JP2004343936A - Charging device and charging method for secondary battery - Google Patents
Charging device and charging method for secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004343936A JP2004343936A JP2003139621A JP2003139621A JP2004343936A JP 2004343936 A JP2004343936 A JP 2004343936A JP 2003139621 A JP2003139621 A JP 2003139621A JP 2003139621 A JP2003139621 A JP 2003139621A JP 2004343936 A JP2004343936 A JP 2004343936A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charging
- secondary battery
- value
- voltage value
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、鉛蓄電池等の二次電池を充電するための充電装置及び充電方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ポータブル機器の発達に伴い、カセットテープレコーダー、VTR、コンピュータなどの電子機器、携帯電話などの通信機器、電動工具などの動力機器などの電源に、二次電池の使用が著しく増加している。
二次電池とは、充放電を繰り返し行うことができる電池をいい、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄え、また逆に蓄えた化学エネルギーを電気エネルギーに変換して利用される。この二次電池のうちで実用的に使用されている代表的なものとしては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、リチウムイオン電池、NAS電池等が挙げられる。
【0003】
ところで、この二次電池の内部で生じる起電反応や放電反応は、化学的反応、電気的反応、及びこれら両反応が相互に関わる複雑なエネルギー変換とエネルギー授受とが伴い、また、そこにはこれら種々の反応に対する時間的要素が介在する。従って、これらの反応を考慮しながら充電を行う必要があり、過度に電流を流して充電を行えば、意図しない発熱反応や、膨潤等の異常で、電池の内部構造を破壊してしまう場合がある。また、そこまでには至らないにしても、この二次電池の内部構造を劣化させ、電池寿命は縮まり、サイクル使用回数を減少させてしまうことになる。
【0004】
そこで、従来では二次電池が適切に充電されるように、二次電池の充電装置の制御部に、充電時間の進行に伴い印加電圧を変化させるようなプログラムを組み込み、該プログラムによる制御に従って二次電池に電圧を印加するように構成している。また、充電装置に二次電池の電圧を検出する電池電圧検出部を設け、該電池電圧を制御量として、被充電電池の充電終了を判定制御する充電装置も数多く出願されている。
【0005】
例えば、特許文献1(特開平8−9563号公報)における二次電池の充電装置は、被充電電池の定電流による充電電圧の負の電位差を検出する電圧検出回路と、該被充電電池の定電流に伴う単位時間当りの電池温度の変化(温度微分値)を検出する温度検出回路と、該電圧検出回路で検出した負の電位差及び温度微分値と予め設定した各基準値とをそれぞれ対比して、充電スイッチを制御する充電制御回路とで構成され、検出された負の電位差及び温度微分値が、予め選択設定した基準となる負の電位差及び温度微分値に到達したときを充電の終了として制御している。
【0006】
このように特許文献1においては、充電装置の制御部で、電池電圧の検出値、あるいはその温度値を制御量として被充電電池の状態を監視し、充電終了状態を判定している。
【0007】
しかしながら、このような充電終了検出方法を二次電池の状態を無視して単純に適用していくと、以下に示すような種々の不都合が生じることになる。
すなわち、その電極種や、電解質種の違い、また、電池構造の違い等、二次電池の種類によって充電時における特性は異なり、また、同一種、同型番の二次電池であっても、受電時の環境条件の違い、二次電池の使用履歴、電気化学的遍歴等によってその特性が大きく異なる。このため、従来のような同一パターンでの充電は結果的に過充電となることがあり、これによって、二次電池内部で異常な化学反応を引き起こして発熱し、電気エネルギーが熱エネルギーに変換されるため充電効率が低下するといった問題点がある。さらに、ガスの発生により二次電池の内圧が上昇して漏液する危険性もある。この結果、充電/放電の繰り返しに必要な二次電池の内部構造に欠陥が生じ、そのサイクル寿命が縮まってしまうという問題点が生じている。
【0008】
また、二次電池の充電時間は出来る限り短いことが望ましいが、前記したような同一パターンでの充電では、二次電池の種類によっては充電時における印加電圧がその定格値よりも低いことがあり、この場合は特に、充電が完了するまでにかなりの時間を要するという問題点がある。
【0009】
そこで、前記の問題点を鑑み、本願と同出願人により、二次電池の未充電又は過充電を防止し、適正に充電を行うことができるとともに、充電時間を大幅に短縮した二次電池の充電装置が発明されている。
【0010】
この発明は、特許文献2(特開2002−199607号公報)で開示されており、以下のように構成されている。
この二次電池の充電装置は、二次電池に充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する電流検出手段と、二次電池の充電を制御する充電制御装置と、を備え、前記充電制御装置は、満充電平衡電位と、該満充電平衡電位以上の電圧であって、充電率が略0%の二次電池に電圧を印加して、印加電圧を上昇させていったときに、該印加電圧に対する充電電流の増加率が減少していき、充電電流が上昇しなくなったときの、不可逆化学反応領域外での所定の電流値に対応する所定の充電印加電圧値と、を記憶した記憶手段と、前記充電電圧供給手段から供給される充電電圧を該所定の充電印加電圧値、又は該満充電平衡電位に切り換える切換手段と、該満充電平衡電位での印加中に電流検出手段で検出された電流値と、予め入力設定された判定基準値とを比較判定する判定手段と、を具備し、次の流れに従って二次電池の充電を制御している。
【0011】
まず、ユーザが充電する二次電池の種類を手動で充電装置に入力すると、充電制御装置中の記憶手段に予め記憶設定されたテーブルの中から、この二次電池の種類に相当する所定の充電印加電圧値と、満充電平衡電位とが選択される。
【0012】
この所定の充電印加電圧値と満充電平衡電位とは、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル−水素二次電池等の種類やその蓄電容量等によって決まる固有の値であり、例えば、蓄電容量が2000〔mAh(ミリ・アンペア・アワー)〕のニッケル−水素二次電池の満充電平衡電位は約1.44〔V〕、所定の充電印加電圧値は1.60〔V〕となっている。
【0013】
次に、ユーザは操作部を操作して充電開始操作を行うと、充電装置にセットされた二次電池に所定の充電印加電圧値が一定時間継続して印加される。そして、一定時間が経過した後、印加電圧が前記満充電平衡電位に切り換えられ、この満充電平衡電位を微小時間印加している間に、このとき二次電池に流れている電流値が検出され、この検出された電流値が前記の判定基準値と比較される。検出された電流値が該判定基準値より大きいときは、再び、二次電池を前記所定の充電印加電圧値で印加して、上述のフローを繰り返し、一方、検出された電流値が該判定基準値以下のときには、二次電池の充電を停止するように制御している。
【0014】
【特許文献1】
特開平8−9563号公報
【0015】
【特許文献2】
特開2002−199607号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
以上、従来の技術であり、本発明では、特許文献2に開示されている発明を改良し、充電過程で、自動的に二次電池の種類等を判別できるように構成し、過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、急速、且つ確実に満充電まで充電を行うことができる二次電池の充電装置及び充電方法を提供することを課題とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
以上が本発明の解決する課題であり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
まず、請求項1に記載のように、二次電池に充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する電流検出手段と、二次電池に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、二次電池の充電を制御する充電制御装置と、を備えた二次電池の充電装置であって、前記充電制御装置は、n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、満充電平衡電位と、充電電流のピーク値または略ピーク値を得る充電印加電圧値であって、該満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、を記憶した記憶手段と、前記充電電圧供給手段から供給される充電電圧を切り換える切換手段と、前記満充電平衡電位での印加中に電流検出手段で検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準値とを比較判定する電流値判定手段と、前記所定の充電印加電圧値での充電中に電圧検出手段で検出された充電電圧値と、該所定の充電印加電圧値とを比較する電圧値判定手段と、を具備し、以下のステップに従って二次電池の充電を制御する。
(ステップ1)変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする。
(ステップ2)充電装置にセットされた二次電池をn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ3)k=nのときは、ステップ6へジャンプする。
(ステップ4)二次電池を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電している間に、前記電圧検出手段によって二次電池に印加されている電圧値を検出する。
(ステップ5)前記電圧値判定手段によってこの検出した電圧値の比較を行い、該電圧値が該第k番目に低い所定の充電印加電圧値よりも大きな値であれば、該kに1を加えたものを新たなkとして前記ステップ2に戻り、一方、該電圧値が該第k番目に低い所定の充電印加電圧値以下であれば、次のステップ6へ移行する。
(ステップ6)二次電池の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位に切り換える。
(ステップ7)二次電池を該第k番目に低い満充電平衡電位で微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に流れている電流値を検出する。
(ステップ8)前記電流値判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が充電完了基準値より大きな値であれば、前記ステップ2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値が該充電完了基準値以下であれば、充電を停止する。
【0018】
または、請求項2に記載のように、二次電池に充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する電流検出手段と、二次電池に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、二次電池の充電を制御する充電制御装置とを備えた二次電池の充電装置であって、前記充電制御装置は、n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、満充電平衡電位と、充電電流のピーク値または略ピーク値を得る充電印加電圧値であって、該満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、を記憶した記憶手段と、前記充電電圧供給手段から供給される充電電圧を切り換える切換手段と、前記満充電平衡電位での印加中に電流検出手段で検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準値とを比較判定する電流値判定手段と、前記所定の充電印加電圧値での充電中に電圧検出手段で検出された充電電圧値と、その前の回の所定の充電印加電圧値での充電中に電圧検出手段で検出された充電電圧値との差が、予め入力設定された所定の範囲内にあるかを判定する電圧差判定手段と、を具備し、以下のステップに従って二次電池の充電を制御する。
(ステップ1)変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする。
(ステップ2)充電装置にセットされた二次電池をn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ3)k=nのときは、ステップ6へジャンプする。
(ステップ4)二次電池を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電している間に、前記電圧検出手段によって二次電池に印加されている電圧値を検出する。
(ステップ5)前記電圧差判定手段によって今回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で充電している間に検出した電圧値と、前回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で充電している間に検出した電圧値との差が所定の範囲内にあれば、次のステップ5へ移行し、一方、該差が所定の所定の範囲を越えていれば、該kに1を加えたものを新たなkとして前記ステップ2へ戻る。ただし、今回の電圧値の検出が第1回目のときは、そのまま次のステップ6へ移行する。
(ステップ6)二次電池の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位に切り換える。
(ステップ7)二次電池を該第k番目に低い満充電平衡電位で微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に流れている電流値を検出する。
(ステップ8)前記電流値判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が充電完了基準値より大きな値であれば、前記ステップ2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値が該充電完了基準値以下であれば、充電を停止する。
【0019】
そして、請求項3に記載のように、二次電池に充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、二次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段により検出された充電完了後の二次電池の電池電圧値と、満充電平衡電位よりも低い再充電電圧値とを比較判定する判定手段と、を備え、前記判定手段による判定で、該電池電圧値が該再充電電圧値以下となったときに、前記充電電圧供給手段により充電電圧を供給して、再充電を行うように構成する。
【0020】
また、請求項4に記載のように、二次電池の充電状態をチェックして、所定の充電電圧で所定時間充電する一連の充電動作を繰り返し、前記充電状態のチェックで満充電状態に達したと判断されると充電を停止するように構成した二次電池の充電装置において、前記一連の充電動作間に、緩和時間を設ける。
【0021】
具体的には、請求項5に記載のように、複数の二次電池を充電する充電装置であって、二次電池の充電状態をチェックした後、所定の充電電圧で所定時間充電する一連の充電動作を各未充電の二次電池ごとに交互に行い、これを1ターンとして、該ターンを繰り返しながら複数の二次電池を充電し、前記充電状態のチェックで満充電状態に達したと判断された二次電池から充電を停止するように構成した二次電池の充電装置において、前記緩和時間は、各二次電池における、先のターンの一連の充電動作の完了から、次のターンの一連の充電動作の開始までの間の時間である。
【0022】
さらに、請求項6に記載のように、請求項1から請求項5のうち何れか一項に記載の二次電池の充電装置において、前記充電装置内の発熱部を冷却するための冷却手段を設ける。
【0023】
そして、請求項7に記載のように、二次電池を充電する充電装置において、前記充電装置の座部にセットされた二次電池をワンタッチで取り出すための取出手段を設ける。
【0024】
具体的には、請求項8に記載のように、前記取出手段は、ユーザが押し下げ操作する操作部材と、前記座部にセットされた二次電池を押し上げる押上部材と、該押上部材を軸支する回動支点軸と、該回動支点軸に取り付けられて該押上部材を反押上方向へ付勢する付勢手段と、を備え、前記操作部材の操作によって、前記座部から前記押上部材の一側部が出没するように構成する。
【0025】
あるいは、請求項9に記載のように、前記取出手段は、前記座部の長手方向一側部を陥没させて構成する。
【0026】
そして、請求項10に記載のように、二次電池を充電制御する方法において、n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、満充電平衡電位と、充電電流のピーク値または略ピーク値を得る充電印加電圧値であって、該満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、を記憶手段に予め記憶させておき、以下のステップに従って二次電池を充電する。
(ステップ1)変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする。
(ステップ2)二次電池をn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ3)k=nのときは、ステップ6へジャンプする。
(ステップ4)二次電池を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電している間に、二次電池に印加されている電圧値を検出する。
(ステップ5)この検出した電圧値が該第k番目に低い所定の充電印加電圧値よりも大きな値であれば、該kに1を加えたものを新たなkとして前記ステップ2に戻り、一方、該検出した電圧値が該第k番目に低い所定の充電印加電圧値以下であれば、次のステップ6へ移行する。
(ステップ6)二次電池の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位に切り換える。
(ステップ7)二次電池を該第k番目に低い満充電平衡電位で微小時間印加している間に、二次電池に流れている電流値を検出する。
(ステップ8)この検出した電流値が充電完了基準値より大きな値であれば、前記ステップ2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該検出した電流値が該充電完了基準値以下であれば、充電を停止する。
【0027】
または、請求項11に記載のように、二次電池を充電制御する方法において、n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、満充電平衡電位と、充電電流のピーク値または略ピーク値を得る充電印加電圧値であって、該満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、を記憶手段に予め記憶させておき、以下のステップに従って二次電池を充電する。
(ステップ1)変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする。
(ステップ2)二次電池をn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ3)k=nのときは、ステップ6へジャンプする。
(ステップ4)二次電池を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電している間に、二次電池に印加されている電圧値を検出する。
(ステップ5)今回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で充電している間に検出した電圧値と、前回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で充電している間に検出した電圧値との差が所定の範囲内にあれば、次のステップ6へ移行し、一方、該差が所定の所定の範囲を越えていれば、該kに1を加えたものを新たなkとして前記ステップ2へ戻る。ただし、今回の電圧値の検出が第1回目のときは、そのまま次のステップ6へ移行する。
(ステップ6)二次電池の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位に切り換える。
(ステップ7)二次電池を該第k番目に低い満充電平衡電位で微小時間印加している間に、二次電池に流れている電流値を検出する。
(ステップ8)この検出した電流値が充電完了基準値より大きな値であれば、前記ステップ2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該検出した電流値が該充電完了基準値以下であれば、充電を停止する。
【0028】
さらに、請求項12に記載のように、二次電池を充電する方法において、充電完了後の二次電池の電池電圧値を監視し、該電池電圧値が、満充電平衡電位よりも低い再充電電圧値以下となったときに、再充電を行う。
【0029】
そうして、請求項13に記載のように、二次電池の充電状態をチェックして、所定の充電電圧で所定時間充電する一連の充電動作を繰り返し、前記充電状態のチェックで満充電状態に達したと判断されると充電を停止する二次電池の充電方法において、前記一連の充電動作間に、緩和時間を設ける。
【0030】
具体的には、請求項14に記載のように、複数の二次電池を充電する充電方法であって、二次電池の充電状態をチェックした後、所定の充電電圧で所定時間充電する一連の充電動作を各未充電の二次電池ごとに交互に行い、これを1ターンとして、該ターンを繰り返しながら複数の二次電池を充電し、前記充電状態のチェックで満充電状態に達したと判断された二次電池から充電を停止する二次電池の充電方法において、前記緩和時間は、各二次電池における、先のターンの一連の充電動作の完了から、次のターンの一連の充電動作の開始までの間の時間である。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の一形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る二次電池1の充電装置による充電方法では、充電時には、二次電池の内部構造を損傷させない不可逆反応領域D外で、最も高い印加電圧(所定の充電印加電圧値Es)を印加して二次電池に大電流を流し、定期的に満充電(充電終了時)をチェックしながら充電を行うところに特徴がある。この満充電平衡電位Eeqでの満充電状態のチェックでは、瞬時に精確に満充電状態を判定することができ、この充電方法によれば、▲1▼充電完了までの時間を30分以内まで短縮することができ、▲2▼過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に充電が行え、▲3▼その結果、二次電池1の内部構造を痛めず、サイクル寿命を5000回以上に向上させることができ、▲4▼充電過程で、自動的にその二次電池1に最適な印加電圧(満充電平衡電位Eeqと所定の充電印加電圧値Es)に切り換えられて、確実に満充電まで充電することができる。
【0032】
まず、本発明に係る二次電池1の充電装置の基本的な構成から説明する。
図1は本発明の二次電池1の充電装置の構成を示すブロック図であり、符号1は二次電池、符号2は電源部であり、該電源部2は商用交流電気を直流に変換する変圧、整流回路を含んでいる。符号3は二次電池1に通電される充電電流の電流値を検出するための電流検出部であり、符号9は二次電池1に印加されている電圧値、又は二次電池1の充電電圧を検出するための電圧検出部であり、該電流検出部3で検出された電流値、及び該電圧検出部9で検出された電圧値を、二次電池1の充電を制御する充電制御手段であるプログラム・演算制御部4に送信するように構成している。
【0033】
このプログラム・演算制御部4は、予め試験などにより求めた二次電池1の種類、蓄電容量又は機種等による満充電平衡電位Eeqと、該満充電平衡電位Eeq以上の所定の充電印加電圧値Es(充電率が略0%の二次電池1に電圧を印加して、印加電圧を上昇させていったときに、印加電圧の上昇に対する充電電流の増加の割合(ΔI/ΔE)が減少していき、充電電流が上昇しなくなったときの不可逆化学反応領域外Dでの電流ピーク値Isoに対応する所定の充電印加電圧値Es)、を記憶した記憶手段(メモリ)を具備し、該プログラム・演算制御部4には、二次電池1が満充電に達したか否かの判断や、満充電までの所要充電時間tの演算等のプログラムが格納されている。
【0034】
符号5は前記プログラム・演算制御部4からの指令に基づいて二次電池1に印加する電圧、電流の切換制御等を行う電圧・電流制御部である。すなわち、電圧・電流制御部5は、二次電池1の充電電圧を所定の充電印加電圧値Es又は満充電平衡電位Eeq等に切り換える切換手段を構成する。
【0035】
符号6はスタート指示により、前記電圧・電流制御部5で定められた充電電圧を二次電池1に供給する一方、前記プログラム・演算制御部4からの終了指示により充電を完了する充電電圧供給部である。そして、符号7は、充電中又は充電完了等を表示するための表示部、符号8はユーザがスタート操作等を行うための操作部である。
【0036】
なお、本実施の形態では、報知手段の一例として表示部7により視覚を通じてユーザに充電中又は充電完了等を報知するように構成しているが、音声等により報知するように構成してもよく、報知手段の構成は特に限定はしないものとする。
【0037】
ここで言う、二次電池とは、充放電を繰り返し行うことができる電池をいい、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄え、また逆に蓄えた化学エネルギーを電気エネルギーに変換して利用される。
二次電池1のうちで実用的に使用されている代表的なものとしては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、リチウムイオン電池、NAS電池等が挙げられる。
以下、各実施形態に使用するニッケル−カドミウム電池について説明する。
【0038】
ニッケル−カドミウム電池はオキシ水酸化ニッケル(Ni(OOH))を用いる正極と、カドミウム(Cd)を用いる負極とを、合成樹脂製のセパレータで隔離して、アルカリ電解液とともに密閉式の電池容器に収納した蓄電池である。電解質は導電率の高い水酸化カリウムを主成分とする水溶液であり、正極の特性を向上させるため、必要に応じて水酸化リチウムや水酸化ナトリウム等が添加される。
このニッケル−カドミウム電池の起電反応式であるが、正極の反応は、次の一般式(化学反応式(1))で表される。
【0039】
【化1】
【0040】
また、負極の反応は、次の一般式(化学反応式)で表される。
【0041】
【化2】
【0042】
放電において前記正極の反応では、オキシ水酸化ニッケル(Ni(OOH))と水(H2O)、および正極からの電子(e−)が反応して、水酸化ニッケル(Ni(OH)2)が生成し、一方、負極の反応では、カドミウム(Cd)が、正極で生成されセパレータを透過した水酸化イオン(OH−)と反応して、水酸化カドミウム(Cd(OH)2)と電子(e−)を生成し、この電子(e−)は外部負荷を通過して正極へ供給される。
【0043】
前記サイクルで電子(e−)が外部負荷を通過する過程で仕事として利用される。従って、このサイクルが上手く回るということは、正極に水(H2O)が豊富にあり、生成物である水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の濃度が低く、負極では水酸化カドミウム(Cd(OH)2)の濃度が低いことである。これを数式で表現すると次式(数式(1))となる。
【0044】
【数1】
【0045】
ここで、E0は標準起電力であり、正極、負極を構成する物質によって決まる定数で、それらの量には依存しない。ニッケル−カドミウム電池の場合、この標準起電力E0は約1.2〔V(ボルト)〕である。また、Rは気体定数、Tは絶対温度、Fはファラデー数である。
【0046】
前記数式(1)が示すように、正極では水(H2O)の濃度Caqが高く、水酸化ニッケル(Ni(OH)2)の濃度CNが低いほど、起電力Eemfは大きくなり、負極では水酸化カドミウム(Cd(OH)2)の濃度CCが低いほど、起電力Eemfは大きくなる。起電力Eemfが大きいことは、蓄電量が大きいことである。
【0047】
ところで、二次電池1の充電状態を的確に知るには、図2に示す回路を形成すればよい。すなわち、二次電池1に可変電源11を接続し、この可変電源11の電位を、二次電池1の起電力Eと平衡する電位に調整する。すなわち、電流検出部3による検出電流が±0〔mA(ミリアンペア)〕となるように可変電源11を調整し、これにより二次電池1の起電力Eemfを間接的に測定する。こうして、二次電池1の満充電状態での起電力Eemfを、各種類、又は各機種ごとに測定して、そのデータを前記プログラム・演算制御部4の記憶手段に入力しておく。
【0048】
次に、本発明の充電方法を説明する上で基本となる二次電池1の充電電圧と充電電流との特性について、図3のグラフに基づいて説明する。
図3におけるグラフの横軸には電池端子電圧を、また縦軸には充電電流をとっており、充電率が異なる各二次電池1の電圧一電流特性をそれぞれ示している。
【0049】
すなわち、図3における破線で示す曲線は、二次電池1の充電率が略0%の状態(電池がなくなった状態)を示しており、この場合は標準電圧E0(公称電圧)より低い電圧Eαを印加しても充電電流が流れ出す。また、印加電圧を開放電圧Eαから上昇させていくにつれて、略それに比例して二次電池1に流れる充電電流も増大するが、所定の電圧(電圧一電流曲線における変曲点)を過ぎると、印加電圧に対する充電電流の増加率(ΔI/ΔE)は減少し、やがて、印加電圧を上昇させても充電電流は殆ど上昇しなくなり、充電電流は電流ピーク値Isoに到達する。
【0050】
この(印加電圧に対する充電電流の増加率(ΔI/ΔE)が0となったとき)の電流ピーク値Isoに対応する印加電圧値はEsとなり、この所定の充電印加電圧値Esは二次電池1の種類や二次電池1の劣化状態などによって決まる二次電池1に固有の電圧値となる。この後、さらに印加電圧を上昇させても、充電電流はしばらくはIsoのままで上昇はしないが、二次電池1の内部で負性抵抗特性が現れて、急激な温度上昇を来たすようになり、やがて、充電電流は印加電圧の上昇に伴って、再び上昇し始める。
【0051】
この充電率が略0%の二次電池1に印加する印加電圧が前記所定の充電印加電圧値Esを越えると、該二次電池1は、内部で活物質の酸化還元反応がさらに進んで、電気分解反応を惹き起こす不可逆化学反応領域Dに突入する。
また、図3の一点鎖線で示す充電率が約50%の二次電池1では、印加電圧を(0〔V〕から)上昇させていったときに二次電池1に充電電流が流れ始める開放電圧Eβは、充電率が略0%の二次電池1の開放電圧Eαよりも高くなる。この開放電圧は二次電池1の充電率が上昇するに連れて高くなり、図3の二点鎖線で示す充電率が約90%の二次電池1の開放電圧はEγ(Eγ>Eβ)、図3の実線で示す充電率が略100%の二次電池1の開放電圧はEδ(Eδ>Eγ)となり、そして、充電率が100%の(満充電状態の)二次電池1の開放電圧は前記の満充電平衡電位Eeq(Eeq>Eδ)となる。
【0052】
二次電池1は充電率に応じた開放電圧を越えると、略印加電圧に比例して充電電流が増大していき、やがて、印加電圧を上昇させても充電電流は殆ど上昇しなくなり、充電電流は前記の電流ピーク値Isoに到達する。この充電電流が上昇しなくなったときの電流ピーク値Isoに対応する電圧値は前記所定の充電印加電圧値Esとなり、該所定の充電印加電圧値Esを越えると、二次電池1は、内部で活物質の酸化還元反応がさらに進んで、電気分解反応を惹き起こす不可逆化学反応領域Dに突入する。
【0053】
この不可逆反応領域Dは図3の斜線で示す領域で、この不可逆化学反応領域Dでは、意図しない発熱反応や、膨潤等の異常により、ともすれば二次電池1の内部構造の破壊に繋がる恐れがある。また、そこまでには至らないにしても、不可逆反応が伸展し、二次電池1のサイクル寿命に大きな影響を与えてしまうため、この不可逆化学反応領域Dに達しないように充電制御することが必要となる。
【0054】
ところで、二次電池1の蓄電容量は、充電電流と充電時間との積で求められる。これより充電時間を短くしようとすれば、充電電流を増やすことが必要である。
図3に示す充電率が略0%の二次電池1の端子電圧を、満充電平衡電位Eeqに固定して充電すると、充電電流は充電率が上昇するに連れてIeqoから減少していき、満充電状態では充電電流が0〔mA〕となるため、充電終了の判定が行いやすく、また、不可逆化学反応領域Dに達することもないため、二次電池1の内部構造に損傷を与える心配がない。
【0055】
しかしながら、この満充電平衡電位Eeqによる充電では、前記所定の充電印加電圧値Esで充電する場合に比べて、充電電流が低く、充電時間が桁違いに長くなってしまう。
【0056】
以上の充電特性から、本発明での充電は、充電電流のピーク値Iso(または略ピーク値Iso)を得る充電印加電圧値であって、満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域Dには達しない所定の充電印加電圧値Esに固定して行い、満充電状態の判定は、前記の満充電平衡電位Eeqに切り換えて行うことによって、二次電池1に損傷を与えることなく、急速充電を行うようにしている。
【0057】
次に、二次電池1の充電装置の第1実施形態について説明する。
この二次電池1の充電装置の第1実施形態は、以下に示す二次電池1の充電装置の第2実施形態、及び第3実施形態の基本構成となる。
この第1実施形態の充電装置は、図1に示すように構成されており、プログラム・演算制御部4には、前記満充電平衡電位Eeqで二次電池1を印加中に電流検出部3で検出されたチェック電流値iと、予め入力設定された充電完了基準値Jとを比較判定する判定手段であるチェック電流値判定プログラムとが組み込まれている。
【0058】
そして、この第1実施形態の充電装置では、二次電池1を該所定の充電印加電圧値Esで一定時間T1印加して、大電流充電を行った後、印加電圧を該満充電平衡電位Eeqに切り換え、この満充電平衡電位Eeqで印加している間に、該満充電平衡電位Eeqにおける電流値iを検出し、この検出した電流値iと予め設定した充電完了基準値Jとを比較することによって、該電流値iの方が該充電完了基準値Jよりも大きければ、再び前記所定の充電印加電圧値Esでの充電を行い、該電流値iが該充電完了基準値J以下であれば、充電を停止するように制御している。
【0059】
なお、この大電流充電は、前記所定の充電印加電圧値Esに限らず、充電率が略0%の二次電池1に電圧を印加して、印加電圧を上昇させていったときに、該印加電圧に対する充電電流の増加率(ΔI/ΔE)が減少していき、充電電流が殆ど上昇しなくなったときの、不可逆化学反応領域D外における電流値に対応する充電印加電圧値で充電を行ってもよい。この充電印加電圧値による充電でも、電流ピーク値Iso近くの電流が流れて、大電流充電を行うことができる。
【0060】
次に、この第1実施形態の充電装置による二次電池1の充電制御を図4に示すフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ユーザが充電する二次電池1の種類を操作部7からプログラム・演算制御部4に入力すると、該プログラム・演算制御部4中の記憶手段に予め記憶設定されたテーブルの中から、この二次電池1の種類に相当する所定の充電印加電圧値Esと、満充電平衡電位Eeqとがそれぞれ選択される(ステップA1)。
【0061】
この所定の充電印加電圧値Esと満充電平衡電位Eeqとは、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル−水素二次電池等の二次電池の種類や蓄電容量、型番等によって決まる固有の値であり、例えば、ニッケル−カドミウムニ次電池の場合、満充電平衡電位Eeqは約1.41〔V〕、所定の充電印加電圧値Esはそれよりも高い約1.80〔V〕として選択される。
【0062】
次に、ユーザは操作部8を操作して充電開始操作を行うと(ステップA2)、二次電池1に所定の充電印加電圧値Esが所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップA3)。
【0063】
ここで、この印加時間T1の設定に関しては、充電印加電圧値Esを印加した場合における充電電流の時間変化から割出される。そして、この一定時間T1経過後、今度は印加電圧を満充電平衡電位Eeqに切り換える(ステップA4)。
【0064】
そして、この満充電平衡電位Eeqを微小時間T2印加している間に、このとき二次電池1に流れている電流値i(前記満充電平衡電位Eeqにおける電流値i)を検出する(ステップA5)。
【0065】
次に、前記チェック電流値判定プログラムにより、この検出された電流値iと充電完了基準値Jとを比較して(ステップA6)、該電流値iが該充電完了基準値Jよりも大きければ、前記ステップA3に戻って、上述のフロー(充電制御)を繰り返し、一方、該電流値iが該充電完了基準値J以下であれば、二次電池1が満充電状態に達しているとして、ここで充電を停止する(ステップA7)。
【0066】
ところで、前記の満充電平衡電位Eeqを印加した場合、理論的には、図3のグラフに示すように、充電率100%(満充電状態)で電流値iは0〔mA〕になるが、実際には電池によって極僅かながらバラツキが生じるため、これによる過充電を防止しようとすれば、前記充電完了基準値Jは0〔mA〕よりもやや大きな値、例えば、10〔mA〕程度で設定するのが好ましい。
【0067】
また、前記ステップA3での所定の充電印加電圧値Esが印加される充電時間T1は、二次電池1の容量、構造、形状等によって異なるが、例えば、ニッケル−カドミウム二次電池の場合は、約55〔秒〕が選ばれる。また、前記満充電平衡電位Eeqが印加される微小時間T2としては約5〔秒〕が選ばれ、前記ステップA5での二次電池1に流れる電流の検出は、印加電圧を満充電平衡電位Eeqに切り換えたときから、1[秒]以上経過した後に行われる。
【0068】
この理由は、印加電圧を満充電平衡電位Eeqに切り換えた直後には、二次電池1の電界面にはチャージした電荷が残っており、二次電池1への充電電流が安定せず、この状態で、二次電池1に流れる電流値を検出すると、正確に検出されない可能性が高く、従って、印加電圧を満充電平衡電位Eeqに切り換えたときから、1[秒]以上待って、充電電流が安定した後に、二次電池1に流れる電流値を検出するようにしている。
【0069】
なお、前記ステップA3での所定の充電印加電圧値Esで、一定時間、印加した後であって、前記ステップA4の印加電圧を満充電平衡電位Eeqに切り換える前に、二次電池1の両端子間を極小時間、例えば、約0.001〔秒〕程、短絡するように構成してもよい。この構成の場合、二次電池1の両端子間の短絡によって二次電池1の電界面にチャージした電荷が除去されて、電界面がクリーンな状態となり、この短絡直後に二次電池1に流れる電流値が正確に検出できるようになり、この電流値の検出時に印加する満充電平衡電位Eeqの印加時間T2を約0.1〔秒〕程度とすることができる。
【0070】
以上のように、第1実施形態の充電装置によれば、二次電池1の電流値iを検出することで、その充電状態を定期的にチェックするように構成したことによって、過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に充電を行うことができる。
【0071】
また、この充電方法によれば、二次電池1の内部構造に損傷を与えるのを防止することができるため、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。さらに、この充電方法での主なる充電は、満充電平衡電位Eeq以上の所定の充電印加電圧値Esで行われるため、かなり大きな充電電流が二次電池1に流されることとなり、これによって充電時間の短縮を図ることができる。
【0072】
次に、二次電池1の充電装置の第2実施形態について説明する。
この第2実施形態の充電装置は、二次電池1の種類等を入力することなく、自動的に二次電池1の種類等が判別されて、急速に、満充電まで充電が行えるところに特徴がある。ここで言う、二次電池1の種類等とは、ニッケル−カドミウム二次電池とニッケル−水素二次電池などのように、正極、負極を構成する物質が異なる二次電池のみならず、正極、負極を構成する物質が同種で、蓄電容量が異なる二次電池も含むものとする。
【0073】
二次電池1の満充電平衡電位Eeqと、所定の充電印加電圧値Esとは、二次電池の種類や容量などによって異なり、例えば、蓄電容量が1000〔mAh(ミリ・アンペア・アワー)〕のニッケル−カドミウム二次電池の満充電平衡電位は約1.41〔V〕、所定の充電印加電圧値は約1.80〔V〕となっており、蓄電容量が2000〔mAh〕のニッケル−水素二次電池の満充電平衡電位は約1.44〔V〕、所定の充電印加電圧値は1.60〔V〕となっている。
【0074】
図5は、前記第1実施形態の二次電池1の充電装置において、満充電平衡電位を1.44〔V〕、所定の充電印加電圧値を1.60〔V〕として、ニッケル−水素二次電池対応の設定電圧値で、ニッケル−水素二次電池を充電したときの、電池端子電圧、充電電流、チェック電流の時間経過を示した図であり、図6は、同じく第1実施形態の二次電池1の充電装置において、満充電平衡電位を1.44〔V〕、所定の充電印加電圧値を1.60〔V〕として、ニッケル−水素二次電池対応の設定電圧値で、ニッケル−カドミウム二次電池を充電したときの、電池端子電圧、充電電流、チェック電流の時間経過を示した図である。図5及び図6において、前記ステップA3での所定の充電印加電圧値1.60〔V〕を印加する一定時間T1は55秒とし、前記ステップA4における短絡は行わないものとして、前記ステップA5での満充電平衡電位1.44〔V〕を印加する微小時間T3は5秒とする。
【0075】
また、図1に示す電源部2と電圧・電流制御部5と充電電圧供給部6との間には所定の抵抗があり、ニッケル−水素二次電池対応の設定では、電源部2から供給される2.0〔V〕の電圧は、該電源部2と該電圧・電流制御部5と該充電電圧供給部6との間で電圧降下が生じて、ニッケル−水素二次電池の端子間で、約1.6〔V〕の電圧が印加されるように設計されている。
【0076】
また、ここで、図3に示すように、二次電池1を所定の充電印加電圧値Esで印加しているときには、充電率に関わらず、二次電池1には一定の充電電流(電流ピーク値Iso)が流れる。一方、二次電池1を所定の充電印加電圧値Esよりも低い電圧値で印加しているときには、充電率が上昇するに連れて、二次電池1に流れる充電電流は減少していく。
【0077】
このような特性から、図5に示すように、ニッケル−水素二次電池対応の設定電圧値で、ニッケル−水素二次電池を充電したときには、ニッケル−水素二次電池の端子間には、該ニッケル−水素二次電池の所定の充電印加電圧値(1.60〔V〕)に相当する約1.6〔V〕の電圧が印加されて、該所定の充電印加電圧値に対応する所定の電流(電流ピーク値Iso)が通電され、この結果、前記電源部2と電圧・電流制御部5と充電電圧供給部6との間での電圧降下値も略一定となる。すなわち、ニッケル−水素二次電池の端子間電圧は充電開始後から充電完了まで1.6〔V〕を越えることなく略一定となるとともに、充電電流も充電開始後から充電完了まで略一定となり、また、定期的に、ニッケル−水素二次電池の満充電平衡電位1.44〔V〕によってチェック電流が適正にチェックされて、該ニッケル−水素二次電池を満充電まで急速、且つ適正に充電することができる。
【0078】
一方、図6に示すように、ニッケル−水素二次電池対応の設定電圧値で、ニッケル−カドミウム二次電池を充電したときには、充電開始後からしばらくの間、該ニッケル−カドミウム二次電池の端子間には1.4〔V〕から1.6〔V〕の電圧で印加される。これは、ニッケル−カドミウム二次電池の所定の充電印加電圧値(1.80〔V〕)よりも低い電圧値であり、この結果、充電率が上昇するに連れて、ニッケル−カドミウム二次電池に流れる充電電流は次第に減少していく。これに伴い、前記電源部2と電圧・電流制御部5と充電電圧供給部6との間での電圧降下値も徐々に減少していき、この結果、ニッケル−カドミウム二次電池の端子間に印加される電圧値が次第に上昇していき、やがて、1.6〔V〕を越えて、充電完了時では約1.8〔V〕となっている。
【0079】
また、定期的に、ニッケル−水素二次電池の満充電平衡電位1.44〔V〕によって、チェック電流をチェックしているが、このニッケル−水素二次電池の満充電平衡電位1.44〔V〕はニッケル−カドミウム二次電池の満充電平衡電位1.41〔V〕よりも高いために、ニッケル−カドミウム二次電池を正確に満充電まで充電することができない。
【0080】
そこで、第2実施形態の充電装置では、ニッケル−水素二次電池と、ニッケル−カドミウム二次電池とを判別する場合を例に挙げて説明すると、二次電池1を、ニッケル−水素二次電池対応の電圧値で、充電と、充電状態のチェックをし、この充電過程で、該二次電池1の端子電圧が1.6〔V〕を越えたときには、該二次電池1はニッケル−カドミウム二次電池であると判断して、その後は、該二次電池1を、ニッケル−カドミウム二次電池対応の電圧値で、充電と、充電状態のチェックを行う。
【0081】
以下、具体的に説明すると、この第2実施形態の充電装置も、図1に示すように構成されており、プログラム・演算制御部4の記憶手段(メモリ)には、複数の二次電池についての、満充電平衡電位Eeqと、所定の充電印加電圧値Esとが記憶されている。また、プログラム・演算制御部4には、二次電池1を満充電平衡電位Eeqで印加中に電流検出部3で検出されたチェック電流値iと、予め入力設定された充電完了基準値Jとを比較判定する判定手段であるチェック電流値判定プログラムと、二次電池1を所定の充電印加電圧値Esで充電中に電圧検出部9で検出された充電電圧値eと、該所定の充電印加電圧値Esとを比較判定する判定手段である充電電圧値判定プログラムと、が組み込まれている。
なお、この第2実施形態の充電装置におけるその他の構成は、前記第1実施形態の充電装置と略同様であるため、その説明を省略する。
【0082】
まず始めに、簡単のために、プログラム・演算制御部4の記憶手段に、2種類の二次電池についての、満充電平衡電位Eeq(Eeql・Eeqh)と、所定の充電印加電圧値Es(Esl・Esh)とが記憶されている充電装置による二次電池1の充電制御を、図7に示すフローチャートを参照しながら説明する。
ここで、満充電平衡電位については、Eeql<Eeqhとし、所定の充電印加電圧値については、Esl<Eshとする。
【0083】
まず、ユーザは操作部8を操作して充電開始操作を行うと(ステップB1)、充電装置にセットされた二次電池1に2種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうちの低い方の所定の充電印加電圧値Eslで所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップB2)。
【0084】
そして、二次電池1を該低い方の所定の充電印加電圧値Eslで一定時間T1充電している間に、前記電圧検出部9によって二次電池1に印加されている電圧値eを検出し(ステップB3)、前記充電電圧値判定プログラムによりこの検出した電圧値eの判定を行い(ステップB4)、該電圧値eが該低い方の所定の充電印加電圧値Eslよりも大きな値であれば、後記のステップB10へジャンプし、該電圧値eが該低い方の所定の充電印加電圧値Esl以下であれば、次のステップB5へ移行する。
【0085】
前記一定時間T1時間経過後に、今度は、二次電池1の印加電圧を2種類の二次電池の満充電平衡電位のうちの低い方の満充電平衡電位Eeqlに切り換えて、二次電池1を該低い方の満充電平衡電位Eeqlで微小時間T2印加する(ステップB5)。
【0086】
次に、二次電池1をこの低い方の満充電平衡電位Eeqlで微小時間T2印加している間に、前記電流検出部3によって二次電池1に流れている電流値iを検出する(ステップB6)。
そして、前記チェック電流値判定プログラムによってこの検出した電流値iの判定を行い(ステップB7)、該電流値iが充電完了基準値Jより大きな値であれば、前記ステップB2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値iが該充電完了基準値J以下であれば、充電を停止する(ステップB8)。
【0087】
一方、前記ステップB4において、二次電池1を低い方の所定の充電印加電圧値Eslで一定時間T1充電している間に、電圧検出部9により検出した電圧値eが該低い方の所定の充電印加電圧値Eslよりも大きな値であれば、二次電池1の印加電圧を2種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうちの高い方の所定の充電印加電圧値Eshに切り換え、該高い方の所定の充電印加電圧値Eshで一定時間T1継続して印加する(ステップB9)。
【0088】
前記一定時間T1時間経過後に、今度は、二次電池1の印加電圧を2種類の二次電池の満充電平衡電位のうちの高い方の満充電平衡電位Eeqhに切り換えて、二次電池1を該高い方の満充電平衡電位Eeqhで微小時間T3印加する(ステップB10)。
【0089】
次に、二次電池1をこの高い方の満充電平衡電位Eeqhで微小時間T3印加している間に、前記電流検出部3によって二次電池1に流れている電流値iを検出する(ステップB11)。
そして、前記チェック電流値判定プログラムによってこの検出した電流値iの判定を行い(ステップB12)、該電流値iが充電完了基準値Jより大きな値であれば、前記ステップB9に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値iが該充電完了基準値J以下であれば、充電を停止する(ステップB9)。
【0090】
以上、プログラム・演算制御部4の記憶手段に、2種類の二次電池についての、満充電平衡電位Eeql・Eeqhと、所定の充電印加電圧値Esl・Eshとが記憶されている充電装置による二次電池1の充電制御の説明である。
【0091】
次に一般に、プログラム・演算制御部4の記憶手段に、n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、満充電平衡電位Eeq(Eeq1、Eeq2、・・・、Eeqn)、所定の充電印加電圧値Es(Es1、Es2、・・・、Esn)とが記憶されている充電装置による二次電池1の充電制御について図8に示すフローチャートを参照しながら説明する。
ここで、満充電平衡電位は、Eeq1<Eeq2、・・・、<Eeqnとし、所定の充電印加電圧値は、Es1<Es2、・・・、<Esnとする。
【0092】
まず、ここで、変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする(ステップC1)。次に、ユーザが操作部8を操作して充電開始操作を行うと(ステップC2)、充電装置にセットされた二次電池1にn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値Eskで所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップC3)。
【0093】
ここで、k=nのときは(ステップC4)、後記のステップC8へジャンプし、k≦n−1のときは、二次電池1を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値Eskで一定時間T1充電している間に、前記電圧検出部9によって二次電池1に印加されている電圧値eを検出し(ステップC5)、前記充電電圧値判定プログラムによりこの検出した電圧値eの判定を行い(ステップC6)、該電圧値eが該第k番目に低い所定の充電印加電圧値Eskよりも大きな値で検出されていれば、該kに1を加えたものを新たなkとして(ステップC7)、前記ステップC3に戻り、該電圧値eが該第k番目に低い所定の充電印加電圧値Esk以下で検出されていれば、ステップC8へ移行する。
【0094】
前記一定時間T1経過後に、今度は、二次電池1の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位Eeqkに切り換え、二次電池1を該第k番目に低い満充電平衡電位Eeqkで微小時間T2印加する(ステップC8)。
【0095】
次に、二次電池1を該第k番目に低い満充電平衡電位Eeqkで微小時間T2印加している間に、前記電流検出部3によって二次電池1に流れている電流値iを検出する(ステップC9)。
【0096】
そして、前記チェック電流値判定プログラムによってこの検出した電流値iの判定を行い(ステップC10)、該電流値iが充電完了基準値Jより大きな値であれば、前記ステップC3に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値iが該充電完了基準値J以下であれば、充電を停止する(ステップC11)。
【0097】
なお、前記ステップB2(又はステップB9、ステップC3)での所定の充電印加電圧値で、一定時間、印加した後であって、前記ステップB5(又はステップB10、ステップC8)の印加電圧を満充電平衡電位に切り換える前に、二次電池1の両端子間を極小時間、例えば、約0.001〔秒〕程、短絡するように構成してもよい。この構成の場合、二次電池1の両端子間の短絡によって二次電池1の電界面にチャージした電荷が除去されて、電界面がクリーンな状態となり、この短絡直後に二次電池1に流れる電流値が正確に検出できるようになり、この電流値の検出時に印加する満充電平衡電位Eeqの印加時間T2を約0.1〔秒〕程度とすることができる。
【0098】
以上のように、第2実施形態の充電装置によれば、前記第1実施形態の充電装置と同様の効果を奏するとともに、充電過程で、二次電池1の種類等を自動的に判別して、過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、急速、且つ適正に満充電まで充電を行うことができる。
【0099】
次に、二次電池1の充電装置の第3実施形態について説明する。
この第3実施形態の充電装置は、所定の充電印加電圧値Esでの充電中に電圧検出部9で検出された充電電圧値eと、その前の回の所定の充電印加電圧値Esでの充電中に電圧検出部9で検出された充電電圧値eとの差Δeが、予め入力設定された所定の範囲W内にあるかを判定して、該所定の範囲Wを越えていれば、他の種別の二次電池1に対応する満充電平衡電位Eeqと所定の充電印加電圧値Esとに切り換えて充電するように構成した点が、第2実施形態の充電装置と異なる点である。
【0100】
この第3実施形態の充電装置も、図1に示すように構成されており、プログラム・演算制御部4の記憶手段(メモリ)には、複数の二次電池についての、満充電平衡電位Eeqと、所定の充電印加電圧値Esとが記憶されている。また、プログラム・演算制御部4には、二次電池1を満充電平衡電位Eeqで印加中に電流検出部3で検出されたチェック電流値iと、予め入力設定された充電完了基準値Jとを比較判定する判定手段であるチェック電流値判定プログラムと、前記所定の充電印加電圧値Esでの充電中に電圧検出部9で検出された充電電圧値eと、その前の回の所定の充電印加電圧値Esでの充電中に電圧検出部9で検出された充電電圧値eとの差Δeが、予め入力設定された所定の範囲W内にあるかを判定する判定手段である電圧差判定プログラムと、が組み込まれている。
なお、この第3実施形態の充電装置におけるその他の構成は、前記第1実施形態の充電装置と略同様であるため、その説明を省略する。
【0101】
まず始めに、簡単のために、プログラム・演算制御部4の記憶手段に、2種類の二次電池についての、満充電平衡電位Eeq(Eeql・Eeqh)と、所定の充電印加電圧値Es(Esl・Esh)とが記憶されている充電装置による二次電池1の充電制御を図9に示すフローチャートを参照しながら説明する。
ここで、満充電平衡電位については、Eeql<Eeqhとし、所定の充電印加電圧値については、Esl<Eshとする。
【0102】
まず、ユーザは操作部8を操作して充電開始操作を行うと(ステップD1)、充電装置にセットされた二次電池1に2種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうちの低い方の所定の充電印加電圧値Eslで所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップD2)。
【0103】
そして、二次電池1を該低い方の所定の充電印加電圧値Eslで一定時間T1充電している間に、前記電圧検出部9によって二次電池1に印加されている電圧値eを検出して(ステップD3)、前記電圧差判定プログラムによって今回該低い方の所定の充電印加電圧値Eslで充電している間に検出した電圧値eと、前回該低い方の所定の充電印加電圧値Eslで充電している間に検出した電圧値eとの差Δeが所定の範囲W内にあるかの判定を行い(ステップD4)、該差Δeが該所定の範囲W内にあれば、次のステップD5へ移行し、該差Δeが該所定の所定の範囲Wを越えていれば、後記のステップD10へジャンプする。ただし、今回の電圧値eの検出が第1回目のときは、そのまま次のステップD5へ移行する。
【0104】
前記一定時間T1時間経過後に、今度は、二次電池1の印加電圧を2種類の二次電池の満充電平衡電位のうちの低い方の満充電平衡電位Eeqlに切り換えて、二次電池1を該低い方の満充電平衡電位Eeqlで微小時間T2印加する(ステップD5)。
【0105】
次に、二次電池1をこの低い方の満充電平衡電位Eeqlで微小時間T2印加している間に、前記電流検出部3によって二次電池1に流れている電流値iを検出する(ステップD6)。
そして、前記チェック電流値判定プログラムによってこの検出した電流値iの判定を行い(ステップD7)、該電流値iが充電完了基準値Jより大きな値であれば、前記ステップD2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値iが該充電完了基準値J以下であれば、充電を停止する(ステップD8)。
【0106】
一方、前記ステップD4において、前記の差Δeが前記所定の範囲Wを越えていれば、二次電池1の印加電圧を2種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうちの高い方の所定の充電印加電圧値Eshに切り換え、該高い方の所定の充電印加電圧値Eshで所定時間(一定時間)T1継続して印加する(ステップD9)。
【0107】
前記一定時間T1時間経過後に、今度は、二次電池1の印加電圧を2種類の二次電池の満充電平衡電位のうちの高い方の満充電平衡電位Eeqhに切り換えて、二次電池1を該高い方の満充電平衡電位Eeqhで微小時間T2印加する(ステップD10)。
【0108】
次に、二次電池1をこの高い方の満充電平衡電位Eeqhで微小時間T2印加している間に、前記電流検出部3によって二次電池1に流れている電流値iを検出する(ステップD11)。
【0109】
そして、前記チェック電流値判定プログラムによってこの検出した電流値iの判定を行い(ステップD12)、該電流値iが充電完了基準値Jより大きな値であれば、前記ステップD9に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値iが該充電完了基準値J以下であれば、充電を停止する(ステップD8)。
【0110】
以上、プログラム・演算制御部4の記憶手段に、2種類の二次電池についての、満充電平衡電位Eeql・Eeqhと、所定の充電印加電圧値Esl・Eshとが記憶されている充電装置による二次電池1の充電制御の説明である。
次に一般に、プログラム・演算制御部4の記憶手段に、n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、満充電平衡電位Eeq(Eeq1、Eeq2、・・・、Eeqn)、所定の充電印加電圧値Es(Es1、Es2、・・・、Esn)とが記憶されている充電装置による二次電池1の充電制御について図10に示すフローチャートを参照しながら説明する。
ここで、満充電平衡電位は、Eeq1<Eeq2、・・・、<Eeqnとし、所定の充電印加電圧値は、Es1<Es2、・・・、<Esnとする。
【0111】
まず、ここで、変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする(ステップF1)。次に、ユーザが操作部8を操作して充電開始操作を行うと(ステップF2)、充電装置にセットされた二次電池1にn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値Eskで所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップF3)。
【0112】
ここで、k=nのときは(ステップF4)、後記のステップF8へジャンプし、k≦n−1のときは、二次電池1を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値Eskで一定時間T1充電している間に、前記電圧検出部9によって二次電池1に印加されている電圧値eを検出して(ステップF5)、前記電圧差判定プログラムにより今回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値Eskで充電している間に検出した電圧値eと、前回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値Eskで充電している間に検出した電圧値eとの差Δeが所定の範囲W内にあるかの判定を行い(ステップF6)、該差Δeが該所定の範囲W内にあれば、ステップF8へ移行し、該差Δeが該所定の所定の範囲Wを越えていれば、該kに1を加えたものを新たなkとして(ステップF7)、前記ステップF3へ戻る。ただし、今回の電圧値eの検出が第1回目のときは、ステップF8へ移行する。
【0113】
前記一定時間T1経過後に、今度は、二次電池1の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位Eeqkに切り換え、二次電池1を該第k番目に低い満充電平衡電位Eeqkで微小時間T2印加する(ステップF8)。
【0114】
次に、二次電池1を該第k番目に低い満充電平衡電位Eeqkで微小時間T2印加している間に、前記電流検出部3によって二次電池1に流れている電流値iを検出する(ステップF9)。
【0115】
そして、前記チェック電流値判定プログラムによってこの検出した電流値iの判定を行い(ステップF10)、該電流値iが充電完了基準値Jより大きな値であれば、前記ステップF3に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値iが該充電完了基準値J以下であれば、充電を停止する(ステップF11)。
【0116】
なお、前記ステップD2(又はステップD9、ステップF3)での所定の充電印加電圧値で、一定時間、印加した後であって、前記ステップD5(又はステップD10、ステップF8)の印加電圧を満充電平衡電位に切り換える前に、二次電池1の両端子間を極小時間、例えば、約0.001〔秒〕程、短絡するように構成してもよい。この構成の場合、二次電池1の両端子間の短絡によって二次電池1の電界面にチャージした電荷が除去されて、電界面がクリーンな状態となり、この短絡直後に二次電池1に流れる電流値が正確に検出できるようになり、この電流値の検出時に印加する満充電平衡電位Eeqの印加時間T2を約0.1〔秒〕程度とすることができる。
【0117】
以上のように、第3実施形態の充電装置によっても、前記第1実施形態の充電装置と同様の効果を奏するとともに、充電過程で、二次電池1の種類等を自動的に判別して、過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、急速、且つ適正に満充電まで充電を行うことができる。
【0118】
次に、二次電池1の充電装置の第4実施形態について説明する。
二次電池1は充電完了後、放置しておくと、自己放電して、電池電圧が次第に低下していき、例えば、2日放置しておくと、電池電圧は約15%低下してしまい、30日放置しておくと、電池電圧は約40%も低下してしまう。このため、二次電池1をデジタルカメラなどの機器に使用する場合に、その電池電圧が低くすぎて、役に立たない場合がある。
【0119】
そこで、この第4実施形態の充電装置では、前記第1実施形態から第12実施形態のうちの何れか1つの実施形態で、若しくは、上記実施形態以外の方法で、充電を完了した二次電池1の電池電圧値が所定の電圧値以下となったときに、再充電を行うように構成している。
【0120】
この第4実施形態の充電装置も、図1に示すように構成されており、プログラム・演算制御部4には、電圧検出部9によって検出された充電完了後の二次電池1の電池電圧値と、前記満充電平衡電位Eeqよりも低い再充電電圧値Erとを比較判定する判定手段としての再充電判定プログラムが組み込まれている。
【0121】
この再充電電圧値Erは、例えば、満充電平衡電位Eeqの80%と設定されており、充電完了後においても、充電装置にセットされた二次電池1の電池電圧は電圧検出部9によって監視されており、該二次電池1の電池電圧値が再充電電圧値Er以下となったときに、プログラム・演算制御部4から再充電指令が出力され、前記充電電圧供給部6から充電電圧が供給されて、該二次電池1の再充電を行うように構成している。
【0122】
なお、この再充電の停止は、前記第1実施形態から第3実施形態のうちの何れか1つの実施形態の充電停止条件、若しくは、上記実施形態以外の方法の充電装置にあっては、その充電装置の充電停止条件に従うものとする。
【0123】
以上のように、再充電を行うように構成すれば、充電装置から取り出した二次電池1の電池電圧は、いつでも再充電電圧値Er以上で、使用に適した状態にあり、利便性の向上を図ることができる。
また、この再充電においても、過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に再充電を行うため、二次電池1の内部構造に損傷を与えず、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができるとともに、満充電までの充電時間も短くなる。
【0124】
次に、二次電池1・1・・・の充電装置の第5実施形態について説明する。
図11は二次電池1・1・・・の充電装置の第5実施形態の充電装置の構成を示す平面図であり、この第5実施形態に係る充電装置50は、複数の二次電池1・1・・・(本実施の形態では、4本の二次電池1・1・・・)の充電を行うものである。
【0125】
図11において、符号50aは二次電池1をセットするための座部であり、符号50bは外気取込口ある。符号51は第1表示部で、座部50aにセットされた二次電池1が満充電状態に近いときに点灯し、例えば、二次電池1の電池電圧が前記の再充電電圧値Erに達したときに、点灯するように構成されている。この設定の場合、一旦充電を終えて点灯している第1表示部51が消灯に切り換わったときに、前記再充電が実行されるように構成される。符号52は第2表示部で、図11中の太線矢印の順番に交互に充電が行われる二次電池1・1・・・のうち現在充電中の二次電池1に対応する第2表示部52が点滅し、二次電池1が満充電状態に達して充電が完了すると、その二次電池1に対応する第2表示部52が点灯するように構成されている。符号53は二次電池1の座部50aにセットされた二次電池1を取り出すための取出ボタン、符号54は二次電池1・1・・・の充電を開始させるためのスタートボタン、符号55は電源ランプであり、該充電装置50は図示せぬ電源コードを介して商用電源に接続されるようになっている。
【0126】
この第5実施形態の充電装置50は、二次電池1の充電状態をチェックした後、所定の電圧で所定時間充電する一連の充電動作を各未充電の二次電池1ごとに図11中の太線矢印の順番に交互に行い、これを1ターンとして、該ターンを繰り返しながら複数の二次電池1・1・・・を充電し、前記充電状態のチェックで満充電状態に達したと判断された二次電池1から充電を停止するように構成している。
なお、満充電状態に達した二次電池1は、次のターンでその順番が飛ばされる(スキップする)ものとする。また、各ターンで二次電池1を充電する順番は、図11中の太線矢印の順番に限定するものではなく、他の順番で行ってもよい。
【0127】
前記充電状態のチェックは、例えば、前記第1実施形態におけるステップA6での充電電流値iの判定、若しくは、前記第2実施形態におけるステップB7、ステップB12又はステップC10での充電電流値iの判定、若しくは、前記第3実施形態におけるステップD7、ステップD12又はステップF10での充電電流値iの判定等により行われ、前記充電電圧には、例えば、前記の所定の充電印加電圧値Esが用いられる。
【0128】
以上のように充電装置50が構成され、この充電装置50では、各二次電池1における先のターンの一連の充電動作の完了から、次のターンの一連の充電動作の開始までの間、充電が休止され、この休止期間が緩和時間となり、電極表面が安定して、次のターンでの満充電状態のチェックを精確に行うことができ、信頼性が向上する。
【0129】
補足すると、二次電池1の充電中、電解液と接する電極の表面で電極反応が起こり、この電極反応の過程は、電解液内部から電極表面への反応物の移動と、反応物と電極の間での電子の移動と、電極表面から電解液内部への生成物の移動との同時過程であり、この移動にはかなりの時間を要することから、二次電池1の充電休止直後に、満充電状態をチェックすると、電極表面付近で電気泳動している移動過程のイオン等のために、あたかも、満充電状態に達したかのように検知されてしまうことがある。この誤検知を防ぐためにも、緩和時間を設けることは有効であり、この第5実施形態の充電装置50では、各二次電池1・1・・・ごとの充電サイクルの一環として、合理的、且つ効果的に緩和時間が設けられている。
【0130】
なお、前記第1実施形態から第3実施形態においても、個々の二次電池1において、一定時間T1の充電と、その後の充電状態のチェックとの間に、緩和時間を設けるように構成してもよい。
【0131】
次に、二次電池1の充電装置の第6実施形態を説明する。
図12に示すように、この第6実施形態の充電装置50の内部には、冷却手段として冷却ファン61が設けられている。この第6実施形態の充電装置50による二次電池1の充電は、前記第1実施形態から第5実施形態のうちの何れかの実施形態に示すように行われ、従って、二次電池1の内部では過度の化学反応が起こることなく、二次電池1自体は発熱はしない。しかしながら、充電を制御する電子部品の抵抗等が発熱するために、該抵抗等の発熱素子64・65を冷却すべく冷却ファン61が設けられている。
図12において、符号50Cは充電装置50の筐体であるケーシング、符号50bはケーシング50C表面の一側部に設けられた外気取込口(図11参照)、符号50dはケーシング50C裏面の一側部に設けられた外気取込口、符号50eはケーシング50C裏面の他側部に設けられた排気口、符号50hはケーシング50Cを支持する脚部である。符号62及び符号63は基板であり、符号64及び符号65は抵抗等の発熱素子ある。
【0132】
以上のように充電装置50は構成されており、冷却ファン61を作動することで、外気取込口50b・50dからケーシング50C周囲の外気が取り込まれ、該外気は発熱素子64・65の表面に沿うように流れて、この結果、該発熱素子64・65が冷却されるようになっている。そうして、取り込まれた外気は冷却ファン61によりさらに奥に引き込まれて、排気口50eから排気される。
【0133】
以上のような構成で、発熱素子64・65の発熱が抑えられて、二次電池1への熱伝達が防がれ、二次電池1の内部での過度な化学反応(酸化還元反応)を助長することもなく、また、ユーザが二次電池1があたかも発熱したかのように錯覚にとらわれることもない。この結果、二次電池1は満充電状態まで適正に充電が行われて、二次電池1の内部構造に損傷を与えるのを防止することができ、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。
【0134】
次に、二次電池1の充電装置の第7実施形態を説明する。
この第7実施形態の充電装置50は、該充電装置50にセットされた二次電池1をワンタッチで取り出すための取出手段が設けられている。
【0135】
図11及び図13に示すように、この第7実施形態の充電装置50の取出手段は、ユーザが押し下げ操作する取出ボタン53と、充電装置50の座部50aにセットされた二次電池1を押し上げる押上部材57と、該押上部材57を軸支する回動支点軸58と、該回動支点軸58に取り付けられて該押上部材57を反押上方向へ付勢するトーションスプリング59と、を備えている。
【0136】
以上のような構成で、図13(b)に示すように、ユーザが操作部材である取出ボタン53を押すと、該取出ボタン53の下端が押上部材57の他側部を押し下げ、回動支点軸58を支点にして、該押上部材57の一側部が座部50aから上昇し、これにより、二次電池1が押し上げられて、該二次電池1の両端子の支持が外れるようになっている。
【0137】
そして、図13(a)に示すように、ユーザが押していた取出ボタン53をはなすと、付勢手段であるトーションスプリング59の復元力によって、押上部材57の一側部は元位置の座部50aの凹曲面に沿った位置に復帰し、二次電池1のセットが可能な状態となる。
【0138】
以上のように、ユーザが取出ボタン53を操作することで、充電装置50の座部50aから押上部材57の一側部が出没し、二次電池1が取り出されるようになっている。このような構成で、二次電池1をワンタッチで簡単に取り出すことができ、利便性が向上する。
【0139】
次に、二次電池1の充電装置の第8実施形態を説明する。
この第8実施形態の充電装置50は、前記第7実施形態の取出手段とは、別形態の取出手段が設けられている。
【0140】
図14に示すように、この第8実施形態の充電装置50の取出手段は、充電装置50の座部50aの長手方向一側部を陥没させた構成で、この陥没部50kでは、セットされた二次電池1の一側部(長手方向一側部)が宙に浮いた状態となっている。
【0141】
図14(a)(b)に示すように、二次電池1の一側部を押し下げると、該一側部が陥没部50kに沈み込み、二次電池1の他側部が浮き上がって、該二次電池1の両端子の支持が外れ、二次電池1が取り出されるようになっている。このような構成で、二次電池1をワンタッチで簡単に取り出すことができ、利便性が向上する。
【0142】
以上に二次電池1の充電装置の第1実施形態から第8実施形態について説明をしたが、前記実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載の範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【0143】
【発明の効果】
以上のように構成した本発明は、次のような効果を奏する。
まず、請求項1に記載の発明では、充電過程で、二次電池の種類等を自動的に判別して、二次電池の内部で過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に充電が行うことができる。また、この結果、二次電池の内部構造を傷めず、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。特に、この充電装置での主なる充電は、満充電平衡電位以上の所定の充電印加電圧値で行うため、かなり大きな充電電流が流れて、充電時間の短縮を図ることができる。また、充電状態のチェックは、満充電平衡電位で行うため、精確に満充電状態まで充電することができる。
【0144】
また、請求項2に記載の発明でも、充電過程で、二次電池の種類等を自動的に判別して、二次電池の内部で過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に充電が行うことができる。また、この結果、二次電池の内部構造を傷めず、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。特に、この充電装置での主なる充電は、満充電平衡電位以上の所定の充電印加電圧値で行うため、かなり大きな充電電流が流れて、充電時間の短縮を図ることができる。また、充電状態のチェックは、満充電平衡電位で行うため、精確に満充電状態まで充電することができる。
【0145】
そして、請求項3に記載の発明では、充電装置から取り出した二次電池の電池電圧は、いつでも再充電電圧値以上で、使用に適した状態にあり、利便性の向上を図ることができる。
また、この再充電においても、過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に再充電を行うため、二次電池の内部構造に損傷を与えず、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができるとともに、満充電までの充電時間も短くなる。
【0146】
また、請求項4に記載の発明では、二次電池の充電状態をチェックして、所定の充電電圧で所定時間充電する一連の充電動作を繰り返し、前記充電状態のチェックで満充電状態に達したと判断されると充電を停止するように構成した二次電池の充電装置において、前記一連の充電動作間に、緩和時間を設けたことで、次の一連の充電動作での満充電状態のチェックを精確に行うことができ、信頼性が向上する。
【0147】
そして、請求項5に記載の発明では、各二次電池における先のターンの一連の充電動作の完了から、次のターンの一連の充電動作の開始までの間、充電が休止され、この休止期間が緩和時間となり、電極表面が安定して、次のターンでの満充電状態のチェックを精確に行うことができ、信頼性が向上する。
補足すると、二次電池の充電中、電解液と接する電極の表面で電極反応が起こり、この電極反応の過程は、電解液内部から電極表面への反応物の移動と、反応物と電極の間での電子の移動と、電極表面から電解液内部への生成物の移動との同時過程であり、この移動にはかなりの時間を要することから、二次電池の充電休止直後に、満充電状態をチェックすると、電極表面付近で電気泳動している移動過程のイオン等のために、あたかも、満充電状態に達したかのように検知されてしまうことがある。この誤検知を防ぐためにも、緩和時間を設けることは有効であり、このこの第30発明の二次電池の充電装置では、各二次電池ごとの充電サイクルの一環として、合理的、且つ効果的に緩和時間が設けられている。
【0148】
さらに、請求項6に記載の発明では、請求項1から請求項5のうち何れか一項に記載の二次電池の充電装置において、前記充電装置内の発熱部を冷却するための冷却手段を設けたことで、発熱素子等の発熱部の発熱が抑えられて、二次電池への熱伝達が防がれ、二次電池の内部での過度な化学反応(酸化還元反応)を助長することもなく、また、ユーザが二次電池があたかも発熱したかのように錯覚にとらわれることもない。この結果、二次電池は満充電状態まで適正に充電が行われて、二次電池の内部構造に損傷を与えるのを防止することができ、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。
【0149】
また、請求項7に記載の発明では、二次電池をワンタッチで簡単に取り出すことができ、利便性が向上する。
【0150】
そして、請求項8に記載の発明では、ユーザが操作部材を操作することで、充電装置の座部から押上部材の一側部が出没して、二次電池をワンタッチで簡単に取り出すことができ、利便性が向上する。
【0151】
また、請求項9に記載の発明では、二次電池の長手方向一側部を押し下げると、該一側部が陥没部に沈み込み、二次電池の長手方向他側部が浮き上がって、該二次電池の両端子の支持が外れ、二次電池が取り出されるようになっている。このようにして、二次電池をワンタッチで簡単に取り出すことができ、利便性が向上する。
【0152】
そして、請求項10に記載の発明では、充電過程で、二次電池の種類等を自動的に判別して、二次電池の内部で過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に充電が行うことができる。また、この結果、二次電池の内部構造を傷めず、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。特に、この充電装置での主なる充電は、満充電平衡電位以上の所定の充電印加電圧値で行うため、かなり大きな充電電流が流れて、充電時間の短縮を図ることができる。また、充電状態のチェックは、満充電平衡電位で行うため、精確に満充電状態まで充電することができる。
【0153】
また、請求項11に記載の発明でも、充電過程で、二次電池の種類等を自動的に判別して、二次電池の内部で過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に充電が行うことができる。また、この結果、二次電池の内部構造を傷めず、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。特に、この充電装置での主なる充電は、満充電平衡電位以上の所定の充電印加電圧値で行うため、かなり大きな充電電流が流れて、充電時間の短縮を図ることができる。また、充電状態のチェックは、満充電平衡電位で行うため、精確に満充電状態まで充電することができる。
【0154】
さらに、請求項12に記載の発明では、充電装置から取り出した二次電池の電池電圧は、いつでも再充電電圧値以上で、使用に適した状態にあり、利便性の向上を図ることができる。
また、この再充電においても、過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に再充電を行うため、二次電池の内部構造に損傷を与えず、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができるとともに、満充電までの充電時間も短くなる。
【0155】
そうして、請求項13に記載の発明では、二次電池の充電状態をチェックして、所定の充電電圧で所定時間充電する一連の充電動作を繰り返し、前記充電状態のチェックで満充電状態に達したと判断されると充電を停止する二次電池の充電方法において、前記一連の充電動作間に、緩和時間を設けたことで、次の一連の充電動作での満充電状態のチェックを精確に行うことができ、信頼性が向上する。
【0156】
また、請求項14に記載の発明では、各二次電池における先のターンの一連の充電動作の完了から、次のターンの一連の充電動作の開始までの間、充電が休止され、この休止期間が緩和時間となり、電極表面が安定して、次のターンでの満充電状態のチェックを精確に行うことができ、信頼性が向上する。
補足すると、二次電池の充電中、電解液と接する電極の表面で電極反応が起こり、この電極反応の過程は、電解液内部から電極表面への反応物の移動と、反応物と電極の間での電子の移動と、電極表面から電解液内部への生成物の移動との同時過程であり、この移動にはかなりの時間を要することから、二次電池の充電休止直後に、満充電状態をチェックすると、電極表面付近で電気泳動している移動過程のイオン等のために、あたかも、満充電状態に達したかのように検知されてしまうことがある。この誤検知を防ぐためにも、緩和時間を設けることは有効であり、このこの第30発明の二次電池の充電装置では、各二次電池ごとの充電サイクルの一環として、合理的、且つ効果的に緩和時間が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態から第4実施形態に係る二次電池1の充電装置の構成を示すブロック図である。
【図2】二次電池1の起電力を測定するための回路図である。
【図3】二次電池1の充電率ごとの電流一電圧特性を示すグラフである。
【図4】第1実施形態に係る二次電池1の充電装置による充電制御を示すフローチャートである。
【図5】ニッケル−水素二次電池の電池端子電圧、充電電流、チェック電流の時間経過を示したグラフである。
【図6】ニッケル−カドミウム二次電池の電池端子電圧、充電電流、チェック電流の時間経過を示したグラフである。
【図7】第2実施形態に係る二次電池1の充電装置による充電制御を示すフローチャートである。
【図8】第2実施形態に係る二次電池1の充電装置による充電制御を示すフローチャートである。
【図9】第3実施形態に係る二次電池1の充電装置による充電制御を示すフローチャートである。
【図10】第3実施形態に係る二次電池1の充電装置による充電制御を示すフローチャートである。
【図11】第5実施形態に係る二次電池1・1・・・の充電装置50の構成を示す平面図である。
【図12】第6実施形態に係る二次電池1・1・・・の充電装置50の構成を示す側面断面図である。
【図13】第7実施形態に係る二次電池1・1・・・の充電装置50の取出手段の構成を示す後面断面図である。
【図14】第8実施形態に係る二次電池1・1・・・の充電装置50の取出手段の構成を示す側面断面図である。
【符号の説明】
1 二次電池
2 電源部
3 電流検出部
4 プログラム・演算制御部
5 電圧・電流制御部
6 充電電圧供給部
9 電圧検出部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device and a charging method for charging a secondary battery such as a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, and a lead storage battery.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of portable devices, the use of secondary batteries has significantly increased as a power source for electronic devices such as cassette tape recorders, VTRs and computers, communication devices such as mobile phones, and power devices such as power tools. .
A secondary battery refers to a battery that can be repeatedly charged and discharged, and converts electrical energy into chemical energy and stores it, and conversely converts the stored chemical energy into electrical energy and uses it. Typical examples of the secondary batteries that are practically used include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, lithium-ion batteries, and NAS batteries.
[0003]
By the way, the electromotive reaction and the discharge reaction occurring inside the secondary battery involve a chemical reaction, an electric reaction, and complicated energy conversion and energy transfer in which these two reactions are interrelated. A time factor for these various reactions is involved. Therefore, it is necessary to perform charging while taking these reactions into consideration.If the charging is performed with excessive current, the internal structure of the battery may be destroyed due to an unintended exothermic reaction or an abnormality such as swelling. is there. Even if it does not reach that point, the internal structure of this secondary battery is deteriorated, the battery life is shortened, and the number of cycles used is reduced.
[0004]
Therefore, conventionally, a program for changing the applied voltage with the progress of the charging time is incorporated in the control unit of the charging device for the secondary battery so that the secondary battery is appropriately charged, and the secondary battery is controlled according to the program. The voltage is applied to the secondary battery. Also, a number of charging devices have been filed in which a charging device is provided with a battery voltage detecting unit for detecting the voltage of a secondary battery, and the battery voltage is used as a control amount to determine and control the end of charging of the battery to be charged.
[0005]
For example, a charging device for a secondary battery disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-9563) includes a voltage detection circuit that detects a negative potential difference of a charging voltage due to a constant current of the battery to be charged, A temperature detection circuit for detecting a change in battery temperature per unit time (temperature differential value) due to a current; and comparing the negative potential difference and the temperature differential value detected by the voltage detection circuit with each preset reference value. And a charge control circuit for controlling the charge switch. When the detected negative potential difference and the temperature differential value reach a negative potential difference and a temperature differential value which are preselected and set as a reference, the charging is terminated. Controlling.
[0006]
As described above, in
[0007]
However, if such a charging end detection method is simply applied ignoring the state of the secondary battery, various inconveniences will occur as described below.
That is, the characteristics at the time of charging vary depending on the type of the secondary battery, such as the difference in the electrode type, the type of the electrolyte, the difference in the battery structure, and the like. The characteristics greatly vary depending on the environmental conditions at the time, the usage history of the secondary battery, the electrochemical itinerary, and the like. For this reason, charging with the same pattern as in the past may result in overcharging, which causes an abnormal chemical reaction inside the secondary battery to generate heat and convert electric energy to heat energy. Therefore, there is a problem that charging efficiency is reduced. Further, there is a danger that the internal pressure of the secondary battery rises due to the generation of gas and the liquid leaks. As a result, there is a problem that a defect occurs in the internal structure of the secondary battery required for repeated charge / discharge, and the cycle life thereof is shortened.
[0008]
Also, it is desirable that the charging time of the secondary battery is as short as possible.However, in the charging with the same pattern as described above, depending on the type of the secondary battery, the applied voltage at the time of charging may be lower than its rated value. In this case, in particular, there is a problem that it takes a considerable time to complete charging.
[0009]
In view of the above problems, the present applicant and the present applicant have proposed a secondary battery that can prevent uncharged or overcharged secondary batteries and can properly charge the batteries, and that has significantly reduced the charging time. A charging device has been invented.
[0010]
This invention is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-199607), and is configured as follows.
This charging device for a secondary battery includes charging voltage supply means for supplying a charging voltage to the secondary battery, current detection means for detecting a current value of a charging current supplied to the secondary battery, and charging of the secondary battery. A charging control device for controlling the charging device, wherein the charging control device applies a voltage to a secondary battery having a full charge equilibrium potential and a voltage equal to or higher than the full charge equilibrium potential and having a charge rate of approximately 0%. When the applied voltage is increased, the rate of increase of the charging current with respect to the applied voltage decreases, and corresponds to a predetermined current value outside the irreversible chemical reaction region when the charging current stops increasing. Storage means for storing a predetermined charging applied voltage value to be charged, a switching means for switching the charging voltage supplied from the charging voltage supply means to the predetermined charging applied voltage value or the full charge equilibrium potential, and Detected by current detection means during application at charging equilibrium potential A current value, comprising: a comparison determination unit configured to determine a previously inputted set determination reference value, and controls the charging of the secondary battery according to the following flow.
[0011]
First, when the user manually inputs the type of the secondary battery to be charged to the charging device, a predetermined charge corresponding to the type of the secondary battery is obtained from a table stored and set in advance in the storage unit in the charging control device. An applied voltage value and a full charge equilibrium potential are selected.
[0012]
The predetermined charge applied voltage value and the full charge equilibrium potential are unique values determined by the type of nickel-cadmium secondary battery, nickel-hydrogen secondary battery, etc., their storage capacity, and the like. The nickel-hydrogen secondary battery of [mAh (milliamp hour)] has a full charge equilibrium potential of about 1.44 [V], and a predetermined charging applied voltage value of 1.60 [V].
[0013]
Next, when the user operates the operation unit to perform a charging start operation, a predetermined charging application voltage value is continuously applied to the secondary battery set in the charging device for a certain period of time. Then, after a certain period of time, the applied voltage is switched to the full charge equilibrium potential, and while the full charge equilibrium potential is applied for a short time, the current value flowing in the secondary battery at this time is detected. The detected current value is compared with the above-mentioned reference value. When the detected current value is larger than the reference value, the secondary battery is applied again at the predetermined charging applied voltage value, and the above-described flow is repeated. When the value is equal to or less than the value, control is performed to stop charging of the secondary battery.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-8-9563
[0015]
[Patent Document 2]
JP 2002-199607 A
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the prior art is improved. In the present invention, the invention disclosed in
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The above is the problem to be solved by the present invention. Next, means for solving this problem will be described.
First, as described in
(Step 1) Assuming that a variable is k (k = 1, 2,..., N), k is initialized and k = 1.
(Step 2) The secondary battery set in the charging device is charged for a predetermined time at a k-th predetermined charging applied voltage value among predetermined charging applied voltage values of the n types of secondary batteries.
(Step 3) If k = n, jump to
(Step 4) While the secondary battery is being charged at the k-th lowest predetermined charging applied voltage value for a predetermined time, the voltage value applied to the secondary battery is detected by the voltage detecting means.
(Step 5) The detected voltage value is compared by the voltage value determination means, and if the voltage value is larger than the k-th lowest predetermined charge application voltage value, 1 is added to k. Then, the process returns to the
(Step 6) The applied voltage of the secondary battery is switched to the k-th lowest full-charge equilibrium potential among the full-charge equilibrium potentials of the n types of secondary batteries.
(Step 7) While the secondary battery is being applied at the k-th lowest full-charge equilibrium potential for a short time, the current value flowing through the secondary battery is detected by the current detecting means.
(Step 8) The detected current value is determined by the current value determining means. If the detected current value is larger than the charging completion reference value, the process returns to step 2 and the above flow is repeated. If the current value is equal to or less than the charging completion reference value, charging is stopped.
[0018]
Alternatively, as described in
(Step 1) Assuming that a variable is k (k = 1, 2,..., N), k is initialized and k = 1.
(Step 2) The secondary battery set in the charging device is charged for a predetermined time at a k-th predetermined charging applied voltage value among predetermined charging applied voltage values of the n types of secondary batteries.
(Step 3) If k = n, jump to
(Step 4) While the secondary battery is being charged at the k-th lowest predetermined charging applied voltage value for a predetermined time, the voltage value applied to the secondary battery is detected by the voltage detecting means.
(Step 5) The voltage difference detected by the voltage difference determination means during the current charging at the k-th predetermined charging applied voltage value, and the k-th predetermined charging applied voltage value at the previous time. If the difference from the voltage value detected during charging is within a predetermined range, the process proceeds to the
(Step 6) The applied voltage of the secondary battery is switched to the k-th lowest full-charge equilibrium potential among the full-charge equilibrium potentials of the n types of secondary batteries.
(Step 7) While the secondary battery is being applied at the k-th lowest full-charge equilibrium potential for a short time, the current value flowing through the secondary battery is detected by the current detecting means.
(Step 8) The detected current value is determined by the current value determining means. If the detected current value is larger than the charging completion reference value, the process returns to step 2 and the above flow is repeated. If the current value is equal to or less than the charging completion reference value, charging is stopped.
[0019]
As described in
[0020]
In addition, as described in
[0021]
Specifically, as described in
[0022]
Furthermore, as described in
[0023]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a charging device for charging a secondary battery, wherein a removing means for removing the secondary battery set on a seat of the charging device with one touch is provided.
[0024]
Specifically, as set forth in claim 8, the take-out means includes an operating member that is pressed down by a user, a push-up member that pushes up the secondary battery set on the seat portion, and a pivotal support for the push-up member. A rotating fulcrum shaft, and an urging means attached to the rotating fulcrum shaft for urging the push-up member in a direction opposite to the push-up direction. It is configured so that one side protrudes and disappears.
[0025]
Alternatively, as set forth in
[0026]
According to a tenth aspect of the present invention, in the method for controlling charging of a secondary battery, a full-charge equilibrium potential and a peak value of a charging current or n (n is a natural number of 2 or more) types of secondary batteries are provided. A predetermined charging applied voltage value which is a substantially peak value and which exceeds the full charge equilibrium potential but does not reach the irreversible chemical reaction region is stored in advance in the storage means, and the following steps Charge the secondary battery according to the following.
(Step 1) Assuming that a variable is k (k = 1, 2,..., N), k is initialized and k = 1.
(Step 2) The secondary battery is charged for a predetermined period of time at a k-th predetermined charging application voltage value among predetermined charging application voltage values of n types of secondary batteries.
(Step 3) If k = n, jump to
(Step 4) The voltage value applied to the secondary battery is detected while the secondary battery is being charged at the k-th lowest predetermined applied voltage value for a predetermined time.
(Step 5) If the detected voltage value is larger than the k-th lowest predetermined charging applied voltage value, a value obtained by adding 1 to the k is returned as a new k and the process returns to the
(Step 6) The applied voltage of the secondary battery is switched to the k-th lowest full-charge equilibrium potential among the full-charge equilibrium potentials of the n types of secondary batteries.
(Step 7) A current value flowing through the secondary battery is detected while the secondary battery is applied at the k-th lowest full charge equilibrium potential for a short time.
(Step 8) If the detected current value is larger than the charge completion reference value, the flow returns to the
[0027]
Alternatively, in the method for controlling the charging of a secondary battery as described in
(Step 1) Assuming that a variable is k (k = 1, 2,..., N), k is initialized and k = 1.
(Step 2) The secondary battery is charged for a predetermined period of time at a k-th predetermined charging application voltage value among predetermined charging application voltage values of n types of secondary batteries.
(Step 3) If k = n, jump to
(Step 4) The voltage value applied to the secondary battery is detected while the secondary battery is being charged at the k-th lowest predetermined applied voltage value for a predetermined time.
(Step 5) The difference between the voltage value detected during charging at the k-th predetermined charging applied voltage value this time and the k-th predetermined charging applied voltage value at the previous time. If the difference from the detected voltage value is within the predetermined range, the process proceeds to the
(Step 6) The applied voltage of the secondary battery is switched to the k-th lowest full-charge equilibrium potential among the full-charge equilibrium potentials of the n types of secondary batteries.
(Step 7) A current value flowing through the secondary battery is detected while the secondary battery is applied at the k-th lowest full charge equilibrium potential for a short time.
(Step 8) If the detected current value is larger than the charge completion reference value, the flow returns to the
[0028]
Furthermore, in the method for charging a secondary battery, a battery voltage value of the secondary battery after the completion of charging is monitored, and the battery voltage value is lower than a full charge equilibrium potential. When the voltage falls below the voltage value, recharge is performed.
[0029]
Then, the charging state of the secondary battery is checked, and a series of charging operations of charging at a predetermined charging voltage for a predetermined time are repeated, and the charging state is checked to reach a fully charged state. In the method of charging a secondary battery in which charging is stopped when it is determined that the time has reached, a relaxation time is provided between the series of charging operations.
[0030]
Specifically, as described in claim 14, a charging method for charging a plurality of secondary batteries, wherein a series of charging for a predetermined time at a predetermined charging voltage after checking a charging state of the secondary batteries. The charging operation is performed alternately for each uncharged secondary battery, and this is taken as one turn. A plurality of the secondary batteries are charged while repeating the turn, and it is determined that the battery has reached the fully charged state by checking the state of charge. In the method of charging a secondary battery in which charging is stopped from the secondary battery, the relaxation time is defined as a period of time from completion of a series of charging operations in a previous turn to a series of charging operations in a next turn in each secondary battery. It is the time between the start.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the charging method using the charging device for the
[0032]
First, the basic configuration of the charging device for the
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charging device for a
[0033]
The program /
[0034]
[0035]
[0036]
In the present embodiment, as an example of the notification means, the
[0037]
As used herein, a secondary battery is a battery that can be repeatedly charged and discharged, and converts electrical energy into chemical energy and stores it, and conversely converts the stored chemical energy into electrical energy and uses it. .
Representative examples of the
Hereinafter, the nickel-cadmium battery used in each embodiment will be described.
[0038]
In a nickel-cadmium battery, a positive electrode using nickel oxyhydroxide (Ni (OOH)) and a negative electrode using cadmium (Cd) are separated by a synthetic resin separator, and are sealed together with an alkaline electrolyte in a sealed battery container. It is a stored storage battery. The electrolyte is an aqueous solution containing potassium hydroxide having high conductivity as a main component, and lithium hydroxide, sodium hydroxide, or the like is added as needed to improve the characteristics of the positive electrode.
As for the electromotive reaction of this nickel-cadmium battery, the reaction of the positive electrode is represented by the following general formula (chemical reaction formula (1)).
[0039]
Embedded image
[0040]
The reaction of the negative electrode is represented by the following general formula (chemical reaction formula).
[0041]
Embedded image
[0042]
In the reaction of the positive electrode during discharge, nickel oxyhydroxide (Ni (OOH)) and water (H 2 O) and electrons from the positive electrode (e − ) Reacts with nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) Is produced, while in the reaction of the negative electrode, cadmium (Cd) is produced at the positive electrode and hydroxide ions (OH − ) To react with cadmium hydroxide (Cd (OH) 2 ) And electrons (e − ), And this electron (e − ) Is supplied to the positive electrode through an external load.
[0043]
In the cycle, electrons (e − ) Is used as work in the process of passing an external load. Therefore, the fact that this cycle works well means that the water (H 2 O) rich and product nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) Concentration is low, and cadmium hydroxide (Cd (OH) 2 ) Is low. When this is expressed by a mathematical formula, the following formula (Formula (1)) is obtained.
[0044]
(Equation 1)
[0045]
Where E 0 Is a standard electromotive force, which is a constant determined by the materials constituting the positive electrode and the negative electrode, and does not depend on their amounts. For a nickel-cadmium battery, this standard electromotive force E 0 Is about 1.2 [V (volt)]. R is a gas constant, T is an absolute temperature, and F is a Faraday number.
[0046]
As shown in the above equation (1), water (H 2 O) concentration C aq Nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) Concentration C N Is lower, the electromotive force E emf Cadmium hydroxide (Cd (OH) 2 ) Concentration C C Is lower, the electromotive force E emf Becomes larger. Electromotive force E emf Is large in the storage amount.
[0047]
By the way, in order to accurately know the state of charge of the
[0048]
Next, the characteristics of the charging voltage and the charging current of the
The horizontal axis of the graph in FIG. 3 indicates the battery terminal voltage, and the vertical axis indicates the charging current, and indicates the voltage-current characteristics of the
[0049]
That is, the curve shown by the broken line in FIG. 3 shows a state in which the charging rate of the
[0050]
This current peak value I (when the rate of increase of the charging current with respect to the applied voltage (ΔI / ΔE) becomes 0) so The applied voltage value corresponding to s And the predetermined charging applied voltage value E s Is a voltage value unique to the
[0051]
The applied voltage applied to the
Further, in the
[0052]
When the
[0053]
The irreversible reaction region D is a region indicated by oblique lines in FIG. 3. In this irreversible chemical reaction region D, an unintended exothermic reaction or abnormality such as swelling may possibly lead to destruction of the internal structure of the
[0054]
By the way, the storage capacity of the
The terminal voltage of the
[0055]
However, this full charge equilibrium potential E eq , The predetermined charging applied voltage value E s The charging current is lower and the charging time is significantly longer than in the case where the battery is charged by the battery.
[0056]
From the charging characteristics described above, the charging according to the present invention is performed at the peak value I of the charging current. so (Or approximately peak value I so ), Which is higher than the full charge equilibrium potential but does not reach the irreversible chemical reaction region D. s And the full charge state is determined by the full charge equilibrium potential E described above. eq By doing so, quick charging is performed without damaging the
[0057]
Next, a first embodiment of the charging device for the
The first embodiment of the charging device for the
The charging device according to the first embodiment is configured as shown in FIG. 1, and the program /
[0058]
In the charging device according to the first embodiment, the
[0059]
Note that this large-current charging is performed at the predetermined charging applied voltage value E. s However, when a voltage is applied to the
[0060]
Next, the charging control of the
First, when the user inputs the type of the
[0061]
This predetermined charging applied voltage value E s And full charge equilibrium potential E eq Is a unique value determined by the type, storage capacity, model number, and the like of a secondary battery such as a nickel-cadmium secondary battery and a nickel-hydrogen secondary battery. Equilibrium potential E eq Is about 1.41 [V] and a predetermined charging applied voltage value E s Is selected as about 1.80 [V] higher than that.
[0062]
Next, when the user performs a charging start operation by operating the operation unit 8 (step A2), a predetermined charging applied voltage value E is applied to the
[0063]
Here, this application time T 1 Is set, the charging applied voltage value E s Is determined from the change over time of the charging current when is applied. And this fixed time T 1 After the lapse of time, the applied voltage is now fully charged equilibrium potential eq (Step A4).
[0064]
The full charge equilibrium potential E eq Is a small time T 2 While the voltage is being applied, the current value i flowing through the
[0065]
Next, the detected current value i is compared with the charge completion reference value J by the check current value determination program (step A6). If the current value i is larger than the charge completion reference value J, Returning to step A3, the above-described flow (charging control) is repeated. On the other hand, if the current value i is equal to or less than the charging completion reference value J, it is determined that the
[0066]
By the way, the full charge equilibrium potential E eq Is applied, theoretically, as shown in the graph of FIG. 3, the current value i becomes 0 [mA] at a charging rate of 100% (fully charged state). Therefore, in order to prevent overcharging due to this, it is preferable to set the charge completion reference value J to a value slightly larger than 0 [mA], for example, about 10 [mA].
[0067]
Further, the predetermined charging applied voltage value E in step A3 s Charging time T to which is applied 1 Varies depending on the capacity, structure, shape and the like of the
[0068]
The reason for this is that when the applied voltage is eq Immediately after switching to, the charged electric charge remains on the electric field surface of the
[0069]
Note that the predetermined charging applied voltage value E in step A3 s After the application for a certain period of time, the applied voltage in step A4 is changed to the full charge equilibrium potential E. eq Before switching to, the terminals of the
[0070]
As described above, according to the charging device of the first embodiment, by detecting the current value i of the
[0071]
Further, according to this charging method, damage to the internal structure of the
[0072]
Next, a second embodiment of the charging device for the
The charging device according to the second embodiment is characterized in that the type and the like of the
[0073]
Full charge equilibrium potential E of
[0074]
FIG. 5 shows a nickel-hydrogen rechargeable battery of the first embodiment with a full charge equilibrium potential of 1.44 [V] and a predetermined applied voltage of 1.60 [V]. FIG. 6 is a diagram showing a battery terminal voltage, a charging current, and a lapse of time of a check current when a nickel-hydrogen secondary battery is charged at a set voltage value corresponding to a secondary battery. FIG. In the charging device for the
[0075]
In addition, there is a predetermined resistance between the
[0076]
Here, as shown in FIG. 3, the
[0077]
From such characteristics, as shown in FIG. 5, when the nickel-hydrogen secondary battery is charged at a set voltage value corresponding to the nickel-hydrogen secondary battery, the voltage between the terminals of the nickel-hydrogen secondary battery is A voltage of about 1.6 [V] corresponding to a predetermined charging applied voltage value (1.60 [V]) of the nickel-hydrogen secondary battery is applied, and a predetermined charging applied voltage value corresponding to the predetermined charging applied voltage value is applied. Current (current peak value I so ) Is conducted, and as a result, the voltage drop between the
[0078]
On the other hand, as shown in FIG. 6, when the nickel-cadmium secondary battery is charged at the set voltage value corresponding to the nickel-hydrogen secondary battery, the terminal of the nickel-cadmium secondary battery is maintained for a while after the start of charging. A voltage of 1.4 [V] to 1.6 [V] is applied between them. This is a voltage value lower than a predetermined charging applied voltage value (1.80 [V]) of the nickel-cadmium secondary battery. As a result, as the charging rate increases, the nickel-cadmium secondary battery increases. The charging current flowing through the battery gradually decreases. Accordingly, the voltage drop between the
[0079]
In addition, the check current is regularly checked based on the full charge equilibrium potential of the nickel-hydrogen secondary battery of 1.44 [V]. The full charge equilibrium potential of this nickel-hydrogen secondary battery is 1.44 [V]. V] is higher than the full-charge equilibrium potential of the nickel-cadmium secondary battery of 1.41 [V], so that the nickel-cadmium secondary battery cannot be charged until it is fully charged.
[0080]
Therefore, in the charging device according to the second embodiment, a case where a nickel-hydrogen secondary battery and a nickel-cadmium secondary battery are discriminated will be described as an example. At the corresponding voltage value, charging and the state of charge are checked. If the terminal voltage of the
[0081]
To be more specific, the charging device according to the second embodiment is also configured as shown in FIG. 1, and the storage means (memory) of the program /
The other configurations of the charging device according to the second embodiment are substantially the same as those of the charging device according to the first embodiment, and thus description thereof will be omitted.
[0082]
First, for the sake of simplicity, the storage means of the program /
Here, for the full charge equilibrium potential, E eql <E eqh For a given charging applied voltage value, E sl <E sh And
[0083]
First, when the user operates the operation unit 8 to perform a charging start operation (step B1), the
[0084]
Then, the
[0085]
The fixed time T 1 After the lapse of time, the applied voltage of the
[0086]
Next, the
Then, the detected current value i is determined by the check current value determination program (step B7). If the current value i is larger than the charge completion reference value J, the flow returns to step B2 to return to the above flow. On the other hand, if the current value i is equal to or less than the charge completion reference value J, the charging is stopped (step B8).
[0087]
On the other hand, in step B4, the
[0088]
The fixed time T 1 After a lapse of time, the applied voltage of the
[0089]
Next, the
The detected current value i is determined by the check current value determination program (step B12). If the current value i is larger than the charge completion reference value J, the flow returns to step B9 to return to the above flow. When the current value i is equal to or smaller than the charge completion reference value J, the charging is stopped (step B9).
[0090]
As described above, the storage means of the program /
[0091]
Next, generally, the storage means of the program /
Here, the full charge equilibrium potential is E eq1 <E eq2 , ..., <E eqn And the predetermined charging applied voltage value is E s1 <E s2 , ..., <E sn And
[0092]
First, here, the variable is set to k (k = 1, 2,..., N), k is initialized, and k = 1 (step C1). Next, when the user operates the operation unit 8 to perform a charging start operation (step C2), the
[0093]
Here, when k = n (step C4), the process jumps to step C8 described later, and when k ≦ n−1, the
[0094]
The fixed time T 1 After the passage of time, the applied voltage of the
[0095]
Next, the
[0096]
The detected current value i is determined by the check current value determination program (step C10). If the current value i is larger than the charge completion reference value J, the flow returns to step C3 to return to the above-described flow. When the current value i is equal to or less than the charge completion reference value J, the charging is stopped (step C11).
[0097]
It should be noted that after the voltage is applied for a certain period of time at the predetermined charging applied voltage value in step B2 (or step B9, step C3), the applied voltage in step B5 (or step B10, step C8) is fully charged. Before switching to the equilibrium potential, the two terminals of the
[0098]
As described above, according to the charging device of the second embodiment, the same effects as those of the charging device of the first embodiment can be obtained, and the type and the like of the
[0099]
Next, a third embodiment of the charging device for the
The charging device according to the third embodiment has a predetermined charging applied voltage value E s The charging voltage value e detected by the
[0100]
The charging device of the third embodiment is also configured as shown in FIG. 1, and the storage means (memory) of the program /
The other configuration of the charging device according to the third embodiment is substantially the same as that of the charging device according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0101]
First, for the sake of simplicity, the storage means of the program /
Here, for the full charge equilibrium potential, E eql <E eqh For a given charging applied voltage value, E sl <E sh And
[0102]
First, when the user operates the operation unit 8 to perform a charging start operation (step D1), the
[0103]
Then, the
[0104]
The fixed time T 1 After the lapse of time, the applied voltage of the
[0105]
Next, the
Then, the detected current value i is determined by the check current value determination program (step D7). If the current value i is larger than the charge completion reference value J, the process returns to step D2 to return to the above-described flow. If the current value i is equal to or less than the charge completion reference value J, the charging is stopped (step D8).
[0106]
On the other hand, in step D4, if the difference Δe exceeds the predetermined range W, the applied voltage of the
[0107]
The fixed time T 1 After a lapse of time, the applied voltage of the
[0108]
Next, the
[0109]
Then, the detected current value i is determined by the check current value determination program (step D12). If the current value i is larger than the charge completion reference value J, the flow returns to step D9 to return to the above-described flow. If the current value i is equal to or less than the charge completion reference value J, the charging is stopped (step D8).
[0110]
As described above, the storage means of the program /
Next, generally, the storage means of the program /
Here, the full charge equilibrium potential is E eq1 <E eq2 , ..., <E eqn And the predetermined charging applied voltage value is E s1 <E s2 , ..., <E sn And
[0111]
First, here, the variable is set to k (k = 1, 2,..., N), k is initialized, and k = 1 (step F1). Next, when the user operates the operation unit 8 to perform a charging start operation (step F2), the
[0112]
Here, when k = n (step F4), the processing jumps to step F8 described later, and when k ≦ n−1, the
[0113]
The fixed time T 1 After the passage of time, the applied voltage of the
[0114]
Next, the
[0115]
The detected current value i is determined by the check current value determination program (step F10). If the current value i is larger than the charge completion reference value J, the flow returns to step F3 to return to the above-described flow. When the current value i is equal to or smaller than the charge completion reference value J, the charging is stopped (step F11).
[0116]
It should be noted that the voltage applied at the step D2 (or step D9, step F3) is fully charged after the voltage is applied for a certain period of time at the predetermined charging applied voltage value at step D5 (or step D10, step F8). Before switching to the equilibrium potential, the two terminals of the
[0117]
As described above, the charging device according to the third embodiment also has the same effect as the charging device according to the first embodiment, and automatically determines the type of the
[0118]
Next, a fourth embodiment of the charging device for the
If the
[0119]
Therefore, in the charging device according to the fourth embodiment, the secondary battery that has been charged by any one of the first to twelfth embodiments or by a method other than the above embodiment is used. When the battery voltage of No. 1 becomes equal to or less than a predetermined voltage, recharging is performed.
[0120]
The charging device of the fourth embodiment is also configured as shown in FIG. 1, and the program /
[0121]
This recharge voltage value E r Is, for example, the full charge equilibrium potential E eq The battery voltage of the
[0122]
The stop of the recharging is performed according to the charging stop condition of any one of the first to third embodiments, or in the case of a charging apparatus using a method other than the above-described embodiment. The condition for stopping charging of the charging device shall be followed.
[0123]
As described above, if the battery is configured to be recharged, the battery voltage of the
Also, in this recharging, since the recharge is properly performed to a fully charged state without causing an excessive chemical reaction (redox reaction), the internal structure of the
[0124]
Next, a fifth embodiment of the charging device for the
FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the charging device of the fifth embodiment of the charging device for the
[0125]
In FIG. 11,
[0126]
The charging
Note that the
[0127]
The charge state is checked, for example, by determining the charge current value i in step A6 in the first embodiment, or by determining the charge current value i in step B7, step B12, or step C10 in the second embodiment. Alternatively, the determination is made by determining the charging current value i in step D7, step D12, or step F10 in the third embodiment, and the charging voltage includes, for example, the predetermined charging applied voltage value E. s Is used.
[0128]
The charging
[0129]
Supplementally, during the charging of the
[0130]
It should be noted that also in the first to third embodiments, in each of the
[0131]
Next, a sixth embodiment of the charging device for the
As shown in FIG. 12, a cooling
12,
[0132]
As described above, the charging
[0133]
With the above configuration, heat generation of the
[0134]
Next, a seventh embodiment of the charging device for the
The charging
[0135]
As shown in FIGS. 11 and 13, the removal means of the charging
[0136]
With the above configuration, as shown in FIG. 13B, when the user presses the
[0137]
Then, as shown in FIG. 13 (a), when the user releases the
[0138]
As described above, when the user operates the take-
[0139]
Next, an eighth embodiment of the charging device for the
The charging
[0140]
As shown in FIG. 14, the removing means of the charging
[0141]
As shown in FIGS. 14A and 14B, when one side of the
[0142]
Although the first to eighth embodiments of the charging device for the
[0143]
【The invention's effect】
The present invention configured as described above has the following effects.
First, according to the first aspect of the present invention, during the charging process, the type of the secondary battery or the like is automatically determined, and the secondary battery is fully charged without causing an excessive chemical reaction (oxidation-reduction reaction) inside the secondary battery. Charging can be properly performed up to the charging state. As a result, the cycle life can be significantly improved without damaging the internal structure of the secondary battery. In particular, since the main charging in this charging device is performed at a predetermined charging applied voltage value equal to or higher than the full charging equilibrium potential, a considerably large charging current flows, and the charging time can be reduced. In addition, since the charge state is checked at the full charge equilibrium potential, the battery can be charged to the full charge state accurately.
[0144]
According to the second aspect of the present invention, during the charging process, the type of the secondary battery is automatically determined, and the secondary battery is fully charged without causing an excessive chemical reaction (oxidation-reduction reaction) inside the secondary battery. Charging can be properly performed up to the charging state. As a result, the cycle life can be significantly improved without damaging the internal structure of the secondary battery. In particular, since the main charging in this charging device is performed at a predetermined charging applied voltage value equal to or higher than the full charging equilibrium potential, a considerably large charging current flows, and the charging time can be reduced. In addition, since the charge state is checked at the full charge equilibrium potential, the battery can be charged to the full charge state accurately.
[0145]
According to the third aspect of the present invention, the battery voltage of the secondary battery taken out of the charging device is always higher than the recharge voltage value, and is in a state suitable for use, so that the convenience can be improved.
Also, in this recharging, the recharge is properly performed until the battery is fully charged without causing an excessive chemical reaction (redox reaction), so that the internal structure of the secondary battery is not damaged and the cycle life is increased. And the charging time until full charging is shortened.
[0146]
Further, in the invention according to
[0147]
According to the invention described in
Supplementally, during the charging of the secondary battery, an electrode reaction occurs on the surface of the electrode in contact with the electrolyte, and the process of this electrode reaction is the movement of the reactant from inside the electrolyte to the electrode surface, and the reaction between the reactant and the electrode. And the transfer of the product from the electrode surface to the inside of the electrolytic solution at the same time, and this transfer takes a considerable amount of time. Is checked, it may be detected as if it has reached a fully charged state due to ions in the moving process that are electrophoresing near the electrode surface. In order to prevent this erroneous detection, it is effective to provide a relaxation time. In the secondary battery charging apparatus according to the thirtieth aspect of the present invention, as a part of the charging cycle for each secondary battery, a reasonable and effective Has a relaxation time.
[0148]
Further, in the invention according to
[0149]
According to the seventh aspect of the present invention, the secondary battery can be easily taken out with one touch, and the convenience is improved.
[0150]
According to the invention described in claim 8, when the user operates the operation member, one side of the push-up member protrudes and retracts from the seat of the charging device, and the secondary battery can be easily taken out with one touch. , Convenience is improved.
[0151]
According to the ninth aspect of the present invention, when one longitudinal side of the secondary battery is pushed down, the one side sinks into the depression, and the other longitudinal side of the secondary battery rises, and the secondary battery rises. The support of both terminals of the secondary battery is released, and the secondary battery is taken out. In this way, the secondary battery can be easily taken out with one touch, and the convenience is improved.
[0152]
According to the tenth aspect, during the charging process, the type of the secondary battery and the like are automatically determined, and the secondary battery is fully charged without causing an excessive chemical reaction (oxidation-reduction reaction) inside the secondary battery. Charging can be properly performed up to the charging state. As a result, the cycle life can be significantly improved without damaging the internal structure of the secondary battery. In particular, since the main charging in this charging device is performed at a predetermined charging applied voltage value equal to or higher than the full charging equilibrium potential, a considerably large charging current flows, and the charging time can be reduced. In addition, since the charge state is checked at the full charge equilibrium potential, the battery can be charged to the full charge state accurately.
[0153]
Also, in the invention according to the eleventh aspect, during the charging process, the type of the secondary battery or the like is automatically determined, and the secondary battery is fully charged without causing an excessive chemical reaction (oxidation-reduction reaction) inside the secondary battery. Charging can be properly performed up to the charging state. As a result, the cycle life can be significantly improved without damaging the internal structure of the secondary battery. In particular, since the main charging in this charging device is performed at a predetermined charging applied voltage value equal to or higher than the full charging equilibrium potential, a considerably large charging current flows, and the charging time can be reduced. In addition, since the charge state is checked at the full charge equilibrium potential, the battery can be charged to the full charge state accurately.
[0154]
According to the twelfth aspect of the present invention, the battery voltage of the secondary battery taken out of the charging device is always higher than the recharge voltage value and is in a state suitable for use, so that the convenience can be improved.
Also, in this recharging, the recharge is properly performed until the battery is fully charged without causing an excessive chemical reaction (redox reaction), so that the internal structure of the secondary battery is not damaged and the cycle life is increased. And the charging time until full charging is shortened.
[0155]
Then, in the invention according to the thirteenth aspect, the state of charge of the secondary battery is checked, and a series of charging operations for charging at a predetermined charge voltage for a predetermined time are repeated, and the state of charge is checked to check that the secondary battery is fully charged. In the method of charging a secondary battery in which charging is stopped when it is determined that the battery has reached the charging time, a relaxation time is provided between the above-described series of charging operations to accurately check a full charge state in the next series of charging operations. Can be performed more reliably.
[0156]
Further, in the invention according to claim 14, charging is suspended from completion of a series of charging operations of the previous turn in each secondary battery to start of a series of charging operations of the next turn. Becomes the relaxation time, the electrode surface is stabilized, and the full charge state can be checked accurately in the next turn, and the reliability is improved.
Supplementally, during the charging of the secondary battery, an electrode reaction occurs on the surface of the electrode in contact with the electrolyte, and the process of this electrode reaction is the movement of the reactant from inside the electrolyte to the electrode surface, and the reaction between the reactant and the electrode. And the transfer of the product from the electrode surface to the inside of the electrolytic solution at the same time, and this transfer takes a considerable amount of time. Is checked, it may be detected as if it has reached a fully charged state due to ions in the moving process that are electrophoresing near the electrode surface. In order to prevent this erroneous detection, it is effective to provide a relaxation time. In the secondary battery charging apparatus according to the thirtieth aspect of the present invention, as a part of the charging cycle for each secondary battery, a reasonable and effective Has a relaxation time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a charging device for a
FIG. 2 is a circuit diagram for measuring the electromotive force of the
FIG. 3 is a graph showing current-voltage characteristics for each charging rate of the
FIG. 4 is a flowchart illustrating charging control by the charging device for the
FIG. 5 is a graph showing a time course of a battery terminal voltage, a charging current, and a check current of a nickel-hydrogen secondary battery.
FIG. 6 is a graph showing a battery terminal voltage, a charging current, and a check current of a nickel-cadmium secondary battery over time.
FIG. 7 is a flowchart illustrating charging control by the charging device for the
FIG. 8 is a flowchart illustrating charging control by the charging device for the
FIG. 9 is a flowchart illustrating charging control by the charging device for the
FIG. 10 is a flowchart illustrating charging control by the charging device for the
FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a charging
FIG. 12 is a side sectional view showing a configuration of a charging
FIG. 13 is a rear cross-sectional view illustrating a configuration of an extraction unit of a charging
FIG. 14 is a side cross-sectional view showing a configuration of a take-out means of a charging
[Explanation of symbols]
1 Secondary battery
2 Power supply section
3 Current detector
4 Program / operation control unit
5 Voltage / current control unit
6 Charging voltage supply
9 Voltage detector
Claims (14)
前記充電制御装置は、
n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、満充電平衡電位と、充電電流のピーク値または略ピーク値を得る充電印加電圧値であって、該満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、を記憶した記憶手段と、
前記充電電圧供給手段から供給される充電電圧を切り換える切換手段と、
前記満充電平衡電位での印加中に電流検出手段で検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準値とを比較判定する電流値判定手段と、
前記所定の充電印加電圧値での充電中に電圧検出手段で検出された充電電圧値と、該所定の充電印加電圧値とを比較する電圧値判定手段と、
を具備し、
以下のステップに従って二次電池の充電を制御することを特徴とする二次電池の充電装置。
(ステップ1)変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする。
(ステップ2)充電装置にセットされた二次電池をn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ3)k=nのときは、ステップ6へジャンプする。
(ステップ4)二次電池を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電している間に、前記電圧検出手段によって二次電池に印加されている電圧値を検出する。
(ステップ5)前記電圧値判定手段によってこの検出した電圧値の比較を行い、該電圧値が該第k番目に低い所定の充電印加電圧値よりも大きな値であれば、該kに1を加えたものを新たなkとして前記ステップ2に戻り、一方、該電圧値が該第k番目に低い所定の充電印加電圧値以下であれば、次のステップ6へ移行する。
(ステップ6)二次電池の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位に切り換える。
(ステップ7)二次電池を該第k番目に低い満充電平衡電位で微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に流れている電流値を検出する。
(ステップ8)前記電流値判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が充電完了基準値より大きな値であれば、前記ステップ2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値が該充電完了基準値以下であれば、充電を停止する。Charging voltage supply means for supplying a charging voltage to the secondary battery, current detecting means for detecting a current value of a charging current supplied to the secondary battery, and voltage detecting means for detecting a voltage applied to the secondary battery A charging device for a secondary battery, comprising: a charging control device that controls charging of the secondary battery;
The charge control device,
For a secondary battery of n (n is a natural number of 2 or more) types, a full charge equilibrium potential and a charge applied voltage value for obtaining a peak value or substantially a peak value of a charge current, which exceeds the full charge equilibrium potential. Storage means for storing a predetermined charging applied voltage value that does not reach the irreversible chemical reaction area,
Switching means for switching a charging voltage supplied from the charging voltage supply means,
A current value detected by the current detection unit during application at the full charge equilibrium potential, and a current value determination unit that determines and compares a charge completion reference value set in advance,
A charging voltage value detected by the voltage detecting unit during charging at the predetermined charging applied voltage value, and a voltage value determining unit that compares the predetermined charging applied voltage value;
With
A charging device for a secondary battery, which controls charging of a secondary battery according to the following steps.
(Step 1) Assuming that a variable is k (k = 1, 2,..., N), k is initialized and k = 1.
(Step 2) The secondary battery set in the charging device is charged for a predetermined time at a k-th predetermined charging applied voltage value among predetermined charging applied voltage values of the n types of secondary batteries.
(Step 3) If k = n, jump to Step 6.
(Step 4) While the secondary battery is being charged at the k-th lowest predetermined charging applied voltage value for a predetermined time, the voltage value applied to the secondary battery is detected by the voltage detecting means.
(Step 5) The detected voltage value is compared by the voltage value determination means, and if the voltage value is larger than the k-th lowest predetermined charge application voltage value, 1 is added to k. Then, the process returns to the step 2 as a new k. On the other hand, if the voltage value is equal to or lower than the k-th lowest predetermined charge application voltage value, the process proceeds to the next step 6.
(Step 6) The applied voltage of the secondary battery is switched to the k-th lowest full-charge equilibrium potential among the full-charge equilibrium potentials of the n types of secondary batteries.
(Step 7) While the secondary battery is being applied at the k-th lowest full-charge equilibrium potential for a short time, the current value flowing through the secondary battery is detected by the current detecting means.
(Step 8) The detected current value is determined by the current value determining means. If the detected current value is larger than the charging completion reference value, the process returns to step 2 and the above flow is repeated. If the current value is equal to or less than the charging completion reference value, charging is stopped.
前記充電制御装置は、
n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、満充電平衡電位と、充電電流のピーク値または略ピーク値を得る充電印加電圧値であって、該満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、を記憶した記憶手段と、
前記充電電圧供給手段から供給される充電電圧を切り換える切換手段と、
前記満充電平衡電位での印加中に電流検出手段で検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準値とを比較判定する電流値判定手段と、
前記所定の充電印加電圧値での充電中に電圧検出手段で検出された充電電圧値と、その前の回の所定の充電印加電圧値での充電中に電圧検出手段で検出された充電電圧値との差が、予め入力設定された所定の範囲内にあるかを判定する電圧差判定手段と、
を具備し、
以下のステップに従って二次電池の充電を制御することを特徴とする二次電池の充電装置。
(ステップ1)変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする。
(ステップ2)充電装置にセットされた二次電池をn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ3)k=nのときは、ステップ6へジャンプする。
(ステップ4)二次電池を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電している間に、前記電圧検出手段によって二次電池に印加されている電圧値を検出する。
(ステップ5)前記電圧差判定手段によって今回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で充電している間に検出した電圧値と、前回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で充電している間に検出した電圧値との差が所定の範囲内にあれば、次のステップ5へ移行し、一方、該差が所定の所定の範囲を越えていれば、該kに1を加えたものを新たなkとして前記ステップ2へ戻る。ただし、今回の電圧値の検出が第1回目のときは、そのまま次のステップ6へ移行する。
(ステップ6)二次電池の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位に切り換える。
(ステップ7)二次電池を該第k番目に低い満充電平衡電位で微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に流れている電流値を検出する。
(ステップ8)前記電流値判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が充電完了基準値より大きな値であれば、前記ステップ2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該電流値が該充電完了基準値以下であれば、充電を停止する。Charging voltage supply means for supplying a charging voltage to the secondary battery, current detecting means for detecting a current value of a charging current supplied to the secondary battery, and voltage detecting means for detecting a voltage applied to the secondary battery A charging device for a secondary battery, comprising: a charging control device that controls charging of the secondary battery;
The charge control device,
For a secondary battery of n (n is a natural number of 2 or more) types, a full charge equilibrium potential and a charge applied voltage value for obtaining a peak value or substantially a peak value of a charge current, which exceeds the full charge equilibrium potential. Storage means for storing a predetermined charging applied voltage value that does not reach the irreversible chemical reaction area,
Switching means for switching a charging voltage supplied from the charging voltage supply means,
A current value detected by the current detection unit during application at the full charge equilibrium potential, and a current value determination unit that determines and compares a charge completion reference value set in advance,
The charging voltage value detected by the voltage detecting means during the charging at the predetermined charging applied voltage value, and the charging voltage value detected by the voltage detecting means during the previous charging at the predetermined charging applied voltage value Voltage difference determining means for determining whether the difference is within a predetermined range set in advance,
With
A charging device for a secondary battery, which controls charging of a secondary battery according to the following steps.
(Step 1) Assuming that a variable is k (k = 1, 2,..., N), k is initialized and k = 1.
(Step 2) The secondary battery set in the charging device is charged for a predetermined time at a k-th predetermined charging applied voltage value among predetermined charging applied voltage values of the n types of secondary batteries.
(Step 3) If k = n, jump to Step 6.
(Step 4) While the secondary battery is being charged at the k-th lowest predetermined charging applied voltage value for a predetermined time, the voltage value applied to the secondary battery is detected by the voltage detecting means.
(Step 5) The voltage difference detected by the voltage difference determination means during the current charging at the k-th predetermined charging applied voltage value, and the k-th predetermined charging applied voltage value at the previous time. If the difference from the voltage value detected during charging is within a predetermined range, the process proceeds to the next step 5, while if the difference exceeds a predetermined range, 1 is added to k. And returns to step 2 as a new k. However, when the current voltage value is detected for the first time, the process directly proceeds to the next step 6.
(Step 6) The applied voltage of the secondary battery is switched to the k-th lowest full-charge equilibrium potential among the full-charge equilibrium potentials of the n types of secondary batteries.
(Step 7) While the secondary battery is being applied at the k-th lowest full-charge equilibrium potential for a short time, the current value flowing through the secondary battery is detected by the current detecting means.
(Step 8) The detected current value is determined by the current value determining means. If the detected current value is larger than the charging completion reference value, the process returns to step 2 and the above flow is repeated. If the current value is equal to or less than the charging completion reference value, charging is stopped.
二次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
該電圧検出手段により検出された充電完了後の二次電池の電池電圧値と、満充電平衡電位よりも低い再充電電圧値とを比較判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段による判定で、該電池電圧値が該再充電電圧値以下となったときに、前記充電電圧供給手段により充電電圧を供給して、再充電を行うように構成したことを特徴とする二次電池の充電装置。Charging voltage supply means for supplying a charging voltage to the secondary battery,
Voltage detection means for detecting the battery voltage of the secondary battery,
Battery voltage value of the secondary battery after completion of charging detected by the voltage detection device, and a determination unit for comparing and determining a recharge voltage value lower than a full charge equilibrium potential,
With
When the battery voltage value is equal to or less than the recharge voltage value in the determination by the determination means, a charging voltage is supplied by the charging voltage supply means to perform recharging. Rechargeable battery charger.
前記充電装置内の発熱部を冷却するための冷却手段を設けたことを特徴とする二次電池の充電装置。The charging device for a secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
A charging device for a secondary battery, comprising cooling means for cooling a heat generating portion in the charging device.
前記操作部材の操作によって、前記座部から前記押上部材の一側部が出没するように構成したことを特徴とする請求項7に記載の二次電池の充電装置。The take-out means includes an operation member that is pressed down by a user, a push-up member that pushes up the secondary battery set in the seat, a pivot shaft that pivotally supports the push member, and an attachment member that is attached to the pivot shaft. Biasing means for biasing the push-up member in a direction opposite to the push-up direction,
The rechargeable battery charging device according to claim 7, wherein one side of the push-up member is protruded and retracted from the seat by operation of the operation member.
n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、
満充電平衡電位と、
充電電流のピーク値または略ピーク値を得る充電印加電圧値であって、該満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、
を記憶手段に予め記憶させておき、
以下のステップに従って二次電池を充電することを特徴とする二次電池の充電方法。
(ステップ1)変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする。
(ステップ2)二次電池をn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ3)k=nのときは、ステップ6へジャンプする。
(ステップ4)二次電池を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電している間に、二次電池に印加されている電圧値を検出する。
(ステップ5)この検出した電圧値が該第k番目に低い所定の充電印加電圧値よりも大きな値であれば、該kに1を加えたものを新たなkとして前記ステップ2に戻り、一方、該検出した電圧値が該第k番目に低い所定の充電印加電圧値以下であれば、次のステップ6へ移行する。
(ステップ6)二次電池の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位に切り換える。
(ステップ7)二次電池を該第k番目に低い満充電平衡電位で微小時間印加している間に、二次電池に流れている電流値を検出する。
(ステップ8)この検出した電流値が充電完了基準値より大きな値であれば、前記ステップ2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該検出した電流値が該充電完了基準値以下であれば、充電を停止する。In the method of controlling the charge of the secondary battery,
n (n is a natural number of 2 or more) types of secondary batteries,
Full charge equilibrium potential,
A predetermined applied voltage value that is a charging applied voltage value that obtains a peak value or a substantially peak value of the charging current, and that exceeds the full charge equilibrium potential but does not reach the irreversible chemical reaction region;
Is stored in the storage means in advance,
A method for charging a secondary battery, comprising charging the secondary battery according to the following steps.
(Step 1) Assuming that a variable is k (k = 1, 2,..., N), k is initialized and k = 1.
(Step 2) The secondary battery is charged for a predetermined period of time at a k-th predetermined charging application voltage value among predetermined charging application voltage values of n types of secondary batteries.
(Step 3) If k = n, jump to Step 6.
(Step 4) The voltage value applied to the secondary battery is detected while the secondary battery is being charged at the k-th lowest predetermined applied voltage value for a predetermined time.
(Step 5) If the detected voltage value is larger than the k-th lowest predetermined charging applied voltage value, a value obtained by adding 1 to the k is returned as a new k and the process returns to the step 2; If the detected voltage value is equal to or lower than the k-th lowest predetermined charge application voltage value, the process proceeds to the next step 6.
(Step 6) The applied voltage of the secondary battery is switched to the k-th lowest full-charge equilibrium potential among the full-charge equilibrium potentials of the n types of secondary batteries.
(Step 7) A current value flowing through the secondary battery is detected while the secondary battery is applied at the k-th lowest full charge equilibrium potential for a short time.
(Step 8) If the detected current value is larger than the charge completion reference value, the flow returns to the step 2 and the above flow is repeated. If the detected current value is equal to or less than the charge completion reference value, Stop charging.
n(nは2以上の自然数)種類の二次電池についての、
満充電平衡電位と、
充電電流のピーク値または略ピーク値を得る充電印加電圧値であって、該満充電平衡電位を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、
を記憶手段に予め記憶させておき、
以下のステップに従って二次電池を充電することを特徴とする二次電池の充電方法。
(ステップ1)変数をk(k=1、2、・・・、n)として、該kを初期化し、k=1とする。
(ステップ2)二次電池をn種類の二次電池の所定の充電印加電圧値のうち第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ3)k=nのときは、ステップ6へジャンプする。
(ステップ4)二次電池を該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で所定時間充電している間に、二次電池に印加されている電圧値を検出する。
(ステップ5)今回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で充電している間に検出した電圧値と、前回該第k番目に低い所定の充電印加電圧値で充電している間に検出した電圧値との差が所定の範囲内にあれば、次のステップ6へ移行し、一方、該差が所定の所定の範囲を越えていれば、該kに1を加えたものを新たなkとして前記ステップ2へ戻る。ただし、今回の電圧値の検出が第1回目のときは、そのまま次のステップ6へ移行する。
(ステップ6)二次電池の印加電圧をn種類の二次電池の満充電平衡電位のうち第k番目に低い満充電平衡電位に切り換える。
(ステップ7)二次電池を該第k番目に低い満充電平衡電位で微小時間印加している間に、二次電池に流れている電流値を検出する。
(ステップ8)この検出した電流値が充電完了基準値より大きな値であれば、前記ステップ2に戻って上記のフローを繰り返し、一方、該検出した電流値が該充電完了基準値以下であれば、充電を停止する。In the method of controlling the charge of the secondary battery,
n (n is a natural number of 2 or more) types of secondary batteries,
Full charge equilibrium potential,
A predetermined applied voltage value that is a charging applied voltage value that obtains a peak value or a substantially peak value of the charging current, and that exceeds the full charge equilibrium potential but does not reach the irreversible chemical reaction region;
Is stored in the storage means in advance,
A method for charging a secondary battery, comprising charging the secondary battery according to the following steps.
(Step 1) Assuming that a variable is k (k = 1, 2,..., N), k is initialized and k = 1.
(Step 2) The secondary battery is charged for a predetermined period of time at a k-th predetermined charging application voltage value among predetermined charging application voltage values of n types of secondary batteries.
(Step 3) If k = n, jump to Step 6.
(Step 4) The voltage value applied to the secondary battery is detected while the secondary battery is being charged at the k-th lowest predetermined applied voltage value for a predetermined time.
(Step 5) The difference between the voltage value detected during charging at the k-th predetermined charging applied voltage value this time and the k-th predetermined charging applied voltage value at the previous time. If the difference from the detected voltage value is within the predetermined range, the process proceeds to the next step 6. On the other hand, if the difference exceeds the predetermined range, a value obtained by adding 1 to k is newly added. Then, the process returns to step 2 as n. However, when the current voltage value is detected for the first time, the process directly proceeds to the next step 6.
(Step 6) The applied voltage of the secondary battery is switched to the k-th lowest full-charge equilibrium potential among the full-charge equilibrium potentials of the n types of secondary batteries.
(Step 7) A current value flowing through the secondary battery is detected while the secondary battery is applied at the k-th lowest full charge equilibrium potential for a short time.
(Step 8) If the detected current value is larger than the charge completion reference value, the flow returns to the step 2 and the above flow is repeated. If the detected current value is equal to or less than the charge completion reference value, Stop charging.
充電完了後の二次電池の電池電圧値を監視し、該電池電圧値が、満充電平衡電位よりも低い再充電電圧値以下となったときに、再充電を行うことを特徴とする二次電池の充電方法。In the method of charging a secondary battery,
Monitoring the battery voltage value of the secondary battery after the completion of charging, and performing recharging when the battery voltage value becomes equal to or lower than a recharge voltage value lower than a full charge equilibrium potential. How to charge the battery.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003139621A JP2004343936A (en) | 2003-05-16 | 2003-05-16 | Charging device and charging method for secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003139621A JP2004343936A (en) | 2003-05-16 | 2003-05-16 | Charging device and charging method for secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004343936A true JP2004343936A (en) | 2004-12-02 |
Family
ID=33528638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003139621A Pending JP2004343936A (en) | 2003-05-16 | 2003-05-16 | Charging device and charging method for secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004343936A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011105005A1 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Takahashi Sachio | Charger and charging apparatus |
JP5015335B1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-08-29 | 幸男 高橋 | Charger and charger |
-
2003
- 2003-05-16 JP JP2003139621A patent/JP2004343936A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011105005A1 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Takahashi Sachio | Charger and charging apparatus |
JP2011182496A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Yukio Takahashi | Charger, and charging apparatus |
US9293941B2 (en) | 2010-02-26 | 2016-03-22 | Sachio Takahashi | Charger and charging apparatus |
JP5015335B1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-08-29 | 幸男 高橋 | Charger and charger |
WO2012123994A1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-09-20 | Takahashi Sachio | Charger and charging device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100611059B1 (en) | Charging apparatus and charging method of secondary battery | |
CN110268594B (en) | Battery pack and method for controlling charging of battery pack | |
JP5281843B2 (en) | Battery pack and charging method thereof | |
US20070108945A1 (en) | Charging method, charging circuit, and charging device | |
CN109075401B (en) | Battery pack and method of charging battery pack | |
WO2013006415A2 (en) | Using reference electrodes to manage batteries for portable electronic devices | |
JP4725605B2 (en) | Charging circuit | |
JP2001292534A (en) | Determining apparatus for deterioration of lithium ion battery | |
CN112771708A (en) | Deterioration degree of storage element, storage battery power level detection device, and storage element management unit | |
JP2011109840A (en) | Charging system which guarantees lifespan of secondary battery | |
TWI383559B (en) | Charging system and charging method | |
US6020722A (en) | Temperature compensated voltage limited fast charge of nickel cadmium and nickel metal hybride battery packs | |
JP2004343936A (en) | Charging device and charging method for secondary battery | |
JP3430439B2 (en) | Secondary battery charging method and secondary battery charging device | |
JP2011192425A (en) | Memory effect reducing circuit, battery power supply device, battery utilization system, and memory effect reducing method | |
JP2009033795A (en) | Charging equipment, and charge type electric instrument equipped with the charging equipment | |
JP3707636B2 (en) | Charge control method and charge control device | |
JPH10285820A (en) | Method and apparatus for charging alkaline dry cell | |
JP2006262614A (en) | Charger and charging method | |
JP2005124340A (en) | Charger for secondary battery | |
JP2003333765A (en) | Method for charging secondary battery | |
JP2005110333A (en) | Charger of secondary battery | |
JP4013289B2 (en) | Non-aqueous secondary battery charging method and charging device therefor | |
JP2003333758A (en) | Method for charging secondary battery | |
JP2003333764A (en) | Method for charging secondary battery |