JPH07177672A - ２次電池の充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２次電池をきわめて急速に充電できる充電装
置を提供する。 【構成】 ２次電池１０の充電電流ＩCHGとなる電流を
出力するＤＣ−ＤＣコンバータ２と、充電電流ＩCHGの
大きさを、第１の値と第２の値とに切り換える切り換え
回路４とを設ける。第１の値は、２次電池１０の残存容
量がほぼ０のときに許される比較的大きな値とする。第
２の値は、２次電池１０の残存容量が大きいときに許さ
れる値とする。２次電池１０を充電するとき、所定の充
電量までは、第１の値の大きさの充電電流ＩCHGにより
充電する。その後、充電の中期は、充電電流ＩCHGの大
きさを、第１の値と、第２の値とに、所定の期間の割り
合いで切り換える。充電の後期は、充電電流ＩCHGの大
きさを第２の値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ニッケルカドミウム
電池やニッケル水素電池のような２次電池の充電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドホンステレオ、ビデオカメラ、ひ
げそり、電動工具などのコードレス機器には、ニッケル
カドミウム電池（Ｎｉ-Ｃｄ電池）やニッケル水素電池
（Ｎｉ-ＭＨ電池）などの２次電池が使用されている。

【０００３】そして、これらの２次電池の電池容量が例
えば0.82Ａｈであるとすれば、標準の充電方法で充電す
る場合、充電電流の大きさは、0.082Ａに設定される。
すなわち、標準の充電方法では、電池容量１Ｃ〔Ａｈ〕
に対して、充電電流の大きさは、0.1Ｃ〔Ａ〕に設定さ
れる。

【０００４】そして、0.1Ｃ〔Ａ〕の充電電流で、10時
間の充電を行えば、 0.1Ｃ〔Ａ〕×10〔ｈ〕＝１〔Ａｈ〕 となり、100％の充電を行うことができる。つまり、標
準の充電方法では、充電時間が10時間となる。

【０００５】これに対し、急速充電を行う場合には、充
電電流の大きさは、一般に、１Ｃ〔Ａ〕に設定される。
すると、この場合には、 １〔Ａｈ〕／１Ｃ〔Ａ〕＝１〔ｈ〕 となり、充電時間は１時間に短縮される。

【０００６】ところで、残存容量がほぼ０の２次電池の
場合、充電の初期から中期の期間であれば、２Ｃ〜３Ｃ
〔Ａ〕程度の大電流で充電を行っても、問題はない。た
だし、残存容量が75〜100％の場合には、２次電池の温
度が急激に上昇し、２次電池の特性が劣化するので、大
電流による充電は好ましくない。

【０００７】そこで、図１１Ａに示すように、充電の最
初の期間Ｔ1は、例えば２Ｃ〔Ａ〕の充電電流で充電を
行い、続く期間Ｔ2は１Ｃ〔Ａ〕の充電電流で充電を行
う方法が考えられている。すると、この場合、 Ｔ1＝15分 Ｔ2＝30分 とすれば、 となって、100％の充電ができる。そして、このとき、
充電に必要な時間は45分（＝Ｔ1＋Ｔ2）である。すなわ
ち、充電時間を、一般の急速充電よりも、さらに短縮す
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１１に示
す充電特性の方法で充電を行う場合、 期間Ｔ1を長くすれば、それ以上に期間Ｔ2を短くす
ることができるので、結果として、総合の充電時間（Ｔ
1＋Ｔ2）をさらに短くすることができる。 期間Ｔ1を長くしなくても、期間Ｔ1の充電電流をさ
らに大きくすれば、期間Ｔ2を短くすることができ、や
はり、総合の充電時間をさらに短くすることができる。 が、考えられる。

【０００９】ところが、、のどちらの方法も、以下
に述べる理由により、実現が困難である。

【００１０】すなわち、期間Ｔ1における充電電流が２
Ｃ〔Ａ〕のように大きい場合には、２次電池の発熱が大
きくなり、図１１Ｂに実線で示すように、２次電池の温
度が上昇するようになる。そして、上記のように、Ｔ1
＝15分程度で期間Ｔ2に移り、充電電流を１Ｃ〔Ａ〕に
すれば、２次電池の発熱が小さくなって温度が低下する
ので、特に問題を生じることはない。

【００１１】図１２は、図１１Ａの充電特性で充電を行
った場合の各部の温度の測定結果を示すもので、 Ｔ1＝15分 Ｔ2＝32分 電池の容量 ：0.82Ａｈ 期間Ｔ1の充電電流：1.9Ａ（＝約2.32Ｃ〔Ａ〕） 期間Ｔ2の充電電流：0.8Ａ（＝約0.98Ｃ〔Ａ〕） である。また、図１２の場合には、期間Ｔ2の終了後、
0.08Ａ（＝約0.098Ｃ〔Ａ〕）の充電電流で、トリクル
充電を行っている。さらに、各曲線は、 TR ：充電電流の出力用トランジスタの温度 BATT：充電される２次電池の温度 CASE：充電装置の温度 を示す。

【００１２】そして、この測定結果によれば、期間Ｔ1
の終了時には、出力用トランジスタの温度は61℃に達
し、２次電池の温度は、44℃に達している。しかし、期
間Ｔ1が終了して期間Ｔ2になると、充電電流が小さくな
るので、出力用トランジスタや２次電池の発熱が小さく
なり、それらの温度は低下している。

【００１３】なお、満充電になると、充電電流は、充電
に使用されずに熱となってしまうので、それぞれの温度
は再び上昇し、２次電池の温度は48℃まで上昇してい
る。しかし、期間Ｔ2を過ぎると、トリクル充電となる
ので、各温度は低下していく。そして、この測定結果に
おける程度の温度上昇であれば、問題ない。

【００１４】しかし、のように、期間Ｔ1を長くする
場合には、図１１Ｂに破線で示すように、２次電池の温
度は、期間Ｔ1の温度上昇に引き続き、上昇していく。
また、各部の温度も、同様に上昇してしまう。

【００１５】そして、このように２次電池や充電装置の
温度が上昇すると、やけどや火災などの危険を生じてし
まう。また、電池内部のガスの発生も多くなり、爆発の
危険も生じてくる。したがって、これらの理由により、
期間Ｔ1の長さは制限されてしまう。つまり、の充電
方法で、期間Ｔ1を長くして総合の充電時間を短くする
ことは、困難である。

【００１６】一方、のように、期間Ｔ1を長くしない
で、この期間Ｔ1における充電電流を大きくする方法
は、もともと充電電流の大きさに制限があるので、無理
である。また、充電電流を大きくするためには、その充
電電流となる電流の流れるすべての素子の電流容量を大
きくする必要があり、コストアップや充電装置の大型化
を招いてしまう。

【００１７】この発明は、以上のような問題点を招くこ
となく、２次電池の急速充電時間を、さらに短縮しよう
とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このため、この発明にお
いては、各部の参照符号を後述の実施例に対応させる
と、２次電池１０の充電電流ＩCHGとなる電流を出力す
るＤＣ−ＤＣコンバータ２と、充電電流ＩCHGの大きさ
を、第１の値と第２の値とに切り換える切り換え回路４
とを設け、第１の値は、２次電池１０の残存容量がほぼ
０のときに許される比較的大きな値とし、第２の値は、
２次電池１０の残存容量が大きいときに許される値と
し、２次電池１０を充電するとき、充電の初期は、第１
の値の大きさの充電電流ＩCHGにより充電し、充電の中
期は、充電電流ＩCHGの大きさを、第１の値と、第２の
値とに、所定の期間の割り合いで切り換え、充電の後期
は、充電電流ＩCHGの大きさを第２の値とするようにし
たものである。

【００１９】

【作用】所定の容量までは、比較的大きな充電電流ＩCH
Gにより充電され、その後は、平均的には次第に小さく
なる充電電流ＩCHGにより充電され、最後は、２次電池
１０を傷めない程度の大きさの充電電流ＩCHGにより充
電される。

【００２０】

【実施例】図１において、１０は充電の対象となる２次
電池を示し、これは、この例においては、Ｎｉ-Ｃｄで
あり、その公称電圧は1.2Ｖ、容量は0.82Ａｈである。

【００２１】そして、１は整流回路、２はＤＣ−ＤＣコ
ンバータを示し、例えば100Ｖの商用交流電圧が、ＡＣ
プラグPLGを通じて整流回路１に供給されて120〜130Ｖ
程度の直流電圧Ｖ1が取り出される。また、ＤＣ−ＤＣ
コンバータ２は、直流電圧Ｖ1を、充電用の直流電圧ＶC
HGに変換するためのものであり、この例においては、発
振用トランジスタＱ21及び発振トランスＴ21を有する自
励発振回路により構成されている。

【００２２】そして、整流回路１から直流電圧Ｖ1が出
力されると、この電圧Ｖ1が比較的大きな値の抵抗器Ｒ2
1を通じてトランジスタＱ21のベースに供給され、トラ
ンジスタ２１にベース電流が流れ始める。すると、この
ベース電流に対応して、トランジスタ２１のコレクタ電
流がトランスＴ21の入力コイルＬ21に流れるので、トラ
ンスＴ21の帰還コイルＬ23に電圧が誘起され、この誘起
電圧が、抵抗器Ｒ22及びコンデンサＣ21を通じてトラン
ジスタＱ21のベースに正帰還される。

【００２３】したがって、トランジスタＱ21は自励発振
を始めるので、トランスＴ21の出力コイルＬ22に発振出
力が取り出される。そして、この発振出力が、ダイオー
ドＤ21により整流されて直流電圧（脈流電圧）ＶCHGと
され、この電圧ＶCHGにより、充電端子ＴOUTに充電電流
ＩCHGが出力される。

【００２４】さらに、３は、充電電流ＩCHGを定電流化
するための制御回路を示し、これは、ダーリントン接続
されたトランジスタＱ31、Ｑ32を有する。そして、トラ
ンジスタＱ21に、エミッタ抵抗器Ｒ23及びコンデンサＣ
22が接続され、そのエミッタが、トランジスタＱ31のベ
ースに接続され、トランジスタＱ31、Ｑ32のコレクタ
が、トランジスタＱ21のベースに接続され、トランジス
タＱ32のエミッタが基準電位点に接続される。

【００２５】したがって、トランジスタＱ21のコレクタ
電流が例えば増加すると、そのエミッタ電位が上昇して
トランジスタＱ31、Ｑ32のコレクタ・エミッタ間の抵抗
が小さくなるので、トランジスタＱ21のベース電流は減
少し、そのコレクタ電流も減少する。また、逆に、トラ
ンジスタＱ21のコレクタ電流が減少すると、そのエミッ
タ電位が低下してトランジスタＱ31、Ｑ32のコレクタ・
エミッタ間の抵抗が大きくなるので、トランジスタＱ21
のベース電流は増加し、そのコレクタ電流も増加する。

【００２６】したがって、トランジスタＱ21の発振レベ
ルは、そのエミッタ抵抗器Ｒ23の値により決まる一定値
に保持される。そして、コイルＬ22の出力電流の大きさ
は、トランジスタＱ21の発振レベルに比例するので、コ
イルＬ22の出力電流、すなわち、端子ＴOUTの充電電流
ＩCHGはトランジスタＱ21のコレクタ電流に比例した一
定の大きさの電流となる。

【００２７】さらに、充電電流ＩCHGの大きさの切り換
え用回路４として、トランジスタＱ41、Ｑ42が設けら
れ、抵抗器Ｒ23に、抵抗器Ｒ41及びトランジスタＱ41の
コレクタ・エミッタ間の直列回路が並列接続されるとと
もに、抵抗器Ｒ42及びトランジスタＱ42のコレクタ・エ
ミッタ間の直列回路が並列接続される。

【００２８】したがって、トランジスタＱ21のエミッタ
抵抗器は、トランジスタＱ41、Ｑ42がオフの場合には、
抵抗器Ｒ23だけとなり、トランジスタＱ41がオン、か
つ、トランジスタＱ42がオフの場合には、抵抗器Ｒ23、
Ｒ41の並列回路となり、さらに、トランジスタＱ41、Ｑ
42がオンの場合には、抵抗器Ｒ23、Ｒ41、Ｒ42の並列回
路となる。そして、このエミッタ抵抗器の値に対応して
トランジスタＱ21のコレクタ電流が変化し、このコレク
タ電流の変化に対応して充電電流ＩCHGの大きさが変化
する。

【００２９】したがって、抵抗器Ｒ23、Ｒ41、Ｒ42の値
をあらかじめ設定しておくことにより、充電電流ＩCHG
の大きさを、トランジスタＱ41、Ｑ42のオン・オフに対
応して変更することができる。そこで、この例において
は、充電電流ＩCHGの大きさは、 トランジスタＱ41、Ｑ42がオンの場合、ＩCHG＝２Ｃ
〔Ａ〕 トランジスタＱ41がオン、トランジスタＱ42がオフの場
合、１Ｃ〔Ａ〕 トランジスタＱ41、Ｑ42がオフの場合、ＩCHG＝0.1Ｃ
〔Ａ〕 とされる。

【００３０】さらに、トランジスタＱ41、Ｑ42の各ベー
スが、充電制御用のマイクロコンピュータ７の出力ポー
トPORT1、PORT2にそれぞれ接続され、トランジスタＱ4
1、Ｑ42は、マイコン７によりオン・オフ制御される。
なお、マイコン７は、ＣＰＵ、例えば図２〜図４に示す
充電ルーチン１００〜３００の書き込まれたＲＯＭ、Ａ
／Ｄコンバータなどを一体に有する１チップマイコンと
されている。

【００３１】また、５は電池電圧検出回路、６は放電回
路を示す。そして、検出回路５においては、端子ＴOUT
の電圧が、抵抗器Ｒ51により取り出されるとともに、コ
ンデンサＣ51により平滑され、この平滑された電圧が、
マイコン７のアナログ入力ポート（内蔵のＡ／Ｄコンバ
ータの入力端子）A/Dに供給される。

【００３２】さらに、放電回路６は、詳細は後述する
が、充電開始時に電池１０を放電させることにより、電
池１０の残量が０であるかどうかをチェックするときに
使用するものである。このため、端子ＴOUTと基準電位
点との間に、比較的小さな値の放電用の抵抗器Ｒ61と、
放電制御用のトランジスタＱ61のコレクタ・エミッタ間
とが直列接続され、そのベースがマイコン７の出力ポー
トPORT3に接続される。

【００３３】また、トランスＴ21のコイルＬ23に得られ
る帰還電圧が、整流回路８に供給されて直流電圧とさ
れ、この直流電圧が、３端子レギュレータ（１チップＩ
Ｃ化された定電圧回路）Ｑ81に供給されて例えば５Ｖの
直流電圧に安定化され、この直流電圧が、マイコン７に
その動作電圧として供給される。

【００３４】そして、充電時には、マイコン７におい
て、ルーチン１００が実行されて充電が行われる。すな
わち、プラグPLGに入力交流電圧が供給されると、上述
のように、発振回路２が発振を始め、トランスＴ21のコ
イルＬ23に帰還電圧が得られるので、レギュレータ８か
らマイコン７に、その動作電圧が供給されるようにな
る。この結果、マイコン７の処理がルーチン１００のス
テップ１０１からスタートする。

【００３５】続いて、マイコン７の処理はステップ１０
２に進み、このステップ１０２において、初期化が行わ
れ、マイコン７からの制御信号により、トランジスタＱ
41、Ｑ42がオフとされるとともに、トランジスタＱ61も
オフとされる。したがって、端子ＴOUTには、発振回路
２からの充電電圧ＶCHGが出力される。

【００３６】次に、ステップ１０３において、検出回路
５を通じて端子ＴOUTの電圧の大きさが検出される。こ
の場合、端子ＴOUTに電池１０が接続されていないとき
には、端子ＴOUTは無負荷状態となるので、端子ＴOUTの
電圧は、電池１０の端子電圧よりも高くなり、端子ＴOU
Tに電池１０が接続されているときには、電池１０の端
子電圧まで低下する。

【００３７】そこで、端子ＴOUTの電圧の違いから、端
子ＴOUTに電池１０が接続されているか接続されていな
いかが判別され、接続されていないときには、処理はス
テップ１０３を繰り返し、端子ＴOUTに電池１０が接続
されるまで待機する。

【００３８】そして、任意の時点に、端子ＴOUTに電池
１０が接続されると、これがステップ１０３において検
出され、処理はステップ１０３からステップ１０４に進
み、このステップ１０４において、トランジスタＱ61が
オンとされて電池１０の放電が行われ、このときの放電
特性から電池１０の残量が０であるかどうかがチェック
される。

【００３９】このチェックは、上述のように、充電電流
を例えば２Ｃ〔Ａ〕と大きくできるのは、残存容量がほ
ぼ０であり、充電の初期から中期の期間に限られるの
で、その２Ｃ〔Ａ〕の充電ができるかどうかを知るため
に行われる。なお、この放電特性から電池１０の残量が
０であるかどうかを知る方法については、一例を後述す
る。また、このチェックを終了したとき、トランジスタ
Ｑ41はオフとされる。

【００４０】そして、ステップ１０４における残量チェ
ックが終了すると、処理はステップ１０４からステップ
１０５に進み、このステップ１０５において、ステップ
１０４のチェック結果が判別され、残量が０（０に近い
ときを含む）ときには、処理はステップ１０５からステ
ップ１１１に進み、このステップ１１１において、トラ
ンジスタＱ41、Ｑ42がオンとされ、充電電流ＩCHGは、
比較的大きな値、すなわち、２Ｃ〔Ａ〕とされる。こう
して、図５に示すように、電池１０は、ステップ１１１
が実行された時点ｔ0から２Ｃ〔Ａ〕の充電電流で充電
されていく。

【００４１】そして、この間に、マイコン７の処理はス
テップ１１２に進み、このステップ１１２において、15
分の時間待ちが行われる。したがって、時点ｔ0から２
Ｃ〔Ａ〕の充電電流で充電が15分間行われることにな
る。

【００４２】そして、この15分が経過して時点ｔ1にな
ると、処理はステップ１１２からステップ１１３に進
み、このステップ１１３において、ルーチン２００が実
行され、充電電流ＩCHGは、１Ｃ〔Ａ〕と、２Ｃ〔Ａ〕
とに、交互に切り換えられる。

【００４３】すなわち、ルーチン２００において、処理
は２０１からスタートし、ステップ２０２において、以
後のステップ２１１〜２１４の実行回数を示すカウンタ
用の変数Ｎが「１」にセットされる。そして、次にステ
ップ２１１において、トランジスタＱ41がオン、トラン
ジスタＱ42がオフとされて充電電流ＩCHGは１Ｃ〔Ａ〕
とされ、続いてステップ２１２において、15秒の時間待
ちが行われる。したがって、時点ｔ1から15秒間は、充
電電流ＩCHGは１Ｃ〔Ａ〕となる。

【００４４】そして、この15秒が経過すると、処理はス
テップ２１２からステップ２１３に進み、このステップ
２１３において、トランジスタＱ41、Ｑ42がオンとされ
て充電電流ＩCHGは２Ｃ〔Ａ〕とされ、続いてステップ
２１４において、45秒の時間待ちが行われる。したがっ
て、45秒間、２Ｃ〔Ａ〕の電流ＩCHGで充電が行われる
ことになる。

【００４５】そして、このステップ２１４の45秒が経過
すると、処理はステップ２１４からステップ２１５に進
んで変数Ｎがインクリメントされ、次にステップ２１６
において、Ｎ＞５となったかどうかがチェックされ、Ｎ
＞５ではないときには、処理はステップ２１６からステ
ップ２１１に戻り、Ｎ＞５のときには処理はステップ２
１７に進む。

【００４６】したがって、図５にも示すように、時点ｔ
1からは、１Ｃ〔Ａ〕の充電が15秒間行われる状態と、
２Ｃ〔Ａ〕の充電が45秒間行われる状態とが、５回繰り
返される。すなわち、時点ｔ1から時点ｔ2までの５分間
（＝(15秒＋45秒)×５回）、充電電流ＩCHGは１分の周
期でパルス状に変化し、その１分のうちの前の25％の期
間、充電電流ＩCHGは１Ｃ〔Ａ〕とされ、後ろの75％の
期間は２Ｃ〔Ａ〕とされる。

【００４７】そして、時点ｔ2にＮ＞５になると、処理
はステップ２１６からステップ２１７に進み、このステ
ップ２１７において、このルーチン２００を終了し、次
にステップ１１４において、ステップ１１３と同様、充
電電流ＩCHGは、１Ｃ〔Ａ〕と、２Ｃ〔Ａ〕とに、交互
に切り換えられる。

【００４８】ただし、このステップ１１４においては、
トランジスタＱ42のオン・オフが制御され、図５の時点
ｔ2から時点ｔ3に示すように、１Ｃ〔Ａ〕の充電が30秒
間行われる状態と、２Ｃ〔Ａ〕の充電が30秒間行われる
状態とが、２回繰り返される。すなわち、時点ｔ2から
時点ｔ3までの２分間（＝(30秒＋30秒)×２回）、充電
電流ＩCHGは１分の周期でパルス状に変化し、その１分
のうちの前の50％の期間、充電電流ＩCHGは１Ｃ〔Ａ〕
とされ、後ろの50％の期間は２Ｃ〔Ａ〕とされる。

【００４９】そして、時点ｔ3になると、このステップ
１１４を終了して処理はステップ１１５に進み、このス
テップ１１５において、時点ｔ3から時点ｔ4にかけて１
Ｃ〔Ａ〕の充電が45秒間行われ、続いて２Ｃ〔Ａ〕の充
電が15秒間行われる。すなわち、期間ｔ3〜ｔ4の１分間
に対して、２Ｃ〔Ａ〕の充電期間は25％となる。

【００５０】こうして、ステップ１１３〜１１５によ
り、図５の期間ｔ1〜ｔ4に示すように、充電電流ＩCHG
は、１Ｃ〔Ａ〕からパルス状に２Ｃ〔Ａ〕にされるとと
もに、各１分間の周期のうち、ＩCHG＝２Ｃ〔Ａ〕の期
間の占める割り合いは、75％→50％→25％と少なくされ
る。また、その割り合いが少なくされると同時に、その
期間も、５分→２分→１分と短くされる。

【００５１】そして、時点ｔ4にステップ１１５を終了
すると、処理はステップ１２１に進み、このステップ１
２１において、トランジスタＱ41がオン、トランジスタ
Ｑ42がオフとされ、図５に示すように、時点ｔ4以後、
１Ｃ〔Ａ〕の充電電流ＩCHGで充電が続行される。

【００５２】そして、この間に、マイコン７の処理はス
テップ１２２に進み、このステップ１２２において、検
出回路５からアナログ入力端子A/Dに供給される電圧が
モニタされる。すなわち、２次電池１０の端子電圧は、
充電中はほぼ一定であるが、満充電になると、次第に上
昇し、その後、約−５mＶ／分の割り合いで下降する。
そこで、この例においては、この端子電圧の降下が、検
出回路５を通じて検出される。

【００５３】そして、時点ｔ5に検出回路５の検出出力
が満充電による電圧の下降を示すと、処理はステップ１
２２からステップ１２３に進み、このステップ１２３に
おいて、トランジスタＱ41、Ｑ42はオフとされ、この結
果、充電電流ＩCHGは0.1Ｃ〔Ａ〕とされる。したがっ
て、時点ｔ5に電池１０の充電を終了し、以後、電池１
０は0.1Ｃ〔Ａ〕の電流によりトリクル充電されるよう
になる。

【００５４】一方、ステップ１０５において、電池１０
の残量が多いときには、処理はステップ１０５からステ
ップ１２１に進む。したがって、電池１０は、１Ｃ
〔Ａ〕の充電電流ＩCHGにより満充電になるまで充電さ
れ、満充電になると、その充電を終了する。

【００５５】なお、この場合、電池１０は、残存容量が
０ではない状態から１Ｃ〔Ａ〕の充電電流で充電される
のであるから、その充電に必要とする時間は残存容量に
対応して異なるが、１時間を越えることはない。

【００５６】以上により、電池１０の充電が行われる
が、ステップ１１１〜１１５、１２１により充電が行わ
れた場合、 期間ｔ0〜ｔ1の充電量＝２Ｃ〔Ａ〕×15／60〔ｈ〕 期間ｔ1〜ｔ2の充電量＝１Ｃ〔Ａ〕×(15/60)／60〔ｈ〕×５〔回〕 ＋２Ｃ〔Ａ〕×(45/60)／60〔ｈ〕×５〔回〕 期間ｔ2〜ｔ3の充電量＝１Ｃ〔Ａ〕×(30/60)／60〔ｈ〕×２〔回〕 ＋２Ｃ〔Ａ〕×(30/60)／60〔ｈ〕×２〔回〕 期間ｔ3〜ｔ4の充電量＝１Ｃ〔Ａ〕×(45/60)／60〔ｈ〕 ＋２Ｃ〔Ａ〕×(15/60)／60〔ｈ〕 期間ｔ4〜ｔ5の充電量＝１Ｃ〔Ａ〕×Ｔ2／60〔ｈ〕 Ｔ2：期間ｔ4〜ｔ5 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 合計の充電量 （43＋Ｔ2）／60Ｃ〔Ａｈ〕 となる。そして、満充電時には、 （43＋Ｔ2）／60Ｃ〔Ａｈ〕＝１Ｃ〔Ａｈ〕 であるから、Ｔ2＝17分となる。

【００５７】したがって、満充電に必要な時間（＝ｔ0
〜ｔ5）は、 15＋５＋２＋１＋17＝40分 となり、充電時間は、図１１の急速充電のときの充電時
間45分よりも、さらに５分短縮することができる。

【００５８】また、充電電流ＩCHGの大きさを、図１２
の測定結果を得た場合の値と同様とすると、すなわち、 ＩCHG＝２Ｃ〔Ａ〕を、ＩCHG＝1.9Ａ ＩCHG＝１Ｃ〔Ａ〕を、ＩCHG＝0.8Ａ に置き換えると、 期間ｔ0〜ｔ1の充電量＝1.9Ａ×15／60ｈ 期間ｔ1〜ｔ2の充電量＝0.8Ａ×15/60／60ｈ×５＋1.9
Ａ×45/60／60ｈ×５ 期間ｔ2〜ｔ3の充電量＝0.8Ａ×30/60／60ｈ×２＋1.9
Ａ×30/60／60ｈ×２ 期間ｔ3〜ｔ4の充電量＝0.8Ａ×45/60／60ｈ＋1.9Ａ×1
5/60／60ｈ 期間ｔ4〜ｔ5の充電量＝0.8Ａ×Ｔ2／60ｈ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 合計の充電量 （0.673＋0.013・Ｔ2）Ａｈ となる。

【００５９】したがって、電池１０の容量を0.82Ａｈと
すれば、満充電時には、 （0.673＋0.013・Ｔ2）Ａｈ＝0.82Ａｈ であるから、 Ｔ2＝約11.3分 となる。

【００６０】したがって、満充電に必要な時間は、 15＋５＋２＋１＋11.3＝34分強 となり、充電時間を、図１２の測定結果を得た場合の急
速充電時間47分よりも、さらに12分近く短縮することが
できる。

【００６１】こうして、図１〜図３の充電装置によれ
ば、図１１の急速充電方法に比べても、さらに充電時間
を短縮することができる。

【００６２】さらに、充電電流ＩCHGの大きさを、図１
２の測定結果を得た場合の値と同様として、 ＩCHG＝２Ｃ〔Ａ〕を、ＩCHG＝1.9Ａ ＩCHG＝１Ｃ〔Ａ〕を、ＩCHG＝0.8Ａ に置き換えた場合、各部の温度の測定結果は、図６に示
すとおりであった。

【００６３】そして、この測定結果によれば、発振用ト
ランジスタＱ21の温度は最高で64℃に達しているが、２
次電池１０の温度は最高で50℃に達しているだけであ
る。そして、この温度は、図１２の場合の満充電終了時
の温度48℃とほぼ同じであるから、この温度上昇が問題
になることはない。

【００６４】こうして、２次電池５０を充電するとき、
容量の50％を充電するまでは、充電電流ＩCHGの大きさ
を２Ｃ〔Ａ〕とし、その後は、２Ｃ〔Ａ〕の大きさと、
１Ｃ〔Ａ〕の大きさとを、所定の期間の割り合いで切り
換えているので、２次電池１０の温度をあまり上昇させ
ずに充電を行うことができ、急速充電時間をさらに短縮
することができる。

【００６５】そして、充電の後期は、充電電流ＩCHGの
大きさを１Ｃ〔Ａ〕としているので、電池１０を劣化さ
せることもない。

【００６６】また、充電電流ＩCHGの大きさは、２Ｃ
〔Ａ〕と１Ｃ〔Ａ〕との２段階（トリクル充電を行う場
合は、３段階）に変化させるだけでよいので、構成が簡
単である。あるいは、図１に示す回路は、図１１の急速
充電を行う充電回路に比べ、マイコン７の充電ルーチン
をルーチン１００、２００とするだけでよいので、コス
トアップとならない。

【００６７】図７は、この発明の他の例を示し、この例
においては、期間ｔ1〜ｔ2のうち、前の25％の期間はＩ
CHG＝１Ｃ〔Ａ〕とし、後ろの75％の期間はＩCHG＝２Ｃ
〔Ａ〕とするとともに、期間ｔ2〜ｔ3についても同様
に、前の50％の期間はＩCHG＝１Ｃ〔Ａ〕とし、後ろの5
0％の期間はＩCHG＝２Ｃ〔Ａ〕とした場合である。

【００６８】そして、この例においても、期間ｔ1〜ｔ4
における充電量は、図１の場合と同じになるので、やは
り図１１の急速充電よりも、さらに充電時間を短縮する
ことができる。

【００６９】次に、ステップ１０４において、２次電池
１０の残量が０であるかどうかをチェックする方法の一
例を説明する。なお、以下に述べるチェック方法は、本
出願人が「特願平５−２０２８５７号」により出願した
充電装置において採用されている方法である。

【００７０】すなわち、２〜３Ｃ〔Ａ〕の大電流により
２次電池１０の充電ができるのは、上述のように、電池
１０の残存容量がほぼ０の場合であるから、電池１０を
大電流で充電する場合には、その電池１０の残存容量の
割り合いあるいは絶対量を検出する必要はなく、残存容
量がほぼ０であるかどうかを判別できればよい。

【００７１】そこで、この発明の発明者（上記出願の発
明者でもある）は、所定の実験を行い、以下のような事
実を確認した。

【００７２】すなわち、図８及び図９は、公称電圧が1.
2Ｖで、容量が820mＡｈのＮｉ-ＭＨ電池１０について、
放電時の端子電圧の測定結果を示すもので、図８は放電
電流が100mＡと比較的小さい場合の特性、図９は放電電
流が1.5Ａ（＝約２Ｃ〔Ａ〕）と比較的大きい場合の特
性である。また、これらの図において、各曲線に付けた
数字は、その放電開始時のＮｉ-ＭＨ電池１０の残存容
量を示し、例えば「75％」は、残存容量が75％の状態か
ら放電を開始したことを示す。

【００７３】なお、図９において、曲線０％（100mＡ）
は、満充電の電池１０を100mＡの放電電流で放電させ、
端子電圧が1.0Ｖになったとき、残存容量が０％になっ
たとみなした場合の特性である。同様に、曲線０％（82
0mＡ）は、満充電の電池１０を820mＡ（＝１Ｃ〔Ａ〕）
の放電電流で放電させ、端子電圧が1.0Ｖになったと
き、残存容量が０％になったとみなした場合の特性であ
る。

【００７４】そして、図８の測定結果によれば、放電電
流が比較的小さい場合には、放電開始直後を除いて、電
池１０の端子電圧は、残存容量の多少にかかわらず、ほ
ぼ一定である。

【００７５】また、図９の測定結果によれば、放電電流
が比較的大きい場合には、残存容量が100〜25％のとき
には、図８の小放電電流のときと同様、放電開始直後を
除いて、電池１０の端子電圧は、残存容量の多少にかか
わらず、ほぼ一定である。しかし、残存容量が０％のと
きには、端子電圧は、放電開始直後はもちろんのこと、
その後も急激に低下していく。

【００７６】すなわち、電池１０を放電させた場合、残
存容量が０％で、放電電流が大きいときには、その端子
電圧は急激に低下するが、他の条件のときには、端子電
圧はあまり変化しない。

【００７７】ただし、残存容量が０％の曲線に見られる
ように、端子電圧が約0.7Ｖまで低下すると、以後、端
子電圧は急激に０Ｖまで低下してしまい、そのまま放電
を続けると、過放電状態になってしまう。

【００７８】一方、図１０の実線は、電池１０の残存容
量が25％及び０％の場合における、端子電圧の降下特性
の測定結果を示す。なお、この図においては、放電電流
を1.5Ａ（＝約２Ｃ〔Ａ〕）とし、このときの放電開始
電圧をノーマライズして０Ｖとしている。また、曲線に
付けた文字の意味は、図９と同じである。

【００７９】そして、この測定結果によれば、残存容量
が25％のときと、０％のときとで、端子電圧の降下する
速度が明瞭に異なり、端子電圧の降下率は、平均する
と、 残存容量が25％のときには、−0.888mＶ／0.8秒 残存容量が０％のときには、−18.17mＶ／0.8秒 である。

【００８０】したがって、図１０に破線で示すように、
それらの中間値−10mＶ／0.8秒をスレッショールドレベ
ルとし、端子電圧の降下率が、このスレッショールドレ
ベルよりも大きいときには、電池１０の残存容量はほぼ
０であると見なしても差し支えない。

【００８１】つまり、以上をまとめると、 比較的大きい放電電流で２次電池１０を放電させ
る。 項の放電時の端子電圧の降下率が、上記スレッシ
ョールドレベルよりも大きければ、その電池１０の残存
容量はほぼ０である。 項の放電時の端子電圧の降下率が、上記スレッシ
ョールドレベルよりも小さければ、その電池１０の残存
容量は０ではない。 となる。

【００８２】したがって、ルーチン１００のステップ１
０４は、以上のような実験結果に基づいて、例えば図４
のルーチン３００のように構成することができる。

【００８３】すなわち、ルーチン３００においては、マ
イコン７の処理は３０１からスタートし、ステップ３０
２において、以後のステップ３２１〜３２４の実行回数
を示すカウンタ用の変数ｎが「１」にセットされる。次
に、処理はステップ３１１に進み、このステップ３１１
において、トランジスタＱ61がオンとされ、端子ＴOUT
に接続されている電池１０１は、抵抗器Ｒ61及びトラン
ジスタＱ61を通じて放電が開始される。

【００８４】この場合、あらかじめ抵抗器Ｒ61の値を設
定しておくことにより、このときの電池１０の放電電流
の大きさは、上記項で述べたように比較的大きな値、
例えば1.5Ａ（＝約２Ｃ〔Ａ〕）とされる。したがっ
て、電池１０の端子電圧は、その残存容量に対応して、
図８〜図１０により説明したように変化していく。

【００８５】次に、ステップ３１２において、例えば1.
5秒の時間待ちが行われる。この時間待ちは、図８及び
図９からも明らかなように、放電開始直後の１秒程度の
期間は、電池１０の端子電圧が、残存容量の測定に適さ
ない変化をするからである。

【００８６】そして、ステップ３１２における1.5秒の
時間が経過すると、電池１０の端子電圧の変化が安定し
ているので、処理はステップ３１２からステップ３１３
に進み、このステップ３１３において、電池１０の端子
電圧Ｖn（＝Ｖ1）が、検出回路５を通じて測定され、次
のステップ３２１において、このときの測定値Ｖnが記
憶される。今の場合、ｎ＝１であり、電池１０の大電流
による放電が開始されてから、1.5秒後の時点の電池１
０の端子電圧Ｖ1が記憶されたことになる。

【００８７】続いて、処理はステップ３２２に進み、こ
のステップ３２２において、例えば0.8秒の時間待ちが
行われ、0.8秒後の時点になると、ステップ３２３にお
いて、電池１０の端子電圧Ｖ(n+1)が測定される。今の
場合、ｎ＝１であるから、電圧Ｖ2が測定されることに
なる。

【００８８】次にステップ３２４において、ステップ３
２１で記憶した電圧Ｖnと、ステップ３２３で測定した
電圧Ｖ(n+1)との差電圧ΔＶ、すなわち、 ΔＶ＝Ｖn−Ｖ(n+1) が計算され、電池１０の端子電圧の降下量が求められ
る。そして、続くステップ３２５において、この差電圧
ΔＶ（降下量）が、図１０の破線で示す降下率に対応す
る差電圧ＶTHよりも大きいかどうかがチェックされる。

【００８９】そして、｜ΔＶ｜≦｜ＶTH｜の場合には、
処理はステップ３２５からステップ３２６に進み、この
ステップ３２６において、ｎ＝17であるかどうかがチェ
ックされ、ｎ＜17のときには、処理はステップ３２６か
らステップ３２７に進み、このステップ３２７におい
て、変数ｎがインクリメントされ、その後、処理はステ
ップ３２１に戻る。

【００９０】こうして、｜ΔＶ｜≦｜ＶTH｜、かつ、ｎ
＜17の場合は、ステップ３２１〜１２７のループが、ス
テップ３２２により0.8秒の周期で繰り返される。

【００９１】そして、この繰り返し時、｜ΔＶ｜＞｜Ｖ
TH｜になると、これは、上述のように電池１０の残存容
量がほぼ０の場合なので、処理はステップ３２５からス
テップ３３１に進み、このステップ３３１において、電
池１０の残存容量を示すフラグFLGが“Ｌ”とされ、次
にステップ３３２において、トランジスタＱ61オフとさ
れ、ステップ３３３において、このルーチンを終了す
る。

【００９２】一方、ステップ３２１〜３２７のループが
繰り返され、ｎ＝17になっても、ステップ３２５におい
て｜ΔＶ｜≦｜ＶTH｜の場合には、ステップ３２１〜１
２７のループが17回繰り返されているので、このとき、
ステップ３１１による放電開始から、 1.5秒＋0.8秒×17回＝15.1秒 の時間が経過していることになる。すなわち、電池１０
を、15.1秒間にわたって１Ｃ〔Ａ〕の大きさで放電を行
っても、その残存容量が０にならなかったわけである。

【００９３】そこで、この場合には、電池１０の残存容
量が０ではないとみなされ、処理はステップ３２６から
ステップ３３４に進み、このステップ３３４において、
フラグFLGが“１”とされ、その後、処理はステップ３
３２に進む。

【００９４】したがって、ルーチン３００によれば、電
池１０の残存容量が０のときには、FLG＝“０”とな
り、０ではないときには、FLG＝“１”となるので、ス
テップ１０５において、このフラグFLGをチェックする
ことにより、処理はステップ１０５からステップ１１１
あるいはステップ１２１に進む。

【００９５】

【発明の効果】この発明によれば、２次電池５０を充電
するとき、容量の例えば50％を充電するまでは、充電電
流ＩCHGの大きさを例えば２Ｃ〔Ａ〕と比較的大きく
し、その後は、充電電流ＩCHGの大きさを、比較的大き
な値と、一般的な急速充電のときの値とに、所定の期間
の割り合いで切り換えているので、２次電池１０の温度
をあまり上昇させずに充電を行うことができ、急速充電
時間をさらに短縮することができる。

【００９６】そして、充電の後期は、充電電流ＩCHGの
大きさを一般的な急速充電のときの値としているので、
電池１０を劣化させることもない。

【００９７】また、充電電流ＩCHGの大きさは、２段階
（トリクル充電を行う場合は、３段階）に変化させるだ
けでよいので、構成が簡単である。さらに、回路構成
を、図１１の急速充電を行う充電回路に比べて、特に変
更する必要がなく、マイコン７の充電ルーチンをルーチ
ン１００、２００とするだけでよいので、コストアップ
とならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一例を示す接続図である。

【図２】この発明の一例を示すフローチャートである。

【図３】図２の一部の一例を示すフローチャートであ
る。

【図４】図２の一部の一例を示すフローチャートであ
る。

【図５】この発明における充電特性の一例を示す図であ
る。

【図６】温度特性の測定結果の一例を示す図である。

【図７】この発明における充電特性の他の例を示す図で
ある。

【図８】２次電池の放電実験の結果を示す特性図であ
る。

【図９】２次電池の放電実験の結果を示す特性図であ
る。

【図１０】２次電池の端子電圧の特性を示す図である。

【図１１】従来例の充電特性の一例を示す図である。

【図１２】従来例の温度特性の測定結果の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１ 整流回路 ２ ＤＣ−ＤＣコンバータ ３ 制御回路 ４ 切り換え回路 ５ 電圧検出回路 ６ 放電回路 ７ マイクロコンピュータ ８ 整流回路 １０ ２次電池 １００ 充電ルーチン ２００ 充電ルーチン ３００ 残量チェックルーチン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次電池の充電電流となる電流を出力す
   るＤＣ−ＤＣコンバータと、 上記充電電流の大きさを、第１の値と第２の値とに切り
   換える切り換え回路とを有し、 上記第１の値は、上記２次電池の残存容量がほぼ０のと
   きに許される比較的大きな値とし、 上記第２の値は、上記２次電池の残存容量が大きいとき
   に許される値とし、 上記２次電池を充電するとき、この充電の初期は、上記
   第１の値の大きさの充電電流により充電し、 上記充電の中期は、上記充電電流の大きさを、上記第１
   の値と、上記第２の値とに、所定の期間の割り合いで切
   り換え、 上記充電の後期は、上記充電電流の大きさを上記第２の
   値とするようにした２次電池の充電装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の２次電池の充電装置に
   おいて、 上記ＤＣ−ＤＣコンバータを自励発振回路により構成
   し、 商用交流電圧を整流した直流電圧を、上記自励発振回路
   にその動作電圧として供給し、 その発振出力を整流して上記充電電流となる電流を出力
   するようにした２次電池の充電装置。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２に記載の２次
   電池の充電装置において、 上記充電電流の大きさを、上記第１の値と、上記第２の
   値とに、所定の期間の割り合いで切り換えるとき、上記
   第１の値の期間の割り合いを次第に少なくするようにし
   た２次電池の充電装置。
4. 【請求項４】 請求項１、請求項２あるいは請求項３に
   記載の２次電池の充電装置において、 上記２次電池を比較的大きな値の電流で放電させる放電
   回路を有し、 この放電回路により上記２次電池を放電させるととも
   に、その放電特性から上記２次電池の残存容量を検出
   し、 上記２次電池の残存容量がほぼ０の場合、上記した充電
   を実行し、 上記２次電池の残存容量が大きい場合、上記第２の値の
   大きさの充電電流により充電を行うようにした２次電池
   の充電装置。