JP3253362B2 - 電池の充電方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてニッケル水素
電池やニッケルカドミウム電池を充電する方法に関し、
とくに、過充電を防止して充電する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は、過充電しないように、満充
電になると充電を停止することが大切である。過充電は
電池の寿命を著しく短くする弊害がある。とくに、ニッ
ケル水素電池は過充電に弱い性質がある。また、電池の
充電においては、種々の状態で使用される電池を確実に
満充電することも大切である。

【０００３】ところで、本明細書において「充電を停止
する」とは、充電電流を０とする状態に特定せず、満充
電を検出して充電電流を減少させてトリクル充電とする
状態を含む広い意味に使用する。

【０００４】電池を満充電したことを検出する方法とし
て、ΔＶ方式とピーク方式とが開発されている。ΔＶ方
式は、電圧がピーク値からΔＶ低下したことを検出して
満充電を検出して充電を停止する。この方法は、例え
ば、特開昭６１−２８８７４０号公報に記載されてい
る。この方法は、満充電されると、ニッケルカドミウム
電池等の二次電池の電圧がピーク値から低下する性質を
利用する。図１は、正常に放電したニッケルカドミウム
二次電池が充電されるときの電圧変化を示している。ニ
ッケルカドミウム電池は、充電の初期で急激に電圧が上
昇する。その後電圧の変化は少なくなる。満充電に近付
くと電圧上昇は急峻となり、満充電になると電圧はピー
クに達し、さらに充電するとピーク値からΔＶ低下す
る。したがって、ピーク値からΔＶ低下したことを検出
することによって、満充電を検出できる。

【０００５】これに対して、ピーク方式は、電池のピー
ク電圧を検出して充電を停止する。この方式は、たとえ
ば、実公昭６０−１３２５３号公報に記載される。この
方式は、ピーク値を検出して充電を停止するので、過充
電すると電池性能が低下するニッケル水素電池の充電に
適している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ΔＶ方
式やピーク方式で過放電した不活性電池を充電すると、
満充電になる前に充電を停止してしまう欠点がある。そ
れは、図２に示すように、不活性電池は、充電の初期に
電圧がピーク値に達し、その後にΔＶ低下するからであ
る。

【０００７】この欠点を避けるために、電池の充電を開
始して一定の初期充電時間帯はΔＶセンサーの作動を停
止する方法が開発されている。この充電方法は、初期充
電時間帯においては、電池の電圧変化に関係なく連続し
て充電する。初期充電時間帯を経過した後、ピーク点か
らの電圧降下を検出して充電を停止する。

【０００８】この充電方式は、不活性電池を満充電でき
る特長がある。それは、初期充電時間帯に、電池電圧が
ピーク値に達し、あるいはΔＶ低下しても、充電を停止
しないからである。しかしながら、この充電方法は、満
充電した、あるいは満充電に近い二次電池（以下、これ
らを総称して満充電電池という）を過充電する欠点があ
る。それは、図３に示すように、満充電した二次電池
は、初期充電時間帯に電圧がピーク値に達し、またΔＶ
低下するが、この状態になっても充電を停止しないから
である。とくにピーク方式は、初期充電時間帯をΔＶ方
式よりも長くする必要がある。それは、正常に放電した
電池の電圧上昇カーブが平坦になるまでに相当に時間が
かかることが理由である。ΔＶ方式は、不活性電池の早
切れを防止するように初期充電時間帯を設定できる。こ
れに対し、ピーク方式は、正常に放電した電池の電圧変
化が平坦になるまでの間は電圧を検出しないで連続充電
する必要がある。正常に放電した電池の電圧が平坦にな
るまでの時間は相当に長いので、ピーク方式は、初期充
電時間帯を長くする必要がある。したがって、このピー
ク方式は、正常に放電した電池は、満充電した電池を相
当に過充電してしまう欠点がある。

【０００９】以上のように、最初に初期充電時間帯を設
ける充電方式は、不活性電池の早切れを防止して正常に
充電できるが、満充電した二次電池を過充電してしまう
欠点がある。このため、従来の充電方法は、不活性電池
と、正常に放電した二次電池と、満充電した二次電池と
を早切れを防止して過充電することが難しい欠点があっ
た。

【００１０】本発明は、この欠点を解決することを目的
に開発されたもので、本発明の重要な目的は、種々の状
態で使用される不活性電池の早切れを防止すると共に、
満充電した二次電池の過充電を防止して理想的な状態で
充電できる電池の充電方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の充電方法は、前
述の目的を達成するために下記のようにして電池を充電
する。すなわち、本発明は、電池電圧のピーク値を検出
し、あるいはピーク値からΔＶ低下したことを検出して
電池の充電を停止する電池の充電方法を改良したもので
ある。本発明の電池の充電方法は、電池の充電を開始し
て一定の初期充電時間帯は、充電する電池の温度上昇度
合を検出し、温度上昇度合が設定値よりも大きいと、充
電を停止するように構成したことを特徴とする。

【００１２】本発明の電池の充電方法は、初期充電時間
帯において電池の温度上昇度合のみを検出して充電を停
止する。

【００１３】

【作用】本発明の電池の充電方法は、充電初期の電池温
度を検出して、満充電電池と不活性電池とを識別する。
不活性電池は、充電の初期に、電池電圧がピーク値に上
昇し、また、ΔＶ低下することはあっても、満充電され
ていないので、電池温度は急激に上昇しない。これに対
して、満充電された電池は、さらに充電すると電池温度
が急激な勾配で上昇する。図４は、不活性電池と満充電
電池の電圧上昇カーブと、温度上昇カーブとを示してい
る。この図において、曲線Ａ、ａ、Ｂ、ｂは下記の特性
を示している。 Ａ…不活性電池の電圧上昇カーブ ａ…不活性電池の温度上昇カーブ Ｂ…満充電電池の電圧上昇カーブ ｂ…満充電電池の温度上昇カーブ この図に示すように、不活性電池は、初期充電時間帯に
電圧がピーク値に上昇し、あるいはΔＶ低下するが、温
度上昇カーブの勾配は緩くなる。これに対して、満充電
電池は、初期充電時間帯に温度上昇カーブが急峻にな
る。このため、初期充電時間帯に、電池の温度上昇度
合、例えば、電池の温度勾配（すなわち微小時間Δｔに
おける温度変化ΔＴ）を検出して、満充電電池であるこ
とを検出できる。ΔＴ／Δｔが所定の値よりも大きい場
合、いいかえると、温度勾配が急峻な電池は、満充電電
池である。このため、ΔＴ／Δｔが設定値以上である
と、電池の充電を停止する。また、ΔＴ／Δｔの逆数、
すなわちΔｔ／ΔＴを測定して満充電を停止することも
できる。ただ、この場合、Δｔ／ΔＴが設定値以下で電
池の充電を停止する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための方法を例示するものであって、本発
明の方法は、充電条件、電池の種類、使用する充電回路
等を下記のものに特定するものでない。本発明の方法
は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えること
ができる。

【００１５】本発明の電池の充電方法は、図４に示すよ
うに、充電初期の初期充電時間帯に電池の温度勾配、す
なわち電池の温度が上昇する変化率（ΔＴ／Δｔ）を検
出する。温度勾配を示すΔＴ／Δｔの設定値は、満充電
した電池の温度勾配は設定値よりも大きく、不活性電池
の温度勾配は設定値以下となる値に設定される。

【００１６】初期充電時間帯の長さは、タイマーで設定
される。初期充電時間帯は、不活性電池を満充電できる
時間に設定される。したがって、初期充電時間帯は、不
活性電池を充電するときに、充電の初期に、満充電され
ないにもかかわらず電圧がピーク値となり、あるいはピ
ーク値からΔＶ低下するタイミングより長く設定され
る。不活性電池は、通常は数分で正常な電圧カーブとな
る。したがって、初期充電時間帯は好ましくは１分以上
に設定される。

【００１７】初期充電時間帯を経過した後は、通常の充
電に切り替える。したがって、初期充電時間帯の後は、
電池の電圧が、ピーク値からΔＶ低下したことを検出し
て充電を停止し、あるいは、電池の電圧がピーク値にな
ったことを検出して充電を停止する。充電を停止するピ
ーク値からの電圧低下ΔＶは、通常は１０ｍＶ〜３０ｍ
Ｖの範囲に調整される。初期充電時間帯の後の充電は、
ピーク電圧とΔＶの両方を検出して充電を停止するのが
良い。さらに、初期充電時間帯の後、一定時間充電して
ピーク電圧とΔＶとが検出されない場合、タイマーで強
制的に充電を停止する。このようにタイマーで強制的に
充電を停止することによって、不良電池をいつまでも充
電する弊害を解消できる。不良電池は、充電してもピー
ク電圧とならず、またΔＶも検出できないものがある。

【００１８】以上のようにして電池を充電する回路を図
５に示している。この回路は、電池の温度を検出する温
度センサー１と、温度センサー１の出力信号を演算処理
する温度勾配検出手段２と、電池の電圧を検出する電圧
センサー３と、電圧センサー３の出力信号から電圧変化
を検出する電圧変化検出手段４と、電圧変化検出手段４
と温度勾配検出手段２とでオンオフ制御されて電池の充
電を停止するスイッチング素子５と、スイッチング素子
５を介して電池に接続される充電電源６と、温度勾配検
出手段２と電圧変化検出手段４とを切り替えるタイマー
７と、強制的に充電を停止する保護タイマー（図示せ
ず）とを備えている。

【００１９】温度センサー１は、充電する電池の表面温
度を測定する。温度センサー１はパック電池に内蔵さ
れ、あるいは、電池の表面に接触して電池温度を検出す
る。複数の電池をパックにしたパック電池は、内部に温
度センサーを内蔵して、電池温度を正確に測定できる。
この場合、パック電池のケーシングに、温度センサーに
接続された温度端子を設ける。

【００２０】温度勾配検出手段２は、温度センサー１か
ら入力される信号を処理して、充電される電池の温度が
上昇する勾配、すなわち温度勾配を検出する。温度勾配
検出手段２は、温度センサー１から入力される温度信号
を一定のサンプリング周期で検出し、前回の測定値と次
回の測定値とを比較して温度勾配（ΔＴ／Δｔ）を検出
する。さらに、温度勾配検出手段２は、電池の温度勾配
が設定値よりも大きいかどうかを判断し、温度勾配が設
定値よりも大きいと、スイッチング素子５を制御して電
池の充電を停止する。電池の温度勾配が設定値以下では
電池の充電を継続する。

【００２１】電圧センサー３は、電池の電圧を検出し、
検出信号を電圧変化検出手段４に入力する。電圧変化検
出手段４は、一定のサンプリング周期で電池電圧を検出
してスイッチング素子５を制御する。電圧変化検出手段
４は、一定の周期でサンプリングされた電池電圧を演算
して、電池電圧がピーク値になったかどうか、あるい
は、ピーク値からΔＶ低下したかどうかを計算し、計算
結果によってスイッチング素子５をオンオフする。

【００２２】タイマー７は初期充電時間帯を設定する。
したがって、タイマー７の設定時間は通常数分に設定さ
れる。タイマー７は電池の充電を開始するとカウントを
開始する。タイマー７がカウントしているときは初期充
電時間帯である。初期充電時間帯においては、電池の温
度勾配を検出して電池の充電を停止する。したがって、
タイマー７がカウントしているときは、温度勾配検出手
段２でスイッチング素子５を制御する。タイマー７がタ
イムアップした後は、電圧変化検出手段４でスイッチン
グ素子５を制御して電池の充電を停止する。

【００２３】図５に示す充電回路は、温度勾配検出手段
２と電圧変化検出手段４とタイマー７とで制御回路８を
構成している。制御回路８はマイコンで構成することが
できる。マイコンで構成される制御回路は、温度勾配検
出手段と電圧変化検出手段とタイマー７とを別々の回路
とせず、これ等を１台のマイコンで実現することができ
る。制御回路は、図６のフローチャートで電池を充電で
きる。 スタートした後、タイマーの時間を０にセッ
トし、タイマーのカウントを開始させる。（ｎ＝１） 急速充電を開始する。（ｎ＝２） タイマーが、初期充電時間帯（ｔ1）であるかどう
かを判断する。（ｎ＝３） 初期充電時間帯である場合、温度勾配（ΔＴ／Δ
ｔ）が設定値よりも大きいか小さいかを判断する。ΔＴ
／Δｔが設定値以下であると、の位置にループし、Δ
Ｔ／Δｔを設定値と比較する。（ｎ＝４） ΔＴ／Δｔが設定値よりも大きいと、スイッチング
素子５をオフにして充電を終了させる。（ｎ＝５） タイマーが設定時間（ｔ1）を経過すると、電圧変
化検出手段４が電池の電圧変化を検出する。電圧変化検
出手段４は、電池電圧がピーク値になったかどうか、あ
るいは、ピーク値からΔＶ低下したかどうかを判断す
る。（ｎ＝６） 電池電圧がピーク値、またはΔＶ低下したと判断す
ると、スイッチング素子５はオフに制御されて充電が停
止される。そうでない場合は、保護タイマーの設定時間
（ｔ2）を経過したかどうかを判断する。（ｎ＝７） 保護タイマーの設定時間以内であると、ととをルー
プし、電池電圧がピーク値となり、あるいは、ΔＶ低下
したかどうか、さらに保護タイマーの設定時間を経過し
たかどうかを判断する。保護タイマーの設定時間を経過
すると、スイッチング素子５は強制的にオフになり、充
電を停止する。保護タイマーの設定時間は、完全放電さ
れた電池の充電時間よりも多少長く設定される。なお、
本実施例では、充電される電池の温度勾配を検出してい
るが、実際の上昇温度を検出し、検出温度が設定温度よ
り高くなったか否かを判断するようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の電池の充電方法は、不活性電池
の早切れを防止して、満充電電池の過充電を防止するこ
とができる。それは、本発明の電池の充電方法が、不活
性電池が早切れする初期充電時間帯に、電池の温度上昇
度合を検出して不活性電池と満充電電池とを区別するの
で、不活性電池の電圧がこの時間帯にピーク値となり、
あるいは、ΔＶ低下しても、満充電でないことを検出し
て充電を継続できるからである。また、満充電電池は、
初期充電時間帯に電池温度が急激に上昇するので、温度
上昇度合を検出して充電を停止することによって過充電
を防止することができる。したがって、本発明の電池の
充電方法は、種々の状態で使用された電池を、早切と過
充電を防止して理想的な状態で充電できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】正常に放電した電池を充電したときの電圧カー
ブを示すグラフ

【図２】不活性電池を充電したときの電圧カーブを示す
グラフ

【図３】満充電した電池を充電したときに過充電（ハッ
チング部）となる状態を示すグラフ

【図４】正常に放電した電池と不活性電池とを充電する
ときの電圧と温度変化とを示すグラフ

【図５】本発明の充電方法に使用される充電回路の一例
を示すブロック線図

【図６】本発明の方法で電池を充電する状態を記すフロ
ーチャート図

【符号の説明】

１…温度センサー ２…温度勾配検出手段 ３…スイッチング素子 ４…電圧変化検出手段 ５…スイッチング素子 ６…充電電源 ７…タイマー ８…制御回路

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池電圧のピーク値を検出し、あるいは
   ピーク値からΔＶ低下したことを検出して電池の充電を
   停止する電池の充電方法において、 電池の充電を開始してタイマーで設定される充電初期の
   一定の初期充電時間帯は、電池電圧によらず、充電する
   電池の温度上昇度合を検出し、温度上昇度合が設定値よ
   りも大きいときにのみ、充電を停止し、初期充電時間帯
   を経過した後は、電池の電圧が、ピーク値からΔＶ低下
   したことを検出して充電を停止し、あるいは、電池の電
   圧がピーク値になったことを検出して充電を停止するよ
   うに構成したことを特徴とする電池の充電方法。
2. 【請求項２】 タイマーが設定している初期充電時間帯
   が１分以上である請求項１に記載される電池の充電方
   法。
3. 【請求項３】 初期充電時間帯の後、一定時間充電して
   ピーク電圧とΔＶとが検出されない場合、保護タイマー
   で強制的に充電を停止する請求項１に記載される電池の
   充電方法。
4. 【請求項４】 初期充電時間帯において、電池の温度勾
   配を示す微小時間Δｔにおける温度変化ΔＴを検出し、
   ΔＴ／Δｔが設定値以上であると、電池の充電を停止す
   る請求項１に記載される電池の充電方法。
5. 【請求項５】 初期充電時間帯において、電池の温度勾
   配を示す微小時間Δｔにおける温度変化ΔＴを検出し、
   ΔＴ／Δｔの逆数であるΔｔ／ΔＴを測定し、Δｔ／Δ
   Ｔが設定値以下であると電池の充電を停止する請求項１
   に記載される電池の充電方法。