JP2771331B2 - バッテリ充電方法および充電装置 - Google Patents

バッテリ充電方法および充電装置

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JP2771331B2 JP6507621A JP50762194A JP2771331B2 JP 2771331 B2 JP2771331 B2 JP 2771331B2 JP 6507621 A JP6507621 A JP 6507621A JP 50762194 A JP50762194 A JP 50762194A JP 2771331 B2 JP2771331 B2 JP 2771331B2
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    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は再充電型バッテリおよび電池の改良型充電装
置に関するものである。
さらに詳しくは、バッテリの過充電および過充電に伴
なう効果、例えばバッテリの過熱またはサイクル寿命の
短縮などを生じることなくバッテリを非常に迅速にまた
「穏やかに」充電することのできる改良型バッテリ充電
装置に関するものである。
特に本発明は、自動的に基準電圧を特定し従って過電
圧を避けるように充電サイクルを制御することのできる
改良型バッテリ充電装置に関するものである。
充電プロセスの制御は、充電電流を周期的に遮断し、
電流遮断後に定められた時間間隔においてバッテリの開
放電圧（無抵抗電圧,resistance free voltage）Ｖ0を
特定し、この開放電圧Ｖ0を過充電反応開始を特徴づけ
る基準電圧ＶREFと比較することによって実施される。
開放電圧Ｖ0が基準電圧ＶREFを超えないように必要に応
じて充電電流を低下させる。
過充電反応の開始の基準電圧特性は、一定電流の充電
期間中に二、三の特徴的なデータ点（特徴データ点）の
開放電圧Ｖ0と特定することによって特定される。これ
らの特徴データ点は、開放電圧Ｖ0を時間ｔに関連づけ
る充電曲線上に配置され得る。第２図において、これら
の特徴点は、 （１） 第１次導関数dVo/dtが極小値をとる場所の充電
曲線Ｖ0（ｔ）の第１屈折点Ｉ（１）、 （２） 同様に、第２次導関数曲線ｄ2Ｖ0/dt2が極大値
をとる箇所に対応する第１次導関数曲線（dV0/dt）の屈
折点として識別される充電曲線の極大曲率点Ｋ、 （３） 第１次導関数dV0/dtが極大値をとる箇所に対応
する充電曲線の第２屈折点Ｉ（２）である。
適当な基準電圧ＶREFは前記特徴点のいずれか１つの
関数、または２若しくは２以上の特徴点の重みづけ平均
として選定される。例えば、基準電圧ＶREFはVI（１）
の値を数パーセント増大することにより、あるはVkまた
はVI（２）の値を数パーセント減少させることによって
算出することができる。
本発明に関する再充電型バッテリまたは電池は、ニッ
ケル−カドミウム（NiCd）、ニッケル−金属ハロゲン化
物（NiMeH）、鉛−酸を使用する型のまたはその他の化
学的なバッテリまたは電池である。これらは、シェー
バ、コードレス電動工具、ポータブル電話、コンピュー
タ、オモチャなどの小型器具から、フォークリフト・ト
ラック、ゴルフカート、および電気自動車まで各種用途
に使用される。
電気自動車における信頼度の増大が期待されるに従っ
て、道路上のその「充電スタンド」における迅速な再充
電によってその限定された走行キロ数を延長する必要が
あるので、この種の自動車の迅速かつ「機能的（intell
igent）」充電が特に重要な要請となっている。電気自
動車を家庭の充電箇所でゆっくりと再充電する場合で
も、現在使用されている多くの充電法に見られるような
バッテリ寿命を短縮させる過充電を避けることが充電器
にとって重要である。電気自動車のバッテリは相当大き
な投資であり、従って機能的充電器によってバッテリの
寿命を延長することが経済性の観点から必要であろう。
この場合「機能的充電器」とは、任意の再充電型バッテ
リの容量を自動的に特定し、顕著な過充電なしで極大飽
和状態に達するように充電サイクルを制御する機能を有
する充電器を言う。
バッテリの充電は、通常、電流（例えば定電流）を制
御しながらまたしばしば電圧（例えば極大電圧）も制御
しながらバッテリを通して電流を流す段階を含む。充電
プロセスそのものの充電率を制御する必要があるが、制
御のために最も重要なファクタはバッテリが完全に充電
された時に充電プロセスを停止させることにある。完全
充電からの継続充電は望ましくないむだな過充電反応を
生じる。通気された電池中の過充電反応は電気分解と水
の損失を生じ水を交換しなければならなず、他方密封さ
れた電池においては、過充電反応によって生じたガスの
再結合反応が放熱反応であるので、圧力と熱とを生じ
る。
理想的には、過充電反応は高い電圧を必要とするの
で、単に充電電圧を一定値に制限することによって防止
される。不幸にして、この簡単なアプローチは二、三の
型の電池、例えば鉛−酸電池、および密封型Liイオン電
池についてのみ部分的に奏功する。
過充電反応生成物を再結合する可能性のある密封電池
（例えばNiCd電池）は、生成ガスの圧力が低くまた発生
熱が容易に消失される程度に低い低充電率に際しては通
常過電圧を許容するであろう。バッテリが完全充電され
た時に電解質成分が失われていなければ、充電プロセス
を停止する必要性はさほど大きくない。しかし、低充電
率でも充電を継続すれば電池の寿命を短縮させることが
多い。
急速充電、例えば１時間以内の充電は、通気された電
池についても密封された電池についてもさらに大きな挑
戦である。第１の問題点は、極板中の電荷分布率および
平衡率が制限されているので、電気化学的に影響されや
すい活性物質部分が完全充電されて過充電反応を生じる
が、他の活性物質部分がまだ完全充電されていない結果
となる。第１図に示す一般的充電許容曲線は、この問題
点が電流の増大によって重大になることを示す。すなわ
ち高い充電率においては、過充電反応が完全充電の低い
部分において表われはじめる。過充電区域においては、
充電反応の電流効率が低下しており、クローン（coulum
bic）エネルギーの大部分が過充電反応に消費されてい
る。このような状態で充電プロセスを完了するには、過
充電反応を一定率で十分長時間許容しなければならな
い。実際にこのような場合がしばしばある。その結果、
急速充電NiCdは過充電期間中の過度の圧力形成を防止す
るためさらに強く触媒反応させられる。このような限ら
れた過充電期間を使用するアプローチは、中程度の充電
率（１−６時間）のために開発された簡単な充電テクノ
ロジーを使用することができるので一般に使用されてい
る。しかし高率充電中のバッテリの急速過熱を避けるこ
とができない。他の問題点は、特に低温において、再結
合触媒が効果的でない時に安全圧を超え電池通気を生じ
る可能性があることである。
急速充電／過充電プロセスを所望の点で終結する方法
は第２図の充電電圧曲線によって最もよく示されてい
る。活性物質、Ni（OH）2とNiO（OH）の還元された形と
酸化された形をそれぞれＭredとＭ0xで示す。
電圧曲線Vo/tの第１図部分Ａは、Ｍ0xの最初の発生に
より強く充電された電池の初期急速電圧上昇を示し、次
に主充電期間中の平坦な電圧プロファイルを示し、この
平坦プロファイルにおいては両方の活性物質の十分量の
Ｍ0xとＭredとが存在する。充電曲線の第２部分Ｂは第
１屈折点Ｉ（１）から始まり、初期過充電反応の開始と
漸進的増大とにより電圧上昇を示す。部分Ｃは屈折点Ｉ
（２）に始まり、この部分においては過充電反応が支配
的になる。この曲線は最大曲率Ｋにおいて分離し、従っ
て部分Ｃは通気電池Cvと密封電池Csとの間で相違してい
る。通気電池の場合、電圧曲線はCvにおいて初期過充電
反応に対応して最終的に台地状（plateau）に平坦化す
る。再結合を伴なう密封電池の場合、第１屈折点Ｉ
（１）から過充電反応が顕著な温度上昇を示し、第２屈
折点Ｉ（２）からさらに顕著となる。電池電圧が負の温
度係数を有するなら（例えばNiCdバッテリ）、充電曲線
のこの部分Csにおいて急速な温度上昇の故に台地状では
なくピークＰが生じる。
密封NiCdバッテリの通常の充電制御システムは電圧ピ
ークの検出後に充電電流を停止することに基づいてい
る。真のピークと電圧読みノイズとを区別するため、あ
る程度のオーバラン、例えば10mVが必要である。この
「負のデルタＶ」法は約１時間の充電率にとって有効で
ある。もちろん、この方法は過充電によって生じる過熱
効果に依存しているので、この方法によれば顕著な過充
電は避けがたい。
より複雑な方法は充電プロセスを停止するために第２
屈折点Ｉ（２）を使用する。この方法は充電時間を15分
に短縮することができる。この場合にも屈折点のある程
度のオーバランが必要であって、過充電は完全には防止
されない。
前記両方の方法は充電を高充電率で終結させるために
第１図における充電／過充電境界線を横切ることに依存
しており、バッテリのある程度の不必要な有害な加熱を
生じる。多くのバッテリは熱力学的または不可逆的熱効
果の故に放電中に加熱を生じるが、充電中の追加加熱が
ヘビーデューティ使用中のバッテリの急速な過熱を生じ
る。
急速充電のさらに論理的なアプローチは過充電反応の
生じはじめる点において充電率を低下させることであ
り、これは第１図に示される充電／過充電境界線に本質
的に従がわなければならない。このようにして過充電反
応が避けられ、圧力増大が非常に低くなり、電池は過充
電反応の再結合メカニズムによって加熱しない。低内部
抵抗を有するNiCd電池は充電反応の吸熱性の故に冷却す
ることもありうる。
過充電の始まりを特定する１つの実際的方法は、充電
電流の短時間かつ頻繁な中断中に開放（開回路）に電圧
Ｖ0を測定し、これを過充電反応の始まりを代表する外
部の予め選択された基準電圧と比較することに基づいて
いる。検出された開放電圧Ｖ0がこのプリセット値（温
度に関して補正された値）に達した時、基準電圧が超過
されないように電流が徐々に低減させられる。
この方法は欧州特願第311,460号に記載され、この方
法は電池およびバッテリを充電電流によって充電し、前
記充電電流を周期的に遮断して定められた持続時間の電
流のオフ間隔を生じ、前記電流オフ間隔中に測定された
電圧の開放電圧Ｖ0成分をサンプリングし、過充電反応
の始まりを代表する過充電基準電圧ＶRefを選定し、ま
た電池およびバッテリが十分に充電されるまで開放電圧
Ｖ0が基準電圧ＶRefを超えないように充電電流を変調す
ることによって、電圧／時間誘導関数を使用して電池お
よびバッテリを再充電する方法と要約することができ
る。
開放電圧Ｖ0の読みに基づくこの電流「テーパリング
（tapering）」法は一部の通気されたバッテリおよび密
封バッテリについて非常によく適合する。低抵抗密封Ni
Cdバッテリは10℃以下の温度上昇をもって５分の短時間
で充電され、または温度低下を伴なって15分以内に充電
される。通常の鉛−酸バッテリは20分以内に充電され、
航空機始動用の通気NiCdバッテリは15分以内に充電され
る。
しかし、この方法は前記の電圧曲線法と比較して大き
な欠点を有する。すなわち、第１図の充電／過充電境界
線にそって充電プロセスを制御するために使用される基
準電圧がバッテリ中の電池数、温度およびある程度は電
池構造に依存している。電池数およびその温度に対して
基準電圧ＶRefを設定することは特に困難ではないが、
個々の電池の構造効果を基準電圧ＶRef値に合体させる
のはさらに複雑な作業である。
発明の概要 本発明の目的は、個々の電池の特性または温度とは無
関係に作動することのできる「機能的」充電装置を提供
することによってこれらの問題を解決するにある。従っ
て、本発明の方法は、（ａ）時間ｔに対して開放電圧Ｖ
0の値を収集（compiling）する段階と、（ｂ）開放電圧
Ｖ0の少なくとも第１次導関数曲線dV0/dtを作成してこ
の曲線上の第１次導関数特徴点を検出する段階と、
（ｃ）前記第１次導関数の特徴点の少なくとも１つの関
数として過充電基準電圧ＶRefを選定する段階とを含む
ことを特徴とする。
この方法によって特定された基準電圧ＶRefは自動的
に電池の数、温度および構造を反映し、従って個々のバ
ッテリのパラメータを予め知らなくてもこの充電装置に
よってそのバッテリを再充電することができる。好まし
い実施態様は必要機能を調整し実行するマイクロプロセ
ッサを含む。
図面の簡単な説明 第１図は、急速充電状態において再充電性バッテリの
一般的充電を示すグラフである。
第２図は、経過充電時間ｔに対する一般的温度曲線と
充電曲線とを示すグラフである。
第3A図は、最初常温にあって8Cのレート（rate）で5A
の電流で充電される、ブランドＸの電池について、電流
オフ期間中に15msecと495msecにおいて測定された充電
時間ｔに対する温度および開放電圧Ｖ0を示すグラフで
ある。
第3B図は、第3A図の15msecのＶ0（ｔ）曲線の第１次
および第２次導関数曲線のグラフである。
第3C図は、第3A図の条件下に電流オフ期間中に種々の
時間ｔ0において測定されたＶ0の値のＶ0（ｔ）曲線を
示す三次元グラフである。
第４図は、充電電流が2.5A、充電レートが4Cであるこ
と以外は第3A図の場合と同様の条件であるグラフであ
る。
第５図は、初めの電池温度が約53℃、充電電流が10A
であること以外は第3A図の場合と同様であるグラフであ
る。
第６図は、電池ブランドＹを使用したこと以外は第3A
図と同様のグラフである。
第７図は、電池ブランドＹを使用し充電率が4Cである
こと以外は第４図の場合と同様の条件であるグラフであ
る。
第８図は、電池ブランドＹを使用し初めの電池温度が
約49℃であったこと以外は第５図の場合と同様の条件で
あるグラフである。
第9A図は、電池ブランドＷを使用したこと以外は第3A
図の場合と同様の条件であるグラフである。
第9B図は、第9A図のＶ0（ｔ）曲線の第１次および第
２次導関数の曲線を示すグラフである。
第10図は、本発明の１つの実施態様の概略回路図であ
る。
第11図は、常温におけるある特定のセルタイプについ
て本発明の充電装置によって得られた結果を示すグラフ
である。
第12図は、電池温度が高いこと以外は第11図の場合と
同様であるグラフである。
第13図は、常温において第２のセルタイプを有する本
発明の充電装置によって得られた結果を示すグラフであ
る。
発明の詳細な説明 すべてのデータは、この場合に簡略化のため電池X,Y,
Wと呼ばれる市販の電池を使用して得られた。第3A図と
第４図は、バッテリメーカＸによって製造されたAAサイ
ズと600mAhラベル容量を有する２つの密封NiCd電池使用
し、それぞれ5Aの電流（8Cレート）と2.5A電流（4Cレー
ト）によって充電して得られた充電データを示す。第５
図はこれより高い約53℃の温度で10A（8Cレート）で充
電して得られた同一電池Ｘのデータを示す。第６図乃至
第８図は他のメーカＹの電池によって得られた同様の充
電データを示す。電池ＸとＹは工業用電池の範囲内にお
ける極端な例を示すために選定された。
第3C図は第3A図に使用された条件を使用し、10秒ごと
に繰り返される500msecに亘る長い電流オフ期間中にと
られた個々の電圧（Ｖ0の値）の全減衰曲線を示すグラ
フである。各電流オフ期間中に、10msec毎のｔ0におい
て、電圧減衰曲線がサンプリングされ、前後する100mse
cの間中も同様にサンプリングされる。第3A図、第４図
乃至第８図、および第9A図において、電流遮断後にそれ
ぞれ15msecおよび495msecで採られた電圧サンプルが温
度プロファイルと共に、開放電圧Ｖ0プロファイル曲線
としてプロットされた。温度プロファイル曲線は電池の
外側面に接触する熱電対によって測定され、過充電によ
る温度の傾斜上昇を示す。熱電対の外側装着の故に、温
度曲線は過充電反応の開始より遅れる。
第3A図と第４図における電池Ｘの15msecV0の電圧曲線
を比較してみれば、第１屈折点が本質的に同一電圧1.49
-1.50Vにおいて生じ、これはVI（１）が充電レートとは
無関係であることを示す。第６図と第７図のＹ電池につ
いて検討すれば、VI（１）が低くて1.46-1.47Vの範囲内
にあること以外は同様の結論に達する。電池Ｘの場合に
電圧プロファイル曲線全体が高くなり第１屈折点以後に
おいて分離が急激になることが明かである。電池Ｘ、Ｙ
のVI（１）間の差異、約30mVは欧州特願第311,460号の
充電法を使用して得られたこれらの電池のデータと一致
している。
第５図と第８図のデータは10Aの電流で充電する前に
約50℃に予熱されたそれぞれ電池X,Yにおいて得られた
データである。この場合にも電池Ｘが15msec曲線上の第
１屈折点を電池Ｙよりも高い電圧において有するので同
一の相対画像が見られ、この場合、NiCd電池の温度係数
から予想されるように、両方の熱い電池は50-100mV低い
屈折点電圧VI（１）を有する。またこれは前記の公知テ
クノロジーを使用した同一電池型の実験に対応してい
る。
これらのデータから明かなように、充電曲線の制御さ
れる部分の基準電圧ＶREFを設定するために第１屈折点
における開放電圧Ｖ0の値を使用することができ、基準
電圧ＶREFの最適値を特定するために予めバッテリ電
圧、温度および構造を知る必要はない。第１屈折点Ｉ
（１）の位置を簡単に特定する１つの方法は、時間に対
する電圧の第１次導関数上の極小値として特定すること
である。電圧サンプルの小浮動によって生じる不確定性
を除去するため、通常は電気的または数学的フィルタ
（輪転平均,rolling averages）を使用すること及び屈
折点のある程度のオーバラン（第１次導関数曲線上の極
小値の固定されたオーバラン）を許容することの必要が
ある。
また、充電プロセスの所望の駆動力を必要に応じて変
動できるように基準電圧ＶREFの値を屈折点における測
定値に対してある関係に設定することが可能である。１
つの可能性は、基準電圧ＶREFを第１屈折点における電
圧読み値より固定したパーセントだけ高く設定するにあ
る。
他の可能性は、充電曲線上の次の特徴点、すなわち極
大曲率点Ｋが検出されるまで充電を継続するにある。こ
の点は、第２次導関数曲線ｄ2V/dt2が極大値となる所に
第１次導関数曲線上の屈折点を配置することによって特
定される。この場合、基準電圧ＶREFが開放電圧Ｖ0と等
しく設定され、または開放電圧Ｖ0に対して一定関係
に、例えばＶk値の98％に設定される。
また、最大曲率点Ｋを超えて、すでにある程度の過充
電が生じている第２屈折点Ｉ（２）が検出されるまで充
電を継続することができる。この場合、基準電圧ＶREF
はVI（２）の95％）。この点は第１次導関数曲線dV0/dt
上の極大値として位置決めされる。
また、基準電圧ＶREFの値を、これらの特徴的開放電
圧VI（１）、ＶkおよびVI（２）のいずれかの関数とし
て、例えばこれらの値の特定の重みづけ平均として設定
することができる。
前記の各実施例は、各電流遮断の15msec後にサンプリ
ングされた電圧から成る電圧プロファイル曲線を使用し
た。しかし、電流オフ期間中の他の定められた時間にサ
ンプリングされた電圧サンプルを使用することも可能で
ある。第3C図は電流オフ期間中に相異なる時間において
連続的に発生した電圧プロファイル曲線を示す。また、
電圧によって生じた抵抗の存在が充電プロセスの制御を
より不正確にするが、電流遮断以外でまたはその前にサ
ンプリングされた電圧サンプルでさえも使用することが
できる。
開放電圧Ｖ0充電曲線上の特徴点を確認し位置決め
し、これらの点における特徴電圧を読取り、これらの点
における開放電圧Ｖ0の測定値のもとづいて基準電圧Ｖ
REFを設定し、開放電圧Ｖ0が基準電圧ＶREFの値または
その下に留まるように電流を制御する機能は、マイクロ
プロセッサを使用することによって最も簡単に達成され
る。またマイクロプロセッサを使用すれば、種々の安全
バックアップ機能、電流制御および遮断判定基準を追加
することができる。これらは、バッテリパックの中にひ
どくて不整合な電池が存在することによって屈折点が不
明確な場合、またはバッテリパック中に過度に多数のバ
ッテリが存在する場合（電気自動車のバッテリ）に重要
である。これらの問題点は、より小数のバッテリグルー
プをバッテリパックの中に使用し、また「最も弱いリン
ク」、すなわち、最初に過充電を開始する電池グループ
による充電電流を制御することによって修正される。
第１屈折点が不明確な場合に不測の過充電が生じる。
電池ブランドＷに関する第9A図に図示のように、これら
の電池が十分に発達していない「サドル」を有するこ
と、別言すれば、第9B図に図示のように第１次導関数曲
線dV0/dt上に明確な極小値または極大値を有しないこと
を観察すればこのようなケースが予測される。しかしこ
の場合、これらの電池は第9B図に見られるように第２次
導関数曲線ｄ2V/dt2上の極大値として検出される最大曲
率点Ｋにおいて前記曲線上に屈折点を有することを観察
して過充電を避けることができる。また、この点の位置
は過充電の第１開始点に対応する。一般に高い内部抵抗
を有する電池、すなわち急速充電中に過度に加熱される
電池は不十分に発達した「サドル形状」を有する。また
NiMeH電池はNiCd電池、鉛−酸電池およびその他の電池
よりも少なく発達した「サドル形状」を有する。従っ
て、電荷曲線上の屈折点が曲線形状の故に不明確である
場合、基準電圧ＶREFを設定するための第２の「フェイ
ルセーフ」評価基準としてＶkを使用することが望まし
い。
もちろん、不測の過充電を防止するために使用される
他の多くのバックアップ評価基準が存在する。これらの
評価基準は温度上昇、Ｖ0増大、第２屈折点へのあるパ
ーセントだけ到着若しくは超過、またはバッテリの相異
なる部分において測定された値の比較に基づいている。
上述した説明は密封型NiCd電池に集中したのである
が、本発明の方法は「サドル型」充電曲線を示すその他
の再充電型電池についても利用できる。
第10図は、本発明による好ましい実施態様の概略回路
図である。再充電型電池またはバッテリは、電池測定用
分路抵抗器、電流遮断用リレーおよび温度センサと共に
電源に接続される。この回路の動作を実行しモニタする
ため、データ取得／リレー制御コンピュータシステム、
例えばマイクロプロセッサが使用される。
第10図の回路ダイヤグラムによるマイクロプロセッサ
を使用して２つのテストが実行された。単なる電源を使
用する代わりに、出願人は現存のバッテリ充電器、この
場合にはカナダ、オンタリオ、ミシサウガのノルビック
・テクノロジーから入手される５アンペアMinit-Charge
r バッテリ充電器を通して電力を供給した。開放電圧
Ｖ0を各リレーの開放の10msec後に測定した。このリレ
ーは回路を10秒ごとに500msecの間開くように設定され
た。充電中、開放電圧Ｖ0値がマイクロプロセッサによ
ってモニタされ、このマイクロプロセッサはこれらのデ
ータを充電プロセスの制御のために使用した。それぞれ
常温の場合（第11図）と高温の場合（第12図）につい
て、ＹブランドAA型再充電可能電池を使用したテスト結
果を示すグラフを表示する。第13図はＸブランドAA型再
充電可能電池を使用した第11図と同様のテスト結果を示
す。
充電操作の開始時に、ダミーの初期基準電圧Ｖ
REF（ｉ）は初期充電操作を全力で動作させるため故意
に高く設定された。初充電中に、第3A図について述べた
ように、マイクロプロセッサが前記のように開放電圧Ｖ
0に対する値をモニタし、充電開始後の経過時間ｔに対
して開放電圧Ｖ0の第１次導関数曲線dV0/dt上の極小点
Ｉ（１）を特定するためにこれらのデータを処理した。
第１次導関数曲線dV0/dt上の極小値を安全に同定するた
め、基準電圧ＶREFの変化をトリガする前に0.04mV/sの
オーバランを許した。基準電圧ＶREFはトリガ点（点
Ｚ）における開放電圧Ｖ0の102％として算出された。こ
の場合、マイクロプロセッサは調整された基準電圧Ｖ
REFの値を点Ｉ（１）における開放電圧Ｖ0の値として設
定し、この基準電圧ＶREF（ａ）の値をMinit-Charger
バッテリ充電器の中に合体された電流制御システムに対
して電送した。
第11図乃至第13図において両方のバッテリブランドに
ついて、基準電圧ＶREF(a)の値はグラフの点Ｚに設定さ
れる。本発明の充電回路は自動的に各電池の性質に対応
して基準電圧ＶREF(a)の値を設定し、この場合には類似
温度のテスト（第11図および第13図）のブランドＸ電池
について基準電圧ＶREF(a)の約30mVだけ少し高く設定し
た。これは、これらのブランドの公知の値と一致する。
同様に、本発明の充電回路は高温Ｙブランド電池（第12
図）について基準電圧ＶREF(a)を約50mV低く設定した。
これは、NiCd電池の基準電圧ＶREFの公知の温度依存関
係と一致する。一度基準電圧ＶREF(a)が点Ｚに設定され
ると、充電回路は前記のように開放電圧Ｖ0をモニタし
つづけ、開放電圧Ｖ0が基準電圧ＶREFを超えることのな
いように充電電流を制御する。点Ｚにおいて、調整され
た電流は急速に下降し、次に、マイクロプロセッサから
の命令に従って次第に減少（tapering off）する。その
結果、電池は第11図乃至第13図に図示のように、顕著な
過充電を示すことなく、急速に、しかし、穏やかに飽和
状態まで充電される。また良好な温度制御が実施される
ことは明かであり、これは一般に現在のテクノロジーを
使用した型の電池の充電の場合には深刻な問題点であ
る。
異なる型の電池およびバッテリは基準電圧ＶREFの温
度係数の異なる値を有するので、相異なる温度の電池を
このパラメータによって設定する必要なく正確に充電す
ることのできる本発明による充電回路の機能は当業界に
おいて大きな進歩である。例えば、本発明の装置は金属
水化物電池またはNiCd電池を、それぞれの電池の特性ま
たは性質を知る必要なく同様によく充電することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホエルケック，ヤン チェッコ国プラハ、４‐ハージェ、スラ ンスケノ、695 (72)発明者 ノル，ジリ ケイ. カナダ国オンタリオ州、オウクビル、パ インハースト、ドライブ、318 (72)発明者 ソルティス，ジョセフ ブイ. カナダ国オンタリオ州、オウクビル、サ ード、ライン、246 (72)発明者 ダグラス，チャールズ カナダ国オンタリオ州、ミシソーガ、バ ーセラ、クレッセント、2517 (56)参考文献 特開 昭55−41191（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電池およびバッテリを充電電流によって充
    電する手段と、前記電池およびバッテリの電圧／時間導
    関数を特定する手段と、前記充電電流を周期的に遮断し
    て定められた持続時間の電流オフ間隔を生じる手段と、
    前記電流オフ間隔中に測定された電圧の開放電圧Ｖ0成
    分をサンプリングする手段と、過充電反応の始まりを代
    表する過充電基準電圧ＶRefを選定する手段と、電池お
    よびバッテリが十分に充電されるまで開放電圧Ｖ0を基
    準電圧ＶRefを超えないように充電電流を変調する手段
    とを含む再充電装置において、 （ａ） 時間ｔに対して開放電圧Ｖ0の値を収集する手
    段と、 （ｂ） 開放電圧Ｖ0の少なくとも第１次導関数曲線dV0
    /dtを作成してこの曲線上の第１次導関数の特徴点を検
    出する手段と、 （ｃ） 前記第１次導関数の特徴点の少なくとも１つの
    関数として過充電基準電圧ＶRefを選定する手段と、を
    含む、 ことを特徴とする再充電装置。
  2. 【請求項２】開放電圧Ｖ0の第２次導関数曲線ｄ2Ｖ0/dt
    2を作成し、この曲線上の極大の第２次導関数の特徴点
    を検出する手段と、 第１次導関数曲線dV0/dtの極小値として位置決めされた
    第１屈折点Ｉ（１）を特定する手段と、 第２次導関数曲線ｄ2Ｖ0/dt2極大値として位置決めされ
    た極大曲率点Ｋを特定する手段と、 第１次導関数曲線dV0/dtの極大値として位置決めされる
    第２屈折点Ｉ（２）を特定する手段と、 基準電圧ＶRefを得るように前記点の少なくとも２つを
    含む関数を生じる手段と、を更に含む、 ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0785893A (ja) * 1993-09-17 1995-03-31 Sony Corp 電池充電方法
US5623195A (en) * 1994-06-22 1997-04-22 Lucent Technologies Inc. Apparatus and method for controlling a charging voltage of a battery based on battery temperature
US5710506A (en) * 1995-02-07 1998-01-20 Benchmarq Microelectronics, Inc. Lead acid charger
KR0169392B1 (ko) * 1995-04-24 1999-04-15 김광호 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 -델타브이 검출을 이용한 금속 충전 시스템
US5900718A (en) * 1996-08-16 1999-05-04 Total Battery Management, Battery charger and method of charging batteries
US5729116A (en) * 1996-12-20 1998-03-17 Total Battery Management, Inc. Shunt recognition in lithium batteries
US5780994A (en) * 1997-03-21 1998-07-14 Securaplane Technologies, L.L.C. Detection of inflection point in secondary-battery charging process by matching voltage response to first derivative of battery's characteristic curve
US6008624A (en) * 1997-05-09 1999-12-28 Bergstrom; Gary E. Method of monitoring and controlling electrochemical systems and processes
AUPO917297A0 (en) * 1997-09-15 1997-10-09 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Charging of batteries
US6043631A (en) * 1998-01-02 2000-03-28 Total Battery Management, Inc. Battery charger and method of charging rechargeable batteries
US6111389A (en) * 1998-06-18 2000-08-29 Lucent Technologies Inc. Rapidly charging a battery without overcharging
US6867568B1 (en) 2001-08-13 2005-03-15 John Olson Battery finish charge device
JP2005505118A (ja) * 2001-10-03 2005-02-17 トロジャン バッテリー カンパニー 電池を充電するシステムおよび方法
US6677730B2 (en) 2001-12-21 2004-01-13 Energenx, Inc. Device and method for pulse charging a battery and for driving other devices with a pulse
US7589491B2 (en) * 2006-03-10 2009-09-15 Trojan Battery Company Temperature compensation in recharging of batteries
US8120333B2 (en) * 2006-11-27 2012-02-21 Universal Supercapacitors Llc Method of charging double electric layer electrochemical capacitors
US7990162B2 (en) * 2007-08-14 2011-08-02 Fluke Corporation Systems and methods for an open circuit current limiter
JP5503318B2 (ja) * 2010-02-05 2014-05-28 古河電気工業株式会社 二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置
US9599584B2 (en) * 2012-04-27 2017-03-21 California Institute Of Technology Imbedded chip for battery applications
US10556510B2 (en) 2012-04-27 2020-02-11 California Institute Of Technology Accurate assessment of the state of charge of electrochemical cells
JP5283143B1 (ja) * 2012-06-04 2013-09-04 株式会社西日本エネルギー管理総合研究所 機器や設備に対して稼働状況の診断を行う稼働状況診断装置、稼働状況診断方法、及び、稼働状況診断プログラム
DE102014206112A1 (de) 2014-04-01 2015-10-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Überwachen eines Ladezustands bzw. eines Lade- oder Entladestroms eines Akkumulators
KR102318789B1 (ko) * 2014-09-02 2021-10-28 삼성전자 주식회사 배터리 충전 관리 방법 및 이를 구현하는 전자 장치
EP3771021B1 (en) * 2019-04-18 2023-06-21 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Charging method and charging apparatus
SE543436C2 (en) * 2019-06-03 2021-02-16 Alelion Energy Systems Ab Method for estimating state of health of a battery

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3517293A (en) * 1967-01-31 1970-06-23 Mcculloch Corp Rapid charging of batteries
SE358519B (ja) * 1968-05-27 1973-07-30 Macharg J A
US3559025A (en) * 1968-07-15 1971-01-26 Mcculloch Corp Rapid charging of batteries
US3597673A (en) * 1969-06-26 1971-08-03 Mcculloch Corp Rapid charging of batteries
BE757705R (fr) * 1969-10-20 1971-04-01 Mcculloch Corp Procede et appareil pour la charge rapide d'une batterie
US3614582A (en) * 1970-07-13 1971-10-19 Mcculloch Corp Rapid charging of batteries
US3761795A (en) * 1972-01-13 1973-09-25 Legg Ltd Battery charging apparatus
GB1438290A (ja) * 1972-10-14 1976-06-03
ZA739678B (en) * 1972-12-29 1975-08-27 Electric Power Storage Ltd Electric circuits, particularly for automatic battery charging apparatus
GB1453860A (en) * 1973-05-17 1976-10-27 Macharg J A Control systems for battery chargers
US3936718A (en) * 1973-09-24 1976-02-03 Westinghouse Brake & Signal Company Limited Battery charging control circuits
GB1486425A (en) * 1973-12-21 1977-09-21 Macharg J A Control systems for battery charges
US4016473A (en) * 1975-11-06 1977-04-05 Utah Research & Development Co., Inc. DC powered capacitive pulse charge and pulse discharge battery charger
CA1153061A (en) * 1978-05-31 1983-08-30 David A. Saar Method of charging batteries and apparatus therefor
US4388582A (en) * 1978-05-31 1983-06-14 Black & Decker Inc. Apparatus and method for charging batteries
US4392101A (en) * 1978-05-31 1983-07-05 Black & Decker Inc. Method of charging batteries and apparatus therefor
US4503378A (en) * 1983-05-02 1985-03-05 General Motors Corporation Charging system for nickel-zinc batteries
US4639655A (en) * 1984-04-19 1987-01-27 Westhaver Lawrence A Method and apparatus for battery charging
US4746852A (en) * 1984-10-29 1988-05-24 Christie Electric Corp. Controller for battery charger
CA1330828C (en) * 1987-10-09 1994-07-19 Jiri K. Nor Battery charger
CA1311268C (en) * 1988-04-11 1992-12-08 Karl Kordesch Method and a taper charger for the resistance free charging of a rechargeable battery
EP0444617B1 (en) * 1990-02-28 1996-08-21 Hitachi Maxell Ltd. Method of charging secondary batteries
DK25391D0 (da) * 1991-02-14 1991-02-14 Pan Europ Holding S A Fremgangsmaade og apparat til opladning af et genopladeligt batteri
US5396163A (en) * 1991-03-13 1995-03-07 Inco Limited Battery charger
CA2038160C (en) * 1991-03-13 1996-10-22 Jiri K. Nor Charging circuits for rechargeable batteries and cells
AT406719B (de) * 1991-06-05 2000-08-25 Enstore Forschungs Entwicklung Verfahren zum vorzugsweisen schnellen laden von batterien
US5206578A (en) * 1991-10-15 1993-04-27 Norvik Technologies Inc. Monitoring system for batteries during charge and discharge

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AU670447B2 (en) 1996-07-18

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