JPH1127867A - 電池の充電装置 - Google Patents
電池の充電装置Info
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Abstract
池電圧の変化がゆるやかで充電末期のピークの出現が鈍
い電池、どちらの電池を充電した場合にも過充電及び充
電不足を起こすことのない電池の充電装置を提供するこ
とである。 【解決手段】 電池電圧を一定周期でサンプリングする
サンプリング手段と、サンプリング手段によって検出し
た電池電圧を記憶する記憶手段と、サンプリング毎に最
新の電池電圧と過去にサンプリングした2個以上の電池
電圧とを比較し満充電を判別する満充電判別手段とを備
え、各サンプリング幅における電池電圧変化量を2個以
上求め、いずれかの電池電圧変化量が各サンプリング幅
に対応する設定値より大きくなり、続いて各サンプリン
グ幅に対応する設定値以下になった時に満充電と判別す
るようにした。
Description
ム電池(以下、ニッカド電池という)、ニッケル・水素
電池等のアルカリ電解液系2次電池の充電装置に関する
ものである。
に、電池電圧を一定周期でサンプリングするサンプリン
グ手段と、サンプリングした電池電圧を記憶する記憶手
段と、サンプリング毎に最新の電池電圧と複数サンプリ
ング前の電池電圧を比較する演算手段を設け、電池電圧
の変化量を検出するという技術がある。このサンプリン
グ方式を用いて電池電圧の時間に対する2階微分値が負
になるのを検出して満充電と判別する2階微分検出法
は、充電末期のピークが出現する手前で充電を終了させ
ることができるので、過充電が抑制され電池のサイクル
寿命が向上するという利点がある。2階微分検出法とは
具体的に説明すると、図4に示すように一定の時間間隔
Δt毎に充電中の電池電圧をサンプリングし、過去6サ
ンプリング前までのサンプリングした電池電圧をストッ
クして行き、6サンプリング前の電池電圧Vi-06と最
新の電池電圧Vinとの差△Vi-06を演算し、△Vi-
06の最大値△Vmaxを随時更新し、△Vmax−△V
i-06≧δi(δiは設定値である。)となったら電池
電圧の時間に対する2階微分値が負になったとして充電
を停止させるといった方法である。
な2階微分検出法で、不活性な電池や放電直後の温まっ
た電池等(以下不活性電池という)を充電した場合に
は、図5に示すように満充電を検出できず過充電となっ
てしまう恐れがあった。これは、不活性電池は電池電圧
の変化がゆるやかであるため、ピーク付近において△V
max−△Vi-06≧δiの式を満足することができな
いためである。設定値δiを小さくすれば、この種の電
池でもピーク手前で満充電を検出して充電を停止するこ
とができるようになるが、設定値δiを小さくしてしま
うと活性電池を充電した場合には、ピーク出現前に随所
に発生する僅かな電圧変化を満充電と誤検出して充電停
止してしまい充電不足としてしまう恐れがある。また、
最新の電池電圧Vinと比較する過去の電池電圧を6サ
ンプリングより更に以前の例えば12サンプリング前の
電池電圧とすると、不活性電池の場合でも図6に示すよ
うに充電末期のピーク手前で充電を終了させる事が可能
となるが、活性電池の場合には、図7に示すように満充
電を応答性良く検出することができなくなり、過充電と
してしまう恐れがある。
し、ニッカド電池に代わり、ニッケル・水素電池の需要
が急増しているが、この電池は電池電圧の変化がゆるや
かであり上述した不活性電池と近似な充電特性を持つ。
すなわち、ニッケル・水素電池を充電する場合には、不
活性電池を充電する場合に発生する問題と同様の問題が
発生する。本発明の目的は、上記欠点を解消し、如何な
る状態及び種類の電池を充電したとしても応答性良く満
充電を確実に検出することができる電池の充電装置を提
供することである。
一定周期でサンプリングするサンプリング手段と、サン
プリング手段によって検出した電池電圧を記憶する記憶
手段と、最新の電池電圧と過去にサンプリングした2個
以上の電池電圧とを比較し満充電を判別する満充電判別
手段とを備えることにより達成される。
実施例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、M
OSFET22とPWM制御IC23からなるスイッチ
ング回路である。PWM制御IC23はMOSFET2
2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と平滑用コンデン
サ34からなる整流平滑回路、40は抵抗41、42、
入力保護用ダイオード43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5
4、A/Dコンバータ55、出力ポート56a、56
b、リセット入力ポート57からなるマイコンである。
CPU51はサンプリング毎に最新の電池電圧と複数サ
ンプリング前の電池電圧を比較する。RAM53は最新
のサンプリング電池電圧までの所定数のサンプリング電
池電圧を記憶する電池電圧記憶手段である。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、3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、出力ポート56bか
らの信号に対応して演算増幅器62の反転入力端に印加
する電圧値を設定するものである。
を参照して、本発明電池の充電装置の動作の説明をす
る。電源を投入するとマイコン50は、電池組2の接続
待機状態となり(ステップ101)、電池組2を接続す
るとマイコン50は電池接続を電池接続検出手段40か
らの信号により判別し、出力ポート56bより充電制御
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出力ポート56bより充電電流設
定手段80を介して、充電電流設定基準電圧値Viを演
算増幅器62に印加し、充電電流Iで充電を開始する
(ステップ102)。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Vi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、小さい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3
0で直流に平滑し、充電電流を一定に保つ。電流検出手
段3、充電電流制御手段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Iとなるように制御する。
憶手段53の記憶電圧Vi-12、Vi-11、……、Vi-0
1、最新の電池電圧と12サンプリング前の電池電圧と
の比較値△Vi-12及び6サンプリング前の電池電圧と
の比較値△Vi-06、その比較値の最大値△Vmax・
i-12、△Vmax・i-06をイニシャルリセットし(ス
テップ103)、電池電圧サンプリングタイマをスター
トさせる(ステップ104)。サンプリングタイマ時間
が△tを経過したら(ステップ105)、再度サンプリ
ングタイマを再スタートさせる(ステップ106)。次
いで電池電圧検出手段40で分圧した電池組2の電圧を
A/Dコンバータ55に入力してA/D変換し、電池電
圧Vinとして取り込む(ステップ107)。そして演
算手段51にて、Vinと12サンプリング前の電池電
圧Vi-12との比較値△Vi-12、Vinと6サンプリン
グ前の電池電圧Vi-06との比較値△Vi-06をそれぞれ
求める(ステップ108)。次にステップ108で求め
た△Vi-12、△Vi-06の最大値の更新を行う。△Vi
-12と△Vmax・i-12を比較し(ステップ109)、
△Vi-12>△Vmax・i-12ならステップ110に進
み△Vi-12の値を△Vmax・i-12として更新し、△
Vi-12≦△Vmax・i-12ならステップ110はスキ
ップする。次に△Vi-12の場合と同様に、△Vi-06と
△Vmax・i-06を比較し(ステップ111)、△V
i-06>△Vmax・i-06ならステップ112に進み△
Vi-06の値を△Vmax・i-06として更新し、△Vi
-06≦△Vmax・i-06ならステップ112はスキップ
する。このようにして△Vi-12、△Vi06の最大値△
Vmax・i-12、△Vmax・i-06の更新を行う。
max・i-12、△Vmax・i-06に対し、各々の設定
値δi-12、δi-06(δi-12≧δi-06)より小さくな
ったか否かの判断を行う(ステップ113、ステップ1
14)。すなわち、ステップ113において△Vmax
・i-12−△Vi-12≧δi-12(δi-12は電池電圧をA
/Dコンバータを用いデジタル値に変換した場合のある
所定のビット数である。)なら、ステップ116に進み
出力ポート56bより充電制御信号伝達手段4を介して
充電停止信号をPWM制御IC23に伝達し、充電を停
止する。次いで電池組2が取り出されるのを判別し(ス
テップ117)、電池組2が取り出されたならステップ
101に戻り、次の電池組2の充電のための待機をす
る。ステップ113において、△Vmax・i-12−△
Vi-12<δi12ならステップ114に進み、次に△V
max・i-06−△Vi-06とδi-06を比較し、△Vm
ax・i-061−△Vi-06≧δi-06ならステップ116
に進み充電を停止させる。このように、△Vmax・i
-12−△V・i-12≧δi-12、△Vmax・i-06−△V
i-06≧δi-06を演算し、どちらか1つが成り立てばス
テップ116に進み充電を停止し、どちらも成り立たな
ければステップ115に進み、Vi-11→Vi-12、Vi
-10→Vi-11、………、Vin→Vi-01とそれぞれの
記憶電圧を1サンプリング前の記憶エリアに移し替え、
ステップ105に戻る。
を示すフローチャートであり、以下図1の回路図、図3
のフローチャートを参照して本発明充電装置の他の実施
例の動作を説明する。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20
1)。電池組2を接続すると、上記実施例と同様に一定
の充電電流Iで充電を開始する(ステップ202)。次
いで満充電検出制御を行う。電池電圧記憶手段53が記
憶している複数サンプリング前の電池電圧Vi-12、V
i-11、……、Vi-01と最新の電池電圧と12サンプリ
ング前の比較値△Vi-12及び6サンプリング前の比較
値△Vi-06と、その最小値△Vmin・i-12、△Vm
in・i-06、電池電圧上昇フラグFLAG・i-12、F
LAG・i-06をイニシャルリセットし(ステップ20
3)、電池電圧サンプリングタイマをスタ−トさせる
(ステップ204)。サンプリングタイマ時間が△tを
経過したら(ステップ205)、再度サンプリングタイ
マを再スタートさせる(ステップ206)。
40で分圧した電池電圧をA/Dコンバ−タ55に入力
してA/D変換し、電池電圧Vinとして取り込む(ス
テップ207)。そして演算手段51にてVinと12
サンプリング前の電池電圧Vi-12との比較値△Vi-12
を求め(ステップ208)、電池電圧上昇フラグFLA
G・i-12が1か否かの判断を行う(ステップ20
9)。ステップ209においてFLAG・i-12が0の
場合、ステップ210に進み△Vi-12と△Vmin・
i-12を比較し、△Vi-12≦△Vmin・i-12ならス
テップ211に進み△Vi-12の値を△Vmin・i-12
として更新する。△Vi-12>△Vmin・i-12ならス
テップ211はスキップする。次に△Vi-12が△Vm
in・i-12より、設定値Ki-12以上大きくなったか否
かの判断、すなわち充電末期の電池電圧のピークの出現
に対応し、電池電圧の変化量が設定値より大きくなった
か否かの判断を行う(ステップ212)。△Vmin・
i-12−△Vi-12≧Ki-12(Ki-12は電池電圧をA/
Dコンバータを用いデジタル値に変換した場合のある所
定のビット数である。)なら、ステップ213に進み電
池電圧上昇フラグFLAG・i-12を1にセットする。
△Vmin・i-12−△Vi-12<Ki-12ならステップ
213をスキップする。
が1の場合は、△Vi-12が設定値Si-12より小さくな
ったか否かの判断、すなわち充電末期の電池電圧がピー
クに近づくのに対応し、電池電圧の変化量が設定値より
小さくなったか否かの判断を行う(ステップ221)。
△Vi-12≦Si-12なら、マイコン50は出力ポート5
6bより充電制御信号伝達手段4を介して充電停止信号
をPWM制御IC23に伝達し、充電を停止する(ステ
ップ223)。次いで電池組2が取り出されるのを判別
し(ステップ224)、電池組2が取り出されたならス
テップ201に戻り、次の電池組2の充電のための待機
をする。ステップ221において△Vi-12>Si-12な
らステップ214に進む。
リング前の電池電圧Vi-06との比較値△Vi-06を求
め、△Vi-12の場合と同様に電池電圧上昇フラグFL
AG・i-06が1か否かの判断を行う(ステップ21
5)。ステップ215においてFLAG・i-06が0の
場合、ステップ216に進み△Vi-06と△Vmin・
i-06を比較し、△Vi-06≦△Vmin・i-06ならス
テップ217に進み△Vi-06の値を△Vmin・i-06
として更新し、△Vi-06>△Vmin・i-06ならステ
ップ217はスキップする。次に△Vi-06が△Vmi
n・i-06より、設定値Ki-06以上大きくなったか否か
の判断、すなわち充電末期の電池電圧のピークの出現に
対応し、電池電圧の変化量が設定値より大きくなったか
否かの判断を行う(ステップ218)。△Vmin・i
-06−△Vi-06≧Ki-06(Ki-06は電池電圧をA/D
コンバータを用いデジタル値に変換した場合のある所定
のビット数であり、Ki-06≦Ki-12の関係である。)
なら、ステップ219に進み電池電圧上昇フラグFLA
G・i-06を1にセットする。△Vmin・i-06−△V
i-06<Ki-06ならステップ219はスキップする。
が1の場合は、△Vi-06が設定値Si-06より小さくな
ったか否かの判断、すなわち充電末期の電池電圧がピー
クに近づくのに対応し、電池電圧の変化量が設定値より
小さくなったか否かの判断を行う(ステップ222)。
△Vi-06≦Si-06なら、マイコン50は出力ポート5
6bより充電制御信号伝達手段4を介して充電停止信号
をPWM制御IC23に伝達し、充電を停止する(ステ
ップ223)。次いで電池組2が取り出されるのを判別
し(ステップ222)、電池組2が取り出さられたなら
ステップ201に戻り、次の電池組2の充電のための待
機をする。ステップ222において△Vi-06>Si-06
なら、電池電圧の変化量が所定値より小さくなっていな
いと判断しステップ220に進み、Vi-11→Vi-12、
Vi-10→Vi-11、………、Vin→Vi-01とそれぞ
れの記憶電圧を1サンプリング前の記憶エリアに移し替
え、再度ステップ205からの処理を行う。
の電池電圧と12サンプリング前の電池電圧とを比較し
満充電検出を行い、その後に最新の電池電圧と6サンプ
リング前の電池電圧とを比較し満充電検出を行うように
したものである。すなわち、先ず不活性電池に対応した
満充電検出を行い、満充電が検出されなかったら活性電
池に対応した満充電検出を行うようにしたもので、不活
性電池を充電した場合には最新の電池電圧と12サンプ
リング前の電池電圧との比較に基づき行われる満充電検
出により満充電が検出され、活性電池を充電した場合に
は最新の電池電圧と6サンプリング前の電池電圧との比
較に基づき行われる満充電検出により満充電が検出され
るようになるので、活性電池あるいは不活性電池であっ
ても応答性良く満充電を検出し、ピーク手前で確実に充
電を停止することができるようになる。
Si-12は、不活性電池を充電した場合に、ピーク手前
で充電を停止させることができるように設定されてお
り、設定値δi-06、Ki-06、Si-06は活性電池を充
電した場合にピーク手前で充電を停止させることができ
るように設定されている。
較する過去にサンプリングした電池電圧を12サンプリ
ング前の電池電圧及び6サンプリング前の電池電圧とし
たが、例えば11サンプリング前の電池電圧及び5サン
プリング前の電池電圧でも良く、これに限るものではな
い。また、上記実施例では最新の電池電圧と12サンプ
リング前の電池電圧とを比較し満充電検出を行い、その
後に最新の電池電圧と6サンプリング前の電池電圧と比
較し満充電検出を行う、すなわち不活性電池に対応した
満充電検出を行った後に活性電池に対応した満充電検出
を行うようにしたが、逆に活性電池に対応した満充電検
出を行った後に不活性電池に対応した満充電検出を行う
ようにしても同様の効果を奏し得ることができる。
した2個の電池電圧、すなわち12サンプリング前の電
池電圧及び6サンプリング前の電池電圧と最新の電池電
圧を比較し満充電検出をするようにしたが、最新の電池
電圧と比較する過去にサンプリングした電池電圧の1個
以上を活性電池の満充電検出に対応させ、1個以上を不
活性電池の満充電検出に対応させれば良く、例えば6サ
ンプリング前から12サンプリング前の全ての電池電圧
と最新の電池電圧とを比較し満充電検出をするようにし
ても良い。
の電池電圧と過去にサンプリングした2個以上の電池電
圧とを比較し満充電判別を行うようにしたので、最新の
電池電圧と比較する過去にサンプリングした電池電圧の
内1個以上を活性電池の満充電検出に対応させ、1個以
上を不活性電池の満充電検出に対応させることにより、
如何なる状態及び種類の電池を充電したとしても応答性
良く確実に満充電を検出することができるようになる。
図。
チャート。
ーチャート。
圧特性を示すグラフ。
圧特性を示すグラフ。
特性を示すグラフ。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 電池電圧を一定周期でサンプリングする
サンプリング手段と、サンプリング手段によって検出し
た電池電圧を記憶する記憶手段と、サンプリング毎に最
新の電池電圧と過去にサンプリングした2個以上の電池
電圧とを比較し満充電を判別する満充電判別手段とを備
えたことを特徴とする電池の充電装置。 - 【請求項2】 前記満充電判別手段は、サンプリング毎
に最新の電池電圧と過去にサンプリングした2個以上の
電池電圧とを比較することで、各サンプリング幅におけ
る電圧変化量を検出し、電圧変化量の最大値を更新し記
憶すると共に、最大値と最新の電圧変化量を比較し、そ
の差が予め設定した各サンプリング幅に対応する設定値
より大きくなった時に満充電と判別することを特徴とす
る請求項1記載の電池の充電装置。 - 【請求項3】 前記満充電判別手段は、サンプリング毎
に最新の電池電圧と過去にサンプリングした2個以上の
電池電圧とを比較することで、各サンプリング幅におけ
る電圧変化量を検出し、電圧変化量が予め設定した各サ
ンプリング幅に対応する設定値より大きくなり、続いて
各サンプリング幅の電圧変化量が予め設定した各サンプ
リング幅に対応する設定値以下になった時に満充電と判
別することを特徴とする請求項1記載の電池の充電装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17978297A JP3738532B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 電池の充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17978297A JP3738532B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 電池の充電装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1127867A true JPH1127867A (ja) | 1999-01-29 |
JP3738532B2 JP3738532B2 (ja) | 2006-01-25 |
Family
ID=16071805
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17978297A Expired - Fee Related JP3738532B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 電池の充電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3738532B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101222207B1 (ko) | 2011-05-25 | 2013-01-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 내부 저항 추정 장치 및 그를 포함하는 배터리 팩 |
-
1997
- 1997-07-04 JP JP17978297A patent/JP3738532B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101222207B1 (ko) | 2011-05-25 | 2013-01-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 내부 저항 추정 장치 및 그를 포함하는 배터리 팩 |
US8914248B2 (en) | 2011-05-25 | 2014-12-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Device for estimating internal resistance of battery and battery pack including the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3738532B2 (ja) | 2006-01-25 |
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Legal Events
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