JP2005110333A - 二次電池の充電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】充電中に過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態までの充電を急速、且つ確実に行うことができる、直列に接続された複数の二次電池から成る二次電池群を充電する充電装置を提供することを課題とする。
【解決手段】充電電圧供給手段5により二次電池群2を所定の充電印加電圧値Epで所定時間T1充電して、切換手段7により二次電池群2を印加する電圧供給手段を、充電電圧供給手段5からチェック電圧供給手段6に切り換え、該チェック電圧供給手段6により二次電池群2をチェック電圧値Ecで微小時間T2印加している間に、電流検出手段8で該二次電池群2に流れる電流値iを検出し、該電流値iを電流判定手段4cで判定して、該電流値iが充電完了基準電流値Jより大きな値であれば上記のフローを繰り返し、該電流値iが充電完了基準電流値J以下であれば二次電池群2の充電を停止するように構成した充電装置3とする。
【選択図】図5
【解決手段】充電電圧供給手段5により二次電池群2を所定の充電印加電圧値Epで所定時間T1充電して、切換手段7により二次電池群2を印加する電圧供給手段を、充電電圧供給手段5からチェック電圧供給手段6に切り換え、該チェック電圧供給手段6により二次電池群2をチェック電圧値Ecで微小時間T2印加している間に、電流検出手段8で該二次電池群2に流れる電流値iを検出し、該電流値iを電流判定手段4cで判定して、該電流値iが充電完了基準電流値Jより大きな値であれば上記のフローを繰り返し、該電流値iが充電完了基準電流値J以下であれば二次電池群2の充電を停止するように構成した充電装置3とする。
【選択図】図5
Description
本発明は、直列に接続された複数の二次電池から成る二次電池群を充電するための充電装置に関する。
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、二次電池の使用が増加している。ユーザにとっては、これらの機器に使用する二次電池はできるだけ反復使用ができ、コスト面での負担が軽減できるものでありたい。
ところで、この二次電池を充電する際、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。
そこで、特許文献1では、二次電池を適正に充電するための充電装置として、次のような技術が開示されている。
この二次電池の充電装置は、二次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、該二次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。
この二次電池の充電装置は、二次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、該二次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。
このように特許文献1に開示されている充電装置では、そ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二次電池の充電状態を監視して、充電終了状態を判定している。
しかしながら、特許文献1において、前記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種々の不都合が生じる。例えば、電極種や、電解質種の違い、電池構造の違い等による二次電池の種類によって充電時における特性は異なる。さらには、同一種、同型番の二次電池であっても、充電時の環境条件の違い、該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ってくる。そのため、同一パターンでの充電は結果的に過充電となることもあり、その結果、二次電池内部で異常な化学反応を引き起こして発熱し、充電効率は低下する。また、このとき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。その結果、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いた。
この二次電池の内部における化学反応は、正極と負極との間で電子を授受する酸化還元反応であり、その反応速度は電荷の移動量、すなわち、二次電池内部を流れる電流の多少によって左右される。
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。ところが、前述の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低いこともあり、そのため満充電までにかなり時間を要することがあった。
そこで、本発明では、前記の点を鑑み、充電中に過度な化学反応(酸化還元反応)を引き起こすことなく、満充電状態までの充電を急速、且つ確実に行うことができる、直列に接続された複数の二次電池から成る二次電池群を充電する充電装置を提供することを課題とする。
以上、発明が解決しようとする課題であり、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、直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池から成る二次電池群と、前記二次電池群に、二次電池における満充電平衡電圧値をn倍して得られるチェック電圧値を供給するチェック電圧供給手段と、前記二次電池群に、二次電池における充電電流のピーク値又は略ピーク値を得る特有の充電印加電圧値であって、前記満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域には達しない特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、前記二次電池群に通電される電流値を検出する電流検出手段と、前記充電電圧供給手段による二次電池群の電圧印加、又は前記チェック電圧供給手段による二次電池群の電圧印加に切り換える切換手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準電流値とを比較判定する電流判定手段と、を備え、以下のステップに従って二次電池群の充電を制御する二次電池の充電装置を構成する。
(ステップ1)前記充電電圧供給手段により二次電池群を所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ2)前記所定時間経過後、前記切換手段により二次電池群を印加する電圧供給手段を、前記充電電圧供給手段から前記チェック電圧供給手段に切り換える。
(ステップ3)前記チェック電圧供給手段により二次電池群をチェック電圧値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該二次電池群に通電される電流値を検出する。
(ステップ4)前記電流判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値より大きな値であれば前記ステップ1に戻って上記のフローを繰り返し、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値以下であれば二次電池群の充電を停止する。
まず、請求項1に記載のように、直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池から成る二次電池群と、前記二次電池群に、二次電池における満充電平衡電圧値をn倍して得られるチェック電圧値を供給するチェック電圧供給手段と、前記二次電池群に、二次電池における充電電流のピーク値又は略ピーク値を得る特有の充電印加電圧値であって、前記満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域には達しない特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、前記二次電池群に通電される電流値を検出する電流検出手段と、前記充電電圧供給手段による二次電池群の電圧印加、又は前記チェック電圧供給手段による二次電池群の電圧印加に切り換える切換手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準電流値とを比較判定する電流判定手段と、を備え、以下のステップに従って二次電池群の充電を制御する二次電池の充電装置を構成する。
(ステップ1)前記充電電圧供給手段により二次電池群を所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ2)前記所定時間経過後、前記切換手段により二次電池群を印加する電圧供給手段を、前記充電電圧供給手段から前記チェック電圧供給手段に切り換える。
(ステップ3)前記チェック電圧供給手段により二次電池群をチェック電圧値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該二次電池群に通電される電流値を検出する。
(ステップ4)前記電流判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値より大きな値であれば前記ステップ1に戻って上記のフローを繰り返し、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値以下であれば二次電池群の充電を停止する。
また、請求項2に記載のように、直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池から成る二次電池群と、前記二次電池群のうち1個又は複数個の二次電池をモニター用の二次電池として、該モニター用の二次電池に対して満充電平衡電圧値を供給するチェック電圧供給手段と、前記二次電池群に、二次電池における充電電流のピーク値又は略ピーク値を得る特有の充電印加電圧値であって、前記満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域には達しない特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、前記モニター用の二次電池に通電される電流値を検出する電流検出手段と、前記充電電圧供給手段による二次電池群の電圧印加、又は前記チェック電圧供給手段によるモニター用の二次電池の電圧印加に切り換える切換手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準電流値とを比較判定する電流判定手段と、を備え、以下のステップに従って二次電池群の充電を制御する二次電池の充電装置を構成する。
(ステップ1)前記充電電圧供給手段により二次電池群を所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ2)前記所定時間経過後、前記切換手段により前記充電電圧供給手段による二次電池群の電圧印加から前記チェック電圧供給手段によるモニター用の二次電池の電圧印加に切り換える。
(ステップ3)前記チェック電圧供給手段によりモニター用の二次電池をチェック電圧値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該モニター用の二次電池に通電される電流値を検出する。
(ステップ4)前記電流判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値より大きな値であれば前記ステップ1に戻って上記のフローを繰り返し、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値以下であれば二次電池群の充電を停止する。
(ステップ1)前記充電電圧供給手段により二次電池群を所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ2)前記所定時間経過後、前記切換手段により前記充電電圧供給手段による二次電池群の電圧印加から前記チェック電圧供給手段によるモニター用の二次電池の電圧印加に切り換える。
(ステップ3)前記チェック電圧供給手段によりモニター用の二次電池をチェック電圧値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該モニター用の二次電池に通電される電流値を検出する。
(ステップ4)前記電流判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値より大きな値であれば前記ステップ1に戻って上記のフローを繰り返し、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値以下であれば二次電池群の充電を停止する。
そして、請求項3に記載のように、請求項1又は請求項2に記載の二次電池の充電装置において、二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によって検出された温度値と、予め入力設定された上限温度値とを比較判定する温度判定手段と、を備え、前記電流判定手段による二次電池群の充電停止の判定前に、前記温度判定手段によって、前記温度検出手段で検出した温度値が前記上限温度値以上と判定された場合に、二次電池群の充電を停止する。
さらに、請求項4に記載のように、請求項1から請求項3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、充電時間を計測するタイマーと、前記タイマーによって計測された時間と、予め入力設定された設定時間とを比較判定する時間判定手段と、
を備え、前記電流判定手段による二次電池群の充電停止の判定前に、前記時間判定手段によって、前記タイマーで計測した時間が前記設定時間以上と判定された場合に、二次電池群の充電を停止する。
を備え、前記電流判定手段による二次電池群の充電停止の判定前に、前記時間判定手段によって、前記タイマーで計測した時間が前記設定時間以上と判定された場合に、二次電池群の充電を停止する。
また、請求項5に記載のように、請求項1から請求項4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、前記充電電圧供給手段による二次電池群への電圧印加時間幅を、充電の進み具合に応じて変化させる印加時間変更手段を備えた構成とする。
そうして、請求項6に記載のように、請求項1から請求項6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、前記充電電圧供給手段による二次電池群への印加電圧値を、充電の進み具合に応じて変化させる印加電圧変更手段を備えた構成とする。
以上、本発明の解決手段であり、次に本発明よる効果を説明する。
まず、請求項1に記載の発明によれば、直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池から成る二次電池群において、どの二次電池も過度な化学反応(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充電が行われる。従って、どの二次電池の内部構造も痛めず、その結果、サイクル寿命が飛躍的に向上する。
また、この発明での主なる充電は、満充電平衡電圧値以上の特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値で二次電池群の充電が行われ、すなわち、二次電池群の二次電池1本当たりには、特有の充電印加電圧値が印加されることになり、二次電池群の各二次電池には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。
まず、請求項1に記載の発明によれば、直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池から成る二次電池群において、どの二次電池も過度な化学反応(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充電が行われる。従って、どの二次電池の内部構造も痛めず、その結果、サイクル寿命が飛躍的に向上する。
また、この発明での主なる充電は、満充電平衡電圧値以上の特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値で二次電池群の充電が行われ、すなわち、二次電池群の二次電池1本当たりには、特有の充電印加電圧値が印加されることになり、二次電池群の各二次電池には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、請求項2に記載の発明では、直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池から成る二次電池群において、どの二次電池も過度な化学反応(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充電が行われる。従って、どの二次電池の内部構造も痛めず、その結果、サイクル寿命が飛躍的に向上する。
また、この発明での充電状態のチェックは、モニター用の二次電池に満充電平衡電圧値を印加することで充電状態のチェックが行われており、該モニター用の二次電池が満充電状態に達していると判定されれば、二次電池群の全ての二次電池も満充電状態に達しているとみなされて、二次電池群の充電が停止される。この満充電状態のチェックは、請求項1に記載の発明に比べてn分の1の電圧値(満充電平衡電圧値)で行うことができ、消費電力が抑えられて、省エネルギー化を図ることができる。
さらに、この発明での主なる充電は、満充電平衡電圧値以上の特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値で二次電池群の充電が行われ、すなわち、二次電池群の二次電池1本当たりには、特有の充電印加電圧値が印加されることになり、二次電池群の各二次電池には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、この発明での充電状態のチェックは、モニター用の二次電池に満充電平衡電圧値を印加することで充電状態のチェックが行われており、該モニター用の二次電池が満充電状態に達していると判定されれば、二次電池群の全ての二次電池も満充電状態に達しているとみなされて、二次電池群の充電が停止される。この満充電状態のチェックは、請求項1に記載の発明に比べてn分の1の電圧値(満充電平衡電圧値)で行うことができ、消費電力が抑えられて、省エネルギー化を図ることができる。
さらに、この発明での主なる充電は、満充電平衡電圧値以上の特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値で二次電池群の充電が行われ、すなわち、二次電池群の二次電池1本当たりには、特有の充電印加電圧値が印加されることになり、二次電池群の各二次電池には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。
そして、請求項3に記載の発明によれば、前記電流判定手段による二次電池群の充電停止の判定前に、前記温度判定手段で、前記温度検出手段で検出した二次電池の温度値が前記上限温度値以上と判定された場合、すなわち、二次電池の温度が正常の範囲を超えて上昇した場合に、二次電池群の充電を強制的に停止することで、二次電池の内部で過度な化学反応(酸化還元反応)が起こるのを未然に防ぎ、信頼性の向上が図られている。
さらに、請求項4に記載の発明によれば、前記電流判定手段による二次電池群の充電停止の判定前に、前記時間判定手段で、前記タイマーで計測した時間が前記設定時間以上と判定された場合、すなわち、二次電池群の各二次電池を満充電状態まで充電するのに十分な時間を超えている場合に、二次電池群の充電を強制的に停止することで、二次電池の内部で過度な化学反応(酸化還元反応)が起こるのを未然に防ぎ、信頼性の向上が図られている。
また、請求項5に記載の発明によれば、前記印加時間変更手段によって前記充電電圧供給手段による二次電池群への電圧印加時間幅を、充電の進み具合に応じて変化させていき、例えば、充電開始直後は、前記充電電圧供給手段による二次電池群への電圧印加時間幅を大きくしておいて、充電の進み具合に応じて、該電圧印加時間幅を小さくしていくことで、充電時間の短縮を図ることができる。すなわち、充電前半で二次電池群の各二次電池の充電率がまだ低い状態では、チェック電圧供給手段による充電状態のチェックの回数を減らし、つまり、充電前半では、チェック電圧供給手段による充電状態のチェックの間隔を広げて、充電電圧供給手段による所定の充電印加電圧値の印加時間をできるだけ長く取り、これにより充電時間の短縮が図られる。そして、充電後半では、チェック電圧供給手段による充電状態のチェックの間隔を狭めて、より頻繁に充電状態のチェックを行うことで、二次電池群の二次電池の満充電状態を的確に捉えることができて停止制御を行うことができ、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を行うことができる。
また、請求項6に記載の発明によれば、前記印加電圧変更手段によって前記充電電圧供給手段による二次電池群への印加電圧値を、充電の進み具合に応じて変化させていき、例えば、充電開始直後は、前記充電電圧供給手段による二次電池群への印加電圧値を高くして、充電の進み具合に応じて、二次電池群への印加電圧値は低くしていくことで、充電時間の短縮を図ることができる。すなわち、充電前半で二次電池群の各二次電池の充電率がまだ低い状態では、充電電圧供給手段による二次電池群への電圧印加はより高い電圧値で行い、これにより充電時間の短縮が図られる。
次に、図面を参照しながら本発明の実施の一形態を説明する。
本発明に係る二次電池の充電装置3は、パック化されたパック電源を充電するための装置であり、該パック電源は直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池1・1・・・から成る二次電池群2(図4参照)を有している。この充電装置3は、充電時には、二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対して、後述する不可逆反応領域D外で、最も高い印加電圧となる特有の充電印加電圧値Esに相当する電圧が印加されるようにして二次電池群2に大電流を流している。そして、定期的に充電状態(充電終了時)をチェックしており、この充電状態のチェックは、二次電池2群における1個当たりの二次電池1に対して、満充電平衡電圧値Eeqに相当する電圧が印加されるようにして行うために、精確、且つ瞬時に満充電状態を判定することができる。この充電装置3によれば、(1)二次電池群2の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)二次電池群2における各二次電池1・1・・・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、(3)この結果、どの二次電池1の内部構造を痛めずに、サイクル寿命を5000回以上に向上させることができる。以下、この二次電池の充電装置3について詳説する。
本発明に係る二次電池の充電装置3は、パック化されたパック電源を充電するための装置であり、該パック電源は直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池1・1・・・から成る二次電池群2(図4参照)を有している。この充電装置3は、充電時には、二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対して、後述する不可逆反応領域D外で、最も高い印加電圧となる特有の充電印加電圧値Esに相当する電圧が印加されるようにして二次電池群2に大電流を流している。そして、定期的に充電状態(充電終了時)をチェックしており、この充電状態のチェックは、二次電池2群における1個当たりの二次電池1に対して、満充電平衡電圧値Eeqに相当する電圧が印加されるようにして行うために、精確、且つ瞬時に満充電状態を判定することができる。この充電装置3によれば、(1)二次電池群2の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)二次電池群2における各二次電池1・1・・・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、(3)この結果、どの二次電池1の内部構造を痛めずに、サイクル寿命を5000回以上に向上させることができる。以下、この二次電池の充電装置3について詳説する。
図1は二次電池の充電装置3の制御構成を示すブロック図であり、この充電装置3は、二次電池群2の充電を制御するための制御手段4と、二次電池群2に所定の充電印加電圧値Epを供給する充電電圧供給手段5と、二次電池群2又は二次電池1に対してチェック電圧値Ecを供給するチェック電圧供給手段6と、充電電圧供給手段5又はチェック電圧供給手段6に電圧供給手段を切り換える切換手段7と、二次電池2群又は後述するモニター用の二次電池1に通電される電流値を検出する電流検出手段8と、二次電池1の温度を検出する温度検出手段9と、ユーザが充電開始操作等を行うための操作手段10と、二次電池群2の充電完了等をユーザの視覚を通じて報知する報知手段11と、を備えている。
なお、この報知手段11は、ブザー音や音声ガイド等によりユーザの聴覚を通じて報知するように構成してもよく、報知手段11の構成は特に限定はしないものとする。
なお、この報知手段11は、ブザー音や音声ガイド等によりユーザの聴覚を通じて報知するように構成してもよく、報知手段11の構成は特に限定はしないものとする。
前記制御手段4は、各種制御情報を記憶する記憶手段(メモリ)4aと、充電時間又は電圧印加時間を計測するタイマー4bと、前記電流検出手段8によって検出した電流値に基づいて充電完了を判定する電流判定手段4cと、前記温度検出手段9によって検出した温度値に基づいて過充電の畏れを判定する温度判定手段4dと、前記タイマー3bによって計測した時間に基づいて過充電の畏れを判定する時間判定手段4e等を備えており、これらの判定手段4c・4d・4eは、具体的には、制御プログラムとして制御手段4に組み込まれている。
記憶手段4aには、予め試験などで求めた二次電池1の種類、蓄電容量又は機種等による満充電平衡電圧値Eeqと、該満充電平衡電圧値Eeqよりも高いその二次電池1に特有の充電印加電圧値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に対応する特有の充電印加電圧値Es)とが記憶されている。
ここで言う、二次電池1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電池のことをいう。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、鉛電池等が挙げられ、本発明の充電装置3はこれらの二次電池1・1・・・から成る二次電池群2の充電を可能としている。以下では、本発明の充電装置3の充電対象となるニッケル−カドミウム電池を例にとって、二次電池1の充電特性を説明する。
ニッケル−カドミウム電池はオキシ水酸化ニッケル(Ni(OOH))を用いる正極と、カドミウム(Cd)を用いる負極とを、合成樹脂製のセパレータで隔離して、アルカリ電解液とともに密閉式の電池容器に収納した蓄電池である。電解質は導電率の高い水酸化カリウムを主成分とする水溶液であり、正極の特性を向上させるため、必要に応じて水酸化リチウムや水酸化ナトリウム等が添加される。
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。
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。
また、負極の反応は、次の一般式(化学反応式(2))で表される。
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。
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。
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。
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。
ところで、二次電池1の充電状態を的確に知るには、図2に示す回路を用いればよい。この回路は、二次電池1に可変電源20を接続し、この可変電源20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ように構成している。すなわち、このとき電流計21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20を調整することで、電圧計22により二次電池1の起電力Eemfが間接的に測定される。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、そのデータを制御手段4の記憶手段4aに入力しておく。
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。
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。
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。
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、この特有の充電印加電圧値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。
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特有の充電印加電圧値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圧値Eeq(Eeq>Eδ)となる。
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圧値Eeq(Eeq>Eδ)となる。
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特有の充電印加電圧値Esとなり、該特有の充電印加電圧値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。
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。
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、満充電平衡電圧値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。
図3に示す充電率が略0%の二次電池1の端子電圧を、満充電平衡電圧値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。
しかしながら、この満充電平衡電圧値Eeqによる充電では、前記特有の充電印加電圧値Esで充電する場合に比べて、充電電流が低く、充電時間が数倍長くなってしまう。
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、満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域Dには達しない二次電池1に特有の充電印加電圧値Esに固定して大電流充電を行い、満充電状態の判定は、前記チェック電圧供給手段6に切り換えて行うことで、二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対して満充電平衡電圧値Eeqに相当する電圧が印加されて、満充電状態の判定がし易いように構成されている。従って、この充電では、どの二次電池1の内部構造にも損傷を与えることなく、二次電池群2を急速に充電することができるようになっている。
なお、この大電流充電は、前記特有の充電印加電圧値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。
次に、二次電池群2の充電を行う充電装置3の構成について2つの実施形態を説明する。
まず、充電装置3の構成の第1実施形態から説明する。この第1実施形態の充電装置3は、図1に示すように構成されており、充電電圧供給手段5は記憶手段4aに記憶している二次電池1の特有の充電印加電圧値Esを二次電池群2の二次電池1・1・・・の個数倍(n倍)して得られる所定の充電印加電圧値Epを供給し、また、チェック電圧供給手段は、記憶手段4aに記憶している二次電池1の満充電平衡電圧値Eeqを二次電池群2の二次電池1・1・・・の個数倍(n倍)して得られるチェック電圧値Ecを供給するようにして、該充電電圧供給手段5による二次電池群2の電圧印加、又は該チェック電圧供給手段6による二次電池群2の電圧印加は切換手段7によって切り換えられるように構成されている(図4参照)。
まず、充電装置3の構成の第1実施形態から説明する。この第1実施形態の充電装置3は、図1に示すように構成されており、充電電圧供給手段5は記憶手段4aに記憶している二次電池1の特有の充電印加電圧値Esを二次電池群2の二次電池1・1・・・の個数倍(n倍)して得られる所定の充電印加電圧値Epを供給し、また、チェック電圧供給手段は、記憶手段4aに記憶している二次電池1の満充電平衡電圧値Eeqを二次電池群2の二次電池1・1・・・の個数倍(n倍)して得られるチェック電圧値Ecを供給するようにして、該充電電圧供給手段5による二次電池群2の電圧印加、又は該チェック電圧供給手段6による二次電池群2の電圧印加は切換手段7によって切り換えられるように構成されている(図4参照)。
電流検出手段8は、直列に接続されたn個の二次電池1・1・・・から成る二次電池群2の上流側又は下流側に直列に接続されており、二次電池群2に流れる電流を検出している。
温度検出手段9は二次電池群2の何れか1個の二次電池1に設けられて、その二次電池1の温度を検出している。なお、この温度検出手段9・9・・・は二次電池群2のn個の二次電池1・1・・・の全てに1つずつ設けてもよく、あるいは、n個の二次電池1・1・・・のうち複数個の二次電池1・1・・に1つずつ設けてもよい。この場合、どれか1つの温度検出手段9で異常となる温度を検出したとき、若しくは、誤検出を鑑みて2個以上の所定の個数の温度検出手段9・9・・・で異常となる温度を検出したとき、又は、全ての温度検出手段9・9・・・で異常となる温度を検出したときに、二次電池群2の充電を停止するように構成する。
温度検出手段9は二次電池群2の何れか1個の二次電池1に設けられて、その二次電池1の温度を検出している。なお、この温度検出手段9・9・・・は二次電池群2のn個の二次電池1・1・・・の全てに1つずつ設けてもよく、あるいは、n個の二次電池1・1・・・のうち複数個の二次電池1・1・・に1つずつ設けてもよい。この場合、どれか1つの温度検出手段9で異常となる温度を検出したとき、若しくは、誤検出を鑑みて2個以上の所定の個数の温度検出手段9・9・・・で異常となる温度を検出したとき、又は、全ての温度検出手段9・9・・・で異常となる温度を検出したときに、二次電池群2の充電を停止するように構成する。
また、制御手段4の電流判定手段4cでは、前記電流検出手段8によって検出された二次電池群2に通電される電流値iと、予め入力設定された充電完了基準電流値Jとの大小を比較判定している。
次に、図5に示すフローチャートを参照しながら、この第1実施形態の充電装置3を用いての二次電池群1の充電制御を説明する。
まず、ユーザが操作手段10を操作して充電開始操作が行うと(ステップA1)、充電電圧供給手段5によって二次電池群2に所定の充電印加電圧値Epが所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップA2)。このとき二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対しては、その二次電池1に特有の充電印加電圧値Esに相当する電圧が印加されて、二次電池群2の各二次電池1・1・・・はピーク電流値Isoで大電流充電が行われる。
まず、ユーザが操作手段10を操作して充電開始操作が行うと(ステップA1)、充電電圧供給手段5によって二次電池群2に所定の充電印加電圧値Epが所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップA2)。このとき二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対しては、その二次電池1に特有の充電印加電圧値Esに相当する電圧が印加されて、二次電池群2の各二次電池1・1・・・はピーク電流値Isoで大電流充電が行われる。
そして、この所定時間T1経過後に、切換手段7により二次電池群2を印加する電圧供給手段を、充電電圧供給手段5からチェック電圧供給手段6に切り換える(ステップA3)。これにより二次電池群2はチェック電圧供給手段6によってチェック電圧値Ecが微小時間T2継続して印加され、このとき二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対しては、その二次電池1の満充電平衡電圧値Eeqに相当する電圧が印加されることになる。このチェック電圧値Ecで二次電池群2が微小時間T2印加されている間に、電流検出手段8によって二次電池群2に通電される電流値iを検出する(ステップA4)。
そして、電流判定手段4cによってこの検出した電流値iの判定を行い(ステップA5)、この検出した電流値iが充電完了基準電流値Jより大きな値であれば前記ステップA2に戻って上記のフロー(充電制御)を繰り返し、この検出した電流値iが充電完了基準電流値J以下であれば、二次電池群2の二次電池1・1・・・が満充電状態に達しているとして、ここで二次電池群2の充電を停止し(ステップA6)、この充電完了を報知手段11で報知する。
ところで、二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対して前記満充電平衡電圧値Eeqが印加された場合、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、前記充電完了基準電流値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。
また、前記ステップA2で二次電池群2に所定の充電印加電圧値Ep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、前記ステップA4で二次電池群2にチェック電圧値Ec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での二次電池群2に流れる電流の検出は、印加電圧をチェック電圧値Ecに切り換えたときから、1[秒]以上経過した後に行われる。
この理由は、二次電池群2への印加電圧をチェック電圧値Ec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、二次電池群2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、印加電圧をチェック電圧値Ec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、二次電池群2に流れる電流値iを検出するようにしている。
以上のように、第1実施形態の充電装置3によれば、直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池1・1・・・から成る二次電池群2において、どの二次電池1・1・・・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充電が行われる。従って、どの二次電池1・1・・の内部構造も痛めず、その結果として、サイクル寿命が飛躍的に向上する。
また、この第1実施形態の充電装置3での主なる充電は、満充電平衡電圧値Eeq以上の特有の充電印加電圧値Esをn倍して得られる所定の充電印加電圧値Epで二次電池群2の充電が行われ、すなわち、二次電池群2の二次電池1本当たりには、その二次電池1に特有の充電印加電圧値Esが印加されることになり、二次電池群2の各二次電池1・1・・・には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。
次に、二次電池の充電装置3の構成の第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3も、図1に示すように構成されており、充電電圧供給手段5は、前記第1実施形態の充電装置3と同様に、記憶手段4aに記憶している二次電池1の特有の充電印加電圧値Esを二次電池群2の二次電池1・1・・・の個数倍(n倍)して得られる所定の充電印加電圧値Epを供給するが、チェック電圧供給手段6については、記憶手段4aに記憶している二次電池1の満充電平衡電圧値Eeqをモニター用の二次電池1に供給するようにして、該充電電圧供給手段5による二次電池群2の電圧印加、又は該チェック電圧供給手段6によるモニター用の二次電池1の電圧印加が切換手段7によって切り換えられるように構成されている(図4参照)。
なお、本実施の形態では、モニター用の二次電池1は1個として構成しているが、2個以上設けてもよく、特にその配置数が限定はしない。モニター用の二次電池1・1・・・を2個以上設けた場合は、二重三重に充電完了状態がチェックされて、より信頼性の高い充電制御が実現する。
電流検出手段8は、モニター用の二次電池1の上流側又は下流側に直列に接続されており、該モニター用の二次電池1に流れる電流を検出している。
温度検出手段9は二次電池群2の何れか1個の二次電池1に設けられて、その二次電池1の温度を検出している。なお、この温度検出手段9・9・・・は二次電池群2のn個の二次電池1・1・・・の全てに1つずつ設けてもよく、あるいは、n個の二次電池1・1・・・のうち複数個の二次電池1・1・・に1つずつ設けてもよい。この場合、どれか1つの温度検出手段9で異常となる温度を検出したとき、若しくは、誤検出を鑑みて2個以上の所定の個数の温度検出手段9・9・・・で異常となる温度を検出したとき、又は、全ての温度検出手段9・9・・・で異常となる温度を検出したときに、二次電池群2の充電を停止するように構成する。
温度検出手段9は二次電池群2の何れか1個の二次電池1に設けられて、その二次電池1の温度を検出している。なお、この温度検出手段9・9・・・は二次電池群2のn個の二次電池1・1・・・の全てに1つずつ設けてもよく、あるいは、n個の二次電池1・1・・・のうち複数個の二次電池1・1・・に1つずつ設けてもよい。この場合、どれか1つの温度検出手段9で異常となる温度を検出したとき、若しくは、誤検出を鑑みて2個以上の所定の個数の温度検出手段9・9・・・で異常となる温度を検出したとき、又は、全ての温度検出手段9・9・・・で異常となる温度を検出したときに、二次電池群2の充電を停止するように構成する。
また、制御手段4の電流判定手段4cでは、前記電流検出手段8によって検出されたモニター用の二次電池1に通電される電流値iと、予め入力設定された充電完了基準電流値Jとの大小を比較判定している。
次に、図7に示すフローチャートを参照しながら、この第2実施形態の充電装置3を用いての二次電池群1の充電制御を説明する。
まず、ユーザが操作手段10を操作して充電開始操作が行うと(ステップB1)、充電電圧供給手段5によって二次電池群2に所定の充電印加電圧値Epが所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップB2)。このとき二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対しては、その二次電池1に特有の充電印加電圧値Esに相当する電圧が印加されて、二次電池群2の各二次電池1・1・・・はピーク電流値Isoで大電流充電が行われる。
まず、ユーザが操作手段10を操作して充電開始操作が行うと(ステップB1)、充電電圧供給手段5によって二次電池群2に所定の充電印加電圧値Epが所定時間(一定時間)T1継続して印加される(ステップB2)。このとき二次電池群2における1個当たりの二次電池1に対しては、その二次電池1に特有の充電印加電圧値Esに相当する電圧が印加されて、二次電池群2の各二次電池1・1・・・はピーク電流値Isoで大電流充電が行われる。
そして、この所定時間T1経過後に、切換手段7により二次電池群2を印加する電圧供給手段を、充電電圧供給手段5からチェック電圧供給手段6に切り換える(ステップB3)。これによりチェック電圧供給手段6によってモニター用の二次電池1に満充電平衡電圧値Eeqが微小時間T2継続して印加される。この満充電平衡電圧値Eeqでモニター用の二次電池1が微小時間T2印加されている間に、電流検出手段8によって該モニター用の二次電池1に通電される電流値iを検出する(ステップB4)。
そして、電流判定手段4cによってこの検出した電流値iの判定を行い(ステップB5)、この検出した電流値iが充電完了基準電流値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(充電制御)を繰り返し、この検出した電流値iが充電完了基準電流値J以下であれば、二次電池群2の各二次電池1・1・・・が満充電状態に達しているとして、ここで二次電池群2の充電を停止し(ステップB6)、この充電完了を報知手段11で報知する。
ところで、モニター用の二次電池1に対して前記満充電平衡電圧値Eeqが印加された場合、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、前記充電完了基準電流値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。
また、ニッケル−カドミウム二次電池の場合、例えば、前記ステップB2で二次電池群2に所定の充電印加電圧値Epが印加される充電時間T1は約55〔秒〕、前記ステップB4で二次電池群2にチェック電圧値Ecが印加される微小時間T2は約5〔秒〕が選ばれ、前記ステップB5でのモニター用の二次電池1に流れる電流の検出は、電圧供給手段をチェック電圧供給手段6に切り換えたときから、1[秒]以上経過した後に行われる。
この理由は、モニター用の二次電池1への印加電圧を満充電平衡電圧値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、該モニター用の二次電池1への充電電流が安定せず、この状態で、該モニター用の二次電池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、モニター用の二次電池1への印加電圧を満充電平衡電圧値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、該モニター用の二次電池1に流れる電流値iを検出するようにしている。
以上のように、第2実施形態の充電装置3によれば、直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池1・1・・・から成る二次電池群2において、どの二次電池1・1・・・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充電が行われる。従って、どの二次電池1・1・・の内部構造も痛めず、その結果として、サイクル寿命が飛躍的に向上する。
また、この第2実施形態の充電装置3での充電状態のチェックは、モニター用の二次電池1に満充電平衡電圧値Eeqを印加することで充電状態のチェックが行われており、該モニター用の二次電池1が満充電状態に達していると判定されれば、二次電池群2の全ての二次電池1・1・・・も満充電状態に達しているとみなされて、二次電池群2の充電が停止される。この満充電状態のチェックは、請求項1に記載の発明に比べてn分の1の電圧値(満充電平衡電圧値Eeq)で行うことができ、消費電力が抑えられて、省エネルギー化を図ることができる。
さらに、この第2実施形態の充電装置3での主なる充電は、満充電平衡電圧値Eeq以上の特有の充電印加電圧値Esをn倍して得られる所定の充電印加電圧値Epで二次電池群2の充電が行われ、すなわち、二次電池群2の二次電池1本当たりには、その二次電池1に特有の充電印加電圧値Esが印加されることになり、二次電池群2の各二次電池1・1・・・には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、前記の第1実施形態の充電装置3、又は第2実施形態の充電装置3では、前記電流判定手段4cによる二次電池群2の充電停止の判定前に、前記温度判定手段4dで、前記温度検出手段9で検出した二次電池1の温度値が予め設定された判定基準値である上限温度値以上と判定された場合、すなわち、二次電池1の温度が正常の範囲を超えて上昇した場合に、二次電池群2の充電を強制的に停止することように構成してもよい。このように構成することで、二次電池群2の二次電池1・1・・・の内部で過度な化学反応(酸化還元反応)が起こるのを未然に防ぎ、信頼性が向上する。
さらに、この第1実施形態の充電装置3、又は第2実施形態の充電装置3によれば、前記電流判定手段4cによる二次電池群2の充電停止の判定前に、前記時間判定手段4eで、前記タイマー4bで充電開始直後から計測した時間が予め設定した設定時間以上と判定された場合、すなわち、二次電池群2の各二次電池1・1・・・を満充電状態まで充電するのに十分な時間を超えている場合に、二次電池群2の充電を強制的に停止するように構成してもよい。このように構成することで、二次電池群2の二次電池1・1・・・の内部で過度な化学反応(酸化還元反応)が起こるのを未然に防ぎ、信頼性が向上する。
以上、二次電池の充電装置3の構成であり、上記2つの実施形態では、所定の充電印加電圧値Epを印加する時間T1は一定の時間としているが、この電圧印加時間T1を変化させるように構成してもよい。
その場合、充電装置3の制御手段4に、チェック電圧供給手段6により二次電池群2を印加中(又は、モニター用の二次電池1を印加中)に、電流検出手段8によって電流値を検出したときに、該電流値から二次電池群2の充電率(又は二次電池1の充電率)を求める充電率導出手段4hと、充電電圧供給手段5による二次電池群2への電圧印加時間幅を、充電の進み具合に応じて変化させる印加時間変更手段4fと、を設けるものとする。
その場合、充電装置3の制御手段4に、チェック電圧供給手段6により二次電池群2を印加中(又は、モニター用の二次電池1を印加中)に、電流検出手段8によって電流値を検出したときに、該電流値から二次電池群2の充電率(又は二次電池1の充電率)を求める充電率導出手段4hと、充電電圧供給手段5による二次電池群2への電圧印加時間幅を、充電の進み具合に応じて変化させる印加時間変更手段4fと、を設けるものとする。
この充電率導出手段4hと印加時間変更手段4fとは、具体的には、制御プログラムとして制御手段4に組み込まれている。
図3に示すように、二次電池1に満充電平衡電圧値Eeqを印加したときに、該二次電池1に流れる電流値iは充電率が上昇するに連れて減少していき、充電率導出手段4hはこの電流値iと充電率との間の換算テーブル、又は関係式を備えている。
図3に示すように、二次電池1に満充電平衡電圧値Eeqを印加したときに、該二次電池1に流れる電流値iは充電率が上昇するに連れて減少していき、充電率導出手段4hはこの電流値iと充電率との間の換算テーブル、又は関係式を備えている。
そして、印加時間変更手段4fによって、充電電圧供給手段5による二次電池群2への電圧印加時間幅を、充電の進み具合に応じて変化させていき、例えば、充電開始直後は、充電電圧供給手段4による二次電池群2への電圧印加時間幅を大きくしておいて、充電率導出手段4hで求めた充電率に応じて、該電圧印加時間幅を小さくしていくことで、充電時間の短縮を図ることができる。
すなわち、充電前半で二次電池群2の各二次電池1・1・・・の充電率がまだ低い状態では、チェック電圧供給手段6による充電状態のチェックの回数を減らし、つまり、充電前半では、チェック電圧供給手段6による充電状態のチェックの間隔を広げて、充電電圧供給手段5による所定の充電印加電圧値Epの印加時間をできるだけ長く取り、これにより充電時間の短縮が図られる。そして、充電後半で充電率が高い状態に移行するに連れて、チェック電圧供給手段6による充電状態のチェックの間隔を狭めていき、より頻繁に充電状態のチェックを行うことで、二次電池群2の二次電池1・1・・・の満充電状態を的確に捉えることができて停止制御を行うことができ、二次電池1・1・・・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を行うことができる。
また、前記第1実施形態の充電装置、又は第2実施形態の充電装置3においては、充電電圧供給手段5が供給する充電電圧は所定の充電印加電圧値Epで一定であるが、この充電電圧を変化させるように構成してもよい。
その場合、充電装置3の制御手段4に、チェック電圧供給手段6により二次電池群2を印加中(又は、モニター用の二次電池1を印加中)に、電流検出手段8によって電流値を検出したときに、該電流値から二次電池群2の充電率(又は二次電池1の充電率)を求める充電率導出手段4hと、充電電圧供給手段5による二次電池群2への印加電圧値を、充電の進み具合に応じて変化させる印加電圧変更手段4gと、を設けるものとする。
その場合、充電装置3の制御手段4に、チェック電圧供給手段6により二次電池群2を印加中(又は、モニター用の二次電池1を印加中)に、電流検出手段8によって電流値を検出したときに、該電流値から二次電池群2の充電率(又は二次電池1の充電率)を求める充電率導出手段4hと、充電電圧供給手段5による二次電池群2への印加電圧値を、充電の進み具合に応じて変化させる印加電圧変更手段4gと、を設けるものとする。
この充電率導出手段4hと印加電圧変更手段4gとは、具体的には、制御プログラムとして制御手段4に組み込まれている。
二次電池群2の充電時には、印加電圧変更手段4gによって充電電圧供給手段5による二次電池群2への印加電圧値を、充電の進み具合に応じて変化させていき、例えば、充電開始直後は、前記充電電圧供給手段による二次電池群2への印加電圧値を高くして、充電率導出手段4hで求めた充電率に応じて、二次電池群2への印加電圧値は低くしていくことで、充電時間の短縮を図ることができる。すなわち、充電前半で二次電池群2の各二次電池1・1・・・の充電率がまだ低い状態では、充電電圧供給手段5による二次電池群2への電圧印加はより高い電圧値で行い、これにより充電時間の短縮が図られる。
二次電池群2の充電時には、印加電圧変更手段4gによって充電電圧供給手段5による二次電池群2への印加電圧値を、充電の進み具合に応じて変化させていき、例えば、充電開始直後は、前記充電電圧供給手段による二次電池群2への印加電圧値を高くして、充電率導出手段4hで求めた充電率に応じて、二次電池群2への印加電圧値は低くしていくことで、充電時間の短縮を図ることができる。すなわち、充電前半で二次電池群2の各二次電池1・1・・・の充電率がまだ低い状態では、充電電圧供給手段5による二次電池群2への電圧印加はより高い電圧値で行い、これにより充電時間の短縮が図られる。
1 二次電池
2 二次電池群
3 充電装置
4 制御手段
4c 電流判定手段
4d 温度判定手段
4e 時間判定手段
4f 印加時間変更手段
4g 印加電圧変更手段
4h 充電率導出手段
5 充電電圧供給手段
6 チェック電圧供給手段
7 切換手段
8 電流検出手段
9 温度検出手段
2 二次電池群
3 充電装置
4 制御手段
4c 電流判定手段
4d 温度判定手段
4e 時間判定手段
4f 印加時間変更手段
4g 印加電圧変更手段
4h 充電率導出手段
5 充電電圧供給手段
6 チェック電圧供給手段
7 切換手段
8 電流検出手段
9 温度検出手段
Claims (6)
- 直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池から成る二次電池群と、
前記二次電池群に、二次電池における満充電平衡電圧値をn倍して得られるチェック電圧値を供給するチェック電圧供給手段と、
前記二次電池群に、二次電池における充電電流のピーク値又は略ピーク値を得る特有の充電印加電圧値であって、前記満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域には達しない特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、
前記二次電池群に通電される電流値を検出する電流検出手段と、
前記充電電圧供給手段による二次電池群の電圧印加、又は前記チェック電圧供給手段による二次電池群の電圧印加に切り換える切換手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準電流値とを比較判定する電流判定手段と、
を備え、
以下のステップに従って二次電池群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)前記充電電圧供給手段により二次電池群を所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ2)前記所定時間経過後、前記切換手段により二次電池群を印加する電圧供給手段を、前記充電電圧供給手段から前記チェック電圧供給手段に切り換える。
(ステップ3)前記チェック電圧供給手段により二次電池群をチェック電圧値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該二次電池群に通電される電流値を検出する。
(ステップ4)前記電流判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値より大きな値であれば前記ステップ1に戻って上記のフローを繰り返し、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値以下であれば二次電池群の充電を停止する。 - 直列に接続されたn(nは2以上の整数)個の二次電池から成る二次電池群と、
前記二次電池群のうち1個又は複数個の二次電池をモニター用の二次電池として、該モニター用の二次電池に対して満充電平衡電圧値を供給するチェック電圧供給手段と、
前記二次電池群に、二次電池における充電電流のピーク値又は略ピーク値を得る特有の充電印加電圧値であって、前記満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域には達しない特有の充電印加電圧値をn倍して得られる所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、
前記モニター用の二次電池に通電される電流値を検出する電流検出手段と、
前記充電電圧供給手段による二次電池群の電圧印加、又は前記チェック電圧供給手段によるモニター用の二次電池の電圧印加に切り換える切換手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流値と、予め入力設定された充電完了基準電流値とを比較判定する電流判定手段と、
を備え、
以下のステップに従って二次電池群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)前記充電電圧供給手段により二次電池群を所定の充電印加電圧値で所定時間充電する。
(ステップ2)前記所定時間経過後、前記切換手段により前記充電電圧供給手段による二次電池群の電圧印加から前記チェック電圧供給手段によるモニター用の二次電池の電圧印加に切り換える。
(ステップ3)前記チェック電圧供給手段によりモニター用の二次電池をチェック電圧値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該モニター用の二次電池に通電される電流値を検出する。
(ステップ4)前記電流判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値より大きな値であれば前記ステップ1に戻って上記のフローを繰り返し、この検出した電流値が前記充電完了基準電流値以下であれば二次電池群の充電を停止する。 - 請求項1又は請求項2に記載の二次電池の充電装置において、
二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度値と、予め入力設定された上限温度値とを比較判定する温度判定手段と、
を備え、
前記電流判定手段による二次電池群の充電停止の判定前に、前記温度判定手段によって、前記温度検出手段で検出した温度値が前記上限温度値以上と判定された場合に、二次電池群の充電を停止することを特徴とする二次電池の充電装置。 - 請求項1から請求項3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、
充電時間を計測するタイマーと、
前記タイマーによって計測された時間と、予め入力設定された設定時間とを比較判定する時間判定手段と、
を備え、
前記電流判定手段による二次電池群の充電停止の判定前に、前記時間判定手段によって、前記タイマーで計測した時間が前記設定時間以上と判定された場合に、二次電池群の充電を停止することを特徴とする二次電池の充電装置。 - 請求項1から請求項4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、
前記充電電圧供給手段による二次電池群への電圧印加時間幅を、充電の進み具合に応じて変化させる印加時間変更手段を備えたことを特徴とする二次電池の充電装置。 - 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、
前記充電電圧供給手段による二次電池群への印加電圧値を、充電の進み具合に応じて変化させる印加電圧変更手段を備えたことを特徴とする二次電池の充電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003336028A JP2005110333A (ja) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | 二次電池の充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003336028A JP2005110333A (ja) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | 二次電池の充電装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2005110333A true JP2005110333A (ja) | 2005-04-21 |
Family
ID=34532298
Family Applications (1)
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JP2003336028A Pending JP2005110333A (ja) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | 二次電池の充電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005110333A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007082375A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Toyota Motor Corp | 車両用電源装置 |
JP2011114969A (ja) * | 2009-11-27 | 2011-06-09 | Toyota Industries Corp | 充電スタンド及び車両の充電方法 |
CN110061535A (zh) * | 2014-08-29 | 2019-07-26 | 雅马哈发动机株式会社 | 充电器 |
-
2003
- 2003-09-26 JP JP2003336028A patent/JP2005110333A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007082375A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Toyota Motor Corp | 車両用電源装置 |
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CN110061535A (zh) * | 2014-08-29 | 2019-07-26 | 雅马哈发动机株式会社 | 充电器 |
CN110061535B (zh) * | 2014-08-29 | 2023-06-02 | 雅马哈发动机株式会社 | 充电器 |
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