JP4130553B2 - 汎用充電装置及び汎用充電装置の充電法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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)等の素電池が直列に接続され、素電池数が異なる種々の電池組を充電する汎用充電装置及びその充電法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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汎用充電装置が普及している。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。また汎用充電装置も充電可能な電池組を同じ充電電流で充電するために、汎用充電装置の高出力化、大型化が進んでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
汎用充電装置は、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、汎用充電装置の能力を最大限発揮していないことになる。例えば、20個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装置では、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個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装置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個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個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装置では、10個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。
【0004】
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は低減する傾向にある。
【0005】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、汎用充電装置の能力を最大限発揮できるようにすると共に小型化も可能な汎用充電装置及びその充電法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、充電される電池組の種類を検出し、電池組の種類に対応した充電電流で充電することにより達成される。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態を示す回路図である。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。
【0008】
次に、図1の回路図、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は電池組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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
上記実施形態によれば、電池電圧を検出して素電池数の多少を判別することにより電池組2の種類を検出し、素電池数が少ない電池組2の場合には大きな充電電流で充電し、素電池数が多い電池組2の場合には小さい充電電流で充電するようにしたので、汎用充電装置の能力を最大限発揮することができるようになる。また素電池数の多い電池組2は結果的に小さな充電電流で充電されることになるので、電池組2内の個々の素電池の温度上昇のバラツキが抑制され、サイクル寿命の低下を防止できるようになる。更に小型化が可能な汎用充電装置を提供できる等の作用効果を奏し得るようになる。
【0014】
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検出した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を更に効率よく充電できるようになると共に充電時間の短縮を図ることが可能となる。
【0015】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、汎用充電装置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をできると共に汎用充電装置の小型化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す回路図。
【図2】本発明の一実施形態を示すフローチャート。
【図3】本発明の一実施形態による素電池数の異なる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】
20は充電制御手段、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 (3)
- 素電池が直列に接続され、素電池数が異なる電池組を充電する汎用充電装置であって、
充電開始時に所定時間行われる初期充電経過後に電池組の素電池数または電池電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した電池組の素電池数または電池電圧に対応した充電電流を設定する充電電流設定手段とを設け、
前記充電電流設定手段は、初期充電経過後の充電時の充電電流を、電池組の素電池数または電池電圧が大きい程小さい充電電流値となるように設定したことを特徴とする汎用充電装置。 - 素電池が直列に接続され、素電池数が異なる電池組を充電する汎用充電装置を用いた充電法において、
充電開始時に所定時間行われる初期充電経過後の電池組の電池電圧に基づいて電池組の素電池数を判別し、素電池数が所定数以上の電池組を初期充電経過後の充電する時の充電電流を、素電池数が所定数よりも少ない電池組を初期充電経過後に充電する時の充電電流より小さい値の充電電流により充電するようにしたことを特徴とする汎用充電装置を用いた充電法。 - 素電池が直列に接続され、素電池数が異なる電池組を充電する汎用充電装置を用いた充電法において、
充電開始時に所定時間行われる初期充電経過後に電池組の電池電圧を検出し、
検出した電池電圧に基づいて、電池電圧が所定値以上の電池組を初期充電経過後に充電する時の充電電流を、電池電圧が所定値より小さい電池組を初期充電経過後に充電する時の充電電流より小さい値の充電電流により充電するようにしたことを特徴とした汎用充電装置を用いた充電法。
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- 2002-05-20 JP JP2002145121A patent/JP4130553B2/ja not_active Expired - Lifetime
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