CN100367627C - 充电电池的充电装置及充电方法 - Google Patents

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Abstract

一种可防止充电电池未充电或过度充电,进行可靠而又快速充电的充电电池的充电装置及充电方法。给充电电池1在固定时间内施加超过满充电平衡电压Eeq的规定的充电施加电压值Es之后,将施加电压切换为满充电平衡电压值Eeq。检出此时流过的电流值i,比较该电流值i与规定的充电完毕标准电流值J。当该电流值i大于充电完毕标准电流值J时,再次以规定的充电施加电压值Es给充电电池I施加,重复上述流程。当该电流值i小于充电完毕标准电流值J时,停止该充电电池1的充电。

Description

充电电池的充电装置及充电方法
技术领域
本发明涉及蓄电池、镍镉电池、镍氢金属电池、锂离子电池等充电电池的充电方法及充电装置。
背景技术
近年来,在数码相机、数字影视机、笔记本电脑等电子设备、移动电话等通信设备、电动工具、吸尘器之类的动力设备的电源之中,使用充电电池的情况显著增加。该充电电池是指可反复进行充电与放电的电池,将电能转换为化学能储存再将储存的化学能转换为电能供人利用。在此种充电电池之中,已被实际使用的最有代表性的产品有镍镉电池、镍氢金属电池、锂离子电池、NAS电池等等。
然而,在此种充电电池的内部产生的充电反应及放电反应伴随着化学性反应、电反应以及与这两种反应彼此关连的复杂的能量转换和能量授受,而且还有与这些种种反应相对应的时间要素介入其中。因而需要同时考虑到上述种种反应来进行充电,若充电时的电流过大,往往会因意料不到的发热反应及膨胀等不可逆化学反应产生的异常情况而破坏电池的内部结构。此外,即使未达到上述程度也会使该充电电池的内部结构恶化,从而缩短电池寿命,减少其周期使用次数。
因此,目前采用的方法是为了给充电电池恰当地充电,在充电电池的充电装置的控制器之中装入随充电时间的进行使充电电压改变的程序,按照该程序的控制给充电电池施加电压。此外,在充电装置中设置检出充电电池的电压的电池电压检出器,将该电池电压作为控制量,判定控制被充电电池的充电结束的充电装置方面的专利申请也有许多。
例如,特开平-9563号公报中的充电电池的充电装置由检出被充电电池的额定电流决定的充电电压的负电位差的电压检出电路、检出该被充电电池的额定电流所伴随的每一单位时间内的电池温度的变化(温度微分值)的温度检出电路、将由该电压检出电路及温度检出电路检出的负电位差及温度微分值与预先设定的标准值分别进行对比之后控制充电开关的充电控制电路构成;将检出的负电位差及温度微分值达到预先选择设定的构成标准的负电位差及温度微分值的时间作为充电结束进行控制。在此种众所周知的技术之中,用充电装置的控制器将电池电压的检出值或其温度值作为控制量监视被充电电池的状态,判定充电结束状态。
然而如果无视充电电池的状态单纯地使用此种充电结束检出方法,则会产生下述种种不妥之处。也就是说,由于其电极种类、电解质种类不同,以及电池结构的不同等充电电池的种类等原因,充电时的特性也不尽相同,此外,即使是同一种类、同一型号的充电电池,因充电时的环境条件不同、充电电池的使用履历、电化学的历程等原因,其特性也会出现很大的区别。因而采用现用的同一模式进行充电,结果往往出现过度充电,在充电电池内部由此引发非正常化学反应(不可逆化学反应)而发热,存在因电能转化为热能,充电效率低的问题。此外,也存在因产生的气体使充电电池的内压上升而漏液的危险性。其结果是反复进行充电与放电所需的充电电池的内部结构产生了缺陷,产生了周期寿命缩短的问题。
此外,充电电池的充电时间最好尽可能短,但在采用上述同一模式进行的充电之中,由于充电电池的种类不同,充电时的施加电压往往低于额定电压值,这种情况下,存在着达到充电完毕需要相当长时间的问题。此外也无法掌握需要充电的充电电池到底充了多少电,此外需要充多长时间的电,存在着对用户来说很不方便的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可防止充电电池的未充电或过度充电的同时,可进行可靠而又快速充电,或可对多个种充电电池实施此种充电,或更为方便的充电电池的充电装置。
本发明提供一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:给充电电池提供充电电压的充电电压供给装置;检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置;以及检出施加给充电电池的电压的电压检出装置,控制充电电池充电的充电控制装置;上述充电控制装置具有:存储装置,用于存储n种充电电池的n种满充电平衡电压值以及n种规定的充电施加电压值,其中n为2以上的自然数,各充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,各充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;切换装置,用于切换上述充电电压供给装置提供的充电电压;电流值判定装置,用于比较判定在以上述满充电平衡电压值施加电压期间由电流检出装置检出的电流值是否大于预先输入设定的充电完毕标准电流值;以及电压值判定装置,用于比较判定在以上述规定的充电施加电压值的电压充电期间由电压检出装置检出施于充电电池的电压值是否大于该规定的充电施加电压值,按照下述第1至第8步骤控制充电电池的充电:步骤1:将变数设定为k,将该k初始化为1,其中k为不小于1且不大于n的自然数,其中当n种充电施加电压值从最小值计数时第k个规定充电施加电压值排序为k;当n种满充电平衡电压值从最小值计数时第k个满充电平衡电压值排序为k;步骤2:将第k个充电施加电压值施加给安装在充电装置上的充电电池,充电规定时间;步骤3:当k=n时跳到步骤6;步骤4:在用第k个充电施加电压值以规定时间给充电电池充电期间,用上述电压检出装置检出施加于充电电池的电压值;步骤5:用上述电压值判定装置比较该检出电压值,若该检出电压值大于第k个充电施加电压值,将该k加1作为新的k退回到上述步骤2,若该检出电压值在第k个充电施加电压值以下,前进到步骤6;步骤6:将充电电池的施加电压切换为第k个满充电平衡电压值;步骤7:在以该第k个满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,用上述电流检出装置检出流过充电电池的电流值;步骤8:通过上述电流值判定装置进行该检出电流值的判定,若该检出电流值大于充电完毕标准电流值,退回到上述步骤2,重复上述流程,若检出电流值在该充电完毕标准电流值以下,则停止充电。
本发明提供一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置;检出施加给充电电池的电压的电压检出装置,控制充电电池的充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:存储装置,用于存储n种充电电池的n种满充电平衡电压值以及n种规定的充电施加电压值,其中n为2以上的自然数,各充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,各充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;切换装置,用于切换上述充电电压提供装置提供的充电电压;电流值判定装置,用于比较判定以上述满充电平衡电压值施加电压期间通过电流检出装置检出的电流值是否大于预先输入设定的充电完毕标准电流值;以及电压差判定装置,用于判定以上述规定的充电施加电压值充电期间通过电压检出装置检出施于充电电池的电压值与前一次的以规定的充电施加电压值充电期间通过电压检出装置检出施于充电池的电压值之差是否在预先输入设定的规定范围内,按照下述第1至第8步骤,控制充电电池的充电:步骤1:将变数设定为k,将该k初始化为1,其中k为不小于1且不大于n的自然数,其中当n种充电施加电压值从最小值计数时第k个规定充电施加电压值排序为k;当n种满充电平衡电压值从最小值计数时第k个满充电平衡电压值排序为k;步骤2:将第k个充电施加电压值施加给安装在充电装置上的充电电池,充电规定时间;步骤3:当k=n时,跳到步骤6;步骤4:以第k个充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,通过上述电压检出装置检出施加于充电电池的电压值;步骤5:若当此次的电压值的检出为第1次时或通过上述电压差判定装置判定出检测的电压差在规定的范围内,则直接前进到步骤6;否则将该k加1作为新的k,退回到上述步骤2;步骤6:将充电电池的施加电压从第k个充电施加电压值切换为第k个满充电平衡电压值;步骤7:在以该第k个满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,通过上述电流检出装置检出流入充电电池的电流值;步骤8:通过上述电流值判定装置判定该检出电流值,若该电流值大于充电完毕标准电流值,退回到上述第2步骤,重复上述流程,若该电流值在该充电完毕标准电流值以下,停止充电。
本发明提供一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;检出充电电池的开路电压的电压检出装置;以及控制充电电池的充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:存储装置,用于储存充电对象的充电电池的规定充电施加电压值,该充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,该充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;以及电压差判定装置,用于比较判定该规定的充电施加电压值和充电电池的开路电压之差的电压差是否大于预先输入设定的规定的判定标准值,按照下述第1至第3步骤,控制充电电池的充电:步骤1:以上述规定的充电施加电压值,按规定的时间给安装在充电装置上的充电电池充电之后切断施加电压;步骤2:在执行了步骤1之后的状态下检出充电电池的开路电压,求出该规定的充电施加电压值和该开路电压之差的电压差;步骤3:通过上述电压差判定装置判定该求出的电压差,当该电压差大于判定标准值时,退回上述步骤1,重复上述流程,当该电压差在判定标准值以下时,停止充电电池的充电。
本发明提供一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;检出充电电池的开路电压的电压检出装置;控制充电电池的充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:存储装置,用于存储充电对象的充电电池的满充电平衡电压值以及规定的充电施加电压值,该充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,该充电施加电压值虽然超过该满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;以及判定装置,用于比较判定用上述电压检出装置检出的充电电池的开路电压是否大于判定标准值的满充电平衡电压值;按照下述第1至第3步骤,控制充电电池的充电:步骤1:以上述规定的充电施加电压值,按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电之后,切断施加电压;步骤2:在执行了步骤1之后的状态下检出充电电池的开路电压;步骤3:通过上述判定装置判定该开路电压,当该开路电压小于判定标准值的满充电平衡电压值时,退回到上述步骤1,重复上述流程,当该开路电压在满充电平衡电压值以上时,停止充电电池的充电。
本发明提供一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置;以及控制充电电池充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:存储装置,用于存储充电对象的充电电池的满充电平衡电压值以及规定的充电施加电压值,该充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,该充电施加电压值虽然超过该满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;切换装置,用于将上述充电电压提供装置提供的充电电压切换为该规定的充电施加电压值或该满充电平衡电压值;充电时间预测装置,用于根据用上述电流检出装置检出的电流值求出达到满充电所需充电时间,按照下述第1至第6步骤,控制充电电池的充电:步骤1:以上述规定的充电施加电压值按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电;步骤2:将充电电池的施加电压由该规定的充电施加电压值切换为上述满充电平衡电压值;步骤3:以该满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加电压期间,利用上述电流检出装置检出流过充电电池的电流值;步骤4:利用上述充电时间预测装置,根据该检出的电流值求出达到满充电的所需充电时间;步骤5:将充电电池的施加电压由该满充电平衡电压值切换为上述规定的充电施加电压值;步骤6:经过上述所需充电时间之后停止充电电池的充电。
本发明提供一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置;控制充电电池充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:存储装置,用于存储充电对象的充电电池的满充电平衡电压值以及规定的充电施加电压值,该充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,该充电施加电压值虽然超过该满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;切换装置,用于将上述充电电压提供装置提供的充电电压切换为该规定的充电施加电压值或该满充电平衡电压值;充电率导出装置,用于求出由上述电流检出装置检出电流值的时间点上的充电电池的充电率;判定装置,用于比较判定用该充电率导出装置求出的充电率是否大于预先输入的判定标准值,按照下述第1至第5步骤控制充电电池的充电:步骤1:以上述规定的充电施加电压值,按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电;步骤2:将充电电池的施加电压由该规定的充电施加电压值切换为上述满充电平衡电压值;步骤3:在以该满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,通过上述电流检出装置检出流入充电电池的电流值;步骤4:通过上述充电率导出装置求出该电流值的检出时间点上的充电电池的充电率;步骤5:通过上述判定装置判定该求出的充电率,若该求出的充电率达不到判定标准值,则退回到上述步骤1,重复上述流程,当该充电率在判定标准值以上时,停止充电。
本发明提供一种充电电池的充电方法,其特征在于包括:预先存储n种充电电池的n种满充电平衡电压值以及n种充电施加电压值,其中n为2以上的自然数,各充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,各充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;按照以下第1至第8步骤给充电电池充电:步骤1:将变数设定为k,将该k初始化为1,其中k为不小于1且不大于n的自然数,其中当n种充电施加电压值从最小值计数时第k个规定充电施加电压值排序为k;当n种满充电平衡电压值从最小值计数时第k个满充电平衡电压值排序为k;步骤2:将第k个充电施加电压值施加给充电电池,充电规定时间;步骤3:当k=n时,跳到步骤6;步骤4:在以第k个充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,检出施加于充电电池上的电压值;步骤5:若该检出的电压值大于第k个充电施加电压值时,将k加1作为新的k退回到上述步骤2,当该检出的电压值小于该第k个充电施加电压值时,前进到下一步骤6;步骤6:将充电电池的施加电压从第k个充电施加电压值切换为第k个满充电平衡电压值;步骤7:在以该第k个满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,检出流过充电电池的电流值;步骤8:若该检出的电流值大于充电完毕标准电流值,退回上述步骤2,重复上述流程,而当该检出的电流值在该充电完毕标准电流值以下时,停止充电。
本发明提供一种充电电池的充电方法,其特征在于包括:预先存储n种充电电池的n种满充电平衡电压值以及n种充电施加电压值,其中n为2以上的自然数,各充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,各充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;按照以下第1至第8步骤给充电电池充电:步骤1:将变数设定为k,将该k初始化为1,其中k为不小于1且不大于n的自然数,其中当n种充电施加电压值从最小值计数时第k个规定充电施加电压值排序为k;当n种满充电平衡电压值从最小值计数时第k个满充电平衡电压值排序为k;步骤2:将第k个充电施加电压值施加给充电电池,充电规定时间;步骤3:当k=n时,跳到步骤6;步骤4:在以第k个充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,检出充电电池的电压值;步骤5:若当此次的电压值的检出为第1次时或若本次以第k个充电施加电压值充电期间检出的电压值与前次检出的电压值之差在规定范围内,则前进到下一步骤6,而当该差超过规定范围时,将该k加1作为新的k退回上述步骤2;步骤6:将充电电池的施加电压从第k个充电施加电压值切换为第k个满充电平衡电压值;步骤7:在以该第k个满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,检出流入充电电池的电流值;步骤8:若该检出的电流值大于充电完毕标准电流值,退回步骤2,重复上述流程,而当该检出的电流值在该充电完毕标准电流值以下时,停止充电。
本发明的第1种方式的充电电池的充电装置,具有给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置,检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置,控制充电电池的充电的充电控制装置;该充电控制装置具有存储了满充电平衡电压值、充电电流的峰值或获得大体峰值的充电施加电压值,虽然超过该满充电平衡电压值但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值的存储装置;将上述充电电压提供装置提供的充电电压切换为该规定的充电施加电压值或该满充电平衡电压值的切换装置;比较判定以该满充电平衡电压值充电期间用电流检出装置检出的电流值和预先输入设定的充电完毕标准电流值的判定装置。
而且在上述第1种方式的充电控制装置之中,可进行采用以下第1至第4步骤的控制。
步骤1:以上述规定的充电施加电压值,按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电。
步骤2:将充电电池的施加电压由该规定的充电施加电压值切换为上述满充电平衡电压值。
步骤3:以该满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,用上述电流检出装置检出流过充电电池的电流值。
步骤4:通过上述判定装置进行该检出电流值的判定,若该电流值大于充电完毕标准电流值,退回上述步骤1,重复上述流程,而当该电流值小于该充电完毕标准电流值时,停止充电。
通过这样的充电控制,即可不引起过度的化学反应(氧化还原反应),恰当充电到满充电状态。由于不损伤充电电池的内部结构,因而可使其周期寿命大大提高。尤其是因为采用该充电装置的大部分充电以超过满充电平衡电压值的规定的充电施加电压值进行,因而有相当大的充电电流,从而可缩短充电时间。此外,由于充电状态的检查以满充电平衡电压值进行,因而可精确地达到满充电状态。
此外,本发明的第2种实施方式的充电电池的充电装置虽然与第1种方式相同,但在其充电控制装置的存储装置中预先存储了多个种充电电池的上述满充电平衡电压值、上述规定的充电施加电压值,通过将充电的充电电池的种类输入该充电装置,即可从该存储装置的一览表中选择设定与该充电电池的种类相当的规定的充电施加电压值、满充电平衡电压值,用设定的该规定的充电施加电压值和该满充电平衡电压值给该充电电池充电。
在该第2种方式的充电电池的充电装置之中,可从上述存储装置的一览表中人工恰当地选择与充电的充电电池的种类相当的规定的充电施加电压值和满充电平衡电压值,即可不引起过度的化学反应(氧化还原反应),恰当地充电到满充电状态。此外,在采用该充电装置的充电之中,由于不损伤充电电池的内部结构,因而可使其周期寿命大大提高。尤其因为采用该充电装置的大部分充电以超过满充电平衡电压值的规定的充电施加电压值进行,因而具有相当大的充电电流可望缩短充电时间。此外,由于充电状态的检查是以满充电平衡电压值进行的,因而可精确地达到满充电状态。
还有,本发明的第3种方式的充电电池的充电装置虽然与上述第1方式结构相同,但在其充电控制装置的存储装置之中,存储了n种(n为2以上的自然数)充电电池的上述满充电平衡电压值和上述规定的充电施加电压值,采用下述第1至第8步骤进行控制。
第1步骤:将变数设定为k(k =1、2、......n),将该k初始化为1。
第2步骤:以n种充电电池的规定的充电施加电压值中比第k个低的规定的充电施加电压值,按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电。
第3步骤:当k=n时,跳到第6步骤。
第4步骤:在以比该第k个低的规定的充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,用上述电压检出装置检出施加于充电电池的电压值。
第5步骤;利用上述电压值判定装置比较该检出的电压值,若该电压值大于比该第k个低的规定的充电施加电压值时,将该k加1作为新的k,退回到上述第2步骤,若该电压值低于比第k个低的规定的充电施加电压值时,前进到下面的第6步骤。
第6步骤:将充电电池的施加电压切换为n种充电电池的满充电平衡电压值中比第k个低的满充电满充电平衡电压值。
第7步骤:在以比该第k个低的满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,用上述电流检出装置检出通过充电电池的电流值。
第8步骤:利用上述电流值判定装置判定该检出的电流值,若该电流值大于充电完毕标准电流值时,退回到上述第2步骤,重复上述流程,若该电流值小于该充电完毕标准电流值时,停止充电。
该第3种方式的充电电池的充电装置对于构成充电对象的各种充电电池除具有与上述第1方式的充电电池的充电装置相同的效果之外,还可在充电过程中自动识别充电电池的种类,因而可不引起过度的化学反应(氧化还原反应),快速且恰当地地达到满充电。
此外,本发明的第4种方式的充电电池的充电装置具有与上述第3种方式相同的结构,此外还具有判定以上述规定的充电施加电压值充电期间用电压检出装置检出的充电施加电压值和前一次的以规定的充电施加电压值充电期间用电压检出装置检出的充电施加电压值之差是否在预先输入设定的规定的范围内的电压差判定装置,按照下述第1至第8步骤控制充电电池的充电。
第1步骤:将变数设定为k(k=1、2、......n),将该k初始化为1。
第2步骤:以n种充电电池的规定充电施加电压值中比第k个低的规定的充电施加电压值按规定时间给安装在充电装置中的充电电池充电。
第3步骤:k=n时,跳到第6步骤。
第4步骤:在以比该第k个低的规定的充电施加电压值按规定时间给充电电池充电期间,用上述电压检出装置检出施加于充电电池上的电压值。
第5步骤:若用上述电压差判定装置以此次比该第k个低的规定的充电施加电压值充电期间检出的电压值和以前一次比该第k个低的规定的充电施加电压值充电期间检出的电压值之差处于规定的范围内,则前进到下面的第6步骤,若该差超过规定范围,则将k加1作为新的k退回上述第2步骤。但是,当此次的电压值的检出是第1次时,则直接前进到下面的第6步骤。
第6步骤:将充电电池的施加电压切换为n种充电电池的满充电平衡电压值中比第k个低的满充电平衡电压值。
第7步骤:在以比该第k个低的满充电平衡电压值,给充电电池短暂时间施加期间,用上述电流检出装置检出流过充电电池的电流值。
第8步骤:利用上述电流值判定装置判定该检出的电流值,若该电流值大于充电完毕标准电流值,退回到上述第2步骤,重复上述的流程,若该电流值低于该充电完毕标准电流值,停止充电。
该第4种方式的充电电池的充电装置也具有与上述第1种方式的充电电池的充电装置同样的效果,同时在充电过程中可自动识别充电电池的种类,不引起过度的化学反应(氧化还原反应),可快速而又恰当地地达到满充电。
此外,本发明的第5种方式的充电电池的充电装置,具有给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置、检出充电电池的开路电压的电压检出装置,控制充电电池的充电的充电控制装置;上述充电控制装置具有存储了充电电流的峰值或获得大体峰值的充电施加电压值,虽然超过满充电平衡电压值,但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值的存储装置,以及比较判定该规定的充电施加电压值和充电电池的开路电压的电压差和预先输入设定的规定的判定标准值的电压差判定装置,按照下述第1至第3步骤控制充电电池的充电。
第1步骤:以上述规定的充电施加电压值按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电之后切断施加电压。
第2步骤:在该状态下检出充电电池的开路电压,求出该规定的充电施加电压值和该开路电压之差的电压差。
第3步骤:利用上述电压差判定装置判定该求出的电压差,该电压差大于判定标准值时,退回上述第1步骤,重复上述流程,该电压差小于判定标准值时,停止给充电电池充电。
由于该第5种方式的充电电池的充电装置也不会引起过度的化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态,防止损伤充电电池的内部结构,因而能使其周期寿命大大提高。此外,由于该充电装置设定为检出超过满充电平衡电压值的规定的充电施加电压值与充电电池的开路电压的电压差,因而可更正确地判断是否满充电。此外,因采用该充电装置的大部分充电是以超过满充电平衡电压值的规定的电压值进行的,因而充电电流相当大,能够进一步缩短充电时间。
此外,本发明的第6种方式的充电电池的充电装置,其特征在于:虽与上述第5种方式的装置相同,但其充电控制装置具有比较判定用上述电压检出装置检出的充电电池的开路电压与判定标准值的满充电平衡电压的判定装置,用以取代电压差判定装置,按以下步骤控制充电电池的充电一第1步骤:以上述规定的充电施加电压值按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电之后切断施加电压。第2步骤:在该状态下检出充电电池的开路电压。第3步骤:利用上述判定装置判定该开路电压,当该开路电压小于判定标准的满充电平衡电压值时,退回到上述第1步骤,重复上述流程,而当该开路电压在满充电平衡电压值以上时,停止充电电池的充电。
由于该第6种方式的充电电池的充电装置也不会引起过度的化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态,可防止损伤充电电池的内部结构,因而可使周期寿命大大提高。此外,由于该充电装置的大部分充电可用超过满充电平衡电压值的规定的充电施加电压值进行,因而有相当大的充电电流,可缩短充电时间。
此外,本发明的第7种方式的充电电池的充电装置,具有给充电电池施加规定电压的充电电压提供装置、检出施加该规定的电压时给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置、根据该检出的电流值求出达到满充电的所需时间的充电时间预测装置。
该第7种方式的充电电池的充电装置可用检出电流值这一简单方法掌握达到满充电的所需时间,使用起来更为方便。
也可将上述所需充电时间定义为通过上述电流检出装置检出的电流值达到充电完毕时检出的充电完毕标准电流值的时间,该电流值也可以构成处于该充电完毕标准电流值以下时停止充电。
由于通过以此种构成定期性地检查充电状态,不会引起因过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态,而不损伤充电电池的内部结构,因而可使周期寿命大大提高。
此外,也可采用经过上述所需充电时间之后停止给充电电池充电的构成,采用此种简单结构即能可靠地使充电停止。此外,由于这样一来不会引起因过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态,而不损伤充电电池的内部结构,因而可使周期寿命大大提高。
此外,作为本发明的第8种方式的充电电池的充电装置也可采用下述构成:具有给充电电池施加规定电压的充电电压提供装置、检出施加该规定的电压时给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置、求出由该电流检出装置检出电流值的时间点上的充电电池的充电率的充电率导出装置。
在该第8种方式的充电电池的充电装置之中,由于可用检出电流值这一简单方法掌握表示该时间点已充了多少电的充电率,因而使用起来更为方便。
如第7或第8种方式那样的充电电池的充电装置之中,设定为利用上述充电电压提供装置给充电电池按规定时间施加超过上述规定电压的电压之后,将施加电压切换为上述规定电压,用上述电流检出装置检出此时的电流值。
由于这样一来充电电池的大部分充电可用超过规定电压的电压值进行,因而可使较大的充电电流流入充电电池,这样即可缩短充电时间。
此外,本发明的第9种方式的充电电池的充电装置是一种具有给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置,检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置,控制充电电池充电的充电控制装置的充电电池的充电装置;上述充电控制装置具有存储了满充电平衡电压值、充电电流的峰值或获得大体峰值的充电施加电压值,虽然超过该满充电平衡电压值但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值的存储装置,将上述充电电压提供装置提供的充电电压切换为该规定的充电施加电压值或该满充电平衡电压值的切换装置、根据用上述电流检出装置检出的电流值,求出达到满充电的所需充电时间充电时间预测装置;按照下述第1至第6步骤控制充电电池的充电。
第1步骤:以上述规定的充电施加电压值,按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电。
第2步骤:将充电电池的施加电压由该规定的充电施加电压值切换为上述满充电平衡电压值。
第3步骤:以该满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,利用上述电流检出装置检出流过充电电池的电流值。
第4步骤:用上述充电时间预测装置,根据该检出的电流值求出达到满充电所需充电时间。
第5步骤:将充电电池的施加电压由该满充电平衡电压值切换为上述规定的充电施加电压值。
第6步骤:经过上述所需充电时间之后,停止充电电池的充电。
在该第9种方式的充电电池的充电装置之中,由于充电电池的大部分充电可用超过满充电平衡电压值的规定的充电施加电压值进行,因而可使相当大的充电电流流入充电电池,可因此缩短充电时间。此外,给充电电池施加了满充电平衡电压值的情况下,由于在任何种类的充电电池中满充电时检出的电流值均大体为零,因而检出容易进行,此外,还可正确地求出达到满充电所需充电时间,使用起来更为方便。还有,由于通过采用达到上述所需充电时间时停止充电的构成,不会引起过度化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态,不损伤充电电池的内部结构,因而可使周期寿命大大提高。
此外,本发明的第10种实施方式的充电电池的充电装置,具有给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置,检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置,控制充电电池充电的充电控制装置;上述充电控制装置具有存储了满充电平衡电压值、充电电流的峰值或获得大体峰值的充电施加电压值,虽然超过该满充电平衡电压值但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值的存储装置;将上述充电电压提供装置提供的充电电压切换为该规定的充电施加电压值或该满充电平衡电压值的切换装置;求出由上述电流检出装置检出电流值的时间点上的充电电池的充电率的充电率导出装置;比较判定用该充电率导出装置求出的充电率和预先输入设定的判定标准值的判定装置;根据下述第1至第5步骤控制充电电池的充电。
第1步骤:以上述规定的充电施加电压值按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电。
第2步骤:将充电电池的施加电压由该规定的充电施加电压值切换为上述满充电平衡电压值。
第3步骤:在以该满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,用上述电流检出装置检出流过充电电池的电流值。
第4步骤:利用上述充电率导出装置,求出该电流值的检出时间点上的充电电池的充电率。
第5步骤:利用上述判定装置判定该求出的充电率,若判定为该充电率未达到判定标准值,退回上述第1步骤,重复上述流程,若判定为该充电率超过该判定标准值,停止充电。
在该第10种方式的充电电池的充电装置之中,由于充电电池的大部分充电可用超过满充电平衡电压值的规定充电施加电压值进行,因而可使相当大的电流流入充电电池,可缩短充电时间。此外,给充电电池施加了满充电平衡电压值的情况下,由于在任何一种充电电池中满充电时检出的电流值均大体为零,因而检出容易进行,此外还可正确地求出该时间点上的充电率,使用起来更为方便。此外,由于采用了上述充电率达到规定值时停止充电的构成,因而不会引起过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态,由于不会损伤充电电池的内部结构,因而可使周期寿命大大提高。
此外,本发明的第11种方式的充电电池的充电装置在电源中具有并联充电电池和电容器的并联电路、切断与接通连接该充电电池和电容器的闭环电路的切换装置,采用在切断该闭环电路的状态下按照规定时间给该电容器施加电源部分的电源电压蓄电之后接通该闭环电路,将储存在该电容器中的电荷转移给充电电池的方法,给充电电池充电。
若采用该第11种方式的充电电池的充电装置,给充电电池的电荷的注入量变得容易计数的同时,若将大容量的电容器作为媒介,由于可在短时间内将大量电荷注入充电电池,也就是可使大电流流入,因而可缩短充电时间。此外,由于不需要价格昂贵的大电流电路,而且控制也极其简单,因而可用低成本实施的同时,还可提高可靠性。
此外,本发明的第12种方式的充电电池的充电装置具有下述构成:具有给充电电池施加规定电压的检查电源部分,检出流过充电电池的电流值的电流检出装置,比较判定该检出的电流值和预先输入设定的充电完毕标准电流值的电流值判定装置;在切断上述闭环电路的状态下,通过该检查电源部分给充电电池施加规定电压,检出此时的电流值的同时,比较该检出的电流值和规定的充电完毕标准电流值,该电流值大于该充电完毕标准电流值时,重复进行上述蓄电、转移控制,当该电流值小于该充电完毕标准电流值时,停止给充电电池充电。
若采用该第12种方式的充电电池的充电装置,不会引起过度的化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态,由于可防止给充电电池的内部结构造成损伤,因而可使周期寿命大大提高。此外,由于可在上述电容器整个蓄电期间观察充电电池的充电状态,因而可进一步缩短充电时间。
而且由于将上述规定电压设定为满充电平衡电压值,对任何一种充电电池,若检出的电流值为零以下即可判断为已达到满充电状态,因而可既简单又准确地判断出是否满充电。
此外,本发明的第13种方式的充电电池的充电装置具有下述构成:具有检出充电电池的开路电压的电压检出装置,比较判定该检出的开路电压和满充电平衡电压值的电压值判定装置;在切断上述闭环电路的状态下检出充电电池的开路电压的同时,比较该检出的开路电压和满充电平衡电压值,该开路电压小于满充电平衡电压值时,重复进行上述蓄电,转移控制,当该开路电压大于满充电平衡电压值时,停止给充电电池充电。
若采用该第13种方式的充电电池的充电装置,不会引起过度化学反应(氧化换原反应),可恰当地充电到满充电状态,由于可防止给充电电池的内部结构造成损伤,因而可使周期寿命大大提高。此外,由于可在上述电容器的整个蓄电期间观察充电电池的充电状态,因而可进一步缩短充电时间。
此外,本发明的第14种方式的充电电池的充电装置是一种给多个充电电池充电的设备,具有给充电电池施加电压的充电电压控制装置,掌握上述充电电池的充电状态的控制装置,根据上述控制装置提供的充电完毕信号,切换施加充电电压的充电电池的电池指定切换装置。在该第14种方式的充电电池的充电装置之中,各充电电池由于可边确认其充电状态边单独进行可靠充电,因而不会产生未充电的充电电池,也不会因充电过度而引起过度的化学反应(氧化还原反应),可将所有充电电池恰当地充电到满充电状态。此外,由于可防止给各个充电电池的内部结构造成损伤,因而可使周期寿命大大提高。
在该第14种方式的充电装置之中具有掌握上述充电电池的充电状态时,施加满充电平衡电压值的检查电压控制装置,切换上述充电电压和检查电压的电压切换装置,在上述检查电压施加时检出充电电池的电流的电流检出装置,根据上述电流检出装置提供的信号掌握充电电池的充电状态的控制装置。
这样一来,采用在各个充电电池的充电期间,定期性地施加检查电压检出此时的电流值这一简单方法即可掌握充电电池的充电状态。这样一来既不会产生未充电的充电电池,也不会因过度充电引起过度化学反应(氧化还原反应),可将所有充电电池恰当地充电到满充电状态。
此外,上述第14种方式的充电装置中,具有切换施加或停止施加上述充电电压切换的电压切换装置,在上述充电电压的施加停止时检出充电电池的开路电压的电压检出装置,根据上述电压检出装置提供的信号掌握充电电池的充电状态的控制装置。
这样一来,在各个充电电池的充电期间,采用定期性地停止施加充电电压,检出此时的开路电压这一简单方法即可掌握充电电池的充电状态。这样一来既不会产生未充电的充电电池,也不会因过度充电引起过度化学反应(氧化还原反应),可将所有充电电池恰当地充电到满充电状态。
此外,在上述第14的方式的充电装置之中,也可将施加在上述充电电池的充电电压设定为充电电流的峰值或获得大体峰值的充电施加电压值,虽然超过满充电平衡电压值但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值。
这样一来,由于采用以超过满充电平衡电压值的规定的充电施加电压值进行充电的构成,因而可使相当大的充电电流流入充电电池,由于即使用采用个别充电的方法给多个充电电池充电也可以缩短每个充电电池的充电所需时间,因而可缩短给所有充电电池充电所需时间。
此外,本发明的第15种方式的充电电池的充电装置是给多个充电电池进行充电控制的,具有某个充电电池的充电一结束,即切换为给下一个未充电的充电电池充电的充电切换装置,给充电电池单独进行充电。
在该第15种方式的充电电池的充电装置之中,由于可给多个充电电池每1个单独进行充电,所以可用简单的控制可靠地给所有充电电池充电。
在上述各种方式的充电装置之中,具有通报上述充电所需时间,上述充电率,充电完毕或正在充电的充电电池的充电状态的通报装置,以提高其方便性。
此外,本发明的第16种方式的充电电池的充电装置,具有给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置,该充电电压提供装置采用以下结构:串联多个充电电池,构成充电电池组,若某个充电电池已满充电,则进行下一个未充电的充电电池的充电,依次进行该充电电池组的多个充电电池的充电。
若采用该16种方式的充电电池的充电装置,即使每个充电电池持性不同也可给各个充电电池充电,可防止出现过度充电及未充电的充电电池。这样一来可使充电电池的固有性能充分体现,从而延长该电池(电池组电源)的寿命的同时,还可使使用电池组电源的机器稳定驱动。
而且由于通过将此种第16种方式的充电装置适用于上述各种方式的充电装置中采用切换施加高电压的大电流充电和简单控制的施加电压的充电的结构的设备,例如第1方式中的充电装置,可防止各个充电电池过度的充电,恰当地充电到满充电状态,对于各个充电电池来说是所谓最好的充电,因而可防止损伤内部结构。并可使周期寿命大大提高,还可减轻生产成本方面的负担。此外,由于给各个充电电池充电时,可使较大的充电电流流入各充电电池,因而可缩短每个充电器的充电时间。因此在此种具有多个充电电池的电池组电源之中,可将整体充电时间压缩到极短,可将使用该电源的各种机器因电池电力不足而无法驱动的时间减少到极少,提高该机的利用率。
此外,上述第16种方式的充电电池的充电装置也可采用下述构成:给某个充电电池组的各个充电电池充电之后,给与该电池组并联的下一个充电电池组的各个充电电池进行充电。
这样即可给多个并联的充电电池组的各个充电电池进行充电,也可给能获得很大输出电压的电池组化的电池组电源进行充电。
此外,上述第16种方式的充电电池的充电装置也可采用下述构成:可给多个充电电池组的并行的充电。
这样一来即可同时开始给各个充电电池组充电,作为整体而言,可进一步缩短充电时间,可缩短使用该电池组电源的机器因电池不足而无法发动的时间,对用户而言具有更好的利用性。
此外,上述第16种方式的充电电池的充电装置也可采用下述构成:既可多个充电电池组串联使用,也可并联使用。
这样一来就可根据负载分别使用两种方法,具有更好的通用性。而且各个充电电池组的充电电池因采用上述充电方法,可防止出现过度充电或未充电的充电电池,使充电电池固有性能得到充分体现,作为电池,既可稳定发挥电池功能又能长寿命化。
以上种种方式的充电装置具有存储满充电平衡电压值,以及充电电流的峰值或获得大体峰值的充电施加电压值,虽然超过满充电平衡电压值但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值,在施加控制切换这些电压值的电压构成的充电装置中,在给充电电池以上述规定的电压值按规定时间充电之后,将施加电压切换上述满充电平衡电压值之前使充电电池的端子间短路的短路装置。
这样一来,即可去除充电电池的电极界面上带电的电荷,使电极界面处于清洁状态。这样即可顺利地施加电压到满充电电位,此外,刚切换到该满充电电位之后的充电电流稳定,因而可正确测定电流值,进行恰当的充电。
而本发明的第17种方式的充电电池的充电装置的结构为:具有给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置,检出充电电池的电池电压的电压检出装置,比较判定用该电压检出装置检出的充电完毕后的充电电池的电池电压值和比满充电平衡电压值低的再充电施加电压值的判定装置,当采用该判定装置判定为该电池电压值处于该再充电施加电压值以下时,通过该充电电压提供装置提供充电电压,再次进行充电。
若采用该第17种方式的充电电池的充电装置,可保证从充电装置中取出的充电电池的电池电压在再充电施加电压值以上,处于随时可使用的状态,使用起来更为方便。
此外,由于即使在该再充电之中也不会引起因过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可恰当再充电到满充电状态,因而不会损伤充电电池的内部的结构,可使周期寿命大大提高的同时,也可缩短达到满充电的充电时间。
此外,本发明的第18种方式的充电电池的充电装置构成为:检查充电电池的充电状态之后,重复进行以规定的充电电压按规定时间充电的一系列充电动作,一经上述充电状态的检查判断为已达到满充电状态即停止充电,在上述一系列的充电动作之间设有缓冲时间。
这样一来,由于在上述一系列的充电动作之间设置了缓冲时间,因而可精确地检查下一个一系列的充电动作时的满充电状态,使可靠性提高。
此外,本发明的第19种方式的充电电池的充电装置是一种给多个充电电池充电的设备,其构成为:检查充电电池的充电状态之后,对每个未充电的充电电池交替进行以规定的充电电压按规定时间充电的一系列充电动作,将此作为一个循环一边重复该循环一边给多个充电电池充电,对于在上述充电状态的检查中判断为已达到满充电状态的充电电池停止充电;上述缓冲时间是指各充电电池中的上一个循环的一系列充电动作完毕到下一个循环的一系列充电动作开始之间的时间。
在该第19种方式的充电电池的充电装置之中,各充电电池的上一个循环的一系列充电动作完毕,到下一个循环的一系列充电动作开始之前,中止充电,该中止期间即构成缓冲时间,电极的表面稳定可精确地进行下一个循环的满充电状态检查,使可靠性提高。
补充一点,充电电池充电期间,在与电解液接触的电极的表面产生了电极反应,该电极反应的过程是同时发生的反应物从电解液内部移动到电极表面与反应物和电极间的电子移动以及生成物从电极表面移动到电解液内部的过程,由于该移动需要相当的时间,因而若在充电电池的充电刚一中止即检查满充电状态,因正在电极表面附近电泳的移动过程中的离子等因素,往往会造成好似已达到满充电状态的假像。在即使为了防止该误检出,设置缓冲时间也很有效,在该第19种方式的充电电池的充电装置之中,作为各充电电池各自的充电周期的一环,合理而又有效地设置了的缓冲时间。
在以上种种方式的充电装置之中,也可各自设置用来冷却充电装置内的发热件的冷却装置。这样一来可抑制发热元件等的发热件的发热,防止对充电电池的热传导,不会助长充电电池内部的过度的化学反应(氧化还原反应),此外也绝不会使用户产生充电电池好似已发热的错觉,因而可使充电电池恰当充电到满充电状态,可防止损伤充电电池的内部结构,可使周期寿命大大提高。
此外,本发明的第20种方式的充电电池的充电装置,设有便于将安装在充电装置的插座上的充电电池取出的取出装置。这样即可简单地取出充电电池,使用起来更为方便。
在该第20种方式的充电电池的充电装置之中,上述取出装置也可采用下述构成:具有供用户按压操作的操作件、抬升安装在上述插座上的充电电池的抬升件、轴支承该抬升件的转动支点轴、安装在该转动支点轴之上,使该抬升件朝反抬升方向付势的付势装置,通过操作上述操作件,使上述抬升件的一侧出没于上述插座。
这样一来,用户通过操作操作件,可使抬升件的一侧从充电装置的插座出没,可方便而又简单地取出充电电池,使用起来更为方便。
此外,在上述第20种方式的充电电池的充电装置之中,上述取出装置也可采用使上述插座的长度方向的一侧下陷的结构。
这样一来,一按压充电电池的长度方向的一侧,随着该一侧下陷的同时,充电电池的长度方向的另一侧即会上翘,该充电电池的两个端子失去支持,即可取出充电电池。这样一来即可方便而又简单地取出充电电池,使用起来更为方便。
本发明的目的还在于提供一种在可防止充电电池未充电或过度充电的同时,还可进行可靠而又快速的充电,或可针对多个充电电池实施此类充电的充电电池的充电方法。
本发明第1种方式的充电电池的充电方法是:使之预先存储满充电平衡电压值、充电电流峰值或获得大体峰值的充电施加电压值-虽然超过该满充电平衡电压值但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值,以该规定的充电施加电压值按规定时间给充电电池充电之后,将施加电压切换为该满充电平衡电压值,在以该满充电平衡电压值充电期间检出流过充电电池的电流值,比较该检出的电流值与充电完毕标准电流值,该电流值大于该充电完毕标准电流值时,再次以该规定的充电施加电压值给充电电池充电,重复上述流程,当该电流值处于该充电完毕标准电流值以下时,停止给充电电池充电。
该第1种方式的充电电池的充电方法不会引起因过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态,而不会损伤充电电池的内部结构,因而可使周期寿命大大提高。由于采用该方法的大部分充电以超过满充电平衡电压值的规定的充电施加电压值进行,因而有相当大的充电电流,可缩短充电时间。
此外,本发明的第2种方式的充电电池的充电方法是:预先存储n种(n为2以上的自然数)充电电池的满充电平衡电压值,充电电流的峰值或获得大体峰值的充电施加电压值-虽然超过该满充电平衡电压值但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值,按照下述第1至第8步骤给充电电池充电。
第1步骤:将变数设为k(k=1、2、......n),将该k初始化为1。
第2步骤:以n种充电电池的规定的充电施加电压值之中比第k个低的规定的充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电。
第3步骤:k=n时,跳到第6步骤。
第4步骤:在以比该第k个低的规定的充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,检出施加于充电电池上的电压值。
第5步骤:若该检出的电压值大于比第k个低的规定的充电施加电压值,将该k加1作为新的k,退回第2步骤,若该检出的电压值小于比第k个低的规定的充电施加电压值时,前进到下面的第6步骤。
第6步骤:将充电电池的施加电压切换为n种充电电池的满充电平衡电压值之中比第k个低的满充电平衡电压值。
第7步骤:在以比该第k个低的满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间;检出流过充电电池的电流值。
第8步骤:若该检出的电流值大于充电完毕标准电流值,退回到上述第2步骤,重复上述流程,若该检出的电流值小于该充电完毕标准值时,停止充电。
该第2种方式的充电电池的充电方法,除具有与上述第1种方式的充电电池的充电方法相同的效果之外,还可在充电过程中自动识别充电电池的种类等,不会引起因过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可快速而又恰当地充电到满充电。
此外,本发明的第3种方式的充电电池的充电方法,预先存储了n种(n为2以上的自然数)充电电池的满充电平衡电压值、充电电流的峰值或获得大体峰值的充电施加电压值,虽然超过该满充电平衡电压值,但尚未达到不可逆化学反应区域的规定的充电施加电压值;按照以下第1至第8步骤给充电电池充电。
第1步骤:将变数设定为k(k=1、2、......n),将该k初始化为1。
第2步骤:以n种充电电池的规定的充电施加电压值中比第k个低的规定的充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电。
第3步骤:k=n时,跳到第6步骤。
第4步骤:以比该第k个低的规定的充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,检出施加于充电电池的电压值。
第5步骤:若本次比该第k个低的规定的充电施加电压值按规定时间给充电电池充电期间检出的电压值和上一次以比该第k个低的规定的充电施加电压值按规定时间给充电电池期间检出的电压值之差在规定范围内,则前进到下面的第6步骤,若该差超过规定的范围,则将该k加1作为新的k,退回到上述第2步骤。但是,本次的电压值的检出是第1次时,则直接前进到下面的第6步骤。
第6步骤:将充电电池的施加电压切换为n种充电电池的满充电平衡电压值之中比第k个低的满充电平衡电压值。
第7步骤:在以比该第k个低的满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,检出流过充电电池的电流值。
第8步骤:若该检出的电流值大于充电完毕标准电流值,退回到上述第2步骤,重复上述流程,若该检出的电流值小于该充电完毕标准电流值,停止充电。
该第3种方式的充电电池的充电方法除了也可获得与上述第1种方式的充电电池的充电方法相同的效果之外,还可在充电过程中自动识别充电电池的种类等,不会引起因过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可快速而又恰当地达到满充电。
此外,本发明的第4种方式的充电电池的充电方法为:监视已充电完毕的充电电池的电池电压值,当该电池电压值处于比满充电平衡电压值低的再充电施加电压值以下时,进行再充电。
若采用该第4种方式的充电电池的充电方法,可保证从充电装置中取出的充电电池的电池电压在再充电施加电压值以上,处于随时可使用的状态,使用起来更为方便。
此外,由于在该再充电之中也不会引起因过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),恰当地再次充电到满充电状态,因而不会损伤充电电池的内部结构,可使周期寿命大大提高的同时,还可缩短达到满充电的充电时间。
此外,本发明的第5种方式的充电电池的充电方法为:重复进行检查充电电池的充电状态之后,以规定的充电电压按规定时间充电的一系列充电动作,在上述充电状态的检查中判断为已达到满充电状态即停止充电,在上述一系列的充电动作之间设有缓冲时间。
在该第5种方式的充电电池的充电方法之中,由于在上述一系列的充电动作之间设置了缓冲时间,因而可精确地检查下一个一系列的充电动作时的满充电状态,使可靠性提高。
此外,本发明的第6种方式的充电电池的充电方法,是一种给多个充电电池充电的充电方法,检查完充电电池的充电状态之后,对各个未充电的充电电池交替进行以规定的充电电压按规定时间充电的一系列的充电动作,将此作为一个循环,一边重复该循环一边给多个充电电池充电,对于在上述充电状态的检查中判断为已达到满充电状态的充电电池停止充电。上述缓冲时间是指各充电电池中的上一个循环的一系列充电动作完毕到下一个循环的一系列充电动作开始之间的时间。
在该第6种方式的充电电池的充电方法之中,各充电电池中的前一个循环的一系列充电动作结束到下一个循环的一系列的充电动作开始之间中止充电,该中止期间形成缓冲时间,电极表面稳定,可精确地进行下一个循环的满充电状态的检查,使可靠性提高。
补充一点,充电电池充电期间,在与电解液接触的电极的表面产生了电极反应,该电极反应的过程为同时发生反应物从电解液内部移动到电极表面与反应物和电极间的电子移动以及生成物从电极表面移动到电解液内部的过程,由于该移动需要相当的时间,因而若在充电电池的充电刚一中止即检查满充电状态,因正在电极表面附近电泳的移动过程中的离子等因素,往往会造成好似已达到满充电状态的假像。在有利于防止该误检出方面,设置缓冲时间也很有效,在该第6种方式的充电电池的充电方法之中,作为各充电电池各自的充电周期的一环,合理而又有效地设置了缓冲时间。
附图说明
图1是表示第1实施方式到第8实施方式涉及的充电电池1的充电装置构成的框图。
图2是用来测定充电电池1的电动势的电路图。
图3是表示充电电池1的各充电率的电流-电压特性的曲线图。
图4是表示充电电池1的电流值和所需充电时间的关系的曲线图。
图5是表示第1实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图6是用来切换第1实施方式涉及的充电电池1的端子电压的电路图。
图7是表示第1实施方式涉及的充电电池1的端子电压的切换的时间图。
图8表示第1实施方式涉及的充电电池1的端子电压的切换所伴随的施加电压的曲线图。
图9是表示镍氢充电电池的电池端子电压、充电电流、检查电流的时间过程的曲线图。
图10是表示镍镉充电电池的电池端子电压、充电电流、检查电流的时间过程的曲线图。
图11是表示第2实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图12是表示第2实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图13是表示第3实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图14是表示第3实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图15是表示充电电池1的规定的充电施加电压值Es和开路电压Ex之差的电压差ΔEs与所需充电时间之间的关系的曲线图。
图16是表示第4实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图17是表示第5实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图18是表示第6实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图19是表示第7实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图20是表示第8、第9实施方式涉及的充电电池1的充电装置构成的框图。
图21是表示第8实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图22是表示第9实施方式涉及的充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图23是充电电池1的充电装置的第8、第9实施方式中的充电电池1的充电用的基本电路构成图。
图24是表示第10、第11实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置构成的框图。
图25是表示第10实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图26是表示第11实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图27是表示第12实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图28是表示第12实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置的充电控制的流程图。
图29是表示第14实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置50构成的俯视图。
图30是表示第15实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置50构成侧剖视图。
图31是表示第16实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置50的取出装置构成的后剖视图。
图32是表示第17实施方式涉及的多个充电电池1的充电装置50的取出装置构成的侧剖视图。
具体实施方式
下面介绍的本发明涉及的充电电池的充电装置的充电方法具有下述特征:充电时为了不损伤充电电池的内部结构,在不可逆化学反应区域外,施加最大的施加电压(规定的充电施加电压值),使大电流流入充电电池,边定期性地检查满充电(充电结束时间),边进行充电。在以该满充电平衡电压值进行满充电状态的检查时,可在瞬间精确地判定满充电状态,若采用该充电方法,可将到充电完毕的时间缩短为30分钟以内,此外,不会引起过度的化学反应(氧化还原反应),恰当充电到满充电状态,因而可不伤及充电电池的内部结构,使周期寿命提高到5000次以上。
首先根据图1介绍本发明涉及的充电电池的充电装置的基本构成。
图1所示的充电装置是用来给充电电池1充电的设备,具有电源部分2、电流检出器3、电压检出器9、程序·演算控制器4。该电源部分2包括将商用交流电变为直流的变压整流电路。该电流检出器3检出给充电电池1通电的充电电流的电流值。该电压检出器9检出施加于充电电池1上的电压值或充电电池1的充电电压。该程序·演算控制器4是控制充电电池1的充电的充电控制装置,此时发送由该电流检出器3检出的电流值、以及由该电压检出器9检出的电压值。
该充电控制装置的程序、演算控制器4具有预先存储了通过试验等求出的充电电池1的种类或机种等的满充电平衡电压值Eeq(参照图3)、超过该满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es(参照图3。使施加于充电率大体为0%的充电电池1的电压上升期间,与施加电压的上升相对应的充电电流的增加比例(ΔI/ΔE)减少,该充电电流变为不上升时的与不可逆化学反应区域D外的电流峰值Iso对应的电压值)的存储装置(存储器),在该程序·演算控制器4之中,安装了判断充电电池1是否达到了满充电以及演算达到满充电的所需充电时间t的程序。
标号5表示根据上述程序·演算控制器4发出的指令,进行施加于充电电池1的电压、电流的切换控制等的电压、电流控制器。也就是说,电压电流控制器5构成将充电电池1的充电电压切换为规定的充电施加电压值Es或满充电平衡电压值Eeq等的切换装置。
标号6表示根据开始指令将由上述电压电流控制器5确定的充电电压提供给充电电池1的同时,根据上述程序·演算控制器4发出的结束指令结束充电的充电电压提供部分。而标号7则是用来显示由上述程序·演算控制器4演算出的所需充电时间t等的显示器,标号8是用户进行开始操作等的操作部分。
而本实施方式作为通报装置的例示,采用了由显示器7通过视觉给用户通报所需充电时间t等信息的构成,但也可以采用通过声音通报的构成,通报装置的构成并不受特别限制。
这里所说的充电电池是指可反复进行充电与放电的电池,将电能转变为化学能储存,再将储存的化学能变为电能供人利用。
在充电电池1之中,作为已经被实际使用的有代表性的产品有:镍镉电池、镍氢金属电池、锂离子电池、NAS电池等。
下面介绍各实施方式中使用的镍镉电池。
这里的镍镉电池是指将使用过氧化氢镍(Ni(OOH))的正极和使用镉(Cd)的负极用合成树脂制成的隔板隔离,与碱性电解液一道收容在密封的电池容器之中的蓄电池。电解质是以导电率高的氢氧化钾为主要成分的水溶液,为使正极的特性提高,可根据需要添加氢氧化锂及氢氧化钠等。
下面介绍镍镉电池的充电反应式。正极的反应可用下述普通式(化学反应式)表示。
此外,负极的反应可用下述普通式(化学反应式)表示。
放电期间,上述正极的反应为:过氧化氢镍(Ni(OOH))和水(H2O)、以及由正极而来的电子(e-)发生反应,生成氢氧化镍(Ni(OH)2)。
而负极的反应为:镉(Cd)与在正极生成,透过隔板的氢氧化离子(OH-)发生反应,生成氢氧化镉(Cd(OH)2)和电子(e-),该电子(e-)可通过外部负载提供给正极。
在上述周期之中,电子(e-)通过外部负载的过程可用于作功。该周期的顺利运行在于正极有充足的水(H2O),生成物的氢氧化镍(Ni(OH)2)的浓度低,而且负极的氢氧化镉(Cd(OH)2)的浓度也低。若用数学式表示,则为下式。
Eemf=E0+((R·T)/F)·1n(Caq/(CN·CC))
这里的E0为标准电动势,是取决于构成正极、负极材料的常数,而不依赖于其数量。在镍镉电池的情况下,该标准电动势E0约为1.2V(伏)。此外,R为气体常数、T为绝对温度、F为法拉第数。
正如上述数学式所示,在正极之上,水(H2O)的浓度Caq越高、氢氧化镍(Ni(OH)2)的浓度CN越低,电动势Eemf越大,此外,在负极上,氢氧化镉(Cd(OH)2)的浓度CC越低,电动势Eemf越大。电动势Eemf大说明蓄电量大。
不过要想准确地把握充电电池1的充电状态,只要形成图2所示的电路即可办到。也就是说,将可变电源11连接到充电电池1之上,将该可变电源11的电位调整为与充电电池1的电动势E平衡的电位。也就是说,将可变电源11调整为电流检出部3的检出的电流为±0mA(毫安),这样即可间接性地测定充电电池1的电动势Eemf。象这样分别测定各种类或各机种的充电电池1的满充电状态时的电动势Eemf,将该数据输入上述程序·演算控制器4的存储装置之中。
下面根据图3的曲线,就说明本发明的充电方法时构成基本要素的充电电池1的充电电压与充电电流的特性加以介绍。
图3中的曲线图的横座标记录了电池端子电压(施加电压)而纵座标记录了充电电流,分别示出充电率不同的各个充电电池1的电压-电流特性。
用虚线表示的曲线α示出充电率大体为0%的充电电池1的充电时的电压-电流特性,这种情况下,即使施加比标准电压E0(标称电压)低的电压Eα,充电电流仍然流出(将充电电流流出时的施加电压(电池端子电压)作为开路电压)。
此外,充电率越高开路电压也越高。图3的单点虚线表示的曲线β示出充电率约为50%的充电电池1的充电时的电压-电流特性,使施加电压(从0V起)逐渐升高时,充电电流开始流入充电电池1的开路电压Eβ高于充电率大体为0%的充电电池1的开路电压Eα。图3的双点虚线表示的曲线γ示出充电率约为90%的充电电池1的充电时的电压-电流特性,开路电压为Eγ(Eγ>Eβ)。此外,图3的实线表示的曲线δ示出充电率大体为100%(不到100%)的充电电池1的充电时的电压-电流特性,开路电压为Eδ(Eδ>Eγ)。而充电率为100%的(满充电状态的)充电电池1的开路电压值是满充电平衡电压值Eeq(Eeq>Eδ)。
充电电池1超过与充电率相应的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ),充电电流即大体与施加电压成比例增大,一超过规定的电压(电压-电流曲线中的拐点),与施加电压对应的充电电流的增加率(ΔI/ΔE)即减少,不久之后即使升高施加电压,充电电流也毫不上升,充电电流达到电流峰值Iso。
正如上述,与施加电压对应的充电电流的增加率(ΔI/ΔE)为0时的电流峰值Iso所对应的施加电压值为Es,该规定的充电施加电压值Es形成取决于充电电池1的种类及充电电池1的老化程度的充电电池1固有的电压值。
超过上述规定的充电施加电压值Es的电压,在该充电电池1内部,活性物质的氧化还原反应就会进一步发展,引起电分解反应,出现负电阻特性,由于意料之外的发热反应及膨胀等异常情况,往往容易有可能破坏充电电池1的内部结构。此外,即便未到上述程度,也会因不可逆化学反应的发展而极大地影响到充电电池1的周期寿命。此种给充电电池1造成负面影响的不可逆化学反应的,以充电电流和施加电压的关系划定的区域即是图3之中用斜线标示的不可逆化学反应区域D。
而在该区域D之中,正如曲线α所示,充电率大体为0的情况下,与施加电压的上升无关,充电电流固定保持在峰值Iso之上,此外正如曲线β、γ、δ所示,充电率一高,随着施加电压的上升,充电电流变低,而且充电率越高这种下降率越大。而且,在区域D内的不可逆化学反应中出现的充电电池1的负电阻特性不久即成为整体固有电阻,充电电流随着施加电压的上升成比例上升。
正因如此,在充电电池1的充电之中,该充电电池1达到满充电(充电率100%)之前,为了不使与施加电压对应的充电电流的相对值进入该不可逆化学反应区域D,需要对施加电压加以控制。
然而正如图3所示,不可逆化学反应区域D的最小电压(反应分水岭上的电压)为充电率越高(充电电流变少)该值越小。另一方面,由于充电电池1的蓄电容量可用充电电流与充电时间的乘积求出,因而要想缩短充电时间,就得增加充电电流,在一定的充电率之下,施加电压越高越可增加充电电流。
因此,若考虑到在满充电之前无论充电率多高也不会进入不可逆化学反应区域D,而且为使最大限度的充电电流流入充电率大体为0%的充电电池1,则如图3所示,可将施加电压的值设定为Eeq(充电率为100%时的开路电压)。将该施加电压值Eeq作为满充电平衡电压值。
若以该满充电平衡电压值Eeq施加电压,则充电率越高充电电流越下降,具有容易判定满充电状态的优点。
下面用图3来说明这一点。若将充电率大体为0%的充电电池1的端子电压固定为满充电平衡电压值Eeq进行充电,则一开始即产生Ieqo的充电电流(参照曲线α)。随着充电进行,充电率上升,充电电流逐渐由Ieqo减少(参照曲线β、γ)、在达到满充状态(充电率100%)之前,与施加电压对应的充电电流的相对值绝不会达到不可逆化学反应区域D。而且,由于在达到满充电状态的时间点上充电电流为OmA,因而容易进行充电结束的判定。
然而,该充电电池1若与充电率的高低无关(无论充电率大体为0还是大体为100%),若施加上述规定的充电施加电压值Es的电压,则既不会引起不可逆化学反应,又可具有接受比Ieqo还要高的峰值Iso的充电电流的电位。通过使此种大充电电流流入,与施加满充电平衡电压值Eeq的电压的充电相比,可大大缩短充电时间。
因此,本发明设定为在某种程度的期间内,可将施加电压值固定在不可逆化学反应区域D之外可产生最高的充电电流(电流峰值Iso)的规定的充电施加电压值Es之上进行大电流充电,并适时地将施加电压值切换为上述的满充电平衡电压值Eeq,减少充电电流,在以该电压值施加电压期间进行充电电池1是否满充电的判定。
也就是说,在以规定的充电施加电压值Es进行充电时,由于从最初安装了充电电池1时的充电率低的阶段开始,随着充电率的上升,充电电流并不下降,大体可保持峰值Ieqo,因而可在短时间内使充电率大大提高。并通过在恰当地的时间段施加满充电平衡电压值Eeq的电压,即可随着充电率提高通电电流下降,防止过度充电的同时还使满充电的判定变得更为容易。
而用于大电流充电的施加电压的值并不局限于与电流峰值Iso对应的上述规定的充电施加电压值Es,也可以是与比之略低的电流值对应的电压值(<Es=。也就是说,正如图3所示,也可以采用在使施加于充电率大体为0%的充电电池1的电压逐渐上升期间,与该施加电压对应的充电电流的增加率(ΔI/ΔE)减少,该充电电流几乎不上升(仅上升一点点)时的,不可逆化学反应区域D外的电流值所对应的充电施加电压值进行充电。在采用该充电施加电压值进行充电时也会有接近电流峰值Iso的电流,可进行大电流充电。
关于上述规定的充电施加电压值Es的设定,在各种充电电池1之中,为了获得与充电率的变化无关,不发生变化的充电电流峰值Iso,例如也可根据在一定的施加电压的变化区域内充电电流保持在峰值Iso的图3所示的充电率大体为0%的情况下的电压-电流特性曲线α进行设定。也就是说,是随着施加电压的上升而上升的充电电流的增加率下降,与O或大体为O时的充电电流对应的施加电压,是将即将达到不可逆化学反应区域D的电压值设定为规定的充电施加电压值Es。
(充电电池的充电装置的第1实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第1实施方式。
该方式采用了下述方法:适时地由大电流充电切换为满充电平衡电压值充电,根据检出的充电电流判定下面的充电是采用大电流充电还是满充电平衡电压值充电。
该第1实施方式的充电装置具有图1所示的构成,程序·演算控制器4之中安装了用来比较判定以上述满充电平衡电压值Eeq给充电电池1充电期间用电流检出器3检出的检查电流值i和预先输入设定的充电完毕标准电流值J的检查电流值判定程序,根据以满充电平衡电压值Eeq充电期间用电流检出器3检出的检查电流值i,求出达到满充电的所需充电时间t的充电时间预测程序。换言之,程序·演算控制器4具有检查电流值判定装置以及充电时间预测装置的功能。
利用此种程序·演算控制器4实施下述控制,该第1实施方式的充电装置将该规定的充电施加电压值Es(或较之略低)的电压按一定时间T1施加于充电电池1,进行大电流充电之后,将施加电压值切换为该满充电平衡电压值Eeq,在以该满充电平衡电压值Eeq施加电压期间检出电流值i,根据该电流值i求出达到满充电的所需充电时间t,通过LED或LCD等将该所需充电时间t显示在充电电池1的显示器7上的同时,通过比较上述电流值i和预先设定的充电完毕标准电流值J,若上述电流值i一侧大时,再次以上述规定的充电施加电压值Es充电,若上述电流值i处于充电完毕标准电流值J以下,则停止充电。
而达到上述满充电的所需充电时间t,可根据图4所示的表示电流值i和所需充电时间t的关系的曲线求出。
图4所示的曲线示出施加满充电平衡电压值Eeq的电压时检出的电流值i和达到满充电需要的所需充电时间t之间的关系,该所需充电时间t为:由电流检出器3检出的电流I达到充电完毕时检出的充电完毕标准电流值J(例如i=0mA)的时间。
若将给充电率为0%的充电电池1施加满充电平衡电压值Eeq的电压时检出的电流值i设定为Ieqo(参照图3),则如该图4的曲线所示,随着充电的进行。所需充电时间t变短的同时,随之检出的电流值也变小。而且在此情况下,由于检出电流值i=0mA时充电率变为100%的满充电状态,因而所需充电时间亦变为t=0(秒)。
因此若预先编制出以该曲线为依据的检查电流值和所需时间之间的换算一览表,或者将根据该曲线导出的检查电流值和所需时间的关系式制作成上述充电时间预测程序,很容易就可从检出的电流值i求出达到满充电的所需充电时间t。
下面参照图5所示的流程图介绍采用该第1实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制的过程。
首先,用户通过操作部分8将充电的充电电池1的种类输入程序·演算控制器4,即可从预先存储在该程序·演算控制器4中的存储装置中的一览表中分别选择出与该充电电池1的种类相当的规定的充电施加电压值Es以及满充电平衡电压值Eeq(步骤A1)。
这里的上述充电施加电压值Es以及满充电平衡电压值Eeq是根据镍镉、镍氢、锂离子充电电池等的种类和型号预先设定的值,例如镍镉充电电池的情况下,满充电平衡电压值Eeq约为1.41V,此外,充电施加电压值Es比它还要高,可选择约1.80V。
接着,用户通过操作部分8进行充电开始操作(步骤A2),即可将规定的充电施加电压值Es的电压按规定时间(固定时间)T1连续施加给充电电池1(步骤A3).
关于这里的施加时间T1的设定,可从施加充电施加电压值Es时的充电电流的时间变化中推断出。并在经过该固定时间T1之后,使充电电池1在极短时间T2内短路(步骤A4),去除电极表面的电荷之后再将施加电压的值切换为满充电平衡电压值Eeq(步骤A5)。
并且,在极短时间T3内施加该满充电平衡电压值Eeq的电压期间,检出此时流入充电电池1的电流值i(满充电平衡电压值Eeq中的电流值i)(步骤A6)。
接着利用上述充电时间预测程序,求出该检出的电流值i达到满充电所需的时间,也就是求出该电流值i达到充电完毕标准电流值J(可认定为满充电时检出的电流值)所需要的时间t,将该所需充电时间t显示到显示器7之上(步骤A7)。
此外,与此同时,利用上述检查电流值判定程序,比较该检出的电流值i和充电完毕标准电流值J(步骤A8),若该电流值i大于该充电完毕标准电流值J,退回到上述步骤A3,重复上述流程(充电控制),而当该电流值i处于该充电完毕标准电流值J以下时,即可认为充电电池1已达到满充电状态,就此停止充电(步骤A9)。
然而,施加上述满充电平衡电压值Eeq的电压的情况下,从理论上讲正如图3或图4的曲线所示,充电率100%(满充电状态)时电流值i为OmA,但实际上由于不同的电池会出现很小差别,要想防止由此而产生的过度充电,上述充电完毕标准电流值J最好设定为比OmA略大的值,例如10mA左右。而在此情况下,上述所需充电时间t即成为上述电流值i达到10mA以下的时间。
此外,施加上述规定的电电压值Es的电压的充电时间T1,虽然依充电电池1的容量、结构、形状等而有所区别,但在镍镉充电电池的情况下,可选择120秒左右。此外,上述使之短路的极短时间T2取决于去除充电电池1的电极表面的电荷,使上述电极表面处于清洁状态所需要的时间,在与上述相同的充电电池1的情况下,可选择0.001秒左右。此外,作为施加上述满充电平衡电压值Eeq的电压的极短时间T3,可选择0.1秒左右。
而将该极短时间T3设定为1秒以上时,也可省略上述步骤A4的流程。
在这里,图5的流程图中所示的充电电压的切换可用图6所示的电路进行。图6中的标号1为充电电池,标号3是用来检出充电电池1的充电电流的电流检出器,标号9是用来检出充电电池1的施加电压的电压检出器,在该电路中分别设置了用场效应晶体管(FET)等开关元件构成的第1选通电路36、第2选通电路37、第3选通电路38。此外,标号31是可将施加电压设定变更为与充电电池1的每个种类或机种相应的满充电平衡电压值Eeq的第1电源(可变电源),标号32是可施加规定的充电施加电压值Es的第2电源。
更为详细地说,充电电池1的正极端子分别与第1选通电路36的发射极、第2选通电路37的发射极、第3选通电路38的集电极、电压检出装置9的负极端子相连接,第1选通电路36的集电极与第2电源32的正极端子连接,该第2电源32的负极端子与第1电源31的正极端子、第2选通电路37的集电极连接。此外,第1电源31的负极端子上连接着电流检出装置3的正极端子,在该电流检出装置3的负极端子上连接着电压检出装置9的正极端子、充电电池1的负极端子、第3选通电路38的发射极。
下面参照图7及图8介绍使用图6所示的电路控制施加于充电电池1上的充电电压的方法。
首先,开始时仅将上述第1选通电路36设定为ON,给充电电池1施加T1时间规定的充电电压Es之后,将该第1选通电路置于OFF,仅将第3选通电路38设为ON,短路T2时间。正如上述,使充电电池1的端子间短路的短路装置由选通电路36、37、38构成,通过该短路,去除电极表面的电荷,使下面的充电电压的投入顺利进行,此外,可使刚刚切换充电电压之后的电流稳定,以便提高电流测定时的精度。
并且,经过上述极短时间T2之后,将第3选通电路38置于OFF的同时,将第2选通电路37设定为ON,在极短时间T3内给充电电池1施加满充电平衡电压值Eeq的电压。并在此间检出充电电池1的电流值i的同时,根据该检出的电流值i判定是否已满充电以及求出达到满充电所需时间t,经过该极短时间T3之后,将第2选通电路37置于OFF。
若上述判定的结果为尚未达到满充电,则重复将第1选通电路36设定为ON施加充电施加电压值Es重复进行这一上述一系列控制,另外,当判定为处于满充电状态时,就此停止充电。
正如上述,若采用第1实施方式的充电装置,通过检出充电电池1的电流值i,定期性地检查其充电状态,即不会引起过度的化学反应(氧化还原反应),可恰当地充电到满充电状态。
此外,由于采用此法可防止损伤充电电池1的内部结构,因而可使其周期寿命大大提高。还有,由于采用此法的大部分充电可用超过满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es进行,因而有相当大的充电电流流入充电电池1,正因如此,能够缩短充电时间。
此外,由于通过采用根据上述充电电池1的电流值i求出所需充电时间t并将此显示在显示器7之上的构成,可使用户掌握达到满充电所需时间,使用起来更为方便。
还有,将施加电压切换为满充电平衡电压值Eeq之前,通过使该充电电池1短路,可去除电极表面的电荷,使电极表面处于清洁状态。这样一来可顺利过渡到施加满充电平衡电压值的电压,而且还可使刚刚将电压值切换为满充电平衡电压值之后的充电电流平稳。因此可准确地测定电流值,以便进行恰当的充电。
(充电电池的充电装置的第2实施方式。)
下面介绍充电电池1的充电装置的第2实施方式。
该第2实施方式的充电装置的特征在于:由于不需要输入充电电池1的种类等数据,能自动识别充电电池的种类等,因而可快速充电到满充电。这里所说的充电电池1的种类等并不仅仅是识别镍镉电池和镍氢电池之类构成正负极的材料不同的充电电池,其中也包括构成正负极的材料相同,蓄电容量不同的充电电池。
充电电池1的满充电平衡电压值Eeq和规定的充电施加电压值Es因充电电池的种类及蓄电容量等而异,例如蓄电容量为1000mAh(毫安小时)的镍镉充电电池的满充电平衡电压值约为1.41V,规定的充电施加电压值约1.80V,蓄电容量为2000mAh的镍氢充电电池的满充电平衡电压值约为1.44V、规定的充电施加电压值为1.60V。
图9示出在上述第1实施方式的充电电池1的充电装置之中,将满充电平衡电压值设定为1.44V,将规定的充电施加电压值设定为1.60V,以镍氢电充电电池对应的设定电压值,给镍氢充电电池充电时的电池端子电压、充电电流、检查电流的时间过程,图10同样示出在第1实施方式的充电电池1的充电装置之中,将满充电平衡电压设定为1.44V,将规定的充电施加电压值设定为1.60V,以镍氢充电电池对应的设定电压值,给镍镉充电电池充电时的电池端子电压、充电电流、检查电流的时间过程。在图9及图10之中,施加上述步骤A3的规定的充电施加电压值1.60V的一定时间T1设为55秒,上述步骤A4的短路设为不进行,施加上述步骤A5的满充电平衡电压值1.44V的极短路时间T3设为5秒。
此外,在图1所示的电源部分2和电压·电流控制器5以及充电电压供给器6之间有规定的电阻,在与镍氢充电电池对应的设定中,设定为由电源部分2提供的2.0V的电压,因在该电源部分2和该电压·电流控制器5以及该充电电压供给器6之间产生电压下降,在镍氢充电电池的端子间施加的电压约1.60V。
此外,正如图3所示在这里给充电电池1以规定的充电施加电压值Es施加电压时,与充电率无关,在充电电池1中产生固定的充电电流(电流峰值Iso)。另外,当以低于规定充电施加电压值Es的电压值给充电电池1施加电压时,随着充电率的上升,流入充电电池1中的充电电流逐渐减少。
根据这一特性,正如图9所示,当以镍氢充电电池对应的设定电压值给镍氢充电电池充电时,可在镍氢充电电池的端子间施加与该镍氢充电电池的规定的充电施加电压值(1.60V)相当的约1.6V的电压,产生与该规定的充电施加电压值对应的规定的电流(电流峰值Iso)通电,因此上述电源部分2和电压电流控制器5以及充电电压供给器6之间的电压下降值也大体固定。也就是说,镍氢充电电池端子间电压从充电开始到充电结束均不会超过1.6V,大体固定的同时,充电电流也同样是从充电开始到充电结束大体固定,此外定期性地用镍氢充电电池的满充电平衡电压值1.44V恰当地检查检查电流,因而可快速而又恰当地地将该镍氢充电电池充电到满充电。
另外,正如图10所示,以镍氢充电电池对应的设定电压值给镍镉充电电池充电时,在充电开始后不长时间内,可在该镍镉充电电池的端子间施加1.4V到1.6V的电压。
这是比镍镉充电电池的规定的充电施加电压值(1.80V)低的电压值,因而随着充电率的上升,流入镍镉充电电池的充电电流逐渐减少。与此同时,上述电源部分2和电压·电流控制器5以及充电电压供给器6之间的电压下降值也缓慢减少,结果是随着施加于镍镉充电电池的端子间的电压值逐渐上升,不久即超过1.6V,到充电完毕时约成为1.8V。
而且虽然还定期性地用镍氢充电电池的满充电平衡电压值1.44V检查检查电流,但由于该镍氢充电电池的满充电平衡电压值1.44V仍然比镍镉充电电池的满充电平衡电压值1.41高,因而无法将镍镉充电电池正确地充电到满充电。
因此,在第2实施方式的充电装置之中,若举例说明识别镍氢充电电池与镍镉充电电池的情况,则需要以镍氢充电电池对应的电压值给充电电池1充电,并检查充电状态,在该充电过程中,该充电电池1的端子电压超过了1.6V时,即判断为该充电电池1是镍镉充电电池,此后则以与镍镉充电电池对应的电压值给该充电电池1充电及检查充电状态。
下面加以具体说明,该第2实施方式的充电装置也具有图1所示的构成,程序·演算控制器4的存储装置(存储器)中存储了多个充电电池的满充电平衡电压值Eeq和规定的充电施加电压值Es。此外,在程序·演算控制器4之中还安装了比较判定以满充电平衡电压值Eeq给充电电池1施加电压期间由电流检出器3检出的检查电流值i,和预先输入设定的充电完毕标准电流值J的判定装置的检查电流值判定程序,以及比较判定以规定的充电施加电压值Es给充电电池1充电期间由电压检出器9检出的充电施加电压值e和该规定的充电施加电压值Es的判定装置的充电施加电压值判定程序。
由于该第2实施方式的充电装置中的其它构成与上述第1实施方式的充电装置大体相同,因而省略其说明。
下面参照图11的流程图说明在程序·演算控制器4的存储装置中存储了两种充电电池的满充电平衡电压值Eeq(Eeql、Eeqh)、规定的充电施加电压值Es(Esl、Esh)的充电装置的充电电池1的充电控制。
关于此处的满充电平衡电压值设为Eeql<Eeqh,关于规定的充电施加电压值设为Esl<Esh。
首先,用户通过操作操作部分8进行充电开始操作(步骤B1),对安置在充电装置上的充电电池1以两种充电电池的规定的充电施加电压值之中较低的一方的规定的充电施加电压值Esl按规定时间(固定时间)T1持续施加电压(步骤B2)。
而且,在以较低一方的规定的充电施加电压值Esl按一定时间T1给充电电池1充电期间,用上述电压检出器9检出施加于充电电池1上的电压值e(步骤B3),用上述充电电压值判定程序进行该检出的电压值e的判定(步骤B4),若该电压值e大于该低的一方的规定的充电施加电压值Esl,跳到后述的步骤B10,若该电压值处于该低的一方的规定的充电施加电压值Esl以下,则前进到下面的步骤B5。
经过上述固定时间T1之后,使充电电池1短路极短时间T2(步骤B5),去除电极表面的电荷之后,接着将充电电池1的施加电压切换到两种充电电池的满充电平衡电压值之中较低一方的满充电平衡电压值Eeql,以该较低一方的满充电平衡电压值Eeql给充电电池1施加极短时间T3电压(步骤B6)。
而当把该极短时间T3设定为1秒以上时,也可以省略上述步骤B5的流程。
接着在以该较低一方的满充电平衡电压值Eeql给充电电池1施加极短时间T3电压期间,用上述电流检出器3,检出流入充电电池1的电流值i(步骤B7)。
并用上述检查电流值判定程序进行该检出的电流值i的判定(步骤B8)、若该电流值i大于充电完毕标准电流值J,则退回到上述步骤2,重复上述的流程,另外,若该电流值i在该充电完毕标准电流值以下,则停止充电(步骤B9)。
另外,在上述步骤B4之中,以较低一方的规定的充电施加电压值Esl按固定时间T1给充电电池1充电期间,若用电压检出器9检出的电压值e大于该较低一方的充电施加电压值Esl,将充电电池1的施加电压切换为两种充电电池的规定的充电施加电压值之中较高一方的规定的充电施加电压值Esh,以该较高的一方的规定的充电施加电压值Esh持续施加固定时间T1电压(步骤B10)。
经过上述固定时间T1时间之后,使充电电池1短路极短时间T2(步骤B11),去除电极表面的电荷之后,接着将充电电池1的施加电压切换为两种充电电池的满充电平衡电压值之中的较高一方的满充电平衡电压值Eeqh,以该较高一方的满充电平衡电压值Eeqh给充电电池1施加极短时间T3电压(步骤B12)。
而当极短时间T3设定为1秒以上的情况下,也可以省略上述步骤B11的流程。
接着,在以该较高一方的满充电平衡电压值Eeqh给充电电池1施加极短时间T3充电期间,用上述电流检出器3检出流入充电电池1的电流值i(步骤B13)。
并用上述检查电流值判定程序判定该检出的电流值i(步骤B14)。若该电流值i大于充电完毕标准电流值J,退回到上述步骤B10,重复上述流程,另外,若该电流值i处于该充电完毕标准J以下,则停止充电(步骤B9)。
以上介绍的是在程序·演算控制器4的存储装置中存储了两种充电电池的满充电平衡电压值Eeql,Eeqh和规定的充电施加电压值Esl、Esh的充电装置的充电电池1的充电控制。
下面参照图12所示的流程图,介绍程序·演算控制器4的存储装置中通常存储了n种(n为2以上的自然数)充电电池的满充电平衡电压值(Eeq1、Eeq2…Eeqn)以及规定的充电施加电压值Es(ES1Es2…Esn)的充电装置的充电电池1的充电控制。
此处的满充电平衡电压值设为Eeq1<Eeq2…<Eeqn,规定的充电施加电压值设定为Es1<Es2…<Esn。
首先将此处的变数设定为k(k=1、2....n),将该k初始化,设定为k=1(步骤C1)。接着,用户通过操作操作部分8进行充电开始操作(步骤C2),即以n种充电电池的规定的充电施加电压值之中比第k个低的规定的充电施加电压值Esk按规定时间(固定时间)T1给安装在充电装置上的充电电池1持续施加电压(步骤C3)。
在此处,k=n时(步骤C4)跳到后述的步骤C8,k≤n-1时,以比第k个低的规定的充电施加电压值Esk按固定时间T1给充电电池1充电期间,用上述电压检出器9检出施加于充电电池1的电压值e(步骤C5),利用上述充电电压判定程序判定该检出的电压值e(步骤C6),若检出的该电压值e大于比该第k个低的规定的充电施加电压值Esk,则将该k加1作为新的K(步骤C7),退回到上述步骤C3,若检出的该电压值小于比该第k个低的规定的充电施加电压值Esk,则前进到步骤C8。
经过上述固定时间T1之后,使充电电池1短路极短时间T2(步骤C8),去除电极表面电荷之后,接着将充电电池1的施加电压切换为n种充电电池的满充电平衡电压值之中比第k个低的满充电平衡电压值Eeqk,以比该第k个低的满充电平衡电压值Eeqk给充电电池1施加极短时间T3电压(步骤C9)。
而当把该极短时间T3设定为1秒以上时,也可以省略上述步骤C8的流程。
接着,以比该第k个低的满充电平衡电压值Eeqk给充电电池1施加极短时间T3电压期间,用上述电流检出器3检出流入充电电池1的电流值i(步骤C10)。
并且,用上述检查电流值判定程序判定该检出的电流值i(步骤C11),若该电流值i大于充电完毕标准电流值J,退回到上述步骤C3,重复上述流程,另外,若该电流值i处于该充电完毕标准电流值J以下,则停止充电(步骤C12)。
正如上述,若采用第2实施方式的充电装置,除具有与上述第1实施方式的充电装置相同的效果之外,还可在充电过程中自动识别充电电池1的种类,不会引起过度的化学反应(氧化还原反应),可快速而又恰当地地充电到满充电。
(充电电池的充电装置的第3实施方式。)
下面介绍充电电池1的充电装置的第3实施方式。
该第3实施方式的充电装置在下述构成方面有别于第2实施方式:判定以规定的充电施加电压值Es充电期间用电压检出器9检出的充电施加电压值e和其上一次以规定的充电施加电压值Es充电期间用电压检出器9检出的充电施加电压值e之差Δe是否处于预先输入设定的规定的范围W之内,若超过该规定的范围W,则切换为与其它种类的充电电池1对应的满充电平衡电压值Eeq和规定的充电施加电压值Es进行充电。
该第3实施方式的充电装置也具有图1所示的构成,在程序·演算控制器4的存储装置(存储器)之中,存储了多个种充电电池的满充电平衡电压值Eeq和规定的充电施加电压值Es。此外,程序·演算控制器4之中,安装了比较判定以满充电平衡电压值Eeq给充电电池1施加电压期间,用电流检出器3检出的检查电流值i和预先输入设定的充电完毕标准电流值J的判定装置的检查电流值判定程序,以及比较判定以上述规定的充电施加电压值Es充电期间用电压检出器9检出的充电施加电压值e和前一次以规定的充电施加电压值Es给充电电池1充电期间用电压检出器9检出的充电施加电压值e之差Δe是否在预先输入设定规定的范围W之内的判定装置的电压差判定程序。
而由于该第3实施方式的充电装置中的其它构成与上述第1实施方式的充电装置大体相同,因而省略其说明。
下面参照图13所示的流程图介绍程序·演算控制器4的存储装置中存储了两种充电电池的满充电平衡电压值Eeq(Eeql、Eeqh)和规定的充电施加电压值Es(Esl、Esh)的充电装置的充电电池1的充电控制。
此处的满充电平衡电压值,设定为Eeql<Eeqh,规定的充电施加电压值,设定为Esl<Esh。
首先,用户通过操作操作部分8,进行充电开始操作(步骤D1),即以两种充电电池的规定的充电施加电压值之中较低一方的规定的充电施加电压值Esl按规定时间(固定时间)T1持续施加给安装在充电装置上的充电电池1(步骤D2)。
而且,在以该较低一方的规定的充电施加电压值Esl按固定时间T1给充电电池1充电期间,用上述电压检出器9检出施加于充电电池1上的电压值e(步骤D3),利用上述电压差判定程序,判定此次以该较低一方的规定的充电施加电压值Esl充电期间检出的电压值e与前次以该较低一方的规定的充电施加电压值Esl充电期间检出的电压值e之差Δe是否在规定范围W之内(步骤D4),若该差Δe在该规定范围W之内,前进到下一步骤D5,若该差Δe超过该规定的范围W,则跳到后述的步骤D10。但是,当此次的电压值e的检出是第1次时,仍然直接前进到下一步骤D5。
经过上述固定时间T1之后,使充电电池1短路极短时间T2(步骤D5),去除电极表面的电荷之后,接着将充电电池1的施加电压切换为两种充电电池的满充电平衡电压值之中较低一方的满充电平衡电压值Eeql,以该较低一方的满充电平衡电压值Eeql给充电电池1施加极短时间T3电压(步骤D6)。
而当该极短时间T3设定为1秒以上的情况下,也可以省略上述步骤D5的流程。
接着,以该较低一方的满充电平衡电压值Eeqh,给充电电池1施加极短时间T3电压期间,用上述电流检出器3检出流入充电电池1的电池值i(步骤D7)。
并且利用上述检查电流值判定程序判定该检出的电流值i(步骤D8),若该电流值i大于充电完毕标准电流值J,退回到上述步骤D2,重复上述流程,另外,若该电流值i小于该充电完毕标准电流值J,即停止充电(步骤D9)。
另外,在上述步骤D4之中,若上述电压差Δe超出上述规定的范围W,则将充电电池1的施加电压切换为两种充电电池的规定的充电施加电压值之中较高一方的规定的充电施加电压值Esh,以该较高一方的规定的充电施加电压值Esh按规定时间(固定时间)T1持续施加电压(步骤D10)。
经过上述固定时间T1之后,使充电电池1短路极短时间T2(步骤D11),去除电极表面的电荷之后,接着将充电电池1的施加电压切换为两种充电电池的满充电平衡电压值之中较高一方的满充电平衡电压值Eeqh,以该较高一方的满充电平衡电压值Eeqh给充电电池1施加极短时间T3电压(步骤D12)。
而当极短时间T3设定为1秒以上的情况下,也可以省略上述步骤D11的流程。
接着,在以该较高一方的满充电平衡电压值Eeqh给充电电池1施加极短时间T3电压期间,用上述电流检出器3检出流入充电电池1的电流值i(步骤D13)。
并利用上述检查电流值判定程序,判定该检出的电流值i(步骤D14),若该电流值i大于充电完毕标准电流值J,则退回到上述步骤D10,重复上述流程,另外,若该电流值i处于该充电完毕标准电流值J以下,则停止充电(步骤D9)。
以上介绍的是在程序·演算控制器4的存储装置中存储了两种充电电池的满充电平衡电压值Eeql、Eeqh以及规定的充电施加电压值Esl、Esh的充电装置的充电电池1的充电控制。
下面参照图14所示的流程图,一般性介绍程序·演算控制器4的存储装置中存储了n种(n为2以上的自然数)充电电池的满充电平衡电压值Eeq(Eeq1、Eeq2、......Eeqn)、以及规定的充电施加电压值Es(Es1、Es2、......Esn)的充电装置的充电电池1的充电控制。
此处的满充电平衡电压值设为Eeq1<Eeq2、......<Eeqn,规定的充电施加电压值设为Es1<Es2、......<Esn。
首先,将此处的变数设定为k(k=1、2、......n),将该k初始化为1(步骤F1)。接着,用户通过操作操作部分8进行充电开始操作(步骤F2),即以n种充电电池的规定的充电施加电压值之中比第k个低的规定的充电施加电压值Esk按规定时间(固定时间)T1给安装在充电装置上的充电电池1持续施加电压(步骤F3)。
在此处,k=n时(步骤F4),跳到上述的步骤F8,k≤n-1时,以比第k个低的规定的充电施加电压值Esk按固定时间T1给充电电池1充电期间,用上述电压检出器9检出施加于充电电池1之上的电压值e(步骤F5),利用上述电压差判定程序判定此次以比该第k个低的规定的充电施加电压值Esk充电期间检出的电压值e与前一次以比该第k个低的规定的充电施加电压值Esk充电期间检出的电压值e之差Δe是否在规定的范围W之内(步骤F6),若该差Δe在该规定的范围W之内,前进到步骤F8,若该差Δe超出该规定的范围W,则将该k加1作为新的k(步骤F7),退回到上述步骤F3。但是,当此次的电压值e的检出是第1次时,前进到步骤F8。
经过上述固定时间T1之后,使充电电池1短路极短时间T2(步骤F8),去除电极表面的电荷之后,接着将充电电池1的施加电压切换为n种充电电池的满充电平衡电压值之中比第k个低的满充电平衡电压值Eeqk,以比该第k个低的满充电平衡电压值Eeqk给充电电池1施加极短时间T3电压(步骤F9)。
而当该极短时间T3设定为1秒以上的情况下,也可以省略上述步骤F8的流程。
接着,在以比该第k个低的满充电平衡电压值Eeqk给充电电池施加极短时间T3电压期间,用上述电流检出器3检出流入充电电池1的电流值i(步骤F10)。
并利用上述检查电流值判定程序判定该检出的电流值i(步骤F11),若该电流值i大于充电完毕标准电流值J,退回到上述步骤F3,重复上述流程,另外,若该电流值i处于该充电完毕标准电流值J以下,则停止充电(步骤F12)。
正如上述,采用第3实施方式的充电装置,也可获得与上述第1实施方式的充电装置相同的效果同时还可在充电过程中自动识别充电电池1的种类等,因而不会引起过度的化学反应(氧化还原反应),可快速而又恰当地地充电到满充电。
(充电电池的充电装置的第4实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第4实施方式。
该第4实施方式的充电装置在下述构成方面有别于第1实施方式;以规定的充电施加电压值Es给充电电池1按固定时间T1施加电压之后,切断施加电压,在该状态下检出该规定的充电施加电压值Es与充电电池1的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)之差的电压差ΔEs,当该检出的电压差ΔEs要在规定的判定标准值K以下时,停止给充电电池1充电。
该第4实施方式的充电装置也具有图1所示的构成,采用电压检出器9检出充电电池1的开路电压的构成。
程序·演算控制器4之中安装了求出上述规定的充电施加电压值Es与充电电池1的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)之差的电压差ΔEs的演算装置的电压差演算程序,以及根据该电压差ΔEs求出达到满充电的所需充电时间τ的充电时间预测装置的充电时间预测程序,还有比较判定该电压差ΔEs和预先输入设定的规定的判定标准值k的判定装置的电压差判定程序。此外显示器7用LED、或LeD等显示根据电压差ΔEs求出的所需充电时间τ。
在第4实施方式中,作为通报装置的例示,是采用靠显示器7通过视觉给用户通报所需充电时间t的,但也可以采用靠声音等通报的构成,关于通报装置的构成并未特别限制。
在这里,该第4实施方式中的判定标准值K为充电电压Es和上述充电电池1处于满充电状态时开路电压Ex=Eeq(满充电平衡电压值)之差,即k=Es-Eeq的值。而在实施该第4实施方式的控制时,设计方面需要注意的是上述开路电压Ex的电压的检测通常象测量电池的平衡电压时那样,测量电流不流入测量系统的测量系统必须是高阻抗状态。
若就上述的所需充电时间τ加以说明,该所需充电时间τ可根据表示图15所示的电压差ΔEs和该所需充电时间τ的关系的曲线求出。也就是说,由于充电率大体为0%的开路电压是Eχ=Eα(参照图3),若将此时的电压差设定为ΔEs=Es-Eα,及将所需充电时间设为τ=τα,上述曲线示出随着充电的进行所需充电时间T变短,与此同时,电压差ΔEs的值也变小。而且,当该电压差ΔEs的值达到判定标准值K(此时的判定标准值k为k=Es-/Eeq)时,也就是说,达到充电率100%的满充电状态时,上述所需充电时间变为τ=0。正如上述,若将上述曲线或从上述曲线导出的关系式预先编制成所需充电时间预测程序,即可从电压差ΔEs简单地求出达到满充电的所需充电时间τ。
由于该第4实施方式的充电装置中的其它构成与上述第1实施方式的充电装置大体相同,因而省略其说明。
下面参照图16所示的流程图介绍采用该第4实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制。
首先,用户将充电的充电电池1的种类从操作部分7输入程序·演算控制器4,即可从预先存储设定在该程序·演算控制器4中的存储装置中的一览表中分别选择出与该充电电池1的种类相当的规定的充电施加电压值Es及满充电平衡电压值Eeq(步骤G1)。
接着,用户通过操作操作部分8进行充电开始操作(步骤G2),即给充电电池1按规定时间(固定时间)T1,持续施加规定的充电施加电压值Es(步骤G3)。关于这里的固定时间T1的设定,可从施加上述充电电压Es时的充电电流的时间变化中推算出。
并在经过上述固定时间T1之后,接着将充电电压Es切断T4时间(步骤G4),在该状态下,用电压检出器3检出充电电池1的开路电压Eχ(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)(步骤G5),接着利用上述电压差演算程序求出上述充电压Es与开路电压Ex的电压差ΔEs(步骤G6)。
并且利用上述电压差判定程序判定该求出的电压差ΔEs(步骤G7),当该电压差ΔEs大于判定标准值K时,退回到上述步骤G3,重复上述流程,另外,当该电压差ΔEs处于判定标准值以下时,由于意味着充电电池1处于满充电状态,因而就此停止充电(步骤G8)。
不过,图16所示的流程图中虽未记载,但根据上述步骤G6中求出的电压差ΔEs的值,可求出达到满充电的所需充电时间t。并且由于可通过将在此处求出的所需充电时间t显示在显示器7上,将达到满充电所需时间通知用户,因而使用更为方便。此外,施加上述规定的充电电压Es的充电时间T1虽然因充电电池1的容量、结构、形状等而不同,但在单三型的镍镉、镍氢充电电池的情况下,可选择60~90秒。此外,上述切断时间T4,取决于在充电电池1的从充电状态到切断的过程中,电池端子电压稳定,达到可测量状态所需的时间,在与上述相同的充电电池1的情况下,可选择1~5秒。正如上述,若采用第4实施方式的充电电池1的充电方法,由于通过采用控制施加于充电电池1的电压,定期观察充电电池1的充电状态的构成,即不会引起过度的化学反应(氧化还原反应),能恰当地充电到满充电状态,并可防止给充电电池1的内部结构造成损伤,因而可使其周期寿命大大提高。此外,在该方法之中,由于设定为检出上述规定的充电电压Es和充电电池1的开路电压Ex之电压差ΔEs,因而可准确地判断出是否满充电。还有,由于采用该方法的大部分充电可用超过满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es进行,有相当大的充电电流,因而能够缩短充电时间。
(充电电池的充电装置的第5实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第5实施方式。该第5实施方式的充电装置在下述构成方面有别第4实施方式:在程序·演算控制器4之中安装了作为比较判定上述满充电平衡电压值Eeq与充电电池1的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)的差的电压差ΔEeq与判定标准值的Ov的电压差判定装置的电压差判定程序,若该电压差ΔEeq大于Ov,则重复施加上述充电施加电压值Es的充电控制,若该电压差ΔEeq处于Ov以下,则可认为已处于满充电状态,停止充电。
由于该第5实施方式中的其它构成与上述第4实施方式大体相同,因而省略其说明。
下面参照图17所示的流程图,说明采用该第5实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制。
首先,用户从操作部分7将充电的充电电池1的种类输入程序·演算控制器4,即可从预先存储在该程序·演算控制器4中的存储装置中的一览表中分别选择出与该充电电池1的种类相当的规定的充电施加电压值Es和满充电平衡电压值Eeq(步骤H1)。
接着,用户通过操作操作部分8进行充电开始操作(步骤H2),即给充电电池1按规定时间(固定时间)T1持续施加规定的充电施加电压值Es(步骤H3)。
并在经过固定时间和T1之后,接着将充电电压Es切断T4时间(步骤H4),在该状态下,用电压检出器3,检出充电电池1的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)(步骤H5)。
该第5实施方式中的步骤H1到步骤H5的控制工序与上述第4实施方式的步骤G1到步骤G5的控制工序相同,接着利用上述电压差演算程序求出上述满充电平衡电压值Eeq和开路电压Ex的电压差ΔEeq(步骤H6)。
并且利用上述比较判定程序,判定该求出的电压差ΔEeq(步骤H7),当该电压差ΔEeq大于判定标准值的Ov时,退回到上述步骤H3,重复上述流程,另外,当该电压差ΔEeq在Ov以下时,由于意味着充电电池1已处于满充电状态,就此停止充电(步骤H8)。
若采用该第5实施方式的充电方法,由于对任何充电电池1若其电压差ΔEeq为Ov以下即可判断为已达到满充电状态,因而能够简单而又准确地判断是否已达到满充电。
还可用比较开路电压Ex与满充电平衡电压值Eeq的方法取代求出该满充电平衡电压值Eeq和开路电压Ex的电压差ΔEeq,当该开路电压Ex小于该满充电平衡电压值Eeq时,则重复施加超过该满充电平衡电压值Eeq的规定的充电电压Es的充电控制,另外,当该开路电压Ex大于满充电平衡电压值Eeq时,停止给充电电池1充电。
(充电电池的充电装置的第6实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第6实施方式。
该第6实施方式的充电装置在以下的构成方面有别于第1实施方式:经过由充电电池1的检查电流值i求出的所需充电时间t之后,停止充电电池1的充电。
该第6实施方式的充电装置也具有图1所示的构成,程序·演算控制器4之中安装了根据以上述满充电平衡电压值Eeq给充电电池1施加电压期间,用电流检出器3检出的检查电流值i求出达到满充电的所需充电时间t的充电时间预测装置的充电时间预测程序,以及从求出该所需充电时间t的时间起,监视该所需充电时间t的过程的监视装置的充电完毕时间监视程序。
下面参照图18的流程图介绍采用该第6实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制。
首先,用户一输入充电的充电电池1的种类,即可在程序·演算控制器4中分别选择与该充电电池1的种类相当的规定的充电施加电压值Es和满充电平衡电压值Eeq的值(步骤M1)。
接着,用户通过操作操作部分8进行充电开始操作(步骤M2),即可给充电电池1按规定时间(固定时间)T1持续施加规定的充电施加电压值Es(步骤M3)。
并在经过固定时间T1之后,使充电电池1短路极短时间T2(步骤M4),去除电极表面的电荷之后,接着将施加电压切换为满充电平衡电压值Eeq,以该满充电平衡电压值Eeq给充电电池1施加极短时间T3电压(步骤M5)。
该极短时间T3设定为1秒以上的情况下,也可以省略上述步骤M4的流程。
并在极短时间T3施加该满充电平衡电压值Eeq期间,用电流检出器3检出流入充电电池1的电流值i(步骤M6)。接着利用上述充电时间预测程序,求出从该电流值到满充电所需时间,即该电流值i达到充电完毕标准电流值J(可认定为满充电时推测的电流值i)的所需充电时间t,将该所需充电时间t显示到充电电池1的显示器7之上(步骤M7)。
该第6实施方式中的步骤M1到步骤M7的控制工序与上述第1实施方式的步骤A1到步骤A7的控制工序相同,接着利用上述充电完毕时间监视程序判断上述所需充电时间t是否为O秒以下(步骤M8)。此时,若上述所需充电时间t大于O秒,则前进到步骤M9,给充电电池1施加T5时间的规定的充电施加电压值Es,其后再次退回到步骤M8,判断是否已经过了上述所需充电时间t。另外,在步骤M8之中,若上述所需充电时间t为O秒以下,即已经过所需充电时间t,则可认为充电电池1已达到满充电状态,自动停止充电(步骤M10)。
由于该第6实施方式的充电装置中的其它构成与上述第1实施方式的充电装置大体相同,因而省略其说明。
虽然在此处的图9所示的控制流程图之中采用了一旦根据上述电流值i求出所需充电时间t之后,在经过该时间t之前给充电电池1持续施加规定的充电施加电压值Es进行充电,而在经过上述所需充电时间t后即自动停止充电的构成,但也可以采用在上述步骤M8之中,若上述所需充电时间t大于O秒,则退回到步骤M3,重复进行上述一系列的充电控制,当上述所需充电时间t在O秒以下时,停止充电的构成。
如上所述,若采用经过所需充电时间t之后即自动停止充电的构成,即可用简单的构成使充电停止。此外由于可不引起过度的化学反应(氧化还原反应),恰当地充电到满充电状态,而不会损伤充电电池1的内部结构,因而可使周期寿命大大提高的同时,还可缩短充电时间。
还有,由于用户可掌握达到满充电所需时间,因而可进一步提高其方便性。
(充电电池的充电装置的第7实施方式)。
下面介绍充电电池1的充电装置的第7实施方式。
该第7实施方式的充电装置在下述构成方面有别于第1实施方式的充电装置:根据充电电池1的检查电流值i求出的充电率达到规定值之后,停止充电电池1的充电。
该第7实施方式的充电装置也具有图1所示的构成,程序·演算控制器4之中安装了以上述满充电平衡电压值Eeq给充电电池1充电期间,用电流检出器3检出检查电流值i的时间点求出充电电池1的充电率的充电率导出装置的充电率导出程序,以及比较判定利用该充电率导出程序求出的充电率和预先输入设定的判定标准值L的判定装置的充电率判定程序。
上述的图4是表示施加满充电平衡电压值Eeq时检出的电流值i和达到满充电所需充电时间t之间关系的曲线,通过预先将根据该曲线的检查电流值和充电率之间的换算一览表,或根据该曲线导出的检查电流值和充电率的关系式编制成充电率导出程序,很容易就可求出充电率。
下面参照图19所示的流程图,介绍采用该第7实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制。
首先,用户将充电的充电电池1的种类输入,即可在程序·演算控制器4之中分别选择出与该充电电池1的种类相当的规定的充电施加电压值Es及满充电平衡电压值Eeq的值(步骤N1)。
接着,用户通过操作操作部分8进行充电开始操作(步骤N2),即给充电电池1按规定时间(固定时间)T1持续施加规定的充电施加电压值Es(步骤N3)。
并在经过上述固定时间T1之后,使充电电池1短路极短时间T2(步骤N4),去除电极表面的电荷之后,接着将施加电压切换为满充电平衡电压值Eeq,以该满充电平衡电压值Eeq给充电电池1施加极短时间T3电压(步骤N5)。
将该极短时间T3设定为1秒以上时,也可省略上述的步骤N4的流程。
并且在按极短时间T3施加该满充电平衡电压值Eeq期间,用电流检出器3检出流入充电电池1的电流值i(步骤N6)。该第7实施方式中的步骤N1到步骤N6的控制工序与上述第1实施方式的步骤A1到步骤A6的控制工序相同,接着利用上述充电率导出程序,根据该检出的电流值i求出充电率,将该求出的充电率显示到充电电池1的显示器7之上(步骤N7)。
并且利用上述充电率判定程序判定该求出的充电率(步骤N8)若判定为该充电率低于判定标准值L(例如,95%等),则退回到上述步骤N3,重复上述的流程,另外,当该充电率达到该判定标准值L以上时,停止充电。
由于该第7实施方式的充电装置中的其它构成与上述第1实施方式的充电装置大体相同,因而省略其说明。
正如上述,若采用充电率达到该判定标准值L以上时自动停止充电的构成,即可用简单的构成可靠地使之停止充电。此外,由于这样不会引起过度的化学反应(氧化还原反应)可恰当充电到满充电状态,不会损伤充电电池1的内部结构,因而可使周期寿命大大提高的同时,还可缩短充电时间。
还有,由于用户可掌握达到满充电所需时间,因而可提高其方便性。
(充电电池的充电装置的第8实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第8实施方式。
该第8实施方式的充电装置具有图20所示的构成,图中的标号1为充电电池,标号12为电源部分,该电源部分12包括把商用交流电变为直流的变压、整流电路。此外,标号13为大容量电容器(电解电容器、双电荷层电容器等),在电源部分12之上并联着电容器13与充电电池1。此外,在连接电源部分12和电容器13的电路上设有开关18,此外,在连接电容器13与充电电池1的电路上设有开关17。此外,标号14是用来检出充电电池1的电流的电流检出器,并将用该电流检出器14检出的电流值i发送给控制器15。在这里的控制器15之中进行各开关17、18的开关操作及判断充电电池1是否达到满充电。也就是说,控制器15之中安装了比较判定用电流检出器14检出的电流值i和预先输入设定的充电完毕标准电流值J的电流值判定装置的电流值判定程序等。此外,标号16是根据控制器15发出的指令用来给充电电池1施加检查电压的检查电源部分。
作为采用第8实施方式的充电装置给充电电池1充电的方法,具有以下述构成:首先在关闭图20所示的电路中的切换装置的开关17,打开开关18的状态下给电容器13施加固定时间T6的规定的电源电压,进行蓄电,然后切换为打开开关17、关闭开关18,将电容器13中积蓄的电荷转移给充电电池1,通过反复进行上述控制给充电电池1充电。此时,作为判定充电电池1是否已达到满充电状态的方法,采用以下构成:电容器13蓄电时,也就是说电容器13和充电电池1的连接电路处于切断状态,通过给充电电池1施加检查电压Ec,检出此时流入充电电池1的电流值i掌握充电电池的满充电状态。
下面参照图21所示的流程图介绍采用该第8实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制。
首先,用户通过操作未图示的操作部分进行充电开始操作(步骤P1),即根据控制器15发出的指令,实施关闭图20所示电路中的开关17,打开开关18的控制(步骤P2)。接着给上述大容量电容器13施加规定的电源电压,例如按规定时间(固定时间)T6持续施加超过满充电平衡电压值Eeq的电压(步骤P3),这样一来即可在电容器13中积蓄电荷。
此外,此时给与上述电容器13的连接已处于切断状态的充电电池1施加检查电源部分16产生的检查电压,也就是说,在该第8实施方式中施加满充电平衡电压值Eeq(步骤P4),此时用电流检出器5检出流入充电电池1的电流值i(步骤P5)。
接着利用上述电流值判定程序实施下述控制:,比较该检出的电流值i和预先设定的充电完毕标准电流值J(可认定为充电完毕时检出的电流值)(步骤P6),若该电流值i大于该充电完毕标准电流值J,前进到步骤P7,接着实施打开电路中的开关17,关闭开关18的控制,于是积蓄在上述电容器13中的电荷被转移给充电电池1,这样即可进行充电电池1的充电(步骤P8)。并在经过时间T7之后,再次退回到步骤P2进行开关17、18的开关切换,即可重复进行给电容器13蓄电,转移等上述控制。另外,若在上述步骤P6之中检出的电流值i处于充电完毕标准电流值J以下,即可认为充电电池1已处于满充电状态,就此停止充电(步骤P9)。
可是,上述检查电压采用了满充电平衡电压Eeq时,正如图3的曲线所示,由于充电率100%(满充电状态)时电流值i大体为O,因而判定容易进行也便于实施。然而即使在此情况下,在实际上由于充电电池不同,仍会产生很小误差,若想防止由此产生的过度充电,最好将上述充电完毕标准充电值J的值设定为比omA略大的值,例如设定为10mA左右。
正如上述,若采用第8实施方式中的充电电池1的充电方法,一旦采用将积蓄在电容器13中的电荷转移给充电电池1进行充电的构成,即可使注入充电电池1的电荷便于计量的同时,由于以大容量的电容器13作为媒介,因而可在短时间内将大量的电荷注入充电电池1,也就是说可使用大电流,这样就可缩短充电时间。此外,由于采用充电电池1被定期性地施加满充电平衡电压值Eeq(检查电压),检出此时的电流值i即可掌握充电电池1的充电状态,充电电池1不会因过度充电引起过度的化学反应(氧化还原反应)可恰当地充电到满充电状态,因而可防止给充电电池1的内部结构造成损伤,使周期寿命大大提高。此外,此时由于充电电池1采用由在上述电源部分12之外另外设置的检查电源部分16施加检查电压的构成,因而可在上述电容器13蓄电期间观察充电电池1的充电状态,可进一步缩短充电时间。还有,若采用该充电方法,由于不需设置价格昂贵的大电流电路,电路构成简单的同时,其控制方法也极为简单,因而可提高其可靠性。
上面介绍了充电电池1的充电装置的第8实施方式的具体实施方式,但并不局限于上述实施方式,在权利要求范围内可做种种变更之后实施。也就是说,在上述第8实施方式之中,虽然采用了检出给充电电池1施加满充电平衡电压值Eeq时的电流值i的构成,但施加的电压并不局限于上述满充电平衡电压值Eeq。还有,若象上述第8实施方式,在电源部分12之外另行设置检查电源部分16,由于能利用电容器13的蓄电期间观察充电电池1的充电状态虽然更好,但也可以采用给上述充电电池1施加用电源部分12控制的电压的构成。
(充电电池的充电装置的第9实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第9实施方式。
该第9实施方式的充电装置在下述构成方面有别于上述第8实施方式:去掉了上述第8实施方式中的图20的检查电源部分16,同时用电压检出器取代上述电流检出器14,通过测定上述充电电池1的电压,判断充电电池1是否达到满充电状态。在该第9实施方式的充电装置的控制器15之中安装了比较判定上述满充电平衡电压值Eeq和充电电池1的开路电压Ex(Ea、Eβ、Eγ、Eδ等)的作为电压判装置的电压值判定程序。
作为具体的判定方法,采用下述构成:在上述电容量13蓄电时,也就是说,在连接电容器13与充电电池1的电路被切断的状态下,检出充电电池1的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等),若此时检出的开路电压Ex小于满充电平衡电压值Eeq,则继续充电,若在满充电平衡电压值Eeq以上,则停止充电。
下面参照图22所示的流程图介绍采用该第9实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制。
首先,用户通过操作未图示的操作部分进行充电开始操作(步骤Q1),即根据控制器15发出的指令,实施关闭图20所示电路中的开关17,打开开关18的控制(步骤Q2)。
接着,给上述大容量电容器施加规定的电源电压,例如按规定时间(固定时间)T6持续施加超过满充电平衡电压值Eeq的电压(步骤Q3),这样即可在电容器13中储存电荷。
此外,此时用电压检出器13检出处于与上述电容器13的连接被切断的状态下的充电电池1的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)(步骤Q4)。接着进行下述控制:用上述电压值判定程序比较该检出的开路电压Ex和满充电平衡电压值Eeq(步骤Q5),若该开路电压Ex小于满充电平衡电压值Eeq,前进到步骤Q6,接着实施下述控制:打开电路中的开关17,关闭开关18。于是,储存在上述电容器13中的电荷即被转移到充电电池1之中,这样即可进行充电电池1的充电(步骤Q7)。并在经过T7时间之后再次返回步骤Q2进行开关17、18的切换,即可反复进行往电容器13蓄电、转移等上述控制。另外,在上述步骤Q5之中,若检出的开路电压Ex在满充电平衡电压值Eeq以上,则可认为充电电池1已处于满充电状态,就此停止充电(步骤Q8)。由于该第9实施方式中的其它构成以及作用效果与上述第8实施方式大体相同,因而省略其说明。
接着,以该充电电池1的充电装置的第8、第9实施方式中表示充电电池1的基本电路构成的图23(a)~(c)的各等效电路为基础,依据过度现象理论,从理论上求出一次蓄电可给充电电池1转移的电荷量以及达到满充电所需充电时间。结果如下所示。这里的图23(a)是上述图20的框图中表示充电的基本电路构成的等效电路,该图(b)是关闭上述电路中的开关17,打开开关18,给电容器13进行T6时间蓄电时的等效电路,该图(c)则是关闭开关17、打开开关18,将储存在上述电容器13中的电荷在T7时间转移给充电电池1时的等效电路。此外图中的E为电源电压、r为电源2的内部电阻、C为电容器13的静电容量、R为充电电池1的内部电阻,若将电容器13的残留电荷造成的初期电压设定为V,则第1次的蓄电给充电电池1转移的电荷量Q,可用下式(1)表示。
Q1=C·(E-V)e-T 1 /rC·(1-e-T 2 /RC)(1)
而该第2次的蓄电可给充电电池1转移的电荷量Q2由下式(2)示出。
Q2=C·{E-(E-V)e-T 1 /rC·e-T 2 /RC}·e-T 1 /rC(1-e-T 2 /RC)
                                                        (2)
还有,该第3次的蓄电可给充电电池1转移的电荷量Q3由下式(3)示出。
Q3=C·[E-{E-(E-V)e-T 1 /rC·e-T 2 /RC}·e-T 1 /rC·e-T 2 /RC]·e-T 1 /C·(1-e-T 2 /RC)(3)
根据上述(1)至(3)所示的式,通常将第n次的蓄电转移给充电电池1的电荷量Qn用下式(4)表示。
Qn=C·[E·{1-e-(a+b)+e-2(a+b)-e-3(a+b)...+(-1)(n-1)·e-(n- 1)(a+b)+(-1)n·V·e-(n-1)(a+b)}·e-a·(1-e-b)       (4)
此处示出上述式(4)中的a=T1/rC,b=T2/RC。若假定将电源2的内部电阻r假定为1Ω,将电源电压假定为50V、将充电电池1的内部电阻R假定为1Ω,将电容器13的静电容量C假定为1F(法拉),将电容器13的初期电压V假定为OV,将时间T1、T2分别假定为1秒时求出各电荷量Q1、Q2、Q3,则可得到Q1=11.63C(库仑),Q2=10.00C,Q3=10.26C的值。若据此将转移给充电电池1的平均电荷量假定为每2秒约10.00C,则给1600mAh的充电电池充电所需时间为用5分钟即可充电完毕。
(多个充电电池的充电装置的第10实施方式)
下面介绍将多个充电电池1作为充电对象的充电装置的第10实施方式。
图24是用于多个充数充电电池1的充电装置的第10实施方式的框图,该第10实施方式涉及的充电装置是用来给多个充电电池1进行充电的设备。
在图24之中,标号20是并联收容多个充电电池1的充电电池盒,标号22是电源部分,该电源部分22包括将商用交流电变换为直流的变压整流电路。此外,标号23是控制施加于充电电池1的充电电压的充电电压控制器,标号24是掌握充电电池1的充电状态时控制检查电压的检查电压控制器。另外,标号25是用来检出施加上述检查电压时的充电电池1的电流的电流检出器,采用将用该电流检出器25检出的电流值发送给控制装置的控制器26的构成。
在此处的控制器26之中可进行各充电电池1是否达到满充电的判断,发出施加电压以及充电电池1的切换指令,计算已充电的充电电池1个数等计数,以及达到满充电的所需充电时间t等。也就是说,在该控制器26之中安装了比较判定给充电电池1施加满充电平衡电压值Eeq期间,用电流检出器25检出的检查电流值i和预先输入设定的充电完毕标准电流值J的判定装置的检查电流值判定程序,以及根据施加该满充电平衡电压值Eeq期间,用电流检出器3检出的检查电流值i求出达到满充电的所需充电时间t的充电预测装置的充电时间预测程序,还有计算已充电的充电电池1个数的计数程序。
此外,标号27是根据控制器26发出的指令,切换给充电电池1提供充电电压或提供检查电压的电压切换器。还有,标号28是根据控制器26发出的充电完毕信号,将包括与某个充电电池1连接的上述充电电压控制器23及检查电压控制器24等在内的电路连接切换为其它未充电的充电电池1的电池指定切换器。还有,标号29是用来显示控制器26计算出的所需充电时间t或显示正在充电或充电完毕的显示器。
在第10实施方式之中,作为通报装置的示例是用显示器29,靠视觉将所需充电时间t等通报给用户的例子,但也可以采用靠声音通报的构成,关于通报装置的构成并无特殊限定。
该第10实施方式采用给多个充电电池1单独充电的构成。鉴于上述充电电池1的充电特性,采用的是通过下述控制,不损伤上述充电电池1地进行快速充电的构成。
也就是说,在该第10实施方式之中采用下述方式:在并联设置的N个充电电池1之中,首先给第1个充电电池1以上述规定的充电施加电压值Es施加固定时间T1的大电流充电之后,接着将施加电压切换为低于该规定的充电施加电压值Es的检查电压Ec,以该检查电压EC施压极短时间T2。此处的该检查电压Ec,最好使用上述满充电平衡电压值Eeq。
然后,检出施加上述检查电压Ec时的电流值i,通过比较该电流值i与预先设定的充电完毕标准电流值J(可认定为充电完毕时检出的电流值),若该电流值i大,再次用上述充电施加电压值Es进行充电,若该电流值i在充电完毕标准电流值J以下,则可认为已处于满充电状态,停止给上述第1个充电电池1的充电。此时,接收到控制器26发出的充电完毕信号的电池切换装置的电池指令切换器28将电路从上述充电电池1切换到下一个未充电的充电电池1,进行与上述相同的控制。并将该充电控制一直重复到N个充电电池1全部充电完毕为止。
此外,该第10实施方式采用下述构成:根据上述电流值i求出正在给充电电池1充电、充电完毕、达到满充电所需的充电时间t,并将此显示在充电电池1的显示装置19(显示装置)的LED、或LCD等之上。
下面参照图25所示的流程图介绍采用该第10实施方式的充电装置的充电电池1充电控制。
介绍该第10实施方式中给N个充电电池1充电的情况。
首先将O作为初始值,带入表示已充电的充电电池1的个数m(m=o、1、2、…N)的值之中(步骤R1)。
接着,将m+1代入上述m的值(步骤R2),前进到步骤R3。在步骤R3之中,用户通过操作未图示的操作部分等装置进行充电开始操作,即给充电电池1按规定时间T1持续施加超过满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es的电压(步骤R4)。关于该施加时间T1的设定,可从施加上述充电施加电压值Es时的充电电流的时间变化中推算出。
并在经过固定时间T1之后,将充电电压切换为检查电压Ec(例如满充平衡电压值Eeq)(步骤R5)。并在将该检查电压Ec施加给充电电池1的极短时间T3期间用电流检出器25检出流入充电电池1的电流值i(步骤R6)。
接着,比较该检出的电流值i和上述充电完毕标准电流值J(可认定为充电完毕时检出的电流值)(步骤R7),若该电流值i大于充电完毕标准电流值J,则退回到步骤R4,重复进行将上述充电电压Es施加给充电电池1的上述充电控制,另外,若该电流值i处于充电完毕标准电流值J以下,由于意味着充电电池1已处于满充电状态,因而前进到步骤R8,判断现在正在充电的充电电池1是否第N个。
当上述充电电池不是第N个的情况下,前进到步骤R9,通过电池指定切换器28,从现在的充电电池1切换到未充电的充电电池1,再次退回到步骤R2,重复进行上述控制。
另外,当上述充电电池是第N个的情况下,则可认为所有充电电池1的充电均已完毕,就此停止充电(步骤R10)。
施加上述规定的充电施加电压值Es的充电时间T1,与上述图1的第1实施方式相同,虽因充电电池1的容量,结构,形状等而有所区别,例如在镍镉充电电池的情况下,可选择120秒左右。此外,作为施加检查电压Ec的时间T3,可选择0.1秒左右。此外当上述检查电压Ec使用的是满充电平衡电压值Eeq的情况下,正如上述,由于充电率100%时(满充电状态)电流值i大体为OmA,因而更容易进行判定。然而即使在此情况下,在实际上由于电池不同,仍会产生微小误差,要想防止由此产生的过度充电,最好将上述充电完毕标准电流值J的值设定为比OmA稍大,例如设定为10mA左右。
正如上述,若采用充电电池1的充电装置的第10实施方式,由于采用了一个充电电池1的充电一完毕。即马上自动将电路切换到下一个未充电的充电电池1,对每个充电电池单独进行充电的构成,因而控制简单,可保证给所有充电电池1可靠充电。
还有,由于采用了在各充电电池1充电期间定期性地施加检查电压,检出此时的电流值i这一简单方法掌握充电电池1的充电状态的构成,因此既不会产生未充电的充电电池1,也不会引起因过度充电造成的过度的化学反应(氧化还原反应),可将所有的充电电池1恰当的充电到满充电状态。此外,由于可防止损伤充电电池1的内部结构,因而可使其周期寿命大大提高。
还有,由于采用该方法的大部分充电可用超过满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es进行,因而有相当大的电流流入充电电池1。这样一来,即使采用给多个充电电池1个别充电的方法,由于可缩短给每个充电电池1充电所需的时间,因而可缩短给所有的充电电池1充电所需的时间。
此外,由于采用了将上述充电电池1正在充电或充电完毕或所需充电时间t显示在显示器7上的结构,用户可掌握当时的充电状态或达到满充电所需时间,因而可提高其方便性。
(多个充电电池的充电装置的第11实施方式)
下面介绍以多个充电电池1为充电对象的充电装置的第11实施方式。
该第11实施方式在下述构成方面有别于上述第10实施方式:正如图24所示,去除了上述第10实施方式的充电装置中的检查电压控制器24的同时,用上述电压切换器27进行施加充电电压或停止施加电压的切换,此外还新设了电压检出器,用来取代电流检出器25,通过测定停止给上述充电电池1施加电压时的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等),掌握充电电池1的满充电状态。
更为具体地说,对并联设置的N个充电电池1之中的第1个充电电池1实施进行按固定时间T1施加超过上述满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es的电压的大电流充电,然后切断规定的充电施加电压值Es,求出在该状态下,用上述电压检出器检出的充电电池1的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)(参照图3)与上述规定的充电施加电压值Es之差。并比较该差的电压差ΔEs和预先设定的判定标准值K,若该电压差ΔEs大,则以规定的充电施加电压值Es继续进行充电,而当该电压差ΔEs处于判定标准值K以下时,即可认为已处于满充电状态,停止给上述第1个充电电池1充电。此时,接收到从控制器26发来的充电完毕信号的电池指定切换器28即从上述充电电池1切换到下一个未充电的充电电池1,进行与上述相同的控制。并将该充电控制一直重复到N个充电电池1全部充电完毕为止。
该实施方式之中的判定标准值K由充电施加电压值Es与充电电池1处于满充电状态时的开路电压Ex=Eeq(满充电平衡电压值)之差,即K=Es-Eeq的值构成。
下面参照图26所示的流程图介绍采用该第11实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制。
说明关于在该实施方式中给N个充电电池1充电的情况。
首先,将O作为初始值代入表示已充电的充电电池1的个数的m(m=o、1、2、.....N)(步骤S1)。
接着,将m+1代入上述m的值(步骤S2),用户通过操作未图示操作部分等装置进行充电开始操作(步骤S3),即给上述充电电池1持续施加按规定时间(固定时间)T1规定的充电施加电压值Es(步骤s4)。
并在经过上述固定时间T1之后,在步骤S5之中将上述充电施加电压值Es切断T4时间,在该状态下,用电压检出器检出充电电池1的开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)(步骤S6)。
接着,求出该检出的开路电压Ex与上述规定的充电施加电压值Es之差的电压差ΔEs(步骤S7)。并比较该求出的电压差ΔEs和预先设定的判定标准值K(步骤S8),若该电压差ΔEs大于该判定标准值K,则退回到步骤S4再重复进行给充电电池1施加上述规定的充电施加电压值Es的上述充电控制。
另外,若该电压差ΔEs处于判定标准值K以下,由于意味着充电电池1已处于满充电状态,前进到步骤S9,判断现在正在充电的充电电池1是否第N个。
当判定为上述充电电池1不是第N个时,前进到步骤S10,通过电池指定切换器28将充电电路从现在的充电电池1切换到未充电的充电电池1,退回到步骤S2,再重复上述控制。
另外,当上述充电电池1是第N个时,则可认为所有的充电电池1均已充电完毕,就此停止充电(步骤S11)。
不过,施加上述规定的充电施加电压值Es的充电时间T1因充电电池1的容量、结构、形状等而有所区别,例如单三型的镍镉、镍氢充电电池1的情况下,可选择60~90秒。此外,上述切断时间T4取决于在充电电池1由充电状态到切断的过程中,电池端子电压稳定、达到可测量状态的所需时间,在与上述相同的充电电池1的情况下,可选择1~5秒。
而在进行上述控制时设计上需要注意的是:上述开路电压Ex的电压检测,通常都象测量电池的平衡电压时那样,必须在测量系统中没有电流的测量系统高阻抗状态下进行。此外,由于该实施方式的其它构成以及作用效果与上述第10实施方式大体相同,因而省略其说明。
(多个充电电池1的充电装置的第12实施方式)
下面介绍以多个充电电池1为充电对象的充电装置的第12实施方式。
图27是表示第12实施方式的充电装置构成的框图,该第12实施方式的充电装置是用来给电池组化的电池组电源40的各个充电电池1充电的设备。这种情况下,电池组电源40具有串联了多个充电电池1的多个(图27中为两个)充电电池组41,各充电电池组41并联连接。
在该第12实施方式之中,鉴于上述充电电池的充电特性,采用了通过下述控制,不损伤充电电池1地进行快速充电的构成。也就是说,在给各充电电池1充电的情况下,首先按固定时间T1施加超过满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es的大电流充电之后,接着将上述施加电压值Es切换为比之低的检查电压Ec,施加极短时间T3该检查电压Ec。这里的该检查电压Ec最好使用满充电平衡电压值Eeq。
并检出施加检查电压Ec时的电流值i,通过比较该检出的电流值i和预先设定的充电完毕标准电流值J(即,可认定为充电完毕时检出的电流值),若该电流值i大于该充电完毕标准电流值J,则再次以上述规定的充电施加电压值Es进行充电,若该电流值i在充电完毕标准电流值J以下,则可认为已处于满充电状态,停止给充电电池1充电。
因此,该第12实施方式的充电装置采用图27所示的构成。
也就是说,该第12实施方式的充电装置具有电源部分42、充电电压控制器43、检查电压控制器44、处理器(控制器)48等。此外,电源部分42包括了将商用交流电变为直流的变压整流电路。处理器48给切换器46下达指令,由充电电压控制器43给各个充电电池组41提供充电电压,或由检查电压控制器44给各个充电电池组41提供检查电压(掌握充电电池1的充电状态时施加的电压)。此时对应于充电时间与检查时间进行切换。此外,在检查时间内,将电流检测器47(检出施加上述检查电压时的充电电池的电流等的检测器)的电流信号输入处理器48。并且,在该处理器48之中,只要电流检测器47检测出电流,即通过切换器46发出重复进行充电与检查的指令,若检测出该充电电池1已充电完毕(例如检测出的电流值i在充电完毕标准电流值J以下),则如下述,根据处理器48的指令,进入给下一个充电电池1施加电压的状态。此外,通报装置的显示器49接收到电池组电源40以及处理器48发出的状态信号之后显示正在充电或充电完毕等信息。显示器49可由LED或LCD等构成。
此外,该电池组电源40具有用来给图27中的101所示的充电电池组41的各个充电电池1提供充电电压的第1电路51,以及用来给图27中的102所示的充电电池组41的各个充电电池1提供充电电压的第2电路52。
第1电路51具有A11、A12......A1n的晶体管Tr和B11、B12......B1n的晶体管Tr,第2电路52具有A21、A22......A2n的晶体管Tr和B21、B22......B2n的晶体管Tr。
因此,作为控制器的处理器48可控制各充电电池组41的第1电路51、第2电路52的A21、A22......以及B21、B22......的晶体管Tr,还可以控制第3电路~第n电路的晶体管Tr。
而且在该充电装置之中具有给各个充电电池组41的多个充电电池1单独充电的构成。
若要介绍给图27中的101所示的充电电池组41充电的情况,则如下述例如给该充电电池组41的第2个充电电池1充电时,A12、B12的晶体管Tr接收Hi信号,这样即可给该第2个充电电池1提供电源进行充电。这种情况下,其它的晶体管Tr均处于Low状态。而且,若该第2个充电电池1已满充电,则转移到下面的第3个充电电池1。该第3个充电电池1充电时,变为A13、B13的晶体管Tr接收Hi信号。
这里所说的晶体管Tr接收Hi信号,是指如上所述,按固定时间T1施加超过满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es的大电流充电之后,将上述施加电压值Es切换为比其低的检查电压Ec,施加极短时间T2该检查电压Ec的状态。
因此,一个充电电池1的充电一结束,即按照控制器8发出的指令,将电路切换到下一个未充电的充电电池1,进行上述同样的充电控制,该充电控制采用M个(充电电池组41的充电电池1的数量)的充电电池1全部充电完毕之前反复进行的构成。此外,若图27中的101所示的充电电池组41的充电结束,则将电路切换到图27中的102所示的充电电池组41,依次给102所示的充电电池组41的充电电池1进行上述的充电。
下面参照图28所示的流程图详细介绍采用该第12实施方式的充电装置的充电电池1的充电控制。
这种情况下,首先介绍图27中101所示的充电电池组41。
首先,将初始值O代入表示已充电的充电电池1的个数的P(P=0、1、2......M)值之中(步骤T1)。接着在步骤T2之中,将P+1代入上述P值,前进到步骤T3。在该步骤T3之中,判定已充电的充电电池1的个数是否是M。这里的M是指该充电电池组41的充电电池1的数量。而在该步骤T3之中,若不是P=M+1,则前进到下一步骤T4,若是P=M+1,由于该充电电池组41的所有充电电池1均已充电完毕,因而结束该充电电池组41的充电(步骤T9)
当不是P=M+1的情况下,则变为开始给第P个充电电池1进行充电(步骤T4),给该第P个充电电池1按规定时间(固定时间)T1持续施加规定的充电电压Es(步骤T5)。作为将该规定的充电施加电压值Es施加给充电电池1的施加时间T1,例如,可选择120秒左右。
并在经过上述固定时间T1之后,将充电电压切换为检查电压Ec(例如满充电平衡电压值Eeq)(步骤T 6)。在给该第P个充电电池1施加极短时间T3该检查电压Ec期间,用电流检出器7检出流入该充电电池1的电流值i(步骤T7)。作为给充电电池1施加该检查电压Ec的极短时间T3,例如,可选择0.1秒左右。
接着,在步骤T8之中比较该检出的电流值i和上述充电完毕标准电流值J(可认定为充电完毕时检出的电流值),若该检出的电流值i大于该充电完毕标准电流值J,则退回到上述步骤T4重复进行上述给充电电池1施加上述规定的充电施加电压值Es的充电控制,另外,若该检出的电流值i在该充电完毕标准电流值J以下,由于意味着该第P个充电电池1已处于满充电状态,因而退回到步骤T2。也就是说,就此结束该第P个充电电池1的充电,下面通过进行同样的流程,即可使101所示的充电电池组41的从第1个到所有充电电池1全部结束充电(步骤T9)。
上述检查电压Ec使用满充电平衡电压值Eeq的情况下,正如图3所示,由于充电率100%(满充电状态)时电流值i大体为零,很容易进行判定。然而即使在此情况下,在实际上,由于电池不同,实际会产生极小的误差,要想防止由此而产生的过度充电,最好将上述充电完毕标准电流值J的值设为比0mA稍大一些的值,例如设为10mA左右。此外,一到步骤T4开始充电,上述显示器8即开始显示正在充电。
接着,若该图27中的101所示的充电电池组41的所有充电电池1的充电均已结束,即开始下面的图27中的102所示的充电电池组41的充电。即,当101所示的充电电池组41的充电结束的情况下,由于上述图28的步骤T3的判断为P=M+1,因而在出现该P=M+1时,控制器8即发出开始给102所示的充电电池组41充电的指令。
在该102所示的充电电池组41之中也可用与上述101所示的充电电池组41相同的控制给各充电电池组1进行充电。其优点是用各101、102表示充电电池41的充电结束。并且该充电一结束,上述显示器49即由正在充电的显示变为充电完毕显示。
正如上述,第12实施方式的充电方法通过采用检出流入充电电池1的电流值i,定期性地观察其充电状态的构成,即不会引起过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可恰当充电到满充电状态。此外,由于还可防止损伤充电电池1的内部结构,因而可使周期寿命大大提高。
还有,由于采用该充电方法的大部分充电可用超过满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es进行,有相当大的充电电池流入充电电池1,因此能缩短充电时间。
此外,由于采用了一个充电电池1的充电一结束,即自动将电路切换到下一个未充电的充电电池1,给每个电池单独充电的构成,因而可给所有充电电池可靠地充电,不会出现还有未充电的充电电池1即结束充电电池组41的充电动作的情况,充电电池组41的充电可靠性很好。
还有,图27中101所示的充电电池组41充电完毕之后即可开始给图27中的102所示的充电电池组41充电,因该102所示的充电电池组41的充电也结束,所以可给该电池组式电源40的所有充电电池1分别恰当地充电到满充电状态,可延长其周期寿命,而且,就整体而言可在短时间内充电。
此外,由于可用显示器49显示正在充电或充电完毕,因而用户可掌握正在充电或充电完毕,例如,充电完毕后可直接使之驱动使用该电源的各种机器。而且在显示器49之中既可采用不同的颜色的显示灯显示正在充电或充电完毕,以资区别,也可用不点灯区别正在充电或充电完毕的情况。还有,也可用“正在充电”或“充电完毕”的文字显示。
关于通报装置,例示中采用的是利用显示器49通过视觉将充电状态通报给用户的构成,但也可采用利用声音进行通报的构成,关于通报装置的构成并无特殊限制。
如图27所示,当电池组式电源40具有多个充电电池组41的情况下,第12实施方式是在结束一个充电电池组41的充电之后开始给下一个充电电池组41充电的,但也可设定为给多个充电电池组41并行充电,同时开始各个充电电池组41的充电。这样一来,因各个充电电池组41的充电完毕时间大体相同,因而可大幅度缩短该电池组式电源40的整体充电时间。此外,作为并行充电,也并不一定要同时开始,也可以彼此有一些偏差。例如图27中的101所示的充电电池组41的充电开始之后,也可在经过规定时间之后(该101所示的充电电池组41充电未结束的范围)开始图27中的102所示的充电电池组41的充电。还有,也可以既不进行并行充电,例如,也不在101所示的充电电池组41的充电结束之后立即开始102所示的充电电池组41的充电,而是在经过规定时间之后开始102所示的充电电池组41的充电。
此外,使用此种电池组式电源40的情况下,由于有多个充电电池组41,最好设定为能只将101或102所示的充电电池组41连接在负载之上,或将101与102所示的充电电池组41串联或并联在负载之上。这样一来,即成为与连接的种种负载对应的电源,具有更好的通用性。此种情况下,可设定为在该电池组式电源40的电路之中设置切换装置,通过该切换装置的切换,既可串联使用又可并联使用。
达到满充电所需充电时间t(即充电时间)如图4所示,可根据表示电流值i和所需充电时间t的关系的曲线求出。该曲线示出施加满充电平衡电压值Eeq时检出的电流值i与达到满充电所需充电时间t的关系,若将给充电率为0%的充电电池1施加满充电平衡电压值Eeq时检出的电流值i设定为Ieqo(参照图3),则上述曲线示出随着充电的进行,所需充电时间t变短的同时,与此相伴随,检出的电流值也变小。并且在此情况下,由于当上述电流值i=0时,成为充电率100%的满充电状态,因而所需充电时间亦成为t=0。
因此,若将根据此种曲线或根据该曲线导出的关系式作为充电时间预测程序预先装入控制装置的处理器48之中,很容易就可根据检出的电流值i求出达到满充电的所需充电时间t。因此也可以利用该充电时间预测装置的充电时间预测程序计算出所需充电时间t,经过该时间之后即停止给充电电池1充电。此外,按照检出到达满充电所需时间t,也可设定为在显示器49上显示其充电时间t。这样一来若可显示充电时间t,则用户可掌握正在充电的充电电池1的充电完毕时刻。
上面介绍了该第12实施方式的充电电池1的充电方法的具体实施形式。但并不局限于上述实施形式,也可在权利要求的范围内进行种种变更之后实施。例如,电池组式电源40的充电电池组41的数量可自由增减,还有,各个充电电池组41的充电电池1的数量也可自由增减。此外,也可在给各充电电池1充电时,施加检查电压Ec之前使该充电电池1仅短路极短时间(例如约0.001秒)。采用此法即可去除充电电池1的电极表面上的电荷,使电极表面处于清洁状态。因此,若使充电电池1短路,则可顺利地施加满充电平衡电压值Eeq的电压,还可使刚切换到该满充电平衡电压值Eeq之后的充电电流稳定,因而可正确测定电流值i,进行恰当的充电。
此外,也可设定为结束一个充电电池1的充电时,根据检出的电流值i,用图3所示的曲线等,求出检出该电流值i的时间点上的充电电池的充电率,当该充电率达到规定值时,停止充电。
还有,在给各个充电电池1充电的情况下,也可使用充电电池1的开路电压Ex。
这种情况下,也就是说也可设定为使用上述规定的充电施加电压值Es与开路电压Ex(Eα、Eβ、Eγ、Eδ等)的电压差ΔEs,将该电压差ΔEs与预先设定的判定标准值K进行比较,若该电压差ΔEs大于该判定标准值K,则继续以上述规定的充电施加电压值Es进行充电,另外,若该电压差ΔEs在该判定标准值K以下,则可认为已处于满充电状态,停止给上述充电电池1充电。该判定标准值K由规定的充电施加电压值Es和充电电池1处于满充电状态时的开路电压Ex=Eeq(满充电平衡电压值)之差,即K=Es-Eeq的值构成。这种情况下,可采用根据满充电平衡电压值Eeq和开路电压Ex的电压差ΔEs求出所需充电时间t,将此显示到显示器49上的构成。
当充电完毕时可用显示器表示其意思,但也可以用使之产生通知此时完毕的完毕声音(例如蜂鸣器声)。此外,在有多个充电电池组41的情况下,也可在显示器上显示所有充电电池组41的充电完毕与各个充电电池组41的充电结束(完毕)。若可象上述显示各个充电电池组41的充电结束(完毕),在只把该充电完毕的充电电池组41与负载连接可能的情况下,则可不必等待其它电池组41的充电完毕即使用该电源,可提高其使用性。
(充电电池的充电装置的第13实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第13实施方式。
充电电池1充电完毕后若置之不用,会自行放电,电池电压逐渐下降,例如若放置两天,电池电压约下降15%,若放置30天,电池电压甚至会下降40%之多。因此,当把充电电池1用于数码相机等机器的情况下,往往会因其电池电压过低而派不上用场。
因此,在该第13实施方式的充电装置之中采用了下述构成:采用上述第1实施方式到第12实施方式中的任意一种实施方式或上述实施方式以外的方法充电完毕的充电电池1的电池电压值在规定的电压值以下时,再次进行充电。
而该再次充电的停止设定为依从上述第1实施方式到第12实施方式之中的任一种实施方式的充电停止条件,或若是上述实施方式以外的方法的充电装置,则依从该充电装置的充电停止条件。
正如上述,若采用进行再次充电的构成,则可保证从充电装置中取出的充电电池1的电池电压都在再充电施加电压值Er以上,处于恰当地使用的状态,可提高其方便性。
此外,由于该再充电,不会引起因过度充电造成的化学反应(氧化还原反应),可恰当地再充电到满充电状态,因而不会损伤充电电池1的内部结构,可使周期寿命大大提高的同时,还可缩短达到满充电的充电时间。
(多个充电电池的充电装置的第14实施方式)
下面介绍以多个充电电池1为充电对象的充电装置的第14实施方式。
图29是表示充电电池的充电装置的第14实施方式的充电装置构成的俯视图,该第14实施方式涉及的充电装置50是给多个充电电池1(本实施方式中为4个充电电池1)充电的设备。
在图29之中,标号50a是用来安装充电电池1的插座,标号50b是进气孔。标号51是第1显示器,当安装在插座50a上的充电电池1接近满充电状态时亮灯,例如可设定为当充电电池1的电池电压达到上述再充电施加电压值Er时亮灯。在该设定的情况下,设定为表示充电结束的第1显示器51一旦由亮灯切换为灭灯,即可实施上述再充电。标号52是第2显示器,采用下述构成:根据图29中的粗线箭头的顺序交替进行充电的充电电池1之中与正在充电的充电电池1对应的第2显示器52闪亮,充电电池1因达到满充电状态,一旦结束充电,与该充电电池1对应的第2显示器52即亮灯。标号53是用来取出安装在充电电池1的插座50a上的充电电池1的取出按钮,标号54是用来使充电电池1的充电开始的开始按钮,标号55为电源灯,该充电装置50通过未图示的电源线与商用电源连接。
该第14实施方式的充电装置50采用下述构成:检查充电电池1的充电状态之后对各个未充电的充电电池1按图29中的粗线箭头的顺序交替进行以规定的电压按规定时间充电的一系列充电动作,将此作为一个循环,一边重复该循环一边给多个充电电池1充电,对在上述充电状态的检查时,判断为已达到满充电状态的充电电池1停止充电。
对已达到满充电状态的充电电池1,在下一个循环中即设定为按顺序跳过。此外,在各循环中给充电电池1充电的顺序并不局限于图29中用粗箭头标号的顺序,也可按其它顺序进行。
上述充电状态的检查可用上述第1实施方式中的步骤A8的充电电流值i的判定或上述第4实施方式中的步骤G7的电压差ΔEs的判定进行,上述充电电压例如可采用上述规定的充电施加电压值Es。
正如上述,构成充电装置50,在该充电装置50之中,各充电电池1中的前一循环的一系列充电动作完毕到下一循环的一系列充电动作开始之前中止充电,该中止期间形成缓冲时间,可使电极表面稳定,精确进行下一循环的满充电状态的检查,提高其可靠性。
再补充一点,充电电池1充电期间,在与电解液接触的电极表面发生电极反应,该电极反应的过程是同时出现反应物由电解液内部到电极表面的移动、反应物和电极之间的电子的移动以及生成物从电极表面到电解液内部移动的过程,由于该移动需要相当的时间,因而若在充电电池1刚一中止充电马上检查满充电状态,往往会因正在电极表面附近电泳的移动过程中的离子等原因,检测出好似已达到满充电状态的假象。为了防止该误检测,设置缓冲时间也很有效,在该第14实施方式的充电装置50之中,作为各充电电池1的充电循环的一环,合理而又有效的设置了缓冲时间。
而在上述第1实施方式到第12实施方式之中,也可采用在各个充电电池1的固定时间T1的充电与其后的充电状态检查之间设置缓冲时间的构成。
(充电电池1的充电装置的第15实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第15实施方式。
正如图30所示,在该第15实施方式的充电装置50内部,作为冷却装置设有冷却风扇61。采用该第15实施方式的充电装置50的充电电池1的充电可象上述第1至第14实施方式中的任一方式所示那样进行,因而在充电电池1内部不会产生过度的化学反应,充电电池1本身并不发热。但由于控制充电的电子元件的电阻等发热,因而为冷却该电阻等发热元件64、65,设置了冷却风扇61。
在图30之中,标号50c是充电装置50的机壳,标号50b是设置在机壳50c表面一侧的进气孔(参照图29),标号50d是设置在机壳50c背面一侧的进气孔,标号50e是设置在机壳50c背面另一侧的排气孔,标号50h是支持机壳50c支脚架,标号62及标号63是基板,标号64及标号65是电阻等发热元件。
充电装置50的构成如上所述,打开冷却风扇61,即可从进气孔50b、50d吸入机壳50c周围的空气,该空气从发热元件64、65的表面流过,即可使该发热元件64、65冷却。并且,吸入的空气在冷却扇的作用下进一步被吸入内部从排气孔50e排出。
采用以上构成可抑制发热元件64、65的发热,防止对充电电池1的热传导,因而也不会助长充电电池1内部的过度的化学反应(氧化还原反应),也绝不会使用户产生好象充电电池1已发热的错觉。因此可给充电电池1恰当地充电到满充电状态,可防止损伤充电电池1的内部结构,使周期寿命大大提高。
(充电电池的充电装置的第16实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第16实施方式。
该第16实施方式的充电装置50设置了便于取出安装在该充电装置50上的充电电池1的取出装置。
正如图29及图31所示,该第16实施方式的充电装置50的取出装置包括:供用户按压操作的取出按钮53、抬升安装在充电装置50的插座50a上的充电电池1的抬升件57、轴支承该抬升件57的转动支点轴58,安装在该转动支点轴58上,使该抬升件57作用于相反方向的反弹弹簧59。
由于具有上述构成,因而正如图31(b)所示,用户一按操作件取出按钮53,该取出按钮53的下端即将抬升件57另一端抬升,以转动支点轴58为支点,该抬升件57的一侧由插座50a上升,充电电池1因此而被抬升,脱离该充电电池1的两个端子的支持。
并且如图31(a)所示,用户一离开按压的取出按钮53靠付势装置的反弹弹簧59的恢复力,抬升件57的一侧又会回到沿插座凹陷曲面的原位置,形成可安装充电电池1的状态。
正如上述,通过用户操作取出按钮53,使抬升件57的一侧从充电装置50的插座50a出没,即可取出充电电池1。采用此种构成可方便而又简单地取出充电电池1,提高了方便性。
(充电电池的充电装置的第17实施方式)
下面介绍充电电池1的充电装置的第17实施方式。
该第17实施方式的充电装置50设有与上述第16实施方式不同的另一种方式的取出装置。
正如图32所示,该第17实施方式的充电装置50的取出装置采用的是使充电装置50的插座50a的长度方向的一侧下陷的结构,安装在该下陷区50k的充电电池1的一侧(长度方向的一侧)形成悬空状态。
正如图32(a)、(b)所示,一按压充电电池1的一侧,该侧即陷入下陷区50k,充电电池1的另一侧上翘,该充电电池1的两个端子失去支持,即可取出充电电池1。采用此种构成可方便而又简单地取出充电电池1,提高了方便性。
上面介绍了充电电池1的充电装置的第1至第17实施方式。但并不受上述实施方式限制,可在权利要求的范围内作种种变更后实施。
也就是说,上述图1所示的第1实施方式采用了求出达到满充的所需充电时间t的构成,但也可采用根据上述检出的电流值i,用图3所示的曲线,求出检出上述电流值i的时间点上的充电电池1的充电率,当该充电率达到规定值时停止充电的构成。
此外,在图5所示的流程图中,也可以省略步骤A7。这是因为由于图5所示的控制方法,通过比较检出充电结束(完毕)的电流值i与预先设定的充电完毕标准电流值J进行判断,因此不需要求出充电时间t即可使充电结束。
此外,上述各实施方式均采用按固定时间T1以超过满充电平衡电压值Eeq的规定的充电施加电压值Es给充电电池1充电之后切换为满充电平衡电压值Eeq的构成,但也可以采用不进行上述切换而一直施加规定的电压,根据此时检出的电流值i求出达到满充电的所需充电时间t的构成。
正如上述各实施方式所示,将施加给充电电池1的充电电压从规定的充电施加电压值Es切换为满充电平衡电压值Eeq之前,虽然最好使充电电池1短路,去除充电电池1的电极表面的电荷;以便更顺利地进行上述充电电压的切换,同时也更有利于稳定切换后的充电电流,但也可以不短路,直接进行切换。

Claims (22)

1.一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:
给充电电池提供充电电压的充电电压供给装置;检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置;以及
检出施加给充电电池的电压的电压检出装置,控制充电电池充电的充电控制装置;上述充电控制装置具有:
存储装置,用于存储n种充电电池的n种满充电平衡电压值以及n种规定的充电施加电压值,其中n为2以上的自然数,各充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,各充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;
切换装置,用于切换上述充电电压供给装置提供的充电电压;
电流值判定装置,用于比较判定在以上述满充电平衡电压值施加电压期间由电流检出装置检出的电流值是否大于预先输入设定的充电完毕标准电流值;以及
电压值判定装置,用于比较判定在以上述规定的充电施加电压值的电压充电期间由电压检出装置检出施于充电电池的电压值是否大于该规定的充电施加电压值,
按照下述第1至第8步骤控制充电电池的充电:
步骤1:将变数设定为k,将该k初始化为1,其中k为不小于1且不大于n的自然数,其中当n种充电施加电压值从最小值计数时第k个规定充电施加电压值排序为k;当n种满充电平衡电压值从最小值计数时第k个满充电平衡电压值排序为k;
步骤2:将第k个充电施加电压值施加给安装在充电装置上的充电电池,充电规定时间;
步骤3:当k=n时跳到步骤6;
步骤4:在用第k个充电施加电压值以规定时间给充电电池充电期间,用上述电压检出装置检出施加于充电电池的电压值;
步骤5:用上述电压值判定装置比较该检出电压值,若该检出电压值大于第k个充电施加电压值,将该k加1作为新的k退回到上述步骤2,若该检出电压值在第k个充电施加电压值以下,前进到步骤6;
步骤6:将充电电池的施加电压切换为第k个满充电平衡电压值;
步骤7:在以该第k个满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,用上述电流检出装置检出流过充电电池的电流值;
步骤8:通过上述电流值判定装置进行该检出电流值的判定,若该检出电流值大于充电完毕标准电流值,退回到上述步骤2,重复上述流程,若检出电流值在该充电完毕标准电流值以下,则停止充电。
2.根据权利要求1所述的充电电池的充电装置,其特征在于:具有在给上述充电电池以上述规定的充电施加电压值按规定时间施加之后,将施加电压切换为上述满充电平衡电压值之前,使充电电池的端子间短路的短路装置。
3.根据权利要求1或2所述的充电电池的充电装置,其特征在于:设置了用来冷却上述充电装置内的发热件的冷却装置。
4.一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:
给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;
检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置;
检出施加给充电电池的电压的电压检出装置,控制充电电池的充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:
存储装置,用于存储n种充电电池的n种满充电平衡电压值
以及n种规定的充电施加电压值,其中n为2以上的自然数,各充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,各充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;
切换装置,用于切换上述充电电压提供装置提供的充电电压;
电流值判定装置,用于比较判定以上述满充电平衡电压值施加电压期间通过电流检出装置检出的电流值是否大于预先输入设定的充电完毕标准电流值;以及
电压差判定装置,用于判定以上述规定的充电施加电压值充电期间通过电压检出装置检出施于充电电池的电压值与前一次的以规定的充电施加电压值充电期间通过电压检出装置检出施于充电电池的电压值之差是否在预先输入设定的规定范围内,
按照下述第1至第8步骤,控制充电电池的充电:
步骤1:将变数设定为k,将该k初始化为1,其中k为不小于1且不大于n的自然数,其中当n种充电施加电压值从最小值计数时第k个规定充电施加电压值排序为k;当n种满充电平衡电压值从最小值计数时第k个满充电平衡电压值排序为k;
步骤2:将第k个充电施加电压值施加给安装在充电装置上的充电电池,充电规定时间;
步骤3:当k=n时,跳到步骤6;
步骤4:  以第k个充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,通过上述电压检出装置检出施加于充电电池的电压值;
步骤5:若当此次的电压值的检出为第1次时或通过上述电压差判定装置判定出检测的电压差在规定的范围内,则直接前进到步骤6;否则将该k加1作为新的k,退回到上述步骤2;
步骤6:将充电电池的施加电压从第k个充电施加电压值切换为第k个满充电平衡电压值;
步骤7:在以该第k个满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,通过上述电流检出装置检出流入充电电池的电流值;
步骤8:通过上述电流值判定装置判定该检出电流值,若该电流值大于充电完毕标准电流值,退回到上述第2步骤,重复上述流程,若该电流值在该充电完毕标准电流值以下,停止充电。
5.根据权利要求4所述的充电电池的充电装置,其特征在于:具有在以上述规定的充电施加电压值,按规定时间给上述充电电池充电之后,将充电电压切换为上述满充电平衡电压值之前,使充电电池的端子间短路的短路装置。
6.根据权利要求4或5所述的充电电池的充电装置,其特征在于:设置了用来冷却上述充电装置内的发热件的冷却装置。
7.一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:
给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;
检出充电电池的开路电压的电压检出装置;以及
控制充电电池的充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:存储装置,用于储存充电对象的充电电池的规定充电施加电压值,该充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,该充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;以及
电压差判定装置,用于比较判定该规定的充电施加电压值和充电电池的开路电压之差的电压差是否大于预先输入设定的规定的判定标准值,
按照下述第1至第3步骤,控制充电电池的充电:
步骤1:以上述规定的充电施加电压值,按规定的时间给安装在充电装置上的充电电池充电之后切断施加电压;
步骤2:在执行了步骤1之后的状态下检出充电电池的开路电压,求出该规定的充电施加电压值和该开路电压之差的电压差;
步骤3:通过上述电压差判定装置判定该求出的电压差,当该电压差大于判定标准值时,退回上述步骤1,重复上述流程,当该电压差在判定标准值以下时,停止充电电池的充电。
8.根据权利要求7所述的充电电池的充电装置,其特征在于还包括:通报充电所需时间、充电率、充电完毕或正在充电的充电电池的充电状态的通报装置。
9.根据权利要求7或8所述的充电电池的充电装置,其特征在于:设置了用来冷却上述充电装置内的发热件的冷却装置.
10.一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:
给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;
检出充电电池的开路电压的电压检出装置;
控制充电电池的充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:
存储装置,用于存储充电对象的充电电池的满充电平衡电压值以及规定的充电施加电压值,该充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,该充电施加电压值虽然超过该满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;
以及
判定装置,用于比较判定用上述电压检出装置检出的充电电池的开路电压是否大于判定标准值的满充电平衡电压值;
按照下述第1至第3步骤,控制充电电池的充电:
步骤1:以上述规定的充电施加电压值,按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电之后,切断施加电压;
步骤2:在执行了步骤1之后的状态下检出充电电池的开路电压;
步骤3:通过上述判定装置判定该开路电压,当该开路电压小于判定标准值的满充电平衡电压值时,退回到上述步骤1,重复上述流程,当该开路电压在满充电平衡电压值以上时,停止充电电池的充电。
11.根据权利要求10所述的充电电池的充电装置,其特征在于还包括:该充电装置具有通报充电所需时间、充电率、充电完毕或正在充电的充电电池的充电状态的通报装置。
12.根据权利要求10或11所述的充电电池的充电装置,其特征在于:设置了用来冷却上述充电装置内的发热件的冷却装置。
13.一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:
给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;
检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置;以及控制充电电池充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:
存储装置,用于存储充电对象的充电电池的满充电平衡电压值以及规定的充电施加电压值,该充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,该充电施加电压值虽然超过该满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;
切换装置,用于将上述充电电压提供装置提供的充电电压切换为该规定的充电施加电压值或该满充电平衡电压值;
充电时间预测装置,用于根据用上述电流检出装置检出的电流值求出达到满充电所需充电时间,
按照下述第1至第6步骤,控制充电电池的充电:
步骤1:以上述规定的充电施加电压值按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电;
步骤2:将充电电池的施加电压由该规定的充电施加电压值切换为上述满充电平衡电压值;
步骤3:以该满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加电压期间,利用上述电流检出装置检出流过充电电池的电流值;
步骤4:利用上述充电时间预测装置,根据该检出的电流值求出达到满充电的所需充电时间;
步骤5:将充电电池的施加电压由该满充电平衡电压值切换为上述规定的充电施加电压值;
步骤6:经过上述所需充电时间之后停止充电电池的充电。
14.根据权利要求13所述的充电电池的充电装置,其特征在于:具有在以上述规定的充电施加电压值按规定时间给充电电池施加电压之后,将施加电压切换为上述满充电平衡电压值之前,使充电电池的端子间短路的短路装置。
15.根据权利要求13或14所述的充电电池的充电装置,其特征在于:具有通报充电所需时间、充电率、充电完毕或正在充电的充电电池的充电状态的通报装置。
16.根据权利要求13或14所述的充电电池的充电装置,其特征在于:设置了用来冷却上述充电装置内的发热件的冷却装置.
17.一种充电电池的充电装置,其特征在于包括:
给充电电池提供充电电压的充电电压提供装置;
检出给充电电池通电的充电电流的电流值的电流检出装置;
控制充电电池充电的充电控制装置,上述充电控制装置具有:
存储装置,用于存储充电对象的充电电池的满充电平衡电压值以及规定的充电施加电压值,该充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,该充电施加电压值虽然超过该满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;
切换装置,用于将上述充电电压提供装置提供的充电电压切换为该规定的充电施加电压值或该满充电平衡电压值;
充电率导出装置,用于求出由上述电流检出装置检出电流值的时间点上的充电电池的充电率;
判定装置,用于比较判定用该充电率导出装置求出的充电率是否大于预先输入的判定标准值,
按照下述第1至第5步骤控制充电电池的充电:
步骤1:以上述规定的充电施加电压值,按规定时间给安装在充电装置上的充电电池充电;
步骤2:将充电电池的施加电压由该规定的充电施加电压值切换为上述满充电平衡电压值;
步骤3:在以该满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,通过上述电流检出装置检出流入充电电池的电流值;
步骤4:通过上述充电率导出装置求出该电流值的检出时间点上的充电电池的充电率;
步骤5:通过上述判定装置判定该求出的充电率,若该求出的充电率达不到判定标准值,则退回到上述步骤1,重复上述流程,当该充电率在判定标准值以上时,停止充电。
18.根据权利要求17所述的充电电池的充电装置,其特征在于:具有在以上述规定的充电施加电压值按规定时间给上述充电电池充电之后,将施加电压切换为上述满充电平衡电压值之前,使充电电池的端子间短路的短路装置。
19.根据权利要求17或18所述的充电电池的充电装置,其特征在于:具有通报充电所需时间、充电率、充电完毕或正在充电的充电电池的充电状态的通报装置。
20.根据权利要求17或18所述的充电电池的充电装置,其特征在于:设置了用来冷却上述充电装置内的发热件的冷却装置。
21.一种充电电池的充电方法,其特征在于包括:
预先存储n种充电电池的n种满充电平衡电压值以及n种充电施加电压值,其中n为2以上的自然数,各充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,各充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;
按照以下第1至第8步骤给充电电池充电:
步骤1:将变数设定为k,将该k初始化为1,其中k为不小于1且不大于n的自然数,其中当n种充电施加电压值从最小值计数时第k个规定充电施加电压值排序为k;当n种满充电平衡电压值从最小值计数时第k个满充电平衡电压值排序为k;
步骤2:将第k个充电施加电压值施加给充电电池,充电规定时间;
步骤3:当k=n时,跳到步骤6;
步骤4:在以第k个充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,检出施加于充电电池上的电压值;
步骤5:若该检出的电压值大于第k个充电施加电压值时,将k加1作为新的k退回到上述步骤2,当该检出的电压值小于该第k个充电施加电压值时,前进到下一步骤6;
步骤6:将充电电池的施加电压从第k个充电施加电压值切换为第k个满充电平衡电压值;
步骤7:在以该第k个满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,检出流过充电电池的电流值;
步骤8:若该检出的电流值大于充电完毕标准电流值,退回上述步骤2,重复上述流程,而当该检出的电流值在该充电完毕标准电流值以下时,停止充电。
22.一种充电电池的充电方法,其特征在于包括:
预先存储n种充电电池的n种满充电平衡电压值以及n种充电施加电压值,其中n为2以上的自然数,各充电施加电压值用于获得充电电流的峰值或略小于峰值的值,各充电施加电压值虽然超过对应的满充电平衡电压值,但尚未达到引起不可逆化学反应的电压区域;
按照以下第1至第8步骤给充电电池充电:
步骤1:将变数设定为k,将该k初始化为1,其中k为不小于1且不大于n的自然数,其中当n种充电施加电压值从最小值计数时第k个规定充电施加电压值排序为k;当n种满充电平衡电压值从最小值计数时第k个满充电平衡电压值排序为k;
步骤2:将第k个充电施加电压值施加给充电电池,充电规定时间;
步骤3:当k=n时,跳到步骤6;
步骤4:在以第k个充电施加电压值,按规定时间给充电电池充电期间,检出充电电池的电压值;
步骤5:若当此次的电压值的检出为第1次时或若本次以第k个充电施加电压值充电期间检出的电压值与前次检出的电压值之差在规定范围内,则前进到下一步骤6,而当该差超过规定范围时,将该k加1作为新的k退回上述步骤2;
步骤6:将充电电池的施加电压从第k个充电施加电压值切换为第k个满充电平衡电压值;
步骤7:在以该第k个满充电平衡电压值给充电电池短暂时间施加期间,检出流入充电电池的电流值;
步骤8:若该检出的电流值大于充电完毕标准电流值,退回步骤2,重复上述流程,而当该检出的电流值在该充电完毕标准电流值以下时,停止充电.
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