JP3403916B2 - 二次電池の充電方法および充電装置 - Google Patents
二次電池の充電方法および充電装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池温度を上昇さ
せることなく満充電まで充電を行うことができる二次電
池の充電方法および充電装置に関する。
せることなく満充電まで充電を行うことができる二次電
池の充電方法および充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ニッケル水素電池やニッケルカドミウム
電池などに代表される二次電池は、携帯電話機や小型ビ
デオカメラなどの各種の小型電子機器の電源として広く
用いられている。すなわち、二次電池は充電操作により
電力を貯蔵し、この貯蔵した電力を負荷に放電して繰り
返し動作させることが可能であるため、このような機器
に内蔵される繰り返し使用可能な電源として有効であ
る。
電池などに代表される二次電池は、携帯電話機や小型ビ
デオカメラなどの各種の小型電子機器の電源として広く
用いられている。すなわち、二次電池は充電操作により
電力を貯蔵し、この貯蔵した電力を負荷に放電して繰り
返し動作させることが可能であるため、このような機器
に内蔵される繰り返し使用可能な電源として有効であ
る。
【０００３】このような二次電池は、充電および放電が
主要な動作である。また、安全性の観点から、充電終止
電圧、放電終止電圧を限界として、この範囲内で二次電
池の充放電が行われるようにしている。
主要な動作である。また、安全性の観点から、充電終止
電圧、放電終止電圧を限界として、この範囲内で二次電
池の充放電が行われるようにしている。
【０００４】さらに、二次電池の充電時には短時間で充
電を完了させるために、定電流による急速充電法が採用
されている。この場合の充電制御法は、二次電池の充電
終止条件の判定法によっていくつか知られており、例え
ば電池電圧がピークに達した後さらに充電を継続したと
きの電圧降下量が設定値（ΔＶ）に達したか否かで判定
する−ΔＶ制御法や、電池の単位時間当たりの温度変化
量（温度微分値）を検出し、これが設定値に達したか否
かで判定する温度微分制御法等がある。
電を完了させるために、定電流による急速充電法が採用
されている。この場合の充電制御法は、二次電池の充電
終止条件の判定法によっていくつか知られており、例え
ば電池電圧がピークに達した後さらに充電を継続したと
きの電圧降下量が設定値（ΔＶ）に達したか否かで判定
する−ΔＶ制御法や、電池の単位時間当たりの温度変化
量（温度微分値）を検出し、これが設定値に達したか否
かで判定する温度微分制御法等がある。
【０００５】図４は、−ΔＶ制御法における二次電池の
充電特性図であり、充電時間ｔに対する充電電流Ｉ、電
池電圧Ｖおよび電池温度Ｔの変化を示している。同図に
示されるように、充電末期には電池温度Ｔが急激に上昇
する。このように電池温度Ｔが上昇すると、電池寿命を
損なうばかりでなく、充電効率が低下して充放電容量が
小さくなってしまうという問題がある。この問題は、温
度微分制御法の場合も同様である。
充電特性図であり、充電時間ｔに対する充電電流Ｉ、電
池電圧Ｖおよび電池温度Ｔの変化を示している。同図に
示されるように、充電末期には電池温度Ｔが急激に上昇
する。このように電池温度Ｔが上昇すると、電池寿命を
損なうばかりでなく、充電効率が低下して充放電容量が
小さくなってしまうという問題がある。この問題は、温
度微分制御法の場合も同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の二次電池の急速充電方法で用いられる−ΔＶ制御法や
温度微分制御法といった充電制御法では、充電末期に電
池温度が上昇するため、電池寿命を損なうばかりでな
く、充電効率が低下して充放電容量が小さくなるという
問題点があった。
の二次電池の急速充電方法で用いられる−ΔＶ制御法や
温度微分制御法といった充電制御法では、充電末期に電
池温度が上昇するため、電池寿命を損なうばかりでな
く、充電効率が低下して充放電容量が小さくなるという
問題点があった。
【０００７】本発明は、このような問題点を解決して、
電池温度を上昇させることなく満充電まで充電を行うこ
とができる二次電池の充電方法および充電装置を提供す
ることを目的とする。
電池温度を上昇させることなく満充電まで充電を行うこ
とができる二次電池の充電方法および充電装置を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る二次電池の充電方法は、充電初期は二
次電池に定電流を連続的に供給して急速充電を行い、こ
の急速充電の進行に伴う電池電圧の単位時間当たりの上
昇分が設定値に達した後、二次電池に供給する前記定電
流を所定時間にわたり時間経過に従いオン時間の比率が
小さくなるオン・オフパターンでオン・オフさせること
を特徴とする。
め、本発明に係る二次電池の充電方法は、充電初期は二
次電池に定電流を連続的に供給して急速充電を行い、こ
の急速充電の進行に伴う電池電圧の単位時間当たりの上
昇分が設定値に達した後、二次電池に供給する前記定電
流を所定時間にわたり時間経過に従いオン時間の比率が
小さくなるオン・オフパターンでオン・オフさせること
を特徴とする。
【０００９】また、本発明に係る二次電池の充電装置
は、定電流発生手段と、この定電流発生手段と二次電池
との間に挿入されたスイッチ手段と、二次電池の電池電
圧を検出する電池電圧検出手段と、この電池電圧検出手
段により検出された電池電圧に基づいてスイッチ手段を
制御する制御手段とを備え、この制御手段は二次電池の
充電中における電池電圧の単位時間当たりの電圧上昇分
を求め、この電圧上昇分が設定値に達するまではスイッ
チ手段を連続してオン状態とし、電圧上昇分が設定値に
達した後は所定時間にわたり時間経過に従いオン時間の
比率が小さくなるオン・オフパターンで該スイッチ手段
をオン・オフさせることを特徴とする。
は、定電流発生手段と、この定電流発生手段と二次電池
との間に挿入されたスイッチ手段と、二次電池の電池電
圧を検出する電池電圧検出手段と、この電池電圧検出手
段により検出された電池電圧に基づいてスイッチ手段を
制御する制御手段とを備え、この制御手段は二次電池の
充電中における電池電圧の単位時間当たりの電圧上昇分
を求め、この電圧上昇分が設定値に達するまではスイッ
チ手段を連続してオン状態とし、電圧上昇分が設定値に
達した後は所定時間にわたり時間経過に従いオン時間の
比率が小さくなるオン・オフパターンで該スイッチ手段
をオン・オフさせることを特徴とする。
【００１０】さらに、本発明において電池電圧の単位時
間当たりの電圧上昇分が設定値に達した後の充電電流の
オン・オフパターンは、具体的には時間経過に従いオン
時間が短くなるパターン、あるいはオン時間が一定でオ
フ時間が時間経過に従い増加するパターンであることが
望ましい。
間当たりの電圧上昇分が設定値に達した後の充電電流の
オン・オフパターンは、具体的には時間経過に従いオン
時間が短くなるパターン、あるいはオン時間が一定でオ
フ時間が時間経過に従い増加するパターンであることが
望ましい。
【００１１】このように本発明では、最初は二次電池に
定電流を連続的に充電電流として供給して充電を行い、
電池電圧の単位時間当たりの上昇分が設定値に達した後
は、定電流を時間経過に従いオン時間の比率が小さくな
るオン・オフパターンでオン・オフさせて充電電流を供
給することにより、電池温度を上昇させることなく二次
電池を満充電まで充電することができる。
定電流を連続的に充電電流として供給して充電を行い、
電池電圧の単位時間当たりの上昇分が設定値に達した後
は、定電流を時間経過に従いオン時間の比率が小さくな
るオン・オフパターンでオン・オフさせて充電電流を供
給することにより、電池温度を上昇させることなく二次
電池を満充電まで充電することができる。
【００１２】すなわち、二次電池を定電流で急速充電す
ると、電池電圧は徐々に上昇するが、満充電に近付くと
電池電圧の上昇カーブはそれまでより急となる。このと
き電池温度の上昇は、電池自身の熱時定数のため、電池
電圧の上昇よりも少し遅れて発生する。そこで、電池電
圧の単位時間当たりの上昇分が設定値に達したことをも
って二次電池が満充電に近付いたことを知り、その後は
定電流を時間経過に従いオン時間の比率が小さくなるオ
ン・オフパターンでオン・オフさせて所定時間にわたり
満充電までの残容量を充電することによって、電池温度
を上げることなく満充電まで充電することが可能とな
る。従って、温度上昇による二次電池の寿命低下を避け
るとともに、充電を電池温度の低い領域、つまり充電効
率の高い領域で行うことができるので、充放電容量を大
きくとることができる。
ると、電池電圧は徐々に上昇するが、満充電に近付くと
電池電圧の上昇カーブはそれまでより急となる。このと
き電池温度の上昇は、電池自身の熱時定数のため、電池
電圧の上昇よりも少し遅れて発生する。そこで、電池電
圧の単位時間当たりの上昇分が設定値に達したことをも
って二次電池が満充電に近付いたことを知り、その後は
定電流を時間経過に従いオン時間の比率が小さくなるオ
ン・オフパターンでオン・オフさせて所定時間にわたり
満充電までの残容量を充電することによって、電池温度
を上げることなく満充電まで充電することが可能とな
る。従って、温度上昇による二次電池の寿命低下を避け
るとともに、充電を電池温度の低い領域、つまり充電効
率の高い領域で行うことができるので、充放電容量を大
きくとることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１に、本発明の一実施形態に係
る二次電池の充電装置の構成を示す。同図において、定
電流発生回路１は入力直流電源Ｖinを受けて定電流を発
生する回路であり、その出力端子は充電スイッチ２およ
び逆流防止用ダイオード３を介して二次電池４の正極側
に接続されている。また、二次電池４の負極側は接地さ
れている。充電スイッチ２は、エミッタが定電流発生回
路１の出力端子に接続され、コレクタがダイオード３の
アノード側に接続され、さらにエミッタ・ベース間が抵
抗Ｒ１を介して接続されたれたｐｎｐ型トランジスタＱ
１と、このトランジスタＱ１のベースに抵抗Ｒ２を介し
てコレクタが接続され、エミッタが接地されたｎｐｎ型
トランジスタＱ２およびトランジスタＱ２のベースに一
端が接続された抵抗Ｒ３からなる。
施の形態を説明する。図１に、本発明の一実施形態に係
る二次電池の充電装置の構成を示す。同図において、定
電流発生回路１は入力直流電源Ｖinを受けて定電流を発
生する回路であり、その出力端子は充電スイッチ２およ
び逆流防止用ダイオード３を介して二次電池４の正極側
に接続されている。また、二次電池４の負極側は接地さ
れている。充電スイッチ２は、エミッタが定電流発生回
路１の出力端子に接続され、コレクタがダイオード３の
アノード側に接続され、さらにエミッタ・ベース間が抵
抗Ｒ１を介して接続されたれたｐｎｐ型トランジスタＱ
１と、このトランジスタＱ１のベースに抵抗Ｒ２を介し
てコレクタが接続され、エミッタが接地されたｎｐｎ型
トランジスタＱ２およびトランジスタＱ２のベースに一
端が接続された抵抗Ｒ３からなる。
【００１４】二次電池４の両端には電池電圧Ｖout を分
圧して取り出すための分圧抵抗５，６が接続されてお
り、その分圧端子である分圧抵抗５，６の接続点はマイ
クロプロセッサ７のＡ／Ｄ入力ポートＡに接続されてい
る。マイクロプロセッサ７は、分圧抵抗５，６により分
圧された電池電圧をＡ／Ｄ入力ポートＡから取り込んで
ディジタル値に変換して検出し、さらにこの電池電圧の
単位時間当たりの電圧上昇分が設定値に達したか否かを
判定して、この電圧上昇分が設定値に達した後は二次電
池４に流す定電流を所定時間の間予め定められたパター
ンでオン・オフさせる制御を行うものであり、その出力
ポートＰは充電スイッチ２における抵抗Ｒ３の他端に接
続される。
圧して取り出すための分圧抵抗５，６が接続されてお
り、その分圧端子である分圧抵抗５，６の接続点はマイ
クロプロセッサ７のＡ／Ｄ入力ポートＡに接続されてい
る。マイクロプロセッサ７は、分圧抵抗５，６により分
圧された電池電圧をＡ／Ｄ入力ポートＡから取り込んで
ディジタル値に変換して検出し、さらにこの電池電圧の
単位時間当たりの電圧上昇分が設定値に達したか否かを
判定して、この電圧上昇分が設定値に達した後は二次電
池４に流す定電流を所定時間の間予め定められたパター
ンでオン・オフさせる制御を行うものであり、その出力
ポートＰは充電スイッチ２における抵抗Ｒ３の他端に接
続される。
【００１５】充電スイッチ２は、マイクロプロセッサ７
の出力ポートＰが“Ｈ”レベルになるとトランジスタＱ
２がオンとなり、これによりトランジスタＱ１がオンと
なって、定電流発生回路１から出力される定電流を二次
電池４に充電電流として流すように構成されている。
の出力ポートＰが“Ｈ”レベルになるとトランジスタＱ
２がオンとなり、これによりトランジスタＱ１がオンと
なって、定電流発生回路１から出力される定電流を二次
電池４に充電電流として流すように構成されている。
【００１６】次に、本実施形態における充電制御の手順
を図２に示すフローチャートを参照して説明する。ま
ず、充電スイッチ２をオンにして二次電池４の充電を開
始する（ステップＳ１）。すなわち、マイクロプロセッ
サ７は出力ポートＰから“Ｈ”レベルの信号を出力し、
二次電池４には定電流発生回路１から出力される定電流
が充電スイッチ２および逆流防止用ダイオード３を介し
て充電電流として連続して流れ、急速充電が行われる。
この急速充電中、つまり出力ポートＰから連続して
“Ｈ”レベルが出力されている間、マイクロプロセッサ
７はＡ／Ｄ入力ポートＡに入力される分圧された電池電
圧を検出し、さらに電池電圧の単位時間当たりの電圧上
昇分＋ΔＶを計算する（ステップＳ２〜Ｓ３）。
を図２に示すフローチャートを参照して説明する。ま
ず、充電スイッチ２をオンにして二次電池４の充電を開
始する（ステップＳ１）。すなわち、マイクロプロセッ
サ７は出力ポートＰから“Ｈ”レベルの信号を出力し、
二次電池４には定電流発生回路１から出力される定電流
が充電スイッチ２および逆流防止用ダイオード３を介し
て充電電流として連続して流れ、急速充電が行われる。
この急速充電中、つまり出力ポートＰから連続して
“Ｈ”レベルが出力されている間、マイクロプロセッサ
７はＡ／Ｄ入力ポートＡに入力される分圧された電池電
圧を検出し、さらに電池電圧の単位時間当たりの電圧上
昇分＋ΔＶを計算する（ステップＳ２〜Ｓ３）。
【００１７】そして、マイクロプロセッサ７は電池電圧
上昇分＋ΔＶが設定値に達したか否かを充電中継続して
判定し（ステップＳ４）、＋ΔＶが設定値に達すると出
力ポートＰから予め定められたパターンで“Ｈ”レベル
と“Ｌ”レベルを交互に出力することによって、充電ス
イッチ２をオン・オフさせる。これにより、定電流発生
回路１から出力される定電流が予め定められたオン・オ
フパターンでオン・オフ制御され、このオン・オフ制御
された定電流が充電電流として二次電池４に供給される
（ステップＳ５）。そして、このオン・オフパターンに
よる充電電流の制御が一定時間ｔo にわたって行われ、
充電が終了する（ステップＳ６）。
上昇分＋ΔＶが設定値に達したか否かを充電中継続して
判定し（ステップＳ４）、＋ΔＶが設定値に達すると出
力ポートＰから予め定められたパターンで“Ｈ”レベル
と“Ｌ”レベルを交互に出力することによって、充電ス
イッチ２をオン・オフさせる。これにより、定電流発生
回路１から出力される定電流が予め定められたオン・オ
フパターンでオン・オフ制御され、このオン・オフ制御
された定電流が充電電流として二次電池４に供給される
（ステップＳ５）。そして、このオン・オフパターンに
よる充電電流の制御が一定時間ｔo にわたって行われ、
充電が終了する（ステップＳ６）。
【００１８】ここで、時間ｔo は二次電池４が満充電状
態までの残容量の充電に必要な充電時間であり、予め計
算により求めることができる。また、ステップＳ５での
充電電流のオン・オフパターンは、電池温度を上げるこ
となく二次電池４を満充電まで充電するように予め決定
することができる。
態までの残容量の充電に必要な充電時間であり、予め計
算により求めることができる。また、ステップＳ５での
充電電流のオン・オフパターンは、電池温度を上げるこ
となく二次電池４を満充電まで充電するように予め決定
することができる。
【００１９】図３は、このような充電制御を行った場合
の二次電池４の充電特性図であり、充電時間ｔに対する
充電電流Ｉ、電池電圧Ｖおよび電池温度Ｔの変化を示し
ている。同図に示されるように、電池電圧Ｖの単位時間
当たりの温度上昇分＋ΔＶが設定値に達するまでは充電
電流Ｉは一定であるが、＋ΔＶが設定値に達すると充電
電流Ｉは図のようなオン・オフパターンでオン・オフさ
れる。図３の例では、充電電流の平均電流が徐々に減少
するように、時間経過と共にオン時間が減少するような
オン・オフパターンを用いている。このようにすること
により、電池温度Ｔを上昇させることなく、満充電まで
二次電池４を充電することができる。
の二次電池４の充電特性図であり、充電時間ｔに対する
充電電流Ｉ、電池電圧Ｖおよび電池温度Ｔの変化を示し
ている。同図に示されるように、電池電圧Ｖの単位時間
当たりの温度上昇分＋ΔＶが設定値に達するまでは充電
電流Ｉは一定であるが、＋ΔＶが設定値に達すると充電
電流Ｉは図のようなオン・オフパターンでオン・オフさ
れる。図３の例では、充電電流の平均電流が徐々に減少
するように、時間経過と共にオン時間が減少するような
オン・オフパターンを用いている。このようにすること
により、電池温度Ｔを上昇させることなく、満充電まで
二次電池４を充電することができる。
【００２０】なお、電池電圧Ｖの単位時間当たりの温度
上昇分＋ΔＶが設定値に達した後の充電電流のオン・オ
フパターンは、図３中に示されるパターンに限られるも
のではなく、オン時間が一定で、オフ時間が時間と共に
増加するようなパターンであっても構わない。その他、
本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することが可能である。
上昇分＋ΔＶが設定値に達した後の充電電流のオン・オ
フパターンは、図３中に示されるパターンに限られるも
のではなく、オン時間が一定で、オフ時間が時間と共に
増加するようなパターンであっても構わない。その他、
本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することが可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば充
電初期は二次電池に定電流を連続的に充電電流として供
給して充電を行い、電池電圧の単位時間当たりの上昇分
が設定値に達した後は、定電流を所定のオン・オフパタ
ーンでオン・オフさせて充電電流を供給することによっ
て、電池温度を上昇させることなく二次電池を満充電ま
で充電することができる。従って、温度上昇による二次
電池の寿命低下を避けるとともに、充電を電池温度が低
く充電効率の高い領域で行うことができるので、充放電
容量を大きくとることが可能となる。
電初期は二次電池に定電流を連続的に充電電流として供
給して充電を行い、電池電圧の単位時間当たりの上昇分
が設定値に達した後は、定電流を所定のオン・オフパタ
ーンでオン・オフさせて充電電流を供給することによっ
て、電池温度を上昇させることなく二次電池を満充電ま
で充電することができる。従って、温度上昇による二次
電池の寿命低下を避けるとともに、充電を電池温度が低
く充電効率の高い領域で行うことができるので、充放電
容量を大きくとることが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の充電装置
の構成を示す図
の構成を示す図
【図２】同実施形態における充電制御の手順を示すフロ
ーチャート
ーチャート
【図３】同実施形態における充電時間に対する充電電流
と電池電圧および電池温度の変化を示す充電特性図
と電池電圧および電池温度の変化を示す充電特性図
【図４】従来の−ΔＶ制御法における充電時間に対する
充電電流と電池電圧および電池温度の変化を示す充電特
性図
充電電流と電池電圧および電池温度の変化を示す充電特
性図
１…定電流発生回路
２…充電スイッチ
３…逆量防止用ダイオード
４…二次電池
５，６…分圧抵抗
７…マイクロプロセッサ
Claims (6)
- 【請求項１】充電初期は二次電池に定電流を連続的に供
給して急速充電を行い、この急速充電の進行に伴う電池
電圧の単位時間当たりの上昇分が設定値に達した後、前
記二次電池に供給する前記定電流を所定時間にわたり時
間経過に従いオン時間の比率が小さくなるオン・オフパ
ターンでオン・オフさせることを特徴とする二次電池の
充電方法。 - 【請求項２】前記オン・オフパターンは、時間経過に従
いオン時間が短くなるパターンであることを特徴とする
請求項１記載の二次電池の充電方法。 - 【請求項３】前記オン・オフパターンは、オン時間が一
定でオフ時間が時間経過に従い増加するパターンである
ことを特徴とする請求項１記載の二次電池の充電方法。 - 【請求項４】定電流発生手段と、 前記定電流発生手段と二次電池との間に挿入されたスイ
ッチ手段と、 前記二次電池の電池電圧を検出する電池電圧検出手段
と、 前記電池電圧検出手段により検出された電池電圧に基づ
いて前記スイッチ手段を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記二次電池の充電中における電池電
圧の単位時間当たりの電圧上昇分を求め、この電圧上昇
分が設定値に達するまでは前記スイッチ手段を連続して
オン状態とし、該電圧上昇分が設定値に達した後は所定
時間にわたり時間経過に従いオン時間の比率が小さくな
るオン・オフパターンで該スイッチ手段をオン・オフさ
せることを特徴とする二次電池の充電装置。 - 【請求項５】前記オン・オフパターンは、時間経過に従
いオン時間が短くなるパターンであることを特徴とする
請求項４記載の二次電池の充電装置。 - 【請求項６】前記オン・オフパターンは、オン時間が一
定でオフ時間が時間経過に従い増加 するパターンである
ことを特徴とする請求項４記載の二次電池の充電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10602397A JP3403916B2 (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 二次電池の充電方法および充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10602397A JP3403916B2 (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 二次電池の充電方法および充電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10304594A JPH10304594A (ja) | 1998-11-13 |
| JP3403916B2 true JP3403916B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=14423055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10602397A Expired - Fee Related JP3403916B2 (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 二次電池の充電方法および充電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3403916B2 (ja) |
-
1997
- 1997-04-23 JP JP10602397A patent/JP3403916B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10304594A (ja) | 1998-11-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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