(57)【要約】【課題】二次電池の種類や型番等に関わらず、どのような二次電池であっても、充電率が略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。【解決手段】二次電池の充電装置１に、それまでのチェック電圧値に所定の刻み幅の電圧値を加算して新たなチェック電圧値を設定するインクリメント手段と、充電電圧を所定の充電印加電圧値又はチェック電圧値に切り換える電圧・電流制御部５と、電流検出部８によって検出された電流値が、予め入力設定された判定基準値以下になったか否かを判定する第１の判定手段と、第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ（ｒは１以上の実数）倍を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、を具備した充電制御装置を設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する電流検出手段と、二次電池の充電を制御する充電制御装置と、を備えた二次電池の充電装置において、
前記充電制御装置は、
二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値と、該満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、所定の刻み幅の電圧値と、を記憶した記憶手段と、
それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値を加算して新たなチェック電圧値を設定するインクリメント手段と、
前記充電電圧供給手段から供給される充電電圧を前記所定の充電印加電圧値又は前記チェック電圧値に切り換える切換手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流値が、予め入力設定された判定基準値以下になったか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ（ｒは１以上の実数）倍を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、
を具備し、
以下の第１〜第８ステップに従って二次電池の充電を制御する二次電池の充電装置。
（第１ステップ）前記最低チェック電圧値で二次電池を微小時間印加して、該微小時間の間に、前記電流検出手段によって二次電池に流れている電流値を検出する。
（第２ステップ）前記第１の判定手段でこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、次の第３ステップへ移行し、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、第４ステップへジャンプする。
（第３ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記最低チェック電圧値に切り換え、前記第１ステップに戻る。
（第４ステップ）前記インクリメント手段により、それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値を加算して新たなチェック電圧値を設定する。
（第５ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記新たなチェック電圧値に切り換え、該新たなチェック電圧値で二次電池を微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に流れている電流値を検出する。
（第６ステップ）前記第１の判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、前記第５ステップに戻り、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、次の第７ステップへ移行する。
（第７ステップ）前記第２の判定手段によって前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間の判定を行い、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍以下であれば、前記第４ステップに戻り、一方、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍を越えていれば、充電停止信号を出力する。
【請求項２】
前記第７ステップで、前記充電停止信号が出力されると、前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を第２の所定時間印加した後、二次電池の充電を完了する、請求項１に記載の二次電池の充電装置。
【請求項３】
前記所要時間は、前記切換手段による前記チェック電圧値への切換回数をカウントすることで計測されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の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、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池、鉛蓄電池等の二次電池を充電するための充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の充電においては、充電の過程で、二次電池の持つ蓄電容量に対してどの程度まで充電されているかを知ることが重要である。
ところが、従来は、これを知る術はなく、従来の二次電池の充電装置は、二次電池内で起こる異常現象（温度上昇、―ΔＶ特性など）を検出することで、二次電池の充電を停止していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このような充電方法では、過度に二次電池が充電されて、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、その結果、二次電池のサイクル寿命が縮まるという問題点があった。
【０００４】
そこで、このような問題点を鑑み、本願と同出願人によって、二次電池が満充電状態（充電率が１００％の状態）に達したかを定期的にチェックしながら、二次電池の内部構造に損傷を与えることなく適正且つ急速に充電を行うことができる二次電池の充電装置が発明されている（特許文献２参照）。
【０００５】
この二次電池の充電装置は、二次電池に大電流を流す主充電と、二次電池の満充電状態のチェックと、を交互に繰り返しながら、二次電池を充電している。
主充電では、二次電池に満充電平衡電圧値よりも高い所定の充電印加電圧値（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の電流ピーク値に対応する所定の充電印加電圧値）を所定時間印加して、二次電池を充電する。
【０００６】
また、二次電池の満充電状態のチェックでは、二次電池に満充電平衡電圧値を微小時間印加している間に、二次電池に流れている電流値を検出し、該電流値と充電完了判定基準値とを比較して、二次電池が満充電状態に達したか否かをチェックする。
そして、この検出された電流値が充電完了判定基準値より大きいときは、二次電池がまだ満充電状態に達していないと判定して、再び主充電を行い、一方、検出された電流値が充電完了判定基準値以下のときには、二次電池が満充電状態に達したと判定して、ここで二次電池の充電を停止している。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−９５６３号公報
【０００８】
【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】
【０００９】
以上のように、特許文献２に開示されている充電装置は、定期的に二次電池に満充電平衡電圧値を印加して、二次電池の充電率が１００％に達しているか否かをチェックしながら、二次電池を充電しているが、ところが、次のような理由から、同じ種類（例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池など）で同じ型番（例えば、単３型や単４型など）の二次電池であっても、充電率が１００％に達していないものがあることがその後にわかった。
【００１０】
この理由は、同じ種類で同じ型番の二次電池であっても、メーカの違い、機種の違い、使用履歴の違いなどによって、その蓄電容量や満充電平衡電圧値が微妙に異なり、また、外国製の二次電池の中には、種類、型番、メーカ、機種などが全て同じであっても、その蓄電容量や満充電平衡電圧値が異なるものもある。このために、特許文献２に開示されている充電装置で、同じ種類、同じ型番の二次電池を充電した場合に、その二次電池が持つ実際の満充電平衡電圧値と、充電装置に設定されている満充電平衡電圧値とが微妙に違って、ある二次電池は充電率が９０％程度までしか充電されておらず、ある二次電池では充電率が１００％以上に過充電されていることもあった。
【００１１】
そこで、本発明では、このような点を鑑み、二次電池の種類や型番等に関わらず、どのような二次電池であっても、充電率が略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】
【００１２】
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、二次電池に充電電圧を供給する充電電圧供給手段と、二次電池に通電される充電電流の電流値を検出する電流検出手段と、二次電池の充電を制御する充電制御装置と、を備えた二次電池の充電装置において、前記充電制御装置は、二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値と、該満充電平衡電圧値を超えるが不可逆化学反応領域には達しない所定の充電印加電圧値と、所定の刻み幅の電圧値と、を記憶した記憶手段と、それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値を加算して新たなチェック電圧値を設定するインクリメント手段と、前記充電電圧供給手段から供給される充電電圧を前記所定の充電印加電圧値又は前記チェック電圧値に切り換える切換手段と、前記電流検出手段によって検出された電流値が、予め入力設定された判定基準値以下になったか否かを判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ（ｒは１以上の実数）倍を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、を具備し、以下の第１〜第８ステップに従って二次電池の充電を制御する。
（第１ステップ）前記最低チェック電圧値で二次電池を微小時間印加して、該微小時間の間に、前記電流検出手段によって二次電池に流れている電流値を検出する。
（第２ステップ）前記第１の判定手段でこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、次の第３ステップへ移行し、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、第４ステップへジャンプする。
（第３ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記最低チェック電圧値に切り換え、前記第１ステップに戻る。
（第４ステップ）前記インクリメント手段により、それまでのチェック電圧値に前記所定の刻み幅の電圧値を加算して新たなチェック電圧値を設定する。
（第５ステップ）前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を所定時間印加した後、前記切換手段により充電電圧を前記新たなチェック電圧値に切り換え、該新たなチェック電圧値で二次電池を微小時間印加している間に、前記電流検出手段によって二次電池に流れている電流値を検出する。
（第６ステップ）前記第１の判定手段によってこの検出した電流値の判定を行い、該電流値が前記判定基準値を越えていれば、前記第５ステップに戻り、一方、該電流値が前記判定基準値以下となっていれば、次の第７ステップへ移行する。
（第７ステップ）前記第２の判定手段によって前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間の判定を行い、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍以下であれば、前記第４ステップに戻り、一方、前記第１の判定手段による前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍を越えていれば、充電停止信号を出力する。
【００１３】
また、請求項２に記載のように、前記第７ステップで、前記充電停止信号が出力されると、前記切換手段により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値に切り換えて、該所定の充電印加電圧値で二次電池を第２の所定時間印加した後、二次電池の充電を完了する。
【００１４】
そして、請求項３に記載のように、前記所要時間は、前記切換手段による前記チェック電圧値への切換回数をカウントすることで計測されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
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の発明によれば、二次電池の種類や型番等に関わらず、どのような二次電池であっても、その二次電池の満充電平衡電圧値を探り当てながら、充電率が略１００％になるように充電することができ、信頼性が向上する。さらに、この充電装置は、内部構造が一部破壊されて劣化している二次電池に対しても有効で、その二次電池の現時点の満充電平衡電圧値を探り当てて、現時点の蓄電容量に対して充電率が略１００％になるように充電することができる。
【００１６】
そして、請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を奏するとともに、さらに充電率が１００％に近づくように充電することができ、信頼性が向上する。
【００１７】
また、請求項３の発明によっても、請求項１の発明又は請求項２の発明と同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に説明する二次電池の充電装置１は、充電時には、二次電池の内部構造を損傷させないように、不可逆化学反応領域Ｄ外で、最も高い印加電圧（所定の充電印加電圧値）Ｅｓを印加して二次電池１０に大電流を流し、定期的に、印加電圧を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えて、二次電池１０が満充電状態に達したかをチェックしながら充電を行うところに特徴がある。この満充電平衡電圧値Ｅｅｑでの満充電状態のチェックでは、瞬時に精確に満充電状態を判定することができ、この充電装置１によれば、充電完了までの時間を３０分程度まで短縮することができ、また、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でき、その結果、二次電池の内部構造を痛めずサイクル寿命を５０００回以上に向上させることができる。
【００１９】
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１の構成を示すブロック図であり、該二次電池の充電装置１は、電源部２、操作部３、演算制御部４、電圧・電流制御部５、電圧供給部６、表示部７、電流検出部８、電圧検出部９を有している。
【００２０】
電源部２は商用交流電気を直流に変換する変圧、整流回路を含んでおり、操作部３はユーザがスタート操作等を行うための操作ボタンなどで構成されている。演算制御部４は二次電池１の充電を制御する充電制御手段であり、該演算制御部４は二次電池１０の満充電平衡電圧値Ｅｅｑ（図２参照）と、該二次電池１０の満充電平衡電圧値Ｅｅｑを超える所定の充電印加電圧値Ｅｓ（図２参照。充電率が略０％の二次電池１０に印加した電圧を上昇させる中で印加電圧の上昇に対する充電電流の増加の割合（ΔＩ／ΔＥ）が減少して該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Ｄ外での電流ピーク値Ｉｓｏに対応する電圧値）とを記憶した記憶手段（メモリ）を具備し、該演算制御部４には、二次電池１０が満充電状態に達したか否かを判定するプログラム等が格納されている。
【００２１】
電圧・電流制御部５は前記演算制御部４からの指令に基づいて二次電池１０に印加する電圧、電流の切換制御等を行っている。すなわち、電圧・電流制御部５は、二次電池１０の充電電圧を所定の充電印加電圧値Ｅｓ又は満充電平衡電圧値Ｅｅｑ等に切り換える切換手段を構成する。電圧供給部６は、前記電圧・電流制御部５で定められた充電電圧を二次電池１０に供給する一方、前記演算制御部４からの終了指示により充電を停止する。表示部７は、充電中又は充電完了等を表示する表示ランプ等で構成されている。
【００２２】
電流検出部８は、二次電池１０に通電される充電電流の電流値を検出し、電圧検出部９は、二次電池１０に印加されている電圧値、又は二次電池１０の充電電圧を検出して、この検出された電流値と、検出された電圧値とは、前記演算制御部４へ送られる。
なお、本実施の形態では、報知手段の一例として表示部７により視覚を通じてユーザに充電完了等を報知するように構成しているが、音声等により報知するように構成してもよく、報知手段の構成は特に限定はしないものとする。
【００２３】
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１０の充電電圧と充電電流との特性について、図２のグラフに基づいて説明する。
図２におけるグラフの横軸には電池端子電圧（印加電圧）Ｅ（Ｖ）を、また縦軸には充電電流Ｉ（ｍＡ）をとっており、充電率が異なる二次電池１０の電圧一電流特性をそれぞれ示している。
【００２４】
図２の破線で示すグラフαは、充電率が略０％の二次電池１０の充電時の電圧−電流特性を示しており、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。この充電電流が流れ出す時の印加電圧（電池端子電圧）が開放電圧であり、この開放電圧は充電率が高いほど高くなる。
【００２５】
図２の一点鎖線で示すグラフβは、充電率が約５０％の二次電池１０の充電時における電圧−電流特性を示しており、印加電圧を（０（Ｖ）から）上昇させていったときに二次電池１０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１０の開放電圧Ｅαよりも高くなる。
【００２６】
図２の二点鎖線で示すグラフγは、充電率が約９０％の二次電池１０の充電時における電圧−電流特性を示しており、開放電圧はＥγ（Ｅγ＞Ｅβ）である。また、図２の実線で示すグラフδは、充電率が略１００％（１００％未満）の二次電池１０の充電時における電圧−電流特性を示しており、開放電圧はＥδ（Ｅδ＞Ｅγ）である。そして、充電率が１００％の（満充電状態の）二次電池１０の開放電圧の値が、満充電平衡電圧値Ｅｅｑ（Ｅｅｑ＞Ｅδ）である。
【００２７】
二次電池１０は充電率に応じた開放電圧Ｅα、Ｅβ、Ｅγ、Ｅδ等を越えると、略印加電圧に比例して充電電流が増大していき、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全く上昇しなくなり、充電電流は電流ピーク値Ｉｓｏに到達する。
【００２８】
このように、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、この所定の充電印加電圧値Ｅｓは二次電池１０の種類や二次電池１０の劣化状態などによって決まる二次電池１０に固有の電圧値となる。
【００２９】
前記所定の充電印加電圧値Ｅｓを超える電圧が印加されると、二次電池１０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し、負性抵抗特性が現れて、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１０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、不可逆化学反応が伸展し二次電池１０のサイクル寿命に大きな影響を与えてしまう。このような、二次電池１０に悪影響を及ぼす不可逆化学反応が生じるような、充電電流と印加電圧との関係で画定される領域が、図２にて斜線で示す不可逆化学反応領域Ｄである。
【００３０】
従って、二次電池１０の充電においては、二次電池１０が満充電（充電率１００％）に至るまで、印加電圧に対する充電電流の相対値が反応分水嶺Ｌｄを越えて不可逆化学反応領域Ｄに入らないように印加電圧を制御することが必要となる。
【００３１】
ところで、二次電池１０の蓄電容量は、充電電流と充電時間との積で求められる。このため、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２に示すように、充電率が略０％の二次電池１０に満充電平衡電圧値Ｅｅｑを印加すると、充電率が上昇するに連れて、二次電池１０に流れる充電電流はＩｅｑｏ（＜Ｉｓｏ）から減少していく。そして、二次電池１０が満充電状態（充電率１００％）に達したときには、充電電流は０（ｍＡ）となるため、満充電状態の判定が行いやすい。しかしながら、この満充電平衡電位Ｅｅｑによる充電では、前記所定の充電印加電圧値Ｅｓによる充電に比べて、充電電流が低く、充電時間がかなり長くなってしまう。
【００３２】
そこで、主充電では、二次電池１０に、不可逆化学反応領域Ｄ外で最も高い充電電流（電流ピーク値Ｉｓｏ）を流すことが可能な所定の充電印加電圧値Ｅｓを印加して、該二次電池１０に大電流を流し、そして、定期的に、二次電池１０に印加する電圧値を満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えて、二次電池１０が満充電状態に達したか否かのチェックを行うこととする。
なお、大電流充電のための印加電圧の値は、電流ピーク値Ｉｓｏに対応する前記所定の充電印加電圧値Ｅｓに限らず、それよりやや低い電流値に対応する電圧値（＜Ｅｓ）でもよい。
【００３３】
次に、二次電池の充電装置１の第１実施形態について説明する。
この第１実施形態に係る二次電池の充電装置１は、後に示す第２実施形態に係る二次電池の充電装置１、及び第３実施形態に係る二次電池の充電装置１の基本構成となる。
【００３４】
この第１実施形態に係る二次電池の充電装置１は、図１に示すように構成されており、演算制御部４には、二次電池１０を満充電平衡電圧値Ｅｅｑで印加中に電流検出部８で検出されたチェック電流値ｉと、予め入力設定された充電完了判定基準値Ｊ（例えば、１０（ｍＡ））とを比較判定する判定手段である判定プログラムが組み込まれている。
【００３５】
次に、図４を参照しながら第１実施形態に係る充電装置１による充電の流れを説明する。
まず、ユーザが充電する二次電池１０の種類を操作部３から演算制御部４に入力すると、該演算制御部４中の記憶手段に予め記憶設定されたテーブルの中から、この二次電池１０の種類に相当する所定の充電印加電圧値Ｅｓと、満充電平衡電圧値Ｅｅｑとがそれぞれ選択される。
【００３６】
この所定の充電印加電圧値Ｅｓと満充電平衡電圧値Ｅｅｑとは、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の二次電池の種類や蓄電容量、型番等によって決まる固有の値であり、例えば、ニッケル−カドミウム電池の場合、満充電平衡電圧値Ｅｅｑは約１．４１（Ｖ）、所定の充電印加電圧値Ｅｓはそれよりも高い約１．８０（Ｖ）として選択される。
【００３７】
次に、ユーザは操作部３を操作すると、充電が開始されて（ステップＡ１）、二次電池１０は所定の充電印加電圧値Ｅｓで所定時間Ｔ１（例えば、５５（秒））継続して印加される（ステップＡ２）。そして、この一定時間Ｔ１経過後、印加電圧が満充電平衡電圧値Ｅｅｑに切り換えられ（ステップＡ３）、この満充電平衡電圧値Ｅｅｑで二次電池１０を微小時間Ｔ２（例えば、５（秒））印加している間に、電流検出部８によって二次電池１０に流れている電流値ｉを検出する（ステップＡ４）。
【００３８】
そして、前記判定プログラムによって、この検出された電流値ｉと、前記判定基準値Ｊとを比較して（ステップＡ５）、該電流値ｉが該判定基準値Ｊよりも大きければ、前記ステップＡ２に戻って、上述のフロー（充電制御）を繰り返し、一方、該電流値ｉが該判定基準値Ｊ以下であれば、二次電池１０が満充電状態に達しているとして、ここで充電を停止する（ステップＡ６）。
【００３９】
以上のように、第１実施形態に係る充電装置１によれば、二次電池１０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、二次電池１０を満充電状態まで適正に充電することができる。また、この充電装置１によれば、二次電池１０の内部構造に損傷を与えるのを防止することができるため、サイクル寿命を飛躍的に向上させることができる。さらに、この充電装置１は、主なる充電で、二次電池１０に満充電平衡電圧値Ｅｅｑ以上の所定の充電印加電圧値Ｅｓを印加して、該二次電池１０にかなり大きな充電電流を流しており、これにより充電時間を大幅に短縮することができる。
【００４０】
以上のように、第１実施形態に係る充電装置１は、定期的に二次電池１０に満充電平衡電圧値Ｅｅｑを印加して、その充電率が１００％に達しているか否かをチェックしながら、二次電池１０を充電しているが、ところが、次のような理由から、同じ種類（例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素金属電池など）で同じ型番（例えば、単３型や単４型など）の二次電池１０であっても、充電率が１００％に達していないものがあることがその後にわかった。
【００４１】
この理由は、同じ種類で同じ型番の二次電池１０であっても、メーカの違い、機種の違い、使用履歴の違いなどによって、その蓄電容量や満充電平衡電圧値が微妙に異なり、また、外国製の二次電池１０の中には、種類、型番、メーカ、機種などが全て同じであっても、その蓄電容量や満充電平衡電圧値Ｅｅｑが異なるものもある。このために、第１実施形態に係る充電装置１によって、同じ種類、同じ型番の二次電池１０を充電した場合に、その二次電池１０が持つ実際の満充電平衡電圧値と、充電装置１に設定されている満充電平衡電圧値Ｅｅｑとが微妙に違って、ある二次電池１０は充電率が９０％程度までしか充電されておらず、ある二次電池１０は充電率が１００％以上に過充電されていることもあった。
【００４２】
そこで、第２実施形態に係る二次電池の充電装置１は、このような点を鑑み、次のように改良が図られている。
【００４３】
この第２実施形態に係る充電装置１も、図１に示すように構成されており、演算制御部４と、電圧・電流制御部５以外の構成は、前記第１実施形態の充電装置１と略同様である。
【００４４】
演算制御部４の記憶手段（メモリ）には、測定対象となるどの二次電池１０の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値Ｅ１と、該満充電平衡電圧値を超えるが測定対象となるどの二次電池１０も不可逆化学反応領域Ｄには達しない所定の充電印加電圧値Ｅｔ（≦Ｅｓ）、所定の刻み幅の電圧値ΔＥと、が記憶されている。
また、演算制御部４には、後述の条件が満たされた場合に、それまでのチェック電圧値Ｅｃに前記所定の刻み幅の電圧値ΔＥを加算して新たなチェック電圧値Ｅｃ＋１（＝Ｅｃ＋ΔＥ）を設定するインクリメントプログラムが組み込まれている。ここで、チェック電圧値Ｅｃは、最低チェック電圧値Ｅ１から電圧値ΔＥをｃ回（ｃは１以上の整数）インクリメントした電圧値であり、Ｅｃ＋１＝Ｅ１＋ΔＥ・ｃと表すこともできる。
【００４５】
さらに、演算制御部４には、二次電池１０をチェック電圧値Ｅｃで印加中に電流検出部８で検出された電流値ｉが、予め入力設定された判定基準値Ｋ（例えば、１（ｍＡ））以下になったか否かを判定する第１判定プログラムと、該第１判定プログラムによる前回の肯定判定（二次電池１０にチェック電圧値Ｅｃ−１を印加しているときに検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下との判定）から今回の肯定判定（二次電池１０にチェック電圧値Ｅｃを印加しているときに検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下との判定）までの間に、電圧・電流制御部５によるチェック電圧値Ｅｃへの切換回数をカウントする計測プログラムと、該第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までのチェック電圧値Ｅｃへの切換回数が前々回の肯定判定から前回の肯定判定までのチェック電圧値Ｅｃ−１への切換回数のｒ（ｒは１以上の実数）倍を越えたか否かを判定する第２判定プログラムと、が組み込まれている。ただし、この計測プログラムによる計測と、第２判定プログラムによる判定とはｃ≧２の場合に行われるものとする。
【００４６】
以上のように、第２実施形態に係る充電装置１の演算制御部４には、インクリメント手段であるインクリメントプログラムと、判定手段である第１判定プログラム及び第２判定プログラムと、計測手段である計測プログラムとが、格納されている。
なお、計測プログラムと第２判定プログラムとは上記構成に限らず、計測プログラムは前記第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間を計測する構成とし、第２判定プログラムは第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間の所要時間が、前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間の所要時間のｒ倍を越えたか否かを判定する構成としてもよい。
【００４７】
また、切換手段である電圧・電流制御部５は、二次電池１０の充電電圧を、充電を行うための所定の充電印加電圧値Ｅｔ又は二次電池１０の満充電状態をチェックするためのチェック電圧値Ｅｃ（最低チェック電圧値Ｅ１を含む）に切り換える。
【００４８】
次に、第２実施形態に係る充電装置１による充電の概要を説明する。
この第２実施形態に係る充電装置１による充電を、陸上競技の走り高跳びに例えて説明すると、ここに、その高飛び能力が正確にはわからない競技者（満充電平衡電圧値が正確にはわからない二次電池）がいるとする。
【００４９】
まず、バーの高さを最低高さ（最低チェック電圧値Ｅ１）に設定して、競技（充電）を行い、競技者がこの最低高さをクリアー（第１判定プログラムによる判定で、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定）すると、そのクリアーまでに要した試技の回数を記録しておく。通常の走り高跳びのルールでは、試技の回数は３回まであるが、ここでのルールは、試技の回数は前回の高さ（チェック電圧値Ｅｃ）でその高さをクリアーするまでに要した回数のｒ倍以内とする。例えば、このｒは１として、前回の高さ（チェック電圧値Ｅｃ）でその高さをクリアーするまでに１０回の試技を要した場合は、バーの高さ（電圧値）を所定高さ（所定の刻み幅の電圧値ΔＥ）上げた後の今回の高さ（新たなチェック電圧値Ｅｃ＋１）では試技の回数は１０回までとして、１０回を越えると（第２判定プログラムによる判定）、そこで競技（充電）を終了するものとする。
【００５０】
図４は図２における矢視Ｐの部分を拡大した図であり、ニッケル−水素電池を例に挙げて説明する。
電圧−電流特性は、充電が進むに連れて（充電率が上昇するに連れて）、図４中の矢印の方向に推移していき、反応分水嶺Ｌｄに沿う直線が充電率１００％の直線となる。
まず、最低チェック電圧値Ｅ１を１．４０（Ｖ）に設定して、満充電平衡電圧値Ｅｅｑを超えるが不可逆化学反応領域Ｄには達しない所定の充電印加電圧値による充電と、該最低チェック電圧値Ｅ１による充電状態のチェックとを繰り返していく。この最低チェック電圧値Ｅ１によるチェック回数が増えるに従って、チェック時に検出される電流値ｉは減少していき、図４中の１．４０（Ｖ）上の太線に沿って下降していく。そして、例えば、２０回目の最低チェック電圧値Ｅ１によるチェックで、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されたとする。
【００５１】
次のチェック電圧値Ｅ２は、最低チェック電圧値Ｅ１から０．０１（Ｖ）上げて１．４１（Ｖ）に設定し、このチェック電圧値Ｅ２による最初の充電状態チェックでは、ニッケル−水素電池に２（ｍＡ）弱の電流が流れ、該チェック電圧値Ｅ２によるチェック回数が増えるに従って、チェック時に検出される電流値ｉは減少していき、図４中の１．４１（Ｖ）上の太線に沿って下降していく。そして、例えば、３回目の充電状態チェックで、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されたとする。この検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数（３回）は前回の最低チェック電圧値Ｅ１で検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数（２０回）よりも少なく、従って、さらに充電を続けるものとする。
【００５２】
次に、チェック電圧値Ｅ３をチェック電圧値Ｅ２から０．０１（Ｖ）上げて１．４２（Ｖ）に設定し、このチェック電圧値Ｅ３による最初の充電状態チェックでは、ニッケル−水素電池に約２（ｍＡ）の電流が流れ、該チェック電圧値Ｅ２によるチェック回数が増えるに従って、チェック時に検出される電流値ｉは減少していき、図４中の１．４２（Ｖ）上の太線に沿って下降していく。そして、例えば、３回目の充電状態チェックで、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されたとする。この検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数（３回）は前回のチェック電圧値Ｅ２で検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数（３回）と同じで、従って、この場合も、さらに充電を続けるものとする。
【００５３】
以後、同様に充電状態をチェックしていき、１．４７（Ｖ）のチェック電圧値で、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数が、その前の１．４６（Ｖ）のチェック電圧値で、検出された電流値ｉが判定基準値Ｋ以下と判定されるまでのチェック回数を越えたとすると、ここで、ニッケル−水素電池の充電を停止する。このように二次電池を充電することで、該二次電池の充電率は略１００％となる。
【００５４】
次に、図５を参照しながら第２実施形態に係る充電装置１による充電の流れを説明する。
まず、ユーザは充電装置１に二次電池１０をセットして、操作部３を操作すると、二次電池１０は充電装置１による測定対象となる全ての種類、全ての型番の二次電池の定格満充電平衡電圧値よりも低い最低チェック電圧値Ｅ１（例えば、１．４０（Ｖ））で微小時間Ｔ２（例えば、５（秒））印加される（ステップＢ１）。
【００５５】
この最低チェック電圧値Ｅ１で二次電池１０を微小時間Ｔ２印加している間に、電流検出部８によって二次電池１０に流れている電流値ｉを検出して（ステップＢ２）、前記第１判定プログラムでこの検出した電流値ｉの判定を行う（ステップＢ３）。
【００５６】
この検出した電流値ｉが判定基準値Ｋを越えていれば（ステップＢ３）、電圧・電流制御部５により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値Ｅｔに切り換えて、該所定の充電印加電圧値Ｅｔで二次電池１０を所定時間Ｔ１（例えば、５５（秒））印加する（ステップＢ４）。この所定の充電印加電圧値Ｅｔで二次電池１０の充電を行い、所定時間印加Ｔ１の経過後、電圧・電流制御部５により充電電圧を前記最低チェック電圧値Ｅ１に切り換えて、再び、前記ステップＢ１に戻る。
【００５７】
一方、検出した電流値ｉが判定基準値Ｋ以下であれば（ステップＢ３）、前記演算制御部４のインクリメントプログラムにより、それまでのチェック電圧値Ｅｃ（最低チェック電圧値Ｅ１を含む）に前記所定の刻み幅の電圧値ΔＥ（例えば、０．０１（Ｖ））を加算して新たなチェック電圧値Ｅｃ＋１（＝Ｅｃ＋ΔＥ）を設定するとともに（ステップＢ５）、電圧・電流制御部５により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値Ｅｔに切り換えて、該所定の充電印加電圧値Ｅｔで二次電池１０を所定時間Ｔ１（例えば、５５（秒））印加する（ステップＢ６）。
【００５８】
そして、所定時間Ｔ１の経過後、電圧・電流制御部５により充電電圧をこの新たなチェック電圧値Ｅｃに切り換えて、該新たなチェック電圧値Ｅｃ＋１で二次電池１０を微小時間Ｔ２印加し（ステップＢ７）、この微小時間Ｔ２の間に、電流検出部８によって二次電池１０に流れている電流値ｉを検出して（ステップＢ８）、前記第１判定プログラムでこの検出した電流値ｉの判定を行う（ステップＢ９）。
【００５９】
この検出した電流値ｉが判定基準値Ｋを越えていれば（ステップＢ９）、前記ステップＢ５に戻り、一方、該電流値ｉが判定基準値Ｋ以下となっていれば（ステップＢ９）、前記第２判定プログラムによって前記第１判定プログラムによる前回の肯定判定（検出した電流値ｉが判定基準値Ｋ以下との判定）から今回の肯定判定（検出した電流値ｉが判定基準値Ｋ以下との判定）までの間に切り換えられた、チェック電圧値Ｅｃへの切換回数Ｎｃを判定する（ステップＢ１０）。
【００６０】
この第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間のチェック電圧値Ｅｃへの切換回数Ｎｃが前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間のチェック電圧値Ｅｃ−１への切換回数Ｎｃ−１のｒ倍以下であれば（ステップＢ１０）、前記ステップＢ６に戻り、一方、第１判定プログラムによる前回の肯定判定から今回の肯定判定までの間のチェック電圧値Ｅｃへの切換回数Ｎｃが前々回の肯定判定から前回の肯定判定までの間のチェック電圧値Ｅｃ−１への切換回数Ｎｃ−１のｒ倍を越えていれば（ステップＢ１０）、充電停止信号が出力されて（ステップＢ１１）、二次電池１０の充電が停止される（ステップＢ１２）。
【００６１】
なお、前記ステップＢ１１で、充電停止信号が出力されたときに、即座に二次電池１０の充電を停止してもよく、あるいは、ある時間が経過した後に二次電池１０の充電を停止してもよい。後者の場合は、前記充電停止信号が出力されると、例えば、電圧・電流制御部５により充電電圧を前記所定の充電印加電圧値Ｅｔに切り換えて、該所定の充電印加電圧値Ｅｔで二次電池１０を第２の所定時間Ｔ３印加した後、二次電池１０の充電を完了する。あるいは、前記充電停止信号が出力されると、前記所定の充電印加電圧値Ｅｔによる所定時間Ｔ１の電圧印加と、前記チェック電圧値Ｅｃによる微小時間Ｔ２の電圧印加とから成るサイクルを所定回数繰り返した後、二次電池１０の充電を完了するように構成してもよい。
このように充電することで、二次電池１０の充電率がさらに１００％に近づくように充電することができる。
【００６２】
以上のような構成で、この第２実施形態の充電装置１によれば、二次電池１０の種類や型番等に関わらず、どのような二次電池１０であっても、その二次電池１０の満充電平衡電圧値を探り当てながら、充電率が略１００％になるように充電することができ、信頼性が向上する。さらに、この充電装置１は、内部構造が一部破壊されて劣化している二次電池１０に対しても有効で、その二次電池１０の現時点の満充電平衡電圧値を探り当てて、現時点の蓄電容量に対して充電率が略１００％になるように充電することができる。
【００６３】
次に、第２実施形態に係る充電装置１による充電理論について説明する。
図６に示すように、一定値に近づく漸近特性をもつ関数の一般形としては、３つの例が挙げられる。このうち図６中の（ｂ）の関数に関しては、第２実施形態に係る充電装置１による充電には当てはまらないため、図６中の（ａ）の関数及び（ｃ）の関数について検討する。
まず、図６中の（ａ）の関数について説明すると、図７に示すように、充電率が１００％の満充電状態の飽和時の電位をＶｅｑ，ｆすると、起電電圧Ｖｅｑ（ｔ）は次式（ａ−１）で表される。
【００６４】
【数１】
2005245095.tif 000003
【００６５】
ここで、時刻ｔ＝ｔ１のときの起電電圧をＶｅｑ（ｔ１）とすると、次式（ａ−２）が成立する。
【００６６】
【数２】
2005245095.tif 000004
【００６７】
この状態からチェック電圧値をΔＶ上げて新たなチェック電圧値を設定し、電池起電電圧がこの新たなチェック電圧値に平衡するまでの所要時間をΔｔ（ｔｎ）とすると次式（ａ−３）が成立する。
【００６８】
【数３】
2005245095.tif 000005
【００６９】
この式（ａ−３）を整理すると、次式（ａ−４）が得られ、この式（ａ−４）は式（ａ−２）を使うと、式（ａ−５）で表される。
【００７０】
【数４】
2005245095.tif 000006
【００７１】
式（ａ−３）で示される時刻ｔ＝ｔ２から２Δｔ（ｔ１）の時の電池電圧Ｖｅｑ（ｔ２＋２Δｔ（ｔ１））を算出し、Ｖｅｑ（ｔ２）＋ΔＶと比較する。
すなわち、式（ａ−１）に、ｔ＝ｔ１＋３Δｔ（ｔ１）を代入した次式（ａ−６）と、式（ａ−１）に、ｔ＝ｔ２を代入してΔＶを足した次式（ａ−７）との比較になる。
【００７２】
【数５】
2005245095.tif 000007
【００７３】
式（ａ−６）が式（ａ−７）よりも大きければ、基点はｔ＝ｔ２となり、充電は続行する。一方、式（ａ−６）が式（ａ−７）よりも小さければ、充電は終止し、終止した電池起電電圧は式（ａ−６）で規定される。ここで、次式（ａ−８）は、式（ａ−６）から式（ａ−７）を引いた計算式である。
【００７４】
【数６】
2005245095.tif 000008
【００７５】
具体例として、ここで、ある二次電池が次の定数を持つとする。
Ｖｅｑ，ｆ＝１．４１７（Ｖ）、Ｖｅｑ（ｔ０）＝１．３８５（Ｖ）、定数λは充電電流によって決まる定数、比較電圧のアップはΔＶ＝０．０１（Ｖ）とする。計算の基点は図８の時間−電圧のパターンの場合、時刻ｔ＝ｔ１となる。（チェック開始電圧は１．３８（Ｖ）としても、制御の対象となるのは同図の場合、時刻ｔ＝ｔ１以降となる。）
これらの値を前記の式（ａ−８）に代入すると、次式（ａ−９）が得られる。
【００７６】
【数７】
2005245095.tif 000009
【００７７】
以上の計算式に基づき、前記第２実施形態に係る充電装置１において、第２判定プログラムでの判定に係る定数ｒを、ｒ＝２と設定したときの実例を説明する。
【００７８】
図９に示すように、まず、最低チェック電圧値を１．３９（Ｖ）に設定して、二次電池の充電を開始する。充電が進み二次電池の起電電圧が１．３９（Ｖ）に達すると平衡して充電は停止する。
次にチェック電圧値を０．０１（Ｖ）上げて１．４０（Ｖ）とすると、ある時間経過後（図９の例では、無次元化された時間で０．４６３）、電池起電電圧は１．４０（Ｖ）に達する。さらに、チェック電圧値を０．０１（Ｖ）上げて１．４１（Ｖ）とし、１．４０（Ｖ）から１．４１（Ｖ）に達するに要した時間（無次元化された時間で０．８８７）の２倍の時間経過すると充電を終止させる。このときの電池起電電圧は１．４１５８（Ｖ）となり、本来の満充電時起電電圧の９９．９％に達している。 
【００７９】
この制御方式は二次電池のもつ充電特性がこのパターンである限り、起電電圧に差があっても正しく満充電時の起電電圧に近づけることが可能であり、従って、二次電池の品種を問わず満充電が可能である。 
【００８０】
次に、図６中の（ｃ）の関数について説明する。
図１０に示すように、この場合の充電の概要を説明すると、時刻ｔ＝ｔ１で電池電圧がチェック電圧値に平衡し、そのときの電圧はＶｅｑ（ｔ１）となる。次にチェック電圧値をΔＶ上げて新たなチェック電圧値を設定して、充電を持続し、平衡するまでの時間をΔｔ（ｔ１）とする。そこでの平衡電圧はＶｅｑ（ｔ１）＋ΔＶである。さらにチェック電圧値をΔＶ上げて新たなチェック電圧値を設定し、充電を持続する。このとき、２Δｔ（ｔ１）経過しても平衡しないときは充電を終止する。平衡したときはその時間経過をΔｔ（ｔ２）とし、そのときの平衡電圧はＶｅｑ（ｔ１）＋２ΔＶとなる。そして、チェック電圧値をΔＶずつ上げて、以上の過程を繰り返す。
【００８１】
以上の充電制御を数学的に演繹すると、図１０に示す電位曲線は次式（ｂ−１）に従うものとする。
【００８２】
【数８】
2005245095.tif 000010
【００８３】
時刻ｔ＝ｔ１のとき、式（ｂ−１）に代入すると、次式（ｂ−２）が得られる。
【００８４】
【数９】
2005245095.tif 000011
【００８５】
この時点より、電圧がΔＶ上昇するのに要する時間を計算する。
【００８６】
【数１０】
2005245095.tif 000012
【００８７】
上式（ｂ−３）を変形すると、次式（ｂ−３’）が得られる。
【００８８】
【数１１】
2005245095.tif 000013
【００８９】
また、前記の式（ｂ−２）を変形すると、次式（ｂ−２’）が得られる。
【００９０】
【数１２】
2005245095.tif 000014
【００９１】
以上の計算式に基づき、前記第２実施形態に係る充電装置１において、第２判定プログラムでの判定に係る定数ｒを、ｒ＝２と設定したときの実例を説明する。
チェック電圧値を０．０１（Ｖ）ずつ上げていったときに、充電のステップ（充電の度合い）によって、そのバーの高さ（チェック電圧値）をクリアーするのに要する時間が異なり、その所要時間が前の２倍になったときに、充電を終止したときの平衡電圧を計算する。
【００９２】
図１１では、最初のバーの高さである最低チェック電圧値を１．４０（Ｖ）に設定して、１．４０（Ｖ）から１．４１（Ｖ）にチェック電圧値をあげると、そこをクリアーするのに無次元化された時間で１．２９９要している。また、１．４３（Ｖ）から１．４４（Ｖ）には図１１の表中の最低時間（無次元化された時間で０．６７３）でクリアーし、チェック電圧値をさらに上げると、そのチェック電圧値をクリアーするのに要する時間が長くなり、あげくはいつまで経ってもクリアーできないことになる。そこで、最後にクリアーした所要時間の２倍を限度に充電を終止させた場合、目標値に達成度を計算したのが図１１の表の最下段の値となる。この表からもわかるように、この充電方法によれば、充電終止時に、本来の満充電時起電電圧の９９．９７％に達している。
【００９３】
以上は、前記第２実施形態に係る充電装置１において、第２判定プログラムでの判定に係る定数ｒを、ｒ＝２と設定した場合の説明である。この定数の設定ｒは、１以上であれば、限定するものではない。この定数ｒをｒ＝１と設定した場合には、図１０における電圧曲線の編曲点（時刻ｔ＝ｔｃでの電圧値）付近で充電が停止し、充電終了時の二次電池の充電率は約８０％となっている。このような設定の充電の方法も有効であり、不可逆反応領域Ｄに決して達することなく充電を行うことができて、サイクル寿命を５０００回を越えるまでに飛躍的に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】二次電池の充電装置１の制御構成を示すブロック図。
【図２】二次電池１０の充電率ごとの電流一電圧特性を示すグラフ。
【図３】第１実施形態の充電装置１による充電制御を示すフローチャート。
【図４】図２における矢視Ｐの部分を拡大した図。
【図５】第２実施形態の充電装置１による充電制御を示すフローチャート。
【図６】一定値に近づく漸近特性をもつ関数を示す図。
【図７】図６中の（ａ）に示す関数の漸近特性を示す図。
【図８】図６中の（ａ）に示す関数の漸近特性を示す図。
【図９】チェック電圧値をインクリメントしていったときの充電終了状態の判定を示す表。
【図１０】図６中の（ｃ）に示す関数の漸近特性を示す図。
【図１１】チェック電圧値をインクリメントしていったときの充電終了状態の判定を示す表。
【符号の説明】
【００９５】
１    充電装置
２    電源部
３    操作部
４    演算制御部
５    電圧・電流制御部
６    電圧供給部
７    表示部
８    電流検出部
９    電圧検出部
１０    二次電池
【図１】
2005245095.tif 000015
【図２】
2005245095.tif 000016
【図３】
2005245095.tif 000017
【図４】
2005245095.tif 000018
【図５】
2005245095.tif 000019
【図６】
2005245095.tif 000020
【図７】
2005245095.tif 000021
【図８】
2005245095.tif 000022
【図９】
2005245095.tif 000023
【図１０】
2005245095.tif 000024
【図１１】
2005245095.tif 000025