JP3291402B2

JP3291402B2 - 二次電池の充電方法

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Publication number: JP3291402B2
Application number: JP25518994A
Authority: JP
Inventors: 哲也岡田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: US5684386A; JPH08124601A

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方法に関
し、とくに、所定の時間間隔で電池電圧や電池温度を検
出して充電状態を制御する二次電池の充電方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−
水素電池、あるいはリチウムイオン二次電池等の二次電
池は、電池電圧を検出し、あるいは電池温度を検出して
充電状態を制御しながら満充電している。ニッケル−カ
ドミウム電池は満充電になると電池電圧がピーク値とな
り、さらに、充電を継続すると電池電圧がピーク値から
−ΔＶ低下する性質がある。このため、電池電圧を検出
することによって電池が満充電になったかどうかを判定
できる。さらに、二次電池を急速充電すると、電池温度
が異常に上昇することがある。電池温度が高くなった状
態で急速充電を継続すると、電池特性を悪化させる弊害
が発生する。このため、電池温度を検出しながら急速充
電し、値温度が設定値よりも高くなったときには、充電
を一時的に休止し、あるいは充電電流を小さく設定し
て、電池性能の低下を防止している。

【０００３】急速充電している二次電池の電圧を検出す
ると、充電電流によって検出電圧に誤差が発生する。充
電電流を大きくすると、検出される電池電圧は高くな
り、反対に充電電流を小さくすると電池電圧を低くなっ
てしまう。二次電池を急速充電する等価回路を図１に示
している。この図に示すように、二次電池の内部抵抗ｒ
による電圧降下が、電池電圧に加算して検出される。さ
らに、実際に二次電池を大きな電流で急速充電すると、
二次電池と充電器とを接続する接点の抵抗でも電圧降下
が発生する。接点抵抗Ｒ1とＲ3は、二次電池と直列に接
続されるので、接点抵抗に発生する電圧降下が、電池電
圧に加算して検出される。

【０００４】この弊害を防止するために、図２に示すよ
うに、急速充電と測定時間とを一定の周期で繰り返し、
急速充電を休止する測定時間に二次電池の電圧を検出す
る方法が開発されている。（例えば、特開平６−２２５
４７２号公報に詳しい。）この方法は、二次電池の内部
抵抗や接点抵抗に起因する誤差を皆無にできる特長があ
る。それは、充電電流を０として電池電圧を検出するの
で、内部抵抗や接点抵抗によって電圧降下が発生しない
からである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２に示すように、急
速充電を停止する測定時間を一定の周期で設けて、電池
電圧を検出する方法は、内部抵抗や接点抵抗の電圧降下
に起因する測定誤差を解消できるが、測定環境によって
は、必ずしも十分に満足できる精度で電池電圧を検出す
ることができない欠点がある。とくに、二次電池のピー
ク電圧や−ΔＶ低下を検出して二次電池の満充電を判定
する方法は、電池電圧を高い精度で測定することが極め
て大切である。それは、前回の測定値と次の測定値とを
比較して、ピーク電圧と判定し、あるいは−ΔＶ低下と
判定するからである。急速充電を停止して電池電圧を検
出しても、種々の要因で測定誤差が発生する。

【０００６】たとえば、図１に示す回路で、電池電圧を
検出するとき、電池電圧の検出回路は、入力インピーダ
ンスが無限大ではないので、電池電圧を検出するために
接点に微細な電流が流れる。この微小電流は接点抵抗に
電圧降下を発生させる。困ったことに、実際に二次電池
を充電する状態において、電池電圧を検出する毎に、接
点抵抗が変動することがある。接点抵抗が変化すると、
接点抵抗の電圧降下が変動し、電池電圧に測定誤差を発
生させる。さらに、急速充電される二次電池は、電極が
化学変化してしだいに充電される。電極の化学変化は、
マクロ的に観察すれば充電容量に比例して進行するが、
ミクロに観察すると必ずしも理想的な状態で充電容量に
比例して進行するとは限らない。このため、急速充電を
停止した直後に電池電圧を検出しても、二次電池の内部
状態によっては検出電圧が微細な範囲で変動することが
ある。

【０００７】電池電圧の測定精度を非常に高くできるな
ら、二次電池の内部状態の変動に起因する測定誤差はそ
れほど問題とはならない。しかしながら、現在の充電方
法は、電池の検出電圧をマイクロコンピューターで演算
して充電電流を制御しているので、検出した電圧をＡ／
Ｄコンバータでアナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換
し、デジタル値をマイクロコンピューターに入力して演
算している。Ａ／Ｄコンバータは、直線状にアナログ値
をデジタル値に変換できない。たとえば、６ビットのＡ
／Ｄコンバータは、入力電圧の最大値を６４階調に、８
ビットのＡ／Ｄコンバータは２５６階調の階段状に分離
されたデジタル値として出力する。電池の検出電圧が、
Ａ／Ｄ変換されるれるデジタル値の境界にあるとき、測
定誤差が極めて少なくても、誤差が１ビットになってし
まう欠点がある。この誤差は、Ａ／Ｄコンバータのビッ
ト数を大きくして少なくできるが、ビット数の大きいＡ
／Ｄコンバータは非常に高価になる欠点がある。また、
いかにＡ／Ｄコンバータのビット数を大きくしても、Ａ
／Ｄ変換されるデジタル値の境界にある電池電圧は、１
ビットの誤差の原因となる。

【０００８】このように、従来の方法は、安価なＡ／Ｄ
コンバータを使用して、電池電圧を正確に測定すること
が難しい欠点があった。電池電圧の検出誤差は、二次電
池の満充電状態の正確な検出を阻害する。このため、二
次電池の充電方法において、いかに電池電圧を正確に高
精度に検出できるかは極めて大切なことである。電池電
圧にかぎらず、電池温度を検出して充電状態を制御する
方法も同じ弊害が発生する。

【０００９】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ある。本発明の重要な目的は、電池
電圧または電池温度をより正確に検出して二次電池を理
想に近い状態で急速充電できる二次電池の充電方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の充電
方法は、前述の目的を達成するために下記のようにして
二次電池を充電する。充電方法は、所定時間二次電池を
充電する急速充電時間と、急速充電を停止して二次電池
の電圧を検出する測定時間とを繰り返しながら二次電池
を充電し、測定時間に検出される二次電池の電圧が設定
値になると急速充電を停止する。

【００１１】さらに本発明の二次電池の充電方法は、測
定時間において、二次電池を、インターバル充電時間と
休止時間とを繰り返してパルス充電する。インターバル
充電時間と休止時間とを繰り返しながら、複数回の休止
時間に電池電圧を複数回検出し、検出した電池電圧を演
算して１回の測定時間における電池電圧を測定する。測
定した電池電圧でもって二次電池の充電状態を制御す
る。

【００１２】さらに、本発明の請求項２に記載する二次
電池の充電方法は、電池温度を検出する測定時間におい
て、二次電池を、インターバル充電時間と休止時間とを
繰り返してパルス充電する。さらに、インターバル充電
時間と休止時間とを繰り返しながら、複数回の休止時間
に電池温度を複数回検出する。検出した電池温度を演算
して１回の測定時間における電池温度を測定し、測定し
た電池温度でもって二次電池の充電状態を制御する。

【００１３】さらにまた、本発明の請求項３に記載する
二次電池の充電方法は、急速充電時間（Ｔ2）に対する
インターバル充電時間（Ｔ1）を１／１０以下とし、ま
た、インターバル充電時間（Ｔ1）に対する休止時間
（Ｔ0）を１／２以下に設定する。

【００１４】

【作用】本発明の二次電池の充電方法は、図３に示すよ
うに、測定時間に二次電池をパルス充電する。パルス充
電するときには、二次電池をインターバル充電時間と休
止時間とを繰り返して充電する。休止時間に二次電池の
電圧や温度を検出する。たとえば、本発明の充電方法は
下記のように時間設定して二次電池を充電する。急速充電時間……………………１ｓｅｃインターバル充電時間…………１．６ｍｓｅｃ休止時間…………………………０．１ｍｓｅｃさらに、測定時間には、パルス充電を２５６周期繰り返
し、１周期の休止時間に１回電池電圧と電池温度とを検
出して、全体で２５６回検出して、その平均値を検出電
圧と検出温度とする。

【００１５】以上のように、測定時間に二次電池をパル
ス充電し、充電を停止する休止時間に２５６回も電池電
圧と電池温度とを検出して、その平均値を演算する方法
は、たとえある測定時期に正確に測定できなかったとし
ても、その平均値は極めて正確な電池電圧、あるいは電
池温度となる。とくに、各回の検出電圧がＡ／Ｄ変換す
る境界値にあっても、何回も検出して平均することによ
り、正確に電池電圧と温度とを検出できる特長がある。

【００１６】

【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二次電池の充電方法を例示するもの
であって、本発明は二次電池の充電方法を下記の方法に
特定しない。

【００１７】本発明の二次電池の充電方法は、電池電圧
を検出し、あるいは電池温度を検出する方法を独得の方
法とするものである。したがって、充電回路には、従来
から使用されている回路、あるいはこれから開発される
回路を利用することができる。たとえば、本発明の充電
方法は、図１に示す充電回路で二次電池を充電できる。

【００１８】図１において、充電器１と二次電池２との
間に接続された抵抗は、二次電池２を内蔵するパック電
池３と充電器１とを接続する接点の抵抗、すなわち接点
抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3である。さらに、二次電池２と直列
に接続されている抵抗は電池の内部抵抗ｒである。二次
電池２はパック電池３に内蔵されており、パック電池３
は温度検出センサーとして、電池温度によって抵抗が変
化するサーミスター４を内蔵している。

【００１９】充電器１は、パック電池３を充電する電源
回路５と、電源回路５とパック電池３との間に直列に接
続されて充電状態を制御する充電コントロールスイッチ
６と、パック電池３の電圧と温度とで充電コントロール
スイッチ６をオンオフに制御する演算回路７とを内蔵し
ている。電源回路５は、パック電池３に内蔵される二次
電池２を、所定の電流で急速充電する出力電流、あるい
は出力電圧に調整されている。電源回路５は、パック電
池３に内蔵される二次電池の種類によって出力電流と出
力電圧とを最適値に設定する。パック電池３には、たと
えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電
池、あるいはリチウムイオン二次電池等の二次電池が内
蔵される。

【００２０】演算回路７はマイクロコンピューターであ
る。演算回路７には、パック電池３の電池電圧を分圧抵
抗Ｒ4、Ｒ5で分圧して入力している。さらに、演算回路
７には、定電流源８に直列に接続されたサーミスター４
の電圧信号が入力される。定電流駆動されるサーミスタ
ー４は、抵抗に比例した電圧を演算回路７に入力する。
サーミスター４の抵抗は、電池温度によって変化する。
このため、サーミスター４は電池温度に対応した電圧を
演算回路７に出力する。演算回路７は、入力されるアナ
ログ値である電圧信号と温度信号をデジタル値に変換す
るＡ／Ｄコンバータ９を入力側に内蔵している。

【００２１】演算回路７は、入力される電池電圧と電池
温度とを演算して、充電コントロールスイッチ６をオン
オフ制御してパック電池３を満充電する。パック電池３
がニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池を内
蔵する場合、演算回路７は電池電圧のピーク電圧、−Δ
Ｖ低下を検出して、充電コントロールスイッチ６をオン
からオフに切り換えて満充電する。さらに、電池温度が
設定温度よりも高くなったときも、充電コントロールス
イッチ６をオンからオフに切り換えて、充電を停止す
る。パック電池がリチウムイオン二次電池を内蔵する場
合、演算回路７は電源回路５も制御する。演算回路７
は、最初にリチウムイオン二次電池を定電流充電し、リ
チウムイオン二次電池が設定電圧になると、定電圧充電
して満充電する。リチウムイオン二次電池を内蔵するパ
ック電池３を充電するときも、電池温度を検出して、電
池温度が設定値よりも高くなると充電コントロールスイ
ッチ６をオフにして充電を中止する。

【００２２】図１に示す充電回路は、図５のフローチャ
ートで二次電池を充電する。（Ｎ１）演算回路７が充電コントロールスイッチ６を
オンにして、急速充電を開始する。（Ｎ２）急速充電を開始した後、演算回路７は１ｓｅ
ｃ経過したかどうかを判定する。このステップは、図３
における二次電池の急速充電時間（Ｔ2）であって、１
ｓｅｃに設定されている。二次電池の急速充電時間（Ｔ
2）は、短くすると二次電池をより正確に満充電でき
る。ただし、急速充電時間を短くすると、急速充電時間
に比較して、電池電圧と電池温度を測定する時間が長く
なり、満充電するまでの時間が長くなる。急速充電時間
（Ｔ2）は、二次電池を満充電する時間と、充電状態と
を考慮して、たとえば０．２〜６０ｓｅｃ、好ましくは
０．３〜３０ｓｅｃ、さらに好ましくは０．５〜１０ｓ
ｅｃの範囲に設定される。

【００２３】（Ｎ３）急速充電を終了した後、パルス
充電を開始する。パルス充電は、図３に示すように、二
次電池の電圧と電池温度とを検出する時間に行われる。
パルス充電は、インターバル充電時間（Ｔ1）と休止時
間（Ｔ0）とを一定の周期で繰り返して行われる。この
ステップは、図４において、パルス充電のインターバル
充電時間（Ｔ1）を設定する時間である。インターバル
充電時間（Ｔ1）は１．６ｍｓｅｃに設定されている。
インターバル充電時間（Ｔ1）は、急速充電時間（Ｔ2）
と同じ状態で二次電池を充電する。インターバル充電時
間（Ｔ1）は、二次電池の急速充電時間（Ｔ2）よりも短
く設定される。インターバル充電時間（Ｔ1）を長く設
定すると、パルス充電する時間が長くなるからである。
インターバル充電時間は、たとえば０．３〜１００ｍｓ
ｅｃ、好ましくは０．５〜５０ｍｓｅｃ、さらに好まし
くは１〜３０ｍｓｅｃに設定される。

【００２４】（Ｎ４）インターバル充電した後、演算
回路７は充電コントロールスイッチ６をオフにして充電
を停止する。このステップは、パルス充電の休止を開始
するステップである。。（Ｎ５）休止時間（Ｔ0）が０．１ｍｓｅｃ経過する
まで、充電コントロールスイッチ６をオフに保持する。
休止時間（Ｔ0）が経過するまでこのステップをループ
する。休止時間（Ｔ0）を長くすると、二次電池を充電
しない時間が長くなって、満充電するまでの時間が長く
なる。短すぎると、二次電池の電圧と電池温度とを正確
に検出できない。また、Ａ／Ｄコンバータに高速処理で
きる高価なものを使用する必要がある。休止時間（Ｔ
0）は、電池電圧と電池温度の検出精度と、Ａ／Ｄコン
バータのコストと、満充電する時間とを考慮して最適値
に設定される。休止時間（Ｔ0）は、たとえば、１０μ
ｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、好ましくは、３０μｓｅｃ〜１
ｍｓｅｃ、さらに好ましくは５０μｓｅｃ〜０．５ｍｓ
ｅｃの範囲に設定される。

【００２５】（Ｎ６）演算回路７が、電池電圧と電池
温度とを検出してＡ／Ｄ変換する。（Ｎ７）電池電圧と電池温度とを検出した後、Ａ／Ｄ
コンバータは充電コントロールスイッチ６をオフからオ
ンに切り換えて、充電を再開する。（Ｎ８）演算回路７は、前回に測定した電池電圧と電
池温度に、今回の測定値を加算する。最初は、前回の電
池電圧と電池温度とが測定されずに０であるから、最初
の測定電圧と温度とが電池電圧と電池温度として記憶さ
れる。

【００２６】（Ｎ９）パルス充電の休止時間（Ｔ0）
を、２５６回繰り返して、電池電圧と電池温度とを検出
して演算回路７に加算したかどうかを判定する。２５６
回繰り返していないときには、Ｎ５のステップにループ
する。この例は、１回の測定時間における電池電圧と電
池温度の検出回数を２５６回に設定している。１回の測
定時間における電池電圧と電池温度の検出回数を多くす
ると、より正確に電池電圧と電池温度とを検出できる。
ただ、１回の測定時間における検出回数を多くすると、
休止時間のトータルが長くなり、満充電するまでの時間
が遅くなる。したがって、１回の測定時間における電池
電圧と電池温度の測定回数は、たとえば、２²〜２¹⁰回
に、好ましくは２⁴〜２¹⁰回に、さらに好ましくは、２⁶
〜２¹⁰回に設定される。

【００２７】（Ｎ１０）電池電圧と電池温度とを複数
回検出して、測定時間に、設定された回数だけ電池電圧
と電池温度とを検出したことの終了をセットする。この
ステップでパルス充電が終了される。

【００２８】（Ｎ１１）演算回路７が、２５６回の検
出値を加算した値を加算回数である２５６で割って、電
池電圧と電池温度とを演算する。（Ｎ１２）演算した電池電圧と電池温度を使用して、
充電状態を制御する。演算回路７は、たとえば、電池電
圧が設定電圧となり、あるいはピーク値から−ΔＶ低下
し、あるいは電池温度が設定値よりも高くなると、充電
コントロールスイッチ６をオフにして充電を停止する。

【００２９】（Ｎ１３）演算回路が、二次電池を満充
電したかどうかを判定し、満充電を完了していないとき
にはＮ１のステップにジャンプし、Ｎ１〜Ｎ１３のステ
ップを繰り返して、二次電池を満充電する。

【００３０】以上の充電方法は、急速充電時間（Ｔ2）
を１ｓｅｃに、インターバル充電時間（Ｔ1）を１．６
ｍｓｅｃに、休止時間（Ｔ0）を１００μｓｅｃに設定
している。休止時間（Ｔ2）に対するインターバル充電
時間（Ｔ1）は、好ましくは１／１０以下に、さらに好
ましくは１／３０００〜１／１００の範囲に設定され
る。パルス充電におけるインターバル充電時間を長くす
ると、１回の測定時間が長くなるからである。さらに、
インターバル充電時間（Ｔ1）に対する休止時間（Ｔ0）
は、好ましくは１／２以下に設定される。さらに好まし
くは１／１００〜１／５の範囲に設定される。休止時間
（Ｔ0）を長くしても、電池電圧と温度の測定時間が長
くなって満充電するのが遅くなるからである。

【００３１】さらに、前記の二次電池の充電方法は、１
回の測定時間に２５６回の休止時間を設けて二次電池の
電圧と電池温度とを２５６回検出し、これを平均して電
池電圧と電池温度とを演算している。１回の測定時間に
おける電池電圧と電池温度とは、必ずしも平均する必要
はない。加算した値を、演算回路７に記憶する設定値に
比較して充電状態を制御できるからである。すなわち、
１回の測定時間に加算する電池電圧と電池温度の回数が
決っているので、演算回路７に記憶する制御値を回数倍
高くしておくことによって、実質的には平均値に比較す
るのと同じにできるからである。

【００３２】

【発明の効果】本発明の充電方法は、二次電池の電圧、
または電池温度を極めて高精度に検出して、二次電池の
充電状態を理想的な状態に制御できる特長がある。それ
は、本発明の充電方法が、急速充電時間の間に測定時間
を設け、測定時間には、インターバル充電時間と休止時
間とを繰り返して二次電池をパルス充電し、休止時間に
おいて繰り返し、電池電圧または電池温度を検出し、複
数回測定した電池電圧と電池温度から正確な電池電圧と
電池温度を演算するからである。たとえば、１回の測定
時間に２５６回電池電圧と電池温度とを検出し、これを
平均して電池電圧と電池温度とを演算すると、１回の測
定では到底実現できないほど高精度に、しかも正確に電
池電圧と電池温度とを検出できる特長がある。それは、
電池電圧と温度とを検出するときに、接点抵抗が変動
し、あるいは二次電池内部の充電状態が変動し、あるい
は、アナログ値をデジタル値にＡ／Ｄ変換するときに、
境界付近にあって誤差が発生したとしても、複数回検出
することによって、測定誤差を著しく少なくできるから
である。とくに、Ａ／Ｄ変換するときに、検出した電圧
や温度が境界にあっても、複数回検出して誤差を少なく
できるので、Ａ／Ｄコンバータに安価なものを使用し
て、高精度に測定できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二次電池の充電方法に使用する充電回
路図

【図２】従来の方法で二次電池の電圧を検出しながら充
電する充電電流を示すグラフ

【図３】本発明の実施例の方法で二次電池の電圧を検出
しながら充電する充電電流を示すグラフ

【図４】図３のパルス充電状態を示す拡大図

【図５】図１の充電回路を使用して本発明の実施例の方
法でパック電池を充電するフローチャート図

【符号の説明】

１…充電器２…二次電池３…パック電池４…サーミスター５…電源回路６…充電コントロールスイッチ７…演算回路８…定電流源９…Ａ／Ｄコンバータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定時間二次電池を充電する急速充電時
間と、急速充電を停止して二次電池の電圧を検出する測
定時間とを繰り返し、検出される二次電池の電圧が設定
値になると急速充電を制御する二次電池の充電方法にお
いて、測定時間において、二次電池を、インターバル充電時間
と休止時間とを繰り返してパルス充電し、複数回の休止
時間に電池電圧を複数回検出し、検出した電池電圧を演
算して１回の測定時間における電池電圧を測定し、測定
した電池電圧でもって二次電池の充電状態を制御するこ
とを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項２】所定時間二次電池を充電する急速充電時
間と、急速充電を停止して二次電池の温度を検出する測
定時間とを繰り返し、検出される二次電池の温度で急速
充電を制御する二次電池の充電方法において、測定時間において、二次電池を、インターバル充電時間
と休止時間とを繰り返してパルス充電し、複数回の休止
時間に電池温度を複数回検出し、検出した電池温度を演
算して１回の測定時間における電池温度を測定し、測定
した電池温度でもって二次電池の充電状態を制御するこ
とを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項３】急速充電時間（Ｔ2）に対するインター
バル充電時間（Ｔ1）を１／１０以下とし、さらに、イ
ンターバル充電時間（Ｔ1）に対する休止時間（Ｔ0）を
１／２以下とする請求項１又は請求項２に記載の二次電
池の充電方法。