JPH10503080A - バッテリ再充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バッテリ（５）をその電気端子が一対の電極（７，９）と接触しうるように収容する区画室（３）を有するバッテリ再充電装置（１）であって、前記電極（７，９）は可制御電気エネルギー源（１１）の対応する極に接続しうるようになっており、前記バッテリ再充電装置が更に、バッテリ（５）が前記区画室（３）内に配置された際にこのバッテリ（５）の壁部と接触するように配置されたひずみゲージ（１５）を有し、このひずみゲージ（１５）は抵抗素子（１９）を有する箔（１７）を具えており、この抵抗素子（１９）の両端（１９ａ，１９ｂ）の各々が別々の接点ワイヤ（２１；２３）を経て電気手段（２５）に接続されている当該バッテリ再充電装置（１）において、前記ひずみゲージ（１５）の熱膨張係数がバッテリ（５）の壁部の熱膨張係数にほぼ等しく、一方の接点ワイヤ（２１）の材料が前記抵抗素子（１９）との接続点で有するゼーベック係数が、他方の接点ワイヤ（２３）の材料が前記抵抗素子（１９）との接続点で有するゼーベック係数と異なっている。このような装置では、接点ワイヤ（２１，２３）間の直流電圧差を測定することによりバッテリの温度を監視でき、前記抵抗素子（１９）の交流インピーダンスを測定することによりバッテリの機械的変形を監視でき、これら双方の測定は、前記電気手段（２５）を用いて独立に行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】 バッテリ再充電装置 本発明は、バッテリをその電気端子が一対の電極と接触しうるように収容する 区画室を有するバッテリ再充填装置であって、前記電極は可制御電気エネルギー 源の対応する極に接続しうるようになっており、前記バッテリ再充電装置が更に 、バッテリが前記区画室内に配置された際にこのバッテリの壁部と接触するよう に配置されたひずみゲージを有し、このひずみゲージは抵抗素子を有する箔を具 えており、この抵抗素子の両端の各々が別々の接点ワイヤを経て電気手段に接続 されている当該バッテリ再充電装置に関するものである。 本発明は又、再充電中のバッテリの機械的変形及び温度の双方を監視する方法 にも関するものである。 ここで、「バッテリ」とは単一の電池又はバッテリパックや、特に二次電池（ 蓄電池）を意味するものである。 上述した装置は米国特許第５，２６０，６３８号明細書や、特開昭６３−２６ ８４４５号公報及び特開平５−３２６０２７号公報から既知である。これらの文 献には、充電中内部の圧力及び温度が増大する結果としてバッテリの物理的寸法 がいかに変化するかが記載されている。圧力及び温度のこの増大は、速度及び種 類がいかなる所定の時間でもバッテリの充電状態によって決定されるバッテリ内 のある化学反応の発生によるものである。特に、充電処理が終了すると、バッテ リに供給される追加の電気エネルギーは一般にその内部電荷をもはや増大せしめ ず、その代わりバッテリ内の圧力及び温度を急激に上昇させ、これによりバッテ リを膨張させる（この効果は特にＭｉＣｄ及びＮｉＭＨバテリにおいて顕著であ る）。バッテリのこのようないかなる変形をも監視するのにひずみゲージが用い られており、この場合、急激に増大する変形の検出を、有効な充電が完了し電気 エネルギー源をスイッチ・オフする必要があることを表わす指標として用いるこ とができる。このような動作は特に、充電処理が注意深く監視されておらず適切 な時間に遮断されない場合にバッテリが著しく損傷されるおそれがあるいわゆる 「急速充電」の場合に重要である。 本発明の目的は、上述した装置を改善することにある。特に、本発明の目的は 、バッテリの機械的変形に加えてバッテリの温度をもバッテリの充電状態の別の 監視として正確に且つ独立に測定しうるバッテリ再充電装置を提供せんとするに ある。更に、本発明の目的は、このような温度測定を装置中に既に存在している ひずみゲージを用いて行ないうるようにする必要があるということである。 上述した及びその他の目的は、バッテリをその電気端子が一対の電極と接触し うるように収容する区画室を有するバッテリ再充電装置であって、前記電極は可 制御電気エネルギー源の対応する極に接続しうるようになっており、前記バッテ リ再充電装置が更に、バッテリが前記区画室内に配置された際にこのバッテリの 壁部と接触するように配置されたひずみゲージを有し、このひずみゲージは抵抗 素子を有する箔を具えており、この抵抗素子の両端の各々が別々の接点ワイヤを 経て電気手段に接続されている当該バッテリ再充電装置において、前記ひずみゲ ージの熱膨張係数がバッテリの壁部の熱膨張係数にほぼ等しく、一方の接点ワイ ヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数が他方の接点ワイヤ の材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数と異なっていることを 特徴とするバッテリ再充電装置おいて達成される。 本発明は、再充電中のバッテリの機械的変形及び温度の双方を監視する方法に おいて、接点ワイヤ間の直流電圧差を測定することによりバッテリの温度を監視 し、抵抗素子の交流インピーダンスを測定することによりバッテリの機械的変形 を監視しうる方法をも提供する。これら双方の測定は、例えば、交流電圧源の両 端間に接続されたホイートストンブリッジを有するように電気手段を構成し、ひ ずみゲージの抵抗素子がこのホイートストンブリッジの一つの辺を有するように することにより、行うことができる。 本発明装置の特定例では、前記抵抗素子が第１の金属材料を有し、一方の接点 ワイヤが第２の金属材料を有し、他方の接点ワイヤが共線の２つの隣接するセグ メントを具え、前記抵抗素子に近い方のセグメントが前記第１の金属材料を有し 、他方のセグメントが前記第２の金属材料を有していることを特徴とする。 この特定例における好適例では、前記第１の金属材料がコンスタンタンを有し 、前記第２の金属材料がＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｗ及びこれらの 混合物を含む群から選択されているようにする。コンスタンタン／Ｃｎ接続の場 合、例えばこの接続点の両端間の熱直流電圧差は約３５μＶ／℃となる。 本発明による装置におけるひずみゲージはバッテリ自体に装着することができ 、或いはこのひずみゲージはバッテリの壁部と機械的且つ熱的に密に接触するよ うに区画室内に配置することができる。後者の場合には、本発明の装置が種々の バッテリを再充電するのに適し、これらバッテリを、その都度ひずみゲージを外 したり交換したりする必要がなく区画室内に挿入したり区画室から除去したりす ることができるという利点が得られる。例えば、ひずみゲージを区画室内の一方 の電極に装着することができ、バッテリをこの電極にしっかりと押圧するのに（ ばねのような）弾性手段を用いることができる。 校正実験によれば、バッテリの機械的ひずみ及び温度を充電時間の関数として 独立に監視し、同時にバッテリに供給される電荷量を測定することができる。次 の機会にバッテリを再充電する場合、いかなる所定の時間に測定されたひずみ及 び／又は温度によっても対応する電荷値を導き出すことができる。従って、電気 手段が可制御電気エネルギー源を調整するようにすることにより、充電中バッテ リに供給される電圧及び／又は電流を所望に応じ特定の条件に自動的に適合させ ることができる。例えば、バッテリが９０％充電された際に充電を自動的に遮断 したり、充電飽和に近づくと充電処理をゆっくり行うようにすることができる。 いかなる場合にも、バッテリ温度又は膨張度の急激な増大が検出されると、充電 処理を自動的に停止させるようにすることができる。 本発明及びそれに付随する利点を更に図面を参照して実施例につき説明する。 図１は本発明による装置を示し、 図２は図１の装置にひずみゲージと関連して用いるのに適した電気手段を示す 。実施例１ 図１は本発明による装置１を示す線図である。この装置１はバッテリ５を収容 するプラスチック区画室３を有する。このバッテリ５はその端子が一対の電極７ ，９と接触するように配置される。これらの電極７，９は電気エネルギー源１１ に接続されており、この電気エネルギー源のスイッチングはスイッチ１３により 行うことができる。電極９は弾性手段９ａによりバッテリ５にしっかりと押圧さ れる。 ひずみゲージ１５も図示されており、このひずみゲージはこの場合バッテリ５ の側壁に押圧されている。このひずみゲージ１５は抵抗素子１９を有する箔１７ を具えている。この抵抗素子１９の両端１９ａ，１９ｂはそれぞれ接点ワイヤ２ １，２３を経て電気手段２５に接続されている。抵抗素子１９はコンスタンタン より成り、接点ワイヤ２１はＣｕより成り、一方、接点ワイヤ２３は共線の２つ の隣接するセグメント２３ａ，２３ｂより成り、セグメント２３ａはコンスタン タンより成り、セグメント２３ｂはＣｕより成る。従って、装置１は点Ｘ及びＹ における２つのコンスタンタン／Ｃｕ接合部を有する。 コンスタンタンとＣｕとはそれぞれ異なるゼーベック係数（それぞれ約−３２ ．２及び＋５．９μＶ／℃）を有する為、温度に依存する電圧差が点Ｘ及びＹ間 に生じる。この電圧差を電気手段２５により測定することができる。この電気手 段２５は、ひずみゲージ１５に与えられるひずみの関数である抵抗素子１９の交 流インピーダンスを測定する作用もする。 従って、この電気手段２５は再充電中バッテリ５の温度及び機械的変形の双方 を独立に監視するのに用いることができる。本発明の装置の特定例では、電気手 段２５が信号搬送部２７を経てスイッチ１３に信号を供給する。例えば、急激な 温度上昇及び／又は機械的な変形が一旦検出されると、このような信号がスイッ チ１３を自動的に開放させる作用をしうる。実施例２ 図２は図１のバッテリ５の温度及び機械的変形を監視するのに用いる電気手段 ２５の適切な実施例を示す。図２において図１と対応する素子には図１と同じ符 号を付してある。 点Ｘ及びＹは、図１の抵抗素子１９及びゼーベック温度センサにそれぞれ対応 する可変抵抗１９及び熱電対３１の直列回路の両端を示す。点Ｙは抵抗３３に直 列接続されており、直列回路１９，３１，３３は抵抗３７，３９の直列接続対と 並列となって交流電圧源３５の両端間に接続されている。この直列接続抵抗対３ ７，３９は点ａ及びｂ間にあり、点ｃを中心としている。 点ａは抵抗４１及びキャパシタ４３の直列回路を経て比較器４５の一方の入力 端に接続されている。点ｂは比較器４５の他方の入力端に直接接続されている。 この比較器４５のこれら２つの入力端間には抵抗４７が接続されている。 点ｃはキャパシタ５１を経て演算増幅器４９の一方の入力端に接続されている 。点Ｙは増幅器４９の他方の入力端に直接接続されている。この増幅器４９のこ れら２つの入力端間には抵抗５３が接続されている。 比較器４５及び増幅器４９の出力端はマルチプライヤ５７のそれぞれの入力端 に接続され、このマルチプライヤの出力信号が低域通過フィルタ５９を経て出力 端６１に供給される。 キャパシタ５１は演算増幅器５５の２つの入力端間に接続され、この増幅器の 出力信号が低域通過フィルタ６３を経て出力端６５に供給される。 抵抗３３，３７，３９及び４１は同じ値Ｒを有し、抵抗４７及び５３は同じ値 Ｒ_Fを有する。キャパシタ４３及び５１は同じ値Ｃ_Fを有する。交流電圧源３５は 周期τで動作する。Ｒ，Ｒ_F及びＣ_Fの値は関係式 Ｒ_F＞＞Ｒ Ｒ_F×Ｃ_F＞＞τ が満足されるように選択する。 出力端６１における測定電圧Ｖ_pは、バッテリ５によりひずみゲージ１５に与 えられる圧力Ｐに依存する抵抗素子１９の抵抗値に依存する。一方、出力端６５ における測定電圧Ｖ_Tは、バッテリ５の温度Ｔに依存する熱電対３１の両端間の 電圧に依存する。 所望に応じ、出力端６１及び６５におけるそれぞれの電圧Ｖ_p及びＶ_Tを別々の 比較器（図示せず）に供給し、これら比較器においてこれら電圧をそれぞれの基 準電圧Ｖ_po及びＶ_Toと比較するようにすることができる。図１を参照するに、条 件 Ｖ_p＝Ｖ_po Ｖ_T＝Ｖ_To のいずれか又は双方を用いて、スイッチ１３を開放（又は閉成）するために（信 号搬送部２７を介して）継電器をトリガするようにしうる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 7/04 4235−5Ｇ Ｈ０２Ｊ 7/04 Ｌ (72)発明者 ハンネン ヘラルダス エフェラルダス マリー オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １ 【要約の続き】 差を測定することによりバッテリの温度を監視でき、前 記抵抗素子（１９）の交流インピーダンスを測定するこ とによりバッテリの機械的変形を監視でき、これら双方 の測定は、前記電気手段（２５）を用いて独立に行なわ れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．バッテリをその電気端子が一対の電極と接触しうるように収容する区画室を 有するバッテリ再充電装置であって、前記電極は可制御電気エネルギー源の対応 する極に接続しうるようになっており、前記バッテリ再充電装置が更に、バッテ リが前記区画室内に配置された際にこのバッテリの壁部と接触するように配置さ れたひずみゲージを有し、このひずみゲージは抵抗素子を有する箔を具えており 、この抵抗素子の両端の各々が別々の接点ワイヤを経て電気手段に接続されてい る当該バッテリ再充電装置において、 前記ひずみゲージの熱膨張係数がバッテリの壁部の熱膨張係数にほぼ等しく 、一方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数が 他方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数と異 なっていることを特徴とするバッテリ再充電装置。 ２．請求の範囲１に記載のバッテリ再充電装置において、前記抵抗素子が第１の 金属材料を有し、一方の接点ワイヤが第２の金属材料を有し、他方の接点ワイヤ が共線の２つの隣接するセグメントを具え、前記抵抗素子に近い方のセグメント が前記第１の金属材料を有し、他方のセグメントが前記第２の金属材料を有して いることを特徴とするバッテリ再充電装置。 ３．請求の範囲２に記載のバッテリ再充電装置において、前記第１の金属材料が コンスタンタンを有し、前記第２の金属材料がＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｆｅ， Ｓｎ，Ｗ及びこれらの混合物を含む群から選択されていることを特徴とするバッ テリ再充電装置。 ４．請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載のバッテリ再充電装置において、前 記ひずみゲージがバッテリの区画室内で弾性表面上に装着され、バッテリが区画 室内に配置された際にバッテリがこの弾性表面に力を及ぼすようになっているこ とを特徴とするバッテリ再充電装置。 ５．請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載のバッテリ再充電装置において、前 記ひずみゲージがバッテリ自体の上に装着されていることを特徴とするバッテリ 再充電装置。 ６．再充電中のバッテリの機械的変形及び温度の双方を監視する方法において、 抵抗素子を有する箔を具えるひずみゲージをバッテリの壁部に接触するよう配置 し、前記抵抗素子の両端の各々を別々の接点ワイヤを介して電気手段に接続し、 前記ひずみゲージはバッテリの壁部の熱膨張係数にほぼ等しい熱膨張係数を有す るようにし、一方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベ ック係数を、他方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベ ック係数と異ならせ、これにより、接点ワイヤ間の直流電圧差を測定することに よりバッテリの温度を監視し、前記抵抗素子の交流インピーダンスを測定するこ とによりバッテリの機械的変形を監視し、これら双方の測定を、前記電気手段を 用いて独立に行うようにすることを特徴とする方法。