JPH11285163A

JPH11285163A - 二次電池の充電方法

Info

Publication number: JPH11285163A
Application number: JP10083503A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamashita; 孝浩山下; Tomohisa Hagino; 智久萩野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JP3416517B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的な検出機構を使用することなく、極め
て簡単な方法で電池の実質的な容量を検出して、二次電
池を理想的な電流で充電する。【解決手段】二次電池の充電方法は、複数種の二次電
池１を定電流充電して満充電する。二次電池の充電方法
は、最初に二次電池１を第１の電流で定電流充電して、
電池の電池電圧を検出する。電池電圧が、あらかじめ設
定している電流切換電圧よりも高くなる二次電池１は、
小容量の電池と判定し、充電電流を第１の電流よりも小
さい第２の電流に設定して定電流充電して満充電する。
第１の電流で定電流充電している電池電圧が、電流切換
電圧を超えない二次電池１は、大容量の電池と判定し
て、第２の電流よりも大きい、第３の電流で定電流充電
して満充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次電池を定電流充
電して満充電する充電方法に関し、とくに、容量が異な
る複数種の二次電池を最適な状態で充電できる充電方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】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は、定電流で充電して満充電され
る。これらの電池は、種々の用途に使用され、用途に最
適な容量とタイプのものが使用される。現在、携帯用の
電気機器の二次電池として、単３と単４のニッケル−カ
ドミウム電池とニッケル−水素電池が多く使用される。
これ等の電池は、一般的には、専用の充電器で充電され
る。しかしながら、種々のタイプの電池を、それぞれ専
用の充電器で充電する方法は、多数の充電器を用意する
必要があって、便利に使用できない。

【０００３】タイプが異なる二次電池を同じ充電器で充
電できるなら、便利に使用できる。ただ、電池は、それ
ぞれに適した充電電流で充電する必要がある。それは、
充電電流が大きすぎると、電池性能が低下し、充電電流
が小さいと満充電するまでに時間がかかるからである。

【０００４】異なるタイプの二次電池を、ひとつの充電
器で充電する方法は開発されている。この充電方法に使
用する充電器は、装着される二次電池の大きさを機械的
に判定して、充電電流を最適な値に設定する。たとえ
ば、単３電池と単４電池とでは、外形の大きさと容量が
異なるので、外形から容量を検出して、充電電流を調整
できる。この充電器は、単３電池と単４電池の装着する
位置を変更し、あるいは、単４電池を入れるときは、ス
ペーサーを入れて単４電池と判定することもできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】単３電池と単４電池と
を外形で検出して、充電電流を切り換える方法は、外形
を検出するための機械的な機構を必要とする。このた
め、充電器の構造が複雑になる。また、機械的に検出す
る構造は、可動部分が故障の原因となって、正常に充電
できなくなることがある。

【０００６】本発明は、さらにこのような欠点を解決す
ることを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的
は、機械的な検出機構を使用することなく、極めて簡単
な方法で電池の実質的な容量を検出して、二次電池を理
想的な電流で充電できる二次電池の充電方法を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の充電
方法は、複数種の二次電池１を定電流充電して満充電す
る方法であって、最初に二次電池１を第１の電流で定電
流充電して、電池の電池電圧を検出する。電池電圧が、
あらかじめ設定している電流切換電圧よりも高くなる二
次電池１は、小容量の電池と判定し、充電電流を第１の
電流よりも小さい第２の電流に設定して定電流充電して
満充電する。大電流で定電流充電している電池電圧が、
電流切換電圧を超えない二次電池１は、大容量の電池と
判定して、第２の電流よりも大きい、第３の電流で定電
流充電して満充電する。簡単な充電方法においては、第
１の電流と第３の電流は同じ電流値とする。ただ、第１
の電流と第３の電流とは、必ずしも同じ電流値とする必
要はない。第１の電流は、第３の電流よりも大きく、あ
るいは小さくすることもできる。

【０００８】本発明の請求項２の二次電池の充電方法
は、充電を開始した最初に、複数種の二次電池１を順番
に第１の電流でパルス充電して、充電している二次電池
１の電池電圧を検出する。電池電圧が電流切換電圧より
も高くなった二次電池１は、小容量の電池と判定して、
パルス充電する充電電流を、第１の電流よりも小さい第
２の電流に切り換える。電池電圧が電流切換電圧を超え
ない二次電池１は、大容量の電池と判定して、第２の電
流よりも大きな第３の電流でパルス充電して満充電す
る。この充電方法も、簡単には第１の電流と第３の電流
を同じ電流値とする。ただ、第１の電流と第３の電流と
は、必ずしも同じ電流値とする必要はない。第１の電流
は、第３の電流よりも大きく、あるいは小さくすること
もできる。

【０００９】本発明の請求項４に記載される二次電池の
充電方法は、電池電圧が電流切換電圧を超えない二次電
池１が満充電と判定された後に、さらにトリクル充電す
る。電池電圧が電流切換電圧よりも高くなった二次電池
１は、満充電と判定された後にトリクル充電しない。

【００１０】本発明の請求項５に記載される二次電池の
充電方法は、単３と単４タイプの二次電池１を一緒に充
電する。

【００１１】

【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以下のものに
特定しない。

【００１２】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。

【００１３】図１は本発明の充電方法に使用する充電回
路を示す。この図の充電回路は、充電用電源２と、４つ
の二次電池１の充電状態を切り換えるパルス充電スイッ
チング素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと、パルス充電スイ
ッチング素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと充電用電源２を
制御する制御回路３とを備えている。

【００１４】充電用電源２は、制御回路３に制御され
て、二次電池１を所定の電流で定電流充電する。充電用
電源２は、スイッチング電源で、１００ボルトの交流を
整流する整流回路５と、整流回路５から出力される直流
をスイッチングするスイッチング回路６と、このスイッ
チング回路６でスイッチングされる交流を一次側に入力
して、入力される電圧を二次電池１の充電電圧に降下さ
せるトランス７と、トランス７から出力される交流を整
流して直流とするダイオードからなる整流回路８と、整
流回路８の出力電圧と制御回路３からの信号で、スイッ
チング回路６がスイッチングするデューティーを制御す
るＣＶ／ＣＣ制御回路９および絶縁用ＰＣ回路１０とを
備えている。

【００１５】パルス充電スイッチング素子４Ａ、４Ｂ、
４Ｃ、４Ｄは、制御回路３によって、一定の周期でオン
オフに切り換えられて、二次電池１を順番にパルス充電
する。パルス充電は、充電時間を０．５秒、充電を休止
する時間を１．５秒として、４組の電池を順番にパルス
充電する。ただ、本発明の充電方法は、パルス充電する
充電時間を特定しない。パルス充電する１パルスの充電
時間は、たとえば、５０ミリ秒〜１０秒、好ましくは
０．１〜５秒、さらに好ましくは０．２〜３秒、最適に
は０．２〜１秒に設定される。

【００１６】１パルスの充電時間は、充電電流を変更す
るのに要する時間に比較して充分に長く、たとえば、充
電電流を変更するための時間の３倍、好ましくは１０倍
よりも長く設定される。図の充電用電源２は、制御回路
３でＣＶ／ＣＣ制御回路９を制御して各二次電池１の充
電電流を制御する。複数の二次電池１がパルス充電され
るとき、全ての二次電池１が同じ充電電流で充電される
とは限らない。各パルスの充電電流が制御されて、二次
電池１は最適な充電電流で充電される。各パルスの充電
電流を変更するとき、充電電流を変更するための時間を
必要とする。スイッチング電源である充電用電源２は、
スイッチング回路６をオンオフに切り換えるスイッチン
グ周波数が、充電電流を変更する時間に影響を与える。
スイッチング周波数を高くすると、各パルスの充電電流
を変更する時間が短くなり、スイッチング周波数を低く
すると、各パルスの充電電流を変更する時間が長くな
る。したがって、スイッチング回路６をオンオフにスイ
ッチングする周期は、パルス充電する１周期に比較して
充分に短く、たとえば、１／１００以下に設定される。

【００１７】パルス充電するときの休止時間は、一緒に
充電される電池の個数で決定される。全ての電池を順番
にパルス充電するからである。休止時間は、一緒に充電
できる電池の個数をｎ個とし、充電時間をＴとすると
き、（ｎ−１）×Ｔとなる。

【００１８】パルス充電スイッチング素子４Ａ、４Ｂ、
４Ｃ、４Ｄは、トランジスタやＦＥＴで構成されてい
る。トランジスタのパルス充電スイッチング素子４Ａ、
４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは、コレクタを互いに接続して、充電
用電源２の出力側に接続される。パルス充電スイッチン
グ素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄを構成する各々のトラン
ジスタのエミッタは、二次電池１のプラス側に、ベース
は制御回路３に接続される。

【００１９】複数のパルス充電スイッチング素子４Ａ、
４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは、図２に示すように、何れかひとつ
をオン、他をオフ状態に制御して、二次電池１をパルス
充電する。パルス充電スイッチング素子４Ａ、４Ｂ、４
Ｃ、４Ｄは、順番にオンに切り換えられて、二次電池１
を順番にパルス充電する。満充電された二次電池１に接
続されるパルス充電スイッチング素子４Ａ、４Ｂ、４
Ｃ、４Ｄは、オンに切り換えられるタイミングになって
もオフに制御される。

【００２０】パルス充電スイッチング素子４Ａ、４Ｂ、
４Ｃ、４Ｄは、制御回路３からの出力信号でオンオフに
切り換えられる。トランジスタであるパルス充電スイッ
チング素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは、制御回路３から
ベース電流が流入されるとオン、ベース電流が遮断され
るとオフ状態となる。ＦＥＴのパルス充電スイッチング
素子は、ゲートに電圧が印加されるとオン、ゲート電圧
が印加されない状態でオフに制御される。

【００２１】制御回路３は、充電用電源２のＣＶ／ＣＣ
制御回路９を制御して、各二次電池１の充電電流を独立
して制御する。また、制御回路３は、４組のパルス充電
スイッチング素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄをオンオフに
切り換えて、二次電池１をパルス充電する状態も制御す
る。制御回路３はマイコンと、電池電圧を検出してアナ
ログ電圧をデジタル電圧に変換するＡ／Ｄコンバータを
内蔵している。マイコンには、Ａ／Ｄコンバータから、
各二次電池１を充電しているときのオン電圧が入力され
る。マイコンは、入力されたオン電圧を演算して、充電
用電源２とパルス充電スイッチング素子４Ａ、４Ｂ、４
Ｃ、４Ｄを制御する。さらに、制御回路３はタイマーも
内蔵しており、タイマーと電池電圧でパルス充電スイッ
チング素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄを制御する。

【００２２】制御回路３は、充電を開始した最初に、充
電用電源２が二次電池１を充電する充電電流を第１の電
流に設定する。第１の電流で二次電池１をパルス充電し
ながら、各二次電池１のオン電圧を検出する。図３に示
すように、検出したオン電圧が、電流切換電圧よりも高
くなる二次電池１は、電池容量が小さいと判定して、充
電電流を、第１の電流よりも小さい第２の電流に変更す
る。

【００２３】この図は、電流切換電圧を１．８Ｖに設定
している。また、パルス充電する１パルスのピーク電流
を１．８Ａ、充電時間を０．５秒、休止時間を１．５秒
として、第１の電流の平均値を０．４５Ａに設定してい
る。また、第２の電流は、パルス充電するピーク電流を
５００ｍＡとし、充電時間と休止時間を前述と同じに設
定して、平均電流を１２５ｍＡに設定している。

【００２４】第１の電流でパルス充電している二次電池
のオン電圧が、電流切換電圧を超えない二次電池は、図
４に示すように、充電電流を切り換えることなく、第１
の電流に等しい第３の電流でパルス充電して満充電す
る。

【００２５】第１の電流と第３の電流を同じ電流値とす
る充電方法は、簡単な回路構成にできる。ただ、本発明
の充電方法は、第１の電流と第３の電流とを異なる電流
値に設定することもできる。第１の電流と第３の電流の
電流値が異なる充電方法は、一定の設定された時間は第
１の電流でパルス充電して、各電池のオン電圧が電流切
換電圧まで上昇するかどうかを判定する。第１の電流で
充電するとき、オン電圧が電流切換電圧に上昇する二次
電池は、充電電流を第２の電流に切り換えて充電する。
第１の電流で充電するときに、オン電圧が電流切換電圧
まで上昇しない電池は、その後に第３の電流で充電す
る。第３の電流は、第１の電流よりも大きく、あるいは
小さく設定される。ただ、第３の電流は、第２の電流よ
りも大きく設定される。

【００２６】さらに、制御回路３は、充電している二次
電池１のオン電圧を検出して、各二次電池１のオン電圧
がピーク値から降下する充電ΔＶを検出して満充電を検
出する。制御回路は、オン電圧のみでなく、充電を休止
しているときの電池電圧であるオフ電圧を検出して、満
充電を検出することもできる。この充電方法は、オン電
圧とオフ電圧のいずれかが、ピーク電圧となり、あるい
はΔＶ低下することを検出して満充電と判定する。

【００２７】パルス充電される二次電池１は、図３と図
４に示すように、オン電圧が変化する。容量の小さい二
次電池は、図３に示すように、第１の電流で充電する
と、電流切換電圧まで上昇する。その後、充電電流を第
１の電流から第２の電流に切り換えて充電すると、電池
電圧が低下した後、その後再び上昇してピーク電圧とな
り、その後にΔＶ低下して満充電される。大容量の二次
電池は、図４に示すように、充電が進行されるにしたが
って電池電圧が上昇するが、電流切換電圧までは上昇し
ない。したがって、第１の電流で継続してパルス充電
し、あるいは、一定の時間は第１の電流で充電した後、
その後、第３の電流に切り換えて満充電する。

【００２８】制御回路３は、図５のフローチャートで二
次電池１を充電する。［Ｎ＝１のステップ］制御回路３は、図２に示すよう
に、パルス充電スイッチング素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４
Ｄを順番にオンオフに切り換えて、二次電池１を第１の
電流でパルス充電する。パルス充電スイッチング素子４
Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄのオン時間は、たとえば０．５
秒、オフ時間は、１．５秒に設定される。

【００２９】［Ｎ＝２のステップ］順番にパルス充電さ
れるそれぞれの二次電池１のオン電圧を検出し、オン電
圧がピーク電圧になると、満充電されたと判定する。

【００３０】［Ｎ＝３のステップ］それぞれの二次電池
１のオン電圧を検出し、オン電圧がΔＶ降下すると満充
電と判定する。

【００３１】［Ｎ＝４のステップ］それぞれの二次電池
１のオン電圧を検出し、オン電圧が電流切換電圧よりも
高くなったかどうかを判定する。電流切換電圧を超えな
い二次電池１は、Ｎ＝２のステップにジャンプして、Ｎ
＝２、３、４をループして満充電する。尚、オン電圧が
電流切換電圧よりも高くなったとの判定は、オン電圧が
所定回数（例えば、１０回）連続して電流切換電圧を超
えた場合に行うようにすると、雑音等の影響による誤判
定をなくして、正確な判定を行うことができるので好ま
しい。

【００３２】［Ｎ＝５のステップ］電流切換電圧を超え
る二次電池１は、充電電流を第１の電流から第２の電流
に切り換えて、第１の電流よりも小さい電流で充電す
る。

【００３３】［Ｎ＝６のステップ］第２の電流で充電さ
れる二次電池１は、オン電圧が検出され、オン電圧がピ
ーク電圧まで上昇したかどうかが判定される。ピーク電
圧が検出されると、満充電と判定される。

【００３４】［Ｎ＝７のステップ］第２の電流で充電さ
れる二次電池１は、オン電圧が検出され、オン電圧がΔ
Ｖ降下したかどうかが判定される。ΔＶ降下が検出され
ると、満充電と判定される。

【００３５】［Ｎ＝８のステップ］オン電圧が、ピーク
電圧まで上昇せず、ΔＶ降下も検出されない二次電池１
は、第２の電流で充電しているオン電圧が、電流切換電
圧よりも高くなったかどうかが判定される。オン電圧が
電流切換電圧よりも高くなった二次電池１は、満充電と
判定される。

【００３６】［Ｎ＝９のステップ］第２の電流で充電し
ている二次電池１のオン電圧が、電流切換電圧よりも高
くならない二次電池１は、第２の電流での充電時間が設
定時間を経過したかどうかが判定される。第２の電流で
の充電時間が設定時間を経過した二次電池１は、満充電
したと判定される。

【００３７】［Ｎ＝１０のステップ］第２の電流で充電
している二次電池１のオン電圧が上昇する勾配が、設定
値よりも小さいかどうかが判定され、設定値よりも小さ
いと満充電と判定される。

【００３８】［Ｎ＝１１のステップ］第２の電流で充電
される二次電池１であって、オン電圧が上昇する勾配が
設定値よりも大きい二次電池１は、第２の電流で充電さ
れるようになってから、一定時間、電圧が上がらないか
どうかが判定される。電圧が上昇しない二次電池１は、
充電を終了させる。オン電圧が上昇する電池は、Ｎ＝６
のステップにジャンプして、継続して第２の電流で充電
が継続される。

【００３９】以上の実施例の充電方法は、複数の二次電
池を、順番にパルス充電して満充電する。ただ、本発明
の充電方法は、必ずしも二次電池をパルス充電する必要
はない。また、複数の二次電池を順番に満充電する必要
もない。本発明の充電方法は、二次電池を、パルス充電
することなく、連続して第１の電流で充電し、電流切換
電圧よりも高くなったときに、充電電流を第１の電流よ
りも小さい第２の電流に切り換えて満充電することがで
きる。また、一定の時間は第１の電流で充電し、電流切
換電圧を超える二次電池は、第２の電流に切り換えて連
続して充電し、電流切換電圧を超えない二次電池は、第
２の電流よりも大きい第３の電流に切り換えて満充電す
ることもできる。

【００４０】以上の実施例の充電方法は、ｎ＝２、３の
ステップで満充電と判定された二次電池、すなわち、電
池電圧が電流切換電圧を超えない二次電池を、満充電と
判定された後、さらにトリクル充電してより理想的な状
態に満充電できる。ただし、電池電圧が電流切換電圧よ
りも高くなった二次電池は、満充電と判定された後もト
リクル充電しないのがよい。トリクル充電は、たとえ
ば、パルス充電するピーク電流を５００ｍＡ、充電時間
を２５６ミリ秒、休止時間を５７４４ミリ秒として、平
均電流を２１．３ｍＡとして２時間充電する。

【００４１】

【発明の効果】本発明の充電方法は、機械的な検出機構
を使用することなく、極めて簡単な方法で電池の実質的
な容量を検出して、複数の種類の二次電池を、理想的な
電流で充電できる特長がある。とくに、本発明の充電方
法は、電池を充電するときに発生する二次電池に独特の
電気特性を有効に利用して、電池の充電電流を調整する
ので、正確に電池容量を検出して適正な電流で充電でき
る特長がある。二次電池は、充電を開始したときに温度
が低いので、内部抵抗が大きく、充電が進行するにした
がって、温度が高くなって内部抵抗が小さくなる性質が
ある。内部抵抗の大きい二次電池は、充電しているとき
の電圧降下が大きく、充電している電池電圧を高くす
る。このため、二次電池は充電が進行していないとき
に、電圧が上昇する傾向がある。とくに、容量の小さい
二次電池は、内部抵抗が大きいので、この傾向が大きく
なる。したがって、小容量の二次電池は、充電を開始し
てから速いタイミングで、電池電圧が電流切換電圧まで
上昇して、小容量の電池と判定される。このため、小容
量の電池は、速やかに大電流から小電流に充電電流が切
り換えられて、大電流で充電される時間が短くなり、大
電流充電による電池性能の低下を有効に阻止できる特長
が実現される。

【００４２】さらに、本発明の充電方法は、従来の充電
方法のように、機械的に充電している二次電池の容量を
検出する必要がないので、故障が少なく、確実に二次電
池を正常な電流で充電できる特長も実現される。また、
充電電流を調整するために、特別な電気回路を付加しな
いで、充電電流を調整することもできるので、充電装置
を低コストにできる特長も実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の充電方法に使用する充電回路を示すブ
ロック図

【図２】複数の二次電池をパルス充電するタイミングを
示すグラフ

【図３】第１の電流で充電して電流切換電圧を超える二
次電池の電圧が変化する状態を示すグラフ

【図４】第１の電流で充電して電流切換電圧を超えない
二次電池の電圧が変化する状態を示すグラフ

【図５】図１に示す充電回路が二次電池を充電する工程
を示すフローチャート図

【符号の説明】

１…二次電池２…充電用電源３…制御回路４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ…パルス充電スイッチング素子５…整流回路６…スイッチング回路７…トランス８…整流回路９…ＣＶ／ＣＣ制御回路１０…絶縁用ＰＣ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容量が異なる複数種の二次電池(1)の充
電方法において、最初に二次電池(1)を第１の電流で定電流充電して、電
池の電池電圧を検出し、電池電圧が、あらかじめ設定し
ている電流切換電圧よりも高くなる二次電池(1)は、充
電電流を第１の電流よりも低く設定してなる第２の電流
で定電流充電して満充電し、第１の電流で定電流充電し
ている電池電圧が電流切換電圧を超えない二次電池(1)
は、第２の電流よりも大きな第３の電流で定電流充電し
て満充電することを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項２】充電を開始した最初に、複数種の二次電
池(1)を順番に第１の電流でパルス充電して、充電して
いる二次電池(1)の電池電圧を検出し、電池電圧が電流
切換電圧よりも高くなった二次電池(1)は、パルス充電
する充電電流を、第１の電流よりも小さい第２の電流に
切り換えて充電し、電池電圧が電流切換電圧を超えない
二次電池(1)は、第３の電流でパルス充電して満充電す
る請求項１に記載される二次電池の充電方法。
【請求項３】第１の電流と第３の電流とが同じ大きさ
の電流である請求項１または２に記載される二次電池の
充電方法。
【請求項４】電池電圧が電流切換電圧を超えない二次
電池(1)は、満充電と判定された後、さらにトリクル充
電し、電池電圧が電流切換電圧よりも高くなった二次電
池(1)は、満充電と判定された後にトリクル充電しない
請求項１に記載される二次電池の充電方法。
【請求項５】単３と単４タイプの二次電池(1)を一緒
に充電する請求項３に記載される二次電池の充電方法。