專利名稱：二次電池的高速充電裝置及其高速充電方法
技術領域：
本發(fā)明涉及二次電池的迅速再充電，更具體來說是有關鎳鎘電池或鎳氫電池類的二次電池的高速充電裝置以及二次電池的高速充電方法。
并且在本發(fā)明，再充電操作時監(jiān)視有關鎳鎘電池或鎳氫電池的尤其是電池的溫度及電壓。該再充電作業(yè)是由所監(jiān)視的溫度或溫度和電壓參數(shù)顯示出異常狀況時，中止充電的構成。
所說的鎳鎘蓄電池或鎳氫電池的二次電池(蓄電池)在其整個使用期間可多次充電。該再充電作業(yè)，為了把對于同行所熟知的蓄電池的有害影響控制在最小限度內，則必須細心操縱，(如參考“蓄電池的充電，壽命延長能力”BobWilliams，CellularBusiness，1989.4.第44～49頁)。在二次電池再充電技術初期，再充電作業(yè)還需要數(shù)小時的時間。隨著利用二次電池面向接受供電的消費者的裝置愈來愈普及，產(chǎn)生了這樣的要求，即可使二次電池再充電系統(tǒng)的工作時間不是以小時為單位而是以分鐘為單位。雖然使二次電池“迅速充電”是可能的，但是對此，為了防止對蓄電池不可逆損傷，對于蓄電池再充電過程必須更加細心地監(jiān)視和控制(如參考“鎳鎘蓄電池的最新情報”1990、9、鎘協(xié)會ブリユツセミ-報告書、1990、11、英國倫敦)。
在已有技術中，可使二次電池迅速再充電的各種二次電池再充電系統(tǒng)得到了開發(fā)。在這些系統(tǒng)中，規(guī)范的是監(jiān)視正在再充電蓄電池電壓以及/或溫度，在達到予定溫度或電壓的程度時，通過電路控制使對于蓄電池的外加充電電流中斷以及/或發(fā)生變化，這方面已有技術的代表作為美國專利第4，006，397號Catotti。
并且對于特公昭62-23528號以及特公昭62-23529號各公報，在鎳鎘電池等的二次電池的再充電方法方面，再充電操作中注意電池電壓波形變化，予先存入該電壓波形中所出現(xiàn)的多個拐點，在按一定順序發(fā)生存入了的多個拐點情況下，雖然展示了像使充電操作中斷那樣的方法，但在該方法中，就各種電池每種而言，一個個地事先記錄充電操作中的電壓波形變化，按照需要再充電電池種類，有必要在實施該充電操作以前，重寫相應于該電池記錄的存儲內容，使操作變得繁瑣。同時由于充電操作環(huán)境、電池來歷等，該電池電壓輸出波形未必呈現(xiàn)按所存儲的順序和大小的情況，所以不可能作正確充電操作進行再充電操作。從而，難以做到不使電池性能變劣的高速充電操作。
總之，在已有的二次電池，特別是鎳鎘電池的再充電操作方面，通常實施充電操作時間從6小時起可長達16小時，稱之為調整充電即使是較短時間的再充電方法也必需1至2小時。
但是在過去，使稱之為有關可再充電的電池、蓄電池、電池組的設備再充電，為一定目的而使用時，雖然懂得最好是充電時間盡可能少，但由于所說的基于該二次電池內部化學反應原理的溫度上升、內部壓力提高等的問題成為關鍵，所以在短時間大量電流流入電池的充電，不僅關聯(lián)到單元的破壞，而且由于該單元電池特性即輸出特性、充電特性等的惡化，所以不能采用。
然而近年來，該二次電池的需求在各產(chǎn)業(yè)界諸方面大大增加，特別是在包括機床使用現(xiàn)場、醫(yī)院器械類、移動電話等的通訊事業(yè)等中，最不希望發(fā)生的是中途停電，同時對可瞬時再充電的二次電池的要求愈加強烈。
因此，本發(fā)明的目的是克服上述已有技術的缺點，使用所謂約數(shù)分鐘乃至20分鐘以內的極短時間對二次電池，特別是鎳鎘電池很容易進行再充電。在較低速已有技術的再次充電系統(tǒng)中不那么有意義，用這種很高速度的再充電則大有意義的是幾個參數(shù)。然而已經(jīng)了解到，可有效地處理這些數(shù)據(jù)，使得對蓄電池無有害的副作用，而產(chǎn)生安全迅速的再充電系統(tǒng)。
本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，采用象下面記載的技術構成。即由以下裝置組成二次電池的高速充電裝置給需要充電的電池單元提供充電電流的電流供給裝置;測定該單元溫度的溫度測定裝置;測定該單元溫度，把那個信息存儲起來或把那個信息輸出到下述運算裝置的取樣裝置;運算處理通過該取樣裝置得到的該單元溫度信息，輸出表示應該使該充電操作停止時期的控制信號的運算裝置;以及響應該運算裝置輸出，使從該電流供給裝置對該單元的電流供給停止的開關裝置，和控制各裝置的控制裝置。二次電池的高速充電裝置其功能是該充電裝置的該電流供給裝置至少在該充電操作中給該單元提供2C的電流;并且該運算裝置具有借助該取樣裝置，通過溫度測定裝置獲得的該單元溫度信息，算出該單元溫度上升率的第1運算功能;和使第1時期的該單元溫度上升率和其接著的第2時期的該單元溫度上升率作比較，算出其變化率的第2運算功能;和該第2時期的該單元溫度上升率與該第1時期的該單元溫度上升率相比較，判斷該第2時期的該單元溫度上升率是否超過該第1時期的該單元溫度上升率的2倍，根據(jù)該判斷結果，輸出使對該單元的充電電流停止供應的信號的第3功能。
涉及本發(fā)明的其它形態(tài)方面，前述二次電池的高速充電裝置還設置了測定該單元輸出電壓的電壓測定裝置;和測定該單元電壓，存儲該信息或把該信息輸出到下述的運算裝置的取樣裝置;和把由該取樣裝置獲得的該單元電壓信息作運算處理的運算裝置。并且上述充電裝置的該運算裝置還具有借助該取樣裝置，通過電壓測定裝置獲得的該單元電壓信息，算出該單元電壓上升率的第4運算功能;和該電壓上升率在一定的期間連續(xù)增加后，檢測最終該上升率減少的第5功能。該運算裝置根據(jù)第3功能;根據(jù)所謂該第2時期的該單元溫度上升率超過該第1時期的該單元溫度上升率的2倍的信息和根據(jù)該第5功能，根據(jù)所謂檢測該電壓上升率最初的減少的信息，輸出使對該單元的充電電流停止供應的信號。
若按照理想的實施狀態(tài)，本發(fā)明的該二次電池提供了比如一方面監(jiān)視鎳鎘電池或鎳氫電池的溫度，另一個方面，把充電電流供給電池的二次電池的再充電方法。
該充電電流的施加在下述時間中斷，至少有關作為該二次電池的蓄電池被測定的該二次電池，即鎳鎘電池或鎳氫電池溫度至少1個時期，就是說第1時期的上升率與其它時期，即接著第1時期產(chǎn)生的第2時期的上升率相比較，在所謂該第2時期的該單元溫度上升率超過該第1時期的該單元溫度上升率的2倍的時候中斷。
本發(fā)明檢測象上述方式充電的二次電池單元溫度，在上述方法中，若該單元充電率接近100%則利用該單元溫度其上升率急劇增加，因此，在該充電操作變成了中止狀態(tài)，以此使用高電流，雖然能實現(xiàn)調整再充電，但為了使本發(fā)明任務得以有效且正確地實施，對利用該單元溫度檢測獲得的溫度特性加以識別，檢測出該二次電池單元充電操作中的輸出電壓，當該單元充電率接近100%，則利用檢出的電壓達到單元溫度一樣增加的電壓上升率值折回呈負增長，就是說利用顯示所謂上升初始減少的特性，具有兩者特性同時發(fā)生的時刻，用于使對該單元的現(xiàn)充電用電流停止供應。
即在本發(fā)明，作為有關二次電池的標準，用規(guī)定一般電流大小的C速率(C-rate)來表示。使用意味著高電流的2C以上的電流，在再充電操作時、要正確檢測在該單元高速、大電流充電操作中顯示的單元溫度特性。在示出一定溫度特性的時刻，利用中止再充電操作方法，可完全避開所謂已成過去的溫度上升、內壓上升問題，而能實現(xiàn)高速充電。
進一步在本發(fā)明，加以相關的溫度測定，由于同時也測定單元的輸出電壓，就能更正確地把握對單元中止充電操作的時間，而可安全、正確地實施再充電操作。這樣便不會有使二次電池的輸出特性、充電特性變壞的情況，就能延長該二次電池的壽命。
即在本發(fā)明提供的二次電池的再充電方法，是與單元溫度并用，一方面監(jiān)視單元輸出電壓，一方面對電池施加充電電流。中斷施加充電電流是在電壓增加率連續(xù)上升期間剛過后，檢出蓄電池電壓增加率下降時候。
并且本發(fā)明的中斷施加充電電流是在至少蓄電池溫度上升率倍增、以及電壓增加率連續(xù)上升期內剛過之后，同時檢蓄電池電壓增加率下降的時候。
還有在本發(fā)明又提供了用于二次電池再充電的裝置。該裝置內部有用于對電池施加充電電流的電源，探測電池溫度，用于生成表示電池溫度的輸出信號的溫度傳感器;監(jiān)視輸出信號，在檢測到前述信號予定的增加率時產(chǎn)生斷開信號的信號處理器;以及用于將電源與電池切斷，對斷開信號具有響應的開關。溫度傳感器最好是橫跨電池并聯(lián)連接著的熱敏電阻分壓器。
本發(fā)明提供的二次電池再充電用裝置、其構成代之以給電池施加充電電流的電源;探測電池輸出電壓，產(chǎn)生表示輸出電壓的輸出信號的電壓傳感器;監(jiān)視輸出信號，在檢測到前述信號予定的增加率時產(chǎn)生斷開信號的信號處理器;以及對切斷電池電源對斷開信號具有響應性的開關。
本發(fā)明進一步提供的二次電池再充電裝置具有給電池施加充電電流的電源;探測電池溫度，產(chǎn)生表示電池溫度的溫度輸出信號的溫度傳感器;探測電池輸出電壓，產(chǎn)生表示輸出電壓的電壓輸出信號的電壓傳感器;監(jiān)視輸出信號，在檢測輸出信號予定關系的時刻，產(chǎn)生斷開信號的信號處理器;以及對切斷電池電源的斷開信號具有響應性的開關。
圖1是用0.1C速率的蓄電池充、放電等效電路圖;
圖2是用4C速率的蓄電池充、放電等效電路圖;
圖3是放電時的蓄電池的等效電路圖;
圖4是受到過充電的蓄電池用等效電路圖;
圖5是關于圖2的蓄電池充電等效電路，在以秒為單位時間的關系中，用圖表示以攝氏為單位的蓄電池溫度(下面曲線)和電壓(上面曲線)的圖形;
圖6雖然類似于圖5，但用例子表示比在再充電前的初始蓄電池溫度在圖5中顯示出的外殼中所用的蓄電池初始溫度還經(jīng)高的外殼;
圖7是圖5及圖6溫度曲線的放大圖;
圖8是使圖5和圖6的數(shù)據(jù)重疊起來的圖形;
圖9是根據(jù)本發(fā)明，可對二次電池迅速再充電的蓄電池充電電子電路簡圖;
圖10是表示用于測定在本發(fā)明使用的電池表皮溫度的測定裝置的一個例子簡圖;
圖11是利用測定電池的輸出端子電壓來測定在本發(fā)明使用的電池的溫度的測定裝置一個例子簡圖;
圖12是說明本發(fā)明的充電裝置的運算裝置6構成一例的方框圖;
圖13至16是分別表示對使用本發(fā)明充電裝置，作為二次電池一例的鎳鎘電池一邊作充電操作一邊測定其溫度和電壓的圖形;
圖17和18表示用公知的充電方法給鎳鎘電池充電時的溫度和電壓變化圖形;
圖19是表示通過在圖17和圖18中所示的測定數(shù)據(jù)，運算處理溫度上升率和電壓上升率的結果圖形;
圖20和21是表示按在圖13至16中所示的測定數(shù)據(jù)，運算處理溫度上升率和電壓上升率的結果圖形;
圖22是表示本發(fā)明充電方法步驟例子的流程圖;
圖23是表示本發(fā)明充電裝置電路構成例子的方框圖;
圖24是表示本發(fā)明充電裝置的電源部分電路構成例子的方框圖;
圖25是表示本發(fā)明充電裝置的溫度測定電路及其運算處理電路的電路構成例子的方框圖;
圖26是表示本發(fā)明充電裝置的電壓測定電路及其運算處理電路的電路構成例子的方框圖;
圖27至43是表示實施本發(fā)明充電方法的其它操作步驟的流程圖;
圖44是說明本發(fā)明剩余容量顯示裝置外形的透視圖;
圖45是表示本發(fā)明剩余容量顯示器裝置構成一例的方框圖;
圖46是說明在本發(fā)明剩余容量顯示裝置中使用的一覽表概要圖;
圖47是表示本發(fā)明一覽表具體例子的圖;
圖48是表示在本發(fā)明剩余容量顯示裝置中使用的運算處理電路構成一例的方框圖;
圖49是有關實施本發(fā)明剩余容量顯示方法的操作程序，存入運算處理電路中的流程圖;
圖50是表示本發(fā)明剩余容量顯示裝置全部電路構成一例的方框圖;
圖51是表示本發(fā)明剩余容量顯示裝置全部電路構成一例的方框圖;
圖52是表示使用本發(fā)明充電裝置，對鎳氫電池作充電操作時充電時間和電壓的變化關系的圖形;
圖53是表示使用本發(fā)明充電裝置，對鎳鎘電池作充電操作時充電時間和溫度變化的關系的圖形;
圖54是使用本發(fā)明充電裝置，對鎳氫電池作充電操作時，運算處理對于充電時間的該電池溫度上升率和電壓上升率，表示運算處理結果的圖形。
下面就涉及本發(fā)明的二次電池的基本特性和涉及本發(fā)明的二次電池高速充電裝置以及高速充電方法的原理進行說明。
作為二次電池1個例子的鎳鎘蓄電池具有用氫氧化鎳制成的陽極和鎘化合物制成的陰極。用氫氧化鉀作為電解(蓄電池)液。充電時起如下反應
在陽極，氫氧化鎳變成氫氧化鎳(NiOOH)。在陰極，氫氧化鎘變成鎘。據(jù)此產(chǎn)生如下總電位差(電動勢)(+0.52伏)-(0.80伏)＝+1.32伏放電時產(chǎn)生以下反應
因此，放電時，化學反應與充電時的相反放電時所產(chǎn)生的電動勢也同樣與充電時產(chǎn)生的電動勢相反。
隨著電池達到最大負荷，電解液中所含的水受到電解，在陽極產(chǎn)生氧氣并且在陰極產(chǎn)生氫氣，這里公知的。其結果引起電解液中水減少。進而在蓄電池殼體內所產(chǎn)生的氣體形成內壓。為了避免潛在的爆發(fā)，在殼體上有降壓排氣口，當產(chǎn)生的氣體集聚超出安全程度，可將其排放出來?，F(xiàn)代的蓄電池制造技術使得與其在陽極不如在陰極上提供活性材料(activematerrial)，以此使蓄電池內氣體的生成限制在最小限度內。因此在陰極達到最大限度充電狀態(tài)前，陽極可早已處于該狀態(tài)。這時以下方法只產(chǎn)生氧氣
氧氣移向負極，于是和鎘再次結合產(chǎn)生氫氧化鎘(即無氧氣生成)。氫氧化鎘原本是陰極放電產(chǎn)物。在和氧再結合反應速度一致以前陰極的充電反應速度還在上升，這時達到了平衡。因此，陰極常常受到低于最大限度的充電，但不生成氫氣。把蓄電池看作在達到上述一致時作最大限度地充電，超出上述情況的充電稱之為“過充電”。
上述過充電可以說只是限于過充電電流大致以0.3C的速率[即和在1000毫安小時(mAh)的電池上施加的300毫安(mA)等效的充電電流]的情況。用該充電率，蓄電池的內部壓力維持在一個大氣壓。然而，在過充電電流增加到1C的速率(即，與在1000mAh的蓄電池上施加的1000mA等效的充電電流)時，蓄電池的內部壓力升至10個大氣壓。用超過1C的過充電率的充電率，則蓄電池的內壓力將會進一步變大。因而，在用高充電率充電時，重要的是防止蓄電池的過充電。
本發(fā)明人作出下述理論論述，將有助于同行們對本發(fā)明的理解。
所謂蓄電池是以貯存電力為目的的電化學裝置。為證明在蓄電池中產(chǎn)生的種種條件，可使用等效電路。當改變蓄電池內化學反應時，應注意往往要用不同的等效電路。
圖1是用0.1C速率充電及放電時的蓄電池的等效電路，該電路是最普通使用的電氣模型。
蓄電池的內阻Ri以具有與蓄電池內能量大小成反比例的電阻值的可變電阻器來表示。隨著蓄電池的充電，開始時Ri雖高，但，隨著蓄電池處于充電狀態(tài)而減小。若應用基爾霍夫的電壓法則即可明白，在Ri高時，外加的充電電壓大部分降在Ri上，因此在蓄電池的壓降極小。隨著Ri的減少，外加的充電電壓大部分降在蓄電池上、所以降在Ri上的電壓極少。隨著蓄電池的放電，Ri開始時雖然低，但隨著蓄電池能量損耗而增大。所以，初期雖然在Ri上幾乎無壓降，但該電壓降隨蓄電池能量的減少而增大。
可分析蓄電池中瓦特損耗效應。Ri使得在蓄電池的充電及放電的兩者間發(fā)生電力損耗。雖然瓦特損失結果所設想的是熱，但假如即使是產(chǎn)生純粹的熱，由于其數(shù)量非常之微，所以吸熱化學反應和Ri中的瓦特損失的加熱效應相抵消。甚至在過充電時，無有害效應達到最高0.3C的速率，蓄電池可容納過剩能量。
然而，充電/過充電率年超過0.3C時，必須考慮蓄電池內化學反應的固有平衡受到影響的其它主要原因。
圖2是用作為高電流條件4C速率的蓄電池充電的等效電路圖。該圖表示并聯(lián)2個內電阻器，即固定電阻器Ri和可變電阻器Ri2。Ri2的電阻值與蓄電池能量大小成反比例這一點與圖1的Ri相應。同樣Ri2內的瓦特損耗引起的加熱由化學反應的吸熱效應相抵消。Ri的電阻值是固定的，與在蓄電池內發(fā)生的任何化學反應都無關這一點，表示是從Ri2分出的剩余電阻成份。Ri1的電阻值較小，因此在中，其所具有的效應盡管不能說得太絕對，但整個蓄電池的全部溫度限制在最小限度內或不上升。隨著蓄電池處于最大限度的充電狀態(tài)，Ri2的電阻比起Ri1來要減至低值，所以Ri1的效應起支配作用。這時，Ri1產(chǎn)生大量熱，蓄電池的整體溫度大幅度上升。
圖3表示蓄電池放電時Ri1和Ri2間關系。最初Ri1的電阻起支配作用(即大大超出Ri2的電阻值，所以整個內部加熱或端子電壓減少最初由Ri1引起。隨著蓄電池能量的減少，Ri2增加。根據(jù)情況，Ri2的電阻值變得很高，因此蓄電池的電壓全部降落在Ri及Ri2上，所以蓄電池本身全無壓降(即表現(xiàn)出在蓄電池的端子上的輸出電壓為零)。
圖4是受到過充電的蓄電池的等效電路圖。在電池受到最大限度充電時，Ri2的電阻值實際上是零歐姆。因此蓄電池內剩下的唯一電阻用Ri表示。很清楚，由Ri引起的加熱，在達到最高0.3C的充電率是最小限度。用0.3C以上充電率，則由Ri1內瓦特損耗生成的熱與充電率增大成正比例增大。而且用高充電率會產(chǎn)生過剩量的氧。氧在陰極和鎘再結合，會使電池的電壓下降。與上述情況相反的是使由Ri1耗散的電力增加，這樣熱量又增加，造成熱擊穿條件。因此如上所述在用高充電率充電同時，重要的是防止蓄電池的過充電。
圖5至8表示對于正在用4C速率充電的二次電池如鎳鎘電池的溫度及電壓效應。圖5和6表示有關各蓄電池初始溫度的蓄電池端子電壓以及其表面溫度關系。具體來說，圖5是用曲線表示有關用4C速率充電，具有38.8℃初始溫度的蓄電池，以秒為單位時間和以攝氏表示的蓄電池溫度(帶“溫度1”標記的下面曲線)及電壓(帶“伏特1”標記的上面曲線)之間關系。圖6標有各蓄電池溫度及電壓曲線“溫度2”以及“伏特2”標記，并且除蓄電池初始溫度為23.3℃外，與圖5相類似。圖7提供了圖5及圖6溫度曲線的放大圖。
分析充電時的蓄電池電壓，充電周期結束前觀察到電壓增加率急烈增大接著又減少。參照圖5及6，可清楚了解到蓄電池增加率，從最初9分鐘(0秒至540秒)每秒約1毫伏到F一個90秒(600秒至690秒)每秒約4毫伏，并且到下一個90秒(690秒至780秒)每秒約8毫伏，是明顯上升的。以后，雖然蓄電池的電壓繼續(xù)增加，但其增加率根據(jù)情況在830秒時每秒約減少到2毫伏。用4C速率充電約830秒后，蓄電池已經(jīng)不能接納能量，這時可認為是最大限度的充電。
分析圖5、6和7的蓄電池溫度曲線，可了解到，除充電周期終了時，曲線都不一樣。從0秒到660秒，“溫度1”曲線顯示出每秒增溫0.0097℃，另一方面，“溫度1”曲線顯示出每秒實際上降溫0.0057℃。從660秒到830秒，溫度上升率分別為每秒0.038℃(溫度1曲線)以及每秒0.01℃(溫度2曲線)。這證明在蓄電池大約最大限度充電時，溫度上升率至少增加2倍(就是說加倍)。
作為本發(fā)明一個目的的迅速高速率充電為避開可引起蓄電池非常迅速產(chǎn)生不可逆損傷的有害條件需要精確地控制充電量。用最高1C速率給蓄電池進行充電的已有形式的充電技術，使用1C以上充電率的情況下，呈現(xiàn)出不足。特別是發(fā)生過剩充電后，象上面所說那樣在蓄電池內引起過度的熱生成。這會導致容量減少，周期壽命縮短以及電池排氣。用超出1C速率的充電率所必需的精確控制，可通過細心監(jiān)視蓄電池電壓、蓄電池的溫度或其兩者來實現(xiàn)。蓄電池電壓只有在蓄電池充電從95%到100%的時候顯示出所發(fā)生的獨有特性。該特性是在蓄電池電壓增加率連續(xù)上升一個時期后，緊接著其電壓增加率就降低。檢出這種下降時，必須中斷充電，以防止蓄電池過充電。
蓄電池的溫度也只有在蓄電池從95%充電到100%的時候才顯示出所發(fā)生的獨有特性。該特性是蓄電池溫度上升率至少激增2倍。該迅速增加意味著蓄電池大體上已充電到最大限度，以及應該中斷高的充電率。
雖然在檢測出上述電壓或溫度條件之一時，停止用高速率充電，但同時檢測出這二個條件時，也可停止用高速率充電。
利用精確控制上述蓄電池高比率的充電，不會使蓄電池產(chǎn)生所不希望的過充電效果，可進行其容量約為從95%到100%以內的迅速充電。
下面參考附圖，詳細說明有關本發(fā)明二次電池高速充電裝置的實施例。
在本發(fā)明并不限制二次電池的種類，可用于鎳鎘電池或鎳氫電池等的二次電池。下面以鎳鎘電池為例進行說明。
圖9是在本發(fā)明的實施例中，說明用于鎘鎳電池進行高速充電的裝置1的第1種方式的構成方框圖。圖中裝置的構成包括給需要充電電池單元2提供充電電流的電流供給裝置3;測定該單元2溫度的溫度測定裝置4;測定該單元溫度，存儲其信息，或把信息輸出到下述的運算裝置的取樣裝置5;對通過該取樣裝置5獲得的該單元的溫度信息運算處理，輸出表示應該停止該充電操作時期的控制信號的運算裝置6;響應運算裝置6的輸出，使來自該電流供給裝置3的電流停止對單元2供給的形狀裝置7;以及控制各裝置的控制裝置8。作為二次電池的充電裝置，該充電裝置1的該電流供給裝置3在該充電操作中至少給該單元提供2C的電流。演算裝置6是具有下述功能的二次電池高速充電裝置通過取樣裝置5和溫度測定裝置4得到單元的溫度信息，算出單元溫度上升比例的第1運算功能;把第1時期的單元溫度上升比例與與第2時期的單元溫度上升比例相比較，算出其變化率的第2運算功能;把第2時期的單元溫度上升比例與第1時期的單元溫度上升比例相比較，判斷第2時期的單元溫度上升比例是否超過第1時期的單元溫度上升比例的2倍，根據(jù)判斷結果，對單元輸出一個停止充電電流供給的信號的第3功能。
本發(fā)明的二次電池高速充電裝置1，其基本構成如圖9所示測定單元2輸出電壓的電壓測定裝置41;測定單元電壓，并把該信息存儲和輸出到下述運算裝置的取樣裝置51;對從取樣裝置51得到的單元2的電壓信息進行運算的運算裝置6;運算裝置6具有根據(jù)取樣裝置51和電壓測定裝置41得到的單元電壓信息，算出單元電壓上升比例的第4運算功能;檢出在給定時間里電壓上升比例連續(xù)增加后，上升比例首次減少的第5功能。運算裝置6，基于其第3功能，得到第2時期的單元溫度上升比例超過第1時期的單元溫度上升比例2倍的信息;基于其第5功能，檢出電壓上升比例首次減少的信息，根據(jù)以上信息，對單元輸出一個停止充電電流供給的信號。
本發(fā)明的二次電池高速充電裝置，可供給高電流對本例的鎳鎘電池進行充電，與以往充電操作條件完全不同，至少可以對鎳鎘電池供給2C比率以上的高電流。
具體地說，可根據(jù)各鎳鎘電池的額定電流，供給2C或以上的電流，即3C、4C或5C等的電流。
在本發(fā)明中，可根據(jù)包含鎳鎘電池的構成、輸出電壓、輸出電流等的電池額定值、各種特性，以及剩余容量、充放電過程等，把充電時應供給的電流量，調整到最適宜的數(shù)值。為此，在本發(fā)明的鎳鎘電池調整充電裝置中，設置了變更電流量(C比率)的電流量變更裝置9。
在本發(fā)明中，采用由溫度傳感器構成的溫度測定裝置4，測定供給高電流時二次電池，例如鎳鎘電池的溫度。被測的溫度可以是電池的表面溫度(表皮溫度)、內部溫度、以及電池的端子部位的溫度，無論哪個溫度都可以，可根據(jù)需要選擇適宜的方式，予以測定。
溫度測定裝置4中使用的溫度傳感器的結構，沒有特別的限制，例如，如圖10所示，在單元2本體部分表面，有NPN晶體管或熱敏電阻構成的溫度傳感器45，用粘著紙帶46使其與單元3本體部分表面接觸。
把單元2插入充電裝置進行充電時，如圖10所示，單元的一個端子接正電極，另一個端子接負電極。
圖11是表示用在本發(fā)明的鎳鎘電池高速充電裝置中的另一種溫度測定裝置。在本例中，以測定充電的單元輸出端子溫度為例，單元2的正端子31與內部裝有彈簧的接線端43連接，供給充電電流;由金屬構成的負端子32與內部裝有彈簧的充電端子42連接，充電端子42接地，使負端子32的電流流出，在充電端子42上安裝了溫度傳感器4，測定電池輸出端子的溫度。
把該溫度數(shù)據(jù)變換成相應的電壓值，供給后述的運算處理裝置。
本發(fā)明的運算裝置6可以根據(jù)其第5種功能給出充電電流停止供給信號，然而只有在檢出單元2的電壓上升比例首次下降后，至少又連續(xù)幾次檢出了電壓上升比例的下降，才能輸出該信號。
如圖5和圖6所示，單元2從充電開始到充電完了，該單元電壓的上升比例一直都是上升的，以其單元的電壓電平變化的微分值所表示的變化程度，都是正值，把其再次微分的變化的比例，可表示為0或正。當對該單元進行充電，其充電率約為100%時，電壓急劇減少，則電壓的上升比例轉變?yōu)樨撝怠?br> 當測定單元電壓的變化在一定期間連續(xù)上升時，檢出了連續(xù)電壓上升期間首次電壓上升比例的下降，則可判斷為充電狀態(tài)是或接近100%，把中止充電的控制信號輸入控制裝置8，通過開關裝置7，使電流供給裝置3的充電電流不再流入單元。
當單元的充電率接近100%時，電壓電平的變化是個微秒狀態(tài)，考慮到安全性，在電壓上升比例剛剛變負時，不立即發(fā)出中止充電的控制信號;在進行1～2次取樣，確認上升比例后，再發(fā)出中止充電的控制信號。
例如，在電壓上升比例變負后，當連續(xù)3次電壓下降時，發(fā)出中止充電的控制信號。
下面參照


本發(fā)明使用的運算裝置的結構。
圖12是取樣裝置4或41中存儲電路和運算裝置6的功能和電路構成圖，是測定單元溫度并運算處理其結果的裝置的框圖。其構成是存儲由溫度測定裝置4在一定時間內取樣的單元的溫度信息的第1存儲裝置61;從存儲在第1存儲裝置61中，在一定時間間隔內的至少2個溫度信息，算出在該時間內單元溫度平均值的第1運算裝置62;存儲從第1運算裝置62算出的單元平均值的第2存儲裝置63;從存儲在第2存儲裝置63的溫度平均值信息，運算在相鄰的一定期間內，例如5秒時間單元溫度上升或下降的變化比例，從存儲在第2存儲裝置63的信息，運算在充電期間的某個適當?shù)牡?時期(例如5秒時間)的單元溫度上升比例的第2運算裝置64;運算繼第1時期后的第2時期的單元溫度上升比例的第3運算裝置65;判斷由第3運算裝置65得到的第2時期單元溫度上升比例，是否至少超過由第2運算裝置64得到的第1時期單元溫度上升比例2倍的第4運算裝置66。
在本發(fā)明充電裝置中，上述第2和第3運算裝置64、65，可以是通用的。
以下舉例具體說明本發(fā)明測定信息的運算處理順序。
首先，說明測定溫度控制充電操作的方法。
從中央控制裝置8，以一定間隔發(fā)出時鐘信號，與此相應，溫度測定裝置4測定單元表皮溫度，并把該信息存儲在第1存儲裝置61中。
采用適當?shù)膫鞲衅?，把該單元溫度變換為電壓。
相應于每一個時鐘信號，得到一個溫度測定信息，則在給定時間內得到的多個溫度信息存儲在第1存儲裝置61中。
本發(fā)明的時鐘信號周期，相當于取樣周期，對該周期沒有特別的限定，例如，可在1秒鐘取樣10～50個數(shù)據(jù)。
第1存儲裝置61有較大的存儲容量，例如，至少可以在5秒時間存儲250個數(shù)據(jù)。
取自第1存儲裝置61的多個溫度信息，在第1運算裝置62中，算出一定時間內溫度信息的平均值。
該平均值可以是由連續(xù)取樣得到的至少2個溫度信息算出的單元溫度平均值(TAV1、TAV2、……TVn);也可以是在相應的一定時間內，例如5秒鐘內，由10～50個數(shù)據(jù)算出的平均值。
作為存儲裝置，可以采用FIFO(first-in-first-out)型存儲裝置。
由第1運算裝置62算出的單元溫度平均值(TAV1、TAV2……TVn)，存儲在第2存儲裝置63中。
從第2存儲裝置63存儲的電池溫度平均值信息(TAV、TAV2……Tvn)，運算在相鄰的給定期間內，例如5秒鐘內該電池溫度上升或下降的變化比例。
例如，在第1期間，即某選定期間5秒鐘內的平均值為TAV1，繼第1期間后第2期間5秒鐘內和平均值為TAV2，繼第2期間后第3期間5秒鐘內的平均值為TAV3，則通過第2運算電路64和第3運算電路65，其各期間溫度平均值的變化比例(VT1、TT2)分別運算為TAV2-TAV1＝VT1TAV3-TAV2＝VT2同樣可對充電操作的各期間，運算溫度平均值的變化量(VT1，VT2)。
上述各值表示5秒時間的溫度變化比例，該數(shù)據(jù)可以使用然而，要表示單位時間的變化比例，例如1秒時間的溫度變化比例，可作如下運算VT1/5＝RVT1VT2/5＝RVT2從第3運算裝置65得到的第2時期單元溫度上升比例RVT2，與從第2運算裝置64得到的第1時期電池溫度上升比例VT1或RVT1有怎樣的比率關系，第4運算電路66可進行運算和判斷。
如前所述，充電率接近100%時，二次電池的單元溫度將急劇上升，當檢出了這一狀況而未能中止充電操作時，將損壞單元使其性能劣化。為此，在本發(fā)明中，監(jiān)視單元溫度上升比例的變化，檢出本次單元溫度上升比例超過上次單元溫度上升比例2倍的變化，則判斷此時單元充電率為100%或接近100%，發(fā)出中止充電操作的控制信號。
具體地講，第4運算裝置66要判斷第2時期單元溫度的上升比例VT2或RVT2，是否至少超過了第1時期單元溫度的上升比例VT1或RVT1的2倍，即2VT1＜VT2在上述運算處理中，測定高速充電操作時的單元電壓，與電壓上升比例組合在一起，作為中止充電操作所采用的第2種方法。下面說明測定單元電壓的運算裝置6的構成和測定步驟。
如上所述，本發(fā)明中測定單元電壓。運算該電壓信息的運算處理裝置，與運算裝置6的大部分是通用的，有關通用處理裝置的具體說明就省略了，僅僅說明與電壓信息有關的部分。
在鎳鎘電池的單元2端子上，安裝與輸出電壓測定裝置相配合的電壓測定傳感器，與測定溫度的情況一樣，按照從中央控制裝置8以一定間隔發(fā)出的時鐘信號，電壓測定裝置41測定單元電壓，并把該信息存儲在第1存儲裝置61中。
至于以下第3運算裝置65的信息處理步驟，與上述溫度信息的運算處理步驟是一樣的。
即從電壓信息算出單元電壓平均值(VAV1、VAV2……Vvn)，則可以運算出在第1期間和第2期間的電壓平均值變化量VAV2-VAV1＝VV1
VAV3-VAV2＝VV2根據(jù)上述各信息，必要時可算出1秒時間該溫度變化的比例VV1/s＝RVV1VV2/s＝RVV2由第3運算裝置65得到的第2時期單元電壓上升比例VV2或RVV2，與由第2運算裝置64得到的第1時間單元電壓上升比例VV1或RVV1的關系如何，可由第4運算裝置66判斷。
如前所述，在充電操作中，二次電池的單元電壓，在充電開始時隨充電時間的增加而緩慢增加;當充電率接近100%時，電壓急劇上升;當充電率達100%或極接近100%時，電壓急劇下降，此時，應立即檢出該狀況并中止充電。
為此，如前所述，要監(jiān)測單元電壓上升比例的變化，在整個充電期間，繼電器上升比例連續(xù)增加或上升比例不變后，該電壓剛剛開始下降時，即該電壓上升比例為負的時間點，可判斷此時為單元充電率是100%或接近100%，應發(fā)出中止充電的控制信號。具體地說，要判斷第2時期單元電壓上升比例VV2或RVV2與第1時期單元電壓上升比例VV1或RVV1，是否有如下關系VV2-VV1＜0
在本發(fā)明中，可根據(jù)上述運算處理結果，立即輸出中止充電的控制信號;也可以在連續(xù)數(shù)次監(jiān)測電壓信息，確認電壓下降后，輸出中止充電的控制信息信號。
圖13～圖18表示本發(fā)明充電時鎳鎘電池的溫度和電壓變化，與以往充電情況的比較。
圖13是本發(fā)明以3C速率進行高電流高速充電時，鎳鎘電池的溫度變化波形圖;圖14是電壓變化波形圖。
圖15是表示以5C比率進行高電流高速充電的情況，由圖可見，以往的充電操作要達到完全充電，至少要40分。而且該鎳鎘電池的充電率即使接近100%時，其電池溫度及電壓的變化比例也比較小，因此不可能確知迅速地判斷充電率達100%時中止充電的時間點。
在本發(fā)明的電池充電率達100%的20分以至10分鐘內，以往的充電操作，其波形不可能有顯著的變化，因此，沒有判斷繼續(xù)中止充電操作的根據(jù)。
本發(fā)明在20分鐘以內，特別是4C、5C比率情況下，在14分鐘以內，充電率可達100%。
以圖13～圖18的波形為基礎數(shù)據(jù)，第1表～第3表表示充電單元的溫度和電壓的實測值。
第1表是用以往的高速充電法，以1.5C的比率，對サンヨ-電氣(株)制KR-1200AE鎳鎘電池充電，在1秒取樣周期測定50個溫度和電壓數(shù)據(jù)，表示在5秒周期該取樣數(shù)據(jù)的平均值。
第2表和第3表是與第1表相同的測定數(shù)據(jù)，但是，是分別以3C比率和5C比率，對松下電工(株)制P-60AARM進行充電的情況。
圖19～圖21是以第1～3表的數(shù)據(jù)，根據(jù)上述定義算出溫度及電壓的上升比例，予以曲線表示。
圖19是根據(jù)第1表的數(shù)據(jù)，算出溫度及電壓的上升比例，以曲線表表示。對于充電時間，在40分鐘以前，溫度和電壓的上升比例幾乎不變化，以同一個上升比例繼續(xù)上升;接近40分鐘時，溫度上升比例稍大一些。對于充電時間，在40分鐘以前，電壓的上升比例幾乎沒有變化，約以同一個上升比例繼續(xù)上升;接近40分鐘時，電壓上升比例突然急劇下降。
圖20是本發(fā)明的情況，是表示根據(jù)第2表算出溫度及電壓上升比例的曲線;圖21是表示根據(jù)第3表算出溫度及電壓上升比例的曲線。它們在20分鐘以內，溫度上升比例都顯著變大了，而隨著充電率接近100%，電壓上升比例不斷顯著變大，當靠近100%時，電壓上升比例下降，電壓急劇下降。
圖22表示本發(fā)明充電操作中運算處理方法的流程圖。
首先，起動后的第(1)步;檢查該二次電池的特性，與此同時，設置充電環(huán)境。
在本發(fā)明對二次電池充電時，其充電操作要求在-10度到+45度范圍進行，因此首先要測定溫度環(huán)境如何，設置實現(xiàn)正常充電操作的環(huán)境。
其后，在步驟(2)，判斷是否設定了適合充電操作的環(huán)境。如果沒有，返回到步驟(1);如果是，進入步驟(3)，判斷是否設定了測定鎳-鎘電池的溫度，或者溫度與電壓兩者的取樣周期，如果不是，返回到步驟(1)，重復上述的操作;如果是，進入步驟(4)，與該系統(tǒng)周期同步輸出的時鐘信號同步地分別測定鎳-鎘電池的溫度和/或電壓。
有關測定的各溫度和電壓的數(shù)據(jù)，一次存儲到，例如，設置于該采樣裝置的存儲裝置或者設置于運算裝置6的存儲裝置中。
然后，在步驟(5)，判斷是否經(jīng)過了所定的充電時間，例如5秒。如果沒有，返回到步驟(4);如果是，進入到步驟(6)，算出在該5秒時間內測定的溫度及電壓的平均值。
亦即算出在5秒時間內元件溫度的平均值(TAV1、TAV2、TAV3…TAVn)和元件電壓的平均值(VAV1，VAV2……VAVn)，存儲于第2存儲裝置63中。
然后，進入步驟(7)，由步驟(6)算出的各平均值，算出相鄰時期溫度和電壓平均值的變化。
即，關于溫度，例如，第1時期，也就是在最初5秒期間平均值TAV1與接續(xù)第1時期的5秒的第2時期平均值TAV2以及加上第3時期，也就是接續(xù)第2時期的5秒的平均值TAV3，按下面的方式計算出這整個時期內溫度平均值的變化量(VT1，VT2)把其結果在第3存儲裝置65中進行存儲。
TAV2-TAV1＝VT1TAV3-TAV2＝VT2并且，關于電壓，例如，第1時期內的平均值VAV1與第2時期平均值VAV2以及加上第3時期平均值VAV3，按下面方式計算出整個時期溫度平均值的變化量(VV1，VV2)，把其結果同樣地在第3存儲裝置65中進行存儲。
VAV2-VAV1＝VV1VAV3-VAV2＝VV2然后，本發(fā)明進入到步驟(8)，判斷運算數(shù)據(jù)是否是關于溫度的數(shù)據(jù)。如果是，進入步驟(9)，判斷溫度上升速率是否增加。如果不是，返回到步驟(8)。如果是，進入步驟(10)，判斷是否檢測出該元件溫度上升速率超過上次測定時該元件溫度上升速率的2倍。如果是，進入步驟(11)，產(chǎn)生指示充電操作中止的控制信號，在步驟(16)使充電操作中止。如果不是，返回到步驟(9)，重復前述的各種操作。
另一方面，在步驟(8)，如果不是，即進入步驟(13)，判斷電壓上升速率是否在所定時期連續(xù)增加后出現(xiàn)最初的減少，如果不是回到步驟(8)。如果是，進入到步驟(14)，判斷電壓上升速率的減少是否連續(xù)3次，如果不是，回到步驟(13)，重復上述各工序。如果是，進入到步驟(15)，產(chǎn)生指示充電操作中止的控制信號，進入到步驟(12)。
在步驟(12)，有選擇地輸入來自步驟(11)的輸出信號，此步驟(11)用于判斷前述溫度上升速率的變化;與來自判斷電壓變化步驟(15)的信號進行AND邏輯操作，并輸出中止充電操作的控制信號。
下面，說明按照本發(fā)明的充電裝置電路結構的一個具體實施例。
圖23是表示按照本發(fā)明的充電裝置的一具體電路圖實例。
圖23是按照本發(fā)明用2C上的高電流率對二次電池快速再充電的蓄電池充電器的電路簡圖。這個電路，通過檢測蓄電池電壓及/或溫度，同時按照幾個予定參數(shù)控制對蓄電池的附加充電電流，提供蓄電池的電壓及溫度的實時顯示。
該電路具有下述功能。BT1表示，通過電阻器R1，由功率MOSFETQ1(MOS場效應晶體管)提供充電電流，進行再充電的蓄電池(圖9中的2)。與蓄電池外殼相連的溫度檢測熱敏電阻RT1構成的溫度測量裝置4，產(chǎn)生表示蓄電池2溫度的溫度輸出信號Tsense。Tsense由模擬放大器U1放大。RT1與電阻器的R2組合，形成分壓器網(wǎng)，由此使RT1的電阻隨著蓄電池溫度的變化而按比例的變化。具有10個通道的模-數(shù)轉換器U2的第1通道(AD0)接收表示蓄電池2電壓的電氣輸入信號+BATT。第二通道(AD1)接收由放大器U1輸出的已經(jīng)放大了的表示溫度的信號。不使用模-數(shù)變換器U2的其他的通道。
模-數(shù)變換器U2，把其他輸入信號，從模擬形式轉換成適合輸入到相當于具有裝載RAM，ROM及I/O端口的本發(fā)明中的運算裝置6及中央控制裝置8的集成電路微型控制器U3的數(shù)字形式。微型控制器U3，如下面說明那樣，為控制MOSFETQ1被予先進行程序編制，從模-數(shù)變換器U2中讀出數(shù)字信號，然后處理該數(shù)據(jù)。
還有，在本具體實施例中，在圖6或圖12等圖中說明的多種存儲裝置，都設置在具有運算裝置的集成電路微型控制器U3中。
微型控制器U3，同樣地，輸出在例如2×28文字液晶顯示裝置100上作數(shù)字顯示的蓄電池的電壓及溫度實時數(shù)據(jù)所需的適當信號。
固定電壓調整器U4，給電路提供該調整的所需供電電壓信號Vcc。PNP晶體管Q2起著在存在有蓄電池信號BT1時將通過端子+V1n和GND供給的輸入功率耦合到電壓調整器U4的開關作用，而在蓄電池確實不存在的情況下，則由U4解除輸入功率的耦合。
下表提供了關于圖23中描述說明的電路構件的電子部件的規(guī)格。
參照符號內容說明Q1內部整流器1RF350的功率MOSFET(MOS場效應晶體管)Q2莫托羅拉 2N3906PNP晶體管RT1Fenwal192-303KET-A01熱放電阻器R15歐姆25瓦10%R230K歐姆1/4瓦R310K歐姆1/4瓦R410K歐姆1/4瓦R510K歐姆1/4瓦R6510歐姆1/4瓦R7100歐姆1/4瓦R810K歐姆1/4瓦R91M歐姆1/4瓦C11μF35伏特電解電容器C222PF35伏特電解電容器
C322PF35伏特電解電容器C410μF35伏特電解電容器C51μF35伏特電解電容器C60.1μF35伏特電解電容器U1莫托羅拉μA741運算放大器U2莫托羅拉145051A/D變換器U3莫托羅拉68HC705C8微處理機U4莫托羅拉LM7805電壓調整器顯示裝置OptrexDMC16230液晶顯示裝置下面，由圖24到26，說明涉及本發(fā)明的二次電池的高速充電裝置電路結構的其他實施例。
圖24是表示關于本發(fā)明的該充電裝置的電池連續(xù)部件，電源供給部件及時鐘發(fā)生部件的電路構成例的方框圖。
即，在圖24中的122是充電二次電池120的電壓輸入端，而121是接地端。
還有，123是連接該電池的溫度測定裝置4的正電位的端子127端子，125是該溫度測定裝置的負電位端，它與接地(GND)的低電位電源端子133相連，并且連接電池的接地端121。
而且該電池的正負電壓輸入端122和121，分別和測定各電池輸出電壓的電壓測定裝置41的正負端124和126相連。
還有，該電池的正電壓(高電位電源)的輸入端122和連接到予定高電位電源132的電源控制電路103的輸出相連。
該電源控制電路103，由兩個晶體管Q2和Q3以放電阻R3到R6構成，晶體管Q2和Q3在以后敘述，根據(jù)前述的溫度測量信息及電壓測量信息，具有停止供給電池充電電流的開關功能。
另一方面，101是時鐘發(fā)生器，例如，采用E555的集成電路芯片，從輸出端126，產(chǎn)生具有予定占空比的時鐘。
從該時鐘發(fā)生器電路101輸出的時鐘信號可以是，例如具有0.5秒閉合狀態(tài)的脈沖寬度的脈沖，5秒鐘產(chǎn)生一次，或者也可以是例如以0.2HZ的周期輸出其閉合狀態(tài)占空比為5%(5%/95%)的脈沖。
其次，圖25是表示進行溫度測定和前述運算處理的運算處理電路的一具體實施例的方框圖。
在圖25中，從連接前述的電池120的溫度測定裝置4的端子127和125來的電壓信息。在由差動放大器U9和U1構成的電壓緩沖裝置140，調整到予定電壓后，輸入到信息處理電路150。此處理電路150由存儲裝置61，運算處理裝置62和存儲裝置63構成。按照本發(fā)明，在第一存儲裝置61存儲取樣的溫度或電壓信息。由此第一存儲裝置61的存儲溫度或者電壓信息經(jīng)運算處理裝置62計算出予定時間，例如5秒內的該各信息的平均值的。由該運算處理裝置62算出的所定時間的平均值存儲在第二存儲裝置63中。
另一方面，從圖24的時鐘發(fā)生裝置輸出的例如，象前述那樣的時鐘信號被輸入到端子126，并在輸入到由繼電器K1構成的切換電路160的同時，也輸入到前述的第二存儲裝置63。
還有，由繼電器K1構成的切換電路160，采用常閉狀態(tài)的結構，在不輸入脈沖的情況下，處于斷開狀態(tài)。
每當輸入5秒鐘產(chǎn)生一次脈沖時鐘信號時，由第二存儲裝置63取出的，例如已經(jīng)運算處理過的被存儲的各5秒內的溫度或電壓的平均值中的最初的平均值數(shù)據(jù)TAV1，即與該時鐘信號同步輸出，并且在輸入到構成由差動放大器U4構成的本發(fā)明所述的第二運算裝置64的運算電路151的同時，在相應時刻，由于切換電路160變成閉合狀態(tài)，該平均值數(shù)據(jù)TAV1，即通過該切換電路160，存入由差動放大器U2和差動放大器U3及電容C1構成的暫時存儲電路152。
該暫時存儲電路152的輸出，輸入到構成前述運算電路的差動放大器U4一端的非反向輸入端，與輸入反向端的第二存儲裝置63的輸出進行差分運算處理。
因為在前述的時鐘信號脈沖成為斷開狀態(tài)時切換電路160成為斷開狀態(tài)，所以該最初輸出的溫度數(shù)據(jù)TAV1，就處于存儲在暫時存儲電路152的狀態(tài)。
然后，在輸入第二個時鐘信號脈沖時，由第二存儲裝置63取出的第二個平均值TAV2，輸入到運算電路151，在前述暫時存儲電路152存儲的溫度數(shù)據(jù)TAV1期間，計算TAV2-TAV1的差分值，決定第1時期的溫度變化比率。
同時，在暫時存儲電路152中存儲的前次溫度數(shù)據(jù)被置換成這次的平均值TAV2。
另外有，與輸入下一個時鐘信號脈沖同樣地從第2存儲裝置63取出的第3平均值TAV3被輸入第2個運算電路151，運算出與存儲前述的暫時存儲電路152中的溫度數(shù)據(jù)TAV2期間的TAV2-TAV1的差分值，以決定第2時期溫度變化的比率。
亦即，在實施例中，是表明與前述的第2運算裝置64及第3運算裝置65，共同的電路151進行運算處理的例子。
該第2運算電路151的輸出(TAV2-TAV1)輸入到由差動放大器U5構成的緩沖器153及由差動放大器U8構成的本發(fā)明中的第4運算裝置66所組成的運算電路155。
輸入到該緩沖器153的該第2運算電路151的輸出(TAV2-TAV1)，在切換電路160處于閉合狀態(tài)時，通過該切換電路160，存儲在由差動放大器U6和U7及電容C2構成的另一暫時存儲電路154。
并且，借助把緩沖器153的放大倍數(shù)設定為2，由于緩沖器153的輸出的溫度數(shù)據(jù)變成2(TAV2-TAV1)，關于存儲在另一暫時存儲電路154的第1時期中的溫度變化比率的數(shù)據(jù)亦變成2(TAV2-TAV1)。
此外，這一輸出被輸入到前述運算電路155反向輸入端，而對前述第2運算電路151輸出的下一時期，即第2時期的溫度變化比率進行差分運算處理。
也就是，在該運算電路155中，實行下述的運算處理(TAV3-TAV2)-2(TAV2-TAV1)＞0。
也就是，由該第4運算處理裝置，在第2時期溫度變化比率，超過在5秒前通過取樣而得到的第1時期的溫度變化比率的2倍，并且快速上升的情況下，輸出正電壓判斷鎳-鎘電池充電速率已經(jīng)達到大致100%，中止該充電操作。
也就是，在上述狀態(tài)下，第4運算處理裝置66的輸出，由輸出端156輸入到圖24中電源控制電路103的輸入端131，依靠使構成該電源控制電路103的晶體管Q2截止，來切斷電源132供給二次電池120的電源。
還有，圖26是說明本發(fā)明中與溫度測量裝置組合地測量用的二次電池高速充電操作中輸出電壓情況下運算處理電路結構的方框圖。
圖26表示的電壓測定裝置的電路結構，基本上與前述的溫度測定裝置相同。
即，在圖26中，來自與前述電池120相連的電壓測定裝置41的端子124和126的電源信息，在由差分放大器U1構成的電壓緩沖器141調整到所定的電壓后，輸入到利用本發(fā)明中的由存儲被取樣電壓信息的第1存儲裝置61，將第1存儲裝置61存儲的電壓信息，在予定的時間，例如5秒中運算出各信息的平均值的運算處理裝置62以及存儲運算裝置62運算的所定時間內的各平均值的第2存儲裝置63所構成的信息電路150內。
另一方面，由圖24中的時鐘信號發(fā)生裝置101輸出的例如象前述那樣的時鐘信號，輸入到端子126，并在輸入到由繼電器K1構成的切換電路160的同時輸入到前述第2存儲裝置63。
并且，由該繼電器K1構成的切換電路160，采取常斷結構，在沒有脈沖輸入的情況下處于斷開狀態(tài)。
輸入該5秒產(chǎn)生一次的時鐘信號時，從第2存儲裝置63與時鐘信號同步地輸出，例如，已經(jīng)運算處理過的5秒內的電壓平均值中的最初的數(shù)據(jù)平均值VAV1，并且其輸入到由本發(fā)明敘述的由差分放大器U4構成的第2運算裝置64構成運算電路151的同時，在相關時刻，由于該切換電路160變成閉合狀態(tài)，該平均值數(shù)據(jù)VAV1即通過該切換電路160，存儲在由差分放大器U2與差分放大器U3及由電容C1構成的暫時存儲電路152中。
把暫時存儲電路152的輸出，輸入到構成前述運算電路的差分放大器U4一端的非反向輸入端子，與輸入到反向端子的第2存儲裝置63的輸出進行差分運算。
因為前述的時鐘信號的脈沖為低時切換電路160處于斷開狀態(tài)，該最初輸出的電壓數(shù)據(jù)VAV1，即處于存儲在暫時存儲電路152的狀態(tài)。
接著在輸入第2個時鐘信號脈沖時，從第2存儲裝置63取出的第2個平均值VAV2，輸入到該第2運算電路151，計算其與存儲在前述電路152的電壓數(shù)據(jù)VAV1之間差分值VAV2-VAV1，以確定第一時期中的電壓變化率。
同時，把存儲在暫時存儲電路152的第一次的電壓數(shù)據(jù)，置換成當前這次的平均值VAV2。
在輸入再下面的時鐘信號脈沖時，同樣從第2存儲裝置63取出第3個平均值VAV3輸入到第二個運算電路151，計算其與存儲前述暫時存儲電路152中數(shù)據(jù)VAV2之間的差分值VAV3-VAV2，決定第2時期電壓變化的比率。
第2運算電路151的輸出(VAV2-VAV1)，在輸入到由差分放大器U5構成的緩沖器153的同時，輸入到由差分放大器U8構成的，相當于本發(fā)明敘述的第4運算裝置66的運算電路155。
輸入到緩沖器153的第2運算電路151的輸出(VAV2-VAV1)，在切換電路160處于閉合狀態(tài)時，通過切換電路160，存入差分放大器U6、U7和電容C2構成的暫時存儲電路154中。
并且，其輸出輸入到前述運算電路155的反向輸入端與在由前述運算電路153輸出的下一時刻即第2時期的電壓變化比率進行差分運算。
也就是，在該運算電路155中進行下述運算處理(VAV3-VAV2)-(VAV2-VAV1)＜0。
也就是，從第4運算處理裝置66來的第2時期電壓變化比率，在比5秒鐘前取樣得到的第1時期電壓變化比率低時電壓變化率被表示為負的狀態(tài)時，輸出正的電壓，通過判斷，該第二次電池的充電速率連到大致100%，與前述溫度測定裝置來的信息作AND邏輯處理，當兩者都處于正狀態(tài)的情況下，中止充電操作。
也就是在上述狀態(tài)下，第4運算處理裝置66的輸出，從輸出端157輸入到圖24中電源控制電路103中的輸入端130，借助構成電源控制電路103的晶體管Q2截止，來切斷由電源132供給電池120的電源。
為此希望按下述情況構成如圖24表示那樣，與溫度測定輸出端156相連接的電源控制電路103的輸入端131，通過適當?shù)臓顟B(tài)選擇電路162與電源控制電路103的晶體管Q2相連，與溫度測定輸出端156相連的該電源控制電路103的輸入端131，與電壓測定端子157相連的電源控制電路103的輸入端130輸入AND電路161，同時通過狀態(tài)選擇電路162，連接電源控制電路103的晶體管Q2。
以下舉例說明于上述圖24-圖26電路中各部件的具體例在圖24電路結構中C110μFC20.1μFQ1NPN晶體管
Q22N4403晶體管Q32N3055晶體管R1576K歐姆R272K歐姆R3.R4470歐姆R51K歐姆R62R。25W(瓦)U1NE555。
在圖25的電路結構中C1，C21.0μFK1繼電器-DPDTR150K歐姆R2，R4，R5，R6，R7，R7，R9，R10，R12，R1310K歐姆R3，R11，R15，R17，R18100K歐姆R14110K歐姆R162.7K歐姆U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8，U9741。
在圖26的電路結構中C1、C21.0μFK1繼電器-DPDTR1，R2，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R12，R1310K歐姆R3、R11100K歐姆U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8741。
此外，下面綜合圖27-50所示簡要說明為執(zhí)行有關本發(fā)明的二次電池高速充電方法的其他運算處理操作流程圖。
也就是，圖23中的微型控制器U3，由本領域技術人員，用公知的方法，加以編程以完成以下功能(1)讀出表示US產(chǎn)蓄電池的電壓及溫度的數(shù)字式編碼電壓信號;(2)為了檢測蓄電池溫度2倍上升率的增加或者蓄電池電壓增加率在其連續(xù)上升以后蓄電池電壓增長率的下降或者此兩者連續(xù)地監(jiān)視輸入信號的連續(xù)取樣;(3)在檢測到上述情況之一或二者時，或者在蓄電池的溫度或者電壓超過規(guī)定時，為了中斷對蓄電池的高速充電，使Q1截止;(4)對蓄電池的實時電壓和/或溫度，進行數(shù)字式顯示。
圖27-43是更詳細說明微型控制器U3執(zhí)行的程序中的一系列操作的軟件流程圖。
圖27表示為設定軟件以后要使用的各式各樣工作寄存器的初始設定的程序圖。圖28描述設定數(shù)據(jù)表、指針等的一個初始設定程序。
圖29(a)和(b)包含為了把2進制數(shù)據(jù)裝入緩沖器，變換成ASCii形式表示的子程序。圖30是在液晶顯示輸出裝置上顯示緩沖器內容的子程序。
圖31表示，采用本發(fā)明的蓄電池充電，為了計算所需總的時間而利用的計數(shù)器子程序。
圖32、33、及34為用于鑒定由模-數(shù)變換器得到的平均值是否滿足本發(fā)明的充電標準而設置的檢查子程序。
圖35表示，將液晶顯示裝置顯示的數(shù)值置零的液晶顯示裝置初始設定子程序。圖36表示，對顯示裝置由寫入前述緩沖器的內容來連續(xù)更新顯示裝置的子程序。
圖37表示，為將欲進行顯示的數(shù)據(jù)作適當?shù)母袷交幚恚箶?shù)據(jù)平均輸出進行定標，和范圍調整的子程序。
圖38表示初始設定微處理機，中斷及定時的子程序。
圖39表示，設定模-數(shù)變換器，所定使用的取樣時間寬度的子程序。
圖40表示，為了給使用者提供本發(fā)明執(zhí)行的視覺表示，顯示蓄電池充電過程已經(jīng)達到充電的電平，而設置使用能一次形成一列“棒形圖”的發(fā)光二極管光段線形陳列(圖中未作出)的子程序。
圖41表示按照本發(fā)明實現(xiàn)給主蓄電池進行充電功能的子程序。
圖42表示設定最大及最小的溫度和電壓值的子程序。圖43表示分別初始設定模-數(shù)變換器和顯示格式時鐘數(shù)據(jù)的一對子程序。
本領域技術人員對照上述的公開會理解不偏離發(fā)明的思想或范圍，對于本發(fā)明的實施，可能進行許多變更的修改。因此只能根據(jù)下面權利要求限定內容，來解釋本發(fā)明的保護范圍。
上例中，以鎳鎘電池為二次電池，用本發(fā)明的充電裝置和充電方法，對鎳鎘電池充電，分析溫度和電壓的變化與充電時間的關系。在下例中，以鎳氫電池為二次電池，說明其充電的情況。
采用市售的パナソニツク(注冊商標)6V1500mAh(錄像機用)的鎳氫電池為二次電池，進行本發(fā)明的高速充電。
充電條件是每個電池進行1V的放電處理，使電荷的剩余量為0，再進行2C比率的調整充電。取樣條件與前例的條件一樣。輸出條件是以每10秒得到的取樣數(shù)據(jù)平均值來表示。
其結果如表4所示。
第4表的電壓上升比例和溫度上升比例可表示為連續(xù)6個輸出電壓及溫度數(shù)據(jù)的平均值與前6個輸出數(shù)據(jù)平均值的差。
圖52是充電時，鎳鎘電池的電壓變化圖。
圖53是充電時，鎳氫電池的溫度變化圖。
圖54是由第4表算出的電壓上升比例和溫度上升比例，對時間軸的曲線圖。相當于前例的圖19和圖21。
上述結果顯示，鎳鎘電池高速充電時，電池電壓及溫度與前例的特性大致相同。鎳氫電池電壓上升比例和溫度上升比例的變化與前例一樣，當充電率接近100%時，電壓上升比例急劇下降，而溫度上升比例顯著增大，因此，在鎳氫電池調整充電時，采用本發(fā)明的方法和裝置，可以極正確迅速地判斷繼續(xù)充電或者停止充電。
用本發(fā)明的高速充電方法對二次電池充電時，有一定的電荷剩余容量，重要的是，要迅速準確地把握充電中的二次電池充電率是多少，或者說當時的電荷剩余容量是多少。
為此，發(fā)明人采用簡便的辦法，在短時間內正確地測定了進行再充電的鎳鎘電池或鎳鎘電池的二次電池剩余容量，提供了可以表示其結果的二次電池剩余容量表示裝置及二次電池剩余容量表示方法。
這里，參照圖44至圖51，詳細說明本發(fā)明的二次電池剩余容量表示裝置及二次電池剩余容量表示方法。
本發(fā)明研究了以往二次電池充電操作的結果，在測定剩余容量時，要了解電池內部電阻的異常變化。根據(jù)實驗，鎳鎘電池等二次電池的內部電阻，在放電時沒有大的變化;而在充電時，顯示出異常特性，特別是以2C比率高電流進行高速充電時，顯示出明顯的特異性。
也就是，鎳鎘電池和鎳氫電池等二次電池的內部電阻，在剩余容量低時，內部電阻值高;相反剩余容量高時，內部電阻值低。
鎳鎘電池或鎳氫電池等二次電池的輸出端電壓是變化的，可用下述方法得到用模擬/數(shù)字變換裝置，把從測定電池輸出端電壓電路裝置得到的模擬信號，變換為數(shù)字信號，再用微處理機器等運算處理裝置加以運算。
即，在本發(fā)明中，對應二次電池的剩余容量從0%到100%的變化，該電池的輸出端電壓值是非直線性的，因此，很難用單純線性式表示電池剩余留容量與輸出端電壓值的關系。如下所述，采用予先測定電池輸出端電壓，再制成電壓值與剩余容量對比圖表(一覽表)的辦法，加以比較判斷，推定電池的剩余容量。
在本發(fā)明中，按各個二次電池的充電操作情況，制成了下述的一覽表，予先存儲在該剩余容量表示裝置的存儲裝置中。
在本發(fā)明中，鎳鎘等二次電池的剩余容量%，所以能從該電池輸出端電壓值測定的理由，如上所述，是由于二次電池的內部電阻在以2C以上的高電流充電時，具有特異性，即它是隨電池的剩余容量而變化的。
本發(fā)明的鎳鎘電池或鎳氫電池等二次電池，一般來說，電池充電時輸出端電壓Vt為Vt＝lx(Rc+Rrc+R)式中，Rc是歐姆電阻，是隨充電電流變化的電阻成分;R是隨電池內部構造的電導率變化的歐姆電阻，隨溫度變化的電阻成分。
Rrc是隨剩余容量變化的歐姆電阻。
電阻成分Rc和R是固定的，因此可以認為，鎳鎘電池輸出端電壓Vt，隨電阻成分Rrc、即剩余容量的變化而變化。
根據(jù)上述原理，對鎳鎘電池等二次電池充電時，特別是外加2C比率以上的高電流時，其內部電阻剩余容量而變化，這也反映在電池的輸出端電壓值上。
充電的二次電池有自己特有的性能，不同類型、結構、規(guī)格容量的二次電池有不同的性能，因此，一覽表200要個別測定和制作。
下面參照圖44至圖49，以鎳鎘電池為例，說明本發(fā)明的二次電池剩余容量表示裝置的結構。
圖44是剩余容量表示裝置的外觀斜視圖。
在本體101的上部是插入準備充電的鎳鎘電池、鎳氫電池等二次電池102的插入口103，其側面是操作開關群104，和電池容量的表示裝置105。
圖45是本發(fā)明的剩余容量表示裝置的內部結構框圖。
圖45的剩余容量表示裝置的構成是對二次電池102至少提供2C比率電流的電源供給裝置106;電池保持裝置107;在電池端子測定輸出電壓的電壓測定裝置108，在電源供給裝置106向單元供電時，由電壓測定裝置108在電池102端子取樣的取樣裝置109;隨電池102的種類其剩余容量是固有的，可把剩余容量的全范圍分成多個限制區(qū)域，其各區(qū)域是由代表剩余容量來區(qū)分的，形成特定區(qū)域群，存儲對應于各特定區(qū)域的多個特定電壓領域間關系的信息的存儲裝置110;把測定的電壓值依次與存儲裝置110內存儲的多個特定電壓領域相比較，運算該測定電壓值是否包含在哪一個特定電壓領域內，從而判斷該電池的剩余容量是否包含在表示電池剩余容量的多個特定區(qū)域的哪一個區(qū)域的運算裝置111，相應于運算裝置111的輸出，表示電池102剩余容量范圍的表示裝置105。
本發(fā)明中還有對上述各裝置進行集中管理控制，由微型電子計算機構成的運算控制裝置112;選擇調整電源供給裝置106供給電池102電流量的電流調整裝置113。
在存儲裝置110中還設有從存儲裝置存儲的多種一覽表200中，選擇最適合鎳鎘電池102充電的一覽表200的一覽表選擇裝置114。
電流供給裝置6至少能供給電池102的單元2C的電流，其電流量可由電流調整裝置113選擇最適當?shù)牧抗┙o鎳鎘電池102。
具體地說，要根據(jù)各個鎳鎘電池等二次電池的額定電流，供給2C或以上的電流，即3C、4C或5C的電流。
因此，在本發(fā)明中，要根據(jù)被充電的二次電池的構成，輸出電壓、輸出電流等額定值、各種特性、剩余容量、充放電過程等，調整供給電池的最適當電流量，為此，設有變更電流量(C比率)的電流量變更裝置113。
電壓測定裝置108，根據(jù)取樣裝置109的指令，測定電池的輸出端電壓，并將其結果輸入取樣裝置109，必要時，取樣裝置109也可以存儲電壓值信息。
本發(fā)明對測定輸出電壓的裝置，沒有特別的限定，可以用以往公知的電壓測定裝置。
把存儲在一覽表200內的關于二次電池102的預先測定的剩余容量范圍和電壓范圍的信息共同讀出，與從取樣裝置109中取樣的電壓值，在運算裝置111中進行比較。
然后，判斷該取樣所得的電壓值包含在該一覽表的哪一個電壓值區(qū)域內，根據(jù)此結果，對應于包含該電壓值的該一覽表200的電壓區(qū)域，從該運算裝置111輸出顯示了有關所設定的該電池的剩余容量的一個剩余容量區(qū)域信息。
本發(fā)明用的一覽表200的結構及其一實例表示在圖46與圖47中。
亦即，本發(fā)明所用的一覽表200，如圖47所示的那樣，就0%～100%范圍表示出的二次電池剩余容量來說，表明關系到全剩余容量范圍，要將剩余容量表示區(qū)110適當分割為n個區(qū)域211、212、213……21n分開的特定區(qū)域，并給各個特定區(qū)域211、212、213……21n賦予表示相互不同的特定的剩余容量范圍的數(shù)值。
亦即，給所述的各特定區(qū)域設定剩余容量范圍，第1特定區(qū)域211，例如剩余容量為0～15%，第2特定區(qū)域211，如剩余容量為15～30%，第3特定區(qū)域，如剩余容量為30～45%……及第n特定區(qū)域21n，如剩余量為90～100%。
另一方面，對于該一覽表的表示電池輸出端電壓的區(qū)域220來說，對應于該特定區(qū)域210的各個區(qū)域，二次電池流入高電流，進行充電操作期間的該電池，使之對應于加在示出的輸出端電壓的特定電壓值范圍。
亦即，對應于第1特定區(qū)211，例如電壓值設定為8.8～8.9V的第1電壓值范圍221，對應于第2特定區(qū)域212，例如電壓值設定在8.9～9.0V的第2電壓值范圍222、對應于第3特定區(qū)域213，例如電壓值設定在9.0～9.1V的第3電壓值范圍223……及對應于第n特定區(qū)域，例如電壓值設定在9.6～10.0V的第n電壓范圍，照此來設定對應于所述各個特定區(qū)域的各自相互不同的電壓值范圍。
圖48是表示本發(fā)明使用一覽表200的一個例子，該一覽表100，是實際測定6個單元表示為串聯(lián)連接的PanasonicP-600AARM的二次電池，進行以3C速率充電操作的情況下，該剩余容量%與輸出端電壓之間的關系，而制成的。
然而，如上述那樣，二次電池的內阻，因電池種類，充電電流流量(例如C速率)，容量規(guī)格等不同而各自差異，所以，本發(fā)明中使用的一覽表200，有必要按二次電池的種類、充電電流流量(例如C速率)、容量規(guī)格等的不同，予先分別各自測定，而制成。
因此，對本發(fā)明所用的該一覽表200，必要時，很容易制作數(shù)種乃至數(shù)十種，將它存儲在適當?shù)拇鎯ρb置中，再根據(jù)要做充電處理的二次電池的種類、充電電流量(例如C速率)、容量規(guī)格等的信息，選用最適合的一覽表。
其次，對于本發(fā)明，上述的運算裝置111具有，將該被測定的電壓值，依次與存儲在該存儲裝置110內的區(qū)分為多個段的特定電壓范圍一一進行比較，運算該測定電壓值，包含在哪一該特定電壓范圍內判斷該電池剩余容量，包含在哪一個表示電池剩余容量的分成多個特定區(qū)域內的功能，這個結構不應只限于此。
更具體地說，該運算裝置111是以實施下列步驟構成的，將由電壓測定裝置108所測定的當前電壓信息與存儲在該存儲裝置110內的該電壓信息進行比較，運算處理應將該當前電壓信息，包含在該一覽表200的哪個特定區(qū)域。給出該電壓信息與存儲在該一覽表的特定剩余容量范圍、對應于分成一定數(shù)目的各個特定區(qū)域，比較設定的相互不同的各個電壓值范圍的步驟、在該一覽表200內選擇包含該電壓信息的特定電壓值范圍的步驟，輸出表示對應于該選擇的特定電壓值范圍的、表示特定剩余容量范圍的特定區(qū)域信息的步驟。
將該電壓信息，與對應于存儲在該一覽表200的該特定區(qū)域，設定的相互不同的電壓范圍-做比較的步驟，表示該一覽表內該特定的剩余容量范圍，并分成一定數(shù)目的特定區(qū)域，對所說的剩余容量值按變小或增大次序排列的情況來說，該被測出的該電壓信息要與該特定區(qū)域的每一個，從該一覽表的該特定區(qū)域排列次序的一端，即必須對應于按排列該剩余容量值的變小次序，或增大次序，依次選擇，所謂降序或升序進行一定的比較操作。
按本發(fā)明的運算裝置111，可以采用使特定電路組合，組成硬件的電路結構，也可以用特定程序的軟件進行上述運算操作。
圖48是表示構成本發(fā)明的二次電池的剩余容量顯示裝置的運算裝置111的形成硬件的電路結構實例的框圖。
亦即，在圖48的具體實例中，該運算裝置111設有許多個由比較電路構成的差分放大電路221到228，各差分放大電路的非反向輸入端與按受來自測定待測定該剩余容量的二次電池102輸出端電壓的電壓測定裝置108的電壓值信息的取樣裝置109輸出相連接，而且所說的各差分放大電路的反向輸入端還與一覽表的輸出端的一個相連接。
更具體地說，例如，差人發(fā)放大電路221的反向輸入端被接到一覽表輸出端的10V電壓輸出端，差分放大電路222的反向輸入端接到一覽表輸出端的9.6V電壓輸出端、差分放大電路223的反向輸入端接到一覽表輸出端的9.3V電壓輸出端、差分電路224的反向輸入端接到一覽表輸出端的9.1V電壓輸出端，差分電路225的反向輸入端接到一覽表輸出端的9.0V電壓輸出端、差分放大電路226的反向輸入端接到一覽表輸出端的8.9V電壓輸出端，差分放大電路227的反向輸入端接到一覽表輸出端的8.8V電壓輸出端，而差分放大電路228的反向輸入端則接到一覽表輸出端的6.0V電壓輸出端。
上述的具體例，表示用之于圖47所示那樣的一覽表，用3C速率的電流對3C速率的PanasonicP-600AARM的二次電池容量實施充電操作，來測定該電池剩余容量情況下的運算裝置111的結構實例。
從而，該差分放大電路221是監(jiān)視圖47表200的剩余容量之90～100%的特定區(qū)域。因而，如果所取樣的所說的二次電池的電壓，例如落在9.6V～10.0V的范圍內，則從該差分放大電路221輸出一定的信號就點亮由下述的顯示裝置105構成的，即剩余容量對應于90～100%的特定區(qū)域的顯示裝置，例如發(fā)行二極管等的發(fā)光器件251，來顯示該電池的剩余容量。
同樣，該差分放大電路222是監(jiān)視該一覽表200的剩余容量之75～90%的特定區(qū)域。該取樣的電池電壓值，如果落在，例如9.3～9.6V的范圍，那末，由該差分放大電路222的輸出信號，就會點亮構成顯示裝置105的，剩余容量對應于75～90%的特定區(qū)域的顯示裝置252，而顯示出該電池的剩余容量。
還有，該差分放大電路223是監(jiān)視該一覽表200的剩余容量之60～75%的特定區(qū)域。該取樣電壓值，如果落在例如9.1～9.3V的范圍，那末，由該差分放大電路223的輸出信號，就會點亮構成顯示裝置105的，該剩余容量對應于60～75%的特定區(qū)域的顯示裝置253，而顯示出該電池的剩余電容。
下面，對于差分放大電路224～228也用與上述同樣的結構，對應各自的測定電壓值，進行比較操作，也都顯示所給定的剩余容量。
關于本發(fā)明的運算裝置的操作，例如，該各差分電路221～228的反向輸入端與該一覽表200的各輸出的連接，各端都可以同時進行，并且，也可以用適當?shù)拈_關裝置依次連接各對應的端。
還有，作為圖48的顯示裝置105，可用LED等發(fā)光二極管，只是說明顯示所說的電池剩余容量的例子，而本發(fā)明的顯示裝置105不應特定于有關的方式。該顯示裝置105，對應于每一個存儲在所說的一覽表200的一定數(shù)目的特定區(qū)域，例如用液晶顯示裝置，顯示設定的相互不同的特定剩余電容范圍，可以用直接數(shù)值顯示方式結構，還有，對應于每一個存儲在所說的一覽表200的一定數(shù)目的特定區(qū)域，在設定的相互不同的各剩余容量范圍或每個給定的組，可以由相互不同的顏色或聲音顯示方式來構成。
更進一步，該顯示裝置對應于每一個存儲在所說的一覽表的一定數(shù)目的特定區(qū)域，按設定的相互不同的各個剩余容量范圍或每個給定組，可以用相互不同的顏色或聲音與顯示所說的特定區(qū)域剩余容量數(shù)值的組合顯示方式來構成。
再者，關于以軟件實施本發(fā)明的二次電池剩余容量的運算裝置111的情況，用于所說的運算裝置的程序例子，即操作程序的例子，如圖49的流程圖所示。
圖49中，開始啟動后，第1步，將顯示裝置，例如LED初始化成與顯示一覽表200的最低剩余容量范圍的特定區(qū)域所對應的方式，與此同時，設置該一覽表200的最低剩余容量的特定區(qū)域的位置。
第2步，將對應于所定位置的一覽表的特定范圍的電壓范圍與所測得的取樣二次電池的電壓值進行比較。第3步，判斷該取樣的電池電壓值，或者與對應的所定位置的特定范圍的電壓值范圍內的電壓值相同，或者比它大，如果為NO，則當前的二次電池剩余容量，因判斷為尚未測定可能狀態(tài)，所以，進入第7步，返回啟動。
另外，如果第3步為YES，則進入第4步，驅動所說的電壓范圍所對應的顯示裝置，即該顯示裝置若是LED，使它發(fā)光后，進入第5步，就將該指定位置，從現(xiàn)在設定的該特定區(qū)域，移動到與顯示與其相鄰的更高剩余容量范圍的特定區(qū)域對應的電壓值范圍。
接著，第6步，判斷新指定的電壓值范圍在該一覽表200內，所說的電壓值在最高，最后的特定區(qū)存在還是不存在，如果為NO則返回第2步，重復上述各步，如果為YES，則進入第7步，該操作結束而返回開始。
圖50以及圖58是表示，按照本發(fā)明，將2C以上的高電流率供給該二次電池，特別指定所說的電池的剩余容量裝置的一結構實例的框圖。
這個電路是通過測定二次電池102的輸出端電壓，而測定所說的電池的剩余容量，將該結果按所說的電池剩余容量的范圍，用發(fā)射不同顏色的發(fā)光二極管的顯示方式。最好，在所配置的各個發(fā)光二極管位置上，設定由該發(fā)光二極管顯示所說的電池的剩余容量的數(shù)值，例如可以設為30～45%的顯示數(shù)值。
在圖50和51中，BT，示出用電阻器R14，R15，PNP晶體管Q1、NPN晶體管Q3等構成的電源供給裝置、通過所提供的充電電源被再充電的二次電池102。該電池102的輸出端部，安裝著測定該電池輸出電壓值的電壓測定裝置108、108′。該電壓測定裝置108所測得的電壓值被輸入到10通道型的模-數(shù)轉換器U2的第1通道(ADO)。
模/數(shù)轉換器U2，將該輸入信號由模擬型轉換成適當?shù)臄?shù)字型，輸入內藏安裝有RAM、ROM及I/O接口的本發(fā)明的運算裝置111，存儲裝置110與運算控制裝置112，還有，取樣裝置109的集成電路微控制器U3。微控制器U3讀取來自模/數(shù)轉換器U2的數(shù)字信號、處理這些數(shù)據(jù)、如上說明的那樣，將測定電壓值與存在存儲裝置111內的一覽表的電壓信息作比較，而判定該電池的剩余容量范圍，這個結果用點亮或熄滅由許多LED組成的顯示裝置105的一個LED，作出顯示。
微控制器U3，作為另一種顯示裝置，設置例如2x28字符的液晶顯示裝置100構成數(shù)字顯示所說的電池剩余容量的方式也是可以的。
還有，在本具體例的剩余容量顯示裝置中，電源供給裝置106的NPN晶體管含Q3因受集成電路微控制器U3控制，通過由端頭+Vin所給定的高電位電源，調整給定的C速率電流，向該電池102端供電。
還有，該NPN晶體管Q3受上述集成電路微控制器U3控制，例如，所說的電池在充電中剩余容量達到100%的情況下，則根據(jù)集成電路微控制器U3的輸出信號，就被關斷(OFF)，于是中止對電池102的電流供給。
另外，固定電壓調整器U4是待向本電路的集成電路微控制器U3、模/數(shù)轉換器U2等供電的，提供經(jīng)調整的電壓信號Vcc的定電壓發(fā)生電路，通過PNP晶體管Q2，按到電源供給裝置106。
因此，當電池BT，存在時，PNP晶體管Q2橫跨端子+Vin與GND之間，作為連接電壓調整器U4的開關，起供給輸入電力的作用，蓄電池都沒有時，則解除向電壓調整器U4輸入電力的耦合。
下表提供使用在圖50及圖51內的電路部件的各電子產(chǎn)品規(guī)格明細表參照記號內容說明BT1BATTERYC1,C7以1μFC2,C322pFC40.001μFC5,C6,C910μFC61000μFC7.01μFC80.33μFD1,D2,D3,D4紅 LEDD5,D6,D7黃 LEDD8綠 LEDD91N751Q1NPNQ1,Q22N4403Q32N4401R6,R7200R8,R10,R1510K
R910MR11,R121KR132.2KR144.7KR16,R17,R18,R19,R20,680R21,R22,R23R24110KR252.7KR2650KR27,R28100KU1,U6LM358U2145053U368HC705C8U4LM78L05U5LM78L08Y1石英振蕩器顯示裝置50ptrexDMC16230液晶顯示裝置。
按照本發(fā)明的剩余容量顯示裝置及其剩余容量顯示方法，因具有上述方式的結構，由簡單的結構，正確且在短時間內能測定并顯示出要進行再充電的二次電池的剩余容量，所以，具有正確且準確又迅速地進行充電操作的效果。
而且，如上所述，按照上述本發(fā)明的剩余容量顯示裝置及其剩余容量顯示方法，也可用于其他二次電池，鎳-氫電池等二次電池。
表1時間(秒)測定電電壓上測定溫度溫度上的電壓變壓值(V)升率(V)換值(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
749.998910.22467.3mV31.6-0.05754.998910.224631.6759.998910.224631.7764.998910.224631.4769.998910.231931.7774.998910.224631.6779.998910.231931.4784.998910.231931.6789.998910.231931.6794.998910.239331.61074.998510.305231.11079.998510.305231.11084.998410.305231.31089.998410.305231.41094.998410.312531.01099.998410.312531.31104.998410.312531.11109.998410.312531.31114.998410.312531.11119.998410.312531.11124.998410.312531.11129.998410.31987.3mV31.101134.998410.312531.01139.998410.312530.81144.998410.312530.81149.998410.319830.81154.998310.319831.11159.998310.319831.11164.998310.319831.41169.998310.327131.31174.998310.327131.31179.998310.327131.31184.998310.327131.31189.998310.327131.31194.998310.327131.31199.998310.327131.41204.998310.327131.31209.998310.334531.31214.998310.327131.31219.998310.334531.31224.998210.327131.11229.998210.334531.11234.998210.334531.11239.998210.334530.81244.998210.334531.11249.998210.334531.31254.998210.341831.31259.998210.341831.31264.998210.341831.31269.998210.341831.11274.998210.341831.0
1279.998210.341831.01284.998210.349131.11289.998210.341831.01294.998110.34917.3mV31.0-0.00831299.998110.349131.01304.998110.349131.01309.998110.349131.01314.998110.349131.01319.998110.349130.81324.998110.349131.01329.998110.356431.01334.998110.356430.81339.998110.356431.01344.998110.356431.02174.996910.649431.12179.996910.642131.12184.996910.649431.32189.996910.649431.32194.996910.649431.32199.996910.656731.32204.996810.649431.32209.996810.656731.32214.996810.656731.32219.996810.656731.12224.996810.656731.02229.996810.656731.12234.996810.66417.3mV31.3+0.0162239.996810.656731.02244.996810.664131.42249.996810.664131.42254.996810.664131.32259.996810.671431.32264.996810.671431.12269.996810.671431.12274.996710.671431.02279.996710.671431.32284.996710.671431.32289.996710.671431.42294.996710.678731.62299.996710.671431.72304.996710.678731.62309.996710.678731.42314.996710.671431.42319.996710.678731.62324.996710.678731.32329.996710.678731.62334.996710.678731.62339.996710.678731.72344.996610.678731.92349.996610.678731.92354.996610.678731.92359.996610.678731.7
2364.996610.678732.02369.996610.686031.92374.996610.678731.92379.996610.68607.3mV32.0+0.052384.996610.686032.22389.996610.686032.22394.996610.686032.22399.996610.686032.32404.996610.686032.22409.996610.686032.22414.996510.686032.32419.996510.6787-7.3mV32.5+0.072424.996510.678732.52429.996510.678732.72434.996510.678732.72439.996510.686032.72444.996510.678732.22449.996510.678732.52454.996510.686032.52459.996510.6787032.7+0.0252464.996510.678732.72469.996510.678732.82474.996510.6787032.8+0.052479.996510.678732.72484.996410.6787033.0+0.12489.996410.678733.02494.996410.678733.02499.996410.678733.02504.996410.678733.1+0.052509.996410.678733.12514.996410.678733.12519.996410.6787033.3+0.062524.996410.678733.32529.996410.678733.32534.996410.678733.32539.996410.678733.12544.99648.986833.32549.99648.737833.12554.99638.708533.42559.99638.686533.42564.99638.671933.42569.99638.657233.62574.99638.642633.42579.99638.635333.42584.99638.627933.12589.99638.620633.62594.99638.613333.62599.99638.598633.4
表2時間(秒)測定電電壓上測定溫度溫度上的電壓變壓值(V)升率(V)換值(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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表3時間(秒)測定電電壓上測定溫度溫度上的電壓變壓值(V)升率(V)換值(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
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表4時間(秒)測定電電壓上測定溫度溫度上的電壓變壓值(V)升率(V)換值(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.權利要求
1.一種二次電池的高速充電裝置，它具有由向待充電的電池單元供給充電電流的電流供給裝置，測定該單元溫度的溫度測定裝置，測定該單元溫度后或將此信息存儲起來或向下述的運算裝置輸出此信息的取樣裝置、運算處理由該取樣裝置所得的該單元溫度信息、輸出顯示應停止所說的充電操作時期的控制信號的運算裝置、以及響應該運算裝置的輸出，使所說的電流供給裝置停止對該單元的電流供給以及控制該各裝置的控制裝置構成的二次電池的充電裝置，其特征在于，該充電裝置中的該電流供給裝置，在所說的充電操作中向該單元供給至少2C的電流，該運算裝置則具有從該取樣裝置，通過溫度測定裝置取得的該單元的溫度信息，來計算出該單元的溫度上升率的第1運算功能，對第1期間的該單元的溫度上升率同與其后繼的第二期間的該單元的溫度上升率進行比較，計算出其變化率的第2運算功能以及對該第2期間的該單元的溫度上升率，與該第一時期的該單元的溫度溫度上升率進行判斷第二時期該單元溫度上升率是否超過該第1時期的該單元的溫度上升率的2倍，并根據(jù)此判斷結果，輸出停止向該單元供給充電電流信號的第3功能。
2.權利要求1所述的一種二次電池高速充電裝置，該充電裝置還設有測定該單元輸出電壓的電壓測定裝置，測定該單元電壓或存儲此信息，或向下述的運算裝置輸出此信息的取樣裝置，將由該取樣裝置所得的該單元電壓信息作運算處理的運算裝置，其特征在于，該運算裝置還具有，由該取樣裝置，從通過測定裝置所得的單元電壓信息，計算出該單元電壓上升率的第4運算功能和該電壓上升率在一定的期間持續(xù)增加后檢出該上升率的最初減少的第5功能，該運動裝置，根據(jù)上述第3功能，在該第2期間的該單元的溫度上升率超過該第1期間的該單元的溫度上升率的2倍的信息以及基于第5功能而根據(jù)檢出該電壓上升率的最初減少，輸出一個停止向該單元供給充電電流的信號。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種二次電池的高速充電裝置，其特征在于，該電流供給裝置還設有改變電流量(C速率)的電流量改變裝置。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的一種二次電池的高速充電裝置，其特征在于，該單元的溫度是用適當?shù)臏囟葌鞲衅?，測定選自該單元的表面溫度(表皮溫度)、內部溫度及端部溫度中之一種溫度。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種二次電池的高速充電裝置，其特征在于，根據(jù)該運算裝置第5功能的充電電流的供給停止信號，是在該第5功能由檢出單元的電壓上升的最初降低之后，至少連續(xù)多次，在檢出該單元電壓上升率降低的情況下才輸出的方式構成。
6.根據(jù)權利要求1的一種二次電池的高速充電裝置，其特征在于，該運算裝置由測定該單元溫度的溫度測定裝置、在所給定的時間間隔內，存儲取樣后的該單元溫度信息的第1存儲裝置、在給定時間間隔從存儲在該第1存儲裝置中的至少二個溫度信息來計算出在所說的給定時間內的溫度平均值的第1運算裝置、并存儲由第1運算裝置所算出的單元溫度平均值的第2存儲裝置、為從存儲在該第2存儲裝置的單元溫度的平均值信息，而運算有關相鄰的給定期間內的該單元溫度的上升或下降的變化率，從存儲在該第2存儲裝置的信息，而運算在該充電操作過程時間內的第1期間的該單元溫度的上升率的第2運算裝置、接著該第1期間在第2期間運算的該單元的溫度上升率的第3運算裝置，以及由該第3運算裝置所得的在第2期間的該單元的溫度上升率、比之由該第2運算裝置所得的第1期間該單元的溫度上升率，判斷是否至少超過2倍的第4運算裝置構成。
7.按照權利要求2所述的一種二次電池的高速充電裝置，其特征在于，該運算裝置是由測定該單元電壓的電壓測定裝置、在所給定的時間間隔內，存儲取樣后的該單元電壓信息的第3存儲裝置、在給定時間間隔內的從存儲在該第3存儲裝置中的至少2個電壓信息，計算出所說的給定時間內的單元電壓平均值的第5運算裝置并存儲由第5運算裝置所計算出的電壓平均值的第4存儲裝置、為從存儲在該第4存儲裝置的單元電壓平均值信息，而算出有關鄰接給定期間內的該單元電壓的上升或下降的變化率、從存儲在第3存儲裝置的信息，而運算在該充電操作過程時期間的第1期間的該單元的電壓上升率的第6運算裝置、接著第1期間，在第2期間運算該單元電壓上升率的第7運算裝置、檢出該單元的電壓上升率在給定期間連續(xù)增加后該上升率最初減少的第8運算裝置構成。
8.按照權利要求(X)所述的一種二次電池的高速充電裝置，其特征在于，二次電池是鎳-鎘電池或鎳-氫電池。
9.一種二次電池的調整充電方法，采取一面監(jiān)視二次電池(蓄電池)的溫度，一面對該電池施加充電電流的二次電池再充電的方法，其特征在于，至少在檢出該溫度的上升率倍增的時刻，中斷上述施加的充電電流。
10.一種二次電池的高速充電方法，采取一面監(jiān)視二次電池的輸出電壓，一面對該電池施加充電電流的二次電池再充電的方法，其特征在于，該電池的溫度上升率倍增的檢出與該電壓增加率連續(xù)上升期間剛過之后，該二次電池的電壓增加率下降的時刻，被同時檢出的情況下，中斷施加上述充電電流。
11.一種二次電池再充電的裝置，具有用作給二次電池施加充電電流的電源裝置以及用作檢出該電池溫度，產(chǎn)生顯示該溫度的溫度輸出信息的溫度檢出裝置(RT1，U2)，其特征在于，(a)為監(jiān)視上述輸出信息，在檢出至少上述溫度的上升率倍增的時刻，產(chǎn)生中斷信號的信號處理裝置(U3);以及(b)具有對為隔斷上述電源裝置與上述電池的上述中斷信號產(chǎn)生響應的開關裝置(Q2)。
12.一種二次電池(BT1)再充電的裝置，包括用作給二次電池施加充電電流的電源裝置、用作檢出該電池溫度，產(chǎn)生顯示溫度輸出信號的溫度檢出裝置(RT1，U2)及用作檢出由該電池輸出的電壓，產(chǎn)生顯示該電壓的電壓輸出信號的電壓檢出裝置(U2)，其特征在于，(a)監(jiān)視上述輸出信號(ⅰ)檢出至少該電池溫度的上升率倍增及(ⅱ)上述電壓增加率連續(xù)上升期間剛過之后，上述二次電池的電壓增加率下降的時刻，用作產(chǎn)生中斷信號的信號處理裝置(U3);以及(b)用作隔斷上述電源裝置與上述電池的具有對上述中斷信號產(chǎn)生響應的開關裝置(Q1)。
13.按照權利要求1所述的裝置，包括在上述溫度檢出裝置中，橫跨上述電池而并聯(lián)連接的熱敏電阻分壓器(RT1，R2)。
14.按照權利要求1所述的裝置，包括在上述溫度檢出裝置中，橫跨上述電池而并聯(lián)連接的熱電阻分壓器(RT1，R2)。
15.按照權利要求1至7所述的二次電池的高速充電裝置，其特征在于，該單元的充電操作中，為了在外部告知該單元的溫度及該單元的電壓至少一種的信息，而設有適當?shù)娘@示裝置。
16.一種二次電池的高速充電方法，具有給待充電的電池單元供給充電電流的電流供給裝置、測定該單元溫度的溫度測定裝置、測定該單元溫度，或存儲此信息，或向下述的運算裝置輸出此信息的取樣裝置、運算處理由該取樣裝置所得的該單元溫度信息，輸出顯示應停止該充電操作時期的控制信號的運算裝置、及響應該運算裝置的輸出，使該電流供給裝置停止對該單元供給電流的開關裝置以及控制該各裝置的控制裝置所構成的，用于二次電池的充電方法，其特征還在于，具有在該充電裝置中的該電流供給裝置，在所說的充電操作中向該單元供給至少2C電流的同時，該運算裝置從用該取樣裝置通過溫度測定裝置所取得的該單元的溫度信息，來計算出該單元溫度的上升率的第1步驟、將第1期間的該單元的溫度上升率與其后繼的第2期間的該單元的溫度上升率作比較，而計算出其變化率的第2步驟、以及對該第2期間的該單元的溫度上升率，與該第1期間的該單元的溫度上升率比較，判斷該第2期間的該單元的溫度上升率，是否超過該第1期間的該單元的溫度上升率的2倍，根據(jù)該判斷結果，輸出停止向該單元供給充電電流的信號的第3步驟。
17.按照權利要求1所述的一種二次電池的高速充電方法，在二次電池的高速充電方法中，該充電裝置，而且設有測定該單元的輸出電壓的電壓測定裝置、測定該單元電壓后，或存儲此信息，或向下述的運算裝置輸出此信息的取樣裝置和運算處理由該取樣運算裝置所得的該電池的電壓信息的運算裝置，其特征在于，因該運算裝置還具有，從該取樣裝置，通過電壓測定裝置所得的該單元電壓信息，算出該單元電壓的上升率的第4運算步驟、在給定的期間，檢出該電壓上升率連續(xù)增加之后的該上升率最初減少時刻的第5步驟、而該運算裝置，根據(jù)上述第3步驟，該第2期間的該單元的溫度上升率超過該第1期間的該單元的溫度上升率的2倍的這一信息與根據(jù)第5步驟而檢出該電壓上升率最初減少的這一信息，由此，輸出停止給該單元供給充電電流的信號。
18.一種剩余容量顯示裝置，其特征在于，由向二次電池供給至少2C速率的電流的電源供給裝置、該電池保持裝置、測定該電池端頭輸出電壓的電壓測定裝置、在該電源供給裝置向該電池單元供給上述電流之時，由該電壓測定裝置對該電池的端電壓作取樣的取樣裝置、剩余容量是待測定的該電池各個種類所固有的，且將該剩余容量的整個范圍分成多個限定區(qū)域，并且將該區(qū)域的每一個用分別代表該電池的各個剩余容量的各個特定區(qū)域組與該特定區(qū)域的每一個區(qū)域的多個特定的電壓范圍之間的關系來表示的信息存貯起來的存儲裝置、將存貯在該存儲裝置內的分成許多個段的各個特定電壓范圍與該所測定的電壓，依次作比較，運算出該測定電壓值包含在哪個特定電壓范圍內，而判斷出該電池的剩余容量包含在分成多個的表示電池剩余容量的特定區(qū)域中的哪一個區(qū)的運算裝置以及響應該運算裝置的輸出而顯示該電池的剩余容量范圍信息的顯示裝置所構成。
19.按照權利要求18所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該電源供給裝置具有從多個電流供給量(C速率)方式中任意選擇電流供給量的結構。
20.按照權利要求18所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，顯示該特定剩余容量的特定區(qū)域是與特定電壓范圍一一相對應。
21.按照權利要求19所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該電壓的測定是在該電池單元用上述2C以上的高電流充電期間進行的。
22.按照權利要求18所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該運算裝置是存儲剩余容量是在待測定的該電池的各個種類中固有的，且該剩余容量的整個范圍被分成多個限定的區(qū)域，并且將該區(qū)域的每一個存入表示該電池的各個剩余容量的區(qū)域組數(shù)據(jù)以及與該特定區(qū)域組的每一個對應，而給定多個特定電壓范圍組的電壓范圍組數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)表。
23.按照權利要求22所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該數(shù)據(jù)表是，剩余容量涉及待測定的該電池的各個種類，涉及測定該剩余容量以前予定的每個電池，由測定該區(qū)域組數(shù)據(jù)與該電壓范圍組的關系而制成，該數(shù)據(jù)表是在測定該剩余容量以前的適當時刻存入該剩余容量顯示裝置的運算裝置內。
24.按照權利要求23所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該一覽表涉及待測定剩余容量的該電池的各個種類，在0%～100%范圍內顯示該剩余容量，將該剩余容量顯示區(qū)域分成給定數(shù)目的特定區(qū)域，賦予表示該各個特定區(qū)域以互相不同的特定剩余容量范圍的數(shù)值，同時，賦予與該特定區(qū)域的各自對應的相互不同的特定的電壓值范圍。
25.按照權利要求22至24所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該數(shù)據(jù)表的各電池的每個數(shù)據(jù)都是隨該供給的電流量而改變的。
26.按照權利要求18所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該顯示裝置是在液晶顯示裝置、發(fā)音裝置、發(fā)光裝置等中選擇一種而構成的。
27.按照權利要求26所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該顯示裝置為液晶顯示裝置的情況下，該電池的剩余容量是采用選自數(shù)值顯示、變色顯示、圖表顯示等的一種。
28.按照權利要求26所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該顯示裝置是發(fā)音裝置的情況下，由表示該電池剩余容量的給定范圍的對各個特定區(qū)域產(chǎn)生互相不同的聲音構成。
29.按照權利要求26所述的剩余容量顯示裝置，其特征在于，該顯示裝置是發(fā)光裝置的情況下，則由配置表示該電池剩余容量的給定范圍對各個特定區(qū)域產(chǎn)生互相不同的顏色的發(fā)光器件構成。
30.一種鎳-鎘電池的剩余容量顯示裝置，其特征在于，它由向鎳-鎘電池供給至少2C速率電流的電源供給裝置、該電池保持裝置、測定被該電池保持裝置保持的該電池端頭輸出電壓的電壓測定裝置、由該電壓測定裝置對該電池端電壓作取樣的取樣控制裝置、在0%～100%的范圍顯示該電池剩余容量的情況下，將該剩余容量顯示區(qū)域分成給定數(shù)目的特定區(qū)域，而與賦予表示各個特定區(qū)域互相不同的特定剩余容量的范圍以數(shù)值的同時，在該特定區(qū)域的每一區(qū)存儲以對應的互相不同的特定電壓值范圍，而構成數(shù)據(jù)一覽表的存儲裝置、由電壓測定裝置所測定的當前電壓信息與存儲在該存儲裝置中的該電壓信息比較，運算處理該當前的電壓信息包含在該數(shù)據(jù)一覽表的哪一個特定區(qū)域中的運算裝置、響應該運算裝置的輸出，控制顯示相當于該數(shù)據(jù)一覽表的多個特定區(qū)域內的哪一個剩余容量范圍的顯示裝置與上述各裝置運作的運算控制裝置構成。
31.一種二次電池的剩余容量顯示方法，它用于權利要求18或30所述的二次電池的剩余容量是顯示裝置，其特征在于，包括下列步驟從該電源供給裝置，向裝著該裝置的二次電池，供給至少2C速率電流的第1步驟;在施行該第1步驟中，根據(jù)該取樣控制裝置的控制，而測定電池端頭輸出電壓的第2步驟;將由該第2步驟所得電壓信息傳送到該運算裝置的第3步驟;在該運算裝置中，將該電壓信息以存儲在該數(shù)據(jù)一覽表中的特定剩余容量的范圍表示的對應于分成一定數(shù)目的特定區(qū)域的每一區(qū)而設定的互相不同的電壓值范圍一一作比較的第4步驟;在該數(shù)據(jù)一覽表內選擇包含該電壓信息的特定電壓值范圍的第5步驟;對應于該選擇的特定電壓區(qū)域值范圍而輸出表示特定剩余容量范圍的特定區(qū)域信息的第6步驟以及根據(jù)在第6步驟輸出的，代表表示該特定剩余容量范圍的特定區(qū)域的輸出信息，驅動顯示所說的特定區(qū)域的顯示裝置的第7步驟。
32.按照權利要求31所述的剩余容量顯示方法，其特征在于，將該電壓信息與存儲在該數(shù)據(jù)一覽表中的該特定區(qū)域的一一對應而設定的互相不同的電壓值作比較的第4步驟，示出該數(shù)據(jù)一覽表內特定剩余容量的范圍，在分成給定數(shù)目的特定區(qū)域，將該剩余容量值，按自小到大或由大到小的順序排列的情況下，該被測定的該電壓信息與該特定區(qū)域的每一區(qū)，從該數(shù)據(jù)一覽表的特定區(qū)域的排列次序的一端按升序或降序進行比較操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及用2C速率以上的高電流給二次電池充電的裝置及其方法。監(jiān)視該電池的溫度或同時監(jiān)視溫度與電壓，示出當前測定的溫度上升率比之該電池的溫度上升率至少增加2倍的時刻，或檢出有關現(xiàn)象的時刻與檢出該電池的電壓上升率在一定期間連續(xù)增加之后，上升率最初下降的時刻同時發(fā)生的情況下，就中止充電操作。
文檔編號H02J7/10GK1085692SQ93116828
公開日1994年4月20日 申請日期1993年7月28日 優(yōu)先權日1992年3月16日
發(fā)明者S·N·西蒙斯 申請人:4C科技有限公司