JPH07502146A - 蓄電池を充電し、解凍し、フォーマットするための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 蓄電池を充電し、解凍し、フォーマットするための方法および装置 技術分野 本発明は蓄電池の充電器に関し、さらに詳しく言えば、蓄電池を急速に充電し、 凍った蓄電池を急速に充電し、蓄電池を急速にフォーマットし、蓄電池のフォー メイションの状態を決定し、さらに蓄電池の充電の状態を決定するための方法お よび装置を開示する。

発明の背景 蓄電池を再充電する一般的な方法、すなわち蓄電池に電流を強制的に流入させる 方法はよく知られている。しかしながらこの方法は、簡単ではあるが、蓄電池の 過度の発熱を引き起こし、また蓄電池を一杯に再充電するのに長い時間を必要と する。蓄電池を再充電するのに必要な時間は、バーケラト（Ｂｕｒｋｅｔｔ）等 にたいする米国特許第３，５９７，６７３に開示されているように、充電パルス の間に減極（放電）パルスを加えることにより短縮できる。放電パルスの終了後 次の充電パルスを加える前に所要の時間待つことにより、さらに一層の充電時間 の短縮と蓄電池の発熱の低減が可能になる。この方法は、ポドゥラジャンスキー （Ｐｏｄｒａｚｈａｎｓｋｙ）等にたいする米国特許第４，８２９，２２５に開 示されている。しかしながら、さらに一層の蓄電池の発熱の低減と充電時間の短 縮が望まれている。

蓄電池は、一度放電されると、電池にエネルギーを回復させるために、再充電す る必要がある。従来の充電器は大きな充電電流を流すと蓄電池の過熱を引き起こ すので、蓄電池の充電には代表的に５，６時間またはそれ以上の時間が必要であ った。よく知られているように、蓄電池を過熱すると蓄電池の寿命が著しく短く なる。そのため、蓄電池を過熱しないような方法で大きな充電電流を流し込むこ とにより蓄電池を急速に再充電することができる充電器にたいする要求がある。

蓄電池が充電されるとき、陽イオンの陰極板への移動および陰イオンの陽極板へ の移動の結果起きる拡散層の発生により、蓄電池の内部に内部抵抗が生じる。こ の拡散層−ダフニイ　（Ｄｕｆｆｎｅｙ）層と呼ばれることもある−は、壊すこ とが容易でなく、イオンの流れに対してより大きな内部抵抗を生じさせる。蓄電 池が凍結しているときは、イオンの速度の低下のためにこの内部抵抗がさらに増 大する。この大きな内部抵抗が、凍結した蓄電池の充電を実際上不可能にする。

そのため、直流電流を使って凍結した蓄電池を充電することは非常に困難であり 、長い時間かかる。そのため、凍結した蓄電池の充電時間を短縮することが望ま れている。

鉛蓄電池のような幾つかの種類の蓄電池については、充電の状態は蓄電池の電圧 を測定するだけで決定することができる。詳しく言えば、蓄電池の電圧は、蓄電 池が一杯に充電されるまで上昇し、それがら下降する。鉛蓄電池では、この下降 は容易に検出できる。したがって充電システムは、この電圧の変化にもとづいて いつ充電を終えるべきか決めることができ、不必要なエネルギーの消費や蓄電池 の損害を避けることができる。しがしながら他の幾つかの種類の蓄電池ではこの 下降は大変小さいので、ノイズまたは蓄電池の電圧の通常の変動によって容易に 識別不能にされ得る。Ｎ１ＣａｄおよびＮｉＦｅのような幾つかの種類について は、充電の状態を決定するために利用できる指標は知られていない。そのため、 従来の蓄電池充電システムは、充電を終えるのに最適な点を決定することができ ない。したがって、不必要なエネルギーの消費や蓄電池の損害を避けるために、 他の蓄電池の種類にたいしてそうであるのと同様にＮ１ＣａｄおよびＮｉＦｅに たいしても、充電の状態を決定することが必要とされている。

新しく組み立てられた蓄電池は、フォーマツティング（充電）が必要である。蓄 電池の種類と大きさによって、これには１２時間から数日かかる。蓄電池に電解 液が入れられる。電解質のなかには極板に吸収されるものもある。最初の化学反 応は多量の熱を発生する。そのため蓄電池の温度は容易に１７０’Ｆ　（７６， ７°Ｃ）に達し得る。ひとたび電解質が極板によって吸収されると、温度が下降 し始め、吸収（酸浸け）時間が終り蓄電池がフォーマットのための準備ができた ことを示す。蓄電池のフオーマットには、１３５〜Ｉ４５”Ｆ　（５７，２〜６ ２゜８°Ｃ）の電解液の温度が望ましい。フォーマット時間を短縮するために、 大きな充電電流が望ましい。しがしながら、充電電流は、望ましい蓄電池の温度 を保つのに必要な電流よりも大きくてはいけない。そうでなければ、蓄電池の過 熱そして蓄電池の損害が生じる可能性がある。

したがって、蓄電池の過熱を引き起こすことなくフォーマット時間を最小にする 充電電流を供給する蓄電池充電器にたいする要求がある。

蓄電池のフォーマットの状態を決定する既知の方法はない。この、蓄電池のフォ ーマットの状態を決定することができないことが、蓄電池のフォーマットを終え るのに最適の点を決定することを困難にしている。したがって、蓄電池がフォー マットされたことを保証するために、代表的には所定の長さの時間の間蓄電池が 充電される。

しかしながら、このやり方は、通常、蓄電池の過充電を引き起こしたり、エネル ギーをむだ使いしたり、水の電気分解に起因するガスの発生を引き起こしたり、 フォーマツティング時間を長引かせたりする。ガスの発生が起こらないように短 い時間を用いるときは、蓄電池が完全にフォーマットすなわち充電されない可能 性がある。したがって、蓄電池が完全にフォーマットされるのを保証するため、 不必要なエネルギーの消費を避けるため、およびフォーマット作業のだめの時間 を短縮するために、蓄電池のフォーマットの状態を決定することに対する要求が ある。

発明の要旨 本発明は、蓄電池を急速に充電し、凍結した蓄電池を急速に溶かし、蓄電池を急 速にフォーマットし、蓄電池のフォーメイションの状態を決定し、さらに蓄電池 の充電の状態を決定するための方法および装置を提供する。

蓄電池を充電でするために、本発明は、蓄電池に１つまたは一連の充電パルスを 加え、蓄電池に一連の減極パルスを加え、これらのパルスを待ち期間によって隔 離し、蓄電池が完全に充電されるまで充電および放電手順を繰り返すことを意図 している。放電パルスは、蓄電池に負荷をかけることによって生成される。放電 パルスは、通常、充電パルスの時間長よりも大幅に短い。間に入れられる待ち期 間は、時間長が同じでも、異なっていてもよい。また放電パルスの時間長と異な る時間長でもよい。

パルスの間を待ち期間で隔離しながら、１つの充電パルスまたは一連の充電パル スを加え、その後に複数の放電パルスを加えることにより、蓄電池の非常に急速 な充電と発熱の最小化が可能になる。

待ち期間で隔離しながら複数の放電パルスを加えると、１つの放電パルスよりも より多くの利用できるイオンを発生させる。充電パルスは一般的に利用できるイ オンをすべて利用する。そのため、より多くのイオンはより大きな充電電流を加 えることを可能にする。増大されたイオンの利用度のために蓄電池の内部抵抗が 減少するので、蓄電池の発熱も極めて少なくなる。

したがって、蓄電池の発熱を最小にしながら蓄電池を急速に再充電するための方 法と装置を提供することが本発明の１つの目的である。

本発明は、さらに凍結した蓄電池を急速に充電するための方法と装置を提供する 。本発明は、１つまたは一連の充電パルスを加え、１つまたは複数の減極パルス を加え、これらのパルスを待ち期間によって隔離し、蓄電池が完全に充電される までこの充電および放電手順を繰り返すことを意図している。充電パルスおよび 放電パルスは蓄電池に加えられるので、蓄電池は、蓄電池の内部で発生する水と 、熱を発生する化学反応のために溶ける。

したがって、凍結した蓄電池を急速に溶かして充電することが、本発明のもう１ つの目的である。

急速な充電工程に使用される大きな電流のために、蓄電池の過熱は蓄電池を傷め る。そのため本発明は、蓄電池の充電状態を決定するための方法と装置を提供す る。

１つの放電パルスの後に、蓄電池の開放電圧曲線の下方の面積を測定する。この 面積は、蓄電池が充電されると定常状態になる。したがってこの面積は、急速な 充電工程をいつ終了すべきかを決定するために使用できる。

したがって、蓄電池の充電状態を決定するための方法と装置を提供することが本 発明のもう１つの目的である。

この発明はまた、新しい蓄電池を急速にフォーマットするための方法と装置を提 供する。蓄電池をフォーマットするために、本発明は、１つまたは一連の充電パ ルスを加え、その後に一連の減極パルスを加え、これらの複数の放電パルスおよ び充電パルスを待ち期間によって隔離し、蓄電池が完全に充電されるまでこの工 程を繰り返す。電解液の温度を返蓄電池のフォーメイションのために最適である と決められた温度の範囲内に保つために、充電パルスの時間長、数、大きさを制 御する。この温度制御は、フォーメイション工程の間に起こるいろいろな熱を発 生する化学反応と、充電工程中の蓄電池の内部抵抗の変化のために必要である。

したがって、新しい蓄電池を急速にフォーマットするための方法と装置を提供す ることが本発明のもう１つの目的である。

本発明はまた、蓄電池のフォーメイションの状態を決定するための方法と装置を 提供する。フォーメイション工程中、充電パルスの始端および放電パルスの始端 の電圧波形にスパイクが現われる。このスパイクの大きさは、陽極板および陰極 板の材料の変換（フォーマット）の状態を示す。充電パルスの始端の電圧スパイ クは、陰極板の材料が完全に変換されたときに最大値すなわち定常状態になる。

また放電パルスの始端の電圧スパイクは、陽極板の材料が完全に変換されたとき に最大値すなわち定常状態になる。

したがって、本発明のもう１つの目的は、蓄電池のフォーメイションの状態を決 定するための方法と装置を提供することである。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の好ましい実施例のブロック線図である。

図２は、充電パルス／待ち期間／放電パルス／待ち期間の過程の説明図である。

図３は、蓄電池の充電の状態がどのようにして決定されるかを説明する波形であ る。

図４は、蓄電池のフォーマットの状態がどのようにして決定されるかを説明する 波形である。

図５は、制御部によって実行される蓄電池充電工程の流れ図である。

詳細な説明 図面を参照して、図１は本発明の好ましい実施例のブロック線図である。蓄電池 充電、放電および解凍回路１０は、キーバッド１２、制御部１３、表示部１４、 充電回路１５、減極（放電）回路１６および電流測定回路２０を含む。キーバッ ド１２は制御部１３の”Ｋ”入力に接続されており、使用者が、蓄電池の種類（ 鉛、Ｎ１Ｃａｄ、ＮｉＦｅ、その他）のような指定されたパラメータや、蓄電池 の公称電圧または直列のセル（単体の蓄電池）の数のような他の関連情報を人力 することを可能にする。キーバッド１２は、キーボード、ダイアルパッド１、ス イッチの配列または情報を入力するための他の装置のどれでもよい。使用者によ る操作を簡単にするために、制御部１３は、複数の蓄電池の種類のためのパラメ ータについて予めプログラムしておいてもよい。この場合には、使用者は、蓄電 池の種類、例えば型式番号を入力するだけでよい。そうすれば、制御部１３が自 動的にその蓄電池の種類のためのパラメータを用いる。表示部１４は制御部１３ の“Ｓ“出方に接続されており、操作者のために情報、選択項目、パラメータな どを表示する。

制御部１３の”Ｃ”出力は、充電回路１５に接続されている。充電回路１５は、 蓄電池１１に充電電流を供給する。充電回路１５は、制御部１３により用途に応 じて定電圧源または定電流源として動作するように構成されるようにしてもよい 。制御部１３の”Ｄ”出力は、減極回路１６に接続されている。減極回路１６は 、制御部１３により、一定の減極電流を供給するが、または蓄電池に選択された 負荷をかけるように構成されてもよい。回路１５と１６により供給されるパルス のパルス幅は、制御部１３によって制御される。充電回路１５の出力および減極 回路１６の出力は、導電線２１により蓄電池１１の陽極端子に接続されている。

蓄電池１１の陰極端子は、抵抗器２０を介して回路グラウンドに接続されている 。

抵抗器２０は０．０１オームの公称値を持つ。蓄電池１１に流入または蓄電池１ １から流出する電流は、抵抗器２０を通らなければならない。したがって蓄電池 １１を通る電流は、導電線２２にたいして接続された抵抗器２０の両端間の電圧 を測定することによって決定できる。

抵抗器２０はそれゆえ電流測定回路または電流制限回路としての働きをする。も ちろん、蓄電池の電流を決定するためにホール効果素子のような他のデバイスも 使用できる。

蓄電池の電圧は、導電線２１と回路グラウンドの間の電圧を測定することによっ て監視される。導電線２１と２２の間の電圧を測定するか、導電線２１の電圧が ら導電線２２の電圧を減じることによって、抵抗器２ｏの影響を取り除いてもよ い。導電線２１と２２は、それぞれ制御部１３のＶおよび■入力に接続されてい る。制御部１３がマイクロプロセッサのような論理デバイスのときは、これらの 信号は、例えばアナログ−デジタル変換器により、制御部１３が使用できる形式 に変換しなければならない。

蓄電池の存在は、充電回路１５を動作させ電流測定回路２０の出力を測定して充 電電流が流れているがどぅがを決定することによって、または減極回路１６を動 作させ電流測定回路２０の出力を測定して放電電流が流れているかどうかを決定 することによって、または充電回路１５および減極回路１６の両方の動作を停止 させ電圧を測定して蓄電池が在るかどうか決定することによって決定できる。

温度センサー２３は、望ましい蓄電池の温度を保つために制御部１３が充電電流 パルスおよび減極（放電）電流パルスの大きさ、個数および時間幅、それに休止 期間の長さを調節できるように、蓄電池１１の温度を測定する。センサー２３は 、サーモスタットのような断続作動する素子でもよいし、サーミスタやサーモカ ップルのようなアナログ素子でもよい。センサー２３は、蓄電池の内部温度を正 確に知らせるように、蓄電池１１のセルの１つの電解液の中に浸けられているこ とが好ましい。温度センサー２３は、制御部１３の”Ｔ”入力に接続されている 。蓄電池１１の内側のセルは一般的に外側のセルよりも温度が高い。外側のセル は、周囲の空気または構造物に、熱をよりよく伝達できるからである。したがっ て、ただ１つの素子２３だけが示されているけれども、蓄電池１１の各セルにた いして別個の１つの温度センサーを用いることが好ましい。

この好ましい実施例においては、制御部１３は、マイクロプロセッサ、メモリ（ 少なくともその１部は制御部１３にたいする動作命令を含む）、タイマーおよび カウンタを含む。タイマーは、マイクロプロセッサとは別個のデバイスであって もよいし、マイクロプロセッサの１部であってもよく、充電パルスの時間幅、放 電パルスの時間幅、待ち期間の長さなどの制御、電圧スパイクまたは電流スパイ クの時間幅の測定などのために使用される。

カウンタは、一般的にはマイクロプロセッサの内部に含まれているか、またはマ イクロプロセッサによって実現され、蓄電池に供給された全電荷量の指標を提供 するために充電電流を積分するため、および蓄電池から取り出された電荷の指標 を提供するために放電電流を積分するために使用される。

図２は、充電パルス／侍ち期間／放電パルス／待ち期間の過程の説明図である。

図１の装置は、そのために使用される。説明の便宜上充電パルスおよび放電パル スは矩形パルスとして示されているが、実際にはしばしばそうでないこと、した がって本発明はこのような矩形波形の使用を必ずしも必要としないと解されるべ きであることは理解されるであろう。また、充電パルスＣ１およびＣ２は、便宜 上そして何らかの限定の表明としてではなく、同じパルス幅および同じ電流振幅 ＩＡを持つように示されている。望むなら、パルスは異なる電流振幅を持っても よく、１つの充電パルスの間に変化してもよい。

さらに、充電パルスＣ１およびＣ２の電流振幅は、蓄電池の温度、蓄電池の電圧 、蓄電池の充電またはフォーマットの状態の測定された変化にもとづいて、充電 サイクルの間に変化してもよい。同様に、放電パルスＤ１〜Ｄ３も、便宜上そし て限定としてではなく、同じパルス幅および同じ一定の放電電流振幅ＩＢを持つ ように示されている。望むなら、パルスは異なる電流振幅を持ってもよく、１つ の放電パルスの間に変化してもよい。さらに、放電パルスＤ１〜Ｄ３の電流振幅 は、蓄電池の温度、蓄電池の電圧、蓄電池の充電またはフォーマットの状態の測 定された変化にもとづいて、充電サイクルの間に変化してもよい。示されている 放電パルスの数は全く便宜のためであり、限定のためではない。同様に、待ち期 間ＣＷ１．ＣＷ２およびＤｗ１〜Ｄｗ３は、便宜上ソシテ限定のためではなく、 同じ長さを持つように示されて−いる。

１つの待ち期間は、充電または放電電流の振幅を変更するために回路１５または １６により必要とされるだけの時間でもよい。さらに、各待ち期間の長さは、測 定された蓄電池の状態の変化にもとづいて、充電サイクルの間に変化してもよい 。

本発明の好ましい動作モードでは、制御部１３は、１つの充電パルス、例えば充 電パルスｃ１が蓄電池に加えられ、その後に１つの待ち期間ｃｗ１が続くように する。

第１の待ち期間ＣＷ１の後、待ち期間Ｄｗ１およびＤＷ２によって隔離されまた 待ち期間ＤＷ３により後続される１連の放電パルスＤＩ、Ｄ２．Ｄ３が蓄電池に 加えられる。最後の待ち期間ＤＷ３が終った時点でこの過程が繰り返される。す なわち、もう１つの充電パルスｃ１が蓄電池に加えられ、第１の待ち期間ＣＷＩ その他が再びその後に続く。充電パルス、放電パルス、待ち期間（休止期間とも 呼ばれる）の時間長は、再充電されている蓄電池の種類によって異なる。鉛蓄電 池にたいしては、充電パルスＣ１は　１／　１０秒がら数秒の時間長になるであ ろう。しかしながら各放電パルスＤｉ、Ｄ２．Ｄ３の時間長は、充電パルスの時 間長よりもずっと短い。好ましい動作モードでは、放電パルスの合計の時間長（ Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）は、充電パルスｃ１の時間幅のｏ、０５〜２パーセントの範 囲内である。放電パルスの合計時間長は、幾つかの種類の蓄電池にたいしては、 もっと長くてもよい。放電パルスの合計時間長が長ずざると、蓄電池から幾らか のエネルギーを失わせ、そのため全充電時間を増大させる。放電パルスの大きさ ＩＢは、少なくとも充電パルスの大きさＩＡと同じであることが好ましい。

鉛Ｍ電池では、充電パルスが加わっている間に、鉛（ｐ　ｂ）および２酸化鉛（ Ｐｂ０２）の結晶が極板上に成長する。より小さい結晶が好ましい。なぜなら、 小さい結晶はより大きな蓄電池の極板の表面をフォーマットし、それによって蓄 電池のインピーダンスを引き下げ、かつ記憶効果を低減させるからである。短い 時間長の充電パルスが好ましい。なぜなら、短い時間長の充電パルスは、脱線を 持たない、より小さな結晶を作りだすがらである。放電電流は、結晶の脱線部を 他の部分よりも好んで取り除く傾向がある。したがって、より長い時間長の充電 パルスを用いても、放電パルスの大きさＩＢを充電パルスの大きさＩＡよりも大 きいかまたは等しく設定することによって、好ましいより小さな結晶を得ること ができる。電流の大きさＩＢが電流の大きさＩＡよりも小さい場合には、結晶の 大きさをできるだけ小さくし、かつ小さくされた放電電流が除去する脱線が少し しか存在しないように結晶の脱線をできるだけ少なくするために、充電電流の時 間長を短くしなければならない。

結晶のフォーマットにたいする同様の効果は、Ｎ１ＣａｄやＮｉＦｅのような他 の蓄電池の種類においても起こる。Ｎ１Ｃａｄ蓄電池では結晶はＮ　ｉ　ＯＯＨ およびＮｉであり、ＮｉＦｅ蓄電池ではＦｅとＦｅ０ＯＨである。

図２はまた、複数の充電パルスＣ１およびＣ２を使えることも示している。この 場合には、第１の待ち期間ＣＷ１は２つの充電パルスＣ１と０２の間に入れられ る。

また充電パル、７Ｃ２と放電パルスＤ１の間に第２の待ち期間ＣＷ２を入れるこ とが好ましい。しがしながら、複数の充電パルスＣ１，Ｃ２，・・を使うときは 、各充電パルスの時間長および充電パルスの合計時間長は、所望の結晶サイズが 得られ、かつ結晶の脱線のフォーマットが最小になるように、放電パルスの時間 長および数との組合せを考慮して選択しなければならない。

１連の放電パルス中の放電パルスの数は、蓄電池の幾つかのパラメータ（状態量 ）の関数である。放電パルスの時間長と数は、イオンの利用度を最大にし、所望 の結晶サイズが得られ、結晶の脱線のフォーマットが最小になるように選択しな ければならない。放電パルスに先行する待ち期間、放電パルスの間に入れられた 待ち期間、および放電パルスに後続する待ち期間の時間長は、イオンの利用度を 最大にするように選択しなければならない。

個々の待ち期間の時間長は、回路１５または１６が充電または放電電流の振幅を 変えるのに必要な時間と同じくらい短くてもよい。

蓄電池が充電されるにつれて、電解液中の水が化学反応に使用され、それによっ て電解液中の酸の濃度が高まり、利用できるイオンが減少する。放電パルスはイ オンを増やし、増やされたイオンは蓄電池の内部抵抗を低下させる。放電パルス が加えられている間に、蓄電池の陰極板は陽極板よりも急速に放電する。なぜな ら、陰極板において起こる化学反応が、陽極板において起こる反応よりも速いか らである。そのため、放電パルスの持続中、放電の化学反応は主に陰極板におい て起こり、電解質と混ざる水を発生して、充電反応に利用され得るイオンを発生 させる。放電パルスを分割する待ち期間は、この水が電解質と混ざり、利用でき るイオンを発生させる反応が起こるための時間を与えるために必要である。放電 パルスを分割する待ち期間は、蓄電池の充電を不必要に長引かせることなく水が 電解質と混ざるのに十分な時間を与えるように選択される。

蓄電池１１に充電電流が加えられているときは、極板の鉛の表面は、鉛イオンと 硫酸イオンに解離する。さらに、電流は水を水素イオンと水酸（ＯＨ）イオンに 分解する。正に帯電したイオンは陰極板に向って移動し、負に帯電したイオンは 陽極板に向って移動する。極板の周囲のイオンの集中は極板を遮蔽し、先に発生 したイオンが極板から偶然に離れるまでは、イオンのそれ以上の動きを抑制する 。放電（減極）パルスは、新しく発生したイオンが極板に向ってより容易に移動 できるようにするために、イオンを極板の近辺がら強制的に遠ざける働きをする 。放電パルスの後の待ち期間は、イオンが、電解液中の異なる化学濃度および電 荷密度のために生じる勾配だけによって動がされて、極板の間のそれらの自然な 位置に向って漂動することを可能にする。複数の放電パルスは、極板の近辺のイ オンの遮蔽効果をさらに低下させる働きをする。このことは、次の充電パルスが 、その前の充電パルスで発生されたイオンがらの遮蔽効果が最小にまで低下され ている状態において、多数のイオンを発生させることを可能にする。

鉛蓄電池にたいして、１つの充電パルスおよびａ数の放電パルスを使うときは、 代表的なパラメータは次のとおりである：充電パルスＣ１は電流値ＩＡが５０ア ンペアでパルスの時間長が２５０ミリ秒、待ち期間ｃｗ１は１ミリ秒、放電パル スＤｉ、Ｄ２．Ｄ３はそれぞれ電流値ＴＢが５０アンペアでパルスの時間長が１ ミリ秒、待ち期間ＤＷＩとＤＷ２はそれぞれ待ち期間が２ミリ秒、待ち期間ＤＷ ３は６ミリ秒。

鉛蓄電池のような蓄電池が天候条件にさらされて凍結すると、蓄電池の内部抵抗 がイオンの速度の低下のために増大する。そのため、直流電流を加えることによ り充電できる可能性は極めて小さくなる。さらに、陽イオンが陰極板に向って移 動し、陰イオンが陽極板に向って移動すると、非常に壊れにくい、蓄電池の充電 を非常に困難にする拡散層がフォーマットされる。しかしながら、大きな放電電 流は拡散層を壊れさせ、待ち期間は極板が大きな充電電流パルスをより容易に受 け取れるようにこれらのイオンが極板から離れることを可能にする。凍結した蓄 電池を充電するために使用される波形は、図２に示したような波形である。すな わち、１つまたは複数の充電パルスＣ１，Ｃ２、充電パルスを隔離しまたその後 に続く待ち期間ＣＷＩおよびＣＷ２、その後に続く放電パルスＤｉ、Ｄ２．Ｄ３ 、放電パルスを隔離しまたその後に続く待ち期間ＤＷＩ、ＤＷ２．ＤＷ３から成 る。

放電パルスは、化学反応により水を生じさせる。この水は酸と混ざり熱を発生す る。また充電パルスも熱を発生する。発生した熱は蓄電池を凍結を溶かし、それ により蓄電池の内部抵抗を低下させる。それにより蓄電池はより大きな電流を受 け入れることができ、それにより蓄電池の充電と氷の溶融がさらに急速になる。

従来の充電器による凍結した蓄電池を充電する能力と、本発明の充電による凍結 した蓄電池を充電する能力の比較を行った。Ｏ’Ｆ　（−１７，８°Ｃ）の蓄電 池の場合、この蓄電池は従来の充電器から０．３アンペアの充電電流を受け入れ た。０°Ｆの蓄電池にたいして、本発明を使い、１つの充電パルスと１つの放電 パルスの連続的な繰り返しを加えると、充電電流は６アンペアから始まり蓄電池 の凍結が溶けるにつれて３５アンペアまで漸増して、より容易に充電電流を受け 入れた。Ｏ’Ｆで凍結した蓄電池にたいして、本発明の充電／複数回の放電の方 法を用いると、充電電流は４０アンペアがら始まり蓄電池の凍結が溶けるにつれ て６０アンペアまで漸増して、より容易に充電電流を受け入れることができた。

本発明の充電／複数回の放電の方法を用いると、凍結した蓄電池は、６分以内に 凍結が溶けて、充電電流を容易に受け入れていた。

鉛蓄電池にたいしては、図２の波形の代表的な初期値は次のとおりである。すな わち、充電電流Ｃ１は電流値ＩＡが３５アンペアで時間長が２５０ミリ秒、待ち 期間ＣＷＩは時間長が２ミリ秒、放電パルスＤ１は電流値■Ｂか７０アンペアで 時間長が２ミリ秒、待ち期間ＤＷＩは時間長が４ミリ秒である。

蓄電池、少なくともＮ１ＣａｄおよびＮｔＦｅ蓄電池のための充電の状態を測定 するための方法は、図３に示した一般的な波形にもとづく。この方法では、ある １つの放電パルスの直後の待ち期間、例えばＤＷＩ、ＤＷ２またはＤＷ３の間に 、蓄電池の開放電圧が測定され、積分される。電圧の積分値がある値まで上昇し たとき、または電圧の積分値が定常状態になったときすなわち現在の測定にたい する積分値が前回の測定にたいする電圧の積分値と同じかまたはほぼ同じである ときは、蓄電池１１は一杯に充電されたと見なされる。関心を持つ面積（Ａ）は 、１つの待ち期間中の開放電圧の曲線の下の面積である。さらに詳しく言えば、 開放電圧の曲線の下の最低電圧（Ｖ７）の上の面積である。さらに換言すれば、 電圧がｖ７からｖ６の範囲内にある、曲線の下方の面積である。面積Ａは、例え ば待ち期間中の蓄電池の開放電圧の曲線の下方の全面積を測定し、次にその待ち 期間中の最低電圧ｖ７と面積を測定する区間の時間長、例えばその待ち期間の時 間長さＴの積Ｖ７ｘＴ　により表される面積を引算することによって、容易に決 定される。測定された面積は、次の充電パルスの後の対応する待ち期間における 面積と比較される。例えば、充電パルスｃ１の後の待ち期間ＤＷＩにおける面積 は、充電パルスＣ１’の後の待ち期間ＤＷＩ　（図示されていない）における面 積と比較される。同様に、充電パルスｃ１の後の待ち期間ＤＷ２における面積は 、次の充電パルスｃ１の後の待ち期間ＤＷ２　（図示されていない）における面 積と比較される。同様に、待ち期間ＤＷ３における面積は、充電パルスの間に４ つまたはそれ以上の放電パルスが使用されている場合には、次の放電パルス待ち 期間（図示されていない）として比較される。最初は面積Ａは小さいが、蓄電池 が充電されるにつれてこの面積は大きくなる。この面積が予め決められた値にな ったとき、すなわち定常状態になったとき、蓄電池はいっばいに充電されたもの と見なされる。例えば、充電パルスｃ１の後の待ち期間ＤＷＩにおける面積が次 の充電パルスｃ１′の後の待ち期間ＤＷＩにおける面積とほぼ等しがったとき、 蓄電池はいっぽいに充電されたものと見なされる。

充電の状態は、出方電圧の傾き（Ｖ６−Ｖ７）／Ｔ測測定ることによって決定さ れる。ただしＴは測定時間であり、例えば減極待ち期間（ＤＷ）である。最初は 、■７がＶ６とほぼ等しいので、この傾きは緩やがである。

蓄電池が充電されるにつれてＶ７はＶ６よりも顕著に小さくなり、傾きは定常状 態すなわち最大値に近づく。ひとたび傾きが定常状態になると、すなわち最大値 になってサイクル間で殆んど変化しないか、または予め決められた値よりも大き くなると、蓄電池はいっばいに充電されている。この傾きはまた、角度ＡＲＣＴ ＡＮＧＥＮＴ　（（Ｖ６−Ｖ７）／Ｔ）を決定するためにも使用される。この角 度が定常状態になると、すなわちその最大値になってサイクル間で殆んど変化し ないが、または予め決められた値よりも大きくなると、蓄電池はいっばいに充電 されている。

鉛蓄電池のような蓄電池が最初に製造されたとき、例えば鉛の表面を鉛と２酸化 鉛に変換させるために、フォーメイション（初期充電）を必要とする。蓄電池の 中に電解液が入れられ、最初の化学反応は大量の熱を発生する。この発熱は、蓄 電池の温度を容易に１７０’Ｆ（７６，７°Ｃ）まで上昇させる。極板ががなり の量の電解質を吸収すると、温度が下がり始める。内部温度がほぼ１４０°Ｆ　 （６０’Ｃ）まで下がると、蓄電池に最初の充電が行われる。初めは、多数のイ オンのために、蓄電池の内部抵抗は非常に低い。蓄電池はそのため大きな充電電 流を受け入れる。このときは蓄電池に大きな電流を流すことが望ましくない。な ぜなら、既に高い温度に加えてさらに発生される熱が、蓄電池を傷める可能性が あるからである。したがって、充電パルスの時間長、数および大きさは、蓄電池 の温度に応じて変えられるべきである。

鉛蓄電池にたいして、１つの充電パルスと複数の放電パルスを用い、蓄電池の内 部温度を１４０°Ｆに保つ場合には、図２の波形の初期パラメータは、例えば次 のようになるであろう：充電パルスＣ１は電流値ＩＡが２５アンペアで時間長が １５０ミリ秒、待ち期間Ｗ１は１ミリ秒、放電パルスＤｉ、Ｄ２．Ｄ３はそれぞ れ電流値■Ｂが２５アンペアで時間長が１ミリ秒、待ち期間ＤＷＩ〜ＤＷ３は６ ミリ秒。

温度センサー２３は、蓄電池１１の内部温度を測定し、この情報を制御部１３に 送る。それにより制御部１３は、充電回路１５に充電電流の振幅またはパルス幅 を適正に調節するように指令することができる。制御部１３はまた、抵抗器２０ を介して電流を測定し、適正な充電電流が供給されるように充電回路１５にたい する駆動を調節する。充電電流パルスおよび放電電流パルスの時間長、数、大き さは、蓄電池の内部温度をほぼ１４０°Ｆに保ち、かつ最適な充電条件を維持す るように調節されなげればならない。蓄電池をフォーマットするために使用され る波形も図２に示されている。すなわち、１つまたは複数の充電パルスＣ１，Ｃ ２、充電パルスを隔離しまたその後に続く待ち期間ＣＷＩおよびＣＷ２、その後 に続く放電パルスＤｉ、Ｄ２．Ｄ３、放電パルスを隔離しまたその後に続く待ち 期間ＤＷＩ、ＤＷ２．ＤＷ３がら成る。複数の放電パルスは、この場合にもまた 、結晶のサイズを抑制し結晶の脱線のフォーマットを最小にする働きをする。

次に蓄電池のフォーメイションの状態がどのようにして決定されるかを説明する 波形である図４を参照する。

フォーメイション工程中、充電パルスｃ１の始端において電圧の最高値が生じ、 放電パルスＤ１〜Ｄ３の始端において電圧の最低値が生じる。便宜上、これらの 最高値および最低値の両方をスパイクと呼び、ｖｌのような最高値は正方向のス パイク、そしてＶ４のような最低値は負方向のスパイクとする。充電パルスの始 端に現われる電圧スパイクは蓄電池の陰極板のフォーメイションの状態を表し、 放電パルスの始端に現われる電圧スパイクは蓄電池の陽極板のフォーメイション の状態を表す。一般゛的には、陰極板は陽極板よりも小さく、陽極板よりも先に 完全に変換される。陰極板における化学反応は陽極板における化学反応よりも大 きな速度で起こるので、陰極板は陽極板よりも小さくすることができる。陰極板 の材料が完全に変換されたとき、充電パルスの始端における電圧スパイクが定常 状態になる、すなわちその最大振幅になりこの振幅のままになる。同様に、陽極 板の材料が完全に変換されたとき、放電パルスの始端に現われる電圧スパイクが 定常状態になる、すなわちその最大振幅になりこの振幅のままになる。陰極板の 材料は、陽極板の材料よりも速く変換されるので、充電パルスの始端における電 圧スパイクは、放電パルスの始端における電圧スパイクよりも先に最大振幅にな る。両方の極板を完全にフォーマットしかつ充電することが望ましい。放電パル スが短い、好ましくは２〜３ミリ秒より短い場合には、陰極板が部分的に放電し てそれにより水を発生するが、陽極板は放電しない。したがって、放電パルスを 加えることにより、陰極板を過充電することなく、陽極板を完全に充電すること が可能になる。放電パルスの後の待ち期間は、水が電解質と混ざりイオンを発生 させるための時間を与える。このイオンは蓄電池の充電を助ける。鉛蓄電池のた めの最適な待ち期間は、はぼ５〜６ミリ秒である。図示の波形は、充電パルスに 電流ＩＡを供給するために定電流源を使用する場合に得られるものである。

図４の上側の波形は、電流波形であり、充電パルスＣ１、それに続く待ち期間Ｃ ＷＴ、それに続く待ち期間ＤＷＩとＤＷ２により隔離された一連の放電パルスＤ ｉ、Ｄ２゜Ｄ３、さらにそれに続く待ち期間ＤＷ３を示している。

この工程はこの後繰り返し、次の充電パルス０１゛から始まる。下側の図は、蓄 電池の電圧の波形である。

充電パルス中に電流ＩＡを流すためには、充電回路１５は最初に大きな電圧Ｖ１ を蓄電池に加えなければならない。そのすぐ後には、蓄電池はより容易に充電電 流を受け入れる。そのため充電回路１５の出力電圧は電圧■２に下がり、充電パ ルスＣ１の残りの時間の間はぼこの電圧のままである。充電パルスが終了すると 、充電回路１５および放電回路１６が非作動にされる。そのため電圧ｖ３は蓄電 池１１の開放電圧を表す。待ち期間ＣＷＩの後放電回路１６が蓄電池１１に負荷 をかける。そのため蓄電池１１の出力電圧が電圧■４に下がる。そのすぐ後に蓄 電池はより容易に放電電流を供給するようになる。

そのため蓄電池の出力電圧は電圧ｖ５に上がり、この放電パルスＤ１の残りの時 間の間はぼこの電圧のままになる。放電パルスＤ１が終了すると、放電回路１６ はオフにされ、待ち期間ＤＷ１の間蓄電池１１の開放電圧が無負荷電圧Ｖ３に上 がる。待ち期間ＤＷＩが終ると、放電パルスＤ２が加えられ、蓄電池の電圧はそ の放電パルスの始端において再びほぼ電圧Ｖ４に下がり、そのあと電圧ｖ５まで 上がって、この放電パルスの残りの時間の間この電圧のままである。そして次の 待ち期間ＤＷ２の間開放電圧■３に上がる。この動作は放電パルスＤ３、待ち期 間ＤＷ３、および次の充電パルスの前に存在するかもしれないどのような追加の 放電パルスまたは待ち期間にたいしても同じである。

蓄電池にたいして充電パルスおよび放電パルスが十分な繰り返し回数加えられる と、蓄電池の極板の１方または両方が完全に変換される。これが起こると、蓄電 池はそれ以上電荷を受け入れなくなり、なおも充電電流を続けて加えると、一般 的に、過度の電気分解、ガスの発生、蓄電池の温度上昇を引き起こす。したがっ て、いったん蓄電池が完全にフォーマットされたら充電／放電作業は停止され、 蓄電池は使用されるか、細流充電のような維持充電動作のもとにおかれる。蓄電 池が完全に充電されているときは、次の放電パスルＣ１’　が加えられるか、次 の放電パルスＤ１〜Ｄ３が加えられても、充電パルスの始端の電圧および放電パ ルスの始端の電圧は、もはや変化しない。電圧スパイク■１と■４の時間長は、 通常は１から２ミリ秒である。制御部１３は、充電パルス／放電パルスの任意回 数の繰り返しの間のスパイク電圧の電圧値ｖ１とＶ４およびそれらの平均値を格 納する。制御部１３はさらにこの過程を繰り返し、新しいく平均された値を元の 平均値と比較する。新しい平均値がもはや変化しないとき、すなわち最高値がも はや高くならず、最低値がもやは低くならないときは、定常状態に到達している 。すると制御部１３は、完全にフォーマットされたものと決定して、充電パルス および放電パルスを加えるのを停止する。電圧スパイクの振幅を測定することに よって蓄電池のフォーメイションすなわち充電の状態を決定するこの方法は、少 なくとも次の種類の蓄電池、すなわち鉛、Ｎ１ＣａｄＳＮｉＦｅ蓄電池にたいし て使用できる。

充電パルスの始端および放電パルスの始端における電圧スパイクの大きさの変化 は、充電パルスの始端または放電パルスの始端におけるより大きな蓄電池のイン ピーダンスに直接に起因する。フォーメイション過程の間に陽極板および陰極板 の材料が変換されるにつれて、極板の電位は高まる。これは異極性に帯電したイ オンにたいする吸引力を増大させ、いわゆるダフニイ層を発生させる。この電位 の高まりにつれて、このダフニイ層は壊れにくくなる。そして、陰極板において ダフニイ層を壊す必要性のために充電パルスの始端におけるより大きな蓄電池の インピーダンスを生じさせ、また陽極板においてダフニイ層を壊す必要性のため に放電パルスの始端におけるより大きな蓄電池のインピーダンスを生じさせる。

そのため、陽極板および陰極板の実際上すべての材料が変換されると、この電位 およびインピーダンスは最大値にある。これは、ダフニイ層を壊すために必要と される電圧を最大にする。

鉛蓄電池にたいしては、充電パルス、放電パルスおよび待ち期間の代表的な値は 、図２の説明に関して挙げたとおりである。また代表的な電圧値は、Ｖｌ−Ｖ２ が５ボルト、Ｖ　５−　Ｖ　４　カ０　、　１ボルト、Ｖｌ’　−Ｖ２が５゜１ ボルト、Ｖ５−Ｖ４°が０．１１ボルトである。

図５は制御部１３によって実行される蓄電池充電過程の流れ図である。ステップ ４１において、制御部１３は、使用者の入力、例えば蓄電池の種類（鉛、Ｎ１Ｃ ａｄ。

ＮｉＦｅなど）、蓄電池の電圧（公称値、セルの数、１セル当りの電圧の定格） 、蓄電池の容Ｍ（アンペア一時間、最大ｍ７Ｎ、）　、蓄電池の型式番号などに もとづいて、充電シーケンスのための初期パラメータを設定する。これらの使用 者の入力に応じて、制御部１３は、充電パルスの数９時間長、振幅、充電待ち期 間の時間長、放電パルスの数１時間長、振幅、および放電待ち期間の時間長を設 定する。ステップ４２において、制御部１３は、充電シーケンスを実行する。す なわち１つまたは複数の充電パルスおよび充電待ち期間を加え、次に１つまたは 複数の放電パルスおよび放電待ち期間を加える。ステップ４３において、制御部 １３は、蓄電池の電圧、蓄電池の温度、蓄電池の電流などの蓄電池パラメータ（ 状態量）を測定して処理する。これらのパラメータを１パルスごとに測定するこ とは可能であるが、蓄電池の応答は一般的に非常に遅い。そのため、値は予め決 められた時間区間の間のそのパラメータの平均値をもとにしてもよいし、そのパ ルスを、予め決められた時間間隔、例えば５秒（たとえば蓄電池の電圧にたいし て）から１０秒（たとえば蓄電池の温度にたいして）経過するごとに、サンプリ ングしてよい。したがって、ステップ４３が実行される前に、またはステップ４ ３が実行されている間に、ステップ４２において充電シーケンスが非常に多数サ イクル実行される場合がある。

決定４４と４５は、蓄電池の電圧および蓄電池の温度が許容できるかどうか調べ る。許容できないときは、ステップ４６において、パラメータを調節する。たと えば、蓄電池の電圧または蓄電池の温度が高すぎるときは、制御部１３は、充電 パルスの数、時間長および／または振幅を減らす。蓄電池の電圧または蓄電池の 温度が低すぎるときは、制御部１３は、充電パルスの数、時間長および／または 振幅を増やす。同様に、制御部１３は、蓄電池の電圧および蓄電池の温度を望ま しい限界値内に戻すために、放電パルスの数、時間長および／または振幅、およ び充電パルス待ち期間および放電パルス待ち期間の時間長を調節する。ステップ ４６においてパラメータを調節した後、制御部１３は、ステップ４２において次 の充電シーケンスを実行する。

決定４７は、先述したスパイク電圧および／または面積テストを使って、蓄電池 が充電（すなわちフォーマット）されたかどうか調べる。蓄電池が充電されてい ないときは、制御部１３はステップ４２に戻る。蓄電池かいばいに充電されてい るときは、制御部１３は維持動作部５０に切り替わる。この維持動作部５０は、 充電回路１５に蓄電池１１にたいする細流充電を行わせ、警報音を鳴らし、表示 部１４に工程が完了し蓄電池が完全に充電すなわちフォーマットされたことを表 示する。

具体的なステップは示していないが、制御部１３は、充電電流または温度を許容 限界値内の値にすることができないとき、ま、たは長過ぎる充電時間が経過した ときは、工程を停止する。このような場合には、制御部１３は警報音を鳴らすか 、表示部１４に問題が発生したことを表示するか、またはその両方を行う。

この好ましい実施例は充電パルスおよび放電パルスの大きさおよび時間長を調節 するようにしているけれども、ある結果を得るために待ち期間の時間長を調節す ることもできる。

本発明は鉛蓄電池、ニッケルーカドミウム蓄電池、ニッケルー鉄蓄電池にたいし て使用する場合について特に詳しく説明されているが、本発明はそれに限定され るものではなく、他の種類の蓄電池、例えばニッケルー水酸化物蓄電池、ニッケ ルー空気蓄電池などにたいしても使用できる。

上記の説明から、本発明は、蓄電池の急速な充電およびフォーマット、凍結した 蓄電池の急速な溶融および充電、蓄電池のフォーメイションの状態の決定、およ び蓄電池の充電の状態の決定に使用できる方法と装置について説明していること は理解されるであろう。本発明は実施例に関し説明されているが、この技術分野 に習熟した人々には、その変形は明らかであろう。したがって、本発明の範囲は 、以下の特許請求範囲によってのみ制限されるへきである。

工 手続補正書 １、事件の表示　ＰＣＴ／ＵＳ９３１００４７１、発明の名称　蓄電池を充電し 、解凍し、フォーマットするための方法および装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏名（名称）　イレクトロニク　パワー　テクノロジー住　所　〒１０５東京都 港区虎ノ門１丁目２番３号虎ノ門第１ビル５階 する。

（ニ）明細書第７頁第３行目に「減極パルス」とあるのを、「放電パルス」と補 正する。

（ホ）明細書第７頁第６行目に「返蓄電池」とあるのを、「蓄電池」と補正する 。

（へ）明細書第７頁第３行目に「フォーマット」とあるのを、「形成」と補正す る。

（ト）明細書第２０頁第１４行目に「次の充電パルスＣＩＪとあるのを、「次の 充電パルスＣ１゛」と補正する。

（チ）明細書第３０頁第１２行目に「ニッケルー空気」とあるのを、「亜鉛−空 気」と補正する。

請求の範囲 １、　蓄電池にたいして少なくとも１つの充電パルスを加える段階であって、前 記蓄電池は主として前記充電パルスの間にだけ充電電流を受け取り、前記充電パ ルスは実際上１５０ミリ秒以上のパルス幅を持つようにした段階と、 前記蓄電池に第１の放電パルスを加える段階と、前記蓄電池が実際上充電されず また実際上放電もさせられない第１の待ち期間の間待つ段階と、前記蓄電池にた いして少なくとも第２の放電パルスを加える段階であって、前記蓄電池は主とし て前記放電パルスの間にだけ放電電流を供給するようにした段階と、１つの選択 されたパラメータが所定の条件になるまで上記の段階を繰り返すこと を含む、蓄電池を充電するための方法。

２、　前記放電パルスを加える段階が前記蓄電池に負荷を加えることを含む請求 項１に記載の方法。

３、　前記第１の放電パルスが第１の時間長を持ち、前記第２の放電パルスが第 ２の時間長を持ち、そして前記第１の時間長が前記第２の時間長にほぼ等しい請 求項１に記載の方法。

４、　前記充電パルスがある充電電流値を持ち、前記放電パルスの各々がある放 電電流値を持ち、そして前記放電パルスの少な、くとも１つの前記放電電流値が 前記充電電流値と同じかまたはそれよりも大きい請求項１に記載の方法。

５、　前記充電パルスを加えた後前記第１の放電パルスを加える前に第２の待ち 期間の間待つ段階をさらに含む請求項１に記載の方法。

６　前記第２の放電パルスの後上記の段階を繰り返す前に第２の待ち期間の間待 つ段階をさらに含む請求項１に記載の方法。

７、　前記第１の待ち期間が前記第２の待ち期間の時間長とほぼ等しい時間長を 持つ請求項６に記載の方法。

８、　前記選択されたパラメータが前記蓄電池の充電度であり、さらに前記蓄電 池の前記充電度を測定する段階を含む請求項１に記載の方法。

９、　前記充電度が前記充電パルスが加えられているときに測定される請求項８ に記載の方法。

１０、　前記充電パルスが前記蓄電池において正方向のスパイク電圧を生しさせ 、前記充電度を測定する段階が前記蓄電池のｎｉｊ記正方正方向パイク電圧を測 定することを含む請求項９に記載の方法。

１１、　前記正方向のスパイク電圧が充電パルスの始端において測定される請求 項１０に記載の方法。

１２、　前記充電度を測定する段階がさらに前記正方向のスパイク電圧が定常状 態になったかどうか決定すること含む請求項１０に記載の方法。

１３、　前記充電度を測定する段階がさらに放電パルスの後の待ち期間の間に前 記蓄電池の電圧の最大値を測定することを含む請求項１０に記載の方法。

１４、　前記充電度が前記放電パルスが加えられているときに１９１定される請 求項８に記載の方法。

１５、　前記放電パルスが前記蓄電池において負方向のスパイク電圧を生じさせ 、前記充電度を測定する段階が前記蓄電池の前記負方向のスパイク電圧を測定す ることを含む請求項１４に記載の方法。

１６、　前記負方向のスパイク電圧が放電パルスの始端においてｉｌＰ＋定され る請求項１５に記載の方法。

１７、　前記充電度を測定する段階がさらに前記負方向のスパイク電圧が定常状 態になったかどうか決定すること含む請求項１５に記載の方法。

１８、　前記充電度が前記放電パルスの後の待ち期間の間に測定される請求項８ に記載の方法。

１９、　前記充電度を測定する段階が、前記蓄電池の電圧の大きさを測定して大 きさの測定値を得る段階と、 前記待ち期間の予め決められた部分にわたって前記大きさの測定値を積分して大 きさの積分値信号を得る段階と、 前記大きさの積分値信号を評価する段階と、を含む請求項１８に記載の方法。

２０、　前記充電度を測定する段階がさらに前記大きさの積分値信号が定常状態 になったかどうかを決定することを含む請求項１９に記載の方法。

２１．　前記充電度を測定する段階が前記待ち期間の予め決められた部分におい て前記蓄電池の電圧の変化の速度を測定することを含む請求項１８に記載の方法 。

２２、　前記充電度を測定する段階がさらに前記変化の速度が定常状態になった かどうかを決定することを含む請求項２１に記載の方法。

２３、　蓄電池に充電パルスを加えるための充電手段を含み、前記蓄電池は主と して前記充電パルスの間にだけ充′Ｉｒ１電流を受け取り、前記充電パルスは実 際上１５０ミリ秒以上のパルス幅を持つようになっており、さらに、ｎｑ紀蓄電 池に放電パルスを加えるための放電手段を含み、前記蓄電池は主として前記放電 パルスの間にだけ放ｆＩＸ電流を供給するようになっており、さらに、前記充電 手段に少なくとも１つの第１の放電パルスを加えさせ、前記放電手段に第１の放 電パルスを加えさせ、前記蓄電池が実際上充電されず実際上放電もされない待ち 期間の間待ち、および前記放電手段に少なくとも第２のｂ１７ｒｌパルスを加え ることを繰り返させるために、タイマ手段を備える制御手段を含む蓄電池の充電 装置。

２４、　前記制御手段が、ｎｉｊ記第２の放電パルスの後、前記充電手段に次の 第１の充電パルスを加えさせる前に、第２の待ち期間の間待つ請求項２３に記載 の装置。

２５゜　前記制御手段が、前記第１の充電パルスの後節２の待ち期間の間待ち、 それから前記放電手段に前記第１の放電パルスを加えさせる前に前記充電手段に 第２の充電パルスを加えさせる請求項２３に記載の装置。

２６、　前記制御手段が前記蓄電池の予め決められたパラメータを測定する請求 項２３に記載の装置。

２７　前記予め決められたパラメータが前記蓄電池の１門度であり、前記制御手 段が前記温度に応じて前記充電パルスの時間長、ｎ１１記充電パルスの数、前記 放電パルスの時間長、前記放電パルスの数、前記待ち期間の長さ、前記充電パル スの大きさ、前記放電パルスの大きさのうちの少なくとも１つを調節する請求項 ２６に記載の装置。

２８、　前記予め決められたパラメータが前記蓄電池の電圧であり、前記制御手 段が前記蓄電池の電圧に応じて前記充電パルスの時間長、前記充電パルスの数、 前記放電パルスの時間長、前記放電パルスの数、前記待ち期間の長さ、前記充電 パルスの大きさ、前記放電パルスの大きさのうちの少なくとも１つを調節する請 求項２６に記載の装置つ ２９、　前記充電パルスが前記蓄電池において正方向のスパイク電圧を生じさせ 、前記予め決められたパラメータが前記正方向のスパイク電圧であり、前記制御 手段が前記正方向のスパイク電圧が定常状態になるとそれに応じて前記蓄電池の 充電を停止させる請求項２６に記載の装置。

３０、前記放電パルスが前記蓄電池において負方向のスパイク電圧を生じさせ、 前記予め決められたパラメータがｎ；１記負方向のスパイク電圧であり、前記制 御手段が前記負方向のスパイク電圧が定常状態になるとそれに応して前記蓄電池 の充電を停止させる請求項２６に記載の装置。

３１、　前記予め決められたパラメータが前記放電パルスの後の前記待ち期間の 予め決められた部分の間に測定された蓄電池の電圧の積分値であり、前記制御手 段が前記積分値が定常状態になるとそれに応じて前記蓄電池の充電を停止させる 請求項２６に記載の装置。

３２、ｎｉｊ記予め決められたパラメータが前記放電パルスの後の前記待ち期間 の予め決められた部分の間に測定された蓄電池の電圧の傾きであり、制御手段が 前記傾きが定常状態になるとそれに応じて前記蓄電池の充電を停止させる請求項 ２６に記載の装置。

３３　蓄電池に充電パルスを加える段階を含み、前記充電パルスはｒｒｌｊ記蓄 電池において正方向のスパイク電圧を生じさせるようになっており、さらに、ｎ １１記充電パルスの間にｉ；１記蓄電池の前記正方向のスパイク電圧を測定する 段階と、 前記スパイク電圧を評価する段階と、 を含む蓄電池の状態を決定するための方法。

３４、　前記測定する段階が前記充電パルスの始端において前記スパイク電圧を 測定することを含む請求項３３に記載の方法。

３５、　前記評価する段階が前記スパイク電圧をその市の充電パルスの間に測定 されたスパイク電圧と比較することを含む請求項３３に記載の方法。

３６、前記評価する段階が現在の充電パルスの間のスパイク電圧とその前の充電 パルスの間のスパイク電圧との差を決定することを含む請求項３３に記載の方法 。

３７、　前記差が予め決められた値より小さいとき前記蓄電池がフォーマットさ れたことを示す段階をさらに含む請求項３６に記載の方法。

３８、　前記差が予め決められた値より小さいとき前記蓄電池が充電されたこと を示す段階をさらに含む請求項３６に記載の方法。

３９、　前記差が予め決められた値より小さいとき前記蓄電池の陰極板がフォー マットされたことを示す段階をさらに含む請求項３６に記載の方法。

４０、前記差が予め決められた値より小さいとき前記蓄電池の陰極板が充電され たことを示す段階をさらに含む請求項３６に記載の方法。

４１、　前記スパイク電圧が定常状態になったとき前記蓄電池がフォーマットさ れたことを示す段階をさらに含む請求項３３に記載の方法。

４２、　前記スパイク電圧が定常状態になったとき前記蓄電池が充電されたこと を示す段階をさらに含む請求項３３に記載の方法。

４３、　蓄電池に充電パルスを加える段階と、前記蓄電池に放電パルスを加える 段階であって、前記放電パルスは前記Ｍｍ池において負方向のスパイク電圧を生 じさせるようにした段階と、 前記放電パルスの間に前記蓄電池の前記負方向のスパイク電圧を測定する段階と 、 前記スパイク電圧を評価する段階と、 を含む蓄電池の状態を決定する方法。

４４　前記測定する段階が前記放電パルスの始端において前記スパイク電圧を測 定することを含む請求項４３に記載の方法。

４５、　前記評価する段階が前記スパイク電圧をその前の放電パルスの間に測定 されたスパイク電圧と比較することを含む請求項４３に記載の方法。

４６、　前記評価する段階が現在の放電パルスの間の前記スパイク電圧とその前 の放電パルスの間のスパイク電圧との差を決定することを含む請求項４３に記載 の方法。

４７、前記差が予め決められｔこ値よりも小さいとき前記蓄電池がフォーマット されたことを示す段階をさらに含む請求項４６に記載の方法。

４８、　前記差が予め決められた値より小さいとき前記蓄電池が充電されたこと を示す段階をさらに含む請求項４６に記載の方法。

４９、　前記差が予め決められた値より小さいとき前記蓄電池の陽極板がフォー マットされたことを示す段階をさらに含む請求項４６に記載の方法。

５０、　前記差が予め決められた値より小さいとき前記蓄電池の陽極板が充電さ れたことを示す段階をさらに含む請求項４６に記載の方法。

５１、　前記スパイク電圧が定常状態になったとき前記蓄電池がフォーマットさ れたことを示す段階をさらに含む請求項４３に記載の方法。

５２、　前記スパイク電圧が定常状態になったとき前記蓄電池が充電されたこと を示す段階をさらに含む請求項４３に記載の方法。

５３、　蓄電池に充電パルスを加える段階と、前記蓄電池に放電パルスを加える 段階と、予め決められた待ち期間の間待つ段階と、前記待ち期間の間に前記蓄電 池の出力電圧を測定して電圧の測定値を得る段階と、 前記待ち期間の予め決められた部分にわたって前記電圧の測定値を積分して電圧 の測定値の積分値を得る段階と、 前記電圧の測定値の積分値を評価する段階と、を含む蓄電池の状態を決定するた めの方法。

５４、　前記評価する段階がさらに前記電圧の測定値の積分値が定常状態になっ たとき前記蓄電池が充電されていると断定することを含む請求項５３に記載の方 法。

５５、　前記評価する段階がさらに前記電圧の測定値の積分値をその前の待ち期 間の間の電圧の測定値の積分値と比較することを含む請求項５３に記載の方法。

５６、　前記比較する段階が現在の待ち期間の間の電圧の測定値の積分値とその 前の待ち期間の間の電圧の測定値の積分値との差を決定することを含む請求項５ ５に記載の方法。

５７、　前記差が予め決められた値より小さいとき前記蓄電池が充電されている と断定する段階をさらに含む請求項５６に記載の方法。

５８、；ｆ；７１ｉ池に充電パルスを加える段階と、前記蓄電池に放電パルスを 加える段階と、予め決められた待ち期間の間待つ段階と、前記待ち期間の一部分 の間に前記蓄電池の出力電圧をＤ１定して電圧の測定値を得る段階と、前記待ち 期間の前記一部分の間の前記出力電圧の傾きを算出して電圧の傾き値を得る段階 と、前記電圧の傾き値を評価する段階と、 を含む蓄電池の状態を決定するための方法。

５９、　前記評価する段階がさらに前記傾き値が定常状態になったとき前記蓄電 池が充電されていると断定することを含む請求項５８に記載の方法。

６０、　前記傾き値を基準値と比較する段階をさらに含む請求項５８に記載の方 法。

６１、　前記基準値がその前の待ち期間の間の前記出力電圧の傾き値である請求 項６０に記載の方法。

６２、　前記傾き値の大きさが前記基準値よりも大きいとき前記蓄電池が充電さ れていると断定することを含む請求項６０に記載の方法。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ 、ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ。

ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　Ｍ Ｇ、　ＭＮ、〜ｆＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、ＰＬ、ＰＴ、Ｒ○、　ＲＵ、　 ＳＤ、５Ｅ（７２）発明者　ポツプ、　フィリップ　ダブリュー。

アメリカ合衆国　３００９２　ジョーシア州ノークロス　ホワイトウォーター　 ドライブ５０４１

Claims (64)

【特許請求の範囲】
1. １．蓄電池に充電パルスを印加する段階と、前記蓄電池に第１の放電パルスを印 加する段階と、第１の待ち期間にわたって休止する段階と、前記蓄電池に第２の 放電パルスを印加する段階と、所定のパラメータに達するまで上記段階を繰り返 すことからなる蓄電池の充電方法。
2. ２．前記放電パルスを印加する段階は、前記蓄電池に負荷を加えることからなる 請求項１に記載の方法。
3. ３．前記第１の放電パルスは第１の持続時間を有し、前記第２の放電パルスは第 ２の持続時間を有し、かつ、前記第１の持続時間は前記第２の持続時間にほぼ等 しい請求項１に記載の方法。
4. ４．前記充電パルスは一定の充電電流振幅を有し、前記放電パルスは各々一定の 放電電流振幅を有し、前記放電パルスの少なくとも１方の前記放電電流振幅は前 記充電電流振幅と同等である請求項１に記載の方法。
5. ５．前記充電パルスを印加した後前記第１の放電パルスを印加する前に第２の待 ち期間にわたって休止する段階をさらに含む請求項１に記載の方法。
6. ６．前記第２の放電パルスを印加した後上記段階を繰り返す前に第２の待ち期間 にわたって休止する段階をさらに含む請求項１に記載の方法。
7. ７．前記第１の待ち期間は前記第２の待ち期間にほぼ等しい請求項６に記載の方 法。
8. ８．前記所定のパラメータは前記蓄電池の充電の程度であり、前記蓄電池の充電 度を測定する段階をさらに含む請求項１に記載の方法。
9. ９．前記充電パルスが印加された際に前記充電度が測定される請求項８に記載の 方法。
10. １０．前記蓄電池の充電度を測定する段階は前記蓄電池の正方向のスパイク電圧 を測定することからなる請求項９に記載の方法。
11. １１．前記正スパイク電圧は充電パルスの始端で測定される請求項１０に記載の 方法。
12. １２．前記充電度を測定する段階は、前記正スパイク電圧が定常状態条件に到達 したかどうか決定することをさらに含む請求項１０に記載の方法。
13. １３．前記充電度を測定する段階は、放電パルス後待ち期間の間に前記蓄電池の 電圧のピーク振幅を測定することをさらに含む請求項１０に記載の方法。
14. １４．前記放電パルスが印加された際に前記充電度が測定される請求項８に記載 の方法。
15. １５．前記充電度を測定する段階は前記蓄電池の負方向のスパイク電圧を測定す ることからなる請求項１４に記載の方法。
16. １６．前記負スパイク電圧は放電パルスの始端で測定される請求項１５に記載の 方法。
17. １７．前記充電度を測定する段階は、前記負スパイク電圧が定常状態条件に到達 したかどうか決定することをさらに含む請求項１５に記載の方法。
18. １８．前記充電度は、放電パルスに続く待ち期間の間に測定される請求項１０に 記載の方法。
19. １９．前記充電度を測定する段階は、前記蓄電池の電圧の振幅を測定して振幅測 定値を与え、かつ、所定の期間にわたって前記振幅測定値を積分することを含む 請求項１８に記載の方法。
20. ２０．前記所定の期間は、前記放電パルスに続く前記待ち期間である請求項１９ に記載の方法。
21. ２１．前記充電度を測定する段階は、前記積分された振幅信号が定常状態条件に 到達したかどうか決定することをさらに含む請求項１９に記載の方法。
22. ２２．前記充電度を測定する段階は、前記蓄電池の電圧の変化率を測定すること からなる請求項１８に記載の方法。
23. ２３．前記充電度を測定する段階は、前記変化率が定常状態条件に到達したかど うか決定することをさらに含む請求項２２に記載の方法。
24. ２４．蓄電池に充電パルスを印加する充電手段と、前記蓄電池に放電パルスを印 加する放電手段と、前記充電手段に第１の充電パルスを印加させ、前記放電手段 に第１の放電パルスを印加させ、一定の待ち期間にわたって休止させ、かつ前記 放電手段に第２の放電パルスを印加させ、これらを繰り返させる制御手段とから なる蓄電池の充電装置。
25. ２５．前記第２の放電パルスの後前記充電手段に次の第１充電パルスを印加させ る前に、前記制御手段は第２の待ち期間休止する請求項２４に記載の装置。
26. ２６．前記第１の充電パルスの後前記充電手段に第２の充電パルスを印加させ、 その後前記放電手段に第１の放電パルスを印加させる前に、前記制御手段は第２ の待ち期間休止する請求項２４に記載の装置。
27. ２７．前記制御手段は前記蓄電池の所定のパラメータを測定する請求項２４に記 載の装置。
28. ２８．前記所定のパラメータは前記蓄電池の温度であり、前記制御手段は前記温 度に応答して、前記充電パルスの期間、前記充電パルスの数、前記放電パルスの 期間、前記放電パルスの数、前記待ち期間の期間、前記充電パルスの振幅、前記 放電パルスの振幅の内少なくとも１つを調整する請求項２７に記載の装置。
29. ２９．前記所定のパラメータは前記蓄電池の電圧であり、前記制御手段は前記蓄 電池の電圧に応答して、前記充電パルスの期間、前記充電パルスの数、前記放電 パルスの期間、前記放電パルスの数、前記待ち期間の期間、前記充電パルスの振 幅、前記放電パルスの振幅の内少なくとも１つを調整する請求項２７に記載の装 置。
30. ３０．前記所定のパラメータは前記充電パルス期間中の正スパイク電圧であり、 前記制御手段は定常状態条件に到達した前記正スパイク電圧に応答して、前記蓄 電池の充電を停止する請求項２７に記載の装置。
31. ３１．前記所定のパラメータは前記放電パルス期間中の負スパイク電圧であり、 前記制御手段は定常状態条件に到達した前記負スパイク電圧に応答して、前記蓄 電池の充電を停止する請求項２７に記載の装置。
32. ３２．前記所定のパラメータは前記放電パルスに続く前記待ち期間中の蓄電池電 圧の積分であって、前記制御手段は定常状態条件に到達した前記積分に応答して 、前記蓄電池の充電を停止する請求項２７に記載の装置。
33. ３３．前記所定のパラメータは前記放電パルスに続く前記待ち期間中の蓄電池電 圧の傾きであって、前記制御手段は定常状態条件に到達した前記傾きに応答して 、前記着電池の充電を停止する請求項２７に記載の装置。
34. ３４．蓄電池の状態を決定する方法であって、前記蓄電池に充電パルス（ｃｈａ ｒｇｉｎｇ　ｐｕｌｓｅ）を印加する段階と； 前記充電パルスの間に前記蓄電池の正方向のスパイク電圧を測定する段階；およ び スパイク電圧を評価する段階 とを含む蓄電池の状態を決定する方法。
35. ３５．前記測定の段階が、前記充電パルスの始端における前記スパイク電圧を測 定することを含む請求項３４記載の方法。
36. ３６．前記評価の段階が、前記スパイク電圧とその前の充電パルスの間に測定さ れたスパイク電圧とを比較することを含む請求項３４記載の方法。
37. ３７．前記評価の段階が、現在の充電パルスに対する前記スパイク電圧とその前 の充電パルスに対する前記スパイク電圧の間の差を決定することを含む請求項３ ４記載の方法。
38. ３８．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池がフォーマットされている ものと断定する段階を更に含む請求項３７記載の方法。
39. ３９．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池が充電されているものと断 定する段階を更に含む請求項３７記載の方法。
40. ４０．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池の陰極板がフォーマットさ れているものと断定する段階を更に含む請求項３７記載の方法。
41. ４１．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池の陰極板が充電されている ものと断定する段階を更に含む請求項３７記載の方法。
42. ４２．前記スパイク電圧が定常状態に達した時、前記蓄電池がフォーマットされ ているものと断定する段階を更に含む請求項３４記載の方法。
43. ４３．前記スパイク電圧が定常状態に達した時、前記蓄電池が充電されているも のと断定する段階を更に含む請求項３４記載の方法。
44. ４４．蓄電池の状態を決定する方法であって、前記蓄電池に充電パルスを印加す る段階と；前記蓄電池に放電パルスを印加する段階と；前記放電パルスの間に前 記蓄電池の負報告のスパイク電圧を測定する段階と；および 前記スパイク電圧を評価する段階と を含む蓄電池の状態を決定する方法。
45. ４５．前記測定の段階が、前記放電パルスの始端における前記スパイク電圧を測 定することを含む請求項４４記載の方法。
46. ４６．前記評価の段階が、前記スパイク電圧とその前の放電パルスの間に測定さ れたスパイク電圧とを比較することを含む請求項４４記載の方法。
47. ４７．前記評価の段階が、現在の放電パルスに対する前記スパイク電圧とその前 の放電パルスに対する前記スパイク電圧との間の差を決定することを含む請求項 ４４記載の方法。
48. ４８．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池がフォーマットされている ものと断定する段階を更に含む請求項４７記載の方法。
49. ４９．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池が充電されているものと断 定する段階を更に含む請求項４７記載の方法。
50. ５０．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池の陽極板がフォーマットさ れているものと断定する段階を更に含む請求項４７記載の方法。
51. ５１．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池の陽極板が充電されている ものと断定する段階を更に含む請求項４７記載の方法。
52. ５２．前記スパイク電圧が定常状態に達した時、前記蓄電池がフォーマットされ ているものと断定する段階を更に含む請求項４４記載の方法。
53. ５３．前記スパイク電圧が定常状態に達した時、前記蓄電池が充電されているも のと断定する段階を更に含む請求項４４記載の方法。
54. ５４．蓄電池の状態を決定する方法であって、前記蓄電池に充電パルスを印加す る段階と；前記蓄電池に放電パルスを印加する段階と；所定の待ち期間の間待っ ている段階と；および電圧測定を提供するために待ち期間の間に前記蓄電池の出 力電圧を測定する段階と；および 前記電圧測定を評価する段階と を含む蓄電池の状態を決定する方法。
55. ５５．前記評価する段階が、電圧の測定値を積分した値を提供するために所定の 時間にわたって前記電圧の測定値を積分する段階を含む請求項５４記載の方法。
56. ５６．前記電圧の測定値を積分した値が定常状態の条件に達した時、前記蓄電池 が充電されているものと断定する段階を更に含む請求項５５記載の方法。
57. ５７．前記評価する段階が、前記電圧の測定値を積分した値をその前の待ち期間 における電圧の測定値の積分値と比較する段階を更に含む請求項５５記載の方法 。
58. ５８．前記比較の段階が、現在の待ち期間における前記電圧の測定値の積分値と その前の待ち期間における前記電圧の測定値の積分値との間の差を決定すること を含む請求項５７記載の方法。
59. ５９．前記差が所定の値よりも小さい時、前記蓄電池が充電されているものと断 定する段階を更に含む請求項５８記載の方法。
60. ６０．前記評価する段階が、前記出力電圧の傾きを決定することを含む請求項５ ４記載の方法。
61. ６１．前記評価する段階が、前記傾きが定常状態に達した時、前記蓄電池が充電 されているものと断定する段階を更に含む請求項６０記載の方法。
62. ６２．前記傾きを基準値と比較する段階を更に含む請求項６０記載の方法。
63. ６３．前記基準値がその前の待ち期間における出力電圧の傾きである請求項６２ 記載の方法。
64. ６４．前記傾きの大きさが前記基準値よりも大きい時、前記蓄電池が充電されて いるものと断定する段階を更に含む請求項６２記載の方法。