JP2928439B2 - 二次電池の充電検出方法及び装置 - Google Patents

二次電池の充電検出方法及び装置

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JP2928439B2
JP2928439B2 JP5147471A JP14747193A JP2928439B2 JP 2928439 B2 JP2928439 B2 JP 2928439B2 JP 5147471 A JP5147471 A JP 5147471A JP 14747193 A JP14747193 A JP 14747193A JP 2928439 B2 JP2928439 B2 JP 2928439B2
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龍源 堀池
修一 加納
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は二次電池の充電検出方法
及び装置に関する。二次電池のうち,ニッケル水素電池
はニッカド電池より高容量で且つ環境に優しいためデー
タ機器を中心にして使用され始めている。しかし,ニッ
ケル水素電池は,過充電に弱くニッカド電池よりも充電
に注意する必要があり,急速充電を行い,満充電検出方
法を誤ると電池内部の過熱により劣化を早めるという弱
点があり,過充電となる前に満充電であることを検出す
ることが望まれている。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の二次電池の充電動作の説明
図である。図5のA.は,充電のための構成例であり,
B.は充電動作における電圧及び温度の時間経過特性を
示す。
【0003】A.において,ニッカド電池やニッケル水
素電池等の二次電池51に対し充電用のDC電源50か
ら定電流Aが供給されて充電が行われる。二次電池51
の充電状態を検出する一般的な方法は,二次電池51の
両端の電圧を電圧計52により検出してその電圧の変化
を検出するか,温度の変化を検出することにより行われ
ている。
【0004】すなわち,電圧の変化ををニッカド電池や
ニッカド水素電池等の二次電池は,図5のB.に電圧特
性Vとして示すように,時間(横軸)経過と共に電圧値
(縦軸)が図のような曲線をたどって上昇し,ピーク電
圧に達した後−ΔVだけ降下すると満充電の状態となる
のでこの−ΔVの電圧降下の発生を検出して満充電を識
別している。
【0005】しかし,この−ΔVの降下の検出方法は,
ニッカド電池の場合降下電圧が大きく満充電の検出に適
しているが,ニッケル水素電池の場合は降下電圧が小さ
く,この電圧降下を検出した時には電池内部が過充電と
なって,電池内部の温度が過熱してしまい,電池を劣化
させて電池寿命が短くなるという問題がある。
【0006】図5のB.に二次電池の温度特性Tを示
す。電池内部の温度は,充電を開始すると時間(横軸)
経過と共に温度(縦軸)が図のような特性で変化する。
従って,ニッケル水素電池の場合は,−ΔVのより小さ
い電圧降下を検出したり,ピーク値をとらえて満充電と
して検出するようにしている。また,電池の温度の上昇
率をとらえることにより満充電を検出する方法が取られ
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の充電検出方法の
中で満充電を表す−ΔVの降下電圧やピークを検出する
方法は,精度良く検出しないと過充電の状態になってい
る可能性があり,それを防止するには複雑で高価な装置
を必要とする。そのため,一般的にニッケル水素電池の
ような二次電池の場合,過熱による電池の劣化を防ぐた
め温度の上昇率を検出することにより充電検出を行う方
法が用いられる。
【0008】しかし,温度の上昇率を検出する方法は,
環境温度に精度が左右されて誤った検出を行うという問
題があった。例えば,冷えた倉庫から空(放電されて電
圧が極めて低い状態)の二次電池を持ってきて暖かい環
境下で急速充電を始めると,環境の変化に伴う電池温度
の上昇率が,一定の値を越えてしまうと誤って満充電と
して検出してしまう。
【0009】本発明は二次電池の充電時に周囲温度に関
係なく正確に満充電を検出することができる二次電池の
充電検出方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理構成
図である。図1において,1は充電制御部,10は電池
温度検出手段,11は一定時間(Δt)に対する温度上
昇(ΔT)からその比率(ΔT/Δt)を算出する温度
上昇率算出手段,12は上昇率対応条件判別手段,13
は充電制御手段,2は記憶手段,2aは前回検出した電
池温度,2bは上昇率の上昇率に対応して満充電として
認められる電池温度の条件(実験により求められた値)
が設定された条件テーブル,3は二次電池,3aは電池
温度を検知する温度センサである。
【0011】本発明は電池温度によって満充電として識
別する温度上昇率の値を変えることを原理とし,充電を
開始した後電池温度を検出すると,その温度上昇率を求
め,各温度上昇率に対して予め満充電とすることができ
る温度の条件を参照して,現在の電池温度が対応する温
度条件の温度を満たしていると充電を終了させるように
制御するものである。また,この原理により,電池温度
を検出して,その温度に対応する温度上昇率が予め設定
された満充電を表す値を越えているか判別して,越えて
いると充電を完了するよう制御することもできる。
【0012】
【作用】図1において,二次電池3に対して直流電源が
供給されて充電が行われる。充電が開始されると,二次
電池3内の温度センサ3aにより検知した温度を表す信
号は電池温度検出手段10に入力されて現在の温度情報
が電池温度検出手段10から発生する。この温度情報
は,一定周期で起動する温度上昇率算出手段11に供給
される。
【0013】温度上昇率算出手段11は一定周期(Δ
t)で起動し,現在の温度情報を電池温度検出手段10
から受け取る一方,記憶手段2から前回(一定時間Δt
前)検出された前回電池温度2aを取り出して,今回の
温度情報との差分(ΔT)を求めた上でΔT/Δtを算
出することにより温度上昇率を算出する。
【0014】次に上昇率対応条件判別手段12は,記憶
手段2内の条件テーブル2bを参照し,算出された上昇
率に対応して満充電とすることができる電池温度の条件
を,現在の温度(電池温度検出手段10の出力)が満た
すか否か判定する。この判定の結果,条件を満たすこと
が分かると充電制御手段13にその判定結果が発生し,
充電制御手段13は充電を終了させる充電制御出力を発
生する。満充電になっていないことが判別されると,上
昇率対応条件判別手段12から充電制御手段13に対し
充電制御を変化させる信号を発生せず,充電制御手段1
3は充電動作を継続する。
【0015】このような動作が一定周期毎に実行される
ことにより,電池温度を監視するだけで満充電を検出し
て過充電となる前に充電を終了させることができる。
【0016】
【実施例】図2は実施例の構成図である。図2におい
て,20はAC100Vが入力され,直流電圧を発生す
るACアダプタ,21はニッケル水素電池等の二次電
池,22はDC−DCコンバータであり,ACアダプタ
20からダイオード1を介して直流電圧が入力するかま
たはACアダプタ20から電源が供給されない時に二次
電池21からの直流電圧がダイオード2を介して入力し
て,その出力は図示されないデータ機器等の論理回路へ
供給され,二次電池21が放電された時にACアダプタ
20からの電源で動作するDC−DCコンバータ出力に
より充電が行われる。
【0017】また,23は二次電池の充電制御を行うバ
ッテリ充電コントローラ(図1の充電制御部1に対応)
であり,CPU,RAM,ROM等を内蔵しプログラム
により制御動作を行う。
【0018】二次電池21内には,サーミスタ等で構成
する温度センサ21aが設けられ,その検出信号はバッ
テリ充電コントローラ23内のA−Dコンバータ23b
に供給され,A−Dコンバータ23bにより温度データ
が発生する。
【0019】バッテリ充電コントローラ23内のスイッ
チ制御部23aは,DC−DCコンバータ22から二次
電池21へ充電用の電源を供給するための線路上に設け
られた充電スイッチ24の開閉を制御する。
【0020】図3は充電時の電池温度の特性と温度上昇
率(ΔT/Δt)の特性を示す図である。図3のA.に
示す充電時の電池温度の特性の例の中で,実線で示すa
の曲線は冷えた場所に置かれた電池を暖かい環境に移し
て充電を行った場合の時間経過に対する電池温度の特性
を表し,点線で示すbの曲線は,周囲温度が温かい場所
に置かれた電池を同じ温かい環境で充電を行った場合の
特性であり充電を開始してから満充電になる時間は,a
の特性で示す充電時間より早くなる。
【0021】図3のA.の時間に対する電池温度の特性
aに対し,単位時間(Δt)当たりの温度上昇値(Δ
T)を求めて温度上昇率(ΔT/Δt)を求めると,図
3のB.に例として示すような特性が得られる(最初の
立ち上がりは,A.と対応しない)。この場合,電池温
度が低い時温度上昇率(ΔT/Δt)は大きくなり,そ
の後電池が周囲温度に馴じむにしたがってΔT/Δtは
小さくなり,右端の部分で満充電となる。
【0022】図3のA.の例の他に種々の環境(充電開
始時の電池温度)における,充電動作のデータに基づい
て電池の温度上昇率に対応して,その温度上昇率で満充
電と判定することができる電池温度は何度以上である必
要があるかを実験データにより求めることができる。
【0023】この実施例では,電池温度に対応して満充
電と判定できる温度上昇率(ΔT/Δt)として,具体
的に次の〜のように設定し,この条件の何れかを満
たすことが検出されると満充電として制御を行うものと
する。図3のC.はこの関係を図示したもので,横軸は
電池の温度(T)を表し,縦軸は満充電と判定する温度
上昇率(ΔT/Δtとして1分間当たりの温度上昇値を
用いる)である。
【0024】0°C〜10°Cまでは,2°C/mi
n(1分間に2°C上昇) 10°C〜20°Cまでは,1.5°C/min 20°C〜30°Cまでは,1.25°C/min 30°C以上では1°C/min 上記の〜の数値は図2のバッテリ充電コントローラ
23のマイコンに備えられたメモリ(RAM)に格納さ
れる。
【0025】図4は実施例の処理フローであり,図2の
バッテリ充電コントローラ23内のマイコンにより実行
される。スイッチ制御部23aを制御して充電スイッチ
24をオンにすることによりDC−DCコンバータ22
の出力電圧を二次電池21へ供給し,充電をスタートさ
せる。この後一定時間(例えば1分)後に現在の電池温
度Tが,0°C<T<40°Cの範囲にあるか判定する
(図4のS1)。なお,電池温度は図2のA−Dコンバ
ータ23bから得ることができる。0°C<T<40°
Cの温度範囲に入らない場合は異常としての経路で充
電中止の制御を行うが,範囲に入る場合は急速充電(ス
タート時とは異なる充電電圧)を開始する(図4のS
2)。
【0026】続いて,温度上昇率を検出するため前回の
温度データと今回のA−Dコンバータ23bから得た温
度データとの差により電池の温度上昇値ΔTを得て,こ
れを前回と今回の時間差Δt(1分とする)で除算して
温度上昇率(ΔT/Δt)を得て,その値が1°C/1
minより大きいか判別する(図4のS3)。なお,各
動作周期毎にA−Dコンバータ23bから得られた温度
データはメモリに格納されて次回の処理において前回デ
ータとして使用される。
【0027】1°C/min以下の場合は,急速充電を
継続させて,この回の処理は終了するが,1°C/mi
nを越えている場合は,その時の電池の温度Tが30°
Cを越えているか判別する(同S4)。30°Cを越え
ている場合は満充電の状態として充電完了にする(同S
11)。この場合,スイッチ制御部23aが駆動され,
スイッチ制御部23aにより充電スイッチ24がオフに
され充電を終了する。
【0028】上記ステップS4において,ノー(N)と
判別されると,次にΔT/Δtが1.25°C/min
より大きいか判別し(図4のS5),イエスと判別され
ると,次に温度が20°Cより大きいか判別して(図4
のS6),20°Cより高い場合には上記ステップS4
と同様に充電完了となる。
【0029】20°Cを越えてない場合は,のルート
で次に温度上昇率が1.5°C/minを越えているか
判定し(図4のS7),越えていない場合は充電を継続
し,越えた場合は電池の温度が10°Cを越えたか判別
する(図4のS8)。10°Cを越えている場合は充電
完了とし,10°Cを越えないと次に温度上昇率ΔT/
Δtが2°C/minを越えるか判別し(図4のS
9),越えない場合は充電を継続し,越える場合は電池
の温度が0°Cより大きいか判別する(図4の10)。
【0030】ここで,0°Cより大きい場合は充電完了
とし,0°Cに達しない場合には充電中止とする(図4
のS12)。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば2次電池の充電の際に周
囲温度の変化を気にせずに電池の満充電検出を正確に行
うことができる。また周囲温度を監視することなく電池
温度だけ監視するだけで良いため検出のための構成が簡
易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】実施例の構成図である。
【図3】充電時の電池温度の特性と温度上昇率の特性を
示す図である。
【図4】実施例の処理フロー図である。
【図5】従来の二次電池の充電動作の説明図である。
【符号の説明】
1 充電制御部 10 電池温度検出手段 11 温度上昇率算出手段 12 上昇率対応条件判別手段 13 充電制御手段 2 記憶手段 2a 前回電池温度 2b 条件テーブル 3 二次電池 3a 温度センサ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次電池の充電検出方法において, 二次電池への充電を開始後に二次電池の温度を一定時間
    毎に検出し, 検出した電池温度を一定時間前の電池温度との差を求め
    て温度上昇率を求め, 該温度上昇率各温度に対応して設定された満充電の状
    態を表す上昇率に達しているか,予め各温度に対応した
    各上昇率について満充電状態か否かが設定されたテーブ
    ルを用いて判別し, 該判別結果により満充電の状態か否かの検出を行うこと
    を特徴とする二次電池の充電検出方法。
  2. 【請求項2】 二次電池の充電検出装置において, 二次電池に温度センサを設け, 二次電池の充電制御部を備え, 該充電制御部は,前記温度センサの信号から温度情報を
    発生する電池温度検出手段と,前回検出された電池温度
    及び各温度別の各温度上昇率が満充電の状態か否かの情
    報が設定された条件テーブルとが格納された記憶手段
    と,一定周期で起動して前回の電池温度と今回の電池
    度に基づき温度上昇率を算出する温度上昇率算出手段
    と,前記算出された温度上昇率に対応した上記条件テー
    ブルを参照して判別する上昇率対応条件判別手段とを備
    え, 前記上昇率対応条件判別手段により満充電の状態か否か
    検出を行うことを特徴とする二次電池の充電検出装
    置。
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