JP4016200B2 - 二次電池の充電装置及び充電方法 - Google Patents
二次電池の充電装置及び充電方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4016200B2 JP4016200B2 JP2003060383A JP2003060383A JP4016200B2 JP 4016200 B2 JP4016200 B2 JP 4016200B2 JP 2003060383 A JP2003060383 A JP 2003060383A JP 2003060383 A JP2003060383 A JP 2003060383A JP 4016200 B2 JP4016200 B2 JP 4016200B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- voltage
- charging
- pulse
- state
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出した電池の電池電圧より得られる電圧上昇率で充電を制御する二次電池の充電装置及び充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等のポータブル化された電子機器の進歩に伴って、これら電子機器のポータブル電源となる二次電池に対する高容量化や長寿命化等の要求が高まっている。
【０００３】
例えば、従来から使用されているニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）二次電池では、高容量化を図るために、焼結式の電極板に代えて３次元構造を有する非焼結式の電極板を用いたものが開発されている。また、最近では、更なる高容量化を可能とするアルカリ二次電池として、負極に水素吸蔵合金を用いたニッケル水素（Ｎｉ−Ｈ）二次電池が注目されている。
【０００４】
このニッケル水素二次電池では、負極に水素吸蔵合金粉末を集電体に固定した構造のものを使用することで、従来のアルカリ二次電池において代表的な負極材料であるカドミウム（Ｃｄ）に比べて、単位重量当り又は単位容量当りのエネルギー密度を高めることが可能である。また、高容量化の他にも、Ｃｄ等のように環境を汚染する虞れがないといった優れた特徴を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２８８７４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したニッケル水素二次電池は、一般的に充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電方式で充電が行われる。この方式では、電池電圧が安定している休止状態の開放された電池電圧を検出し、この検出された休止状態の電池電圧に基づいて充電を制御させる。
【０００７】
しかしながら、このような休止状態の電池電圧により充電を制御する方法では、図８に示すように、ニッケル水素二次電池と使用済みの一次電池（例えばアルカリ乾電池やマンガン乾電池等）との充電初期の電池電圧に差がないことから、誤って放電済みの一次電池を充電してしまう虞がある。なお、図８は、ニッケル水素二次電池及び一次電池をパルス充電した際の休止状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示しており、図８中１００はニッケル水素二次電池の電池電圧の変化を示し、図８中１０１は使用済みの一次電池の電圧変化を示し、図８中１０２は未使用の一次電池の電圧変化を示している。
【０００８】
このような問題を解決する方法としては、例えば充電状態の電池電圧で充電を制御する方法がある。このような制御方法では、図９に示すように、充電初期における電池電圧の差がニッケル水素二次電池と一次電池とで明確になることから一次電池に充電することを防ぐことができる。しかしながら、この場合、充電状態の電池電圧を検出する際に、充電電流によって検出される電池電圧に誤差が発生し、誤った充電制御を行ってしまう虞がある。なお、図９は、ニッケル水素二次電池及び一次電池をパルス充電した際の充電状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示しており、図９中２００はニッケル水素二次電池の電池電圧の変化を示し、図９中２０１は使用済みの一次電池の電圧変化を示し、図９中２０２は未使用の一次電池の電圧変化を示している。
【０００９】
また、上述したニッケル水素二次電池においては、パルス充電方式で充電する際に、充電電流を例えば電池定格容量の０．３Ｃ程度の高レートにして短時間（例えば３時間程度）で充電を行う、いわゆる急速充電で充電される。このような急速充電では、図１０に示すように、充電末期に電池電圧がピーク値から低下するニッケル水素二次電池の特性を生かし、例えば充電末期の電池電圧のピーク値を過ぎてからの所定時間当りの電圧低下（−ΔＶ）を検出し、この検出結果に基づいて満充電状態になったかどうかを判定して充電を停止又は制御させるようにしている（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１０】
しかしながら、この急速充電では、図１１に示すように、充電末期の電池電圧のピーク値を過ぎるまで充電を行うと、電池電圧のピーク値以降、電池温度が急激に上昇して高温となり、ニッケル水素二次電池が劣化して電池特性が低下することがある。なお、図１１では、横軸に充電経過時間を示し、２つの縦軸に充電電圧、充電時の電池温度をそれぞれ示している。また、図１１中３００は電池電圧の変化を示し、図１１中３０１は充電時の電池温度の変化を示している。
【００１１】
また、急速充電を行えるような充電装置は、充電を制御する電子回路等が非常に高価であり、装置自体の値段が高くなってしまう。
【００１２】
したがって、ニッケル水素二次電池においては、急速充電ではなく、例えば充電電流値を電池定格容量の０．１Ｃ以下と低レートにして長時間（８時間〜１２時間程度）かけてタイマ制御により充電させることも可能である。すなわち、電流値の低い一定の電流で所定の時間充電し、所定の時間に達したら充電を停止又は制御させる充電方法である。しかしながら、この充電方法では、充電末期の電池温度の急激な上昇は抑えられるものの、充電時間が長すぎてユーザの要求に適合していないのが現状である。
【００１３】
以上のような高レート及び低レートで充電した際に起こる問題を解決するために、例えば３時間〜７時間程度でニッケル水素二次電池が満充電状態になるような電流値で充電する方法等が考えられる。これにより、充電末期の電池温度の急激な上昇を抑えつつ、低レートで充電したときよりも充電時間を短縮することが可能となる。
【００１４】
しかしながら、この場合、図１２に示すように、充電末期に電池電圧がピーク値から低下するといったニッケル水素二次電池の特性が生じにくくなり、充電末期に電池電圧がピーク値を過ぎてからの電圧低下を検出して満充電状態になったかどうかを判定する充電制御を行うことが困難になる。また、充電末期のピーク値を過ぎてからの小さな電圧降下を検出できるように、電池電圧を検出する検出感度を高くすること等も考えられるが、この場合、電池電圧の他に外乱ノイズ等も検出してしまい、満充電状態になる前に充電を停止させる等、誤った充電制御を行ってしまう虞がある。
【００１５】
そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、充電末期の急激な温度上昇を抑えつつ、比較的短時間で満充電状態まで充電できる優れた二次電池の充電装置及びその充電方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る二次電池の充電装置は、電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う充電手段と、上記電池における充電状態の電池電圧と、休止状態の開放された電池電圧とを検出する電圧検出手段と、上記電圧検出手段が検出した上記電池の充電状態の電池電圧に基づいて、上記電池が一次電池又は二次電池のどちらであるかを判定する電池判定手段と、上記電池判定手段が上記二次電池であると判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電を制御する制御手段とを備える。上記制御手段は、上記電圧検出手段がサンプリングし検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電が開始されてから上記電池電圧が上昇したかどうかを判定する電圧判定手段と、上記電圧判定手段で上記電池電圧が上昇したと判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出する検出手段と、上記電圧上昇率低下が上記検出手段により検出されてから予め設定した時間が経過したときに、上記パルス充電を停止又は制御するタイマ回路とを有している。そして、上記電池判定手段が、上記電圧検出手段が検出した上記電池における充電状態の電池電圧が所定電圧より高いとき、一次電池であると判定して上記パルス充電を停止し、この所定電圧より低いとき、二次電池であると判定して上記パルス充電を行い、上記電圧判定手段が、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧が上記パルス充電が開始されてから上昇したと判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記検出手段で上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出し、上記電圧上昇率低下を検出したとき、上記タイマ回路で所定時間を計時し、所定時間経過したとき、満充電状態として、上記パルス充電を停止又は制御する。
【００１７】
また、本発明に係る二次電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う二次電池の充電方法は、電池におけるサンプリングした充電状態の電池電圧と休止状態の開放された電池電圧とを検出するステップと、上記電圧検出手段が検出した上記電池における充電状態の電池電圧が所定電圧より高いとき、一次電池であると判定して上記パルス充電を停止し、この所定電圧より低いとき、二次電池であると判定して上記パルス充電を行うステップと、上記電池の休止状態の開放された電池電圧が上記パルス充電が開始されてから上昇したと判定したときに、上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出するステップと、上記電圧上昇率低下を検出したとき、所定時間を計時し、所定時間経過したとき、満充電状態として、上記パルス充電を停止又は制御するステップとを有する。
【００１８】
本発明では、充電状態の電池電圧に基づいて一次電池と二次電池とを判定することで、電圧を印加することにより電池電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を利用することができることから、一次電池と二次電池とを容易且つ適切に判定できる。更に、休止状態の開放された電池電圧に基づいてパルス充電を制御することで、充電電流により生じる誤差が抑えられた電池電圧でパルス充電が制御されることから、パルス充電を容易且つ適切に制御できる。そして、休止状態の開放された電池電圧に基づいて電池電圧が上昇したと判定され、次いで電圧上昇率低下を検出したときに、電池が充電末期に近づいたと判定し、電池の充電を停止又は制御することで、充電末期に小さな電圧降下しか示さないような電流値で充電した場合でも、充電末期を判定して満充電状態まで電池を充電できると共に、従来のような充電電圧の最高値や、充電末期の電圧降下を検出する充電制御とは異なり、充電末期の電池に起こる急激な温度上昇が起こる前に充電を停止又は制御することができる。すなわち、本発明では、充電状態の電池電圧と休止状態の開放された電池電圧とを検出し、これらの電池電圧を用途に応じて使い分けることで、各判定を正確に行うことができ、結果として、二次電池を満充電状態まで充電することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した二次電池の充電装置及び充電方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、本発明を適用した充電装置について説明する。図１に示す充電装置１は、例えばアルカリ二次電池（以下、電池という。）３０に対し、電池定格容量の０．１Ｃ〜１Ｃ程度の充電電流、いわゆる低レート（０．１Ｃ）や高レート（１Ｃ）といわれる様々な電流値の充電電流でも適切に満充電状態まで充電できるものである。
【００２９】
この充電装置１は、電池３０に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う電源回路部２と、電源回路部２による電池３０のパルス充電を制御する充電制御部３と、電池３０を保持する電池保持部４とを備えている。
【００３０】
電源回路部２は、例えばスイッチング電源回路であり、家庭用交流電源等の外部電源から交流電圧を供給させるコンセント等の電源供給端子に接続される入力フィルタ５と、入力フィルタ５に接続される整流回路６と、整流回路６より供給されたパルス充電のための交流電流を昇圧／降圧させるＰＷＭ（パルス幅変調）コンバータ７と、ＰＷＭコンバータ７より電池３０に供給されるパルス電流の出力電圧を検出する出力検出部８と、出力検出部８が検出した情報に基づいてＰＷＭコンバータ７を制御するＰＷＭ制御回路９とを備えている。
【００３１】
入力フィルタ５は、電源供給端子等から入力された所定の周波数帯域の交流電流を除去し、必要な周波数帯域のパルス波形の交流電流だけを透過する。
【００３２】
整流回路６は、例えば入力フィルタ５によって必要な周波数帯域だけにされた交流電流を所定の直流電流に変換し、安定した電圧を有するパルス波形の直流電流に整える。
【００３３】
ＰＷＭコンバータ７は、一対のコイル１０ａ，１０ｂを有するトランス１０と、トランス１０に接続されてＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりオン／オフすることでＰＷＭコンバータ７に供給される直流電流を制御するスイッチング素子１１とを備えている。
【００３４】
トランス１０は、整流回路６が電気的に接続されている一次コイル１０ａと、電池３０が電気的に接続されている二次コイル１０ｂとからなり、整流回路６より一次コイル１０ａに電流が供給されることで二次コイル１０ｂが電圧を誘起して電池３０にパルス波形の充電電流を供給する。
【００３５】
スイッチング素子１１は、例えばトランジスタ等であり、一次コイル１０ａとＰＷＭ制御回路９との間に配置され、ＰＷＭ制御回路９から供給されるパルス信号に基づいてオン／オフを切り換える。スイッチング素子１１は、オンの状態ではトランス１０に電流が供給されるようにし、オフの状態ではトランス１０に直流電流が流れないようにする。
【００３６】
なお、ＰＷＭコンバータ７においては、トランス１０やスイッチング素子１１の他に、例えば二次コイル１０ｂから電池３０に供給される充電電流の電圧を平滑化させる平滑コンデンサ１２や、平滑コンデンサ１２を充電するための電流が急激に平滑コンデンサ１２に供給されることを防止するダイオード１３等を二次コイル１０ｂと電池保持部４との間に備えている。
【００３７】
このような構成のＰＷＭコンバータ７は、ＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりスイッチング素子１１がオンになると、外部電源等から供給された交流電圧を入力フィルタ５、整流回路６を介して直流電流に変換された状態でトランス１０の一次コイル１０ａに供給する。そして、ＰＷＭコンバータ７は、一次コイル１０ａに直流電圧の電流が供給されることにより二次コイル１０ｂで電圧が誘起されて二次コイル１０ｂに直流電圧の電流が発生し、ダイオード１３を介して平滑コンデンサ１２により平滑化された直流電圧の充電電流を電池３０に供給する。また、ＰＷＭコンバータ７は、ＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりスイッチング素子１１がオフになると、トランス１０の一次コイル１０ａに対する直流電流の供給が停止されることになり、電池３０に供給される充電電流を抑制する。
【００３８】
出力検出部８は、発光素子１４ａ及び受光素子１４ｂを備えるフォトカプラ１４と、ＰＷＭコンバータ７から電池３０に供給されるパルス波形の充電電流の電圧を検出する作動増幅回路１５とを備えている。
【００３９】
フォトカプラ１４は、ＰＷＭコンバータ７と電池３０との間の電圧を検出するように接続される発光ダイオード等からなる発光素子１４ａと、発光素子１４ａからの光信号を受光し、受光した光信号を電気信号に変換してＰＷＭ制御回路９に供給するフォトトランジスタ等からなる受光素子１４ｂをと備えている。そして、フォトカプラ１４は、発光素子１４ａがＰＷＭコンバータ７と電池３０との間に流れる充電電流の電圧に対応した明暗レベルの光を発光し、発光素子１４ａからの光を受光した受光素子１４ｂが受光した光信号の明暗レベルに対応した電圧レベルの電気信号をＰＷＭ制御回路９に対して出力する。
【００４０】
作動増幅回路１５は、フォトカプラ１４の発光素子１４ａに電気的に接続され、発光素子１４ａに供給される電流の電圧を制御する。具体的に、作動増幅回路１５は、所定の電圧を有する基準電圧源１５ａを備え、充電電流の電圧と基準電圧源１５ａの電圧との誤差によりフォトカプラ１４の発光素子１４ａに供給される電流の電圧を制御する。フォトカプラ１４は、作動増幅回路１５によって制御された電圧レベルに則った明暗レベルの光を発光素子１４ａが発光する。
【００４１】
このような構成の出力検出部８は、電池３０に供給されるパルス波形の充電電流の電圧に対応して制御された電圧レベルの電気信号をＰＷＭ制御回路９に出力する。すなわち、出力検出部８は、電池３０に供給される充電電流の出力状態を検出し、この検出した情報に基づいた電気信号をＰＷＭ制御回路９に出力する。
【００４２】
ＰＷＭ制御回路９は、出力検出部８から供給される電気信号の電圧レベルに対応してパルス幅を変えたパルス信号をＰＷＭコンバータ７のスイッチング素子１１に出力する。
【００４３】
以上のような構成の電源回路部２は、電源供給端子から交流電圧が入力フィルタ５、整流回路６等を介して直流電圧にされた状態でＰＷＭコンバータ７におけるトランス１０の一次コイル１０ａに供給されると、二次コイル１０ｂが誘起されて直流電圧のパルス波形を有する充電電流が生じ、この充電電流を電池３０に供給する。そして、電源回路部２は、ＰＷＭコンバータ７から供給される充電電流の出力状態を出力検出部８が検出し、その検出した情報に基づいた電圧レベルの電気信号をフォトカプラ１４がＰＷＭ制御回路９に出力する。そして、電源回路部２は、ＰＷＭ制御回路９が出力検出部８からの電気信号の電圧レベルに対応したパルス幅のパルス信号をＰＷＭコンバータ７のスイッチング素子１１に出力し、パルス信号のパルス幅に応じてスイッチング素子１１のオン／オフが制御されてトランス１０の一次コイル１０ａに供給される電流を制御する。そして、電源回路部２は、一次コイル１０ａに供給される制御された状態の電流に対応した状態の充電電流を二次コイル１０ｂから電池保持部４を介して電池３０に供給する。このように、電源回路部２は、充電電流の出力状態を確認しながら、整流回路６や平滑コンデンサ１２等で整流されたパルス波形を有する充電電流を安定した状態で電池３０に供給する。
【００４４】
充電制御部３は、電池３０の電圧を検出する電圧検出回路１６と、電池３０と電源回路部２との間の電気的な接続のオン／オフを切り換えるスイッチング素子１７と、電源回路部２やスイッチング素子１７等を制御する制御回路１８と、制御回路１８からのセット信号によって所定の時間に達したときにスイッチング素子１７のオン／オフを切り換えるタイマ回路１９と、使用者が充電電流値等の条件を充電装置に入力する入力部２０を備えている。
【００４５】
電圧検出回路１６は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１６ａを備え、充電中の電池３０の電圧を検出し、その結果をＡ／Ｄ変換器１６ａでデジタル変換された電気信号を制御回路１８等に出力する。
【００４６】
スイッチング素子１７は、例えばトランジスタ素子等であり、制御回路１８から出力された切換信号に基づいて、電池３０と電源回路部２との間の電気的な接続のオン／オフを切り換える。
【００４７】
制御回路１８は、コンピュータプログラム等が記録されているリード・オンリ・メモリ（Read Only Memory：以下、単にＲＯＭという。）２１と、ＲＯＭ２１からコンピュータプログラム等がロードされて記録されるランダム・アクセス・メモリ（Random Access Memory：以下、単にＲＡＭという。）２２と、ＩＣ（integrated circuit）チップ、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）チップ等の集積回路等からなる中央演算処理装置（Central Processing Unit：以下、ＣＰＵという。）２３とを備えている。
【００４８】
ＲＯＭ２１は、例えば、後述する電池３０の充電方法を実行するためのコンピュータプログラム等が記録され、ＣＰＵ２３からの命令に応じてコンピュータプログラムをＲＡＭ２２にロードする。
【００４９】
ＲＡＭ２２は、ＲＯＭ２１からのコンピュータプログラム等がロードされると共に、後述する判定フラグ等も記録される。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２３で演算処理されたデータ等を書き換え可能に記録する記録手段であり、ＣＰＵ２３からの命令に応じて記録されているデータをＣＰＵ２３に出力したり、書き換えたりする。
【００５０】
ＣＰＵ２３は、電圧検出回路１６から送信されたデジタル信号を、上述した集積回路等で演算処理し、命令信号や情報信号等にして電源回路部２、スイッチング素子１７、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２等に出力する。
【００５１】
そして、このようなＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、ＣＰＵ２３で構成される制御回路１８は、入力部２０等から送信された操作信号に従って電源装置１全体を制御したり、タイマ回路１９にセット信号やリセット信号を送信したりする。
タイマ回路１９は、制御回路１８からセット信号を受信すると予め設定された時間の間だけタイマを作動させ、タイマの作動中はスイッチング素子１７をオンの状態で保持する。そして、タイマ回路１９は、予め設定された時間が過ぎたときにタイマが停止し、それと同時にスイッチング素子１７をオフの状態にする。また、タイマ回路１９は、制御回路１８からのリセット信号が入力されると予め設定された時間が過ぎて停止したタイマをリセットする。
【００５２】
入力部２０は、充電装置１における電池３０に供給されるパルス波形の充電電流や、電池３０にかかる充電電圧や、電池３０が充電されている時間等の条件を使用者がキー操作等で入力するためのスイッチや、充電を開始させるための充電開始スイッチ等を備えている。そして、この入力部２０は、使用者により入力された操作信号を、例えば電源回路部２や制御回路１８等に出力する。
【００５３】
電池保持部４は、充電装置１で電池３０をパルス充電する際に、電池３０を着脱可能な状態で保持させ、保持された電池３０の端面に位置する正極外部端子に接触させることで接続される正極端子２４と、正極外部端子とは反対側の端面に位置する負極外部端子に接触させることで接続される負極端子２５とを有している。正極端子２４は、スイッチング素子１７を介して充電回路部２に電気的に接続されており、電池３０にパルス波形の充電電流を供給する。そして、正極端子２４及び負極端子２５には、接続された電池３０の正極外部端子及び負極外部端子の接触面に対して略垂直に押圧させた状態で接触させるようにする例えばコイルばね等の弾性手段が備えられている。
【００５４】
この電池保持部４は、電池３０の正極外部端子に正極端子２４を押圧させ、電池３０の負極外部端子に負極端子２５を押圧させることで、電池３０を正極端子２４と負極端子２５とに挟持させるようにして着脱可能に保持する。
【００５５】
次に、上述した構成の充電装置１でパルス充電される電池３０について図２を参照して説明する。電池３０は、電解液にアルカリ水溶液を用いた、いわゆるＮｉ−水素二次電池やＮｉ−Ｃｄ二次電池等のアルカリ二次電池である。この電池３０は、発電要素となる電池素子３１と、電池内部でイオンを移動させる際の媒体となる電解液３２と、これら電池素子３１や電解液３４等を収納する有底筒状の外装容器３３と、外装容器３３を封口する封口蓋体３４とを備えている。
【００５６】
電池素子３１は、シート状の正極３５と、シート状の負極３６と、これら正極３５と負極３６とがセパレータ３７を介した状態で積層され、長手方向に巻回されたものである。
【００５７】
正極３５は、正極活物質の粉末が正極支持体に固着されてなるもので、シート状の正極支持体である導電性金属等からなるパンチングメタルの両主面に、正極活物質を含有する正極電極層が形成されている。
【００５８】
正極３５において、正極電極層は、水酸化ニッケルを主成分とする粒子に導電層が被覆されてなる正極活物質の粉末と、この正極活物質の粉末同士を結着させる例えばポリテトラフルオロエチレン等の樹脂材料等からなる結着剤をと含有しており、必要に応じて例えばＮｉ粉、黒鉛、カーボンブラック等の導電助材を含有させることも可能である。正極電極層においては、正極活物質の粉末が結着剤を介して結着され、正極活物質の表面にある導電層同士が接触して高次構造の、金属電気伝導を示す導電性ネットワークが形成される。そして、この正極電極層は、正極支持体の両主面上に積層形成されて固着されることにより、正極支持体と電気的に接続される。
【００５９】
負極３６は、負極活物質の粉末が負極支持体に固着されてなるもので、シート状の負極支持体の両主面に、負極活物質を含有する負極電極層が形成されている。負極３６において、負極電極層は、負極活物質の粉末と、この負極活物質の粉末同士を結着させる例えばポリテトラフルオロエチレン等の樹脂材料等からなる結着剤とを含有しており、必要に応じて例えばＮｉ粉、黒鉛、カーボンブラック等の導電助材を含有させることも可能である。負極活物質には、例えば水素吸蔵合金、水酸化カドミウム等を用いる。また、負極支持体には、正極３５の場合と同様に、シート状の導電性金属等からなるパンチングメタル等を用いる。
【００６０】
セパレータ３７には、例えばポリアミド樹脂、ポリプロピレン等からなる不織布を用いることができる。
【００６１】
以上のような構成の電池素子３１は、最外周に負極３６が露出するように巻回されることで、外装容器３３に収納した際に外装用器３３の内周面に負極３６が接触により接続されることになる。
【００６２】
電解液３２は、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物のうちの何れか一種、又はこれらの混合物を水に溶解させ、必要に応じてアルカリ土類金属イオン等を添加させたものである。
【００６３】
外装容器３３は、例えば導電性金属等からなる有底筒状容器であり、底部が円状にされている。なお、外装容器３３には、例えば矩形状、扁平円状等の底部を有する有底筒状容器を用いることもできる。この外装容器３３は、負極３６が内周面で電気的に接触されることで電池３０の外部負極端子となる。
【００６４】
封口蓋体３４は、外装容器３３に収納された電池素子３１の正極３５と例えば導電性金属等からなるリード端子３５ａを介して電気的に接続され、電池３０の外部正極端子となる。
【００６５】
そして、以上のような構成の電池３０は、外装容器３３に電池素子３１及び電解液３２が収納され、外装容器３３の開口部に封口蓋体３４が樹脂材料等からなるガスケット３８を介して圧入された状態で、外装容器３３の開口部付近を内側に曲げ加工、いわゆるかしめ加工されることで封口蓋体３４が強固に固定されて電池素子３１及び電解液３２を密閉封入させたものである。また、電池３０は、外装容器３３をかしめ加工した際に、外装容器３３の開口部の縁部全周でガスケット３８がはみ出るようにされており、外部負極端子となる外装容器３３と外部正極端子となる封口蓋体３４とが接触しないようにされている。
【００６６】
次に、上述した充電装置１を用いた電池３０の充電方法について説明する。先ず、ステップＳ１〜ステップＳ９の処理について、図３に示すフローチャートを参照にしながら説明する。
【００６７】
使用者は、ステップＳ１において、例えば家庭用交流電源等にコンセント等の電源供給端子を接続させたり、入力部２０装置全体の電源スイッチ等をオンしたりすることで各回路等を起動させ、充電装置１を電池３０の充電が可能な状態にする。
【００６８】
次に、使用者は、ステップＳ２において、電池３０を電池保持部４に保持する。電池３０を電池保持部４に保持する際は、電池３０の正極外部端子を正極端子２４で押圧させ、電池３０の負極外部端子を負極端子２５で押圧させるようにして電池３０を着脱可能に保持する。このとき、電池３０は、図４に示すように、充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス波形の直流電流が流れて、充電状態の電池電圧（以下、充電電圧と記す。）Ａと、休止状態の開放された電池電圧（以下、休止電圧と記す。）Ｂとを所定の周期で繰り返し示すことになる。なお、図４では、横軸に充電経過時間を示し、縦軸に充電電圧を示している。
【００６９】
次に、充電制御部３は、ステップＳ３において、電圧検出回路１６が正極端子２４と負極端子２５との間の充電電圧Ａ及び休止電圧Ｂを所定の時間間隔で検出し、検出した充電電圧Ａ及び休止電圧ＢのデータをＡ／Ｄ変換器１６ａでアナログ信号からデジタル信号に変換して制御回路１８のＣＰＵ２３に所定の時間間隔で出力する。そして、充電制御部３は、充電電圧Ａ及び休止電圧Ｂを所定の時間間隔でサンプリングしてＣＰＵ２３に入力された入力電圧データＶｉｎを例えばＲＯＭ２１やＲＡＭ２２等に出力する。
【００７０】
次に、充電制御部３は、ステップＳ４において、電池３０が電池保持部４に保持されているか、いないかを電圧検出回路１６でサンプリングされた入力電圧データＶｉｎに基づいて制御回路１８が判定する。このとき、制御回路１８は、電池保持部４に電池３０が保持されているか、いないかの判定の他に、保持されている場合は正負極等が正確に保持されているかも判定する。そして、制御回路１８は、電池３０が電池保持部４に正確に保持されていると判定したとき、ステップＳ５に進む。一方、制御回路１８は、電池３０が電池保持部４に保持されていないと判断、若しくは正確に保持されていないと判定したとき、ステップＳ４の処理を繰り返す。
【００７１】
次に、充電制御部３は、ステップＳ５において、電圧検出回路１６でサンプリングされた入力電圧データＶｉｎが充電電圧Ａのものか、休止電圧Ｂのものかを制御回路１８が判定する。そして、制御回路１８が休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎであると判定したときは、ステップＳ６に進み、制御回路１８が充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎであると判定したときは、ステップＳ９に進む。
【００７２】
次に、充電制御部３は、ステップＳ６において、制御回路１８が休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録されている予め設定された閾値となる電圧値と比較し、休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いか、低いかを判定する。
【００７３】
制御回路１８によって休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも低いと判定されたときは、電池３０が内部短絡していると制御回路１８が判断してステップＳ７に進む。一方、制御回路１８によって休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いと判定されたときは、電池３０が内部短絡してないと制御回路１８が判断して図５に示すステップＳ１０に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ６で用いられる閾値となる電圧値は、電池３０の内部短絡を判定する所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００７４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ７において、電池保持部４に保持されている電池３０がステップＳ６で内部短絡していると判定される等、異常のある電池３０であることを知らせるサインを例えばランプを点滅させる等して表示する。
【００７５】
次に、充電制御部３は、ステップ８において、ステップＳ６で内部短絡していると判定された電池３０が充電されることがないように、充電制御部３がスイッチング素子１７を制御して電源回路部２と電池３０との間の電気的な接続をオフの状態にしてパルス充電を強制的に終了する。
【００７６】
これにより、充電装置１では、例えば誤って内部短絡している電池３０を誤って保持させてしまった場合でも、内部短絡している電池３０がパルス充電されることなく電池保持部４より不具合のある電池３０を排出することができる。
【００７７】
次に、ステップＳ５で制御回路１８によって入力電圧データＶｉｎが充電電圧Ａのものであると判定されてステップＳ９に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ９において、制御回路１８が充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録されている予め設定された閾値となる電圧値と比較し、充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いか、低いかを判定する。
【００７８】
充電制御部３において、制御回路１８によって充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いと判定されたときは、電池３０が一次電池であると制御回路１８が判定してステップＳ７に進み、ステップＳ７で電池３０が一次電池であって異常であることを示すサインが表示されてステップＳ８に進み、ステップＳ８で一次電池である電池３０が充電されることがないようにパルス充電を強制的に終了する。一方、制御回路１８によって充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも低いと判定されたときは、電池３０が二次電池であると制御回路１８が判断したことになり、ステップＳ６で内部短絡していないと判定されたときと同様に、図５に示すステップＳ１０に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための制御を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ９で用いられる閾値となる電圧値は、電池３０が二次電池であるかどうかを判定する所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００７９】
これにより、充電装置１では、例えば誤って電池保持部４に一次電池を保持させてしまった場合でも、一次電池がパルス充電されることなく電池保持部４より一次電池を排出することができる。
【００８０】
以上で説明したステップＳ１〜ステップＳ９では、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎと休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎとをそれぞれ用途に応じて使い分けている。具体的に、充電装置１においては、電圧を印加することで電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を用いることで一次電池と二次電池とを容易且つ適切に判定できることから、充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎを電池３０が一次電池又は二次電池のどちらかであるかを判定するために利用している。また、充電電流により検出された入力電圧データＶｉｎに誤差が生じることのない休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎを電池３０の内部短絡の有無を判定するために利用している。そして、電池３０は、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎと休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎとにより、二次電池であり且つ内部短絡してないと判定されたものがステップＳ１０以降の処理に進み、満充電状態までパルス充電されることになる。
【００８１】
次に、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録する処理を行うステップＳ１０以降について、図５に示すフローチャートを参照にして説明する。
【００８２】
充電制御部３は、ステップＳ１０において、充電装置１のパルス充電を制御する際に、所定の時間間隔で繰り返される各充電操作の処理を行うための判定を下すときを判定タイミングとし、今このときが判定タイミングであるか否かを制御回路１８が判定する。そして、制御回路１８によって判定タイミングであると判定されたときは、ステップＳ１１に進み、制御回路１８によって判定タイミングでないと判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【００８３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１１において、電圧検出回路１６でサンプリングされた前回の休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎ（以下、電圧データＶｍ１と記す。）を、前々回の休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎ（以下、電圧データＶｍ２と記す。）がＲＡＭ２２の記録されていた領域に移し、新たな電圧データＶｍ２としてＲＡＭ２２に記録し、ステップＳ１２に進む。
【００８４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１２において、ＲＡＭ２２の電圧データＶｍ１が記録されていた領域に電圧検出回路１６でサンプリングされた休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎを新たな電圧データＶｍ１として記録し、ステップＳ１３に進む。
【００８５】
次に、充電制御部３は、ステップ１３において、制御回路１８が１回目の判定タイミングであるかどうかを判定する。制御回路１８によって判定タイミングが１回目であると判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。一方、制御回路１８によって判定タイミングが１回目ではないと判定されたときは、ステップＳ１４に進む。
【００８６】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１４において、ＲＡＭ２２に記録された電圧データＶｍ１、電圧データＶｍ２を制御回路１８が演算処理、すなわち電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１の式より得られる前回差分電圧（以下、差分電圧データＶｄ１と記す。）を、前々回差分電圧（以下、差分電圧データＶｄ２と記す。）がＲＡＭ２２に記録されていた領域に移し、新たな差分電圧データＶｄ２としてＲＡＭ２２に記録し、ステップＳ１５に進む。なお、差分電圧データＶｄ１は、電圧データＶｍ１が検出されてから電圧データＶｍ２が検出されるまでの所定の時間間隔当たりに電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１の分だけ電圧変化があったことを示しており、電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１が０より大きい場合は電圧上昇率であり、電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１が０より小さい場合は電圧低下率である。
【００８７】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１５において、ＲＡＭ２２の差分電圧データＶｄ１が記録されていた領域に、制御回路１８が演算処理を行い得られた最新の差分電圧を新たな差分電圧データＶｄ１として記録し、ステップＳ１６に進む。
【００８８】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１６において、制御回路１８が２回目の判定タイミングであるかどうかを判定する。充電制御部３においては、制御回路１８によって判定タイミングが２回目であると判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。一方、制御回路１８によって判定タイミングが２回目ではないと判定されたときは、図６に示すステップＳ１７に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための処理を行う。
【００８９】
次に、電圧上昇率低下を検出する処理を行うステップＳ１７以降について、図６に示すフローチャートを参照にして説明する。
【００９０】
充電制御部３は、ステップＳ１７において、充電末期の電池電圧の上昇があったことを示す判定フラグ等がＲＡＭ２２にセットされているかどうかを制御回路１８が判定する。そして、充電制御部３においては、制御回路１８が充電末期の電池電圧の上昇がないと判定したときはステップＳ１８に進み、制御回路１８が充電末期の電池電圧の上昇があったと判定したときはステップＳ２５に進む。
【００９１】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１８において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したことを示す判定フラグ等がＲＡＭ２２にセットされているかどうかを制御回路１８が判定する。そして、充電制御部３においては、制御回路１８よって充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息していないと判定されたときはステップＳ１９に進み、制御回路１８によって充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定されたときはステップＳ２３に進む。
次に、充電制御部３は、ステップＳ１９において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息しているかどうかを判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、差分電圧データＶｄ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９２】
充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値以下であると判定されたときは、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定し、ステップＳ２０に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値より大であると判定されたときは、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息していないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ１９で用いる閾値となる電圧値は、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息しているかどうかを判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００９３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２０において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したことを示す判定フラグ等を制御回路１８がＲＡＭ２２にセットし、ステップＳ２１に進む。
【００９４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２１において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息された電池３０が満充電状態であるか否かを判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている電圧データＶｍ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、電圧データＶｍ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９５】
充電制御部３においては、制御回路１８によって電圧データＶｍ１が閾値となる電圧値以上であると判定されたときは、電池３０が満充電状態であると判定し、ステップＳ２２に進む。一方、制御回路１８によって電圧データＶｍ１が閾値となる電圧値より小であると判定されたときは、電池３０が満充電状態ではないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ２１で用いる閾値となる電圧値は、電池３０が満充電状態であるかどうかを判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００９６】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２２において、満充電状態の電池３０に対し、これ以上、パルス充電が行われないように、制御回路１８がスイッチング素子１７を制御して電源回路部２と電池３０との間の電気的な接続をオフの状態にしてパルス充電を強制的に終了するか、若しくは電池３０にトリクル充電が行われるように電源回路部２等を制御する。
【００９７】
これにより、充電装置１では、例えば未充電状態か、充電状態かが判定できない電池３０をパルス充電した場合でも、電池３０が過充電されて劣化してしまうことを防止できる。
【００９８】
次に、ステップＳ２１でステップＳ３に進み、ステップＳ３以降の処理が繰り返された後に、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定された電池３０がステップＳ１８でステップＳ２３に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ２３において、充電末期の電池電圧の上昇の有無を判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、差分電圧データＶｄ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９９】
充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値以上であると判定されたときは、充電末期の電池電圧の上昇があったと判定し、ステップＳ２４に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値より小であると判定されたときは、充電末期の電池電圧の上昇がないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ２３で用いる閾値となる電圧値は、充電末期の電池電圧の上昇の有無を判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【０１００】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２４において、充電末期の電池電圧の上昇があったことを示す判定フラグ等を制御回路１８がＲＡＭ２２にセットし、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【０１０１】
次に、ステップＳ２４からステップＳ３に進み、ステップＳ３以降の処理が繰り返された後に、充電末期の電池電圧の上昇があったと判定された電池３０がステップＳ１７でステップＳ２５に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ２５において、充電末期の充電電圧の上昇で入力電圧データＶｉｎが最大値に達する前に電池３０のパルス充電を制御するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と差分電圧データＶｄ２とを比較し、差分電圧データＶｄ１と差分電圧データＶｄ２との大小を判定する。
【０１０２】
このとき、充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１の値が差分電圧データＶｄ２の値よりも小であると判定されたとき、充電末期の差分電圧データＶｄ１が直前の差分電圧データＶｄ２より低下した、すなわち電圧上昇率低下が検出されたと判定し、ステップＳ２６に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１の値が差分電圧データＶｄ２の値以上であると判定されたときは、充電末期の差分電圧データＶｄ１が直前の差分電圧データＶｄ２より上昇している、すなわち電圧上昇率低下がまだ検出されていないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【０１０３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出したと判定した制御回路１８がタイマ回路１９にセット信号を送信し、セット信号を受信したタイマ回路１９が予め設定された時間の間だけタイマを作動し、ステップＳ２７に進む。
【０１０４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２７において、タイマ回路１９がタイマの作動時間が予め設定された時間に達したかどうかを判定する。そして、充電制御部３において、タイマ回路１９によってタイマの作動時間が予め設定された時間に達したと判定されたときは、電池３０が満充電状態になったと判定してステップＳ２２に進み、制御回路１８が電池３０のパルス充電を強制的に終了するか、若しくは電池３０にトリクル充電が行われるように電源回路部２等を制御する。一方、タイマ回路１９によってタイマの作動時間が予め設定された時間に達してないと判定されたときは、電池３０がまだ満充電状態になっていないと判定し、ステップＳ２７の処理を繰り返す。
【０１０５】
以上で説明した電池の充電方法では、電圧検出回路１６が検出した充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎに基づいて電池３０を一次電池、二次電池の何れかであるかを判定することで、電圧を印加することで電池電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を利用できることから、電池３０が一次電池、二次電池の何れかであるかの判定を容易且つ適切に行うことができる。
【０１０６】
また、この方法では、電圧検出回路１６が検出した休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎに基づいてパルス充電を制御することで、充電電流により生じる電池電圧の誤差が抑えられ、誤差の無い電池電圧でパルス充電を適切に制御できることから、電池３０を過充電したり、充電不足にさせたりすることを防止できる。
【０１０７】
さらに、この方法では、ステップＳ１８で電池電圧が上昇したと判定され、ステップＳ２５で電圧上昇率低下が検出されたときに、電池が充電末期に近づいたと充電制御部３が判断することから、充電末期に小さな電圧降下しか生じないような、例えば電池定格容量の０．３Ｃよりも小さな電流値で充電した場合でも充電末期を適切に判定でき、電池３０を満充電状態までパルス充電することができる。
【０１０８】
さらにまた、この方法では、電圧上昇率低下の検出により充電末期を判定してパルス充電を制御することで、従来のような電池定格容量の０．３Ｃ〜１Ｃ程度の高レートな電流値で急速充電した場合に、充電末期における電池温度の急激な上昇が起こる前にパルス充電を制御できることから、充電末期に電池３０の温度が上昇して起こる電池特性の劣化を防止できる。
【０１０９】
ここで、電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図を図７に示す。図７中ｄｔは判定タイミングの時間間隔を示し、図７中ｄＶは判定タイミングの時間間隔当たりの電圧変化を示し、図７中５０は電圧変化を示し、図７中５１は温度変化を示している。なお、図７では、横軸に充電経過時間を示し、２つの縦軸に充電電圧、充電時の電池温度をそれぞれ示している。
【０１１０】
図７に示す評価結果から、充電末期の電圧上昇率低下が起こるポイントＣは、図７中の判定タイミングの時間間隔当たりの電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）Ｄ１と電圧変化率Ｄ２との間であり、この時点では電池温度の急激な上昇が起こっていないことがわかる。したがって、充電装置１においては、電圧上昇率低下を検出した際に、パルス充電を制御することで電池温度の急激な上昇を防止することができる。
【０１１１】
また、図７に示す評価結果から、充電末期の電圧上昇率低下は、充電電圧が最高となるポイントＥより前段側で起きていることがわかる。したがって、充電装置１においては、充電末期の電圧上昇率低下を検出することで、従来のような充電電圧最高値や充電末期の電圧降下等を検出しなくても充電末期に近づいたことを判定することができる。これにより、充電装置１においては、例えば充電末期に小さな電圧降下しか生じないような電流値で充電しても充電末期を適切に判定でき、満充電状態までパルス充電することができる。
【０１１２】
上述した充電方法では、ステップＳ１０以降もパルス波形を有する充電電流で電池３０の充電を行うことを例に挙げて説明しているが、このことに限定されず、上述した充電方法においてはステップＳ１０以降を、例えばパルス波形を有することのない直流電流で電池３０の充電を行うこともできる。
【０１１３】
また、上述した充電方法では、ステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出した後に、ステップＳ２６でタイマ回路１９のタイマが作動している間充電してからステップＳ２２に進んで充電を制御しているが、このことに限定されることはなく、例えばステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出した後、すぐにステップＳ２２に進んで充電を停止又は制御させることもできる。
【０１１４】
なお、上述した実施の形態においては、外形形状が略円筒状の電池３０を例に挙げて説明しているが、このことに限定されることはなく、例えばコイン型、ボタン型、ガム型等、様々な形状のアルカリ二次電池にも適用可能である。また、アルカリ二次電池に限らず、リチウムイオン二次電池、ニッケル−亜鉛電池等の二次電池にも適用可能である。
【０１１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電池をパルス充電する際に、充電状態の電池電圧に基づいて電池を一次電池、二次電池の何れかであるかを判定し、休止状態の開放された電池電圧に基づいてパルス充電を制御する。このように、本発明によれば、充電状態の電池電圧及び休止状態の開放された電池電圧をそれぞれ用途に応じて使い分けることで、電池の判定や充電制御を容易且つ適切に行うことができる。
【０１１６】
また、本発明によれば、電池電圧が上昇した後に、電圧上昇率低下を検出することで電池が充電末期に近づいたと判定し、電池の充電を制御する。したがって、本発明によれば、例えば充電末期に小さな電圧降下しか生じないような電流値で充電しても満充電状態まで充電でき、充電不足等を防止できる。
【０１１７】
さらに、本発明によれば、電圧上昇率低下を検出することで充電末期を判定できることから、従来のような高レートな電流値で急速充電した場合に起こっていた充電末期における電池温度の急激な上昇が起こる前に充電を制御でき、電池が高温になって劣化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した充電装置を示す模式図である。
【図２】同充電装置で充電されるアルカリ二次電池の内部構造を示す斜視図である。
【図３】同充電装置でアルカリ二次電池を充電する際の電池を判定する処理を説明するフローチャートである。
【図４】アルカリ二次電池をパルス充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図５】同充電装置でアルカリ二次電池を充電する際の各判定タイミングにおける処理を説明するフローチャートである。
【図６】同充電装置でアルカリ二次電池を充電する際の電圧上昇率低下の検出する処理を説明するフローチャートである。
【図７】アルカリ二次電池を充電した際の電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図８】一次電池及びニッケル水素二次電池をパルス充電した際の休止状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図９】一次電池及びニッケル水素二次電池をパルス充電した際の充電状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図１０】ニッケル水素二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図１１】ニッケル水素二次電池を急速充電した際の電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図１２】ニッケル水素二次電池を３時間〜７時間かけて充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 充電装置、２ 電源回路部、３ 充電制御部、４ 電池保持部、５ 入力フィルタ、６ 整流回路、７ パルス幅変調コンバータ、８ 出力検出部、９ パルス幅変調制御回路、１０ トランス、１１，１７ スイッチング素子、１２平滑コンデンサ、１３ ダイオード、１４ フォトカプラ、１５ 作動増幅回路、１６ 電圧検出回路、１６ａ アナログ／デジタル変換器、１８ 制御回路、１９ タイマ回路、２０ 入力部、２１ リード・オンリ・メモリ、２２ ランダム・アクセス・メモリ、２３ 中央演算処理装置、２４ 正極端子、２５ 負極端子、３０ アルカリ二次電池、３１ 電池素子、３２ 電解液、３３ 外装容器、３４ 封口蓋体
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出した電池の電池電圧より得られる電圧上昇率で充電を制御する二次電池の充電装置及び充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等のポータブル化された電子機器の進歩に伴って、これら電子機器のポータブル電源となる二次電池に対する高容量化や長寿命化等の要求が高まっている。
【０００３】
例えば、従来から使用されているニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）二次電池では、高容量化を図るために、焼結式の電極板に代えて３次元構造を有する非焼結式の電極板を用いたものが開発されている。また、最近では、更なる高容量化を可能とするアルカリ二次電池として、負極に水素吸蔵合金を用いたニッケル水素（Ｎｉ−Ｈ）二次電池が注目されている。
【０００４】
このニッケル水素二次電池では、負極に水素吸蔵合金粉末を集電体に固定した構造のものを使用することで、従来のアルカリ二次電池において代表的な負極材料であるカドミウム（Ｃｄ）に比べて、単位重量当り又は単位容量当りのエネルギー密度を高めることが可能である。また、高容量化の他にも、Ｃｄ等のように環境を汚染する虞れがないといった優れた特徴を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２８８７４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したニッケル水素二次電池は、一般的に充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電方式で充電が行われる。この方式では、電池電圧が安定している休止状態の開放された電池電圧を検出し、この検出された休止状態の電池電圧に基づいて充電を制御させる。
【０００７】
しかしながら、このような休止状態の電池電圧により充電を制御する方法では、図８に示すように、ニッケル水素二次電池と使用済みの一次電池（例えばアルカリ乾電池やマンガン乾電池等）との充電初期の電池電圧に差がないことから、誤って放電済みの一次電池を充電してしまう虞がある。なお、図８は、ニッケル水素二次電池及び一次電池をパルス充電した際の休止状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示しており、図８中１００はニッケル水素二次電池の電池電圧の変化を示し、図８中１０１は使用済みの一次電池の電圧変化を示し、図８中１０２は未使用の一次電池の電圧変化を示している。
【０００８】
このような問題を解決する方法としては、例えば充電状態の電池電圧で充電を制御する方法がある。このような制御方法では、図９に示すように、充電初期における電池電圧の差がニッケル水素二次電池と一次電池とで明確になることから一次電池に充電することを防ぐことができる。しかしながら、この場合、充電状態の電池電圧を検出する際に、充電電流によって検出される電池電圧に誤差が発生し、誤った充電制御を行ってしまう虞がある。なお、図９は、ニッケル水素二次電池及び一次電池をパルス充電した際の充電状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示しており、図９中２００はニッケル水素二次電池の電池電圧の変化を示し、図９中２０１は使用済みの一次電池の電圧変化を示し、図９中２０２は未使用の一次電池の電圧変化を示している。
【０００９】
また、上述したニッケル水素二次電池においては、パルス充電方式で充電する際に、充電電流を例えば電池定格容量の０．３Ｃ程度の高レートにして短時間（例えば３時間程度）で充電を行う、いわゆる急速充電で充電される。このような急速充電では、図１０に示すように、充電末期に電池電圧がピーク値から低下するニッケル水素二次電池の特性を生かし、例えば充電末期の電池電圧のピーク値を過ぎてからの所定時間当りの電圧低下（−ΔＶ）を検出し、この検出結果に基づいて満充電状態になったかどうかを判定して充電を停止又は制御させるようにしている（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１０】
しかしながら、この急速充電では、図１１に示すように、充電末期の電池電圧のピーク値を過ぎるまで充電を行うと、電池電圧のピーク値以降、電池温度が急激に上昇して高温となり、ニッケル水素二次電池が劣化して電池特性が低下することがある。なお、図１１では、横軸に充電経過時間を示し、２つの縦軸に充電電圧、充電時の電池温度をそれぞれ示している。また、図１１中３００は電池電圧の変化を示し、図１１中３０１は充電時の電池温度の変化を示している。
【００１１】
また、急速充電を行えるような充電装置は、充電を制御する電子回路等が非常に高価であり、装置自体の値段が高くなってしまう。
【００１２】
したがって、ニッケル水素二次電池においては、急速充電ではなく、例えば充電電流値を電池定格容量の０．１Ｃ以下と低レートにして長時間（８時間〜１２時間程度）かけてタイマ制御により充電させることも可能である。すなわち、電流値の低い一定の電流で所定の時間充電し、所定の時間に達したら充電を停止又は制御させる充電方法である。しかしながら、この充電方法では、充電末期の電池温度の急激な上昇は抑えられるものの、充電時間が長すぎてユーザの要求に適合していないのが現状である。
【００１３】
以上のような高レート及び低レートで充電した際に起こる問題を解決するために、例えば３時間〜７時間程度でニッケル水素二次電池が満充電状態になるような電流値で充電する方法等が考えられる。これにより、充電末期の電池温度の急激な上昇を抑えつつ、低レートで充電したときよりも充電時間を短縮することが可能となる。
【００１４】
しかしながら、この場合、図１２に示すように、充電末期に電池電圧がピーク値から低下するといったニッケル水素二次電池の特性が生じにくくなり、充電末期に電池電圧がピーク値を過ぎてからの電圧低下を検出して満充電状態になったかどうかを判定する充電制御を行うことが困難になる。また、充電末期のピーク値を過ぎてからの小さな電圧降下を検出できるように、電池電圧を検出する検出感度を高くすること等も考えられるが、この場合、電池電圧の他に外乱ノイズ等も検出してしまい、満充電状態になる前に充電を停止させる等、誤った充電制御を行ってしまう虞がある。
【００１５】
そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、充電末期の急激な温度上昇を抑えつつ、比較的短時間で満充電状態まで充電できる優れた二次電池の充電装置及びその充電方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る二次電池の充電装置は、電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う充電手段と、上記電池における充電状態の電池電圧と、休止状態の開放された電池電圧とを検出する電圧検出手段と、上記電圧検出手段が検出した上記電池の充電状態の電池電圧に基づいて、上記電池が一次電池又は二次電池のどちらであるかを判定する電池判定手段と、上記電池判定手段が上記二次電池であると判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電を制御する制御手段とを備える。上記制御手段は、上記電圧検出手段がサンプリングし検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電が開始されてから上記電池電圧が上昇したかどうかを判定する電圧判定手段と、上記電圧判定手段で上記電池電圧が上昇したと判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出する検出手段と、上記電圧上昇率低下が上記検出手段により検出されてから予め設定した時間が経過したときに、上記パルス充電を停止又は制御するタイマ回路とを有している。そして、上記電池判定手段が、上記電圧検出手段が検出した上記電池における充電状態の電池電圧が所定電圧より高いとき、一次電池であると判定して上記パルス充電を停止し、この所定電圧より低いとき、二次電池であると判定して上記パルス充電を行い、上記電圧判定手段が、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧が上記パルス充電が開始されてから上昇したと判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記検出手段で上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出し、上記電圧上昇率低下を検出したとき、上記タイマ回路で所定時間を計時し、所定時間経過したとき、満充電状態として、上記パルス充電を停止又は制御する。
【００１７】
また、本発明に係る二次電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う二次電池の充電方法は、電池におけるサンプリングした充電状態の電池電圧と休止状態の開放された電池電圧とを検出するステップと、上記電圧検出手段が検出した上記電池における充電状態の電池電圧が所定電圧より高いとき、一次電池であると判定して上記パルス充電を停止し、この所定電圧より低いとき、二次電池であると判定して上記パルス充電を行うステップと、上記電池の休止状態の開放された電池電圧が上記パルス充電が開始されてから上昇したと判定したときに、上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出するステップと、上記電圧上昇率低下を検出したとき、所定時間を計時し、所定時間経過したとき、満充電状態として、上記パルス充電を停止又は制御するステップとを有する。
【００１８】
本発明では、充電状態の電池電圧に基づいて一次電池と二次電池とを判定することで、電圧を印加することにより電池電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を利用することができることから、一次電池と二次電池とを容易且つ適切に判定できる。更に、休止状態の開放された電池電圧に基づいてパルス充電を制御することで、充電電流により生じる誤差が抑えられた電池電圧でパルス充電が制御されることから、パルス充電を容易且つ適切に制御できる。そして、休止状態の開放された電池電圧に基づいて電池電圧が上昇したと判定され、次いで電圧上昇率低下を検出したときに、電池が充電末期に近づいたと判定し、電池の充電を停止又は制御することで、充電末期に小さな電圧降下しか示さないような電流値で充電した場合でも、充電末期を判定して満充電状態まで電池を充電できると共に、従来のような充電電圧の最高値や、充電末期の電圧降下を検出する充電制御とは異なり、充電末期の電池に起こる急激な温度上昇が起こる前に充電を停止又は制御することができる。すなわち、本発明では、充電状態の電池電圧と休止状態の開放された電池電圧とを検出し、これらの電池電圧を用途に応じて使い分けることで、各判定を正確に行うことができ、結果として、二次電池を満充電状態まで充電することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した二次電池の充電装置及び充電方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、本発明を適用した充電装置について説明する。図１に示す充電装置１は、例えばアルカリ二次電池（以下、電池という。）３０に対し、電池定格容量の０．１Ｃ〜１Ｃ程度の充電電流、いわゆる低レート（０．１Ｃ）や高レート（１Ｃ）といわれる様々な電流値の充電電流でも適切に満充電状態まで充電できるものである。
【００２９】
この充電装置１は、電池３０に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う電源回路部２と、電源回路部２による電池３０のパルス充電を制御する充電制御部３と、電池３０を保持する電池保持部４とを備えている。
【００３０】
電源回路部２は、例えばスイッチング電源回路であり、家庭用交流電源等の外部電源から交流電圧を供給させるコンセント等の電源供給端子に接続される入力フィルタ５と、入力フィルタ５に接続される整流回路６と、整流回路６より供給されたパルス充電のための交流電流を昇圧／降圧させるＰＷＭ（パルス幅変調）コンバータ７と、ＰＷＭコンバータ７より電池３０に供給されるパルス電流の出力電圧を検出する出力検出部８と、出力検出部８が検出した情報に基づいてＰＷＭコンバータ７を制御するＰＷＭ制御回路９とを備えている。
【００３１】
入力フィルタ５は、電源供給端子等から入力された所定の周波数帯域の交流電流を除去し、必要な周波数帯域のパルス波形の交流電流だけを透過する。
【００３２】
整流回路６は、例えば入力フィルタ５によって必要な周波数帯域だけにされた交流電流を所定の直流電流に変換し、安定した電圧を有するパルス波形の直流電流に整える。
【００３３】
ＰＷＭコンバータ７は、一対のコイル１０ａ，１０ｂを有するトランス１０と、トランス１０に接続されてＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりオン／オフすることでＰＷＭコンバータ７に供給される直流電流を制御するスイッチング素子１１とを備えている。
【００３４】
トランス１０は、整流回路６が電気的に接続されている一次コイル１０ａと、電池３０が電気的に接続されている二次コイル１０ｂとからなり、整流回路６より一次コイル１０ａに電流が供給されることで二次コイル１０ｂが電圧を誘起して電池３０にパルス波形の充電電流を供給する。
【００３５】
スイッチング素子１１は、例えばトランジスタ等であり、一次コイル１０ａとＰＷＭ制御回路９との間に配置され、ＰＷＭ制御回路９から供給されるパルス信号に基づいてオン／オフを切り換える。スイッチング素子１１は、オンの状態ではトランス１０に電流が供給されるようにし、オフの状態ではトランス１０に直流電流が流れないようにする。
【００３６】
なお、ＰＷＭコンバータ７においては、トランス１０やスイッチング素子１１の他に、例えば二次コイル１０ｂから電池３０に供給される充電電流の電圧を平滑化させる平滑コンデンサ１２や、平滑コンデンサ１２を充電するための電流が急激に平滑コンデンサ１２に供給されることを防止するダイオード１３等を二次コイル１０ｂと電池保持部４との間に備えている。
【００３７】
このような構成のＰＷＭコンバータ７は、ＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりスイッチング素子１１がオンになると、外部電源等から供給された交流電圧を入力フィルタ５、整流回路６を介して直流電流に変換された状態でトランス１０の一次コイル１０ａに供給する。そして、ＰＷＭコンバータ７は、一次コイル１０ａに直流電圧の電流が供給されることにより二次コイル１０ｂで電圧が誘起されて二次コイル１０ｂに直流電圧の電流が発生し、ダイオード１３を介して平滑コンデンサ１２により平滑化された直流電圧の充電電流を電池３０に供給する。また、ＰＷＭコンバータ７は、ＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりスイッチング素子１１がオフになると、トランス１０の一次コイル１０ａに対する直流電流の供給が停止されることになり、電池３０に供給される充電電流を抑制する。
【００３８】
出力検出部８は、発光素子１４ａ及び受光素子１４ｂを備えるフォトカプラ１４と、ＰＷＭコンバータ７から電池３０に供給されるパルス波形の充電電流の電圧を検出する作動増幅回路１５とを備えている。
【００３９】
フォトカプラ１４は、ＰＷＭコンバータ７と電池３０との間の電圧を検出するように接続される発光ダイオード等からなる発光素子１４ａと、発光素子１４ａからの光信号を受光し、受光した光信号を電気信号に変換してＰＷＭ制御回路９に供給するフォトトランジスタ等からなる受光素子１４ｂをと備えている。そして、フォトカプラ１４は、発光素子１４ａがＰＷＭコンバータ７と電池３０との間に流れる充電電流の電圧に対応した明暗レベルの光を発光し、発光素子１４ａからの光を受光した受光素子１４ｂが受光した光信号の明暗レベルに対応した電圧レベルの電気信号をＰＷＭ制御回路９に対して出力する。
【００４０】
作動増幅回路１５は、フォトカプラ１４の発光素子１４ａに電気的に接続され、発光素子１４ａに供給される電流の電圧を制御する。具体的に、作動増幅回路１５は、所定の電圧を有する基準電圧源１５ａを備え、充電電流の電圧と基準電圧源１５ａの電圧との誤差によりフォトカプラ１４の発光素子１４ａに供給される電流の電圧を制御する。フォトカプラ１４は、作動増幅回路１５によって制御された電圧レベルに則った明暗レベルの光を発光素子１４ａが発光する。
【００４１】
このような構成の出力検出部８は、電池３０に供給されるパルス波形の充電電流の電圧に対応して制御された電圧レベルの電気信号をＰＷＭ制御回路９に出力する。すなわち、出力検出部８は、電池３０に供給される充電電流の出力状態を検出し、この検出した情報に基づいた電気信号をＰＷＭ制御回路９に出力する。
【００４２】
ＰＷＭ制御回路９は、出力検出部８から供給される電気信号の電圧レベルに対応してパルス幅を変えたパルス信号をＰＷＭコンバータ７のスイッチング素子１１に出力する。
【００４３】
以上のような構成の電源回路部２は、電源供給端子から交流電圧が入力フィルタ５、整流回路６等を介して直流電圧にされた状態でＰＷＭコンバータ７におけるトランス１０の一次コイル１０ａに供給されると、二次コイル１０ｂが誘起されて直流電圧のパルス波形を有する充電電流が生じ、この充電電流を電池３０に供給する。そして、電源回路部２は、ＰＷＭコンバータ７から供給される充電電流の出力状態を出力検出部８が検出し、その検出した情報に基づいた電圧レベルの電気信号をフォトカプラ１４がＰＷＭ制御回路９に出力する。そして、電源回路部２は、ＰＷＭ制御回路９が出力検出部８からの電気信号の電圧レベルに対応したパルス幅のパルス信号をＰＷＭコンバータ７のスイッチング素子１１に出力し、パルス信号のパルス幅に応じてスイッチング素子１１のオン／オフが制御されてトランス１０の一次コイル１０ａに供給される電流を制御する。そして、電源回路部２は、一次コイル１０ａに供給される制御された状態の電流に対応した状態の充電電流を二次コイル１０ｂから電池保持部４を介して電池３０に供給する。このように、電源回路部２は、充電電流の出力状態を確認しながら、整流回路６や平滑コンデンサ１２等で整流されたパルス波形を有する充電電流を安定した状態で電池３０に供給する。
【００４４】
充電制御部３は、電池３０の電圧を検出する電圧検出回路１６と、電池３０と電源回路部２との間の電気的な接続のオン／オフを切り換えるスイッチング素子１７と、電源回路部２やスイッチング素子１７等を制御する制御回路１８と、制御回路１８からのセット信号によって所定の時間に達したときにスイッチング素子１７のオン／オフを切り換えるタイマ回路１９と、使用者が充電電流値等の条件を充電装置に入力する入力部２０を備えている。
【００４５】
電圧検出回路１６は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１６ａを備え、充電中の電池３０の電圧を検出し、その結果をＡ／Ｄ変換器１６ａでデジタル変換された電気信号を制御回路１８等に出力する。
【００４６】
スイッチング素子１７は、例えばトランジスタ素子等であり、制御回路１８から出力された切換信号に基づいて、電池３０と電源回路部２との間の電気的な接続のオン／オフを切り換える。
【００４７】
制御回路１８は、コンピュータプログラム等が記録されているリード・オンリ・メモリ（Read Only Memory：以下、単にＲＯＭという。）２１と、ＲＯＭ２１からコンピュータプログラム等がロードされて記録されるランダム・アクセス・メモリ（Random Access Memory：以下、単にＲＡＭという。）２２と、ＩＣ（integrated circuit）チップ、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）チップ等の集積回路等からなる中央演算処理装置（Central Processing Unit：以下、ＣＰＵという。）２３とを備えている。
【００４８】
ＲＯＭ２１は、例えば、後述する電池３０の充電方法を実行するためのコンピュータプログラム等が記録され、ＣＰＵ２３からの命令に応じてコンピュータプログラムをＲＡＭ２２にロードする。
【００４９】
ＲＡＭ２２は、ＲＯＭ２１からのコンピュータプログラム等がロードされると共に、後述する判定フラグ等も記録される。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２３で演算処理されたデータ等を書き換え可能に記録する記録手段であり、ＣＰＵ２３からの命令に応じて記録されているデータをＣＰＵ２３に出力したり、書き換えたりする。
【００５０】
ＣＰＵ２３は、電圧検出回路１６から送信されたデジタル信号を、上述した集積回路等で演算処理し、命令信号や情報信号等にして電源回路部２、スイッチング素子１７、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２等に出力する。
【００５１】
そして、このようなＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、ＣＰＵ２３で構成される制御回路１８は、入力部２０等から送信された操作信号に従って電源装置１全体を制御したり、タイマ回路１９にセット信号やリセット信号を送信したりする。
タイマ回路１９は、制御回路１８からセット信号を受信すると予め設定された時間の間だけタイマを作動させ、タイマの作動中はスイッチング素子１７をオンの状態で保持する。そして、タイマ回路１９は、予め設定された時間が過ぎたときにタイマが停止し、それと同時にスイッチング素子１７をオフの状態にする。また、タイマ回路１９は、制御回路１８からのリセット信号が入力されると予め設定された時間が過ぎて停止したタイマをリセットする。
【００５２】
入力部２０は、充電装置１における電池３０に供給されるパルス波形の充電電流や、電池３０にかかる充電電圧や、電池３０が充電されている時間等の条件を使用者がキー操作等で入力するためのスイッチや、充電を開始させるための充電開始スイッチ等を備えている。そして、この入力部２０は、使用者により入力された操作信号を、例えば電源回路部２や制御回路１８等に出力する。
【００５３】
電池保持部４は、充電装置１で電池３０をパルス充電する際に、電池３０を着脱可能な状態で保持させ、保持された電池３０の端面に位置する正極外部端子に接触させることで接続される正極端子２４と、正極外部端子とは反対側の端面に位置する負極外部端子に接触させることで接続される負極端子２５とを有している。正極端子２４は、スイッチング素子１７を介して充電回路部２に電気的に接続されており、電池３０にパルス波形の充電電流を供給する。そして、正極端子２４及び負極端子２５には、接続された電池３０の正極外部端子及び負極外部端子の接触面に対して略垂直に押圧させた状態で接触させるようにする例えばコイルばね等の弾性手段が備えられている。
【００５４】
この電池保持部４は、電池３０の正極外部端子に正極端子２４を押圧させ、電池３０の負極外部端子に負極端子２５を押圧させることで、電池３０を正極端子２４と負極端子２５とに挟持させるようにして着脱可能に保持する。
【００５５】
次に、上述した構成の充電装置１でパルス充電される電池３０について図２を参照して説明する。電池３０は、電解液にアルカリ水溶液を用いた、いわゆるＮｉ−水素二次電池やＮｉ−Ｃｄ二次電池等のアルカリ二次電池である。この電池３０は、発電要素となる電池素子３１と、電池内部でイオンを移動させる際の媒体となる電解液３２と、これら電池素子３１や電解液３４等を収納する有底筒状の外装容器３３と、外装容器３３を封口する封口蓋体３４とを備えている。
【００５６】
電池素子３１は、シート状の正極３５と、シート状の負極３６と、これら正極３５と負極３６とがセパレータ３７を介した状態で積層され、長手方向に巻回されたものである。
【００５７】
正極３５は、正極活物質の粉末が正極支持体に固着されてなるもので、シート状の正極支持体である導電性金属等からなるパンチングメタルの両主面に、正極活物質を含有する正極電極層が形成されている。
【００５８】
正極３５において、正極電極層は、水酸化ニッケルを主成分とする粒子に導電層が被覆されてなる正極活物質の粉末と、この正極活物質の粉末同士を結着させる例えばポリテトラフルオロエチレン等の樹脂材料等からなる結着剤をと含有しており、必要に応じて例えばＮｉ粉、黒鉛、カーボンブラック等の導電助材を含有させることも可能である。正極電極層においては、正極活物質の粉末が結着剤を介して結着され、正極活物質の表面にある導電層同士が接触して高次構造の、金属電気伝導を示す導電性ネットワークが形成される。そして、この正極電極層は、正極支持体の両主面上に積層形成されて固着されることにより、正極支持体と電気的に接続される。
【００５９】
負極３６は、負極活物質の粉末が負極支持体に固着されてなるもので、シート状の負極支持体の両主面に、負極活物質を含有する負極電極層が形成されている。負極３６において、負極電極層は、負極活物質の粉末と、この負極活物質の粉末同士を結着させる例えばポリテトラフルオロエチレン等の樹脂材料等からなる結着剤とを含有しており、必要に応じて例えばＮｉ粉、黒鉛、カーボンブラック等の導電助材を含有させることも可能である。負極活物質には、例えば水素吸蔵合金、水酸化カドミウム等を用いる。また、負極支持体には、正極３５の場合と同様に、シート状の導電性金属等からなるパンチングメタル等を用いる。
【００６０】
セパレータ３７には、例えばポリアミド樹脂、ポリプロピレン等からなる不織布を用いることができる。
【００６１】
以上のような構成の電池素子３１は、最外周に負極３６が露出するように巻回されることで、外装容器３３に収納した際に外装用器３３の内周面に負極３６が接触により接続されることになる。
【００６２】
電解液３２は、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物のうちの何れか一種、又はこれらの混合物を水に溶解させ、必要に応じてアルカリ土類金属イオン等を添加させたものである。
【００６３】
外装容器３３は、例えば導電性金属等からなる有底筒状容器であり、底部が円状にされている。なお、外装容器３３には、例えば矩形状、扁平円状等の底部を有する有底筒状容器を用いることもできる。この外装容器３３は、負極３６が内周面で電気的に接触されることで電池３０の外部負極端子となる。
【００６４】
封口蓋体３４は、外装容器３３に収納された電池素子３１の正極３５と例えば導電性金属等からなるリード端子３５ａを介して電気的に接続され、電池３０の外部正極端子となる。
【００６５】
そして、以上のような構成の電池３０は、外装容器３３に電池素子３１及び電解液３２が収納され、外装容器３３の開口部に封口蓋体３４が樹脂材料等からなるガスケット３８を介して圧入された状態で、外装容器３３の開口部付近を内側に曲げ加工、いわゆるかしめ加工されることで封口蓋体３４が強固に固定されて電池素子３１及び電解液３２を密閉封入させたものである。また、電池３０は、外装容器３３をかしめ加工した際に、外装容器３３の開口部の縁部全周でガスケット３８がはみ出るようにされており、外部負極端子となる外装容器３３と外部正極端子となる封口蓋体３４とが接触しないようにされている。
【００６６】
次に、上述した充電装置１を用いた電池３０の充電方法について説明する。先ず、ステップＳ１〜ステップＳ９の処理について、図３に示すフローチャートを参照にしながら説明する。
【００６７】
使用者は、ステップＳ１において、例えば家庭用交流電源等にコンセント等の電源供給端子を接続させたり、入力部２０装置全体の電源スイッチ等をオンしたりすることで各回路等を起動させ、充電装置１を電池３０の充電が可能な状態にする。
【００６８】
次に、使用者は、ステップＳ２において、電池３０を電池保持部４に保持する。電池３０を電池保持部４に保持する際は、電池３０の正極外部端子を正極端子２４で押圧させ、電池３０の負極外部端子を負極端子２５で押圧させるようにして電池３０を着脱可能に保持する。このとき、電池３０は、図４に示すように、充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス波形の直流電流が流れて、充電状態の電池電圧（以下、充電電圧と記す。）Ａと、休止状態の開放された電池電圧（以下、休止電圧と記す。）Ｂとを所定の周期で繰り返し示すことになる。なお、図４では、横軸に充電経過時間を示し、縦軸に充電電圧を示している。
【００６９】
次に、充電制御部３は、ステップＳ３において、電圧検出回路１６が正極端子２４と負極端子２５との間の充電電圧Ａ及び休止電圧Ｂを所定の時間間隔で検出し、検出した充電電圧Ａ及び休止電圧ＢのデータをＡ／Ｄ変換器１６ａでアナログ信号からデジタル信号に変換して制御回路１８のＣＰＵ２３に所定の時間間隔で出力する。そして、充電制御部３は、充電電圧Ａ及び休止電圧Ｂを所定の時間間隔でサンプリングしてＣＰＵ２３に入力された入力電圧データＶｉｎを例えばＲＯＭ２１やＲＡＭ２２等に出力する。
【００７０】
次に、充電制御部３は、ステップＳ４において、電池３０が電池保持部４に保持されているか、いないかを電圧検出回路１６でサンプリングされた入力電圧データＶｉｎに基づいて制御回路１８が判定する。このとき、制御回路１８は、電池保持部４に電池３０が保持されているか、いないかの判定の他に、保持されている場合は正負極等が正確に保持されているかも判定する。そして、制御回路１８は、電池３０が電池保持部４に正確に保持されていると判定したとき、ステップＳ５に進む。一方、制御回路１８は、電池３０が電池保持部４に保持されていないと判断、若しくは正確に保持されていないと判定したとき、ステップＳ４の処理を繰り返す。
【００７１】
次に、充電制御部３は、ステップＳ５において、電圧検出回路１６でサンプリングされた入力電圧データＶｉｎが充電電圧Ａのものか、休止電圧Ｂのものかを制御回路１８が判定する。そして、制御回路１８が休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎであると判定したときは、ステップＳ６に進み、制御回路１８が充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎであると判定したときは、ステップＳ９に進む。
【００７２】
次に、充電制御部３は、ステップＳ６において、制御回路１８が休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録されている予め設定された閾値となる電圧値と比較し、休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いか、低いかを判定する。
【００７３】
制御回路１８によって休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも低いと判定されたときは、電池３０が内部短絡していると制御回路１８が判断してステップＳ７に進む。一方、制御回路１８によって休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いと判定されたときは、電池３０が内部短絡してないと制御回路１８が判断して図５に示すステップＳ１０に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ６で用いられる閾値となる電圧値は、電池３０の内部短絡を判定する所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００７４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ７において、電池保持部４に保持されている電池３０がステップＳ６で内部短絡していると判定される等、異常のある電池３０であることを知らせるサインを例えばランプを点滅させる等して表示する。
【００７５】
次に、充電制御部３は、ステップ８において、ステップＳ６で内部短絡していると判定された電池３０が充電されることがないように、充電制御部３がスイッチング素子１７を制御して電源回路部２と電池３０との間の電気的な接続をオフの状態にしてパルス充電を強制的に終了する。
【００７６】
これにより、充電装置１では、例えば誤って内部短絡している電池３０を誤って保持させてしまった場合でも、内部短絡している電池３０がパルス充電されることなく電池保持部４より不具合のある電池３０を排出することができる。
【００７７】
次に、ステップＳ５で制御回路１８によって入力電圧データＶｉｎが充電電圧Ａのものであると判定されてステップＳ９に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ９において、制御回路１８が充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録されている予め設定された閾値となる電圧値と比較し、充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いか、低いかを判定する。
【００７８】
充電制御部３において、制御回路１８によって充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも高いと判定されたときは、電池３０が一次電池であると制御回路１８が判定してステップＳ７に進み、ステップＳ７で電池３０が一次電池であって異常であることを示すサインが表示されてステップＳ８に進み、ステップＳ８で一次電池である電池３０が充電されることがないようにパルス充電を強制的に終了する。一方、制御回路１８によって充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎが閾値となる電圧値よりも低いと判定されたときは、電池３０が二次電池であると制御回路１８が判断したことになり、ステップＳ６で内部短絡していないと判定されたときと同様に、図５に示すステップＳ１０に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための制御を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ９で用いられる閾値となる電圧値は、電池３０が二次電池であるかどうかを判定する所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００７９】
これにより、充電装置１では、例えば誤って電池保持部４に一次電池を保持させてしまった場合でも、一次電池がパルス充電されることなく電池保持部４より一次電池を排出することができる。
【００８０】
以上で説明したステップＳ１〜ステップＳ９では、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎと休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎとをそれぞれ用途に応じて使い分けている。具体的に、充電装置１においては、電圧を印加することで電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を用いることで一次電池と二次電池とを容易且つ適切に判定できることから、充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎを電池３０が一次電池又は二次電池のどちらかであるかを判定するために利用している。また、充電電流により検出された入力電圧データＶｉｎに誤差が生じることのない休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎを電池３０の内部短絡の有無を判定するために利用している。そして、電池３０は、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎと休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎとにより、二次電池であり且つ内部短絡してないと判定されたものがステップＳ１０以降の処理に進み、満充電状態までパルス充電されることになる。
【００８１】
次に、電圧検出回路１６でサンプリングされた充電電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎをＲＡＭ２２に記録する処理を行うステップＳ１０以降について、図５に示すフローチャートを参照にして説明する。
【００８２】
充電制御部３は、ステップＳ１０において、充電装置１のパルス充電を制御する際に、所定の時間間隔で繰り返される各充電操作の処理を行うための判定を下すときを判定タイミングとし、今このときが判定タイミングであるか否かを制御回路１８が判定する。そして、制御回路１８によって判定タイミングであると判定されたときは、ステップＳ１１に進み、制御回路１８によって判定タイミングでないと判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【００８３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１１において、電圧検出回路１６でサンプリングされた前回の休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎ（以下、電圧データＶｍ１と記す。）を、前々回の休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎ（以下、電圧データＶｍ２と記す。）がＲＡＭ２２の記録されていた領域に移し、新たな電圧データＶｍ２としてＲＡＭ２２に記録し、ステップＳ１２に進む。
【００８４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１２において、ＲＡＭ２２の電圧データＶｍ１が記録されていた領域に電圧検出回路１６でサンプリングされた休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎを新たな電圧データＶｍ１として記録し、ステップＳ１３に進む。
【００８５】
次に、充電制御部３は、ステップ１３において、制御回路１８が１回目の判定タイミングであるかどうかを判定する。制御回路１８によって判定タイミングが１回目であると判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。一方、制御回路１８によって判定タイミングが１回目ではないと判定されたときは、ステップＳ１４に進む。
【００８６】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１４において、ＲＡＭ２２に記録された電圧データＶｍ１、電圧データＶｍ２を制御回路１８が演算処理、すなわち電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１の式より得られる前回差分電圧（以下、差分電圧データＶｄ１と記す。）を、前々回差分電圧（以下、差分電圧データＶｄ２と記す。）がＲＡＭ２２に記録されていた領域に移し、新たな差分電圧データＶｄ２としてＲＡＭ２２に記録し、ステップＳ１５に進む。なお、差分電圧データＶｄ１は、電圧データＶｍ１が検出されてから電圧データＶｍ２が検出されるまでの所定の時間間隔当たりに電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１の分だけ電圧変化があったことを示しており、電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１が０より大きい場合は電圧上昇率であり、電圧データＶｍ２−電圧データＶｍ１が０より小さい場合は電圧低下率である。
【００８７】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１５において、ＲＡＭ２２の差分電圧データＶｄ１が記録されていた領域に、制御回路１８が演算処理を行い得られた最新の差分電圧を新たな差分電圧データＶｄ１として記録し、ステップＳ１６に進む。
【００８８】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１６において、制御回路１８が２回目の判定タイミングであるかどうかを判定する。充電制御部３においては、制御回路１８によって判定タイミングが２回目であると判定されたときは、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。一方、制御回路１８によって判定タイミングが２回目ではないと判定されたときは、図６に示すステップＳ１７に進み、電池３０を満充電状態までパルス充電するための処理を行う。
【００８９】
次に、電圧上昇率低下を検出する処理を行うステップＳ１７以降について、図６に示すフローチャートを参照にして説明する。
【００９０】
充電制御部３は、ステップＳ１７において、充電末期の電池電圧の上昇があったことを示す判定フラグ等がＲＡＭ２２にセットされているかどうかを制御回路１８が判定する。そして、充電制御部３においては、制御回路１８が充電末期の電池電圧の上昇がないと判定したときはステップＳ１８に進み、制御回路１８が充電末期の電池電圧の上昇があったと判定したときはステップＳ２５に進む。
【００９１】
次に、充電制御部３は、ステップＳ１８において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したことを示す判定フラグ等がＲＡＭ２２にセットされているかどうかを制御回路１８が判定する。そして、充電制御部３においては、制御回路１８よって充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息していないと判定されたときはステップＳ１９に進み、制御回路１８によって充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定されたときはステップＳ２３に進む。
次に、充電制御部３は、ステップＳ１９において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息しているかどうかを判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、差分電圧データＶｄ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９２】
充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値以下であると判定されたときは、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定し、ステップＳ２０に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値より大であると判定されたときは、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息していないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ１９で用いる閾値となる電圧値は、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息しているかどうかを判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００９３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２０において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したことを示す判定フラグ等を制御回路１８がＲＡＭ２２にセットし、ステップＳ２１に進む。
【００９４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２１において、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息された電池３０が満充電状態であるか否かを判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている電圧データＶｍ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、電圧データＶｍ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９５】
充電制御部３においては、制御回路１８によって電圧データＶｍ１が閾値となる電圧値以上であると判定されたときは、電池３０が満充電状態であると判定し、ステップＳ２２に進む。一方、制御回路１８によって電圧データＶｍ１が閾値となる電圧値より小であると判定されたときは、電池３０が満充電状態ではないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ２１で用いる閾値となる電圧値は、電池３０が満充電状態であるかどうかを判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【００９６】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２２において、満充電状態の電池３０に対し、これ以上、パルス充電が行われないように、制御回路１８がスイッチング素子１７を制御して電源回路部２と電池３０との間の電気的な接続をオフの状態にしてパルス充電を強制的に終了するか、若しくは電池３０にトリクル充電が行われるように電源回路部２等を制御する。
【００９７】
これにより、充電装置１では、例えば未充電状態か、充電状態かが判定できない電池３０をパルス充電した場合でも、電池３０が過充電されて劣化してしまうことを防止できる。
【００９８】
次に、ステップＳ２１でステップＳ３に進み、ステップＳ３以降の処理が繰り返された後に、充電開始から最初の電池電圧の上昇が終息したと判定された電池３０がステップＳ１８でステップＳ２３に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ２３において、充電末期の電池電圧の上昇の有無を判定するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と予め設定された閾値となる電圧値とを比較し、差分電圧データＶｄ１と閾値となる電圧値との大小を判定する。
【００９９】
充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値以上であると判定されたときは、充電末期の電池電圧の上昇があったと判定し、ステップＳ２４に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１が閾値となる電圧値より小であると判定されたときは、充電末期の電池電圧の上昇がないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。なお、充電制御部３において、ステップＳ２３で用いる閾値となる電圧値は、充電末期の電池電圧の上昇の有無を判定するための所定値として、使用者が入力部２０から入力することでＲＡＭ２２に記録される。
【０１００】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２４において、充電末期の電池電圧の上昇があったことを示す判定フラグ等を制御回路１８がＲＡＭ２２にセットし、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【０１０１】
次に、ステップＳ２４からステップＳ３に進み、ステップＳ３以降の処理が繰り返された後に、充電末期の電池電圧の上昇があったと判定された電池３０がステップＳ１７でステップＳ２５に進んだ場合について説明する。充電制御部３は、ステップＳ２５において、充電末期の充電電圧の上昇で入力電圧データＶｉｎが最大値に達する前に電池３０のパルス充電を制御するために、制御回路１８がＲＡＭ２２に記録されている差分電圧データＶｄ１と差分電圧データＶｄ２とを比較し、差分電圧データＶｄ１と差分電圧データＶｄ２との大小を判定する。
【０１０２】
このとき、充電制御部３においては、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１の値が差分電圧データＶｄ２の値よりも小であると判定されたとき、充電末期の差分電圧データＶｄ１が直前の差分電圧データＶｄ２より低下した、すなわち電圧上昇率低下が検出されたと判定し、ステップＳ２６に進む。一方、制御回路１８によって差分電圧データＶｄ１の値が差分電圧データＶｄ２の値以上であると判定されたときは、充電末期の差分電圧データＶｄ１が直前の差分電圧データＶｄ２より上昇している、すなわち電圧上昇率低下がまだ検出されていないと判定し、図３に示したステップＳ３に進んでステップＳ３以降の処理を行う。
【０１０３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出したと判定した制御回路１８がタイマ回路１９にセット信号を送信し、セット信号を受信したタイマ回路１９が予め設定された時間の間だけタイマを作動し、ステップＳ２７に進む。
【０１０４】
次に、充電制御部３は、ステップＳ２７において、タイマ回路１９がタイマの作動時間が予め設定された時間に達したかどうかを判定する。そして、充電制御部３において、タイマ回路１９によってタイマの作動時間が予め設定された時間に達したと判定されたときは、電池３０が満充電状態になったと判定してステップＳ２２に進み、制御回路１８が電池３０のパルス充電を強制的に終了するか、若しくは電池３０にトリクル充電が行われるように電源回路部２等を制御する。一方、タイマ回路１９によってタイマの作動時間が予め設定された時間に達してないと判定されたときは、電池３０がまだ満充電状態になっていないと判定し、ステップＳ２７の処理を繰り返す。
【０１０５】
以上で説明した電池の充電方法では、電圧検出回路１６が検出した充電電圧Ａの入力電圧データＶｉｎに基づいて電池３０を一次電池、二次電池の何れかであるかを判定することで、電圧を印加することで電池電圧に大きな差が生じる一次電池及び二次電池の特性を利用できることから、電池３０が一次電池、二次電池の何れかであるかの判定を容易且つ適切に行うことができる。
【０１０６】
また、この方法では、電圧検出回路１６が検出した休止電圧Ｂの入力電圧データＶｉｎに基づいてパルス充電を制御することで、充電電流により生じる電池電圧の誤差が抑えられ、誤差の無い電池電圧でパルス充電を適切に制御できることから、電池３０を過充電したり、充電不足にさせたりすることを防止できる。
【０１０７】
さらに、この方法では、ステップＳ１８で電池電圧が上昇したと判定され、ステップＳ２５で電圧上昇率低下が検出されたときに、電池が充電末期に近づいたと充電制御部３が判断することから、充電末期に小さな電圧降下しか生じないような、例えば電池定格容量の０．３Ｃよりも小さな電流値で充電した場合でも充電末期を適切に判定でき、電池３０を満充電状態までパルス充電することができる。
【０１０８】
さらにまた、この方法では、電圧上昇率低下の検出により充電末期を判定してパルス充電を制御することで、従来のような電池定格容量の０．３Ｃ〜１Ｃ程度の高レートな電流値で急速充電した場合に、充電末期における電池温度の急激な上昇が起こる前にパルス充電を制御できることから、充電末期に電池３０の温度が上昇して起こる電池特性の劣化を防止できる。
【０１０９】
ここで、電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図を図７に示す。図７中ｄｔは判定タイミングの時間間隔を示し、図７中ｄＶは判定タイミングの時間間隔当たりの電圧変化を示し、図７中５０は電圧変化を示し、図７中５１は温度変化を示している。なお、図７では、横軸に充電経過時間を示し、２つの縦軸に充電電圧、充電時の電池温度をそれぞれ示している。
【０１１０】
図７に示す評価結果から、充電末期の電圧上昇率低下が起こるポイントＣは、図７中の判定タイミングの時間間隔当たりの電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）Ｄ１と電圧変化率Ｄ２との間であり、この時点では電池温度の急激な上昇が起こっていないことがわかる。したがって、充電装置１においては、電圧上昇率低下を検出した際に、パルス充電を制御することで電池温度の急激な上昇を防止することができる。
【０１１１】
また、図７に示す評価結果から、充電末期の電圧上昇率低下は、充電電圧が最高となるポイントＥより前段側で起きていることがわかる。したがって、充電装置１においては、充電末期の電圧上昇率低下を検出することで、従来のような充電電圧最高値や充電末期の電圧降下等を検出しなくても充電末期に近づいたことを判定することができる。これにより、充電装置１においては、例えば充電末期に小さな電圧降下しか生じないような電流値で充電しても充電末期を適切に判定でき、満充電状態までパルス充電することができる。
【０１１２】
上述した充電方法では、ステップＳ１０以降もパルス波形を有する充電電流で電池３０の充電を行うことを例に挙げて説明しているが、このことに限定されず、上述した充電方法においてはステップＳ１０以降を、例えばパルス波形を有することのない直流電流で電池３０の充電を行うこともできる。
【０１１３】
また、上述した充電方法では、ステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出した後に、ステップＳ２６でタイマ回路１９のタイマが作動している間充電してからステップＳ２２に進んで充電を制御しているが、このことに限定されることはなく、例えばステップＳ２５で電圧上昇率低下を検出した後、すぐにステップＳ２２に進んで充電を停止又は制御させることもできる。
【０１１４】
なお、上述した実施の形態においては、外形形状が略円筒状の電池３０を例に挙げて説明しているが、このことに限定されることはなく、例えばコイン型、ボタン型、ガム型等、様々な形状のアルカリ二次電池にも適用可能である。また、アルカリ二次電池に限らず、リチウムイオン二次電池、ニッケル−亜鉛電池等の二次電池にも適用可能である。
【０１１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電池をパルス充電する際に、充電状態の電池電圧に基づいて電池を一次電池、二次電池の何れかであるかを判定し、休止状態の開放された電池電圧に基づいてパルス充電を制御する。このように、本発明によれば、充電状態の電池電圧及び休止状態の開放された電池電圧をそれぞれ用途に応じて使い分けることで、電池の判定や充電制御を容易且つ適切に行うことができる。
【０１１６】
また、本発明によれば、電池電圧が上昇した後に、電圧上昇率低下を検出することで電池が充電末期に近づいたと判定し、電池の充電を制御する。したがって、本発明によれば、例えば充電末期に小さな電圧降下しか生じないような電流値で充電しても満充電状態まで充電でき、充電不足等を防止できる。
【０１１７】
さらに、本発明によれば、電圧上昇率低下を検出することで充電末期を判定できることから、従来のような高レートな電流値で急速充電した場合に起こっていた充電末期における電池温度の急激な上昇が起こる前に充電を制御でき、電池が高温になって劣化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した充電装置を示す模式図である。
【図２】同充電装置で充電されるアルカリ二次電池の内部構造を示す斜視図である。
【図３】同充電装置でアルカリ二次電池を充電する際の電池を判定する処理を説明するフローチャートである。
【図４】アルカリ二次電池をパルス充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図５】同充電装置でアルカリ二次電池を充電する際の各判定タイミングにおける処理を説明するフローチャートである。
【図６】同充電装置でアルカリ二次電池を充電する際の電圧上昇率低下の検出する処理を説明するフローチャートである。
【図７】アルカリ二次電池を充電した際の電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図８】一次電池及びニッケル水素二次電池をパルス充電した際の休止状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図９】一次電池及びニッケル水素二次電池をパルス充電した際の充電状態の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図１０】ニッケル水素二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図１１】ニッケル水素二次電池を急速充電した際の電池電圧、電池温度と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図１２】ニッケル水素二次電池を３時間〜７時間かけて充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 充電装置、２ 電源回路部、３ 充電制御部、４ 電池保持部、５ 入力フィルタ、６ 整流回路、７ パルス幅変調コンバータ、８ 出力検出部、９ パルス幅変調制御回路、１０ トランス、１１，１７ スイッチング素子、１２平滑コンデンサ、１３ ダイオード、１４ フォトカプラ、１５ 作動増幅回路、１６ 電圧検出回路、１６ａ アナログ／デジタル変換器、１８ 制御回路、１９ タイマ回路、２０ 入力部、２１ リード・オンリ・メモリ、２２ ランダム・アクセス・メモリ、２３ 中央演算処理装置、２４ 正極端子、２５ 負極端子、３０ アルカリ二次電池、３１ 電池素子、３２ 電解液、３３ 外装容器、３４ 封口蓋体
Claims (8)
- 電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う充電手段と、
上記電池における充電状態の電池電圧と、休止状態の開放された電池電圧とを検出する電圧検出手段と、
上記電圧検出手段が検出した上記電池の充電状態の電池電圧に基づいて、上記電池が一次電池又は二次電池のどちらであるかを判定する電池判定手段と、
上記電池判定手段が上記二次電池であると判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記電圧検出手段がサンプリングし検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記パルス充電が開始されてから上記電池電圧が上昇したかどうかを判定する電圧判定手段と、
上記電圧判定手段で上記電池電圧が上昇したと判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出する検出手段と、
上記電圧上昇率低下が上記検出手段により検出されてから予め設定した時間が経過したときに、上記パルス充電を停止又は制御するタイマ回路とを有しており、
上記電池判定手段が、上記電圧検出手段が検出した上記電池における充電状態の電池電圧が所定電圧より高いとき、一次電池であると判定して上記パルス充電を停止し、この所定電圧より低いとき、二次電池であると判定して上記パルス充電を行い、
上記電圧判定手段が、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧が上記パルス充電が開始されてから上昇したと判定したときに、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記検出手段で上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出し、
上記電圧上昇率低下を検出したとき、上記タイマ回路で所定時間を計時し、所定時間経過したとき、満充電状態として、上記パルス充電を停止又は制御する二次電池の充電装置。 - 更に、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池が短絡しているかどうかを判定する短絡判定手段を備え、
上記短絡判定手段は、上記電圧検出手段が検出した上記電池の休止状態の開放された電池電圧が閾値より高いと判定したとき上記パルス充電を行い、低いと判定したとき上記パルス充電を停止する請求項１記載の二次電池の充電装置。 - 更に、上記検出手段により上記電圧上昇率低下が検出される前に、上記電圧検出手段により検出された上記電池の休止状態の開放された電池電圧が所定の値に達したかどうかを判定する更なる電圧判定手段を備え、
上記更なる電圧判定手段は、上記所定の値に達したとき、上記パルス充電を停止する請求項１又は請求項２記載の二次電池の充電装置。 - 上記二次電池は、ニッケル水素二次電池である請求項１乃至請求項３の内、何れか１項記載の二次電池の充電装置。
- 二次電池に対して充電状態と休止状態とを所定の周期で繰り返すパルス充電を行う二次電池の充電方法において、
電池におけるサンプリングした充電状態の電池電圧と休止状態の開放された電池電圧とを検出するステップと、
電圧検出手段が検出した上記電池における充電状態の電池電圧が所定電圧より高いとき、一次電池であると判定して上記パルス充電を停止し、この所定電圧より低いとき、二次電池であると判定して上記パルス充電を行うステップと、
上記電池の休止状態の開放された電池電圧が上記パルス充電が開始されてから上昇した と判定したときに、上記電池の休止状態の開放された電池電圧に基づいて、上記電池の所定時間間隔毎の電圧上昇率が直前の当該電圧上昇率よりも低下する電圧上昇率低下を検出するステップと、
上記電圧上昇率低下を検出したとき、所定時間を計時し、所定時間経過したとき、満充電状態として、上記パルス充電を停止又は制御するステップとを有する二次電池の充電方法。 - 更に、上記電池の休止状態の開放された電池電圧が閾値より高いと判定したとき上記パルス充電を行い、低いと判定したとき上記電池が短絡しているものとして上記パルス充電を停止するステップを有する請求項５記載の二次電池の充電方法。
- 更に、上記電圧上昇率低下が検出される前に、上記電池の休止状態の開放された電池電圧が所定の値に達したかどうかを判定し、上記所定の値に達したとき、上記パルス充電を停止するステップを有する請求項５又は請求項６記載の二次電池の充電方法。
- ニッケル水素二次電池に対して上記パルス充電を行うことを特徴とする請求項５乃至請求項７の内、何れか１項記載の二次電池の充電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003060383A JP4016200B2 (ja) | 2003-03-06 | 2003-03-06 | 二次電池の充電装置及び充電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003060383A JP4016200B2 (ja) | 2003-03-06 | 2003-03-06 | 二次電池の充電装置及び充電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004274849A JP2004274849A (ja) | 2004-09-30 |
| JP4016200B2 true JP4016200B2 (ja) | 2007-12-05 |
Family
ID=33122940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003060383A Expired - Fee Related JP4016200B2 (ja) | 2003-03-06 | 2003-03-06 | 二次電池の充電装置及び充電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4016200B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100385728C (zh) * | 2006-04-27 | 2008-04-30 | 惠州市德赛能源科技有限公司 | 一种可充电电池充电过程控制方法 |
| JP4389910B2 (ja) | 2006-08-01 | 2009-12-24 | ソニー株式会社 | 電池パックおよび劣化度の算出方法 |
| US11363460B1 (en) * | 2015-03-03 | 2022-06-14 | Amazon Technologies, Inc. | Device-based identification for automated user detection |
| CN110828913B (zh) * | 2018-08-13 | 2023-01-20 | 台达电子工业股份有限公司 | 电池充电方法及其充电系统 |
| CN114938136B (zh) * | 2022-07-19 | 2022-11-01 | 伏达半导体(合肥)有限公司 | 功率调节装置、双电池充电装置及充电电流调节方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2528027Y2 (ja) * | 1990-07-10 | 1997-03-05 | 三洋電機株式会社 | 充電装置 |
| JPH07298504A (ja) * | 1994-04-27 | 1995-11-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 二次電池の充電方法 |
| JPH09238431A (ja) * | 1996-03-04 | 1997-09-09 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 蓄電池の充電方法及び装置 |
| JP3239794B2 (ja) * | 1997-04-14 | 2001-12-17 | 松下電器産業株式会社 | 電池パックの充電器 |
| JP3796898B2 (ja) * | 1997-05-14 | 2006-07-12 | ソニー株式会社 | 充電装置及び充電方法 |
| JP2000014034A (ja) * | 1998-06-18 | 2000-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 充電装置 |
-
2003
- 2003-03-06 JP JP2003060383A patent/JP4016200B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004274849A (ja) | 2004-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6524314B2 (ja) | リチウムイオン電池で構成されるユニバーサル充電池及びその制御方法 | |
| CN1164004C (zh) | 带内置控制器的电池 | |
| CN1248351C (zh) | 带内置控制器以延长电池寿命的电池 | |
| TW478190B (en) | Battery having a built-in controller to extend battery service run time | |
| EP3089313A1 (en) | Circuit device, portable device, and charging system and the like | |
| JP5160573B2 (ja) | 電圧コンバータと一体化した電池 | |
| JP4725605B2 (ja) | 充電回路 | |
| JP4016200B2 (ja) | 二次電池の充電装置及び充電方法 | |
| JP3104747U (ja) | 太陽電池式充電装置 | |
| JP2011078246A (ja) | 充電装置及び充電システム | |
| JP2006262614A (ja) | 充電装置及び充電方法 | |
| JP2008047534A (ja) | 一次電池の電圧回復方法 | |
| JP5049066B2 (ja) | 電気機器、及び電池パック | |
| JP2004248476A (ja) | 充電装置及び電池の充電方法 | |
| JP3430439B2 (ja) | 二次電池の充電方法及び二次電池の充電装置 | |
| JP3190854B2 (ja) | 充電器 | |
| JP3136571U (ja) | 乾電池電量完全使用器 | |
| JP2003333758A (ja) | 二次電池の充電方法 | |
| JPS6041642Y2 (ja) | 充電式電池機器 | |
| JP2003333765A (ja) | 二次電池の充電方法 | |
| JP2005176549A (ja) | バッテリーパック | |
| KR200369823Y1 (ko) | 휴대형 교류전원 공급장치 | |
| JP2012129101A (ja) | 過充電検知方法 | |
| WO2004001890A1 (ja) | 二次電池の充電方法及び充電装置 | |
| JP2004343936A (ja) | 二次電池の充電装置及び充電方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051104 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070202 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070213 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070412 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070821 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070903 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100928 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100928 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110928 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110928 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120928 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120928 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130928 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |