JPH02299430A - 充電方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は二次電池の充電方法および充電装置であって
、特に充電の終止時期を電池表面の温度により決定する
ものに関する。

〔従来の技術］ 近年、二次電池をＩＣあるいはそれ以上の大電流で急速
充電することにより、充電に要する時間の短縮を図るこ
とが一般的になってきた。

しかし、充電終止時期を何ら検知することなく急速充電
を続けると、電池が過充電状態となって劣化する虞れが
強い。そこで通常は、充電終止時期を何らかの方法を利
用して決定し、充電を強制的に停止または制限する様に
している。

従来、かかる充電終止時期の決定方法として、■充電を
開始してから一定の時間で強制的に充電をカットする方
法、■二次電池の充電時における端子電圧を検知し、該
電圧が所定値を超えると充電を停止する方法、■電池の
表面温度を検知し、温度上昇が設定値を超えると充電を
停止する方法が提案されている。

Ｌ発明が解決しようとする課題ｊ しかしながら、充電期間を時間で管理する方法では、電
池それ自体の状態を直接的に検知していないために、正
確な充電時期制御が行えず、過充電になる虞れが強い。

また、電池の端子電圧を監視する方法は、電池１個当り
の電圧変化１：が基本的に少ないのに加えて、充電電流
によって電圧カーブそれ自体が太きく変化するため、正
確に満充電時期を検知することは難しく、十分に安全な
充電終止時期の検知方法とは言えない。

一方、電池の表面温度を検出する方法は、周囲温度を一
定に維持した状態では、簡単な回銘構成でＪし蚊的正敵
な充電終止時期の検知を行えるが、周囲温度が変化する
と回ｙ８構成が複雑となって、実際的でなくなる問題が
あった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであって、比
較的簡単な構成で、周囲温度の変化に影響されることな
く充電終止時期を容易かつ正確に決定できる充電方法を
提供することを目的とする。

本発明は更に、かかる方法を実施するのに好適な充電装
ｋＹを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段） 本発明にかかる充電方法は、二次電池１の表面温度Ｔｂ
と周囲温度Ｔａの温度差δＴを検出し、該温度差６丁が
所定値に達すると充電を制限または停止することを特徴
とする。

一方、かかる充電方法を実施する充電装置は、第１図に
その概ｆｆ５借１ｒＥを示す如く、二次電池ｌに対して
所定の充電電流を供給する充電手段と、二次電池表面の
温度変化に対応した電圧Ｖｏを発生する検知手段と、該
検知手段の出力電圧Ｖｏの値から満充電時期を決定して
、二次電池１に供給する充電電流を規制する制御手段と
を備えたものである。

−］二記した検知手段を、マイナス側入力端に入力抵抗
２１と帰還抵＃１ｔ２２を備えた演算増幅器２０で構成
するとともに、両抵抗２１・２２を同一特性のサーミス
タとし、一方の抵抗の温度を電池表面の温度変化に対応
して変化可能とする一方、入力抵抗２１に一定のバイア
ス電圧Ｖ＋を印加する様にしている。

前記した演算増幅器２０のプラス側入力端を接地し、マ
イナス側入力端に、入力抵抗２１を介して一定の１１電
圧−Ｖ＋［Ｖ］を印加するとともに、入力抵抗２１を二
次電池↓の表面に配備することが好ましい。

［作用］ 、Ｌ記の如く、二次電池１０表面温度の変°化を、周囲
温度Ｔａを基準として検知し、かがる値δＴが一定値に
達した時に充電を停止または制限することにより、周囲
温度の変化がキャンセルされて、充電終止時期の決定に
必要な温度上昇分だけが検知される。

一方、演算増幅器２０の人力抵抗２１０両端に一定のバ
イアス電圧をＶ＋を印加した状態で、入力抵抗２１と帰
還抵抗２２が同量だけ温度変化すると、抵抗値の変化も
同量となり、演算増幅器２０からの出力電圧Ｖｏはマイ
ツース（ＩＩＪＩ入力端の電位よりｖｌだけ異なった一
定値を推持する。

かかる状態で、一方の抵抗の温度上昇が他方より大きい
ために、例えば入力抵抗２１がＲ２［Ω］、帰還抵抗２
２がＲ１［Ω］となったとすると、演算増幅器２０の出
力電圧ＶＱは、マイナス側入力端の電位より　（Ｖ＋　
／　Ｒ２）　Ｘ　Ｒ１だけ異なった値、すなわち（Ｒ＋
／Ｒａ）に比例して変化する。

ここで、温度’ｒ［℃］におけるサーミスタの抵抗値Ｒ
［Ω］は、Ｒ１１をＯ［’Ｃ１における抵抗値、Ｂを所
定の常数とすると、 と表わされるから、 となり、演算増幅器２０からの出力電圧Ｖｏは、入力抵
抗２１と帰還抵抗２２の温度差δＴのみに関係する。し
たがって、一方の抵抗で周囲温度子、を検知しながら、
他方の１ル抗で電池表面温度Ｔｂを検知し、更に演算増
幅器２０の出力電圧Ｖｏの値の変化を制御手段で捉える
ことにより、電池表面温度丁、を基準とした電池表面温
度Ｔｂの変化計δＴが検知され、充電終期が決定される
のである。

［実施例］ 以下本発明を、二次電池の充電のみを行なう充電専用の
装置に実施した一例を示すがこれに限らず、二次電池を
駆動電源として備えた各種電気機器においても、略同様
に実施できる。

本発明を実施する充電装置は、第２図にその全体構成の
概略を示す如く、ニカド電池の様な複数回の充放電が可
能な二次電池ｌを、ｌＣ程度の大電流による急速充電状
態から０．ＩＣ程度の小電流による小電流充電状態に切
り替えて充電可能とするものであって、所定の充ｆ′ｒ
Ｌ電圧を発生する充電部２と、二次電池１が満充電状態
になると所定の制御信号Ｓ２を発生する検知部３と、検
知部３から制御信号Ｓ２が出力されるのと連動して所定
の表示を行なう表示部４とから構成される。

充電部２は従来と略同様に、インバータ回路、スイッチ
ングレギュレークあるいはトランスとダイオードを組み
合わせたものなどで構成され、商用交流電圧５を整流降
圧して所定の充電電圧を形成する。更に、検知部３から
出力される制御信号Ｓ２の入力に対応して、二次電池１
に対する充電電流が、例えば］Ｃから０．ＩＣへ自動的
に制限される様に構成している。

表示部４は、例えば第３図に示す如く、発光ダイオード
６と電流制限用の抵抗７とを直列接続したものであって
、二次電池ｌが満充電状態となり、充電部２が急速充電
モードから小電流充電モードに移行すると、検知部３か
ら出力される制御信号Ｓ２で発光ダイオード６に通電し
、光を発して充電が終了したことを表示する。

本発明は、二次電池１の満充電時期を検知すると所定の
制御信号Ｓ２を発生する検知部３の構成にその特徴を有
する。

検知部３は、充電の進行に対応して変化する検知電圧Ｖ
θを発生する検知回路１１と、検知電圧Ｖ。

が所定値を超えると検知信号Ｓ＋を発生して満充電時期
を示す比較回路１２と、比較図１８１２から出力される
検知信号Ｓ１を、ピーク値がＴＴＬレベルなどの所定レ
ベルに安定化された制御信号Ｓ２に変換する波形整形回
路■３とから構成される。

検知回路１．１は、第３図にその具体的構成を示す様に
、演算増幅器２０を用いた反転増幅回路であって、プラ
ス側入力端を接地する一方、マイナス側入力端Ａに入力
抵抗２１の一端を接続し、入力２１の他端にバイアス電
圧−ｖＩ［ｖｌを印加するとともに、マイナス側入力端
Ａと出力端Ｂとの間を、帰還抵抗２２およびコンデンサ
２３で並列に接続している。

入力抵抗２１の一端Ｃ点に印加されるバイアス電圧−ｖ
Ｉ［Ｖ］は、所定のマイナス電圧−ＶＣ［Ｖ］を抵抗２
４・２５で分圧したものであって、更に抵抗２５と並列
に容量の十分大きいコンデンサ２６を接続することによ
り交流成分をバイパスし、スパイク電圧などの雑音によ
り検知回路１１が誤動作するのを防止している。

入力抵抗２１および帰還抵抗２２はともに同一の且特性
サーミスタであって、帰還抵抗２２を外気にさらす一方
、入力抵抗２１を充電すべき二次電池１０表面に接触ま
たは極めて接近させている。

したがって、二次電池１への充電が行なわれていない期
間、両抵抗２１・２２は外気の温度変化に対応して同一
温度で上下動するが、二次電池１の充電が開始されて電
池１０表面温度が上昇すると、この温度上昇に対応して
入力抵抗２１の温度Ｔｈが帰還抵抗２２の温度Ｔａより
も上がり、入力抵抗２１の抵抗値Ｒａ［Ω］が帰還抵抗
２２の抵抗値Ｒ１［Ｖ］　より小さくなる様にしている
。

上記構成により、０点の電圧が−Ｖ＋［Ｖ］’とすると
、Ａ点の電圧がＯであり、また充電開始前の抵抗２１・
２２の値はともに笠しいから、第４図（ａ）（１））の
時刻１＋３とｔ１間における様な電池周囲の温度変化に
かかわらず、両者の温度差は第４図（Ｃ）の様にゼロで
あり、検知回路１１の出力端Ｂの電圧ｖ　ｏ　ノ（Ｉｔ
は、第４図（ｄ）　＋７）様ニ＋Ｖ＋　［Ｖ］を推持す
る。

ここで充電が開始され、周囲温度が’ｒ＋ｃ’ｃ］であ
るのに対して電池表面温度がＴ２［’Ｃ］にまで上昇し
たとすると、帰還抵抗２２と入力抵抗２１の抵抗値は各
々、Ｒ＋　［Ω］、Ｒ２［ΩＪと異なった値となり、Ｂ
点の電圧Ｖｏも に変化する。ところで、温度Ｔ［０Ｃ］におけるサーミ
スタの抵抗値Ｒ［Ω］は、ＲｏをＯ［’Ｃ］における抵
抗１直、Ｂを所定の常数とすると、 と表わされるから、　（１）式に代入すると、ここで、
２７３＞＞ＴＩ、Ｔ２であるから、となる、これは、Ｂ
点における検知回路１１からノ出力電ＪＪＥ　Ｖ　ｏ　
カ、第４図（（］）（７）如＜　　＋Ｖ＋　［Ｖ］を起
点とし゛Ｃ二次電池１の温度上昇に従って上昇するが、
かかる上昇は二次電池１の周囲温度子。それ自体の変化
には関係せず、第４図（ｃ）に示す周囲温度子、と電池
表面温度Ｔｂの温度差δＴ（”Ｔｂ−Ｔａ）にのみ関係
していることを示している。

比較回路１２は、上記した検知回路１１から出力される
検知電圧Ｖ　＋Ｈの値と所定の比較電圧Ｖｓ［Ｖ］とを
演′Ｒ増幅器３０で比較し、充電終期を決定可能とした
ものであって、演算増幅８３０のマイナス側入力端に、
フィルタ３１を介して検知電圧Ｖ。

を印加する一方、プラス側入力端に、可変抵抗器３２で
分圧形成した、Ｖ＋［Ｖ］より大きい比較電圧Ｖｓ［Ｖ
］を印加している。したがって、常時は第４図（Ｇ）の
如＜　”Ｈ”の検知信号Ｓ＋が演算増幅５３０から出力
されているが、マイナス側入力端における検知電圧Ｖｏ
の値が、プラス側入力端に加えた比較電圧Ｖ＝［Ｖ］の
値を超えた時点（第４図の時刻ｔ２）で、検知信号Ｓ１
が°”Ｈｎから°°Ｌ”に反転する様にしている。すな
わち、前もって常温から満充電になるまでの温度差δＴ
を調べ、該温度差６１′に対応する検知回路１１からの
出力電圧と等しい値に可変抵抗器３２を調整して比較電
圧Ｖｓ［Ｖ］を設定することにより、検知電圧Ｖｏの値
が＋Ｖｓ［Ｖ］になり、電池ｌの表面温度Ｔｂの周囲温
度τ、に対する上昇量がδＴに達して満充電状態になる
と、波形整形回路１３にＩＩ　Ｌ　１１の検知信号Ｓ１
を送る。

波形整形回路１３は、トランジスタスイッチ４０と並列
にツェナーダイオード４１を接続したものであって、常
時は第４図（ｆ）に示す如く、比較回路１２から出力さ
れる°’Ｈ”レベルの検知信号Ｓ、でスイッチ４０をオ
ンし、ダイオード４１の両端を短絡して制御信号Ｓ２の
出力を停止しているが、比較回路１２から出力される検
知信号Ｓ１がＩＩＬｌｌに変化するのと同時にスイッチ
４０がオフし、ダイオ−１！４１のツェナー電圧で電圧
値が規制された制御信号Ｓ２が前記した充電部２および
表示部４に出力され、二次電池１の急速充電を停止する
とともに、発光ダイオード６を点灯して充電の終了を発
光表示するのである。

ここで、周囲温度′１゛８を２１°Ｃに１４１持した状
態で充′？＄、を行ない、二次電池１の表面温度Ｔｂが
２６°Ｃとなる温度差δ１゛が５°Ｃの時点で、ｊ比較
回路１２から出力される検知信号ＳＩが反転する様に比
較電圧Ｖ、の値を設定したあと、周囲温度］゛、を変化
させて温度変化量が何度で充電終期検知がなされるかを
測定した結果が、次表である。

上表の如く、周囲温度Ｔａの６ないし３０°Ｃの変化に
かかわらず、略一定の温度差で充電終期の検知がなされ
た。ｖ！に、周囲温度Ｔａが低い領域において、より小
さな温度差で充電終期検知がなされ、充電時の安全性が
より高められることが確かめられた。

なお、検知部３の構成は上記に限らず、適宜変更して実
施できる０例えば、検知回路１１の入力抵抗２１で電池
表面の温度を検知するのに代えて、帰還抵抗２２で温度
検知をすることが可能で、その場合は、検知回路１１か
らの出力電圧ｖＯが、電池１の表面温度Ｔａと周囲温度
Ｔｂ間における温度差δ′Ｆの増大にしたがって、上記
とは逆に　＋Ｖ１［■］から下降する。更に、検知回路
１１の０点にバイアス電圧を印加するのに代えて、演算
増幅器２０のプラス側入力端に＋Ｖ＋［Ｖ］のバイアス
電圧を加え、０点を接地してもよい、この場合は、＋２
Ｖ＋［Ｖ］の電圧を基準として、検知電圧ｖＯは上昇ま
たは下降する。

［発明の効栗］ 本発明は上記の如く、二次電池ｌの周囲温度Ｔ８と表面
温度Ｔｂの温度差δＴを検出し、該温度差δＴで充電終
期を決定するｉ兼にしたので、周囲温度の変化に影響さ
れることなく充電制御が容易かつ正確に行なえる。

更に、二次電池１における表面温度の上昇を、演′Ｒ増
幅器２０と、サーミスタを使用した入力抵抗２１および
帰還抵抗２２とで検知する様に構成したので、比較的簡
単な構成で周囲温度に影響されることなく電池の温度変
化のみを検出することがπＦ能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す概略図である。 第２図および第３図は本発明の一実施例を示し、第２図
は全体の構成を示すブロック図、第３図は要部の電気回
路図である。 第４図（ａ）ないしくｆ）は第３図の動作を説明する波
形図である。 ■・・・・二次電池、　　２・・・・充電部、３・・・
・検知部、　　　４・・・・表示部、１１・・・検知回
路、　　１２・・・比較回路、１３・・・波形整形回路
。 発　　明　　者　　　長　　井　　　龍同　　　　　　
木　　津　　　正　　借間　　　　　　木　　村　　　
正　　人検知手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次電池の表面温度Ｔ＿ｂと周囲温度Ｔ＿ａの温度
   差δＴを検出し、 該温度差δＴが所定値に達すると充電を規制することを
   特徴とする充電方法。 ２、二次電池（１）に対して所定の充電電流を供給する
   充電手段と、 二次電池表面の温度変化に対応した電圧Ｖｏを発生する
   検知手段と、 該検知手段の出力電圧Ｖｏの値から満充電時期を決定し
   、充電手段が二次電池（１）に供給する充電電流を規制
   する制御手段とを備えた充電装置であって、 上記した検知手段を、 マイナス側入力端に入力抵抗（２１）と帰還抵抗（２２
   ）を備えた演算増幅器（２０）で構成するとともに、両
   抵抗（２１・２２）を同一特性のサーミスタとし、更に
   入力抵抗（２１）に一定のバイアス電圧を印加した状態
   で、 一方の抵抗の温度を、二次電池（１）の表面温度の変化
   と対応した変化をさせることを特徴とする充電装置。 ３、前記した演算増幅器（２０）のプラス側入力端を接
   地し、 マイナス側入力端に、入力抵抗（２１）を介して一定の
   負電圧を印加するとともに、 入力抵抗（２１）を二次電池（１）の表面に配備したこ
   とを特徴とする請求項２記載の充電装置。