JPH09149556A - 二次電池の充電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池性能を低下させることなく、充電時間を
さらに短縮する。 【解決手段】 二次電池の充電方法は、二次電池８を定
電圧充電する設定電圧を温度補償し、温度が低い時に定
電圧充電する設定電圧を高く補償する。二次電池８を第
１設定電圧で定電圧充電した後に、第２設定電圧で定電
圧充電する。第１設定電圧は第２設定電圧以上に設定す
ると共に、第２設定電圧は温度によって設定電圧を変更
し、温度が低いときの設定電圧を温度が高いときの設定
電圧よりも高く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル−カドミ
ウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電
池等の二次電池を充電する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル−カドミウム電池とニッケル−
水素電池は、定電流充電して満充電できる。この種の電
池は、定電流充電すると、電池電圧がピーク電圧まで上
昇した後、ΔＶ低下するので、電池電圧のピーク値やΔ
Ｖ低下を検出して満充電できる。ただ、リチウムイオン
二次電池は、充電するにしたがって電池電圧が高くな
る。この電池は、満充電されても電池電圧が低下する性
質はないので、ニッケル−カドミウム電池のように、電
池電圧がΔＶ低下することを検出して満充電を検出でき
ない。さらに、リチウムイオン二次電池は、過充電され
て電池電圧が異常に高くなると、電池性能が著しく低下
する弊害がある。このため、リチウムイオン二次電池
は、定電流充電して満充電できず、定電圧充電して満充
電している。

【０００３】以上のように、ニッケル−カドミウム電池
とニッケル−水素電池は、定電流充電して満充電し、リ
チウムイオン二次電池は定電圧充電して満充電する。し
たがって、定電流充電するニッケル−カドミウム電池の
充電方法では、リチウムイオン二次電池を充電できな
い。充電する電圧の最高値と、充電電流の最大値とを制
限して電池を充電する、定電流−定電圧充電する充電方
法は、ニッケル−カドミウム電池とリチウムイオン二次
電池の両方を満充電できる。ただ、ニッケル−カドミウ
ム電池とリチウムイオン二次電池は、電池電圧が相当に
違うので、たとえば、３個のニッケル−カドミウム電池
を直列に接続したパック電池と、１個のリチウムイオン
二次電池とを同じ設定電圧で充電する必要がある。

【０００４】電池を定電流−定電圧充電する方法が、実
開平５−６０１４６号公報に記載される。さらに、この
公報に記載される充電方法は、定電圧充電する設定電圧
を温度補償している。電池は温度が低いときに内部抵抗
が大きくなる。大きい内部抵抗に起因する電圧降下を補
償するために、低温度の電池は、設定電圧を高くして定
電圧充電している。この充電方法で電池を充電すると、
図１に示すように電圧と電流カーブが変化する。この図
に示す充電方法は、５０℃で定電圧充電する設定電圧を
４．２Ｖに設定し、０℃の設定電圧は４．４Ｖと０．２
Ｖ高くしている。０℃の電池は、５０℃の電池に比較し
て内部抵抗が大きいので、図に示すように、設定電圧を
高くすると、定電流充電する時間を長くできる。このた
め、低温度の電池を定電流充電する時間を長くして、満
充電になるまでの時間を短くできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ただ、この方法ではさ
らに、電池の充電時間を短縮するのが難しい。満充電す
る時間を短縮するために、設定電圧をさらに高くする
と、温度の高い内部抵抗の小さい電池の充電電流が低下
しなくなって、電池性能を著しく低下させるからであ
る。

【０００６】本発明は、電池性能を低下させることな
く、さらに充電時間を短縮することを目的に開発された
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の充電
方法は、二次電池８を定電圧充電する設定電圧を温度補
償し、温度が低い時に定電圧充電する設定電圧を高く補
償する充電方法を改良したものである。

【０００８】本発明の充電方法は、二次電池８を第１設
定電圧で定電圧充電した後に、第２設定電圧で定電圧充
電する。第１設定電圧は第２設定電圧以上に設定すると
共に、第２設定電圧は温度によって設定電圧を変更し、
温度が低いときの設定電圧を温度が高いときの設定電圧
よりも高く設定する。すなわち、本発明の充電方法は、
第１設定電圧で電池を一時的に高い設定電圧として定電
流−定電圧充電し、電池が所定の容量まで充電された後
は、温度補償された第２設定電圧で定電圧充電すること
を特徴とする。第１設定電圧は、温度補償して設定電圧
を変更することもできるが、温度補償しないで一定の電
圧に設定することもできる。第１設定電圧を温度補償す
る方法は、温度が低いときの設定電圧を温度が高いとき
よりも高く設定する。

【０００９】第１設定電圧から第２設定電圧に切り換え
るタイミングは、たとえば、電池電圧が第１設定電圧と
なったとき、あるいは、電池の充電電流が設定値まで減
少したとき、あるいはまた、電池温度が設定温度まで上
昇したときとする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための二次電池の充電方法を例
示するものであって、本発明は充電方法を下記の方法に
特定しない。

【００１１】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。

【００１２】図２は本発明の実施例の方法で二次電池を
充電するときの電圧、電流特性を示す。この図の充電方
法は、リチウムイオン二次電池を充電する場合を示す。
ただ、充電する二次電池はリチウムイオン二次電池に特
定されない。たとえば、ニッケル−カドミウム電池やニ
ッケル−水素電池等の二次電池も同じようにして充電で
きる。ただし、ニッケル−カドミウム電池とニッケル−
水素電池は、電圧が低いので、３個の電池を直列に接続
したパック電池とする。リチウムイオン二次電池と同じ
電圧で充電するためである。この充電方法は、リチウム
イオン二次電池に加えて、ニッケル−カドミウム電池と
ニッケル−水素電池も同じ充電器で同じようにして充電
できる。以下の実施例は、１個のリチウムイオン二次電
池と、３個のニッケル−カドミウム電池及びニッケル−
水素電池を充電する方法を示すが、定電流−定電圧充電
する条件は、充電する二次電池のタイプ、直列接続数、
容量によって最適値に設定する。

【００１３】図２の充電方法は、充電電流と充電電圧の
最大値を制限する充電方法、すなわち、定電流−定電圧
充電して二次電池を満充電する。定電流−定電圧充電さ
れる二次電池は、充電している途中で、設定電圧を第１
設定電圧から第２設定電圧に切り換える。二次電池は、
最初に、第１設定電圧で定電流−定電圧充電され、その
後に第２設定電圧で定電流−定電圧充電される。

【００１４】第１設定電圧を第２設定電圧以上に設定す
る。図に示す充電方法は、第１設定電圧を４．４Ｖに設
定している。リチウムイオン二次電池は、充電するとき
に電池電圧が４．２Ｖを越えると、金属リチウムが析出
して電池性能が低下すると考えられている。図２に示す
充電方法は、第１設定電圧を４．２Ｖよりも高く設定し
ているが、電池電圧が第１設定電圧まで上昇するのは極
めて短い時間である。それも、電池が満充電されないと
きである。電池の最大電圧を第１設定電圧以下に設定し
て定電流−定電圧充電するとき、二次電池の電池電圧が
第１設定電圧になるのは、第１設定電圧で定電流充電し
て充電が進行し、第１設定電圧から第２設定電圧に切り
換えるまでの短時間である。このため、第１設定電圧を
４．４Ｖと高く設定して、リチウムイオン二次電池に与
える障害を少なくできる。

【００１５】二次電池は、第１設定電圧を４．４Ｖと高
くして充電した後、第２設定電圧に切り換えて満充電す
る。第２設定電圧は、第１設定電圧以下に設定すると共
に、温度によって設定電圧を変更する。第２設定電圧
は、温度が低いときの設定電圧を温度が高いときの設定
電圧よりも高く設定する。温度が低いときに第２設定電
圧を高くするのは、温度の低い環境で充電される二次電
池は、内部抵抗が大きく、内部抵抗に起因する電圧降下
が大きいからである。

【００１６】図に示す充電方法は、第２設定電圧を下記
の電圧に設定している。 ０℃……４．４Ｖ ２５℃……４．３Ｖ ５０℃……４．２Ｖ

【００１７】第２設定電圧は、高く設定すると二次電池
に充電できる容量を大きくしてエネルギー容量を増大で
きる。ただ、設定電圧が高すぎると、電池性能を低下さ
せる。このため、第２設定電圧は、電池のタイプ、容
量、使用環境等を考慮して、最適値に調整される。

【００１８】図２に示す充電方法は、最初に、最大電圧
を第１設定電圧に設定して二次電池を定電流−定電圧充
電し、電池電圧が第１設定電圧になると、第２設定電圧
に切り換えて定電流−定電圧充電する。この図に示す状
態で充電される二次電池は、最初は電池電圧が第１設定
電圧以下であるので、定電流充電される。充電が進むに
したがって電池電圧が上昇し、電池電圧が第１設定電圧
になると、電池の最大電圧を第２設定電圧に切り換える
ので、定電流充電から定電圧充電に切り換えられる。

【００１９】この図の充電方法は、設定電圧を第１設定
電圧から第２設定電圧に切り換える切換タイミングを、
電池電圧が第１設定電圧まで上昇した時としている。本
発明の充電方法は、切換タイミングをこのタイミングに
特定しない。切換タイミングは、電池電圧のみでなく、
充電電流を検出し、あるいは、電池温度を検出して決定
することもできる。充電電流を検出して切換タイミング
を決定する方法は、充電電流が設定電流以下になると、
設定電圧を第１設定電圧から第２設定電圧に切り換え
る。切換タイミングを特定する設定電流は、好ましく
は、二次電池を定電流充電する充電電流よりも小さい
が、定電流充電する電流値にほぼ等しい電流値に設定す
る。

【００２０】最大電圧を第１設定電圧に設定して二次電
池を定電流−定電圧充電すると、電池電圧が第１設定電
圧まで上昇したとき、電池電圧が第１設定電圧に制限さ
れるので、充電電流が次第に減少する。したがって、充
電電流を検出して、第１設定電圧から第２設定電圧に切
り換えることができる。さらに、二次電池を充電する
と、電池温度も高くなる。したがって、電池温度を検出
して設定電圧を第１設定電圧から第２設定電圧に切り換
えることもできる。

【００２１】図２に示す充電方法は、第１設定電圧を固
定し、第２設定電圧を電池の周囲温度で変更している。
この方法は、第１設定電圧を変更しないので、簡単な回
路で二次電池を充電できる特長がある。ただ、本発明の
充電方法は、第１設定電圧を電池の周囲温度で変更する
こともできる。たとえば、第１設定電圧と第２設定電圧
を下記の電圧に設定して、第１設定電圧を第２設定電圧
よりも一定電圧高く設定することもできる。 周囲温度 第１設定電圧 第２設定電圧 ０℃ ４．４Ｖ ４．３Ｖ ２５℃ ４．３Ｖ ４．２Ｖ ５０℃ ４．２Ｖ ４．１Ｖ

【００２２】以上のようにして二次電池を充電する回路
を図３に示す。この図に示す充電回路は、入力される交
流を、二次電池８を充電できる電圧に変換する電源１
と、この電源１の出力を調整して二次電池８を定電流−
定電圧充電する充電制御部２と、この充電制御部２を制
御する中央制御部３と、この中央制御部３に電池電圧を
入力する電圧検出部４と、二次電池８の充電電流を検出
して中央制御部３に入力する電流検出部５と、周囲温度
を検出する温度検出部６と、二次電池８の充電時間を制
御するタイマー部７とを備える。

【００２３】電源１は、入力される交流を整流して直流
に変換するダイオードブリッジと、このダイオードブリ
ッジの出力を平滑にする電解コンデンサの平滑回路とを
備える。電源は、入力される交流を直流に変換して、直
流を交流に変換して降圧するＤＣ−ＤＣコンバータも使
用できる。

【００２４】中央制御部３はマイクロプロセッサーで、
電圧検出部４と電流検出部５から入力される電池電圧
と、充電電流とを演算して充電制御部２を制御し、充電
制御部２でもって出力電圧と出力電流を調整して二次電
池８を定電流−定電圧充電する。中央制御部３に制御さ
れる充電制御部２は、図２に示すように、充電を開始し
た最初は、電池の最大電圧を第１設定電圧に設定して定
電流−定電圧充電し、電池が所定の容量まで充電される
と、設定電圧を第１設定電圧から第２設定電圧に切り換
えて定電流−定電圧充電する。二次電池８が満充電され
ると、充電を停止する。

【００２５】電圧検出部４は、電池電圧を検出し、検出
した電池電圧をデジタル値に変換して中央制御部３に入
力する。電流検出部５は電池の充電電流を検出して、デ
ジタル値に変換して中央制御部３に入力する。温度検出
部６は、二次電池８の周囲温度を検出し、検出温度をデ
ジタル値に変換して中央制御部３に入力する。温度検出
部６は、周囲温度と電池温度の両方を検出して中央制御
部３に入力することもできる。電圧検出部４と電流検出
部５と温度検出部６は、検出した電圧、電流、温度のア
ナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ
を内蔵している。

【００２６】タイマー部７は、二次電池８を充電するト
ータル時間を記憶している。タイマー部７は充電を開始
するとカウントを開始する。タイマー部７がカウントを
終了すると、中央制御部３は充電制御部２を制御して二
次電池８の充電を終了する。タイマー部７は、設定電圧
を第１設定電圧から第２設定電圧に切り換える切換タイ
ミングを記憶することもできる。タイマー部７が、第１
設定電圧から第２設定電圧に切り換えるタイミングを決
定する充電方法は、たとえば、二次電池８が十分に放電
されたことを検出して満充電する方法に適している。十
分に放電された二次電池８は、電池電圧が第１設定電圧
に上昇するまでに一定の時間がかかるからである。タイ
マー部７に記憶される切換タイミングは、二次電池８の
設定電圧を第１設定電圧に設定して、悪い影響を与えな
い時間、たとえば、１０分〜１時間に設定される。

【００２７】

【発明の効果】本発明の二次電池の充電方法は、電池性
能を低下させることなく短時間で満充電できる特長があ
る。それは、本発明の充電方法が、電池電圧を第１設定
電圧から第２設定電圧に切り換えて電池を定電流−定電
圧充電すると共に、第１設定電圧を第２設定電圧以上に
高くし、さらに、第２設定電圧は温度補償して設定電圧
を電池に最適な電圧に制御するからである。二次電池
は、充電を開始した最初には、設定電圧の高い第１設定
電圧に設定して定電流−定電圧充電する。設定電圧を高
くして定電流−定電圧充電するので、電池はより長い時
間定電流充電されて、この工程における時間当りの充電
容量を大きくできる。このため、満充電する充電時間を
短縮できる。第１設定電圧を高くするので、電池電圧は
多少は高くなるが、電池電圧が第２設定電圧を越える時
間は極めて短い。このため、本発明の充電方法は、二次
電池の悪影響を与えることなく、短時間で満充電できる
極めて優れた特長を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の方法で二次電池を充電するときの電圧電
流特性を示すグラフ

【図２】本発明の実施例の方法で二次電池を充電すると
きの電圧電流特性を示すグラフ

【図３】本発明の実施例の二次電池を充電する回路を示
すブロック回路図

【符号の説明】

１…電源 ２…充電制御部 ３…中央制御部 ４…電圧検出部 ５…電流検出部 ６…温度検出部 ７…タイマー部 ８…二次電池

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池(8)を定電圧充電する設定電圧
   を温度補償し、温度が低い時に定電圧充電する設定電圧
   を高く補償する二次電池の充電方法において、 二次電池(8)を第１設定電圧で定電圧充電した後に、第
   ２設定電圧で定電圧充電し、第１設定電圧を第２設定電
   圧以上に設定すると共に、第２設定電圧は温度によって
   設定電圧を変更し、温度が低いときの設定電圧を温度が
   高いときの設定電圧よりも高く設定することを特徴とす
   る二次電池の充電方法。