CN1518185A - 充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充电装置，通过监视对电源电路的输入电压而控制充电电流，从而可抑制电源电路的温度上升。该充电装置具有：能和电源及电池(12)连接，使从电源供给的电力变压并向电池(12)供给充电电流的电源电路(A)；检测从电源向电源电路A输入的输入电压的电压检测电路(32、33)；对应于电压检测电路(32、33)所检测出的电压，控制从电源电路(A)向电池(12)供给的充电电流的充电控制电路(B)。

Description

充电装置
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。
背景技术
作为在抑制电源电路的温度上升的同时对电池进行充电的充电装置，已知有专利文献1公开的充电装置。
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。充电开关电路动作时开放开关部，所以从电源电路向电池停止供给充电电流，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。
在上述专利文献1中记载的技术中，需要高精度地测定电源电路的温度。因此，需要在构成电源电路的元件组中易发热的元件(即温度容易上升的元件)的附近配置热检测元件。
但是，根据充电装置小型化的要求和电源电路结构上的限制等，可配设热检测元件的位置被限定，不一定能在希望的位置(即希望的元件附近)配设热检测元件。因而，位于远离热检测元件的位置的元件即使发热而使电源电路的温度上升，该温度上升也不能由热检测元件测定。这样，仅用热检测元件监视电源电路的温度上升的已有技术，有时不能控制电源电路的温度上升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过监视对电源电路的输入电压而控制充电电流、从而可抑制电源电路的温度上升的充电装置。
为了解决上述课题，本发明的充电装置具有：可以和电源及电池连接、将从电源输入的电压变压并将充电电流供给电池的电源电路；检测从电源向电源电路输入的输入电压的电压检测电路；对应于由电压检测电路检测出的电压，控制从电源电路向电池供给的充电电流的充电控制电路。
该充电装置根据从电源向电源电路输入的输入电压判断电源电路的温度上升。即，在从电源向电源电路的输入电压因某种原因而低下时，若想恒定维持供给电池的充电电流，则电源电路的负载变大，电源电路的温度上升。因此，通过检测从电源向电源电路输入的输入电压来判断电源电路的温度上升。而且，对应于检测出的输入电压控制充电电流，抑制电源电路的温度上升。
还有，在该充电装置中，也可另外配设测定电源电路的温度的热检测元件，用该热检测元件监视电源电路的温度上升。由此，能够更可靠地抑制电源电路的温度上升。
在上述充电装置中，优选电源电路具有将来自电源的输入电压变压的开关式变压器、和设置在开关式变压器的初级线圈侧的开关元件，在开关式变压器的次级线圈侧连接电池。在这样的构成中，通过使开关元件的开/关占空率变化，可容易地改变次级线圈侧的电压，可高精度地控制供给电池的充电电流。
在这样的构成中，优选开关式变压器的初级线圈侧和次级线圈侧绝缘。
另外，优选开关式变压器具有第二次级线圈，上述电压检测电路通过检测发生在第二次级线圈的电压，从而检测出从电源向电源电路输入的输入电压。即，若开关式变压器的初级线圈侧和次级线圈侧绝缘，则不能在开关式变压器的次级线圈侧直接检测出从电源向电源电路输入的输入电压。另一方面，由于对电池的充电电流值在开关式变压器的次级线圈侧被测定，所以优选从电源向电源电路的输入电压也在开关式变压器的次级线圈侧测定。而在开关式变压器设置与向电池供给充电电流的次级线圈不同的第二次级线圈，通过检测发生在该第二次级线圈的电压，就能在开关式变压器的次级线圈侧测定从电源向电源电路的输入电压。
在上述充电装置中，充电控制电路能用各种方法，控制向电池供给的充电电流。例如，也可以对应于由电压检测电路检测出的电压而使充电电流接通/断开，也可以对应于由电压检测电路检测出的电压变更充电电流值。
也可以再测定电池电压和电池温度，考虑那些因素后决定充电电流值。例如，优选充电控制电路具有：在对应于由电压检测电路检测出的电压而决定的允许充电电流值的范围内决定充电电流值的装置；驱动装置，驱动开关元件，使得供给电池的充电电流成为所决定的充电电流值。这时，例如，由电池电压和电池温度决定的充电电流值小于对应于由电压检测电路检测出的电压而决定的允许充电电流值时，不变更所决定的充电电流值，相反，大于时将所决定的充电电流值变更为允许充电电流值。
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是表示电源电压和电容器C23的电压的关系的曲线图；
图3是在微机中进行的处理的流程图；
图4是在微机中进行的处理的流程图；
图5是表示用于决定允许充电电流值的图表的内容的视图。
具体实施方式
上述内容所记载的充电装置能以下述的形式较好地实施。
(形式1)在上述的充电装置中，在电源电路的次级侧配置热检测元件。根据由热检测元件测定的温度和由电压检测电路检测出的电压，决定允许充电电流值。
(形式2)在上述的充电装置中，配置有检测电池温度的热检测元件。用根据由热检测元件测定的温度而决定的输出电流值和根据与电压检测电路所检测出的电压相对应而被决定的允许充电电流值中小的充电电流值，对电池进行充电。
以下，参照附图，说明本发明一实施例的充电装置。该充电装置对机动板手等电动工具所用的电池组进行充电。
图1是同时表示充电装置20的充电电路和电池组10的框图。从图1可知，在充电装置20中装入电池组10时，充电装置20侧的连接端子C1、C2、C5和电池组10侧的连接端子C1’、C2’、C5’接触，使充电装置20和电池组10电连接。电池组10是在外壳(筐体)内容纳有作为二次蓄电池的镍氢电池12和用于检测电池温度的热敏电阻14，在外壳表面部设有连接端子C1’、C2’、C5’。
热敏电阻14通过连接端子C5’与后述的微机40连接，用微机40检测电池温度。即，当电池12的温度上升而热敏电阻14的阻抗下降时，输入到微机40的电压变化。微机40根据从热敏电阻14输入的电压的变化，检测电池温度。
充电装置20的充电电路，大致由其一端连接外部交流电源而另一端连接电池12的电源电路A和用于控制电源电路A的充电电流控制部B构成。
电源电路A连接着设在充电装置20上的连接端子C3、C4。连接端子C3、C4可连接外部交流电源(例如，外部的商用电源或交流发电机)。因而，将外部的交流电源连接到连接端子C3～C4时，从该交流电源供给的电力输入到电源电路A中。
电源电路A的输入侧通过整流电路24(在本实施例中由二极管电桥构成)和平滑化电路(在本实施例由电容器C1构成)而连接着开关式变压器(スィツチングトランス)26的初级线圈26a。因而，输入到电源电路A的交流电源由整流电路24整流，再通过平滑化电路而平滑化后变换成直流电源。将变换后的直流电源供给开关式变压器26的初级线圈26a的一端。
并且，在初级线圈26a的另一端连接着开关元件28(本实施例是场效应晶体管)。在开关元件28的栅极端子连接着后述的PWM(脉冲宽度调制：pulse width modulation)控制电路31。由PWM控制电路31使开关元件28开/关时，在初级线圈26a间断地流通着电流，由此，在开关式变压器26的次级侧(即，次级线圈26b、26c)产生交流电压。
从上述说明就可明白，电源电路A的输入侧变成开关式变压器26的初级侧。
在开关式变压器26的输出侧(即，电源电路A的输出侧)设有次级线圈26b、26c。次级线圈26b通过整流电路48(在本实施例由二极管48a、48b构成)和平滑化电路(在本实施例由电容器C20、电感L20构成)，连接着连接端子C1、C2。因而，发生在次级线圈26b的交流电压用整流电流48整流，再通过平滑化电路而变换成直流电压。因此，在连接端子C1、C2连接电池组10时，就将充电电流(直流电流)供给镍氢电池12。
在整流电路48安装着热敏电阻46。热敏电阻46的一端接地，另一端通过电阻44与电源线连接。因而，在整流电路(二极管)48的温度上升而使热敏电阻46的阻抗下降时，使热敏电阻46和电阻44的分压变化。热敏电阻46和电阻44的分压输入到后面叙述的微机40中。
在次级线圈26c连接着将发生在次级线圈26c的交流电压整流并使其平滑化的二极管D21、电容器C23。电容器C23两侧的输出输入到辅助电源电路34。辅助电源电路34是将电力供给到后述微机40的电源电路。
这里，来自次级线圈26b的输出电压因电池12的电池电压而受到影响，但电容器C23c两端的电压不受电池12的电池电压的的大的影响，对于开关式变压器26的初级侧的电压(即，外部交流电源的电压)能以线性函数表示。在图2中示出了本实施例的充电装置中实际测量的外部交流电源电压和电容器C23的两端电压的关系。由于在本实施例的充电装置中设有用于冷却电源电路A的风扇，所以图2分别表示风扇旋转时实际测量的结果和风扇停止时实际测量的结果。
从图2可知，不管风扇有无旋转，电容器C23的电压相对于外部交流电源的电压都能用线性函数表示。因此，通过检测电容器C23的电压就可检测外部交流电源的电压。本实施例通过检测电容器C23两端的电压，可检测输入到电源电路A中的外部交流电源的电压。即，电容器C23串联连接电阻32、33，电阻32和电阻33的分压输入到微机40。
另外，使开关式变压器26的初级侧和次级侧绝缘，通过连接端子C3、C4连接的外部交流电源直接与连接端子C1、C2连接。
用于控制上述电源电路A的充电电流控制部B备有微机40、电流控制电路42、光电耦合电路30、PWM控制电路31、充电电流检测电阻R20。微机40和电流控制电路42配置在开关式变压器26的次级侧，PWM控制电路31配置在开关式变压器26的初级侧。如上述那样，使开关式变压器26的初级侧和次级侧绝缘，光电耦合电路30保持初级侧和次级侧的绝缘，同时还具有将开关式变压器26的次级侧信息传递到初级侧的功能。
微机40由CPU、ROM、RAM等构成。如上述那样，在微机40中输入热敏电阻14的电压(即，电池12的温度)、电阻44和热敏电阻46的分压(即，整流电路48的温度)、和电容器C23的电压(来自外部交流电源的输入电压)。
微机40根据整流电路(二极管)48的温度(以下称二极管温度)和外部交流电源的输入电压(以下称输入电源电压)检索图表(マツプ)，决定能向电池供给的允许充电电流值。所决定的允许充电电流值如后述那样由多个允许充电电流值Ii(I＝1～m)中的任意一个决定。
微机40根据电池12的温度算出在抑制电池12的温度上升的同时进行充电的输出电流值。所算出的输出电流值算出多个电流值Ii(i＝0～n，但n≥m)的任一个。因而，由微机40算出的输出电流值存在有和上述允许充电电流值不同的情况。另外，作为根据电池温度算出输出电流值的方法，例如，能使用特开平11-252814号公报中公开的方法。
当决定输出电流值和允许充电电流值后，将所算出的输出电流值和允许充电电流中小的充电电流值输出到电流控制电路42。后面详细说明用微机40进行的处理。
图5表示根据二极管温度和输入电源电压决定允许充电电流值的图表。如图5所示，横侧取二极管温度，纵侧取输入电源电压，并规定能在抑制电源电路A的温度上升的同时进行流动的允许充电电流值。具体地说，在电源输入电压低时，无论二极管温度如何而将允许充电电流值I1设定得低(图表的下侧)，在电源输入电压高时，二极管温度越低，越将允许充电电流值Im(在本实施例中m＝4)设定得大(图表的左上侧)。
即，在电源输入电压低时，若充电电流值大，则对开关式变压器26的初级侧的输入电流增加，开关元件28的温度(即，开关式变压器26的初级侧的温度)也从二极管温度(即，开关式变压器26的次级侧的温度)上升。因而，不管二极管温度如何，通过设定小的允许充电电流值I1，来保护开关元件28。另一方面，在电源输入电压高时，由于开关式变压器26的初级侧温度和次级侧温度成大致比例的关系，所以对应于开关式变压器26的次级侧温度(二极管温度)设定允许充电电流值。通过设定这样的允许充电电流值来进行控制，使得开关式变压器26的初级侧温度在开关式变压器26的次级侧温度以下，防止开关式变压器26的初级侧元件的破坏。图5所示的图表存储在微机40的ROM内。
上述微机40连接着电流控制电路42。电流控制电路42检测从电流电路A向电池12供给的充电电流的电流值，并向光电耦合电路30输出控制信号，使该电流值成为从微机40输出的充电电流值。光电耦合电路30在使来自电流控制电路42的信号绝缘的同时，将信号输出到PWM控制电路31。PWM控制电路31对应于从光电耦合电路30输出的信号，变更开关元件28的开/关占空率，驱动开关元件28。
接着，关于用上述充电装置20对电池组10进行充电时的由微机40进行的处理进行说明。图3和图4表示由微机40进行的处理的流程图。
如图3所示，在充电装置20中装入电池组10后，微机40首先测定在风扇停止的状态下、而且将对电池12的充电电流设为电流值I0时的电容器C23的电压(以下称为输入电压Vref)(S10)。由步骤S10测定的输入电压Vref在以下的处理中成为基准电压，和该基准电压Vref的差作为修正值Vci(i＝1，2，…，2n+2)而被存储。由于在步骤S10中测定的输入电压Vref为基准电压，所以在步骤10中存储的修正值Vc1为0。
接着，测定在风扇动作的状态下、而且将对电池12的充电电流的电流值设为I0时的电容器C23的电压(以下称为输入电压V2)(S12)。从测定的输入电压V2算出修正值Vc2，存储该修正值Vc2。
以下，同样针对每个能向电池12供给的充电电流值Ii(i＝1，…n)，通过测定风扇不转时的输入电压V(2i+1)，存储修正值Vc(2i+1)，通过测定风扇旋转时的输入电压V(2i+2)，存储修正值Vc(2i+2)(S14～S16)。
根据这些步骤S10～S16的处理，存储每个条件(风扇有无旋转、充电电流值)的修正值Vci。由此，用修正值修正充电时检测的电容器C23的电压，可高精度地求出外部交流电源的电压。
当进入到步骤S18时开始充电。充电开始时的充电电流是初始电流值I0。而且，对应于二极管温度T和外部电源电压而修正初始电流值I0。
然后，算出从电源电路A输出到电池12的电流值Iout(S20)。微机40由电池组10内的热敏电阻14检测电池温度，根据该电池温度算出输出电流值Iout。
接着，测定输入电压Va(即，电容器C23的电压)(S22)。
在步骤S22测定的电压Va由该时刻的风扇状态和步骤S20测定的电流值Iout所决定的补正值Vci补正(S24)。例如，在风扇停止且充电电流为电流值I0时，在由步骤S22测定的Va上加上修正值Vc1。
修正电压Va时进入到图4的步骤S26，判定该已修正的输入电压V是否大于设定值V1(参照图5；由图表设定的值)。在输入电压V变为设定值V1以下时(在步骤26为“否”)，将最大输出电流值(即，允许充电电流值)设为I1(S28)，进入到步骤S48。
另一方面，在输入电压V超过设定值V1时(在步骤S26为“是”)，接着判定输入电压V是否超过设定值V2(参照图5；由图表设定的值)(S30)。在输入电压V在设定值V2以下时(在步骤S30为“否”)，判定二极管温度T是否小于设定值T1(参照图5；由图表设定的值)(S32)。
二极管温度T是设定值T1以上时(在步骤S32为“否”)，再判定二极管温度T是否小于设定值T2(参照图5；由图表设定的值)(S34)。而二极管温度T是设定值T2以上时(在步骤S34为“否”)，将最大输出电流值设定为I2(S40)，在二极管温度T小于设定值T2时(在步骤S34为“是”)将最大输出电流值设为I3(S38)。另一方面，在二极管温度T小于设定值T1时(在步骤S32为“是”)，设最大输出电流值为Im(S36)。
另外，在步骤S30为“是”时(输入电压V超过设定值V2时)，进入到步骤S42，判定二极管温度T是否小于设定值T2。而在二二极管温度T是设定值T2以上时(在步骤S42为“否”)，设最大输出电流值为I3(S46)，在二极管温度T小于设定值T2时(在步骤S34为“是”)，设最大输出电流值为Im(S44)。
当通过上述步骤S26～S46的处理决定最大输出电流值后，比较该决定的最大输出电流值Imax和由步骤S20算出的电流值Iout(S48)。
在最大输出电流值Imax超过输出电流值Iout时(在步骤S48为“是”)，将输出电流值Iout输出到电流控制电路42(S48)，在最大输出电流Imax是输出电流值Iout以下时(在步骤S48为“否”)，将最大输出电流值Imax输出到电流控制电路42(S52)。因此，通过电流控制电路42驱动PWM控制电路31，将希望的充电电流供给电池12。
当进入到步骤S54时判定是否充满电。是否充满电的判定可使用以前公知的各种方法(例如，dT/dt)。在充满电时(在步骤S54为“是”)，完成充电，在未充满电时(在步骤S54为“是”)，返回到图3的步骤S18，重复从步骤S18起的处理。
从上述内容可知，本实施例的充电装置在输入到电源电路的外部电源电压低下时，将向电池供给的充电电流的电流值控制得较低，所以能有效地抑制开关式变压器的初级侧的元件的发热。而因此，能使开关元件28和二极管48成为能力低的元件，能实现降低充电装置的成本。
以上，详细说明了本发明的实施例，但这些不过是例示而已，并不限定权利要求的范围。权利要求所记载的技术中包含以上例示的具体例的各种变形、变更例。
例如，在上述实施例中，说明了对镍氢电池充电的充电装置，但本发明的技术在对其他二次蓄电池(例如，镍镉电池)充电时也能适用。
另外，算出对电池充电时的输出电流值的方法不限于上述实施例，能采用以前公知的各种方法(例如特开平6-121467，特开2000-277166，特开2001-245438)。
另外，本说明书或附图说明的技术要点，单独或通过各种组合，可发挥技术的有用性，并不限定于申请时权利要求记载的组合。并且，本说明书或图面所例示的技术同时能达到多个目的，达到其中一个目的本身就具有技术的有用性。

Claims (5)

1.一种充电装置，具有：
可以和电源及电池连接、将从电源输入的电压变压并将充电电流供给电池的电源电路；
检测从电源向电源电路输入的输入电压的电压检测电路；
对应于由电压检测电路检测出的电压，控制从电源电路向电池供给的充电电流的充电控制电路。
2.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，电源电路具有将来自电源的输入电压变压的开关式变压器、和设置在开关式变压器的初级线圈侧的开关元件，在开关式变压器的次级线圈侧连接电池。
3.如权利要求2所述的充电装置，其特征在于，开关式变压器的初级线圈侧和次级线圈侧绝缘。
4.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于，开关式变压器具有第二次级线圈，上述电压检测电路通过检测发生在第二次级线圈的电压，从而检测出从电源向电源电路输入的输入电压。
5.如权利要求2～4中任意一项所述的充电装置，其特征在于，充电控制电路具有：在对应于由电压检测电路检测出的电压而决定的允许充电电流值的范围内决定充电电流值的装置；驱动装置，驱动开关元件，使得供给电池的充电电流成为所决定的充电电流值。
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