(57)【要約】【課題】二次電池を充電電圧供給手段により所定の充電電圧で所定時間充電した後、二次電池への電圧供給手段を切り換えて、該二次電池をチェック電圧供給手段によりチェック電圧で微小時間印加し、この微小時間の間に電流検出手段で該二次電池に流れる電流値を検出して、電流判定手段で該電流値が充電完了基準電流値より大きいと判定されれば上記の充電フローを繰り返し、該電流値が充電完了基準電流値以下と判定されれば二次電池の充電を停止する二次電池の充電装置において、二次電池の充電率が完全に１００％になるように充電することが課題である。【解決手段】前記二次電池の充電装置３に、前記電流判定手段４ｃによる判定で二次電池１の充電を停止した後、該二次電池１に所定の電気量を供給して追い充電を行う追い充電手段を設ける。【選択図】図４
2005117726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に充電状態をチェックするためのチェック電圧を供給するチェック電圧供給手段と、
二次電池に該チェック電圧よりも高い所定の充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、
二次電池を印加する電圧供給手段を、前記充電電圧供給手段、又は前記チェック電圧供給手段に切り換える切換手段と、
二次電池に通電される電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流値と予め入力設定された充電完了基準電流値とを比較判定する電流判定手段と、
を備え、
二次電池を前記充電電圧供給手段により所定の充電電圧で所定時間充電した後、前記切換手段を切り換えて、該二次電池を前記チェック電圧供給手段によりチェック電圧で微小時間印加し、この微小時間の間に前記電流検出手段で該二次電池に流れる電流値を検出して、前記電流判定手段で該電流値が前記充電完了基準電流値より大きいと判定されれば上記の充電フローを繰り返し、該電流値が前記充電完了基準電流値以下と判定されれば二次電池の充電を停止する二次電池の充電装置において、
前記電流判定手段による判定で二次電池の充電を停止した後、該二次電池に所定の電気量を供給して追い充電を行う追い充電手段を備えたことを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池の充電装置において、
二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度値と、予め入力設定された上限温度値とを比較判定する温度判定手段と、
を備え、
前記温度判定手段によって、前記温度検出手段で検出した温度値が前記上限温度値以上と判定された場合に、二次電池の充電を停止することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の二次電池の充電装置において、
二次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧値と、予め入力設定された判定基準電圧値とを比較判定する電圧判定手段と、
を備え、
前記電圧判定手段によって、前記電圧検出手段で検出した電圧値が前記判定基準電圧値以上と判定された場合に、二次電池の充電を停止することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうち何れか一項に記載の二次電池の充電装置において、
充電時間を計測するタイマーと、
前記タイマーによって計測された時間と予め入力設定された設定時間とを比較判定する時間判定手段と、
を備え、
前記時間判定手段によって、前記タイマーで計測した時間が前記設定時間以上と判定された場合に、二次電池の充電を停止することを特徴とする二次電池の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電装置に関し、詳しくは、二次電池の充電率が完全に１００％になるように充電する充電装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ポータブル機器の発達に伴い、カセットテープレコーダー、ＶＴＲ、コンピュータなどの電子機器、携帯電話などの通信機器、電動工具などの動力機器などの電源に、二次電池の使用が増加している。ユーザにとっては、これらの機器に使用する二次電池はできるだけ反復使用ができ、コスト面での負担が軽減できるものでありたい。
【０００３】
ところで、この二次電池を充電する際、二次電池の内部で生じる起電反応や放電反応は、化学的反応、電気的反応、及びこれら両反応が相互に関わる複雑なエネルギー変換とエネルギー授受とが伴い、また、そこにはこれら種々の反応に対する時間的要素が介在する。従って、これらの反応を考慮しながら充電を行う必要があり、過度に電流を流して充電を行えば、意図しない発熱反応や、膨潤等の異常で、電池の内部構造を破壊してしまう場合がある。また、そこまでには至らないにしても、この二次電池の内部構造を劣化させ、電池寿命は縮まり、サイクル使用回数を減少させてしまうことになる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、二次電池を適正に充電するための充電装置として、次のような技術が開示されている。
この二次電池の充電装置は、二次電池の定電流による充電電圧の負の電位差を検出する電圧検出回路と、該二次電池の定電流に伴う単位時間当りの電池温度の変化（温度微分値）を検出する温度検出回路と、該電圧検出回路で検出した負の電位差及び温度微分値と予め設定した各基準値とをそれぞれ対比して、充電スイッチを制御する充電制御回路とで構成され、検出された負の電位差及び温度微分値が、予め選択設定した基準となる負の電位差及び温度微分値に到達したときを充電の終了として制御している。
【０００５】
このように特許文献１に開示されている充電装置では、その制御部で電池電圧の検出値、あるいはその温度値を制御量として二次電池の充電状態を監視して、充電終了状態を判定している。
【０００６】
しかしながら、このような充電終了状態の判定方法を二次電池の状態を無視して単純に適用していくと、次のような種々の不都合が生じることになる。
まず、二次電池の電極種や電解質種の違い、電池構造の違い等、二次電池の種類によって充電時における特性は異なり、また、同一種、同型番の二次電池であっても、充電時の環境条件の違い、二次電池の使用履歴、電気化学的遍歴等によってその特性が大きく異なる。このため、従来のような同一パターンでの充電は結果的に過充電となることがあり、これによって、二次電池の内部で異常な化学反応を引き起こして発熱し、電気エネルギーが熱エネルギーに変換されるため充電効率が低下するといった問題点がある。さらに、このときガスの発生により二次電池の内圧が上昇して漏液する危険性もある。この結果、充電／放電の繰り返しに必要な二次電池の内部構造に欠陥が生じ、そのサイクル寿命が縮まってしまうという問題点が生じている。
【０００７】
また、二次電池の充電時間は出来る限り短いことが望ましいが、前記したような同一パターンでの充電では、二次電池の種類によっては充電時における印加電圧がその定格値よりも低いことがあり、この場合は特に、充電が完了するまでにかなりの時間を要するという問題点がある。
【０００８】
そこで、前記の問題点を鑑み、本願と同出願人により、二次電池の未充電又は過充電を防止し、適正に充電を行うことができるとともに、充電時間を大幅に短縮した二次電池の充電装置が発明されている。
【０００９】
この発明は、特許文献２で開示されており、次のように構成されている。
特許文献２の充電装置は、二次電池に充電状態をチェックするためにその二次電池の満充電平衡電圧値を供給するチェック電圧供給手段と、該満充電平衡電圧値以上の電圧であって、充電率が略０％の二次電池に電圧を印加して、印加電圧を上昇させていったときに、該印加電圧に対する充電電流の増加率が減少していき、充電電流が上昇しなくなったときの、不可逆化学反応領域外での所定の電流値に対応するその二次電池に特有の充電印加電圧値を供給する充電電圧供給手段と、二次電池を印加する電圧供給手段を、前記充電電圧供給手段、又は前記チェック電圧供給手段に切り換える切換手段と、二次電池に通電される電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値と予め入力設定された充電完了基準電流値とを比較判定する電流判定手段と、を備え、以下の流れに従って二次電池の充電を制御している。
【００１０】
まず、ユーザが充電開始操作を行うと、充電装置にセットされた二次電池は前記充電電圧供給手段によって前記特有の充電印加電圧値が一定時間継続して印加される。そして、この一定時間が経過した後、前記切換手段によって二次電池への印加電圧が前記満充電平衡電圧値に切り換えられる。前記電流検出手段によって、この満充電平衡電圧値で二次電池が微小時間印加されている間に、該二次電池に通電されている電流値が検出されて、前記電流判定手段によりこの検出された電流値が前記の充電完了基準電流値と比較される。そして、検出された電流値が充電完了判定基準電流値より大きいときは、再び、二次電池を前記特有の充電印加電圧値で印加して、上述のフローを繰り返し、一方、検出された電流値が充電完了基準電流値以下のときには、ここで二次電池の充電を停止するように制御している。
【００１１】
この特許文献２に開示されている充電装置によれば、二次電池の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすことがなく、満充電状態まで適正に充電を行うことができ、二次電池の内部構造を傷めない結果、サイクル寿命を５０００回以上に向上させることができる。特に、この充電装置での主なる充電は、満充電平衡電圧値以上の特有の充電印加電圧値で行うため、かなり大きな充電電流を流すことができて、充電時間の３０分以内にまで短縮することができる。
【００１２】
【特許文献１】特開平８−９５６３号公報
【００１３】
【特許文献２】特許第３４３０４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
下記の表１は単３型ニッケル−水素二次電池の蓄電容量（表示容量）と満充電平衡電圧値等との関係を示す表であり、正極・負極の電極種が同一種類の二次電池において、満充電平衡電圧値は蓄電容量によって異なり、また、同じ蓄電容量が表示されていても製造メーカによって微妙に異なる。
【００１５】
【表１】
2005117726.tif 000003
【００１６】
従って、特許文献２に開示されている充電装置では、実用上、ニッケル−水素二次電池に対して、製造メーカや機種などが異なる二次電池の満充電平衡電圧値のうち最も低い満充電平衡電圧値のＢ社製の機種Ｘの満充電平衡電圧値１．４４４〔Ｖ（ボルト）〕が設定されている。
しかし、この１．４４４〔Ｖ〕の満充電平衡電圧値で充電状態をチェックしながら充電を行って、前記電流判定手段による判定で充電を終了した場合に、Ｎ社製の機種Ｘの二次電池は充電率が１００％丁度に達しているが、機種Ｕ、Ｗ、Ｙ、Ｚのようにそれ以外の機種の二次電池については、充電率が１００％に満たないという問題点がある。
【００１７】
確かに、特許文献２の充電装置では、製造メーカや機種など二次電池の種類に関わらず、どの二次電池に対しても、充電過程で過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすことなく、充電率が１００％、若しくは１００％近くまで充電することが可能であるが、産業界では、二次電池を電源とする機器の連続使用時間をできるだけ長くするためにも、充電率が完全に１００％まで充電することが可能な充電装置が要望されており、また、この完全に１００％まで充電が可能な充電装置はユーザに対しても好印象を与える。
【００１８】
そこで、本発明では、このような点を鑑み、特許文献２に開示されている充電装置を改良して、充電過程で過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすことなく急速に充電を行うことができることを前提に、充電率が完全に１００％になるように充電することができる二次電池の充電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以上、発明が解決しようとする課題であり、次に、この課題を解決するための手段を説明する。
まず、請求項１に記載のように、二次電池に充電状態をチェックするためのチェック電圧を供給するチェック電圧供給手段と、二次電池に該チェック電圧よりも高い所定の充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、二次電池を印加する電圧供給手段を、前記充電電圧供給手段、又は前記チェック電圧供給手段に切り換える切換手段と、二次電池に通電される電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値と予め入力設定された充電完了基準電流値とを比較判定する電流判定手段と、を備え、二次電池を前記充電電圧供給手段により所定の充電電圧で所定時間充電した後、前記切換手段を切り換えて、該二次電池を前記チェック電圧供給手段によりチェック電圧で微小時間印加し、この微小時間の間に前記電流検出手段で該二次電池に流れる電流値を検出して、前記電流判定手段で該電流値が前記充電完了基準電流値より大きいと判定されれば上記の充電フローを繰り返し、該電流値が前記充電完了基準電流値以下と判定されれば二次電池の充電を停止する二次電池の充電装置において、前記電流判定手段による判定で二次電池の充電を停止した後、該二次電池に所定の電気量を供給して追い充電を行う追い充電手段を備えたことを特徴とする二次電池の充電装置を備えた構成とする。
【００２０】
また、請求項２に記載のように、請求項１に記載の二次電池の充電装置において、二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によって検出された温度値と、予め入力設定された上限温度値とを比較判定する温度判定手段と、を備え、前記温度判定手段によって、前記温度検出手段で検出した温度値が前記上限温度値以上と判定された場合に、二次電池の充電を停止する構成とする。
【００２１】
そして、請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２に記載の二次電池の充電装置において、二次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧値と、予め入力設定された判定基準電圧値とを比較判定する電圧判定手段と、を備え、前記電圧判定手段によって、前記電圧検出手段で検出した電圧値が前記判定基準電圧値以上と判定された場合に、二次電池の充電を停止する構成とする。
【００２２】
さらに、請求項４に記載のように、請求項１から請求項３のうち何れか一項に記載の二次電池の充電装置において、充電時間を計測するタイマーと、前記タイマーによって計測された時間と予め入力設定された設定時間とを比較判定する時間判定手段と、を備え、前記時間判定手段によって、前記タイマーで計測した時間が前記設定時間以上と判定された場合に、二次電池の充電を停止する構成とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上、本発明の解決手段であり、次に本発明よる効果を説明する。
まず、請求項１に記載の発明によれば、前記追い充電手段により、前記電流判定手段による判定で二次電池の充電を停止した後、該二次電池に所定の電気量を供給して追い充電を行うことで、二次電池の充電率が完全に１００％になるように充電することができ、充電精度が向上する。
【００２４】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記追い充電手段による二次電池の追い充電が完了する前に、前記温度判定手段によって、前記温度検出手段で検出した二次電池の温度値が前記上限温度値以上と判定された場合、すなわち、二次電池の温度が正常の範囲を超えて上昇した場合に、二次電池の充電を強制的に停止することで、二次電池の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）が起こるのを未然に防ぎ、信頼性が向上する。
【００２５】
そして、請求項３に記載の発明によれば、前記追い充電手段による二次電池の追い充電が完了する前に、前記電圧判定手段によって、前記電圧検出手段で検出した電圧値が前記判定基準電圧値以上と判定された場合、すなわち、二次電池の電池電圧が正常の範囲を超えて上昇した場合に、二次電池の充電を強制的に停止することで、二次電池の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）が起こるのを未然に防ぎ、信頼性が向上する。
【００２６】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、前記追い充電手段による二次電池の追い充電が完了する前に、前記時間判定手段で、前記タイマーで計測した時間が前記設定時間以上と判定された場合、すなわち、充電率０％の二次電池を充電率１００％の満充電状態まで充電するのに要する時間を超えている場合に、二次電池の充電を強制的に停止することで、二次電池の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）が起こるのを未然に防ぎ、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、図面を参照しながら本発明の実施の一形態を説明する。
図１は二次電池の充電装置３の制御構成を示すブロック図であり、この充電装置３は、二次電池１の充電を制御するための制御手段４と、二次電池１にその二次電池１に特有の充電印加電圧値Ｅｓを供給する充電電圧供給手段５と、二次電池１に満充電平衡電圧値Ｅｅｑを供給するチェック電圧供給手段６と、二次電池１に電圧を供給する電圧供給手段を、充電電圧供給手段５又はチェック電圧供給手段６に切り換える切換手段７と、二次電池１に通電される電流値を検出する電流検出手段８と、二次電池１の電池電圧（端子間電圧）を検出する電圧検出手段９と、二次電池１の温度を検出する温度検出手段１０と、ユーザが充電開始操作等を行うための操作手段１１と、二次電池１の充電完了等を報知する報知手段１２と、を備えている。
なお、この報知手段１２は、表示ランプの点灯などによりユーザに視覚を通じて報知するように構成しているが、ブザー音や音声ガイド等によりユーザに聴覚を通じて報知するように構成してもよく、報知手段１２の構成は特に限定はしないものとする。
【００２８】
前記制御手段４は、各種制御情報を記憶する記憶手段（メモリ）４ａと、充電時間又は電圧印加時間を計測するタイマー４ｂと、前記電流検出手段８によって検出した電流値に基づいて充電完了を判定する電流判定手段４ｃと、前記電圧検出手段９によって検出した二次電池１の電池電圧に基づいて過充電の畏れを判定する電圧判定手段４ｄと、前記温度検出手段１０によって検出した温度値に基づいて過充電の畏れを判定する温度判定手段４ｅと、前記タイマー３ｂによって計測した時間に基づいて過充電の畏れを判定する時間判定手段４ｆ等を備えており、これらの判定手段４ｃ・４ｄ・４ｅ・４ｆは、具体的には、制御プログラムとして制御手段４に組み込まれている。
【００２９】
記憶手段４ａには、予め試験などで求めた二次電池１の種類、蓄電容量又は機種等による満充電平衡電圧値Ｅｅｑと、該満充電平衡電圧値Ｅｅｑよりも高いその二次電池１に特有の充電印加電圧値Ｅｓ（充電率が略０％の二次電池１に電圧を印加して、印加電圧を上昇させていったときに、印加電圧の上昇に対する充電電流の増加の割合（ΔＩ／ΔＥ）が減少していき、充電電流が上昇しなくなったときの不可逆化学反応領域外Ｄでの電流ピーク値Ｉｓｏに対応する特有の充電印加電圧値Ｅｓ）とが記憶されている。
【００３０】
ここで言う、二次電池１とは、充放電を繰り返し行うことができる電池をいい、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄え、また、逆に蓄えた化学エネルギーを電気エネルギーに変換して利用される電池のことをいう。二次電池１のうちで実用的に使用されている代表的なものとしては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、リチウムイオン電池、鉛電池等が挙げられ、本発明の充電装置３はこれらの二次電池１の充電が可能である。
【００３１】
次に、本発明の充電装置３の充電対象となるニッケル−カドミウム電池を例にとり、二次電池１の充電特性を説明する。
ニッケル−カドミウム電池はオキシ水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＯＨ））を用いる正極と、カドミウム（Ｃｄ）を用いる負極とを、合成樹脂製のセパレータで隔離して、アルカリ電解液とともに密閉式の電池容器に収納した蓄電池である。電解質は導電率の高い水酸化カリウムを主成分とする水溶液であり、正極の特性を向上させるため、必要に応じて水酸化リチウムや水酸化ナトリウム等が添加される。
このニッケル−カドミウム電池の起電反応式であるが、正極の反応は、次の一般式（化学反応式（１））で表される。
【００３２】
【化１】
2005117726.tif 000004
【００３３】
また、負極の反応は、次の一般式（化学反応式）で表される。
【００３４】
【化２】
2005117726.tif 000005
【００３５】
放電において前記正極の反応では、オキシ水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＯＨ））と水（Ｈ２Ｏ）、および正極からの電子（ｅ−）が反応して、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）が生成し、一方、負極の反応では、カドミウム（Ｃｄ）が、正極で生成されセパレータを透過した水酸化イオン（ＯＨ−）と反応して、水酸化カドミウム（Ｃｄ（ＯＨ）２）と電子（ｅ−）を生成し、この電子（ｅ−）は外部負荷を通過して正極へ供給される。
【００３６】
前記サイクルで電子（ｅ−）が外部負荷を通過する過程で仕事として利用される。従って、このサイクルが上手く回るということは、正極に水（Ｈ２Ｏ）が豊富にあり、生成物である水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）の濃度が低く、負極では水酸化カドミウム（Ｃｄ（ＯＨ）２）の濃度が低いことである。これを数式で表現すると次式（数式（１））となる。
【００３７】
【数１】
2005117726.tif 000006
【００３８】
ここで、Ｅ０は標準起電力であり、正極、負極を構成する物質によって決まる定数で、それらの量には依存しない。ニッケル−カドミウム電池の場合、この標準起電力Ｅ０は約１．２〔Ｖ〕である。また、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデー数である。
【００３９】
前記数式（１）が示すように、正極では水（Ｈ２Ｏ）の濃度Ｃａｑが高く、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）の濃度ＣＮが低いほど、起電力Ｅｅｍｆは大きくなり、負極では水酸化カドミウム（Ｃｄ（ＯＨ）２）の濃度ＣＣが低いほど、起電力Ｅｅｍｆは大きくなる。起電力Ｅｅｍｆが大きいことは、蓄電量が大きいことである。
【００４０】
ところで、二次電池１の充電状態を的確に知るには、図２に示す回路を用いればよい。この回路は、二次電池１に可変電源２０を接続し、この可変電源２０の電位を、二次電池１の起電力Ｅと平衡する電位に調整するように構成している。すなわち、このとき電流計２１による検出電流が±０〔ｍＡ（ミリアンペア）〕となるように可変電源２０を調整することで、電圧計２２により二次電池１の起電力Ｅｅｍｆが間接的に測定される。こうして、二次電池１の満充電状態での起電力Ｅｅｍｆを、各種類、又は各機種ごとに測定して、そのデータを制御手段４の記憶手段４ａに入力しておく。
【００４１】
次に、本発明の充電方法を説明する上で基本となる二次電池１の充電電圧と充電電流との特性について、図３のグラフに基づいて説明する。
図３におけるグラフの横軸には電池端子電圧を、また縦軸には充電電流をとっており、充電率が異なる各二次電池１の電圧一電流特性をそれぞれ示している。
【００４２】
すなわち、図３における破線で示す曲線は、二次電池１の充電率が略０％の状態（電池がなくなった状態）を示しており、この場合は標準電圧Ｅ０（公称電圧）より低い電圧Ｅαを印加しても充電電流が流れ出す。また、印加電圧を開放電圧Ｅαから上昇させていくにつれて、略それに比例して二次電池１に流れる充電電流も増大するが、所定の電圧（電圧一電流曲線における変曲点）を過ぎると、印加電圧に対する充電電流の増加率（ΔＩ／ΔＥ）は減少し、やがて、印加電圧を上昇させても充電電流は殆ど上昇しなくなり、充電電流は電流ピーク値Ｉｓｏに到達する。
【００４３】
この（印加電圧に対する充電電流の増加率（ΔＩ／ΔＥ）が０となったとき）の電流ピーク値Ｉｓｏに対応する印加電圧値はＥｓとなり、この特有の充電印加電圧値Ｅｓは二次電池１の種類や二次電池１の劣化状態などによって決まる二次電池１に固有の電圧値となる。この後、さらに印加電圧を上昇させても、充電電流はしばらくはＩｓｏのままで上昇はしないが、二次電池１の内部で負性抵抗特性が現れて、急激な温度上昇を来たすようになり、やがて、充電電流は印加電圧の上昇に伴って、再び上昇し始める。
【００４４】
この充電率が略０％の二次電池１に印加する印加電圧が前記特有の充電印加電圧値Ｅｓを越えると、該二次電池１は、内部で活物質の酸化還元反応がさらに進んで、電気分解反応を惹き起こす不可逆化学反応領域Ｄに突入する。
また、図３の一点鎖線で示す充電率が約５０％の二次電池１では、印加電圧を（０〔Ｖ〕から）上昇させていったときに二次電池１に充電電流が流れ始める開放電圧Ｅβは、充電率が略０％の二次電池１の開放電圧Ｅαよりも高くなる。この開放電圧は二次電池１の充電率が上昇するに連れて高くなり、図３の二点鎖線で示す充電率が約９０％の二次電池１の開放電圧はＥγ（Ｅγ＞Ｅβ）、図３の実線で示す充電率が略１００％の二次電池１の開放電圧はＥδ（Ｅδ＞Ｅγ）となり、そして、充電率が１００％の（満充電状態の）二次電池１の開放電圧は前記の満充電平衡電圧値Ｅｅｑ（Ｅｅｑ＞Ｅδ）となる。
【００４５】
二次電池１は充電率に応じた開放電圧を越えると、略印加電圧に比例して充電電流が増大していき、やがて、印加電圧を上昇させても充電電流は殆ど上昇しなくなり、充電電流は前記の電流ピーク値Ｉｓｏに到達する。この充電電流が上昇しなくなったときの電流ピーク値Ｉｓｏに対応する電圧値は前記特有の充電印加電圧値Ｅｓとなり、該特有の充電印加電圧値Ｅｓを越えると、二次電池１は、内部で活物質の酸化還元反応がさらに進んで、電気分解反応を惹き起こす不可逆化学反応領域Ｄに突入する。
【００４６】
この不可逆反応領域Ｄは図３の斜線で示す領域で、この不可逆化学反応領域Ｄでは、意図しない発熱反応や、膨潤等の異常により、ともすれば二次電池１の内部構造の破壊に繋がる恐れがある。また、そこまでには至らないにしても、不可逆反応が伸展し、二次電池１のサイクル寿命に大きな影響を与えてしまうため、この不可逆化学反応領域Ｄに達しないように充電制御することが必要となる。
【００４７】
ところで、二次電池１の蓄電容量は、充電電流と充電時間との積で求められる。これより充電時間を短くしようとすれば、充電電流を増やすことが必要である。
図３に示す充電率が略０％の二次電池１の端子電圧を、二次電池１の充電状態をチェックするためのチェック電圧である満充電平衡電圧値Ｅｅｑに固定して充電すると、充電電流は充電率が上昇するに連れてＩｅｑｏから減少していき、満充電状態では充電電流が０〔ｍＡ〕となるため、充電終了の判定が行いやすく、また、不可逆化学反応領域Ｄに達することもないため、二次電池１の内部構造に損傷を与える心配がない。
【００４８】
しかしながら、この満充電平衡電圧値Ｅｅｑによる充電では、前記特有の充電印加電圧値Ｅｓで充電する場合に比べて、充電電流が低く、充電時間が数倍長くなってしまう。
【００４９】
以上の充電特性から、本発明での充電は、充電電流のピーク値Ｉｓｏ（または略ピーク値Ｉｓｏ）を得る充電印加電圧値であって、満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域Ｄには達しない二次電池１に特有の充電印加電圧値Ｅｓに固定して大電流充電を行い、満充電状態の判定は、前記チェック電圧供給手段６に切り換えて行うことで、二次電池１に満充電平衡電圧値Ｅｅｑが印加されて、満充電状態の判定がし易いように構成されている。従って、この充電では、どの二次電池１の内部構造にも損傷を与えることなく、二次電池１を急速に充電することができるようになっている。
【００５０】
なお、この大電流充電は、前記特有の充電印加電圧値Ｅｓに限らず、充電率が略０％の二次電池１に電圧を印加して、印加電圧を上昇させていったときに、該印加電圧に対する充電電流の増加率（ΔＩ／ΔＥ）が減少していき、充電電流が殆ど上昇しなくなったときの、不可逆化学反応領域Ｄ外における電流値に対応する充電印加電圧値で充電を行ってもよい。この充電印加電圧値による充電でも、電流ピーク値Ｉｓｏ近くの電流が流れて、大電流充電を行うことができる。
【００５１】
次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、二次電池１の充電制御について説明する。
まず、ユーザが操作手段１１を操作して充電開始操作を行うと（ステップＡ１）、充電装置３にセットされている二次電池１は充電電圧供給手段５によってその二次電池１に特有の充電印加電圧値Ｅｓが一定時間Ｔ１継続して印加される（ステップＡ２）。この特有の充電印加電圧値Ｅｓの印加により、二次電池１には大電流（電流ピーク値Ｉｓｏ）が流れて、充電が行われる。
【００５２】
そして、この所定時間Ｔ１経過後に、切換手段７により二次電池１を印加する電圧供給手段を、充電電圧供給手段５からチェック電圧供給手段６に切り換える（ステップＡ３）。これにより二次電池１はチェック電圧供給手段６によって満充電平衡電圧値Ｅｅｑが微小時間Ｔ２継続して印加される。この満充電平衡電圧値Ｅｅｑで二次電池１が微小時間Ｔ２印加されている間に、電流検出手段８によって二次電池１に通電される電流値ｉを検出する（ステップＡ４）。
【００５３】
前記ステップＡ２で二次電池１に特有の充電印加電圧値Ｅｓが印加される充電時間Ｔ１は、二次電池１の容量、構造、形状等によって異なるが、例えば、該充電時間Ｔ１としては約５５〔秒〕が選ばれ、前記ステップＡ３で二次電池１に満充電平衡電圧値Ｅｅｑが印加される微小時間Ｔ２としては約５〔秒〕が選ばれる。また、前記ステップＡ４での二次電池１に流れる電流の検出は、印加電圧を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えたときから、１［秒］以上経過した後に行われる。
【００５４】
この理由は、二次電池１への印加電圧を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えた直後には、二次電池１の電界面にはチャージした電荷が残っており、二次電池１への充電電流が安定せず、この状態で、二次電池１に流れる電流値を検出すると、正確に検出されない可能性が高く、従って、印加電圧を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えたときから、１［秒］以上待って、充電電流が安定した後に、二次電池１に流れる電流値ｉを検出するようにしている。
【００５５】
そして、電流判定手段４ｃによってこの検出した電流値ｉの判定を行い（ステップＡ５）、この検出した電流値ｉが充電完了基準電流値Ｊより大きな値であれば前記ステップＡ２に戻って上記のフロー（充電制御）を繰り返し、この検出した電流値ｉが充電完了基準電流値Ｊ以下であれば、二次電池１が満充電状態に達しているとして、ここで二次電池１の充電を一旦停止する（ステップＡ６）。
【００５６】
ここで、二次電池１に満充電平衡電圧値Ｅｅｑが印加された場合、理論的には、図３のグラフに示すように、充電率が１００％（満充電状態）で電流値ｉは０〔ｍＡ〕になるが、実際には、同メーカ、同機種の二次電池によっても極僅かながらバラツキが生じるため、これによる過充電を防止しようとすれば、前記充電完了基準電流値Ｊは０〔ｍＡ〕よりもやや大きな値、例えば、１０〔ｍＡ〕程度で設定するのが好ましい。
【００５７】
しかしながら、この設定でいくと、二次電池１は充電率が１００％になるまで充電されず、殊に、正極・負極の電極種が同一種類の二次電池で、製造メーカや機種が異なる二次電池の中には、前記ステップＡ６での充電停止時の充電率が９０％以下のものもある（表１参照）。
【００５８】
従って、本発明では、前記ステップＡ６の後に、二次電池１に追い充電を開始して（ステップＡ７）、二次電池１の充電率が完全に１００％になるように充電する。
すなわち、前記充電電圧印加手段５又はチェック電圧印加手段６を追い充電手段として、該追い充電手段により二次電池１に所定時間Ｔ３、電圧を印加し、該所定時間Ｔ３が経過した後に（ステップＡ８）、二次電池１の追い充電を終了して（ステップＡ９）、報知手段１２により満充電完了を報知するように構成している（ステップＡ１０）。
【００５９】
前記の所定時間Ｔ３であるが、二次電池１の蓄電容量をＣ〔ｍＡｈ〕、前記ステップＡ６での充電停止時の二次電池１の充電率をｒ〔％〕、充電電圧印加手段５を追い充電手段として該充電電圧印加手段５によって二次電池１に特有の充電印加電圧値Ｅｓを印加したときに該二次電池１に流れる電流ピークをＩｓｏ〔Ａ〕とすると、この所定時間Ｔ３〔秒〕は次式で求めることができる。
【００６０】
【数２】
2005117726.tif 000007
【００６１】
例えば、この所定時間Ｔ３は、上記の表１で、前記ステップＡ６での充電停止時に最も充電率の低いＮ社製の機種Ｚの二次電池に基づいて設定されており、機種Ｚの二次電池の蓄電容量（表示容量）Ｃは２１００〔ｍＡｈ〕、前記ステップＡ６での充電停止時の充電率ｒは８５％であり、該二次電池１に特有の充電印加電圧値Ｅｓを印加したときに該二次電池１に流れる電流ピーク値Ｉｓｏを３０００〔ｍＡ〕とすると、前記所定時間Ｔ３は３７８秒、すなわち、６分１８秒として設定されている。
【００６２】
なお、この所定時間Ｔ３では、機種Ｚ以外の他の機種Ｕ、Ｗ、Ｘ、Ｗの二次電池については、該所定時間Ｔ３が経過する前に、充電率が１００％に達してしまうが、充電率が１１５％前後までは安全基準内で許容範囲である。
【００６３】
しかしながら、充電率が１００％を超えると、二次電池１に負担が掛かり、サイクル寿命を縮める原因にもなる。そこで、二次電池の充電装置３は、過度な充電を防止すべく、次のような防護手段を備えた構成とするとよい。
【００６４】
以下では、防護手段について３つの実施形態を説明するが、防護手段の構成はこれらの構成に限定するものではなく、他の構成でもよい。
まず、防護手段の第１実施形態から説明する。この防護手段は、追い充電を含む充電過程で、前記温度判定手段４ｅにより、前記温度検出手段１０で検出した二次電池１の温度値が二次電池１の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）が起こる前兆となる上限温度値以上と判定された場合、すなわち、二次電池１の温度が正常の範囲を超えて上昇した場合に、二次電池１の充電を強制的に停止するように構成する。
二次電池１の電池温度の上昇は、特に、追い充電中に起こる可能性が高く、二次電池１の充電率が１００％に達すると、該二次電池１の電池温度はさらに上昇していき、予め設定された判定基準値である上限温度値に達したときに、該二次電池１の充電を停止することで、二次電池１の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）が起こるのを未然に防いでいる。
【００６５】
次に、防護手段の第２実施形態であるが、この防護手段は、追い充電を含む充電過程で、前記電圧判定手段４ｄにより、前記電圧検出手段９で検出した電圧値が二次電池１の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）が起こる前兆となる判定基準電圧値以上と判定された場合、すなわち、二次電池１の電池電圧が正常の範囲を超えて上昇した場合に、二次電池１の充電を強制的に停止するように構成する。
充電電圧供給手段５によって二次電池１に特有の充電印加電圧値Ｅｓを印加しているときには、電圧検出手段９によって検出される二次電池１の電池電圧も常に特有の充電印加電圧値Ｅｓとなっているはずであるが、二次電池１の内部で異常が発生すると、その内部抵抗などが変化して、該電圧検出手段９によって検出される二次電池１の電池電圧が上昇し、該電池電圧が予め設定された判定基準電圧値に達したときに、該二次電池１の充電を停止することで、二次電池１の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）が起こるのを未然に防いでいる。
なお、前記電圧検出手段９は定期的に二次電池１の電池電圧を検出するように構成して、前回検出した電圧値から今回検出した電圧値を差し引いた差分が所定の値（−ΔＶ）に達したときに、二次電池１の充電を強制的に停止するように構成してもよい。
【００６６】
次に、防護手段の第３実施形態であるが、この防護手段は、追い充電を含む充電過程で、前記時間判定手段４ｆによって、前記タイマー４ｂで充電開始直後から計測した充電時間が予め設定された設定時間以上と判定された場合、すなわち、充電率が０％の二次電池１を充電していったときに該二次電池１が１００％の充電率に達するのに要する充電時間を超えて二次電池１が充電されている場合に、該二次電池１の充電を強制的に停止するように構成する。このような構成で、二次電池１の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）が起こるのを未然に防ぎ、二次電池１のサイクル寿命に影響がでないようにしている。
【００６７】
以上、防護手段の構成について３つの実施形態を説明したが、二次電池の充電装置３はこれらの防護手段のうち２つ以上の防護手段を併用する構成としてもよい。
【００６８】
以上、本発明の充電装置３の構成であり、前記電流判定手段４ｃによる判定で二次電池１の充電を停止した後、該二次電池１に所定の電気量を供給して追い充電を行うことで、二次電池の充電率が完全に１００％になるように充電することができ、充電精度が向上する。
また、この充電装置３によれば、二次電池１の内部で過度な化学反応（酸化還元反応）を引き起こすことなく、満充電状態まで適正に充電が行われる。従って、二次電池１の内部構造も痛めず、その結果として、サイクル寿命が飛躍的に向上する。
さらに、この充電装置３での主なる充電は、満充電平衡電圧値Ｅｅｑ以上の特有の充電印加電圧値Ｅｓで二次電池１の充電が行われることになり、二次電池１にはかなり大きな充電電流（電流ピーク値Ｉｓｏ）が流れて、充電時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】二次電池の充電装置３の制御構成を示すブロック図。
【図２】二次電池１の起電力を測定するための回路図。
【図３】二次電池１の充電率ごとの電流一電圧特性を示すグラフ。
【図４】二次電池の充電装置３による充電制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７０】
１    二次電池
３    充電装置
４    制御手段
４ａ  記憶手段
４ｂ  タイマー
４ｃ  電流判定手段
４ｄ  電圧判定手段
４ｅ  温度判定手段
４ｆ  時間判定手段
５    充電電圧供給手段
６    チェック電圧供給手段
７    切換手段
８    電流検出手段
９    電圧検出手段
１０    温度検出手段
１１    操作手段
１２    報知手段
【図１】
2005117726.tif 000008
【図２】
2005117726.tif 000009
【図３】
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【図４】
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