专利名称:蓄电池的充电方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓄电池的充电方法和装置，特别是涉及适合于在正极的电极材料中采用镍氧化物的蓄电池的充电的充电方法和装置。
背景技术：
在以往的充电装置中，像特开平6-315233号公报中所公开的那样，为了补足基于端子电压的变化率的充电结束判定和基于电池温度的变化率的充电结束判定的缺点，防止起因于过剩的充电的电池寿命的缩短或充电结束的误判定，以电池的端子电压变化率和温度变化率双方为参数来判定满充电(100％充电)。
如果在满充电状态下结束充电，则在正极电极材料中采用镍氧化物的镍镉电池或镍氢电池等中，因为可以抑制从即将满充电之前在正极中发生的氧气引起内部压力的上升，故没有必要在负极表面通过局部电池反应来消耗此一氧气。因而，没有必要采用负极的容量大于正极的容量的所谓充电储备，电池的小型化成为可能。
在上述的现有技术(特开平6-315233号公报)中，由于不仅监视电池的端子电压而且不得不监视电池温度，所以存在着充电装置复杂化、大型化这样的问题。进而，在基于端子电压的变化率的充电结束判定中，存在着即使把例如电池温度的变化率加入参数中，正确的充电结束判定依然很难这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种解决上述现有技术的问题，使在正极的电极材料中采用镍氧化物的蓄电池小型化，能够以简单的构成充电足够的电荷的蓄电池的充电方法和装置。
为了实现上述目的，本发明是在正极的电极材料中采用镍氧化物的蓄电池的充电装置，其特征在于，其中包括检测充电中的蓄电池的端子电压的充电电压检测装置，检测前述端子电压变化率的变化的二次变化率检测装置，以及如果前述变化率的变化低于预定的基准变化率则使充电结束的充电结束装置。
电池的充电电压变化率的变化率也就是二次变化率代表电池的充电量，特别是在充电后期的即将满充电之前，充电电压的变化率从正的上升率转变成负的上升率。因而如果在充电电压的二次变化率降低到预定的基准变化率时结束充电，则仅靠监视电池的端子电压就可以在来自正极的氧气发生激活之前使充电结束。也就是说可以以简单的构成正确地判定蓄电池的充电结束，结果由于可以减小蓄电池的负极容量所以电池的小型化成为可能。
图1是作为本发明的一个实施例的充电装置的方框图。
图2是用来说明本发明中的充电结束的判定机理的图。
图3是表示本发明的一个实施例的工作的程序框图。
图4是表示适合于本发明的充电装置的蓄电池的正极容量与负极容量的关系的图。
图5是表示以往的蓄电池的正极容量与负极容量的关系的图。
具体实施方式
下面参照附图详细地说明本发明。图1是作为本发明的一个实施例的充电装置的方框图，图2是用来说明根据本实施例的充电结束的判定机理的图。
根据发明人等的实验结果，来自正极的氧气的发生，特别在充电后期的即将满充电之前(满充电状态的97％左右)开始激活，此时充电电压Vch的变化率ΔV/Δt如图2中所示，从迄今的正上升率转变成负上升率。因而，如果检测此一转移点(时刻t2)，则可以在即将满充电之前停止充电，一边确保对满充电大约97％的充电量一边抑制来自正极的氧气发生量。
因此，在本实施例中为了检测前述转移点，着眼于充电电压Vch的变化率ΔV/Δt的变化率也就是二次变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)，在此二次变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)大体上为零时结束充电。再者，因电池的温度或劣化状态，如图2中所示，即使在本来的转移点近前(时刻t1)二次变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)也大体上为零。因而，在本实施例中为了仅可靠地检测即将满充电之前的转移点，电池的温度或劣化状态也作为充电结束判定的参数。
在图1中，充电电流发生部11输出用来给蓄电池充电的充电电流Ich。电压检测部14检测充电电压Vch。电压变化率检测部15检测充电电压Vch的时间变化率ΔV/Δt。二次变化率检测部16检测前述时间变化率ΔV/Δt的时间变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)。比较部17把前述二次变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)与基准值Vref进行比较，把比较结果向充电结束判定部25输出。
前述基准值Vref预先设定成相当于蓄电池12的充电量为满充电的大约97％时的二次变化率，例如，可以设定成“0”或相当于“0”的值。
温度传感器20检测蓄电池12的温度Tch。温度变化率检测部21检测电池温度Tch的时间变化率ΔT/Δt。比较部22把前述温度变化率ΔT/Δt与基准值Tref进行比较，把比较结果向充电结束判定部25输出。因为电池温度Tch如图2中所示，在即将满充电之前急剧上升，所以在本实施例中把前述基准值Tref设定成0.2℃/秒，若温度变化率ΔT/Δt超过基准值Tref，就判断为是即将满充电之前。
电流检测部13检测前述充电电流Ich。Vcut运算部18基于下式(1)来运算电池的充电量为即将满充电之前(97％)的更加近前，相当于理论的满充电状态的90～95％的端子电压(充电后期电压)Vcut。再者，系数α是蓄电池的内阻系数，在0.001～0.01的范围内。系数β是与蓄电池的内阻有关的温度系数，在0.01～0.1的范围内。系数γ是与蓄电池的内阻有关的劣化系数，在0～0.2的范围内。
Vcut＝1.4+(Ich-1.6)α+(25-Tch)β+γ(1)比较部19把前述充电后期电压Vcut与当前的充电电压Vch进行比较，把比较结果向充电结束判定部25输出。
充电结束判定部25基于前述各比较部17、19、22的各比较结果来判定充电的继续还是结束，在结束充电的场合，对前述充电电流发生部11指示充电的结束。
下面，参照图3的程序框图来说明上述的第1实施例的工作。充电一开始，就在步骤S1里由前述电压检测部14作为充电电压Vch来检测蓄电池的端子电压。在步骤S2里，由前述电流检测部13来检测充电电流Ich。
在步骤S3里，在前述Vcut运算部中基于前述式(1)来运算充电后期电压Vcut。在步骤S4里，前述充电电压Vch与充电后期电压Vcut在比较部19中进行比较，如果充电电压Vch超过充电后期电压Vcut，则前进到为了进行充电结束判定的步骤S5。
在步骤S5里，由前述温度传感器20来检测蓄电池12的表面温度Tch。在步骤S6里，在前述温度变化率检测部21中基于此次的电池温度Tch与上次以前的电池温度来运算电池温度Tch的变化率ΔT/Δt。在步骤S7里，温度变化率ΔT/Δt与基准值Tref在比较部22中进行比较，如果温度变化率ΔT/Δt超过基准值Tref则前进到为了进行充电结束判定的步骤S8。
在步骤S8里，在前述变化率检测部15中，基于此次的充电电压Vch与上次以前的充电电压来运算充电电压Vch的变化率ΔV/Δt。在步骤S9里，在二次变化率检测部16中运算前述变化率ΔV/Δt的变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)。在步骤S10里，充电电压的二次变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)与基准值Vref在比较部17中进行比较。
这里，如果二次变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)不低于基准值Vref，则判定尚不是即将满充电之前而前进到步骤S11。在步骤S11里再次检测充电电压Vch，重复步骤S8～S10的处理。与此相反，如果二次变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)低于基准值Vref，则判定为是即将满充电之前而前进到步骤S12。在步骤S12里，充电结束判定部25判定为是充电结束时间，对前述充电电流发生部11指示充电的中止。
根据本实施例，由于可以在即将满充电之前正确地结束蓄电池的充电，所以可以防止来自正极的氧气的发生，可以防止负极的劣化。
再者，如果像本实施例这样在即将满充电状态之前结束充电，则充电量比以往的允许过充电而进行满充电的场合减少。因而，在本实施例中，由于可以在来自正极的氧气的发生激活之前使充电结束，所以没有必要用很大劲来确保用来补偿负极容量的减少的充电储备。因而，可以比以往的可减小负极容量对正极容量的宽裕率，结果电池的充电容量本身可以比以往的加大。
图4、图5分别是比较地示出适合于本实施例和现有技术的充电装置的蓄电池的负极容量和正极容量的图。
在现有技术中，由于正确的充电结束判定有困难，倾向于过充电的程度加大，所以如图5中所示，估计局部电池反应引起的容量的减少，负极的理论容量设定成相当于正极容量的1.6倍。
但是，因为电池的充电容量取决于正极，故仅增加负极容量只是电池大型化而充电容量并不增加。也就是说，像图5这样即使负极容量相当于6.1A，电池的充电容量也仅是相当于正极容量的3.7A。因而，在上述的现有技术中，即使给电池充电到满充电状态，也仅能得到正极和负极的总容量中较小的充电容量。
与此相反，如果用本实施例则可以抑制来自正极的氧气的发生，可以把负极容量的减少抑制得小些。因而，对于正极容量的1.0，负极容量为1.2左右就可以了，可以减少负极容量相对于正极容量的增加部分。因而，在把正负极的总容量与图5同样地取为9.7A的场合，在本实施例中，由于正极容量可以增加到4.5A，所以即使在满充电前(满充电的大约97％)结束充电，也可以确保大于以往的充电容量。换个角度来说，根据本实施例，由于用小于以往的电池可以得到与以往的同等的充电容量，所以电池的小型化成为可能。
再者，虽然在上述实施例中说明了在电池温度Tch的变化率 超过基准值Tref，而且充电电压Vch超过充电后期电压Vcut时以充电电压Vch的二次变化率低于基准值Vref为条件结束充电，但是也可以仅以充电电压Vch的二次变化率低于基准值Vref为条件结束充电。
或者，基于电池温度Tch的变化率
和充电电压Vch的二次变化率，或者基于充电后期电压Vcut和充电电压Vch的二次变化率来进行充电的结束判定。进而，也可以不是以电池温度Tch的变化率
超过基准值Tref，而是以电池温度Tch超过基准值为条件结束充电。
根据本发明，可以实现以下效果。
(1)根据本发明，仅靠监视电池的端子电压，就可以在来自正极的氧气的发生激活之前使充电结束。也就是说，可以以简单的构成正确地判定充电的结束。
(2)根据本发明，由于可以在即将满充电之前正确地结束蓄电池的充电，所以可以防止来自正极的氧气的发生，可以防止负极的劣化。
(3)根据本发明，由于可以防止负极的劣化，所以可以比以往的减小电池的负极容量，可以按减小的量增加正极容量。因而，可以比以往的加大电池的充电容量本身，或者以比以往的小的电池得到与以往的同等的充电容量。
(4)根据本发明，由于可以仅基于电池的端子电压来进行充电的结束判定，所以充电电路的简化和减小尺寸减轻重量成为可能。
权利要求
1.一种蓄电池充电装置，是在正极的电极材料中采用镍氧化物的蓄电池的充电装置，其特征在于，其中包括检测充电中的蓄电池的端子电压的充电电压检测装置，检测前述端子电压变化率的变化率的二次变化率检测装置，以及如果前述变化率的变化率低于预定的基准变化率则使充电结束的充电结束装置。
2.如权利要求
1中所述的蓄电池充电装置，其特征在于，其中还包括检测充电中的蓄电池的温度的温度传感器，如果前述所检测的电池温度高于预定的基准温度，而且前述端子电压的变化率低于预定的基准变化率，则前述充电结束装置使充电结束。
3.如权利要求
1中所述的蓄电池充电装置，其特征在于，其中还包括检测充电中的蓄电池的温度的温度传感器，以及检测前述所检测的电池温度的变化率的温度变化率检测装置，如果前述所检测的电池温度的变化率高于预定的基准变化率，而且前述端子电压变化率的变化率低于预定的基准变化率，则前述充电结束装置使充电结束。
4.如权利要求
1中所述的蓄电池充电装置，其特征在于，其中还包括作为该电池的劣化状态和温度的函数求出作为充电中的蓄电池接近满充电状态时的端子电压的充电后期电压的充电后期电压运算装置，如果充电中的蓄电池的端子电压超过前述充电后期电压，而且前述端子电压变化率的变化率低于预定的基准变化率，则前述充电结束装置使充电结束。
5.如权利要求
1至3的任何一项中所述的蓄电池充电装置，其特征在于，其中前述预定的基准变化率为零。
6.如权利要求
1至3的任何一项中所述的蓄电池充电装置，其特征在于，其中前述预定的基准变化率为来自蓄电池正极的氧气的发生即将激活之前的值。
7.如权利要求
1至3的任何一项中所述的蓄电池充电装置，其特征在于，其中前述预定的基准变化率为蓄电池的充电量相当于满充电的97％时的值。
8.一种蓄电池充电方法，是在正极的电极材料中采用镍氧化物的蓄电池的充电方法，其特征在于，其中监视充电中的蓄电池的端子电压，如果端子电压变化率的变化率低于预定的基准变化率则结束充电。
专利摘要
提供一种蓄电池的充电方法和装置，能够在正极的电极材料中采用镍氧化物的蓄电池中，一边把其负极容量的减小抑制到最小限度一边充电足够的电荷。该装置包括检测充电中的蓄电池的端子电压Vch的充电电压检测装置(14)，检测前述端子电压Vch变化率的变化率Δ(ΔV)/Δ(Δt)的二次变化率检测装置(16)，以及如果前述变化率的变化率低于预定的基准变化率Vref则使充电结束的充电结束装置(25)。
文档编号H01M10/44GKCN1193473SQ01123220
公开日2005年3月16日 申请日期2001年7月20日
发明者有贺恭一, 铃木博之 申请人:本田技研工业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan