JP2008154323A - 充電装置及び充電状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充電装置において、充電状態の管理を的確に行えるようにする。
【解決手段】充電対象の二次電池ＲＢに対して少なくとも充電末期において定電圧を印加して定電圧充電する充電回路１が備えられた充電装置において、前記定電圧充電における前記充電対象の二次電池ＲＢへの印加電圧を検出する電圧検出手段ＶＳと、前記充電対象の二次電池ＲＢについての、前記定電圧充電における二次電池ＲＢへの印加電圧と満充電容量との対応関係を示す補正用情報を記憶する記憶手段ＭＭとが備えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電対象の二次電池に対して少なくとも充電末期において定電圧を印加して定電圧充電する充電回路が備えられた充電装置、及び、その充電装置での充電状態検出方法に関する。

かかる充電装置では、充電対象の二次電池を充電する際に、各種の充電状態の管理が行われている。
例えば、その充電状態の管理の１つとして、使用者等が充電状態を把握するための便宜を図るために、充電がどの程度進行したかを％表示等の割合で表示することがよく行われている。
この二次電池の充電の進行程度を検出するについては、例えば充電を開始してからの充電電流を積算すること等によって、充電を開始してからの二次電池への充電量を求めて、二次電池への充電を予定している総充電量に対する割合として検出する。
この予定総充電量としては、従来、例えば下記特許文献１にも記載のように、二次電池の満充電容量を用いるのが一般的である。
特開２００５−１００３２号公報

しかしながら、充電の進行程度を検出するための前記予定総充電量として二次電池の満充電容量をそのまま使用してしまうと、表示手段に充電の進行程度を表示する上で、適切な表示を行えない場合があった。
すなわち、二次電池の満充電容量を、その二次電池を充電回路に接続する前に予め測定しておく場合では、満充電容量の測定の際に、定電圧充電での印加電圧を精度良く所定の充電電圧に設定したとしても、実際にその二次電池と共に使用する充電回路に組み込んだときに、その充電回路の定電圧充電での充電電圧が所定の電圧値からばらついてしまう場合がある。
このような状態で、予め測定しておいた満充電容量を充電の進行程度の検出に用いてしまうと、実際の充電回路の充電電圧が所定の電圧からばらつくことによって、その充電回路の充電能力としては１００％の状態まで充電したにも拘わらず、充電の進行程度を示す表示はいつまでたっても１００％に到達しない、というようなケースが生じてしまう。
又、二次電池の満充電容量を、実際に使用する充電回路に組み込んだ後に測定する場合でも、動作環境等の種々の要因から充電回路の充電電圧が後発的に変動してしまう場合があり、そのような場合にも上述と同様の問題が生じる。
以上、充電状態の管理の１つとして、充電の進行程度の管理について説明したが、他にも定電圧充電での充電電圧のばらつきによって充電状態の管理に不都合を招く場合が少なくない。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、充電装置において、充電状態の管理を的確に行えるようにする点にある。

本出願の第１の発明は、充電対象の二次電池に対して少なくとも充電末期において定電圧を印加して定電圧充電する充電回路が備えられた充電装置において、前記定電圧充電における前記充電対象の二次電池への印加電圧を検出する電圧検出手段と、前記充電対象の二次電池についての、前記定電圧充電における二次電池への印加電圧と満充電容量との対応関係を示す補正用情報を記憶する記憶手段とが備えられている。

すなわち、充電対象の二次電池について、定電圧充電の際の二次電池への印加電圧と、その印加電圧で満充電としたときの満充電容量との対応関係を補正用情報として予め求めておく。
そして、二次電池の充電過程において充電末期の定電圧充電となっているときに、その定電圧充電での二次電池への印加電圧を検出し、前記補正用情報を利用して、その実際の充電電圧に対応する満充電容量を基準とするように、各種の補正処理を行う。

又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、充電過程における前記充電対象の二次電池への充電量を検出する充電量検出手段と、前記充電量検出手段の検出情報に基づいて、前記充電対象の二次電池の充電の進行程度を、前記充電量の予定総充電量に対する割合として検出する充電状態検出手段とが備えられ、前記充電状態検出手段は、前記電圧検出手段の検出情報と前記補正用情報とから、前記印加電圧に応じた満充電容量が前記予定総充電量となる状態で、前記充電の進行程度を検出するように構成され、前記充電状態検出手段にて検出した前記充電の進行程度を表示手段に表示させるように構成されている。

すなわち、充電対象の二次電池について、定電圧充電の際の二次電池への印加電圧と、その印加電圧で満充電としたときの満充電容量との対応関係を補正用情報として予め求めておき、その補正用情報を利用して、実際の充電装置の充電動作に的確に対応した充電の進行程度の表示を行う。
そのために、二次電池の充電過程において充電末期の定電圧充電となっているときに、その定電圧充電での二次電池への印加電圧を検出し、前記補正用情報を利用して、その実際の充電電圧に対応する満充電容量を基準とした充電の進行程度を検出して表示させる。

尚、前記補正用情報の内容としては、二次電池への印加電圧の値とその印加電圧での満充電容量の値とを直接に対応付けた情報の他、基準とする印加電圧を設定しておき、各印加電圧の値に対応させて、その印加電圧での満充電容量の、前記基準とする印加電圧での満充電容量に対する比率を補正比率として記憶させておくものでも良い。
従って、前記充電の進行程度の検出においても、検出した印加電圧に対応して記憶されている満充電容量の値を前記予定総充電量として計算する手法の他、前記基準とする印加電圧での満充電容量を前記予定総充電量として求めた値を、検出した印加電圧に対応して記憶されている前記補正比率で除算することで求める手法でも良く、結果として、検出した印加電圧に応じた満充電容量が前記予定総充電量となる状態で計算されていれば良い。

又、本出願の第３の発明は、充電対象の二次電池に対して少なくとも充電末期において定電圧を印加して定電圧充電する充電回路が備えられた充電装置における充電の進行程度を、充電過程における前記充電対象の二次電池への充電量を検出して、その検出した充電量の予定総充電量に対する割合として検出する充電状態検出方法において、前記充電対象の二次電池についての、前記定電圧充電における二次電池への印加電圧と満充電容量との対応関係を示す補正用情報を予め求めておき、前記定電圧充電における前記充電対象の二次電池への印加電圧を検出し、その二次電池への印加電圧の検出情報と前記補正用情報とから、前記印加電圧に応じた満充電容量が前記予定総充電量となる状態で、前記充電の進行程度を検出する

すなわち、充電対象の二次電池について、定電圧充電の際の二次電池への印加電圧と、その印加電圧で満充電としたときの満充電容量との対応関係を補正用情報として予め求めておき、その補正用情報を利用して、実際の充電装置の充電動作に的確に対応した充電の進行程度の検出を行う。
そのために、二次電池の充電過程において充電末期の定電圧充電となっているときに、その定電圧充電での二次電池への印加電圧を検出し、前記補正用情報を利用して、その実際の充電電圧に対応する満充電容量を基準とした充電の進行程度を検出する。

尚、前記補正用情報の内容としては、上記第２の発明におけるものと同様に、二次電池への印加電圧の値とその印加電圧での満充電容量の値とを直接に対応付けた情報の他、基準とする印加電圧を設定しておき、各印加電圧の値に対応させて、その印加電圧での満充電容量の、前記基準とする印加電圧での満充電容量に対する比率を補正比率として求めておくものでも良い。
従って、前記充電の進行程度の検出においても、検出した印加電圧に対応して記憶されている満充電容量の値を前記予定総充電量として計算する手法の他、前記基準とする印加電圧での満充電容量を前記予定総充電量として求めた値を、検出した印加電圧に対応して求められている前記補正比率で除算することで算出する手法でも良く、結果として、検出した印加電圧に応じた満充電容量が前記予定総充電量となる状態で計算されていれば良い。

上記第１の発明によれば、充電装置での実際の充電電圧に対応した充電状態の管理を行えるので、充電状態の管理を的確に行えるものとなった。
又、上記第２の発明によれば、充電装置での実際の充電電圧に対応した充電の進行程度を検出して表示させるので、充電の進行程度を適切に表示できるものとなった。
又、上記第３の発明によれば、充電装置での実際の充電電圧に対応した充電の進行程度を検出できるものとなった。

以下、本発明の充電装置及び充電状態検出方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、充電対象の二次電池ＲＢと充電装置ＢＣとを組み付けて回路的に接続した状態の概略的な回路構成を示している。
本実施の形態では、二次電池ＲＢとしてリチウムイオン電池を例示している。
充電装置ＢＣには、二次電池ＲＢを充電するための充電回路１と、二次電池ＲＢに対する充電電圧を検出する電圧検出回路２と、電流センサ３が検出する電流値を積算する電流積算回路４と、電圧検出回路２及び電流積算回路４の検出情報に基づいて充電対象の二次電池ＲＢの充電の進行程度を検出する充電状態検出部５と、充電状態検出部５で検出した充電の進行程度を表示させる表示手段ＬＭであるレベルメータ６とが備えられている。

充電回路１は、充電対象の二次電池ＲＢに対して少なくとも充電末期において定電圧を印加して定電圧充電するものであり、その定電圧充電の前の段階としては、定電流の充電電流を二次電池ＲＢに供給して定電流充電を行う。すなわち、いわゆる定電流−定電圧充電方式にて二次電池ＲＢを充電する形式の回路である。
この充電方式の一連の動作としては、二次電池ＲＢの電池電圧が設定電圧（本実施の形態では「４．１Ｖ」を設計仕様としたものとして説明する）に上昇するまでは定電流で二次電池ＲＢを充電し、上記設定電圧に到達すると以降はその設定電圧で定電圧充電する。
このような充電回路１は、例えば、出力電圧を上記の設定電圧に制限するリミッタ回路を付加した定電流回路によって構成できる。

電圧検出回路２は、充電回路１から二次電池ＲＢに印加される充電電圧を検出してデジタルデータとして充電状態検出部５へ送る。
本実施の形態では、電圧検出回路２は、定電圧充電における充電対象の二次電池ＲＢへの印加電圧を検出する電圧検出手段ＶＳとして機能する。

電流積算回路４は、充電状態検出部５から開始指令を受けた時点から、電流センサ３の検出信号から得た電流値を一定周期で積算して行く処理を開始し、積算した結果をデジタルデータとして充電状態検出部５へ送る。
この充電電流の一定周期での積算値（換言すると、充電電流の時間積分値）は、二次電池ＲＢへの充電量に相当するので、電流積算回路４は、充電過程における充電対象の二次電池ＲＢへの充電量を検出する充電量検出手段ＣＳとして機能する。

充電状態検出部５は、マイクロプロセッサやメモリ５ａを主体として構成され、担当する複数の処理機能のうちの一つとして、図２のフローチャートに示す「状態表示補正処理」を実行することによって、充電の進行程度の検出を行う。
充電の進行程度は、満充電までの全充電量の予定値（予定総充電量）のうちのどれだけの量を既に充電したかで示すものとし、二次電池ＲＢへの充電量の予定総充電量に対する割合として検出する。従って、充電状態検出部５は、充電の進行程度を検出する充電状態検出手段ＣＰとして機能する。
図２の処理は、二次電池ＲＢへの充電期間中に定期的に実行される。
二次電池ＲＢへの充電が開始されると、充電の当初は定電流充電にて充電され、二次電池ＲＢへ一定の電流値の電流が充電回路１から供給される。
これに伴って、二次電池ＲＢの電圧は徐々に上昇して行く。

この定電流充電の間は、図２の処理が実行されても、定電圧充電に至っていないために（ステップ＃１）、直ちに終了する。
定電流充電の間における充電の進行程度の検知は、詳細な説明は省略するが、上記の設定電圧（４．１Ｖ）で充電対象の二次電池ＲＢを満充電としたときの満充電容量に対する充電対象の二次電池ＲＢへの充電量の割合として算出することによって、充電状態検出部５が行う。
算出した充電の進行程度はレベルメータ６に表示される。
ここで、二次電池ＲＢへの充電量は、電流積算回路４から受け取るデータを使用する。上述のように、電流積算回路４は、充電状態検出部５から開始指令を受けた時点から、充電回路１から二次電池ＲＢへの供給電流値を一定周期で積算している。

二次電池ＲＢへの充電が進行して二次電池ＲＢの電圧が上昇し、定電圧充電の設定電圧（４．１Ｖ）に到達すると、定電圧充電に移行する。
定電圧充電に移行するに伴って、充電回路１はその旨を充電状態検出部５へ報知する。
定電圧充電に移行した後の期間に図２の処理が実行されると、充電回路１から定電圧充電に移行したことが報知されているので（ステップ＃１）、ステップ＃２の処理へ移行し、電圧検出回路２に対して充電電圧の測定を指示すると共に、その測定結果のデータを受け取る。

その時点での充電電圧の実測値が得られると、その充電電圧に対応する満充電容量を算出する（ステップ＃３）。
すなわち、充電回路１が出力する定電圧充電での充電電圧が上記の仕様通りの設定電圧（４．１Ｖ）に正確に一致していれば問題ないが、実際には、設計上の充電電圧と実際の充電回路１の充電電圧とには若干程度の誤差が生じてしまうものであり、又、充電回路１の動作環境の変動（温度変動等）によっても充電電圧は変動し得るものである。
そのような充電電圧の変動は、実際の満充電となったときの電流容量に影響を与えるものであり、例えば、充電電圧が上記の仕様よりも低い状態で満充電としたときの電流容量は若干低下してしまうことになる。

このような場合に、定電流充電のときと同様に、設計仕様の設定電圧（４．１Ｖ）に対応する満充電容量を基準として充電の進行程度を求めたのでは、その時点の充電電圧での満充電に到達したとしても、充電の進行程度の表示としては満充電の表示（例えば、１００％）には到達しない状態が続いてしまうことになる。
そこで、充電の進行程度を適切に表示するために、実際の充電電圧に対応する満充電容量を求めるのである。

充電状態検出部５では、この処理のために、充電対象の二次電池ＲＢについての、定電圧充電における二次電池ＲＢへの印加電圧と満充電容量との対応関係を示す補正用情報を予め求めておき、記憶手段ＭＭであるメモリ５ａに記憶保持してある。
この補正用情報の具体的なデータとしては、例えば、定電圧充電での印加電圧が４．０５Ｖでは満充電容量が９Ａｈ、定電圧充電での印加電圧が４．１Ｖでは満充電容量が１０Ａｈ、定電圧充電での印加電圧が４．１５Ｖでは満充電容量が１１Ａｈというように記憶させてある。
これらの数値は、充電対象の二次電池ＲＢの定電圧充電における充電電圧を夫々の電圧値に精密に設定して実際に満充電まで充電して満充電容量を求めたものである。
ステップ＃２で得た充電電圧の測定値は、これらの飛び飛びの電圧値の間に位置するが、上記のデータから補間処理によって充電電圧の測定値に対応する満充電容量を算出する。

以上のようにして充電電圧の測定値に対応した満充電容量を求めると、その満充電容量をもとに充電の進行程度を算出する（ステップ＃４）。
具体的には、その時点までの充電量のデータを電流積算回路４から取込み、充電の進行程度を、その取込んだ充電量の、ステップ＃３で求めた満充電容量に対する割合として算出する。
すなわち、電圧検出回路２の検出情報とメモリ５ａに記憶されている前記補正用情報とから、電圧検出回路２が検出した印加電圧に応じた満充電容量が前記予定総充電量となる状態で計算して、充電の進行程度を検出する。
そして、このようにして求めた充電の進行程度をレベルメータ６に表示させる（ステップ＃５）。
充電状態検出部５は図２の処理を定期的に繰り返すことで、充電の進行程度の検出とその検出結果の表示とを定期的に繰り返す。
これによって、定電圧充電の充電電圧が変動しても、その変動に追従して正確に充電の進行程度を表示できる。

〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、二次電池ＲＢへの充電量の検出のために、電流センサ３を用いて電流値の検出を行っているが、例えば抵抗によって電流−電圧変換をして電流値を求める等、電流値の検出手法は種々に変更可能である。
（２）上記実施の形態では、充電の進行程度の検出結果を表示させる表示手段ＬＭであるレベルメータ６を充電装置ＢＣに備えさせる場合を例示しているが、充電装置ＢＣ自体には表示手段ＬＭを備えさせずに、表示手段ＬＭに表示させるための信号だけを出力するように構成しても良い。
（３）上記実施の形態では、図２の処理を二次電池ＲＢへの充電期間中に定期的に実行するものとして説明しているが、満充電時に１度だけ実行して補正をかけるように構成しても良い。

本発明の実施の形態にかかるブロック構成図 本発明の実施の形態にかかるフローチャート

符号の説明

１ 充電回路
ＲＢ 二次電池
ＣＰ 充電状態検出手段
ＣＳ 充電量検出手段
ＭＭ 記憶手段
ＶＳ 電圧検出手段

Claims (3)

1. 充電対象の二次電池に対して少なくとも充電末期において定電圧を印加して定電圧充電する充電回路が備えられた充電装置であって、
   前記定電圧充電における前記充電対象の二次電池への印加電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記充電対象の二次電池についての、前記定電圧充電における二次電池への印加電圧と満充電容量との対応関係を示す補正用情報を記憶する記憶手段とが備えられた充電装置。
2. 充電過程における前記充電対象の二次電池への充電量を検出する充電量検出手段と、
   前記充電量検出手段の検出情報に基づいて、前記充電対象の二次電池の充電の進行程度を、前記充電量の予定総充電量に対する割合として検出する充電状態検出手段とが備えられ、
   前記充電状態検出手段は、
   前記電圧検出手段の検出情報と前記補正用情報とから、前記印加電圧に応じた満充電容量が前記予定総充電量となる状態で、前記充電の進行程度を検出するように構成され、
   前記充電状態検出手段にて検出した前記充電の進行程度を表示手段に表示させるように構成されている請求項１記載の充電装置。
3. 充電対象の二次電池に対して少なくとも充電末期において定電圧を印加して定電圧充電する充電回路が備えられた充電装置における充電の進行程度を、充電過程における前記充電対象の二次電池への充電量を検出して、その検出した充電量の予定総充電量に対する割合として検出する充電状態検出方法であって、
   前記充電対象の二次電池についての、前記定電圧充電における二次電池への印加電圧と満充電容量との対応関係を示す補正用情報を予め求めておき、
   前記定電圧充電における前記充電対象の二次電池への印加電圧を検出し、
   その二次電池への印加電圧の検出情報と前記補正用情報とから、前記印加電圧に応じた満充電容量が前記予定総充電量となる状態で、前記充電の進行程度を検出する充電状態検出方法。

Images