(57)【要約】【課題】電池の充電不足を防止する。【解決手段】電池３０を急速充電する際に、充電開始以降、電池３０の充電電圧の最低値を検出した後に、電池３０の充電電圧のＶｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されることで第２の充電モードに切り替わり、電池３０の充電電圧の最高値を検出した後に、電池３０の充電電圧のＶｍａｘ−Ｖｉｎが−ΔＶに達したと判定されたときに初めて満充電と判断することより、充電初期でＶｍａｘ−Ｖｉｎが−ΔＶに達したと判定されるような電圧の降下があっても充電が停止されることなく満充電の状態まで充電が行われることから充電不足を防止できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を充電する充電手段と、
上記電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
上記電圧検出手段が検出する上記電池電圧における充電を開始してからの最低値を検出する第１の検出手段と、
上記第１の検出手段が上記電池電圧の最低値を検出した後に、上記電圧検出手段が検出する上記電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したかどうかを判定する第１の判定手段と、
上記第１の判定手段により上記電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後に、上記電圧検出手段が検出する上記電池電圧の最高値を検出する第２の検出手段と、
上記第２の検出手段が上記電池電圧の最高値を検出した後に、上記電圧検出手段が検出する上記電池電圧の降下分が所定の電圧に達したかどうかを判定する第２の判定手段とを有する充電装置。
【請求項２】
上記電池は、ニッケル水素二次電池である請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
電池を充電する際に、
上記電池の電池電圧を検出し、
上記電池電圧における充電を開始してからの最低値を検出し、
上記電池電圧の最低値を検出した後に、上記電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したかどうかを判定し、
上記電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後に、上記電池電圧の最高値を検出し、
上記電池電圧の最高値を検出した後に、上記電池電圧の降下分が所定の電圧に達したかどうかを判定することを特徴とする電池の充電方法。
【請求項４】
上記電池は、ニッケル水素二次電池であることを特徴とする請求項３記載の電池の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池を短い時間で充電させることが可能な充電装置、及びこの充電装置を用いた電池の充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、例えば携帯電話機、ノート型パーソナルコンピューター等のポータブル化された電子機器等の進歩に伴い、これら電子機器の電源である二次電池に対する高性能化の要求が高まっている。具体的には、電池の高容量化と長寿命化である。前者については、例えば従来から使用されているＮｉ−Ｃｄ二次電池において、従来の焼結式電池の電極基板に代えて、非焼結式の３次元構造の電極を有する非焼結式Ｎｉ−Ｃｄ二次電池等が開発されている。しかし、必ずしも顕著な容量の増加は達成されていない。
【０００３】
そこで、最近では、負極として水素吸蔵合金粉末を集電体に固定した構造のものを使用したアルカリ二次電池、いわゆるＮｉ−水素二次電池が提案され、注目されている。このＮｉ−水素二次電池では、水素吸蔵合金を使用した負極により、従来の代表的なアルカリ二次電池の負極材料であるカドミウム（Ｃｄ）等を用いた場合に比べ、単位重量当りまたは単位容量当りのエネルギー密度を大きくできる。これにより、Ｎｉ−水素二次電池では、高容量化をできる他、Ｃｄ等による環境汚染の虞が防止される等といった優れた特徴を有している。
【０００４】
このＮｉ−水素二次電池を例えば電池定格容量の０．５Ｃ〜１Ｃ程度の電流により短時間で急速充電する場合、図７に示すように、Ｎｉ−水素二次電池は、満充電状態になると電池電圧がピーク値から低下する性質を示す。このような性質を示すＮｉ−水素二次電池の充電方法では、例えば充電末期の電池電圧のピーク値を過ぎてから、電池電圧における所定時間当たりの低下分を検出することで満充電状態に達したと判断して充電を停止させるようにしている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２８８７４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したＮｉ−水素二次電池においては、長期間、例えば一年以上放置されたり、過放電等が行われたりした後に急速充電を行った場合、図８に示すように、充電初期に充電末期で発生するような電圧降下が発生する、いわゆる不活性な状態になってしまう。また、Ｎｉ−水素二次電池においては、例えば浅い深度（放電終止電圧が１．１２Ｖ以上程度。）の放電を繰り返した後に深い深度の放電（放電終止電圧が１Ｖ程度。）を行うことでメモリー効果等が生じてしまい、不活性な状態に陥ることもある。
【０００７】
このような不活性な状態に陥ったＮｉ−水素二次電池を特許文献１に示す充電方法で充電した場合、充電初期に充電電圧の低下を検出して充電が停止されてしまうことから充電不足になることがある。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、充電初期に充電末期で発生するようなピーク値が発生するような不活性状態の電池を充電した場合の充電不足を防止できる優れた充電装置、及び電池の充電方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る充電装置は、電池を充電する充電手段と、電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段が検出する電池電圧における充電を開始してからの最低値を検出する第１の検出手段と、第１の検出手段が電池電圧の最低値を検出した後に、電圧検出手段が検出する電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したかどうかを判定する第１の判定手段と、第１の判定手段により電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後に、電圧検出手段が検出する電池電圧の最高値を検出する第２の検出手段と、第２の検出手段が電池電圧の最高値を検出した後に、電圧検出手段が検出する電池電圧の降下分が所定の電圧に達したかどうかを判定する第２の判定手段とを有していることを特徴とする。
【００１０】
この充電装置では、第１の検出手段が充電を開始してからの電池電圧の最低値を検出し、第１の検出手段による検出の後に第１の判定手段が電池電圧の上昇分が所定電圧に達したと判定し、第１の判定手段による判定の後に第２の検出手段が電池電圧の最高値を検出し、第２の検出手段による検出の後に第２の判定手段が電池電圧の降下分が所定電圧に達したと判定したときに初めて電池が満充電であると判定し、電池の充電を停止又は制御する。
【００１１】
これにより、この充電装置では、充電初期に充電末期に発生する電池電圧の降下が電池に発生しても、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと第１の判定手段が判定した後でなければ充電の停止や制御が行われることがないことから、充電初期で電池電圧の降下分が所定の電圧に達して満充電になったと判定されることにより充電が停止又は制御されて起こる充電不足を防止できる。
【００１２】
本発明に係る電池の充電方法は、電池を充電する際に、電池の電池電圧を検出し、電池電圧における充電を開始してからの最低値を検出し、電池電圧の最低値を検出した後に、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したかどうかを判定し、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後に、電池電圧の最高値を検出し、電池電圧の最高値を検出した後に、電池電圧の降下分が所定の電圧に達したかどうかを判定することを特徴としている。
【００１３】
この電池の充電方法では、充電を開始してからの電池電圧の最低値を検出し、電池電圧の最低値を検出した後に電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したかどうかを判定し、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後に電池電圧の最高値を検出し、電池電圧の最高値を検出した後に電池電圧の降下分が所定の電圧に達した判定されたときに初めて電池が満充電されたと判定し、充電の停止や制御を行う。
【００１４】
これにより、この方法では、充電初期に充電末期に発生するような電池電圧の降下が電池に発生しても、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後でなければ充電の停止や制御が行われることがないことから、充電初期で電池電圧の降下分が所定の電圧に達して満充電になったと判定されることにより充電が停止又は制御されて起こる充電不足を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した電池の充電装置、及び電池の充電方法について、図１に示す充電装置１を参照にして説明する。この充電装置１は、例えばアルカリ二次電池（以下、電池を記す。）３０に対し、電池定格容量の０．５Ｃ〜１Ｃ程度の充電電流により短時間で充電する、いわゆる急速充電を行うものである。そして、この充電装置１は、電池３０に対して充電を行う電源回路部２と、電源回路部２による電池３０の充電を制御する充電制御部３と、電池３０を保持する電池保持部４とを備えている。
【００１６】
電源回路部２は、例えばスイッチング電源回路であり、家庭用交流電源等の外部電源から交流電圧を供給させるコンセント等の電源供給端子に接続される入力フィルタ５と、入力フィルタ５に接続される整流回路６と、整流回路６より供給された充電のための交流電圧の昇圧／降圧させるＰＷＭ（パルス幅変調）コンバータ７と、ＰＷＭコンバータ７より電池３０に供給される出力電圧を検出する出力検出部８と、出力検出部８が検出した情報に基づいてＰＷＭコンバータ７を制御するＰＷＭ制御回路９とを備えている。
【００１７】
入力フィルタ５は、電源供給端子等から入力された所定の周波数帯域の交流電流を除去し、必要な周波数帯域の交流電流だけを透過する。
【００１８】
整流回路６は、例えば入力フィルタ５によって必要な周波数帯域だけにされた交流電流を所定の直流電流に変換し、安定した電圧を有する直流電流に整える。
【００１９】
ＰＷＭコンバータ７は、一対のコイル１０ａ，１０ｂを有するトランス１０と、トランス１０に接続されてＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりオン／オフすることでＰＷＭコンバータ７に供給される直流電圧を制御するスイッチング素子１１とを備えている。
【００２０】
トランス１０は、整流回路６が電気的に接続されている一次コイル１０ａと、電池３０が電気的に接続されている二次コイル１０ｂとからなり、整流回路６より一次コイル１０ａに電流が供給されることで二次コイル１０ｂが電圧を誘起して電池３０に充電電流を供給する。
【００２１】
スイッチング素子１１は、例えばトランジスタ等であり、一次コイル１０ａとＰＷＭ制御回路９との間に配置され、ＰＷＭ制御回路９から供給されるパルス信号に基づいてオン／オフを切り換える。スイッチング素子１１は、オンの状態ではトランス１０に電流が供給されるようにし、オフの状態ではトランス１０に電流が流れないようにする。
【００２２】
なお、ＰＷＭコンバータ７においては、トランス１０やスイッチング素子１１の他に、例えば二次コイル１０ｂから電池３０に供給される充電電流の電圧を平滑化させる平滑コンデンサ１２や、平滑コンデンサ１２を充電するための電流が急激に平滑コンデンサ１２に供給されることを防止するダイオード１３等を二次コイル１０ｂと電池保持部４との間に備えている。
【００２３】
このような構成のＰＷＭコンバータ７は、ＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりスイッチング素子１１がオンになると、外部電源等から供給された交流電圧を入力フィルタ５、整流回路６を介して直流電圧に変換された状態でトランス１０の一次コイル１０ａに供給する。そして、ＰＷＭコンバータ７は、一次コイル１０ａに直流電圧の電流が供給されることにより二次コイル１０ｂで電圧が誘起されて二次コイル１０ｂに直流電圧の電流が発生し、ダイオード１３を介して平滑コンデンサ１２により平滑化された直流電圧の充電電流を電池３０に供給する。また、ＰＷＭコンバータ７は、ＰＷＭ制御回路９からの電気信号によりスイッチング素子１１がオフになると、トランス１０の一次コイル１０ａに対する電流の供給が停止されることになり、電池３０に供給される充電電流を抑制する。
【００２４】
出力検出部８は、発光素子１４ａ及び受光素子１４ｂを備えるフォトカプラ１４と、ＰＷＭコンバータ７から電池３０に供給される充電電流の電圧を検出する作動増幅回路１５とを備えている。
【００２５】
フォトカプラ１４は、ＰＷＭコンバータ７と電池３０との間の電圧を検出するように接続される発光ダイオード等からなる発光素子１４ａと、発光素子１４ａからの光信号を受光し、受光した光信号を電気信号に変換してＰＷＭ制御回路９に供給するフォトトランジスタ等からなる受光素子１４ｂをと備えている。そして、フォトカプラ１４は、発光素子１４ａがＰＷＭコンバータ７と電池３０との間に流れる充電電流の電圧に対応した明暗レベルの光を発光し、発光素子１４ａからの光を受光した受光素子１４ｂが受光した光信号の明暗レベルに対応した電圧レベルの電気信号をＰＷＭ制御回路９に対して出力する。
【００２６】
作動増幅回路１５は、フォトカプラ１４の発光素子１４ａに電気的に接続され、発光素子１４ａに供給される電流の電圧を制御する。具体的に、作動増幅回路１５は、所定の電圧を有する基準電圧源１５ａを備え、充電電流の電圧と基準電圧源１５ａの電圧との誤差によりフォトカプラ１４の発光素子１４ａに供給される電流の電圧を制御する。フォトカプラ１４は、作動増幅回路１５によって制御された電圧レベルに則った明暗レベルの光を発光素子１４ａが発光する。
【００２７】
このような構成の出力検出部８は、電池３０に供給される充電電流の電圧に対応して制御された電圧レベルの電気信号をＰＷＭ制御回路９に出力する。すなわち、出力検出部８は、電池３０に供給される充電電流の出力状態を検出し、この検出した情報に基づいた電気信号をＰＷＭ制御回路９に出力する。
【００２８】
ＰＷＭ制御回路９は、出力検出部８から供給される電気信号の電圧レベルに対応してパルス幅を変えたパルス信号をＰＷＭコンバータ７のスイッチング素子１１に出力する。
【００２９】
以上のような構成の電源回路部２は、電源供給端子から交流電圧が入力フィルタ５、整流回路６等を介して直流電圧にされた状態でＰＷＭコンバータ７におけるトランス１０の一次コイル１０ａに供給されると、二次コイル１０ｂが誘起されて直流電圧の充電電流が生じ、この充電電流を電池３０に供給する。そして、電源回路部２は、ＰＷＭコンバータ７から供給される充電電流の出力状態を出力検出部８が検出し、その検出した情報に基づいた電圧レベルの電気信号をフォトカプラ１４がＰＷＭ制御回路９に出力する。そして、電源回路部２は、ＰＷＭ制御回路９が出力検出部８からの電気信号の電圧レベルに対応したパルス幅のパルス信号をＰＷＭコンバータ７のスイッチング素子１１に出力し、パルス信号のパルス幅に応じてスイッチング素子１１のオン／オフが制御されてトランス１０の一次コイル１０ａに供給される電流を制御する。そして、電源回路部２は、一次コイル１０ａに供給される制御された状態の電流に対応した状態の充電電流を二次コイル１０ｂから電池保持部４を介して電池３０に供給する。このように、電源回路部２は、充電電流の出力状態を確認しながら、整流回路６や平滑コンデンサ１２等で整流された直流電圧の充電電流を安定した状態で電池３０に供給する。
【００３０】
充電制御部３は、電池３０の電圧を検出する電圧検出回路１６と、電池３０と電源回路部２との間の電気的な接続のオン／オフを切り換えるスイッチング素子１７と、電源回路部２やスイッチング素子１７等を制御する制御回路１８と、使用者が充電電流値等の条件を充電装置に入力する入力部１９を備えている。
【００３１】
電圧検出回路１６は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１６ａを備え、充電中の電池３０の電圧を検出し、その結果をＡ／Ｄ変換器１６ａでデジタル変換された電気信号を制御回路１８等に出力する。
【００３２】
スイッチング素子１７は、例えばトランジスタ素子等であり、制御回路１８から出力された切換信号に基づいて、電池３０と電源回路部２との間の電気的な接続のオン／オフを切り換える。
【００３３】
制御回路１８は、コンピュータプログラム等が記録されているリード・オンリ・メモリ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ：以下、単にＲＯＭという。）２０と、ＲＯＭ２０からコンピュータプログラム等がロードされて記録されるランダム・アクセス・メモリ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ：以下、単にＲＡＭという。）２１と、ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ等の集積回路等からなる中央演算処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：以下、ＣＰＵという。）２２とを備えている。
【００３４】
ＲＯＭ２０は、例えば、後述する第１の充電モード及び第２の充電モードを実行するためのコンピュータプログラム等が記録され、ＣＰＵ２２からの命令に応じてコンピュータプログラムをＲＡＭ２１にロードする。
【００３５】
ＲＡＭ２１は、ＲＯＭ２０からのコンピュータプログラム等がロードされると共に、後述する判定フラグ等も記録される。ＲＡＭ２１は、ＣＰＵ２２で演算処理されたデータ等を書き換え可能に記録する記録手段であり、ＣＰＵ２２からの命令に応じて記録されているデータをＣＰＵ２２に出力したり、書き換えたりする。
【００３６】
ＣＰＵ２２は、電圧検出回路１６から送信されたデジタル信号を、上述した集積回路等で演算処理し、命令信号や情報信号等にして電源回路部２、スイッチング素子１９、ＲＯＭ２０、ＲＡＭ２１等に出力する。
【００３７】
そして、このようなＲＯＭ２０、ＲＡＭ２１、ＣＰＵ２２で構成される制御回路１８は、入力部１９等から送信された操作信号に従って電源装置１全体を制御する。
入力部１９は、充電装置１における電池３０に供給される充電電流や、電池３０にかかる充電電圧や、電池３０が充電されている時間等の条件を使用者がキー操作等で入力するためのスイッチや、充電を開始させるための充電開始スイッチ等を備えている。そして、この入力部１９は、使用者により入力された操作信号を、例えば電源回路部２や制御回路１８等に出力する。
【００３８】
電池保持部４は、充電装置１で電池３０を充電する際に、電池３０を脱着可能な状態で保持させ、保持された電池３０の端面に位置する正極外部端子に接触させることで接続される正極端子２３と、正極外部端子とは反対側の端面に位置する負極外部端子に接触させることで接続される負極端子２４とを有している。正極端子２３は、スイッチング素子１７を介して充電回路部２に電気的に接続されており、電池３０に充電電流を供給する。そして、正極端子２３及び負極端子２４には、接続された電池３０の正極外部端子及び負極外部端子の接触面に対して略垂直に押圧させた状態で接触させるようにする例えばコイルばね等の弾性手段が備えられている。
【００３９】
この電池保持部４は、電池３０の正極外部端子に正極端子２３を押圧させ、電池３０の負極外部端子に負極端子２４を押圧させることで、電池３０を正極端子２３と負極端子２４とに挟持させるようにして脱着可能に保持する。
【００４０】
次に、上述した構成の充電装置１で充電される電池３０について図２を参照して説明する。電池３０は、電解液にアルカリ水溶液を用いた、いわゆるＮｉ−水素二次電池やＮｉ−Ｃｄ二次電池等のアルカリ二次電池である。この電池３０は、発電要素となる電池素子３１と、電池内部でイオンを移動させる際の媒体となる電解液３２と、これら電池素子３１や電解液３４等を収納する有底筒状の外装容器３３と、外装容器３３を封口する封口蓋体３４とを備えている。
【００４１】
電池素子３１は、シート状の正極３５と、シート状の負極３６と、これら正極３５と負極３６とがセパレータ３７を介した状態で積層され、長手方向に巻回されたものである。
【００４２】
正極３５は、正極活物質の粉末が正極支持体に固着されてなるもので、シート状の正極支持体である導電性金属等からなるパンチングメタルの両主面に、正極活物質を含有する正極電極層が形成されている。
【００４３】
正極３５において、正極電極層は、水酸化ニッケルを主成分とする粒子に導電層が被覆されてなる正極活物質の粉末と、この正極活物質の粉末同士を結着させる例えばテトラフルオロエチレン等の樹脂材料等からなる結着剤をと含有しており、必要に応じて例えばＮｉ粉、黒鉛、カーボンブラック等の導電助材を含有させることも可能である。正極電極層においては、正極活物質の粉末が結着剤を介して結着され、正極活物質の表面にある導電層同士が接触して高次構造の、金属電気伝導を示す導電性ネットワークが形成される。そして、この正極電極層は、正極支持体の両主面上に積層形成されて固着されることにより、正極支持体と電気的に接続される。
【００４４】
負極３６は、負極活物質の粉末が負極支持体に固着されてなるもので、シート状の負極支持体の両主面に、負極活物質を含有する負極電極層が形成されている。負極３６において、負極電極層は、負極活物質の粉末と、この負極活物質の粉末同士を結着させる例えばテトラフルオロエチレン等の樹脂材料等からなる結着剤とを含有しており、必要に応じて例えばＮｉ粉、黒鉛、カーボンブラック等の導電助材を含有させることも可能である。負極活物質には、例えば水素吸蔵合金、水酸化カドミウム等を用いる。また、負極支持体には、正極３５の場合と同様に、シート状の導電性金属等からなるパンチングメタル等を用いる。
【００４５】
セパレータ３７には、例えばポリアミド樹脂、ポリプロピレン等からなる不織布を用いることができる。
【００４６】
以上のような構成の電池素子３１は、最外周に負極３６が露出するように巻回されることで、外装容器３３に収納した際に外装用器３３の内周面に負極３６が接触により接続されることになる。
【００４７】
電解液３２は、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物のうちの何れか一種、又はこれらの混合物を水に溶解させ、必要に応じてアルカリ土類金属イオン等を添加させたものである。
【００４８】
外装容器３３は、例えば導電性金属等からなる有底筒状容器であり、底部が円状にされている。なお、外装容器３３には、例えば矩形状、扁平円状等の底部を有する有底筒状容器を用いることもできる。この外装容器３３は、負極３６が内周面で電気的に接触されることで電池３０の外部負極端子となる。
【００４９】
封口蓋体３４は、外装容器３３に収納された電池素子３１の正極３５と例えば導電性金属等からなるリード端子３５ａを介して電気的に接続され、電池３０の外部正極端子となる。
【００５０】
そして、以上のような構成の電池３０は、外装容器３３に電池素子３１及び電解液３２が収納され、外装容器３３の開口部に封口蓋体３４が樹脂材料等からなるガスケット３８を介して圧入された状態で、外装容器３３の開口部付近を内側に曲げ加工、いわゆるかしめ加工されることで封口蓋体３４が強固に固定されて電池素子３１及び電解液３２を密閉封入させたものである。また、電池３０は、外装容器３３をかしめ加工した際に、外装容器３３の開口部の縁部全周でガスケット３８がはみ出るようにされており、外部負極端子となる外装容器３３と外部正極端子となる封口蓋体３４とが接触しないようにされている。
【００５１】
次に、このような構成の電池３０を充電装置１で急速充電する方法について、図３に示すフローチャートを参照にして説明する。電池３０を急速充電する際は、先ず、使用者が、ステップＳ１において、例えば家庭用交流電源等にコンセント等の電源供給端子を接続させたり、入力部１９装置全体の電源スイッチ等をオンしたりして、充電装置１を使用可能の状態にする。このとき、充電制御部３において、制御回路１８は、ＲＡＭ２１に第１の充電モードで充電させることを示す判定フラグとして「ΔＶ」をセットする。また、制御回路１８は、前回充電を行ったとき等にＲＡＭ２１に記録された充電電圧最低値（Ｖｍｉｎ）等のデータを所定のＶｍｉｎにリセットする。なお、制御回路１８においては、Ｖｍｉｎのデータを例えば使用者が入力部１９より入力することにより所定値としてＲＡＭ２１に記録させることもできる。
【００５２】
次に、使用者は、ステップＳ２において、電池３０を電池保持部４に保持する。電池３０を電池保持部４に保持する際は、電池３０の正極外部端子を正極端子２３で押圧させ、電池３０の負極外部端子を負極端子２４で押圧させるようにして電池３０を脱着可能に保持する。
【００５３】
次に、充電制御部３は、ステップＳ３において、電圧検出回路１６が正極端子２３と負極端子２４との間の電圧を所定の時間間隔で検出し、検出した電圧のデータをＡ／Ｄ変換器１６ａでアナログ信号からデジタル信号に変換して制御回路１８のＣＰＵ２２に所定の時間間隔で出力する。すなわち、充電制御部３は、充電電圧を所定の時間間隔でサンプリングする。以下、電圧検出回路１６より次々とサンプリングされて制御回路１８のＣＰＵ２２に入力される電圧データのことをＶｉｎと記す。
【００５４】
次に、充電装置１は、ステップＳ４において、電池３０が電池保持部４に保持されているか、いないかを電圧検出回路１６でサンプリングされたＶｉｎに基づいて制御回路１８が判定する。このとき、制御回路１８は、電池保持部４に電池３０が保持されているか、いないかの判定の他に、保持されている場合は正負極等が正確に保持されているかも判定する。そして、制御回路１８は、電池３０が電池保持部４に正確に保持されていると判定したとき、ステップＳ５に進む。一方、制御回路１８は、電池３０が電池保持部４に保持されていないと判断、若しくは正確に保持されていないと判定したとき、ステップＳ３及びステップＳ４の処理を繰り返す。
【００５５】
次に、制御回路１８は、ステップＳ５において、ＲＡＭ２１にセットされた判定フラグを判定する。そして、制御回路１８は、判定フラグを「ΔＶ」と判定した場合は、ステップＳ６に進んでＲＯＭ２０に記録されている第１の充電モードのプログラムに則った充電が電池３０に行われるように充電装置１を制御する。一方、判定フラグを「−ΔＶ」と判定した場合は、ステップＳ１２に進み、ＲＯＭ２０に記録されている第２の充電モードのプログラムに則った充電が電池３０に行われるように充電装置１を制御する。
【００５６】
制御回路１８が判定フラグを「ΔＶ」と判定すると、充電装置１は、ステップＳ６において、ＲＡＭ２１に記録されているＶｍｉｎと、電圧検出回路１６により検出されてＣＰＵ２２に送信された最新のＶｉｎとを比較し、ＶｍｉｎとＶｉｎの大小を判定する。そして、充電装置１は、ＶｍｉｎがＶｉｎよりも大きいと判定、すなわち「Ｖｍｉｎ＞Ｖｉｎ」と判定したときはステップＳ７に進み、一方、ＶｍｉｎとＶｉｎとが同じか、若しくはＶｍｉｎがＶｉｎより小さいと判定、すなわち「Ｖｍｉｎ≦Ｖｉｎ」と判定したときはステップＳ１０に進む。
【００５７】
次に、充電装置１は、ステップＳ６で「Ｖｍｉｎ＞Ｖｉｎ」と判定したとき、ステップＳ７において、ＲＡＭ２１に記録されている今までのＶｍｉｎを、電圧検出回路１６よりＣＰＵ２２に送信された最新のＶｉｎに書き換えて新たなＶｍｉｎとして更新した後に、ステップＳ８に進む。
【００５８】
次に、充電装置１は、ステップＳ８において、充電を開始してからの経過時間が予め設定された充電時間に達したか、達していないかを制御回路１８が判定する。そして、充電装置１は、充電経過時間が予め設定された充電時間に達したと判定したとき、ステップＳ９に進む。一方、制御回路１は、充電経過時間が予め設定された充電時間に達していないと判定したとき、ステップＳ３に進み、ステップＳ３以降の処理が再び行われる。なお、充電制御部３において、予め設定された充電時間は、使用者が入力部１９から入力することで所定値としてＲＡＭ２１等に記録される。
【００５９】
次に、充電装置１は、ステップ９において、電池３０の充電状態に係わらず、電池３０が満充電の状態になったと判断し、制御回路１８がスイッチング素子１７を制御して電源回路部２と電池３０との間の電気的な接続をオフの状態にして充電を強制的に終了するか、若しくは電池３０にトリクル充電が行われるように電源回路部２等を制御する。
【００６０】
そして、充電装置１は、ステップＳ６で「Ｖｍｉｎ＞Ｖｉｎ」であると判定する限り、ステップＳ８で所定の充電時間に達するまでステップＳ３〜ステップＳ８の処理を繰り返す。
【００６１】
次に、ステップＳ６で「Ｖｍｉｎ≦Ｖｉｎ」であると判定してステップＳ１０に進んだ場合について説明する。
【００６２】
充電装置１は、ステップＳ１０において、制御回路１８が予め設定された電圧（＋ΔＶ）と、所定時間当たりの電圧上昇分（Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎ）とを比較して大小を判定する。そして、充電装置１は、Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶより小さい、すなわち「Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎ＜＋ΔＶ」と判定した場合、ステップＳ８に進み、上述したステップＳ８以降の処理を行う。そして、充電装置１は、ステップ１０で「Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎ＜＋ΔＶ」であると判定する限り、ステップＳ８で所定の時間に達するまでステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ１０、ステップＳ８の処理を順次繰り返す。
【００６３】
一方、充電装置１は、Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎと＋ΔＶとが同じか、若しくはＶｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶより大きい、すなわち「Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎ≧＋ΔＶ」と判定したとき、ステップＳ１１に進む。なお、充電装置１において、＋ΔＶは、使用者が入力部１９から入力することで所定値としてＲＡＭ２１等に記録される。
【００６４】
次に、充電装置１は、ステップＳ１１において、ＣＰＵ２２がＲＡＭ２１にセットされている「ΔＶ」の判定フラグを第２の充電モードで充電させることを示す「−ΔＶ」に置き換えた後に、ステップＳ８に進み、上述したステップＳ８以降の処理を行う。このとき、制御回路１８は、ＣＰＵ２２がＲＡＭ２１に前回充電を行ったとき等に記録された充電電圧最高値（Ｖｍａｘ）等のデータを所定のＶｍａｘにリセットする。なお、充電制御部３においては、Ｖｍｉｎと同様、Ｖｍａｘのデータを例えば使用者が入力部１９より入力することにより所定値としてＲＡＭ２１に記録される。
【００６５】
そして、充電装置１は、ステップＳ１１からステップＳ８、ステップＳ３、ステップＳ４を介してステップＳ５に進んだ場合、ステップＳ５において、制御回路１８がＲＡＭ２１にセットされた判定フラグを「−ΔＶ」と判定することから、ステップＳ１２に進んでＲＯＭ２０に記録されている第２の充電モードのプログラムに則って電池３０を充電する。
【００６６】
以上で説明したように、充電装置１は、充電が開始されると、図４に示すような充電特性を有する正常な電池３０や、図５に示すような充電特性を有する不活性な状態の電池３０に関係なく、充電制御部３の判定フラグが「ΔＶ」でセットされることから、先ず第１の充電モードで急速充電を行う。なお、図４及び図５は、電池３０を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図であり、縦軸に充電時の電池電圧を示し、横軸に充電経過時間を示している。
【００６７】
充電装置１は、正常な電池３０を急速充電する場合、充電が開始されると、充電を開始してから充電電圧が低下することがなくステップＳ６で「Ｖｍｉｎ≦Ｖｉｎ」と判定してステップＳ１０に進み、ステップＳ１０で「Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎ≧＋ΔＶ」と判定したらステップＳ１１で判定フラグが「−ΔＶ」にセットされた状態でステップＳ８に進み、ステップＳ８で所定の充電時間に達していなければステップＳ３、ステップＳ４を介してステップＳ５に進み、ステップＳ５以降、第２の充電モードで電池３０を充電する。なお、正常な電池３０の場合、充電開始時の電圧がＶｍｉｎとなる。
【００６８】
一方、充電装置１は、不活性な状態の電池３０を急速充電する場合、充電が開始されると、充電開始から充電電圧が低下することからステップＳ６で「Ｖｍｉｎ＞Ｖｉｎ」と判定してステップＳ７に進み、ステップＳ７でＶｉｎを順次新たなＶｍｉｎに更新してステップＳ８に進み、ステップＳ８で所定の充電時間に達していなければステップＳ３に進み、図７中に示す電圧最低点Ａに達するまでステップＳ３〜ステップＳ８の処理を繰り返す充電を行う。そして、充電装置１は、不活性な状態の電池３０の電圧最低点Ａが検出されてからは電池電圧が上昇していくことから、正常な電池３０を急速充電する場合と同様の充電を行う。
【００６９】
すなわち、この充電装置１は、正常な電池３０、不活性な状態の電池３０に関係なく、Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されるまで第１の充電モードで電池３０を急速充電し、Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定したら充電方法を第２の充電モードに切り換えて急速充電する。
【００７０】
ここで、ステップＳ５で判定フラグを「−ΔＶ」と判定してステップＳ１２に進み、電池３０を第２の充電モードで充電する場合について説明する。
【００７１】
判定フラグを「−ΔＶ」と判定すると、充電回路１は、ステップＳ１２において、制御回路１８がＲＡＭ２１に記録されているＶｍａｘと、ＣＰＵ２２に送信された最新のＶｉｎとを比較して大小を判定する。
【００７２】
そして、充電回路１は、ＶｉｎがＶｍａｘより大きいと判定、すなわち「Ｖｍａｘ＜Ｖｉｎ」と判定したときはステップＳ１３に進み、ＶｉｎとＶｍａｘと同じか、ＶｉｎがＶｍａｘより小さいと判定、すなわち「Ｖｍａｘ≧Ｖｉｎ」と判定したときはステップＳ１４に進む。なお、充電制御部３では、ステップＳ１２において、制御回路１８が「Ｖｍａｘ≧Ｖｉｎ」であると判定した場合、電池３０の充電電圧の最高値が電圧検出回路１６によって検出されたことになる。
【００７３】
次に、充電装置１は、ステップＳ１２で「Ｖｍａｘ＜Ｖｉｎ」であると判定したとき、ステップＳ１３において、ＲＡＭ２１に記録されている今までのＶｍａｘを、ＣＰＵ２２に送信された最新のＶｉｎに書き換えて新たなＶｍａｘとして更新し、ステップＳ８に進み、ステップＳ８以降の処理を行う。そして、充電装置１は、ステップＳ１２で「Ｖｍａｘ＜Ｖｉｎ」であると判定する限り、ステップＳ８で所定の充電時間に達するまでステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ８の処理を順次繰り返す。
【００７４】
次に、ステップＳ１２で「Ｖｍａｘ≧Ｖｉｎ」であると判定してステップＳ１４の処理を行った場合について説明する。
【００７５】
充電装置１は、ステップＳ１４において、制御回路１８がＲＡＭ２１に予め設定された所定の電圧（−ΔＶ）と、所定時間当たりの電圧降下分（Ｖｍａｘ−Ｖｉｎ）とを比較して大小を判定する。
【００７６】
そして、充電装置１は、Ｖｍａｘ−Ｖｉｎが−ΔＶより小さいと判定、すなわち「Ｖｍａｘ−Ｖｉｎ＜−ΔＶ」と判定したとき、ステップＳ８に進み、上述したステップＳ８以降の処理を行う。なお、充電回路１は、ステップＳ１４で「Ｖｍａｘ−Ｖｉｎ＜−ΔＶ」であると判定する限り、ステップＳ８で所定の充電時間に達するまでステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ８の処理を順次繰り返す。
【００７７】
一方、充電装置１は、Ｖｍａｘ−Ｖｉｎと−ΔＶとが同じか、若しくはＶｍａｘ−Ｖｉｎが−ΔＶより大きいと判定、すなわち「Ｖｍａｘ−Ｖｉｎ≧−ΔＶ」と判定したときはステップＳ９に進み、電池３０が満充電の状態になったと判断する。
【００７８】
このように、充電装置１は、第１の充電モードの処理で電池３０が充電されて充電制御部３の判定フラグが「−ΔＶ」にセットされた場合、正常な電池３０や、不活性な状態の電池３０に関係なく、第２の充電モードで充電を行う。
【００７９】
すなわち、この充電装置１では、第１の充電モードで判定フラグが「−ΔＶ」がセットされると、ステップＳ１２で「Ｖｍａｘ≧Ｖｉｎ」と判定されることでステップＳ１４に進み、ステップＳ１４で「Ｖｍａｘ−Ｖｉｎ≧−ΔＶ」と判定されることでステップＳ９に進み、電池３０の急速充電を終了するか、電池３０をトリクル充電する。具体的には、電池３０の充電電圧における最高値以降、Ｖｍａｘ−Ｖｉｎが−ΔＶに達したと判定されるまで電池３０を急速充電する。
【００８０】
以上で説明した充電方法では、充電開始以降、充電電圧の最低値を検出した後に、電池３０の充電電圧のＶｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されることで第１の充電モードが第２の充電モードに切り替わり、充電電圧の最高値を検出した後に、電池３０の充電電圧のＶｍａｘ−Ｖｉｎが−ΔＶに達したと判定されたときに初めて満充電と判断して、電池３０の充電の停止又は制御を行う。
【００８１】
したがって、この方法によれば、上述した図５に示すような充電特性を有する不活性な状態の電池３０のように、充電初期に充電末期に発生するような電圧降下が発生しても、電池３０の充電電圧のＶｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定された後でなければ充電の停止や制御が行われないことから、従来にような不活性な状態の電池を急速充電した際に充電初期でＶｍａｘ−Ｖｉｎが−ΔＶに達して満充電になったと判断されて起こる充電不足を防止できる。
【００８２】
すなわち、この方法によれば、図４に示すような充電特性を有する正常な電池３０はもとより、不活性な状態の電池３０にも適切に満充電の状態まで急速充電することができる。
【００８３】
以上では、充電初期に充電電圧が降下していく不活性な状態の電池３０を充電する場合について説明したが、不活性な電池３０の中には、図６に示すように、例えば充電初期で電圧が上昇した後に降下するような充電特性と有するものもある。
【００８４】
このような特性を有する電池３０では、充電初期の電圧上昇が小さいものが多いことから、上述した充電方法で急速充電する場合、例えば＋ΔＶの値を大きく設定することにより充電初期で電圧上昇した際に、Ｖｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されないようにして急速充電させる。これにより、図６に示すような充電特性を有する不活性な状態の電池３０でも、適切に満充電の状態まで急速充電することができる。
【００８５】
また、その他の方法としては、例えば充電を開始してから一定の時間帯はタイマ制御にし、充電初期ではＶｉｎ−Ｖｍｉｎが＋ΔＶに達したと判定されないようにして急速充電する方法等がある。具体的には、例えば上述した充電装置１の充電制御部３等にタイマ回路等を配置し、タイマ回路が作動している充電開始から一定の時間帯においては電池３０の電圧変化に関係なく連続して充電させるようにし、タイマ回路が停止した後、すなわち充電開始から一定の時間帯を経過した後は上述した充電方法で急速充電させる。これにより、図６に示すような充電特性を有する不活性な状態の電池３０でも、適切に満充電の状態まで急速充電することができる。
【００８６】
なお、上述した実施の形態においては、外形形状が略円筒状の電池３０を例に挙げて説明しているが、このことに限定されることはなく、例えばコイン型、ボタン型、ガム型等、様々な形状の二次電池にも適用可能である。さらに、アルカリ二次電池に限らず、リチウムイオン二次電池、ニッケル−亜鉛電池等の二次電池にも適用可能である。
【００８７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電池を充電する際に、電池電圧の最低値を検出し、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定し、電池電圧の最高値を検出した後に、電池電圧の降下分が所定の電圧に達したと判定されたときに初めて満充電と判断され、電池の充電を停止又は制御する。
【００８８】
これにより、本発明によれば、充電初期に充電末期に発生するような電池電圧の降下が発生しても、電池電圧の上昇分が所定の電圧に達したと判定された後でなければ充電の停止や制御が行われないことから、充電初期で電池電圧が降下する不活性な状態の電池を充電した際に起こる充電不足を防止できる。
【００８９】
したがって、本発明によれば、正常な充電特性を有する電池はもとより、充電初期で電池電圧の降下が発生する不活性な電池にも満充電の状態まで適切に充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した充電装置を示す模式図である。
【図２】同充電装置で充電されるアルカリ二次電池の内部構造を示す斜視図である。
【図３】同充電装置でアルカリ二次電池を急速充電する際のフローチャートである。
【図４】アルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図５】不活性な状態のアルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図６】不活性な状態のアルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図７】アルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【図８】不活性な状態のアルカリ二次電池を急速充電した際の電池電圧と充電経過時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  充電装置、２  電源回路部、３  充電制御部、４  電池保持部、５  入力フィルタ、６  整流回路、７  パルス幅変調コンバータ、８  出力検出部、９  パルス幅変調制御回路、１０  トランス、１１，１７  スイッチング素子、１２平滑コンデンサ、１３  ダイオード、１４  フォトカプラ、１５  作動増幅回路、１６  電圧検出回路、１６ａ  アナログ／デジタル変換器、１８  制御回路、１９  入力部、２０  リード・オンリ・メモリ、２１  ランダム・アクセス・メモリ、２２  中央演算処理装置、２３  正極端子、２４  負極端子、３０  アルカリ二次電池、３１  電池素子、３２  電解液、３３  外装容器、３４  封口蓋体
【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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【図８】
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