JPH06140079A

JPH06140079A - 二次電池装置、および充電装置

Info

Publication number: JPH06140079A
Application number: JP4284822A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Masuda; 一郎増田
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】充電装置に連結して急速充電される二次電池
装置、および、二次電池を充電する充電装置に関し、容
量が異なる複数種類の二次電池装置（二次電池パックま
たは二次電池内蔵型の電気機器）に対しても、共通の充
電装置を用いてそれぞれ適正に急速充電できる二次電池
装置の充電システムを提供することを目的とする。【構成】充電用電極２１に直列に接続された二次電池
２２を収納し、充電電圧の低下を検知して急速充電を完
了する急速充電回路１２を有する充電装置１０を用いて
二次電池２２を急速充電する二次電池装置２０におい
て、二次電池２２の急速充電が実施される状態で、充電
装置１０側の検出電極１３に接触する送出電極２３と、
送出電極２３に接続された回路要素２４と、を有し、か
つ、回路要素２４には、二次電池２２の容量に応じた固
有値が付与されている構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、充電装置に連結して急
速充電される二次電池装置、および、二次電池を充電す
る充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】充電装置とは切り離して単独で自由に持
ち運び、商業電源を利用できない場所でもそのまま使用
可能な各種の電気機器、例えば、携帯用無線機やノート
型パソコンが実用化されている。これらの電気機器のい
くつかは、電気機器の内部に二次電池を固定して設ける
が、他のいくつかは、繰り返し充電して再使用が可能な
二次電池パックを着脱自在に取り付けている。

【０００３】そして、前者の内蔵型では、専用の充電装
置に電気機器を接続して二次電池の充電を行うが、後者
の着脱型では、通常、電気機器から取り外した二次電池
パック単体を専用の充電装置に連結して充電する方法
と、電気機器に二次電池パックを取り付けたままの状態
で、電気機器を専用の充電装置に連結して充電する方法
の一方を任意に選択できる。ただし、携帯用ビデオカメ
ラ等では、二次電池パック単体でのみ充電を可能として
いる場合もある。

【０００４】これらの充電装置は、一般的には、家庭用
の１００Ｖ電源を接続した据え置き型に構成され、電気
機器を使用しない時間を用いて電気機器を充電装置に連
結して、あるいは電気機器に代わりの二次電池パックを
装着して取り外した二次電池パックを充電装置に連結し
て、二次電池を充電する。

【０００５】これらの充電装置における一般的な充電プ
ロセスは、例えば、二次電池の全容量を３０分で充電で
きる大きさの一定電流を二次電池に供給して充電する急
速充電過程と、急速充電過程に引き続いて、急速充電過
程の１０〜２０％の大きさの一定電流を二次電池に供給
して充電する通常充電過程とで構成され、急速充電過程
から通常充電過程への移行は、充電装置に内蔵された充
電電圧の検知回路が−ΔＶと呼ばれる充電電圧の低下を
検知した段階で実施される。

【０００６】−ΔＶと呼ばれる充電電圧の低下は、ニッ
ケル−カドミウム電池等の限られた種類の二次電池の充
電において観察される特異な現象であって、放電完了ま
たは放電途中の状態から比較的大きな一定電流で二次電
池に充電を続けていると、次第に充電電圧が上昇する
が、二次電池内部の活物質の再生完了に伴って二次電池
の内部抵抗が一時的に下がり、これにより、充電完了の
直前に突然、わずかな充電電圧の低下が観察される現象
である。

【０００７】例えば、６００mAｈの容量のニッケル−カ
ドミウム電池を完全な放電状態から６００mAの一定電流
を用いて急速充電すると、急速充電の開始後、約１時間
で−ΔＶが検知されて、急速充電が６０mAの通常充電に
切り替わる。

【０００８】内部の活物質の再生が完了した二次電池を
そのままにして、さらに急速充電を継続すると、供給電
力がそのまま二次電池内でジュール熱に変換されて内部
発熱を起こし、二次電池の内圧が上昇して内部の電極構
造が変形する等、危険な状態になる。

【０００９】従って、充電装置にはタイマーを用いた安
全回路が併設され、急速充電開始後一定時間が経過する
と、仮に−ΔＶが検知されなくても、強制的に急速充電
を中止させて通常充電に切り替える。これにより、万が
一、−ΔＶを検知し損なっても二次電池が危険な状態に
陥る前に急速充電を中止する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】電気機器では、それぞ
れ容量の異なる複数種類の二次電池パックを利用できる
ことが望ましい。電気機器の予想される使用時間を満た
す最も軽量な（容量の少ない）二次電池パックを選択す
ることで、電気機器の重量が軽減され、持ち運びが楽に
なるとともに操作の機動性が増す。

【００１１】しかし、それぞれ容量の異なる二次電池パ
ックに対しては、上述のタイマーを用いた安全回路が十
分に働かない問題がある。例えば、容量がそれぞれ６０
０mAｈ、１２００mAｈ、１８００mAｈの３種類の二次電
池パックを同一の充電装置を用いて充電する場合、６０
０mAｈの二次電池パックに適合させて１時間の急速充電
限界を設定すると、完全に放電した１８００mAｈの二次
電池パックでは、充電量が半分にも満たない段階で急速
充電が中止されてしまう。また、逆に、１８００mAｈの
二次電池パックに適合させて３時間の急速充電限界を設
定すると、６００mAｈの二次電池パックで−ΔＶを検知
し損なうと、一杯に充電された後も２時間近く急速充電
が継続されることになり、安全回路を設けた意味が失わ
れる。

【００１２】このような問題を解決するために、二次電
池パックの連結部分の設計を容量に応じてそれぞれ異な
らせ、充電装置側の１種類の二次電池パック専用の連結
場所では、別の種類の二次電池パックの充電を不可能に
する方法が考えられた。すなわち、充電装置に複数の二
次電池パック連結場所を設け、それぞれの場所にそれぞ
れ設定時間の異なるタイマーを設ける。しかし、この方
法では、充電装置の外観設計に対する制約が大きく、急
速充電回路やタイマーも別々に独立して設ける必要があ
る。

【００１３】また、充電装置に対する二次電池パックの
連結部分の外観を共通化して電極配置だけを異ならせ、
充電装置側の共通の連結場所に電極だけを多数配置し、
容量別の固有の電極を通じて複数種類の二次電池パック
をそれぞれ充電する方法が考えられた。しかし、この方
法でも、急速充電回路やタイマーの共有が困難であるこ
とは改善されない。

【００１４】一方、操作者が充電開始時に二次電池の容
量に応じてタイマーを設定し直す方法もあるが、充電操
作を煩雑にするばかりか、誤操作の可能性もある。

【００１５】同様に、二次電池パックを使用しないで、
二次電池が電気機器に固定内蔵されている場合でも、電
気機器の消費電力と予想される使用時間に基づいて種々
の容量の二次電池が選択され得る。しかし、充電装置に
タイマーを用いた安全回路が設けられている場合、二次
電池の容量の異なる電気機器に対して共通の充電装置を
利用できない。

【００１６】本発明の目的は、容量が異なる複数種類の
二次電池装置（二次電池パックまたは二次電池内蔵型の
電気機器）に対しても、共通の充電装置を用いてそれぞ
れ適正に急速充電できる二次電池装置、および、二次電
池装置に組合わせて充電システムを構成する充電装置を
提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の基本的
な構成の説明図である。図１において、請求項１の二次
電池装置は、充電用電極２１に直列に接続された二次電
池２２を収納し、充電電圧の低下を検知して急速充電を
完了する急速充電回路１２を有する充電装置１０を用い
て前記二次電池２２を急速充電する二次電池装置２０に
おいて、前記二次電池２２の急速充電が実施される状態
で、前記充電装置１０側の検出電極１３に接触する送出
電極２３と、該送出電極２３に接続された回路要素２４
と、を有し、かつ、前記回路要素２４には、前記二次電
池２２の容量に応じた固有値が付与されているものであ
る。

【００１８】例えば、回路要素２４を抵抗器で構成し、
二次電池２２の容量に応じた固有の抵抗値を付与してお
けば、充電装置１０側では、この抵抗値を検知して、二
次電池２２の容量を識別できる。

【００１９】請求項２の充電装置は、充電電圧の低下を
検知して急速充電を中止する急速充電回路１２を備え、
二次電池装置２０に連結した状態で前記二次電池２２を
急速充電する充電装置１０において、前記二次電池２２
の急速充電が実施される状態で、前記二次電池装置２０
側の送出電極２３に接触する検出電極１３と、該検出電
極１３を通じて、前記送出電極２３に接続された回路要
素２４の固有値を識別する識別手段１４と、識別された
固有値に応じた時間間隔を設定して、急速充電の開始
後、該時間間隔が経過すれば、充電電圧の低下が検知さ
れる以前でも急速充電を強制的に中止させる安全手段１
５と、を設けたものである。

【００２０】

【作用】請求項１の二次電池装置では、−ΔＶが検知さ
れない場合に一律不変の時間間隔で急速充電を中止させ
るのではなく、二次電池装置２０に設けた回路要素２４
の固有値を充電装置１０側で検知して二次電池２２の容
量を識別し、二次電池２２の容量に応じた適正な時間間
隔を用いて急速充電を中止させる。

【００２１】回路要素２４は、例えば、抵抗器、コイ
ル、コンデンサ、ダイオードで構成できる。この場合、
それぞれ抵抗値、リアクタンス、容量、個数（電圧降下
量）を二次電池２２の容量に応じて設定できる。

【００２２】例えば、回路要素２４を抵抗器とした場
合、識別手段の一例は、回路要素に一定電流を供給して
回路要素の電圧降下を計測する手段である。

【００２３】請求項２の充電装置では、請求項１の二次
電池装置２０に設けた回路要素２４の固有値を検知し
て、二次電池２２の容量を識別し、二次電池２２の容量
に応じた限界時間で急速充電を強制的に中止させる。

【００２４】急速充電回路１２は、二次電池２２を急速
充電するための一定電流を給電用電極１１を通じて二次
電池装置２０側に供給すると同時に、出力電圧（二次電
池２２の充電電圧とみなす）を検知して記憶し、現在の
出力電圧をそれまでの出力電圧と比較し、−ΔＶに相当
する出力電圧の低下が確認された時点で、急速充電を中
止する。急速充電の中止後は、充電を継続しても二次電
池２２に害のない水準の充電電流に切り替えて、そのま
ま充電を継続してもよい。

【００２５】識別手段１４には、二次電池装置２０に設
けた回路要素２４の種類に応じた固有値の識別機能が付
与される。

【００２６】安全手段１５は、急速充電の開始を検知し
て時間計測を開始し、急速充電の継続時間を計測する。
安全手段１５は、また、識別手段１４の出力に応じて１
つの時間間隔を設定し、急速充電の継続時間がこの時間
間隔に達すると、急速充電回路に働きかけて、急速充電
を強制的に中止させる。

【００２７】

【実施例】図２は実施例の携帯用無線機の充電システム
の説明図、図３は図２の充電システムにおける制御の説
明図である。図３中、(a) は充電電圧の線図、(b) は充
電電流の線図である。

【００２８】ここでは、二次電池パックに設けた抵抗器
の抵抗値を充電装置側で検知して、二次電池の容量を識
別する。また、−ΔＶの検知による急速充電の制御、二
次電池の容量識別、二次電池の容量に応じた限界時間に
よる急速充電の制御は、同一の１チップマイクロコンピ
ュータにより行う。

【００２９】図２において、二次電池パック５０は、無
線機本体６０に着脱可能に接続されており、充電器３０
は、無線機本体６０から取り外した二次電池パック５０
単体でも、無線機本体６０に接続したままの二次電池パ
ック５０でも、充電器３０の凹所４９に二次電池パック
５０の底部を挿入した状態で、共通の電極構造によって
二次電池パック５０に内蔵された二次電池５１を充電で
きる。

【００３０】二次電池パック５０は、無線機本体の連続
発信可能時間が３０分間で容量が６００mAｈのものであ
る。二次電池パックは、この他に６０分間用の容量１２
００mAｈのもの、９０分間用の容量１８００mAｈのもの
を利用できる。これら３種類の二次電池パック（５０）
には、それぞれ固有の抵抗値を有する抵抗器が内蔵され
る。すなわち、容量６００mAｈのものには１０ｋΩの抵
抗器、容量１２００mAｈのものには２０ｋΩの抵抗器、
容量１８００mAｈのものには３０ｋΩの抵抗器がそれぞ
れ内蔵される。

【００３１】充電装置３０は、この３種類の二次電池パ
ック（５０）を凹所４９で共通の電極構造を用いて充電
する。充電装置３０は、二次電池パック（５０）に設け
た抵抗器の抵抗値を識別して、二次電池（５１）の容量
に応じた急速充電の限界時間を設定する。すなわち、容
量６００mAｈのものに対して７０分間、容量１２００mA
ｈのものに対して１３０分間、容量１８００mAｈのもの
に対して１９０分間をそれぞれ設定する。

【００３２】二次電池パック５０は、容量６００mAｈの
二次電池５１と抵抗値１０ｋΩの抵抗器Ｒ８を内蔵す
る。二次電池パック５０の底部には、充電用電極５２、
５３と送出電極５４が配置され、接地側の充電電極５３
は送出電極５４に対する接地側電極を兼ねる。充電用電
極５２、５３と送出電極５４は、隣接させて、同様な寸
法形状に形成されており、充電装置３０の凹所４９に二
次電池パック５０の底部を挿入する操作によって、それ
ぞれ確実に充電装置３０側の相当する電極３８、３９、
４０に接触して通電状態が確保される。

【００３３】二次電池５１は充電用電極５２、５３の間
に、抵抗器Ｒ８は送出電極５４と充電用電極５３の間に
それぞれ直列に接続される。二次電池５１の両端は、無
線機本体６０側へ電力供給する端子５５、５６に配線さ
れる。端子５５、５６は、無線器本体６０に二次電池パ
ックを接続した状態で、無線機本体６０側の電極６５、
６６にそれぞれ接続される。

【００３４】充電装置３０は、家庭用のＡＣ１００Ｖコ
ンセントに接続して電源を得るプラグ３１、変圧器３
２、整流器３３、整流器３３の出力から急速充電を行う
ための６００mAの一定電流を形成する定電流回路３５、
充電中および充電完了を操作者に通知する充電インジケ
ータ３６、制御用の５Ｖ電源を供給するレギュレータ３
７、１チップマイクロコンピュータ４１、１チップマイ
クロコンピュータ４１で制御される切替器３４、抵抗器
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を含む。また、充電装置３０の上部に
設けた凹所の底部には、二次電池パック５０側の相当す
る電極に対応させて、給電用電極３８、接地電極３９、
受信電極４０が配置される。

【００３５】１チップマイクロコンピュータ４１は、Ａ
／Ｄ変換部４３、出力部４２、演算部４４、ＲＡＭ４
５、ＲＯＭ４６、切替部４７を含む。

【００３６】１チップマイクロコンピュータ４１は、最
初、切替部４７をＣＨ２に接続しており、Ａ／Ｄ変換部
４３は、１０ｋΩの抵抗器Ｒ４を通じて＋５Ｖをそのま
ま検知する。ここで、充電装置３０に二次電池パック５
０が接続されると、二次電池パック５０側の１０ｋΩの
抵抗器Ｒ８を通じて電流が流れて、Ａ／Ｄ変換部４３
は、抵抗器Ｒ４、Ｒ８で分圧された２．５Ｖを検知す
る。この信号によって急速充電プログラムが開始され
る。１チップマイクロコンピュータ４１は、この２．５
Ｖの電圧から急速充電の限界時間を７０分に設定して時
間計測を開始するとともに、切替器３４を６００mA側に
切り替える。これにより、給電用電極３８を通じて二次
電池パック５０側に６００mAの一定電流が供給開始され
る。

【００３７】また、同時に、１チップマイクロコンピュ
ータ４１の切替部４７がＣＨ１に切り替わり、抵抗器Ｒ
１、Ｒ２で分割された出力電圧（二次電池５１の充電電
圧とみなす）がＡ／Ｄ変換部４３に入力される。これ以
後、１チップマイクロコンピュータ４１は、刻々の出力
電圧を検知して記憶し、現在の出力電圧をこれまでの出
力電圧に比較して、−ΔＶに相当する電圧低下が確認さ
れると、その時点で急速充電プログラムを中止する。す
なわち、切替部４７をＣＨ２側に接続するとともに、切
替器３４を抵抗器Ｒ３を通じた６０mA側に切り替える。
これにより、充電完了した状態で充電を継続しても二次
電池５１に害を与える心配のない６０mAの水準で充電が
継続される。

【００３８】図３(b) において、二次電池には、最初、
６００mAの一定電流が供給されて急速充電が行われる。
二次電池が図３(a) の通常特性Ｃ１に従って充電される
場合には、充電の進行とともに充電電圧は次第に上昇す
るが、充電完了に伴って−ΔＶに相当する充電電圧の降
下が観察される。そこで、この時点Ｔ１で、充電電流を
６０mAに切り替える。

【００３９】一方、二次電池が図３(a) の異常特性Ｃ２
に従って充電された場合には、充電完了しても−ΔＶに
相当する充電電圧の降下が観察されない。そこで、最初
に定めた急速充電の限界時間Ｔ０で強制的に充電電流を
６０mAに切り替える。

【００４０】図４は、別の実施例の二次電池パックの説
明図である。ここでは、抵抗器の代わりにダイオードが
使用され、抵抗値の代わりに順方向の電圧降下を用いて
固有の値を設定する。

【００４１】図４において、二次電池パック５０の底部
には充電用電極５２、５３および送出電極５４が配置さ
れ、送出電極５４に対する接地側電極は充電用電極５３
で共用する。送出電極５４と充電用電極５３の間には、
(a) の６００mAｈの二次電池パック５０の場合には１
個、(b) の１２００mAｈの二次電池パック５０の場合に
は２個、(c) の１８００mAｈの二次電池パック５０の場
合には３個のダイオードが順方向に接続される。

【００４２】充電装置側では、送出電極５４と充電用電
極５３の間に電流を通じて、その電圧降下が０．７Ｖの
場合には(a) の６００mAｈの二次電池パック５０、１．
４Ｖの場合には(b) の１２００mAｈの二次電池パック５
０、２．１Ｖの場合には(c)の１８００mAｈの二次電池
パック５０であるとそれぞれ識別し、適正な急速充電の
限界時間を設定する。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の二次電池装置によれば、充電
装置側で仮に−ΔＶを検知し損ねた場合でも、二次電池
の容量に応じた適正な時間間隔で急速充電が中止され
る。従って、二次電池が充電完了した後も急速充電が継
続されて、二次電池の内部構造に損害を与える心配がな
く、容量の大きな二次電池が充電不十分なまま充電完了
と誤認される心配もない。

【００４４】また、二次電池パックや二次電池を内蔵し
た電気機器の充電装置に対する連結部分に簡単な電極構
造を追加するだけで、種々の容量の二次電池に対して、
共通の充電装置の共通の連結場所で共通の電極構造を用
いて適正な充電が可能であるから、二次電池装置の共通
化、標準化が容易で、二次電池装置の外観設計に対する
制約も少なくて済む。

【００４５】請求項２の充電装置によれば、仮に−ΔＶ
を検知し損ねた場合でも、二次電池の容量に応じた適正
な時間間隔で急速充電が中止される。従って、二次電池
が充電完了した後も急速充電が継続されて、二次電池の
内部構造に損害を与える心配がなく、容量の大きな二次
電池について、充電不十分なまま充電完了と誤認する心
配もない。また、急速充電状態の継続によって無駄な電
力を消費することもない。

【００４６】また、二次電池パックや二次電池を内蔵し
た電気機器の充電装置に対する連結部分に簡単な電極構
造を追加するだけで、種々の容量の二次電池に対して、
共通の充電装置の共通の連結場所で共通の電極構造を用
いて適正な充電が可能であるから、充電装置共通化、標
準化が容易で、充電装置の外観設計に対する制約も少な
くて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成の説明図である。

【図２】実施例の携帯用無線機の充電システムの説明図
である。

【図３】図２の充電システムにおける制御の説明図であ
る。

【図４】別の実施例の二次電池パックの説明図である。

【符号の説明】

１０充電装置１１給電用電極１２急速充電回路１３検出電極１４識別手段１５安全手段２０二次電池装置２１充電用電極２２二次電池２３送出電極２４回路要素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充電用電極（２１）に直列に接続された
二次電池（２２）を収納し、充電電圧の低下を検知して
急速充電を完了する急速充電回路（１２）を有する充電
装置（１０）を用いて前記二次電池（２２）を急速充電
する二次電池装置（２０）において、前記二次電池（２２）の急速充電が実施される状態で、
前記充電装置（１０）側の検出電極（１３）に接触する
送出電極（２３）と、該送出電極（２３）に接続された回路要素（２４）と、を有し、かつ、前記回路要素（２４）には、前記二次電池（２２）の容
量に応じた固有値が付与されていることを特徴とする二
次電池装置。
【請求項２】充電電圧の低下を検知して急速充電を中
止する急速充電回路（１２）を備え、二次電池装置（２
０）に連結した状態で前記二次電池（２２）を急速充電
する充電装置（１０）において、前記二次電池（２２）の急速充電が実施される状態で、
前記二次電池装置（２０）側の送出電極（２３）に接触
する検出電極（１３）と、該検出電極（１３）を通じて、前記送出電極（２３）に
接続された回路要素（２４）の固有値を識別する識別手
段（１４）と、識別された固有値に応じた時間間隔を設定して、急速充
電の開始後、該時間間隔が経過すれば、充電電圧の低下
が検知される以前でも急速充電を強制的に中止させる安
全手段（１５）と、を設けたことを特徴とする充電装置。