(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電される電池の電圧を検出する電池電圧検出手段と、電池電圧検出手段の検出出力から電池電圧の変化量を演算して電池の満充電を判別する満充電判別手段と、充電電流を所定値に制御する充電電流制御手段と、充電電流を設定する充電電流設定手段とを備えた充電装置において、
第１充電電流での充電開始から第１所定時間内に満充電と判別した時、第１充電電流より小さい第２充電電流で充電を行い、第２所定時間内に再び満充電と判別した時満充電と判別するようにし、前記第２所定時間内に満充電と判別されない時、第２充電電流より大きい第３充電電流で充電するようにしたことを特徴とする電池の充電法。
【請求項２】
前記第２充電電流を、充電される電池が長期放置された不活性な状態の時に電池電圧が低下しない電流値に設定したことを特徴とする請求項１記載の電池の充電法。
【請求項３】
前記第１所定時間内に満充電と判別されない時、前記第２充電電流より大きい第３充電電流で急速充電させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電池の充電法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はニッケル・カドミウム電池（以下ニカド電池という）等の２次電池を充電する充電法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池の満充電を判別する方法の一つとして、図３に示す如く、最新の電池電圧Ｖｉｎをサンプリングし、サンプリング電圧Ｖｉｎを比較演算することで最大値Ｖmaxを逐次更新し、最新の電池電圧Ｖｉｎが最大値Ｖmaxより一定値降下したら、電池電圧がピークを通りすぎたものとして充電を停止させる−ΔＶ検出方法がある。
【０００３】
かかる−ΔＶ検出方法において、例えば長期放置した不活性な電池の場合、図４に示す如く充電初期に電池電圧が低下する性質があり、−ΔＶ検出方法では、満充電時の−ΔＶ検出と区別がつかず、正確な満充電検出ができない。そこでこの問題に対し、充電開始から所定時間−ΔＶ検出を禁止するといった方法が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような方法では満充電状態の電池を充電した場合、逆に過充電になり電池の寿命を損ねる恐れがある。
そこで、充電初期の電池電圧を検出することで電池の状態を判別し、その電池の状態に応じて−ΔＶ検出を禁止する時間を設定する等といった方法も提案されているが、制御が複雑になり、また複数の素電池を直列に接続した電池組を充電する場合等では、個々の素電池の容量がアンバランスの時や、電池組中の一素電池がショートした時等では、電池電圧検出による状態判別は不正確なものとなる。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、電池の状態に関わらず満充電を確実に検出できる充電法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第１充電電流での充電開始から第１所定時間内に満充電と判別した時、第１充電電流より小さい第２充電電流で充電を行い、第２所定時間内に再び満充電と判別した時満充電と判別し、第２所定時間内に満充電と判別されない時は第２充電電流より大きい第３充電電流で充電することにより達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示すブロック回路図である。図において、１は交流電源、２は複数の充電可能な素電池を直列に接続した電池組、３は電池組２に流れる充電電流を検出する電流検出手段、４は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、５は充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。充電制御信号伝達手段４、充電電流信号伝達手段５はホトカプラ等からなる。１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２、ＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路である。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路１０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。３０はダイオード３１、３２、チョークコイル３３、平滑用コンデンサ３４からなる整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２からなる電池電圧検出手段で、電池組２の端子電圧を分圧する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５６、リセット入力ポート５７からなるマイコンである。６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６６からなる充電電流制御手段、７０は電源トランス７１、全波整流回路７２、平滑コンデンサ７３、３端子レギュレータ７４、リセットＩＣ７５からなる定電圧電源で、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源となる。リセットＩＣ７５はマイコン５０を初期状態にするためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力する。８０は充電電流を設定する充電電流設定手段であって、前記出力ポート５６からの信号に対応して演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。
【０００８】
次に図１の回路図、図２のフローチャートを参照して本発明を採用した充電装置の動作を説明する。電源を投入するとマイコン５０は出力ポート５６をイニシャルセットし、電池組２の接続待機状態となる（ステップ１０１）。電池組２が接続されると、記憶手段５３の記憶データである電池電圧検出手段４０の出力における最大電池電圧Ｖmaxをイニシャルセットする（ステップ１０２）。次いで出力ポート５６の信号により、充電電流設定手段８０を第１充電電流Ｉ１に設定し（ステップ１０３）、同様に第１充電電流Ｉ1での第１所定充電時間ｔ1を設定し（ステップ１０４）、タイムカウンタをスタートさせ（ステップ１０５）て充電を開始する（ステップ１０６）。充電開始と同時に電池組２に流れる充電電流を電流検出手段３により検出し、この充電電流に対応する電圧と充電電流設定基準値との差を充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい場合はパルス幅を狭めたパルスを高周波トランス２１に与え整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定に保つ。
【０００９】
次いで初期充電開始と同時に−ΔＶ検出による満充電判別処理を行う。電池電圧検出手段４０の出力をＡ／Ｄコンバータ５５でＡ／Ｄ変換し最新の電池電圧Ｖｉｎを検出し（ステップ１０７）、最新の電池電圧Ｖｉｎと記憶手段５３の記憶データである電池電圧検出手段４０の出力における最大の電池電圧Ｖmaxとを比較演算し、最新の電池電圧が最大電池電圧Ｖmaxより所定値（ΔＶ）降下したか否かの判別を行う（ステップ１０８）。
【００１０】
ステップ１０８において電池電圧が所定値降下していない時は、最新の電池温度Ｖｉｎと最大の電池電圧Ｖmaxとを比較し（ステップ１０９）、ＶｉｎがＶmaxより大きい時は、記憶手段５３の記憶データである最大の電池電圧ＶmaxをＶｉｎの値に書き換え（ステップ１１０）、ステップ１０９においてＶｉｎがＶmaxより小さい時はステップ１１０をスキップし、充電電流がＩ1であるか否かのチェックを行い（ステップ１１１）、充電電流Ｉ1の時はそれに対応する第１所定充電時間ｔ1を経過したか否かのチェックを行い（ステップ１１２）、第１所定時間ｔ1経過していない場合はステップ１０７に戻り、再びステップ１０７〜１１０の処理を行う。
【００１１】
ステップ１０８において電池電圧が所定値降下した時は、充電モードのチェックとして充電電流が第１充電電流Ｉ1であるか否かの判別を行う（ステップ１１７）。充電電流が第１充電電流Ｉ1の時は充電初期であり、長期放置した不活性な電池組２を充電したが故に−ΔＶ検出をしたのか、満充電の電池組２を充電したが故に−ΔＶ検出をしたのか、この時点では不明であるので、記憶手段５３の記憶データである電池電圧検出手段４０の出力における最大電池電圧Ｖmaxを再びイニシャルセットし（ステップ１１８）、出力ポート５６の信号により、充電電流設定手段８０を第１充電電流Ｉ1より小さい第２充電電流Ｉ2（Ｉ2＜Ｉ1）に設定し（ステップ１１９）、充電電流を切り換えると共に第２充電電流Ｉ2での第２所定充電時間ｔ2を設定し（ステップ１２０）、タイムカウンタをリセットしてから（ステップ１２１）再びタイムカウンタをスタートさせ（ステップ１２２）てステップ１０７に戻り、上記したステップ１０７〜１１０の処理を行う。
【００１２】
ステップ１１１において充電電流が第１充電電流Ｉ1でない場合は、引き続き充電電流が第２充電電流Ｉ2であるか否かのチェックを行い（ステップ１１３）、充電電流が第２充電電流Ｉ2の時は上記で説明したようにステップ１１８〜１２２の処理を経て、上記したように長期放置した不活性な電池組２を充電したが故に充電初期の第１充電電流Ｉ1の時に−ΔＶ検出をしたのか、満充電の電池組２を充電したが故に−ΔＶ検出をした時であり、これら２種の電池状態を充電電流を第１充電電流Ｉ1より小さい第２充電電流Ｉ2で充電することにより判別することがこの充電モードの目的である。すなわちステップ１１３において充電電流が第２充電電流Ｉ2の時に、ステップ１２０で設定した第２所定充電時間ｔ2を経過したか否かのチェックを行い（ステップ１１４）、第２所定充電時間ｔ2経過していない間ステップ１０７〜１１１、１１３、１１４の処理を繰り返す内にステップ１０８において−ΔＶ検出をした時は、電池組２を満充電状態と判別し、ステップ１１７の充電電流チェックでこの時は充電電流が第１充電電流Ｉ1でないので、引き続き出力ポート５６より充電制御信号伝達手段４を介して充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達して充電を停止する（ステップ１２３）。次いで電池組２が取り出されたか否かの判別を行い（ステップ１２４）、電池組２が取り出されたならステップ１０１に戻り、次の充電のために待機する。
【００１３】
ステップ１１３において充電電流が第２充電電流Ｉ2の時に、ステップ１２０で設定した第２所定充電時間ｔ2を経過したか否かのチェックにより（ステップ１１４）、第２所定充電時間ｔ2経過するまでの間、ステップ１０７〜１１１、１１３、１１４のループの処理を繰り返す間ステップ１０８において−ΔＶ検出をしなかった時は、電池組２は不活性な電池組と判別し、記憶手段５３の記憶データである電池電圧検出手段４０の出力における最大電池電圧Ｖmaxを再びイニシャルセットし（ステップ１１５）、出力ポート５６の信号により、充電電流設定手段８０を第３充電電流Ｉ3（Ｉ3≧Ｉ1、Ｉ3＞Ｉ2）に設定し（ステップ１１９）、急速充電を行うために充電電流を切り換え、引き続きステップ１０７〜１１１、１１３のループの処理を繰り返し、この処理を続ける内にステップ１０８において−ΔＶ検出をした時は、電池組２を満充電状態と判別し、上記したようにステップ１１７、１２３、１２４の処理を行う。
【００１４】
またステップ１１１において充電初期の充電電流が第１充電電流Ｉ1の時に、第１所定充電時間ｔ1を経過したか否かのチェックにより（ステップ１１２）、第１所定充電時間ｔ1経過するまでの間、ステップ１０７〜１１２のループの処理を繰り返し、その後第１所定充電時間ｔ1経過した時は、電池組２を通常の活性な空の電池組と判別し、記憶手段５３の記憶データである電池電圧検出手段４０の出力における最大電池電圧Ｖmaxを再びイニシャルセットし（ステップ１１５）、出力ポート５６の信号により、充電電流設定手段８０を第３充電電流Ｉ3（Ｉ3≧Ｉ1、Ｉ3＞Ｉ2）に設定し（ステップ１１６）、急速充電を行うために充電電流を切り換え、引き続きステップ１０７〜１１１、１１３のループの処理を繰り返し、この処理を続ける内にステップ１０８において−ΔＶ検出をした時は、電池組２を満充電状態と判別し、上記したようにステップ１１７、１２３、１２４の処理を行う。
【００１５】
上記実施例において充電電流について詳細な言及は省略したが、不活性な電池組と満充電の電池組を判別するため、第２充電電流Ｉ2を、長期放置された不活性な電池組を充電する際に電池電圧が低下しない電流値としなければならない。具体的には電池組の種類によって異なるが、電動工具に用いられている大電流で充放電が可能なタイプのニカド電池では２Ａ以下の電流であればさしたる問題はない。なおサンプリング時間が短い場合には上記した電流値に設定するだけでよいが、サンプリング時間が長くなる場合には満充電の電池組を充電しても過充電とならない電流値に設定する必要が生じることも出てくる。
【００１６】
同様に、第１及び第２所定充電時間ｔ1、ｔ2についても上記実施例では詳細な言及を省略したが、これも電池の種類によって様々ではあるが、基本的には第１所定時間ｔ1は長期放置された不活性な電池組を充電する際に電池電圧が低下する特性を示し、−ΔＶ検出するまでの時間は最低必要であり、具体的には電池の種類によって異なるが、電動工具に用いられている大電流で充放電が可能なタイプのニカド電池では、第１充電電流Ｉ1を６Ａとした時は２分程度にしておけば問題はない。
【００１７】
第２所定時間ｔ2は、満充電電池が電流の小さい第２充電電流Ｉ2の電流値で再び−ΔＶ検出するのに必要な時間、若しくは不活性な電池を充電した時に上記実施例の如く、再び電流の大きい第３充電電流に切り換えた時に電池電圧が低下する特性を示さなくなる時間であればよく、電動工具に用いられている大電流で充放電が可能なタイプのニカド電池では、第２充電電流Ｉ2を２Ａとした時は６分程度の時間を設けとけば問題はない。
【００１８】
本発明充電法で、不活性な電池、満充電の電池、通常の活性な空の電池を充電した時の充電特性を図５、図６及び図７に示す。
【００１９】
上記実施例においては、満充電検出を−ΔＶ検出法として説明したが、ピーク値検出法または電池電圧の２階微分によるピーク値検出法でもよく、電池電圧を検出するものであればほとんどの満充電検出法に採用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、如何なる状態の電池であっても、充電早切れによる充電不足と、過充電によるサイクル寿命特性の低減をなくし、確実に満充電検出をすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明充電法を採用できる充電装置の一実施例を示すブロック回路図。
【図２】本発明充電法の動作説明用フローチャート。
【図３】−ΔＶ検出法の説明用グラフ。
【図４】従来の充電器によって不活性電池を充電した時の充電特性を示すグラフ。
【図５】本発明によって不活性電池を充電した時の充電特性を示すグラフ。
【図６】本発明によって満充電電池を充電した時の充電特性を示すグラフ。
【図７】本発明によって活性な電池を充電した時の充電特性を示すグラフ。
【符号の説明】
２は電池組、４０は電池電圧検出手段、５０はマイコン、５５はＡ／Ｄコンバータ、６０は充電電流制御手段、８０は充電電流設定手段である。
【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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