JP3737150B2

JP3737150B2 - 二次電池の充電制御方法

Info

Publication number: JP3737150B2
Application number: JP02243595A
Authority: JP
Inventors: 幸雄相沢
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JPH08222277A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は二次電池の充電制御方法に係り、さらに詳しくは過充電を防止する二次電池の充電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−水素二次電池、あるいはニッケル−カドミウム二次電池などに代表される二次電池は、たとえば携帯用電話機や携帯型撮像機など各種の機器システムの作動電源として、広く実用化されている。つまり、この種の二次電池は、いわゆる充電操作による電力の確保もしくは貯蔵、前記確保もしくは貯蔵した電力を電源とし、負荷の駆動（放電）を繰り返し動作させることが可能なため、半永久的な電源として、各種の機器システムに組み込まれ実用されている。
【０００３】
ところで、前記二次電池は、いずれの場合も充電および放電が主要な機能であり、また安全性の点から、充電の終止電圧、放電の終止電圧をそれぞれ限界とし、この限界範囲内の電圧で充電や放電を行っている。また、前記二次電池の充電は、図４にフローチャートで示すごとく、一般的に，定電流による急速充電法で行われている。すなわち、定電流による急速充電を開始した後、電池の残り容量（放電残余の電圧）に対応して、予め設定された時間内（充電保護タイマーの設定）において急速充電が行われる。そして、その急速充電の間に被充電電池の充電電圧を随時チェックし、所定の満充電状態に到達したと検出され、さらに、前記急速充電に伴う電池温度の変化，上昇に伴う単位時間当たりの温度上昇比（温度微分値）を随時チェックして、所定の満充電状態に到達したと検出した時点で、補充電に切り換えて満充電への到達，確保を図っている。つまり、急速充電過程で、被充電電池の充電電圧および温度微分値を随時チェックして満充電状態化を図っても、実際的に 100％の満充電を行うことが困難なため、前記温度微分方式の併用で満充電状態と判定した後も低い電流で補充電を続行して、 100％満充電を行う方式が採られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記、従来の二次電池に対する充電制御方法（方式）は、実用上次ぎのような不都合がしばしば認められる。すなわち、被充電電池の残り容量が比較的少ないと急速充電量も大きくなるので、前記温度微分値の併用によって、急速充電の終了時点を検出することはそれ程問題にならない。しかし、被充電電池の残り容量が比較的大きいとき、もしくは 100％近い満充電状態にあるときは、急速充電量が少なく設定されることになる。つまり、被充電二次電池が 100％満充電に近い状態のときなどに、再充電を行うこともあり、この場合には、温度微分制御で満充電を検知してから通常のルーチンに乗って補充電を行うと、被充電電池にとってかなりの過充電となって、二次電池の破損・損傷などを起こし、寿命低下を招来するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記事情に対処してなされたもので、再充電量が比較的小さい二次電池に対して過充電を回避もしくは防止しながら、満充電状態の充電を容易に行い得る二次電池の充電制御方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る二次電池の充電制御方法は、二次電池に定電流で急速充電し、その充電進行に伴う電池温度の単位時間当たりの温度変化（温度微分値）によって過充電を検知して充電の停止ないし終了とする二次電池の充電制御方法であって、前記急速充電初期の予め設定された急速充電設定時間内に、電池温度の上昇が所定の温度微分値以上となったとき、満充電と判定し、その後は自己放電分を補充するトリクル充電に切り換え、前記急速充電設定時間を超えてから、電池温度の上昇が所定の温度微分値以上となったとき、前記急速充電より低い電流による補充電に切換えて満充電とした後、トリクル充電に切り換えることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明は満充電に近い二次電池を被充電電池とし、この二次電池に再充電する形態を採ったときの充電制御方法である。そして、本発明は満充電に近い二次電池に再充電したとき、定電流での急速充電開始から温度微分制御により満充電を検知するまでの時間が短いことに着目してなされたものである。つまり、前記急速充電開始から 2〜 5分程度の時間内に温度微分制御によって満充電を検知した場合は、補充電を省略して二次電池の自己放電分だけを充電するトリクル充電に切り換え（移行）ると、被充電電池を過充電から容易に保護もしくは回避し得ることを確認し、本発明は達成されたものである。
【０００８】
なお、本発明においては、充電用の電力源として、商用の交流電源を適切な電圧を持った直流に変換したものが使用されるが、その他に、たとえば燃料電池からなる電源を使用してもよいし、あるいはガソリンエンジンないしはディーゼルエンジンなどから発電される電力を用いてもよい。
【０００９】
【作用】
本発明においては、被充電電池が満充電に近い状態にあると、急速充電開始後、短時間内に電池温度が急激に変化することを利用し、その温度変化を温度微分（単位時間当たりの温度変化）の形で把え、かつ温度微分値の増大傾向（もしくは増大勾配）を目安として、定電流での急速充電を停止（終了）する。つまり、 100％満充電直前の急激な電池温度の変化を温度微分値化し、満充電直前の充電度合いが、より高精度に検出，把握されることになる。そして、この時点で、直ちにトリクル充電に移行させるため、いわゆる補充電などに伴う過充電が、容易、かつ確実に回避され、前記過充電に起因する被充電電池の破損・損傷などの発生も防止もしくは解消されて、結果的には二次電池の長寿命化に大きく寄与することになる。
【００１０】
【実施例】
以下、前記図１〜図３を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１１】
先ず図１は、本発明に係る二次電池の充電制御方法の実施態様における回路ブロック図であり、１は充電器で、入力電源1a、定電流制御回路1b、充電電圧測定手段や演算器 (CPU)を内蔵する充電制御回路1cおよび定電圧印加手段1dを具備した構成を採っている。また、２は二次電池パックで、前記充電器１の定電流制御回路1bの出力が印加される被充電用の二次電池（たとえばニッケル−水素二次電池）2a、および前記被充電用の二次電池2aの近傍に配置されて二次電池2aの充電時の温度を検出し、検出した温度情報を前記充電器１の充電制御回路1cに入力する温度検出センサ2bを具備した構成を採っている。
【００１２】
なお、前記二次電池パック２の温度検出センサ2bからは、前記充電器１の定電圧印加手段1dとの分圧値として充電制御回路1cに入力される。そして、この充電制御回路1cは、前記温度検出センサ2bからの電池温度（充電温度）信号によって、定電流制御回路1bの出力を制御するもので、急速充電からトリクル充電への切り換え（移行）の指令を出力する。
【００１３】
次に、前記図１に図示した回路構成による二次電池の充電制御方法を、図２に示すフローチャートおよび図３ (a)， (b)に示す充電温度−充電時間関係図を参照して実施態様例を説明する。
【００１４】
先ず、充電器１に被充電電池としての二次電池パック２を装着，接続し、定電流制御回路1bを介して被充電用の二次電池2aに、定電流を流して所要の急速充電を開始する。この急速充電を開始すると、前記二次電池2aの残りの充電容量を考慮して予め充電制御回路1cに設定されている急速充電保護タイマーが動作し、急速充電可能な時間がセットされ、保護タイマーがタイムアップしたか否かを判定する。ここで、タイムアップしていなければ被充電電池2aの電池電圧が、充電制御回路1cに内蔵されている充電電圧測定手段でチェックされ、電池電圧Ｖ_Bが規定値Ｖ_min≦Ｖ_B≦Ｖ_maxであれば電池温度のチェックが行われ、規定値外であれば充電を停止して電池異常として取り出す。
【００１５】
前記電池温度のチェックで、電池温度Ｔ_Bが正常ならば（充電に伴う通常の温度変化状態）急速充電をそのまま続行し、満充電状態に起こる急激な電池温度変化を待ち、急激な電池温度変化が起こったら、充電制御回路1cに内蔵されている演算器で温度微分値の演算を行う。ここで、温度微分値が設定値ｔ_rr以下であれば、再度、急速充電可能な時間がセットされる状態に戻され、急速充電など、前記操作が繰り返される。一方、前記温度微分値が設定値ｔ_rr以上であると、急速充電での満充電と判定し、監視している急速充電時間（急速充電設定時間）ｔ_g未満のときは、 100％満充電状態に急速充電されたものと判定し、二次電池2aの自己放電分のみを充電するトリクル充電モードに切り換える。つまり、図３ (a)に充電温度−充電時間関係を示すごとく、定電流による急速充電後、補充電を行わず直ちにトリクル充電モードに移行することによって、過充電を容易に、また確実に防止することが可能であった。
【００１６】
また、前記急速充電での満充電と判定しながら、監視している急速充電時間（急速充電設定時間）ｔ_gを超えているときは、補充電モードに切り換えて 100％満充電状態とするように補充電を行う。すなわち、図３ (b)に充電温度−充電時間関係を示すごとく、定電流による急速充電後、補充電を行い 100％満充電状態化し、さらに二次電池2aの自己放電分のみを充電するトリクル充電モードに切り換える。なお、図３ (a)， (b)において、横軸は充電時間、縦軸は電池電圧Ｖ_B，電池温度Ｔ_B，充電電流Ｉをそれぞれ示している。
【００１７】
上記ではニッケル−水素電池を、被充電用二次電池とした実施例について説明したが、他の形式のニッケル−水素電池を始め、ニッケル−カドミウム二次電池などの場合も同様に適用し、同様な作用効果を得ることが可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上実施例の説明などから分かるように、本発明に係る充電制御方法によれば、満充電に近い状態にある二次電池を被充電電池として再充電するとき、急速充電開始後、短時間内に起こる温度微分値の増大（もしくは増大勾配）を満充電として、定電流での急速充電を停止（終了）する。そして、この時点で、直ちにトリクル充電に移行させるため、いわゆる補充電に伴う過充電が、容易、かつ確実に回避される。したがって、前記過充電に起因する被充電電池の破損・損傷などの発生も防止もしくは解消されて、結果的には二次電池の長寿命化が図られことになり、二次電池の機能向上に大きく寄与するといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次電池の充電制御装置の要部構成例を示す回路図。
【図２】本発明に係る二次電池の充電制御方法の実施態様例を説明するためのフ…チャート図。
【図３】 (a)は本発明に係る二次電池の充電制御方法における充電時間と被充電電池の温度，電圧，充電電流の関係例を示す特性図、 (b)従来の二次電池の充電制御方法における充電時間と被充電電池の温度，電圧，充電電流の関係例を示す特性図。
【図４】従来の二次電池の充電制御方法の実施態様を説明するためのフ…チャート図。
【符号の説明】
１……充電器 1a……入力電源 1b……定電流制御回路 1c……充電制御回路 1d……定電圧印加手段２……二次電池パック 2a……被充電二次電池 2b……温度検出センサ

Claims

二次電池に定電流で急速充電し、その充電進行に伴う電池温度の単位時間当たりの温度変化（温度微分値）によって過充電を検知して充電の停止ないし終了とする二次電池の充電制御方法であって、
前記急速充電初期の予め設定された急速充電設定時間内に、電池温度の上昇が所定の温度微分値以上となったとき、満充電と判定し、その後は自己放電分を補充するトリクル充電に切り換え、
前記急速充電設定時間を超えてから、電池温度の上昇が所定の温度微分値以上となったとき、前記急速充電より低い電流による補充電に切換えて満充電とした後、トリクル充電に切り換えることを特徴とする二次電池の充電制御方法。