JP2010160967A - 不活性検知回路、充電器、及び不活性検知方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】二次電池の不活性を検知することができる不活性検知方法、不活性検知回路、及びこれを用いた充電器を提供する。
【解決手段】充電制御部271による二次電池の充電期間中において、電圧取得部273により取得された端子電圧のピーク値を取得するピーク値取得部274と、不活性判定処理として、二次電池の充電期間中においてピーク値取得部274によって直近に取得されたピーク値と電圧取得部273によって取得された端子電圧との差が、充電制御部271による充電開始から不活性判定時間Tthが経過する前に、不活性判定閾値Vdを超えたとき、二次電池が不活性になっていると判定する処理を実行する不活性判定部277とを備えた。
【選択図】図1
【解決手段】充電制御部271による二次電池の充電期間中において、電圧取得部273により取得された端子電圧のピーク値を取得するピーク値取得部274と、不活性判定処理として、二次電池の充電期間中においてピーク値取得部274によって直近に取得されたピーク値と電圧取得部273によって取得された端子電圧との差が、充電制御部271による充電開始から不活性判定時間Tthが経過する前に、不活性判定閾値Vdを超えたとき、二次電池が不活性になっていると判定する処理を実行する不活性判定部277とを備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、二次電池の不活性状態を検知することができる不活性検知方法、不活性検知回路、及びこれを用いた充電器に関する。
従来、二次電池が劣化すると内部抵抗が増大する特性に基づいて、二次電池の内部抵抗を検出し、内部抵抗が増大した場合に当該二次電池の劣化を検知する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、二次電池を充電した後、当該二次電池を開放状態にしたときの、開放中の二次電池の端子電圧の変化に基づいて、当該二次電池の劣化を検知する技術が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開平8−293329号公報
特開2007−178333号公報
ところで、二次電池は、長期保存されると劣化していなくても、内部の化学材料が反応しにくくなって、満充電容量が減少する不活性状態になる現象が知られている。
しかしながら、上述の特許文献1、2に記載の技術では、二次電池の劣化を検知することは出来ても不活性になっていることは検知できないという、不都合があった。
本発明の目的は、二次電池の不活性を検知することができる不活性検知方法、不活性検知回路、及びこれを用いた充電器を提供することである。
本発明に係る不活性検知回路は、二次電池に一定の充電電流を供給する電流供給部と、前記電流供給部によって前記充電電流を前記二次電池へ供給させることで、前記二次電池を充電する充電制御部と、前記二次電池の端子電圧を取得する電圧取得部と、前記二次電池の充電期間中において、前記電圧取得部により取得された端子電圧のピーク値を取得するピーク値取得部と、不活性判定処理として、前記二次電池の充電期間中において前記ピーク値取得部によって直近に取得されたピーク値と前記電圧取得部によって取得された端子電圧との差が、前記充電制御部による充電開始から予め設定された不活性判定時間が経過する前に、所定の不活性判定閾値を超えたとき、前記二次電池が不活性になっていると判定する処理を実行する不活性判定部とを備える。
また、本発明に係る不活性検知方法は、電流供給部が、二次電池に一定の充電電流を供給する工程と、充電制御部が、前記電流供給部によって前記充電電流を前記二次電池へ供給させることで、前記二次電池を充電する工程と、電圧取得部が、前記二次電池の端子電圧を取得する工程と、ピーク値取得部が、前記二次電池の充電期間中において、前記電圧取得部により取得された端子電圧のピーク値を取得する工程と、不活性判定部が、不活性判定処理として、前記二次電池の充電期間中において前記ピーク値取得部によって直近に取得されたピーク値と前記電圧取得部によって取得された端子電圧との差が、前記充電制御部による充電開始から予め設定された不活性判定時間が経過する前に、所定の不活性判定閾値を超えたとき、前記二次電池が不活性になっていると判定する処理を実行する工程とを含む。
不活性状態の二次電池は、充電開始後、充電初期に端子電圧が低下する。そこで、この構成によれば、二次電池の充電期間中における直近の端子電圧のピーク値と、二次電池の端子電圧との差が、充電開始から予め設定された不活性判定時間が経過する前に所定の不活性判定閾値を超えたとき、二次電池が不活性になっていると判定することで、二次電池の不活性を検知することができる。
また、前記充電制御部は、さらに、前記充電開始から前記不活性判定時間が経過した後に、前記二次電池の充電期間中において前記ピーク値取得部によって直近に取得されたピーク値と前記電圧取得部によって取得された端子電圧との差が、予め設定された満充電判定閾値を超えた場合、当該二次電池への充電電流の供給を停止することが好ましい。
充電中の二次電池が満充電になると、端子電圧が低下する。そこで、この構成によれば、充電開始から不活性判定時間が経過した後の充電期間中における直近の端子電圧のピーク値と、二次電池の端子電圧との差が、予め設定された満充電判定閾値を超えた場合、満充電になったと判定して当該二次電池への充電電流の供給を停止し、充電を終了する。この場合、不活性判定時間が経過した後でなければ充電電流の供給を停止しないので、充電初期に端子電圧が低下する不活性状態を満充電と誤るおそれが低減されて、満充電で充電を終了させる精度が向上する。
また、前記不活性判定部は、前記充電制御部による前記充電が開始されるときの前記二次電池の端子電圧である初期電圧が、所定の初期電圧閾値を超える場合、前記不活性判定処理における前記二次電池が不活性になっている旨の判定を行わないことが好ましい。
二次電池が満充電に近い状態で充電が開始された場合、充電開始から不活性判定時間が経過する前に満充電になって、直近の端子電圧のピーク値と二次電池の端子電圧との差が不活性判定閾値を超えてしまうおそれがある。
そこで、この構成によれば、二次電池の初期電圧が、所定の初期電圧閾値を超える高い電圧値であり、従ってSOCが大きいと考えられる場合には、例え充電開始から不活性判定時間が経過する前に、直近の端子電圧のピーク値と二次電池の端子電圧との差が不活性判定閾値を超えても二次電池が不活性になっている旨の判定を行わないことで、誤って不活性になっている旨の判定がされるおそれが低減される。
また、前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された温度が高いほど前記初期電圧閾値が小さくなるように当該初期電圧閾値を設定する初期電圧閾値設定部とをさらに備えることが好ましい。
ここで、二次電池の初期電圧は、二次電池の温度が高いほど低下する特性がある。そこで、この構成によれば、二次電池の温度が高いほど初期電圧閾値が小さな値に設定されるので、温度の影響が低減されて不活性の判定精度を向上させることができる。
また、前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された温度が高いほど前記不活性判定閾値が小さくなるように、当該不活性判定閾値を設定する不活性判定閾値設定部とをさらに備えることが好ましい。
ここで、不活性状態に起因する充電中の端子電圧の低下は、二次電池の温度が高いほど小さくなる特性がある。そこで、この構成によれば、二次電池の温度が高いほど不活性判定閾値が小さな値に設定されるので、温度の影響を低減して不活性の判定精度を向上させることができる。
また、前記不活性判定部は、前記充電制御部によって、前記充電が開始されてから予め設定された待機時間が経過するまでの間、前記不活性判定処理における前記二次電池が不活性になっている旨の判定を行わないことが好ましい。
二次電池は、充電開始直後はセルの特性が安定せず、端子電圧が不安定になるおそれがある。そこで、この構成によれば、充電開始後、予め設定された待機時間が経過するまでの端子電圧が不安定な期間においては、二次電池が不活性になっている旨の判定が行われないので、不安定な端子電圧に基づき誤って不活性の判定がされるおそれが低減される。
また、前記不活性判定部によって、前記二次電池が不活性になっていると判定されたとき、当該二次電池が不活性である旨を報知する報知部をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、ユーザに二次電池が不活性になっている旨を報知することができるので、ユーザは、必要に応じて不活性になっている二次電池を新品と交換したり、当該二次電池で機器を駆動できる時間が通常より短くなることに留意しつつ機器を使用したりすることができ、利便性が向上する。
また、前記二次電池は、アルカリ二次電池であることが好ましい。
アルカリ二次電池は、不活性状態になると、充電開始後、充電初期に端子電圧が低下する特性を有するから、前記二次電池として好適である。
また、前記二次電池は複数であり、前記複数の二次電池の充放電経路を切り替える切換部をさらに備え、前記充電制御部は、前記複数の二次電池を充電する充電期間中に、前記複数の二次電池を、予め設定された充電単位時間ずつ順次、前記切換部によって、繰り返し前記電流供給部に接続させて前記各二次電池へパルス状に充電電流を供給させ、前記電圧取得部は、前記各二次電池について、それぞれ、前記充電電流が供給されているタイミングと供給されていないタイミングのうち、いずれか一方のタイミングのみにおいて、前記二次電池の端子電圧を取得することが好ましい。
この構成によれば、複数の二次電池に、充電単位時間ずつ順次充電電流が供給されて各二次電池が充電されるので、すべての二次電池が満充電になる前にユーザが充電を中止した場合であっても、各二次電池のSOCが同程度になるようにすることができる。
また、前記切換部によって前記複数の二次電池を直列に接続させることで、当該二次電池の直列回路から電力を外部へ出力する放電制御部をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、複数の二次電池を直列に接続し、その直列回路から電力が外部へ出力されるので、外部への供給電圧を増大させることができる。
また、本発明に係る充電器は、上述の不活性検知回路と、前記二次電池を充電するための外部接続端子とを備える。
この構成によれば、充電器において、二次電池の不活性を検知することができる。
このような構成の不活性検知方法、不活性検知回路、及びこれを用いた充電器は、二次電池の充電期間中における直近の端子電圧のピーク値と、二次電池の端子電圧との差が、充電開始から予め設定された不活性判定時間が経過する前に所定の不活性判定閾値を超えたとき、二次電池が不活性になっていると判定することで、二次電池の不活性を検知することができる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る不活性検知方法を用いる不活性検知回路を備えた充電器の構成の一例を示すブロック図である。図1に示す充電器1は、不活性検知回路2と、外部接続端子Ti+,Ti−,To+,To−とを備えている。
不活性検知回路2は、例えば単1、単2、単3、又は単4型等の二次電池B1,B2を脱着可能にされている。二次電池B1,B2としては、例えばニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム電池等のアルカリ二次電池等、種々の電池を用いることができる。
なお、二次電池B1,B2は、それぞれ複数のセルが直列、並列、又は直列と並列とが組み合わされて構成された組電池であってもよい。以下、二次電池B1,B2としてニッケル水素二次電池の単セルを用いた場合を例に、説明する。
外部接続端子Ti+,Ti−は、外部機器101に接続されて、二次電池B1,B2を充電するための電力を外部機器101から受電する。外部機器101としては、例えばパーソナルコンピュータを用いることができ、USB(Universal Serial Bus)ケーブルを用いて外部機器101と外部接続端子Ti+,Ti−とを接続することで、外部機器101から供給された電力を外部接続端子Ti+,Ti−で受電するようになっている。外部機器101は、充電器1に電力供給できるものであればよく、例えばACアダプタ等であってもよい。
外部接続端子To+,To−は、外部に接続された携帯電子機器102へ、二次電池B1,B2から出力された電力を供給するための接続端子である。携帯電子機器102としては、例えば携帯電話機や携帯音楽プレーヤ等、種々のモバイル機器を用いることが出来る。これにより、充電器1は、二次電池B1,B2を充電すると共に、二次電池B1,B2を充電器1に収納した状態でユーザが携帯することにより、携帯電子機器102の電源として用いることが可能な、いわゆる携帯型充電器にされている。
なお、充電器1は、外部接続端子To+,To−や後述する出力制御部22を備えない充電専用の充電器であってもむろんよい。また、不活性検知回路2は、必ずしも充電器に組み込まれる例に限られず、例えば携帯電話機、携帯型パーソナルコンピュータ、ハイブリッドカー等の電気自動車等の電池搭載機器に内蔵されていてもよい。
不活性検知回路2は、直流電流回路21、ダイオードD1、出力制御部22、電圧検出部23、温度センサ24、表示部25(報知部)、切換部26、及び制御部27を備えている。また、切換部26は、充電用スイッチング素子SW1,SW2と、放電用スイッチング素子SW3とを備えている。
そして、外部接続端子Ti+は、直流電流回路21の入力側端子に接続され、直流電流回路21の出力側端子がダイオードD1のアノードに接続され、ダイオードD1のカソードが二次電池B1の正極に接続されている。また、二次電池B1の負極は、充電用スイッチング素子SW1を介してグラウンドに接続されると共に、放電用スイッチング素子SW3と二次電池B2とを介してグラウンドに接続されている。
また、ダイオードD1のカソードは、充電用スイッチング素子SW2を介して二次電池B2の正極に接続され、二次電池B2の負極が、外部接続端子Ti−及び外部接続端子To−と接続されて、グラウンドにされている。
また、二次電池B1の正極が、出力制御部22の入力側端子に接続され、出力制御部22の出力側端子が外部接続端子To+に接続されている。
直流電流回路21は、外部接続端子Ti+,Ti−によって、外部機器101から受電された電力に基づき直流電流を生成し、二次電池B1,B2の充電電流Ichとして二次電池B1及び充電用スイッチング素子SW2へ供給する。そして、充電用スイッチング素子SW1がオン、充電用スイッチング素子SW2及び放電用スイッチング素子SW3がオフすると、二次電池B1が充電電流Ichで充電され、充電用スイッチング素子SW2がオン、充電用スイッチング素子SW1及び放電用スイッチング素子SW3がオフすると、二次電池B2が充電電流Ichで充電されるようになっている。
充電電流Ichは、例えば0.4It(0.4C)程度の電流値に設定されている。1It(電池容量(Ah)/1(h))は、二次電池の公称容量値を定電流で放電して、1時間で二次電池の残容量がゼロとなる電流値である。
また、充電用スイッチング素子SW1,SW2がオフ、放電用スイッチング素子SW3がオンすると、二次電池B1,B2が直列接続されて、二次電池B1,B2の合計電圧が出力制御部22へ出力される。
以下、充電用スイッチング素子SW1がオン、充電用スイッチング素子SW2及び放電用スイッチング素子SW3がオフされた状態を二次電池B1接続状態と称し、充電用スイッチング素子SW2がオン、充電用スイッチング素子SW1及び放電用スイッチング素子SW3がオフされた状態を二次電池B2接続状態と称し、充電用スイッチング素子SW1,SW2がオフ、放電用スイッチング素子SW3がオンされた状態を直列接続状態と称する。
なお、二次電池を1つとして切換部26を備えない構成としてもよい。また、二次電池を三つ以上備えて、切換部26は、各二次電池をそれぞれ充電するためのスイッチング素子と、各二次電池をすべて直列接続するスイッチング素子とを備えていてもよい。
電圧検出部23は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されており、ダイオードD1のカソードとグラウンドとの間の電圧を検出し、デジタル値に変換して制御部27へ出力する。
これにより、電圧検出部23は、切換部26が二次電池B1接続状態のときは、二次電池B1の端子電圧を検出し、切換部26が二次電池B2接続状態のときは、二次電池B2の端子電圧を検出し、切換部26が直列接続状態のときは、二次電池B1,B2の合計電圧を検出することになる。
温度センサ24は、二次電池B1,B2の温度Tbを検出する温度センサである。温度センサ24は、例えばサーミスタや熱電対等の感熱素子と、アナログデジタルコンバータ等とを用いて構成されている。
制御部27は、例えば所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、タイマ回路と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部27は、例えばROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、充電制御部271、放電制御部272、電圧取得部273、ピーク値取得部274、初期電圧閾値設定部275、不活性判定閾値設定部276、及び不活性判定部277として機能する。
充電制御部271は、例えば図略の電圧検知回路によって外部接続端子Ti+,Ti−間に外部機器101から電圧が印加されたことが検出される等して、外部接続端子Ti+,Ti−に外部機器101が接続されたことが検知されると、直流電流回路21によって充電電流Ichを出力させると共に、切換部26を二次電池B1接続状態と二次電池B2接続状態とを、予め設定された充電単位時間Te(例えば0.5秒)ずつ交互に切り替えることで、二次電池B1,B2にパルス状に充電電流を供給して充電する。
放電制御部272は、例えば図略の電圧検知回路によって外部接続端子Ti+,Ti−間の電圧が略ゼロであることが検出される等して、外部接続端子Ti+,Ti−に外部機器101が接続されていないことが検知されると、切換部26を直列接続状態にして二次電池B1,B2を直列接続させ、二次電池B1,B2の合計電圧を出力制御部22へ供給させる。
出力制御部22は、例えば昇圧回路や定電流回路等を用いて構成されており、制御部27からの制御信号に応じて、二次電池B1,B2の合計電圧(例えば2.8V)を、携帯電子機器102が必要とする電圧(例えば5.0V)に昇圧したり、定電流(例えば0.5A)を、外部接続端子To+を介して携帯電子機器102へ供給したりする。
電圧取得部273は、充電制御部271によって切換部26が二次電池B1接続状態にされて二次電池B1が充電されているタイミングにおいて電圧検出部23によって検出された二次電池B1の端子電圧Vb1と、充電制御部271によって切換部26が二次電池B2接続状態にされて二次電池B2が充電されているタイミングにおいて電圧検出部23によって検出された二次電池B2の端子電圧Vb2とを取得する。
なお、電圧取得部273は、切換部26が二次電池B2接続状態にされて二次電池B1に充電電流が流れていないタイミングにおいて電圧検出部23によって検出された二次電池B1の端子電圧と、切換部26が二次電池B1接続状態にされて二次電池B2に充電電流が流れていないタイミングにおいて電圧検出部23によって検出された二次電池B2の端子電圧とを取得する構成であってもよい。
ピーク値取得部274は、二次電池B1,B2の充電期間中において、電圧取得部273により取得された二次電池B1,B2の端子電圧Vb1,Vb2のピーク値Vp1,Vp2を、それぞれ取得する。
初期電圧閾値設定部275は、温度センサ24によって検出された二次電池B1,B2の温度Tbが高いほど初期電圧閾値Vtが小さくなるように当該初期電圧閾値Vtを設定する。初期電圧閾値Vtは、二次電池B1,B2の充電深度(SOC:State Of Charge)が大きいために充電開始後、不活性を判定するために設けられた不活性判定時間Tthより短い時間で満充電になることがないような、低SOCの二次電池の端子電圧が用いられる。初期電圧閾値Vtとしては、二次電池B1,B2の温度が標準的な温度、例えば25℃のとき、1.3V程度の電圧値を用いることができる。
不活性判定閾値設定部276は、温度センサ24によって検出された二次電池B1,B2の温度Tbが高いほど不活性判定閾値Vdが小さくなるように、不活性判定閾値Vdを設定する。不活性判定閾値Vdは、不活性が生じた二次電池を充電電流Ichで充電した場合に生じる端子電圧の低下量が、例えば予め実験的に求められて設定されている。不活性判定閾値Vdとしては、二次電池B1,B2の温度が標準的な温度、例えば25℃のとき、セルあたり5mV程度の電圧値を用いることができる。
不活性判定部277は、充電制御部271による充電が開始されるときに、切換部26を二次電池B1接続状態にさせた状態で電圧検出部23によって検出させた二次電池B1の初期電圧Vsb1と、切換部26を二次電池B2接続状態にさせた状態で電圧検出部23によって検出させた二次電池B2の初期電圧Vsb2のうちいずれかが、初期電圧閾値設定部275によって設定された初期電圧閾値Vt以下であった場合、当該初期電圧が初期電圧閾値Vt以下であった二次電池について、ピーク値取得部274によって直近に取得されたピーク値と電圧取得部273によって取得された端子電圧との差が、充電制御部271による充電開始から予め設定された不活性判定時間Tthが経過する前に不活性判定閾値設定部276によって設定された不活性判定閾値Vdを超えたとき、当該二次電池が不活性になっていると判定する。
そして、不活性判定部277は、表示部25によって、不活性になっていると判定した二次電池を報知させる。表示部25としては、例えばLED(Light Emitting Diode)や液晶表示器等を用いることができる。なお、不活性判定部277は、二次電池B1,B2のうちいずれかが不活性であった場合、二次電池を特定せずに不活性が生じた旨表示部25によって表示させる構成であってもよい。また、報知部は、ブザー音や音声によって不活性になっている二次電池、あるいは不活性が生じている旨を報知するものであってもよい。
また、不活性判定部277は、初期電圧Vsb1,Vsb2のうちいずれかが、初期電圧閾値Vtを超える場合、当該初期電圧が初期電圧閾値Vtを超えた二次電池については、端子電圧の変化にかかわらず、不活性になっている旨の判定を行わない。
次に、上述のように構成された充電器1の動作について説明する。図2、図3、図4は、図1に示す充電器1の動作の一例を示すフローチャートである。まず、充電制御部271によって、外部接続端子Ti+,Ti−への外部機器101の接続の有無が確認される(ステップS1)。
そして、充電制御部271によって外部接続端子Ti+,Ti−に外部機器101が接続されたことが検知されると(ステップS1でYES)、初期電圧閾値設定部275によって、温度センサ24によって検出された二次電池B1,B2の温度Tbが高いほど初期電圧閾値Vtが小さくなるように当該初期電圧閾値Vtが設定される(ステップS2)。
次に、不活性判定閾値設定部276によって、温度センサ24によって検出された二次電池B1,B2の温度Tbが高いほど不活性判定閾値Vdが小さくなるように、不活性判定閾値Vdが設定される(ステップS3)。
次に、不活性判定部277によって切換部26が二次電池B1接続状態にされ、電圧検出部23によって端子電圧Vb1が検出され、この端子電圧Vb1が不活性判定部277によって初期電圧Vsb1として取得される。次に、不活性判定部277によって切換部26が二次電池B2接続状態にされ、電圧検出部23によって端子電圧Vb2が検出され、この端子電圧Vb2が不活性判定部277によって初期電圧Vsb2として取得される(ステップS4)。
次に、充電制御部271によって、二次電池B1,B2の充電が開始される(ステップS5)。そして、充電制御部271は、例えばタイマ回路を用いて充電開始からの経過時間Tpの計時を開始する(ステップS6)。
図5は、図1に示す充電制御部271による充電動作の一例を説明するための説明図である。まず、充電制御部271によって、二次電池B1,B2の充電が開始され、直流電流回路21によって充電電流Ichが出力されると共に、切換部26が二次電池B1接続状態に設定される(タイミングT1)。
そうすると、充電電流Ichが、二次電池B1に流れる電流Ib1として供給され、二次電池B1が充電される。二次電池B1に充電電流Ichが流れると、二次電池B1の内部抵抗で電圧が生じて二次電池B1の出力が端子電圧Vb1uまで上昇する。
そして、充電単位時間Teが経過すると、充電制御部271によって、切換部26が二次電池B2接続状態に設定される(タイミングT2)。そうすると、電流Ib1がゼロとなって二次電池B1の出力が端子電圧Vb1dまで低下する一方、充電電流Ichが、二次電池B2に流れる電流Ib2として供給され、二次電池B2が充電される。二次電池B2に充電電流Ichが流れると、二次電池B2の内部抵抗で電圧が生じて二次電池B2の出力が端子電圧Vb2uまで上昇する。
充電制御部271は、タイミングT1,T2の動作を充電単位時間Teずつ交互に切り替えることで、二次電池B1,B2に交互にパルス状の充電電流を供給して充電する。
なお、二次電池が三個以上の場合、順次パルス状の充電電流を供給して充電するようにすればよい。また、必ずしも各二次電池に交互、又は順次充電電流を供給する必要はなく、複数の直流電流回路21を備えて各二次電池を同時並行で充電してもよいが、交互、又は順次充電電流を供給することにより、複数の直流電流回路21を備える必要がない。また、一方の二次電池が満充電になってから他の二次電池の充電を開始するようにしてもよいが、充電単位時間Teずつ交互、又は順次充電電流を供給することにより、すべての二次電池が満充電になる前にユーザが充電を中止した場合であっても、各二次電池のSOCが同程度になるようにすることができる。
次に、充電開始(タイミングT1)から待機時間Twが経過すると(ステップS7でYES、タイミングT3)、電圧取得部273によって、切換部26が二次電池B1接続状態にされているタイミングT4において電圧検出部23によって検出された二次電池B1の端子電圧Vb1と、充電制御部271によって切換部26が二次電池B2接続状態にされているタイミングT5において電圧検出部23によって検出された二次電池B2の端子電圧Vb2とが取得される(ステップS8)。
二次電池B1,B2は、充電開始直後はセルの特性が安定せず、端子電圧が不安定になるおそれがある。そこで、充電開始後セルの特性が安定するまでの時間を、例えば実験的に求め、この時間、例えば5分が待機時間Twとして予め設定されている。
そして、ステップS7,S8によって、充電開始後、待機時間Twが経過し、セルの特性が安定してから電圧取得部273によって、端子電圧Vb1,Vb2が取得されるので、不安定な端子電圧Vb1,Vb2に基づき誤って不活性の判定や充電終了の判定をしてしまうおそれが低減される。
図6は、充電時の二次電池B1,B2の端子電圧の変化を説明するための説明図である。図6(a)は、二次電池B1に充電電流が流れているときの端子電圧Vb1uと二次電池B1に充電電流が流れていないときの端子電圧Vb1dとを示し、図6(b)は、二次電池B2に充電電流が流れているときの端子電圧Vb2uと二次電池B2に充電電流が流れていないときの端子電圧Vb2dとを示している。図6(a)では、二次電池B1が不活性状態になっており、図6(b)では、二次電池B2が不活性状態ではない場合の例を示している。
図6(a)に示すように、不活性状態の二次電池B1では、充電開始後、不活性判定時間Tthが経過するより前、すなわち充電初期に、端子電圧Vb1が低下する。そのため、タイミングT6において端子電圧Vb1uにピークが生じ、ピーク値取得部274によって、タイミングT6における端子電圧Vb1uがピーク値Vp1として取得される(ステップS9)。
次に、不活性判定部277によって、初期電圧Vsb1と初期電圧閾値Vtとが比較される(ステップS11)。そして、初期電圧Vsb1が初期電圧閾値Vt以下であれば不活性の判定を行うべくステップS12へ移行し(ステップS11でYES)、不活性判定部277によって、ピーク値Vp1と端子電圧Vb1uとの電圧差である△V(=Vp1−Vb1u)が、不活性判定閾値Vdと比較される(ステップS12)。
そして、電圧差△Vが不活性判定閾値Vdを超えるとき(ステップS12でYES、タイミングT7)、不活性判定部277によって、二次電池B1は不活性になっていると判定されて、その旨表示部25で表示され(ステップS13)、ステップS14へ移行する。
これにより、不活性になっている二次電池を検知することができ、ユーザに二次電池が不活性になっている旨報知することができるので、ユーザは、必要に応じて不活性になっている二次電池を新品と交換したり、当該二次電池で携帯電子機器102が駆動できる時間が通常より短くなることに留意しつつ携帯電子機器102を使用したりすることができ、二次電池の利便性が向上する。
ここで、電圧差△Vは、二次電池の温度が高いほど小さくなる特性があるが、不活性判定閾値設定部276は、二次電池B1,B2の温度Tbが高いほど不活性判定閾値Vdを小さな値に設定するので、温度の影響を低減して不活性の判定精度を向上させることができる。
一方、ステップS11において、初期電圧Vsb1が初期電圧閾値Vtを超えていれば不活性の判定を行うことなくステップS14へ移行する。
図6(b)において示すように、アルカリ二次電池は、不活性が生じていなくても、満充電になると(タイミングT11)、端子電圧が低下する。そのため、満充電に近い状態の二次電池に対して充電を行うと、充電開始から不活性判定時間Tthが経過する前に満充電になって端子電圧が低下し、誤って不活性と判定してしまうおそれがある。
そこで、二次電池B1の初期電圧Vsb1が初期電圧閾値Vtを超えており、SOCが大きく不活性判定時間Tthが経過する前に満充電になると考えられる場合には、二次電池B1について不活性の判定を行うことなくステップS14へ移行することで、誤って不活性の判定をするおそれが低減される。
また、アルカリ二次電池における不活性は、長期保存された場合に生じるが、一般的にはアルカリ二次電池は自己放電が大きいため、不活性が生じている場合には端子電圧が低下している可能性が高い。そのため、二次電池B1の初期電圧Vsb1が初期電圧閾値Vtを超えている場合に不活性の判定を行わなかったとしても、不活性を見逃してしまう可能性は低い。
また、アルカリ二次電池は、SOCの変化に対する端子電圧の変化が小さい特性を有している。そのため、初期電圧Vsb1のみに基づいて、不活性により生じた電圧差△Vと満充電により生じた電圧差△Vとを判別しようとすると判別精度が低下して、満充電による電圧差△Vにより誤って不活性の判定をしたり、不活性の電圧差△Vにより誤って満充電判定をして充電を終了したりするおそれがある。
しかしながら、不活性判定部277は、後述のステップS17によって、初期電圧Vsb1が初期電圧閾値Vt以下であっても、充電開始からの経過時間が不活性判定時間Tthを超えない期間のみ、不活性の判定を行うので、不活性の判定精度が向上する。
ここで、初期電圧Vsb1,Vsb2は、二次電池の温度Tbが高いほど低下する特性があるが、初期電圧閾値設定部275は、二次電池B1,B2の温度Tbが高いほど初期電圧閾値Vtを小さな値に設定するので、温度の影響を低減して不活性の判定精度を向上させることができる。
以下、ステップS14〜S16において、ステップS11〜S13と同様の処理により、二次電池B2について不活性判定処理が実行される。
次に、ステップS17において、不活性判定部277は、充電開始からの経過時間Tpが、不活性判定時間Tthを超えたか否かを判定する(ステップS17)。そして、経過時間Tpが不活性判定時間Tthに満たなければ(ステップS17でYES)、不活性判定処理を継続するべく再びステップS8〜S17を繰り返す。
一方、経過時間Tpが不活性判定時間Tth以上であれば(ステップS17でNO)、満充電の判定処理を実行するべくステップS21へ移行し、以後不活性の判定を実行しない。これにより、満充電により生じた電圧差△Vによって、誤って不活性が生じていると判定してしまうおそれが低減され、不活性の判定精度が向上される。
次に、ステップS21において、ステップS8と同様にして、電圧取得部273によって、二次電池B1,B2の端子電圧Vb1,Vb2が取得される(ステップS21)。また、ステップS9と同様にして、ピーク値取得部274によって、タイミングT9における端子電圧Vb2uがピーク値Vp2として取得され、直近のピークであるタイミングT10における端子電圧Vb1uがピーク値Vp1として取得される(ステップS22)。
次に、充電制御部271によって、ピーク値Vp1と端子電圧Vb1uとの電圧差である△V(=Vp1−Vb1u)が、満充電判定閾値Vfcと比較される(ステップS23)。二次電池B1,B2が満充電になったときに生じる電圧差△Vは、不活性のために生じる電圧差△Vより大きいので、満充電判定閾値Vfcは、不活性判定閾値Vdより大きな値、例えばセルあたり8mVが予め設定されている。
そして、電圧差△Vが満充電判定閾値Vfcを超えるとき(ステップS23でYES、タイミングT12)、充電制御部271は、二次電池B1は満充電になったと判定し、確実に満充電にするため切換部26の二次電池B1接続状態において直流電流回路21から出力される電流を減少させ(ステップS25)、さらに経過時間を計時するべく図略の補充電タイマTax1をカウントアップ(計時を実行)させてステップS27へ移行する(ステップS26)。
ここでもし、補充電タイマTax1の計時値が予め設定された補充電満了時間Tcmp以上であった場合(ステップS24でYES)、充電制御部271は、二次電池B1の充電を終了してステップS27へ移行する(ステップS32)。
二次電池B1の充電が終了した後は、二次電池B2の充電がまだ終了していなければ、切換部26は二次電池B2接続状態のまま維持される。
一方、ステップS23において、電圧差△Vが満充電判定閾値Vfc以下のとき(ステップS23でNO)、ステップS25における二次電池B1の補充電に移行することなくステップS27へ移行する。
次に、ステップS27において、ステップS23と同様に、二次電池B2の満充電判定が行われ、充電制御部271によって満充電と判定されれば(ステップS27でYES、タイミングT11)、充電制御部271は、二次電池B2を確実に満充電にするため切換部26の二次電池B2接続状態において直流電流回路21から出力される電流を減少させて(ステップS29)、さらに経過時間を計時するべく図略の補充電タイマTax2をカウントアップ(計時を実行)させてステップS31へ移行する(ステップS30)。
ここでもし、補充電タイマTax2の計時値が予め設定された補充電満了時間Tcmp以上であった場合(ステップS28でYES)、充電制御部271は、二次電池B2の充電を終了してステップS31へ移行する(ステップS33)。
二次電池B2の充電が終了した後は、二次電池B1の充電がまだ終了していなければ、切換部26は二次電池B1接続状態のまま維持される。
一方、ステップS27において、電圧差△Vが満充電判定閾値Vfc以下のとき(ステップS27でNO)、ステップS29における二次電池B2の補充電に移行することなくステップS31へ移行する。
ステップS31において、充電制御部271は、二次電池B1,B2が両方とも満充電と判定され(ステップS23およびステップS27でYES)、かつ補充電タイマTax1およびTax2の計時値が補充電満了時間Tcmp以上となって充電を終了しているか否か(ステップS24およびステップS28でYES)を確認し、一方でも終了していなければ(ステップS31でNO)、再びステップS21〜S31を繰り返し、両方とも終了していれば(ステップS31でYES)、処理を終了する。
なお、充電器1は、切換部26を備えず、二次電池を1つだけ充電する構成であってもよい。この場合、二次電池は定電流で充電されるから、充電中における二次電池の端子電圧は、図6(a)、図6(b)における端子電圧Vb1u(不活性が生じている場合)、端子電圧Vb2u(不活性が生じていない場合)で示される。
本発明に係る不活性検知回路、充電器、及び不活性検知方法は、充電器、特に携帯電子機器の二次電池を充電したり携帯電子機器を駆動したりする携帯型充電器の他、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等、種々の電池搭載装置、システムにおいて、好適に利用することができる。
1 充電器
2 不活性検知回路
21 直流電流回路
22 出力制御部
23 電圧検出部
24 温度センサ
25 表示部
26 切換部
27 制御部
271 充電制御部
272 放電制御部
273 電圧取得部
274 ピーク値取得部
275 初期電圧閾値設定部
276 不活性判定閾値設定部
277 不活性判定部
B1,B2 二次電池
D1 ダイオード
Ich 充電電流
SW1,SW2 充電用スイッチング素子
SW3 放電用スイッチング素子
Tb 温度
Te 充電単位時間
Ti+,Ti−,To+,To− 外部接続端子
Tp 経過時間
Tth 不活性判定時間
Tw 待機時間
Vb1,Vb1d,Vb1u,Vb2,Vb2d,Vb2u 端子電圧
Vd 不活性判定閾値
Vfc 満充電判定閾値
Vp1,Vp2 ピーク値
Vsb1,Vsb2 初期電圧
Vt 初期電圧閾値
2 不活性検知回路
21 直流電流回路
22 出力制御部
23 電圧検出部
24 温度センサ
25 表示部
26 切換部
27 制御部
271 充電制御部
272 放電制御部
273 電圧取得部
274 ピーク値取得部
275 初期電圧閾値設定部
276 不活性判定閾値設定部
277 不活性判定部
B1,B2 二次電池
D1 ダイオード
Ich 充電電流
SW1,SW2 充電用スイッチング素子
SW3 放電用スイッチング素子
Tb 温度
Te 充電単位時間
Ti+,Ti−,To+,To− 外部接続端子
Tp 経過時間
Tth 不活性判定時間
Tw 待機時間
Vb1,Vb1d,Vb1u,Vb2,Vb2d,Vb2u 端子電圧
Vd 不活性判定閾値
Vfc 満充電判定閾値
Vp1,Vp2 ピーク値
Vsb1,Vsb2 初期電圧
Vt 初期電圧閾値
Claims (12)
- 二次電池に一定の充電電流を供給する電流供給部と、
前記電流供給部によって前記充電電流を前記二次電池へ供給させることで、前記二次電池を充電する充電制御部と、
前記二次電池の端子電圧を取得する電圧取得部と、
前記二次電池の充電期間中において、前記電圧取得部により取得された端子電圧のピーク値を取得するピーク値取得部と、
不活性判定処理として、前記二次電池の充電期間中において前記ピーク値取得部によって直近に取得されたピーク値と前記電圧取得部によって取得された端子電圧との差が、前記充電制御部による充電開始から予め設定された不活性判定時間が経過する前に、所定の不活性判定閾値を超えたとき、前記二次電池が不活性になっていると判定する処理を実行する不活性判定部と
を備えることを特徴とする不活性検知回路。 - 前記充電制御部は、さらに、
前記充電開始から前記不活性判定時間が経過した後に、前記二次電池の充電期間中において前記ピーク値取得部によって直近に取得されたピーク値と前記電圧取得部によって取得された端子電圧との差が、予め設定された満充電判定閾値を超えた場合、当該二次電池への充電電流の供給を停止すること
を特徴とする請求項1記載の不活性検知回路。 - 前記不活性判定部は、
前記充電制御部による前記充電が開始されるときの前記二次電池の端子電圧である初期電圧が、所定の初期電圧閾値を超える場合、前記不活性判定処理における前記二次電池が不活性になっている旨の判定を行わないこと
を特徴とする請求項1又は2記載の不活性検知回路。 - 前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された温度が高いほど前記初期電圧閾値が小さくなるように当該初期電圧閾値を設定する初期電圧閾値設定部とをさらに備えること
を特徴とする請求項3記載の不活性検知回路。 - 前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された温度が高いほど前記不活性判定閾値が小さくなるように、当該不活性判定閾値を設定する不活性判定閾値設定部とをさらに備えること
を特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の不活性検知回路。 - 前記不活性判定部は、
前記充電制御部によって、前記充電が開始されてから予め設定された待機時間が経過するまでの間、前記不活性判定処理における前記二次電池が不活性になっている旨の判定を行わないこと
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の不活性検知回路。 - 前記不活性判定部によって、前記二次電池が不活性になっていると判定されたとき、当該二次電池が不活性である旨を報知する報知部をさらに備えること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の不活性検知回路。 - 前記二次電池は、アルカリ二次電池であること
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の不活性検知回路。 - 前記二次電池は複数であり、
前記複数の二次電池の充放電経路を切り替える切換部をさらに備え、
前記充電制御部は、
前記複数の二次電池を充電する充電期間中に、前記複数の二次電池を、予め設定された充電単位時間ずつ順次、前記切換部によって、繰り返し前記電流供給部に接続させて前記各二次電池へパルス状に充電電流を供給させ、
前記電圧取得部は、
前記各二次電池について、それぞれ、前記充電電流が供給されているタイミングと供給されていないタイミングのうち、いずれか一方のタイミングのみにおいて、前記二次電池の端子電圧を取得すること
を特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の不活性検知回路。 - 前記切換部によって前記複数の二次電池を直列に接続させることで、当該二次電池の直列回路から電力を外部へ出力する放電制御部をさらに備えること
を特徴とする請求項9に記載の不活性検知回路。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の不活性検知回路と、
前記二次電池を充電するための外部接続端子とを備えること
を特徴とする充電器。 - 電流供給部が、二次電池に一定の充電電流を供給する工程と、
充電制御部が、前記電流供給部によって前記充電電流を前記二次電池へ供給させることで、前記二次電池を充電する工程と、
電圧取得部が、前記二次電池の端子電圧を取得する工程と、
ピーク値取得部が、前記二次電池の充電期間中において、前記電圧取得部により取得された端子電圧のピーク値を取得する工程と、
不活性判定部が、不活性判定処理として、前記二次電池の充電期間中において前記ピーク値取得部によって直近に取得されたピーク値と前記電圧取得部によって取得された端子電圧との差が、前記充電制御部による充電開始から予め設定された不活性判定時間が経過する前に、所定の不活性判定閾値を超えたとき、前記二次電池が不活性になっていると判定する処理を実行する工程と
を含むことを特徴とする不活性検知方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009002575A JP2010160967A (ja) | 2009-01-08 | 2009-01-08 | 不活性検知回路、充電器、及び不活性検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009002575A JP2010160967A (ja) | 2009-01-08 | 2009-01-08 | 不活性検知回路、充電器、及び不活性検知方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010160967A true JP2010160967A (ja) | 2010-07-22 |
Family
ID=42617513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009002575A Pending JP2010160967A (ja) | 2009-01-08 | 2009-01-08 | 不活性検知回路、充電器、及び不活性検知方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010160967A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104142446A (zh) * | 2014-07-24 | 2014-11-12 | 国家电网公司 | 一种电动汽车充电机充电控制响应时间测试***及方法 |
CN106972209A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-07-21 | 广西科技大学鹿山学院 | 一种具有断路功能的电池 |
-
2009
- 2009-01-08 JP JP2009002575A patent/JP2010160967A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104142446A (zh) * | 2014-07-24 | 2014-11-12 | 国家电网公司 | 一种电动汽车充电机充电控制响应时间测试***及方法 |
CN106972209A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-07-21 | 广西科技大学鹿山学院 | 一种具有断路功能的电池 |
CN106972209B (zh) * | 2017-05-26 | 2023-04-18 | 广西科技大学鹿山学院 | 一种具有断路功能的电池 |
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