. 6, and performs a process for pulse charging the battery 30 to a fully charged state.
[0089]
Next, a description will be given, with reference to the flowchart shown in FIG.
[0090]
In step S17, the control circuit 18 of the charging control unit 3 determines whether or not a determination flag or the like indicating that the battery voltage has increased at the end of charging is set in the RAM 22. In the charging control section 3, when the control circuit 18 determines that there is no increase in the battery voltage at the end of charging, the process proceeds to step S18, and when the control circuit 18 determines that there is an increase in the battery voltage at the end of charging, Proceed to step S25.
[0091]
Next, in step S18, the control circuit 18 determines whether or not a determination flag or the like indicating that the first increase in the battery voltage from the start of charging has ended has been set in the RAM 22 in step S18. Then, in the charging control section 3, when the control circuit 18 determines that the first rise in battery voltage from the start of charging has not ended, the process proceeds to step S19, where the control circuit 18 determines the first battery voltage from the start of charging. When it is determined that the ascent has ended, the process proceeds to step S23.
Next, in step S19, the charge control unit 3 causes the control circuit 18 to determine whether or not the first rise in the battery voltage from the start of charging has ended. d1 Is compared with a predetermined threshold voltage value, and the difference voltage data V d1 And the magnitude of the threshold voltage value are determined.
[0092]
In the charging control unit 3, the difference voltage data V d1 Is smaller than or equal to the threshold voltage value, it is determined that the first rise in battery voltage from the start of charging has ended, and the process proceeds to step S20. On the other hand, the difference voltage data V d1 Is greater than the threshold voltage value, it is determined that the first rise in battery voltage from the start of charging has not ended, and the process proceeds to step S3 shown in FIG. I do. In the charging control unit 3, the voltage value serving as the threshold value used in step S19 is determined by the user from the input unit 20 as a predetermined value for determining whether or not the first rise in battery voltage from the start of charging has ended. The input is recorded in the RAM 22.
[0093]
Next, in step S20, the control circuit 18 sets a determination flag or the like indicating that the first rise in battery voltage has ended from the start of charging in the RAM 22, and the charging control unit 3 proceeds to step S21.
[0094]
Next, in step S21, the charge control unit 3 stores the control circuit 18 in the RAM 22 in order to determine whether or not the battery 30 in which the first increase in the battery voltage from the start of charging has ended is fully charged. Voltage data V m1 Is compared with a predetermined threshold voltage value, and the voltage data V m1 And the magnitude of the threshold voltage value are determined.
[0095]
In the charging control section 3, the voltage data V m1 Is greater than or equal to the threshold voltage value, it is determined that the battery 30 is fully charged, and the process proceeds to step S22. On the other hand, the voltage data V m1 Is smaller than the voltage value serving as the threshold value, it is determined that the battery 30 is not in a fully charged state, and the process proceeds to step S3 shown in FIG. 3 to perform the processes after step S3. In the charging control unit 3, the threshold value used in step S21 is a predetermined value for determining whether or not the battery 30 is fully charged. Recorded in.
[0096]
Next, in step S22, the charge control unit 3 controls the switching element 17 to control the switching element 17 so that the battery 30 in the fully charged state is not pulse-charged any more. The pulse connection is forcibly terminated by turning off the electrical connection with the battery 30, or the power supply circuit unit 2 and the like are controlled such that the trickle charge is performed on the battery 30.
[0097]
Thus, in the charging device 1, for example, even when the battery 30 that cannot be determined to be in the uncharged state or the charged state is pulse-charged, it is possible to prevent the battery 30 from being overcharged and deteriorated.
[0098]
Next, the process proceeds to step S3 in step S21, and after the process after step S3 is repeated, the battery 30 that is determined to have stopped the first rise in battery voltage from the start of charging proceeds to step S23 in step S18. Will be described. In step S23, the charge control unit 3 controls the control circuit 18 to determine whether the battery voltage has increased at the end of charging. d1 Is compared with a predetermined threshold voltage value, and the difference voltage data V d1 And the magnitude of the threshold voltage value are determined.
[0099]
In the charging control unit 3, the difference voltage data V d1 Is greater than or equal to the threshold voltage value, it is determined that the battery voltage has increased at the end of charging, and the process proceeds to step S24. On the other hand, the difference voltage data V d1 Is smaller than the voltage value serving as the threshold, it is determined that there is no increase in the battery voltage at the end of charging, and the process proceeds to step S3 shown in FIG. 3 to perform the processes after step S3. In the charging control unit 3, the voltage value used as the threshold value used in step S23 is input to the RAM 22 by the user from the input unit 20 as a predetermined value for determining whether the battery voltage has increased at the end of charging. Be recorded.
[0100]
Next, in step S24, in step S24, the control circuit 18 sets a determination flag or the like indicating that the battery voltage has risen at the end of charging in the RAM 22, and proceeds to step S3 shown in FIG. The processing after S3 is performed.
[0101]
Next, a description will be given of a case where the process proceeds from step S24 to step S3, and after the process after step S3 is repeated, the battery 30 that has been determined to have a rise in battery voltage at the end of charging has proceeded to step S25 in step S17. . In step S25, the charging control unit 3 determines that the input voltage data V in Is controlled by the control circuit 18 to control the pulse charging of the battery 30 before reaching the maximum value. d1 And differential voltage data V d2 And the difference voltage data V d1 And differential voltage data V d2 Is determined.
[0102]
At this time, in the charging control section 3, the difference voltage data V d1 Is the differential voltage data V d2 , The difference voltage data V at the end of charging is determined. d1 Is the last differential voltage data V d2 It is determined that the voltage has further decreased, that is, a decrease in the voltage increase rate has been detected, and the process proceeds to step S26. On the other hand, the difference voltage data V d1 Is the differential voltage data V d2 Is determined to be equal to or greater than the differential voltage data V at the end of charging. d1 Is the last differential voltage data V d2 It is determined that the voltage has risen further, that is, the decrease in the voltage increase rate has not been detected yet, and the process proceeds to step S3 shown in FIG.
[0103]
Next, in step S26, the charging control unit 3 transmits the set signal to the timer circuit 19 by the control circuit 18 that has determined that the voltage increase rate has been reduced in step S25, The timer is operated only for the set time, and the process proceeds to step S27.
[0104]
Next, in step S27, the charging control unit 3 determines whether or not the timer circuit 19 has reached the preset operation time. When the charging control unit 3 determines that the operation time of the timer has reached the preset time by the timer circuit 19, it is determined that the battery 30 is fully charged, and the process proceeds to step S22. The circuit 18 controls the power supply circuit unit 2 and the like so as to forcibly end the pulse charging of the battery 30 or to perform trickle charging of the battery 30. On the other hand, when the timer circuit 19 determines that the operation time of the timer has not reached the preset time, it is determined that the battery 30 is not yet fully charged, and the process of step S27 is repeated.
[0105]
In the battery charging method described above, the input voltage data V of the charging voltage A detected by the voltage detection circuit 16 is used. in By determining whether the battery 30 is a primary battery or a secondary battery based on the following, it is possible to use the characteristics of the primary battery and the secondary battery that cause a large difference in battery voltage by applying a voltage, It is possible to easily and appropriately determine whether the battery 30 is a primary battery or a secondary battery.
[0106]
Further, in this method, the input voltage data V of the pause voltage B detected by the voltage detection circuit 16 is used. in By controlling the pulse charging based on the above, the error of the battery voltage caused by the charging current is suppressed, and the pulse charging can be appropriately controlled with the battery voltage having no error, so that the battery 30 is overcharged or undercharged. Can be prevented.
[0107]
Furthermore, in this method, when it is determined in step S18 that the battery voltage has increased, and when the decrease in the voltage increase rate is detected in step S25, the charging control unit 3 determines that the battery is nearing the end of charging. Even when the battery is charged with a current value smaller than the battery rated capacity of 0.3 C, for example, where only a small voltage drop occurs at the end, the end of charging can be properly determined, and the battery 30 can be pulse-charged to a fully charged state. .
[0108]
Furthermore, in this method, the end of charging is determined by detecting a decrease in the rate of voltage rise, and pulse charging is controlled. When charging, the pulse charging can be controlled before the battery temperature suddenly rises at the end of charging, so that deterioration of battery characteristics caused by the temperature of the battery 30 rising at the end of charging can be prevented.
[0109]
Here, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the battery voltage, the battery temperature, and the elapsed charging time. In FIG. 7, dt indicates a time interval of the determination timing, dV in FIG. 7 indicates a voltage change per time interval of the determination timing, 50 in FIG. 7 indicates a voltage change, and 51 in FIG. 7 indicates a temperature change. I have. In FIG. 7, the horizontal axis represents the elapsed charging time, and the two vertical axes represent the charging voltage and the battery temperature during charging, respectively.
[0110]
From the evaluation results shown in FIG. 7, the point C at which the voltage rise rate decreases at the end of charging is determined between the voltage change rate (dV / dt) D1 and the voltage change rate D2 per time interval of the determination timing in FIG. At this point, it can be seen that the battery temperature has not risen sharply. Therefore, in the charging device 1, when detecting a decrease in the voltage increase rate, it is possible to prevent a rapid rise in the battery temperature by controlling the pulse charging.
[0111]
Further, from the evaluation results shown in FIG. 7, it can be seen that the decrease in the voltage rise rate at the end of charging occurs before the point E where the charging voltage is highest. Therefore, in the charging device 1, by detecting the decrease in the voltage rise rate at the end of charging, it is determined that the vehicle is approaching the end of charging without detecting the maximum value of the charging voltage or the voltage drop at the end of charging as in the related art. can do. As a result, in the charging device 1, for example, even when charging is performed with a current value that causes only a small voltage drop at the end of charging, the end of charging can be appropriately determined, and pulse charging can be performed until the battery is fully charged.
[0112]
In the charging method described above, charging of the battery 30 with the charging current having the pulse waveform is also described as an example in step S10 and subsequent steps. However, the present invention is not limited to this. Thereafter, the battery 30 can be charged with, for example, a direct current having no pulse waveform.
[0113]
Further, in the charging method described above, after detecting a decrease in the voltage increase rate in step S25, charging is performed while the timer of the timer circuit 19 is operating in step S26, and then the process proceeds to step S22 to control charging. However, the present invention is not limited to this. For example, after detecting a decrease in the voltage increase rate in step S25, the process may immediately proceed to step S22 to stop or control charging.
[0114]
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 alkaline rechargeable batteries of various shapes. Further, the present invention is not limited to the alkaline secondary battery, and can be applied to secondary batteries such as a lithium ion secondary battery and a nickel-zinc battery.
[0115]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, when pulse charging a battery, it is determined whether the battery is a primary battery or a secondary battery based on the battery voltage in the charged state, and the battery is stopped. The pulse charge is controlled based on the released battery voltage. As described above, according to the present invention, the determination of the battery and the charge control can be performed easily and appropriately by properly using the battery voltage in the charged state and the battery voltage in the open state in the resting state.
[0116]
Further, according to the present invention, after the battery voltage rises, by detecting a decrease in the voltage rise rate, it is determined that the battery is approaching the end of charging, and the charging of the battery is controlled. Therefore, according to the present invention, even if the battery is charged with a current value that causes only a small voltage drop at the end of charging, the battery can be charged to a fully charged state, and insufficient charging can be prevented.
[0117]
Furthermore, according to the present invention, since the end of charging can be determined by detecting a decrease in the rate of voltage rise, the battery temperature suddenly increases at the end of charging, which has occurred when the battery was rapidly charged with a high current value as in the related art. Charging can be controlled before the rise occurs, and the battery can be prevented from being deteriorated due to high temperature.
[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 illustrating a process of determining a battery when charging the alkaline secondary battery by the charging device.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a battery voltage and an elapsed charging time when an alkaline secondary battery is pulse-charged.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process at each determination timing when charging the alkaline secondary battery with the charging device.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of detecting a decrease in the rate of increase in voltage when the alkaline secondary battery is charged by the charging device.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between battery voltage, battery temperature, and elapsed charging time when an alkaline secondary battery is charged.
FIG. 8 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a battery voltage in a rest state and a charging elapsed time when a primary battery and a nickel-hydrogen secondary battery are pulse-charged.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between a battery voltage in a charged state and a charging elapsed time when a primary battery and a nickel-hydrogen secondary battery are pulse-charged.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between a battery voltage and a charging elapsed time when a nickel-hydrogen secondary battery is rapidly charged.
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a relationship between a battery voltage, a battery temperature, and a charging elapsed time when a nickel-hydrogen secondary battery is rapidly charged.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a relationship between a battery voltage and a charging elapsed time when a nickel-metal hydride secondary battery is charged for 3 hours to 7 hours.
[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 timer circuit, 20 input section, 21 read-only memory , 22 Random Access Memory, 23 Central Processing Unit, 24 Positive Terminal, 25 Negative Terminal, 30 Alkaline Secondary Battery, 31 Battery Element, 32 Electrolyte, 33 Outer Container, 34 Sealing Lid

Claims (18)

電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う充電手段と、
上記電池における充電状態の電池電圧と、休止状態の開放された電池電圧とを検出する電圧検出手段と、
上記電圧検出手段が検出した上記電池の充電状態の電池電圧に基づいて、上記電池が一次電池又は二次電池のどちらであるかを判定する電池判定手段と、
上記電池判定手段が上記二次電池であると判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電を制御する制御手段とを備えている電池の充電装置。A charging unit that performs pulse charging that repeats a charging state and a sleep state at a predetermined cycle for a battery,
A battery voltage in a charged state of the battery, and a voltage detecting means for detecting an open battery voltage in a quiescent state,
Battery determination means for determining whether the battery is a primary battery or a secondary battery, based on a battery voltage in a charged state of the battery detected by the voltage detection means,
Control means for controlling the pulse charging based on the open battery voltage of the battery in the rest state detected by the voltage detection means when the battery determination means determines that the battery is the secondary battery. Battery charger. 上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池が短絡しているかどうかを判定する短絡判定手段を備えている請求項１記載の電池の充電装置。2. The battery charging device according to claim 1, further comprising a short-circuit judging means for judging whether or not the battery is short-circuited, based on the open battery voltage of the battery in the hibernation state detected by the voltage detecting means. 上記制御手段は、
上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電が開始されてから上記電池電圧が上昇したかどうかを判定する電圧判定手段と、
上記電圧判定手段で上記電池電圧が上昇したと判定されたときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出する検出手段とを有している請求項１記載の電池の充電装置。The control means includes:
Voltage determination means for determining whether or not the battery voltage has increased since the pulse charging was started, based on the open battery voltage of the battery in the halt state detected by the voltage detection means,
When the voltage determination unit determines that the battery voltage has increased, the voltage increase of the battery at predetermined time intervals is performed based on the battery voltage of the battery in the rest state detected by the voltage detection unit. 2. The battery charging device according to claim 1, further comprising a detection unit configured to detect a decrease in the voltage increase rate at which the rate is lower than the immediately preceding voltage increase rate. 上記制御手段は、上記電圧上昇率低下が上記検出手段により検出されてから予め設定した時間が経過したときに、上記パルス充電を停止又は制御するタイマ回路を有している請求項３記載の電池の充電装置。4. The battery according to claim 3, wherein the control means has a timer circuit for stopping or controlling the pulse charging when a preset time has elapsed since the detection of the voltage rise rate decrease by the detection means. Charging device. 上記電池は、ニッケル水素二次電池である請求項１記載の電池の充電装置。The battery charging device according to claim 1, wherein the battery is a nickel metal hydride secondary battery. 電池を充電する充電手段と、
上記電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
上記電圧検出手段が検出した上記電池電圧に基づいて、上記電池の充電を開始してから上記電池電圧が上昇したかどうかを判定する電圧判定手段と、
上記電圧判定手段で上記電池電圧が上昇したと判定されたときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出する検出手段とを備えている電池の充電装置。Charging means for charging the battery;
Voltage detection means for detecting the battery voltage of the battery,
Based on the battery voltage detected by the voltage detecting means, voltage determining means for determining whether the battery voltage has increased since the start of charging the battery,
When the voltage determining means determines that the battery voltage has increased, the voltage increasing rate of the battery at each predetermined time interval is calculated based on the battery voltage detected by the voltage detecting means. And a detecting means for detecting a decrease in the rate of voltage rise which is lower than that of the battery. 上記電圧上昇率低下が上記検出手段により検出されてから予め設定した時間が経過したときに、上記電池に対する充電を停止又は制御するタイマ回路を備えている請求項６記載の電池の充電装置。7. The battery charging device according to claim 6, further comprising a timer circuit for stopping or controlling charging of the battery when a preset time has elapsed since the detection of the voltage increase rate decrease by the detection unit. 上記検出手段により上記電圧上昇率低下が検出される前に、上記電圧検出手段により検出された上記電池電圧が所定の値に達したかどうかを判定する第２の電圧判定手段を備えている請求項６記載の電池の充電装置。Before the detection means detects the decrease in the rate of voltage rise, the apparatus further comprises second voltage determination means for determining whether the battery voltage detected by the voltage detection means has reached a predetermined value. Item 7. A battery charging device according to Item 6. 上記電池は、ニッケル水素二次電池である請求項６記載の電池の充電装置。7. The battery charging device according to claim 6, wherein the battery is a nickel hydride secondary battery. 電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う際に、
上記電池における充電状態の電池電圧と、休止状態の開放された電池電圧とを検出し、
上記電池の充電状態の電池電圧に基づいて、上記電池が一次電池又は二次電池のどちらであるかを判定し、
上記電池が二次電池であると判定されたときに、上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電を制御することを特徴とする電池の充電方法。When performing pulse charging that repeats the charging state and the sleep state at a predetermined cycle for the battery,
Detecting the battery voltage in the charged state of the battery and the open battery voltage in the rest state,
Based on the battery voltage of the state of charge of the battery, determine whether the battery is a primary battery or a secondary battery,
A method for charging a battery, comprising: when the battery is determined to be a secondary battery, controlling the pulse charging based on a released battery voltage of the battery in a rest state. 上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池が短絡しているかどうかを判定する請求項１０記載の電池の充電方法。The battery charging method according to claim 10, wherein it is determined whether or not the battery is short-circuited based on the released battery voltage of the battery in a rest state. 上記パルス充電を制御する際に、
上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電が開始されてから上記電池電圧が上昇したかどうかを判定し、
上記電池電圧が上昇したと判定されたときに、上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出することを特徴とする請求項１０記載の電池の充電方法。When controlling the pulse charging,
Based on the open battery voltage of the battery in the rest state, determine whether the battery voltage has increased since the pulse charging was started,
When it is determined that the battery voltage has risen, the voltage rise rate of the battery at each predetermined time interval is lower than the immediately preceding voltage rise rate based on the released battery voltage of the battery in the rest state. 11. The method for charging a battery according to claim 10, wherein a decrease in a rate of voltage rise is detected. 上記パルス充電を制御する際に、
上記電圧上昇率低下が検出されてから予め設定した時間が経過したときに、上記パルス充電を停止又は制御することを特徴とする請求項１２記載の電池の充電方法。When controlling the pulse charging,
13. The battery charging method according to claim 12, wherein the pulse charging is stopped or controlled when a preset time has elapsed since the detection of the voltage increase rate decrease. ニッケル水素二次電池に対して上記パルス充電を行うことを特徴とする請求項１０記載の電池の充電方法。The battery charging method according to claim 10, wherein the pulse charging is performed on the nickel-metal hydride secondary battery. 電池を充電する際に、
上記電池の電池電圧を検出し、
上記電池の充電を開始してから上記電池電圧が上昇したかどうかを判定し、
上記電池電圧が上昇したと判定されたときに、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出することを特徴とする電池の充電方法。When charging the battery,
Detecting the battery voltage of the battery,
It is determined whether the battery voltage has risen since the start of charging the battery,
When it is determined that the battery voltage has risen, a decrease in the voltage rise rate at which the voltage rise rate of the battery at predetermined time intervals falls below the immediately preceding voltage rise rate is detected. Method. 上記電圧上昇率低下が検出されてから予め設定した時間が経過したときに、上記電池に対する充電を停止又は制御することを特徴とする請求項１５記載の電池の充電方法。16. The battery charging method according to claim 15, wherein the charging of the battery is stopped or controlled when a preset time has elapsed after the detection of the voltage rise rate decrease. 上記電圧上昇率低下が検出される前に、上記電池電圧が所定の値に達したかどうかを判定することを特徴とする請求項１５記載の電池の充電方法。16. The battery charging method according to claim 15, wherein it is determined whether or not the battery voltage has reached a predetermined value before the decrease in the voltage increase rate is detected. ニッケル水素二次電池に対して上記充電を行うことを特徴とする請求項１５記載の電池の充電方法。The method for charging a battery according to claim 15, wherein the charging is performed on a nickel-metal hydride secondary battery.
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