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技術 二次電池の充電回路

出願人 東芝電池株式会社
発明者 門井江津子塩島信雄
出願日 1995年12月11日 (24年11ヶ月経過) 出願番号 1995-321881
公開日 1997年6月20日 (23年5ヶ月経過) 公開番号 1997-163614
状態 拒絶査定
技術分野 電池の充放電回路 電池等の充放電回路 二次電池の保守(充放電、状態検知)
主要キーワード ロックタイ dt検出 リセット信号発生回路 過充電量 セット入力端子 補充電 充電用電源 制御入力端子
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年6月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

充電初期二次電池端子電圧充電末期で発生するようなピーク値が発生した場合の充電不足を防止すると共に、満充電の二次電池を再充電することによる過充電を防止できる二次電池の充電回路を提供する。

解決手段

二次電池3の充電中の単位時間当たりの温度上昇率所定値に達したことを検出する温度上昇率検出回路5と、二次電池3の充電中の端子電圧がピーク値から所定値低下したことを検出する−ΔV検出回路6と、温度上昇率検出回路5および−ΔV検出回路6の両方が検出信号を発生したとき二次電池3の充電電流を制御する充電制御回路2とを有する。

概要

背景

二次電池急速充電の制御は種々の方法が知られているが、その一つに−ΔV制御方式がある。通常、二次電池を急速充電すると、端子電圧充電初期中期はなだらかに上昇するが、充電末期になると急激に上昇し、充電をさらに継続すると端子電圧はピーク値を示した後、下降する。このような二次電池の充電特性を利用して、電池の端子電圧を測定し、端子電圧がピーク値から所定値(ΔV)低下したことを検知して充電電流を制御する−ΔV制御方式がある。

しかし、例えばニッカド(Ni/Cd)電池やニッケル水素(Ni−MH)電池は、長期間(電池の種類にもよるが、例えば1年以上)放置したり、過放電したりすると、その後に急速充電を行った場合、充電初期に二次電池の端子電圧に充電末期で発生するようなピーク値が発生して−ΔV制御が働いてしまい、充電が十分に行われないことがあった。

この問題を解決するため、充電初期から一定時間(例えば数分)の間は−ΔV制御が働かないようにする充電装置が特開昭62−163531号公報に記載されている。具体的には、充電が開始されると同時に初期ロックタイマを起動し、このタイマにより設定された一定時間(例えば5分程度)の間は、充電初期に二次電池の端子電圧にピーク値が現れても充電を停止しないようになっている。

概要

充電初期に二次電池の端子電圧に充電末期で発生するようなピーク値が発生した場合の充電不足を防止すると共に、満充電の二次電池を再充電することによる過充電を防止できる二次電池の充電回路を提供する。

二次電池3の充電中の単位時間当たりの温度上昇率が所定値に達したことを検出する温度上昇率検出回路5と、二次電池3の充電中の端子電圧がピーク値から所定値低下したことを検出する−ΔV検出回路6と、温度上昇率検出回路5および−ΔV検出回路6の両方が検出信号を発生したとき二次電池3の充電電流を制御する充電制御回路2とを有する。

目的

本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、充電初期に二次電池の端子電圧に充電末期で発生するようなピーク値が発生した場合の充電不足を防止すると共に、満充電の二次電池を再充電することによる過充電を防止できる二次電池の充電回路を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

二次電池充電中の単位時間当たりの温度上昇率所定値に達したことを検出する第1の検出手段と、前記二次電池の充電中の端子電圧ピーク値から所定値低下したことを検出する第2の検出手段と、これら第1および第2の検出回路の両方が検出信号を発生したとき前記二次電池の充電電流を制御する充電制御手段とを具備することを特徴とする二次電池の充電回路

請求項2

二次電池の温度が充電初期の温度から所定値上昇したことを検出する第1の検出手段と、前記二次電池の充電中の端子電圧がピーク値から所定値低下したことを検出する第2の検出手段と、これら第1および第2の検出回路の両方が検出信号を発生したとき前記二次電池の充電電流を制御する充電制御手段とを具備することを特徴とする二次電池の充電回路。

請求項3

二次電池の充電時の温度と周囲温度との差が所定値に達したことを検出する第1の検出手段と、前記二次電池の端子電圧がピーク値から所定値低下したことを検出する第2の検出手段と、これら第1および第2の検出回路の両方が検出信号を発生したとき前記二次電池の充電電流を制御する充電制御手段とを具備することを特徴とする二次電池の充電回路。

技術分野

0001

本発明は二次電池充電回路係り、特に再充電時の過充電を防止できる充電回路に関する。

背景技術

0002

二次電池の急速充電の制御は種々の方法が知られているが、その一つに−ΔV制御方式がある。通常、二次電池を急速充電すると、端子電圧充電初期中期はなだらかに上昇するが、充電末期になると急激に上昇し、充電をさらに継続すると端子電圧はピーク値を示した後、下降する。このような二次電池の充電特性を利用して、電池の端子電圧を測定し、端子電圧がピーク値から所定値(ΔV)低下したことを検知して充電電流を制御する−ΔV制御方式がある。

0003

しかし、例えばニッカド(Ni/Cd)電池やニッケル水素(Ni−MH)電池は、長期間(電池の種類にもよるが、例えば1年以上)放置したり、過放電したりすると、その後に急速充電を行った場合、充電初期に二次電池の端子電圧に充電末期で発生するようなピーク値が発生して−ΔV制御が働いてしまい、充電が十分に行われないことがあった。

0004

この問題を解決するため、充電初期から一定時間(例えば数分)の間は−ΔV制御が働かないようにする充電装置が特開昭62−163531号公報に記載されている。具体的には、充電が開始されると同時に初期ロックタイマを起動し、このタイマにより設定された一定時間(例えば5分程度)の間は、充電初期に二次電池の端子電圧にピーク値が現れても充電を停止しないようになっている。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上述した従来例では、満充電状態の二次電池を誤って再充電した場合でも、充電初期から一定時間は−ΔV制御が働かないことにより、過充電となるおそれがある。この結果、このような再充電が繰り返される例えばコードレス電話などの機器の場合には、二次電池の寿命が短くなってしまうという問題があった。

0006

本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、充電初期に二次電池の端子電圧に充電末期で発生するようなピーク値が発生した場合の充電不足を防止すると共に、満充電の二次電池を再充電することによる過充電を防止できる二次電池の充電回路を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

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回路は、二次電池の充電中の単位時間当たりの温度上昇率が所定値に達したこと、または二次電池の温度が充電初期の温度から所定値上昇したこと、あるいは二次電池の充電時の温度と周囲温度との差が所定値に達したことを検出する第1の検出手段と、二次電池の充電中の端子電圧がピーク値から所定値低下したことを検出する第2の検出手段と、これら第1および第2の検出回路の両方が検出信号を発生したとき二次電池の充電電流を制御する充電制御手段とを具備することを特徴とする。

0008

このように本発明の充電回路では、第1の検出手段からの検出信号の発生によるdT/dt制御などの第1の制御条件と、第2の検出手段からの検出信号の発生による−ΔV制御の第2の制御条件が両方満たされたとき初めて満充電と判断し、充電電流を遮断するか下げることにより充電を制御する。

0009

従って、充電初期に充電末期に発生するようなピーク電圧が二次電池の端子電圧に発生して、−ΔV制御の第2の制御条件が満たされた場合でも、二次電池の温度は上昇せず第1の制御条件が成立しないことにより、−ΔV制御が働いて充電が途中で停止してしまうことによる充電不足の問題が解決される。

0010

また、満充電の電池が再充電された場合には、二次電池の端子電圧および温度は共に急上昇し、速やかに−ΔV制御が働いて充電電流が制御されるため、過充電量を少なくでき、二次電池に悪影響を与えることがなくなる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る二次電池の充電回路の一実施形態を示す回路図である。同図において、充電用電源1には充電制御回路2を介して二次電池(以下、単に電池という)3が接続されている。充電用電源1は、交流電源の出力を整流して直流出力を得る直流電源か、または他の比較的大容量の電池が使用される。

0012

充電制御回路2は、AND回路21、フリップフロップ回路22およびスイッチング素子23からなる。AND回路21の出力端子はフリップフロップ回路22のS端子セット入力端子)に接続され、またフリップフロップ回路22の/Q端子(反転出力端子)はスイッチング素子23の制御入力端子に接続される。スイッチング素子23は例えばバイポーラトランジスタからなり、充電用電源1と電池3のプラス端子との間に直列に挿入される。スイッチング素子23がバイポーラトランジスタの場合、そのベースがフリップフロップ回路22の/Q端子に接続され、エミッタが充電用電源1に接続され、コレクタが電池3のプラス端子に接続される。

0013

温度センサであるサーミスタ4は、電池3に密着して設けられており、電池3の温度を抵抗値変化に変換する。このサーミスタ4は、温度上昇率検出回路5の入力端子に接続されている。温度上昇率検出回路5は、サーミスタ4の抵抗値変化を電気信号に変換すると共に、この信号から電池3の単位時間(例えば1分間)当たりの温度上昇率(以下、単に温度上昇率という)dT/dtを求め、これが所定値dT/dt(0)を越えると出力端子に高レベルの信号を発生する。

0014

電池3のプラス端子には、さらに−ΔV検出回路6が接続されている。この−ΔV検出回路6は、電池3の端子電圧を測定すると共に、この端子電圧がピーク値から−ΔV(例えば10mVセル)低下すると、出力端子に高レベルの信号を発生する。

0015

温度上昇率検出回路5の出力端子と−ΔV検出回路6の出力端子は、AND回路21の2つの入力端子にそれぞれ接続されている。また、フリップフロップ回路22のR端子は、抵抗RとコンデンサCの直列回路からなるリセット信号発生回路7の出力端子に接続されている。

0016

次に、図1の二次電池の充電回路の動作を図2および図3に示す充電特性図を参照して説明する。充電回路の電源投入されると、リセット信号発生回路7の出力は一瞬高レベルとなり、これがフリップフロップ回路22のR端子に加わることによって、フリップフロップ回路22はリセットされ、/Q端子が高レベルとなる。これによりスイッチング素子23は導通状態になり、充電用電源1からスイッチング素子23を介して電池3に充電電流が流れて充電が開始される。

0017

図2は、電池3の充電量が少ない場合の充電時の端子電圧V、電池温度Tおよび温度上昇率dT/dtの時間的変化を示す図である。同図に示されるように、電池3の充電量が少ない場合、充電初期・中期では端子電圧Vと電池温度Tの上昇は緩やかである。充電末期になると、端子電圧Vおよび電池温度Tは共に急激に上昇する。

0018

そして、温度上昇率dT/dtが所定値dT/dt(0)に達し、かつ端子電圧Vがピーク値からΔV低下すると(t=t1 )、温度上昇率検出回路5の出力および−ΔV検出回路6の出力が共に高レベルとなるため、AND回路21の出力、つまりフリップフロップ回路22のS端子は高レベルとなる。これによりフリップフロップ回路22の/Q端子が低レベルとなり、スイッチング素子23が遮断状態となるため、充電は停止する。このとき、電池3は満充電となる。

0019

ここで、電池3がこのような満充電の状態で、例えばt=t2 でさらに急速充電が開始されると、直ちに端子電圧Vがピークを示し、かつ電池温度Tが急上昇して温度上昇率dT/dtが所定値dT/dt(0)に達するため、端子電圧Vがピーク値からΔV低下したt=t3 の時点で、電池3の充電が停止する。従って、満充電の電池が再充電されることによる過充電の問題が解決される。

0020

図3は、電池3が長期保存後または過放電状態の電池であり、充電量が空の状態の場合の充電時の端子電圧V、電池温度Tおよび温度上昇率dT/dtの時間的変化を示す図である。同図に示されるように、この場合は急速充電が開始されると、端子電圧Vは直ぐにピーク値に達し、t=t4 の時点でΔV低下して−ΔV検出回路6が検出信号を発生する。ところが、温度上昇率dT/dtは所定値dT/dt(0)に達せず、温度上昇率検出回路5の出力は低レベルを維持し、AND回路21の出力も低レベルのままであるため、充電は継続する。

0021

そして、充電が進んで充電末期となり、端子電圧Vがピーク値に達し、かつ温度上昇率dT/dtが所定値dT/dt(0)に達したt=t5 の時点で、電池3の充電が停止する。

0022

このように本実施形態では、温度上昇率検出回路5からの検出信号の発生によるdT/dt制御の条件と、−ΔV検出回路6からの検出信号の発生による−ΔV制御の条件が両方満たされたとき、充電制御回路2において初めて満充電と判断し、充電電流を遮断することにより、図2に示すように満充電の電池を再充電したときの過充電量を少なくでき、かつ図3に示すように充電量が空であるのにもかかわらず充電初期に端子電圧がピーク値に達するような長期保存後の電池や過充電状態の電池に対しても、満充電まで充電することができる。

0023

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように種々変形して実施することができる。
(1)上記実施形態では、充電電流の制御条件として、第1の検出手段であるdT/dt検出回路5からの検出信号と、第2の検出手段である−ΔV検出回路6からの検出信号の論理和を用いたが、第2の検出手段として、dT/dt検出回路5に代えて二次電池の温度が充電初期の温度から所定値上昇したことを検出する検出回路、または二次電池の充電時の温度と周囲温度との差が所定値に達したことを検出する検出回路を用いてもよい。

0024

(2)上記実施形態では、第1の検出手段からの検出信号と第2の検出手段からの検出信号の論理和が成立して満充電と判定したとき、充電制御回路2が充電電流を遮断して充電を完全に停止するように説明したが、満充電に達した後、充電電流を下げて補充電移行するようにしてもよい。

0025

(3)上記実施形態では、第1の検出手段である温度上昇率検出回路5、第2の検出手段である−ΔV検出回路6および充電制御回路2を全てハードウェアの回路で実現したが、マイクロコンピュータを用い、一部の処理をソフトウェアで実行することも可能である。

発明の効果

0026

以上説明したように、本発明によれば二次電池の充電中の単位時間当たりの温度上昇率が所定値に達したこと、または二次電池の温度が充電初期の温度から所定値上昇したこと、あるいは二次電池の充電時の温度と周囲温度との差が所定値に達したことを検出する第1の検出手段からの検出信号と、二次電池の充電中の端子電圧がピーク値から所定値低下したことを検出する第2の検出手段からの検出信号の論理和が成立したとき、電池が満充電と判断し、充電電流を遮断するか減少させる充電制御を行うことにより、満充電の電池の再充電時の過充電量を小さくでき、また長期保存後の電池や過放電状態の電池に対して確実に満充電まで充電することができるという効果が得られる。

図面の簡単な説明

0027

図1本発明の一実施形態に係る二次電池の充電回路の構成を示すブロック図
図2同実施形態の動作を説明するための充電量が少ない電池の端子電圧と電池温度および温度上昇率の変化を示す波形
図3同実施形態の動作を説明するための長期保存後または過放電状態の電池の端子電圧と電池温度および温度上昇率の変化を示す波形図

--

0028

1…充電用電源
2…充電制御回路
3…二次電池
4…サーミスタ
5…温度上昇率検出回路
6…−ΔV検出回路
7…リセット回路
21…AND回路
22…フリップフロップ回路
23…スイッチング素子

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