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技術 ニッケル−カドミウム電池の高速充電装置及びその高速充電方法

出願人 4シーテクノロジーズインコーポレイティド株式会社ジップチャージ
発明者 シモンズ,スチュアートニール
出願日 1992年7月28日 (28年10ヶ月経過) 出願番号 1993-516416
公開日 1994年3月3日 (27年3ヶ月経過) 公開番号 WO1993-019496
状態 特許登録済
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 温度上昇割合 演算行程 ゼロオーム 比率関係 測定温度データ 表皮温度 正電位端子 デユーティ比
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請求項1

充電を必要とする電池セル充電電流を供給する電流供給手段、該セルの温度を測定する温度測定手段、該セル温度を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの温度情報演算処理し、当該充電操作を停止すべき時期を示す制御信号を出力する演算手段、及び該演算手段の出力に応答して、当該電流供給手段から該セルに対する電流の供給を停止させるスイッチ手段及び該各手段を制御する制御手段とから構成されている、ニッケル−カドミウム電池充電装置で有って、該充電装置に於ける該電流供給手段は、少なくとも2Cの電流を当該充電操作中に該セルに供給するものであり、且つ該演算手段は、該サンプリング手段により濃度測定手段を介して得られた該セルの温度情報から、当該セルの温度の上昇割合を算出する第1の演算機能と、第1の時期における該セルの温度の上昇割合とそれに続く第2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較してその変化率を算出する第2の演算機能と該第2の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較して、該第2の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の2倍を越えるか否かを判断し、当該判断結果の基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する第3の機能とを有している事を特徴とするニッケル−カドミウム電池の高速充電装置

請求項2

該充電装置は、更に該セルの出力電圧を測定する電圧測定手段、該セル電圧を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの電圧情報を演算処理する演算手段とが設けられており、該演算手段は、更に該サンプリング手段により電圧測定手段を介して得られた該セルの電圧情報から、当該セルの電圧の上昇割合を算出する第4の演算機能と、該電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検出する第5の機能とを有するもので有って、該演算手段は、前記第3の機能に基づいて、該第2の時期における該セルの温度の上昇割合か、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の2倍を越えたと言う情報と該第5の機能に基づいて該電圧の上昇割合の最初の減少を検出したと言う情報とに基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する事を特徴とする請求の範囲1記載のニッケル−カドミウム電池の高速充電装置。

請求項3

該電流供給手段は、更に電流の量(Cレート)を変更する豊流量変更手段が設けられている事を特徴とする請求の範囲1乃至2記載のニッケル−カドミウム電池の高速充電装置。

請求項4

該セルの温度は、適宜の温度センサを用いて、当該セルの表面温度皮膚温度)、内部温度及びセル端子部の温度の中から選択された一つを測定するものである事を特徴とする請求の範囲1乃至3の何れかに記載のニッケル−カドミウム電池の高速充電装置。

請求項5

該演算手段に於ける第5の機能に基づく充電電流の供給停止信号は、該第5の機能が、セルの電圧上昇割合の最初の低下を検出した後、少なくとも複数回連続して、該セルの電圧上昇割合の低下が検出された場合に出力される様に構成されている事を特徴とする請求の範囲2記載のニッケル−カドミウム電池の高速充電装置。

請求項6

,該演算手段は、該セルの温度を測定する温度測定手段により所定の時間間隔でサンプリングした当該セルの温度情報を記憶しておく第1の記憶手段、該第1の記憶手段に記憶された所定時間間隔に於ける少なくとも2個の温度情報から当該所定時間内に於けるセル温度の平均値を算出する第1の演算手段と第1の演算手段により算出されたセル温度の平均値を記憶する第2の記憶手段、該第2の記憶手段に記憶されたセル温度の平均値情報から、隣接する所定期間内に於ける該セル温度の上昇若しくは下降に関する変化の割合を演算する為、該第2の記憶手段に記憶されている情報から、該充電操作の経過時間に於ける第1の時期における該セルの温度の上昇割合を演算する第2の演算手段、該第1の時期に続く第2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合を演算する第3の演算手段、該第3の演算手段て得られた第2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合が該第2の演算手段で得られた第1の時期における該セルの温度の上昇割合に対して、少なくとも2倍を越えているか否かを判断する第4の演算手段とから構成されている事を特徴とする請求の範囲1記載のニッケル−カドミウム電池の高速充電装置。

請求項7

該演算手段は、該セルの電圧を測定する電圧測定手段により所定の時間間隔でサンプリングした当該セルの電圧情報を記憶しておく第3の記憶手段、該第3の記憶手段に記憶された所定時間間隔に於ける少なくとも2個の電圧情報から当該所定時間内に於けるセル電圧の平均値を算出する第5の演算手段と第5の演算手段により算出されたセル電圧の平均値を記憶する第4の記憶手段、該第4の記憶手段に記憶されたセル電圧の平均値情報から、隣接する所定期間内に於けるセル電圧の上昇若しくは下降に関する変化の割合を為、該第3の記憶手段に記憶されている情報から、該充電操作の経過時間に於ける第1の時期における該セルの電圧の上昇割合を演算する第6の演算手段、該第1の時期に続く第2の時期に於ける該セルの電圧の上昇割合を演算する第7の演算手段、当該セルの電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検出する第8の演算手段とから構成されている事を特徴とする請求の範囲2記載のニッケル−カドミウム電池の高速充電装置。

請求項9

二次電池セコンダリ・セル)の温度を監視する一方でこの電池に対し充電電波印加することにより二次電池を再充電する方法において、少なくともこの温度の上昇率倍増検出時点で前記充電電流の印加を中断することを特徴とするニッケル−カドミウム電池の高速充電方法。

請求項10

二次電池の出力電圧を監視する一方でこの電池に対し充電電流を印加することにより二次電池を再充電する方法において、少なくともこの温度の上昇率の倍増の検出と、該電圧増加率が連続的に上昇した期間の直後にこの蓄電池の電圧増加率の低下した時点とが同時に検出された場合に、前記充電電流の印加を中断することを特徴とするニッケル−カドミウム電池の高速充電方法。

請求項11

ニッケル−カドミウム電池に充電電流を印加するための電源手段及びこの電池の温度を検知しそれを表わす温度出力信号を生成するための温度検知手段(RT1,U2)を有する、二次電池を再充電する装置において、(a)前記出力信号を監視し少なくとも前記温度の上昇率の倍増を検出した時点でカットオフ信号を生成するための信号処理手段(U3);及び(b)前記電源手段から前記電池を遮断するための前記カットオフ信号に対する応答性をもつスイッチ手段(Q2)、を特徴とする装置。

請求項12

ニッケル−カドミウム電池に対し充電電流を印加するための電源手段、この電池の温度を検知しそれを表わす温度出力信号を生成するための温度検知手段(RT1,U2)及びこの電池により出力された電圧を検知しそれを表わす電圧出力信号を生成するための電圧検知手段(U2)を含む、二次電池(BT1)を再充電する装置において、(a)前記出力信号を監視し、(i)少なくともこの温度の上昇率の倍増又は、(ii)前記電圧増加率が連続的に上昇した期間の直後の前記蓄電池の電圧増加率の低下を検出した時点でカットオフ信号を生成するための信号処理手段(U3);及び(b)前記電源手段から前記電池を遮断するため前記カットオフ信号に対する応答性をもつスイッチ手段(Q1)を特徴とする装置。

請求項13

前記温度検知手段には前記電池を横切って並列に接続されたサーミスタ分圧器(RT1,Rz)が含まれている、請求の範囲第1項に記載の装置。

請求項14

前記温度検知手段には、前記電池を横切って並列に接続されているサーミスタ分圧器(RT1,R2)が含まれている、請求の範囲第1項に記載の装置。

請求項15

当該セルの充電操作中に於いて、該セルの温度及び該セルの電圧の少なくとも一方の情報を外部に報知する為、適宜の表示手段が設けられている事を特徴とする請求の範囲1乃至7記載のニッケル−カドミウム電池の高速充電装置。

請求項16

充電を必要とする電池のセルに充電電流を供給する電流供給手段、該セルの温度を測定する温度測定手段、該セル温度を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの温度情報を演算処理し、当該充電操作を停止すべき時期を示す制御信号を出力する演算手段、及び該演算手段の出力に応答して、当該電流供給手段から該セルに対する電流の供給を停止させるスイッチ手段及び該各手段を制御する制御手段とから構成されている、ニッケル−カドミウム電池の充電方法で有って、該充電装置に於ける該電流供給手段は、少なくとも2Cの電流を当該充電操作中に該セルに供給すると共に、該演算手段は、該サンプリング手段により温度測定手段を介して得られた該セルの温度情報から、当該セルの温度の上昇割合を算出する第1の工程、第1の時期における該セルの温度の上昇割合とそれに続く第2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較してその変化率を算出する第2の工程、該第2の時期における該セルの温度の上昇割合か、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較して、該第2の時期における該セルの温度の上昇割合か、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の2倍を越えるか否かを判断し、当該判断結果の基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する第3の行程とを有している事を特徴とするニッケル−カドミウム電池の高速充電方法。

請求項17

該充電装置には、更に該セルの出力電圧を測定する電圧測定手段、該セル電圧を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの電圧情報を演算処理する演算手段とが設けられているニッケル−カドミウム電池の高速充電方法に於いて、該演算手段は、更に該サンプリング手段により電圧測定手段を介して得られた該セルの電圧情報から、当該セルの電圧の上昇割合を算出する第4の演算行程、該電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検出する第5の行程とを有するもので有って、該演算手段は、前記第3の行程に基づいて、該第2の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の2倍を越えたと言う情報と該第5の行程に基づいて該電圧の上昇割合の最初の減少を検出したと言う情報とに基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する事を特徴とする請求の範囲1記載のニッケル−カドミウム電池の高速充電方法。

0000

ニッケルカドミウム電池高速光を装置及びその高速充電方法
本出願は、二次電池の2、速な再充電に関するものであり、更に詳しくは、ニッ
ケルーカドミウム電池の高速充電装置及びニッケルーカドミウム電池の高速充電
方法に関するものである。
そして、本発明に於いては、ニッケルーカドミウムXi 池4m関する特に電池
の温度及び電圧は、再充電操作の間監視されており、この再充電作業は、監視さ
れているノイラメータの温度或いは温度と電圧が、特異な状況を示した時点で終
結される欅に構成されたものである。
ニッケルーカドミウム蓄電池といった二次電池(セコンダリセル)は、その耐
用期間全体を通して何度も再充電されうる。この再充電作業は、当業者には周知
のものである蓄電池に対する有害な影響を最小限におさえるべく入念C二制御さ
れなくてはならない(例えば「蓄電池の充′t:寿命延長能力」、Bob Wi
lliams、Ce1lular Business、1989年4月、p44
〜49を参照のこと)。二次電池再充電技術の初期において、再充電作業は数時
間もの時間を要していた。二次電池により給電を受けている消費者向は装置が増
一般化していくにつれて、時間単位ではなく分単位で二次電池を再充電できる
ステムに対する要求が生してきた。二次電池を「急速に充電すること」は可能
であるものの、これには、蓄電池に対する不可逆的な損傷を防く1こめの蓄電池
再充電プロセスのより一層入念な監視及び制御か必要となる(例えば「ニッケル
カドミウム蓄電池の最新情報。
1990年9月カドミウム協会ブリュソセルセミナー報告書、1990年11月
英国ロンドン、を参照のこと)。
先行技術は、二次電池を急速に再充電することのできるさまざまな二次電池再充
電システムを開発してきた。これらのシステムには、標準的に、再充電されつつ
ある蓄電池の電圧及び、/又は温度を監視し、その温度又は電圧が予め定められ
たレベルに達した時点で蓄電池に対する充電電流印加中断及び/又は変化さ
せるような電気回路関与している。米国特許第4+006+397 Ca t
 o t t i他は、先行技術の代表的なものである。
又、特公昭62−23528号及び特公昭62 23529号各公報には、ニッ
ケルーカドミウム電池等の二次電池の再充電方法に於−いて、再充電操作中に、
電池の電圧波形の変化に注目し、係る電圧波形に現れる複数個変曲点を予め記
憶させておき、記憶された複数個の変曲点が、所定の順序で発生した場合に、充
電操作を中断する様な方法が開示されているが、係る方法では、各種の電池のそ
れぞれに付いて、個別に充電操作中における電圧波形の変化を予め記録しておき
、再充電を行う必要のある電池の種類に応じて、当該充電操作を実行する以前に
記憶内容を当該電池ユニ対応するものに書換える操作が必要であり、操作が煩雑
となると共に、充電操作の環境、電池の履歴等によって、必ず巳も、当該電池の
電圧出力波形が、記憶された通りの順序や大きさ示さない場合かあるので、正確
な充電操作、再充電操作を行う事ができす、従って、電池の性能を劣化させずに
高速充電操作を実行する事が困難で有った。
つまり、従来の二次電池、特二こニッケルーカドミウム電池の再充電操作に於い
ては、通常では、6時間から長いものでは16時間をかけて充電操作を実行して
おり、高速充電と称して比較的短時間で再充電する方法でも1乃至2時間が必要
とされている。
処で、従来に於いては、係る再充電可能な電池、蓄電池、ハソテリと称されるも
のを再充電して所定の目的に使用する場合、出来るだけ充電時間は、少ない方が
良い事は判っているが、かかる二次電池の内部の化学反応原理に基づく温度の上
昇、内部圧力の上昇と言った問題がネックとなっているので、大量の電流を短時
間に電池に流して充電する事は、セルの破壊に繋がるのみでなく、当該セルの電
池特性、即ち出力特性充電特性等を劣化させる事になる事から、採用されてい
なかった。
然しなから、近年、かかる二次電池の需要が、各産業界の多方面で増大され、特
に、工作機械使用現場病院等の医療機器類、移動電話等を含めた通信事業
に於いては、電源が途中で切れる事を極力嫌うと同時ニこ高速、望ましくは瞬時
の再充電可能な二次電池に対する要望が強くなって来ている。
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、約数分乃至20分
以内と言う極めて短時間での二次電池、特にニッケルーカドミウム電池の再充電
を容易にするものである。二の非常ユニ高い速度での再充電は、比較的低速の先
行技術の再充電システムにおいてさほど有意でない、いくつかのパラメータの意
義を増大させる。しかしながら、これらのパラメータは、蓄電池に有害な副作用
を与えることなく安全で急速な再充電システムを生み出すように有効に処理でき
ることがわかった。
本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、充電を必要とする電池のセルに充電電流を供給する電流
供給手段、該セルの温度を測定する温度測定手段、該セル温度を測定してその情
報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該
サンプリング手段により得られた該セルの温度情報演算処理し、当該充電操作
を停止すべき時期を示す制御信号を出力する演算手段、及び該演算手段の出力に
応答して、当該電流供給手段から該セルに対する電流の供給を停止させるスイッ
チ手段及び該各手段を制御する制御手段とから構成されている、ニッケルーカド
ミウム電池の充電装置で有って、該充電装置に於ける該電流供給手段は、少なく
とも2Cの電流を当該充電操作中に該セルに供給するものであり、且つ該演算手
段は、該サンプリング手段により温度測定手段を介して得られた該セルの温度情
報から、当該セルの温度の上昇割合を算出する第1の演算機能と、第1の時期に
おける該セルの温度の上昇割合とそれに続く第2の時期に於ける該セルの温度の
上昇割合とを比較してその変化率を算出する第2の演算機能と該第2の時期にお
ける該セルの温度の上昇割合が、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合
とを比較して、該第2の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第1の時期
に於ける該セルの温度の上昇割合の2倍を越えるか否かを判断し、当該判断結果
の基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する第3の
機能とを有しているニッケルーカドミウム電池の高速充電装置である。
又、本発明に係る他のB様に於いては、前記した充電装置は、更に該セルの出力
電圧を測定する電圧測定手段、該セル電圧を測定してその情報を記憶しておくか
その情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段に
より得られた該セルの電圧情報を演算処理する演算手段とが設けられており、該
演算手段は、更に該サンプリング手段により電圧測定手段を介して得られた該セ
ルの電圧情報から、当該セルの電圧の上昇割合を算出する第4の演算機能と、該
電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検
出する第5の機能とを存するもので有って、該演算手段は、前記第3の機能に基
づいて、該第2の時期Oこおける該セルの温度の上昇割合が、該第1の時期に於
巳する該セルの温度の上昇割合の2倍を越えたと言う情報と該第5の機能に基づ
いて該電圧の上昇割合の最初の減少を検出したと言う情報とに基づいて、該セル
に対する充電電流の供給を停止させる信号を出力するニッケルーカドミウム電池
の高速充電装置である。
好ましい実施態様に従うと、本発明は、該二次電池、例えばニッケルーカドミウ
ム電池の温度が監視されている一方で、充電電流が電池に印加されるような二次
電池の再充電方法を提供するものである。
この充電電流の印加は、少なくとも該二次電池である蓄電池に関して測定されて
いる当該二次電池、即ちニッケルーカドミウム電池の温度の少なくとも1時期、
つまり第1の時期に於ける上昇割合が、他のの時期、即ち第1の時期に続いて発
生する第2の時期に於ける上昇割合とを比較して、該第2の時期における該セル
の温度の上昇割合が、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の2倍を越
えたと言う時点で中断される。
本発明は、上記の様に充電される二次電池のセル温度を検出して、該セル温度が
、上記した様に、当該セルの充電率が100%近傍となると、急激にその上昇割
合増加する事を利用して、当該充電操作を中止する様にしたもので、これにより
、高い電流を使用して、高速に再充電を行う事が出来る様になったので有るが、
本発明の目的を更に効率的に且つ正確に実行する為に、該セル温度の検出により
得られる温度特性識別に加えて、当該二次電池のセルの充電操作中にぢ;する
出力電圧を検出して、その電圧が、当該セルの充電率が100%近傍となると、
それまで一様Jこ増加−できた電圧の上昇割合の値が反転して負の増加、つまり
上昇割合が初めて減少すると言う特性を示す事を利用巳て、その両者の特性が同
時!二発生二た時点を持って、当該セル;二対する再充電用の電流の供給を停止
する用にしたもので有る。
即ち、本発明に於いては、二次電池に関する規格とじて一般化されている電流の
大きさを定めるCレート(C−rate)を用いて表される、高′を流を意味す
る2C以上の電流を使用して、再充電操作を実行するに際して、当該セルが該高
速、大iit流での充電操作中に示すセルの温度特性を、正確にチェフクして、
所定の温度特性を示した時点で、再充電操作を中止する事によって、従来問題と
なっていた、温度の上昇、内部圧力の上昇と言った問題を完全に回避出来、高速
での充電が可能となったものである。
更ムこ本発明に於いては、係る温度測定に加えて、セルの出力電圧も同時に測定
する事によって、より正確にセルに対する充電操作の中止時点を把握出来、安全
で、正確な再充電操作を行う事が出来、それにより、二次電池の出力特性、充電
特性を劣化する事がなく、該二次電池の寿命も増大させる事が可能となる。
即ち、本発明に於いては、セルの温度と併用して、セルの出力電圧が監視されて
いる一方で電池に対して充電電流を印加するような二次電池の再充電方法を提供
する。充を電流の印加は、電圧増加割合が連続的に上昇した期間の直後のM電池
電圧増加率の低下の検出時点で中断される。
尚、本発明に於ける充電電流の印加は、少なくとも蓄電池の温度の上昇割合の倍
増、及び電圧増加割合が連続的に上昇巳た期間の直後の蓄電池の電圧増加率の低
下を同時S:検出した時点で中断される。
本発明はさらに、二次電池を再充電するための装置をも提供する。この装置は、
電池に対し充電電流を印加するための電源、電池の温度を検知しそれを表わす出
力信号を生成するための温度センサ出力信号を監視しその予め定められた増加
率の検出時点でカットオフ信号を生成する信号プロセッサ及び、!#から電池を
遮断するためのカットオフ信号に対する応答性をもつスイッチを内蔵している。
温度センサは、電池を横断して並列に接続されたサーミスタ分圧器であってよい

本発明は、代替的に、電池に充電電流を印加するための電源、電池の出力電圧を
検知しそれを表わす出力信号を生成するための電圧センサー、出力信号を監視し
その予め定められた増加率検知時点でカットオフ信号を生成するための信号プ
ロセッサ及び電源から電池を遮断するためカットオフ信号に対する応答性を有す
るスイッチを有する二次電池再充電用装置を提供する。
本発明はさらに、電池に充電電流を印加するためのt源、電池の温度を検知しそ
れを表わす温度出力信号を生成するだめの温度センサ、電池の出力電圧を検知し
それを表わす電圧出力信号を生成するための電圧センサ、出力信号を監視′−そ
れらの予め定められた関係を検出した時点でカットオフ信号を生成するための信
プロセッサ、及び電源から電池を遮断するためカットオフ信号に対する応答性
をもつスイッチを有する二次電池再充電装置を提供する。
図1は、0.ICの率での蓄電池の充電及び放電の1こめの等価電気回路である

図2は、4Cの率での蓄電池充電のための等価電気回路である。
図3は、放電中の蓄電池用の等価電気回路である。
図4は、過充電を受けるNt電池の等価電気回路である。
図5は、図2の蓄電池充電等価回路について、秒単位の時間との関係において摂
氏単位の蓄電池温度(下の曲vA)と電圧(上の曲線)をプロットしたグラフ
ある。
図6は、図5に類似しているが、再充電前の初期蓄電池温度が図5に示されてい
ケースで用いられている蓄電池の初期温度よりも高いケースを例示している。
図7は、図5及び図6温度曲線の拡大図である。
図8は、図5及び図6のデータを重ねたものである。
図9は、本発明に従って二次電池を2.速に再充電できる蓄電池充電器電子
概要図である。
図10は、本発明に於いて使用される電池の表皮温度を測定する為の測定装置
一例を示す概略図である。
図11は、本発明に於いて使用される電池の温度を電池の出力端子電圧を測定す
る事により測定する測定装置の一例を示す概略図である。
図12は、本発明ユニ於ける充電装置の演算手段6の構成の一例を説明するブロ
クダイアグラムである。
図13図16は、本発明に係る充電装置を用いてニッケルーカドミウム電池を
充電操作しながらその温度と電圧を測定したグラフをそれぞれ示すものである。
図17図18は、従来に於ける充電方法によりニッケルーカドミウム電池を充
電した場合の温度と電圧の変化を示すグラフである。
図19は、図17図18に示された測定データから、温度上昇割合電圧上昇
割合を演算処理しその結果を示したグラフである。
図20図21は、図13図16に示された測定データから、温度上昇割合と
電圧上昇割合を演算処理しその結果を示したグラフである。
図22は、本発明に係る充電方法の手順の例を示すフローチャートである。
図23は、本発明に係る充電装置の回路構成例を示すブロックダイアグラムであ
る。
図24は、本発明に係る充電装置の電源部分の回路構成例を示すブロックダイア
グラムである。
図25は、本発明に係る充電装置の温度測定回路とその演算処理回路の回路構成
例を示すブロックダイアグラムである。
図26は、本発明に係る充電装置の電圧測定回路とその演算処理回路の回路構成
例を示すプロ、クダイアグラムである。
図27〜図43は、本発明に係る充電方法を実施する為の他の操作手順を示すフ
ローチャートである。
本発明の最良の実施態様
以下に、本発明に係るニッケルーカドミウム電池の基本的な特性と本発明に係る
ニッケルーカドミウム電池の高速充電装置及びその高速充電方法の原理に付いて
説明する。
ニッケルカドミウム蓄電池は、水酸化ニッケルで作られた陽極とカドミウム化合
物でできた陰極を有する。電解(蓄電池)液としては水酸化カリウムが用いられ
る。充電中、以下の反応が起こる:
2Ni (OH)z +Cd (OH)z→2N i OOH+Cd−4−2H
20(])
陽極では、水酸化ニッケルは、酸水酸化ニッケル(Ni○OH)に変換される。
陰極では、水酸化カドミウムがカドミウムに変換される。これにより以下のよう
な全体的電位差(起電力)が生み出される:
(+0.52ボルト)−(−0,80ボルト)=41.32ボルト
放電中、以下の反応が起こる:
2 N i OOH十Cd + 2 Hz O→2Ni (OH)z −1−C
d (OH)z (2)
従って、放電中、化学的反応は充電中に起こるものとは反対である。放電中に起
こる起電力も同様に、充電中に起こるものとは反対である。
蓄電池が最大負荷に達するにつれて電解液内に含まれでいる水が電解を受け、陽
極で酸漿ガスが又陰極で水素ガスが生成さaるということも良く知られている。
この結果、電解液中で水の減少が起こる。さらに、生成されたガスは、蓄電池の
ケーシング内で内部圧力を打ち立てる。潜在的な爆発を避けるため、ケーシング
には、生成されたガスが安全レベルを超えて蓄積した場合にそれを放出できるよ
うにする圧力放出排気口が備わっている。現在の蓄電池製造技術は、蓄電池の陽
極よりも陰極により誘引力の強い材料(active material)を提
供することによって蓄電池内のガスの生成を最小限におさえようとしている。こ
れにより陽極は陰極が最大限まで充電された状態になるよりもはるかに前に最大
限まで充電された状態となることができる。このとき酸素ガスのみが、以下の要
領で生成される:
40H−+2Hz O十Oz +4 e (3)酸素は負極へと移動し、ここで
、カドミウムと再度結びついて水酸化カドミウムを生成する(すなわち、酸素ガ
スの生成無しに)。水酸化カドミウムはもともと陰極の放電生成物である。陰極
における充電反応速度が酸素再結合反応速度と一致するほどまでに上昇した場合
平衡が達成される。従って、陰極はつねに最大限を下回る充電を受けるが、水
素ガスは生成されない。蓄電池は上述の一致が達成された時点で最大限に充電さ
れたとみなされる。それ以上の充電は「過充電−と呼ばれる。
上述のことは、過充電電流がほぼ0.3Cの率〔すなわち1000ミリアンペア
一時(fAh 」)の電池に印加され1こ300ミリアンペア(rmA4 )と
等価の充@、電流〕に制限されている場合にのみ言える。この充電率では、蓄電
池の内部圧力は1気圧に維持されることになる。しかし、過充電電流がICの率
(すなわち100100Oの蓄電池に印加された10100Oと等価の充!電流
)まで増大した場合、蓄電池の内部圧力は10気圧にまで上昇することになる。
ICの過充電率を超える充電率では、蓄電池の内部圧力はさらに大きいものとな
る。従って、高い充電率で充電している間蓄電池の過充電を防ぐことが重要であ
る。
本発明は、発明人は、本発明を理解する上で当業者の助けとなる以下の理論的
述を提示する者である。
蓄電池というのは、電力を貯えることを目的とする電気化学的装置である。蓄電
池の中で起こるさまざまな条件を立証するため、等価電気回路を用いることがで
きる。蓄電池内の化学反応が変わるときにはいつでも異なる等価回路を用いなく
てはならないということに留意されたい。
図1は、0.ICの率で充電及び放電しているときの蓄電池のための等価電気
路であり、これは最も一般的に用いられている電気モデルである。蓄電池の内部
抵抗、Rinternalは、蓄電池内のエネルギーレベル反比例する抵抗値
をもつ可変抵抗器として表わされている。蓄電池が充電するにつれて、Rint
ernalは当初高いが、蓄電池が充電状態になるにつれて減少する。キルヒホ
ッフの電圧の法則を適用すると、Rinternalが高い場合、印加された充
電電圧の大部分はRinternalを横切って下鋒し、N電池を横切って降下
する電圧はきわめて少ないということがわかる。RinLernalが減少する
S:っ
て、印加された充電電圧の大部分はN電池を横切って障下し、Rinterna
lを横切って降下する電圧はきわめて少ない。蓄電池が放電するにつれて、Ri
nLernalは当初低いが、蓄電池のエネルギーレベルが減損するにつれて増
大する。従って、Rinternalを横切っての初期電圧降下はほとんど無い
が、この電圧降下は蓄電池のエネルギーレベルが減少するにつれて増大スル
蓄電池の中のワット損の効果を分析することは可能である。
Rinternalは、蓄電池の充電及び放電の両方の間に電力を散逸させる。
ワット損の結果として予想されるのは熱であるが、吸熱化学反応は、仮に真の熱
が生成されとしてもその量は非常にわずかなものであるが故に、RinLern
al内のワット損の加熱効果と相殺する。過充電の間でさえ、蓄電池は、有害な
効果無しに最高0.30の率まで過剰エネルギーを収容することができる。
しかしながら、充t/遇充電率が0,3Cを超える場合、蓄電池内の化学反応の
固有平衡に影響を与えるその他の要因を考慮しなくてはならない。
図2は、高電流条件である4Cの率での蓄電池充電のための等価電気回路である
。この図は並列の2つの内部抵抗器を示している。すなわち固定抵抗器Rint
lと可変抵抗器RinL2である。Ri n t 2 !:、Rint2の抵抗
値が蓄電池のエネルギーレベルと反比例するという点て図1のRinterna
lに相応する。同様S:、RinL2内のワット損によりひき起ニされる加熱は
、化学反応の吸熱効果S:よって相殺される。Rintlは、Rintlの抵抗
値が固定され蓄電池内で起こる化学反応のいずれとも無関係であるという点て、
Rint2から分離した残留抵抗成分を表わしている。
Rintlの抵抗値は比較的小さく、そのため充電中にそれが有する効果は全て
蓄電池の全体的温度を全くとまでは言わないものの最小限にしか上昇させない。
蓄電池が最大限に充電された状態になるにつれて、Rint2の抵抗はRint
lの値より低い値まで減少し、Rintlの効果が支配的になる。この時点で、
Rintlにより大量の熱が生成され、蓄電池の全体的温度を大幅C:上昇させ
ることになる。
図3は、蓄電池の放電中のRinLlとRint2の関係を示している。当初R
intlの抵抗値は支配的であり(すなわちRint2の抵抗値を大幅に上まわ
る)、そのため全ての内部加熱又は端子電圧減少はまず最初にRintlにより
ひき起こされる。蓄電池のエネルギーレベルが減少するにつれて、Rint2は
増加する。場合によっては、Rint2の抵抗値は非常に高くなりそのだめの蓄
電池の電圧の全てがRintl及びRint2を横切って陣下し、蓄電池を横切
って降下するものが全くなくなる(すなわち蓄電池の端子を横切ってセロの出力
電圧が現われる)。
図4は、過充電を受けている蓄電池の電気的等価回路である。蓄電池が最大限に
充電された場合、Rint2の抵抗値は実際にゼロオームである。従って、蓄電
池内に残る唯一の抵抗:よRintlで表わされるものである。RinLlによ
りひき起こされる加熱は、最高0.30までの充電率5二おいて最小限であるこ
とがわかっている。0.30以上の充電率では、RinLl内のワット損により
生成される熱は充電率の増大に正比例して増大する。さらに、高い充電率では過
剰の量の酸素が生成される。酸素は陰極でカドミウムと再結合し、電池の電圧を
減少させる。このことは逆にRintlにより散逸させられる電力を増大させ、
こうしてさらに熱が増加し、熱的暴走条件がひき起こされる。従って、上述のよ
うに高い充電率で充電しながら蓄電池の過充電を防くことが重要である。
図5から図8までは、4Cの率で充電されつつあるニッケルーカドミウム電池に
対する温度及び電圧の効果を示している。図5及び6は、さまざまな初期蓄電池
温度についての蓄電池の端子電圧及びその表面温度の関係を表わしている。さら
に限定的に言うと、図5は、4Cの率で充電し38.8°Cの初期温度をもつ蓄
電池についての秒単位の時間と摂氏で表わした蓄電池温度(rTEMPIJと印
のついた下の曲線)及び電圧(rVOLTl」と印のついた上の曲線)の関係を
プロットしたものである0図6は、それぞれの蓄電池温度及ヒ電圧ノ曲H’h”
 T E M P 2 」及びrVOLT2−と印づけされており又、蓄電池の
初期温度が23.3°Cであることを除いて、類似の図である。図7は、図5
図6の温度曲線の拡大図を提供している。
充電中の蓄電池電圧を分析すると、充電サイクルの完了Sコロけて、電圧増加率
の急激な増大及びそれに続く減少が見られる。図5及び6を参照すると、蓄電池
の電圧増加率が最初の9分間(0秒から540秒まで)の1秒あたり約1ミリボ
ルトから次の90秒の間(600秒から690秒まで)の1秒あたり約4ミリボ
ルトまで、そして次の90秒の間(690秒から780秒まで)の1秒あたり約
ミリボルトまで上昇していることがわかる。その後、蓄電池の電圧は増加し続
けるが、その増加率は場合によって830秒の時点で1秒あたり約2ミリボルト
まで減少する。4Cの率で印加された約830秒の充電後、蓄電池はもはやエネ
ルギーを受入れることができず、最大限に充電されたとみなすことができる。
図5.6及び7の蓄電池温度曲線を分析すると、充電サイクルの終結時点を除い
て曲線が全く顆頭性をもたないことがわかる。0秒から660秒までは、rTE
MP IJ曲線は1秒あたり0.0097°Cの温度の増加を示し、一方7TE
MP2Jの曲線は実際−秒あたり0.0057°Cの温度低下を示している。6
60秒から830秒までは、温度上昇率はそれぞれ1秒あたり0.038°C(
TEMPI曲線)及び1秒あたり0.01°C(TEMP2曲線)まで上昇して
いる。これは、蓄電池がほぼ最大限に充電された時点での温度上昇率の少;くと
も2倍の増加(つまり倍増)を立証している。
処で、本発明の目的の一つである急、速な高い率での充電には、非常に急速に起
こり蓄電池に不可逆的な損傷を引起しうる有害な条件を避けるため充電量を精確
に制御することが必要である。最高ICの率で蓄電池に充電を行なうことのでき
る従来形の充電技術は、IC以上の充電率で使用された場合欠点を呈する。特に
、過剰充電が起こり、これが今度は、上述のとおり蓄電池内の過度の熱生成をひ
きおこす。これは、容量の減少、サイクル寿命の短縮及び電池ガス抜きの可能性
をひきおこしうる。ICの率を上回る充電率での必要とされている精確な制御は
、蓄電池の電圧、蓄電池の温度又はその両方を入念に監視することにより達成で
きる。
蓄電池電圧は、蓄電池が95%から100%充電された時点でのみ起こる独特
特性を示す、この特性は、蓄電池の電圧増加率が連続的に上昇していた一期間の
直後の蓄電池の電圧増加率の低下である。高い充電率は、この低下が検出された
場合、蓄電池が過充電されるのを防ぐように中断されなくてはならない。
蓄電池の温度も又、蓄電池が95%から100%充電された時点でのみ起こる独
特の特性を示す、この特性は、蓄電池の温度上昇率の少なくとも2倍の急激な増
大である。この急速な増加は、蓄電池がほぼ最大限に充電されていること、及び
高い充電率を中断すべきであることを意味する。
上述の電圧又は温度の条件のうち一方が検出された時点で高い率での充電を中断
する代りに、代替的に、これらの両方の条件を同時に検出した時点で高い率での
充電を中断することもできる。
上述のように高い率での蓄電池の充電を精確に制?I[+することにより、蓄電
池を望ましくない過充電の効果にさらすことなく、その容量の約95%から10
0%以内まで急速5二充電することができる。
以下に本発明に係るニッケルーカドミウム電池の高速充電装置の具体例を図面を
参照しながら詳細に説明する。
図9は、本発明に係るニッケルーカドミウム電池の高速充電装置1の第1の態様
に於ける一興体例の構成を説明するプロ、クダイアグラムであり、図中、充電を
必要とする電池のセル2に充電電流を供給する電流供給手段3、該セル2の温度
を測定する温度測定手段4、該セル温度を測定してその情報を記憶しておくかそ
の情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段5、該サンプリング手段5
により得られた該セルの温度情報を演算処理し、当該充電操作を停止すべき時期
を示す制御信号を出力する演算手段6、及び該演算手段6の出力に応答して、当
MW流供給手段3から該セル2に対する電流の供給を停止させるスイッチ手段
及び該各手段を制御する制御手段8とから構成されている、ニッケルーカドミウ
ム電池の充電装置で有って、該充電装置1に於ける該電流供給手段3は、少なく
とも2Cの電流を当該充電操作中に該セルに供給するものであり、且つ該演算手
段6は、該サンプリング手段5により温度測定手段4を介して得られた該セルの
温度情報から、当該セルの温度の上昇割合を算出する第1の演算機能と、第1の
時期における該セルの温度の上昇割合とそれに続く第2の時期に於ける該セルの
温度の上昇割合とを比較してその変化率を算出する第2の演算機能と該第2の時
期における該セルの温度の上昇割合が、該第1の時期に於ける該セルの温度の上
昇割合とを比較して、該第2の時期6二おける該セルの温度の上昇割合が、該第
1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の2倍を越えるか否かを判断し、当該
判断結果の基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力す
る第3の機能とを有しているニッケルーカドミウム電池の高速充電装置である。
更に本発明に係るニッケルーカドミウム電池の高速充電装置1に於いては、図9
に示す基本的な構成例に加えて、更に該セル2の8力電圧を測定する電圧測定手
段41、該セル電圧を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算
手段に出力するサンプリング手段51、該サンプリング手段51により得られた
該セル2の電圧情報を演算処理する演算手段が、前記の演算手段6と共通に設け
られており、該演算手段6は、更に該サンプリング手段51により電圧測定手段
41を介して得られた該セルの電圧情報から、当該セルの電圧の上昇割合を算出
する第4の演算機能と、該電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最
初の該上昇割合の減少を検出する第5の機能とを有するもので有って、該演算手
段6は、前記第3の機能に基づいて、該第2の時期における該セルの温度の上昇
割合が、該第1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の2倍を越えたと言う情
報と、該第5の機能に基づいて該電圧の上昇割合の最初の減少を検出し1こと言
う情報とに基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力す
る様に構成されているものである。
本発明に係る該ニッケルーカドミウム電池の高速充電装置ユニ於いては、高電流
を供給しながら所定の二次電池即ちニアケル−カドミウム電池を充電するもので
有って、従来C二於ける充電操作に於ける電流に関する条件とは、全く異なり、
少なくとも2Cレ一ト以上の高電流を該ニッケルーカドミウム電池の供給させる
事が望ましい。
具体的には、それぞれのニー・ケル−カドミウム電池の定格電流に対して、2C
若しくはそれ以上の電流、即ち3C14C或いは50等の電流を供給するもので
ある。
従って、本発明に於いては、充電操作が要求されているニッケルーカドミウム電
池の構成、出力電圧、出力電流等うを含めた電池の定格、各種特性、更には、残
留容量、充放電履歴等によって、充電操作時に該セルに供給すべき電流の量を最
適な値に調整する必要があり、その為に、本発明に係るニッケルーカドミウム電
池の高速充電装置に於いては、更に電流の量(Cレート)を変更する電流量変更
手段9が設けられている事が好ましい。
又、本発明に於ける、高電流を供給しなから該二・ノケルーカドミウム電池の
セル温度を適宜の温度センサから構成される温度測定手段4を用いて測定するも
のであるが、測定される温度は、当該セルの表面温度(表皮温度)、内部温度
セル端子部の温度のいずれの温度で有っても良く、必要ζこ応して、適宜の態
様が選択され、測定される。
当該セルの温度測定に使用される温度測定手段4に於ける温度センサの構成は特
に限定されるものでは無いが、例えば、回10に示す様に、セル2の本体部分表
面に例えばN P N l。
ランジスク或いはサーミスタ等から構成される温度センサ45を例えば粘着テー
プ46等を用いて該セル30本体部分表面部の当接させたもので有っても良い。
本発明に係る充電装置に当該セル2を挿入して充電操作を実行する場合には、図
10に示す様に、セルの一方の端子に正の電極、他方の端子に負の電極が接続さ
れる様に構成されるものである。
図11には、本発明に係る該ニッケルーカドミウム電池の高速充電装置に使用
されるセルの温度測定手段の他の例を説明する図であり、本具体例に於いては、
充電操作を受けるセル2の端子温度を測定する方法として、該セルの出力端子
温度を測定する様にした例を示しているので有って、図中、該セル2のプラス
端子31に充電用の例えば、スプリングを内蔵している接続端子43が接続され
、充電操作中に充電電流が供給され、該マイナス側端子32には、金属からなる
例えば、スプリングを内蔵している充電端子42が接続されて、該充電端子42
から、接地に向けて該マイナス側端子32から電流が導出される場合に於いて、
該マイナス側端子32に接続される充電端子42の一部に上記した構成と同!;
機能を有する温度センサ4を取り付け、該セルの出力端子の温度を測定するもの
である。
測定温度データは、適宜の電圧値に変換されて、後述する適宜の演算処理手段
に供給される。
一方、本発明ユニ於ける該演算手段6Sこ於ける前記しな第5の機能に基づく充
電電流供給停止信号は、該第5の機能力、セル2の電圧上昇割合の最初の低下
を検出しな後、少なくとも複数回連続じて、該セルの電圧上昇割合の低下が検出
された場合にのみ出力される様に構成されている事が好ましい。
つまり、本発明に於いては、該セル2の電圧上昇割合が、図5及び図6に示され
る様に、セル汎二対する充電操作度か開始されてから、充電操作が完了する近傍
まで、該セルの電圧の上昇割合は、−貫して上昇傾向を示すもので有って、従っ
て、該セルの電圧レベルの変化を微分した値である変化の程度は、正の値となっ
ているものであり、これを更に微分した変化の割合は、0又は正を示すが、更に
、当該セルに対する充電が進行して、略充電率が100%近辺となった場合に、
当該電圧;よ、!、!に反転して減少二こ向かうので、該電圧の上昇割合は、−
転して負の値となる。
つまり、本発明に於ける該セルの電圧を測定する場合には、該電圧の変化が所定
の期間連続しで上昇を示した場合で、その連続する電圧の上昇期間の最初に来る
該電圧の上昇割合の低下を検出シで、該セルの充電状態が100%になったか或
いは、近接したと判断じて、充電操作を中止させる制御信号を該制御手段8に送
り、該スイッチ手段7を差動させて該電流供給手段3から、所定の充電電流が該
セルに流れない様C二制御するものである。
処で、係る電圧レベルの変化は、特に該セルの充電率が100%に接近した場合
には、微妙な状態にあるので、安全性を考慮して、最初に該電圧の上昇割合が負
に変化した場合でも、直ちに、充電操作を中止させる制御信号を発生させずS:
、もう1〜2回サンプリングを実行して、その上昇割合を確認した上で、当該充
電操作を中止させる制御信号を発生させる様に構成する事が好ましい。
例えば、当該電圧の上昇割合が負に変換してから、3回連続して、電圧の低下が
見られた場合に、当該充電操作を中止させる制御信号を発生させる様にする事が
好ましい。
次に、本発明に於いて使用されている、該演算手段の構成例を図面を参照しなが
ら説明する。
図12は、本発明に係るサンプリング手段4又は41に於ける記憶回路と演算手
段6の機能及び回路構成の一例を説明する図であり、特にセルの温度を測定しそ
の結果を演算処理する装置の例を説明するブロックダイアグラムであって、該セ
ル2の温度を測定する温度測定手段4により所定の時間間隔でサンプリングした
当該セルの温度情報を記憶してお(第1の記憶手段61、該第1の記憶手段61
に記憶された所定時間間隔に於ける少なくとも2個の温度情報から当該所定時間
内に於けるセル温度の平均値を算出する第1の演算手段62と第1の演算手段6
2により算出されたセル温度の平均値を記憶する第2の記憶手段63、該第2の
記憶手段63に記憶されたセル温度の平均値情報から、隣接する所定期間内に於
ける該セル温度の上昇若しくは下縫に関する変化の程度、即ち例えば5秒間にお
ける変化の割合を演算する為に、該第2の記憶手段63に記憶されている情報か
ら、該充電操作の経過時間に於けるある適当な時期である、第1の時期(例えば
5秒間)における該セルの温度の上昇割合を演算する第2の演算手段64、該第
1の時期に続く第2の時期(例えは5秒間)に於ける該セルの温度の上昇割合を
演算する第3の演算手段65、該第3の演算手段65で得られた第2の時期に於
ける該セルの温度の上昇割合が該第2の演算手段64で得られた第1の時期にお
ける該セルの温度の上昇割合に対して、少なくとも2倍を越えているか否かを判
断する第4の演算手段66とから構成されているニッケルーカドミウム電池の高
速充電装置である。
尚、本発明に於ける該充を装置に於いては、上記第2と第3の演算手段64.6
5は、共通に設けられているもので有っても良い。
次に、本発明に於ける測定情報の演算処理の手1@に付いてその例を具体的に説
明する。
先ず、本発明に於いて、該セルの温度を測定して充電操作を制御する方法の例を
説明する。
中央制御手段8から所定の間隔で発振されるクロック信号に応答して、温度測定
手段4が、該セルの例えば表皮温度を測定して、その情報を第1の記憶手段61
に一旦記憶させる。
該セルの温度は、上記した様な適宜のセンサを用いて、当該セルの温度を電圧に
変換するものである。
本発明に於いては、該クロック信号毎に温度測定情報が得られるので、所定期間
に複数個の温度情報が当該第1の記憶手段61に記憶される。
本発明に於ける該クロック信号の周期は、サンプリング周期に相当するものであ
り、その周期は特に限定されるものではないが、例えば、1秒間に10〜50個
のデータをサンプリングする様に構成するもので有っても良い。
該第1の記憶手段61は、所定の大きさの記憶容量を有しており、例えば、少な
くとも、5秒間250個のデータが記憶される欅に構成されている事が好ましい

次いで、本発明に於いては、該第1の記憶手段61に記憶された複数個の温度情
報から、第1の演算手段62に於いて、所定時間間隔に於ける該温度情報の平均
値を算出するものである。
係る平均値としては、例えば、連続して得られたサンプリング値である少なくと
も2個の温度情報がらセル温度の平均(I (T AVI、Tavz ・・・ 
TV、)を算出する様にしたもので有っても良く、又10〜50個のデータから
それに相当する所定時間内、例えば5秒間内での平均値を算出する様にしたもの
で有っても良い。
係る記憶手段としては、例えば、F I F O(first−in−fir5
t−out)型の記憶装置を使用する事が可能である。
該第1の演算手段62により算出されたセル温度の平均値(T av+、TAv
2・・・TvR)は、例えば、適宜の第2の記憶手段63に一旦記憶される。
該第2の記憶手段63に記憶されたセル温度の平均値情報(T sv+、TAv
2・・・TV、、)から、隣接する所定期間内例えば5秒間内に於ける該セル温
度の上昇若しくは下降に関する変化の程度、即ち割合を次に演算する。
即ち、例えば、第1の期間、つまり有る選定された時期における、最初5秒間に
於ける平均価T AVI と第2の期間、つまり第1の期間に続く5秒間に於け
る平均値TAV2及び第3の期間、つまり第2の期間に続く5秒間に於ける平均
値TAvzに付いて、その期間における温度の平均値の変化の割合(νT+、ν
τ2)を第2の演算回路64と第3の演算回路65に於いてぞれそれ以下の様に
演算する。
TAV2−T AVI =V t+
T4v3 TAvz =V tz
以下同様にして、充電操作期間中のそれぞれ所定の期間毎に温度の平均値の変化
の量(V73、シア2)を演算処理するものである。
尚、上記の各個は、そのままで、5秒間に於ける温度の変化の割合を示すも・の
であるから、係るデータをそのまま当該割合として使用出来るが、単位時間当た
りの変化割合を正確に表すとすれば、例えば1秒間の当該温度変化の割合として
を以下の様に演算してもよい。
νTl/ 5 =RV t+
V rz/ 5 =RV 72
次いで、本発明に於いては、第4の演算手段66に於いて、該第3の演算手段6
5で得られた第2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合RVア2が該第2の演
算手段64で得られた第1の時期における該セルの温度の上昇割合VTI若しく
はRViに対して、如何なる比率関係に有るかを第4の演算回路66に於いて演
算して判断するものである。
つまり、本発明に於いては、前記した様に、充電操作中にニッケルーカドミウム
電池のセルの温度は、充電率が100%に接近すると急激に上昇する事が実験
からも確認されているので、係る状況をいち速く検出して充電操作を中止しない
と、セルを破壊させたりセルの性能を劣化させる事になるので、本発明では、上
記の様に、セル温度の上昇割合の変化をモニターして 今回の測定時の当該セル
温度の上昇割合が前回の測定時の当該セル温度の上昇割合の2倍を越える変化が
検出された場合には、当該セルの充電率が100%若しくはその近傍に達したも
のと判断して、充電操作を中止する制御信号を発生させる様にしたものである。
従って、具体的には、第2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合vT□若しく
はRV T□が第1の時期における該セルの温度の上昇割合v7.若しくはRシ
フ、に対して少なくとも2倍を越えているか否か、即ち
2ν 月<V、。
を第4の演算手段66に於いて判断させるもので有る。
又、本発明に於いては、上記の演算処理に加えて、高速充電操作中のセルの電圧
を測定して、電圧の上昇割合との組み合わせで、当該充電操作を中止させる方法
を第2の態様として採用しているものであるので、当該セルの電圧の測定に関す
る演算手段6の構成と手順を以下に説明する。
尚、上記した様に、本発明に於いてセルの電圧を測定して、その電圧情報を演算
する演算処理手段は、上記した演算手段6と大部分を共通に使用するものである
で、かかる共通処理手段に付いての具体的説明は、省略しで、電圧情報に特に関
連する部分のみを説明する。
当該ニッケルーカドミウム電池のセル2Sこ於ける端子に出力電圧測定手段であ
る適宜の電圧測定センサを取り付け、温度測定の場合と同様に、中央制御手段8
から所定の間隔で発振されるクロック信号に応答して、電圧測定手段41が、該
セルの電圧を測定して、その情報を第1の記憶手段61に一旦記憶させる。
以下第3の演算手段65に至る情報処理手順は、上記した温度情報の演算処理手
順と同一である。
即ち、電圧情報からセル電圧の平均値(V AVI、VAVZ・・・ vvn)
を算出し、第1の期間と第2の期間における電圧の平均値の変化の量(νVI%
VV□)を以下の様に演算する。
シAV2−シAVI =V VI
VAV3 VAVZ =V vz
次いで、上記の各情報から、必要であれば、例えば1秒間の当該温度変化の割合
としてを以下の様に演算する。
V vI75 =RV y+
Vv□15;R〜゛9□
次いで、本発明に於いては、第4の演算手段66に於いて、該第3の演算手段6
5で得られた第2の時期に於ける該セルの電圧の上昇割合vv□若しくはRV 
VZが該第2の演算手段64で得られた第1の時期における該セルの電圧の上昇
割合vv+若じくはRV vI に対して、如何なる関係に有るかを判断するも
のである。
つまり、本発明に於いては、前記した様に、充電操作中ユニ二、ケルーカドミウ
ム電池のセルの電圧は、充電操作の当初は、充電処理時間の増加に従って緩やか
に増加するが、充電率が100%に接近すると急激に電圧が上昇し、充電率が1
00%に達するか、或いは充電率が100%に極めて接近すると該電圧が急に低
下する事が実験上からも確認されているので、係る状況をいち速く検出して充電
操作を中止する必要がある。
その為、本発明では、上記の様に、セル電圧の上昇割合の変化をモニターして、
充電操作の所定期間に渡って、該電圧の上昇割合が連続して増加若しくは上昇v
I合が変化していない状態に続いて最初に該電圧の低下が発生した場合に、つま
り該電圧の上昇割合が負の状態を示した時点で当該セルの充電率が100%若し
くはその近傍に達したものと判断して、充電操作を中止する制御信号を発生させ
る様にしたものである。
従って、具体的には、第2の時期に於ける該セルの電圧の上昇割合vv□若しく
はRV vzが第1の時期における該セルの電圧の上昇割合VVI若しくはRV
 vIに対して以下の関係にあるか否かを判断するものである。
Vv□ −ν9.<O
又、本発明に於いては、上記の演算処理の結果、から直ちに当該充電操作を中止
する制御信号を出力しても良いが、更に連続する複数回の前記演算処理時期に於
ける当該電圧情報をモニターして、該電圧の低下が継続されている事を確認した
後に該充電操作を中止する制御信号を出力する様にしでも良い。
本発明に於ける充電操作を行った場合の二、ケル−カドミウム電池の温度と電圧
の変化と従来に於ける充電操作を行った場合との比較を図13図18に示す。
図13は、本発明に従って30レートで高電流高速充電処理を行った場合のニッ
ケルーカドミウム電池のセル温度の変化を示す波形であり、図14は、その電圧
の変化を示す波形である。
スス15は、本発明に従って50レートで畜電流高速充電処理を行った場合の 
係る図から判る様に、従来の充電操作に於いては、完全充電に戻る迄に、少なく
とも40分掛かっており、又当該セルの温度及び電圧の変化は、該二・7ケルー
カドミウム電池の充電率が100%に接近して場合でも、それらの変化の割合は
比較的小さく、従って、充電率が100%になり充電操作を中止する時点を正確
に且つ迅速に判断する事が不可能であった。
更に、係る従来の充電操作に於いては、例えば本発明に於いて目標とする当該セ
ルの充電率を100%とする時間を20分以内、好ましくは10分以内としてい
るが、その時点に於いては当該波形には何らの顕著な変化が見られないので、充
電操作の継続或いは中止を判断する根拠が全く無いのである。
此れに対し、本発明に於いては、20分以内、特に4c、5Cレートに於いては
14分以内で充電率を100%とする事か可能である。
次ユニ、本発明に係る充電操作二こおいて、上記図13図18に示される波形
の基になる基礎データである、充電されるセルの温度を電圧の実際の測定例を第
1表〜第3表に示してδく。
第1表は、従来の高速充電方法である1、50のレートを用いてサンヨー電気
製KR−1200AHのニッケルーカドミウム電池を充電操作して、温度と電圧
のデータを、サンプリング周期を1秒に50個として測定し、5秒毎にその間に
得られた該サンプリングデータを平均値として表示したものである。
又第2表と第3表は、第1表と同し測定データであるが、それぞれ3Cレートと
50レートで電工■製P−60AARMを用いて充電操作した場合の例を示
したものでる。
図19図21は、上記第1〜3表の各データに関して、前記した定義に基づ
いて温度及び電圧の上昇割合を算出してグラフ化したものである。
図19は、第1表のデータに関して温度及び電圧の上昇割合を算出してグラフ化
したもので有って、充電操作時間が40分を越える迄、温度と電圧の上昇割合は
、殆ど変化せず、略同じ上昇割合で上昇を続け、40分に近づくと温度は、その
上昇割合が僅かに大きくなっており、又電圧も、充電操作時間が40分を越える
迄、電圧の上昇割合は、殆ど変化セず、略同し上昇割合で上昇を続け、40分に
近づくと電圧の上昇割合突然急激に低下する事を示している。
此れに対しで、図20は本発明にかかるもので有って、前記第2表に対応する温
度及び電圧の上昇割合を算出してグラフ化したものであり、スス21は前記第3
表に対応する温度及び電圧の上昇割合を算出してグラフ化したものであり、いず
れも20分以内において、温度の上昇割合が2.激に著しく大きくなっており、
又電圧も、充電率が100%に近づくに連れて、電圧の上昇割合は、顕著に大き
くなる様に変化し続け、充電率が100%に近付いた時にその電圧の上昇割合は
低下して電圧は急激に低下する事を示している。
次に、本発明に係る上記の充電操作に於ける演算処理方法の手順の例を図22
示すフローチャートを用いて説明する。
先ず、スタート後、ステップ(1)に於いて、当該ニッケルーカドミウム電池の
特性をチェックすると同時に、該ニッケルーカドミウム電池を充電する環境をを
設定する。
つまり、本発明に於いては、該ニッケルーカドミウム電池を充電する場合その充
電操作は、−10度から+45度の範囲で実行される事が望ましいので、係る温
度環境に有るか否かを先ず測定して、充電操作が正常に実行される為の環境設定
を行うものである。
その後、ステップ(2)に於いて、当該充電操作に通した環境が設定されたか否
かを判断し、Noであれば、ステップ(1)に戻り、YESであれば、ステップ
(3)に進んで、該ニッケルーカドミウム電池の温度のみ、或いは温度と電圧の
双方を測定する為のサンプリング周期が設定されているが否かを判断して、NO
であればステップ(1)に戻り、上記の操作を繰り返し、YESであれば、ステ
ップ(4)に進んで、当該ニッケルーカドミウム電池の温度及び/又は電圧をそ
れぞれ該サンプリング周期に同期して出力されるクロック信号に同期して測定す
る。
該測定された各温度及び電圧に関するデータは、例えば該サンプリング手段に設
けられている記憶手段、或いは該演算手段6に設けられた記憶手段に一旦記憶さ
れる。
次いで、ステップ(5)に於いて、所定の充電操作時間、例えば5秒間が経過し
たか否かが判断され、Noであればステップ(4)に戻り、YESであれば、ス
テップ(6)に進んで、該5秒間に於いて測定された該温度及び電圧データの平
均値を算出する。
即ち、5秒間の、セル温度の平均値(T av+、TAV2・・・ r vfi
)とセル電圧の平均値(V AVI s、VAV2 ・・・VV+t)が算出さ
れ第2の記憶手段63に記憶される。
次いで、ステップ(7)に進み、ステップ(6)に於いて算出された、各平均値
から、隣接する時期間の当該温度及び電圧の平均値の変化を算出する。
即ち、温度に間しては、例えば、第1の期間、つまり最初5秒間に於ける平均値
TAv1 と第1の期間に続く5秒間である第2の期間に於ける平均値1avz
及び第3の期間、つまり第2の期間に続く5秒間に於ける平均値TAII+に付
いて、その期間における温度の平均値の変化の量(V t+、V yz)が以下
の様に演算され、その結果が第3の記憶手段65に記憶される。
TAV2 7 AVI ””V r+
Tavコ TAV2 =V ?2
又、電圧に関しては、例えば、第1の期間、に於ける平均値ν□、と第2の期間
に於ける平均値VaV□及び第3の期間に於ける平均値VAV3に付いて、その
期間における温度の平均値の変化の量(V v+、Vvz)が以下の様に演算さ
れ、その結果が同様に、第3の記憶手段65に記憶される。
vavz−νAV+ ”’V VI
Vavz VAV2 =V yz
次いで、本発明に於いては、ステップ(8)に進み、当該演算データが温度に関
するものであるか否かを判断し、YESであればステップ(9)に進んで、該温
度の上昇割合が増加しているか否かが判断され、Noであればステップ(8)に
戻り、YESであればステップ(10)に進んで、当工亥セル温度の上昇割合が
前回の測定時の当該セル温度の上昇割合の2倍を越える変化が検出されたか否か
が判断され、YESであればステップ(11)に進んで、充電操作の中止を指示
する制御信号を発生し、ステップ(16)に於いて、実際の充電操作を中止させ
るが、NOであれば、ステップ(9)に戻って、前記の各操作を繰り返す。
一方、ステップ(8)に於いてNoであれば、ステップ(13)に進み、該電圧
上昇割合か、所定の期間連続−で増加巳た後の最初の減少を示しているか否かが
判断され、NOであればステップ(8)に戻り、YESであれば、ステ、プ(1
4)に進んで、当該電圧上昇割合の減少が、3回続い1こか否かが判断され、N
Oであれば、ステップ(13)に戻り上記の各工程を繰り返し、YESであれば
、ステ、プ(15)に進んで充電操作の中止を指示する制御信号を発生し、ステ
ップ(12)に進む。
ステップ(12)は、前記温度に関する上昇割合の変化を判断するステップ(1
1)からの出力信号がオプションで入力され、該電圧変化を判断するステップ(
15)からの信号とをAND論理を通用して、当該充電操作を中止させる制御信
号を出力する様に構成されたものである。
次に、本発明に使用される該充電装置の回路構成の具体例を説明する。
図23は、本発明にかかる該充電装置の回路構成の一興体例を説明図であり、図
23は、本発明に従って、20以上の高電流率で二次電池を急速に再充電するこ
とのできる蓄電池充電器の電気回路概要図である。この回路は、蓄電池電圧及び
/又は温度を検知し、いくつかの予め定められたパラメータに従って蓄電池に対
する充tt流の印加を制御すると同時に、蓄電池の電圧及び温度の実時間表示
提供する。
この回路は、以下のように機能する。BT、は、抵抗器R1を通して電力MOS
FETQ、(MO3電界効果トランジスタ)により供給された充tNmを介し再
充電されるべき蓄電池(図9に於ける2)を示している。蓄電池のケーシングに
連結された温度検知サーミスタRT、である温度測定手段4が、蓄電池2の温度
を表わす温度出力信号Tsenseを生成する。Tsenseは、アナログ増幅
器U1により増幅される。RT、は抵抗器R2と組合さって、分圧器網を形成し
、ここではRT、の抵抗値は蓄電池の温度の変化に比例−で変化スル。10チヤ
ネルアナログ−デジタル変換器U2の第1のチャンネル(ADO)は、蓄電
池2の電圧を表わす電気入力信号子BATTを受けとる。第2のチャンネル(A
Dl)はアナログ増幅器U1により出力された増幅された温度を表わす信号を受
けとる。アナログ−デジタル変換器U2のその他のチャンネルは使用されない。
アナログ−デジタル変換器U2はその入力信号アナログ形から、搭@RAM、
ROM及びI10ポートをもつ本発明における演算手段6及び中央制御手段8に
相当する集積回路マイクロコントローラU3への入力に通したデジタル形へと変
換する。マイクロコントローラU3はアナログ−デジタル変換器U2からのデジ
タルデータ信号読みとり、このデータを処理し、以下に説明するようにMO3
FETQ、を制御するように予めプログラミングされている。
尚、本具体例に於いては、図6或いは図12等で説明′−た各種の記憶手段は、
いずれも該演算手段である集積回路マイクロコントローラU3内に設けられてい
るものである。
マイクロコントローラU3は同様に、例えば、2×28文字液晶表示装置10
0に蓄電池の電圧及び温度の実時間データデジタル表示を行なうための適当な
信号も出力する。
固定電圧調整器U4は、回路に給電すべく調整された電圧信号〜’ccを供給す
る。PNP)ランジスタQ2は、蓄電池BT、が存在するとき端子+Vin及び
GNDを横切って供給された入力電力電圧調整器U4に結合するスイッチとし
て作用し、蓄電池が全く存在しない場合、U4から入力電力の結合を解除する。
以下の表は、図23内に描かれ本書で説明されている回路コンポーネントについ
ての電子部品仕様を提供している二1里記号古産に里
Q、内部整流器IRF35Of力MOSF ET(MO3電界効果トランジスタ

Q2モトローラ2N3906RNPトランジスタ
RT、Fenwa1192−303KET−AO1サーミスタ
R,5オーム、25ワツト、10%
Rz30にオーム、1/4ワツト
R:+IOKオーム、174ワツト
R410にオーム、1/4ワツト
R5l0Kオーム、1/4ワツト
R,510オーム、1/4ワツト
R?100オーム、1/4ワツト
R,IOKオーム、1/4ワツト
R,1Mオーム、1/4ワツト
C,lμF、35ボルトの電解コンデンサC:22pF、35ボルトの電解コン
デンサC322pF、35ボルトの電解コンデンサC410μF、35ボルトの
電解コンデンサCs1μF、35ボルトの電解コンデンサC60,1μF、35
ボルトの電解コンテンサU、モトローラuA741演算増幅器
U2モトローラ145051A/D変換器U3モトローラ688C705C8マ
クロプロセッサ
U4モトローラLM7805電圧調整器表示装置OptrexDMC16230
液晶表示装置
次に、本発明に係るニッケルーカドミウム電池の高速充電装置に回路構成の他の
例を図24から図26により説明する。
図24は、本発明に係る該充電装置のハソテリ接続部、電源供給部、及びクロッ
ク発生部の回路構成例を示すブロックダイアグラムである。
即ち、図24に於ける122は、充電されるニッケルーカドミウム電池(二次バ
ッテリ)120の電圧入力端子であり、又121は接地端子である。
又、123は、当該電池の温度測定手段4の正電位端子127が接続される端子
であり125は該温度測定手段の負電位端子で、咳GNDに接続されている低電
電源端子133と接続している、該電池の接地端子121に接続されている。
更に、該電池の正負の電圧入力端子部122と121には、それぞれ酸電池の出
力電圧を測定する電圧測定手段41の正負端子124と126がそれぞれ接続さ
れている。
又、該電池の正電圧(高電位電源入力端子122には、所定の高電位型#11
32に接続された電源制御回路103の出力が接続されている。
該電源制御回路103は、2個のトランジスタQ2とQ3、及び抵抗R3からR
6で構成されたものであり、該トランジスタQ2とQ3は、後述する、前記電池
の温度測定情報、及び電圧測定情報にもとすいて、該電池に供給される充電電流
を停止させるスイッチング機能を有するものである。
一方、101は、クロック発生回路であって、例えば、NE555の集積回路チ
ップを用い、出力端子126から、所定のデユーティ比を持ったクロックを発生
させるものである。
該クロック発生回路101から出力されるクロック信号の例としては、例えば0
.5秒間のON fg f:となるパルス幅を有するパルスを5秒間に一発発生
させるか、或いは例えば、0.2Hzの周期で、そのONデユーティ−比が5%
(5%/95%)のパルスを出力する様にしたもので有っても良い。
次に、図25は、温度測定と前記した演算処理を実行する為の演算処理回路の一
具体例を示すブロックダイアグラムである。
図25に於いて、前記バッテリ120に接続された温度測定手段4の端子127
と125からの電圧情報は差動増幅器U9とUlで構成された電圧バッファ手段
140で所定の電圧に調整された後、本発明で使用される、サンプリングされた
温度若しくは電圧情報を記憶−でおく第1の記憶手段61、該第1の記憶手段6
1に記憶された温度若しくは電圧情報から、所定の期間、例えば5秒間の間に於
ける当該各情報の平均値を演算する演算処理手段62及び、当該演算処理手段6
2により演算された所定期間毎の平均値を記憶しておく第2の記憶手段62から
構成される情報処理回路150に入力される。
一方、図24のクロック信号発生手段101から出力される例えば、前記した様
なりロック信号が端子126に入力され、リレーKlで構成された切替え回路1
60に入力されると同時に前記した第2の記憶手段63にも入力される。
尚、該リレーに1で構成された切替え回路160は、ノーマリオフの構成を取る
ものであり、パルスが入力されない場合には、OFFの状態にある。
当該5秒間に一回のパルスを発生するクロック信号が入力されると、該第2の記
憶手段63から、例えば既に演算処理されて記憶されている各5秒間に於ける温
度若しくは電圧の平均値に於ける最初の平均値データTAVIが、該クロック信
号と同期して出力され、差動増幅器U4で構成されている本発明で言う第2の演
算手段64を構成する演算回路151に入力されると同時に、係る時点では、該
切替え回!160がONと成っているので、該平均値データT a v +は、
該切替え回路160を通過して、差動増幅器U2と差動増幅器U3及び容量C1
とで構成された一時記憶回路152に格納される。
該一時記憶回路152の出力は、前記した演算回路を構成する差動増幅器U4の
一方の非反転入力端子に入力され、反転端子に入力されている該第2の記憶手段
63からの出力との差分が演算処理される。
前記クロック信号のパルスがOFFとなると該切替え回路160はOFFとなる
ので、該最初に出力された温度データT AVI は、該一時記憶回路152に
記憶された状態となる。
つぎに、第2番目のクロック信号パルスが入力されると、該第2の記憶手段63
から2番目の平均値T 6v□が該第2の演算回路151に入力され、前記一時
記憶回路152に記憶された温度データT AVI との間でT AV2−T 
AVIの差分値が演算され、第1の時期に於ける温度変化の割合が決定される。
同時に該一時記憶回路152に記憶されている前回の温度データは、今回の平均
値T AVIと置き換えられる。
又、次のクロック信号パルスが入力されると同様にして、該第2の記憶手段63
から3番目の平均価T AVIが該第2の演算回路151に入力され、前記一時
記憶回路152に記憶された温度データT avzとの間でT AVI T a
vtO差分値が演算され、第2の時期に於ける温度変化の割合が決定される。
即ち、本具体例に於いては、前記した第2の演算手段64と第3の演算手段65
とは共通の回路151で演算処理を行う例を示しているものである。
該第2の演算回路151の出力(T svz T AVI )は差動増幅器U5
で構成されるバッファ153と差動増幅器U8で構成される本発明に於ける第4
の演算手段66を構成する演算回路155とに入力される。
該7・、7・ファ153に入力された該第2の演算回路1510出力(TAv□
−TAvI)は、該切替え回路160がONのわこ態の時に該切替え回路160
を通過して、差動増中昌器U6と差動増幅器U7及び容量C2とで構成された別
の一時言己i意回路154に格納される。
尚、該バッファ153の利得を2と設定しておく事G二より、該バッファ153
から出力される温度デー9 ’v:2 (T Av□−丁Avl)となるので、
該別の一時記憶回路154に格納される第1の時期に於ける温度変化割合に関す
るデータ(よ2(T avz T Av+ )となっている。
又その出力は、前記の演算回路155の反転入力端子G二人力され前記第2の演
算回路151からの出力される次の時期、即ち第2の時期に於ける温度変化割合
との差分が演算処理される。
つまり、該演算回路155に於いては、(T AV3 T AV2 ) 2 (
T av□−TAVI)〉0の演算処理が実行される。
つまり、該第4の演算処理手段66から、第2の時期に於ける温度変化割合が、
その5秒前にサンブリンク″して得た第1の時期における温度変化割合の2倍を
越えて大きく上昇した場合に、正の電圧が出力され、該二・ノケル−カドミウム
電池の充電率が略100%に到達したものと判断して、該充電操作を中止するも
のである。
つまり、上記状態に於いて、該第4の演算処理手段66の出力が出力端156か
図24に於ける電源制御回路103の入力端子131に入力され、該電源制御
回路103を構成するトランジスタQ2をOFFさせる事によって、該電源13
2から該ニッケルーカドミウム電池120に供給されている電流を遮断すること
になる。
スス26は、本発明ユニ於いて、温度測定手段と併用しで使用される該ニッケル
ーカドミウム電池の高速充電操作中に於ける出力電圧を測定する場合の演算処理
回路の構成を説明するブロックダイアグラムである。
図26に於ける該電圧測定手段の回路構成は、基本的には、前記した温度測定手
段と同様である。
即ち、図26に於いて、前記バッテリ120に接続された電圧測定手段41の端
子124と126からの電圧情報は差動増幅器U1で構成された電圧バッファ手
段141で所定の電圧に調整された後、本発明で使用される、サンプリングされ
た電圧情報を記憶しておく第1の記憶手段61、該第1の記憶手段61に記憶さ
れた電圧情報から、所定の期間、例えば5秒間の間に於ける当該各情報の平均値
を演算する演算処理手段62及び、当該演算処理手段62により演算された所定
期間毎の平均値を記憶しておく第2の記憶手段62から構成される情報処理回路
150に入力される。
一方、図24のクロック信号発生手段101から出力される例えば、前記した様
なりロック信号が端子126に入力され、リレーに1で構成された切替え回路1
60に入力されると同時に前記した第2の記憶手段63にも入力される。
尚、該リレーに1で構成された切替え回路160は、7・′−マリオフの構成を
取るものであり、パルスが入力されない場合には、OFFの状態にある。
当該5秒間Cニー回のパルスを発生するクロック信号が入力されると、該第2の
記憶手段63から、例えば既に演算処理されて記憶されている各5秒間に於ける
電圧電圧の平均値に於ける最初の平均値データV A%’lが、該クロック信号
と同期して出力され、差動増幅器U4で構成されている本発明で言う第2の演算
手段64を構成する演算回路151に入力されると同時に、係る時点では、該切
替え回路160がONと成っているので、該平均値データV AVIは、該切替
え回路160を通過して、差動増幅器U2と差動増幅器U3及び容量CIとで構
成された一時記憶回路152に格納される。
該一時記憶回路152の出力は、前記した演算回路を構成する差動増幅器U4の
一方の非反転入力端子に入力され、反転端子に入力されている該第2の記憶手段
63からの出力との差分が演算処理される。
前記クロック信号のパルスがOFFとなると該切替え回路160はOFFとなる
ので、該最初に出力された電圧データV AVI は、該一時記憶回路152に
記憶された状態となる。
つぎに、第2番目のクロック信号パルスが入力されると、該第2の記憶手段63
から2番目の平均値V AVZが該第2の演算回路151に入力され、前記一時
記憶回路152に記憶された電圧データV AVI との間でv 4V□−V 
AVI の差分値が演算され、第1の時期に於ける電圧変化の割合が決定される

同時に該一時記憶回路152に記憶されている前回の電圧データは、今回の平均
値νAV2と置き換えられる。
又次のクロック信号パルスが入力されると同様にして、該第2の記憶手段63か
ら3番目の平均値νAl’ffが該第2の演算回路151に入力され、前記一時
記憶回路152に記憶それた電圧データV AVZとの間でνAV3 V AV
Zの差分値が演算され、第2の時期に於ける電圧変化の割合が決定される。
該第2の演算回路151の出力(V AVZ V All )は差動増幅器U5
で構成されるバッファ153に入力されると同時に差動増幅器U8で構成される
、本発明で言う第4の演算手段66に相当する演算回路155に入力される。
又該バッファ153に人力された該第2の演算回路151の出力(V svz 
V av+ )は、該切替え回路160がONの状態の時に該切替え回路160
を通過して、差動増幅器U6と差動増幅器U7及び容量C2とで構成された別の
一時記憶回路154に格納される。
又その出力は、前記の演算回路155の反転入力端子に入力され前記演算回路1
53からの出力される次の時期、即ち第2の時期に於ける電圧変化割合との差分
が演算処理される。
つまり、該演算回路155に於いては、(VAvs VAvz ) (VAV2
− VAVI ) <0の演算処理が実行される。
つまり、該第4の演算処理手段66がら、第2の時期に於ける電圧変化割合が、
その5秒前にサンプリングして得な第1の時期S:おける電圧変化割合より低下
して電圧変化割合そのものが負の状態を示す場合4二正の電圧が出力され、咳ニ
アケルーカドミウム電池の充電率が略100%に到達巳にものと判断して、前記
温度測定手段からの情報とAND論理を取って、両者が共にONの状態と成った
場合に、該充電操作を中正するものである。
つまり、上記状態1+於いて、該第4の演算処理手段66の出力が出力端157
から図24に於ける電源制御回路1030入力端子130↓こ入力され、該電源
制御回路103を構成するトランジスタQ2をOFFさせる事によって、該電源
132から該ニッケルーカドミウム電池120に供給されている電流を遮断する
ことになる。
その為には、図24に示す様に、該温度測定出力端子156が接続される該電源
制御回路103の入力端子131を適宜のモード選択回路162を介して該電源
制御回路103のトランジスタ92に接続させると共に、該温度測定出力端子1
56が接続される該電源制御回路103の入力端子131と該電圧測定出力端子
157が接続される該電源制御回路】03の入力端子130とをAND回路16
1に入力させると同時に該モード選択回路162を介して該電源制御回路103
のトランジスタQ2に接続させる様に構成する事が望ましい。
上記した図24図26の回路に於ける各部品の具体例を以下に例示する。
図24の回路構成図に於いて
01、L12.U3.U4,05.U6.U7.[8,741尚、本発明に係る
該ニッケルーカドミウム電池の高速充電方法を実行する為の他の演算処理操作に
関するフローチャートを以下に簡単に説明すると共に、図27〜図50に掲載
ておく。
つマリ、図23のマイクロコントローラU3は、当業者;:は既知の方法で以下
の機能を果たすべくプログラミングされている1(1)USからの蓄電池の電圧
及び温度を表わすデジタル式コード化された電圧信号を読みとること; (2
)蓄電池温度の上昇率の2倍の増加又は、蓄電池の電圧増加率が連続的に上昇し
た期間の直後の蓄電池の電圧増加率の低下、又はその両方を検知するため、入力
信号の連続するサンプルを連続的に監視すること: (3)上述の条件のいずれ
か又は両方の検出時点で、又は蓄電池の温度又は電圧の仕様を上回った場合に、
蓄電池の高速充電を中断するためQ、をオフ切り替えること; (4)蓄電池
の実時間電圧及び/又は温度のデジタル表示を行なうこと。
図27から図43までは、マイクロコントローラU3が実行すべくプログラム
れている一連オペレーションをさらに詳しく示すソフトウェア流れ図である。
図27は、ソフトウェアが後に使用するようさまざまなワーキングレジスタ
設定されるような初期設定シーケンスを示している。図28は、データテーブル
ポインタなどが設定されるもう1つの初期設定シーケンスを描いている。
図29 (a)及び(b)は、2進データがバッファへの装荷のためAscii
フォーマットに変換される表示すブルーチンを含む。図30は、液晶表示出力装
置上にバッファの中味を表示するサブルーチンである。
図31は、本発明に従って蓄電池に充電するのには必要な合計時間を計算するた
めに用いられる計数器サブルーチンである。図32.33及び34は、アナログ
デジタル変換器から得られた平均値が、本発明の充電基準を満たしているか否
かを見極めるために検査されるサブルーチンである。
図35は、液晶表示装置上に表示される値をゼロにすることにより液晶表示装置
を初期設定するサブルーチンである。
図36は、表示装置に対して前述のバッファの中味を書込むことにより表示装置
を連続的に更新するサブルーチンである。
図37は、表示を目的とじでデータを適切にフォーマット化するため、データの
平均出し、スケーリング及び範囲調整を行なうサブルーチンである。
図38は、マイクロブロセ、すの割込み及びタイマーを初期設定するサブルーチ
ンである。
図39は、アナログ−デジタル変換器により利用されるサンプル時間幅を設定す
るサブルーチンである。
図40は、蓄電池充電プロセス中に達成された充電レベルを示しユーザーに本発
明の実行の視覚的表示を与えるため一緒に1つの順次「棒グラフ」を形成する発
光ダイオードのオプションの線形アレイ(図示せず)を用いるためのサブルーチ
ンである。
図41は、本発明に従って主蓄電池充電機能を実行するサブルーチンである。
図42は、最大及び最小の温度及び電圧の値を設定するサブルーチンである。図
43は、それぞれアナログ−デジタル変換器及び表示を目的とするフォーマット
クロックデータを初期設定する一対のサブルーチンである。
以上の開示に照らし合わせて当業者には明白であるよ)に。
本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発明の実施において数多くの変
更及び修正を加えることが可能である。
従って、本発明の範囲は、以下のクレームに規定されている内容に従って解釈
れるべきものである。

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