(57)【要約】【課題】  二次電池の環境温度の高低に影響を受けることなく適切な充電を開始することのできる充電装置を提供する。【解決手段】  電池パック１１を充電するための充電装置１０であって、電池セル１３の温度Ｔｓを検知し温度Ｔｓが低下するときの変化率Ｃが予め設定した設定変化率Ｃｓ以下になったとき電池パック１１の充電を開始する。これにより、電池パック１１の環境温度が比較的高いときであっても長時間待つ必要がなく、電池パック１１の環境温度が比較的低いときには効率良く充電を行なうことができる。【選択図】  図２    
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を充電するための充電装置であって、前記二次電池の温度を検知し前記温度が低下するときの変化率が予め設定した設定変化率以下になったとき前記二次電池の充電を開始することを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記二次電池の前記温度が予め設定した限界温度以下になったとき、前記変化率の如何に拘わらず前記二次電池の充電を開始することを特徴とする請求項1に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の温度に基づいてその二次電池の充電を制御する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から二次電池の温度を検出する温度センサを備えた充電装置が知られている。前記二次電池はその満充電状態で最大電圧値を示す。この最大電圧値は前記二次電池の環境温度により変化することから、この充電装置は、前記二次電池の環境温度を前記温度センサで検出し、環境温度に対応した最大電圧値に達したことで前記二次電池の満充電状態を知ることができ、充電を終了する（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
ところで、前記二次電池はその使用時に放電することにより図５のグラフに特性線Ｇ１、特性線Ｇ２で示されるように温度が上昇していき、その放電が停止すると該二次電池の温度は時間の経過とともに低下し、該二次電池の環境温度に近づいていく。特性線Ｇ１は前記二次電池の環境温度が高い場合の時間と温度変化との関係を示し、特性線Ｇ２は環境温度が低い場合のそれを示す。前記二次電池(例えばニッケル水素二次電池)は放電後に直ちに充電すると、該二次電池の温度が高いときには充電効率が悪くまた該二次電池の劣化を招いてしまう。
【０００４】
このため、放電することにより上昇した前記二次電池の温度が設定温度以下になってから充電を行なうようにした充電装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−４７１６５号公報（第１−１０頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記設定温度はある値に固定的に設定されているので、前記充電装置が置かれた環境温度の影響を受けてしまう。すなわち、前記二次電池の温度は該二次電池の環境温度が高いときには前記設定温度以下になるまで長時間を必要とし、充電効率の向上のためには前記充電装置が前記二次電池の充電を開始するまでに長時間待たなくてはならない。また、前記二次電池の環境温度が低いときには、該二次電池の充電効率がさらに向上するように前記設定温度を下げることが可能であるにもかかわらず前記充電装置は前記設定温度で前記二次電池の充電を開始してしまう。
【０００６】
そこで本発明の目的は、二次電池の環境温度の高低に影響を受けることなく適切な充電を開始することのできる充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、この発明は、基本的に、環境温度の高低に影響を受けにくい温度変化率を利用する。すなわち、本願発明は、二次電池を充電するための充電装置であって、前記二次電池の温度を検知し前記温度が低下するときの変化率が予め設定した設定変化率以下になったとき前記二次電池の充電を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る充電装置によれば、二次電池の温度を検知し温度の変化率が予め設定した設定変化率以下になったとき前記二次電池の充電を開始する。これにより、前記二次電池の環境温度が比較的高いときであっても長時間待つ必要がなく、前記二次電池の環境温度が比較的低いときには効率良く充電を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を図１から図４に示した実施例に沿って詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
図１に示すように、充電装置１０は、充電可能な電池パック１１を充電するための充電台１２を備える。
【００１１】
電池パック１１は、従来よく知られているように二次電池からなる電池セル１３と、緩衝材１４を介して電池セル１３を収容する電池ケース１５とを備える。電池ケース１５には、その下端に充電台１２と電気的に接続されるコネクタピン１６を有するプラグ１７が形成されている。また、電池ケース１５には、電池セル１３の温度を検知する温度センサ１８が設けられている。温度センサ１８としては、例えばサーミスタが用いられる。
【００１２】
充電台１２へのプラグ１７の接続により、電池セル１３および温度センサ１８はプラグ１７の各コネクタピン１６を経て充電台１２の後述する基板の充電制御回路にそれぞれ電気的に接続される。
【００１３】
充電台１２はケース１９を有する。ケース１９には電源(図示せず)に接続された充電制御回路２０を有する基板２１が配置されている。ケース１９には、電池セル１３の充電状態などを表示する表示部２２が設けられ、プラグ１７を受け入れる差込口２３が形成されている。差込口２３にはプラグ１７と嵌合するコネクタ２４が設けられ、コネクタ２４には、その嵌合時にプラグ１７のコネクタピン１６と電気的に接続する接点２５が形成されている。充電制御回路２０は、基盤２１を介してコネクタ２４の接点２５および表示部２２と電気的に接続されている。
【００１４】
従来よく知られているように、充電時には電池パック１１が、該電池パックのプラグ１７を充電台１２のコネクタ２４と整合するように差込口２３に差し込まれ、充電制御回路２０と電気的に接続される。プラグ１７はコネクタ２４と嵌合することで電池パック１１を充電台１２に固定する。充電制御回路２０は後述する条件を満たしたときに電池パック１１に設けられた電池セル１３の充電を開始する。表示部２２には電池セル１３の充電状態についての情報が表示され、充電装置１０の使用者は電池セル１３の充電の状態を知ることができる。
【００１５】
図２は、本実施例における電気回路の構成を概略的に示すブロック図である。
【００１６】
図２に示すように、充電制御回路２０は、演算制御回路２６とメモリ２７とを有する。演算制御回路２６は、メモリ２７と電池セル１３の温度を検出する温度センサ１８と電池セル１３を充電する充電回路２８とに接続されている。
【００１７】
温度センサ１８は、電池セル１３の温度Ｔｓに応じた電気信号を検出信号として演算制御回路２６に出力する。
【００１８】
メモリ２７には、第一の限界温度Ｔｕ、設定変化率Ｃｓ、第二の限界温度Ｔｍ等についての情報が記憶されている。
【００１９】
第一の限界温度Ｔｕは、該第一の限界温度よりも電池セル１３の温度Ｔｓが低いときには電池セル１３の充電が効率良く、且つ電池セル１３の充電に際しその劣化に大きな影響を与えることのない限界温度である。本実施例においては、例えば３０℃に設定されている。
【００２０】
設定変化率Ｃｓは、時間に対する電池セル１３の温度Ｔｓの低下による変化を示す変化率Ｃの閾値である。ここで、電池セル１３の温度Ｔｓの特性を示すグラフについて説明する。図３に示したグラフの横軸が時間、その縦軸が温度を表す。温度軸に示されたＴ１は比較的低い環境温度を、Ｔ２はこれよりも高い環境温度を示す。図３のグラフに示す特性線Ｔｓ１および特性線Ｔｓ２は、共に電池セル１３の温度Ｔｓの時間に対する温度特性を示す。特性線Ｔｓ１は、環境温度Ｔ１下で電池パック１１が放電開始から放電を停止して充電開始に至る間の電池セル１３の温度特性を示し、特性線Ｔｓ２は電池パック１１が環境温度Ｔ２下にある場合の同様な温度特性を示す。電池セル１３の温度Ｔｓは、特性線Ｔｓ１、Ｔｓ２が示すように放電が開始されると急激に上昇し、放電が停止すると穏やかな各曲線に沿ってゆっくりと低下していく。このときの時間ｔ１からｔ２までの特性線Ｔｓ１における電池セル１３の温度Ｔｓの変化率Ｃは、次式（１）で表せる。
【００２１】
Ｃ＝（ａ−ｂ）/（ｔ１−ｔ２）  ・・・・（１）
電池セル１３の温度Ｔｓの特性線Ｔｓ１、Ｔｓ２が示すように、温度Ｔｓは放電開始から上昇を始め、上昇した温度Ｔｓは放電停止時から低下していき環境温度Ｔ１、Ｔ２に近づくにつれて時間に対する温度の低下の幅が小さくなる。すなわち、電池セル１３の温度Ｔｓの低下するときの変化率Ｃが徐々に小さくなり、この変化率Ｃが０に近づいていく。また、図３に示すように、同じ時間放電された特性線Ｔｓ１と特性線Ｔｓ２とは環境温度が異なるにも拘わらず時間に対して同一の変化態様で推移している。
【００２２】
電池セル１３の温度Ｔｓの低下時の閾値である設定変化率Ｃｓは、この特性を利用して変化率Ｃの閾値を規定することで電池パック１１の環境温度の高低に拘わらず電池パック１１の環境温度から見て略一定の温度差となる電池セル１３の温度Ｔｓを得るためのものである。これにより電池パック１１の環境温度を検出することなく電池パック１１の環境温度から見て略一定の温度差となる電池セル１３の温度Ｔｓを得ることができる。
【００２３】
充電効率および充電による電池セル１３への劣化の影響を考慮すると、電池セル１３を充電する時には電池セル１３の温度Ｔｓが比較的低い温度であることが望ましく、電池セル１３の温度Ｔｓは環境温度まで低下し得る。しかし、電池セル１３の温度Ｔｓが環境温度まで低下するには、特性線Ｔｓ１、Ｔｓ２が示すように長時間必要とする。そこで、電池パック１１の環境温度から見て略一定の温度差となる電池セル１３の温度Ｔｓとなったときに電池セル１３の充電を開始すると、長時間待つことなく電池パック１１の環境温度において比較的充電効率が高く、充電による電池セル１３への劣化の影響の少ない電池セル１３の充電をすることができる。
【００２４】
電池セル１３の温度Ｔｓの低下時の閾値である設定変化率Ｃｓは、本実施例においては、例えば０．２に設定され、変化率Ｃが次式(２)の値であるとき
０≧Ｃ≧−０．２(℃/５ｍｉｎ)    ・・・・（２）
すなわち電池セル１３の温度の減少値が５分間で０．２以下あるいは減少値が０(電池セル１３の温度Ｔｓが変化せず)であるときに電池セル１３の充電を開始する。
【００２５】
第二の限界温度Ｔｍは、該第二の限界温度よりも電池セル１３の温度Ｔｓが高いときに電池セル１３を充電すると充電効率が低く電池セル１３の劣化への影響が大きい温度である。本実施例においては、例えば４５℃に設定されている。
【００２６】
再び図２を参照する。演算制御回路２６は、温度センサ１８から出力された検出信号から電池セル１３の温度Ｔｓを検知し、必要に応じてメモリ２７に記憶された情報と比較演算する。演算制御回路２６は、その比較演算の結果ある条件を満たしたときに電池セル１３の充電の開始を指示する旨の信号を充電回路２８に出力する。
【００２７】
充電回路２８は、演算制御回路２６から充電の開始を指示する旨の信号を受けると電池セル１３の充電を開始する。
【００２８】
次に充電制御回路２０での充電を開始するまでの工程を図４のフローチャートに沿って説明する。
【００２９】
演算制御回路２６は、電池パック１１に設けられた温度センサ１８から送られた信号に基づき電池セル１３の温度Ｔｓを検知する。（ステップＳ１）
演算制御回路２６は、電池セル１３の温度Ｔｓとメモリ２７に予め記憶された第一の限界温度Ｔｕとを比較する。（ステップＳ２）
電池セル１３の温度Ｔｓが第一の限界温度Ｔｕ以下である場合には、電池セル１３の充電が効率良くでき、且つ電池セル１３の劣化に影響のない充電をすることができるので、直ちに充電できることから充電開始のステップＳ５に進む。電池セル１３の温度Ｔｓが第一の限界温度Ｔｕよりも高い場合には、より充電効率を高め、充電による電池セル１３の劣化への影響を減らすために変化率Ｃを判定するステップＳ３に進む。
【００３０】
電池セル１３の温度Ｔｓが第一の限界温度Ｔｕよりも高いときは、演算制御回路２６は、電池セル１３の温度Ｔｓの一定時間毎における変化率Ｃを求め予め設定されメモリ２７に記憶された設定変化率Ｃｓと比較する。（ステップＳ３）
電池セル１３の温度Ｔｓの低下による変化率Ｃが設定変化率Ｃｓ以下である場合には、電池パック１１の環境温度において比較的充電効率が高く、充電による電池セル１３への劣化の影響が少ないため電池セル１３の充電をすることができる。演算制御回路２６が、変化率Ｃは設定変化率Ｃｓ以下であると判断すると、続いて第二の限界温度Ｔｍと比較するステップＳ４に進む。
【００３１】
他方、電池セル１３の温度Ｔｓの変化率Ｃが設定変化率Ｃｓよりも大きい場合には、充電効率および充電による電池セル１３の劣化への影響に問題があるのでステップＳ１に戻り、電池セル１３の温度Ｔｓの低下による変化率Ｃが設定変化率Ｃｓ以下となるかまたは電池セル１３の温度Ｔｓが第一の限界温度Ｔｕ以下となるまで同じ動作を繰り返す。
【００３２】
電池セル１３の温度Ｔｓの低下による変化率Ｃが設定変化率Ｃｓ以下であるときは、演算制御回路２６は、電池セル１３の温度Ｔｓとメモリ２７に予め記憶された第二の限界温度Ｔｍとを比較する。（ステップＳ４）
電池セル１３の温度Ｔｓが第二の限界温度Ｔｍよりも低い場合には、充電効率および充電による電池セル１３の劣化への影響に問題はないので充電開始のステップＳ５に進む。電池セル１３の温度Ｔｓが第二の限界温度Ｔｍよりも高い場合には、電池セル１３を充電すると充電効率が低く電池セル１３の劣化への影響が大きいのでステップＳ１に戻り、電池セル１３の温度Ｔｓが第二の限界温度Ｔｍよりも低くなるまで同じ動作を繰り返す。
【００３３】
したがって、第一の限界温度Ｔｕ、設定変化率Ｃｓおよび第二の限界温度Ｔｍの基準を満たしたとき、演算制御回路２６は電池セル１３の充電開始条件を満たしたものと判断し電池セル１３の充電の開始を指示する旨の信号を充電回路２８に出力する。これにより充電回路２８は電池セル１３の充電を開始する。（ステップＳ５）
本発明に係る充電装置１０では、電池パック１１の電池セル１３の温度Ｔｓが、電池セル１３を充電しても該電池セルの劣化に対して影響を与えず充電効率も高くなる第一の限界温度Ｔｕ以下であるとき、本実施例では例えば３０℃以下のときには即座に充電が開始される。
【００３４】
また、電池セル１３の温度Ｔｓが、電池セル１３を充電すると該電池セルの劣化に対して大きな影響があり充電効率が悪くなる第二の限界温度Ｔｍ以上であるとき、本実施例では例えば４５℃以上のときには充電を開始せず、電池セル１３の温度Ｔｓが第二の限界温度Ｔｍ以下(４５℃以下)になるまで充電の開始を待つ。
【００３５】
電池パック１１の電池セル１３の温度Ｔｓが第一の限界温度Ｔｕと第二の限界温度Ｔｍとの間にある場合、本実施例では例えば３０℃から４５℃の範囲にある場合には、ある一定時間に対する電池セル１３の温度Ｔｓの変化率Ｃにより充電が開始される。電池セル１３の温度Ｔｓの低下による変化率Ｃが、設定変化率Ｃｓ以下、本実施例においては、例えば０＞Ｃ≧−０．２(℃/５ｍｉｎ)になったときに充電を開始する。このため、電池セル１３の環境温度の高低に拘わらず電池セル１３の環境温度から見て略一定の温度差となる電池セル１３の温度Ｔｓで充電を開始する。
【００３６】
これにより同じ放電時間で使用された電池セル１３では、電池セル１３の環境温度の高低に拘わらず放電停止から略同じ時間が経過したときに充電を開始することができる。さらに電池パック１１の環境温度から見て略一定の温度差となる温度で電池セル１３の充電を開始するので、長時間待つことなく電池パック１１の環境温度において比較的充電効率が高く、充電による電池セル１３への劣化の影響が少ない。
【００３７】
したがって、本発明によれば、二次電池の環境温度の高低に影響を受けることなく適切な充電を開始することのできる充電装置を提供できる。
【００３８】
なお、本実施例では、電池パック１１の電池セル１３の温度Ｔｓが低下するとき、この温度の変化率Ｃが設定変化率Ｃｓ以下であることを変化率Ｃによる充電開始の条件としていた。また、変化率Ｃが０すなわち電池セル１３の温度Ｔｓが電池パック１１の環境温度になっているときは電池セル１３の温度Ｔｓが第二の限界温度Ｔｍ以下であることを条件とし、電池セル１３の温度Ｔｓが第二の限界温度Ｔｍ以下であれば充電を開始させることができる。
【００３９】
また、本実施例では、電池パック１１の電池セル１３の温度Ｔｓが、電池セル１３を充電しても該電池セルの劣化に対して影響を与えず充電効率も高くなる第一の限界温度Ｔｕ以下である場合には変化率Ｃに拘わらず充電を開始したが、これを不要とすることができる。しかしながら、電池セル１３の温度Ｔｓが第一の限界温度Ｔｕ以下であり充電効率および充電による電池セル１３への劣化の影響がないときには変化率Ｃによる判定は必要ないので、該変化率を求めるための一定の時間の経過(本実施例では、例えば５分間)を待つことなく充電が開始できることから第一の限界温度Ｔｕによる判定をすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る充電装置の断面図である。
【図２】本発明に係る充電装置の実施例における電気回路の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】電池セルの温度の特性を示すグラフである。
【図４】充電制御回路での充電を開始するまでの工程を示すフローチャートである。
【図５】電池セルの温度の特性と従来の充電開始温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  充電装置
１３  (二次電池としての)電池セル
Ｔｓ  電池セルの温度
Ｃ  変化率
Ｃｓ  設定変化率
Ｔｕ  (限界温度としての)第一の限界温度
【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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