二次电池的高速充电装置及其高速充电方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用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。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。并且在本专利技术，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，本专利技术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。本专利技术为了实现上述目的，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。涉及本专利技术的其它形态方面，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，本专利技术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。本专利技术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，但为了使本专利技术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。即在本专利技术，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。进一步在本专利技术，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。即在本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
JP 1992-7-28 92/009551.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：SN西蒙斯，
申请(专利权)人：ZIP充电株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]