JP2599333B2 - 二次電池の充電方法 - Google Patents

二次電池の充電方法

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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は二次電池を急速充電(主
に1時間以下)する場合に用いる二次電池の充電方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、二次電池の急速充電方式として、
充電末期における電圧の降下を検出する−ΔV制御方
式、電池温度がある一定温度に達したことを検出する温
度制御方式、(以上、主にニカド電池、ニッケル水素電
池)や規定の電池電圧を検出後、一定時間で所定の減少
率を持ったテーパ状の電流を流すVテーパ充電方式(主
に小型シール鉛電池)等がある。
【0003】図6に基づいて従来例の−ΔV制御方式に
よる15分の急速充電を説明する。図は15分で定格容
量を充電するための充電率4Cで二次電池(ニカド電
池)を充電した場合の充電特性である。図において、充
電末期における電圧の降下ΔVを検出することによって
充電を停止する。電池温度は点Tpを境に急激に上昇
し、上昇分35℃の大半を占めていることが分かる。こ
の充電方式で充電した電池の定格容量に対して充電量は
100%、放電量は1C放電時83%程度である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の二次電池の充電方式で急速充電を行うと、次のような
問題点が生じる。 1)電池の温度上昇 2)ガス発生による電池内圧上昇 3)充電量不足
【0005】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、急速充電においても、電池の温度上昇やガス
発生を抑え、かつ充分な充電量を確保できる二次電池の
充電方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の二次電池の充電方法は、急速充電のための所
定の充電電流で二次電池を充電し、急速な充電の結果生
じた二次電池内部でのガスに由来する二次電池の温度上
昇率の変化する点を検出し、この温度上昇率の変化する
点を検出した後に前記所定の充電電流よりも低い値の充
電電流であってガスの発生がない電流に切り換えて再度
温度上昇率の変化する点が検出されるまで充電し、その
後、満充電に至るまで同様の作業を繰り返して充電を行
ことに特徴を有している。また、予め各充電電流での
二次電池の温度上昇率の変化する点に応じた二次電池の
開放電圧を求め、各充電電流における温度上昇率の変化
する点に対応した二次電池の電圧を検出することで、温
度上昇率の変化する点を検出することに特徴を有してい
る。更に、二次電池の寿命あるいは充電量に応じて二次
電池の温度上昇率の変化する点よりも前、あるいは後で
電流を切り換えることに特徴を有している。
【0007】
【作用】この発明では、充電中の電池の温度上昇の傾き
の変化点を検出する。または温度の傾きが変化する時の
二次電池の開放電圧を基準電圧とし、予め設定してお
く。一定の充電電流で充電中に先の基準電圧を二次電池
の開放電圧が越えたことを検出すると、新たな充電電流
に変えて充電するので、二次電池の温度上昇、ガス発生
を抑え、充分な充電量を確保することができる。
【0008】
【実施例】先ず本発明の概要について説明する。図2
は、ニカド電池の充電率(C)と二次電池の温度の傾き
が変化する時の充電量(%)との関係を示すものであ
る。図において、aは各充電率(C)で二次電池を充電
した場合に対応する二次電池の温度の傾きが変化する点
を連ねた温度上昇変化線である。温度上昇変化線aを境
に上側の領域(II)は二次電池の温度の傾きが変化す
る点より高い温度であり、ガスが発生する。逆に、温度
上昇変化線aを境に下側の領域(I)は二次電池の温度
の傾きが変化する点より低い温度であり、温度上昇が二
次電池の内部抵抗による損失によるものであり、ガス発
生はなくガスによる温度上昇を抑えることができる。領
域(I)の範囲は、充電電流を小さくするとガスを発生
させずに多くのエネルギーを充電することができる。そ
こで、各充電電流に対する温度の傾きの変わる点で、充
電電流を低減することで、高い充電量まで温度上昇を抑
えて充電することができることが分かる。
【0009】図3は、充電量(%)と電池温度上昇(de
g ),充電効率(%)を示すものである。図において、
温度上昇の傾きの変わる点5T,3T,1Tと充電効率
が悪化する点5Q,3Q,1Qとはほぼ一致している。
これは充電効率が悪化した分のエネルギーが電池の温度
上昇に消費されていることを示しており、ガス発生が要
因であることが分かる。
【0010】図4は、充電量(%)と充電電流(A),
電池温度上昇(deg ),充電効率(%)を示したもので
ある。図のように、充電電流5Cで充電し、電池温度が
5Pになると充電電流を3Cに切り換え、電池温度が3
Pになると充電電流を1Cに切り換えることによって充
電したエネルギーを無駄なく取り出すことができ、充分
な充電量の確保ができることが分かる。
【0011】図5は本発明による二次電池の充電方法を
実施するための充電装置の回路図である。先ず、基本的
な回路構成から説明する。図において、磁気増幅器15
は可飽和リアクトル3と、リセット電流供給回路6と、
誤差増幅回路10から構成されている。リセット電流供
給回路6はリセット電流を可飽和リアクトル3に供給す
る回路であり、トランジスタQ1、抵抗R2,R3,R
4、ダイオードD6から構成されている。トランジスタ
Q1のベース電流により、制御されたリセット電流はト
ランジスタQ1のエミッタ→コレクター→ダイオードD
6→可飽和リアクトル3の順に流れる。誤差増幅回路1
0は検出用抵抗R1、誤差増幅器4、保護用のダイオー
ドD5、電流設定電圧選択回路16、電流設定電圧E1
〜Enから構成されており、出力電圧でトランジスタQ
1のベース電流を可変している。CPU5はトランスT
1の三次巻線側の整流ダイオードD4、平滑コンデンサ
C3により直流化された直流電圧Vccで動作する。二
次電池2の電圧測定個所は図の記号a点であり、二次電
池の温度測定箇所は電池温度検出用サーミスタ17にお
ける図の記号b点である。
【0012】AC電源1からの交流を整流ダイオードD
1、平滑コンデンサC1により直流化する。直流化され
た電圧は、制御IC7により設定された周波数及びパル
ス幅でスイッチSW1によりパルス化され、トランスT
1を介して二次側へ伝送される。二次側ではこの波形を
整流ダイオードD2、転流ダイオードD3、チョークC
H、平滑コンデンサC2により直流化し、二次電池2を
充電する。この充電電流を検出用抵抗R1で検出し、電
流設定電圧選択回路16で選択された各電流設定電圧E
1〜Enのいずれかの1つとの電流設定電圧との誤差を
誤差増幅器4により増幅し、トランジスタQ1のベース
電流を可変して可飽和リアクトル3に流すリセット電流
を調整し、充電電流が定電流になるように可飽和リアク
トル3によってPWM制御される。
【0013】次に、二次電池2の開放電圧測定はCPU
5により決まった周期でトランジスタQ1のベースに接
続された抵抗R3とアース間のスイッチSW2をON/
OFFすることで行われる。スイッチSW2をONする
ことで可飽和リアクトル3に最大のリセット電流が流
れ、可飽和リアクトル3は不飽和状態となり、充電電流
を零にする。このスイッチSW2のONのタイミングに
あわせてCPU5により二次電池2の開放電圧を読み込
む。二次電池2の開放電圧の読み込みが終了したら再び
CPU5によりスイッチSW2をOFFし、二次電池2
の充電を行う。このように、磁気増幅器15により充電
電流を零から規定の定電流まで制御するので、トランス
T1の他の巻線に対しては影響を与えない。従って、C
PU5の供給電圧Vccは変動することなく安定してい
る。
【0014】更に、二次電池2の温度は電池温度検出用
サーミスタ17における点bからCPU5に取り込まれ
る。この取り込まれた電池温度が二次電池の温度の傾き
が変化する点に到達した場合は、CPU5によって電流
設定電圧選択回路16を介して次の充電電流に対応する
電流設定電圧をE1〜Enから選択する。この選択され
た電流設定電圧と充電電流が比較されることによって定
められた充電電流で二次電池2は充電される。
【0015】本発明の一実施例を図1に基づいて説明す
る。図は本発明の二次電池の充電方法で二次電池(ニカ
ド電池)を15分充電した時の充電特性である。図のよ
うに、充電電流5Cで充電し、二次電池の開放電圧が基
準電圧5Pを越えると充電電流を3Cに切り換え、二次
電池の開放電圧が基準電圧3Pを越えると充電電流を2
Cに切り換え、二次電池の開放電圧が基準電圧2Pを越
えると充電電流を1Cに切り換えることによってエネル
ギーを無駄なく充電すことができ、充分な充電量の確保
ができる。各基準電圧は各充電電流に対応する電池温度
の傾きの変化点に設定されているので温度上昇も10de
g 程度に抑えられている。充電した電池の定格容量に対
して充電量は100%、放電量は1C放電時83%程度
である。なお、充電電流を変化させる点については、二
次電池が使用される機器の特徴により二次電池の温度の
傾きの変わる点でなく、その点の前後でもかまわない。
例えば、電池寿命より充電量を重視する場合には充電電
流を変化させる点を二次電池の温度の傾きの変わる点の
後にし、充電量より電池寿命を重視する場合には充電電
流を変化させる点を二次電池の温度の傾きの変わる点の
前にする。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明による二次電
池の充電方法は、急速充電のための所定の充電電流で二
次電池を充電し、急速な充電の結果生じた二次電池内部
でのガスに由来する二次電池の温度上昇率の変化する点
を検出し、この温度上昇率の変化する点を検出した後に
前記所定の充電電流よりも低い値の充電電流であってガ
スの発生がない電流に切り換えて再度温度上昇率の変化
する点が検出されるまで充電し、その後、満充電に至る
まで同様の作業を繰り返して充電を行うので、 また、予
め各充電電流での二次電池の温度上昇率の変化する点に
応じた二次電池の開放電圧を求め、各充電電流における
温度上昇率の変化する点に応じた二次電池の電圧を検出
することで、温度上昇率の変化する点を検出するので、
更に、二次電池の寿命あるいは充電量に応じて二次電池
の温度上昇率の変化する点よりも前、あるいは後で電流
を切り換えるので、急速充電を行った場合でも、温度上
昇を最小限に抑えることができ、電池の寿命を損なうこ
となく従来の通常充電と同等な充電量を確保することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による二次電池の充電方法を説明するた
めの充電時間に対する二次電池の各特性を示す特性図で
ある。
【図2】ニカド電池の充電率と二次電池の温度の傾きが
変化する時の充電量との関係を示す特性図である。
【図3】充電量と温度上昇,充電効率を示す特性図であ
る。
【図4】充電量と充電電流,電池温度上昇,充電効率を
示す特性図である。
【図5】本発明による二次電池の充電方法を実施するた
めの充電装置の回路図である。
【図6】従来例の−ΔV制御方式による15分の急速充
電を説明するための充電時間に対する二次電池の各特性
を示す特性図である。
【符号の説明】
C1〜C3 コンデンサ CH 出力チョーク D1〜D6 ダイオード E1〜En 電流設定電圧 Q1 トランジスタ R1〜R4 抵抗 SW1,SW2 スイッチ T1 トランス 1 AC入力電源 2 二次電池 3 可飽和リアクトル 4 誤差増幅器 5 CPU 6 リセット電流供給回路 7 制御IC 10 誤差増幅回路 15 磁気増幅器 16 電流設定電圧選択回路 17 二次電池温度検出用サーミスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真水 敏之 埼玉県坂戸市千代田5丁目5番30号 株 式会社タムラ製作所 埼玉事業所内 (56)参考文献 特開 平1−160328(JP,A) 特開 昭47−15649(JP,A) 特開 平4−261342(JP,A) 特開 平4−150733(JP,A) 特開 平1−185135(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 急速充電のための所定の充電電流で二次
    電池を充電し、 急速な充電の結果生じた二次電池内部でのガスに由来す
    る二次電池の温度上昇率の変化する点を検出し、 この温度上昇率の変化する点を検出した後に前記所定の
    充電電流よりも低い値の充電電流であってガスの発生が
    ない電流に切り換えて再度温度上昇率の変化する点が検
    出されるまで充電し、 その後、満充電に至るまで同様の作業を繰り返して充電
    を行うことを特徴とする二次電池の充電方法。
  2. 【請求項2】 予め各充電電流での二次電池の温度上昇
    率の変化する点に応じた二次電池の開放電圧を求め、 各充電電流における温度上昇率の変化する点に対応した
    二次電池の電圧を検出することで、温度上昇率の変化す
    る点を検出することを特徴とする請求項1記載の二次電
    池の充電方法。
  3. 【請求項3】 二次電池の寿命あるいは充電量に応じて
    二次電池の温度上昇率の変化する点よりも前、あるいは
    後で電流を切り換えることを特徴とする請求項1あるい
    は2記載の二次電池の充電方法。
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