JP4855871B2

JP4855871B2 - 充電装置

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Publication number: JP4855871B2
Application number: JP2006235154A
Authority: JP
Inventors: 茂小林; 浩史畠山
Original assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP2008061373A

Description

本発明は、充電対象電池（例えば二次電池などの充電可能な電池）を充電する充電装置に関するものである。

この種の充電装置として、特開平６−３８３９２号公報に開示されている充電装置が知られている。この充電装置は、商用電源からの交流を受けて充電対象電池（被充電電池）に定電流または定電圧を供給する電源部、電源部の動作を制御する充電制御部、充電対象電池の電圧を検出する電圧検出部、充電電流を検出して電流値がほぼゼロになった場合にそれを充電制御部に入力する電流検出部、および充電対象電池の残存容量に応じた定電流充電時間および保護タイマ時間をカウントするタイマー回路を備えて構成されている。この場合、充電装置はリチウムイオン二次電池を充電対象電池としており、またリチウムイオン二次電池はその残存容量が電池電圧とほぼ比例する関係にある。したがって、充電対象電池の電圧を検出する電圧検出部は、充電対象電池の残存容量検出手段として機能する。

この充電装置では、充電の開始前に、充電制御部が、電圧検出部を介して検出した充電対象電池の電圧に基づいて充電対象電池の残存容量を検出し、検出した残存容量に応じた定電流充電時間および保護タイマ時間を決定してタイマー回路にセットする。その後、電源部による充電対象電池の定電流充電が開始され、またタイマー回路は定電流充電時間および保護タイマ時間のカウントを開始する。充電制御部は、電圧検出部を介して充電対象電池の電圧を検出しつつ、検出している電圧が定電流充電時間のカウント終了までに所定の電圧に達したか否かを検出する。この検出の結果、達していない場合には、充電制御部は、充電対象電池または充電装置に異常が発生したと判断して、電源部の定電流充電を停止させる。一方、達している場合には、充電制御部は、電源部に対して定電圧充電を開始させる。

定電圧充電中においては、充電制御部は、電流検出部を介して充電対象電池の充電電流を検出しつつ、検出している充電電流が保護タイマ時間のカウント終了までにほぼゼロまで低下したか否かを検出する。この検出の結果、ほぼゼロまで低下したときには、充電制御部は、充電対象電池が満充電になったと判断して、電源部による充電対象電池の充電を終了させる。一方、ほぼゼロまで低下しないときには、充電制御部は、強制的に電源部による充電対象電池の充電を終了させる。これにより、未だ満充電状態となっていないもののほぼ満充電に近い状態に充電対象電池を移行させることができ、かつ充電対象電池をより満充電に近い状態にすべく定電圧充電を続行したときに、長期に亘り充電状態が継続されることに起因して発生する弊害（充電対象電池の寿命の低下）を回避することができる。
特開平６−３８３９２号公報（第２−３頁、第１図）

ところで、充電装置に対して、電池容量の大きさが異なる充電対象電池に対して、設定した充電時間で充電対象電池を満充電状態まで充電して充電動作を完了させたいという要望もある。しかしながら、従来の充電装置では、タイマー回路にセットされる定電流充電時間および保護タイマ時間は充電対象電池の残存容量に応じて決定されており、充電対象電池の電池容量が考慮されていない。したがって、この充電装置には、電池容量の大きさが異なる充電対象電池について、設定した時間で満充電状態まで充電して充電動作を完了することができないという解決すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、充電対象電池の電池容量の大きさに拘わらず、設定した充電時間で充電対象電池を満充電状態まで充電して充電動作を完了させ得る充電装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の充電装置は、充電対象電池に対する充電時の充電電流値を制御可能に構成された電源部と、当該電源部を制御することによって前記充電対象電池に対して定電流充電を実行する電源制御部とを備え、前記電源制御部は、前記定電流充電の開始に先立って容量検出処理を実行して、前記充電対象電池の残存容量および電池容量を検出すると共に、当該検出した残存容量および電池容量と、予め設定された目標充電時間とに基づいて、前記定電流充電時の充電電流値を規定する充電装置であって、前記電源制御部は、前記容量検出処理において、前記充電対象電池への一定の充電電流値での充電と前記電源部からの前記充電対象電池の切り離しとを、当該切り離しの開始から所定時間経過後における前記充電対象電池についての開放電圧の測定を実行しつつ複数回繰り返し、前記測定した複数の開放電圧のうちの少なくとも１つに基づいて当該いずれか１つの開放電圧の測定時における前記充電対象電池の前記残存容量を検出すると共に、前記測定した複数の開放電圧のうちの２つに基づいて当該２つの開放電圧の各測定時における前記充電対象電池の前記残存容量を検出し、当該検出した２つの残存容量の差分、前記２つの開放電圧を測定する間における前記充電対象電池に対する総充電時間、および前記容量検出処理における前記充電電流値に基づいて前記電池容量を算出する。なお、本明細書における「定電流充電」には、充電過程において定電流の電流値を多段に変化させるいわゆる多段定電流充電も含まれる。

また、請求項２記載の充電装置は、請求項１記載の充電装置において、前記電源部は前記充電対象電池に対する充電時の充電電圧値を制御可能に構成され、前記電源制御部は、前記定電流充電を実行した後に前記充電対象電池に対して定電圧充電を実行する。

請求項１記載の充電装置によれば、電源制御部が、定電流充電処理の開始に先立って容量検出処理を実行して、充電対象電池の残存容量および電池容量を検出すると共に、検出した残存容量および電池容量と、予め設定された目標充電時間とに基づいて、定電流充電時の充電電流値を決定することにより、充電対象電池の電池容量の大きさに拘わらず、設定した目標充電時間で充電対象電池を満充電状態まで充電することができる。

また、この充電装置によれば、容量検出処理において、電源制御部が、充電対象電池への一定の充電電流値での充電と電源部からの充電対象電池の切り離しとを、切り離しの開始から所定時間経過後における充電対象電池についての開放電圧の測定を実行しつつ複数回繰り返し、測定した複数の開放電圧のうちの少なくとも１つに基づいていずれか１つの開放電圧の測定時における充電対象電池の残存容量を検出することにより、容量検出処理の時間を無駄にすることなく充電対象電池に対する充電を行いつつ、残存容量をリアルタイムに検出することができる。また、開放電圧を測定して充電対象電池の残存容量を検出することにより、電池形状、電極構造および配線に起因して充電電圧を測定する際に発生する内部抵抗の影響をなくすことができると共に満充電近傍で急上昇する過電圧による影響も軽減することができる。

また、この充電装置によれば、容量検出処理において、電源制御部が、測定した複数の開放電圧のうちの２つに基づいて、２つの開放電圧の各測定時における充電対象電池の残存容量を検出し、検出した２つの残存容量の差分、２つの開放電圧を測定する間における充電対象電池に対する総充電時間、および容量検出処理における充電電流値に基づいて電池容量を算出することにより、容量検出処理の時間を無駄にすることなく充電対象電池に対する充電を行いつつ、電池容量を検出することができる。

また、請求項２記載の充電装置によれば、電源制御部が定電流充電処理を実行した後に定電圧充電処理を実行することにより、ほぼ満充電に近い状態の充電対象電池をより満充電に近い状態に移行させつつ、充電終期の電流を低下させて過充電を回避することができるため、充電対象電池の寿命低下を防止することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る充電装置の最良の形態について説明する。なお、充電対象電池の一例として二次電池（具体的には鉛蓄電池）を充電する構成を挙げて説明する。

図１に示すように、充電装置１は、電源部２、スイッチ部３、電圧測定部４、電源制御部５、記憶部６および計時部７を備え、一例として交流電源８から交流電圧Ｖｉを入力して直流電圧Ｖｏを生成すると共に電池容量が未知である二次電池９に直流電圧Ｖｏを出力しての充電が可能に構成されている。

電源部２は、一例としてスイッチング方式（シリーズ方式であってもよい）の電源回路（図示せず）を備えて構成されて、交流電源８から入力端子Ｐ１，Ｐ２を介して入力している交流電圧Ｖｉを直流電圧（二次電池９の充電電圧でもある）Ｖｏに変換すると共に、この直流電圧Ｖｏを出力端子Ｐ３，Ｐ４に接続されている二次電池９に出力する。また、電源部２は、電源制御部５の制御下で、充電電圧Ｖｏの電圧値を制御可能に構成されると共に、出力電流（二次電池９に対する充電電流でもある）Ｉｏの電流値（充電電流値）を制御可能に構成されている。

スイッチ部３は、リレーや、トランジスタなどの半導体スイッチ素子などで構成されて、電源部２と出力端子Ｐ３との間に介装されている。また、スイッチ部３は、電源制御部５の制御下で、電源部２と出力端子Ｐ３とを電気的に接続するオン状態（導通状態）、および電源部２と出力端子Ｐ３とを電気的に切り離すオフ状態（非導通状態）のいずれか一方の状態に移行する。電圧測定部４は、出力端子Ｐ３，Ｐ４間に接続されて、充電電圧Ｖｏの電圧値（二次電池９の充電電圧値）を測定して電圧データＤｖとして電源制御部５に出力する。

電源制御部５は、ＣＰＵ（図示せず）などを含んで構成されている。また、電源制御部５は、記憶部６に記憶されている動作プログラムに従い、充電処理を実行して二次電池９を充電する。この充電処理では、電源制御部５は、二次電池９の容量（残存容量（以下、「ＳＯＣ」とも」いう。充電量でもある）および電池容量）を検出（算出）する容量検出処理、二次電池９を定電流充電する際の充電条件を決定する充電条件決定処理、電源部２を定電流充電で動作させる定電流充電処理、および電源部２を定電圧充電で動作させる定電圧充電処理を実行する。また、電源制御部５は、制御信号Ｓ２を出力することにより、スイッチ部３に対するオンオフ制御処理も実行する。

記憶部６は、ＲＯＭやＲＡＭなどの半導体メモリで構成されている。また、記憶部６には、電源制御部５用の動作プログラム、残存容量の算出式（下記式（１））、電池容量の算出式（下記式（２））、二次電池９の目標電圧Ｖｔ、および充電によって上昇した充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに最初に達した時点での二次電池９の残存容量（一例として９５％）が予め記憶されている。また、記憶部６には、予め設定された二次電池９の目標充電時間Ｔ０（充電開始から充電完了までの目標時間。一例として１６時間）を規定するデータＤ０、スイッチ部３に対するオンオフ制御処理におけるオン時間Ｔ１（一例として１５分）およびオフ時間Ｔ２（一例として５分）をそれぞれ規定する各データＤ１，Ｄ２と、定電圧充電処理の時間Ｔ３（一例として２時間）を規定するデータＤ３とが計時部７に対する計時用データＤｔとして予め記憶されている。また、記憶部６には、容量検出処理において、二次電池９の充電電圧Ｖｏを測定する回数（一例として数値「３」）が記憶されている。さらに、記憶部６には、容量検出処理における充電電流Ｉｏの充電電流値Ｉ１（一例として５Ａ）と、式（１）に基づいて算出された残存容量についての基準値（一例として８０％）とが予め記憶されている。

残存容量（ＳＯＣ）＝Ａ×Ｖｏｐ−Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、ＡおよびＢは、充電時の温度（本例では、一例として常温（２５℃））によって一義的に決定される二次電池９についての定数（電池容量の大きさが異なる二次電池（二次電池９を含む）に共通の定数）である。また、Ｖｏｐは二次電池９の開放電圧である。この式（１）によれば、残存容量（ＳＯＣ）と開放電圧Ｖｏｐとの間に比例関係が存在することになるが、この両者間の比例関係については、長い時間放置された二次電池９の充電開始直後の短期間においては開放電圧Ｖｏｐが比例関係から外れて低い値を示す場合が多いものの、この短期間以後の充電期間においては、一定の温度で、かつ二次電池９に定電流を連続して（または定電流を周期的に一定時間ずつ）供給するという条件下において、二次電池９の開放電圧Ｖｏｐ［Ｖ］と残存容量（ＳＯＣ）［％］との間に図２に示す比例関係が存在することが実験的に確認されている。このため、このＡおよびＢについては、充電装置１の使用温度（二次電池９の充電時の温度でもある）において、この充電期間での二次電池９（鉛蓄電池）についての開放電圧Ｖｏｐ［Ｖ］と残存容量（ＳＯＣ）［％］との比例関係を予め測定（実験）することにより、決定することができる。また、二次電池９の開放電圧Ｖｏｐとは、スイッチ部３をオフ状態に移行させたときの二次電池９の充電電圧（端子電圧）を意味する。

電池容量＝Ｉ１×ΔＴ×１００／（ＳＯＣ２−ＳＯＣ１）・・・・・・（２）
ここで、Ｉ１は容量検出処理における充電電流Ｉｏの充電電流値（本例では上記したように５Ａ）であり、（ＳＯＣ２−ＳＯＣ１）は時間を空けて検出した２つの残存容量ＳＯＣ２，ＳＯＣ１の差分（単位は％）である。また、ΔＴは、２つの残存容量ＳＯＣ２，ＳＯＣ１のうちの最初の残存容量ＳＯＣ１を検出した時から、最後の残存容量ＳＯＣ２を検出した時までの間における、充電電流Ｉｏの二次電池９への充電時間の総和（本発明における総充電時間。単位は時間）である。

計時部７は、電源制御部５から計時用データＤｔを入力したときに、この計時用データＤｔで指定された時間を計時すると共に、この指定された時間が経過した時点で、電源制御部５に対して計時完了信号Ｓ１を出力する。

次に、充電装置１の動作について、図３〜図５を参照して説明する。

まず、各出力端子Ｐ３，Ｐ４間に二次電池９が接続された状態において、充電装置１が起動されたときには、電圧測定部４が二次電池９についての充電電圧値の測定を開始して、電圧データＤｖの電源制御部５への出力を開始する。また、電源制御部５が、二次電池９に対する充電動作を開始する。

この充電動作において、電源制御部５は、まず、図４に示すように、容量測定処理（残存容量検出処理および電池容量検出処理）を実行する。この容量測定処理では、電源制御部５は、まず、残存容量検出処理を実行して、二次電池９の残存容量を検出する（ステップ５１）。この残存容量検出処理では、電源制御部５は、図５に示すように、まず、記憶部６に記憶されている容量測定処理における充電電流Ｉｏの充電電流値Ｉ１を電源部２に設定すると共に、電源部２を作動させる（ステップ６１）。これにより、電源部２は、スイッチ部３を介して二次電池９が接続されたときに、二次電池９に対して充電電流Ｉｏを充電電流値Ｉ１で供給し得る状態に移行する。

次いで、電源制御部５は、制御信号Ｓ２をスイッチ部３に出力することにより、スイッチ部３をオン状態に移行させる（ステップ６２）。これにより、電源部２からスイッチ部３を経由して二次電池９に一定の電流値（充電電流値Ｉ１）で充電電流Ｉｏが供給され始め、二次電池９の充電（定電流充電）が開始される。また、電源制御部５は、スイッチ部３をオン状態に移行させるタイミングに同期して、記憶部６に記憶されているデータＤ１（１５分）を計時用データＤｔとして計時部７に設定して、計時部７による１５分の計時を開始させる（ステップ６３）。次いで、電源制御部５は、計時完了信号Ｓ１の入力の有無を繰り返し検出することにより、計時部７による１５分の計時が完了したか否か検出する（ステップ６４）。

その後、計時部７は、１５分の計時を完了し、計時完了信号Ｓ１を生成して電源制御部５に出力する。これにより、電源制御部５は、ステップ６４において、計時部７による１５分の計時の完了を検出し、次いで、制御信号Ｓ２のスイッチ部３への出力を停止して、スイッチ部３をオフ状態に移行させる（ステップ６５）。これにより、二次電池９が電源部２から切り離されるため、二次電池９に対する充電が停止される。また、電源制御部５は、スイッチ部３をオフ状態に移行させるタイミングに同期して、記憶部６に記憶されているデータＤ２（５分）を計時用データＤｔとして計時部７に設定して、計時部７による５分の計時を開始させる（ステップ６６）。次いで、電源制御部５は、計時完了信号Ｓ１の入力の有無を繰り返し検出することにより、計時部７による５分の計時が完了したか否か検出する（ステップ６７）。

その後、計時部７は、５分の計時を完了し、計時完了信号Ｓ１を生成して電源制御部５に出力する。これにより、電源制御部５は、ステップ６７において、計時部７による５分の計時の完了を検出し、次いで、二次電池９の充電電圧値を測定する（ステップ６８）。具体的には、電源制御部５は、計時完了信号Ｓ１の入力時点での電圧データＤｖ（計時完了信号Ｓ１の入力後に最初に入力した電圧データＤｖ）に基づいて二次電池９の充電電圧値を検出して、記憶部６に記憶させる。この場合、測定された二次電池９の充電電圧値は、スイッチ部３がオフ状態、つまり二次電池９が電源部２から切り離された状態で測定されたものであるため、二次電池９の開放電圧Ｖｏｐの電圧値（開放電圧値）であり、また切り離しから５分（本発明における所定時間）経過後の充電電圧値（開放電圧値）となる。電源制御部５は、二次電池９についての充電電圧値の測定回数が３回に達したか否かを判別しつつ（ステップ６９）、上記ステップ６２〜６９を繰り返して、二次電池９についての充電電圧値を３回測定し、二次電池９の開放電圧値Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３として記憶部６に順次記憶させる。

次いで、電源制御部５は、二次電池９の残存容量を算出する（ステップ７０）。この残存容量の算出において、電源制御部５は、まず、測定した３回分の開放電圧値Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３が図３において一点鎖線で示す直線Ｌ（充電時間と充電電圧Ｖｏとの関係を示す直線）上に位置することを確認する。本例では、上記したように、各開放電圧値Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３は２０分（＝１５分＋５分）毎に（等時間間隔で）測定され、また二次電池９、特に鉛蓄電池では、充電開始直後の所定期間（例えば数分間）を除く充電期間において、二次電池９に定電流を連続して（または定電流を周期的に同一時間ずつ）供給するという条件下において、二次電池９の開放電圧Ｖｏｐ［Ｖ］が時間に比例して上昇する関係が存在することが実験的に確認されている。本例では、充電開始から１５分間充電を行っているため、すべての開放電圧値Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３が直線Ｌ上に位置することになる。

電源制御部５は、各開放電圧値Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３が直線Ｌ上に位置することを確認した後、上記の式（１）を用いて、最後の開放電圧値Ｖｏｐ３を測定した時点での二次電池９の残存容量を算出して、記憶部６に記憶させる。本例では、一例として、算出した残存容量が４０％であるとする。これにより、残存容量検出処理が完了する。

次に、電源制御部５は、図４に示すように、記憶部６から読み出した残存容量についての基準値（８０％）と、算出した残存容量（４０％）とを比較し（ステップ５２）、残存容量が基準値以上のときには電流制限された定電圧充電処理（ステップ５７）に移行し、残存容量が基準値未満のときには電池容量検出処理（ステップ５３）に移行する。本例では、残存容量が基準値未満であるため、ステップ５３に移行して電池容量検出処理を実行する。

この電池容量検出処理では、電源制御部５は、まず、上記の式（１）を用いて、最初の開放電圧値Ｖｏｐ１を測定した時点での二次電池９の残存容量（ＳＯＣ１）を算出して、記憶部６に記憶させる。本例では、一例として、算出した残存容量が３５％であるとする。次いで、電源制御部５は、上記の式（２）を用いて、二次電池９の電池容量を算出する。この場合、ＳＯＣ２としては、ステップ５１において算出した二次電池９の残存容量（４０％）を使用する。また、ΔＴは、２つの残存容量ＳＯＣ２，ＳＯＣ１のうちの最初の残存容量ＳＯＣ１を検出した時から、最後の残存容量ＳＯＣ２を検出した時までの間における、充電電流Ｉｏの二次電池９への供給時間の総和（単位：時間）であり、本例では、３０分（０．５時間）である。また、容量検出処理における充電電流Ｉｏの充電電流値Ｉ１は５Ａである。したがって、算出される二次電池９の電池容量は５０Ａｈとなる。電源制御部５は、算出した二次電池９の電池容量（５０Ａｈ）を記憶部６に記憶させて電池容量検出処理を終了する。

次いで、電源制御部５は、充電条件決定処理を実行する（ステップ５４）。この充電条件決定処理では、電源制御部５は、定電流充電処理において電源部２から二次電池９に供給される充電電流Ｉｏの充電電流値Ｉ２を決定（規定）する。具体的には、電源制御部５は、まず、容量測定処理に要した時間（１時間）と、記憶部６に記憶されている目標充電時間Ｔ０（１６時間）および定電圧充電処理の時間（２時間）とから、定電流充電処理を実行する時間を算出する。この場合、この時間は１３時間（＝１６−（２＋１））となる。次に、電源制御部５は、容量測定処理を終了した時点での二次電池９の残存容量（４０％）と、定電流充電処理を終了した時点（充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに最初に達した時点）での二次電池９の残存容量（９５％）と、算出した電池容量（５０Ａｈ）とから、定電流充電処理によって充電すべき充電容量を算出する。この場合、この充電容量は、２７．５Ａｈ（＝５０Ａｈ×（９５％−４０％）／１００）となる。最後に、電源制御部５は、算出した充電容量（２７．５Ａｈ）を定電流充電処理を実行する時間（１３時間）で除算することにより、充電電流値Ｉ２を決定する。この場合、充電電流値Ｉ２は、２．１１Ａ（＝２７．５Ａｈ／１３時間）となる。

続いて、電源制御部５は、定電流充電処理を実行する。この定電流充電処理では、電源制御部５は、充電条件決定処理で決定した充電電流値Ｉ２（２．１１Ａ）を電源部２に設定することにより、電源部２に対して一定の電流値（２．１１Ａ）での定電流充電を開始させる（ステップ５５）。また、電源制御部５は、定電流充電処理を開始するタイミングに同期して、定電流充電処理を実行する時間（１３時間）についてのデータを計時用データＤｔとして計時部７に設定して、計時部７による１３時間の計時を開始させる。なお、上記ステップ７０、およびステップ５２，５３，５４における各処理は電源制御部５によって極めて短時間（１秒以下）に行われる。このため、この定電流充電処理は、図３に示すように、容量測定処理の完了後、直ちに実行される。その後、電源制御部５は、計時完了信号Ｓ１の入力の有無を検出することにより、定電流充電時間が１３時間（設定時間Ｔ４）に達したか否かを繰り返し検出しつつ（ステップ５６）、定電流充電処理を継続する。

定電流充電処理の開始からの経過時間が１３時間（設定時間Ｔ４）に達したときに、計時部７は電源制御部５に計時完了信号Ｓ１を出力する。電源制御部５は、ステップ５６において計時完了信号Ｓ１の入力を検出し、定電流充電処理を終了させ、次いで、定電圧充電処理を開始する（ステップ５７）。上記した１３時間の定電流充電処理により、二次電池９の充電電圧Ｖｏは目標電圧Ｖｔに達し、かつ二次電池９の残存容量は９５％に達する。

定電圧充電処理では、電源制御部５は、目標電圧Ｖｔを電源部２に対して設定する。これにより、電源部２は、充電電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｔに維持しつつ、二次電池９に充電電流Ｉｏを供給する定電圧充電動作を開始する。また、電源制御部５は、定電圧充電処理を開始するタイミングに同期して、記憶部６から定電圧充電処理の時間Ｔ３（２時間）を読み出すと共に、計時用データＤｔとして計時部７に設定して、計時部７による２時間の計時を開始させる。その後、電源制御部５は、計時完了信号Ｓ１の入力の有無を検出することにより、定電圧充電時間が２時間（時間Ｔ３）に達したか否かを繰り返し検出しつつ（ステップ５８）、定電圧充電処理を継続する。

定電圧充電処理の開始からの経過時間が２時間（時間Ｔ３）に達したときに、計時部７は電源制御部５に計時完了信号Ｓ１を出力する。電源制御部５は、ステップ５８において計時完了信号Ｓ１の入力を検出し、定電圧充電処理を終了させる。これにより、二次電池９に対する充電動作が１６時間で完了する。

このように、この充電装置１によれば、電源制御部５が、定電流充電処理の開始に先立って容量検出処理を実行して、二次電池９の残存容量（定電流充電処理の開始直前の残存容量）および電池容量を検出すると共に、検出した残存容量および電池容量と、予め設定された目標充電時間Ｔ０とに基づいて、定電流充電処理における（定電流充電時の）充電電流値を決定することができるため、二次電池９の電池容量の大きさに拘わらず、設定した目標充電時間Ｔ０で二次電池９を満充電状態まで充電して充電動作を完了することができる。

また、この充電装置１によれば、容量検出処理において、電源制御部５が、二次電池９への一定の充電電流値Ｉ１での充電と電源部２からの二次電池９の切り離しとを、切り離しの開始から所定時間（５分）経過後における二次電池９についての開放電圧Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３の測定を実行しつつ複数回（一例として３回）繰り返し、測定した複数の開放電圧Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３のうちの少なくとも１つに基づいていずれか１つの開放電圧Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３の測定時における二次電池９の残存容量を検出することにより、容量検出処理の時間を無駄にすることなく二次電池９に対する充電を行いつつ、残存容量をリアルタイムに検出することができる。また、開放電圧Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３を測定して二次電池９の残存容量を検出することにより、電池形状、電極構造および配線に起因して充電電圧を測定する際に発生する内部抵抗の影響をなくすことができると共に満充電近傍で急上昇する過電圧による影響も軽減することができる。

また、この充電装置１によれば、容量検出処理において、電源制御部５が、測定した複数の開放電圧Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ２，Ｖｏｐ３のうちの２つに基づいて、２つの開放電圧（本例では開放電圧Ｖｏｐ１，Ｖｏｐ３）の各測定時における二次電池９の残存容量ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を検出し、検出した２つの残存容量の差分（ＳＯＣ２−ＳＯＣ１）、２つの開放電圧を測定する間における二次電池９に対する総充電時間、および容量検出処理における充電電流値Ｉ１に基づいて電池容量を算出することにより、容量検出処理の時間を無駄にすることなく二次電池９に対する充電を行いつつ、電池容量を検出することができる。

また、この充電装置１によれば、電源制御部５が定電流充電処理を実行した後に定電圧充電処理を一定時間（本例では２時間）だけ実行することにより、ほぼ満充電に近い状態の二次電池９をより満充電に近い状態に移行させつつ、充電終期の充電電流値Ｉ１を低下させて過充電を回避することができるため、二次電池９の寿命低下を防止することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、その構成を適宜変更することができる。例えば、常温（２５℃）における定数Ａ，Ｂで構成された式（１）のみを記憶部６に記憶させた例について上記したが、複数の温度での定数Ａ，Ｂを実験で算出して記憶部６に記憶させ、充電装置１の使用温度（二次電池９の充電時の温度）に合わせて、使用する式（１）を選択できる構成を採用することもできる。同様にして、二次電池９の目標電圧Ｖｔ、充電によって上昇した充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに最初に達した時点での二次電池９の残存容量（９５％）、二次電池９の目標充電時間Ｔ０（１６時間）、スイッチ部３に対するオン時間Ｔ１（１５分）およびオフ時間Ｔ２（５分）、定電圧充電処理の時間Ｔ３（２時間）、容量検出処理における二次電池９についての充電電圧Ｖｏの測定回数（３回）、容量検出処理における充電電流Ｉｏの充電電流値Ｉ１（５Ａ）、および式（１）に基づいて算出された残存容量についての基準値（８０％）の各値についても、記憶部６に複数記憶させ、任意に選択できる構成を採用することもできる。さらには、図示はしないが、例えば操作パネルやキーボードなどの操作部を設けて、これらの値について任意に設定できる構成を採用することもできる。

また、最も好ましい例として、容量測定処理において最後に検出した開放電圧値Ｖｏｐ３に基づいて算出した二次電池９の残存容量、つまり定電流充電処理を開始する直前での二次電池９の残存容量を用いて、定電流充電処理の際の充電電流値Ｉ２を決定する例について上記したが、容量測定処理における二次電池９への充電時間（スイッチ部３のオン時間Ｔ１）が短時間であって、一回の充電時間での二次電池９についての充電電圧Ｖｏの上昇分が少ないとき、つまり一回の充電による二次電池９の残存容量の増加分が少ないときには、最後に検出した開放電圧値Ｖｏｐに代えて、許容できる範囲内で最後から１回または複数回前に検出した開放電圧値Ｖｏｐに基づいて二次電池９の残存容量を測定し、この残存容量に基づいて定電流充電処理の際の充電電流値Ｉ２を決定することもでき、この場合においてもほぼ目標充電時間Ｔ０で二次電池９を充電することができる。

また、好ましい例として、定電流充電処理に続いて定電圧充電処理を実行する構成について上記したが、定電圧充電処理を実行する必要がないときには、定電圧充電処理の時間Ｔ３についてゼロ時間を規定するデータＤ３を用いることにより、定電流充電処理を完了して充電動作を完了することもできる。

また、定電流充電処理について、その開始からの経過時間が設定時間Ｔ４（上記例では１３時間）に達したときに終了する例について上記したが、この設定時間Ｔ４は、二次電池９の充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに達する（残存容量が９５％に達する）時間でもあるため、電圧測定部４からの電圧データＤｖに基づいて充電電圧Ｖｏを検出しつつ、充電電圧Ｖｏが目標電圧Ｖｔに達したときに定電流充電処理を終了させる構成を採用することもできる。

本発明の実施の形態に係る充電装置１の構成図である。開放電圧Ｖｏｐと残存容量との関係を示す特性図である。充電処理における充電電流Ｉｏおよび充電電圧Ｖｏの時間経過に伴う各変化を示す特性図である。電源制御部５の充電動作を説明するためのフローチャートである。図４における残存容量検出処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１充電装置
２電源部
３スイッチ部
４電圧測定部
５電源制御部
６記憶部
７計時部
９二次電池
Ｉ２定電流充電時の充電電流値
Ｉｏ充電電流
Ｔ０目標充電時間
Ｖｏ充電電圧

Claims

充電対象電池に対する充電時の充電電流値を制御可能に構成された電源部と、当該電源部を制御することによって前記充電対象電池に対して定電流充電を実行する電源制御部とを備え、前記電源制御部は、前記定電流充電の開始に先立って容量検出処理を実行して、前記充電対象電池の残存容量および電池容量を検出すると共に、当該検出した残存容量および電池容量と、予め設定された目標充電時間とに基づいて、前記定電流充電時の充電電流値を規定する充電装置であって、
前記電源制御部は、前記容量検出処理において、前記充電対象電池への一定の充電電流値での充電と前記電源部からの前記充電対象電池の切り離しとを、当該切り離しの開始から所定時間経過後における前記充電対象電池についての開放電圧の測定を実行しつつ複数回繰り返し、前記測定した複数の開放電圧のうちの少なくとも１つに基づいて当該いずれか１つの開放電圧の測定時における前記充電対象電池の前記残存容量を検出すると共に、前記測定した複数の開放電圧のうちの２つに基づいて当該２つの開放電圧の各測定時における前記充電対象電池の前記残存容量を検出し、当該検出した２つの残存容量の差分、前記２つの開放電圧を測定する間における前記充電対象電池に対する総充電時間、および前記容量検出処理における前記充電電流値に基づいて前記電池容量を算出する充電装置。
前記電源部は前記充電対象電池に対する充電時の充電電圧値を制御可能に構成され、
前記電源制御部は、前記定電流充電を実行した後に前記充電対象電池に対して定電圧充電を実行する請求項１記載の充電装置。