充電器および充電方法
【課題】ある程度放電された電池では、接続時のオープン電圧では、低くまた充電オン期間の電圧をある一定の電圧以上になるまでに時間がかかる。また、完全に放電された電池ではその数値まで上昇しないため充電を行い、電池が液漏する可能性を小さくすることを提供する。
【解決手段】充電器において、充電電流オン期間における電池電圧と充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、電池のオープン電圧との関係により、長期放置等による不活性電池は充電を継続させ、サイクル劣化を小さくした充電器である。
【解決手段】充電器において、充電電流オン期間における電池電圧と充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、電池のオープン電圧との関係により、長期放置等による不活性電池は充電を継続させ、サイクル劣化を小さくした充電器である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル水素蓄電池の充電制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のニッケル水素蓄電池の充電器としては、電池接続時のオープン電圧がある一定以上であるか、もしくは充電オン期間の電圧をある一定の電圧以上になると異常電池と判断し、充電を終了していた。また、乾電池等の一次電池とニッケル水素蓄電池を判断する方式として電池の直列抵抗測定して乾電池等の一次電池であるかニッケル水素蓄電池を識別する方式があった。例えば特許文献１には、充電状態（残存電荷）と内部直列抵抗との関係グラフが記載されており、内部直列抵抗がある抵抗値以下ではニッケル水素蓄電池と判断するようにする電池形式識別方法がある。
【特許文献１】特開平６−２４９９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の技術では、ある程度放電された電池では、接続時のオープン電圧では、低くまた充電オン期間の電圧をある一定の電圧以上になるまでに時間がかかる。また、完全に放電された電池ではその数値まで上昇しないため充電し、電池が液漏れしてしまうといった問題が生じる恐れがある。また、内部抵抗を検出する方法では、市場で多く存在している単３形の充電池に対しては、長期放置や過放電状態による不活性状態の電池に対しても内部抵抗が上昇するといったことが起こりうるため、不活性電池が異常電池と判別してしまう恐れがあり、不活性電池もある程度充放電を繰り返すと通常電池と同等になることに対して不適切であり、単３形の充電池を充電する充電器に対しては、有効な手段とはいえなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の充電器は、ニッケル水素蓄電池の充電器において、電池に充電電流を供給する定電流回路部と電流をオン及びオフさせる切替スイッチ部と充電電流オン期間における電池電圧の数値と充電電流オフ期間における電池電圧の数値を記録させる記録部と演算処理を行う演算回路部とその演算した数値とある一定の数値を比較する比較回路部を有する充電器において、充電電流オン期間における電池電圧と充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、電池のオープン電圧との関係により、長期放置等による不活性電池は充電を継続させ、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池は充電を止めるようにした。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、充電器は、従来の技術である電池接続時にオープン電圧が１Ｖ以下の場合は、長期放置や過放電状態による不活性電池と判断し、低レートで充電する。また、オープン電圧が一定の電圧、例えば、１．５５Ｖ以上であると乾電池等の一次電池と判断し、異常表示にする。
【０００６】
また、充電電流オン期間における電池電圧を検出し、ある一定の電圧以上になると異常電池と判断する機能と充電電流オフ期間における−ΔＶ制御用に安定している電圧を検出する機能の２種類の電池電圧を常に検出し、記録するような充電器において、その記録した２種類の電池電圧の差と充電電流を演算する演算回路により、内部インピーダンスを算出し、その内部インピーダンスとある一定の数値を比較する比較する比較回路により、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池を判別することができる。なお、今構成には特別に回路構成を追加する必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施例１）
本発明のより具体的な実施の形態について図１を用いて説明する。図１は、一般的なニッケル水素蓄電池用充電器の回路ブロックである。定電流制御を構成している定電流回路部１と電池２を切替スイッチＡ３により接続されており、その切替スイッチＡ３を充電制御部４からコントロールする構成になっている。
【０００８】
充電制御部４はある一定の周期により、電流をオン又はオフさせている。また、この切替スイッチＡ３と追従して電池電圧を検出用に切り替える切替スイッチＢ５により、電流オン時の電池電圧Ｖｂ１を検出し、電流オン時の電池電圧記録部６と電流オフ時の電池電圧Ｖｂ２を検出し、電流オフ時の電池電圧記録部７があり、常時電池電圧を監視している。
【０００９】
この電圧と定電流である電流値Ｉにより、内部インピーダンスＲｂを演算する演算回路部８により、内部インピーダンスＲｂを算出する。
【００１０】
実際に充電を開始すると、図２のような充電特性になる。このとき、充電がオンしている電圧Ｖｂ１とオフしている電圧Ｖｂ２を常に充電制御部で検出しているので、このときの内部インピーダンスＲｂは
Ｒｂ ＝（Ｖｂ１ − Ｖｂ２）／Ｉ
となる。
【００１１】
これは、このインピーダンスがある一定の抵抗値Ｒ以上にならないように比較している部位の比較回路部９で監視している。
【００１２】
この抵抗値Ｒｂはあらかじめ実験により、異種電池とニッケル水素蓄電池とのデータを求め、インピーダンスＲを設定されている。今回の実施例では、充電電流Ｉを２．５Ａとして、一定の電圧ＶＢと考え、ニッケル水素蓄電池では充電電流オン期間とオフ期間の電圧差ＶＢは約０．１Ｖ〜０．２Ｖ、に対して、マンガン乾電池の電圧差ＶＢは、約０．８Ｖ〜０．９Ｖ。
【００１３】
アルカリ乾電池の電圧差は、約０．４Ｖ〜０．５Ｖ。ニッケルマンガン乾電池の電圧差ＶＢは約０．４５Ｖ〜０．５５Ｖ。
【００１４】
リチウム１次電池の電圧差ＶＢは約０．３５Ｖ〜０．４５Ｖである。これらの実験結果より異常電池と判別する電圧差ＶＢは０．３Ｖと設定することにより、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池を接続すると異常電池と判断し、充電を終了することができる。
【００１５】
また、長期放置や過放電状態による不活性電池に置いては、約０．３〜０．４Ｖぐらいになるため、この設定値以上になり、異常電池と判断する。
【００１６】
しかし、近年の電池に置いては、この不活性電池においても数回充放電を繰り返すことにより通常の充電池と同様に使用することが可能であるため、異常と判断することは問題となる。そこでこの長期放置や過放電状態による不活性電池においては、電池電圧が１Ｖ以下になるということがわかっている。
【００１７】
そこで、図３に接続時のフローチャートに示すように電池接続時のオープン電圧が１Ｖ以下の場合は、低レート電流（例えば、２５０ｍＡ）で一分間充電を行う。
【００１８】
そして、一分間の間に不活性電池は、活性化し通常の充電池と同様となるため電池の電圧差が０．１〜０．２Ｖになる。よって、一分後に再度、電池の電圧差を検知して判定値である０．３Ｖ以上の場合は、乾電池等の一次電池と判断し、異常の表示をする。０．３Ｖ未満なら通常の充電池と判断し充電を行う。
【００１９】
（実施例２）
図４、図５のように、素電池を直列もしくは並列に複数個接続した場合を示している。
【００２０】
マイクロコンピュータ１０によって、切替スイッチＡ３および切替スイッチＢ５を制御し、充電の制御を行っている。
【００２１】
図４では、充電される電池１、電池２、電池３そして電池４が並列に接続されている場合、また図５では、電池１、電池２、電池３そして電池４が直接に接続している。
【００２２】
各々の電池において充電することができる充電制御においても、各々の電圧差ＶＢが上記記載設定値以上に達したことにより各々の電池を異常電池と判断し、各々の電池に対して充電を終了することができる。
【００２３】
乾電池等の一次電池やサイクル劣化した電池を検出に伴い異常表示を行い、また通常電池や長期放置等による不活性電池を検出に伴い充電表示を行い、また充電完了検出に伴い充電完了表示を行うことも可能である。
【００２４】
また、実施例では、ニッケル水素蓄電池の充電器であるが、リチウムイオンなどの電池でも十分な電圧差が生じると同じ方法が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の充電器は、ニッケル水素蓄電池の充電器において有用な技術である。特に、近年の各種さまざまな電池の発明に伴い、容易に異種電池判別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の回路構成図
【図２】電流オン−オフ時の充電特性図
【図３】電池接続時のフローチャート
【図４】素電池を複数個充電可能な並列充電制御部の構成図
【図５】素電池を複数個充電可能な直列充電制御部の構成図
【符号の説明】
【００２７】
１ 定電流回路部
２ 電池
３ 切替スイッチＡ
４ 充電制御部
５ 切替スイッチＢ
６ 電流オン時の電池電圧記録部
７ 電流オフ時の電池電圧記録部
８ 演算回路部
９ 比較回路部
１０ マイクロコンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル水素蓄電池の充電制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のニッケル水素蓄電池の充電器としては、電池接続時のオープン電圧がある一定以上であるか、もしくは充電オン期間の電圧をある一定の電圧以上になると異常電池と判断し、充電を終了していた。また、乾電池等の一次電池とニッケル水素蓄電池を判断する方式として電池の直列抵抗測定して乾電池等の一次電池であるかニッケル水素蓄電池を識別する方式があった。例えば特許文献１には、充電状態（残存電荷）と内部直列抵抗との関係グラフが記載されており、内部直列抵抗がある抵抗値以下ではニッケル水素蓄電池と判断するようにする電池形式識別方法がある。
【特許文献１】特開平６−２４９９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の技術では、ある程度放電された電池では、接続時のオープン電圧では、低くまた充電オン期間の電圧をある一定の電圧以上になるまでに時間がかかる。また、完全に放電された電池ではその数値まで上昇しないため充電し、電池が液漏れしてしまうといった問題が生じる恐れがある。また、内部抵抗を検出する方法では、市場で多く存在している単３形の充電池に対しては、長期放置や過放電状態による不活性状態の電池に対しても内部抵抗が上昇するといったことが起こりうるため、不活性電池が異常電池と判別してしまう恐れがあり、不活性電池もある程度充放電を繰り返すと通常電池と同等になることに対して不適切であり、単３形の充電池を充電する充電器に対しては、有効な手段とはいえなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の充電器は、ニッケル水素蓄電池の充電器において、電池に充電電流を供給する定電流回路部と電流をオン及びオフさせる切替スイッチ部と充電電流オン期間における電池電圧の数値と充電電流オフ期間における電池電圧の数値を記録させる記録部と演算処理を行う演算回路部とその演算した数値とある一定の数値を比較する比較回路部を有する充電器において、充電電流オン期間における電池電圧と充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、電池のオープン電圧との関係により、長期放置等による不活性電池は充電を継続させ、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池は充電を止めるようにした。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、充電器は、従来の技術である電池接続時にオープン電圧が１Ｖ以下の場合は、長期放置や過放電状態による不活性電池と判断し、低レートで充電する。また、オープン電圧が一定の電圧、例えば、１．５５Ｖ以上であると乾電池等の一次電池と判断し、異常表示にする。
【０００６】
また、充電電流オン期間における電池電圧を検出し、ある一定の電圧以上になると異常電池と判断する機能と充電電流オフ期間における−ΔＶ制御用に安定している電圧を検出する機能の２種類の電池電圧を常に検出し、記録するような充電器において、その記録した２種類の電池電圧の差と充電電流を演算する演算回路により、内部インピーダンスを算出し、その内部インピーダンスとある一定の数値を比較する比較する比較回路により、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池を判別することができる。なお、今構成には特別に回路構成を追加する必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施例１）
本発明のより具体的な実施の形態について図１を用いて説明する。図１は、一般的なニッケル水素蓄電池用充電器の回路ブロックである。定電流制御を構成している定電流回路部１と電池２を切替スイッチＡ３により接続されており、その切替スイッチＡ３を充電制御部４からコントロールする構成になっている。
【０００８】
充電制御部４はある一定の周期により、電流をオン又はオフさせている。また、この切替スイッチＡ３と追従して電池電圧を検出用に切り替える切替スイッチＢ５により、電流オン時の電池電圧Ｖｂ１を検出し、電流オン時の電池電圧記録部６と電流オフ時の電池電圧Ｖｂ２を検出し、電流オフ時の電池電圧記録部７があり、常時電池電圧を監視している。
【０００９】
この電圧と定電流である電流値Ｉにより、内部インピーダンスＲｂを演算する演算回路部８により、内部インピーダンスＲｂを算出する。
【００１０】
実際に充電を開始すると、図２のような充電特性になる。このとき、充電がオンしている電圧Ｖｂ１とオフしている電圧Ｖｂ２を常に充電制御部で検出しているので、このときの内部インピーダンスＲｂは
Ｒｂ ＝（Ｖｂ１ − Ｖｂ２）／Ｉ
となる。
【００１１】
これは、このインピーダンスがある一定の抵抗値Ｒ以上にならないように比較している部位の比較回路部９で監視している。
【００１２】
この抵抗値Ｒｂはあらかじめ実験により、異種電池とニッケル水素蓄電池とのデータを求め、インピーダンスＲを設定されている。今回の実施例では、充電電流Ｉを２．５Ａとして、一定の電圧ＶＢと考え、ニッケル水素蓄電池では充電電流オン期間とオフ期間の電圧差ＶＢは約０．１Ｖ〜０．２Ｖ、に対して、マンガン乾電池の電圧差ＶＢは、約０．８Ｖ〜０．９Ｖ。
【００１３】
アルカリ乾電池の電圧差は、約０．４Ｖ〜０．５Ｖ。ニッケルマンガン乾電池の電圧差ＶＢは約０．４５Ｖ〜０．５５Ｖ。
【００１４】
リチウム１次電池の電圧差ＶＢは約０．３５Ｖ〜０．４５Ｖである。これらの実験結果より異常電池と判別する電圧差ＶＢは０．３Ｖと設定することにより、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池を接続すると異常電池と判断し、充電を終了することができる。
【００１５】
また、長期放置や過放電状態による不活性電池に置いては、約０．３〜０．４Ｖぐらいになるため、この設定値以上になり、異常電池と判断する。
【００１６】
しかし、近年の電池に置いては、この不活性電池においても数回充放電を繰り返すことにより通常の充電池と同様に使用することが可能であるため、異常と判断することは問題となる。そこでこの長期放置や過放電状態による不活性電池においては、電池電圧が１Ｖ以下になるということがわかっている。
【００１７】
そこで、図３に接続時のフローチャートに示すように電池接続時のオープン電圧が１Ｖ以下の場合は、低レート電流（例えば、２５０ｍＡ）で一分間充電を行う。
【００１８】
そして、一分間の間に不活性電池は、活性化し通常の充電池と同様となるため電池の電圧差が０．１〜０．２Ｖになる。よって、一分後に再度、電池の電圧差を検知して判定値である０．３Ｖ以上の場合は、乾電池等の一次電池と判断し、異常の表示をする。０．３Ｖ未満なら通常の充電池と判断し充電を行う。
【００１９】
（実施例２）
図４、図５のように、素電池を直列もしくは並列に複数個接続した場合を示している。
【００２０】
マイクロコンピュータ１０によって、切替スイッチＡ３および切替スイッチＢ５を制御し、充電の制御を行っている。
【００２１】
図４では、充電される電池１、電池２、電池３そして電池４が並列に接続されている場合、また図５では、電池１、電池２、電池３そして電池４が直接に接続している。
【００２２】
各々の電池において充電することができる充電制御においても、各々の電圧差ＶＢが上記記載設定値以上に達したことにより各々の電池を異常電池と判断し、各々の電池に対して充電を終了することができる。
【００２３】
乾電池等の一次電池やサイクル劣化した電池を検出に伴い異常表示を行い、また通常電池や長期放置等による不活性電池を検出に伴い充電表示を行い、また充電完了検出に伴い充電完了表示を行うことも可能である。
【００２４】
また、実施例では、ニッケル水素蓄電池の充電器であるが、リチウムイオンなどの電池でも十分な電圧差が生じると同じ方法が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の充電器は、ニッケル水素蓄電池の充電器において有用な技術である。特に、近年の各種さまざまな電池の発明に伴い、容易に異種電池判別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の回路構成図
【図２】電流オン−オフ時の充電特性図
【図３】電池接続時のフローチャート
【図４】素電池を複数個充電可能な並列充電制御部の構成図
【図５】素電池を複数個充電可能な直列充電制御部の構成図
【符号の説明】
【００２７】
１ 定電流回路部
２ 電池
３ 切替スイッチＡ
４ 充電制御部
５ 切替スイッチＢ
６ 電流オン時の電池電圧記録部
７ 電流オフ時の電池電圧記録部
８ 演算回路部
９ 比較回路部
１０ マイクロコンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル水素蓄電池の充電器において、電池に充電電流を供給する定電流回路部と電流をオン及びオフさせる切替スイッチ部と充電電流オン期間における電池電圧の数値と充電電流オフ期間における電池電圧の数値を記録させる記録部と演算処理を行う演算回路部とその演算した数値とある一定の数値を比較する比較回路部を有する充電器において、充電電流オン期間における電池電圧と充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池は充電を止めることを特徴とする電池の充電器。
【請求項２】
前記充電器において、充電電流オン期間における電池電圧と充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、電池のオープン電圧との関係により、長期放置等による不活性電池は充電を継続させ、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池は充電を止めることを特徴とする充電方式。
【請求項３】
素電池を直列もしくは並列に複数個接続でき、各々の素電池において充電することができる充電器において、各々の充電電流オン期間における電池電圧と各々の充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、各々の内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、電池のオープン電圧との関係により、長期放置等による不活性電池は充電を継続させ、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池は充電を止めることを特徴とする請求項１記載の充電器。
【請求項４】
乾電池等の一次電池やサイクル劣化した電池を検出に伴い異常表示を行い、また通常電池や長期放置等による不活性電池を検出に伴い充電表示を行い、また充電完了検出に伴い充電完了表示を行うことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項１】
ニッケル水素蓄電池の充電器において、電池に充電電流を供給する定電流回路部と電流をオン及びオフさせる切替スイッチ部と充電電流オン期間における電池電圧の数値と充電電流オフ期間における電池電圧の数値を記録させる記録部と演算処理を行う演算回路部とその演算した数値とある一定の数値を比較する比較回路部を有する充電器において、充電電流オン期間における電池電圧と充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池は充電を止めることを特徴とする電池の充電器。
【請求項２】
前記充電器において、充電電流オン期間における電池電圧と充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、電池のオープン電圧との関係により、長期放置等による不活性電池は充電を継続させ、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池は充電を止めることを特徴とする充電方式。
【請求項３】
素電池を直列もしくは並列に複数個接続でき、各々の素電池において充電することができる充電器において、各々の充電電流オン期間における電池電圧と各々の充電電流オフ期間における電圧の差と充電電流により、各々の内部インピーダンスを算出し、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池や長期放置等による不活性電池を判断し、電池のオープン電圧との関係により、長期放置等による不活性電池は充電を継続させ、サイクル劣化した電池や乾電池等の一次電池は充電を止めることを特徴とする請求項１記載の充電器。
【請求項４】
乾電池等の一次電池やサイクル劣化した電池を検出に伴い異常表示を行い、また通常電池や長期放置等による不活性電池を検出に伴い充電表示を行い、また充電完了検出に伴い充電完了表示を行うことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２３２６３２（Ｐ２００９−２３２６３２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７７３２６（Ｐ２００８−７７３２６）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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