JP3708267B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器、情報通信機器等の電源として用いられる２次電池の充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器、情報通信機器等では電源として電池を用いるが、前記電池としてはマンガン乾電池に代表される充電不可能な１次電池から、次第にニッケルカドミウム蓄電池、リチウムイオン電池等の充電して何度も繰り返し使用できる２次電池が多く使用されるようになってきている。その中でもコードレス電話機は、電源として２次電池を使用する割合が高い。そして、携帯機器としての性格上、連続使用時間はできるだけ長い方がよく、その一方で、電話機であることから常に十分な使用時間が確保されている必要がある。そのため、電池は常に満充電状態を維持することが求められている。
【０００３】
しかし、一般的に２次電池にとって、連続充電は性能劣化につながりやすい。特にリチウムイオン電池は、連続して満充電の電圧による充電を連続すると、サイクル寿命が短くなる傾向が強い。また、ニッケル水素電池も、電池温度が高い状態が続くことになり、負極の水素吸蔵合金が酸化されやすくなって、電池としての寿命がやはり大幅に短くなりやすい。
【０００４】
その一方で、２次電池に対しては短時間で充電を行う急速充電の要求も大変強い。急速充電は、一般的にサイクル特性と呼ばれる充・放電を繰り返すことができる回数や、その他、電池としての基本的特性への影響も大きく、充電電流・電圧を精密に制御する必要がある。
【０００５】
以下、リチウムイオン電池を充電する場合の従来の充電装置を図面を使用して説明する。
【０００６】
図６は従来のリチウムイオン電池用の定電流・定電圧充電装置のブロック図である。
【０００７】
図中の１は充電装置に電力を供給する電源回路、３は電池電圧を検出する電池電圧検出抵抗群、４は電池電圧検出抵抗群３の信号を受けて電池電圧を検知する電池電圧検知手段、５は電池に流れる電流を検出する充電電流検出抵抗、６は充電電流検出抵抗５の信号を受けて電池に流れる電流を検知する充電電流検知手段、７は充電される対象であるリチウムイオン電池、１０は電池電圧検知手段４と充電電流検知手段６からの信号を受けて充電制御を行う制御手段、１１はリチウムイオン電池７の温度を検知する電池温度検知手段、１５は定電流充電を制御する定電流充電制御手段、１６は定電圧充電を制御する定電圧充電制御手段、１７は定電流充電制御手段１５とリチウムイオン電池７のＯＮ／ＯＦＦを行うトランジスタＱ１からなる切換え手段、１８は定電圧充電制御手段１６とリチウムイオン電池７のＯＮ／ＯＦＦを行うトランジスタＱ２からなる切換え手段であり、これらの各構成要素によって充電装置が構成されている。
【０００８】
図７は、リチウムイオン電池の充電を行った場合の一般的な電池電圧および充電電流の時間変化を示したグラフであり、グラフ中のｉ１は定電流充電を行っている間の電流値、ｉ２は定電流充電後の低電圧充電を終了するときの電流値、ｔ０は充電が始まる時点、ｔ１は定電流充電から定電圧充電に移行する時点、ｔ２は充電が終了する時点である。
【０００９】
図８は、コードレス電話機等で常に満充電を維持する必要がある場合に使用されるリチウムイオン電池の充電を行った場合の、一般的な電池電圧および充電電流の変化を示したグラフであり、グラフ中のｉ１は定電流充電を行っている間の電流値、ｉ２は定電圧充電後の補充電の電流値、ｔ０は充電が始まる時点、ｔ１は定電流充電から定電圧充電に移行する時点、ｔ２は充電が終了し、満充電状態を維持するための補充電に移行する時点である。
【００１０】
以下、従来の充電装置の動作を、図６〜図８を使用して説明する。
一般にリチウムイオン電池は、一定電圧（負極にコークス系のカーボンを使用しているタイプでは４．２Ｖ、グラファイト系のカーボンを使用しているタイプでは４．１Ｖ）に到達するまでは充電を行い、その後は、その電圧において定電圧充電を行う定電流・定電圧充電方式によって充電が行われる。
【００１１】
最初に一般的な充電動作について図６、図７を使用して説明する。この充電装置にリチウムイオン電池７が接続されると、制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３からの情報を受けて、充電が可能かどうかの判断を行う。一般的に充電開始時にリチウムイオン電池７の電圧が高すぎたりした場合には、リチウムイオン電池７の状態が充電には不適と判断されて実施されない。
【００１２】
さて、充電が可能と判断されれば、制御手段１０は定電流充電用のトランジスタＱ１をＯＮにし、リチウムイオン電池７と定電流充電制御手段１５を接続する。
【００１３】
この定電流充電の期間は、図７においてｔ０〜ｔ１に該当する。この間、充電電流は充電電流検出抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達され、さらに、定電流充電制御手段１５によって一定の電流ｉ１に維持される。その後、充電が進行するにつれて電池電圧は次第に上昇する。電池電圧が一定電圧（図７におけるＶ１）に到達すると（図７におけるｔ１の時点）、制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３、電池電圧検知手段４を通して検出し、切換え手段１８のトランジスタＱ１をＯＦＦに制御し、切換え手段１８のトランジスタＱ２をＯＮに制御し、定電流充電から定電圧への切換えを行う。この間、充電電圧は電池電圧検出抵抗群３で検知され、電池電圧検知手段４により制御手段１０に伝達され、さらに定電圧充電制御手段１６によって一定の電圧Ｖ１に維持される。
【００１４】
一般にリチウムイオン電池への定電圧充電は、充電電流値が一定値（図７におけるｉ２）になると、満充電になったとして停止される。この充電装置においては、電流ｉ２が充電電流検出抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達されて満充電に到達されたと判定されると、制御手段１０はトランジスタＱ２をＯＦＦにして、リチウムイオン電池７と定電圧充電制御手段１６を切り放して充電を終了する（図７におけるｔ２の時点）。
【００１５】
この充電動作の場合、充電そのものは問題なく行われるが、充電終了後に全く補充電が実施されないために、図６のｔ２以降の電池電圧カーブのように、自己放電によってリチウムイオン電池７の容量が次第に減少し、電池電圧も低下する。
【００１６】
そのため、自己放電した後には、満充電のときよりも機器の使用時間は短くなり、ユーザーにとっては使い勝手が悪くなる。
【００１７】
つぎに、この点を改良し、常に満充電を維持する必要がある場合に使用されるリチウムイオン電池の充電を行った場合の充電動作について、図６、図８を使用して説明する。
【００１８】
この場合、図６に示す充電装置の構成、定電流充電・定電圧充電の動作は前述と全く同一であるので、その説明は省略する。図８において、ｔ２以降の時間が、満充電を維持するための補充電の期間に該当する。リチウムイオン電池７は、一定電圧Ｖ１で定電圧充電を連続して行うことにより満充電の状態が維持され、ユーザーはいつでも最長の使用時間（コードレス電話機の場合ならば通話時間）を得ることができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の充電装置でコードレス電話機等の常に満充電を要求される用途のために、電池を常に満充電状態に維持すると性能劣化につながり易い。
【００２０】
特にリチウムイオン電池は、連続して満充電の電圧による充電を連続すると、サイクル寿命が大幅に短くなってしまう。また、ニッケル水素電池も電池温度が高い状態が続くことになり、負極の水素吸蔵合金が酸化されやすくなって、電池としての寿命がやはり大幅に短くなるという欠点を有していた。
【００２１】
本発明は上記課題を解決するものであり、常に満充電を要求される用途の電池でも、その性能を劣化させないように充電させる充電装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、電池を定電流、定電圧の順に充電する充電装置であって、電源回路と、充電電流と充電電圧を制御する定電流・定電圧充電制御手段と、電池電圧検知手段と、充電電流検知手段と、電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの信号を受け電池の充電装置装着時間と電池の充電装置離間時間の計時手段と、前記計時手段からの情報で定電流・定電圧充電の電圧値を設定し、前記定電流・定電圧充電制御手段にその設定値を伝達する制御手段を備え、電池の装着平均時間と電池の離間平均時間に対応した定電流の電流値および定電圧の電圧値で充電を行う充電装置の構成とする。
【００２３】
本発明によれば、電池の充電装置への装着平均時間と電池の離間平均時間に対応した定電流の電流値および定電圧の電圧値で充電を行うので、リチウムイオン電池等のように、常に満充電を要求される用途の電池でも、その性能を劣化させないように充電させる充電装置を実現できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、電池を定電流、定電圧の順に充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流と充電電圧を制御する定電流・定電圧充電制御手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電流充電の電流値および定電圧充電の電圧値を設定し、定電流・定電圧充電制御手段に、その設定値を伝達する制御手段とを備え、
電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より小さく、かつ電池が充電装置から離れている平均時間が第二の時間より小さい場合には１Ｃより小さい充電電流で充電し、
電池が充電装置に装着されている平均時間が前記第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、
電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな充電電圧で充電する充電装置であり、電池を定電流、定電圧の順に充電するにおいて、電池にとって最適な充電仕様の充電条件で充電ができ、常に満充電を要求される用途の電池でも、その性能を劣化させないように充電させるという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項２に記載の発明は、電池を定電流充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流を制御するチョッパ手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池の温度を検知する電池温度検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の電流値を設定し、その設定値に合致するような周波数の信号を発振するよう制御する制御手段と、前記制御手段からの信号に拠って決定される周波数の信号を発生し、前記チョッパ手段に供給する発振手段とを備え、
電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな補充電時間で充電する充電装置であり、電池を定電流充電するにおいて、電池にとって最適な充電仕様の充電条件で充電ができるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項３に記載の発明は、電池をパルス充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流を制御する定電流制御手段と、前記定電流制御手段に接続され、充電対象である電池と前記定電流制御手段の接続および切断を行うスイッチ手段と、前記電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池の温度を検知する電池温度検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電流の平均電流値を設定し、スイッチ手段にパルス状電流の平均値がその設定値に等しくなるように制御する制御手段とを備え、
電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな補充電時間で充電する充電装置であり、パルス充電をするにおいて、電池にとって最適な充電仕様の充電条件で充電ができるという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項４に記載の発明は、電池を定電圧で充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電圧を制御する定電圧充電制御手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電圧充電の電圧値を設定し、定電圧充電制御手段に、その設定値を伝達する制御手段とを備え、
電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな充電電圧で充電する充電装置であり、電池を定電圧で充電するにおいて、電池にとって最適な充電仕様の充電状件で充電ができるという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項５に記載の発明は、前記請求項３に記載の充電装置において、電源回路と接続され、充電対象である電池と電源回路の接続および切断を行うスイッチ手段が直接接続され、電池の定電流充電の電流制御は電流検知手段からの電流検知情報によって制御手段にて行う構成としたものであり、スイッチ手段によりパルス充電で、しかも電池にとって最適な充電仕様の充電条件で充電ができるという作用を有する。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を使用して説明する。なお、各図面で前記従来の充電装置と同じ構成要素には同一符号を付与している。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の充電装置のブロック図である。
【００３１】
図中の１は充電装置に電力を供給する電源回路、２は定電流・定電圧充電制御を行う定電流・定電圧充電制御手段、３は電池電圧を検出する電池電圧検出抵抗群、４は電池電圧検出抵抗群３の信号を受けて電池電圧を検知する電池電圧検知手段、５は電池に流れる電流を検出する充電電流検出抵抗、６は充電電流検出抵抗５の信号を受けて電池に流れる電流を検知する充電電流検知手段、７は充電される対象であるたとえばリチウムイオン電池、８はリチウムイオン電池７が充電装置に装着されていることを検知する電池装着検知手段、９は電池装着検知手段８からの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間、充電装置から離れている時間を演算する演算手段よりなる計時手段、１０は電池電圧検知手段４、充電電流検知手段６および計時手段９の信号を受けて定電流充電時間およびパラメータ、定電圧充電時間およびパラメータを制御する制御手段である。
【００３２】
以上の構成要素よりなる本実施の形態１の充電装置について、以下その動作を説明する。
【００３３】
本実施の形態１の充電装置が前記従来の充電装置と異なるところは、電池装着検知手段８および計時手段９を設け、これらによる動作ににある。この充電装置にリチウムイオン電池７が接続されると、電池装着検知手段８において電池が装着されたことを検知する。同時に制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３からの信号による電圧値の情報を受けて、充電が可能かどうかの判断を行う。
【００３４】
一般的に充電開始時に電池の電圧が高すぎたり低すぎたりした場合には、リチウムイオン電池７の状態が充電には不適と判断されて実施されない。また、計時手段９における電池が充電装置に接続された時間の計時も開始されない。充電が可能と判断されれば、電池装着検知手段８において検知された電池が装着された情報が計時手段９に伝達されて、電池が充電装置に接続された時間の計時が開始される。
【００３５】
このように電池が充電装置に接続されている時間と電池が充電装置から離れている時間は計時手段９において計時される。計時手段９はこれらの時間の平均値を求めて制御手段１０に伝達する。制御手段１０はその情報に基づいて、たとえば（表１）のように定電流充電時の充電電流および定電圧充電時の充電電圧の設定、いわゆる充電パラメータの設定を行う。
【００３６】
（表１）は本実施の形態１の充電装置でリチウムイオン電池の充電を行う場合で、電池が充電装置から離れている時間（平均使用時間）、充電装置に装着されている時間（平均充電時間）、２つの時間から定電流充電の充電電流・充電時間、定電圧充電の充電電圧・充電時間（いわゆる充電パラメータ）を設定した例の表である。
【００３７】
（表１）の設定は、あくまでリチウムイオン電池という定電流・定電圧充電で充電管理を行う場合の１例であり、実際に使用する電池の特性、機器の消費電流によっては別の充電パラメータの設定が適していることは、一般的な電池および充電装置に関する知識から容易に理解できる。
【００３８】
【表１】
【００３９】
前記（表１）の設定が、実際の使用パターンにおいてどのように使用されるのかの例を示した資料が（表２）である。（表１）のハッチング部分が各々（表２）の事例で使用されていることを示している。
【００４０】
【表２】
【００４１】
この（表２）は、本実施の形態１の充電装置を実際の使用パターンに適用した場合の定電流充電の充電電流・充電時間、定電圧充電の充電電圧・充電時間（充電パラメータ）の設定例である。定電圧充電の電圧値の欄のうち、上段の数値がコークス系炭素負極を使用したリチウムイオン電池の場合、下段がグラファイト系炭素負極を使用したリチウムイオン電池の場合を示している。
【００４２】
（表２）の事例１に注目して説明する。この事例では電池が充電装置から離れている時間の平均時間が８時間、電池が充電装置に装着されている時間の平均時間が２時間であることを示している。この時間で設定される充電パラメータを（表１）から求めると、平均使用時間が“１ｈ〜”、平均充電時間が“０．５〜２ｈ”の欄に該当することがわかる。したがって、この事例における定電流充電時の充電電流は１Ｃ、定電圧充電時の充電電圧はコークス系炭素負極のリチウムイオン電池の場合は４．２Ｖ、グラファイト系炭素負極のリチウムイオン電池の場合は４．１Ｖであるとわかる。
【００４３】
さて、計時手段９の計時開始と同時に制御手段１０は、定電流・定電圧充電制御手段２に定電流充電開始の信号を伝達して定電流充電（このときの電流値は図４におけるｉ１）が開始される。この定電流充電の期間は、図４においてはｔＯ〜ｔ１に該当する。この間、充電電流は充電電流検出抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達され、さらに定電流・定電圧充電制御手段２によって一定の電流ｉ１に維持される。この一定の電流ｉ１は、電池が充電装置に装着されている時間・離れている時間の平均値から導き出される数値に従うことは言うまでもない。
【００４４】
その後、充電が進行するにつれて電池電圧は次第に上昇する。電池電圧が一定電圧（図４におけるＶ１）に到達すると（図４におけるｔ１の時点）、制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３、電池電圧検知手段４を通して検出し、定電流・定電圧充電制御手段２を制御し、定電流充電から定電圧充電への切換えを行う。この後、充電電圧は電池電圧検出抵抗群３で検知され、電池電圧検知手段４により制御手段１０に伝達され、さらに定電流・定電圧充電制御手段２によって一定の電流Ｖ１に維持される。
【００４５】
前述の通り、一般にはリチウムイオン電池７への定電圧充電は、充電電流値が一定（図４におけるｉ２）になると、満充電になったとして停止される。本充電装置においては、電流ｉ２が充電電流検出抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達されて満充電に到達したと判定されると、制御手段１０は計時手段９からの情報を受けて補充電時の充電パラメータの設定を行い、充電装置は補充電に入る。この時間は、図４におけるｔ２以降の時点に該当する。
【００４６】
この補充電時の充電電圧は、電池が充電装置に装着される平均時間に基づいて設定されており、電池を使用する機器の使用時間が最も長く、また、電池の寿命に最も影響しないような電圧に設定されており、ユーザーは自らの使用パターンに最適な充電パラメータで常に電池を管理ができる。
【００４７】
このように本実施の形態１の充電装置では、充電装置・電池のユーザーの使用状態と電池にとって、最適な充電仕様の最大公約数の充電条件で充電を実施することにより、ユーザーにとっては使い勝手のよい、電池にとっては最良の充電状態を維持できる。また、（表１）の設定からも容易に読みとることができるが、短時間の電池使用が多いユーザーの場合には、充電電圧を低めに設定して、リチウムイオン電池の高電圧維持による電池劣化を最小限に止める。電池容量は満充電以下の状態で維持されるが、電池使用が短時間のときが多いために、ユーザーにとって不便は感じない。むしろ、電池の寿命が延びるメリットが大きい。また、電池を昼間に長時間使用し、毎日空っぽにした後、夜間に電池を充電するユーザー（外回りの営業等で、夜間に充電する場合）の場合は、平均充電時間を学習し、いわゆる急速充電でなく、平均充電時間を目一杯使った低レート充電を行うことにより、電池寿命を最大限に延ばすことが可能になる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の充電装置のブロック図である。
【００４９】
図中の１は充電装置に電力を供給する電源回路、３は電池電圧を検出する電池電圧検出抵抗群、４は電池電圧検出抵抗群３の信号を受けて電池電圧を検知する電池電圧検知手段、５は電池に流れる電流を検出する充電電流検出抵抗、６は充電電流検出抵抗５の信号を受けて電池に流れる電流を検知する充電電流検知手段、１０７は充電される対象である２次電池であるニッケル水素電池、８はニッケル水素電池１０７が充電装置に装着されていることを検知する電池装着検知手段、９は電池装着検知手段８からの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間、充電装置から離れている時間を演算する演算手段よりなる計時手段、１０は電池電圧検知手段４、充電電流検知手段６および計時手段９の信号を受けて定電流充電時間およびパラメータ、定電圧充電時間およびパラメータを制御する制御手段、１１は電池温度を検知する電池温度検知手段、１２は定電流制御を行うチョッパ回路に制御信号を送る発振手段、１３は定電流制御を行うチョッパ手段である。
【００５０】
図５は、本実施の形態２の充電装置でニッケル水素電池１０７の充電をおこなった場合の電池電圧、充電電流および電池電圧の時間変化を示したグラフであり、グラフ中のｉ１は急速充電を行っている間の電流値、ｉ２は急速充電後の補充電の電流値、ｔ０は充電始まる時点、ｔ１は急速充電から補充電に移行する時点、ｔ２は補充電を終了する時点である。
【００５１】
以上の構成要素よりなる本実施の形態２の充電装置について、以下その動作を説明する。
【００５２】
本実施の形態２の充電装置が前記従来の充電装置と異なるところは、電池装着検知手段８および計時手段９ならびに電池温度検知手段１１とチョッパ手段１３を備えたことにある。この充電装置にニッケル水素電池１０７が接続されると、電池装着検知手段８において電池が装着されたことを検知する。同時に制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３からの電圧値の情報を受けて、充電が可能かどうかの判断を行う。一般的に充電開始時に電池の電圧が高すぎたり低すぎたりした場合には、ニッケル水素電池１０７の状態が充電には不適と判断されて実施されない。また、計時手段９における電池が充電装置に接続された時間の計時も開始されない。充電が可能と判断されれば、電池装着検知手段８において検知された電池が装着された情報が計時手段９に伝達されて、電池が充電装置に接続された時間の計時が開始される。
【００５３】
このように電池が充電装置に接続されている時間・電池が充電装置から離れている時間は、計時手段９において計時される。計時手段９はこれらの時間の平均値を求めて制御手段１０に伝達する。制御手段１０はその情報に基づいて、たとえば（表３）のように急速充電時の充電電流および補充電時の充電電流および充電時間の設定、いわゆる充電パラメータの設定を行う。先の（表３）の設定はあくまでニッケル水素電池１０７の充電管理を行う場合の１例であり、実際には使用する電池の特性、機器の消費電流によって別の充電パラメータの設定が適していることは、一般的な電池および充電装置に関する知識から容易に理解できる。
【００５４】
なお、（表３）の設定が実際の使用パターンにおいてどのように使用されるかの例は、先の実施の形態１の例と同様であるので省略する。
【００５５】
【表３】
【００５６】
さて、計時手段９の計時開始と同時に制御手段１０は、発振手段１２に急速充電相当の電流になるような周波数の信号をチョッパ手段１３に送る。チョッパ手段１３では、与えられた信号でチョッパ動作を開始して急速充電が開始される。
【００５７】
この急速充電の期間は、図５においてはｔ０〜ｔ１に該当する。この間、充電電流は充電電流検知抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達され、さらに発振手段１２、チョッパ手段１３によって一定の電流ｉ１に維持される。このｉ１は電池が充電装置に装着されている時間・離れている時間の平均値から導き出される数値に従うことは、前述の実施の形態１の説明と同様である。その後、充電が進行するにつれて電池電圧および電池温度は次第に上昇する。電池電圧がピークから一定電圧低下する現象、いわゆる−△Ｖが発現して、たとえばニッケル水素電池１セルあたり１０ｍＶの低下が検出されるか、または電池温度の上昇の度合いが、たとえば１分間に１℃以上の上昇に到達すると（図５におけるｔ１の時点）、前者の場合は電池電圧検出抵抗群３・電池電圧検知手段４を通して検出し、後者の場合は電池温度検知手段１１によって電池温度の変化を検出し、制御手段１０はニッケル水素電池１０７が満充電になったと判定する。
【００５８】
この満充電の判定のしきい値は充電電流によって異なるために、急速充電時の充電電流に対応した最適の値が採用されることは容易に理解される。
【００５９】
満充電が検出されると、制御手段１０は発振手段１２に補充電用の電流ｉ２になるような周波数の信号を送り、さらにチョッパ手段１３が作動して、この充電装置はニッケル水素電池１０７に対して補充電を実施する。このときの充電電流および補充電を行う時間は、（表３）の設定に基づいて行われる。この補充電時の充電電流および充電時間は、電池が充電装置に装着される平均時間に基づいて設定されており、電池を使用する機器の使用時間が最も長く、また、電池の寿命に最も影響しないような電圧に設定されており、ユーザーは自らの使用パターンに最適な充電パラメータで常に電池を管理することができる。
【００６０】
このように本実施の形態３の充電装置では、充電装置・電池のユーザーの使用状態と電池にとって最適な充電仕様の最大公約数の充電条件で充電を実施することにより、ユーザーにとっては使い勝手のよい、電池にとっては最良の充電状態を維持できる。
【００６１】
（表３）の設定からも容易に読みとることができるが、短時間の電池使用が多いユーザーの場合には、補充電の電流を低めに、補充電の時間を短めに設定して、ニッケル水素電池１０７の水素吸蔵合金電極の酸化および劣化による電池劣化を最小限に止める。電池容量は満充電以下の状態で維持されるが、電池使用が短時間のときが多いために、ユーザーにとって不便は感じない。むしろ、電池の寿命が延びるメリットが大きい。また、電池を昼間に長時間使用し、毎日空っぽにした後、夜間に電池を充電するユーザー（外回りの営業等で、夜間に充電する場合）の場合は、平均充電時間を学習し、急速充電ではなく平均充電時間を目一杯使った低レート充電を行うことにより、電池寿命を最大限に延ばすことが可能になる。
【００６２】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３の充電装置の構成を示すブロック図である。
【００６３】
図中の１は充電装置に電力を供給する電源回路、３は電池電圧を検出する電池電圧検出抵抗群、４は電池電圧検出抵抗群３の信号を受けて電池電圧を検知する電池電圧検知手段、５は電池に流れる電流を検出する充電電流検出抵抗、６は充電電流検出抵抗５の信号を受けて電池に流れる電流を検知する充電電流検知手段、１０７は充電される対象のニッケル水素電池、８はニッケル水素電池１０７が充電装置に装着されていることを検知する電池装着検知手段、９は電池装着検知手段８からの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間、充電装置から離れている時間を演算する演算手段よりなる計時手段、１０は電池電圧検知手段４、充電電流検知手段６および計時手段９の信号を受けて定電流充電時間およびパラメータ、定電圧充電時間およびパラメータを制御する制御手段、１１は電池温度を検知する電池温度検知手段、１４は定電流制御手段、１５はスイッチ手段である。
【００６４】
以上の構成要素よりなる本実施の形態３の充電装置について、以下その動作を説明する。
【００６５】
本実施の形態３の充電装置が前記従来の充電装置と異なるところは、電池装着検知手段８および計時手段９ならびに電池温度検知手段１１とスイッチ手段１９を備えた構成とその動作にある。この充電装置にニッケル水素電池１０７が接続されて、充電が可能と判断されれば、電池装着検知手段８において検知された電池が装着された情報が計時手段９に伝達されて、電池が充電装置に接続された時間の計時が開始される。計時手段９の計時開始と同時に制御手段１０はスイッチ手段１９に信号を送り、定電流制御手段１４とニッケル水素電池１０７を接続して急速充電が開始される。この急速充電の期間は、図６においてはｔ０〜ｔ１に該当する。
【００６６】
このとき、ニッケル水素電池１０７を充電する平均電流は、図６におけるｉ１になるように、制御手段１０はスイッチ手段１９で充電電流のＯＮ／ＯＦＦを行う。ｉ１は電池が充電装置に装着されている時間・離れている時間の平均値から導き出される数値に従うことは、先の実施の形態１、２の説明と同様である。その後の満充電の検出方法は、先の実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
満充電が検出されると、制御手段１０はスイッチ手段１９をＯＮ／ＯＦＦし、平均電流が補充電用の電流ｉ２になるように制御して補充電が実施される。このときの充電電流および補充電を行う時間の設定根拠は、先の実施の形態１、２と同様であるので説明を省略する。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明の充電装置では、電池が充電装置に接続されている時間と離れている時間を演算して、充電時間および充電装置から離れていた時間に消費された電気量に応じた充電パラメータ、満充電後の充電パラメータを設定することにより、充電装置・電池のユーザーの使用状態と、電池にとって最適な充電仕様の最大公約数の充電条件で充電を実施することにより、ユーザーにとっては使い勝手のよい、電池にとっては最良の充電状態を維持できるという大きな効果があり、実用上有効な充電装置を提供できるものである。
【００６９】
なお、本発明の実施の形態の充電装置において、充電対象としてニッケル水素電池、リチウムイオン電池を取り挙げたが、ニッケルカドミウム電池、金属リチウム電池、ニッケル亜鉛電池、錫アモルファス酸化物電池、非水電解液系電池、固体電解質系電池等の充電に応用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の充電装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２の充電装置のブロック図
【図３】本発明の実施の形態３の充電装置のブロック図
【図４】本発明の実施の形態１の充電装置でリチウムイオン電池の充電をおこなった場合の電池電圧および充電電流の時間変化を示したグラフ
【図５】本発明の実施の形態２の充電装置でニッケル水素電池の充電をおこなった場合の電池電圧および充電電流および電池電圧の時間変化を示したグラフ
【図６】従来のリチウムイオン電池用定電流・定電圧充電装置のブロック図
【図７】リチウムイオン電池の充電をおこなった場合の一般的な電池電圧および充電電流の時間変化を示したグラフ
【図８】コードレス電話機等で常に満充電を維持する必要がある場合に使用されるリチウムイオン電池の充電を行った場合の一般的な電池電圧および充電電流の時間変化を示したグラフ
【符号の説明】
１ 電源回路
２ 定電流・定電圧充電制御手段
３ 電池電圧検出抵抗群
４ 電池電圧検知手段
５ 充電電流検出抵抗
６ 充電電流検知手段
７ リチウムイオン電池
８ 電池装着検知手段
９ 計時手段
１０ 制御手段
１１ 電池温度検知手段
１２ 発振手段
１３ チョッパ手段
１４ 定電流制御手段
１９ スイッチ手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器、情報通信機器等の電源として用いられる２次電池の充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器、情報通信機器等では電源として電池を用いるが、前記電池としてはマンガン乾電池に代表される充電不可能な１次電池から、次第にニッケルカドミウム蓄電池、リチウムイオン電池等の充電して何度も繰り返し使用できる２次電池が多く使用されるようになってきている。その中でもコードレス電話機は、電源として２次電池を使用する割合が高い。そして、携帯機器としての性格上、連続使用時間はできるだけ長い方がよく、その一方で、電話機であることから常に十分な使用時間が確保されている必要がある。そのため、電池は常に満充電状態を維持することが求められている。
【０００３】
しかし、一般的に２次電池にとって、連続充電は性能劣化につながりやすい。特にリチウムイオン電池は、連続して満充電の電圧による充電を連続すると、サイクル寿命が短くなる傾向が強い。また、ニッケル水素電池も、電池温度が高い状態が続くことになり、負極の水素吸蔵合金が酸化されやすくなって、電池としての寿命がやはり大幅に短くなりやすい。
【０００４】
その一方で、２次電池に対しては短時間で充電を行う急速充電の要求も大変強い。急速充電は、一般的にサイクル特性と呼ばれる充・放電を繰り返すことができる回数や、その他、電池としての基本的特性への影響も大きく、充電電流・電圧を精密に制御する必要がある。
【０００５】
以下、リチウムイオン電池を充電する場合の従来の充電装置を図面を使用して説明する。
【０００６】
図６は従来のリチウムイオン電池用の定電流・定電圧充電装置のブロック図である。
【０００７】
図中の１は充電装置に電力を供給する電源回路、３は電池電圧を検出する電池電圧検出抵抗群、４は電池電圧検出抵抗群３の信号を受けて電池電圧を検知する電池電圧検知手段、５は電池に流れる電流を検出する充電電流検出抵抗、６は充電電流検出抵抗５の信号を受けて電池に流れる電流を検知する充電電流検知手段、７は充電される対象であるリチウムイオン電池、１０は電池電圧検知手段４と充電電流検知手段６からの信号を受けて充電制御を行う制御手段、１１はリチウムイオン電池７の温度を検知する電池温度検知手段、１５は定電流充電を制御する定電流充電制御手段、１６は定電圧充電を制御する定電圧充電制御手段、１７は定電流充電制御手段１５とリチウムイオン電池７のＯＮ／ＯＦＦを行うトランジスタＱ１からなる切換え手段、１８は定電圧充電制御手段１６とリチウムイオン電池７のＯＮ／ＯＦＦを行うトランジスタＱ２からなる切換え手段であり、これらの各構成要素によって充電装置が構成されている。
【０００８】
図７は、リチウムイオン電池の充電を行った場合の一般的な電池電圧および充電電流の時間変化を示したグラフであり、グラフ中のｉ１は定電流充電を行っている間の電流値、ｉ２は定電流充電後の低電圧充電を終了するときの電流値、ｔ０は充電が始まる時点、ｔ１は定電流充電から定電圧充電に移行する時点、ｔ２は充電が終了する時点である。
【０００９】
図８は、コードレス電話機等で常に満充電を維持する必要がある場合に使用されるリチウムイオン電池の充電を行った場合の、一般的な電池電圧および充電電流の変化を示したグラフであり、グラフ中のｉ１は定電流充電を行っている間の電流値、ｉ２は定電圧充電後の補充電の電流値、ｔ０は充電が始まる時点、ｔ１は定電流充電から定電圧充電に移行する時点、ｔ２は充電が終了し、満充電状態を維持するための補充電に移行する時点である。
【００１０】
以下、従来の充電装置の動作を、図６〜図８を使用して説明する。
一般にリチウムイオン電池は、一定電圧（負極にコークス系のカーボンを使用しているタイプでは４．２Ｖ、グラファイト系のカーボンを使用しているタイプでは４．１Ｖ）に到達するまでは充電を行い、その後は、その電圧において定電圧充電を行う定電流・定電圧充電方式によって充電が行われる。
【００１１】
最初に一般的な充電動作について図６、図７を使用して説明する。この充電装置にリチウムイオン電池７が接続されると、制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３からの情報を受けて、充電が可能かどうかの判断を行う。一般的に充電開始時にリチウムイオン電池７の電圧が高すぎたりした場合には、リチウムイオン電池７の状態が充電には不適と判断されて実施されない。
【００１２】
さて、充電が可能と判断されれば、制御手段１０は定電流充電用のトランジスタＱ１をＯＮにし、リチウムイオン電池７と定電流充電制御手段１５を接続する。
【００１３】
この定電流充電の期間は、図７においてｔ０〜ｔ１に該当する。この間、充電電流は充電電流検出抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達され、さらに、定電流充電制御手段１５によって一定の電流ｉ１に維持される。その後、充電が進行するにつれて電池電圧は次第に上昇する。電池電圧が一定電圧（図７におけるＶ１）に到達すると（図７におけるｔ１の時点）、制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３、電池電圧検知手段４を通して検出し、切換え手段１８のトランジスタＱ１をＯＦＦに制御し、切換え手段１８のトランジスタＱ２をＯＮに制御し、定電流充電から定電圧への切換えを行う。この間、充電電圧は電池電圧検出抵抗群３で検知され、電池電圧検知手段４により制御手段１０に伝達され、さらに定電圧充電制御手段１６によって一定の電圧Ｖ１に維持される。
【００１４】
一般にリチウムイオン電池への定電圧充電は、充電電流値が一定値（図７におけるｉ２）になると、満充電になったとして停止される。この充電装置においては、電流ｉ２が充電電流検出抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達されて満充電に到達されたと判定されると、制御手段１０はトランジスタＱ２をＯＦＦにして、リチウムイオン電池７と定電圧充電制御手段１６を切り放して充電を終了する（図７におけるｔ２の時点）。
【００１５】
この充電動作の場合、充電そのものは問題なく行われるが、充電終了後に全く補充電が実施されないために、図６のｔ２以降の電池電圧カーブのように、自己放電によってリチウムイオン電池７の容量が次第に減少し、電池電圧も低下する。
【００１６】
そのため、自己放電した後には、満充電のときよりも機器の使用時間は短くなり、ユーザーにとっては使い勝手が悪くなる。
【００１７】
つぎに、この点を改良し、常に満充電を維持する必要がある場合に使用されるリチウムイオン電池の充電を行った場合の充電動作について、図６、図８を使用して説明する。
【００１８】
この場合、図６に示す充電装置の構成、定電流充電・定電圧充電の動作は前述と全く同一であるので、その説明は省略する。図８において、ｔ２以降の時間が、満充電を維持するための補充電の期間に該当する。リチウムイオン電池７は、一定電圧Ｖ１で定電圧充電を連続して行うことにより満充電の状態が維持され、ユーザーはいつでも最長の使用時間（コードレス電話機の場合ならば通話時間）を得ることができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の充電装置でコードレス電話機等の常に満充電を要求される用途のために、電池を常に満充電状態に維持すると性能劣化につながり易い。
【００２０】
特にリチウムイオン電池は、連続して満充電の電圧による充電を連続すると、サイクル寿命が大幅に短くなってしまう。また、ニッケル水素電池も電池温度が高い状態が続くことになり、負極の水素吸蔵合金が酸化されやすくなって、電池としての寿命がやはり大幅に短くなるという欠点を有していた。
【００２１】
本発明は上記課題を解決するものであり、常に満充電を要求される用途の電池でも、その性能を劣化させないように充電させる充電装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、電池を定電流、定電圧の順に充電する充電装置であって、電源回路と、充電電流と充電電圧を制御する定電流・定電圧充電制御手段と、電池電圧検知手段と、充電電流検知手段と、電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの信号を受け電池の充電装置装着時間と電池の充電装置離間時間の計時手段と、前記計時手段からの情報で定電流・定電圧充電の電圧値を設定し、前記定電流・定電圧充電制御手段にその設定値を伝達する制御手段を備え、電池の装着平均時間と電池の離間平均時間に対応した定電流の電流値および定電圧の電圧値で充電を行う充電装置の構成とする。
【００２３】
本発明によれば、電池の充電装置への装着平均時間と電池の離間平均時間に対応した定電流の電流値および定電圧の電圧値で充電を行うので、リチウムイオン電池等のように、常に満充電を要求される用途の電池でも、その性能を劣化させないように充電させる充電装置を実現できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、電池を定電流、定電圧の順に充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流と充電電圧を制御する定電流・定電圧充電制御手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電流充電の電流値および定電圧充電の電圧値を設定し、定電流・定電圧充電制御手段に、その設定値を伝達する制御手段とを備え、
電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より小さく、かつ電池が充電装置から離れている平均時間が第二の時間より小さい場合には１Ｃより小さい充電電流で充電し、
電池が充電装置に装着されている平均時間が前記第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、
電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな充電電圧で充電する充電装置であり、電池を定電流、定電圧の順に充電するにおいて、電池にとって最適な充電仕様の充電条件で充電ができ、常に満充電を要求される用途の電池でも、その性能を劣化させないように充電させるという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項２に記載の発明は、電池を定電流充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流を制御するチョッパ手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池の温度を検知する電池温度検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の電流値を設定し、その設定値に合致するような周波数の信号を発振するよう制御する制御手段と、前記制御手段からの信号に拠って決定される周波数の信号を発生し、前記チョッパ手段に供給する発振手段とを備え、
電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな補充電時間で充電する充電装置であり、電池を定電流充電するにおいて、電池にとって最適な充電仕様の充電条件で充電ができるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項３に記載の発明は、電池をパルス充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流を制御する定電流制御手段と、前記定電流制御手段に接続され、充電対象である電池と前記定電流制御手段の接続および切断を行うスイッチ手段と、前記電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池の温度を検知する電池温度検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電流の平均電流値を設定し、スイッチ手段にパルス状電流の平均値がその設定値に等しくなるように制御する制御手段とを備え、
電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな補充電時間で充電する充電装置であり、パルス充電をするにおいて、電池にとって最適な充電仕様の充電条件で充電ができるという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項４に記載の発明は、電池を定電圧で充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電圧を制御する定電圧充電制御手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電圧充電の電圧値を設定し、定電圧充電制御手段に、その設定値を伝達する制御手段とを備え、
電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな充電電圧で充電する充電装置であり、電池を定電圧で充電するにおいて、電池にとって最適な充電仕様の充電状件で充電ができるという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項５に記載の発明は、前記請求項３に記載の充電装置において、電源回路と接続され、充電対象である電池と電源回路の接続および切断を行うスイッチ手段が直接接続され、電池の定電流充電の電流制御は電流検知手段からの電流検知情報によって制御手段にて行う構成としたものであり、スイッチ手段によりパルス充電で、しかも電池にとって最適な充電仕様の充電条件で充電ができるという作用を有する。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を使用して説明する。なお、各図面で前記従来の充電装置と同じ構成要素には同一符号を付与している。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の充電装置のブロック図である。
【００３１】
図中の１は充電装置に電力を供給する電源回路、２は定電流・定電圧充電制御を行う定電流・定電圧充電制御手段、３は電池電圧を検出する電池電圧検出抵抗群、４は電池電圧検出抵抗群３の信号を受けて電池電圧を検知する電池電圧検知手段、５は電池に流れる電流を検出する充電電流検出抵抗、６は充電電流検出抵抗５の信号を受けて電池に流れる電流を検知する充電電流検知手段、７は充電される対象であるたとえばリチウムイオン電池、８はリチウムイオン電池７が充電装置に装着されていることを検知する電池装着検知手段、９は電池装着検知手段８からの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間、充電装置から離れている時間を演算する演算手段よりなる計時手段、１０は電池電圧検知手段４、充電電流検知手段６および計時手段９の信号を受けて定電流充電時間およびパラメータ、定電圧充電時間およびパラメータを制御する制御手段である。
【００３２】
以上の構成要素よりなる本実施の形態１の充電装置について、以下その動作を説明する。
【００３３】
本実施の形態１の充電装置が前記従来の充電装置と異なるところは、電池装着検知手段８および計時手段９を設け、これらによる動作ににある。この充電装置にリチウムイオン電池７が接続されると、電池装着検知手段８において電池が装着されたことを検知する。同時に制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３からの信号による電圧値の情報を受けて、充電が可能かどうかの判断を行う。
【００３４】
一般的に充電開始時に電池の電圧が高すぎたり低すぎたりした場合には、リチウムイオン電池７の状態が充電には不適と判断されて実施されない。また、計時手段９における電池が充電装置に接続された時間の計時も開始されない。充電が可能と判断されれば、電池装着検知手段８において検知された電池が装着された情報が計時手段９に伝達されて、電池が充電装置に接続された時間の計時が開始される。
【００３５】
このように電池が充電装置に接続されている時間と電池が充電装置から離れている時間は計時手段９において計時される。計時手段９はこれらの時間の平均値を求めて制御手段１０に伝達する。制御手段１０はその情報に基づいて、たとえば（表１）のように定電流充電時の充電電流および定電圧充電時の充電電圧の設定、いわゆる充電パラメータの設定を行う。
【００３６】
（表１）は本実施の形態１の充電装置でリチウムイオン電池の充電を行う場合で、電池が充電装置から離れている時間（平均使用時間）、充電装置に装着されている時間（平均充電時間）、２つの時間から定電流充電の充電電流・充電時間、定電圧充電の充電電圧・充電時間（いわゆる充電パラメータ）を設定した例の表である。
【００３７】
（表１）の設定は、あくまでリチウムイオン電池という定電流・定電圧充電で充電管理を行う場合の１例であり、実際に使用する電池の特性、機器の消費電流によっては別の充電パラメータの設定が適していることは、一般的な電池および充電装置に関する知識から容易に理解できる。
【００３８】
【表１】
前記（表１）の設定が、実際の使用パターンにおいてどのように使用されるのかの例を示した資料が（表２）である。（表１）のハッチング部分が各々（表２）の事例で使用されていることを示している。
【００４０】
【表２】
この（表２）は、本実施の形態１の充電装置を実際の使用パターンに適用した場合の定電流充電の充電電流・充電時間、定電圧充電の充電電圧・充電時間（充電パラメータ）の設定例である。定電圧充電の電圧値の欄のうち、上段の数値がコークス系炭素負極を使用したリチウムイオン電池の場合、下段がグラファイト系炭素負極を使用したリチウムイオン電池の場合を示している。
【００４２】
（表２）の事例１に注目して説明する。この事例では電池が充電装置から離れている時間の平均時間が８時間、電池が充電装置に装着されている時間の平均時間が２時間であることを示している。この時間で設定される充電パラメータを（表１）から求めると、平均使用時間が“１ｈ〜”、平均充電時間が“０．５〜２ｈ”の欄に該当することがわかる。したがって、この事例における定電流充電時の充電電流は１Ｃ、定電圧充電時の充電電圧はコークス系炭素負極のリチウムイオン電池の場合は４．２Ｖ、グラファイト系炭素負極のリチウムイオン電池の場合は４．１Ｖであるとわかる。
【００４３】
さて、計時手段９の計時開始と同時に制御手段１０は、定電流・定電圧充電制御手段２に定電流充電開始の信号を伝達して定電流充電（このときの電流値は図４におけるｉ１）が開始される。この定電流充電の期間は、図４においてはｔＯ〜ｔ１に該当する。この間、充電電流は充電電流検出抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達され、さらに定電流・定電圧充電制御手段２によって一定の電流ｉ１に維持される。この一定の電流ｉ１は、電池が充電装置に装着されている時間・離れている時間の平均値から導き出される数値に従うことは言うまでもない。
【００４４】
その後、充電が進行するにつれて電池電圧は次第に上昇する。電池電圧が一定電圧（図４におけるＶ１）に到達すると（図４におけるｔ１の時点）、制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３、電池電圧検知手段４を通して検出し、定電流・定電圧充電制御手段２を制御し、定電流充電から定電圧充電への切換えを行う。この後、充電電圧は電池電圧検出抵抗群３で検知され、電池電圧検知手段４により制御手段１０に伝達され、さらに定電流・定電圧充電制御手段２によって一定の電流Ｖ１に維持される。
【００４５】
前述の通り、一般にはリチウムイオン電池７への定電圧充電は、充電電流値が一定（図４におけるｉ２）になると、満充電になったとして停止される。本充電装置においては、電流ｉ２が充電電流検出抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達されて満充電に到達したと判定されると、制御手段１０は計時手段９からの情報を受けて補充電時の充電パラメータの設定を行い、充電装置は補充電に入る。この時間は、図４におけるｔ２以降の時点に該当する。
【００４６】
この補充電時の充電電圧は、電池が充電装置に装着される平均時間に基づいて設定されており、電池を使用する機器の使用時間が最も長く、また、電池の寿命に最も影響しないような電圧に設定されており、ユーザーは自らの使用パターンに最適な充電パラメータで常に電池を管理ができる。
【００４７】
このように本実施の形態１の充電装置では、充電装置・電池のユーザーの使用状態と電池にとって、最適な充電仕様の最大公約数の充電条件で充電を実施することにより、ユーザーにとっては使い勝手のよい、電池にとっては最良の充電状態を維持できる。また、（表１）の設定からも容易に読みとることができるが、短時間の電池使用が多いユーザーの場合には、充電電圧を低めに設定して、リチウムイオン電池の高電圧維持による電池劣化を最小限に止める。電池容量は満充電以下の状態で維持されるが、電池使用が短時間のときが多いために、ユーザーにとって不便は感じない。むしろ、電池の寿命が延びるメリットが大きい。また、電池を昼間に長時間使用し、毎日空っぽにした後、夜間に電池を充電するユーザー（外回りの営業等で、夜間に充電する場合）の場合は、平均充電時間を学習し、いわゆる急速充電でなく、平均充電時間を目一杯使った低レート充電を行うことにより、電池寿命を最大限に延ばすことが可能になる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の充電装置のブロック図である。
【００４９】
図中の１は充電装置に電力を供給する電源回路、３は電池電圧を検出する電池電圧検出抵抗群、４は電池電圧検出抵抗群３の信号を受けて電池電圧を検知する電池電圧検知手段、５は電池に流れる電流を検出する充電電流検出抵抗、６は充電電流検出抵抗５の信号を受けて電池に流れる電流を検知する充電電流検知手段、１０７は充電される対象である２次電池であるニッケル水素電池、８はニッケル水素電池１０７が充電装置に装着されていることを検知する電池装着検知手段、９は電池装着検知手段８からの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間、充電装置から離れている時間を演算する演算手段よりなる計時手段、１０は電池電圧検知手段４、充電電流検知手段６および計時手段９の信号を受けて定電流充電時間およびパラメータ、定電圧充電時間およびパラメータを制御する制御手段、１１は電池温度を検知する電池温度検知手段、１２は定電流制御を行うチョッパ回路に制御信号を送る発振手段、１３は定電流制御を行うチョッパ手段である。
【００５０】
図５は、本実施の形態２の充電装置でニッケル水素電池１０７の充電をおこなった場合の電池電圧、充電電流および電池電圧の時間変化を示したグラフであり、グラフ中のｉ１は急速充電を行っている間の電流値、ｉ２は急速充電後の補充電の電流値、ｔ０は充電始まる時点、ｔ１は急速充電から補充電に移行する時点、ｔ２は補充電を終了する時点である。
【００５１】
以上の構成要素よりなる本実施の形態２の充電装置について、以下その動作を説明する。
【００５２】
本実施の形態２の充電装置が前記従来の充電装置と異なるところは、電池装着検知手段８および計時手段９ならびに電池温度検知手段１１とチョッパ手段１３を備えたことにある。この充電装置にニッケル水素電池１０７が接続されると、電池装着検知手段８において電池が装着されたことを検知する。同時に制御手段１０は電池電圧検出抵抗群３からの電圧値の情報を受けて、充電が可能かどうかの判断を行う。一般的に充電開始時に電池の電圧が高すぎたり低すぎたりした場合には、ニッケル水素電池１０７の状態が充電には不適と判断されて実施されない。また、計時手段９における電池が充電装置に接続された時間の計時も開始されない。充電が可能と判断されれば、電池装着検知手段８において検知された電池が装着された情報が計時手段９に伝達されて、電池が充電装置に接続された時間の計時が開始される。
【００５３】
このように電池が充電装置に接続されている時間・電池が充電装置から離れている時間は、計時手段９において計時される。計時手段９はこれらの時間の平均値を求めて制御手段１０に伝達する。制御手段１０はその情報に基づいて、たとえば（表３）のように急速充電時の充電電流および補充電時の充電電流および充電時間の設定、いわゆる充電パラメータの設定を行う。先の（表３）の設定はあくまでニッケル水素電池１０７の充電管理を行う場合の１例であり、実際には使用する電池の特性、機器の消費電流によって別の充電パラメータの設定が適していることは、一般的な電池および充電装置に関する知識から容易に理解できる。
【００５４】
なお、（表３）の設定が実際の使用パターンにおいてどのように使用されるかの例は、先の実施の形態１の例と同様であるので省略する。
【００５５】
【表３】
さて、計時手段９の計時開始と同時に制御手段１０は、発振手段１２に急速充電相当の電流になるような周波数の信号をチョッパ手段１３に送る。チョッパ手段１３では、与えられた信号でチョッパ動作を開始して急速充電が開始される。
【００５７】
この急速充電の期間は、図５においてはｔ０〜ｔ１に該当する。この間、充電電流は充電電流検知抵抗５で検知され、充電電流検知手段６により制御手段１０に伝達され、さらに発振手段１２、チョッパ手段１３によって一定の電流ｉ１に維持される。このｉ１は電池が充電装置に装着されている時間・離れている時間の平均値から導き出される数値に従うことは、前述の実施の形態１の説明と同様である。その後、充電が進行するにつれて電池電圧および電池温度は次第に上昇する。電池電圧がピークから一定電圧低下する現象、いわゆる−△Ｖが発現して、たとえばニッケル水素電池１セルあたり１０ｍＶの低下が検出されるか、または電池温度の上昇の度合いが、たとえば１分間に１℃以上の上昇に到達すると（図５におけるｔ１の時点）、前者の場合は電池電圧検出抵抗群３・電池電圧検知手段４を通して検出し、後者の場合は電池温度検知手段１１によって電池温度の変化を検出し、制御手段１０はニッケル水素電池１０７が満充電になったと判定する。
【００５８】
この満充電の判定のしきい値は充電電流によって異なるために、急速充電時の充電電流に対応した最適の値が採用されることは容易に理解される。
【００５９】
満充電が検出されると、制御手段１０は発振手段１２に補充電用の電流ｉ２になるような周波数の信号を送り、さらにチョッパ手段１３が作動して、この充電装置はニッケル水素電池１０７に対して補充電を実施する。このときの充電電流および補充電を行う時間は、（表３）の設定に基づいて行われる。この補充電時の充電電流および充電時間は、電池が充電装置に装着される平均時間に基づいて設定されており、電池を使用する機器の使用時間が最も長く、また、電池の寿命に最も影響しないような電圧に設定されており、ユーザーは自らの使用パターンに最適な充電パラメータで常に電池を管理することができる。
【００６０】
このように本実施の形態３の充電装置では、充電装置・電池のユーザーの使用状態と電池にとって最適な充電仕様の最大公約数の充電条件で充電を実施することにより、ユーザーにとっては使い勝手のよい、電池にとっては最良の充電状態を維持できる。
【００６１】
（表３）の設定からも容易に読みとることができるが、短時間の電池使用が多いユーザーの場合には、補充電の電流を低めに、補充電の時間を短めに設定して、ニッケル水素電池１０７の水素吸蔵合金電極の酸化および劣化による電池劣化を最小限に止める。電池容量は満充電以下の状態で維持されるが、電池使用が短時間のときが多いために、ユーザーにとって不便は感じない。むしろ、電池の寿命が延びるメリットが大きい。また、電池を昼間に長時間使用し、毎日空っぽにした後、夜間に電池を充電するユーザー（外回りの営業等で、夜間に充電する場合）の場合は、平均充電時間を学習し、急速充電ではなく平均充電時間を目一杯使った低レート充電を行うことにより、電池寿命を最大限に延ばすことが可能になる。
【００６２】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３の充電装置の構成を示すブロック図である。
【００６３】
図中の１は充電装置に電力を供給する電源回路、３は電池電圧を検出する電池電圧検出抵抗群、４は電池電圧検出抵抗群３の信号を受けて電池電圧を検知する電池電圧検知手段、５は電池に流れる電流を検出する充電電流検出抵抗、６は充電電流検出抵抗５の信号を受けて電池に流れる電流を検知する充電電流検知手段、１０７は充電される対象のニッケル水素電池、８はニッケル水素電池１０７が充電装置に装着されていることを検知する電池装着検知手段、９は電池装着検知手段８からの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間、充電装置から離れている時間を演算する演算手段よりなる計時手段、１０は電池電圧検知手段４、充電電流検知手段６および計時手段９の信号を受けて定電流充電時間およびパラメータ、定電圧充電時間およびパラメータを制御する制御手段、１１は電池温度を検知する電池温度検知手段、１４は定電流制御手段、１５はスイッチ手段である。
【００６４】
以上の構成要素よりなる本実施の形態３の充電装置について、以下その動作を説明する。
【００６５】
本実施の形態３の充電装置が前記従来の充電装置と異なるところは、電池装着検知手段８および計時手段９ならびに電池温度検知手段１１とスイッチ手段１９を備えた構成とその動作にある。この充電装置にニッケル水素電池１０７が接続されて、充電が可能と判断されれば、電池装着検知手段８において検知された電池が装着された情報が計時手段９に伝達されて、電池が充電装置に接続された時間の計時が開始される。計時手段９の計時開始と同時に制御手段１０はスイッチ手段１９に信号を送り、定電流制御手段１４とニッケル水素電池１０７を接続して急速充電が開始される。この急速充電の期間は、図６においてはｔ０〜ｔ１に該当する。
【００６６】
このとき、ニッケル水素電池１０７を充電する平均電流は、図６におけるｉ１になるように、制御手段１０はスイッチ手段１９で充電電流のＯＮ／ＯＦＦを行う。ｉ１は電池が充電装置に装着されている時間・離れている時間の平均値から導き出される数値に従うことは、先の実施の形態１、２の説明と同様である。その後の満充電の検出方法は、先の実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
満充電が検出されると、制御手段１０はスイッチ手段１９をＯＮ／ＯＦＦし、平均電流が補充電用の電流ｉ２になるように制御して補充電が実施される。このときの充電電流および補充電を行う時間の設定根拠は、先の実施の形態１、２と同様であるので説明を省略する。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明の充電装置では、電池が充電装置に接続されている時間と離れている時間を演算して、充電時間および充電装置から離れていた時間に消費された電気量に応じた充電パラメータ、満充電後の充電パラメータを設定することにより、充電装置・電池のユーザーの使用状態と、電池にとって最適な充電仕様の最大公約数の充電条件で充電を実施することにより、ユーザーにとっては使い勝手のよい、電池にとっては最良の充電状態を維持できるという大きな効果があり、実用上有効な充電装置を提供できるものである。
【００６９】
なお、本発明の実施の形態の充電装置において、充電対象としてニッケル水素電池、リチウムイオン電池を取り挙げたが、ニッケルカドミウム電池、金属リチウム電池、ニッケル亜鉛電池、錫アモルファス酸化物電池、非水電解液系電池、固体電解質系電池等の充電に応用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の充電装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２の充電装置のブロック図
【図３】本発明の実施の形態３の充電装置のブロック図
【図４】本発明の実施の形態１の充電装置でリチウムイオン電池の充電をおこなった場合の電池電圧および充電電流の時間変化を示したグラフ
【図５】本発明の実施の形態２の充電装置でニッケル水素電池の充電をおこなった場合の電池電圧および充電電流および電池電圧の時間変化を示したグラフ
【図６】従来のリチウムイオン電池用定電流・定電圧充電装置のブロック図
【図７】リチウムイオン電池の充電をおこなった場合の一般的な電池電圧および充電電流の時間変化を示したグラフ
【図８】コードレス電話機等で常に満充電を維持する必要がある場合に使用されるリチウムイオン電池の充電を行った場合の一般的な電池電圧および充電電流の時間変化を示したグラフ
【符号の説明】
１ 電源回路
２ 定電流・定電圧充電制御手段
３ 電池電圧検出抵抗群
４ 電池電圧検知手段
５ 充電電流検出抵抗
６ 充電電流検知手段
７ リチウムイオン電池
８ 電池装着検知手段
９ 計時手段
１０ 制御手段
１１ 電池温度検知手段
１２ 発振手段
１３ チョッパ手段
１４ 定電流制御手段
１９ スイッチ手段
Claims (5)
- 電池を定電流、定電圧の順に充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流と充電電圧を制御する定電流・定電圧充電制御手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電流充電の電流値および定電圧充電の電圧値を設定し、定電流・定電圧充電制御手段に、その設定値を伝達する制御手段とを備え、電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より小さく、かつ電池が充電装置から離れている平均時間が第二の時間より小さい場合には１Ｃより小さい充電電流で充電し、
電池が充電装置に装着されている平均時間が前記第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、
電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな充電電圧で充電することを特徴とする充電装置。 - 電池を定電流充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流を制御するチョッパ手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池の温度を検知する電池温度検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の電流値を設定し、その設定値に合致するような周波数の信号を発振するよう制御する制御手段と、前記制御手段からの信号に拠って決定される周波数の信号を発生し、前記チョッパ手段に供給する発振手段とを備え、電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな補充電時間で充電することを特徴とする充電装置。
- 電池をパルス充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電流を制御する定電流制御手段と、前記定電流制御手段に接続され、充電対象である電池と前記定電流制御手段の接続および切断を行うスイッチ手段と、前記電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池の温度を検知する電池温度検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電流の平均電流値を設定し、スイッチ手段にパルス状電流の平均値がその設定値に等しくなるように制御する制御手段とを備え、
電池が充電装置に装着されている平均時間が第一の時間より大きい場合には電池が充電装置に装着されている平均時間が大きくなるに従って、小さい充電電流で充電し、電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな補充電時間で充電することを特徴とする充電装置。 - 電池を定電圧で充電する充電装置であって、充電装置に電力を供給する電源回路と、前記電源回路に接続され、充電電圧を制御する定電圧充電制御手段と、充電対象である電池の電圧を検知する電圧検知手段と、充電電流を検知する電流検知手段と、前記電池が充電装置に装着されたことを検知する電池装着検知手段と、前記電池装着検知手段からの電池が装着されたか否かの信号を受けて、電池が充電装置に装着されている時間と電池が充電装置から離れている時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの情報の伝達を受けて、前記電池の定電圧充電の電圧値を設定し、定電圧充電制御手段に、その設定値を伝達する制御手段とを備え、
電池が充電装置から離れている平均時間が大きくなるに従って、大きな充電電圧で充電することを特徴とする充電装置。 - 電源回路と接続され、充電対象である電池と電源回路の接続および切断を行うスイッチ手段が直接接続され、電池の定電流充電の電流制御は電流検知手段からの電流検知情報によって制御手段にて行うことを特徴とする請求項３記載の充電装置。
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