(57)【要約】【課題】劣化して充電電圧変化が不安定な二次電池の充電や、低温度状態の電池を充電する際に、誤って「−ΔＶ」検出を行うことを防止し、正常に１００％の満充電を行うことが可能な二次電池の充電方法を提供する。【解決手段】「−ΔＶ」検出により充電終了を判断する際、検出した二次電池のピーク電圧値を記憶するとともに、この電圧値を基準として「−ΔＶ」検出をした後、予め設定したタイマ時間の経過期間以内に新たなピーク電圧値が検出されない場合に満充電状態であると判断し、新たなピーク電圧値が検出された場合は、タイマをリセットして再び「−ΔＶ」検出を繰返す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
満充電近傍における−ΔＶ検出により充電終了を判断する二次電池充電方法において、充電中の二次電池電圧の変化を監視するステップと、ピーク電圧値を検出したときその値を記憶するステップと、そのピーク電圧値を基準として電圧低下量が−ΔＶを越えて低下したことを検出する−ΔＶ検出ステップと、該−ΔＶ検出後に予め設定したタイマ時間が経過したか否かを計測するステップと、このタイマ時間以内に新たなピーク電圧値が検出されない場合に満充電状態であると判断するステップとを含むことを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項２】
請求項１記載の二次電池充電方法において、前記ピーク電圧値を基準として電圧低下量が−ΔＶを越えたことを検出した後のタイマ時間計測期間内に、新たなピーク電圧値が検出された場合、該ピーク電圧値が前記−ΔＶ値を越えて上昇した場合、前記タイマ計測値をリセットするステップと、前記記憶したピーク電圧値を基準として再び−ΔＶ検出を行うステップと、を含むことを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の二次電池充電方法において、前記ピーク電圧値を基準として電圧低下量が−ΔＶを越えたことを検出した後のタイマ時間計測期間内に、前記記憶したピーク電圧値を越える新たなピーク電圧値が検出された場合、前記記憶したピーク電圧値を新たなピーク電圧値で書き換えるとともに前記タイマ計測値をリセットするステップと、前記書き換えて記憶したピーク電圧値を基準として再び−ΔＶ検出を行うステップと、を含むことを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の二次電池充電方法において、前記−ΔＶ検出後に予め設定したタイマ時間が経過したか否かを計測するステップが、所定周期で電池電圧を検出するステップと、その検出した電池電圧が前記記憶した電池電圧値を上回ったか否かを判断するステップと、この判断の結果新たな検出値が前記記憶したピーク電圧値を上回った場合、新たなピーク電圧値で前記記憶内容を書き換え保存するステップからなる処理を一つのサイクルとして含み、これらの処理サイクル回数をカウントするステップと、処理サイクル回数が予め設定した回数に達したとき満充電状態であると判断するステップとを含むことを特徴とする二次電池の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電方法に関し、詳細には、満充電時に電池電圧が所定電圧値低下する現象を検出することによって満充電を判断する充電方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯無線機や携帯電話機を筆頭に、可搬型の電子機器では充電可能な二次電池が大量に使用されているが、そのための充電器では、電池の寿命を縮めることなく１００％充電できるように種々の工夫がなされている。
例えば、ニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池やニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池等のＮｉ系二次電池を充電する場合には、「−ΔＶ」検出が満充電検出手段として使用されている。通常、Ｎｉ系二次電池は充電電流が一定値となるように印加電圧を制御する定電流充電方式が採られ、電池が充電末期（満充電付近）に達すると、入力エネルギーがガス消費反応により熱エネルギーに変換されて電池本体の温度が上昇する。また一般に電池本体の温度が上昇すると電池の電圧が低下する性質があり、この種の二次電池では結果的に、充電末期では電圧値が若干低下する現象を呈する。
「−ΔＶ」検出とは、この現象を利用して満充電状態を検出し、充電終了を判断するもので、満充電時の電圧ピーク値を検出した後、そのピーク電圧値を基準として所定電圧（ΔＶ、例えば１０ｍＶ程度）低下したことを検出した時点で充電を停止する制御を行う。ここでは、満充電時に発生する所定電圧の低下を検出することを意味する場合の電圧低下量を「−ΔＶ」と表記する。
【０００３】
図３は、「−ΔＶ」検出による充電制御の概要を説明するための充電電圧変化図である。この図において縦軸は二次電池の充電電圧（Ｖ）で、横軸は充電時間（ｔ）を示している。充電開始時（ｔ０）における電池電圧Ｖｓは充電時間が経過するに従って徐々に上昇し、充電末期に近づくと時間ｔｐにおいて最大値（ピーク電圧値）Ｖｐとなり、その後、上述したように所定電圧（ΔＶ）だけ低下する。そこで、この電圧変化（「−ΔＶ」）が検出される時間ｔｄに、満充電状態であると判断して充電を停止する。
「−ΔＶ」検出における所定電圧（ΔＶ）低下は、満充電後の充電において発生するので、過充電を小さくする上で、可能な限り小さい値に設定することが好ましいが、劣化した二次電池では、充電中の電圧変化が不安定な場合があり、劣化の度合いに応じて不揃いとなるので誤検出を防ぐために「−ΔＶ」検出時の電圧幅にある程度の余裕を持たせて大きな値に設定せざるをえないのが現状であった。
【０００４】
図４は、劣化した二次電池の充電電圧変化の一例を示す図であり、図示したように電圧値のピークがＶｐ１乃至Ｖｐ４・・と複数発生する。例えば、満充電検出の電圧低下値を「−ΔＶ」に設定した場合、二番目のピーク電圧値Ｖｐ２（時間ｔｐ２）の後のｔｄにおいて「−ΔＶ」値を下回る電圧低下が発生すると、その時点（ｔｄ）を満充電であると誤って検出し、未充電状態であるにも拘わらず充電を停止することになる。このような不具合を回避するためには、「−ΔＶ」検出時の低下値を図示したように「−ΔＶ‘」と大きくする必要がある。しかし、上述したように過充電の程度が大きくなるので電池の劣化を招くことになる。
また、温度の低い屋外で使用していた電子機器の充電池を、暖房の施された室内に持ち込んだ直後に充電を開始する場合のように、低温度状態の電池を充電する場合にも、同様に誤った「−ΔＶ」検出を行うことがあった。即ち、上述したように二次電池の端子電圧は、電池本体の温度に依存して変化し、温度が低い程、電池電圧が高く、温度上昇に伴って低くなる傾向がある。通常、二次電池の充電は室温（２５℃）を中心にある程度の温度幅以内における充電を想定しているので、例えば、電池本体の温度が０℃以下の場合は充電条件を越えたものとなり、「−ΔＶ」の誤検出を招聘することがあった。
このことを簡単に説明すると、低温状態での電池電圧は若干ながら高い状態で充電を開始することになるが、充電による温度上昇以外に、電池本体が室温により暖められて温度上昇する分が加わり、その分電池の端子電圧が低下するので、満充電以前に、誤って「−ΔＶ」検出が行われ、未充電状態において充電を終了してしまう場合があった。
このような不具合を回避する手段として、特許文献１には、充電対象電池の温度を検出し、基準温度との差を監視するとともに、両者の差が一定値以下になったことを検出した後に、充電を開始する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５９３７６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１記載の充電方法では、劣化した充電電池に関する不具合を解消できるものではない。また、特許文献１が目的とする低温度状態の電池の充電に関する不具合解消についても、電池本体が規定温度範囲に近づくまで充電が開始できない等の欠点があった。
本発明は、このような二次電池の充電の不具合を解消するためになされたものであって、比較的簡単な処理によって、劣化して充電電圧変化が不安定な二次電池の充電時や、特許文献１に指摘されたような低温度状態の電池を充電する際の「−ΔＶ」の誤検出を防止し、正常な充電を行うことが可能な二次電池の充電方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の二次電池の充電方法は、満充電近傍における「−ΔＶ」検出により充電終了を判断する二次電池充電方法において、充電中の二次電池電圧の変化を監視するステップと、ピーク電圧値を検出したときその値を記憶するステップと、そのピーク電圧値を基準として電圧低下量が「−ΔＶ」を越えたことを検出する「−ΔＶ」検出ステップと、この「−ΔＶ」検出後に予め設定したタイマ時間が経過したか否かを計測するステップと、そのタイマ時間以内に新たなピーク電圧値が検出されない場合に満充電状態であると判断するステップとを含むことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の二次電池充電方法において、上記ピーク電圧値を基準として電圧低下量が「−ΔＶ」を越えたことを検出した後のタイマ時間計測期間内に、新たなピーク電圧値が検出された場合、そのピーク電圧値が前記「−ΔＶ値」を越えて上昇した場合、上記タイマ計測値をリセットするステップと、記憶したピーク電圧値を基準として再び「−ΔＶ」検出を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の二次電池充電方法において、上記ピーク電圧値を基準として電圧低下量が「−ΔＶ」を越えたことを検出した後のタイマ時間計測期間内に上記の記憶したピーク電圧値を越える新たなピーク電圧値が検出された場合（この場合は当然に、「−ΔＶ」値を越えて上昇することになる）、記憶した電圧値を新たなピーク電圧値で書き換える（更新する）ステップと、上記タイマ計測値をリセットするステップと、上記書き換えて記憶したピーク電圧値を基準として再び「−ΔＶ」検出を行うステップと、を含むことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項記載の二次電池充電方法において、上記「−ΔＶ」検出後に予め設定したタイマ時間が経過したか否かを計測するステップが、所定周期で電池電圧を検出するステップと、その検出した電池電圧が上記の記憶した電池電圧値を上回ったか否かを判断するステップと、この判断の結果新たな検出値が上記記憶したピーク電圧値を上回った場合、新たなピーク電圧値で上記の記憶内容を上書き保存するステップからなる処理を含み、これらの処理回数をカウントするステップと、処理回数が予め設定した回数に達したとき満充電状態であると判断するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は上述したように、「−ΔＶ」検出により充電終了を判断する際、検出した二次電池電圧のピーク電圧値を記憶するとともに、この電圧値を基準として「−ΔＶ」検出を行った後、予め設定したタイマ時間の経過期間以内に新たなピーク電圧値が検出されない場合に満充電状態であると判断し、新たなピーク電圧値が検出された場合は、タイマをリセットして「−ΔＶ」検出を繰返すようにしたものである。従って、充電途中で電池電圧が変動して、「−ΔＶ」検出が行われた場合であっても、予め設定したタイマ時間以内、又は、検出／判断／記憶の処理回数以内に、新たなピーク電圧値が検出された場合は、誤検出であることを検知できるので、未充電状態で充電処理を終了するといった不具合を解消することができる。
この方法によれば、劣化した二次電池のように充電電圧変化が不安定な場合にも、また特許文献１において指摘されたように低温度状態の二次電池を充電する場合であっても、過充電の程度を拡大することなく、誤った「−ΔＶ」検出を防止して１００％充電を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る二次電池充電方法の一実施例を説明するためのフローチャート。
【図２】本発明に係る二次電池充電方法の一例を説明するための充電電圧変化図。
【図３】「−ΔＶ」検出の原理を説明するための充電電圧変化図。
【図４】劣化した二次電池充電における不具合を説明するための充電電圧変化図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明に係る二次電池の充電方法の一実施例を示すフローチャートである。この例に示す充電方法は、充電処理が開始されると、電池電圧を検出する（Ｓ１）。電池電圧の検出方法、及び、以下に示す夫々個々の処理（や処理ステップ）は、従来から多くの方法が知られているので適宜利用すればよいが、デジタル処理が、利用可能なＣＰＵやＩＣ、関連するメモリ等が豊富であり好ましい。
なお、電池電圧の検出は比較的短いサンプリング周期で瞬時の電圧をデジタル的に検出しながら、数周期の値をワーキングメモリに記憶しつつ、値の比較を行って、その変化を監視し、その過程で、前後の電圧検出値の大小関係から電圧値のピークを検出する（Ｓ２、Ｙｅｓ）。検出したピーク電圧値は所要のメモリ（記憶装置）に記憶する（Ｓ３）とともに、このピーク電圧値を基準として、その後低下する電池電圧の値から「−ΔＶ」低下現象が出現するのを待つ（Ｓ４）。もし「−ΔＶ」低下現象が出現する以前に、記憶したピーク電池電圧を越える新たなピーク電圧値を検出すれば、その電圧値を新たなピーク電圧値としてピークメモリの値を更新する（Ｓ２、Ｙｅｓ乃至Ｓ４、Ｎｏ）。
そして、ステップ４（Ｓ４）において「−ΔＶ」低下現象の検出、即ち「−ΔＶ」検出が行われれば（Ｓ４、Ｙｅｓ）、予め設定した期間の経過を計測するタイマのカウンタを起動（タイムアップ）させる（Ｓ５）。このカウンタを起動させながら、「−ΔＶ」検出後に更にピーク電圧の検出を行いながら（Ｓ６）、上記カウンタが設定値を超えたか否かを判断する（Ｓ７）。この判断においてカウンタ数が設定値を超えた場合は（Ｓ７、Ｙｅｓ）、正しい「−ΔＶ」検出であり、満充電状態であるものと判断して充電を終了する（Ｓ９）。
【００１２】
一方、上記Ｓ７のカウンタが所定数計数する前にＳ６において新たなピーク電圧値を検出した場合は（Ｓ６、Ｙｅｓ）、そのピーク電圧値が以前記憶したピーク電圧値を越えているか否かを判断する（Ｓ１０）。この判断において、ピーク電圧値が以前記憶したピーク電圧値を越えていない場合（Ｓ１０、Ｎｏ）はカウンタ計数をクリアして（Ｓ１２）、又、ピーク電圧値が以前記憶したピーク電圧値を越えている場合（Ｓ１０、Ｙｅｓ）は、以前記憶したピーク電圧値メモリを新たなピーク電圧値に更新した上で（Ｓ１１）、カウンタをクリアし（Ｓ１２）、再び、新たな「−ΔＶ」検出を行うようにＳ４に戻る。
なお、フローチャートの表現の仕方は、この例に示したもの以外に種々有り得るので、適宜、変更することができる。要するに本発明の特徴は、「−ΔＶ」検出後、直ちに充電を終了することなく、一定時間電池電圧の変化を監視し、新たなピーク電圧値が検出されないことを確認して、満充電であると判断して充電を終了することである。そのために必要な手段や処理として、「−ΔＶ」検出後の所定時間計測するカウンタ処理（手段）と、新たなピーク電圧値が検出された際にカウンタをクリアして、更に、「−ΔＶ」検出を行う処理を備えていればよい。
なお、ここでのカウンタは、予め設定した時間を係数するタイマであっても良いが、所定周期で電池端子電圧を検出ステップと、その検出した電池端子電圧が以前に記憶した電池端子電圧値を上回ったか否かを判断するステップと、この判断の結果新たな検出値が上記の記憶したピーク電圧値を上回った場合、新たなピーク電圧値で上記の記憶内容を上書き保存するステップからなる処理と、この処理回数をカウントするステップを含むように、つまり、電池電圧検出／判断／記憶の処理を一つのサイクルとして、そのサイクル数をカウントするものであっても構わない。
【００１３】
図２は、本発明の充電方法を使用して、上述の劣化した二次電池を充電する場合の一例を示す電池電圧変化図である。
先ず、時間ｔ０に充電を開始すると、初期の電池電圧値Ｖｓが時間とともに上昇し、時間ｔｐ１において第一のピーク電圧（Ｖｐ１）を経て、一旦、電圧が低下するが、この低下量は「−ΔＶ」を越えない。この間図示は省略したが、図１において説明したように、第一のピーク電圧検出時に、メモリにその値が記憶されるものの、その後の電圧低下量が「−ΔＶ」を越えないのでカウンタは起動しない。続いて、電池電圧が上昇し第二のピーク電圧Ｖｐ２が検出されると、その値がメモリに記憶されるとともに、その後の電圧低下量が「−ΔＶ」を越えた値Ｖｄ１に低下すると、「−ΔＶ」検出候補とみなして、図示は省略しているが、カウンタを起動し所定時間が経過したか否かの計数、又は、上述したように電池電圧検出／判断／記憶の処理を一つのサイクルとして、そのサイクル数をカウントする。この例では、その後の更なるピーク電圧値が、「−ΔＶ」を越える（記憶したピーク電圧値を基準として「−ΔＶ」検出する際の電圧値）電圧のピーク値を呈するので、この新たなピーク電圧値Ｖｐ３をメモリに記憶するとともに、カウンタをクリアする。
【００１４】
そして、新たなピーク電圧値Ｖｐ３を基準とした「−ΔＶ」検出を行う。図２では、ｔｄ２においても電圧が低下してドロップ値Ｖｄ２を呈するが、この値は所定の低下電圧値を越えないので「−ΔＶ」検出に該当しない。更に、充電が進行すると、時間ｔｐ４において更なるピーク電圧値Ｖｐ４を検出し、これは以前に記憶した値を超えるので、メモリのピーク電圧値を更新する。その後、「−ΔＶ」検出に該当しない電圧低下を経て第五のピーク電圧値Ｖｐ５を検出するが、記憶したピーク電圧値を越えていないのでピーク電圧値の記憶更新は行わない。次の電圧低下Ｖｄ３は、所定値を越えて低下しているので、「−ΔＶ」検出候補とみなしてカウンタを起動するが、その後再びピーク電圧値Ｖｐ６を検出するので、カウンタをクリアする。このときのピーク電圧値Ｖｐ６は記憶しているピーク電圧値Ｖｐ４を越えないので、記憶の書き換えは行わない。その後、再び電圧が低下し、Ｖｄ４において所定電圧（「−ΔＶ」）以下の低下が検出されると、「−ΔＶ」検出候補とみなしてカウンタを起動する。この例では、その後の電圧変化においてピーク電圧値Ｖｐ７、Ｖｐ８が検出されるが、いずれも「−ΔＶ」の電圧ラインを越えないのでカウンタの計数が継続され、（１）乃至（５）の計数が行われる。この例において計数値として（５）を設定しているとすれば、カウンタが（５）に達した時点で、先に検出した「−ΔＶ」が正しい満充電後の電圧低下現象、即ち、正しい「−ΔＶ」検出であるものと判断し充電を終了する。
【００１５】
以上のように制御すれば、劣化した二次電池のように、充電電圧の変動が不安定な場合であっても、正確に「−ΔＶ」検出が可能となり、未充電状態で充電を終了することなく１００％の満充電が可能となる。従って、二次電池の過充電による劣化を最小限に防止する効果も得られる。特に、比較的短時間に発生するノイズ的な雑音信号や外部雑音の混入による誤動作排除にも大きな効果が得られる。
また、特許文献１に指摘されたように、低温状態の二次電池を充電する場合であっても、同様に正確な「−ΔＶ」検出が可能であるので、その不具合を解消することができることは容易に理解できるであろう。
本発明は以上説明した実施例に限ることなく種々変形が可能である。
例えば、充電に伴って電池本体の温度上昇が大きく、満充電状態の温度上昇を監視する必要が有る場合は、電池本体の温度を検出する手段を備え、その温度検出結果を加味して満充電を判断することもできる。この手段は、Ｎｉ系二次電池以外の二次電池充電においても有用であろう。
【００１６】
あるいは上記実施例では、先に記憶したピーク電圧値を越えない新たなピーク電圧値に対して、ピーク電圧値メモリを更新しないようにしたが、もし、二次電池の電圧変化の乱高下が含まれる場合は、ピーク電圧値を検出する毎に、ピーク電圧値のメモリ内容を更新すること、又は、複数のピーク電圧値を経時的な履歴として夫々の値と共に記憶して「−ΔＶ」検出判断や満充電判断に利用しても構わないであろう。また、カウンタによる所定時間や処理回数の設定を任意に変更可能にすれば、異なる傾向の二次電池夫々に対応して変更しながら使用できるように構成することも可能である。
更に、本発明の「−ΔＶ」検出の方法は、Ｎｉ系二次電池の充電に限らず、その他の二次電池の満充電検出にも利用可能である。更に、二次電池のみならず、同様に電圧値や電流値、その他の物理量の変化が二次電池の電池電圧変化に類似するものにおいて適用可能である。
更に、近年、ＣＰＵやＤＳＰ、メモリを備えた充電器が一般的であるので、上述した本発明の処理機能を実行するように構成したプログラムやデータを所要のメモリにインストールすることによって、本発明を実施することも可能であろう。
【符号の説明】
【００１７】
Ｖｐ１乃至Ｖｐ８  二次電池のピーク電圧値、Ｖｄ１乃至Ｖｄ３  二次電池のボトム電圧値、−ΔＶ  満充電検出のための所定電圧低下値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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