JP3752249B2 - Secondary battery charger - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a charging device for charging a secondary battery such as a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen metal battery, or a lead storage battery.
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)。
In charging a secondary battery, it is important to know how much the secondary battery is charged with respect to the storage capacity of the secondary battery during the charging process.
However, in the past, there was no way to know this, and conventional secondary battery chargers charged secondary batteries by detecting abnormal phenomena (temperature rise, -ΔV characteristics, etc.) that occurred in the secondary battery. (For example, refer to Patent Document 1).
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。 However, in such a charging method, the secondary battery is excessively charged, resulting in a defect in the internal structure of the secondary battery necessary for repeated charging / discharging, and as a result, the cycle life of the secondary battery is shortened. There was a problem.
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)。 Therefore, in view of such problems, the present applicant and the applicant of the present invention regularly check whether the secondary battery has reached a fully charged state (a state where the charging rate is 100%). A charging device for a secondary battery has been invented that can be appropriately and rapidly charged without damaging the structure (see Patent Document 2).
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。
The secondary battery charging device charges the secondary battery while alternately repeating main charging for supplying a large current to the secondary battery and checking the fully charged state of the secondary battery.
In the main charging, a predetermined charge application voltage value higher than the full charge equilibrium voltage value is applied to the secondary battery (when the applied voltage is increased by applying a voltage to the secondary battery having a charge rate of approximately 0%). A predetermined charging applied voltage value corresponding to a current peak value outside the irreversible chemical reaction region when the charging current increase rate with respect to the applied voltage decreases and the charging current stops increasing is applied for a predetermined time. To charge the secondary battery.
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。
In addition, in the check of the fully charged state of the secondary battery, the current value flowing in the secondary battery is detected while the fully charged equilibrium voltage value is applied to the secondary battery for a short time, and the current value and the charge are charged. Comparing with the completion determination reference value, it is checked whether or not the secondary battery has reached a fully charged state.
When the detected current value is larger than the charge completion determination reference value, it is determined that the secondary battery has not yet reached the full charge state, and the main charge is performed again, while the detected current value is When the charge completion determination reference value or less, it is determined that the secondary battery has reached a fully charged state, and the charging of the secondary battery is stopped here.
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。
As described above, the charging device disclosed in
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。
The reason for this is that even with secondary batteries of the same type and the same model number, the storage capacity and the full charge equilibrium voltage value differ slightly depending on the manufacturer, model, usage history, etc. Some manufactured secondary batteries have the same type, model number, manufacturer, model, etc., but have different storage capacities and full charge equilibrium voltage values. For this purpose, when the secondary battery of the same type and the same model number is charged in the charging device disclosed in
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。 In view of the above, in the present invention, regardless of the type or model number of the secondary battery, any secondary battery can be charged so that the charging rate is approximately 100%. It is an object of the present invention to provide a rechargeable battery charging device.
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。
The above is a problem to be solved by the present invention. Next, means for solving this problem will be described.
First, as described in
(First Step) A secondary battery is applied for a minute time at the minimum check voltage value, and a current value flowing through the secondary battery is detected by the current detection means during the minute time.
(Second step) The detected current value is determined by the first determining means, and if the current value exceeds the determination reference value, the process proceeds to the next third step. If the value is equal to or less than the determination reference value, the process jumps to the fourth step.
(Third Step) After switching the charging voltage to the predetermined charging application voltage value by the switching means and applying a secondary battery at the predetermined charging application voltage value for a predetermined time, the charging voltage is reduced to the minimum by the switching means. Switch to the check voltage value and return to the first step.
(Fourth Step) A new check voltage value is set by adding the voltage value of the predetermined step size to the previous check voltage value by the increment means.
(Fifth step) The switching means switches the charging voltage to the predetermined charging applied voltage value, and after the secondary battery is applied for a predetermined time at the predetermined charging applied voltage value, the charging voltage is changed to the new voltage by the switching means. The current value flowing through the secondary battery is detected by the current detection means while the secondary battery is applied with the new check voltage value for a short time.
(Sixth step) The detected current value is determined by the first determining means, and if the current value exceeds the determination reference value, the process returns to the fifth step, while the current value is If it is below the criterion value, the process proceeds to the next seventh step.
(Seventh Step) The second determination means determines the required time from the previous positive determination by the first determination means to the current positive determination, and the previous positive determination by the first determination means. If the required time from the current positive determination to the current positive determination is less than r times the required time from the previous positive determination to the previous positive determination, the process returns to the fourth step, while the first determination means If the required time from the previous affirmative determination to the current affirmative determination exceeds r times the required time from the previous affirmative determination to the previous affirmative determination, a charge stop signal is output.
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。 According to a second aspect of the present invention, when the charging stop signal is output in the seventh step, the switching means switches the charging voltage to the predetermined charging application voltage value, and the predetermined charging application After the secondary battery is applied at the voltage value for the second predetermined time, the charging of the secondary battery is completed.
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。 According to a third aspect of the present invention, the required time is measured by counting the number of times of switching to the check voltage value by the switching means.
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。
The above is the solution of the present invention, and the effects of the present invention will be described next.
First, according to the invention of
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。
And according to invention of
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。
The invention of
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。
The
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。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a secondary
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。
The
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。
The voltage /
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。
The
In the present embodiment, as an example of the notification means, the
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。
Next, the characteristics of the charging voltage and the charging current of the
The horizontal axis of the graph in FIG. 2 represents the battery terminal voltage (applied voltage) E (V), and the vertical axis represents the charging current I (mA). Each characteristic is shown.
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。
A graph α indicated by a broken line in FIG. 2 indicates a voltage-current characteristic during charging of the
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。
The graph β shown by the one-dot chain line in FIG. 2 shows the voltage-current characteristics during charging of the
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。
A graph γ indicated by a two-dot chain line in FIG. 2 indicates a voltage-current characteristic during charging of the
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。
When the
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。
Thus, the increase rate of charging current to the applied voltage (ΔI / ΔE) is the applied voltage value corresponding to the current peak value I so of when it becomes zero becomes E s, the charging applied voltage value E s This predetermined The voltage value is specific to the
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。
When the voltage exceeds the predetermined special charging voltage E s is applied, the
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。
Therefore, in the charging of the
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。
By the way, the storage capacity of the
As shown in FIG. 2, the charging rate is to apply the equilibrium voltage E eq at full charge to approximately 0% of the
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。
Therefore, in the main charging, the
Incidentally, the value of the applied voltage for the large current charging is not limited to said predetermined special charging voltage E s corresponding to the current peak value I so, the voltage value corresponding to the slightly lower current value than that (<E s )
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。
Next, a first embodiment of the
The charging
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。
The secondary
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。
Next, the flow of charging by the charging
First, when the type of the
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。 The predetermined special charging voltage E s and the full charge balanced voltage value E eq, Ni - cadmium battery, a nickel - type and storage capacity of the secondary battery such as hydrogen battery, a unique value determined by the model number, for example, nickel - for cadmium battery, the equilibrium voltage E eq at full charge of about 1.41 (V), the predetermined special charging voltage E s is selected as the higher also about 1.80 (V) it.
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)。
Next, the user by operating the
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)。
Then, the determination program compares the detected current value i with the determination reference value J (step A5). If the current value i is larger than the determination reference value J, the process proceeds to step A2. Returning and repeating the above-described flow (charging control), on the other hand, if the current value i is equal to or less than the determination reference value J, it is determined that the
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。
As described above, according to the
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。
As described above, the charging
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。
The reason for this is that even for
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。
Accordingly, the secondary
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。
The charging
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。
The storage means (memory) of the
In addition, when a condition described later is satisfied, the
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。
Furthermore, the
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。
As described above, the
The measurement program and the second determination program are not limited to the above configuration, and the measurement program is configured to measure the time required from the previous affirmative determination to the current affirmative determination by the first determination program. The program determines whether or not the required time from the previous positive determination to the current positive determination by the first determination program exceeds r times the required time from the previous positive determination to the previous positive determination. It is good also as a structure.
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。
The voltage-
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。
Next, an outline of charging by the charging
The charging by the charging
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。 First, the height of the bar is set to the minimum height (minimum check voltage value E 1 ) and the competition (charging) is performed, and the athlete clears this minimum height (detected by the determination by the first determination program). When the current value i is determined to be equal to or less than the determination reference value K), the number of trials required until the current value i is cleared is recorded. In the normal high jump rule, there are up to 3 attempts, but the rule here is the number of attempts required to clear the height at the previous height (check voltage value E c ). Within r times. For example, if r is 1, and 10 trials are required before the height is cleared at the previous height (check voltage value E c ), the bar height (voltage value) is set to the predetermined height. At the current height (new check voltage value E c + 1 ) after increasing (the voltage value ΔE of a predetermined step size), the number of trials is up to 10 times, and when it exceeds 10 times (judgment by the second judgment program) Therefore, the competition (charging) shall end.
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。
FIG. 4 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow P in FIG. 2, and a nickel-hydrogen battery will be described as an example.
The voltage-current characteristic changes in the direction of the arrow in FIG. 4 as charging progresses (as the charging rate increases), and the straight line along the reaction water basin Ld is a straight line with a charging rate of 100%. Become.
First, by setting the minimum check voltage E 1 to 1.40 (V), a charge of a predetermined special charging voltage that does not reach the but irreversible chemical reaction region D than the full-charge balanced voltage value E eq, the go repeatedly and check the state of charge by the lowest check voltage E 1. According the number of checks by the lowest check voltage E 1 increases, the detected electric current i during check decreases so that it descends along the bold line on 1.40 (V) in FIG. Then, for example, in check by the lowest check voltage E 1 of the 20 th, the detected current value i is less than or equal to the determination reference value K.
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。 The next check voltage value E 2 is increased by 0.01 (V) from the minimum check voltage value E 1 to 1.41 (V). In the first charge state check using this check voltage value E 2 , the nickel- 2 (mA) weak current flows in the hydrogen battery, according to the number of checks by the check voltage E 2 increases, the detected electric current i during check continue to decrease, 1.41 in FIG. 4 (V) It descends along the thick line above. For example, it is assumed that the detected current value i is determined to be equal to or less than the determination reference value K in the third charge state check. The number of checks to the detected current value i is determined to be equal to or smaller than the determination reference value K (3 times) the current value i detected by the previous lowest check voltage E 1 is determined to be equal to or lower than the determination reference value K It is less than the number of checks (20 times) until it is completed, and therefore charging is continued.
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。 Then, set the check voltage E 3 from check voltage E 2 to 0.01 (V) up to 1.42 (V), in the initial state of charge check by the check voltage E 3 are nickel - hydrogen battery about 2 current flow (mA) in accordance with the number of checks by the check voltage E 2 increases, the current value is detected at the time of check i is gradually reduced, in FIG. 4 1.42 (V) above It goes down along the thick line. For example, it is assumed that the detected current value i is determined to be equal to or less than the determination reference value K in the third charge state check. The detected current value i is determined to the number of checks (3 times) the current value i detected by the previous check voltage E 2 is equal to or less than the determination reference value K is determined to be equal to or smaller than the determination reference value K This is the same as the number of checks up to (3), and therefore charging is continued in this case as well.
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。 Thereafter, the state of charge is checked in the same manner, and the number of checks until the detected current value i is determined to be equal to or less than the determination reference value K with a check voltage value of 1.47 (V) is 1 before that. When the check voltage value of .46 (V) exceeds the number of checks until the detected current value i is determined to be equal to or less than the determination reference value K, the charging of the nickel-hydrogen battery is stopped here. By charging the secondary battery in this way, the charging rate of the secondary battery becomes approximately 100%.
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)。
Next, the flow of charging by the charging
First, when the user sets the
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)。
The lowest check voltage E 1 in the
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。
If the detected current value i is beyond the criterion value K (step B3), by switching the charging voltage to the predetermined special charging voltage E t by the voltage-
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)。
On the other hand, if the detected current value i is equal to or smaller than the determination reference value K (step B3), the check voltage value E c (including the minimum check voltage value E 1 ) is obtained by the increment program of the
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)。
Then, after the predetermined time T 1 elapses, the voltage /
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)。 If the detected current value i exceeds the determination reference value K (step B9), the process returns to step B5. On the other hand, if the current value i is equal to or less than the determination reference value K (step B9), From the previous affirmative determination (determination that the detected current value i is equal to or less than the determination reference value K) by the first determination program by the second determination program to the current affirmative determination (the detected current value i is equal to or less than the determination reference value K) switched until determination) determines switching circuit speed N c to check voltage E c (step B10).
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)。
The number of times of switching N c to the check voltage value E c from the previous affirmative determination to the current affirmative determination by the first determination program is the check voltage value E c− between the previous affirmative determination and the previous affirmative determination. if less r times the switching circuit number N c-1 to 1 (step B10), returns to the step B6, whereas, check voltage between the previous affirmative determination by the first judging program to the present affirmative judgment if switching circuits speed N c to E c is has exceeded the r times the switching circuit speed N c-1 of the check voltage E c-1 between the positive determination of the second last until a positive determination in the previous (step B10), A charge stop signal is output (step B11), and charging of the
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。
In addition, when the charge stop signal is output in Step B11, the charging of the
By charging in this way, the
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。
With the configuration as described above, according to the
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。
Next, a charging theory by the charging
As shown in FIG. 6, there are three examples of general forms of functions having asymptotic characteristics that approach a constant value. Among these, the function (b) in FIG. 6 does not apply to the charging by the charging
First, the function (a) in FIG. 6 will be described. As shown in FIG. 7, when the potential at the time of saturation in a fully charged state with a charging rate of 100% is V eq, f , the electromotive voltage V eq (t ) Is represented by the following formula (a-1).
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。 Here, when the electromotive voltage at time t = t 1 is V eq (t 1 ), the following equation (a-2) is established.
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。 If the check voltage value is increased by ΔV from this state to set a new check voltage value, and the time required for the battery electromotive voltage to equilibrate to the new check voltage value is Δt (tn), the following equation (a-3) ) Holds.
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。 When this formula (a-3) is rearranged, the following formula (a-4) is obtained. This formula (a-4) is expressed by formula (a-5) using formula (a-2). .
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。
Battery voltage V eq (t 2 + 2Δt (t 1 )) at time 2Δt (t 1 ) from time t = t 2 shown in equation (a-3) is calculated and compared with V eq (t 2 ) + ΔV. .
That is, the following equation (a-6) in which t = t 1 + 3Δt (t 1 ) is substituted into equation (a-1) and t = t 2 is substituted into equation (a-1) and ΔV is added. It becomes a comparison with the following formula (a-7).
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。 If the formula (a-6) is larger than the formula (a-7), the base point is t = t 2 and charging continues. On the other hand, if the formula (a-6) is smaller than the formula (a-7), the charging is terminated, and the terminated battery electromotive voltage is defined by the formula (a-6). Here, the following formula (a-8) is a calculation formula obtained by subtracting the formula (a-7) from the formula (a-6).
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。
As a specific example, assume that a certain secondary battery has the following constants.
V eq, f = 1.417 (V), V eq (t 0 ) = 1.385 (V), constant λ is a constant determined by the charging current, and increase in comparison voltage is ΔV = 0.01 (V) . In the case of the time-voltage pattern of FIG. 8, the calculation base point is time t = t 1 . (Even if the check start voltage is 1.38 (V), the object of control is the time t = t 1 or later in the case of the figure.)
Substituting these values into the equation (a-8) gives the following equation (a-9).
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。
Based on the above calculation formula, an example when the constant r related to the determination in the second determination program is set to r = 2 in the
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。
As shown in FIG. 9, first, the minimum check voltage value is set to 1.39 (V), and charging of the secondary battery is started. When charging proceeds and the electromotive voltage of the secondary battery reaches 1.39 (V), charging stops in equilibrium.
Next, when the check voltage value is increased by 0.01 (V) to 1.40 (V), after a certain period of time (in the example of FIG. 9, the dimensionless time is 0.463), the battery electromotive voltage Reaches 1.40 (V). Further, the check voltage value is increased by 0.01 (V) to 1.41 (V), and the time required to reach 1.41 (V) from 1.40 (V) (zero in non-dimensionalized time). , 887), the charging is terminated when time has elapsed. The battery electromotive voltage at this time is 1.4158 (V), reaching 99.9% of the original fully charged electromotive voltage.
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。 As long as the charging characteristics of the secondary battery are in this pattern, this control method can be brought close to the fully charged electromotive voltage even if there is a difference in the electromotive voltage. Full charge is possible regardless of.
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。
Next, the function (c) in FIG. 6 will be described.
As shown in FIG. 10, the outline of charging in this case will be described. At time t = t 1 , the battery voltage is balanced with the check voltage value, and the voltage at that time becomes V eq (t 1 ). Next, the check voltage value is increased by ΔV, a new check voltage value is set, and charging is continued and the time until equilibration is assumed to be Δt (t 1 ). The equilibrium voltage there is V eq (t 1 ) + ΔV. Further, the check voltage value is increased by ΔV, a new check voltage value is set, and charging is continued. At this time, the charging is terminated if the equilibrium does not occur even after 2Δt (t 1 ) has elapsed. When balanced, the elapsed time is Δt (t 2 ), and the balanced voltage at that time is V eq (t 1 ) + 2ΔV. Then, the check voltage value is increased by ΔV and the above process is repeated.
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。 When the above charge control is mathematically deduced, the potential curve shown in FIG. 10 follows the following equation (b-1).
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。 When time t = t 1 , the following expression (b-2) is obtained by substituting into the expression (b-1).
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。 From this time, the time required for the voltage to increase by ΔV is calculated.
上式(b−3)を変形すると、次式(b−3’)が得られる。 When the above equation (b-3) is modified, the following equation (b-3 ′) is obtained.
また、前記の式(b−2)を変形すると、次式(b−2’)が得られる。 Further, when the formula (b-2) is modified, the following formula (b-2 ') is obtained.
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。
Based on the above calculation formula, an example will be described when the constant r related to the determination in the second determination program is set to r = 2 in the
When the check voltage value is increased by 0.01 (V), the time required to clear the height of the bar (check voltage value) differs depending on the charging step (degree of charging). When the time has doubled, calculate the equilibrium voltage when charging is stopped.
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。 In FIG. 11, when the minimum check voltage value, which is the height of the first bar, is set to 1.40 (V) and the check voltage value is increased from 1.40 (V) to 1.41 (V), It takes 1.299 in dimensionless time to clear. In addition, when 1.43 (V) to 1.44 (V) is cleared at the minimum time (0.673 in dimensionless time) in the table of FIG. It takes a long time to clear the check voltage value, and it is impossible to clear the check voltage. Therefore, when the charging is stopped within the limit of twice the required time finally cleared, the achievement level is calculated as the target value, which is the lowest value in the table of FIG. As can be seen from this table, according to this charging method, 99.97% of the original full-voltage electromotive voltage is reached at the end of charging.
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。
The above is the description when the constant r related to the determination in the second determination program is set to r = 2 in the
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 A charging voltage supply means for supplying a charging voltage to the secondary battery; a current detection means for detecting a current value of a charging current passed through the secondary battery; and a charge control device for controlling the charging of the secondary battery. In the secondary battery charger,
The charge control device includes:
A minimum check voltage value lower than the rated full charge equilibrium voltage value of the secondary battery, a predetermined charge application voltage value exceeding the full charge equilibrium voltage value but not reaching the irreversible chemical reaction region, and a voltage having a predetermined step size Storage means for storing values;
Increment means for setting a new check voltage value by adding the voltage value of the predetermined step size to the previous check voltage value;
Switching means for switching the charging voltage supplied from the charging voltage supply means to the predetermined charging application voltage value or the check voltage value;
First determination means for determining whether or not a current value detected by the current detection means has become equal to or less than a predetermined reference criterion value;
The required time from the previous positive determination to the current positive determination by the first determination means is r (r is a real number of 1 or more) times the required time from the previous positive determination to the previous positive determination. Second determination means for determining whether or not
Comprising
A charging device for a secondary battery that controls charging of the secondary battery according to the following first to eighth steps.
(First Step) A secondary battery is applied for a minute time at the minimum check voltage value, and a current value flowing through the secondary battery is detected by the current detection means during the minute time.
(Second step) The detected current value is determined by the first determining means, and if the current value exceeds the determination reference value, the process proceeds to the next third step. If the value is equal to or less than the determination reference value, the process jumps to the fourth step.
(Third Step) After switching the charging voltage to the predetermined charging application voltage value by the switching means and applying a secondary battery at the predetermined charging application voltage value for a predetermined time, the charging voltage is reduced to the minimum by the switching means. Switch to the check voltage value and return to the first step.
(Fourth Step) A new check voltage value is set by adding the voltage value of the predetermined step size to the previous check voltage value by the increment means.
(Fifth step) The switching means switches the charging voltage to the predetermined charging applied voltage value, and after the secondary battery is applied for a predetermined time at the predetermined charging applied voltage value, the charging voltage is changed by the switching means to the new The current value flowing through the secondary battery is detected by the current detection means while the secondary battery is applied for a very short time with the new check voltage value.
(Sixth step) The detected current value is determined by the first determining means, and if the current value exceeds the determination reference value, the process returns to the fifth step, while the current value is If it is below the criterion value, the process proceeds to the next seventh step.
(Seventh Step) The second determination means determines the required time from the previous positive determination by the first determination means to the current positive determination, and the previous positive determination by the first determination means. If the required time from the previous determination to the current positive determination is less than r times the required time from the previous positive determination to the previous positive determination, the process returns to the fourth step, while the first determination means If the required time from the previous affirmative determination to the current affirmative determination exceeds r times the required time from the previous affirmative determination to the previous affirmative determination, a charge stop signal is output.
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