JPH0737621A - 2次電池の残存容量の判別装置及びこれを用いた充電装置 - Google Patents
2次電池の残存容量の判別装置及びこれを用いた充電装置Info
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- JPH0737621A JPH0737621A JP5202857A JP20285793A JPH0737621A JP H0737621 A JPH0737621 A JP H0737621A JP 5202857 A JP5202857 A JP 5202857A JP 20285793 A JP20285793 A JP 20285793A JP H0737621 A JPH0737621 A JP H0737621A
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- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 2次電池の残存容量の有無を正確に判別でき
る判別装置と、その判別結果にしたがって、急速に充電
をする充電装置とを提供する。 【構成】 2次電池1を大電流で放電させる回路30
と、その放電開始から所定時間の経過後に、2次電池1
の端子電圧を所定の期間ごとに測定する回路40とを設
ける。2次電池1の端子電圧の所定の期間ごとの電圧降
下量を算出する回路50と、この算出された電圧降下量
を、基準値と比較する回路50とを設ける。電圧降下量
が基準値を越えるときには、回路30の動作を停止させ
るとともに、2次電池1の残存容量が十分に少ないと判
別する。さらに、回路50の比較結果にしたがって、2
次電池1を充電する充電電流の大きさを切り換える回路
20を設ける。電圧降下量が基準値を越えるときには、
2次電池1の充電を大きな充電電流で開始し、越えない
ときには、2次電池1の充電を小さな充電電流で開始す
る。
る判別装置と、その判別結果にしたがって、急速に充電
をする充電装置とを提供する。 【構成】 2次電池1を大電流で放電させる回路30
と、その放電開始から所定時間の経過後に、2次電池1
の端子電圧を所定の期間ごとに測定する回路40とを設
ける。2次電池1の端子電圧の所定の期間ごとの電圧降
下量を算出する回路50と、この算出された電圧降下量
を、基準値と比較する回路50とを設ける。電圧降下量
が基準値を越えるときには、回路30の動作を停止させ
るとともに、2次電池1の残存容量が十分に少ないと判
別する。さらに、回路50の比較結果にしたがって、2
次電池1を充電する充電電流の大きさを切り換える回路
20を設ける。電圧降下量が基準値を越えるときには、
2次電池1の充電を大きな充電電流で開始し、越えない
ときには、2次電池1の充電を小さな充電電流で開始す
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ニッケル水素電池や
ニッケルカドミウム電池のような2次電池の残存容量の
判別装置及びこれを用いた充電装置に関する。
ニッケルカドミウム電池のような2次電池の残存容量の
判別装置及びこれを用いた充電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】いわゆるヘッドホンステレオなどのコー
ドレス電子機器には、ニッケル水素電池(NiH電池)
やニッケルカドミウム電池(NiCd電池)などの2次
電池が使用されている。そして、これらの2次電池を急
速充電する場合、充電電流の大きさは、容量1CmAh
に対して、一般に1CmAに設定されている。
ドレス電子機器には、ニッケル水素電池(NiH電池)
やニッケルカドミウム電池(NiCd電池)などの2次
電池が使用されている。そして、これらの2次電池を急
速充電する場合、充電電流の大きさは、容量1CmAh
に対して、一般に1CmAに設定されている。
【0003】そして、充電の対象となっている2次電池
の端子電圧は、充電中はほぼ一定であるが、満充電にな
ると、次第に上昇し、その後、−5mV/分の割り合い
で下降するので、この端子電圧の降下を検出することに
より、満充電が判別され、充電が終了とされる。
の端子電圧は、充電中はほぼ一定であるが、満充電にな
ると、次第に上昇し、その後、−5mV/分の割り合い
で下降するので、この端子電圧の降下を検出することに
より、満充電が判別され、充電が終了とされる。
【0004】そして、このとき必要とされる充電時間で
あるが、 T:充電時間 とすれば、 1C〔mA〕×T〔時間〕=1C〔mAh〕 となるので、 T=1時間 となる。すなわち、1CmAの充電電流で充電を行え
ば、1時間で充電を行うことができる。
あるが、 T:充電時間 とすれば、 1C〔mA〕×T〔時間〕=1C〔mAh〕 となるので、 T=1時間 となる。すなわち、1CmAの充電電流で充電を行え
ば、1時間で充電を行うことができる。
【0005】また、残存容量がほぼ0の2次電池の場
合、充電の初期であれば、2C〜3CmA程度の大電流
で充電しても、電池の温度上昇など電池の特性劣化につ
ながることが少ない。そこで、50%の容量まで2CmA
の充電電流で充電し、以後、1CmAの充電電流で充電
する方法も考えられている。
合、充電の初期であれば、2C〜3CmA程度の大電流
で充電しても、電池の温度上昇など電池の特性劣化につ
ながることが少ない。そこで、50%の容量まで2CmA
の充電電流で充電し、以後、1CmAの充電電流で充電
する方法も考えられている。
【0006】すなわち、この場合には、 T2:2CmAの充電時間 T1:1CmAの充電時間 とすれば、 2C×T2=1C×50% 1C×T1=1C×(100%−50%) となるので、 T2=0.25時間=15分 T1=0.5時間=30分 となる。
【0007】したがって、この充電方法によれば、充電
に必要な時間(T2+T1)は45分となり、一般の急速充
電よりも充電時間を短縮することができる。
に必要な時間(T2+T1)は45分となり、一般の急速充
電よりも充電時間を短縮することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の45分
の急速充電によれば、充電時間は短縮されるが、充電電
流が大きいので、満充電を正確に検出する良い方法がな
い。また、2次電池の残存容量が75〜100%の場合、上
記のような大電流で充電すると、電池の温度が急激に上
昇し、電池の特性が劣化してしまう。
の急速充電によれば、充電時間は短縮されるが、充電電
流が大きいので、満充電を正確に検出する良い方法がな
い。また、2次電池の残存容量が75〜100%の場合、上
記のような大電流で充電すると、電池の温度が急激に上
昇し、電池の特性が劣化してしまう。
【0009】したがって、45分の急速充電を行う場合に
は、そのまえに2次電池の残存容量の多少を判別する必
要がある。そして、その判別方法として、大電流放電時
の端子電圧から判別する方法がある。
は、そのまえに2次電池の残存容量の多少を判別する必
要がある。そして、その判別方法として、大電流放電時
の端子電圧から判別する方法がある。
【0010】すなわち、この端子電圧による方法は、N
iH電池やNiCd電池に適用できるものであるが、こ
れらの2次電池においては、放電終止電圧は、単位電池
(セル)当たり1.0Vなので、例えば1CmAの大きさの
放電電流で放電をさせ、単位電池当たりの端子電圧が、
放電特性の肩の部分に相当する電圧、すなわち、1.1V
以下であれば、残存容量が少ないと判断するものであ
る。
iH電池やNiCd電池に適用できるものであるが、こ
れらの2次電池においては、放電終止電圧は、単位電池
(セル)当たり1.0Vなので、例えば1CmAの大きさの
放電電流で放電をさせ、単位電池当たりの端子電圧が、
放電特性の肩の部分に相当する電圧、すなわち、1.1V
以下であれば、残存容量が少ないと判断するものであ
る。
【0011】ところが、例えば、NiH電池を1CmA
の大きさの放電電流で放電させた場合、図7にその放電
特性に示すように、周囲温度により端子電圧が異なって
しまう。そして、このため、単位電池当たりの端子電圧
が1.1Vになった時点での残存容量は、周囲温度が低い
ほど多くなってしまう。
の大きさの放電電流で放電させた場合、図7にその放電
特性に示すように、周囲温度により端子電圧が異なって
しまう。そして、このため、単位電池当たりの端子電圧
が1.1Vになった時点での残存容量は、周囲温度が低い
ほど多くなってしまう。
【0012】また、図8に示すように、2次電池は、そ
の充放電回数が多くなるにつれて内部抵抗が大きくなる
とともに、そのばらつきの範囲が拡大してしまう。そし
て、放電電流が流れれば、内部抵抗によって電圧降下を
生じるので、内部抵抗のばらつきが端子電圧のばらつき
として現れてしまう。
の充放電回数が多くなるにつれて内部抵抗が大きくなる
とともに、そのばらつきの範囲が拡大してしまう。そし
て、放電電流が流れれば、内部抵抗によって電圧降下を
生じるので、内部抵抗のばらつきが端子電圧のばらつき
として現れてしまう。
【0013】このため、例えば1.5Aの大きさの放電電
流を流した場合、充放電回数が多くなるにつれて、端子
電圧のばらつきが±50mVと大きくなってしまう。そし
て、端子電圧が、このような大きさでばらつくときに
は、端子電圧の1.1Vを検出(判別)するときの検出範
囲は、1.05〜1.15Vにしなければならない。
流を流した場合、充放電回数が多くなるにつれて、端子
電圧のばらつきが±50mVと大きくなってしまう。そし
て、端子電圧が、このような大きさでばらつくときに
は、端子電圧の1.1Vを検出(判別)するときの検出範
囲は、1.05〜1.15Vにしなければならない。
【0014】ところが、そうすると、検出精度が低い場
合、端子電圧が、検出上限の1.15Vよりもさらに50mV
高い1.2Vの電池でも、残存容量が少ないと判断してし
まうことがあり、この結果、残存容量が75%以上の電池
であっても、2CmAの充電電流で充電してしまう危険
がある。
合、端子電圧が、検出上限の1.15Vよりもさらに50mV
高い1.2Vの電池でも、残存容量が少ないと判断してし
まうことがあり、この結果、残存容量が75%以上の電池
であっても、2CmAの充電電流で充電してしまう危険
がある。
【0015】もちろん、端子電圧の1.1Vを検出すると
きの検出精度を±25mA程度に高くしておけば、そのよ
うな危険は減少するが、電池自身に特性のばらつきや周
囲温度の変化があるので、残存容量を誤る危険性は残っ
てしまう。
きの検出精度を±25mA程度に高くしておけば、そのよ
うな危険は減少するが、電池自身に特性のばらつきや周
囲温度の変化があるので、残存容量を誤る危険性は残っ
てしまう。
【0016】したがって、2次電池を大電流で放電させ
たときの端子電圧から残存容量を判断することは、実用
的ではない。
たときの端子電圧から残存容量を判断することは、実用
的ではない。
【0017】この発明は、以上のような問題点を解決し
ようとするものである。
ようとするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】ところで、2〜3CmA
の大電流により2次電池の充電ができるのは、上述のよ
うに、電池の残存容量がほぼ0の場合であり、残存容量
が75〜100%の場合には、電池の温度が急激に上昇し、
電池の特性が劣化するので、大電流による充電は好まし
くない。
の大電流により2次電池の充電ができるのは、上述のよ
うに、電池の残存容量がほぼ0の場合であり、残存容量
が75〜100%の場合には、電池の温度が急激に上昇し、
電池の特性が劣化するので、大電流による充電は好まし
くない。
【0019】したがって、2次電池を大電流で充電しよ
うとする場合には、その電池の残存容量の割り合いある
いは絶対量を検出する必要はなく、残存容量がほぼ0で
あるかどうかを判別できればよい。
うとする場合には、その電池の残存容量の割り合いある
いは絶対量を検出する必要はなく、残存容量がほぼ0で
あるかどうかを判別できればよい。
【0020】そこで、この発明の発明者らは、上記の事
項にしたがって所定の実験を行い、以下のような事実を
確認した。
項にしたがって所定の実験を行い、以下のような事実を
確認した。
【0021】すなわち、図4及び図5は、公称電圧が1.
2Vで、容量が820mAhのNiH電池について、放電時
の端子電圧の測定結果を示すもので、図4は放電電流が
100mAと比較的小さい場合の特性、図5は放電電流が1.
5A(=約2CmA)と比較的大きい場合の特性である。
また、これらの図において、各曲線に付けた数字は、そ
の放電開始時のNiH電池の残存容量を示し、例えば
「75%」は、残存容量が75%の状態から放電を開始した
ことを示す。
2Vで、容量が820mAhのNiH電池について、放電時
の端子電圧の測定結果を示すもので、図4は放電電流が
100mAと比較的小さい場合の特性、図5は放電電流が1.
5A(=約2CmA)と比較的大きい場合の特性である。
また、これらの図において、各曲線に付けた数字は、そ
の放電開始時のNiH電池の残存容量を示し、例えば
「75%」は、残存容量が75%の状態から放電を開始した
ことを示す。
【0022】なお、図5において、曲線0%(100mA)
は、満充電の電池を100mAの放電電流で放電させ、端子
電圧が1.0Vになったとき、残存容量が0%になったと
みなした場合の特性である。同様に、曲線0%(820m
A)は、満充電の電池を820mA(=1CmA)の放電電
流で放電させ、端子電圧が1.0Vになったとき、残存容
量が0%になったとみなした場合の特性である。
は、満充電の電池を100mAの放電電流で放電させ、端子
電圧が1.0Vになったとき、残存容量が0%になったと
みなした場合の特性である。同様に、曲線0%(820m
A)は、満充電の電池を820mA(=1CmA)の放電電
流で放電させ、端子電圧が1.0Vになったとき、残存容
量が0%になったとみなした場合の特性である。
【0023】そして、図4の測定結果によれば、放電電
流が比較的小さい場合には、放電開始直後を除いて、電
池の端子電圧は、残存容量の多少にかかわらず、ほぼ一
定である。
流が比較的小さい場合には、放電開始直後を除いて、電
池の端子電圧は、残存容量の多少にかかわらず、ほぼ一
定である。
【0024】また、図5の測定結果によれば、放電電流
が比較的大きい場合には、残存容量が100〜25%のとき
には、図4の小放電電流のときと同様、放電開始直後を
除いて、電池の端子電圧は、残存容量の多少にかかわら
ず、ほぼ一定である。しかし、残存容量が0%のときに
は、端子電圧は、放電開始直後はもちろんのこと、その
後も急激に低下していく。
が比較的大きい場合には、残存容量が100〜25%のとき
には、図4の小放電電流のときと同様、放電開始直後を
除いて、電池の端子電圧は、残存容量の多少にかかわら
ず、ほぼ一定である。しかし、残存容量が0%のときに
は、端子電圧は、放電開始直後はもちろんのこと、その
後も急激に低下していく。
【0025】すなわち、電池を放電させた場合、残存容
量が0%で、放電電流が大きいときには、その端子電圧
は急激に低下するが、他の条件のときには、端子電圧は
あまり変化しない。
量が0%で、放電電流が大きいときには、その端子電圧
は急激に低下するが、他の条件のときには、端子電圧は
あまり変化しない。
【0026】ただし、残存容量が0%の曲線に見られる
ように、端子電圧が約0.7Vまで低下すると、以後、端
子電圧は急激に0Vまで低下してしまい、そのまま放電
を続けると、過放電状態になってしまう。
ように、端子電圧が約0.7Vまで低下すると、以後、端
子電圧は急激に0Vまで低下してしまい、そのまま放電
を続けると、過放電状態になってしまう。
【0027】一方、図6の実線は、電池の残存容量が25
%及び0%の場合における、端子電圧の降下特性の測定
結果を示す。なお、この図においては、放電電流を1.5
A(=約2CmA)とし、このときの放電開始電圧をノ
ーマライズして0Vとしている。また、曲線に付けた文
字の意味は、図5と同じである。
%及び0%の場合における、端子電圧の降下特性の測定
結果を示す。なお、この図においては、放電電流を1.5
A(=約2CmA)とし、このときの放電開始電圧をノ
ーマライズして0Vとしている。また、曲線に付けた文
字の意味は、図5と同じである。
【0028】そして、この測定結果によれば、残存容量
が25%のときと、0%のときとで、端子電圧の降下する
速度が明瞭に異なり、端子電圧の降下率は、平均する
と、 残存容量が25%のときには、−0.888mV/0.8秒 残存容量が0%のときには、−18.17mV/0.8秒 である。
が25%のときと、0%のときとで、端子電圧の降下する
速度が明瞭に異なり、端子電圧の降下率は、平均する
と、 残存容量が25%のときには、−0.888mV/0.8秒 残存容量が0%のときには、−18.17mV/0.8秒 である。
【0029】したがって、図6に破線で示すように、そ
れらの中間値−10mV/0.8秒をスレッショールドとし、
端子電圧の降下率が、このスレッショールドレベルより
も大きいときには、電池の残存容量はほぼ0であると見
なしても差し支えない。
れらの中間値−10mV/0.8秒をスレッショールドとし、
端子電圧の降下率が、このスレッショールドレベルより
も大きいときには、電池の残存容量はほぼ0であると見
なしても差し支えない。
【0030】つまり、以上をまとめると、 比較的大きい放電電流で2次電池を放電させる。 項の放電時の端子電圧の降下率が、ある値よりも
大きければ、その電池の残存容量はほぼ0である。 項の放電時の端子電圧の降下率が、ある値よりも
小さければ、その電池の残存容量は0ではない。 となる。
大きければ、その電池の残存容量はほぼ0である。 項の放電時の端子電圧の降下率が、ある値よりも
小さければ、その電池の残存容量は0ではない。 となる。
【0031】ただし、上述のように(図5に示すよう
に)、電池がほぼ完全放電に近い状態の場合、1.5Aの
放電電流で放電を開始すると、6秒後には、端子電圧は
約0.7Vまで降下し、7秒後には、ほぼ0Vまで降下し
てしまう。したがって、上記〜項により残存容量を
判別する場合、項の放電開始から4〜5秒の間に、残
存容量を判別する必要がある。
に)、電池がほぼ完全放電に近い状態の場合、1.5Aの
放電電流で放電を開始すると、6秒後には、端子電圧は
約0.7Vまで降下し、7秒後には、ほぼ0Vまで降下し
てしまう。したがって、上記〜項により残存容量を
判別する場合、項の放電開始から4〜5秒の間に、残
存容量を判別する必要がある。
【0032】この発明は、以上のような実験結果に基づ
いて、2次電池の残存容量を判別し、また、この判別結
果にしたがって、その2次電池をできるだけ急速に充電
するようにしたものである。
いて、2次電池の残存容量を判別し、また、この判別結
果にしたがって、その2次電池をできるだけ急速に充電
するようにしたものである。
【0033】すなわち、この発明においては、各部の参
照符号を後述の実施例に対応させると、2次電池1を所
定の大電流で放電させる回路30と、この放電させる回
路30の動作開始から所定時間の経過後に、2次電池1
の端子電圧を所定の期間ごとに測定する回路40と、こ
の測定する回路40の測定値から2次電池1の端子電圧
の所定の期間ごとの電圧降下量を算出する回路50と、
この演算する回路50により算出された所定の期間ごと
の電圧降下量を、所定の基準値と比較する回路50とを
設け、所定の期間ごとの電圧降下量が基準値を越えると
きには、放電させる回路30の動作を停止させるととも
に、2次電池1の残存容量が十分に少ないと判別するよ
うにしたものである。さらに、比較する回路50の比較
結果にしたがって、2次電池1を充電する充電電流の大
きさを切り換える回路20を設け、所定の期間ごとの電
圧降下量が基準値を越えるときには、放電させる回路3
0の動作を停止させるとともに、2次電池1の充電を大
きな充電電流で開始し、所定の期間ごとの電圧降下量が
基準値を越えないときには、放電させる回路30の動作
を停止させるとともに、2次電池1の充電を小さな充電
電流で開始するようにしたものである。
照符号を後述の実施例に対応させると、2次電池1を所
定の大電流で放電させる回路30と、この放電させる回
路30の動作開始から所定時間の経過後に、2次電池1
の端子電圧を所定の期間ごとに測定する回路40と、こ
の測定する回路40の測定値から2次電池1の端子電圧
の所定の期間ごとの電圧降下量を算出する回路50と、
この演算する回路50により算出された所定の期間ごと
の電圧降下量を、所定の基準値と比較する回路50とを
設け、所定の期間ごとの電圧降下量が基準値を越えると
きには、放電させる回路30の動作を停止させるととも
に、2次電池1の残存容量が十分に少ないと判別するよ
うにしたものである。さらに、比較する回路50の比較
結果にしたがって、2次電池1を充電する充電電流の大
きさを切り換える回路20を設け、所定の期間ごとの電
圧降下量が基準値を越えるときには、放電させる回路3
0の動作を停止させるとともに、2次電池1の充電を大
きな充電電流で開始し、所定の期間ごとの電圧降下量が
基準値を越えないときには、放電させる回路30の動作
を停止させるとともに、2次電池1の充電を小さな充電
電流で開始するようにしたものである。
【0034】
【作用】2次電池1を大電流で放電させたときの端子電
圧の降下率から、その2次電池1の残存容量の有無が判
別される。また、この判別結果にしたがった大きさの電
流で充電が行われる。
圧の降下率から、その2次電池1の残存容量の有無が判
別される。また、この判別結果にしたがった大きさの電
流で充電が行われる。
【0035】
【実施例】図1において、1は充電の対象となる2次電
池を示し、これは、この例においては、ヘッドホンステ
レオに使用されるNiH電池であり、その端子電圧は1.
2V、容量は820mAhである。また、10は電源回路、
20は充電回路、30は放電回路、40は電圧検出回
路、50は充電及び放電の制御を行うマイクロコンピュ
ータを示す。
池を示し、これは、この例においては、ヘッドホンステ
レオに使用されるNiH電池であり、その端子電圧は1.
2V、容量は820mAhである。また、10は電源回路、
20は充電回路、30は放電回路、40は電圧検出回
路、50は充電及び放電の制御を行うマイクロコンピュ
ータを示す。
【0036】そして、電源回路10においては、例えば
100Vの商用交流電圧が、ACプラグ11から電源スイ
ッチ12を通じてトランス13に供給されて所定の値の
電圧に降圧され、この電圧が整流回路14に供給されて
充電用の直流電圧が形成される。
100Vの商用交流電圧が、ACプラグ11から電源スイ
ッチ12を通じてトランス13に供給されて所定の値の
電圧に降圧され、この電圧が整流回路14に供給されて
充電用の直流電圧が形成される。
【0037】また、整流回路14のホット側の出力端
と、ホット側の充電端子61との間に、トランジスタ2
3のエミッタ・コレクタ間が直列接続され、整流回路1
4の接地側の出力端と接地側の充電端子62とが接続さ
れる。
と、ホット側の充電端子61との間に、トランジスタ2
3のエミッタ・コレクタ間が直列接続され、整流回路1
4の接地側の出力端と接地側の充電端子62とが接続さ
れる。
【0038】この場合、トランジスタ23は、トランジ
スタ21、22とともに、充電回路20を構成して充電
電流の大きさを制御するものである。このため、トラン
ジスタ23のベースと、端子62との間に、抵抗器24
とトランジスタ21のコレクタ・エミッタ間とが直列接
続されるとともに、抵抗器25とトランジスタ22のコ
レクタ・エミッタとが直列接続される。また、トランジ
スタ21、22のベースに、マイコン50から所定の充
電制御信号が供給される。
スタ21、22とともに、充電回路20を構成して充電
電流の大きさを制御するものである。このため、トラン
ジスタ23のベースと、端子62との間に、抵抗器24
とトランジスタ21のコレクタ・エミッタ間とが直列接
続されるとともに、抵抗器25とトランジスタ22のコ
レクタ・エミッタとが直列接続される。また、トランジ
スタ21、22のベースに、マイコン50から所定の充
電制御信号が供給される。
【0039】したがって、トランジスタ21がオンで、
トランジスタ22がオフのときには、トランジスタ23
のベースには、抵抗器24により決まる大きさのベース
電流が流れるので、これによりトランジスタ23から
は、1CmAの大きさのコレクタ電流を出力することが
できる。また、トランジスタ21、22がともにオンの
ときには、トランジスタ23のベースには抵抗器24、
25の並列値により決まる大きさのベース電流が流れる
ので、これによりトランジスタ23からは、2CmAの
大きさのコレクタ電流を出力することができる。
トランジスタ22がオフのときには、トランジスタ23
のベースには、抵抗器24により決まる大きさのベース
電流が流れるので、これによりトランジスタ23から
は、1CmAの大きさのコレクタ電流を出力することが
できる。また、トランジスタ21、22がともにオンの
ときには、トランジスタ23のベースには抵抗器24、
25の並列値により決まる大きさのベース電流が流れる
ので、これによりトランジスタ23からは、2CmAの
大きさのコレクタ電流を出力することができる。
【0040】さらに、端子61と、端子62との間に、
抵抗器31と、トランジスタ32のコレクタ・エミッタ
間とが直列接続されて放電回路30が構成され、トラン
ジスタ32のベースに、マイコン50から所定の放電制
御信号が供給される。
抵抗器31と、トランジスタ32のコレクタ・エミッタ
間とが直列接続されて放電回路30が構成され、トラン
ジスタ32のベースに、マイコン50から所定の放電制
御信号が供給される。
【0041】また、端子61、62に得られる電圧が、
抵抗器41、42により分圧され、その分圧電圧が、A
/Dコンバータ43によりA/D変換されてからマイコ
ン50に供給される。こうして、A/Dコンバータ43
及びマイコン50により、充電端子61の直流電圧の大
きさが検出される。
抵抗器41、42により分圧され、その分圧電圧が、A
/Dコンバータ43によりA/D変換されてからマイコ
ン50に供給される。こうして、A/Dコンバータ43
及びマイコン50により、充電端子61の直流電圧の大
きさが検出される。
【0042】なお、図示はしないが、トランス13の出
力電圧が整流され、その直流電圧が、マイコン50及び
A/Dコンバータ43にそれらの動作電圧として供給さ
れる。
力電圧が整流され、その直流電圧が、マイコン50及び
A/Dコンバータ43にそれらの動作電圧として供給さ
れる。
【0043】そして、マイコン50においては、例えば
図2及び図3に示すような内容のルーチン100が実行
され、電池1の残存容量が判別されるとともに、その判
別結果にしたがって、できるだけ急速に充電される。な
お、ルーチン100のステップ101〜127により放
電が制御され、ステップ131〜151により充電が制
御される。
図2及び図3に示すような内容のルーチン100が実行
され、電池1の残存容量が判別されるとともに、その判
別結果にしたがって、できるだけ急速に充電される。な
お、ルーチン100のステップ101〜127により放
電が制御され、ステップ131〜151により充電が制
御される。
【0044】すなわち、電源スイッチ12をオンにする
と、マイコン50の処理がルーチン100のステップ1
01からスタートし、次にステップ102において、初
期化が行われ、マイコン50からの制御信号により、ト
ランジスタ21がオン、トランジスタ22がオフとされ
てトランジスタ23がオンとされるとともに、トランジ
スタ32もオフとされる。こうして、トランジスタ23
を通じて充電端子61、62に充電電圧が出力される。
また、変数Nが「1」にセットされる。
と、マイコン50の処理がルーチン100のステップ1
01からスタートし、次にステップ102において、初
期化が行われ、マイコン50からの制御信号により、ト
ランジスタ21がオン、トランジスタ22がオフとされ
てトランジスタ23がオンとされるとともに、トランジ
スタ32もオフとされる。こうして、トランジスタ23
を通じて充電端子61、62に充電電圧が出力される。
また、変数Nが「1」にセットされる。
【0045】続いて、ステップ103において、端子6
1、62の電圧の大きさが検出される。この場合、端子
61、62に電池1が接続されていないときには、端子
61、62は無負荷状態となるので、端子61、62の
電圧は、電池1の端子電圧よりも高くなり、端子61、
62に電池1が接続されているときには、電池1の端子
電圧まで低下する。
1、62の電圧の大きさが検出される。この場合、端子
61、62に電池1が接続されていないときには、端子
61、62は無負荷状態となるので、端子61、62の
電圧は、電池1の端子電圧よりも高くなり、端子61、
62に電池1が接続されているときには、電池1の端子
電圧まで低下する。
【0046】そこで、端子61、62の電圧の違いか
ら、端子61、62に電池1が接続されているか接続さ
れていないかが判別され、接続されていないときには、
処理はステップ103を繰り返し、端子61、62に電
池1が接続されるまで待機する。
ら、端子61、62に電池1が接続されているか接続さ
れていないかが判別され、接続されていないときには、
処理はステップ103を繰り返し、端子61、62に電
池1が接続されるまで待機する。
【0047】そして、任意の時点t0に端子61、62
に電池1が接続されると、これがステップ103におい
て検出され、処理はステップ103からステップ111
に進み、このステップ111において、トランジスタ2
1がオフとされてトランジスタ23がオフとされるとと
もに、トランジスタ32がオンとされる。したがって、
端子61、62に接続されている電池1は、抵抗器31
及びトランジスタ32を通じて放電を開始することにな
る。
に電池1が接続されると、これがステップ103におい
て検出され、処理はステップ103からステップ111
に進み、このステップ111において、トランジスタ2
1がオフとされてトランジスタ23がオフとされるとと
もに、トランジスタ32がオンとされる。したがって、
端子61、62に接続されている電池1は、抵抗器31
及びトランジスタ32を通じて放電を開始することにな
る。
【0048】そして、この場合、あらかじめ抵抗器31
の値を設定しておくことにより、このときの電池1の放
電電流の大きさは、上記項で述べたように比較的大き
な値、例えば1.5A(=約2CmA)とされる。したがっ
て、電池1の端子電圧は、その残存容量に対応して、図
5〜図6により説明したように変化していく。
の値を設定しておくことにより、このときの電池1の放
電電流の大きさは、上記項で述べたように比較的大き
な値、例えば1.5A(=約2CmA)とされる。したがっ
て、電池1の端子電圧は、その残存容量に対応して、図
5〜図6により説明したように変化していく。
【0049】次に、ステップ112において、例えば1.
5秒の時間待ちが行われる。この時間待ちは、図4及び
図5からも明らかなように、放電開始直後の1秒程度の
期間は、電池1の端子電圧が、残存容量の測定に適さな
い変化をするからである。
5秒の時間待ちが行われる。この時間待ちは、図4及び
図5からも明らかなように、放電開始直後の1秒程度の
期間は、電池1の端子電圧が、残存容量の測定に適さな
い変化をするからである。
【0050】そして、ステップ112における1.5秒の
時間が経過して、時点t1になると、電池1の端子電圧
の変化が安定しているので、処理はステップ112から
ステップ113に進み、このステップ113において、
電池1の端子電圧VN(=V1)が、D/Aコンバータ4
3を通じて測定され、次のステップ121において、こ
のときの測定値VNが記憶される。今の場合、N=1で
あり、電池1の大電流による放電が開始されてから、1.
5秒後の時点t1の電池1の端子電圧V1が記憶されたこ
とになる。
時間が経過して、時点t1になると、電池1の端子電圧
の変化が安定しているので、処理はステップ112から
ステップ113に進み、このステップ113において、
電池1の端子電圧VN(=V1)が、D/Aコンバータ4
3を通じて測定され、次のステップ121において、こ
のときの測定値VNが記憶される。今の場合、N=1で
あり、電池1の大電流による放電が開始されてから、1.
5秒後の時点t1の電池1の端子電圧V1が記憶されたこ
とになる。
【0051】続いて、処理はステップ122に進み、こ
のステップ122において、例えば0.8秒の時間待ちが
行われ、時点tNから0.8秒後の時点t(N+1)になると、
ステップ123において、電池1の端子電圧V(N+1)が
測定される。今の場合、N=1であるから、時点t1か
ら0.8秒後の時点t2に電圧V2が測定されることにな
る。
のステップ122において、例えば0.8秒の時間待ちが
行われ、時点tNから0.8秒後の時点t(N+1)になると、
ステップ123において、電池1の端子電圧V(N+1)が
測定される。今の場合、N=1であるから、時点t1か
ら0.8秒後の時点t2に電圧V2が測定されることにな
る。
【0052】次にステップ124において、ステップ1
21で記憶した時点tNの電圧VNと、ステップ123で
測定した時点t(N+1)の電圧V(N+1)との差電圧VDN、す
なわち、 VDN=VN−V(N+1) が計算され、電池1の端子電圧の降下率が求められる。
そして、続くステップ125において、この差電圧VDN
(降下率)が、図6の破線で示す降下率に対応する差電
圧VTHよりも大きいかどうかがチェックされる。
21で記憶した時点tNの電圧VNと、ステップ123で
測定した時点t(N+1)の電圧V(N+1)との差電圧VDN、す
なわち、 VDN=VN−V(N+1) が計算され、電池1の端子電圧の降下率が求められる。
そして、続くステップ125において、この差電圧VDN
(降下率)が、図6の破線で示す降下率に対応する差電
圧VTHよりも大きいかどうかがチェックされる。
【0053】そして、|VDN|≦|VTH|の場合には、
処理はステップ125からステップ126に進み、この
ステップ126において、N=17であるかどうかがチェ
ックされ、N≠17のときには、処理はステップ126か
らステップ127に進み、このステップ127におい
て、変数Nが「1」だけインクリメントされ、その後、
処理はステップ121に戻る。
処理はステップ125からステップ126に進み、この
ステップ126において、N=17であるかどうかがチェ
ックされ、N≠17のときには、処理はステップ126か
らステップ127に進み、このステップ127におい
て、変数Nが「1」だけインクリメントされ、その後、
処理はステップ121に戻る。
【0054】したがって、今の場合、N=2なので、ス
テップ121において、(前回ステップ123におい
て)時点t2に測定された電圧が、電圧V2として新しく
記憶され、その後、ステップ123において、時点t2
から0.8秒後の時点t3に電圧V3が測定され、ステップ
124において、新しい差電圧VD2(=V2−V3)が計
算され、この新しい差電圧VD2がステップ125におい
てチェックされる。
テップ121において、(前回ステップ123におい
て)時点t2に測定された電圧が、電圧V2として新しく
記憶され、その後、ステップ123において、時点t2
から0.8秒後の時点t3に電圧V3が測定され、ステップ
124において、新しい差電圧VD2(=V2−V3)が計
算され、この新しい差電圧VD2がステップ125におい
てチェックされる。
【0055】こうして、|VDN|≦|VTH|、かつ、N
≠17の場合は、ステップ121〜127のループが、ス
テップ122により0.8秒の周期で繰り返される。
≠17の場合は、ステップ121〜127のループが、ス
テップ122により0.8秒の周期で繰り返される。
【0056】そして、この繰り返し時、|VDN|>|V
TH|になると、これは、上述のように電池1の残存容量
がほぼ0の場合なので、処理はステップ125からステ
ップ131に進み、このステップ131において、トラ
ンジスタ32がオフとされて放電が停止させられ、次に
ステップ132において、トランジスタ21、22がオ
ンとされてトランジスタ23がオンとされ、トランジス
タ23のコレクタからは2CmAの大きさのコレクタ電
流が出力され、このコレクタ電流が端子61を通じて電
池1に供給される。したがって、電池1に対して、2C
mAの大きさの充電電流で充電が開始されたことにな
る。
TH|になると、これは、上述のように電池1の残存容量
がほぼ0の場合なので、処理はステップ125からステ
ップ131に進み、このステップ131において、トラ
ンジスタ32がオフとされて放電が停止させられ、次に
ステップ132において、トランジスタ21、22がオ
ンとされてトランジスタ23がオンとされ、トランジス
タ23のコレクタからは2CmAの大きさのコレクタ電
流が出力され、このコレクタ電流が端子61を通じて電
池1に供給される。したがって、電池1に対して、2C
mAの大きさの充電電流で充電が開始されたことにな
る。
【0057】さらに、マイコン50の処理はステップ1
33に進み、このステップ133において、15分の時間
待ちが行われる。
33に進み、このステップ133において、15分の時間
待ちが行われる。
【0058】そして、15分が経過すると、処理はステッ
プ133からステップ141に進み、このステップ14
1において、トランジスタ21がオン、トランジスタ2
2がオフとされ、トランジスタ23のコレクタからは1
CmAの大きさのコレクタ電流が出力され、このコレク
タ電流が端子61を通じて電池1に供給される。したが
って、電池1に対して、充電電流が2CmAの充電が15
分だけ行われ、その後、充電電流は1CmAの大きさに
切り換えられたことになる。
プ133からステップ141に進み、このステップ14
1において、トランジスタ21がオン、トランジスタ2
2がオフとされ、トランジスタ23のコレクタからは1
CmAの大きさのコレクタ電流が出力され、このコレク
タ電流が端子61を通じて電池1に供給される。したが
って、電池1に対して、充電電流が2CmAの充電が15
分だけ行われ、その後、充電電流は1CmAの大きさに
切り換えられたことになる。
【0059】さらに、マイコン50の処理はステップ1
42に進み、このステップ142において、電池1の端
子電圧が、−5mV/分に対応する割り合いで変化をす
るようになるまで、待機される。なお、この電圧変化
は、上記のように満充電のときに起きるものである。こ
うして、電池1は1CmAの大きさの充電電流で充電さ
れていく。
42に進み、このステップ142において、電池1の端
子電圧が、−5mV/分に対応する割り合いで変化をす
るようになるまで、待機される。なお、この電圧変化
は、上記のように満充電のときに起きるものである。こ
うして、電池1は1CmAの大きさの充電電流で充電さ
れていく。
【0060】そして、電池1の端子電圧が−5mV/分
の割り合いで変化するようになると、電池1が満充電さ
れたものとみなされ、処理はステップ142からステッ
プ143に進み、このステップ143において、トラン
ジスタ22もオフとされてトランジスタ23はオフとさ
れ、電池1の充電は終了とされる。そして、処理はステ
ップ144に進み、このルーチン100を終了する。
の割り合いで変化するようになると、電池1が満充電さ
れたものとみなされ、処理はステップ142からステッ
プ143に進み、このステップ143において、トラン
ジスタ22もオフとされてトランジスタ23はオフとさ
れ、電池1の充電は終了とされる。そして、処理はステ
ップ144に進み、このルーチン100を終了する。
【0061】こうして、電池1は、その残存容量がほぼ
0の場合には、最初の15分間は、2CmAの大きさの充
電電流で充電され、その後、1CmAの大きさの充電電
流で満充電になるまで充電される。
0の場合には、最初の15分間は、2CmAの大きさの充
電電流で充電され、その後、1CmAの大きさの充電電
流で満充電になるまで充電される。
【0062】なお、この場合、電池1は、最初、2Cm
Aの充電電流で15分間充電され、その後、1CmAの充
電電流で充電されるのであるから、上述のように充電に
必要な合計時間は45分となる。
Aの充電電流で15分間充電され、その後、1CmAの充
電電流で充電されるのであるから、上述のように充電に
必要な合計時間は45分となる。
【0063】一方、ステップ121〜127のループが
繰り返され、N=17になっても、ステップ125におい
て|VDN|≦|VTH|の場合には、ステップ121〜1
27のループが17回繰り返されているので、このとき、
時点t0の放電開始から、 1.5秒+0.8秒×17回=15.1秒 の時間が経過していることになる。すなわち、電池1
を、15.1秒間にわたって1CmAの大きさで放電を行っ
ても、その残存容量が0にならなかったわけである。
繰り返され、N=17になっても、ステップ125におい
て|VDN|≦|VTH|の場合には、ステップ121〜1
27のループが17回繰り返されているので、このとき、
時点t0の放電開始から、 1.5秒+0.8秒×17回=15.1秒 の時間が経過していることになる。すなわち、電池1
を、15.1秒間にわたって1CmAの大きさで放電を行っ
ても、その残存容量が0にならなかったわけである。
【0064】そこで、この場合には、電池1の残存容量
が0ではないとみなされ、処理はステップ126からス
テップ151に進み、このステップ151において、ト
ランジスタ32がオフとされて電池1の放電が停止させ
られ、その後、処理はステップ141に進む。したがっ
て、以後、電池1は、ステップ141〜144により1
CmAの充電電流により満充電になるまで充電され、満
充電になると、その充電は終了する。
が0ではないとみなされ、処理はステップ126からス
テップ151に進み、このステップ151において、ト
ランジスタ32がオフとされて電池1の放電が停止させ
られ、その後、処理はステップ141に進む。したがっ
て、以後、電池1は、ステップ141〜144により1
CmAの充電電流により満充電になるまで充電され、満
充電になると、その充電は終了する。
【0065】なお、この場合、電池1は、残存容量が0
ではない状態から1CmAの充電電流で充電されるので
あるから、その充電に必要とする時間は残存容量に対応
して異なるが、60分を越えることはない。
ではない状態から1CmAの充電電流で充電されるので
あるから、その充電に必要とする時間は残存容量に対応
して異なるが、60分を越えることはない。
【0066】こうして、電池1は、その残存容量が0で
はない場合には、1CmAの大きさの充電電流により急
速充電される。
はない場合には、1CmAの大きさの充電電流により急
速充電される。
【0067】なお、上述においては、ステップ125に
おいて、一度でも|VDN|>|VTH|になると、処理は
ステップ125からステップ131に進むとしたが、例
えば二度続けて|VDN|>|VTH|になると、処理がス
テップ125からステップ131に進むとすることもで
きる。
おいて、一度でも|VDN|>|VTH|になると、処理は
ステップ125からステップ131に進むとしたが、例
えば二度続けて|VDN|>|VTH|になると、処理がス
テップ125からステップ131に進むとすることもで
きる。
【0068】さらに、NiH電池やNiCd電池は、10
0%の放電をしないうちに充電をするという充放電を繰
り返すと、メモリ効果により実効的な容量が減少する
が、ステップ125に続いてステップ127を実行すれ
ば、100%の放電を行うことができるとともに、その100
%の放電を検出でき、したがって、メモリ効果を解消で
きるとともに、満充電を行うことができる。
0%の放電をしないうちに充電をするという充放電を繰
り返すと、メモリ効果により実効的な容量が減少する
が、ステップ125に続いてステップ127を実行すれ
ば、100%の放電を行うことができるとともに、その100
%の放電を検出でき、したがって、メモリ効果を解消で
きるとともに、満充電を行うことができる。
【0069】
【発明の効果】この発明によれば、〜項に基づい
て、対象となる2次電池1を大電流で放電させるととも
に、その放電時の端子電圧の降下特性の勾配から2次電
池1の残存容量の有無を判別するようにしているので、
周囲温度や充放電回数などに影響されずに、残存容量の
有無を正確に判別することができる。実験によれば、0
〜40℃の周囲温度に対して、残存容量がほぼ0の場合を
正しく判別することができた。
て、対象となる2次電池1を大電流で放電させるととも
に、その放電時の端子電圧の降下特性の勾配から2次電
池1の残存容量の有無を判別するようにしているので、
周囲温度や充放電回数などに影響されずに、残存容量の
有無を正確に判別することができる。実験によれば、0
〜40℃の周囲温度に対して、残存容量がほぼ0の場合を
正しく判別することができた。
【0070】しかも、残存容量がほぼ0%の2次電池1
の場合でも、数秒以内に残存容量を判別することができ
る。また、数秒以内に残存容量を判別することができる
ので、2次電池1を過放電状態とする危険がない。
の場合でも、数秒以内に残存容量を判別することができ
る。また、数秒以内に残存容量を判別することができる
ので、2次電池1を過放電状態とする危険がない。
【0071】また、電池1の残存容量がほぼ0と判別さ
れた場合には、最初の50%の充電は充電電流の大きさを
2CmAにしているので、充電時間を45分程度にまで短
縮することができる。
れた場合には、最初の50%の充電は充電電流の大きさを
2CmAにしているので、充電時間を45分程度にまで短
縮することができる。
【0072】さらに、満充電を端子電圧の変化から検出
し、この検出出力により充電を終了するようにしている
ので、電池1の残存容量が0ではない場合でも、最短時
間で充電を行うことができる。
し、この検出出力により充電を終了するようにしている
ので、電池1の残存容量が0ではない場合でも、最短時
間で充電を行うことができる。
【図1】この発明の一例を示す接続図である。
【図2】この発明におけるフローチャートの一例の一部
を示す図である。
を示す図である。
【図3】図2の続きを示す図である。
【図4】2次電池の放電実験の結果を示す特性図であ
る。
る。
【図5】2次電池の放電実験の結果を示す特性図であ
る。
る。
【図6】2次電池の放電実験の結果を示す特性図であ
る。
る。
【図7】2次電池の端子電圧の特性を示す図である。
【図8】2次電池の内部抵抗の特性を示す図である。
1 2次電池 10 電源回路 20 充電回路 30 放電回路 40 電圧検出回路 43 A/Dコンバータ 50 マイクロコンピュータ 100 処理ルーチン
Claims (5)
- 【請求項1】 2次電池を所定の大電流で放電させる回
路と、 この放電させる回路の動作開始から所定時間の経過後
に、上記2次電池の端子電圧を所定の期間ごとに測定す
る回路と、 この測定する回路の測定値から、上記2次電池の端子電
圧の上記所定の期間ごとの電圧降下量を算出する回路
と、 この演算する回路により算出された上記所定の期間ごと
の電圧降下量を、所定の基準値と比較する回路とを有
し、 上記所定の期間ごとの電圧降下量が上記基準値を越える
ときには、上記放電させる回路の動作を停止させるとと
もに、上記2次電池の残存容量が十分に少ないと判別す
るようにした2次電池の残存容量の判別装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の判別装置において、 上記2次電池の端子電圧を上記所定の期間ごとに所定の
回数測定したのちに、上記所定の期間ごとの電圧降下量
が上記基準値を越えるときには、上記放電させる回路の
動作を停止させるとともに、上記2次電池の残存容量が
十分に多いと判別するようにした2次電池の残存容量の
判別装置。 - 【請求項3】 2次電池を所定の大電流で放電させる回
路と、 この放電させる回路の動作開始から所定時間の経過後
に、上記2次電池の端子電圧を所定の期間ごとに測定す
る回路と、 この測定する回路の測定値から、上記2次電池の端子電
圧の上記所定の期間ごとの電圧降下量を算出する回路
と、 この演算する回路により算出された上記所定の期間ごと
の電圧降下量を、所定の基準値と比較する回路と、 この比較する回路の比較結果にしたがって、上記2次電
池を充電する充電電流の大きさを切り換える回路とを有
し、 上記所定の期間ごとの電圧降下量が上記基準値を越える
ときには、上記放電させる回路の動作を停止させるとと
もに、上記2次電池の充電を大きな充電電流で開始し、 上記所定の期間ごとの電圧降下量が上記基準値を越えな
いときには、上記放電させる回路の動作を停止させると
ともに、上記2次電池の充電を小さな充電電流で開始す
るようにした2次電池の充電装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の充電装置において、 上記所定の期間ごとの電圧降下量が上記基準値を越える
ときには、上記放電させる回路の動作を停止させるとと
もに、上記2次電池の充電を大きな充電電流で開始し、 この大きな充電電流による充電が所定の期間にわたって
行ったのち、上記充電電流を小さな値に切り換えるよう
にした2次電池の充電装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の充電装置において、 上記充電電流が供給されているときの、上記2次電池の
端子電圧の変化を検出し、 この端子電圧が降下したときには、上記小さな充電電流
の充電を停止するようにした2次電池の充電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20285793A JP3539432B2 (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 2次電池の残存容量の判別装置及びこれを用いた充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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