JP2008245518A

JP2008245518A - 充電装置

Info

Publication number: JP2008245518A
Application number: JP2008105102A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Takano; 信宏高野; Shigeru Shinohara; 茂篠原; Mitsuo Ogura; 光雄小倉
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】複数個の素電池を直列に接続した電池組２を充電する汎用充電器において、電池組２の電池電圧を検出し、電池電圧または電池電圧をベースとして判別した素電池数に対応した充電電流に制御することにより、如何なる素電池数の電池組２を充電しても汎用充電器の能力を最大限発揮することができる充電制御方法を提供すること。
【解決手段】電池組２の電池電圧を検出する電池電圧検出手段４０と、電池電圧検出手段４０の検出信号をマイコン５０に取り込み、マイコン５０は検出信号またはこの検出信号に基づいて判別した電池組２の素電池数に応じて充電電流を設定する設定値を充電電流設定手段８０を介して充電電流を制御する充電電流制御手段６０に送り、充電電流を所定値に制御する。
【選択図】図３

Description

本発明はニッケル・カドミウム電池（以下ニカド電池という）等の２次電池を充電する充電装置に関するものである。

充電装置として種々のものがあり、特に異なる複数の素電池を直列に接続した種々の電池組すなわち電圧の異なる電池組を１台の充電装置で全て充電することができる充電装置（以下汎用充電器という）が普及している。特に電動工具のような用途では、ハイパワーの要望が強く、これに応えるため素電池数を多くした高電圧化が進んでいる。また汎用充電器も充電可能な電池組を同じ充電電流で充電するために、汎用充電器の高出力化、大型化が進んでいる。

特開平７−２３１５７２号公報

しかし、前記汎用充電器は、最も素電池数の多い電池組すなわち最も電池電圧が高い電池組を充電するのに必要な電力を供給せねばならず、その結果素電池数が少ない電池組を充電する場合、汎用充電器の能力を最大限発揮していないことになる。例えば、２０本の素電池から構成されているニカド電池を７Ａで充電する汎用充電器では、単純に最大出力は１個の素電池の起電力を１.３２Ｖとして１.３２Ｖ×２０本×７Ａ＝１８４.８Ｗの電力供給が可能であるから、１０本の素電池から構成されているニカド電池を充電する場合、１８４.８Ｗ÷（１.３２Ｖ×１０本）＝１４Ａで充電することができるということである。実際には限られた大きさの汎用充電器内で構成される部品例えばダイオード、高周波トランス、ＦＥＴ等の各々の最大定格電流値の関係から、単純に１０本の素電池から構成されているニカド電池を１４Ａで充電することはできないが、２０本の素電池から構成されているニカド電池を７Ａで充電することができる汎用充電器では、１０本の素電池から構成されているニカド電池を１０Ａ程度の充電電流値で充電することは可能である。

また、素電池数が多くなれば電池組の体積も大きくなり、その結果電池組内の個々の素電池の温度上昇のバラツキも大きくなり、素電池数の多少に関係なく同じ充電電流で充電した場合、素電池数が多くなるに従いサイクル寿命特性は低減する傾向にある。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、汎用充電器の能力を最大限発揮し、更に素電池数の多少に関係なくサイクル寿命特性を安定化させることができ、また素電池数に関係なく同じ充電電流で充電する汎用充電器よりも結果として小型化も可能な充電装置を提供することである。

直列接続されたセルを有するバッテリを充電するための充電装置であって、前記バッテリが接続されているか否かを検出する接続状態検出手段と、前記バッテリのセル数を判別するセル数判別手段と、前記セル数判別手段で判別されたセル数に基づいて充電電流を検出するものであって、判別されたセル数が基準セル数よりも多い場合には基準セル数よりも少ない場合に比べて電流を小さく設定する充電電流設定手段と、前記充電電流設定手段で設定された充電電流に基づいてバッテリへ充電電流を供給する充電電流供給手段と、前記バッテリの充電状態を検出するとともに、前記バッテリか満充電か否かを判別する満充電状態判別手段と、前記満充電状態判別手段で満充電と判別されたときに前記充電電流供給手段の動作を停止する充電停止手段と、を備えたことに一つの特徴を有する。

汎用充電器の能力を最大限発揮し、更に素電池数の多少に関係なくサイクル寿命特性を安定化させることができ、また素電池数に関係なく同じ充電電流で充電する汎用充電器よりも結果として小型化も可能な充電装置を提供することができる。

図１は本発明一実施形態を示すブロック回路図である。図において、１は交流電源、２は複数の充電可能な素電池を直列に接続した電池組、３は該電池組２に流れる充電電流を検出する電流検出手段、４は充電の開始及び停止を制御する信号を伝達する充電制御信号伝達手段、５は充電電流の信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電電流信号伝達手段である。充電制御伝達信号手段４と充電電流信号伝達手段５は例えばホトカプラ等からなる。１０は全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなる整流平滑回路、２０は高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２、ＰＷＭ制御ＩＣ２３からなるスイッチング回路である。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路１０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。３０はダイオード３１、３２、チョークコイル３３、平滑用コンデンサ３４からなる整流平滑回路、４０は抵抗４１、４２からなる電池電圧検出手段で、電池組２の端子電圧を分圧する。５０は演算手段（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、タイマ５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、出力ポート５６、リセット入力ポート５７からなるマイコンである。６０は演算増幅器６１、６２、抵抗６３〜６６からなる充電電流制御手段、７０は電源トランス７１、全波整流回路７２、平滑コンデンサ７３、三端子レギュレータ７４、リセットＩＣ７５からなる定電圧電源で、マイコン５０、充電電流制御手段６０等の電源となる。リセットＩＣ７５はマイコン５０を初期状態にするためにリセット入力ポート５７にリセット信号を出力する。８０は充電電流を設定する充電電流設定手段であって、前記出力ポート５６からの信号に対応して前記演算増幅器６２の反転入力端に印加する電圧値を変えるものである。

次に、図１のブロック回路図、図２のフローチャートを参照して動作の説明をする。電源を投入すると、マイコン５０は電池組２の接続待機状態となる（ステップ１０１）。電池組２を接続すると、マイコン５０は電池接続を電池電圧検出手段４０の信号により判別し、初期充電時間ｔ₀及び充電電流Ｉ₀に対応する充電電流設定基準値Ｖi₀を設定し（ステップ１０２）、出力ポート５６より信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に充電開始信号を伝達すると共に充電電流設定手段８０を介して充電電流設定基準値Ｖi₀を演算増幅器６２に印加し、充電電流Ｉ₀で充電を開始する（ステップ１０３）。充電開始と同時に電池組２に流れる充電電流を電流検出手段３により検出し、この充電電流に対応する電圧と充電電流設定基準値Ｖi₀との差を充電電流制御手段６０より信号伝達手段５を介して、ＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還をかける。すなわち、充電電流が大きい場合はパルス幅を狭め、逆の場合はパルス幅を広げたパルスを高周波トランス２１に与え整流平滑回路３０で直流に平滑し、充電電流を一定値Ｉ0に保つ。すなわち電流検出手段３、充電電流手段６０、信号伝達手段５、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０を介して充電電流を所定電流値Ｉ₀となるように制御する。

次いで、電池組２の素電池数判別を行う。充電開始からｔ₀時間経過をチェックし（ステップ１０４）、ｔ₀時間経過後、電池電圧値Ｖｔ₀を入力し（ステップ１０５）、予め設定されている各電池組の基準電圧値ｎＶa（ｎは素電池数であり、Ｖaは素電池数判別の基準電圧値であり、ニカド電池では充電電流の大きさによって異なるが、１Ｃ充電で１.２Ｖ程度である。）と比較し、電池組２の素電池数（この実施形態での電池組２は、素電池数が２本づつ異なるものとする）ｎを判別し（ステップ１０６）、充電されている電池組２の素電池数ｎと充電電流の供給を判別する素電池数ｍ/２（ｍはこの充電装置で充電可能な電池組の最大素電池数である）と比較し（ステップ１０７）、素電池数が多い場合にはステップ１０８において充電電流Ｉ₁に対応する充電電流設定基準値Ｖi₁を設定して、充電電流を
Ｉ₁（Ｉ₁≧Ｉ₀）として充電を継続し（ステップ１０９）、次いでステップ１１０において満充電の検出を行う。満充電検出は、周知の如く種々あるが、例えば充電末期のピーク電圧値から所定値△Ｖだけ降下したことを検出する−ΔＶ検出のように電池組２の−ΔＶ検出を行う。満充電を検出した場合、マイコン５０は充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達して充電を停止する（ステップ１１１）。次いで電池組２が取り出されるのを判別し（ステップ１１２）、電池組２の取り出しを判別したらステップ１０１に戻り、次の電池組２の充電のための待機をする。なお前記ステップ１１０において満充電を検出しない場合には再度ステップ１１０に戻る。

前記ステップ１０７において素電池数が少ないと判別した場合、充電電流Ｉ₂に対応する充電電流設定基準値Ｖi₂を設定し（ステップ１１３）、充電電流をＩ₂（Ｉ₂≧Ｉ₁）に増加して充電を継続し（ステップ１１４）、次いで前記ステップ１１０と同様の満充電検出を行う（ステップ１１５）。満充電を検出した場合、マイコン５０は充電停止信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に伝達して充電を停止する（ステップ１１１）。次いで電池組２の取り出されるのを判別し（ステップ１１２）。電池組２の取り出しを判別したらステップ１０１に戻り、次の電池組２の充電のための待機をする。

上記実施形態に基づく充電特性を図３（素電池数が異なる電池組の充電特性）に示す。ここで、ｔ₀は充電開始から電池電圧を検出し素電池数判別をするのに必要な時間である。

上記実施形態においては、素電池数が充電可能な最大素電池数の半分より多いか否かを比較検出し、この検出結果によって充電電流を設定するとしたが、素電池数を更に細かく比較検出して素電池数に対応した充電電流とすれば、少ない素電池数の電池組２を効率よく充電できるようになると共に充電時間を短縮できるようになる。

また電池組２の素電池数を判別して充電電流を設定するとしたが、電池組２の電池電圧を検出した検出信号と基準値とを比較して前記設定値を決定するようにしてもよい。

以上のように本発明によれば、汎用充電器の能力を最大限発揮することができ、電池組の個々の素電池の温度上昇のバラツキが抑制され、電池組のサイクル寿命の低下を防止できると共に汎用充電器の小型化が達成される。

本発明充電制御方法を採用した充電装置の一実施形態を示すブロック回路図。本発明充電制御方法の一実施形態を示すフローチャート。本発明充電制御方法によって素電池数の異なる２種類の電池組を充電した時の充電特性を示すグラフ。

符号の説明

２は電池組、２０はスイッチング回路、４０は電池電圧検出手段、５０はマイコン、６０は充電電流制御手段、８０は充電電流設定手段である。

Claims

直列接続されたセルを有するバッテリを充電するための充電装置であって、
前記バッテリが接続されているか否かを検出する接続状態検出手段と、
前記バッテリのセル数を判別するセル数判別手段と、
前記セル数判別手段で判別されたセル数に基づいて充電電流を検出するものであって、判別されたセル数が基準セル数よりも多い場合には基準セル数よりも少ない場合に比べて電流を小さく設定する充電電流設定手段と、
前記充電電流設定手段で設定された充電電流に基づいてバッテリへ充電電流を供給する充電電流供給手段と、
前記バッテリの充電状態を検出するとともに、前記バッテリか満充電か否かを判別する満充電状態判別手段と、
前記満充電状態判別手段で満充電と判別されたときに前記充電電流供給手段の動作を停止する充電停止手段と、
を備えたことを特徴とする充電装置。
前記充電電流設定手段は、前記基準セル数を1つ有しており、前記充電電流を2段階に設定することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
電池電圧の異なるバッテリを充電するための汎用充電装置であって、
前記バッテリが接続されているか否かを検出する接続状態検出手段と、
前記バッテリの電池電圧を検出するする電池電圧検出手段と、
電池電圧検出手段で検出された電池電圧に基づいて充電電流を検出するものであって、検出された電池電圧が基準電圧よりも高い場合には基準電圧よりも低い場合に比べて電流を小さく設定する充電電流設定手段と、
充電電流設定手段で設定された充電電流に基づいてバッテリへ充電電流を供給する充電電流供給手段と、
バッテリの充電状態を検出するとともに、前記バッテリか満充電か否かを判別する満充電状態判別手段と、
前記満充電状態判別手段で満充電と判別されたときに前記充電電流供給手段の動作を停止する充電停止手段と、
を備えたことを特徴とする汎用充電装置。
前記充電電流設定手段は、前記基準電圧を1つ有しており、前記充電電流を2段階に設定することを特徴とする請求項３に記載の充電装置。