JPH04183232A

JPH04183232A - 非水電解質二次電池の充電方法

Info

Publication number: JPH04183232A
Application number: JP2306876A
Authority: JP
Inventors: Akira Sanpei; 晃三瓶
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-11-13
Filing date: 1990-11-13
Publication date: 1992-06-30
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: US5237259A; JP3216133B2

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］本発明は、電流が制限される定電圧電源によって二次電
池を充電する方法に関し、特に過充電の防止に関するも
のである。

〔発明の概要〕

本発明は、電流が制限される定電圧電源によって非水電
解質二次電池を充電する方法において、二次電池の充電
を所定の条件に至るまで行い、この条件を外れたら一定
時間さらに充電を行うことによって、二次電池の過充電
を防止するようにしたものである。

［従来の技術〕繰返し使用できる二次電池の中で非水電解質二次電池は
、電池電圧（例えば４．ＩＶ）が高く、高エネルギー密
度が得られ、かつサイクル特性に優れているため、メモ
リハックアンプや各種電子機器の電源として期待されて
いる。このような非水電解質二次電池は、例えば、負極
に炭素質材料を、正極にリチウム化合物を、非水電解質
として非水溶媒に電解質を溶解した非水電解液を夫り用
いて構成できる。

上述のような非水電解質二次電池などの二次電池を充電
する方法には、電流が制限される定電圧電源（以下４、
「電流制限定電圧電源」と称する）によって行う方法が
ある。この電流制限定電圧電源を用いる方法によれば、
電池の放電量（残存容量）によらず、電源の最大電流及
び最大電圧を決めることができる。このため充電装置に
おける充電回路の構成は簡単になる。

第７図は上述のような電流制限定電圧電源によって非水
電解質二次電池の充電を行った場合の概略的な充電カー
ブを示す充電パターンである。

非水電解質二次電池の電池電圧が電流制限定電圧電源の
最大電圧よりも低い場合、第７図りこ示すように、一定
に制限され１こ最大電流Ｉｐで電源から電池に充電電流
Ｉが流れて電池の充電が行なわれるとともに、電池電圧
Ｖがしだいに上昇する。

電池電圧Ｖが電源の最大電圧〜゛２に達すると、この最
大電圧■２は一定乙こ制限されながら充電が進み、同時
に充電電流■は最大電流１ｐから減少し始める。

以上のような充電方法において、電池の過充電を避ける
ために充電開始から一定時間Ｔ。後に充電が終了するよ
うにすることができる。

ここで、例えば非水電解質二次電池を充電するための電
流制限定電圧電源の最大電圧は例えば４．１■であり、
最大電流は充電時間（充電を完了させたい時間）によっ
て異なるが、通常０．１〜１．０Ｃアンペア程度に設定
できる。

第８図はニッケルカドミウム二次電池（二カド電池）の
充電のための従来の方法による概略的な充電カーブを示
す充電パターンである。

二カド電池を定電流電源を含む充電装置によって充電す
る場合、第８図に示すように一定の充電電流Ｉが電池に
流れるとともに、電池電圧■がしだいに上昇し、電池電
圧■がピークＶｐ′に達した後に下陣する。充電装置で
は、この下降中の電池電圧■が■２′−Δ■になったと
きを検出して充電を停止する。この場合、電池が充電装
置に接続されている間の自己放電量を補償するために、
第８図の破線に示すような微小な充電電流を流し続けて
もよい。

以上のようにしてニカト電池において過充電が防止され
る。このような過充電防止策は、二カド電池を大電流で
急速に充電する場合に特に有効である。というのは、ニ
カド電池は、通常、過充電時に発生する分解ガスを吸収
する機構を持つが、大電流による充電を行うとこの分解
ガスを充分に吸収しきれない場合があるからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述したような非水電解質二次電池などには
、過充電により電解液から発生ずる分解ガスを吸収する
機構がない。従って、電池の過充電状態が続くと電池寿
命を縮めてしまうことがある。

第７図に示した非水電解質二次電池の充電パターンから
れかるように、電池電圧が電源の最大電圧となった後で
も電池の充電電流は零にならずに微小電流が流れる。こ
れは、電池内でごくわずかであるが非水電解液の分解が
起きておりこれに微小電流が費やされるためである。こ
の状態が続くと電池は過充電されてしまうことになる。

このような過充電を防止するために、上述したように充
電開始後から一定時間Ｔ０後に充電を停止する方法が従
来から提案されているが、そうすると次のような問題が
起きる。

即ち、上述の一定の充電時間Ｔ。は電池容量のほとんど
残っていない電池を基準にして決められているが、電池
容量がまだ残っている電池を上述のような方法で充電す
ると、この電池は一定時間Ｔ、たけ必す充電されるから
、結局、電池は過充電されてしまう。

残存容量のある電池を充電する場合は実際に使用する上
でよくあることであるから、上述のような過充電を防止
することは重要である。

本発明の目的は、二次電池の過充電を防止することので
きる充電方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段］請求項１の発明は、電流が制限される定電圧電源１によ
って二次電池５．１０を充電する方法において、前記二
次電池５．１０の充電を所定の条件に至るまで行い、こ
の所定の条件を外れてから一定時間Ｔ１、Ｔ２さらに充
電を行う二次電池の充電方法である。

前記所定の条件は、請求項２によれば、前記二次電池５
．１０の電池電圧■が所定の電圧Ｖｔになることであり
、また、請求項３によれば、前記二次電池５．１０の充
電電流工が所定の電流Ｉ。

になることである。

また、請求項４の発明は、請求項２記載の充電方法にお
いて、充電された前記二次電池５．１゜について前記電
池電圧Ｖが所定の電圧Ｖ　、　／になったら一定時間Ｔ
３充電を行うことを繰返すようにしたトリクル充電方法
に関するものである。

また、請求項５の発明は、請求項３記載の充電方法にお
いて、充電された前記二次電池５．１０について一定時
間Ｔ１後に充電を前記充電電流１が所定の電流■％にな
るまで行い、かつ所定の電流Ｉｔ′になってからさらに
一定時間Ｔ１行うことを繰返すようにしたトリクル充電
方法に関するものである。

〔作用〕

本発明の充電方法によれば、電池容量が残っている二次
電池５．１０を充電しても、この残存容量によらず所定
の条件に至るまで充電が行なわれ、この所定の条件を外
れてから一定時間Ｔ１、Ｔ２さらに充電が行なわれる。

従って二次電池において残存容量にかかわりな（一定の
充電が行なわれることになるから、過充電が防止される
。

〔実施例〕

以下、本発明による非水電解質二次電池の充電方法につ
いての実施例を図面を参照しながら説明する。

災隻■上本実施例１の充電方法による充電パターンを第１図に、
この充電方法を実施できる充電装置のブロック図を第２
図に夫々示す。

第１図は非水電解質二次電池を充電する場合における電
池電圧■及び充電電流Ｉの時間変化による充電カーブを
示し、電池電圧■が充電開始電池電圧■１から所定の電
池電圧■、に達したらそこから時間Ｔ１だけさらに充電
を行うことを示している。

第２図に示す充電装置は、電流制限定電圧電源１と、非
水電解質二次電池５を複数個組み合せた組電池１０とを
スイッチ４を介して接続するように構成したものである
。この充電装置はＡ／・Ｄ変換器２及びコントローラ３
を備えている。組電池１０の電池電圧ＶはＡ／Ｄ変換器
２を介してコントローラ３でモニタされる。

コントローラ３はタイマーを内蔵し、またスイッチ４の
オン・オフ（ＯＮ・０ＦＦ）を制御する。

そして、コントローラ３は、電池電圧■が所定の電圧■
１に達したときこれを検知することによりタイマーが作
動して一定の時間Ｔ、後にスイッチ４をＯＦＦにする。

第２図に示す充電装置によって第１図に示すようなパタ
ーンの充電を次のように行える。

コントローラ３によってスイッチ４をＯＮすると、充電
開始電池電圧■１の組電池１０において充電が開始され
、電池電圧■はしだいに上昇する。

電池電圧■が充電開始電池電圧■１から所定の電圧Ｖｔ
に達するとコントローラ３中のタイマーが作動する。タ
イマーの作動中に電池電圧■は電源１で一定に制限され
た最大電圧Ｖ、まで上昇し、この一定の最大電圧■９で
充電が続く。タイマーの作動から一定時間Ｔ、後にスイ
ンチ４がＯＦＦして充電が終了する。なお、充電電流Ｉ
は第７図の場合とほぼ同様に変化する。

ここで、電池容量がほとんど残っていないときの電池電
圧をＶｏとし、電池電圧Ｖが第１図の破線で示すように
■。からＶｌになるまでの時間をｔ、　、Ｖ、から■１
になるまでの時間をＬ２とすると、（ｔ＋　＋ｔｚ　＋
Ｔ、）は第７図で説明じた従来の充電方法における充電
時間Ｔ。にほぼ等しいと考えることができる。

本実施例１の充電方法によれば、充電しようとするａ電
池１０が電池容量を残しこのため充電開始電池電圧が■
。よりも高い■１であっても、組電池１０の充電は電池
電圧か■１からＶｔに達した後さらに一定時間Ｔ、だけ
行なわれるから、第１図に示す時間し、にほぼ相当する
過充電が行なわれないことになる。従って、充電しよう
とする電池の残存容量にかかわらず、充電は一定の条件
でいつでも行なわれるから、過充電を確実に防止できる
。

また、この実施例１の方法では充電時間をｔｌだけ短縮
できることになる。一方、電池電圧か同し■１である電
池を従来の方法で行うと上述の時間１．に相当する過充
電が行なわれてしまう。

なお、充電開始電池電圧■１が■１以上である場合には
、そこで充電を停止すれば過充電は確実に防止される。

この場合、十分な充電が必要なときには上述の一定時間
Ｔ、よりも短い時間充電するようにしてもよい。

第５図に、第２図に示す電流制限定電圧電源１において
用いることのできる電流制限定電圧回路の一例を示す。

この電流制限定電圧回路は、定電流ダイオード１２、ト
ランジスタ１３．１６及び抵抗１４から構成される電流
制限回路と、可変シャント・レギュレータ１７及び抵抗
１８．１９及び２０から構成される定電圧回路とを含ん
でいる。なお、符号１１．１５及び２１はコンデンサで
ある。

第５図に示す回路において、出力側の負荷として充電し
ようとする二次電池を接続すると、トランジスタ１６を
介して一定の充電電流Ｉか流れ、この充電電流ｒは抵抗
Ｉ４によってモニタされる。

抵抗１４は制限すべき最大充電型ｍＩとトランジスタ１
３の所定のヘースーエミソタ間電圧とによって決められ
る。このベース−エミッタ間電圧が所定の値に達すると
、トランジスタ１３のコレクターエミッタ間に定電流ダ
イオード１２を介して電流が流れるから、充電電流ｒは
所定の最大電流以上に流れない。

また、出力電圧は、可変シャント・レギュレータ１７（
例えば、ＴＩ社のＴＬ４３１Ｃを用いることができる）
と抵抗１８．１９．２０によって設定されるとともに、
一定の最大電圧に制？’ｆｌｌされる。可変シャント・
レギュレータ１７の■□、端子が基準電圧に達すると、
カソード−アノード間が降伏することによって、この間
に電流が流れて出力電圧は一定に制御される。なお、可
変シャント・レギュレータ１７のカソード−アノード間
の降伏電圧は抵抗１８と抵抗１９．２０との比によって
決まり、可変抵抗２０によっである程度調整できる。

この回路によれば、例えば直流２４　Ｖの入力電圧で最
大電圧１６．４Ｖ及び最大充電電流０．１Ａの電流制限
定電圧充電を行うことができる。

夫施孤１本実施例２の充電方法による充電パターンを第３図に、
この充電方法を実施できる充電装置のブロック図を第４
図に夫々示す。なお、実施例１で説明した同一部分には
同一符号を付けてその説明を省略する。

本実施例２は実施例１と同様に非水電解質二次電池を充
電する方法であって、第３図は第１図と同様の充電カー
ブを示し、充電電流Ｉが所定の充電電流ＩＬ磐羊に達し
たらそこから一定時間Ｔ２だけさらに充電を行うことを
示している。

第４図に示す充電装置は、電流制限定電圧電源１に電流
検出抵抗Ｒ８を備えている。充電時に組電池１０に流れ
る充電電流Ｉは抵抗Ｒ３の両端に発生する電圧としてＡ
／Ｄ変換器２を介してコントローラ３でモニタされる。

なお、この抵抗Ｒ５として第５図に示す回路の抵抗１４
を用いてもよい。

第４しに示す充電装置によって第３図に示すような充電
パターンの充電を次のよ乞こ行える。

コントローラ３によってスイッチ４をＯＮすると、充電
開始充電電流１１の！Ｉｉ電池１０において充電が開始
され、充電電流Ｉはしだいに減少する。

充電電流Ｉが充電開始充電電流１．から所定の電流Ｉｔ
に達するとタイマーが作動する。タイマーの作動中に充
電電流はさらに減少し、タイマーの作動から一定時間Ｔ
２後にス４　ｙチ４がＯＦＦして充電が終了する。なお
、電池電圧は第７図の場合とほぼ同様になる。

ここで、電池電圧か■。（充電電流は最大充電電流ＩＰ
となる）から充電が始まり第３図の破線で示すように充
電電流が１１になるまでの時間をｔ３．１１からＩｔに
なるまでの時間をｔ４とすると、（ｔ３＋ｔａ　＋７２
　）は従来の充電方法における充電時間Ｔ。にほぼ等し
いと考えることができる。

本実施例２の方法において、充電しようとするａ電池１
０が電池容量を残しこのため充電開始電流が１２より低
い１．であっても、組電池１０の充電は充電電流がＩ、
からＩ、に達した後さら↓こ一定時間Ｔ２だけ行なわれ
るから、第３図に示す充電時間ｔ、にほぼ相当する過充
電が行なわれないことになる。従って、充電しようとす
る電池が残している電池容量にかかわらず、充電は一定
の条件でいつでも行なわれるから過充電を確実に防止で
きる。

また、この実施例２の方法では充電時間をｔ。

たけ短縮できることになる。一方、充電電流が同じ１．
である電池を従来の方法で行うと上述の時間ｔ３に相当
する過充電が行なわれてしまう。

なお、充電開始充電電流１１が１．以下である場合には
、そこで充電を停止すれば過充電は確実に防止される。

この場合、十分な充電が必要なときには上述の一定時間
Ｔ２よりも短い時間充電するようにしてもよい。

ｌ１拠上述の実施例１及び２における所定の電圧■５、所定の
電流１を及び一定の充電時間Ｔ１、Ｔ２は電流制限定電
圧電源１の最大電圧■−最最大充電電流時特性非水電解
質二次電池５の特性、組電池１０の構成、要求される充
電条件などによって適宜設定できるが、以下に具体的な
例を説明する。

第６図は、単セル当り４００ｍＡＨの容量を有する非水
電解質二次電池を４本面列に接続した組電池を、第５図
に示したような回路を有する電流制限定電圧電源によっ
て最大電圧１６．４Ｖ及び最大充電電流０．１Ａで充電
した充電カーブを示す充電パターンである。

第６図に示した充電パターンにおける各パラメータ■１
、ＩＬ、Ｔ、、Ｔ、の−例を下記第１表なお、充電の終
期近（で、例えば非水電解質二次電池における非水電解
液の分解に費やされる電流が充電のために費やされる電
流よりも大きくなるような微小充電電流を検知して、あ
る所定の電流以下ならば充電を停止する方法が考えられ
る。

しかしながら、この検出すべき充電電流は、十分に充電
されたときの電流であって、第６図に示すようにかなり
微小であり、しかも電流と時間との変化率（充電カーブ
の傾き）がかなり小さいから、これを検出するには困難
であり、また検出しようとすると装置の構成にかなりコ
ストがかかる。

これに対し、実施例１又は２による充電方法によれば、
検出の容易な、充電量が１００％に満たない時点を電池
電圧又は充電電流によって検出し、その時点から十分に
充電されかつ過充電とならないような一定の充電時間Ｔ
、又はＴ２だけ充電するから、過充電せずに十分な充電
を、構成が簡単な充電装置によって行うことができる。

息■附本発明の充電方法を、電池の自己放電量を常に補償して
やるいわゆるトリクル充電方法に応用することができる
。

第９図は実施例１の充電方法をトリクル充電に応用した
例を示し、充電の完了した二次電池の電池電圧が自己放
電のため最大電圧■２から所定の電圧Ｖ％まで低下した
とき、そのつと一定時間Ｔ３だけ充電を行う充電パター
ンを示したものである。

一定の充電時間Ｔ、の間に電池はその電池電圧かもとの
最大電圧Ｖ９に達しかつ十分に充電される。そして自己
放電のために電池電圧が再び電圧Ｖｔ′まで低下すると
同様の充電が繰返されて自己放電量が常に補償される。

第１０図は実施例２の充電方法をトリクル充電に応用し
た例を示す。これは、充電の完了した二□　次電池にお
いて一定時間Ｔ４の間に自己放電する場合を考え、一定
時間後Ｔ４に充電を開始して充電電流が所定の電流Ｉｔ
′になるまで行い、この後さらに一定時間Ｔ、たけ充電
を行う充電パターンを示したものである。

一定の充電時間Ｔ５の間に電池は十分に充電されるが、
再び一定時間Ｔ４０間に自己放電すると、同様の充電が
繰返されて自己放電が常に補償される。

以上のようなトリクル充電は、第２図又は第４図の充電
装置のコントローラ３にタイマ、及び■、′又はｌ　％
を検知する手段を夫々追加することによって容易に行な
われる。

本応用例のトリクル充電方法によれば、過充電すること
なく電池の自己放電を常に補償してやることができる。

なお、本発明による充電方法は、実施例及び具体例の非
水電解質二次電池のみに適用できるものではなく、他の
二次電池にも適用し得るものである。

（発明の効果〕本発明の充電方法によれば、二次電池の残存容量にかか
わりなく常に一定の充電を行うことができるから、電池
の過充電を確実に防止することができるとともに、充電
時間を従来の方法よりも短縮できる。それでいて十分な
充電を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の充電方法による実施例１及び
実施例２及び具体例を説明するためのものであって、第
１図は実施例１の充電カーブを示す充電パターン図、第
２図は第１図の充電パターンを実施するための充電装置
のブロック図、第３図は実施例２の充電カーブを示す充
電パターン図、第４図は第３図の充電パターンを実施す
るための充電装置のブロック図、第５図は第２図及び第
４図に示す電流制限定電圧電源で用いることのできる電
流制限定電圧回路の具体例を示す図、第６図は充電パタ
ーンの具体例を示す図である。第７図は、電流制限定電圧電源を用いて従来の充電方法
で充電した場合の充電カーブを示す充電パターン図、第
８図はニカド電池を従来の別の充電方法で充電した場合
の充電カーブを示す充電パターン図である。第９図は実施例Ｉの充電方法をトリクル充電方法に応用
した場合の充電パターン図、第１Ｏ図は実施例２の充電
方法をトリクル充電方法に応用した場合の充電パターン
図である。なお図面に用いた符号において、１−　−−−電流制服定電圧電源５−−−−一　非水電解質二次電池（二次電池）１０・
−・−−−−−・−組電池（二次電池）Ｔ、、Ｔ、、Ｔ
３、Ｔ４一−−−−−−−−−−−一定時間 ■−・−−−−−−−−〜−−電池電圧Ｉ−・−ｍ−−
・充電電流Ｖｔ、シ、′−所定の電圧 ■１．１ｔ１　、、−所定の電流である。

Claims

【特許請求の範囲】１、電流が制限される定電圧電源によって二次電池を充
電する方法において、前記二次電池の充電を所定の条件に至るまで行い、この
所定の条件を外れてから一定時間さらに充電を行う二次
電池の充電方法。２、前記所定の条件は、前記二次電池の電池電圧が所定
の電圧になることである請求項１記載の充電方法。３、前記所定の条件は、前記二次電池の充電電流が所定
の電流になることである請求項１記載の充電方法。４、請求項２記載の充電方法において、充電された前記
二次電池について前記電池電圧が所定の電圧になったら
一定時間充電を行うことを繰返す充電方法。５、請求項３記載の充電方法において、充電された前記
二次電池について一定時間後に充電を前記充電電流が所
定の電流になるまで行いかつ所定の電流になってからさ
らに一定時間行うことを繰返す充電方法。