二次电池的高速充电装置及其高速充电方法

专利名称：二次电池的高速充电装置及其高速充电方法
技术领域：
本发明涉及二次电池的迅速再充电，更具体来说是有关镍镉电池或镍氢电池类的二次电池的高速充电装置以及二次电池的高速充电方法。
并且在本发明，再充电操作时监视有关镍镉电池或镍氢电池的尤其是电池的温度及电压。该再充电作业是由所监视的温度或温度和电压参数显示出异常状况时，中止充电的构成。
所说的镍镉蓄电池或镍氢电池的二次电池(蓄电池)在其整个使用期间可多次充电。该再充电作业，为了把对于同行所熟知的蓄电池的有害影响控制在最小限度内，则必须细心操纵，(如参考“蓄电池的充电，寿命延长能力”BobWilliams，CellularBusiness，1989.4.第44～49页)。在二次电池再充电技术初期，再充电作业还需要数小时的时间。随着利用二次电池面向接受供电的消费者的装置愈来愈普及，产生了这样的要求，即可使二次电池再充电系统的工作时间不是以小时为单位而是以分钟为单位。虽然使二次电池“迅速充电”是可能的，但是对此，为了防止对蓄电池不可逆损伤，对于蓄电池再充电过程必须更加细心地监视和控制(如参考“镍镉蓄电池的最新情报”1990、9、镉协会ブリユツセミ-报告书、1990、11、英国伦敦)。
在已有技术中，可使二次电池迅速再充电的各种二次电池再充电系统得到了开发。在这些系统中，规范的是监视正在再充电蓄电池电压以及/或温度，在达到予定温度或电压的程度时，通过电路控制使对于蓄电池的外加充电电流中断以及/或发生变化，这方面已有技术的代表作为美国专利第4，006，397号Catotti。
并且对于特公昭62-23528号以及特公昭62-23529号各公报，在镍镉电池等的二次电池的再充电方法方面，再充电操作中注意电池电压波形变化，予先存入该电压波形中所出现的多个拐点，在按一定顺序发生存入了的多个拐点情况下，虽然展示了像使充电操作中断那样的方法，但在该方法中，就各种电池每种而言，一个个地事先记录充电操作中的电压波形变化，按照需要再充电电池种类，有必要在实施该充电操作以前，重写相应于该电池记录的存储内容，使操作变得繁琐。同时由于充电操作环境、电池来历等，该电池电压输出波形未必呈现按所存储的顺序和大小的情况，所以不可能作正确充电操作进行再充电操作。从而，难以做到不使电池性能变劣的高速充电操作。
总之，在已有的二次电池，特别是镍镉电池的再充电操作方面，通常实施充电操作时间从6小时起可长达16小时，称之为调整充电即使是较短时间的再充电方法也必需1至2小时。
但是在过去，使称之为有关可再充电的电池、蓄电池、电池组的设备再充电，为一定目的而使用时，虽然懂得最好是充电时间尽可能少，但由于所说的基于该二次电池内部化学反应原理的温度上升、内部压力提高等的问题成为关键，所以在短时间大量电流流入电池的充电，不仅关联到单元的破坏，而且由于该单元电池特性即输出特性、充电特性等的恶化，所以不能采用。
然而近年来，该二次电池的需求在各产业界诸方面大大增加，特别是在包括机床使用现场、医院器械类、移动电话等的通讯事业等中，最不希望发生的是中途停电，同时对可瞬时再充电的二次电池的要求愈加强烈。
因此，本发明的目的是克服上述已有技术的缺点，使用所谓约数分钟乃至20分钟以内的极短时间对二次电池，特别是镍镉电池很容易进行再充电。在较低速已有技术的再次充电系统中不那么有意义，用这种很高速度的再充电则大有意义的是几个参数。然而已经了解到，可有效地处理这些数据，使得对蓄电池无有害的副作用，而产生安全迅速的再充电系统。
本发明为了实现上述目的，采用象下面记载的技术构成。即由以下装置组成二次电池的高速充电装置给需要充电的电池单元提供充电电流的电流供给装置;测定该单元温度的温度测定装置;测定该单元温度，把那个信息存储起来或把那个信息输出到下述运算装置的取样装置;运算处理通过该取样装置得到的该单元温度信息，输出表示应该使该充电操作停止时期的控制信号的运算装置;以及响应该运算装置输出，使从该电流供给装置对该单元的电流供给停止的开关装置，和控制各装置的控制装置。二次电池的高速充电装置其功能是该充电装置的该电流供给装置至少在该充电操作中给该单元提供2C的电流;并且该运算装置具有借助该取样装置，通过温度测定装置获得的该单元温度信息，算出该单元温度上升率的第1运算功能;和使第1时期的该单元温度上升率和其接着的第2时期的该单元温度上升率作比较，算出其变化率的第2运算功能;和该第2时期的该单元温度上升率与该第1时期的该单元温度上升率相比较，判断该第2时期的该单元温度上升率是否超过该第1时期的该单元温度上升率的2倍，根据该判断结果，输出使对该单元的充电电流停止供应的信号的第3功能。
涉及本发明的其它形态方面，前述二次电池的高速充电装置还设置了测定该单元输出电压的电压测定装置;和测定该单元电压，存储该信息或把该信息输出到下述的运算装置的取样装置;和把由该取样装置获得的该单元电压信息作运算处理的运算装置。并且上述充电装置的该运算装置还具有借助该取样装置，通过电压测定装置获得的该单元电压信息，算出该单元电压上升率的第4运算功能;和该电压上升率在一定的期间连续增加后，检测最终该上升率减少的第5功能。该运算装置根据第3功能;根据所谓该第2时期的该单元温度上升率超过该第1时期的该单元温度上升率的2倍的信息和根据该第5功能，根据所谓检测该电压上升率最初的减少的信息，输出使对该单元的充电电流停止供应的信号。
若按照理想的实施状态，本发明的该二次电池提供了比如一方面监视镍镉电池或镍氢电池的温度，另一个方面，把充电电流供给电池的二次电池的再充电方法。
该充电电流的施加在下述时间中断，至少有关作为该二次电池的蓄电池被测定的该二次电池，即镍镉电池或镍氢电池温度至少1个时期，就是说第1时期的上升率与其它时期，即接着第1时期产生的第2时期的上升率相比较，在所谓该第2时期的该单元温度上升率超过该第1时期的该单元温度上升率的2倍的时候中断。
本发明检测象上述方式充电的二次电池单元温度，在上述方法中，若该单元充电率接近100%则利用该单元温度其上升率急剧增加，因此，在该充电操作变成了中止状态，以此使用高电流，虽然能实现调整再充电，但为了使本发明任务得以有效且正确地实施，对利用该单元温度检测获得的温度特性加以识别，检测出该二次电池单元充电操作中的输出电压，当该单元充电率接近100%，则利用检出的电压达到单元温度一样增加的电压上升率值折回呈负增长，就是说利用显示所谓上升初始减少的特性，具有两者特性同时发生的时刻，用于使对该单元的现充电用电流停止供应。
即在本发明，作为有关二次电池的标准，用规定一般电流大小的C速率(C-rate)来表示。使用意味着高电流的2C以上的电流，在再充电操作时、要正确检测在该单元高速、大电流充电操作中显示的单元温度特性。在示出一定温度特性的时刻，利用中止再充电操作方法，可完全避开所谓已成过去的温度上升、内压上升问题，而能实现高速充电。
进一步在本发明，加以相关的温度测定，由于同时也测定单元的输出电压，就能更正确地把握对单元中止充电操作的时间，而可安全、正确地实施再充电操作。这样便不会有使二次电池的输出特性、充电特性变坏的情况，就能延长该二次电池的寿命。
即在本发明提供的二次电池的再充电方法，是与单元温度并用，一方面监视单元输出电压，一方面对电池施加充电电流。中断施加充电电流是在电压增加率连续上升期间刚过后，检出蓄电池电压增加率下降时候。
并且本发明的中断施加充电电流是在至少蓄电池温度上升率倍增、以及电压增加率连续上升期内刚过之后，同时检蓄电池电压增加率下降的时候。
还有在本发明又提供了用于二次电池再充电的装置。该装置内部有用于对电池施加充电电流的电源，探测电池温度，用于生成表示电池温度的输出信号的温度传感器;监视输出信号，在检测到前述信号予定的增加率时产生断开信号的信号处理器;以及用于将电源与电池切断，对断开信号具有响应的开关。温度传感器最好是横跨电池并联连接着的热敏电阻分压器。
本发明提供的二次电池再充电用装置、其构成代之以给电池施加充电电流的电源;探测电池输出电压，产生表示输出电压的输出信号的电压传感器;监视输出信号，在检测到前述信号予定的增加率时产生断开信号的信号处理器;以及对切断电池电源对断开信号具有响应性的开关。
本发明进一步提供的二次电池再充电装置具有给电池施加充电电流的电源;探测电池温度，产生表示电池温度的温度输出信号的温度传感器;探测电池输出电压，产生表示输出电压的电压输出信号的电压传感器;监视输出信号，在检测输出信号予定关系的时刻，产生断开信号的信号处理器;以及对切断电池电源的断开信号具有响应性的开关。
图1是用0.1C速率的蓄电池充、放电等效电路图;
图2是用4C速率的蓄电池充、放电等效电路图;
图3是放电时的蓄电池的等效电路图;
图4是受到过充电的蓄电池用等效电路图;
图5是关于图2的蓄电池充电等效电路，在以秒为单位时间的关系中，用图表示以摄氏为单位的蓄电池温度(下面曲线)和电压(上面曲线)的图形;
图6虽然类似于图5，但用例子表示比在再充电前的初始蓄电池温度在图5中显示出的外壳中所用的蓄电池初始温度还经高的外壳;
图7是图5及图6温度曲线的放大图;
图8是使图5和图6的数据重叠起来的图形;
图9是根据本发明，可对二次电池迅速再充电的蓄电池充电电子电路简图;
图10是表示用于测定在本发明使用的电池表皮温度的测定装置的一个例子简图;
图11是利用测定电池的输出端子电压来测定在本发明使用的电池的温度的测定装置一个例子简图;
图12是说明本发明的充电装置的运算装置6构成一例的方框图;
图13至16是分别表示对使用本发明充电装置，作为二次电池一例的镍镉电池一边作充电操作一边测定其温度和电压的图形;
图17和18表示用公知的充电方法给镍镉电池充电时的温度和电压变化图形;
图19是表示通过在图17和图18中所示的测定数据，运算处理温度上升率和电压上升率的结果图形;
图20和21是表示按在图13至16中所示的测定数据，运算处理温度上升率和电压上升率的结果图形;
图22是表示本发明充电方法步骤例子的流程图;
图23是表示本发明充电装置电路构成例子的方框图;
图24是表示本发明充电装置的电源部分电路构成例子的方框图;
图25是表示本发明充电装置的温度测定电路及其运算处理电路的电路构成例子的方框图;
图26是表示本发明充电装置的电压测定电路及其运算处理电路的电路构成例子的方框图;
图27至43是表示实施本发明充电方法的其它操作步骤的流程图;
图44是说明本发明剩余容量显示装置外形的透视图;
图45是表示本发明剩余容量显示器装置构成一例的方框图;
图46是说明在本发明剩余容量显示装置中使用的一览表概要图;
图47是表示本发明一览表具体例子的图;
图48是表示在本发明剩余容量显示装置中使用的运算处理电路构成一例的方框图;
图49是有关实施本发明剩余容量显示方法的操作程序，存入运算处理电路中的流程图;
图50是表示本发明剩余容量显示装置全部电路构成一例的方框图;
图51是表示本发明剩余容量显示装置全部电路构成一例的方框图;
图52是表示使用本发明充电装置，对镍氢电池作充电操作时充电时间和电压的变化关系的图形;
图53是表示使用本发明充电装置，对镍镉电池作充电操作时充电时间和温度变化的关系的图形;
图54是使用本发明充电装置，对镍氢电池作充电操作时，运算处理对于充电时间的该电池温度上升率和电压上升率，表示运算处理结果的图形。
下面就涉及本发明的二次电池的基本特性和涉及本发明的二次电池高速充电装置以及高速充电方法的原理进行说明。
作为二次电池1个例子的镍镉蓄电池具有用氢氧化镍制成的阳极和镉化合物制成的阴极。用氢氧化钾作为电解(蓄电池)液。充电时起如下反应
在阳极，氢氧化镍变成氢氧化镍(NiOOH)。在阴极，氢氧化镉变成镉。据此产生如下总电位差(电动势)(+0.52伏)-(0.80伏)＝+1.32伏放电时产生以下反应
因此，放电时，化学反应与充电时的相反放电时所产生的电动势也同样与充电时产生的电动势相反。
随着电池达到最大负荷，电解液中所含的水受到电解，在阳极产生氧气并且在阴极产生氢气，这里公知的。其结果引起电解液中水减少。进而在蓄电池壳体内所产生的气体形成内压。为了避免潜在的爆发，在壳体上有降压排气口，当产生的气体集聚超出安全程度，可将其排放出来。现代的蓄电池制造技术使得与其在阳极不如在阴极上提供活性材料(activematerrial)，以此使蓄电池内气体的生成限制在最小限度内。因此在阴极达到最大限度充电状态前，阳极可早已处于该状态。这时以下方法只产生氧气
氧气移向负极，于是和镉再次结合产生氢氧化镉(即无氧气生成)。氢氧化镉原本是阴极放电产物。在和氧再结合反应速度一致以前阴极的充电反应速度还在上升，这时达到了平衡。因此，阴极常常受到低于最大限度的充电，但不生成氢气。把蓄电池看作在达到上述一致时作最大限度地充电，超出上述情况的充电称之为“过充电”。
上述过充电可以说只是限于过充电电流大致以0.3C的速率[即和在1000毫安小时(mAh)的电池上施加的300毫安(mA)等效的充电电流]的情况。用该充电率，蓄电池的内部压力维持在一个大气压。然而，在过充电电流增加到1C的速率(即，与在1000mAh的蓄电池上施加的1000mA等效的充电电流)时，蓄电池的内部压力升至10个大气压。用超过1C的过充电率的充电率，则蓄电池的内压力将会进一步变大。因而，在用高充电率充电时，重要的是防止蓄电池的过充电。
本发明人作出下述理论论述，将有助于同行们对本发明的理解。
所谓蓄电池是以贮存电力为目的的电化学装置。为证明在蓄电池中产生的种种条件，可使用等效电路。当改变蓄电池内化学反应时，应注意往往要用不同的等效电路。
图1是用0.1C速率充电及放电时的蓄电池的等效电路，该电路是最普通使用的电气模型。
蓄电池的内阻Ri以具有与蓄电池内能量大小成反比例的电阻值的可变电阻器来表示。随着蓄电池的充电，开始时Ri虽高，但，随着蓄电池处于充电状态而减小。若应用基尔霍夫的电压法则即可明白，在Ri高时，外加的充电电压大部分降在Ri上，因此在蓄电池的压降极小。随着Ri的减少，外加的充电电压大部分降在蓄电池上、所以降在Ri上的电压极少。随着蓄电池的放电，Ri开始时虽然低，但随着蓄电池能量损耗而增大。所以，初期虽然在Ri上几乎无压降，但该电压降随蓄电池能量的减少而增大。
可分析蓄电池中瓦特损耗效应。Ri使得在蓄电池的充电及放电的两者间发生电力损耗。虽然瓦特损失结果所设想的是热，但假如即使是产生纯粹的热，由于其数量非常之微，所以吸热化学反应和Ri中的瓦特损失的加热效应相抵消。甚至在过充电时，无有害效应达到最高0.3C的速率，蓄电池可容纳过剩能量。
然而，充电/过充电率年超过0.3C时，必须考虑蓄电池内化学反应的固有平衡受到影响的其它主要原因。
图2是用作为高电流条件4C速率的蓄电池充电的等效电路图。该图表示并联2个内电阻器，即固定电阻器Ri和可变电阻器Ri2。Ri2的电阻值与蓄电池能量大小成反比例这一点与图1的Ri相应。同样Ri2内的瓦特损耗引起的加热由化学反应的吸热效应相抵消。Ri的电阻值是固定的，与在蓄电池内发生的任何化学反应都无关这一点，表示是从Ri2分出的剩余电阻成份。Ri1的电阻值较小，因此在中，其所具有的效应尽管不能说得太绝对，但整个蓄电池的全部温度限制在最小限度内或不上升。随着蓄电池处于最大限度的充电状态，Ri2的电阻比起Ri1来要减至低值，所以Ri1的效应起支配作用。这时，Ri1产生大量热，蓄电池的整体温度大幅度上升。
图3表示蓄电池放电时Ri1和Ri2间关系。最初Ri1的电阻起支配作用(即大大超出Ri2的电阻值，所以整个内部加热或端子电压减少最初由Ri1引起。随着蓄电池能量的减少，Ri2增加。根据情况，Ri2的电阻值变得很高，因此蓄电池的电压全部降落在Ri及Ri2上，所以蓄电池本身全无压降(即表现出在蓄电池的端子上的输出电压为零)。
图4是受到过充电的蓄电池的等效电路图。在电池受到最大限度充电时，Ri2的电阻值实际上是零欧姆。因此蓄电池内剩下的唯一电阻用Ri表示。很清楚，由Ri引起的加热，在达到最高0.3C的充电率是最小限度。用0.3C以上充电率，则由Ri1内瓦特损耗生成的热与充电率增大成正比例增大。而且用高充电率会产生过剩量的氧。氧在阴极和镉再结合，会使电池的电压下降。与上述情况相反的是使由Ri1耗散的电力增加，这样热量又增加，造成热击穿条件。因此如上所述在用高充电率充电同时，重要的是防止蓄电池的过充电。
图5至8表示对于正在用4C速率充电的二次电池如镍镉电池的温度及电压效应。图5和6表示有关各蓄电池初始温度的蓄电池端子电压以及其表面温度关系。具体来说，图5是用曲线表示有关用4C速率充电，具有38.8℃初始温度的蓄电池，以秒为单位时间和以摄氏表示的蓄电池温度(带“温度1”标记的下面曲线)及电压(带“伏特1”标记的上面曲线)之间关系。图6标有各蓄电池温度及电压曲线“温度2”以及“伏特2”标记，并且除蓄电池初始温度为23.3℃外，与图5相类似。图7提供了图5及图6温度曲线的放大图。
分析充电时的蓄电池电压，充电周期结束前观察到电压增加率急烈增大接着又减少。参照图5及6，可清楚了解到蓄电池增加率，从最初9分钟(0秒至540秒)每秒约1毫伏到F一个90秒(600秒至690秒)每秒约4毫伏，并且到下一个90秒(690秒至780秒)每秒约8毫伏，是明显上升的。以后，虽然蓄电池的电压继续增加，但其增加率根据情况在830秒时每秒约减少到2毫伏。用4C速率充电约830秒后，蓄电池已经不能接纳能量，这时可认为是最大限度的充电。
分析图5、6和7的蓄电池温度曲线，可了解到，除充电周期终了时，曲线都不一样。从0秒到660秒，“温度1”曲线显示出每秒增温0.0097℃，另一方面，“温度1”曲线显示出每秒实际上降温0.0057℃。从660秒到830秒，温度上升率分别为每秒0.038℃(温度1曲线)以及每秒0.01℃(温度2曲线)。这证明在蓄电池大约最大限度充电时，温度上升率至少增加2倍(就是说加倍)。
作为本发明一个目的的迅速高速率充电为避开可引起蓄电池非常迅速产生不可逆损伤的有害条件需要精确地控制充电量。用最高1C速率给蓄电池进行充电的已有形式的充电技术，使用1C以上充电率的情况下，呈现出不足。特别是发生过剩充电后，象上面所说那样在蓄电池内引起过度的热生成。这会导致容量减少，周期寿命缩短以及电池排气。用超出1C速率的充电率所必需的精确控制，可通过细心监视蓄电池电压、蓄电池的温度或其两者来实现。蓄电池电压只有在蓄电池充电从95%到100%的时候显示出所发生的独有特性。该特性是在蓄电池电压增加率连续上升一个时期后，紧接着其电压增加率就降低。检出这种下降时，必须中断充电，以防止蓄电池过充电。
蓄电池的温度也只有在蓄电池从95%充电到100%的时候才显示出所发生的独有特性。该特性是蓄电池温度上升率至少激增2倍。该迅速增加意味着蓄电池大体上已充电到最大限度，以及应该中断高的充电率。
虽然在检测出上述电压或温度条件之一时，停止用高速率充电，但同时检测出这二个条件时，也可停止用高速率充电。
利用精确控制上述蓄电池高比率的充电，不会使蓄电池产生所不希望的过充电效果，可进行其容量约为从95%到100%以内的迅速充电。
下面参考附图，详细说明有关本发明二次电池高速充电装置的实施例。
在本发明并不限制二次电池的种类，可用于镍镉电池或镍氢电池等的二次电池。下面以镍镉电池为例进行说明。
图9是在本发明的实施例中，说明用于镉镍电池进行高速充电的装置1的第1种方式的构成方框图。图中装置的构成包括给需要充电电池单元2提供充电电流的电流供给装置3;测定该单元2温度的温度测定装置4;测定该单元温度，存储其信息，或把信息输出到下述的运算装置的取样装置5;对通过该取样装置5获得的该单元的温度信息运算处理，输出表示应该停止该充电操作时期的控制信号的运算装置6;响应运算装置6的输出，使来自该电流供给装置3的电流停止对单元2供给的形状装置7;以及控制各装置的控制装置8。作为二次电池的充电装置，该充电装置1的该电流供给装置3在该充电操作中至少给该单元提供2C的电流。演算装置6是具有下述功能的二次电池高速充电装置通过取样装置5和温度测定装置4得到单元的温度信息，算出单元温度上升比例的第1运算功能;把第1时期的单元温度上升比例与与第2时期的单元温度上升比例相比较，算出其变化率的第2运算功能;把第2时期的单元温度上升比例与第1时期的单元温度上升比例相比较，判断第2时期的单元温度上升比例是否超过第1时期的单元温度上升比例的2倍，根据判断结果，对单元输出一个停止充电电流供给的信号的第3功能。
本发明的二次电池高速充电装置1，其基本构成如图9所示测定单元2输出电压的电压测定装置41;测定单元电压，并把该信息存储和输出到下述运算装置的取样装置51;对从取样装置51得到的单元2的电压信息进行运算的运算装置6;运算装置6具有根据取样装置51和电压测定装置41得到的单元电压信息，算出单元电压上升比例的第4运算功能;检出在给定时间里电压上升比例连续增加后，上升比例首次减少的第5功能。运算装置6，基于其第3功能，得到第2时期的单元温度上升比例超过第1时期的单元温度上升比例2倍的信息;基于其第5功能，检出电压上升比例首次减少的信息，根据以上信息，对单元输出一个停止充电电流供给的信号。
本发明的二次电池高速充电装置，可供给高电流对本例的镍镉电池进行充电，与以往充电操作条件完全不同，至少可以对镍镉电池供给2C比率以上的高电流。
具体地说，可根据各镍镉电池的额定电流，供给2C或以上的电流，即3C、4C或5C等的电流。
在本发明中，可根据包含镍镉电池的构成、输出电压、输出电流等的电池额定值、各种特性，以及剩余容量、充放电过程等，把充电时应供给的电流量，调整到最适宜的数值。为此，在本发明的镍镉电池调整充电装置中，设置了变更电流量(C比率)的电流量变更装置9。
在本发明中，采用由温度传感器构成的温度测定装置4，测定供给高电流时二次电池，例如镍镉电池的温度。被测的温度可以是电池的表面温度(表皮温度)、内部温度、以及电池的端子部位的温度，无论哪个温度都可以，可根据需要选择适宜的方式，予以测定。
温度测定装置4中使用的温度传感器的结构，没有特别的限制，例如，如图10所示，在单元2本体部分表面，有NPN晶体管或热敏电阻构成的温度传感器45，用粘着纸带46使其与单元3本体部分表面接触。
把单元2插入充电装置进行充电时，如图10所示，单元的一个端子接正电极，另一个端子接负电极。
图11是表示用在本发明的镍镉电池高速充电装置中的另一种温度测定装置。在本例中，以测定充电的单元输出端子温度为例，单元2的正端子31与内部装有弹簧的接线端43连接，供给充电电流;由金属构成的负端子32与内部装有弹簧的充电端子42连接，充电端子42接地，使负端子32的电流流出，在充电端子42上安装了温度传感器4，测定电池输出端子的温度。
把该温度数据变换成相应的电压值，供给后述的运算处理装置。
本发明的运算装置6可以根据其第5种功能给出充电电流停止供给信号，然而只有在检出单元2的电压上升比例首次下降后，至少又连续几次检出了电压上升比例的下降，才能输出该信号。
如图5和图6所示，单元2从充电开始到充电完了，该单元电压的上升比例一直都是上升的，以其单元的电压电平变化的微分值所表示的变化程度，都是正值，把其再次微分的变化的比例，可表示为0或正。当对该单元进行充电，其充电率约为100%时，电压急剧减少，则电压的上升比例转变为负值。
当测定单元电压的变化在一定期间连续上升时，检出了连续电压上升期间首次电压上升比例的下降，则可判断为充电状态是或接近100%，把中止充电的控制信号输入控制装置8，通过开关装置7，使电流供给装置3的充电电流不再流入单元。
当单元的充电率接近100%时，电压电平的变化是个微秒状态，考虑到安全性，在电压上升比例刚刚变负时，不立即发出中止充电的控制信号;在进行1～2次取样，确认上升比例后，再发出中止充电的控制信号。
例如，在电压上升比例变负后，当连续3次电压下降时，发出中止充电的控制信号。
下面参照


本发明使用的运算装置的结构。
图12是取样装置4或41中存储电路和运算装置6的功能和电路构成图，是测定单元温度并运算处理其结果的装置的框图。其构成是存储由温度测定装置4在一定时间内取样的单元的温度信息的第1存储装置61;从存储在第1存储装置61中，在一定时间间隔内的至少2个温度信息，算出在该时间内单元温度平均值的第1运算装置62;存储从第1运算装置62算出的单元平均值的第2存储装置63;从存储在第2存储装置63的温度平均值信息，运算在相邻的一定期间内，例如5秒时间单元温度上升或下降的变化比例，从存储在第2存储装置63的信息，运算在充电期间的某个适当的第1时期(例如5秒时间)的单元温度上升比例的第2运算装置64;运算继第1时期后的第2时期的单元温度上升比例的第3运算装置65;判断由第3运算装置65得到的第2时期单元温度上升比例，是否至少超过由第2运算装置64得到的第1时期单元温度上升比例2倍的第4运算装置66。
在本发明充电装置中，上述第2和第3运算装置64、65，可以是通用的。
以下举例具体说明本发明测定信息的运算处理顺序。
首先，说明测定温度控制充电操作的方法。
从中央控制装置8，以一定间隔发出时钟信号，与此相应，温度测定装置4测定单元表皮温度，并把该信息存储在第1存储装置61中。
采用适当的传感器，把该单元温度变换为电压。
相应于每一个时钟信号，得到一个温度测定信息，则在给定时间内得到的多个温度信息存储在第1存储装置61中。
本发明的时钟信号周期，相当于取样周期，对该周期没有特别的限定，例如，可在1秒钟取样10～50个数据。
第1存储装置61有较大的存储容量，例如，至少可以在5秒时间存储250个数据。
取自第1存储装置61的多个温度信息，在第1运算装置62中，算出一定时间内温度信息的平均值。
该平均值可以是由连续取样得到的至少2个温度信息算出的单元温度平均值(TAV1、TAV2、……TVn);也可以是在相应的一定时间内，例如5秒钟内，由10～50个数据算出的平均值。
作为存储装置，可以采用FIFO(first-in-first-out)型存储装置。
由第1运算装置62算出的单元温度平均值(TAV1、TAV2……TVn)，存储在第2存储装置63中。
从第2存储装置63存储的电池温度平均值信息(TAV、TAV2……Tvn)，运算在相邻的给定期间内，例如5秒钟内该电池温度上升或下降的变化比例。
例如，在第1期间，即某选定期间5秒钟内的平均值为TAV1，继第1期间后第2期间5秒钟内和平均值为TAV2，继第2期间后第3期间5秒钟内的平均值为TAV3，则通过第2运算电路64和第3运算电路65，其各期间温度平均值的变化比例(VT1、TT2)分别运算为TAV2-TAV1＝VT1TAV3-TAV2＝VT2同样可对充电操作的各期间，运算温度平均值的变化量(VT1，VT2)。
上述各值表示5秒时间的温度变化比例，该数据可以使用然而，要表示单位时间的变化比例，例如1秒时间的温度变化比例，可作如下运算VT1/5＝RVT1VT2/5＝RVT2从第3运算装置65得到的第2时期单元温度上升比例RVT2，与从第2运算装置64得到的第1时期电池温度上升比例VT1或RVT1有怎样的比率关系，第4运算电路66可进行运算和判断。
如前所述，充电率接近100%时，二次电池的单元温度将急剧上升，当检出了这一状况而未能中止充电操作时，将损坏单元使其性能劣化。为此，在本发明中，监视单元温度上升比例的变化，检出本次单元温度上升比例超过上次单元温度上升比例2倍的变化，则判断此时单元充电率为100%或接近100%，发出中止充电操作的控制信号。
具体地讲，第4运算装置66要判断第2时期单元温度的上升比例VT2或RVT2，是否至少超过了第1时期单元温度的上升比例VT1或RVT1的2倍，即2VT1＜VT2在上述运算处理中，测定高速充电操作时的单元电压，与电压上升比例组合在一起，作为中止充电操作所采用的第2种方法。下面说明测定单元电压的运算装置6的构成和测定步骤。
如上所述，本发明中测定单元电压。运算该电压信息的运算处理装置，与运算装置6的大部分是通用的，有关通用处理装置的具体说明就省略了，仅仅说明与电压信息有关的部分。
在镍镉电池的单元2端子上，安装与输出电压测定装置相配合的电压测定传感器，与测定温度的情况一样，按照从中央控制装置8以一定间隔发出的时钟信号，电压测定装置41测定单元电压，并把该信息存储在第1存储装置61中。
至于以下第3运算装置65的信息处理步骤，与上述温度信息的运算处理步骤是一样的。
即从电压信息算出单元电压平均值(VAV1、VAV2……Vvn)，则可以运算出在第1期间和第2期间的电压平均值变化量VAV2-VAV1＝VV1
VAV3-VAV2＝VV2根据上述各信息，必要时可算出1秒时间该温度变化的比例VV1/s＝RVV1VV2/s＝RVV2由第3运算装置65得到的第2时期单元电压上升比例VV2或RVV2，与由第2运算装置64得到的第1时间单元电压上升比例VV1或RVV1的关系如何，可由第4运算装置66判断。
如前所述，在充电操作中，二次电池的单元电压，在充电开始时随充电时间的增加而缓慢增加;当充电率接近100%时，电压急剧上升;当充电率达100%或极接近100%时，电压急剧下降，此时，应立即检出该状况并中止充电。
为此，如前所述，要监测单元电压上升比例的变化，在整个充电期间，继电器上升比例连续增加或上升比例不变后，该电压刚刚开始下降时，即该电压上升比例为负的时间点，可判断此时为单元充电率是100%或接近100%，应发出中止充电的控制信号。具体地说，要判断第2时期单元电压上升比例VV2或RVV2与第1时期单元电压上升比例VV1或RVV1，是否有如下关系VV2-VV1＜0
在本发明中，可根据上述运算处理结果，立即输出中止充电的控制信号;也可以在连续数次监测电压信息，确认电压下降后，输出中止充电的控制信息信号。
图13～图18表示本发明充电时镍镉电池的温度和电压变化，与以往充电情况的比较。
图13是本发明以3C速率进行高电流高速充电时，镍镉电池的温度变化波形图;图14是电压变化波形图。
图15是表示以5C比率进行高电流高速充电的情况，由图可见，以往的充电操作要达到完全充电，至少要40分。而且该镍镉电池的充电率即使接近100%时，其电池温度及电压的变化比例也比较小，因此不可能确知迅速地判断充电率达100%时中止充电的时间点。
在本发明的电池充电率达100%的20分以至10分钟内，以往的充电操作，其波形不可能有显著的变化，因此，没有判断继续中止充电操作的根据。
本发明在20分钟以内，特别是4C、5C比率情况下，在14分钟以内，充电率可达100%。
以图13～图18的波形为基础数据，第1表～第3表表示充电单元的温度和电压的实测值。
第1表是用以往的高速充电法，以1.5C的比率，对サンヨ-电气(株)制KR-1200AE镍镉电池充电，在1秒取样周期测定50个温度和电压数据，表示在5秒周期该取样数据的平均值。
第2表和第3表是与第1表相同的测定数据，但是，是分别以3C比率和5C比率，对松下电工(株)制P-60AARM进行充电的情况。
图19～图21是以第1～3表的数据，根据上述定义算出温度及电压的上升比例，予以曲线表示。
图19是根据第1表的数据，算出温度及电压的上升比例，以曲线表表示。对于充电时间，在40分钟以前，温度和电压的上升比例几乎不变化，以同一个上升比例继续上升;接近40分钟时，温度上升比例稍大一些。对于充电时间，在40分钟以前，电压的上升比例几乎没有变化，约以同一个上升比例继续上升;接近40分钟时，电压上升比例突然急剧下降。
图20是本发明的情况，是表示根据第2表算出温度及电压上升比例的曲线;图21是表示根据第3表算出温度及电压上升比例的曲线。它们在20分钟以内，温度上升比例都显著变大了，而随着充电率接近100%，电压上升比例不断显著变大，当靠近100%时，电压上升比例下降，电压急剧下降。
图22表示本发明充电操作中运算处理方法的流程图。
首先，起动后的第(1)步;检查该二次电池的特性，与此同时，设置充电环境。
在本发明对二次电池充电时，其充电操作要求在-10度到+45度范围进行，因此首先要测定温度环境如何，设置实现正常充电操作的环境。
其后，在步骤(2)，判断是否设定了适合充电操作的环境。如果没有，返回到步骤(1);如果是，进入步骤(3)，判断是否设定了测定镍-镉电池的温度，或者温度与电压两者的取样周期，如果不是，返回到步骤(1)，重复上述的操作;如果是，进入步骤(4)，与该系统周期同步输出的时钟信号同步地分别测定镍-镉电池的温度和/或电压。
有关测定的各温度和电压的数据，一次存储到，例如，设置于该采样装置的存储装置或者设置于运算装置6的存储装置中。
然后，在步骤(5)，判断是否经过了所定的充电时间，例如5秒。如果没有，返回到步骤(4);如果是，进入到步骤(6)，算出在该5秒时间内测定的温度及电压的平均值。
亦即算出在5秒时间内元件温度的平均值(TAV1、TAV2、TAV3…TAVn)和元件电压的平均值(VAV1，VAV2……VAVn)，存储于第2存储装置63中。
然后，进入步骤(7)，由步骤(6)算出的各平均值，算出相邻时期温度和电压平均值的变化。
即，关于温度，例如，第1时期，也就是在最初5秒期间平均值TAV1与接续第1时期的5秒的第2时期平均值TAV2以及加上第3时期，也就是接续第2时期的5秒的平均值TAV3，按下面的方式计算出这整个时期内温度平均值的变化量(VT1，VT2)把其结果在第3存储装置65中进行存储。
TAV2-TAV1＝VT1TAV3-TAV2＝VT2并且，关于电压，例如，第1时期内的平均值VAV1与第2时期平均值VAV2以及加上第3时期平均值VAV3，按下面方式计算出整个时期温度平均值的变化量(VV1，VV2)，把其结果同样地在第3存储装置65中进行存储。
VAV2-VAV1＝VV1VAV3-VAV2＝VV2然后，本发明进入到步骤(8)，判断运算数据是否是关于温度的数据。如果是，进入步骤(9)，判断温度上升速率是否增加。如果不是，返回到步骤(8)。如果是，进入步骤(10)，判断是否检测出该元件温度上升速率超过上次测定时该元件温度上升速率的2倍。如果是，进入步骤(11)，产生指示充电操作中止的控制信号，在步骤(16)使充电操作中止。如果不是，返回到步骤(9)，重复前述的各种操作。
另一方面，在步骤(8)，如果不是，即进入步骤(13)，判断电压上升速率是否在所定时期连续增加后出现最初的减少，如果不是回到步骤(8)。如果是，进入到步骤(14)，判断电压上升速率的减少是否连续3次，如果不是，回到步骤(13)，重复上述各工序。如果是，进入到步骤(15)，产生指示充电操作中止的控制信号，进入到步骤(12)。
在步骤(12)，有选择地输入来自步骤(11)的输出信号，此步骤(11)用于判断前述温度上升速率的变化;与来自判断电压变化步骤(15)的信号进行AND逻辑操作，并输出中止充电操作的控制信号。
下面，说明按照本发明的充电装置电路结构的一个具体实施例。
图23是表示按照本发明的充电装置的一具体电路图实例。
图23是按照本发明用2C上的高电流率对二次电池快速再充电的蓄电池充电器的电路简图。这个电路，通过检测蓄电池电压及/或温度，同时按照几个予定参数控制对蓄电池的附加充电电流，提供蓄电池的电压及温度的实时显示。
该电路具有下述功能。BT1表示，通过电阻器R1，由功率MOSFETQ1(MOS场效应晶体管)提供充电电流，进行再充电的蓄电池(图9中的2)。与蓄电池外壳相连的温度检测热敏电阻RT1构成的温度测量装置4，产生表示蓄电池2温度的温度输出信号Tsense。Tsense由模拟放大器U1放大。RT1与电阻器的R2组合，形成分压器网，由此使RT1的电阻随着蓄电池温度的变化而按比例的变化。具有10个通道的模-数转换器U2的第1通道(AD0)接收表示蓄电池2电压的电气输入信号+BATT。第二通道(AD1)接收由放大器U1输出的已经放大了的表示温度的信号。不使用模-数变换器U2的其他的通道。
模-数变换器U2，把其他输入信号，从模拟形式转换成适合输入到相当于具有装载RAM，ROM及I/O端口的本发明中的运算装置6及中央控制装置8的集成电路微型控制器U3的数字形式。微型控制器U3，如下面说明那样，为控制MOSFETQ1被予先进行程序编制，从模-数变换器U2中读出数字信号，然后处理该数据。
还有，在本具体实施例中，在图6或图12等图中说明的多种存储装置，都设置在具有运算装置的集成电路微型控制器U3中。
微型控制器U3，同样地，输出在例如2×28文字液晶显示装置100上作数字显示的蓄电池的电压及温度实时数据所需的适当信号。
固定电压调整器U4，给电路提供该调整的所需供电电压信号Vcc。PNP晶体管Q2起着在存在有蓄电池信号BT1时将通过端子+V1n和GND供给的输入功率耦合到电压调整器U4的开关作用，而在蓄电池确实不存在的情况下，则由U4解除输入功率的耦合。
下表提供了关于图23中描述说明的电路构件的电子部件的规格。
参照符号内容说明Q1内部整流器1RF350的功率MOSFET(MOS场效应晶体管)Q2莫托罗拉 2N3906PNP晶体管RT1Fenwal192-303KET-A01热放电阻器R15欧姆25瓦10%R230K欧姆1/4瓦R310K欧姆1/4瓦R410K欧姆1/4瓦R510K欧姆1/4瓦R6510欧姆1/4瓦R7100欧姆1/4瓦R810K欧姆1/4瓦R91M欧姆1/4瓦C11μF35伏特电解电容器C222PF35伏特电解电容器
C322PF35伏特电解电容器C410μF35伏特电解电容器C51μF35伏特电解电容器C60.1μF35伏特电解电容器U1莫托罗拉μA741运算放大器U2莫托罗拉145051A/D变换器U3莫托罗拉68HC705C8微处理机U4莫托罗拉LM7805电压调整器显示装置OptrexDMC16230液晶显示装置下面，由图24到26，说明涉及本发明的二次电池的高速充电装置电路结构的其他实施例。
图24是表示关于本发明的该充电装置的电池连续部件，电源供给部件及时钟发生部件的电路构成例的方框图。
即，在图24中的122是充电二次电池120的电压输入端，而121是接地端。
还有，123是连接该电池的温度测定装置4的正电位的端子127端子，125是该温度测定装置的负电位端，它与接地(GND)的低电位电源端子133相连，并且连接电池的接地端121。
而且该电池的正负电压输入端122和121，分别和测定各电池输出电压的电压测定装置41的正负端124和126相连。
还有，该电池的正电压(高电位电源)的输入端122和连接到予定高电位电源132的电源控制电路103的输出相连。
该电源控制电路103，由两个晶体管Q2和Q3以放电阻R3到R6构成，晶体管Q2和Q3在以后叙述，根据前述的温度测量信息及电压测量信息，具有停止供给电池充电电流的开关功能。
另一方面，101是时钟发生器，例如，采用E555的集成电路芯片，从输出端126，产生具有予定占空比的时钟。
从该时钟发生器电路101输出的时钟信号可以是，例如具有0.5秒闭合状态的脉冲宽度的脉冲，5秒钟产生一次，或者也可以是例如以0.2HZ的周期输出其闭合状态占空比为5%(5%/95%)的脉冲。
其次，图25是表示进行温度测定和前述运算处理的运算处理电路的一具体实施例的方框图。
在图25中，从连接前述的电池120的温度测定装置4的端子127和125来的电压信息。在由差动放大器U9和U1构成的电压缓冲装置140，调整到予定电压后，输入到信息处理电路150。此处理电路150由存储装置61，运算处理装置62和存储装置63构成。按照本发明，在第一存储装置61存储取样的温度或电压信息。由此第一存储装置61的存储温度或者电压信息经运算处理装置62计算出予定时间，例如5秒内的该各信息的平均值的。由该运算处理装置62算出的所定时间的平均值存储在第二存储装置63中。
另一方面，从图24的时钟发生装置输出的例如，象前述那样的时钟信号被输入到端子126，并在输入到由继电器K1构成的切换电路160的同时，也输入到前述的第二存储装置63。
还有，由继电器K1构成的切换电路160，采用常闭状态的结构，在不输入脉冲的情况下，处于断开状态。
每当输入5秒钟产生一次脉冲时钟信号时，由第二存储装置63取出的，例如已经运算处理过的被存储的各5秒内的温度或电压的平均值中的最初的平均值数据TAV1，即与该时钟信号同步输出，并且在输入到构成由差动放大器U4构成的本发明所述的第二运算装置64的运算电路151的同时，在相应时刻，由于切换电路160变成闭合状态，该平均值数据TAV1，即通过该切换电路160，存入由差动放大器U2和差动放大器U3及电容C1构成的暂时存储电路152。
该暂时存储电路152的输出，输入到构成前述运算电路的差动放大器U4一端的非反向输入端，与输入反向端的第二存储装置63的输出进行差分运算处理。
因为在前述的时钟信号脉冲成为断开状态时切换电路160成为断开状态，所以该最初输出的温度数据TAV1，就处于存储在暂时存储电路152的状态。
然后，在输入第二个时钟信号脉冲时，由第二存储装置63取出的第二个平均值TAV2，输入到运算电路151，在前述暂时存储电路152存储的温度数据TAV1期间，计算TAV2-TAV1的差分值，决定第1时期的温度变化比率。
同时，在暂时存储电路152中存储的前次温度数据被置换成这次的平均值TAV2。
另外有，与输入下一个时钟信号脉冲同样地从第2存储装置63取出的第3平均值TAV3被输入第2个运算电路151，运算出与存储前述的暂时存储电路152中的温度数据TAV2期间的TAV2-TAV1的差分值，以决定第2时期温度变化的比率。
亦即，在实施例中，是表明与前述的第2运算装置64及第3运算装置65，共同的电路151进行运算处理的例子。
该第2运算电路151的输出(TAV2-TAV1)输入到由差动放大器U5构成的缓冲器153及由差动放大器U8构成的本发明中的第4运算装置66所组成的运算电路155。
输入到该缓冲器153的该第2运算电路151的输出(TAV2-TAV1)，在切换电路160处于闭合状态时，通过该切换电路160，存储在由差动放大器U6和U7及电容C2构成的另一暂时存储电路154。
并且，借助把缓冲器153的放大倍数设定为2，由于缓冲器153的输出的温度数据变成2(TAV2-TAV1)，关于存储在另一暂时存储电路154的第1时期中的温度变化比率的数据亦变成2(TAV2-TAV1)。
此外，这一输出被输入到前述运算电路155反向输入端，而对前述第2运算电路151输出的下一时期，即第2时期的温度变化比率进行差分运算处理。
也就是，在该运算电路155中，实行下述的运算处理(TAV3-TAV2)-2(TAV2-TAV1)＞0。
也就是，由该第4运算处理装置，在第2时期温度变化比率，超过在5秒前通过取样而得到的第1时期的温度变化比率的2倍，并且快速上升的情况下，输出正电压判断镍-镉电池充电速率已经达到大致100%，中止该充电操作。
也就是，在上述状态下，第4运算处理装置66的输出，由输出端156输入到图24中电源控制电路103的输入端131，依靠使构成该电源控制电路103的晶体管Q2截止，来切断电源132供给二次电池120的电源。
还有，图26是说明本发明中与温度测量装置组合地测量用的二次电池高速充电操作中输出电压情况下运算处理电路结构的方框图。
图26表示的电压测定装置的电路结构，基本上与前述的温度测定装置相同。
即，在图26中，来自与前述电池120相连的电压测定装置41的端子124和126的电源信息，在由差分放大器U1构成的电压缓冲器141调整到所定的电压后，输入到利用本发明中的由存储被取样电压信息的第1存储装置61，将第1存储装置61存储的电压信息，在予定的时间，例如5秒中运算出各信息的平均值的运算处理装置62以及存储运算装置62运算的所定时间内的各平均值的第2存储装置63所构成的信息电路150内。
另一方面，由图24中的时钟信号发生装置101输出的例如象前述那样的时钟信号，输入到端子126，并在输入到由继电器K1构成的切换电路160的同时输入到前述第2存储装置63。
并且，由该继电器K1构成的切换电路160，采取常断结构，在没有脉冲输入的情况下处于断开状态。
输入该5秒产生一次的时钟信号时，从第2存储装置63与时钟信号同步地输出，例如，已经运算处理过的5秒内的电压平均值中的最初的数据平均值VAV1，并且其输入到由本发明叙述的由差分放大器U4构成的第2运算装置64构成运算电路151的同时，在相关时刻，由于该切换电路160变成闭合状态，该平均值数据VAV1即通过该切换电路160，存储在由差分放大器U2与差分放大器U3及由电容C1构成的暂时存储电路152中。
把暂时存储电路152的输出，输入到构成前述运算电路的差分放大器U4一端的非反向输入端子，与输入到反向端子的第2存储装置63的输出进行差分运算。
因为前述的时钟信号的脉冲为低时切换电路160处于断开状态，该最初输出的电压数据VAV1，即处于存储在暂时存储电路152的状态。
接着在输入第2个时钟信号脉冲时，从第2存储装置63取出的第2个平均值VAV2，输入到该第2运算电路151，计算其与存储在前述电路152的电压数据VAV1之间差分值VAV2-VAV1，以确定第一时期中的电压变化率。
同时，把存储在暂时存储电路152的第一次的电压数据，置换成当前这次的平均值VAV2。
在输入再下面的时钟信号脉冲时，同样从第2存储装置63取出第3个平均值VAV3输入到第二个运算电路151，计算其与存储前述暂时存储电路152中数据VAV2之间的差分值VAV3-VAV2，决定第2时期电压变化的比率。
第2运算电路151的输出(VAV2-VAV1)，在输入到由差分放大器U5构成的缓冲器153的同时，输入到由差分放大器U8构成的，相当于本发明叙述的第4运算装置66的运算电路155。
输入到缓冲器153的第2运算电路151的输出(VAV2-VAV1)，在切换电路160处于闭合状态时，通过切换电路160，存入差分放大器U6、U7和电容C2构成的暂时存储电路154中。
并且，其输出输入到前述运算电路155的反向输入端与在由前述运算电路153输出的下一时刻即第2时期的电压变化比率进行差分运算。
也就是，在该运算电路155中进行下述运算处理(VAV3-VAV2)-(VAV2-VAV1)＜0。
也就是，从第4运算处理装置66来的第2时期电压变化比率，在比5秒钟前取样得到的第1时期电压变化比率低时电压变化率被表示为负的状态时，输出正的电压，通过判断，该第二次电池的充电速率连到大致100%，与前述温度测定装置来的信息作AND逻辑处理，当两者都处于正状态的情况下，中止充电操作。
也就是在上述状态下，第4运算处理装置66的输出，从输出端157输入到图24中电源控制电路103中的输入端130，借助构成电源控制电路103的晶体管Q2截止，来切断由电源132供给电池120的电源。
为此希望按下述情况构成如图24表示那样，与温度测定输出端156相连接的电源控制电路103的输入端131，通过适当的状态选择电路162与电源控制电路103的晶体管Q2相连，与温度测定输出端156相连的该电源控制电路103的输入端131，与电压测定端子157相连的电源控制电路103的输入端130输入AND电路161，同时通过状态选择电路162，连接电源控制电路103的晶体管Q2。
以下举例说明于上述图24-图26电路中各部件的具体例在图24电路结构中C110μFC20.1μFQ1NPN晶体管
Q22N4403晶体管Q32N3055晶体管R1576K欧姆R272K欧姆R3.R4470欧姆R51K欧姆R62R。25W(瓦)U1NE555。
在图25的电路结构中C1，C21.0μFK1继电器-DPDTR150K欧姆R2，R4，R5，R6，R7，R7，R9，R10，R12，R1310K欧姆R3，R11，R15，R17，R18100K欧姆R14110K欧姆R162.7K欧姆U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8，U9741。
在图26的电路结构中C1、C21.0μFK1继电器-DPDTR1，R2，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R12，R1310K欧姆R3、R11100K欧姆U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8741。
此外，下面综合图27-50所示简要说明为执行有关本发明的二次电池高速充电方法的其他运算处理操作流程图。
也就是，图23中的微型控制器U3，由本领域技术人员，用公知的方法，加以编程以完成以下功能(1)读出表示US产蓄电池的电压及温度的数字式编码电压信号;(2)为了检测蓄电池温度2倍上升率的增加或者蓄电池电压增加率在其连续上升以后蓄电池电压增长率的下降或者此两者连续地监视输入信号的连续取样;(3)在检测到上述情况之一或二者时，或者在蓄电池的温度或者电压超过规定时，为了中断对蓄电池的高速充电，使Q1截止;(4)对蓄电池的实时电压和/或温度，进行数字式显示。
图27-43是更详细说明微型控制器U3执行的程序中的一系列操作的软件流程图。
图27表示为设定软件以后要使用的各式各样工作寄存器的初始设定的程序图。图28描述设定数据表、指针等的一个初始设定程序。
图29(a)和(b)包含为了把2进制数据装入缓冲器，变换成ASCii形式表示的子程序。图30是在液晶显示输出装置上显示缓冲器内容的子程序。
图31表示，采用本发明的蓄电池充电，为了计算所需总的时间而利用的计数器子程序。
图32、33、及34为用于鉴定由模-数变换器得到的平均值是否满足本发明的充电标准而设置的检查子程序。
图35表示，将液晶显示装置显示的数值置零的液晶显示装置初始设定子程序。图36表示，对显示装置由写入前述缓冲器的内容来连续更新显示装置的子程序。
图37表示，为将欲进行显示的数据作适当的格式化处理，使数据平均输出进行定标，和范围调整的子程序。
图38表示初始设定微处理机，中断及定时的子程序。
图39表示，设定模-数变换器，所定使用的取样时间宽度的子程序。
图40表示，为了给使用者提供本发明执行的视觉表示，显示蓄电池充电过程已经达到充电的电平，而设置使用能一次形成一列“棒形图”的发光二极管光段线形陈列(图中未作出)的子程序。
图41表示按照本发明实现给主蓄电池进行充电功能的子程序。
图42表示设定最大及最小的温度和电压值的子程序。图43表示分别初始设定模-数变换器和显示格式时钟数据的一对子程序。
本领域技术人员对照上述的公开会理解不偏离发明的思想或范围，对于本发明的实施，可能进行许多变更的修改。因此只能根据下面权利要求限定内容，来解释本发明的保护范围。
上例中，以镍镉电池为二次电池，用本发明的充电装置和充电方法，对镍镉电池充电，分析温度和电压的变化与充电时间的关系。在下例中，以镍氢电池为二次电池，说明其充电的情况。
采用市售的パナソニツク(注册商标)6V1500mAh(录像机用)的镍氢电池为二次电池，进行本发明的高速充电。
充电条件是每个电池进行1V的放电处理，使电荷的剩余量为0，再进行2C比率的调整充电。取样条件与前例的条件一样。输出条件是以每10秒得到的取样数据平均值来表示。
其结果如表4所示。
第4表的电压上升比例和温度上升比例可表示为连续6个输出电压及温度数据的平均值与前6个输出数据平均值的差。
图52是充电时，镍镉电池的电压变化图。
图53是充电时，镍氢电池的温度变化图。
图54是由第4表算出的电压上升比例和温度上升比例，对时间轴的曲线图。相当于前例的图19和图21。
上述结果显示，镍镉电池高速充电时，电池电压及温度与前例的特性大致相同。镍氢电池电压上升比例和温度上升比例的变化与前例一样，当充电率接近100%时，电压上升比例急剧下降，而温度上升比例显著增大，因此，在镍氢电池调整充电时，采用本发明的方法和装置，可以极正确迅速地判断继续充电或者停止充电。
用本发明的高速充电方法对二次电池充电时，有一定的电荷剩余容量，重要的是，要迅速准确地把握充电中的二次电池充电率是多少，或者说当时的电荷剩余容量是多少。
为此，发明人采用简便的办法，在短时间内正确地测定了进行再充电的镍镉电池或镍镉电池的二次电池剩余容量，提供了可以表示其结果的二次电池剩余容量表示装置及二次电池剩余容量表示方法。
这里，参照图44至图51，详细说明本发明的二次电池剩余容量表示装置及二次电池剩余容量表示方法。
本发明研究了以往二次电池充电操作的结果，在测定剩余容量时，要了解电池内部电阻的异常变化。根据实验，镍镉电池等二次电池的内部电阻，在放电时没有大的变化;而在充电时，显示出异常特性，特别是以2C比率高电流进行高速充电时，显示出明显的特异性。
也就是，镍镉电池和镍氢电池等二次电池的内部电阻，在剩余容量低时，内部电阻值高;相反剩余容量高时，内部电阻值低。
镍镉电池或镍氢电池等二次电池的输出端电压是变化的，可用下述方法得到用模拟/数字变换装置，把从测定电池输出端电压电路装置得到的模拟信号，变换为数字信号，再用微处理机器等运算处理装置加以运算。
即，在本发明中，对应二次电池的剩余容量从0%到100%的变化，该电池的输出端电压值是非直线性的，因此，很难用单纯线性式表示电池剩余留容量与输出端电压值的关系。如下所述，采用予先测定电池输出端电压，再制成电压值与剩余容量对比图表(一览表)的办法，加以比较判断，推定电池的剩余容量。
在本发明中，按各个二次电池的充电操作情况，制成了下述的一览表，予先存储在该剩余容量表示装置的存储装置中。
在本发明中，镍镉等二次电池的剩余容量%，所以能从该电池输出端电压值测定的理由，如上所述，是由于二次电池的内部电阻在以2C以上的高电流充电时，具有特异性，即它是随电池的剩余容量而变化的。
本发明的镍镉电池或镍氢电池等二次电池，一般来说，电池充电时输出端电压Vt为Vt＝lx(Rc+Rrc+R)式中，Rc是欧姆电阻，是随充电电流变化的电阻成分;R是随电池内部构造的电导率变化的欧姆电阻，随温度变化的电阻成分。
Rrc是随剩余容量变化的欧姆电阻。
电阻成分Rc和R是固定的，因此可以认为，镍镉电池输出端电压Vt，随电阻成分Rrc、即剩余容量的变化而变化。
根据上述原理，对镍镉电池等二次电池充电时，特别是外加2C比率以上的高电流时，其内部电阻剩余容量而变化，这也反映在电池的输出端电压值上。
充电的二次电池有自己特有的性能，不同类型、结构、规格容量的二次电池有不同的性能，因此，一览表200要个别测定和制作。
下面参照图44至图49，以镍镉电池为例，说明本发明的二次电池剩余容量表示装置的结构。
图44是剩余容量表示装置的外观斜视图。
在本体101的上部是插入准备充电的镍镉电池、镍氢电池等二次电池102的插入口103，其侧面是操作开关群104，和电池容量的表示装置105。
图45是本发明的剩余容量表示装置的内部结构框图。
图45的剩余容量表示装置的构成是对二次电池102至少提供2C比率电流的电源供给装置106;电池保持装置107;在电池端子测定输出电压的电压测定装置108，在电源供给装置106向单元供电时，由电压测定装置108在电池102端子取样的取样装置109;随电池102的种类其剩余容量是固有的，可把剩余容量的全范围分成多个限制区域，其各区域是由代表剩余容量来区分的，形成特定区域群，存储对应于各特定区域的多个特定电压领域间关系的信息的存储装置110;把测定的电压值依次与存储装置110内存储的多个特定电压领域相比较，运算该测定电压值是否包含在哪一个特定电压领域内，从而判断该电池的剩余容量是否包含在表示电池剩余容量的多个特定区域的哪一个区域的运算装置111，相应于运算装置111的输出，表示电池102剩余容量范围的表示装置105。
本发明中还有对上述各装置进行集中管理控制，由微型电子计算机构成的运算控制装置112;选择调整电源供给装置106供给电池102电流量的电流调整装置113。
在存储装置110中还设有从存储装置存储的多种一览表200中，选择最适合镍镉电池102充电的一览表200的一览表选择装置114。
电流供给装置6至少能供给电池102的单元2C的电流，其电流量可由电流调整装置113选择最适当的量供给镍镉电池102。
具体地说，要根据各个镍镉电池等二次电池的额定电流，供给2C或以上的电流，即3C、4C或5C的电流。
因此，在本发明中，要根据被充电的二次电池的构成，输出电压、输出电流等额定值、各种特性、剩余容量、充放电过程等，调整供给电池的最适当电流量，为此，设有变更电流量(C比率)的电流量变更装置113。
电压测定装置108，根据取样装置109的指令，测定电池的输出端电压，并将其结果输入取样装置109，必要时，取样装置109也可以存储电压值信息。
本发明对测定输出电压的装置，没有特别的限定，可以用以往公知的电压测定装置。
把存储在一览表200内的关于二次电池102的预先测定的剩余容量范围和电压范围的信息共同读出，与从取样装置109中取样的电压值，在运算装置111中进行比较。
然后，判断该取样所得的电压值包含在该一览表的哪一个电压值区域内，根据此结果，对应于包含该电压值的该一览表200的电压区域，从该运算装置111输出显示了有关所设定的该电池的剩余容量的一个剩余容量区域信息。
本发明用的一览表200的结构及其一实例表示在图46与图47中。
亦即，本发明所用的一览表200，如图47所示的那样，就0%～100%范围表示出的二次电池剩余容量来说，表明关系到全剩余容量范围，要将剩余容量表示区110适当分割为n个区域211、212、213……21n分开的特定区域，并给各个特定区域211、212、213……21n赋予表示相互不同的特定的剩余容量范围的数值。
亦即，给所述的各特定区域设定剩余容量范围，第1特定区域211，例如剩余容量为0～15%，第2特定区域211，如剩余容量为15～30%，第3特定区域，如剩余容量为30～45%……及第n特定区域21n，如剩余量为90～100%。
另一方面，对于该一览表的表示电池输出端电压的区域220来说，对应于该特定区域210的各个区域，二次电池流入高电流，进行充电操作期间的该电池，使之对应于加在示出的输出端电压的特定电压值范围。
亦即，对应于第1特定区211，例如电压值设定为8.8～8.9V的第1电压值范围221，对应于第2特定区域212，例如电压值设定在8.9～9.0V的第2电压值范围222、对应于第3特定区域213，例如电压值设定在9.0～9.1V的第3电压值范围223……及对应于第n特定区域，例如电压值设定在9.6～10.0V的第n电压范围，照此来设定对应于所述各个特定区域的各自相互不同的电压值范围。
图48是表示本发明使用一览表200的一个例子，该一览表100，是实际测定6个单元表示为串联连接的PanasonicP-600AARM的二次电池，进行以3C速率充电操作的情况下，该剩余容量%与输出端电压之间的关系，而制成的。
然而，如上述那样，二次电池的内阻，因电池种类，充电电流流量(例如C速率)，容量规格等不同而各自差异，所以，本发明中使用的一览表200，有必要按二次电池的种类、充电电流流量(例如C速率)、容量规格等的不同，予先分别各自测定，而制成。
因此，对本发明所用的该一览表200，必要时，很容易制作数种乃至数十种，将它存储在适当的存储装置中，再根据要做充电处理的二次电池的种类、充电电流量(例如C速率)、容量规格等的信息，选用最适合的一览表。
其次，对于本发明，上述的运算装置111具有，将该被测定的电压值，依次与存储在该存储装置110内的区分为多个段的特定电压范围一一进行比较，运算该测定电压值，包含在哪一该特定电压范围内判断该电池剩余容量，包含在哪一个表示电池剩余容量的分成多个特定区域内的功能，这个结构不应只限于此。
更具体地说，该运算装置111是以实施下列步骤构成的，将由电压测定装置108所测定的当前电压信息与存储在该存储装置110内的该电压信息进行比较，运算处理应将该当前电压信息，包含在该一览表200的哪个特定区域。给出该电压信息与存储在该一览表的特定剩余容量范围、对应于分成一定数目的各个特定区域，比较设定的相互不同的各个电压值范围的步骤、在该一览表200内选择包含该电压信息的特定电压值范围的步骤，输出表示对应于该选择的特定电压值范围的、表示特定剩余容量范围的特定区域信息的步骤。
将该电压信息，与对应于存储在该一览表200的该特定区域，设定的相互不同的电压范围-做比较的步骤，表示该一览表内该特定的剩余容量范围，并分成一定数目的特定区域，对所说的剩余容量值按变小或增大次序排列的情况来说，该被测出的该电压信息要与该特定区域的每一个，从该一览表的该特定区域排列次序的一端，即必须对应于按排列该剩余容量值的变小次序，或增大次序，依次选择，所谓降序或升序进行一定的比较操作。
按本发明的运算装置111，可以采用使特定电路组合，组成硬件的电路结构，也可以用特定程序的软件进行上述运算操作。
图48是表示构成本发明的二次电池的剩余容量显示装置的运算装置111的形成硬件的电路结构实例的框图。
亦即，在图48的具体实例中，该运算装置111设有许多个由比较电路构成的差分放大电路221到228，各差分放大电路的非反向输入端与按受来自测定待测定该剩余容量的二次电池102输出端电压的电压测定装置108的电压值信息的取样装置109输出相连接，而且所说的各差分放大电路的反向输入端还与一览表的输出端的一个相连接。
更具体地说，例如，差人发放大电路221的反向输入端被接到一览表输出端的10V电压输出端，差分放大电路222的反向输入端接到一览表输出端的9.6V电压输出端、差分放大电路223的反向输入端接到一览表输出端的9.3V电压输出端、差分电路224的反向输入端接到一览表输出端的9.1V电压输出端，差分电路225的反向输入端接到一览表输出端的9.0V电压输出端、差分放大电路226的反向输入端接到一览表输出端的8.9V电压输出端，差分放大电路227的反向输入端接到一览表输出端的8.8V电压输出端，而差分放大电路228的反向输入端则接到一览表输出端的6.0V电压输出端。
上述的具体例，表示用之于图47所示那样的一览表，用3C速率的电流对3C速率的PanasonicP-600AARM的二次电池容量实施充电操作，来测定该电池剩余容量情况下的运算装置111的结构实例。
从而，该差分放大电路221是监视图47表200的剩余容量之90～100%的特定区域。因而，如果所取样的所说的二次电池的电压，例如落在9.6V～10.0V的范围内，则从该差分放大电路221输出一定的信号就点亮由下述的显示装置105构成的，即剩余容量对应于90～100%的特定区域的显示装置，例如发行二极管等的发光器件251，来显示该电池的剩余容量。
同样，该差分放大电路222是监视该一览表200的剩余容量之75～90%的特定区域。该取样的电池电压值，如果落在，例如9.3～9.6V的范围，那末，由该差分放大电路222的输出信号，就会点亮构成显示装置105的，剩余容量对应于75～90%的特定区域的显示装置252，而显示出该电池的剩余容量。
还有，该差分放大电路223是监视该一览表200的剩余容量之60～75%的特定区域。该取样电压值，如果落在例如9.1～9.3V的范围，那末，由该差分放大电路223的输出信号，就会点亮构成显示装置105的，该剩余容量对应于60～75%的特定区域的显示装置253，而显示出该电池的剩余电容。
下面，对于差分放大电路224～228也用与上述同样的结构，对应各自的测定电压值，进行比较操作，也都显示所给定的剩余容量。
关于本发明的运算装置的操作，例如，该各差分电路221～228的反向输入端与该一览表200的各输出的连接，各端都可以同时进行，并且，也可以用适当的开关装置依次连接各对应的端。
还有，作为图48的显示装置105，可用LED等发光二极管，只是说明显示所说的电池剩余容量的例子，而本发明的显示装置105不应特定于有关的方式。该显示装置105，对应于每一个存储在所说的一览表200的一定数目的特定区域，例如用液晶显示装置，显示设定的相互不同的特定剩余电容范围，可以用直接数值显示方式结构，还有，对应于每一个存储在所说的一览表200的一定数目的特定区域，在设定的相互不同的各剩余容量范围或每个给定的组，可以由相互不同的颜色或声音显示方式来构成。
更进一步，该显示装置对应于每一个存储在所说的一览表的一定数目的特定区域，按设定的相互不同的各个剩余容量范围或每个给定组，可以用相互不同的颜色或声音与显示所说的特定区域剩余容量数值的组合显示方式来构成。
再者，关于以软件实施本发明的二次电池剩余容量的运算装置111的情况，用于所说的运算装置的程序例子，即操作程序的例子，如图49的流程图所示。
图49中，开始启动后，第1步，将显示装置，例如LED初始化成与显示一览表200的最低剩余容量范围的特定区域所对应的方式，与此同时，设置该一览表200的最低剩余容量的特定区域的位置。
第2步，将对应于所定位置的一览表的特定范围的电压范围与所测得的取样二次电池的电压值进行比较。第3步，判断该取样的电池电压值，或者与对应的所定位置的特定范围的电压值范围内的电压值相同，或者比它大，如果为NO，则当前的二次电池剩余容量，因判断为尚未测定可能状态，所以，进入第7步，返回启动。
另外，如果第3步为YES，则进入第4步，驱动所说的电压范围所对应的显示装置，即该显示装置若是LED，使它发光后，进入第5步，就将该指定位置，从现在设定的该特定区域，移动到与显示与其相邻的更高剩余容量范围的特定区域对应的电压值范围。
接着，第6步，判断新指定的电压值范围在该一览表200内，所说的电压值在最高，最后的特定区存在还是不存在，如果为NO则返回第2步，重复上述各步，如果为YES，则进入第7步，该操作结束而返回开始。
图50以及图58是表示，按照本发明，将2C以上的高电流率供给该二次电池，特别指定所说的电池的剩余容量装置的一结构实例的框图。
这个电路是通过测定二次电池102的输出端电压，而测定所说的电池的剩余容量，将该结果按所说的电池剩余容量的范围，用发射不同颜色的发光二极管的显示方式。最好，在所配置的各个发光二极管位置上，设定由该发光二极管显示所说的电池的剩余容量的数值，例如可以设为30～45%的显示数值。
在图50和51中，BT，示出用电阻器R14，R15，PNP晶体管Q1、NPN晶体管Q3等构成的电源供给装置、通过所提供的充电电源被再充电的二次电池102。该电池102的输出端部，安装着测定该电池输出电压值的电压测定装置108、108′。该电压测定装置108所测得的电压值被输入到10通道型的模-数转换器U2的第1通道(ADO)。
模/数转换器U2，将该输入信号由模拟型转换成适当的数字型，输入内藏安装有RAM、ROM及I/O接口的本发明的运算装置111，存储装置110与运算控制装置112，还有，取样装置109的集成电路微控制器U3。微控制器U3读取来自模/数转换器U2的数字信号、处理这些数据、如上说明的那样，将测定电压值与存在存储装置111内的一览表的电压信息作比较，而判定该电池的剩余容量范围，这个结果用点亮或熄灭由许多LED组成的显示装置105的一个LED，作出显示。
微控制器U3，作为另一种显示装置，设置例如2x28字符的液晶显示装置100构成数字显示所说的电池剩余容量的方式也是可以的。
还有，在本具体例的剩余容量显示装置中，电源供给装置106的NPN晶体管含Q3因受集成电路微控制器U3控制，通过由端头+Vin所给定的高电位电源，调整给定的C速率电流，向该电池102端供电。
还有，该NPN晶体管Q3受上述集成电路微控制器U3控制，例如，所说的电池在充电中剩余容量达到100%的情况下，则根据集成电路微控制器U3的输出信号，就被关断(OFF)，于是中止对电池102的电流供给。
另外，固定电压调整器U4是待向本电路的集成电路微控制器U3、模/数转换器U2等供电的，提供经调整的电压信号Vcc的定电压发生电路，通过PNP晶体管Q2，按到电源供给装置106。
因此，当电池BT，存在时，PNP晶体管Q2横跨端子+Vin与GND之间，作为连接电压调整器U4的开关，起供给输入电力的作用，蓄电池都没有时，则解除向电压调整器U4输入电力的耦合。
下表提供使用在图50及图51内的电路部件的各电子产品规格明细表参照记号内容说明BT1BATTERYC1,C7以1μFC2,C322pFC40.001μFC5,C6,C910μFC61000μFC7.01μFC80.33μFD1,D2,D3,D4红 LEDD5,D6,D7黄 LEDD8绿 LEDD91N751Q1NPNQ1,Q22N4403Q32N4401R6,R7200R8,R10,R1510K
R910MR11,R121KR132.2KR144.7KR16,R17,R18,R19,R20,680R21,R22,R23R24110KR252.7KR2650KR27,R28100KU1,U6LM358U2145053U368HC705C8U4LM78L05U5LM78L08Y1石英振荡器显示装置50ptrexDMC16230液晶显示装置。
按照本发明的剩余容量显示装置及其剩余容量显示方法，因具有上述方式的结构，由简单的结构，正确且在短时间内能测定并显示出要进行再充电的二次电池的剩余容量，所以，具有正确且准确又迅速地进行充电操作的效果。
而且，如上所述，按照上述本发明的剩余容量显示装置及其剩余容量显示方法，也可用于其他二次电池，镍-氢电池等二次电池。
表1时间(秒)测定电电压上测定温度温度上的电压变压值(V)升率(V)换值(V)升率(V)0.00004.284733.35.00004.277333.310.00004.277333.415.00005.874033.420.00005.983933.625.00009.397033.730.00009.514233.734.99999.587433.639.99999.653333.944.99999.689933.949.99999.719233.654.99999.748533.759.99999.770533.964.99999.785214.6mV33.6-0.00169.99999.799833.674.99999.814533.779.99999.829133.984.99999.836433.689.99999.851133.694.99999.858433.699.99999.873033.6104.99989.880433.3109.99989.895033.4114.99989.895033.6119.99989.90237.3mV33.60124.99989.909733.6129.99989.917033.6134.99989.924333.4139.99989.924333.1144.99989.931633.4149.99989.939033.4154.99989.946333.3159.99989.953633.3164.99989.953633.4169.99989.960933.3174.99979.960933.1179.99979.96837.4mV33.3-0.0025184.99979.968333.4189.99979.975633.4194.99979.982933.1199.99979.982933.6204.99979.990233.6209.99979.997633.6214.99979.997633.4
219.999710.004933.3224.999710.004933.3229.999710.004933.1234.999710.012233.4239.999710.01957.3mV33.6+0.0025244.999610.019533.7524.999210.158732.5529.999210.151432.5534.999210.158732.5539.999210.158732.3544.999210.158732.2549.999210.158732.3554.999210.166032.3559.999210.166032.3564.999210.166032.3569.999210.173332.5574.999210.166032.7579.999210.173332.3584.999210.173332.5589.999210.173332.3594.999110.180732.0599.999110.180732.3604.999110.180732.2609.999110.180732.2614.999110.180732.2619.999110.18807.3mV32.3-0.0025624.999110.188032.3629.999110.188031.9634.999110.188032.2639.999110.188032.0644.999110.195332.0649.999110.195332.0654.999110.195332.2659.999110.195332.2664.999010.202632.0669.999010.195332.0674.999010.202632.0679.999010.202631.7684.999010.202632.0689.999010.202631.9694.999010.210031.9699.999010.210031.7704.999010.210031.7709.999010.210031.7714.999010.210031.7719.999010.217331.9724.999010.217331.9729.999010.217331.7734.998910.217331.6739.998910.217331.6744.998910.217331.6
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表2时间(秒)测定电电压上测定温度温度上的电压变压值(V)升率(V)换值(V)升率(V)0.00005.061035.95.00005.485835.710.00007.141136.015.00007.243736.020.00008.327636.025.00008.400935.9-30.00008.40827.3mV35.934.99998.415535.939.99998.422935.944.99998.430235.649.99998.437536.054.99998.444836.059.99998.45217.3mV36.0064.99998.459535.969.99998.466835.974.99998.474135.979.99998.48147.3mV35.984.99998.481435.789.99998.488835.994.99998.496136.099.99998.510736.2104.99988.510736.3109.99988.518136.3114.99988.525436.2119.99988.53277.3mV36.00124.99988.532736.0129.99988.54007.3mV36.0134.99988.547435.9139.99988.547436.0144.99988.554736.2149.99988.562036.3154.99988.554736.3159.99988.554736.2164.99988.562036.0169.99988.569336.0174.99978.57677.4mV36.00179.99978.576736.0184.99978.576736.0189.99978.584035.7194.99978.591336.2199.99978.591336.0204.99978.598636.3209.99978.606036.2214.99978.606036.0219.99978.613335.6224.99978.613335.9
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1044.99859.389614.7mV35.71049.99859.404314.7mV35.61054.99859.418935.61059.99859.433614.7mV35.401064.99859.455635.61069.99859.477535.61074.99859.492214.7mV35.71079.99859.484935.71084.99849.499514.6mV35.9+0.011089.99849.514236.01094.99849.521535.71099.99849.521536.01104.99849.536114.6mV35.71109.99849.550836.0+0.021114.99849.565414.6mV35.91119.99849.572835.91124.99849.58017.3mV35.71129.99849.580136.01134.99849.58747.3mV36.2+0.041139.99849.587436.3+0.11144.99849.587436.5+0.21149.99849.59477.3mV36.601154.99839.594736.601159.99839.594736.601164.99839.609414.7mV36.601169.99839.616736.51174.99839.616736.601179.99839.6167036.8+0.21184.99839.616737.1+0.31189.99839.6094-7.3mV37.2+0.11194.99839.6021-7.3mV37.5+0.31199.99839.6094+7.3mV37.8+0.31204.99839.6021-7.3mV37.81209.99839.602137.81214.99839.609437.81219.99839.030838.11224.99828.957538.51229.99828.920938.81234.99828.891638.91239.99828.869639.11244.99828.847738.61249.99828.833039.11254.99828.818438.9
表3时间(秒)测定电电压上测定温度温度上的电压变压值(V)升率(V)换值(V)升率(V)0.00006.818834.55.00007.910234.610.00008.349634.515.00008.400934.620.00008.437534.525.00008.466834.630.00008.496134.634.99998.510734.339.99998.540034.544.99998.554734.349.99998.576734.354.99998.584034.659.99998.598614.634.6064.99998.620634.669.99998.635334.874.99998.657234.879.99998.671934.884.99998.679234.889.99998.686534.894.99998.693834.699.99998.708534.6104.99988.715834.6109.99988.723134.6114.99988.73057.4mV34.3-0.025119.99988.737834.6124.99988.737834.5129.99988.752434.6134.99988.767134.5139.99988.781734.5144.99988.789134.6149.99988.789134.5154.99988.796434.2159.99988.803734.5164.99988.811034.2169.99988.811034.2174.99978.818434.5179.99978.833034.2184.99978.847734.6189.99978.855034.6194.99978.862334.0199.99978.869634.6204.99978.869634.5209.99978.87707.4mV34.8+0.025214.99978.877034.6219.99978.884334.8224.99978.891634.8
229.99978.898934.8234.99978.906334.9239.99978.906334.8244.99968.906334.6524.99929.301835.4529.99929.309135.6534.99929.316435.6539.99929.323735.6544.99929.331135.4549.99929.338435.4554.99929.353035.4559.99929.36047.4mV35.4+0.05564.99929.375035.4569.99929.389635.4574.99929.411635.6579.99929.433635.6584.99929.448235.9589.99929.455635.6594.99919.470235.7599.99919.484935.7604.99919.49227.3mV35.6+0.02609.99919.514222mV35.60614.99919.536135.7619.99919.565435.7624.99919.587422mV36.0+0.1629.99919.609436.0634.99919.631321.9mV36.00639.99919.646035.90644.99919.668022mV35.90649.99919.682635.6654.99919.704622mV35.4659.99919.733935.1664.99909.763220.3mV35.6669.99909.799835.6674.99909.836436.6mV35.70679.99909.873036.0684.99909.902329.3mV36.00689.99909.946336.3694.99909.960936.2699.99909.975636.3704.99909.997636.5709.999010.012236.3714.999010.041529.3mV36.3+0.05719.999010.056236.6+724.999010.070836.5729.999010.085436.9734.998910.114729.3mV37.2+0.225739.998910.122137.4+0.2744.998910.144021.9mV37.7+0.3
749.998910.1221-22mV37.8754.998910.122137.7759.998910.122138.0764.998910.122138.0769.998910.100138.1774.99899.807138.3779.99898.906338.5784.99898.847738.6789.99898.803738.8794.99898.774438.6
表4时间(秒)测定电电压上测定温度温度上的电压变压值(V)升率(V)换值(V)升率(V)07.314525.0107.294925.3207.402325.3307.470725.3407.509825.3507.539125.2607.558625.3707.587925.3807.597725.5907.607425.61007.617225.61107.627025.81207.636725.91307.636726.11407.646526.21507.65639.8mv26.60.81607.656326.61707.656326.71807.666026.91907.666027.22007.666027.22107.666027.52207.666027.62307.67589.8mv27.60.82407.675827.92507.675827.92607.675828.22707.675828.42807.675828.72907.675828.83007.675828.83107.675829.13207.675829.13307.675829.43407.675829.43507.675829.63607.68559.7mv29.80.843707.675829.93807.675830.23907.675830.24007.675830.54107.675830.74207.675830.84307.675831.04407.675831.14507.675831.34607.675831.44707.675831.7
4807.675831.94907.675831.95007.675832.05107.675832.25207.675832.55307.675832.75407.675832.85507.675833.05607.675833.05707.675833.15807.675833.35907.675833.46007.675833.66107.666033.96207.67589.8mv34.00.786307.675834.26407.675834.36507.675834.56607.675834.56707.675834.66807.675834.86907.675834.97007.675835.17107.675835.27207.675835.47307.675835.67407.675835.77507.675835.67607.675835.97707.675836.27807.675836.07907.675836.58007.675836.38107.675836.68207.675836.68307.675836.98407.675837.18507.675836.98607.675836.98707.68559.7mv37.40.668807.685537.48907.685537.49007.685537.79107.685538.09207.685538.09307.685538.09407.685538.39507.685538.59607.695338.59707.695338.69807.695338.69907.695338.910007.695338.910107.695339.1
10207.705139.210307.705139.510407.705139.410507.705139.710607.705139.710707.71489.7mv39.80.6410807.714840.110907.714840.111007.714840.311107.714840.411207.724640.411307.724640.711407.724640.911507.724640.711607.724641.211707.734441.211807.734441.211907.734441.412007.744141.512107.744141.812207.744141.812307.744141.812407.75399.8mv42.10.512507.753942.012607.753942.312707.763742.412807.763742.412907.763742.413007.773442.913107.773442.913207.783243.013307.783243.213407.793043.313507.793043.513607.793043.513707.793043.613807.80279.7mv43.60.7213907.802744.314007.812543.914107.822344.114207.822344.414307.832044.414407.832044.714507.84189.8mv44.70.6814607.841844.714707.851645.014807.851645.214907.861345.315007.871145.515107.871145.815207.880945.915307.880946.215407.890646.215507.90049.8mv46.50.96
15607.910246.715707.910246.815807.91999.7mv47.01.1215907.929747.316007.939547.616107.94929.7mv47.61.2416207.959048.116307.959048.216407.96889.8mv48.51.3216507.968848.716607.978549.016707.978549.316807.978549.616907.98839.8mv50.01.8217007.988350.417107.988350.717207.9883051.117307.988351.617407.392651.917507.353552.权利要求
1.一种二次电池的高速充电装置，它具有由向待充电的电池单元供给充电电流的电流供给装置，测定该单元温度的温度测定装置，测定该单元温度后或将此信息存储起来或向下述的运算装置输出此信息的取样装置、运算处理由该取样装置所得的该单元温度信息、输出显示应停止所说的充电操作时期的控制信号的运算装置、以及响应该运算装置的输出，使所说的电流供给装置停止对该单元的电流供给以及控制该各装置的控制装置构成的二次电池的充电装置，其特征在于，该充电装置中的该电流供给装置，在所说的充电操作中向该单元供给至少2C的电流，该运算装置则具有从该取样装置，通过温度测定装置取得的该单元的温度信息，来计算出该单元的温度上升率的第1运算功能，对第1期间的该单元的温度上升率同与其后继的第二期间的该单元的温度上升率进行比较，计算出其变化率的第2运算功能以及对该第2期间的该单元的温度上升率，与该第一时期的该单元的温度温度上升率进行判断第二时期该单元温度上升率是否超过该第1时期的该单元的温度上升率的2倍，并根据此判断结果，输出停止向该单元供给充电电流信号的第3功能。
2.权利要求1所述的一种二次电池高速充电装置，该充电装置还设有测定该单元输出电压的电压测定装置，测定该单元电压或存储此信息，或向下述的运算装置输出此信息的取样装置，将由该取样装置所得的该单元电压信息作运算处理的运算装置，其特征在于，该运算装置还具有，由该取样装置，从通过测定装置所得的单元电压信息，计算出该单元电压上升率的第4运算功能和该电压上升率在一定的期间持续增加后检出该上升率的最初减少的第5功能，该运动装置，根据上述第3功能，在该第2期间的该单元的温度上升率超过该第1期间的该单元的温度上升率的2倍的信息以及基于第5功能而根据检出该电压上升率的最初减少，输出一个停止向该单元供给充电电流的信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种二次电池的高速充电装置，其特征在于，该电流供给装置还设有改变电流量(C速率)的电流量改变装置。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种二次电池的高速充电装置，其特征在于，该单元的温度是用适当的温度传感器，测定选自该单元的表面温度(表皮温度)、内部温度及端部温度中之一种温度。
5.根据权利要求2所述的一种二次电池的高速充电装置，其特征在于，根据该运算装置第5功能的充电电流的供给停止信号，是在该第5功能由检出单元的电压上升的最初降低之后，至少连续多次，在检出该单元电压上升率降低的情况下才输出的方式构成。
6.根据权利要求1的一种二次电池的高速充电装置，其特征在于，该运算装置由测定该单元温度的温度测定装置、在所给定的时间间隔内，存储取样后的该单元温度信息的第1存储装置、在给定时间间隔从存储在该第1存储装置中的至少二个温度信息来计算出在所说的给定时间内的温度平均值的第1运算装置、并存储由第1运算装置所算出的单元温度平均值的第2存储装置、为从存储在该第2存储装置的单元温度的平均值信息，而运算有关相邻的给定期间内的该单元温度的上升或下降的变化率，从存储在该第2存储装置的信息，而运算在该充电操作过程时间内的第1期间的该单元温度的上升率的第2运算装置、接着该第1期间在第2期间运算的该单元的温度上升率的第3运算装置，以及由该第3运算装置所得的在第2期间的该单元的温度上升率、比之由该第2运算装置所得的第1期间该单元的温度上升率，判断是否至少超过2倍的第4运算装置构成。
7.按照权利要求2所述的一种二次电池的高速充电装置，其特征在于，该运算装置是由测定该单元电压的电压测定装置、在所给定的时间间隔内，存储取样后的该单元电压信息的第3存储装置、在给定时间间隔内的从存储在该第3存储装置中的至少2个电压信息，计算出所说的给定时间内的单元电压平均值的第5运算装置并存储由第5运算装置所计算出的电压平均值的第4存储装置、为从存储在该第4存储装置的单元电压平均值信息，而算出有关邻接给定期间内的该单元电压的上升或下降的变化率、从存储在第3存储装置的信息，而运算在该充电操作过程时期间的第1期间的该单元的电压上升率的第6运算装置、接着第1期间，在第2期间运算该单元电压上升率的第7运算装置、检出该单元的电压上升率在给定期间连续增加后该上升率最初减少的第8运算装置构成。
8.按照权利要求(X)所述的一种二次电池的高速充电装置，其特征在于，二次电池是镍-镉电池或镍-氢电池。
9.一种二次电池的调整充电方法，采取一面监视二次电池(蓄电池)的温度，一面对该电池施加充电电流的二次电池再充电的方法，其特征在于，至少在检出该温度的上升率倍增的时刻，中断上述施加的充电电流。
10.一种二次电池的高速充电方法，采取一面监视二次电池的输出电压，一面对该电池施加充电电流的二次电池再充电的方法，其特征在于，该电池的温度上升率倍增的检出与该电压增加率连续上升期间刚过之后，该二次电池的电压增加率下降的时刻，被同时检出的情况下，中断施加上述充电电流。
11.一种二次电池再充电的装置，具有用作给二次电池施加充电电流的电源装置以及用作检出该电池温度，产生显示该温度的温度输出信息的温度检出装置(RT1，U2)，其特征在于，(a)为监视上述输出信息，在检出至少上述温度的上升率倍增的时刻，产生中断信号的信号处理装置(U3);以及(b)具有对为隔断上述电源装置与上述电池的上述中断信号产生响应的开关装置(Q2)。
12.一种二次电池(BT1)再充电的装置，包括用作给二次电池施加充电电流的电源装置、用作检出该电池温度，产生显示温度输出信号的温度检出装置(RT1，U2)及用作检出由该电池输出的电压，产生显示该电压的电压输出信号的电压检出装置(U2)，其特征在于，(a)监视上述输出信号(ⅰ)检出至少该电池温度的上升率倍增及(ⅱ)上述电压增加率连续上升期间刚过之后，上述二次电池的电压增加率下降的时刻，用作产生中断信号的信号处理装置(U3);以及(b)用作隔断上述电源装置与上述电池的具有对上述中断信号产生响应的开关装置(Q1)。
13.按照权利要求1所述的装置，包括在上述温度检出装置中，横跨上述电池而并联连接的热敏电阻分压器(RT1，R2)。
14.按照权利要求1所述的装置，包括在上述温度检出装置中，横跨上述电池而并联连接的热电阻分压器(RT1，R2)。
15.按照权利要求1至7所述的二次电池的高速充电装置，其特征在于，该单元的充电操作中，为了在外部告知该单元的温度及该单元的电压至少一种的信息，而设有适当的显示装置。
16.一种二次电池的高速充电方法，具有给待充电的电池单元供给充电电流的电流供给装置、测定该单元温度的温度测定装置、测定该单元温度，或存储此信息，或向下述的运算装置输出此信息的取样装置、运算处理由该取样装置所得的该单元温度信息，输出显示应停止该充电操作时期的控制信号的运算装置、及响应该运算装置的输出，使该电流供给装置停止对该单元供给电流的开关装置以及控制该各装置的控制装置所构成的，用于二次电池的充电方法，其特征还在于，具有在该充电装置中的该电流供给装置，在所说的充电操作中向该单元供给至少2C电流的同时，该运算装置从用该取样装置通过温度测定装置所取得的该单元的温度信息，来计算出该单元温度的上升率的第1步骤、将第1期间的该单元的温度上升率与其后继的第2期间的该单元的温度上升率作比较，而计算出其变化率的第2步骤、以及对该第2期间的该单元的温度上升率，与该第1期间的该单元的温度上升率比较，判断该第2期间的该单元的温度上升率，是否超过该第1期间的该单元的温度上升率的2倍，根据该判断结果，输出停止向该单元供给充电电流的信号的第3步骤。
17.按照权利要求1所述的一种二次电池的高速充电方法，在二次电池的高速充电方法中，该充电装置，而且设有测定该单元的输出电压的电压测定装置、测定该单元电压后，或存储此信息，或向下述的运算装置输出此信息的取样装置和运算处理由该取样运算装置所得的该电池的电压信息的运算装置，其特征在于，因该运算装置还具有，从该取样装置，通过电压测定装置所得的该单元电压信息，算出该单元电压的上升率的第4运算步骤、在给定的期间，检出该电压上升率连续增加之后的该上升率最初减少时刻的第5步骤、而该运算装置，根据上述第3步骤，该第2期间的该单元的温度上升率超过该第1期间的该单元的温度上升率的2倍的这一信息与根据第5步骤而检出该电压上升率最初减少的这一信息，由此，输出停止给该单元供给充电电流的信号。
18.一种剩余容量显示装置，其特征在于，由向二次电池供给至少2C速率的电流的电源供给装置、该电池保持装置、测定该电池端头输出电压的电压测定装置、在该电源供给装置向该电池单元供给上述电流之时，由该电压测定装置对该电池的端电压作取样的取样装置、剩余容量是待测定的该电池各个种类所固有的，且将该剩余容量的整个范围分成多个限定区域，并且将该区域的每一个用分别代表该电池的各个剩余容量的各个特定区域组与该特定区域的每一个区域的多个特定的电压范围之间的关系来表示的信息存贮起来的存储装置、将存贮在该存储装置内的分成许多个段的各个特定电压范围与该所测定的电压，依次作比较，运算出该测定电压值包含在哪个特定电压范围内，而判断出该电池的剩余容量包含在分成多个的表示电池剩余容量的特定区域中的哪一个区的运算装置以及响应该运算装置的输出而显示该电池的剩余容量范围信息的显示装置所构成。
19.按照权利要求18所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该电源供给装置具有从多个电流供给量(C速率)方式中任意选择电流供给量的结构。
20.按照权利要求18所述的剩余容量显示装置，其特征在于，显示该特定剩余容量的特定区域是与特定电压范围一一相对应。
21.按照权利要求19所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该电压的测定是在该电池单元用上述2C以上的高电流充电期间进行的。
22.按照权利要求18所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该运算装置是存储剩余容量是在待测定的该电池的各个种类中固有的，且该剩余容量的整个范围被分成多个限定的区域，并且将该区域的每一个存入表示该电池的各个剩余容量的区域组数据以及与该特定区域组的每一个对应，而给定多个特定电压范围组的电压范围组数据组成的数据表。
23.按照权利要求22所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该数据表是，剩余容量涉及待测定的该电池的各个种类，涉及测定该剩余容量以前予定的每个电池，由测定该区域组数据与该电压范围组的关系而制成，该数据表是在测定该剩余容量以前的适当时刻存入该剩余容量显示装置的运算装置内。
24.按照权利要求23所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该一览表涉及待测定剩余容量的该电池的各个种类，在0%～100%范围内显示该剩余容量，将该剩余容量显示区域分成给定数目的特定区域，赋予表示该各个特定区域以互相不同的特定剩余容量范围的数值，同时，赋予与该特定区域的各自对应的相互不同的特定的电压值范围。
25.按照权利要求22至24所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该数据表的各电池的每个数据都是随该供给的电流量而改变的。
26.按照权利要求18所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该显示装置是在液晶显示装置、发音装置、发光装置等中选择一种而构成的。
27.按照权利要求26所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该显示装置为液晶显示装置的情况下，该电池的剩余容量是采用选自数值显示、变色显示、图表显示等的一种。
28.按照权利要求26所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该显示装置是发音装置的情况下，由表示该电池剩余容量的给定范围的对各个特定区域产生互相不同的声音构成。
29.按照权利要求26所述的剩余容量显示装置，其特征在于，该显示装置是发光装置的情况下，则由配置表示该电池剩余容量的给定范围对各个特定区域产生互相不同的颜色的发光器件构成。
30.一种镍-镉电池的剩余容量显示装置，其特征在于，它由向镍-镉电池供给至少2C速率电流的电源供给装置、该电池保持装置、测定被该电池保持装置保持的该电池端头输出电压的电压测定装置、由该电压测定装置对该电池端电压作取样的取样控制装置、在0%～100%的范围显示该电池剩余容量的情况下，将该剩余容量显示区域分成给定数目的特定区域，而与赋予表示各个特定区域互相不同的特定剩余容量的范围以数值的同时，在该特定区域的每一区存储以对应的互相不同的特定电压值范围，而构成数据一览表的存储装置、由电压测定装置所测定的当前电压信息与存储在该存储装置中的该电压信息比较，运算处理该当前的电压信息包含在该数据一览表的哪一个特定区域中的运算装置、响应该运算装置的输出，控制显示相当于该数据一览表的多个特定区域内的哪一个剩余容量范围的显示装置与上述各装置运作的运算控制装置构成。
31.一种二次电池的剩余容量显示方法，它用于权利要求18或30所述的二次电池的剩余容量是显示装置，其特征在于，包括下列步骤从该电源供给装置，向装着该装置的二次电池，供给至少2C速率电流的第1步骤;在施行该第1步骤中，根据该取样控制装置的控制，而测定电池端头输出电压的第2步骤;将由该第2步骤所得电压信息传送到该运算装置的第3步骤;在该运算装置中，将该电压信息以存储在该数据一览表中的特定剩余容量的范围表示的对应于分成一定数目的特定区域的每一区而设定的互相不同的电压值范围一一作比较的第4步骤;在该数据一览表内选择包含该电压信息的特定电压值范围的第5步骤;对应于该选择的特定电压区域值范围而输出表示特定剩余容量范围的特定区域信息的第6步骤以及根据在第6步骤输出的，代表表示该特定剩余容量范围的特定区域的输出信息，驱动显示所说的特定区域的显示装置的第7步骤。
32.按照权利要求31所述的剩余容量显示方法，其特征在于，将该电压信息与存储在该数据一览表中的该特定区域的一一对应而设定的互相不同的电压值作比较的第4步骤，示出该数据一览表内特定剩余容量的范围，在分成给定数目的特定区域，将该剩余容量值，按自小到大或由大到小的顺序排列的情况下，该被测定的该电压信息与该特定区域的每一区，从该数据一览表的特定区域的排列次序的一端按升序或降序进行比较操作。
全文摘要
本发明涉及用2C速率以上的高电流给二次电池充电的装置及其方法。监视该电池的温度或同时监视温度与电压，示出当前测定的温度上升率比之该电池的温度上升率至少增加2倍的时刻，或检出有关现象的时刻与检出该电池的电压上升率在一定期间连续增加之后，上升率最初下降的时刻同时发生的情况下，就中止充电操作。
文档编号H02J7/10GK1085692SQ93116828
公开日1994年4月20日 申请日期1993年7月28日 优先权日1992年3月16日
发明者S·N·西蒙斯 申请人:4C科技有限公司