JPH05153735A

JPH05153735A - 二次電池の充電方法

Info

Publication number: JPH05153735A
Application number: JP33976791A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Horiie; 浩堀家; Tatsu Nagai; 龍長井; Masanobu Kizu; 正信木津
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】二次電池を充電するにあたり、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
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
電池内圧の変化を検出し、その電池内圧の時間的変化率
ｄＰ／ｄｔ（ただし、Ｐは電池内圧であり、ｔは時間で
ある）が、その直前の値より小さくなると、充電を終了
する方法により、二次電池を充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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変化を検出して、
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）。

【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）。

【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。

【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、
周囲の温度の変動に対しては、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。

【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、適正な充電を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変化を検出
し、その電池内圧の時間的変化率ｄＰ／ｄｔ（ただし、
Ｐは電池内圧であり、ｔは時間である）が、その直前の
値より小さくなった時点で、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。

【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Ａ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Ｂ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Ｂ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Ａ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。

【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。

【００１５】また、その際、電池内圧が安全上問題とな
らないように、可逆式安全弁を電池ケースに付設し、そ
の可逆式安全弁の作動圧力よりも低い範囲内での電池内
圧を検出して、充電を終了することにより、充電を安全
に行うこともできる。上記可逆式安全弁の作動圧力を図
１に直線Ｃ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。

【００１７】電池ケースＤの変形（ひずみ）を測定する
ためのひずみゲージは、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
のアクティブゲージ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。

【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１／４Ｋ
・ε・ｅ_i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、ｅ_iはブリッジ電圧である。

【００２２】上記のように、電池内圧の変化を電圧の変
化に変換することができる。そして、出力電圧ｅ₀の時
間的変化率ｄｅ₀／ｄｔ（ｔは時間）が電池内圧の時間
的変化率ｄＰ／ｄｔ（Ｐは電池内圧）に相当するので、
この出力電力ｅ₀の時間的変化率ｄｅ₀／ｄｔを一定時
間毎に測定し、直前の値と比較して、その大小を判定す
ることにより、電池の充電状態を判定することができ
る。

【００２３】つまり、充電末期から過充電になると、電
池内圧の上昇率が低くなるので、出力電圧ｅ₀の時間的
変化率ｄｅ₀／ｄｔがその直前より低くなるということ
は、過充電になることを意味するので、その時点で充電
を終了することにより、適正な充電を行うことができ
る。

【００２４】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。

【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。
この際、電池の安全性を確保するために、電池に可逆式
安全弁を取り付け、その可逆式安全弁の作動圧力を１５
ａｔｍ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、その出力データをもとに変化率を求め、
その変化率の大小を比較し、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。

【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。

【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。

【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、その検出電圧ｅ₀のデータをそれ以前に
検出されたデータ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１１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。

【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、その後、一定間隔Ｔｓ毎
に圧力測定し、その圧力Ｐの時間的変化率ｄＰ／ｄｔを
前後で比較し、その大小を判定する。

【００３３】その結果、直前の変化率よりも小さい場
合、充電を終了し、直前の変化率より大きい場合、充電
を開始する。ただし、可逆式安全弁の作動圧力より電池
内圧Ｐが大きくならないように、それ以下の電池内圧で
充電を終了して、充電を安全に行うことも可能である。

【００３４】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、その電池内圧の時間的変化率を調べる
方法で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。

【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、電池内圧の時
間的変化率が、その直前の値より小さくなる時点を検出
して、充電を終了する制御方法を採用しているので、充
電電流の大きさや周囲の温度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】また、本発明の充電方法により組電池を充
電する場合は、最も早く過充電と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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【図５】従来の充電方法の原理を説明するための図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【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変化を検出
し、その電池内圧の時間的変化率ｄＰ／ｄｔ（ただし、
Ｐは電池内圧であり、ｔは時間である）が、その直前の
値より小さくなった時点で、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。