JPH04274776A - Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の寿命検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＮｉ−Ｃｄ蓄電池寿命検
出装置に関し、特に放電機能付定電流−ΔＶ検出方式充
電器に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、密閉形Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池（以下
単にＮｉ−Ｃｄ蓄電池と呼ぶ）の放電特性を示すグラフ
であり、定電流で放電した場合の時間に対する電圧変化
を示している。Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の放電においては、許
容される最低電圧を放電終止電圧と呼んでおり、一般に
Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池１セル当たりの放電終止電圧は１．０
Ｖである。

【０００３】図４から明らかなように、放電電流値が大
きいほど放電終止電圧まで電池電圧が低下する時間は短
くなっている。一般に、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の放電容量（
以後、単に容量と呼ぶ）は、放電を開始してから終止電
圧に達するまでの時間と放電電流値との積で表され、Ａ
ｈ（アンペアアワー）または、ｍＡｈ（ミリアンペアア
ワー）の単位で表現される。また、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池は
、電池の種類ごとに公称容量が定められているが、この
値は、０．２Ｃ電流で放電した場合の容量を基準として
いる。

【０００４】ここで、０．２ＣのＣとは、電池の公称容
量を表す数値で、一般に充放電電流はこの倍数を用いて
表される。例えば、１２０ｍＡｈの電池に対する０．１
Ｃ電流とは、１２００×０．１＝１２０ｍＡである。し
かしながら、実際に放電して得られる容量は、放電電流
の大きさや周囲温度によって変化する。すなわち、図５
の放電率と放電容量との特性図に示すように、放電電流
が大きくなると極板活物質の利用率が低下するため、放
電効率が低下し、実際に電池から取り出せる容量は減少
する。

【０００５】また、図６の放電温度特性図に示すように
、低温における放電の場合は電池内活物質の反応が低下
するため、内部抵抗が増大し、放電電圧が低下して、放
電容量も減少する。この傾向は放電電流が大きくなるほ
ど大きくなる。しかし、この容量減少は一時的な性能低
下であり、常温で充放電すれば容量は回復する。また、
図７の充電温度特性図に示すように、充電時においても
、高温における充電は充電効率が低下し、結果的に放電
容量が減少する。しかし、この容量減少もまた一時的な
性能低下であり、常温にもどして充電を行えば特性はも
とにもどる。

【０００６】更に、浅い充放電サイクルを繰り返した電
池や、充電した状態で長期間放置した電池等は、活物質
の不活性化が起こって内部抵抗が大きくなっているため
、深い放電を行うと電圧降下が通常の電池に比べて著し
く大きく、また放電容量も低下する。しかし、これもま
た数回の放充電を繰り返すことにより、特性は正常に回
復する。

【０００７】ところで、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池は、充放電の
回数を重ねるに従って、前述のような一時的な容量低下
とは別に、劣化による不可逆性の容量の低下をきたす特
徴を有している。上記容量低下の原因には、極板性能の
低下、セパレータの劣化、電解液の減少等があるが、使
用中の温度条件、充放電パターン、使用頻度によって、
原因の種類及び寿命に到るまでの期間が異なる。

【０００８】一般に、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の寿命は電池容
量が公称容量の５０％以下になるまで低下し、それが回
復しなくなった時点をいうが、用途によって実際の寿命
の判定基準は変わってくる。実際には、電池を使用する
装置で使用可能な最低電圧になったら例えば、アラーム
を発生する機能を設定しておき、アラームが発生したら
再充電するという使用状態を繰り返し、アラーム発生ま
での操作可能時間が極端に短くなったり、或いは一定の
作業量が一回の充電で処理できない状態が発生し、再度
の充電によってもその状態がかわらない場合、オペレー
タにより、その使用していた電池は寿命であると判定し
ていた。

【０００９】一方、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の充電方式の一つ
に、−ΔＶ電圧検出方式がある。この方式は急速充電用
Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池を急速充電する際に、充電完了期に電
池電圧がピーク値に達した後の降下電圧（−△Ｖと呼ぶ
）を検出して充電電圧を遮断し、過充電を防止する装置
である。これは、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の特性として、充電
完了期ではガス消費に伴う電池温度の上昇があり、それ
につれて電池電圧はピーク点を通り、電圧は下降する。 この特性をとらえることにより充電を終了させるもので
、短時間に効果的な充電ができる利点を有している。更
に、この方式に加えて、充電前に電池の残留電荷を放電
する機能を持たせ、前述の周囲温度の影響や不活性化に
よる一時的容量低下を除去するようにした充電器がある
。

【００１０】このような方式によって充電する充電器の
例を図３のブロック図に示し、図２に上記充電器の放充
電特性のグラフを示す。Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池１の電圧は電
圧検出回路２により電圧検出され、放電終止電圧ＶＥ（
４セル組電池の場合、約４．０Ｖ）より大きければ３の
切替スイッチが４の放電負荷側へ接続され、図２の放電
電圧曲線（１）及び放電電流曲線（４）のような経過を
とりながら、放電終止電圧ＶＥまで放電する。

【００１１】そして、電池１の電圧が放電終止電圧ＶＥ
に達すると、電圧検出回路２によりスイッチ３の切り替
え状態が、放電負荷４側から充電電流制御回路８側へ切
り替えられ、定電流直流源５よりＮｉ−Ｃｄ蓄電池１に
充電電流が流される。このときの正常電池における充電
電圧及び充電電流の変化は、図２の（２）及び（５）の
曲線のようになる。一方、異常電池における充電電圧及
び充電電流の変化は、図２の（３）及び（６）の曲線の
ようになる。また、これと同時にリセット回路９により
電圧記憶回路６がリセットされ、電圧検出回路２から検
出された電池電圧が電圧比較回路７の２入力端子の一方
と、上記電圧記憶回路６に出力される。

【００１２】上記電圧記憶回路６に入力された電圧は一
定時間保持され、上記電圧比較回路７のもう一方の入力
端子に出力される。電圧比較回路７では２入力電圧を逐
次比較し、電圧検出回路２からの入力電圧が電圧記憶回
路６からの入力電圧を△Ｖだけ下まわったときに時点ｔ
２　に示すように、充電電流制御回路８に対して充電電
流を遮断する指示を与え、充電を終了させる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような寿命判定においては、以下に述べるような問題点
があった。第１に、従来技術の項で前述したようにＮｉ
−Ｃｄ蓄電池には、放電電流の大きさにより放電効率が
異なり、取り出せる容量も変わってくる特性がある。し
かし、電池が実際に使用される装置において、−充電に
おける処理内容が毎回固定していてこれを基本パターン
とする正常電池における処理時間または処理量があらか
じめわかっており、寿命がきた電池の場合の処理時間ま
たは処理量と同一基準で比較できる条件ばかりとは限ら
ない。したがって、１回の充電で動作する負荷変動が一
定でない使用方法の場合には放電効率も複雑に変化し、
充電のたびに処理内容が異なってしまうので、電池の実
容量に対して正確な容量の判断ができない不都合が生じ
る。

【００１４】第２に、充放電時の周囲温度の影響や不活
性化による一時的容量低下を、本来の寿命の判断要因と
なる劣化による不可逆性の容量低下と分離して判断しな
ければならない。しかし、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池を電源とし
て使用する装置は、ＡＣライン電源を取ることができな
い携帯用装置が多く、また、周囲温度の変化も大きく影
響を受けやすい。更に、不活性化の要因となる浅い充放
電の繰り返しや、充電状態での３ケ月以上の長期保存は
、実使用上多いにあり得る状態である。したがって、こ
れらの影響を取り除くのは難しい。そこで、これらによ
る一時的容量低下を回復するために、常温で数回の放充
電を繰り返さなければ本来の寿命を判断できる状態にな
らないという問題がある。

【００１５】第３に、実運用上では、前述のように一定
の処理による時間または量を目安として寿命の判定基準
としているが、寿命の判定は、最終的にはオペレータで
ある人間の経験的、感覚的判断が決め手となり勝ちなの
で、定量的判断とは言えず、技術的に満足できる寿命検
出方法ではなかった。本発明上述の問題点に鑑み、Ｎｉ
−Ｃｄ蓄電池の寿命検出を、真の劣化要因だけによる容
量低下分のみを把握して客観的に行うことができるよう
にすることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のＮｉ−Ｃｄ蓄電
池の寿命検出装置は、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の充電を開始し
た時刻から−ΔＶ検出迄に要した時間を計測する時間計
測回路と、上記Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池が寿命であると判定す
るための比較時間データをセットするための比較データ
テーブルと、上記時間計測回路から導出される時間デー
タと上記比較データテーブルから導出される時間データ
とを比較して上記Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の寿命を判定する時
間比較回路と、上記時間比較回路から導出される寿命表
示信号に基いて上記Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池が寿命であること
を表示する寿命表示回路とを具備している。また本発明
の他の特徴とするところは、上記比較データテーブルに
セットする上記比較時間データを可変するデータ変更回
路を設けている。

【００１７】

【作用】時間計測回路により充電開始から−△Ｖ検出ま
での時間を計測し、計測された−△Ｖ検出時間とあらか
じめテーブル値としてセットされていた寿命時の−△Ｖ
検出時間とを比較して寿命判定することにより、装置の
負荷変動にる容量変動や、充・放電時の周囲温度の影響
や不活性化による一時的な容量低下による要因を除去す
ることができるようになり、劣化要因だけによる容量低
下分を正確に把握してオペレータの感覚に左右されない
的確な電池交換が可能になる。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明のＮｉ−Ｃｄ蓄電池の寿命検
出装置の一実施例を示す回路ブロック図であって、破線
Ａ−Ａ′より左側の回路構成は図３に示した従来の充電
器の回路構成とまったく同様であり、詳細な説明を省略
する。図１において、電圧比較回路７から出力される−
△Ｖ検出信号Ｓ１　は、充電電流制御回路８に与えられ
るとともに、時間計測回路１０にも与えられる。そして
、時間計測回路１０ににおいて図２の充電開始時刻ｔ１
　から−△Ｖ検出時刻ｔ２までの所要時間が計測され、
これが所要時間データＳ２　として時間比較回路１２に
出力される。

【００１９】一方、比較データテーブル１１には、Ｎｉ
−Ｃｄ蓄電池を寿命と判定するための−△Ｖ検出時間（
図２ではｔｌに相当）が比較時間データＳ３としてあら
かじめセットされており、これらの時間データＳ２　及
びＳ３　が時間比較回路１２によって比較される。この
比較の結果、比較データテーブル１１からの出力データ
Ｓ３　よりも時間計測回路１０からの出力データＳ２　
の方が小さければ（図２のｔ２　′のような場合）、充
電した電池は寿命と判断され、時間比較回路１２から寿
命表示回路１３に寿命表示指示信号Ｓ４　が出力される
。寿命表示回路１３はこの信号Ｓ４　を受けて電池が寿
命であることを表示する。

【００２０】充電時、充電前に残留電荷を常に放電する
ことによって、前述の第２の問題点である、周囲温度の
影響や不活性化による一時的容量低下という寿命検出に
とって不要な要因を除去することができる。更に、充電
はすべて放電終止電圧から開始され、しかも一定電流に
より充電されるので、−△Ｖが検出されるまでの時間は
純粋な電池容量に比例することになる。ただし、ここで
の放充電環境は常に常温であることが前提となるが、一
般に、このような放充電器は据え置き型であるため、室
内に設置されるので良好な温度環境に置かれる場合が多
い。これより、電池を使用する個々の装置に合わせて、
あらかじめ寿命と判断できる電池の−△Ｖ電圧検出時間
を求め、図１のデータテーブル１１にセットしておくこ
とにより、充電と同時に容易にかつ定量的客観的に寿命
を検出することができる。

【００２１】更に、図１に示したようにデータ変更回路
１４を付加することによって、装置の運用に合わせた寿
命検出時間を上記比較データテーブル１１に自由に設定
することができるようになり、より汎用性をもった寿命
検出が可能となる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上述したように、充電開始から
−△Ｖ検出までの時間を計測する時間計測回路と、上記
時間計測回路によって計測された−△Ｖ検出時間とあら
かじめテーブル値としてセットされていた寿命時の−△
Ｖ検出時間とを比較して寿命判定する時間比較回路と、
上記時間比較回路によって判定された結果を表示する寿
命表示回路とを設けた。したがって、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池
の寿命を定量的客観的に把握することができ、寿命がき
た場合にはそれを確実に報知することができるので、的
確な電池交換による最適運用性を実施することができる
。また、請求項２の発明によれば、寿命時の−△Ｖ検出
時間をセットするテーブル値を可変できる回路を設けた
ので、装置の運用形態に応じて寿命検出時間を自由に可
変できるので、フレキシブルで汎用性をもった対応が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＮｉ−Ｃｄ蓄電池の寿命検出装置の一
実施例を示す放電機能月定電流−ΔＶ検出方式充電器の
回路ブロック図である。

【図２】本実施例の充電器の動作を説明するための放・
充電特性図である。

【図３】従来の放電機能付定電流−ΔＶ検出方式充電器
の回路ブロック図である。

【図４】図３の充電器の放電電圧特性図である。

【図５】図３の充電器の放電率と放電容量との関係を示
す特性図である。

【図６】図３の充電器の放電温度特性を示す特性図であ
る。

【図７】図３の充電器の充電温度特性を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１　　Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池 １０　　時間計測回路 １１　　比較データテーブル １２　　時間比較回路 １３　　寿命表示回路 １４　　データ変更回路 Ｓ１　　　−ΔＶ検出信号 Ｓ２　　　所要時間データ Ｓ３　　　比較時間データ Ｓ４　　　寿命表示指示信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の充電を開始した時
   刻から−ΔＶ検出迄に要した時間を計測する時間計測回
   路と、上記Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池が寿命であると判定するた
   めの比較時間データをセットするための比較データテー
   ブルと、上記時間計測回路から導出される時間データと
   上記比較データテーブルから導出される時間データとを
   比較して上記Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の寿命を判定する時間比
   較回路と、上記時間比較回路から導出される寿命表示信
   号に基いて上記Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池が寿命であることを表
   示する寿命表示回路とを具備することを特徴とするＮｉ
   −Ｃｄ蓄電池の寿命検出装置。
2. 【請求項２】　　上記比較データテーブルにセットする
   上記比較時間データを可変するデータ変更回路を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載のＮｉ−Ｃｄ蓄電池の
   寿命検出装置。