JP3775131B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電器とニッケル水素電池からなる電池パックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電池に電流を供給する充電装置の中で使用者が意識的に低温の電池を温め且つ寿命などを考慮した加温装置はなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
2次電池、特にニッケル水素電池は、電池自体の特性上、低温時には充電容量が満充電(満タン)状態にも拘わらず、電池性能が発揮できず、モータなどの負荷に対して必要な電力を供給することができないという問題があった。
【0004】
本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、電池性能を発揮できないレベルの低温時に、寿命劣化を招くことなく電池性能を発揮できるレベルまで2次電池を加温して負荷への電力供給を可能とする充電装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、2次電池と、該2次電池に充電電流を供給する充電電流供給回路、該充電電流供給回路から2次電池へ供給する充電電流を制御するための充電制御回路からなる充電器とからなる充電装置において、2次電池を加温するための指示を充電制御回路に与えるための加温スイッチを備え、充電制御回路は、加温スイッチがオフのままでは、2次電池の残容量を判断して、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を2次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御し、加温スイッチがオンされると、2次電池の残容量を判断して、満充電状態である場合には、2次電池を温める程度の低電流の充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御し、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を2次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【0006】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、2次電池の温度を検出する温度検出手段を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされ、満充電状態の2次電池に低電流の充電電流を充電電流供給回路から供給しているときに、2次電池の温度が所定の温度に達したことを温度検出手段が検出すると、2次電池への充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【0007】
請求項3の発明では、請求項2の発明において、充電制御回路は、2次電池への充電電流供給を停止させてから、2次電池の温度が所定の温度まで低下したことが温度検出手段で検出されたときに、充電電流の供給を再開させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【0008】
請求項4の発明では、請求項1の発明において、充電制御回路は、2次電池が満充電状態で無い場合には、2次電池を充電させて該2次電池が満充電状態になったことを検出した時に充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【0009】
請求項5の発明では、請求項1の発明において、2次電池の放電回路を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされた時に、2次電池の充電容量が満充電状態の場合に、2次電池を放電回路により所定の電気量を放電させた後、2次電池が満充電されるまで2次電池に充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【0014】
(実施形態1)
本実施形態の充電装置は、図1に示すように、電池パック2と、充電電流供給回路1及び充電電流供給回路1の出力を制御する充電制御回路3からなる充電器とで構成される。
【0015】
充電電流供給回路1は、商用電源のコンセントに接続するACコード10と、ACコード10を通じて接続される商用電源電圧を降圧するトランス等からなる入力回路11と、入力回路11から出力される交流を整流平滑する整流平滑回路12と、整流平滑して得られた直流を所定の電圧の交流に変換するインバータ電源回路13と、該インバータ電源回路13の出力を直流に整流変換する手段及び電池パック2の2次電池20へ供給する電流を検出する手段を備えた電流出力回路14と、インバータ電源回路13のスイッチングを制御するスイッチング制御回路15とから構成される。
【0016】
電池パック2は、ニッケル水素電池のような2次電池20と、電池パック2の温度を検知する温度センサ21とからなり、2次電池20は充電電流供給回路1の電流出力回路14に接続されて電流出力回路14からの出力電流により充電されようになっている。また2次電池20の両端電圧は外部の電圧検出回路4に入力され両端電圧が検出されるとともに、温度センサ21の検出出力は温度検出回路5に入力され、2次電池20を含めた電池パック2の温度が検出されるようなっている。
【0017】
充電制御回路3は充電電流供給回路1の整流平滑回路12の出力から得る電源により動作し(図10参照)、電圧検出回路4の検出出力から充電(電池)容量の判断を、また温度検出回路5の検出出力から電池パック2の温度の判断を夫々行い、これら判断や加温スイッチ6の操作に基づいて充電電流供給回路1の電流出力回路14からの出力電流の大きさを切り替える電流切り替え機能と、切り替え設定した充電電流が得られるように、電流出力回路14で検出される出力電流値に基づいてスイッチング制御回路15を通じてインバータ電源回路13を制御する機能とを備えており、インバータ電源回路13とスイッチング制御回路15とで定電流制御回路を構成する。電流出力回路14はインバータ電源回路13の出力を整流する出力整流手段と充電電流を検出する電流検出抵抗とから構成される(図10参照)。
【0018】
次に本実施形態の動作を図2のフローチャートにより説明する。
【0019】
まず充電を行うに当たって、雰囲気温度が高くて或いは電池温度が高くて、電池性能が十分に出ると判断される時には、ユーザーは加温スイッチ6をオン操作せず、充電を行う。
【0020】
この場合には、充電制御回路3は、電圧検出回路4が検出する電池電圧に基づいて容量判断を行い、容量が低く満充電(満タン)状態でない期間(例えば図3に示すように95%の容量に対応する電池電圧Vaを検知するまでの間)中急速充電のための大きな充電電流が得られるように充電電流供給回路1のインバータ電源回路13をインバータ制御回路15を通じて制御する。この制御は電流出力回路14で検出される出力電流値に基づいたフィードバック制御であり、電池パック2へ供給される充電電流は一定電流値に保持される。
【0021】
そして充電が進むとともに電池温度は上昇するが、その温度上昇率ΔT/Δtが一定以上となると、充電制御回路3は満充電となったと判断して、充電制御回路3による充電電流の供給を停止させる。
【0022】
一方電池温度が低くて、或いは電池パックを負荷に装着して使用する場合に雰囲気温度が低くて電池性能が十分に出ないと判断される場合には、電池パック2を充電器に装着した状態で、ユーザーが加温スイッチ6をオン操作する。
【0023】
この加温スイッチ6がオンされると、充電制御回路3は、図2に示すようにまず検出される電池電圧から2次電池20の容量判断を行い、満充電(満タン)状態である判断すると、2次電池20を加温するための充電電流を供給するように充電電流供給回路1を制御する。この場合2次電池20を過充電することなく、加温するために図4に示すように充電電流が低電流となるように制御する。
【0024】
この充電下で充電制御回路3は温度センサ21の検出出力により2次電池20の温度を監視し、その検出温度が所定温度Tまで上昇すると、充電電流供給回路1を制御して充電電流の出力を停止させ、必要以上に過充電とならないようにする。
【0025】
一方上記の判断で満充電状態でないと判断した場合には、充電制御回路3は上述の通常の充電と同様に図5に示すように大きな充電電流を電池パック2に供給するように充電電流供給回路1を制御し、2次電池20を急速充電させる。そして充電が進むにつれて2次電池20の温度が図示するよう上昇して所定温度Tに達することになるが、使い勝手を考えて充電電流の供給を継続させて、上述のΔT/Δtにより満充電判断を行うまで加温する。そして満充電状態となった判断すると、充電電流の供給を停止させる(図2のII)。勿論満充電判断があった時点で電池パック2の温度が所定温度Tに達していなければ、電池パック2の温度が所定温度Tに達するまで、低電流による充電を行って加温するようにしても良い(図2のI)<例えば電池容量の80%の電池を充電した場合>。
【0026】
このようにして本実施形態では、ユーザーが電池温度や雰囲気の温度から電池性能が発揮できないと判断したときに、充電器に電池パック2を装着して加温スイッチ6をオン操作するだけで、2次電池20の残容量に応じた充電電流により過充電することなく、加温することができるのである。
【0027】
尚2次電池20への充電電流供給を停止してから、2次電池20の温度が所定の温度まで低下したことが検出されたときに、充電電流の供給を再開させるように充電電流供給回路1を制御するように充電制御回路3を働かせても良い。
(実施形態2)
上記実施形態1は、加温スイッチ6を設け、ユーザーにより加温と必要とするときにこの加温スイッチ6をオン操作することで、電池パック2の2次電池20を加温できる構成であったが、本実施形態は、図6に示すように加温スイッチ6を廃し、温度センサ21の検出温度に基づく自動加温を行う構成としたものである。
【0028】
本実施形態では電池パック2の2次電池20の温度を温度センサ21により検出するものの、電池電圧を検出せず、充電器に電池パック2が装着されると、充電制御回路3は、インバータ電源回路13から電流出力回路14を通じて電池パック2の2次電池20に供給される充電電流が急速充電に対応する大きさの電流となるようスイッチング制御回路15を制御するとともに、温度センサ21の検出温度から上述のΔT/Δtによる満充電判断を行い、満充電状態となると充電を停止させる制御を行う。
【0029】
そして満充電状態と判断した後、電池パック2が充電器に装着されている場合には、充電制御回路3は、図7のフローチャートに示す自動加温制御を行う。
【0030】
つまり充電完了後、上述した低電流を2次電池20に流して2次電池20を加温するとともに、温度センサ21により電池パック2の温度を監視して、図8(a)に示すように電池パック2の温度が第1の所定温度T1に達すると、低電流による充電を図8(b)に示すように停止させる。この停止後も温度センサ21により電池パック2の温度を監視してその検出温度が第2の所定温度T2に低下すると、再度低電流による充電を再開させる。以後上記の制御動作を繰り返して電池パック2の温度をT1とT2の間で保持する。
【0031】
以上のように本実施形態では、加温スイッチを設けることなく、自動的に電池パック2の温度を電池性能を発揮できる温度に保持できるのである。
【0032】
(実施形態3)
本実施形態は、図9に示すように、加温スイッチ6がオン操作されると、充電制御回路3の制御の下で、電池パック2の2次電池20を充電電流供給回路1の出力から切り離すとともに、放電回路7を2次電池20に接続するリレー等の切り替えスイッチ手段SWを設け、放電回路7を一定時間2次電池2に接続して所定の電気量を放電させ、しかる後に切り替えスイッチ手段SWを切り替え動作させて、2次電池20を充電電流供給回路1の出力に接続し、充電を行うようにしたものである。
【0033】
つまり、本実施形態では、使用者による加温スイッチ6がオンされると、放電回路7により満充電(満タン)状態の2次電池20を放電させて、その放電により電池パック2の温度を上昇させ、その後2次電池20を満充電状態となるまで充電する。この充電制御は上述のΔT/Δt制御により行う。また加温スイッチ6をオンさせない充電も上述のΔT/Δt制御により行う。
【0034】
(実施形態4)
上記の各実施形態では、電池パック2の加温を充電或いは放電により行っているが、本実施形態では、図10に示すようにヒータのような加熱手段8と、加熱された熱を電池パック2に当てるための送風ファン9とを設けたもので、加熱手段8及び送風ファン9の電源は充電制御回路3の電源回路30より得る。この電源回路30は充電電流供給回路1内の整流平滑回路12の出力を入力とするものである。
【0035】
電流出力回路14は出力整流回路14a及び電流検出抵抗14bとからなり、充電制御回路3は電流検出抵抗14bの両端電圧により充電電流の大きさを検出するようになっている。
【0036】
図11(a)(b)は本実施形態の充電器本体40の側面図及び上面図を示しており、充電器本体40の上面の片側には電池パック2を装着する装着部41が、また略中央部には表示用の発光ダイオードLEDを露出し、また加温スイッチ6の操作部を露出し、また側面には電源コンセントに接続するためのACコード10を導出している。
【0037】
図12は装着部41の断面構造を示しており、充電器本体40の底部に配設された充電器の回路部品を実装した回路基板42上に上記加熱手段8を実装し、この加熱手段8の情報に送風ファン9を配設し、また加熱手段8の配置位置近傍の充電器本体40には吸気孔43を、また装着部41に電池パック2を装着した時に、電池パック2の下部に設けた格子状孔44に対向するように充電器本体40の上面に格子状の温風吹き出し口45を開口しており、加熱手段8によって加熱された空気は送風ファン9により電池パック2内に矢印で示すように送り込むことができるようになっている。
【0038】
而して本実施形態の動作を図13に示すフローチャートにより説明する。
【0039】
まず電池パック2が充電器本体40の装着部41に装着されると、これを充電器本体40内の装着検知手段(図示せず)により検知し、この検知がある状態で加温スイッチ6がオンされない場合には、充電制御回路3は充電電流供給回路1から通常の急速充電の電流を供給させるようにスイッチング制御回路15を通じてインバータ電源回路13を制御し、やがて温度センサ21の検出温度に基づくΔT/Δt制御により満充電と判断したときに充電電流の供給を停止させる通常時の充電を行う。
【0040】
一方、加温スイッチ6が使用者によりオンされると、充電制御回路3は充電電流供給回路1からの充電電流の供給を停止させて、加熱手段8の通電を開始するとともに送風ファン9の通電を開始して送風ファン9により温風を温風吹き出し口45と格子状孔44を介して電池パック2内へ送り込む。これにより電池パック2の温度が上昇することになる。一方充電制御回路3は温度センサ21で検知している温度を温度検出回路5を介して監視しており、検出温度が所定値Tに達すると、加熱手段8及び送風ファン9の通電をオフして加熱停止とファン停止を行う。同時に発光ダイオードLEDを点滅させて電池パック2内の2次電池20が所定温度Tになったことを表示する。尚発光ダイオードLEDの代わりにブザーにより知らせるようにしてもよい。
【0041】
かように本実施形態では、充電電流による加温でないため、過充電にならず、2次電池を劣化させない。また所定温度Tになったことを発光ダイオードLEDにより表示するため、使用者に分かりやすい。
【0042】
【発明の効果】
請求項1の発明では、2次電池と、該2次電池に充電電流を供給する充電電流供給回路、該充電電流供給回路から2次電池へ供給する充電電流を制御するための充電制御回路からなる充電器とからなる充電装置において、2次電池を加温するための指示を充電制御回路に与えるための加温スイッチを備え、充電制御回路は、加温スイッチがオフのままでは、2次電池の残容量を判断して、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を2次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御し、加温スイッチがオンされると、2次電池の残容量を判断して、満充電状態である場合には、2次電池を温める程度の低電流の充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御し、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を2次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御するので、電池自体の温度或いは雰囲気温度が電池性能を出せないレベルの低温時に、電池性能が出せるように2次電池を加温することができ、しかも満充電状態の2次電池に対しては寿命を劣化させることなく加温でき、また満充電状態でない2次電池に対しては充電不足を同時に解消することができるという効果がある。
【0043】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、2次電池の温度を検出する温度検出手段を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされ、満充電状態の2次電池に低電流の充電電流を充電電流供給回路から供給しているときに、2次電池の温度が所定の温度に達したことを温度検出手段が検出すると、2次電池への充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御するので、満充電状態の2次電池を適正な温度に加温することができる。
【0044】
請求項3の発明では、請求項2の発明において、充電制御回路は、2次電池への充電電流供給を停止させてから、2次電池の温度が所定の温度まで低下したことが温度検出手段で検出されたときに、充電電流の供給を再開させるように充電電流供給回路を制御するので、上記の効果に加えて2次電池の温度を所定温度に保つことができる。
【0045】
請求項4の発明では、請求項1の発明において、充電制御回路は、2次電池が満充電状態で無い場合には、2次電池を充電させて該2次電池が満充電状態になったことを検出した時に充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御するので、過充電することなく充電不足の2次電池の充電が行え、しかも電池性能を出せるように加温もできる。
【0049】
請求項5の発明では、請求項1の発明において、2次電池の放電回路を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされた時に、2次電池の充電容量が満充電状態の場合に、2次電池を放電回路により所定の電気量を放電させた後、2次電池が満充電されるまで2次電池に充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御するので、充電による加温に加え、放電による発熱によって2次電池を加温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の回路構成図である。
【図2】同上の動作説明用フローチャートである。
【図3】同上の電池温度と充電容量の関係説明図である。
【図4】同上の満充電状態の2次電池に対する加温動作の説明図である。
【図5】同上の未充電の2次電池に対する加温動作の説明図である。
【図6】本発明の実施形態2の回路構成図である。
【図7】同上の動作説明用フローチャートである。
【図8】同上の加温動作を示すタイミングチャートである。
【図9】本発明の実施形態3の回路構成図である。
【図10】本発明の実施形態4の回路構成図である。
【図11】(a)は同上の充電器本体の側面図である。
(b)は同上の充電器本体の上面図である。
【図12】同上の充電器本体の要部の拡大断面図である。
【図13】同上の動作説明用フローチャートである。
【符号の説明】
1 充電電流供給回路
2 電池パック
3 充電制御回路
4 電圧検出回路
5 温度検出回路
6 加温スイッチ
10 ACコード
11 入力回路
12 整流平滑回路
13 インバータ電源回路
14 電流出力回路
15 スイッチング制御回路
20 2次電池
21 温度センサ
Claims (5)
- 2次電池と、該2次電池に充電電流を供給する充電電流供給回路、該充電電流供給回路から2次電池へ供給する充電電流を制御するための充電制御回路からなる充電器とからなる充電装置において、2次電池を加温するための指示を充電制御回路に与えるための加温スイッチを備え、充電制御回路は、加温スイッチがオフのままでは、2次電池の残容量を判断して、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を2次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御し、加温スイッチがオンされると、2次電池の残容量を判断して、満充電状態である場合には、2次電池を温める程度の低電流の充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御し、満充電状態で無い場合には、通常時の充電電流を2次電池に供給して充電容量を増加させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする充電装置。
- 2次電池の温度を検出する温度検出手段を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされ、満充電状態の2次電池に低電流の充電電流を充電電流供給回路から供給しているときに、2次電池の温度が所定の温度に達したことを温度検出手段が検出すると、2次電池への充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする請求項1記載の充電装置。
- 充電制御回路は、2次電池への充電電流供給を停止させてから、2次電池の温度が所定の温度まで低下したことが温度検出手段で検出されたときに、充電電流の供給を再開させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする請求項2記載の充電装置。
- 充電制御回路は、2次電池が満充電状態で無い場合には、2次電池を充電させて該2次電池が満充電状態になったことを検出した時に充電電流供給を停止させるように充電電流供給回路を制御することを特徴とする請求項1記載の充電装置。
- 2次電池の放電回路を設け、充電制御回路は加温スイッチがオンされた時に、2次電池の充電容量が満充電状態の場合に、2次電池を放電回路により所定の電気量を放電させた後、2次電池が満充電されるまで2次電池に充電電流を供給するように充電電流供給回路を制御することを特徴とする請求項1記載の充電装置。
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