JP3869838B2 - 電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の刻み幅の電圧値でインクリメントしていく電圧値インクリメント装置、及びそれを備えた二次電池の充電装置に関する。

二次電池の充電においては、充電の過程で、二次電池の持つ蓄電容量に対してどの程度まで充電されているかを知ることが重要である。

ところが、従来は、これを知る術はなく、従来の二次電池の充電装置は、二次電池内で起こる異常現象（温度上昇、―ΔＶ特性など）を検出することで、二次電池の充電を停止していた（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような充電方法では、過度に二次電池が充電されて、充電／放電の繰り返しに必要な二次電池の内部構造に欠陥が生じ、その結果、二次電池のサイクル寿命が縮まるという問題点があった。

そこで、このような問題点を鑑み、本願と同出願人によって、二次電池が満充電状態（充電率が１００％の状態）に達したかを定期的にチェックしながら、二次電池の内部構造に損傷を与えることなく適正且つ急速に充電を行うことができる二次電池の充電装置が発明されている（特許文献２参照）。

この二次電池の充電装置は、二次電池に大電流を流す主充電と、二次電池の満充電状態のチェックと、を交互に繰り返しながら、二次電池を充電している。

主充電では、二次電池に満充電平衡電圧値よりも高い所定の充電印加電圧値（充電率が略０％の二次電池に電圧を印加して、印加電圧を上昇させていったときに、該印加電圧に対する充電電流の増加率が減少していき、充電電流が上昇しなくなったときの、不可逆化学反応領域外の電流ピーク値に対応する所定の充電印加電圧値）を所定時間印加して、二次電池を充電する。

また、二次電池の満充電状態のチェックでは、二次電池に満充電平衡電圧値を微小時間印加している間に、二次電池に流れている電流値を検出し、該電流値と充電完了判定基準値とを比較して、二次電池が満充電状態に達したか否かをチェックする。

そして、この検出された電流値が充電完了判定基準値より大きいときは、二次電池がまだ満充電状態に達していないと判定して、再び主充電を行い、一方、検出された電流値が充電完了判定基準値以下のときには、二次電池が満充電状態に達したと判定して、ここで二次電池の充電を停止している。

以上のように、特許文献２に開示されている充電装置は、定期的に二次電池に満充電平衡電圧値を印加して、二次電池の充電率が１００％に達しているか否かをチェックしながら、二次電池を充電しているが、ところが、次のような理由から、同じ種類（例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池など）で同じ型番（例えば、単３型や単４型など）の二次電池であっても、充電率が１００％に達していないものがあることがその後にわかった。

この理由は、同じ種類で同じ型番の二次電池であっても、メーカの違い、機種の違い、使用履歴の違いなどによって、その蓄電容量や満充電平衡電圧値が微妙に異なり、また、外国製の二次電池の中には、種類、型番、メーカ、機種などが全て同じであっても、その蓄電容量や満充電平衡電圧値が異なるものもある。このために、特許文献２に開示されている充電装置で、同じ種類、同じ型番の二次電池を充電した場合に、その二次電池が持つ実際の満充電平衡電圧値と、充電装置に設定されている満充電平衡電圧値とが微妙に違って、ある二次電池は充電率が９０％程度までしか充電されておらず、ある二次電池では充電率が１００％以上に過充電されていることもあった。

そこで、本願と同出願人は、このような点を鑑み、二次電池の種類や型番等に関わらず、どのような二次電池であっても、充電率が略１００％になるように充電することができる二次電池の充電装置を開発して、特許出願している（特願２００４−４９７８２号参照）。

この二次電池の充電装置は、二次電池に充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、二次電池の充電を制御する制御手段としてのワンチップマイクロコンピュータと、二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する電流検出手段と、を備えており、該ワンチップマイクロコンピュータは、二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値と、該満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、所定の刻み幅の電圧値と、を記憶した記憶手段と、それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値を加算して新たなチェック電圧値を設定するインクリメント手段と、二次電池の充電電圧を前記所定の充電印加電圧値又は前記チェック電圧値に切り換える切換手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値が、予め入力設定された判定基準値以下になったか否かを判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間の２倍を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、を具備して、以下の第１ステップから第７ステップに従って二次電池の充電を制御している。

（第１ステップ）前記最低チェック電圧値で二次電池を微小時間印加して、該微小時間の間に、前記電流検出手段によって二次電池に通電されている電流値を検出する。

（第２ステップ）前記第１の判定手段でこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、次の第３ステップへ移行し、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、第４ステップへジャンプする。

（第３ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記最低チェック電圧値に切り換え、前記第１ステップに戻る。

（第４ステップ）前記電圧値インクリメント手段により、それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値をインクリメントした新たなチェック電圧値を設定する。

（第５ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記新たなチェック電圧値に切り換え、該新たなチェック電圧値で二次電池を微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に通電されている電流値を検出する。

（第６ステップ）前記第１の判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、前記第５ステップに戻り、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、次の第７ステップへ移行する。

（第７ステップ）前記第２の判定手段によって前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間の判定を行い、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍以下であれば、前記第４ステップに戻り、一方、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍を越えていれば、充電停止信号を出力する。
特開平８−９５６３号公報 特許第３４３０４３９号公報

この特願２００４−４９７８２号の出願に記載されている二次電池の充電装置においては、開発当初、前記チェック電圧値のインクリメント制御を前記ワンチップマイクロコンピュータの複数本の出力端子に設定しており、例えば、前記最低チェック電圧値から上限値である最高チェック電圧値まで所定の刻み幅の電圧値で３０段階にインクリメントを行うように構成されている場合、２５＝３２より前記ワンチップマイクロコンピュータの５本の出力端子にチェック電圧値のインクリメント制御が設定されて、該５本の出力端子から３０通りの組み合わせのＯＮ／ＯＦＦ信号を出力して、このＯＮ／ＯＦＦ信号に基づき３０段階に電圧値をインクリメントしていた。

しかしながら、このように電圧値のインクリメント制御を５、６本の出力端子に設定すると、ワンチップマイクロコンピュータに掛かる負荷が大きくなり、小容量のワンチップマイクロコンピュータでは、他の充電制御に係る処理速度にも影響を与えるという課題が発生した。この課題を解決するために、端子数の多い大容量のワンチップマイクロコンピュータを用いることも考えられるが、大容量のワンチップマイクロコンピュータは価格が高くなり、コストが上昇するという問題がある。

そこで、本発明では、このような点を鑑み、小容量のワンチップマイクロコンピュータを用いて、高精度で小負荷の電圧値のインクリメント動作を実現する電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置を提供することを課題とする。

以上、発明が解決しようとする課題であり、次に、この課題を解決するための手段を説明する。

まず、請求項１に記載のように、１周期をｎ（ｎは２以上の整数）等分した時間刻み幅をｗとし、変数をｃ（ｃ＝１、２、・・・、ｎ）として、パルス幅ｃ・ｗのパルス波を所定の１つの出力端子から出力するマイクロコンピュータと、前記出力端子から出力されたパルス波の振幅の最大値と最小値とを反転し、この反転したパルス波の振幅の最大値を上限電圧値に設定するとともに、反転したパルス波の振幅の最小値を下限電圧値に設定する上下限電圧値設定回路と、前記上下限電圧値設定回路から出力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を基準電圧値から減算した電圧値を出力する演算回路と、を備え、前記マイクロコンピュータにおいて前記変数ｃをインクリメントしていくことで、前記演算回路から出力される電圧値を所定の刻み幅の電圧値でインクリメントしていく電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置であって、前記電圧値インクリメント装置によって充電対象となるどの種類の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値から所定の刻み幅の電圧値でチェック電圧値をインクリメントしていき、二次電池に充電対象となるどの種類の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも高いが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、二次電池に印加する電圧値を前記充電電圧供給手段から供給される所定の充電印加電圧値、又は前記電圧値インクリメント装置から供給されるチェック電圧値に切り換える切換手段と、二次電池にチェック電圧値を印加している間に、二次電池に通電されている電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値が、予め入力設定された判定基準値以下になったか否かを判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ（ｒは１以上の実数）倍を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、を備え、以下の第１ステップから第７ステップに従って二次電池の充電を制御することを特徴とする電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置とする。

（第１ステップ）前記最低チェック電圧値で二次電池を微小時間印加して、該微小時間の間に、前記電流検出手段によって二次電池に通電されている電流値を検出する。

（第２ステップ）前記第１の判定手段でこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、次の第３ステップへ移行し、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、第４ステップへジャンプする。

（第３ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記最低チェック電圧値に切り換え、前記第１ステップに戻る。

（第４ステップ）前記電圧値インクリメント装置により、それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値をインクリメントした新たなチェック電圧値を設定する。

（第５ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記新たなチェック電圧値に切り換え、該新たなチェック電圧値で二次電池を微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に通電されている電流値を検出する。

（第６ステップ）前記第１の判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、前記第５ステップに戻り、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、次の第７ステップへ移行する。

（第７ステップ）前記第２の判定手段によって前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間の判定を行い、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍以下であれば、前記第４ステップに戻り、一方、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍を越えていれば、充電停止信号を出力する。

または、請求項２に記載のように、１周期をｎ（ｎは２以上の整数）等分した時間刻み幅をｗとし、変数をｃ（ｃ＝１、２、・・・、ｎ）として、パルス幅ｃ・ｗのパルス波を所定の１つの出力端子から出力するマイクロコンピュータと、前記出力端子から出力されたパルス波の振幅の最大値を上限電圧値に設定するとともに、最小値を下限電圧値に設定する上下限電圧値設定回路と、前記上下限電圧値設定回路から出力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を基準電圧値に加算した電圧値を出力する演算回路と、を備え、前記マイクロコンピュータにおいて前記変数ｃをインクリメントしていくことで、前記演算回路から出力される電圧値を所定の刻み幅の電圧値でインクリメントしていく電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置であって、前記電圧値インクリメント装置によって充電対象となるどの種類の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値から所定の刻み幅の電圧値でチェック電圧値をインクリメントしていき、二次電池に充電対象となるどの種類の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも高いが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、二次電池に印加する電圧値を前記充電電圧供給手段から供給される所定の充電印加電圧値、又は前記電圧値インクリメント装置から供給されるチェック電圧値に切り換える切換手段と、二次電池にチェック電圧値を印加している間に、二次電池に通電されている電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値が、予め入力設定された判定基準値以下になったか否かを判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ（ｒは１以上の実数）倍を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、を備え、上述した第１ステップから第７ステップに従って二次電池の充電を制御することを特徴とする電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置とする。

以上、本発明の解決手段であり、次に本発明よる効果を説明する。

すなわち、本発明は、マイクロコンピュータの所定の１つの出力端子だけを用いて電圧値のインクリメントを行う構成としたことで、マイクロコンピュータに掛かる負荷を軽減することができ、小容量のマイクロコンピュータで、高精度で小負荷の電圧値のインクリメント動作を実現することができるとともに、二次電池の種類や型番等に関わらず、どのような二次電池であっても、その二次電池の満充電平衡電圧値を探り当てながら、充電率が略１００％になるように充電することができ、信頼性が向上する。さらに、この充電装置は、内部構造が一部破壊されて劣化している二次電池に対しても有効で、その二次電池の現時点の満充電平衡電圧値を探り当てて、現時点の蓄電容量に対して充電率が略１００％になるように充電することができる。

以下に説明する二次電池の充電装置１は、充電時には、二次電池の内部構造を損傷させないように、不可逆化学反応領域Ｄ外で、最も高い印加電圧（所定の充電印加電圧値）Ｅｓを印加して二次電池１０に大電流を流し、定期的に、印加電圧を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えて、二次電池１０が満充電状態に達したかをチェックしながら充電を行うところに特徴がある。この満充電平衡電圧値Ｅｅｑでの満充電状態のチェックでは、瞬時に精確に満充電状態を判定することができ、この充電装置１によれば、充電完了までの時間を３０分程度まで短縮することができ、また、過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に充電ができ、その結果、二次電池の内部構造を痛めずサイクル寿命を５０００回以上に向上させることができる。

次に、図面を参照しながら、本発明の実施の一形態を説明する。

図１に示すように、二次電池の充電装置１は、商用交流電力を直流に変換する変圧、整流回路を含む電源部２と、ユーザがスタート操作等を行う操作手段としての操作スイッチ６と、二次電池１０の充電を制御する制御手段であるワンチップマイクロコンピュータ（以下、ワンチップマイコンという）４と、二次電池１０を満充電平衡電圧値Ｅｅｑ又は該満充電平衡電圧値Ｅｅｑよりも高い所定の充電印加電圧値Ｅｓで充電する充電手段である充電制御回路５と、充電中又は充電完了等を表示する報知手段であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ランプ７と、多数の入出力端子（図示略）などを備え、該ワンチップマイコン４は該入出力端子を介して電源部２、操作スイッチ６、充電制御回路５、ＬＥＤランプ７に接続されている。

なお、本実施の形態では、報知手段の一例としてＬＥＤランプ７により視覚を通じてユーザに充電完了等を報知するように構成しているが、音声等により報知するように構成してもよく、報知手段の構成は特に限定はしないものとする。

前記ワンチップマイコン４は、中央演算装置であるマイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵ）４０と、記憶手段であるリードオンリーメモリ（以下、ＲＯＭ）４１、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭ）４２と、パルス幅変調制御を行うＰＷＭ４３と、時間計測手段であるタイマ４４と、勘定手段であるカウンタ４５と、電流検出手段である電流検出部４６等を備えている。

ＲＡＭ４２には二次電池１０の満充電平衡電圧値Ｅｅｑ（図２参照）と、該二次電池１０の満充電平衡電圧値Ｅｅｑを超える所定の充電印加電圧値Ｅｓ（図２参照。充電率が略０％の二次電池１０に印加した電圧を上昇させる中で印加電圧の上昇に対する充電電流の増加の割合（ΔＩ／ΔＥ）が減少して該充電電流が上昇しなくなったときの不可逆化学反応領域Ｄ外での電流ピーク値Ｉｓｏに対応する電圧値）とが記憶されており、ＲＯＭ４１には二次電池１０が満充電状態に達したか否かを判定する判定プログラム等が組み込まれている。

充電制御回路５は、電源部２からの電圧を所定の充電印加電圧値Ｅｓに下げて二次電池１０に供給する充電電圧供給回路と、電源部２からの電圧を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに下げて二次電池１０に供給するチェック電圧供給回路と、二次電池１０に印加する電圧値を該充電電圧供給回路から供給される所定の充電印加電圧値Ｅｓ又は該チェック電圧供給回路から供給される満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換える切換スイッチと、を備え、そして、ワンチップマイコン４の所定の１つの出力端子が電圧切換信号を出力する端子（電圧切換信号出力端子）に設定されて、前記の切換手段である切換スイッチで該電圧切換信号出力端子からの電圧切換信号を受信すると、二次電池１０に印加する電圧値が所定の充電印加電圧値Ｅｓ又は満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えられるように構成されている。

前記チェック電圧供給回路にはチェック電流検出抵抗が介設されており、該チェック電流検出抵抗の入力側の分岐部と出力側の分岐部とがそれぞれワンチップマイコン４の所定の２つの入力端子（電流入力端子）と接続されて、前記ワンチップマイコン４の電流検出部４６でこの２つの電流入力端子から入力される電流値の差を検出することで、二次電池１０に通電されている充電電流の電流値（チェック電流値）を検出している。すなわち、前記切換スイッチを前記チェック電圧供給回路側へ切り換えて、二次電池１０を満充電平衡電圧値Ｅｅｑで印加しているときに、電流検出部４６で検出される２つの電流入力端子からの電流値の差により、二次電池１０に通電されている電流値（チェック電流値）が検出されている。

次に、本発明の充電方法を説明する上で基本となる二次電池１０の充電電圧と充電電流との特性について、図２のグラフに基づいて説明する。

図２におけるグラフの横軸には電池端子電圧（印加電圧）Ｅ（Ｖ）を、また縦軸には充電電流Ｉ（ｍＡ）をとっており、充電率が異なる二次電池１０の電圧一電流特性をそれぞれ示している。

図２の破線で示すグラフαは、充電率が略０％の二次電池１０の充電時の電圧−電流特性を示しており、この場合は標準電圧Ｅ０（公称電圧）より低い電圧Ｅαを印加しても充電電流が流れ出す。この充電電流が流れ出す時の印加電圧（電池端子電圧）が開放電圧であり、この開放電圧は充電率が高いほど高くなる。

図２の一点鎖線で示すグラフβは、充電率が約５０％の二次電池１０の充電時における電圧−電流特性を示しており、印加電圧を（０（Ｖ）から）上昇させていったときに二次電池１０に充電電流が流れ始める開放電圧Ｅβは、充電率が略０％の二次電池１０の開放電圧Ｅαよりも高くなる。

図２の二点鎖線で示すグラフγは、充電率が約９０％の二次電池１０の充電時における電圧−電流特性を示しており、開放電圧はＥγ（Ｅγ＞Ｅβ）である。また、図２の実線で示すグラフδは、充電率が略１００％（１００％未満）の二次電池１０の充電時における電圧−電流特性を示しており、開放電圧はＥδ（Ｅδ＞Ｅγ）である。そして、充電率が１００％の（満充電状態の）二次電池１０の開放電圧の値が、満充電平衡電圧値Ｅｅｑ（Ｅｅｑ＞Ｅδ）である。

二次電池１０は充電率に応じた開放電圧Ｅα、Ｅβ、Ｅγ、Ｅδ等を越えると、略印加電圧に比例して充電電流が増大していき、所定の電圧（電圧一電流曲線における変曲点）を過ぎると、印加電圧に対する充電電流の増加率（ΔＩ／ΔＥ）は減少し、やがて、印加電圧を上昇させても充電電流は全く上昇しなくなり、充電電流は電流ピーク値Ｉｓｏに到達する。

このように、印加電圧に対する充電電流の増加率（ΔＩ／ΔＥ）が０となったときの電流ピーク値Ｉｓｏに対応する印加電圧値はＥｓとなり、この所定の充電印加電圧値Ｅｓは二次電池１０の種類や二次電池１０の劣化状態などによって決まる二次電池１０に固有の電圧値となる。

前記所定の充電印加電圧値Ｅｓを超える電圧が印加されると、二次電池１０は、内部で活物質の酸化還元反応がさらに進んで、電気分解反応を惹き起こし、負性抵抗特性が現れて、意図しない発熱反応や、膨潤等の異常により、ともすれば二次電池１０の内部構造の破壊に繋がる恐れがある。また、そこまでには至らないにしても、不可逆化学反応が伸展し二次電池１０のサイクル寿命に大きな影響を与えてしまう。このような、二次電池１０に悪影響を及ぼす不可逆化学反応が生じるような、充電電流と印加電圧との関係で画定される領域が、図２にて斜線で示す不可逆化学反応領域Ｄである。

従って、二次電池１０の充電においては、二次電池１０が満充電（充電率１００％）に至るまで、印加電圧に対する充電電流の相対値が反応分水嶺Ｌｄを越えて不可逆化学反応領域Ｄに入らないように印加電圧を制御することが必要となる。

ところで、二次電池１０の蓄電容量は、充電電流と充電時間との積で求められる。このため、充電時間を短くしようとすれば、充電電流を増やすことが必要である。

図２に示すように、充電率が略０％の二次電池１０に満充電平衡電圧値Ｅｅｑを印加すると、充電率が上昇するに連れて、二次電池１０に流れる充電電流はＩｅｑｏ（＜Ｉｓｏ）から減少していく。そして、二次電池１０が満充電状態（充電率１００％）に達したときには、充電電流は０（ｍＡ）となるため、満充電状態の判定が行いやすい。しかしながら、この満充電平衡電位Ｅｅｑによる充電では、前記所定の充電印加電圧値Ｅｓによる充電に比べて、充電電流が低く、充電時間がかなり長くなってしまう。

そこで、主充電では、二次電池１０に、不可逆化学反応領域Ｄ外で最も高い充電電流（電流ピーク値Ｉｓｏ）を流すことが可能な所定の充電印加電圧値Ｅｓを印加して、該二次電池１０に大電流を流し、そして、定期的に、二次電池１０に印加する電圧値を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えて、二次電池１０が満充電状態に達したか否かのチェックを行うこととする。

なお、大電流充電のための印加電圧の値は、電流ピーク値Ｉｓｏに対応する前記所定の充電印加電圧値Ｅｓに限らず、それよりやや低い電流値に対応する電圧値（＜Ｅｓ）でもよい。

次に、二次電池の充電装置１の第１実施形態について説明する。

この第１実施形態に係る二次電池の充電装置１は、後に示す第２実施形態に係る二次電池の充電装置１の基本構成となる。

この第１実施形態に係る二次電池の充電装置１は、図１に示すように構成されており、ワンチップマイコン４のＲＯＭ４１には、二次電池１０を満充電平衡電圧値Ｅｅｑで印加中に電流検出部４６で検出されたチェック電流値ｉと、予め入力設定された充電完了判定基準値Ｊ（例えば、１０（ｍＡ））とを比較判定する判定手段である判定プログラムが組み込まれている。

次に、図３を参照しながら第１実施形態に係る充電装置１による充電の流れを説明する。

まず、ユーザが操作スイッチ６を切り換えて、これから充電する二次電池１０の種類をワンチップマイコン４に入力すると、該ワンチップマイコン４中のＲＡＭ４２に予め記憶設定されたテーブルの中から、この二次電池１０の種類に相当する所定の充電印加電圧値Ｅｓと、満充電平衡電圧値Ｅｅｑとがそれぞれ選択される。

この所定の充電印加電圧値Ｅｓと満充電平衡電圧値Ｅｅｑとは、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の二次電池の種類や蓄電容量、型番等によって決まる固有の値であり、例えば、ニッケル−カドミウム電池の場合、満充電平衡電圧値Ｅｅｑは約１．４１（Ｖ）、所定の充電印加電圧値Ｅｓはそれよりも高い約１．８０（Ｖ）として選択される。

次に、ユーザは操作スイッチ６を押すと、充電が開始されて（ステップＡ１）、二次電池１０は所定の充電印加電圧値Ｅｓで所定時間Ｔ１（例えば、５５（秒））継続して印加される（ステップＡ２）。そして、タイマ４４でこの所定時間Ｔ１の経過が計測されると、印加電圧が満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えられ（ステップＡ３）、この満充電平衡電圧値Ｅｅｑで二次電池１０を微小時間Ｔ２（例えば、５（秒））印加している間に、ワンチップマイコン４のＲＯＭ４１内の電流検出部４６によって二次電池１０に流れている電流値ｉが検出される（ステップＡ４）。

そして、ＲＯＭ４１内の判定プログラムによって、この検出された電流値ｉと、判定基準値Ｊとを比較して（ステップＡ５）、該電流値ｉが該判定基準値Ｊよりも大きければ、前記ステップＡ２に戻って、上述のフロー（充電制御）を繰り返し、一方、該電流値ｉが該判定基準値Ｊ以下であれば、二次電池１０が満充電状態に達しているとして、ここで充電を停止する（ステップＡ６）。

以上のように、第１実施形態に係る充電装置１によれば、二次電池１０の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすことなく、二次電池１０を満充電状態まで適正に充電することができる。また、この充電装置１によれば、二次電池１０の内部構造に損傷を与えるのを防止することができるため、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。さらに、この充電装置１は、主なる充電で、二次電池１０に満充電平衡電圧値Ｅｅｑ以上の所定の充電印加電圧値Ｅｓを印加して、該二次電池１０にかなり大きな充電電流を流しており、これにより充電時間を大幅に短縮することができる。

以上のように、第１実施形態に係る充電装置１は、定期的に二次電池１０に満充電平衡電圧値Ｅｅｑを印加して、その充電率が１００％に達しているか否かをチェックしながら、二次電池１０を充電しているが、ところが、次のような理由から、同じ種類（例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池など）で同じ型番（例えば、単３型や単４型など）の二次電池１０であっても、充電率が１００％に達していないものがあることがその後にわかった。

この理由は、同じ種類で同じ型番の二次電池１０であっても、メーカの違い、機種の違い、使用履歴の違いなどによって、その蓄電容量や満充電平衡電圧値が微妙に異なり、また、外国製の二次電池１０の中には、種類、型番、メーカ、機種などが全て同じであっても、その蓄電容量や満充電平衡電圧値Ｅｅｑが異なるものもある。このために、第１実施形態に係る充電装置１によって、同じ種類、同じ型番の二次電池１０を充電した場合に、その二次電池１０が持つ実際の満充電平衡電圧値と、充電装置１に設定されている満充電平衡電圧値Ｅｅｑとが微妙に違って、ある二次電池１０は充電率が９０％程度までしか充電されておらず、ある二次電池１０は充電率が１００％以上に過充電されていることもあった。

そこで、第２実施形態に係る二次電池の充電装置１は、このような点を鑑み、次のように改良が図られている。

この第２実施形態に係る充電装置１も、図１に示すように構成されており、ワンチップマイコン４と、充電制御回路５以外の構成は、前記第１実施形態の充電装置１と略同様である。

第２実施形態では、ワンチップマイコン４のＲＡＭ４２に、充電対象となるどの二次電池１０の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値Ｅ０と、充電対象となるどの二次電池１０の定格満充電平衡電圧値よりも高い最高チェック電圧値Ｅｎと、該満充電平衡電圧値を超えるが充電対象となるどの二次電池１０も不可逆化学反応領域Ｄには達しない所定の充電印加電圧値Ｅｔ（≦Ｅｓ）と、所定の刻み幅の電圧値ΔＥと、が記憶されている。

また、ワンチップマイコン４のＲＯＭ４１には、前記ＰＷＭ４３でのパルス幅変調制御に付設されるサブルーチンプログラムが組み込まれている。ＰＷＭ４３では、１周期をｎ（＝（Ｅｎ−Ｅ０）／ΔＥ）等分した時間刻み幅をｗとし、変数をｃ（ｃ＝１、２、・・・、ｎ）として、パルス幅ｃ・ｗのパルス波に変調を行い、サブルーチンプログラムでは、後述の条件が満たされた場合に、変数ｃを１からｎまで１ずつインクリメント（又はディクリメント）していくことで、パルス波のパルス幅ｃ・ｗを段階的に拡幅（又は減少）させている。なお、ここで、ｎは２以上の整数となるように、最高チェック電圧値Ｅｎ、最低チェック電圧値Ｅ０、所定の刻み幅の電圧値ΔＥが選択されている。

図４に示すように、ワンチップマイコン４は多数の入出力端子を有し、この中の所定の１つの端子がＰＷＭ出力端子４８として設定されて、該ＰＷＭ出力端子４８から前記ＰＷＭ４３でパルス幅ｃ・ｗに変調されたパルス波が出力されるように構成されている。

前記充電制御回路５は、前記電源部２からの電圧を所定の充電印加電圧値Ｅｔに下げて二次電池１０に供給する充電電圧供給回路５６と、チェック電圧値Ｅｃを最低チェック電圧値Ｅ０から所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントしていく電圧値インクリメント回路５０と、該電圧値インクリメント回路５０から出力されるチェック電圧値Ｅｃをその値で二次電池１０に供給するチェック電圧供給回路５７と、二次電池１０に印加する電圧値を該充電電圧供給回路５６から供給される所定の充電印加電圧値Ｅｔ又は該チェック電圧供給回路５７から供給されるチェック電圧値Ｅｃに切り換える切換スイッチ５８と、を備え、そして、ワンチップマイコン４の所定の１つの出力端子が電圧切換信号を出力する端子（電圧切換信号出力端子）に設定されて、前記の切換手段である切換スイッチ５８で該電圧切換信号出力端子からの電圧切換信号を受信すると、二次電池１０に印加する電圧値が所定の充電印加電圧値Ｅｔ又はチェック電圧値Ｅｃに切り換えられるように構成されている。

また、前記チェック電圧供給回路５７にはチェック電流検出抵抗が介設されており、該チェック電流検出抵抗の入力側の分岐部と出力側の分岐部とがそれぞれワンチップマイコン４の所定の２つの入力端子（電流入力端子）と接続されて、前記ワンチップマイコン４の電流検出部４６でこの２つの電流入力端子から入力される電流値の差を検出することで、二次電池１０に通電されている充電電流の電流値（チェック電流値）を検出している。すなわち、前記切換スイッチ５８を前記チェック電圧供給回路側へ切り換えて、二次電池１０をチェック電圧値Ｅｃで印加しているときに、電流検出部４６で検出される２つの電流入力端子からの電流値の差により、二次電池１０に通電されている電流値（チェック電流値）が検出されている。

次に、チェック電圧値Ｅｃを所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントしていく電圧値インクリメント装置について説明する。

この電圧値インクリメント装置は、前記のパルス波のパルス幅ｃ・ｗを段階的に変化させてＰＷＭ出力端子４８から出力するワンチップマイコン４と、電圧値インクリメント回路５０とで、構成されており、該電圧値インクリメント回路５０は、例えば、次のように構成されている。

まず、電圧値インクリメント回路５０Ａの第１実施例から説明する。

図５に示すように、第１実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ａは、上限電圧値ＥＨと下限電圧値ＥＬとを供給する上下限電圧値供給回路５１Ａと、ワンチップマイコン４のＰＷＭ出力端子４８から出力されたパルス波の振幅の最大値と最小値とを反転し、この反転したパルス波の振幅の最大値を上限電圧値ＥＨに設定するとともに、反転したパルス波の振幅の最小値を下限電圧値ＥＬに設定する上下限電圧値設定回路５２Ａと、該上下限電圧値設定回路５２Ａから出力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を基準電圧値から減算した電圧値を出力する演算回路５３Ａと、を備え、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをインクリメントしていくことで、前記演算回路５３Ａから出力されるチェック電圧値Ｅｃを所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントしている。

ここでは、前記下限電圧値ＥＬは前記最高チェック電圧値Ｅｎに設定され（ＥＬ＝Ｅｎ）、前記上限電圧値ＥＨは最高チェック電圧値Ｅｎと最低チェック電圧値Ｅ０との電圧差ＥｄをＥｄ＝Ｅｎ−Ｅ０とすると、ＥＨ＝Ｅｎ＋Ｅｄと設定され、また、前記基準電圧値ＥＢは前記下限チェック電圧値ＥＬに設定されている（ＥＢ＝ＥＬ＝Ｅｎ）。

また、前記ｎはｎ＝（Ｅｎ−Ｅ０）／ΔＥであり、以上の設定により、図６に示すように、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃを１からｎまで１ずつインクリメントしていくことで、前記演算回路５３Ａから出力されるチェック電圧値Ｅｃが最低チェック電圧値Ｅ０から最高チェック電圧値Ｅｎまで所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントされるように構成されている。

なお、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをディクリメントしていくと、前記演算回路５３Ａから出力されるチェック電圧値Ｅｃが所定の刻み幅の電圧値ΔＥでディクリメントされる。

図７は前記電圧値インクリメント回路５０Ａの上下限電圧値供給回路５１Ａの一例であり、該上下限電圧値供給回路５１Ａはシャントレギュレータ５１０と、第１オペアンプ５１１と、第２オペアンプ５１２と、から成り、該シャントレギュレータ５１０への入力端子７０には前記電源部２から所定の電圧値（例えば、５（Ｖ））が供給されている。シャントレギュレータ５１０では、この所定の電圧値から前記上限電圧値ＥＨと下限電圧値ＥＬとが作り出されて、該シャントレギュレータ５１０の一方の出力端子７１から上限電圧値ＥＨが出力され、他方の出力端子から下限電圧値ＥＬが出力されるようになっている。

そして、前記出力端子７１と第１オペアンプ５１１のプラス入力端子とが接続されて、該第１オペアンプ５１１のマイナス入力端子と出力端子とが接続され、該第１オペアンプ５１１の出力端子と端子７３とが接続されて、シャントレギュレータ５１０から出力された上限電圧値ＥＨは第１オペアンプ５１１によってその電圧値が安定化されて、該端子７３から上限電圧値ＥＨが取り出されるようになっている。

同様に、前記出力端子７２と第２オペアンプ５１２のプラス入力端子とが接続されて、該第２オペアンプ５１２のマイナス入力端子と出力端子とが接続され、該第２オペアンプ５１２の出力端子と端子７４とが接続されて、シャントレギュレータ５１０から出力された下限電圧値ＥＬは第２オペアンプ５１２によってその電圧値が安定化されて、該端子７４から下限電圧値ＥＬが取り出されるようになっている。

図８は前記電圧値インクリメント回路５０Ａの上下限電圧値設定回路５２Ａと演算回路５３Ａの一例であり、前記上下限電圧値供給回路５１Ａから該上下限電圧値設定回路５２Ａに上限電圧値ＥＨと下限電圧値ＥＬとが供給される。

上下限電圧値設定回路５２Ａは、Ｎ型電界効果トランジスタ５２１と、電気抵抗５２２と、から成り、該トランジスタ５２１のゲートは電気抵抗７５を介してワンチップマイコン４のＰＷＭ出力端子４８に接続されて、該トランジスタ５２１のソースは前記端子７４に接続され、該トランジスタ５２１のドレインは該電気抵抗５２２を介して前記端子７３に接続されている。

以上のような構成で、ワンチップマイコン４のＰＷＭ出力端子４８からトランジスタ５２１のゲートへパルス幅ｃ・ｗのパルス波が供給されて、前記端子７３からトランジスタ５２１のドレインへ上限電圧値ＥＨが供給され、前記端子７４からトランジスタ５２１のソースへ下限電圧値ＥＬが供給されて、該トランジスタ５２１で該パルス波の振幅の最大値と最小値とを反転し、この反転したパルス波の振幅の最大値を上限電圧値ＥＨに設定するとともに、反転したパルス波の振幅の最小値を下限電圧値ＥＬに設定している。

また、前記演算回路５３Ａは、オペアンプ５３１と、該オペアンプ５３１のマイナス入力端子と出力端子との間に並列に接続される電気抵抗５３２とコンデンサ５３３と、該オペアンプ５３１のマイナス入力端子に直列に接続される電気抵抗５３４と、から成り、該電気抵抗５３４が前記トランジスタ５２１のドレインと前記抵抗５２２との間の分岐部７７に接続されている。また、オペアンプ５３１の出力端子は前記チェック電圧供給回路５７に接続される端子７９に接続され、該オペアンプ５３１のプラス入力端子は前記トランジスタ５２１のソースと前記端子７４との間の分岐部７８に接続されて、基準電圧値ＥＢが下限電圧値ＥＬに設定されている。

このような構成で、演算回路５３Ａでは、前記上下限電圧値設定回路５２Ａから入力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を下限電圧値ＥＬから減算した電圧値を出力して、該電圧値をチェック電圧値Ｅｃとしてチェック電圧供給回路５７に供給している。

次に、電圧値インクリメント回路５０Ｂの第２実施例について説明する。

図５に示すように、第２実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ｂは、上限電圧値ＥＨと下限電圧値ＥＬとを供給する上下限電圧値供給回路５１Ｂと、ワンチップマイコン４のＰＷＭ出力端子４８から出力されたパルス波の振幅の最大値を上限電圧値ＥＨに設定するとともに、最小値を下限電圧値ＥＬに設定する上下限電圧値設定回路５２Ｂと、該上下限電圧値設定回路５２Ｂから出力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を基準電圧値ＥＢに加算した電圧値を出力する演算回路５３Ｂと、を備え、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをインクリメントしていくことで、前記演算回路５３Ｂから出力されるチェック電圧値Ｅｃを所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントしている。

ここでは、前記下限電圧値ＥＬは前記最低チェック電圧値Ｅ０に設定され（ＥＬ＝Ｅ０）、前記上限電圧値ＥＨは前記最高チェック電圧値Ｅｎに設定されて（ＥＨ＝Ｅｎ）、また、前記基準電圧値ＥＢは前記最低チェック電圧値Ｅ０に設定されている（ＥＢ＝Ｅ０）。

また、前記ｎはｎ＝（Ｅｎ−Ｅ０）／ΔＥであり、以上の設定により、図９に示すように、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃを１からｎまで１ずつインクリメントしていくことで、前記演算回路５３Ｂから出力されるチェック電圧値Ｅｃが最低チェック電圧値Ｅ０から最高チェック電圧値Ｅｎまで所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントされるように構成されている。

なお、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをディクリメントしていくと、前記演算回路５３Ｂから出力されるチェック電圧値Ｅｃが所定の刻み幅の電圧値ΔＥでディクリメントされる。

次に、電圧値インクリメント回路５０Ｃの第３実施例について説明する。

図５に示すように、第３実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ｃは、上限電圧値ＥＨと下限電圧値ＥＬとを供給する上下限電圧値供給回路５１Ｃと、ワンチップマイコン４のＰＷＭ出力端子４８から出力されたパルス波の振幅の最大値と最小値とを反転し、この反転したパルス波の振幅の最大値を上限電圧値ＥＨに設定するとともに、反転したパルス波の振幅の最小値を下限電圧値ＥＬに設定する上下限電圧値設定回路５２Ｃと、該上下限電圧値設定回路５２Ｃから出力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を基準電圧値ＥＢに加算した電圧値を出力する演算回路５３Ｃと、を備え、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをディクリメントしていくことで、前記演算回路５３Ｃから出力されるチェック電圧値Ｅｃを所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントしている。

ここでは、前記下限電圧値ＥＬは前記最低チェック電圧値Ｅ０に設定され（ＥＬ＝Ｅ０）、前記上限電圧値ＥＨは前記最高チェック電圧値Ｅｎに設定されて（ＥＨ＝Ｅｎ）、また、前記基準電圧値ＥＢは前記最低チェック電圧値Ｅ０に設定されている（ＥＢ＝Ｅ０）。

また、前記ｎはｎ＝（Ｅｎ−Ｅ０）／ΔＥであり、以上の設定により、図１０に示すように、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをｎから１まで１ずつディクリメントしていくことで、前記演算回路５３Ｃから出力されるチェック電圧値Ｅｃが最低チェック電圧値Ｅ０から最高チェック電圧値Ｅｎまで所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントされるように構成されている。

なお、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをインクリメントしていくと、前記演算回路５３Ｃから出力されるチェック電圧値Ｅｃが所定の刻み幅の電圧値ΔＥでディクリメントされる。

次に、電圧値インクリメント回路５０Ｄの第４実施例について説明する。

図５に示すように、第４実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ｄは、上限電圧値ＥＨと下限電圧値ＥＬとを供給する上下限電圧値供給回路５１Ｄと、ワンチップマイコン４のＰＷＭ出力端子４８から出力されたパルス波の振幅の最大値を上限電圧値ＥＨに設定するとともに、最小値を下限電圧値ＥＬに設定する上下限電圧値設定回路５２Ｄと、該上下限電圧値設定回路５２Ｄから出力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を基準電圧値ＥＢから減算した電圧値を出力する演算回路５３Ｄと、を備え、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをディクリメントしていくことで、前記演算回路５３Ｄから出力されるチェック電圧値Ｅｃを所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントしている。

ここでは、前記下限電圧値ＥＬは前記最高チェック電圧値Ｅｎに設定され（ＥＬ＝Ｅｎ）、前記上限電圧値ＥＨは最高チェック電圧値Ｅｎと最低チェック電圧値Ｅ０との電圧差ＥｄをＥｄ＝Ｅｎ−Ｅ０とすると、ＥＨ＝Ｅｎ＋Ｅｄと設定され、また、前記基準電圧値ＥＢは前記下限チェック電圧値ＥＬに設定されている（ＥＢ＝ＥＬ＝Ｅｎ）。

また、前記ｎはｎ＝（Ｅｎ−Ｅ０）／ΔＥであり、以上の設定により、図１１に示すように、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをｎから１まで１ずつディクリメントしていくことで、前記演算回路５３Ｄから出力されるチェック電圧値Ｅｃが最低チェック電圧値Ｅ０から最高チェック電圧値Ｅｎまで所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントされるように構成されている。

なお、前記ワンチップマイコン４のＰＷＭ４８において前記変数ｃをインクリメントしていくと、前記演算回路５３Ｄから出力されるチェック電圧値Ｅｃが所定の刻み幅の電圧値ΔＥでディクリメントされる。

以上のように電圧値インクリメント装置が構成されており、後述の条件が満たされた場合に、ワンチップマイコン４のＰＷＭ４３において前記変数ｃをインクリメント又はディクリメントしていくことで、チェック電圧値Ｅｃを最低チェック電圧値Ｅ０から所定の刻み幅の電圧値ΔＥでインクリメントを行うように構成されている。

言い換えれば、この電圧値インクリメント装置によって、後述の条件が満たされた場合に、それまでのチェック電圧値Ｅｃ−１に所定の刻み幅の電圧値ΔＥが加算されて新たなチェック電圧値Ｅｃ（＝Ｅｃ−１＋ΔＥ）が設定されるように構成されている。

ここで、チェック電圧値Ｅｃは、最低チェック電圧値Ｅ０から電圧値ΔＥをｃ回インクリメントした電圧値であり、Ｅｃ＝Ｅ０＋ｃ・ΔＥと表すこともできる。

この電圧値インクリメント装置では、ワンチップマイコン４の所定の１つの出力端子だけを用いて電圧値のインクリメントを行う構成としたことで、ワンチップマイコン４に掛かる負荷を軽減することができ、小容量のワンチップマイコン４で、高精度で小負荷の電圧値のインクリメント動作を実現することができる。

次に、ワンチップマイコン４のＲＯＭ４１に組み込まれているプログラムについて説明する。

ワンチップマイコン４のＲＯＭ４１には、二次電池１０をチェック電圧値Ｅｃで印加中に電流検出部４６で検出された電流値ｉが、予め入力設定された判定基準値Ｋ（例えば、１（ｍＡ））以下になったか否かを判定する第１判定プログラムと、該第１判定プログラムによる前回の肯定判定（二次電池１０にチェック電圧値Ｅｃ−１を印加しているときに検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下との判定）から今回の肯定判定（二次電池１０にチェック電圧値Ｅｃを印加しているときに検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下との判定）までの間に、充電制御回路５によるチェック電圧値Ｅｃへの切換回数を前記カウンタ４５でカウントして記録する計測プログラムと、該第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までのチェック電圧値Ｅｃへの切換回数が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までのチェック電圧値Ｅｃ−１への切換回数のｒ（ｒは１以上の実数であり、ベストモードは１≦ｒ≦２）倍を越えたか否かを判定する第２判定プログラムと、が組み込まれている。

ただし、この計測プログラムによる切換回数のカウントと、第２判定プログラムによる判定とは、ｃ≧２の場合に行われるものとする。

以上のように、第２実施形態では、充電装置１のワンチップマイコン４のＲＯＭ４１に、判定手段である第１判定プログラムと第２判定プログラムと、計測手段である計測プログラムとが、格納されている。

なお、計測プログラムと第２判定プログラムとは上記構成に限らず、計測プログラムは前記第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間をタイマ４４で計測する構成とし、第２判定プログラムは第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍を越えたか否かを判定する構成としてもよい。

次に、第２実施形態に係る充電装置１での充電の概要を説明する。

この第２実施形態に係る充電装置１による充電を、陸上競技の走り高跳びに例えて説明すると、ここに、その高飛び能力が正確にはわからない競技者（満充電平衡電圧値が正確にはわからない二次電池）がいるとする。

まず、バーの高さを最低高さ（最低チェック電圧値Ｅ０）に設定して、競技（充電）を行い、競技者がこの最低高さをクリアー（第１判定プログラムによる判定で、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定）すると、そのクリアーまでに要した試技の回数を記録しておく。通常の走り高跳びのルールでは、試技の回数は３回まであるが、ここでのルールは、試技の回数は前回の高さ（チェック電圧値Ｅｃ−１）でその高さをクリアーするまでに要した回数のｒ倍以内とする。例えば、このｒは２として、前回の高さ（チェック電圧値Ｅｃ−１）でその高さをクリアーするまでに３回の試技を要した場合は、バーの高さ（電圧値）を所定高さ（所定の刻み幅の電圧値ΔＥ）上げた後の今回の高さ（新たなチェック電圧値Ｅｃ）では試技の回数は６回までとして、６回を越えると（第２判定プログラムによる判定）、そこで競技（充電）を終了するものとする。

図１２は図２における矢視Ｐの部分を拡大した図であり、ニッケル−水素電池を例に挙げて説明する。

電圧−電流特性は、充電が進むに連れて（充電率が上昇するに連れて）、図１２中の矢印の方向に推移していき、反応分水嶺Ｌｄに沿う直線が充電率１００％の直線となる。

まず、最低チェック電圧値Ｅ０を１．４０（Ｖ）に設定して、満充電平衡電圧値Ｅｅｑを超えるが不可逆化学反応領域Ｄには達しない所定の充電印加電圧値による充電と、該最低チェック電圧値Ｅ０による充電状態のチェックとを繰り返していく。この最低チェック電圧値Ｅ０によるチェック回数が増えるに従って、チェック時に検出される電流値ｉは減少していき、図１２中の１．４０（Ｖ）上の太線に沿って下降していく。そして、例えば、２０回目の最低チェック電圧値Ｅ０によるチェックで、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されたとする。

そして、前記電圧値インクリメント装置によって、次のチェック電圧値Ｅ１を、最低チェック電圧値Ｅ０から０．０１（Ｖ）上げて１．４１（Ｖ）に設定し、このチェック電圧値Ｅ１による最初の充電状態チェックでは、ニッケル−水素電池に２（ｍＡ）弱の電流が流れ、該チェック電圧値Ｅ１によるチェック回数が増えるに従って、チェック時に検出される電流値ｉは減少していき、図１２中の１．４１（Ｖ）上の太線に沿って下降していく。そして、例えば、３回目の充電状態チェックで、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されたとする。この検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数（３回）は前回の最低チェック電圧値Ｅ０で検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数（２０回）よりも少なく、従って、さらに充電を続けるものとする。

そして、前記電圧値インクリメント装置によって、その次のチェック電圧値Ｅ２をチェック電圧値Ｅ１から０．０１（Ｖ）上げて１．４２（Ｖ）に設定し、このチェック電圧値Ｅ２による最初の充電状態チェックでは、ニッケル−水素電池に約２（ｍＡ）の電流が流れ、該チェック電圧値Ｅ１によるチェック回数が増えるに従って、チェック時に検出される電流値ｉは減少していき、図１２中の１．４２（Ｖ）上の太線に沿って下降していく。そして、例えば、３回目の充電状態チェックで、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されたとする。この検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数（３回）は前回のチェック電圧値Ｅ１で検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数（３回）と同じで、従って、この場合も、さらに充電を続けるものとする。

以後、同様に充電状態をチェックしていき、１．４７（Ｖ）のチェック電圧値で、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数が、その前の１．４６（Ｖ）のチェック電圧値で、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数の２倍（６回）を越えると、ここで、ニッケル−水素電池の充電を停止する。このように二次電池を充電することで、該二次電池の充電率は略１００％となる。

次に、図１３を参照しながら第２実施形態に係る充電装置１による充電の流れを説明する。

まず、ユーザは充電装置１に二次電池１０をセットして、操作スイッチ６を操作すると、二次電池１０は充電装置１による測定対象となる全ての種類、全ての型番の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値Ｅ０（例えば、１．４０（Ｖ））で微小時間Ｔ２（例えば、５（秒））印加される（ステップＢ１）。

この最低チェック電圧値Ｅ０で二次電池１０を微小時間Ｔ２印加している間に、電流検出部４６によって二次電池１０に流れている電流値ｉを検出して（ステップＢ２）、前記第１判定プログラムでこの検出した電流値ｉの判定を行う（ステップＢ３）。

この検出した電流値ｉが判定基準値Ｋを越えていれば（ステップＢ３）、充電制御回路５により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値Ｅｔに切り換えて、該所定の充電印加電圧値Ｅｔで二次電池１０を所定時間Ｔ１（例えば、５５（秒））印加する（ステップＢ４）。この所定の充電印加電圧値Ｅｔで二次電池１０の充電を行い、所定時間印加Ｔ１の経過後、充電制御回路５により充電電圧を前記最低チェック電圧値Ｅ０に切り換えて、再び、前記ステップＢ１に戻る。

一方、検出した電流値ｉが判定基準値Ｋ以下であれば（ステップＢ３）、前記電圧値インクリメント装置により、それまでのチェック電圧値Ｅｃ（最低チェック電圧値Ｅ０を含む）に前記所定の刻み幅の電圧値ΔＥ（例えば、０．０１（Ｖ））を加算して新たなチェック電圧値Ｅｃ（＝Ｅｃ−１＋ΔＥ）を設定するとともに（ステップＢ５）、充電制御回路５により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値Ｅｔに切り換えて、該所定の充電印加電圧値Ｅｔで二次電池１０を所定時間Ｔ１（例えば、５５（秒））印加する（ステップＢ６）。

そして、所定時間Ｔ１の経過後、充電制御回路５により充電電圧をこの新たなチェック電圧値Ｅｃに切り換えて、該新たなチェック電圧値Ｅｃで二次電池１０を微小時間Ｔ２印加し（ステップＢ７）、この微小時間Ｔ２の間に、電流検出部４６によって二次電池１０に流れている電流値ｉを検出して（ステップＢ８）、前記第１判定プログラムでこの検出した電流値ｉの判定を行う（ステップＢ９）。

この検出した電流値ｉが判定基準値Ｋを越えていれば（ステップＢ９）、前記ステップＢ５に戻り、一方、該電流値ｉが判定基準値Ｋ以下となっていれば（ステップＢ９）、前記第２判定プログラムによって前記第１判定プログラムによる前回の肯定判定（検出した電流値ｉが判定基準値Ｋ以下との判定）から今回の肯定判定（検出した電流値ｉが判定基準値Ｋ以下との判定）までの間に切り換えられた、チェック電圧値Ｅｃへの切換回数Ｎｃを判定する（ステップＢ１０）。

この切換回数Ｎｃは計測プログラムによって記録されており、第２判定プログラムで、第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間のチェック電圧値Ｅｃへの切換回数Ｎｃが前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間のチェック電圧値Ｅｃ−１への切換回数Ｎｃ−１のｒ倍以下と判定されれば（ステップＢ１０）、前記ステップＢ６に戻り、一方、第２判定プログラムで、第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間のチェック電圧値Ｅｃへの切換回数Ｎｃが前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間のチェック電圧値Ｅｃ−１への切換回数Ｎｃ−１のｒ倍を越えていると判定されれば（ステップＢ１０）、充電停止信号が出力されて（ステップＢ１１）、二次電池１０の充電が停止される（ステップＢ１２）。

なお、前記ステップＢ１１で、充電停止信号が出力されたときに、即座に二次電池１０の充電を停止してもよく、あるいは、ある時間が経過した後に二次電池１０の充電を停止してもよい。後者の場合は、前記充電停止信号が出力されると、例えば、充電制御回路５により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値Ｅｔに切り換えて、該所定の充電印加電圧値Ｅｔで二次電池１０を第２の所定時間Ｔ３印加した後、二次電池１０の充電を完了する。あるいは、前記充電停止信号が出力されると、前記所定の充電印加電圧値Ｅｔによる所定時間Ｔ１の電圧印加と、前記チェック電圧値Ｅｃによる微小時間Ｔ２の電圧印加とから成るサイクルを所定回数繰り返した後、二次電池１０の充電を完了するように構成してもよい。

このように充電することで、二次電池１０の充電率がさらに１００％に近づくように充電することができる。

以上のような構成で、この第２実施形態の充電装置１によれば、二次電池１０の種類や型番等に関わらず、どのような二次電池１０であっても、その二次電池１０の満充電平衡電圧値を探り当てながら、充電率が略１００％になるように充電することができ、信頼性が向上する。さらに、この充電装置１は、内部構造が一部破壊されて劣化している二次電池１０に対しても有効で、その二次電池１０の現時点の満充電平衡電圧値を探り当てて、現時点の蓄電容量に対して充電率が略１００％になるように充電することができる。

二次電池の充電装置１の制御構成を示すブロック図。 二次電池１０の充電率ごとの電流一電圧特性を示すグラフ。 第１実施形態の充電装置１による充電制御を示すフローチャート。 第２実施形態の充電装置１の充電制御回路５の構成を示すブロック図。 電圧値インクリメント装置の構成を示すブロック図。 第１実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ａでの出力を示す表。 第１実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ａの上下限電圧値供給回路５１Ａの構成を示す回路図。 第１実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ａの上下限電圧値設定回路５２Ａと演算回路５３Ａの構成を示す回路図。 第２実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ｂでの出力を示す表。 第３実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ｃでの出力を示す表。 第４実施例に係る電圧値インクリメント回路５０Ｄでの出力を示す表。 図２における矢視Ｐの部分を拡大した図。 第２実施形態の充電装置１による充電制御を示すフローチャート。

符号の説明

１ 充電装置
２ 電源部
４ ワンチップマイコン
５ 充電制御回路
１０ 二次電池
４０ ＭＰＵ
４１ ＲＯＭ
４２ ＲＡＭ
４３ ＰＷＭ
４６ 電流検出部
４８ ＰＷＭ出力端子
５０ 電圧値インクリメント回路
５１Ａ 上下限電圧値供給回路
５２Ａ 上下限電圧値設定回路
５３Ａ 演算回路
５１Ｂ 上下限電圧値供給回路
５２Ｂ 上下限電圧値設定回路
５３Ｂ 演算回路
５１Ｃ 上下限電圧値供給回路
５２Ｃ 上下限電圧値設定回路
５３Ｃ 演算回路
５１Ｄ 上下限電圧値供給回路
５２Ｄ 上下限電圧値設定回路
５３Ｄ 演算回路
５６ 充電電圧供給回路
５７ チェック電圧供給回路
５８ 切換スイッチ

Claims (2)

1. １周期をｎ（ｎは２以上の整数）等分した時間刻み幅をｗとし、変数をｃ（ｃ＝１、２、・・・、ｎ）として、パルス幅ｃ・ｗのパルス波を所定の１つの出力端子から出力するマイクロコンピュータと、
   前記出力端子から出力されたパルス波の振幅の最大値と最小値とを反転し、この反転したパルス波の振幅の最大値を上限電圧値に設定するとともに、反転したパルス波の振幅の最小値を下限電圧値に設定する上下限電圧値設定回路と、
   前記上下限電圧値設定回路から出力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を基準電圧値から減算した電圧値を出力する演算回路と、
   を備え、
   前記マイクロコンピュータにおいて前記変数ｃをインクリメントしていくことで、前記演算回路から出力される電圧値を所定の刻み幅の電圧値でインクリメントしていく電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置であって、
   前記電圧値インクリメント装置によって充電対象となるどの種類の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値から所定の刻み幅の電圧値でチェック電圧値をインクリメントしていき、
   二次電池に充電対象となるどの種類の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも高いが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、
   二次電池に印加する電圧値を前記充電電圧供給手段から供給される所定の充電印加電圧値、又は前記電圧値インクリメント装置から供給されるチェック電圧値に切り換える切換手段と、
   二次電池にチェック電圧値を印加している間に、二次電池に通電されている電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出された電流値が、予め入力設定された判定基準値以下になったか否かを判定する第１の判定手段と、
   前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ（ｒは１以上の実数）倍を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、
   を備え、
   以下の第１ステップから第７ステップに従って二次電池の充電を制御することを特徴とする電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置。
   （第１ステップ）前記最低チェック電圧値で二次電池を微小時間印加して、該微小時間の間に、前記電流検出手段によって二次電池に通電されている電流値を検出する。
   （第２ステップ）前記第１の判定手段でこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、次の第３ステップへ移行し、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、第４ステップへジャンプする。
   （第３ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記最低チェック電圧値に切り換え、前記第１ステップに戻る。
   （第４ステップ）前記電圧値インクリメント装置により、それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値をインクリメントした新たなチェック電圧値を設定する。
   （第５ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記新たなチェック電圧値に切り換え、該新たなチェック電圧値で二次電池を微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に通電されている電流値を検出する。
   （第６ステップ）前記第１の判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、前記第５ステップに戻り、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、次の第７ステップへ移行する。
   （第７ステップ）前記第２の判定手段によって前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間の判定を行い、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍以下であれば、前記第４ステップに戻り、一方、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍を越えていれば、充電停止信号を出力する。
2. １周期をｎ（ｎは２以上の整数）等分した時間刻み幅をｗとし、変数をｃ（ｃ＝１、２、・・・、ｎ）として、パルス幅ｃ・ｗのパルス波を所定の１つの出力端子から出力するマイクロコンピュータと、
   前記出力端子から出力されたパルス波の振幅の最大値を上限電圧値に設定するとともに、最小値を下限電圧値に設定する上下限電圧値設定回路と、
   前記上下限電圧値設定回路から出力されたパルス波の電圧値を平均化するとともに、その平均値を基準電圧値に加算した電圧値を出力する演算回路と、
   を備え、
   前記マイクロコンピュータにおいて前記変数ｃをインクリメントしていくことで、前記演算回路から出力される電圧値を所定の刻み幅の電圧値でインクリメントしていく電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置であって、
   前記電圧値インクリメント装置によって充電対象となるどの種類の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値から所定の刻み幅の電圧値でチェック電圧値をインクリメントしていき、
   二次電池に充電対象となるどの種類の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも高いが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、
   二次電池に印加する電圧値を前記充電電圧供給手段から供給される所定の充電印加電圧値、又は前記電圧値インクリメント装置から供給されるチェック電圧値に切り換える切換手段と、
   二次電池にチェック電圧値を印加している間に、二次電池に通電されている電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出された電流値が、予め入力設定された判定基準値以下になったか否かを判定する第１の判定手段と、
   前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ（ｒは１以上の実数）倍を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、
   を備え、
   以下の第１ステップから第７ステップに従って二次電池の充電を制御することを特徴とする電圧値インクリメント装置を備えた二次電池の充電装置。
   （第１ステップ）前記最低チェック電圧値で二次電池を微小時間印加して、該微小時間の間に、前記電流検出手段によって二次電池に通電されている電流値を検出する。
   （第２ステップ）前記第１の判定手段でこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、次の第３ステップへ移行し、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、第４ステップへジャンプする。
   （第３ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記最低チェック電圧値に切り換え、前記第１ステップに戻る。
   （第４ステップ）前記電圧値インクリメント装置により、それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値をインクリメントした新たなチェック電圧値を設定する。
   （第５ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記新たなチェック電圧値に切り換え、該新たなチェック電圧値で二次電池を微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に通電されている電流値を検出する。
   （第６ステップ）前記第１の判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、前記第５ステップに戻り、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、次の第７ステップへ移行する。
   （第７ステップ）前記第２の判定手段によって前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間の判定を行い、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍以下であれば、前記第４ステップに戻り、一方、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍を越えていれば、充電停止信号を出力する。

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