專利名稱：蓄電池的充電方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及蓄電池的充電方法和裝置，特別是涉及適合于在正極的電極材料中采用鎳氧化物的蓄電池的充電的充電方法和裝置。
背景技術：
在以往的充電裝置中，像特開平6-315233號公報中所公開的那樣，為了補足基于端子電壓的變化率的充電結束判定和基于電池溫度的變化率的充電結束判定的缺點，防止起因于過剩的充電的電池壽命的縮短或充電結束的誤判定，以電池的端子電壓變化率和溫度變化率雙方為參數來判定滿充電(100％充電)。
如果在滿充電狀態下結束充電，則在正極電極材料中采用鎳氧化物的鎳鎘電池或鎳氫電池等中，因為可以抑制從即將滿充電之前在正極中發生的氧氣引起內部壓力的上升，故沒有必要在負極表面通過局部電池反應來消耗此一氧氣。因而，沒有必要采用負極的容量大于正極的容量的所謂充電儲備，電池的小型化成為可能。
在上述的現有技術(特開平6-315233號公報)中，由于不僅監視電池的端子電壓而且不得不監視電池溫度，所以存在著充電裝置復雜化、大型化這樣的問題。進而，在基于端子電壓的變化率的充電結束判定中，存在著即使把例如電池溫度的變化率加入參數中，正確的充電結束判定依然很難這樣的問題。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種解決上述現有技術的問題，使在正極的電極材料中采用鎳氧化物的蓄電池小型化，能夠以簡單的構成充電足夠的電荷的蓄電池的充電方法和裝置。
為了實現上述目的，本發明是在正極的電極材料中采用鎳氧化物的蓄電池的充電裝置，其特征在于，其中包括檢測充電中的蓄電池的端子電壓的充電電壓檢測裝置，檢測前述端子電壓變化率的變化的二次變化率檢測裝置，以及如果前述變化率的變化低于預定的基準變化率則使充電結束的充電結束裝置。
電池的充電電壓變化率的變化率也就是二次變化率代表電池的充電量，特別是在充電后期的即將滿充電之前，充電電壓的變化率從正的上升率轉變成負的上升率。因而如果在充電電壓的二次變化率降低到預定的基準變化率時結束充電，則僅靠監視電池的端子電壓就可以在來自正極的氧氣發生激活之前使充電結束。也就是說可以以簡單的構成正確地判定蓄電池的充電結束，結果由于可以減小蓄電池的負極容量所以電池的小型化成為可能。


圖1是作為本發明的一個實施例的充電裝置的方框圖。
圖2是用來說明本發明中的充電結束的判定機理的圖。
圖3是表示本發明的一個實施例的工作的程序框圖。
圖4是表示適合于本發明的充電裝置的蓄電池的正極容量與負極容量的關系的圖。
圖5是表示以往的蓄電池的正極容量與負極容量的關系的圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細地說明本發明。圖1是作為本發明的一個實施例的充電裝置的方框圖，圖2是用來說明根據本實施例的充電結束的判定機理的圖。
根據發明人等的實驗結果，來自正極的氧氣的發生，特別在充電后期的即將滿充電之前(滿充電狀態的97％左右)開始激活，此時充電電壓Vch的變化率ΔV/Δt如圖2中所示，從迄今的正上升率轉變成負上升率。因而，如果檢測此一轉移點(時刻t2)，則可以在即將滿充電之前停止充電，一邊確保對滿充電大約97％的充電量一邊抑制來自正極的氧氣發生量。
因此，在本實施例中為了檢測前述轉移點，著眼于充電電壓Vch的變化率ΔV/Δt的變化率也就是二次變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)，在此二次變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)大體上為零時結束充電。再者，因電池的溫度或劣化狀態，如圖2中所示，即使在本來的轉移點近前(時刻t1)二次變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)也大體上為零。因而，在本實施例中為了僅可靠地檢測即將滿充電之前的轉移點，電池的溫度或劣化狀態也作為充電結束判定的參數。
在圖1中，充電電流發生部11輸出用來給蓄電池充電的充電電流Ich。電壓檢測部14檢測充電電壓Vch。電壓變化率檢測部15檢測充電電壓Vch的時間變化率ΔV/Δt。二次變化率檢測部16檢測前述時間變化率ΔV/Δt的時間變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)。比較部17把前述二次變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)與基準值Vref進行比較，把比較結果向充電結束判定部25輸出。
前述基準值Vref預先設定成相當于蓄電池12的充電量為滿充電的大約97％時的二次變化率，例如，可以設定成“0”或相當于“0”的值。
溫度傳感器20檢測蓄電池12的溫度Tch。溫度變化率檢測部21檢測電池溫度Tch的時間變化率ΔT/Δt。比較部22把前述溫度變化率ΔT/Δt與基準值Tref進行比較，把比較結果向充電結束判定部25輸出。因為電池溫度Tch如圖2中所示，在即將滿充電之前急劇上升，所以在本實施例中把前述基準值Tref設定成0.2℃/秒，若溫度變化率ΔT/Δt超過基準值Tref，就判斷為是即將滿充電之前。
電流檢測部13檢測前述充電電流Ich。Vcut運算部18基于下式(1)來運算電池的充電量為即將滿充電之前(97％)的更加近前，相當于理論的滿充電狀態的90～95％的端子電壓(充電后期電壓)Vcut。再者，系數α是蓄電池的內阻系數，在0.001～0.01的范圍內。系數β是與蓄電池的內阻有關的溫度系數，在0.01～0.1的范圍內。系數γ是與蓄電池的內阻有關的劣化系數，在0～0.2的范圍內。
Vcut＝1.4＋(Ich－1.6)α＋(25－Tch)β＋γ(1)比較部19把前述充電后期電壓Vcut與當前的充電電壓Vch進行比較，把比較結果向充電結束判定部25輸出。
充電結束判定部25基于前述各比較部17、19、22的各比較結果來判定充電的繼續還是結束，在結束充電的場合，對前述充電電流發生部11指示充電的結束。
下面，參照圖3的程序框圖來說明上述的第1實施例的工作。充電一開始，就在步驟S1里由前述電壓檢測部14作為充電電壓Vch來檢測蓄電池的端子電壓。在步驟S2里，由前述電流檢測部13來檢測充電電流Ich。
在步驟S3里，在前述Vcut運算部中基于前述式(1)來運算充電后期電壓Vcut。在步驟S4里，前述充電電壓Vch與充電后期電壓Vcut在比較部19中進行比較，如果充電電壓Vch超過充電后期電壓Vcut，則前進到為了進行充電結束判定的步驟S5。
在步驟S5里，由前述溫度傳感器20來檢測蓄電池12的表面溫度Tch。在步驟S6里，在前述溫度變化率檢測部21中基于此次的電池溫度Tch與上次以前的電池溫度來運算電池溫度Tch的變化率ΔT/Δt。在步驟S7里，溫度變化率ΔT/Δt與基準值Tref在比較部22中進行比較，如果溫度變化率ΔT/Δt超過基準值Tref則前進到為了進行充電結束判定的步驟S8。
在步驟S8里，在前述變化率檢測部15中，基于此次的充電電壓Vch與上次以前的充電電壓來運算充電電壓Vch的變化率ΔV/Δt。在步驟S9里，在二次變化率檢測部16中運算前述變化率ΔV/Δt的變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)。在步驟S10里，充電電壓的二次變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)與基準值Vref在比較部17中進行比較。
這里，如果二次變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)不低于基準值Vref，則判定尚不是即將滿充電之前而前進到步驟S11。在步驟S11里再次檢測充電電壓Vch，重復步驟S8～S10的處理。與此相反，如果二次變化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)低于基準值Vref，則判定為是即將滿充電之前而前進到步驟S12。在步驟S12里，充電結束判定部25判定為是充電結束時間，對前述充電電流發生部11指示充電的中止。
根據本實施例，由于可以在即將滿充電之前正確地結束蓄電池的充電，所以可以防止來自正極的氧氣的發生，可以防止負極的劣化。
再者，如果像本實施例這樣在即將滿充電狀態之前結束充電，則充電量比以往的允許過充電而進行滿充電的場合減少。因而，在本實施例中，由于可以在來自正極的氧氣的發生激活之前使充電結束，所以沒有必要用很大勁來確保用來補償負極容量的減少的充電儲備。因而，可以比以往的可減小負極容量對正極容量的寬裕率，結果電池的充電容量本身可以比以往的加大。
圖4、圖5分別是比較地示出適合于本實施例和現有技術的充電裝置的蓄電池的負極容量和正極容量的圖。
在現有技術中，由于正確的充電結束判定有困難，傾向于過充電的程度加大，所以如圖5中所示，估計局部電池反應引起的容量的減少，負極的理論容量設定成相當于正極容量的1.6倍。
但是，因為電池的充電容量取決于正極，故僅增加負極容量只是電池大型化而充電容量并不增加。也就是說，像圖5這樣即使負極容量相當于6.1A，電池的充電容量也僅是相當于正極容量的3.7A。因而，在上述的現有技術中，即使給電池充電到滿充電狀態，也僅能得到正極和負極的總容量中較小的充電容量。
與此相反，如果用本實施例則可以抑制來自正極的氧氣的發生，可以把負極容量的減少抑制得小些。因而，對于正極容量的1.0，負極容量為1.2左右就可以了，可以減少負極容量相對于正極容量的增加部分。因而，在把正負極的總容量與圖5同樣地取為9.7A的場合，在本實施例中，由于正極容量可以增加到4.5A，所以即使在滿充電前(滿充電的大約97％)結束充電，也可以確保大于以往的充電容量。換個角度來說，根據本實施例，由于用小于以往的電池可以得到與以往的同等的充電容量，所以電池的小型化成為可能。
再者，雖然在上述實施例中說明了在電池溫度Tch的變化率ΔT/Δt超過基準值Tref，而且充電電壓Vch超過充電后期電壓Vcut時以充電電壓Vch的二次變化率低于基準值Vref為條件結束充電，但是也可以僅以充電電壓Vch的二次變化率低于Vch為條件結束充電。
或者，基于電池溫度Tch的變化率ΔT/Δt和充電電壓Vch的二次變化率，或者基于充電后期電壓Vcut和充電電壓Vch的二次變化率來進行充電的結束判定。進而，也可以不是以電池溫度Tch的變化率ΔT/Δt超過基準值Tref，而是以電池溫度Tch超過基準值為條件結束充電。
根據本發明，可以實現以下效果。
(1)根據本發明，僅靠監視電池的端子電壓，就可以在來自正極的氧氣的發生激活之前使充電結束。也就是說，可以以簡單的構成正確地判定充電的結束。
(2)根據本發明，由于可以在即將滿充電之前正確地結束蓄電池的充電，所以可以防止來自正極的氧氣的發生，可以防止負極的劣化。
(3)根據本發明，由于可以防止負極的劣化，所以可以比以往的減小電池的負極容量，可以按減小的量增加正極容量。因而，可以比以往的加大電池的充電容量本身，或者以比以往的小的電池得到與以往的同等的充電容量。
(4)根據本發明，由于可以僅基于電池的端子電壓來進行充電的結束判定，所以充電電路的簡化和減小尺寸減輕重量成為可能。
權利要求
1.一種蓄電池充電裝置，是在正極的電極材料中采用鎳氧化物的蓄電池的充電裝置，其特征在于，其中包括檢測充電中的蓄電池的端子電壓的充電電壓檢測裝置，檢測前述端子電壓變化率的變化的二次變化率檢測裝置，以及如果前述變化率的變化低于預定的基準變化率則使充電結束的充電結束裝置。
2.如權利要求1中所述的蓄電池充電裝置，其特征在于，其中還包括檢測充電中的蓄電池的溫度的溫度傳感器，如果前述所檢測的電池溫度高于預定的基準溫度，而且前述端子電壓變化率的變化低于預定的基準變化率，則前述充電結束裝置使充電結束。
3.如權利要求1中所述的蓄電池充電裝置，其特征在于，其中還包括檢測充電中的蓄電池的溫度的溫度傳感器，以及檢測前述所檢測的電池溫度的變化率的溫度變化率檢測裝置，如果前述所檢測的電池溫度的變化率高于預定的基準變化率，而且前述端子電壓變化率的變化低于預定的基準變化率，則前述充電結束裝置使充電結束。
4.如權利要求1中所述的蓄電池充電裝置，其特征在于，其中還包括作為該電池的劣化狀態和溫度的函數求出作為充電中的蓄電池接近滿充電狀態時的端子電壓的充電后期電壓的充電后期電壓運算裝置，如果充電中的蓄電池的端子電壓超過前述充電后期電壓，而且前述端子電壓變化率的變化低于預定的基準變化率，則前述充電結束裝置使充電結束。
5.如權利要求1至3的任何一項中所述的蓄電池充電裝置，其特征在于，其中前述預定的基準變化率大體上為零。
6.如權利要求1至3的任何一項中所述的蓄電池充電裝置，其特征在于，其中前述預定的基準變化率為來自蓄電池正極的氧氣的發生即將激活之前的值。
7.如權利要求1至3的任何一項中所述的蓄電池充電裝置，其特征在于，其中前述預定的基準變化率為蓄電池的充電量相當于滿充電的大體上97％時的值。
8.如權利要求1至7的任何一項中所述的蓄電池充電裝置，其特征在于，其中前述蓄電池的正極的理論容量與負極的理論容量之比大體上為1∶1.2。
9.一種蓄電池充電方法，是在正極的電極材料中采用鎳氧化物的蓄電池的充電方法，其特征在于，其中監視充電中的蓄電池的端子電壓，如果端子電壓變化率的變化率低于預定的基準變化率則結束充電。
全文摘要
提供一種蓄電池的充電方法和裝置,能夠在正極的電極材料中采用鎳氧化物的蓄電池中,一邊把其負極容量的減小抑制到最小限度一邊充電足夠的電荷。該裝置包括:檢測充電中的蓄電池的端子電壓Vch的充電電壓檢測裝置(14),檢測前述端子電壓Vch變化率的變化Δ(ΔV)/Δ(Δt)的二次變化率檢測裝置(16),以及如果前述變化率的變化低于預定的基準變化率Vref則使充電結束的充電結束裝置(25)。
文檔編號H02J7/00GK1334631SQ01123220
公開日2002年2月6日 申請日期2001年7月20日 優先權日2000年7月21日
發明者有賀恭一, 鈴木博之 申請人:本田技研工業株式會社