JP2004159379A - Charging device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明はニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池等の2次電池を充電する充電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コードレス工具等の電源に用いられているニッケルカドミニウム電池やニッケル水素電池等を充電する時、大きな充電電流で充電すると短時間で充電できるが、充電時の電池の発熱も大きくなり、電池のサイクル寿命が短くなるため、電池の発熱を抑制するように小さい充電電流で長時間かけて充電する充電装置が提案されている。
【0003】
一方、充電装置に設けられた冷却ファンにより電池パックを冷却しながら充電を行い、充電時の電池の発熱を抑制して大きな充電電流で短時間で充電する充電装置も提案されている。
【0004】
上記2つの充電装置は電池パックが強制冷却に対応できるか否か、すなわち冷却ファンからの送風に対して電池パックが風穴等の構造を設けているか否かによってその充電方式が異なっている。
【0005】
このように冷却対応電池と冷却非対応電池とでは充電方式が異なることを鑑みて、充電時開始時の電池温度勾配が所定値以上であるか以下であるかを判断することにより、充電装置に設置された冷却ファンによる電池パックへの送風による冷却効果の有無を判断して、その結果に応じて、冷却効果が有る時は平均充電電流を大きくし、無い時は平均充電電流を小さくして充電する充電方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−312440号公報(請求項1)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる充電装置においては、冷却効果の有無により電流を選択するという二者択一的な充電制御となってしまい、例えば、冷却効果が有ると判別する場合と無いと判別する場合の中間的な冷却の具合いに対しては冷却の具合を最大限に活かした充電制御ができるとは言い難い。
【0008】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、冷却ファンによる電池の冷却の程度によって、適切な充電電流を選択し、充電時間の短縮及び電池のサイクル寿命を長くすることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、充電電流を制御する制御手段と、電池パックを冷却する冷却ファンと、電池温度を検出する電池温度検出手段と、電池温度検出手段の出力に基づいて電池温度を記憶する電池温度記憶手段と、電池温度検出手段及び電池温度記憶手段の出力に基づいて電池温度勾配を演算する電池温度勾配演算手段とを備え、充電開始から所定時間経過した後の電池温度勾配が、電池温度が下降し冷却効果があるとみなせる第一の所定値より小さい場合は充電電流を大きくし、電池温度が上昇し冷却効果が有るとみなせない第一の所定値より大きい第二の所定値以上である場合は充電電流を小さくし、第一の所定値と第二の所定値の間にある場合すなわち電池温度の変化が少ない時は、電流値が被充電電池パックの電池寿命にとって適正であるとし、充電電流を切換えないことを技術的特徴とする。
【0010】
【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は電池パックであり、複数の電池セルを直列接続した電池パック2aと、電池パック2aに接触または近接して電池温度を検出する例えばサーミスタ等からなる感温素子2bが装備されている。3は電池パック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及び充電電流信号伝達手段5はホトカプラ等からなる。6は電池パック2を冷却する冷却ファン、7は冷却ファン6を駆動する駆動手段であり、トランジスタ7a、抵抗7b、7cから構成され、マイコン50の出力ポート56bの出力に応じて冷却ファン6の駆動を制御する。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MOSFET22の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路30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、電池パック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56a、56b、リセット入力ポート57からなるマイコンである。CPU51は、最新の電池温度とRAM53に記憶した所定サンプリング時間前にサンプリングした電池温度とから電池温度勾配の演算等を行う。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、3端子レギュレータ73、74、平滑コンデンサ75〜77、リセットIC78からなる定電圧電源で、冷却ファン6、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IC78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56a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変えるものである。90は抵抗91、92からなる電池温度検出手段であり、5Vの定電圧源と接続された抵抗91と、抵抗92と電池パック2内の感温素子2bとによって分圧された電圧を前記マイコン50のA/Dコンバータ55に入力し、電池温度を検出し充電を制御する構成となっている。
【0011】
電源を投入するとマイコン50は出力ポート56a、56bをイニシャルセットし、電池パック2の接続待機状態となる(ステップ201)。電池パック2を接続すると、マイコン50は電池接続を電池電圧検出手段40からの信号により判別する。次いで、出力ポート56bより駆動手段7を介して冷却ファン6を作動し(ステップ202)、出力ポート56aより充電制御信号伝達手段4を介しPWM制御IC23に充電開始信号を伝達すると共に出力ポート56a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203)。充電開始と同時に電池パック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たパルスを、逆の場合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、充電電流を一定に保つ。すなわち、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I0となるように制御する。
【0012】
次いでRAM53における記憶データである36サンプリング前までの電池温度Ti−36、Ti−35、……、Ti−01と,冷却効果判断終了フラグをイニシャルリセットし(ステップ204)、電池温度サンプリングタイマをスタートさせる(ステップ205)。サンプリングタイマ時間が△tを経過したら(ステップ206)、再度サンプリングタイマをスタートさせる(ステップ207)。本実施形態において、△tは5秒とする。
【0013】
次いで、感温素子2aからの電圧を電池温度検出手段90の抵抗91,92で分圧し、その分圧値をA/Dコンバータ55でA/D変換し、電池温度Tinとして取り込む(ステップ208)。そしてCPU51にてTinと36サンプリング前のデータTi−36との差から最新の電池温度勾配としてのdT/dt(in)=Tin−Ti−36を求め(ステップ209)、Ti−36が∞か否かの判別を行う(ステップ210)。ステップ210において、Ti−36が∞でない場合は、所定時間(この場合は、電池温度を36サンプリング分サンプリングするだけの時間)が経過したので、冷却判断終了フラグが1であるか否かの判別を行う(ステップ211)。ステップ210において、T−36が∞である場合は、所定時間(この場合は、電池温度を36サンプリング分サンプリングするだけの時間すなわち3分)が経過していないので、ステップ217において満充電の検出を行う。ステップ211において、冷却判断終了フラグが1でない場合は、現在の電池温度勾配dT/dt(in)が所定値P未満であるか否かを判別する(ステップ212)。ステップ211において、冷却判断終了フラグが1の場合は、冷却効果の判別に基づく充電電流の切換えが終了しているので、ステップ217において満充電の検出を行う。ステップ212において、現在の電池温度勾配dT/dt(in)が所定値P未満である場合は、冷却効果があると判別し、充電開始時の充電電流I0を充電電流I1(I1>I0)と大きくする(ステップ213)。ステップ212において、現在の電池温度勾配dT/dt(in)が所定値P以上である場合は、現在の電池温度勾配dT/dt(in)が所定値Q(>P)より大きいか否かの判別を行う(ステップ214)。ステップ214において、現在の電池温度勾配dT/dt(in)が所定値Qより大きい場合は、冷却効果が無いと判別し、充電開始時の充電電流I0を充電電流I2(I0>I2)と小さくする(ステップ215)。ステップ214において、現在の電池温度勾配dT/dt(in)が所定値Q以下である場合は、電池温度の変化が少なく、充電電流値が電池パック2の電池寿命にとって適正であるとし、充電電流を切換えない。
【0014】
次に、電池温度勾配による充電電流の切換えが終了した時点で、冷却判断終了フラグを1にする(ステップ216)。その後、満充電の検出を行う(ステップ217)。ステップ217の満充電判別は、周知の如く種々の検出方法があるが,例えば,電池電圧検出手段40の出力に基づいて充電末期のピーク電圧から所定量降下したこと検出して充電を制御する−ΔV検出や,電池電圧がピークに達する前に充電を停止することにより過充電を低減し,電池のサイクル寿命を向上させることを目的とし,電池電圧の時間による2階微分値が負になるのを検出して充電を制御する2階微分検出法,電池温度検出手段90の出力に基づいて充電開始からの電池の温度上昇値が所定の温度上昇値以上になるのを検出して充電を制御するΔT検出法,特開昭62−193518号,特開平2−246739号,実開平3−34638号公報等に記載されている充電時における所定時間当りの電池温度上昇率(温度勾配)が所定値以上になるのを検出して充電を制御するdT/dt検出法等の一つないし複数の満充電検出法を用いて行えばよい。
【0015】
ステップ217において,電池パック2が満充電なら,マイコン50は出力ポート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(ステップ219)。次いで電池パック2が取り出されるのを判別する(ステップ220)。電池パック2の取り出しが判別したら、出力ポート56bより駆動手段7を介して冷却ファン6を停止し(ステップ221)、ステップ201に戻り次の充電の待機状態となる。
【0016】
ステップ217において、電池パック2が満充電でないと判別した場合は記憶手段53における記憶データである36サンプリング前までの電池温度Ti−36、Ti−35、……、Ti−01を,Ti−35→Ti−36、Ti−34→Ti−35、………、Tin→Ti−01にそれぞれの記憶データを1サンプリング前の記憶エリアに移し替え(ステップ218)、再度ステップ206からの処理を行う。
【0017】
上記実施形態においては、冷却効果を判別するまでの所定時間をマイコン50が電池温度を36サンプリング分サンプリングするだけの時間としたが、これに限るものではなく、例えば充電開始から3分後の電池温度勾配から冷却効果を判別してもよい。
【0018】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、冷却ファンによる電池の冷却の程度によって、適切な充電電流を選択し、充電時間の短縮及び電池のサイクル寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明充電装置の一実施形態を示す回路図。
【図2】本発明充電装置の動作説明用フローチャートの一例
【符号の説明】
2は電池パック、2aは電池パック、6は冷却ファン、50は演算手段51、記憶手段53、A/Dコンバータ55等の機能を有する制御手段であるマイコン、90は電池温度検出手段である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device for charging a secondary battery such as a nickel cadmium battery or a nickel hydride battery.
[0002]
[Prior art]
When charging nickel cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries used as power supplies for cordless tools, etc., charging with a large charging current can charge the battery in a short time, but the battery generates more heat during charging, and the cycle life of the battery Therefore, a charging device that charges over a long time with a small charging current so as to suppress heat generation of a battery has been proposed.
[0003]
On the other hand, there has also been proposed a charging device that performs charging while cooling a battery pack by a cooling fan provided in the charging device, suppresses heat generation of the battery during charging, and charges the battery pack with a large charging current in a short time.
[0004]
The charging methods of the above two charging devices differ depending on whether or not the battery pack can cope with forced cooling, that is, whether or not the battery pack has a structure such as an air hole for blowing air from a cooling fan.
[0005]
In consideration of the fact that the charging method is different between the cooling-capable battery and the non-cooling-compatible battery in this way, by determining whether the battery temperature gradient at the start of charging is equal to or greater than a predetermined value, the charging device Judgment of the presence or absence of the cooling effect by the air blow to the battery pack by the installed cooling fan, and according to the result, increase the average charging current when there is a cooling effect and decrease the average charging current when there is no cooling effect. A charging method for charging has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-31440 (Claim 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a charging device, an alternative charging control of selecting a current depending on the presence or absence of a cooling effect is performed, and for example, an intermediate between a case where it is determined that there is a cooling effect and a case where it is determined that it is not. It is difficult to say that charging control that makes the most of the degree of cooling can be performed with respect to the degree of cooling.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prior art and to select an appropriate charging current depending on the degree of cooling of a battery by a cooling fan, thereby shortening the charging time and extending the cycle life of the battery.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The object is to provide a control means for controlling a charging current, a cooling fan for cooling a battery pack, a battery temperature detecting means for detecting a battery temperature, and a battery temperature storage for storing a battery temperature based on an output of the battery temperature detecting means. Means, and battery temperature gradient calculating means for calculating a battery temperature gradient based on the outputs of the battery temperature detecting means and the battery temperature storing means. If the cooling effect is smaller than the first predetermined value, the charging current is increased, and the battery temperature rises and is equal to or greater than the second predetermined value larger than the first predetermined value, which is not considered to have the cooling effect. Reduces the charging current, and when it is between the first predetermined value and the second predetermined value, that is, when the change in the battery temperature is small, it is determined that the current value is appropriate for the battery life of the battery pack to be charged. , And technical features that no switching the charging current.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention. 1 is an AC power supply, 2 is a battery pack, and is equipped with a battery pack 2a in which a plurality of battery cells are connected in series, and a temperature-sensitive element 2b made of, for example, a thermistor or the like that detects or detects a battery temperature in contact with or close to the battery pack 2a. Have been.
[0011]
When the power is turned on, the microcomputer 50 initially sets the output ports 56a and 56b and enters a connection standby state of the battery pack 2 (step 201). When the
[0012]
Next, the battery temperatures Ti-36, Ti-35,..., Ti-01 up to 36 samples before the storage data in the RAM 53 and the cooling effect determination end flag are initially reset (step 204), and the battery temperature sampling timer is started. (Step 205). When the sampling timer time has exceeded Δt (step 206), the sampling timer is started again (step 207). In the present embodiment, Δt is 5 seconds.
[0013]
Next, the voltage from the temperature sensing element 2a is divided by the resistors 91 and 92 of the battery temperature detecting means 90, and the divided voltage value is A / D-converted by the A / D converter 55 and taken in as the battery temperature Tin (step 208). . Then, the CPU 51 calculates dT / dt (in) = Tin-Ti-36 as the latest battery temperature gradient from the difference between Tin and the data Ti-36 before sampling 36 (step 209). It is determined whether or not it is (step 210). If Ti-36 is not ∞ in step 210, a predetermined time (in this case, time for sampling the battery temperature for 36 samplings) has elapsed, so it is determined whether the cooling determination end flag is 1 or not. Is performed (step 211). If T-36 is ∞ in step 210, the predetermined time (in this case, the time required to sample the battery temperature for 36 samplings, ie, 3 minutes) has not elapsed, and in
[0014]
Next, when the switching of the charging current due to the battery temperature gradient ends, the cooling determination end flag is set to 1 (step 216). Thereafter, full charge is detected (step 217). As is well known, there are various detection methods for determining the full charge in
[0015]
If the
[0016]
If it is determined in
[0017]
In the above-described embodiment, the predetermined time until the cooling effect is determined is the time for the microcomputer 50 to sample the battery temperature for 36 samplings. However, the present invention is not limited to this. For example, the battery may be three minutes after the start of charging. The cooling effect may be determined from the temperature gradient.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to select an appropriate charging current depending on the degree of cooling of the battery by the cooling fan, thereby shortening the charging time and extending the cycle life of the battery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the charging device of the present invention.
FIG. 2 is an example of a flowchart for explaining the operation of the charging device of the present invention.
Claims (1)
充電開始から所定時間経過した後の電池温度勾配が、電池温度が下降し冷却効果があるとみなせる第一の所定値より小さい場合は充電電流を大きくし、電池温度が上昇し冷却効果が有るとみなせない第一の所定値より大きい第二の所定値以上である場合は充電電流を小さくし、第一の所定値と第二の所定値の間にある場合すなわち電池温度の変化が少ない時は充電電流を切換えないことを特徴とする充電装置。Control means for controlling the charging current; a cooling fan for cooling the battery pack; battery temperature detecting means for detecting the battery temperature; battery temperature storing means for storing the battery temperature detected by the battery temperature detecting means; A battery temperature gradient calculating means for calculating a battery temperature gradient based on the output of the detecting means and the battery temperature storing means,
If the battery temperature gradient after a lapse of a predetermined time from the start of charging is smaller than a first predetermined value that can be regarded as having a cooling effect when the battery temperature decreases, the charging current is increased, and when the battery temperature increases and a cooling effect is obtained. When the charge current is smaller than the second predetermined value that is larger than the first predetermined value that cannot be considered, the charging current is reduced, and when it is between the first predetermined value and the second predetermined value, that is, when the change in the battery temperature is small, A charging device characterized in that the charging current is not switched.
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