JP2000078770A

JP2000078770A - 充電装置

Info

Publication number: JP2000078770A
Application number: JP10246780A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yoshida; 毅吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池
を充電する時に充電装置と電池が隣接して配置されるこ
とが多い。そして、充電装置の電源回路は一般的に発熱
する。また、電池自身も充電により発熱する。一方、こ
れらの電池は周囲温度によって充電状態が大きく変化
し、特にニッケル水素電池の満充電検知が妨げられると
いう問題点がある。そこで本発明は、２次電池の真の温
度変化を計測し、正確な満充電検知を可能とする充電装
置を提供することを目的とする。【解決手段】充電装置の発熱部分のうち、発熱量が支
配的である部分（例えばスイッチング用トランジスタ）
の温度・発熱の影響を、電池自身の温度・発熱の影響か
ら排除することにより、電池自身の正確な温度を算出
し、より正確な充電管理、特にニッケル水素電池の満充
電管理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次電池を充電す
る充電装置、特にニッケルカドミウム電池やニッケル水
素電池等で、周囲温度の変化による充電状態への影響が
大きな２次電池を対象とする充電装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型の各種電子装置の普及が進
んでいる。携帯電話やノート型のパーソナルコンピュー
タもその１種である。これらの装置は常に携帯される性
質上、充電や電池交換をしなくとも長時間動作すること
が求められている。長時間動作を実現するための電池容
量・充放電効率向上のために様々な改良が加えられてき
たが、最近は従来の鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池
に代わり、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等が
多く使用されるようになってきた。これらの電池は一般
に定電流又は定電圧によって充電を行い、電池の端子電
圧・電池の温度・充電電流の変化を検出することによっ
て満充電と判定して充電を終了している。また、市場の
強い要望である充電時間短縮を実現するために、充電電
流を増やし、過充電の可能性を減らす為に満充電検出の
手法いわゆる充電パラメータの設定を精密に行うことで
対応が行われてきた。

【０００３】以下、ニッケル水素電池の充電を行う従来
の充電装置の構成について図面を使用して説明する。図
４は従来の充電装置の構成を示すブロック図であり、１
は充電装置を構成する各要素に電源を供給する電源回
路、２は電池が満充電状態か否かを判定して充電を終了
させる等、充電装置の動作を制御する制御手段、６は電
源回路１からの電力を充電のための定電流に変換するた
めのスイッチングトランジスタ、７はスイッチングされ
た電力の平滑を行うインダクタ、８はフライホイールダ
イオード、９は充電電圧を計測する充電電圧計測手段、
１０は充電電流を検出するための充電電流検出用抵抗
器、１１は電池電圧を計測する電池電圧計測手段、１２
は充電する対象である２次電池、例えばニッケル水素電
池、１３は電池温度を計測する電池温度計測手段である
サーミスタ、１４は電池が満充電状態か否かを判定する
ために、充電電圧計測手段９、電池電圧計測手段１１及
び電池温度計測手段１３の計測結果を演算する演算手段
である。

【０００４】図５は従来のニッケル水素電池の充電を行
った場合の充電時間と電池温度の関係を示すグラフであ
る。図５において、真の電池温度のグラフは、同じ充電
回路・充電パラメータを使用しながら、例えば電池の周
辺に断熱材を配して電池と充電回路の熱結合を遮断して
充電を行った場合に得られる電池温度の変化を示してい
るグラフである。充電回路発熱の影響を受けた電池温度
のグラフは、電池と充電回路が隣接して配置され、相互
の熱結合が存在する場合の電池温度の変化を示すグラフ
である。

【０００５】以下、図４・図５を参照して従来の充電装
置を用いてニッケル水素電池を充電する場合について説
明する。まず、ニッケル水素電池１２の充電を行うため
に充電装置に接続する。充電に先立って、充電を行って
も良い電池の状態かどうかを判定するために電池温度・
電池電圧が、電池温度計測手段１３の一例であるサーミ
スタと電池電圧計測手段１１によって計測される。計測
値は演算手段１４によって演算され充電可能かどうかの
判定が行われる。充電可能と判定された場合には、制御
手段２にその旨の信号が送られる。制御手段２はスイッ
チングトランジスタ４に対してスイッチングパルスの送
出を開始し、電源回路１の電力はスイッチングトランジ
スタ６によりスイッチングされ、インダクタ７・フライ
ホイールダイオード８により平滑されて適切な電圧・電
流値に変換されて、ニッケル水素電池１２に定電流充電
される。この時、充電電圧計測手段９、充電電流検出用
抵抗器１０、電池電圧計測手段１１により電池電圧・充
電電流が計測されて、演算手段１４により一定の電流に
なるよう制御手段２よりスイッチングトランジスタ６に
適切な周期又は幅のスイッチングパルスが送られる。電
池の充電状態は電池電圧計測手段１１・電池温度計測手
段１３により監視される。ニッケル水素電池の満充電検
知は一般に電池温度の上昇率、つまり温度上昇カーブの
傾きである、温度を時間で微分したｄＴ／ｄｔが一定値
を越したことにより判定されるために、電池温度計測手
段１３により単位時間毎に測定された電池温度は演算手
段１４により都度微分値が求められ、予め定められた値
に到達するかどうかが監視されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に充電回路と充電
する対象である電池は隣接して配置される。充電装置の
電源回路は一般に発熱する。また、電池自身も充電によ
り発熱する。図５におけるデータ採取のために使用した
電池を包む断熱材は一般にはコストアップにつながるた
めに使用されない。一方、電池は周囲温度によって充電
状態が変化し、充電回路の発熱によって電池の温度が著
しく変化すると、特にニッケル水素電池の急速充電の場
合には充電不良や過充電の原因になるという欠点を有し
ていた。

【０００７】そこで本発明は、２次電池の真の温度変化
を計測し、正確な満充電検知を可能とする充電装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、装置の各要素
に電源を供給する電源手段と、電源手段の出力電圧を計
測する第１の電圧計測手段と、電源手段から流れ出る電
流を計測する第１の電流計測手段と、電源手段から取り
出される電力を電池に供給するために電圧・電流を変換
する電圧・電流変換手段と、電池の電圧を計測する第２
の電圧計測手段と、電圧・電流変換手段に接続された充
電対象である電池と、電圧・電流変換手段より電池に流
れる電流を計測する第２の電流計測手段と、電池の温度
を計測する電池温度計測手段と、第１・第２の電流計測
手段、電池温度計測手段の出力値を演算する演算手段
と、充電時間を計時し、演算手段に通知する計時手段
と、前記演算手段の演算結果を受けて装置の動作を制御
する制御手段とを有し、第１の電圧計測手段の電圧計測
値、第１の電流計測手段の電流計測値により電圧・電流
変換手段への入力電力を算出し、第２の電圧計測手段の
電圧計測値、第２の電流計測手段の電流計測値により電
圧・電流変換手段からの出力電力を算出して電圧・電流
変換手段における電力損失を求め、電力損失が発生して
いる時間を計時して熱量を求め、電池を充電する場合の
電池自身からの発熱から、電圧・電流変換手段における
電力損失に起因する発熱の影響を取り除くことにより、
電池自身の温度上昇を計測して充電の正確な終了動作を
行うことを特徴とする充電装置である。

【０００９】この構成により、２次電池の真の温度変化
を計測し、正確な満充電検知を可能とする充電装置を実
現できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、装置の各
要素に電源を供給する電源手段と、電源手段の出力電圧
を計測する第１の電圧計測手段と、電源手段から流れ出
る電流を計測する第１の電流計測手段と、電源手段から
取り出される電力を電池に供給するために電圧・電流を
変換する電圧・電流変換手段と、電池の電圧を計測する
第２の電圧計測手段と、電圧・電流変換手段に接続され
た充電対象である電池と、電圧・電流変換手段より電池
に流れる電流を計測する第２の電流計測手段と、電池の
温度を計測する電池温度計測手段と、第１・第２の電流
計測手段、電池温度計測手段の出力値を演算する演算手
段と、充電時間を計時し、演算手段に通知する計時手段
と、前記演算手段の演算結果を受けて装置の動作を制御
する制御手段とを有し、第１の電圧計測手段の電圧計測
値、第１の電流計測手段の電流計測値により電圧・電流
変換手段への入力電力を算出し、第２の電圧計測手段の
電圧計測値、第２の電流計測手段の電流計測値により電
圧・電流変換手段からの出力電力を算出して電圧・電流
変換手段における電力損失を求め、電力損失が発生して
いる時間を計時して熱量を求め、電池を充電する場合の
電池自身からの発熱から、電圧・電流変換手段における
電力損失に起因する発熱の影響を取り除くことにより、
電池自身の温度上昇を計測して充電の正確な終了動作を
行うことを特徴とする充電装置である。

【００１１】この構成によれば、充電装置の発熱部分の
うち、発熱量が支配的である部分（例えばスイッチング
用トランジスタ）の発熱による温度上昇分を２次電池の
充電による温度上昇分から差し引くことで、電池自身の
正確な温度を測定し、正確な充電管理、特にニッケル水
素電池の満充電管理を行うことができる。

【００１２】請求項２の発明は、装置の各要素に電源を
供給する電源手段と、電源手段から電力の供給を受けて
電池に供給する定電流を生成する定電流手段と、定電流
手段と充電対象である電池の間に接続された電流スイッ
チング手段と、電流スイッチング手段に接続された充電
対象である電池と、定電流手段及び電流スイッチング手
段の温度を計測する第１の温度計測手段と、第１の温度
計測手段の計測値を微分する第１の微分手段と、電池の
温度を計測する第２の温度計測手段と、第２の温度計測
手段の計測値を微分する第２の微分手段と、第２の微分
手段の出力値より第１の微分手段の出力値を引き算する
引き算手段と、引き算手段の出力値を受けて演算を行う
演算手段と、演算手段の出力値を受けて充電装置の動作
を制御する制御手段とを有し、第２の温度計測手段の微
分値から第１の温度計測手段の微分値を差し引くことに
より、電池を充電する場合の電池自身からの発熱から、
電圧・電流変換手段における電力損失に起因する発熱の
影響を取り除くことにより、電池自身の温度上昇を計測
して充電の正確な終了動作を行うことを特徴とする充電
装置である。

【００１３】この構成によれば、充電装置の発熱部分の
うち、発熱量が支配的である部分の発熱による温度上昇
の微分値を２次電池の充電による温度上昇の微分値から
差し引くことにより、電池自身の温度上昇傾向から回路
の発熱による影響を差し引くことで、正確な充電管理、
特にニッケル水素電池の満充電管理を行うことができ
る。

【００１４】請求項３の発明は、装置の各要素に電源を
供給する電源手段と、電源手段から電力の供給を受けて
電池に供給する定電流を生成する定電流手段と、定電流
手段と充電対象である電池の間に接続された電流スイッ
チング手段と、電流スイッチング手段に接続された充電
対象である電池と、定電流手段及び電流スイッチング手
段の温度を計測する第１の温度計測手段と、第１の温度
計測手段の計測値を積分する第１の積分手段と、電池の
温度を計測する第２の温度計測手段と、第２の温度計測
手段の計測値を積分する第２の積分手段と、第２の積分
手段の出力値より第１の積分手段の出力値を引き算する
引き算手段と、引き算手段の出力値を受けて演算を行う
演算手段と、充電時間を計時し、演算手段に通知する計
時手段と、演算手段の出力値を受けて充電装置の動作を
制御する制御手段とを有し、計時手段により積分実施の
時間を確定し、積分の第２の温度計測手段の積分値から
第１の温度計測手段の積分値を差し引くことにより、電
池を充電する場合の電池自身からの発熱から、電圧・電
流変換手段における電力損失に起因する発熱の影響を取
り除くことにより、電池自身の温度上昇を計測して充電
の正確な終了動作を行うことを特徴とする充電装置であ
る。

【００１５】この構成によれば、充電装置の発熱部分の
うち、発熱量が支配的である部分の発熱による温度上昇
分（ｄｅｇ）を温度が上昇した時間について積分した値
（発熱量）を２次電池の充電による温度上昇分（ｄｅ
ｇ）を温度が上昇した時間について積分した値（発熱
量）から差し引くことにより、電池自身の発熱量から回
路の発熱量を差し引くことで、正確な充電管理、特にニ
ッケル水素電池の満充電管理を行うことができる。

【００１６】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における充電装置の構成を示すブロック図であり、
１は充電装置を構成する各要素に電源を供給する電源回
路、２は２次電池が満充電状態か否かを判定して充電を
終了させる等、充電装置の動作を制御する制御手段、３
は電源回路の出力電圧を計測する電源電圧計測手段、４
は電源回路１から流れ出る電流を検出する電流検出抵抗
器、５は電流検出抵抗器４による電圧降下を検出し、こ
れを通過した電流を計算するための電圧を計測する電流
値検出用の電圧計測手段、６は電源回路１からの電力を
充電のための定電流に変換するためのスイッチングトラ
ンジスタ、７はスイッチングされた電力の平滑を行うイ
ンダクタ、８はフライホイールダイオード、９は充電電
圧を計測する充電電圧計測手段、１０は充電電流を検出
するための充電電流検出用抵抗器、１１は電池電圧を計
測する電池電圧計測手段、１２は充電する対象である２
次電池、例えばニッケル水素電池、１３は電池温度を計
測する電池温度計測手段、この実施の形態に於いては一
例としてサーミスタを使用、１４は２次電池が満充電状
態か否かを判定するために、充電電圧計測手段９、電池
電圧計測手段１１及び電池温度計測手段１３の計測結果
を演算する演算手段、２０は充電時間を計測する計時手
段である。スイッチングトランジスタ６、平滑用インダ
クタ７、フライホイールダイオード８の３点で電力スイ
ッチング手段２３と呼称する。

【００１７】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２における充電装置の構成を示すブロック図であり、
１は充電装置を構成する各要素に電源を供給する電源回
路、２は２次電池が満充電状態か否かを判定して充電を
終了させる等、充電装置の動作を制御する制御手段、６
は定電流手段からの電力を充電のための定電流に変換す
るためのスイッチング手段であるスイッチングトランジ
スタ、１２は充電する対象である２次電池、例えばニッ
ケル水素電池、１３は電池温度を計測する電池温度計測
手段、この実施の形態に於いては一例としてサーミスタ
を使用、１４は２次電池が満充電状態か否かを判定する
ための演算手段、１５は定電流手段２０及びスイッチン
グトランジスタ６の温度を計測する充電回路温度計測手
段、１６は充電回路温度計測手段１５で計測した充電回
路の温度上昇値を時間で微分する第１の微分手段、１７
は電池温度計測手段１３で計測した電池温度を時間で微
分する第２の微分手段、１８は第１の微分手段１６で求
めた微分値から第２の微分手段１７で求めた微分値の差
を求める引き算手段、１９は２次電池に供給して充電す
る定電流を生成する定電流手段である。

【００１８】（実施の形態３）図３は本発明の実施の形
態３における充電装置の構成を示すブロック図であり、
１は充電装置を構成する各要素に電源を供給する電源回
路、２は２次電池が満充電状態か否かを判定して充電を
終了させる等、充電装置の動作を制御する制御手段、６
は定電流手段からの電力を充電のための定電流に変換す
るためのスイッチングトランジスタ、１２は充電する対
象である２次電池、例えばニッケル水素電池、１３は電
池温度を計測する電池温度計測手段、この実施の形態に
於いては一例としてサーミスタを使用、１４は２次電池
が満充電状態か否かを判定するための演算手段、１５は
定電流手段１９及びスイッチングトランジスタ６の温度
を計測する充電回路温度計測手段、１８は第１の積分手
段２１で求めた積分値から第２の積分手段２２で求めた
微分値の差を求める引き算手段、１９は２次電池に供給
して充電する定電流を生成する定電流手段、２１は充電
回路温度計測手段で計測した充電回路の温度上昇値を積
分する第１の積分手段、２２は電池温度計測手段１３で
計測した電池温度を積分する第２の積分手段である。

【００１９】次に動作を説明する。まず、実施の形態１
の動作について図１・図５を用いて説明する。電源回路
１から流れ出す電流ｉ１、２次電池１２に流れ込む電流
ｉ２についてまず求めてみる。使用する計測値Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ３，Ｖ４の本充電装置の回路図における計測ポイ
ント及び抵抗値Ｒ１，Ｒ２の抵抗器については図１に示
している。電流ｉ１、電流ｉ２は次の（数１）、（数
２）で計算することができる。

【００２０】

【数１】

【００２１】

【数２】

【００２２】ｉ１，ｉ２が異なる値になる理由は電力ス
イッチング動作を行っているからである。ここで、電力
スイッチング手段２３における電力損失は、入力電力か
ら出力電力を差し引けば求められるから、次の（数３）
で求めることができる。

【００２３】

【数３】

【００２４】（数３）で示される値は電力であり、単
位：Ｗａｔｔで示される。１Ｗ＝１Ｊ／ｓｅｃであるか
ら、充電を行っている時間を知ることで、単位：Ｊｏｕ
ｌｅで示される発生熱量を得ることができる。一方、電
池温度は電池温度計測手段１３で計測されるが、その温
度には電池自身の温度上昇分に加えて、（数３）と充電
時間の積で示される電力損失に起因する熱量の影響も含
まれている。

【００２５】この２つの発熱要因を分離するには例えば
以下のような手法が考えられる。まず、図１に示す各構
成要素を全て備えた充電装置において、２次電池１２を
断熱材で包んで、周囲と熱交換できないように処置す
る。電池温度計測手段１３は当然、電池と熱結合させて
設置する。次に図１の構成要素にはない第２の温度計測
手段を用意して、２次電池１２を包んでいる断熱材の表
面に設置する。第２の温度計測手段は、電力スイッチン
グ手段２３から２次電池１２に対して輻射された熱エネ
ルギーのみの影響を受ける。電源回路１の出力電圧、充
電電流値を変化させて、第２の温度計測手段による温度
上昇値（ｄｅｇ．）を求めることで次のような関数ｆ１
を求めることができる。即ち、第２の温度計測手段の指
示値をＳ２、充電時間ｔとすると、次の（数４）のよう
に関数ｆ１を使用して表現される。

【００２６】

【数４】

【００２７】この時の電池温度計測手段１３の指示値を
Ｓ１１として、この指示値は純粋に充電反応による電池
自身の温度上昇分となる。

【００２８】ここで、２次電池を断熱材で包む等の処置
を行わない通常の状態での電池温度計測手段１３の指示
値をＳ１とする。指示値Ｓ１には電力スイッチング手段
２３の発生する熱による温度上昇分、即ち先ほど求めた
Ｓ２によって計測された温度上昇分が加算され、次の
（数５）のようになる。

【００２９】

【数５】

【００３０】（数４）を使用して、次の（数６）のよう
に求まる。

【００３１】

【数６】

【００３２】つまり、電力スイッチング手段２３の影響
を受けた温度上昇値と、充電装置各部の電圧がわかって
いれば、真の電池温度上昇値を求めることができる。

【００３３】従って、演算手段１４で電池温度計測手段
１３による温度計測値、充電装置各部の電圧Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ３，Ｖ４、充電時間ｔを計測して演算処理するこ
とで、ニッケル水素電池１２の真の温度変化を計測する
ことができて、同電池の満充電検知の指標であるｄＴ／
ｄｔの値が一定値になることについても、電力スイッチ
ング手段２３の影響を排除して、正確な把握が可能とな
り、正確な満充電検知が可能となる。

【００３４】次に実施の形態２の動作について図２・図
４を用いて説明する。この実施の形態２において、通常
使用状態では充電回路温度計測手段１５は定電流手段１
９・スイッチングトランジスタ６と、電池温度計測手段
１３は充電対象である２次電池１２と熱的に結合させ
る。電池温度は電池温度計測手段１３で計測されるが、
その温度には電池自身の温度上昇分に加えて、定電流手
段１９及びスイッチングトランジスタ６より発生する熱
による温度上昇の影響も含まれる。

【００３５】この２つの発熱要因を分離するには例えば
以下のような手法が考えられる。まず、図２に示す各構
成要素を全て備えた充電装置において、２次電池１２を
断熱材で包んで、周囲と熱交換できないよう追加処置
し、電池温度計測手段１３が２次電池１２からのみの熱
の影響を受けるよう設置する。

【００３６】この状態で充電を実施する。この時の充電
回路温度計測手段１５の指示値は定電流手段１９及びス
イッチングトランジスタ６の発熱のみの影響を受けて、
その温度カーブの傾きは、発生する熱量とそれぞれの手
段を構成する素子及び周囲の環境による影響分を含んだ
比熱の関数となる。

【００３７】充電回路温度計測手段１５の指示値（温
度）をＳ１、定電流手段１９及びスイッチングトランジ
スタ６が発生する熱量Ｈ１、定電流手段１９、スイッチ
ングトランジスタ６及び周囲の環境を含んだ比熱Ｃ１と
して、温度上昇カーブの傾きは、次の（数７）に示すよ
うに関数ｆ２を用いて表現される。

【００３８】

【数７】

【００３９】また、電池温度計測手段１３の指示値は、
ニッケル水素電池１２の充電による発熱の影響を受け
て、その温度カーブの傾きは、２次電池が発生する熱量
と電池自身の比熱の関数となる。電池温度計測手段１３
の指示値Ｓ２、２次電池が発生する熱量Ｈ２、電池自身
の比熱Ｃ２として温度上昇カーブの傾きはｆ２と同様に
関数ｆ３を用いて表現される。

【００４０】

【数８】

【００４１】（数８）で示される傾きは、一般にニッケ
ル水素電池の満充電検知として使用される値である。こ
の状態では（数７）、（数８）に熱的な関係が無く、式
中で使っている数値に関して因果関係は無い。

【００４２】次に２次電池１２を包んでいた断熱材を取
り除き、充電装置を通常の状態になるよう処置した状態
で充電を行う。ニッケル水素電池１２は定電流手段１
９、スイッチングトランジスタ６の近くに配置されてい
るために、その発熱の影響を受ける。電池温度計測手段
１３の指示値に影響する熱は明らかにＨ１の一部であ
る。またＣ１の値そのものは変わらず、充電回路温度計
測手段１５よりも発熱点からの距離が離れている点が異
なっているのみである。従って、この場合もＨ１、Ｃ１
の関数として表すことができる。この状態における電池
の温度上昇カーブの傾きは電池温度計測手段１３の指示
値Ｓ３として、次の（数９）のように関数ｆ４、ｆ５を
使用して表現ができる。

【００４３】

【数９】

【００４４】（数９）のｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５をまと
めて別の関数ｆ６、ｆ７で再定義すると、次の（数１
０）ように表現できる。

【００４５】

【数１０】

【００４６】（数１０）より、

【００４７】

【数１１】

【００４８】と変形し、関数ｆ７の逆関数ｆ８を定義す
れば、（数１２）のようになる。

【００４９】

【数１２】

【００５０】但しｆ７＝ｆ８−１（逆関数）である。さ
らにｆ６，ｆ８より新しい関数ｆ９を定義して（数１
２）を変形すれば、次のようになる。

【００５１】

【数１３】

【００５２】（数１３）から、定電流手段１９、スイッ
チングトランジスタ６のみの温度上昇カーブ及び電池を
他から熱的に分離して電池のみの温度上昇カーブを予め
計測しておくことで、真の電池のみの温度上昇カーブを
求めることができる。従って、定電力手段１９・スイッ
チングトランジスタ６による２次電池１２の温度上昇へ
の影響を排除して、正確なニッケル水素電池の満充電検
知が可能となる。

【００５３】次に実施の形態３の動作について図３・図
５を用いて説明する。この実施の形態３において、通常
使用状態では充電回路温度計測手段１５は定電流手段１
９・スイッチングトランジスタ６と、電池温度計測手段
１３は充電対象である電池１２と熱的に結合させる。電
池温度は電池温度計測手段１３で計測されるが、その温
度には電池自身の温度上昇分に加えて、定電流手段１９
及びスイッチングトランジスタ６より発生する熱による
温度上昇の影響も含まれる。

【００５４】この２つの発熱要因を分離するには例えば
以下のような手法が考えられる。まず、図３に示す各構
成要素を全て備えた充電装置において、電池１２を断熱
材で包んで、周囲と熱交換できないよう追加処置し、電
池温度計測手段１３が電池からのみの熱の影響を受ける
よう設置する。この状態で充電を実施する。この時の充
電回路温度計測手段１５の指示値は定電流手段１９及び
スイッチングトランジスタ６の発熱のみの影響を受け
る。今、その発熱量をＨ１、充電回路温度計測手段１５
の指示値（温度）をＳ１、充電時間をｔとして、次のよ
うに表現できる。

【００５５】

【数１４】

【００５６】また、電池温度計測手段１３の指示値は、
ニッケル水素電池１２の充電による発熱のみの影響を受
ける。電池温度計測手段１３の指示値Ｓ２、電池が発生
する熱量Ｈ２、充電時間ｔとして、次のように表現でき
る。

【００５７】

【数１５】

【００５８】次に２次電池１２を包んでいた断熱材を取
り除き、充電装置を通常の状態になるよう処置した状態
で充電を行う。ニッケル水素電池１２は定電流手段１
９、スイッチングトランジスタ６の近くに配置されてい
るために、その発熱の影響を受ける。この場合のニッケ
ル水素電池１２に配置された電池温度計測手段１２によ
って計測される熱量をＨ３、温度をＳ３、充電時間をｔ
として、次のように表現できる。

【００５９】

【数１６】

【００６０】この場合の電池温度計測手段１３の指示値
に影響する熱は明らかにＨ１の一部である。従って、そ
の影響分はＨ１の関数として表現することが可能であ
り、ｆ１０（Ｈ１）なる表現ができる。一方、Ｈ３は次
の（数１７）のようにも表現できる。

【００６１】

【数１７】

【００６２】そして、（数１７）は（数１６）を併用し
て次のように書き換えることができる。

【００６３】

【数１８】

【００６４】よって、次の（数１９）のようになる。

【００６５】

【数１９】

【００６６】（数１９）の両辺をｔで微分することで、
ある時間の２次電池の正しい温度Ｓ２を求めることがで
きる。

【００６７】このように、定電流手段１９、スイッチン
グトランジスタ６のみの温度及び電池を他から熱的に分
離して２次電池のみの温度を予め計測しておくことで、
真の２次電池のみの温度を求めることができる。従っ
て、定電力手段１９・スイッチングトランジスタ６によ
る電池１２の温度上昇への影響を排除して、正確なニッ
ケル水素電池の満充電検知が可能となる。

【００６８】なお、充電対象の２次電池としては、ニッ
ケル水素電池に限らず、ニッケルカドミウム電池を使用
することもできる。また、スイッチング手段としてトラ
ンジスタを使用したが、電界効果型トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）、アナログスイッチ、サイリスタにて構成すること
もできる。

【００６９】また、温度センサとしてサーミスタを使用
したが、正特性サーミスタ、バンドギャップの温度によ
る順方向電圧降下の変動を利用した温度センサ等、各種
の温度検知素子を利用することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、電池温度計測値、充電装置各部の電
圧、充電時間を計測して演算処理することで、２次電池
の真の温度変化を計測することができて、同電池の満充
電検知の指標であるｄＴ／ｄｔの値が一定値になること
についても、電力スイッチング手段の影響を排除して、
正確な把握が可能となり、正確な満充電検知が可能とな
る。

【００７１】請求項２の発明によれば、定電流手段、ス
イッチングトランジスタのみの温度上昇カーブ及び電池
を他から熱的に分離して電池のみの温度上昇カーブを予
め計測しておくことで、真の電池のみの温度上昇カーブ
を求めることができる。従って、定電力手段・スイッチ
ングトランジスタによる２次電池の温度上昇への影響を
排除して、正確な２次電池の満充電検知が可能となる。

【００７２】請求項３の発明によれば、定電流手段、ス
イッチングトランジスタのみの温度及び電池を他から熱
的に分離して電池のみの温度を予め計測しておくこと
で、真の２次電池のみの温度を求めることができる。従
って、定電力手段・スイッチングトランジスタによる２
次電池の温度上昇への影響を排除して、正確な２次電池
の満充電検知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における充電装置の構成
を示すブロック図

【図２】本発明の実施の形態２における充電装置の構成
を示すブロック図

【図３】本発明の実施の形態３における充電装置の構成
を示すブロック図

【図４】従来の充電装置の構成を示すブロック図

【図５】従来のニッケル水素電池の充電を行った場合の
充電時間と電池温度の関係を示すグラフ

【符号の説明】

１電源回路２制御手段３電源電圧計測手段４電流検出抵抗器５電圧計測手段６スイッチングトランジスタ７インダクタ８フライホイールダイオード９充電電圧計測手段１０充電電流検出用抵抗器１１電池電圧計測手段１２２次電池（ニッケル水素電池）１３電池温度計測手段１４演算手段１５充電回路温度計測手段１６第１の微分手段１７第２の微分手段１８引き算手段１９定電流手段２０計時手段２１第１の積分手段２２第２の積分手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】装置の各要素に電源を供給する電源手段
と、電源手段の出力電圧を計測する第１の電圧計測手段
と、電源手段から流れ出る電流を計測する第１の電流計
測手段と、電源手段から取り出される電力を電池に供給
するために電圧・電流を変換する電圧・電流変換手段
と、電池の電圧を計測する第２の電圧計測手段と、電圧
・電流変換手段に接続された充電対象である電池と、電
圧・電流変換手段より電池に流れる電流を計測する第２
の電流計測手段と、電池の温度を計測する電池温度計測
手段と、第１・第２の電流計測手段、電池温度計測手段
の出力値を演算する演算手段と、充電時間を計時し、演
算手段に通知する計時手段と、前記演算手段の演算結果
を受けて装置の動作を制御する制御手段とを有し、第１
の電圧計測手段の電圧計測値、第１の電流計測手段の電
流計測値により電圧・電流変換手段への入力電力を算出
し、第２の電圧計測手段の電圧計測値、第２の電流計測
手段の電流計測値により電圧・電流変換手段からの出力
電力を算出して電圧・電流変換手段における電力損失を
求め、電力損失が発生している時間を計時して熱量を求
め、電池を充電する場合の電池自身からの発熱から、電
圧・電流変換手段における電力損失に起因する発熱の影
響を取り除くことにより、電池自身の温度上昇を計測し
て充電の正確な終了動作を行うことを特徴とする充電装
置。
【請求項２】装置の各要素に電源を供給する電源手段
と、電源手段から電力の供給を受けて電池に供給する定
電流を生成する定電流手段と、定電流手段と充電対象で
ある電池の間に接続された電流スイッチング手段と、電
流スイッチング手段に接続された充電対象である電池
と、定電流手段及び電流スイッチング手段の温度を計測
する第１の温度計測手段と、第１の温度計測手段の計測
値を微分する第１の微分手段と、電池の温度を計測する
第２の温度計測手段と、第２の温度計測手段の計測値を
微分する第２の微分手段と、第２の微分手段の出力値よ
り第１の微分手段の出力値を引き算する引き算手段と、
引き算手段の出力値を受けて演算を行う演算手段と、演
算手段の出力値を受けて充電装置の動作を制御する制御
手段とを有し、第２の温度計測手段の微分値から第１の
温度計測手段の微分値を差し引くことにより、電池を充
電する場合の電池自身からの発熱から、電圧・電流変換
手段における電力損失に起因する発熱の影響を取り除く
ことにより、電池自身の温度上昇を計測して充電の正確
な終了動作を行うことを特徴とする充電装置。
【請求項３】装置の各要素に電源を供給する電源手段
と、電源手段から電力の供給を受けて電池に供給する定
電流を生成する定電流手段と、定電流手段と充電対象で
ある電池の間に接続された電流スイッチング手段と、電
流スイッチング手段に接続された充電対象である電池
と、定電流手段及び電流スイッチング手段の温度を計測
する第１の温度計測手段と、第１の温度計測手段の計測
値を積分する第１の積分手段と、電池の温度を計測する
第２の温度計測手段と、第２の温度計測手段の計測値を
積分する第２の積分手段と、第２の積分手段の出力値よ
り第１の積分手段の出力値を引き算する引き算手段と、
引き算手段の出力値を受けて演算を行う演算手段と、充
電時間を計時し、演算手段に通知する計時手段と、演算
手段の出力値を受けて充電装置の動作を制御する制御手
段とを有し、計時手段により積分実施の時間を確定し、
積分の第２の温度計測手段の積分値から第１の温度計測
手段の積分値を差し引くことにより、電池を充電する場
合の電池自身からの発熱から、電圧・電流変換手段にお
ける電力損失に起因する発熱の影響を取り除くことによ
り、電池自身の温度上昇を計測して充電の正確な終了動
作を行うことを特徴とする充電装置。