JPH05153734A - 二次電池の充電方法 - Google Patents
二次電池の充電方法Info
- Publication number
- JPH05153734A JPH05153734A JP33976691A JP33976691A JPH05153734A JP H05153734 A JPH05153734 A JP H05153734A JP 33976691 A JP33976691 A JP 33976691A JP 33976691 A JP33976691 A JP 33976691A JP H05153734 A JPH05153734 A JP H05153734A
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- battery
- internal pressure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 二次電池の充電にあたり、充電電流の大きさ
や周囲の温度の高低に影響を受けることなく、適正かつ
安全に二次電池を充電する。 【構成】 充電に伴って電池内部に発生するガスによる
電池内圧の上昇を検出し、かつ電池内圧が電池ケースに
付設された可逆式安全弁の作動圧力よりも低い範囲内
で、充電を終了する方法により、二次電池を充電する。
や周囲の温度の高低に影響を受けることなく、適正かつ
安全に二次電池を充電する。 【構成】 充電に伴って電池内部に発生するガスによる
電池内圧の上昇を検出し、かつ電池内圧が電池ケースに
付設された可逆式安全弁の作動圧力よりも低い範囲内
で、充電を終了する方法により、二次電池を充電する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池の充電方法に
関するものであり、さらに詳しくは、充電に伴って電池
内部に発生するガスによる電池内圧の上昇を検出して、
充電を制御する二次電池の充電方法に関するものであ
る。
関するものであり、さらに詳しくは、充電に伴って電池
内部に発生するガスによる電池内圧の上昇を検出して、
充電を制御する二次電池の充電方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】アルカリ二次電池などの二次電池の充電
方法としては、図５に示すように、充電電圧曲線Ｖが充
電末期においてピーク点Ｘを有することを利用し、この
ピーク点Ｘより一定電圧（ΔＶ）降下したＹ点を検出す
ることによって、充電を制御する、いわゆる−ΔＶ検出
制御による充電方法が採用されていた（たとえば、特開
昭５３−４３８５４号公報）。
方法としては、図５に示すように、充電電圧曲線Ｖが充
電末期においてピーク点Ｘを有することを利用し、この
ピーク点Ｘより一定電圧（ΔＶ）降下したＹ点を検出す
ることによって、充電を制御する、いわゆる−ΔＶ検出
制御による充電方法が採用されていた（たとえば、特開
昭５３−４３８５４号公報）。
【０００３】また、図５の曲線Ｗで示すように、充電の
進行に伴って電池の表面温度が上昇することを利用し、
この表面温度の上昇を検出して、充電を制御する温度検
出制御による充電方法も採用されていた（たとえば、特
開昭５２−９１１３７号公報）。
進行に伴って電池の表面温度が上昇することを利用し、
この表面温度の上昇を検出して、充電を制御する温度検
出制御による充電方法も採用されていた（たとえば、特
開昭５２−９１１３７号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ピーク点Ｘから一定電圧（ΔＶ）下がったＹ点を検出し
て充電を制御する−ΔＶ検出制御による充電方法では、
制御開始時点の検出がピーク点Ｘを検出する場合よりも
比較的容易に行い得るものの、充電電圧曲線Ｖが充電電
流の大きさや周囲の温度の高低によって大きく変化する
ため、ΔＶ値を一義的に設定すると、検出時点のバラツ
キが大きく、充電量の過不足を生じることが避けられな
かった。
ピーク点Ｘから一定電圧（ΔＶ）下がったＹ点を検出し
て充電を制御する−ΔＶ検出制御による充電方法では、
制御開始時点の検出がピーク点Ｘを検出する場合よりも
比較的容易に行い得るものの、充電電圧曲線Ｖが充電電
流の大きさや周囲の温度の高低によって大きく変化する
ため、ΔＶ値を一義的に設定すると、検出時点のバラツ
キが大きく、充電量の過不足を生じることが避けられな
かった。
【０００５】また、電池の表面温度を検出する温度検出
制御による充電方法では、充電電流の大きさにかかわら
ず、比較的正確な制御開始時点の特定が可能であるが、
周囲の温度の変化に対しては、依然として検出時点のバ
ラツキ発生を避けることができず、過充電になったり、
あるいは充電不足になるおそれがあった。
制御による充電方法では、充電電流の大きさにかかわら
ず、比較的正確な制御開始時点の特定が可能であるが、
周囲の温度の変化に対しては、依然として検出時点のバ
ラツキ発生を避けることができず、過充電になったり、
あるいは充電不足になるおそれがあった。
【０００６】さらに、上記の充電方法を利用して組電池
の充電を行った場合、組電池を構成する個々の素電池間
の特性のバラツキを考慮することがむつかしく、放電容
量の少ない素電池が混じっていると、その放電容量の少
ない素電池に対して過充電になるおそれが強く、そのた
め充放電サイクル特性の劣化が生じるという問題があっ
た。
の充電を行った場合、組電池を構成する個々の素電池間
の特性のバラツキを考慮することがむつかしく、放電容
量の少ない素電池が混じっていると、その放電容量の少
ない素電池に対して過充電になるおそれが強く、そのた
め充放電サイクル特性の劣化が生じるという問題があっ
た。
【０００７】したがって、本発明は、二次電池の充電に
あたり、充電電流の大きさや周囲の温度の高低による影
響を受けることなく、適正に充電を行うことができ、し
かもその充電を安全に行い得る充電方法を提供すること
を目的とする。
あたり、充電電流の大きさや周囲の温度の高低による影
響を受けることなく、適正に充電を行うことができ、し
かもその充電を安全に行い得る充電方法を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、充電に伴って
電池内部に発生するガスによる電池内圧の増加を検出
し、電池ケースに付設された可逆式安全弁の作動圧力よ
りも低い電池内圧で充電を終了するか、または充電電流
を下げて充電を継続することによって、上記目的を達成
したものである。
電池内部に発生するガスによる電池内圧の増加を検出
し、電池ケースに付設された可逆式安全弁の作動圧力よ
りも低い電池内圧で充電を終了するか、または充電電流
を下げて充電を継続することによって、上記目的を達成
したものである。
【０００９】本発明に至った経過ならびに本発明によれ
ば充電電流の大きさや周囲の温度の高低に影響されずに
適正かつ安全な充電を行い得る理由を説明すると、次の
通りである。
ば充電電流の大きさや周囲の温度の高低に影響されずに
適正かつ安全な充電を行い得る理由を説明すると、次の
通りである。
【００１０】まず、本発明者らは、二次電池における充
電末期のガス発生による電池内圧の上昇は、充電電流や
周囲の温度により影響を受けるが、必ず生じる現象であ
り、これを測定することによって、充電状態を検出する
ことが可能であるという知見を得た。
電末期のガス発生による電池内圧の上昇は、充電電流や
周囲の温度により影響を受けるが、必ず生じる現象であ
り、これを測定することによって、充電状態を検出する
ことが可能であるという知見を得た。
【００１１】これを図１を参照しつつ説明すると、図１
中の充電電池内圧曲線Ｂに示すように、充電時間が増加
すると、電池内圧が上昇する。この電池内圧の上昇は、
充電に伴って電池内部に発生するガスによるものである
が、図１中の充電電圧曲線Ｃとの対比からわかるよう
に、電池の充電が充電末期に達したときに対応して生じ
る。
中の充電電池内圧曲線Ｂに示すように、充電時間が増加
すると、電池内圧が上昇する。この電池内圧の上昇は、
充電に伴って電池内部に発生するガスによるものである
が、図１中の充電電圧曲線Ｃとの対比からわかるよう
に、電池の充電が充電末期に達したときに対応して生じ
る。
【００１２】つまり、電池に充電を行うと、電池電圧
は、充電電圧曲線Ｃに示すように、ゆるやかに上昇し、
ある時点から急激に上昇して、ピークに達した後、一定
電圧降下してから平行になる。この電池電圧が急激に上
昇し、ピークに達するまでの間が充電末期に該当し、そ
れ以後は過充電状態である。
は、充電電圧曲線Ｃに示すように、ゆるやかに上昇し、
ある時点から急激に上昇して、ピークに達した後、一定
電圧降下してから平行になる。この電池電圧が急激に上
昇し、ピークに達するまでの間が充電末期に該当し、そ
れ以後は過充電状態である。
【００１３】電池内圧は、その充電電池内圧曲線Ｂに示
すように、当初ほぼ平行に進行し、ある時点から急激に
上昇して、ピークに達した後、再び平行になるが、この
電池内圧の急激な上昇は、電池電圧の急激な上昇に対応
して生じている。したがって、充電に伴う電池内圧の上
昇は、電池の充電末期から過充電になるまでの間に生じ
ていることになる。
すように、当初ほぼ平行に進行し、ある時点から急激に
上昇して、ピークに達した後、再び平行になるが、この
電池内圧の急激な上昇は、電池電圧の急激な上昇に対応
して生じている。したがって、充電に伴う電池内圧の上
昇は、電池の充電末期から過充電になるまでの間に生じ
ていることになる。
【００１４】そこで、電池ケースにひずみゲージを取り
付け、電池内圧の上昇に基づく電池ケースの変形（ひず
み）による抵抗変化をホイートストンブリッジにより測
定することによって、電池内圧の上昇を検出し、それに
よって充電を制御することにより、充電電流の大きさや
周囲の温度の高低に影響を受けることなく、適正な充電
を行うことができる。
付け、電池内圧の上昇に基づく電池ケースの変形（ひず
み）による抵抗変化をホイートストンブリッジにより測
定することによって、電池内圧の上昇を検出し、それに
よって充電を制御することにより、充電電流の大きさや
周囲の温度の高低に影響を受けることなく、適正な充電
を行うことができる。
【００１５】また、その際、電池内圧が安全上問題とな
らないように電池ケースに付設された可逆式安全弁の作
動圧力よりも低い範囲内での電池内圧で、充電を終了す
ることにより、充電を安全に行うことができる。上記可
逆式安全弁の作動圧力を図１に直線Ａで示す。
らないように電池ケースに付設された可逆式安全弁の作
動圧力よりも低い範囲内での電池内圧で、充電を終了す
ることにより、充電を安全に行うことができる。上記可
逆式安全弁の作動圧力を図１に直線Ａで示す。
【００１６】上記のように、電池内圧の上昇に基づく電
池ケースの変形による抵抗変化をホイートストンブリッ
ジにより測定する方法を図２を参照しつつ説明すると、
次の通りである。
池ケースの変形による抵抗変化をホイートストンブリッ
ジにより測定する方法を図２を参照しつつ説明すると、
次の通りである。
【００１７】電池ケースＤの変形（ひずみ）を測定する
ひずみゲージは、アクティブゲージＥとダミーゲージＦ
とで構成され、図２に示すように、ひずみゲージのアク
ティブケージＥは、ひずみを測定しようとする電池ケー
スＤに、その変位方向に向けて、接着剤で貼り付けられ
る。
ひずみゲージは、アクティブゲージＥとダミーゲージＦ
とで構成され、図２に示すように、ひずみゲージのアク
ティブケージＥは、ひずみを測定しようとする電池ケー
スＤに、その変位方向に向けて、接着剤で貼り付けられ
る。
【００１８】当初、つまり、電池ケースＤにひずみが生
じる前は、アクティブゲージＥの抵抗Ｒ1 と、ひずみゲ
ージのダミーゲージＦの抵抗Ｒ2と、抵抗Ｒ3 と、抵抗
Ｒ4 との間に、Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒ4 の平衡状態が保
たれている。
じる前は、アクティブゲージＥの抵抗Ｒ1 と、ひずみゲ
ージのダミーゲージＦの抵抗Ｒ2と、抵抗Ｒ3 と、抵抗
Ｒ4 との間に、Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒ4 の平衡状態が保
たれている。
【００１９】電池に充電して、電池内部にガスが発生
し、電池内圧が上昇して、電池ケースＤが膨張し、電池
ケースＤにひずみが生じ、それを受けてアクティブゲー
ジＥの抵抗Ｒ1 がΔＲ1 だけ変化すると、当初、Ｒ1 ＝
Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒ4 の平衡状態にあったものが壊れて、出
力電圧ｅ0 は、次の数式（Ｉ）に示すように、約１／４
Ｋ・ε・ｅi になる。
し、電池内圧が上昇して、電池ケースＤが膨張し、電池
ケースＤにひずみが生じ、それを受けてアクティブゲー
ジＥの抵抗Ｒ1 がΔＲ1 だけ変化すると、当初、Ｒ1 ＝
Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒ4 の平衡状態にあったものが壊れて、出
力電圧ｅ0 は、次の数式（Ｉ）に示すように、約１／４
Ｋ・ε・ｅi になる。
【００２０】
【数１】
【００２１】上記数式（Ｉ）において、Ｋはひずみ感度
で、εはひずみであり、ｅi はブリッジ電圧である。
で、εはひずみであり、ｅi はブリッジ電圧である。
【００２２】このように、出力電圧ｅ0 は電池ケースＤ
のひずみ（変形）の関数になり、電池内圧の変化を電圧
変化に変換できる。したがって、この出力電圧ｅ0 を測
定することにより、電池内圧の上昇を検出することがで
き、それによって充電を制御し、適正な充電を行うこと
ができる。
のひずみ（変形）の関数になり、電池内圧の変化を電圧
変化に変換できる。したがって、この出力電圧ｅ0 を測
定することにより、電池内圧の上昇を検出することがで
き、それによって充電を制御し、適正な充電を行うこと
ができる。
【００２３】本発明の方法は、ニッケル・メタルハイド
ライド電池をはじめ、ニッケル・カドミウム電池、ニッ
ケル・亜鉛電池など、各種の密閉形二次電池の充電に適
用することができる。また、従来の充電方法と併用する
ことも可能である。
ライド電池をはじめ、ニッケル・カドミウム電池、ニッ
ケル・亜鉛電池など、各種の密閉形二次電池の充電に適
用することができる。また、従来の充電方法と併用する
ことも可能である。
【００２４】可逆式安全弁は、従来から公知のものを使
用することができ、その作動圧力は、それぞれの電池の
電池ケースの耐圧に応じて設定すればよい。なお、本発
明において、電池ケースとは、電池内容物が収容されて
いる外装体をいう。
用することができ、その作動圧力は、それぞれの電池の
電池ケースの耐圧に応じて設定すればよい。なお、本発
明において、電池ケースとは、電池内容物が収容されて
いる外装体をいう。
【００２５】
【実施例】二次電池として単３形のニッケル・メタルハ
イドライド電池を用い、この二次電池に充電を行った。
その際、可逆式安全弁の作動圧力は１５ａｔｍに設定し
ておいた。
イドライド電池を用い、この二次電池に充電を行った。
その際、可逆式安全弁の作動圧力は１５ａｔｍに設定し
ておいた。
【００２６】充電装置は、図３に概略を示すように、商
用交流電源１を整流し、所定の直流Ｉを出力可能にする
充電回路２と、該充電回路２から二次電池３への通電時
期を規制するスイッチング素子４と、二次電池３の電池
内圧による電池ケースの変形（ひずみ）を抵抗変化に変
換するひずみゲージ５と、その抵抗変化を電圧変化に変
換する圧力測定部６と、その圧力測定部６からの出力デ
ータを入力し、二次電池３に対する所定の充電制御動作
を行う制御回路７とから構成される。
用交流電源１を整流し、所定の直流Ｉを出力可能にする
充電回路２と、該充電回路２から二次電池３への通電時
期を規制するスイッチング素子４と、二次電池３の電池
内圧による電池ケースの変形（ひずみ）を抵抗変化に変
換するひずみゲージ５と、その抵抗変化を電圧変化に変
換する圧力測定部６と、その圧力測定部６からの出力デ
ータを入力し、二次電池３に対する所定の充電制御動作
を行う制御回路７とから構成される。
【００２７】充電回路２は、定電流源であり、制御回路
７から送られる制御信号Ｓ1 の入力と連動して、出力電
流Ｉの値を複数段階に変更できるように構成されてい
る。
７から送られる制御信号Ｓ1 の入力と連動して、出力電
流Ｉの値を複数段階に変更できるように構成されてい
る。
【００２８】スイッチング素子４は、充電回路２と二次
電池３との間に配設されており、制御回路７から出力さ
れる制御信号Ｓ2 の入力と連動して開閉し、二次電池３
への通電時期を規制できる。
電池３との間に配設されており、制御回路７から出力さ
れる制御信号Ｓ2 の入力と連動して開閉し、二次電池３
への通電時期を規制できる。
【００２９】制御回路７は、ＣＰＵやメモリなどを一体
に備えたワンチップマイクロコンピュータが使用され、
ＲＯＭ内にあらかじめ記憶しておいたプログラムによ
り、図３に示す各回路の一部または全部がソフト的に構
成されている。
に備えたワンチップマイクロコンピュータが使用され、
ＲＯＭ内にあらかじめ記憶しておいたプログラムによ
り、図３に示す各回路の一部または全部がソフト的に構
成されている。
【００３０】すなわち、制御回路７は、充電条件などの
各種設定を可能にする設定操作部８と、圧力測定部６か
ら出力される検出電圧ｅ0 のデータを一時記憶するデー
タ記憶部９と、あらかじめ記憶してある許容最大圧力時
に検出された電圧ｅmax と比較判定する比較部１０と、
その比較部１０における判定結果に対応して、充電を継
続するか否か、あるいは低い電流値に変更してさらに充
電を続けるかなどを決定する演算部１１と、該演算部１
１の演算結果に対応した制御信号Ｓ1 、Ｓ2 を出力する
制御出力部１２と、各種タイマー信号を作るタイマー部
１３とから構成される。
各種設定を可能にする設定操作部８と、圧力測定部６か
ら出力される検出電圧ｅ0 のデータを一時記憶するデー
タ記憶部９と、あらかじめ記憶してある許容最大圧力時
に検出された電圧ｅmax と比較判定する比較部１０と、
その比較部１０における判定結果に対応して、充電を継
続するか否か、あるいは低い電流値に変更してさらに充
電を続けるかなどを決定する演算部１１と、該演算部１
１の演算結果に対応した制御信号Ｓ1 、Ｓ2 を出力する
制御出力部１２と、各種タイマー信号を作るタイマー部
１３とから構成される。
【００３１】この充電装置により、図４に示す流れ図に
基づき、制御回路７における制御手順を説明する。
基づき、制御回路７における制御手順を説明する。
【００３２】まず、二次電池３を低い充電電流で補充電
し、一定時間後、圧力測定し、許容最大圧力時検出電圧
ｅmax と比較し、ｅmax より小さい場合は、充電を開始
し、それ以後、一定時間毎に同じ動作をｅ0 ≧ｅmax に
なるまで繰り返す。そして、ｅ0 ≧ｅmax になったら、
充電を終了する。
し、一定時間後、圧力測定し、許容最大圧力時検出電圧
ｅmax と比較し、ｅmax より小さい場合は、充電を開始
し、それ以後、一定時間毎に同じ動作をｅ0 ≧ｅmax に
なるまで繰り返す。そして、ｅ0 ≧ｅmax になったら、
充電を終了する。
【００３３】このように、充電に伴って電池内部に発生
するガスによる電池内圧の変化をひずみゲージにより電
圧変化に変換し、充電を制御する方法により、充電を行
っているので、充電電流の大きさや周囲の温度の高低に
影響を受けることなく、適正な充電を行うことができ
る。
するガスによる電池内圧の変化をひずみゲージにより電
圧変化に変換し、充電を制御する方法により、充電を行
っているので、充電電流の大きさや周囲の温度の高低に
影響を受けることなく、適正な充電を行うことができ
る。
【００３４】そして、電池内圧が安全上問題とならない
ように電池ケースに付設された可逆式安全弁の作動圧力
よりも低い範囲内での電池内圧の検出により、充電を行
っているので、充電を安全に行うことができる。
ように電池ケースに付設された可逆式安全弁の作動圧力
よりも低い範囲内での電池内圧の検出により、充電を行
っているので、充電を安全に行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、充電
に伴って電池内部に発生するガスによる電池内圧の変化
をひずみゲージにより電圧変化に変換し、充電を制御す
る方法で充電を行うので、充電電流の大きさや周囲温度
の高低に影響されることなく、適正な充電を行うことが
できる。
に伴って電池内部に発生するガスによる電池内圧の変化
をひずみゲージにより電圧変化に変換し、充電を制御す
る方法で充電を行うので、充電電流の大きさや周囲温度
の高低に影響されることなく、適正な充電を行うことが
できる。
【００３６】しかも、本発明では、その充電の制御を、
電池内圧が安全上問題とならないように電池ケースに付
設された可逆式安全弁の作動圧力よりも低い範囲内での
電池内圧の上昇を検出することにより行うので、充電を
安全に行うことができる。
電池内圧が安全上問題とならないように電池ケースに付
設された可逆式安全弁の作動圧力よりも低い範囲内での
電池内圧の上昇を検出することにより行うので、充電を
安全に行うことができる。
【００３７】また、本発明の充電方法により組電池を充
電する場合は、最も早く過充電になる素電池を検出する
ことができるので、組電池の充放電サイクル寿命を向上
させることができる。
電する場合は、最も早く過充電になる素電池を検出する
ことができるので、組電池の充放電サイクル寿命を向上
させることができる。
【図１】本発明の充電方法の原理を説明するための図で
ある。
ある。
【図２】本発明の充電方法の実施にあたり、電池内圧を
測定するための装置の概略を模式的に示す図である。
測定するための装置の概略を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施例で用いる充電装置を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】図３に示す充電装置における制御手順を示す流
れ図である。
れ図である。
【図５】従来の充電方法の原理を説明するための図であ
る。
る。
Claims (2)
- 【請求項１】 二次電池の充電にあたり、充電に伴って
電池内部に発生するガスによる電池内圧の上昇を検出
し、電池ケースに付設された可逆式安全弁の作動圧力よ
りも低い電池内圧で充電を終了するか、または充電電流
を下げて充電を継続することを特徴とする二次電池の充
電方法。 - 【請求項２】 上記二次電池が、充電可能な複数個の素
電池を直列に接続した組電池である請求項１記載の二次
電池の充電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33976691A JPH05153734A (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 二次電池の充電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33976691A JPH05153734A (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 二次電池の充電方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05153734A true JPH05153734A (ja) | 1993-06-18 |
Family
ID=18330606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33976691A Pending JPH05153734A (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 二次電池の充電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05153734A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6610438B2 (en) | 2000-03-30 | 2003-08-26 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Seal type storage battery |
-
1991
- 1991-11-27 JP JP33976691A patent/JPH05153734A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6610438B2 (en) | 2000-03-30 | 2003-08-26 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Seal type storage battery |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010220 |