(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再充電できないアルカリタイプの電池、または、再充電できるニッケル−カドミウムとニッケル−金属−水素化物とリチウムとのいずれのセルタイプの電池であるかを充電時に決定する方法であって、
直流充電電流を前記電池に印加するステップと、
前記電池の端子電圧をモニターして、前記印加された直流充電電流に対する前記電池の端子電圧の初期充電特性を決定するステップと、
前記特性を、少なくともアルカリタイプまたはそれ以外のセルタイプの既知特性と相関させるステップと、
前記相関に応じて前記電池のセルタイプを示す出力信号を発生するステップと
を備えて成る方法。
【請求項２】
前記相関ステップが、
前記モニターされた特性に関連する信号を供給するステップと、
前記信号を基準信号と比較して、前記電池のセルタイプがアルカリタイプかそれ以外のセルタイプかを決定するステップと
を備えて成ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記印加された直流充電電流に対する前記電池の端子電圧の降下が検出された場合には、前記電池のセルタイプをニッケル−カドミウムタイプであると決定する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
再充電できないアルカリタイプの電池、または、再充電できるニッケル−カドミウムとニッケル−金属−水素化物とリチウムとのいずれのセルタイプの電池であるかを充電時に決定する装置であって、
電池に接続可能であり、該電池に直流充電電流を印加する電流源と、
前記電池に結合され、前記印加された直流充電電流に対する前記電池の初期電気的パラメータをモニターするモニター回路と、
前記モニター回路に結合され、前記モニターされたパラメータを基準パラメータと比較する比較器回路と、
前記比較器回路に結合され、前記モニターされたパラメータがアルカリタイプかそれ以外のセルタイプであるかの指示を発生する指示回路と
を備えて成る装置。
【請求項５】
前記モニター回路において前記電池の電圧降下がモニターされた場合には、前記比較器回路が、前記電池のセルタイプをニッケル−カドミウムタイプであることを決定するものである請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、再充電中の電池のセルタイプを識別する方法および装置に関する。
【０００２】
【技術背景】
種々のセルテクノロジー（セルタイプ）を使用する電池が開発され、広範囲に使用されている。最も普通のセルタイプの内の二つは、アルカリおよびニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）である。他のセルタイプには、ニッケル−金属−水素化物、および種々のリチウムテクノロジーがある。
【０００３】
多数の用途で、異なるセルタイプの電池を相互に交換可能である。たとえば、計算器、パームトップコンピュータなどのような多数の電子製品で、アルカリとＮｉ−Ｃｄタイプとの両方の電池を使用することができる。これらの環境では、セルタイプを区別することは必ずしも必要ではない。
【０００４】
しかし、その他の環境では、セルタイプの区別は重大になることがある。このような重大な環境の一つは、電池の再充電である。Ｎｉ−Ｃｄのような幾つかのセルタイプは、再充電可能であるが、アルカリのような他のものは、再充電できない。再充電電流を再充電不能の電池に供給すれば、電池の温度は、内圧がそうであるように、急速に増大する。究極には、再充電を続ければ、電池に穴があき、腐食性化学薬品の漏洩を生じ、おそらくは破裂するであろう。
【０００５】
従来の多数の充電システムは、不適格なセルタイプの充電を防止するのに、所有者の取扱説明書または警告注意書により指導されて、ユーザに頼っているだけである。しかし、不適格なセルタイプの充電に関する起こり得る結果を考えれば、不注意なユーザを、良くないセルタイプの電池を充電することから、保護することが望ましい。
【０００６】
従来のシステムの幾つかは、この目的で、機械的ロックアウト機構に頼っている。典型的な機械的ロックアウト装置は、特定の大きさ、形状、または他の機械的特徴を備えていない電池のシステムに設置するのを防止することにより、不適格なセルタイプの使用に対して、保護している。特定の機械的特徴を備えている電池だけを設置することができる。代表的には、機械的特徴は、他の電池タイプとの混乱を回避する非標準設計のものである。しかし、非標準電池を使用すると、公衆に対して適切な電池の利用可能性が制限される。それ故、このシステムには、公衆の受容を得る上で困難がある。
【０００７】
充電電池のセルタイプを区別する従来の方法の一つは、再充電不能な電池の温度上昇に基づいている。上記した通り、再充電不能のセルタイプは、充電するとき温度が上昇する。それ故、再充電中の電池について、同じ充電条件下で再充電可能セルにより実証されるよりも大きい温度の上昇を立証すれば、再充電不能のセルタイプを有するものとして区別することができる。この方法に対する欠点は、再充電不能のセルタイプが、それだけで識別することができる温度にまで上昇するまでに、かなりの時間が経過する可能性があるということである。それ故、電池を充電しようとする際に、それが再充電不能であると識別されるまでに、かなりの時間と電気エネルギとが費やされる可能性がある。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、再充電中に電池のセルタイプを簡便に判別する方法と、この方法に適した装置とを提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明によれば、電池のセルタイプは、充電中のその電気的挙動の特性を参照することにより判定される。模範的な特性には初期電圧上昇の大きさ、および初期電圧上昇の割合がある（その各々は、アルカリセルに対する方がＮｉ−Ｃｄに対するよりも大きい）。この判定の結果に基づき、充電条件を変えることができる（例えば、セルが再充電不能タイプであると判定されれば、充電電流を中断することができる）。
【００１０】
前述の構成により、電池のセルタイプを迅速に判定することができ、認可されれば、電池および関連機器の損傷を回避するように矯正措置を取ることができる。
【００１１】
本発明の他の特徴および長所は、図面を参照して以下に説明する好適実施例から明らかになるであろう。
【００１２】
【実施例】
好適実施例では、本発明の原理は、アルカリタイプとＮｉ−Ｃｄタイプとを区別するのに適用されている。ただし、他の実施例では、本発明の原理を、必ずしもアルカリタイプおよびＮｉ−Ｃｄタイプを含まない二つ以上のセルタイプを区別するのに適用することができる。本発明の好適実施例によれば、セルタイプの初期電圧上昇の大きさまたは割合のような特性を利用して、異なるセルタイプの電池を区別している。
【００１３】
例えば、図１のグラフに、既知のまたは所定の大きさの充電電流が加えられたときのアルカリタイプの電池の端子電圧をライン１２で示してある。アルカリタイプ電池の初期電圧上昇は、時間（ＴＯ）１８と時間（ＴＡ）２０との間に生ずる。アルカリタイプ電池の初期電圧上昇中、端子電圧１２は、時間２０での電圧（ＶＡ）２２まで上昇する。電圧２２は、既知の大きさの充電電流を加えたときのアルカリタイプ電池の初期電圧上昇の大きさである。電圧の大きさ２２に達してから、アルカリタイプ電池の端子電圧は上昇し続けるが、その割合は少なくなっている。
【００１４】
対照的に、同じ大きさの充電電流を加えたときのＮｉ−Ｃｄタイプ電池の初期充電特性を、図１にライン１４で示す。初期充電期間中（時間ＴＯ１８から時間ＴＮ２６まで）、端子電圧は、ＶＮ２８の値に達する。ＶＮ２８に到達してから、Ｎｉ−Ｃｄタイプの端子電圧は、ゆっくり降下する。
【００１５】
実際には、実際のアルカリおよびＮｉ−Ｃｄ電池の初期電圧上昇は、電池毎に幾らか変わる。ただし、ライン２２がアルカリタイプ電池について観察された最小電圧上昇を表し、ライン２８がＮｉ−Ｃｄタイプ電池について観察された最大電圧上昇を表すとすれば、閾電圧（ＶＴ）３０を、アルカリおよびＮｉ−Ｃｄのセルタイプの初期電圧上昇の大きさ２２と２８との間に選定することができる。本発明の一実施例では、この選択された閾電圧３０を使用して、アルカリセルタイプの電池とＮｉ−Ｃｄセルタイプの電池とを区別している。
【００１６】
図２に示すように、本発明の一実施例による充電システム３２は、電流源３６、およびセルタイプ指示器として作用するようになっている装置から構成されている。ここで、この装置は、所定の閾電圧ＶＴ３０に閾マーク４２を付けるスケール４０を備えた電圧計３８から構成されている。電流源３６および電圧計３８は、充電しようとする電池３４に接続されている。電流源３６は、所定のまたは既知の大きさの電流を発生し、この電流を電池３４にスイッチ４８を通して選択的に加えることができる。電圧計３８は、電池３４の端子電圧を検知し、針５２をスケール４０の対応する位置５４まで振らすことにより、検知端子電圧を指示する。位置５４までのように閾電圧マーク４２より少ないスケール４０の位置への針５２の振れは、電池４６がＮｉ−Ｃｄセルタイプを有することを示す。ただし、針が閾電圧マーク４２より上に振れれば、電池がアルカリセルタイプのものであることを示す。
【００１７】
本発明の或る実施例では、電池のセルタイプを示す電気信号を発生するのが好ましい。このような信号は、充電電流を遮断するのに、または他の場合には再充電不能の電池の充電を防止するのに、使用することができる。例えば、図３に示す充電システム６０では、比較器回路６６が、電池電圧をライン７８に加えられた基準電圧ＶＴと比較し、セルタイプを示す信号を出力ライン７０に発生する。比較器回路６６は、伝統的なアナログ電子回路またはディジタル電子回路で実施することができる。信号７０が、電池６２はアルカリセルタイプのものであり、したがって再充電不能であることを示せば、信号はスイッチ７４を開かせ、電池６２への充電電流を遮断する。スイッチ７４は、このように、充電システムにおいて、不適当なセルタイプの充電を防止するための遮断回路として役立つ。
【００１８】
前述の実施例は、再充電中のセルタイプを区別するのに、初期電圧上昇の大きさに頼っていた。他の実施例では、代わりに、電圧上昇の割合を使用することができる。
【００１９】
図１から明らかなように、アルカリセルは、初期電圧上昇がＮｉ−Ｃｄセルより大きいことを特徴とする。図４を参照すると、アルカリセルの電圧上昇ＲＡの最小割合がライン８６として示されている。Ｎｉ−Ｃｄセルの電圧上昇ＲＮの最大割合は、ライン８８として示されている。未知セルの電圧上昇の割合を、ＲＡとＲＮとの間に選定した閾値ＲＴ９６と比較することにより、セルのタイプを判定することができる。未知セルの電圧上昇の割合がＲＴより上にあれば、それはアルカリセルである。電圧上昇の割合がＲＴより低ければ、それはＮｉ−Ｃｄセルである。（電圧上昇のＲＴ割合を表すラインを、図１にライン９６で示してある。）
【００２０】
（図４は、別に、アルカリおよびＮｉ−Ｃｄセルについて、それぞれ時間ＴＡおよびＴＮの後に電圧上昇の割合が減少していることを示している−後者は、負値にまで降下している。）
【００２１】
セル識別因子として初期電圧上昇の割合を採用する充電回路を、図５に示してあり、この回路は、微分器１０４、ピーク検出器１０６、および比較器１０８を備えている。動作中、実質上一定の充電電流が電流源１１６によりスイッチ１１８を介して未知セル１１２に加えられる。セルの端子電圧は、図１に示すように、この充電電流に応じて上昇する。微分器１０４は、その出力１２２に、電池の端子電圧の導関数すなわち上昇の割合に関する信号を発生する。ピーク検出器１０６は、出力１２４に、電池電圧の上昇のピークまたは最大割合に関する信号を発生する。ピーク割合は、充電電流が最初に加えられたときの電池の初期上昇で生ずるので、ピーク検出器の出力は、電圧上昇の初期割合を表す。
【００２２】
比較器１０８は、ピーク割合に関する信号を閾割合ＲＴ９６に関する信号と比較する。ピーク割合が閾割合ＲＴより大きければ、比較器１０８は、その出力１２８に、未知セルがアルカリタイプであることを示す信号を発生する。ピーク割合が閾割合より低ければ、比較器は未知セルがＮｉ−Ｃｄタイプであることを示す信号を発生する。前者の信号は、スイッチ１１８を開き、再充電不能な電池への充電電流を中止するのに使用することができる。
【００２３】
本発明の原理を好適実施例およびその幾つかの変形を説明したが、本発明の構成および詳細をそのような原理から逸脱することなく修正し得ることが認められるであろう。例えば、本発明を、電池の初期充電挙動の特性に基づいて電池特性を区別することを説明してきたが、本発明の他の実施例では、代わりに電池のそれ以後の充電挙動の特性を利用することができる。例えば、Ｎｉ−Ｃｄセルの端子電圧は、時間ＴＮの後に、降下し始めるが、アルカリセルの端子電圧は、ゆっくり上昇し続けることが注目された。同様に、Ｎｉ−Ｃｄセルは、その電圧上昇の特性的初期割合を、アルカリセル（ＴＡ）より長い期間（ＴＮ）示し続けることが注目された。これら特性の各々は、セルタイプを区別し得る手段となる。
【００２４】
本発明の更に他の実施例では、一つの特性に排他的に頼るのではなく、複数の充電特性（例えば、電圧上昇の大きさおよび電圧上昇の割合）を共働して使用してセルタイプを区別することができる。
【００２５】
前述の実施例は、特定のセルタイプが検出されれば充電電流を中断することを考えているが、セルタイプの判定に応じて変更動作に対する他の多様な変更を行うことができることが認められよう。例えば、充電電流を、所要プロフィルにより、検出されるセルタイプの特定の要件により、増加し、減少し、または階段状に変化させることができる。
【００２６】
最後に、前述の実施例は、セルタイプを区別する手段として、端子電圧上昇の大きさおよび割合という因子を中心に考えていたが、特定のセルタイプに関係づけることができる他のどんな電気的因子をも代わりに採用することができることが認められよう。例えば、一定電流を発生しない充電器においては、充電電流を始めから終わりまで変化させれば、セルタイプを区別する手段となる。
【００２７】
本発明の原理を適用することができる広く多様な実施例に照らして、詳細な実施例は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものと取るべきではないことが明らかなはずである。むしろ、本出願人は、本発明として、このような修正案がすべて、特許請求の範囲およびその同等事項の範囲および精神の中に入るものとして特許を請求する。
【００２８】
以上のように、本発明は、〔１〕充電時に電池のセルタイプを判定する方法であって、充電電流を電池（６２）に加えるステップと；電池の端子電圧をモニターしてその特性を決定するステップと；この特性を少なくとも第１および第２のセルタイプの既知特性（１２，１４）と相関させるステップと；この相関に応じて電池のセルタイプを示す出力信号（７０）を発生するステップと；からなることを特徴とし、好ましい実施態様は次の通りである。
【００２９】
〔２〕相関ステップは、モニターした特性に関連する信号（１２４）を発生するステップと、この信号を基準信号（７８，９６）と比較して電池が第１のセルタイプのものであるか、第２のセルタイプのものであるかを決定するステップとからなる。
【００３０】
〔３〕出力信号に応じて充電電流を変えるステップを更に含む。
【００３１】
〔４〕電池が再充電可能でないタイプのものであることが示された場合、充電電流を中断することを含む。
【００３２】
〔５〕モニターステップは、モニターして、電池端子電圧の初期充電特性を判定することを含む。
【００３３】
〔６〕特性は、電池端子電圧の初期上昇の大きさ（２２，２８）である。
【００３４】
〔７〕特性は、電池端子電圧の初期上昇の割合（８６，８８）である。
【００３５】
〔８〕出力信号に応じてセルタイプのビジュアル表示（４０）を発生することを含む。
【００３６】
また、本発明は、〔９〕充電中の電池のセルタイプを判定する装置であって、電池（３４，６２，１１２）に接続可能であり、それに充電電流を加える電流源（３６，６４，１１６）と；電池に結合され、充電電流に応じて電池の電気的パラメータ（１２，１４）をモニターするモニター回路（３８，６６，１０４，１０６）と；モニター回路に結合され、モニターしたパラメータが第１のセルタイプに対応するか、第２のセルタイプに対応するかの指示を発生する指示回路（３８，４０，６６，１０８）と；からなることを特徴とし、好ましい実施態様は次の通りである。
【００３７】
〔１０〕モニター回路（３８，６６，１０４，１０６）は、電池（３４，６２，１１２）の初期充電パラメータをモニターする。
【００３８】
〔１１〕パラメータは、電池電圧の初期上昇の大きさ（２２，２８）である。
【００３９】
〔１２〕パラメータは、電池電圧の初期上昇の割合（８６，８８）である。
【００４０】
〔１３〕指示回路は、メータ（４０）を備えている。
【００４１】
〔１４〕指示回路（６６，１０８）は、モニターしたパラメータが第１のセルタイプに対応するか、第２のセルタイプに対応するかを示す出力信号（７０，１２８）を発生する。
【００４２】
〔１５〕パラメータ変化の割合に関する信号（１２２）を発生する微分器回路（１０４）を備えている。
【００４３】
〔１６〕モニターしたパラメータを、基準パラメータ（７８，９６）と比較する比較器回路（６６，１０８）を備えている。
【００４４】
〔１７〕出力信号に応じて充電電流を変える回路（７４，１１８）を備えている。
【００４５】
〔１８〕出力信号に応じて充電電流を中断する回路（７４，１１８）を備えている。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電池の再充電中に示す、この電池の電気的挙動の特性を利用することにより、この電池のセルタイプを容易に判定することができる。
そして、この判定の結果に基づいて、充電条件を変えたり、あるいはセルが再充電不能タイプである場合には充電電流を中断するなどを、容易に実施することかできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルカリおよびＮｉ−Ｃｄのセルタイプの電圧上昇を比較するグラフである。
【図２】本発明の一実施例による初期電圧上昇の大きさから充電システム内の電池のセルタイプを決定する装置のブロック図である。
【図３】本発明の更に他の実施例による初期電圧上昇の大きさから充電システム内の電池のセルタイプを決定する装置のブロック図である。
【図４】アルカリおよびＮｉ−Ｃｄセルタイプの電圧上昇の割合のグラフである。
【図５】本発明の更に他の実施例による初期電圧上昇の割合から充電システム内の電池のセルタイプを決定する装置のブロック図である。
【符号の説明】
１２  アルカリ電池の初期充電特性
１４  Ｎｉ−Ｃｄ電池の初期充電特性
２２  アルカリ電池の最小電圧上昇
２８  Ｎｉ−Ｃｄ電池の最大電圧上昇
３０  閾電圧
３４  電池
３６  電流源
３８  電圧計
４２  閾マーク
４８  スイッチ
５２  針
６２  電池
６６  比較器回路
７４  スイッチ
８６  アルカリセルの電圧上昇最小割合
８８  Ｎｉ−Ｃｄセルの電圧上昇最大割合
９６  閾値
１０４  微分器
１０６  ピーク検出器
１０８  比較器
１１６  電流源
１１８  スイッチ
【図１】
0003549233.tif 000002
【図２】
0003549233.tif 000003
【図３】
0003549233.tif 000004
【図４】
0003549233.tif 000005
【図５】
0003549233.tif 000006