JP3109603B2 - 組電池およびその充電方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電池からなる素電池
を２個以上直列に接続した組電池およびその充電方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ビデオカメラなどの電子機器を
電池により作動する際、必要な電圧を得るために、二次
電池を２個以上直列に接続して組電池にすることが行わ
れている。

【０００３】そして、その組電池の充電方法としては、
充電電圧がピーク値から一定電圧降下したところで充電
を停止する、いわゆる−△Ｖ検出制御による充電方法
（例えば、特開昭５３−４３８４５号公報）や、組電池
全体の温度上昇を検出して充電を停止する温度検出制御
による充電方法（例えば、特開昭５２−９１１３７号公
報）などが採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は組電池全体としての情報しか得られないため、充放電
を繰り返すことによって劣化が生じ、素電池間に容量の
バラツキが生じるようになると、劣化の大きい素電池に
対しては過充電することにより、組電池全体としての充
放電サイクル特性の低下が早くなってしまうという問題
がある。

【０００５】本発明は、従来の組電池の充電時に発生す
る問題点を解決し、充放電の繰り返しによって劣化が生
じ、組電池を構成する素電池間に容量のバラツキが生じ
た場合でも、劣化の大きい素電池の充電末期を正確に検
出でき、充放電サイクル特性の低下が少ない組電池およ
びその充電方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、２個以上の素
電池を直列に接続した組電池において、それぞれの素電
池に熱を感じて電気抵抗が変化するサーミスタを取り付
け、かつそれぞれのサーミスタを直列に接続するか、ま
たは、４個以上の素電池を直列に接続した組電池におい
て、隣接する２個の素電池の間に熱を感じて電気抵抗が
変化するサーミスタを取り付け、かつそれぞれのサーミ
スタを直列に接続することにより、それぞれの素電池の
表面温度の検出を可能にして、上記目的を達成したもの
である。なお、本発明においては、素電池にサーミスタ
を取り付け、それぞれのサーミスタを直列に接続し、と
表現しているが、これはそのような状態になっていれば
よいということを意味していて、素電池へのサーミスタ
の取り付けとサーミスタを直列に接続することの順序を
規定するものではなく、素電池にサーミスタを取り付け
てからサーミスタを直列に接続してもよいし、また、サ
ーミスタを直列に接続してから素電池にサーミスタを取
り付けもよい。

【０００７】すなわち、充放電の繰り返しにより劣化
（いわゆるサイクル劣化）が生じて素電池間に容量のバ
ラツキが生じた場合でも、サーミスタにより素電池の表
面温度を検出することによって、サイクル劣化の大きい
素電池の充電末期の検出を正確に行うことができるの
で、過充電を防止することができ、組電池全体としての
充放電サイクル特性の低下を防止することができる。

【０００８】素電池にサーミスタを取り付ける態様とし
ては、それぞれの素電池にサーミスタを取り付ける場合
と、隣接する２個の素電池の間にサーミスタを取り付け
る場合とがある。

【０００９】後者による場合、少ない個数のサーミスタ
で、それぞれの素電池にサーミスタを取り付けた場合と
同様の効果をあげることができる。

【００１０】すなわち、サーミスタは温度上昇の早い素
電池に対応して働くので、隣接する２個の素電池の間に
サーミスタを取り付けた場合でも、それぞれの素電池に
サーミスタを取り付けた場合と同様の効果をあげること
ができる。

【００１１】また、素電池に取り付けたサーミスタまた
は隣接する２個の素電池の間に取り付けたサーミスタを
直列に接続することによって、サーミスタの個数にかか
わらず、温度検出のための端子を２個にできるという効
果がある。

【００１２】サーミスタにより素電池の表面温度を検出
する際には、通常、サーミスタの出力の絶対値を検出す
ることによって行われるが、サーミスタの出力の変化量
を求めることによって行ってもよい。

【００１３】

【実施例】つぎに実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。

【００１４】実施例１ 素電池として単２サイズのニッケル−金属水素化物二次
電池を用い、このニッケル−金属水素化物二次電池を６
個直列に接続して図１に示すような組電池を作製した。

【００１５】図１において、１は組電池で、２は素電池
（ただし、この実施例１では素電池としてニッケル−金
属水素化物二次電池が用いられている）であり、６個の
素電池２が直列に接続されている。

【００１６】３はサーミスタであり、サーミスタ３は３
個使用されていて、いずれのサーミスタ３もそれぞれ隣
接する２個の素電池２の間に取り付けられ、それら３個
のサーミスタ３はリード線４によって直列に接続されて
いる。５は＋側の電池端子で、６は−側の電池端子であ
る。

【００１７】そして、上記サーミスタ３を直列に接続す
るためのリード線４のうち両端のリード線４は、それぞ
れ温度測定端子７および８に接続されている。

【００１８】この組電池１に対して、図２に示す回路に
より充電を行い、その特性を調べた。

【００１９】図２において、１は組電池で、２は素電池
であり、３はサーミスタである。これらは図１に示すも
のと同じものであるため、図１の場合と同じ符号が付さ
れている。そして、９は充電回路で、１０は電源であ
る。

【００２０】上記組電池の充放電初期における２個の素
電池の１Ｃ充電時の電圧変化と表面温度変化を図３に示
す。

【００２１】図３において、曲線Ａ−１は一方の素電池
の充電時の電圧変化を示すものであり、曲線Ａ−２は該
一方の素電池の充電時の表面温度変化を示すものであ
る。

【００２２】また、図３において、曲線Ｂ−１は他方の
素電池の充電時の電圧変化を示すものであり、曲線Ｂ−
２は該他方の素電池の充電時の表面温度変化を示すもの
である。

【００２３】図３に示すように、Ａ−１とＢ−１は同じ
ように変化し、Ａ−２とＢ−２も同じように変化して、
Ａ−１とＢ−１との間およびＡ−２とＢ−２との間に実
質的な差がない。

【００２４】これは、充放電初期では、２個の素電池間
にサイクル劣化による容量のバラツキが少ないので、充
電した時に、それらの素電池間に電圧、表面温度に関し
て特性上の差異が生じず、両素電池とも同じような特性
を有することを示している。

【００２５】しかし、充放電末期になって、サイクル劣
化が生じ、素電池間に劣化の大きいものと劣化の小さい
ものとが生じて、素電池間に容量のバラツキが生じた場
合には、それら劣化の小さい素電池と劣化の大きい素電
池とでは、図４に示すように、電圧、表面温度とも異な
る特性を示すようになる。

【００２６】図４について説明すると、図４は上記組電
池の充放電末期における２個の素電池の１Ｃ充電時の電
圧変化と表面温度変化を示す図である。

【００２７】図４において、曲線Ｃ−１はサイクル劣化
の小さい素電池の充電時の電圧変化を示すものであり、
曲線Ｃ−２は該サイクル劣化の小さい素電池の充電時の
表面温度変化を示すものである。

【００２８】また、図４において、曲線Ｄ−１はサイク
ル劣化の大きい素電池の充電時の電圧変化を示すもので
あり、曲線Ｄ−２は該サイクル劣化の大きい素電池の充
電時の表面温度変化を示すものである。

【００２９】この図４中のＣ−１とＤ−１とを比較する
と、Ｄ−１の方がＣ−１より短い充電時間で電圧が最高
点に達し、それ以後は電圧が降下する。

【００３０】これは、サイクル劣化の大きい素電池はサ
イクル劣化の小さい素電池より早く充電末期に到達する
ことを示している。

【００３１】したがって、サイクル劣化の小さい素電池
が充電末期に達した時にはサイクル劣化の大きい素電池
は既に過充電状態になっている。

【００３２】表面温度に関してみると、Ｄ−２の方がＣ
−２より早く温度が上昇する。これは、サイクル劣化の
大きい素電池の方がサイクル劣化の小さい素電池より早
く温度上昇することを示している。

【００３３】そこで、サイクル劣化の大きい素電池の表
面温度を測定することにより、その充電末期を知ること
ができる。

【００３４】それ故、サイクル劣化により素電池間に容
量のバラツキが生じた場合でも、サーミスタにより素電
池の表面温度を検出することによって、最もサイクル劣
化の大きい素電池、つまり容量の小さい素電池の充電末
期を正確に検出することができ、過充電を引き起こすこ
となく組電池を充電することができる。したがって、過
充電に基づく充放電サイクル特性の低下を防止すること
ができる。

【００３５】上記組電池を充電電流１Ｃで１．５時間充
電し、放電電流１Ｃで素電池あたり１．０Ｖまで放電す
る充放電を繰り返したときの充放電サイクル特性を後記
比較例１の組電池の充放電サイクル特性と併せて図６に
示す。

【００３６】比較例１ 素電池として単２サイズのニッケル−金属水素化物二次
電池を６個直列に接続して図５に示すような組電池を作
製した。

【００３７】図５において、１は組電池で、２は素電池
（ただし、この比較例１でも、素電池としてニッケル−
金属水素化物二次電池が用いられている）であり、６個
の素電池２は直列に接続されている。

【００３８】３はサーミスタで、サーミスタ３は１個だ
けが使用されていて、２個の素電池２の間に取り付けら
れている。

【００３９】この比較例１の組電池は従来品に相当する
ものであり、この比較例１の組電池の場合、たまたまサ
イクル劣化の大きい素電池が検出対象となっている場合
には問題が生じないが、そうでない場合には、サイクル
劣化の大きい素電池を過充電することになり、組電池全
体としての充放電サイクル特性の低下を促進することに
なる。

【００４０】この比較例１の組電池を実施例１の場合と
同条件下で充放電したときの充放電サイクル特性を図６
に示す。

【００４１】図６において、横軸は充放電サイクル数で
あり、縦軸は容量保持率である。この縦軸の容量保持率
は、各充放電サイクル時の放電容量を測定し、その放電
容量の初度の放電容量（第１回目の放電容量）に対する
比率で示したものである。

【００４２】図６に示すように、実施例１の組電池では
充放電サイクル数が１０００回近くになってから劣化が
生じたが、比較例１の組電池では約４００回の充放電サ
イクルで劣化が生じ、実施例１の組電池に比べて充放電
サイクル特性が悪かった。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、サイ
クル劣化によって素電池間に容量のバラツキが生じた場
合でも、サイクル劣化の大きい素電池の充電末期を正確
に検出し、過充電を防止して、充放電サイクル特性の低
下を防止することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の組電池を概略的に示す平面
図である。

【図２】図１に示す組電池を充電する際の充電回路のブ
ロック図である。

【図３】充放電初期における組電池中の２個の素電池の
充電時の電圧変化と表面温度変化を示す図である。

【図４】充放電末期における組電池中のサイクル劣化の
小さい素電池とサイクル劣化の大きい素電池の充電時の
電圧変化と表面温度変化を示す図である。

【図５】比較例１の組電池を概略的に示す平面図であ
る。

【図６】実施例１の組電池と比較例１の組電池の充放電
サイクル特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 組電池 ２ 素電池 ３ サーミスタ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２個以上の素電池（２）を直列に接続し
   た組電池において、それぞれの素電池（２）に熱を感じ
   て電気抵抗が変化するサーミスタ（３）を取り付け、か
   つそれぞれのサーミスタ（３）を直列に接続したことを
   特徴とする組電池。
2. 【請求項２】 ４個以上の素電池（２）を直列に接続し
   た組電池において、隣接する２個の素電池（２）の間に
   熱を感じて電気抵抗が変化するサーミスタ（３）を取り
   付け、かつそれぞれのサーミスタ（３）を直列に接続し
   たことを特徴とする組電池。
3. 【請求項３】 素電池（２）がニッケル−金属水素化物
   二次電池であることを特徴とする請求項１または２記載
   の組電池。
4. 【請求項４】 サーミスタ（３）により素電池（２）の
   表面温度を検出することによって充電を制御する請求項
   １、２または３記載の組電池の充電方法。