JPH1051972A - 二次電池の充電方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池の内部インピーダンスの値に応じ
て、充電中に電池を危険な状態まで発熱させることがな
く、二次電池を急速に充電できる充電装置を提供する。 【解決手段】 パルス充電装置１により二次電池２を充
電する。内部インピーダンス測定手段５によって二次電
池２の内部インピーダンスを測定する。充電制御装置８
は、測定した内部インピーダンスの大きさに基づいて、
第１及び第２の満充電状態検出手段のいずれの検出結果
に基づいて充電を停止する充電停止指令を出力するかを
決定する。内部インピーダンスが下限値以下の場合に
は、−ΔＶ法により満充電を検出する第１の満充電状態
検出手段７１の検出結果を用いる。内部インピーダンス
が上限値以上の場合には、ｄＴ／ｄｔ法により満充電を
検出する第２の満充電状態検出手段７２の検出結果を用
いる。下限値と上限値の間の場合には、第１及び第２の
満充電状態検出手段のいずれの検出結果を用いてよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス充電により
二次電池を充電する方法及び装置に関するものであり、
特にニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池な
どの密閉形二次電池の急速充電に適した充電方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ポータブル機器の発達に伴い、カ
セットテープレコーダー，ＶＴＲ，コンピュータなどの
電子機器、携帯電話などの通信機器、電動工具などの動
力機器などの電源に、二次電池の使用が著しく増加して
いる。これら二次電池の充電方式は、マーケットニーズ
から急速充電方式が採用されている。急速充電方式にお
いては安全性確保、充電効率向上などの点から充電完了
の制御が重要課題となっている。急速充電の充電完了検
出方法には、二次電池の電池電圧を測定し、電池電圧が
ピーク値から所定値降下したら充電を完了にする−ΔＶ
検出方法、温度センサを用いて二次電池の温度上昇を測
定し、測定された温度上昇勾配が設定値以上になったら
充電を完了する方法、タイマにより一定時間充電を行
い、タイマが切れると充電を止める方法などがある。ま
た特開平５−５６５７３号公報に示されるように−ΔＶ
検出方法においても、検出誤差を小さくするために、−
ΔＶを検出しても一定時間は急速充電を続けるものや、
特開平５−２６８７３２号公報に示されるように、充電
不足と過充電を防止するために、電池温度によりΔＶ値
の基準値を切り替えるようにして理想的な状態に充電す
る方法なども提案されている。また、パルス波形の定電
流によって充電を行い、充電によるガスの発生を少なく
して、充電効率を向上させる充電方法も提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の充電完了検出方法を二次電池の状態を無視して単純に
適用していくと種々の不都合が生じる。すなわち、一般
に二次電池は長期間放置されると電極が不活性化し、不
活性化が進んだ二次電池は内部インピーダンスが通常の
ものより高くなる。また、寿命末期の二次電池は長期放
置されない状態であっても内部インピーダンスが高くな
る。内部インピーダンスが高い二次電池を急速充電する
と、二次電池が発熱するとともに、電気エネルギーが熱
に変換されるため充電効率も低下する。また、ときには
ガスの発生により二次電池の内圧が上昇して漏液する危
険性もある。従って、二次電池の内部インピーダンスを
考慮せずに充電完了制御を行うことは、安全性、充電効
率などの面で大きな問題を生じさせるおそれがある。

【０００４】本発明の目的は、二次電池の内部インピー
ダンスを考慮して、充電中に二次電池を危険な状態まで
発熱させることなく、二次電池を充電することができる
二次電池の充電方法及び充電装置を提供することにあ
る。

【０００５】本発明の他の目的は、二次電池の内部イン
ピーダンスが高くなっているときにも、充電中に二次電
池を危険な状態まで発熱させることがなく、また二次電
池の内部インピーダンスが低いときにも、放電容量を低
下させずに二次電池を充電することができる充電方法及
び充電装置を提供することにある。

【０００６】本発明の別の目的は、二次電池の内部イン
ピーダンスの値がどのような値であっても、できるだけ
放電容量を低下させずに二次電池を充電することができ
る充電方法及び充電装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、パルス電流
により二次電池の充電を行って、この二次電池が満充電
状態になったことを検出すると充電を停止する。そのた
めに、本発明の方法では、二次電池の満充電状態を検出
するための複数種類の満充電状態検出手段を用意する。
そして、二次電池の内部インピーダンスを測定し、この
内部インピーダンスの値に基づいて、前述の複数種類の
満充電状態検出手段から充電末期の電池温度の上昇を抑
制して放電容量の低下を抑制できる１つの満充電状態検
出手段を選択する。この選択した前述の１つの満充電状
態検出手段の検出結果に基づいて二次電池の充電を停止
するようにする。

【０００８】内部インピーダンスの測定方法は、公知の
方法を用いる。例えばもパルス電流または交流電流を蓄
電池に通電して、その際の電圧値と電流値とを測定し、
それらの値から内部インピーダンスを測定してもよく、
また単純に充電電流と電池電圧とから内部インピーダン
スを測定してもよく、さらに交流電流を蓄電池に通電し
た際の電池電圧の変化から内部インピーダンスを推測し
てもよい。具体的には、例えば内部インピーダンスＺを
パルス充電電流の通電期間中の電池電圧Ｖｏｎと、充電
電流非通電期間中の電池電圧Ｖｏｆｆと、充電電流値Ｉ
とを測定し、Ｚ＝（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）／Ｉの式で求め
ることができる。

【０００９】本発明を更に具体的に説明すると、測定し
た内部インピーダンスが電池の種類と充電末期における
電池の温度上昇とを考慮して予め定めた下限値以下あれ
ば、充電電圧がピーク値から予め定めた基準差電圧（Δ
Ｖ）だけ降下したときに満充電状態の検出と判断する−
ΔＶ検出法を用いて前述の満充電状態を検出する。そし
て、前述の内部インピーダンスが電池の種類と放電容量
の低下を考慮して予め定めた上限値以上であれば、電池
の温度上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）が予め定めた基準温度上
昇勾配以上になったときに満充電状態の検出と判断する
電池温度上昇勾配検出法を用いて前述の満充電状態を検
出する。測定した内部インピーダンスが前述の下限値と
前述の上限値との間にあるときには、前述の−ΔＶ検出
法または前述の電池温度上昇勾配検出法を用いて満充電
状態を検出するようにする。

【００１０】本発明の二次電池の充電装置は、パルス電
流により二次電池の充電を行うパルス充電装置と、二次
電池が満充電状態になったことを検出する満充電検出装
置と、この満充電検出装置が満充電状態を検出すると前
述のパルス充電装置に充電を停止させる充電停止指令を
出力する充電制御装置とを具備する。そして、二次電池
の内部インピーダンスを測定する内部インピーダンス測
定手段をさらに具備している。満充電検出装置は、満充
電状態を検出するための複数種類の満充電状態検出手段
を備えている。充電制御装置は、内部インピーダンス測
定手段で測定した内部インピーダンスの値に基づいて、
複数種類の満充電状態検出手段から充電末期の電池温度
の上昇を抑制して放電容量の低下を抑制できる１つの満
充電状態検出手段を選択し、選択した前述の１つの満充
電状態検出手段の検出結果に基づいて充電停止指令を出
力する。

【００１１】さらに、具体的に述べると、満充電検出装
置は、充電電圧がピーク値から予め定めた基準差電圧
（ΔＶ）だけ降下したときに満充電状態を検出したと判
断する−ΔＶ検出法に基づいて満充電状態を検出する第
１の満充電検出手段と、電池の温度上昇勾配（ｄＴ／ｄ
ｔ）が予め定めた基準温度上昇勾配以上になったときに
満充電状態を検出したと判断する電池温度上昇勾配検出
法に基づいて満充電状態を検出する第２の満充電状態検
出手段とを具備する。

【００１２】また充電制御装置は、内部インピーダンス
測定手段で測定した内部インピーダンスが電池の種類と
充電末期における電池の温度上昇とを考慮して予め定め
た下限値以下であれば、第１の満充電状態検手段の検出
結果に基づいて充電停止指令を出力し、内部インピーダ
ンスが電池の種類と放電容量の低下を考慮して予め定め
た下上限値以上であれば、第２の満充電状態検手段の検
出結果に基づいて充電停止指令を出力し、内部インピー
ダンスが前述の下限値と前述の上限値の間にあれば、第
１または第２の満充電状態検手段の検出結果に基づいて
充電停止指令を出力するように構成されている。

【００１３】以上の二次電池の充電方法及び装置による
と、複数種類の満充電状態検出手段から、内部インピー
ダンスの値に応じた最適な満充電状態検出手段を選択し
て、充電を停止するようにしているため、充電末期の電
池温度の上昇を抑制して放電容量の低下を抑制できる。

【００１４】さらに、本発明の他の方法では、前述した
方法と同様に二次電池の満充電状態を検出するための複
数種類の満充電状態検出手段を用意する。そして、二次
電池の内部インピーダンスを測定し、この内部インピー
ダンスの値に基づいて複数種類の満充電状態検出手段の
満充電検出のための基準値を充電末期の電池温度の上昇
を抑制して放電容量の低下を抑制できる値に変更する。
そして基準値が変更された複数種類の満充電状態検出手
段のいずれかが満充電状態を検出したときに二次電池の
充電を停止するようにする。

【００１５】具体的に述べると、充電電圧がピーク値か
ら予め定めた基準差電圧（ΔＶ）だけ降下したときに満
充電状態の検出と判断する−ΔＶ検出法を用いて満充電
状態を検出する第１の満充電検出手段と、電池の温度上
昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）が予め定めた基準温度上昇勾配以
上になったときに満充電状態の検出と判断する電池温度
上昇勾配検出法を用いて満充電状態を検出する第２の満
充電検出手段と、電池の温度が予め定めた上限温度に達
すると満充電状態の検出と判断する電池温度検出法を用
いて満充電状態を検出する第３の満充電検出手段とを用
意する。内部インピーダンスの値に基づいて第１〜第３
の満充電状態検出手段の満充電検出のための基準値を充
電末期の電池温度の上昇を抑制して放電容量の低下を抑
制できる値に変更し、これら第１〜第３の満充電状態検
出手段のいずれかが満充電状態を検出したときに二次電
池の充電を停止するようにする。

【００１６】本発明の他の二次電池の充電装置は、パル
ス電流により二次電池の充電を行うパルス充電装置と、
二次電池が満充電状態になったことを検出する満充電検
出装置と、この満充電検出装置が満充電状態を検出する
と前述のパルス充電装置に充電を停止させる充電停止指
令を出力する充電制御装置とを具備する。そして、二次
電池の内部インピーダンスを測定する内部インピーダン
ス測定手段をさらに具備している。この満充電検出装置
は、満充電状態を検出するための複数種類の満充電状態
検出手段を備えており、内部インピーダンス測定手段で
測定した内部インピーダンスの値に基づいて前述の複数
種類の満充電状態検出手段の満充電検出のための基準値
を充電末期の電池温度の上昇を抑制して放電容量の低下
を抑制できる値に変更するように構成される。そして、
充電制御装置は、複数種類の満充電状態検出手段のいず
れかが満充電状態を検出したときに充電停止指令を出力
するように構成されている。

【００１７】さらに具体的に述べると、前述の満充電検
出装置は、充電電圧がピーク値から予め定めた基準差電
圧（ΔＶ）だけ降下したときに満充電状態の検出と判断
する−ΔＶ検出法を用いて満充電状態を検出する第１の
満充電検出手段と、電池の温度上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）
が予め定めた基準温度上昇勾配以上になったときに満充
電状態の検出と判断する電池温度上昇勾配検出法を用い
て満充電状態を検出する第２の満充電検出手段と、電池
の温度が予め定めた上限温度に達すると満充電状態の検
出と判断する電池温度検出法を用いて満充電状態を検出
する第３の満充電検出手段とを具備している。この満充
電検出装置は、内部インピーダンス測定手段により測定
した内部インピーダンスの値に基づいて第１〜第３の満
充電状態検出手段の満充電検出のための基準値を充電末
期の電池温度の上昇を抑制して放電容量の低下を抑制で
きる値に変更するように構成されている。そして充電制
御装置は、第１〜第３の満充電状態検出手段のいずれか
が満充電状態を検出したときに充電停止指令を出力する
ように構成されている。

【００１８】以上の二次電池の充電方法及び装置による
と、内部インピーダンスの値に基づいて複数種類の満充
電状態検出手段の満充電検出ための基準値を充電末期の
電池温度の上昇を抑制して放電容量の低下を抑制できる
値に変更するようにしており、そして複数種類の満充電
状態検出手段のいずれかが満充電状態を検出したときに
二次電池の充電を停止するようにしているため、電池温
度が危険な状態まで上昇するようなことはない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
二次電池の充電装置の実施の形態の一例を説明する。図
１は、本発明の二次電池の充電装置の実施の形態の一例
の構成のブロック図である。図１において、１はパルス
電流により二次電池２の急速充電を行うパルス充電装置
であり、直流電源装置と二次電池との間に配置されて直
流電源装置の出力を所定の周期で断続するスイッチ回路
と、このスイッチ回路のスイッチング素子のオンオフを
制御する制御信号を出力する制御信号発生回路等から構
成されている。この制御信号発生回路は、後述する充電
制御装置から充電停止指令が出力されると制御信号の出
力を停止してパルス充電装置からの出力を停止させる。

【００２０】３は二次電池２に通電される充電電流の電
流値を測定する電流測定手段であり、４は二次電池２に
印加される電圧または二次電池の電池電圧を検出する電
圧測定手段である。そして５は電流測定手段３と電圧測
定手段４からの出力に基づいて二次電池２の内部インピ
ーダンスを測定する内部インピーダンス測定手段であ
る。内部インピーダンス測定手段５は、例えば、内部イ
ンピーダンスＺをパルス充電電流の通電期間中の電池電
圧Ｖｏｎと、充電電流非通電期間中の電池電圧Ｖｏｆｆ
と、充電電流値Ｉとを入力として、Ｚ＝（Ｖｏｎ−Ｖｏ
ｆｆ）／Ｉの式の演算を行って内部インピーダンスＺを
測定する。なおこの内部インピーダンスＺの測定精度を
高めるためには、予め定めた複数回の測定値の平均値を
用いて内部インピーダンスＺを決定するのが好ましい。

【００２１】６は二次電池２の温度を測定する電池温度
測定手段であり、二次電池２の内部温度または電槽外壁
温度を温度センサで検出して検出温度を示す信号を出力
する。そして、７は二次電池が満充電状態になったこと
を検出する満充電検出装置であり、この例では第１の満
充電状態検出手段７１と第２の満充電状態検出手段７２
とを具備している。

【００２２】ここで第１の満充電状態検出手段７１は、
電圧測定手段４により測定した充電電圧がピーク値から
予め定めた基準差電圧（−ΔＶ）だけ降下したことを検
出すると、二次電池２が満充電状態になったと判断する
−ΔＶ検出法に基づいて満充電状態を検出する。第１の
満充電状態検出手段７１には、二次電池の種類に応じて
基準差電圧（−ΔＶ）の基準値が記憶されている。また
第２の満充電状態検出手段７２は、電池温度測定手段６
により測定し二次電池２の温度上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）
が予め定めた基準温度上昇勾配以上になったことを検出
すると、二次電池が満充電状態になったと判断する電池
温度上昇勾配検出法に基づいて満充電状態を検出する。
第２の満充電状態検出手段７２は、電池温度測定手段６
の出力値を所定の周期で測定し、温度上昇勾配（ｄＴ／
ｄｔ）を測定する手段と、基準温度上昇勾配を記憶する
手段と、測定した温度上昇勾配が予め定めた基準温度上
昇勾配以上になったか否かを判定する手段とを内蔵して
構成されている。

【００２３】８は充電制御装置であり、内部インピーダ
ンス測定手段５により測定した内部インピーダンスの値
に基づいて第１の満充電状態検出手段７１及び第２の満
充電状態検出手段７２のいずれか最適な満充電状態検出
手段を選択し、選択した満充電状態検出手段の検出結果
に基づいてパルス充電装置１に充電停止指令を出力す
る。また充電制御装置８は、図示しないマニュアルスイ
ッチからの指令に基づいて、パルス充電装置１に充電開
始指令を出力する。パルス充電装置１は、この充電開始
指令を受けとると、充電動作を開始する。

【００２４】この例では、充電制御装置８は、内部イン
ピーダンス測定手段５で測定した内部インピーダンスが
電池の種類と充電末期における電池の温度上昇とを考慮
して予め定めた下限値以下であれば、第１の満充電状態
検手段７１の検出結果に基づいて充電停止指令を出力
し、内部インピーダンスが電池の種類と放電容量の低下
を考慮して予め定めた上限値以上であれば、第２の満充
電状態検手段７２の検出結果に基づいて充電停止指令を
出力し、内部インピーダンスが前述の下限値と前述の上
限値の間にあれば、第１または第２の満充電状態検手段
７１または７２のいずれかの検出結果に基づいて充電停
止指令を出力するように構成されている。

【００２５】次に動作について説明する。充電制御装置
８からの充電開始指令によりパルス充電装置１は、二次
電池２にパルス電流で急速充電を開始する。この急速充
電中に内部インピーダンス測定手段５により二次電池２
の内部インピーダンスを測定する。内部インピーダンス
Ｚは、パルス充電電流の通電期間中の電池電圧Ｖｏｎ
と、充電電流非通電期間中の電池電圧Ｖｏｆｆと、充電
電流値Ｉとを測定し、Ｚ＝（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）／Ｉの
式で求める。また、これと並行して電池温度測定手段６
により二次電池２の電池温度Ｔを測定する。充電制御装
置８は、内部インピーダンス測定手段５で測定した内部
インピーダンスが電池の種類と充電末期における電池の
温度上昇とを考慮して予め定めた上限値以上、下限値以
下または上限値と下限値の間にあるかを判断する。そし
て充電制御装置８は、その判断結果に基づいて、内部イ
ンピーダンスが下限値以下であれば、−ΔＶ検出法に基
づいて満充電状態を検出する第１の満充電状態検手段７
１の検出結果に基づいて充電停止指令を出力し、内部イ
ンピーダンスが電池の種類と放電容量の低下を考慮して
予め定めた上限値以上であれば、電池温度上昇勾配検出
法に基づいて満充電状態を検出する第２の満充電状態検
手段７２の検出結果に基づいて充電停止指令を出力し、
内部インピーダンスが前述の下限値と前述の上限値の間
にあれば、第１または第２の満充電状態検手７１または
７２の検出結果に基づいて充電停止指令をパルス充電装
置１に出力する。充電停止指令を受けたパルス充電装置
は充電動作を停止し、充電が完了する。

【００２６】以上のように、第１及び第２の満充電状態
検出手段７１，７２から、内部インピーダンスの値に応
じた最適な満充電状態検出手段を選択して、充電を停止
するようにすると、充電末期の電池温度の上昇を抑制し
て放電容量の低下を抑制できる。なお上記の例では、二
種類の満充電状態検出手段を用意したが、さらに異なる
方法によって満充電状態を検出する複数種類の満充電状
態検出手段を用意してもよい。この場合には、各満充電
状態検出手段の特徴（内部インピーダンスと検出精度と
の関係）を考慮して、内部インピーダンスに基づき複数
種類の満充電状態検出手段から適宜に選択すればよい。

【００２７】図２は、本発明の二次電池の充電装置の実
施の形態の他の一例の構成のブロック図である。図１と
の差異は満充電検出装置７に第３の満充電状態検出手段
７３´をさらに付加している点と、第１〜第３の満充電
状態検出手段７１´〜７３´における判断の基準値を内
部インピーダンス測定手段５により測定した内部インピ
ーダンスの大きさに応じて適宜に変更する点と、第１〜
第３の満充電状態検出手段７１´〜７３´のいずれかが
満充電を検出した場合に、充電制御装置８´が充電停止
指令を出力する点にある。その他の点は図１の例と同様
である。したがって図１に示した例の構成部材と同じも
のは図１に示した符号と同じ符号または同じ符号にダッ
シュを付して詳細な説明を省略する。

【００２８】ここで第３の満充電状態検出手段７３´
は、電池の温度が予め定めた上限温度に達すると満充電
状態になったと判断して満充電状態を検出する電池温度
検出法を用いて満充電状態を検出するものである。した
がって第３の満充電状態検出手段７３´は、上限温度を
記憶する手段と、電池温度測定手段６から入力された電
池温度と上限温度とを比較する手段とを具備して構成さ
れる。なお第１〜第３の満充電状態検出手段７１´〜７
３´は、それぞれの手段で用いる判断の基準値を内部イ
ンピーダンス測定手段５により測定した内部インピーダ
ンスの大きさに応じて変更する構成を有している。これ
を実現するために、第１〜第３の満充電状態検出手段７
１´〜７３´には、予め内部インピーダンスと基準値と
の間の好ましい関係について記憶したテーブルや比較デ
ータを記憶する手段と、内部インピーダンス測定手段５
から入力された内部インピーダンスに基づいて適切な基
準値を決定する基準値決定手段と、決定した基準値を記
憶する手段に書き込む手段とが設けられている。なお内
部インピーダンスが大きくなるほど、基準差電圧−Δ
Ｖ、基準温度上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）及び上限温度
（Ｔ）は小さくするのが好ましい。変化幅は、電池の種
類及び充電条件によって異なってくる。

【００２９】この例の動作は基本的には図１の場合と同
じであるが、二次電池２の満充電状態の検出方法が異な
っている。すなわちこの例では、内部インピーダンス測
定手段５により測定した内部インピーダンスの値に基づ
いて、その都度第１〜第３の満充電状態検出手段７１´
〜７３´における満充電検出のための基準値を充電末期
の電池温度の上昇を抑制して放電容量の低下を抑制でき
る値に変更する。そして、充電制御装置８´は、第１〜
第３の満充電状態検出手段７１´〜７３´のいずれかが
満充電状態を検出したときに充電停止指令をパルス充電
装置１に出力するように構成されている。

【００３０】以上のように、内部インピーダンスの値に
基づいて３種類の満充電状態検出手段の満充電状態検出
のための基準値を充電末期の電池温度の上昇を抑制して
放電容量の低下を抑制できる値に変更すると、基準値の
変更により電池の温度が危険な状態まで上昇するのを防
ぐことができる。したがって最後に満充電を検出した満
充電検出手段の検出結果に基づいて充電停止指令を出力
しても、電池温度が危険なほどに上昇することはない。
そこでこの例では、３種類の満充電状態検出手段のいず
れかが満充電状態を検出したときに充電制御装置８´が
充電停止指令を出力するようにして、できるだけ充電量
を増加させて放電容量の低下を最小に抑えている。

【００３１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳しく説明する。図３は本発明をマイクロコンピュー
タを利用して実現する場合の実施例の充電装置の概略構
成を示すブロック図である。同図において、１はパルス
電流によって二次電池２の急速充電を行うパルス充電装
置で、直流電源装置１１、スイッチ回路１２、制御指令
（充電開始指令、充電停止指令）に応じてスイッチ回路
１２のオン・オフ動作を制御する制御信号を出力する制
御回路１３から構成されている。１０は二次電池２の充
電電流及び電池電圧を測定する電流電圧測定部であり、
図１及び図２の電流測定手段３と電圧測定手段４の両方
を含んで構成される。

【００３２】９はマイクロコンピュータである。マイク
ロコンピュータ９は、ＣＰＵ（セントラル・プロセッシ
ング・ユニット）９１、メモリ９２、出力ポート９３、
及び入力ポート９４のＡ／Ｄ変換器等を内蔵しており、
二次電池２の電池電圧、充電電流及び温度を示す信号が
Ａ／Ｄ変換器に入力される。この入力をメモリ９２に記
憶したソフトウエアを利用してＣＰＵ９１で信号処理
し、出力ポート９３より制御指令信号を出力する。電池
温度測定手段６は温度によって抵抗値が変化するサーミ
スタ等の温度検出素子を含んで構成される。また制御回
路１３はマイクロコンピュータ９からの制御指令信号を
受けてスイッチ回路１２のオン、オフを制御する。スイ
ッチ回路１２のスイッチング素子としてはトランジスタ
が適しており、スイッチ回路１２がオンのときは二次電
池２に定電流が通電される。

【００３３】以上の図１及び図２の内部インピーダンス
測定手段５、第１〜第３の満充電検出手段７１，７２，
７１´，７２´，７３´充電制御装置８，８´は、いず
れもマイクロコンピュータ９の内部にソフトウエアによ
って実現される。

【００３４】図５は、マイクロコンピュータを動作させ
るためのソフトウエアのアルゴリズムを示すフローチャ
ートの一例である。直流電源装置１１より、充電電流を
オン、オフするためのスイッチ回路１２を経て、図４に
示すパルス波形からなる充電電流が二次電池２に供給さ
れる。本実施例では、図４に示した電流供給区間ｔ１を
１３ｍｓ、電流遮断区間ｔ２を２ｍｓとした。マイクロ
コンピュータ９からの出力信号を受けて、制御回路１３
はスイッチ回路１２を図４の態様でオンさせる。

【００３５】図５は、図１の実施の形態をマイクロコン
ピュータを用いて実現する場合に用いるソフトウエアの
アルゴリズムの一例であり、以下その動作を説明する。
まずパルス充電装置１に充電開始指令が入力されると、
二次電池２の充電がスタートする（ステップＳＴ１）。
このステップでは、スイッチ回路１２に充電開始指令が
入力されて、スイッチ回路１２は図４の周期でオン状態
になる。次に、ステップＳＴ２で電池温度測定手段６か
らの出力により電池温度を読み込み記憶する。ステップ
ＳＴ３で、電流電圧測定部１０から、スイッチ回路１２
がオン状態の電池電圧すなわちパルス波形の電流供給時
の電池電圧Ｖｏｎと充電電流Ｉとを読み込んで記憶す
る。次にステップＳＴ４でスイッチ回路１２をオフにし
て、二次電池２に供給される電流を遮断する。次にステ
ップＳＴ５でパルス波形の電流遮断時の電池電圧Ｖｏｆ
ｆを読み込んで記憶する。ステップＳＴ６でマイクロコ
ンピュータ９は、Ｖｏｎ，Ｖｏｆｆ及び充電電流Ｉによ
り二次電池２の内部インピーダンスＺを演算する。内部
インピーダンスＺは先に説明したようにＺ＝（Ｖｏｎ−
Ｖｏｆｆ）／Ｉの式によって求める。求められた二次電
池２の内部インピーダンスＺにより、ステップＳＴ７で
満充電状態検出手段を選択する。

【００３６】本実施例では、図５におけるステップＳＴ
３及びＳＴ５におけるＶｏｎ，Ｖｏｆｆの測定は、この
フローチャートの巡回サイクルの２０回に１回の割合で
行い残りは素通りさせた。測定時にはパルス波形の１周
期におけるＶｏｎ，Ｖｏｆｆをそれぞれ４回測定し、そ
の４回の平均を測定値とし、内部インピーダンスの演算
を行った。なお、Ｖｏｆｆの測定は、充電を中断したと
きの電池電圧が図６に示すように変化するので、電池の
充電状態を正確に把握するため、電池電圧が比較的安定
した時期に測定するように、充電電流を遮断した１ｍｓ
後に測定した。測定した内部インピーダンスの値により
ソフトウエアによって実現している第１及び第２の満充
電状態検出手段（図１の７１及び７２）を選択する。第
１の満充電状態検出手段７１は−ΔＶ検出法（以下−Δ
Ｖ法という）に基づき、また、第２の満充電状態検出手
段７２は電池温度上昇勾配検出法（以下ｄＴ／ｄｔ法と
いう）に基づきそれぞれ満充電状態を判断する。

【００３７】具体的な値で説明すると通常のＡＡ型のニ
ッケル・水素電池の内部インピーダンスは２０〜４０ｍ
Ω程度である。本実施例では、１１００ｍＡｈのＡＡ型
ニッケル・水素電池を５本直列に接続したパックを用
い、その内部インピーダンスが１５０ｍΩ未満であれば
−ΔＶ法で満充電を検出し、２５０ｍΩ以上であればｄ
Ｔ／ｄｔ法で満充電を検出するように、第１及び第２の
満充電状態検出手段（図１の７１及び７２）の検出結果
に基づいて満充電状態を判断する。内部インピーダンス
が１５０〜２５０ｍΩであれば−ΔＶ法とｄＴ／ｄｔ法
を同等として、いずれか一方の満充電状態検出手段の測
定結果により満充電状態を検出する。以上の満充電状態
検出手段の選択と内部インピーダンスの関係の一例を下
記の表１に示す。

【００３８】

【表１】 次にステップＳＴ８で充電が完了か否かの判定をする。
充電が完了ならば充電を停止する。即ち充電停止指令を
出力する。充電完了でなければステップＳＴ１に戻り、
スイッチ回路１２のオン・オフ動作を繰り返して上記の
動作を継続する。

【００３９】図７は図５のフローチャートのステップＳ
Ｔ７及びステップＳＴ８のより詳細なフローチャートで
ある。図７において、図５のステップＳＴ６に続いてス
テップＳＴ７１，ステップＳＴ７２で演算された内部イ
ンピーダンスＺを所定の基準値と比較して、判定した内
部インピーダンスの大きさに応じて、それぞれステップ
ＳＴ８１，ステップＳＴ８２で選択された満充電状態検
出手段により満充電状態の検出を行う。−ΔＶ法では検
出されたＶｏｆｆの最大電池電圧をメモリに取り込み、
そこからの電圧の降下−ΔＶを検出する。そして検出し
た−ΔＶを基準差電圧と比較して、検出した−ΔＶが基
準差電圧を越えると満充電と判断する。またｄＴ／ｄｔ
法では、６ｓ毎に電池温度を読み込んでメモリし、１回
前の記憶値と今回の測定値との差を６ｓ毎に求め、ｄＴ
／ｄｔを検出し、検出したｄＴ／ｄｔが基準温度上昇勾
配を越えた場合に、満充電と判断する。

【００４０】図８に、本実施例の二次電池の充電装置を
用いて、寿命試験により内部インピーダンスが２５０ｍ
Ω以上になった１１００ｍＡｈのＡＡ型ニッケル・水素
電池を５本直列に接続した電池パックを用いて周囲温度
２０℃で充電した際の、電池電圧、電池温度上昇量Δ
Ｔ、内部インピーダンスＺ、充電電流Ｉの経過変化（以
下充電特性という）をそれぞれ示す。満充電状態はｄＴ
／ｄｔ法により検出された。このときの電池温度の上昇
量は２０℃であった。

【００４１】図９は、比較のために図８の場合の同じ条
件で充電を行って、満充電状態の検出を−ΔＶ法で検出
した場合の結果を示している。図９の結果から分かるよ
うに、内部インピーダンスが２５０ｍΩ以上になってい
る場合に、−ΔＶ法を用いて満充電を検出すると、電池
温度の上昇量が３５℃と大きくなることが分かる。因み
にこのときの電池温度は５５℃であった。

【００４２】さらに、図１０に、本実施例の二次電池の
充電装置を用いて、周囲温度２０℃における１１００ｍ
ＡｈのＡＡ型ニッケル・水素電池を５本直列に接続した
電池パックを充電した際の充電特性を示す。内部インピ
ーダンスは１５０ｍΩ以下であるため、満充電状態検出
は−ΔＶ法で検出され、これを１Ｃの放電電流で、放電
終止電圧５Ｖまで放電したときの放電容量は１０００ｍ
Ａｈであった。

【００４３】図１１には、比較のために、図１０の場合
と同じ条件でｄＴ／ｄｔ法で満充電状態を検出して充電
を行った場合の充電特性を示す。図１０と図１１の結果
を比較すると、電池温度の上昇には大差はみられない。
しかしながらこの電池を図１０の条件と同じ条件で放電
した場合の放電容量は９８０ｍＡｈであった。このよう
に僅かではあるが、ｄＴ／ｄｔ法で満充電状態を検出す
ると放電容量が低下するのが分かる。

【００４４】図１２は、図２の実施の形態をマイクロコ
ンピュータを用いて実現する場合のアルゴリズムの一例
を示すフローチャートである。この図１２のフローチャ
ートでは、内部インピーダンス値により複数の満充電状
態検出手段（満充電状態検出法）の中から適当な検出手
段を選択する代わりに複数の満充電状態検出手段（満充
電状態検出法）の基準値を変化させ、いずれかの満充電
状態検出手段（満充電状態検出法）で満充電を検出した
ときに満充電であると判断する。

【００４５】ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１６まで
は、図５のステップ１〜６と同様である。ステップＳＴ
１７で、ステップＳＴ１６で演算された内部インピーダ
ンスＺに基づいて各基準値を調整し、ステップＳＴ１８
でステップＳＴ１７で決定した基準値により充電完了の
検出を行う。

【００４６】充電装置の満充電状態の検出手段（検出方
法）としては−ΔＶ法，ｄＴ／ｄｔ法，上限の電池温度
をＴとする電池温度検出法を用いた。内部インピーダン
スが大きくなるに伴い、−ΔＶ，ｄＴ／ｄｔ，Ｔの基準
値を小さくする。これらの基準値と内部インピーダンス
との関係の一例を表２に示す。

【００４７】

【表２】 図１３は図１２のフローチャートのステップＳＴ１８の
詳細なフローチャートである。ステップＳＴ１８１では
電池電圧がピーク電圧よりΔＶ（基準電圧分）が下がっ
たか否かの検出を行い、ステップＳＴ１８２では電池温
度の上昇勾配が規準温度上昇勾配よりも大きくなったか
否かの検出を行い、ステップＳＴ１８３では電池温度が
上限温度Ｔに達したか否かの検出を行う。これらの基準
値の条件を満足しない場合はＳＴ１１に戻る。いずれか
の設定条件を満足すれば充電を完了する。

【００４８】図１４には、図１２に示したフローチャー
トに従って動作する二次電池の充電装置を用いて、寿命
試験により内部インピーダンスが２５０ｍΩ以上になっ
た１１００ｍＡｈのＡＡ型ニッケル・水素電池を５本直
列に接続した電池パックを周囲温度２０℃で充電した際
の充電特性と温度特性とを示す。この場合には、表２に
示した内部インピーダンスが２５０ｍΩ以上の場合の規
準値が用いられた。電池温度上昇量は、２０℃で抑えら
れて充電が完了した。

【００４９】比較のために、図１４の場合と同じ条件
で、表２に示した内部インピーダンスが１５０ｍΩ未満
の場合の規準値を用いて充電を行った。その結果は、図
１５に示す通りである。図１５から分かるように、この
場合は電池温度上昇量は３５℃であり、電池温度は５５
℃まで上昇した。

【００５０】上記実施例では、三種類の満充電状態検出
手段（満充電検出法）を用いているが、−ΔＶ法、ｄＴ
／ｄｔ法、上限の電池温度をＴとする電池温度検出法の
いずれか二種類の方法を用いて、二種類の満充電検出法
のいずれかが満充電を検出した場合に、充電を停止する
ようにしてもよい。

【００５１】以上図８〜図１１、図１４及び図１５の結
果から分かるように、本発明を実施した実施例によれ
ば、比較例に比べて電池温度の上昇を抑えることができ
る。また放電容量も問題なく効果的であることは明らか
である。なお、満充電状態検出の検出手段選択、満充電
状態検出の設定値決定の内部インピーダンス値、及び満
充電状態検出の基準値は上述した値（表１及び表２に示
された値）に限定されるものではない。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の二次電池の
充電方法及び装置によると、二次電池の内部インピーダ
ンス値に基づいて、複数の満充電状態検出手段の中から
最適な満充電状態検出手段を選択する方式または複数の
満充電状態検出手段の満充電状態の検出基準値を設定す
る方式を採用して、充電完了の判断を行わせるようにし
ているため、内部インピーダンスが高い二次電池を充電
する際に、電池の温度上昇を抑制することができ、二次
電池を危険な状態にすることなく、また充電不足を起こ
すことなく、充電制御することができる。また、内部イ
ンピーダンスが低い二次電池の充電の際にも放電容量を
低下させずに充電することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二次電池の充電装置の実施の形態の一
例の構成のブロック図である。

【図２】本発明の二次電池の充電装置の実施の形態の他
の一例の構成のブロック図である。

【図３】本発明の一実施例の二次電池の充電装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の二次電池の充電装置における充電のた
めのパルス電流波形を示した図である。

【図５】本実施例の充電制御アルゴリズムの一例を示す
フローチャートである。

【図６】パルス充電の際の充電電流遮断時の電池電圧の
変化を示した図である。

【図７】図５のフローチャートにおけるステップＳＴ
７，ステップＳＴ８の内容を具体的に示したフローチャ
ートである。

【図８】本発明に係わる一実施例の充電特性を示した図
である。

【図９】図８の実施例に対する比較例の充電特性を示し
た図である。

【図１０】本発明に係わる一実施例の充電特性を示した
図である。

【図１１】図１０の実施例に対する比較例の充電特性を
示した図である。

【図１２】本実施例の充電制御アルゴリズムの他の一例
を示すフローチャートである。

【図１３】図１２のフローチャートにおけるステップＳ
Ｔ１８の内容を具体的に示したフローチャートである。

【図１４】本発明に係わる一実施例の充電特性を示した
図である。

【図１５】図１４の実施例に対する比較例の充電特性を
示した図である。

【符号の説明】

１ パルス充電装置 ２ 二次電池 ５ 内部インピーダンス測定手段 ６ 電池温度測定手段 ７ 満充電検出装置 ７１，７１´ 第１の満充電状態検出手段 ７２，７２´ 第２の満充電状態検出手段 ７３´ 第３の満充電状態検出手段 ８ 充電制御装置 ９ マイクロコンピュータ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス電流により二次電池の充電を行っ
   て、前記二次電池が満充電状態になったことを検出する
   と充電を停止する二次電池の充電方法であって、 前記満充電状態を検出するための複数種類の満充電状態
   検出手段を用意し、 前記二次電池の内部インピーダンスを測定し、前記内部
   インピーダンスの値に基づいて、前記複数種類の満充電
   状態検出手段から充電末期の電池温度の上昇を抑制して
   放電容量の低下を抑制できる１つの満充電状態検出手段
   を選択し、 選択した前記１つの満充電状態検出手段の検出結果に基
   づいて前記二次電池の充電を停止することを特徴とする
   二次電池の充電方法。
2. 【請求項２】 パルス電流により二次電池の充電を行う
   パルス充電装置と、前記二次電池が満充電状態になった
   ことを検出する満充電検出装置と、前記満充電検出装置
   が前記満充電状態を検出すると前記パルス充電装置に充
   電を停止させる充電停止指令を出力する充電制御装置と
   を具備する二次電池の充電装置であって、 前記二次電池の内部インピーダンスを測定する内部イン
   ピーダンス測定手段を具備し、 前記満充電検出装置は、満充電状態を検出するための複
   数種類の満充電状態検出手段を備え、 前記充電制御装置は、前記内部インピーダンス測定手段
   で測定した内部インピーダンスの値に基づいて、前記複
   数種類の満充電状態検出手段から充電末期の電池温度の
   上昇を抑制して放電容量の低下を抑制できる１つの満充
   電状態検出手段を選択し、選択した前記１つの満充電状
   態検出手段の検出結果に基づいて前記充電停止指令を出
   力することを特徴とする二次電池の充電装置。
3. 【請求項３】 パルス電流により二次電池の充電を行っ
   て、前記二次電池が満充電状態になったことを検出する
   と充電を停止する二次電池の充電方法であって、 前記満充電状態を検出するための複数種類の満充電状態
   検出手段を用意し、 前記二次電池の内部インピーダンスを測定し、 前記内部インピーダンスの値に基づいて前記複数種類の
   満充電状態検出手段の満充電検出のための基準値を充電
   末期の電池温度の上昇を抑制して放電容量の低下を抑制
   できる値に変更し、 前記複数種類の満充電状態検出手段のいずれかが満充電
   状態を検出したときに前記二次電池の充電を停止するこ
   とを特徴とする二次電池の充電方法。
4. 【請求項４】 パルス電流により二次電池の充電を行う
   パルス充電装置と、前記二次電池が満充電状態になった
   ことを検出する満充電検出装置と、前記満充電検出装置
   が前記満充電状態を検出すると前記パルス充電装置に充
   電を停止させる充電停止指令を出力する充電制御装置と
   を具備する二次電池の充電装置であって、 前記二次電池の内部インピーダンスを測定する内部イン
   ピーダンス測定手段を具備し、 前記満充電検出装置は満充電状態を検出するための複数
   種類の満充電状態検手段を備え、 前記満充電検出装置は前記内部インピーダンス測定手段
   で測定した内部インピーダンスの値に基づいて前記複数
   種類の満充電状態検出手段の満充電検出のための基準値
   を充電末期の電池温度の上昇を抑制して放電容量の低下
   を抑制できる値に変更するように構成され、 前記充電制御装置は、前記複数種類の満充電状態検出手
   段のいずれかが満充電状態を検出したときに前記充電停
   止指令を出力するように構成されている二次電池の充電
   装置。
5. 【請求項５】 パルス電流により二次電池の充電を行っ
   て、前記二次電池が満充電状態になったことを検出する
   と充電を停止する二次電池の充電方法であって、 前記二次電池の内部インピーダンスを測定し、 前記内部インピーダンスが電池の種類と充電末期におけ
   る電池の温度上昇とを考慮して予め定めた下限値以下で
   あれば、充電電圧がピーク値から予め定めた基準差電圧
   （ΔＶ）だけ降下したときに前記満充電状態の検出と判
   断する−ΔＶ検出法を用いて前記満充電状態を検出し、 前記内部インピーダンスが電池の種類と放電容量の低下
   とを考慮して予め定めた上限値以上であれば、電池の温
   度上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）が予め定めた基準温度上昇勾
   配以上になったときに前記満充電状態の検出と判断する
   電池温度上昇勾配検出法を用いて前記満充電状態を検出
   し、 前記内部インピーダンスが前記下限値と前記上限値の間
   にあるときには、前記−ΔＶ検出法または前記電池温度
   上昇勾配検出法を用いて前記満充電状態を検出すること
   を特徴とする二次電池の充電方法。
6. 【請求項６】 充電電流通電期間中の電池電圧Ｖｏｎ
   と、充電電流非通電期間中の電池電圧Ｖｏｆｆと、充電
   電流値Ｉとを測定し、前記内部インピーダンスＺをＺ＝
   （Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）／Ｉの式で求める請求項５に記載
   の二次電池の充電方法。
7. 【請求項７】 パルス電流により二次電池の充電を行う
   パルス充電装置と、前記二次電池が満充電状態になった
   ことを検出する満充電検出装置と、前記満充電検出装置
   が前記満充電状態を検出すると前記パルス充電装置に充
   電を停止させる充電停止指令を出力する充電制御装置と
   を具備する二次電池の充電装置であって、 前記二次電池の内部インピーダンスを測定する内部イン
   ピーダンス測定手段を更に具備し、 前記満充電検出装置は、充電電圧がピーク値から予め定
   めた基準差電圧（ΔＶ）だけ降下したときに前記満充電
   状態の検出と判断する−ΔＶ検出法に基づいて満充電状
   態を検出する第１の満充電状態検出手段と、電池の温度
   上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）が予め定めた基準温度上昇勾配
   以上になったときに前記満充電状態の検出と判断する電
   池温度上昇勾配検出法に基づいて満充電状態を検出する
   第２の満充電状態検出手段とを具備し、 前記充電制御装置は、前記内部インピーダンス測定手段
   で測定した内部インピーダンスが電池の種類と充電末期
   における電池の温度上昇とを考慮して予め定めた下限値
   以下であれば、前記第１の満充電状態検手段の検出結果
   に基づいて前記充電停止指令を出力し、前記内部インピ
   ーダンスが電池の種類と放電容量の低下を考慮して予め
   定めた上限値以上であれば、前記第２の満充電状態検手
   段の検出結果に基づいて前記充電停止指令を出力し、前
   記内部インピーダンスが前記下限値と前記上限値の間に
   あれば、前記第１または第２の満充電状態検手段の検出
   結果に基づいて前記充電停止指令を出力するように構成
   されていることを特徴とする二次電池の充電装置。
8. 【請求項８】 パルス電流により二次電池の充電を行っ
   て、前記二次電池が満充電状態になったことを検出する
   と充電を停止する二次電池の充電方法であって、 前記二次電池の内部インピーダンスを測定し、 充電電圧がピーク値から予め定めた基準差電圧（ΔＶ）
   だけ降下したときに前記満充電状態の検出と判断する−
   ΔＶ検出法を用いて前記満充電状態を検出する第１の満
   充電状態検出手段と、電池の温度上昇勾配（ｄＴ／ｄ
   ｔ）が予め定めた基準温度上昇勾配以上になったときに
   前記満充電状態の検出と判断する電池温度上昇勾配検出
   法を用いて前記満充電状態を検出する第２の満充電状態
   検出手段と、電池の温度が予め定めた上限温度に達する
   と前記満充電状態の検出と判断する電池温度検出法を用
   いて前記満充電状態を検出する第３の満充電状態検出手
   段とを用意し、 前記内部インピーダンスの値に基づいて前記第１〜第３
   の満充電状態検出手段の満充電検出のための基準値を充
   電末期の電池温度の上昇を抑制して放電容量の低下を抑
   制できる値に変更し、 前記第１〜第３の満充電状態検出手段のいずれかが満充
   電状態を検出したときに前記二次電池の充電を停止する
   ことを特徴とする二次電池の充電方法。
9. 【請求項９】 パルス電流により二次電池の充電を行う
   パルス充電装置と、前記二次電池が満充電状態になった
   ことを検出する満充電検出装置と、前記満充電検出装置
   が前記満充電状態を検出すると前記パルス充電装置に充
   電を停止させる充電停止指令を出力する充電制御装置と
   を具備する二次電池の充電装置であって、 前記二次電池の内部インピーダンスを測定する内部イン
   ピーダンス測定手段を更に具備し、 前記満充電検出装置は、充電電圧がピーク値から予め定
   めた基準差電圧（ΔＶ）だけ降下したときに前記満充電
   状態の検出と判断する−ΔＶ検出法を用いて前記満充電
   状態を検出する第１の満充電状態検出手段と、電池の温
   度上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）が予め定めた基準温度上昇勾
   配以上になったときに前記満充電状態の検出と判断する
   電池温度上昇勾配検出法を用いて前記満充電状態を検出
   する第２の満充電状態検出手段と、電池の温度が予め定
   めた上限温度に達すると前記満充電状態の検出と判断す
   る電池温度検出法を用いて前記満充電状態を検出する第
   ３の満充電状態検出手段とを具備し、 前記満充電検出装置は、前記内部インピーダンス測定手
   段により測定した前記内部インピーダンスの値に基づい
   て前記第１〜第３の満充電状態検出手段の満充電検出の
   ための基準値を充電末期の電池温度の上昇を抑制して放
   電容量の低下を抑制できる値に変更するように構成さ
   れ、 前記充電制御装置は、第１〜第３の満充電状態検出手段
   のいずれかが満充電状態を検出したときに前記充電停止
   指令を出力するように構成されている二次電池の充電装
   置。