JPH07298504A - 二次電池の充電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過放電して電池電圧が異常に低下した二次電
池を、充電回路を過負荷とすることなく充電する。 【構成】 充電の最初に二次電池の電圧を検出して、検
出した電圧値で不良電池を識別して充電を開始する。充
電初期に検出した二次電池の電圧が設定値以下であると
二次電池をパルス充電する。パルス充電して再び二次電
池の電圧を検出し、検出した電圧が適正電圧に上昇して
いると通常充電に切り換え、所定時間二次電池をパルス
充電して正常電圧に上昇しないと充電を中止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電池を充電する方法
に関し、とくに、充電の最初に二次電池の電圧を検出し
て不良電池を識別して充電を開始する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】充電器は、内部ショートした二次電池
や、過放電した二次電池が接続されることがある。これ
等の正常でない二次電池は、充電の最初に過大な充電電
流が流れる。電池電圧が異常に低いからである。過大な
充電電流から充電器を保護するために、大きな充電電流
で溶断するヒューズを使用している。ヒューズは二次電
池と直列に接続されて、過大な充電電流で溶断されるよ
うになっている。ヒューズが切れると、二次電池が充電
器から切り離されて充電が停止される。この充電器は、
過大電流から保護されるが、異常な電池を接続してヒュ
ーズが切れると、これを交換しないかぎり、正常な電池
も充電できなくなる。

【０００３】この欠点を防止するために、不良電池を接
続したときには充電を停止し、その後の正常な二次電池
を接続すると充電が再開される充電方法が開発されてい
る（特開平３−１９８６２８号公報）。この公報に記載
される充電回路を、図１に示す。この充電回路は、二次
電池と直列に主トランジスター２を接続し、この主トラ
ンジスター２のベースに制御トランジスター３を接続し
ている。制御トランジスター３のベースは、ツェナーダ
イオド５を介して＋側の出力端子に接続している。

【０００４】この出力回路は、出力端子に電圧が異常に
低い不良電池が接続されると、制御トランジスター３に
ベース電流が流れなくなる。正確には、電池電圧がツェ
ナーダイオド５のツェナー電圧よりも低くなると、制御
トランジスター３にベース電流が流れなくなる。ツェナ
ー電圧以下では、ツェナーダイオド５がカットオフする
からである。ツェナーダイオド５と制御トランジスター
３がカットオフすると、主トランジスター２もカットオ
フされる。主トランジスター２のベースがアースに接続
されなくなるからである。主トランジスター２がカット
オフされると、二次電池は充電されなくなる。

【０００５】正常な電池が接続されると、電池電圧がツ
ェナーダイオド５のツェナー電圧よりも高くなるので、
ツェナーダイオド５を介して制御トランジスター３にベ
ース電流が流れ、制御トランジスター３はカットオフ状
態とならない。カットオフ状態になる制御トランジスタ
ー３は、主トランジスター２のベースをアース側に接続
し、主トランジスター２もカットオフ状態とならず、二
次電池が所定の電流で充電される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、図１に示
す充電回路は、不良電池を接続すると充電が停止されて
過大な充電電流を防止し、その後に正常な電池を接続す
ると、自動的に充電が再開される。したがって、ヒュー
ズのように不良電池を接続した後、パーツを交換しない
で、正常な電池を充電できる特徴がある。

【０００７】しかしながら、図１に示す充電回路は、過
放電して電池電圧が異常に低下した二次電池を充電でき
ない欠点がある。電池電圧の低下した二次電池を接続す
ると、制御トランジスター３と主トランジスター２とが
カットオフして充電を開始しないからである。二次電池
は過放電すると電池電圧が異常に低下する特性がある。
ただ、過放電した電池は、充電すると正常な電池電圧と
なって、正常に使用できるようになるものがある。した
がって、電池電圧の異常に低下した二次電池が充電でき
るなら、図１の充電回路では充電できない二次電池を有
効に充電して使用できる特長がある。ただ、電池電圧の
異常に低下した電池は、充電の最初に過大電流が流れる
ので、充電器を過負荷としないで再充電することが難し
い。充電の最初に、充電回路を保護するヒューズや保護
回路が作動して充電を開始できないからである。保護回
路をキャンセルすると、過放電した二次電池を充電でき
る。しかしながら、充電回路に過大な充電電流が流れ
て、主トランジスター等を損傷させる弊害がある。過大
な電流に耐えるように主トランジスターの電流容量を大
きく設計すると、トランジスターや放熱板等の部品コス
トが高くなり、また大きくなってしまう弊害がある。

【０００８】本発明は、さらにこの欠点を解決すること
を目的に開発されたものである。本発明の重要な目的
は、過放電して電池電圧が異常に低下した二次電池を、
充電回路を過負荷とすることなく充電できる二次電池の
充電方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の充電方法は、前
述の目的を達成するために下記のようにして二次電池を
充電する。本発明の充電方法は、充電の最初に二次電池
の電圧を検出して、検出した電圧値で不良電池を識別し
て充電を開始する方法を改良したものである。

【００１０】本発明の充電方法は、充電初期に検出した
二次電池の電圧が設定値以下であると二次電池をパルス
充電する。過放電された二次電池は、パルス充電される
と電池電圧が上昇する。内部ショートした不良電池は、
パルス充電しても電圧が上昇しない。このため、パルス
充電した後二次電池の電圧を検出すると、充電可能な二
次電池は、電圧が適正電圧に上昇しているので通常の充
電に切り換える。内部ショートした不良電池は、所定時
間二次電池をパルス充電しても正常電圧に上昇しないの
で、充電を中止する。

【００１１】

【作用】本発明の充電方法は下記の工程で二次電池を充
電する。 (1) 充電を開始するときに二次電池の電圧を検出す
る。 (2) 検出した電池電圧が設定値以下であると、通常の
充電、例えば急速充電を開始せずにパルス充電を開始す
る。パルス充電は、短時間充電と、充電休止とを繰り返
すので、充電回路を過負荷としない。とくに、二次電池
と直列に接続される主トランジスターを過負荷としな
い。主トランジスターのピーク電流は、連続定格電流に
比較して相当に大きいからである。

【００１２】(3) パルス充電は、二次電池を繰り返し
充電するので、過放電した二次電池は補充電されて電池
電圧が次第に高くなる。内部ショートした不良電池は、
パルス充電して補充電しても電圧が上昇しない。

【００１３】(4) したがって、パルス充電して電池電
圧を検出すると、内部ショートして再使用できない不良
電池と、過放電して再使用できる電池とが識別できる。
電池電圧が適正電圧まで上昇すると、パルス充電を通常
の充電、たとえば、急速充電に切り換えて充電する。

【００１４】(5) 内部ショートした不良電池は、一定
時間パルス充電しても電池電圧が上昇しないので、所定
時間パルス充電して電池電圧が適正電圧に上昇しないと
きは、充電を中止する。

【００１５】

【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方法を例示するものであって、
本発明は二次電池の充電方法を下記のものに特定しな
い。

【００１６】図２は本発明の充電方法に使用する充電回
路の具体例を示す。この図に示す充電回路は、電源１
と、この電源１と出力端子との間に接続されて充電電流
を制御する主トランジスター２と、主トランジスター２
のベースに接続された制御トランジスター３と、制御ト
ランジスター３のベースに接続されたマイコン４とを備
える。

【００１７】電源１は、入力される１００Ｖの交流を、
二次電池の充電に適した電圧の直流に変換する。

【００１８】主トランジスター２は、エミッターを電源
１に、コレクターを出力端子に、ベースを制御トランジ
スター３のコレクターに接続している。主トランジスタ
ー２がオンになると、二次電池が充電され、カットオフ
すると充電が停止される。主トランジスター２は、制御
トランジスター３がカットオフすると、ベースがアース
から切り離されてオフ状態となって充電を停止する。制
御トランジスター３がカットオフしないと、主トランジ
スター２が導通して二次電池を所定の電流で充電する。

【００１９】主トランジスター２は、カットオフ状態に
なると充電を停止する。カットオフ状態にない主トラン
ジスター２は、二次電池の充電電流を調整して、所定の
電流で急速充電する。主トランジスター２が二次電池を
充電する電流は、制御トランジスター３に制御される。
制御トランジスター３はマイコン４に制御されて充電電
流を調整する。主トランジスター２が二次電池を急速充
電する電流値は、二次電池の種類によって最適値に調整
される。二次電池がニッケルカドミウム電池やニッケル
水素電池の場合、充電電流は例えば１Ｃ〜２Ｃに設定さ
れる。ただし、この種の二次電池は、充電電流を、０．
５Ｃ〜１０Ｃの範囲に設定することもできる。

【００２０】制御トランジスター３は、マイコン４に制
御されて、コレクターとエミッター間の抵抗を変更し
て、主トランジスター２の内部抵抗を制御する。マイコ
ン４が制御トランジスター３のベース電流をカットオフ
すると、制御トランジスター３もカットオフする。マイ
コン４が制御トランジスター３のベースに電流を供給す
ると、ベース電流によって制御トランジスター３の抵抗
が小さくなる。制御トランジスター３の抵抗が小さくな
ると、主トランジスター２の内部抵抗も小さくなる。主
トランジスター２のベースが制御トランジスター３を介
してアースに接続されるからである。

【００２１】マイコン４は、二次電池の電圧を検出し、
検出した電圧値でもって、制御トランジスター３を介し
て主トランジスター２を制御する。マイコン４は図３の
グラフに示すように、充電電流を制御して過放電した二
次電池を充電する。図３は、上段に二次電池の電圧変化
を示し、中段に主トランジスター２のオンオフ状態を、
下段に二次電池の充電電流を示している。

【００２２】過放電した二次電池は、上段の電圧カーブ
に示すように、充電を開始した直後の電圧はほぼ０Ｖで
ある。マイコン４は、二次電池の電圧が設定値以下であ
ることを検出して、二次電池をパルス充電するように主
トランジスター２を制御する。パルス充電するとき、主
トランジスター２は、図３の中段に示すように一定の周
期でオンオフされる。主トランジスター２がオンとなる
瞬間に二次電池が充電される。図に示すパルス充電は、
主トランジスター２のオン時間を１０ｍｓｅｃ、パルス
充電の休止時間を５００ｍｓｅｃとしている。すなわ
ち、１０ｍｓｅｃ充電して、５００ｍｓｅｃ休止するパ
ルス充電で二次電池を充電する。主トランジスター２は
オンオフ動作するので、充電電流は急速充電するときの
電流と同じ値となる。

【００２３】パルス充電すると、過放電された二次電池
の電圧は、図３の上段に示すように次第に上昇する。二
次電池の電圧が適正電圧まで上昇すると、マイコン４は
主トランジスター２を制御して、パルス充電から通常の
急速充電に切り換える。パルス充電を急速充電に切り換
える適正電圧は、１．１Ｖ／セルとしている。急速充電
に切り換えた後、二次電池が満充電になると、マイコン
４がこのことを検出して、主トランジスター２をカット
オフさせて充電を完了する。

【００２４】図３は過放電した二次電池を充電する状態
を示しているが、内部ショートした不良電池は、パルス
充電しても電池電圧が上昇しない。したがって、マイコ
ン４は、二次電池を所定時間パルス充電して、電池電圧
が上昇しないときには、不良電池と判定して充電を中止
する。

【００２５】図４は図２に示す充電回路が二次電池を充
電するフローチャートを示している。このフローチャー
トは、下記の工程で二次電池を充電する。

【００２６】［Ｓ１のステップ］マイコン４が出力端子
に接続された二次電池の電圧（Ｖ0）を検出する。この
とき、主トランジスター２はオフ状態となっている。

【００２７】［Ｓ２、Ｓ３のステップ］検出した電池電
圧（Ｖ0）を適正電圧（Ｖ1）に比較する。検出電圧が適
正電圧よりも高いと、急速充電を開始する。

【００２８】［Ｓ４のステップ］検出した電池電圧（Ｖ
0）が適正電圧（Ｖ1）よりも低いと、タイマー１をスタ
ートさせる。タイマー１は、パルス充電を繰り返す時間
を設定するもので、このタイマーはマイコン４に内蔵さ
れている。図３のグラフはこのタイマー１の設定時間を
３０分としている。

【００２９】［Ｓ５のステップ］タイマー２をスタート
させる。タイマー２はパルス充電するときに主トランジ
スター２を瞬間的にオンにする時間を設定するもので、
図３のグラフはタイマー２の設定時間を１０ｍｓｅｃと
している。

【００３０】［Ｓ６、Ｓ７のステップ］主トランジスタ
ー２をオン状態に切り換える。タイマー２の設定時間が
経過するまで、すなわち１０ｍｓｅｃは、Ｓ６とＳ７の
ステップをループして、主トランジスター２をオン状態
に保持する。タイマー２は、設定時間がオーバーしたと
きにリセットされる。

【００３１】［Ｓ８のステップ］タイマー２の設定時間
が経過すると、タイマー３をスタートさせる。タイマー
３はパルス充電の休止時間を特定するもので、図３のグ
ラフでは５００ｍｓｅｃに設定している。

【００３２】［Ｓ９、Ｓ１０のステップ］主トランジス
ター２をオフ状態に切り換える。タイマー３が設定時間
を経過するまで、Ｓ９とＳ１０のステップをループす
る。このため、トランジスターは、タイマー３の設定時
間が経過するまで、すなわち、５００ｍｓｅｃオフ状態
に保持される。タイマー３は時間オーバーしたときに、
リセットされる。

【００３３】［Ｓ１１のステップ］タイマー１の設定時
間（３０分）が経過したかどうかが判定され、経過して
いないと、Ｓ１のステップにループする。すなわち、Ｓ
１〜Ｓ１１のステップをループする。Ｓ１〜Ｓ１１のス
テップをループする工程で、検出した電池電圧（Ｖ0）
が適正電圧（Ｖ1）よりも高くなると、Ｓ３のステップ
に分岐して、二次電池は急速充電される。

【００３４】［Ｓ１２のステップ］タイマー３の設定時
間が経過しても、検出した電池電圧（Ｖ0）が適正電圧
（Ｖ1）よりも高くならいとき、マイコン４は電池異常
表示をして、Ｓ１にループしなくなる。すなわち、パル
ス充電をしない状態となって充電を中止する。

【００３５】

【発明の効果】本発明の二次電池の充電方法は、過放電
して電池電圧が異常に低下した二次電池を、充電回路を
過負荷とすることなく充電できる特長がある。それは、
本発明の方法が、設定値以下に電圧が低下した電池を最
初にパルス充電して電圧を上昇させ、所定の電圧まで上
昇した後に、パルス充電を通常の充電に切り換えるから
である。充電回路は、電圧の異常に低下した二次電池を
パルス充電しても、過負荷となることがない。パルス充
電は、連続的に電流を流すのではなく、瞬時に通電して
その後の充電を休止するからである。二次電池を瞬時に
充電する方法は、充電回路のトランジスターやトランス
等の損傷を有効に防止できる。トランジスターやトラン
スの通電時間が短いからである。したがって、本発明の
充電方法は、従来の充電方法では、充電回路が過負荷と
なって充電できなかった過放電電池を、充電回路を過負
荷とすることなく正常に充電でき、過放電電池を有効に
再利用できる特長がある。

【００３６】さらに本発明の充電放電は、異常に電圧の
低下した電池を、小さい平均電流で充電するものである
が、このときのトランジスター等の発熱を極めて少なく
できる特長がある。それは、パルス充電は、トランジス
ターをオンオフにスイッチングさせて、充電できるから
である。オンオフにスイッチングしてパルス充電を制御
するトランジスターは、オン状態における発熱を小さく
できる。オン状態におけるトランジスターの内部抵抗を
小さくできるからである。充電回路を過大電流から保護
するために、異常に電圧が低下した二次電池をトリクル
充電する方法も考えられる。しかしながら、トリクル充
電は、充電電流を制御するトランジスター等の内部抵抗
を大きくして充電電流を小さく制御する必要がある。内
部抵抗を大きくしたトランジスターは、コレクター損失
が大きくなる。さらに、トリクル充電は連続的に充電す
るので、トランジスターの発熱はさらに大きくなる。こ
れに対して、本発明の充電方法は、異常電池を最初にパ
ルス充電するので、通電するときの発熱を少なくでき、
さらに、通電の途中で充電を休止するので、さらに発熱
を少なくできる。発熱が小さいことは、使用する部品に
大容量のものを使用する必要がなく、また、放熱板等を
小さくして、安価にしかもコンパクトに設計できる特長
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】保護回路を備える従来の充電回路の回路図

【図２】本発明の充電方法に使用する充電回路の一例を
示す回路図

【図３】図２の充電回路で過放電した二次電池を充電す
る充電を示すグラフ

【図４】図２に示す充電回路で二次電池を充電するフロ
ーチャート図

【符号の説明】

１…電源 ２…主トランジスター ３…制御トランジスター ４…マイコン ５…ツェナーダイオド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電の最初に二次電池の電圧を検出し
   て、検出した電圧値で不良電池を識別して充電を開始す
   る二次電池の充電方法において、 充電初期に検出した二次電池の電圧が設定値以下である
   と二次電池をパルス充電し、パルス充電して再び二次電
   池の電圧を検出し、検出した電圧が適正電圧に上昇して
   いると通常充電に切り換え、所定時間二次電池をパルス
   充電して正常電圧に上昇しないと充電を中止することを
   特徴とする二次電池の充電方法。