JP2004253398A - 電池の放電手段およびこれを用いた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の温度が高い状態で充放電を繰り返すと、充電できる電気量が減り、電池容量が少なくなるとともに電池が劣化するという課題があった。
【解決手段】電池１の残容量を検出する残容量検出手段１１と、前記電池１の負荷に供給する電流量を制御する制御手段３を備え、前記電池１の残容量に応じて、前記電池１が負荷に供給する電力量を可変する構成とした。これにより、放電時に電池１の温度を抑制でき、結果充電時の電池１の温度を下げることが可能となり充分な充電を行うことができ、容量低下が生じなくすることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は電池の放電制御方法に係わり、特に放電時の電池の温度と残容量を検出して負荷に供給する電流量を制御する放電制御手段に関するものである。

ニッケル水素二次電池、あるいはニッケルカドミウム二次電池に代表される二次電池（以降、電池という）１は携帯用電話機や携帯型撮影機など各種の機器システムの作動電源として、広く実用化されている。また、近年大電流が放電可能となり電動工具や掃除機の電源としても利用されている。３は機器システムの制御手段、４は駆動手段、５は負荷である。

ところで電池１は充電および放電が主要な機能であり、以下に充電放電の制御方法を示す。電池１の充電は図７に示すように一般的に定電流手段１０１によって定電流で急速充電が行われており、電池の温度を検出する温度検知手段１０２（一般的にはサーミスタ）と電池電圧を検出する電池電圧検知手段１０３を充電制御手段１０４に取込、制御されている。急速充電やトリクリ充電で電池１の電圧、電池の温度を随時チェックをし、−△Ｖ値やｄＴ／ｄｔなどで満充電状態になったかを検出している。図８に充電中の電池の温度変化と電池電圧変化の特性図を示す。放電制御については、負荷に応じて電流を供給し、電池の劣化を防ぐため電池電圧、電池の温度を検知して過放電にならないように一定電圧値になったら動作を停止させたり、残量表示を行うものなど様々な制御がある。また電池の温度を検出して一定温度以上になったら停止させるなど電池の寿命を延ばすためにいろいろな放電制御に工夫がなされている。

しかしながら、上記従来の構成では、大きな電気量が必要で二次電池の本数を多く使用しているものに関しては、放電を行った直後の二次電池は温度が高くなっており、そのまま急速充電すると充電末期においても電池の温度が冷えずに高温のまま充電されてしまうので著しい充電不足になってしまう。二次電池は充電が完全にできる温度まで冷やすにはかなりの時間を有してしまうので二次電池を充電器にセットしてから充電完了するまでの時間が長くなってしまい使用者が使おうと思っても充電状態になっていることがある。また、上記充電不足状態の充放電を繰り返すと徐々に充電できる電気量（以下充電容量という）が減ってきてしまい、放電するときの使用時間が短くなってしまうとともに電池が劣化してしまうという課題があった。

また、放電末期は電池電圧が急激に落ち、ユーザーが使用していて、急激にパワーが落ちたような感じとなり、実使用上違和感があった。

さらに、多くの本数の電池を完全に樹脂で覆ったものにおいては、電池冷却が遅いだけではなくトリクル充電時も熱がこもってしまい、電池の温度が上がってしまうので自己放電分を補充することができない課題も有していた。

このように、電池を高温で使用すると電池の劣化が著しく早く寿命が短くなるとともに使用時間が短くなるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、電池本数が多く放電直後の電池の温度を抑え、充電容量が低下しないようにするとともに、使用実感を良くすることができる電池の放電制御手段およびそれを用いた電気機器の提供を目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、電池の残容量を検出する残容量検出手段と、前記電池の負荷に供給する電流量を制御する制御手段を備え、前記電池の残容量に応じて、前記電池が負荷に供給する電力量を可変するもので、放電時に電池の温度を抑制でき、結果充電時の電池の温度を下げることが可能となり充分な充電を行うことができ、容量低下が生じない。

本発明の電池の放電手段は、放電時に電池の温度を抑制でき、結果充電時の電池の温度を下げることが可能となり充分な充電を行うことができる。

本発明の請求項１記載の発明は、電池の残容量を検出する残容量検出手段と、前記電池の負荷に供給する電流量を制御する制御手段を備え、前記電池の残容量に応じて、前記電池が負荷に供給する電力量を可変するもので、確実に電池残容量に応じて負荷に供給する電流量を制御でき、使用勝手の優れた電池の放電手段を提供できる。

本発明の請求項２記載の発明は、電池の残容量が所定値以下になると、負荷に供給する放電電流量を徐々に抑制するもので、より使用性に優れている。

本発明の請求項３記載の発明は、電池の残容量が所定値以下になると、負荷に供給する放電電流量を低くするもので、電池の残容量が少なくなっても実使用上問題なく使用できる。

本発明の請求項４記載の発明は、電池の残容量が所定値以下になると、負荷に供給する放電電流量を高くするもので、電池の残容量が少なくなっても実使用上問題なく使用できる。

本発明の請求項５記載の発明は、少なくとも２つ以上の負荷を有し、電池の残容量が少なくなると、各々の負荷に供給する放電電流量を一方は高く、他方は低くなるよう各々制御するもので、電池の残容量が少なくなっても実使用上問題なく使用できる。

本発明の請求項６記載の発明は、充電時間から電池の充電容量を検出し、充電前の残容量と前記充電容量から受電後の残容量を算出するもので、精度良く残容量を換算できる。

本発明の請求項７記載の発明は、充電開始時の電池の温度から電池の充電容量を検出し、充電前の残容量と前記充電容量から受電後の残容量を算出するもので、より確実に残容量を換算できる。

本発明の請求項８記載の発明は、充電時の電池の最低温度から電池の充電容量を検出し、充電前の残容量と前記充電容量から受電後の残容量を算出するもので、より確実に残容量を換算できる。

本発明の請求項９記載の発明は、電池の残容量を使用時間から算出しているので安価に残容量を検出できる。

本発明の請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項記載の電池の放電手段を用いた電気機器で、放電時に電池の温度を抑制でき、結果充電時の電池の温度を下げることが可能となり充分な充電を行うことができ、容量低下が生じない電気機器を提供できる。

（実施の形態１）
以下、本発明の第１の施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、従来例と同一構成部品については同一符号を付けて説明を省略する。

図１は本発明に係わる電池の一般的な放電制御回路ブロック図、図２は放電時の電池の温度を示す電池の温度特性図、図３は電池の温度に対する電流供給量を示す負荷特性図で、図４はより具体的な放電制御回路ブロック図である。

図において、１は電池、２は電池１の温度を検出する温度検出手段、３は電池１の放電電流量を制御することで負荷に供給する電流量を制御する制御手段、４は第一の負荷５を駆動する第一駆動手段、６は第二の負荷７を駆動する第二駆動手段である。

次にその動作について説明する。十分に充電された電池１から電流を負荷５，７に供給するために使用者が操作手段（図示せず）を操作すると制御手段３はまず、電池の温度を温度検出手段２から入力し、電池の温度を確認する。そして電池の温度がある値以下だと負荷に電流を供給するよう第一、第二の駆動手段４，６に信号を出力し、第一、第二の負荷に電力を供給する。この時、電池の温度は、電流を供給し続けると図２に示すように上昇していく。ところが電池にとって、電池の温度がある値以上になると電池の劣化につながる。そこで、電池１の温度上昇を抑えるよう負荷に供給する電流量を制御する。例えば、図２に示すようにある温度ｔ１までは、フルに電流を供給するが、電池の温度がｔ１を越えると供給する電流量を少なくし、電池の温度が上昇がΔｔ以下となるように制御し完全に放電しても、電池の温度がある値ｔ２以下に抑えられるようにする。

また、充電状態や待機状態によって電池の温度は異なる。そのため放電開始時の電池の温度に応じてΔｔを補正し、完全放電時の温度がｔ２以下となるように制御する。つまり、放電開始時の温度が高いとΔｔを小さめに補正し、反対に温度が低いとΔｔを大きめに補正する。

さらに、電池の電圧は図３に示すように電池容量が多い間はほぼ一定の値を保持するが、電池の残容量が少なくなると急激に電池電圧が低くなり、放電初期と比べて供給電流が同じでも、負荷に供給できる電力量が少なくなる。そこで図３に示すように、電池の温度の温度がある値ｔ２以上になると、電池電圧が低くなったと判断し、供給電流量をそれまでより多くし、電力量を保つように制御する場合もある。要は電池の温度を上げずに負荷に供給する電力量を保つように制御する。

より具体的な例として、掃除機を例にとって説明する。第一負荷５が本体モータ、第二負荷７がノズルモータである。その動作について説明する。使用者が操作手段（図示せず）を操作すると制御手段３はまず、電池の温度を温度検出手段２から入力し、電池の温度を確認する。そして電池の温度がある値以下だと負荷に電流を供給するよう第一、第二の駆動手段４，６に信号を出力し、本体モータ５とノズルモータ７に電流を供給する。この時、掃除機が十分できる電力量を本体モータ５とノズルモータ７に電流を供給する。例えば本体モータ５はフルパワーで、ノズルモータ７は供給量を抑えた電流を供給する。床面のゴミを掻き上げるには回転ブラシ（図示せず）の回転をある一定の回転数以上に保つ必要がある。そこで電池電圧が低くなっても十分回転数が保てるように電池電圧が高い間は、ノズルモータ７に供給する電流量を抑えるように制御し、電池電圧が低くなると、回転数を保つように電流を多くするよう制御している。電池１にとって本体モータ５に供給する電流のほうがノズルモータ７に供給する電流に比べて十分多いため、ノズルモータ７に供給する電流を多くしても、電池電圧が極端に上昇することはない。そして、温度検出手段２で電池の温度を検出しながら電池の温度がｔ２以上になると、本体モータ５に供給する電流量を掃除が出来る範囲で抑え、電池の温度が上昇するのを抑制する。この時、ノズルモータ７に供給する電流量をさらに増やして回転ブラシの回転数を上げることで、回転ブラシの音は若干大きくなるが、本体モータ５の吸引力の低下をノズルモータ７の回転数でカバーするよう制御しても良い。要は電池の温度を上げずに長時間掃除ができるように負荷制御する方式であれば良い。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施の形態と同一構成部品については同一符号を付けて説明を省略する。

図５は第２の実施の形態の回路ブロック図、図６は残容量と電池の温度との相関図である。図において、１１は電池１の残容量を検出する残容量検出手段である。

次にその動作について説明する。十分に充電された電池１から電流を負荷５，７に供給するために使用者が操作手段（図示せず）を操作すると制御手段３はまず、電池の残容量を残容量検出手段１１から入力し、電池の残容量を確認する。そして電池の残容量がある値以下だと負荷に電流を供給するよう第一、第二の駆動手段４，６に信号を出力し、第一、第二の負荷に電力を供給する。この時、電池の残容量は、電流を供給し続けると図６に示すように減少していく。ところが図６に示すように電池にとって、電池の残容量がある値以下になると急激に電池電圧が下がり、使用者にとって違和感を与えるとともに電池の劣化につながる。そこで、電池１の電池電圧が急激に下がるのを抑えるよう負荷に供給する電流量を制御する。例えば、図６に示すようにある残容量ｑ１までは、フルに電流を供給するが、残容量がｑ１以下になると供給する電流量を少なくし、残容量の減少がΔｑ以下となるようなだらかに電池電圧を減少させ、使用時間を延ばしつつ使用者に違和感を与えないように制御する。この結果、図６に示すように完全放電時の電池の温度もｔ２以下になり、電池劣化も防げる。

また、充電状態や待機状態によって残容量は異なる。そのため放電開始時の残容量に応じてΔｑを補正し、完全放電時の温度がｔ２以下となるように制御する。つまり、放電開始時の温度が高いとΔｑを小さめに補正し、反対に温度が低いとΔｑを大きめに補正する。

さらに、充電時の最低温度や使用時間からも充電容量を検出することができる。要は充電後の電池残容量を検出できる方式であれば良い。

そして、常に放電時間と充電時間との割合から電池の残容量を算出しておき、現時点の電池の残容量を検出しておくことで、常に最適な電流供給（放電）が可能となる。

本発明の電池の放電手段は、放電直後の電池の温度を抑え、充電容量が低下しないようにするとともに使用実感を良くすることが可能となるので、これを用いた幅広い電気機器に適用できる。

本発明の実施の形態１における電池の放電制御手段の構成を示す回路ブロック図 同、放電電流特性図 同、電池温度、放電電流特性図 同、より具体的な放電制御手段の構成を示す回路ブロック図 本発明の実施の形態２における電池の放電制御手段の構成を示す回路ブロック図 同、放電特性図 従来例を示す充電制御の回路ブロック図 同、充電動作説明図

符号の説明

１ 電池
２ 温度検出手段
３ 制御手段
４ 第一駆動手段
５ 第一負荷
６ 第二駆動手段
７ 第二負荷
１１ 残容量検出手段

Claims (10)

1. 電池の残容量を検出する残量検出手段と、前記電池の負荷に供給する電流量を制御する制御手段を備え、前記電池の残量に応じて、前記電池が負荷に供給する電力量を可変する電池の放電手段。
2. 電池の残容量が所定値以下になると、負荷に供給する放電電流量を徐々に抑制する請求項１記載の電池の放電手段。
3. 電池の残容量が所定値以下になると、負荷に供給する放電電流量を低くする請求項１または２記載の電池の放電手段。
4. 電池の残容量が所定値以下になると、負荷に供給する放電電流量を高くする請求項１記載の電池の放電手段。
5. 少なくとも２つ以上の負荷を有し、電池の残容量が少なくなると、各々の負荷に供給する放電電流量を一方は高く、他方は低くなるよう各々制御する請求項１〜３のいずれか１項記載の電池の放電手段。
6. 充電時間から電池の充電容量を検出し、充電前の残容量と前記充電容量から受電後の残容量を算出する請求項１〜５のいずれか１項項記載の電池の放電手段。
7. 充電開始時の電池の温度から電池の充電容量を検出し、充電前の残容量と前記充電容量から受電後の残容量を算出する請求項１〜５のいずれか１項記載の電池の放電手段。
8. 充電時の電池の最低温度から電池の充電容量を検出し、充電前の残容量と前記充電容量から受電後の残容量を算出する請求項１〜５のいずれか１項記載の電池の放電手段。
9. 電池の残容量を電池の使用時間から算出する請求項１〜５のいずれか１項記載の電池の放電手段。
10. 請求項１〜９のいずれか１項記載の電池の放電手段を用いた電気機器。

Images