(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池に充電電流を供給する電流供給手段と、電池の温度を検出する温度検知手段と、電池の電圧を検出する電圧検知手段と、前記温度検知手段の電池の温度の単位時間あたりの温度変化（ｄＴ／ｄｔ）によって満充電を検知、または電圧検知手段がピーク電圧を検出してからの負の電位差（−△Ｖ値）によって満充電を検知して充電を制御する制御手段を備え、２次電池の温度が予め設定された２次電池の通常充電開始温度以下の場合は、通常充電に移行し、満充電を検知して通常充電を終了し、２次電池の温度が予め設定された２次電池の通常充電開始温度以上の場合には、通常充電開始温度以下になるまで待機し、通常充電開始温度以下になれば、先ず前記通常充電に移行し満充電検知後、電池温度が予め設定した追加充電開始温度に到達するまで充電を停止して待機し、追加充電開始温度に到達した時点から通常充電時の充電電流で充電する追加充電を１回または複数回行うと共に、前記追加充電開始温度は通常充電での通常充電開始温度よりも低い値に設定されたことを特徴とする２次電池の充電制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の２次電池の充電制御方法を用いて充電する電気機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２次電池の充電制御方法に係わり、特に充電時の２次電池の温度と電圧を検出して充電を制御する充電制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル水素２次電池、あるいはニッケルカドミウム２次電池に代表される２次電池は携帯用電話機や携帯型撮影機など各種の機器システムの作動電源として、広く実用化されている。また、近年大電流が放電可能となり電動工具や掃除機の電源としても利用されている。
【０００３】
ところで２次電池は充電および放電が主要な機能であり、以下に従来例の充放電の制御方法を示す。図６は充電制御方法の実体実施態様における回路ブロック図であり、１は充電器で、入力電源２、定電流回路３、電池電圧検知手段４や演算器５（マイクロコンピュータ）を内蔵する充電制御回路６や前記演算器５の電源である直流電源７を具備した構成を採っている。前記定電流回路３では演算器５の出力を得て充電のＯＮ、ＯＦＦや複数種類の定電流値を出力することができる。また、８は電池パックで複数本の２次電池９が直列または並列に接続されており、前記充電器１の定電流回路３の出力が印可されるよう正極と負極が接続されている。また２次電池９の近傍に配置されて２次電池９の充電時および待機時の温度を検出する温度検知手段１０（一般的にはサーミスタ）があり、充電器１の直流電源７と分割抵抗１１を介して接続されている。前記温度検知手段１０からの信号は充電制御回路６の演算器５に伝達される構成を採っている。２次電池９の充電は一般的に定電流手段３によって定電流で通常充電が行われており、電池の温度を検出する温度検知手段１０と電池電圧を検出する電池電圧検知手段４を充電制御手段６に取込、制御されている。図７に動作を説明する充電中の電池温度（Ｔ）変化と電池電圧（Ｖ）変化の特性図を示す。２次電池９が充電器１に接続されたことを充電制御回路６で検出すると電池電圧Ｖおよび電池温度Ｔが充電に適しているかを判断し、適していれば充電を開始する。適していないときには通常充電電流よりもはるかに小さい電流を流して、電池電圧Ｖが所定電圧に上昇し、かつ電池温度Ｔが所定温度に冷えるまで待機状態となる（図示せず）。通常充電中は２次電池９の電池電圧Ｖ、電池温度Ｔを随時チェックし、−△Ｖ値やｄＴ／ｄｔなどの満充電状態検出を行っている（図７は−△Ｖ値によるニッケルカドミウム２次電池充電制御の場合を示す）。満充電状態を検出できたら通常充電は終了し自己放電分を補充するトリクル充電に移行する。このトリクル充電は充電完了時には電池温度Ｔが上昇して完全に充電しきれない容量分を補うことも目的としている。電池放電制御についても電池電圧Ｔ、電池温度Ｖを検知して過放電にならないように一定電圧値になったら動作を停止させたり、残量表示を行うものなど様々な放電制御がある。また電池温度を検出して一定温度以上になったら充電停止させるなど電池の寿命を延ばすためにいろいろと充放電制御に工夫がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、電池本数を多く使用した掃除機等放電電気量の大きな機器では、放電を行った直後の２次電池の温度が５０℃以上の高温となっており、そのまま通常充電すると充電末期においても電池の温度が冷えずに高温のまま充電が終了してしまい、著しい充電不足になってしまう。この充電不足状態の充放電を繰り返すと徐々に充電できる電気量（以下充電容量という）が減ってきてしまい、放電するときの使用時間が短くなってしまうという課題があった。また、充電が完全にできる温度まで電池が冷えるにはかなりの時間がかかるためその温度到達まで充電を待機していては、２次電池を充電器にセットしてから充電完了するまでの時間が長くなってしまい、使用者が使おうと思った時点では未充電状態ということも発生し非常に使い勝手の悪いものになるという課題も有していた。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、放電電気量が多く放電直後の電池温度が高い場合でも短時間で通常充電を完了させると共に、充電不足を補うことで、充電不足状態で充放電を繰り返されることによる充電容量の早期低下を防止することができる２次電池の充電制御方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、２次電池に充電電流を供給する電流供給手段と、電池の温度を検出する温度検知手段と、電池の電圧を検出する電圧検知手段と、前記温度検知手段の電池の温度の単位時間あたりの温度変化（ｄＴ／ｄｔ）によって満充電を検知、または電圧検知手段がピーク電圧を検出してからの負の電位差（−△Ｖ値）によって満充電を検知して充電を制御する制御手段を備え、２次電池の温度が予め設定された２次電池の通常充電開始温度以下の場合は、通常充電に移行し、満充電を検知して通常充電を終了し、２次電池の温度が予め設定された２次電池の通常充電開始温度以上の場合には、通常充電開始温度以下になるまで待機し、通常充電開始温度以下になれば、先ず前記通常充電に移行し満充電検知後、電池温度が予め設定した追加充電開始温度に到達するまで充電を停止して待機し、追加充電開始温度に到達した時点から通常充電時の充電電流で充電する追加充電を１回または複数回行うと共に、前記追加充電開始温度は通常充電での通常充電開始温度よりも低い値に設定されたことを特徴とする２次電池の充電制御方法としたことにより、２次電池の高温での充電で充電しきれない容量を補うことができるため充分な充電を行うことができ、充電不足状態で充放電を繰り返されることによる充電容量の早期低下を防止すると共に電池温度が高い場合でも電池が冷えるまで充電待機する必要がないため短時間で通常充電を完了させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、２次電池に充電電流を供給する電流供給手段と、電池の温度を検出する温度検知手段と、電池の電圧を検出する電圧検知手段と、前記温度検知手段の電池の温度の単位時間あたりの温度変化（ｄＴ／ｄｔ）によって満充電を検知、または電圧検知手段がピーク電圧を検出してからの負の電位差（−△Ｖ値）によって満充電を検知して充電を制御する制御手段を備え、２次電池の温度が予め設定された２次電池の通常充電開始温度以下の場合は、通常充電に移行し、満充電を検知して通常充電を終了し、２次電池の温度が予め設定された２次電池の通常充電開始温度以上の場合には、通常充電開始温度以下になるまで待機し、通常充電開始温度以下になれば、先ず前記通常充電に移行し満充電検知後、電池温度が予め設定した追加充電開始温度に到達するまで充電を停止して待機し、追加充電開始温度に到達した時点から通常充電時の充電電流で充電する追加充電を１回または複数回行うと共に、前記追加充電開始温度は通常充電での通常充電開始温度よりも低い値に設定されたことを特徴とする２次電池の充電制御方法としたことにより、２次電池の高温での充電で充電しきれない容量を補うことができるため充分な充電を行うことができ、充電不足状態で充放電を繰り返されることによる充電容量の早期低下を防止すると共に電池温度が高い場合でも電池が冷えるまで充電待機する必要がないため短時間で通常充電を完了させることができる。
【０００８】
また、２次電池の高温での充電で充電しきれない容量を過充電になることなく精度良く補うと共に、追加充電開始時の温度を下げることで追加充電の充電効率を向上させより効果的に追加充電ができるため、充電不足状態で充放電を繰り返されることによる充電容量の早期低下を防止すると共に電池温度が高い場合でも電池が冷えるまで充電待機する必要がないため短時間で通常充電を完了させることができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１に記載の２次電池の充電制御方法を用いて充電する電気機器で、放電電気量が多く放電直後の電池温度が高い場合でも短時間で通常充電を完了させると共に、充電不足を補うことで、充電不足状態で充放電を繰り返されることによる充電容量の早期低下を防止することができる電気機器を提供をできる。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、従来例と同一構成部品については同一符号を付けて説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明に係わる２次電池の充電制御方法の実体実施態様における回路ブロック図であり、１は充電器で、入力電源２、定電流回路３、電池電圧検知手段４や演算器５（マイクロコンピュータ）を内蔵する充電制御手段である充電制御回路６やその電源となる直流電源７を具備した構成を採っている。前記定電流回路３では演算器５の出力を得て充電のＯＮ、ＯＦＦや複数種類の定電流値を出力することができる。また、８は電池パックで複数本のニッケル水素２次電池またはニッケルカドミウム２次電池である２次電池９が直列または並列に接続されており、前記充電器１の定電流回路３の出力が印可されるよう正極と負極が接続されている。また２次電池９の近傍に配置されて２次電池９の充電時および待機時の温度を検出する温度検出手段１０があり、充電器１の直流電源７と分割抵抗１１を介して接続されている。前記温度検出手段１０からの信号は充電制御回路６の演算器５に伝達される構成を採っている。前記電池電圧検知手段４や電池温度検知手段１０からの情報を得て充電制御回路６内の演算器５は通常充電の開始と終了（満充電の検知）、満充電検知後の追加充電の実行、追加充電後のトリクル充電の移行（図示、説明せず）などを判断し、充電制御回路６から定電流回路３に出力し定電流回路３はその信号により各充電状態に対応した定電流で２次電池９を充電する。また、直流電源７には充電中を表示するＬＥＤで構成した表示手段（以下表示ＬＥＤ）１２が接続され、充電制御回路６からの信号により充電状態を表示する構成としている。
【００１２】
図１に示した回路構成による２次電池の充電制御方法を図２に示す充電動作説明図を参照して実施例を説明する。
【００１３】
まず、充電器１に２次電池パック８を接続する。そこで充電制御回路６は電池パック８の２次電池９の温度ＴＡが予め設定してある通常充電開始温度Ｔ０よりも高くないかを温度検知手段１０の信号から判断する。２次電池９温度ＴＡが前記通常充電開始温度Ｔ０以下であれば充電器１は通常充電に移行して充電電流ＩＡ０で電池パック８の充電を行うわけであるが、放電直後で２次電池９温度ＴＡが高いときは充電できる状態になるまで充電器１は定電流回路３から通常充電時の電流ＩＡ０に比較して非常に少ない電流（約１／５から１／１０）を供給するトリクル充電状態で待機することになる（図示せず）。ここで電池温度ＴＡが低くなり前記通常充電開始温度Ｔ０になると通常充電が開始されるわけだがＴ０は充電待機時間をできるだけ短くするために常温よりも高い温度（例えば５０℃）に設定してある。Ｔ０到達で通常充電が開始された場合、充電制御回路６は２次電池が高温充電となるため充電不足を補うための予め設定した追加充電の実行が必要であると判断し、電池電圧検知手段４により２次電池９の電池電圧ＶＡの−ΔＶ０を検知して通常充電が終了した後電池温度ＴＡが予め設定した追加充電開始温度Ｔ１に到達するまで充電を停止して待機し、Ｔ１に到達した時点から充電電流ＩＡ０で追加充電を実行する。この時通常充電終了から追加充電開始までの間の待機中充電電流を０にするのは、満充電状態近くにある電池にトリクル電流を流すと、電池温度を幾分かでも上昇させる傾向を示すため電池温度がなかなか低下せず追加充電に入る時間が長く掛かってしまうのを防止するためである。追加充電開始温度Ｔ１は追加充電の充電効果を高めるために、電池温度ＴＡが高くなっている通常充電終了直後ではなく低い温度で充電を実行させる必要があるため前記通常充電開始温度Ｔ０よりもより常温に近い低い温度（例えば３５℃）に設定してある。追加充電の実行回数は通常充電中に温度検知手段１０の信号から演算器５で算出する電池の単位時間あたりの負の温度変化（−ｄＴ／ｄｔ）が０となる電池温度最小値の温度レベルが何℃であるかによって決定する。例えば、電池温度最小値レベルがＴＡ３以上であれば４回追加充電を実行し、以下前記レベルがＴＡ２以上ＴＡ３未満であれば３回、ＴＡ１以上ＴＡ２未満であれば２回、ＴＡ１未満であれば１回とする。これは充電開始温度が同じであっても充電中の周囲温度の影響や電池自体の新旧状態により電池温度最小値レベルが変動し、電池温度最小値レベルが高いほど充電中の電池平均温度は高いため電池が通常充電中に充電できる充電量がより少なくなっていると推測されるため追加充電をより多く行う必要があるからである。また、２回以上追加充電を実行する場合の終了判定は、電池の過充電を防止するために通常は電池電圧ＶＡがピークに到達する時点で終了させ最終回の追加充電のみ−ΔＶ１で終了させている。この−ΔＶ１値は最終回はより深く充電量を押し込む必要があるため、前記通常充電時の−ΔＶ０値よりも大きく設定してある。表示ＬＥＤ１２は通常充電中は点灯し使用者に充電中であることを表示して通常充電が終了すると消灯し、その後の追加充電中も消灯を継続させる。これは前記表示ＬＥＤはあくまでも使用者に電池が���用できる状態であるかどうかを知らせるのが目的であるため、通常充電で電池容量の約９０％は充分充電できているのに追加充電完了まで点灯させると使用者はまだ充電できていずに使えないと判断してしまい長時間待つことになり、充電器として非常に使い難いものとなってしまうためである。充電開始温度が低い場合に関しては従来のような急速充電を行いトリクル充電に移行する動作のため詳細は省略する。
【００１４】
以上は追加充電の実行回数の判断を電池温度ＴＡの単位時間あたりの負の温度変化（−ｄＴ／ｄｔ）が０となる電池温度最小値の温度レベルで決定する場合で説明したが、同じく図２で示すように電池電圧ＶＡの満充電近傍のピークレベルによっても判断することができる。これは電池温度最小値の温度レベル同様電池電圧ＶＡの満充電時ピークレベルも充電中の周囲温度の影響や電池自体の新旧状態により電池電圧ピークレベルが変動し、電池電圧ピークレベルが高いほど充電中の電池平均温度が高い状態で充電され電池が通常充電中に充電できる充電量がより少なくなっているという相関関係があるからである。例えば、電池電圧ピークレベルの場合では、電池電圧ピークレベルがＴＶ３以下であれば４回追加充電を実行し、以下前記レベルがＴＶ３以上ＴＶ２未満であれば３回、ＴＶ２以上ＴＶ１未満であれば２回、ＴＶ１以上であれば１回とする。
【００１５】
また、本実施例では電池温度ＴＡの単位時間あたりの負の温度変化（−ｄＴ／ｄｔ）が０となる電池温度最小値の温度レベル或いは電池電圧ＶＡの満充電近傍のピークレベルにより追加充電の実行回数を設定する例を述べたが、電池が高温状態で充電されて充電不足になる場合は充電時間も短くなるため、通常充電に要した時間で追加充電の実行回数を設定することでも電池の充電不足を補い電池容量の早期低下を防止するという同様の効果が得られる。
【００１６】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、本実施例を実現するための２次電池の充電制御装置の構成および通常充電から待機モードを経て追加充電を開始するまでの制御については本発明の第１の実施例と構成部品および制御方法は同様であるため説明を省略する。
【００１７】
図３は本実施例の充電制御方法の充電動作説明図であるが、高温状態にある２次電池９が予め設定された通常充電開始温度Ｔ０に到達して充電が開始し、充電器１の充電制御回路６が追加充電が必要であると判断する（図示せず）と共に追加充電完了を判断するための電池電圧ＶＡのピーク電圧ＶＡＰに対する追加充電完了電池電圧レベルＶＡＰ‘を設定する。追加充電を複数回実行し電池の容量が１００％に近づいていくにつれて追加充電時の電池電圧ＶＡのピーク電圧ＶＡＰは徐々に増加していく傾向にある。従って、追加充電実行毎に追加充電で発生するピーク電圧ＶＡＰと前記追加充電完了電池電圧レベルＶＡＰ‘とを比較し、ＶＡＰ≧ＶＡＰ‘となるまで追加充電を実行する。これにより高温状態で通常充電された電池でも充分に１００％近くまで充電することができるため、充電不足電池の繰り返し使用による電池容量の早期低下を防止することができる。
【００１８】
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、本実施例を実現するための２次電池の充電制御装置の構成および通常充電から待機モードを経て追加充電を開始するまでの制御については本発明の第１の実施例と構成部品および制御方法は同様であるため説明を省略する。
【００１９】
図４は本実施例の充電制御方法の充電動作説明図であるが、高温状態にある２次電池９が予め設定された通常充電開始温度Ｔ０に到達して充電が開始し、充電器１の充電制御回路６が追加充電が必要であると判断する（図示せず）と共に追加充電完了を判断するための電池電圧ＶＡのピーク電圧上昇差ΔＶＰを予め設定する。追加充電を複数回実行する間電池電圧ＶＡのピーク電圧ＶＰは徐々に上昇するが、電池の容量が１００％に近づいていくにつれてこのピーク電圧ＶＰの上昇率（ΔＶＰ１≧ΔＶＰ２≧ΔＶＰ３…）は徐々に減少していく傾向にある。従って、追加充電実行毎に前回の追加充電で発生するピーク電圧レベルと今回検知したピーク電圧レベルとを比較していき、ΔＶＰ３≦ΔＶＰとなった時点で追加充電を終了する。これにより高温状態で通常充電された電池でも充分に１００％近くまで充電することができるため、充電不足電池の繰り返し使用による電池容量の早期低下を防止することができる。
【００２０】
（実施例４）
以下、本発明の第４の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、本実施例を実現するための２次電池の充電制御装置の構成および通常充電から待機モードを経て追加充電を開始するまでの制御については本発明の第１の実施例と構成部品および制御方法は同様であるため説明を省略する。
【００２１】
図５は本実施例の充電制御方法の充電動作説明図であるが、高温状態にある２次電池９が予め設定された通常充電開始温度Ｔ０に到達して充電が開始し、充電器１の充電制御回路６が追加充電が必要であると判断し、追加充電の実行回数は通常充電中に温度検知手段１０の信号から演算器５で算出する電池の単位時間あたりの負の温度変化（−ｄＴ／ｄｔ）が０となる電池温度最小値の温度レベルが何℃であるかによって決定する（図示せず）と共に、追加充電完了を判断するための電池温度ＴＡの追加充電終了温度レベルＴ２を設定する。追加充電中は電池の容量が満充電容量に近づいていくにつれて追加充電時の電池温度ＴＡは徐々に増加していく傾向にある。従って、過充電に到る直前の電池温度限界値に予め前記追加充電終了温度レベルＴ２を設定し、追加充電終了の判断を追加充電実行毎に電池温度ＴＡがこの追加充電終了温度レベルＴ２に到達した時点とすることで、電池は過充電に到らずしかも充分深い充電が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、２次電池の高温での充電で充電しきれない容量を過充電になることなく精度良く補うことができるため充分な充電を行うことができ、充電不足状態で充放電を繰り返されることによる充電容量の早期低下を防止すると共に電池温度が高い場合でも電池が冷えるまで充電待機する必要がないため短時間で通常充電を完了させることができる。またこのような制御をすることにより、すぐに使用したいときにも使用でき、使用するまで時間をおかれた場合にはより１００％に近い充電が行えることで放電の使用時間が延びる優れた充電器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を示す２次電池の充電制御装置の構成を示す回路ブロック図
【図２】  同充電制御方法の充電動作説明図
【図３】  本発明の第２の実施例を示す充電制御方法の充電動作説明図
【図４】  本発明の第３の実施例を示す充電制御方法の充電動作説明図
【図５】  本発明の第４の実施例を示す充電制御方法の充電動作説明図
【図６】  従来例を示す充電制御の回路ブロック図
【図７】  同充電動作説明図
【符号の説明】
３  定電流回路
４  電池電圧検知手段
６  充電制御回路（充電制御手段）
９  ２次電池
１０  温度検知手段
１２  充電表示手段
【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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【図６】
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【図７】
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