JP4788398B2 - 充電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電池パックと該電池パックが着脱自在に装着される充電器とから成る充電装置に関するものである。
従来から、可搬式の電動工具等に使用される充電装置として図８に示すような、電池パック１と、該電池パック１が着脱自在に装着される充電器２とから成る充電装置が知られている。上記電池パック１内には、一つ又は複数の電池セル３と、該電池セル３のセル電圧を検出して該検出値が所定のセル電圧閾値Ｖ１以上になると信号を出力するセル電圧検出手段５とを備えている。また上記充電器２内には、電池パック１内の各電池セル３に充電を行う電源回路４と、電源回路４を制御する充電制御回路６とを備えている。
この充電制御回路６による充電制御は図９に示す如く、セル電圧検出手段５からの信号を受けるまでは所定の一定電流値Ｉ１で定電流充電を行うとともに、いずれかの電池セル３が所定のセル電圧閾値Ｖ１となって出力された信号を受けた後は定電圧充電に切換え、その後は定電圧充電を継続するとともに、充電電流が所定の完了電流値Ｉ２（＜Ｉ１）以下となった時点で充電を完了するものであり、このように定電流充電から定電圧充電に切換えて急速充電を行う方式のものは周知である（例えば特許文献１参照）。
ところでこの種の充電装置において、特に電池パック１にリチウムイオン電池等を用いたような場合には、０℃以下の低温環境下で上記のような大電流、大電圧の急速充電制御を行えば電池パックの容量が劣化して寿命が極端に短くなるという問題がある。これを解決するためには、電池パックの温度を監視して低温時には充電制御を変更させることが望まれるのだが、このようなものはいまだ提案されていない。
特開２００５−３１７２８３号公報
本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、電池パック内の温度を監視して低温環境下にあっては電池パックを保護しながら充電を行うよう充電制御を自動的に切り換えることが可能な充電装置を提供することを、課題とするものである。
上記課題を解決するために本発明を、電池パック１と該電池パック１が着脱自在に装着される充電器２とから成り、上記電池パック１内に、電池セル３と、各電池セル３のセル電圧を検出して検出値が所定のセル電圧閾値Ｖ１以上になると信号を出力するセル電圧検出手段５とを備えるとともに、上記充電器２内に、電池パック１内の電池セル３に充電を行う電源回路４と、セル電圧検出手段５からの信号を受けるまでは定電流充電を行うとともに信号を受けた後は定電圧充電に切換えて充電電流が所定の完了電流値Ｉ２以下となった時点で充電を完了するように電源回路４を制御する充電制御回路６とを備える充電装置において、上記電池パック１内に、電池パック１内の温度を検出する温度センサ７を備え、上記充電器２内に、電池パック１の両端電圧を検出する両端電圧検出手段８を備え、且つ上記充電制御回路６は、上記温度センサ７の検出する温度が所定の温度閾値を超える場合にはセル電圧検出手段５からの信号を受けた時点で定電流充電から定電圧充電に切換えるとともに、上記温度センサ７の検出値が所定の温度閾値以下となる場合には、セル電圧検出手段５からの信号を受けた時点或いは両端電圧検出手段８の検出値が所定の両端電圧閾値Ｖ２以上となった時点のいずれか早い方の時点で、定電流充電から定電圧充電に切換えるものとする。上記両端電圧閾値Ｖ２は、上記セル電圧閾値Ｖ１を電池パック１内の直列接続される電池セル３の個数ｋ倍した値以下のものである。
このようにすることで、電池パック１内の温度を監視して低温環境下にあっては電池パック１を保護しながら充電を行うよう充電制御を自動的に切り換えることが可能である。
上記充電制御回路６は、上記温度センサ７の検出値が上記温度閾値以下となる場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の一定電流値Ｉ１よりも低く設定してある別の一定電流値Ｉ４で定電流充電を行うものであることが好適である。
また上記課題を解決するために本発明を、電池パック１と該電池パック１が着脱自在に装着される充電器２とから成り、上記電池パック１内に、電池セル３と、各電池セル３のセル電圧を検出して検出値が所定のセル電圧閾値Ｖ１以上になると信号を出力するセル電圧検出手段５とを備えるとともに、上記充電器２内に、電池パック１内の電池セル３に充電を行う電源回路４と、セル電圧検出手段５からの信号を受けるまでは定電流充電を行うとともに信号を受けた後は定電圧充電に切換えて充電電流が所定の完了電流値Ｉ２以下となった時点で充電を完了するように電源回路４を制御する充電制御回路６とを備える充電装置において、上記電池パック１内に、電池パック１内の温度を検出する温度センサ７を備え、且つ上記充電制御回路６は、上記温度センサ７の検出値が所定の温度閾値以下となる場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の一定電流値Ｉ１よりも低く設定してある別の一定電流値Ｉ４で定電流充電を行うものとする。
このようにすることで、電池パック１内の温度を監視して低温環境下にあっては電池パック１を保護しながら充電を行うよう充電制御を自動的に切り換えることが可能である。
そして上記充電制御回路６は、上記温度センサ７の検出値が上記温度閾値以下となる場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の完了電流値Ｉ２よりも低く設定してある別の完了電流値Ｉ３以下となった時点で定電圧充電を完了させるものであることも好適である。
また上記充電制御回路６は、上記温度センサ７の検出値が上記温度閾値以下となる場合の上記充電中に該検出値が温度閾値を超えた場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の上記充電に切換えるものであることも好適である。
以上述べた各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜組合せ可能である。
本発明は、電池パック内の温度を監視して低温環境下にあっては電池パックを保護しながら充電を行うよう充電制御を自動的に切り換えることができるという効果を奏する。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
まず本発明の実施形態における一例の充電装置について説明するが、本例にあっては定電流充電から定電圧充電に切換えるタイミングを電池温度に応じて変更する構成以外については図８、図９に基づいて説明した従来の充電装置と同様であるから、従来の構成と同様の周知な構成については詳しい説明を省略し、特徴的な構成についてのみ以下に詳述する。
図１に示すように本例の充電装置が電池パック１と、該電池パック１が着脱自在に装着される充電器２とから形成されるとともに、上記電池パック１内に電池セル３やセル電圧検出手段５を備え、上記充電器２内に電源回路４や充電制御回路６を備えていることは、図８に既述した従来の充電装置と同様である。
更に本例にあっては、電池パック１内に該電池パック１内の温度を検出する温度センサ７を備えてあり、この温度センサ７の検出値が充電器２側の充電制御回路６に入力されるようになっている。また充電器２内には、電池パック１の両端電圧を検出する両端電圧検出手段８を備えてあり、この両端電圧検出手段８の検出値が同じく充電制御回路６に入力されるようになっている。即ち本例の充電制御回路６には、セル電圧検出手段５からの信号と、温度センサ７の検出値と、両端電圧検出手段８の検出値とが入力され、これらを基に定電流充電から定電圧充電に切換えるタイミングが判断されるようになっている。
具体的には、温度センサ７の検出する温度が所定の温度閾値（本例では０℃とする）を超える場合には、充電制御回路６は従来例と同様の充電制御を行う。つまりこの場合には、図９に示したようにセル電圧検出手段５からの信号を受けるまでは定電流充電を行うとともに信号を受けた後は定電圧充電に切換え、その後に充電電流が所定の完了電流値Ｉ２以下となった時点で充電を完了するように電源回路４を制御するのである。
一方、温度センサ７の検出する温度が所定の温度閾値以下となる場合には、セル電圧検出手段５からの信号を受けた時点（即ち各電池セル３のいずれかが所定のセル電圧閾値Ｖ１となった時点）、或いは両端電圧検出手段８の検出値が所定の両端電圧閾値Ｖ２以上となった時点（即ち複数の電池セル３を直列接続して成る電池パック１全体の両端電圧が所定の両端電圧閾値Ｖ２以上となった時点）の、いずれか早い方の時点で、定電流充電から定電圧充電に切換える。なお図２には前者の時点で切換えた場合、図３には後者の時点で切換えた場合を概略的に示している。定電圧充電に切換えた後は、充電電流が所定の完了電流値Ｉ３以下となった時点で充電を完了する。ここでの完了電流値Ｉ３は、温度センサ７の検出値が温度閾値を上回る場合に設定される上記完了電流値Ｉ２よりも低く設定したものである。
電池パック１内にて直列接続される電池セル３の個数をｋ個としたとき、上記両端電圧閾値Ｖ２は、Ｖ２≦Ｖ１×ｋの範囲内に設定しておく。これにより、０℃以下の低温環境下にあるときは大電圧となることを抑制して電池パック１を保護することができる。なお、このときの完了電流値Ｉ３＜Ｉ２として充電量を確保しようとしているが、電池温度に関わらず完了電流値Ｉ２で一定としても構わない。
次に、本発明の実施形態における他例の充電装置について説明する。本例にあっては電池温度に応じて定電流充電時の充電電流値を変更する構成以外については図８、図９に基づいて説明した従来の充電装置と同様であることから、従来の構成と同様の周知な構成については詳しい説明を省略し、特徴的な構成についてのみ以下に詳述する。
図４に示すように本例の充電装置が電池パック１と、該電池パック１が着脱自在に装着される充電器２とから形成されるとともに、上記電池パック１内に電池セル３やセル電圧検出手段５を備え、上記充電器２内に電源回路４や充電制御回路６を備えていることは、図８に既述した従来の充電装置と同様である。
更に本例にあっては、電池パック１内に該電池パック１内の温度を検出する温度センサ７を備えてあり、この温度センサ７の検出値が充電器２側の充電制御回路６に入力されるようになっている。即ち本例の充電制御回路６には、セル電圧検出手段５からの信号と、温度センサ７の検出値とが入力されるようになっている。
本例にあっては、温度センサ７の検出する温度が所定の温度閾値（ここでは０℃）を超える場合には、充電制御回路６は従来例と同様の充電制御を行う。つまりこの場合には、図９に示したようにセル電圧検出手段５からの信号を受けるまでは一定電流値Ｉ１での定電流充電を行うとともに、信号を受けた後は定電圧充電に切換え、その後に充電電流が所定の完了電流値Ｉ２以下となった時点で充電を完了するように電源回路４を制御するのである。
一方、温度センサ７の検出する温度が所定の温度閾値以下となる場合には図５に模式的に示すように、セル電圧検出手段５からの信号を受けるまでは一定電流値Ｉ４での定電流充電を行うとともに、信号を受けた後は定電圧充電に切換え、充電電流が所定の完了電流値Ｉ３以下となった時点で充電を完了するようになっている。
ここでの一定電流値Ｉ４は、温度センサ７の検出値が温度閾値を上回る場合の一定電流値Ｉ１よりも低く設定してある。即ちこれにより、０℃以下の低温環境下にあるときは大電流となることを抑制して電池パック１を保護することができる。なお、このときの完了電流値Ｉ３は、温度センサ７の検出値が温度閾値を上回る場合に設定される上記完了電流値Ｉ２よりも低く設定しており、これにより充電量を確保しようとしているが、電池温度に関わらず完了電流値Ｉ２で一定としても構わない。
また、図６や図７に模式的に示すように、上記した一例の構成と他例の構成の特徴部分を組み合わせた充電装置とすることも好適である。この場合、一例と同様の温度センサ７や両端電圧検出手段８を備えるとともに、温度センサ７の検出する温度が所定の温度閾値を超える場合には、図９に示したようにセル電圧検出手段５からの信号を受けるまでは一定電流値Ｉ１での定電流充電を行うとともに、信号を受けた後は定電圧充電に切換え、その後に充電電流が所定の完了電流値Ｉ２以下となった時点で充電を完了する。
そして温度センサ７の検出する温度が所定の温度閾値以下となる場合には図６、図７に模式的に示すように、セル電圧検出手段５からの信号を受けるか、或いは両端電圧検出手段８の検出値が所定の両端電圧閾値Ｖ２以上となるまでは一定電流値Ｉ４での定電流充電を行うとともに、その後は定電圧充電に切換え、充電電流が所定の完了電流値Ｉ２以下となった時点で充電を完了するものである。なお図６にはセル電圧検出手段５からの信号を受けた時点で切換えた場合、図７には両端電圧検出手段８の検出値が両端電圧閾値Ｖ２以上となった時点で切換えた場合を概略的に示している。
なお、上記したいずれの例においても、温度センサ７の検出値が上記温度閾値以下となる場合の充電（例えば一例にあっては図２、図３に示すような充電）を行っている最中に該検出値が温度閾値を超えた場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の充電（図９に示すような充電）に切換えるように、充電制御回路６を設けることが好適である。
本発明の実施形態における一例の充電装置の概略構成図である。 同上の充電装置の低温環境下における充電制御を示す説明図である。 同上の充電装置の低温環境下における別の場合の充電制御を示す説明図である。 本発明の実施形態における他例の充電装置の概略構成図である。 同上の充電装置の低温環境下における充電制御を示す説明図である。 本発明の実施形態における一例と他例を組み合わせた場合の充電装置の、低温環境下における充電制御を示す説明図である。 同上の充電装置の低温環境下における別の場合の充電制御を示す説明図である。 従来から周知な充電装置の概略構成図である。 同上の充電装置の充電制御を示す説明図である。
符号の説明
１ 電池パック
２ 充電器
３ 電池セル
４ 電源回路
５ セル電圧検出手段
６ 充電制御回路
７ 温度センサ
８ 両端電圧検出手段
Ｉ１ 一定電流値
Ｉ２ 完了電流値
Ｉ３ 完了電流値
Ｉ４ 一定電流値
Ｖ１ セル電圧閾値
Ｖ２ 両端電圧閾値

Claims (5)

  1. 電池パックと該電池パックが着脱自在に装着される充電器とから成り、上記電池パック内に、電池セルと、該電池セルのセル電圧を検出して検出値が所定のセル電圧閾値以上になると信号を出力するセル電圧検出手段とを備えるとともに、上記充電器内に、電池パック内の電池セルに充電を行う電源回路と、セル電圧検出手段からの信号を受けるまでは定電流充電を行うとともに信号を受けた後は定電圧充電に切換えて充電電流が所定の完了電流値以下となった時点で充電を完了するように電源回路を制御する充電制御回路とを備える充電装置において、上記電池パック内に、電池パック内の温度を検出する温度センサを備え、上記充電器内に、電池パックの両端電圧を検出する両端電圧検出手段を備え、且つ上記充電制御回路は、上記温度センサの検出する温度が所定の温度閾値を超える場合にはセル電圧検出手段からの信号を受けた時点で定電流充電から定電圧充電に切換えるとともに、上記温度センサの検出値が所定の温度閾値以下となる場合には、セル電圧検出手段からの信号を受けた時点或いは両端電圧検出手段の検出値が所定の両端電圧閾値以上となった時点のいずれか早い方の時点で、定電流充電から定電圧充電に切換えるものであり、上記両端電圧閾値は、上記セル電圧閾値を電池パック内の直列接続される電池セルの個数倍した値以下のものであることを特徴とする充電装置。
  2. 上記充電制御回路は、上記温度センサの検出値が上記温度閾値以下となる場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の一定電流値よりも低く設定してある別の一定電流値で定電流充電を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
  3. 電池パックと該電池パックが着脱自在に装着される充電器とから成り、上記電池パック内に、電池セルと、各電池セルのセル電圧を検出して検出値が所定のセル電圧閾値以上になると信号を出力するセル電圧検出手段とを備えるとともに、上記充電器内に、電池パック内の電池セルに充電を行う電源回路と、セル電圧検出手段からの信号を受けるまでは定電流充電を行うとともに信号を受けた後は定電圧充電に切換えて充電電流が所定の完了電流値以下となった時点で充電を完了するように電源回路を制御する充電制御回路とを備える充電装置において、上記電池パック内に、電池パック内の温度を検出する温度センサを備え、且つ上記充電制御回路は、上記温度センサの検出値が所定の温度閾値以下となる場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の一定電流値よりも低く設定してある別の一定電流値で定電流充電を行うものであることを特徴とする充電装置。
  4. 上記充電制御回路は、上記温度センサの検出値が上記温度閾値以下となる場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の完了電流値よりも低く設定してある別の完了電流値以下となった時点で定電圧充電を完了させるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の充電装置。
  5. 上記充電制御回路は、上記温度センサの検出値が上記温度閾値以下となる場合の上記充電中に該検出値が温度閾値を超えた場合には、該検出値が温度閾値を上回る場合の上記充電に切換えるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の充電装置。
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