JP5424033B2 - Charger - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池からなる電池パックを充電する充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device for charging a battery pack made of a secondary battery.
コードレス電動工具を駆動する電源として、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池(以下、ニカド電池と称す)等の比較的高容量化された二次電池からなる電池パックが使用されている。また、高容量化および軽量化された二次電池として、リチウムイオン電池が実用化されつつある。リチウムイオン電池は、公称電圧がニッケル水素電池やニカド電池に対して比較的高く、かつ小形軽量であるという特徴を有している。さらに、リチウムイオン電池は、放電効率も良く、比較的低温環境の中でも放電が可能で、広い温度範囲で安定した電圧を得ることができる特徴を有している。しかしながら、リチウムイオン電池は、過放電状態になると、負極の銅箔が溶解したり、電極間でショートする可能性があるため、不要な放電を防止することは必須である。一方、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池は、過放電状態で長期間放置された場合、特に複数の電池セルが直列に接続されて電池組が構成されていると、セル数が多いためにセル間での電圧のばらつきが大きくなり、電池パックの寿命等に影響を与える場合がある。 As a power source for driving a cordless electric tool, a battery pack including a secondary battery having a relatively high capacity such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery (hereinafter referred to as a nickel cadmium battery) is used. In addition, lithium ion batteries are being put into practical use as secondary batteries with high capacity and light weight. Lithium ion batteries are characterized by a nominal voltage that is relatively higher than that of nickel metal hydride batteries and nickel-cadmium batteries, and that they are small and lightweight. Further, the lithium ion battery has characteristics that it has a good discharge efficiency, can be discharged even in a relatively low temperature environment, and can obtain a stable voltage in a wide temperature range. However, when a lithium ion battery is in an overdischarged state, there is a possibility that the copper foil of the negative electrode may be dissolved or a short circuit may occur between the electrodes. Therefore, it is essential to prevent unnecessary discharge. On the other hand, nickel hydride batteries and nickel cadmium batteries, when left in an overdischarged state for a long time, have a large number of cells, especially when multiple battery cells are connected in series to form a battery set. In some cases, the voltage variation in the battery becomes large, which may affect the life of the battery pack.
また、電池パックは、電池寿命を確保するために、不要な放電または充電を防止する構成を有している。例えば、電池組と出力端子との間の放電経路にスイッチを設けて、充電装置から電力が供給されている場合はスイッチはオン状態にし、充電装置からの電力の供給がない場合はスイッチはオフ状態になるように構成されている。このように、電池を充電装置に挿入した状態で長期間放置しても電池が放電しないような構成を備えた充電装置が提案されている(特許文献1)。 The battery pack has a configuration that prevents unnecessary discharge or charging in order to ensure the battery life. For example, if a switch is provided in the discharge path between the battery set and the output terminal and power is supplied from the charging device, the switch is turned on, and if power is not supplied from the charging device, the switch is turned off. It is configured to be in a state. Thus, there has been proposed a charging device having a configuration in which the battery is not discharged even if the battery is left in the charging device for a long period of time (Patent Document 1).
二次電池からなる電池パックを充電するときは、充電電圧及び充電電流の管理が必要となる。そこで、充電装置は、電池電圧を検出するために、電池電圧を分圧抵抗で検出する電圧検出手段を有している。この電圧検出手段は、電池組の不要な放電を抑制するために、電池組との間にスイッチを有し、必要に応じてスイッチがオン状態になり、電池電圧を検出するようになっている。 When charging a battery pack made of a secondary battery, it is necessary to manage the charging voltage and the charging current. Therefore, the charging device, in order to detect the batteries voltage has a voltage detecting means for detecting a battery voltage dividing resistors. In order to suppress unnecessary discharge of the battery set, this voltage detection means has a switch between the battery set and the switch is turned on as necessary to detect the battery voltage. .
しかし、かかるスイッチがFETにて構成されている場合、FETそのものの不調や電池組との間に断線が生じた場合、電圧検出手段は電池電圧を検出できなくなり、電池パックの充電制御に支障をきたすことになる。 However, when such a switch is composed of an FET, if the FET itself malfunctions or a disconnection occurs between the battery set, the voltage detection means will not be able to detect the battery voltage, which will hinder the charge control of the battery pack. Will come.
本発明の目的は、上記問題点に鑑みて、電圧検出手段に異常が生じた場合でも電池パックの過充電を防止する充電装置を提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a charging device that prevents overcharging of a battery pack even when an abnormality occurs in voltage detection means.
本発明の充電装置は、二次電池を充電する充電手段と、前記二次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池の電池温度を検出する温度検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電池電圧及び前記温度検出手段によって検出された電池温度の少なくとも一方に基づいて前記二次電池の満充電を判別する満充電判別手段と、前記満充電判別手段が前記二次電池の満充電を判定した場合に前記充電手段による前記二次電池の充電を停止させる制御手段と、前記電圧検出手段が異常であるか否かを判別する異常判別手段と、を有する充電装置であって、前記満充電判別手段は、前記電圧検出手段は正常である場合であって、且つ、前記温度検出手段によって検出された電池温度の単位時間当たりの温度変化値が第1の所定値に達したときに、前記二次電池は満充電であると判定し、前記電圧検出手段は異常である場合であって、前記温度変化値が前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値に達したときに、前記二次電池は満充電であると判定することを特徴とする。
The charging device of the present invention includes a charging unit that charges a secondary battery, a voltage detection unit that detects a battery voltage of the secondary battery, a temperature detection unit that detects a battery temperature of the secondary battery, and the voltage detection. Full charge determination means for determining full charge of the secondary battery based on at least one of the battery voltage detected by the means and the battery temperature detected by the temperature detection means, and the full charge determination means is the secondary battery A charging device comprising: control means for stopping charging of the secondary battery by the charging means when the full charge is determined; and an abnormality determining means for determining whether or not the voltage detecting means is abnormal. The full charge determination means is a case where the voltage detection means is normal, and the temperature change value per unit time of the battery temperature detected by the temperature detection means is set to a first predetermined value. The secondary battery is determined to be fully charged, and the voltage detection means is abnormal, and the temperature change value is set to a second predetermined value smaller than the first predetermined value. When it reaches, the secondary battery is determined to be fully charged.
上記構成により、二次電池は、充電手段によって充電される。充電中、二次電池の電池電圧は、電圧検出手段によって検出され、二次電池の電池温度は、温度検出手段によって検出される。異常判別手段は、電圧検出手段が異常であるか否かを判別する。電圧検出手段に異常が生じている場合、温度検出手段が検出した電池温度の単位時間当たりの温度変化値が、電圧検出手段が正常のときの第1の所定値よりも小さい第2の所定値に達したときに、二次電池は満充電であると判定して充電を終了させる。従って、電圧検出手段に異常が生じた場合であっても、二次電池の特性に影響を与えずに二次電池を充電することができる。 With the above configuration, the secondary battery is charged by the charging means. During charging, the battery voltage of the secondary battery is detected by the voltage detection means, and the battery temperature of the secondary battery is detected by the temperature detection means. The abnormality determination unit determines whether or not the voltage detection unit is abnormal. When abnormality has occurred in the voltage detection means, the second predetermined value in which the temperature change value per unit time of the battery temperature detected by the temperature detection means is smaller than the first predetermined value when the voltage detection means is normal. When reaching the value, the secondary battery is determined to be fully charged and charging is terminated. Therefore, even when an abnormality occurs in the voltage detection means, the secondary battery can be charged without affecting the characteristics of the secondary battery.
請求項4記載の充電装置は、二次電池を充電する充電手段と、前記二次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電池電圧に基づいて前記二次電池の充電を制御する充電制御手段と、前記電圧検出手段が異常であるか否かを判別する異常判別手段と、を有する充電装置であって、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段が異常である場合には、前記電圧検出手段が正常であるときよりも充電時間を短くすることを特徴とする。 The charging device according to claim 4, wherein the secondary battery is charged based on the battery voltage detected by the charging means for charging the secondary battery, the voltage detection means for detecting the battery voltage of the secondary battery, and the voltage detection means. A charging apparatus comprising: a charging control unit that controls charging of a battery; and an abnormality determination unit that determines whether or not the voltage detection unit is abnormal. The charging control unit is configured such that the voltage detection unit is abnormal. In this case, the charging time is shorter than when the voltage detecting means is normal.
上記構成により、二次電池は、充電手段によって充電される。充電中、二次電池の電池電圧は、電圧検出手段によって検出される。異常判別手段は、電圧検出手段が異常であるか否かを判別する。電圧検出手段が異常である場合には、電圧検出手段が正常であるときよりも二次電池の充電時間を短縮して、二次電池の過充電を確実に防止する。 With the above configuration, the secondary battery is charged by the charging means. During charging, the battery voltage of the secondary battery is detected by voltage detection means. The abnormality determination unit determines whether or not the voltage detection unit is abnormal. When the voltage detection means is abnormal, the charging time of the secondary battery is shortened more than when the voltage detection means is normal, thereby reliably preventing overcharge of the secondary battery.
請求項1記載の充電装置によれば、電圧検出手段が異常の場合は、電圧検出手段が正常である場合に比較して短い時間で二次電池の充電を終えるので、二次電池の過充電を確実に防止して、電池パックの電池寿命を確保する。 According to the charging device of the first aspect, when the voltage detection means is abnormal, the secondary battery is charged in a shorter time than when the voltage detection means is normal. To ensure the battery life of the battery pack.
請求項2記載の充電装置によれば、電圧検出手段の正常或いは異常の判定を確実に行うことができる。 According to the charging device of the second aspect, it is possible to reliably determine whether the voltage detection means is normal or abnormal.
請求項3記載の充電装置によれば、電圧検出手段が異常の場合は、温度検出手段によって検出された電池温度の単位時間当たりの温度変化値が、電圧検出手段が正常である場合に比較して小さい値を用いて二次電池の満充電を判別するので、二次電池の過充電を確実に防止して、電池パックの電池寿命を確保する。 According to the third aspect of the present invention, when the voltage detection means is abnormal, the temperature change value per unit time of the battery temperature detected by the temperature detection means is compared with that when the voltage detection means is normal. Since the secondary battery is fully charged using a small value, the secondary battery is reliably prevented from being overcharged and the battery life of the battery pack is ensured.
請求項4記載の充電装置によれば、電圧検出手段が異常の場合は、二次電池の充電時間を電圧検出手段が正常である場合に比較して短縮するので、二次電池の過充電を確実に防止して、電池パックの電池寿命を確保する。 According to the charging device of the fourth aspect, when the voltage detecting means is abnormal, the charging time of the secondary battery is shortened compared with the case where the voltage detecting means is normal. Securely prevent and ensure the battery life of the battery pack.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図1に、電池パック2を充電する充電装置100を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a
電池パック2は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などの複数の二次電池を直列接続してなる電池組2A、電池組2Aの電池温度を検出するためのサーミスタ等の感温素子2a、及び二次電池の種類を判別するための判別抵抗2bを有する。充電装置100は、交流電源1、1次側平滑回路10、スイッチング回路20、2次側平滑回路30、充電電流制御手段60、充電電圧制御手段70、電力供給手段6、及び電力供給制御手段7を有する。さらに、充電装置100は、電池温度検出手段3、電池種判別手段4、電池電圧検出手段5、信号伝達手段8、スイッチング制御IC停止手段9、定電圧回路40、マイコン50、LED80、及び放電路遮断手段90を有する。
The
1次側整流平滑回路10は、交流電源1から供給される交流電流を整流する回路であり、全波整流回路11と平滑用コンデンサ12とからなる。
The primary-side rectifying / smoothing circuit 10 is a circuit that rectifies an alternating current supplied from the alternating-current power supply 1 and includes a full-wave rectifying circuit 11 and a
スイッチング回路20は、高周波トランス21、MOSFET22、スイッチング制御IC23、起動抵抗24、スイッチング制御IC用定電圧回路25、及びスイッチング制御IC停止回路26からなる。
The
高周波トランス21は、1次巻線21a、2次巻線21b、3次巻線21c、4次巻線21dからなる。1次巻線21aには直流の入力電圧が印加され、2次巻線21bはスイッチング制御IC23用の出力巻線であり、3次巻線21cは電池パック2を充電するための出力巻線、4次巻線21dはマイコン50等の制御系電源用の出力巻線である。なお1次巻線21aに対し、2次巻線21b及び4次巻線21dは同極性となり、3次巻線21cは逆極性となっている。
The high-frequency transformer 21 includes a primary winding 21a, a secondary winding 21b, a
スイッチング制御IC23は、スイッチング回路20の出力電圧を調整するために、MOSFET22の駆動パルス幅を変更するスイッチング電源ICである。また、スイッチング制御IC用定電圧回路25は、ダイオード25a、コンデンサ25b、抵抗25c、トランジスタ25d、及びツェナダイオード25eから構成される。通常の動作時には、スイッチング制御IC23には、ツェナダイオード25eとトランジスタ25dのベース・エミッタ間の電圧約0.6Vとの和に相当する電圧が印加され、これを電源としてスイッチングを行っている。ツェナダイオード25eは、スイッチング制御用IC23の電源電圧として適切な値を有するものを選定する。
The switching control IC 23 is a switching power supply IC that changes the drive pulse width of the MOSFET 22 in order to adjust the output voltage of the
スイッチング制御IC停止回路26は、抵抗26a、後述する送信部9aと対をなすホトカプラの受信部26b、ツェナダイオード26c、P−チャネルのFET26d、及びN−チャネルのFET26e、26fから構成される。通常の動作時には、スイッチング制御IC停止回路26は、動作していないが、スイッチング制御IC停止手段9からの信号によりホトカプラ26bがオンすると、整流ダイオード11によって整流された交流ラインの電圧が抵抗26aを介してツェナダイオード26cに印加される。そして、FET26eのゲートにツェナダイオード26cのツェナ電圧に相当する値が印加されるので、FET26eはオン状態となる。FET26eがオン状態となると、FET26dのゲート・ドレイン間の電位差により、FET26dがオンする。また、同時にFET26fのゲートにもツェナダイオード26fのツェナ電圧に相当する電圧が印加されて、FET26fはオン状態となる。通常の動作時には、スイッチング制御IC23は、ツェナダイオード25eとトランジスタ25dのベース・エミッタ間の電圧約0.6Vの和に相当する電圧が印加されていることにより動作状態にある。しかしながら、FET26fがオン状態となることにより、いわばツェナダイオード26fはショート状態になり、印加される電圧が降下して0.6V程度まで落ちる。
The switching control
印加される電圧がスイッチング制御IC23の動作に必要な電圧以下になると、スイッチング制御IC23はスイッチング動作を停止する。スイッチング制御を停止すると、ホトカプラの送信側9bからの信号も伝達されなくなるため、再びFET26fがオフしてしまい、スイッチング制御IC23は、ツェナダイオード25eとトランジスタ25dのベース・エミッタ間の電圧約0.6Vの和に相当する電圧が印加されることになり、動作状態になる。しかし、本実施形態においては、ホトカプラの受信側26bにおいて一旦オン状態になった以降は、ホトカプラの受信側26bのオン・オフに拘わらず、交流ラインの電圧を利用して、FET26d、FET26e、及びFET26fがオン状態になるようになっている。従って、交流ラインの電圧がなくならない限りは、FET26fはオン状態を保ち続けるので、スイッチング制御IC23は動作できないようになっている。 When the applied voltage falls below the voltage necessary for the operation of the switching control IC 23, the switching control IC 23 stops the switching operation. When the switching control is stopped, the signal from the transmission side 9b of the photocoupler is not transmitted, so the FET 26f is turned off again, and the switching control IC 23 has a voltage of about 0.6 V between the Zener diode 25e and the base-emitter of the transistor 25d. A voltage corresponding to the sum of the two is applied, and an operating state is entered. However, in this embodiment, after the photocoupler receiving side 26b is once turned on, the AC line voltage is used to turn on the FET 26d, the FET 26e, and the photocoupler regardless of whether the photocoupler receiving side 26b is on or off. The FET 26f is turned on. Therefore, as long as the voltage on the AC line is not lost, the FET 26f is kept on, so that the switching control IC 23 cannot operate.
2次側整流平滑回路30は、ダイオード31、平滑用コンデンサ32、及び抵抗33からなり、電池パック2の充電を行う。
The secondary side rectifying / smoothing
充電電流制御手段60は、抵抗60a、60b、60c、60d、60e、60f、オペアンプ60g、ダイオード60h、及びシャント抵抗60iから構成される。充電電流は、電源電圧Vccを抵抗60aと60bとで分圧した値を基準値として、充電電流が流れることによるシャント抵抗60iの電圧降下の値に基づいて電池パック2の充電電流を制御する。また、充電電流制御手段60は、制御信号を信号伝達手段8を介してスイッチング制御IC23に帰還することで充電電流を制御する。
The charging current control means 60 includes resistors 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f, an operational amplifier 60g, a
充電電圧制御手段70は、抵抗70a、ツェナダイオード70bから構成される。電池パック2の充電電圧は、ツェナダイオード70bの値によって定められる。充電電圧は、充電電流同様に、制御信号を信号伝達手段8を介してスイッチング制御IC23に帰還することで制御される。
The charging voltage control means 70 includes a resistor 70a and a Zener diode 70b. The charging voltage of the
電力供給手段6は、スイッチング回路20から電池パック2へ電力を供給するものであり、リレーから構成される。しかしながら、リレーに限らず適宜の電力供給手段を用いることができる。電力供給制御手段7は、電力供給手段6を制御する。電力供給制御手段7の制御により電力供給手段6を介してスイッチング回路20から電池パック2への電力供給の有無が制御される。
The power supply means 6 supplies power from the switching
さらに、電池温度検出手段3は、抵抗3a及び3bから構成される。電池パック2が充電装置100に実装されることによって、電池側及び充電装置側の端子を介して感温素子2aと電池温度検出手段3とが接続される。このとき、電池温度検出手段3では、抵抗3aと、抵抗3b及び感温素子2aの並列抵抗とで電圧Vccが分圧され、この電圧値が、マイコン50のA/Dポートに入力されることにより、マイコン50は電池温度を検出する。
Furthermore, the battery temperature detection means 3 is comprised from resistance 3a and 3b. When the
電池パック2が充電装置100に実装される前は、電池温度検出手段3では、電圧Vccを抵抗3aと3bとで分圧した値がマイコン50にて検出されている。次に、電池パック2が実装されることによって、電池温度に対応した値がマイコン50にて検出されることになる。すなわち、電池パック2の実装により、マイコン50での検出結果は電池温度に対応した値へと変化する。従って、電池温度検出手段3の検出結果が電池の実装前の値から変化したとき、マイコン50は、電池パック2が実装されたと判別する。
Before the
電池種判別手段4は、抵抗4aから構成される。電池パック2が充電装置100に実装されると、電圧Vccを抵抗4aと電池パック2内の判別抵抗2bとで分圧した電圧値がマイコン50のA/Dポートに入力される。従って、マイコン50は電池種を識別できる。なお、電池種は、例えば判別抵抗2bが抵抗Xであれば二次電池はニッケルカドミウム電池であることを表し、抵抗Yであれば二次電池はニッケル水素電池であると表すものとする。
The battery type discriminating means 4 includes a resistor 4a. When the
電池電圧検出手段5は、電圧検出手段として抵抗5a、5bから構成される。電池電圧は、電池組2Aの電池電圧を抵抗5aと5bとで分圧し、その電圧値をマイコン50のA/Dポートに入力することによって検出される。
The battery voltage detection means 5 includes resistors 5a and 5b as voltage detection means. The battery voltage is detected by dividing the battery voltage of the battery set 2A by the resistors 5a and 5b and inputting the voltage value to the A / D port of the
信号伝達手段8は、ホトカプラ等から構成され、2次側整流平滑回路30の充電電圧制御信号及び充電電流制御信号をスイッチング制御IC23に帰還する。
The signal transmission means 8 is composed of a photocoupler or the like, and feeds back the charging voltage control signal and the charging current control signal of the secondary side rectifying and smoothing
スイッチング制御IC停止手段9は、スイッチング制御IC23そのものを停止させるためのホトカプラの送信部9a、FET9bからなる。なお、送信部9aは受信部26bと対をなす。FET9bは、マイコン50の出力ポートからの信号により制御され、FET9bがオンした場合は、送信部9a及び受信部26bを介してスイッチング制御IC停止回路26へ信号が伝達される。
The switching control IC stop means 9 includes a photocoupler transmitter 9a and an FET 9b for stopping the switching control IC 23 itself. The transmitter 9a is paired with the receiver 26b. The FET 9b is controlled by a signal from the output port of the
定電圧回路40は、ダイオード41、コンデンサ42、44、3端子レギュレータ43、リセットIC45からなる。電圧Vccは、マイコン50の電源となる。リセットIC45は、リセット入力ポート54にリセット信号を出力してマイコン50を初期状態にする。
The constant voltage circuit 40 includes a diode 41, capacitors 42 and 44, a three-terminal regulator 43, and a reset IC 45. The voltage Vcc is a power source for the
マイコン50は、CPU51、A/Dポート52、出力ポート53a、53b、及びリセットポート54から構成され、満充電判別手段、制御手段、或いは異常判別手段として機能する。
The
LED80は、電池パック2の充電状態を表示する。LED80は、マイコン50の出力ポートからの信号によって点灯及び消灯される。本実施の形態においては、LEDが点灯している場合は電池パック2は充電中、LEDが消灯している場合は電池パック2の非充電中を表す。
The LED 80 displays the state of charge of the
放電経路遮断手段90は、P−チャネルのFET91、N−チャネルのFET92、抵抗93、94、95、96から構成され、電池電圧検出手段5と電池組2Aからの放電線路とを切り離すためのものである。充電装置100に電力が供給されている場合、FET91はオン状態にあり、FET92もオン状態であるため、電池電圧検出手段5は、電池組2Aと接続されて電池電圧を検出できる状態にある。一方、充電装置100に電力が供給されていない場合、P−チャネルのFET91はオフ状態にあり、N−チャネルのFET92もオフ状態にあるため、電池電圧検出手段5は電池組2Aと電気的に接続されない。従って、電池パック2が充電装置100に長期間実装された状態で放置されたとしても、電池組2Aの抵抗5a、5bを介した放電を抑制することができる。
The discharge path blocking means 90 is composed of a P-channel FET 91, an N-channel FET 92, and resistors 93, 94, 95, 96, and is used to disconnect the battery voltage detection means 5 from the discharge line from the battery set 2A. It is. When electric power is supplied to the
以上のように、充電装置100は構成されている。
As described above, the charging
上記充電装置100によって充電される電池パック2の満充電の判別は、二次電池の過充電を防止するために、通常、電池温度検出手段3と電池電圧検出手段5との両方を用いて行われる。電池電圧による満充電検出方法の1つとして、−ΔV検出法がある。この検出方法は、電池電圧検出手段5の検出出力に基づいて充電終了間近に検出されたピーク電圧から所定量降下したこと検出して満充電と判定する。また、2階微分検出法は、電池電圧の時間による2階微分値が負になる時点を検出して満充電と判定することによって、電池電圧がピークに達する前に充電を停止させて過充電を防止する方法である。
The determination of the full charge of the
電池温度検出手段3の出力に基づいて電池パック2の満充電を判別する方法としては、電池パック2が満充電状態に近づくと電池温度が急上昇する現象を利用して、電池パック2の充電開始からの電池温度の上昇値が所定値以上になるのを検出して満充電と判定するΔT検出方法や、電池パック2の充電中における単位時間当りの電池温度上昇率(以下、電池温度勾配と称す)が所定値以上になるのを検出して満充電と判定するdT/dt検出法がある。
As a method for determining whether the
しかしながら、電池電圧検出手段5による電池電圧の検出ができない場合、電池温度のみで電池パック2の満充電を判別することになる。この場合、例えば、電池パック2を充電する環境温度が低い場合、環境温度によって電池温度の上昇が抑制されることが起こりえるので、電池温度のみを用いた満充電判別では、満充電と判別する前に二次電池が過充電に陥ってしまう可能性もある。そこで、本実施の形態では、電池電圧検出手段5に異常が生じて電池電圧を検出できない場合は、満充電を判別する電池温度勾配の値を小さくして、電池電圧検出手段5が正常に機能する場合に比較して、早期に満充電を判別して電池パック2の充電を終了させる。尚、充電装置100若しくは電池パック2の内部の断線又は電池パック2の実装不良若しくは接触不良などの異常により、電池温度検出手段3が動作しない場合、マイコン50は電池パック2の充電は行わない。
However, when the battery voltage cannot be detected by the battery voltage detection means 5, the full charge of the
次に、充電装置100による電池パック2の満充電判別について、図2のフローチャートを用いて説明する。なお、電池温度による満充電判別は、電池温度勾配に基づいて行い、満充電を判別する電池温度勾配の基準値をaとする。
Next, full charge determination of the
まず、充電装置100に電源1の投入が開始されると、マイコン50は、出力ポート53a及び53bを初期化する。次に、電池パック2が充電装置100に実装されたか否かを判別する(ステップ201)。電池パック2の実装は、例えば、電池温度検出手段3の検出結果が入力されるマイコン50のA/Dポートの値に変化があった場合に、マイコン50は、電池パック2が充電装置100に実装されたと判別する。ステップ201において、電池パック2が実装されたと判別する場合、マイコン50は、出力ポートからの信号によってLED80を点灯させて電池パック2の充電中を表示する(ステップ202)。次に、マイコン50は、電池パック2の充電を開始する(ステップ203)。マイコン50は、出力ポートより電力供給制御手段7を介して電力供給手段6を制御して、電池パック2への電力供給を開始することで充電を開始する。
First, when the
次に、マイコン50は、充電の開始から所定時間が経過したか否かを判別する(ステップ204)。この場合、所定時間は、例えば30秒から1分までの間の時間である。電池組2Aは、放電しつくした状態では電池電圧が0Vとなることがあるので、電池電圧が検出されるまでには充電による電池電圧の回復を待つ必要がある。そこで、電池パック2の充電開始から所定時間が経過した場合(ステップ204:YES)、マイコン50は、ステップ205に進み、電池電圧が検出されたか否かを判別する。
Next, the
マイコン50は、電池電圧の検出の有無を次のようにして判別する。一般に、電池パック2は、満充電になるまでは、電池電圧は、充電時間の経過につれて徐々に上昇する。従って、所定期間に亘りマイコンのA/Dポートに入力される電圧値に変動があれば、マイコン50は、電池組2Aの電池電圧が正常に電池電圧検出手段5に入力されている、すなわち、電池電圧検出手段は正常であると判別して(ステップ205:YES)、ステップ207に進む。一方、所定期間に亘りマイコンのA/Dポートに入力される電圧値が不変であれば、すなわち、所定期間に亘り電圧値が一定値を維持するならば、マイコン50は、電池電圧は検出しない、すなわち、電池電圧検出手段は異常であると判別して(ステップ205:NO)、ステップ206に進む。電池電圧が検出されない現象としては、放電経路遮断手段90の故障による電池組2Aと電池電圧検出手段5との電気的接続の断線、電池組2Aと電池電圧検出手段5との間に金属片が混入したことによる電気的短絡、又はマイコン50のA/Dポートの動作異常等が原因となる。
The
電池電圧検出手段5に異常がある場合、電池パック2の満充電検出は、電池電圧を用いて行うことができず電池温度のみを用いて行うことになる。電池温度のみで満充電の判別を行う場合、判別精度が落ち、場合によっては二次電池を過充電させてしまう可能性がありえる。従って、ステップ206にて、電池温度の温度勾配から満充電を判別する場合の基準値を、初期値aよりも小さいな値b(b<a)に変更する。電池パック2は、満充電が近づくと電池温度勾配が増加する傾向がみられるので、基準値を小さくすることによって、通常よりも充電が早期の段階で満充電と判別して充電を終えることにする。電池温度勾配の基準値を変更した後、ステップ207に進む。
When the battery voltage detection means 5 is abnormal, the full charge detection of the
ステップ207にて、電池温度検出手段3により電池温度を検出して記憶する。次に、前回検出した電池温度とステップ207において検出した現在の電池温度とから、最新の電池温度勾配を演算して記憶する(ステップ208)。次に、ステップ208にて演算した最新の電池温度勾配が、既に演算された電池温度勾配と比較して最小値になるならば、最新の電池温度勾配を最小電池温度勾配として更新する(ステップ209)。次に、最新の電池温度勾配と最小電池温度勾配との差が基準値以上となる場合は(ステップ210:YES)、電池パック2は満充電であると判別し、ステップ212に進む。ステップ210における基準値は、ステップ205にて電池電圧が検出できたと判別した場合は初期値aを、電池電圧が検出できないと判別した場合は値b(a>b)を用いる。一方、最新の電池温度勾配と電池温度勾配の最小値との差が基準値以上とならない場合(ステップ210:NO)、ステップ211に進む。
In
ステップ211にて、電池電圧を検出し、検出した電池電圧に基づいて電池パック2の満充電の検出を行う。電池電圧に基づいて電池パック2の満充電を判別した後は(ステップ211:YES)、ステップ212に進んで充電を終了する。なお、ステップ205にて電池電圧検出手段は異常であると判別された場合は、電池電圧を検出することはできないので(ステップ211:NO)、ステップ204に戻る。また、ステップ205にて電池電圧検出手段は正常であると判別された場合でも、電池電圧により電池パック2は満充電ではないと判別するときは(ステップ211:NO)、ステップ204に戻る。
In
ステップ212にて、マイコン50は、出力ポートより電力供給制御手段7を介して電力供給手段6を制御し、電池パック2への電力供給を停止することによって充電を終了する。
In
充電を終了した後、ステップ213にて、マイコン50は、出力ポートから信号を出力してLED80を消灯することによって充電終了を示す。次に、ステップ214にて電池パック2が充電装置100から外された場合(ステップ214:YES)、ステップ201に戻る。
After completing the charging, in
上記のように、電池電圧検出手段5による電池電圧の検出ができない場合、電池温度のみで電池パック2の満充電を判別することになる。この場合、満充電の判別精度が良くないので、満充電を判別する電池温度勾配の基準値を、電池電圧が検出できた場合の基準値よりも小さな値に変更することで、電池パック2の過充電を確実に防止できる。
As described above, when the battery voltage cannot be detected by the battery voltage detection means 5, the full charge of the
また、電池電圧検出手段5が正常であり、且つ電池パック2の充電開始からステップ311にて電池電圧により満充電を判別するまでに要する時間が第1の所定時間であり、電池電圧検出手段5が異常である場合にステップ210にて満充電を判別するまでに要する時間が第2の所定時間とすると、電池電圧検出手段5が異常である場合は、正常である場合に比較してステップ210における基準値が小さいために、早期にYESとなって充電を終えることが予測される。従って、第2の所定時間の方が、第1の所定時間よりも短くなる。すなわち、電池電圧検出手段5に異常が生じている場合、電池パック2の充電時間は、電池電圧検出手段5が正常である場合に比較して短縮され、短時間で終えることになる。逆に、充電装置100による電池パック2の充電が、当初予測した時間よりも早期に終了する場合、電池電圧検出手段5に何らかの異常が発生していると考えることができる。
In addition, the battery voltage detection means 5 is normal, and the time required from the start of charging the
尚、電池温度による満充電の判別は、電池温度勾配の変化率に基づいて行ったが、電池温度勾配そのものに基づいて満充電を判別することもできる。 Note that the determination of the full charge based on the battery temperature is performed based on the rate of change of the battery temperature gradient, but it is also possible to determine the full charge based on the battery temperature gradient itself.
また、電池パック2を構成する二次電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に限らず適宜の二次電池を用いることができる。
The secondary battery constituting the
本発明の充電装置は、適宜の種類からなる二次電池を有する電池パックの充電に利用することができる。 The charging device of the present invention can be used for charging a battery pack having a secondary battery of an appropriate type.
1 交流電源
2 電池パック
3 温度検出手段
5 電圧検出手段
20 スイッチング回路
50 マイコン
100 充電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記二次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、 Voltage detection means for detecting a battery voltage of the secondary battery;
前記二次電池の電池温度を検出する温度検出手段と、 Temperature detecting means for detecting a battery temperature of the secondary battery;
前記電圧検出手段によって検出された電池電圧及び前記温度検出手段によって検出された電池温度の少なくとも一方に基づいて前記二次電池の満充電を判別する満充電判別手段と、 Full charge determination means for determining full charge of the secondary battery based on at least one of the battery voltage detected by the voltage detection means and the battery temperature detected by the temperature detection means;
前記満充電判別手段が前記二次電池の満充電を判定した場合に前記充電手段による前記二次電池の充電を停止させる制御手段と、 Control means for stopping charging of the secondary battery by the charging means when the full charge determining means determines that the secondary battery is fully charged;
前記電圧検出手段が異常であるか否かを判別する異常判別手段と、 Abnormality determination means for determining whether or not the voltage detection means is abnormal;
を有する充電装置であって、A charging device comprising:
前記満充電判別手段は、 The full charge determination means includes
前記電圧検出手段は正常である場合であって、且つ、前記温度検出手段によって検出された電池温度の単位時間当たりの温度変化値が第1の所定値に達したときに、前記二次電池は満充電であると判定し、 When the voltage detection means is normal and the temperature change value per unit time of the battery temperature detected by the temperature detection means reaches a first predetermined value, the secondary battery Determine that the battery is fully charged,
前記電圧検出手段は異常である場合であって、前記温度変化値が前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値に達したときに、前記二次電池は満充電であると判定することを特徴とする充電装置。 When the voltage detection means is abnormal, and the temperature change value reaches a second predetermined value smaller than the first predetermined value, the secondary battery is determined to be fully charged. A charging device characterized by that.
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