JP3484867B2 - 電池の充電装置 - Google Patents

電池の充電装置

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JP3484867B2 JP08348296A JP8348296A JP3484867B2 JP 3484867 B2 JP3484867 B2 JP 3484867B2 JP 08348296 A JP08348296 A JP 08348296A JP 8348296 A JP8348296 A JP 8348296A JP 3484867 B2 JP3484867 B2 JP 3484867B2
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信宏 高野
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明はニッケル・カドミウ
ム電池(以下ニカド電池という)等のアルカリ電解液系
2次電池の充電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ニカド電池を充電する充電器の満充電検
出法として、定電流充電で充電末期のピーク値からの降
下電圧により検出する−ΔV検出法、電池のサイクル寿
命を向上させるため、−ΔV検出法より過充電となる恐
れが少ない充電時の電池電圧の2階微分値が負になるの
を検出する2階微分検出法、被充電電池の電池温度が所
定温度上昇するのを検出するΔT検出法等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、新品の電池や
長期放置された電池のような不活性電池では、前記−Δ
V検出法や2階微分検出法では過充電になり、電解液の
漏れ等を引き起こし、電池のサイクル寿命特性を低減さ
せる。またΔT検出法では、不活性電池は活性な電池に
比べ電池の温度上昇は大きくなるので、逆に満充電前に
充電が停止し容量不足を引き起こす。これは、図3に示
す充電特性から分かるように、不活性電池の電池電圧
(実線)の経時変化は活性電池の電池電圧(破線)に比
べ緩やかな電圧上昇となり、充電末期の電池電圧のピー
クの出現が鈍くなり−ΔV検出法では過充電になり、2
階微分検出法では電池電圧の変化量が小さいため、A/
Dコンバータを介して周期的にマイコンに取り込む場
合、電池電圧の変化量が確実に検出できない。またΔT
検出法では、不活性電池は電池内部の正極活物質が結晶
性の高い状態になり、化学的に安定した状態になり、こ
れにより充電時の電池の内部インピーダンスは高くな
り、温度上昇は活性電池に比べ大きくなるため、満充電
になる前に充電が停止してしまうという問題がある。本
発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、電池
の活性、不活性にかかわりなく満充電を確実に検出でき
るようにすることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的は、電池電圧検
出による活性電池満充電検出手段と、電池温度検出によ
る不活性満充電検出手段を設けることにより達成され
る。
【0005】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態を示す
回路図である。図において、1は交流電源、2は再充電
可能な複数の素電池を直列に接続し、素電池に接触また
は近接して配置され電池温度を検出する電池温度検出手
段2Aからなる電池組、3は電池組2に流れる充電電流
を検出する電流検出手段、4は充電の開始及び停止を制
御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、5は充電
電流の信号をPWM制御IC23に帰還する充電電流信
号伝達手段である。充電制御伝達信号手段4及び充電電
流信号伝達手段5は例えばホトカプラ等から構成され
る。10は全波整流回路11、平滑用コンデンサ12か
らなる整流平滑回路、20は高周波トランス21、MO
SFET22、PWM制御IC23からなるスイッチン
グ回路である。PWM制御IC23はMOSFET22
の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路10の出力電圧を
調整するスイッチング電源ICである。30はダイオー
ド31、32、チョークコイル33、平滑用コンデンサ
34からなる整流平滑回路、40は抵抗41、42から
なる電池電圧検出手段で、電池組2の電池電圧を分圧す
る。50は演算手段(CPU)51、ROM52、RA
M53、タイマ54、A/Dコンバータ55、出力ポー
ト56、リセット入力ポート57からなるマイコンであ
る。RAM53はサンプリングした電池電圧及び電池温
度を記憶する電池電圧記憶手段531及び電池温度記憶
手段532を内蔵する。60は演算増幅器61、62、
抵抗63〜66からなる充電電流制御手段、70は電源
トランス71、全波整流回路72、平滑コンデンサ7
3、3端子レギュレータ74、リセットIC75からな
る定電圧電源で、マイコン50、充電電流制御手段60
等の電源となる。リセットIC75はマイコン50を初
期状態にするためにリセット入力ポート75にリセット
信号を出力する。80はLED81、抵抗82からな
り、充電されている電池組2が不活性電池であると表示
する不活性電池表示手段である。90は充電電流を設定
する充電電流設定手段である。
【0006】次に、図1の回路図及び図2のフローチャ
ートを参照して満充電検出の動作を説明する。電源を投
入するとマイコン50は電池組2の接続待機状態となる
(ステップ101)。電池組2を接続すると、マイコン
50は電池電圧検出手段40の信号により電池組2が接
続されたことを判別し、出力ポート56より充電制御信
号伝達手段4を介してPWM制御IC23に充電開始信
号を伝達し充電を開始する(ステップ102)。充電開
始と同時に電池組2に流れる充電電流を電流検出手段3
により検出し、検出した充電電流値と基準値Vrefと
の差を作動増幅手段60より充電電流信号伝達手段5を
介してPWM制御IC23に帰還をかける。電流検出手
段3、作動増幅手段60、信号伝達手段5、スイッチン
グ回路20及び整流平滑回路30により充電電流が一定
となるように制御する。
【0007】次いで満充電検出制御を行う。電池電圧記
憶手段531の活性電池満充電検出用電池電圧比較値△
Vmax及び複数サンプリング毎の比較用電池電圧Ei
−5〜Eiをイニシャルセット(ステップ103)する
と共に電池温度記憶手段532の最小電池温度Tmin
及び不活性電池満充電検出用温度上昇比較値ΔTiaを
イニシャルセットし(ステップ104)、電池電圧、電
池温度サンプリングタイマをスタートさせる(ステップ
105)。サンプリングタイマ時間Δtを経過したら
(ステップ106)、再度サンプリングタイマを再スタ
ートさせる(ステップ107)。次いで電池組2の電圧
を分圧した電池電圧検出手段40の出力信号をA/Dコ
ンバータ55でA/D変換して電池電圧Vinとして取
り込み(ステップ108)、演算手段51で電池電圧V
inより6サンプリング前の電池電圧Ei−5を減算しΔ
Vを求める(ステップ109)。また電池温度検出手段
2Aからの出力信号をA/Dコンバータ55でA/D変
換し、最新の電池温度Tinとして取り込み(ステップ
110)、演算手段51で電池温度Tinと電池温度記
憶手段532の最少電池温度Tminを比較し(ステッ
プ111)、Tinが小さい時は電池温度記憶手段53
2の最少電池温度TminにTinのデータを格納し
(ステップ112)、演算手段51で最新電池温度Ti
nから最少電池温度Tminを減算しΔTを求める(ス
テップ113)。
【0008】次にステップ109において求めたΔVと
ΔVmaxの大小判別を行う(ステップ114)。ΔV
がΔVmaxより小さい時、マイコン50は出力ポート
56より充電制御信号伝達手段4を介して充電停止信号
をPWM制御IC23に伝達して充電を停止する(ステ
ップ115)。次いで電池組2が取り出されるのを判別
し(ステップ116)、電池組2の取り出しを判別した
らステップ101に戻り、次の電池組2の充電のための
待機をする。
【0009】ステップ114においてΔVがΔVmax
以上の時は、ΔVmaxの値をΔVとし、電池電圧記憶
手段531の各サンプリング時の電池電圧の書き換えを
行う(ステップ117)。
【0010】次にステップ113で求めたΔTと不活性
電池満充電検出用温度上昇比較値ΔTiaの大小判別を
行う(ステップ118)。不活性電池満充電検出用温度
上昇比較値ΔTiaは、図3に示すように通常の活性電
池に対する満充電検出用温度上昇値ΔTaより大きな値
とし、不活性電池が−ΔV検出法によって検出される時
点での温度上昇値ΔTbより小さい値にセットする。Δ
TがΔTiaより大きい時、電池組2は満充電であると
判別し、ステップ115で充電を停止する。ΔTがΔT
ia以下の時はステップ106に戻り、引き続き同じ処
理を行う。
【0011】上記実施形態において、不活性電池用満充
電検出法は所定の温度上昇値以上になるのを検出して充
電を停止するΔT検出法としたが、例えば特開昭62−
193518号、特開平2−246739号、実開平3
−34638号公報等に記載されている充電時における
所定時間当りの電池温度上昇率(温度勾配)が所定値以
上になるのを検出して充電を制御するΔT/Δt検出法
としてもよい。この場合、不活性電池満充電検出用の温
度勾配値ΔTiは、図3に示すように通常の活性電池に
対する満充電検出用温度勾配値ΔTmより大きな値と
し、不活性電池が−ΔV検出法で検出される時点での温
度上昇勾配値ΔTnより小さい値にセットし、各サンプ
リング時間毎の温度上昇勾配値を予め設定されている満
充電検出用の所定の温度勾配値ΔTiと比較演算を行い
満充電検出処理を行えばよい。
【0012】また、満充電までの電池組2の温度上昇は
充電開始時の電池温度によって異なるので、上記実施
のΔT検出法の所定の温度上昇比較値ΔTia(=
K)は、充電開始時の電池温度または最小電池温度Tm
inによって各々設定する方が検出精度が高くなり望ま
しい。例えば充電開始時の電池温度または最小電池温度
が夫々0〜10℃、10〜25℃、25〜40℃及び4
0〜60℃の時、不活性電池満充電検出用温度上昇比較
値ΔTiaを、夫々30K、25K、20K及び15K
と設定すれば、不活性電池の満充電検出の精度がより向
上する。
【0013】なお当然のことながら、上記実施形態では
活性電池の満充電を2階微分検出法により検出するとし
たが、充電末期の降下電圧を検出して充電を停止する−
ΔV検出法によって検出するようにしてもよい。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電池組の
活性、不活性に対応し夫々満充電検出手段を設けること
により、電池組の活性、不活性に関係なく確実に満充電
を検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明充電装置の一実施形態を示す回路図。
【図2】本発明充電装置の動作説明用フローチャート。
【図3】活性な電池組及び不活性な電池組の充電特性を
示すグラフ。
【符号の説明】
2は電池組、2Aは温度検出手段、3は充電電流検出手
段、40は電池電圧検出手段、50はマイコンである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 G01R 31/32 - 31/36 H01M 10/42 - 10/48 301

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被充電電池の電池電圧を検出する電池電
    圧検出手段と、被充電電池の電池温度を検出する電池温
    度検出手段を有する二次電池の充電装置において、 電池電圧検出手段の出力に基づいて活性な電池の満充電
    を検出する活性電池満充電検出手段と、 電池温度検出手
    段の出力に基づいて不活性な電池の満充電を検出する不
    活性電池満充電検出手段を備え、前記不活性電池満充電
    検出手段を、少なくとも最新の電池温度、最小の電池温
    度、活性電池が満充電になる温度上昇値より大きく不活
    性電池が過充電になる温度上昇値より小さくした不活性
    電池満充電検出用温度上昇比較値を記憶する電池温度記
    憶手段と、各サンプリング時間毎に最新の電池温度と最
    小電池温度を比較して最小電池温度を求めると共に最新
    の電池温度と最小電池温度との差が前記不活性電池満充
    電検出用温度上昇比較値より大きくなった時に充電停止
    信号を発生する演算手段とにより構成したことを特徴と
    する電池の充電装置。
  2. 【請求項2】 前記不活性電池満充電検出用温度上昇比
    較値を、充電開始時の電池温度または最小電池温度に対
    応して変えるようにしたことを特徴とする請求項1記載
    の電池の充電装置。
  3. 【請求項3】 前記不活性電池が過充電になる温度上昇
    値を、不活性電池の充電途上に電池電圧がピーク値から
    所定量降下したときの温度上昇値としたことを特徴とす
    る請求項1記載の電池の充電装置。
  4. 【請求項4】 被充電電池の電池電圧を検出する電池電
    圧検出手段と、被充電電池の電池温度を検出する電池温
    度検出手段を有する二次電池の充電装置において、 電池電圧検出手段の出力に基づいて活性な電池の満充電
    を検出する活性電池満充電検出手段と、電池温度検出手
    段の出力に基づいて不活性な電池の満充電を検出する不
    活性電池満充電検出手段を備え、前記不活性電池満充電
    検出手段を、少なくとも最新の電池温度、所定サンプリ
    ング前の電池温度、活性電池が満充電になる温度勾配値
    より大きく不活性電池が過充電になる温度勾配値より小
    さくした不活性電池満充電検出用温度勾配値を記憶する
    電池温度記憶手段と、各サンプリン グ時間毎に最新の電
    池温度と所定サンプリング前の電池温度を比較して温度
    勾配値を求め、求めた温度勾配値が前記不活性電池満充
    電検出用温度勾配値より大きくなった時に充電停止信号
    を発生する演算手段とにより構成したことを特徴とする
    電池の充電装置。
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