WO1993019496A1

WO1993019496A1 - Chargeur rapide et procede de charge rapide pour accumulateur au nickel-cadmium

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Publication number: WO1993019496A1
Application number: PCT/JP1992/000955
Authority: WO
Inventors: Stewart Neil Simmonds
Original assignee: 4C Technologies Inc.; Datalink Corporation
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1993-09-30
Also published as: CZ245293A3; EP0593770A4; CN1092846C; TW235380B; SK126393A3; FI935040A; EP0593770A1; SG49780A1; AU2346692A; JP2739133B2; FI935040A0; CN1085692A; EP0593770B1; PL176034B1; AU666662B2; CA2103156A1; CZ286592B6; KR100230586B1; CA2103156C; HK1007384A1

Description

明細書二ッケル一力ドミゥム電池の高速充電装置及びその高速充電方法技術分野

本出願は、二次電池の急速な再充電に閔するものであり、更に詳しくは、ニッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置及び二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電方法に関するものである。

そして、本発明に於いては、ニッケルー力ドミゥム電池に関する特に電池の温度及び電圧は、再充電操作の間監視されており、この再充電作業は、監視されているパラメータの温度或いは温度と電圧が、特異な状況を示した時点で終結される様に構成されたものである。背景技術

ニッケル一力ドミゥム蓄電池といつた二次電池（セコンダリ · セル）は、その耐用期間全体を通して何度も再充電されうる。この再充電作業は、当業者には周知のものである蓄電池に対する有害な影響を最小限におさえるベく入念に制御されなくてはならない（例えば「蓄電池の充電：寿命延長能力 B o b W i l l i a m s , C e l l u l a r B u s i n e s s , 1 9 8 9年 4月、 P 4 4〜 4 9を参照のこと）。二次電池再充電技術の初期において、再充電作業は数時間もの時間を要していた。二次電池により給電を受けている消費者向け装置が増々一般化していくにつれて、時間単位ではなく分単位で二次電池を再充電できるシステムに対する要求が生じてきた。二次電池を「急速に充電すること」は可能であるものの、これには、蓄電池に対する不可逆的な損傷を防ぐための蓄電池再充電プロセスのより一層入念な監視及び制御が必要となる（例えば「ニッケル力ドミゥム蓄電池の最新情報」'

1 9 9 0年 9月力ドミゥム協会ブリュッセルセミナー報告書、 1 9 9 0年 1 1月英国口ンドン、を参照のこと）。

先行技術は、二次電池を急速に再充電することのできるさまざまな二次電池再充電システムを開発してきた。これらのシステムには、標準的に、再充電されつつある蓄電池の電圧及び,/又は温度を監視し、その温度又は電圧が予め定められたレベルに達した時点で蓄電池に対する充電電流の印加を中断及び Z又は変化させるような電気回路が関与している。米国特許第 4 , 006 , 397 C a t 0 t t i他ば、先行技術の代表的なものである。

又、特公昭 6 2— 2 3 5 2 8号及び特公昭 6 2— 2 3 5 2 9号各公報には、ニッゲル一力ドミゥム電池等の二次電池の再充電方法に於いて、再充電操作中に、電池の電圧波形の変化に注目し、係る電圧波形に現れる複数個の変曲点を予め記憶させておき、記憶された複数個の変曲点が、所定の順序で発生した場合に、充電操作を中断する様な方法が開示されている力係る方法でば、各種の電池のそれぞれに付いて、個別に充電操作中における電圧波形の変化を予め記録しておき、再充電を行う必要のある電池の種類に応じて、当該充電操作を実行する以前に記憶内容を当該電池に対応するものに書換える操作が必要であり、操作が煩雑となると共に、充電操作の環境、電池の履歴等によって、必ずしも、当該電池の電圧出力波形が、記憶された通りの順序や大きさ示さない場合があるので、正確な充電操作、再充電操作を行う事ができず、従って、電池の性能を劣化させずに高速充電操作を実行する事が困難で有った。

つまり、従来の二次電池、特にニッケルー力ドミゥム電池の再充電操作に於いては、通常では、 6時間から長いものでは 1 6時間をかけて充電操作を実行しており、高速充電と称して比較的短時間で再充電する方法でも 1乃至 2時間が必要とされている。

処で、従来に於いては、係る再充電可能な電池、蓄電池、バッテリと称されるものを再充電して所定の目的に使用する場合、出来るだけ充電時間は、少ない方が良い事は判っているが、かかる二次電池の内部の化学反応原理に基づく温度の上昇、内部圧力の上昇と言った問題がネックとなっているので、大量の電流を短時間に電池に流して充電する事は、セルの破壌に繫がるのみでなく、当該セルの電池特性、即ち出力特性、充電特性等を劣化させる事になる事から、採用されていなかった。

然しながら、近年、かかる二次電池の需要が、各産業界の多方面で増大され、特に、工作機械の使用現場、病院等の医療機器類、移動電話等を含めた通信事業等に於いては、電源が途中で切れる事を極力嫌うと同時に高速、望ましくば瞬時の再充電可能な二次電池に対する要望が強くなって来ている, 従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、約数分乃至 2 0分以内と言う極めて短時間での二次電池特に二ッケル一力ドミゥム電池の再充電を容易にするものである。この非常に高い速度での再充電は、比較的低速の先行技術の再充電システムにおいてさほど有意でない、いくつかのパラメータの意義を増大させる。しかしながら、これらのパラメ一タは、蓄電池に有害な副作用を与えることなく安全で急速な再充電システムを生み出すように有効に処理できることがわかつた。発明の開示

本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。即ち、充電を必要とする電池のセルに充電電流を供給する電流供給手段、該セルの温度を測定する温度測定手段、該セル温度を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演箕手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの温度情報を演算処理し、当該充電操作を停止すべき時期を示す制御信号を出力する演算手段、及び該演算手段の出力に応答して、当該電流供給手段から該セルに対する電流の供給を停止させるスィッチ手段及び該各手段を制御する制御手段とから構成されている、ニッケル一力ドミゥム電池の充電装置で有って、該充電装置に於ける該電流供給手段は、少なくとも 2 Cの電流を当該充電操作中に該セルに供給するものであり、且つ該演算手段は、該サンプリング手段により温度測定手段を介して得られた該セルの温度情報から、当該セルの温度の上昇割合を算出する第 1 の演算機能と、第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合とそれに続く第 2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較してその変化率を算出する第 2の演算機能と該第 2 の時期における該セルの温度の上舁割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較して、該第 2 の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えるか否かを判断し、当該判断結果の基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する第 3 の機能とを有しているニッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置である。

又、本発明に係る他の態様に於いては、前記した充電装置は、更に該セルの出力電圧を測定する電圧測定手段、該セル電圧を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの電圧情報を演算処理する演算手段とが設けられており、該演算手段は、更に該サンプリング手段により電圧測定手段を介して得られた該セルの電圧情報から- 当該セルの電圧の上昇割合を算出する第 4 の演算機能と、該電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検出する第 5の機能とを有するもので有つて、該演算手段は、前記第 3 の機能に基づいて、該第 2 の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えたと言う情報と該第 δの機能に基づいて該電圧の上昇割合の最初の減少を検出したと言う情報とに基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置である。

好ましい実施態様に従うと、本発明は、該二次電池、例えば二ッケル一力ドミゥム電池の温度が監視されている一方で、充電電流が電池に印加されるような二次電池の再充電方法を提供するものである。

この充電電流の印加は、少なくとも該二次電池である蓄電池に関して測定されている当該二次電池、即ち二ッケルー力ドミゥム電池の温度の少なくとも 1時期、つまり第 1の時期に於ける上昇割合が、他のの時期、即ち第 1 の時期に続いて発生する第 2の時期に於ける上昇割合とを比較して、該第 2 の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えたと言う時点で中断される。

本発明ば、上記の様に充電される二次電池のセル温度を検出して、該セル温度が、上記した様に、当該セルの充電率が 1 0 0 %近傍となると、急激にその上昇割合増加する事を利用して、当該充電操作を中止する様にしたもので、これにより、高い電流を使用して、高速に再充電を行う事が出来る様になつたので有るが、本発明の目的を更に効率的に且つ正確に実行する為に、該セル温度の検出により得られる温度特性の識別に加えて、当該二次電池のセルの充電操作中における出力電圧を検出して、その電圧が、当該セルの充電率が 1 0 0 %近傍となると、それまで一様に増加してきた電圧の上昇割合の値が反転して負の増加、つまり上舁割合が初めて滅少すると言う特性を示す事を利用して、その両者の特性が同時に発生した時点を持って、当該セルに対する再充電用の電流の供給を停止する用にしたもので有る。

即ち、本発明に於いては、二次電池に関する規格として一般化されている電流の大きさを定める C レート（ C— r a t e ) を用いて表される、高電流を意味する 2 C以上の電流を使用して、再充電操作を実行するに際して、当該セルが該高速、大電流での充電操作中に示すセルの温度特性を、正確にチェックして、所定の温度特性を示した時点で、再充電操作を中止する事によって、従来問題となっていた、温度の上昇、内部圧力の上昇と言った問題を完全に回避出来、高速での充電が可能となったものである。

更に本発明に於いては、係る温度測定に加えて、セルの出力電圧も同時に測定する事によって、より正確にセルに対する充電操作の中止時点を把握出来、安全で、正確な再充電操作を行う事が出来、それにより、二次電池の出力特性、充電特性を劣化する事がなく、該二次電池の寿命も増大させる事が可能となる。

即ち、本発明に於いては、セルの温度と併用して、セルの出力電圧が監視されている一方で電池に対して充電電流を印加するような二次電池の再充電方法を提供する。充電電流の印加は、電圧増加割合が連続的に上昇した期間の直後の蓄電池の電圧増加率の低下の検出時点で中断される。

尚、本発明に於ける充電電流の印加は、少なくとも蓄電池の温度の上昇割合の倍増、及び電圧増加割合が連続的に上昇した期間の直後の蓄電池の電圧増加率の低下を同時に検出した時点で中断される。

本発明はさらに、二次電池を再充電するための装置をも提供する。この装置は、電池に対し充電電流を印加するための電源、電池の温度を検知しそれを表わす出力信号を生成するための温度センサ、出力信号を監視しその予め定められた增加率の検出時点で力ットオフ信号を生成する信号プロセッサ及び、電源から電池を遮断するための力ットオフ信号に対する応答性をもつスィツチを内蔵している。温度センサは、電池を横断して並列に接銃されたサーミスタ分圧器であってよい。

本発明は、代替的に、電池に充電電流を印加するための電源、電池の出力電圧を検知しそれを表わす出力信号を生成するための電圧センサ一、出力信号を監視しその予め定められた増加率の検知時点で力ットオフ信号を生成するための信号ブロセッサ及び電源から電池を遮断するため力ットオフ信号に対する応答性を有するスィツチを有する二次電池再充電用装置を提供する。

本発明はさらに、電池に充電電流を印加するための電源、電池の温度を検知しそれを表わす温度岀カ信号を生成するための温度センサ、電池の出力電圧を検知しそれを表わす電圧出力信号を生成するための電圧センサ、出力信号を監視しそれらの予め定められた関係を検出した時点でカツトオフ信号を生成するための信号プロセッサ、及び電源から電池を遮断するためカツトオフ信号に対する応答性をもつスィツチを有する二次電池再充電装置を提供する。図面の簡単な説明

図 1 は、 0 . 1 Cの率での蓄電池の充電及び放電のための等価電気回路である。

図 2 は、 4 Cの率での蓄電池充電のための等価電気回路である。

図 3 は、放電中の蓄電池用の等価電気回路である。

図 4 は、過充電を受ける蓄電池用の等価電気回路である。図 5 は、図 2 の蓄電池充電等価回路について、秒単位の時間との関係において摂氏単位の蓄電池温度（下の曲線）と電圧（上の曲線）をプロットしたグラフである。

図 6 は、図 5 に類似しているが、再充電前の初期蓄電池温度が図 5 に示されているケースで用いられている蓄電池の初期温度よりも高いケースを例示している。

図 7 は、図 5及び図 6の温度曲線の拡大図である。

図 8 は、図 5及び図 6のデータを重ねたものである。

図 9 は、本発明に従って二次電池を急速に再充電できる蓄電池充電器の電子回路概要図である。

図 1 0 は、本発明に於いて使用される電池の表皮温度を測定する為の測定装置の一例を示す概略図である。図 1 1 は、本発明に於いて使用される電池の温度を電池の出力端子電圧を測定する事により測定する測定装置の一例を示す概略図である。

図 1 2 は、本発明に於ける充電装置の演算手段 6の構成の一例を説明するブロックダイアグラムである。

図 1 3〜図 1 6 は、本発明に係る充電装置を用いて二ッケルー力ドミゥム電池を充電操作しながらその温度と電圧を測定したグラフをそれぞれ示すものである。

図 1 7 と図 1 8 は、従来に於ける充電方法によりニッケル一力ドミゥム電池を充電した場合の温度と電圧の変化を示すグラフである。

図 1 9 は、図 1 7 と図 1 8 に示された測定データから、温度上昇割合と電圧上昇割合を演算処理しその結果を示したグラフである。

図 2 0 と図 2 1 は、図 1 3〜図 1 6 に示された測定データから、温度上昇割合と電圧上昇割合を演算処理しその結果を示したグラフである。

図 2 2は、本発明に係る充電方法の手順の例を示すフ口一チャートである。

図 2 3 は、本究明に係る充電装置の回路構成例を示すプロックダイアグラムである。

図 2 4は、本発明に係る充電装置の電源部分の回路構成例を示すプロックダイアグラムである。

図 2 5 は、本発明に係る充電装置の温度測定回路とその演算処理回路の回路構成例を示すブロックダイアグラムである < 図 2 6は、本発明に係る充電装置の電圧測定回路とその演算処理回路の回路構成例を示すブ口ックダイアグラムである, 図 2 7〜図 4 3は、本発明に係る充電方法を実施する為の他の操作手順を示すフローチヤ一トである。本発明の最良の実施態様

以下に、本発明に係る二ッケルー力ドミゥム電池の基本的な特性と本発明に係るニッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置及びその高速充電方法の原理に付いて説明する。

ニッケル力ドミゥム蓄電池は、水酸化ニッケルで作られた陽極とカドミウム化合物でできた陰極を有する。電解（蓄電池）液としては水酸化カリウムが用いられる。充電中、以下の反応が起こる：

2 N i ( O H ) 2 + C d ( O H ) ₂ → 2 N i O〇 H十 C d + 2 H ₂ 0 ( 1 )

陽極では、水酸化二ッケルは、酸水酸化二ッケル（N i 〇 0 H ) に変換される。陰極では、水酸化力ドミゥムが力ドミゥムに変換される。これにより以下のような全体的電位差 (起電力）が生み出される：

( + 0. 5 2 ボルト） — （一 0. 8 0 ボルト） = + 1 . 3 2 ボルト

放電中、以下の反応が起こる：

2 N i 〇 O H + C d + 2 H₂ 0→ 2 N i ( 0 H ) _z + C d ( 0 H ) ₂ ( 2 )

従って、放電中、化学的反応は充電中に起こるものとは反対である。放電中に起こる起電力も同様に、充電中に起こるものとは反対である。

蓄電池が最大負荷に達するにつれて電解液内に舍まれている水が電解を受け、陽極で酸素ガスが又陰極で水素ガスが生成されるということも良く知られている。この結果、電解液中で水の減少が起こる。さらに、生成されたガスは、蓄電池のケ一シング内で内部圧力を打ち立てる。潜在的な爆発を避けるため、ケーシングには、生成されたガスが安全レベルを超えて蓄積した場合にそれを放出できるようにする圧力放出排気口が備わっている。現在の蓄電池製造技術は、蓄電池の陽極よりも陰極により誘引力の強い材料（ac t i ve ma ter i a l ) を提供することによって蓄電池内のガスの生成を最小限におさえようとしている。これにより陽極は陰極が最大限まで充電された状態になるよりもばるかに前に最大限まで充電された状態となることができる。このとき酸素ガスのみが、以下の要領で生成される：

4 0 H→ 2 H ₂ 0 + 0 ₂ + 4 e ( 3 )

酸素は食極へと移動し、ここで、力ドミゥムと再度結びついて水酸化力ドミゥムを生成する（すなわち、酸素ガスの生成無しに）。水酸化カドミウムはもともと陰極の放電生成物である。陰極における充電反応速度が酸素再結合反応速度と一致するほどまでに上昇した場合、平衡が達成される。従つて、陰極はつねに最大跟を下回る充電を受けるが、水素ガスば生成されない。蓄電池は上述の一致が達成された時点で最大限に充電されたとみなされる。それ以上の充電は「過充電」と呼ばれる。

上述のことは、過充電電流がほぼ 0 . 3 Cの率〔すなわち 1 0 0 0 ミリアンペア一時（「mA h 」 ) の電池に印加された 3 0 0 ミリアンペア（「m A」）と等価の充電電流〕に制限されている場合にのみ言える。この充電率では、蓄電池の内部圧力は 1気圧に維持されることになる。しかし、過充電電流が 1 Cの率（すなわち 1 0 0 O mA hの蓄電池に印加された 1 0 0 0 m Aと等価の充電電流）まで増大した場合、蓄電池の内

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部圧力は 1 0気圧にまで上昇す 3ることになる。 1 Cの過充電率を超える充電率では、蓄電池の内部圧力はさらに大きいものとなる。従って、高い充電率で充電している間蓄電池の過充電を防ぐことが重要である。本発明は、発明人は、本発明を理解する上で当業者の助けとなる以下の理論的論述を提示する者である。

蓄電池というのは、電力を貯えることを目的とする電気化学的装置である。蓄電池の中で起こるさまざまな条件を立証するため、等価電気回路を用いることができる。蓄電池内の化学反応が変わるときにはいつでも異なる等価回路を用いなくてはならないということに留意されたい。

図 1 は、 0 . 1 Cの率で充電及び放電しているときの蓄電池のための等価電気回路であり、これは最も一般的に用いられている電気モデルである。蓄電池の内部抵抗、

R i n t e r n a 1 は、蓄電池内のエネルギーレベルに反比例する抵抗値をもつ可変抵抗器として表わされている。蓄電池が充電するにつれて、 R i n t e r n a I は当初高い力蓄電池が充電状態になるにつれて減少する。キルヒホッフの電圧の法則を適用すると、 R i n t e r n a 1 が高い場合、印加された充電電圧の大部分は R i n t e r n a l を横切つて下降し、蓄電池を横切って降下する電圧はきわめて少ないということがわかる。 R i n t e r n a 1 が減少するにつれて、印加された充電電圧の大部分は蓄電池を横切って降下し. R i n t. e r n a 1 を横切って降下する電圧はきわめて少ない。蓄電池が放電するにつれて、 R i n t e r n a l は当初低い力蓄電池のエネルギーレベルが減損するにつれて増大する。従って、 R i n t e r n a l を横切っての初期電圧降下はほとんど無いが、この電圧降下は蓄電池のエネルギーレベルが減少するにつれて増大する。

蓄電池の中のヮット損の効果を分折することは可能である < R i n t e r n a 1 は、蓄電池の充電及び放電の両方の間に電力を散逸させる。ワット損の結果として予想されるのは熱であるが、吸熱化学反応は、仮に真の熱が生成されとしてもその量ば非常にわずかなものであるが故に、 R i n t e r n a 1 内のヮット損の加熱効果と相殺する。過充電の間でさえ. 蓄電池は、有害な効果無しに最高 0. 3 Cの率まで過剰エネルギ一を収容することができる。

しかしながら、充電過充電率が 0. 3 Cを超える場合、蓄電池内の化学反応の固有平衡に影響を与えるその他の要因を考盧しなくてはならない。

図 2 は、高電流条件である 4 Cの率での蓄電池充電のための等価電気回路である。この図は並列の 2つの内部抵抗器を示している。すなわち固定抵抗器 R i n t 1 と可変抵抗器 R i n t 2である。 R i n t 2 は、 R i n t 2 の抵抗値が蓄電池のエネルギーレベルと反比例するという点で図 1 の R i n t e r n a 1 に相応する。同様に、 R i n t 2内のヮット損によりひき起こされる加熱は、化学反応の吸熱効果によって相殺される。 R i n t 1 は、 R i n t 1 の抵抗値が固定され蓄電池内で起こる化学反応のいずれとも無関係であるという点で、 R i n t 2から分離した残留抵抗成分を表わしている , R i n t 1 の抵抗値は比較的小さく、そのため充電中にそれが有する効果は全て蓄電池の全体的温度を全くとまでは言わないものの最小限にしか上昇させない。蓄電池が最大限に充電された状態になるにつれて、 R i n t 2 の抵抗は R i n t 1 の値より低い値まで減少し、 R i n t 1 の効果が支配的になる。この時点で、 R i n t 1 により大量の熱が生成され、蓄電池の全体的温度を大幅に上昇させることになる。

図 3 は、蓄電池の放電中の R i n t 1 と R i n t 2 の関係を示している。当初 R i n t l の抵抗値は支配的であり（すなわち R i n t 2の抵抗値を大幅に上まわる）、そのため全ての内部加熱又は端子電圧減少はまず最初に R i n t 1 によりひき起こされる。蓄電池のエネルギーレベルが減少するにつれて、 R i n t 2 は増加する。場合によっては、 R i n t 2の抵抗値は非常に高くなりそのための蓄電池の電圧の全てが R i n t 1及び R i n t 2を横切って降下し、蓄電池を横切って降下するものが全くなくなる（すなわち蓄電池の端子を横切ってゼロの出力電圧が現われる）。

図 4 は、過充電を受けている蓄電池の電気的等価回路である。蓄電池が最大限に充電された場合、 R i n t 2の抵抗値は実際にゼロオームである。従って、蓄電池内に残る唯一の抵抗は R i n t 1 で表わされるものである。 R i n t 1によりひき起こされる加熱は、最高 0 . 3 Cまでの充電率において最小限であることがわかっている。 0 . 3 C以上の充電率でば、 R ί n t 1内のヮット損により生成される熱は充電率の増大に正比例して増大する。さらに、高い充電率では過剰の量の酸素が生成される。酸素は陰極で力ドミゥムと再結合し、電池の電圧を減少させる。このことは逆に R i n t 1 により散逸させられる電力を増大させ、こうしてさらに熱が増加し、熱的暴走条件がひき起こされる。従って、上述のように高い充電率で充電しながら蓄電池の過充電を防ぐことが重要である。図 5から図 8までは、 4 Cの率で充電されつつあるニッケルー力ドミゥム電池に対する温度及び電圧の効果を示している。図 5及び 6は、さまざまな初期蓄電池温度についての蓄電池の端子電圧及びその表面温度の関係を表わしている。さらに限定的に言うと、図 5 は、 4 Cの率で充電し 3 8 . 8 の初期温度をもつ蓄電池についての秒単位の時間と摂氏で表わした蓄電池温度（「T E M P 1 」と印のついた下の曲線）及び電圧（「 V 0 L T 1 」と印のついた上の曲線）の関係をプロットしたものである。図 6 は、それぞれの蓄電池温度及び電圧の曲線が「 T E M P 2 」及び「 V 0 L T 2 」と印づけされており又、蓄電池の初期温度が 2 3. 3 てであることを除いて、類似の図である。図 7 は、図 5及び図 6 の温度曲線の拡大図を提供している。

充電中の蓄電池電圧を分折すると、充電サイクルの完了に向けて、電圧増加率の急激な増大及びそれに続く減少が見られる。図 5及び 6 を参照すると、蓄電池の電圧増加率が最初の 9分間（ 0秒から 5 4 0秒まで）の 1秒あたり約 1 ミリボルトから次の 9 0秒の間（ 6 0 0秒から 6 9 0秒まで）の 1 秒あたり約 4 ミリボルトまで、そして次の 9 0秒の間（ 6 9 0秒から 7 8 0秒まで）の 1杪あたり約 8 ミリボルトまで上昇していることがわかる。その後、蓄電池の電圧は増加し続けるが、その増加率は場合によつて 8 3 0秒の時点で 1秒あたり約 2 ミリボルトまで減少する。 4 Cの率で印加された約 8 3 0秒の充電後、蓄電池はもはやエネルギーを受入れることができず、最大限に充電されたとみなすことができる。図 5 , 6及び 7 の蓄電池温度曲線を分折すると、充電サイクルの終結時点を除いて曲線が全く類似性をもたないことがわかる。 0秒から 6 6 0秒までは、「 T E M P 1 」曲線は 1 秒あたり 0. 0 0 9 7 'Cの温度の増加を示し、一方「 T E M P 2 」の曲線は実際一秒あたり 0. 0 0 5 7 'Cの温度低下を示している。 6 6 0秒から 8 3 0秒までは、温度上昇率はそれぞれ 1秒あたり 0 , 0 3 8 て（ T E M P 1 曲線）及び 1秒あたり 0 1 'C ( T E M P 2曲線）まで上昇している。これは、蓄電池がほぼ最大限に充電された時点での温度上昇率の少なくとも 2倍の増加（つまり倍増）を立証している。処で、本発明の目的の一つである急速な高い率での充電には、非常に急速に起こり蓄電池に不可逆的な損傷を引起しうる有害な条件を避けるため充電量を精確に制御することが必要である。最高 1 Cの率で蓄電池に充電を行なうことのできる従来形の充電技術は、 1 C以上の充電率で使用された場合欠点を呈する。特に、過剰充電が起こり、これが今度は、上述のとおり蓄電池内の過度の熱生成をひきおこす。これは、容量の減少、サイクル寿命の短縮及び電池ガス抜きの可能性をひきおこしうる。 1 Cの率を上面る充電率での必要とされている精確な制御は、蓄電池の電圧、蓄電池の温度又はその両方を入念に監視することにより達成できる。

蓄電池電圧ば、蓄電池が 9 5 %から 1 0 0 %充電された時点でのみ起こる独特の特性を示す。この特性は、蓄電池の電圧増加率が連続的に上昇していたー斯間の直後の蓄電池の電圧増加率の低下である。高い充電率は、この低下が検出された場合、蓄電池が過充電されるのを防ぐように中断されなくてはならない。

蓄電池の温度も又、蓄電池が 9 5 %から 1 0 0 %充電された時点でのみ起こる独特の特性を示す。この特性は、蓄電池の温度上昇率の少なくとも 2倍の急激な増大である。この急速な增加は、蓄電池がほぼ最大限に充電されていること、及び高い充電率を中断すべきであることを意味する。

上述の電圧又は温度の条件のうち一方が検出された時点で高い率での充電を中断する代りに、代替的に、これらの両方の条件を同時に検出した時点で高い率での充電を中断することもできる。

上述のように高い率での蓄電池の充電を精確に制御することにより、蓄電池を望ましくない過充電の効果にさらすことなく、その容量の約 9 5 %から 1 0 0 %以内まで急速に充電することができる。

以下に本発明に係る二ッケル一力ドミゥム電池の高速充電装置の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。

図 9 は、本発明に係るニッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置 1 の第 1 の態様に於ける一具体例の構成を説明するブロックダイアグラムであり、図中、充電を必要とする電池のセル 2 に充電電流を供給する電流供給手段 3、該セル 2 の温度を測定する温度測定手段 4、該セル温度を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段 5、該サンプリング手段 5 により得られた該セルの温度情報を演算処理し、当該充電操作を停止すべき時期を示す制御信号を出力する演算手段 6、及び該演算手段 6 の出力に応答して、当該電流供給手段 3から該セル 2 に対する電流の供給を停止させるスィッチ手段 7及び該各手段を制御する制御手段 8 とから構成されている、二ッケルー力ドミゥム電池の充電装置で有って、該充電装置 1 に於ける該電流供給手段 3 は、少なぐとも 2 Cの電流を当該充電操作中に該セルに供給するものであり、且つ該演算手段 6 は、該サンプリング手段 5により温度測定手段 4を介して得られた該セルの温度情報から、当該セルの温度の上昇割合を算出する第 1 の演算機能と、第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合とそれに続く第 2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較してその変化率を算出する第 2 の演算機能と該第 2 の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較して、該第 2の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えるか否かを判断し、当該判断結果の基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する第 3の機能とを有している二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置である。

更に本発明に係る二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置 1に於いては、図 9に示す基本的な構成例に加えて、更に該セル 2 の出力電圧を測定する電圧測定手段 4 1、該セル電圧を測定してその情報を記億しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段 5 1、該サンプリング手段 5 1 により得られた該セル 2 の電圧情報を演算処理する演算手段が、前記の演算手段 6 と共通に設けられており、該演算手段 6 は、更に該サンプリング手段 5 1 により電圧測定手段 4 1 を介して得られた該セルの電圧情報から、当該セルの電圧の上舁割合を算出する第 4の演算機能と、該電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検出する第 5 の機能とを有するもので有って、該演算手段 6 は、前記第 3の機能に基づいて、該第 2の時期における該セルの温度の上舁割合が、該第 1の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えたと言う情報と、該第 5の機能に基づいて該電圧の上昇割合の最初の減少を検出したと言う情報とに基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する様に構成されているものである。

本発明に係る該ニッケル一力ドミゥム電池の高速充電装置に於いては、高電流を供給しながら所定の二次電池即ち二ッケルー力ドミゥム電池を充電するもので有って、従来に於ける充電操作に於ける電流に関する条件とは、全く異なり、少なくとも 2 C レート以上の高電流を該ニッケルー力ドミゥム電池の供給させる事が望ましい。

具体的には、それぞれのニッケルー力ドミゥム電池の定格電流に対して、 2 C若しくはそれ以上の電流、即ち 3 C , 4 C或いは 5 C等の電流を供給するものである。

従って、本発明に於いては、充電操作が要求されている二ッケルーカドミウム電池の構成、出力電圧、出力電流等うを含めた電池の定格、各種特性、更には、残留容量、充放電履歴等によって、充電操作時に該セルに供給すべき電流の量を最適な値に調整する必要があり、その為に、本発明に係る二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置に於いては、更に電流の量（ C レート）を変更する電流量変更手段 9が設けられている事が好ましい。

又、本発明に於ける、該高電流を供給しながら該ニッケル一力ドミゥム電池のセル温度を適宜の温度センサから構成される温度測定手段 4を用いて測定するものであるが、測定される温度は、当該セルの表面温度（表皮温度）、内部温度及びセル端子部の温度のいずれの温度で有っても良く、必要に応じて、適宜の態様が選択され、測定される。

当該セルの温度測定に使用される温度測定手段 4に於ける温度センサの構成は特に限定されるものでは無いが、例えば. 図 1 0に示す様に、セル 2の本体部分表面に例えば N P N トランジスタ或いはサーミスタ等から構成される温度センサ 4 5を例えば粘着テープ 4 6等を用いて該セル 3 の本体部分表面部の当接させたもので有っても良い。

本発明に係る充電装置に当該セル 2を挿入して充電操作を実行する場合には、図 1 0に示す様に、セルの一方の端子に正の電極、他方の端子に負の電極が接続される様に構成されるものである。

又図 1 1 には、本発明に係る該ニッケルー力ドミゥ厶電池の高速充電装置に使用されるセルの温度測定手段の他の例を説明する図であり、本具体例に於いては、充電操作を受けるセル 2 の端子温度を測定する方法として、該セルの出力端子の温度を測定する様にした例を示しているので有って、図中. 該セル 2のプラス側端子 3 1 に充電用の例えば、スプリングを内蔵している接続端子 4 3が接続され、充電操作中に充電電流が供給され、該マイナス側端子 3 2には、金属からなる例えば、スプリングを内蔵している充電端子 4 2が接続されて、該充電端子 4 2から、接地に向けて該マイナス側端子 3 2から電流が導出される場合に於いて、該マイナス側端子 3 2に接続される充電端子 4 2 の一部に上記した構成と同じ機能を有する温度センサ 4を取り付け、該セルの出力端子の温度を測定するものである。該測定温度データは、適宜の電圧値に変換されて、後述する適宜の演算処理手段に供給される。

一方、本発明に於ける該演算手段 6 に於ける前記した第 5 の機能に基づく充電電流の供給停止信号は、該第 5 の機能がセル 2 の電圧上昇割合の最初の低下を検出した後、少なくとも複数回連続して、該セルの電圧上昇割合の低下が検出された場合にのみ出力される様に構成されている事が好ましい。つまり、本発明に於いては、該セル 2 の電圧上异割合が、図 5及び図 6 に示される様に、セル 2 に対する充電操作度が開始されてから、充電操作が完了する近傍まで、該セルの電圧の上昇割合は、一貫して上昇傾向を示すもので有って、従つて、該セルの電圧レベルの変化を微分した値である変化の程度は、正の値となっているものであり、これを更に微分した変化の割合は、 0又は正を示すが、更に、当該セルに対する充電が進行して、略充電率が 1 0 0 %近辺となった場合に当該電圧は、急激に反転して滅少に向かうので、該電圧の上昇割合は、一転して負の値となる。

つまり、本発明に於ける該セルの電圧を測定する場合には. 該電圧の変化が所定の期間連続して上昇を示した場合で、その連続する電圧の上昇期間の最初に来る該電圧の上昇割合の低下を検出して、該セルの充電状態が 1 0 0 %になったか或いは、近接したと判断して、充電操作を中止させる制御信号を該制御手段 8 に送り、該スィツチ手段 7 を差動させて該電流供給手段 3から、所定の充電電流が該セルに流れない様に制御するものである。処で、係る電圧レベルの変化は、特に該セルの充電率が 1 0 0 %に接近した場合にば、微妙な状態にあるので、安全性を考慮して、最初に該電圧の上昇割合が食に変化した場合でも、直ちに、充電操作を中止させる制御信号を発生させずに. もう 1 〜 2回サンプリングを実行して、その上昇割合を確認した上で、当該充電操作を中止させる制御信号を発生させる様に構成する事が好ましい。

例えば、当該電圧の上昇割合が負に変換してから、 3回連続して、電圧の低下が見られた場合に、当該充電操作を中止させる制御信号を発生させる様にする事が好ましい。

次に、本発明に於いて使用されている、該演箕手段の構成例を図面を参照しながら説明する。

図 1 2 は、本発明に係るサンプリング手段 4又は 4 1 に於ける記憶回路と演算手段 Sの機能及び回路構成の一例を説明する図であり、特にセルの温度を測定しその結果を演算処理する装置の例を説明するブロックダイアグラムであって、該セル 2の温度を測定する温度測定手段 4により所定の時間間隔でサンプリングした当該セルの温度情報を記憶しておく第 1 の記憶手段 6 1、該第 1 の記憶手段 6 1 に記憶された所定時間間隔に於ける少なくとも 2個の温度情報から当該所定時間内に於けるセル温度の平均値を箕出する第 1 の演算手段 6 2 と第 1 の演算手段 6 2により箕出されたセル温度の平均値を記憶する第 2 の記憶手段 6 3、該第 2の記憶手段 6 3 に記憶されたセル温度の平均値情報から、隣接する所定期間内に於ける該セル温度の上昇若しくは下降に関する変化の程度、即ち例えば 5秒間における変化の割合を演算する為に、該第 2 の記憶手段 6 3 に記憶されている情報から、該充電操作の経過時間に於けるある適当な時期である、第 1 の時期（例えば 5秒間 ) における該セルの温度の上昇割合を演算する第 2 の演算手段 6 4、該第 1 の時期に続く第 2 の時期（例えば 5 秒間）に於ける該セルの温度の上昇割合を演算する第 3 の演算手段 6 5、該第 3 の演算手段 6 5で得られた第 2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合が該第 2 の演算手段 6 4で得られた第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合に対して少なくとも 2倍を越えているか否かを判断する第 4 の演算手段 6 6 とから構成されているニッケル一力ドミゥム電池の高速充電装置である。

尚、本発明に於ける該充電装置に於いては、上記第 2 と第 3 の演算手段 6 4、 6 5 は、共通に設けられているもので有つても良い。

次に、本発明に於ける測定情報の演算処理の手順に付いてその例を具体的に説明する。

先ず、本発明に於いて、該セルの温度を測定して充電操作を制御する方法の例を説明する。

中央制御手段 8から所定の間隔で発振されるクロック信号に応答して、温度測定手段 4力該セルの例えば表皮温度を測定して、その情報を第 1 の記憶手段 6 1 に一旦記憶させる, 該セルの温度は、上記した様な適宜のセンサを用いて、当該セルの温度を電圧に変換するものである。

本発明に於いては、該ク口ック信号毎に温度測定情報が得られるので、所定期間に複数個の温度情報が当該第 1 の記憶手段 6 1 に記憶される。

本発明に於ける該クロック信号の周期は、サンプリング周期に相当するものであり、その周期は特に限定されるものではないが、例えば、 1秒間に 1 0〜5 0假のデータをサンプリングする様に構成するもので有っても良い。

該第 1 の記憶手段 6 1 は、所定の大きさの記憶容量を有しており、例えば、少なくとも、 5秒間 2 5 0個のデータが記憶される様に構成されている事が好ましい。

次いで、本発明に於いては、該第 1 の記憶手段 6 1 に記億された複数個の温度情報から、第 1の演算手段 6 2に於いて、所定時間間隔に於ける該温度情報の平均値を算出するものである。

係る平均値としては、例えば、連続して得られたサンプリング値である少なくとも 2個の温度情報からセル温度の平均値（T _AV1 、 T_AV2 · · · T νη) を算出する様にしたもので有っても良く、又 1 0〜5 0個のデータからそれに相当する所定時間内、例えば 5秒間内での平均値を算出する様にしたもので有っても良い。

係る記憶手段としては、例えば、 F I F O (first-in-fir st- out) 型の記憶装置を使用する事が可能である。

該第 1の演算手段 6 2により算出されたセル温度の平均値 (T AV 1 、 T_AV2 · · · T v„) は、例えば、適宜の第 2 の記憶手段 6 3 に一旦記憶される。

該第 2の記憶手段 6 3に記憶されたセル温度の平均値情報 (T _{AV 1} 、 T_{AV 2} · · · T vn) から、隣接する所定期間内例えば 5秒間内に於ける該セル温度の上昇若しくば下降に関する変化の程度、即ち割合を次に演算する。

即ち、例えば、第 1 の期間、つまり有る選定された時期における、最初 5秒間に於ける平均値 T A V, と第 2 の期間、つまり第 1 の期間に続く 5秒間に於ける平均値 T_{AV 2} 及び第 3 の期間、つまり第 2の期間に続く 5秒間に於ける平均値 T_{AV 3} に付いて、その期間における温度の平均値の変化の割合（V_T ,、 V _{T 2} ) を第 2 の演算回路 6 4 と第 3 の演算回路 6 5 に於いてぞれぞれ以下の様に演算する。

T A V 2 — 1 A V 1 ⁼V T 1

丄 AV 3 ― i A V 2 ~ T 2

以下同様にして、充電操作期間中のそれぞれ所定の期間毎に温度の平均値の変化の量（V _{T 1}、 V _Τ2) を演算処理するものである。

尚、上記の各値は、そのままで、 5秒間に於ける温度の変化の割合を示すものであるから、係るデータをそのまま当該割合として使用出来るが、単位時間当たりの変化割合を正確に表すとすれば、例えば 1秒間の当該温度変化の割合としてを以下の様に演算してもよい。

V _{τ ζ}/ 5 =RV Τ 2

次いで、本発明に於いては、第 4 の演算手段 6 6 に於いて、該第 3 の演算手段 6 5で得られた第 2 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合 RV _τζが該第 2 の演算手段 6 4で得られた第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合 V _{T 1}若しくは RV_{T 1} に対して、如何なる比率関係に有るかを第 4の演算回路 6 6 に於いて演算して判断するものである。

つまり、本発明に於いては、前記した様に、充電操作中にニッケルー力ドミゥム電池のセルの温度は、充電率が 1 0 0

%に接近すると急激に上昇する事が実験上からも確認されているので、係る状況をいち速く検出して充電操作を中止しないと、セルを破壤させたりセルの性能を劣化させる事になるので、本発明では、上記の様に、セル温度の上昇割合の変化をモニターして. 今回の測定時の当該セル温度の上昇割合が前面の測定時の当該セル温度の上昇割合の 2倍を越える変化が検出された場合には、当該セルの充電率が 1 0 0 %若しくはその近傍に達したものと判断して、充電操作を中止する制御信号を発生させる様にしたものである。

従って、具体的には、第 2の時期に於ける該セルの温度の上舁割合 V _{T 2}若しくは RV _{Τ 2}が第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合 V _{Τ 1}若しくは RV _{Τ 1} に対して少なくとも 2倍を越えているか否か、即ち

2 V T l < V Τ 2

を第 4の演箕手段 6 6に於いて判断させるもので有る。

又、本究明に於いては、上記の演算処理に加えて、高速充電操作中のセルの電圧を測定して、電圧の上昇割合との組み合わせで、当該充電操作を中止させる方法を第 2の態様として採用しているものであるので、当該セルの電圧の測定に閬する演算手段 6の構成と手順を以下に説明する。尚、上記した様に、本発明に於いてセルの電圧を測定してその電圧情報を演算する演算処理手段は、上記した演箕手段 6 と大部分を共通に使用するものであるで、かかる共通処理手段に付いての具体的説明は、省略して、電圧情報に特に関連する部分のみを説明する。

当該ニッケルー力ドミゥム電池のセル 2 に於ける端子に出力電圧測定手段である適宜の電圧測定センサを取り付け、温度測定の場合と同様に、中央制御手段 8から所定の間隔で発振されるクロック信号に応答して、電圧測定手段 4 1 が、該セルの電圧を測定して、その情報を第 1 の記憶手段 6 1 に一旦記憶させる。

以下第 3 の演算手段 6 5に至る情報処理手順は、上記した温度情報の演算処理手順と同一である。

即ち、電圧情報からセル電圧の平均値（V A V 1 、 V_AV2

- * · V _vn) を算出し、第 1 の期間と第 2の期間における電圧の平均値の変化の量（V _{V 1}、 V _vz) を以下の様に演算する。

V A V 2 — V A V 1 = V V 1

V A V 3 ― V A V 2 ⁼ V V 2

次いで、上記の各情報から、必要であれば、例えば 1秒間の当該温度変化の割合としてを以下の様に演算する。

V _V1/ 5 =RV v.

V _vz / 5 =RV vz

次いで、本発明に於いては、第 4 の演算手段 6 6に於いて該第 3 の演算手段 6 5で得られた第 2 の時期に於ける該セルの電圧の上昇割合 V _{V 2}若しくは RV _{V 2}が該第 2の演算手段 6 4で得られた第 1 の時期における該セルの電圧の上昇割合 V^: _v 若しくは V I に対して、如何なる関係に有るかを判断するものである。

つまり、本発明に於いては、前記した様に、充電操作中にニッケルー力ドミゥム電池のセルの電圧は、充電操作の当初は、充電処理時間の増加に従って緩やかに増加するが、充電率が 1 0 0 %に接近すると急激に電圧が上昇し、充電率が 1

3

Q

0 0 %に達するか、或いは充電率が 1 0 0 %に極めて接近すると該電圧が急に低下する事が実験上からも確認されているので、係る状況をいち速く検出して充電操作を中止する必要 »ヽめる。

その為、本発明では、上記の様に、セル電圧の上昇割合の変化をモニターして、充電操作の所定期間に渡って、該電圧の上昇割合が連続して増加若しくは上昇割合が変化していない状態に銃いて最初に該電圧の低下が発生した場合に、つまり該電圧の上昇割合が負の状態を示した時点で当該セルの充電率が 1 ひ 0 %若しくはその近傍に達したものと判断して、充電操作を中止する制御信号を発生させる様にしたものである。

従って、具体的には、第 2の時期に於ける該セルの電圧の上昇割合 V _{V 2}若しくは^ _{v z}が第 1の時期における該セルの電圧の上昇割合 V _{V 1}若しくば R V _{V 1} に対して以下の関係にあるか否かを判断するものである。

V V 2 - V V I < 0 又、本発明に於いては、上記の演算処理の結果、から直ちに当該充電操作を中止する制御信号を出力しても良いが、更に連続する複数回の前記演算処理時期に於ける当該電圧情報をモニタ一して、該電圧の低下が継続されている事を確認した後に該充電操作を中止する制御信号を出力する様にしても良い。

本発明に於ける充電操作を行った場合の二ッケルー力ドミゥム電池の温度と電圧の変化と従来に於ける充電操作を行つた場合との比較を図 1 3〜図 1 8 に示す。

図 1 3 は、本発明に従って 3 C レートで高電流高速充電処理を行った場合のニッケルー力ドミゥム電池のセル温度の変化を示す波形であり、図 1 4 は、その電圧の変化を示す波形である。

又図 1 5 は、本発明に従って 5 C レートで高電流高速充電処理を行った場合の係る図から判る様に、従来の充電操作に於いては、完全充電に戻る迄に、少なくとも 4 0分掛かつており、又当該セルの温度及び電圧の変化は、該ニッケル一力ドミゥム電池の充電率が 1 0 0 %に接近して場合でも、それらの変化の割合は比較的小さく、従って、充電率が 1 0 0 %になり充電操作を中止する時点を正確に且つ迅速に判断する事が不可能であつた。

更に、係る従来の充電操作に於いては、例えば本発明に於いて目標とする当該セルの充電率を 1 0 0 %とする時間を 2 0分以内、好ましくは 1 0分以内としているが、その時点に於いては当該波形には何らの顕著な変化が見られないので, 充電操作の維続或いは中止を判断する根拠が全く無いのである。

此れに対し、本発明に於いては、 2 0分以内、特に 4 C、 5 C レートに於いては 1 4分以内で充電率を 1 0 0 %とする事が可能である。

次に、本発明に係る充電操怍において、上記図 1 3〜図 1 8に示される波形の基になる基礎データである、充電されるセルの温度を電圧の実際の測 3定例を第 1表〜第 3表に示して

2

おく。

第 1表は、従来の高速充電方法である 1 . 5 Cのレートを用いてサンョ一電気㈱製 K R— 1 2 0 0 A Eのニッゲル一力ドミゥム電池を充電操作して、温度と電圧のデータを、サンプリング周期を 1秒に 5 0個として測定し、 5秒毎にその間に得られた該サンプリングデータを平均値として表示したものである。

又第 2表と第 3表は、第 1表と同じ測定データであるが、それぞれ 3 C レートと 5 C レートで松下電工㈱製 P— 6 0 A A R Mを用いて充電操作した場合の例を示したものでる。

又図 1 9〜図 2 1 は、上記第 1〜3表の各データに関して- 前記した定義に基づいて温度及び電圧の上昇割合を算出してグラフ化したものである。

図 1 9 は、第 1表のデータに関して温度及び電圧の上昇割合を算出してグラフ化したもので有って、充電操作時間が 4 0分を越える迄、温度と電圧の上昇割合ば、殆ど変化せず. 略同じ上异割合で上昇を続け、 4 0分に近づくと温度は、その上昇割合が僅かに大きくなつており、又電圧も、充電操作時間が 4 0分を越える迄、電圧の上昇割合は、殆ど変化せず. 略同じ上昇割合で上昇を続け、 4 0分に近づくと電圧の上昇割合突然急激に低下する事を示している。

此れに対して、図 2 0 は本発明にかかるもので有って、前記第 2表に対応する温度及び電圧の上昇割合を算出してグラフ化したものであり、又図 2 1 は前記第 3表に対応する温度及び電圧の上昇割合を算出してグラフ化したものであり、いずれも 2 0分以内において、温度の上昇割合が急激に著しく大きくなつており、又電圧も、充電率が 1 0 0 %に近づくに連れて、電圧の上异割合は、顕著に大きくなる様に変化し続け、充電率が 1 0 0 %に近付いた時にその電圧の上昇割合は低下して電圧は急激に低下する事を示している。

次に、本発明に係る上記の充電操作に於ける演算処理方法の手順の例を図 2 2 に示すフローチヤ一トを用いて説明する , 先ず、スタート後、ステップ（ 1 ) に於いて、当該ニッケルー力ドミゥム電池の特性をチヱックすると同時に、該ニッケル一力ドミゥム電池を充電する環境をを設定する。

つまり、本発明に於いては、該ニッケルー力ドミゥム電池を充電する場合その充電操作は、一 1 0度から + 4 5度の範囲で実行される事が望ましいので、係る温度環境に有るか否かを先ず測定して、充電操作が正常に実行される為の環境設定を行うものである。

その後、ステップ（ 2 ) に於いて、当該充電操作に適した環境が設定されたか否かを判断し、 N Oであれば、ステップ ( 1 ) に戻り、 Y E Sであれば、ステップ（ 3 ) に進んで、該ニッケルー力ドミゥム電池の温度のみ、或いは温度と電圧の双方を測定する為のサンプリング周期が設定されているか否かを判断して、 N 0であればステップ（ 1 ) に戻り、上記の操作を操り返し、 Y E Sであれば、ステップ（ 4 ) に進んで、当該二ッケルー力ドミゥム電池の温度及び/又は電圧をそれぞれ該サンプリング周期に同期して出力されるクロック信号に同期して測定する。

該測定された各温度及び電圧に関するデータは、例えば該サンプリング手段に設けられている記憶手段、或いは該演算手段 6に設けられた記憶手段に一旦記憶される。

次いで、ステップ（ 5 ) に於いて、所定の充電操作時間、例えば 5秒間が経過したか否かが判断され、 N 0であればスチップ ( 4 ) に戻り、 Y E Sであれば、ステップ（ 6 ) に進んで、該 5秒間に於いて測定された該温度及び電圧データの平均値を算出する。

即ち、 5秒間の、セル温度の平均値（T _AV1 、 TAV2 • · · T vn) とセル電圧の平均値（V AV I 、 V_AVZ . . .

V v„) が算出され第 2の記憶手段 6 3に記憶される。

次いで、ステップ（ 7 ) に進み、ステップ（ 6 ) に於いて算出された、各平均値から、隣接する時期間の当該温度及び電圧の平均値の変化を算出する。

即ち、温度に関しては、例えば、第 1 の期間、つまり最初

5秒間に於ける平均値 Τ _Ανι と第 1の期間に続く 5秒間である第 2の期間に於ける平均値 T_AV2 及び第 3の期間、つまり第 2 の期間に続く 5秒間に於ける平均値 T_AV3 に付いて、その期間における温度の平均値の変化の量（V _{τ ι}、 V _Τ2) が以下の様に演算され、その結果が第 3の記憶手段 6 5 に記憶される。

1 A V 2 T A V 1 ~ V T I

1 AV3 一 T A V 2 V τ 2

又、電圧に関しては、例えば、第 1 の期間、に於ける平均値 V _flV, と第 2の期間に於ける平均値 V_AV2 及び第 3の期間に於ける平均値 V_AV3 に付いて、その期間における温度の平均値の変化の量（V _V1、 V _V2) が以下の様に演算され、その結果が同様に、第 3の記憶手段 6 5 に記憶される。

次いで、本発明に於いては、ステップ（ 8 ) に進み、当該演算データが温度に関するものであるか否かを判断し、 Y E

Sであればステップ（ 9 ) に進んで、該温度の上昇割合が増加しているか否かが判断され、 N 0であればステップ（ 8 ) に戻り、 Y E Sであればステップ（ 1 0 ) に進んで、当該セル温度の上昇割合が前回の測定時の当該セル温度の上昇割合の 2倍を越える変化が検出されたか否かが判断され、 Y E S であればステップ（ 1 1 ) に進んで、充電操作の中止を指示する制御信号を発生し、ステップ（ 1 6 ) に於いて、実際の充電操作を中止させるが、 N 0であれば、ステップ（ 9 ) に戻って、前記の各操作を繰り返す。

一方、ステップ（ 8 ) に於いて N 0であれば、ステップ ( 1 3 ) に進み、該電圧上昇割合が、所定の期間連続して增加した後の最初の減少を示しているか否かが判断され、 N 0 であればステップ（ 8 ) に戻り、 Y E Sであれば、ステップ

( 1 4 ) に進んで、当該電圧上昇割合の減少が、 3回続いたか否かが判断され、 N◦であれば、ステップ（ 1 3 ) に戻り上記の各工程を繰り返し、 Y E Sであれば、ステップ（ 1 5 ) に進んで充電操作の中止を指示する制御信号を発生し、ステップ（ 1 2 ) に進む。

3

ステップ（ 1 2 ) は、前記温 6度に関する上昇割合の変化を判断するステツプ（ 1 1 ) からの出力信号がォプションで入力され、該電圧変化を判断するステップ（ 1 5 ) からの信号とを A N D論理を適用して、当該充電操作を中止させる制御信号を出力する様に構成されたものである。

次に、本発明に使用される該充電装置の回路構成の具体例を説明する。

図 2 3 ば、本発明にかかる該充電装置の回路構成の一具体例を説明図であり、図 2 3 は、本発明に従って、 2 C以上の高電流率で二次電池を急速に再充電することのできる蓄電池充電器の電気回路概要図である。この面路は、蓄電池電圧及び Z又は温度を検知し、いくつかの予め定められたパラメ一タに従って蓄電池に対する充電電流の印加を制御すると同時に、蓄電池の電圧及び温度の実時間表示を提供する。

この回路は、以下のように機能する。は、抵抗器 R , を通して電力 M 0 S F E T Q x ( M O S電界効果トランジスタ）により供給された充電電流を介し再充電されるべき蓄電池（図 9 に於ける 2 ) を示している。蓄電池のケーシングに連結された温度検知サ一ミスタ R T i である温度測定手段 4 が、蓄電池 2 の温度を表わす温度出力信号 T s e n s eを生成する。 T s e n s e は、アナ口グ増幅器 U 1 により増幅される。 R T は抵抗器 R ₂ と組合さって、分圧器網を形成しここでは R T , の抵抗値は蓄電池の温度の変化に比例して変化する。 1 0 チヤンネル式アナログ一デジタル変換器 U 2 の第 1 のチャンネル（ A D O ) は、蓄電池 2 の電圧を表わす電気入力信号十 B A T Tを受けとる。第 2 のチャンネル（ A D 1 ) はアナログ増幅器 U 1 により出力された増幅された温度を表わす信号を受けとる。アナログ—デジタル変換器 U 2 のその他のチャンネルは使用されない。

アナログ—デジタル変換器 U 2 はその入力信号をアナ口グ形から、搭載 R AM, R O M及び I ノ0ポートをもつ本発明における演算手段 6及び中央制御手段 8に相当する集積回路マイクロコントローラ U 3への入力に適したデジタル形へと変換する。マイクロコントロ一ラ U 3 はアナログ一デジタル変換器 U 2からのデジタルデータ信号を読みとり、このデ一タを処理し、以下に説明するように M 0 S F E T を制御するように予めプログラミングされている。

尚、本具体例に於いては、図 6或いは図 1 2等で説明した各種の記憶手段は、いずれも該演算手段である集積回路マイクロコントロ一ラ U 3内に設けられているものである。

マイクロコントローラ U 3 は同様に、例えば、 2 X 2 8文字の液晶表示装置 1 0 0 に蓄電池の電圧及び温度の実時間データをデジタル表示を行なうための適当な信号も出力する。固定電圧調整器 U 4 は、回路に給電すべく調整された電圧信号 V c cを供給する。 P N P トランジスタ Q₂ は、蓄電池 B T , が存在するとき端子 + V i II及び GN Dを横切って供給された入力電力を電圧調整器 U に結合するスイッチとして作用し、蓄電池が全く存在しない場合、 U 4から入力電力の結合を解除する。

以下の表は、図 2 3内に描かれ本書で説明されている回路コンポーネントについての電子部品仕様を提供している：参照記号内容説明

Qi 内部整流器 I R F 3 5 0電力 M O S F E T

(M 0 S電界効果トランジスタ） Q₂ モトローラ 2 N 3 9 0 6 R N P トランジスタ

R T！ F e n w a 1 1 9 2 - 3 0 3 K E T - A

〇 1 サーミスタ

R 1 5オーム、 2 5 ワット、 1 0 %

R₂ 3 0 Kオーム、 1ノ 4ワット

R₃ 1 0 Kォム 1 Ζ 4 ヮット

R 4 1 0 Kォム 1 Ζ 4 ヮット

R 5 1 0 Kォム 1ノ 4 ヮット

R₆ 5 1 0ォム 1 / 4ヮット

R₇ 1 0 0ォム 1 / 4 ヮット

R₈ 1 0 Kォム 1 Ζ 4ヮット

1 Mオーム、 1 Z4ワット C ₁ 1 〃 F、 3 5 ボルトの電解コンデンサ

C ₂ 2 2 p F、 3 5 ボルトの電解コンデンサ C ₃ 2 2 P F、 3 5 ボルトの電解コンデンサ

C 4 1 0 u F . 3 5 ボルトの電解コンデンサ C 5 1 F、 3 5 ボルトの電解コンデンサ

C _b 0 . 1 F、 3 5 ボルトの電解コンデンサ U：モトローラ u A 7 4 1 演算増幅器

U Z モトローラ 1 4 5 0 5 1 AZD変換器 u ₃ モトローラ 6 8 H C 7 0 5 C 8 マイクロプロセッサ

U ₄ モトローラ L M 7 8 0 5 電圧調整器表示装 ft O p t r e x D M C 1 6 2 3 0 液晶表示次に、本発明に係るニッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置に回路構成の他の例を図 2 4から図 2 6 により説明する, 図 2 4 は、本発明に係る該充電装置のバッテリ接続部、電源供給部、及びク口ック発生部の回路構成例を示すプロックダイアグラムである。

即ち、図 2 4 に於ける 1 2 2 は、充電されるニッケル一力ドミゥム電池（二次バッテリ） 1 2 0 の電圧入力端子であり又 1 2 1 は接地端子である。

又、 1 2 3 は、当該電池の温度測定手段 4 の正電位端子 1

2 7が接続される端子であり 1 2 5 は該温度測定手段の負電位端子で、該 G N Dに接続されている低電位電源端子 1 3 3 と接続している、該電池の接地端子 1 2 1 に接続されている更に、該電池の正負の電圧入力端子部 1 2 2 と 1 2 1 には. それぞれ該電池の出力電圧を測定する電圧測定手段 4 1 の正食端子 1 2 4 と 1 2 6がそれぞれ接続されている。

又、該電池の正電圧（高電位電源）入力端子 1 2 2には、所定の高電位電源 1 3 2に接続された電源制御回路 1 0 3 の出力が接続されている。

該電源制御画路 1 0 3 は、 2個のトランジスタ Q 2 と Q 3 . 及び抵抗 R 3から R 6で構成されたものであり、該トランジスタ Q 2 と Q 3 は、後述する、前記電池の温度測定情報、及び電圧測定情報にもとずいて、該電池に供給される充電電流を停止させるスィツチング機能を有するものである。

一方、 1 0 1 は、クロック発生回路であって、例えば、 N E 5 5 5 の集積回路チップを用い、出力端子 1 2 6から、所定のデューティ比を持ったクロックを発生させるものである < 該クロック発生回路 1 0 1から出力されるクロック信号の例としては、例えば 0 . 5秒間の 0 N状態となるパルス幅を有するパルスを 5秒間に一発発生させるか、或いは例えば、 0 . 2 H z の周期で、その O Nデューティー比が 5 % ( 5 % / 9 5 % ) のパルスを出力する様にしたもので有っても良い, 次に、図 2 5 は、温度測定と前記した演算処理を実行する為の演算処理回路の一具体例を示すプロックダイアグラムである。

図 2 5に於いて、前記バッテリ 1 2 0に接続された温度測定手段 4の端子 1 2 7 と 1 2 5からの電圧情報は差動増幅器 U 9 と U 1で構成された電圧バッファ手段 1 4 0で所定の電圧に調整された後、本発明で使甩される、サンプリングされた温度若しくは電圧情報を記憶しておく第 1 の記憶手段 6 1 該第 1 の記憶手段 6 1 に記憶された温度若しくは電圧情報から、所定の期間、例えば 5秒間の間に於ける当該各情報の平均値を演算する演算処理手段 6 2及び、当該演算処理手段 6 2 により演算された所定期間毎の平均値を記憶しておく第 2 の記憶手段 6 2から構成される情報処理回路 1 5 0 に入力される。

一方、図 2 4 のクロック信号発生手段 1 0 1 から出力される例えば、前記した様なク口ック信号が端子 1 2 6 に入力され、リレー K 1 で構成された切替え回路 1 6 0 に入力されると同時に前記した第 2 の記憶手段 6 3にも入力される。

尚、該リレー K 1 で構成された切替え回路 1 6 0 は、ノーマリオフの構成を取るものであり、パルスが入力されない場合には、 O F Fの状態にある。

当該 5秒間に一回のパルスを発生するク口ック信号が入力されると、該第 2の記憶手段 6 3から、例えば既に演算処理されて記憶されている各 5秒間に於ける温度若しくは電圧の平均値に於ける最初の平均値データ T _{A V 1}が、該クロック信号と同期して出力され、差動増幅器 U 4で構成されている本発明で言う第 2 の演算手段 6 4を構成する演算回路 1 5 1 に入力されると同時に、係る時点では、該切替え回路 1 6 0が O Nと成っているので、該平均値データ T _{A V 1}は、該切替え回路 1 6 0を通過して、差動増幅器 U 2 と差動増幅器 U 3及び容量 C 1 とで構成された一時記憶回路 1 5 2 に格納される , 該一時記憶回路 1 5 2 の出力は、前記した演算回路を構成する差動増幅器 U 4の一方の非反転入力端子に入力され、反転端子に入力されている該第 2の記憶手段 6 3からの出力との差分が演算処理される。

前記ク口ック信号のパルスが 0 F Fとなると該切替え回路 1 6 0 は◦ F Fとなるので、該最初に出力された温度データ T Av i は、該一時記憶回路 1 5 2に記憶された状態となる。

つぎに、第 2番目のクロック信号パルスが入力されると、該第 2の記憶手段 6 3から 2番目の平均値 T AV₂ が該第 2の演算回路 1 5 1 に入力され、前記一時記憶回路 1 5 2に記憶された温度データ T AV 1 との間で T _AV2 — T AV 1 の差分値が演算され、第 1 の時期に於ける温度変化の割合が決定される < 同時に該一時記憶回路 1 5 2に記憶されている前面の温度データば、今面の平均値 T _AVZ と置き換えられる。

又、次のクロック信号パルスが入力されると同様にして、該第 2の記憶手段 6 3から 3番目の平均値 T _AV3 が該第 2 の演箕回路 1 5 1 に入力され、前記一時記憶回路 1 5 2に記憶された温度データ T AV2 との間で T _fiV3 一 T _AV2 の差分値が演算され、第 2の時期に於ける温度変化の割合が決定される, 即ち、本具体例に於いては、前記した第 2 の演箕手段 6 4 と第 3の演箕手段 6 5 とは共通の回路 1 5 1で演算処理を行う例を示しているものである。

該第 2の演算面路 1 5 1 の出力（T _AV2 — T _AVi ) は差動増幅器 U 5で構成されるバッファ 1 5 3 と差動増幅器 U 8で構成される本発明に於ける第 4の演算手段 6 6を構成する演算回路 1 5 5 とに入力される。

該バッファ 1 5 3 に入力された該第 2 の演算面路 1 5 1 の出力（Τ _ήν2 一 T Av i ) は、該切替え回路 1 6 0が 0 Νの状態の時に該切替え回路 1 6 0を通過して、差動増幅器 U 6 と差動増幅器 U 7及び容量 C 2 とで構成された別の一時記憶回路 1 5 4 に格納される。

尚、該バッファ 1 5 3 の利得を 2 と設定しておく事により該バッファ 1 5 3から出力される温度データは 2 (T A V 2 一 T A V I ) となるので、該別の一時記憶回路 1 5 4 に格納される第 1 の時期に於ける温度変化割合に関するデータは 2

(Τ A V 2 -T AV I ) となっている。

又その出力は、前記の演算回路 1 5 5 の反転入力端子に入力され前記第 2の演算回路 1 5 1 からの出力される次の時期即ち第 2 の時期に於ける温度変化割合との差分が演算処理される。

つまり、該演算回路 1 5 5 に於いては、

^ 1 AV 3 一 T AV2 ) 一 L (丄 AV 2 —■ T A V 1 ) - 0 の演算処理が実行される。

つまり、該第 4 の演算処理手段 6 6から、第 2 の時期に於ける温度変化割合が、その 5秒前にサンプリングして得た第 1 の時期における温度変化割合の 2倍を越えて大きく上昇した場合に、正の電圧が出力され、該ニッケルー力ドミゥム電池の充電率が略 1 0 0 %に到達したものと判断して、該充電操作を中止するものである。

つまり、上記状態に於いて、該第 4 の演算処理手段 6 6 の出力が出力端 1 5 6から図 2 4に於ける電源制御回路 1 0 3 の入力端子 1 3 1 に入力され、該電源制御回路 1 0 3を構成するトランジスタ Q 2を O F Fさせる事によって、該電源 1 3 2から該ニッケルー力ドミゥム電池 1 2 0に供給されている電流を遮断することになる。

又図 2 6は、本究明に於いて、温度測定手段と併用して使用される該ニッケル一力ドミゥム電池の高速充電操作中に於ける出力電圧を測定する場合の演算処理回路の構成を説明するブロックダイアグラムである。

図 2 6に於ける該電圧測定手段の回路構成は、基本的には. 前記した温度測定手段と同様である。

即ち、図 2 6に於いて、前記バッテリ 1 2 ひに接続された電圧測定手段 4 1 の端子 1 2 4 と 1 2 6からの電圧情報は差動増幅器 U 1で構成された電圧バッファ手段 1 4 1で所定の電圧に調整された後、本発明で使用される、サンプリングされた電圧情報を記憶しておく第 1 の記憶手段 6 1、該第 1 の記憶手段 6 1 に記憶された電圧情報から、所定の期間、例えば 5秒間の間に於ける当該各情報の平均値を演算する演算処理手段 6 2及び、当該演算処理手段 6 2 により演算された所定期間毎の平均値を記憶しておく第 2の記憶手段 6 2から構成される情報処理回路 1 5 0 に入力される。

一方、図 2 4 のクロック信号発生手段 1 0 1から出力される例えば、前記した様なク口ック信号が端子 1 2 6 に入力され、リレー K 1 で構成された切替え回路 1 6 0 に入力されると同時に前記した第 2の記憶手段 6 3にも入力される。尚、該リレー K 1 で構成された切替え回路 1 6 0 は、ノ一マリオフの構成を取るものであり、パルスが入力されない場合には、〇 F Fの状態にある。

当該 5秒間に一回のパルスを発生するクロック信号が入力されると、該第 2 の記憶手段 6 3から、例えば既に演算処理されて記憶されている各 5秒間に於ける電圧電圧の平均値に於ける最初の平均値データ V A V 1 が、該クロック信号と同期して出力され、差動増幅器 U 4で構成されている本発明で言う第 2 の演算手段 6 4を構成 4する演算回路 1 5 1 に入力され

5

ると同時に、係る時点では、該切替え回路 1 6 0が 0 Νと成つているので、該平均値データ V _{ή ν ι} は、該切替え回路 1 6 0を通過して、差動増幅器 U 2 と差動増幅器 U 3及び容量 C 1 とで構成された一時記憶回路 1 5 2に格納される。

該一時記憶回路 1 5 2 の出力は、前記した演算回路を構成する差動増幅器 U 4 の一方の非反転入力端子に入力され、反転端子に入力されている該第 2 の記憶手段 6 3からの出力との差分が演算処理される。

前記クロック信号のパルスが 0 F F となると該切替え回路 1 6 0 は 0 F Fとなるので、該最初に出力された電圧データ V A v i は、該一時記憶回路 1 5 2に記憶された状態となる。

つぎに、第 2番目のクロック信号パルスが入力されると、該第 2 の記憶手段 6 3から 2番目の平均値 V _{A V 2} が該第 2 の演算回路 1 5 1 に入力され、前記一時記憶回路 1 5 2 に記憶された電圧データ V A V 1 との間で V _{fl V 2} 一 V A V 1 の差分値が演算され、第 1 の時期に於ける電圧変化の割合が決定される。

同時に該一時記憶回路 1 5 2に記憶されている前回の電圧データは、今回の平均値 V AV 2 と置き換えられる。

又次のク口ック信号パルスが入力されると同様にして、該第 2の記憶手段 6 3から 3番目の平埒値 V _Av 3 が該第 2の演算面路 1 5 1 に入力され、前記一時記憶画路 1 5 2に記憶された電圧データ V _AV2 との間で V _AV 3 -V A V 2 の差分値が演箕され、第 2の時期に於ける電圧変化の割合が決定される。該第 2 の演箕回路 1 5 1 の出力（V _AVZ 一 V _Ανι ) は差動増幅器 U 5で搆成されるバッファ 1 5 3 に入力されると同時に差動増幅器 U 8で構成される、本発明で言う第 4の演算手段 6 6 に相当する演算回路 1 5 5に入力される。

又該バッファ 1 5 3に入力された該第 2 の演算回路 1 5 1 の出力（V _AV2 - V _Ανι ) は、該切替え回路 1 6 0が 0 Ν の状態の時に該切替え回路 1 6 0を通過して、差勖増幅器 ϋ 6 と差勖増幅器 U 7及び容量 C 2 とで構成された別の一時記憶回路 1 5 4に格納される。

又その出力は、前記の演算回路 1 5 5の反転入力端子に入力され前記演算回路 1 5 3からの出力される次の時期、即ち第 2の時期に於ける電圧変化割合との差分が演算処理される < つまり、該演算回路 1 5 5に於いては、

(V _AV3 —V AV 2 ) - (V A V2 - V _ftV l ) < 0 の演算処理が実行される。

つまり、該第 4の演算処理手段 6 6から、第 2の時期に於ける電圧変化割合が、その 5秒前にサンプリングして得た第 1 の時期における電圧変化割合より低下して電圧変化割合そのものが負の状態を示す場合に正の電圧が出力され、該ニッケル一力ドミゥム電池の充電率が略 1 0 0 %に到達したものと判断して、前記温度測定手段からの情報と A N D論理を取つて、両者が共に 0 Nの状態と成った場合に、該充電操作を中止するものである。

つまり、上記状態に於いて、該第 4 の演算処理手段 6 6 の出力が出力端 1 5 7から図 2 4 に於ける電源制御回路 1 0 3 の入力端子 1 3 0 に入力され 4、 7該電源制御回路 1 0 3を構成するトランジスタ Q 2を O F Fさせる事によって、該電源 1 3 2から該ニッケルー力ドミゥム電池 1 2 0 に供給されている電流を遮断することになる。

その為には、図 2 4 に示す様に、該温度測定出力端子 1 5 6が接続される該電源制御回路 1 0 3 の入力端子 1 3 1 を適宜のモード選択回路 1 6 2を介して該電源制御回路 1 0 3 のトランジスタ Q 2に接続させると共に、該温度測定出力端子 1 5 6が接続される該電源制御回路 1 0 3 の入力端子 1 3 1 と該電圧測定出力端子 1 5 7が接続される該電源制御回路 1 0 3 の入力端子 1 3 0 とを A N D回路 1 6 1 に入力させると同時に該モード選択画路 1 6 2を介して該電源制御回路 1 0 3 のトランジスタ Q 2 に接続させる様に構成する事が望ましい。

上記した図 2 4〜図 2 6 の回路に於ける各部品の具体例を以下に例示する。

図 2 4 の回路構成図に於いて C！ 1 0 μ F

C 2 0. I u F

¾ i N P N トランジスタ

Q₂ 2 N 4 4 0 3 トランジスタ

Q 3 2 N 3 0 5 5 トランジスタ

R i 5 7 6 Kオーム

R z 7 2 Kオーム

R 3 . R 4 4 7 0オーム

R 5 1 Kオーム

R 6 2 R 0 2 5 W

U i N E 5 5 5

図 2 5 の回路構成に於いては、

C I 、 C ₂ 1. 0 u F

K！リレー D P D T

R , 5 0 Kオーム

R2₎R4_JR5_J 6₎R7,R8₎R9,R10_> R12, R13 1 0 Κオーム

R3, Rll, R15.R17, R18 1 0 0 Κオーム

R14 1 1 0 Κオーム

R 1 6 2. 7 Kオーム

II1,U2,U3,I ,U5,U6,(J7,U8,U9 7 1

図 2 6の回路構成に於いては、

C I . C z 1. 0 μ F

Κ！リレー D P D T

B1,R2,R4,R5，R6,B7,B8，R9,R10, R12,R13 1 0 Kォム R3_S Rll, 1 0 0 Kォム U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8, 7 1

尚、本発明に係る該ニッケルー力ドミゥム電池の高速充電方法を実行する為の他の演算処理操作に関するフローチヤ一トを以下に簡単に説明すると共に、図 2 7〜図 5 0 に掲載しておく。

つまり、図 2 3 のマイクロコントローラ U 3 は、当業者には既知の方法で以下の機能を果たすべくプログラミングされている；（ 1 ) U Sからの蓄電池の電圧及び温度を表わすデジタル式にコード化された電圧信号を読みとること；（ 2 ) 蓄電池温度の上昇率の 2倍の増加又は、蓄電池の電圧増加率が連続的に上昇した期間の直後の蓄電池の電圧増加率の低下. 又はその両方を検知するため、入力信号の連続するサンプルを連続的に監視すること；（ 3 ) 上述の条件のいずれか又は両方の検出時点で、又は蓄電池の温度又は電圧の仕様を上回つた場合に、蓄電池の高速充電を中断するためをオフに切り替えること；（ 4 ) 蓄電池の実時間電圧及び Z又は温度のデジタル表示を行なうこと。

図 2 7から図 4 3までは、マイクロコントローラ U 3が実行すべくプログラムされている一連のオペレーションをさらに詳しく示すソフトウェア流れ図である。図 2 7 は、ソフトウェアが後に使用するようさまざまなワーキング · レジスタが設定されるような初期設定シーケンスを示している。図 2 8 は、データテーブル、ポインタなどが設定されるもう 1 つの初期設定シーケンスを描いている。

図 2 9 ( a ) 及び（ b ) は、 2進データがバッファへの装荷のため A s c i i フォーマットに変換される表示サブルーチンを舍む。図 3 0 は、液晶表示出力装置上にパソファの中昧を表示するサブルーチンである。

図 3 1 は、本発明に従って蓄電池に充電するのには必要な合計時間を計算するために用いられる計数器サブルーチンである。図 3 2 , 3 3及び 3 4 は、アナログ一デジタル変換器から得られた平均値が、本発明の充電基準を満たしているか否かを見極めるために検查されるサブルーチンである。

図 3 5 は、液晶表示装置上に表示される値をゼロにすることにより液晶表示装置を初期設定するサブルーチンである。図 3 6 ば、表示装置に対して前述のバッファの中味を書込むことにより表示装置を連続的に更新するサブルーチンである < 図 3 7 は、表示を目的としてデータを適切にフォーマット化するため、データの平均出し、スケーリング及び範囲調整を行なうサブルーチンである。

図 3 8 は、マイクロプロセッサの割込み及びタイマーを初期設定するサブル一チンである。

図 3 9 は、アナ口グーデジタル変換器により利用されるサンプル時間幅を設定するサブルーチンである。

図 4 0 は、蓄電池充電プロセス中に達成された充電レベルを示しユーザーに本発明の実行の視覚的表示を与えるため一緒に 1つの順次「棒グラフ」を形成する発光ダイオードのォプションの線形アレイ（図示せず）を用いるためのサブルーチンである。

図 4 1 は、本発明に従って主蓄電池充電機能を実行するサブルーチンである。

図 4 2 は、最大及び最小の温度及び電圧の値を設定するサブルーチンである。図 4 3 は、それぞれアナログ一デジタル変換器及び表示を目的とするフォーマツトクロックデータを初期設定する一対のサブルーチンである。

以上の開示に照らし合わせて当業者には明白であるように本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発明の実施において数多くの変更及び修正を加えることが可能である。従って、本発明の範囲は、以下 5 のクレームに規定されている内容に従って解釈されるべきものである。

第 1 表

時間 (秒) 測定電圧

値（ V ) 1割5 温度上昇合（ V )電}土変換値割合（ V )

( V ) '

0.0000 4.2847 33.3

5 »0000 4.2773

10.0000 4.2773 33.4

15.0000 5.8740

20.0000 5.9839 33.6

25*0000 9.3970 33.7

30.0000 9.5142 33.7

34.9999 9 58Τ

o

39.9999 9.6533 33.9

44.9999 9.6899 33.9

49.9999 9.7192

54.9999 9.7485

59.9999 9.7705 33.9

64.9999 9.7852 π) V ― o . n n i

69.9999 9 , 7998

74.9999 9 8145

79.9999 9.8291 33.9

84.9999 9.8364 33.6

89.9999 9.8511 to w

94.9999 9 · 8584

w

99.9999 9.8730

104 9998 9.8804

109.9998 Q ft Q Γ; ()

114,9998

119.9998 9.902 'ί 7. 3 33.6 o

124. 998 Q o n i) 33.6

129.9998 9.91 0

134.9998 9.9Z43

139-9998 9,9243

14 9998 9.9316

149.9998 9.9390 33.4

154.9998 9.9463 33.3

159.9998 9.9536 33.3

164.9998 9.9536

169.9998 9.9609 33.3

174.9997 9.9609

Ι79·9997 9.9G83 7. i QV 33.3 0· 0025

184.9997 9.9G83

189.9997 9.9756

194.9997 9.98Z9

199·9997 9.9829

204.9997 9.9902

209.9997 9.997G

214.9997 9.9976

2J9.9997 10.0049 33.3

224.9997 10.0049

229.9997

234.9997 10.0122 33.4

239.9997 10.0195 7. .3 nV 33.6 + 0 .0025

244.9996 10.0195 33.7 9·τε C6ez*oi 6866 ' 6I

νι∑ 6ίΚΖΌΓ 6866•61L

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966l/£60M 2449.99B5 10.G787 32.5

2454.9965 10.6860 32.5

2459.9965 10.6787 0 32.7 + 0.025 2464.9965 10.6787 32.7

2469.99G5 10.G787 32.8

2474.9965 10.G787 0 32.8 + 0.05 2479.99C5 10.G787 32.7

2484.9964 10.G787 0 33.0 + o. i 2489.9964 10.G787 33.0

2494.9964 10.G787 33.0

2499.9964 10.G787 33.0

2504.99G4 10.G787 33.1 + 0.05 2509.9964 10.G787 33.1

2514.9964 10.G787 33.1

2519.99G4 10.G787 0 33.3 + 0.06 2524.99G4 10.6787 33.3

2529.9964 10.678T 33.3

2534.9964 10.G787 33.3

2539.9964 10.6787 33.1

2544.99G4 8.9868 33.3

2549.9964 8.7378 33.1

2554 , 9963 8.7085 33.4

2559.99G3 8.G8GS 33.4

25G4, 9963 8.6719 33.4

2569, 9963 &. G572 33.6

2574, 99G3 8.6426 33.4

2579, 9963 8.6353 33.4

2584, 9963 8.G279 33.1

2589, 9963 8.G20G 33. G

2594, 9963 8.6133 33.6

2599, 9963 8.5986 33.4

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1074, 9985 9.4922 14.7 mV 35.7

1079, 9985 9.4849 35.7

1084 , 9984 9.4995 14. 6 mV 35.9 0. 01 1089.9984 9.5142 36.0

1094.9984 9.5215 35.7

1099, 9984 9.5215 36.0

1104, 9984 9.5361 14. 6 mV 35.7

11ひ9, 9984 9.5508 36.0 + 0.02 1114 , 9984 9.5G54 14. 6 mV 35.9

1119.9984 9.5728 35.9

1124.9984 9.5801 7. 3 mV 35.7

1 J 29.9984 9.5801 3G.0

1134.9984 9.5874 7.3 oV 3G .2 + 0 04 1139.9984 9.5874 3R.3 + 0 1 1144.9984 9.5874 3G .5 + 0 2 1149.9984 9.5947 7. 3 mV 3G.G 0 1154.9983 5).5947 3G.6 0 1159.9983 9,5947 36. G 0 11G4.9983 9.C094 14.7 mV 36. G 0 1169.9983 9.G1G7 3G.5

1174.9983 9.61G7 3G.G

1179.9983 9.G167 3G.8

1184.9983 9.G1G7 37.1

1189.9983 9.G094 - 7.3 mV 37.2

1194.9983 9. G021 - 7. mV 37.5

1199.9983 9.G094 + 7. mV 37.8

1204 , 9983 9.C021 - 7. mV 37.8

12ひ9, 9983 9.6021 37 ,8 + + + + + 1214.9983 9.G094 37 , ,8 oo o o o o 1219.9983 9.0308 38 ,1

1224, 9982 8.9575 38 ,5

1229, 9982 8.9209 38.8

1234 , 9982 8.891G 38.9

1239, 9982 8.8696 39.1

1244, 9982 8.8477 38. G

1249.9982 8.8330 39.1

1254, 9982 8.8184 38.9

第 3 表測定温度の

時間 (秒) 測定電圧電圧上昇電 E¾ 値温度上昇

( ) 割合（V ) ( V ) 割合（ V )

0.0000 6.8188 34.5

5.0000 7.9102 34.6

10.0000 8.3496 34.5

15.0000 8.4009 34.6

20.0000 8.4375 34.5

25.0000 8.4668 34.6

30.0000 8.4961 34.6

34.9999 8.5107 34.3

39.9999 8.5400 34.5

44.9999 8.5547 34.3

49.9999 8.57G7 34.3

54.9999 8.5840 34.6

59.9999 8.5986 14. G 34.6

64.9999 8.6206 34. G

69.9999 8.6353 34.8

74.9999 8.6572 34.8

79.9999 8， 6719 34.8

84.9999 8.6792 34.8

89.9999 8.6865 34.8

94.9999 8.6938 34. G

99.9999 8.7085 34.6

104.9998 8.7158 34.6

109.9998 8.7231 34.6

114.9998 8.7305 7, 4 mV 34.3 - 0.025

119.9998 8.7378 3·4,&

124.9998 8.7378 34.5

129.9998 8.7524 34.6

134.9998 8.T671 34.5

139.9998 8.7817 34.5

144.9998 8.T891 34.6

149.9998 8.7891 34.5

154.9998 8.7964 34.2

159.9998 8.8037 34.5

164.9998 8.8110 34.2

169.9998 8.8110 34.2

174.9997 8.8184 34.5

179.9997 8.8330 34.2

184.9997 8..&47Ύ 34.6

189.9997 8.8550 34. G

194.9997 8.86Z3 34.0

199.9997 8.869G 34.6

204.9997 8.8696 34.5

209.9997 8.8770 7.4 oV 34.8 + 0. 025 214.9997 8.8770 34. G

219.9997 8.8843 34.8

224.9997 8.8916 34.8

229.9997 8.8989 34.8

234.9997 8.90G3 34.9

239.9997 8.90Ga 34.8

244.999G 8.9063 34.6 9·8ε 6866 6i

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96 6I/£60M

Claims

請求の範囲

1 . 充電を必要とする電池のセルに充電電流を供耠する電流供給手段、該セルの温度を測定する温度測定手段、該セル温度を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの温度情報を演箕処理し、当該充電操作を停止すべき時期を示す制御信号を出力する演算手段、及び該演算手段の出力に応答して、当該電流供給手段から該セルに対する電流の供給を停止させるスィッチ手段及び該各手段を制御する制御手段とから構成されている、ニッケルー力ドミゥム電池の充電装置で有って、該充電装置に於ける該電流供給手段は、少なくとも 2 Cの電流を当該充電操作中に該セルに供給するものであり、且つ該演箕手段は、該サンプリング手段により温度測定手段を介して得られた該セルの温度情報から、当該セルの温度の上昇割合を算出する第 1 の演算機能と、第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合とそれに続く第 2の時期に於ける該セルの温度の上异割合とを比較してその変化率を算出する第 2 の演算機能と該第 2 の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較して、該第 2の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えるか否かを判断し、当該判断結果の基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する第 3の機能とを有している事を特徴とする二ッケル一力ドミゥム電池の高速充電装置。

2 . 該充電装置は、更に該セルの出力電圧を測定する電圧測定手段、該セル電圧を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの電圧情報を演算処理する演算手段とが設けられており、該演算手段は、更に該サンプリング手段により電圧測定手段を介して得られた該セルの電圧情報から、当該セルの電圧の上舁割合を算出する第の演算機能と、該電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検出する第 5 の機能とを有するもので有って、該演算手段は、前記第 3 の機能に基づいて、該第 2 の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えたと言う情報と該第 5 の機能に基づいて該電圧の上昇割合の最初の減少を検出したと言う情報とに基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する事を特徴とする請求の範囲 1記載のニッケルー力ドミゥム電池の高速充

3 . 該電流供給手段は、更に電流の量（ C レート）を変更する電流量変更手段が設けられている事を特徴とする請求の範囲 1乃至 2記載の二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置。

4 . 該セルの温度は、適宜の温度センサを用いて、当該セルの表面温度（皮餍温度）、内部温度及びセル端子部の温度の中から選択された一つを測定するものである事を特徴とする請求の範囲 1乃至 3 の何れかに記載の二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置。

5 . 該演算手段に於ける第 5 の機能に基づく充電電流の供給停止信号は、該第 5 の機能が、セルの電圧上昇割合の最初の低下を検出した後、少なくとも複数回連続して、該セルの電圧上昇割合の低下が検出された場合に出力される様に構成されている事を特徴とする請求の範囲 2記載のニッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置。

6 . 該演算手段は、該セルの温度を測定する温度測定手段により所定の時間間隔でサンプリングした当該セルの温度情報を記億しておく第 1 の記憶手段、該第 1 の記憶手段に記憶された所定時間間隔に於ける少なくとも 2個の温度情報から当該所定時間内に於けるセル温度の平均値を算出する第 1 の演算手段と第 1 の演算手段により箕出されたセル温度の平均値を記憶する第 2 の記憶手段、該第 2 の記憶手段に記憶されたセル温度の平均値情報から、隣接する所定期間内に於ける該セル温度の上昇若しくば下降に関する変化の割合を演算する為、該第 2の記憶手段に記憶されている情報から、該充電操作の経過時間に於ける第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合を演算する第 2 の演算手段、該第 1の時期に繞く第 2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合を演算する第 3の演算手段、該第 3 の演箕手段で得られた第 2の時期に於ける該セルの温度の上昇割合が該第 2の演算手段で得られた第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合に対して、少なくとも 2倍を越えているか否かを判断する第 4の演算手段とから構成されている事を特徴とする請求の範囲 1記載のニッケル一力ドミゥム電池の高速充電装置。

7 . 該演算手段は、該セルの電圧を測定する電圧測定手段により所定の時間間隔でサンプリングした当該セルの電圧情報を記憶しておく第 3 の記憶手段、該第 3 の記憶手段に記憶された所定時間間隔に於ける少なくとも 2個の電圧情報から当該所定時間内に於けるセル電圧の平均値を算出する第 5 の演算手段と第 5 の演算手段により算出されたセル電圧の平均値を記憶する第 4 の記憶手段、該第 4 の記憶手段に記憶されたセル電圧の平均値情報から、隣接する所定期間内に於ける該セル電圧の上昇若しくは下降に関する変化の割合を為、該第 3の記憶手段に記憶されている情報から、該充電操作の経過時間に於ける第 1 の時期における該セルの電圧の上昇割合を演算する第 6 の演算手段、該第 1 の時期に続く第 2 の時期に於ける該セルの電圧の上昇割合を演算する第 7 の演算手段. 当該セルの電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検出する第 8 の演算手段とから構成されている事を特徴とする請求の範囲 2記載のニッケル一力ドミゥム電池の高速充電装置。

9 . 二次電池（セコンダリ ' セル）の温度を監視する一方でこの電池に対し充電電流を印加することにより二次電池を再充電する方法において、少なくともこの温度の上昇率の倍増の検出時点で前記充電電流の印加を中断することを特徴とする二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電方法。

1 0 . 二次電池の出力電圧を監視する一方でこの電池に対し充電電流を印加することにより二次電池を再充電する方法において、少なくともこの温度の上昇率の倍増の検出と、該電圧増加率が連続的に上昇した期間の直後にこの蓄電池の電圧増加率の低下した時点とが同時に検出された場合に、前記充電電流の印加を中断することを特徴とする二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電方法。

1 1. ニッケルー力ドミゥム電池に充電電流を印加するための電源手段及びこの電池の温度を検知しそれを表わす温度出力信号を生成するための温度検知手段（R T , U 2 ) を有する、二次電池を再充電する装置において、

( a ) 前記出力信号を監視し少なくとも前記温度の上昇率の倍増を検出した時点で力ットオフ信号を生成するための信号処理手段（U 3 ) ；及び

( b ) 前記電源手段から前記電池を遮断するための前記力ットオフ信号に対する応答性をもつスィツチ手段（G ) 、を特徴とする装置。

1 2. 二ッケルー力ドミゥム電池に対し充電電流を印加するための電源手段、この電池の温度を検知しそれを表わす温度岀カ信号を生成するための温度検知手段（RT, , U 2 ) 及びこの電池により出力された電圧を検知しそれを表わす電圧出力信号を生成するための電圧検知手段（ U 2 ) を舍む、二次電池（B T\ ) を再充電する装置において、

( a ) 前記出力信号を監視し、

( i ) 少なくともこの温度の上昇率の倍増又は、

(ii) 前記電圧増加率が連続的に上昇した期間の直後の前記蓄電池の電圧増加率の低下

を検出した時点でカツトオフ信号を生成するための信号処理手段（ U 3 ) ；及び

( b ) 前記電源手段から前記電池を遮断するため前記力ットオフ信号に対する応答性をもつスィツチ手段（ Q , ) を特徴とする装置。

1 3 . 前記温度検知手段には前記電池を模切って並列に接続されたサ一ミスタ分圧器（ R T , R ₂ ) が舍まれている請求の範囲第 1項に記載の装置。

1 4 . 前記温度検知手段には、前記電池を横切って並列に接続されているサーミスタ分圧器（ R T , , R _z ) が含まれている、請求の範囲第 1項に記載の装置。

1 5 . 当該セルの充電操作中に於いて、該セルの温度及び該セルの電圧の少なくとも一方の情報を外部に報知する為、適宜の表示手段が設けられている事を特徴とする請求の範囲 1乃至 7記載の二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電装置。

1 6 . 充電を必要とする電池のセルに充電電流を供給する電流供給手段、該セルの温度を測定する温度測定手段、該セル温度を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段、該サンプリング手段により得られた該セルの温度情報を演算処理し、当該充電操作を停止すべき時期を示す制御信号を出力する演算手段、及び該演箕手段の出力に応答して、当該電流供給手段から該セルに対する電流の供給を停止させるスィツチ手段及び該各手段を制御する制御手段とから構成されている、ニッケルカドミゥム電池の充電方法で有って、該充電装置に於ける該電流供給手段は、少なくとも 2 Cの電流を当該充電操作中に該セルに供給すると共に、該演算手段は、該サンプリング手段により温度測定手段を介して得られた該セルの温度情報から、当該セルの温度の上昇割合を算出する第 1 の工程、第 1 の時期における該セルの温度の上昇割合とそれに続く第 2 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較してその変化率を算出する第 2の工程、該第 2の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合とを比較して、該第 2の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えるか否かを判断し、当該判断結果の基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する第 3の行程とを有している事を特徴とする二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電方法。

1 7 . 該充電装置には、更に該セルの出力電圧を測定する電圧測定手段、該セル電圧を測定してその情報を記憶しておくかその情報を後述の演算手段に出力するサンプリング手段- 該サンプリング手段により得られた該セルの電圧情報を演算処理する演算手段とが設けられている二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電方法に於いて、該演算手段は、更に該サンプリング手段により電圧測定手段を介して得られた該セルの電圧情報から、当該セルの電圧の上昇割合を箕出する第 4の演算行程、該電圧の上昇割合が所定の期間連続して増加した後の最初の該上昇割合の減少を検出する第 5の行程とを有するもので有って、該演算手段は、前記第 3 の行程に基づいて、該第 2 の時期における該セルの温度の上昇割合が、該第 1 の時期に於ける該セルの温度の上昇割合の 2倍を越えたと言う情報と該第 5の行程に基づいて該電圧の上昇割合の最初の減少を検出したと言う情報とに基づいて、該セルに対する充電電流の供給を停止させる信号を出力する事を特徴とする請求の範囲 1記載の二ッケルー力ドミゥム電池の高速充電方法。