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JPH0640712B2 - 充電完了検知器 - Google Patents

充電完了検知器

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Publication number
JPH0640712B2
JPH0640712B2 JP62251346A JP25134687A JPH0640712B2 JP H0640712 B2 JPH0640712 B2 JP H0640712B2 JP 62251346 A JP62251346 A JP 62251346A JP 25134687 A JP25134687 A JP 25134687A JP H0640712 B2 JPH0640712 B2 JP H0640712B2
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JP
Japan
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thermoelectric
charging
secondary battery
detection element
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JP62251346A
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JPH0197144A (ja
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明 久万田
充弘 村田
信宏 伊藤
範光 鬼頭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/007194Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、たとえばNi−Cd電池や鉛蓄電池のよう
な二次電池の充電完了時点を検知するための装置に関
し、特に二次電池の充電完了時における温度変化をゼー
ベック効果を利用して検出する充電完了検知器に関す
る。
[従来の技術] 従来より、Ni−Cd電池のような二次電池の充電検知
器としては、二次電池の充電の際の電圧変化を検出する
もの、サーミスタなどを電池に取付けて電池本体の温度
上昇を検出するもの、あるいは電池筐体内に充電末期に
発生するガスの圧力を検出するもの等が知られている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上述したいずれの充電検知器において
も、電池の置かれる雰囲気温度により電池の温度上昇速
度、ガス圧および充電終了電圧が変化するため、充電完
了時点を正確に検出することが難しい。もっとも、環境
温度による変動を補正する補正手段を設ければ、正確に
充電完了時点を検出することは可能であるが、複雑な環
境温度検知部および処理回路を必要とする。
また、充電の際の二次電池の電圧変化のピークを検出す
るものにあっては、場合によっては、充電開始直後に二
次電池の電圧がピークを示すことがあり、そのような場
合充電が完了していないにもかかわらず、充電完了と判
断することもあった。
よって、この発明の目的は、比較的簡単な構成で環境温
度に左右されずに正確に充電完了時点を検出し得る充電
完了検知器を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] この発明の充電完了検知器は、二次電池の充電完了に伴
なう温度上昇に応じた熱起電力を出力する熱電検知素子
と、この熱電検知素子に電気的に接続されており、熱電
検知素子に生じた熱起電力を検出するための検出手段と
を備える。
熱電検知素子は、半導体セラミックスよりなる基材と、
温接点および冷接点を構成するために、この基材上に距
離を隔てて形成された少なくとも1対の電極とを有す
る。したがって、熱電検知素子には、少なくとも一つの
熱電素子が構成されている。複数の熱電素子が基材に構
成される場合には、複数の熱電素子は直列に接続され、
それによって、より大きな熱起電力を出力することが可
能とされている。
好ましくは、基材の冷接点側に放熱部材が熱的に結合さ
れて取付けられる。放熱部材を取付けることにより、温
接点側と冷接点側との間の温度勾配を高めることがで
き、より大きな検出出力を得ることができる。
[作用] この発明は、二次電池の温度が、充電の進行とともに上
昇し、充電完了時点近くおいて急激に上昇することを考
慮し、該二次電池の温度変化に基づいて充電完了時点を
検出するものである。そして、二次電池に熱的に結合さ
れた温接点側は二次電池と略等しい温度になり、冷接点
側は周囲温度に保たれ、該温接点側と冷接点側との間の
温度差に基づく熱起電力の変化に基づいて温度上昇が検
出される。したがって、周囲温度の変化に影響されずに
二次電池の充電完了時点の温度変化が正確に検出され
る。
[実施例の説明] 初めに、この発明の充電完了検知器の測定原理を説明す
る。
第2図は、この発明の検知器の回路図を示し、一点鎖線
で囲まれた部分はセラミックス半導体を用いて構成され
た熱電検知素子2の等価回路を示す。この発明の充電完
了検知器は、前述したように熱電検知素子と、熱電検知
素子に生じた熱起電力を検出するための検出手段を備え
る。ここでは、検出手段は、電界効果トランジスタ1で
構成されており、該電界効果トランジスタ1のゲート端
子とソース端子間に熱電検知素子2が接続されている。
熱電検知素子2に生じた熱起電力は、この電界効果トラ
ンジスタ1より電気信号として取出される。
熱電検知素子は、冷接点および温接点を構成するために
それぞれ電極が形成されたセラミック半導体よりなる基
材を用いて形成されており、第2図において起電力e
および直列抵抗Rで示されている。この熱電検知素子
の温度差入力−出力電圧特性を第3図に示す。また、第
4図に、第2図の電界効果トランジスタ1のゲート−ソ
ース間電圧VGs−ドレイン電流I特性を示す。第3
図および第4図から明らかなように、電界効果トランジ
スタ1のVGsが−0.25V、すなわち熱電検知素子
の温接点−冷接点間の温度差が約4Kの場合、電界効果
トランジスタ1のドレイン電流Iは0mAとなる。
他方、二次電池の電池温度および熱電検知素子の冷接点
−温接点間の温度差と充電時間との関係は第5図に示す
とおりである。第5図から明らかなように、充電開始後
18分経過した充電完了時点において熱電検知素子の両
接点間の温度差は約3K上昇している。
したがって、充電完了検知器の出力すなわち電界効果ト
ランジスタ1のドレイン電流Iは、充電開始後約20
分経過した時点で0となる。よって該ドレイン電流I
により充電完了時点を検出し得ることがわかる。
なお、電界効果トランジスタ1のVGs−I特性、あ
るいは熱電検知素子の温接点−冷接点間の温度差−出力
電圧特性を選択することにより、充電完了検知時点を変
更することができる。すなわち、第5図に示したような
充電時間に対する電池温度の変化に応じて、電界効果ト
ランジスタ1および熱電検知素子の特性を適宜選択する
ことにより、同様にして充電完了時点を検出し得ること
がわかる。また、電界効果トランジスタのゲート・ソー
ス間に抵抗(第2図のR)を接続し、熱電検知素子の
内部抵抗(第2図のR)と該抵抗とで熱電検知素子の
出力電圧を分割、調整することも可能である。
なお、熱電検知素子は第2図に示したように起電力e
と直列抵抗Rで等価的に表わされる。よって、e
0の場合は、電界効果トランジスタ1のゲート端子は直
列抵抗Rによりソース端子に接続された状態となるの
で、電界効果トランジスタ1のゲート電位が安定する。
またe<0の場合にはゲート破壊が生じるが、これを
防止するために電界効果トランジスタ1のゲート−ソー
ス間に順方向ダイオードを接続すればよい。
上述したように、この発明では、周囲温度と略等しい温
度にある冷接点と二次電池に熱結合されて二次電池と略
等しい温度にある温接点との間の温度差に基づく熱起電
力により充電完了時点を検出するものであるため、周囲
温度の変化に影響されないで正確に充電完了時点を検出
することができる。
次に、この発明の一実施例の具体的構造を説明する。第
1図は、実施例の充電完了検知器が二次電池に取付けら
れた状態を示す平面図である。すなわち、二次電池11
の筐体に実施例の充電完了検知器12が熱電導性に優れ
た伝熱部材13を介して熱結合されている。この伝熱部
材13としては、熱電導性に優れたものであれば特に問
わないが、たとえば金属フィラーが分散されたシリコン
ゴムのように熱電導性に優れ、かつ二次電池11に密着
し得るものが好ましい。
充電完了検知器12は、第1図に示すように、半導体セ
ラミックスよりなる基材14を用いて構成されている。
基材14の一方主面には、一定距離を隔てて対をなすよ
うに形成された電極15a〜18a,15b〜18bが
形成されている。電極15aと電極15bとが対をなし
ており、同様に電極16a〜18aと電極16b〜電極
18bとがそれぞれ対をなしている。したがって、基材
14の一方主面上には4対の電極対が形成されており、
それによって温接点および冷接点を有する4個の熱電素
子が構成されている。ここでは、電極15a〜18a側
で温接点が形成されており、電極15b〜18b側で冷
接点が構成されている。
4個の熱電素子は、接続用導電路19により直列に接続
されている。したがって、4個の熱電素子が直列に接続
された多段直列型の熱電検知素子が構成されている。
なお、電極15aおよび電極18bが形成されている部
分にはスルーホールが形成されており、該スルーホール
により電極14a,18bは基材14の他方主面側に電
気的に接続されている。
基材14の他方主面には、第6図に示すように、絶縁層
21が形成されており、該絶縁層21上に導電パターン
22〜24が形成されている。この導電パターン22〜
24のうち、導電パターン22,23が、上述したスル
ーホールに電気的に接続されている。そして、導電パタ
ーン24は基材14の他方主面上に取付けられた電界効
果トランジスタ1のゲート端子に電気的に接続されてお
り、導電パターン22はソース端子に電気的に接続され
ている。導電パターン23は、電界効果トランジスタ1
のドレイン端子に接続されており、したがって導電パタ
ーン22,23が第2図に示した端子3,4に相当す
る。
第1図に戻り、充電完了検知器12の二次電池11と反
対の側、すなわち冷接点を構成する電極15b〜18b
が形成されている側の端面には熱電導性に優れた接着剤
を介して放熱部材25が貼り付けられている。放熱部材
25が貼り付けられているため、この実施例では温接点
−冷接点間の温度差をより大きくとることができ、した
がってより大きな検出出力を得ることができる。
なお、充電完了検知器は、第1図および第6図に示した
ものに限らず、第7図に示すように、絶縁基板31を用
いて構成することもできる。ここでは、絶縁基板31上
にセラミックス半導体を用いた熱電検知素子32および
電界効果トランジスタ33が取付けられている。そし
て、絶縁基板31より出力端子34,35が基板外に引
き出されている。
また、放熱部材としては、第1図に示したように充電完
了検知器12に直接接着固定するものに限らず、第8図
に示すように伝熱性に優れた弾性体36を介して機器の
筐体37と熱結合させ、該機器の筐体37自体を放熱部
材として用いることも可能である。
第9図は、この発明の充電検知器を使用した充電器の一
例を示す。図示のように、この発明の充電完了検知器1
2に、フリップフロップ回路を用いて構成された充電制
御部38および定電流充電部39を接続すれば、二次電
池11の充電完了を検知し得るだけでなく、充電完了と
同時に自動的に充電動作を停止させることができる。
[発明の効果] この発明では、半導体セラミックスよりなる基材を用い
て構成された熱電検知素子の温接点側を二次電池に熱的
に結合させ、冷接点側との温度差に基づいて二次電池の
充電完了時点を検知するものであるため、周囲温度の影
響を受けずに正確に充電完了時点を検出することができ
る。したがって、周囲温度の変動部分を補正するための
複雑な検知素子や回路等を必要とせずに充電完了を正確
に検出することができる。
この発明は、Ni−Cd電池の他、種々の二次電池の充
電完了時点を検知する用途一般に用いられるものである
ことを指摘しておく。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を二次電池に取付けた状態
を示す略図的平面図、第2図はこの発明の一実施例の回
路図、第3図は熱電検知素子の出力電圧と温接点−冷接
点間の温度差との関係を示す図、第4図は電界効果トラ
ンジスタの特性を示す図、第5図は電池温度および温接
点−冷接点間の温度差の充電時間による変化を示す図、
第6図は第1図実施例の充電完了検知器の他方主面側か
ら見た斜視図、第7図はこの発明の他の実施例の斜視
図、第8図は放熱部材として機器の筐体を使用した例を
示す略図的平面図、第9図はこの発明の充電完了検知器
を組込んだ充電器の回路図である。 図において、11は二次電池、12は充電完了検知器、
14は基材、15a〜18bは電極、25は放熱部材を
示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体セラミックスよりなる基材と、温接
    点および冷接点を構成するために前記基材上に距離を隔
    てて形成された少なくとも1対の電極とを有し、それに
    よって少なくとも1つの熱電素子が構成されており、前
    記温接点側において二次電池に熱的に結合されて二次電
    池の充電完了に伴なう温度変化に応じた熱起電力を出力
    する熱電検知素子と、 前記熱電検知素子に電気的に接続されており、前記熱電
    検知素子に生じた熱起電力を検出するための検出手段と
    を備える、充電完了検知器。
  2. 【請求項2】前記基材の冷接点側に放熱部材が熱結合さ
    れて取付けられている、特許請求の範囲第1項記載の充
    電完了検知器。
  3. 【請求項3】前記電極は複数対形成されており、したが
    って複数の熱電素子が構成されており、かつ該複数の熱
    電素子は直列に接続されている、特許請求の範囲第1項
    または第2項記載の充電完了検知器。
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JPH0197144A JPH0197144A (ja) 1989-04-14
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