(57)【要約】【課題】  二次電池を使用する装置において、急速充電の回数を少なくして二次電池の寿命を延ばす。【解決手段】  メイン電源がオンされた場合に、ｆの初期充電状態において、二次電池であるニッケル水素電池１の電圧Ｖを検出し、検出した電圧Ｖを所定の基準電圧Ｖ０と比較する。基準電圧Ｖ０はニッケル水素電池１の温度に応じて設定される。検出した電圧Ｖが基準電圧Ｖ０以上の場合はｄの状態に移行し、急速充電を行わず、トリクル充電を行う。検出した電圧Ｖが基準電圧Ｖ０以下の場合はｃの状態に移行し、急速充電を行う。【選択図】  図１
2007068300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池および該二次電池を充電する充電回路を有する装置において、
メイン電源がオンされた場合に、前記二次電池の電圧を検出し、検出した電圧を所定の基準電圧と比較して検出した電圧が前記所定の基準電圧より大きい場合は急速充電を行わず、小さい場合に急速充電を行うことを特徴とする二次電池および充電回路を有する装置。
【請求項２】
前記検出した電圧が前記所定の基準電圧より大きい場合はトリクル充電を行う請求項１記載の二次電池および充電回路を有する装置。
【請求項３】
前記所定の基準電圧は、前記二次電池の温度により異なる請求項１記載の二次電池および充電回路を有する装置。
【請求項４】
前記二次電池の稼動時間が一定期間を経過した場合は、前記所定の基準電圧を下げる請求項１、２又は３記載の二次電池および充電回路を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池および該二次電池を充電する充電回路を有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池等の二次電池をバックアップ用として使用する装置においては、充放電回路が設けられており、交流電源から電力が供給されている場合に充放電回路により二次電池を充電する。また交流電源からの電力供給が絶たれた場合には二次電池の電力を充放電回路を通して装置の必要箇所に供給する。
【０００３】
従来の二次電池への充放電の状態の遷移を図６に示す。なお図６に例示する装置はメイン電源とスタンバイ電源が設けられているものである。ａの装置停止状態は、メイン電源およびスタンバイ電源がオフしている状態で、二次電池に対しても充放電が行われていない状態である。ｂの装置スタンバイ状態は、スタンバイ電源はオンしているがメイン電源はオフしている状態で、二次電池に対してトリクル充電（細流充電）をしている状態である。
【０００４】
ｃの装置動作状態Ｂは、メイン電源およびスタンバイ電源がオンしている状態で、装置は動作状態となり、二次電池に対して急速充電が行われる。ｄの装置動作状態Ｃは、ｃの装置動作状態Ｂにおいて急速充電を行った結果、二次電池が満充電状態となり、トリクル充電をしている状態である。またｅの装置バックアップ状態は、停電等のために装置に交流電源が供給されなくなった状態で、二次電池が放電によりバックアップしている状態である。
【０００５】
次に充電状態の遷移について説明する。メイン電源およびスタンバイ電源がオフしているａの装置停止状態では、二次電池に対して充放電はしていない。この状態からスタンバイ電源がオンされると、ｂの装置スタンバイ状態になる（符号１１）。ｂの状態ではバックアップの必要がないので、トリクル充電を行い、自己放電による二次電池の容量の低下を防ぐことにより二次電池の容量を維持する。ｂの装置スタンバイ状態から装置を動作させるためにメイン電源がオンされると、ｃの装置動作状態Ｂとなる（符号１２）。
【０００６】
ｃの装置動作状態Ｂでは、二次電池を満充電するために、初期に大電流で急速充電を行う。急速充電により二次電池が満充電状態になると、ｄの装置動作状態Ｃとなる（符号１３）。ｄの装置動作状態Ｃでは、充電電流を下げてトリクル充電を行う。これにより、自己放電による二次電池の容量の低下を防ぎ、二次電池の容量を維持している。
【０００７】
ｃの装置動作状態Ｂにおいて、メイン電源がオフされると、充電状態をリセットし、ｂの装置スタンバイ状態となる（符号１４）。またｄの装置動作状態Ｃにおいても、メイン電源がオフされると、充電状態をリセットし、ｂの装置スタンバイ状態となる（符号１５）。その後メイン電源が再びオンされた場合には、ｃの装置動作状態Ｂになり（符合１２）、再度急速充電により二次電池を満充電の状態にしている。
【０００８】
またｃの装置動作状態Ｂにおいて停電が発生した場合は、ｅの装置バックアップ状態となり（符号１６）、充電状態をリセットし、二次電池は放電される。同様に、ｄの装置動作状態Ｃにおいて停電が発生した場合は、ｅの装置バックアップ状態となり（符号１７）、充電状態をリセットし、二次電池は放電される。その後、ｅの装置バックアップ状態から復電すると、ｃの装置動作状態Ｂになり（符合１８）、再度急速充電を行い、二次電池を満充電の状態にしている。またｅの装置バックアップ状態からメイン電源をオフした場合は、ａの装置停止状態となり（符合１９）、二次電池に対しても充放電が行われていない状態となる。なおｂの装置スタンバイ状態からスタンバイ電源がオフされた場合は、ａの装置停止状態となる（符号２０）。
【０００９】
以上説明したように、従来の二次電池への充電方法では、メイン電源のオフ時や停電時に充電状態をリセットしている。そのため、瞬時停電や瞬時電圧低下により一時的にバックアップした場合や、装置を立ち上げるたびに、急速充電を行っている。このような急速充電を行うものとしては、たとえば特開２００１−１８６６８３号公報に開示されるものがある。
【特許文献１】特開２００１−１８６６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、カドミウム等の有害物質を含まず、ニッケルカドミウム電池より容量密度が高く、小型化が可能なニッケル水素電池をバックアップ用に使用する場合、従来の充電方法では、瞬時停電や瞬時電圧低下により一時的にバックアップした場合や、装置を立ち上げるたびに、急速充電を行うので、ニッケルカドミウム電池に較べ急速充電時の発熱量が大きい特性を持つニッケル水素電池は、発熱する回数が多くなり、寿命が短くなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、二次電池および該二次電池を充電する充電回路を有する装置において、メイン電源がオンされた場合に、前記二次電池の電圧を検出し、検出した電圧を所定の基準電圧と比較して検出した電圧が前記所定の基準電圧より大きい場合は急速充電を行わず、小さい場合に急速充電を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成の本発明によれば、二次電池の容量が十分ある場合は急速充電を行わないので、急速充電を行う回数を減らすことができ、二次電池の温度が上昇する回数が減り、寿命を延ばすことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を図面に従って説明する。図１は本発明の実施の形態の充電状態の遷移を示す説明図、図２は実施の形態の二次電池を有する装置を示すブロック図である。まず図２により装置構成について説明する。なお各図面に共通する要素には同一の符号を付す。なお本実施の形態では二次電池としてニッケル水素電池を使用する装置において説明する。
【００１４】
図２において、二次電池としてニッケル水素電池１を有する装置２には、交流電源３から電力を供給され、交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ電源４、ＡＣ／ＤＣ電源４に接続され電圧を安定化するＤＣ／ＤＣ電源５、パーソナルコンピュータ等の負荷６、ニッケル水素電池１およびニッケル水素電池１を充放電させる充放電回路７が設けられている。充放電回路７には、ニッケル水素電池１の電圧を検出する電圧検出回路と、ニッケル水素電池１の温度を検出する温度検出回路が設けられている。またＡＣ／ＤＣ電源４には第１メイン電源４ａとスタンバイ電源４ｂが設けられ、ＤＣ／ＤＣ電源５には第２メイン電源５ａとスタンバイ電源５ｂが設けられている。
【００１５】
交流電源３から電力が供給されると、ＡＣ／ＤＣ電源４により直流電圧に変換され、さらにＤＣ／ＤＣ電源５により安定化されて、直流電圧が負荷６に供給される。交流電源３から電力が供給されている間、ＡＣ／ＤＣ電源４の出力電圧で充放電回路７により二次電池としてのニッケル水素電池１が充電される。また交流電源３からの電力供給が絶たれた場合は、ニッケル水素電池１の電力を充放電回路７を通してＤＣ／ＤＣ電源５に供給し、直流電圧を負荷６に供給するようにしている。
【００１６】
次に図１により実施の形態における充電状態の遷移について説明する。図１において、ａの装置停止状態は、ＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａとスタンバイ電源４ｂおよびＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａとスタンバイ電源５ｂのいずれもがオフになっている状態で、ニッケル水素電池１に対して充放電が行われていない状態である。ｂの装置スタンバイ状態は、ＡＣ／ＤＣ電源４のスタンバイ電源４ｂはオンであるが第１メイン電源４ａがオフで、またＤＣ／ＤＣ電源５のスタンバイ電源５ｂがオンで第２メイン電源５ａがオフになっている状態で、ニッケル水素電池１に対してトリクル充電（細流充電）をしている状態である。
【００１７】
ｃの装置動作状態Ｂは、ｂの装置スタンバイ状態からＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａがオンするとともに、ＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａがオンした状態で、ニッケル水素電池１に対して急速充電が行われる。ｄの装置動作状態Ｃは、いずれの電源４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂもオン状態で、ニッケル水素電池１が満充電状態となり、トリクル充電をしている状態である。
【００１８】
ｅの装置バックアップ状態は、停電等のためにＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａおよびスタンバイ電源４ｂがともにオフしてＤＣ／ＤＣ電源５に電力が供給されなくなった状態であるが、ＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａおよびスタンバイ電源５ｂはオンしており、これによりニッケル水素電池１からバックアップしている状態である。またｆの装置動作状態Ａは、いずれの電源４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂもオン状態で、ニッケル水素電池１に対してトリクル充電をする（初期充電）とともに、ニッケル水素電池１の電圧を監視している状態である。
【００１９】
いずれの電源４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂもオフになっているａの装置停止状態では、二次電池であるニッケル水素電池１に対して充放電はしていない。この状態からＡＣ／ＤＣ電源４のスタンバイ電源４ｂおよびＤＣ／ＤＣ電源５のスタンバイ電源５ｂがオンされると、ｂの装置スタンバイ状態になる（符号１１）。この状態ではバックアップの必要がないので、ニッケル水素電池１に対してトリクル充電を行い、自己放電によるニッケル水素電池１の容量の低下を防ぐことによりニッケル水素電池１の容量を維持する。
【００２０】
ｂの装置スタンバイ状態から装置２を駆動するためにＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａおよびＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａがオンされると、ｆの装置動作状態Ａとなり（符号２１）、ニッケル水素電池１に対してトリクル充電を行う。ｆの装置動作状態Ａは一定時間（数分間）で終了し、終了した時点におけるニッケル水素電池１の電圧を検出する。電圧の検出は充放電回路７で行う。
【００２１】
ｆの装置動作状態Ａにおいて、ニッケル水素電池１の電圧を検出すると、検出した電圧を基準電圧Ｖ０と比較する。基準電圧Ｖ０は、ニッケル水素電池１の充電量が十分であるか否かを判定するための基準値であり、予め充放電回路７に格納されているものであるが、充放電回路７には基準電圧Ｖ０として複数の電圧値が格納されている。ニッケル水素電池１の電圧と充電量との関係は温度により変化する。そのため、充放電回路７内にニッケル水素電池１の温度を検出する温度検出回路を具備し、ニッケル水素電池１の検出温度に応じて適正な基準値を選択するのである。
【００２２】
図３にニッケル水素電池１の温度と基準電圧との関係を示す。図３においては、装置２に一度に必要なニッケル水素電池１の充電量が７０パーセント、８０パーセントおよび９０パーセントの場合がそれぞれα、β、γで示してある。必要な充電量が大きい場合は基準電圧Ｖ０も大きく設定される。図３に示すように、いずれの場合も、ニッケル水素電池１の温度が高くなると、それに応じて基準電圧Ｖ０も大きく設定される。ここで例えば、必要な充電量が８０パーセントである場合、ニッケル水素電池１の初期充電終了時の温度として温度Ｔ１が検出された場合、温度Ｔ１に基づいて電圧Ｖ０１が算出され、この電圧Ｖ０１を基準電圧とする。
【００２３】
図４にニッケル水素電池１の内部抵抗の変化を示す。図４に示すように、ニッケル水素電池１の内部抵抗は、ニッケル水素電池１の稼働時間が一定期間（Ｈ時間）を経過するまではほとんど変化しないが、一定期間（Ｈ時間）を経過すると、寿命により上昇する特性を持っている。そこで、ニッケル水素電池１の駆動時間が一定期間（Ｈ時間）以上経過したものについては、基準電圧Ｖ０を一定電圧ΔＶだけ減じた値とする。
【００２４】
図５はニッケル水素電池１の温度と基準電圧との関係を示す。図５においては必要な充電量が８０パーセントの場合で、稼働時間が一定期間（Ｈ時間）以下の場合（δ）と一定期間（Ｈ時間）以上の場合（ε）とを示す。図５に示すように、ニッケル水素電池１の稼働時間が一定期間（Ｈ時間）以下の場合は、基準電圧Ｖ０は直線δに基づいて算出され、ニッケル水素電池１の稼働時間が一定期間（Ｈ時間）以上の場合は、基準電圧Ｖ０は直線εに基づいて算出される。
【００２５】
例えば、ニッケル水素電池１の温度がＴ１の場合、ニッケル水素電池１の稼働時間が一定期間（Ｈ時間）以下の場合は、基準電圧Ｖ０２が設定され、ニッケル水素電池１の稼働時間が一定期間（Ｈ時間）以上の場合は、基準電圧Ｖ０２からΔＶだけ減じた基準電圧Ｖ０３が設定される（Ｖ０２−ΔＶ＝Ｖ０３）。また一定期間（Ｈ時間）については、使用するニッケル水素電池１の保証寿命より予測して算出する。以上のようにして基準電圧Ｖ０が設定される。
【００２６】
図１に示すｆの装置動作状態Ａにおいて、装置動作状態Ａが終了した時点において検出したニッケル水素電池１の電圧Ｖを、上記のようにして設定された基準電圧Ｖ０と比較する。比較の結果、検出電圧Ｖが基準電圧Ｖ０以下の場合は、ｃの装置動作状態Ｂに移行する（符号２２）。
【００２７】
ｃの装置動作状態Ｂにおいては、ニッケル水素電池１を満充電するために、大電流で急速充電を行う。ニッケル水素電池１が満充電状態になると、ｄの装置動作状態Ｃとなり（符合１３）、充電電流を下げてトリクル充電を行う。これにより、自己放電によるニッケル水素電池１の容量の低下を防ぎ、ニッケル水素電池１の容量を維持する。
【００２８】
ｆの装置動作状態Ａが終了した時点において検出したニッケル水素電池１の電圧Ｖが基準電圧Ｖ０以上である場合は、ｄの装置動作状態Ｃに移行し（符号２３）、充電電流を下げてトリクル充電を行い、自己放電によるニッケル水素電池１の容量の低下を防ぎ、ニッケル水素電池１の容量を維持する。
【００２９】
ｆの装置動作状態Ａにおいて、ＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａおよびＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａがオフされると、充電状態をリセットし、ｂの装置スタンバイ状態となる（符号２４）。またｃの装置動作状態Ｂにおいて、ＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａおよびＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａがオフされると、充電状態をリセットし、ｂの装置スタンバイ状態となる（符号１４）。さらにｄの装置動作状態Ｃにおいて、ＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａおよびＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａがオフされると、充電状態をリセットし、ｂの装置スタンバイ状態となる（符号１５）。その後装置２を動作させるためにＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａおよびＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａがオンされた場合は、再びｆの装置動作状態Ａになり（符合２１）、再度、ニッケル水素電池１の電圧を検出し、ｃの装置動作状態Ｂに移行して急速充電を行うか、またはｄの装置動作状態Ｃに移行してトリクル充電を行うかを判断する。
【００３０】
また、ｆの装置動作状態Ａにおいて停電が発生した場合は、ｅの装置バックアップ状態に移行し（符号２５）、充電状態をリセットし、ニッケル水素電池１は放電される。同様に、ｃの装置動作状態Ｂにおいて停電が発生した場合は、ｅの装置バックアップ状態に移行し（符号１６）、充電状態をリセットし、ニッケル水素電池１は放電される。同様に、ｄの装置動作状態Ｃにおいて停電が発生した場合は、ｅの装置バックアップ状態に移行し（符号１７）、充電状態をリセットし、ニッケル水素電池１は放電される。
【００３１】
その後、復電するとｆの装置動作状態Ａに移行し（符号２６）、ニッケル水素電池１の電圧を検出し、ｃの装置動作状態Ｂに移行して急速充電を行うか、またはｄの装置動作状態Ｃに移行してトリクル充電を行うかを判断する。またｅの装置バックアップ状態においてＤＣ／ＤＣ電源５の第２メイン電源５ａがオフされた場合は、ａの装置停止状態に移行し（符号１９）、ニッケル水素電池１に対して充放電が行われていない状態となる。なおｂの装置スタンバイ状態からＡＣ／ＤＣ電源４の第１メイン電源４ａおよびＤＣ／ＤＣ電源５のメイン電源５ａがオフされた場合は、ａの装置停止状態となる（符号２０）。
【００３２】
以上のように本実施の形態によれば、初期充電終了時のニッケル水素電池１の電圧を監視して急速充電を行うか否かを判断し、ニッケル水素電池１の電圧が基準電圧Ｖ０以上の場合は急速充電を行わないようにしたので、急速充電時におけるニッケル水素電池１の温度上昇回数を減らすことが可能となり、ニッケル水素電池１の寿命を延ばすことができる。
【００３３】
装置停止状態になった時または装置バックアップ状態になった時に充電状態をリセットするが、瞬時停電や瞬時電圧低下により一時的にバックアップした場合や、あるいはバックアップなしで装置の第１メイン電源４ａおよび第２メイン電源５ａをオン・オフした場合には、ニッケル水素電池１の容量は十分あり、特に急速充電を行う必要がない。したがってニッケル水素電池１の電圧が基準電圧Ｖ０以上の場合に急速充電を行わなくてもなんら問題はない。
【００３４】
また本実施の形態においては、ニッケル水素電池１の電圧と比較する基準電圧Ｖ０を、ニッケル水素電池１の温度に応じてまたは装置に必要な充電量に応じて設定しているので、急速充電の要否をより適切に判断することができる。また、上記実施の形態では二次電池としてニッケル水素電池を有する装置を例に説明したが、ニッケル水素電池に限らず、他の二次電池を有する装置に本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態の充電状態の遷移を示す説明図である。
【図２】実施の形態の二次電池を有する装置を示すブロック図である。
【図３】ニッケル水素電池の温度と基準電圧との関係を示すグラフである。
【図４】ニッケル水素電池の内部抵抗の変化を示すグラフである。
【図５】ニッケル水素電池の温度と基準電圧との関係を示すグラフである。
【図６】従来の二次電池への充放電の状態の遷移を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ニッケル水素電池
２  装置
３  交流電源
７  充放電回路
【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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