(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリをその電気端子が一対の電極と接触しうるように収容する区画室を有するバッテリ再充電装置であって、前記電極は可制御電気エネルギー源の対応する極に接続しうるようになっており、前記バッテリ再充電装置が更に、バッテリが前記区画室内に配置された際にこのバッテリの壁部と接触するように配置されたひずみゲージを有し、このひずみゲージは抵抗素子を有する箔を具えており、この抵抗素子の両端の各々が別々の接点ワイヤを経て電気手段に接続されている当該バッテリ再充電装置において、
前記ひずみゲージの熱膨張係数がバッテリの壁部の熱膨張係数にほぼ等しく、一方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数が他方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数と異なっていることを特徴とするバッテリ再充電装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載のバッテリ再充電装置において、前記抵抗素子が第１の金属材料を有し、一方の接点ワイヤが第２の金属材料を有し、他方の接点ワイヤが共線の２つの隣接するセグメントを具え、前記抵抗素子に近い方のセグメントが前記第１の金属材料を有し、他方のセグメントが前記第２の金属材料を有していることを特徴とするバッテリ再充電装置。
【請求項３】
請求の範囲２に記載のバッテリ再充電装置において、前記第１の金属材料がコンスタンタンを有し、前記第２の金属材料がＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｗ及びこれらの混合物を含む群から選択されていることを特徴とするバッテリ再充電装置。
【請求項４】
請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載のバッテリ再充電装置において、前記ひずみゲージがバッテリの区画室内で弾性表面上に装着され、バッテリが区画室内に配置された際にバッテリがこの弾性表面に力を及ぼすようになっていることを特徴とするバッテリ再充電装置。
【請求項５】
請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載のバッテリ再充電装置において、前記ひずみゲージがバッテリ自体の上に装着されていることを特徴とするバッテリ再充電装置。
【請求項６】
再充電中のバッテリの機械的変形及び温度の双方を監視する方法において、抵抗素子を有する箔を具えるひずみゲージをバッテリの壁部に接触するよう配置し、前記抵抗素子の両端の各々を別々の接点ワイヤを介して電気手段に接続し、前記ひずみゲージはバッテリの壁部の熱膨張係数にほぼ等しい熱膨張係数を有するようにし、一方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数を、他方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数と異ならせ、これにより、接点ワイヤ間の直流電圧差を測定することによりバッテリの温度を監視し、前記抵抗素子の交流インピーダンスを測定することによりバッテリの機械的変形を監視し、これら双方の測定を、前記電気手段を用いて独立に行うようにすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、バッテリをその電気端子が一対の電極と接触しうるように収容する区画室を有するバッテリ再充填装置であって、前記電極は可制御電気エネルギー源の対応する極に接続しうるようになっており、前記バッテリ再充電装置が更に、バッテリが前記区画室内に配置された際にこのバッテリの壁部と接触するように配置されたひずみゲージを有し、このひずみゲージは抵抗素子を有する箔を具えており、この抵抗素子の両端の各々が別々の接点ワイヤを経て電気手段に接続されている当該バッテリ再充電装置に関するものである。
本発明は又、再充電中のバッテリの機械的変形及び温度の双方を監視する方法にも関するものである。
ここで、「バッテリ」とは単一の電池又はバッテリパックや、特に二次電池（蓄電池）を意味するものである。
上述した装置は米国特許第５，２６０，６３８号明細書や、特開昭６３−２６８４４５号公報及び特開平５−３２６０２７号公報から既知である。これらの文献には、充電中内部の圧力及び温度が増大する結果としてバッテリの物理的寸法がいかに変化するかが記載されている。圧力及び温度のこの増大は、速度及び種類がいかなる所定の時間でもバッテリの充電状態によって決定されるバッテリ内のある化学反応の発生によるものである。特に、充電処理が終了すると、バッテリに供給される追加の電気エネルギーは一般にその内部電荷をもはや増大せしめず、その代わりバッテリ内の圧力及び温度を急激に上昇させ、これによりバッテリを膨張させる（この効果は特にＭｉＣｄ及びＮｉＭＨバテリにおいて顕著である）。バッテリのこのようないかなる変形をも監視するのにひずみゲージが用いられており、この場合、急激に増大する変形の検出を、有効な充電が完了し電気エネルギー源をスイッチ・オフする必要があることを表わす指標として用いることができる。このような動作は特に、充電処理が注意深く監視されておらず適切な時間に遮断されない場合にバッテリが著しく損傷されるおそれがあるいわゆる「急速充電」の場合に重要である。
本発明の目的は、上述した装置を改善することにある。特に、本発明の目的は、バッテリの機械的変形に加えてバッテリの温度をもバッテリの充電状態の別の監視として正確に且つ独立に測定しうるバッテリ再充電装置を提供せんとするにある。更に、本発明の目的は、このような温度測定を装置中に既に存在しているひずみゲージを用いて行ないうるようにする必要があるということである。
上述した及びその他の目的は、バッテリをその電気端子が一対の電極と接触しうるように収容する区画室を有するバッテリ再充電装置であって、前記電極は可制御電気エネルギー源の対応する極に接続しうるようになっており、前記バッテリ再充電装置が更に、バッテリが前記区画室内に配置された際にこのバッテリの壁部と接触するように配置されたひずみゲージを有し、このひずみゲージは抵抗素子を有する箔を具えており、この抵抗素子の両端の各々が別々の接点ワイヤを経て電気手段に接続されている当該バッテリ再充電装置において、前記ひずみゲージの熱膨張係数がバッテリの壁部の熱膨張係数にほぼ等しく、一方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数が他方の接点ワイヤの材料が前記抵抗素子との接続点で有するゼーベック係数と異なっていることを特徴とするバッテリ再充電装置において達成される。
本発明は、再充電中のバッテリの機械的変形及び温度の双方を監視する方法において、接点ワイヤ間の直流電圧差を測定することによりバッテリの温度を監視し、抵抗素子の交流インピーダンスを測定することによりバッテリの機械的変形を監視しうる方法をも提供する。これら双方の測定は、例えば、交流電圧源の両端間に接続されたホイートストンブリッジを有するように電気手段を構成し、ひずみゲージの抵抗素子がこのホイートストンブリッジの一つの辺を有するようにすることにより、行うことができる。
本発明装置の特定例では、前記抵抗素子が第１の金属材料を有し、一方の接点ワイヤが第２の金属材料を有し、他方の接点ワイヤが共線の２つの隣接するセグメントを具え、前記抵抗素子に近い方のセグメントが前記第１の金属材料を有し、他方のセグメントが前記第２の金属材料を有していることを特徴とする。
この特定例における好適例では、前記第１の金属材料がコンスタンタンを有し、前記第２の金属材料がＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｗ及びこれらの混合物を含む群から選択されているようにする。コンスタンタン／Ｃｎ接続の場合、例えばこの接続点の両端間の熱直流電圧差は約３５μＶ／℃となる。
本発明による装置におけるひずみゲージはバッテリ自体に装着することができ、或いはこのひずみゲージはバッテリの壁部と機械的且つ熱的に密に接触するように区画室内に配置することができる。後者の場合には、本発明の装置が種々のバッテリを再充電するのに適し、これらバッテリを、その都度ひずみゲージを外したり交換したりする必要がなく区画室内に挿入したり区画室から除去したりすることができるという利点が得られる。例えば、ひずみゲージを区画室内の一方の電極に装着することができ、バッテリをこの電極にしっかりと押圧するのに（ばねのような）弾性手段を用いることができる。
校正実験によれば、バッテリの機械的ひずみ及び温度を充電時間の関数として独立に監視し、同時にバッテリに供給される電荷量を測定することができる。次の機会にバッテリを再充電する場合、いかなる所定の時間に測定されたひずみ及び／又は温度によっても対応する電荷値を導き出すことができる。従って、電気手段が可制御電気エネルギー源を調整するようにすることにより、充電中バッテリに供給される電圧及び／又は電流を所望に応じ特定の条件に自動的に適合させることができる。例えば、バッテリが９０％充電された際に充電を自動的に遮断したり、充電飽和に近づくと充電処理をゆっくり行うようにすることができる。いかなる場合にも、バッテリ温度又は膨張度の急激な増大が検出されると、充電処理を自動的に停止させるようにすることができる。
本発明及びそれに付随する利点を更に図面を参照して実施例につき説明する。
図１は本発明による装置を示し、
図２は図１の装置にひずみゲージと関連して用いるのに適した電気手段を示す。
実施例１
図１は本発明による装置１を示す線図である。この装置１はバッテリ５を収容するプラスチック区画室３を有する。このバッテリ５はその端子が一対の電極７，９と接触するように配置される。これらの電極７，９は電気エネルギー源１１に接続されており、この電気エネルギー源のスイッチングはスイッチ１３により行うことができる。電極９は弾性手段９ａによりバッテリ５にしっかりと押圧される。
ひずみゲージ１５も図示されており、このひずみゲージはこの場合バッテリ５の側壁に押圧されている。このひずみゲージ１５は抵抗素子１９を有する箔１７を具えている。この抵抗素子１９の両端１９ａ，１９ｂはそれぞれ接点ワイヤ２１，２３を経て電気手段２５に接続されている。抵抗素子１９はコンスタンタンより成り、接点ワイヤ２１はＣｕより成り、一方、接点ワイヤ２３は共線の２つの隣接するセグメント２３ａ，２３ｂより成り、セグメント２３ａはコンスタンタンより成り、セグメント２３ｂはＣｕより成る。従って、装置１は点Ｘ及びＹにおける２つのコンスタンタン／Ｃｕ接合部を有する。
コンスタンタンとＣｕとはそれぞれ異なるゼーベック係数（それぞれ約−３２．２及び＋５．９μＶ／℃）を有する為、温度に依存する電圧差が点Ｘ及びＹ間に生じる。この電圧差を電気手段２５により測定することができる。この電気手段２５は、ひずみゲージ１５に与えられるひずみの関数である抵抗素子１９の交流インピーダンスを測定する作用もする。
従って、この電気手段２５は再充電中バッテリ５の温度及び機械的変形の双方を独立に監視するのに用いることができる。本発明の装置の特定例では、電気手段２５が信号搬送部２７を経てスイッチ１３に信号を供給する。例えば、急激な温度上昇及び／又は機械的な変形が一旦検出されると、このような信号がスイッチ１３を自動的に開放させる作用をしうる。
実施例２
図２は図１のバッテリ５の温度及び機械的変形を監視するのに用いる電気手段２５の適切な実施例を示す。図２において図１と対応する素子には図１と同じ符号を付してある。
点Ｘ及びＹは、図１の抵抗素子１９及びゼーベック温度センサにそれぞれ対応する可変抵抗１９及び熱電対３１の直列回路の両端を示す。点Ｙは抵抗３３に直列接続されており、直列回路１９，３１，３３は抵抗３７，３９の直列接続対と並列となって交流電圧源３５の両端間に接続されている。この直列接続抵抗対３７，３９は点ａ及びｂ間にあり、点ｃを中心としている。
点ａは抵抗４１及びキャパシタ４３の直列回路を経て比較器４５の一方の入力端に接続されている。点ｂは比較器４５の他方の入力端に直接接続されている。この比較器４５のこれら２つの入力端間には抵抗４７が接続されている。
点ｃはキャパシタ５１を経て演算増幅器４９の一方の入力端に接続されている。点Ｙは増幅器４９の他方の入力端に直接接続されている。この増幅器４９のこれら２つの入力端間には抵抗５３が接続されている。
比較器４５及び増幅器４９の出力端はマルチプライヤ５７のそれぞれの入力端に接続され、このマルチプライヤの出力信号が低域通過フィルタ５９を経て出力端６１に供給される。
キャパシタ５１は演算増幅器５５の２つの入力端間に接続され、この増幅器の出力信号が低域通過フィルタ６３を経て出力端６５に供給される。
抵抗３３，３７，３９及び４１は同じ値Ｒを有し、抵抗４７及び５３は同じ値ＲFを有する。キャパシタ４３及び５１は同じ値ＣFを有する。交流電圧源３５は周期τで動作する。Ｒ，ＲF及びＣFの値は関係式
ＲF＞＞Ｒ
ＲF×ＣF＞＞τ
が満足されるように選択する。
出力端６１における測定電圧Ｖpは、バッテリ５によりひずみゲージ１５に与えられる圧力Ｐに依存する抵抗素子１９の抵抗値に依存する。一方、出力端６５における測定電圧ＶTは、バッテリ５の温度Ｔに依存する熱電対３１の両端間の電圧に依存する。
所望に応じ、出力端６１及び６５におけるそれぞれの電圧Ｖp及びＶTを別々の比較器（図示せず）に供給し、これら比較器においてこれら電圧をそれぞれの基準電圧Ｖpo及びＶToと比較するようにすることができる。図１を参照するに、条件
Ｖp＝Ｖpo
ＶT＝ＶTo
のいずれか又は双方を用いて、スイッチ１３を開放（又は閉成）するために（信号搬送部２７を介して）継電器をトリガするようにしうる。
【図１】
0003736853.tif 000002
【図２】
0003736853.tif 000003