CN100338842C

CN100338842C - 充电装置和充电方法

Info

Publication number: CN100338842C
Application number: CNB2003101131153A
Authority: CN
Inventors: 榊原和征
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2023-12-22
Also published as: EP1434328B1; CN1510814A; DE60334361D1; JP2004208349A; US7106027B2; US20040135553A1; EP1434328A2; EP1434328A3; JP3936286B2

Abstract

本发明提供一种充电装置和充电方法，通过有效抑制电源电路的温度上升而使充电装置小型化。该方法是检测电池和电源电路的温度(S12、S18)，从检测出的温度算出温度上升值(S14、S20)，根据检测出的温度和求出的温度上升值检索允许电流值的图表，求出允许电流值Ia、Ib(S16、S22)，比较两者(S24)，将小的值作为允许电流值进行电池的充电(S26、S28)。从根据电源电路的温度值和温度上升值进行映射的图表，检索允许电流值，控制充电电流，所以能有效抑制电源电路的温度上升，使充电装置小型化，同时能在抑制电池的温度上升的同时，以比较短的时间进行充电。

Description

充电装置和充电方法

技术领域

本发明涉及一种对电池(二次蓄电池)进行充电的充电装置和充电方法。

背景技术

电动工具等的电源使用能反复进行充电的二次蓄电池。为了使用这种电动工具(充电工具)进行长时间连续的作业，更换电池成为必要。因此，有以下使用方法，即在长时间连续进行作业时准备多个电池，在一个电池进行使用的过程中对已使用完的其他电池进行充电，在使用中的电池变为要充电的状态时，更换成充电完成的其他电池，继续进行作业。因而，为了使准备的电池数量减少，需要在短时间内对电池进行充电。即，需要将供给电池的充电电流加大。可是，充电电流变大时充电装置的电源电路发热，电源电路的温度上升成为问题。因此，开发有用于抑制电源电路的温度上升的技术(专利文献1)。

在专利文献1中公开的充电装置中，设有测定电源电路温度的热检测元件(热敏电阻等)、在电源电路和电池之间设置的开关部、开闭该开关部的充电开关电路。在该充电装置中，电源电路的温度上升时，热检测元件的阻抗下降，由此，充电开关电路动作，开放开关部。因此，从电源电路向电池的充电电流的供给停止，抑制电源电路的温度上升。

专利文献1为特开平2000-23387号公报。

上述专利文献1所记载的充电装置能抑制电源电路的温度上升，但在电源电路的温度上升时，停止对电池的充电电流的供给，所以不能有效地进行充电，到充电完成需要很长时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能抑制电源电路的温度上升且有效地对电池进行充电的技术。

为了解决上述课题，本发明的第1充电装置具有：电源电路，向电池供给充电电流；电路温度检测部，检测电源电路的温度；存储部，存储有根据该电源电路的温度值和温度上升值而映射能在抑制电源电路的温度上升的同时进行充电的允许电流值的图表；充电控制部，控制电源电路，使得充电电流不超过允许电流值，该允许电流值是通过根据由电路温度检测部检测出的温度所决定的电源电路的温度值和温度上升值检索图表而得到的允许电流值。

在该充电装置中，使用了根据电源电路的温度值和温度上升值(即温度变化的斜率)而映射能在抑制电源电路的温度上升的同时进行充电的允许电流值的图表。而且，根据电源电路的温度值和温度上升值检索上述图表，控制电源电路，使得充电电流不超过检索得到的允许电流值，并对电池进行充电。这里，上述图表由于是根据电源电路的温度值和温度上升值而被映射的，所以能检索与电源电路的温度状态非常细微地对应的允许电流值，而对应于此变更充电电流的电流值。因此，能在抑制电源电路的温度上升的同时有效地对电池进行充电。

本发明的第2充电装置具有：电源电路，向电池供给充电电流；电路温度检测部，检测电源电路的温度；电池温度检测部，检测电池的温度；充电控制部，控制电源电路，使得充电电流不超过允许电流值，该允许电流值是由电池温度检测部检测出的温度所决定的第1允许电流值和由电路温度检测部检测出的温度所决定的第2允许电流值中的小的一方的允许电流值。

在该充电装置中，控制电源电路，使得充电电流不超过由电池温度决定的第1允许电流值(即，能在抑制电池的温度上升的同时进行充电的电流值)和由电源电路温度决定的第2允许电流值(即，能在抑制电源电路的温度上升的同时进行充电的电流值)中小的一方的允许电流值。所以，不仅能抑制电源电路的温度上升，而且抑制电池的温度上升。并且，充电电流的电流值由于对应于电池温度或电源电路的温度而变更，所以能有效地对电池进行充电。

在上述第2充电装置中，充电控制部最好具有：存储部件，存储有根据该电池的温度值和温度上升值而映射能在抑制电池的温度上升的同时进行充电的允许电流值的第1图表，同时存储有根据该电源电路的温度值和温度上升值而映射能在抑制电源电路的温度上升的同时进行充电的允许电流值的第2图表；允许电流值检索部件，根据从电池温度检测部所检测出的温度得到的电池的温度值和温度上升值而检索第1图表，求出第1允许电流值，同时根据从电路温度检测部所检测出的温度得到的电源电路的温度值和温度上升值而检索第2图表，求出第2允许电流值。

若采用这样的构成，所决定的第1和第2允许电流值，由于是从根据分别针对电源电路和电池的温度和温度上升值而进行映射的图表进行检索，所以是与电源电路和电池的温度状态对应的最好的值。

在上述第2充电装置中优选，第1图表具有表示在温度值高时允许电流值设定得小、温度上升值大时允许电流值设定得小的充电末期的区域；充电控制部还具有：充电完成判断部件，根据从电池温度检测部所检测出的温度得到的电池的温度值和温度上升值属于第1图表中的表示充电末期的区域的频率是否高，来判断充电完成；充电完成部件，根据充电完成判断部件的充电完成的判断，停止充电。

若采用这样的构成，在即使充电流值小而电池温度和温度上升值高的情况下、和即使电池温度低但温度上升值维持高的情况下，判断充电完成而停止充电。因此，可不受电池残量和充电开始时的温度等影响，不过充电地充满电。

本发明提供一种在抑制电源电路的温度上升的同时对电池进行有效充电的充电方法。即，本发明的充电方法是使电源电路和电池连接、通过从电源电路供给的充电电流对电池进行充电的充电方法，其中包括以下工序：电池温度检测工序，检测电池的温度；电路温度检测工序，检测电源电路的温度；控制电源电路的工序，使得充电电流不超过由电池温度检测工序所检测出的温度决定的第1允许电流值、和由电路温度检测工序所检测出的温度决定的第2允许电流值中的小的一方的允许电流值。

采用该方法，也能在抑制电源电路的温度上升和电池的温度上升的同时，有效地对电池进行充电。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的充电装置的充电电路和电池组的框图；

图2是表示充电电路所存储的第1图表内容的说明图；

图3是表示充电电路所存储的第2图表内容的说明图；

图4是表示由充电电路进行的处理的流程图；

图5是表示对电池组进行充电时的电源电路的温度推移的视图；

图6是说明对电池组进行充电时的充电时间的视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明一实施例的充电装置和充电方法。该充电装置是对使用于机动板手等电动工具的电池组进行充电。

图1是同时表示充电装置10的充电电路和电池组50的框图。从图1可明确，当充电装置10中装入电池组50时，充电装置10侧的连接端子C1～C4和电池组50侧的连接端子C1’～C4’接触并电连接。电池组50在外壳(筐体)内容纳作为二次蓄电池的镍氢电池55和用于检测电池温度的温度传感器(热敏电阻)TM1，在外壳表面部分别设置连接端子C1’～C4’。

充电装置10的充电电路，大致由供给充电电流的电源电路32、用于控制电源电路32的充电电流控制部34和控制部36、检测电源电路温度的电路温度检测部38、存储后述的电流值控制用的图表(マツプ)的存储部39、检测电池温度的电池温度检测部40构成。在本实施例中，控制部36和存储部39由备有CPU、ROM和RAM的微型计算机构成。充电电流控制部34和控制部36构成权利要求中所述的充电控制部，控制部36构成允许电流值检索部件、充电完成判断部件、充电完成部件。

电源电路32与外部的商用电源连接而对电池组50的电池55供给充电电流，其由整流电路、开关式变压器、FET、二极管等构成。充电电流控制部34与电源电路32连接。充电电流控制部34根据来自控制部36的信号控制电源电路32，调整供给电池55的充电电流。

在电源电路32的适宜位置(在本例是变压器次级侧的二极管表面)安装有温度传感器(热敏电阻)TM2，通过温度传感器TM2，电路温度检测部38检测电源电路32的温度。电路温度检测部38对检测出的电路温度值进行微分，算出温度上升值，将求出的温度上升值和电路温度值向控制部36输出。

另外，上述的温度传感器TM1经过连接端子C3～C3’、C4～C4’与电池温度检测部40连接，用电池温度检测部40能检测电池温度。电池温度检测部40对检测出的电池温度进行微分，算出温度上升值，将求出的温度上升值和电池温度值向控制部36输出。

另外，各温度上升值的算出也可以由控制部36统一进行。另外，电源电路32的电路温度的检测也可以是由温度传感器检测电源电路32的其他部位的温度(例如(I)初级侧的FET的温度，(II)开关式变压器的温度，(III)初级侧/次级侧散热器的温度，(IV)模型树脂(例如聚氨酯)的温度，(V)充电器内部的氛围温度)。

控制部36与存储电流值控制用的允许电流值的图表(下面将会描述)的存储部39连接。即，控制部36根据通过电池温度检测部40得到当前的电池温度和温度上升值而检索图表，由此读取能在抑制电池的温度上升的同时进行充电的第1允许电流值，并且根据通过电路温度检测部38得到的当前的电路温度和温度上升值而检索图表，由此读取能在抑制电池的温度上升的同时进行充电的第2允许电流值。选择第1和第2允许电流值中不大的值，向充电电流控制部34输出信号，以便根据所选择的允许电流值限制充电电流。

这里，电池若充电电流大充电时间就短，但是温度上升也大。相反，若充电电流小，虽然充电时间长，而温度上升小。特别是，镍氢电池具有根据充电电流和已充电的容量而温度变化斜率(温度上升值)变化大的特性。因此，在本实施例中，为了在抑制温度上升的同时在短时间内完成充电，在使电流值变化的同时进行充电。

另一方面，对于电源电路，若充电电流变大，则温度上升就变大。若电源容量大，则温度上升缓和，但形成为大型化而提高了成本。若电源电路的温度变高，为了避免电路故障，有时会缩小电流供给量(充电电流)。

因此在本实施例，分别对于电池温度和电路温度，在温度高时使相对小的充电电流流通，相反，在温度低时使相对大的充电电流流通。另外，温度上升大时使相对小的充电电流流通，相反，温度上升小时使相对大的充电电流流通。具体地说，从分别针对电池和电源电路的图表中检索第1和第2允许电流值，比较两者，将不大的值作为允许电流值。

接着，参照图2和图3，说明上述电流控制所使用的图表的构成。

图2表示的第1图表是用于进行上述充电电流的可变控制，横侧取电池温度Ta，纵侧取温度变化部分dTa/dt，规定能在抑制电池的温度上升的同时进行流动的第1允许电流值。具体地说，在电池温度高且温度上升大时设定为相对小的电流值(图表的右下侧)，在电池温度高且温度上升小时设定为中等程度的电流值(图表的右上侧)。并且，在电池温度低且温度上升大时设定为中等程度的电流值(图表的左下侧)，在电池温度低且温度上升小时设定为相对大的电流值(图表的左上侧)。即，在电池温度Ta不超过允许温度的范围内，在图表内的各区域设定为尽可能大的电流值。

在低温(例如0℃以下)进行大电流放电时，由于电池的性能恶化，所以最好设定为该图表的左列中性能不恶化的小电流值。

图3表示的第2图表也是和第1图表相同进行充电电流的可变控制，横侧取电路温度Tb，纵侧取温度变化部分dTb/dt，规定能在抑制电源电路的温度上升的同时进行流动的第2允许电流值。具体地说，在电路温度高且温度上升大时设定为相对小的电流值(图表的右下侧)，在电路温度高且温度上升小时设定为中等程度的电流值(图表的右上侧)。并且，在电路温度低且温度上升大时设定为中等程度的电流值(图表的左下侧)，在电路温度低且温度上升小时设定为相对大的电流值(图表的左上侧)。即，在电路温度不超过允许温度的范围内，在图表内的各区域中设定为尽可能大的电流值。

在充电时，控制部36如上述那样，根据映射(マツピング)允许电流值的第1和第2图表，检索能限制电池温度Ta的第1允许电流值和能限制电路温度Tb的第2允许电流值，进而比较两者，选择不大的电流值。例如，电池温度在Ta₃～Ta₄、电池温度的变化部分(温度上升值)在Xa₁～Xa₂时，区域Ia₂₄的电流值成为第1允许电流值。电路温度在Tb₃～Tb₄、电路温度变化部分(温度上升值)在Xb₁～Xb₂时，区域Ib₂₄的电流值成为第2允许电流值。然后比较两者，将不大的电流值输出给充电电流控制部34。

控制部36根据在第1图表内所选择的区域(允许电流值)的移动检测充电的完成。即，在本实施例，由于使充电电流对应于时间的经过而变化，所以不能只监视电池温度和电池温度的变化值，或者电池电压和电池电压的变化值而检测出充电完成。因此，根据第1图表内所选择的区域的移动，检测出充电的完成。

这里，在用上述第1图表进行充电时成为充满电以前，作为第1允许电流值选择的区域，根据电池的温度和温度上升值的变化而随机变化。即电池温度高或电池的温度上升大，选择充电电流相对小的区域(即，选择图2所示的第1图表的下侧和/或右侧的区域)后，由于电池温度或电池的温度上升变小，所以变为选择第1图表的上侧的区域。

但是，在接近充满电时，根据镍氢电池55的特性，温度上升值成为一直大的状况。即，即使选择第1图表内的图示下侧的区域而以相对小的充电电流充电，由于温度上升成为一直大的状况，所以将再次选择第1图表内的图示下侧的区域。

因此，控制部36以规定周期(例如，每数百秒)进行测定，在继续(例如3次)属于图2中由阴影线表示的区域(即，温度上升大时所选择的区域Ia₃₁、Ia₃₂、Ia₃₃、Ia₃₄、Ia₃₅和温度高且温度上升中等程度时所选择的区域Ia₂₅)的情况下，判断充电完成(充电完成判断部件)，停业充电(充电停止部件)。

参照图4的流程图，说明如上述那样构成的充电装置的具体处理。

充电电路的控制部36在开始充电时，以规定的周期进行充电电流的调整和充电的完成判断。首先，检测镍氢电池55的温度Ta(S12)。接着，对已检测出的温度Ta进行微分，算出电池的温度变化部分dTa/dt(S14)。然后，根据温度Ta和温度变化部分dTa/dt，从上述的第1图表检索并读取第1允许充电值Ia(S16)。

接着，检测电源电路的温度Tb(S18)，对在步骤18检测出的温度Tb进行微分，算出电路的温度变化部分dTb/dt(S20)。根据温度Tb和温度变化部分dTb/dt，从上述第2图表读取第2允许充电值Ib(S22)。

然后，比较第1允许充电值Ia和第2允许电流值Ib(S24)，若Ia＜Ib，则选择第1允许电流值Ia作为最佳充电电流值，将对应于选择的电流指令输出给充电电流控制部34(S26)。另一方面，若在步骤S24的比较中Ia＜Ib不成立，则选择第2允许充电值Ib作为最佳充电电流值，将对应于选择的电流指令输出给充电电流控制部34(S28)。因此，充电电流控制部34控制电源电路32，使其不超过由控制部36指示的最佳电流值(第1允许充电值Ia和第2允许充电值Ib中小的一方)。

接着，控制部36判断是否选择了充电末期区域、即图2所示的第1图表中由阴影线表示的区域Ia₃₁、Ia₃₂、Ia₃₃、Ia₃₄、Ia₃₅、Ia₂₅内的电流值(S30)。在未选择充电末期区域的电流值的情况下(步骤S30为“否”)，返回步骤S12，以规定的周期反复进行从上述的步骤S12起的处理。

另一方面，在选择充电末期区域的电流值的情况下(步骤S30为“是”)，进入下一个步骤S2判断选择充电末期区域的频率(概率)是否高。例如，在连续3个周期选择上述的充电末期区域时，就判断选择充电末期区域的概率高。

若判断选择充电末期区域的概率低时(步骤S32为“低”)，则返回步骤S12，继续充电。另一方面，若判断选择充电末期区域的概率高时(步骤S32为“高”)，则完成充电(S34)，结束全部处理。

在上述的例中，为了说明方便，在连续3次选择充电末期区域时判断为概率高，但除此以外，也能够以各种方法判断选择充电末期区域的概率高。例如，也可在10周期中有8次选择充电末期区域时判断概率高。这时，与上述例相比，最好缩短周期时间。

下面，说明用上述充电装置进行充电时测定的数据的一例。图5是表示用本实施例的充电装置对6个电池组50通过30分钟左右的快速充电而进行连续充电时的电源电路32的(元件的)温度推移的视图，图6是说明此时的充时间的视图。在两图中，除了以第1和第2允许电流值Ia、Ib控制充电电流的情况外，一并表示不进行该控制的情况和使电流值恒定仅监视上限温度的已有技术。

在两图中，在非控制的情况下(D1、E1)充电时间恒定，但随着充电个数的增加，不能避免元件温度的过热。因而，充电装置的小型化困难。在已有技术(D2、E2)中，在规定的温度下保护电路动作，避免其以后的元件温度上升，但那样充电需要时间。而相对于此，本实施例(D3、E3)，元件温度的上升与非控制的情况D1相比是缓和的，而且关于充电时间，也远比已有技术E2短。因而，能良好平衡地实现充电装置的小型化和充电时间的缩短这两方面。

从上述可知，以本实施例的充电装置，能以比较小的电源电路产生大的输出(充电电流)，元件变热时相应缩小输出，由此可提高充电效率。即，即使电源电路小型化，通过从电源电路有效地输出充电电流，可实现短时间内的快速充电。

以上，对本发明的实施例进行详细说明，但这些不过是例示，不限定权利要求的范围。权利要求所记载的技术包含以上例示的具体例的各种变形、变更。

例如，在上述实施例中，是以对镍氢电池进行充电时的处理为例进行说明的，但本发明的充电装置和充电方法，在对其他二次蓄电池进行充电时也适用。例如，通过对应于镍镉电池的特性而调整图2所示的第1图表，可适用于该镍镉电池的充电。

本说明书或附图说明的技术要素，通过单独或各种组合，能发挥技术的有用性，不限定于申请时权利要求记载的组合。并且，本说明书或附图所示的技术也能同时达到多个目的，达到其中的一个目的本身就具有技术的有用性。

Claims

1.一种充电装置，具有：

电源电路，向电池供给充电电流；

电路温度检测部，检测电源电路的温度；

电池温度检测部，检测电池的温度；

充电控制部，控制电源电路，使得充电电流不超过允许电流值，该允许电流值是由电池温度检测部检测出的温度所决定的第1允许电流值和由电路温度检测部检测出的温度所决定的第2允许电流值中的小的一方的允许电流值。

2.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，充电控制部具有：

存储部件，存储有根据该电池的温度值和温度上升值而映射能在抑制电池的温度上升的同时进行充电的允许电流值的第1图表，同时存储有根据该电源电路的温度值和温度上升值而映射能在抑制电源电路的温度上升的同时进行充电的允许电流值的第2图表；

允许电流值检索部件，根据从电池温度检测部所检测出的温度得到的电池的温度值和温度上升值而检索第1图表，求出第1允许电流值，同时根据从电路温度检测部所检测出的温度得到的电源电路的温度值和温度上升值而检索第2图表，求出第2允许电流值。

3.如权利要求2所述的充电装置，其特征在于，

第1图表具有表示在温度值高时允许电流值设定得小、温度上升值大时允许电流值设定得小的充电末期的区域；

充电控制部还具有：充电完成判断部件，根据从电池温度检测部所检测出的温度得到的电池的温度值和温度上升值属于第1图表中的表示充电末期的区域的频率是否高，来判断充电完成；充电完成部件，根据充电完成判断部件的充电完成的判断，停止充电。

4.一种充电方法，是使电源电路和电池连接、通过从电源电路供给的充电电流对电池进行充电的充电方法，其特征在于，包括以下工序：

电池温度检测工序，检测电池的温度；

电路温度检测工序，检测电源电路的温度；

控制电源电路的工序，使得充电电流不超过由电池温度检测工序所检测出的温度决定的第1允许电流值、和由电路温度检测工序所检测出的温度决定的第2允许电流值中的小的一方的允许电流值。