(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電状態を管理する電池管理装置付き電池に用いる充電制御方法において、前記電池の放電の度合から充電が必要か否かを判断し、充電が必要と判断した時には充電中であることを示す表示をしながら充電を行う一方、充電が不用と判断した時には充電電流を微少もしくは０にして所定時間充電中であることを示す表示を行うと共に前記所定時間経過後にこの表示を消すことを特徴とする充電制御方法。
【請求項２】
放電の度合を、電池管理装置にメモリした前回の充電以後の放電指令の有無から判断し、この放電指令が無い時に充電不要と判断する請求項１の充電制御方法。
【請求項３】
放電の度合を、請求項２における前記放電指令が無い時に前回の充電以後の自己放電量の多少によって判断し、この自己放電量が所定値以下の時に充電不要と判断する請求項２の充電制御方法。
【請求項４】
放電の度合を、電池の残量容量の多少により判断し、この残存容量が所定値以上の時に充電不要と判断する請求項１の充電制御方法。
【請求項５】
充放電状態を管理する電池管理装置付き電池に用いる充電装置において、
充電開始指令に基づいて前記電池の放電の度合を検出する放電度合検出部と、検出した放電の度合から充電の要否を判断する充電要否判断部と、この充電要否判断部が充電必要と判断した時に電池を充電する充電器と、この充電器による充電中は充電中であることを表示すると共に充電要否判断部が充電不要と判断した時に所定時間充電中であることを表示すると共に前記所定時間経過後にこの表示を消す充電表示部とを備えることを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・水素電池などで代表される二次電池の過充電を防止する充電制御方法と、充電装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
充電可能な二次電池では、充電後に十分に放電することなく充電を行うと、電池性能が低下することがある。例えばニッケル・カドミウム電池では、放電深度の浅い状態で繰り返えし充電すると、見かけ上の容量が低下する現象（メモリ効果）が著しいことが知られている。
【０００３】
このようなメモリ効果による容量低下に対して、電池を過放電にならない範囲で放電終止電圧まで完全に放電させた後再び完全充電する操作を２、３回繰り返えすことにより容量を回復させることができる。しかしこのような操作には時間がかかり、面倒である。
【０００４】
また放電深度が浅い状態で充電を繰り返すと、電池の内圧が上昇して液涸れを発生したり、電池温度が上昇して内部のセパレータを傷めて劣化させる、という問題もある。
【０００５】
そこでこのようなメモリ効果が生じないようにし、液涸れやセパレータの劣化を防止するため、充電開始指令があっても放電深度が浅い時には充電を行わないようにすることが考えられている。
【０００６】
【従来技術の問題点】
通常の充電器では、充電中には充電中であることを示すランプやＬＥＤなどの充電表示装置を備えている。このような充電器で、前記のように放電深度が浅い時に充電を行わないようにした機能を持たせた場合には、充電開始スイッチなどを操作して充電開始を指令したにもかかわらず充電表示装示が作動せず、ランプやＬＥＤが点灯しないことになる。このため使用者（充電操作者）は充電器が壊れたと誤認することがあり得る。
【０００７】
【発明の目的】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、放電深度が浅い電池に対しては、充電開始指令があっても充電を行わないようにして電池の容量低下や劣化を防止すると共に、使用者に充電器の故障と誤認させるおそれが無い充電制御方法を提供することを第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する充電装置を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【発明の構成】
この発明によれば第１の目的は、充放電状態を管理する電池管理装置付き電池に用いる充電制御方法において、前記電池の放電の度合から充電が必要か否かを判断し、充電が必要と判断した時には充電中であることを示す表示をしながら充電を行う一方、充電が不用と判断した時には充電電流を微少もしくは０にして所定時間充電中であることを示す表示を行うと共に前記所定時間経過後にこの表示を消すことを特徴とする充電制御方法、により達成される。
【０００９】
放電の度合は、例えば前回の充電後に放電指令が有ったか否かにより求めることができる。例えば１度でも放電指令が入力されていれば十分な放電が行われたと考え充電を行わせ、１度も放電指令が無ければ放電は行われていないとして充電を行わせないように制御することができる。
【００１０】
この放電指令が１度も無かった時には、更に電池の自己放電量を求め、この自己放電量が所定値以下なら充電を行わせないようにしてもよい。さらに電池の残存容量の多少から放電の度合を判断してもよい。
【００１１】
本発明によれば第２の目的は、充放電状態を管理する電池管理装置付き電池に用いる充電装置において、充電開始指令に基づいて前記電池の放電の度合を検出する放電度合検出部と、検出した放電の度合から充電の要否を判断する充電要否判断部と、この充電要否判断部が充電必要と判断した時に電池を充電する充電器と、この充電器による充電中は充電中であることを表示すると共に充電要否判断部が充電不要と判断した時に所定時間充電中であることを表示すると共に前記所定時間経過後にこの表示を消す充電表示部とを備えることを特徴とする充電装置、により達成される。
【００１２】
【実施態様】
図１は本発明の一実施態様を示す全体概念図、図２は主としてＣＰＵの機能を説明する図、図３は動作を示す流れ図、図４は図３における充電モード動作の前半を示す流れ図、図５は同じく後半を示す流れ図である。
【００１３】
図１、２において符号１０はモータ、１２はコントローラ、１４は電池管理装置、１６は充電器である。電池管理装置１４にはニッケル・カドミウム電池などの電池１８が含まれる。交流電源２０から供給される交流は、充電器１６で整流され、ダイオード２２を介して所定の充電モードで電池１８を充電する。
【００１４】
コントローラ１２はこの電池１８を電源としてモータ１０に所定の電流・電圧を供給し、モータ１０を駆動する。例えばモータ１０を直流モータとした場合は、コントローラ１２は電池１８の出力電圧を所定のデューティでオン・オフ制御するチョッパー方式のものとすることができる。
【００１５】
このコントローラ１２は、通常の運転時には外部信号Ｂに基づきデューティを連続的に変化させてモータ１０の駆動電圧・電流を制御する。また充電中などの放電禁止すべき状況であれば、コントローラ１２はデューティを０にする。すなわちモータ１０への電圧・電流の供給を停止し、その旨を表示装置２４に表示する。
【００１６】
２６は電池用ＣＰＵ（マイクロプロセッサー）である。その機能については後記する。２８は電源回路であり（図２）、電池１８の電圧（例えば２４Ｖ）を所定電圧（例えば５Ｖ）に降圧してＣＰＵ２６などを駆動する。
【００１７】
３０は電流検出部、３２は電圧検出部である。電流検出部３０は、電池１８の充放電電流Ｉを検出し所定電圧の信号にしてＣＰＵ２６に入力するものである。電圧検出部３２は電池１８の正極電圧Ｖを所定電圧の信号に変えてＣＰＵ２６に入力する。
【００１８】
３４は電池１８に設けたサーミスタからなる電池温度検出部であり、具体的には電池温度Ｔによって変化するサーミスタ３４の電流変化を増幅しかつ所定電圧に変換してＣＰＵ２６に入力する。
【００１９】
図２で３６はＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable / Programable Read Only Memory)である。ＥＥＰＲＯＭ３６はＣＰＵ２６で演算に使う種々のデータ、例えば電池１８のタイプやその特性データ、電池温度Ｔによる容量低下特性などをメモリすると共に、演算途中のデータや演算結果である残存容量や電池１８の履歴などをメモリする。
【００２０】
次にＣＰＵ２６の機能を説明する。ＣＰＵ２６はコントローラ１２あるいは充電器１６から起動指令が来ると、初期化処理を行う。なおＣＰＵ２６はソフトウェアにより作動するが、図２ではその機能をブロック化して示した。
【００２１】
ＣＰＵ２６はまず充電器１６による充電中か否かを充電判別部４０で判別する。この判別は、ダイオード２２と充電器１６との間のパワーライン４２の電圧Ｖcをデジタル化してＣＰＵ２６に入力し、この電圧Ｖcが正の所定電圧以上なら充電中と判断し、通信インターフェース３８を介して表示装置２４に表示させ、また後記ＬＥＤ５４を点灯させる。この時には充電電流の大きさから充電方式を決定して充電器１６に指令するが、この点は後記する。
【００２２】
この充電中にはＣＰＵ２６は充電量を残存容量演算部４４（図２）で演算する。すなわち電池電流検出部３０により検出した電流Ｉと充電時間との積（アンペア時）によって充電量を求める。
【００２３】
一方ＣＰＵ２６は充電中の電圧と電流との積から電力を求め、電力の大小によって充電量を補正してもよい（電力補正）。この補正は、充電電流の大小や充電方式によって充電効率が変化することを考慮して行うものである。この結果はＥＥＰＲＯＭ３６にメモリされ、必要に応じて通信インターフェース３８を介してコントローラ１２に送られ、表示装置２４に表示される。
【００２４】
またＣＰＵ２６は電池電流Ｉの流れ方向から放電中か否かを判別し、放電中と判別すれば、残存容量演算部４４は放電量の演算を行う。すなわち電池電流検出部３０で検出する放電電流に時間を積算して放電量（アンペア時）を求める。残存容量演算部４４はこれをＥＥＰＲＯＭ３６に記憶している残存容量から減算することにより残存容量の現在値を求める。
【００２５】
なおこの現在値に前記した電力変化による補正（電力補正）を加えてもよいのは勿論である。この補正後の残存容量はＥＥＰＲＯＭ３６にメモリされる。またこの結果は通信インターフェース３８を介してコントローラ１２に送られ、表示装置２４に表示される。
【００２６】
次に充電器１６を説明する。この充電器１６は電源２０から供給される交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４６と、充電電流検出部４８と、デューティ演算部５０と、出力制御部５２とを持つ。デューティ演算部５０は、電池管理装置１４から指定される充電方式に基づく充電電流を出力するためのデューティを決める。出力制御部５２は、このデューティに対応してコンバータ４６のスイッチング素子をオン・オフ制御するための信号（ＰＷＭ信号）を出力する。
【００２７】
またこの充電器１６は充電表示部としてのＬＥＤ（発光ダイオード）５４と、これを駆動するＬＥＤドライバ５６とを備える。このＬＥＤドライバ５６には、電池管理装置１４から送られる充電中であることを示す信号が入力され、この信号に基づいてＬＥＤ５４が点灯される。
【００２８】
図２で５７は放電度合検出部である。この放電度合検出部５７は、充電開始指令に基づいて電池１８の放電の度合を検出するものである。ここに充電開始指令は、例えば充電器１６に設けた充電開始スイッチ（表示せず）の操作により入力されるものとする。また充電判別部４０でパワーライン４２の電圧ＶCが所定電圧以上になったことを判別した時に、この充電開始指令がこの放電度合検出部５７に入力されるようにしてもよい。
【００２９】
この放電度合検出部５７が用いる放電度合の判断データとしては、種々のものが使用可能である。ここでは、前回の充電から後に放電指令が有ったか否かをＥＥＰＲＯＭ３６のデータから判定し、放電度合の判断資料とする。また前回の充電以後の自己放電量や、残存容量も用いる。
【００３０】
この放電度合を示すデータは充電要否判別部５８に入力され、ここで充電の要否が判別される。例えば前回の充電から１回も放電が行われていない時や、この時自己放電量が所定値以下である時や、残存容量が所定値以上である時には、充電は不要と判断する。このようにして充電が不要と判断されると、充電器１６に充電を停止する旨の信号を送り、また表示装置であるＬＥＤ５４を所定時間点灯させる。このような状態をここでは「にせ充電」と言う。
【００３１】
次に図３〜５に基づいて動作を説明する。まず充電器１６のパワーライン４２の電圧ＶCが設定値以上になったことや、手動で充電開始スイッチを操作することにより、充電開始指令が放電度合検出部５７に入力される（図３のステップ１００）。放電度合検出部５７は、この充電開始指令が入力されると前回の充電から後に放電が行われた回数をＥＥＰＲＯＭ３６が記憶する履歴データに基づいて求める。
【００３２】
充電要否判別部５８ではこの放電回数に基づき充電の要否を判別する。ここでは放電回数が０であれば充電を不要と判断する（ステップ１０２）。この放電回数が１回でもあれば、電池１８の残存容量が所定値以下か否かを判別する（ステップ１０４）。ここに残存容量は前記残存容量演算部４４で演算される。従ってこの場合には残存容量演算部４４は放電の度合を検出する放電度合検出部ともなっている。
【００３３】
この残存容量が所定値以下なら（ステップ１０４）、充電モードに入る（ステプ１０６）。この充電モードは図４、５に示すように、初期の充電電流から充電方式を決定し、その方式に従った充電を自動で行うものであるが、この動作は後記する。
【００３４】
前記のステップ１０２で、前回の充電以後に放電が１度も行われていない時は、充電要否判別部５８は前回の充電が完全充電されたものか、不十分な充電で終ったのかをＥＥＰＲＯＭ３６のデータに基づいて判定する（ステップ１０８）。充電が不完全で終った時には、ステップ１０４に入る。すなわち残存容量が少なければ充電モード１０６に入り、多ければステップ１１０に入る。
【００３５】
このステップ１１０では、自己放電量を演算し、この自己放電量が所定値（例えば４００ｍＡｈ）以上なら充電モード１００に入り、以下ならにせ充電モードに入る（ステップ１１２）。すなわち実際には充電を行わせることなく、にせ充電タイマによる計時を開始すると共にＬＥＤ５４だけを点灯させる（ステップ１１２）。そしてにせ充電タイマに設定した所定の時間を経過すると（ステップ１１４）、ＬＥＤ５４を消して（ステップ１１６）、にせ充電モードを終る。このにせ充電モードでは充電電流を０にしてよいのは勿論であるが微少電流を流し続けてもよい。
【００３６】
ここに自己放電量の演算には電池温度Ｔに対する残存容量の低下率特性を用いる。すなわち放置時間および電池温度の増加と共に自己放電量は増加し、この関係は電池１８に対して決まっているから、この関係をＥＥＰＲＯＭ３６に予めメモリしておく。従って電池１８の放置中の電池温度Ｔと時間が求まれば、この関係式（あるいはこの関係を示すマップ）を用いて自己放電量を求めることができる。
【００３７】
この自己放電量の演算は前記残存容量演算部４４で行うことができる。従ってこの実施態様では、残存容量演算部４４はこの自己放電量を求める放電度合検出部も兼ねている。なおこの残存容量演算部４４は残存容量を求める際に、この自己放電量による補正を行ってもよい。
【００３８】
次に充電モード（ステップ１０６）を図４、５を用いて説明する。充電器１６の電源が投入され、電池１８の残存容量が少ないと判断されて充電モード（ステップ１０６）に入ると、ＣＰＵ２６ではサーミスタ３４が出力する信号に基づいて温度計測部６０で電池温度Ｔを求める。ＣＰＵ２６ではこの電池温度Ｔが充電可能な温度範囲（０＜Ｔ＜４０℃）内に入っているか否かを判別する（図４のステップ２００）。この温度範囲内に入っていなければそのまま待機してこの温度範囲内に入るのを待つ。
【００３９】
この温度範囲内に入れば、テスト充電を開始する（ステップ２０２）。このテスト充電は充電方式を決定するために一定電圧を電池１８に印加して、この時の電流Ｉを求めるものである。この充電電流Ｉが例えば１．５アンペア程度なら普通充電が適し、５．０アンペア程度なら急速充電が適する。そこでこれらの中間付近例えば３．０アンペアをしきい値Ｉ0として充電電流Ｉがこれより大か小かを判定する（ステップ２０４）。
【００４０】
なお充電器１６の電源投入時には充電電流Ｉは不安定で変動する。そこで僅かな遅延時間（数ミリ秒程度）を設定しておき、安定した充電電流Ｉを用いて判別する。この電流Ｉの安定は、充電電流Ｉの変化率（単位時間に対する変化量）を演算し、この変化率が所定値以下になったことから判別してもよい。図２の電流安定判別部６２はこの変化率の大小を判別する。また６４は充電電流Ｉをしきい値Ｉ0と比較して充電方式を判別する充電方式判別部である。
【００４１】
充電方式を判別した結果は、充電制御部６６に送られ、所定の充電方式により充電制御を行う。充電電流Ｉがしきい値Ｉ0以下なら、普通充電を選択する。この実施態様では−ΔＶ方式を選択する。この−ΔＶ方式は、Ｎｉ−Ｃｄ電流では充電終期に充電電圧が最大値に達した後降下する点に着眼し、最大値から−ΔＶだけ降下した時点を充電終了と判別するものである。この−ΔＶの演算は図２の−ΔＶ演算部６８が行う。
【００４２】
ＣＰＵ２６は充電電流Ｉや、この−ΔＶの値をセットすると共に、この−ΔＶ方式を用いる場合の電池温度Ｔの範囲（例えば０＜Ｔ＜４０℃）をセットする（ステップ２０６）。ＣＰＵ２６はこの充電方式の時は４．５時間のタイマをセットした後、本充電を開始する（ステップ２０８）。
【００４３】
充電電流Ｉがしきい値Ｉ0より大なら、急速充電を選択する（ステップ２０４）、この急速充電方式としては、ここではｄＴ／ｄｔ方式を用いる。この方式は電池温度Ｔが充電末期に急上昇する点に着眼し、電池温度Ｔの時間に対する変化率ｄＴ／ｄｔが設定値以上になった時点で充電を終了させるものである。このｄＴ／ｄｔの演算は図２のｄＴ／ｄｔ演算部７０が行う。
【００４４】
この急速充電のを選択した時には（ステップ２０４）、電池温度Ｔが設定範囲（例えば５＜Ｔ＜４０℃）に入っているか否かを判別し（ステップ２１０）、入っていなければ入るまで待機する。この温度範囲に入れば、急速充電の充電電流や終了条件をセットする（ステップ２１２）。すなわちｄＴ／ｄｔの値などを設定する。そしてタイマを１．５時間にセットした後、本充電を開始する（ステップ２１４）。この時の充電電流Ｉは、前記ステップ２０６、２１２でセットされた値となるように制御される。
【００４５】
本充電を行っている間（図５、ステップ２１６）、ＣＰＵ２６では常に電池温度Ｔが充電方式に従った温度範囲に入っているか否かを判定する（ステップ２１８）。すなわち普通充電方式なら、０＜Ｔ＜４０℃に入っているか、急速充電なら５＜Ｔ＜４０℃に入っているかを判定する。これらの温度範囲に入っていなければタイマの計時進行を一時停止して待機する（ステップ２２０）。
【００４６】
これらの温度範囲に入れば再びタイマの計時を開始し、このタイマの積算時間がステップ２０８、２１４に設定した時間をオーバーフローしているか否かを判定する（ステップ２２２）。オーバーフローしていれば充電は終了とする。オーバーフローしていなければそのまま充電を続け、ステップ２０６、２１２で設定した充電終了条件を満たした時点で充電を終了させる（ステップ２１４）。この充電の終了は図２の充電終了判別部７２で行われる。
【００４７】
【他の実施態様】
以上説明した実施態様では、残存容量演算部４４は残存容量を求める放電度合検出部と、自己放電量を求める放電度合検出部とを兼ねている。しかし本発明はこれらを別々に構成してもよい。
【００４８】
また前回の充電以後の放電回数、残存容量、自己放電量、を３種の判断資料を用いて充電要否を判断しているが、これら以外の判断資料例えば充電開始直後の充電電流の変化の様子から充電の要否を判断してもよい。これらの判断資料と判断方法は電池の種類や劣化の程度などに基づいて最適なものを用いる。本発明はニッケル・カドミウム電池以外の二次電池にも適用でき、電池の特性に合わせて放電度合を示すデータの種類や判断方法も変更してよい。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、電池の放電度合から充電が必要か否かを判断し、充電が不要と判断した時には充電を行うことなく所定時間充電中である旨の表示だけを行い所定時間経過するとこの表示を消すから（にせ充電モード）、使用者はこの表示を見て充電中であると考えることになり、充電器の故障と誤認するおそれがない。また不必要な充電を行わないから電池の容量低下や劣化を防止することができる。
【００５０】
放電の度合を示す判断資料としては、例えば前回の充電以後における放電回数を用いることができる（請求項２）。またこの放電が１度も無い時にさらに自己放電量を判断資料として加え、この自己放電量が少ない時に充電不要とすることができる（請求項３）。放電の度合を電池の残存容量により判断してもよく、この場合は残存容量が所定値以上の時に充電不要とする（請求項４）。
【００５１】
請求項５の発明によれば、この方法の実施に直接使用する充電装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様の全体概略図
【図２】主としてＣＰＵの機能を示すブロック図
【図３】動作を示す流れ図
【図４】図３における充電モードの動作の前半を示す流れ図
【図５】同じく動作の後半を示す流れ図
【符号の説明】
１０  モータ
１２  コントローラ
１４  電池管理装置
１６  充電器
１８  電池
２６  ＣＰＵ
４４  放電度合検出部としての残存容量演算部
５４  表示装置としてのＬＥＤ
５７  放電度合検出部
５８  充電要否判別部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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