(57)【要約】【課題】より安定的で確実な急速充電及び満充電が可能な２次電池の充電方法及び充電装置を提供する。【解決手段】本発明の２次電池充電方法は、定電流を特定の時間印加して電池を充電した後、特定のパルス幅の定電流パルスを特定の時間印加して充電する。その次に、電池の端子間の電圧に基づいて定電流を印加または遮断する動的定電流パルスを印加して充電する。【選択図】図１
2005185098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池を充電する充電方法において、
ａ）定電流を印加して前記電池を充電する段階と、
ｂ）特定のパルス幅の定電流パルスを特定の時間印加して充電する段階と、
ｃ）前記電池の端子間の電圧に基づいて定電流を印加または遮断することによって、定電流パルスを印加して充電する段階と、を含むことを特徴とする充電方法。
【請求項２】
前記ｃ）段階は、
前記電池の端子間の電圧が第１電圧であれば、前記定電流を遮断する段階と、
前記電池の端子間の電圧が前記第１電圧より低い第２電圧であれば、前記定電流を印加する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の充電方法。
【請求項３】
２次電池を充電する充電方法において、
ａ）定電流を印加して前記電池を充電する段階と、
ｂ）前記電池の端子間の電圧に基づいて定電流を印加または遮断することによって、定電流パルスを印加して充電する段階と、
ｃ）特定のパルス幅の定電流パルスを特定の時間印加して充電する段階と、を含むことを特徴とする充電方法。
【請求項４】
前記ｂ）段階は、
前記電池の端子間の電圧が第１電圧であれば、前記定電流を遮断する段階と、
前記電池の端子間の電圧が前記第１電圧より低い第２電圧であれば、前記定電流を印加する段階と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の充電方法。
【請求項５】
定電流を印加して２次電池を充電する充電装置において、
前記電池の端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記定電流の印加または遮断を制御するスイッチング素子と、
前記電圧検出部で検出された電圧に基づいて前記スイッチング素子を制御することによって、電池の充電を制御する充電制御部と、を含むことを特徴とする充電装置。
【請求項６】
前記充電制御部は、前記電圧検出部で検出された前記端子間の電圧が第１電圧であれば、前記スイッチング素子がオフされ、前記端子間の電圧が前記第１電圧より低い第２電圧であれば、前記スイッチング素子がオンされるように制御することを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
【請求項７】
満充電状態を検出する満充電検出部をさらに含み、
前記充電制御部は、前記満充電検出部で検出された満充電信号を受信するまで充電を制御することを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池の充電方法及び充電装置に関し、特に、定電流（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）及び定電流パルス（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｕｌｓｅ）を用いて２次電池を充電する充電方法及び充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、一度放電したら再び使うことができない乾電池などを１次電池といい、放電しても繰り返し充電して使うことができる蓄電池を２次電池という。
【０００３】
近年、携帯電話、携帯用音響機器、デジタルカメラなどのような携帯機器の普及によって、２次電池の需要が急増している。このような携帯機器に用いられる２次電池は、安定性が高く厚さが薄いという携帯に便利な特性が要求される一方で、短時間で充電できて、その間に十分な満充電が可能であるという短時間の充電で長く使える特性が要求される。
【０００４】
このような携帯機器に用いられる充電池の充電方法として一般に用いられる方法は、定電流（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｍｏｄｅ）−定電圧（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｍｏｄｅ）充電方法（以下、ＣＣ−ＣＶ充電方法と称する）がある。このＣＣ−ＣＶ充電方法は、２次電池を充電する際に、特定の定電流で充電した後、満充電電位に近い特定の電圧に至った時に定電圧で充電する方法である。
【０００５】
このようなＣＣ−ＣＶ充電方法に比べて、より正確な満充電が可能で、より速い充電速度での充電が可能な充電方法が研究されている。
【０００６】
このような充電方法として、特許文献１には、０．１〜１０Ｈｚの周波数範囲のパルス電流を１ｍｓ〜９ｓの間隔で印加して充電する方法が開示されている。この方法を利用して充電すれば、特定のパルス幅及び周波数を有する電流を用いて充電するため、電池の寿命を延長させることができるという長所があるが、最初からパルス電流を印加して充電するため、充電時間が長いという短所がある。
【０００７】
また、特許文献２には、電池の充電電圧が特定の電圧になるまで定電流（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を印加し、特定の電圧が充電された後には定電流パルス（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｕｌｓｅ）を印加して充電する方法が開示されている。この方法は、特許文献１に開示された方法に比べて、充電時間を短縮することができ、比較的十分な満充電が可能である。
【０００８】
しかし、消費電力が大きな様々な携帯機器の急速な普及によって、電池に対する関心がさらに高まっている。従って、より安定的で、短時間で満充電が可能な、より改善された充電方法及び充電装置が要求されているのが実情である。
【特許文献１】米国特許第４，７３６，１５０号明細書
【特許文献２】米国特許第３，９３８，０１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明が解決しようとする技術的課題は、より安定的で確実な急速充電及び満充電が可能な２次電池の充電方法及び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】
【００１０】
本発明の２次電池を充電する充電方法は、ａ）定電流を印加して前記電池を充電する段階と、ｂ）特定のパルス幅の定電流パルスを特定の時間印加して充電する段階と、ｃ）前記電池の端子間の電圧に基づいて定電流を印加または遮断することによって、定電流パルスを印加して充電する段階と、を含む。
【００１１】
ここで、前記ｃ）段階は、前記電池の端子間の電圧が第１電圧であれば、前記定電流を遮断する段階と、前記電池の端子間の電圧が前記第１電圧より低い第２電圧であれば、前記定電流を印加する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の定電流を印加して２次電池を充電する充電装置は、前記電池の端子間の電圧を検出する電圧検出部と、前記定電流の印加または遮断を制御するスイッチング素子と、前記電圧検出部で検出された電圧に基づいて前記スイッチング素子を制御することによって、電池の充電を制御する充電制御部と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
前記充電制御部は、前記電圧検出部で検出された前記端子間の電圧が第１電圧であれば、前記スイッチング素子がオフされ、前記端子間の電圧が前記第１電圧より低い第２電圧であれば、前記スイッチング素子がオンされるように制御する。
【００１４】
また、前記充電装置は、満充電状態を検出する満充電検出部をさらに含み、前記充電制御部は、前記満充電検出部で検出された満充電信号を受信するまで充電を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、定電流と、測定された端子間の電圧に基づいて決定されたパルス幅及び周波数の定電流パルスと、を印加して充電することによって、２次電池の急速充電及び満充電を効果的に達成でき、より安定的な充電が可能である。
【００１６】
また、電池内で予測できない電圧降下などが発生する場合にも、測定された端子間の電圧に基づいて決定されたパルス幅及び周波数の動的定電流パルスを印加して充電することによって、予め設定された特定のパルス幅及び周波数の静的定電流パルスにより充電時に発生する可能性のあるエラーを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な相異した形態で実現でき、ここで説明する実施の形態に限定されない。図面においては、本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略した。明細書全体を通じて類似した部分については、同一な符号を付けた。
【００１８】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態における充電方法について、図１を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施の形態における充電方法で充電される電池の各時間における電圧状態を示すグラフである。
【００２０】
本実施の形態における充電方法は、電池の電圧が特定の電圧Ｖ１（第２電圧）になるまで定電流を印加する定電流区間、及び前記電池の端子間の電圧がＶ１になれば定電流パルスを印加する定電流パルス区間を含み、前記定電流パルス区間は、静的定電流パルス区間ｔ１及び動的定電流パルス区間ｔ２を含む。
【００２１】
まず、図１に示すように、上記の定電流区間において、電池の端子間の電圧がＶ１になるまで定電流を印加して充電する。
【００２２】
その後の静的定電流パルス区間ｔ１は、前記電池の端子間の電圧がＶ１になれば、特定の時間、前記電池の端子間の電圧に関係なく特定の時間間隔でスイッチをオン／オフすることによって、図２の（ｂ）に示すように特定のパルス幅の静的定電流パルス（ｓｔａｔｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｕｌｓｅ）を印加する区間である。
【００２３】
図２の（ａ）は、図１の時間ｔ１の一部における電池の電圧状態を拡大して示した図であり、（ｂ）は、時間ｔ１の一部において印加される充電電流の波形を示した図である。
【００２４】
図２の（ａ）に示すように、電池の端子間の電圧がＶ１になれば、特定のオフ時間の間、スイッチング素子をターンオフ（ｔｕｒｎ−ｏｆｆ）して充電電流を遮断し、前記オフ時間が経過した後に、特定のオン時間の間、前記スイッチング素子をターンオン（ｔｕｒｎ−ｏｎ）して充電電流を印加する。このようなオフ時間及びオン時間を繰り返して充電することによって、電池は、図２の（ｂ）に示すような静的定電流パルス形態の充電電圧で充電される。
【００２５】
その次の動的定電流パルス区間ｔ２は、静的定電流パルス区間ｔ１が終了した後に、電池の端子間で検出された電圧に基づいてスイッチング素子をオン／オフすることによって、動的定電流パルス（ｄｙｎａｍｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｕｌｓｅ）を印加する区間である。
【００２６】
具体的には、静的定電流パルス区間ｔ１が終了した後に、検出された電池の端子間の電圧がＶ１（第２電圧）になれば、満充電されるまで前記動的定電流パルスを印加して充電する。より具体的には、前記電池の端子間の電圧を検出して前記電圧がＶ２（第１電圧）になれば、スイッチング素子をターンオフ（オフ）し、前記電池の端子間の電圧を検出して前記電圧がＶ１（第２電圧）になれば、スイッチング素子をターンオン（オン）することによって生成された定電流パルスを利用して充電する。つまり、端子間の検出された電圧によってパルス幅が変化する動的定電流パルスを印加して充電するのである。
【００２７】
図３の（ａ）は、図１の時間ｔ２の一部における電池の電圧状態を拡大して示した図であり、（ｂ）は、図１の時間ｔ２の一部において印加される充電電流の波形を示した図である。
【００２８】
図３の（ａ）に示すように、電池の端子間の電圧がＶ２（第１電圧）以上になればスイッチング素子をターンオフして定電流を遮断し、再びＶ１（第２電圧）以下になればターンオンして前記定電流を印加する過程を周期的に繰り返す。つまり、図３の（ｂ）に示すような充電電流が印加される。より具体的には、例えば、特定の時間間隔で充電電圧を検出して、検出された電圧がＶ２と同じであるかＶ２より大きい場合にはスイッチング素子をターンオフし、検出された電圧がＶ１と同じであるかＶ１より小さい場合にはスイッチング素子をターンオンする。
【００２９】
この時、スイッチング素子をターンオンした後に再び端子間の電圧がＶ２に上昇するのにかかる時間（Ｔｏｎ）は、図３に示されるとおり、第１周期より第３周期でより短く、端子間の電圧がＶ２からＶ１に降下するのにかかる時間（Ｔｏｆｆ）は、前記第１周期より前記第３周期でより長くなる。つまり、充電が進んで満充電に近いほど端子間の電圧がＶ１からＶ２に急速に充電され、スイッチング素子がターンオフされても端子間の電圧がＶ２からＶ１に降下するには多くの時間がかかるようになるので、より確実で効果的に満充電を達成することができる。
【００３０】
表１は、本発明の第１の実施の形態における充電時間を示す表であって、静的定電流パルスに対する条件を変更して、充電時間を測定したものである。
【００３１】
【表１】
2005185098.tif 000003
【００３２】
表１の１番では、スイッチング素子が５００ｍｓの間オン（ターンオン）され、１２５
ｍｓの間オフ（ターンオフ）されることによって発生する静的定電流パルスが印加される場合の充電時間を測定した。
【００３３】
同様に、２番乃至４番では、前記スイッチング素子が、各々３７５、２５０、１２５ｍｓの間オンされ、１２５ｍｓの間オフされることによって発生する静的定電流パルスが印加される場合の各々の充電時間を測定した。
【００３４】
本実施の形態では、表１に示されるように、定電流パルス区間が、静的定電流パルスを印加する静的定電流パルス区間と、動的定電流パルスを印加する動的定電流パルス区間とを含むことによって、ＣＣ−ＣＶ充電方法、あるいは定電流と静的定電流パルスとで充電する場合と比較して、充電時間をより短縮させることができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態における充電方法について、図４を参考にして詳細に説明する。
【００３６】
図４は本発明の第２の実施の形態における充電方法で充電される電池の各時間における電圧状態を示すグラフである。
【００３７】
本実施の形態では、動的定電流パルス区間ｔ２をまず遂行し、その次に静的定電流パルス区間ｔ１を遂行するという点が、第１の実施の形態と異なる。
【００３８】
表２は、本発明の第２の実施の形態における充電時間を示す表であって、静的定電流パルスに対する条件を変更して、充電時間を測定したものである。
【００３９】
【表２】
2005185098.tif 000004
【００４０】
表２に示されるように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と類似した結果が観察される。つまり、第１の実施の形態と同様に、充電時間を短縮させることができるので、急速充電を実現することができる。
【００４１】
このように、電池の端子間の電圧を周期的に測定しながら、測定された電圧によってスイッチング素子を制御して、前記電池に定電流パルスを印加するパルス充電が行われるようにすることによって、従来の充電方法と比較して、電池の充電をより急速に、かつ効果的にすることができる。
【００４２】
次に、本発明の充電方法を遂行する充電装置について、図５を参照して説明する。
【００４３】
図５は本発明の充電装置の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図５に示すように、充電装置１００は、電池の端子間の電圧を検出する電圧検出部１１０、電池の満充電を検出する満充電検出部１３０、スイッチング素子１４０、電圧検出部１１０から信号を受信してスイッチング素子１４０を制御することによって電池の充電を制御する充電制御部１２０、及び電池を充電する充電部１５０を含む。
【００４５】
電圧検出部１１０は、電池の端子間の電圧を検出して充電制御部１２０にその信号を伝達する。
【００４６】
充電制御部１２０は、電圧検出部１１０で検出された電池の端子間の電圧に基づいて、前記端子間の電圧がＶ２になるまで定電流を印加して充電するように充電部１５０を制御する。
【００４７】
また、充電制御部１２０は、電圧検出部１１０で検出された電池の端子間の電圧がＶ２（第１電圧）になれば、充電部１５０に印加される定電流がオン／オフされるようにスイッチング素子１４０を制御する。具体的には、充電制御部１２０は、端子間の電圧がＶ２になれば、スイッチング素子１４０がターンオフされるようにし、端子間の電圧がＶ１（第２電圧）になれば、スイッチング素子１４０がターンオンされるようにして、充電部１５０に印加される電流が定電流パルスになるようにする。
【００４８】
このように定電流パルスを印加することにより電池を充電し、満充電検出部１３０から満充電信号を受信すれば、充電制御部１２０は充電を終了する。
【００４９】
満充電検出部１３０は、定電流パルス電流が印加されるオン時間の平均値、例えば、最後の１０個のパルスのオン時間（Ｔｏｎ）の平均値が特定値以下になると、満充電になったと判断することができる。または、満充電検出部１３０は、充電電流によって充電される充電量の平均値、例えば、最後の１０個の定電流パルスによって充電される充電量が特定値以下になると、満充電になったと判断することもできる。その他にも、満充電検出部１３０は、従来使用される満充電検出方法を利用して満充電を検出することができる。
【００５０】
このような充電装置１００によって、２次電池は短時間で確実に、かつ効果的に満充電されることが可能である。
【００５１】
以上のとおり、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、その他の様々な変更や変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における充電方法で充電される電池の各時間における電圧状態を示すグラフである。
【図２】図１の時間ｔ１部分を拡大して示した図である。
【図３】図１の時間ｔ２部分を拡大して示した図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における充電方法で充電される電池の各時間にける電圧状態を示すグラフである。
【図５】本発明の充電装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００    充電装置、
１１０    電圧検出部、
１２０    充電制御部、
１３０    満充電検出部、
１４０    スイッチング素子、
１５０    充電部。
【図１】
2005185098.tif 000005
【図２】
2005185098.tif 000006
【図３】
2005185098.tif 000007
【図４】
2005185098.tif 000008
【図５】
2005185098.tif 000009