JPH05121103A - 二次電池充電方法 - Google Patents

二次電池充電方法

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JPH05121103A
JPH05121103A JP3278176A JP27817691A JPH05121103A JP H05121103 A JPH05121103 A JP H05121103A JP 3278176 A JP3278176 A JP 3278176A JP 27817691 A JP27817691 A JP 27817691A JP H05121103 A JPH05121103 A JP H05121103A
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JP
Japan
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charging
battery
cell
terminal
strain gauge
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JP3278176A
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English (en)
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Minoru Hirahara
実 平原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20Pressure-sensitive devices
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 Ni-cd 電池等の二次電池の充電方法に関し、
充電時間を短縮するための急速充電を最適に行うことを
目的とする。 【構成】 歪計2を被充電用の電池セル1の電池ケース
の内側に予め埋め込み、該歪計2の両端子を該電池セル
1の+極の設けられている表面部分に取り出し、或いは
一端子を電池セル1の−極端子と共用して他の一端子を
電池セル1の+極の設けられている表面部分に取り出
し、該歪計2を有する電池セル1のそれぞれの出力端子
を充電回路3に接続し、商用電源の整流回路部4と3端
子レギュレータ5等からなる一定電圧送出回路の基準電
圧と、歪計2の歪みによる内部抵抗の変化による電位差
とをコンパレータ6により比較し、該コンパレータ6の
出力によりリレー7の動作或いは開放を行い、該リレー
接点により急速充電用の制限抵抗8或いは微弱充電用の
制限抵抗9を制御して該電池セル1の充電電流を調節す
るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はNi-cd 電池等の二次電池
の充電方法に関する。二次電池とは充電可能な乾電池を
呼び、再充電出来ない乾電池とは区別されている。一次
電池はマンガン電池やアルカリ電池や水銀電池等市販用
の乾電池で、一般のトランジスタラジオ、カメラ、テー
プレコーダ、時計等幅広く利用されている。これに対し
二次電池はコードレステレホンや携帯電話機等の通信用
端末に使用されている電池で、電圧降下した場合に一般
の一次電池のように新品と直ぐ取替えを行わずに、保守
者の再充電により何度も使用することが出来る。
【0002】二次電池で最もポピュラーなものがNi-cd
電池であり、ニッケルカドミューム電池(ニッカド電
池)と呼ばれる。Ni-cd 等の二次電池の充電方法には標
準充電と急速充電の二種類がある。標準充電は電池容量
の約1/10の電流で15時間程度を充電する。この方法は、
充電電流が少ないため充電時間が多少オーバしても特に
問題は無い。しかし、この方法は電池の容量が無くなっ
てから次に使用出来るまでに半日掛かってしまうため装
置の有効利用が図れない。
【0003】急速充電は電池容量の1.5 倍程度の電流で
1時間程充電する。この方法は、一時間程度で充電が完
了するので装置の有効利用が図れるが、電池容量より大
きい電流で充電するため充電完了時期を的確に検知しな
いと過充電となってしまい、最悪電池が破壊されてしま
う。即ち充電が開始され電池満充電状態に達しても充電
動作を続けると電池内部では以上温度上昇と電解液のガ
ス化による破裂が起きる。
【0004】
【従来の技術】従来のNi-cd 電池等の二次電池の急速充
電方法には二通りが考えられる。一つは充電時間と充電
電圧の傾斜を測定する方法と、他の一つは充電時間と表
面温度を測定する方法である。図6に従来の充電方法の
概要図を示す。図6(a)は充電電圧を測定する方法、
図6(b)は表面温度を測定する方法を示す。各々測定
回路と測定特性について説明する。
【0005】図6(a)の充電電圧を測定する方法にお
いて、測定回路はNi-cd 電池の+極と−極との間に充電
器と電圧計を挿入する。−極は表面フィルム部及び底面
より成るので充電器と電池の端子接点との機械的接触を
確実にする必要がある。電池電圧は1.2V、電池容量は50
0mAHとすれば、500mA の電流により1時間で充電可能で
あるが、充電電圧の時間に対する傾斜ΔVを測定し、ピ
ーク電圧に達して傾斜が−ΔVになる時に直ちに充電を
停止する必要がある。
【0006】図6(b)の表面温度を測定する方法にお
いて、測定回路はNi-cd 電池の−極である表面フィルム
部に温度センサを張り付け、表面温度が予め規定されて
いる充電電圧時の温度に達すれば直ちに充電を停止する
が、規定温度を過ぎても充電を継続すると電池が破壊さ
れる恐れがある。また外部の気温等に表面温度が左右さ
れる場合があり、外部の気温との調節が必要である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の充
電方法を二次電池の急速充電に使用すると、電池容量よ
り大きい電流で充電するため充電時期を的確に検知しな
いと過充電になってしまい、液漏れやガス漏れを起こ
し、これを続けると電池の寿命や容量の低下の原因とな
ってしまう。
【0008】本発明は、電池ケースの内壁に歪み計(ス
トレンスゲージ)を装着し、ガス発生による内圧の変化
を歪み計の抵抗変化として外部で検出し、充電を自動的
に停止して過充電を防止することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の充電
方法の原理構成図を図1に、充電回路の原理構成図を図
2に示す。図1の充電方法において、1は電池セル、2
は歪計(ストレンジゲージ)、3は充電回路を示す。電
池セル1は単一セルの場合を図示したが、同一ケース内
に複数のセルが存在しても良い。また、歪計2は電池セ
ル1の電池ケースの内側に予め埋め込み、両端端子を+
極の設けられている表面部分に取り出すように構成す
る。或いは一端子を−極と共用し、他の一端子を+極の
設けられている表面部分に取り出すようにしても良い。
【0010】図2の充電回路において、1は被充電用の
電池セル、2は電池セルに埋め込まれた歪計、3は充電
回路、4は商用電源の整流回路部、5は3端子レギュレ
ータ、6はコンパレータ、7はリレーK、8は急速充電
用制限抵抗、9は微弱充電用制限抵抗を示す。歪計2を
有する電池セル1のそれぞれの出力端子を充電回路3に
接続し、商用電源の整流回路部4と3端子レギュレータ
5よりなる一定電圧送出回路の基準電圧と、歪計2の歪
みによる内部抵抗の変化による電位差とをコンパレータ
6により比較し、リレー7の動作或いは開放を行い、該
リレー接点により急速充電用の制限抵抗8或いは微弱充
電用の制限抵抗9を制御して充電電流を調節するように
構成する。
【0011】
【作用】電子セルに埋め込まれる歪計の圧力に対応する
内部抵抗変化の測定特性を図3に示す(歪計の種類によ
っては圧力対抵抗の傾きが逆になる場合もある)。図に
おいて、充電圧開始時点では歪みが少ないので歪計の抵
抗が高いため、リレーK7が動作し、k接点により急速
充電用制限抵抗8を通じて大きな電流で電池セル1を急
速に充電する。充電が進むと電池セル1の内圧が上昇
し、歪計2に歪みが加えられ、内部抵抗値が低下する。
その時点で充電終了と判断してリレーK7が開放し、k
接点の開放により急速充電用制限抵抗8は微弱充電用制
限抵抗9に切替えられ、急速充電は停止し通常充電に戻
る。
【0012】
【実施例】本発明による二次電池の構成図の実施例を図
4に示す。図は上面表面図と側面断面図の関連部分の概
要を示す。+極端子は表面中心部に位置し、−極端子は
側面フィルム部分と底面部全体に位置する。歪み計は電
池ケースの内側に接着され、歪み計の+端子及び−端子
は表面の+極端子の周囲に絶縁帯を経て円状に設けるこ
とが出来る。なお歪み計の−端子は電池セルの−極端子
に共通に接続しても良い。電池セルが満充電になると側
面が点線のように歪み、歪み計も側面に接着しているの
で同様に歪み、歪み計の内部抵抗が変化する。
【0013】本発明による充電回路構成図の実施例を図
5に示す。図において、1は被充電用電池セル、2は歪
計R、3は充電回路、4は商用電流整流回路、5は3端
子レギュレータ、6はコンパレータC、7はリレーK、
8は急速充電用制限抵抗R3、9は微弱充電用制限抵抗R
4、10と11は基準用分圧抵抗R1, R2、12は商用電源ソケ
ット、13は変圧器、14は整流用ブリッジ、15は平滑用コ
ンデンサ、16はレギュレータ用トランジスタTh、17はレ
ギュレータ用ツェナーダイオードZD、18は歪計R電位作
成用抵抗R5を示す。
【0014】被充電用電池セル1と歪計R2の接続端子
を確実に充電器3の端子に接続し、商用電源100Vに充電
器3の商用電源ソケット11を挿入する。100Vの交流は変
圧器13により降圧され、整流用ブリッジ14で直流に整流
され、平滑用コンデンサ15により平滑化されて3端子レ
ギュレータ5に入力される。3端子レギュレータ5のト
ランジスタ16とツェナーダイオード17により+5Vの一定
電圧が充電回路に供給される。基準用分圧抵抗R1とR2に
より+5Vを基準電圧に分圧してコンパレータCの−端子
に入力し、歪計2の抵抗Rと電位作成用抵抗R5により分
圧された電位をコンパレータCの+端子に供給する。
【0015】コンパレータCは+端子の電位を基準電圧
と比較し、歪計の抵抗Rが高い時は+端子の電位が基準
電圧より大きいためリレーKが動作し、k接点により急
速充電用制限抵抗R3(低抵抗)を挿入して+5Vにより急
速充電を行う。満充電になれば歪み計の抵抗Rが低くな
り、コンパレータCの+端子の電位が基準電圧より低く
なり、リレーKが復旧して充電回路に微弱充電用制限抵
抗R4(高抵抗)が挿入され、電池セル1に対しては通常
充電になり充電を終了することが出来る。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、Ni-cd 電池等の2次電
池を急速充電する為の充電時間を短縮出来、充電の完了
を自動的に的確に判断し、充電不足や最悪過充電による
電池破壊を防止することが出来る。したがって、保守者
が現地等で二次電池を最適に充電することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の充電方法の原理構成図
【図2】 本発明の充電回路の原理構成図
【図3】 本発明の歪計の測定特性図
【図4】 本発明の二次電池構成図の実施例
【図5】 本発明の充電回路構成図の実施例
【図6】 二次電池充電方法の従来例
【符号の説明】
1 電池セル 2 歪計 3 充電回路 4 整流回路部 5 3端子レギュレータ 6 コンパレータ 7 リレー 8 急速充電用制限抵抗 9 微弱充電用制限抵抗 10,11 基準用分圧抵抗 12 商用電源ソケット 13 変圧器 14 整流用ブリッジ 15 平滑用コンデンサ 16 トランジスタ 17 ツェナーダイオード 18 電位作成用抵抗

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 歪計(2)を被充電用の電池セル(1)
    の電池ケースの内側に予め埋め込み、該歪計(2)の両
    端子を該電池セル(1)の+極の設けられている表面部
    分に取り出し、或いは一端子を電池セル(1)の−極端
    子と共用して他の一端子を電池セル(1)の+極の設け
    られている表面部分に取り出し、該歪計(2)の歪みに
    よる内部抵抗の変化を充電回路(3)により測定して急
    速充電することを特徴とする二次電池充電方法。
  2. 【請求項2】 該歪計(2)を有する電池セル(1)の
    それぞれの出力端子を充電回路(3)に接続し、該充電
    回路(3)の商用電源の整流回路部(4)と3端子レギ
    ュレータ(5)よりなる一定電圧送出回路の基準電圧
    と、該歪計(2)の歪みによる内部抵抗の変化による電
    位差とをコンパレータ(6)により比較し、該コンパレ
    ータ(6)の出力によりリレー(7)の動作或いは開放
    を行い、該リレー接点により急速充電用の制限抵抗
    (8)或いは微弱充電用の制限抵抗(9)を制御して該
    電池セル(1)に対する充電電流を調節することを特徴
    とする請求項1記載の二次電池充電方法。
JP3278176A 1991-10-25 1991-10-25 二次電池充電方法 Withdrawn JPH05121103A (ja)

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