(57)【要約】【課題】  本発明は2次電池のセル間ばらつきが少なくなる充電方式を提供し、またもっとも充電効率の良い充電方式を提供することを課題とする。【解決手段】  上記の課題を解決する為に本発明では特殊なパルス充電方式を用いる。パルス波形は公知のように高周波成分を含んでいる為、電池の中の電気二重層コンデンサの容量Cはパルス波形に対して低いインピーダンスを示し、そのインピーダンスは  １／２πｆC  に比例する。ここでｆは高周波成分の周波数であるからCが大きいほどインピーダンスは低くなり高い周波数ｆを持つ電流はCを通過しやすくなり起電力Eを充電しやすくなるので充電のセル間ばらつきを解消できる。  この問題を解決する為に本発明ではパルス波形の立ち上がりを緩やかにした。【選択図】図５
2007028791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（a）    2次電池の充電電流Iを検出し、充電電流I の大きさに関係した信号をCPUに入力する手段と、
（b）    CPUは検出した充電電流Iの大きさを予め定めた電流値I0と比較し、
（c）    充電電流Iの大きさがI0より小さい時には、任意のタイマー時間後、CPUは電源に出力電流を微増させるための信号を電源の電圧制御端子に入力し、
（d）    電源は出力電流Iを微増させて電池を充電し、
（e）    前記(a)、(b)、(c)、(d)を繰り返し、CPUは(a)で検出した充電電流Iの大きさを予
め定めた電流値I0と比較し、終に充電電流Iの大きさがI0とほぼ等しくなった
ときは、一定の持続時間の間、充電電流IをI0に保持し、
（f）     その後充電電流Iをゼロにするか、漸減させる手段を具備することを特徴とする
2次電池の充電装置。
【請求項２】
（g）      2次電池の充電電流Iを検出し、充電電流I の大きさに関係した信号をCPUに入力する手段と、
（h）    CPUは検出した充電電流Iの大きさを予め定めた電流値I0と比較し、
（i）     充電電流Iの大きさがI0より小さい時には、任意のタイマー時間後、CPUは電源の出力電流を微増させるための信号を電源の電圧制御端子に入力し、
（j）     電源は出力電流を微増させて電池を充電し、
（k）    前記(g)、(h)、(i)、(j)を繰り返し、CPUは(g)で検出した充電電流Iの大きさを予
め定めた電流値I0と比較し、終に充電電流Iの大きさがI0とほぼ等しくなった
ときは、一定の持続時間の間、充電電流をI0に保持し、
（l）     上記一定持続時間の後、充電電流Iをゼロにすると共に、電池を一瞬間（Δｔ）の間だけ放電させ、
（m）   放電させた後は再び上記(g)から(l)を繰り返し、最後に(k)でI０に保持した充電電流Iをゼロにまで漸減させることを特徴とする2次電池の充電装置。
【請求項３】
（n）    2次電池の充電電流Iを検出し、充電電流I の大きさに関係した信号をCPUに入力する手段と、
（o）    CPUは検出した充電電流Iの大きさを予め定めた電流値I0と比較し、
（p）    充電電流Iの大きさがI0より小さい時には、任意のタイマー時間後、CPUは電源の出力電流を微増させるための信号を電源の電圧制御端子に入力し、
（q）    電源は出力電流を微増させて電池を充電し、
（r）    再び前記(n)、(o)、(p)、(q)を繰り返し、CPUは(n)で検出した充電電流Iの大き
さを予め定めた電流値I0と比較し、終に充電電流Iの大きさがI0とほぼ等しく
なったときは、一定の持続時間の間、充電電流をI0に保持し、
（s）    上記一定持続時間の後、充電電流Iをゼロにすると共に、電池内部の電気二重層
コンデンサの電荷を電池内部のファラデーインピーダンスを通じて約３０分以上自然放電させ、
（t）     放電させた後は再び上記(n)から(s)を繰り返し、最後に(r)でI０に保持した充電電流Iをゼロにまで漸減させることを特徴とする2次電池の充電装置。
【請求項４】
(u)         2次電池の充電電流Iを検出する手段と,
(v)         2次電池の充電電流Iの大きさに関係した信号を入力されるCPUと、
(w)         SW電源、サイリスタ又は電圧可変シリーズ・レギュレータ等の電源の出力電
流を微増させるためにCPUから電圧制御信号を電圧制御端子に入力される電源と、
(x)         電源は電圧制御端子の入力に関係して出力電流を可変できるSW電源、サイリスタ又は電圧可変シリーズ・レギュレータ等の電源であることを特徴とする2次電池の充電装置。
【請求項５】
請求項４において2次電池を放電させる為のSW素子と抵抗器を設けたことを特徴とす
る請求項４に記載の2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2次電池の充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来2次電池の充電方法としては、定電圧充電、準定電圧充電、定電流充電、定電流・
定電圧充電、ジョグル充電（パルス充電）、トリクル充電等の種々の充電方式があった。2
次電池の多くは組電池として単セル電池複数個を直列接続して用いているため、セル間の
ばらつきがある場合、もっとも少なく充電されたセル電池の充電量によって組電池全体の
放電量の上限が制限を受ける。その為セル間の充電ばらつきが少なくなるようにする充電
方式の開発が求められていた。
加えてもっとも充電効率の良い充電方式の開発も求められていた。
【非特許文献１】「最新実用二次電池」２３４頁、日本電池株式会社編、１９９５年11月10日  、ISBN  ４−５２６−０３７７５−３  C3054
【特許文献１】特許庁電子図書館で「電池  ＆  パルス充電」で検索を行い、下記の118件の該当があった。これら118件を精査した結果、本出願の技術はこれら118件の何れにも抵触せず、新規な技術であるとの結論を得た。  1. 特開2005-143201 電池の浮動充電制御方式 2. 特開2005-137089 電池の充電方法と充電装置 3. 特開2005-137088 電池の充電方法 4. 特開2005-137034 充電機能を有する車両および充電機能を有する車両を用いた端末の充電方法 5. 特開2005-080318 電池の充放電制御方法および充電制御装置 6. 特開2005-065476 電池の充電方法 7. 特開2004-364387 二次電池の充電方法及び充電装置とその充電制御プログラム 8. 特開2004-327331 非水電解質電池の充電制御方法 9. 特開2004-319365 アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法 10. 特開2004-289976 パルス充電制御方法 11. 特開2004-282929 電池の充電方法および充電装置                           12. 特開2004-274962 二次電池の充電方法及びこの方法を用いた装置             13. 特開2004-274894 充電制御回路 14. 特開2004-274849 電池の充電装置及び充電方法 15. 特開2004-270496 蓄電池の状態判定方法 16. 特開2004-254490 二次電池の充電装置とその充電制御プログラム 17. 特開2004-199933 鉛蓄電池の充電方法と良否判定方法および充電器 18. 特開2004-187452 充電装置 19. 特開2004-180351 二次電池の充電装置 20. 特開2004-112895 充電回路、充電方法および該充電回路を備えた携帯端末 21. 特開2004-064915 二次電池の充電装置及びその充電方法 22. 特開2004-055539 非水電解質二次電池およびその充電方法 23. 特開2003-329744 電池容量算出方法 24. 特開2003-304647 充電装置                                           25. 特開2003-199260 二次電池の充電方法と充電装置 26. 特開2003-168482 リチウム二次電池の製造方法及びリチウム二次電池 27. 特開2003-143769 電池パック電源装置                               28. 特開2003-087990 二次電池の充電回路                               29. 特開2003-009410 充電システム 30. 特開2002-359934 二次電池の充電方法 31. 特開2002-359933 電池の充電方法 32. 特開2002-238182 太陽電池を使用した電源装置 33. 特開2002-233069 充電方法と組電池 34. 特開2002-199606 パック電池と電池の充電方法 35. 特開2002-199605 充電方法および充電装置                           36. 特開2002-190329 鉛蓄電池再生方法および鉛蓄電池再生装置 37. 特開2002-165379 電池のパルス充電方法                             38. 特開2002-152993 無停電電源装置 39. 特開2002-142379 電池の充電方法 40. 特開2002-134175 制御弁式鉛蓄電池の充電方式 41. 特開2002-101003 携帯無線通信装置 42. 特開2001-238364 二次電池充電器制御用半導体装置および該装置を用いた二次電池充電器 43. 特開2001-217012 電池パック 44. 特開2001-211558 複数の電池の充電方法 45. 特開2001-178011 二次電池装置 46. 特開2001-169474 二次電池の充電装置及びそれを用いた充電制御機能付き電池パック47. 特開2001-169471 二次電池装置 48. 特開2001-112180 充電式電気機器 49. 特開2001-102097 二次電池自動試験装置及び試験方法50. 特開2001-045674 バックアップ用二次電池パックの充電方法及び充電システム並びに充電システムの制御方法 51. 特開2001-016795 二次電池の充電方法 52. 特開2000-357540 二次電池の保護回路 53. 特開2000-350370 電池パック電源装置 54. 特開2000-215923 電池劣化判定装置 55. 特開2000-092737 二次電池の充電装置 56. 特開2000-050518 パルス充電装置およびパルス充電方法 57. 特開2000-023382 二次電池の充電方法 58. 特開平11-318040 二���電池の充電装置 59. 特開平11-307134 バックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法 60. 特開平11-285164 二次電池の充電方法 61. 特開平11-285163 二次電池の充電方法 62. 特開平11-285161 二次電池の充電方法 63. 特開平11-196538 リチウムイオン充電池の充電装置 64. 特開平11-069648 二次電池の充電方法 65. 特開平11-069647 充電装置 66. 特開平10-304589 電池をパルス充電して満充電状態に保持する補充電方法 67. 特開平10-290531 電池パック及び電池パックの充電器68. 特開平10-271701 充電装置 69. 特開平10-271696 充電回路 70. 特開平10-243567 二次電池の充電装置および充電方法71. 特開平10-210677 充電装置 72. 特開平10-144270 電池パック 73. 特開平10-051972 二次電池の充電方法及び装置 74. 特開平10-023682 パック電池のパルス充電方法 75. 特開平10-004635 電池装置 76. 特開平10-004634 二次電池の充電方法及び充電装置 77. 特開平09-322422 電池の充電制御装置                                         78. 特開平09-322421 組電池をパルス充電する充電方法 79. 特開平09-322420 充電時間演算方法およびバッテリパック 80. 特開平09-233726 二次電池のパルス充電方法 81. 特開平09-180764 二次電池の電池パック 82. 特開平09-149558 充電制御回路 83. 特開平09-149557 充電制御回路 84. 特開平09-140069 二次電池の充電方法 85. 特開平09-117076 充電表示回路 86. 特開平09-117067 充電装置及び電気自動車 87. 特開平09-084272 二次電池の充電方法 88. 特開平09-007641 二次電池の充電方法 89. 特開平08-340371 携帯電話機及び充電器 90. 特開平08-289478 二次電池の充電方法                         91. 特開平08-278837 二次電池駆動型電子機器 92. 特開平08-241735 二次電池の充電方法 93. 特開平08-237877 パルス充電器 94. 特開平08-203563 電池の充電方法 95. 特開平08-182210 組電池の充電装置 96. 特開平08-163788 二次電池の充電装置 97. 特開平08-124601 二次電池の充電方法 98. 特開平08-045550 リチウムイオン二次電池の急速充電方法 99. 特開平07-298511 ２次電池の充電方法および充電回路100. 特開平07-298504 二次電池の充電方法 101. 特開平07-263031 リチウム二次電池の充電方法 102. 特開平07-211354 充電方法 103. 特開平07-105983 パック電池の充電方法 104. 特開平07-031070 パルス充電器 105. 特開平06-332918 有料情報課金システム 106. 特開平06-290814 金属リチウム２次電池の充電方法 107. 特開平06-261467 二次電池充電装置 108. 特開平06-253464 密閉形鉛蓄電池の充電方法                             109. 特開平06-138195 充電中における電池の充電容量表示方法                 110. 特開平06-113474 非水系二次電池の充電方法 111. 特開平06-030530 密閉形鉛蓄電池の充電方法及び装置112. 特開平06-014471 トランスレスの充電器 113. 特開平05-161279 充電器 114. 特開平05-161278 充電器                               115. 特表2004-535548 水準を計測するための方法および装置 116. 特表2000-512429 高エネルギー電池電解液および該電解液の製造方法 117. 再表00/055956 電子機器、被充電電子機器および電子機器の制御方法 118. 再表97/044878 パルス充電方法及び充電装置
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はセル間ばらつきが少なくなる充電方式を提供し、またもっとも充電効率の良い
充電方式を提供することを目的とする。
また鉛蓄電池やリチウム・イオン電池を例に採ると、電池の端子電圧Vと実際の起電力E
の間には次の関係がある（非特許文献１）。
V＝E+IR+Q／C    （式１）
ここでIは電池に流れる充電電流。  Rは起電力Eと等価的に直列に接続された抵抗R
で極板や電解液などの抵抗である。  Cは電極の活物質と電解液の空間電荷による電気二
重層コンデンサの容量でこの容量CはEやRとやはり等価的に直列に接続されている。  
Qは容量Cに溜まっている電荷で、Q／Cは電荷Qによる容量Cの両端電圧である。
なお容量CにはCと並列にファラデーインピーダンスZが等価的に接続されているが、
上記の式でZは省略した。図１にこの等価回路を示す。
番号１は上記起電力Eを、番号２は直列に接続された抵抗Rを、番号３は電気二重層コ
ンデンサの容量Cを、番号４はファラデーインピーダンスZを示し、番号６は電池全体を
示す。
【０００４】
また起電力Eと電解液・活物質の濃度ρの間には次の関係があることが知られている。
E＝ρ+０．８４  （式２、例；単セルの鉛電池の場合、ρは硫酸の濃度）
ここで電解液・活物質（硫酸）の濃度ρは満充電のとき  ρ＝１．２８０  （ｇ／ｃｃ）、
５０％放電の時  ρ＝１．２００  （ｇ／ｃｃ）であるから、満充電のときの起電力Eは
E＝２．１２V  で、５０％放電時の起電力は  E＝２．０４V  となり、起電力自身はあ
まり大きく変わらない。
【０００５】
しかし実際の充電時の端子電圧Vは  V＝２．０４Vから満充電では２．６Vまで大き
く変化することが知られている。
この原因は起電力Eの電圧上昇のみによっては説明できない。
端子電圧Vの充電時の電圧上昇は、IRによる電圧上昇のほかに、電気二重層コンデン
サの容量Cに溜まった電荷QによるCの電圧上昇Q／Cが、EやIRに式１のように加算
されることが原因である。
この内IRは充電を停止すれば直ちにIR＝０となるが、Cの電荷Qは容易に無くならず、
充電停止後３０分以上経過しないとQ／Cはほぼゼロに近づかない。
この原因はQが容量Cと並列に接続されたファラデーインピーダンスZを通じて放電
する時間を要するからである。この電気二重層コンデンサCの容量は電池の定格容量に比
例して大きくなり  （Cの容量；Farad）／（電池のAH）  の値はほぼ一定である。
Cの容量は大きく５００AHの電池では約１０Faradであり、ファラデーインピーダン
スZも大きいので、このようにQの放電に時間がかかるのである（非特許文献１）。
【０００６】
このため電池の充電時において端子電圧Vは実際の起電力E以上に高い電圧となり、充
電のための電力Wは  W＝VIであるから、端子電圧Vが大きいとWが大きくなり、実
際は起電力Eにのみ充電したいのに、端子電圧Vのために余分な充電電力が必要になって
いた。本発明はこの問題をも解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する為に本発明では特殊なパルス充電方式を用いる。
従来のパルス充電方式は矩形波パルス電流を用いて充電していた。パルス波形は公知のよ
うに高周波成分を含んでいる為、前記電気二重層の容量Cはパルス波形に対しては低いイ
ンピーダンスを示し、そのインピーダンスは  １／２πｆC  に比例する。ここでｆは高
周波成分の周波数であるからCが大きいほどインピーダンスは低くなり高い周波数成分ｆ
を持つ電流はCを通過しやすくなる。
【０００８】
このため従来からパルス充電は電池に電荷が入りやすいと言われてきた。
しかし鉛蓄電池やリチウムイオン電池に於いてパルス充電はあまり用いられていない。
この理由は次の通りである。
従来のパルス充電の電流波形は矩形波であるので、その急峻なパルスの立ち上がりによ
り電解液中のイオンが極板に大きな撃力で衝突するからである。図１〜図１０までの全ての図において同一番号は同一物を示す。
【０００９】
この問題を解決する為に、本発明では図６の番号２０に示すようにパルス波形の立ち上がりを緩やかにした。従来の矩形波パルス波形は図６の番号２２に示すようなものであっ
た。図６の番号２０に示すパルス波形の立ち上がりはここでは右上がりの直線で近似させ
たが、直線の始まりのゼロアンペアに近い部分と直線の終わりのI0に近い部分は更に傾斜
を緩やかにした曲線を用い、いわゆるS字形曲線に近い傾斜にしても良い。
これを具体的に実現するためには図５と図６に示すように
（１）電池６の充電電流を検知し、その電流値１４をCPU１０に取り込む。
（２）次にCPU１０は取り込んだ電流値１４を一定電流値I０と比較し、I０より小さければ、CPU１０は電池６を充電する充電器の電源１３の電圧制御端子に命令信号１２を出し、充電電流１４をごく僅か増大させる、
（３）その後一定のタイマー時間ΔT５をおいて再び電池６の充電電流１４を検知し、まだI０より小さければ電池を充電する充電器の電源１３の電圧制御端子に命令信号１２を出し、充電電流１４を更にごく僅か増大させる。  
（４）その後一定のタイマー時間ΔT５をおいて再び電池の充電電流１４を検知する。
（５）以上の過程（２）から（４）を繰り返すことにより、充電電流１４は緩やかに増大し終にI０に等しくなる。
（６）充電電流１４がI０に等しくなった後は、一定のタイマー時間ΔT６の間、充電電流１４をI０に保持する。
（７）タイマー時間ΔT６が経過した後は、CPU１０は直ちに充電電流１４をゼロにするように充電器に命令信号１２を出しても良いし、
（８）また過程（４）から（２）と逆の過程を辿って今度はI０をごく僅かずつ減少させ、図６の番号２１に示すように緩やかに充電電流１４をゼロにまで減衰させても良い。
上記で言う一定電流値I０、タイマー時間ΔT５、ΔT６はCPU１０の内部で上記（１）〜（８）のアルゴリズムで用いられる定数である。ΔT５は図示しない。
【００１０】
このように少なくとも充電電流の電流波形の立ち上がり時間を緩やかにすることによっ
て、電解液中のイオンが極板に大きな撃力で衝突することを防止できるので、従来鉛蓄電池やリチウムイオン電池では用いにくかったパルス充電方式を用いる事が出来るようになった。
ちなみに上記（７）の過程で充電器からの電流を一気にゼロしても、緩和現象のため電池に流れる電流は一気にはゼロにはならず、自然に緩やかにゼロにまで減衰することが分かっている。
この緩やかな減衰以上に緩やかに減衰させたい場合は（８）の過程が必要になる。
【００１１】
また図３に於いては
（９）充電の任意の時点において充電器からの電流をゼロにした後、
（１０）ΔTに示す３０分程度の時間を置けば、式１で示す端子電圧  V＝E+IR+Q／C  のうち  IRの部分はゼロになり、Q／Cの部分も３０分の間にファラデーインピーダンスZを通じて電荷Qが放電されるので、ほぼゼロに近づき端子電圧VはV2であったものが、次にはV0に向って減衰しほぼ起電力E（V0）に近づく。
（１１）端子電圧Vが低くなり起電力Eに近づいた後に、再び充電を開始すれば、そこから端子電圧Vは再び緩やかに上昇を開始しV3に達する。
（１２）以降、（９）から（１１）を繰り返すことにより、端子電圧Vは３０分のゼロ時間を置いた鋸歯状波のようにV0からV3の間を緩やかな上昇と減衰を繰り返すことになり、一方充電器から供給される電流波形Iは３０分の電流ゼロ期間をおいた電流波形なので、充電器から供給される電力W＝VIは、端子電圧Vが鋸歯状波でないときに比べ小さな値となり、同じAH値を充電しているにも拘らずWは小さくなるので、充電の省電力化が図れる事になる。        
もっともこの場合は３０分の電流ゼロ期間があるので、それを補うために充電を休んだ時間分は長く充電しなければならない。時間がT1に達した後は充電電流波形をI1に示すように減衰させる。図３では電流ゼロ期間ΔTは１回のみ示した。
【００１２】
また図４と図５に於いては
（１３）充電の任意の時点においてΔｔで示す瞬時の間のみ充電器からの電流１４をゼロにし、その期間に電池６の端子に瞬時の間抵抗１７を接続し、前記電気二重層コンデンサの容量Cに溜まった電荷Qを瞬時に放電させ、電気二重層の容量C の電圧Q／Cをほぼゼロにしてから抵抗１７を端子から切り離せば、
（１４）式１で示す端子電圧  V＝E+IR+Q／C  のうち  IRの部分はゼロになり、Q／Cの部分も瞬時に電荷Qが放電されるので、ほぼゼロに近づき端子電圧Vは低くなり起電力E（V0）に瞬時に近づく。
（１５）端子電圧Vが瞬時に低くなり起電力Eに近づいた後に、再び充電を開始すれば、そこから端子電圧Vは再び緩やかに上昇を開始し、端子電圧はV4に達する。
（１６）以降、（１３）から（１５）を繰り返すことにより、端子電圧Vは図４の鋸歯状波のようにV0からV４の間で緩やかな上昇と急峻な減衰を繰り返すことになり、一方充電器から流れ出す充電電流１４（I0）はほぼ一定で、ごく僅かな瞬間例えばΔｔ秒間のみゼロになるような電流波形Iなので、充電器から供給される電力W＝VIは、端子電圧Vが鋸歯状波でないときに較べ、はるかに小さな値となり、同じAH値を充電しているにも拘らずWは小さくなるので、充電の省電力化が図れる事になる。
一方パルス放電電流は１秒間に電気二重層の容量Cから放電される電荷量Qであるが、これは電池のAH値に比べ、無視できる程わずかである。+I0が充電器から電池への充電電流であるとすれば、放電時のパルス放電電流は電池から流れ出すので−I2である。例えば５００AHの電池に対し１秒間だけ５０Aを放電させたとしてもそのAH値は５０A×１秒＝５０A×（１／（６０×６０））H＝０．０１４AHとなり、このAH値は５００AHに対し僅か０．００２８％に過ぎない。
このため（１３）から（１５）の過程を繰り返しても−I2によって失われる電荷量は無視できる程度なので、充電時間の延長はしなくても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は2次電池の充電をするための充電電流波形をパルス波形にすることにより、2次電池の等価回路中に例えば図１の番号３に示すような電気二重層コンデンサCがあると
き、パルス波形に含まれる高周波成分ｆに対する電気二重層コンデンサのインピーダンス
が  １／２πｆC  に比例して低いインピーダンスを示すので、パルス波形の充電電流が
電気二重層コンデンサを容易に通過して起電力Eに充電されやすくなる効果がある。その
為、組電池のセル間で上記電気二重層コンデンサのインピーダンスにばらつきがあっても
各セル電池にはほぼ均等に充電できるという効果がある。
それだけでなく上記パルス波形の立ち上がりを矩形波のように急峻にせず、たとえば１〜２秒程度の緩やかな立ち上がりを持つスロープ波形とすることにより、電池の極板には
矩形波電流を供給した時のように一気に撃力が掛かる事がない。イオン電流の値Iは同じ
イオンならイオンの運動量ｐ＝ｍｖとイオンの数に比例する。ここでｍはイオンの質量、
ｖはイオンの動く速度である。時間T２−T0の間に電流が増加（運動量が増加）したとき、
極板にかかる１イオンあたりの撃力FはF＝Δｐ／（T２−T0）であるので、大きな時間
T２−T0をかけて電流I（イオンの運動量と数に比例）を増加させると、その撃力Fは小
さくなり極板に大きな撃力がかかることがないのは力学の法則から自明である。
従って本発明は電解液を持つ大型2次電池では今まで用いにくかったパルス充電を可能
にする効果がある。
加えて充電器からの電流Iを一時瞬間的にゼロにして、その短い瞬間に上記電気二重層
コンデンサCに溜まった電荷Qを放電させると、電池の端子電圧Vは下がるが起電力E
から失われる電荷は微小なので、充電器から供給する電力W＝VIは少なくて済み、充電
の省エネルギー効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図５と図４の形態が最良である。
（１３）充電の任意の時点において瞬間的に充電器からの電流１４をゼロにし、その期間SW素子１６（例えばFETまたはトランジスタ）をONにするようにCPU１０から信号１８をSW素子１６のゲートに入力し、電池６の端子に瞬間的に抵抗１７を接続し、前記電気二重層の容量Cに溜まった電荷Qを瞬時に放電させ、電気二重層の容量C の電圧Q／CをほぼゼロにしてからSW素子１６をOFFにして抵抗１７を端子から切り離せば、
（１４）式１で示す電池６の端子電圧  V＝E+IR+Q／C  のうち  IRの部分はゼロになり、Q／Cの部分も瞬時に電荷Qが放電されるので、ほぼゼロに近づき端子電圧Vは低くなり起電力E（V0）に瞬時に近づく。
（１５）電池６の端子電圧Vが瞬時に低くなり起電力Eに近づいた後に、再び充電を開始すれば、そこから端子電圧Vは再び緩やかに上昇を開始し、V4に達する。
（１６）以降、（１３）から（１５）を繰り返すことにより、端子電圧Vは図４の鋸歯状波のようにV0からV４の間で緩やかな上昇と急峻な減衰を繰り返すことになり、一方充電器から流れ出す充電電流１４（I０）はほぼ一定で、ごく僅かな瞬間例えばΔｔ秒間のみゼロになるような電流波形Iなので、充電器から供給される電力W＝VIは、端子電圧Vが鋸歯状波でないときに較べはるかに小さな値となり、同じAH値を充電しているにも拘らずWは小さくなるので、充電の省電力化が図れる事になる。
一方パルス放電電流は電気二重層の容量Cから放電される電荷量Qであるが、これは電池のAH値に比べ、無視できる程わずかである。
【実施例】
【００１５】
図５と図４に実施例を示す。図５で、番号６は例えば鉛蓄電池、リチウムイオン2次電
池などの2次電池である。電池６に充電される電流は電流検出器７により検出され、AD
変換器９でディジタル化されCPU１０に入力される。
また電池６の端子電圧もAD変換器８によってディジタル化され、CPU１０に入力され
る。CPU１０は前記のアルゴリズム（１）〜（８）又は（９）から（１６）を持つファームウエアを持っており、CPU１０は上記アルゴリズムに従ってDA変換器１１にディジタル信号を送り、DA変換器１１はこのディジタル信号をDA変換してアナログ信号である命令信号１２に直し、これをSW電源１３の電圧制御端子に入力すれば、SW電源１３はアナログ信号である命令信号12によって決まる電流出力１４を発生し、電流出力１４は電池６の充電電流となり電池６を充電する。
ここである短時間例えば１〜2秒間だけCPU１０がON信号１８をSW素子１６のゲートに送ればSW素子１６はONになり、１から2秒間だけ抵抗１７を電池６に接続し、電池の中の電気二重層コンデンサに溜まった電荷Qを放電する。
その結果電池６の端子電圧Vは、第4図のV0とV4の間を上下する鋸歯状波となり、
図２のようにVが鋸歯状波でないときの端子電圧に比べV４は低いので充電器からの電力
W＝IVも図２よりも小さくなり充電電力の省エネルギー化が図れる。
図５の番号５は電池６から電流を供給される負荷５を示す。
充電時にはSW１５はOFFであり負荷５には電流は供給されない。
また図５の電源１３はSW電源に限定されるものでなく、命令信号１２によって制御される公知の電源ならば何でも良い。例えばトランスの２次側に設けたサイリスタ式直流電源や電圧可変シリーズ・レギュレータでも良いことは明白である。
【００１６】
図５においてSW素子１６（例えばFETやトランジスタ）と抵抗１７を取り去った実施例は図３の実施例であるからその説明は自明であり省略する。
図３では電気二重層コンデンサCの放電は専ら図１のファラデーインピーダンス４によ
る自然放電に依存している。
【００１７】
図7は図５などで用いられる電流検出器７の内部構造を示す。
電流検出器のもっとも単純なものは抵抗器であり、マンガニン線などの微小抵抗値を有
する抵抗器２５がそれにあたり、抵抗器２５の両端電圧を増幅器２６で増幅し、信号２７
として図５のAD変換器９に入力すれば電流値を検出できる。  また電流検出器７は図８
に示す公知のホール素子型DCカレントトランスであっても良い。番号２８はカレントト
ランスの磁心、番号２９はホール素子である。ホール素子の出力は図示しない増幅器によ
って増幅され、図５のAD変換器９に入力される。番号３０の矢印は図５の電池６に流れ
る充電電流１４が磁心２８のリングを貫通して流れている様子を示す。
【００１８】
図５のSW電源である電源１３の内部を図９に示す。SW電源１３の2次側に設けられたシャント・レギュレータ４１の制御端子に図５のDA変換器１１で変換されたアナログ命令信号１２を与えると、アナログ命令信号１２によって決まる電流出力１４がSW電源１３の2次側から発生し、これで電池６を充電できる。この電流出力１４は図６の番号２０に示す緩やかな立ち上がりエッジを持つパルス電流でも良いし番号２２に示す急峻な立ち上がりエッジを持つパルス電流でも良い。図５の番号１４で示す充電電流も同一の電流を示す。
【００１９】
図９において番号３１は交流電源でここでは簡単の為、単相交流を示したが３相交流で
あっても良い。整流ブリッジ３２で整流された直流はインプットコンデンサ３３に蓄積さ
れる。スイッチングトランス３５の１次巻線に流れる電流はSW素子３６によってスイッ
チングされる。番号３４はSW素子３６のゲートにSW信号を供給する制御回路を示す。
番号４４は制御回路３４のSW信号を制御するフォトカップラのトランジスタ側を示す。
トランジスタ４４がONの時、制御回路３４からのSW信号のONパルス幅は減少する。
またフォトカップラのLED側を番号４２に示す。
スイッチングトランス３５の１次側巻線には、SW素子３６のSW動作により高周波の
電圧が発生し、この電圧はスイッチングトランス３５の２次側巻線に絶縁的に伝えられる。
スイッチングトランス３５の２次側巻線に伝えられた２次側電圧はダイオード３７で整流されコンデンサ３８に直流電圧として平滑・蓄積される。この２次側直流電力からの電流１４は電池６に送られ電池６の充電電流となる。
ここでこの電流１４の値を決定するのは抵抗３９、抵抗４０によって２次側の直流電圧
を分圧されたシャントレギュレータ４１の比較電圧である。この比較電圧が上記２次側の
直流電圧の増大によって一定値を上回った場合、シャントレギュレータ４１はONとなり、
抵抗４３、フォトカップラのLED42には電流が流れる。その結果フォトカップラのトラ
ンジスタ４４はONになり制御回路３４からのSW信号のONパルス幅は減少し、SW電
源の２次側の直流電圧は低下する。これは公知のPWM制御のSW電源の動作である。
このようにしてSW電源の２次側の直流電圧は抵抗３９、４０で定まる一定値に制御さ
れるのであるが、このときシャントレギュレータ４１の制御端子に図５の命令信号１２を追加供給すると命令信号１２によって２次側の直流電圧の大小を制御できることになり、その結果電池６に供給する電流１４を制御できることになる。電流１４を漸増、一定値に保持、漸減することは図５のCPU１０のファームウエア次第で可能となる。
【００２０】
図６の時間T0からT2は緩やかなパルスの立ち上がり時間間隔を示している。
またT3、T4は矩形波のパルス持続時間間隔を示している。
パルスの立下り、立下り波形は番号２０、２１のような緩やかなものであっても良い。
I0は最大電流値を示す。これらは図５のCPU１０のファームウエア次第である。
また図４や図３のパルス電流波形の立ち上がり波形は、図６のパルスの立ち上がり波形
２０のように緩やかなものであっても良いし、図６のパルスの立ち上がり波形２２のよう
に急峻なものであっても良い。立下り波形についても２１のように緩やかであっても良い
し時刻T4に立ち下がる急峻な立下り波形であっても良い。
【００２１】
図２は従来の定電流・定電圧充電の場合の電流I、電圧Vの波形を示す。T０からT1の
間、定電流I0で充電する。このとき電池の端子電圧VはT0からT1の間、V0からV1
まで上昇しT1時間の後は定電圧V1に保持されるように電流I１を漸減させる。
このときの電力W＝IVは図３、図４に較べて大きくなることは言うまでもない。
【００２２】
図１０は図５示す電源１３の代わりに用いうるトライアック４９によって電池６４の充電電流を可変できる電源を示す。
交流電源４５に接続された商用トランスの１次巻線４６の電圧は２次巻線４７、3次巻線４８に絶縁的に伝えられる。3次巻線４８の電圧は抵抗５４、５７により分圧され、ダイオード５６によって整流され抵抗５８に正の半波を生じ、図５のCPU１０と同様なCPU５９に入力され、正の半波の立ち上がりゼロクロス点はCPU５９によって認識される。CPU５９は前記ゼロクロス点から任意の時間後に抵抗６１を通じてフォトトライアック５０のLED側６２に電流パルスを出力する。
その結果フォトトライアックのトライアック側５０はONとなり、抵抗５２に2次側巻線４７からの交流電圧を生じさせる。
上記交流電圧は抵抗５１を介してトライアック４９のゲートに入力されトライアック４９はONになる。その結果整流ブリッジ５３によって整流された直流電流は図９の電池６と同様な電池６４の充電電流となって電池６４を充電する。
また3次巻線４８の電圧はダイオード５５によって整流され、コンデンサ６０に直流電圧を生じ、この直流電圧がCPU５９の電源電圧となる。
番号６３はグランドである。
従って図１０のトライアック（サイリスタ）を用いた電源も、CPU５９のファームウエアによって、交流電源のゼロクロス点から如何なる時間後でもLED６２にパルス電流を出力できるので、図９のSW電源と同様に電池６４に任意の電流を流すことが出来る。
【００２３】
また前記ファームウエアにはアルゴリズムの著作権が設定されており、下記のごときものである。
【００２４】
第一の例は、
（a）    当初はゼロアンペアである2次電池の充電電流Iを検出し、充電電流I の大きさに関係した信号をCPUに入力する手段と、
（b）    CPUは検出した充電電流Iの大きさを予め定めた電流値I0と比較し、
（c）    充電電流Iの大きさがI0より小さい時には、任意のタイマー時間後、CPUは電源に出力電流を微増させるための信号を電源の電圧制御端子に入力し、
（d）    電源は出力電流Iを微増させて電池を充電し、
（e）    前記(a)、(b)、(c)、(d)を繰り返し、CPUは(a)で検出した充電電流Iの大きさを予
め定めた電流値I0と比較し、終に充電電流Iの大きさがI0とほぼ等しくなった
ときは、一定の持続時間の間、充電電流IをI0に保持し、
（f）     その後充電電流Iをゼロにするか、漸減させる手段を具備することを特徴とする
2次電池の充電装置のファームウエア・アルゴリズム。
【００２５】
第二の例は、
（g）      当初はゼロアンペアである2次電池の充電電流Iを検出し、充電電流I の大きさに関係した信号をCPUに入力する手段と、
（h）    CPUは検出した充電電流Iの大きさを予め定めた電流値I0と比較し、
（i）     充電電流Iの大きさがI0より小さい時には、任意のタイマー時間後、CPUは電源の出力電流を微増させるための信号を電源の電圧制御端子に入力し、
（j）     電源は出力電流を微増させて電池を充電し、
（k）    前記(g)、(h)、(i)、(j)を繰り返し、CPUは(g)で検出した充電電流Iの大きさを予
め定めた電流値I0と比較し、終に充電電流Iの大きさがI0とほぼ等しくなった
ときは、一定の持続時間の間、充電電流をI0に保持し、
（l）     上記一定持続時間の後、充電電流Iをゼロにすると共に、電池を一瞬間（Δｔ）の間だけ放電させ、
（m）   放電させた後は再び上記(g)から(l)を繰り返し、最後に(k)でI０に保持した充電電流Iをゼロにまで漸減させることを特徴とする2次電池の充電装置のファームウエア・アルゴリズム。
【００２６】
第三の例は、
（n）    当初はゼロアンペアである2次電池の充電電流Iを検出し、充電電流I の大きさに関係した信号をCPUに入力する手段と、
（o）    CPUは検出した充電電流Iの大きさを予め定めた電流値I0と比較し、
（p）    充電電流Iの大きさがI0より小さい時には、任意のタイマー時間後、CPUは電源の出力電流を微増させるための信号を電源の電圧制御端子に入力し、
（q）    電源は出力電流を微増させて電池を充電し、
（r）    再び前記(n)、(o)、(p)、(q)を繰り返し、CPUは(n)で検出した充電電流Iの大き
さを予め定めた電流値I0と比較し、終に充電電流Iの大きさがI0とほぼ等しく
なったときは、一定の持続時間の間、充電電流をI0に保持し、
（s）    上記一定持続時間の後、充電電流Iをゼロにすると共に、電池内部の電気二重層
コンデンサの電荷を電池内部のファラデーインピーダンスを通じて約３０分以上自然放電させ、
（t）     放電させた後は再び上記(n)から(s)を繰り返し、最後に(r)でI０に保持した充電電流Iをゼロにまで漸減させることを特徴とする2次電池の充電装置のファームウエア・アルゴリズム。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は鉛蓄電池やリチウム・イオン電池等を電源とする電池式車両全般の充電器に適
用できるだけでなく、電力の貯蔵用電池の充電器にも適用できる。また本発明は以上に述べた実施例に限定されるものでなく、要旨を変更しない範囲で種々の変更、派生例の実施が可能であることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】鉛蓄電池やリチウム・イオン電池などの２次電池の内部等価回路を示す。
【図２】従来の定電流・定電圧充電の場合の電流I、電圧Vの波形を示す。縦軸は電圧、又は電流、横軸は時間を示す。
【図３】本発明の充電方式の１実施例を示す。ΔTの間充電電流をゼロにしてその間に図１のファラデーインピーダンスを通じて電池内部の電気二重層の容量に溜まった電荷を自然放電させ、再び充電を開始する充電方式を示す。縦軸は電圧、又は電流、横軸は時間を示す。
【図４】本発明の充電方式の他の実施例を示す。Δｔの一瞬間充電電流をゼロにして且つ−I2に示す電流を電池から放電させ、再び充電を開始することを繰り返し、電池の端子電圧をV0からV4の間を上下する鋸歯状波とした充電方式を示す。縦軸は電圧、又は電流、横軸は時間を示す。
【図５】本発明の他の実施例を示すハードウエア・ブロック図である。図５から番号１６、１７を削除したブロック図は図３の為のブロック図である。
【図６】パルス充電のパルス波形を示す図である。番号２０、２１は本発明のパルス充電方式のパルス波形。番号２２、２３は従来の矩形波パルス充電方式のパルス波形を示す。縦軸は電流、横軸は時間を示す。
【図７】図５の電流検出器７の内部を示す回路図で抵抗器２５を使用した実施例を示す。
【図８】同じく図５の電流検出器７の内部を示す回路図でDCカレントトランスを使用した別の実施例を示す。
【図９】図５のSW電源の内部を示す回路図である。図ではPWM制御方式を一例として示したがこれに限定されるものではない。
【図１０】図５の電源１３の代わりに用いられる商用トランスと2次側のサイリスタ（トライアック）を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１；電池６の内部にある起電力
２；電池６の内部にある抵抗
３；電池６の内部にある電気二重層コンデンサ
４；電池６の内部にあるファラデーインピーダンス
５；電池６の負荷
６；電池
７；電流検出器
８；電池電圧をディジタル変換するAD変換器
９；電池電流をディジタル変換するAD変換器
１０；CPU
１１；CPU１０からディジタル信号を送られるDA変換器
１２；DA変換されたアナログ信号でSW電源１３に入力されSW電源の出力電流１
４の大きさを決定する電圧制御端子への命令信号。
１３；SW電源であるがこれに限定されるものでなく、入力信号１２によって制御さ
れる公知の定電流電源ならば何でも良い。例えばトランスの２次側に設けたサ
イリスタ式直流電源などや電圧可変シリーズ・レギュレータでも良い。
１４；SW電源１３の２次側の出力電流
１５；電池６の負荷５に電力を供給する時のSW
１６；電池６に抵抗１７を接続する為のSW素子でFETやトランジスタなどであるがこれに限定されるものでなく一般のSW素子を用いうる。
１７；抵抗。
１８；SW素子１６をONにする信号。
１９；グランド。
２０；本発明のパルス充電に用いるパルス波形の緩やかな立ち上がりを示す。
２１；本発明のパルス充電に用いるパルス波形の緩やかな立ち下がりを示す。
２２；従来のパルス充電に用いる矩形波パルス波形の急峻な立ち上がりを示す。
２３；従来のパルス充電に用いるパルス波形の緩やかな自然放電の立下りを示す。
２４；電流検出器７を電池６へ接続する端子を示す。
２５；微小抵抗器を示す。
２６；微小抵抗器２５の端子電圧を増幅する増幅器を示す。
２７；微小抵抗器２５の端子電圧を増幅する増幅器の出力信号を示す。
２８；電流検出器７に用いるDCカレントトランスのリング型磁心を示す。
２９；電流検出器７に用いるホール素子を示すがこれに限定されず磁気抵抗素子他の
磁気検出素子でも良い。
３０；電流検出器７のリング型磁心を貫通するようにした電池充電電流の方向を示す。
３１；交流電源。
３２；整流ブリッジ。
３３；整流後の直流電力を溜めるインプットコンデンサ。
３４；SW電源のSW素子３６にSW信号を与える制御素子。
３５；スイッチングトランス。
３６；SW素子。
３７；ダイオード。
３８；コンデンサ。
３９；抵抗。
４０；抵抗。
４１；シャントレギュレータ
４２；フォトカップラのLED側
４３；抵抗。
４４；フォトカップラのトランジスタ側。
４５；交流電源。
４６；商用トランスの1次巻線。
４７；商用トランスの２次巻線。
４８；商用トランスの３次巻線。
４９；トライアック（サイリスタ）。
５０；フォトトライアックのトライアック側。
５１；抵抗。
５２；抵抗。
５３；整流ブリッジ。
５４；抵抗。
５５；ダイオード。
５６；ダイオード。
５７；抵抗。
５８；抵抗。
５９；CPU。
６０；コンデンサ。
６１；抵抗。
６２；フォトトライアック５０のLED側。
６３；グランド。
６４；電池６と同様な電池
V0；電池の充電初期の端子電圧を示す。
I0；定電流充電の定電流又は一定の保持電流を示す。
T0；充電開始時刻を示す。
V1；従来の定電流・定電圧充電における最終到達電圧を示す。
I１；従来の定電流・定電圧充電において定電圧領域における漸減電流波形を示す。
T1；従来の定電流・定電圧充電における定電流充電の終わりと、定電圧充電の開始
刻を示す。
Volt；電圧の単位。
Ampere；電流の単位。
Time；時間を示す。
V2；パルス充電の図３の実施例において、電流がゼロとなった瞬間の電池の端子電圧
を示す。
V3；パルス充電の図３の実施例において定電圧領域で端子電圧がV3になったことを
示す。
V4；図４の実施例においてパルス充電電流が一瞬ゼロとなったときの電池の端子電圧
を示す。
V5；パルス充電の図４の実施例において定電圧領域で端子電圧がV５になったことを
示す。
―I2；パルス充電の図４の実施例において微小時間Δｔの間に電池から放電させる電
流を示す。
Δｔ；パルス充電の図４の実施例において、充電電流をゼロにし、且つ電池から放電
させる微小時間を示す。
T2；パルス充電の図６の実施例において、T0からT2の間に電流が漸増するとき番号
２１に示す立ち上がり波形の終端時刻を示す。
ΔT6；パルス充電の図６の実施例において、電流をI0に保持する時間を示す。
T3；パルス充電の図６の実施例において、矩形波パルスの開始時刻を示す。
T4；パルス充電の図６の実施例において、矩形波パルスの終了時刻を示す。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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