JPH06197466A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充電中に周囲の温度が上昇したときに電池の
性能が低下せず、また、温度が低下しても充電時間を短
くする。 【構成】 電池Ｅの放電手段１と、温度センサー２と、
温度センサー２からの信号で、温度が低いときに電池Ｅ
の充電設定電圧を高くし、温度が高いときに充電設定電
圧を低く調整する充電制御手段３を備える。温度が低温
から高温になると、充電制御手段３が電池Ｅを充電する
充電設定電圧を低くして放電手段１で電池Ｅを強制的に
放電し、電池Ｅの電圧を低下させる。 【効果】 温度が上昇すると、電池を強制放電して電圧
を低下させた後に充電を再開するので、周囲の温度が大
幅に変動しても、電池の性能が低下するのを防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として非水系二次電
池の充電に使用される充電装置に関し、とくに、充電す
る温度環境に適応して二次電池を充電できる装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鉛蓄電池等で充電電圧の温度補正を行う
ケースは良く見受けられる。リチウムイオン二次電池等
の非水系二次電池も、同じように温度補正して充電され
る。非水系二次電池は、高温、高電圧にさらされると、
電解液が分解して劣化する。反対に、低温では、充電ス
ピードが遅くなる。このため、低温では充電設定電圧を
高くして充電スピードを速くし、高温では充電設定電圧
を低くして電池性能の劣化を防止している。電池を充電
する環境温度が一定であると、充電設定電圧を温度で補
正して充電する必要がない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
用途によっては、充電中の電池の周囲温度が著しく変動
することがある。たとえば、屋外あるいは屋内の非常用
電源に使用される電池は、定電圧充電してフル充電の状
態に保持される。すなわち、定電圧でフロート充電され
る。この用途の電池は、昼間と夜間とで周囲温度が著し
く変動する。たとえば、室内で使用される電池は、冬期
の昼には暖房して温度が２０℃以上に上昇し、夜間に０
℃以下に低下することがある。温度変化は電池の寿命を
著しく短くする。とくに、周囲温度が低温から高温に上
昇したときに、電池に大きなダメージを与える。それ
は、低温であるために充電設定電圧を高くして充電され
た電池の温度が上昇するからである。温度変化による電
池のダメージを防止するには、温度が上昇すると充電設
定電圧を低くする必要がある。充電中に電池の電圧を上
昇させることは簡単であるが、簡単に低下することはで
きない。それは、充電設定電圧を低下しても、電池の開
放電圧が低下しないからである。電池の開放電圧は、充
電することによって上昇できるが、充電設定電圧を低く
しても、充電は停止されるが電池の開放電圧を低くする
ことはできない。電池の高電圧による性能低下は、電池
の充電設定電圧を低く調整することで解消できる。たと
えば、最高の周囲温度を考慮して電池性能が低下しない
充電設定電圧に設定することで電圧上昇による電池性能
の低下を防止できる。しかしながら、充電設定電圧を低
くすると、低温時に充電時間が長くなるとともに、電池
を満充電することができなくなり、実質的に使用できる
電池の容量が減少する。このため、充電設定電圧を低く
することは好ましくない。

【０００４】ところで、電池の高温、高電圧による性能
低下を防止するために、熱差動手段と放電手段とを内蔵
させたバッテリーパックが開発されている（特開平４−
１３７３７１号公報）。この公報に記載されるバッテリ
ーパックは、直列に接続したバイメタルスイッチとスイ
ッチング素子とを介して、電池に放電抵抗を接続してい
る。バイメタルスイッチは温度が高くなるとオンにな
る。スイッチング素子は、電池の電圧が高いときにオン
となる。したがって、このバッテリーパックは、電池の
電圧が高く、しかも、周囲温度が高いときに放電抵抗で
電池を強制的に放電して電圧を低下させる。強制放電し
て電池の電圧が低下すると、スイッチング素子がオフに
なって電池の過放電が防止される。

【０００５】このバッテリーパックは、低温で高電圧に
充電した電池を、高温環境のところにもっていって保存
しても、電池性能が低下しない特長がある。しかしなが
ら、このバッテリーパックは、強制放電して電池電圧を
低くすることはできるが、電池電圧を上昇することがで
きない。このため、電池を周囲温度の高いところから低
いところに移動させたときには、電池電圧を低下させる
ことができるが、高温のところから低温のところに移動
させたときに、電池の開放電圧を高くすることが出来な
い欠点がある。

【０００６】本発明は、充電中に周囲の温度が上昇して
も、あるいは低下しても常に理想的な電圧に充電できる
充電装置を提供することを目的に開発されたものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の充電装置は、前
述の目的を達成するために下記の構成を備える。本発明
の充電装置は、電池Ｅと並列に接続される放電手段１
と、電池温度または電池Ｅの周囲温度を検出する温度セ
ンサー２と、温度センサー２に接続されて、温度が低い
ときに電池Ｅの充電設定電圧を高くし、温度が高いとき
に充電設定電圧を低く調整する充電制御手段３とを備え
る。

【０００８】充電制御手段３は、電池温度または電池の
周囲温度が低温から高温になると、電池を充電する充電
設定電圧を低くする。充電設定電圧が電池の開放電圧よ
りも低くなると、電池の充電が中断され、放電手段１を
介して電池Ｅは強制的に放電される。強制放電される
と、電池の電圧が低下して、電池の高温、高電圧のダメ
ージは防止される。

【０００９】

【作用】本発明の充電装置は、図１に示すように、電池
温度または周囲温度が変化すると、電池を放電し、また
充電設定電圧を変更し下記の動作をする。 電池を低温で充電するとき この状態においては、充電制御手段３は、電池Ｅを充電
する充電設定電圧を高く設定する。充電設定電圧が高い
ので、電池Ｅは充電設定電圧で充電される。 電池の周囲温度が上昇したとき 温度が上昇すると、充電制御手段３は、電池Ｅを充電す
る充電設定電圧を低くする。充電制御手段３の出力電圧
が、電池Ｅの開放電圧よりも低くなると、電池Ｅの充電
は停止される。さらに、電池Ｅには放電手段１が接続さ
れているので、放電手段１を介して電池Ｅは強制的に放
電される。放電されると電池Ｅの電圧は低下する。電池
の放電電流は電池の電圧が低下するにしたがって減少す
る。 電池の周囲温度が高い状態に保持されたとき 電池Ｅが強制放電されて、開放電圧が、充電制御手段３
の出力電圧である充電設定電圧になると、電池Ｅの放電
は停止される。その後、低い充電設定電圧で充電が再開
される。 電池の周囲温度が低下したとき 温度が低下すると、電池Ｅの充電電流が低下するので、
充電制御手段３は充電設定電圧を上昇して充電時間が長
くなるのを防止する。温度が低いときは、充電電圧を高
くしても、電池Ｅの性能が低下することはない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための充電装置を例示するものであって、
本発明の充電装置は、回路構成、使用する電池のタイ
プ、種々の設定条件等を下記のものに特定するものでな
い。本発明の充電装置は、特許請求の範囲において、種
々の変更を加えることができる。

【００１１】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００１２】図２に示す充電装置は、電池Ｅと並列に接
続される放電手段１と、電池温度または電池Ｅの周囲温
度を検出する温度センサー２と、温度センサー２に接続
されて、電池Ｅの充電設定電圧を調整する充電制御手段
３とを備える。

【００１３】図に示す放電手段１は放電抵抗である。た
だ、放電手段１は、放電抵抗に代わって、ダイオードや
トランジスター等も使用できる。トランジスターは、ベ
ース電流を制御して放電電流を調整することができる。
放電抵抗は抵抗値で電流を調整できる。

【００１４】図２に示す充電装置は、満充電した後に電
池を外すタイプと、電池Ｅを常に接続して定電圧でフロ
ート充電するタイプとに利用される。電池を満充電した
後に充電装置から外すタイプの充電装置は、好ましく
は、破線で示すように、放電抵抗と直列にスイッチ手段
４を接続する。スイッチ手段４は、電池Ｅを強制的に放
電するときにのみオン、その他のときにはオフに制御さ
れる。この構造の充電装置は、電池に充電電流を流すと
きに、放電抵抗が電力を無駄に消費するのを防止でき
る。また、満充電した電池が、満充電されてから外すま
での間に無駄に放電されるのも防止できる。

【００１５】温度センサー２は、電池温度または電池の
周囲温度を測定する。温度センサー２は、充電装置に内
蔵される発熱部材の熱の影響が少ないところに配設され
る。熱的な影響を防止するために、必要ならば、温度セ
ンサーと発熱部材との間に、熱の遮断材を配設する。ま
たは、温度センサーを発熱部材から離して熱の影響を少
なくする。温度センサーが周囲温度を検出する場合、充
電装置のケースの外側に表出するように配設する。温度
センサー２にはサーミスターが使用できる。ただ、温度
センサー２には、サーミスターに代わって、温度を検出
できる全てのセンサーを使用することができるのは言う
までもない。

【００１６】充電制御手段３は、差動アンプ５と、差動
アンプ５で制御されるスイッチングトランジスター６と
を備える。差動アンプ５は、＋側入力端子に、温度セン
サー２であるサーミスターを接続し、−側入力端子に電
池の分圧抵抗７、８の中点を接続している。サーミスタ
ーは、抵抗を介して基準電圧源９に接続される。サーミ
スターは、温度が上昇すると抵抗が小さくなる。サーミ
スターの抵抗が小さくなると、電圧が低くなる。それ
は、基準電圧源９から一定の電流を流しているからであ
る。差動アンプ５の−側入力端子には、分圧抵抗７、８
を介して一定の比率に低下した電池電圧が入力される。

【００１７】差動アンプ５の出力はスイッチングトラン
ジスター６のベースに接続されている。スイッチングト
ランジスター６は、直流電源と電池Ｅとの間に接続され
て、充電制御手段３の充電設定電圧を調整する。スイッ
チングトランジスター６は、ベース電流を減少させる
と、コレクターエミッター間の抵抗が大きくなって、充
電設定電圧を低くする。反対にスイッチングトランジス
ター６のベース電流が多くなると、コレクターエミッタ
ー間の抵抗が減少して充電設定電圧を高くする。スイッ
チングトランジスター６のベース電流は、差動アンプ５
の出力電圧が大きくなると増加する。

【００１８】図２に示す充電制御手段３は、差動アンプ
５の＋側入力端子と−側入力端子の間の電圧を０とする
ように、差動アンプ５がスイッチングトランジスター６
を制御して出力電圧を調整する。

【００１９】図２に示す充電装置は、下記のように動作
して、電池を充電する。 (1) 温度が上昇すると、温度センサー２であるサーミ
スターの抵抗が小さくなる。 (2) サーミスターの抵抗が小さくなると、差動アンプ
５の＋側入力端子の電圧が低下して、差動アンプ５の出
力が低下する。 (3) 差動アンプ５の出力が低下すると、スイッチング
トランジスター６のベース電流が減少する。 (4) ベース電流の減少は、スイッチングトランジスタ
ー６のコレクターエミッター間の抵抗を増加させ、充電
制御手段３の充電設定電圧を低下させる。 (5) 充電制御手段３の充電設定電圧が電池Ｅの開放電
圧よりも低くなると、電池Ｅの充電が停止される。 (6) 充電が停止されると、電池Ｅは放電手段１である
放電抵抗を介して強制的に放電される。 (7) 電池Ｅの開放電圧が、充電制御手段３の充電設定
電圧よりも低くなると、電池Ｅの充電が再開される。こ
の状態になると、電池Ｅの放電は停止され、電池Ｅは低
下された充電設定電圧で定電圧充電される。 (8) 充電中に温度が低下すると、差動アンプ５の＋側
入力端子の電圧が大きくなって、差動アンプ５の出力が
大きくなる。 (9) 差動アンプ５からスイッチングトランジスター６
に流入するベース電流が増加し、充電制御手段３は、充
電設定電圧を上昇させる。 (10) 充電設定電圧が高くなると、電池Ｅは上昇した電
圧で定電圧充電される。充電設定電圧が上昇したとき
に、電池Ｅは、放電抵抗を介して強制放電することはな
い。それは、充電設定電圧が電池Ｅの開放電圧よりも低
くならないからである。

【００２０】図２に示す充電装置は、スイッチングトラ
ンジスター６を電池Ｅに接続している。ただ、スイッチ
ングトランジスター６と電池Ｅとの間に、充電制御スイ
ッチング素子（図示せず）を接続し、充電制御スイッチ
ング素子で充電電流を制御して、例えばパルス電流で電
池を充電することもできる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の充電装置は、充電中に周囲の温
度が変化しても、常に理想的な状態で電池を充電できる
特長がある。このため、充電中に周囲の温度が上昇して
も、電池の性能が低下することがない。反対に充電中に
周囲温度が低下しても、電池の充電時間が長くなること
もない。このように、本発明の装置が理想的な状態で電
池を充電できるのは、充電状態で電池と並列に放電手段
を接続して、充電制御手段でもって温度によって充電設
定電圧を変更しているからである。すなわち、充電中に
温度が上昇すると、電池の充電設定電圧を低くして、電
池を強制放電して開放電圧を低くし、高温、高電圧によ
る電池性能の低下を防止ている。さらに、充電中に温度
が低下したときには、充電電流が低下して充電時間が長
くなるのを防止するために、充電設定電圧を高くして、
短時間で満充電する。したがって、本発明の充電装置
は、周囲の温度が高くなっても電池の性能が低下せず、
また、周囲温度が低下しても短時間で満充電できる理想
的な特長を実現する。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】温度が変化したときの電池の放電電流と充電設
定電圧を示すグラフ

【図２】本発明の一実施例を示す充電装置の回路図

【符号の説明】

１…放電手段 ２…温度センサー ３…充電制御手段 ４…スイッチ手段 ５…差動アンプ ６…スイッチングトランジスター ７…分圧抵抗 ８…分圧抵抗 ９…基準電圧源 Ｅ…電池

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池(E)と並列に接続される放電手段(1)
   と、電池温度または電池の周囲温度を検出する温度セン
   サー(2)と、温度センサー(2)に接続されて、温度が低い
   ときに電池の充電設定電圧を高くし、温度が高いときに
   充電設定電圧を低く調整する充電制御手段(3)とを備
   え、電池または周囲温度が低温から高温になると、充電
   制御手段(3)が電池を充電する充電設定電圧を低くして
   放電手段(1)で電池を強制的に放電し、電池の電圧を低
   下して充電するように構成された充電装置。