WO2013015207A1 - 電池パック及び電池パックの充電方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery capable of charging a built-in battery by electromagnetically coupling a power receiving coil of a battery pack mounted on a charging base and a power transmitting coil of the charging base to carry power by magnetic induction from the power transmitting coil to the power receiving coil.
- the present invention relates to a pack and a method for charging the battery pack.
- Battery-driven devices represented by mobile devices such as mobile phones and portable music players are often driven by rechargeable batteries so that they are convenient to carry.
- a battery-driven device stores a battery in a unit cell state or a battery pack state.
- the battery-driven device is charged by wire by connecting a contact to a charger in a state in which the battery is accommodated.
- a charging stand that charges the battery by transporting power to the receiving coil from the power transmission coil built in the charging stand using the action of electromagnetic induction without connecting the contacts in this way has been developed. (See Patent Document 1).
- the charging stand described in Patent Document 1 has a built-in power transmission coil that is excited by an AC power supply, and a power receiving coil that is electromagnetically coupled to the power transmitting coil is provided in the battery pack, and the battery is powered by the power induced in the power receiving coil.
- the battery of the pack is charged.
- the battery pack has a built-in charging circuit that rectifies the alternating current induced in the power receiving coil and supplies the battery to the battery for charging. According to this structure, a battery pack can be mounted on a charging stand, and a battery can be charged in a non-contact state without connecting contacts.
- the battery pack alone or the driving device connected to the battery pack is left on the charging stand.
- the battery-driven device may consume power due to discharge, self-discharge of the battery pack, or the like.
- a smartphone when used as a battery-powered device, it automatically communicates with the host side even when the user does not use it, and performs software updates and data updates. Even if left on the table, power may be consumed and the remaining capacity of the battery pack may be reduced. In such a case, it is possible that the user will need to use the battery pack, and it is possible that a sufficient remaining capacity does not remain in the battery pack, which is inconvenient.
- the battery pack is automatically recharged when the remaining capacity of the battery pack decreases.
- communication is performed when the power transmission coil of the charging base and the power receiving coil of the battery pack are electromagnetically coupled to transmit power, so communication is performed between the battery pack and the charging base during periods when charging is not performed. Can not do. For this reason, once the battery is fully charged by contactless charging, charging is terminated, and subsequent communication cannot be performed, and a decrease in the remaining capacity of the battery pack cannot be detected.
- Patent Document 2 a technique for transmitting power from a charging stand to a battery pack after a predetermined time has been disclosed (Patent Document 2).
- the power transmitting device 1 drives the primary coil 16 at every predetermined timing. Then, a current flowing through the primary coil 16 is detected after a predetermined time has elapsed from the start of the drive, and the subsequent drive operation of the primary coil 16 is performed based on the detected current.
- the power transmitting device side can actively control power feeding, and when the recharging operation is performed after the secondary battery is fully charged, the power receiving device side Can be reduced as much as possible.
- the contactless charging of the battery pack may be stopped by detecting some abnormality such as a temperature abnormality in addition to the normal termination due to full charging. In such a case, it may be preferable to perform recharging in a short time.
- the above-described technology cannot cope with such a request.
- the present invention has been made to solve such conventional problems.
- the main object of the present invention is a battery pack capable of non-contact charging, and even when left on a charging stand after completion of charging, the battery pack capable of always ensuring a certain remaining capacity or more and charging of the battery pack It is to provide a method.
- the rechargeable secondary battery cell 2 and the power transmission coil 113 built in the charging stand 110 can be electromagnetically coupled.
- 110 is a method of charging a battery pack capable of charging the secondary battery cell 2 with electric power transmitted from the power transmission coil 113 by electromagnetically coupling the power transmission coil 113 of the power reception coil 110 and the power reception coil 1.
- the power transmission coil 113 of the charging stand 110 and the power receiving coil 1 of the battery pack are electromagnetically coupled, and the secondary battery cell 2 is connected with the power transmitted from the power transmission coil 113.
- the secondary battery cell 2 After charging the secondary battery cell 2, receiving a recharge permission signal for permitting recharging to the charging stand 110 side, and receiving the recharge permission signal; Recharging power from the charging stand 110 to the battery pack, and the recharge permission signal has a time interval for retransmitting power to the battery pack, and the charging of the secondary battery cell 2 is completed.
- Information that is changed according to the reason can be included. Thereby, even if the battery pack has been once charged, it is possible to maintain the battery pack at a predetermined value or higher by performing recharging when the battery pack drops below a certain value.
- the battery pack in the step of charging the secondary battery cell 2, the battery pack detects the full charge of the secondary battery cell 2, and the AC / DC adapter Or detecting an abnormality of the secondary battery cell 2 and transmitting the suspension of power transmission to the charging stand 110 side, thereby completing the charging of the secondary battery cell 2 it can.
- the charging of the battery pack can be terminated due to full charge or abnormal termination, and it can be confirmed again whether the battery pack needs to be recharged at regular intervals.
- the charging stand 110 when the battery pack transmits a stop of power transmission to the charging stand 110 side, the charging stand 110 transmits power again to the battery pack for a predetermined time. Can send intervals. Thereby, the charging stand can inquire whether or not to perform re-power transmission to the battery pack at the designated transmission time interval.
- the battery pack may be re-charged in a predetermined manner in which the charging stand 110 performs recharging according to the reason for terminating the charging of the secondary battery cell 2.
- the time interval for power transmission can be changed.
- the recharge interval can be changed depending on whether the end of charging of the secondary battery cell is due to full charge or abnormal end, and appropriate recharge can be performed on the secondary battery cell. it can.
- the charging base 110 sets a predetermined re-transmission time interval for recharging to be long, and if the secondary battery cell 2 is abnormal, sets a predetermined re-transmitting time interval for the recharging to be recharged.
- the recharge interval is lengthened to reduce the burden on the secondary battery cell, while in the case of abnormal charge, the secondary battery cell is It can be maintained as close to full charge as possible.
- the battery pack charging method of the sixth aspect when the abnormality of the secondary battery cell 2 detects that the temperature of the secondary battery cell 2 exceeds a predetermined allowable temperature range. And can. As a result, when the temperature of the secondary battery cell is out of the allowable temperature range, the charging is once terminated, and the temperature is returned to the allowable temperature range by trying to recharge after the predetermined range. Will be able to continue charging. By setting the transmission time interval at this time to be shorter than the end due to full charge, the total time required for charging can be shortened.
- power supply to the pack controller 91 can be interrupted while power transmission from the charging stand 110 to the battery pack is stopped. .
- the advantage which can reduce the power consumption while not charging is acquired.
- the rechargeable secondary battery cell 2 the power receiving coil 1 electromagnetically coupled to the power transmitting coil 113 built in the charging stand 110, and the power receiving coil 1
- a contactless charging circuit 95 capable of converting the received power to charge the secondary battery cell 2
- a pack control unit 91 for controlling the contactless charging circuit 95, and the temperature of the secondary battery cell 2
- a cell temperature detecting unit 54 for detecting the power, and placed on the charging stand 110 and electromagnetically coupling the power transmission coil 113 of the charging stand 110 and the power receiving coil 1 to transmit power from the power transmission coil 113.
- the battery pack is capable of charging the secondary battery cell 2 with electric power, and the battery pack further has a predetermined transmission time interval with respect to the charging stand 110 from the charging stand 110 side to the battery pack side. Every In order to transmit a recharge determination signal for determining whether or not to perform recharge, a transmission interval designating unit 52 for designating the predetermined transmission time interval and recharging after the secondary battery cell 2 has been charged. A permission signal transmission unit 53 that transmits a recharge permission signal for permitting the secondary battery, and the recharge permission signal is once received by the transmission interval designating unit 52 from the charging stand 110 to receive the secondary battery.
- the charging of the cell 2 When the charging of the cell 2 is completed, it can be configured to include information for changing the time interval for re-power transmission according to the reason for the completion of the charging. As a result, even if the battery pack is once charged, the remaining capacity is detected at regular intervals, and when the battery pack drops below a certain value, it is recharged to maintain the battery pack above a predetermined value. It becomes possible to do.
- the battery pack according to the ninth aspect can be configured to detect connection of the AC / DC adapter and transmit the recharge permission signal.
- the transmission interval designating unit 52 has detected that the secondary battery cell 2 has been fully charged because the reason for terminating the charging of the secondary battery cell 2 is If this is the reason, the charging base 110 sets a predetermined re-transmission time interval for recharging, and if the abnormality is detected in the secondary battery cell 2, the charging base 110 is recharged. It can be configured to set a predetermined time interval for performing re-transmission to be short. Thus, in the case of full charge, the recharge interval is lengthened to reduce the burden on the secondary battery cell, while in the case of abnormal charge, the secondary battery cell is It can be maintained as close to full charge as possible.
- the abnormality of the secondary battery cell 2 is detected when the temperature of the secondary battery cell 2 detected by the cell temperature detector 54 falls within a predetermined allowable temperature range. It is possible to detect when exceeding the limit. As a result, when the temperature of the secondary battery cell is out of the allowable temperature range, the charging is once terminated, and the temperature is returned to the allowable temperature range by trying to recharge after the predetermined range. Will be able to continue charging. By setting the transmission time interval at this time to be shorter than the end due to full charge, the total time required for charging can be shortened.
- power supply to the pack controller 91 can be interrupted while power transmission from the charging stand 110 to the battery pack is stopped. Thereby, the advantage which can reduce the power consumption while not charging is acquired.
- FIG. 2 is a vertical sectional view showing a state in which a battery drive device is placed on the charging stand shown in FIG. 1.
- FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a state where a single battery pack is placed on the charging stand shown in FIG. 2.
- It is a block diagram which shows the electric circuit of the charging stand and battery drive apparatus of FIG.
- It is a block diagram which shows the electric circuit of the charging stand of FIG. 3, and a battery pack.
- each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
- the contents described in some examples and embodiments may be used in other examples and embodiments.
- FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a battery driving device 100 that houses a battery pack 90 is set on a contactless charging base 110
- FIG. 2 is a vertical sectional view of FIG. 1
- FIG. 4 is a vertical sectional view showing a state in which a single unit 90 is set on the charging stand 110 for charging
- FIG. 4 shows a secondary battery of the battery pack 90 built in the battery driving device 100 with the battery driving device 100 mounted on the charging stand 110.
- 5 is a block diagram of an electric circuit for charging the cell 2
- FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a battery driving device 100 that houses a battery pack 90 is set on a contactless charging base 110
- FIG. 2 is a vertical sectional view of FIG. 1
- FIG. 4 is a vertical sectional view showing a state in which a single unit 90 is set on the charging stand 110 for charging
- FIG. 4 shows a secondary battery of the battery pack 90 built in the battery driving device 100 with the battery driving device 100 mounted on
- FIG. 5 is a block diagram of an electric circuit for charging the secondary battery cell 2 by placing the battery pack 90 alone on the power receiving table 110
- FIG. 5 The block diagram of the electric circuit for supplying the direct-current power supply from the DC connection terminal 117A of the battery drive apparatus 100 and charging the secondary battery cell 2 by wire is shown, respectively.
- the battery pack 90 is connected to the battery drive device 100 and supplies electric power for driving the battery drive device 100, while being placed on the charging stand 110 to the charging stand 110.
- Contactless charging is enabled by receiving power from the built-in power transmission coil 113.
- the battery driving device 100 in which the battery pack 90 is set is placed on the right charging stand 110, thereby charging the battery pack 90 shown in the center in the drawing.
- the battery pack 90 can also be charged by connecting the AC / DC adapter 143 to the battery drive device 100. That is, the AC / DC adapter 143 is connected to the battery driving device 100 shown on the left side in FIG. 6, and the central battery pack 90 can be charged with the electric power obtained therefrom. As described above, the battery pack 90 supports both contactless charging from the charging stand 110 (right side in FIG. 4) and adapter charging from the battery driving device 100 (left side in FIG. 5). Further, the battery pack 90 can be charged even when the battery pack 90 is not connected to the battery driving device 100 as shown in FIG. 3 in addition to the contactless charging in the state of being connected to the battery driving device 100. (Charging stand 110)
- the charging stand 110 shown in FIGS. 1 to 3 includes a power transmission coil 113 that is electromagnetically coupled to the power receiving coil 1 of the battery pack 90, and a high frequency power supply control circuit 114 that supplies high frequency power to the power transmission coil 113.
- the driving power of the charging stand 110 is obtained by converting the power received from an external commercial power source or the like, or charging the secondary battery 112 for charging base built in the charging stand 110 with a commercial power source or the like.
- external power is supplied by a DC connection plug 141 of a charging stand AC / DC converter (not shown) or a USB cable 142.
- the charging stand 110 is provided with a DC input terminal 117 in the exterior case 111 for receiving power from the outside.
- a DC connection terminal 117A for connecting the DC connection plug 141 and a USB terminal 117B for connecting the USB cable 142 are provided as the DC input terminal 117.
- the DC power from the DC input terminal 117 is charged into the charging stand secondary battery 112 and directly supplied to the high frequency power supply control circuit 114.
- the charged secondary battery 112 for charging stand can supply DC power to the high frequency power supply control circuit 114 or the like when no power is supplied from the external power source to the DC input terminal 117.
- the charging stand 110 can be carried, and even if there is no power supply to the DC input terminal 117, the high frequency power supply control circuit 114 generates high frequency power by supplying the DC power of the secondary battery 112 for charging stand. be able to.
- the battery drive device 100 is driven by connecting the battery pack 90 and receiving power supply from the battery pack 90.
- the battery pack 90 is housed in the battery drive device 100.
- the battery pack does not necessarily have to be stored inside the drive device main body 101, and may be mounted as it is exposed from the drive device main body.
- the battery pack is detachable from a part of the drive device body.
- the battery pack is not removable, but can be embedded in the battery-driven device book so that it cannot be replaced.
- the battery-powered device 100 also has a DC connection terminal 117A as an input terminal from the device AC / DC adapter 143 connected to an AC power source. Thereby, the battery pack 90 connected to the battery drive device 100 can supply DC power from the DC connection terminal 117A, and can stably charge the secondary battery cell 2 in the battery pack 90. . (Charging display function)
- the battery-powered device 100 shown in FIG. 1 has a non-contact charging display unit 157 as a charging display function for displaying that the secondary battery cell 2 is being charged by non-contact charging, as will be described later. Further, the charging display function can be provided not only on the battery drive device 100 but also on the charging stand 110 side.
- the charging stand 110 in FIG. 1 includes a display unit that displays that the secondary battery cell 2 is being charged.
- the display unit indicating that the secondary battery cell 2 is being charged on the charging stand 110 is a charging display LED 119, and can indicate that charging is being performed by a lighting pattern.
- the voltage detected by the charging current detection resistor 156 in the battery drive device 100 is obtained by the remaining capacity calculator 155 (FG-IC). They can be integrated and displayed separately (not shown in FIG. 1). Alternatively, the remaining charge display function and the remaining capacity display function can be shared, and the remaining capacity of the secondary battery cell 2 can be displayed by the blinking method of the charge display LED 119.
- the charging display LED 119 is connected to the DC power control circuit 121 as shown in FIG.
- the charging display LED 119 is controlled in the energized state by the DC power control circuit 121, and the charging state of the secondary battery cell 2 is expressed as a lighting state.
- the exterior case 111 has the LED display hole 120 opened at a position facing the charge display LED 119, and the charge display LED 119 is exposed to the outside through the LED display hole 120.
- the DC power control circuit 121 controls the blinking state of the charging display LED 119 according to the remaining capacity of the secondary battery cell 2 detected by the high-frequency power supply control circuit 114, and the secondary is determined by the blinking pattern of the charging display LED 119. The remaining capacity of the battery cell 2 is displayed. (Battery pack 90)
- the battery pack 90 shown in FIG. 4 includes a rechargeable secondary battery cell 2, a power receiving coil 1 that can be electromagnetically coupled to a power transmission coil 113 built in the charging stand 110, and a secondary battery cell on the drive device main body 101 side.
- a temperature detection unit 94 for detecting the temperature 2 a path switching switch 93 connected to the minus terminal 104, which is one of the power supply terminals, and a pack control unit 91 for controlling ON / OFF of the path switching switch 93.
- a pack-side connection terminal for electrical connection with the battery-powered device 100.
- the pack-side connection terminal includes a pair of power supply terminals 102 and 104 for charging / discharging the secondary battery cell 2, a temperature terminal 103 connected to the temperature detection unit 94, a state communication terminal 106, and an FG terminal 105. (Details will be described later).
- the battery pack 90 is charged while attached to the battery drive device 100 as shown in the circuit diagram of FIG. 4, and is not attached to the battery drive device 100 as shown in the sectional view of FIG. It can also be placed on the charging stand 110 and charged.
- the power receiving coil 1 of the battery pack 90 is electromagnetically coupled to the transmitting coil 113 of the charging stand 110, and an induced electromotive force can be generated by the received magnetic flux.
- the power receiving coil 1 preferably has a square shape in addition to a circular outer shape.
- the inductance can be increased by increasing the winding length of the power receiving coil 1.
- the rectangular coil can regulate the rotation direction of the coil as compared with the circular coil, positioning can be facilitated.
- the principle of charging the secondary battery cell 2 with the power received by the battery pack 90 from the contactless charging stand 110 will be described with reference to FIG.
- the induced electromotive force generated in the power receiving coil 1 electromagnetically coupled to the power transmitting coil 113 of the charging stand 110 is converted into a DC power source by the non-contact charging circuit 95 as shown in FIG. 4, and the secondary battery cell 2 is charged.
- the secondary battery cell 2 has a monitoring circuit that measures monitoring parameters such as charging voltage, current, and battery temperature. This monitoring circuit adds a modulation signal to the power receiving coil 1 when any monitoring parameter exceeds a preset threshold value for the secondary battery cell 2, and transmits the modulation signal to the power transmission coil 113 side.
- Output adjustment can be performed by the power supply control circuit 114.
- the output of the high frequency power supply control circuit 114 of the charging stand 110 can be stopped in response to a signal from the battery pack 90 side. Thereby, the safety
- the secondary battery cell 2 incorporated in the battery pack 90 is a rectangular parallelepiped that is thinner than the width, and can form a metal case by forming an outer can integrally formed on each surface.
- the metal case can be made of aluminum or the like, can be protected from exogenous impacts, and can have an excellent effect of heat dissipation.
- the secondary battery cell 2 in this embodiment uses a lithium ion secondary battery or a lithium polymer battery with a large volume energy density, so that the whole is light, thin, and small, and is used for portable drive devices with good convenience. There are features that can be done.
- the present invention is not limited to this, and the secondary battery cell can be any rechargeable secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery. (Contactless charging)
- FIGS. 4 and 5 show a state in which the left battery drive device 100 is placed on the right charging stand 110 and the battery pack 90 stored therein is charged.
- the charging stand 110 for contactlessly charging the battery pack 90 energizes high-frequency power from the high-frequency power supply control circuit 114 to the power transmission coil 113 to generate magnetic flux, and generates induced electromotive force in the power receiving coil 1 in the battery pack 90.
- the high frequency power supply control circuit 114 in the charging stand 110 is supplied with DC power from a DC input terminal 117 having a DC connection terminal 117A and a USB terminal 117B from the AC / DC converter for charging stand. it can.
- This DC power can be supplied to the high frequency power supply control circuit 114 along with charging of the charging stand secondary battery 112 of the charging stand 110, converted to high frequency power, and supplied to the power transmission coil 113. .
- the charging base secondary battery 112 built in the charging base 110 is charged in advance, so that the charging base secondary battery 112 supplies the high frequency power source.
- DC power can also be supplied to the control circuit 114.
- the transmission coil 113 that performs contactless power transmission can be electromagnetically coupled with the power receiving coil 1 on the power receiving device side by the magnetic flux, and can supply the induced electromotive force to the power receiving coil 1.
- the power supply to the high frequency power supply control circuit 114 is controlled by the DC power control circuit 121, and the switching of the DC input terminal 117 and the charging base secondary battery 112 is switched on / off of the switches SW1, SW2, SW3 and SW4. Do it.
- the DC power control circuit 121 recognizes that DC power has been input from the DC input terminal 117, and the switch SW1 or SW2 and SW3 are turned on and energized.
- the DC power supplied here is detected by the internal charging circuit 118 as to whether or not the secondary battery 112 for charging stand is fully charged. If charging is possible, charging is started, and power is not supplied when fully charged. Like that. Thereby, the charging stand 110 can be carried and power can be supplied to the high-frequency power control circuit 114 by the charging stand secondary battery 112 even in a place where AC power or USB power cannot be supplied to the battery pack 90. It is possible to perform contactless charging.
- the high frequency power supply control circuit 114 determines whether or not the power receiving coil 1 that is electromagnetically coupled to the power transmitting coil 113 is within a recognizable range, and supplies power if within the power receiving range, and supplies power if outside the power receiving range. To stop. Thereby, the charging stand 110 can obtain an energy saving effect by transmitting power only when necessary without supplying wasteful power transmission energy.
- the DC power control circuit 121 detects the remaining capacity of the secondary battery cell 2, charging voltage information, full charging information by detecting the high frequency voltage change, current, phase change and / or modulation frequency of the high frequency power supply control circuit 114.
- a charge display LED 119 that receives an abnormal output stop signal or the like and can display the remaining capacity in a blinking pattern is connected.
- the charging stand 110 can stop supply of high frequency electric power based on full charge information, and can acquire an energy-saving effect as operation
- the battery driving device 100 includes a battery pack 90 and a driving device main body 101 that receives power supply from the battery pack 90. Therefore, the battery pack 90 has a plus terminal 102 and a minus terminal 104 constituting a pair of power supply terminals 102 and 104 as pack side connection terminals, and further includes a temperature terminal 103, a status communication terminal 106, and an FG terminal 105. It has a terminal. Thereby, when the driving device main body 101 is connected by these four terminals, the battery pack 90 has control information of the battery driving device 100 of the driving device main body 101, battery information of the secondary battery cell 2 of the battery pack 90, and the like. Can communicate with each other. (Non-contact charging circuit 95)
- the high frequency power of the induced electromotive force generated in the receiving coil 1 in the battery pack 90 due to the magnetic flux from the power transmission coil 113 is converted into direct current power via the contactless charging circuit 95, via the path changeover switch 93,
- the secondary battery cell 2 can be charged.
- a synchronous rectifier circuit or the like can be used as the contactless charging circuit 95.
- the synchronous rectification circuit first rectifies high-frequency power with a rectification circuit, and uses only a DC component as DC power with a smoothing capacitor to charge the secondary battery cell 2 (not shown).
- the charge switch 98 that closes and the pack control circuit 91 are activated. Therefore, it has a path changeover switch 93 that is open by default in the initial state. Both the charging switch 98 and the path changeover switch 93 are controlled to be opened / closed by the pack controller 91.
- the charge switch 98 and the path changeover switch 93 can be reduced in size by using semiconductor elements such as FETs and transistors capable of current passage control. Preferably, the conversion loss of the received power can be reduced by selecting an FET semiconductor element that has low power loss when passing current. (Charge switch 98)
- the charging switch 98 controls the power output of the contactless charging circuit 95, and controls whether or not to supply charging power to the secondary battery cell 2 and the amount of charging current. (Route switch 93)
- the path switch 93 controls open / close depending on whether or not the battery drive device 100 is connected. As shown in FIG. 4, the path changeover switch 93 is connected to the path changeover terminal 82 of the pack control unit 91 via the path changeover control line SWL. (Charging path)
- the pack control unit 91 switches the charging path based on the determination result of whether the battery pack 90 is a single unit or is connected to the battery drive device 100 by the device connection determination unit described later. That is, by switching between HIGH / LOW of the path switching terminal 82, the path switching switch 93 is switched ON / OFF via the path switching control line SWL. Specifically, if the battery pack 90 is connected to the battery-powered device 100 and the AC / DC adapter is not connected (non-contact charging state), as will be described in detail later, The path switching control line SWL is in an intermediate voltage state. As a result, the path switching switch 93 is turned OFF and opened by the pack control unit 91.
- the charging path of the secondary battery cell 2 is changed from the contactless charging circuit 95 to the charging switch 98, the secondary switch.
- the battery cell 2 is passed through the protection circuit 92, the negative terminal 104, and the device-side negative terminal 104 ′ to energize the charging current detection resistor 156 on the battery-driven device 100 side. Further, it returns to the contactless charging circuit 95 on the battery pack 90 side via the device side FG terminal 105 ′ and the FG terminal 105.
- the remaining current amount of the secondary battery cell 2 can be calculated by integrating the charging current flowing through the charging current detection resistor 156 by the remaining capacity calculation unit 155.
- the secondary battery cell on the battery-driven device 100 side is intentionally extended partially to the battery-driven device 100 side, which should be completed in the battery pack 90.
- the remaining capacity of 2 can be grasped, and it can be notified to the user by displaying that the battery is being charged or that the battery is fully charged.
- the path switching control line SWL is in a low voltage state, as will be described in detail later. .
- the pack control unit 91 detects a low voltage, and the pack control unit 91 transmits a stop signal to the charging stand 110 and turns off the charging switch 98 so as to prohibit contactless charging of the battery pack 90.
- the path switch 93 is turned off and remains open.
- the path switching control line SWL is in a high voltage state.
- the pack control unit 91 turns on the path changeover switch 93 to close it.
- the pack control unit 91 similarly sets the path switching terminal 82 to LOW and turns off the path switching switch 93. For this reason, the charging path of the secondary battery cell 2 is the same as in the case of contactless charging except that the power supply destination is the AC / DC adapter 143 or the adapter charging control unit 153 (charging circuit). (Device connection determination unit)
- the battery pack 90 is determined to be a single unit by the device connection determination unit that is configured to change the voltage of the state communication line STL to a low voltage, an intermediate voltage, and a high voltage.
- the pack control unit 91 sets the path switching terminal 82 to HIGH and switches the path switching switch 93 to ON via the path switching control line SWL.
- the minus terminal 104 and the FG terminal 105 are short-circuited, the charging path of the secondary battery cell 2 is not cut off, and returns to the contactless charging circuit 95 from the protection circuit 92 via the path switch 93.
- a charging path is established, and contactless charging of the battery pack 90 alone is also possible.
- the lower side of the temperature detection unit 94 is grounded, temperature measurement can be performed.
- the pack control unit 91 that controls the power output of the contactless charging circuit 95 instructs the charging switch 98 to be closed at the start of charging.
- this instruction is based, for example, when the temperature detected by a thermistor (not shown) built in the pack control unit 91 is within a predetermined range, AC / When DC power is not supplied from the DC adapter 143 (details will be described later), the charging switch 98 is closed and charging is started. This information is transferred to the pack controller 91 to control the charge switch 98. Thereby, the secondary battery cell 2 can be protected from the temperature rise etc. accompanying charge to the battery pack 90. (Pack control unit 91)
- the pack control unit 91 is connected to the temperature terminal 103.
- the pack control unit 91 When the pack control unit 91 starts the contactless charging with the charging stand 110, the pack control unit 91 switches the path switch 93 to OFF, thereby enabling communication with the battery-powered device 100 via the temperature terminal 103.
- the temperature terminal 103 can be used as a communication terminal for communicating with the battery-powered device 100 during non-contact charging, and the temperature terminal 103 and the communication terminal can be used as the same terminal. It is possible to suppress the rise and to avoid a space restriction due to an increase in the number of parts.
- the pack control unit 91 shown in FIG. 4 includes a pull-up terminal 83, a state input terminal 84, a path switching terminal 82, and a contactless charging abnormality terminal 85 as inputs and outputs for exchanging signals with the outside.
- the pull-up terminal 83 is grounded via the first voltage dividing resistor 86 and the second voltage dividing resistor 87.
- the state input terminal 84 is connected to a connection node between the first voltage dividing resistor 86 and the second voltage dividing resistor 87.
- the state input terminal 84 is also connected to the resistor R1 of the drive device main body 101.
- the pack control unit 91 obtains charging power for contactless charging from the charging stand 110 in a state where the charging switch 98 is turned off, starts up, and then operates the switch 98. (Pull-up terminal 83)
- the pull-up terminal 83 is an output terminal connected to a transistor included in the pack control unit 91.
- the pull-up terminal 83 detects whether or not the battery pack 90 is placed on the charging stand 110 and notifies the battery-driven device 100 side via the state communication terminal 106. Specifically, when the battery pack 90 is placed on the contactless charging stand 110, the pull-up unit 81 is operated such that the pack control unit 91 operates with the supplied power when the power is supplied. It becomes ON. (Status input terminal 84)
- the state input terminal 84 is an input terminal connected to the state communication terminal 106, and the pack control unit 91 converts the voltage of the state communication line STL by the device connection determination unit having a structure that changes the low voltage, the intermediate voltage, and the high voltage. To enter. Further, using the voltage level of the state input terminal 84, whether the battery pack 90 is connected to the battery driving device 100, charged by the AC / DC adapter 143, or the battery pack alone. Determine the state. That is, it also functions as a device connection determination unit (details will be described later). (Route switching terminal 82)
- the path switching terminal 82 is connected to the path switching switch 93 and switches the path switching switch 93 on and off in order to charge the battery pack alone.
- the path changeover switch 93 is switched to charge the battery cell.
- the route changeover switch 93 is turned OFF, and the charge route passes through the remaining capacity calculation unit 155 on the battery drive device 100 side. Can be switched. Even when an overdischarged battery pack is attached to the battery-powered device 100, the remaining capacity cannot be accurately calculated by normal current integration. And the battery pack alone is charged. (Non-contact charge abnormal terminal 85)
- the contactless charging abnormality terminal 85 is a terminal for outputting an abnormality signal when, for example, an abnormality such as an overcharge pressure or an overcurrent is detected during charging.
- the contactless charging abnormality terminal 85 is connected to an abnormality switch connected between the temperature terminal 103 and the minus terminal 104 in parallel with the temperature detection unit 94.
- the abnormal switch is a bipolar transistor, and its base terminal is connected to the contactless charging abnormal terminal 85.
- the contactless charging abnormality terminal 85 is energized to turn on the abnormality switch, and the temperature terminal 103 is set to LOW.
- the device control unit 150 on the battery-driven device 100 side can determine that a contactless charging abnormality has occurred when the temperature terminal 103 is at the LOW level. (Device connection determination unit)
- the device connection determination unit determines whether the battery pack is connected, that is, whether the battery pack is a single unit or is connected to the battery-driven device 100.
- the device connection determination unit is realized by the state input terminal 84 of the pack control unit 91. As described above, the state input terminal 84 is connected to the first voltage dividing resistor 86 and the second voltage dividing resistor 87 and the connection node, and is also connected to the resistor R1 in the drive device main body 101. The first voltage dividing resistor 86 is connected to the pull-up terminal 83.
- the device connection determination unit makes a determination based on the voltage value of the state input terminal 84 with the pull-up unit 81 of the pack control unit 91 turned on, that is, with the pull-up terminal 83 turned on. .
- the resistance value of the resistor R1, the first voltage dividing resistor 86 and the second voltage dividing resistor 87 is two. It is set according to the battery voltage of the next battery cell 2.
- the voltage value of the state input terminal 84 when the battery-powered device 100 is attached is roughly the voltage dividing ratio of the resistor R1 and the first voltage dividing resistor 86 because the second voltage dividing resistor 87 is large, and a predetermined ratio of the cell voltage ( For example, when the intermediate voltage is 1/2 or less, it is determined that the battery-powered device 100 is attached. Further, when the battery pack is a single unit, the voltage dividing ratio of the first voltage dividing resistor 86 and the second voltage dividing resistor 87 is obtained. Since the second voltage dividing resistor 87 is large, the voltage is close to the secondary battery cell voltage. When the voltage is higher than the predetermined ratio, that is, when the voltage is high, the battery pack is determined as a single unit.
- This device connection determination is performed at the start of contactless charging.
- the charging current is detected by the non-contact current detection resistor 99 and charged by the charging stand 110 at a constant current and a constant voltage that regulate the maximum current and the maximum voltage.
- the pack control unit 91 detects and turns off the charging switch 98 to prohibit contactless charging of the battery pack 90. Then, a stop signal is transmitted to the charging stand 110.
- the path switching switch 93 is operated as described above to switch the charging path.
- the pack control unit 91 can switch the charging current value for contactless charging to an appropriate value. For example, when the battery pack is a single battery, it is determined that the heat dissipation is better than when the battery drive device is mounted, and the charging current is adjusted higher than when the battery drive device is mounted.
- the state communication switch 160 in the state where the battery pack 90 of the intermediate voltage is attached to the battery driving device 100, the state communication switch 160 is turned on, the adjacent FET 169 is turned on, and the level shift unit 151 is passed through.
- the non-contact charge display unit 157 is lit.
- the state input terminal 84 is an input terminal connected to the state communication terminal 106, and the pack control unit 91 converts the voltage of the state communication line STL by the device connection determination unit having a structure that changes the low voltage, the intermediate voltage, and the high voltage. To enter. (Adapter charging)
- FIG. 6 shows a state in which an AC / DC adapter 143 is connected to the battery driving device 100 on the left side and the battery pack 90 accommodated therein is charged.
- the battery pack 90 of FIG. 6 connects the DC connection plug 141 of the AC / DC adapter 143 connected to the commercial power supply to the DC connection terminal 117A of the drive device main body 101, and supplies DC power to the drive device main body 101. Yes.
- the drive device main body 101 to which the direct current power is supplied receives the direct current power to the DC connection terminal 117A by the adapter charging control unit 153. (Adapter determination unit 159)
- the adapter determination unit 159 is connected to the AC / DC adapter 143, measures the voltage from the higher voltage side (not shown) than the diode of the supply line, and determines that it is connected if it is greater than a predetermined voltage. To do.
- the adapter determination unit 159 includes an adapter determination output terminal 161. (Adapter determination output terminal 161)
- the adapter determination output terminal 161 is an output terminal and is connected to the adapter determination input terminal 162 of the device control unit 150.
- the adapter determination circuit 159 outputs a HIGH signal when the AC / DC adapter 143 is connected to the battery-powered device 100, and outputs a LOW signal when it is not connected.
- the device control unit 150 instructs the battery pack 90 side to permit / prohibit contactless charging.
- the adapter connection determination signal is a HIGH signal
- the AC / DC adapter 143 is connected, and as a result of giving priority to adapter charging, non-contact charging is prohibited or already-executed non-contact charging is stopped.
- the state communication line STL is set to LOW (low voltage) using the pull-down switch 168 (details will be described later).
- the pack control unit 91 on the battery pack 90 side prohibits the contactless charging of the secondary battery cell 2 when the state input terminal 84 receives that the state communication line STL is LOW.
- the device control unit 150 is a non-contact connected to the remaining capacity input terminal 163 and the interrupt input terminal 164 connected to the remaining capacity calculation unit 155, and to the pull-down resistor 167 and the pull-down switch 168.
- a charge prohibition output terminal 165 is provided.
- the contactless charge prohibition output terminal 165 is an output terminal and is connected to the pull-down resistor 167 and the pull-down switch 168.
- the pull-down switch 168 is an FET in the example of FIG.
- the non-contact charge prohibition output terminal 165 performs non-contact charge based on the input result from the remaining capacity input terminal 163 when the drive device main body 101 is connected to the battery pack 90 and contactless charging is performed from the charging stand 110. A non-contact charge prohibition signal for prohibiting is output.
- the contactless charge prohibition output terminal 165 outputs a HIGH signal, and the pull-down switch 168 is turned ON.
- This signal is output from the device-side FG terminal 105 ′ and output from the device-side state communication terminal 106 ′, and the resistance of R1 is in the ground state, so that the state input terminal 84 becomes a low voltage.
- the pack control unit 91 detects and turns off the charging switch 98 and transmits a stop signal to the charging stand 110 so as to prohibit contactless charging of the battery pack 90.
- a LOW signal is output, and contactless charging is not prohibited, but is allowed. Since the state input terminal 84 becomes a low voltage, the state communication switch 160 is turned OFF, and the non-contact charge display unit 157 is turned off.
- the output signal from the adapter determination circuit 159 can be directly input to the gate of the pull-down switch 168. This function is useful when the device control unit 150 including a microcomputer malfunctions. (Adapter judgment part)
- the pack control unit 91 When the pack control unit 91 detects the connection of the AC / DC adapter 143, the pack control unit 91 switches the charging method from contactless charging to adapter charging. As described above, when the adapter connection is detected, the pack control unit 91 opens the charging switch 98 and stops the contactless charging.
- the path changeover switch 93 is closed, and the secondary battery cell temperature is transmitted to the battery-driven device 100 side via the temperature terminal 103.
- the temperature terminal 103 can be used as the temperature terminal 103 for sending the secondary battery cell temperature when charging the AC / DC adapter.
- the pack control unit 91 turns on the pull-down switch 168 by connecting the AC / DC adapter 143 as described above, and the status input terminal 84 becomes a low voltage, and this is detected by the pack control unit 91, and the charging switch 98 is turned off and a stop signal is transmitted to the charging stand 110 so as to prohibit contactless charging of the battery pack 90.
- a signal for turning off the contactless charging is sent from the battery pack 90 to the charging stand 110 side, and the sending of power is stopped.
- charging by the AC / DC adapter 143 is started.
- adapter charging control unit 153 stops charging.
- FIG. 4 shows a case where contactless charging is performed with the battery pack 90 connected to the drive device body 101 (battery drive device 100), and FIG. 5 shows a case where contactless charging is performed on the battery pack 90 alone.
- 6 shows a case where the battery pack 90 is charged with an adapter while being connected to the drive device main body 101 (battery drive device 100), and
- FIG. 7 shows the battery pack 90 attached to the drive device main body 101 (battery drive device 100).
- the pack control unit 91 when non-contact charging power is supplied from the charging stand 110, the pack control unit 91 is activated, and the voltage of the state input terminal 84 of the state communication line STL is set to the first partial voltage as described above.
- the intermediate voltage is detected by the divided voltage of the resistor 86 and the resistor R1, and the battery pack 90 is connected to the drive device main body 101 (battery drive device 100) by the intermediate voltage of the state input terminal 84 of the pack control unit 91 as a device connection determination unit. It is determined that contactless charging is performed in a connected state. Thereafter, the path switch 93 is opened, the charging switch 98 is closed, and charging is started.
- the charging current is detected by the charging current detection resistor 156, and when the secondary battery cell 2 is charged by the charging stand 110 at a constant current and a constant voltage that regulate the maximum current and the maximum voltage,
- the device control unit 150 determines that the battery is fully charged, the non-contact charge prohibition output terminal 165 outputs a HIGH signal, the pull-down switch 168 is turned ON, and the state input terminal 84 becomes low voltage. Is detected by the pack control unit 91, and a stop signal is transmitted to the charging stand 110 and the charging switch 98 is turned off so as to prohibit contactless charging of the battery pack 90.
- the pack control unit 91 when contactless charging power is supplied from the charging stand 110, the pack control unit 91 is activated, and the voltage of the state input terminal 84 of the state communication line STL is the first partial voltage as described above. A high voltage is detected by the divided voltage of the resistor 86 and the second voltage dividing resistor 87, and the battery pack 90 is contactlessly charged by the high voltage of the state input terminal 84 of the pack control unit 91 as a device connection determination unit. It is determined that Thereafter, the path switch 93 is closed, the charging switch 98 is closed, and charging is started.
- the charging current is detected by the non-contact current detection resistor 99, and the secondary battery cell 2 is charged by the charging stand 110 at a constant current and a constant voltage that regulate the maximum current and the maximum voltage, and when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage.
- the pack control unit 91 determines that the battery pack 90 is fully charged, transmits a stop signal to the charging stand 110 and turns off the charging switch 98 so as to prohibit contactless charging of the battery pack 90. .
- the adapter determination circuit 159 detects, the device control unit 150 outputs a HIGH signal to the non-contact charge prohibition output terminal 165, turns on the pull-down switch 168, Since the state communication switch 160 is turned off, the contactless charging display unit 157 is turned off.
- the pack control unit 91 is not activated, and the path switching terminal 82 is in the LOW state. Therefore, the path switching switch 93 is opened, and the charging current is detected by the charging current detection resistor.
- the adapter charging control unit 153 determines that the battery is fully charged, and the adapter charging controller 153 stops charging.
- charging proceeds as follows when adapter charging is performed.
- the pack control unit 91 is activated, and the voltage of the state input terminal 84 of the state communication line STL is the same as that of the first voltage dividing resistor 86 as described above.
- the intermediate voltage is detected by the divided voltage of the resistor R1, and the battery pack 90 is connected to the drive device main body 101 (battery drive device 100) by the intermediate voltage of the state input terminal 84 of the pack control unit 91 as a device connection determination unit. It is determined that contactless charging is performed in the state.
- the path switch 93 is opened, the charging switch 98 is closed, and charging is started.
- the adapter determination circuit 159 detects that the device control unit 150 outputs a HIGH signal to the non-contact charge prohibition output terminal 165 and turns on the pull-down switch 168.
- the state communication switch 160 is turned OFF, the non-contact charge display unit 157 is turned off, and the voltage of the state input terminal 84 of the state communication line STL is low, so that the pack control unit 91 is low voltage.
- the pack control unit 91 transmits a stop signal to the charging stand 110 and turns off the charging switch 98 so as to prohibit contactless charging of the battery pack 90.
- the adapter charging is prioritized, the path switch 93 is opened, the charging current is detected by the charging current detection resistor 156, and the adapter charging control unit 153 regulates the maximum current, the maximum voltage, and the constant current and constant voltage.
- the device control unit 150 determines that the charging is stopped by the adapter charging control unit 153.
- the battery pack 90 is being charged during charging by the AC / DC adapter 143. It is also conceivable that the battery-powered device 100 equipped with is placed on the charging stand 110 with the AC / DC adapter 143 connected. In this case, it is necessary to stop any charging. Therefore, appropriate control is performed so that contactless charging is stopped and adapter charging is executed.
- step S1 charging by contactless charging is performed in step S1.
- charging by the AC / DC adapter 143 is stopped.
- the battery-powered device 100 detects the connection of the AC / DC adapter 143.
- the device control unit 150 detects the connection of the AC / DC adapter 143 and communicates with the pack control unit 91 so as to transmit a charge stop signal.
- step S3 the battery pack 90 stops charging by contactless charging.
- step S4 charging by the AC / DC adapter 143 is started. (Temperature detector 94)
- the temperature detection unit 94 is illustrated apart from the secondary battery cell 2 for convenience of explanation in FIG. 4 and the like, it is actually arranged in the vicinity of the secondary battery cell 2.
- the temperature of the secondary battery cell 2 can be detected by contacting the surface of the secondary battery cell 2.
- a PTC thermistor, an NTC thermistor, or the like can be suitably used for such a temperature detection unit 94.
- a protection circuit 92 can be provided for protecting the secondary battery cell 2 from overcharge voltage, overcurrent, and overdischarge voltage.
- the protection circuit 92 is connected in series with the secondary battery cell 2, and when a charging current exceeding a predetermined threshold flows, the current is cut off to protect the secondary battery cell 2. Further, not only the overcharge current but also a voltage abnormality or temperature abnormality of the secondary battery cell 2 or overdischarge can be detected and opened to interrupt the current. (Details of battery-powered device 100)
- the battery drive device 100 shown in these drawings is connected to an AC / DC adapter 143, receives an electric power from the AC / DC adapter 143, and converts it into electric power for charging the battery pack 90.
- a device control unit 150 that controls the operation of the adapter determination circuit 159; a device side connection terminal that is electrically connected to the device control unit 150 and is connected to the pack side connection terminal of the battery pack 90; and an adapter charge control unit 153, a system power supply unit 154, a remaining capacity calculation unit 155, a level shift unit 151, and a contactless charge display unit 157.
- the battery-driven device 100 includes a device-side connection terminal for connecting to the connection terminal of the battery pack 90.
- the device-side connection terminals include a device-side temperature terminal 103 ′, a pair of device-side power supply terminals, a device-side plus terminal 102 ′, a device-side minus terminal 104 ′, a device-side state communication terminal 106 ′, and a device-side FG terminal. 105 '. (Device-side status communication terminal 106 ′)
- a state communication switch 160 is connected to the device-side state communication terminal 106 ′.
- the device-side status notification terminal can also be used to activate the device control unit 150 that is powered down. (Level shift unit 151)
- the level shifter 151 is used to shift the level of this signal because the HIGH level potential of each signal is different during non-contact charging.
- a level shift regulator can be preferably used.
- the level shift unit 151 can also be used to activate the device control unit 150 that has been powered down. (Non-contact charge display unit 157)
- the non-contact charge display unit 157 is turned on during the period in which the non-contact charge is performed, and notifies the user that the non-contact charge is being performed. Even when the device control unit 150 is powered down, the device control unit 150 can be used to display a charge for the user. (Remaining capacity input terminal 163)
- the remaining capacity input terminal 163 is an input terminal and is connected to the remaining capacity calculation unit 155.
- the remaining amount calculation circuit calculates the remaining capacity of the battery cell based on the accumulated charge / discharge current value, and further detects full charge. Such a remaining capacity signal is input from the remaining capacity input terminal 163 to perform necessary processing. (Interrupt input terminal 164)
- interrupt input terminal 164 of the device control unit 150 and the remaining capacity calculation unit 155 are connected by an interrupt signal line 166.
- an interrupt pulse is output from the remaining capacity calculation unit 155 to the device control unit 150 to notify the device control unit 150 of a change in state. For example, when the battery pack is charged alone and does not match the remaining capacity calculated by the remaining capacity calculation unit 155, or when a new battery pack is installed, an interrupt pulse is output so far. Is discarded and a new remaining capacity is set. The new remaining capacity is calculated from the voltage of the battery cell. (Recharge function)
- the above battery pack has a function of recharging after a certain period of time.
- a battery drive unit or a battery-operated device connected to the battery pack is left on the charging stand, it is detected whether recharging is necessary after a certain period of time, and the remaining capacity of the battery pack decreases. If so, recharge it.
- the above battery pack does not have a constant recharge interval, and can be changed according to the state of the battery pack or the like. That is, if recharging is performed frequently, it may cause overcharging of the secondary battery cell, and a load may be applied to affect the life of the battery pack.
- the end of the charging of the battery pack is not limited to the normal end due to the detection of the full charge, but may be abnormally ended, for example, the charging is stopped when the temperature of the secondary battery cell is outside the allowable temperature range. In this case, since the charging has been completed in a state where the battery pack does not reach full charge, a sufficient remaining capacity cannot be obtained at the stage used by the user. For this reason, it is preferable to charge the battery pack that has been abnormally terminated as soon as possible by resuming charging and approaching a fully charged state.
- the battery pack according to the above-described embodiment has a function of changing a time interval for re-transmission for performing recharging according to a situation.
- the configuration of such a battery pack is shown in the block diagram of FIG.
- the battery pack shown in this figure includes a secondary battery cell 2, a power receiving coil 1, a contactless charging circuit 95, a pack control unit 91, a cell temperature detection unit 54, a transmission interval designation unit 52, and a remaining capacity detection.
- Unit 51 and a permission signal transmission unit 53 The remaining capacity detection unit 51 detects the remaining capacity of the secondary battery cell 2.
- Permission signal transmission unit 53 Permission signal transmission unit 53
- the permission signal transmission unit 53 issues a recharge permission signal and transmits it from the power reception coil 1 to the power transmission coil 113 when the charging of the battery pack is completed.
- the recharge permission signal includes information for changing a time interval for transmitting power again to the battery pack according to a reason why charging of the secondary battery cell 2 is completed.
- the time interval for re-power transmission is transmitted and transmitted from the power transmission interval designating unit 52 as will be described later.
- the cell temperature detection unit 54 detects the temperature of the secondary battery cell 2.
- a PTC thermistor, an NTC thermistor, or the like can be suitably used as described above. (Power transmission interval designating part 52)
- the power transmission interval designating unit 52 designates a predetermined time interval for transmitting power again from the charging stand 110 side to the battery pack side with respect to the charging stand 110.
- the power transmission interval designating unit 52 changes the predetermined time interval for transmitting power again when the charging of the secondary battery cell 2 is completed after receiving power transmission from the charging stand 110, depending on the reason for the completion of the charging. To do.
- the transmission interval designating unit 52 when the reason why the charging of the secondary battery cell 2 is terminated is that the charging of the secondary battery cell 2 is detected, the charging stand 110 performs a predetermined recharging for recharging. If the reason is that the power transmission time interval is set long and an abnormality of the secondary battery cell 2 is detected, the predetermined power transmission time interval at which the charging stand 110 performs recharging is set short. Thus, in the case of full charge, the recharge interval is lengthened to reduce the burden on the secondary battery cell, while in the case of abnormal charge, the secondary battery cell is It can be maintained as close to full charge as possible.
- the microcomputer constituting the pack control unit 91 realizes the functions of the remaining capacity detection unit 51, the power transmission interval designation unit 52, and the permission signal transmission unit 53. Needless to say, these members may be configured as separate members. Conversely, it is also possible to integrate other members into some members.
- the abnormality of the secondary battery cell can be considered, for example, when it is detected that the temperature of the secondary battery cell exceeds a predetermined allowable temperature range.
- the charging is once terminated, and the temperature is returned to the allowable temperature range by trying to recharge after the predetermined range. Will be able to continue charging.
- the transmission time interval at this time By setting the transmission time interval at this time to be shorter than the end due to full charge, the total time required for charging can be shortened.
- the abnormal termination is not limited to the battery cell temperature, and can include, for example, the time when AC / DC adapter charging is detected.
- the pack control circuit 91 stops and ends the contactless charging by detecting that the state communication line STL is at a low voltage.
- the permission signal transmission unit 53 transmits a recharge permission signal including information on a time interval for power transmission again, and stops and terminates the contactless charging.
- the predetermined time interval for power transmission can be set shorter than when it is detected that the temperature exceeds the predetermined allowable temperature range. Different transmission time intervals can be set for each of these events.
- the power supply to the pack control unit 91 is preferably interrupted. Thereby, the advantage which can reduce the power consumption while not charging is acquired. (Procedure for recharging the battery pack by contactless charging)
- step S1 initialization for contactless charging is performed.
- processing for determining whether to start contactless charging is started. Specifically, the determination of the charging mode and the determination of the charge transition are performed.
- the determination of the transition to charging is performed, but the order may be reversed.
- step S2 whether or not the AC / DC adapter is connected is determined as the determination of the charging mode. In this example, it is determined whether or not the terminal voltage of the state notification line for connecting the battery pack to the battery driving device is 0.5 V or less. In the following cases, assuming that the AC / DC adapter is connected, the process proceeds to step S3 to stop the contactless charging and enter a standby state. Here, the transmission interval designating unit 52 sets the first standby time (for example, 5 seconds). Then, after the first waiting time has elapsed, the process returns to step S1, and the same processing as described above is repeated.
- the first standby time for example, 5 seconds
- the terminal voltage of the status notification line exceeds 0.5 V, it is determined that the AC / DC adapter is not connected and the process proceeds to step S4. Even when the battery pack is not connected to the battery drive device and the battery pack is a single battery pack, the terminal voltage of the state notification line is set in advance to exceed 0.5V. (Temperature judgment of secondary battery cell)
- step S4 it is determined whether or not the temperature of the secondary battery cell is within a normal range. In this example, if the temperature of the secondary battery cell is not lower than 0 ° C. and lower than 40 ° C., it is determined as normal and the process proceeds to step S6. On the other hand, if the temperature is lower than 0 ° C. or 40 ° C. or higher, the process proceeds to step S5 to enter a temperature standby state. Here, the transmission interval designating unit 52 sets the second standby time (for example, 5 minutes). Then, after the second waiting time has elapsed, the process returns to step S1, and the same processing as described above is repeated. (Preliminary charge)
- step S6 preliminary charging is performed.
- step S6 it is determined whether or not the battery cell voltage is equal to or higher than a predetermined precharge voltage (for example, 3.0 V). If NO, the process proceeds to step S7, and if YES, the process proceeds to step S10.
- a predetermined precharge voltage for example, 3.0 V
- step S7 preliminary charging is started, and in step S8, a first charging abnormality determination is performed. Specifically, it is determined whether or not a predetermined first timeout time has been reached.
- the first time-out time is a reference value for determining an abnormality when the battery cell voltage does not increase even if the preliminary charging is continued, and is set to 30 minutes, for example. If the first timeout period has not been reached, the process returns to step S2 and is repeated. That is, the above-described presence / absence of AC / DC adapter connection and the temperature determination of the secondary battery cell are performed.
- the allowable temperature range can be changed.
- the upper limit temperature is set to 0 ° C. to 45 ° C. by the start of non-contact charging.
- step S9 where it is determined that charging is abnormal.
- the battery pack transmits an abnormal end signal to the charging stand 110.
- the charging stand 110 receives the abnormal end signal, the charging stand 110 abnormally ends the contactless charging. (Constant current charging)
- step S10 constant current charging is started.
- the secondary battery cell is charged with a charging current according to a predetermined temperature profile. Specifically, when the battery cell temperature is 0 to 30 ° C., the charging current is set to more than 400 mA, and when 40 to 45 ° C., the contactless charging circuit 95 is set to less than 400 mA.
- step S11 it is determined whether there is a second charging abnormality. Specifically, when it is the second timeout (for example, 720 minutes or more have elapsed) and the battery cell voltage is 3.90 V or less, the process proceeds to step S9 as a charging abnormality.
- step S12 determines whether or not the constant current charging end condition has been reached. In this example, it is determined whether or not the battery cell voltage has reached 4.19 V or more. If it has reached, the process proceeds to step S13, and if not, the process returns to step S11. (Constant voltage charging)
- step S13 switching to constant voltage charging is performed.
- the charging voltage is set to 4.20V.
- step S14 it is determined whether there is a third charging abnormality.
- the process proceeds to step S9 as a charging abnormality. If it is not the third charging abnormality, the process proceeds to step S15, and it is determined whether the battery is fully charged.
- step S15 when the battery cell voltage is 4.18 V or more and the charging current is 50 mA or less, or when the battery cell voltage is 4.18 V or more and the charging current is 80 mA or less for 10 minutes or more, Alternatively, when the fourth time-out (for example, 720 minutes have elapsed abnormally), it is determined in step S15 that the battery is fully charged.
- a normal end signal is transmitted from the battery pack to the charging stand 110.
- the charging stand 110 receives the normal end signal, the charging stand 110 stops the power transmission and ends the contactless charging. (Normal end signal)
- the battery pack also transmits to the charging stand 110 the time interval at which the charging stand 110 re-transmits power.
- the transmission interval designating unit 52 designates this time interval for power re-transmission.
- the transmission interval designating unit 52 designates a relatively long time, for example, 1 hour, as the transmission time interval at the normal end.
- the charging stand 110 retransmits power to the battery pack after a predetermined time interval after receiving a normal end signal.
- the remaining capacity detection unit 51 detects the current remaining capacity of the secondary battery cell 2, and this is a predetermined value or more (in the case of full charge). ) Does not allow recharging.
- a recharge permission signal is transmitted to the charging stand 110 side.
- the recharge permission signal is generated by the permission signal transmission unit 53. (Abnormal end signal)
- the battery pack similarly transmits a transmission time interval to the charging stand 110 in addition to the abnormal termination signal.
- the transmission time interval is set according to the reason for abnormal termination. For example, a time shorter than the normal end time is set, such as 5 minutes in the case of temperature abnormality and 5 seconds in the case of AC / DC adapter charging.
- the charging stand 110 transmits power again to the battery pack after a specified time interval after receiving the abnormal end signal.
- the battery pack can be re-powered and can be recharged in a short time at the time of abnormal termination, so that the time required to fully charge the battery pack can be secured while stopping charging in the event of an abnormality to ensure safety. Can be shortened.
- the battery pack and the battery pack charging method according to the present invention can be suitably used as a battery pack used for a mobile phone, a portable music player, and a driving device body such as a PDA.
- Device side plus terminal 103 Temperature terminal; 103' ... Device side temperature terminal 104 ... negative terminal; 104 '... equipment side negative terminal 105 ... FG terminal; 105' ... equipment side FG terminal 106 ... state communication terminal; 106 '... equipment side state communication terminal 110 ... charge 111 ... outer case 112 ... charging stand for a secondary battery 113 ... power transmission coil 114 ... high-frequency power supply control circuit 117 ... DC input terminal; 117A ... DC connection terminals; 117B ... USB terminal 118 ... internal charging circuit 119 ... charging display LED 120 ... LED display hole 121 ... DC power control circuit 141 ... DC connection plug 142 ... USB cable 143 ... AC / DC adapter 150 ...
- Device control unit 151 ... Level shift unit 152 ... DC input connector 153 ... Adapter charge control unit 154 ... System power supply unit 155 ... remaining capacity calculation unit 156 ... charging current detection resistor 157 ... contactless charge display unit 159 ... adapter determination circuit 160 ... status communication switch 161 ... adapter determination output terminal 162 ... adapter determination input terminal 163 ... remaining capacity input terminal 164 ... Interrupt input terminal 165 ... Non-contact charge prohibition output terminal 166 ... Interrupt signal line 167 ... Pull-down resistor 168 ... Pull-down switch 169 ... FET SW1, SW2, SW3, SW4 ... switch; SWL ... path switching control line STL ... state communication line R1 ... resistance
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Abstract
【課題】充電終了後に充電台に放置された場合であっても、常に一定以上の残容量を確保できるようにする。 【解決手段】充電台110に電池パックが載置された状態で、充電台110の送電コイル113と電池パックの受電コイル1とを電磁結合させ、送電コイル113から送電される電力でもって二次電池セル2を充電する工程と、二次電池セル2の充電が終了した後、充電台110側に対して、再充電を許可する再充電許可信号を送信する工程と、該再充電許可信号を受けて、充電台110から電池パックに対して再度送電を行う工程とを含む。再充電許可信号は、電池パックに対して再度送電する時間間隔を、二次電池セル2の充電が終了した理由に応じて変更する情報を含んでいる。
Description
本発明は、充電台に載せられた電池パックの受電コイルと、充電台の送電コイルとを電磁結合し、送電コイルから受電コイルに磁気誘導作用で電力搬送して、内蔵電池を充電可能な電池パックと、この電池パックの充電方法に関する。
携帯電話や携帯音楽プレーヤ等のモバイル機器に代表される電池駆動機器は、携帯に便利なように、充電できる電池により駆動されるものが多い。このような電池駆動機器は、電池を素電池の状態で、あるいは電池パックの状態で収納している。電池駆動機器は、電池を収納する状態で充電器に接点を接続して有線で充電される。一方で、このように接点を接続することなく、電磁誘導の作用を利用して充電台に内蔵された送電コイルから、受電コイルに対して電力を搬送して、電池を充電する充電台が開発されている(特許文献1参照)。
特許文献1に記載の充電台は、交流電源で励磁される送電コイルを内蔵しており、この送電コイルに電磁結合される受電コイルを電池パックに設けて、受電コイルに誘導される電力で電池パックの電池を充電するものである。電池パックは、受電コイルに誘導される交流を整流し、これを電池に供給して充電する充電回路を内蔵している。この構造によると、充電台の上に電池パックを載せて、接点を接続することなく無接点な状態で電池を充電できる。
一方で、このような無接点式の電池パックにおいては、電池パック単体又は電池パックを接続した駆動機器を、充電台に載置したまま放置されることも考えられる。この場合に、電池駆動機器が放電や、電池パックの自己放電等によって、電力を消費することがある。例えば、電池駆動機器としてスマートフォンを用いた場合、ユーザが使用しない場合でも自動的にホスト側と通信を行い、ソフトウェアのアップデートやデータ更新などを行うため、待機時でも、すなわちユーザが使用せず充電台に放置したままであっても、電力が消費されて電池パックの残容量が低減することがある。このような場合、ユーザがいざ使用する段になって、十分な残容量が電池パックに残っていないことも考えられ、利便性に劣る。
このような状況を回避するには、電池パックの残容量が低下した場合に、自動的に再度充電を行うことが考えられる。しかしながら、無接点充電方式においては、充電台の送電コイルと電池パックの受電コイルが電磁結合して送電する際に通信を行うため、充電しない期間においては、電池パックと充電台との間で通信を行うことができない。このため、一旦無接点充電により満充電となると、充電が終了して、以降の通信を行うことができず、電池パックの残容量の低下を検出することができないという問題があった。
このような問題を回避するため、一定時間経過後に充電台から電池パックに対して送電を行う技術が開示されている(特許文献2)。該技術によれば、図11に示す受電装置2と送電装置1において、2次電池26の満充電後に再充電動作させる際に、送電装置1が所定のタイミングごとに1次コイル16を駆動させ、その駆動開始から所定時間経過後に1次コイル16に流れる電流を検出し、その検出電流に基づいて以後の1次コイル16の駆動動作を行う。これにより、受電装置側からの積極的な給電要求がなくても、送電装置側が能動的に給電制御を行うことができ、また2次電池の満充電後に再充電動作を行う場合に受電装置側の負担を極力軽減できる。
しかしながら、満充電終了後の再充電も、高頻度で行うと受電装置側への負担となる。その一方で、電池パックの無接点充電の停止には、満充電による正常終了の他、温度異常など、何らかの異常を検出して停止することもある。このような場合には、短時間で再充電を行うことが好ましいこともある。上述した技術では、このような要求に対応することができない。
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、無接点充電が可能な電池パックにおいて、充電終了後に充電台に放置された場合であっても、常に一定以上の残容量を確保可能な電池パック及び電池パックの充電方法を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明の第1の側面に係る電池パックの充電方法によれば、充電可能な二次電池セル2と、充電台110に内蔵される送電コイル113と電磁結合可能な受電コイル1と、前記受電コイル1で受電した電力を変換して、前記二次電池セル2を充電可能な無接点充電回路95と、を備え、充電台110に載置して、充電台110の送電コイル113と前記受電コイル1とを電磁結合することで、送電コイル113から送電される電力でもって前記二次電池セル2を充電可能な電池パックの充電方法であって、充電台110に電池パックが載置された状態で、充電台110の送電コイル113と電池パックの前記受電コイル1とを電磁結合させ、送電コイル113から送電される電力でもって前記二次電池セル2を充電する工程と、前記二次電池セル2の充電が終了した後、充電台110側に対して、再充電を許可する再充電許可信号を送信する工程と、該再充電許可信号を受けて、充電台110から電池パックに対して再度送電を行う工程と、を含み、前記再充電許可信号は、前記電池パックに対して再度送電する時間間隔を、前記二次電池セル2の充電が終了した理由に応じて変更してなる情報を含むことができる。これにより、一旦充電が終了した電池パックであっても、一定値以下に低下した場合には再充電を行うことで、電池パックを所定値以上に維持することが可能となる。
また、第2の側面に係る電池パックの充電方法によれば、前記二次電池セル2を充電する工程において、電池パックは該二次電池セル2の満充電を検出して、AC/DCアダプタの接続を検出して、又は該二次電池セル2の異常を検出して、充電台110側に対し、送電の中止を送信することで、前記二次電池セル2の充電が終了するよう構成できる。これにより、満充電若しくは異常終了によって電池パックの充電を終了すると共に、再度電池パックを一定間隔毎に再充電が必要かどうかを確認できる。
さらに、第3の側面に係る電池パックの充電方法によれば、前記電池パックが、充電台110側に送電の中止を送信する際に、充電台110が電池パックに対し所定の再度送電する時間間隔を送信できる。これにより、充電台は指定された送信時間間隔で電池パックに対して、再電力送信を行うか否かを問い合わせることができる。
さらにまた、第4の側面に係る電池パックの充電方法によれば、前記電池パックは、前記二次電池セル2の充電を終了した理由に応じて、充電台110が再充電を行う所定の再度送電する時間間隔を変更することができる。これにより、二次電池セルの充電終了が、満充電によるものか、異常終了によるものかに応じて、再充電の間隔を変更でき、二次電池セルに対して適切な再充電を行うことができる。
さらにまた、第5の側面に係る電池パックの充電方法によれば、前記電池パックは、前記二次電池セル2の充電を終了した理由が、該二次電池セル2の満充電による場合は、充電台110が再充電を行う所定の再度送電する時間間隔を長く設定し、該二次電池セル2の異常による場合は、充電台110が再充電を行う所定の再度送電する時間間隔を短く設定するよう構成できる。これにより、満充電の場合には、再充電間隔を長くして二次電池セルへの負担を低減し、一方異常充電の場合には短時間で再充電を試みることにより、二次電池セルをできるだけ満充電に近付けるように維持できる。
さらにまた、第6の側面に係る電池パックの充電方法によれば、前記二次電池セル2の異常が、該二次電池セル2の温度が所定の許容温度範囲を超えたことを検出した場合とできる。これにより、二次電池セルの温度が許容温度範囲外となったときに、充電を一旦終了すると共に、所定の範囲を経過後に再充電を試みることで、温度が許容温度範囲内に戻っておれば充電を継続できるようになる。このときの送信時間間隔を、満充電による終了よりも短く設定することで、充電に要するトータルの時間を短くできる。
さらにまた、第7の側面に係る電池パックの充電方法によれば、充電台110から前記電池パックへの送電が停止されている間は、パック制御部91への電力供給を遮断することができる。これにより、充電をしていない間の電力消費量を低減できる利点が得られる。
さらにまた、第8の側面に係る電池パックによれば、充電可能な二次電池セル2と、充電台110に内蔵される送電コイル113と電磁結合可能な受電コイル1と、前記受電コイル1で受電した電力を変換して、前記二次電池セル2を充電可能な無接点充電回路95と、前記無接点充電回路95を制御するためのパック制御部91と、前記二次電池セル2の温度を検出するためのセル温度検出部54と、を備え、充電台110に載置して、充電台110の送電コイル113と前記受電コイル1とを電磁結合することで、送電コイル113から送電される電力でもって前記二次電池セル2を充電可能な電池パックであって、前記電池パックはさらに、充電台110に対して、充電台110側から電池パック側に対して、所定の送信時間間隔毎に再充電を行うかどうかの判定を行う再充電判定信号を送信させるため、該所定の送信時間間隔を指定する送信間隔指定部52と、前記二次電池セル2の充電が終了した後、再充電を許可する再充電許可信号を送信する許可信号送信部53と、を備えており、前記再充電許可信号は、前記送信間隔指定部52により一旦充電台110からの送電を受けて前記二次電池セル2の充電が終了した場合、該充電が終了した理由に応じて、再送電する時間間隔を変更する情報を含むよう構成できる。これにより、一旦充電が終了した電池パックであっても、一定時間毎に残容量を検出して、一定値以下に低下した場合には再充電を行うことで、電池パックを所定値以上に維持することが可能となる。
さらにまた、第9の側面に係る電池パックによれば、AC/DCアダプタの接続を検出して、前記再充電許可信号を送信するよう構成できる。
さらにまた、第10の側面に係る電池パックによれば、前記送信間隔指定部52は、前記二次電池セル2の充電を終了した理由が、該二次電池セル2の満充電を検出したことが理由の場合は、充電台110が再充電を行う所定の再送電する時間間隔を長く設定し、該二次電池セル2の異常を検出したことが理由の場合は、充電台110が再充電を行う所定の再送電する時間間隔を短く設定するよう構成できる。これにより、満充電の場合には、再充電間隔を長くして二次電池セルへの負担を低減し、一方異常充電の場合には短時間で再充電を試みることにより、二次電池セルをできるだけ満充電に近付けるように維持できる。
さらにまた、第11の側面に係る電池パックによれば、前記二次電池セル2の異常が、前記セル温度検出部54で検出された該二次電池セル2の温度が所定の許容温度範囲を超えたことを検出した場合とできる。これにより、二次電池セルの温度が許容温度範囲外となったときに、充電を一旦終了すると共に、所定の範囲を経過後に再充電を試みることで、温度が許容温度範囲内に戻っておれば充電を継続できるようになる。このときの送信時間間隔を、満充電による終了よりも短く設定することで、充電に要するトータルの時間を短くできる。
さらにまた、第12の側面に係る電池パックによれば、充電台110から前記電池パックへの送電が停止されている間は、前記パック制御部91への電力供給を遮断することができる。これにより、充電をしていない間の電力消費量を低減できる利点が得られる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池パック及び電池パックの充電方法を例示するものであって、本発明は電池パック及び電池パックの充電方法を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
以下、本発明の実施の形態に係る電池パックの例として、携帯電話の電池パックに適用した例を、図1から図6に基づいて説明する。これらの図において、図1は電池パック90を収納する電池駆動機器100を無接点式の充電台110にセットする状態を示す斜視図、図2は図1の垂直断面図、図3は電池パック90単体を充電台110にセットして充電する状態を示す垂直断面図、図4は充電台110に電池駆動機器100を載置し、電池駆動機器100に内蔵された電池パック90の二次電池セル2を充電する電気回路のブロック図、図5は受電台110に電池パック90単体を載置し、二次電池セル2を充電する電気回路のブロック図、図6は電池駆動機器100に装着された電池パック90を、電池駆動機器100のDC接続端子117Aから直流電源を供給して、二次電池セル2を有線で充電するための電気回路のブロック図を、それぞれ示している。これらの図に示すように、電池パック90は、電池駆動機器100に接続されて、この電池駆動機器100を駆動する電力を供給する一方で、充電台110に載置されて、充電台110に内蔵される送電コイル113から電力を受けて無接点充電を可能としている。図4においては、右側の充電台110に、電池パック90をセットした電池駆動機器100を載置することで、図において中央に示す電池パック90を充電する。またこの電池パック90は、AC/DCアダプタ143を電池駆動機器100に接続することでも充電できる。すなわち、図6において左側に図示する電池駆動機器100にAC/DCアダプタ143を接続し、ここから得られる電力によって中央の電池パック90を充電できる。このように電池パック90は、充電台110(図4において右側)からの無接点充電と、電池駆動機器100(図5において左側)からのアダプタ充電の両方に対応している。さらに電池パック90は、電池駆動機器100に接続された状態での無接点充電に加えて、図3に示すように電池パック90を電池駆動機器100と接続しない単体のままでも充電可能としている。
(充電台110)
(充電台110)
図1から図3に示す充電台110は、電池パック90の受電コイル1に電磁結合される送電コイル113と、この送電コイル113に高周波電力を供給する高周波電源制御回路114を備えている。この充電台110の駆動電力は、外部の商用電源等から受ける電力を変換して、または充電台110に内蔵する充電台用二次電池112を、商用電源等で充電して得られる。図1の例では、外部からの電力は、充電台用AC/DC変換器(図示せず)のDC接続プラグ141や、USBケーブル142によって供給される。このため充電台110は、外部からの電力を受けるための直流入力端子117を外装ケース111に設けている。ここでは直流入力端子117として、DC接続プラグ141を接続するDC接続端子117Aと、USBケーブル142を接続するUSB端子117Bを備えている。この直流入力端子117からの直流電力は、充電台用二次電池112に充電され、また直接高周波電源制御回路114へ供給される。充電された充電台用二次電池112は、外部の電源から直流入力端子117への電力供給がない場合に、高周波電源制御回路114等に直流電力を供給することができる。これにより、充電台110を携行可能とし、直流入力端子117への電力供給が無くても、充電台用二次電池112の直流電力を供給することで高周波電源制御回路114により高周波電力を発生させることができる。
(電池駆動機器100)
(電池駆動機器100)
一方、電池駆動機器100は、電池パック90を接続して、この電池パック90から電力供給を受けて駆動される。電池パック90は、電池駆動機器100内に収納される。図1の例では電池駆動機器100を携帯電話とする例を示しており、電池駆動機器100本体の裏蓋を外して、ケース内部に電池パック90を収納している。ただし、電池パックは必ずしも駆動機器本体101の内部に収納する必要は無く、駆動機器本体から剥き出しのまま装着する形態としてもよい。例えば電池駆動機器を電動工具やビデオカメラとする場合は、電池パックを駆動機器本体の一部に着脱式としている。また逆に、電池パックを着脱式とせず、電池駆動機器本内の内部に埋め込み式として交換不可能な形態とすることもできる。
また電池駆動機器100には、交流電源に接続された機器用AC/DCアダプタ143からの入力端子として、DC接続端子117Aを有している。これにより、電池駆動機器100に接続されている電池パック90は、DC接続端子117Aより直流電源を供給することができ、電池パック90内の二次電池セル2を安定して充電することができる。
(充電中表示機能)
(充電中表示機能)
図1に示される電池駆動機器100には、後述するように、二次電池セル2の無接点充電による充電中を表示する充電中表示機能として、無接点充電表示部157を有している。また充電中表示機能は、電池駆動機器100のみならず、充電台110側にも設けることができる。図1の充電台110は、二次電池セル2の充電中を表示する表示部を備える。この充電台110での二次電池セル2の充電中を示す表示部は、充電表示LED119であり、点灯パターンにより、充電中であることを示すことができる。
一方、二次電池セル2の電池残容量については、図4の回路図に示すように電池駆動機器100内の充電電流検出抵抗156により検出した電圧を残容量演算部155(FG-IC)により積算して、別途表示させることもできる(図1には図示せず)。あるいは、充電中表示機能と残容量表示機能とをを共通化して、充電表示LED119の点滅方法により、二次電池セル2の残容量を表示することもできる。充電表示LED119は、図4に示すように直流電力制御回路121に接続している。充電表示LED119は、直流電力制御回路121で通電状態が制御されて、二次電池セル2の充電状況を点灯状態で表現される。図1及び図2に示す充電表示LED119は、外装ケース111に内蔵される回路基板に固定されて、定位置に配置している。外装ケース111は、充電表示LED119と対向する位置にLED表出孔120を開口しており、このLED表出孔120から充電表示LED119を外部に表出させている。直流電力制御回路121は、高周波電源制御回路114で検出される二次電池セル2の残容量に応じて、充電表示LED119の点滅状態を制御しており、充電表示LED119の点滅のパターンで二次電池セル2の残容量を表示している。
(電池パック90)
(電池パック90)
図4に示す電池パック90は、充電可能な二次電池セル2と、充電台110に内蔵される送電コイル113と電磁結合可能な受電コイル1と、駆動機器本体101側にて二次電池セル2の温度を検出するための温度検出部94と、電源端子の一であるマイナス端子104に接続された経路切替スイッチ93と、経路切替スイッチ93のON/OFFを制御するためのパック制御部91と、電池駆動機器100と電気的に接続するためのパック側接続端子とを備える。パック側接続端子は、二次電池セル2の充放電を行うための、一対の電源端子102、104と、温度検出部94を接続した温度端子103と、状態通信端子106、FG端子105を含む(詳細は後述)。
この電池パック90は、図4の回路図に示すように電池駆動機器100に装着した状態で充電する他、図3の断面図に示すように、電池駆動機器100に装着せず、単体のまま充電台110に載置して充電することもできる。いずれの場合も、電池パック90の受電コイル1が、充電台110の送信コイル113と電磁結合し、受けた磁束により誘導起電力を発生させることができる。
また受電コイル1は、外形を円形状とする他、角型状とすることも好ましい。これにより、受電コイル1の巻き線長を長くできる分、インダクタンスを増加できる。また、角型状のコイルは円形状のコイルに比べてコイルの回転方向を規制できるため、位置決めを容易にできる。
ここで、電池パック90が無接点式の充電台110から受領した電力でもって、二次電池セル2を充電する原理を、図4に基づいて説明する。充電台110の送電コイル113と電磁結合される受電コイル1で発生される誘導起電力は、図4に示すように無接点充電回路95により直流電源に変換され、二次電池セル2が充電される。この実施例では、図示しないが、二次電池セル2は、充電電圧、電流および電池温度等の監視パラメータを計測する監視回路を有している。この監視回路は、いずれかの監視パラメータが二次電池セル2に対して予め設定された閾値を超えた場合には、受電コイル1に変調信号を付加し、送電コイル113側へ伝達し、高周波電源制御回路114にて出力調整を行うことができる。たとえば、電池パック90の二次電池セル2が満充電に達した場合には、電池パック90側からの信号を受けて、充電台110の高周波電源制御回路114の出力を停止することができる。これにより、電池パック90の安全性を保つことができ、さらに充電台110の出力を停止することにより無駄な電力消費を抑制できる。
(二次電池セル2)
(二次電池セル2)
この電池パック90に内蔵される二次電池セル2は、幅よりも薄い角型の直方体で、各面を一体成型した外装缶を形成し、金属ケースとすることができる。たとえば、金属ケースは、アルミニウム等とすることができ、外因性の衝撃から保護することができ、さらに放熱性にも優れた効果を得ることができる。
この実施例での二次電池セル2は、体積エネルギー密度の大きいリチウムイオン二次電池又はリチウムポリマー電池を使用することで、全体を軽く、薄く、小さくして利便性を良く携帯駆動機器に利用できる特徴がある。ただこれに限るものではなく、二次電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる全ての二次電池とすることもできる。
(無接点充電)
(無接点充電)
ここで、電池駆動機器100を充電台110に載置して、充電を行う様子を、図4、図5に基づいて説明する。この図においては、右側の充電台110に、左側の電池駆動機器100を載置して、内部に収納した電池パック90を充電する様子を示している。この電池パック90を無接点充電する充電台110は、高周波電源制御回路114からの高周波電力を送電コイル113へ通電し、磁束を発生させ、電池パック90内の受電コイル1に誘導起電力を発生させる。ここで、充電台110内の高周波電源制御回路114は、充電台用AC/DC変換器からのDC接続端子117AとUSB端子117Bとを有する直流入力端子117から、直流電力の供給を受けることができる。この直流電力は、充電台110の充電台用二次電池112への充電と共に、高周波電源制御回路114へ直流電力を供給し、直流電力を高周波電力に変換し送電コイル113へ供給することができる。また、直流入力端子117への直流電力が供給されない場合は、予め充電台110に内蔵された充電台用二次電池112を充電しておくことにより、この充電台用二次電池112から高周波電源制御回路114へ直流電力を供給することもできる。これにより、無接点電力送信を行う送信コイル113は、受電機器側にある受電コイル1と磁束により電磁結合ができ、受電コイル1に誘導起電力を供給することができる。
さらに、高周波電源制御回路114への電力供給は、直流電力制御回路121により制御され、直流入力端子117および充電台用二次電池112の切り替えをスイッチSW1、SW2、SW3及びSW4のON/OFFにて行う。ここで充電台用二次電池112への充電は、直流入力端子117から直流電力が入力されたことを、直流電力制御回路121にて認識し、スイッチSW1またはSW2及びSW3がONになり通電される。ここで通電された直流電力は、内部充電回路118にて、充電台用二次電池112が満充電か否かを検出し、充電可能であれば充電を開始し、満充電時は電力供給しないようにする。これにより、充電台110は、持ち運びが可能で、交流電源やUSB電源の供給不能な場所でも、充電台用二次電池112により高周波電源制御回路114への電力供給が可能でき、電池パック90への無接点充電を実行することができる。
高周波電源制御回路114は、送電コイル113と電磁結合される受電コイル1が認識できる範囲にあるか否かを判断し、受電範囲内であれば電力を供給し、受電範囲外であれば電力供給を停止する。これにより、充電台110は、無駄な送電エネルギーを供給することなく、必要時のみ送電することで省エネ効果を得ることができる。
さらに、直流電力制御回路121には、高周波電源制御回路114の高周波の電圧変化、電流、位相変化及び/又は変調周波数の検出により、二次電池セル2の残容量、充電電圧情報、満充電情報、異常出力停止信号等を受信し、残容量を点滅のパターンで表示できる充電表示LED119を接続している。これにより、充電台110は、満充電情報に基づき、高周波電力の供給を停止することができ、必要時のみの動作として、省エネ効果を得ることができる。
(電池パック90の詳細)
(電池パック90の詳細)
次に、電池パック90の詳細について、図4~図6に基づいて説明する。図4に示す例では、電池駆動機器100は、電池パック90と、この電池パック90から電力供給を受ける駆動機器本体101とで構成される。そのため電池パック90は、パック側接続端子として、一対の電源端子102、104を構成するプラス端子102とマイナス端子104を有し、更に温度端子103と、状態通信端子106、FG端子105の計5端子を有している。これにより、電池パック90は、これらの4端子により駆動機器本体101が接続されている場合、駆動機器本体101の電池駆動機器100の制御情報や電池パック90の二次電池セル2の電池情報等を相互通信することができる。
(無接点充電回路95)
(無接点充電回路95)
送電コイル113からの磁束により、電池パック90内の受信コイル1で発生した誘導起電力の高周波電力は、無接点充電回路95を経由し、直流電力に変換され、経路切替スイッチ93を経由し、二次電池セル2を充電することができる。無接点充電回路95は、同期整流回路等が利用できる。同期整流回路は、高周波電力をまず整流回路にて整流し、平滑コンデンサにより直流成分のみを直流電力として二次電池セル2への充電電力としている(図示せず)。
この実施例の電池パック90は、充電台110に搭載されたとき、オープンで、無接点充電電力の供給によりパック制御回路91が起動すると、クローズする充電スイッチ98と、パック制御回路91が起動していないので初期状態のデフォルトでオープン状態となる経路切替スイッチ93を有している。この充電スイッチ98及び経路切替スイッチ93は、共にパック制御部91によりオープン/クローズを制御される。これら充電スイッチ98及び経路切替スイッチ93は、電流通過制御可能なFET、トランジスタ等の半導体素子とすることで、回路の小型化を図ることができる。好ましくは、電流通過時に電力損失が少ないFETの半導体素子を選択することで、受電された電力の変換損失を減少させることができる。
(充電スイッチ98)
(充電スイッチ98)
充電スイッチ98は、無接点充電回路95の電力出力を制御し、二次電池セル2への充電電力を供給の有無や充電電流量を制御する。
(経路切替スイッチ93)
(経路切替スイッチ93)
さらに、経路切替スイッチ93は、電池駆動機器100との接続の有無によりオープン/クローズを制御している。経路切替スイッチ93は、図4に示すように、経路切替制御ラインSWLを介してパック制御部91の経路切替端子82と接続されている。
(充電経路)
(充電経路)
パック制御部91は、後述する機器接続判定部によって、電池パック90が単体か、電池駆動機器100に接続された状態かの判定結果に基づいて、充電経路を切り替える。すなわち、経路切替端子82のHIGH/LOWを切り替えることで、経路切替制御ラインSWLを介して経路切替スイッチ93のON/OFFを切り替える。具体的には、電池パック90が電池駆動機器100に接続されている状態でAC/DCアダプタが接続されていない状態(無接点充電される状態)であれば、詳細には後述するように、経路切替制御ラインSWLが、中間電圧状態となる。これにより、パック制御部91によって、経路切替スイッチ93がOFFされてオープンとなるため、二次電池セル2の充電経路は、無接点充電の場合、無接点充電回路95から充電スイッチ98、二次電池セル2を経て、保護回路92、マイナス端子104、機器側マイナス端子104’を通って、電池駆動機器100側の充電電流検出抵抗156を通電する。さらに機器側FG端子105’、FG端子105を経て電池パック90側の無接点充電回路95に戻る。これにより、充電電流検出抵抗156を流れる充電電流を残容量演算部155で積算して、二次電池セル2の残量量を算出できる。この結果、本来的に無接点充電の場合は電池パック90内で完結するはずの充電経路を、敢えて部分的に電池駆動機器100側に延伸させることで、電池駆動機器100側で二次電池セル2の残容量を把握し、充電中であることや満充電状態に達したことを表示してユーザに告知することが可能となる。
また、電池パック90が電池駆動機器100に接続されている状態でAC/DCアダプタが接続される状態であれば、詳細には後述するように、経路切替制御ラインSWLが、低電圧状態となる。これにより、パック制御部91が低電圧を検出して、パック制御部91が、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電台110に停止信号を送信すると共に、充電スイッチ98をOFFする。このとき、経路切替スイッチ93がOFFされてオープンしたままである。
また、電池パック90が単体で無接点充電される場合であれば、詳細には後述するように、経路切替制御ラインSWLが、高電圧状態となる。これにより、パック制御部91によって、経路切替スイッチ93がONされてクローズとなる。
なお、AC/DCアダプタ接続時においても、詳細には後述するように、同様にパック制御部91は経路切替端子82をLOWとし、経路切替スイッチ93をOFFする。このため二次電池セル2の充電経路は、給電先がAC/DCアダプタ143又はアダプタ充電制御部153(充電回路)となることを除いて、無接点充電の場合と同様となる。
(機器接続判定部)
(機器接続判定部)
一方で、詳細には後述するように、状態通信ラインSTLの電圧を、低電圧、中間電圧、高電圧と変化させる構造である機器接続判定部によって、電池パック90が単体であると判定された場合は、パック制御部91は経路切替端子82をHIGHとし、経路切替制御ラインSWLを介して経路切替スイッチ93をONに切り替える。この結果、マイナス端子104とFG端子105がショートされるので、二次電池セル2の充電経路が寸断されることなく、保護回路92から経路切替スイッチ93を経て、無接点充電回路95に戻る。これにより、充電経路が確立されて、電池パック90単体の無接点充電も可能となる。また、温度検出部94の下側が接地されることより、温度測定が可能となる。
図4における電池パック90は、無接点充電回路95の電力出力を制御するパック制御部91により、充電開始時に充電スイッチ98をクローズするよう指示する。この指示の基となる情報としては、例えばパック制御部91に内蔵されるサーミスタ(図示せず)で検出される温度が所定範囲内であるとき、電池駆動機器100から電池パック90へのAC/DCアダプタ143の直流電力供給のないとき(詳細は後述)等に、充電スイッチ98をクローズして、充電を開始する。この情報をパック制御部91へ転送し、充電スイッチ98を制御している。これにより、電池パック90への充電に伴う温度上昇等より二次電池セル2を保護することができる。
(パック制御部91)
(パック制御部91)
パック制御部91は、温度端子103と接続されている。パック制御部91が、充電台110と無接点充電を開始する際に経路切替スイッチ93をOFFに切り替えることで、温度端子103を介して電池駆動機器100と通信可能とする。これにより、温度端子103を、無接点充電時には電池駆動機器100との通信を行う通信端子として利用でき、温度端子103と通信端子とを同一の端子で兼用することが可能となり、電池パックのコスト上昇を抑制し、また部品点数の増加によるスペース的な制約を回避することができる。
さらに図4に示すパック制御部91は、外部との信号をやりとりするための入出力として、プルアップ端子83と、状態入力端子84と、経路切替端子82と、無接点充電異常端子85とを備える。またプルアップ端子83は、第一分圧抵抗86と第二分圧抵抗87を介して接地されている。また状態入力端子84は、第一分圧抵抗86と第二分圧抵抗87との接続ノードに接続されている。また状態入力端子84は、駆動機器本体101の抵抗R1にも接続されている。ここで、パック制御部91は、充電スイッチ98をOFFとした状態で、充電台110より、無接点充電の充電電力を得て、起動し、その後、スイッチ98を動作させる。
(プルアップ端子83)
(プルアップ端子83)
プルアップ端子83は、パック制御部91に含まれるトランジスタと接続された出力端子である。プルアップ端子83は、電池パック90が充電台110に載置されたかどうかを検出して、状態通信端子106を介して電池駆動機器100側に通知する。具体的には、無接点充電台110に電池パック90が載置された際に、電力が供給されることにより、供給された電力でもってパック制御部91が動作するよう、プルアップ部81がONとなる。
(状態入力端子84)
(状態入力端子84)
状態入力端子84は、状態通信端子106と接続される入力端子であり、低電圧、中間電圧、高電圧と変化させる構造である機器接続判定部による状態通信ラインSTLの電圧を、パック制御部91に入力する。また、この状態入力端子84の電圧レベルを用いて、電池パック90が電池駆動機器100に接続されているか、AC/DCアダプタ143で充電されているか、電池パック単体かの・BR>@器接続状態の判定を行う。すなわち、機器接続判定部としても機能する(詳細は後述)。
(経路切替端子82)
(経路切替端子82)
経路切替端子82は、経路切替スイッチ93と接続されており、電池パック単体での充電を行うために経路切替スイッチ93のON/OFFを切り替える。すなわち、電池パック単体接続時に、無接点充電を行う際にはONに、経路切替スイッチ93を切り替えて電池セルを充電する。また電池パック90が電池駆動機器100と接続されたときに無接点充電を行う際には、経路切替スイッチ93をOFFとして、電池駆動機器100側の残容量演算部155を通るように充電経路が切り替えられる。また、過放電状態の電池パックが電池駆動機器100に装着された場合にも、通常の電流積算では正確な残容量の演算ができないため、経路切替スイッチ93をONすることで電池駆動機器100への経路を切り離して、電池パック単体での充電を行う。
(無接点充電異常端子85)
(無接点充電異常端子85)
さらに、無接点充電異常端子85は、充電等において例えば過充電圧、過電流等何らかの異常が検出された場合に、異常信号を出力するための端子である。図5の回路例では、無接点充電異常端子85は、温度検出部94と平行に、温度端子103とマイナス端子104の間に接続された異常スイッチと接続されている。ここでは異常スイッチはバイポーラトランジスタであり、そのベース端子が無接点充電異常端子85と接続されている。この回路例において、無接点充電の異常が検出された場合に、無接点充電異常端子85を通電して異常スイッチをONとし、温度端子103をLOWとする。これを受けて電池駆動機器100側の機器制御部150は、温度端子103がLOWレベルとなった場合に、無接点充電の異常が発生したと判断することができる。
(機器接続判定部)
(機器接続判定部)
電池パック90が、電池駆動機器100と接続されているか、又は電池パック90単体のいずれであるかは、機器接続判定部によって判定される。機器接続判定部は、電池パックの接続状態、すなわち電池パックが単体か、又は電池駆動機器100に接続されている状態かを判定する。図6等の例では、機器接続判定部は、パック制御部91の状態入力端子84により実現されている。上述の通り状態入力端子84は、第一分圧抵抗86と第二分圧抵抗87と、接続ノードに接続され、駆動機器本体101における抵抗R1にも接続されている。また第一分圧抵抗86はプルアップ端子83と接続されている。この例では、機器接続判定部は、パック制御部91のプルアップ部81をONにした状態で、すなわちプルアップ端子83をONとした状態で、状態入力端子84の電圧値に基づいて判定する。このため抵抗R1、第一分圧抵抗86と第二分圧抵抗87(抵抗R1、第一分圧抵抗86に対して大きな抵抗値、数十倍から数百倍程度)の抵抗値は、二次電池セル2の電池電圧に応じて設定される。例えば、電池駆動機器100の装着時状態入力端子84の電圧値が、概略、第二分圧抵抗87が大きいことより抵抗R1、第一分圧抵抗86の分圧比となり、セル電圧の所定比率(例えば1/2)以下の中間電圧であるとき、電池駆動機器100に装着されていると判定する。また電池パック単体であるときは、第一分圧抵抗86と第二分圧抵抗87の分圧比となり、第二分圧抵抗87が大きいことより、二次電池セル電圧に近くなるので、上述の所定比率よりも高い、すなわち高電圧のときは、電池パック単体であると判定する。この機器接続判定は、無接点充電の開始時に行う。電池パック単体で充電される場合、充電電流は、無接点電流検出抵抗99にて検出され、充電台110により、最大電流、最大電圧を規制した定電流、定電圧にて充電され、パック制御部91が所定電圧以上のとき、所定電流値以下が検出すると、満充電と判定し、パック制御部91が検出して、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電スイッチ98をOFFすると共に、充電台110に停止信号を送信する。
このようなパック制御部91での、機器接続判定の結果に基づいて、上述のように、経路切替スイッチ93を動作させ、充電経路を切り替える。その他、機器接続判定の結果に基づいて、パック制御部91は、無接点充電の充電電流値を、適切な値に切り替えることができる。例えば電池パックが単体の場合は、放熱性が電池駆動機器装着時よりも優れていると判断して、充電電流を電池駆動機器装着時よりも高く調整する。
一方で、状態通信ラインSTLは、中間電圧の電池パック90が電池駆動機器100に装着されている状態においては、状態通信スイッチ160がONとなり、隣接するFET169がONとなり、レベルシフト部151を経て、無接点充電表示部157が点灯する。
状態入力端子84は、状態通信端子106と接続される入力端子であり、低電圧、中間電圧、高電圧と変化させる構造である機器接続判定部による状態通信ラインSTLの電圧を、パック制御部91に入力する。
(アダプタ充電)
(アダプタ充電)
さらに、電池駆動機器100にAC/DCアダプタ143を接続して充電を行う様子を、図6に基づいて説明する。この図においては、左側の電池駆動機器100にAC/DCアダプタ143を接続して、内部に収納した電池パック90を充電する様子を示している。図6の電池パック90は、駆動機器本体101のDC接続端子117Aへ、商用電源と接続されたAC/DCアダプタ143のDC接続プラグ141を接続し、直流電力を駆動機器本体101へ供給している。この直流電力が供給された駆動機器本体101は、DC接続端子117Aへの直流電力を、アダプタ充電制御部153で受ける。
(アダプタ判定部159)
(アダプタ判定部159)
アダプタ判定部159は、AC/DCアダプタ143と接続されて、供給ラインのダイオードより高電圧側(図示せず)から電圧を測定して、所定電圧よりも大きいならば、接続されていると判定する。またアダプタ判定部159は、アダプタ判定出力端子161を備えている。
(アダプタ判定出力端子161)
(アダプタ判定出力端子161)
アダプタ判定出力端子161は出力端子であり、機器制御部150のアダプタ判定入力端子162に接続されている。アダプタ判定回路159は、AC/DCアダプタ143が電池駆動機器100に接続されているときはHIGH信号を、未接続のときはLOW信号を、それぞれ出力する。このアダプタ判定出力端子161から出力されるアダプタ判定信号に基づいて、機器制御部150は、電池パック90側に対して無接点充電の許可/禁止を指示する。この例では、アダプタ接続判定信号がHIGH信号のとき、AC/DCアダプタ143が接続されており、アダプタ充電を優先する結果、無接点充電を禁止し、又は既に実行中の無接点充電を中止するために、プルダウンスイッチ168を利用して、状態通信ラインSTLをLOW(低電圧)とする(詳細は後述)。これを受けて電池パック90側のパック制御部91は、状態通信ラインSTLがLOWとなったことを状態入力端子84で受信すると、二次電池セル2の無接点充電を禁止する。
また機器制御部150は、アダプタ判定入力端子162に加え、残容量演算部155に接続される残容量入力端子163及び割込入力端子164と、プルダウン抵抗167及びプルダウンスイッチ168と接続される無接点充電禁止出力端子165とを備える。
無接点充電禁止出力端子165は、出力端子であり、プルダウン抵抗167及びプルダウンスイッチ168と接続される。プルダウンスイッチ168は、図4の例ではFETである。無接点充電禁止出力端子165は、駆動機器本体101が電池パック90に接続され、充電台110より無接点充電される場合においては、残容量入力端子163からの入力結果に基づいて無接点充電を禁止するための無接点充電禁止信号を出力する。
一方で、AC/DCアダプタ143の接続を検出すると、無接点充電禁止出力端子165はHIGH信号を出力し、プルダウンスイッチ168をONにする。この信号は機器側FG端子105’から出力され、また機器側状態通信端子106’から出力されて、R1の抵抗分が、接地状態となることより、状態入力端子84が低電圧となり、これを、パック制御部91が検出して、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電スイッチ98をOFFすると共に、充電台110に停止信号を送信する。一方で、満充電が検出されていない状態ではLOW信号を出力し、無接点充電を禁止せず、許可状態とする。状態入力端子84が低電圧となることより、状態通信スイッチ160がOFFとなり、無接点充電表示部157は、消灯することになる。
なお、図7に示すように、アダプタ判定回路159からの出力信号を、直接、プルダウンスイッチ168のゲートに直接入力することもできる。この機能は、マイコンを備える機器制御部150の動作不良の際等に、有用となる。
(アダプタ判定部)
(アダプタ判定部)
パック制御部91は、AC/DCアダプタ143の接続を検出すると、充電方式を無接点充電からアダプタ充電に切り替える。上述の通り、アダプタ接続を検出すると、パック制御部91は、充電スイッチ98をオープンにし、無接点充電を中止する。
さらに、アダプタ充電を行うために、経路切替スイッチ93をクローズして、温度端子103を介して二次電池セル温度を電池駆動機器100側に伝達する。これにより、温度端子103を、AC/DCアダプタ充電時には二次電池セル温度を送出する温度端子103として使用することが可能となる。
一方パック制御部91は、AC/DCアダプタ143による充電と、無接点充電とが競合した場合に、上述のように、AC/DCアダプタ143接続により、プルダウンスイッチ168をONになり、状態入力端子84が低電圧となり、これを、パック制御部91が検出して、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電スイッチ98をOFFすると共に、充電台110に停止信号を送信する。このようにまず無接点充電をOFFとするための信号を電池パック90から充電台110側に送出し、電力の送出を停止する。次に、AC/DCアダプタ143による充電を開始する。これにより、アダプタ充電と無接点充電が同時に行われようとした場合には、無接点充電を中止してアダプタ充電を優先させることで、充電電流、電力が大きなアダプタ充電により充電時間を短縮できると共に、より安定した充電を図ることができる。アダプタ充電により、満充電が検出されると、アダプタ充電制御部153にて、充電を停止する。
図4は、電池パック90を駆動機器本体101(電池駆動機器100)に接続された状態で無接点充電をする場合を示し、図5は、電池パック90単体を無接点充電する場合を示し、図6は、電池パック90を駆動機器本体101(電池駆動機器100)に接続された状態でアダプタ充電する場合を示し、図7は、電池パック90を駆動機器本体101(電池駆動機器100)に接続された状態で、充電台110に搭載された場合、無接点充電より、アダプタ充電が優先する場合を示している。
図4においては、充電台110より無接点充電電力が供給されると、パック制御部91が起動して、状態通信ラインSTLの状態入力端子84の電圧は、上述のように、第一分圧抵抗86と抵抗R1の分圧により、中間電圧と検出され、機器接続判定部として、パック制御部91の状態入力端子84の中間電圧により電池パック90を駆動機器本体101(電池駆動機器100)に接続された状態で無接点充電をする場合と判定する。その後、経路切替スイッチ93がオープンとなり、充電スイッチ98がクローズされ、充電が開始される。そして、充電電流が充電電流検出抵抗156にて検出され、充電台110により、最大電流、最大電圧を規制した定電流、定電圧にて二次電池セル2が充電され、所定電圧以上のとき、所定電流値以下が検出すると、機器制御部150が満充電と判定し、無接点充電禁止出力端子165はHIGH信号を出力し、プルダウンスイッチ168をONにし、状態入力端子84が低電圧となり、これを、パック制御部91が検出して、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電台110に停止信号を送信すると共に、充電スイッチ98をOFFする。
図5においては、充電台110より無接点充電電力が供給されると、パック制御部91が起動して、状態通信ラインSTLの状態入力端子84の電圧は、上述のように、第一分圧抵抗86と第二分圧抵抗87との分圧により、高電圧と検出され、機器接続判定部として、パック制御部91の状態入力端子84の高電圧により電池パック90を単体で無接点充電をする場合と判定する。その後、経路切替スイッチ93がクローズとなり、充電スイッチ98がクローズされ、充電が開始される。そして、充電電流が無接点電流検出抵抗99にて検出され、充電台110により、最大電流、最大電圧を規制した定電流、定電圧にて二次電池セル2が充電され、所定電圧以上のとき、所定電流値以下が検出すると、パック制御部91が、満充電と判定し、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電台110に停止信号を送信すると共に、充電スイッチ98をOFFする。
図6においては、AC/DCアダプタ143が接続されると、アダプタ判定回路159が検出し、機器制御部150が無接点充電禁止出力端子165はHIGH信号を出力し、プルダウンスイッチ168をONにし、状態通信スイッチ160がOFFとなることより、無接点充電表示部157は消灯することになる。ここで、無接点充電がされていないことより、パック制御部91が起動していないので、経路切替端子82がLOW状態であるので、経路切替スイッチ93がオープンとなり、充電電流が充電電流検出抵抗156にて検出され、アダプタ充電制御部153により、最大電流、最大電圧を規制した定電流、定電圧にて二次電池セル2が充電され、所定電圧以上のとき、所定電流値以下が検出すると、機器制御部150が満充電と判定し、アダプタ充電制御部153にて、充電を停止する。
図7においては、電池パック90を駆動機器本体101(電池駆動機器100)に接続された状態で無接点充電をしているとき、アダプタ充電を行うと以下のように、充電が進む。まず、充電台110より無接点充電電力が供給されると、パック制御部91が起動して、状態通信ラインSTLの状態入力端子84の電圧は、上述のように、第一分圧抵抗86と抵抗R1の分圧により、中間電圧と検出され、機器接続判定部として、パック制御部91の状態入力端子84の中間電圧により電池パック90を駆動機器本体101(電池駆動機器100)に接続された状態で無接点充電をする場合と判定する。その後、経路切替スイッチ93がオープンとなり、充電スイッチ98がクローズされ、充電が開始される。このような充電中に、AC/DCアダプタ143が接続されると、アダプタ判定回路159が検出し、機器制御部150が無接点充電禁止出力端子165はHIGH信号を出力し、プルダウンスイッチ168をONにし、状態通信スイッチ160がOFFとなることより、無接点充電表示部157は消灯し、状態通信ラインSTLの状態入力端子84の電圧は、低電圧となることより、パック制御部91が低電圧を検出して、パック制御部91が、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電台110に停止信号を送信すると共に、充電スイッチ98をOFFする。よって、アダプタ充電が優先されて、経路切替スイッチ93がオープンとなり、充電電流が充電電流検出抵抗156にて検出され、アダプタ充電制御部153により、最大電流、最大電圧を規制した定電流、定電圧にて二次電池セル2が充電され、所定電圧以上のとき、所定電流値以下が検出すると、機器制御部150がと判定し、アダプタ充電制御部153にて、充電を停止する。
(アダプタ充電と無接点充電の競合)
(アダプタ充電と無接点充電の競合)
また、図7に示すように、AC/DCアダプタ143による充電中に、電池パック90
を装着した電池駆動機器100を、AC/DCアダプタ143を接続したままの状態で充電台110に置かれることも考えられる。この場合には、いずれかの充電を中止する必要がある。そこで、無接点充電を停止すると共に、アダプタ充電を実行するように、適切な制御を行う。このような複数の充電が競合する場合の考えられる組み合わせとしては、
(1)AC/DCアダプタ143で充電中に無接点充電台110に置かれた場合(一旦、パック制御回路91が起動するが、状態通信ラインSTLが低電圧であることより、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電台110に停止信号を送信する。)、
(2)無接点充電中にAC/DCアダプタ143を接続した場合(上述の図7の説明のとおり、アダプタ充電が優先される。)、
(3)無接点充電とAC/DCアダプタ143充電とを同時に行う場合(上記の(1)(2)のいずれかの状態になり、アダプタ充電が優先される。)、
が考えられる。いずれの場合においても、無接点充電を中止して、AC/DCアダプタ143充電のみを行うように制御する。
を装着した電池駆動機器100を、AC/DCアダプタ143を接続したままの状態で充電台110に置かれることも考えられる。この場合には、いずれかの充電を中止する必要がある。そこで、無接点充電を停止すると共に、アダプタ充電を実行するように、適切な制御を行う。このような複数の充電が競合する場合の考えられる組み合わせとしては、
(1)AC/DCアダプタ143で充電中に無接点充電台110に置かれた場合(一旦、パック制御回路91が起動するが、状態通信ラインSTLが低電圧であることより、電池パック90の無接点充電を禁止するよう、充電台110に停止信号を送信する。)、
(2)無接点充電中にAC/DCアダプタ143を接続した場合(上述の図7の説明のとおり、アダプタ充電が優先される。)、
(3)無接点充電とAC/DCアダプタ143充電とを同時に行う場合(上記の(1)(2)のいずれかの状態になり、アダプタ充電が優先される。)、
が考えられる。いずれの場合においても、無接点充電を中止して、AC/DCアダプタ143充電のみを行うように制御する。
このような充電方式の選定手順を、図8のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、無接点充電が既に実行されている状態から、アダプタ充電に移行する場合を説明する。まずステップS1で無接点充電による充電が行われているものとする。ここでは、AC/DCアダプタ143による充電は停止されている。この状態でステップS3において、AC/DCアダプタ143の接続を電池駆動機器100が検出する。ここでは、機器制御部150がAC/DCアダプタ143の接続を検出して、パック制御部91に対して、充電停止信号を送信するよう通信を行う。これを受けて、ステップS3で、電池パック90は無接点充電による充電を停止する。そしてステップS4で、AC/DCアダプタ143による充電を開始する。
(温度検出部94)
(温度検出部94)
温度検出部94は、図4などでは説明の都合上二次電池セル2と離れて図示されているが、実際には二次電池セル2の近傍に配置されている。例えば二次電池セル2の表面に接触させて、二次電池セル2の温度を検出できるようにする。このような温度検出部94には、PTCサーミスタやNTCサーミスタなどが好適に利用できる。
(保護回路92)
(保護回路92)
さらに二次電池セル2を過充電電圧、過電流、過放電電圧から保護するための保護回路92を設けることもできる。図4の例では、保護回路92を二次電池セル2と直列に接続しており、所定の閾値以上の充電電流が流れた場合に、電流を遮断して二次電池セル2を保護する。また、過充電電流に限らず、二次電池セル2の電圧異常や温度異常、あるいは過放電の際にも、これを検出してオープンし、電流を遮断することもできる。
(電池駆動機器100の詳細)
(電池駆動機器100の詳細)
次に電池駆動機器100の詳細を、図4~図6に基づいて説明する。これらの図に示す電池駆動機器100は、AC/DCアダプタ143と接続されて、このAC/DCアダプタ143から電力を受けて、電池パック90を充電する電力に変換するためのアダプタ判定回路159と、アダプタ判定回路159の動作を制御する機器制御部150と、機器制御部150と電気的に接続され、電池パック90のパック側接続端子と接続するための機器側接続端子と、アダプタ充電制御部153と、システム電源部154と、残容量演算部155と、レベルシフト部151と、無接点充電表示部157とを備える。
(機器側接続端子)
(機器側接続端子)
また電池駆動機器100は、電池パック90の接続端子と接続するための機器側接続端子を備えている。機器側接続端子は、機器側温度端子103’と、一対の機器側電源端子である機器側プラス端子102’、機器側マイナス端子104’と、機器側状態通信端子106’と、機器側FG端子105’を含む。
(機器側状態通信端子106’)
(機器側状態通信端子106’)
機器側状態通信端子106’には、状態通信スイッチ160が接続されている。また機器側状態通知端子は、パワーダウンしている機器制御部150を起動させるために利用することもできる。
(レベルシフト部151)
(レベルシフト部151)
レベルシフト部151は、無接点充電中に各信号のHIGHレベルの電位が異なっているため、この信号をレベルシフトさせるために用いられる。レベルシフト部151には、レベルシフト用レギュレータが好適に利用できる。またレベルシフト部151も、パワーダウンした機器制御部150を起動させるために利用することもできる。
(無接点充電表示部157)
(無接点充電表示部157)
無接点充電表示部157は、無接点充電が行われている期間中に点灯されて、無接点充電の実行中であることをユーザに告知する。なお機器制御部150がパワーダウンしている場合でも、ユーザに対して充電表示を行うために使用することもできる。
(残容量入力端子163)
(残容量入力端子163)
残容量入力端子163は、入力端子であり、残容量演算部155に接続される。残量量演算回路は、積算された充放電電流値に基づいて、電池セルの残容量を演算し、さらに満充電を検出する。このような残容量信号を、残容量入力端子163から入力して、必要な処理を行う。
(割込入力端子164)
(割込入力端子164)
さらに機器制御部150の割込入力端子164と残容量演算部155とは、割り込み信号線166で接続されている。充電と放電が切り替えられた場合や、残容量が更新された場合に、残容量演算部155から機器制御部150に割り込みパルスが出力されて、状態の変化を機器制御部150に伝える。例えば、電池パック単体で充電されたため、残容量演算部155で演算された残容量と一致しない場合や、新たな電池パックが装着された場合等に、割り込みパルスが出力されて、これまで残容量を破棄し、新たな残容量を設定する。新たな残容量は、電池セルの電圧等から算出される。
(再充電機能)
(再充電機能)
また上記の電池パックは、一定時間経過後に再充電を行う機能を備えている。すなわち、電池パック単体又は電池パックを接続した電池駆動機器を、充電台に載置したまま放置した状態でも、一定時間経過後に再充電が必要かどうかを検出し、電池パックの残容量が低下している場合は、再充電を行う。これにより、例えばスマートフォンのような、ユーザが使用しない状態でも電力を消費する電池駆動機器であっても、いざ使用する段になって残容量が少ないという事態を避けることができる。
特に無接点充電方式においては、充電台の送電コイルと電池パックの受電コイルが電磁結合して送電する際に通信を行うため、充電しない期間においては、電池パックと充電台との間で通信を行うことができない。このため、一旦無接点充電により満充電等になり、充電が終了して、以降の通信を行うことができない。
(再充電時間間隔可変機能)
(再充電時間間隔可変機能)
一方で、上記の電池パックは、再充電を行う間隔を一定とせず、電池パック等の状態に応じて変更可能としている。すなわち、再充電を頻繁に行うと二次電池セルに対する過充電の原因となり、負荷がかかり電池パックの寿命に影響を及ぼすことが考えられる。しかしながら、電池パックの充電の終了は、満充電検出による正常終了に限らず、例えば二次電池セルの温度が許容温度範囲外となって充電を停止する等、異常終了の場合もある。この場合、電池パックが満充電に至らない状態で充電が終了しているため、ユーザが使用する段になって十分な残容量が得られていないこととなる。このため、このような異常終了した電池パックについては、速やかに充電を再開して、満充電の状態に近付けるように充電を進めることが好ましい。
このような問題に対して、上記実施例に係る電池パックでは、再充電を行う再度送電する時間間隔を状況に応じて変更する機能を備えている。このような電池パックの構成を、図9のブロック図に示す。この図に示す電池パックは、二次電池セル2と、受電コイル1と、無接点充電回路95と、パック制御部91と、セル温度検出部54と、送信間隔指定部52と、残容量検出部51と、許可信号送信部53とを備えている。残容量検出部51は、二次電池セル2の残容量を検出する。
(許可信号送信部53)
(許可信号送信部53)
許可信号送信部53は、電池パックの充電の終了したとき、再充電許可信号を発行し、受電コイル1から送電コイル113に対して送信する。再充電許可信号は、電池パックに対して再度送電する時間間隔を、前記二次電池セル2の充電が終了した理由に応じて変更する情報を含む。再送電する時間間隔は、後述するように送電間隔指定部52より、送信、伝達される。
セル温度検出部54は、二次電池セル2の温度を検出する。このセル温度検出部54は、上述の通りPTCサーミスタやNTCサーミスタなどが好適に利用できる。
(送電間隔指定部52)
(送電間隔指定部52)
送電間隔指定部52は、充電台110に対して、充電台110側から電池パック側に対して、所定の再度送電する時間間隔を、指定する。ここでは送電間隔指定部52は、一旦充電台110からの送電を受けて二次電池セル2の充電が終了した場合、該充電が終了した理由に応じて、所定の再度送電する時間間隔を変更する。
また送信間隔指定部52は、二次電池セル2の充電を終了した理由が、二次電池セル2の満充電を検出したことが理由の場合は、充電台110が再充電を行う所定の再度送電する時間間隔を長く設定し、二次電池セル2の異常を検出したことが理由の場合は、充電台110が再充電を行う所定の再度送電する時間間隔を短く設定する。これにより、満充電の場合には、再充電間隔を長くして二次電池セルへの負担を低減し、一方異常充電の場合には短時間で再充電を試みることにより、二次電池セルをできるだけ満充電に近付けるように維持できる。
図9の例では、パック制御部91を構成するマイコンが、残容量検出部51と、送電間隔指定部52と、許可信号送信部53の機能を実現している。なお、これらの部材を別部材で構成することも可能であることはいうまでもない。逆に、他の複数の部材を一部の部材に統合することも可能である。
また充電台110から電池パックへの送電が停止されている間は、パック制御部91への電力供給を遮断することが好ましい。これにより、無接点充電をしていない非充電期間の電力消費量を低減できる。特に無接点充電方式においては、充電終了後には充電台と電池パックとの間で通信が行えない。かといって、残容量の変化をモニタするために充電台と電池パックを共に起動させた状態とすると、無駄な電力消費となってしまう。そこで、充電終了後には基本的に電力をOFFして無駄な電力消費を抑制すると共に、再送電までの間の電池パック側をOFFさせることで、満充電後の電力ロスを最小限に抑制できる。また、再充電間隔を、温度範囲外は短く、満充電後は長く設定することで、二次電池セルへの負荷、特に満充電状態での過充電を抑制することができ、それぞれに適した再充電を行える。
(異常終了)
(異常終了)
ここで二次電池セルの異常は、例えば二次電池セルの温度が所定の許容温度範囲を超えたことを検出した場合とできる。これにより、二次電池セルの温度が許容温度範囲外となったときに、充電を一旦終了すると共に、所定の範囲を経過後に再充電を試みることで、温度が許容温度範囲内に戻っておれば充電を継続できるようになる。このときの送信時間間隔を、満充電による終了よりも短く設定することで、充電に要するトータルの時間を短くできる。
また、異常終了は電池セル温度に限られず、例えばAC/DCアダプタ充電の検出時などを含めることもできる。上述のように、AC/DCアダプタ充電時においては、状態通信ラインSTLが低電圧であることを検出して、パック制御回路91は、無接点充電を、停止、終了する。このとき、許可信号送信部53は、電池パックの充電の終了したとき、再度送電する時間間隔の情報を含む再充電許可信号を送信して、無接点充電を、停止、終了する。これにより、所定の再度送電する時間間隔にて、再度送電を行うことにより、充電台上で、AC/DCアダプタが抜かれたときは、無接点充電を再開することができる。この所定の再度送電する時間間隔は、温度が所定の許容温度範囲を超えたことを検出した場合より、短く設定することができる。また、これらの事象毎に、異なる送信時間間隔を設定することもできる。
なお、充電台110から電池パックへの送電が停止されている間は、パック制御部91への電力供給を遮断することが好ましい。これにより、充電をしていない間の電力消費量を低減できる利点が得られる。
(電池パックを無接点充電により再充電する手順)
(電池パックを無接点充電により再充電する手順)
以下、無接点充電によって電池パックを再充電する手順を、図10のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、開始時点で無接点充電が行われていないものとし、スタート時には、電池パックを単体で、もしくは電池駆動機器に接続した状態で、充電台110に置いて無接点充電の送電を開始するための処理を行う。
まずステップS1において、無接点充電のための初期化を行う。ここでは、充電台110からの再充電判定信号を受けて、無接点充電を開始するか否かの処理を開始する。具体的には、充電モードの判定と充電移行の判定を行う。なお、ここでは充電モードの判定を行った後、充電移行の判定を行っているが、順序を逆にしてもよい。
(充電モードの判定)
(充電モードの判定)
具体的には、ステップS2において、充電モードの判定として、AC/DCアダプタが接続されているか否かの判定を行う。この例では、電池パックを電池駆動機器と接続する状態通知ラインの端子電圧が0.5V以下かどうかを判定する。以下の場合は、AC/DCアダプタが接続されているとして、ステップS3に進み、無接点充電を停止すると共に、待機状態となる。ここでは、送信間隔指定部52が、第一待機時間(例えば5秒)に設定する。そして第一待機時間経過後に、ステップS1に戻り、上記と同様の処理を繰り返す。
状態通知ラインの端子電圧が0.5Vを超える場合は、AC/DCアダプタが接続されていないとして、ステップS4に進む。なお、電池パックが電池駆動機器と接続されておらず、電池パック単体の場合でも、状態通知ラインの端子電圧が0.5Vを超えるように予め設定されている。
(二次電池セルの温度判定)
(二次電池セルの温度判定)
ステップS4では、二次電池セルの温度が正常範囲内かどうかを判定する。この例では、二次電池セルの温度が0℃以上40℃未満であれば正常と判定し、ステップS6に進む。一方、0℃未満または40℃以上の場合はステップS5に進んで温度待機状態となる。ここでは、送信間隔指定部52が、第二待機時間(例えば5分)に設定する。そして第二待機時間経過後に、ステップS1に戻り、上記と同様の処理を繰り返す。
(予備充電)
(予備充電)
ステップS6~S7においては、予備充電を行う。ここでは、ステップS6において電池セル電圧が所定の予備充電電圧(例えば3.0V)以上かどうかを判定し、NOの場合はステップS7に、YESの場合はステップS10に、それぞれ進む。
ステップS7では、予備充電を開始し、さらにステップS8では第一充電異常判定を行う。具体的には、所定の第一タイムアウト時間に達したかどうかを判定する。第一タイムアウト時間は、予備充電を継続しても電池セル電圧が上昇しない場合に、異常と判定するための基準値であり、例えば30分に設定される。第一タイムアウト時間に達していない場合は、ステップS2に戻って処理を繰り返す。すなわち、上述したAC/DCアダプタ接続の有無と、二次電池セルの温度判定を行う。なお、二次電池セルの温度判定においては、許容温度範囲を変更することもできる。ここでは0℃~45℃として、無接点充電開始により上限温度を高くしている。
一方で第一タイムアウト時間に達した場合は、ステップS9に進んで、充電異常と判定する。充電異常の場合は、電池パックは充電台110に対し、異常終了信号を送信する。充電台110は、異常終了信号を受けると、無接点充電を異常終了する。
(定電流充電)
(定電流充電)
一方、ステップS10では、定電流充電を開始する。ここでは、所定の温度プロファイルに従った充電電流にて二次電池セルを充電する。具体的には、電池セル温度が0~30℃の場合は充電電流を400mA超に設定し、40℃~45℃の場合は400mA未満に、無接点充電回路95が設定する。そしてステップS11において、第二充電異常かどうかの判定を行う。具体的には第二タイムアウト(例えば720分以上経過)であって、かつ電池セル電圧が3.90V以下のとき、充電異常としてステップS9に移行する。第二充電異常でない場合は、ステップS12に進み、定電流充電の終了条件に達したかどうかを判定する。この例では、電池セル電圧が4.19V以上に達したかどうかを判定し、達した場合はステップS13に進み、未だの場合はステップS11に戻る。
(定電圧充電)
(定電圧充電)
ステップS13では、定電圧充電に切り替える。ここでは、充電電圧を4.20Vに設定する。次いでステップS14において、第三充電異常かどうかの判定を行う。ここでは、第二充電異常と同じく、第三タイムアウト(例えば720分以上経過)であって、かつ電池セル電圧が3.90V以下のとき、充電異常としてステップS9に移行する。第三充電異常でない場合は、ステップS15に進み、満充電かどうかを判定する。この例では、電池セル電圧が4.18V以上で、かつ充電電流が50mA以下の場合、または電池セル電圧が4.18V以上で、かつ充電電流が80mA以下の状態が10分以上経過した場合、あるいは第4タイムアウト(例えば720分異常経過)したとき、ステップS15で満充電と判定する。ここでは、電池パックから充電台110に対し、正常終了信号を送信する。充電台110は、正常終了信号を受け取ると、送電を止め、無接点充電を終了する。
(正常終了信号)
(正常終了信号)
さらに、電池パックは正常終了信号に加えて、充電台110が再送電する時間間隔も、充電台110に送信する。この再送電する時間間隔は、送信間隔指定部52が指定する。ここでは、送信間隔指定部52は正常終了時の送信時間間隔として、比較的長い時間、例えば1時間を指定する。
これを受けて充電台110では、正常終了信号を受け取った後、所定の時間間隔後に、電池パックに対して再送電する。そして電池パックは、再送電を受けると、図9に示すように、残容量検出部51で、現在の二次電池セル2の残容量を検出し、これが所定値以上の場合(満充電の場合)は、再充電を許可しない。
一方、電池パックの残容量が所定値以下に低下していた場合は、再充電許可信号を充電台110側に送信する。再充電許可信号は、許可信号送信部53により生成される。
(異常終了信号)
(異常終了信号)
また上記のステップS9で異常終了の場合も、同様に電池パックは異常終了信号に加えて、送信時間間隔を充電台110に送信する。送信時間間隔は、異常終了の理由に応じて、送信時間間隔を設定する。例えば、温度異常の場合は5分、AC/DCアダプタ充電の場合は5秒とするなど、正常終了時よりも短い時間を設定する。
これを受けて充電台110では、異常終了信号を受け取った後、指定された時間間隔後に、電池パックに対して再送電する。そして電池パックは、同様に再送電を受けて、異常終了時には短時間で充電を再開できるので、異常時に充電を停止して安全性を確保しつつも、電池パックの満充電までに要する時間を短くできる。
本発明に係る電池パック及び電池パックの充電方法は、携帯電話、携帯型音楽プレーヤ用およびPDA等の駆動機器本体に使用する電池パックとして、好適に利用できる。
1…受電コイル
2…二次電池セル
51…残容量検出部
52…送信間隔指定部
53…許可信号送信部
54…セル温度検出部
81…プルアップ部
82…経路切替端子
83…プルアップ端子
84…状態入力端子
85…無接点充電異常端子
86…第一分圧抵抗
87…第二分圧抵抗
90…電池パック
91…パック制御部
92…保護回路
93…経路切替スイッチ
94…温度検出部
95…無接点充電回路
98…充電
スイッチ
99…無接点電流検出抵抗
100…電池駆動機器
101…駆動機器本体
102…プラス端子;102’…機器側プラス端子
103…温度端子;103’…機器側温度端子
104…マイナス端子;104’…機器側マイナス端子
105…FG端子;105’…機器側FG端子
106…状態通信端子;106’…機器側状態通信端子
110…充電台
111…外装ケース
112…充電台用二次電池
113…送電コイル
114…高周波電源制御回路
117…直流入力端子;117A…DC接続端子;117B…USB端子
118…内部充電回路
119…充電表示LED
120…LED表出孔
121…直流電力制御回路
141…DC接続プラグ
142…USBケーブル
143…AC/DCアダプタ
150…機器制御部
151…レベルシフト部
152…DC入力コネクタ
153…アダプタ充電制御部
154…システム電源部
155…残容量演算部
156…充電電流検出抵抗
157…無接点充電表示部
159…アダプタ判定回路
160…状態通信スイッチ
161…アダプタ判定出力端子
162…アダプタ判定入力端子
163…残容量入力端子
164…割込入力端子
165…無接点充電禁止出力端子
166…割り込み信号線
167…プルダウン抵抗
168…プルダウンスイッチ
169…FET
SW1、SW2、SW3、SW4…スイッチ;SWL…経路切替制御ライン
STL…状態通信ライン
R1…抵抗
2…二次電池セル
51…残容量検出部
52…送信間隔指定部
53…許可信号送信部
54…セル温度検出部
81…プルアップ部
82…経路切替端子
83…プルアップ端子
84…状態入力端子
85…無接点充電異常端子
86…第一分圧抵抗
87…第二分圧抵抗
90…電池パック
91…パック制御部
92…保護回路
93…経路切替スイッチ
94…温度検出部
95…無接点充電回路
98…充電
スイッチ
99…無接点電流検出抵抗
100…電池駆動機器
101…駆動機器本体
102…プラス端子;102’…機器側プラス端子
103…温度端子;103’…機器側温度端子
104…マイナス端子;104’…機器側マイナス端子
105…FG端子;105’…機器側FG端子
106…状態通信端子;106’…機器側状態通信端子
110…充電台
111…外装ケース
112…充電台用二次電池
113…送電コイル
114…高周波電源制御回路
117…直流入力端子;117A…DC接続端子;117B…USB端子
118…内部充電回路
119…充電表示LED
120…LED表出孔
121…直流電力制御回路
141…DC接続プラグ
142…USBケーブル
143…AC/DCアダプタ
150…機器制御部
151…レベルシフト部
152…DC入力コネクタ
153…アダプタ充電制御部
154…システム電源部
155…残容量演算部
156…充電電流検出抵抗
157…無接点充電表示部
159…アダプタ判定回路
160…状態通信スイッチ
161…アダプタ判定出力端子
162…アダプタ判定入力端子
163…残容量入力端子
164…割込入力端子
165…無接点充電禁止出力端子
166…割り込み信号線
167…プルダウン抵抗
168…プルダウンスイッチ
169…FET
SW1、SW2、SW3、SW4…スイッチ;SWL…経路切替制御ライン
STL…状態通信ライン
R1…抵抗
Claims (12)
- 充電可能な二次電池セル(2)と、
充電台(110)に内蔵される送電コイル(113)と電磁結合可能な受電コイル(1)と、
前記受電コイル(1)で受電した電力を変換して、前記二次電池セル(2)を充電可能な無接点充電回路(95)と、
を備え、充電台(110)に載置して、充電台(110)の送電コイル(113)と前記受電コイル(1)とを電磁結合することで、送電コイル(113)から送電される電力でもって前記二次電池セル(2)を充電可能な電池パックの充電方法であって、
充電台(110)に電池パックが載置された状態で、充電台(110)の送電コイル(113)と電池パックの前記受電コイル(1)とを電磁結合させ、送電コイル(113)から送電される電力でもって前記二次電池セル(2)を充電する工程と、
前記二次電池セル(2)の充電が終了した後、充電台(110)側に対して、再充電を許可する再充電許可信号を送信する工程と、
該再充電許可信号を受けて、充電台(110)から電池パックに対して再度送電を行う工程と、
を含み、
前記再充電許可信号は、前記電池パックに対して再度送電する時間間隔を、前記二次電池セル(2)の充電が終了した理由に応じて変更してなる情報を含むことを特徴とする電池パックの充電方法。 - 請求項1に記載の電池パックの充電方法であって、
前記二次電池セル(2)を充電する工程において、電池パックは該二次電池セル(2)の満充電を検出して、AC/DCアダプタの接続を検出して、又は該二次電池セル(2)の異常を検出して、充電台(110)側に対し、送電の中止を送信することで、前記二次電池セル(2)の充電が終了するよう構成してなることを特徴とする電池パックの充電方法。 - 請求項2に記載の電池パックの充電方法であって、
前記電池パックが、充電台(110)側に送電の中止を送信する際に、充電台(110)が電池パックに対し所定の再度送電する時間間隔を送信してなることを特徴とする電池パックの充電方法。 - 請求項3に記載の電池パックの充電方法であって、
前記電池パックは、前記二次電池セル(2)の充電を終了した理由に応じて、充電台(110)が再充電を行う所定の再度送電する時間間隔を変更してなることを特徴とする電池パックの充電方法。 - 請求項4に記載の電池パックの充電方法であって、
前記電池パックは、前記二次電池セル(2)の充電を終了した理由が、
該二次電池セル(2)の満充電による場合は、充電台(110)が再充電を行う所定の再度送電する時間間隔を長く設定し、
該二次電池セル(2)の異常による場合は、充電台(110)が再充電を行う所定の再度送電する時間間隔を短く設定するよう構成してなることを特徴とする電池パックの充電方法。 - 請求項5に記載の電池パックの充電方法であって、
前記二次電池セル(2)の異常が、該二次電池セル(2)の温度が所定の許容温度範囲を超えたことを検出した場合であることを特徴とする電池パックの充電方法。 - 請求項1から6のいずれか一に記載の電池パックの充電方法であって、
充電台(110)から前記電池パックへの送電が停止されている間は、パック制御部(91)への電力供給を遮断してなることを特徴とする電池パックの充電方法。 - 充電可能な二次電池セル(2)と、
充電台(110)に内蔵される送電コイル(113)と電磁結合可能な受電コイル(1)と、
前記受電コイル(1)で受電した電力を変換して、前記二次電池セル(2)を充電可能な無接点充電回路(95)と、
前記無接点充電回路(95)を制御するためのパック制御部(91)と、
前記二次電池セル(2)の温度を検出するためのセル温度検出部(54)と、
を備え、
充電台(110)に載置して、充電台(110)の送電コイル(113)と前記受電コイル(1)とを電磁結合することで、送電コイル(113)から送電される電力でもって前記二次電池セル(2)を充電可能な電池パックであって、
前記電池パックはさらに、
充電台(110)に対して、充電台(110)側から電池パック側に対して、所定の送信時間間隔毎に再充電を行うかどうかの判定を行う再充電判定信号を送信させるため、該所定の送信時間間隔を指定する送信間隔指定部(52)と、
前記二次電池セル(2)の充電が終了した後、再充電を許可する再充電許可信号を送信する許可信号送信部(53)と、
を備えており、
前記再充電許可信号は、前記送信間隔指定部(52)により一旦充電台(110)からの送電を受けて前記二次電池セル(2)の充電が終了した場合、該充電が終了した理由に応じて、再送電する時間間隔を変更する情報を含むよう構成してなることを特徴とする電池パック。 - 請求項8に記載の電池パックであって、
AC/DCアダプタの接続を検出して、前記再充電許可信号を送信するよう構成してなることを特徴とするパック電池。 - 請求項9に記載の電池パックであって、
前記送信間隔指定部(52)は、前記二次電池セル(2)の充電を終了した理由が、
該二次電池セル(2)の満充電を検出したことが理由の場合は、充電台(110)が再充電を行う所定の再送電する時間間隔を長く設定し、
該二次電池セル(2)の異常を検出したことが理由の場合は、充電台(110)が再充電を行う所定の再送電する時間間隔を短く設定するよう構成してなることを特徴とする電池パック。 - 請求項10に記載の電池パックであって、
前記二次電池セル(2)の異常が、前記セル温度検出部(54)で検出された該二次電池セル(2)の温度が所定の許容温度範囲を超えたことを検出した場合であることを特徴とする電池パック。 - 請求項8から11のいずれか一に記載の電池パックであって、
充電台(110)から前記電池パックへの送電が停止されている間は、前記パック制御部(91)への電力供給を遮断してなることを特徴とする電池パック。
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